TW202004174A - 具有反磁控管源的氣體分析 - Google Patents

具有反磁控管源的氣體分析 Download PDF

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克林頓 佩西
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Abstract

揭示一種總壓力冷陰極電離計。反磁控管電極設計能夠同時偵測和測量高真空系統中之總氣壓、以及一或多種氣體(諸如氫、氦)和水的分壓。另外，揭示一種洩漏偵測器(諸如氦洩漏偵測器)，其具有到離子偵測通道之進氣通道的緊湊逆流配置。

Description

具有反磁控管源的氣體分析
本申請案有關具有反磁控管源的氣體分析。
一直需要在高真空製程中促進故障排除。高真空製程典型遵循以從大氣壓力抽空真空室開始之工作流程。使用者追蹤於抽空期間的真空室之壓力，且當總壓力滿足目標壓力時，可以開始真空製程或實驗。通常期望將在預定的時間範圍內滿足目標壓力。如果在預期之一段時間後未達到目標壓力，或達到目標壓力所需的時間比平時要長，則真空系統使用者需要對真空室進行故障排除。通常，故障排除不僅需要使用電離計，還需要打破真空以使用氦洩漏偵測器，且有時候，需要使用昂貴之殘留氣體分析儀來測量水位。
因此，持續需要提供減少高真空製程故障排除中所涉及的時間和費用之設備。
揭示一種總壓力冷陰極電離計。反磁控管電極設計能夠同時偵測和測量高真空系統中之總氣壓、以及一或多種氣體(諸如氫、氦)和水的分壓。冷陰極電離計包括具有反磁控管放電之冷電離源，以產生純電子電漿並經由與氣體分子的電子碰撞而產生離子，且不需要任何熱陰極。
於一實施例中，提供有反磁控管冷陰極電離真空計。所述真空計包含陽極電極；及陰極電極組件，其圍繞陽極電極之一段長度並定位成在陰極電極組件與陽極電極之間的放電空間中建立電場。磁鐵組件定位成界定越過電場的磁場。於陰極電極組件中之開口定位成允許氣體從受監視室進入放電空間，使得在放電空間中形成氣體之離子，以藉由朝陰極電極組件的方向中之電場來加速。於陰極電極組件中的來源孔口定位成從陰極電極組件發射出氣體之離子的一部分。磁鐵組件定位成基於氣體離子的質荷比來有角度地位移離子之已發射部分。偵測器定位成偵測離子的已發射部分之位移離子組分。離子電流測量電路系統電連接以測量在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流，且電連接以測量於偵測器處由接收位移離子組分所產生之電流。
於進一步、相關實施例中，反磁控管冷陰極電離真空計可更包含總壓力顯示器，其與離子電流測量電路系統電連接，提供來自受監視室的氣體總壓力之指示；和分壓顯示器，其與離子電流測量電路系統電連接，提供來自受監視室的氣體分壓之指示。真空計可更包含氣體入口通道，其定位成使氣體從受監視室流至陰極電極組件中的開口，其中離子之發射部分在與來自氣體入口通道中的受監視室之氣體的流動相反之方向中行進。偵測器定位於氣體入口通道的側面邊緣處、或氣體入口通道之中心中。真空計可更包含定位於來源孔口與偵測器之間的靜電屏蔽柵格。真空計可更包含定位在來源孔口與偵測器之間的能量過濾柵格。偵測器可包含離子屏蔽件、偵測器孔口、及法拉第收集器。真空計可包含一個以上的偵測器，所述一個以上之偵測器的每一個定位成偵測離子之發射部分的一個以上之不同位移離子組分的不同離子組分。真空計可包含一個以上之偵測器，包含有法拉第收集器陣列。真空計可包含定位於來源孔口及法拉第收集器陣列之間的能量過濾柵格。偵測器可包含電子倍增器。真空計可包含一個以上之來源孔口。
在其他相關實施例中，真空計可包含電源；及電流限制電路，其可包含電流限制電阻器，且電連接於電源與陽極電極之間。陽極電壓控制電路可建構成維持陽極電極的恆定電壓，而與在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流無關。陽極電壓控制電路可建構成基於在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流來變動陽極電極之電壓。可包含鐵磁材料的磁場延伸組件可定位成於陰極電極組件的外側延伸磁場。可包含將偏向電壓施加至偵測器之電壓源的高通離子能量過濾器可能建構成僅允許具有高於期望閾值能量的能量之離子抵達該偵測器。電壓源可建構成基於陽極電極的電壓變動高通離子能量過濾器之偏向電壓。低通離子能量過濾器可建構成僅允許偵測具有低於期望閾值能量的能量之離子。低通離子能量過濾器可包含電壓偏向式偏轉板及偵測器的集電板。偏轉板可為垂直於離子的發射部分之已位移離子組分的光束之路徑；或可為相對離子的發射部分之位移離子組分的光束之路徑成一角度，且使集電板偏離位移離子組分的光束之軸線。磁鐵組件可包含一對平板磁鐵，其定位成界定跨越電場的磁場和陰極電極組件外側之外部磁場兩者。磁鐵組件可包含圓柱形磁鐵，所述圓柱形磁鐵圍繞陰極電極組件並包含與來源孔口重合的開口，圓柱形磁鐵界定跨越電場的磁場和陰極電極組件外側之外部邊緣磁場兩者。
於進一步相關實施例中，真空計可更包含總壓力決定電路，其建構成至少基於在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流決定來自受監視室之氣體的總壓力。來源孔口柵格可定位於來源孔口上方。通量控制偵測器可定位來收集離子之放射部分的一小部分；且通量反饋電路可建構成基於從通量控制偵測器所接收之電流來調整高壓電源，所述高壓電源電連接以為陽極電極供電。磁性區塊或四極過濾器可以定位在來源孔口及偵測器之間；且來源孔口可為定位成將氣體的離子發射進入飛行時間質譜儀、離子阱、或射頻動態離子阱。
於其他相關實施例中，位移離子組分可包含以下至少一個：氦離子、氫離子、水離子、和殘餘的氣體離子。位移離子組分可包含與來自受監視室的氣體之其他組分分開的氦離子。位移離子組分可包含與來自受監視室的氣體之其他組分分開的水離子；或可包含位移氦離子及位移水離子兩者，所述兩者彼此分開並與來自受監視室的氣體之其他組分分開。
在進一步相關實施例中，真空計可包含陰極旋轉耦接器。電子控制致動器可為耦接至陰極旋轉耦接器。離子束偏轉器(諸如一對平行板或一對彎曲板)可為定位於來源孔口及偵測器之間。偏轉器電源可為電連接至離子束偏轉器，以在離子束偏轉器的一對偏轉板之間建立靜電場。偏轉器電源可為電連接至(i)相對離子偏轉器的第二偏轉板之接地電壓，向離子束偏轉器的第一偏轉板提供正偏轉器偏向電壓，或(ii)相對第二偏轉板之接地電壓，向第一偏轉板提供負偏轉器偏向電壓，或(iii)向第一偏轉板提供第一偏轉器偏向電壓，及向第二偏轉板提供第二偏轉器偏向電壓。
於其他相關實施例中，偏轉器控制電路可建構成將偏轉器控制信號供給至偏轉器電源。偏轉器控制電路可建構成變動偏轉器電源的電壓，以造成離子束偏轉器變動所述離子之發射部分的位移離子組分之偏轉。偏轉器控制電路可建構成基於(i)電壓隨時間的三角形鋸齒變動，或(ii)電壓波形，以控制相對其他離子組分之位移離子組分的峰寬和時間位置來變動偏轉器電源之電壓。偏轉器控制電路可建構成掃描偏轉器電源的電壓，以當掃描所述偏轉器電源之電壓時，造成離子束偏轉器使複數離子組分偏轉以藉由偵測器連續地偵測。偏轉器控制電路可建構成掃描偏轉器電源的電壓，以允許偵測複數離子組分之質譜。離子組分的其中一者可為殘留氣體；且真空計可更包含殘留氣體分壓測量電路，其建構成基於藉由偵測器所產生之電流來決定殘留氣體分壓。離子組分的其中一者可為水；且真空計可更包含水分壓測量電路，其建構成基於藉由偵測器所產生之電流來決定水分壓。離子組分的其中一者可為氦；且真空計可更包含氦分壓測量電路，其建構成基於藉由偵測器偵測氦所產生之電流來決定氦分壓。自動基線校正電路可建構成施行氦分壓的基線校正。離子組分之其中一者可為氫。
在進一步相關實施例中，偏轉器控制電路可建構成控制偏轉器電源的電壓，以造成離子束偏轉器引導具有不同能量之位移離子組分和共同的離子組分質量經過偵測器的偵測器孔口集中。真空計可更包含陰極旋轉耦接器；及致動器，其建構成使用陰極旋轉耦接器來旋轉陰極電極組件，以致具有不同能量的位移離子組分在偏轉器電源之電壓下引導至偵測器，這造成具有不同能量的位移離子組分經過偵測器之偵測器孔口集中。具有待集中的不同能量之位移離子組分可包含水離子組分，並可包含殘留氣體離子組分。偏轉器控制電路可建構成隨著陽極電極的電壓變化而變動偏轉器電源之電壓，以當陽極電極的電壓改變時，造成離子束偏轉器將位移離子組分引導至偵測器，而不改變位移離子組分於偵測器處相對其他離子組分之時間位置。真空計可更包含高通離子能量過濾器，其建構成僅允許偵測具有高於所期望閾值能量的能量之離子。高能量過濾器控制電路可建構成與陽極電極的電壓成比例地減少高通離子能量過濾器之偏向電壓。
在進一步相關實施例中，與離子電流測量電路系統電連接的分壓顯示器可能提供來自受監視室之氣體分壓的指示；且分壓決定電路可建構成至少基於藉由離子電流測量電路系統所測量、而在偵測器處接收移位離子組分所產生的電流決定來自受監視室之氣體的分壓。真空計可被包括於模組單元中，所述模組單元包含有：總壓力顯示器，與離子電流測量電路系統電連接，提供來自受監視室的氣體總壓力之指示；分壓顯示器，與離子電流測量電路系統電連接，提供來自受監視室的氣體分壓之指示；及離子電流測量電路系統。真空計可更包含與離子電流測量電路系統電連接的水分壓顯示器，提供來自受監視室的氣體中之水分壓的指示；並可包含水百分比顯示器，提供於受監視室中的氣體之水百分比的指示。水百分比決定電路可建構成至少基於以下者決定水百分比：(i)藉由離子電流測量電路系統所測量、在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流，(ii)從藉由離子電流測量電路系統所測量、而於偵測器處接收位移離子組分所產生之電流，及(iii)來源孔口的橫截面積與暴露至氣體之離子的陰極電極組件之一部分的表面積之比率。真空計可更包含殘留氣體與水的比率顯示器，提供來自受監視室之水分壓與來自受監視室的殘留氣體分壓之比率的指示；及殘留氣體與水之比率的決定電路，其建構成藉由離子電流測量電路系統所測量，至少基於由在偵測器處接收位移離子組分所產生之電流來決定水的分壓與殘留氣體之分壓的比率。磁鐵組件可為關於越過電場的軸線徑向地對稱。
於進一步相關實施例中，離子電流測量電路系統可包含離子電流測量電路，其電連接至測量在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流、及於偵測器處接收位移離子組分所產生之電流兩者。離子電流測量裝置可包含電連接以接收複數離子電流信號的多工器，所述離子電流信號包含有來自在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流之第一離子電流信號、及來自於偵測器處接收位移離子組分所產生的電流之第二離子電流信號。離子電流測量電路系統可包含電連接至測量在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流之第一離子電流測量電路、和電連接至測量於偵測器處接收位移離子組分所產生的電流之第二離子電流測量電路。離子電流測量電路系統可包含電連接至測量在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流之第一安培計、及電連接至測量於偵測器處接收位移離子組分所產生的電流之第二安培計。反磁控管冷陰極電離真空計可更包含雙信號洩漏偵測電路，其建構成決定以下兩者的同時發生：(i)在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流中之減小，並藉由離子電流測量電路系統所測量，和(ii)於偵測器處接收位移離子組分所產生的電流中之增加，並藉由離子電流測量電路系統所測量。雙信號洩漏偵測顯示器可包含基於藉由雙信號洩漏偵測電路所決定的同時發生之洩漏的壓力資料之指示。
在其他相關實施例中，反磁控管冷陰極電離真空計可更包含圍繞偵測器的一段長度之偵測器屏蔽件，所述偵測器屏蔽件包含有偵測器孔口。真空計可包含圍繞或覆蓋偵測器孔口的能量過濾柵格。偵測器屏蔽件電連接器可為電連接於偵測器屏蔽件及向偵測器屏蔽件施加偏向電壓的電壓源之間。真空計可更包含偵測器屏蔽件旋轉耦接器；及可更包含偵測器旋轉耦接器。藉由偵測器屏蔽件圍繞其一段長度的偵測器可包含法拉第收集器，其可包含法拉第杯，所述法拉第杯包含側面屏蔽件。偵測器屏蔽件可為接地。真空計可更包含磁鐵旋轉耦接器。
於進一步相關實施例中，磁場延伸組件可為定位成在由來源孔口朝偵測器縱向地延伸之方向中延伸所述磁場。磁場延伸組件可包含定位成增加磁鐵組件及偵測器之間的磁場之磁鐵；及可包含圍繞於來源孔口及偵測器之間延伸的通道之外側的至少一部分之磁軛。磁鐵組件可包含整塊式磁鐵，其在陰極組件上方延伸並於從來源孔口朝偵測器縱向地延伸的方向中延伸。
在另一相關實施例中，反磁控管冷陰極電離真空計可包含組合量規的一部分，所述組合量規更包含連接至當總壓力大於閾值總壓力時測量來自受監視室之氣體的總壓力之高壓總壓力感測器，且當總壓力小於高壓總壓力感測器的閾值總壓力時，反磁控管冷陰極電離真空計可為連接至測量來自受監視室之氣體的總壓力。高壓總壓力感測器可包含皮拉尼總壓力感測器或皮拉尼壓力計和壓電差壓感測器的組合，且閾值總壓力可為以下之一：約10-4 托爾或約10-5 托爾。
在根據本發明的另一實施例中，提供有反磁控管冷陰極電離真空計，其包含有陽極電極；及陰極電極組件，圍繞陽極電極的一段長度，並定位成在陰極電極組件和陽極電極之間的放電空間中建立電場。磁鐵組件定位成界定越過電場的磁場。陰極電極組件中之開口定位成允許氣體從受監視室進入放電空間，使得在放電空間中形成氣體之離子，以藉由電場於朝陰極電極組件之方向中加速。於陰極電極組件中的來源孔口定位成從陰極電極組件發射出氣體之離子的一部分。磁鐵組件定位成基於氣體離子的質荷比成角度地位移離子之發射部分。偵測器定位成偵測離子發射部分的位移離子組分。離子電流測量電路系統電連接至測量在偵測器處接收位移離子組分所產生之電流。氣體入口通道定位成使氣體從受監視室流至陰極電極組件中的開口，其中離子之發射部分沿著與來自氣體入口通道中的受監視室之氣體流動相反的方向中行進。
於進一步相關實施例中，位移離子組分可包含與來自受監視室的氣體之其他組分分開的氦離子。
在根據本發明之另一實施例中，提供有反磁控管冷陰極電離源。電離來源包含陽極電極；陰極電極組件，其圍繞陽極電極的一段長度，並定位成在陰極電極組件和陽極電極之間的放電空間中建立電場；及磁鐵組件，其定位成界定越過電場的磁場。於陰極電極組件中之開口定位成允許氣體從受監視室進入放電空間，使得在放電空間中形成氣體之離子，以藉由電場於朝陰極電極組件之方向中加速。於陰極電極組件中的來源孔口定位成從陰極電極組件發射出氣體之離子的一部分。磁性區塊、四極質量過濾器、飛行時間質譜儀、離子阱、或射頻動態離子阱定位成接收由來源孔口所放射的氣體之離子。
在進一步相關實施例中，氣體入口通道可定位成使氣體從受監視室流至陰極電極組件中的開口，其中離子之發射部分沿著與來自氣體入口通道中的受監視室之氣體流動相反的方向中行進。電離來源可更包含離子電流測量電路系統，其電連接至測量在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流。與離子電流測量電路系統電連接之總壓力顯示器可能提供來自腔室的氣體總壓力之指示。
於根據本發明之另一實施例中，提供有測量來自受監視室中的氣體之總壓力和分壓的方法。所述方法包含有：於反磁控管冷陰極電離真空計的陽極電極和陰極電極組件之間施加電壓，所述陰極電極組件圍繞陽極電極的一段長度，以在陰極電極組件和陽極電極之間的放電空間中建立電場。使用磁鐵組件界定越過電場的磁場。允許氣體經過陰極電極組件中的開口從受監視室進入放電空間，使得在放電空間中形成氣體之離子，以藉由電場在朝陰極電極組件之方向中加速。經過陰極電極組件中的來源孔口將氣體之離子的一部分從陰極電極組件發射出。使用磁鐵組件，基於氣體離子之質荷比，使離子的發射部分成角度地移位。使用偵測器，偵測離子發射部分之位移離子組分。使用離子電流測量電路系統測量在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流；且基於藉由離子電流測量電路系統所測量之總電流顯示來自受監視室的氣體總壓力之指示。使用離子電流測量電路系統測量在偵測器處接收位移離子組分所產生的電流；且基於藉由離子電流測量電路系統所測量而在偵測器處接收位移離子組分所產生的電流，顯示來自受監視室之氣體分壓的指示。
於進一步相關實施例中，所述方法可更包含維持陽極電極之恆定電壓，而與在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流無關。所述方法可更包含施行高通離子能量過濾，以僅允許具有高於期望閾值能量之能量的離子發射部分之離子抵達偵測器；或施行低通離子能量過濾，以僅允許具有低於期望閾值能量的能量之離子發射部分的離子抵達偵測器。所述方法可更包含診斷包含受監視室的真空系統，所述方法更包含有使用離子電流測量電路系統測量在偵測器處接收水離子組分所產生的電流，並使用離子電流測量電路系統測量於偵測器處接收殘留氣體離子組分所產生之電流。
以下是對範例實施例之敘述。
按照本發明的實施例，具有反磁控管電極設計之總壓力冷陰極電離計能夠同時偵測和測量高真空系統中的總氣壓、以及一或多個氣體、諸如氫氧化物、氦和水之分壓。冷陰極電離計包括帶有反磁控管放電的冷電離來源，以生成純電子電漿，並經由與氣體分子之電子碰撞產生離子，而無需任何熱陰極。冷陰極電離計可用於真空系統中的故障排除、氦洩漏偵測、水百分比決定、和下面敘述之其他用途。另外，冷電離來源可用作磁性區塊、四極質量過濾器、及下面敘述的其他系統。
圖1係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計1000之橫截面投影圖。圖2A係圖1的真空計1000之橫截面俯視圖，且圖2B係真空計1000的投影圖。
參考圖1、2A及2B之實施例中，真空計1000包括陽極電極1002及圍繞陽極電極1002的一段長度之陰極電極組件1004。陰極電極組件1004可譬如是圓柱形的形狀，並可完全或局部地圍繞陽極電極1002之一段長度。另一選擇係，非圓柱形的形狀能使用於陰極電極組件1004、諸如正方形之形狀。陰極電極組件1004可為單件式陰極電極、或能為由一起形成陰極電極組件1004的二或更多陰極電極區段(諸如兩個半圓柱體)所形成。陰極電極組件1004定位成當電壓施加於陽極電極1002及陰極電極組件1004之間時，建立在陰極電極組件1004及陽極電極1002之間的放電空間1005中之電場。雖然圖1中分別顯示用於陽極電極1002及陰極電極組件1004的二分開之接地絕緣穿通件1024及1026，將理解，電極1002和1004兩者都不需要接地絕緣，且電穿通件1024及1026可以經過單一穿通點而非由雙邊進入真空零組件。電穿通件1024及1026可包括連接至陽極電極1002及陰極電極組件1004的每一者之設有螺紋的金屬連接器1165、和絕緣體1167(諸如塑膠絕緣體、例如由PEEK聚合物所製成、或例如Vespel玻璃或諸如氧化鋁之陶瓷)，所述絕緣體含有內孔1168，並可經過所述內孔1168與陽極電極1002和陰極電極組件1004的每一個進行導線連接。
繼續圖1、2A及2B之實施例，磁鐵組件1006定位成界定越過電場的磁場，以致磁場及電場處於交叉場配置，使電場線垂直於磁場線。例如，在圖1中，電場可以在陽極電極1002及陰極電極組件1004之間的徑向方向1007a中延伸，而磁場垂直地延伸於磁鐵組件1006的二平板磁鐵1006a及1006b之間，以致磁場延伸在延伸於電場的方向1007b中。儘管顯示平板磁鐵1006a和1006b，但是將理解，可以使用其他形狀之磁鐵來提供交叉磁場。陰極電極組件1004中的開口1008定位成允許氣體從受監視室(未示出)進入放電空間1005，使得在放電空間1005中形成氣體之離子，以藉由電場於朝陰極電極組件1004的方向中加速。例如，凸緣1009可以用於附接至來自受監視室(未示出)之氣體的來源，以致氣體行進經過氣體入口通道1028並進入陰極電極組件1004中之開口1008。陰極電極組件1004中的來源孔口1010定位成從陰極電極組件1004發射出形成在放電空間1005中之氣體的離子之一部分。於圖1、2A及2B中，來源孔口1010藉由兩個來源孔口板1011(其中一個顯示在圖1之剖視圖中，且於圖2B中顯示兩個)之間的垂直狹縫所形成，但是將理解，可以使用來源孔口1010之諸多不同的可能形狀。
磁鐵組件1006定位成基於氣體之離子的質荷比來成角度地位移所述離子之發射部分，例如藉由界定越過徑向方向1007a中的交叉方向1007b中之磁場。偵測器1012定位成偵測離子的發射部分之位移離子組分，其可以是位移離子組分的分開之離子流、諸如氦、氫、水、或分子量高於水(諸如氮)的一或多個殘留氣體之分開的離子流。如本文所使用，“殘留氣體”是分子量高於水之離子組分。偵測器1012可例如包括離子屏蔽件1018(參見圖2A)、偵測器孔口1020(參見圖2A)、和法拉第收集器1022(參見圖2A)。如下面進一步討論的，離子電流測量電路系統(其可例如包括第一電流測量電路12014，參見圖12)電連接以測量在陽極電極1002及陰極電極組件1004之間流動的總電流Itotal (參見圖12)。如下面所討論，此總電流Itotal 使用於決定受監視室中之氣體的總壓力。此外，如下面進一步討論的，離子電流測量電路系統(其可譬如包括第二電流測量電路12016，參見圖12)電連接以測量由在偵測器1012處接收位移離子組分所產生之電流Isignal 。如下面所討論，此來自偵測器1012的電流Isignal 使用於決定受監視室中之氣體的分壓、諸如氦、氫、水、或氮之分壓。通過這種方式，真空計既可用作總壓力計、也可用作諸如氦、氫、水、或氮等組分的分壓計。
圖3是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計3000之概要俯視圖，所述真空計具有在氣體入口通道3028中的離子之逆流、及側面安裝式偵測器3012。氣體入口通道3028定位成使氣體從受監視室(未示出)流至陰極電極組件3004中的開口1008(參見圖1)。從陰極電極組件3004發射出之離子的部分3030在與來自氣體入口通道3028中之受監視室的氣體之流動方向3034相反的方向3032中行進。偵測器3012定位氣體入口通道3028之側面邊緣處。另一選擇係，如於圖4的實施例中所顯示，偵測器4012可以定位在氣體入口通道4028之中心。返回至圖3的實施例，真空計3000可包括靜電屏蔽柵格3036、諸如相對陽極電壓偏向於接地電壓處之接地柵格網目。靜電屏蔽柵格3036定位在來源孔口3010及偵測器3012之間。靜電屏蔽柵格3036可輔助提供於陰極電極組件和偵測器孔口3020之間的無電場區域。沒有靜電屏蔽柵格3036，施加至偵測器孔口3020之偏向電壓的改變可造成離子軌道之改變並影響離子束經過偵測器孔口3020的耦合，使用靜電屏蔽柵格3036可減輕或消除其效果。如圖3中所示，位移離子組分3038引導經過偵測器孔口3020，並產生電流I+ He ，其測量來決定離子組分3038之分壓、諸如氦的分壓。
如圖4之實施例中所顯示，位移離子組分4038基於它們的質荷比分開成不同之離子流，當它們由來源孔口4010進一步行進時彼此越來越分散。跨越離子的運動方向之磁場根據右手定則對離子強加力量。在圖4中，例如，位移離子組分4038a由氫離子所構成、4038b由氦離子所構成、4038c由水離子所構成、且4038d由殘留氣體所構成。如可於圖1中看到的那樣，定位偵測器4012，以致偵測到期望之位移離子組分4038b(在此，氦)。另外，按照本文的實施例，可同樣地調整來源孔口4010之角度(例如，相對氣體入口通道的中心軸線)，以致偵測到期望之位移離子組分4038b。
如圖5的實施例中所示，真空計5000可包括一個以上之偵測器5012a、5012b，使一個以上的偵測器5012a、5012b之每一個定位成偵測離子的發射部分之一個以上的不同位移離子組分5038a-d之不同的一個。例如，於圖5中，一個偵測器5012a定位成偵測氦離子5038b，以致生成電流I+ He ，以允許測量氦之分壓，而定位另一偵測器5012b，以偵測水離子5038c，從而生成電流I+ H2O ，以允許測量水的分壓。於圖5中，兩個偵測器5012a、5012b都安裝在氣體入口通道5028之側面上，但是它們的一或多個也可以居中安裝。
如圖6之實施例中所示，真空計6000可包括一個以上的來源孔口6010a、6010b及一個以上之偵測器6012a、6012b。於此案例中，每一來源孔口6010a、6010b將由來源孔口6010a、6010b所發射的位移離子組分分開成不同之離子流。例如，來源孔口6010a將所發射的離子分開成氫6038a、氦6038b、水6038c和殘留氣體6038d之位移離子組分6038a-d；而來源孔口6010b將其發射的離子分開成氫6038e、氦6038f、水6038g、和殘留氣體6038h之位移離子組分6038e-h。基於不同的發射離子流，可定位多數個偵測器6012a、6012b來偵測不同之離子組分，以致可通過測量一個以上的氣體之分壓來生成電流。例如，在圖6中，水流6038c被顯示為引導至偵測器6012a，以致生成電流I+ H2O ，以允許測量水的分壓；而氦流6038f被引導至偵測器6012b，以致生成電流I+ He ，以允許測量氦之分壓。於圖6中，兩個偵測器6012a、6012b都安裝在氣體入口通道6028的一側面上，但是它們之一或多個也可居中安裝。於根據本發明的實施例中，位移離子組分6038可包括以下之至少一個：氦離子、氫離子、水離子、和殘留氣體離子、諸如氮離子和氧離子。位移離子組分6038可包括與來自受監視室的氣體之其他組分分開的氦離子。位移離子組分6038可包含與來自受監視室之氣體的其他組分分開之水離子；或可包含位移的氦離子和位移之水離子兩者，其二者的每一個彼此分開並與來自受監視室之氣體的其他組分分開。
如圖7之實施例中所示，真空計7000可包括具有法拉第收集器7022的偵測器7012。偵測器包括離子屏蔽件7018、偵測器孔口7020(在此處和於本文之其他圖面中，其稱為偵測器狹縫，儘管其將理解的是可使用其他形狀的偵測器孔口)和法拉第收集器7022。用於低成本，本文討論之法拉第收集器可設計成平板，但是使用法拉第杯可獲得改善的性能。法拉第杯可捕獲可能源自離子碰撞之二次電子，藉此對離子電流提供更線性的響應。在圖7中，僅使用單個法拉第收集器7022。
另一選擇係，如於圖8的實施例中所示，真空計8000亦可包括法拉第收集器陣列8040中之一個以上的偵測器。在此，從來源孔口8010發射之離子流8030可行進經過靜電屏蔽柵格8036、諸如相對陽極電壓偏向於接地電壓的接地柵格網目，且接著經過能量過濾器柵格8042，其係在抵達法拉第收集器陣列8040之前，於相對陽極電壓的偏向電壓下。靜電屏蔽柵格8036可提供與圖3之靜電屏蔽柵格3036類似的益處。能量過濾器柵格8042可藉由相對陽極電壓之偏向電壓用於高能量過濾，其對法拉第收集器陣列8040應用高通離子能量過濾，藉此對於相對下面圖11A中的項目11054所敘述之單個偵測器的高通離子能量過濾起類似之作用。本文所教導的其他真空計亦可使用定位於來源孔口及偵測器之間的能量過濾器柵格8042，而不管是否使用法拉第收集器陣列8040。法拉第收集器陣列8040可例如包括電介質基材8044、諸如陶瓷，使金屬條8046形成法拉第收集器。例如，金屬條8046可為約0.025英吋厚，且藉由約0.01英吋之間隙所分開。在另一範例中，法拉第收集器陣列可藉由在(例如，約0.025英吋厚度的)金屬條8046之間添加例如約0.010英吋的寬度之氣隙來實現，這可避免相鄰收集器之間的串擾。使用至法拉第收集器之電接線8048，然後可將在陣列8040中的每個法拉第收集器處接收之離子電流饋送至多工器30124(參見下面的圖30)。於另一實施例中，偵測器8040可包括電子倍增器，代替法拉第收集器，或除了法拉第收集器之外還包括電子倍增器。電子倍增器可提供諸如增強的偵測限制和更快的數據採集率之類的優點。
如在圖9之實施例中所顯示，於另一選擇幾何形狀中，氣體入口通道9028可為與離子偵測通道9050分開的通道，以致從陰極電極組件9004發射出之離子部分9030在流動的方向9032中行進，方向9032大致上平行於來自氣體入口通道9028中之受監視室的氣體之流動方向9034或與其在另一角度，如與圖3的實施例之逆流配置相反。在另一替代幾何形狀中，平行流動的氣體入口可以在陰極電極組件9004處或附近，以致進來之氣體從來源流動至偵測器，於與朝偵測器行進的發射離子相同之方向9032中流動，而非具有氣流和發射離子組分的逆流。然而，平行流組構之潛在缺點是陰極電極組件9004及/或陽極電極本身可為進來的氣流提供低傳導屏障，藉此需要更大之入口氣體連接。而且，如果陰極定位於氣流和偵測器之間，則存在傳導限制，這使得其難以泵出偵測器。如果於偵測器有任何放氣，該區域中的壓力將增加並影響裝置之性能。藉由使較小的偵測器在去往陰極的途中，它保持良好之泵送，亦即具有高傳導性(注意到裝置由連接腔室中的真空被泵送經過凸緣1009，參見圖1)。這是有利的，因為較高之壓力可經過中性離子碰撞影響位移的離子束。
圖10是按照本發明之實施例的使用低通離子能量過濾器10052之反磁控管冷陰極電離真空計10000的概要俯視圖。從陰極電極組件10004發射出之離子流10030包括低能離子和高能離子兩者，以致其總離子電流等於低能離子的電流ILE 加上高能離子之電流IHE 。離子流10030(或其角度位移部分，注意圖10被簡化以省略離子組分的角位移)行進經過偵測器孔口10020。低通離子能量過濾器10052建構成允許僅偵測能量低於所期望閾值能量之離子。例如，低通離子能量過濾器10052可包括電壓偏向式偏轉板10056及偵測器的集電板10058。具有低於藉由偏轉板10056上之偏向電壓VHE 所決定的閾值之能量的離子10060被偏轉至集電板10058，以致偵測到低能離子之電流ILE 。偏轉板10056可以垂直(未示出)於離子的發射部分之偵測到的離子組分之射束10030的路徑；或，如圖10中所示，可以相對射束10030之路徑成一角度，使集電板10058偏離位移離子組分的射束10030之軸線(亦即，包括定位以收集經偏轉離子10060的集電板10058之至少一部分)。離子電流測量電路系統電連接以測量來自低能離子的離子電流ILE 、和來自高能離子之離子電流IHE ，例如所述離子電流測量電路系統可包括低能離子電流測量電路10016a和高能離子電流測量電路10016b(其每一者可例如均為安培計)。
圖11A是反磁控管冷陰極電離真空計的概要俯視圖，且圖11B是按照本發明之實施例的磁鐵組件及電極組件之概要橫截面側視圖(經過垂直線並經過陽極電極的中心)，每一者說明可以使用之範例尺寸。將理解，可在根據本發明的實施例中使用諸多不同之可能尺寸；例如，相對圖59和60在下面顯示另一範例實施例的尺寸。圖11A和圖11B之實施例例如對於將氦與殘留氣體分開可為有用的，反之，圖59和60的實施例譬如對於將更多種類之組分(包括氫、氦、水、及一或多個不同殘留氣體)彼此分開可為有用的。在圖11A的範例中，陽極電極11002可譬如具有在約0.25英吋和約0.5英吋之間、諸如約0.4英吋的直徑(外徑)；和例如約0.5英吋之高度。陰極電極組件11004可以例如具有約0.85英吋與約1.5英吋之間的內徑、諸如約0.89英吋之內徑；和基於陰極的厚度之對應外徑(諸如外徑約1英吋，則內徑為0.89英吋)；且高度例如約為1英吋。來源孔口11010可譬如具有介於約0.005英吋和約0.02英吋之間的寬度、諸如約0.007英吋。偵測器孔口11020可譬如具有介於約0.01英吋和約0.03英吋之間的寬度、諸如約0.025英吋寬。例如，來源孔口11010可定位在離偵測器11012的約1英吋與約2英吋之間的飛行路徑距離11064處、諸如約1.6英吋。陽極電極11002和陰極電極組件11004之間的間隙可例如大於約0.25英吋。可以使用不同尺寸；例如，較高分辨率之裝置可以具有增加的裝置長度，使飛行路徑距離增加。
在圖11A之實施例中，藉由將偏向電壓VHE 施加至偵測器的孔口11020來實現高通能量過濾器11054，以致偵測高能離子之電流IHE 。高通離子能量過濾器11054建構成僅允許偵測具有高於期望閾值能量的能量之離子。例如，高通離子能量過濾器11054可包括將偏向電壓VHE 施加至偵測器的孔口之電壓源，以致偵測到高能離子的電流IHE 。將了解可單獨使用低通離子能量過濾器10052(參見圖10)、高通離子能量過濾器11054(參見圖11A)、或兩者可一起使用。在一實施例中，於高通離子能量過濾器和低通離子能量過濾器之間進行選擇時，可藉由冷陰極磁控管放電中的離子能量分佈來驅動此選擇。已經發現，能量分佈從對於小直徑陽極而言朝高能離子(靠近陽極生成)加權改變至對於較大直徑陽極而言朝低能離子(靠近陰極形成)加權。可為每一來源設計施行能量分佈測量，然後可以使用其結果在低通與高通離子能量過濾之間進行選擇，以及選擇適當的能量閾值供所選擇之過濾器模式或諸多模式使用。
參考圖11B的實施例，磁鐵組件11006可例如以約600高斯和約1500高斯之間的磁場強度施加磁場、諸如於磁場中心處之約950高斯場強度。磁鐵組件11006可例如包括兩個平板磁鐵11006a和11006b，其尺寸例如直徑約為2英吋，厚度約為0.25英吋，相隔約2英吋的距離，並包括約0.25英吋之中心孔洞。儘管在圖11B中未示出，陽極電極和陰極電極組件可例如藉由延伸穿過磁鐵組件11006中的孔洞之電極所支撐。
為了提供改進的離子組分分辨率，根據本發明之實施例可例如使用偵測器孔口寬度，其係等於離子組分射束在偵測器孔口處的空間分佈之全寬半最大寬度。另外，來源孔口的大小可以設定為在來源孔口及偵測器之間的距離上具有小於要分解之離子組分的角展度之角展度。
圖12是按照本發明之實施例的測量總陽極電流和偵測到之離子電流的反磁控管冷陰極電離真空計的概要電氣圖。陰極電極組件12004處於接地電位，護環12066也是如此。陽極電極12002在陽極電壓Vanode 處偏向。離子電流測量電路系統12170包括第一離子電流測量電路12014，其電連接以測量在陽極電極12002和陰極電極組件12004之間流動的總電流Itotal 。例如，於圖12中，第一離子電流測量電路12014可為安培計，其連接以測量流經陽極電極12002之總電流，其等於在陽極電極12002和陰極電極組件12004之間流動的總電流。另一選擇係，安培計可連接以測量從陰極電極組件12004流至地面之總電流，其同樣將測量等於在陽極電極12002和陰極電極組件12004之間流動的總電流之電流。如下面所討論，此總電流Itotal 使用於決定受監視室中的氣體之總壓力。離子電流測量電路系統12170包括第二離子電流測量電路12016，其電連接以測量在偵測器12012處接收位移離子組分12030所產生的電流Isignal 。例如，第二離子電流測量電路12016可為安培計，其連接以測量在偵測器12012處接收位移離子組分12030所產生之電流Isignal 。如下面所討論，此來自偵測器12012的電流Isignal 使用於決定受監視室中之氣體的分壓、諸如氦、氫、水、或氮之分壓。如本文所使用，應理解“離子電流測量電路系統”可使用分開的第一和第二離子電流測量電路、諸如分別用作第一離子電流測量電路和第二離子電流測量電路之第一和第二安培計來實現；或使用單個離子電流測量電路，其施行第一離子電流測量電路和第二離子電流測量電路兩者的功能；或使用一或多個不同離子電流測量電路之零組件的任何組合來施行第一離子電流測量電路和第二離子電流測量電路的功能，或共同之離子電流測量電路系統的功能。例如，二電流Itotal 和Isignal 可饋送至單個離子電流測量電路，它可同時或在不同時間提供二電流之測量，藉此施行離子電流測量電路系統的角色。於一範例中，多工器能使用於將不同之離子電流信號饋送進入公共電流測量通道，使多工器經過離子電流信號進行排序，並為每一個提供特定的索引。在另一範例中，參考圖30，於下面進一步討論，離子電流測量電路系統12170可例如包括：用於總離子電流之電流至電壓轉換器，在陽極處的30120a(參見圖30)，I2V IT (陽極)、或在陰極處，30120b、I2V IT (陰極)；用於分壓電流之電流至電壓轉換器，30122、12V Ipp ；及類比至數位轉換器與多工器30124。多工器30124(參見圖30)可例如電連接以從在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流接收第一離子電流信號IT 、和來自於偵測器處接收位移離子組分所產生之電流的第二離子電流信號IPP 。將理解，離子電流測量電路系統12170之其他配置可電連接以測量在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流，並電連接以測量於偵測器處接收位移離子組分所產生之電流。
圖13A是概要圖，說明來自按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計中之電子放電電漿的離子之產生。在此，於存在交叉磁場的情況下，當陽極電極13002在電壓+HV偏向時產生純電子電漿13068，以致循環電子e- 、13070與氣體分子M、13072碰撞，導致從氣體之電離產生一定量的氣體離子M+ 、13074。由於在陽極電極13002和陰極電極組件13004之間產生的電場，氣體離子13074依序於朝陰極電極組件13004之方向中徑向地加速。在圖13A中，注意到顯示圓柱形磁鐵組件13006，但是將理解，當使用其他磁鐵配置時，類似的考量適用，諸如定位於陰極電極組件13004之頂部和底部的一對平板磁鐵(諸如上面的圖11B中)。
在圖13A之實施例的操作中，不會阻止離子藉由磁場接近陰極，因為它們比純電子電漿中之電子重得多，反之，當電子由於磁場而進動時，阻止電子抵達陽極。遠較重的離子僅經歷橫向位移，所述橫向位移不會阻止它們在形成之後和跟隨電場之後立即抵達陰極。電子電漿13068是與壓力無關的，且離子由氣體分子產生，其離子之形成速率與氣體密度成比例。因為純電子電漿13068中的電子密度幾乎完全與壓力無關，所以離子之形成速率與氣體分壓嚴格相關，或更準確地說，與電離區域中的氣體密度嚴格相關。
圖13B是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計中之圓柱形磁鐵組件13006的概要圖。在此，於圓柱形磁鐵組件130006中形成側面狹縫13010、或其他形狀之來源孔口13010，這使得離子帶13076能夠從來源孔口13010發射，其形狀最初將取決於來源孔口13010的形狀。
圖14是按照本發明之實施例的使用扁平圓柱形環磁鐵14006a和14006b之反磁控管冷陰極電離真空計的概要側視圖。在此，扁平圓柱形磁鐵14006a和14006b僅定位於陰極電極組件14004之一部分上方，雖然在其他實施例中，磁鐵也可以完全定位於陰極電極組件14004的上方和下方，如圖11B中所示。由於在陽極電極14002和陰極電極組件14004之間建立的電場，氣體離子14074在朝陰極電極組件14004之方向中加速，且氣體離子的一部分經過來源孔口14010離開並最終抵達偵測器14012。可使用圓形來源孔口14010(在此，譬如，直徑為0.078英吋，雖然可使用其他尺寸)、或另一形狀之來源孔口14010。離子電流測量電路系統可例如包括離子電流測量電路14016、諸如安培計，電連接以測量由在偵測器14012處接收氣體離子14074所產生的電流Isignal 。
於根據本發明之實施例中，磁鐵組件(諸如圖1的磁鐵組件1006)可為對稱的，例如，藉由包含徑向對稱之磁鐵組件。例如，這可幫助減少或避免不連續性、如下面所進一步討論的。如本文所使用，當磁鐵組件繞著軸、例如垂直於陽極電極和陰極電極組件之間的電場線對準之軸旋轉任何量時，如果其外觀係不變的，則磁鐵組件是“徑向對稱的”。例如，可使用圓柱形磁鐵組件、徑向對稱圓柱形設計之一對平板磁鐵、或使其磁場線和徑向對稱軸在與電場的交叉場配置中對準之其他徑向對稱形狀。
圖15是概要圖，說明決定來源孔口的橫截面積與暴露至氣體之離子的陰極電極組件之一部分的表面積之比，其可用於按照本發明的實施例之反磁控管冷陰極電離真空計中。此比率顯示於圖15中，並使用其半徑基於圓形來源孔口15010的面積之簡單估計、及陰極電極組件15004的圓柱體之部分15078的展開表面來決定，其面積基於其直徑和所述部分之高度來決定。將理解，此比率的決定將基於來源孔口15010之形狀和陰極電極組件15004的暴露至氣體之離子的部分15078而變動。
按照本發明之實施例，在圖15中所決定的比率可使用於施行諸多測量、及基於那些測量以自動方式進行之後續決定。明確地是，用於離開來源孔口15010的離子之電流Isignal 、和在陽極電極與陰極電極組件之間流動的總電流Itotal ，其透露比率Isignal /Itotal 是恆定的，其不隨陽極電壓之壓力而變化，且其等於圖15中所決定的比率。亦即，Isignal /Itotal 是等於來源孔口之橫截面積與暴露至氣體的離子之陰極電極組件的一部分之表面積的比例。這是因為比率Isignal /Itotal 是完全藉由反磁控管設計之幾何因素所決定-亦即在放電空間中所建立而離開來源孔口的離子之比例將完全取決於來源孔口的面積與暴露至總離子通量之面積的比率。因此，對於根據本發明的實施例，可使用圖15中所決定之幾何比率來得知比率Isignal /Itotal ，其對於施行諸多測量是有用的，且隨後基於那些測量以自動方式進行決定。當作一範例，此比率與陽極電壓和壓力無關、且藉由幾何形狀所界定之事實指示，如果測量總陽極(或陰極)電流，則可能準確地得知離子束中的離子電流量。另外，例如，可使用此比率來施行質量分離器輸送量和偵測器效率之校準。
圖16是按照本發明的實施例之使用來源孔口柵格16080的反磁控管冷陰極電離真空計之概要側視圖。在此，顯示磁場、B、16082和電場、E、16084的交叉場配置。藉由氣體分子與純電子電漿16068之碰撞所產生的離子16074朝來源孔口16010加速。來源孔口柵格16080(例如可以是接地柵格)可覆蓋來源孔口16010並用於提供更圓柱形之均勻電場。
圖17是按照本發明的實施例之使用通量控制電路17086的反磁控管冷陰極電離真空計之概要側視圖。通量控制偵測器17088定位成收集離子17030的發射部分之一小部分。通量反饋電路17090建構成基於從通量控制偵測器17088所接收的電流(諸如藉由安培計17094所測量之電流Is )來調整高電壓電源17092，所述高電壓電源17092電連接以為陽極電極供電。以此方式，可將藉由來源所發射的離子通量控制至期望之水平。例如，在基於上述真空計之來源的原理將反磁控管冷陰極電離源用作磁性區塊之來源(參見圖18)、殘留氣體分析儀(RGA)、或在涉及離子源的其他設定中之處，通量控制電路17086可譬如是有用的。
圖18是按照本發明之實施例的與磁性區塊18096一起使用之反磁控管冷陰極電離源的概要圖。在此，基於上述真空計之來源的原理，冷陰極電離源18098用於生成被引導進入磁性區塊18096之離子。離子可被減速或集中並引導經過一或多個能量孔口18100。諸如法拉第杯或其他偵測器的偵測器18012可從冷陰極電離源18098之來源孔口18010定位在磁性區塊18096的另一側上。電流可藉由靜電計或電荷放大器18102所測量。於磁性區塊18096內，基於它們之質荷比將離子分開成組分流18038、諸如氫、氦、和水離子組分流。
圖19是按照本發明的實施例之與四極質量過濾器一起使用的反磁控管冷陰極電離源之概要圖。以與圖18的實施例類似之方式，基於上述真空計的來源之原理，冷陰極電離源19098用於生成被引導進入四極質量過濾器19104的離子。四極質量過濾器在進入過濾器組件之離子的方向和速率擴展方面相對寬容。藉由根據本發明之實施例的磁鐵組件所造成之離子的小橫向位移不足以減少經過四極過濾器之離子輸送量。離子可被減速或集中並引導經過一或多個能量孔口19100。諸如法拉第杯或其他偵測器的偵測器19012可從冷陰極電離源19098之來源孔口19010定位在四極質量過濾器19104的另一側上。
於根據本發明之其他實施例中，冷陰極電離源19098的來源孔口19010可例如定位成將氣體之離子發射進入飛行時間質譜儀、離子阱、或射頻動態離子阱(代替圖19的四極質量過濾器19104)，或用作其他用途之離子源。冷陰極電離源19098可與離子電流測量電路系統一起使用或不一起使用，以測量分壓或總壓力的一者或兩者。然而，添加冷陰極電離源19098確實帶來了報告總壓力之有用能力，這可為對諸如磁性區塊、四極質量過濾器、及其他裝置之類的裝置之有用補充。例如，使用具有四極質譜儀的此種冷源可提供如下優點：如果已知總電流，則可得知被噴射之離子通量。換句話說，測量總壓力電流可提供進入四極質譜儀的離子通量之測量，這提供檢查裝置靈敏度或質譜儀輸送量中的漂移之能力。例如，這可消除使用具有磁性區塊質譜儀的分開且獨立之總壓力計的需要。於使用冷陰極電離源18098或19098將離子發射進入磁性區塊、四極質量過濾器、飛行時間質譜儀、離子阱、射頻動態離子阱、或作為其他目的之離子的來源之處，可能不要求磁鐵組件需要成角度地位移所發射的離子，且可能使用比在真空計中更小之磁鐵。此等裝置的焦點可為於每托爾壓力所產生之離子的靈敏度上，使離子之分開藉由其他方式進行、諸如在磁性區塊或其他裝置本身中。
圖20A是按照本發明的實施例之具有徑向引導的細長來源孔口之反磁控管冷陰極電離真空計的概要側視圖，且圖20B是其投影圖。在此，例如，離子經過於徑向方向中伸長的來源孔口20010發射在磁鐵組件20006a和20006b的二圓柱形部分之間，其可藉由非磁性墊片分開。可使用來源孔口20010的其他組構。例如，來源孔口源孔可為孔洞、或在垂直於磁場方向、或平行於磁場方向之方向中延伸的細長凹槽；並可使用軸向伸長或徑向伸長之帶狀離子束。
圖21是按照本發明的實施例之具有離子束偏轉器21106的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖。在此，離子束偏轉器21106、諸如一對平行板21106a及21106b定位於來源孔口21010和偵測器孔口21020之間。如下面將進一步敘述的，此離子束偏轉器21106可使用於使離子束21030偏轉，並施行能量集中，例如允許改善離子束21030中之離子組分的信號。
圖22A是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，說明組合視圖中的離子組分之分開，且圖22B是藉由組分分開的離子組分之概要俯視圖。在此，位移離子組分22038基於它們的質荷比分開成不同之離子流，當它們從來源孔口22010進一步行進時，它們彼此逐漸地發散。例如，位移離子組分22038a由氫離子所構成，22038b由氦離子所構成，22038c由氮離子所構成。決定偵測器22012的位置，並決定來源孔口22010之角度，以致偵測所期望的位移離子組分22038b(在此是氦)。於圖22A之組合視圖和圖22B之分開視圖中，可看到基於氫22038a、氦22038b、和氮22038c的相對質荷比之組分22038a-c的分開，使得基於那些組分之質荷比，氫22038a從來源孔口22010的方向成角度地位移至最大程度，接著是氦22038b，且然後是氮22038c。
圖23A是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，且圖23B是電極組件和磁鐵組件的概要側視圖，顯示在陰極電極組件外側延伸之外部磁場。在此，磁場邊界23108使用於指示在陰極電極組件23004外側的持續強磁場。這可例如藉由使用比陰極電極組件23004更大直徑(諸如，圖23A和23B中之2英吋對1英吋)的磁鐵組件23006來建立，以致磁場以一定之強度於陰極電極組件23004外側延伸一段距離，以在陰極電極組件23004外側建立外部磁場。這是用於促進離子組分流的有角度分開，以允許離子組分之分解。磁鐵組件23006可包括平板磁鐵，其定位成界定越過電場的磁場及在陰極電極組件23004外側之外部磁場。其他磁性配置可用於建立外部磁場，包括藉由使用鐵磁性組分來延伸磁鐵組件23006的磁場。對於圓柱形磁鐵組件，例如，在圓柱形磁鐵外側之邊緣場可以於圓柱形陰極組件外側延伸磁場。在一些版本中，磁鐵組件可包括一組件，以界定越過電場的磁場和於陰極電極組件外側之外部磁場。另一選擇係，可使用磁性組件的分開零組件、或附加零組件、諸如鐵磁延伸部或附加磁鐵，以加強、延伸或調整在陰極電極組件外側之外部磁場。
圖24是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之對氦的總壓力響應之曲線圖。放電空間內的氦總壓力(單位為托爾)顯示於水平軸上，而總測量離子電流(單位為微安培)顯示在垂直軸上。圖24之曲線具有無壓力不連續性的期望特性，以致可基於所測量之電流得到唯一的壓力讀數。按照本發明之實施例，藉由離子電流測量電路系統所測量而在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流可例如包含大於來自受監視室之氣體總壓力的每托爾1安培(A/Torr)之電流。來自受監視室的氣體之所測量的總壓力可例如包含在10-9 和10-2 托爾之間的壓力、諸如10-8 及10-3 托爾之間的總壓力。藉由離子電流測量電路系統所測量之經測量的分壓可例如在10-8 托爾及2倍10-5 托爾之間。藉由離子電流測量電路系統所測量的電流可例如包含大於來自受監視室之氣體的氣體組分之分壓的每托爾10-4 安培(A/Torr)之電流。藉由離子電流測量電路系統所測量的電流可例如包含大於來自受監視室之氣體的氦氣組分之分壓的每托爾2.5倍10-4 安培(A/Torr)之電流。來自受監視室的氣體可例如包含大於10-4 托爾之總氦壓力。流動在陽極電極和陰極電極組件之間的總電流可為例如小於約200微安培、諸如小於約175微安培。
圖25是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之對氦的總壓力靈敏度、與陽極直徑之曲線圖。用於純氦氣的總壓力靈敏度(安培/托爾)顯示在垂直軸上，且陽極直徑以英吋顯示於水平軸上。在此顯示在陽極直徑大於0.1英吋和超過0.5英吋之間的增加之陽極直徑傾向於增加對氦的總壓力靈敏度。然而，太大之陽極可潛在地促進總壓力響應中的不連續性。按照本發明之實施例的，對於氦之至少每托爾一安培的總壓力靈敏度係期望的。
圖26是按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之對氦的分壓靈敏度與陽極尺寸之曲線圖。在垂直軸上顯示對氦的以安培每托爾為單位之分壓靈敏度，在橫軸上顯示以英吋為單位的陽極尺寸。於此顯示在陽極直徑大於0.1英吋與超過0.5英吋之間的增加之陽極尺寸傾向於增加對氦的分壓靈敏度。
圖27是曲線圖，顯示歸一化電流(在對數標度上)與參考壓力之範例，其係可用作按照本發明的實施例之反磁控管冷陰極電離真空計的校準曲線之一種曲線。總壓力決定電路30142(參見圖30)能建構成基於特定校準曲線、或將來自受監視室的氣體之總壓力與藉由離子電流測量電路系統所測量的總電流相關聯之額定校準曲線決定來自受監視室的氣體之總壓力。在此，“特定的校準曲線”是將壓力與電流相關聯之校準曲線，其特定於個別的真空計，反之，“額定校準曲線”是將壓力與電流相關聯的校準曲線，其概括在一組或一類型真空計上。
圖28是曲線圖，顯示藉由按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之殘留氣體(包括水)、氦和氫離子組分的角分辨率。在相對氣體入口通道之中心軸的水平軸上顯示來源孔口之角度(以度為單位)，且在垂直軸上顯示以毫微安培為單位的偵測到之分壓電流。對於圖28的光譜，使用來源中心磁鐵，其依賴於磁鐵直徑外側之邊緣磁場。分辨率可在殘留氣體峰值28110(包括水和氮)、氦峰值28112和氫峰值28114之間看到。基於偵測器、或一個以上的偵測器之位置，可偵測這些峰值之一或多個以測量這些氣體組分的一種或多種之分壓。
圖29是概要電氣圖，說明按照本發明的實施例之反磁控管冷陰極電離真空計中的陽極電壓和限流電阻器。限流電路、諸如限流電阻器29114使用於限制通過陽極電極29002之總壓力電流IT 。例如，可使用7.5 MΩ電阻器、或電阻器RL 的另一值。施加高壓電源電壓VPS ，且在陽極處達成電壓Va 。陽極電壓控制電路29164可建構成維持陽極電極之恆定電壓，而與在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流無關。例如，施加至陽極電極之陽極電壓VA 可藉由陽極電壓控制電路29164基於電源電壓減去於限制電阻器處的電壓中之下降來設定，亦即，基於 VA =VPS - RL (IT )的關係，在此VPS 是高電壓陽極電源電壓，RL 是限流電阻器之電阻，IT 是總壓力電流(諸如經過陽極)。在沒有限流電阻的情況下，壓力超過10-4 托爾之總離子電流可能會很大，以致其可能在相對較短的時期內破壞感測器。因此，將經過陽極電極之電流限制到例如小於約200微安培的電流、諸如小於約175微安培，可延長根據本發明之實施例的壽命。
圖30是與按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計一起使用之控制單元的概要電氣圖。作為從陽極至陰極之總離子電流的總電流IT 與來自受監視室之氣體的總壓力成比例，並且例如可用於使用查找表來決定總壓力。總電流IT 之範圍可例如在約10 nA與250 μA之間。總電流IT 可例如藉由用於總離子電流的電流至電壓轉換器、在陽極處的30120a、I2V IT (陽極)、或在陰極處、30120b、I2V IT (陰極)處測量。分壓電流IPP 是來自諸如法拉第杯收集器之偵測器30012的分壓電流，其與來自受監視室之氣體的分壓成比例，且例如可使用線性關係或使用查找表來決定。分壓電流IPP 可例如於約10 pA和約100 nA之間的範圍中。具有電阻RL 、諸如7.5 MΩ電阻器或另一值之總限流電阻器30114使用於限制經過陽極電極30002的電流。電壓VPS 是陽極高電壓電源30116之電壓，並可例如在0 V和約2500 V之間，具有最大電流為例如約250 μA。於操作中，電壓VPS 可例如建構成將陽極電極偏向在約500V和約2000V之間的電壓。電壓VSlit 藉由偵測器偏向電源30118施加，並且例如可在0 V和約1000 V之間，具有10 μA的電流。維持小於約2500 V之陽極電壓可例如簡化空氣 - 真空電穿通件的設計和材料選擇。典型之陽極電壓可為例如約1600 V。當使用高通離子能量過濾器(例如圖11中的11054)時，偵測器偏向電壓、諸如用於偵測器偏向電源30118之電壓VSlit 可以是相對陽極電壓設定。例如，當陽極電壓為約1600 V時，可使用約600 V之偵測器孔口電壓VSlit 來偏向偵測器，並且例如可使用類似的600至1600之比率來縮放VSlit 和VSlit 與陽極電壓的其他值之陽極電壓的比率。施加至陽極電極30002之陽極電壓VA 可以基於VA =VPS - RL (IT )的關係來設定，在此VPS 、RL 及IT 是如上面例如使用陽極電壓控制電路29164(參見圖29)。用於總離子電流、30120a、I2V IT (陽極)之電流至電壓轉換器可例如承載在約10 nA與約250 μA的電流之間。用於分壓電流、30122、I2V IPP 之電流至電壓轉換器可例如承載在約1 pA與約100 mA的電流之間。類比至數位轉換器及多工器、A2D+MPLX、30124將類比信號轉換為數位信號並多路傳輸它們，包括VPS 、VSlit 、VA 、IT 和IPP 。音頻輸出裝置30126(諸如揚聲器)可例如具有與來自受監視室的分壓或氦洩漏率成比例之拍頻。人類輸入/輸出介面30128可譬如包括：按鈕HV ON/OFF 30130，其接通至陽極和偵測器孔口的高電壓(例如，於默認值是壓力測量和總壓力)；按鈕TP/LDQ 30132，其將陽極電壓設定至使射束中心定位在偵測器孔口上；和按鈕LD Zero 30134，它將消除基線偏移信號之分壓測量信號歸零。輸入/輸出零組件30136可譬如包括電腦介面、諸如至電腦顯示器及控制器程式的介面。製程介面板30138能包括處理器，其與輸入/輸出介面30128、顯示器30140、音頻輸出30126、陽極電壓電源30116、類比至數位轉換器及多工器30124、偵測器偏向電源30118、用於總離子電流之電流至電壓轉換器30120a、及用於分壓電流的電流至電壓轉換器30122與通訊並控制它們。
圖31A和31B是按照本發明之實施例的顯示器31140和製程介面板31138之概要方塊圖。在圖31A中，顯示器包括總壓力顯示器31150，其提供來自受監視室的氣體之總壓力的指示；及分壓顯示器31152，其提供來自受監視室之氣體分壓的指示，其可例如是氦分壓。顯示器31150和31152間接地與離子電流測量電路系統電連接、例如經由圖30中之電路系統。顯示器31140亦可包括水分壓顯示器31154，其提供來自受監視室的氣體中之水的分壓之指示；並可包括水百分比顯示器31156，其提供受監視室中的氣體之水百分比的指示。將理解，可顯示其他組分分壓、諸如殘留氣體分壓。顯示器31140亦可包括殘留氣體與水之比率顯示器31158，提供來自受監視室的水之分壓與室中所有殘留氣體的分壓之和的比率之指示。再者，顯示器31140可包括雙信號洩漏偵測顯示器31170，其基於藉由雙信號洩漏偵測電路31166所做出的決定來提供洩漏之指示，如下面所進一步敘述的。這些顯示器同樣間接地與離子電流測量電路系統電連接、例如經由圖30中之電路系統。
在圖31B中，製程介面板31138包括總壓力決定電路31142，其建構成至少基於藉由第一電流測量元件所測量的總電流決定來自受監視室之氣體的總壓力。例如，電路31142可包括查找表31144，其實施將所測量之電流與總壓力相關聯的校準曲線。製程介面板31138亦包括分壓決定電路31146，其建構成至少基於藉由第二電流測量元件所測量之電流決定來自受監視室的氣體之分壓。例如，電路31146可包括查找表31148，其實現將所測量的電流與分壓相關聯之校準曲線。水百分比決定電路31160可建構成至少基於以下來決定水百分比：(i)藉由離子電流測量電路系統所測量的總電流，(ii)藉由離子電流測量電路系統所測量之分壓電流，及(iii)來源孔口的橫截面積與暴露至氣體之離子的陰極電極組件之一部分的表面積之比率(如相對圖15所說明)。殘留氣體與水的比率之決定電路31162可建構成至少基於藉由離子電流測量電路系統所測量的分壓電流來決定水之分壓與殘留氣體的分壓之比率。水分壓測量電路31164能以與分壓電路31146類似的方式實施，例如包括其自身之LUT。雙信號洩漏偵測電路31166可建構成決定以下兩者的同時發生：(i)藉由離子電流測量電路系統所測量，在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流中之減少，及(ii)藉由離子電流測量電路系統所測量，由在偵測器接收位移離子組分所產生的電流中之增加。為了這樣做，雙洩漏偵測電路31166可例如包括LUT 31168以儲存指示此種壓力隨時間減少和增加的資料、或基於組合它們之結果。
圖32是總壓力電流及分壓電流的曲線圖，說明按照本發明之實施例的(圖31B之)雙信號洩漏偵測電路31166的使用。(圖31B之)雙信號洩漏偵測電路31166可例如使用基於總壓降的電流和基於分壓增加之電流來偵測洩漏，同時在具有洩漏的真空系統周圍噴射氦氣。根據本發明之實施例從典型的真空系統洩漏獲得總壓力和分壓兩者中之互補信號。例如，當氦於洩漏點周圍噴射時，有總壓力下降及分壓增加兩者。此種雙重響應在偵測洩漏時提供更高的置信度，並幫助使用者忽略可能非由於實際洩漏而導致之其他信號瞬變源。市售的大多數電離計不具有監視洩漏偵測期間之總壓力中的變化所需之顯示器中的分辨率。大多數此等市售之總壓力感測器具有一個小數點的壓力分辨率，這不足以僅藉由觀察總壓力顯示器來提供小洩漏之偵測。也就是說，總壓力計在顯示器中沒有足夠的分辨率來偵測當諸如氦之氣體圍繞小洩漏點噴射時發生的大總壓力數之間的通常小之差異。
參考圖32，說明有按照本發明的實施例之雙信號洩漏偵測的概念。例如，當真空系統洩漏至空氣中時，空氣通過該洩漏進入並阻止系統抵達其最終壓力。真空系統之完整性受到損害，且無法達成最終壓力。當氦噴灑在洩漏周圍時，全部或部分空氣以氦氣替換。既然氦比空氣輕(具有80%至20%的氮與氧之比率，亦即N2 /O2 ：80/20%)，藉由質量的平方根之比率，氦的洩漏高於替換空氣之洩漏，亦即2.7倍。然而，進入的氦電離之效率也比空氣低5.5倍。這意指當氦取代空氣時，來自電離計的總壓力讀數下降了5.5倍/2.7倍、亦即約兩倍之因數。因此，當空氣經過洩漏進入時，氣體被氦(全部或局部)替換，且人們期望總壓力讀數下降。在另一方面，當氦經過相同的洩漏流入系統時，氦分壓信號隨著來源中之更多的氦變得可用而增加。總壓力中之下降和分壓中的增加之此種組合可用於明確地、或以增加的置信度指示系統中存在洩漏。圖32顯示曲線圖，其概要地說明總壓力(頂部跡線)減小，而分壓(底部跡線)增加，因為洩漏以氦噴射。
按照本發明之實施例，雙信號洩漏偵測電路31166(看圖31B)及諸如LUT 31168的配合記憶體、或本文結合教導之多於一個的其他處理器或電路被用於使用處理器中所編碼之指令實現雙信號偵測程序。例如，此程序可包括當總壓力信號和分壓信號兩者都支持其存在時確認洩漏偵測。兩個信號亦可組合，使總壓力下降和分壓增加提供更大的洩漏偵測信號，並具有改善之信噪比。於一範例中，當使用者準備施行洩漏檢查時，將總壓力和分壓資料測量值歸零。一旦氦噴射在洩漏上，就會使用一個通道(總壓力或分壓)、或兩者組合來偵測洩漏。當兩者組合時，差異信號幅度可譬如加上並相乘。這些的衍生物可藉由用於符號和幅度之處理器來分析(亦即與實際洩漏分開的漂移)。在另一範例中，信號可為交互相關的，並藉由處理器分析交互相關信號。既然兩個信號將暫時完全相同，但是具有相反之符號，當存在洩漏時它們將非常好地相關，反之，任何雜訊將不會通過相關性測試。
按照本發明的實施例，接下來提供一種推導，證明對於具有空氣洩漏之真空系統，用較輕的氦氣替換氣體進入點處之空氣導致腔室中的總壓力增加，但由於氦相對氮/氧之電離效率降低，藉由電離所報告的壓力下降。它亦顯示在總壓力中之下降與分壓中的增加之間存在固定的比率。推導估計氦分壓中之增加與電離計的指示壓力中之對應的下降之間的比率為3.3倍。這是針對氮氣校準之電離計(與氧氣相同的校準)和針對氦氣所校準之分壓。基於推導的結論是，在用純氦洩漏代替空氣洩漏之處，系統中的總壓力下降與分壓增加之間存在可預測的關係。
按照本發明之實施例的推導是參考圖47和48進行的。
圖47顯示具有空氣洩漏之真空系統。S是以每秒升數為單位的泵送速率。Qoutgas 是來自腔壁之分子除氣率，單位為托爾 公升/秒。QAir 是經過洩漏點進入腔室的空氣之分子流率，單位為托爾 公升/秒。
腔室中的總壓力等於：
Figure 02_image001
圖48顯示具有氦洩漏(相同洩漏)的真空系統。在此，腔室中之總壓力等於：
Figure 02_image003
在此Qoutgas 及S保持相同，
Figure 02_image005
對於分別為30和4 amu的空氣和氦Mair 和MHe 之質量，分別獲得：
Figure 02_image007
且：
Figure 02_image009
壓力變化(實際總壓力)由下式給出：
Figure 02_image011
結論是，當以氦替換空氣時，腔室中的壓力隨著氦經過洩漏更快地擴散而增加。氦給腔室帶來額外之壓力數量，並由下式所給出：
Figure 02_image013
接下來決定測量的總壓力(電離計)。藉由電離計所測量和報告之壓力藉由實際氣體壓力和氣體的電離效率(IEG)之乘積所決定，相對氮等於1。在此，IEG、空氣等於1，且IEG、氦等於0.18。在此施行“間接”壓力測量。
用於空氣(假設水是排氣組分)的測量總壓力係如下。
Figure 02_image015
Figure 02_image017
用於氦，假設排氣位準沒有變化：
Figure 02_image019
Figure 02_image021
Figure 02_image023
從中得出：
Figure 02_image025
並且鑑於IEG，He為0.18且IEG，Air為1，其隨後：
Figure 02_image027
且因此所顯示壓力中之降低由下式給出：
Figure 02_image029
下面的結論是，即使當氦取代空氣時，腔室中之總壓力增加，藉由電離計所報告的測量壓力藉由上面方程式(15)中給出之表達式下降。
接下來，我們評估所測量的分壓。分壓中之增加直接報告了腔室中的氦之分壓：
Figure 02_image031
Figure 02_image033
結論是在洩漏處用氦替換空氣會導致總壓力下降和分壓上升：
Figure 02_image035
如此：
Figure 02_image037
只要系統中存在洩漏且用氦替換空氣，就必須滿足方程式(20)的此種條件。
然後，推導之一般結論是，我們期望測量的總壓力下降與氦分壓增加之間存在數學相關性。
實際上，按照本發明的實施例，可遵循以下程序。如果使用者準備測量氦洩漏，使用者可例如嚙合真空計之使用者界面(諸如按鈕或按鍵)，這做兩件事：(i)將氦的分壓信號歸零，和(ii)，測量總壓力。當使用者開始噴灑氦時，系統(諸如雙信號洩漏偵測電路)現在同時觀察分壓信號中之增加和總壓力中的降低。對於洩漏是真正之洩漏，預計兩個變化之間應該存在可預測的比率。上面之推導顯示了人們名義上所期望的。例如，這可以是比較兩個瞬變之最小起始步驟，因為使用者於系統周圍進行洩漏檢查。在使用此技術時，例如，可以認為如果總壓力下降，只有洩漏，分壓增加，且兩個變化的比率是該系統之預期值。取決於在測量時如何對系統的總校準和部分校準之精確程度，可施行給定真空計的比率之定期重新校準，並且在系統首次使用之前的工廠校準應該用於此種實施例之工作實現。應注意，確切的比率可取決於如何完成總壓力和分壓之校準而改變，但是在使用根據本發明的此實施例時，預期於兩個測量變數的下降和上升之間將存在固定的比率。
例如，實施例的雙信號洩漏偵測技術可具有區分不是真實洩漏之情況的優點，但是以別的方式可能如此顯現。例如，假設腔室經過閥門與含有氦之分開腔室連接。閥門打開並允許氦進入，但隨後關閉。如與閥門關閉前後相比，總壓力和分壓均下降，但變化不是由於洩漏造成。可使用本文教導的雙信號洩漏偵測技術來區分此種情況。
按照本發明之實施例，真空計可包括在模組化單元中，所述模組化單元包含真空計本身，以及圖12、30、31A和31B、及64-67中的任何或所有電子器件、控制和顯示零組件。例如，模組化單元可包括總壓力顯示器31150、分壓顯示器31152(參見圖31A)、和離子電流測量電路系統12170(參見圖12)、及圖64-67之電路的一或多個。
圖33是按照本發明之實施例的包括偵測器屏蔽件之反磁控管冷陰極電離真空計的垂直橫截面圖。亦將參考圖34之透明投影視圖、圖35的透明垂直剖視圖、圖36之水平半橫截面圖、圖37的水平半橫截面圖(其中半橫截面通過陽極電連接取得)討論此實施例。
在圖33至37所說明之實施例中，首先參考圖33，反磁控管陰極電離真空計更包含圍繞偵測器33012的一段長度之偵測器屏蔽件33170。偵測器屏蔽件33170例如可為圓柱形的偵測器屏蔽件，其圍繞偵測器33012之一定長度的整個表面，所述偵測器33012將暴露至從陰極電極組件33004發射出之離子，除了經過形成在偵測器屏蔽件33170中的偵測器孔口33020暴露至離子之部分以外。偵測器屏蔽件33170可同軸地圍繞偵測器33012。偵測器孔口33020可例如具有約0.025英吋的寬度，雖然將理解，可使用諸多尺寸。偵測器孔口33020之寬度可例如基於所需的靈敏度和質量分辨率來決定。偵測器屏蔽件電連接器33172可在偵測器屏蔽件33170和電壓源(圖33中未示出)之間電連接，所述電壓源向偵測器屏蔽件33170施加偏向電壓，以致偵測器屏蔽件33170藉此是高通離子能量過濾器，其方式與本文其他地方所教導的類似。偵測器屏蔽件旋轉耦接器33174可包括在偵測器屏蔽件33170與反磁控管冷陰極電離真空計之機械連接中。例如，於圖33中，偵測器屏蔽件旋轉耦接器33174機械地耦接至偵測器屏蔽件電連接器33172。偵測器旋轉耦接器33176可包括在偵測器33012與反磁控管冷陰極電離真空計的機械連接中。例如，於圖33中，偵測器旋轉耦接器33176機械地耦接至偵測器33012之偵測器電連接件33178到離子電流測量電路。來源孔口33010可例如包含約0.010英吋的寬度，雖然將了解可使用其他尺寸。一段長度被偵測器屏蔽件33170所圍繞之偵測器33012可包含法拉第收集器。在一實施例中，此法拉第收集器可包含法拉第杯，例如藉由包含一或多個側面屏蔽件，以形成法拉第收集器偵測器33012的“杯子”形狀。此側面屏蔽件和至法拉第收集器偵測器33012之杯子形狀例如可幫助收集二次電子並去除所偵測信號中的非線性。此法拉第收集器可達成低洩漏電流、諸如於超低亳安培範圍中，其允許測量低氦分壓信號。另外，磁鐵旋轉耦接器33182可包括在磁鐵組件33006與反磁控管冷陰極電離真空計之機械連接中。陽極電插針33024電連接至陽極電極30002，且陰極電插針33026電連接至陰極電極組件33004。例如，導體(未示出)可從穿通連接器33026的陰極電插針引出至陰極電極組件33004，且導體(未示出)可從穿通連接器33024之陽極電插針引出至陽極電連接器34184(參見圖34)。絕緣體33025、諸如氧化鋁陶瓷或塑膠(例如，PEEK)絕緣體可例如圍繞陽極電插針33024。至陰極穿通連接器33026、陽極穿通連接器33024、並至偵測器屏蔽件電連接件33172、及偵測器電連接件33178的連接可例如用BNC連接器(尼爾-康塞曼卡口(Bayonet Neill-Concelman)連接器，用於同軸纜線之快速連接/斷開連接器)、或連接器插針作成，所述插針直接插入緊固在感測器上並藉由外部盒子所包圍的印刷電路板上之連接器。於另一範例中，用於連接至陰極穿通連接器33026，可使用SMB(SubMiniature version B)連接器。例如，偵測器屏蔽件電連接件33172可使用中功率高電壓連接器(或“MHV”連接器)製成、諸如藉由美國加利福尼亞州海沃德的MDC真空產品、LLC所銷售的那些。可使用例如1400 V之陽極電壓、及例如450 V的偵測器屏蔽件偏向電壓，以致偵測器屏蔽件提供高能量過濾。法拉第收集器(或其他偵測器)可例如藉由其靜電計連接而維持在接地電位。
於圖34之透明投影視圖中，且在圖35的垂直透明剖面中之類似編號零組件35182、35174及35176中，顯示有磁鐵旋轉耦接器34182、偵測器屏蔽件旋轉耦接器34174、及偵測器旋轉耦接器34176。如圖34中所示，這些旋轉耦接器34182、34174和34176可例如使用凹槽34186所形成，螺絲34188延伸穿過凹槽34186，且其中旋轉螺絲34188以旋轉與旋轉耦接器耦接之相應零組件。當板件旋轉時，可使用O形環密封件來維持真空。圖38係圖33至37的真空計之俯視圖，且圖39是真空計的仰視圖，進一步說明偵測器屏蔽件之旋轉耦接器38174、39174。藉由使零組件相對彼此旋轉，旋轉零組件的能力允許例如偵測器孔口和偵測器的定相。例如高達20度、諸如16度之旋轉可用於磁鐵旋轉耦接器34182，以允許離子組分的偏轉角度。用於1250高斯之中心場，在本發明的實施例測量到11度之氦偏轉。雖然本文教導了旋轉耦接器，但是替代實施例可將於此所顯示的一或多個零組件保持為具有旋轉耦接器作為固定位置零組件，所述固定位置零組件不具有旋轉耦接器。
在圖36之水平半橫截面圖、及圖37的水平半橫截面圖中進一步說明陽極電連接器36184，其中半橫截面取自經過陽極電連接器37184。陽極電連接器37184可例如包括高電壓連接器插脚37184a(由例如美國特拉華州CRS控股公司的商標Kovar®所製成)，其直接電連接(譬如以未示出之導體)至陽極電極33002(參見圖33)。高電壓連接器插脚37184a譬如藉由氣隙37184b所圍繞，氣隙37184b依序藉由絕緣體37184c、諸如氧化鋁絕緣體或陶磁絕緣體所圍繞。諸如SS304包封件的包封件37184d圍繞陽極電連接器37184之外部，且例如可為TIG焊接至由真空計延伸的塊件。合適之陽極電連接器37184的範例是中功率高電壓連接器(或“MEW”連接器)、諸如藉由美國加利福尼亞州海沃德之MDC真空產品、LLC所銷售的那些。
雖然本文討論了諸多形式之電連接，但是將理解可使用除了所說明的那些之外的其他形式電連接。例如，陽極和陰極連接可由真空計之同一側所作成，而不是彼此相向的。在另一範例中，為了生產，信號電子線路板可位於真空計之一側上，在真空計的另一側上具有高電壓電子線路板。
參考圖45，該圖面是垂直橫截面圖，顯示按照本發明之實施例的真空計之零組件的範例尺寸。這些尺寸包括偵測器孔口45020之高度45190(在此，例如，約0.490英吋)、及來源孔口45010的高度45192(在此，例如，約0.820英吋)。然而，將了解可使用其他尺寸。例如，除非在真空計內存在暴露之電介質表面，否則典型使用的偵測器孔口45020之長度大於來源孔口45010的長度，因為離子組分射束在離開所述來源時發散。例如，於圖60(下面)之實施例中，來源孔口的長度可為約0.350英吋，且偵測器孔口之長度可為約0.400英吋。
圖46是垂直橫截面圖，顯示按照本發明的實施例之磁場延伸組件46194，其定位成在由來源孔口46020縱向地延伸朝偵測器46010的方向(藉由箭頭46196所指示)中延伸磁場。於此實施例中，磁場延伸組件46194可例如提供朝偵測器46010行進之離子組分的額外分開，例如提供分辨一或多種離子組分(諸如氦和殘留氣體)之附加能力。在此範例中，磁場延伸組件包括附接至磁鐵平台46197的永久磁鐵46194。於一實施方式中，永久磁鐵46194是矩形磁鐵、釹材料、N45級，尺寸為1.5英吋長、0.75英吋寬、0.125英吋至0.25英吋高，雖然將理解可使用諸多不同之配置。
返回至圖40和41，那些圖面是顯示使用按照本發明的實施例之真空計將水與其他殘留氣體分開的曲線圖。在這些圖面中，分子量高於水之所有殘留氣體都包括在最大峰值中(儘管於圖40中，速記標籤“N2”用於該峰值，因為它是殘留氣體的主要組分)。來源孔口之角度(以度為單位)在水平軸上相對氣體入口通道的中心軸顯示，且藉由線性微微安培計所提供之以伏特為單位的偵測分壓電流在垂直軸上顯示。為了提供額外之水的分開，於一實施例中，可增加總壓力計中之磁場，或添加磁場延伸以幫助分開水或兩者。相對圖46敘述此種磁場擴展的範例。如果磁場增加太多，則可導致不期望之不連續性，且因此，圖46的實施例對於譬如輔助水之分開可為有用的。以在氦峰值之每一側面上的基線信號，氦峰值與其他峰值之大量分開允許氦信號的自動歸零，這為自動氦感測和氦洩漏偵測提供了優勢。
用於圖40之曲線圖，磁鐵組件使用兩個直徑為2英吋的磁鐵、厚度為0.375英吋，具有0.25英吋之中心孔洞。在冷陰極計的內部場是1250高斯。看到水離子組分(“H2 O”)將開始與殘留氣體之其餘部份明顯地分開。陽極的電壓為1200 V，且偵測器之偏向電壓為225 V。
圖41的曲線圖顯示藉由根據本發明之實施例所達成的水分辨光譜之類似曲線圖。真空系統是在2×10-6 托爾的殘留氣體基礎壓力下。添加1×10-5 托爾之氦。陽極的電壓為1200 V，且偵測器之偏向電壓為225 V。水開始與其他殘留氣體分開。從剩餘氣體的其餘部份中清楚地分辨出氦。水之左側的峰值是具有質量大於水之所有殘留氣體。
圖42和43是曲線圖，顯示按照本發明的實施例之真空計的總壓力靈敏度。以托爾為單位之壓力是在水平軸上，垂直軸上的電流以微安培為單位。於圖42中，顯示兩條曲線，一條具有7.6 M歐姆限制電阻器，且一條沒有限制電阻器。使用具有0.25英吋厚之2英吋直徑磁鐵達成950高斯的磁場。陽極電壓為1400 V，且偵測器偏向電壓是470 V。所達成之總壓力靈敏度為3.5 A/Torr。使用7.6 M-歐姆限制電阻器時，最大電流為130微安培。所述曲線圖顯示總壓力靈敏度中沒有不連續性。在圖43中，使用1450高斯的磁場，具有2英吋直徑、0.375英吋厚之磁鐵。陽極電壓為1400 V，且偵測器偏向電壓為470 V。使用具有7.6M-歐姆限流電阻器的130微安培之最大電流。雖然在8×10-5 托爾下存在不連續性，但發現總壓力靈敏度為每托爾5.5安培。
在本發明實施例的實驗中，已獲得1×10-10 托爾標準偏差之分壓電流雜訊。獲得每秒1×10-8 托爾 公升的洩漏偵測限制，採用每秒100公升之泵浦。使用0.25英吋厚磁鐵的實驗已在壓力曲線中達成沒有不連續性，且良好之磁性與標準冷陰極計兼容。使用0.375英吋厚的磁鐵之實驗提供增加的分壓靈敏度，具有上面提到之一不連續性。
圖44是曲線的概要圖，顯示使用按照本發明之實施例的殘留氣體分析儀(RGA)和真空計的洩漏偵測之比較。兩個左側圖片中的曲線使用RCA獲得，反之，右圖片中的曲線圖是使用根據本發明之實施例獲得，具有1×10-8 托爾洩漏。(於垂直軸上以托爾為單位之壓力與在水平軸上以時間為單位的)曲線之相似形狀顯示出本發明的實施例具有與RGA類似之性能。於其他實驗中，與用於生產的當前RGA相比，藉由本發明之實施例獲得具有快速且準確的洩漏偵測之類似性能，而用於1×10-10 托爾的洩漏。
圖49是按照本發明之實施例的真空計之概要投影圖，所述真空計使用離子束偏轉器49106來偏轉待藉由偵測器所偵測的離子組分。離子束偏轉器49106、諸如一對平行板49106a和49106b、或一對彎曲板定位於來源孔口49010及偵測器49012之間。此離子束偏轉器49106可用於偏轉離子組分，並施行能量集中，如將在下面進一步討論。
與本文先前的實施例一樣，位移離子組分49038被分開成不同之離子組分，當它們從來源孔口49010進一步行進時，它們逐漸彼此發散。於反磁控管冷陰極放電電極組構中，陰極電極組件49004圍繞陽極電極49002。軸向磁場(使用磁鐵組件所建立，在圖49中未示出)中心定位於陽極電極49002上，並藉由將高電壓電位、Vanode 施加至陽極電極49002來建立徑向電場。利用電場和磁場的交叉場配置(藉由電場之方向49007a和磁場的49007b所指示)，圍繞陽極電極49002建立純電子電漿49068。進入純電子電漿49068之分子藉由進動電子所電離並形成藉由徑向電場立即加速朝陰極電極組件49004的離子。於來源內側之磁場足夠高(例如，1 k高斯)，使電子在緊密的圓形軌跡中進動，但對較重離子之影響較小，當它們飛向陰極電極組件49004時其軌跡產生輕微的質量相依磁性偏轉。來源孔口49010(諸如位於陰極壁面上之垂直狹縫)允許離子組分49038的薄條片離開來源。使用另外之磁鐵(圖49中未示出)，磁場延伸至來源孔口49010和偵測器49012之間的飛行區域，藉此增加進入分開之離子組分49038b-d的離子之質量相依性偏轉。更輕的離子比較重之離子偏轉更多。例如，位移離子組分49038b係由氦離子所構成，49038c由水離子所構成，而49038d由殘留氣體、諸如氮和氧所構成。使用附加的磁鐵，此增加之離子組分的偏轉可例如允許水離子與剩餘氣體離子49038d之其餘部份分開。偵測器49012包括金屬法拉第收集器半圓柱體49022，其產生與經過偵測器孔口49020抵達偵測器49012的離子通量成比例之離子電流。此離子電流是抵達偵測器的離子組分49038d之分壓電流Ipp 。亦在圖49中示出者是總壓力電流IT 。
另外，於圖49的實施例中，離子束偏轉器49106用於將離子組分49038b、49038c和49038d引導進入偵測器孔口49020。反之，磁場使離子組分的軌跡往下彎曲(參考圖51之俯視圖)，偏轉板49106a和49106b之間的電場靜電地向上引導離子組分軌跡，參考圖51，採取“推動器”配置，其中偏轉板49106b相對接地之偏轉板49106a正向地偏向。在圖49中，例如，設定偏轉板49I06a和49106b之間的電壓差，使得偵測殘留氣體組分49038d。在偏轉板49106a和49106b都處於地面之情況下，基於來源孔口的角度和來自磁場之離子組分的偏轉量，所有離子都將錯過偵測器孔口49020。但是，作為偏轉板之一的電壓，在此，推動器偏轉板49106b相對另一偏轉板49106a(於此範例中接地)改變(於此，在正方向中增加)，離子組分49038b、49038c和49038d轉向(或取決於電壓變化而向下)，允許不同之離子組分清除偵測器孔口49020。在圖49中，推動器偏轉板49106b被設定為使得殘留氣體離子組分49038d抵達偵測器孔口49020的電壓。藉由對比，於圖50及圖51(俯視圖)中，偏轉板49106b上之電壓增加，以致造成不同的離子組分可用於偵測器49020，在此情況下，水離子組分50038c(於圖50中)和51038c(在圖51中)。隨著偏轉板49106b上之電壓的進一步增加，氦離子組分49038b將到達偵測器孔口49020並產生信號。因此，偏轉器49106允許離子組分轉向，以致多數離子組分種類可順序地帶至偵測器49012。於圖49-51之範例中，偏轉板49106b是推動器偏轉板，其相對接地的偏轉板49106a以正電壓掃過。可使用其他配置；例如，一偏轉板可相對另一接地之偏轉板處於負電壓；或兩個偏轉板可在不同的電壓下偏向。於圖49-51之範例中，用於推動器偏轉板，離子組分例如可基於藉由磁場所引起的偏轉而從來源孔口49010露出並朝推動器偏轉板49106b飛行。在此範例中，使偏轉板49106a、49106b關閉之情況下，沒有離子組分抵達偵測器孔口49020。當推進器偏轉板49106b電壓以正電壓掃描時，離子組分開始被推到偵測器孔口49020。更重的離子首先進入偵測器孔口49020，而較輕之離子組分需要較高的電壓來掃描離子組分，以使較輕之離子組分抵達偵測器孔口49020。
掃描一或兩個偏轉板上的電壓、諸如藉由掃描推進器偏轉板49106b上之電壓，並測定離子組分信號(例如分壓電流)與偏轉板上的電壓，允許生成實時質譜，如圖52中所示。圖52是藉由掃描按照本發明之實施例的真空計中之偏轉板上的電壓而生成之全光譜範圍的曲線圖。藉由皮微安培計電流至電壓轉換器所提供之偵測到的分壓電流(以伏特為單位)顯示在垂直軸上，並且以秒為單位之時間顯示在水平軸上，其與偏轉板上的電壓線性相關(因為偏轉器電壓係以鋸齒波形掃過)。於此實施例中，將丙酮加至受監視室並使用真空計進行分析。在實時質譜中生成空氣52110a、水52110b、氦52112、氫52114、和丙酮52115之分開的離子組分峰值。
返回圖49，偵測器屏蔽件電連接器49172電連接於偵測器屏蔽件49170和電壓源49198之間，將偵測器屏蔽件偏向電壓施加至偵測器屏蔽件49170，以致偵測器屏蔽件49170藉此是高通離子能量過濾器。使用高通離子能量過濾器，只有能量高於偵測器屏蔽件偏向電壓的離子才能穿過偵測器孔口49020之平面，且其餘的離子繞過。增加偵測器屏蔽件偏向電壓會使在偏轉器電壓掃描期間可抵達偵測器49012之離子的能量分佈或擴展變窄，從而隨著電壓增加導致更窄之質量峰值。
現在參考圖53的側視圖、圖54、56和58之俯視圖、及圖55和57的投影圖，討論按照本發明之實施例的使用偏轉器之真空計的零組件。真空穿通件54024、54026、54201、54023(參見圖54)和53205(參見圖53)提供用於真空計之電極組件的電連接和結構支撐兩者。真空穿通件可使用標準真空零組件製成，例如，藉由美國加利福尼亞州海沃德的MDC真空產品、LLC所銷售的那些。真空穿通件包括陽極穿通件54024、陰極穿通件54026、偏轉板穿通件54201、偵測器過濾器穿通件54203、和偵測器電流穿通件53205(參見圖53)。當一偏轉板54106b藉由通過偏轉板穿通件54201之電連接所偏向時，另一偏轉板58106a(參見圖58)接地。在此，應注意的是偏轉板58106a(或圖58之另一偏轉板58106b)不需要具有如於58106b所示的薄板之幾何形狀，而是可替代地具有如在58106a的塊件之幾何形狀。偏轉板或塊件58106a和58106b應由不易塗覆介電塗層的材料(例如，不銹鋼)所製成，這可能造成不穩定之漂移；例如，如果氧化物鈍化層造成不穩定的漂移，則鋁可能是不合適的。偵測器過濾器穿通件54203(參見圖54)連接至偵測器高能量過濾器54042，其在此實現為過濾器板件。真空計亦包括圍繞法拉第收集器53022之至少一部分的接地偵測器屏蔽件53221(參見圖53)。接地偵測器屏蔽件57221(參見圖57)包括偵測器孔口57020，離子組分經過偵測器高能量過濾器57042中之孔口57263抵達。在另一選擇的配置中，將理解，偵測器孔口57020可為位於偵測器高能量過濾器57042後面之偵測器中，或本身可為偵測器高能量過濾器57042中的孔口57263。能量過濾器柵格(未示出)可圍繞或覆蓋偵測器孔口57020。此外，真空計可包括陰極旋轉耦接器54207(圖54)，其可耦接至電子控制式致動器54209，或至手動控制式致動器。致動器54209建構成使用陰極旋轉耦接器54207旋轉陰極電極組件54004，這給予調整來源孔口55010之旋轉角度的能力(參見圖55)。陰極旋轉耦接器54207(圖54)可例如包括旋轉台55211(參見圖55)(在圖58中亦顯示為58211)，陰極電極組件55004安裝在旋轉台上。致動器54209(參見圖54)包括桿件54213，其轉動旋轉台55211(圖55)以調整來源孔口55010之旋轉角度(圖55)。桿件54213(參見圖54)於O形環密封件54215內旋轉，當調整陰極旋轉時，密封件54215保持真空。在圖54中，桿件54213顯示穿過O形環密封件54215，並推動凸緣54217，凸緣54217致動旋轉台55211(圖55)。當旋轉桿件54213的具螺紋端部54265時，結果是桿件54213之端部的線性平移，其推動凸緣54217以造成旋轉台55211之旋轉(圖55)。旋轉台55211處於來自彈簧56275的彈簧張力之下(圖56)，以當桿件54213縮回時返回。
參考圖56，顯示氣體入口通道56028，來自受監視室的氣體通過入口通道進入真空計。接地偵測器屏蔽件55221(參見圖55)之表面可傾斜或以其他方式塑形，以提供到達通過氣體入口通道56028的進入氣體之更開放的氣體傳導路徑(圖56)。亦在圖56中顯示者是板緊固件56267、及真空計之包封件56269，接地的偏轉板56106a可附接至包封件56269、例如作為包封件56269之一部分。安裝板56339可用於安裝除了偏轉板56106a之外的真空計之大部分零組件，包括陽極電極、陰極電極組件、真空穿通件、和偵測器零組件。安裝板56339例如可用橡膠O形環、超高真空用的金屬墊圈密封，或甚至焊接到位。使零組件安裝在安裝板56339上提供了於測試和製造期間解決問題之能力，並且提供使用者在現場維護真空計的能力。安裝板56339和包封件56269例如可為由不銹鋼所製成，具有盡可能最低之磁導率。顯示電絕緣體56271，其提供推動器偏轉板56106b和偵測器高能量過濾器56042的電絕緣。點焊推入式連接器56273顯示於偏轉板穿通件56201和偵測器過濾器穿通件56203之端部上。除了電連接之外，推入式連接器56273提供諸板的對齊。陰極電極組件56004頂部中之開口56008使氣體進入陰極電極組件56004的內部。彈簧56275附接至陰極旋轉台55211(圖55)，如圖57中進一步顯示(參見彈簧57275)。彈簧56275提供拉動在陰極旋轉台55211上之力量，而與致動器54209的推力相反(圖54)。參考圖53，固定螺絲53277允許旋轉台之鎖定，以固定旋轉角度。陰極旋轉台亦可被點焊，以固定其位置。絕緣柱53279提供陰極電極組件53004的電絕緣，並可在陰極電極組件處測量陽極到陰極電流時使用。另一選擇係，可省略絕緣柱53279，例如當在陽極電極處測量陽極到陰極電流時。
參考圖55，絕緣套管55281為法拉第收集器55022提供機械支撐。在形成絕緣套管55281和法拉第收集器55022時，想要的是藉由向收集器提供足夠的機械支撐、並藉由製成重量輕之收集器來消除法拉第收集器55022的震動。這減少藉由收集器所測量之電流中的高頻AC電流分量之出現。來源孔口55010可譬如具有約0.005英吋寬×0.350英吋高的尺寸。來源55010之寬度影響真空計的最終質量分辨率。來源孔口55010可譬如藉由化學蝕刻於0.0005英吋厚之金屬片上製造。
參考圖57，電連接(例如電線，未示出)可從陰極穿通件57026的端部延伸至陰極電極組件57004，以完成與陰極電極組件57004之電連接。電線可盤繞以容納陰極電極組件57004的旋轉。
圖59是真空計之零組件的概要圖，而圖60是橫截面圖，顯示按照本發明之實施例的一些範例尺寸。圖60是圖59之真空計的橫截面圖，並沿著圖59之A-A剖線。參考圖59，尺寸的一些範例如下：陽極電極59002和接地偵測器屏蔽件59221之間的長度約為2.020英吋；偏轉板59106a和59106b之間的距離約為0.635英吋；接地偏轉板59106a和從來源孔口59010延伸到法拉第收集器59022的中心軸59219之間的距離約為0.470英吋；且中心軸59219和推動器偏轉板59106b之間的距離約為0.165英吋。參考圖60，一些範例尺寸如下：陰極電極組件60004之高度約為0.750英吋；陽極電極60002的高度約為0.500英吋；陽極電極60002和陰極電極組件60004之頂部和底部的每一者之間的間隙高度約為0.125英吋；陰極電極組件60004之內徑約為0.930英吋；陽極電極60002的外徑約為0.400英吋；陽極電極60002和接地偵測器屏蔽件60221之間的長度約為2.020英吋；來源孔口60010和接地偵測器屏蔽件60221之間的飛行路徑之長度約為1.545英吋；來源孔口60010和高能量過濾器60042之間的長度約為1.455英吋；偵測器孔口之厚度約為0.005英吋；且由來源孔口60010到偵測器電流穿通件60205的距離約為1.743英吋。一些進一步之範例尺寸是：偵測器孔口57020(參見圖53)可為約0.010英吋寬和0.400英吋高；且來源孔口60010可為約0.005英吋寬和0.350英吋高。將理解，前述者是範例尺寸，並可使用其他尺寸。
接下來討論按照本發明之實施例用於磁場擴展組件的配置。如上面參考圖46所討論的那樣，除了在陰極電極組件上方的磁鐵組件之外，可使用諸如一或多個磁鐵46194的磁場延伸組件，以於由來源孔口46020縱向地延伸朝偵測器46010之方向46196中延伸磁場。磁場延伸組件46194可定位成增加磁鐵組件和偵測器46010之間的磁場。例如，這可允許水與真空系統中之其餘殘留氣體分開。在沒有磁場延伸組件46194的情況下，僅具有由來源延伸進入離子組分飛行路徑之邊緣磁場，真空計可僅能夠將輕質氣體(諸如氦和氫)與系統中的其餘殘留氣體分開。利用磁場延伸組件46194，於一範例中，磁場在來源區域(陽極電極和陰極電極組件)中可為約1000高斯，且較靠近偵測器46010為約1300高斯。
於另一實施例中，在圖61中顯示，磁鐵組件可包括整塊式磁鐵61225，其在陰極電極組件61004上方延伸並且於從來源孔口朝偵測器縱向地延伸之方向(參見圖46的方向46196)中延伸。整體式磁鐵61225之磁場可例如一直為1k高斯，並可提供離子組分的足夠分開，以看到水與其他殘留氣體分開。在飛行路徑中添加如於圖46中之另一磁鐵、或如於圖62中的磁軛、或兩者，可獲得飛行路徑中之進一步磁場強度，用於額外的質量分開。在圖61中，亦顯示有陰極把手61341，其可被致動(例如，使用測微計)以旋轉陰極電極組件61004。
圖62是概要圖，說明按照本發明之實施例的具有真空計之磁軛62227的使用。磁軛62227圍繞在來源孔口和偵測器之間延伸的通道62229之外側的至少一部分。磁軛62227可增加貫穿離子組分之飛行路徑的磁通線之數量，藉此增加於飛行路徑處的磁強度，這有助於質量分開。另外，磁軛62227可減小真空計周圍之外部場，這在不干擾使用者的其他設備或製程中可為有用的。
圖63是概要圖，說明使用按照本發明之實施例的真空計中之靜電偏轉器的離子組分之能量集中能力。於能量集中時，具有不同能量和共同離子組分質量的離子組分經過偵測器之偵測器孔口63020集中。例如，共同離子組分的低能離子63231和高能離子63233、諸如低能水離子和高能水離子可經過偵測器孔口63020集中。在另一範例中，低能殘留氣體離子和高能殘留氣體離子可經過偵測器孔口63020集中。為了施行此能量集中，偏轉器控制電路(參見圖65中之65241)建構成控制偏轉器電源(參見圖64中的64235)之電壓，以造成離子束偏轉器引導具有不同能量的離子組分63231及63233和共同的離子組分質量經過偵測器孔口63020集中。真空計可包括陰極旋轉耦接器(參見圖54中之54207)、和致動器54209，其建構成旋轉陰極電極組件，以致不同能量的離子組分在偏轉器電源(圖64中的64235)之電壓下被引導至偵測器孔口63020，其造成不同能量的離子組分經過偵測器孔口63020集中。使用陰極旋轉耦接器54207旋轉來源孔口允許質譜轉動至包括用於殘留氣體峰值之能量集中，例如在25 amu和35 amu之間。在一種能量集中的技術中，使用陰極旋轉耦接器54207旋轉來源孔口，同時觀察殘留氣體信號、例如於如圖52中之質譜中。當抵達正確的旋轉時，殘留氣體峰值變得越來越窄，這應該在有能量集中時發生。用於每一離子組分質量，偏轉器電源有提供能量集中之特定電壓。陰極旋轉耦接器54207可用於旋轉陰極電極組件，使得感興趣的離子組分的離子束在偏轉器電源之電壓處抵達偵測器孔口，所感興趣的離子組分亦於所述電壓處進行能量集中。在一範例中，陰極旋轉耦接器54207可於真空計之製造期間使用，且接著設定在所期望的旋轉，例如對於水和殘留氣體之一或多種提供能量集中的旋轉。
圖64是按照本發明之實施例的電控制電路之概要圖。電控制電路包括陽極高電壓電源64116、偏轉器電源64235(例如偏轉器推動器高電壓電源)、偵測器高能量過濾器電源64118、類比至數位轉換器64124、處理器64138、數位至類比轉換器64237、DC電源64239、用於總壓力離子電流的電流至電壓轉換器64120、用於分壓離子電流之電流至電壓轉換器64122、及繼電器和數位輸入/輸出單元64128。陽極高電壓電源64116經由陽極穿通件64024連接至陽極電極64002。用於總壓力離子電流的電流至電壓轉換器64120經由陰極穿通件64026連接至陰極電極組件64004。偏轉器電源64235經由偏轉板穿通件64201連接至偏轉板64106b(在此，推動器偏轉器板)。偵測器高能量過濾器電源64118經由偵測器過濾器穿通件64203連接至偵測器高能量過濾器64042。用於分壓離子電流之電流至電壓轉換器64122經由偵測器電流穿通件64205連接到法拉第收集器64022。而一偏轉板64106b經由偏轉板穿通件64201通過至偏轉器電源64235的電連接偏向，並將另一偏轉板64106a接地。處理器64138包括偏轉器控制電路65241(參見圖65)，其經由供給數位至類比轉換器64237之數位偏轉器控制信號來控制偏轉器電源64235的操作，且依序使用數位至類比轉換器64237以將類比控制提供至偏轉器電源64235。處理器64138亦提供從其他零組件接收之信號的數位信號處理，以向數位至類比轉換器64237提供數位信號，用於提供類比輸出64243，所述類比輸出64243例如可包括總壓力類比輸出、百分比水類比輸出、和氦(或另一組分)分壓類比輸出。處理器64138亦對從其他零組件接收之信號施行數位信號處理，以提供數位輸入/輸出單元64128數位警報64245、諸如目標基礎壓力警報、氦洩漏警報、和抽空警報。與處理器64138連接，提供遠端顯示器64140和音頻輸出64126。類比至數位轉換器64124亦可連接以從高壓計、諸如皮拉尼或皮拉尼壓電計接收類比信號64255，如用於圖69的組合量規所敘述。
偏轉器電源64235電連接以在離子束偏轉器的偏轉板64106a和64106b之間建立靜電場。雖然圖64中顯示推動器偏轉板64106b，將理解可使用以下的配置：(i)偏轉器電源64235可相對第二偏轉板64106a之接地電壓向第一偏轉板64106b提供正偏轉器偏向電壓，或(ii)相對第二偏轉板64106b的接地電壓向第一偏轉板64106a提供負偏轉器偏向電壓，或(iii)向第一偏轉板64106b提供第一偏轉器偏向電壓並向第二偏轉板64106b提供第二偏轉器偏向電壓64106a。
偏轉器控制電路65241(圖65)可建構成變動偏轉器電源64235之電壓，以造成偏轉器64106a/b變動離子組分的偏轉。偏轉器控制電路65241(圖65)可建構成基於(i)電壓隨著時間之三角形鋸齒變動、或(ii)相對其他離子組分控制位移離子組分的峰寬及時間位置之電壓波形來變動偏轉器電源64235的電壓。將理解，可使用偏轉器電源64235之其他變型；例如，可使用線性或非線性變型。偏轉器電壓亦可隨著壓力變動，以消除峰值運動隨時間的變化。偏轉器控制電路65241(圖65)可建構成掃描偏轉器電源64235之電壓，以當掃描偏轉器電源64235的電壓時，造成偏轉器64106a/b使待藉由偵測器所連續偵測之複數離子組分偏轉。偏轉器控制電路65241(圖65)可建構成掃描偏轉器電源64235的電壓，以允許偵測複數離子組分之質譜(例如，如於圖52中)。偏轉器控制電路65241(圖65)可建構成隨著陽極電極64002的電壓改變而變動偏轉器電源64235之電壓，以造成偏轉器64106a/b將離子組分引導至偵測器，而不隨著陽極電極電壓的變化，改變在偵測器之離子組分相對其他離子組分的時間位置。在這方面，隨著陽極電壓降低，離子組分之能量減小，且用於磁偏轉的其曲率半徑增加；因此，離子組分抵達偵測器之電場發生變化。如此，藉由調整偏轉器電源64235的電壓時間相依性，使用偏轉器控制電路65241(圖65)，偏轉器可使離子組分相對其他離子組分在相同時間位置到達偵測器，而與陽極電壓無關。另外，隨著陽極電壓下降，且因此離子組分之能量降低，需要使用偵測器高能量過濾器控制電路65295來調整偵測器高能量過濾器電源64118的電壓(參見圖65)。
偵測器高能量過濾器電源64118可建構成基於陽極電極64002之電壓來變動偵測器高能量過濾器64042的偏向電壓。例如，處理器之偵測器高能量過濾器控制電路65295(參見圖65)可生成數位信號，藉由數位至類比轉換器64237所處理，其依序向偵測器高能量過濾器電源64118提供類比控制信號，以變動偵測器高能量過濾器64042之偏向電壓。例如，當陽極的電壓降落時，高能量過濾器64042之偏向電壓可減少以維持用於離子組分的一致信號。
圖65是按照本發明之實施例的圖64之電控制電路中所使用之處理器65138的概要方塊圖。處理器65138包括偏轉器控制電路65241；偵測器高能量過濾器控制電路65295；殘留氣體分壓測量電路65247，其建構成基於藉由偵測器所產生之電流決定殘留氣體分壓；水分壓測量電路65164，其建構成基於藉由偵測器所產生的電流決定水分壓；氦分壓測量電路65251，其建構成基於藉由偵測器偵測氦所產生之電流決定氦分壓；自動基線校正電路65253，其建構成施行氦分壓的基線校正；和抽空診斷處理器65297，參考圖68敘述其操作。殘留氣體分壓測量電路65247、水分壓測量電路65164、和氦分壓測量電路65251例如能以與分壓電路31146類似之方式實現(參見圖31)，例如包括如用於分壓電路31146的查找表(LUT’s)。在藉由氦分壓測量電路65251決定氦分壓之前，自動基線校正電路65253可譬如用於從質譜的氦峰值減去基線(參見圖52)。
圖66是按照本發明之實施例的偏轉器控制電路66241之概要方塊圖。偏轉器控制電路66241可例如包括鋸齒電壓處理器66283，其產生偏轉器電壓隨著時間的三角形鋸齒變動。另一選擇或此外，偏轉器控制電路66241可包括峰值寬控制處理器66285，其產生電壓波形以控制位移離子組分相對其他離子組分之峰值寬度和時間位置。另一選擇、或此外，偏轉器控制電路66241可包括偏轉器電壓掃描處理器66287，其掃描偏轉器電源的電壓以使待藉由偵測器所連續地偵測之複數離子組分偏轉，例如以允許所述複數離子組分質譜的偵測。另一選擇、或此外，偏轉器控制電路66241可包括陽極電壓偏轉器控制處理器66289，其隨著陽極電壓之變化而變動偏轉器電源的電壓、例如藉由以陽極電壓線性地變動。
在另一實施例中，陽極電壓控制電路(參見圖29之29164)可建構成基於在陽極電極和陰極電極組件之間流動的總電流IT 來變動陽極電極29002之電壓。為此目的，圖67之陽極電壓控制電路67164包括低電壓設定電路67291和高電壓設定電路67293。當陽極電壓因總壓力增加而開始下降時，可使用這些電路，其當使用限流電阻器時發生。於一範例中，陽極高電壓電源64116(參見圖64)可基於來自陽極電壓控制電路67164的信號在兩個不同之電壓設定下操作，其可例如包括從陽極電壓控制電路67164的低電壓設定電路67291和高電壓設定電路67293接收控制信號之零組件。在此，兩個電壓設定是用於總電流IT 的低電壓設定，其對應於小於電子儲存之閾值壓力的總壓力、諸如10-5 托爾；以及大於電子儲存閾值壓力之壓力的高電壓設定。例如，低電壓可為1400 V，而高電壓設定可為2000 V或2500 V。在另一版本中，可於洩漏偵測開始之前調整陽極高電壓電源偏向，以提供與低壓操作所選擇的陽極電壓完全相同之陽極電壓。
圖68是藉由按照本發明的實施例之抽空診斷處理器65297(圖65)所實現的製程流程之範例的概要圖。在製程流程中，使用者將部件或樣品68301載入受監視室，並於68303開始抽空。真空計(在此指示為VIS，真空完整性系統)啟動，且處理器65297於68305進入抽空狀態模式。在68307中，處理器65297決定是否已抵達目標基礎壓力。如果是，則於68309，可提供抽空狀態指示器，以向使用者指示(例如，經由圖64之遠端顯示器64140用綠色或另一顏色指示器)，且真空製程在68311繼續。如果不是，則抽空狀態指示器可同樣地於68313處向使用者指示警告(例如，經由圖64的遠端顯示器64140用黃色或另一顏色指示器)。在68315，處理器65297決定水濃度是否如預期的那樣。如果不是，則於68317，其決定在抽空中是否存在意外之延遲。如果是，則於68319施行烘乾程序。如果不是，則其再次於68307決定是否抵達目標基礎壓力。在68315，如果水濃度如預期那樣，則處理器65297於68321處決定殘留物濃度是否如預期的那樣。如果是，則在68323，繼續抽空且製程返回至步驟68307。如果不是，則可於68325將抽空狀態指示器設置為警報狀態(例如，經由圖64之遠端顯示器64140用紅色或另一顏色指示器)。然後，處理器65297在68327進入氦洩漏檢查模式。如果未發現氦洩漏，則於68329處，藉由處理器65297進行內部污染的根本原因診斷68331，且使用者在68332使腔室通氣並清潔腔室。如果發現氦洩漏，則於68333發出氦洩漏警報，例如使用警報指示器64245(參見圖64)或經由遠端顯示器64140。接下來，在68335，藉由處理器65297進行大氣洩漏之根本原因診斷，且使用者精確定位洩漏並於68337處進行修復。在一範例中，根據經驗，可藉由將氦洩漏偵測警報閾值設置為受監視室的目標基礎壓力之約27%來診斷氦洩漏。將理解，其他警報閾值可藉由處理器65297設置。於圖68的製程流程中，使用者可定義之值包括：目標基準壓力；水百分比閾值；殘餘物分壓閾值(抽空狀態模式)；和氦分壓閾值(氦偵測模式)。
接下來討論按照本發明之實施例的壓力、陽極電壓、偵測器孔口電壓、和峰值位置之間的關係。
陽極電壓直接影響裝置之靈敏度。對於相同的壓力，假設放電阻抗隨著陽極電壓變動很小，則當陽極電壓增加時存在更高的總壓力電流(IT )。靈敏度隨著陽極電壓中之增加而增加。然而，靈敏度中的此增加是以犧牲分辨率為代價。陽極電壓中之增加導致分辨率中的降低。於一範例中，陽極電壓是Va=1500 V。這是能以用標準電子器件控制之電壓，不需要極端的絕緣和間隙，並且使用成本較低之絕緣體。例如，陽極電壓可為高達2500 V。如上所述，在儀器的操作期間，陽極電壓不會保持恆定，而是隨著壓力由於限流電阻器之增加而下降。這意指離子的能量將隨壓力而變化。因此，需要調整偵測器能量過濾，以確保離子仍然抵達法拉第收集器，例如使用偵測器高能量過濾器控制電路65295(圖65)。
可使用偏轉器控制電路66241(圖66)掃描偏轉器電壓以提供低分辨率光譜，或可將偏轉器電壓設定為固定值以進行單離子監視。在一範例中，對於較短之偏轉板(例如，1英吋長)，掃描條件可為0 V至700 V，且對於較長的偏轉板(例如，1.5英吋長)，掃描條件可為0 V至500 V。當偏轉板定位得更靠近在一起或更長時，偏轉器電壓降低。所生成的質譜(例如，如圖52中所示)可例如顯示所繪製之分壓電流讀數(IPP )相對於偏轉器電壓Vd 。對於2.5秒的標準掃描率，例如，典型之峰值寬度為100毫秒(水和雜質)至300毫秒(氦和氫)。由於陽極電壓隨著帶有限流電阻器的單元中之壓力而變化，離子能量將變化，且偵測特定質量所需的偏轉器電壓亦將需要改變。然而，它已發現當陽極電壓值下降時，效果不會太大，以致離子從掃描中丟失。隨著陽極電壓下降，離子確實會移動，且它們確實會改變位置和寬度兩者，但效果是可預測的，並不會嚴重影響分辨率。
於一範例中，使用偏轉器控制電路66241(圖66)在2.5秒內於0 V和500 V之間掃描偏轉板。小心地最佳化來源孔口的旋轉方位，以確保對於水和殘留氣體(諸如在30 amu範圍中)，偏轉器不僅提供質量分離，而且還提供額外之能量集中，例如使用陰極旋轉耦接器54207(圖54)。換句話說，小心地調整來源孔口的旋轉，以致水及殘留氣體於偏轉器電壓抵達偵測器，所述偏轉器電壓亦為那些離子提供靜電能量集中。對於平行板，並非所有離子質量將在單次掃描期間經歷能量集中。於對水有更高分辨率要求之處，可選擇來源孔口方位，以致水能量集中，即使氣和氫不能很好地能量集中。範例程序如下：開始掃描並用等量的氮和水對系統加壓。使用陰極旋轉耦接器54207(圖54)改變來源孔口之旋轉定向，直到在氮峰值(28 amu)和水峰值(18 amu)之間看到最佳的谷值分開。當抵達理想之能量集中旋轉角度時，峰值變得更尖銳、峰值之間的谷值更低、且振幅更高。
偵測器高能量過濾器64042(參見圖64)可用於改善分辨率。在一範例中，不同之偵測器高能量過濾器電壓可用於不同的種類。對於水和殘留氣體之分辨率，用於1500 V的陽極電壓，偵測器高能量過濾器64042可具有例如在850 V和1100 V之間的偏向電壓。如需要，這提供相當大量之能量過濾，以支持需要將水與殘餘物分開所要求的分辨能力。然而，這意指當陽極電壓隨著壓力之增加而下降時，必須調整高能量過濾器電壓以確保具有足夠的靈敏度。當陽極電壓隨著壓力變化時，高能量過濾器電壓值可例如使用偵測器高能量過濾器控制電路65295以與陽極電壓成線性關係來調整。於一範例中，高能量過濾器電壓可使用偵測器高能量過濾器控制電路65295減小至與陽極電壓成比例地減小。在任何壓力下之陽極電壓可例如藉由高能量過濾器控制電路65295計算為陽極高電壓電源64116的電壓減去越過限流電阻器之電壓下降。例如，如果陽極高電壓電源的電壓是1500 V，且偵測器過濾器高電壓電源64118於高真空處在800 V下啟動，則偵測器過濾器高電壓電源64118之電壓調整為：VF =(80/1500)* (1500-RI *IT )，在此VF 是偵測器高電壓電源64118的電壓，RI 是限流電阻器之電阻，IT 是經過限流電阻器的總電流。
圖69是按照本發明之實施例的系統之概要方塊圖，其中反磁控管冷陰極電離真空計是組合量規69257的一部分。組合量規69257包括高壓總壓力感測器69259，其連接以在總壓力大於閾值總壓力(諸如約10-4 托爾或約10-5 托爾)時測量來自受監視室69261之氣體的總壓力，且反磁控管冷陰極電離真空計69000連接以在總壓力小於高壓總壓力感測器之閾值壓力時測量來自受監視室69261的氣體之總壓力。高壓總壓力感測器可例如包含皮拉尼總壓力感測器、或皮拉尼壓力計和壓電差壓感測器的組合，且閾值總壓力可例如為約10-4 托爾或約10-5 托爾。於一範例中，皮拉尼壓電感測器之組合可為由美國馬薩諸塞州安多弗的MKS儀器公司所出售之Series 901 P MicroPiraniTM /Piezo Load Lock Transducer。來自高壓總壓力感測器的類比信號64255可藉由圖64之類比至數位轉換器64124所接收。在此組合量規中使用皮拉尼或組合皮拉尼壓電總壓力感測器69259可例如允許真空計69000的操作跟隨大氣壓力之抽空。當受監視室69261之壓力用於開啟真空計69000為安全的時，組合量規69257之控制邏輯電路可用於開啟真空計69000，所述壓力可為小於閾值總壓力。皮拉尼或另一高壓總壓力感測器69259亦可提供真空計的過壓保護。對於洩漏量大之系統，皮拉尼或另一高壓總壓力感測器69259可用於施行氦洩漏偵測，其基於氦氣的熱導率遠大於常見殘留氣體(諸如空氣或污染物)之熱導率的概念。
在根據本發明之另一實施例中，使用如本文所教導的反磁控管冷陰極電離真空計，而不基於陽極電極和陰極電極組件之間的總電流決定總壓力。代替地，真空計用於分壓決定、諸如氦之分壓，例如用於氦洩漏偵測。在此實施例中，有利的是使用氣體入口通道，其定位成使氣體從受監視室流至陰極電極組件中之開口，其中離子的發射部分於與氣體入口通道中之受監視室的氣體流動相反之方向中行進，例如在圖3的實施例中所顯示。
在根據本發明之另一實施例中，使用放電的阻抗作為壓力之測量來決定總壓力(同時仍然至少局部地基於在陽極電極和陰極組件之間流動的總電流)。於此案例中，測量陽極電壓、以及從陽極至陰極之電流，並使用歐姆定律決定阻抗。例如，使用阻抗可提供以下優點：它不依賴於陽極電壓，其可由於限制電阻器而隨著壓力變化。
在使用根據本發明的實施例中，真空計可用於輔助高真空系統之故障排除。操作高真空系統的標準工作流程從抽空開始。在抽空程序期間，密封系統(亦即關閉所有輸入閥)，且隨著時間之推移監視壓力，同時泵送系統，以期於指定的時間量內達到目標基礎壓力。如果目標壓力確實在預期之時間量內達成，驗證真空系統的完整性，並可啟動所述製程或實驗。於另一方面，如果在預期的時間量之後沒有達成目標壓力，則真空系統的完整性受到嚴格審查。此情況提供例如可使用根據本發明之實施例的情節。按照本發明之實施例的真空計允許真空系統擁有者立即診斷藉由低於通常之抽空所提示的真空完整性問題之可能根本原因。使用按照本發明的實施例之真空計，使用者可立即診斷是否因系統中的空氣洩漏或藉由水除氣(如果有乾燥選項可用)而造成慢抽空。如果問題確實是洩漏，則現在可使用按照本發明之實施例的真空計來精確定位洩漏源。如果沒有偵測到洩漏，則真空使用者被引導朝污染源之識別和經由烘乾減少除氣。因此，按照本發明的實施例之真空計可用於輔助在真空系統完整性診斷期間去除猜測工作。
與先前工作對比，除了測量分壓之外，總壓力測量實施例允許在約10-9 和約10-2 托爾之間的整個壓力範圍內測量受監視室中之總壓力、諸如在約10-8 與約10-3 托爾的總壓力之間，反之，先前的真空計在10-6 托爾之上遇到不可預測的靈敏度變化，這是高真空系統之一重要的壓力範圍。為了在整個壓力範圍內具有精確之壓力測量，純電子電漿(參見圖13A中的13068)在操作期間不應改變電子密度及/或形狀。形狀中之變化會導致離子信號中的突然變化，已知為不連續性。不連續性限制了在設計中存在時測量大壓力範圍內之總壓力的能力。為了減少或防止不連續性，可使用許多技術。例如，可在其整個體積內使用具有均勻磁化之高品質磁鐵。磁場可保持小於或等於約1千高斯的磁場強度。可調整或調節磁鐵旋轉以最小化不連續性。可控制陽極電壓(例如，使用圖29的陽極電壓控制電路29164)以避免不連續點。另外，使用對稱磁鐵組件、諸如徑向對稱磁鐵組件有助於減少或避免不連續性，以允許實施例用於感測器以測量整個壓力範圍內之總壓力。
根據本發明的實施例可用於高真空系統。如本文所使用，“高真空系統”是其中受監視室中之氣體包含約10-9 托爾和約10-2 托爾之間的壓力之系統。
如本文所用，指示為“約”給定數值的數值量可例如在給定數值之約10%內、諸如在給定數值的約5%內、例如在給定數值之約1%內，或可為等於所給定的數值。
可使用一或多個電腦系統來實現上述方法和系統的各部分，例如以允許自動實現本文所討論之診斷和控制技術。例如，可使用硬體、軟體或其組合來實現技術。當在軟體中實現時，軟體碼能於任何合適的處理器或處理器集合上執行，無論是否提供在單一電腦中或分佈於多數電腦之中。
儘管已特別顯示及敘述範例實施例，但是那些熟諳此技術領域者將理解，按照本文的教導和所附申請專利範圍，本文之範例實施例的特徵可以組合。
本文所引用之所有專利、公開的申請案和參考文獻之教導全部以引用的方式併入本文中。
雖然已特別顯示及敘述範例實施例，但是那些熟諳此技術領域者將理解，在不脫離藉由所附申請專利所涵蓋之實施例的範圍之情況下，可在其中於形式和細節中進行諸多改變。
1000‧‧‧反磁控管冷陰極電離真空計 1002‧‧‧陽極電極 1004‧‧‧陰極電極組件 1005‧‧‧放電空間 1006‧‧‧磁鐵組件 1006a‧‧‧平板磁鐵 1006b‧‧‧平板磁鐵 1007a‧‧‧徑向方向 1007b‧‧‧交叉場方向 1008‧‧‧開口 1009‧‧‧凸緣 1010‧‧‧來源孔口 1011‧‧‧來源孔口板 1012‧‧‧偵測器 1024‧‧‧接地絕緣穿通件 1026‧‧‧接地絕緣穿通件 1028‧‧‧氣體入口通道 1165‧‧‧設有螺紋的金屬連接器 1167‧‧‧絕緣體 1168‧‧‧內孔 1018‧‧‧離子屏蔽件 1020‧‧‧偵測器孔口 1022‧‧‧法拉第收集器 3000‧‧‧反磁控管冷陰極電離真空計 3004‧‧‧陰極電極組件 3010‧‧‧來源孔口 3012‧‧‧側面安裝式偵測器 3020‧‧‧偵測器孔口 3028‧‧‧氣體入口通道 3030‧‧‧離子之一部分 3032‧‧‧相反方向 3034‧‧‧流動的方向 3036‧‧‧靜電屏蔽柵格 3038‧‧‧位移離子組分 4010‧‧‧來源孔口 4012‧‧‧偵測器 4028‧‧‧氣體入口通道 4038‧‧‧位移離子組分 4038a‧‧‧氫離子 4038b‧‧‧氦離子 4038c‧‧‧水離子 4038d‧‧‧殘留氣體 5000‧‧‧真空計 5012a‧‧‧偵測器 5012b‧‧‧偵測器 5038a‧‧‧位移氫離子組分 5038b‧‧‧位移氦離子組分 5038c‧‧‧位移水離子組分 5038d‧‧‧位移殘留氣體離子組分 6000‧‧‧真空計 6010a‧‧‧來源孔口 6010b‧‧‧來源孔口 6012a‧‧‧偵測器 6012b‧‧‧偵測器 6028‧‧‧氣體入口通道 6038‧‧‧位移離子組分 6038a‧‧‧位移氫離子組分 6038b‧‧‧位移氦離子組分 6038c‧‧‧位移水離子組分 6038d‧‧‧位移殘留氣體離子組分 6038e‧‧‧位移氫離子組分 6038f‧‧‧位移氦離子組分 6038g‧‧‧位移水離子組分 6038h‧‧‧位移殘留氣體離子組分 7000‧‧‧真空計 7012‧‧‧偵測器 7018‧‧‧離子屏蔽件 7020‧‧‧偵測器孔口 7022‧‧‧法拉第收集器 8000‧‧‧真空計 8010‧‧‧來源孔口 8030‧‧‧離子流 8036‧‧‧靜電屏蔽柵格 8040‧‧‧法拉第收集器陣列 8042‧‧‧能量過濾柵格 8044‧‧‧電介質基材 8046‧‧‧金屬條 8048‧‧‧電連接件 9004‧‧‧陰極電極組件 9028‧‧‧氣體入口通道 9030‧‧‧離子的一部分 9032‧‧‧流動的方向 9034‧‧‧流動的方向 9050‧‧‧離子偵測通道 10000‧‧‧反磁控管冷陰極電離真空計 10004‧‧‧陰極電極組件 10016a‧‧‧低能離子電流測量電路 10016b‧‧‧高能離子電流測量電路 10020‧‧‧偵測器孔口 10030‧‧‧離子流 10052‧‧‧低通離子能量過濾器 10056‧‧‧電壓偏向式偏轉板 10058‧‧‧集電板 10060‧‧‧離子 11002‧‧‧陽極電極 11004‧‧‧陰極電極組件 11010‧‧‧來源孔口 11012‧‧‧偵測器 11020‧‧‧偵測器孔口 11054‧‧‧高通能量過濾器 11064‧‧‧飛行路徑距離 11006‧‧‧磁鐵組件 11006a‧‧‧平板磁鐵 11006b‧‧‧平板磁鐵 12002‧‧‧陽極電極 12004‧‧‧陰極電極組件 12012‧‧‧偵測器 12014‧‧‧第一離子電流測量電路 12016‧‧‧第二離子電流測量電路 12030‧‧‧位移離子組分 12066‧‧‧護環 12170‧‧‧離子電流測量電路系統 13002‧‧‧陽極電極 13004‧‧‧陰極電極組件 13006‧‧‧圓柱形磁鐵組件 13068‧‧‧純電子電漿 13070‧‧‧電子 13072‧‧‧氣體分子 13074‧‧‧氣體離子 13010‧‧‧來源孔口 13076‧‧‧離子帶 14002‧‧‧陽極電極 14004‧‧‧陰極電極組件 14006a‧‧‧扁平圓柱形環形磁鐵 14006b‧‧‧扁平圓柱形環形磁鐵 14010‧‧‧來源孔口 14012‧‧‧偵測器 14016‧‧‧離子電流測量電路 14074‧‧‧氣體離子 15004‧‧‧陰極電極組件 15010‧‧‧來源孔口 15078‧‧‧圓筒部分的展開表面 16010‧‧‧來源孔口 16068‧‧‧純電子電漿 16074‧‧‧離子 16080‧‧‧來源孔口柵格 16082‧‧‧磁場 16084‧‧‧電場 17030‧‧‧離子 17086‧‧‧通量控制電路 17088‧‧‧通量控制偵測器 17090‧‧‧通量反饋電路 17092‧‧‧高電壓電源 17094‧‧‧安培計 18010‧‧‧來源孔口 18012‧‧‧偵測器 18038‧‧‧組分流 18096‧‧‧磁性區塊 18098‧‧‧冷陰極電離源 18100‧‧‧能量孔口 18102‧‧‧靜電計或電荷放大器 19010‧‧‧來源孔口 19012‧‧‧偵測器 19098‧‧‧冷陰極電離源 19100‧‧‧能量孔口 19104‧‧‧四極質量過濾器 20006a‧‧‧磁鐵組件的圓柱形部分 20006b‧‧‧磁鐵組件的圓柱形部分 20010‧‧‧來源孔口 21010‧‧‧來源孔口 21020‧‧‧偵測器孔口 21030‧‧‧離子束 21106‧‧‧離子束偏轉器 21106a‧‧‧平行板 21106b‧‧‧平行板 22010‧‧‧來源孔口 22012‧‧‧偵測器 22038‧‧‧位移離子組分 22038a‧‧‧位移氫離子組分 22038b‧‧‧位移氦離子組分 22038c‧‧‧位移氮離子組分 23004‧‧‧陰極電極組件 23108‧‧‧磁場邊界 23006‧‧‧磁鐵組件 28110‧‧‧殘留氣體峰值 28112‧‧‧氦峰值 28114‧‧‧氫峰值 29002‧‧‧陽極電極 29114‧‧‧限流電阻器 29164‧‧‧陽極電壓控制電路 30002‧‧‧陽極電極 30012‧‧‧偵測器 30114‧‧‧總限流電阻器 30116‧‧‧陽極高電壓電源 30118‧‧‧偵測器偏向電源 30120a‧‧‧至電壓轉換器的電流、總離子電流、陽極 30120b‧‧‧至電壓轉換器的電流、總離子電流、陰極 30122‧‧‧至電壓轉換器的電流，而用於分壓電流 30124‧‧‧類比至數位轉換器及多工器 30126‧‧‧音頻輸出裝置 30128‧‧‧人類輸入/輸出介面 30130‧‧‧按鈕HV ON/OFF 30132‧‧‧按鈕TP/LDQ 30134‧‧‧按鈕LD Zero 30136‧‧‧輸入/輸出零組件 30138‧‧‧製程介面板 30140‧‧‧顯示器 31140‧‧‧顯示器 31150‧‧‧總壓力顯示器 31152‧‧‧分壓顯示器 31154‧‧‧水分壓顯示器 31156‧‧‧水百分比顯示器 31158‧‧‧殘留氣體與水之比率顯示器 31170‧‧‧雙信號洩漏偵測顯示器 31138‧‧‧製程介面板 31142‧‧‧總壓力決定電路 31144‧‧‧查找表 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50038c‧‧‧水離子組分 51038c‧‧‧水離子組分 52110a‧‧‧空氣離子組分 51110b‧‧‧水離子組分 52112‧‧‧氦離子組分 52114‧‧‧氫離子組分 52115‧‧‧丙酮離子組分 53004‧‧‧陰極電極組件 53022‧‧‧法拉第收集器 53205‧‧‧偵測器電流穿通件 53221‧‧‧接地偵測器屏蔽件 53277‧‧‧固定螺絲 53279‧‧‧絕緣柱 54004‧‧‧陰極電極組件 54024‧‧‧真空穿通件 54026‧‧‧真空穿通件 54042‧‧‧偵測器高能量過濾器 54106b‧‧‧偏轉板 54201‧‧‧真空穿通件 54203‧‧‧真空穿通件 54207‧‧‧陰極旋轉耦接器 54209‧‧‧致動器 54213‧‧‧桿件 54215‧‧‧O形環密封件 54217‧‧‧凸緣 54265‧‧‧桿件之設有螺紋的端部 55004‧‧‧陰極電極組件 55010‧‧‧來源孔口 55022‧‧‧法拉第收集器 55211‧‧‧陰極旋轉台 55221‧‧‧接地偵測器屏蔽件 55281‧‧‧絕緣套筒 56004‧‧‧陰極電極組件 56008‧‧‧開口 56028‧‧‧氣體入口通道 56042‧‧‧偵測器高能量過濾器 56106a‧‧‧接地偏轉板 56106b‧‧‧推桿偏轉器 56201‧‧‧偏轉板穿通件 56203‧‧‧偵測器過濾穿通件 56267‧‧‧板緊固件 56269‧‧‧包封件 56271‧‧‧電絕緣體 56273‧‧‧推入式連接器 56275‧‧‧彈簧 56339‧‧‧安裝板 57004‧‧‧陰極電極組件 57020‧‧‧偵測器孔口 57026‧‧‧陰極穿通件 57042‧‧‧偵測器高能量過濾器 57221‧‧‧接地偵測器屏蔽件 57263‧‧‧孔口 57275‧‧‧彈簧 58106a‧‧‧偏轉板 58106b‧‧‧偏轉板 58211‧‧‧旋轉台 59002‧‧‧陽極電極 59010‧‧‧來源孔口 59022‧‧‧法拉第收集器 59106a‧‧‧偏轉板 59106b‧‧‧偏轉板 59219‧‧‧中心軸 59221‧‧‧接地偵測器屏蔽件 60002‧‧‧陽極電極 60004‧‧‧陰極電極組件 60010‧‧‧來源孔口 60042‧‧‧高能量過濾器 60205‧‧‧偵測器電流穿通件 60221‧‧‧接地偵測器屏蔽件 61004‧‧‧陰極電極組件 61225‧‧‧整塊式磁鐵 61341‧‧‧陰極把手 62227‧‧‧磁軛 62229‧‧‧通道 63020‧‧‧偵測器孔口 63231‧‧‧低能離子 63233‧‧‧高能離子 64002‧‧‧陽極電極 64004‧‧‧陰極電極組件 64022‧‧‧法拉第收集器 64024‧‧‧陽極穿通件 64026‧‧‧陰極穿通件 64042‧‧‧偵測器高能量過濾器 64106a‧‧‧偏轉板 64106b‧‧‧偏轉板 64116‧‧‧陽極高電壓電源 64118‧‧‧偵測器高能量過濾器電源 64120‧‧‧用於總壓力離子電流之電流至電壓轉換器 64122‧‧‧用於分壓離子電流之電流至電壓轉換器 64124‧‧‧類比至數位轉換器 64126‧‧‧音頻輸出 64128‧‧‧繼電器及數位輸入/輸出單元 64138‧‧‧處理器 64140‧‧‧遠端顯示器 64201‧‧‧偏轉板穿通件 64203‧‧‧偵測器過濾穿通件 64205‧‧‧偵測器電流穿通件 64235‧‧‧偏轉器電源 64237‧‧‧數位至類比轉換器 64239‧‧‧DC電源 64243‧‧‧類比輸出 64245‧‧‧數位警報 64255‧‧‧類比信號 65138‧‧‧處理器 65164‧‧‧水分壓測量電路 65241‧‧‧偏轉器控制電路 65247‧‧‧殘留氣體分壓測量電路 65251‧‧‧氦分壓測量電路 65253‧‧‧自動基線校正電路 65295‧‧‧偵測器高能量過濾器控制電路 65297‧‧‧抽空診斷處理器 66241‧‧‧偏轉器控制電路 66283‧‧‧鋸齒電壓處理器 66285‧‧‧峰值寬控制處理器 66287‧‧‧偏轉器電壓掃描處理器 66289‧‧‧陽極電壓偏轉器控制處理器 67164‧‧‧陽極電壓控制電路 67291‧‧‧低電壓設定電路 67293‧‧‧高電壓設定電路 68301‧‧‧使用者載入部件或樣品 68303‧‧‧抽空開始 68305‧‧‧進入抽空狀態模式 68307‧‧‧決定是否抵達目標基礎壓力 68309‧‧‧如果抵達目標基礎壓力之抽空狀態指示器 68311‧‧‧繼續真空製程 68313‧‧‧如果未抵達目標基礎壓力之抽空狀態指示器 68315‧‧‧決定水濃度是否符合預期 68317‧‧‧決定抽空是否意外延遲 68319‧‧‧施行烘乾 68321‧‧‧決定殘留物濃度是否符合預期 68323‧‧‧繼續抽氣 68325‧‧‧抽空警報狀態 68327‧‧‧進入氦洩漏檢查模式 68329‧‧‧是否發現氦洩漏 68331‧‧‧內部污染之根本原因診斷 68332‧‧‧使用者使腔室通風並清潔腔室 68333‧‧‧發出氦洩漏警報 68335‧‧‧大氣洩漏的根本原因診斷 68337‧‧‧使用者精確定位洩漏和修復 69000‧‧‧反磁控管冷陰極電離真空計 69257‧‧‧組合量規 69259‧‧‧高壓總壓力感測器 69261‧‧‧受監視室
由示例性實施例的以下更特別之敘述，前述內容將變得顯而易見，如附圖中所說明，其中相像的參考字母意指遍及不同視圖之相同部件。附圖不一定按比例繪製，而是將重點放在說明實施例上。
圖1係按照本發明的實施例之反磁控管冷陰極電離真空計的橫截面投影圖。
圖2A係圖1之反磁控管冷陰極電離真空計的橫截面俯視圖。
圖2B係圖1之反磁控管冷陰極電離真空計的投影圖。
圖3係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要投影圖，所述真空計具有在氣體入口通道中的離子逆流、及側面安裝式偵測器。
圖4係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計具有中心安裝式偵測器。
圖5係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計具有二個側面安裝式偵測器。
圖6係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計具有二個來源孔口及二個側面安裝式偵測器。
圖7係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計具有單一法拉第收集器偵測器。
圖8係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計具有法拉第收集器陣列。
圖9係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，其中氣體入口通道係來自離子偵測通道的分開通道。
圖10係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計使用低通離子能量過濾器及高通能量過濾器。
圖11A係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，說明可以使用的示例性尺寸。
圖11B係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之磁鐵組件及電極組件的概要橫截面側視圖，說明可以使用之示例性尺寸。
圖12係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要電氣圖，所述真空計測量總陽極電流和偵測到的離子電流兩者。
圖13A說明在按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計中由電子放電電漿產生離子之概要圖。
圖13B係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計中之圓柱形磁鐵組件的概要圖。
圖14係按照本發明之實施例的使用扁平圓柱形磁鐵之反磁控管冷陰極電離真空計的概要側視圖。
圖15係概要圖，說明決定來源孔口之橫截面積與暴露至氣體離子的陰極電極組件之一部分的表面積之比率，其可用於按照本發明的實施例之反磁控管冷陰極電離真空計中。
圖16係按照本發明之實施例的使用來源孔口柵格之反磁控管冷陰極電離真空計的概要側視圖。
圖17係按照本發明之實施例的使用通量控制電路之反磁控管冷陰極電離真空計的概要側視圖。
圖18係按照本發明之實施例的與磁性區塊一起使用之反磁控管冷陰極電離源的概要圖。
圖19係按照本發明之實施例的與四極質量過濾器一起使用之反磁控管冷陰極電離源的概要圖。
圖20A係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要側視圖，且圖20B係投影圖，所述真空計具有徑向地引導的修長來源孔口。
圖21係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，所述真空計具有離子束偏轉器。
圖22A係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之概要俯視圖，說明組合視圖中的離子組分之分開，且圖22B係藉由零組件分開的離子組分之概要俯視圖。
圖23A係反磁控管冷陰極電離真空計的概要俯視圖，且圖23B係電極組件及磁鐵組件之概要側視圖，並顯示按照本發明的實施例之延伸在陰極電極組件外側的外部磁場。
圖24係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計對氦之總壓力響應的曲線圖。
圖25係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之總壓力對氦的靈敏度與陽極直徑之曲線圖。
圖26係按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之分壓對氦的靈敏度與陽極尺寸之曲線圖。
圖27係顯示歸一化電流(在對數標度上)與參考壓力的曲線圖，其能使用於按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之校準曲線。
圖28係曲線圖，顯示藉由按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計之殘留氣體(包括水)、氦和氫離子組分的角分辨率。
圖29係概要電氣圖，說明按照本發明之實施例的反磁控管冷陰極電離真空計中之陽極電壓和限流電阻器。
圖30係按照本發明之實施例的與反磁控管冷陰極電離真空計一起使用之控制單元的概要電氣圖。
圖31A係按照本發明之實施例的顯示零組件之概要方塊圖。
圖31B係按照本發明之實施例的製程介面板之概要方塊圖。
圖32係按照本發明之實施例的總壓力電流及分壓電流之曲線的概要圖，說明雙信號洩漏偵測電路之使用。
圖33係按照本發明之實施例的包括偵測器屏蔽件之反磁控管冷陰極電離真空計的垂直橫截面圖。
圖34係按照本發明之實施例的包括偵測器屏蔽件之圖33的真空計之透明投影圖。
圖35係按照本發明之實施例的包括偵測器屏蔽件之圖33及34的真空計之透明垂直剖視圖。
圖36係按照本發明之實施例的圖33至35之真空計的水平半橫截面圖。
圖37係按照本發明之實施例的圖33至36之真空計取自經過陽極電連接的水平半橫截面圖。
圖38係按照本發明之實施例的圖33至37之真空計的俯視圖，且圖39係仰視圖，說明偵測器屏蔽件之旋轉耦接件。
圖40及41顯示使用按照本發明的實施例之真空計將水與其它殘留氣體分開的曲線圖。
圖42及43顯示按照本發明之實施例的真空計之總壓力靈敏度的曲線圖。
圖44係曲線之概要圖，顯示使用按照本發明的實施例之殘留氣體分析儀(RGA)和真空計的洩漏偵測之比較。
圖45係垂直橫截面圖，顯示按照本發明的實施例之真空計的零組件之範例尺寸。
圖46係按照本發明之實施例的垂直橫截面概要圖，顯示磁場延伸組件，其定位成在從來源孔口朝偵測器縱向地延伸之方向中延伸所述磁場。
圖47及48係按照本發明的實施例之具有空氣洩漏的概念真空系統和具有氦洩漏之概念真空系統的概要圖，用於推導，這是使用雙信號洩漏偵測技術之概念基礎。
圖49係按照本發明之實施例的真空計之概要投影圖，所述真空計使用離子束偏轉器來偏轉待藉由偵測器偵測的離子組分。
圖50係按照本發明之實施例的圖49之真空計的概要投影視圖，所述真空計將不同之離子組分偏轉至偵測器。
圖51係按照本發明的實施例之圖50的真空計之俯視圖。
圖52係藉由掃描按照本發明的實施例之真空計中的偏轉板上之電壓所產生的全光譜範圍之曲線圖。
圖53係按照本發明的實施例之使用偏轉器的真空計之側視圖。
圖54係按照本發明的實施例之使用偏轉器的真空計之俯視圖。
圖55係按照本發明的實施例之使用偏轉器的真空計之投影圖。
圖56係按照本發明的實施例之使用偏轉器的真空計之俯視圖。
圖57係按照本發明的實施例之使用偏轉器的真空計之投影圖。
圖58係按照本發明的實施例之使用偏轉器的真空計之俯視圖。
圖59係按照本發明的實施例之真空計的零組件之概要圖，且圖60係橫截面視圖，顯示範例尺寸。圖60係圖59的真空計之橫截面圖，並沿著圖59的A-A剖線。
圖61係按照本發明之實施例的包括整塊式磁鐵之真空計的投影圖，所述磁鐵在陰極電極組件上方延伸並於從來源孔口朝偵測器縱向地延伸之方向中延伸。
圖62說明按照本發明的實施例之磁軛與真空計一起使用的概要圖。
圖63係概要圖，說明使用按照本發明之實施例的真空計中之偏轉器的離子組分之能量集中。
圖64係按照本發明的實施例之電控制電路的概要圖。
圖65係按照本發明之實施例的圖64之電控制電路中所使用的處理器之概要方塊圖。
圖66係按照本發明的實施例之偏轉器控制電路的概要方塊圖。
圖67係按照本發明之實施例的陽極電壓控制電路之概要方塊圖。
圖68係藉由按照本發明的實施例之抽空診斷處理器所實現的製程流程之範例的概要圖。
圖69係按照本發明之實施例的系統之概要方塊圖，其中反磁控管冷陰極電離真空計係組合量規的一部分。
1000‧‧‧反磁控管冷陰極電離真空計
1002‧‧‧陽極電極
1004‧‧‧陰極電極組件
1005‧‧‧放電空間
1006‧‧‧磁鐵組件
1006a‧‧‧平板磁鐵
1006b‧‧‧平板磁鐵
1007a‧‧‧徑向方向
1007b‧‧‧交叉場方向
1008‧‧‧開口
1009‧‧‧凸緣
1010‧‧‧來源孔口
1011‧‧‧來源孔口板
1012‧‧‧偵測器
1024‧‧‧接地絕緣穿通件
1026‧‧‧接地絕緣穿通件
1028‧‧‧氣體入口通道
1165‧‧‧設有螺紋的金屬連接器
1167‧‧‧絕緣體
1168‧‧‧內孔

Claims (103)

  1. 一種反磁控管冷陰極電離真空計，包含有： 陽極電極； 陰極電極組件，圍繞該陽極電極之一段長度並定位成在該陰極電極組件與該陽極電極之間的放電空間中建立電場； 磁鐵組件，定位成界定越過該電場的一磁場； 開口，於該陰極電極組件中，其定位成允許氣體從受監視室進入該放電空間，使得在該放電空間中形成該氣體之離子，以藉由朝該陰極電極組件的方向中之電場來加速； 來源孔口，於該陰極電極組件中，其定位成從該陰極電極組件發射出該氣體之該等離子的一部分； 該磁鐵組件定位成基於該氣體之該等離子的質荷比來有角度地位移該等離子之已發射部分； 偵測器，定位成偵測該等離子的該已發射部分之位移離子組分；和 離子電流測量電路系統，電連接以測量在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流，且電連接以測量於該偵測器處由接收該位移離子組分所產生之電流。
  2. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 總壓力顯示器，與該離子電流測量電路系統電連接，包含有來自受監視室的氣體總壓力之指示；和 分壓顯示器，與該離子電流測量電路系統電連接，包含有來自受監視室的氣體分壓之指示。
  3. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有氣體入口通道，其定位成使該氣體從該受監視室流至該陰極電極組件中的開口，其中該等離子之發射部分在與來自該氣體入口通道中的受監視室之氣體的流動相反之方向中行進。
  4. 如申請專利範圍第3項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偵測器定位於該氣體入口通道的側面邊緣。
  5. 如申請專利範圍第3項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偵測器定位在該氣體入口通道的中心。
  6. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有定位於該來源孔口與該偵測器之間的靜電屏蔽柵格。
  7. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有定位在該來源孔口與該偵測器之間的能量過濾柵格。
  8. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偵測器包含： 離子屏蔽件； 偵測器孔口；及 法拉第收集器。
  9. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，包含有一個以上的偵測器，該一個以上之偵測器的每一個定位成偵測該等離子之發射部分的一個以上之不同位移離子組分的不同離子組分。
  10. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，包含有一個以上的偵測器，其中該一個以上之偵測器包含法拉第收集器陣列。
  11. 如申請專利範圍第10項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有定位於該來源孔口及該法拉第收集器陣列之間的能量過濾柵格。
  12. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偵測器包含電子倍增器。
  13. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，包含有一個以上的來源孔口。
  14. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 電源；及 電流限制電路，電連接於該電源與該陽極電極之間。
  15. 如申請專利範圍第14項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該電流限制電路包含電流限制電阻器。
  16. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，包含有陽極電壓控制電路，其建構成維持陽極電極的恆定電壓，而與在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流無關。
  17. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，包含有陽極電壓控制電路，其建構成基於在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流來變動該陽極電極之電壓。
  18. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有磁場延伸組件，其定位成於該陰極電極組件的外側延伸該磁場。
  19. 如申請專利範圍第18項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁場延伸組件包含鐵磁材料。
  20. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含高通離子能量過濾器，其建構成僅允許偵測具有高於期望閾值能量的能量之離子。
  21. 如申請專利範圍第20項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該高通離子能量過濾器包含將偏向電壓施加至該偵測器的電壓源。
  22. 如申請專利範圍第20項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有電壓源，其建構成基於該陽極電極的電壓變動該高通離子能量過濾器之偏向電壓。
  23. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有低通離子能量過濾器，其建構成僅允許偵測具有低於期望閾值能量的能量之離子。
  24. 如申請專利範圍第23項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該低通離子能量過濾器包含： 電壓偏向式偏轉板；及 該偵測器的集電板。
  25. 如申請專利範圍第24項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉板係垂直於該等離子的發射部分之已位移離子組分的光束之路徑。
  26. 如申請專利範圍第24項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉板相對該等離子的發射部分之位移離子組分的光束之路徑成一角度，且其中該集電板偏離該位移離子組分的光束之軸線。
  27. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁鐵組件包含平板磁鐵，其定位成界定跨越該電場的磁場和該陰極電極組件外側之外部磁場兩者。
  28. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁鐵組件包含圓柱形磁鐵，該圓柱形磁鐵圍繞該陰極電極組件並包含與該來源孔口重合的開口，該圓柱形磁鐵界定跨越該電場的磁場和該陰極電極組件外側之外部邊緣磁場兩者。
  29. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有總壓力決定電路，建構成至少基於在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流決定來自該受監視室之氣體的總壓力。
  30. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有於該來源孔口上方的來源孔口柵格。
  31. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有定位在該來源孔口及該偵測器之間的磁性區塊。
  32. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有定位於該來源孔口及該偵測器之間的四極質量過濾器。
  33. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該來源孔口定位成將該氣體的該等離子發射進入以下至少一個中：飛行時間質譜儀、離子阱、和射頻動態離子阱。
  34. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該位移離子組分包含以下至少一個：氦離子、氫離子、水離子、和殘餘的氣體離子。
  35. 如申請專利範圍第34項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該位移離子組分包含與來自該受監視室的氣體之其他組分分開的氦離子。
  36. 如申請專利範圍第34項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該位移離子組分包含與來自該受監視室的氣體之其他組分分開的水離子。
  37. 如申請專利範圍第34項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該位移離子組分包含位移氦離子及位移水離子兩者，該兩者彼此分開並與來自該受監視室的氣體之其他組分分開。
  38. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含陰極旋轉耦接器。
  39. 如申請專利範圍第38項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有耦接至該陰極旋轉耦接器的電子控制致動器。
  40. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有定位於該來源孔口及該偵測器之間的離子束偏轉器。
  41. 如申請專利範圍第40項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該離子束偏轉器包含一對平行板。
  42. 如申請專利範圍第40項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該離子束偏轉器包含一對彎曲板。
  43. 如申請專利範圍第40項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含偏轉器電源，其電連接至該離子束偏轉器，以在該離子束偏轉器的一對偏轉板之間建立靜電場。
  44. 如申請專利範圍第43項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器電源電連接至(i)相對該離子束偏轉器的第二偏轉板之接地電壓，向該離子束偏轉器的第一偏轉板提供正偏轉器偏向電壓，或(ii)相對該第二偏轉板之接地電壓，向該第一偏轉板提供負偏轉器偏向電壓，或(iii)向該第一偏轉板提供第一偏轉器偏向電壓，向該第二偏轉板提供第二偏轉器偏向電壓。
  45. 如申請專利範圍第43項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有偏轉器控制電路，其建構成將偏轉器控制信號供給至該偏轉器電源。
  46. 如申請專利範圍第45項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器控制電路建構成變動該偏轉器電源的電壓，以造成該離子束偏轉器變動該等離子之發射部分的位移離子組分之偏轉。
  47. 如申請專利範圍第46項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器控制電路建構成基於(i)該電壓隨時間的三角形鋸齒變動，或(ii)電壓波形，以控制相對其他離子組分之位移離子組分的峰寬和時間位置來變動該偏轉器電源之電壓。
  48. 如申請專利範圍第46項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器控制電路建構成掃描該偏轉器電源的電壓，以當掃描該偏轉器電源之電壓時，造成該離子束偏轉器使複數離子組分偏轉以藉由該偵測器連續地偵測。
  49. 如申請專利範圍第48項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器控制電路建構成掃描該偏轉器電源的電壓，以允許偵測該複數離子組分之質譜。
  50. 如申請專利範圍第48項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該等離子組分的其中一者是殘留氣體。
  51. 如申請專利範圍第50項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有殘留氣體分壓測量電路，其建構成基於藉由該偵測器所產生的電流來決定殘留氣體分壓。
  52. 如申請專利範圍第48項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該等離子組分的其中一者是水。
  53. 如申請專利範圍第48項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有水分壓測量電路，其建構成基於藉由該偵測器所產生的電流來決定水分壓。
  54. 如申請專利範圍第48項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該等離子組分的其中一者是氦。
  55. 如申請專利範圍第54項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有氦分壓測量電路，其建構成基於藉由偵測器偵測該氦所產生的電流來決定氦分壓。
  56. 如申請專利範圍第55項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有自動基線校正電路，其建構成施行該氦分壓的基線校正。
  57. 如申請專利範圍第48項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該等離子組分的其中一者是氫。
  58. 如申請專利範圍第45項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器控制電路建構成控制該偏轉器電源的電壓，以造成該離子束偏轉器引導具有不同能量之位移離子組分和共同的離子組分質量經過該偵測器的偵測器孔口集中。
  59. 如申請專利範圍第58項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 陰極旋轉耦接器；及 致動器，其建構成使用該陰極旋轉耦接器來旋轉該陰極電極組件，以致具有不同能量的位移離子組分在該偏轉器電源之電壓下引導至該偵測器，這造成具有不同能量的位移離子組分經過該偵測器之偵測器孔口集中。
  60. 如申請專利範圍第58項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中具有待集中的不同能量之位移離子組分包含水離子組分。
  61. 如申請專利範圍第58項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中具有待集中的不同能量之位移離子組分包含殘留氣體離子組分。
  62. 如申請專利範圍第45項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偏轉器控制電路建構成隨著該陽極電極的電壓變化而變動該偏轉器電源之電壓，以當該陽極電極的電壓改變時，造成該離子束偏轉器將該位移離子組分引導至該偵測器，而不改變該位移離子組分於該偵測器處相對其他離子組分之時間位置。
  63. 如申請專利範圍第40項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有陰極旋轉耦接器。
  64. 如申請專利範圍第40項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有高通離子能量過濾器，其建構成僅允許偵測具有高於所期望閾值能量的能量之離子。
  65. 如申請專利範圍第64項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有高能量過濾器控制電路，其建構成與該陽極電極的電壓成比例地減少該高通離子能量過濾器之偏向電壓。
  66. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 分壓顯示器，與該離子電流測量電路電系統連接，包含有來自該受監視室的氣體分壓之指示；和 分壓決定電路，其建構成至少基於藉由離子電流測量電路所測量、而在偵測器處接收該移位離子組分所產生的電流來決定來自該受監視室之氣體的分壓。
  67. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該反磁控管冷陰極電離真空計被包括在模組單元中，該模組單元包含有： 總壓力顯示器，與該離子電流測量電路系統電連接，包含有來自該受監視室的氣體總壓力之指示； 分壓顯示器，與該離子電流測量電路系統電連接，包含有來自該受監視室的氣體分壓之指示；及 該離子電流測量電路系統。
  68. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 水分壓顯示器，與該離子電流測量電路系統電連接，包含有來自該受監視室的氣體中之水分壓的指示。
  69. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 水百分比顯示器，其包含有於該受監視室中的氣體之水百分比的指示。
  70. 如申請專利範圍第69項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 水百分比決定電路，其建構成至少基於以下者決定該水百分比：(i)藉由該離子電流測量電路系統所測量、在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流，(ii)從藉由該離子電流測量電路系統所測量、而於該偵測器處接收該位移離子組分所產生之電流，及(iii)該來源孔口的橫截面積與暴露至該氣體之該等離子的陰極電極組件之一部分的表面積之比率。
  71. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有： 殘留氣體與水的比率顯示器，包含有來自該受監視室之水分壓與來自該受監視室的殘留氣體分壓之比率的指示；及 殘留氣體與水之比率的決定電路，其建構成藉由該離子電流測量電路系統測量，至少基於由在該偵測器處接收該位移離子組分所產生之電流來決定水的分壓與殘留氣體之分壓的比率。
  72. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁鐵組件關於越過該電場的軸線徑向地對稱。
  73. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該離子電流測量電路系統包含電連接以接收複數離子電流信號的多工器，該離子電流信號包含有來自在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流之第一離子電流信號、及來自於該偵測器處接收該位移離子組分所產生的電流之第二離子電流信號。
  74. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該離子電流測量電路系統包含電連接至測量在該陽極電極與該陰極電極組件之間流動的總電流之第一離子電流測量電路、和電連接至測量於該偵測器處接收該位移離子組分所產生的電流之第二離子電流測量電路。
  75. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該離子電流測量電路系統包含電連接至測量在該陽極電極和該陰極電極組件之間流動的總電流之第一安培計、及電連接至測量於該偵測器處接收該位移離子組分所產生的電流之第二安培計。
  76. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有雙信號洩漏偵測電路，其建構成決定以下兩者的同時發生：(i)在該陽極電極和該陰極電極組件之間流動的總電流中之減小，並藉由該離子電流測量電路系統所測量，和(ii)於該偵測器處接收該位移離子組分所產生的電流中之增加，並藉由該離子電流測量電路系統所測量。
  77. 如申請專利範圍第76項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有雙信號洩漏偵測顯示器，其包含有基於藉由該雙信號洩漏偵測電路所決定的同時發生之洩漏的壓力資料之指示。
  78. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有圍繞該偵測器的一段長度之偵測器屏蔽件，該偵測器屏蔽件包含有偵測器孔口。
  79. 如申請專利範圍第78項之反磁控管冷陰極電離真空計，包含有圍繞或覆蓋該偵測器孔口的能量過濾柵格。
  80. 如申請專利範圍第78項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有偵測器屏蔽件電連接器，其電連接在該偵測器屏蔽件及向該偵測器屏蔽件施加偏向電壓的電壓源之間。
  81. 如申請專利範圍第78項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有偵測器屏蔽件旋轉耦接器。
  82. 如申請專利範圍第78項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有偵測器旋轉耦接器。
  83. 如申請專利範圍第78項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偵測器包含法拉第收集器。
  84. 如申請專利範圍第83項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該法拉第收集器包含法拉第杯，其包含有側面屏蔽件。
  85. 如申請專利範圍第78項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該偵測器屏蔽件接地。
  86. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有磁鐵旋轉耦接器。
  87. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，更包含有磁場延伸組件，其定位成在由該來源孔口朝該偵測器縱向地延伸的方向中延伸該磁場。
  88. 如申請專利範圍第87項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁場延伸組件包含磁鐵，該磁鐵定位成增加該磁鐵組件及該偵測器之間的磁場。
  89. 如申請專利範圍第87項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁場延伸組件包含磁軛，該磁軛圍繞於該來源孔口及該偵測器之間延伸的通道之外側的至少一部分。
  90. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該磁鐵組件包含整塊式磁鐵，該磁鐵在該陰極組件上方延伸並於從該來源孔口朝該偵測器縱向地延伸的方向中延伸。
  91. 如申請專利範圍第1項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該反磁控管冷陰極電離真空計包含組合量規的一部分，該組合量規更包含連接至當該總壓力大於閾值總壓力時測量來自該受監視室之氣體的總壓力之高壓總壓力感測器，且其中當該總壓力小於該高壓總壓力感測器的閾值總壓力時，該反磁控管冷陰極電離真空計連接至測量來自該受監視室之氣體的總壓力。
  92. 如申請專利範圍第91項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該高壓總壓力感測器包含皮拉尼(Pirani)總壓力感測器或皮拉尼壓力計和壓電差壓感測器的組合，且其中該閾值總壓力是以下之一：約10-4 托爾或約10-5 托爾。
  93. 一種反磁控管冷陰極電離真空計，包含有： 陽極電極； 陰極電極組件，圍繞該陽極電極的一段長度，並定位成在該陰極電極組件和該陽極電極之間的放電空間中建立電場； 磁鐵組件，其定位成界定越過該電場的磁場； 開口，於該陰極電極組件中，其定位成允許氣體從受監視室進入該放電空間，使得在該放電空間中形成該氣體的離子，以藉由該電場於朝該陰極電極組件之方向中加速； 來源孔口，於該陰極電極組件中，其定位成從該陰極電極組件發射出該氣體之該等離子的一部分； 該磁鐵組件，其定位成基於該氣體之該等離子的質荷比成角度地位移該等離子之發射部分； 偵測器，其定位成偵測該等離子之該發射部分的位移離子組分； 離子電流測量電路系統，電連接至測量在該偵測器處接收該位移離子組分所產生之電流；和 氣體入口通道，其定位成使該氣體從該受監視室流至該陰極電極組件中的開口，其中該等離子之該發射部分沿著與來自該氣體入口通道中的受監視室之氣體流動相反的方向中行進。
  94. 如申請專利範圍第93項之反磁控管冷陰極電離真空計，其中該位移離子組分包含與來自該受監視室的該氣體之其他組分分開的氦離子。
  95. 一種反磁控管冷陰極電離源，包含有： 陽極電極； 陰極電極組件，圍繞該陽極電極的一段長度，並定位成在該陰極電極組件和該陽極電極之間的放電空間中建立電場； 磁鐵組件，其定位成界定越過該電場的磁場； 開口，於該陰極電極組件中，其定位成允許氣體從腔室進入該放電空間，使得在該放電空間中形成該氣體的離子，以藉由該電場於朝該陰極電極組件之方向中加速； 來源孔口，於該陰極電極組件中，其定位成從該陰極電極組件發射出該氣體之該等離子的一部分；及 磁性區塊、四極質量過濾器、飛行時間質譜儀、離子阱、或射頻動態離子阱，其定位成接收由該來源孔口所放射之該氣體的該等離子。
  96. 如申請專利範圍第95項之反磁控管冷陰極電離源，更包含有： 氣體入口通道，其定位成使該氣體從該受監視室流至該陰極電極組件中的開口，其中該等離子之該發射部分沿著與來自該氣體入口通道中的受監視室之氣體流動相反的方向中行進。
  97. 如申請專利範圍第95項之反磁控管冷陰極電離源，更包含有： 離子電流測量電路系統，其電連接至測量在該陽極電極和該陰極電極組件之間流動的總電流。
  98. 如申請專利範圍第97項之反磁控管冷陰極電離源，更包含有： 總壓力顯示器，與該離子電流測量電路系統電連接，包含有來自該腔室的氣體總壓力之指示。
  99. 一種測量來自受監視室中的氣體之總壓力和分壓的方法，該方法包含有： 於反磁控管冷陰極電離真空計的陽極電極和陰極電極組件之間施加電壓，該陰極組件圍繞該陽極電極的一段長度，以在該陰極電極組件和該陽極電極之間的放電空間中建立電場； 使用磁鐵組件界定越過該電場的磁場； 允許氣體經過該陰極電極組件中的開口從該受監視室進入該放電空間，使得於該放電空間中形成該氣體的離子，以藉由該電場在朝該陰極電極組件之方向中加速； 經過該陰極電極組件中的來源孔口將該氣體之該等離子的一部分從該陰極電極組件發射出； 使用該磁鐵組件，基於該氣體之該等離子的質荷比，使該等離子的發射部分成角度地移位； 使用偵測器，偵測該等離子的該發射部分之位移離子組分； 使用離子電流測量電路系統測量在該陽極電極和該陰極電極組件之間流動的總電流； 基於藉由該離子電流測量電路系統所測量之總電流顯示來自該受監視室的氣體總壓力之指示； 使用該離子電流測量電路系統測量在該偵測器處接收該位移離子組分所產生的電流；和 基於藉由該離子電流測量電路系統所測量而在該偵測器處接收該位移離子組分所產生的電流，顯示來自該受監視室之氣體分壓的指示。
  100. 如申請專利範圍第99項之方法，更包含有維持該陽極電極的恆定電壓，而與在該陽極電極和該陰極電極組件之間流動的總電流無關。
  101. 如申請專利範圍第99項之方法，更包含有施行高通離子能量過濾，以僅允許具有高於期望閾值能量的能量之該等離子的該發射部分之離子抵達該偵測器。
  102. 如申請專利範圍第99項之方法，更包含有施行低通離子能量過濾，以僅允許具有低於期望閾值能量的能量之該等離子的該發射部分之離子抵達該偵測器。
  103. 如申請專利範圍第99項之方法，更包含有診斷包含該受監視室的真空系統，該方法更包含有使用該離子電流測量電路系統測量在該偵測器處接收水離子組分所產生的電流，並使用該離子電流測量電路系統測量於該偵測器處接收殘留氣體離子組分所產生之電流。
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