JP2000173531A - 真空形成方法及び高融点金属用ゲッタポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空中で高融点金属を安定した状態で蒸発させ
ることで容易に超高真空、極高真空が得られる真空形成
方法及びゲッターポンプを提供する。 【解決手段】本発明のゲッターポンプ１０は、アノード
電極３０と、高融点金属からなるゲッタ材４３を有しア
ノード電極３０に対して同軸上に配設されたカソード電
極４０と、このカソード電極４０の近傍に配設されたト
リガ電極４２とを備える。真空中において、カソード電
極４０とトリガ電極４２との間に所定の電圧を印加して
トリガ放電を発生させる一方で、アノード電極３０とカ
ソード電極４０との間に所定の電圧を印加してアーク放
電を誘起させることにより、ローレンツ力によって荷電
粒子５１を被着板６１に付着させるとともにクラスター
５２ａ、５２ｂをアノード電極３０の内壁面３０に付着
させて活性な吸着面を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、薄膜形成
装置、表面分析装置、加速器等に適用可能な超高真空
（１×１０^-8Ｐａ）、極高真空（１×１０^-10Ｐａ）を形
成するための真空形成方法及び高融点金属用ゲッタポン
プに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のゲッタポンプとしては、
例えば、図３に示すようなものが知られている。図３に
示すように、このゲッタポンプ１００は、ゲッタ材ホル
ダー１０１に保持されたチタン（Ｔｉ）等からなるフィ
ラメント状のゲッタ材１０２に対し、ホルダ電極１０
３、１０４を介して加熱用電源１０５から電力を供給す
るように構成されている。

【０００３】このゲッタポンプ１００においては、加熱
用電源１０５からの電力供給によってゲッタ材１０２が
溶融して蒸発し、このゲッタ材１０２の粒子がチャンバ
ー１０６の壁面１０６ａに連続的に付着することによっ
てチャンバー１０６の壁面１０６ａに活性な吸着面が形
成され、これにより気体分子を捉えるようになってい
る。

【０００４】一方、従来、図４に示すようなゲッタポン
プ２００も提案されている。このゲッタポンプ２００
は、フィラメント２０１に対して電力を供給することに
よって熱電子を発生させ、ウェネルト電極２０２及びゲ
ッタ材２０３に対して高電圧を印加することによって熱
電子を吸引、加速し、これをゲッタ材２０３に対して照
射するように構成されている。

【０００５】このゲッタポンプ２００においては、熱電
子が照射されたゲッタ材２０３が溶融蒸発し、このゲッ
タ材２０３がチャンバー２０４の壁面に連続的に付着す
ることによってチャンバー２０４の壁面２０４ａに活性
な吸着面が形成され、これにより気体分子を捉えるよう
になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術においては、次のような問題があった。
すなわち、図３に示すゲッタポンプ１００の場合、ゲッ
タ材１０２がチタンなど融点のそれほど高くない金属に
対してはゲッタ材１０２に直接電力を供給することによ
ってジュール熱により加熱して蒸発させることができる
が、例えば、タンタルやタングステン等の高融点金属に
対しては、このようなジュール熱では十分な蒸気圧を得
ることはできない。

【０００７】例えば、チタンの場合は、７５０〜１００
０℃で１×１０^-8Ｐａ程度の蒸気圧が得られるが、タン
タルの場合は、同じ１×１０^-8Ｐａ程度の蒸気圧を得る
のに１８００〜２０００℃の温度に加熱する必要があ
る。しかしながら、ジュール熱で２０００℃程度の温度
まで加熱するのは現実的に難しい。

【０００８】一方、図４に示すゲッタポンプ２００の場
合は、電子ビームの照射により、ゲッタ材２０３の表面
を１８００〜２０００℃の温度に加熱することができる
が、ゲッタ材２０３の表面のみの温度が高くなって突沸
するため、ゲッタ材２０３を安定して蒸発させるために
は電子ビームの量を微調整することが必要となるが、こ
れは技術的に困難である。

【０００９】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するためになされたもので、真空中で高融点金属を
安定した状態で蒸発させることによって容易に超高真
空、極高真空を得ることが可能な真空形成方法及びゲッ
タポンプを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、真空中において、高
融点金属からなるカソード部とトリガ部との間に所定の
電圧を印加してトリガ放電を発生させる一方で、互いに
同軸上に配されたアノード部と上記カソード部との間に
所定の電圧を印加してアーク放電を誘起させ、上記高融
点金属を溶融し蒸発させることによって真空排気を行う
ことを特徴とする真空形成方法である。

【００１１】請求項１記載の発明の場合、真空中におい
て、カソード部とトリガ部との間に所定の電圧を印加し
てトリガ放電を発生させる一方で、アノード部とカソー
ド部との間に所定の電圧を印加してアーク放電を誘起さ
せることによって、低電力で高融点金属を安定した状態
で溶融して蒸発させることができ、これにより超高真
空、極高真空を容易に形成することができる。

【００１２】本発明においては、例えば請求項２記載の
発明のように、高融点金属として、タンタル又はタング
ステンを用いることができる。

【００１３】一方、本発明を実施するためには、請求項
３記載の発明のように、アノード電極と、高融点金属か
らなるゲッタ部を有し上記アノード電極に対して同軸上
に配設されたカソード電極と、このカソード電極の近傍
に配設されたトリガ電極とを備え、真空中において、上
記カソード電極と上記トリガ電極との間に所定の電圧を
印加してトリガ放電を発生させる一方で、上記アノード
電極と上記カソード電極との間に所定の電圧を印加して
アーク放電を誘起させるように構成されているゲッタポ
ンプを用いるとよい。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、低電力で高
融点金属を均一に溶融して蒸発させることができる。

【００１５】この場合、請求項４記載の発明のように、
請求項３記載の発明において、高融点金属として、タン
タル又はタングステンを用いることができる。

【００１６】また、請求項５記載の発明のように、請求
項３又は４のいずれか１項記載の発明において、前記高
融点金属の粒子の飛行経路に所定の面積を有する粒子被
着手段が設けられていることも効果的である。

【００１７】請求項５記載の発明によれば、アーク放電
によって発生した高融点金属の荷電粒子が粒子被着手段
に付着し、これにより全体として活性な吸着面の面積が
増加するため、排気能力を向上させることが可能にな
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る真空形成方法
及び高融点金属用ゲッタポンプの実施の形態を図面を参
照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態の高融点
金属用ゲッタポンプの要部を示す概略構成図である。図
１に示すように、本実施の形態のゲッタポンプ１は、真
空チャンバー２に一体的に設けられた同軸型真空アーク
蒸発源（以下「蒸発源」という。）１０を有している。

【００１９】蒸発源１０は、真空チャンバー２の底壁２
ａに対して電気的に接続された円筒形状のアノード電極
３０を有しており、このアノード電極３０内には、アノ
ード電極３０に対して同軸上にカソード電極４０が配置
されている。

【００２０】カソード電極４０は、絶縁管４１と、トリ
ガ電極４２と、ゲッタ材（カソード部、ゲッタ部）４３
と、取付台４５とを有している。

【００２１】絶縁管４１は円筒形状に形成され、この絶
縁管４１の内部に、それぞれ円柱形状に形成された取付
台４５とゲッタ材４３とが挿入されている。

【００２２】絶縁管４１内部においては、取付台４５が
奥側に配置される一方、ゲッタ材４３は先端付近に配置
されている。そして、ゲッタ材４３の取付台４５側の端
部は取付台４５の端部に密着固定され、ゲッタ材４３の
取付台４５と反対側の端部は絶縁管４１の先端から突き
出されている。

【００２３】なお、取付台４５のゲッタ材４３と反対側
の端部は、アノード電極３０の開口端部に固定された底
部３１を貫通して外部に突出するように構成されてい
る。

【００２４】絶縁管４１の先端部にはリング状のトリガ
電極４２が装着され、これによりゲッタ材４３の側面と
トリガ電極４２の表面とが非接触の状態で近接配置され
るようになっている。

【００２５】図１に示すように、アノード電極３０の外
部には、トリガ電源４６とアーク電源４７とが配置され
ている。トリガ電源４６及びアーク電源４７の負電位側
の端子は、それぞれ取付台４５に共通に接続されてい
る。

【００２６】他方、トリガ電源４６の正電位側の端子は
トリガ電極４２に接続されており、さらに、アーク電源
４７の正電位側の端子はアノード電極３０に接続されグ
ランド電位に接地されている。

【００２７】また、カソード電極４０の近傍には、ゲッ
タ材４３から放出された荷電粒子５１を付着させるため
の粒子被着手段６０が配設されている。

【００２８】この粒子被着手段６０は、アノード電極３
０の底部に取り付けられた支柱６１と、この支柱６１に
取り付けられた被着板６２とから構成されている。ここ
で、被着板６２は、カソード電極４０と真空チャンバー
２との間において、後述する荷電粒子５１の飛行経路上
に配置されるようになっている。

【００２９】図２（ａ）は、本実施の形態のゲッタポン
プの要部概略構成図、図２（ｂ）は、本発明による真空
排気の原理を示す説明図である。本実施の形態において
真空排気を行う場合には、アーク電源４７を起動し、取
付台４５を介してゲッタ材４３に数ｋＶの負電圧を印加
する。これによりトリガ電極４２とゲッタ材４３の間に
トリガ放電が発生し、図２（ｂ）に示すように、トリガ
電流ｉ₁が流れる。

【００３０】このトリガ電流ｉ₁によってゲッタ材４３
の側面が部分的に蒸発し、ゲッタ材４３を構成する高融
点金属の蒸気が放出され、アノード電極３０の内側の圧
力が上昇する。

【００３１】その結果、アノード電極３０とゲッタ材４
３との間の絶縁耐圧が低下し、ゲッタ材４３の側面と、
アノード電極３０との間でアーク放電が発生する。

【００３２】このアーク放電によって、アノード電極３
０の内周面からゲッタ材４３の側面に向けてアーク電流
ｉ₂が流れると、アーク電流ｉ₂は大電流（１０００Ａ程
度）であるため、ゲッタ材４３の側面が溶融し、トリガ
放電の場合より大量の蒸気が放出される。

【００３３】ここで、ゲッタ材４３と取付台４５とは円
柱形状に形成されているため、アーク電流ｉ₂は、カソ
ード電極４０の内部を直線的に流れる。

【００３４】アーク電流ｉ₂が流れることによって磁界
が形成されると、その磁界は、正電荷に対してアーク電
流ｉ₂の向きとは反対方向、すなわち、真空処理槽１１
０内に向ける方向の力（ローレンツ力）Ｆを及ぼす。

【００３５】ここで、ゲッタ材４３の高融点金属の蒸気
中には、正に帯電した微小な荷電粒子５１が含まれてい
るため、ゲッタ材４３の側面からさまざまの方向に飛び
出した荷電粒子５１は、上述した力Ｆの影響を受け、ア
ノード電極３０から真空チャンバー１０へ向って飛行す
る。

【００３６】この場合、本実施の形態においては粒子被
着手段６０の被着板６１が荷電粒子５１の飛行経路上に
配置されているため、これらの荷電粒子５１は被着板６
１の表面６１ａに付着する。

【００３７】他方、アーク電流ｉ₂が流れると、ゲッタ
材４３からは、荷電粒子５１の他に高融点金属からなる
巨大なクラスター５２も同時に放出される。しかし、そ
のクラスター５２のうち、無電荷（中性）のクラスター
５２ａは上述した力Ｆの作用を受けないため、アノード
電極３０の内壁面３０ａに付着する。

【００３８】また、クラスター５２のうち電荷を有して
いるクラスター５２ｂについては、電荷量に比べて質量
が大きいため、上述した力Ｆによる曲げ量が少なく被着
板５２ｂに到達しないため、アノード電極３０の内周面
３０ａに付着する。

【００３９】このようにして被着板６１の表面６１ａに
付着した荷電粒子５１とアノード電極３０の内周面３０
ａに付着したクラスター５２ａ、５２ｂは、それぞれ活
性な表面が形成され、これらの活性な表面に真空チャン
バー２ａの気体分子（図示せず）が付着する。さらに、
この気体分子上に上述した荷電粒子５１及びクラスター
５２ａ、５２ｂが重なって付着することでこれが被着板
６１の表面６１ａ及びアノード電極３０の内壁面３０ａ
にトラップされ、これにより真空排気が行われる。

【００４０】以上述べたように本実施の形態によれば、
低電力で高融点金属を安定した状態で溶融して蒸発させ
ることができ、これにより超高真空、極高真空を容易に
形成することができる。

【００４１】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
真空排気の際にアーク電源４７のコンデンサー容量を調
整することによって排気速度を調整するように構成する
ことも可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、低電
力で高融点金属を安定した状態で溶融して蒸発させるこ
とができ、これにより超高真空、極高真空を容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るゲッタポンプの実施の形態の概略
構成図

【図２】（ａ）：同実施の形態の要部概略構成図 （ｂ）：本発明による真空排気の原理を示す説明図

【図３】従来例のゲッタポンプの要部概略構成図

【図４】他の従来例のゲッタポンプの要部概略構成図

【符号の説明】

１０…真空チャンバー ３０…アノード電極 ４０…カ
ソード電極 ４３…ゲッタ材（カソード部、ゲッタ部）
４６…トリガ電源 ４７…アーク電源 ６０…粒子被
着手段

フロントページの続き (72)発明者 天野 繁 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 DA02 EA03 5C038 AA01 AA07 AA09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空中において、高融点金属からなるカソ
   ード部とトリガ部との間に所定の電圧を印加してトリガ
   放電を発生させる一方で、互いに同軸上に配されたアノ
   ード部と上記カソード部との間に所定の電圧を印加して
   アーク放電を誘起させ、上記高融点金属を溶融し蒸発さ
   せることによって真空排気を行うことを特徴とする真空
   形成方法。
2. 【請求項２】前記高融点金属は、タンタル又はタングス
   テンであることを特徴とする請求項１記載の真空形成方
   法。
3. 【請求項３】アノード電極と、高融点金属からなるゲッ
   タ部を有し上記アノード電極に対して同軸上に配設され
   たカソード電極と、該カソード電極の近傍に配設された
   トリガ電極とを備え、 真空中において、上記カソード電極と上記トリガ電極と
   の間に所定の電圧を印加してトリガ放電を発生させる一
   方で、上記アノード電極と上記カソード電極との間に所
   定の電圧を印加してアーク放電を誘起させるように構成
   されていることを特徴とする高融点金属用ゲッタポン
   プ。
4. 【請求項４】前記高融点金属は、タンタル又はタングス
   テンであることを特徴とする請求項３記載の高融点金属
   用ゲッタポンプ。
5. 【請求項５】前記高融点金属の荷電粒子の飛行経路に所
   定の面積を有する粒子被着手段が設けられていることを
   特徴とする請求項３又は４のいずれか１項記載の高融点
   金属用ゲッタポンプ。