JP2000517031A - ターボ分子ポンプの上流で、近接してそして同軸で使用するのに特に適したゲッタポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ターボ分子ポンプに対してその上流で、近接してそして同軸で使用に特に適したゲッタポンプであって、２つの端部（２２）間でシリンダ状カートリッジ（１０）の内部に湾曲部（１８，１８ａ）を有する単一の連続したコイル状金属ワイヤ若しくは一連の複数のジグザグ状要素であって、カートリッジ（１０）に対して同心の、環状の周辺帯域に入るように設けられそして粉末の形態の非蒸発型ゲッタ材料の焼結多孔質層で被覆されたゲッタ装置（２０）を含む。カートリッジ（１０）は、一方側で排気されるべき室にそして他方側でターボ分子ポンプに連結される鋼製スタブ（３０）内に挿入される。ゲッタ装置（２０）は端部を通して外部から電流が直接供給されうる。

Description

【発明の詳細な説明】 ターボ分子ポンプの上流で、近接してそして同軸で 使用するのに特に適したゲッタポンプ 説明 本発明は、ターボ分子ポンプに対してその上流で、近接してそして同軸で使用 するのに特に適したゲッタポンプに関するものである。 ゲッタポンプは、静的な、即ち機械的可動部材の存在しないポンプであり、そ してそれらの動作は、酸素、水素、水及び酸化炭素のような反応性気体の、非蒸 発型ゲッタ材料（斯界ではＮＥＧ材料として知られている）を構成する元素によ る化学的収着作用に基づいている。主たるＮＥＧ材料はジルコニウム或いはチタ ンを基とする合金である。 包囲された環境内で高い真空を発生しそして維持するためにゲッタポンプは、 ほとんど常に、他の種のポンプと併用して作動される。とくには、第１高圧ポン プ排気段階は回転ポンプや拡散ポンプのような機械的ポンプにより達成されそし て高い真空を実現するのにケミカル−イオンポンプ、クリオゲニックポンプやタ ーボ分子ポンプと組合わせてゲッタポンプが使用されうる。 ゲッタポンプをターボ分子ポンプと組み合わせるのがとりわけ有益である。実 際上、ターボ分子ポンプの効率は、気体の分子量の減少に際して低下し、従って それらの効率は水素に対して低下する。水素は、中位真空範囲において真空系に おける残留圧力に主として影響する気体の一つでありそして１０^-9ｈＰａより低 い圧力における主たる残留気体である。他方、ゲッタポンプは、特に室温から３ ００℃までの範囲の温度に対して、水素を収着するのにとりわけ有効である。従 って、ゲッタポンプとターボ分子ポンプとの組合せが、系内に存在する、いずれ にせよ除去されるべき気体に対して異なった挙動を組合せる点で、室を排気する ための問題に対する最適の解決策である。特に、この組合せは、排気されるべき 室が例えば半導体工業のプロセスマシンの室のような高い真空作業のために使 用される作業室である場合には、有益である。 これら利点は、原理的に、これら２種類のポンプを直列に配列する、即ちゲッ タポンプをターボ分子ポンプに対して上流に配列するとき最大限化される。しか しながら、これら２種類のポンプは、これまで、次の問題や欠点を回避するため に直列に配列されたことはなく、常に、排気されるべき室の、２つの異なった開 口にフランジを介して取り付けられていた： （イ）ゲッタポンプを構成するゲッタ要素は、一般に、ＮＥＧ材料を突き固める ことにより製造されている。従って、ゲッタポンプは、遊離した粒子がターボ分 子ポンプの羽根に衝突し、それらを損傷したり、またポンプの回転子と固定子と の間に食い込むことによってポンプを不動化しやすい。 （ロ）排気されるべき室とターボ分子ポンプとの間にゲッタポンプを介在させる ことは一般に、ターボ分子ポンプへのガス流通量の減少をもたらす。 （ハ）ゲッタポンプが作動しているときには、非蒸発型ゲッタ材料は、約２００ 〜３００℃の温度に維持されねばならない。この目的のために、ゲッタ材料はこ れまで、ランプ或いは一般にセラミック製の支持体に巻かれたフィラメント抵抗 によるポンプ内部からの輻射より、或いはポンプ本体上に配列された適当な加熱 部材によるポンプ外部から加熱されていた。従って、ターボ分子ポンプの温度の 上昇もまた起こり得、良好なポンプ作動に許容しうる誤差（非常に小さい）を超 えての羽根の膨張をもたらす。他方、ターボ分子ポンプ温度の上昇の影響を減じ るためにポンプ間の距離の増大したり或いは熱遮蔽体を介在させることは、ガス 流れ流通度の許容し得ない減少をもたらす。 また別の欠点は、上述したケースより重要性は少ないが、上述した加熱システ ムを使用することにより、活性材料の温度を測定するためにゲッタポンプに熱伝 対が必然的に装備されねばならず、それにより真空環境から生じる、熱伝対ワイ ヤと関連する複雑な気密問題が解決されねばならいという事実であった。 本発明の目的は、排気されるべき室とターボ分子ポンプとを接続する構造にお いて、ゲッタポンプの粒子の損失を減少するよう、流通量の減少を最小限とする よう、そしてターボ分子ポンプの温度の間接的上昇を最小限とし、それにより組 立体の改善された排気ポンピング効率を保証するように、ターボ分子ポンプの上 流で、近接してそして同軸で配列されるゲッタポンプにより上述した欠点を克服 する技術を開発することである。 更に、ゲッタポンプの温度を、ポンプ本体を貫通する熱伝対やワイヤを使用す る必要なく、高い再現性でもって、ポンプの外側から直接的な抵抗測定を通して 測定できるものとなし得るようにすることも本発明の目的である。 請求項１に記載されるような本発明に従うゲッタポンプのこれらの並びに他の 目的、利点及び特徴は、添付図面を参照して、制限を目的とするものでない、好 ましい具体例についての以下の記載から一層明らかとなろう。図面において、 第１ａ図は、本発明に従う、第１ａ図に隣りあって断面で第１ｂ図に示される ゲッタポンプを内部に挿入するすることを意図する鋼製ハウジング乃至スタブの 断面図である。 第２図は、第１ａ図及び第１ｂ図の組立体に相当する、組立てられたゲッタポ ンプの断面図である。 第３図は、第２図の組立体の左側面図である。 第４図は、第２図の組立体の右側面図である。 図面を参照すると、本発明に従うゲッタポンプは、実質上シリンダ状のカート リッジ１０から形成され、これはその両端に互いに平行に配列される２つの金属 製リング１２，１２ａを具備している。リング１２，１２ａは、ポンプに対して 同軸であり、その本体に対して外側にありそしてカートリッジ１０の内壁に止着 される。リング１２，１２ａはゲッタ装置の本体の両端をそこに止着している。 ゲッタ装置は、ゲッタ材料で被覆された、好ましくはジグザグ状若しくはコイル 状の細長い金属要素から形成され、リング１２，１２ａにおける固定用及び熱絶 縁用点１６，１６ａに対応する湾曲部１８，１８ａ乃至変向曲域を備えている。 すなわち、ゲッタ装置２０は、実質上環状の形態を有し、カートリッジ１０の周 辺帯域に存在する。この場合ゲッタ要素のすべては、カートリッジを通してのガ ス流れの通路面積、即ち流通量の減少を最小限とするためにカートリッジ１０の 内壁に近接して配列されている。ジグザグ若しくはコイル状の単一体の要素の代 わりに、リング１２，１２ａにおける固定点１６，１６ａにおいて順次して互い に結合される一組の複数のゲッタ要素から形成しうることを銘記されたい。両方 の場合において、ゲッタ装置を提供するための単体の連続したゲッタ要素２０或 いは直列に互いに結合される複数の要素は、好ましくは、但し必須ではないが、 図面と一致する方向を有するコイルバネのような形状をした線状（スレッド状） 金属コアから形成される。ゲッタ材料は、線状金属コア周囲に、後者を適当な型 内部に挿入し、型内に所望のゲッタ材料を注入しそしてオーブン内に置く等によ り型内で粉末を焼結することにより被覆され得る。様々の種類のゲッタ材料が使 用できる。ゲッタ材料としては、一般に、チタン及びジルコニウム、それらと遷 移金属及びアルミニウムから選択された１種以上の元素との合金、これら合金の １種以上とチタン及び／或いはジルコニウムとの混合物を挙げることができる。 チタン及びチタン−バナジウム合金の使用が好ましい。これら材料は、粉末が容 易に焼結しうることによりまたこれらゲッタ材料を使用することにより製造され たゲッタ要素が優れた収着性能を保証するような多孔性を維持しつつ良好な機械 的性質を有しそして実用上粒子損失が無い点で好ましい。 Ｕ字形屈曲部を有する単体の連続要素及び例えばジグザグ配列で直列に配列さ れる複数の異なった要素から形成されるゲッタ装置いずれの場合も、ゲッタ装置 ２０は、互いに隣りあいそしてカートリッジの同じ側に存在する２つの端部２２ を有し、ここで要素２０の連続性は中断されている。端部２２は、カートリッジ １０の一側から互いに平行に突出し、第１ａ図を参照して以下に説明するように 排気されるべき室とターボ分子ポンプ（図示なし）との間の鋼製筒状構造体であ るハウジング即ち連結スタブ３０における給電ボックス２４内に挿入される。前 記連結用スタブ３０はカートリッジ１０の外径よりわずかに大きな直径を有する ステンレス鋼製のシリンダから形成され、そしてその両端にネジ及びボルトのよ うな止着部材を取り付けるための貫通孔を有する２つのフランジ３２及び３４を 備えている。これらにより、作業室とターボ分子ポンプがゲッタポンプに両側で 連結される。給電ボックス２４は、カートリッジ１０が挿入されるフランジ３２ とは反対側になるように配列される。組立が行われると、端部２２は、ソケット −プラグ関係のようにそこに挿入される。フランジ３４に近い反対の側では、第 ４図によく示されるように、ボックス２４は、外側に向けられそして外部電源導 体２８を接続した一対の端子２６を有している。 ターボ分子ポンプの上流で且つそれに近接しての使用のための殊に適当な本発 明に従うゲッタポンプには、ゲッタポンプの移動、交換或いは保守のために時と して必要とされるように、ポンプを排気されるべき室から、ターボ分子ポンプか ら或いは両方から隔離することを可能ならしめるように上流及び下流弁（図示な し）が設けられる。 例えば、ゲッタポンプを移動したり作動位置に設置する間、ゲッタ本ポンプの 上流及び下流両方の弁が閉じられる。ターボ分子ポンプの保守作業の場合にはま たシステムは通常ターボ分子ポンプを必要とするけれども、特殊なプロセス段階 においてゲッタポンプのみの使用で十分である場合には、上流弁（排気されるべ き室に向かう）を開放しそしてターボ分子ポンプに向かう弁を閉鎖することが有 用なこともある。 逆に、ターボ分子ポンプに向かう弁を開放して作業室からゲッタポンプを隔離 することがゲッタポンプの再生のために有用な場合もある。事実、このケースは 平衡現象であるところの水素収着に特に有用である。ゲッタ材料により収着され る水素量は、温度の減少に際してそして周囲システムにおける水素分圧の増加に 際して増大する。多量の水素を収着したゲッタの温度を増加することにより、そ して例えばこの場合はターボ分子ポンプを使用することによりポンプ排気条件に 置くことによりゲッタから気体を放出し、それによりそれを再生することが可能 である。 しかし、ターボ分子ポンプは、ゲッタポンプの再生中に起こりうる高すぎる気 体圧力において作動するとき過熱により損傷する危険がある。こうした欠点を防 止するために、ゲッタ要素を徐々に加熱して、水素圧がやはり徐々に増大するよ うにし、ターボ分子ポンプの排気速度を考慮して水素圧力が臨界圧力に達しない ようにすることが可能である。この替わりに、ゲッタポンプとターボ分子ポンプ との間の流通量を両者間に配列された弁を作動することにより減少させることも できる。 上述したように、要素２０を被覆するゲッタ材料からの粒子の損失は、それら が高温オーブン中で焼結されていることにより非常に少ない。従って、先行技術 のゲッタポンプと違って、ゲッタポンプとターボ分子ポンプは直列に配列されう ることを銘記すべきである。 更に、内部フィラメント要素２０の直接抵抗測定を通して温度の間接的な測定 と関連して、ゲッタ材料を支持する内部フィラメントとそれを被覆するゲッタ粉 末は高い再現性を有するコントロールされたプロセスにより製造されるから、と りわけ良好な許容差を有する適当なＲ−Ｔ曲線が得られることを銘記すべきであ る。従って、ゲッタ装置の温度値を得るために熱電対なしで行うことが可能であ る。 最後に、ゲッタポンプは直列に電流を直接流すことにより加熱されるから、タ ーボ分子ポンプによる熱吸収は、真空環境中でのゲッタ要素による輻射のみであ り、これはランプによる輻射に比較して格段に小さい点で、非常に小さい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コイル状乃至ジグザグ状である線状金属要素と焼結により該要素に被覆した 多孔質非蒸発型ゲッタ材料とから形成される非蒸発型ゲッタ装置（２０）を含む ゲッタポンプであって、前記ゲッタ装置（２０）が、排気されるべき室とターボ 分子ポンプとの間に配列される鋼製筒状構造体乃至タブ（３０）内部に同軸に組 み付けられるシリンダ状カートリッジ（１０）の環状の周辺帯域に存在し、そし て該ゲッタ装置（２０）が前記線状金属要素への電流の直接供給により加熱され ることを特徴とするゲッタポンプ。 ２．ゲッタ装置（２０）が２つの隣り合う端部（２２）間を延在しそして湾曲部 （１８，１８ａ）乃至ジグザグ屈曲部でもって前記カートリッジ（１０）の内面 に対して近接し且つ同軸の実質上シリンダ状の表面を形成する単一体連続要素か ら形成される請求項１に従うゲッタポンプ。 ３．ゲッタ装置（２０）が２つの隣り合う端部（２２）を始端及び終端としてジ グザグ配列され、前記カートリッジ（１０）の内面に対して近接する実質上シリ ンダ状の表面を形成する一連の複数の要素から形成され、該要素が変向点（１８ ，１８ａ）において互いに結合されている請求項１に従うゲッタポンプ。 ４．前記湾曲部或いは変向点（１８，１８ａ）が前記カートリッジ（１０）の両 端部近くに互いに平行に組み込まれるフランジ乃至リング（１２，１２ａ）に固 定手段（１６，１６ａ）を介して両側で交互に止着される請求項２乃至３のゲッ タポンプ。 ５．前記端部（２２）がカートリッジの同じ側でわずかの距離互いに離間しそし て２つの平行プラグから形成される請求項２乃至３のゲッタポンプ。 ６．前記シリンダ状スタブ（３０）内部に、カートリッジ（１０）をスタブ内に 組み付けるに際して前記プラグを挿通するためのソケットを備えそして外部電源 に接続された電導体を固定するための端子（２６）を備えた給電ボックス（２４ ）が設けられる請求項５に従うゲッタポンプ。 ７．排気されるべき室に向けて上流にそしてターボ分子ポンプに向けて下流に隔 離弁を含む請求項１に従うゲッタポンプ。