JPH03293533A - Vacuum gauge - Google Patents

Vacuum gauge

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JPH03293533A
JPH03293533A JP9501590A JP9501590A JPH03293533A JP H03293533 A JPH03293533 A JP H03293533A JP 9501590 A JP9501590 A JP 9501590A JP 9501590 A JP9501590 A JP 9501590A JP H03293533 A JPH03293533 A JP H03293533A
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cathode
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polypolar
vacuum gauge
anode
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Tatsuo Asamaki
麻蒔 立男
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Abstract

PURPOSE:To achieve longer life with a shortened cathode sputtering by forming a cathode from a number of fine cold cathodes to stabilize discharge of the cold cathodes with the lowering of an applied voltage. CONSTITUTION:A cold cathode mechanism 50 is consisted of a polypolar elec tron releasing mechanism formed on a disc-shaped substrate 55, an emitter power source 542 and a acceleration power source 572. The substrate 55 has a polypolar electron releasing mechanism 58 formed outside along a circle and a polypolar electron releasing mechanism 59 inside, which are arranged concentrically. A diameter of the substrate 55 is almost equal to an inner diame ter of an anode electrode 31 and the polypolar electron releasing mechanism is arranged along a circle to match the shape of a cylinder of the anode elec trode 31. The polypolar electron releasing mechanism contains a number of fine cold cathodes formed by a microscopic pattern processing art. A number of emitters contained in the mechanism 58 are arranged along an electron releas ing surface 581 forming a cyndrical plane and a number of emitters contained in the mechanism 59 are arranged along an electron releasing surface 591 forming a cylindrical plane.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、気体の電離現象を利用した真空計に関し、
特に、電場と磁場が交差した空間で回転電子電流を生じ
させ、これによって気体の電離を増加させる形式(以下
、交差電磁界形という。)の真空形に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a vacuum gauge that utilizes the ionization phenomenon of gas.
In particular, it relates to a vacuum type in which a rotating electron current is generated in a space where an electric field and a magnetic field intersect, thereby increasing the ionization of gas (hereinafter referred to as the crossed electromagnetic field type).

[従来の技術] 気体の電離現象を利用した真空計には、熱陰極をもった
真空計と、もたない真空計とがある。熱陰極をもった真
空計は信頼度が高いためによく用いられているが、熱陰
極により真空系を乱すという欠点がある。これに対して
、熱陰極をもたない真空計は、真空系を乱さないという
点で優れている。この種の真空計には多くの種類がある
が、中でもペニング真空計やマグネトロン真空計に代表
される交差電磁異形真空計が最も多く用いられている。
[Prior Art] Vacuum gauges that utilize the ionization phenomenon of gas include those that have a hot cathode and those that do not. Vacuum gauges with a hot cathode are often used because of their high reliability, but they have the disadvantage that the hot cathode disturbs the vacuum system. In contrast, a vacuum gauge without a hot cathode is superior in that it does not disturb the vacuum system. There are many types of vacuum gauges of this type, but crossed electromagnetic variant vacuum gauges, such as Penning vacuum gauges and magnetron vacuum gauges, are the most commonly used.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、交差電磁異形真空計は、高電圧を用いる
必要があること、信頼度が低いことなどの欠点があった
。信頼度の問題は、本願出願人の出願による特願平1−
39270号の真空計によってほとんど解決された。し
かし、高電圧を使用する点はそのままであり、その結果
、冷陰極放電が不安定になったり、正イオンによる陰極
スパッタリングによって陰極寿命が短くなったりするな
どの問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the crossed electromagnetic variant vacuum gauge has drawbacks such as the need to use high voltage and low reliability. The issue of reliability is related to the patent application filed by the applicant.
Most of the problems were solved by the vacuum gauge No. 39270. However, high voltage is still used, resulting in problems such as unstable cold cathode discharge and short cathode life due to cathode sputtering caused by positive ions.

[目的] この発明の目的は、上述の欠点を解消して、(1)印加
電圧を低くでき、あるいは、同じ印加電圧ならば高い感
度の得られる真空計、(2)冷陰極放電の安定した真空
計、 (3)陰極スパッタリングの少ない長寿命の真空計、 (4)高電圧を用いないことによる安全かつ信頼度の高
い真空計、 を提供することにある。
[Purpose] The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, and to provide (1) a vacuum gauge that can lower the applied voltage or provide high sensitivity with the same applied voltage; (2) provide stable cold cathode discharge. (3) A long-life vacuum gauge with less cathode sputtering; (4) A vacuum gauge that is safe and highly reliable because it does not use high voltage.

[課題を解決するための手段] この発明は、微細加工による冷陰極エミッタ(例えば、
NIKKEI MiCRODEVICES L989年
 11月号149頁 参照)を交差電磁異形真空計の冷
陰極に適用することによって、上述の目的を達成するこ
とができた。すなわち、この発明の真空計は、交差電磁
界形の真空計において、陰極を、基板上に形成された多
数の微小冷陰極によって構成したことを特徴としている
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a microfabricated cold cathode emitter (for example,
The above objective could be achieved by applying NIKKEI MiCRODEVICES L989 November issue, page 149) to the cold cathode of a crossed electromagnetic variant vacuum gauge. That is, the vacuum gauge of the present invention is a crossed electromagnetic field type vacuum gauge, and is characterized in that the cathode is composed of a large number of minute cold cathodes formed on a substrate.

微小冷陰極とは、IC製造工程などで使われる微細パタ
ーン加工技術を利用して作られる冷陰極を指す。したが
って、一つの基板上に多数の微小冷陰極を形成すること
ができる。
A microcold cathode is a cold cathode made using micropattern processing technology used in IC manufacturing processes. Therefore, a large number of minute cold cathodes can be formed on one substrate.

多数の微小冷陰極は、基板上に円形に沿って配置するこ
とができる。この場合、複数の同心円に沿って配置する
ことができる。
A large number of minute cold cathodes can be arranged along a circle on the substrate. In this case, they can be arranged along a plurality of concentric circles.

この発明においては、上述の特願平1−39270号の
真空計で採用した回転電子電流測定手段を設けることが
できる。
In this invention, the rotating electron current measuring means employed in the vacuum gauge of Japanese Patent Application No. 1-39270 mentioned above can be provided.

[作用] 微小冷陰極は先端が鋭く尖っていて、ここから電界放射
によって電子が飛び出す。微小冷陰極は、例えば10μ
mピッチで数十個あるいは数万個のオーダーで配置でき
るので、ひとつの微小冷陰極によるエミッタ重置が小さ
くても、多数の微小冷陰極による合計のエミッタ電流を
大きくとることができ、安定した放電が可能となる。微
小冷陰極と陽極との間に印加する電圧は、従来の交差電
磁異形真空計と比較して小さくて済む。
[Operation] The microcold cathode has a sharp tip, from which electrons are ejected by electric field radiation. The microcold cathode is, for example, 10μ
Since they can be arranged in the order of tens or tens of thousands with a pitch of m, even if the emitter overlap of one cold cathode is small, the total emitter current due to the large number of cold cathodes can be large, resulting in a stable Discharge becomes possible. The voltage applied between the minute cold cathode and the anode can be lower than that of conventional crossed electromagnetic variant vacuum gauges.

この真空計の動作例は次の通りである。それぞれの微小
冷陰極の先端から飛び出した電子は、この微小冷陰極の
近傍に形成された加速電極で加速され、その後、陽極に
向かう。陽極の近傍には電場と交差する磁場が形成され
ているので、電子は磁場の影響を受けて回転運動をする
。この回転電子が真空計内の気体分子に衝突すると気体
分子が電離し、そのとき発生した正イオンはイオンコレ
クタに集まる。このイオンコレクタ電流を測定すること
によって真空計内の圧力を求めることができる。あるい
は、イオンコレクタを省略して陽極電流を測定してもよ
い。
An example of the operation of this vacuum gauge is as follows. Electrons ejected from the tip of each cold minute cathode are accelerated by an accelerating electrode formed near the cold minute cathode, and then head toward the anode. A magnetic field that intersects with the electric field is formed near the anode, so the electrons undergo rotational motion under the influence of the magnetic field. When these rotating electrons collide with gas molecules inside the vacuum gauge, the gas molecules are ionized, and the positive ions generated at that time collect in the ion collector. By measuring this ion collector current, the pressure inside the vacuum gauge can be determined. Alternatively, the ion collector may be omitted and the anode current may be measured.

[実施例コ 次に、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。[Example code] Next, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図は、この発明の一実施例の縦断面図である。この
真空計は、主として、真空容器10と、この真空容器1
0の外側に設けた磁場設定手段20と、陽極機構30と
、イオンコレクタ機構40と、冷陰極機構50とからな
り、これらにより交差電磁界形の冷陰極電離真空計を構
成している。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the present invention. This vacuum gauge mainly includes a vacuum container 10 and this vacuum container 1.
0, an anode mechanism 30, an ion collector mechanism 40, and a cold cathode mechanism 50, which constitute a crossed electromagnetic field type cold cathode ionization vacuum gauge.

真空容器10は、円筒状の放電管11と、被測定真空室
に取り付けるための接続管12と、各種の電気接続端子
を貫通固定するためのステム部13とからなり、これら
が一体に形成されている。
The vacuum vessel 10 consists of a cylindrical discharge tube 11, a connecting tube 12 for attaching to the vacuum chamber to be measured, and a stem portion 13 for penetrating and fixing various electrical connection terminals, and these are integrally formed. ing.

磁場設定手段20は、二つの円環状の永久磁石21とそ
の間のヨーク23とからなる。永久磁石21の作る磁場
22は、陽極電極31の内部では、陽極電極31の中心
線34に沿うようになっている。ヨーク23には環状の
凹所が形成されていて、この凹所にセンサコイル70が
収容されている。
The magnetic field setting means 20 consists of two annular permanent magnets 21 and a yoke 23 between them. The magnetic field 22 created by the permanent magnet 21 is arranged along the center line 34 of the anode electrode 31 inside the anode electrode 31 . An annular recess is formed in the yoke 23, and the sensor coil 70 is accommodated in this recess.

このセンサコイル70は、後述する回転電子電流を測定
するためのもので、2000ターン巻かれている。
This sensor coil 70 is for measuring a rotating electron current, which will be described later, and is wound with 2000 turns.

磁場設定手段は、第2図に示すように複数の永久磁石2
11〜214を、同じ磁極が互いに向かい合うように配
置して、空間的な交番磁場221を形成するようにして
もよい。永久磁石211〜214の間にはヨーク231
〜233を配置する。
The magnetic field setting means includes a plurality of permanent magnets 2 as shown in FIG.
11 to 214 may be arranged such that the same magnetic poles face each other to form a spatially alternating magnetic field 221. A yoke 231 is located between the permanent magnets 211 to 214.
~233 is placed.

第1図に戻って、陽極機構30は、円筒状の陽極電極3
1と、リード32と、陽極電源33とからなる。この実
施例では、陽極電極31の直径は26mm、長さは30
mmである。陽極電源33は、陽極電極31をイオンコ
レクタや冷陰極に対して所定の電圧に保つためのもので
、図示の例では直流電源を用いている。陽極電極31へ
の印加電圧は例えば200〜300vである。なお、上
述のセンサコイル70を使用して回転電子電流を測定す
るような圧力測定法を選択する場合は、陽極電源33と
して、直流電源と交流電源とを直列に接続したものを用
いる。
Returning to FIG. 1, the anode mechanism 30 includes a cylindrical anode electrode 3
1, a lead 32, and an anode power source 33. In this embodiment, the anode electrode 31 has a diameter of 26 mm and a length of 30 mm.
It is mm. The anode power supply 33 is for maintaining the anode electrode 31 at a predetermined voltage with respect to the ion collector and the cold cathode, and in the illustrated example, a DC power supply is used. The voltage applied to the anode electrode 31 is, for example, 200 to 300V. Note that when selecting a pressure measurement method in which the rotating electron current is measured using the above-described sensor coil 70, a DC power source and an AC power source connected in series are used as the anode power source 33.

イオンコレクタ機構40は、円板状のイオンコレクタ電
極41と、リード42と、イオンコレクタ電流を測定す
る電流計43とからなる。イオンコレクタ電極41は接
地されている。
The ion collector mechanism 40 includes a disk-shaped ion collector electrode 41, a lead 42, and an ammeter 43 that measures the ion collector current. Ion collector electrode 41 is grounded.

冷陰極機構50は、円板状の基板55の上に形成された
多極電子放出機構と、エミッタ電源542と、加速電源
572とからなる。多極電子放出機構のエミッタとエミ
ッタ電源542とはリード543で接続され、多極電子
放出機構の加速電極と加速電源572とはリード線57
3およびリード574で接続されている。
The cold cathode mechanism 50 includes a multipolar electron emission mechanism formed on a disk-shaped substrate 55, an emitter power source 542, and an acceleration power source 572. The emitter of the multipolar electron emission mechanism and the emitter power supply 542 are connected by a lead 543, and the acceleration electrode of the multipolar electron emission mechanism and the acceleration power supply 572 are connected by a lead wire 57.
3 and a lead 574.

第3図は基板55の平面図であり、円形に沿って形成さ
れた外側の多極電子放出機構58と、内側の多極電子放
出機構59とがあり、これらが同心状に配置されている
。基板55の直径は陽極電極31の内径にほぼ等しくな
っており、陽極電極31が円筒形状になっているのに合
わせて多極電子放出機構も円形に沿って配置されている
。多極電子放出機構には、微細パターン加工技術によっ
て形成された多数の微小冷陰極(以下、エミッタという
)が含まれている。外側の多極電子放出機構58に含ま
れる多数のエミッタは、円筒面をなす電子放出面581
に沿って配置されており、内側の多極電子放出機構59
に含まれる多数のエミッタは、円筒面をなす電子放出面
591に沿って配置されている。
FIG. 3 is a plan view of the substrate 55, which includes an outer multipolar electron emission mechanism 58 formed along a circular shape and an inner multipolar electron emission mechanism 59, which are arranged concentrically. . The diameter of the substrate 55 is approximately equal to the inner diameter of the anode electrode 31, and since the anode electrode 31 has a cylindrical shape, the multipolar electron emission mechanism is also arranged along a circle. The multipolar electron emission mechanism includes a large number of minute cold cathodes (hereinafter referred to as emitters) formed by a fine pattern processing technique. A large number of emitters included in the outer multipolar electron emission mechanism 58 have an electron emission surface 581 having a cylindrical surface.
The inner multipolar electron emission mechanism 59
A large number of emitters are arranged along an electron emitting surface 591 having a cylindrical surface.

第4図は第3図のTV−mV線で切断した拡大垂直断面
図であり、第5図は第4図のV−v線で切断した平面断
面図である。第4図と第5図において、基板55上には
、先端の尖ったエミッタ54が円形に沿って多数形成さ
れ、エミッタ54の上面にはシールド電極53が形成さ
れる。シールド電極53からは、ひさし531が突き出
している。このシールド電極53は、正イオンがエミッ
タ54に突入するのを防いでいる。したがって、エミッ
タ54がスパッタリングされることがなく、エミッタ5
4の寿命が長い。また、基板55上には、環状の加速電
極ベース575が形成され、その上に円柱状の加速電極
57が立っている。エミッタ54、シールド電極53、
加速電極ベース575、加速電極57は、いずれも導電
性材料で形成されている。加速電極ベース575は絶縁
体56を介して基板55上に形成されており、基板55
からは絶縁されている。加速電極ベース575の端部は
パッド部576になっており、このパッド部576に、
金線からなるリード線571がボンディングされている
。このリード線571は第1図のリード線573とリー
ド574を介して加速電源572に接続されている。
4 is an enlarged vertical sectional view taken along the line TV-mV in FIG. 3, and FIG. 5 is a plan sectional view taken along the line V-v in FIG. 4. In FIGS. 4 and 5, a large number of emitters 54 with sharp tips are formed in a circular shape on a substrate 55, and a shield electrode 53 is formed on the upper surface of the emitters 54. A canopy 531 protrudes from the shield electrode 53. This shield electrode 53 prevents positive ions from entering the emitter 54. Therefore, the emitter 54 is not sputtered and the emitter 54 is not sputtered.
4 has a long lifespan. Further, an annular accelerating electrode base 575 is formed on the substrate 55, and a cylindrical accelerating electrode 57 stands on top of the annular accelerating electrode base 575. emitter 54, shield electrode 53,
Both the accelerating electrode base 575 and the accelerating electrode 57 are made of a conductive material. The accelerating electrode base 575 is formed on the substrate 55 with an insulator 56 in between.
It is insulated from The end of the accelerating electrode base 575 is a pad portion 576, and this pad portion 576 has a
A lead wire 571 made of gold wire is bonded. This lead wire 571 is connected to an acceleration power source 572 via a lead wire 573 and a lead 574 shown in FIG.

エミッタ54の先端から電界放射によって放出された電
子は、加速電極57によって加速されてから第1図の陽
極電極31に向かって飛んで行く。
Electrons emitted from the tip of the emitter 54 by field emission are accelerated by the accelerating electrode 57 and then fly toward the anode electrode 31 in FIG.

すなわち、第4図および第5図において電子はまず矢印
541の方向に放出される。加速電極57の間を通り抜
けた電子は、陽極電極31の作る電場に引っ張られて第
4図の上方に向かうと共に、第1図の磁場22の影響を
受けて、らせん形状を描きながら飛んで行く。
That is, in FIGS. 4 and 5, electrons are first emitted in the direction of arrow 541. The electrons that have passed between the accelerating electrodes 57 are pulled by the electric field created by the anode electrode 31 and head upward in FIG. 4, and are influenced by the magnetic field 22 in FIG. 1 and fly in a spiral shape. .

この実施例のように多極電子放出機構を配置すると、電
子は、電子放出面581から第4図の矢印52の方向、
すなわち基板55の中心方向に放出される。
When a multipolar electron emission mechanism is arranged as in this embodiment, electrons are emitted from the electron emission surface 581 in the direction of the arrow 52 in FIG.
That is, it is emitted toward the center of the substrate 55.

エミッタ54はモリブデンやタングステンなどの高融点
金属材料で作るのが望ましいが、仕事関数の小さい(す
なわち、電界による冷陰極電子放射の能力が高い)材料
なら何でもよい。また、エミッタ表面に酸化物被膜を設
けるなどして仕事関数を小さくするのも好ましい。
The emitter 54 is preferably made of a high melting point metal material such as molybdenum or tungsten, but any material with a small work function (that is, a high ability to emit cold cathode electrons by an electric field) may be used. It is also preferable to reduce the work function by providing an oxide film on the emitter surface.

基板55の直径は10〜25mmである。電子放出面5
81.591の直径は特に制限はなく、また多極電子放
出機構58.59を2重に限らず、3重以上の同心状に
配置してもよい。エミッタ54は基板全体で数万個のオ
ーダーで配置することができ、隣り合うエミツタ54同
士の間隔は10μm程度である。エミッタ先端部の曲率
半径はできるだけ小さくするのが好ましく、実施例では
0.1μm以下とした。隣り合う加速電極57同士の間
隔もエミッタ間隔と同様に10μm程度であり、円柱状
の加速電極57の直径は1μm1高さは2〜3μmであ
る。エミッタ54の先端から電子放出面581までの距
離は15μmである。
The diameter of the substrate 55 is 10 to 25 mm. Electron emission surface 5
The diameter of 81.591 is not particularly limited, and the multipolar electron emission mechanisms 58.59 are not limited to two layers, but may be arranged concentrically in three or more layers. Emitters 54 can be arranged in the order of tens of thousands on the entire substrate, and the spacing between adjacent emitters 54 is about 10 μm. It is preferable to make the radius of curvature of the emitter tip as small as possible, and in the example, it was set to 0.1 μm or less. The spacing between adjacent accelerating electrodes 57 is also about 10 μm, similar to the emitter spacing, and the cylindrical accelerating electrode 57 has a diameter of 1 μm and a height of 2 to 3 μm. The distance from the tip of the emitter 54 to the electron emission surface 581 is 15 μm.

このような微小形状のエミッタや加速電極を形成するに
は、IC製造工程で使われる微細パターン加工技術を利
用する。すなわち、成膜工程、フォトレジストの露光・
現像によるバターニング工程、エツチング工程などを組
み合わせて、第4図および第5図に示すような多極電子
放出機構を形成する。この微細パターン加工技術を利用
すれば多数の微小冷陰極を安定量産できる。
To form such micro-shaped emitters and accelerating electrodes, micropattern processing technology used in the IC manufacturing process is used. In other words, the film formation process, photoresist exposure and
A multipolar electron emission mechanism as shown in FIGS. 4 and 5 is formed by combining a patterning process using development, an etching process, and the like. By using this fine pattern processing technology, it is possible to stably mass-produce a large number of minute cold cathodes.

次に、この真空計の動作を説明する。Next, the operation of this vacuum gauge will be explained.

この真空計は10−’Torr以下の圧力測定に適して
いるので、その圧力になったら、各電源を動作させる。
This vacuum gauge is suitable for measuring pressures below 10-'Torr, so when that pressure is reached, each power source is activated.

例えば、第1図の陽極電極31に300Vを印加し、第
4図のエミッタ54に10Vを、加速電極57に50V
を印加する。陽極電極31の中心における磁場の強さは
300ガウスとする。エミッタ54から放出された電子
は、矢印541のような軌跡を描き、陽極電極31の内
部で、通常の交差電磁異形真空計と同様な放電を生じさ
せる。気体の電離によって生じた正イオンは、電位の最
も低いイオンコレクタ電極41に捕捉される。このとき
のイオンコレクタ電流を電流計43で測定することによ
って圧力を求めることができる。例えば、圧力がI X
 10−6Torrのときに5X10−’Aのイオンコ
レクタ電流を得ることができた。この真空計は、電界放
射を利用した多極の電子放出機構を用いているので、電
子放射が安定しており、安定な放電が得られた。また、
低電圧動作(通常200〜:300V)なので安全であ
り、シールド電極53のスパッタリングも少なく (エ
ミッタ54のスパッタリングはほとんどない)、長寿命
の運転ができた。
For example, 300V is applied to the anode electrode 31 in FIG. 1, 10V is applied to the emitter 54 in FIG. 4, and 50V is applied to the accelerating electrode 57.
Apply. The strength of the magnetic field at the center of the anode electrode 31 is assumed to be 300 Gauss. The electrons emitted from the emitter 54 trace a trajectory as indicated by an arrow 541, and generate a discharge inside the anode electrode 31 similar to a normal crossed electromagnetic variant vacuum gauge. Positive ions generated by gas ionization are captured by the ion collector electrode 41, which has the lowest potential. The pressure can be determined by measuring the ion collector current at this time with the ammeter 43. For example, if the pressure is I
At 10-6 Torr, an ion collector current of 5×10-'A could be obtained. Since this vacuum gauge uses a multipolar electron emission mechanism that utilizes field radiation, the electron emission is stable and stable discharge was obtained. Also,
It is safe because it operates at a low voltage (usually 200 to 300 V), and there is little sputtering on the shield electrode 53 (almost no sputtering on the emitter 54), allowing long-life operation.

以上述べた動作条件はほんの一例である。加速電極57
とエミッタ54の距離をもつと小さくすれば、加速電圧
をさらに低下させることができる。
The operating conditions described above are just examples. Accelerating electrode 57
By reducing the distance between the emitter 54 and the emitter 54, the acceleration voltage can be further reduced.

シールド電極53のひさし531をもっと延ばして加速
電極57を覆うようにすれば、陽極電圧はもっと高くて
もよい。陽極電圧を高くしたときは磁場も大きくするの
が望ましい。
If the eaves 531 of the shield electrode 53 are further extended to cover the accelerating electrode 57, the anode voltage may be higher. When increasing the anode voltage, it is desirable to also increase the magnetic field.

次に、第1図に戻って、センサコイル70に関連した構
成を説明する。センサコイル70の二つのリード線は、
バンドパスフィルタ71を通してから互いに接続してル
ープを構成する。このルブに電流計72を挿入する。バ
ンドパスフィルタ71は、センサコイル70の出力電流
のうち、陽極電極31に印加する交流の周波数と異なる
周波数のノイスを除去するためのものである。このセン
サコイル70を利用して回転電子電流を測定するには、
陽極電極31に直流分と交流分とからなる陽極電圧を印
加する。この交流分により回転電子電流は変動し、この
変動によってセンサコイル70に交流電流が誘起される
。この誘起電流が電流計72で検出される。回転電子電
流の変動割合は、回転電子電流の強度に比例するので、
センサコイル70ての誘起電流の大きさを求めることに
よって回転電子電流を求めることができる。ここで、真
空計の感度係数をS、イオンコレクタ電流をIc、回転
電子電流!rとすると、真空計内部の圧力Pは次式で求
めることができる。
Next, returning to FIG. 1, the configuration related to the sensor coil 70 will be described. The two lead wires of the sensor coil 70 are
After passing through a bandpass filter 71, the signals are connected to each other to form a loop. Insert the ammeter 72 into this bulb. The bandpass filter 71 is for removing noise of a frequency different from the frequency of the alternating current applied to the anode electrode 31 from the output current of the sensor coil 70. To measure the rotating electron current using this sensor coil 70,
An anode voltage consisting of a DC component and an AC component is applied to the anode electrode 31 . The rotating electron current fluctuates due to this alternating current, and this fluctuation induces an alternating current in the sensor coil 70. This induced current is detected by an ammeter 72. Since the rate of variation of the rotating electron current is proportional to the intensity of the rotating electron current,
By determining the magnitude of the induced current in the sensor coil 70, the rotating electron current can be determined. Here, the sensitivity coefficient of the vacuum gauge is S, the ion collector current is Ic, and the rotating electron current! When r is the pressure inside the vacuum gauge, the pressure P inside the vacuum gauge can be determined by the following equation.

P−(1/S)  (I c/I  r)第6図は別の
実施例の縦断面図である。この実施例が第1図の実施例
と異なる点は、イオンコレクタが無くて冷陰極機構50
が2組あることと、陽極電極31が円筒状でなくてリン
グ状であることと、磁場設定手段20の形状が異なるこ
と、などである。第1図の実施例に対応する部分には同
一の符号を付けである。
P-(1/S) (I c/I r) FIG. 6 is a longitudinal sectional view of another embodiment. The difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. 1 is that there is no ion collector and the cold cathode mechanism 50 is
There are two sets of anodes, the anode electrode 31 is not cylindrical but ring-shaped, and the magnetic field setting means 20 has a different shape. Components corresponding to the embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.

2組の冷陰極機構50はリング状の陽極電極31を挟ん
で対向するように配置されている。磁場設定手段20は
第7図に示すように、2個の永久磁石21がコの字形の
ヨーク23の両端に固定されていて、N極とS極が向か
い合っている。したがって、第6図において磁場設定手
段20による磁場22は、リング状の陽極電極31の中
心線に沿うように延びており、陽極電極31の中心部で
外側にふくらんでいる(なお、第1図の実施例では磁場
22は陽極電極31の中心部で内側にふくらんでいる)
。この実施例ではイオンコレクタがないので、陽極電極
31を接地電位として電流計35で陽極電流を測定して
、これをもとにして圧力を求めている。冷陰極機構50
のエミッタはエミッタ電源542により負の電位が印加
され、加速電極は加速電源572によりエミッタよりも
高い電位が印加されている。
The two cold cathode mechanisms 50 are arranged to face each other with the ring-shaped anode electrode 31 in between. As shown in FIG. 7, the magnetic field setting means 20 has two permanent magnets 21 fixed to both ends of a U-shaped yoke 23, with N and S poles facing each other. Therefore, in FIG. 6, the magnetic field 22 generated by the magnetic field setting means 20 extends along the center line of the ring-shaped anode electrode 31, and swells outward at the center of the anode electrode 31 (note that in FIG. In the embodiment, the magnetic field 22 bulges inward at the center of the anode electrode 31).
. In this embodiment, since there is no ion collector, the anode current is measured with an ammeter 35 with the anode electrode 31 at ground potential, and the pressure is determined based on this. cold cathode mechanism 50
A negative potential is applied to the emitter by the emitter power supply 542, and a higher potential than the emitter is applied to the acceleration electrode by the acceleration power supply 572.

この実施例では気体の電離によって生じた正イオンはそ
のほとんどが最終的に冷陰極機構50のエミッタに流入
し、一方、電子は陽極電極31に流入することになる。
In this embodiment, most of the positive ions generated by gas ionization eventually flow into the emitter of the cold cathode mechanism 50, while electrons flow into the anode electrode 31.

したがって、陽極電流を測定するということは放電電流
を測定していることになる。
Therefore, measuring the anode current means measuring the discharge current.

この発明は上述の実施例に限定することなく、多くの変
形が可能である。陽極の形状は円筒状の代わりに角筒状
としてもよい。その場合は、第3図の電子放出面581
.591を四角形にしてもよい。電子放出面581.5
91の形状は、任意の形状とすることができ、円形など
の特定の形状の電子放出面を基板上に多数配置してもよ
い。要するに陽極電極に向けて電子放射ができればよい
This invention is not limited to the embodiments described above, but can be modified in many ways. The shape of the anode may be a rectangular tube instead of a cylinder. In that case, the electron emitting surface 581 in FIG.
.. 591 may be a square. Electron emission surface 581.5
The shape of 91 can be any shape, and a large number of electron emitting surfaces having a specific shape such as a circle may be arranged on the substrate. In short, it is sufficient if electrons can be emitted toward the anode electrode.

電子放出面からの電子放出方向は、第4図では矢印52
の方向、すなわち円形基板の中心方向に向いているが、
円形基板の外周に向かって電子放出するようにエミッタ
を配置してもよい。異なる電子放出面に対して電子放出
方向を中心方向と外周方向とに分けてもよい。また、2
組の冷陰極機構がある場合に、一方の冷陰極機構では電
子放出方向を基板の中心に向け、他方の冷陰極機構では
電子放出方向を基板の外周に向けることもできる。
The direction of electron emission from the electron emission surface is indicated by arrow 52 in FIG.
, that is, toward the center of the circular board,
The emitter may be arranged so as to emit electrons toward the outer periphery of the circular substrate. The electron emission direction may be divided into a central direction and an outer peripheral direction for different electron emission surfaces. Also, 2
When there are a set of cold cathode mechanisms, one cold cathode mechanism may have its electron emission direction directed toward the center of the substrate, and the other cold cathode mechanism may have its electron emission direction directed toward the outer periphery of the substrate.

電子放出方向の望ましい態様としては、陽極電極の内部
の磁力線が膨らんでいる方向に電子放出をすることであ
り、こうすれば放電強度が大きくなって望ましい。この
点で、第1図の実施例では電子放出方向52を基板の中
心に向けるのが望ましく、第5図の実施例では電子放出
方向52を基板の外周に向けるのが望ましい。
A desirable aspect of the electron emission direction is to emit electrons in the direction in which the lines of magnetic force inside the anode electrode bulge, which is desirable because the discharge intensity increases. In this regard, in the embodiment of FIG. 1, it is desirable that the electron emission direction 52 be directed toward the center of the substrate, and in the embodiment of FIG. 5, it is desirable that the electron emission direction 52 be directed toward the outer periphery of the substrate.

シールド電極53;加速電極57、エミッタ54の形状
も各種の変更が可能である。例えば、シールド電極53
の高さ、ひさし531の突き出し量、ひさし531と加
速電極57との距離、加速電極57の高さや形状、エミ
ッタ54の先端部の形状などについて各種の変更が可能
である。
The shapes of the shield electrode 53; accelerating electrode 57 and emitter 54 can also be changed in various ways. For example, the shield electrode 53
Various changes can be made to the height of the eaves 531, the amount of protrusion of the eaves 531, the distance between the eaves 531 and the accelerating electrode 57, the height and shape of the accelerating electrodes 57, the shape of the tip of the emitter 54, and the like.

真空容器10は、放電管11と接続管12とを無くして
ステム部13だけとした、いわゆるヌード形とすること
ができる。この場合は、陽極電極や冷陰極などの真空計
の要素を被測定真空系内に挿入して圧力測定をする。
The vacuum vessel 10 can be of a so-called nude type, in which the discharge tube 11 and the connecting tube 12 are eliminated and only the stem portion 13 is left. In this case, elements of the vacuum gauge, such as an anode electrode or a cold cathode, are inserted into the vacuum system to be measured to measure pressure.

磁場設定手段としては永久磁石の代わりに電磁石を用い
ていもよい。
As the magnetic field setting means, an electromagnet may be used instead of a permanent magnet.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明の真空計は、交差電磁界形
の真空計において陰極を多数の微小冷陰極で形成したこ
とにより、従来の交差電磁界形の冷陰極電離真空形と比
較して次の効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, the vacuum gauge of the present invention has a crossed electromagnetic field type vacuum gauge in which the cathode is formed of a large number of minute cold cathodes, and is therefore superior to the conventional crossed electromagnetic field type cold cathode ionization vacuum type. It has the following effects compared to:

(1)放電が安定する。(1) Discharge becomes stable.

(2)陰極と陽極との間に印加する電圧が小さくて済む
。従来の真空計が数kV必要であるのに対して、この発
明では数百Vでよい。
(2) The voltage applied between the cathode and anode can be small. While conventional vacuum gauges require several kV, this invention requires only several hundred volts.

(3)印加電圧が小さいので、正イオンによる陰極スパ
ッタリングが少なくなり、寿命が長い。
(3) Since the applied voltage is small, cathode sputtering by positive ions is reduced, resulting in a long life.

また、この真空計に回転電子電流測定手段を設けると、
上述の効果に加えて、圧力測定精度が向上し、信頼性が
増す。
Also, if this vacuum gauge is equipped with a rotating electron current measuring means,
In addition to the above-mentioned effects, pressure measurement accuracy is improved and reliability is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例の縦断面図、第2図は磁場
設定手段の変更例の縦断面図、第3図は冷陰極機構の基
板の平面図、 第4図は第3図のTV−TV線で切断した拡大垂直断面
図、 第5図は第4図の■−■線で切断した平面断面図、 第6図は別の実施例の縦断面図、 第7図は第6図の磁場設定手段の斜視図である。 20・・・磁場設定手段 31・・・陽極電極 41・・・イオンコレクタ電極 50・・・冷陰極機構 54・・・エミッタ 55・・・基板 57・・・加速電極 70・・・センサコイル
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a modified example of the magnetic field setting means, FIG. 3 is a plan view of the substrate of the cold cathode mechanism, and FIG. FIG. 5 is a plan sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 4, FIG. 6 is a vertical sectional view of another embodiment, and FIG. FIG. 7 is a perspective view of the magnetic field setting means of FIG. 6; 20...Magnetic field setting means 31...Anode electrode 41...Ion collector electrode 50...Cold cathode mechanism 54...Emitter 55...Substrate 57...Acceleration electrode 70...Sensor coil

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)陰極と、陽極と、陰極と陽極とで作られた電場と
交差するような磁場を形成する磁場設定手段とを有する
真空計において、 前記陰極が、基板上に形成された多数の微小冷陰極から
なることを特徴とする真空計。
(1) In a vacuum gauge having a cathode, an anode, and a magnetic field setting means for forming a magnetic field that intersects an electric field created by the cathode and the anode, the cathode is formed of a large number of minute particles formed on a substrate. A vacuum gauge characterized by consisting of a cold cathode.
(2)前記多数の微小冷陰極は、基板上に円形に沿って
配置されていることを特徴とする請求項1記載の真空計
(2) The vacuum gauge according to claim 1, wherein the plurality of minute cold cathodes are arranged along a circle on the substrate.
(3)前記多数の微小冷陰極は、複数の同心円に沿って
配置されていることを特徴とする請求項2記載の真空計
(3) The vacuum gauge according to claim 2, wherein the plurality of minute cold cathodes are arranged along a plurality of concentric circles.
(4)前記電場と前記磁場の作用によって生じる回転電
子電流を測定する手段を有することを特徴とする請求項
1記載の真空計。
(4) The vacuum gauge according to claim 1, further comprising means for measuring a rotating electron current generated by the action of the electric field and the magnetic field.
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