具有电子倍增器冷发射源的离子计的制作方法

专利名称：具有电子倍增器冷发射源的离子计的制作方法
技术领域：
无
背景技术：
贝雅德-阿尔珀特(Bayard-Alpert) (BA)离子计为测量极低压力的最常见非磁性 构件，且自从1952年在美国专利第2，605，431号中揭示以来已在全世界广泛使用，所述美 国专利以引用方式全文并入本文中。典型离子计包括电子源、阳极和离子收集电极。对于BA计，电子源在径向方向上 位于由阳极界定的离子化空间(阳极容积)外。离子收集电极安置在阳极容积内。电子从 电子源朝阳极行进并进入阳极中。在电子的行程中，电子撞击到构成气氛(其压力将被测 量)的气体的分子和原子，并产生离子。离子由阳极内部的电场吸引到离子收集电极上。可通过公式P= (1/S) (Iion/ Ieiectron)根据离子电流和电子电流来计算气氛内气体的压力，其中S为单位为1/托的系数 且表示特定离子计几何形态和电参数和压力范围的特征。此项技术中一个众所周知的问题 为热阴极丝可能与待测量的气态物质反应。具有冷阴极电子发射极的离子计也为众人所知的，例如，颁予巴普蒂斯特 (Baptist)等人的美国专利第5，278，510号(下文为“巴普蒂斯特”)，所述专利也以引用方 式全文并入。巴普蒂斯特揭示一种包括冷阴极而非热阴极丝的离子计。巴普蒂斯特离子计 包括许多个阴极电极，所述阴极电极为许多个尖端微小点(Spindt型发射极)提供偏压电 压。通过场发射从微小点发射出电子以对气体离子化，且因此一旦收集到离子便测量压力， 此类似于BA离子计。然而，在短时段后，受到离子化气态材料轰击的尖端微小点将被侵蚀 掉。此情形使发射率降级，且致使来自微小点的电子终止。此使离子计不能测量压力且使 离子计发生故障。

发明内容
在典型BA离子计是在良好环境中操作时，其操作寿命为约十年。然而，当这些相 同的离子计和电子源(细丝)在过高压力下或在使电子源的发射特性降级的气体类型中操 作时，其可在数分钟或数小时后发生故障。导致操作寿命减少的此类细丝相互作用的熟知 实例是归因于与一些气态环境的化学反应，且可致使细丝上的氧化物涂层的电子发射性质 降级。氧化物涂层的降级急剧地减少由细丝产生的电子的数目。钨丝在这些条件下也经历 发射性质的降级，且另外暴露于过高压力的水蒸汽下也导致钨丝完全烧尽。可靠的冷电子 发射极将会避免这些已知问题。在此项技术中需要一种冷电子发射极离子计，其将在无BA
6下起作用，而无需改变腔室中气体物质的化学成分，且不使所述离子 计降级。提供一种离子计，其无需使用热阴极丝且包括电子产生器阵列，所述电子产生器 阵列包括微通道板，所述微通道板包括所述微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种 子电子的源；和所述微通道板的电子倍增器部分，其回应于电子产生部分所产生的种子电 子而倍增电子。微通道板可经处理以造成种子电子的自发发射。所述离子计包括离子化 容积，在其中电子撞击气态物质；和收集电极，用于收集通过电子与气态物质之间的撞击形 成的离子。离子化容积可由将电子保持在其中的阳极来界定，且产生电子的源可在阳极外 部。收集电极可由阳极围绕。离子计可包括用以收集在阳极外形成的离子的第二收集电 极。离子化容积可由板状阳极与板状收集电极之间的容积来界定，且所述源可位于板状阳 极与板状收集电极之间。所述离子计可为冷电子源型离子计，其通过测量由收集电极收集 到的电流来测量压力。所述离子计可包括调整器，其基于离子化容积中的电子数目来控制 来自电子产生器阵列的电子束电流；和电流计，其连接到阳极以用于控制电子束电流。可通 过通道内自发场发射过程、场发射极阵列、光电阴极或碳纳米管来将初始电子提供给电子 倍增器。电子倍增器可使用微通道板，所述微通道板要求输入侧与输出侧之间存在高电压 差，其中所述高电压差值控制电子发射电流值。微通道板可包括在微通道板的电子倍增器 部分的输入面上的电子发射材料，其中辐射产生种子电子。倍增器可包括微球体板、单通道 倍增器、离散倍增电极或多个倍增电极。另外，存在种子电子产生与电子倍增整合到单一装 置中的电子源。在另一实施例中，提供一种离子计，其包括阳极结构，其包括界定离子化容积的 圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态物质；和产生电子的源，其包括电子种子装 置和使来自电子种子装置的电子倍增的电子倍增器装置。电子倍增器装置可包括微通道 板。所述离子计也包括收集电极，所述收集电极收集通过电子与气态物质之间的撞击形成 的离子。收集电极和所述源中的一者可位于阳极结构内部，且收集电极和所述源中的另一 者可位于阳极结构外部。收集电极所收集的电流可形成压力信号。圆柱形线栅可配置成耦 合到至少一支撑柱的多个线圈(Wire circle)。产生电子的源可位于阳极结构外部，且收集 电极可位于阳极结构内部。所述离子计可包括位于阳极结构外部的第二收集电极。或者， 产生电子的源可位于阳极结构内部，且收集电极可位于阳极结构外部。在另一实施例中，离 子化容积可由板状阳极与板状收集电极之间的容积来界定，且所述源可位于板状阳极与板 状收集电极之间。在又一实施例中，提供一种离子计，其包括阳极结构，其包括界定离子化容积的 圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态物质；和包括微通道板的电子产生器阵列， 所述微通道板包括微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种子电子的源；和微通道 板的电子倍增器部分，其回应于由电子产生部分产生的种子电子而倍增电子。所述离子计 也包括位于阳极结构内部的收集电极，所述收集电极收集通过电子与气态物质之间的撞击 形成的离子。由收集电极收集的电流可形成压力信号。圆柱形线栅可配置成耦合到至少一 支撑柱的多个线圈。产生电子的源可位于阳极结构外部，且收集电极可位于阳极结构内部。 所述离子计可包括位于阳极结构外部的第二收集电极。或者，产生电子的源可位于阳极结
7构内部，且收集电极可位于阳极结构外部。在又一实施例中，提供一种离子计，其包括电子产生器阵列构件，用于产生电子 和倍增所产生的电子；阳极构件，包含界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中 电子撞击气态物质；收集电极构件，用于收集通过电子与气态物质之间的撞击形成的离子； 和用于根据所收集到的离子形成用以测定压力的信号的构件。也提供一种测量来自气态物质的气体压力的方法。所述方法具有以下步骤使用 电子产生器阵列来产生电子，所述电子产生器阵列包括微通道板的电子产生部分；和使用 微通道板的电子倍增器部分来倍增电子。所述方法也包括收集通过电子与气体物质之间 的撞击形成的离子；和根据所收集到的离子形成压力信号。所述方法可包括通过使电子传 递通过表面经处理的微通道板来倍增电子。所述方法可进一步包括在板状阳极与平行板状 离子收集极之间产生电子和在平行板状离子收集极上收集离子。另一种测量来自气态物质的气体压力的方法具有以下步骤使用包括电子种子装 置的源来产生电子；倍增所述电子；使用收集电极来收集通过电子与气态物质之间的撞击 形成的离子；和根据所收集到的离子形成压力信号。收集电极和所述源中的一者可位于阳 极结构内部，所述阳极结构包括界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子 撞击气态物质，且收集电极和所述源中的另一者可位于阳极结构外部。在一项实施例中，产 生电子的源可位于阳极结构外部，且收集电极可位于阳极结构内部。所述方法可包括使用 位于阳极结构外部的第二收集电极来收集阳极结构外部的离子。或者，产生电子的源可位 于阳极结构内部，且收集电极可位于阳极结构外部。倍增电子可包括使电子传递通过至少 一表面经处理的微通道板。或者，倍增电子可包括使用至少一倍增电极。根据本发明的又一方面，提供一种过程，其包括提供衬底；对工具进行抽空以在 所述经抽空工具中对衬底执行处理；测量压力；和在经抽空工具中对衬底进行操作以形成 经处理衬底。用于测量压力的方法包括提供以下各者阳极结构，其包含界定离子化容积 的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态物质；产生电子的源，其位于阳极结构外 部，包括电子种子装置和电子倍增器装置，所述电子倍增器装置倍增来自电子种子装置的 电子；和收集电极，其位于阳极结构内部，收集通过电子与气态物质之间的撞击形成的离 子。根据本发明的又一方面，提供一种过程，其包括提供衬底；对工具进行抽空以在 所述经抽空工具中对衬底执行处理；测量压力；和在经抽空工具中对衬底进行操作以形成 经处理衬底。用于测量压力的方法包括提供包括微通道板的电子产生阵列，所述微通道板 包括微通道板的电子产生部分，其包括用于产生种子电子的源；和微通道板的电子倍增 器部分，其回应于由电子产生部分产生的种子电子而倍增电子。所述方法也包括提供以下 各者离子化容积，在其中电子撞击气态物质；和收集电极，其收集通过电子与气态物质之 间的撞击形成的离子。


本发明的前述目的、特征和优点与其它目的、特征和优点将从下文对本发明优选 实施例的更特定描述中显见，本发明的优选实例说明在附图中，在附图中相似参考元件符 号在不同视图中皆指代相同部分。诸图无需按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。图IA为根据本发明的一般离子计的示意图。图IB展示具有许多个小孔的图IA的表面经处理微通道板。图2为图IA的表面经处理微通道板的小孔的放大图，所述小孔包括用于倍增所接 收到的电子的材料。图3展示根据本发明的元件的另一实施例的示意图，所述元件作为用于产生和倍 增电子的源且具有单通道配置；以及图4展示元件的又一实施例，所述元件作为用于产生和倍增电子的源，具有阴极 和多个倍增电极；图5展示作为三极管离子计的实施例；图6和图7展示具有多个离子收集电极的实施例；以及图8展示具有冷电子发射极与热阴极丝的离子计的实施例；图9展示呈舒尔茨_费尔普斯几何形态的具有电子倍增器的离子计的另一实施 例，在舒尔茨_费尔普斯几何形态中，阳极为平板，离子收集极为平行于阳极的另一平板， 且电子源介于所述两个板之间；以及图10展示具有分析工具的处理模块中的离子计。
具体实施例方式在下文描述本发明的优选实施例。一般来说，如图IA中所展示，本发明的离子计100包括电子产生器阵列105、离子 收集电极110和阳极115。尽管离子计100展示为具有阳极115和收集电极110，但如下文 所描述，这些组件无需存在于本发明的所有实施例中，且各种不同的离子计配置为可能的。 在一项实施例中，离子计100为非贝雅德-阿尔珀特型离子计，或冷电子发射极式离子计， 且不包括任何热阴极丝作为离子计100的电子源。实情为，离子计100形成为冷电子发射 极离子计配置，且包括用于产生种子电子的源连同用于倍增种子电子的源，所述两个源共 同展示为参考标号105作为电子产生阵列。离子计100也可包括多个冷电子发射极105作为如所描述的种子电子源。发射极 105通常位于阳极115附近，其定位方式与图IA中所展示的方式类似，但在所展示的圆柱 形阳极115周围的额外方位角位置处。电子源105也可位于与圆柱形阳极115的末端相邻 处，此展示于图IA中。此外，在可能对冷电子发射极105的操作有害的未预见到的环境条 件所需要时作为冷电子发射极105的后备，额外的常规第二热阴极105'(图8)也可以与 上述多个冷阴极发射极105的方式类似的方式而位于离子计组合100中。此将为当前未在 实践中的未来的未知气体环境做准备。对于极低压力的情况(其中用于压力信号的离子电 流将极小)，如果需要，那么其也将提供增加的发射。图IA展示使本发明具体化的特定“裸露型”离子计100。尽管展示了“裸露型”离 子计100，但应理解，可使用本发明的原理来使用“非裸露型”离子计100。离子计100可容 纳于管(未图示)中，所述管在一端处敞开以允许气态物质经由护套125进入测量腔室120 中。气态物质可包括气体分子和原子。护套125和管可形成护套容积，所述护套容积可取决 于应用而具有不同大小。也可预想到，也可将任选的第二离子收集极(未图示)添加到离
9子计100以用于极短平均自由程的高压测量。也可预想到，在替代实施例中，收集电极110 可放置在阳极115外部，而源105可放置在阳极115内部。在操作过程中，气体的分子和原子经由部分敞开的护套125进入测量腔室120中。 冷电子发射极105通常在相对于接地约30伏下操作，且阳极115在相对于接地约180伏下 操作，且收集极110在接地电位附近操作。护套125防止护套125外的电位扰乱测量腔室 120内的电荷分布。护套125可维持在参考电位处。在一项实施例中，参考电位为接地电 位。阵列或电子源105也位于腔室120内，所述阵列或电子源105发射大体由参考标 号130展示的电子束。然而，电子种子源105可替代性地位于与阳极115不同的腔室中，且 仅为实现说明目的而展示于同一腔室120中，且离子计100不限于此特定配置。使用从源 105释放的电子130来离子化测量腔室120中的气体分子。电子产生器阵列105不仅包括用于产生种子电子的源，还包括用于倍增种子电 子的装置，且优选地可包括电子倍增器源，例如来自Burle Technologies Inc.⑧的EGA 电子产生阵列，或任何其它电子倍增器源，例如颁予拉普拉德(Laprade)的美国专利第 6, 239, 549 Bl中所描述的电子倍增器源，所述专利以引用方式全文并入本文中。电子产 生器阵列可包括微通道板，所述微通道板包括微通道板的电子产生部分，其包含用于产 生种子电子的源；和微通道板的电子倍增器部分，其回应于由电子产生部分产生的种子电 子而倍增所述电子。也可预想到其它电子倍增器源105，例如在光电倍增器管基础和应用 (Photomultiplier Tubes Basics and Applications)(第三片反，Hamamatsu Photonics K. K.，2006)中描述的那些电子倍增器源，所述文献以引用方式全文并入本文中。优选地，阵 列105可包括任何种子电子或电流源以及用于自发电子发射的源，其中所述源可通过接收 粒子或辐射而受到激发。回应于接收到粒子或辐射，源105进一步发射二次电子。这些二 次电子接着被级联倍增。这些电子稍后离子化气态物质，且收集离子以测量压力。或者，阵 列105也可包括电子倍增器，例如微球体板或微通道板，其描述于颁予唐宁(Downing)等人 的美国专利第6，828，714号中，所述专利以引用方式全文并入本文中。微球体板可包括由 具有半传导性和电子发射表面的显微玻璃球体形成的玻璃板。通过(例如)压缩和烧结将 所述球体压紧并结合在一起。随着入射粒子(例如，电子、离子或光子)碰撞到球体表面而 形成二次电子，当二次电子加速通过由球体界定的空隙且碰撞到其它球体的表面时可形成 电子的级联。微通道板可堆叠成人字形(连续)配置以提供增强的增益，同时防止离子反 馈。微通道板也可堆叠成平行(即，并排)配置，所述平行配置经设计以提供额外发射、发 射极冗余和阳极周围的改良的发射通量对称性。阵列105也可包括具有许多个互连纤维的 倍增器，例如颁予唐宁等人的美国专利第7，183，701号(所述者)，所述专利也以引用方式 全文并入本文中。应了解，电子源105可包括两个装置，其中一个用于产生种子电子，所述 种子电子由第二个装置来倍增，或电子源105可包括单一装置105，其既产生种子电子，且 又接着级联地倍增种子电子。各种配置为可能的且落在本发明的范围内，且本发明不限于 任何特定配置。如图IA中所展示，源105包括具有许多个小孔200的表面经处理微通道板135，其 以侧视图展示于图IA中。源105提供用于自发电子发射的表面，其用作冷阴极离子计100 的电子源。微通道板135包括输入面140和输出面145和一连串熔丝管，所述熔丝管优选
10地为玻璃管且在刚性结构中形成许多个小孔200 (图2)。总体上，板135通常具有如图IB 中所展示的圆盘形状，其形成许多个管或小孔200。电压源160a跨接在板135上，板135 级联地倍增电子。可通过调整电压源160a的电子电流调整器160c来调整接着离开输出面 145的电子束电流。通过电流计187来测量电子束电流。将来自电流计187的此经测量电 流信息提供给电子电流调整器160c，所述电子电流调整器160c接着控制电子束电流。电流 计187测量由到达栅格115的电子在栅格115中产生的电子电流。此经测量电流表示从源 105提供给离子化容积的电子的数目。将来自电流计187的经测量电流信息提供给离子计 100的组件，离子计100使用电流信息作为反馈来控制源105。当在板135内部供应另一初始电子源时，种子电子便释放到小孔200，如图2中所 展示。所述电子接着将接触小孔的侧面且将倍增。再次转向图1A，电子源105也具有能量过滤器以选择沿路径130的电子，且将其导 向阳极115。源105也包括连接到阳极115的阳极偏压/能量调整器160d。也提供能量过 滤器160b以过滤电子130。各种初始电子源配置为可能的且落在本发明的范围内，且本发 明不限于任何此种初始源。一旦供应了输入面140与输出面145之间的电压，便沿路径放出宽且瞬时的电子 束(如由参考标号130所展示)。将电子130导入测量腔室120中且导向阳极110。优选 地，电子束130在多遍通过后离子化腔室120中的气态物质。在另一替代实施例中，源105 可包括金属氧化物微小尺寸间隙装置，而非表面经改质的微通道板135。其它电子倍增元件可与本发明结合使用，且本发明的离子计不限于源105的任何 特定倍增器。形成源105的电子产生器阵列元件可为单通道电子倍增器(图3)，或可具有 如本文中所论述的各种其它电子倍增配置。在一项实施例中，用于产生和倍增电子的源105 包括表面经处理的微通道板134，表面经处理的微通道板134在板135形成之后但在氢还原 步骤之前经受酸浸，如颁予拉普拉德的美国专利第6，239，549 Bl号中所论述。可用任何酸 浸法从微通道板获得自发电子发射，例如用大于约(按体积计)的盐酸、醋酸、硝酸或硫 酸溶液在超过约一分钟的暴露时间内在高于约20°C的温度下进行的处理。现转向图2，展示冷电子源离子计100的另一替代元件的近视图，离子计100包括 用于产生电子的电子倍增源105。在图2中，展示电子倍增器105的经改质微通道板135的 小孔200的近视图。图IA的板135可包括许多个小孔200，且小孔200各自约略具有约5 微米的大小以用于电子发射以离子化气态材料。微通道板135优选地可包括光电阴极以提供初始种子电子。在一项实施例中，当 在小孔200的入口处的光电阴极受到光照射时，电子注入到小孔200中，且束130中的电子 从小孔200的出口发射出。在此项实施例中，图IA的微通道板135的小孔200包括在小孔200的第一表面 210上的涂层205。涂层205优选地为含碱化合物，其用以降低表面的功函数且针对电子发 射而配置。也可预想到其它涂层205，包括Ag-O-Cs (也被称作S-1)、锑-铯、双碱、高温双 碱或低噪声双碱、砷化镓(III)、多碱、砷化铟镓、碲化铯或碘化铯。本发明的离子计不限于 任何特定涂层205，且可在无涂层205的情况下倍增电子。现转向图3，可预想到阵列105的其它元件来替代图IA中所描述的元件。可使用 其它元件来产生并倍增电子，包括单通道电子倍增器、离散倍增电极电子倍增器，或此项技
11术中所知的任何其它电子倍增器。此外，可使用多个微通道板作为源105，其中多个微通 道板排列成 Burle Technologies 公司的 “Chevron Configuration” ，或排列成 Burle Technologies 公司的“Z-Configuration” ，如颁予拉普拉德的美国专利第6，239，549 Bl 号中所描述。转向图3，展示图IA中所展示的阵列105的元件的替代实施例。图3展示电子源 305，其可为此项技术中所知的任何电子源，例如电流源、阴极或光电阴极。源305可连接到 单通道电子倍增器管310。其它源305可包括场发射源、场发射极阵列、高能电磁源、碳管、 Α1:Ζη0晶须和经涂布的碳绒面发射极。将从(例如)电子源(或阴极305)释放的电子 315导向管310中的位置。电子315击中电子倍增器管310的壁320。此接触释放更多电 子325，且产生级联效果，使得单一电子315导致在单通道电子倍增器管310的远端335处 冒出的多个电子330。多个电子330被释放到图IA的测量腔室120中且与气态物质碰撞。 接着由收集电极110收集离子。现转向图4，展示图IA中所展示的阵列105的元件的另一替代实施例。此处，用于 产生电子的阵列105的元件包括初始电子源305和包括至少一倍增电极405a的用于倍增 电子的源。源305可为场发射源、阴极或光电阴极，或与关于图3所论述的电子源不同的电 子源。在此项实施例中，阵列105也进一步包括多个离散倍增电极405a、405b和405c以替 代图IA中所展示的多个小孔200。倍增电极405a为可安置在光电倍增器管(未图示)中的一连串电极中的一者。每 一倍增电极405c、405b、405a比其前一者带更多正电。二次发射发生在每一倍增电极405b、 405c的表面处，其以级联方式释放电子。此排列能够将初始电子源305(例如，电流源、光电 阴极或阴极)所发射的施加电流放大通常约一百万倍。因此，从初始阴极305或电子源发射 的电子415被朝着第一倍增电极405a加速，第一倍增电极405a维持在相对于阴极305的 电压的正90到100伏下。击打第一倍增电极表面405a的每一加速种子光电子都产生更多 电子。这些电子接着被加速或以其它方式导向第二倍增电极405b，所述第二倍增电极405b 被保持在比第一倍增电极405a在正向上多90到100伏的电压下。击打第二倍增电极表面 405b的每一加速电子产生更多电子，所述电子接着被加速或以其它方式导向第三倍增电极 405c，所述第三倍增电极405c被保持在比第二倍增电极405b在正向上多90到100伏的电 压下。当然，可对三个以上的倍增电极重复此过程，且此过程不限于任何特定数目个倍 增电极405a到405c。此过程在倍增电极405a、405b、405c中的每一者处重复，且电子415 〃 的范围可包括每一入射电子产生的大量，例如约IxlO5 tolxlO7个电子415"，此提供合适 量的电子415"以离子化所要气体，且因此测量图IA的离子计100中的压力。前述数目仅 为实现说明目的，且本发明的离子计不限于任何此类数量。如所展示，从阴极305或电子电流源发射的单一种子电子415导致多个电子 415' ,415"。可使用不同数目个倍增电极，且本发明的离子计100不意欲限于任何特定数 目个倍增电极405a、405b和405c，且任何数目皆在本发明的范围内，且可取决于气态物质。再次转向图1A，应了解，电子130的能量必须被控制到所要电平以允许在电子 130已传输到测量腔室120中后发生离子化。离子化在能量分散(高于和低于标称设计能 量)范围内发生，见索尔杜西曼(Saul Dushman)在1962年所著的真空技术的科学基础(Scientific Foundations of Vacuum Technique)中关于离子计的章节 5. 7,所述文献以 引用方式全文并入本文中。对于氮，离子形成通常发生在约150电子伏的电子能量下。各 种离子形成配置为可能的且在本发明的范围内。阳极结构115包含界定离子化容积180的圆柱形线栅，其被充电到(例如)相对 于接地的正180伏。阳极结构栅格115可由金属丝网或耦合到至少一支撑柱的多个线圈制 成。阳极结构栅格115的设计允许电子130进入阳极栅格115中。大多数电子130有可能 不击打到阳极栅格115。实情为，电子130进入到阳极栅格115中且受控制而逗留在离子化 阳极容积180中。此处，电子130通过电子撞击离子化而产生离子。离子一旦由电子撞击离子化产生便倾向于逗留在阳极栅格115内。在(阳极栅格 115的)阳极容积180内形成的离子由以下两者间的电位差产生的电场引导(a)阳极栅 格115，其处于相对于接地为正的电位下；和(b)收集电极110，其处于接近接地电位的电位 (即，相对于阳极栅格115的电位为负的)。此电场将离子引导到收集电极110，在收集电极 110中收集离子以提供离子电流，所述离子电流由放大器185(图1A)放大且用以测定气体 的压力。在另一优选实施例中，用于产生种子电子和倍增种子电子的源105可放置在阳极 115中，而收集电极110放置在阳极115外部(图5，以侧视图来展示源105)。在图5中所 展示的另一实施例中，离子计100可配置为三极管离子计，其中电子产生阵列105位于阳极 115内部，而收集电极110位于阳极115外部。各种离子计配置为可能的，且本发明不限于 任何特定配置。在一些实施例中，可使用第二离子收集极IlOb(图6)来测量较高压力，第 二离子收集极IlOb位于与电极110不同的位置处，用于捕捉在离源105更近处(阳极115 内部或外部)形成的离子。在本发明的另一实施例中，离子计100可经配置以包括两个离子收集极IlOa和 110b，其中第一个离子收集极位于阳极115中且第二个离子收集极IlOb位于阳极115外 部。在此项实施例中，用于产生种子电子和倍增种子电子的源105(以侧视图展示于图6中) 可放置在阳极115外部。第二离子收集极IlOb经配置以收集在高压下在阳极115外部形 成的离子，如图6中所展示。此处，离子计100除了电极IlOa外还包括第二离子收集电极110b。第二离子收集 电极IlOb位于栅格115外部以辅助离子收集。离子一旦由电子撞击离子化产生便倾向于 逗留在栅格115内。此收集极电流接着由放大器185放大且提供给静电计。静电计提供对 收集极电流的强度的指示，其是以压力为单位来校准。另外，收集电极IlOaUlOb可替代性 地都位于阳极115中，如图7中所展示。应了解，来自离子收集电极IlOaUlOb的压力信号 (电流)将加总以测定压力。在一项实施例中，控制器(未图示)可选择使用来自收集电极IlOa或收集电极 IlOb的哪个信号来测定压力。举例来说，在相对低的压力下，主要测量来自位于阳极115内 部的收集电极IlOa的压力信号(电流)，且在相对较高的压力下，主要选择来自外部收集极 IlOb的电流。在图9中所展示的另一实施例中，电流计100可配置成舒尔茨_费尔普斯几何形 态，其中阳极115排列成平板(展示为侧视图)，离子收集极110排列成平行平板(展示为 侧视图)，且电子源105 (也展示为侧视图)位于那两个板110、115之间。
13
应了解，使用用于产生并倍增电子的源105导致快速开启时间，而无需允许常规 BA离子计预热(例如，在使用热阴极丝作为BA离子计的种子电子源时)。其它优点包括， 离子计100可经配置以使用外部和内部DC和AC磁场和电场来增强电子轨迹长度，且影响 电子倍增器源105的增益，且以其它方式将电子束130导向阳极栅格115。本发明的离子计 100可使用放大器185(图1A)来放大电流，且用于产生和倍增电子的源105可经配置以面 向或背离阳极115。此排列(背离阳极115)可消除来自真空过程的视线污染，且也可使电 子130的能量带宽变窄。离子计100也可经安装以聚焦电子束130。各种安装配置为可能 的且在本发明的范围内。现转向图10，离子计100优选地可与群集工具1100或另一多腔室工具一同使用以 进行处理操作。在一项实施例中，群集工具1100可包括通过阀11 IOa连接到转移腔室1110 的进样腔室1105。通过阀IllOb密封进样腔室1105使之与周围条件隔绝。可预想到单一 腔室和多腔室群集工具1100，且离子计100可用于单一腔室或多腔室工具配置中。应了解， 离子计100不限于用于真空腔室，而是可用于此项技术中所知的任何制造腔室中。群集工具1100也可包括处理模块1115。处理模块1115也通过阀IllOc连接到转 移腔室1110。工具1100可包括多个处理模块1115和多个进样腔室1105，且所展示的配置 并非限制性的。进样腔室1105可包括前级泵RP1，其也通过阀V1连接到进样腔室1105。进 样腔室1105、转移腔室1110和处理模块1115中的每一者可包括至少一真空泵VPl、Vp2和 Vp30真空泵可为低温真空泵或另一泵，例如涡轮泵或水蒸汽泵。各种泵抽配置为可能的且 在本发明的范围内。优选地，可将晶片(未图示)引入到进样腔室1105中，且使用前级泵RpJP真空泵 Vp1泵抽到真空条件。使用晶片装卸机器人(未图示)，可通过阀IllOa将晶片装卸到转移 腔室1110，且接着可通过阀IlOc将晶片放置在处理模块1115中以进行各种沉积操作。在 一项实施例中，离子计100可放置在群集工具1100的腔室1105、1110或1115中的一者中。 为实现说明目的，离子计100被展示为在处理模块1115中，但其不限于任何特定腔室或位 置，且可放置在腔室或工具1100外部。离子计100优选地可测量压力，即，基础压力(高真空)和较高处理压力(多数在 mTorr范围中)，然而，此并非限制性的，且各种测量操作参数为可能的且在本发明的范围 内。离子计100可用以在平板显示器的制造、磁性媒体操作、太阳电池、光学涂布操作、半导 体制造操作和其它制造过程操作中测量压力。此等过程可包括物理汽相沉积、等离子体汽 相沉积(PVD)、化学汽相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体蚀刻操作、植入操作、氧化 /扩散、氮化物的形成、真空光刻、干式剥离操作、取向附生操作(EPI)、快速热处理(RTP)操 作、远紫外光刻操作和其它操作。优选地，离子计100也可与一或多个分析工具一同操作， 例如显微镜或质谱仪。质谱仪可包括气相色谱仪(GC)、液相色谱仪(LC)、离子阱仪、扇形磁 质谱仪、双聚焦仪器、飞行时间仪器(TOF)、旋转场仪器、离子迁移率仪器、线性四极仪器和 其它仪器。可与离子计100且与群集工具1100 (或不与群集工具1100)结合使用的表面分 析仪器1105也可包括扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪(E0S/XPS)、扫描式俄歇微 量分析仪器(俄歇/SAM)、辉光放电质谱仪(GDMS)、化学分析电子能谱仪(ESCA)、原子力 显微镜/扫描探针显微镜(AFM/SPM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、波长色散X射线光谱仪(WDS)、电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)、X射线荧光分析仪(XRF)、中子活化分析仪 (NAA)、计量仪器，和其它仪器。应了解，此列表并非详尽的，且离子计100可与其它未列出 的仪器一同使用。 虽然已参考本发明的优选实施例来特定地展示并描述本发明，但所属领域的技术 人员应理解，在不脱离所附权利要求所包含的本发明的范围的情况下，可对本发明的形式 和细节进行各种改变。
权利要求
一种离子计，其包含电子产生器阵列，其包括微通道板，所述微通道板包括所述微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种子电子的源；以及所述微通道板的电子倍增器部分，其回应于由所述电子产生部分产生的所述种子电子而倍增所述电子；离子化容积，在其中所述电子撞击气态物质；以及收集电极，其收集由所述电子与所述气态物质之间的所述撞击形成的离子。
2.根据权利要求1所述的离子计，其中所述离子化容积是由将所述电子保持于其中的 阳极界定，且其中所述产生电子的源位于所述阳极外部，且其中所述阳极围绕所述收集电 极。
3.根据权利要求2所述的离子计，其进一步包含用以收集在所述阳极外形成的离子的 第二收集电极。
4.根据权利要求1所述的离子计，其中由所述收集电极收集到的电流形成压力传号。
5.根据权利要求4所述的离子计，其中所述离子化容积是由板状阳极与板状收集电极 之间的容积来界定，且其中所述源位于所述板状阳极与所述板状收集电极之间。
6.根据权利要求1所述的离子计，其中所述微通道板包括输入面和输出面，且其中电 压施加于所述输入面与所述输出面之间。
7.根据权利要求6所述的离子计，其中所述微通道板经处理以引致种子电子的自发发射。
8.根据权利要求7所述的离子计，其中电子发射材料处在所述微通道板的所述电子倍 增器部分的所述输入面上，且其中辐射产生种子电子。
9.根据权利要求1所述的离子计，其进一步包含调整器，所述调整器基于所述离子化 容积中电子的数目来控制来自所述电子产生器阵列的电子束电流。
10.根据权利要求9所述的离子计，其进一步包含电流计，所述电流计连接到阳极以用 于控制所述电子束电流。
11.一种离子计，其包含阳极结构，其包含界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态 物质；产生电子的源，其包括电子种子装置和电子倍增器装置，所述电子倍增器装置倍增来 自所述电子种子装置的电子；以及收集电极，其收集通过所述电子与所述气态物质之间的所述撞击形成的离子，所述收 集电极和所述源中的一者位于所述阳极结构内部，且所述收集电极和所述源中的另一者位 于所述阳极结构外部。
12.根据权利要求11所述的离子计，其中所述圆柱形线栅配置为耦合到至少一支撑柱 的多个线圈。
13.根据权利要求11所述的离子计，其中所述产生电子的源位于所述阳极结构外部， 且所述收集电极位于所述阳极结构内部。
14.根据权利要求13所述的离子计，其进一步包括位于所述阳极结构外部的第二收集 电极。
15.根据权利要求11所述的离子计，其中所述产生电子的源位于所述阳极结构内部， 且所述收集电极位于所述阳极结构外部。
16.根据权利要求11所述的离子计，其中由所述收集电极收集到的电流形成压力信号。
17.根据权利要求11所述的离子计，其中所述倍增电子的电子倍增器装置包括微通道板。
18.一种离子计，其包含阳极结构，其包含界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态 物质；电子产生器阵列，其包括微通道板，所述微通道板包括 所述微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种子电子的源；以及 所述微通道板的电子倍增器部分，其回应于由所述电子产生部分产生的所述种子电子 而倍增所述电子；以及收集电极，其位于所述阳极结构内部，收集通过所述电子与所述气态物质之间的所述 撞击形成的离子。
19.根据权利要求18所述的离子计，其中所述圆柱形线栅配置为耦合到至少一支撑柱 的多个线圈。
20.根据权利要求18所述的离子计，其中所述产生电子的源位于所述阳极结构外部， 且所述收集电极位于所述阳极结构内部。
21.根据权利要求20所述的离子计，其进一步包括位于所述阳极结构外部的第二收集 电极。
22.根据权利要求18所述的离子计，其中所述产生电子的源位于所述阳极结构内部， 且所述收集电极位于所述阳极结构外部。
23.根据权利要求18所述的离子计，其中由所述收集电极收集到的电流形成压力信号。
24.一种离子计，其包含电子产生器阵列构件，用于产生电子并倍增所述产生的电子； 阳极构件，其包含界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态 物质；收集电极构件，用于收集通过电子与气态物质之间的撞击形成的离子；以及 用于根据所述收集到的离子形成用以测定压力的信号的构件。
25.一种测量来自气态物质的气体压力的方法，其包含以下步骤使用电子产生器阵列来产生电子，所述电子产生器阵列包括微通道板的电子产生部分；使用所述微通道板的电子倍增器部分来倍增电子；使用收集电极来收集通过所述电子与所述气态物质之间的撞击形成的离子；以及 根据所述收集到的离子形成压力信号。
26.根据权利要求25所述的方法，其进一步包含在板状阳极与平行板状离子收集极之 间产生所述电子和在所述平行板状离子收集极上收集所述离子。
27.根据权利要求25所述的方法，其进一步包含通过使所述电子传递通过表面经处理 的微通道板来倍增电子。
28.一种测量来自气态物质的气体压力的方法，其包含以下步骤 使用包括电子种子装置的源来产生电子；倍增所述电子；使用收集电极来收集通过所述电子与所述气态物质之间的撞击形成的离子，所述收集 电极和所述源中的一者位于阳极结构内部，所述阳极结构包含界定离子化容积的圆柱形线 栅，在所述离子化容积中电子撞击气态物质，且所述收集电极和所述源中的另一者位于所 述阳极结构外部；以及根据所述收集到的离子形成压力信号。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述产生电子的源位于所述阳极结构外部，且 所述收集电极位于所述阳极结构内部。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述产生电子的源位于所述阳极结构内部，且 所述收集电极位于所述阳极结构外部。
31.根据权利要求28所述的方法，其进一步包含通过使所述电子传递通过至少一表面 经处理的微通道板来倍增电子。
32.根据权利要求28所述的方法，其进一步包含使用至少一倍增电极来倍增电子。
33.根据权利要求28所述的方法，其进一步包含使用位于所述阳极结构外部的第二收 集电极来收集所述阳极结构外部的离子。
34.一种过程，其包含 提供衬底；对工具进行抽空以在所述经抽空工具中对所述衬底执行处理； 通过提供以下各者来测量压力阳极结构，其包含界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态 物质；产生电子的源，其位于所述阳极结构外部，包括电子种子装置和电子倍增器装置，所述 电子倍增器装置倍增来自所述电子种子装置的电子；以及收集电极，其位于所述阳极结构内部，收集通过所述电子与所述气态物质之间的所述 撞击形成的离子；以及在所述经抽空工具中对所述衬底进行操作以形成经处理的衬底。
35.一种过程，其包含 提供衬底；对工具进行抽空以在所述经抽空工具中对所述衬底执行处理； 通过提供以下各者来测量压力 电子产生器阵列，其包括微通道板，所述微通道板包括 所述微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种子电子的源；以及 所述微通道板的电子倍增器部分，其回应于由所述电子产生部分产生的所述种子电子 而倍增所述电子；离子化容积，在其中所述电子撞击气态物质；以及收集电极，其收集通过所述电子与所述气态物质之间的所述撞击形成的离子；以及 在所述经抽空工具中对所述衬底进行操作以形成经处理的衬底。
全文摘要
一种离子计包括电子产生器阵列，所述电子产生器阵列包括微通道板，所述微通道板包括所述微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种子电子的源；和所述微通道板的电子倍增器部分，其回应于所述电子产生部分所产生的所述种子电子而倍增电子。所述离子计包括离子化容积，在其中所述电子撞击气态物质；和收集电极，用于收集通过所述电子与所述气态物质之间的撞击形成的离子。所述收集电极可由阳极围绕，或所述离子计可形成有多个收集电极。电子源可提供自发的电子发射，其中电子被级联地倍增。
文档编号G01N27/62GK101952703SQ200880126701
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月19日
发明者葛拉多·A·布鲁克尔 申请人:布鲁克机械公司