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JP2007529096A - Ionization gauge - Google Patents

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JP2007529096A
JP2007529096A JP2007503017A JP2007503017A JP2007529096A JP 2007529096 A JP2007529096 A JP 2007529096A JP 2007503017 A JP2007503017 A JP 2007503017A JP 2007503017 A JP2007503017 A JP 2007503017A JP 2007529096 A JP2007529096 A JP 2007529096A
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electrode
vacuum gauge
ionization vacuum
electrons
gas pressure
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JP2007503017A
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Japanese (ja)
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アーノルド・ポール・シー
ラット・ポール・エム
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ブルックス オートメーション インコーポレイテッド
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Publication date
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Abstract

電子源を気体分子から隔離している電離真空計は、電子を発生する電子源と、電子と気体分子の衝突により生成されるイオンを捕集する捕集電極と、電子源を気体分子から隔離する電子窓とを含む。電離真空計は陽極空間を形成し、および陽極領域内に電子を保持する陽極を有する。電離真空計は複数の電子源および／または捕集電極を有する。捕集電極は陽極空間内または陽極空間の外側に置く。電離真空計は質量−電荷比に基づいてイオンを分離するマスフィルタを有することができる。電離真空計は、圧力を測定するベアード−アルパート型または気体の種類を決定する残留ガス分析計である。
【選択図】図２ＡAn ionization gauge that isolates an electron source from gas molecules is an electron source that generates electrons, a collection electrode that collects ions generated by collisions between electrons and gas molecules, and an electron source that is isolated from gas molecules. Electronic window. The ionization vacuum gauge has an anode that forms an anode space and holds electrons in the anode region. An ionization gauge has a plurality of electron sources and / or collection electrodes. The collecting electrode is placed in the anode space or outside the anode space. An ionization gauge can have a mass filter that separates ions based on the mass-to-charge ratio. An ionization vacuum gauge is a residual gas analyzer that determines the type of a beard-alpart type or gas that measures pressure.
[Selection] Figure 2A

Description

関連出願Related applications

本出願は、２００４年２月１９日出願の米国特許出願第１０／７８２，３６８号の一部継続である２００４年３月１２日出願の米国特許出願第１０／７９９，４４６号の継続であり、これら出願の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。   This application is a continuation of US patent application Ser. No. 10 / 799,446, filed Mar. 12, 2004, which is a continuation of US patent application Ser. No. 10 / 782,368, filed Feb. 19, 2004. The entire contents of these applications are hereby incorporated by reference.

電離真空計、さらに詳細にはベアード−アルパート（Ｂａｙａｅｄ−Ａｌｐｅｒｔ）（ＢＡ）電離真空計は、最も一般的な超低圧力測定の非磁性手段であり、１９５２年に米国特許第２，６０５，４３１号で開示されて以来世界的に広く使用されてきた。   The ionization gauge, and more particularly the Bayed-Alpert (BA) ionization gauge, is the most common non-magnetic means of ultra-low pressure measurement and was published in US Pat. No. 2,605,431 in 1952. Since being disclosed in the issue, it has been widely used worldwide.

典型的な電離真空計は、電子源、陽極、およびイオン捕集電極を含む。ＢＡ電離真空計では、電子源は陽極により形成されるイオン化空間（陽極空間）の放射状外側に置かれる。イオン捕集電極は陽極空間内に配置される。電子は電子源から陽極に向かって移動し、陽極を通過して、最終的に陽極に捕集される。さらに、電子は移動中に、測定される圧力を形成する周囲気体を構成している気体の分子および原子と衝突して、イオンを生成する。イオンは陽極内部の電界によってイオン捕集電極に引きつけられる。周囲気体内の気体圧力はイオンおよび電子電流から、式Ｐ＝（１／Ｓ）（Ｉion／Ｉelectron）により計算できる。ここでＳは１／トル（torr）の単位を有する定数であり、特定の電離真空計の幾何形状および電気パラメータの特性である。 A typical ionization gauge includes an electron source, an anode, and an ion collection electrode. In the BA ionization gauge, the electron source is placed radially outside the ionization space (anode space) formed by the anode. The ion collection electrode is disposed in the anode space. The electrons move from the electron source toward the anode, pass through the anode, and are finally collected by the anode. In addition, during movement, the electrons collide with the gas molecules and atoms that make up the surrounding gas that forms the measured pressure, creating ions. Ions are attracted to the ion collection electrode by the electric field inside the anode. The gas pressure in the surrounding gas can be calculated from the ion and electron current by the formula P = (1 / S) (I ion / I electron ). Here, S is a constant having a unit of 1 / torr and is a characteristic of the geometry and electrical parameters of a specific ionization gauge.

典型的な電離真空計の動作寿命は、良好な環境内で作動する場合は約１０年である。ただし、同じ電離真空計および電子源（フィラメント）であっても、過大な圧力または電子源の放射特性を劣化させる種類の気体内で作動するときは、数分または数時間で故障する。動作寿命の低減を招くこのようなフィラメント相互作用の例は、フィラメント上の酸化コーティングの電子放射特性の劣化から水蒸気への露出にまでおよぶ。酸化コーティングの劣化はフィラメントから発生する電子数を急激に減少させ、水蒸気への露出はタングステンフィラメントの完全な焼損を引き起こす。   The operating life of a typical ionization gauge is about 10 years when operating in a good environment. However, even the same ionization gauge and electron source (filament) will fail in minutes or hours when operated in a gas of a type that degrades excessive pressure or the emission characteristics of the electron source. Examples of such filament interactions that lead to reduced operating lifetimes range from degradation of the electron emission properties of the oxide coating on the filaments to exposure to water vapor. Degradation of the oxide coating sharply reduces the number of electrons generated from the filament, and exposure to water vapor causes complete burning of the tungsten filament.

残留ガス分析計（ＲＧＡ）は存在する気体の種類を決定する電離真空計であり、気体全圧の計算のために集計される各種類の気体成分の分圧を表示する。ＲＧＡは存在するイオンの質量−電荷比を測定し、その比を信号に変換する。さらに、ＲＧＡは、検出される気体種について完全に不純である余分の信号ピークを測定する。これらピークは、高真空の低圧力範囲における大きさにおいては有意なバックグラウンドスペクトルを形成する。この不純なスペクトルは、特定の原子および／または分子がフィラメント材料と相互作用することにより発生し、これにより、気体相内に当初存在しない別の合成物を生成する。   The residual gas analyzer (RGA) is an ionization vacuum gauge that determines the type of gas present, and displays the partial pressure of each type of gas component that is aggregated for calculation of the total gas pressure. RGA measures the mass-to-charge ratio of ions present and converts that ratio into a signal. In addition, RGA measures extra signal peaks that are completely impure for the detected gas species. These peaks form a significant background spectrum in magnitude in the low vacuum range of high vacuum. This impure spectrum is generated by the interaction of certain atoms and / or molecules with the filament material, thereby producing another composition that is not initially present in the gas phase.

電子を発生する電子源と、電子と気体分子の衝突により生成されるイオンを捕集する手段である捕集電極と、電子源を気体分子から隔離する手段である電子窓とを有する電離真空計が提供される。電離真空計は陽極空間を形成し、および陽極領域内に電子を保持する陽極を有することができる。電離真空計は複数の電子源および／または捕集電極を有する。
捕集電極は陽極空間内または陽極空間外に置くことができる。電離真空計は質量−電荷比に基づいてイオンを分離するマスフィルタを有する。電離真空計は、圧力を測定するＢａｙａｅｄ−Ａｌｐｅｒｔタイプまたは気体の種類も決定する残留ガス分析計である。 An ionization vacuum gauge having an electron source that generates electrons, a collection electrode that is a means for collecting ions generated by collision of electrons and gas molecules, and an electron window that is a means for isolating the electron source from gas molecules Is provided. An ionization gauge can have an anode that forms an anode space and retains electrons in the anode region. An ionization gauge has a plurality of electron sources and / or collection electrodes.
The collecting electrode can be placed in the anode space or outside the anode space. The ionization gauge has a mass filter that separates ions based on the mass-to-charge ratio. The ionization gauge is a Bayed-Alpert type that measures pressure or a residual gas analyzer that also determines the type of gas.

電子源と電子窓との間に加速電極を配置して、電子を、電子窓を透過できるエネルギーにまで加速することができる。電子窓と捕集電極との間に減速電極を配置して、電子を所望のエネルギー分布にまで減速し、電子と気体分子との衝突によるイオン生成を可能にできる。陽極空間を形成する陽極は減速電極と捕集電極との間に配置される。複数の捕集電極は陽極空間内に配置される。マスフィルタは減速電極と捕集電極との間に配置される。   An acceleration electrode can be placed between the electron source and the electron window to accelerate the electrons to an energy that can be transmitted through the electron window. By arranging a deceleration electrode between the electron window and the collection electrode, the electrons can be decelerated to a desired energy distribution, and ions can be generated by collision between the electrons and gas molecules. The anode forming the anode space is disposed between the deceleration electrode and the collection electrode. The plurality of collecting electrodes are disposed in the anode space. The mass filter is disposed between the deceleration electrode and the collection electrode.

加速電極の電位は、電子源と加速電極との間の電位差が１００〜１０，０００ボルトの範囲になるように維持される。電子窓は加速電極電位と同等の電位である。減速電極の電位は、電子窓と減速電極との間の電位差が０〜１０，０００ボルトの範囲になるように維持される。外側捕集電極は電子窓と減速電極との間にあり、極めて短い平均自由行程の高圧力状態における電子と気体分子との衝突により生成されるイオンを捕集する。電離真空計は複数の外側捕集電極、加速電極、および減速電極を含むことができる。   The potential of the acceleration electrode is maintained so that the potential difference between the electron source and the acceleration electrode is in the range of 100 to 10,000 volts. The electron window has a potential equivalent to the acceleration electrode potential. The potential of the deceleration electrode is maintained so that the potential difference between the electron window and the deceleration electrode is in the range of 0 to 10,000 volts. The outer collection electrode is located between the electron window and the deceleration electrode, and collects ions generated by collisions between electrons and gas molecules in a high pressure state with a very short mean free path. The ionization gauge can include a plurality of outer collection electrodes, acceleration electrodes, and deceleration electrodes.

遮蔽体が遮蔽空間を形成して、遮蔽体の外部の電位が遮蔽空間内の電荷分布を乱さないようにすることができる。遮蔽体は少なくとも一部が開いており、遮蔽空間内への気体分子の移動を可能にしている。遮蔽空間は電子源、捕集電極、および電子窓を収容する。遮蔽体は基準電位に維持される。この場合の基準電位は接地電位であってもよい。   The shield can form a shield space so that the electric potential outside the shield does not disturb the charge distribution in the shield space. The shield is at least partially open, allowing gas molecules to move into the shielded space. The shielded space contains an electron source, a collecting electrode, and an electronic window. The shield is maintained at a reference potential. In this case, the reference potential may be a ground potential.

本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。   The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention as illustrated in the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numeral indicates the same component in different drawings. The drawings are not necessarily to scale, emphasis being placed on illustrating the principles of the invention.

本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。一般に、図１に示されるとおり、本発明の１つの電離真空計１００は隔離チャンバ１１０と測定チャンバ１２０とを有する。隔離チャンバは少なくとも１つの電子源と少なくとも１つの加速電極１５０とを含む。測定チャンバ１２０は少なくとも１つの減速電極１７０、陽極１８０、および少なくとも１つの捕集電極１９０を含む。２つのチャンバ１１０、１２０は隔離材料１３０により隔離され、測定チャンバ１２０内の気体の分子および原子が隔離チャンバ１１０に入り、電子源１４０を劣化させるのを防止している。隔離材料１３０は電子窓１６０を有し、この窓によって電子が隔離チャンバ１１０から測定チャンバ１２０内に透過できる。電離真空計１００は陽極１８０および捕集電極１９０を備えて図示されているが、これらの構成要素は、以下に説明するように、本発明のすべての実施形態において必ずしも必要としない。一実施形態においては、電離真空計１００はベアード−アルパート型の電離真空計である。   Preferred embodiments of the present invention are described below. In general, as shown in FIG. 1, one ionization gauge 100 of the present invention has an isolation chamber 110 and a measurement chamber 120. The isolation chamber includes at least one electron source and at least one acceleration electrode 150. Measurement chamber 120 includes at least one deceleration electrode 170, an anode 180, and at least one collection electrode 190. The two chambers 110, 120 are isolated by an isolation material 130 to prevent gaseous molecules and atoms in the measurement chamber 120 from entering the isolation chamber 110 and degrading the electron source 140. The isolation material 130 has an electronic window 160 through which electrons can pass from the isolation chamber 110 into the measurement chamber 120. Although the ionization gauge 100 is illustrated with an anode 180 and a collection electrode 190, these components are not necessarily required in all embodiments of the invention, as will be described below. In one embodiment, the ionization gauge 100 is a Baird-Alpert type ionization gauge.

図２Ａは本発明を具体化する特定の密閉型電離真空計２００を示す。密閉型電離真空計が図示されているが、本発明の原理を利用する開放型電離真空計を使用することもできる。電離真空計２００は、前述の電離真空計１００（図１）と類似であるが以下の追加要素を備える構成要素を有する。電離真空計２００は一端２２５で開いたチューブ２０５に収容され、気体の分子および原子は遮蔽体２２０を通り測定チャンバに入ることができる。遮蔽体２２０およびチューブ２０５が遮蔽空間を形成する。少なくとも１つの随意の外側捕集電極２１０が、極めて短い平均自由行程の高圧力測定のために追加される。   FIG. 2A shows a particular sealed ionization gauge 200 embodying the present invention. Although a sealed ionization gauge is illustrated, an open ionization gauge utilizing the principles of the present invention can also be used. The ionization gauge 200 has components that are similar to the ionization gauge 100 (FIG. 1) described above but include the following additional elements. The ionization gauge 200 is housed in a tube 205 open at one end 225 so that gas molecules and atoms can enter the measurement chamber through the shield 220. The shield 220 and the tube 205 form a shield space. At least one optional outer collection electrode 210 is added for high pressure measurements with a very short mean free path.

図２Ｂは、図２Ａに示される本発明の実施形態とは別の実施形態を示す。複数の捕集電極１９０’が陽極空間１８５内に置かれる。複数の捕集電極１９０’は陽極支柱（図示なし）に近付く電子を効果的に反発し、これにより、支柱への電子の早すぎる捕集を防止する。したがって、電子行程長は、同一サイズの従来技術の電離真空計に比べて大幅に長くなる。電子行程長のこの部分が長くなることはイオン生成率を増し、これに比例して電離真空計感度を高めるため、陽極空間１８５内部の電子行程長が長くなることは、極めて望ましい。多数の捕集電極が、米国特許第６，０２５，７２３号、第６，０４６，４５６号、および第６，１９８，１０５号に記載されており、これら特許の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。   FIG. 2B shows an embodiment different from the embodiment of the invention shown in FIG. 2A. A plurality of collection electrodes 190 ′ are placed in the anode space 185. The plurality of collection electrodes 190 'effectively repel electrons approaching an anode column (not shown), thereby preventing premature collection of electrons on the column. Thus, the electronic stroke length is significantly longer than prior art ionization gauges of the same size. Increasing this part of the electron path length increases the ion production rate and increases the ionization gauge sensitivity in proportion to this, so it is highly desirable to increase the electron path length inside the anode space 185. A number of collection electrodes are described in US Pat. Nos. 6,025,723, 6,046,456, and 6,198,105, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. Shall be quoted in

動作においては、気体の分子および原子が部分的に開いた遮蔽体２２０を通り測定チャンバ１２０に入る。遮蔽体２２０は、遮蔽体２２０の外部電位が測定チャンバ１２０内の電荷分布を乱すことを防止する。遮蔽体２２０は基準電位に維持される。一実施形態では、基準電位は接地電位である。   In operation, gas molecules and atoms enter measurement chamber 120 through partially open shield 220. The shield 220 prevents the external potential of the shield 220 from disturbing the charge distribution in the measurement chamber 120. The shield 220 is maintained at a reference potential. In one embodiment, the reference potential is a ground potential.

電子源（例えばフィラメント）１４０は隔離チャンバ１１０内で電子（電子ビーム２０８で示される）を発生する。電子は、測定チャンバ１２０内の気体分子をイオン化するのに使用される。フィラメント１４０の幾何形状は線状リボン、線状ワイヤ、直線リボン、曲線リボン、直線ワイヤ、ヘヤピンワイヤ、または当技術分野で公知の他の任意の形状であってもよい。一実施形態では、フィラメント１４０は、放出調節器（図示なし）からの電流により抵抗加熱され白熱する。熱電子、または放射電子は加速電極１５０により、電子が電子窓１６０を透過できるエネルギーにまで加速される。加速電極１５０は、電子源と加速電極との間の電位差が、電子窓に使用された材料のサイズ、厚みおよび種類に応じて１００〜１０，０００ボルトの範囲になるような電位で作動する。一実施形態においては、加速電極１５０は電子源との間の電位差を約１，０００ボルトに維持される。電子窓は、例えばＪ．Ｒ．Ｙｏｕｎｇの「電子およびイオンの貫通（Penetration of Electrons and Ions）」、Journal of Applied Physics, 1956年1月、に記載されたアルミニウムで作製できる。前記論文の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。   An electron source (eg, filament) 140 generates electrons (indicated by electron beam 208) within isolation chamber 110. The electrons are used to ionize gas molecules in the measurement chamber 120. The geometry of filament 140 may be a linear ribbon, a linear wire, a straight ribbon, a curved ribbon, a straight wire, a hairpin wire, or any other shape known in the art. In one embodiment, the filament 140 is resistively heated and incandescent by current from a release regulator (not shown). Thermal electrons or emitted electrons are accelerated by the acceleration electrode 150 to an energy at which the electrons can pass through the electron window 160. The accelerating electrode 150 operates at a potential such that the potential difference between the electron source and the accelerating electrode is in the range of 100 to 10,000 volts depending on the size, thickness and type of material used for the electron window. In one embodiment, the accelerating electrode 150 is maintained at a potential difference of about 1,000 volts with the electron source. The electronic window is, for example, J.I. R. It can be made with aluminum as described in Young, “Penetration of Electrons and Ions”, Journal of Applied Physics, January 1956. The entire contents of the article are hereby incorporated by reference.

電子はそれらのエネルギーを所望レベルに制御することにより、電子が電子窓１６０を透過後にイオン化が起こるようにする必要がある。イオン化は、Ｓａｕｌ Ｄｕｓｈｍａｎの「真空技術の科学的基礎（Scientific Foundations of Vacuum Technique）」、１９６２年に記載された基準設計エネルギーより高エネルギーおよび低エネルギーの両方に広がるエネルギー全体にわたり起こる。前記論文の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。イオン生成は典型的には、窒素では約１５０電子ボルトの電子エネルギーで発生する。したがって、電子のエネルギーは減速電極１７０により、イオン化を可能にするように調整される。減速電極１７０は、電子窓と減速電極との間の電位差が、電子窓のサイズ、厚みおよび種類、ならびに圧力測定方式よって必要とされる入射電子エネルギーに応じて０〜１０，０００ボルトの範囲になるような電位で作動する。例えば、図２Ａおよび２Ｂに示されるとおり、減速電極１７０は、電子エネルギーを低減することにより、電子が約１５０電子ボルトのエネルギーで陽極グリッド１８０に到達するような電位に維持される。   The electrons need to control their energy to a desired level so that ionization occurs after the electrons pass through the electron window 160. Ionization occurs throughout the energy spanning both higher and lower energies than the reference design energy described in Saul Dushman's “Scientific Foundations of Vacuum Technique”, 1962. The entire contents of the article are hereby incorporated by reference. Ion production typically occurs with electron energy of about 150 electron volts in nitrogen. Therefore, the energy of the electrons is adjusted by the deceleration electrode 170 so as to enable ionization. The deceleration electrode 170 has a potential difference between the electron window and the deceleration electrode in the range of 0 to 10,000 volts depending on the size, thickness and type of the electron window and the incident electron energy required by the pressure measurement method. Operates at such potential. For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, deceleration electrode 170 is maintained at a potential such that electrons reach anode grid 180 with an energy of about 150 electron volts by reducing the electron energy.

陽極グリッド１８０は陽極空間１８５を形成し、接地を基準にして１８０ボルトの正電圧を印加される。陽極グリッド１８０をワイヤメッシュまたは類似の構成で作製して、電子が陽極グリッド１８０に出入り可能にすることができる。大部分の電子は陽極グリッド１８０に直接衝突せず、陽極グリッド１８０を通過して陽極空間内に入り、そこで電子衝突イオン化によってイオンを生成する。陽極グリッド１８０に衝突しないか、またはいずれの分子もイオン化しない電子は、陽極空間１８５を通過して陽極グリッド１８０とチューブ２０５との間の領域に入る。その領域で、チューブ２０５と陽極グリッド１８０との間に生成された電界のため、電子は減速し、再加速してグリッド１８０の方向に戻る。電子はこのようにして、電子が陽極で捕集されるかまたは他の表面で消失するまで、この循環を続ける。電子の複数通過は、単一通過構成に比べて電子電流のイオン化効率を高める。   The anode grid 180 forms an anode space 185 and is applied with a positive voltage of 180 volts with respect to ground. The anode grid 180 can be made with a wire mesh or similar configuration to allow electrons to enter and exit the anode grid 180. Most electrons do not collide directly with the anode grid 180, but pass through the anode grid 180 into the anode space where they generate ions by electron impact ionization. Electrons that do not impinge on the anode grid 180 or ionize any molecules pass through the anode space 185 and enter the region between the anode grid 180 and the tube 205. In that region, due to the electric field generated between the tube 205 and the anode grid 180, the electrons decelerate and re-accelerate back in the direction of the grid 180. The electrons thus continue to circulate until they are collected at the anode or disappear at the other surface. The multiple passage of electrons increases the ionization efficiency of the electron current compared to the single-pass configuration.

電子衝突イオン化により生成されたイオンは、陽極グリッド１８０内に留まる傾向がある。陽極空間１８５内で生成されるイオンは、（ａ）接地を基準にして正電位の陽極グリッド１８０と（ｂ）ほぼ接地電位である捕集電極１９０（１９０’）（すなわち、陽極電位に対して負電位）との間の電位差により生成された電界により誘導される。電界はイオンを、イオンを捕集する捕集電極１９０（１９０’）に誘導し、気体圧力を決定するのに用いられるイオン電流を提供する。実施形態によっては、外側捕集電極２１０を用いて高圧力を測定できる。この外側捕集電極２１０は、高圧力における短い平均自由行程の結果として電子窓に近接した位置（すなわち、陽極の内部でなく）で生成されたイオンを捕集するために電子窓に近接している。   Ions generated by electron impact ionization tend to remain in the anode grid 180. Ions generated in the anode space 185 include (a) a positive-potential anode grid 180 with respect to the ground and (b) a collecting electrode 190 (190 ′) having a substantially ground potential (that is, with respect to the anode potential). It is induced by the electric field generated by the potential difference with the negative potential. The electric field induces ions to a collection electrode 190 (190 ') that collects the ions and provides an ion current that is used to determine the gas pressure. In some embodiments, high pressure can be measured using the outer collection electrode 210. This outer collection electrode 210 is in close proximity to the electron window to collect ions generated at a location close to the electron window (ie, not inside the anode) as a result of a short mean free path at high pressure. Yes.

図３は、本発明を具体化する残留ガス分析計（ＲＧＡ）３００を示す。ＲＧＡ３００および前述の電離真空計１００、２００は、図１、２Ａ、および３Ｂの陽極グリッド１８０および捕集電極１９０（１９０’）がマスフィルタ３１０およびイオン検出器３２０に置き換えられた以外は基本的には同一である。   FIG. 3 shows a residual gas analyzer (RGA) 300 embodying the present invention. The RGA 300 and the aforementioned ionization vacuum gauges 100, 200 are basically the same except that the anode grid 180 and the collection electrode 190 (190 ′) of FIGS. 1, 2A, and 3B are replaced with a mass filter 310 and an ion detector 320. Are the same.

動作においては、気体の分子および原子が測定チャンバ１２０に入る。電子源（例えばフィラメント）１４０が隔離チャンバ１１０内で電子を発生する。熱電子放射された電子（または放射性源またはその他からの、電界放射、光電子放出、プラズマ放出により発生する電子）は、加速電極１５０により、電子が電子窓１６０を透過できるエネルギーにまで加速される。電子は、測定チャンバ１２０内で気体分子および原子をイオン化するのに利用される。   In operation, gaseous molecules and atoms enter the measurement chamber 120. An electron source (eg, filament) 140 generates electrons in the isolation chamber 110. Thermionic emitted electrons (or electrons generated by field emission, photoelectron emission, plasma emission from radioactive sources or others) are accelerated by the accelerating electrode 150 to an energy that allows the electrons to pass through the electron window 160. Electrons are utilized to ionize gas molecules and atoms within the measurement chamber 120.

電子はそれらのエネルギーを適正なレベルに制御することにより、電子が電子窓１６０を透過後にイオン化が起こるようにする必要がある。電子のエネルギーは減速電極１７０により、イオン化を可能にするように調整される。   The electrons need to control their energy to an appropriate level so that ionization occurs after the electrons pass through the electron window 160. The energy of the electrons is adjusted by the deceleration electrode 170 to enable ionization.

イオンは、イオンの質量−電荷比（ｍ／Ｚ）に基づいてイオンを分離するマスフィルタ３１０に入る。マスフィルタ３１０は選択されたイオンをイオン検出器３２０に移動させる。マスフィルタ３１０はイオンの質量−電荷比（ｍ／Ｚ）に基づいてイオンをろ過し分離する。マスフィルタパラメータに一致するイオンだけが、所定の時間でマスフィルタ３１０を通過する。イオン検出器３２０がイオンを計数し、上記の各所定の時間におけるイオンの総数に比例する信号が生成される。この信号が、存在する気体の種類を出力するデータシステム（図示なし）に報告される。   The ions enter a mass filter 310 that separates the ions based on the mass-to-charge ratio (m / Z) of the ions. The mass filter 310 moves the selected ions to the ion detector 320. The mass filter 310 filters and separates ions based on the mass-charge ratio (m / Z) of ions. Only ions that match the mass filter parameters pass through the mass filter 310 in a predetermined time. The ion detector 320 counts the ions and generates a signal proportional to the total number of ions at each of the predetermined times described above. This signal is reported to a data system (not shown) that outputs the type of gas present.

本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、当業者であれば、添付の特許請求項に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部にさまざまな変更を加えるのが可能であることは理解されるであろう。   While the invention has been illustrated and described in terms of preferred embodiments, those skilled in the art will make various changes in form and detail without departing from the scope of the invention as encompassed by the appended claims. It will be understood that is possible.

本発明の電離真空計の概略図である。It is the schematic of the ionization vacuum gauge of this invention. 図１の密閉型電離真空計の詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of the sealed ionization vacuum gauge of FIG. 1. 図２Ａの別の実施形態の詳細図である。FIG. 2B is a detailed view of another embodiment of FIG. 2A. 本発明の質量分析計の概略図である。It is the schematic of the mass spectrometer of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１００ 電離真空計
１１０ 隔離チャンバ
１２０ 測定チャンバ
１３０ 隔離材料
１４０ フィラメント（電子源）
１５０ 加速電極
１６０ 電子窓
１７０ 減速電極
１８０ 陽極
１９０ 捕集電極
２２０ 遮蔽体
３００ ガス分析計（残留ガス分析計）
３１０ マスフィルタ
３２０ イオン検出器 100 Ionization gauge 110 Isolation chamber 120 Measurement chamber 130 Isolation material 140 Filament (electron source)
150 acceleration electrode 160 electronic window 170 deceleration electrode 180 anode 190 collection electrode 220 shield 300 gas analyzer (residual gas analyzer)
310 Mass filter 320 Ion detector

Claims (46)

電子を発生する電子源と、
電子と気体分子との衝突により生成されるイオンを捕集する捕集電極と、
電子源を気体分子から隔離する電子窓と、
を備える電離真空計。 An electron source that generates electrons;
A collection electrode that collects ions generated by collisions between electrons and gas molecules;
An electron window that isolates the electron source from gas molecules;
An ionization vacuum gauge. 請求項１において、さらに、
電子を、前記電子窓を透過できるエネルギーにまで加速するための、前記電子源と前記電子窓との間に置かれた加速電極と、
電子を減速するための、前記電子窓と前記捕集電極との間に置かれた減速電極と、
を備える電離真空計。 The claim 1, further comprising:
An accelerating electrode placed between the electron source and the electron window for accelerating electrons to energy that can be transmitted through the electron window;
A deceleration electrode placed between the electron window and the collecting electrode for decelerating electrons;
An ionization vacuum gauge. 請求項２において、前記加速電極が複数の加速電極を含む電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, wherein the acceleration electrode includes a plurality of acceleration electrodes. 請求項２において、前記減速電極が複数の減速電極を含む電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, wherein the deceleration electrode includes a plurality of deceleration electrodes. 請求項２において、さらに、前記捕集電極を囲み陽極空間を形成する陽極を備える電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, further comprising an anode surrounding the collection electrode and forming an anode space. 請求項５において、前記捕集電極が複数の捕集電極を含む電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 5, wherein the collection electrode includes a plurality of collection electrodes. 請求項２において、さらに、前記減速電極と前記捕集電極との間にマスフィルタを備える電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, further comprising a mass filter between the deceleration electrode and the collection electrode. 請求項２において、前記加速電極の電位が、前記電子源と前記加速電極との間の電位差が１００〜１０，０００ボルトの範囲になるように維持されている電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, wherein the potential of the accelerating electrode is maintained so that a potential difference between the electron source and the accelerating electrode is in a range of 100 to 10,000 volts. 請求項２において、前記減速電極の電位が、前記電子窓と前記減速電極との間の電位差が０〜１０，０００ボルトの範囲になるように維持されている電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, wherein the potential of the deceleration electrode is maintained such that a potential difference between the electron window and the deceleration electrode is in a range of 0 to 10,000 volts. 請求項２において、さらに、前記電子窓と前記減速電極との間に外側捕集電極を備える電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 2, further comprising an outer collection electrode between the electronic window and the deceleration electrode. 請求項１０において、前記外側捕集電極が複数の外側捕集電極を含む電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 10, wherein the outer collecting electrode includes a plurality of outer collecting electrodes. 請求項１において、さらに、
遮蔽空間を形成し、少なくとも一部が開いており、前記遮蔽空間内への気体分子の移動を可能にしている遮蔽体を備える電離真空計。 The claim 1, further comprising:
An ionization vacuum gauge comprising a shield that forms a shielded space, at least partially open, and that allows gas molecules to move into the shielded space. 請求項１２において、前記遮蔽空間が前記電子源、前記捕集電極、および前記電子窓を収容している電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 12, wherein the shielding space houses the electron source, the collecting electrode, and the electron window. 請求項１２において、前記遮蔽体が基準電位に維持されている電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 12, wherein the shield is maintained at a reference potential. 請求項１４において、前記基準電位が接地電位である電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 14, wherein the reference potential is a ground potential. 請求項１において、前記電離真空計が圧力計である電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 1, wherein the ionization vacuum gauge is a pressure gauge. 請求項１において、前記電離真空計がベアード−アルパート型の電離真空計である電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 1, wherein the ionization vacuum gauge is a Baird-Alpert type ionization vacuum gauge. 請求項１において、電離真空計が残留ガス分析計である電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 1, wherein the ionization vacuum gauge is a residual gas analyzer. 請求項１において、さらに、電子を前記陽極領域内に保持する陽極空間を形成する陽極を備える電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 1, further comprising an anode that forms an anode space for holding electrons in the anode region. 請求項１９において、前記捕集電極が前記陽極空間内にある電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 19, wherein the collecting electrode is in the anode space. 請求項２０において、前記捕集電極が前記陽極空間内に複数の捕集電極を含む電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 20, wherein the collection electrode includes a plurality of collection electrodes in the anode space. 請求項１９において、前記捕集電極が前記陽極空間の外側にある電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 19, wherein the collecting electrode is outside the anode space. 請求項２２において、前記捕集電極が前記陽極空間の外側に複数の捕集電極を含む電離真空計。   23. The ionization vacuum gauge according to claim 22, wherein the collecting electrode includes a plurality of collecting electrodes outside the anode space. 請求項１において、さらに、質量−電荷比に基づいてイオンを分離するマスフィルタを備える電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 1, further comprising a mass filter that separates ions based on a mass-to-charge ratio. 請求項１において、前記電子源が電子を発生する複数の電子源を含む電離真空計。   The ionization vacuum gauge according to claim 1, wherein the electron source includes a plurality of electron sources that generate electrons. 気体分子および原子から気体圧力を測定する方法であって、
電子源で電子を発生し、
前記電子源を気体分子から隔離する電子窓を通して電子を透過し、
気体分子および原子の電子との衝突により生成されるイオンを捕集電極に捕集する、
各ステップを含む気体圧力測定方法。 A method for measuring gas pressure from gas molecules and atoms, comprising:
Generate electrons from the electron source,
Transmitting electrons through an electron window that isolates the electron source from gas molecules;
Collects ions generated by collisions of gas molecules and atoms with electrons into a collecting electrode;
A gas pressure measuring method including each step. 請求項２６において、電子を発生するステップが、複数の電子源を用いて電子を発生することを含む気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measurement method according to claim 26, wherein the step of generating electrons includes generating electrons using a plurality of electron sources. 請求項２６において、電子を透過するステップが、加速電極を用いて、電子を、前記電子窓を透過できるエネルギーにまで加速することを含む気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measurement method according to claim 26, wherein the step of transmitting electrons includes accelerating electrons to an energy that can be transmitted through the electron window using an acceleration electrode. 請求項２８において、加速電極を用いるステップが、複数の加速電極を用いて、電子を、前記電子窓を透過できるエネルギーにまで加速することを含む気体圧力測定方法。   29. The gas pressure measurement method according to claim 28, wherein the step of using an acceleration electrode includes accelerating electrons to energy that can be transmitted through the electron window using a plurality of acceleration electrodes. 請求項２８において、前記加速電極の電位が、前記電子源と前記加速電極との間の電位差が１００〜１０，０００ボルトの範囲になるように維持される気体圧力測定方法。   29. The gas pressure measurement method according to claim 28, wherein the potential of the acceleration electrode is maintained so that a potential difference between the electron source and the acceleration electrode is in a range of 100 to 10,000 volts. 請求項２６において、イオンを捕集するステップが減速電極を用いて電子を減速することを含む気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measurement method according to claim 26, wherein the step of collecting ions includes decelerating electrons using a decelerating electrode. 請求項３１において、減速電極を用いるステップが、複数の減速電極を用いて電子を減速することを含む気体圧力測定方法。   32. The gas pressure measurement method according to claim 31, wherein the step of using a deceleration electrode includes decelerating electrons using a plurality of deceleration electrodes. 請求項３１において、前記減速電極の電位が、前記電子窓と前記減速電極との間の電位差が０〜１０，０００ボルトの範囲になるように維持される気体圧力測定方法。   32. The gas pressure measurement method according to claim 31, wherein the potential of the deceleration electrode is maintained such that the potential difference between the electron window and the deceleration electrode is in the range of 0 to 10,000 volts. 請求項３１において、さらに、前記電子窓と前記減速電極との間にある外側捕集電極にイオンを捕集するステップを含む気体圧力測定方法。   32. The gas pressure measurement method according to claim 31, further comprising the step of collecting ions at an outer collection electrode between the electron window and the deceleration electrode. 請求項２６において、さらに、遮蔽体を用いて感度を安定化するステップを含み、
前記遮蔽体が遮蔽空間を形成し、
前記遮蔽体は少なくとも一部が開いており、前記遮蔽空間内への気体分子の移動を可能にすることにより、前記遮蔽体の外部の電位が前記遮蔽空間内の電荷分布を乱さないようにする気体圧力測定方法。 The method of claim 26, further comprising stabilizing sensitivity using a shield.
The shield forms a shielded space;
The shield is at least partially open and allows gas molecules to move into the shielded space so that the potential outside the shield does not disturb the charge distribution in the shielded space. Gas pressure measurement method. 請求項３５において、前記遮蔽空間が前記電子源、前記捕集電極、および前記電子窓を収容する気体圧力測定方法。   36. The gas pressure measurement method according to claim 35, wherein the shielding space accommodates the electron source, the collection electrode, and the electron window. 請求項３５において、前記遮蔽体が基準電位に維持される気体圧力測定方法。   36. The gas pressure measurement method according to claim 35, wherein the shield is maintained at a reference potential. 請求項３７において、前記基準電位が接地電位とされる気体圧力測定方法。   38. The gas pressure measuring method according to claim 37, wherein the reference potential is a ground potential. 請求項２６において、前記捕集イオンを利用して圧力を測定する気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measuring method according to claim 26, wherein a pressure is measured using the collected ions. 請求項２６において、前記捕集イオンを利用して気体の種類を決定する気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measurement method according to claim 26, wherein the type of gas is determined using the collected ions. 請求項２６において、前記捕集電極が陽極により形成される陽極空間内にある気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measurement method according to claim 26, wherein the collecting electrode is in an anode space formed by an anode. 請求項４１において、前記捕集電極が前記陽極空間内に複数の捕集電極を含む気体圧力測定方法。   42. The gas pressure measurement method according to claim 41, wherein the collecting electrode includes a plurality of collecting electrodes in the anode space. 請求項２６において、前記捕集電極が陽極により形成される陽極空間の外側にある気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measuring method according to claim 26, wherein the collecting electrode is outside an anode space formed by an anode. 請求項４３において、前記捕集電極が前記陽極空間の外側に複数の捕集電極を含む気体圧力測定方法。   44. The gas pressure measuring method according to claim 43, wherein the collecting electrode includes a plurality of collecting electrodes outside the anode space. 請求項２６において、さらに、マスフィルタを用いて質量−電荷比に基づいてイオンを分離するステップを含む気体圧力測定方法。   27. The gas pressure measurement method according to claim 26, further comprising the step of separating ions based on a mass-to-charge ratio using a mass filter. 電子を発生する手段と、
電子源からの電子と気体分子との衝突により生成されるイオンを捕集する手段と、
電子を発生する前記手段を気体分子から隔離する手段と、
を備えた電離真空計。 Means for generating electrons;
Means for collecting ions generated by collision of electrons from the electron source with gas molecules;
Means for isolating said means for generating electrons from gas molecules;
An ionization vacuum gauge equipped with.
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