DE69120874T2 - Ion pump and vacuum pump system therefor - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausstoßvorrichtung und eine Vakuumpumpeinheit, die die Ausstoßvorrichtung aufweist, die insbesondere geeignet sind, um ein Gas in ein Vakuumgefäß zu entladen, um ein ultrahohes Vakuum im Halbleiterprozeß bzw. Halbleiterherstellprozeß oder ähnlichem zu erzeugen.The present invention relates to an ejection device and a vacuum pump unit comprising the ejection device, which are particularly suitable for discharging a gas into a vacuum vessel to generate an ultra-high vacuum in a semiconductor manufacturing process or the like.
Eigur 3 veranschaulicht konzeptionell eine Vakuumausrüstung des Standes der Technik, die die Hoch-Vakuumpumpe aufweist, wobei eine Vakuumkammer 1 mit einer Vakuumpumpe 2 durch ein Auslaß- bzw. Ausstoßrohr 3 verbunden ist. Die Vakuumpumpe 2, die beispielsweise eine Turbomolekularpumpe, eine Öl-Diffusionspumpe, eine Ionenpumpe usw. aufweist, stößt nur die Gasmoleküle aus, die in das Ausstoßbzw. Auslaßrohr 3 aus der Vakuumkammer 1 herausfliegen.Fig. 3 conceptually illustrates a prior art vacuum equipment including the high vacuum pump, wherein a vacuum chamber 1 is connected to a vacuum pump 2 through an exhaust pipe 3. The vacuum pump 2, which includes, for example, a turbomolecular pump, an oil diffusion pump, an ion pump, etc., exhausts only the gas molecules flying out of the vacuum chamber 1 into the exhaust pipe 3.
Wenn jedoch bei der oben zusammengesetzten Vakuumausrüstung eine Turbomolekularpumpe verwendet wird, um ein Gas mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis auszustoßen bzw. abzuleiten, wie beispielsweise Wasserstoff, Helium oder ähnliches, können Gasmoleküle zurück zur Hoch- Vakuumseite, d.h. in die Vakuumkammer 1, diffundieren und bewirken somit eine Verringerung des Vakuumniveaus.However, in the vacuum equipment composed above, when a turbomolecular pump is used to discharge a gas having a low compression ratio such as hydrogen, helium or the like, gas molecules may diffuse back to the high vacuum side, i.e., into the vacuum chamber 1, thus causing a reduction in the vacuum level.
Im Eall einer Öl-Diffusionspumpe können die Gasmoleküle, die einmal von der Pumpe abgesaugt bzw. ausgestoßen worden sind, zurück in die Vakuumkammer fließen und weiterhin diffundiert der Dampf des erhitzten Pumpenöls auch zurück. Somit verringert sich das Vakuumniveau.In the case of an oil diffusion pump, the gas molecules that have been sucked out or expelled by the pump can flow back into the vacuum chamber and the vapor from the heated pump oil also diffuses back. This reduces the vacuum level.
Jm Fall der Ionenpumpe werden Gasmoleküle, die in einer Titanwand der Pumpe absorbiert worden sind, desorbiert bzw. abgeschieden und fließen zurück in die Vakuumkammer, wobei somit ein Vakuumniveau verringert wird.In the case of the ion pump, gas molecules that have been absorbed in a titanium wall of the pump are desorbed and flow back into the vacuum chamber, thus reducing a vacuum level.
Im Stand der Technik waren keine wirkungsvollen Mittel gegen die Rückdiffusion der Gasmoleküle mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis oder von desorbierten Gasmolekülen aus der Vakuumkammer verfügbar. Nichtsdestoweniger kann Öldampf der Öl-Diffusionspumpe nur durch Vorsehen einer Kältefalle mit flüssigem Stickstoff verhindert werden, jedoch ist eine vollständige Verhinderung irgendeines Gegenflusses sehr schwierig gewesen.In the prior art, no effective means were available against the back diffusion of the gas molecules with a low compression ratio or desorbed gas molecules from the vacuum chamber. Nevertheless, oil vapor from the oil diffusion pump can only be prevented by providing a cold trap with liquid nitrogen, but completely preventing any counterflow has been very difficult.
Mit Bezug auf den Stand der Technik sei weiter die Aufmerksamkeit auf US-A-2,578,009 gerichtet, in der eine Vakuumvorrichtung offenbart ist, die einen Metallkäfig, eine Elektronenquelle außerhalb des Käfigs, Mittel zur Einleitung bzw. Aussendung von Elektronen von der Quelle in den Käfig, eine Magnetenergiequelle, benachbart zum Käfig, zum Leiten der Elektronen in nichtlinearen Pfaden, um ein verdünntes Gas zu ionisieren, und Mittel aufweist, um die ionisierten verdünnten Gasmoleküle einem elektrischen Feld zu unterwerfen, um sie aus dem Käfig auszustoßen bzw. herauszuleiten.With respect to the prior art, attention is further drawn to US-A-2,578,009 which discloses a vacuum device comprising a metal cage, an electron source outside the cage, means for introducing or emitting electrons from the source into the cage, a magnetic energy source adjacent to the cage for directing the electrons in non-linear paths to ionize a dilute gas, and means for subjecting the ionized dilute gas molecules to an electric field to expel them from the cage.
Aus DE-C-59 60 017 ist ein Verfahren zum Pumpen von Gasen bekannt, in dem Gasmoleküle ionisiert werden und durch ein elektrisches Feld geleitet werden, in dem ein erstes elektrisches Feld die Ionisierung bewirkt und ein zweites elektrisches Feld unabhängig vom ersten elektrischen Feld die Beschleunigung dieser Ionen bewirkt.From DE-C-59 60 017 a method for pumping gases is known in which gas molecules are ionized and passed through an electric field in which a first electric field causes the ionization and a second electric field, independent of the first electric field, causes the acceleration of these ions.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1.The present invention relates to an ejection device according to claim 1.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Umstände ausgeführt worden und ihr Ziel ist es, eine Ausstoßvorrichtung vorzusehen, die fähig ist, einen hohen Grad an Vakuum zu erreichen, und zwar durch das Ausstoßen von Gasmolekülen in der Vakuumkammer durch Ionisierung und Beschleunigung der Gasmoleküle.The present invention has been made in view of the above circumstances and its object is to provide an ejection device capable of achieving a high degree of vacuum by ejecting gas molecules in the vacuum chamber by ionization and acceleration of the gas molecules.
Dann ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpeinheit für eine Ausstoßvorrichtung vorzusehen, die mit einem Hilfspumpensatz an einer Rückdruckseite für die Pumpeinheit kombiniert ist. Die Vakuumpumpeinheit ist fähig, einen hohen Vakuumgrad durch Ionisierung und Beschleunigung der Gasmoleküle in einer Vakuumkammer zur Hilfspumpe hin zu erzeugen, und auch durch Ionisierung und Beschleunigung der Gasmoleküle, die zurück aus der Hilfspumpe zur Hilfspumpe hinfließen.Then, another object of the present invention is to provide a vacuum pump unit for an ejector which is combined with an auxiliary pump set on a back pressure side for the pump unit. The vacuum pump unit is capable of generating a high degree of vacuum by ionizing and accelerating the gas molecules in a vacuum chamber toward the auxiliary pump, and also by ionizing and accelerating the gas molecules flowing back from the auxiliary pump toward the auxiliary pump.
Das obige Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch eine Ausstoßvorrichtung erreicht, die folgendes aufweist: eine thermionische Emissionsquelle bzw. Quelle zur Emission von Thermo- Ionen, ein Elektronenbeschleunigungsgitter, welcher die thermionische Emissionsquelle umgibt, eine äußere Elektrode, die das Elektronenbeschleunigungsgitter umgibt, ein Ionenbeschleunigungsgitter, welches eine Achse der äußeren Elektrode schneidet, und getrennt von der äußeren Elektrode angebracht bzw. eingebaut ist, ein Gefäß, um die thermionische Emissionsquelle, das Elektronenbeschleunigungsgitter, die äußere Elektrode und das Ionenbeschleunigungsgitter darin zu enthalten, einen Magneten, der außerhalb des Gefäßes angeordnet ist, um ein Magnetfeld fast parallel zur Achse der äußeren Elektrode zu erzeugen, eine Leistungsversorgung zum Erwärmen der thermionischen Emissionsquelle, eine erste DC- bzw. Gleichstromleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen dem Elektronenbeschleunigungsgitter der äußeren Elektrode und der thermionischen Emissionsquelle anzulegen, eine zweite DC- bzw. Gleichstromleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen der äußeren Elektrode und dem Ionenbeschleunigungsgitter anzulegen, um die äußere Elektrode positiv zu machen.The above object of the present invention is achieved by an ejection device comprising: a thermionic emission source, an electron acceleration grid surrounding the thermionic emission source, an outer electrode surrounding the electron acceleration grid, an ion acceleration grid intersecting an axis of the outer electrode and installed separately from the outer electrode, a vessel for containing the thermionic emission source, the electron acceleration grid, the outer electrode and the ion acceleration grid therein, a magnet arranged outside the vessel for generating a magnetic field almost parallel to the axis of the outer electrode, a power supply for heating the thermionic emission source, a first DC power supply for applying a voltage between the electron acceleration grid of the outer electrode and the thermionic emission source, a second DC power supply to apply a voltage between the outer electrode and the ion acceleration grid to make the outer electrode positive.
Weiterhin wird das obige Ziel der vorliegenden Erfindung durch eine Ausstoßvorrichtung erhalten, die folgendes aufweist: eine thermionische Emissionsquelle bzw. Quelle zur Emission von Thermo-Ionen, eine äußere Elektrode, die die thermionische Emissionsquelle umgibt, ein Ionenbeschleunigungsgitter, welches eine Achse der äußeren Elektrode schneidet und von der äußeren Elektrode getrennt eingebaut ist, ein Gefäß, um die thermionische Emissions quelle, die äußere Elektrode und das Ionenbeschleunigungsgitter darin zu enthalten, einen Magneten, der außerhalb des Gefäßes angeordnet ist, um ein Magnetfeld nahezu parallel mit der Achse der äußeren Elektrode zu erzeugen, eine Leistungsversorgung, um die thermionische Emissionsquelle zu beheizen, eine erste DC- bzw. Gleichstromleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen der äußeren Elektrode und der thermionischen Emissionsquelle zu liefern, eine zweite DC- bzw. Gleichstromleistungsquelle, um eine Spannung zwischen der äußeren Elektrode und dem Ionenbeschleunigungsgitter anzulegen, um die äußere Elektrode positiv zu machen.Furthermore, the above object of the present invention is achieved by an ejection device comprising: a thermionic emission source for emitting thermionic ions, an outer electrode surrounding the thermionic emission source, an ion acceleration grid intersecting an axis of the outer electrode and installed separately from the outer electrode, a vessel for containing the thermionic emission source, the outer electrode and the ion acceleration grid therein, a magnet arranged outside the vessel for generating a magnetic field almost parallel to the axis of the outer electrode, a power supply for heating the thermionic emission source, a first DC power supply for supplying a voltage between the outer electrode and the thermionic emission source, a second DC power source for supplying a voltage between the outer electrode and the Apply ion acceleration grids to make the outer electrode positive.
Dann wird das weitere Ziel der vorliegenden Erfindung durch eine Vakuumpumpeinheit erhalten, die eine beliebige Vakuumkammer und eine Ausstoßvorrichtung aufweist, bei der die Ausstoßvorrichtung folgendes aufweist: eine thermionische Ernissionsquelle, ein Elektronenbeschleunigungsgitter, welches die thermionische Emissionsquelle umgibt, eine äußere Elektrode, die das Elektronenbeschleunigungsgitter umgibt, ein Ionenbeschleunigungsgitter, welches eine Achse der äußeren Elektrode schneidet und von der äußeren Elektrode getrennt eingebaut ist, ein Gefäß, welches die thermionische Emissionsquelle, das Elektronenbeschleunigungsgitter, die äußere Elektrode und das Ionenbeschleunigungsgitter darin enthält, und einen außen am Gefäß angeordneten Magneten, um ein Magnetfeld fast parallel zur Achse der äußeren Elektrode zu erzeugen, eine Leistungsversorgung zum Erwärmen der thermionischen Emissionsquelle, eine erste Gleichstromleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen dem Elektronenbeschleunigungsgitter, der äußeren Elektrode und der thermionischen Emissionsquelle anzulegen, eine zweite Gleichstromleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen der äußeren Elektrode und dem Ionenbeschleunigungsgitter anzulegen, um die äußere Elektrode positiv zu machen, wobei dies zwischen der Vakuumpumpe und einem zu evakuierenden Vakuumgefäß angeordnet ist.Then, the further object of the present invention is achieved by a vacuum pumping unit comprising any vacuum chamber and an ejection device, wherein the ejection device comprises: a thermionic emission source, an electron acceleration grid surrounding the thermionic emission source, an external electrode surrounding the electron acceleration grid, an ion acceleration grid which intersects an axis of the outer electrode and is installed separately from the outer electrode, a vessel containing the thermionic emission source, the electron acceleration grid, the outer electrode and the ion acceleration grid therein, and a magnet arranged outside the vessel to generate a magnetic field almost parallel to the axis of the outer electrode, a power supply for heating the thermionic emission source, a first DC power supply for applying a voltage between the electron acceleration grid, the outer electrode and the thermionic emission source, a second DC power supply for applying a voltage between the outer electrode and the ion acceleration grid to make the outer electrode positive, this being arranged between the vacuum pump and a vacuum vessel to be evacuated.
Weiter wird das weitere Ziel der vorliegenden Erfindung durch eine Vakuumpumpeinheit erhalten, welche eine beliebige Vakuurnpumpe und eine Ausstoßvorrichtung aufweist, die folgendes aufweist: eine thermionische Emissionsquelle bzw. Emissionsquelle für Thermo-Ionen, eine äußere Elektrode, die die thermionische Emissionsquelle umgibt, ein Ionenbeschleunigungsgitter, welches eine Achse der äußeren Elektrode schneidet und von der äußeren Elektrode entfernt eingebaut ist, ein Gefäß, um die thermionische Emissionsquelle, die äußere Elektrode und das Ionenbeschleunigungsgitter darin zu enthalten, einen außen am Gefäß angeordnetne Magneten, und zwar zum Erzeugen eines Magnetfeldes fast parallel zur Achse der äußeren Elektode, eine Leistungsversorgung zum Erwärmen der thermionischen Emissionsquelle, eine erste Gleichstromleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen der äußeren Elektrode und der thermionischen Emissionsquelle anzulegen, eine zweite Gleichströmleistungsversorgung, um eine Spannung zwischen der äußeren Elektrode und dem Ionenbeschleunigungsgitter anzulegen, um die äußeren Elektrode positiv zu machen, und wobei dies zwischen der Vakuumpumpe und dem zu evakuierenden Vakuumgefäß angeordnet ist.Further, the further object of the present invention is achieved by a vacuum pump unit comprising any vacuum pump and an ejection device comprising: a thermionic emission source, an outer electrode surrounding the thermionic emission source, an ion acceleration grid intersecting an axis of the outer electrode and installed remotely from the outer electrode, a vessel for containing the thermionic emission source, the outer electrode and the ion acceleration grid therein, a magnet arranged outside the vessel for generating a magnetic field almost parallel to the axis of the outer electrode, a power supply for heating the thermionic emission source, a first DC power supply for applying a voltage between the outer electrode and the thermionic emission source, a second DC power supply for applying a voltage between the outer electrode and the ion acceleration grid to make the outer electrode positive, and being arranged between the vacuum pump and the vacuum vessel to be evacuated.
Gemäß der Ausstoßvorrichtung und der Vakuumpumpeinheit der vorliegenden Erfindung kann, da die Gasmoleküle durch eine Elektronenbombardierung ionisiert werden und zur Hilfspumpe hin beschleunigt werden, der Rückfluß von Gasmolekülen aus einer Hilfsvakuumpumpe vollständig verhindert werden, um dadurch einen hohen Vakuumgrad zu verwirklichen.According to the ejection device and the vacuum pump unit of the present invention, since the gas molecules are ionized by electron bombardment and accelerated toward the auxiliary pump, the backflow of gas molecules from an auxiliary vacuum pump can be completely prevented, thereby realizing a high degree of vacuum.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren zur beispielhaften Veranschaulichung offensichtlich.The features and advantages of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures for illustrative purposes only.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm für eine Vakuumpumpeneinheit, die eine Ausstoßvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung aufweist;Fig. 1 is a block diagram for a vacuum pump unit having an ejection device according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm für ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; undFig. 2 is a block diagram for another embodiment of the present invention; and
Fig. 3 ist eine Zeichnung, um konzeptionell eine Vakuumausstoßausrüstung des Standes der Technik zu veranschaulichen.Fig. 3 is a drawing to conceptually illustrate a prior art vacuum ejection equipment.
In Figur 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 50 eine Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und 100 bezeichnet eine Vakuumpumpeinheit, wobei die Vakuumpumpeinheit 100 eine Kombination der Ausstoßvorrichtung 50 mit einer beliebigen Vakuumpumpe 31 aufweist, die an der Rückdruckseite der Ausstoßvorrichtung 50 vorgesehen ist. Die Ausstoßvorrichtung 50 sieht einen haarnadelförmigen thermionischen Emissionsglühfaden bzw. ein haarnadelförmiges Filament zur Emission von Thermo-Ionen als eine thermionische Emissionsquelle vor, ein zylindrisches Elektronenbeschleunigungsgitter 22, eine zylindrische äußere Elektrode 23, ein Ionenbeschleunigungsflachgitter 24, ein Gefäß 25, einen Elektromagneten 26, eine Leistungsversorgung 28, um das Filament bzw. den Glühfaden 21 zu beheizen, eine Elektronenbeschleunigungs-Gleichspannungsversorgung 29 und eine Ionenbeschleunigungs- Gleichspannungsleistungsversorgung 30, und die Ausstoßvorrichtung ist zwischen einem zu evakuierenden Vakuumgefäß 32 und der Vakuumpumpe 31 angeordnet, welche als eine Hilfspumpe arbeitet.In Figure 1, a reference numeral 50 denotes an ejection device according to the present invention and 100 denotes a vacuum pump unit, wherein the vacuum pump unit 100 is a combination of the ejection device 50 with an arbitrary vacuum pump 31 provided on the back pressure side of the ejector 50. The ejector 50 provides a hairpin-shaped thermionic emission filament for emitting thermionic ions as a thermionic emission source, a cylindrical electron acceleration grid 22, a cylindrical outer electrode 23, an ion acceleration flat grid 24, a vessel 25, an electromagnet 26, a power supply 28 for heating the filament 21, an electron acceleration DC power supply 29 and an ion acceleration DC power supply 30, and the ejector is arranged between a vacuum vessel 32 to be evacuated and the vacuum pump 31 which functions as an auxiliary pump.
Der thermionische Emissionsglühfaden, das Elektronenbeschleunigungsgitter 22, die äußere Elektrode 23 und das Ionenbeschleunigungsgitter 24 sind alle innerhalb des Gefäßes 25 angeordnetThe thermionic emission filament, the electron acceleration grid 22, the outer electrode 23 and the ion acceleration grid 24 are all arranged within the vessel 25
Der Glühfaden bzw. das Filament 21 ist nahe der Mitte des Behälters 25 angeordnet und ist auch entlang einer Längsachse des Gefäßes angeordnet.The filament 21 is disposed near the center of the vessel 25 and is also disposed along a longitudinal axis of the vessel.
Das Elektronenbeschleunigungsgitter 22 ist um den Glühfaden 21 herum angeordnet, und die äußeren Elektrode 23 ist um das Elektronenbeschleunigungsgitter 22 herum angeordnet.The electron accelerating grid 22 is arranged around the filament 21, and the outer electrode 23 is arranged around the electron accelerating grid 22.
Dann schneidet das Ionenbeschleunigungsflachgitter 24 eine Achse der äußeren Elektrode 23 senkrecht und ist auf der Seite der Vakuumpumpe 31 etwas entfernt von der äußeren Elektrode 23 angeordnet.Then, the ion acceleration flat grid 24 intersects an axis of the outer electrode 23 perpendicularly and is arranged on the side of the vacuum pump 31 slightly away from the outer electrode 23.
Der Elektromagnet 26, die Leistungsversorgung 28, die Elektronenbeschleunigungs-Gleichstromleistungsversorgung 29 und die Ionenbeschleunigung-Gleichstromleistungsversorgung 30 sind außerhalb des Behälters 25 angeordnet, und der Elektromagnet 26, der entlang eines Umfangsteils des Behälters 25 angeordnet ist, erzeugt ein Gleichstrommagnetfeld nahezu parallel mit der Achse der äußeren Elektrode 23 im Gefäß 25.The electromagnet 26, the power supply 28, the electron acceleration DC power supply 29 and the ion acceleration DC power supply 30 are arranged outside the vessel 25, and the electromagnet 26 arranged along a peripheral part of the vessel 25 generates a DC magnetic field almost parallel with the axis of the outer electrode 23 in the vessel 25.
Die Gleichstromleistungsversorgung 29 ist zwischen dem Glühfaden 21, dem Elektronenbeschleunigungsgitter 22 und der äußeren Elektrode 23 verbunden und legt eine Spannung an, um den Glühfaden 21 auf negatives Potential zu bringen.The DC power supply 29 is connected between the filament 21, the electron accelerating grid 22 and the outer electrode 23 and applies a voltage to bring the filament 21 to negative potential.
Die Ionenbeschleunigungs-Gleichstromleistungsversorgung ist zwischen dem Elektronenbeschleunigungsgitter 22, der äußeren Elektrode 23 und dem Ionenbeschleunigungsgitter 24 verbunden, wobei eine Spannung angelegt wird, um die äußere Elektrode 23 auf positives Potential zu bringen.The ion acceleration DC power supply is connected between the electron acceleration grid 22, the outer electrode 23 and the ion acceleration grid 24, with a voltage applied to bring the outer electrode 23 to positive potential.
Dann werden ein Strom und eine Spannung von den Leistungsversorgungen 28, 29, 30 an die oben erwähnten Elemente 21, 22, 23 und 24 durch (nicht gezeigte) Stromeinleitungsanschlüsse angelegt, die an einem Teil des Gefäßes 25 vorgesehen sind. Wenn der Glühfaden bzw. das Filament 21 durch die Leistungsversorgung 28 erwärmt wird, sendet der Glühfaden 21 thermische Ionen aus. Die ausgesandten bzw. emittierten Elektroden werden zum Elektronenbeschleunigungsgitter 22 hin beschleunigt und erhalten eine ausreichende Energie. Dann laufen sie durch das Elektronenbeschleunigungsgitter 22 hindurch. Ein Magnetfeld, welches senkrecht die Richtung der Bewegung der Elektronen kreuzt, wird durch den Elektromagneten 26 innerhalb eines Freiraums zwischen dem Elektronenbeschleunigungsgitter 22 und der äußeren Elektrode 23 angelegt, und somit bewegen sich die Elektronen in einer Kreisbewe gung innerhalb der Ebene senkrecht zu einer Achse der äußeren Elektrode 23, während sie sich zur äußeren Elektrode 23 hinbewegen. Aufgrund der Kreisbewegung der Elektroden wird ein Pfad der Elektronen um die äußere Elektrode 23 zu erreichen länger, und somit kollidieren die Elektronen leicht mit vielen Gasmolekülen und erzeugen eine große Menge an Ionen. Die erzeugten Ionen werden zum Ionenbeschleunigungsgitter 24 hin beschleunigt und werden durch die Pumpe 31 ausgestoßen.Then, a current and a voltage are applied from the power supplies 28, 29, 30 to the above-mentioned elements 21, 22, 23 and 24 through current introduction terminals (not shown) provided on a part of the vessel 25. When the filament 21 is heated by the power supply 28, the filament 21 emits thermal ions. The emitted electrodes are accelerated toward the electron acceleration grid 22 and receive sufficient energy. Then, they pass through the electron acceleration grid 22. A magnetic field perpendicular to the direction of movement of the Electrons crossing the ion accelerating grid 22 is applied by the electromagnet 26 within a clearance between the electron accelerating grid 22 and the outer electrode 23, and thus the electrons move in a circular motion within the plane perpendicular to an axis of the outer electrode 23 while moving toward the outer electrode 23. Due to the circular motion of the electrodes, a path of the electrons to reach the outer electrode 23 becomes longer, and thus the electrons easily collide with many gas molecules and generate a large amount of ions. The generated ions are accelerated toward the ion accelerating grid 24 and are ejected by the pump 31.
Auf der anderen Seite werden Gasmoleküle, die zurückfließen, oder die von der Vakuumpumpe 31 zu einer Hoch- Vakuumseite hin desorbiert werden, ionisiert und in gleicher Weise wie oben erwähnt, durch die Ausstoßvorrichtung 50 beschleunigt und zur Vakuumpumpe 31 zurückgeführt, wodurch ein hohes Vakuumniveau im Vakuumgefäß erreicht wird.On the other hand, gas molecules that flow back or are desorbed from the vacuum pump 31 to a high vacuum side are ionized and accelerated by the ejector 50 in the same manner as mentioned above and returned to the vacuum pump 31, thereby achieving a high vacuum level in the vacuum vessel.
Im Stand der Technik werden, wenn eine Evakuierung nur von der Vakuumpumpe 31 ausgeführt wird, nur Gasmoleküle ausgestoßen, die in das Ausstoßrohr kommen. Da jedoch die Gasmoleküle ionisiert werden und zum Ausstoß durch den oben erwähnten Betrieb der Erfindung beschleunigt werden, wird der Ausstoßwirkungsgrad vergrößert und ein hohes Vakuumniveau wird erhalten.In the prior art, when evacuation is carried out only by the vacuum pump 31, only gas molecules coming into the discharge pipe are discharged. However, since the gas molecules are ionized and accelerated for discharge by the above-mentioned operation of the invention, the discharge efficiency is increased and a high vacuum level is obtained.
Figur 2 stellt eine Ausstoßvorrichtung und eine Vakuumpumpeinheit gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar.Figure 2 illustrates an ejection device and a vacuum pump unit according to another embodiment of the present invention.
Das Ausführungsbeispiel weist eine Struktur auf, die fast die gleiche ist, wie das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel. Da die gleichen Bezugszeichen in Figur 1 und in Figur 2 die gleichen Teile und Betriebsweisen darstellen, werden wiederholende Beschreibungen hier weggelassen.The embodiment has a structure almost the same as the embodiment shown in Figure 1. Since the same reference numerals in Figure 1 and Figure 2 represent the same parts and operations, repeated descriptions are omitted here.
In Figur 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 60 eine Ausstoßvorrichtung, und 110 bezeichnet eine Vakuumpumpeinheit, die auf der Ausstoßvorrichtung 60 arbeitet. Die Vakuumpumpeinheit 110 besteht aus der Ausstoßvorrichtung 60 und der beliebigen Vakuumpumpe 31, die an der Rückdruckseite der Ausstoßvorrichtung 60 vorgesehen ist.In Fig. 2, a reference numeral 60 denotes an ejector, and 110 denotes a vacuum pump unit operating on the ejector 60. The vacuum pump unit 110 is composed of the ejector 60 and the arbitrary vacuum pump 31 provided on the back pressure side of the ejector 60.
Bei der Ausstoßvorrichtung 60 dieses Ausführungsbeispiels wird das Elektronenbeschleunigungsgitter 22 in Figur 1 weggelassen. Das heißt die Ausstoßvorrichtung 60 besitzt nur den haarnadelförmigen thermionischen Emissionsglühfaden 21 als eine thermionische Emissionsquelle und die äußere Elektrode 23, die den Glühfaden 21 umgibt, und zwar konzentrisch innerhalb des Gefäßes 25 angeordnet.In the ejector 60 of this embodiment, the electron acceleration grid 22 in Figure 1 is omitted. That is, the ejector 60 has only the hairpin-shaped thermionic emission filament 21 as a thermionic emission source and the outer electrode 23 surrounding the filament 21, arranged concentrically within the vessel 25.
In Figur 2 werden thermische Elektronen, die vom beheizten Glühfaden 21 emittiert bzw. ausgesendet wurden, zur äußeren Elektrode 23 hin gezogen und führen einen kreisförmigen Umlauf unter dem vom Elektromagneten 26 erzeugten Magnetfeld aus. Da die Elektronen wegen dem kreisförmigen Umfang einen langen Weg laufen, bis sie die Elektrode 23 erreichen, stoßen sie mit vielen Gasmolekülen zusammen, um eine große Menge an Ionen zu erzeugen. Die erzeugten Ionen werden zum Ionenbeschleunigungsgitter 24 hin beschleunigt und werden von der Pumpe 31 ausgestoßen. Als eine Folge werden die Gasmoleküle von der Vakuumpumpe 31 ausgestoßen, die als Hilfsausstoßmittel arbeiten.In Figure 2, thermal electrons emitted from the heated filament 21 are attracted to the outer electrode 23 and make a circular orbit under the magnetic field generated by the electromagnet 26. Since the electrons travel a long way until they reach the electrode 23 due to the circular circumference, they collide with many gas molecules to generate a large amount of ions. The generated ions are accelerated toward the ion acceleration grid 24 and are ejected from the pump 31. As a result, the gas molecules are ejected from the vacuum pump 31, which works as an auxiliary ejection means.
Somit besitzt das vorliegende Ausführungsbeispiel teilweise Unterschiede in der Konstruktion und im Betrieb gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figur 1, jedoch ist der Ausstoß- bzw. Absaugeffekt der gleiche.Thus, the present embodiment has some differences in construction and operation compared to the embodiment of Figure 1, but the ejection or suction effect is the same.
Wie oben beschrieben, können gemäß der Ausstoßvorrichtung und der Vakuumpumpeinheit der vorliegenden Erfindung die lonisierung und die Beschleunigung von Gasmolekülen, die in das Gefäß 25 durch Diffusion aus dem zu evakuierenden Gefäß 32 und durch Rückdiffusion von einer Hilfsvakuumpumpe 31 eintreten, einen hohen Vakuumgrad verwirklichenAs described above, according to the ejection device and the vacuum pump unit of the present invention, the ionization and acceleration of gas molecules entering the vessel 25 by diffusion from the vessel 32 to be evacuated and by back diffusion from an auxiliary vacuum pump 31 can realize a high degree of vacuum.
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