專利名稱：具有發(fā)射電流及偏壓電位控制的電離計(jì)的制作方法
具有發(fā)射電流及偏壓電位控制的電離計(jì)相關(guān)申請案 本申請案主張2008年9月19日申請的第61/192，684號美國臨時(shí)申請案的權(quán)益。 以上申請案的整個(gè)教示以引用的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
電離計(jì)，更具體來說BA(Bayard-Alpert)電離計(jì)是測量極低壓力的最常用的非磁性構(gòu)件。所述電離計(jì)已在世界范圍內(nèi)廣泛使用。在以全文引用的方式并入本文中的1952 年的第2，605，431號美國專利中揭示了這些電離計(jì)。典型的電離計(jì)包含作為電子源的陰極絲、陽極和離子集極電極。對于BA電離計(jì)，電子源位于由圓柱形簾柵極(anode screen)界定的電離空間或陽極體積的外部。離子集極電極安置于陽極體積內(nèi)。電子從電子源行進(jìn)到陽極并穿過陽極，在陽極內(nèi)來回循環(huán)，且因此保持在陽極內(nèi)。在其行進(jìn)中，電子與構(gòu)成壓力待測量的大氣的氣體的分子和原子互撞。電子與氣體之間的此接觸產(chǎn)生離子。離子被吸引到離子集極電極，離子集極電極通常接地?？筛鶕?jù)離子和電子電流通過公式P = (1/s) (iion/ieletron)來計(jì)算大氣內(nèi)的氣體的壓力，其中S為具有單位1/托的系數(shù)且是特定電離計(jì)幾何形狀、電參數(shù)和壓力范圍的特性。通常，在現(xiàn)有的雙絲熱陰極電離計(jì)中，每一絲在兩個(gè)不同的發(fā)射電流下操作，其中第一發(fā)射電流為約4mA且第二電流電平為約100 μ A。通常，電離計(jì)操作以基于由用戶手動(dòng)設(shè)定的可調(diào)整的預(yù)設(shè)壓力水平而在這兩個(gè)電流電平之間切換。在另一系統(tǒng)中，發(fā)射電流在由用戶指定的最小與最大電平之間的十個(gè)電平中逐步變化。這些多電流電平的目的是讓電離計(jì)在相應(yīng)壓力操作范圍中具有最高的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
典型電離計(jì)的操作壽命在電離計(jì)處于良好環(huán)境中操作時(shí)大約為十年。然而，這些同樣的電離計(jì)當(dāng)在過高壓力下操作時(shí)或在使電子源陰極的發(fā)射特性降級的氣體類型中操作期間會(huì)在數(shù)分鐘或小時(shí)內(nèi)出故障。陰極與電離計(jì)環(huán)境的相互作用可導(dǎo)致操作壽命減少。 陰極上的氧化物涂層在暴露于水蒸氣時(shí)可降級。氧化物涂層的降級會(huì)急劇減少由陰極產(chǎn)生的電子的數(shù)目。對水蒸氣的暴露可甚至導(dǎo)致鎢陰極的完全燃盡。當(dāng)例如在氬氣中在10_4托以上等高壓力下操作電離計(jì)時(shí)，濺射也是個(gè)問題。濺射是高壓力下的問題，因?yàn)橛懈嗟臍怏w會(huì)被電離。此濺射是由離子與電離計(jì)的組件之間的高碰撞能量引起。具有高能量的離子可與形成電離計(jì)的集極電極柱的鎢材料碰撞。這導(dǎo)致從集極電極柱和包絡(luò)表面射出原子。此射出可涂覆陰極絲或電離計(jì)的組件，這是非常不利的。已觀察到每單位時(shí)間的濺射速率隨著在特定壓力下提供到陰極絲的特定發(fā)射電流而變。低濺射速率是理想的，但是在具有足夠的絲發(fā)射電流以正確測量壓力時(shí)的低濺射速率才是理想。此足夠電流是為了獲得用于操作電離計(jì)的足夠信號，而且為了提供在多個(gè)不同壓力測量范圍上的靈敏電離計(jì)。
隨著陰極絲老化或被污染，必須將其加熱到較高溫度以便產(chǎn)生所需的發(fā)射電流電平。所述額外加熱可進(jìn)一步向陰極絲施加應(yīng)力且導(dǎo)致其出故障。提供一種用以測量壓力的電離計(jì)，所述電離計(jì)具有電子源(例如，陰極絲)、陽極和集極電極。電子源的發(fā)射電流可動(dòng)態(tài)地變化以減少陰極絲上的應(yīng)力，且防止損壞電離計(jì)或防止組件在以預(yù)定壓力水平操作時(shí)發(fā)生濺射。

一種用以測量壓力的電離計(jì)可包括電子源，其發(fā)射電子；陽極，其界定電離空間；以及集極電極，其用以收集在所述電離空間中由所述電子與氣體之間的碰撞而形成的離子。控制器可在操作期間響應(yīng)于在操作期間感測的壓力除外所感測到的參數(shù)而主動(dòng)地控制來自所述源的發(fā)射電流?；蛘呋蛄硗?，控制器可界定包含可由終端用戶選擇的偏壓的操作簡檔?？刂破骺稍诓僮髌陂g響應(yīng)于控制信號而控制來自電子源的發(fā)射電流，所述控制信號預(yù)期由于工藝步驟而引起的壓力改變。控制器可控制發(fā)射電流以作為壓力的函數(shù)。所述控制可以連續(xù)可變的方式或作為步進(jìn)函數(shù)。所述壓力的函數(shù)可由用戶選擇。所述壓力除外的參數(shù)可為正在測量的環(huán)境中的氣體的種類。壓力除外的參數(shù)可為電子源的陰極溫度?？煽刂瓢l(fā)射電流以在啟動(dòng)期間逐漸增力口。陰極溫度可由紅外傳感器由陰極的電阻指示，或由陰極的光學(xué)參數(shù)指示。所述壓力除外的參數(shù)可為穿過集極電極的集極電流。可控制發(fā)射電流以維持集極電流固定，其中發(fā)射電流指示壓力。在第一壓力范圍中，可將集極電流保持為固定電平，且在第二壓力范圍中，可允許集極電流變化。在第二壓力范圍中，發(fā)射電流可為固定的或可變的。多個(gè)發(fā)射電流簡檔可存儲在存儲器中且由用戶選擇。電離計(jì)可用于其中工具被抽空以在所述工具中對襯底執(zhí)行若干過程的工藝中。電離計(jì)可用于其中使用分析工具測量過程參數(shù)的工藝中。


根據(jù)如附圖中說明的以下對本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例的更特定描述將明白上述內(nèi)容， 附圖中相同參考符號在所有不同圖中均指代相同部分。圖式不一定按比例，而是著重于說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1展示體現(xiàn)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射電流的電離計(jì)；圖2展示發(fā)射電流對壓力的若干曲線；圖3展示體現(xiàn)本發(fā)明的具有用于檢測絲的參數(shù)的傳感器的電離計(jì)；圖4展示動(dòng)態(tài)地調(diào)整提供到陰極絲的電流的方法；圖5展示包含氣體傳感器的電離計(jì)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述。一般如圖1所示，本發(fā)明的電離計(jì)100具有至少一個(gè)電子源105和至少一個(gè)集極電極110。電子源105可通過任選的隔離材料115與所述至少一個(gè)集極電極110分離，所述隔離材料115防止測量腔室117內(nèi)的氣體的分子和原子使電子源105降級。電離計(jì)100還包含電離體積，具體來說在由柱112和114支撐的陽極120內(nèi)。陽極120和集極電極 110組件可具有各種不同配置，且電離計(jì)100不限于圖1。在一個(gè)實(shí)施例中，電離計(jì)100是 Bayard-Alpert型電離計(jì)，或使用經(jīng)加熱的陰極絲105來朝向陽極柵120發(fā)射電子的電離壓力計(jì)100。然而應(yīng)了解，電離計(jì)100不限于任何特定的電離計(jì)配置，且本發(fā)明涵蓋若干不同類型的電離計(jì)。Bayard-Alpert型電離計(jì)100是基于通過電子125的恒定流使氣體分子電離。展示為參考數(shù)字125的帶負(fù)電電子以良好受控的可選擇速率從經(jīng)加熱的陰極105發(fā)射，且可釋放或朝向帶正電陽極120加速。電子125進(jìn)入并穿過陽極120，且接著在陽極120內(nèi)來回循環(huán)。電子125保持在陽極120的電離體積內(nèi)。在此空間中，電子125與氣體分子互撞以產(chǎn)生帶正電離子。這些離子由一個(gè)或一個(gè)以上離子集極電極110收集。集極電極110幾乎處于接地電位，其相對于帶正電陽極120為負(fù)。然而，此布置不是限制性的，且集極電極 110可具有相對于陽極120的各種電位差。在恒定的陰極到陽極電壓和電子發(fā)射電流下，形成正離子的速率與電離計(jì)100中的氣體的密度直接相關(guān)。由安培計(jì)135檢測來自集極電極 110的此信號，安培計(jì)135針對所有壓力讀數(shù)以壓力單位進(jìn)行校準(zhǔn)。

陰極105的幾何形狀可為線性條帶、線性鋼絲、直條帶、彎曲條帶、發(fā)卡鋼絲或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它可接受的陰極形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，以來自陰極加熱電源113 的電流靠電阻將陰極105加熱到白熾。以熱離子方式發(fā)射的電子125可釋放，或朝向陽極 120加速或被引導(dǎo)到測量腔室117中。電子125具有允許電子傳輸?shù)疥枠O130的電離體積的足夠能量且具有進(jìn)入陽極120的足夠能量?？刂破?05a連接到陰極偏壓源105b以維持約30伏的陰極偏壓。在正常操作期間，來自電源113的加熱電壓也由控制器105a控制。一旦陰極105經(jīng)充分加熱，那么控制器105a便控制陰極105的加熱以維持適當(dāng)?shù)碾娮与娏?。陰極偏壓105b和陽極電壓偏壓 130a提供從陰極105到陽極130的足夠電壓差以使電子125朝向陽極柵120加速。電離在高于和低于標(biāo)稱設(shè)計(jì)能量的能量寬度上發(fā)生，參見1962年Saul Dushman的“Scientific Foundations of Vacuum Technique (真空技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ))”中關(guān)于電離計(jì)的章節(jié)5. 7，其以全文引用的方式并入本文中。用戶接口 215可包含一個(gè)或一個(gè)以上按鈕、一個(gè)或一個(gè)以上旋鈕或觸摸屏接口。 其可為個(gè)人計(jì)算機(jī)。當(dāng)前電離計(jì)100可用于群集工具和濺鍍沉積環(huán)境中以用于半導(dǎo)體處理操作以及用于制造平板顯示器。在這些環(huán)境中，氣體種類和包含壓力、溫度、氣體種類的特定操作參數(shù)以及制造工藝的其它專用參數(shù)嚴(yán)格保密。應(yīng)用和實(shí)施所述應(yīng)用的方法是代表個(gè)別制造商的商業(yè)秘密。制造商不愿與第三方共享這些保密參數(shù)，因?yàn)檫@些保密參數(shù)可提供競爭性優(yōu)點(diǎn)。因此，通過用戶接口，本電離計(jì)100準(zhǔn)許制造商改變電離計(jì)100的若干用戶定義的操作參數(shù)而無需向第三方具體揭露制造商業(yè)秘密。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶可選擇用于電離計(jì)的參數(shù)，例如發(fā)射電流和電離電位。用戶可選擇單個(gè)發(fā)射電流值或某一范圍的發(fā)射電流值、單個(gè)電離電位值或某一范圍的電離電位值?？墒褂糜脩艚涌谳斎胙b置215進(jìn)行此選擇。在另一實(shí)施例中，可使用用戶接口 215上的特定輸入裝置為電離計(jì)100指定應(yīng)用類型。應(yīng)用類型可涉及群集工具環(huán)境中的氣體類型、氣體混合物或當(dāng)前在群集工具中正執(zhí)行的特定工藝，例如濺鍍沉積應(yīng)用。此處，電離計(jì)100具有陰極激勵(lì)電壓源113、陰極激勵(lì)安培計(jì)225、陰極/陽極安培計(jì)230、陽極偏壓源130a以及安培計(jì)135。此處，對于特定的高壓濺鍍應(yīng)用(具有特定操作參數(shù))，可由控制器105a基于存儲在存儲器107中的設(shè)定而個(gè)別地操縱陰極激勵(lì)電壓源113、陰極激勵(lì)電流225、陰極/陽極電流230或陽極偏壓源130a中的一者或一者以上。響應(yīng)于此輸入，控制器105a存取存儲器107中的查找表以尋找用于各種電離計(jì)組件的預(yù)編程設(shè)定點(diǎn)，所述設(shè)定點(diǎn)對于特定氣體類型或特定群集工具應(yīng)用來說是最佳的。這些設(shè)定點(diǎn)可包含(但不限于)最佳或最大陰極溫度、最大發(fā)射電流或已經(jīng)預(yù)編程到存儲器107中的其它參數(shù)。隨后，控制器105a將根據(jù)存儲器107中的最佳參數(shù)或由用戶編程的那些參數(shù)來控制先前提到的電離計(jì)組件中的一者或一者以上?？筛淖兊钠渌鼌?shù)包含陰極的溫度、最大壓力范圍、集極電流、信噪比、峰值氣體電離電平、最小發(fā)射電流、氣體類型、特定工藝或特定應(yīng)用。電離計(jì)100的控制器105a還可進(jìn)一步包含反饋功能?？刂破骺杀O(jiān)視電離計(jì)組件的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)，且當(dāng)所需參數(shù)超過或滿足存儲在存儲器107中的觸發(fā)值時(shí)，那么控制器105a可改變電離計(jì)100的一個(gè)或一個(gè)以上設(shè)定。舉例來說，控制器105a可監(jiān)視陰極105的溫度?？刂破?05a可將陰極105的溫度與存儲器107中的設(shè)定溫度觸發(fā)值進(jìn)行比較。如果陰極105的溫度超過此設(shè)定觸發(fā)值，那么控制器105a可控制發(fā)射電流以降低陰極105的溫度，且改變其它參數(shù)以減少濺射，同時(shí)維持可接受的信噪比。另外，針對最大陰極溫度的此觸發(fā)值對于氬氣來說可不同于其它氣體，且可依據(jù)氣體的特定氣體種類混合物或群集工具或腔室中檢測到的壓力而改變。這些額外參數(shù)可存儲在非易失性存儲器107中的簡檔中。優(yōu)選的是，多個(gè)不同簡檔存儲在存儲器107中，且其可由控制器105a存取或使用用戶接口 215進(jìn)行選擇。優(yōu)選的是，控制器105a(耦合到加熱電壓源113)基于檢測到的壓力水平來動(dòng)態(tài)地調(diào)整從陰極105供應(yīng)的發(fā)射電流，以減少濺射并改善電離計(jì)的使用壽命。例如圖2中所說明的一個(gè)或一個(gè)以上簡檔可存儲在存儲器107中供用戶選擇。檢測到的壓力可來自安培計(jì) 135 (電離計(jì)100本身)或可來自根據(jù)單獨(dú)電離計(jì)的讀數(shù)?；谒鰤毫?，控制器105a將調(diào)整發(fā)射電流，如圖2所示。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，展示在數(shù)十個(gè)操作壓力下供應(yīng)到陰極105的發(fā)射電流的曲線圖，其參考數(shù)字為200、205、210和215。轉(zhuǎn)向第一發(fā)射電流曲線200，展示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的先前論述的從陰極105進(jìn)行的現(xiàn)有雙步驟發(fā)射。此處，從10_9托到約10_6托，從陰極105供應(yīng)約 4. OmA作為發(fā)射電流，而在約10_5到10—1托，供應(yīng)約0. ImA作為發(fā)射電流。此現(xiàn)有技術(shù)發(fā)射電流可依據(jù)電離計(jì)100中的氣體的壓力而造成不可接受水平的濺射。當(dāng)前電離計(jì)100依據(jù)壓力而改變來自陰極105的發(fā)射電流以延長電離計(jì)100的使用壽命。此基于壓力而動(dòng)態(tài)改變的發(fā)射電流是減少并最小化由于電離計(jì)100在高壓力下的操作而引起的自濺射的影響。此處，在第二曲線205中，展示連續(xù)可變的“基于公式的”發(fā)射電流曲線。此處從10_9托，從陰極105供應(yīng)約10. OmA作為發(fā)射電流，而在約10_8托處，供應(yīng)約大于0. ImA作為發(fā)射電流，而在約10_5到ICT1托處，供應(yīng)約0.01mA作為發(fā)射電流。這是有利的，因?yàn)檫@允許用可接受的發(fā)射電流檢測壓力來獲得相對強(qiáng)的信號，同時(shí)防止在高壓力下操作時(shí)的不可接受水平的濺射。此處，在第三曲線210中，展示多步驟發(fā)射電流曲線。此處從10_9托到約10_7，供應(yīng)約10. OmA作為發(fā)射電流，而在約10_7托到約10_5托處，供應(yīng)約1.0mA作為發(fā)射電流。在第三步驟中，在約10_5托到10_3托處，從圖1的陰極105供應(yīng)約0. 03mA，且在約10_3托到10_2 托處，供應(yīng)約0. OlmA作為發(fā)射電流。隨后，從10_2托到約ICT1托，供應(yīng)約0. 003mA作為發(fā)射電流。與展示為參考數(shù)字200的現(xiàn)有技術(shù)雙步驟方法曲線相比，通過多步驟曲線210以在相對較高壓力下從陰極105供應(yīng)發(fā)射電流的僅一部分。這是非常有利的。電離計(jì)100提供適當(dāng)?shù)陌l(fā)射電流。此電流電平形成較強(qiáng)信號。所述信號充分強(qiáng)以檢測壓力，同時(shí)防止在高壓力下操作時(shí)的不可接受水平的濺射。此處，在第四曲線215中，展示線性連續(xù)可變的動(dòng)態(tài)發(fā)射電流曲線。此處從10_9托到約10_7托，發(fā)射電流從約10. OmA改變到約1. 0mA。在約10_7托到約10_5托處，從陰極105 供應(yīng)約1. 0安到約0. ImA作為發(fā)射電流。在約10_5托到10_3托處，供應(yīng)從約0. 1到0. OlmA 的范圍。在約10_3托到10—1托處，從陰極105供應(yīng)從約0.01mA到0.001mA的范圍作為發(fā)射電流。一般來說，陰極絲由經(jīng)涂覆的銥或未經(jīng)涂覆的鎢形成。前者在600° -1000°C的溫度范圍中操作，且發(fā)紅光或橙光；而鎢陰極在1500° -2000°C的溫度范圍中操作，且發(fā)黃光。隨著陰極老化或被污染而較少地發(fā)射電子。為了維持所需發(fā)射電流，可增加施加于陰極的激勵(lì)電壓113以增加陰極的溫度且因此增加發(fā)射。然而，如果過分加熱，那么陰極可能出現(xiàn)故障。根據(jù)某些實(shí)施例，感測陰極絲的溫度，且如果溫度變得過高，那么減小激勵(lì)電壓且因此減小發(fā)射電流。所述減小產(chǎn)生小于如選定發(fā)射電流簡檔所決定的最佳值的發(fā)射電流， 但作為避免破壞陰極絲的代價(jià)，損失的靈敏度是可接受的。陰極絲溫度直接與其電阻相關(guān)。因此，其可通過激勵(lì)電壓113與陰極電流225的比率來感測。圖3中說明替代的溫度傳感器。傳感器240例如可為提供溫度讀數(shù)的紅外通量傳感器?；蛘撸瑐鞲衅?40可為色彩傳感器。隨著經(jīng)涂覆的銥陰極變得過熱而變黃；隨著鎢陰極變得過熱而變白。在感測那些色彩時(shí)，系統(tǒng)可在損失發(fā)射電流的情況下減小激勵(lì)電壓113并因此減少陰極的溫度。在操作期間，陰極105常將接通或從當(dāng)前發(fā)射電平增加到目標(biāo)發(fā)射電平。通常，這在當(dāng)前發(fā)射電平和目標(biāo)發(fā)射電平的值相對接近的情況下不是問題。然而，如果當(dāng)前發(fā)射電平和目標(biāo)發(fā)射電平分隔預(yù)定量，那么陰極105可能經(jīng)歷每單位時(shí)間的快速溫度改變，且這可向陰極105施加應(yīng)力(歸因于溫度改變)并損壞陰極105。優(yōu)選的是，在此實(shí)施例中，陰極105的溫度改變由控制器105a檢測，且如果檢測到陰極105上的某一溫度差或應(yīng)力，那么控制器105a將正確地控制從陰極105遞送的發(fā)射電流以防止損壞陰極105。在第一實(shí)施例中，控制器105a可如先前論述在一系列步驟中或以線性或非線性的方式或通過電離計(jì)變量的預(yù)設(shè)公式來將發(fā)射電流從當(dāng)前電平動(dòng)態(tài)地增加到目標(biāo)電平。 在另一實(shí)施例中，由控制器105a檢測陰極105的電壓或電流改變，且如果在當(dāng)前電平與目標(biāo)電平之間檢測到某一預(yù)定電流差，那么控制器將使用激勵(lì)電壓113來動(dòng)態(tài)地控制從陰極105遞送的發(fā)射電流?？刂破?05a可如先前論述在一系列步驟中或以線性或非線性的方式將發(fā)射電流從當(dāng)前電平增加到目標(biāo)電平。在其它實(shí)施例中，陰極105將不超過特定百分比改變，或者陰極溫度或遞送到陰極105的電壓或電流或發(fā)射電流(檢測為由安培計(jì)230檢測到的陰極到陽極的電流)中的至少一者的預(yù)定改變率。由控制器105a檢測供應(yīng)到陰極105或從陰極105供應(yīng)的特定電壓值或預(yù)定量的電流。如果超過改變率或特定百分比的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)，那么控制器105a將動(dòng)態(tài)地控制加熱源113以控制遞送到陰極105的加熱電流，且這將減少發(fā)射電流量以便不超過目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)?？刂破?05a可將發(fā)射電流的上限定在預(yù)定電平，且防止進(jìn)一步增加發(fā)射電流。防止發(fā)射電流超過所需設(shè)定點(diǎn)以防止因向陰極施加應(yīng)力而損壞陰極絲105或防止濺射。應(yīng)了解，本技術(shù)還可涵蓋在電離計(jì)100的脫氣模式期間的操作，其中在高度真空中，增加陽極電壓和發(fā)射電流以產(chǎn)生大量電子以清潔電離計(jì)的內(nèi)壁和表面。此處，也可如先前描述來動(dòng)態(tài)地控制從陰極105供應(yīng)的脫氣發(fā)射電流。 轉(zhuǎn)向圖4，展示當(dāng)從陰極加熱源113向陰極105供應(yīng)電流(步驟402)時(shí)響應(yīng)于反饋信號而增加電流量的根據(jù)本發(fā)明的方法。隨著陰極老化或被污染，所需發(fā)射電流可能需要將陰極加熱到較高溫度。然而，如果將陰極被加熱得過高，那么其可能出現(xiàn)故障。因此， 為了避免出故障，控制器可將發(fā)射電流減小到小于所需簡檔將指示的電平的電平，從而以降低靈敏度為代價(jià)而避免出現(xiàn)故障。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，舉例來說，控制到陰極的加熱電流以升高發(fā)射電流(步驟402)，如圖2的簡檔中的一者中所示。檢測穿過陰極的電壓進(jìn)入和電流(步驟405)，且將信號遞送到控制器105a。控制器105a接著使用電壓和電流讀數(shù)來確定陰極105的電阻和陰極105的溫度(步驟410)?？蓪囟扰c存儲在存儲器107中的陰極105的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較(步驟415)。在操作中，如果調(diào)整陰極105，且如果當(dāng)前溫度值與目標(biāo)溫度值之間的溫度差超過閾值，那么發(fā)射電流將不被調(diào)整所需的量，而是被動(dòng)態(tài)地調(diào)整到不同電平以防止損壞陰極105 (步驟420)，且還減少濺射。而且，動(dòng)態(tài)調(diào)整可根據(jù)可為線性的特定公式來進(jìn)行而可在若干步驟中進(jìn)行，或可以非線性的方式進(jìn)行。優(yōu)選的是，此數(shù)據(jù)可存儲在圖1 所示的非易失性存儲器107上。存儲器107還可響應(yīng)于比較415而存儲用于各種應(yīng)用的若干動(dòng)態(tài)發(fā)射電流簡檔。應(yīng)了解，若干不同陰極105材料或陰極105類型和品牌可與電離計(jì)100—起使用。 可檢測陰極類型或品牌，且將信號遞送到控制器105a。傳感器240可檢測從陰極105發(fā)射的光的量、紅外波長或從白熾陰極105發(fā)射的光的光學(xué)參數(shù)。可由傳感器檢測品牌或材料， 或者可由用戶輸入類型。控制器105a接著使用信號使用參考電平來確定供應(yīng)到陰極105的適當(dāng)電流，以防止向陰極施加應(yīng)力或減少濺射。在操作中，如果調(diào)整供應(yīng)到陰極105的電流，且如果檢測到陰極類型或品牌，那么基于可接受電平而動(dòng)態(tài)地調(diào)整陰極105以防止損壞陰極105，以防止向特定的陰極材料和/或品牌施加應(yīng)力。而且，所述動(dòng)態(tài)調(diào)整可以線性方式根據(jù)特定公式而在若干步驟中或以非線性的方式進(jìn)行?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，在根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例中，檢測電離計(jì)內(nèi)的氣體種類， 且將指示氣體種類的信號遞送到控制器105a。氣體種類可由傳感器119檢測，且將指示特定氣體種類或種類組合的信號遞送到控制器105a。傳感器119例如可為光學(xué)傳感器或殘余氣體分析器。控制器105a接著使用所述信號來確定從加熱源113供應(yīng)到陰極105的適當(dāng)功率。氣體的種類可指明參考電平或存儲在存儲器107中的若干預(yù)設(shè)目標(biāo)發(fā)射電流值，其由控制器105a獲得，且接著控制器105a將適當(dāng)加熱電流供應(yīng)到陰極105。可將目標(biāo)電平寫入到非易失性存儲器107，其可由控制器105a存取。
可監(jiān)視陰極105操作的操作時(shí)間，且將指示陰極105的操作時(shí)間的信號遞送到控制器105a?？捎涗浰鰰r(shí)間，或可連續(xù)監(jiān)視所述時(shí)間。在另一實(shí)施例中，可手動(dòng)監(jiān)視所述時(shí)間，且可由用戶以可接受的數(shù)字格式手動(dòng)輸入操作時(shí)間并遞送到控制器105s?？刂破?05a 接著使用時(shí)間信息來確定供應(yīng)到陰極105的可接受電流電平。在操作中，如果調(diào)整供應(yīng)到陰極105的電流，且如果操作時(shí)間參數(shù)超過預(yù)定閾值，從而指示電流的增加可能向陰極施加應(yīng)力或損壞陰極，那么動(dòng)態(tài)地調(diào)整陰極105以防止損壞陰極105。而且，所述動(dòng)態(tài)調(diào)整可以線性方式根據(jù)特定公式而在若干步驟中進(jìn)行，或可如先前論述以非線性方式進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，針對一壓力范圍將集極電流維持在固定的最小值。閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)中的控制器105a連續(xù)調(diào)整由陰極絲105供應(yīng)的發(fā)射電流以維持集極電流的固定電平。壓力改變往往改變集極電流。由控制器感測所述改變，控制器調(diào)整陰極發(fā)射電流以抵消集極電流的改變，從而維持其固定電平。在又一實(shí)施例中，可從若干不同的電流目標(biāo)值中選擇性地選擇固定的集極電極 110的電流目標(biāo)值。優(yōu)選的是，按壓力范圍來選擇目標(biāo)值。這準(zhǔn)許較高的信噪比，同時(shí)使針對先前指定的壓力范圍的經(jīng)調(diào)整發(fā)射電流最小。優(yōu)選的是，電離計(jì)100具有相對小的電子發(fā)射時(shí)間常數(shù)，使得發(fā)射電流改變率容易跟蹤壓力并隨壓力而改變。在又一實(shí)施例中，電離計(jì)100可在某些壓力范圍下以固定的集極電流且在其它不同壓力范圍下以可變的集極電流來操作。在集極電流提供足夠的信噪比的高壓力下，固定的集極電流為控制器105a提供較強(qiáng)信號，以依據(jù)壓力而連續(xù)改變發(fā)射電流，因此現(xiàn)在由發(fā)射電流的改變表示壓力的改變。在低壓力下，信噪比可能過低而無法在集極電極110中形成較強(qiáng)信號。因此，在低壓力下，電離計(jì)100可從使用固定的集極電流切換到可變的集極電流，且選擇發(fā)射電流以獲得集極電流的最佳強(qiáng)度。這允許在低壓力下對壓力的較準(zhǔn)確測量。 在低壓力下，電離計(jì)將接著使用來自集極電極110的電流來測量壓力。在一些例子中，在可以固定的集極電流和可變的發(fā)射電流或以可變的集極電流和固定的發(fā)射電流成功地進(jìn)行壓力測量的壓力范圍之間可能存在重疊。因此，控制器105a可使用算法來監(jiān)視電離計(jì)100的一個(gè)或一個(gè)以上變量，以基于算法的結(jié)果而在壓力范圍的重疊處正確地選擇操作模式。這將防止在壓力重疊區(qū)中在固定的集極電流與可變的集極電流模式之間的連續(xù)振蕩。電離計(jì)100優(yōu)選可測量基礎(chǔ)壓力(高度真空)和較高處理壓力(大部分在毫托范圍內(nèi))；然而，這不是限制性的，且針對測量的各種操作參數(shù)是可能的且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。電離計(jì)100可用以在平板顯示器的制造、磁性媒體操作、太陽能電池、光學(xué)涂覆操作、半導(dǎo)體制造操作和其它制造工藝操作中測量壓力。此些工藝可包含物理氣相沉積、等離子體氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體蝕刻操作、植入操作、氧化/擴(kuò)散、氮化物形成、真空光刻、干式剝落操作、外延操作(EPI)、快速熱處理(RTP)操作、 遠(yuǎn)紫外光刻操作等等。優(yōu)選的是，電離計(jì)100還可與一個(gè)或一個(gè)以上分析工具(例如，顯微鏡或質(zhì)譜儀)一起操作。質(zhì)譜儀可包含氣體色譜儀(GC)、液體色譜儀(LC)、離子阱儀、磁分析器單聚焦型儀、雙聚焦儀、飛行時(shí)間儀(TOF)、旋轉(zhuǎn)場儀、離子遷移率儀、線性四極儀等等?？山Y(jié)合電離計(jì)100且在具有或不具有群集工具的情況下使用的表面分析儀可包含掃描電子顯微鏡、能量彌散X射線能譜儀(EOS/XPS)、掃描俄歇微量分析儀(Auger/SAM)、 輝光放電質(zhì)譜儀(GDMS)、用于化學(xué)分析的電子能譜儀(ESCA)、原子力顯微/掃描探測顯微儀(AFM/SPM)、傅立葉變換紅外能譜儀(FTIR)、波長彌散X射線能譜儀(WDS)、感應(yīng)性耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICPMS)、x射線熒光儀(XRF)、中子激活分析儀(NAA)、計(jì)量儀器等等。應(yīng)了解，此列舉不是詳盡的，且電離計(jì)100可與未列舉的其它儀器一起使用。雖然已參考本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例特定展示和描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不脫離所附權(quán)利要求書涵蓋的本發(fā)明的范圍的情況下可在其中做出各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。舉例來說，本發(fā)明可應(yīng)用于其它形式的電離計(jì)，例如Bayard-Alpert幾何形狀，其中陰極在陽極外部且離子集極在陽極內(nèi)部；三極管電離計(jì)幾何形狀，其中陰極在內(nèi)部且離子集極在外部； 舒爾茨-菲爾普斯(Schultz-Phelps)幾何形狀，其中將一個(gè)平板作為陽極、一個(gè)平行的平板作為離子集極，且陰極位于其間；高壓電離計(jì)，其中額外的離子集極在陽極外部，用于當(dāng)在陽極外部產(chǎn)生離子時(shí)在高壓下收集所述離子。此外，可利用例如冷陰極源等其它電子源。而且，控制器可與真空計(jì)成一體，或可在遠(yuǎn)處，例如在主機(jī)計(jì)算機(jī)的編程內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用以測量壓力的電離計(jì)，其特征在于，包括 電子源，其發(fā)射電子；陽極，其界定電離空間；集極電極，其用以收集在所述電離空間中由所述電子與氣體之間的碰撞而形成的離子；以及控制器，其在操作期間響應(yīng)于在操作期間感測到的壓力除外所感測到的參數(shù)而主動(dòng)地控制來自所述電子源的發(fā)射電流。
2.如權(quán)利要求1所述的電離計(jì)，其特征在于，所述控制器進(jìn)一步控制來自所述電子源的發(fā)射電流以作為壓力的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的電離計(jì)，其特征在于，所述控制器基于壓力以連續(xù)可變方式控制所述發(fā)射電流。
4.如權(quán)利要求2所述的電離計(jì)，其特征在于，所述壓力的函數(shù)可由用戶選擇。
5.如權(quán)利要求1所述的電離計(jì)，其特征在于，所述參數(shù)是正在測量的環(huán)境中的氣體的種類。
6.如權(quán)利要求1所述的電離計(jì)，其特征在于，所述電子源包括陰極，且所述參數(shù)是陰極溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的電離計(jì)，其特征在于，所述發(fā)射電流被控制以在啟動(dòng)期間逐漸增加。
8.如權(quán)利要求6所述的電離計(jì)，其特征在于，所述陰極溫度由所述陰極的電阻指示。
9.如權(quán)利要求6所述的電離計(jì)，其特征在于，所述陰極溫度由紅外傳感器指示。
10.如權(quán)利要求6所述的電離計(jì)，其特征在于，所述陰極溫度由所述陰極的光學(xué)參數(shù)指7J\ ο
11.如權(quán)利要求1所述的電離計(jì)，其特征在于，所述參數(shù)是穿過所述集極電極的集極電流。
12.如權(quán)利要求11所述的電離計(jì)，其特征在于，所述發(fā)射電流被控制以維持所述集極電流固定，且所述發(fā)射電流指示壓力。
13.如權(quán)利要求12所述的電離計(jì)，其特征在于，在第一壓力范圍內(nèi)，所述集極電流被保持為固定電平，且在第二壓力范圍內(nèi)，允許所述集極電流變化。
14.如權(quán)利要求1所述的電離計(jì)，其特征在于，進(jìn)一步包括存儲在存儲器中并由用戶選擇的多個(gè)發(fā)射電流簡檔。
15.如權(quán)利要求1所述的電離計(jì)，其特征在于，壓力信號是由所述所收集的離子形成。
16.一種測量氣體壓力的方法，其特征在于，包括以下步驟 從電子源產(chǎn)生電子；基于壓力除外所感測到的參數(shù)而動(dòng)態(tài)地調(diào)整來自所述電子源的發(fā)射電流； 傳輸所述電子穿過界定電離空間的陽極以形成離子；以及收集所述離子。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括控制來自所述電子源的發(fā)射電流以作為壓力的函數(shù)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，基于壓力以連續(xù)可變方式調(diào)整所述發(fā)射電流。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，由用戶選擇所述壓力的函數(shù)。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是正在測量的環(huán)境中的氣體的種類。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是所述電子源的陰極溫度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述發(fā)射電流以在啟動(dòng)期間逐漸增加。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，由所述陰極的電阻指示所述陰極溫度。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，由紅外傳感器指示所述陰極溫度。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，由所述陰極的光學(xué)參數(shù)指示所述陰極溫度。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是穿過所述集極電極的集極電流。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述發(fā)射電流以維持所述集極電流固定，且所述發(fā)射電流指示壓力。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在第一壓力范圍中，將所述集極電流保持為固定電平，且在第二壓力范圍中允許所述集極電流變化。
29.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，基于存儲在存儲器中并由用戶選擇的多個(gè)發(fā)射電流簡檔中的一者而調(diào)整所述發(fā)射電流。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括由所述所收集的離子形成壓力信號。
31.一種用以測量壓力的電離計(jì)，其特征在于，包括 電子源，其發(fā)射電子；陽極，其界定電離空間；集極電極，其用以收集在所述電離空間中由所述電子與氣體之間的碰撞而形成的離子；以及控制器，其主動(dòng)地控制來自所述電子源的發(fā)射電流及到所述電子源和陽極的偏壓，所述控制器界定包含可由終端用戶選擇的偏壓的操作簡檔。
32.—種測量來自氣體分子和原子的氣體壓力的方法，其特征在于，包括以下步驟 響應(yīng)于可由終端用戶選擇的操作簡檔而選擇性地調(diào)整電離計(jì)的偏壓；從至少一個(gè)電子源產(chǎn)生電子；將所述電子傳輸?shù)接申枠O界定的電離空間以形成離子；以及使用電極收集所述離子。
33.一種用以測量壓力的電離計(jì)，其特征在于，包括 電子源，其發(fā)射電子；陽極，其界定電離計(jì)；集極電極，其用以收集在電離空間中由所述電子與氣體之間的碰撞而形成的離子；以及控制器，其在操作期間響應(yīng)于控制信號而主動(dòng)地控制來自所述電子源的發(fā)射電流，所述控制信號預(yù)期由于工藝步驟而引起的壓力改變。
34.一種測量氣體壓力的方法，其特征在于，包括以下步驟 從至少一個(gè)電子源產(chǎn)生電子；響應(yīng)于控制信號而調(diào)整來自所述電子源的發(fā)射電流，所述控制信號預(yù)期由于經(jīng)證實(shí)的步驟而引起的壓力改變；傳輸所述電子穿過界定電離空間的陽極以形成離子；以及收集所述離子。
35.一種工藝，其特征在于，包括 提供襯底；抽空工具以在所述工具中對所述襯底執(zhí)行若干過程； 通過提供以下各項(xiàng)來測量壓力 電子源，其發(fā)射電子； 電離體積，其中所述電子與氣體碰撞；集極電極，其收集由所述電子與所述氣體之間的所述碰撞而形成的離子；及控制器，其在操作期間響應(yīng)于在操作期間感測到的壓力除外所感測到的參數(shù)而主動(dòng)地控制來自所述電子源的發(fā)射電流；以及在真空環(huán)境中對所述襯底進(jìn)行操作以形成經(jīng)處理的襯底。
36.一種工藝，其特征在于，包括 使用分析工具測量過程參數(shù)；以及通過提供以下各項(xiàng)來測量壓力 電子源，其發(fā)射電子；電離體積，其中所述電子與氣體碰撞；集極電極，其收集由所述電子與所述氣體之間的所述碰撞而形成的離子；以及控制器，其在操作期間響應(yīng)于在操作期間感測到的壓力除外所感測到的參數(shù)而主動(dòng)地控制來自所述電子源的發(fā)射電流。
全文摘要
一種測量壓力的電離計(jì)，其具有發(fā)射電子的電子源，和界定電離空間的陽極。所述電離計(jì)還包含集極電極，用以收集由所述電子與氣體之間的碰撞而形成的離子且基于所述收集的離子而測量壓力。依據(jù)壓力和壓力除外的第二參數(shù)，在多個(gè)發(fā)射電平之間動(dòng)態(tài)地改變所述電子源的發(fā)射電流。所述電離計(jì)還可根據(jù)存儲在非易失性存儲器中并由用戶選擇的參數(shù)來改變電離計(jì)組件的各種操作參數(shù)。
文檔編號G01L21/30GK102159929SQ200980137098
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者杰西·A·韋伯, 約翰·H·亨利, 安特衛(wèi)普 肯尼斯·D·凡, 葛拉多·A·布魯克爾, 賴?yán)·卡麥可, 麥可·N·史考特 申請人:布魯克機(jī)械公司