JP2003343436A - 極高真空排気装置、真空排気方法、及びスパッタイオンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空域を
得ることができる極高真空排気装置、真空排気方法及び
スパッタイオンポンプを提供すること。 【解決手段】 真空容器（１）内を１０^-12Ｐａ台以下
の極高真空状態に排気するための極高真空排気装置であ
って、ゲッター材を熱処理してガスを吸着して排気を行
う非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）と、互いに対向して
配置された一対の磁石と、前記一対の磁石の内側に対向
して配置された一対の陰極と、前記一対の陰極の内側に
筒状の複数の陽極（８）とを有するスパッタイオンポン
プ（ＳＩＰ）と、前記超高真空状態の真空容器（１）内
のガスの排気を促進させる排気促進材を供給する排気促
進材供給装置（Ｃ-ＦＥＧ）とを備えることを特徴とす
る極高真空排気装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、実用真空として、
１０^-12Ｐａ台より良い極高真空を得ることができる極
高真空排気装置、真空排気方法、及びスパッタイオンポ
ンプに関する。

【０００２】（用語の定義）なお、本明細書において、
「真空度が良い」や「真空度が高い」は圧力が低いこと
を指し、「真空度が悪い」や「真空度が低い」は圧力が
高いことを指す。また、本明細書において、高真空と
は、圧力が１×１０^-1［Ｐａ］〜１×１０^-5［Ｐａ］の
範囲の真空を指し、超高真空とは、１×１０^-5［Ｐａ］
〜１×１０^-9［Ｐａ］の範囲の真空、極高真空とは、１
×１０^-9［Ｐａ］より良い真空度の真空を指す。

【０００３】

【従来の技術】電子顕微鏡用の冷陰極電界放出電子銃、
原子レーザ、表面分析装置（半導体材料走査電子顕微
鏡、Ａｕｇｅｒ（オージェ）電子顕微鏡、ＥＳＣＡ（Ｘ
線光電子分光分析装置：Electron Spectroscopy for Ch
emical Analysis）、走査型トンネル電流顕微鏡）、及
び加速器等において、それらの真空室を排気する真空ポ
ンプとして、スパッタイオンポンプ、チタンサブリメー
ションゲッターポンプや非蒸発ゲッターポンプが知られ
ている。

【０００４】スパッタイオンポンプは、複数の筒状の陽
極セルを有する陽極と、前記陽極の上下に配置された一
対の板状の陰極（例えばチタン材料で形成）と、前記陰
極の対向する方向に０．０１〜０．１Ｔ（テスラ）程度
の磁場を印加する磁石とを有するポンプである。スパッ
タイオンポンプ内がある程度の以上の真空度（放電開始
真空度）で、陰陽極間に１〜数ｋＶの電圧を印加する
と、陰極から１次電子が放出（放電）される。この放電
をペニング放電という。前記１次電子は、正電位の陽極
に移向かって移動する。このとき、陰陽極間の電界及び
陰極の対向する方向に印加された磁場によって力を受
け、陽極セル内部または陽極セルどうしに囲まれた部分
の内部で、筒状の陽極セルの軸を中心として螺旋を描い
て旋回移動する。このとき、前記１次電子は、陽極セル
内部等の電気的に中性のガス（原子・分子）と電離衝突
（電子の放出を伴う衝突）して、プラス（＋）にイオン
化したガスと２次電子を生成する。生成された２次電子
は、１次電子と同様に、陽極セル内部で旋回移動し、他
のガスと電離衝突してプラスにイオン化したガスと２次
電子を生成し、雪崩現象（連鎖的に正イオンと２次電子
が生成される現象）を起こす。

【０００５】プラスにイオン化したガスは負電位の陰極
に衝突して、陰極のチタン原子をスパッタする（弾き出
す）。スパッタされたチタン原子は、陽極セルの表面や
ポンプ内に配置された部材表面に付着して、化学的に活
性なチタン膜(チタン原子の膜)を連続的に形成する。化
学的に活性なチタン膜は、表面に衝突して付着したガス
(マイナス（−）にイオン化したガスやイオン化してい
ないガス)を収着する作用(ゲッター作用)が強い。ここ
で、収着（sorption）とは、ガスが固体の表面に吸着さ
れると同時に固体に吸収されて固溶体または化合物を作
る現象をいう。したがって、前記チタン膜に付着した活
性ガスは、チタンと反応して安定な固体化合物（例えば
ＴｉＯ₂、ＴｉＮ等）となってチタン膜に収着される。
また、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスは、陽極セル
表面等に付着したチタン膜内部に吸収される。したがっ
て、スパッタイオンポンプは、スパッタされたチタン等
が形成する膜がガスを収着して排気する。

【０００６】チタンサブリメーションゲッターポンプ
は、チタンを加熱して昇華させて、昇華したチタンが容
器等の壁面に付着して形成される化学的に活性なチタン
膜がガスを収着する作用（ゲッター作用）によって排気
するポンプである。非蒸発ゲッターポンプは、ジルコニ
ウム−アルミニウムの２元合金または、ジルコニウム−
バナジウム−鉄若しくはジルコニウム−稀土類金属−コ
バルトの三元合金の粉体を金属板に圧着したもの（ゲッ
ター材）を加熱して活性化（蒸発させない）し、活性化
した前記粉体がガスを収着する作用（ゲッター作用）に
より排気するポンプである。

【０００７】現在、広く普及しているスパッタイオンポ
ンプの仕様では、放電開始真空度（ペニング放電が開始
される真空度）、数Ｐａ〜１０^-3Ｐａ、到達真空度（排
気終了時の真空度）１０^-6Ｐａ、排気速度２０〜１００
０Ｌ／secが保証されている。このスパッタイオンポン
プは、真空容器を高温（２５０℃〜３００℃）で２０時
間以上焼き出しを行い且つ、真空容器内で作業（顕微分
析作業等）を行うことによる真空度の低下を抑え、真空
漏れが無く、低温という好条件の下で使用した場合、圧
力１×１０^-8Ｐａの真空度迄は排気できる。さらに、ス
パッタイオンポンプとチタンゲッターポンプとを組み合
わせた複合型ポンプや、スパッタイオンポンプの陰極の
対向する方向に印加される磁場を強力にすることによ
り、真空度（圧力）５×１０^-9Ｐａ程度迄排気すること
は工業用実用レベルで可能である。実験室では、非蒸発
ゲッターポンプの使用や、ポンプ内壁の表面処理（電解
研磨、窒化チタンや金のコーティング）、及び極高真空
計測技術の進展により１×１０^-10Ｐａ台が実現してい
る。また、特開２００１−１２６６５７号公報記載の技
術では、電子真空ポンプを使用してメタンガスや１酸化
炭素等の排気し難いガスを分解して排気することによっ
て、１×１０^-10Ｐａ台が実現している。さらに、特開
２００１−３５７８１４号公報記載の技術では、スパッ
タイオンポンプのカソード（陰極）を非蒸発ゲッターポ
ンプのゲッター材と同じ材料で構成することで、１×１
０^-11Ｐａ台の極高真空が実現している。

【０００８】また、従来、スパッタイオンポンプでは、
排気速度（排気量）を向上させるために、同一長さで同
一径の小径（２〜２０ｍｍ）の陽極セルを大量に備えた
ものが広く使用されていた。特開平５−１２１０３５号
公報記載の技術では、超高真空域における陰陽極間の放
電停止対策及び排気速度の向上を目的として、小さな径
の筒状陽極セルを内側に配置し、内側に比べ磁束密度が
低くなる周辺部に大きな径の筒状陽極セルを配置した陽
極を使用している。実公平３−３９８８２号公報には、
高真空領域での排気特性に優れた（排気速度の大きい）
小径の筒状陽極セルと超真空領域での排気特性に優れた
大径の筒状陽極セルとによって、高真空領域から超高真
空領域まで安定した排気を行う技術が記載されている。

【０００９】スパッタイオンポンプの陽極セルの径また
は長さと、スパッタイオンポンプの前記放電開始真空
度、到達真空度及び排気速度との関係について以下のよ
うな検討・考察を行った。スパッタイオンポンプの陽極
セルの径が大きい場合、陽極セルの容積が大きいので、
真空度が高くなった状態で且つ、ポンプ内部の残留ガス
の原子・分子数が減少した状態でも、セル内部にガスが
ある程度存在する。即ち、陽極セルの径が大きい場合、
真空度が高くなっても、陽極セル内部でガスがイオン化
され、２次電子が発生し、ペニング放電が継続する。し
たがって、陽極セルの径が大きい場合、比較的高い真空
度（極高真空）でも放電が継続する。即ち、陽極セルの
径が大きい場合、比較的高い真空度でも排気することが
できる。前記ペニング放電は、陽極セル内部の軸の部分
と陰極との間で発生し、陽極セルの軸の部分の電位（以
下、軸電位という）と陰極との電位差が大きいほど放電
が発生しやすい。陽極セル内部の電位は陽極セルの筒壁
からの距離の２乗に反比例して小さくなるので、陽極セ
ルの軸の部分の電位（軸電位）が最も小さくなる。前記
軸電位は、陽極セルの径（即ち、筒壁からの距離）が小
さくなるほど大きくなる。したがって、小径の陽極セル
と大径の陽極セルの両方に同じ電圧を印加した場合、小
径の陽極セルの軸電位は、大径の陽極セルの軸電位と比
べて高い。したがって、陽極セルの径が小さい場合、比
較的低い真空度（高真空〜超高真空）において、陽極セ
ルと陰極との間でペニング放電が開始される。即ち、陽
極セルの径が小さい場合、比較的低い真空度から排気を
開始することができる。

【００１０】また、前記陽極セルの長さが長い場合、陽
極セルの端部と陰極との間隔が狭いので、間隔が広い場
合に比べ放電が発生しやすい。したがって、陽極セルの
長さが長い場合、比較的低い真空度でペニング放電が発
生し、排気を開始することができる。一方、陽極セルの
長さが短い場合、陰極との距離が広いので、陽極セルの
外部から陽極セル内部へガスが流入しやすい。即ち、真
空度が高くなって陽極セル内のガスが少なくなっても、
陽極セル内部にガスが流入しやすいので、陽極セルの長
さが長い場合に比べ、陽極セル内部における電子とガス
分子とが衝突する確率（即ち、ガスがイオン化される確
率）が高くなり、高い真空度でも排気することができ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】顕微分析用の冷陰極電
界放出電子銃や、原子レーザ、表面分析装置等は、実用
真空として、圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空が要求
されているが、従来のスパッタイオンポンプ、チタンサ
ブリメーションゲッターポンプ、非蒸発ゲッターポンプ
や、前記特開２００１−３５７８１４号公報、特開２０
０１−１２６６５７号公報記載の技術等では、未だ実現
されていない。前記各技術を含む従来技術では、計算上
や短期間では圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空の実現
の可能性も指摘されているが、実現したとしても現状で
は１０^-12Ｐａ台以下の極高真空を長期間安定して得る
ことができない上、非常に高価であり工業的採算ベース
に乗っていないのが現状である。

【００１２】また、前記特開２００１−３５７８１４号
公報記載の技術を含む従来のスパッタイオンポンプは、
予備排気ポンプ（ソープションポンプ等）で排気できる
低真空度で放電開始を可能とし且つ、排気速度を大きく
するために、同一長さの小径の筒状陽極（陽極セル）を
多数備える構成となっている。前記スパッタイオンポン
プは、前述のように、ペニング放電によりガスをイオン
化して排気するが、極高真空領域では、陽極セル内のガ
スの単位体積あたりの原子・分子の数が減少するため、
２次電子の発生量も少なくなり、ペニング放電電流（電
子及びイオンの移動により生じる陰陽極間の電流）が少
なくなり、放電の継続が難しくなる。前記特開２００１
−３５７８１４号公報等記載の従来のスパッタイオンポ
ンプでは、陽極セルが同一径・同一長さで構成されてい
るので、圧力１０^-12Ｐａ台に到達する前のある真空度
で、全ての陽極セルと陰極との間のペニング放電が同時
に停止してしまい、圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空
域を得られない。

【００１３】また、前記特開平５−１２１０３５号公報
記載のスパッタイオンポンプでは、大径の陽極セルを備
えているので、前述のように比較的高い真空度まで排気
できるが、陽極セルの内径が２４ｍｍとそれ程大きくな
いので、当該公開公報の図５に記載されているように１
×１０^-8Ｐａ程度の超高真空までしか排気できず、１０
^-12Ｐａ台以下の極高真空まで排気することは難しい。
さらに、前記実公平３−３９８８２号公報記載のスパッ
タイオンポンプは、径の異なる陽極セルを使用している
が、陽極セルは全て同じ長さとなっている。通常、スパ
ッタイオンポンプの設計上の性能（放電開始真空度や排
気速度等）に応じて陽極セルの径および長さが設定され
る。しかし、放電開始真空度に応じて陽極セルの長さが
設定されているので、比較的高い真空度でも排気できる
大径の陽極セルと陰極との間隔があまり広くない。前述
の通り、陽極セルと陰極との間隔が狭い場合、真空度が
高い状態では、小径の陽極セル及び大径の陽極セルの内
部にガスが流入しにくく、ペニング放電が継続しにく
い。したがって、前記実公平３−３９８８２号公報記載
のスパッタイオンポンプは、到達真空度が高くならず、
当該公報の図２に示されるように１×１０^-9Ｐａ程度ま
で排気できるが、１０ ^-12Ｐａ台以下の極高真空まで排
気することは難しい。

【００１４】また、極高真空状態まで一度排気した後、
スパッタイオンポンプを停止すると、５×１０^-8Ｐａ迄
真空度を悪く（圧力を高く）しないと、陽極セル内のガ
スの原子・分子の数が少なすぎてペニング放電が発生し
難いので排気を再開することが難しい。真空容器等を放
置して、真空度が悪くなるのを成り行きに任せて待って
いると、排気が開始されるまでに時間がかかる上、再度
極高真空状態まで排気されて、顕微分析等の作業ができ
るようになるまでに１〜２時間、時に数時間を要する。
短時間で真空度をペニング放電が発生する程度に低下さ
せるために、従来、真空容器やポンプの壁面を叩いた
り、局所的に加熱したりして、真空容器等の内壁に吸着
されていたガスを放出させる方法が行われていた。

【００１５】しかしながら、前記壁面を叩く方法では、
顕微分析装置等の精密機械の軸ズレが発生したり、叩い
た時に発生した振動が止まらずに長期間持続する場合に
は不必要なガスが放出されてしまう問題があった。ま
た、前記局所を加熱する方法は、加熱をやめてもガス放
出が継続するため、不必要なガス（排気しにくい高分子
の気体）が放出されてしまう問題がある。したがって、
これらの方法では、やはり極高真空状態まで再排気する
のに時間がかかる。また、スパッタイオンポンプに直接
ガスを導入することによって短時間で真空度を悪くする
方法も行われていたが、水又は空気が不純物として混入
し、到達真空度まで排気するのに時間がかかり、ボン
ベ、減圧バルブ、リークバルブ等用意する必要があるた
め高価になり操作も複雑になるという問題点があった。

【００１６】さらに、スパッタイオンポンプの陰極に
は、チタンやタンタルが使用されているので、極高真空
域では、チタンが触媒となり、炭素原子と水素が化学反
応し、メタンガス等の炭化水素ガスが生成される。前記
メタンガス等は、安定な化合物であるため、イオン化さ
れ難く、排気されにくい。したがって、メタンガス等が
増加すると、真空度を高めることが困難となる。

【００１７】本発明は、前述の問題点に鑑み、下記（Ｏ
01）〜（Ｏ06）の記載内容を技術的課題とする。（Ｏ0
1）圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空領域を得ることが
できる極高真空排気装置及び真空排気方法を提供するこ
と。（Ｏ02）一度、圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空
領域に到達して極高真空排気装置を停止した後、圧力が
１０^-12Ｐａ台より悪い真空領域から１０^-12Ｐａ台以下
の極高真空領域への復帰を短時間で行うこと。（Ｏ03）
圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空領域に到達する時間
を短縮すること。（Ｏ04）前記極高真空排気装置及び真
空排気方法で好適に使用可能なスパッタイオンポンプを
提供すること。（Ｏ05）極高真空領域においてスパッタ
イオンポンプの陰極から放出されるメタンガス等を排気
すること。

【００１８】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決し
た本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施
例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符
号をカッコで囲んだものを付記する。また、本発明を後
述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明
の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例
に限定するためではない。

【００１９】（本発明）前記課題を解決するために、本
発明の極高真空排気装置は、真空容器（１）内を１０
^-12Ｐａ台以下の極高真空状態に排気するための極高真
空排気装置であって、ゲッター材を熱処理してガスを吸
着することにより前記極高真空状態より高圧の（真空度
が低い）超高真空状態で排気を行う非蒸発ゲッターポン
プ（ＮＥＧ）と、互いに対向して配置されてその間に磁
界を形成する一対の磁石（９）と、前記一対の磁石
（９）の内側であって磁界方向に離れて配置され且つ対
向する一対の陰極（７，７′，７″）と、前記一対の陰
極（７，７′，７″）の内側であって磁界の方向に沿っ
て軸が配置された筒状の複数の陽極（８，８′，８″）
と、を有し、電圧印加時の陰陽極間での放電によりプラ
スにイオン化されたガスにより前記陰極（７，７′，
７″）からスパッタされた金属材料が前記陽極（８，
８′，８″）に付着すると共に、前記陽極（８，８′，
８″）に付着した金属材料がガスを吸着して排気するス
パッタイオンポンプ（ＳＩＰ）と、前記超高真空状態の
真空容器（１）内のガスの排気を促進させる排気促進材
を供給する排気促進材供給装置（Ｃ-ＦＥＧ；ＵＶ＋５
２）と、を備えることを特徴とする。

【００２０】前記構成要件を備えた本発明の極高真空排
気装置では、非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）は、ゲッ
ター材を熱処理して活性化しガスを吸着することにより
前記極高真空状態より高圧の（真空度が低い）超高真空
状態で排気を行う。また、スパッタイオンポンプ（ＳＩ
Ｐ）では、電圧印加時の陰陽極間での放電（ペニング放
電またはマグネトロン放電）によって陰極（７，７′，
７″）から放出された電子がガスと電離衝突し、プラス
（＋）にイオン化したガスと電子が発生する。前記プラ
スにイオン化したガスは、陰陽極間の電界によって移動
し、陰極（７，７′，７″）に衝突する。このとき、前
記陰極（７，７′，７″）からスパッタされた金属材料
が前記陽極（８，８′，８″）に付着する。前記陽極
（８，８′，８″）に付着した金属材料はガスを吸着し
て排気する。

【００２１】排気促進材供給装置（Ｃ-ＦＥＧ；ＵＶ＋
５２）は、前記非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）及びス
パッタイオンポンプ（ＳＩＰ）によって排気が行われて
いる状態で、排気促進材（電子または活性酸素や紫外光
エネルギー等）を真空容器（１）内に供給する。前記排
気促進材として電子が供給された場合、電子とガスとの
電離衝突によるガスのイオン化が促進されて、スパッタ
イオンポンプ（ＳＩＰ）での排気が促進される。前記排
気促進材として活性酸素や紫外光エネルギーが供給され
た場合、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）及び非蒸発ゲ
ッターポンプ（ＮＥＧ）によって排気し難い炭化水素ガ
ス（メタンガス等）が活性酸素によって炭素、水素、一
酸化炭素、水等に分解される。分解されてできた水素や
一酸化炭素等は、前記スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）
及び非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）で排気される。し
たがって、極高真空領域においてスパッタイオンポンプ
（ＳＩＰ）の陰極から放出されるメタンガス等を、活性
酸素によって分解して排気することができる。したがっ
て、排気促進材（電子または活性酸素や紫外光エネルギ
ー等）が真空容器（１）に供給されることによって、排
気が促進され、真空容器（１）内を１０^-12Ｐａ台以下
の極高真空状態に排気することができる。

【００２２】また、本発明の極高真空排気装置では、前
記排気促進材供給装置は、排気促進材としての電子を供
給する電子供給源（Ｃ-ＦＥＧ）によって構成すること
ができる。前記構成要件を備えた極高真空排気装置で
は、電子供給源（Ｃ-ＦＥＧ）によって、スパッタイオ
ンポンプ（ＳＩＰ）に電子が供給される。したがって、
供給された電子が陽極（８，８′，８″）内のガスと電
離衝突し、ガスのイオン化が促進され、排気が促進され
る。この結果、真空容器（１）内を１０^-12Ｐａ台以下
の極高真空状態に排気することができる。

【００２３】また、本発明の極高真空排気装置は、電子
供給源として、冷陰極電界放出電子銃（Ｃ-ＦＥＧ）を
使用することができる。前記構成要件を備えた極高真空
排気装置では、冷陰極電界放出電子銃（Ｃ-ＦＥＧ）に
よって、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）に冷陰極電界
放出による電子が供給される。冷陰極電界放出電子銃
（Ｃ-ＦＥＧ）を使用した場合、熱電子を使用する場合
と比較して、極高真空排気装置や真空容器（１）が加熱
されないので、真空容器（１）の内壁面等からのガスの
放出が防止される。この結果、ガスの放出による真空度
の低下を防止でき、真空容器（１）内を１０^-12Ｐａ台
以下の極高真空まで効率良く排気できる。

【００２４】また、前記本発明の極高真空排気装置は、
前記電子供給源から放出された電子を増幅して前記スパ
ッタイオンポンプ（ＳＩＰ）に供給する電子増幅器（Ｅ
Ｍ）を備えることもできる。前記構成要件を備えた極高
真空用真空排気システムでは、前記電子増幅器（ＥＭ）
は、電子供給源から放出された電子を増幅（増倍）して
前記スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）に供給する。これ
により、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）の陰陽極間で
の放電・排気がさらに促進され、より短時間で効率的に
真空容器（１）内を圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空
状態に排気することができる。

【００２５】また、前記本発明の極高真空排気装置は、
酸化チタン材料（５２）と、前記酸化チタン材料（５
２）に紫外線を照射して、酸化チタン材料（５２）から
排気促進材としての活性酸素を放出させる紫外線源（Ｕ
Ｖ）によって構成された排気促進材供給装置を備えるこ
ともできる。前記構成要件を備えた極高真空排気装置で
は、前記紫外線源（ＵＶ）は、酸化チタン材料（５２）
に紫外線を照射する。紫外線が酸化チタン材料（５２）
に照射されると、酸化チタン材料（５２）から活性酸素
（オゾン等）が放出される。前記活性酸素が前記真空容
器（１）内のメタンガス等の炭化水素（有機化合物気
体）と反応したり、前記炭化水素に紫外線が直接照射さ
れたりすると、炭化水素が炭素、水素、一酸化炭素、二
酸化炭素等に分解される。分解されて発生した水素等
は、前記スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）及び非蒸発ゲ
ッターポンプ（ＮＥＧ）によって排気される。したがっ
て、排気されにくいメタンガス等を分解してスパッタイ
オンポンプ（ＳＩＰ）や非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥ
Ｇ）で排気することによって、真空容器（１）内を圧力
１０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態に排気することがで
きる。なお、極高真空排気装置に排気促進材供給装置と
して、電子供給源（Ｃ-ＦＥＧ）と紫外線源（ＵＶ）の
双方を備えることも可能である。

【００２６】また、本発明の極高真空排気装置は、前記
極高真空状態の時に、真空容器（１）内部の部材表面に
吸着されたガスを放出させるため、超音波を発振して真
空容器（１）内の真空度を低下させる（圧力を上昇させ
る）超音波振動子（ＵＷ）を備えることも可能である。
前記構成要件を備えた本発明の極高真空排気装置では、
超音波振動子（ＵＷ）は、前記真空容器（１）内が極高
真空状態で超音波を発振することにより、真空容器
（１）内部の部材表面に吸着されたガス（主に水素ガ
ス）を放出させ、真空容器（１）内の圧力を上昇させ
る。即ち、超音波振動子（ＵＷ）は、ガスが少なすぎて
前記スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）の陰陽極間で放電
が発生し難い極高真空領域から、放電が発生し、排気が
再開できる低い真空領域まで、真空容器（１）内の真空
度を低下させる（圧力を高くする）ことができる。した
がって、超音波振動子（ＵＷ）を使用することによっ
て、真空容器（１）内の圧力を１０^{-1 2}Ｐａ台以下の極
高真空まで短時間で復帰させることができる。なお、弱
い超音波を発振する超音波振動子（ＵＷ）を使用する
と、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）等で再排気し易い
吸着エネルギーの小さなガス（主に水素ガス）のみを放
出させることができるので、弱い超音波を発振する超音
波振動子（ＵＷ）を使用するのが望ましい。

【００２７】また、前記課題を解決するために本発明の
真空排気方法は、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）と非
蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）とによって排気されて真
空容器（１）内の圧力が５×１０^-9Ｐａに到達した状態
で、排気促進材供給装置（Ｃ-ＦＥＧ；ＵＶ＋５２）か
ら排気促進材を供給することにより、真空容器（１）内
の圧力を１０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態まで真空度
を高める（図７のＳＴ１０８参照）ことを特徴とする。

【００２８】前記本発明の真空排気方法では、スパッタ
イオンポンプ（ＳＩＰ）と非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥ
Ｇ）とによって排気されて真空容器（１）内の圧力が５
×１０^-9Ｐａに到達した状態で、排気促進材供給装置
（Ｃ-ＦＥＧ；ＵＶ＋５２）から排気促進材を供給する
ことにより、真空容器（１）内を圧力１０^-12Ｐａ台以
下の極高真空状態に降下させる。即ち、スパッタイオン
ポンプ（ＳＩＰ）と非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）に
よって排気できるほぼ限界の圧力である５×１０ ^-9Ｐａ
に到達したときに、排気促進材供給装置（Ｃ-ＦＥＧ；
ＵＶ＋５２）から排気促進材（電子や活性酸素）が供給
されることによって、ガスのイオン化の促進または排気
されにくいガスの分解が行われ、真空容器（１）内を圧
力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態まで排気すること
ができる。

【００２９】また、前記課題を解決するために本発明の
真空排気方法は、極高真空状態で、前記スパッタイオン
ポンプ（ＳＩＰ）を一時停止した後に再起動する際、超
音波振動子（ＵＷ）により超音波を発振し、真空容器
（１）内にガス（主に水素ガス）を放出させて真空容器
（１）内の圧力を上昇させ、前記スパッタイオンポンプ
（ＳＩＰ）の排気の再開を可能にすることを特徴とす
る。前記本発明の真空排気方法では、極高真空状態で、
前記スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）を一時停止した後
に再起動する際、超音波振動子（ＵＷ）により超音波を
発振する。このとき、真空容器（１）内に水素ガスが放
出されて、真空容器（１）内の圧力を短時間で上昇させ
ることができる。したがって、短時間で前記スパッタイ
オンポンプ（ＳＩＰ）の排気の再開が可能になる。な
お、再起動後短時間で極高真空状態に復帰させるため
に、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）によって排気しや
すい吸着エネルギーの小さなガス（主に水素ガス）のみ
を放出させることが可能な弱い超音波を発振することに
よって真空容器（１）内の圧力を上昇させるのが望まし
い。

【００３０】また、前記課題を解決するために本発明の
スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）は、互いに対向して配
置されてその間に磁界を形成する一対の磁石（９）と、
前記一対の磁石（９）の内側であって磁界の方向に離れ
て配置され且つ対向する一対の陰極（７，７′，７″）
と、前記一対の陰極（７，７′，７″）の内側であって
磁界の方向に沿って軸が配置され、且つ前記陰極（７，
７′，７″）との間隔が異なるように配置された複数の
筒状の陽極（８，８′，８″）と、を備え、電圧印加時
の陰陽極間での放電によりプラスにイオン化されたガス
により前記陰極（７，７′，７″）からスパッタされた
金属材料が前記陽極（８，８′，８″）や真空容器
（１）に付着した金属材料がガスを吸着して排気するこ
とを特徴とする。

【００３１】前記構成要件を備えた本発明のスパッタイ
オンポンプ（ＳＩＰ）は、電圧印加時の陰陽極間での放
電（ペニング放電またはマグネトロン放電）により、放
出された電子がガスと電離衝突して、プラス（＋）にイ
オン化されたガスと電子が生成される。前記プラスにイ
オン化されたガスは前記陰極（７，７′，７″）をスパ
ッタし、スパッタされた金属材料は前記陽極（８，
８′，８″）や真空容器（１）に付着する。前記陽極
（８，８′，８″）や真空容器（１）に付着した金属材
料は、表面が化学的に活性なので、ガスを収着して排気
する。本発明のスパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）では、
複数の筒状の陽極（８，８′，８″）と前記陰極（７，
７′，７″）との間隔が異なるように配置されている。

【００３２】したがって、陰極（７，７′，７″）と陽
極（８ｄ）との間隔が狭い場所では、放電が発生しやす
いので、真空容器（１）内の真空度が比較的低い状態で
陰陽極間の放電が発生する。前記放電によって発生した
電子は、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）内に拡散する
ので、他の陰陽極間でも放電が始まる。即ち、陰極
（７，７′，７″）と陽極（８ａ〜８ｃ）との間隔が広
い場所では、本来放電が開始されない真空度で放電・排
気を開始することができる。また、陰極（７，７′，
７″）と陽極（８ｄ）との間隔が狭い場所では、ガスが
流入しにくいので、真空容器（１）内の真空度が高くな
ると陽極（８ｄ）内でイオン化されるガスの量が減少
し、放電・排気が停止する。しかし、陰極（７，７′，
７″）と陽極（８ａ〜８ｃ）との間隔が広い場所では、
ガスが流入しやすいので、放電が継続する。したがっ
て、陰陽極間での放電が同時に停止することなく、真空
容器（１）内の真空度が高くなっても排気し続けること
ができる。この結果、本発明のスパッタイオンポンプ
（ＳＩＰ）は、真空容器（１）内の真空度が比較的低い
状態から排気を開始することができ、且つ、陰陽極間の
放電が同時に停止することなく継続して排気が行われ、
真空度が高くなっても排気を継続できる。

【００３３】また、本発明のスパッタイオンポンプ（Ｓ
ＩＰ）は、５×１０^-9Ｐａ以下の状態で使用可能であ
り、その場合、イオン化された水素が陰極（７）をスパ
ッタせずに吸着して排気されるものと考えられる。即
ち、５×１０^-9Ｐａ以下の状態では、イオン化された水
素等が陰極に衝突して、吸着されるが、前記水素の質量
が小さいので、陰極（７）から金属材料をスパッタしな
い。したがって、スパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）の陽
極（８，８′，８″）内の残留ガスの主成分が水素であ
る場合、５×１０^-9Ｐａ以下の状態では、スパッタされ
た金属材料に収着されて排気されるのではなく、陰極
（７，７′，７″）に水素が吸着されることにより排気
される。

【００３４】また、前記本発明のスパッタイオンポンプ
（ＳＩＰ）は、内径が３０mm以上に形成された陽極（８
ａ）を備えることもできる。前記構成要件を備えたスパ
ッタイオンポンプ（ＳＩＰ）では、内径が３０ｍｍ以上
に形成された陽極（８ａ）を備えているので、極高真空
状態での陽極（８ａ）内に存在するガスの量（ガスの原
子・分子の数）が、小径の陽極（例えば、直径２〜３ｍ
ｍの陽極）と比較して多くなる。したがって、極高真空
状態でも、前記陽極（８ａ）内でガスが電離衝突によっ
てプラスにイオン化され、ペニング放電が継続する。し
たがって、本発明のスパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）
は、真空容器（１）内を極高真空状態まで排気すること
ができる。

【００３５】また、前記本発明のスパッタイオンポンプ
（ＳＩＰ）は、長さが異なる複数の前記陽極（８，
８′，８″）を備えることもできる。前記構成要件を備
えたスパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）では、複数の陽極
（８，８′，８″）の長さが異なるので、前記陽極
（８，８′，８″）を挟んで一対の陰極（７，７′，
７″）を平行に配置した場合、陽極（８，８′，８″）
端部と陰極（７，７′，７″）との間隔が異なる。した
がって、長い陽極（８ｂ、８ｄ，８ｄ″）端部と陰極
（７，７′，７″）との間では、陰陽極間の間隔が狭い
ので、比較的真空度が低い状態で放電（ペニング放電ま
たはマグネトロン放電）が発生する。また、長い陽極
（８ａ，８ｃ，８ａ″）端部と陰極（７，７′，７″）
との間では、陰陽極間の間隔が広いので、陽極（８ａ，
８ｃ，８ａ″）内部にガスが流入しやすい。即ち、前記
本発明のスパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）は、極高真空
状態でも陽極（８ａ，８ｃ，８ａ″）内部で比較的多く
のガスが存在するので、ガスのイオン化が停止せず、放
電・排気が継続する。

【００３６】また、本発明のスパッタイオンポンプ（Ｓ
ＩＰ）は、大径、中径、及び小径の少なくとも３種類の
内径の陽極（８ａ〜８ｄ，８ａ″，８ｄ″）を有する前
記複数の陽極（８，８′，８″）を備えることができ
る。前記構成を備えたスパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）
では、各陽極（８，８′，８″）と陰極（７，７′，
７″）との間隔が、径の小さな陽極（８ｂ，８ｄ，８
ｄ″）ほど狭い場合、径の小さな陽極（８ｂ，８ｄ，８
ｄ″）と陰極（７，７′，７″）との間では、間隔が同
一の場合と比べより低い真空度から放電・排気がされ
る。また、径の大きな陽極（８ａ，８ｃ，８ａ″）と陰
極（７，７′，７″）との間隔が広い場合、径の大きな
陽極（８ａ，８ｃ，８ａ″）と陰極（７，７′，７″）
との間で、間隔が同一の場合と比べより高い真空度でも
放電・排気を継続することができる。したがって、前記
本発明のスパッタイオンポンプ（ＳＩＰ）は、より低い
真空度で放電・排気を開始でき、より高い真空度でも放
電・排気を継続することができる。

【００３７】また、本発明のスパッタイオンポンプ（Ｓ
ＩＰ）は、前記小径の陽極（８ｄ）の長さを最も長く形
成することができる。前記構成を備えたスパッタイオン
ポンプ（ＳＩＰ）では、小径の陽極（８ｄ，８ｄ″）の
長さが円筒陽極内では最も長く形成されているので、陰
陽極間での放電が開始される真空容器（１）内の真空度
をより低くすることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
極高真空排気装置、真空排気方法、及びスパッタイオン
ポンプを図面を参照しつつ説明するが、本発明は以下の
実施例に限定されるものではない。なお、以後の説明の
理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ
軸方向、右左方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向と
し、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向また
は示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、
下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側と
する。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたも
のは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中
に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢
印を意味するものとする。

【００３９】（実施例１）（極高真空排気装置）図１
は、本発明の実施の形態に係る極高真空排気装置の要部
断面図である。図２は、図１に示した極高真空排気装置
の斜視図である。

【００４０】図１において、走査型プローブ顕微鏡（図
示せず）が内部に配置された真空容器１には、極高真空
排気装置用排気口１ａと、超高真空ポンプ用排気口１ｂ
と、真空計接続部１ｃが設けられている。なお、前記真
空容器１は、走査型プローブ顕微鏡の真空容器に限定さ
れず、その他の表面分析装置（半導体材料分析走査電子
顕微鏡、Ａｕｇｅｒ（オージェ）電子顕微鏡、ＥＳＣ
Ａ、トンネル走査電子顕微鏡等）、冷陰極電界放出電子
銃、原子レーザ及び加速器等で使用される真空室や真空
チャンバにも適用可能である。前記超高真空ポンプ用排
気口１ａにはバルブＢを介して、ターボ分子ポンプＴＭ
Ｐの吸気口が接続され、ターボ分子ポンプ（ターボモリ
キュラポンプ）ＴＭＰの排気口にはスクロールポンプＳ
Ｐの吸気口が接続されている。なお、ターボ分子ポンプ
ＴＭＰ及びスクロールポンプＳＰは、超高真空状態を得
るために前段的（予備排気）に用いるが、同様の機能を
有する他のポンプであってもよい。そして、前記真空計
接続部１ｃには真空容器１の真空度（圧力）を計測する
デジタル表示部付き真空計ＳＫが設けられている。ま
た、前記真空容器１の外壁には、焼出（ベークアウト）
時に真空容器１を加熱するシーズヒータ（図示せず）が
設けられている。

【００４１】前記真空容器１の極高真空排気装置用排気
口１ｂには、極高真空排気装置（Extreme High Vacuum
Pump）ＸＨＶＰが接続されている。なお、実施例１の真
空容器１は焼出を行うので、前記各排気口１ａ、１ｂと
各ポンプＴＭＰ，ＳＰとの接続はゴム製のＯリングでは
なく、金属製のコンフラットフランジ等の接続によって
気密を保持している。前記極高真空排気装置ＸＨＶＰ
は、前記真空容器１に連通する円筒状の排気通路２と、
排気通路２の左右両端に設けられたスパッタイオンポン
プＳＩＰと、排気通路２の前端部（＋Ｘ端部）に設けら
れた非蒸発ゲッターポンプ（Non Evaporable Getters P
ump）ＮＥＧと、排気通路２の上部に設けられた電子供
給源（排気促進材供給装置）としての排気用冷陰極電界
放出電子銃（Cold Field Emission Gun）Ｃ-ＦＥＧとを
有する。そして、前記排気通路２内部の冷陰極電界放出
電子銃Ｃ-ＦＥＧの下方には電子増幅器としてのエレク
トロンマルチプライヤＥＭが設けられ、排気通路２の外
壁には超音波振動子ＵＷ（図２参照）が設けられてい
る。

【００４２】（スパッタイオンポンプ）図３は実施例１
の極高真空排気装置のスパッタイオンポンプの要部説明
図で、図２のIII−III線断面図である。図４は実施例１
のスパッタイオンポンプの左側の陽極セルの説明図であ
り、図４Ａは平面図、図４Ｂは側面図である。図５は実
施例１のスパッタイオンポンプの右側の陽極セルの説明
図であり、図５Ａは平面図、図５Ｂは側面図である。

【００４３】図１，図２に示すように、前記スパッタイ
オンポンプＳＩＰは、排気通路２に連通する左右一対の
箱状ケース６ａ、６ｂを有している。図３〜図５におい
て、前記各ケース６ａ，６ｂの内部には、チタン材料
（スパッタされた時に化学的に活性な膜を形成する）で
形成された上下一対の平板状の陰極板７，７（図３参
照）が図示しない支持部材によって固定支持されてい
る。そして、各ケース６ａ、６ｂ内部の前記陰極板７，
７の間には、前記陰極板７，７の対向する方向（上下方
向）に沿って中心軸が配置された複数の円筒状の陽極
８，８（図１〜５参照）が配置されている。前記左側ケ
ース６ａ内部の陽極８は、４個の大径（例えば内径44m
m）セル８ａと８個の中径（例えば内径21mm）セル８ｂ
を有しており（図４参照）、右側ケース６ｂ内部の陽極
８は、８個の中大径（例えば31mm）セル８ｃ、及び６個
の小径（例えば内径17mm）セル８ｄとを有している（図
５参照）。前記左側ケース６ａの陽極セル８ａ、８ｂど
うしは接触面で溶接・電通しており、左側陽極８（陽極
セル８ａ及び８ｂ）を支持する電圧印加部材（図示せ
ず）によって左側ケース６ａに固定支持されている。そ
して、前記左側陽極８には前記電圧印加部材によって電
圧が印加され（図３参照）、前記陰極板７，７はアース
されている。同様に、右側ケース６ｂ内の陽極セル８
ｃ、８ｄも接触面で溶接・電通され、図示しない電圧印
加部材によって右側陽極８が固定支持されている。

【００４４】また、図１〜図５に示すように、前記４つ
の大径セル８ａの内の１つのセルと、前記中大径セル８
ｃの内の２つのセルの中心には、前記上下一対の陰極板
７に接続する陰極軸７ａが配置されている（図３参
照）。したがって、陰極軸７ａが配置されている陽極セ
ル８ａ，８ｃと陰極軸７ａとの間でマグネトロン放電に
より電流が流れる。そして、前記陰極軸７ａの設けられ
ていない陽極セル８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと陰極板７と
の間、及び各陽極セル８ａ〜８ｄに囲まれた部分と陰極
板７との間ではペニング放電により電流が流れる。な
お、実施例１では、陰極軸７ａは大径または中大径セル
８ａ，８ｃの内部にのみ配置したが、中径セル８ｂまた
は小径セル８ｃ内部に配置することも可能である。ま
た、前記陰極軸７ａは径の大きさに関係なく配置するこ
とも可能であり、さらに、陰極軸７ａを配置しない構成
とすることも可能である。また、前記陽極セル８は、円
筒状のものに限定されず、多角形筒状ものを使用するこ
とも可能である。

【００４５】図３〜図５に示すように、前記各陽極セル
８ａ〜８ｄの軸方向の長さは、内径が小さいものほど長
く形成されており、小径セル８ｂが最も長く、大径セル
８ａが最も短く形成されている。即ち、前記陰極板７と
小径セル８ｂとの間隔が最も狭く、大径セル８ａと陰極
板７との間隔が最も広い。そして、実施例１では、前記
陰陽極間の間隔は、間隔と陽極セルの径との比がほぼ
１：１になるように設定されている。

【００４６】図２、図３に示すように、前記ケース６の
外部の上下には前記陽極セル８の軸方向（上下方向）に
沿った磁界を印加する上下一対の永久磁石９が設けられ
ている。前記磁石９として、実施例１では、０．１５Ｔ
（テスラ）のフェライト磁石ではなく、０．３Ｔ程度の
サマリウム−コバルト磁石を使用している。なお、実施
例１では永久磁石を使用したが、電磁石を使用すること
も可能である。

【００４７】前記実施例１のスパッタイオンポンプＳＩ
Ｐは、放電開始真空度より良い真空度において、陰極板
７と陽極８との間に１〜数ｋＶの電圧が印加されると、
前述のように、ペニング放電またはマグネトロン放電に
よって陰極板７や陰極軸７ａから１次電子が放出され
る。前記１次電子は、前述のように、各陽極セル８ａ〜
８ｄ内または陽極セル８ａ〜８ｄに囲まれた部分で旋回
移動し、前述の雪崩現象によりプラスにイオン化したガ
スと２次電子が大量に生成される。前記プラスにイオン
化したガスは、負電位の陰極板７に衝突して、陰極板７
のチタン原子をスパッタする。スパッタされたチタン原
子は、各陽極セル８ａ〜８ｄの表面やケース６ａ、６ｂ
の内壁に付着して、化学的に活性なチタンの膜を形成す
る。化学的に活性なチタン膜は前述のゲッター作用によ
り、陽極セル８ａ〜８ｄ内のガスを収着して排気する。
この結果、前記スパッタイオンポンプＳＩＰによって、
排気通路２と連通する真空容器１が排気される。

【００４８】ここで、実施例１の極高真空排気装置ＸＨ
ＶＰは、０．３Ｔの磁束密度の大きな磁石９を使用して
いるので、各陽極セル８ａ〜８ｄ内の２次電子が磁界に
よって受ける力が大きい。即ち、磁界が弱い場合と比較
して、陽極セル８ａ〜８ｄ内部で旋回移動する２次電子
の軌道が、より陽極セル８ａ〜８ｄの軸に近い軌道とな
る。したがって、２次電子の旋回移動する距離が磁界が
弱い場合と比べ長くなり、２次電子とガスとが電離衝突
する確率（即ち、ガスがイオン化される確率）が高くな
り、排気可能な真空度（到達真空度）が向上する。

【００４９】前述したように、陽極セル８ａ〜８ｄの径
が小さいほど、陽極セル８ａ〜８ｄの前記軸電位が高く
なるので放電開始真空度が低くなる。また、陽極セル８
ａ〜８ｄの径が大きいほど、陽極セル８ａ〜８ｄ内部に
存在するガスが多いので、到達真空度が高くなる。さら
に、陽極セル８ａ〜８ｄの長さが長いほど、即ち、陰極
板７と陽極セル８ａ〜８ｄとの間隔が狭いほど、ペニン
グ放電等が発生しやすいので、放電開始真空度が低くな
る。また、陽極セル８ａ〜８ｄの長さが短いほど、即
ち、陰極板７と陽極セル８ａ〜８ｄとの間隔が広いほ
ど、外部から気体が流入しやすいので、到達真空度が高
くなる。実施例１の極高真空排気装置ＸＨＶＰでは、ス
パッタイオンポンプＳＩＰの陽極８は、大径セル８ａ、
中径セル８ｂ、中大径セル８ｃ、小径セル８ｄの４種類
の異なる径の筒状セルを有し且つ、大径セル８ａの軸方
向の長さが最も短く、小径セル８ｄの軸方向の長さが最
も長く形成されている。即ち、実施例１のスパッタイオ
ンポンプＳＩＰは、長く径の小さい小径セル８ｄを有す
るので放電開始真空度が低くなり、且つ、短く径の長い
大径セル８ａによって到達真空度が高くなる。

【００５０】また、実施例１のスパッタイオンポンプＳ
ＩＰは、放電開始真空度で放電が開始しされると、放出
された前記１次電子及び２次電子は右側ケース６ｂ内だ
けでなく、左側ケース６ａ内にも拡散し、全ての陽極セ
ル８ａ〜８ｃと陰極板７との間の放電・排気を開始させ
る。即ち、前記大径セル８ａ、中径セル８ｂ及び中大径
セル８ｃは、本来放電が発生しない低い真空度から放電
・排気が開始される。また、超高真空領域に到達して小
径の陽極セル８ｄと陰極板７との間で放電・排気されな
くなっても、大径セル８ａ、中大径セル８ｃ及び中径セ
ル８ｂによって排気を継続することが可能であり、極高
真空領域に到達しても、大径セル８ａ、中大径セル８ｃ
によって排気が持続する。

【００５１】この結果、実施例１のスパッタイオンポン
プＳＩＰは、到達真空度が向上し、極高真空においても
排気できる。また、径が小さく長い小径セル８ｄを備え
ているので放電開始真空度を低くできる。さらに、実施
例１のスパッタイオンポンプＳＩＰでは、全ての陽極セ
ル８ａ〜８ｄの長さ及び径が異なっているので、ある真
空度で全ての陽極セル８ａ〜８ｄの放電・排気が同時に
停止することなく、高真空領域から極高真空領域まで安
定して排気することができる。

【００５２】なお、本発明者の実験の結果、各陽極セル
８ａ〜８ｄと陰極板７との間隔が各陽極セル８ａ〜８ｄ
の径の大きさとほぼ等しい場合、または、それより若干
狭い場合、極高真空領域での排気効率が良くなり、より
到達真空度が高くなった。したがって、陰極板７と各陽
極セル８ａ〜８ｄ端部との間隔が、各陽極セル８ａ〜８
ｄの径の大きさとほぼ等しくなるように設定された実施
例１のスパッタイオンポンプＳＩＰでは、極高真空状態
での排気効率が高くなっている。

【００５３】また、実施例１では、左側ケース６ａ内の
陽極セル８ｃ，８ｄと右側ケース６ｂの陽極８ａ，８ｂ
とを異なる径及び長さの４種類の陽極セル８ａ〜８ｄで
構成したが、左右両ケース６ａ、６ｂの陽極８を大径８
ａ及び中径８ｂの２種類の陽極セル８ａ，８ｂで構成す
ることも可能である。また、陽極８の形状は同時に排気
が停止するのを防止するために２種類以上の複数の長さ
または径のセルによって構成するのが望ましいが、ター
ボ分子ポンプＴＭＰ等の予備排気真空ポンプによって排
気可能な真空度（圧力）から排気可能で、極高真空状態
に排気できる性能を確保できれば、同一径、同一長さの
多数の陽極セルのみで構成することも可能である。

【００５４】（非蒸発ゲッターポンプ）図１，図２にお
いて、前記非蒸発ゲッターポンプＮＥＧは、排気通路２
内部に突出するゲッター部１１（図１参照）と、前記ゲ
ッター部１１を支持し且つ排気通路２の外部に設けられ
たゲッターポンプ支持体１２とを有している。前記ゲッ
ターポンプ支持体１２の後端には図示しない電源に接続
するコネクタ１２ａが設けられており、電気が供給され
るとゲッターポンプ支持体１２は内部に設けられた加熱
装置（図示せず）によってゲッター部１１を数百℃以上
（５００℃程度）に加熱する。前記ゲッター部１１は、
ジルコニウム（Ｚｒ）−アルミニウム（Ａｌ）の二元合
金の粉体を金属板（例えば銅板）に圧着して製造された
非蒸発ゲッター材によって形成されている。前記ゲッタ
ー部１１は、表面積を広くするために前記非蒸発ゲッタ
ー材の金属板が何重にも折り込まれて形成されており、
これにより排気できる面積が広くなっている。なお、前
記ゲッター部１１はジルコニウム（Ｚｒ）−バナジウム
（Ｖ）−鉄（Ｆｅ）またはジルコニウム（Ｚｒ）−稀土
類金属−コバルト（Ｃｏ）の三元合金等の粉体を金属板
に圧着したもの等で構成することも可能である。

【００５５】前記非蒸発ゲッターポンプＮＥＧは、真空
中でゲッター部１１が数百℃まで加熱すると、ゲッター
部１１表面のガスが付着した膜（酸化膜）が昇華（蒸
発）せず、内部に拡散し、新しい活性なゲッター面が現
れる。この過程は活性化と呼ばれている。活性化され
た、ゲッター部１１表面に付着したガスはゲッター材内
部に拡散して永久に固定され、一度収着したガスは再度
放出されることはない。即ち、前記ゲッター部１１が活
性化され、新たに現れた活性なゲッター材の表面（ゲッ
ター面）がガスを収着することによって、排気が行われ
る。また、新たに現れた活性なゲッター面は、表面が酸
化されてもガスを収着し続けるので、一度活性化された
ゲッター部１１は、加熱を停止してもガスを排気するこ
とができる。また、前記材料で構成されたゲッター部１
１は、特に、極高真空領域の残留ガスの主成分であるメ
タンガス、一酸化炭素、水素のうち、一酸化炭素及び水
素を吸着しやすい特性を有している。

【００５６】（排気用冷陰極電界放出電子銃）図６は実
施例１の極高真空排気装置の冷陰極電界放出電子銃とエ
レクトトンマルチプライヤとによる電子の移動を説明す
る作用説明図である。図１、図２において、極高真空排
気装置ＸＨＶＰの排気通路２に設けられた前記冷陰極電
界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧは、先端の尖った陰極と、前記
陰極を取り囲むように配置された陽極を有し、前記陽極
と陰極間に電圧を加えることによって陰極から電子を放
出する従来公知（例えば、特許第２７７９０２６号参
照）の電子銃である。なお、前記冷陰極電界放出電子銃
Ｃ-ＦＥＧの代わりに、熱電子銃（例えば、ショットキ
ーエミッション型電子銃等）を使用することも可能であ
る。

【００５７】図２，図６において、前記冷陰極電界放出
電子銃Ｃ-ＦＥＧは、排気通路２内に１次電子（排気促
進材）を放出する。放出された１次電子は、電気的な力
によって、スパッタイオンポンプＳＩＰの陽極セル８ａ
〜８ｄに向かって移動する。即ち、真空度が高くなり、
ポンプ内の残留ガス（原子・分子）の数が減少したため
に、ペニング放電及びマグネトロン放電が発生し難い状
態であっても、前記冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧに
よってスパッタイオンポンプＳＩＰの陽極セル８ａ〜８
ｄ内に電子を供給することによって、ガスのイオン化が
促進され、さらに排気することができる。

【００５８】（電子増幅器）図１，図４において、前記
冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧの下方には、従来公知
（例えば、特開２００１−１２６６５７号公報等）のエ
レクトロンマルチプライヤ（電子増幅器）ＥＭが設けら
れている。図６において、前記エレクトロンマルチプラ
イヤＥＭは、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧから放出
された１次電子の数を１×１０⁶倍程度に増幅（増倍）
して、２次電子（オージェ電子・反射電子を含む）とし
て排気通路２内部に放出する。放出された２次電子は、
電気的な力によってスパッタイオンポンプＳＩＰの陽極
セル８ａ〜８ｄ内に供給され、陽極セル８ａ〜８ｄ内の
ガスをイオン化させる。したがって、冷陰極電界放出電
子銃Ｃ-ＦＥＧだけしか備えない場合よりも、増幅され
た電子によってガスを効率よくイオン化できる。なお、
実施例１では、電子増幅器としてエレクトロンマルチプ
ライヤＥＭを使用したが、チャンネルトロンやマイクロ
チャンネルプレート等の電子増幅器を使用することも可
能である。

【００５９】（超音波振動子）前記排気通路２の上部外
壁に設けられた超音波振動子ＵＷ（図２参照）は、エネ
ルギーの弱い超音波を発振する従来公知のものを使用可
能であり、例えば、眼鏡、入歯、宝石などの洗浄を目的
とした家庭用の小型洗浄機に使用される圧電振動子を使
用することができる。前記超音波振動子ＵＷは、真空容
器１が極高真空状態の時に、弱い超音波を発振し、真空
容器１や排気通路２を振動させる。真空容器１等が振動
すると、真空容器１等の内壁面に弱く吸着していたガス
（吸着エネルギーが小さく質量の小さい気体、主に水
素）が放出され、真空容器１内の真空度が低下する。こ
の結果、単位体積あたりの原子・分子の数が少なすぎて
ペニング放電の開始が難しい極高真空領域から、ペニン
グ放電及びマグネトロン放電が発生しスパッタイオンポ
ンプＳＩＰで排気可能な真空度（５×１０^-8程度）ま
で、短時間且つ容易に真空度を低下させることができ
る。

【００６０】なお、弱い超音波を発振する前記超音波振
動子ＵＷに替えて強い超音波を発振する超音波振動子を
使用することも可能である。しかし、強い超音波振動子
を使用すると、スパッタイオンポンプＳＩＰ等で再排気
し難い吸着エネルギーの大きく質量の大きなガスまで放
出されるため、再び排気して極高真空領域に復帰するの
に長時間を要する。そのため、弱い超音波を発振する超
音波振動子ＵＷを使用するのが望ましい。また、真空度
を低下させる方法として、局所を加熱する方法、壁を叩
く方法、及びガスを導入する方法もあるが、超音波振動
子ＵＷを使用する方が、シンプル且つ低コストな構成及
び電気的制御で、排気の容易な吸着エネルギーの小さく
質量の小さなガス（主に水素ガス）だけを、選択的に放
出させることができるので、弱い超音波振動子ＵＷを使
用するのが望ましい。

【００６１】（実施例１の作用）図７は実施例１の極高
真空排気装置を用いた真空排気の作業手順の説明図であ
る。前記構成を備えた実施例１の極高真空排気装置ＸＨ
ＶＰは、以下に示す真空排気作業手順（真空排気方法）
により、真空容器１内を圧力１０^-12Ｐａ台の極高真空
状態に排気することができる。 （極高真空排気装置を用いた真空排気作業手順）図７の
ＳＴ１０１において、バルブＢ（図１参照）を開いた状
態で、前記スクロールポンプＳＰの作動スイッチをオン
にして、スクロールポンプＳＰによって大気圧からの排
気を開始する。ＳＴ１０２において、作業者が前記真空
計ＳＫの計測値を確認し、前記スクロールポンプＳＰの
排気によって、ターボ分子ポンプＴＭＰが作動可能な所
定の圧力（真空度）になった状態で、ターボ分子ポンプ
ＴＭＰの作動スイッチをオンにして、ターボ分子ポンプ
ＴＭＰによる排気を開始する。

【００６２】ＳＴ１０３において、真空計ＳＫの計測値
を確認し、スパッタイオンポンプＳＩＰが作動可能な所
定の真空度（例えば、圧力１×１０^-4Ｐａ程度）まで排
気された状態で、前記スパッタイオンポンプＳＩＰの陽
極８に電圧を印加して、スパッタイオンポンプＳＩＰを
作動させ、排気を開始する。このとき、スパッタイオン
ポンプＳＩＰの陰陽極間の放電により、陽極８表面に付
着していたガスや塵等が放出され、陽極８表面の尖って
いる部分（凸部）が放電によって削れて、陽極８の表面
が清浄化（放電洗浄）される。この放電洗浄は３〜５分
で終了し、放出されたガスや塵等はスクロールポンプＳ
Ｐ及びターボ分子ポンプＴＭＰによって排気される。Ｓ
Ｔ１０４において、スパッタイオンポンプＳＩＰが作動
した状態で、前記真空容器１の外壁に設けたシーズヒー
タ（図示せず）のスイッチをオンにして真空容器１のベ
ークアウト（焼出）を行う。前記ベークアウトは、真空
容器１を２５０℃〜３００℃に加熱することによって行
う。このベークアウトを行うことによって、極高真空領
域において真空容器１表面からガス等が放出されるのを
防止でき、結果として、到達真空度を上昇させることが
できる。

【００６３】ＳＴ１０５において、前記ベークアウトを
開始してから所定の時間経過後（１５時間〜２０時間程
度）、作業者が真空計ＳＫの計測値を確認して所定の真
空度（圧力５×１０^-6Ｐａ以下）になった状態で、シー
ズヒータのスイッチをオフにして、ベークアウトを終了
し、自然冷却を開始する。ＳＴ１０６において、真空計
ＳＫの計測値を確認して、非蒸発ゲッターポンプＮＥＧ
が作動可能な所定の真空度（圧力５×１０^-7Ｐａ程度）
になった状態で、非蒸発ゲッターポンプＮＥＧのスイッ
チをオンにして、非蒸発ゲッターポンプＮＥＧを作動さ
せ、ゲッター部１１のゲッター材を活性化させる。この
とき、非蒸発ゲッターポンプＮＥＧによる排気が開始さ
れる。ＳＴ１０７において、次の（１）〜（３）の作業
を行う。 （１）前記バルブＢを閉じる。 （２）前記ターボ分子ポンプＴＭＰを停止させる。 （３）前記スクロールポンプＳＰを停止させる。

【００６４】ＳＴ１０８において、前記非蒸発ゲッター
ポンプＮＥＧが作動してから所定の時間（２〜３時間程
度）が経過し、真空計ＳＫの計測値が圧力５×１０^-9Ｐ
ａ以下の真空度に達した状態で、冷陰極電界放出電子銃
Ｃ-ＦＥＧを作動させ、極高真空排気装置ＸＨＶＰ内に
電子（排気促進材）を供給する。このとき、数十秒〜数
分で、真空容器１内は、圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高
真空に到達する。

【００６５】その理由（原理）は次のように考えられ
る。圧力５×１０^-9Ｐａ以下の真空度では、陽極セル８
ａ〜８ｄ内のガス分子の数が少なくペニング放電やマグ
ネトロン放電がほとんど発生せず、スパッタイオンポン
プＳＩＰによる排気は限界に近づいている。即ち、前記
陽極セル８ａ〜８ｄに付着したチタン膜がガス（特に水
素）を吸着する速度と、放出する速度とが平衡状態に達
している。この状態で、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥ
Ｇから１次電子（排気促進材）が供給されると、１次電
子によって陽極セル８ａ〜８ｄ内のガスがイオン化さ
れ、イオン化されたガスが陰極板７に引き寄せられる。
この真空度では、真空容器１内のガスはほとんどが原子
量の小さな水素なので、イオン化された水素が電界によ
って加速されて陰極板７に衝突しても、陰極板７のチタ
ン原子はほとんどスパッタされないものと考えられる。
したがって、圧力５×１０^-9Ｐａ以下の真空度より高い
真空度では、イオン化された水素は、主に、陰極板７に
衝突した時にチタン原子をスパッタせずに吸着されて排
気される。また、このとき、イオン化されていない水素
も陰極板７の表面に衝突した時に吸着し、排気される。
また、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧから供給された
１次電子はエレクトロンマルチプライヤＥＭによって増
幅（増倍）される。したがって、前記スパッタイオンポ
ンプＳＩＰ内には増倍された大量の２次電子（排気促進
材）が放出されるので、ペニング放電・マグネトロン放
電が促進され、排気が促進される。

【００６６】真空容器１内の真空度が急激に上昇したた
め、真空容器１や極高真空排気装置ＸＨＶＰの構成部材
からガスが放出される。即ち、このようにして得られた
圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態は、持続性に乏
しい。したがって、前記スパッタイオンポンプＳＩＰ、
非蒸発ゲッターポンプＮＥＧ及び冷陰極電界放出電子銃
Ｃ-ＦＥＧを作動させたまま、前記構成部材からのガス
放出が減少するのを待つ。このとき、構成部材の１つで
ある真空計ＳＫがペニング真空計（ペニング電流を計測
することにより真空度を計測する真空計）等である場
合、真空計測時にガスが放出される可能性があるので、
計測する時以外は作動を停止させる。構成部品からのガ
スの放出が減少すると、真空容器１内の圧力が１０^-12
Ｐａ台以下の安定した極高真空状態が得られる。

【００６７】ＳＴ１０９において、前記１０^-12Ｐａ台
以下の極高真空状態の真空容器１内部は、作業（顕微分
析作業や描画作業等）を行ったり、作業を中断したりし
ながら、極高真空度に近い真空度を、数ヶ月〜２年程度
維持することがある。前記真空容器１内の真空度を極高
真空度に近い状態に維持する期間中、スパッタイオンポ
ンプＳＩＰ、非蒸発ゲッターポンプＮＥＧ及び冷陰極電
界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧのいずれか又は全てを、必要に
応じて停止、再起動する。ＳＴ１１０において、顕微分
析作業等を終了し、且つ、真空排気作業も終了する時、
作業者により全てのスイッチがオフにされ、全作業手順
を終了する。

【００６８】（極高真空排気装置によって圧力１０^-12
Ｐａ台以下の極高真空状態に排気された後の極高真空排
気装置の再起動作業の手順）前述の極高真空排気方法の
作業手順ＳＴ１０９において、１０^-12Ｐａ台以下の安
定した極高真空の真空容器１で作業（顕微分析作業や描
画作業等）を行った後、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥ
ＧとスパッタイオンポンプＳＩＰを停止した状態で、極
高真空状態が保持されている場合がある。このとき、真
空度がスパッタイオンポンプＳＩＰの再起動が可能な真
空度（５×１０^-8Ｐａ程度）まで低下していれば、それ
ぞれの真空度に対応して再起動を行うことができる。

【００６９】しかし、真空度が悪化しても圧力１×１０
^-10Ｐａ程度の状態では、スパッタイオンポンプＳＩＰ
を作動させても、真空度が高すぎるためペニング放電や
マグネトロン放電が起こりにくく、スパッタイオンポン
プＳＩＰによって排気ができない。したがって、この場
合、スパッタイオンポンプＳＩＰによる排気が可能な真
空度である５×１０^-8Ｐａまで真空度を低下させなけれ
ば、再び１０^-12Ｐａ台以下の極高真空領域を得ること
ができない。このとき、成り行きに任せて真空度の低下
を待っていると時間がかかるので、真空容器１内の真空
度を５×１０^-8Ｐａ程度に強制的に低下させるために、
前述のように真空容器１外壁を叩いて振動させると、振
動した真空容器１内壁から排気に時間のかかる高分子量
のガスが放出されることがある。その場合、再起動後極
高真空状態に復帰するのにやはり時間がかかる。

【００７０】そこで、実施例１では、真空度が５×１０
^-8Ｐａより高い時には、短時間且つ容易に真空度を低下
させるために、前記弱い超音波振動子ＵＷを使用する。
次に、超音波振動子ＵＷを使用した極高真空領域での極
高真空排気装置の再起動作業の手順を説明する。真空容
器１内の真空度が５×１０^-8Ｐａより高い（良い）場
合、作業者は超音波振動子ＵＷのスイッチをオンにし
て、超音波振動子ＵＷを作動させる。前記超音波振動子
ＵＷが作動すると、極高真空排気装置ＸＨＶＰの外壁が
振動し、極高真空排気装置ＸＨＶＰの内壁等に弱く付着
しているガス（主に水素）が放出される。そして、ガス
の放出により、真空計ＳＫの計測値が５×１０^-8Ｐａよ
り低い真空度まで悪化した時、前記スパッタイオンポン
プＳＩＰを作動させ、スパッタイオンポンプＳＩＰによ
る放電・排気を再開する。そして、前記超音波振動子Ｕ
Ｗのスイッチをオフにし、超音波振動子ＵＷを停止す
る。前記超音波振動子ＵＷ停止後、前記極高真空排気装
置による真空排気方法の作業手順のＳＴ１０８と同様
に、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧを作動させて、真
空容器１内を再び、圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空
領域まで排気する。

【００７１】したがって、前記弱い超音波振動子ＵＷに
より吸着エネルギーの小さく質量の小さなガス（主に水
素ガス）を放出させることによって、スパッタイオンポ
ンプＳＩＰの放電可能な真空度（５×１０^-8Ｐａ程度）
まで短時間で悪化させることができる。また、質量の小
さな排気しやすいガス（水素ガス等）が多いので、その
後のスパッタイオンポンプＳＩＰや非蒸発ゲッターポン
プＮＥＧによる排気も短時間で行うことができ、短時間
で１０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態に復帰することが
できる。以上の結果、実施例１の極高真空排気装置ＸＨ
ＶＰは、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧを作動させる
ことによって、１０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態まで
排気することができる。

【００７２】（実施例２）図８は実施例２の極高真空排
気装置の説明図であり、実施例１の図１に対応する図で
ある。図９は実施例２の極高真空排気装置の要部断面斜
視図であり、実施例２の図２に対応する図である。な
お、この実施例２の極高真空排気装置の説明において、
前記実施例１の極高真空排気装置の構成要素に対応する
構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省
略する。図８、図９において、実施例２の極高真空排気
装置ＸＨＶＰ′では、実施例１の冷陰極電界放出電子銃
Ｃ-ＦＥＧに替えてキセノンランプを有する紫外線照射
装置（紫外線源）ＵＶが配置されている。前記紫外線照
射装置ＵＶは、排気通路２内部に向けて紫外線を照射す
る紫外線照射部５１を有する。そして、実施例２の極高
真空排気装置ＸＨＶＰ′では、エレクトロンマルチプラ
イヤＥＭに替えて、酸化チタンを主成分とするチタン及
び非磁性金属の合金で形成された酸化チタンプレート
（酸化チタン材料）５２が、前記紫外線照射部５１に対
向する位置に固定支持されている。なお、前記紫外線照
射装置ＵＶは、キセノンランプに替えて、水銀キセノン
ランプや紫外線パルスレーザ発生装置等の従来公知の紫
外線照射装置を使用することが可能である。前記紫外線
照射装置ＵＶと、酸化チタンプレート５２とによって排
気促進材供給装置（ＵＶ＋５２）が構成されている。

【００７３】（実施例２の作用）前記構成を備えた実施
例２の極高真空排気装置ＸＨＶＰ′では、実施例１の真
空排気作業手順（図７参照）のＳＴ１０８において、冷
陰極電界放出電子銃Ｃ-ＦＥＧに替えて紫外線照射装置
ＵＶを作動させる。前記紫外線照射装置ＵＶから照射さ
れた紫外線は、散乱・反射によって極高真空排気装置Ｘ
ＨＶＰ′内部に広がる。このとき、作動中の前記スパッ
タイオンポンプＳＩＰの陽極８には、陰極板７からスパ
ッタされたチタンによってチタン膜が形成されている。
紫外線が陽極８表面のチタン膜や、チタンプレート５２
等の酸化チタンを含む部材に照射されると、オゾン等の
活性な酸素（活性酸素）が発生する。前記活性酸素（排
気促進材）が炭化水素（メタン等）と化学反応すると、
炭化水素が、炭素（固体）、水素（気体）、一酸化炭素
（気体）、二酸化炭素（気体）や水（気体）等に分解さ
れる。また、前記紫外線照射装置ＵＶから照射された紫
外線が、メタンガス等の炭化水素に直接照射された場合
も、紫外線の持つ光エネルギー（排気促進材）によっ
て、同様に分解される。

【００７４】前記炭化水素（メタンガス等）は、イオン
化され難くスパッタイオンポンプＳＩＰで排気されにく
い。その上、従来技術の問題点として前述したように、
極高真空状態では、チタンを触媒として前記炭化水素ガ
スが生成される放出される。実施例２の極高真空排気装
置ＸＨＶＰ′では、活性酸素や紫外線の持つ光エネルギ
ー（紫外光エネルギー）によって、排気が困難であった
メタンガス等の炭化水素（有機化合物気体）が排気可能
なガス（水素等）に分解されるので、スパッタイオンポ
ンプＳＩＰで排気することができる。

【００７５】また、極高真空状態では、陽極８表面のチ
タン膜や陰極板７、ゲッター部１１等に吸着されるガス
と、チタン膜等から放出されるガスとが平衡状態にな
り、排気がほとんど行われなくなっている。しかし、前
記活性酸素によってメタンガス等が分解されると、極高
真空排気装置ＸＨＶＰ′内のガスのイオン化率が増加す
るため、前記平衡状態が崩れ、スパッタイオンポンプＳ
ＩＰ及び非蒸発ゲッターポンプＮＥＧで排気することが
可能となる。したがって、活性酸素や紫外光エネルギー
（排気促進材）によって、メタンガス等を分解すること
により、メタンガス等に比べイオン化されやすい水素、
一酸化炭素等のガスの量が増加するので、ガスのイオン
化が促進され且つ、平衡状態が崩れ、スパッタイオンポ
ンプＳＩＰや非蒸発ゲッターポンプＮＥＧによってさら
に排気することができる。この結果、実施例２の極高真
空排気装置Ｐ′は、実施例１の極高真空排気装置ＸＨＶ
Ｐと同様に、真空容器１内を圧力１０^-12Ｐａ台以下の
極高真空状態まで排気することができる。

【００７６】なお、実施例２の極高真空排気装置ＸＨＶ
Ｐ′では、電子供給源としての冷陰極電界放出電子銃Ｃ
-ＦＥＧに替えて、紫外線照射装置ＵＶと酸化チタンプ
レート５２を使用したが、冷陰極電界放出電子銃Ｃ-Ｆ
ＥＧと紫外線照射装置ＵＶ及び酸化チタンプレート５２
を両方共に備える構成とすることも可能である。この場
合、さらに効率的に排気することができる。

【００７７】（実施例３）図１０は実施例３の極高真空
排気装置のスパッタイオンポンプの陽極セルの断面説明
図である。なお、この実施例３の極高真空排気装置の説
明において、前記実施例１の極高真空排気装置の構成要
素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳
細な説明を省略する。図１０に示すように、実施例３の
極高真空排気装置のスパッタイオンポンプＳＩＰでは、
対向する２組の陰極板７ａ′，７ａ′と７ｂ′，７ｂ′
とが磁石９の磁界の方向に沿って配置されている。前記
陰極板７ａ′，７ａ′どうしの間隔は、陰極板７ｂ′，
７ｂ′どうしの間隔よりも狭くなるように配置されてい
る。そして、実施例３の複数の陽極８′は、同一径・同
一長さの筒状のセル８ｅによって構成されている。した
がって、実施例３のスパッタイオンポンプＳＩＰでは、
陰極板７ａ′と後側（−Ｘ側）の陽極セル８ｅとの間隔
が狭くなり、陰極板７ｂ′と前側（＋Ｘ側）の陽極セル
８ｅとの間隔が広くなっている。

【００７８】なお、実施例３のスパッタイオンポンプＳ
ＩＰは、対向する２組の陰極板７ａ′，７ａ′、７
ｂ′，７ｂ′を有しているが、３組以上の対向する陰極
板を備える構成とすることも可能である。また、実施例
３の陽極８は同一径・同一長さの陽極セル８ｅを使用し
たが、陰極板７′との間隔の狭い後側（−Ｘ側）に小径
セルを配置し、間隔の広い前側（＋Ｘ側）に大径セルを
配置することも可能である。このとき、前記実施例１，
２の長い小径セル８ｄと短い大径セル８ａと同様の作用
効果が得られる。さらに、小径セルと大径セルとの間に
中径セルを配置する構成も可能である。

【００７９】（実施例３の作用）前記構成を備えた実施
例３の極高真空排気装置のスパッタイオンポンプＳＩＰ
では、陰極板７ａ′、７ｂ′と陽極セル８ｅ端部との間
隔が異なるように構成されているので、比較的低い真空
度（高真空領域）で後側（−Ｘ側）の陽極８と陰極板
７′との間で放電・排気が開始される。そして、前記陽
極セル８ｅ端部と陰極板７′との間隔が異なるので、あ
る真空度で排気が同時に停止することが防止される。ま
た、同一径の前記陽極セル８の内径を適切な大きさ（大
径）にすることによって、極高真空領域においても排気
することができる。

【００８０】（実施例４）図１１は実施例４の極高真空
排気装置のスパッタイオンポンプの陽極セルの断面説明
図である。なお、この実施例４の極高真空排気装置の説
明において、前記実施例３の極高真空排気装置の構成要
素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳
細な説明を省略する。図１１において、実施例４の極高
真空排気装置のスパッタイオンポンプＳＩＰは、上下に
対向して配置された陰極板７，７と、前記陰極板７，７
の中間部に前記陰極板７，７に平行に配置された中央陰
極板７″とを有している。そして、前記上側の陰極板７
と中央陰極板７″との間及び下側の陰極板７と中央陰極
板７″との間には、それぞれ、陽極８″、８″が図示し
ない支持部材によって固定支持されている。前記陽極
８″、８″には、同一の電圧を印加され、中央陰極板
７″はアースされている。また、前記陽極８″，８″
は、実施例１の陽極セルと同様に、短い大径セル８
ａ″、８ａ″及び長い小径セル８ｄ″、８ｄ″を有して
いる。

【００８１】なお、実施例４では、陽極８″は大径セル
８ａ″と小径セル８ｄ″とによって構成されているが、
実施例１と同様に中径セル８ｂを備えることも可能であ
るし、実施例３のように全て同一径のセルで構成するこ
とも可能である。また、実施例４では、陽極セル８″、
８″を２段に配置したが、３段以上配置することも可能
である。

【００８２】（実施例４の作用）前記構成を備えた実施
例４の極高真空排気装置のスパッタイオンポンプＳＩＰ
では、実施例１と同様に、比較的低い放電開始真空度
で、小径セル８ｄ″と陰極板７，７″との間で放電・排
気を開始することができ、且つ、極高真空領域において
大径セル８ａ′，８ａ″と陰極板７，７″との間で放電
・排気を持続することができる。また、複数の前記陽極
セル８ａ″，８ｄ″と陰極板７′との間隔が異なるの
で、ある真空度で排気が同時に停止することが防止され
る。

【００８３】（実施例５）図１２は実施例５の極高真空
排気装置のスパッタイオンポンプの陽極セルの平面図で
ある。なお、この実施例５の極高真空排気装置の説明に
おいて、前記実施例１の極高真空排気装置の構成要素に
対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な
説明を省略する。図１２において、実施例５の極高真空
排気装置のスパッタイオンポンプの円筒状の陽極セル８
は、大径セル８ａ（内径31mm）と、中径セル８ｂ（内径
17mm）と、小径セル８ｄ（内径12.5mm）とを有してい
る。図１２に示すように、実施例５の陽極セル８は、内
側に大径セル８ａを配置し、その周辺部に中径セル８
ｂ、小径セル８ｄを配置している。そして、実施例１と
同様に、大径セル８ａの長さが最も短く、小径セル８ｄ
の長さが最も長く構成されている。

【００８４】（実施例５の作用）前記構成を備えた実施
例５のスパッタイオンポンプは、長い小径セル８ｄと短
い大径セル８ａとを備えているので、比較的低い真空度
で放電・排気が開始され且つ極高真空領域で排気を持続
することができる。また、大径セル８ａ、中径セル８
ｂ、小径セル８ｃの長さが異なるので、同時に排気が停
止せず、安定して高真空領域から極高真空領域まで排気
できる。

【００８５】（実施例６）図１３は実施例６の極高真空
排気装置のスパッタイオンポンプの陽極セルの平面図で
ある。なお、この実施例６の極高真空排気装置の説明に
おいて、前記実施例１、実施例５の極高真空排気装置の
構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、
その詳細な説明を省略する。図１３において、実施例６
の極高真空排気装置のスパッタイオンポンプの陽極セル
８は、最も長さの短い大径セル８ａ（内径35mm）と、中
間の長さの中径セル８ｂ（内径29mm）と、最も長い小径
セル８ｃ（内径16mm）とを有している。したがって、実
施例６のスパッタイオンポンプは、比較的低い真空度か
ら排気ができ且つ極高真空状態まで排気が停止すること
なく排気できる。

【００８６】（変更例）以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。以下に変更例
を例示する。（Ｈ01）前記各実施例において、活性酸素
を供給する装置として紫外線照射装置ＵＶ及び酸化チタ
ンプレート５２を使用したが、排気促進材としての活性
酸素を供給可能な任意の排気促進材供給装置を使用可能
である。

【発明の効果】前述の本発明の極高真空排気装置、極高
真空排気方法及びスパッタイオンポンプは、下記の効果
を奏することができる。 （Ｅ01）圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空領域を得る
ことができる極高真空排気装置及び真空排気方法を提供
することができる。 （Ｅ02）一度、圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空領域
に到達して極高真空排気装置を停止した後、圧力が１０
^-12Ｐａ台より悪い真空領域から１０^-12Ｐａ台以下の極
高真空領域への復帰を短時間で行うことができる。 （Ｅ03）圧力１０^-12Ｐａ台以下の極高真空領域に到達
する時間を大幅に（１ヶ月程度かかっていたのを数分
に）短縮することができる。 （Ｅ04）前記極高真空排気装置及び真空排気方法で好適
に使用可能なスパッタイオンポンプを提供することがで
きる。 （Ｅ05）極高真空領域においてスパッタイオンポンプの
陰極から放出されるメタンガス等を排気することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の実施の形態に係る極高真空
排気装置の要部断面図である。

【図２】 図２は、図１に示した極高真空排気装置の斜
視図である。

【図３】 図３は実施例１の極高真空排気装置のスパッ
タイオンポンプの要部説明図で、図２のIII−III線断面
図である。

【図４】 図４は実施例１のスパッタイオンポンプの左
側の陽極セルの説明図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂ
は側面図である。

【図５】 図５は実施例１のスパッタイオンポンプの右
側の陽極セルの説明図であり、図５Ａは平面図、図５Ｂ
は側面図である。

【図６】 図６は実施例１の極高真空排気装置の冷陰極
電界放出電子銃とエレクトトンマルチプライヤとによる
電子の移動を説明する作用説明図である。

【図７】 図７は実施例１の極高真空排気装置を用いた
真空排気の作業手順の説明図である。

【図８】 図８は実施例２の極高真空排気装置の説明図
であり、実施例１の図１に対応する図である。

【図９】 図９は実施例２の極高真空排気装置の要部断
面斜視図であり、実施例２の図２に対応する図である。

【図１０】 図１０は実施例３の極高真空排気装置のス
パッタイオンポンプの陽極セルの断面説明図である。

【図１１】 図１１は実施例４の極高真空排気装置のス
パッタイオンポンプの陽極セルの断面説明図である。

【図１２】 図１２は実施例５の極高真空排気装置のス
パッタイオンポンプの陽極セルの平面図である。

【図１３】 図１３は実施例６の極高真空排気装置のス
パッタイオンポンプの陽極セルの平面図である。

【符号の説明】

Ｃ-ＦＥＧ；ＵＶ＋５２…排気促進材供給装置、Ｃ-ＦＥ
Ｇ…冷陰極電界放出電子銃，電子供給源、ＥＭ…電子増
幅器、ＮＥＧ…非蒸発ゲッターポンプ、ＳＩＰ…スパッ
タイオンポンプ、ＵＶ…紫外線源、ＵＷ…超音波振動
子、１…真空容器、７，７′，７″…陰極、８，８′，
８″，８ａ〜８ｅ，８ａ″，８ｄ″…陽極、９…磁石、
５２…酸化チタン材料。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内を１０^-12Ｐａ台以下の極高
   真空状態に排気するための極高真空排気装置であって、 ゲッター材を熱処理してガスを吸着することにより前記
   極高真空状態より高圧の超高真空状態で排気を行う非蒸
   発ゲッターポンプと、 互いに対向して配置されてその間に磁界を形成する一対
   の磁石と、前記一対の磁石の内側であって磁界方向に離
   れて配置され且つ対向する一対の陰極と、前記一対の陰
   極の内側であって磁界の方向に沿って軸が配置された筒
   状の複数の陽極とを有し、電圧印加時の陰陽極間での放
   電によりプラスにイオン化されたガスにより陰極からス
   パッタされた金属材料が前記陽極に付着すると共に、前
   記陽極に付着した前記金属材料がガスを吸着して排気す
   るスパッタイオンポンプと、 前記超高真空状態の真空容器内のガスの排気を促進させ
   る排気促進材を供給する排気促進材供給装置と、を備え
   た極高真空排気装置。
2. 【請求項２】 排気促進材としての電子を供給する電子
   供給源によって構成された前記排気促進材供給装置を備
   えた請求項１記載の極高真空排気装置。
3. 【請求項３】 冷陰極電界放出電子銃によって構成され
   た電子供給源を備えた請求項２記載の極高真空排気装
   置。
4. 【請求項４】 前記電子供給源から放出された電子を増
   幅して前記スパッタイオンポンプに供給する電子増幅器
   を備えた請求項２または３記載の極高真空排気装置。
5. 【請求項５】 酸化チタン材料と、前記酸化チタン材料
   に紫外線を照射して酸化チタン材料から排気促進材とし
   ての活性酸素を放出させる紫外線源とによって構成され
   た排気促進材供給装置を備えた請求項１に記載の極高真
   空排気装置。
6. 【請求項６】 極高真空状態の時に、真空容器内部の部
   材表面に吸着されたガスを放出させるため、超音波を発
   振して真空容器内の圧力を上昇させる超音波振動子を備
   えた請求項１ないし５に記載の極高真空排気装置。
7. 【請求項７】 スパッタイオンポンプと非蒸発ゲッター
   ポンプとによって排気されて真空容器内の圧力が５×１
   ０^-9Ｐａに到達した状態で、排気促進材供給装置から排
   気促進材を供給することにより、真空容器内の圧力を１
   ０^-12Ｐａ台以下の極高真空状態に降下させることを特
   徴とする真空排気方法。
8. 【請求項８】 極高真空状態で、前記スパッタイオンポ
   ンプを一時停止した後に再起動する際、超音波振動子に
   より超音波を発振し、極高真空排気装置内の構成部材に
   吸着されているガスを放出させて真空容器内の圧力を上
   昇させ、前記スパッタイオンポンプの排気の再開を可能
   にすることを特徴とする真空排気方法。
9. 【請求項９】 互いに対向して配置されてその間に磁界
   を形成する一対の磁石と、 前記一対の磁石の内側であって磁界の方向に離れて配置
   され且つ対向する一対の陰極と、 前記一対の陰極の内側であって磁界の方向に沿って軸が
   配置され、且つ前記陰極との間隔が異なるように配置さ
   れた複数の筒状の陽極と、を備え、 電圧印加時の陰陽極間での放電によりプラスにイオン化
   されたガスにより陰極からスパッタされた金属材料が前
   記陽極に付着すると共に、前記陽極に付着した前記金属
   材料がガスを吸着して排気することを特徴とするスパッ
   タイオンポンプ。
10. 【請求項１０】 ５×１０^-9Ｐａ以下の状態で、イオン
    化された水素が陰極に注入されて排気することを特徴と
    する請求項９記載のスパッタイオンポンプ。
11. 【請求項１１】 内径が３０mm以上に形成された陽極を
    有することを特徴とする請求項９または１０記載のスパ
    ッタイオンポンプ。
12. 【請求項１２】 長さが異なる複数の前記陽極を有する
    ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載
    のスパッタイオンポンプ。
13. 【請求項１３】 大径、中径、及び小径の少なくとも３
    種類の内径の陽極を有する前記複数の陽極を有する請求
    項９ないし１２記載のスパッタイオンポンプ。
14. 【請求項１４】 前記小径の陽極の長さが最も長く形成
    されていることを特徴とする請求項１３に記載のスパッ
    タイオンポンプ。