冷阴极电离真空计、真空处理设备和放电开始辅助电极的制作方法

专利名称：冷阴极电离真空计、真空处理设备和放电开始辅助电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷阴极电离真空计(cold cathode ionizationvacuum)、包括该冷阴 极电离真空计的真空处理设备、以及放电开始辅助电极。特别地，本发明涉及使用放电开始 辅助电极的冷阴极电离真空计、包括该冷阴极电离真空计的真空处理设备、以及放电开始 辅助电极。
背景技术：
冷阴极电离真空计通过阳极和阴极之间的自放电而触发气体电离，以测量例 如形成真空处理设备的真空容器中的气压。已知许多类型的冷阴极电离真空计彭宁 (penning)型、磁控管(magnetron)型、逆磁控管(inverted magnetron)型(参见日本 特开平10-19711号公报)。特别地，磁控管或逆磁控管型被构造成具有高的电子俘获效 率(electron trappingefficiency)并且即使在高度真空区域中也能够产生稳定的自持 (self-sustaning)放电，从而适合于高度真空区域中的测量。在冷阴极电离真空计中，为了开始放电，需要施加高电压以触发气体电离。然而， 在将高电压施加到冷阴极电离真空计的定时和放电电流开始随着自持放电的开始而流动 的定时之间，将产生发电延迟(generated delay)。该时间延迟影响了开始测量之前的时间 段。在日本特开平06-26967号公报所说明的逆磁控管型冷阴极电离真空计中，通过 在阴极处设置直接产生足以使阴极发出光电子的电磁辐射的放电触发部件，能够缩短从施 加电压到开始自持放电的放电触发时间段。在日本特开平06-26967号公报所说明的冷阴极电离真空计中，因为该冷阴 极电离真空计包括用于触发放电的辉光灯(glowlamp)或紫外线照射灯(ultraviolet irradiation lamp)以及用于该目的的电路，所以存在该设备的结构复杂的问题。磁控管或逆磁控管型冷阴极电离真空计表现出了对带电粒子的高俘获效果，使得 真空计的容器的壁面容易被溅射。因此，在长时间使用的情况下，溅射膜或产品将附着到灯 表面，从而将削弱紫外线的照射。结果，存在如下问题将减少用于开始放电的光电子的产 生，并且将不容易触发放电。

发明内容
本发明的目的是提供无需使设备的结构复杂化即使在长时间使用的情况下也能 够在短时间内触发放电的冷阴极电离真空计、包括该冷阴极电离真空计的真空处理设备、 以及放电开始辅助电极。本发明提供一种冷阴极电离真空计，所述冷阴极电离真空计包括阳极；阴极，其 被布置成与阳极一起形成放电空间；和放电开始辅助电极，其包括碳纳米管层，被布置在放 电空间中，并且被电连接到阳极和阴极中的至少一方。根据本发明，可以在不使设备复杂化的情况下在短时间内触发放电。


图1是示出设置有根据本发明的第一实施方式的冷阴极电离真空计的真空处理 设备的示意图。图2是示出根据本发明的第一实施方式的冷阴极电离真空计的横向剖视图。图3是沿图2的线F-F截取的剖视图。图4是图2的E部分的放大图。图5是示出在根据本发明的第一实施方式的冷阴极电离真空计中使用辅助电极 保护板的应用示例的图。图6A是示出根据本发明的第二实施方式的放电开始辅助电极的平面图。图6B是示出根据本发明的第二实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图7A是示出根据本发明的第三实施方式的放电开始辅助电极的平面图。图7B是示出根据本发明的第三实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图7C是示出根据本发明的第三实施方式的放电开始辅助电极的剖视图。图8是示出根据本发明的第五实施方式的冷阴极电离真空计的横向剖视图。图9是沿图8的线a_b截取的剖视示意图。图10是图8的C部分的放大图。图11A是示出根据本发明的第六实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图11B是示出根据本发明的第六实施方式的放电开始辅助电极的剖视图。图11C是根据本发明的第六实施方式的放电开始辅助电极的正视图。图12A是示出根据本发明的第七实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图12B是示出根据本发明的第七实施方式的放电开始辅助电极的剖视图。图12C是示出根据本发明的第七实施方式的放电开始辅助电极的正视图。图13是图12A至图12C的放电开始辅助电极的放大图。图14A是根据本发明的第八实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图14B是根据本发明的第八实施方式的放电开始辅助电极的剖视图。图14C是根据本发明的第八实施方式的放电开始辅助电极的正视图。图15A是根据本发明的第九实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图15B是根据本发明的第九实施方式的放电开始辅助电极的剖视图。图15C是根据本发明的第九实施方式的放电开始辅助电极的正视图。图16A是示出使用根据本发明的冷阴极电离真空计的放电开始辅助电极和辅助 电极保护板的实施方式的图。图16B是示出使用根据本发明的冷阴极电离真空计的放电开始辅助电极和辅助 电极保护板的实施方式的图。
具体实施例方式将参考

实现本发明的实施方式。稍后说明的构件、布局等是本发明的具 体示例，但本发明不限于此。当然，在不不背离本发明的精神的情况下，本发明可以包括多 种变型。
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(实施方式1)图1至图4是用于示出根据本发明的第一实施方式的真空处理设备和被安装到该 真空处理设备的冷阴极电离真空计的图。图1是设置有根据本发明的冷阴极电离真空计的 真空处理设备的剖视示意图。图2是根据本发明的冷阴极电离真空计的横向剖视示意图。 图3是沿图2的线F-F截取的剖视示意图。图4是示出图2的部分E的放大图。图5是示 出使用辅助电极保护板(阴极辅助电极保护板)的应用示例的图。如图1所示，冷阴极电离真空计被安装在形成真空处理设备S的已知真空容器的 壁面(阴影部分)上。在真空容器的壁面的开口处以密封状态安装冷阴极电离真空计。图 中的附图标记1表示形成冷阴极电离真空计的测量元件容器(阴极)，附图标记8表示连接 凸缘，附图标记13表示真空计操作电路。虽然在本申请的说明书中以例如溅射系统为例来说明真空处理设备S，但是本发 明不限于此。另外，例如，根据本发明的冷阴极电离真空计优选适用于诸如PVD系统或CVD 系统等沉积系统、抛光设备(ashing apparatus)或干蚀设备。图2是根据本实施方式的冷阴极电离真空计的横向剖视示意图。在图2中，用相 同的附图标记表示与图1相同的部件。冷阴极电离真空计是逆磁控管型真空计，其具有如 下主要部件作为阴极的测量元件容器1、棒状阳极2和作为用于产生磁场的磁性部件的磁 体3，其中，该磁体3被布置于作为阴极的测量元件容器1的外周面。测量元件容器(阴极)1是大致筒状或管状的金属构件，并且在测量元件容器1的 内部的一侧具有放电空间9。测量元件容器1在位于放电空间9侧的一端开口，并且在位于 与放电空间9侧相反的一侧的一端被绝缘构件6密封。连接凸缘8和过滤器8a被布置在 位于开放放电空间9侧的一端部。过滤器8a由例如不锈钢制成，绝缘构件6包含诸如由氧 化铝陶瓷制成的绝缘石(insulating stone) 0电流导入棒4穿过绝缘构件6，并且以密封 状态被固定到绝缘构件6。通过将测量元件容器1的连接凸缘8安装到真空容器的开口，使真空容器中的空 间和测量元件容器1中的放电空间9处于经由过滤器8a彼此连通的状态。从而，能够测量 真空容器的内部空间的压力。磁体3被形成为环状并且以围绕测量元件容器1的外周面的 方式被安装。磁体3优选包括铁氧体磁体等。阳极2是棒状阳极电极，该阳极2被布置在形成于测量元件容器(阴极)1的内部 的放电空间9中，并且阳极2在其一端侧被连接到电流导入棒4。电流导入棒4被连接到 测量元件容器1外的真空计操作电路13。真空计操作电路13包括施加电压的高电压电源 11和测量流过真空计操作电路13的放电电流的放电电流检测部12。如下所述，放电开始 辅助电极5 (放电开始辅助电极板7)以被电连接到棒状阳极2的状态而被安装。放电开始 辅助电极是被安装于阳极或阴极的电极。放电开始辅助电极包括电位与安装有放电开始辅 助电极的电极的电位相同的电极，放电开始辅助电极起到促使电场集中的作用。另外，电连 接包括经由导线的连接或放电开始辅助电极与阴极或阳极的直接连接。图3是示出将放电开始辅助电极5安装到冷阴极电离真空计的安装状态的示意 图，并且是沿图2的线F-F截取的剖视示意图。图4示出了图2的用于示出放电开始辅助 电极5和测量元件容器(阴极)1的壁面之间的关系的E部分的放大图。在图3和图4中， 用相同的附图标记表示与图2相同的部件。
放电开始辅助电极5具有放电开始辅助电极板7。放电开始辅助电极板7是大 致环状的构件，并且由诸如SUS304的不锈钢、镍合金或耐火材料等耐腐蚀性高的金属片制 成。放电开始辅助电极板7的厚度优选小于100微米，并且特别期望被形成为1微米至10 微米。放电开始辅助电极板越薄，以低电压诱导电子发射的效果越好。如图4所示，因为在放电开始辅助电极板7的中央部的开口压配合地安装有阳极 2，因此，该开口的直径比阳极2的直径稍小。虽然测量元件容器(阴极)1的壁面与放电开 始辅助电极板7之间的距离不受特别限制，但是该距离优选不小于0. 2mm。此外，通过使用 紧固构件作为压配合的替代方案，可以将放电开始辅助电极板7固定到阳极2。在放电开始辅助电极板7的绝缘构件6侧(与作为与真空容器的连接部的连接凸 缘8相反的一侧)，形成有碳纳米管层(carbon nanotube layer) 100由于碳纳米管层10 被形成在排出空间9侧的相反侧(绝缘构件6侧)，能够防止或减少由从真空容器侧进入的 带电粒子的冲击或溅射膜的附着而引起的对碳纳米管层10的破坏。碳纳米管层10被形成 为使得碳纳米管层也位于放电开始辅助电极板7的处于与测量元件容器(阴极)1相对的 位置的外周。由于该结构，放电开始辅助电极板7能够阻止粒子从连接凸缘8侧进入，从而 防止或减少粒子到碳纳米管层10的附着。碳纳米管由单层或多层的由碳制成的6元环状网络构成，其中，6元环状网络同轴 地联接且呈管状。一般地，碳纳米管包括具有纳米级直径、尖端(pointed end)和大纵横比 的管状形状，并且表现出高导电性，并且容易触发电子隧道效应。在本发明中，碳纳米管层 被用作微型突出电极，以产生集中的电场。由于碳纳米管的顶部的集中电场的作用，能够快 速地产生触发放电，这显示了本发明的优点。另外，如图5所示，具有比放电开始辅助电极5的直径小的内径的辅助电极保护板 29 (阴极辅助电极保护板29)被安装到测量元件容器1的在放电空间9中的底部。因此，能 够有效地防止或减少由从真空容器侧飞入的粒子的碰撞或附着引起的对碳纳米管层10的 破坏。辅助电极保护板29是大致盘状或矩形的板状构件，并且具有形成于中央部的圆形开 口 29a。以将阳极2插入到开口 29a的中央部的方式来布置辅助电极保护板29。形成在辅 助电极保护板29中的开口 29a的内径比放电开始辅助电极5的直径小。因此，已经从真空 容器侧进入的带电粒子首先与辅助电极保护板29碰撞，从而能够减少上述带电粒子与碳 纳米管层10的直接碰撞。如下所述的用于第十实施方式(参考图16A和图16B)的辅助电极保护板30(阳 极辅助电极保护板30)可以适用于根据本实施方式的冷阴极电离真空计。在该情况下，直 径比放电开始辅助电极5的直径大的辅助电极保护板30在比放电开始辅助电极5靠近真 空容器的一侧被安装于阳极2。因此，已经从真空容器侧进入的带电粒子首先与辅助电极保 护板30碰撞。从而，能够减少上述带电粒子与碳纳米管层10的直接碰撞。放电开始辅助电极板7可以是导电材料。此外，只要放电开始辅助电极板7能够 支撑碳纳米管并且具有使得碳纳米管与安装有放电开始辅助电极的电极接触的构造，放电 开始辅助电极板7就可以是绝缘体或半导体构件。在该情况下，能够获得与使用由导电材 料制成的放电开始辅助电极板7的情况相同的优点。例如，在使用绝缘体或半导体代替放 电开始辅助电极板7的情况下，优选进行如下处理在相对于绝缘体或半导体的预定方向 上定向碳纳米管，并且在绝缘体或半导体上沿上述预定方向定向碳纳米管层。另外，已经形
7成于绝缘体或半导体的碳纳米管层可以被电连接至阳极2和作为阴极的测量元件容器1中 的至少一方。在该实施方式中，诸如放电开始辅助电极板7等形成有碳纳米管层10的构件不必 是导电性的，而可以是能够支撑碳纳米管层10的任意支撑构件。在该实施方式中，基本上不需要使阳极2和作为阴极的测量元件容器1彼此靠近， 或者不需要向阳极2施加高电压。必要地，在由阳极2和测量元件容器1形成的放电空间 9中产生电场的局部集中。因此，能够在短时间内开始放电。此外，为电场集中设置放电开 始辅助电极5。为了使用放电开始辅助电极5进一步增强电场集中效果，放电开始辅助电极 5包括碳纳米管层10。碳纳米管层10被电连接至阳极2 (或下述的作为阴极的测量元件容 器1、或阳极2和测量元件容器1两者)。在本发明的第一实施方式中，放电开始辅助电极具有碳纳米管层，使得即使在通 常情况下也能够产生电场集中的放电开始辅助电极包括纳米级的突出电极组件，该突出电 极组件能够有效地产生集中的电场。因此，即使在阳极和阴极之间的距离大或电极之间的 施加电压低的情况下，也能够在短时间内触发放电。如上所述，根据本发明的第一实施方式的基本特征在于放电开始辅助电极具有碳 纳米管层。放电开始辅助电极5不必具有放电开始辅助电极板7。这是因为，如上所述，包 括在放电开始辅助电极5中的碳纳米管层10能够进一步增强电场集中效果。因此，例如， 即使不使用诸如放电开始辅助电极板7等具有支撑碳纳米管层10的功能的构件，碳纳米管 层10理论上也可以被构造成在预定方向上被定向。因此，优选仅用碳纳米管层形成放电开 始辅助电极5而不具有支撑碳纳米管层10的构件(例如，放电开始辅助电极板7)。(实施方式2)将说明根据本发明的第二实施方式。在该实施方式中，放电开始辅助电极的构造 与图3和图4的构造不同。冷阴极电离真空计或真空处理设备的除了上述构造以外的构造 与图1和图2中的相同。图6A是示出根据该实施方式的放电开始辅助电极25的平面图。 图6B是其侧视图。如图6A所示，形成放电开始辅助电极25的放电开始辅助电极板27具有为了允许 棒状阳极2在中央部插入而形成的开口。用于将放电开始辅助电极板27安装于阳极2的 弹性支撑爪23绕该开口的内周放射状地设置。由于该支撑爪23，当将放电开始辅助电极板 27安装于阳极2时的插入压力可以均一化，并且更容易被组装。能够提高放电开始辅助电 极板27的安装位置的精度。如图6B所示，在放电开始辅助电极25接合有作为保护构件的涂覆保护板26以覆 盖碳纳米管的涂覆层(碳纳米管层10)的情况下一体地构造放电开始辅助电极25。涂覆保 护板26用于保护碳纳米管层10的表面，并且还用于抑制电场电子的过度发射，从而获得稳 定的自持放电电流。另外，涂覆保护板26用于防止或减少在安装或拆卸放电开始辅助电极25的过程 中对碳纳米管的涂覆层的破坏的发生。因此，在组装或修理期间能够容易地处理放电开始 辅助电极25。涂覆保护板26可以由与放电开始辅助电极板27的材料相同的材料制成。涂 覆保护板26的厚度优选小于等于放电开始辅助电极板27的厚度。(实施方式3)
将说明根据本发明的第三实施方式。在该实施方式中，同样地，放电开始辅助电极 的构造与图3和图4中的构造不同。冷阴极电离真空计或真空处理设备的除了上述构造以 外的构造与图1和图2中的相同。图7A是示出根据该实施方式的放电开始辅助电极35的平面图。图7B是其侧视 图。图7C是其剖视图。根据该实施方式的放电开始辅助电极35设置有放电开始辅助电极 板37，该放电开始辅助电极板37具有两个构件、即内部电极构件38和被固定到内部电极构 件38的外周侧的外部电极构件39。放电开始辅助电极板37具有如下结构起到上述实施方式中说明的放电开始辅 助电极板7和27的功能的电极板(外部电极构件39)被固定到将被安装于阳极2的部分 (内部电极构件38)的外周侧。由于该双重结构，厚度为大约0.2微米至5微米的放电开始 辅助电极板(外部电极构件39)能够容易地被安装于阳极2。外部电极构件39具有如图 7B所示形成的碳纳米管层10。如图7C所示，内部电极构件38是具有用于允许阳极2在中央部插入和安装的开 口的环状构件。外部电极构件39是具有比内部电极构件38的直径大的直径的环状构件。 在该实施方式中，如图7A所示，内部电极构件38具有如图6A所示的放电开始辅助电极板 27中所示形成的弹性支撑爪23。内部电极构件38也可以被构造成将阳极2压配合到开口 中而不形成支撑爪23。通过例如将外部电极构件39点焊到内部电极构件38的绝缘构件6侧来安装外部 电极构件39。碳纳米管层10被形成在外部电极构件39的绝缘构件6侧。因为外部电极构件39较薄，所以即使在不形成碳纳米管层10的状态下，电场也在 外周缘部集中到一定程度。此外，通过使外部电极构件39形成为更薄或者使外部电极构件 39在外周缘部形成有突起，能够获得强化的电场集中效果。(实施方式4)将说明根据本发明的放电开始辅助电极的制造方法。首先，通过例如光蚀刻、加 压处理或激光处理，由具有预定厚度的薄板形成预定形状的放电开始辅助电极板7、27、 37(外部电极构件39)。通过将分散有碳纳米管的溶剂喷射在放电开始辅助电极板7、27、37 的一个表面上并且使之干燥来形成碳纳米管层10。作为如图6B所示的保护构件的涂覆保 护板26通过例如点焊而被固定到放电开始辅助电极板27的形成有碳纳米管层10的表面。图6B的涂覆保护板26可以适用于如图7A等其它实施方式的放电开始辅助电极。 在该情况下，同样地，作为保护构件的涂覆保护板26通过例如点焊而被固定到放电开始辅 助电极板的形成有碳纳米管层10的表面。除了上述方法(喷射)之外，可以通过将放电开始辅助电极板7、27、37浸入分散 有碳纳米管的溶剂中或者通过采用诸如镍等金属电镀工艺而形成碳纳米管层10。在使用电 镀工艺的情况下，通过在分散有碳纳米管的电解槽中进行电镀处理，能够获得分散有碳纳 米管的镀层(碳纳米管层10)。将说明将放电开始辅助电极5、25、35(放电开始辅助电极板7、27、37)安装于在测 量元件容器1中的阳极2的方法。将说明将放电开始辅助电极5安装于阳极2的示例。其 它放电开始辅助电极的情况是相同的。在测量元件容器1中将放电开始辅助电极5安装于 阳极2的时候，在已经移除过滤器8a的状态下，将放电开始辅助电极5从测量元件容器1的开口插入，并且以使阳极2被插入到放电开始辅助电极5的中央部的开口中的方式来安 装放电开始辅助电极5。由此，如图2和图4所示，放电开始辅助电极5被固定到阳极2。以使碳纳米管层10位于绝缘构件6侧的方式插入放电开始辅助电极5。这样做的 原因是防止碳纳米管层10受到来自测量元件容器的开口侧的带电粒子的冲击或溅射膜的 附着。放电开始辅助电极5被插入到如图2所示的放电空间9的底部附近的位置。最后安 装过滤器8a。如放电开始辅助电极25那样在内周侧形成有支撑爪23的情况下的安装方法是相 同的。在该情况下，以支撑爪23被弯向测量元件容器1的开口侧的状态插入放电开始辅助 电极25。因为弯曲的支撑爪23通过与板簧相同的作用而一直对阳极2施加向内的力，所以 能够将放电开始辅助电极25牢固地固定到阳极2。当取出安装于阳极2的放电开始辅助电极时，使用诸如钳子或镊子等常用工具从 阳极2拆卸放电开始辅助电极。在放电开始辅助电极板27具有支撑爪23的情况下，使用 诸如钳子或镊子等常用工具使支撑爪23向内抬起，以从阳极2拆卸该支撑爪23。如图2所示，放电开始辅助电极5被支撑在形成于测量元件容器1的内部的放电 空间9的底部与绝缘构件6之间的位置。放电开始辅助电极5的安装位置可以位于放电空 间9中，也可以位于阳极2所在的范围内。放电开始辅助电极25或35也可以被如上所述 地定位。根据本发明的冷阴极电离真空计，由于涂覆有碳纳米管层10的放电开始辅助电 极被安装于阳极2，所以能够在不使设备复杂化的情况下在短时间内触发放电。另外，因为 放电开始辅助电极以可更换的方式被安装于冷阴极电离真空计，所以即使由于放电开始辅 助电极的劣化而不能触发放电，也可以通过更换新的放电开始辅助电极来修正不能触发放 电的状态。(实施方式5)图8至图10是示出根据本发明的第五实施方式的安装于真空处理设备的冷阴极 电离真空计的图。图8是根据本发明的冷阴极电离真空计的横向剖视示意图。图9是沿图 8的线a-b截取的剖视示意图。图10是示出图8的C部分的放大图。图8是根据本实施方式的冷阴极电离真空计的横向剖视示意图。包括本实施方式 的第五至第十实施方式与上述第一至第四实施方式的不同点在于放电开始辅助电极被安 装于作为阴极的测量元件容器1。冷阴极电离真空计或真空处理设备的除了上述构造以外 的构造与第一至第四实施方式中的相同。在图8中，用相同的附图标记表示与图2的部件 相同的部件。该实施方式中的放电开始辅助电极46具有放电开始辅助电极板45，该放电开始 辅助电极板45是包括位于中央部的开口 45a的大致矩形的板状构件。放电开始辅助电极 板45可以由诸如SUS304的不锈钢、镍合金或耐火材料等耐腐蚀性高的金属片制成。放电 开始辅助电极板45的厚度优选小于100微米，特别地，期望开口 45a周围的厚度被形成为 5微米至10微米。较薄的放电开始辅助电极板对以低电压诱导电子发射具有更好的效果。在放电开始辅助电极板45的外周侧，设置有支撑爪24，该支撑爪24被形成为具有 弹性以用于将放电开始辅助电极板45安装于测量元件容器(阴极)1。支撑爪24弹性变形 并且被形成为从放电开始辅助电极板45的外周稍微突出。支撑爪24与测量元件容器(阴极)1的内壁接触，由此保持放电开始辅助电极板45并且向放电开始辅助电极板45提供与 阴极的电位相同的电位。以使设置于外周的支撑爪24与测量元件容器(阴极)1的内部接触的状态安装放 电开始辅助电极板45。弹性支撑爪24对测量元件容器(阴极)1的内表面施加向外的力。 由此，放电开始辅助电极板45被保持在测量元件容器(阴极)1中。放电开始辅助电极板 45和阳极2之间的距离不受特别限制，但是优选不小于0. 2mm。如图10所示，在放电开始辅助电极板45的绝缘构件6侧，形成有碳纳米管层10。 通过在绝缘构件6侧形成碳纳米管层10，能够防止或减少由从真空容器侧进入的带电粒子 的冲击或溅射膜的附着而引起的对碳纳米管层10的破坏。通过从放电开始辅助电极板45的开口 45a的内缘开始将碳纳米管粘合成宽度为 大约5mm的环形来形成碳纳米管层10。也就是，碳纳米管层10位于与阳极2相对的位置。碳纳米管是单层或多层的由碳制成的6元环状网络构成的物质，其中，6元环状网 络呈同轴管状。一般地，碳纳米管具有纳米级直径、尖端和大纵横比的管状形状，并且表现 出高导电性，并且容易触发电子隧道效应。在本发明中，碳纳米管层被用作微型突出电极， 以产生集中电场。由于碳纳米管的顶部的集中电场的作用，本发明的有益效果体现在能够 在短时间内触发放电。将说明根据本发明的放电开始辅助电极板45的制造方法。首先，通过例如光蚀 刻、加压处理或激光处理，由薄板形成预定形状的放电开始辅助电极板45。通过将分散有碳 纳米管的溶剂喷射在放电开始辅助电极板45的一侧的表面上并且使之干燥来形成碳纳米
管层10。除了上述方法(喷射)之外，也可以通过将放电开始辅助电极板45浸入分散有碳 纳米管的溶剂或者采用诸如镍等金属电镀工艺来形成碳纳米管层10。在使用电镀工艺的情 况下，通过在分散有碳纳米管的电解槽中进行电镀处理，能够获得分散有碳纳米管的镀层。将说明将放电开始辅助电极板45安装于测量元件容器(阴极)1的安装方法。在 已经移除过滤器8a的状态下，从测量元件容器(阴极)1的开口侧(连接凸缘8侧)安装 放电开始辅助电极板45。在允许阳极2被插入到放电开始辅助电极板45的开口 45中的 状态下，放电开始辅助电极板45被插入到如图8所示的放电空间9的底部附近的位置。最 后，安装过滤器8a。在该情况下，如图10所示，放电开始辅助电极板45优选被布置成使得碳纳米管层 10与测量元件容器(阴极)1的绝缘构件6侧的台阶部la稍微分开或接触。台阶部la是 测量元件容器1的绝缘构件侧的壁面。这样做的原因是防止碳纳米管层10受到带电离子 的冲击或溅射膜的附着。在将放电开始辅助电极板45安装于测量元件容器(阴极)1的情况下，以支撑爪 24被弯向测量元件容器(阴极)1的开口侧的状态安装放电开始辅助电极板45。弯曲的支 撑爪24通过进行与板簧一样的作用而对测量元件容器(阴极)1的内表面连续施加向外的 力。因此，能够确保放电开始辅助电极板45被保持在测量元件容器(阴极)1中的预定位置。当拆卸被安装于测量元件容器(阴极)1的放电开始辅助电极板45时，可以使用 钳子或镊子等常用工具。在该情况下，使用工具使支撑爪24向内抬起，然后拆卸放电开始
11辅助电极板45。放电开始辅助电极板45被布置在与测量元件容器(阴极)1的台阶部la 稍微分开或接触的位置。放电开始辅助电极板45的安装位置只能仅位于阳极2所在的范 围内。将说明在使用根据本发明的放电开始辅助电极板45的情况下的优点。涂覆有碳 纳米管的放电开始辅助电极板45被安装在测量元件容器(阴极)1。因此，在向阳极2施加 高电压的时候，由于来自与阳极2相对的碳纳米管层10的一部分的电场发射而释放电子。 由于位于放电开始辅助电极板45的开口 45a周围的碳纳米管的顶端处于比测量元件容器 (阴极)1中的任何空间都容易发生电场集中的条件下，所以上述情况是通过减小电场电子 的发射阈值而造成的。通过使用涂覆有碳纳米管的放电开始辅助电极板45，能够获得与减小阳极2和测 量元件容器(阴极)1之间的距离的情况下的效果以及增大施加到阳极2的电压的情况下 的效果相同的效果。因此，由于在向阳极2施加高电压的同时发生电场发射或二次电子发 射，所以能够有效地提供用作开始放电用的触发器的电子。结果，能够缩短从高电压电源11 施加高电压到测量元件容器(阴极)1和阳极2之间的自持放电开始的时间段。根据本实施方式的冷阴极电离真空计，由于涂覆有碳纳米管层10的放电开始辅 助电极板45被安装在测量元件容器(阴极)1侧，所以能够在较短的时间内触发放电。因 为放电开始辅助电极板45以可更换的方式被安装于冷阴极电离真空计，所以即使由于放 电开始辅助电极板45的劣化而不能触发放电，也可以通过更换新的放电开始辅助电极板 45来修正不能触发放电的状态。
(实施方式6)图11A是示出根据本发明的第六实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图11B 是其剖视图。图11C是其正视图。在下文中的实施方式中也能够获得与第五实施方式相同 的优点。可以以与第五实施方式相同的方式来制造和处理放电开始辅助电极50、55、60和 65中的每一方。下述实施方式中说明的所有放电开始辅助电极50、55、50和65都可以被可拆装地 安装于如图8所示的测量元件容器(阴极)1的内部元件。在图11A至图11C中，用相同的 附图标记表示与图8至图10相同的构件、布局，并且将省略对这些构件和布局的详细说明。 根据该实施方式的放电开始辅助电极50具有锐角突起21，指向阳极2侧的锐角突起21形 成于上述放电开始辅助电极板45的开口 45a的内部。通过用碳纳米管涂覆锐角突起21的表面，由于由碳纳米管引起的电场电子的发 射效果和锐角突起形状的组合效果，能够进一步缩短从施加高电压到开始自持放电的时间 段。附图标记24表示弹性支撑爪。(实施方式7)图12A是示出根据本发明的第七实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图12B 是其剖视图。图12C是其正视图。在图12A至图12C中，用相同的附图标记表示与图11A 至图11C相同的部件。根据该实施方式的放电开始辅助电极55是使图11A所示的放电开 始辅助电极50的锐角突起21弯曲的电极。图13示出了如图12A所示的放电开始辅助电 极的D部分的附近的放大图。在放电开始辅助电极55中，如图13所示，锐角突起22相对于放电开始辅助电极55弯曲大约45度角。因为锐角突起22的顶端以90度内的任意角度指向棒状阳极2的中 心，所以能够触发从顶端的放电。在该情况下，碳纳米管层10被形成于锐角突起22的与阳 极2相对的表面，使得碳纳米管的一部分被定位成与阳极2相对。如图13所示，由于在阳极2的轴向上弯曲锐角突起22，所以已经从锐角突起22发 射的电子容易被卷入与阳极2的轴向平行的磁力线中。因此，电子的飞行距离应该被相对 延长。因此，能够有效地提供用作开始放电的触发器的电子。附图标记24表示支撑爪。(实施方式8)图14A是示出根据本发明的第八实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图14B 是其剖视图。图14C是其正视图。在图14A至图14C中，用相同的附图标记表示与图11A 至图11C相同的部件。在根据本实施方式的放电开始辅助电极60中，用作保护碳纳米管层 10的保护构件的涂覆保护板28被安装于图11A的放电开始辅助电极50，从而成为一体的结构。涂覆保护板28通过例如点焊被固定于放电开始辅助电极60的形成有碳纳米管层 10的表面。在安装或拆卸放电开始辅助电极60的时候，不必注意保护碳纳米管层10，从而 容易处理。通过将用作保护构件的涂覆保护板28安装于上述放电开始辅助电极板45、55， 能够得到相同的效果。另外，保护构件可以被安装到如下所述的放电开始辅助电极65。(实施方式9)图15A是示出根据本发明的第九实施方式的放电开始辅助电极的侧视图。图15B 是其剖视图。图15C是其正视图。在图15A至图15C中，用相同的附图标记表示与图12A 至图12C和图14A至图14C相同的部件。在根据该实施方式的放电开始辅助电极65中，内 部电极构件67被安装到外部电极构件66的开口 66a周围。也就是，以覆盖将被安装于测 量元件容器(阴极)1的外部电极构件66的开口 66a的内缘的方式安装内部电极构件67。内部电极构件67的中央部的开口 67a是用于允许插入阳极2的开口。外部电极 构件66被固定于内部电极构件67的外周缘。如图15C所示，在外部电极构件66的外周形 成支撑爪24，用于将外部电极构件66可拆装地安装到测量元件容器(阴极)1的内部。内部电极构件67具有与上述放电开始辅助电极板45和50相同的功能，并且由板 厚更小的构件制成。由于该双重结构，放电开始辅助电极65的发射电子的边缘部(开口 67a的内缘部)的厚度能够被构造成非常小，例如是大约0. 2微米至5微米。内部电极构件67是具有直径比阳极2的直径大的开口 67a的环状构件。外部电 极构件66是具有直径比内部电极构件67的开口 67a的直径大的开口 66a的环状构件。在 该实施方式中，如上所述，与如图9所示的放电开始辅助电极板45的支撑爪相同的支撑爪 24被形成在外部电极构件66的外周侧。另外，内部电极构件67通过例如点焊被安装于外 部电极构件66的绝缘构件6侧，并且碳纳米管层10被形成于内部电极构件67的绝缘构件 6侧。因为内部电极构件67非常薄，所以即使在不形成碳纳米管层10的状态下，也会在 外周缘部发生一定程度的电场集中。通过形成厚度更小的内部电极构件67，能够得到更加 集中的电场效果。当然，优选用作保护构件的涂覆保护板28被安装于放电开始辅助电极 65，或者在内部电极构件67的开口 67a处形成锐角突起21。(实施方式10)
图16A和图16B是示出在根据本发明的冷阴极电离真空计中除了使用放电开始辅 助电极外还使用辅助电极保护板的实施方式。图16B是示出将放电开始辅助电极板45和 辅助电极保护板30安装于图8所示的冷阴极电离真空计的测量元件容器(阴极)1的状态 的图。图16A是该情况下的沿图8的线a-b截取的剖视示意图。图16B示出了图8的C部 分的放大图。在该实施方式中，如图16B所示，辅助电极保护板30 (阳极辅助电极保护板30)被 安装于阳极2，放电开始辅助电极46如在图8中一样地被安装于测量元件容器(阴极)1 侧。辅助电极保护板30具有比放电开始辅助电极板45的开口 45a的直径大的直径，并且 被安装到比放电开始辅助电极板45靠近真空容器的一侧。因此，已经从真空容器进入的带 电粒子首先与辅助电极保护板30碰撞，从而不会与碳纳米管层10直接碰撞。结果，能够更有效地防止或减少由冲击或溅射膜的附着而引起的对碳纳米管层10 的破坏。对于设置有放电开始辅助电极50、55、60和65的冷阴极电离真空计，通过使用辅 助电极保护板30能够获得相同的效果。在图16B中示出了棒状阳极2、辅助电极保护板30 和放电开始辅助电极46等，其它构造与图8中的构造相同。如上所述，根据本发明，能够在不使设备复杂化的情况下在短时间内触发放电。
1权利要求
一种冷阴极电离真空计，所述冷阴极电离真空计包括阳极；阴极，所述阴极被布置成与所述阳极一起形成放电空间；以及放电开始辅助电极，所述放电开始辅助电极被布置在所述放电空间中，并且被电连接至所述阳极和所述阴极中的至少一方，并且包括碳纳米管层。
2.根据权利要求1所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极还 包括用于支撑所述碳纳米管层的支撑构件。
3.根据权利要求2所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述支撑构件是被安装于 所述阳极的放电开始阳极辅助电极板；其中，所述碳纳米管层被形成于所述放电开始阳极辅助电极板。
4.根据权利要求3所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极包 括保护构件，所述保护构件用于覆盖形成于所述放电开始阳极辅助电极板的所述碳纳米管层。
5.根据权利要求3所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始阳极辅助电 极板包括位于中央部的开口，所述开口允许所述阳极插过；和弹性支撑爪，所述弹性支撑 爪被布置于所述开口的内周侧。
6.根据权利要求3所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始阳极辅助电 极板包括第一电极构件，其具有位于中央部的开口，所述开口允许所述阳极插过；和第二 电极构件，其被固定到所述第一电极构件的外周侧；其中，所述碳纳米管层仅形成于所述第 二电极构件。
7.根据权利要求3所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述碳纳米管层仅形成于 所述放电开始阳极辅助电极板的位于所述阴极被密封的一侧的表面。
8.根据权利要求1所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述冷阴极电离真空计还 包括阴极辅助电极保护板，所述阴极辅助电极保护板包括位于中央部的开口，所述开口允 许所述阳极插过，并且所述阴极辅助电极保护板被安装于所述阴极，其中，所述阴极辅助电极保护板的所述开口的内径比所述放电开始辅助电极的直径小。
9.根据权利要求1所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述冷阴极电离真空计还 包括阳极辅助电极保护板，所述阳极辅助电极保护板被安装在比电连接至所述阳极的所述 放电开始辅助电极的安装位置靠近连接至所述冷阴极电离真空计的真空容器的一侧的位 置，其中，所述阳极辅助电极保护板的直径比所述放电开始辅助电极的直径大。
10.根据权利要求1所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极被 可拆装地安装于所述阴极。
11.根据权利要求10所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极 在与所述阳极相对的位置包括所述碳纳米管层。
12.根据权利要求10所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极 在其外周包括弹性支撑爪，并且通过所述弹性支撑爪对所述阴极的内表面施加向外的力而 将所述放电开始辅助电极保持于所述阴极。
13.根据权利要求10所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极包括开口，所述开口用于允许所述阳极被插入，并且所述放电开始辅助电极具有形成在所 述开口的内缘部的突起。
14.根据权利要求13所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述突起沿所述阳极的 预定方向弯曲。
15.根据权利要求10所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极 包括第一电极构件，其具有位于中央部的开口，所述开口用于允许所述阳极插过；和第二 电极构件，其被固定到所述第一电极构件的外周侧，并且被支撑于所述阴极的内侧；其中， 所述碳纳米管层仅形成于所述第一电极构件。
16.根据权利要求10所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极 包括保护构件，所述保护构件用于覆盖形成有所述碳纳米管层的部分。
17.根据权利要求10所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述冷阴极电离真空计 还包括阳极辅助电极保护板，所述阳极辅助电极保护板被安装在比电连接至所述阴极的所 述放电开始辅助电极的安装位置靠近连接至所述冷阴极电离真空计的真空容器的一侧的 位置，其中，所述阳极辅助电极保护板的直径比所述放电开始辅助电极的开口的直径大。
18.根据权利要求1所述的冷阴极电离真空计，其特征在于，所述放电开始辅助电极还包括形成有所述碳纳米管层的构件；以及所述碳纳米管层被形成在所述构件的与连接至所述冷阴极电离真空计的真空容器所 在侧相反的一侧。
19.一种用于冷阴极电离真空计的放电开始辅助电极，所述冷阴极电离真空计包括 棒状阳极；阴极，所述阴极被设置成围绕所述阳极，并且在所述阴极和所述阳极之间的区域 形成放电空间；和磁体，所述磁体被设置于所述阴极的外周；其中，形成碳纳米管层，并且所述放电开始辅助电极还包括位于其周边的支撑爪，所述支撑 爪用于将所述放电开始辅助电极可拆装地安装于所述阴极。
20.一种真空处理设备，所述真空处理设备包括根据权利要求1所述的冷阴极电离真 空计。
全文摘要
冷阴极电离真空计、真空处理设备和放电开始辅助电极。该冷阴极电离真空计无需使设备复杂化即使在长时间使用的情况下也能在短时间内触发放电。该冷阴极电离真空计具有如下结构棒状阳极位于具有放电空间且一端被密封的测量元件容器(阴极)的内部，并且放电开始辅助电极被安装到该阳极。放电开始辅助电极通过在放电开始辅助电极板上形成碳纳米管层而在短时间内触发放电。
文档编号G01L21/34GK101858812SQ20101014442
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者川崎洋補, 菊池俊雄 申请人:佳能安内华股份有限公司