KR20170120692A

KR20170120692A - 삼극관형 전리 진공계

Info

Publication number: KR20170120692A
Application number: KR1020177027508A
Authority: KR
Inventors: 타케시 미야시타; 토요아키 나카지마; 마사히로 후쿠하라
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-10-31
Also published as: CN107407611A; TW201643396A; TWI638151B; JPWO2016139894A1; CN107407611B; WO2016139894A1; JP6227834B2

Abstract

본 발명은 이온 콜렉터 표면에서 방출되는 입자의 영향을 줄여 측정 오차 없이 측정 대상물의 압력을 측정할 수 있는 삼극관형 전리 진공계를 제공한다.
삼극관형 전리 진공계(IG)는, 필라멘트(2); 필라멘트 주위에 배치되는 통 모양의 윤곽을 갖는 그리드(3); 그리드 주위에 동심으로 배치되는 통 모양의 이온 콜렉터(4);를 구비한다. 이온 콜렉터의 모선 방향의 길이(L2)를 그리드의 모선 방향의 길이(L1)의 6%~80% 범위로 설정하고, 이온 콜렉터의 모선 방향의 양단부에서의 입자 방출 영역이 생략되도록 구성된다.

Description

삼극관형 전리 진공계

본 발명은, 진공 용기 등의 측정 대상물에 장착되어 그 내부의 압력을 검출하기 위한 삼극관형 전리 진공계에 관한 것이다.

스퍼터링이나 증착에 의한 성막 등, 진공 처리 장치내에서 실시되는 진공 프로세스에 있어서는, 측정 대상물로서의 진공 챔버내의 압력이, 예를 들어 제품 수율에 큰 영향을 주는 경우가 있다. 진공 프로세스 중, 진공 챔버내의 압력 중 1 Pa~10^-6 Pa의 넓은 압력 범위를 정밀하게 측정하는 것으로서, 삼극관형 전리 진공계가 일반적으로 알려져 있다(예를 들어 특허 문헌 1 참조).

상기 종래 예의 것은, 측정 대상물에 장착되는 유리로 만든 진공 격벽내에, 헤어핀 형상으로 성형된 필라멘트; 필라멘트 주위에 배치되는, 원통형의 윤곽을 갖는 그리드(grid); 그리드 주위에 배치되는 원통형의 이온 콜렉터;를 구비하고 있다. 그리고, 필라멘트에 통전하여 이 필라멘트를 점등시켜 열전자를 방출시키고, 필라멘트보다 높은 전위를 그리드에 부여하고, 이 그리드 주변에서 열전자와 충돌해서 생긴 기체 원자, 분자의 양이온을 이온 콜렉터로 포집하고, 이 때의 이온 전류로부터 측정 대상물의 압력이 측정된다. 이 경우, 필라멘트는 그 꺾인 꼭대기부(頂部)측으로부터 삽입되고, 꼭대기부가 그리드의 모선 방향(bus-line direction) 중앙 영역에 위치하도록 배치된다. 또한, 이온 콜렉터로서는, 양이온을 가급적 포집하기 위해, 그 모선 방향의 길이가 그리드의 모선 방향의 길이와 동등 이상의 것이 이용되고, 그리드와 이온 콜렉터는 동심형으로 배치된다.

여기서, 상기 종래예의 삼극관형 전리 진공계의 진공 격벽에 진공 펌프를 접속하고, 대기압에서 고진공 영역(10^-5 Pa 정도의 압력)까지 일정한 배기 속도로 진공 배출 하면서, 상기에 따라 압력을 측정하면, 압력 지시값이 그 측정 한계(하한)값 부근의 압력인 10^-5 Pa 정도까지 연속적으로 하강한 후, 10^-4 Pa 정도까지 다시 상승하여 평형을 이루는 것이 판명되었다. 이러한 삼극관형 전리 진공계를 측정 대상물에 장착하여 압력을 측정하면, 측정 오차가 생긴다(즉, 실제의 측정 대상물의 압력보다 높은 압력을 지시한다)는 문제를 초래한다.

따라서, 본 발명의 발명자들은, 열심히 연구를 거듭하여, 이온 콜렉터의 모선 방향의 양단부는, 양이온의 충돌 확률이 비교적 낮고, 입자(기체 분자)가 모일 수 있는 영역이 되고, 나아가서는, 양이온의 충돌로 방출되는 입자의 방출원이 된 것에 기인하고 있는 것을 발견하는데 도달했다. 즉, 진공 배출 당초, 그리드나 이온 콜렉터에 부착되어 있는 수분 등의 기체의 원자나 분자(대기중의 성분)도 서서히 방출되어 배기되고(즉, 소위 흡착 등온선을 따라 흡착량이 감소한다), 압력 지시값이 그 측정 한계값(예를 들어, 10^-5 Pa)까지 강하되어 간다. 이 시점에서는, 이온 콜렉터(주로, 내표면)에 부착되어 있는 원자나 분자의 조성은, 대기와 연동된 조성 비율이 되어 있다고 생각된다.

방출된 기체나 양이온이 된 기체 분자 등은 이온 콜렉터에 다시 충돌하고, 이온 콜렉터 표면(주로, 내표면)에 산화물 등으로서 화학 흡착 또는 물리 흡착된다. 이 경우, 양이온의 충돌 확률이 높은 영역에서는, 이탈 가능한 에너지를 갖는 양이온이 계속적으로 충돌함으로써, 중성 분자, 중성 파편 분자, 중성 원자 또는 그들의 이온 등의 입자로서 가급적 방출되는(즉, 분자층으로서 퇴적되기 어려운) 한편, 양이온의 충돌 확률이 낮은 영역에서는, 양이온이 계속적으로 충돌하지 않으므로, 예를 들어 약결합 분자층(산화층 등)으로서, 양이온의 충돌 확률이 높은 영역과 비교하여 퇴적되기 쉬워, 분자층의 두께를 유지하기 쉬운 상태로 되어 있다.

더 시간이 경과하면, 진공 격벽내의 기체는 배기 능력에 따른 조성으로 변화한다. 이 조성 변화에 따라 이온 콜렉터 표면(주로, 내표면)에 부착되어 있는 원자나 분자층의 조성도 변화한다. 예를 들어, 배기되기 어려운 수분자 등이 증가한 조성으로 변화한다. 이 조성이 변화한 것 등에 기인하여 양이온의 충돌 확률이 낮은 영역에서는, 이탈보다 흡착이 우세해져, 예를 들어 약결합 분자층(산화층 등)으로서 퇴적이 진행된다. 그리고, 측정 한계값 부근의 압력까지 하강한 후, 퇴적된 분자층(추가로 흡착된 수분자 등도 포함한다)에 양이온이 충돌함으로써 방출되는 입자의 양이 서서히 많아짐에 따라, 압력 지시값이 상승되고, 그 후, 입자의 방출과, 방출된 입자의 재흡착이나 배기의 균형이 유지되면, 소정 압력(예를 들어, 10^-4 Pa)에서 평형을 이룬다고 생각할 수 있다. 이 분자층에 화학 흡착 또는 물리 흡착되는 양과, 이 분자층에서 방출되는 입자의 양은 양이온 등의 충돌 확률에 의존하기 때문에, 이온의 충돌 확률이 비교적 낮은 이온 콜렉터의 모선 방향의 양단부가 입자의 방출원이 되어, 압력 지시값의 상승을 초래하고 있다고 할 수 있다.

특허 문헌 1: 특개 2013-72694호

본 발명은, 이상의 관점을 바탕으로 이루어진 것으로, 이온 콜렉터 표면에서 방출되는 입자의 영향을 줄여 측정 오차 없이 측정 대상물의 압력을 측정할 수 있는 삼극관형 전리 진공계를 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 측정 대상물에 장착되어 그 내부의 압력을 검출하는 본 발명의 삼극관형 전리 진공계(triode-type ionization vacuum gauge)는, 필라멘트; 필라멘트 주위에 배치되는 통 모양의 윤곽을 갖는 그리드; 그리드 주위에 동심으로 배치되는 통 모양의 이온 콜렉터;를 구비하고, 필라멘트에 통전하여 이 필라멘트를 점등시켜 열전자를 방출시키고, 필라멘트보다 높은 전위를 그리드에 부여하고, 이 그리드 주변에서 열전자와 충돌하여 생긴 기체 원자, 분자의 양이온을 이온 콜렉터에서 포집하고, 이 때의 이온 전류로부터 압력을 검출하고, 이온 콜렉터의 모선 방향의 양단부의 입자 방출 영역이 생략되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 측정 대상물에 장착하여 압력을 측정할 때에 고진공 영역에서의 이온 콜렉터 표면에서 방출되는 입자의 영향이 가급적 억제되어, 결과적으로, 정확하게 측정 대상물의 압력을 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 「입자 방출 영역」이란, 이온 전류로부터의 압력 측정 시, 양이온의 충돌 확률이 비교적 낮은 것에 의해 이온의 포집에 그다지 기여하지 않는 한편, 그 표면에 분자층으로서 퇴적할 수 있는 영역(바꾸어 말하면, 입자(기체 분자)가 모일 수 있는 영역)으로서, 이것을 생략해도 감도 저하의 영향이 적게 압력을 측정할 수 있는 영역을 말하고, 입자 방출 영역을 전체적으로 생략하는 경우뿐 아니라, 압력 상승을 초래하지 않는 범위에서 부분적으로 생략하는 경우도 포함한다.

본 발명에 있어서는, 상기 이온 콜렉터의 모선 방향의 길이를 그리드의 모선 방향의 길이의 6%~80% 범위로 설정하고, 이온 콜렉터의 모선 방향의 입자 방출 영역을 생략하는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 이온 콜렉터의 모선 방향의 길이를 그리드의 모선 방향의 길이와 동등하게 했을 경우에 양이온의 충돌 확률이 비교적 낮은 이온 콜렉터의 양단부를, 그리드의 모선 방향의 길이 대비 이온 콜렉터의 모선 방향의 길이를 짧게 설정하는 매우 간단한 구성에서 실질적으로 생략할 수 있고, 이온 콜렉터 표면에서 방출되는 입자의 영향을 가급적 억제할 수 있다. 그리고, 그리드의 모선 방향 길이를 80%보다 길게 하면, 이온 콜렉터의 모선 방향의 양단부에서의 입자 방출의 영향을 받아 측정 오차가 생기는 한편, 그리드의 모선 방향 길이를 6%보다 짧게 하면, 현저한 감도 저하를 초래하고, 측정 대상물내의 압력을 정확하게 측정하지 못할 우려가 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 필라멘트; 상기 그리드; 상기 이온 콜렉터;를 금속제 진공 격벽내에 수납하는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 열전자의 진공 격벽에 대한 차지 업(charge up)이 방지되어, 진공 격벽으로 둘러싸인 공간내의 전위 분포가 상시 일정하게 유지된다. 그 결과, 장시간에 걸쳐 일정한 감도로 압력을 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 삼극관형 전리 진공계의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 2는 센서부의 모식 단면도이다.
도 3은 삼극관형 전리 진공계를 진공 배출했을 때의 시간 경과에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 그리드의 모선 방향의 길이에 대한 이온 콜렉터의 모선 방향의 길이의 비를 가로축, 이온 콜렉터에서의 양이온의 수집 확률을 세로축으로 했을 경우의 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 삼극관형 전리 진공계의 실시 형태를 설명한다. 이하에 있어서는, 도시 생략된 측정 대상물에 대한 후술하는 센서부의 장착 방향을 상방으로 하여 설명한다.

도 1및 도 2를 참조하여, 삼극관형 극 전리 진공계(IG)는, 센서부(S)와 제어부(C)로 구성된다. 센서부(S)는, 진공 격벽으로서의 바닥있는 통모양 금속제 용기인 센서 본체(1)를 구비하고, 그 상부에 설치한 플랜지(11)(및 진공 실(seal))를 통해 도면 외의 진공 챔버 등의 측정 대상물에 탈착 가능하게 장착된다. 센서 본체(1)로서는, 스테인리스, 니켈, 니켈과 철의 합금, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 티탄, 티탄 합금, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 또는 이들에서 선택된 적어도 2종의 합금제로 구성된다. 이 경우, 금속제 센서 본체(1)는, 어스 접지(earth grounding)되어 있는 것이 바람직하다.

센서 본체(1)는, 그 내부에, 필라멘트(2); 필라멘트(2) 주위를 둘러싸도록 동심으로 배치되는, 원통형의 윤곽을 갖는 그리드(3); 그리드(3) 주위를 둘러싸도록 동심으로 배치되는, 원통형의 이온 콜렉터(4);를 구비한다. 필라멘트(2)로서는, 산화이트륨(yttria)으로 피복한 이리듐이나, 텅스텐 등의 금속으로 만든 것이 이용되고, φ0.1~0.2 mm의 선재(線材)를 헤어핀 형상으로 성형하여 된 것이 이용된다. 그리고, 필라멘트(2)의 양쪽자유단이, 센서 본체(1)의 저부를 도시 생략된 절연체를 통해 관통시켜 센서 본체(1)내에 돌출되어 설치된 지지 핀(21a, 21b)에 의해 센서 본체(1)내의 소정 위치에 위치 결정 지지된다. 이 경우, 지지 핀(21a, 21b)은 접속 단자(전극)의 역할도 한다. 필라멘트(2)는, 그리드(3)의 일단(도 1중, 하단에, 필라멘트(2)의 삽입 방향 전단의 헤어핀 형상으로 꺾인 꼭대기부(22a)측으로부터 삽입된다. 이 경우, 꼭대기부(22a)가, 예를 들어, 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 중점(Mp) 근방에 위치하도록 배치된다.

그리드(3)로서는, 텅스텐, 몰리브덴, 표면을 백금으로 피복한 몰리브덴, 탄탈륨, 백금, 이리듐, 백금과 이리듐의 합금, 니켈, 니켈과 철의 합금, 스테인리스 또는 이들에서 선택된 적어도 2종의 합금으로 만든 것이 이용된다. 그리고, φ0.1~0.5 mm의 선재를 원통형의 윤곽을 갖도록 코일 모양으로 감아 구성된다. 이 경우, 그리드(3)의 구멍축(Ha) 상에 필라멘트(2)의 꼭대기부(22a)가 위치하도록 하고 있다. 그리고, 그리드(3)의 형태는 이것에 한정되는 것이 아니고, 상기 선재를 격자 모양으로 조립하여 원통형으로 성형한 것이나 펀칭 메탈 또는 포토에칭 시트를 통 모양으로 성형한 것일 수도 있다. 그리드(3) 또한, 센서 본체(1)의 저부를 도시 생략된 절연체를 통해 관통시켜 센서 본체(1)내에 돌출되게 설치한 지지 핀(31a, 31b)에 의해 센서 본체(1)내의 소정 위치에 위치 결정 지지된다. 이 경우, 지지 핀(31a, 31b)은 접속 단자의 역할도 한다.

이온 콜렉터(4)로서는, 스테인리스, 몰리브덴, 표면을 백금으로 피복한 몰리브덴, 탄탈륨, 백금, 이리듐, 백금과 이리듐의 합금, 니켈, 니켈과 철의 합금 또는 이들에서 선택된 적어도 2종의 합금으로 만든 것이 이용된다. 그리고, 두께 50~300μm의 직사각형 판재를 원통형으로 성형하여 구성된다. 이온 콜렉터(4) 또한, 센서 본체(1)의 저부를 도시 생략된 절연체를 통해 관통시켜 센서 본체(1)내에 돌출되게 설치한 지지 핀(41a, 41b)에 의해 센서 본체(1)내의 소정 위치에 위치 결정 지지된다. 이 경우, 지지 핀(41a, 41b)은, 접속 단자의 역할도 한다.

한편, 제어부(C)는 하우징(F)(도 1중, 일점쇄선으로 나타낸다)를 구비하고, 하우징(F)내에는 컴퓨터, 메모리나 시퀀서 등을 구비한 제어 유닛(Cu)이 내장되어 있다. 제어 유닛(Cu)은, 후술하는 각 전원의 작동이나 후술하는 전류계(A)로 측정된 이온 전류값을 처리하여 예를 들어 도시 생략된 디스플레이에 압력을 표시하는 등의 각종 제어를 통괄하여 수행한다. 또한, 하우징(F)내에는, 필라멘트(2)에 직류 전류를 통전하여 필라멘트(2)를 적열(점등)하는 필라멘트 점등용 전원(E1); 그리드(3)에 대하여 필라멘트(2)보다 높은 전위를 이 그리드(3)에 할당하는 그리드용 전원(E2); 필라멘트(2)의 전위를 이온 콜렉터(4)의 전위보다 높게 하는 전원(E3); 이온 콜렉터(4)를 흐르는 이온 전류를 측정하는 전류계(A);가 내장되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 특별히 도시하여 설명하지 않지만, 하우징(F)에는 상기 각 전원(E1~E3)에 도통한 출력 단자가 설치되고, 센서부(S)와 제어부(C)는 커넥터 부착 케이블로 접속된다. 또한, 센서부(S)와 제어부(C)를 동일한 하우징에 삽입하여 구성할 수도 있다.

여기서, 필라멘트(2)로서 φ0.127 mm, 20 mm 길이의 이리듐선을 헤어핀 형상으로 성형하고, 산화이트륨으로 피복한 것, 그리드(3)로서, φ0.25 mm의 백금 클래드 몰리브덴선을 직경 φ10 mm, 모선 방향의 길이(L1)를 20 mm로 성형한 것, 및 이온 콜렉터(4)로서 두께 0.1 mm의 SUS304제 판재를 직경 φ17 mm의 원통형으로 성형한 것을 이용하여, 이들 필라멘트(2), 그리드(3) 및 이온 콜렉터(4)를 상기 실시 형태에 따라, 내경이 φ25 mm인 원통형 진공 격벽(1)에 조립했다. 이 때, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를 20 mm(그리드 길이(L1)의 100% 「종래품」)로 한 것, 및 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 양단이 생략되도록, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를 16 mm(그리드의 길이(L1)의 80% 「시험체(1)」)로 한 것, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 길이(L2)를 14 mm(그리드의 길이(L1)의 70% 「시험체(2)」)로 한 것, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 길이(L2)를 12 mm(그리드의 길이(L1)의 60% 「시험체(3)」)로 한 것, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 길이(L2)를 10 mm(그리드의 길이(L1)의 50% 「시험체(4)」)로 한 것, 및 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 길이(L2)를 2 mm(그리드의 길이(L1)의 10% 「시험체(5)」)로 한 것의 6개의 삼극관형 전리 진공계(IG)를 준비했다.

그 후, 진공 격벽(1)에 도시 생략된 소위 기준 진공계도 장착하여 진공 펌프에 의해 일정한 배기 속도로 진공 배출하면서, 그리드 전압 150 V, 필라멘트 전류 25 V, 이온 콜렉터 전류 0 V, 및 방출 전류(emission current) 1 mA로 작동시켜, 기준 진공계 및 각 삼극관형 전리 진공계로 압력을 각각 측정했다. 도 3은, 각 삼극관형 전리 진공계에서 시간 경과에 따른 압력의 변화를 나타내는 그래프이다. 이것에 의하면, 도 3에서, 점선으로 나타내는 바와 같이, 종래품에서는, 진공 격벽(1)의 압력이 10^-5 Pa 정도까지 연속적으로 하강한 후, 10^-4 Pa 정도까지 다시 상승하여 평형을 이루는 것이 확인되었다. 그에 반해, 시험체(1)~시험체(5)에서는, 진공 격벽(1)의 압력이 10^-5 Pa 정도까지 연속적으로 하강하여 평형을 이루는 것이 확인되었다. 또한, 기준 진공계에 대한 종래품 및 시험체(1~5)의 감도를 각각 측정하고, 종래품에 대한 감도비를 구한 결과, 시험체(1)에서는 감도비가 100%, 시험체(2)에서는 감도비가 87% 이며, 시험체(3)에서는 감도비가 75%, 시험체(4)에서는 감도비가 68% 이며, 시험체(5)에서는 감도비가 13%였다. 그 결과, 시험체(1)에서는, 동등한 감도가 얻어졌지만, 그리드(3)의 길이(L1) 대비 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 길이(L2)를 짧게 함에 따라, 감도가 저하되어 가지만, 측정 대상물의 압력 측정에 영향이 없는 범위인 것이 확인되었다.

이온 콜렉터(4)의 모선 방향 길이(L2)와 감도의 관계는, 시험체(L1)의 50%(그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 중점(Mp)을 0%로 하면, -25%에서＋25% 범위)를 1σ로 하는 정규 분포에 가까운 값이라고 할 수 있다. 즉, 시험체(L1)의 50%를 1σ로 했을 경우의 k값은, 종래품이 20 mm÷10 mm=2σ, 시험체(1)이 18 mm÷10 mm=1.6σ, 시험체(2)가 14 mm÷10 mm=1.4σ, 시험체(3)이 12 mm÷10 mm=1.2σ, 시험체(4)가 10 mm÷10 mm=1σ, 시험체(5)가 2 mm÷10 mm=0.2σ로 계산된다. 이 k값으로부터 구해지는 정규 분포의 확률은, 종래품이 2σ이므로 95%, 마찬가지로 시험체(1)이 1.6σ이므로 89%, 시험체(2)가 1.4σ이므로 84%, 시험체(3)이 1.2σ이므로 77%, 시험체(4)가 1.2σ이므로 68%, 시험체(5)가 0.2σ이므로 16%이다. 그 결과, 상기에서의 각 시험체(1~5)의 감도비에 근사한 값이 되어 있는 것을 알 수 있다.

그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 중점(Mp)을 0%로 했을 경우의 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)의 비를 가로축, 이온 콜렉터(4)에서의 양이온의 수집 확률을 세로축으로 했을 경우를 그래프에 나타내면, 도 4와 같이 되는 것으로 생각할 수 있다. 이상으로부터, 이온 콜렉터(4)의 중앙 영역에서는, 양이온이 충돌하는 확률이 비교적 높아, 양이온을 많이 포집하고 있는 반면, 이온 콜렉터(4)의 중앙 영역에서 그 양단으로 향함에 따라, 양이온이 충돌하는 확률이 비교적 낮아져, 그 양단부에서는, 양이온의 포집에 거의 기여하지 않는다고 생각할 수 있다. 그리고, 종래품에서는, 양이온의 충돌 확률이 낮은 이온 콜렉터(4)의 양단부에서 약결합 분자층(산화층 등)으로서 퇴적되어(즉, 기체 분자가 모여), 측정 한계값 부근의 압력까지 하강한 후, 퇴적된 분자층에 양이온이 충돌함으로써 방출되는 입자의 양이 서서히 많아져 감에 따라, 압력 지시값이 상승하고, 그 후, 입자의 방출과, 방출된 입자의 재흡착이나 배기의 균형이 유지되면, 소정 압력(예를 들어, 10^-4 Pa)에서 평형을 이룬다고 생각할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태의 센서 본체(1)에서는, 필라멘트(2) 주위를 둘러싸도록 동심으로 원통형 이온 콜렉터(4)가 배치되어 있으므로, 압력 측정 시, 예를 들어 지지 핀(41a, 41b)에 대한 발열에 의해 이온 콜렉터(4)에는 그 모선 방향 중앙에서 양단에 걸쳐 온도 분포가 생기고 있다(흡착 등온선). 이 온도 분포에 기초하여 입자의 흡착량에 차이가 존재하겠지만, 상기 실험 결과 및 검출 감도 변화율에서 보면, 온도 분포의 존재는 지배적인 요인이라고 생각하기 어렵다. 또한, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향 양단에서의 연질 X선(soft X-ray)의 발생과 그 입사의 영향도 생각할 수 있지만, 이 영향은, 전리 진공계의 측정 한계보다 한자리수 낮은, 10^-6 Pa 정도의 압력 범위에서 지배적인 현상이며, 또한, 상기 실험 결과로부터도 지배적인 요인이라고 생각하기 어렵다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 지식을 바탕으로, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 6%~80% 범위로 설정하고, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이를 필라멘트(2)의 모선 방향의 길이와 동등하게 했을 경우(즉, 종래품)에 있어서, 양이온의 충돌 확률이 비교적 낮은 이온 콜렉터(4)의 양단부가 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1) 대비 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를 짧게 설정하는 매우 간단한 구성에서 실질적으로 생략되도록 했다. 즉, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를, 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)보다 짧게 하고, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)의 중점이, 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 중점(Mp) 근방에 위치하도록 배치했을 경우에, 그리드(3)의 상하 방향의 단부가 이온 콜렉터(4)의 상하단이 각각 상방 및 하방으로 돌출되도록 했다.

이것에 의하면, 측정 대상물에 장착하여 압력을 측정할 때, 고진공 영역에서의 이온 콜렉터(4) 표면에서 방출되는 입자의 영향이 가급적 억제되어, 결과적으로, 정확하게 측정 대상물의 압력을 측정할 수 있다. 게다가, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를, 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 6%~80% 범위로 설정했기 때문에, 감도 저하의 영향을 받지 않고 측정 대상물내의 압력을 정확하게 측정할 수 있다. 여기서, 상기 감도비 및 도 4의 그래프로부터, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)가 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 6.3%인 경우, 감도가 10%를 밑돈다고 생각할 수 있다. 이 경우, 감도를 S, 이온 콜렉터(4)를 흐르는 이온 전류를 Ii, 필라멘트(2)와 그리드(3) 사이의 방출 전류를 Ie, 압력을 P로 하면, Ii=Ie×S×P의 관계식이 성립하고, S가 작아지는 만큼, Ii도 작아진다. 그러므로, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)가 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 6% 이하가 되면, 감도가 10% 이하가 되고, Ii도 10% 이하로 작아진다. 그 결과, 전기 노이즈에 약해져, 미소(微小) 전류 계측 회로로서 고가의 것을 이용해야 하므로 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 6%보다 짧아지면, 실용적이지 않다. 한편, 그리드(3)의 모선 방향 길이를 80%보다 길게 하면, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 양단부에서의 입자 방출의 영향을 받아 측정 오차가 생길 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 것에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 필라멘트(2)의 꼭대기부(22a)와 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)의 중점이 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 중점(Mp) 근방에 위치하는 것을 예로 배치하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 필라멘트(2)에 통전하여 열전자를 방출시킬 때의 전자 방출 효율이 소정 값을 넘어 저하되지 않는 범위에서 그리드(3)에 대한 필라멘트(2)의 위치를 상방 또는 하방으로 적절히 비켜 놓을 수 있다. 또한, 필라멘트(2)로서는, 예를 들어, 스트레이트 형상의 것이나 코일 모양으로 감은 것을 이용할 수도 있고, 이 경우, 전자 방출 효율이 높은 영역이, 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)의 중점(Mp) 근방에 위치하도록 배치된다. 또한, 헤어핀 형상으로 성형된 필라멘트(2)를 이용하는 경우, 그 꼭대기부(22a)가 가장 가열되기 때문에, 열전자의 방출량도 가장 많다고 생각되므로, 필라멘트(2)의 꼭대기부(22a)의 위치에 따라, 양이온의 수집 효율이 저하되지 않는 범위에서 그리드(3)에 대한 이온 콜렉터(4)의 위치를 상방 또는 하방으로 비켜 놓을 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)를 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)보다 짧게 하여, 이온 전류로부터의 압력 측정 시, 양이온의 충돌 확률이 비교적 낮은 것에 의해 이온 포집에 기여하지 않는 한편 그 표면에 분자층으로서 퇴적할 수 있는 입자 방출 영역 전체를 생략하는 것을 예로 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 종래예와 같이, 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)와 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1)를 동등하게 하고, 양자를 동심형으로 배치하고 있는 것으로, 그리드(3)의 모선 방향의 길이(L1) 대비 이온 콜렉터(4)의 모선 방향의 길이(L2)의 6%~80% 범위를 제외한 이온 콜렉터(4)의 양단부에, 압력 상승을 초래하지 않도록 가급적 큰 면적이 되도록 개구를 설치하여, 입자 방출 영역을 부분적으로 생략할 수도 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 이온 콜렉터(4)로서 직사각형의 판재를 원통형으로 성형한 것을 예로 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 밴드 형상의 선재를 격자모양으로 조립하여 원통형으로 성형한 것이나 펀칭 메탈 또는 포토에칭 시트를 통모양으로 성형한 것을 이용할 수도 있다. 이 경우, 이온 콜렉터(4)의 유효 포집 면적이, 상기 실시 형태와 마찬가지로, L1의 50%를 1σ로 하는 정규 분포에 따른 비율로 구성되어 있을 수도 있고, 구하는 감도에 따라 적절히 변경을 가할 수도 있다.

IG…삼극관형 전리 진공계, S…센서부, C…제어부, 1…금속제 센서 본체(진공 격벽), 2…필라멘트, 3…그리드, 4…이온 콜렉터, A…전류계, Mp…(그리드의 모선 방향에서의) 중점.

Claims

측정 대상물에 장착되어 그 내부의 압력을 검출하는 삼극관형 전리 진공계(triode-type ionization vacuum gauge)로서,
필라멘트와, 필라멘트 주위에 배치되는 통 모양의 윤곽을 갖는 그리드(grid)와, 그리드 주위에 동심으로 배치되는 통 모양의 이온 콜렉터를 구비하고,
필라멘트에 통전하여 이 필라멘트를 점등시켜 열전자를 방출시키고, 필라멘트보다 높은 전위를 그리드에 부여하고, 이 그리드 주변에서 열전자와 충돌하여 생긴 기체 원자, 분자의 양이온을 이온 콜렉터에서 포집하고, 이 때의 이온 전류로부터 압력을 검출하는 것에 있어서,
이온 콜렉터의 모선 방향(bus-line directinon)의 양단부의 입자 방출 영역이 생략되도록 구성한 것을 특징으로 하는 삼극관형 전리 진공계.
제 1항에 있어서,
상기 이온 콜렉터의 모선 방향의 길이를 그리드의 모선 방향의 길이의 6%~80% 범위로 설정하고, 이온 콜렉터의 모선 방향의 입자 방출 영역을 생략한 것을 특징으로 하는 삼극관형 전리 진공계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 필라멘트; 상기 그리드; 상기 이온 콜렉터;를 금속제 진공 격벽내에 수납한 것을 특징으로 하는 삼극관형 전리 진공계.