WO2006121173A1

WO2006121173A1 - 電離真空計

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Publication number: WO2006121173A1
Application number: PCT/JP2006/309612
Authority: WO
Inventors: Fumio Watanabe; Reiki Watanabe
Original assignee: Vaclab Inc.
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2006-11-16
Also published as: US20090096460A1; EP1890124A1; EP1890124A4; US7741852B2; JPWO2006121173A1; JP5127042B2

Abstract

　真空装置に連通状態で接続された真空容器（４）の内部に、少なくともグリッド（２）と電子源（３）とイオンコレクタ（１）の３電極を備え、該電子源（３）から放射された電子をグリッド（２）の内外に振動させ、該振動電子によって該グリッド（２）内に飛来する気体分子をイオン化し、該イオン化したイオンをイオンコレクタ（１）で補足して電流信号に変換し、得られる電流強度から該真空装置内のガス分子密度（圧力）を測定する電離真空計において、前記イオンコレクタ（１）に、該イオンコレクタを加熱するための加熱装置を備える電離真空計である。

Description

明糸田書

電離真空計技術分野

本発明は、真空装置内のガス分子の気体分子密度即ち圧力を測定する電離真空計に関するものである。背景技術 .

.真空装置内に残留するガス密度（圧力）を測定する代表例として、図 1 0に示した電離真空計を使って従来の技術を説明する。

この電離真空計は Bayard-Alpert型電離真空計（以下 BA型）と称され、通常 0.1Pa〜l(T⁹Paの非常に広い圧力領域を測定できる、現在最も普及している電離真空計である。

この電離真空計は、真空装置に連通状態で接続された真空容器 4の内部に、グリッド 2 と電子源 3 とイオンコレクタ I ⁵ の 3電極を備え、該電子源 3から放射された電子をグリツド 2の内外に振動させ、該振動電子によって該グリッド 2内に飛来する気体分子をイオン化し、該イオン化したイオンをイオンコレクタ 1で補足して電流信号に変換し、得られる電流強度から該真空装置内のガス分子密度（圧力）を測定する電離真空計である。尚、図 1 0において、符号 4 ⁵ は取り付けフランジ、 8は微少電流計、 1 1はイオンコレクタの電流導入端子、 2 1 , 2 1 ⁵ はグリツドの電流導入端子、 2 2はグリッドの加熱電源、 3 1 , 3 1 ' は熱陰極フイラメントの電流導入端子、 3 2はフィラメントの加熱電源である。

グリッド 2 (別名電子コレクタと称される場合がある。）は螺旋状か又は金網状で構成され、その外側に電子源である熱陰極フイラメント 3が配置されているのが一般的である。

また、'グリヅド 2のほぽ中央には針状のィオンレク夕 1 ' が配置されている。各電極に与えられる電位は通常、グリッド電位（電源 3 3 と電源 2 3 )が 150 V〜： L80 V，フィラメント電位（電源 3 3 )が 30 V〜 50 Vで、イオンコレクタ Γはグランド電位に置かれる。

この状態でフィラメントの加熱電源 3 2 によりフィラメント 3 を通電加熱すると、フィラメント 3から電子が飛び出し、グリヅド 2に向かって加速される。グリッド 2は格子又は金網状であるから、電子の一部はこの格子の目を通り抜けて、反対側に飛び出す。通過後の電子は反対側の壁 4で反射され、電子はグリッド 2の内外に振動する。この振動の途中で電子の一部はグリッド 2に衝突し吸収される。このときグリッド 2で失われる電子を熱陰極フイラメント 3から常に補給し、一定の電子がグリッド 2の内外に振動できるように電気回路が構成されている。振動電子の一部は、グリッド 2内に飛び込んできた真空装置内の残留ガス分子を衝撃し、グリッド 2の内側に正イオンを作る。この正イオンはグランド電位に置かれた針状のイオンコレクタ 1 ⁵ に集められ、微少電流計 8に流れ込み電流強度が測定される。このコレクタ電流（信号電流）は、残留気体分子密度（圧力） Pに比例し、

I i = SI_eP 式（1 )

で表される。 S (Pa—¹)は感度係数と称される比例常数で、 I _eは電子ビ —ム電流である。即ち、を測定すれば真空装置内の圧力 Pを求めることができる。典型的な BA型電離真空計では I_e=数 mAで働かせたとき S O. l O Pa-¹程度である。

最近の真空を使う製造業では、より質の高い工業製品を生産するため、真空装置を一端超高真空領域まで排気し、その後真空蒸着を行つたり（圧力が上昇する）、アルゴンガスを導入してスパッ夕一を行つたり、デバイス作成ガスを導入したりすることが多く、大気開放と超高真空の間を往復するので、測定圧力範囲の広い図 1 0の BA型電離真空計の重要性はますます高くなつてきている。

とこさが、この電離真空計は大気開放を繰り返して行った場合、また汚染物質分子（有機物であることが多い）を含むガス組成の環境で使用した場合、電離真空計の感度 Sが低下し、正確な圧力測定ができなくなる問題が生じる。このため真空を用いて製造される製品にバラヅキが発生したり、不良品が出たりして、電離真空計を用いての圧力測定の不正確さは工業界で大きな問題なつてきている。そのため、電離真空計の測定子を定期的に交換して使用するなどの不経済な手法が採られている。しかし、そのような手法を採用したとしても、交換するまでの期間は常に感度の低下が起こっているわけで、正しい圧力計測が行われていないことには変わりはない。

この感度 Sの低下の問題は、次の様に考えられている。即ち、吸着性の高い汚染物質のガス分子があると、電離真空計のグリッド 2に吸着し、その吸着分子が電子衝撃を受け、分解して該グリッド表面上で固化され、電気を通しにくい物質となって電子がグリッドに流れ込みにくくなり、式（ 1 ) の I_eの電子電流に乱れが発生し、感度が低下する o

これを回避する方法としては、グリツドの温度を昇温させ、吸着分子が発生しないようにすることで回避することが可能である。その手段の一つとして、本発明者の一人が、電子衝撃脱離分子の吸着を防止する目的で該汚染ガス分子の吸着を押さえる方法を開示（特開 2000- 39375号公報）している。この開示によれば、フィラメントから放出される電子がグリッドに衝突することにより発生する熱で、独立に加熱する手段が行われなくてもグリッドは約 120°Cに加熱されているが、この温度では電子衝撃脱離となる該汚染分子がまだ吸着できる温度であることが判明している。それ以上の 200°Cを超えた温度当たりから 600。Cにかけて、電子衝撃脱離となる汚染分子の吸着が減少している。従って、金属表面上で、汚染物質の吸着を抑える温度を 200°C以上に設定することが重要であることは公知である。

また、実際市場に出ている図 1 0の構図の B A型電離真空計においても、グリッド 2の金属自体から放出されるガス分子が多いと、正確な圧力が測れなくなるので、このガス放出を減らす目的で、圧力測定に先立って、グリッド 2の脱ガス洗浄化が行われる。その方法は二つ有って、図 1 0に示したような螺旋グリヅドの場合はグリヅド 2に接続した電源 2 2によって該グリッド 2 に直接電流を流し、グリッド線の抵抗発熱により 1000°C程度に昇温し、脱ガス操作が行われる。この温度に耐えるために高融点のタングステン線、モリブデン線などがグリッド材として使用される。この通電による加熱では、例えば Φ 0.8mm程度の夕ングステン製螺旋グリッドでは、脱ガス効果の期待できる 1000°Cの温度にするためには、 12A〜 15Aの大電流をグリヅドの線に流す必要があり、真空端子は大電流を流せる太い形状のものを用いる必要がある。

これに対してグリッド形状が金網の場合は構造上通電加熱が困難であるから、グリヅド 2 とフィラメント 3 の間に 400〜 600V程度の電圧を印加して、 30〜50mAの電子衝撃加熱によりグリッドを 800〜 1000°C程度に加熱することにより脱ガス操作が行われる。この電子衝撃で洗浄化を行う場合は、かなり良い真空で行わないと、電子衝撃加熱のスタートと同時に多量のガスが放出され、放電現象が起こることにより電子源が破壊され、またそれらに接続されている電源を破損してしまう恐れがある。従って、汚染物質分子の発生するような真空環境で電離真空計が使われている場合は、電子衝撃加熱で洗浄化を行うと多量の汚染物質分子のイオンが発生し、逆に汚れを増大させてしまう恐れがあった。

上述の二つのグリッド脱ガス法を用いれば、グリッドの汚染除去はある程度可能である。しかし、何れの方法も常時加熱する方法ではなく、グリツド 2の温度を自由に変化させることのできる方式ではないので、計測中に感度の低下が起こった場合は、その分だけ圧力が低い、間違った圧力測定をしているのは明らかである。

グリッド上の汚染は、吸着分子が分解される現象によって起こる汚染であ^)のに対して、イオンコレクタ上の汚染は堆積作用による汚染で、汚染の質は根本的に異なる。即ち、汚染ガス分子は、電子の衝突により、グリッド内の空間で活性汚染分子ィオンおよび、活性汚染原子イオンに分解されるが、この分解されたイオンは、正イオンであることが多いため、グランド電位にあるイオンコレクタに容易に引き寄せられる。通常の真空残留ガス分子から得られるィオンの場合は、イオンコレクタ表面で電子の受諾が行われた後は、中性分子となってイオンコレクタ上から離れて行くが、汚染物質イオンの場合は、分子量も大きいのでィオンコレク夕上に残ることが多く、活性であるため、イオンコレク夕上で重合反応を起こしゃすく、その反応が起こると、より分子量の大きい物質に変化し、電気を通し難い絶縁体になる。また、最近は O. lPa程度の高い圧力でも図 1 0に示したような B A 型電離真空計を用いる場合が多いので、イオンコレクタは細い針状で作られ、グリッドの中心に置かれる形式が主流である。このため表面積が小さい針の部分に多量のイオンが集まるので、イオンの種類が汚染物質ィオンを含む場合は汚染物質で容易に表面が覆われてしまう。更には、イオンコレクタは温度を制御できないので、温度はフィラメントからの輻射熱で暖まる程度の 100°C以下の温度であるから、汚染物質のイオンは容易に堆積する。この堆積により絶縁体膜が成長すると、後からイオンコレクタに集まってきたィォンは電子を受け取れなくなるからプラスを帯びたままイオンコレクタ表面に滞在することになり、その後から入ってくるイオンを跳ね返してしまう。これが感度低下の原因である。

以上述べたように、従来の圧力測定に用いられてきた少なくともグリツド 2 と電子源 3 とイオンコレクタ 1 ' の 3電極で構成される電離真空計において、電極の汚染により電離真空計の感度の低下を起こさなくする方法については、グリッド 2に対してだけはこれまで開示された公知の技術で可能であるが、イオンコレクタに関しては、計測中に汚染を防止する方法は皆無である。

他方、 ' BA 型電離真空計が発明される以前から^われた電離真空計として、円筒状グリッドの中心にヘアピン型フィラメントが配置され、該グリツドの外側に円筒状イオンコレクタが配置された ^極管型鼋離真空計と称される電離真空計がある。即ち、この電離真空計はグリッドとイオンコレクタ間のドーナツ空間に生成した正イオンを円筒イオンコレクタに集めて圧力を測定する電離真空計であり、電子電流をマイクロアンペア台まで小さくすることにより、 B A型電離真空計より二桁以上高い lOOPaの圧力から計測が可能である。イオンコレク夕が円筒状で表面積が非常に大きいので、汚染による感度の経時変化も B . A型電離真空計に比べて小さく非常に優れた特性を持っている。

しかし、この 3極管型電離真空計は X線限界と称される電離真空計固有の圧力測定限界が、 l(V⁶Pa程度と高く、超高真空領域の圧力測定が行えないため、現代では殆ど用いられなくなってしまった。 B A型電離真空計は逆にこの X線限界を l(V⁹Pa台まで改善するために 1950 年に Bayardと Alpertによって発明された電離真空計である。従って、イオンコレクタの表面積が小さいほど X線限界は低い側に改善されるが、汚染に対しての影響は逆に大きくなる傾向あると言える。

以上述べたように、電離真空計の圧力測定の上限は B A型電離真空計を用いた場合は lPa 程度、 3極管型電離真空計を用いた場合は lOOPa程度が限度であり、それ以上の圧力では、電離真空計としての機能が失われるばかりか、熱陰極フイラメントの酸化による損傷も受けやすくなる。従ってこれ以上の高い圧力を測定する場合は、加熱した細線から奪われる熱量が気体の圧力に比例するというビラ二真空計が使われる。電離真空計内の電極を利用してビラ二真空計としての機能を持たせたる考え方は既に開示され公知となっている。

電離真空計の熱陰極フイラメントの温度を下げ、ビラ二真空計動作を行わせて、高圧側の圧力を測る方法としての開示には特開平 10- 213509 号公報があり、電離真空計のグリッドをビラ二真空計のフィラメントとして動作させる方法としての開示は特開 2000-329634 公報があ。これらの方法にはそれそれ問題もある。フィラメントにピラニ真空計の機能を持たせるとなると、フイラメントの表面は安定な表面でなければならない。ところが最近の電離真空計に用いられるフイラメントは、過酷な真空環境でも耐えるように、低温動作と腐食に強いフィラメントが要求され、トリァ（Th0₂)ゃィヅトリァ（Y₂0₃)を被覆したィリジゥムフィラメントが使われるようになってきている。このため、ビラ二真空計の抵抗体としてこの酸化物被覆フィラメントを用いると、表面が多孔質であり、熱伝導も悪いので、気体分子との熱交換が低下し、安定性が良くない問題が発生する。また、グリッドをビラ二真空計の抵抗体として用いた場合は、グリッドの形状安定性の問題から、線径 0.2mm 以上の太いコイル状グリツド線を用いる必要がある。この線径の太さは、ビラ二真空計の抵抗体としては太すぎるため、測定に使える圧力範囲が非常に狭くなる。このためこれら 2つの開示された公知技術の実用性はあまり高いとは言えない。

【特許文献 1】特開平 1 0— 2 1 3 5 0 9号公報

【特許文献 2】特開 2 0 0 0— 3 9 3 7 5号公報

このように、汚染物質分子が飛来する真空中の圧力計測を行う場合、イオンコレクタ表面は汚染物質から発生する分解物質の正ィオンが吸着し、該イオンコレクタ表面は絶縁性の汚染物質薄膜が形成され続けるので、この現象が起こらない方法を具体化する電離真空計を発案する必要がある。

更には 1台の電離真空計の測定可能範囲を 10'⁹Paから lOOPaまで拡大する方法と大気圧から l〜100Pa間の圧力を測定する実用的な方法を具体化する電離真空計を発案する必要がある。

この問題を解決するため、本発明の目的はイオンコレクタに該イオンコレクタを加熱するための加熱装置を備える電離真空計を提供することである。発明の開示

本発明は、真空装置に連通状態で接続された真空容器の内部に、少なくともグリッドと電子源とイオンコレクタの 3電極を備え、該電子源から放射された電子をグリッドの内外に振動させ、該振動電子によつて該グリッド内に飛来する気体分子をィオン化し、該イオン化したイオンをイオンコレクタで補足して電流信号に変換し、得られる電流強度から該真空装置内のガス分子密度（圧力）を測定する電離真空計において、前記イオンコレクタに、該イオンコレクタを加熱するための加熱装置を備えるものである。

このように、イオンコレクタの温度を、例えば通電加熱によって、独立に昇温できる加熱装置を用いることにより、汚染物質分子や分解物質分子の吸着を起こさない条件を作ることによって課題を解決することができる。

その方法の一つとしては、イオンコレクタを 1本の針金状にして、両端をそれそれ 2本の電流導入端子に接続し、該電流導入端子の大気側には該イオンコレクタを加熱するための電源が接続できる手段を備えて通電によりイオンコレクタの温度を昇温させることが可能になるから、汚染物質分子が吸着しない条件を作れることになる。この場合、イオンコレクタの温度は 200°C以上に昇温することにより、吸着を抑えることが可能になる。

更に、イオンコレクタに集められるィォン電流を計測するときの計測電流は 1 pA (ピコアンペア）から 1 〃 A (マイクロアンペア）の直流微少電流計測になるが、この電流計測に影響を及ぼさないでィォンコレクタを加熱する手段として、電磁誘導加熱法により、イオン電流計測に障害を及ぼさない電気回路構成をすることにより課題を解決することができる。

電子電流の安定化を図るためにはイオンコレクタ及びグリッドの汚染を^止できる 200°C以上に昇温維持できる通 ΪΙ加熱方式を両鼋極に行う必要があるが、真空端子への負担を最小限にするためにはィォンコレク夕又はグリッドの電極材料の電気抵抗が高く、比較的に蒸気圧の低い材料で構成することにより可能になり、イオンコレケ夕及びグリッドの温度を高めて課題を解決することができるものである。

また、通電加熱法によりイオンコレクタ及びグリッドの加熱を行う真空端子に対する負荷の小さい別の方法としては、高周波コイルを絶縁体真空容器内に配置し、大気側には高周波コイルを配置し、高周波電力を真空容器内に入力することにより、真空端子への負担を最小限にしてイオンコレクタ及びグリッドの温度を高めて課題を解決することもできる。

B A型電離真空計の高圧側の測定限界は〜 10·¹ Pa 程度であるが、 B A型のイオンコレク夕を通電加熱する構造に変更すれば、該イオンコレクタを熱陰極フイラメントとして逆転させ、グリッドの外側に円筒状の新たな電極を設けて、この円筒電極を 3極型電離真空計のィォンコレクタとしてやれば、スィッチの切り替えだけで、 B A型電離真空計と 3極管型電離真空計の両機能を持った、即ち圧力計測範囲を l(r⁹ Paから 100 Paの超ワイドの電離真空計を提供可能となる。

電離真空計の中にビラ二真空計としての機能を持たせ、その機能の信頼性が高く実用であるためには、フイラメントの線径は 0.2 mm以下で、その表面は金属面が出ていることが望ましいが、その方法の一つとしてはイオンコレクタを 1本の針金状にして、両端をそれそれ 2 本の電流導入端子に接続し、このコレクタをビラ二真空計の抵抗体として用いることにより電離真空計の中にビラ二真空計の機能を持たせることが可能になる。

本発明に係る電離真空計によれば、イオンコレクタの温度を、例えば通電により、温度を上昇させることによって常にクリーンな表面を維持することが可能なので、グリッド内に形成された圧力に比例する正イオンを確実に捕らえて、ィォン電流として検出することが可能となり、' 従って、汚染物質分子が発生する真空領でも常に正しい圧力測定が可能である。また、グリッドも同時に加熱しながら計測出来るので、電子電流が精度高くコントロールすることができ、延いては圧力測定の精度が飛躍的に高まる。

更には、イオンコレクタを 3極管型電離真空計の熱陰極フイラメントとして転用することが可能なので、 0.1 Pa以上の圧力も連続して同一の真空計で測定することが可能になり、経済的に有利であることは勿論、圧力計測範囲を 100 Paまで拡大できる。

また、イオンコレク夕電極をビラ二真空計の圧力測定素子として転用することが可能なので、大気圧から 10—⁹Paまでの広帯域圧力測定を一つの測定子で可能ならしめる効果もある。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一具体例に係る B A型電離真空計である。

図 2は、通電（交流）によるイオンコレクタ温度とグリッド温度を示す図であり、グラフ中の数値は電力（ワット）を示す。

図 3は、本発明の一具体例に係るェクストラクター型電離真空計の測定子を示すものである。

図 4は、全圧測定電極に本発明を適応した四重極質量分析計のセンサ一部を示すものである。

図 5は、フランジに対して横置きの B A型電離真空計の測定子を示すものである。

図 6は、高周波カツプリングによる加熱法を用いた B A型電離真空計の測定子と加熱電源部の一部を示した具体例である。

図 7は、 3極管型電離真空計に転用可能な本発明に係る B A型電離真空計の一具体例である。

図 8は、本発明のコレクタ電極をビラ二真空計の抵抗体として用いる場合の一具体例である。

図 9は'、本発明の調査に用いた真空排気装置の構成図である。図 1 0は、従来の B A型電離真空計を示す図である。発明を実施するための最良の形態

次に、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。

図 1は、本発明による B A型電離真空計を真空装置（図示せず）に取り付けた例を示したものである。尚、図 1 0に示した従来のものと同一の構成要素には、同一の符号を付している。

グリッド 2は線径 Φ 0.3mmのタンタル線を内径 6mmの螺旋状に 9 夕一ン卷ぃた形状をしている。螺旋線の一端は電流導入端子 2 1 に接続され、他端は支持電線 2 0を介して別の電流導入端子 2 1 ' に接続されている。 2つの端子にはグリッド加熱のための電圧可変の交流電源 2 2が接続されている。

このサイズのグリッド 2 は、図 2 に示すように、グリッド 2 に 1.4A(2.3W)の電流を流したとき約 500 °C、 2.6A(10.5W)流したとき 1000°Cまで独立に昇温することができる。図 2の各ポイントに添えた数値は電力のワット数を示し、この電流と電力に対する温度は、ダリヅド 2のほぼ中央に線径 0.05mmの Rタイプ熱電対をスポット溶接して求めたもので、使用時は外される。

また、フィラメント 3は線径 Φ 0.127mmのィリジゥム線をヘアピン形状に曲げ、その表面に酸化ィットリウムの粉を焼結したもので、電流導入端子 3 1、 3 1 ' に接続されている。二つの端子にはフィラメント 3 を電子が放出できる温度に昇温するフィラメント加熱交流電源 3 2が接続され、一定な電子電流が放射されるように加熱電源 3 2 が調整される。

イオンコレクタ 1は、線径 Φ 0.175mmのレニウム線をへアビン形状に曲げてグリツドの中心に配置し、その両端をそれそれ独立した電流導入端子 1 1， 1 1 ' に接続し、大気側で絶縁抵抗が 10¹⁴ Ω以上の高抵抗を有する絶縁トランス 5に接続され、イオンコレクタ 1 と電流導入端子 1 1 , 1 1 ⁵ と二次コイル 5 " が電気的ループ回路を形成している。また、二次コイル 5 " は交流信号を減衰さ^るチョークコイル 7を介してグランド電位置かれた微少電流計 8に接続される。また、絶縁トランス 5の一次コイル 5，には交流電源 6が接続され、電磁誘導によつて流す電流を変化させ、イオンコレクタ 1の温度が独立に調整される。

このサイズのイオンコレクタ 1 は、図 2 中に丸印で示すように、 0.55A(0.44W)の交流電流を流したとき約 500° ( 、 1.15A(2.2W)の交流電流を流したとき約 1000°Cになる。このイオンコレクタ 1の電流と電力に対する温度も同様に線径 0.05mmの R夕ィプ熱電対をへアビンイオンコレクタの先端にスポット溶接して求めたもので、使用時は外 ^れる。

また、グリッド 2の材料としては、タンタル線に限られずに、電気抵抗率の高いチタン材を用いることで、グリツドに流す電流を小さくすることが可能になる。即ちチタンの電気抵抗率は 950°Cに加熱した状態で、約 151 / Q cin であり、図 1の実施例のタンタル線の場合の 41〃 Ω cmより約 3.7倍高い。抵抗体で発生する熱（電力）は（抵抗） X (電流） ²で与えられるから、同じ形状のグリヅド材をチタン材に変更した場合は 1ΛΓ 3.7= 1 /1.9だけ電流を小さくすることが可能になり、 2.6/1.9 = 1.4Α の電流で 1000°Cに加熱できることになる。また、形状安定性が良くて表面酸化に強い白金被覆モリブデン線などを用いても良い。

即ち、本発明では、イオンコレクタ 1 , グリッド 2 ，フィラメント 3の 3つの電極のそれぞれに 2つの電流導入端子が接続され、それそれに独立した加熱電源 5 , 2 2 , 3 2が接続されて、それぞれの温度が独立に調整できるように構成されているものである。

図 3は、本発明をェクストラクタ一型電離真空計に適用した場合の測定子の例（グリッドの端子 2 1 , 2 1 ，及び熱陰極フイラメントの端子 3 1， 3 1 ' は省略）を示す。

リフレクタ 9の孔からヘアピン形状のイオンコレクタ 1 が揷入され、これに真空端子 1 1 , 1 1 ⁵ を介して大気側ら電流を流すことにより、イオンコレクタ 1は常にクリーンな表面を維持することが可能になる。

更に、図 4には本発明を全圧測定電極付き四重極質量分析計に適用した場合のセンサ一部の例を示す。これは本願発明者の別の特許出願 (特願 2005-85044) の全圧測定電極付き四重極質量分析計の全圧測定電極に適用したもので、本発明により四重極質量分析計の全圧測定精度はより正確さを増し、汚染物質分子の発生する真空でのガス分析も可能になる。

また、イオンコレクタはヘアピン形状に限られずに、図 5に示すように、真空容器の側面の対向する位置に真空端子 1 1， 1 1 ' を配置し、直線状にしてグリッド内に配置することでも良い。

図 6に示す具体例は、電流導入端子への電流負荷を軽減するために考案された B A型電離真空計である。イオンコレクタ 1への加熱電力導入は、空芯ソレノィド 5 1 とそれを挟み込んだ空芯ソレノイド 5 2 5 2 ⁵ との共振回路により真空外から発信器 5 3を用いて高周波電力が投入される。これにより、図 1 における 1 1、 1 1 'の 2本の真空端子を、図 6に示すように 1本にできるだけでなく、電流導入端子 1 1 に流れる電流は電離真空計のイオン電流から得られる電流だけなので、太い線の電流導入端子を使う必要性は無くなる。図 6の実施例ではイオンコレクタ 1への高周波加熱電力の投入についての実施例であるが、本発明はこれに限られずに、より電流負荷の大きいグリツド 2の加熱電源にも本発明の高周波加熱電力投入法は適用できるものである。

図 7に示す具体例は、本発明の B A型電離真空計を 3極管型電離真空計に変更した場合の例である。即ち本発明の具体例である図 1のィオンコレクタ 1 , グリッド 2 , フィラメント 3の 3種類の電極を包むように円筒状の電極 6 0を設け、該円筒状電極 6 0を新たなイオンコレク夕 6 0 となるように電気回路を切り替え、真空端子 6 1 を介して微少電計 8に繋く、。更にはグリヅド 2の中央に E置されたヘアピン形状型ィオンコレクタ 1を、新たな電子源 3 ' として切り替えれば、電子源 3 ' からの電子放出は、加熱電源 5を用いて制御することが可能であるから、 B A型電離真空計より二桁以上高い圧力まで測定できる 3極管型電離真空計に転用できることになる。このとき B A電離真空計として用いたフィラメント 3は不要になるが、この電極は遊離させるか、グリッド 2に短結すればよい。

更に、本発明におけるイオンコレクタの加熱手段としては、真空容器 4をガラスやセラミック材で製作し、外側の大気圧側から赤外線ランプゃ高周波加熱装置などを用いて、円筒状ィオンコレクタ 6 0を加熱し、汚染物質の吸着を最小限にすることも、本発明の適用範囲に含まれる。.

図 8に示す具体例は、本発明の B A型電離真空計のコレクタ電極をスィッチ（図示せず）で切り替えて、ビラ二真空計の圧力素子抵抗体として回路 6 2 に該コレクタを接続した場合の一例を示したものである。熱伝導抵抗体としての線径は、 Φ 0.1〜0.15 の白金クラッドモリブデン線の該コレクタ形成が可能であるから、大気圧と IPa間の圧力を計測することが可能になるので、本発明の測定子 1台だけで、犬気圧から 10·⁹Ρ&間を高精度で圧力測定することが可能になる。

次に、本発明に係る実施の形態の調査結果を説明する。

図 1 に基づく本発明の実施の形態の調査を図 9 に示す小形真空排気装置を用いて行った。同図において、チャンバ一 7 0の容積は 0.5 リットルで、パルプ 7 4を介して 50 リヅトル/秒の小形複合ターボ分子ポンプ 7 1で排気し、粗引きポンプはダイャフラムポンプ 7 2で行つた。

チャンバ一 7 0には本発明の図 1の調査電離真空計（以下 T G ) が接続されている。また、この T Gの感度変化を調査するための標準電離真空計（以下 R G ) が接続されているが、 R Gの汚染を防止するために中間にバルブ 7 3が取り付けられ、 T Gの点灯試験中はバルブ 7 3は閉じられ、 R Gは消灯されている。汚染ガス源としては、シリコンゴム製の 0 5minの太さを持つ 10A用電線約 1600mm 7 5を、チヤンバ一 7 0内に入れ、排気を続けた時シリコンゴムから発生するガスを用いた。

大気圧から排気を開始し、約 10分後 R Gの指示圧は 3.3X 10—^&、 T Gの指示圧力値は 3.4X 10-^3を示し、 T Gの感度は、 R Gに対し、ほぼ同等であることを確認した。その後、 R Gを消灯し、バルブ 7 3 を閉じて系から分離し、バルブ 7 4を調整しながら排気コンダク夕ンスを絞り、 lO^Pa台を維持しながら以後 6時間に渡り排気を続けた。その後、バルブ 7 3を開け、 R Gを点灯したところ H Gが lX li^Pa の圧力を示した時、 T Gの指示圧力値は 3.4X l(T³Pa まで低下し、 T Gの感度は、 R Gの約 100分の 1まで低下したことを確認した。ここで一端 R Gを消灯して再びバルブ 7 3を閉じ、更に 8 時間 T Gを 10— ³Pa台の表示のまま放置した結果、 T Gは正常な電子電流が確保できない状態になり、 T Gは、動作不能になった。

そこで、バルブ 7 4を全閧にして、 T Gのグリッドに図 2のグラフに示した電流を流してグリッドの温度を 1000°Cまで昇温して約 3 分間維持し、グリッドの清浄化を行った。その後 Gグリッドの加熱を停止し、温度が十分に下がったところで T Gを働かせたところ、電子電流は回復し、 T Gの圧力指示は、 2.5Xl(T⁷Pa の非常に低い値を示した。そこでバルブ 7 3を開け、 R Gを点灯したところ、 1.4xl(T⁴Pa の圧力を示したので、 T Gは 3桁感度が低い状態で有ることが判明した。即ち、グリッド 2の通電による洗浄は、正常な電子電流を得る改善には役立つが、感度の改善には役立たないことが判明した。

次にバルブ 7 3を閉じて、 T Gのイオンコレクタ 1 に図 2のグラフに示した電流を流してイオンコレクタ 1の温度を 1000°Cに 3 分間保持した後、加熱を停止し、温度が十分に下がったところでの T Gの圧力表示を読んだところ、 8X l(T⁴Pa を示した。この状態でバルブ 7 3 を開け、 R Gで圧力を測定したところ、 7 X 10'⁴Pa を示した。 T Gの感度は、 'R Gとほぽ同等の感度にまで改善した。

ここまでの調査により、電離真空計の感度の低下はグリツド 2の汚 6 染ではなく、主な汚染はイオンコレクタ 1 にあることを確かめることができた。即ち、従来の単なる針状ィオンコレクタ（図 1 0の符号 1，）を有する： B A型電離真空計と同じ条件（イオンコレクタを昇温しない）で使用した塲合は、真の圧力の 1/100〜； 1/1000も小さい表示をするものであり、真空計としての機能は全く果たしていないことをこの調査で明らかにすることができた。

次に、真空容器を一端開けて新品のシリコンゴム電線を準備し、前調査と同様の排気を開始した。但し、この場合は、 T Gのグリッド 2 に図 2のグラフに示した電流を流して約 500°Cに、同じくイオンコレクタ 1にも図 2のグラフに示した電流を流して約 500°Cに保ち、排気を続けた。途中圧力の校正をするときだけバルブ 7 3を開け、 R Gを点灯して T G 2の感度を調査し、調査が終わったら、再びバルブ 7 3 を閉じ R Gも消灯することを繰り返した。

予め、排気開始から約 10分後の、 R Gの指示圧力値は 1.8 10'^&、 T Gの指示圧力値は S x lO^Paを示し、 T Gと R Gはほぼ同等であることを確認した。

その後、前回同様、 6時間に渡り、 lO'¹!^を保持するようバルブ 7 4を調整した。その後 T Gの指示圧が下がったところで、 R Gを点灯して比較したところ、 R Gは 3 X 10'²Pa を示し、 T Gの指示圧は 4 X 10"²Paを示した。僅かながら T Gの感度の方が R Gの感度より高く、 T Gの感度の低下は全く見られなかった。以後、前回同様、更に 8時間放置した結果、 R Gの指示圧が 3 x l(T²Paの時、 T Gの指示圧は 4 X 10"³Paを示し、 T Gの感度の低下は全く見られなかった。

以上の調査結果により、本発明のィオンコレクタ 1を昇温しながら計測する図 1の B A型電離真空計では、汚染による圧力表示の低下は全く起こらないことを実証することができた。

尚、本発明の調査ではイオンコレク夕の温度を昇温し続ける方法を示したが'、イオンコレクタ 1の洗浄は連続である要はなく、計測直前にフラッシュ加熱する断続加熱を行っても良い。要するにイオンコレク夕の表面上の電気伝導率を悪化させている物質を、該イオンコレクタに通電によって温度を高め、汚染物質を取り去ってからイオン電流を計測する手段であればいかなる方法であっても本発明に含まれる。また、コレクタゃグリツドの動作条件は温度で示したが、この温度を与える電流や電力（ワット）で表しても良い。

本発明の各具体例の説明では、電子源 3 としてヘアビン型の熱陰極フィラメントを例として説明したが、電子源 3はこれに限られずに、スピント型エミッ夕一やカーボンナノチューブエミッ夕一などの冷陰極ェミッ夕一、又はレーザーを用いたイオン生成法などいかなる方法であっても良い。

また、図 1のフィラメントの加熱電源、図 1のグリヅドの加熱電源、図 7のグリッドの加熱電源は交流電源を用いたもので示したが、これらの加熱電源は交流に限られずに、直流電源でも良い。産業上の利用可能性

本発明は真空技術が不可欠な半導体産業、各種薄膜の成膜産業、表面分析機器、電子顕微鏡などの各種商品開発、生産技術、更には加速器科学など基礎研究部門等使用される真空装置の圧力と残留ガス分祈に使用される電離真空計である。

Claims

言青求の範囲

1 . 真空装置に連通状態で接続された真空容器と、

電子を放射するための、真空容器の内部に備えられた電子源と、電子源から放射された電子を振動させ、該電子によつて気体分子をイオン化するための、真空容器の内部に備えられたグリッドと、イオン化した該気体分子を補足して電流信号に変換し、得られる電流強度から該真空装置内のガス分子密度（圧力）を測定するための、真空容器の内部に備えられたイオンコレクタと、

. 該イオンコレクタを加熱するための、前記ィオンコレクタに備えられた第一加熱装置と、

を備えていることを特徴とする電離真空計。

2 . 前記請求項 1において、前記第一加熱装置はイオンコレクタの表面温度を 200°C以上に昇温できるように構成されたことを特徴とする電離真空計

3 . 前記請求項 1 において、イオンコレクタは一本の線状体で構成されていることを特徴とする電離真空計。

4 . 前記請求項 3において、該イオンコレクタに接続された電流導入端子、および該電流導入端子に接続された該ィオンコレクタを加熱するための第一電源から成る回路を備えていることを特徴とする電離真空計。

5 . 前記請求項 4において、該第一電源は、入力一次側コイルと出力二次側コィルが直流的に切り離された絶縁トランスであると共に、ィオンコレクタに接続された二次側コィルは、ダランド電位に接地され微少電^計が接続され、イオン電流計測に影響を与えることなく該入カー次側コイルに接続された交流電源により該イオンコレクタが加熱される回路構成であることを特徴とする電離真空計。

6 . 前記請求項 4において、該第一電源は、絶縁体真空容器の内側にイオンコレクタを接続した空芯ソレノィドを配置し、また、該絶縁体真空容器の外側には、高周波発信器を接続した空芯ソレノィドを配置して全ソレノィド間に共振回路を形成し、更に空芯ソレノィドは真空電流導入端子を介してグランド電位に接地された微少電流計に接続し、該イオンコレクタ加熱のための電流導入端子を用いないで該グイオンコレクタを加熱できる回路構成であることを特徴とする電離真空計。

7 . 前記請求項 1 において、グリッドは金属抵抗体から成り、該グリッドの両端は、 2本の真空端子に接続され、該 2本の真空端子の他端には、該グリッドを加熱するための第二電源が接続され、該第二電源により該グリッドを独立に加熱できる第二加熱装置を備えていることを特徴とする電離真空計。

8 . 前記請求項 7において、第二加熱装置は絶縁体真空容器の内側に該グリッドを接続した空芯ソレノィドを配置し、また該絶縁体真空容器の外側の大気側には高周波発信器を接続した空芯ソレノィドを配置して全ソレノィド間に共振回路を形成し、該グリツドの加熱のための電流導入端子を用いないで該グリッドが加熱できる回路構成であることを特徴とする電離真空計。

9 . 前記請求項 1 において、グリツドとイオンコレク夕のいずれか一方が、 2 0 0 °C以上において 2 0 〃 Ω - cm以上の電気抵抗値を持つ、金属又は合金の高抵抗材で製作されていることを特徴とする電離真空計。 ' '

1 0 . 前記請求項 1 において、グリッドと電子源とイオンコレクタの全体を包む円筒状電極を真空容器内に配置し、該円筒電極はイオン収集電極としての機能を持つことを特徴とする電離真空計。

1 1 . 前記請求項 1 0においてイオンコレクタを補助電子源として作動させることを特徴とする電離真空計。

1 2 . 前記請求項 1 において、イオンコレクタをビラ二真空計の抵抗体として用いる回路構成を備えたことを特徴とする電離真空計。