特許 6687823 電離真空計およびカートリッジ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6687823

(24)【登録日】2020年4月6日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】電離真空計およびカートリッジ

(51)【国際特許分類】

   G01L 21/34 20060101AFI20200421BHJP

【ＦＩ】

   G01L21/34

【請求項の数】12

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2020-510148(P2020-510148)

(86)(22)【出願日】2019年9月13日

(86)【国際出願番号】JP2019036191

【審査請求日】2020年2月19日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000227294

【氏名又は名称】キヤノンアネルバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(72)【発明者】

【氏名】川崎 洋補

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４８３６３０６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ２１／３４

本件特許出願に対応する国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１９／０３６１９１の調査結果が利用された。

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極と、陰極と、電磁波源とを備える電離真空計であって、
前記陰極は、前記陽極が通る貫通孔と、前記電磁波源を収容する収容部とを有する第１陰極板を含み、
前記第１陰極板は、前記収容部と前記貫通孔との間に、前記電磁波源が発生する電磁波を通過させる通路を有する、
ことを特徴とする電離真空計。

【請求項2】

前記陰極は、前記陽極および前記第１陰極板を取り囲む筒部と、前記筒部の中に配置され貫通孔を有する第２陰極板とを更に含み、
前記筒部の一端は開放され、前記筒部の他端は封止部材によって封止され、前記第１陰極板は、前記第２陰極板と前記封止部材との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電離真空計。

【請求項3】

前記通路は、前記第１陰極板、前記封止部材および前記筒部によって取り囲まれた空間に面している、
ことを特徴とする請求項２に記載の電離真空計。

【請求項4】

前記通路は、前記収容部と前記貫通孔とを連通させる貫通孔である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電離真空計。

【請求項5】

前記陰極は、前記第１陰極板と前記第２陰極板との間に第３陰極板を更に含み、
前記第３陰極板は、前記第２陰極板、前記第３陰極板および前記筒部によって取り囲まれる放電空間に対して、前記電磁波源が発生した電磁波が伝達されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電離真空計。

【請求項6】

前記通路は、前記電磁波源と前記第１陰極板の前記貫通孔との間に直線経路が形成されるように設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電離真空計。

【請求項7】

陽極と、電磁波源と、容器とを備える電離真空計において使用されるカートリッジであって、
前記陽極が通る貫通孔および前記電磁波源を収容する収容部を有する第１陰極板を備え、
前記第１陰極板は、前記収容部と前記貫通孔との間に、前記電磁波源が発生する電磁波を通過させる通路を有する、
ことを特徴とするカートリッジ。

【請求項8】

前記第１陰極板から離隔して配置され貫通孔を有する第２陰極板と、前記第１陰極板および第２陰極板を支持するように前記容器の中に配置される内筒とを更に備える、
ことを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ。

【請求項9】

前記容器の一端は開放され、前記容器の他端は封止部材によって封止され、
前記通路は、前記第１陰極板と前記封止部材との間の空間に面する、
ことを特徴とする請求項８に記載のカートリッジ。

【請求項10】

前記通路は、前記収容部と前記貫通孔とを連通させる貫通孔である、
ことを特徴とする請求項８に記載のカートリッジ。

【請求項11】

前記第１陰極板と前記第２陰極板との間に第３陰極板を更に含み、
前記第３陰極板は、前記第２陰極板、前記第３陰極板および前記内筒によって取り囲まれる空間に対して、前記電磁波源が発生した電磁波が伝達されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のカートリッジ。

【請求項12】

前記通路は、前記電磁波源と前記第１陰極板の前記貫通孔との間に直線経路が形成されるように設けられている、
ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載のカートリッジ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電離真空計およびカートリッジに関する。

【背景技術】

【0002】

電離真空計では、陽極と陰極との間に電圧を印加し放電を起こさせることによって気体を電離させ、陰極と陽極との間を流れる電流を測定することによって圧力が検出される。電離真空計には、陽極と陰極との間における放電を促す誘発部が設けられうる。特許文献１には、陰極に電磁波を照射し、光電効果によって陰極から電子を放出させることで、放電が誘発される。しかしながら、長期間の使用において、電極の表面への物質の堆積によって放電が誘発されにくくなることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６１７７４９２号公報

【発明の概要】

【0004】

本発明は、電離真空計における放電の誘発性能の低下を抑えるために有利な技術を提供する。

【0005】

本発明の第１の側面は、陽極と、陰極と、電磁波源とを備える電離真空計に係り、前記陰極は、前記陽極が通る貫通孔と、前記電磁波源を収容する収容部とを有する第１陰極板を含み、前記第１陰極板は、前記収容部と前記貫通孔との間に、前記電磁波源が発生する電磁波を通過させる通路を有する。

【0006】

本発明の第２の側面は、陽極と、電磁波源と、容器とを備える電離真空計において使用されるカートリッジに係り、前記カートリッジは、前記陽極が通る貫通孔および前記電磁波源を収容する収容部を有する第１陰極板を備え、前記第１陰極板は、前記収容部と前記貫通孔との間に、前記電磁波源が発生する電磁波を通過させる通路を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態の真空処理装置およびそれに取り付けられた電離真空計を示す図。

【図2】第１実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図3A】第１実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図3B】第１実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図4A】第２実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図4B】第２実施形態の電離真空計の変形例の構成を示す図。

【図5A】第２実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図5B】第２実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図5C】第２実施形態の電離真空計の変形例の構成を示す図。

【図5D】第２実施形態の電離真空計の変形例の構成を示す図。

【図6】第３実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図7A】第３実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【図7B】第３実施形態の電離真空計の構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0009】

図１には、一実施形態の真空処理装置Ｓおよびそれに取り付けられた電離真空計１００が示されている。真空処理装置Ｓは、例えば、成膜装置でありうる。成膜装置としては、例えば、スパッタリング装置、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置等を挙げることができる。真空処理装置Ｓは、アッシング装置、ドライエッチング装置等の表面処理装置であってもよい。

【0010】

電離真空計１００は、測定子１０２と、測定子１０２に接続された制御部１３とを備えうる。真空処理装置Ｓは、真空容器１０１を備え、真空容器１０１の中で基板等の処理対象物を処理しうる。測定子１０２は、真空容器１０１の壁に設けられた開口部分に気密を保持した状態で取り付けられる。一例において、測定子１０２は、真空容器１０１のフランジ８を介して接続されうる。制御部１３と測定子１０２とは、互いに分離して構成されてもよいし、一体化して構成されてもよい。

【0011】

図２には、第１実施形態の電離真空計１００の構成が示されている。電離真空計１００は、例えば、逆マグネトロン型真空計として構成されうるが、これに限定されるものではない。測定子１０２は、陰極１を構成する容器１０３と、陽極２とを備えうる。陰極１を構成する容器１０３は、例えば、円筒形状等の筒形状を有する筒部ＴＰを含みうる。陽極２は、棒形状を有しうる。陰極１は、棒形状の陽極２を取り囲むように配置されうる。陽極２と陰極１とによって放電空間４が画定されうる。容器１０３は、例えば、金属（例えば、ステンレススチール）等の導電体によって構成されうる。陽極２は、金属（例えば、モリブデン、タングステン、ニッケル、チタン）等の導電体によって構成されうる。測定子１０２は、磁場を形成する磁石３を更に備えうる。磁石３は、筒部ＴＰを取り囲むように配置され、リング形状を有しうる。磁石３は、例えば、フェライト磁石等の永久磁石でありうる。容器１０３の筒部ＴＰの一端（真空容器１０１の側）は開放され、筒部ＴＰの他端は絶縁性の封止部材６によって封止されうる。一例において、陽極２は、封止部材６を貫通するように配置されうる。封止部材６は、例えば、アルミナセラミック等で構成されうる。

【0012】

容器１０３の中には、交換可能なカートリッジ１０６が配置されてもよい。カートリッジ１０６は、電離真空計１００において使用されうる消耗部品でありうる。カートリッジ１０６は、例えば、陰極構造体でありうる。カートリッジ１０６は、ポールピース（陰極板）１０４、１０５と、内筒１１０とを含みうる。ポールピース１０４、１０５は、磁場を調整する機能、および、放電空間４を取り囲む機能を有しうる。内筒１１０は、容器１０３の内側面に接する外側面と、放電空間４を取り囲む内側面とを有し、ポールピース１０４、１０５を支持しうる。ポールピース１０４、１０５および内筒１１０は、金属等の導電体で構成されうる。ポールピース１０４、１０５を構成しうる導電体は、磁性体（例えば、磁性を有するステンレススチール）であってもよいし、非磁性体（例えば、磁性を有しないステンレススチール）であってもよい。

【0013】

カートリッジ１０６は、筒部ＴＰと電気的に接続され、ポールピース１０４、１０５および内筒１１０は、陰極１の一部を構成しうる。カートリッジ１０６に対するイオン等の衝突によってカートリッジ１０６が劣化した場合、劣化したカートリッジ１０６を新しいカートリッジ１０６に交換することによって電離真空計１００の機能を回復することができる。この例では、カートリッジ１０６が交換可能であるが、カートリッジ１０６は、分離不能に筒部ＴＰに結合されてもよい。

【0014】

ポールピース（第１陰極板）１０５は、陽極２が通る貫通孔１１および電磁波源１５を収容する収容部２２を有しうる。貫通孔１１は、ポールピース１０５と陽極２とが電気的に接続されないように、つまり、ポールピース１０５と陽極２との間に間隙が構成されるように設けられる。電磁波源１５は、例えば、光源でありうる。ポールピース１０５には、電磁波源１５を覆うカバー２５が設けられうる。カートリッジ１０６が筒部ＴＰから取り外されるとき、カバー２５はポールピース１０５とともに筒部ＴＰから取り外されうる。この場合、カバー２５は、カートリッジ１０６の交換によって交換されうる。カバー２５は、電磁波源１５が放射する電磁波を透過する素材（例えば、石英）で構成されうる。カバー２５は、放電空間４に面した陰極１（主にカートリッジ１０６）がスパッタリングされることによって発生した粒子が電磁波源１５に堆積することを防止する。カバー２５は、例えば、円筒形状を有しうる。

【0015】

ポールピース（第２陰極板）１０４は、ポールピース１０５から離隔して配置され、ポールピース１０５とポールピース１０４との間に放電空間４が画定されうる。ポールピース１０５は、ポールピース１０４と封止部材６との間に配置されうる。ポールピース１０５は、内筒１１０の一端（封止部材６の側の端部に配置されうる。ポールピース１０４は、内筒１１０の他端（筒部ＴＰの開放端の側）に配置されうる。ポールピース１０４は、１又は複数の貫通孔１０を有し、該１又は複数の貫通孔１０を通して真空容器１０１と放電空間４とが連通する。

【0016】

カートリッジ１０６あるいは陰極１は、ポールピース１０５（第１陰極板）とポールピース１０４（第２陰極板）との間に陰極板（第３陰極板）２０を更に含みうる。陰極板２０は、ポールピース１０５に接触するように配置されうる。陰極板２０は、陽極２を通す貫通孔を有する。陰極板２０は、ポールピース１０４、陰極板２０および内筒１１０（筒部ＴＰ）によって取り囲まれた放電空間４に対して、電磁波源１５が発生した電磁波が伝達されるように構成されうる。例えば、陰極板２０は、陰極板２０と内筒１１０との間に間隙２１を形成し、電磁波源１５が発生した電磁波が間隙２１を通して放電空間４に伝達されるように構成されうる。電磁波源１５が発生する電磁波の他、内筒１１０のうち陰極板２０とポールピース１０５との間の部分への電磁波の照射により光電効果によって発生する電子も、間隙２１を通して放電空間４に供給されうる。内筒１１０は、ポールピース１０５、１０４と同様の材料で構成されうる。

【0017】

陽極２は、制御部１３に電気的に接続される。制御部１３は、陽極２に電圧を印加する電源１８と、陽極２と陰極１との間に流れる放電電流を測定する電流検出部１９とを含みうる。電流検出部１９によって検出される放電電流は、放電空間４の圧力に対して相関を有し、この相関に基づいて不図示のプロセッサによって圧力が計算されうる。これによって、真空容器１０１の圧力を検出することができる。

【0018】

図３Ａには、図２に示されたポールピース１０５を図２におけるＺ軸の＋方向から見た上面図が示されている。なお、図３Ａにおいて、陰極板２０は省略されている。図３Ｂには、図３ＡのＡ−Ａ’線におけるポールピース１０５の断面図が示されている。図２、図３Ａ、図３Ｂに例示されるように、ポールピース（第１陰極板）１０５は、収容部２２と貫通孔１１との間に、電磁波源１５が発生する電磁波を通過させる通路５０を有しうる。通路５０は、電磁波源１５と貫通孔１１との間に直線経路が形成されるように設けられうる。通路５０は、収容部２２と貫通孔１１とを接続するように放射方向に延びうる。通路５０は、ポールピース１０５、封止部材６および筒部ＴＰによって取り囲まれた空間５に面するように設けられうる。ポールピース１０５に通路５０を設けることによって、電磁波源１５が発生した電磁波は、通路５０を通して貫通孔１１の表面に照射され、貫通孔１１の表面において光電効果によって電子を発生させる。電磁波源１５が発生した電磁波は、直接に貫通孔１１の表面に照射される他、通路５０および／または陽極２の表面で反射されて貫通孔１１の表面に照射されうる。電磁波源１５が発生した電磁波の一部は、通路５０の表面において光電効果によって電子を発生させうる。貫通孔１１の表面および通路５０の表面において発生した電子は、放電空間４に供給されうる。また、貫通孔１１における電極間距離（ポールピース１０５と陽極２との距離）は、電離真空計１００内の他の空間における電極間距離と比べて相対的に小さく、それゆえ、貫通孔１１における電界は相対的に大きい。そのため、通路５０と貫通孔１１との境界に形成される屈曲部（突起）６０では、電界が効率的に集中し、屈曲部６０からは、電界放出による電子が発生しうる。以上のことから、通路５０を設けることによって、放電空間４に放出される電子の量を増大させることができ、その結果、放電の誘発性能を向上させることができる。

【0019】

電磁波源１５は、電磁波、例えば軟Ｘ線を発生しうる。電磁波源１５を収容する収容部２２は、例えば、ポールピース１０５に設けられた貫通孔または凹部でありうる。収容部２２は、電磁波源１５と接触してもよいし、電磁波源１５と接触しなくてもよい。収容部２２は、電磁波源１５を保持してもよいが、電磁波源１５を保持しなくてもよい。一例において、収容部２２と内筒１１０との距離は、収容部２２と陽極２との距離よりも短くてよい。他の観点において、電磁波源１５と内筒１１０との距離は、電磁波源１５と陽極２との距離よりも短くてよい。このような構成は、電磁波源１５が発生し内筒１１０に入射する電磁波の減衰を小さくすることができる。これは、光電効果によって内筒１１０から放電空間４に放出される電子を多くするために有利である。

【0020】

電磁波源１５と放電空間４との間には、陰極板２０が配置されうる。陰極板２０は、放電空間４に面した陰極１（主にカートリッジ１０６）がスパッタリングされることによって発生した粒子が電磁波源１５に堆積することを防止しうる。一例において、ポールピース１０５の放電空間４の側の面は、電磁波源１５から放射された電磁波が内筒１１０および／または間隙２１に提供されるように傾斜した部分を含みうる。電磁波源１５に対する電力供給は、パワーケーブル２７によって行われうる。パワーケーブル２７は、封止部材６を通して容器１０３の外部に引き出されうる。パワーケーブル２７および陽極２をそれらに共通の封止部材６を介して外部に引き出す構成は、電離真空計１００の構造の単純化に有利である。

【0021】

電磁波源１５およびカバー２５の少なくとも一方には、仕事関数が低い材料、例えば、金属からなる膜がコーティングされてもよい。仕事関数が低い材料に電磁波が入射すると、効率的に電子が発生する。したがって、電磁波源１５およびカバー２５の少なくとも一方に仕事関数が低い材料からなる膜をコーティングすることによって、効率的に電子を発生させることができる。また、内筒１１０の内側面に、内筒１１０を構成する母材よりも仕事関数が低い材料をコーティングしてもよい。

【0022】

図４Ａ、図５Ａ、図５Ｂには、第２実施形態の電離真空計１００の構成が示されている。ここで、図５Ａには、図４Ａに示されたポールピース１０５を図４ＡにおけるＺ軸の＋方向から見た上面図が示されている。なお、図５Ａにおいて、陰極板２０は省略されている。図５Ｂには、図５ＡのＢ−Ｂ’線におけるポールピース１０５の断面図が示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。

【0023】

図４Ａ、図５Ａ、図５Ｂに例示されるように、ポールピース（第１陰極板）１０５は、収容部２２と貫通孔１１との間に、電磁波源１５が発生する電磁波を通過させる通路７０を有しうる。通路７０は、収容部２２と貫通孔１１とを連通させる貫通孔でありうる。通路７０は、電磁波源１５と貫通孔１１との間に直線経路が形成されるように設けられうる。通路７０は、収容部２２と貫通孔１１とを接続するように放射方向に延びうる。通路７０を貫通孔として形成すると、電磁波源１５から放射された電磁波を通路７０内に閉じ込めることができるため、電磁波は、より効率よく貫通孔１１の表面に到達しうる。通路７０は、収容部２２と内筒１１０との間に延在する部分を含んでもよい。

【0024】

図４Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄには、第２実施形態の電離真空計１００の変形例の構成が示されている。ここで、図５Ｃには、図４Ｂに示されたポールピース１０５を図４ＢにおけるＺ軸の＋方向から見た上面図が示されている。なお、図５Ｃにおいて、陰極板２０は省略されている。図５Ｄには、図５ＣのＢ−Ｂ’線におけるポールピース１０５の断面図が示されている。変形例では、通路７０は、空間５に露出した溝ないしスリットで構成されている。このような構成は、加工が容易である点で優れている。通路７０は、収容部２２と内筒１１０との間に延在する部分を含んでもよい。

【0025】

図６、図７Ａ、図７Ｂには、第３実施形態の電離真空計１００の構成が示されている。ここで、図７Ａには、図６に示されたポールピース１０５を図６におけるＺ軸の＋方向から見た上面図が示されている。図７Ｂには、図７ＡのＣ−Ｃ’線におけるポールピース１０５の断面図が示されている。第３実施形態として言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。

【0026】

図６、図７Ａ、図７Ｂに例示されるように、ポールピース（第１陰極板）１０５は、収容部２２と貫通孔１１との間に、電磁波源１５が発生する電磁波を通過させる通路８０を有しうる。通路８０は、ポールピース１０５、封止部材６および筒部ＴＰによって取り囲まれた空間５に面するように設けられうる。通路８０は、収容部２２と貫通孔１１とを連通させる貫通孔であってもよい。通路８０は、電磁波源１５と貫通孔１１との間に直線経路が形成されるように設けられうる。通路８０は、収容部２２と貫通孔１１とを接続するように放射方向に延びうる。電磁波源１５から放射された電磁波は、通路８０の中を反射しながら進んで貫通孔１１の表面に到達しうる。ポールピース１０５の空間５の側の面は、電磁波源１５から放射された電磁波が内筒１１０および／または間隙２１に提供されるように傾斜した部分を含みうる。

【0027】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【要約】

電離真空計は、陽極と、陰極と、電磁波源とを備える。前記陰極は、前記陽極が通る貫通孔と、前記電磁波源を収容する収容部とを有する第１陰極板を含み、前記第１陰極板は、前記収容部と前記貫通孔との間に、前記電磁波源が発生する電磁波を通過させる通路を有する。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7A】

【図7B】