KR20100112136A - 전자 멀티플라이어 냉 방출 소스를 갖는 이온화 게이지 - Google Patents

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Abstract

이온화 게이지는 마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이를 포함하고, 상기 마이크로채널 플레이트는 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및 상기 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들에 반응하여, 상기 전자들을 증가시키는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함한다. 이온화 게이지는 상기 전자들이 가스종들(gaseous species)을 충격하는 이온화 체적, 및 상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 임팩트에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 포함한다. 콜렉터 전극은 애노드에 의해 둘러싸일 수 있으며, 또는 이온화 게이지가 다중 콜렉터 전극들에 의해 형성될 수 있다. 전자들의 소스는 전자들이 케스케이드로 증가되는 전자들의 자발적인 방출을 제공할 수 있다.

Description

전자 멀티플라이어 냉 방출 소스를 갖는 이온화 게이지{IONIZATION GAUGE HAVING ELECTRON MULTIPLIER COLD EMISSION SOURCE}
본 출원은 2007년 12월 19일 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/008,185호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 전체 교시들은 본 발명에서 참조되었다.
베이야드-알퍼트(Bayard-Alpert; BA) 이온화 게이지들(ionization gauges)은 매우 낮은 압력을 측정하는 가장 일반적인 비-자성 수단이며 전체적으로 본 발명에서 참조된 미국 특허 번호 2,605,431호에 1952년 개시된 이래로 전세계적으로 널리 사용 되어져 왔다.
전형적인 이온화 게이지는 전자 소스, 애노드(anode), 및 이온 콜렉터 전극을 포함한다. BA 진공계에 대해, 전자 소스는 애노드에 의해 한정된 이온화 공간(애노드 체적)의 외측에 방사형으로 위치된다. 이온 콜렉터 전극은 애노드 체적 내에 배치된다. 전자들은 전자 소스로부터 애노드를 향하여 및 안으로 이동한다. 이동 중에, 전자들은 압력이 측정될 분위기(atmosphere)를 구성하는 가스의 분자들 및 원자들을 충격하여, 이온들을 생성한다.
이온들은 애노드 내의 전기장에 의해 이온 콜렉터 전극에 이끌려진다.
분위기 내에서 가스의 압력은 공식 P = (1/S)(Iion/Ielectron)에 의해 이온 및 전류들, 및 전기 파라미터들 및 압력 범위로부터 계산될 수 있고, 여기서 S는 1/Torr 단위에 의한 계수이고 특정 게이지 외형(gauge geometry)을 나타낸다. 종래 기술에서 하나의 잘 알려진 문제는 열음극(hot cathode) 필라멘트가 가스물질들과 반응하여 측정될 수 있다는 것이다.
냉음극 전자 방출기들을 구비한 이온화 게이지는 예를 들어 전체적으로 본 발명에서 또한 참조되고 밥티스트 외 다수(Baptist et al.)(이하 "밥티스트") 미국 특허 번호 5,278,510호와 같이, 또한 잘 알려져 있다. 밥피스트는 열음극 필라멘트 대신 열음극을 포함하는 이온화 게이지를 개시한다. 밥티스트의 이온화 게이지는 다수의 음극(cathode) 전극들을 포함하고, 이는 다수의 팁된 마이크로-포인트들(tipped micro-points)(스핀트 방출기들(Spindt emitters))에 바이어스 전압을 제공한다. 전자들은 가스를 이온화하기 위해 전계 방출(field emission)을 통해 마이크로-포이트들로부터 방출되어서, 일단 이온들이 수집되면, BA 이온화 게이지와 유사하게 압력을 측정한다. 그러나, 짧은 기간의 시간 후에, 이온화된 가스 물질에 의해 충격을 받은 팁된 마이크로-포인트들은 부식될 것이다. 이것은 방사율을 떨어뜨리며, 마이크로-팁들로부터 전자들의 터미네이션을 가져온다. 이것은 이온화 게이지가 압력을 측정할 수 없게 하여 게이지가 고장나는 원인이 된다.
전형적인 BA 이온화 게이지의 작동 수명은 게이지가 양성 환경(benign environment)에서 작동될 때 대략 10년이다. 그러나, 이러한 동일한 게이지들 및 전자 소스들(필라멘트들)은 너무 높은 압력에서 또는 전자 소스의 방출 특성들을 떨어뜨리는 가스 타입들에서 작동될 때 수분 또는 수 시간 내에 고장날 수 있다. 감소된 작동 수명을 가져오는 이러한 필라멘트 상호작용들의 잘 알려진 예시들은 소정의 가스 환경들과의 화학 반응들에 기인하며, 필라멘트 상의 산화물 코팅의 전자 방출 특성들의 저하를 가져올 수 있다. 산화물 코팅의 저하는 필라멘트에 의해 발생된 전자들의 수를 극적으로 감소시킨다. 텅스텐 필라멘트들은 이러한 조건들 하에 방출 특성들의 저하를 겪으며, 추가적으로 너무 높은 압력에서 수증기에 노출은 텅스텐 필라멘트의 완전한 단선의 결과를 가져온다. 신뢰할 만한 냉 전자 방출기는 이러한 알려진 문제들을 회피한다. 냉 전자 방출기 이온화 게이지에 대해 종래 기술에서 BA 이온화 게이지의 결점없이, 챔버의 가스종(gas species)의 화학적 성분의 변화없이, 및 게이지를 저하시키는 것 없이 기능할 것이 필요하다.
열 음극 필라멘트를 사용할 필요가 없는 이온화 게이지가 제공되며, 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들에 반응하여, 전자들을 증가시키는(multiply) 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함하는 마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이(electron generator array)를 포함한다. 마이크로채널 플레이트는 시드 전자들의 자발적인 방출을 야기하도록 처리될 수 있다. 이온화 게이지는 상기 전자들이 가스종들(gaseous species)을 충격하는 이온화 체적, 및 전자들과 가스종들 사이의 임팩트에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 포함한다. 이온화 체적이 그 내에 상기 전자들을 보유하는 애노드에 의해 한정될 수 있으며, 전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드의 외측에 있을 수 있다. 콜렉터 전극이 애노드에 의해 둘러싸일 수 있다. 이온화 게이지는 애노드의 외측에 형성된 이온들을 수집하기 위해 제 2 콜렉터 전극을 더 포함할 수 있다. 이온화 체적은 플레이트 형태의 애노드와 플레이트 형태의 콜렉터 전극 사이의 체적에 의해 한정되며, 소스는 플레이트 형태의 애노드와 플레이트 형태의 콜렉터 전극 사이에 위치될 수 있다. 이온화 게이지는 콜렉터 전극에 의해 수집된 전류를 측정하여 압력을 측정하는 냉 전자 소스 타입 이온화 게이지일 수 있다. 이온화 게이지는 이온화 체적에서 전자들의 수에 기초하여 전자 발생원 어레이로부터 전자 빔 전류를 제어하는 조절기, 및 전자 빔 전류를 제어하기 위해 애노드에 연결된 전류계를 포함할 수 있다. 초기 전자들은 채널 내 자발적인 전계 방출 프로세스, 전계 방출기 어레이(field emitter array), 광음극, 또는 탄소 나노튜브들에 의해 전자 멀티플라이어에 제공될 수 있다. 전자 멀티플라이어는 입력 측면, 및 출력 측면 사이에 높은 전압 차동(voltage differential)을 요구하는 마이크로채널 플레이트를 사용할 수 있고, 여기서 높은 전압 차동값은 전자 방출 전류값을 제어한다. 마이크로채널 플레이트는 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부의 입력면 상에 전자 방출 물질을 포함할 수 있고, 여기서 방사선이 시드 전자들을 발생시킨다. 멀티플라이어는 마이크로입자구(microsphere), 단일 채널 멀티플라이어부, 불연속 다이노드 또는 다중 다이노드들을 포함할 수 있다. 덧붙여, 시드 전자 발생 및 전자 증가 양쪽이 단일 장치로 통합되는 전자 소스들이 있다.
다른 실시예에서, 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체, 및 전자 시드 장치 및 상기 전자 시드 장치로부터의 전자들을 증가시키는 전자 멀티플라이어 장치를 포함하는 전자들을 발생시키는 소스를 포함하는 이온화 게이지가 제공된다. 전자 멀티플라이어 장치는 마이크로채널 플레이트를 포함한다. 이온화 게이지는 또한 전자들과 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 포함한다. 콜렉터 전극 및 상기 소스 중 하나가 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있으며, 콜렉터 전극 및 소스 중 다른 하나가 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있다. 콜렉터 전극에 의해 수집된 전류가 압력 신호를 형성할 수 있다. 원통형 와이어 그리드는 하나 이상의 지지 스트럿에 연결된 다수의 와이어 써클들로서 구성될 수 있다. 전자들을 발생시키는 소스가 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있으며 콜렉터 전극이 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있다. 이온화 게이지는 애노드 구조체 외측에 위치된 제 2 콜렉터 전극을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있으며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 이온화 체적은 플레이트 형태 애노드와 플레이트 형태 콜렉터 전극 사이의 체적에 의해 한정될 수 있으며, 소스는 플레이트 형태 애노드와 플레이트 형태 콜렉터 전극 사이에 위치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체, 및 마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이를 포함하고 상기 마이크로채널 플레이느는 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및 상기 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들과 반응하여 상기 전자들을 증가시키는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함하는 이온화 게이지가 제공된다. 전자들과 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 상기 애노드 구조체의 내측에 위치된 콜렉터 전극을 포함한다. 콜렉터 전극에 의해 수집된 전류는 압력 신호를 형성할 수 있다. 상기 원통형 와이어 그리드는 하나 이상의 지지 스트럿에 연결된 다수의 와이어 써클들로서 구성될 수 있다. 전자들을 발생시키는 소스가 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있으며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있다. 이온화 게이지는 애노드 구조체 외측에 위치되는 제 2 콜렉터 전극을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있으며 상기 콜렉터 전극이 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전자들을 발생시키고 상기 발생된 전자들을 증가시키기 위한 전자 발생원 어레이, 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 수단, 상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수직하기 위한 콜렉터 전극 수단, 및 압력을 측정하도록 상기 수집된 이온들로부터의 신호를 형성하기 위한 수단을 포함하는 이온화 게이지가 제공된다.
가스종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법이 또한 제공된다. 상기 방법은 마이크로채널 플레이트의 전자발생부를 포함하는 전자 발생원 어레이를 사용하여 전자들을 발생시키는 단계, 및 상기 마이크로 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 사용하여 전자들을 증가시키는 단계를 갖는다. 상기 방법은 전자들과 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 단계, 및 수집된 이온들로부터 압력 신호를 형성하는 단계를 또한 포함한다. 상기 방법은 전자들을 표면-처리된 마이크로채널 플레이트를 통해 통과시켜서 전자들을 증가시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 플레이트 형태 애노드와 평행 플레이트 형태 이온 콜렉터 사이에서 전자들을 발생시켜서 상기 평행 플레이트 형태 이온 콜렉터 상에 상기 이온들을 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
가스종들로부터 가스 압력을 측정하는 다른 방법은 전자 시드 장치를 포함하는 소스를 사용하여 전자들을 발생시키는 단계, 전자들을 증가시키는 단계, 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 콜렉터 전극을 사용하여 수집하는 단계를 갖는다. 콜렉터 전극 및 소스 중 하나가 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있으며, 콜렉터 전극 및 소스 중 다른 하나가 상기 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있으며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있다. 상기 방법은 애노드 구조체의 외측에 위치되는 제 2 콜렉터 전극을 사용하여 애노드 구조체의 외측에 이온들을 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전자들을 발생시키는 소스가 애노드 구조체 내측에 위치될 수 있으며 콜렉터 전극이 애노드 구조체 외측에 위치될 수 있다. 전자들을 증가시키는 단계는 하나 이상의 표면-처리된 마이크로채널 플레이트를 통해 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전자들을 증가시키는 단계는 하나 이상의 다이노드를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 양태에 따라, 기판을 제공하는 단계, 툴을 진공시켜서 상기 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스들을 실행하는 단계, 압력을 측정하는 단계, 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스된 기판을 형성하도록 작업들을 수행하는 단계를 포함하는 프로세스가 제공된다. 압력을 측정하기 위한 방법은 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체, 상기 애노드 구조체의 외측에 위치되고, 전자 시드 장치 및 상기 전자 시드 장치로부터 전자들을 증가시키는 전자 멀티플라이어 장치를 포함하는 전자를 발생시키는 소스, 상기 애노드 구조체의 내측에 위치되고, 상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 제공하는 단계를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태에 따라, 기판을 제공하는 단계, 툴을 진공시켜서 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스들을 실행하는 단계, 압력을 측정하는 단계 및, 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스된 기판을 형성하도록 작업들을 수행하는 단계를 포함하는 프로세스가 제공된다. 압력을 측정하기 위한 방법은 마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 마이크로채널 플레이트는 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및 상기 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들에 반응하여 상기 전자들을 증가시키는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함한다. 상기 방법은 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적, 및 전자들 및 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 또한 포함한다.
본 발명의 앞서 말한 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 유사 참조 부호들이 상이한 관점을 통해 동일한 부분들에 참조되는 첨부된 도면들에서 도시되는 바와 같이, 후속하는 본 발명의 바람직한 실시예의 더 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 도면들은 본 발명의 원리들을 도시할 때 위치되는 스케일링, 강조가 반드시 필요한 것은 아니다.
도 1a는 본 발명에 따른 일반화된 이온화 게이지의 개략도이고;
도 1b는 다수의 기공을 갖는 도 1a의 표면-처리 마이크로채널 플레이트이고;
도 2는 수용된 전자들을 증가시키기 위해 물질을 포함하는 기공을 갖는 도 1a의 표면-처리 마이크로채널 플레이트의 기공에 대한 확대도이고;
도 3은 본 개시에 따른 단일 채널 구성을 갖는 전자들을 발생시키고 증가시키기 위한 소스로서 엘리먼트의 다른 실시예의 개략도이며; 및
도 4는 음극, 및 복수의 다이노드들을 갖는 전자들을 발생시키고 증가시키기 위한 소스로서 엘리먼트의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 5는 트라이오드 이온화 게이지로서 실시예를 도시한 것이고;
도 6 및 도 7은 다중 이온 콜렉터 전극들에 의한 일 실시예를 도시한 것이며; 및
도 8은 냉 전자 방출기 및 열음극 필라멘트를 갖는 이온화 게이지의 일 실시예를 도시한 것이고,
도 9는 애노드가 플랫 플레이트이고, 이온 콜렉터가 애노드와 평행한 다른 플랫 플레이트이고 전자 소스가 그 두개의 플레이트 사이에 있는 슐츠-펠프스 외형(Schultz-Phelps geometry)에서 전자 멀티플라이어를 갖는 이온화 게이지의 다른 실시예이며; 및
도 10은 분석 도구를 갖는 프로세스 모듈에서 이온화 게이지를 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 후속한다.
일반적으로, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 개시의 이온화 게이지(100)는 전자 발생원 어레이(105), 이온 콜렉터 전극(110), 및 애노드(115)를 포함한다. 이온화 게이지(100)가 애노드(115) 및 콜렉터 전극(110)과 함께 도시된다 할지라도, 이러한 구성요소들은 아래에 기술된 바와 같이 본 발명의 모든 실시예들에서 필요한 것은 아니며 다양하고 상이한 이온화 게이지 구성들이 가능하다. 일 실시예에서, 이온화 게이지(100)는 비-베이야드-알퍼트 타입 게이지, 또는 냉 전자 방출기 이온화 게이지이며, 게이지(100)에 대한 전자 소스로서 어떠한 열음극 필라멘트도 포함하지 않는다. 대신, 이온화 게이지(100)는 냉 전자 방출기 게이지 구성에 형성되며 전자 발생 어레이로서 도면 부호(105)로 집단으로 도시된 시드 전자들(seed electrons)을 증가시키기 위한 소스와 함께 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함한다.
이온화 게이지(100)는 기술된 시드 전자 소스로서 다수의 냉 전자 방출기들(105)을 또한 포함할 수 있다. 방출기들(105)이 도 1a에 도시된 것과 유사한 방식으로 애노드(115) 가까이에 일반적으로 위치되나, 도시된 원통형 애노드(115) 주위에 추가적인 방위각 위치에 위치된다. 전자 소스(105)는 도 1a에 도시된 원통형 애노드(115)의 단부에 근접하게 또한 위치될 수 있다. 더욱이, 냉 전자 방출기(105)의 작동에 해로울 수 있는 예측하지 못한 환경 조건들에 대해 요구되는 냉 전자 방출기(105)에 대한 백업으로서, 추가적인 통상적 제 2 열음극(105')(도 8)이 전술된 다수의 냉 전자 방출기들(105)의 것과 유사한 방식으로 게이지 조립체(100)에 또한 위치될 수 있다. 이것은 현재 실행되지 않는 미래의 알려지지 않은 가스 환경들을 위해 제공될 것이다. 필요하다면 압력 신호에 대해 사용되는 현재 이온이 극도로 작을 경우에 극도로 낮은 압력들에 추가된 방출을 또한 제공할 것이다.
도 1a는 본 발명을 구현하는 특정한 "누드 타입" 이온화 게이지(100)를 도시한다. "누드 타입" 이온화 게이지(100)가 도시된다 할지라도, "비-누드 타입" 이온화 게이지(100)가 본 발명의 원리들을 사용하여 채용될 수 있다. 이온화 게이지(100)는 튜브(미도시)에 하우징될 수 있고, 상기 튜브는 한 쪽 단부가 개방되어 가스종들이 쉴드(125)를 통해 측정 챔버(120)로 유입하는 것을 허용한다. 가스종들은 가스 분자들 및 원자들을 포함할 수 있다. 쉴드(125) 및 튜브는 쉴드 체적을 형성할 수 있고, 이는 어플리케이션에 의존하여 상이하게 크기화될 수 있다. 선택적인 제 2 이온 콜렉터(미도시)가 매우 짧은 평균 자유 경로의 고압 측정을 위해 이온화 게이지(100)에 또한 추가될 수 있다는 것이 또한 고려될 수 있다. 소스(105)가 애노드(115) 내측에 위치될 수 있는 반면, 콜렉터 전극(110)은 애노드(115)의 외측에 위치될 수 있는 것이 또한 고려될 수 있다.
작동 중에, 가스의 분자들 및 원자들은 부분적으로 개방된 쉴드(125)를 통해 측정 챔버(120)로 유입된다. 냉 전자 방출기(105)는 접지에 대해 대략 30 volts에서 일반적으로 작동하며, 애노드(115)는 접지에 대해 대략 180 volts에서 작동하며, 콜렉터(110)는 접지 포텐셜 가까이에서 작동한다. 쉴드(125)는 쉴드(125)에 대한 외부의 포텐셜이 측정 챔버(120) 내에 전하 분배를 방해하는 것을 방지한다. 쉴드(125)는 기준 포텐셜에서 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 기준 포텐셜은 접지 포텐셜이다.
도면 부호 130에 의해 전체적으로 도시된 전자 빔을 방출하는 어레이 또는 전자 소스(105)는 또한 챔버(120) 내에 위치될 수 있다. 그러나, 전자 시드 소스(105)는 애노드(115)와 상이한 챔버에 선택적으로 위치될 수 있으며, 도시를 위해 동일한 챔버(120)에 간단하게 도시되며, 이온화 게이지(100)는 이러한 특정 구성에 제한되지 않는다. 소스(105)로부터 배출된 전자들(130)은 측정 챔버(120)에서 가스 분자들을 이온화하는데 사용된다.
전자 발생원 어레이(105)는 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함할 뿐 아니라, 시드 전자들을 증가시키기 위한 장치를 포함하며 바람직하게, 예를 들어 불리 테크놀러지사(Burle Technologies Inc.
Figure pct00001
)의 EGA(TM) 전자 발생 어레이와 같은 전자 멀티플라이어 소스, 또는 전체적으로 본 발명에서 참조되는 랍레이드(Laprade)에 허여된 미국 특허 번호 6,239,549 Bl호에서 기술된 바와 같이 임의의 전자 멀티플라이어 소스를 포함할 수 있다. 전자 발생원 어레이는 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 마이크로 플레이트의 전자 발생부(electron generating portion) 및 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들에 반응하여 전자들을 증가시키는 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함하는 마이크로채널 플레이트를 포함할 수 있다. 다른 전자 멀티플라이어 소스들(105)은 예를 들어 전체적으로 본 발명에서 참조된 포토멀티플라이어 튜브스 베이직스 앤드 어플리케이션스, 제 3판 하마마츄 포토닉스ⓒ K. K., 2006(Photomultiplier Tubes Basics and Applications, Third Edition, Hamamatsu Photonics (c) K.K., 2006,)에 기술된 것들과 같이 또한 고려될 수 있다. 바람직하게, 어레이(105)는 소스가 입자들 또는 방사선(radiation)을 수용하는 것에 의해 여기될 수 있는 자발적인 전자 방출을 위한 소스와 마찬가지로 임의의 시드 전자 또는 전류 소스를 포함할 수 있다. 입자들 또는 방사선을 수용하는 것에 반응하여, 소스(105)는 또한 제 2 전자들을 방출한다. 이러한 제 2 전자들은 이때 케스케이드(cascade)로 증가된다. 이러한 전자들은 뒤에 가스종들을 이온화시키며, 상기 이온들은 압력을 측정하기 위해 수집된다. 대안적으로, 어레이(105)는 예를 들어 본 발명에서 전체적으로 참조되고 다우닝외 다수(Downing et al.)에게 허여된 미국 특허 번호 6,828,714호에 기술된, 마이크로-입자구(micro-sphere) 또는 마이크로채널 플레이트와 같은 전자 멀티플라이어를 또한 포함할 수 있다. 마이크로입자구 플레이트들은 반도전성 및 전자 방출성 표면들을 갖는 미시적인 유리구들(microscopic glass spheres)로 형성된 유리 플레이트를 포함할 수 있다. 구들은 예를 들어 압축 및 소결(sintering)에 의해 함께 팩킹되고 접착될 수 있다. 예를 들어 전자들, 이온들, 또는 광자들과 같은 입사한 입자들은 구들의 표면들에 대해 부딪쳐서 제 2 전자들을 형성하기 때문에, 전자들의 케스케이드은 제 2 전자들이 상기 구들에 의해 한정된 간극들(interstices)을 통해 가속화하여 다른 구들의 표면들에 대해 부딪히면서 형성될 수 있다. 마이크로채널 플레이트들은 이온 피드백을 방해하는 반면 강화된 게인을 제공하기 위해 셰브론(chevron)(시리즈) 구성들에 스택킹(stacked)될 수 있다. 마이크로채널 플레이트들은 추가적인 방출, 방출기 과잉 및 애노드 주위에 개선된 방출 플럭스 대칭(emission flux symmetry)을 제공하도록 설계된 평행한(즉, 나란한) 구성들로 또한 스택킹될 수 있다. 어레이(105)는 예를 들어 본 발명에서 전체적으로 참조된 다우닝외 다수에 허여된 미국 특허 번호 7,183,701호와 같은 다수의 상호연결된 섬유들을 갖는 멀티플라이어를 또한 포함할 수 있다. 전자 소스(105)는 하나의 장치가 시드 전자들을 발생시키고, 제 2 장치가 상기 전자들을 증가시키는 2 개의 장치들을 포함하거나, 또는 시드 전자들을 발생시키며, 이때 케스케이드로 시드 전자들을 증가시키는 단일 장치(105)를 포함할 수 있다는 것이 이해되어져야 한다. 다양한 구성들이 가능하고 본 개시의 범주 내이므로, 및 본 발명의 개시는 임의의 특정 구성에 제한되지 않는다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 소스(105)는 도 1a에 측면도로 도시된 다수의 기공들(200)을 갖는 표면-처리된 마이크로채널 플레이트(135)를 포함한다. 소스(105)는 전자들의 자발적인 방출을 표면에 제공하며, 이는 냉음극(cold cathode) 이온화 게이지(100)에 대해 전자 소스로서 사용된다. 마이크로채널(135)는 입력 표면(140), 및 출력 표면(145), 및 일련의 융합된 튜브들(fused tubes)을 포함하며, 상기 튜브들은 바람직하게 유리 튜브들이며, 강체 구조로 다수의 기공들(200)(도 2)을 형성한다. 결국, 플레이트(135)는 다수의 튜브들 또는 기공들(200)을 형성하는 도 1b에 도시된 전체적으로 디스크 형태를 갖는다. 전압원(160a)은 플레이트(135)에 걸쳐 연결되며, 상기 플레이트는 케스케이드로 전자들을 증가시킨다. 이후 출력 표면(145)을 떠나는 전자 빔 전류는 전압원(160a)을 조절하는 전자 전류 조절기(160c)에 의해 조절될 수 있다. 전자 빔 전류는 전류계(187)에 의해 측정된다. 전류계(187)로부터 측정된 전류 정보는 이후 전자 빔 전류를 제어하는 전자 전류 조절기(160c)에 제공된다. 전류계(187)는 그리드(115)에 도착한 전자들로부터 그리드(115)에서 발생된 전류를 측정한다. 이러한 측정 전류는 소스(105)로부터 이온화 체적에 제공되고 있는 전자들의 수를 나타낸다. 전류계(187)로부터 측정된 전류 정보는 소스(105)를 제어하기 위해 피드백으로서 전류 정보를 사용하는 게이지(100)의 구성요소들에 제공된다.
다른 초기 전자 소스가 플레이트(135) 내부에 공급될 때, 이후 시드 전자들은 도 2에 도시된 바와 같이 기공들(200)에서 배출된다. 전자들은 이후 기공의 측방향 측면들과 접촉하여 증가될 것이다.
도 1a로 다시 돌아와서, 전자 소스(105)는 경로(130)를 따라 전자들을 선택하기 위해 에너지 필터를 또한 가지며, 전자들을 애노드(115)로 지향한다. 소스(105)는 애노드(115)에 연결되는 애노드 바이오스/에너지 조절기(160d)를 또한 포함한다. 에너지 필터(160b)는 전자들(130)을 필터링하기 위해 또한 제공된다. 다양한 초기 전자 소스 구성들이 가능하며 본 개시의 범주 내이므로, 본 발명은 임의의 이러한 초기 소스에 제한되지 않는다.
일단 입력면(140) 및 출력면(145) 사이에 전압이 공급되면, 도면 부호 130에 의해 도시된 전자들의 폭넓은 자발적인 빔이 경로를 따라 배출된다(discharge). 전자들(130)은 측정 챔버(120) 내로 및 콜렉터 전극(110)에 지향된다. 바람직하게, 전자들(130)의 빔은 다수의 통과 후에 챔버(120)에서 가스종들을 이온화한다. 다른 선택적 실시예에서, 소스(105)는 표면 변경된 마이크로채널 플레이트(135) 대신에, 금속 산화물 마이크로-크기 갭 장치를 포함할 수 있다.
다른 전자 증가 엘리먼트들이 본 개시와 연결되어 사용될 수 있으며, 본 게이지는 소스(105)에 대한 임의의 특정 멀티플라이어에 제한되지 않는다. 소스(105)를 형성하는 전자 발생원 어레이 엘리먼트들은 단일 채널 전자 멀티플라이어(도 3)일 수 있고, 또는 여기서 설명된 다양한 다른 전자 증가 구성들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 전자들(105)을 발생시키고 증가시키기 위한 소스는 플레이트(135)가 형성된 후, 그러나 수소 감소 단계 전에, 산 침출(acid leaching)을 필요로 하는, 랍레이드(Laprade)에 허여되고 미국 특허 번호 6,239,549 Bl호에 설명된 표면처리 마이크로채널 플레이트(135)를 포함한다. 자발적인 전자 방출은 예를 들어 대략 20℃ 위의 온도에서, 대략 1 분을 초과하는 노출 시간 동안 부피에 의해 대략 1 % 보다 많은 염산, 초산, 질산, 또는 황산 용액에 의한 처리와 같은 임의의 산 침출 프로세스에 의해 마이크로 플레이트로부터 습득될 수 있다.
이제 도 2로 돌아와서, 전자들을 발생시키기 위한 전자 증가 소스(electron multiplying source; 105)를 포함하는 냉 전자 소스 이온화 게이지(100)의 다른 대안적인 엘리먼트의 근접도를 도시한다. 도 2에서, 전자 멀티플라이어(105)의 변경된 마이크로채널 플레이트(135)의 기공(200)의 근접도가 도시된다. 도 1a의 플레이트(135)는 다수의 기공들(200)을 포함할 수 있으며, 기공들(200)은 대략 각각 가스 물질을 이온화하기 위해 전자 방출을 위해 대략 5 microns의 크기를 갖는다.
마이크로채널 플레이트(135)는 바람직하게 초기 시드 전자들을 제공하기 위해 광음극(photocathode)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기공(200)의 입구에서 광음극이 빛에 의해 비추어질 때, 전자들은 기공(200) 내로 주입되고 빔(130)에서 전자들은 기공(200)의 출구로부터 방출된다.
이러한 실시예에서, 도 1a의 마이크로채널 플레이트(135)의 기공(200)은 기공(200)의 제 1 표면(210) 상의 코팅(205)을 포함한다. 코팅(205)은 바람직하게 알카리-포함 화합물이고, 이는 표면의 작업 기능을 낮추는 작용을 하며, 전자 방출을 위해 구성된다. 다른 코팅들(205)은 은-산소-세슘(Ag-O-Cs), 또한 S-1으로 지칭되며, 안티몬-세슘(antimony-cesium), 양쪽성 알카리(bi-alkali), 고온의 양쪽성 알카리 또는 저 노이즈 양쪽성 알카리(high temperature bi-alkali or low noise bi-alkali), 갈륨(Ⅲ) 비소(gallium (III) arsenide), 다중 알카리(multi-alkali), 인듐 갈륨 비소(indium gallium arsenide), 세슘 텔루리드(cesium telluride), 또는 세슘 요오드(cesium iodine)를 포함하여 또한 고려된다. 본 게이지는 임의의 특정 코팅(205)에 제한되지 않으며, 코팅(205)없이 전자들을 증가시킬 수 있다.
이제 도 3으로 돌아와서, 어레이(105)의 다른 엘리먼트들은 도 1a에 기술된 것들을 대신하여 고려된다. 다른 엘리먼트들은 단일 채널 전자 멀티플라이어, 불연속 다이노드 전자 멀티플라이어(discrete dynode electron multiplier), 또는 종래 기술에서 알려진 임의의 다른 전자 멀티플라이어를 포함하여 전자들을 발생시키고 증가시키는데 사용될 수 있다. 더욱이, 다중 마이크로채널 플레이트들은 랍레이드(Laprade)에 허여된 미국 특허 번호 6,239,549 Bl호에 기술된 불리 테크놀로지사(Burle Technologies
Figure pct00002
Inc)의 "Z-구성(Z-ConfigurationTM)", 또는 불리 테크놀로지사(Burle Technologies
Figure pct00003
Inc)의 "셰브론 구성(Chevron ConfigurationTM)"에 배치되는 다중 마이크로채널 플레이크들을 갖는 소스(105)로서 사용될 수 있다.
도 3으로 돌아와서, 도 1a에 도시된 어레이(105)의 엘리먼트에 대한 대안적인 실시예를 도시한다. 도 3은 전류 소스, 음극, 또는 광음극과 같이 종래 기술에 알려진 임의의 전자 소스일 수 있는 전자들(305)의 소스를 도시한다. 소스(305)는 단일 채널 전자 멀티플라이어 튜브(310)에 연결될 수 있다. 다른 소스들(305)은 전계 방출 소스(field emission source), 전계 이미터 어레이, 에너지 전자석 소스, 탄소 튜브들, 알루미늄:산화아연 단결정들(Al:ZnO whiskers) 및 코팅된 탄소 벨벳(carbon velvet) 방출기들을 포함할 수 있다. 예를 들어 전자 소스(또는 음극(305))로부터 배출된 전자(315)는 튜브(310) 내의 위치에 지향된다. 전자(315)는 전자 멀티플라이어 튜브(310)의 벽(320)을 때린다. 이러한 접촉은 더 많은 전자들(325)를 배출하며, 캐스캐이딩 효과를 생성하여서, 단일 전자(315)가 단일 채널 전자 멀티플라이어 튜브(310)의 말단부(335)에서 나오는 다수의 전자를 발생시킨다. 다중 전자들(330)은 도 1a의 측정 챔버(120)에 배출되어 가스 물질과 부딪친다. 이온들은 이후 콜렉터 전극(110)에 의해 수집된다.
이제 도 4로 돌아와서, 도 1a에 도시된 어레이(105)의 엘리먼트의 다른 대안적인 실시예가 도시된다. 여기서, 전자들을 발생시키기 위한 어레이(105)의 엘리먼트는 초기 전자 소스(305) 및 하나 이상의 다이노드(405a)를 포함하는 전자들을 증가시키기 위한 소스를 포함한다. 소스(305)는 전계 방출 소스, 음극, 또는 광음극, 또는 도 3에 대해 전술된 것과 상이한 전자 소스일 수 있다. 이러한 실시예에서, 어레이(105)는 또한 도 1a에 도시된 다중 기공들(200) 대신에 다수의 불연속 다이노드들(405a, 405b, 405c)를 추가적으로 포함한다.
다이노드(405a)는 포토멀티플라이어 튜브(미도시) 내에 배치될 수 있는 일련의 전극들 중 하나이다. 각각의 다이노드(405c, 405b, 405a)는 그 선행자보다 더 양전기로 충전된다. 제 2 방출은 케스케이딩 방식으로 전자들을 배출하는 각각의 다이노드(405b, 405c)의 표면에서 발생한다. 이러한 배치는, 예를 들어 전류 소스, 광음극, 또는 음극과 같은 초기 전자 소스(305)에 의해 방출되는 인가된 전류를 전형적으로 대략 백만 개에 의해 증폭시킬 수 있다. 따라서, 초기 음극(305), 또는 전자 소스로부터 방출된 전자들(415)은 제 1 다이노드(405a) 쪽으로 가속되고, 이것은 음극(305)의 전압에 대해 90 내지 100 volts 양전기로 유지된다. 제 1 다이노드 표면(405a)을 비추는 각각의 가속된 시드 광전자는 다수의 더 많은 전자들을 발생시킨다. 이것들은 이후 가속되거나, 또는 그렇지 않으면 제 2 다이노드(405b)에 지향되고, 제 2 다이노드는 제 1 다이노드(405a)보다 90 내지 100 volts 더 양전기로 홀딩된다. 제 2 다이노드 표면(405b)과 부딪히는 각각의 가속된 전자는 더 많은 전자들을 발생시키고, 이후 가속되거나, 또는 그렇지 않으면 제 3 다이노드(405c)에 지향되고, 제 3 다이노드는 제 2 다이노드(405b)보다 90 내지 100 volts 더 양전기로 홀딩된다.
물론, 이러한 프로세스는 3 개 이상의 다이노드들에 대해 반복될 수 있으며 다이노드들(405a 내지 405c)의 임의의 특정 수에 제한되지 않는다. 이러한 프로세스는 각각의 다이노드들(405a, 405b, 405c)에서 반복되며, 전자들 415"의 범위는 예를 들어 목표된 가스를 이온화시키기 위해 각각의 주입 전자에 대해 발생되는 대략 1 x 105 내지 1 x 107 전자들(415")까지와 같이 큰 수를 포함하고, 이는 목표된 가스를 이온화시키기 위해 전자들(415")의 적절한 양을 제공하여서, 도 1a의 이온화 게이지(100)에서 압력을 측정한다. 선행하는 수들은 간단히 설명을 위한 것이고 본 게이지는 이러한 임의의 양에 제한되지 않는다.
도시된 바와 같이, 음극(305), 또는 전류 소스로부터 방출된 단일 시드 전자(415)는 다수의 전자들(415', 415")을 발생시킨다. 다양한 수의 다이노드들이 사용될 수 있고 본 발명의 이온화 게이지(100)는 임의의 특정 수의 다이노드들(405a, 405b, 405c)에 제한되지 않도록 의도되며, 어떠한 수도 본 발명의 개시 범위 내이고, 가스 물질에 의존될 수 있다.
다시 도 1a에 돌아와서, 전자들(130)은 전자들(130)이 측정 챔버(120) 내로 전달된 후에 이온화가 발생하도록 그 에너지가 목표된 레벨로 제어되어야만 한다. 이온화는 공칭 설계 에너지(nominal design energy)보다 더 높고 더 낮게 양쪽에 퍼진 에너지 위에 발생한다; 본 발명에서 전체적으로 참조된, 1962년 사울 두쉬먼(Saul Dushman)에 의한 진공 기술의 과학적 기초들에 있어서 이온화 게이지에 관한 섹션 5.7(Section 5.7 on ionization gauges in Scientific Foundations of Vacuum Technique)을 참조한다. 이온 형성은 질소에 대해 150 전자 volts 주위의 전자 에너지에서 전형적으로 발생한다. 다양한 이온 형성 구성들이 가능하며 본 개시의 범주 내이다.
애노드 구조체(115)는 이온화 체적(180)을 한정하는, 접지에 대해 예를 들어 양전기의 180 volts로 충전되는 원통형 와이어 그리드를 포함한다. 애노드 구조체 그리드(115)는 와이어 메쉬 또는 하나 이상의 지지 스트럿(strut)에 연결된 다수의 와이어 써클들로 구성될 수 있다. 애노드 구조체 그리드(115)의 설계는 전자들(130)이 애노드 그리드(115)에 유입되도록 한다. 대부분의 전자들(130)은 애노드 그리드(115)와 부딪히지 않을 것이다. 대신에, 전자들(130)은 애노드 그리드(115) 내로 통과하여 이온화 애노드 체적(180)에 머무르도록 제어된다. 여기서, 전자들(130)은 전자 충격 이온화를 통해 이온들을 생성한다.
일단 전자 충격 이온화에 의해 생성되면, 이온들은 애노드 그래드(115) 내에 머무르는 경향이 있다. (애노드 그리드(115)의) 애노드 체적(180) 내에 형성된 이온들은 (a) 접지에 대해 양전기의 포텐셜인 애노드 그리드(115)와, (b) 접지 포텐셜 근처에 있는 포텐셜에 있는, (즉, 애노드 그리드(115) 포텐셜에 대해 음전기인) 콜렉터 전극(110) 사이의 포텐셜 차이에 의해 발생된 전기장에 의해 지향된다. 이러한 전기장은 이온들이 수집되어 이온 전류를 제공하는 콜렉터 전극(110)에 이온들을 지향하며, 이러한 이온 전류는 증폭기(185)(도 1a)에 의해 증폭하며, 이는 가스의 압력을 결정하기 위해 사용된다.
다른 바람직한 실시예에서, 콜렉터 전극(110)이 애노드(115)(도 5, 측면도에서 소스(105)를 도시)의 외측에 위치되면서, 시드 전자들을 발생시키고 시드 전자들(105)을 증가시키기 위한 소스는 애노드(115)에 위치될 수 있다. 도 5에 도시도니 다른 실시예에서, 이온화 게이지(100)는 콜렉터 전극(110)이 애노드(115) 외측에 위치되면서 애노드(115) 내측에 위치되고 있는 전자 발생 어레이(105)를 갖는 트리오드 게이지로서 구성될 수 있다. 다양한 이온화 게이지 구성들이 가능하며, 본 개시는 임의의 특정 구성에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 애노드(115) 내측 또는 외측 한쪽에 소스(105)에 더 밀접하게 형성된 이온들의 캡처를 위해 전극(110)에 대해 상이한 위치에 있는 제 2 이온 콜렉터(110b)(도 6)를 사용하여 더 높은 압력이 측정될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에서, 게이지(100)는 제 1 이온 콜렉터가 애노드(115)에 위치되며 제 2 이온 콜렉터(110b)가 애노드(115) 외측에 위치되는 2 개 이온 콜렉터들(110a 및 110b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 도 6의 측면도에 도시된 시드 전자들을 발생시키고 시드 전자들(105)을 증가시키기 위해 소스가 애노드(115) 외측에 위치될 수 있다. 제 2 이온 콜렉터(110b)는 도 6에 도시된 바와 같이 고온에서 애노드(115) 외측에 형성된 이온들을 수집하도록 구성된다.
여기서, 이온화 게이지(100)는 전극(110a)에 추가적으로 제 2 이온 콜렉터 전극(110b)를 포함한다. 제 2 이온 콜렉터 전극(110b)은 이온 수집에 조력하도록 그리드(115)의 외측에 위치된다. 이온들은 일단 전자 충격 이온화에 의해 생성되면, 그리드(115) 내에 머무르는 경향이 있다. 콜렉터 전류는 이후 증폭기(185)에 의해 증폭되어 전위계에 제공된다. 전위계는 압력 단위로 눈금이 정해지는 콜렉터 전류의 세기의 표시를 제공한다. 추가적으로, 콜렉터 전극들(11a, 110b)은 도 7에 도시된 바와 같이 대안적으로 애노드(115)에 위치될 수 있다. 양쪽의 이온 콜렉터 전극들(110a, 110b)로부터 압력 신호(전류)가 압력을 결정하도록 함께 가산될 것이라는 것이 이해되어 져야 한다.
일 실시예에서, 제어기(미도시)는 압력을 결정하기 위해 콜렉터 전극(110a) 또는 콜렉터 전극(110b)으로부터 어떤 신호를 사용할 것인지 선택할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 압력에서, 압력 신호(전류)는 애노드(115) 내측에 위치된 콜렉터 전극(110a)으로부터 우세하게 측정되며, 상대적으로 높은 압력에서, 전류는 외측의 콜렉터(110b)로부터 우세하게 선택된다.
도 9에 도시된 다른 실시예에서, 게이지(100)는 측면도에 도시된 플랫 플레이트로서 배치되어 있는 애노드(115), 측면도로 도시된 평행한 플랫 플레이트로서 이온 콜렉터(110), 및 이러한 2 개의 플레이트(110, 115) 사이에 배치된, 측면도로 또한 도시된 전자 소스(105)에 의해 슐츠-펠프스 기하적(Schultz-Phelps geometry)으로 구성될 수 있다.
전자들(105)를 발생시키고 증가시키기 위한 소스를 사용하는 것이 종래의 BA 이온화 게이지가 데워지도록 허용될 필요없이(BA 이온화 게이지에 대해 시드 전자들의 소스로서 열음극 필라멘트를 사용할 때와 같이), 제시간에 빠른 턴(turn)된다는 것이 이해되어 져야 한다. 다른 장점들은 게이지(100)가 전자 궤적 길이들을 확장하기 위해, 및 전자 멀티플라이어 소스(105)의 게인에 영향을 주기 위해, 및 그렇지 않으면 전자들(130)의 빔을 애노드 그리드(115)에 지향하기 위해 외부 및 내부 DC 및 AC 자석 및 전기장을 사용하도록 구성될 수 있다는 것을 포함한다. 본 이온화 게이지(100)는 전류를 증폭하기 위해 증폭기(185)(도 1a)를 사용할 수 있으며, 전자들(105)을 발생시키고 증가시키기 위한 소스가 애노드(115)쪽으로 대향하거나, 애노드(115)로부터 떨어져 대향하도록 구성될 수 있다. (애노드(115)로부터 떨어져 대향하는) 배치는 진공 프로세스들로부터 시각 오염(sight contamination)의 라인을 제거할 수 있으며, 또한 전자들(130)의 에너지 대역폭을 좁힐 수 있다. 이온 게이지(100)는 전자들(130)의 빔을 포커싱하도록 또한 장착될 수 있다. 다양한 장착 구성들이 가능하며 본 개시의 범주 내이다.
이제 도 10으로 돌아와서, 이온화 게이지(100)는 클러스터 툴(1100) 또는 프로세싱 작업을 위한 다른 다중-챔버 툴에 의해 바람직하게 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 클러스터 툴(1100)은 밸브(1110a)에 의해 이송 챔버(1110)에 연결된 로드 록 챔버(1105)를 포함할 수 있다. 로드 록 챔버(1105)는 밸브(1110b)에 의해 주위 환경 조건들로부터 밀봉된다. 단일 챔버 및 다중-챔버 클러스터 툴들(1100) 양쪽이 고려될 수 있으며, 이온화 게이지(100)는 단일 챔버 또는 다중-챔버 툴 구성 한쪽에서 사용될 수 있다. 이온화 게이지(100)가 진공 챔버와 함께 사용되기 위해 제한되지 않으며, 종래 기술에서 알려진 임의의 제조 챔버에서 사용될 수 있다는 것이 이해되어 져야 한다.
클러스터 툴(1100)은 프로세스 모듈(1115)을 또한 포함할 수 있다. 프로세스 모듈(1115)은 밸브(1110c)에 의해 이송 챔버에 또한 연결된다. 툴(1100)은 다중 프로세스 모듈들(1115) 및 다중 로드 록 챔버들(1105)을 포함할 수 있으며, 도시된 구성은 제한되지 않는다. 로드 록 챔버(1105)는 밸브(V1)에 의해 로드 록 챔버(1105)에 또한 연결되는 러프 펌프(RP1)를 포함할 수 있다. 각각의 로드 록 챔버(1105), 이송 챔버(1110), 및 프로세스 모듈(1115)은 하나 이상의 진공 펌프(Vp1, Vp2, 및 Vp3)를 포함할 수 있다. 진공 펌프는 극저온 진공 펌프일 수 있고, 또는 터보 펌프 또는 수증기 펌프와 같은 다른 펌프일 수 있다. 다양한 펌핑 구성들이 가능하며 본 개시의 범주 내이다.
바람직하게, 웨이퍼(미도시)는 로드 록 챔버(1105) 내로 유입되고 러프 펌프(Rp1) 및 진공 펌프(Vp1)를 사용하여 진공 조건들로 펌핑될 수 있다. 웨이퍼 조작 로봇(미도시)을 사용하여, 웨이퍼는 밸브(1110a)를 통해 이송 챔버(1110)에 조작될 수 있으며, 이후 웨이퍼는 다양한 증착 작업들에 대해 밸브(110c)를 통해 프로세스 모듈(1115)에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 이온화 게이지(100)는 클러스터 툴(1100)의 챔버들(1105, 1110 또는 1115) 중 하나에 위치될 수 있다. 설명을 위해, 이온화 게이지(100)는 프로세스 모듈(1115)에 도시되나, 임의의 특정 챔버 또는 위치에 제한되지 않으며, 챔버 또는 툴(1100)의 외측에 위치될 수 있다.
이온화 게이지(100)는 기본 압력(높은 진공) 및 더 높은 프로세싱 압력들(주로 mTorr 범위로) 양쪽의 압력을 측정할 수 있으나, 이것은 제한하지 않으며 측정을 위한 다양한 작동 파라미터들이 가능하며 본 개시의 범주 내이다. 이온화 게이지(100)는 플랫 패널 디스플레이들, 마그네틱 미디어 작업들, 태양열 전지들, 광학 코팅 작업들, 반도체 제조 작업들, 및 다른 제조 프로세스 작업들의 생산에서 압력을 측정하는데 사용될 수 있다. 이러한 프로세스들은 물리 기상 증착, 플라즈마 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 플라즈마 에칭 작업들, 이식 작업들, 산화/확산, 질화물들의 형성, 진공 리소그라피, 드라이 스트립 작업들, 에피택시 작업들(epitaxy operations; EPI), 급속 열처리(RTP) 작업들, 극한 자외선 리소그래피 작업들, 및 다른 것들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 이온화 게이지(100)는 예를 들어 현미경 또는 질량 분석계와 같은 하나 이상의 분석 툴들과 또한 작업 가능할 수 있다. 질량 분석기들은 가스 크로마토그라프 장비들(GC), 액체 크로마토그라프 장비들(LC), 이온 트랩 장비들, 마그네틱 섹터 분광기 장비들, 더블-포커싱 장비들, 비행 시간(time-of-flight) 장비들(TOF), 회전 자계(rotating field) 장비들, 이온 이동도(ion mobility) 장비들, 선형 사중극자(linear quadrupole) 장비들 및 다른 것들을 포함할 수 있다.
이온화 게이지(100)와 연결되어, 및 클러스터 툴(1100)과 함께 (또는 클러스터 툴(1100) 없이) 사용될 수 있는 표면 분석 장비들(1105)은 스캐닝 전자 현미경들, 에너지 분산 X-선 분광(energy dispersive X-ray spectroscopy)(EOS/XPS) 장비들, 스캐닝 오거 마이크로분석(scanning auger microanalysis)(Auger/SAM) 장비들, 글로우 방전 질량 분광(glow discharge mass spectroscopy)(GDMS) 장비들, 전자 분광 화학 분석(electron spectroscopy for chemical analysis)(ESCA) 장비들, 원자력 현미경/스캐닝 프로브 현미경(atomic force microscopy/scanning probe microscopy)(AFM/SPM) 장비들, 푸리에 변환 적외선 분광(Fourier transform infrared spectroscopy)(FTIR) 장비들, 파장 분산 X-선 분광(WDS) 장비들, 유도 연결 플라즈마 질량 분석(inductively coupled plasma mass spectroscopy)(ICPMS) 장치들, X-선 형광(x-ray fluorescence)(XRP) 장비들, 중성자 활성화 분석(neutron activation analysis instruments)(NAA) 장비들, 계측 장비들, 및 다른 것들을 또한 포함할 수 있다. 이러한 리스트는 철저한 것은 아니며 게이지(100)가 리스트되지 않은 다른 장비들과 함께 사용될 수 있다.
이러한 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 도시되고 기술되는 반면, 첨부된 청구범위에 의해 포함되는 발명의 범주로부터 벗어남 없이 형태 및 세부 사항들에 있어 다양한 변경들이 만들어질 수 있다는 것을 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다.

Claims (35)

  1. 마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이
    - 상기 마이크로채널 플레이트는
    시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및
    상기 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들에 반응하여, 상기 전자들을 증가시키는(multiply) 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함함 -;
    상기 전자들이 가스종들(gaseous species)을 충격하는 이온화 체적; 및
    상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 임팩트에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 포함하는
    이온화 게이지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온화 체적이 그 내에 상기 전자들을 보유하는 애노드에 의해 한정되며, 전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드의 외측에 있으며, 상기 애노드가 상기 콜렉터 전극을 둘러싸는
    이온화 게이지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 애노드의 외측에 형성된 이온들을 수집하기 위해 제 2 콜렉터 전극을 더 포함하는
    이온화 게이지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜렉터 전극에 의해 수집된 전류가 압력 신호를 형성하는
    이온화 게이지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이온화 체적은 플레이트 형태의 애노드와 플레이트 형태의 콜렉터 전극 사이의 체적에 의해 한정되며, 상기 소스는 상기 플레이트 형태의 애노드와 상기 플레이트 형태의 콜렉터 전극 사이에 위치되는
    이온화 게이지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로채널 플레이트가 입력면 및 출력면을 포함하며, 상기 입력면과 출력면 사이에 전압이 인가되는
    이온화 게이지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로채널 플레이트가 시드 전자들의 자발적인 방출을 야기하도록 처리되는
    이온화 게이지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부의 입력면 상에 전자 방출 물질이 있으며, 방사선이 시드 전자들을 발생시키는
    이온화 게이지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온화 체적에서 전자들의 수에 기초하여 상기 전자 발생원 어레이로부터의 전자 빔 전류를 제어하는 조절기를 더 포함하는
    이온화 게이지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전자 빔 전류를 제어하기 위해 애노드에 연결되는 전류계를 더 포함하는
    이온화 게이지.
  11. 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체;
    전자 시드 장치 및 상기 전자 시드 장치로부터의 전자들을 증가시키는 전자 멀티플라이어 장치를 포함하는 전자들을 발생시키는 소스; 및
    상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 포함하며,
    상기 콜렉터 전극 및 상기 소스 중 하나가 상기 애노드 구조체 내측에 위치되며, 상기 콜렉터 전극 및 상기 소스 중 다른 하나가 상기 애노드 구조체 외측에 위치되는
    이온화 게이지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 원통형 와이어 그리드가 하나 이상의 지지 스트럿에 연결된 다수의 와이어 써클들로서 구성되는
    이온화 게이지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 외측에 위치되며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 내측에 위치되는
    이온화 게이지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 애노드 구조체 외측에 위치된 제 2 콜렉터 전극을 더 포함하는
    이온화 게이지.
  15. 제 11 항에 있어서,
    전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 내측에 위치되며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 외측에 위치되는
    이온화 게이지.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 콜렉터 전극에 의해 수집된 전류가 압력 신호를 형성하는
    이온화 게이지.
  17. 제 11 항에 있어서,
    전자들을 증가시키는 전자 멀티플라이어 장치가 마이크로채널 플레이트를 포함하는
    이온화 게이지.
  18. 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체;
    마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이
    - 상기 마이크로 채널 플레이트는 시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및
    상기 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들과 반응하여 상기 전자들을 증가시키는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함함-;
    상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 상기 애노드 구조체의 내측에 위치된 콜렉터 전극을 포함하는
    이온화 게이지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 원통형 와이어 그리드는 하나 이상의 지지 스트럿에 연결된 다수의 와이어 써클들로서 구성되는
    이온화 게이지.
  20. 제 18 항에 있어서,
    전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 외측에 위치되며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 내측에 위치되는
    이온화 게이지.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 애노드 구조체 외측에 위치되는 제 2 콜렉터 전극을 더 포함하는
    이온화 게이지.
  22. 제 18 항에 있어서,
    전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 내측에 위치되며 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 외측에 위치되는
    이온화 게이지.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 콜렉터 전극에 의해 수집된 전류가 압력 신호를 형성하는
    이온화 게이지.
  24. 전자들을 발생시키고 상기 발생된 전자들을 증가시키기 위한 전자 발생원 어레이;
    전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 수단;
    상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수직하기 위한 콜렉터 전극 수단; 및
    압력을 측정하도록 상기 수집된 이온들로부터의 신호를 형성하기 위한 수단을 포함하는
    이온화 게이지.
  25. 마이크로채널 플레이트의 전자발생부를 포함하는 전자 발생원 어레이를 사용하여 전자들을 발생시키는 단계;
    상기 마이크로 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 사용하여 전자들을 증가시키는 단계;
    콜렉터 전극을 사용하여 상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 이온들로부터 압력 신호를 형성하는 단계를 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    플레이트 형태 애노드와 평행 플레이트 형태 이온 콜렉터 사이에서 전자들을 발생시켜서 상기 평행 플레이트 형태 이온 콜렉터 상에 상기 이온들을 수집하는 단계를 더 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 전자들을 표면-처리된 마이크로채널 플레이트를 통해 통과시켜서 전자들을 증가시키는 단계를 더 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  28. 전자 시드 장치를 포함하는 소스를 사용하여 전자들을 발생시키는 단계;
    상기 전자들을 증가시키는 단계;
    상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 콜렉터 전극을 사용하여 수집하는 단계 - 상기 콜렉터 전극 및 상기 소스 중 하나가 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체 내측에 위치되며, 상기 콜렉터 전극 및 상기 소스 중 다른 하나가 상기 애노드 구조체 외측에 위치됨 -; 및
    상기 수집된 이온들로부터 압력 신호를 형성하는 단계를 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 외측에 위치되고 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 내측에 위치되는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    전자들을 발생시키는 소스가 상기 애노드 구조체 내측에 위치되고 상기 콜렉터 전극이 상기 애노드 구조체 외측에 위치되는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 전자들이 하나 이상의 표면-처리된 마이크로채널 플레이트를 통해 통과시켜서 전자들을 증가시키는 단계를 더 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  32. 제 28 항에 있어서,
    하나 이상의 다이노드를 사용하여 전자들을 증가시키는 단계를 더 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  33. 제 28 항에 있어서,
    상기 애노드 구조체의 외측에 위치되는 제 2 콜렉터 전극을 사용하여 상기 애노드 구조체의 외측에 이온들을 수집하는 단계를 더 포함하는
    가스 종들로부터 가스 압력을 측정하는 방법.
  34. 기판을 제공하는 단계;
    툴을 진공시켜서 상기 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스들을 실행하는 단계;
    압력을 측정하는 단계로서,
    전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적을 한정한 원통형 와이어 그리드를 포함하는 애노드 구조체,
    상기 애노드 구조체의 외측에 위치되고, 전자 시드 장치 및 상기 전자 시드 장치로부터 전자들을 증가시키는 전자 멀티플라이어 장치를 포함하는 전자를 발생시키는 소스,
    상기 애노드 구조체의 내측에 위치되고, 상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 제공하는 것에 의해 압력을 측정하는 단계; 및
    상기 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스된 기판을 형성하도록 작업들을 수행하는 단계를 포함하는
    프로세스.
  35. 기판을 제공하는 단계;
    툴을 진공시켜서 상기 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스들을 실행하는 단계;
    압력을 측정하는 단계로서,
    마이크로채널 플레이트를 포함하는 전자 발생원 어레이
    -상기 마이크로채널 플레이트는
    시드 전자들을 발생시키기 위한 소스를 포함하는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 발생부, 및
    상기 전자 발생부에 의해 발생된 시드 전자들에 반응하여 상기 전자들을 증가시키는 상기 마이크로채널 플레이트의 전자 멀티플라이어부를 포함함-,
    상기 전자들이 가스종들을 충격하는 이온화 체적, 및
    상기 전자들과 상기 가스종들 사이의 충격에 의해 형성된 이온들을 수집하는 콜렉터 전극을 제공하는 것에 의해 압력을 측정하는 단계; 및
    상기 진공된 툴에서 상기 기판 상에 프로세스된 기판을 형성하도록 작업들을 수행하는 단계를 포함하는
    프로세스.
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