JP2021047124A - 電子発生装置および電離真空計 - Google Patents
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Abstract
【課題】フィラメントの交換の時期をより高い精度で判断するために有利な技術を提供する。【解決手段】電子発生装置は、フィラメントと、前記フィラメントから電子が放出されるように前記フィラメントに電力を供給する電源と、前記電源から前記フィラメントに供給される電力に相関を有する値を繰り返し検出し、検出された複数の値を用いて、前記フィラメントの状態が報知条件を満たすかどうかを判断し、前記状態が前記報知条件を満たす場合に報知を行う制御部と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、電子発生装置および電離真空計に関する。
フィラメントに通電することで電子を発生させる電子発生装置がある。あるタイプのフィラメントは、使用に伴ってその表面状態が劣化し、フィラメントから発生する電子の量が徐々に減少する。フィラメントから発生する電子の量を一定に維持するためには、フィラメントに供給する電力を増加させる必要がある。一方、電源からフィラメントに供給可能な電力の最大値には限界がある。したがって、フィラメントに供給する電力の大きさが限界に達すると、その後は、フィラメントから必要な量の電子を発生させることができないので、フィラメントを交換しなければならない。また、他のタイプのフィラメントは、使用に伴ってフィラメントが蒸発し、最終的には断線する。よって、そのような断線の前にフィラメントを交換する必要がある。
特許文献１は、フィラメントの交換のタイミングを予め把握するための方法を開示している。具体的には、特許文献１は、測定したフィラメント電流値と、予め設定しておいた上限値または下限値とを比較し、測定値が上限値または下限値に達した際に、フィラメント交換通知を出すことを開示している。
しかしながら、特許文献１に記載されたような装置では、フィラメントが劣化していないにも関わらず、フィラメント交換通知が出てしまう可能性があった。
本発明は、フィラメントの交換の時期をより高い精度で判断するために有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の第１の側面は、電子発生装置に係り、前記電子発生装置は、フィラメントと、前記フィラメントから電子が放出されるように前記フィラメントに電力を供給する電源と、前記電源から前記フィラメントに供給される電力に相関を有する値を繰り返し検出し、検出された複数の値を用いて、前記フィラメントの状態が報知条件を満たすかどうかを判断し、前記状態が前記報知条件を満たす場合に報知を行う制御部と、を備える。
本発明の第２の側面は、電子発生装置に係り、前記電子発生装置は、フィラメントと、前記フィラメントから電子が放出されるように前記フィラメントに電力を供給する電源と、前記電源から前記フィラメントに供給される電力に相関を有する値に基づいて、前記フィラメントの交換を促す報知を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記電源がオンされてから所定時間が経過するまでは前記報知を行わない。
本発明によれば、フィラメントの交換の時期をより高い精度で判断するために有利な技術が提供される。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図１には、本発明の一実施形態の電子発生装置１００の構成が示されている。図１の例では、電子発生装置１００は、電離真空計として構成されているが、本発明の電子発生装置は、他の装置、例えば、発生した電子によって物体を加熱する加熱装置、または、電子線を発生して物体に照射する電子線照射装置等に適用されてもよい。
電子発生装置１００は、センサ１０と、センサ１０を制御するコントローラ２０とを備えうる。センサ１０は、真空チャンバ１の内部空間に連通する内部空間を有する容器１２と、フィラメント１６と、コイル状のグリッド１８と、グリッド１８の中心線上に配置されたイオンコレクタ１９とを含みうる。フィラメント１６、グリッド１８およびイオンコレクタ１９は、容器１２の内部空間に配置される。フィラメント１６は、例えば、イリジウムの表面に酸化イットリウム膜をコーティングして形成されうるものであり、このようなフィラメント（以下、第１タイプのフィラメントという）に関しては、使用に伴う酸化イットリウム膜の劣化に応じて該フィラメントに流すべき電流の値が増加しうる。あるいは、フィラメント１６は、タングステンで形成されうるものであり、このようなフィラメント（以下、第２タイプのフィラメントという）に関しては、使用に伴うタングステンの蒸発によるフィラメント径の縮小に応じて該フィラメントに流すべき電流の値が減少しうる。
コントローラ２０は、フィラメント加熱電源２２、フィラメントバイアス電源２８、グリッド加熱電源２４、グリッドバイアス電源２６、イオン電流検出部３０、エミッション電流検出部３４、フィラメント電流検出部３６、圧力演算部３２、加熱電源制御部３８および報知制御部（制御部）４０を含みうる。
フィラメント加熱電源２２は、フィラメント１６から電子が放出されるように、フィラメント１６を加熱するための電力をフィラメント１６に供給する。フィラメントバイアス電源２８は、フィラメント１６を所定の電位に維持するための電位をフィラメントの一端子に供給する。グリッド加熱電源２４は、グリッド１８を加熱するための電力をグリッド１８に供給する。グリッドバイアス電源２６は、グリッド１８を所定の電位に維持するための電位をグリッド１８に供給する。イオン電流検出部３０は、イオンコレクタ１９に流入するイオン電流の値であるイオン電流値Ｉｉを検出する。エミッション電流検出部３４は、フィラメント１６とグリッド１８との間に流れるエミッション電流の値であるエミッション電流値Ｉｅを検出する。
フィラメント電流検出部３６は、フィラメント１６を流れるフィラメント電流の値であるフィラメント電流値Ｉｆを検出する。ここで、フィラメント電流検出部３６によって検出されるフィラメント電流値Ｉｆは、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値であり、フィラメント電流検出部３６によって繰り返し検出される。該値は、電流値そのものでもよいし、電流値に対して所定の関係（例えば、比例関係）を有する値であってもよい。また、該値は、例えば、フィラメント１６の２つの端子の間に供給される電圧、または、その電圧に対して所定の関係（例えば比例関係）を有する値であってもよい。また、該値は、例えば、フィラメント１６の２つの端子の間に供給される電力、または、その電力に対して所定の関係（例えば比例関係）を有する値であってもよい。更に、該値は、例えば、フィラメント１６の抵抗値、または、その抵抗値に対して所定の関係（例えば比例関係）を有する値であってもよい。
圧力演算部３２は、イオン電流検出部３０から供給されるイオン電流値Ｉｉおよびエミッション電流検出部３４から供給されるエミッション電流値Ｉｅに基づいて演算を行って圧力を求める。加熱電源制御部３８は、エミッション電流検出部３４から供給されるエミッション電流値Ｉｅに基づいてフィラメント電流値Ｉｆが制御されるように、フィラメント加熱電源２２が発生する電圧を制御する。報知制御部（制御部）４０は、フィラメント電流検出部３６によって検出された複数のフィラメント電流値Ｉｆを用いて、フィラメント１６の状態が報知条件を満たすかどうかを判断し、該状態が該報知条件を満たす場合に、フィラメント１６の交換を促すための報知を行う。
圧力演算部３２、加熱電源制御部３８および報知制御部（制御部）６２は、１又は複数のプロセッサによって構成されうる。該プロセッサは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。
以下、電子発生装置１００の動作を説明する。まず、加熱電源制御部３８は、電子発生装置１００の起動に応じてフィラメント加熱電源２２をオンさせる。フィラメント加熱電源２２をオンさせる動作は、フィラメント加熱電源２２に対して指令値を与えることを含みうる。加熱電源制御部３８は、フィラメント加熱電源２２をオンさせる初期段階では、エミッション電流値Ｉｅが基準電流値Ｉｅｒに速やかに到達するように、フィラメント加熱電源２２に与える指令値を発生させうる。これによって、エミッション電流値Ｉｅが基準電流値Ｉｅｒに到達するまでに要する時間を短縮することができる。
その後、加熱電源制御部３８は、基準電流値Ｉｅｒとエミッション電流検出部３４によって検出されたエミッション電流値Ｉｅとの差分（偏差）に応じた指令値をフィラメント加熱電源２２に与えることによってエミッション電流値Ｉｅが基準電流値Ｉｅｒに一致するように、フィラメント加熱電源２２をフィードバック制御する。
エミッション電流検出部３４によって検出されるエミッション電流値Ｉｅとイオン電流検出部３０によって検出されるイオン電流値Ｉｉは、圧力演算部３２に供給される。圧力演算部３２は、（１）式に従って圧力を計算しうる。ここで、Ｓは定数であり、感度に相当する。
Ｐ＝（１／Ｓ）・（Ｉｉ／Ｉｅ） ・・・（１）
圧力演算部３２は、計算した圧力Ｐを不図示の圧力表示部および／またはメインコントローラに送信しうる。
圧力演算部３２は、計算した圧力Ｐを不図示の圧力表示部および／またはメインコントローラに送信しうる。
図２（ａ）には、フィラメント１６として第１タイプのフィラメントが使用される場合において、フィラメント加熱電源２２をオンさせた直後においてフィラメント電流検出部３６によって検出されるフィラメント電流値Ｉｆの変化が例示的に示されている。図２（ａ）において、「許容範囲」は、フィラメント１６に流すことができるフィラメント電流値Ｉｆの許容範囲であり、「上限値」は、該許容範囲における上限値を示している。
電子発生装置１００の使用中にフィラメント電流値Ｉｆが上限値を上回った場合、報知制御部４０は、フィラメント１６の交換を促すための報知を行うべきである。しかしながら、前述のように、フィラメント加熱電源２２をオンさせる初期段階においてエミッション電流値Ｉｅが基準電流値Ｉｅｒに速やかに到達するようにフィラメント加熱電源２２に与える指令値を発生させた場合、あるいは、ノイズが入った場合において、フィラメント電流値Ｉｆが上限値を上回る可能性がある。このような場合において、報知制御部４０が報知を行うと、まだフィラメント１６が寿命を迎えていないにも拘らず、フィラメント１６の交換を促すための報知がなされることになる。
図２（ｂ）には、フィラメント１６として第２タイプのフィラメントが使用される場合において、フィラメント加熱電源２２をオンさせた直後においてフィラメント電流検出部３６によって検出されるフィラメント電流値Ｉｆの変化が例示的に示されている。図２（ｂ）において、「許容範囲」は、フィラメント１６に流すことができるフィラメント電流値Ｉｆの許容範囲であり、「下限値」は、該許容範囲における下限値を示している。
電子発生装置１００の使用中にフィラメント電流値Ｉｆが下限値を下回った場合、報知制御部４０は、フィラメント１６の交換を促すための報知を行うべきである。しかしながら、前述のように、フィラメント加熱電源２２をオンさせる初期段階においてエミッション電流値Ｉｅが基準電流値Ｉｅｒに速やかに到達するようにフィラメント加熱電源２２に与える指令値を発生させた場合、あるいは、ノイズが入った場合において、フィラメント電流検出部３６によって検出されるフィラメント電流値Ｉｆが下限値を下回る可能性がある。このような場合において、報知制御部４０が報知を行うと、まだフィラメント１６が寿命を迎えていないにも拘らず、フィラメント１６の交換を促すための報知がなされることになる。
本発明の第１実施形態では、報知制御部４０は、フィラメント電流検出部３６を使って、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値（この例では、フィラメント電流値Ｉｆ）を繰り返し検出する。そして、報知制御部４０は、フィラメント電流検出部３６を使って検出された複数の値を用いて、フィラメント１６の状態が報知条件を満たすかどうかを判断し、該状態が該報知条件を満たす場合に報知を行う。
ここで、フィラメント電流検出部３６に代えて、フィラメント１６に供給される電圧（フィラメント１６の２つの端子の間に供給される電圧）を検出する検出部が採用されてもよい。その場合、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値は、該検出部によって検出される電圧でありうる。あるいは、フィラメント電流検出部３６に代えて、フィラメント１６に供給される電力を検出する検出部が採用されてもよく、その場合にフィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値は、該検出部によって検出される電力でありうる。あるいは、フィラメント電流検出部３６に代えて、フィラメント１６の抵抗値を検出する検出部が採用されてもよく、その場合、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値は、該検出部によって検出される抵抗値でありうる。該抵抗値は、フィラメント１６供給される電圧および電流を計測することによって検出することができる。あるいは、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値は、加熱電源制御部３８がフィラメント加熱電源２２に供給する指令値であってもよい。また、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値は、ここで例示しない値であってもよい。
一例において、報知制御部４０は、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する複数の値を演算して得られる演算値が許容範囲から外れる場合に報知条件を満たすと判断することができる。該演算値は、該複数の値からなる集合の中間的な値、例えば、該複数の値の平均値でありうる。平均値は、例えば、算術平均値でありうるが、他の平均値であってもよい。あるいは、該演算値は、該複数の値によって形成される波形の形状を示す評価値または特徴量であってもよい。
フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する複数の値のうち最初の値の検出から該複数の値のうち最後の値の検出までに要する時間は、フィラメント加熱電源がオンされた後にフィラメント１６に供給される電力が最初に極値（オーバーシュートしたときの値）に到達するまでの時間より長いように設定されうる。該複数の値のうち最初の値の検出から該複数の値のうち最後の値の検出までに要する時間は、例えば、３秒、４秒、５秒、１０秒、２０秒または３０秒でありうる。
図３（ａ）は、フィラメント１６として第１タイプのフィラメントが使用される場合において、演算値と、該演算値に基づいてなされるフィラメント１６の交換を促すための報知とが模式的に示されている。報知制御部４０は、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する複数の値を演算して得られる演算値（例えば、平均値）が許容範囲の上限値を上回った場合に、フィラメント１６の交換を促すための報知を行いうる。
図３（ｂ）は、フィラメント１６として第２タイプのフィラメントが使用される場合において、演算値と、該演算値に基づいてなされるフィラメント１６の交換を促すための報知とが模式的に示されている。報知制御部４０は、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する複数の値を演算して得られる演算値（例えば、平均値）が許容範囲の下限値を下回った場合に、フィラメント１６の交換を促すための報知を行いうる。
以下、図４を参照しながら本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、報知制御部４０は、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値に基づいて、フィラメント１６の交換を促すための報知を行う。ここで、報知制御部４０は、フィラメント加熱電源２２がオンされてから所定時間が経過するまでは、フィラメント１６の交換を促す報知を行わない。これは、例えば、フィラメント加熱電源２２がオンされてから所定時間が経過するまでの期間を非監視期間とし、該非監視期間においては、報知制御部４０による報知を禁止することにより、または、報知制御部４０を動作させないことにより、実現されうる。報知制御部４０は、該所定期間（非監視期間）の経過後の監視期間において、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値に基づいて、フィラメント１６の交換を促す報知を行いうる。
フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値は、フィラメント加熱電源２２がオンされてから非監視期間が経過するまでの期間の一部において許容範囲から外れうる。しかし、報知制御部４０は、非監視期間においては、報知を行わない。一方、報知制御部４０は、非監視期間の後の監視期間において、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値が許容範囲から外れたことに応じて、フィラメント１６の交換を促す報知を行いうる。非監視期間は、フィラメント加熱電源２２がオンされてから該値が安定するまでに要する期間に応じて任意に定められうる。該値が安定するまでに要する時間は、例えば、単位時間当たりの該値の変化量が所定範囲に収まるまでの期間でありうる。あるいは、非監視期間は、フィラメント加熱電源２２がオンされてからエミッション電流値Ｉｅが基準電流値Ｉｅｒに到達するまでに要する時間に応じて定められうる。
図４（ａ）は、フィラメント１６として第１タイプのフィラメントが使用される場合において、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値（ここでは、フィラメント電流値Ｉｆ）に基づいてなされるフィラメント１６の交換を促すための報知が模式的に示されている。図４（ａ）の例では、報知制御部４０は、監視期間において、フィラメント電流値Ｉｆが許容範囲の上限を上回ったことに応じて、フィラメント１６の交換を促す報知を行う。
図４（ｂ）は、フィラメント１６として第２タイプのフィラメントが使用される場合において、フィラメント加熱電源２２からフィラメント１６に供給される電力に相関を有する値（ここでは、フィラメント電流値Ｉｆ）に基づいてなされるフィラメント１６の交換を促すための報知が模式的に示されている。図４（ｂ）の例では、報知制御部４０は、監視期間において、フィラメント電流値Ｉｆが許容範囲の下限を下回ったことに応じて、フィラメント１６の交換を促す報知を行う。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
１：真空チャンバ、１０：センサ、１２：容器、１６：フィラメント、１８：グリッド、１９：イオンコレクタ、２０：コントローラ、２２：フィラメント加熱電源、２４：グリッド加熱電源、２６：グリッドバイアス電源、２８：フィラメントバイアス電源、３０：イオン電流検出部、３４：エミッション電流検出部、３６：フィラメント電流検出部、１００：電子発生装置
Claims (12)
- フィラメントと、
前記フィラメントから電子が放出されるように前記フィラメントに電力を供給する電源と、
前記電源から前記フィラメントに供給される電力に相関を有する値を繰り返し検出し、検出された複数の値を用いて、前記フィラメントの状態が報知条件を満たすかどうかを判断し、前記状態が前記報知条件を満たす場合に報知を行う制御部と、
を備えることを特徴とする電子発生装置。 - 前記複数の値を演算して得られる演算値が許容範囲から外れる場合に前記報知条件を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子発生装置。 - 前記複数の値を演算して得られる演算値が上限値を上回る場合に前記報知条件を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子発生装置。 - 前記複数の値を演算して得られる演算値が下限値を下回る場合に前記報知条件を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子発生装置。 - 前記演算値は、前記複数の値からなる集合の中間的な値である、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電子発生装置。 - 前記集合の中間的な値は、前記複数の値の平均値である、
ことを特徴とする請求項５に記載の電子発生装置。 - 前記複数の値のうちの最初の値の検出から前記複数の値のうちの最後の値の検出までに要する時間が、前記電源がオンされた後に前記フィラメントに供給される電力が最初に極値に到達するまでの時間より長い、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子発生装置。 - 前記複数の値のうち最初の値の検出から前記複数の値の最後のうち値の検出までに要する時間が３秒より長い、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子発生装置。 - フィラメントと、
前記フィラメントから電子が放出されるように前記フィラメントに電力を供給する電源と、
前記電源から前記フィラメントに供給される電力に相関を有する値に基づいて、前記フィラメントの交換を促す報知を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電源がオンされてから所定時間が経過するまでは前記報知を行わない、
ことを特徴とする電子発生装置。 - 前記値は、前記電源がオンされてから前記所定時間が経過するまでの期間の一部において許容範囲から外れ、
前記制御部は、前記期間の後、前記値が前記許容範囲から外れたことに応じて前記報知を行う、
ことを特徴とする請求項９に記載の電子発生装置。 - 前記所定時間は、前記電源がオンされてから前記値が安定するまでに要する時間に応じて定められている、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の電子発生装置。 - 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電子発生装置を備えることを特徴とする電離真空計。
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