JPH0772031A - 真空度測定方法及び電離真空計 - Google Patents

真空度測定方法及び電離真空計

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JPH0772031A
JPH0772031A JP24196893A JP24196893A JPH0772031A JP H0772031 A JPH0772031 A JP H0772031A JP 24196893 A JP24196893 A JP 24196893A JP 24196893 A JP24196893 A JP 24196893A JP H0772031 A JPH0772031 A JP H0772031A
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JP
Japan
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vacuum
degree
ionization
emitting material
electrons
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JP24196893A
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English (en)
Inventor
Shuhei Shinozuka
脩平 篠塚
Masao Matsumura
正夫 松村
Takeshi Yoshioka
毅 吉岡
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高真空状態の空間を汚染することなく高感度
で真空度を測定する電離真空計を提供する。 【構成】 紫外線を出射するUVランプ21と、紫外線
が照射されると光電効果により表面から電子を放出させ
る電子放出材22と、正電圧に印加されたグリッド23
を介在させて電子放出材22に対向配置された集イオン
電極24と、この集イオン電極24に流れるイオン電流
量Ii を検出して真空度を測定する電流計25とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高真空域の真空度を測定
する真空度測定方法及び電離真空計に関する。
【0002】
【従来の技術】高真空域の真空度を計測する真空計とし
て、電離真空計がよく知られており広く一般的に使用さ
れている。電離真空計は、気体分子をイオン化してこれ
により生じたイオン電流を計測する形式の真空計であ
る。図5は従来の電離真空計の回路図であり、図示する
ように、電離真空計1は、電源2によりフィラメント3
を加熱し、フィラメント3から発生した電子(いわゆる
熱電子)により、空間4に存在する気体分子をイオン化
している。イオン化された気体分子は集イオン電極5に
集められ、そのイオンの電流量を電流計6で計測するこ
とにより、空間4中の気体分子の数を求めて真空度を測
定している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の電
離真空計1は、例えばタングステンを素材とするフィラ
メント3を加熱することにより電子を放出させている
が、この時のフィラメント3の温度は約1200℃の高
温に達している。このような高温のフィラメント3に気
体分子が接触すると気体分子が分解されて発生基のH
* ,OH* ,O* を発生し、以下のような真空計測上好
ましくない現象が生じる。
【0004】よく知られた現象の例としてウォーターサ
イクル現象がある。フィラメント3がタングステンによ
り形成されている場合に、空間4中の水の気体分子が高
温のフィラメント3に接触すると、フィラメント3上で
水の分子が分解して原子状水素(H* )と酸化タングス
テン(WO2,WO3 等)を生じる。酸化タングステン
の中には蒸発しやすいものがあり、蒸発した酸化タング
ステンが、真空計のガラス管7の壁8に付着して原子状
水素により還元されて水(H2O )とタングステン
(W)になる。この反応がウォーターサイクル現象であ
り、このような反応が繰り返されるとフィラメント3が
次第に消耗する。この現象は水が媒介となっているが、
比較的圧力の高い低真空の所で使用される真空計でも真
空計の壁が青く変色しているのをよく見かける。これは
酸化タングステンの析出によるものである。このような
現象が繰り返されると、フィラメントが次第に劣化して
真空計の感度が著しく低下するとともにフィラメントの
寿命も短くなる。
【0005】また近年では、半導体ウエハやガラス基板
などを真空中で保管したり搬送したりすることが考えら
れており、このとき真空度の測定が必要となる。保管や
搬送時の真空度が高真空域であれば、電離真空計を使用
せざるを得ない。この場合に前記構成の従来の電離真空
計1を用いた場合には、高温に加熱されたタングステン
フィラメント3によって分解し合成された気体により、
高真空状態の空間4が分子レベルで汚染され、これによ
り、保管中の半導体ウエハやガラス基板なども汚染され
る恐れがある。半導体ウエハ等に分子レベルでの汚染が
生じれば、半導体製品の歩留りが低下してしまう。
【0006】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、高真空状態の空間を汚染することなく高感度で真空
度を測定することができる真空度測定方法及び電離真空
計を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の真空度測定方法は、光電効果により放出さ
れる電子により気体分子をイオン化して真空度を測定す
ることを特徴とするものである。
【0008】また、本発明の電離真空計は、光を出射す
る光源と、負電圧に印加され、前記光が照射されると光
電効果により表面から電子を放出させる電子放出材と、
正電圧に印加されたグリッドを介在させて前記電子放出
材に対向配置され且つ負電圧に印加された集イオン電極
と、この集イオン電極に流れるイオン電流量を検出して
真空度を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする
ものである。
【0009】
【作用】本発明においては、電子放出材に光を照射して
光電効果により表面から電子を放出させている。この電
子によりイオン化した気体分子は集イオン電極に集めら
れるので、集イオン電極を流れるイオン電流量を測定手
段により検出して空間の真空度を測定している。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図4を参
照して説明する。図1は本発明の一実施例に係る電離真
空計の回路図、図2は本発明の原理を示す説明図で、光
電効果の原理を示している。
【0011】従来はタングステンフィラメントを高温に
加熱して電子を放出させ、この電子により気体分子をイ
オン化していたが、本発明の真空度測定方法は、光電効
果により放出される電子により気体分子をイオン化して
真空度を測定しているので、タングステンフィラメント
を用いる必要がない。図2に示すように、光電効果は、
金属製の電子放出材10に光源Lp から光Rを照射する
と、この光Rが吸収されるとともに光電子と呼ばれる自
由電子11が表面12から放出される現象である。光電
効果に関しては、光Rの振動数νがある値以上でなけれ
ば光Rの強さを増しても電子の放出は起こらず、飛び出
す電子11のエネルギEは光Rの振動数νのみに関係
し、(1)式で表される。 E=hν−φ ……………(1) E:電子のエネルギ(J) h:プランク定数(J・S) ν:光の振動数(1/S) φ:電子放出材10の仕事関数(材料固有の値)(J)
【0012】いま、光Rが照射される電子放出材10の
仕事関数φよりもhνが小さいとき即ち、 E=hν−φ<0 ……………(2) の時、電子放出材10の表面12からは電子11は放出
されないが、前記仕事関数φよりもhνが大きいとき即
ち、 E=hν−φ>0 ……………(3) の時、電子放出材10の表面12からは電子11が放出
される。
【0013】図1に示す電離真空計20はこの光電効果
の原理を応用している。電離真空計20は、光を出射す
る光源21と、負電圧に印加され、前記光が照射される
と光電効果により表面から電子を放出させる電子放出材
22と、正電圧に印加されたグリッド23を介在させて
電子放出材22に対向配置され且つ負電圧に印加された
集イオン電極24と、この集イオン電極24に流れるイ
オン電流量Ii を検出して真空空間31の真空度を測定
する測定手段としての電流計25とを備えている。
【0014】電子放出材22、グリッド23及び集イオ
ン電極(イオンコレクタ)24は円筒形のガラス管26
の内部に取付けられている。本実施例では光源21をガ
ラス管26の外部に配設して電子放出材22に光を照射
するようにしているが、ガラス管26の内部に設置用の
スペースがあればガラス管26の内部に光源21を設け
てもよい。本実施例の光源21としては、UV(紫外線
=Ultraviolet Rays)を出射するUVランプ21を用い
ている。このUVランプ21は、低圧水銀ランプ、高圧
水銀ランプ、キセノンランプ、重水素ランプまたはエキ
シマレーザ等いずれのランプでもよいが、紫外線の振動
数νの値が大きい方が電子放出に有利であるので、波長
の短い紫外線を出射するランプの方が好ましい。したが
って、本実施例では、比較的波長の短い紫外線が取り出
せる重水素ランプを用いている。ガラス管26の紫外線
が透過する部分27には、紫外線が十分に透過できるよ
うに合成石英ガラスが使用されている。
【0015】電子放出材22としては、純金属、合金金
属、金属酸化物または金属窒化物などいずれの金属或い
は金属化合物により形成してもよいが、仕事関数φの低
い物質の方が電子放出に有利である。本実施例では、仕
事関数φは大きいが気中において表面が長時間安定して
いる金(Au)を用いている。
【0016】電子放出材22の端子と集イオン電極24
の端子には電流計25と電源28とが直列に接続されて
いる。電子放出材22に接続されている電源28の陽極
側から分岐されてグリッド23に接続される回路には、
電流計29と、電源28より高電圧を印加する電源30
とが直列に接続されている。これにより、電子放出材2
2を負電圧に印加して陰極とし、グリッド23を正電圧
に印加して陽極とし、集イオン電極24を負電圧に印加
して陰極としている。
【0017】集イオン電極24で集められたイオンの電
流量Ii と真空空間31の真空度との関係は次式(4)
及び(5)で表すことができる。 Ii =S・Ip ・P ……………(4) ここでS=σ・L・β/(k・T)………(5) Ii =イオン電流量 P =圧力 Ip =エミッション電流(ここでは光電効果により流れ
る電流) L,β=真空計の形状により決まる値 σ =イオンの出来易さ(気体種類によって決まる値) k =ボルツマン定数 T =温度 式(4)より、イオン電流量Ii を電流計25で測定す
ることにより、真空空間31の真空度(即ち圧力P)を
求めることができる。
【0018】次に、電離真空計20により真空空間31
の真空度を測定する手順および作用について説明する。
電源28及び30により、電子放出材22、グリッド2
3及び集イオン電極24に電圧を印加した状態で、UV
ランプ21から紫外線を出射すると、紫外線はガラス管
26の透過可能部分27を透過して電子放出材22に照
射される。この紫外線の振動数νの値は大きいので
(3)式を満足しており、電子放出材22の表面からは
電子が放出される。
【0019】放出された電子は陽極のグリッド23に引
きつけられて進み、一部の電子はグリッド23で捉えら
れるが残りの電子はグリッド23を通り越して集イオン
電極24の方向に進む。ところが、集イオン電極24は
負電圧に印加されているので、集イオン電極24の方向
に進んだ電子は反発力を受けて再びグリッド23の方向
に向かう。
【0020】一部の電子はグリッド23により捉えられ
るが、残りの電子はグリッド23を通過して電子放出材
22の方向に進む。ところが電子放出材22は負電圧に
印加されているので、電子は電子放出材22から反発力
を受けて再度グリッド23の方向に向かう。
【0021】このようにして、電子は電子放出材22と
集イオン電極24との間を行き来することとなり、この
間に電子は真空空間31を浮遊している気体分子と衝突
してこの気体分子をイオン化する。すると、気体分子は
電子を放出して正にイオン化されるので、負電圧に印加
されている集イオン電極24により集められる。このイ
オンの電流量Ii を電流計25で検出すれば、式(4)
及び(5)に基づいて真空空間31の真空度を求めるこ
とができる。
【0022】このように、電離真空計20は、従来のよ
うにタングステンを高温にすることなく電子を真空空間
31に供給することができるので、先に述べたようなタ
ングステンの劣化がなくなり高感度で真空度を測定する
ことができ、又真空計の寿命が延びる。また、タングス
テンを用いていないので、真空度を測定する際に発生基
のH* ,OH* ,O* は発生しない。したがって、半導
体ウエハやガラス基板などを真空中で保管したり搬送し
たりする場合に、真空度を測定する際に真空空間を分子
レベルで汚染することはない。
【0023】図3は図1の電離真空計を具体化した電離
真空計本体の平面断面図、図4は図3の正面断面図であ
る。
【0024】図に示すように、電離真空計20aの本体
のガラス管26aは、円筒状部40と、円筒状部40か
らUVランプ21の方向に突出して形成された矩形状の
矩形状部41とを備えており、矩形状部41の開口部に
は合成石英ガラスからなる光透過部42が取付けられて
いる。光透過部42は、UVランプ21から出射される
紫外線を透過するようになっている。円筒状部40の下
部には、真空空間31とガラス管26aの内部とを連通
させる連通管43が取付けられている。
【0025】半円筒形の電子放出材22aが円筒状部4
0の内側に同心状に取付けられており、集イオン電極2
4aが、グリッド23aを介在させて電子放出材22a
に対向配置されている。グリッド23aおよび集イオン
電極24aは円筒状部40の内部に設けられている。U
Vランプ21から電子放出材22aに照射される紫外線
の通路を遮断しないように、図4に示すように集イオン
電極24aは図中下方にずらして配置されている。
【0026】かかる構成の電離真空計20aには図1の
回路と同様の回路が接続されており、したがって、この
電離真空計20aは図1の電離真空計と同様の作用効果
を奏する。なお、各図中同一符号は同一または相当部分
を示す。
【0027】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、従
来のようなタングステンを使用する必要がなくなり、高
真空状態の空間を汚染することなく高感度で真空度を測
定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1乃至図4は本発明の一実施例を示す図で、
図1は電離真空計の回路図である。
【図2】本発明の原理を示す説明図で、光電効果の原理
を示している。
【図3】図1の電離真空計を具体化した電離真空計本体
の平面断面図である。
【図4】図3の電離真空計本体の正面断面図である。
【図5】従来の電離真空計の回路図である。
【符号の説明】
10,22,22a 電子放出材 11 電子 12 表面 20,20a 電離真空計 21 UVランプ(光源) 23,23a グリッド 24,24a 集イオン電極 25 電流計(測定手段) Ii イオン電流量 Lp 光源 R 紫外線(光)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光電効果により放出される電子により気
    体分子をイオン化して真空度を測定することを特徴とす
    る真空度測定方法。
  2. 【請求項2】 光を出射する光源と、前記光が照射され
    ると光電効果により表面から電子を放出させる電子放出
    材と、正電圧に印加されたグリッドを介在させて前記電
    子放出材に対向配置され且つ負電圧に印加された集イオ
    ン電極と、この集イオン電極に流れるイオン電流量を検
    出して真空度を測定する測定手段とを備えたことを特徴
    とする電離真空計。
JP24196893A 1993-09-02 1993-09-02 真空度測定方法及び電離真空計 Pending JPH0772031A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100383441B1 (ko) * 2000-09-26 2003-05-12 김도윤 탄소나노튜브의 장이온화를 이용한 진공 게이지
JP2008533657A (ja) * 2005-03-09 2008-08-21 インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 冷陰極圧力センサ
CN112781786A (zh) * 2020-12-14 2021-05-11 兰州空间技术物理研究所 一种利用超冷原子测量超高或极高真空的装置及检测方法

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