JP2003013853A - 真空排気方法及び真空排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空槽内を汚染することなく高い真空度を得る
ことが可能な真空排気方法、および真空排気装置を提供
することにある。 【解決手段】真空槽１０に接続された真空ポンプ２２に
より真空槽内を大気圧状態より一次排気する。一次排気
された真空槽内に配置された開閉式容器３４に収納され
たゲッタを、開閉式容器を閉じた状態で飛散させて開閉
式容器の内面にゲッタ膜を形成した後、開閉式容器を開
放してゲッタ膜を真空槽内に露出させ、真空槽内のガス
を吸着することと、電子発生器９０から真空槽内へ電子
ビームを照射し、真空槽内のガスをイオン化させ、開閉
式容器内に電界を発生させ、イオン化させたガスを吸着
することにより真空槽内を二次排気する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空槽内を超高真
空に排気する真空排気方法、および真空排気装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、真空槽内の真空度を上げる方法
として、機械式真空ポンプにより真空槽内を真空排気す
る方法、あるいは、ゲッタによる化学吸着を利用して真
空排気する方法が知られている。

【０００３】ゲッタを利用した真空排気手段としては、
サプリメーションポンプが知られている。このサプリメ
ーションポンプは、ポンプ側真空槽と、ポンプ側真空槽
の中央部に配置されたカートリッジ状のゲッタ源と、を
有している。ゲッタ源は、熱電極芯線の周囲に、それぞ
れゲッタ材および熱電極材からなる２本の針金を巻き付
けて構成されている。この場合、針金が全ての巻線に接
触するように巻かれている。そして、熱電極芯線には、
ポンプ側真空槽の外部から低電圧大電流が供給される。

【０００４】このようなサプリメーションポンプを用い
た真空排気装置によれば、サプリメーションポンプは配
管を介して真空排気装置の本真空槽に接続され、また、
本真空槽には、一次排気手段として、機械式真空ポンプ
等も配管を介して接続されている。そして、本真空槽内
を真空排気する場合には、まず、大気圧状態の本真空槽
を機械式真空ポンプによって一次排気する。一次排気に
より本真空槽内が粗引きされたある真空度に到達した
後、さらに真空度を上げるため、サプリメーションポン
プの熱電極芯線に低電圧大電流を供給する。

【０００５】この供給電流により熱電極材及び熱電極芯
線が抵抗加熱し、この加熱によりゲッタ材が昇華する。
これにより、ゲッタ材が飛散してポンプ側真空槽の内面
にゲッタ膜が形成される。すると、ゲッタ膜の化学吸着
作用により、本体真空槽内にある気体分子が配管を通し
てポンプ側真空槽内に送られ、ポンプ側真空槽に形成さ
れたゲッタ膜に吸着される。これがポンプ作用となり、
本体真空槽内の真空度を上げることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなサプリメ
ーションポンプの排気速度に影響を及ぼす要因として、 １）ゲッタ材により形成されたゲッタ膜の表面積、 ２）真空系の中で実際に真空度を上げたい作業空間とゲ
ッタ膜が形成された領域との間のコンダクタンス、 ３）化学作用のみによるゲッタの吸着原理、が挙げられ
る。

【０００７】しかしながら、上記構成のサプリメーショ
ンポンプでは、排気速度を大きくするためにゲッタ膜が
形成されるポンプ側真空槽内面の表面積を大きくして
も、ポンプ側真空槽と本体真空槽との間には配管やバル
ブ等の連結部が設けられているため、排気速度は連結部
のコンダクタンスとほぼ等しくなり、それ以上に上げる
ことができない。すなわち、サプリメーションポンプの
有効排気速度は、連結部のコンダクタンスにより決定さ
れることになる。

【０００８】また、上記のような連結部を無くし、本体
真空槽内で直接ゲッタ材を昇華させて、本体真空槽の内
壁にゲッタ膜を形成する場合、連結部のコンダクタンス
の影響を受けず、大きな排気速度が得られる。しかし、
この場合、本体真空槽の内壁は気体分子が吸着したゲッ
タ材により被われて汚染されるため、再度、本真空槽を
使用する前に、真空槽内の洗浄が必要となる。従って、
作業効率が低下してしまう。

【０００９】また、ゲッタ膜の化学吸着作用のみではゲ
ッタ膜近傍のガス吸着には有効ではあるものの、真空槽
全体の真空度を高める効果に乏しい。

【００１０】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、真空槽内を汚染することなく高い真空
度を得ることが可能な真空排気方法、および真空排気装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る真空排気方法は、真空槽内を大気圧
状態より一次排気し、上記一次排気された真空槽内に配
置された開閉式容器に収納されたゲッタを、上記開閉式
容器を閉じた状態で飛散させて上記開閉式容器の内面に
ゲッタ膜を形成し、上記開閉式容器を開放して上記ゲッ
タ膜を真空槽内に露出させ、真空槽内のガスを吸着する
ことにより真空槽内を二次排気し、上記ゲッタ膜による
ガス吸着が終了した後、上記開閉容器に電圧を印加して
電界を発生させ、上記真空槽内のイオンを吸着すること
を特徴としている。

【００１２】また、この発明に係る真空排気装置は、真
空槽と、上記真空槽に接続され、真空槽内を大気圧状態
から一次排気する一次排気手段と、上記真空槽内に配置
された開閉式容器、上記開閉容器内に収納されたゲッ
タ、上記ゲッタを加熱する加熱源、および上記開閉式容
器を開閉する開閉機構を有し、上記開閉式容器を閉じた
状態でゲッタを飛散させて上記開閉式容器の内面にゲッ
タ膜を形成し、上記開閉式容器を開放して上記ゲッタ膜
を真空槽内に露出させる二次排気装置と、を備え、上記
二次排気装置は、上記真空槽内の一次排気後のガスをイ
オン化するイオン化装置と、上記開閉式容器に設けられ
開閉式容器に電界を印加して電界を発生させ上記イオン
化されたガスを吸着する電界印加手段を備えていること
を特徴としている。

【００１３】上記のように構成された真空排気方法およ
び真空排気装置によれば、真空槽内にゲッタを収納した
開閉式容器を設置することにより、真空系の中で実際に
高真空を作りたい作業空間の近くにゲッタ材が付着した
ゲッタ膜を設けることができる。そのため、コンダクタ
ンスを非常に大きくでき、大きな排気速度が得られる。

【００１４】また、開閉式容器内でゲッタを飛散させて
容器内面にゲッタ膜を形成した後、開閉式容器を開放す
ることで、真空槽内壁がゲッタによって被覆されること
なく、二次排気を行うことができる。従って、真空槽内
を汚染することがなく、開閉式容器をのみ取り外して洗
浄すればよい。

【００１５】また、ゲッタ膜形成後に開放した開閉式容
器に電圧を印可し、電子ビーム照射によりイオン化され
たガスを、ゲッタの化学吸着作用と電界作用によるイオ
ン吸着とを併用し、ゲッタの化学吸着では吸着できない
気体分子もイオン吸着にて吸着することにより真空槽内
を高い真空度に二次排気することができる。

【００１６】また、この発明によれば、上記ゲッタ膜の
形成および二次排気を複数回繰り返すことを特徴として
いる。ゲッタとして複数回昇華できるゲッタ材、例え
ば、昇華量を加熱時間にて制御できる非反応型ゲッタ材
を使用し、所要量のゲッタ材を予め開閉式容器に収納さ
せておき、真空槽の外部から開閉式容器の開閉と電圧印
可を制御することにより、容器内面へのゲッタ膜の形成
および二次排気を複数回実施するができる。従って、ゲ
ッタ膜が真空槽中の気体分子を吸着してゲッタ作用が衰
えても、再度、ゲッタを昇華して新たなゲッタ膜を形成
することにより、実質的なゲッタ膜の表面積が大きくな
り、真空槽内の高真空度の達成及び維持が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、この発
明の実施の形態に係る真空排気方法および真空排気装置
について詳細に説明する。

【００１８】まず、真空排気装置について説明すると、
図１および図２に示すように、この真空排気装置は、真
空槽１０とこの真空槽内にワークを搬入および搬出する
移送機構１２と、を有している。移送機構１２は、真空
槽１０内で処理させるワーク１４が載置されたキャリア
１６と、ガイドレール、搬送ベルト等からなりキャリア
を搬送する搬送部１８と、を備えている。

【００１９】真空槽１０の出入り口には開閉自在な扉２
０が設けられている。また、真空槽１０には、一次排気
手段として機能する機械式の真空排気ポンプ２２が配管
を介して接続されている。真空槽１０内には給電端子部
２４が設けられ、この給電端子部は、真空槽１０の外部
に設けられた電源２６に接続されている。更に、真空槽
１０には、後述する開閉式容器を開閉操作するマニュピ
レータ３０が取り付けられている。このマニピュレータ
３０は、真空槽１０内に延出した開閉アーム３１と、真
空槽の外部に設けられ開閉アームを回転駆動する駆動部
３２と、を有している。

【００２０】また、真空槽１０の外面には、真空槽内に
電子ビームを照射する複数の電子発生器６０が設けられ
ている。これらの電子発生器９０は、この発明における
電子ビーム照射手段およびイオン化装置として機能す
る。

【００２１】一方、真空排気装置は、二次排気装置の一
部を構成する開閉式容器３４を備えている。この開閉式
容器３４は真空槽１０内に対して出し入れ自在に設けら
れ、本実施の形態においては、キャリア１６に支持され
ている。

【００２２】図３に示すように、開閉式容器３４は、ほ
ぼ矩形状の本体３６と、一対のヒンジ３７により本体に
対して開閉自在に取り付けられた矩形状の蓋体３８と、
を有している。本体３６の内面には、ゲッタ４０を保持
したゲッタホルダ４２、ゲッタホルダを介してゲッタ４
０を加熱する一対の加熱電極４４が取り付けられてい
る。ゲッタ４０は、開閉式容器２４の内面に所要膜厚の
ゲッタ膜を所要回数形成させるのに必要な量が充填され
ている。なお、ゲッタ材としては、例えば、バリウム、
チタン、マグネシウム等が用いられている。

【００２３】後述するように、ゲッタ膜を形成し、ガス
吸着を行なう開閉式容器３４の内面は、容器の寸法を大
きくすることなくゲッタ着膜表面積を大きくできるよう
に、メッシュ状もしくはフィン形状に形成されていても
よい。また、加熱電極４４は、開閉式容器３４に絶縁材
を介して保持することにより電気的に絶縁されている。

【００２４】本体３６の外面には、電界を印加すること
により開閉式容器３４内に電界を発生させる電界印加電
極４６が取り付けられている。そして、図１および図３
に示すように、加熱電極４４および電界印加電極４６に
それぞれ接続された導線４４ａ、４６ａは、キャリア１
６上を引き回され、キャリア１６の端部に設けられた接
続端子部５０に接続されている。

【００２５】開閉式容器３４の一方のヒンジ３７のヒン
ジ軸には、ハンドル５２が同軸的に連結され、容器の外
方に延出している。また、開閉機構として機能するマニ
ピュレータ３０は、前述したように開閉アーム３１と駆
動部３２とを有し、開閉アーム３１の先端部には、開閉
式容器３４が真空槽１０の所定位置に配置された際、ハ
ンドル５２と係合する一対の係合爪５４が設けられてい
る。従って、係合爪５４がハンドル５２に係合した状態
で、駆動部３２によって開閉アーム３１を回動させるこ
とにより、開閉式容器３４の蓋体３８を開閉操作するこ
とができる。

【００２６】上記のように構成された真空排気装置によ
り真空槽１０内を真空排気し、ワーク１４に対して所望
の処理を施す場合、図２に示すように、ワーク１４が載
置されたキャリア１６を真空槽１０内に移動し、扉２０
を閉塞する。それにより、開閉式容器３４も真空槽１０
内の所定位置に搬入される。この際、開閉式容器３４は
蓋体３８が閉じた状態となっている。

【００２７】キャリア１６が真空槽１０内の所定位置に
配置されると、キャリアに設けられた接続端子部５０が
真空槽内の給電端子部２４に接触し、開閉式容器３４の
加熱電極４４および電界印加電極４６に通電可能とな
る。同時に、マニピュレータ３０の開閉アーム３１が開
閉式容器３４のハンドル５２と係合し、蓋体３８を開閉
操作可能となる。

【００２８】この状態で、まず、真空排気ポンプ２４を
作動させ、真空槽１０内を大気圧から粗引きし所定の真
空度まで一次排気する。続いて、開閉式容器３４が閉じ
た状態で、給電端子部２４、接続端子部５０、および導
電４４ａを介して、電源２６から開閉式容器３４内の加
熱電極４４に低電圧高電流を供給し、ゲッタ４０を抵抗
加熱にて昇華する。これにより、開閉式容器３４内でゲ
ッタ４０が飛散し、開閉式容器の内面全体にゲッタ膜が
形成される。

【００２９】続いて、図４に示すように、マニュピレー
タ３０によりハンドル５２を回転させて開閉式容器３４
を開状態とし、開閉式容器３４の内面に形成されたゲッ
タ膜を真空槽１０内に露出させる。これにより、真空槽
１０内のガスが化学吸着によってゲッタ膜に吸着され、
真空槽内の二次排気が行われる。

【００３０】更に、図５に示すように、電子発生器９０
から真空槽１０内へ電子ビームを照射し、真空槽１０内
のガスをイオン化させ、この状態から、電源２６により
電界印加電極４６に電界を印加し、開閉式容器３４内に
電界を発生させ電子ビームを照射によりイオン化させた
ガスを吸着する。なお、図５において、説明を容易にす
るため、電子発生器９０は図１に示した位置と異なる位
置に図示している。

【００３１】上述したガスのイオン化および電界による
イオン化ガスの吸着を含む二次排気を複数回繰り返して
一層高い真空度を達成及び維持する場合、上述した動作
の終了後、マニュピレータ３０によりハンドル５２を回
動して開閉式容器３４を開状態とし、再度、加熱電極４
４に低電圧高電流を供給してゲッタ４０を昇華する。そ
れにより、気体分子を吸着し、ゲッタ作用の衰えた開閉
式容器３４内面のゲッタ膜に重ねて、新たなゲッタ膜を
形成させる。

【００３２】そして、マニュピレータ３０によりハンド
ル５２を回動させ、開閉式容器３４を開状態とすること
により、再度、真空槽１０内のガスを吸着して二次排気
を行なう。このような動作を繰り返すことにより、所望
の高真空度を得るとともに高真空度を維持することがで
きる。

【００３３】以上のように構成された真空排気方法およ
び真空排気装置によれば、真空槽１０内に、ゲッタ４０
を収納した開閉式容器３４を設置することにより、真空
系の中で実際に高真空を作りたい作業空間の近くにゲッ
タ材が付着したゲッタ膜を設けることができるため、コ
ンダクタンスを非常に大きくでき、大きな排気速度が得
られる。従って、真空槽１０内を超高真空領域に排気す
ることが可能となる。

【００３４】また、開閉式容器３４内でゲッタを飛散さ
せて容器内面にゲッタ膜を形成した後、開閉式容器を開
放することで、真空槽内をゲッタで汚染することなく二
次排気を行い、高真空度を得ることができ。従って、作
業終了後、開閉式容器３４をのみ取り外して洗浄すれば
よいため、作業効率の向上を図ることができる。

【００３５】更に、マニピュレータ３０により真空槽１
０の外部から開閉式容器３４の開閉動作を行うことによ
り、ゲッタ膜の形成および二次排気を複数回繰り返して
行うことができ、ゲッタ膜が真空槽１０中の気体分子を
吸着してゲッタ作用が衰えても、再度、ゲッタを昇華し
て新たなゲッタ膜を形成することにより、実質的なゲッ
タ膜の表面積が大きくなり、真空槽内の高真空度の達成
及び維持が可能となる。

【００３６】更に、電子発生器９０から真空槽１０内へ
電子ビームを照射し、真空槽１０内のガスをイオン化さ
せ、ゲッタを収納した開閉式容器３４に電界をかけるこ
とにより、ゲッタの化学吸着と電界作用によるイオン吸
着とを併用し、ゲッタの化学吸着では吸着できない気体
分子もイオン吸着にて吸着し、真空度を一層上げること
が可能となる。

【００３７】なお、この発明は上述した実施の形態に限
定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、開閉式容器をキャリアに取り付けること
なく、開閉式容器のみを搬入、搬出する構成としてもよ
い。また、開閉式容器を真空槽内に設けられた支持部に
対して脱着可能に設ける構成としてもよい。更に、開閉
式容器の形状は、できるだけ大きなゲッタ膜形成面を得
られる形状であればよく、必要に応じて種々選択可能で
ある。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、真空槽内に配置した開閉式容器内でゲッタ膜を形成
した後、開閉式容器を開放して二次排気を行う構成と
し、また真空槽内への電子ビーム照射によるガスのイオ
ン化と、ゲッタの化学吸着と開閉式容器への電圧印可に
よるイオン吸着作用とを併用する構成としたことから、
真空槽内を汚染することなく高い真空度を得ることが可
能な真空排気方法、および真空排気装置を提供すること
にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る真空排気装置を概
略的に示す斜視図。

【図２】上記真空排気装置を概略的に示す断面図

【図３】上記真空排気装置の開閉式容器を示す斜視図

【図４】上記真空排気装置を概略的に示す断面図。

【図５】上記真空排気装置を概略的に示す断面図。

【符号の説明】

１０…真空槽 １２…移送機構 １６…キャリア ２２…真空排気ポンプ ２４…給電端子部 ２６…電源 ３０…マニピュレータ ３１…開閉アーム ３２…駆動部 ３４…開閉式容器３４ ３６…本体 ３８…蓋体 ４０…ゲッタ ４４…加熱電極 ４６…電界印加電極 ５２…ハンドル ９０…電子発生器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽内を大気圧状態より一次排気し、 上記一次排気された真空槽内に配置された開閉式容器に
   収納されたゲッタを、上記開閉式容器を閉じた状態で飛
   散させて上記開閉式容器の内面にゲッタ膜を形成し、 上記開閉式容器を開放して上記ゲッタ膜を真空槽内に露
   出させ、真空槽内のガスを吸着することにより真空槽内
   を二次排気し、 上記ゲッタ膜によるガス吸着が終了した後、上記開閉容
   器に電圧を印加して電界を発生させ、上記真空槽内のイ
   オンを吸着することを特徴とする真空排気方法。
2. 【請求項２】上記ゲッタ膜によるガス吸着後、上記真空
   室内に電子ビームを照射して真空室内のガスをイオン化
   させた後、上記真空槽内のイオンを吸着することを特徴
   とする請求項１に記載の真空排気方法。
3. 【請求項３】上記真空槽内で、上記ゲッタ膜の形成、電
   子ビーム照射、および上記開閉容器への電圧印加による
   イオン吸着を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１
   に記載の真空排気方法。
4. 【請求項４】真空槽と、 上記真空槽に接続され、真空槽内を大気圧状態から一次
   排気する一次排気手段と、 上記真空槽内に配置された開閉式容器、上記開閉容器内
   に収納されたゲッタ、上記ゲッタを加熱する加熱源、お
   よび上記開閉式容器を開閉する開閉機構を有し、上記開
   閉式容器を閉じた状態でゲッタを飛散させて上記開閉式
   容器の内面にゲッタ膜を形成し、上記開閉式容器を開放
   して上記ゲッタ膜を真空槽内に露出させる二次排気装置
   と、を備え 上記二次排気装置は、上記真空槽内の一次排気後のガス
   をイオン化するイオン化装置と、上記開閉式容器に設け
   られ開閉式容器に電界を印加して電界を発生させ上記イ
   オン化されたガスを吸着する電界印加手段を備えている
   ことを特徴とする真空排気装置。
5. 【請求項５】上記開閉機構は、上記真空槽内に位置した
   上記開閉式容器と係合する開閉部材と、上記真空槽の外
   部に設けられ上記開閉部材を作動させる駆動部と、を備
   えていることを特徴とする請求項４に記載の真空排気装
   置。
6. 【請求項６】上記開閉式容器を上記真空槽内に搬入およ
   び搬出する移送機構を備えていることを特徴とする請求
   項４又は５に記載の真空排気装置。
7. 【請求項７】上記イオン化装置は、上記真空槽内に電子
   ビームを照射しガスをイオン化する電子ビーム照射手段
   を備えていることを特徴とする請求項４ないし６のいず
   れか１項に記載の真空排気装置。