[发明专利]具有发射电流及偏压电位控制的电离计

说明书

相关申请案

本申请案主张2008年9月19日申请的第61/192,684号美国临时申请案的权益。以上申请案的整个教示以引用的方式并入本文中。

背景技术

电离计，更具体来说BA(Bayard-Alpert)电离计是测量极低压力的最常用的非磁性构件。所述电离计已在世界范围内广泛使用。在以全文引用的方式并入本文中的1952年的第2,605,431号美国专利中揭示了这些电离计。典型的电离计包含作为电子源的阴极丝、阳极和离子集极电极。对于BA电离计，电子源位于由圆柱形帘栅极(anode screen)界定的电离空间或阳极体积的外部。离子集极电极安置于阳极体积内。电子从电子源行进到阳极并穿过阳极，在阳极内来回循环，且因此保持在阳极内。

在其行进中，电子与构成压力待测量的大气的气体的分子和原子互撞。电子与气体之间的此接触产生离子。离子被吸引到离子集极电极，离子集极电极通常接地。可根据离子和电子电流通过公式P＝(1/S)(I_ion/I_eletron)来计算大气内的气体的压力，其中S为具有单位1/托的系数且是特定电离计几何形状、电参数和压力范围的特性。

通常，在现有的双丝热阴极电离计中，每一丝在两个不同的发射电流下操作，其中第一发射电流为约4mA且第二电流电平为约100μA。通常，电离计操作以基于由用户手动设定的可调整的预设压力水平而在这两个电流电平之间切换。在另一系统中，发射电流在由用户指定的最小与最大电平之间的十个电平中逐步变化。这些多电流电平的目的是让电离计在相应压力操作范围中具有最高的灵敏度。

发明内容

典型电离计的操作寿命在电离计处于良好环境中操作时大约为十年。然而，这些同样的电离计当在过高压力下操作时或在使电子源阴极的发射特性降级的气体类型中操作期间会在数分钟或小时内出故障。阴极与电离计环境的相互作用可导致操作寿命减少。阴极上的氧化物涂层在暴露于水蒸气时可降级。氧化物涂层的降级会急剧减少由阴极产生的电子的数目。对水蒸气的暴露可甚至导致钨阴极的完全燃尽。

当例如在氩气中在10^-4托以上等高压力下操作电离计时，溅射也是个问题。溅射是高压力下的问题，因为有更多的气体会被电离。此溅射是由离子与电离计的组件之间的高碰撞能量引起。具有高能量的离子可与形成电离计的集极电极柱的钨材料碰撞。这导致从集极电极柱和包络表面射出原子。此射出可涂覆阴极丝或电离计的组件，这是非常不利的。

已观察到每单位时间的溅射速率随着在特定压力下提供到阴极丝的特定发射电流而变。低溅射速率是理想的，但是在具有足够的丝发射电流以正确测量压力时的低溅射速率才是理想。此足够电流是为了获得用于操作电离计的足够信号，而且为了提供在多个不同压力测量范围上的灵敏电离计。

随着阴极丝老化或被污染，必须将其加热到较高温度以便产生所需的发射电流电平。所述额外加热可进一步向阴极丝施加应力且导致其出故障。

提供一种用以测量压力的电离计，所述电离计具有电子源(例如，阴极丝)、阳极和集极电极。电子源的发射电流可动态地变化以减少阴极丝上的应力，且防止损坏电离计或防止组件在以预定压力水平操作时发生溅射。

一种用以测量压力的电离计可包括：电子源，其发射电子；阳极，其界定电离空间；以及集极电极，其用以收集在所述电离空间中由所述电子与气体之间的碰撞而形成的离子。控制器可在操作期间响应于在操作期间感测的压力除外所感测到的参数而主动地控制来自所述源的发射电流。或者或另外，控制器可界定包含可由终端用户选择的偏压的操作简档。控制器可在操作期间响应于控制信号而控制来自电子源的发射电流，所述控制信号预期由于工艺步骤而引起的压力改变。

控制器可控制发射电流以作为压力的函数。所述控制可以连续可变的方式或作为步进函数。所述压力的函数可由用户选择。

所述压力除外的参数可为正在测量的环境中的气体的种类。

压力除外的参数可为电子源的阴极温度。可控制发射电流以在启动期间逐渐增加。阴极温度可由红外传感器由阴极的电阻指示，或由阴极的光学参数指示。

所述压力除外的参数可为穿过集极电极的集极电流。可控制发射电流以维持集极电流固定，其中发射电流指示压力。在第一压力范围中，可将集极电流保持为固定电平，且在第二压力范围中，可允许集极电流变化。在第二压力范围中，发射电流可为固定的或可变的。

多个发射电流简档可存储在存储器中且由用户选择。

电离计可用于其中工具被抽空以在所述工具中对衬底执行若干过程的工艺中。电离计可用于其中使用分析工具测量过程参数的工艺中。