JP2006134798A - Sputter ion pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタイオンポンプに関する。スパッタイオンポンプは高真空若しくは超高真空領域以上の高い排気性能を備えている。 The present invention relates to a sputter ion pump. The sputter ion pump has a high exhaust performance higher than the high vacuum or ultra-high vacuum region.
スパッタイオンポンプは、ポンプケース内で対向する一対のカソードと、カソードそれぞれと非接触状態で両カソード間に配置されたアノードとに対して、強力磁場のもとで発生するぺニング放電を利用するものである。即ち、カソード及びアノード間に発生するガス分子を、スパッタ作用(イオン化された気体分子の埋め込み)とゲッタ作用(スパッタ粒子により形成された蒸着層への収着)とにより排気するものである。また、放電スパッタを連続的に行うために、両カソードの外側をマグネットで挟んだ構造にしたり、このマグネットの外側をさらに鉄製のヨークにより覆う構造を用いることが多い。そして、これらにより、機械的振動を発生せずに、10-4〜10-9Pa範囲のいわゆる高真空若しくは超高真空領域への到達を可能としたものである。 The sputter ion pump uses a Penning discharge generated under a strong magnetic field for a pair of cathodes facing each other in a pump case and an anode disposed between the cathodes in a non-contact state with each cathode. Is. That is, the gas molecules generated between the cathode and the anode are exhausted by the sputtering action (embedding of ionized gas molecules) and the getter action (sorption to the vapor deposition layer formed by the sputtered particles). In order to perform discharge sputtering continuously, a structure in which the outer sides of both cathodes are sandwiched between magnets or a structure in which the outer sides of the magnets are further covered with an iron yoke is often used. Thus, it is possible to reach a so-called high vacuum or ultra-high vacuum region in the range of 10 −4 to 10 −9 Pa without generating mechanical vibration.
このような高い排気性能を保つために、ポンプケースなどポンプ本体へのベーキング処理が不可欠である。従来のベーキング方法は、ポンプ本体やマグネットあるいはヨークなどの表面材質にテープヒータやシースヒータを巻回させ、これに通電加熱するものが一般的である。 In order to maintain such high exhaust performance, baking processing to the pump body such as a pump case is indispensable. A conventional baking method is generally one in which a tape heater or a sheath heater is wound around a surface material such as a pump main body, a magnet, or a yoke, and this is energized and heated.
ところが、このベーキング方法には種々の問題があり、例えば、
1)巻回ヒータの表面側が空気に露出するため、空気側への熱排出が多く、充分な加熱効率が得られない。
2)ポンプ本体の屈曲部や配管の複雑な部分へのヒータの巻回が困難である。
3)ヒータが露出しているため作業員に対する安全管理が必要となる。
4)ヒータ巻回部分とそれ以外の部分、あるいは、多重巻回部分とそれ以外の部分とで加熱が不均一になる。
5)マグネットあるいはヨーク位置の表面にヒータを巻回した場合、ポンプケースへの熱伝導が充分でなく、また、特に、マグネット上にヒータを巻回した場合に磁気特性減少の原因となりやすい。
However, this baking method has various problems, for example,
1) Since the surface side of the winding heater is exposed to air, heat is exhausted to the air side, and sufficient heating efficiency cannot be obtained.
2) It is difficult to wind the heater around a bent part of the pump body or a complicated part of the piping.
3) Since the heater is exposed, safety management for workers is required.
4) Heating becomes uneven in the heater winding portion and other portions, or in the multiple winding portion and other portions.
5) When the heater is wound around the surface of the magnet or the yoke position, the heat conduction to the pump case is not sufficient, and especially when the heater is wound on the magnet, it tends to cause a decrease in magnetic characteristics.
そして、例えば特許文献1に示すものは、ポンプケースとマグネットとの間にヒータを介在させる構造を用いることにより、これらの問題に対処している。
しかしながら、特許文献1の構造のスパッタイオンポンプにおいても、新たに問題点が生じる。その問題点のうち最たるものは、ケースとマグネットとの間にヒータを介在させることにより、マグネット間の距離が拡大することであり、これにより磁場強度が大きく減少して排気性能の低下を招くおそれがある。 However, the sputter ion pump having the structure of Patent Document 1 also has a new problem. The biggest problem is that the distance between the magnets is increased by interposing a heater between the case and the magnet, which may greatly reduce the magnetic field strength and cause a decrease in exhaust performance. There is.
また、特許文献1に示す構造では、ヒータとマグネットとが近接しているため、上記の減磁問題が依然として残ることになる。この対策のためにヒータとマグネットとの間に断熱材などを介在させる構造を採用することも考えられるが、この構造でもマグネット間のさらなる距離拡大を招くことになり、上記と同様に高度の排気性能の確保が困難になる。 Moreover, in the structure shown in patent document 1, since a heater and a magnet are adjacent, the above-mentioned demagnetization problem still remains. For this measure, it may be possible to adopt a structure in which a heat insulating material or the like is interposed between the heater and the magnet. It becomes difficult to ensure performance.
さらに、磁場強度の問題が別側面からも生じる。即ち、スパッタイオンポンプに対して超高真空領域対応の要望が強まっており、搭載するマグネットの体積が増大する傾向にある。このため、以前のようにマグネットの対面構造やヨーク補強だけでは磁力線を内部に収束させることが難しく、このために磁力線の発散が生じることになる。そして、これに起因してポンプ周辺には漏洩した磁力線による残留磁場が発生し、周辺にある機器などに影響を及ぼすおそれがある。 Furthermore, the problem of magnetic field strength also arises from another aspect. That is, there is an increasing demand for a sputter ion pump that can handle an ultra-high vacuum region, and the volume of a magnet to be mounted tends to increase. For this reason, as before, it is difficult to converge the magnetic lines of force only by the facing structure of the magnet and the reinforcement of the yoke, which causes the divergence of the magnetic lines of force. As a result, a residual magnetic field is generated around the pump due to the leaked magnetic field lines, which may affect peripheral equipment.
本発明は、上記問題点に鑑み、減磁や磁場低下あるいは磁力線の漏洩などを誘引せず、所期の磁場強度を保ち得るベーキング処理機構を備えたスパッタイオンポンプを提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sputter ion pump having a baking processing mechanism that does not induce demagnetization, magnetic field reduction, or leakage of magnetic field lines, and can maintain a desired magnetic field strength. .
上記課題を解決するため、本発明は、ポンプケース内側に、1個以上のアノード及びこれらアノードを介して互いに対向する一対のカソードにより構成されるポンプセルを備え、ポンプケース外側に、両カソードの対向方向に重ねて対向する一対のマグネットと、これら両マグネットを囲繞するヨークとを取り付けたイオンポンプにおいて、ポンプセルの側面部分に位置するポンプケース外側に加熱用ヒータを取り付けるものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a pump cell including one or more anodes and a pair of cathodes facing each other through the anodes inside the pump case, and both the cathodes facing each other outside the pump case. In an ion pump in which a pair of magnets that are overlapped in the direction and opposed to each other and a yoke that surrounds both magnets are attached, a heater for heating is attached to the outside of the pump case located on the side surface of the pump cell.
これによれば、中空筒体構造のポンプセルにおいて、両マグネットに挟まれる両側を上下底面としたときの胴体部分に相当する側面部分に、ポンプケース外側から加熱ヒータを取り付けるため、両マグネットの間隔を増減させることなく、ベーキング用の加熱を行うことができる。また、加熱ヒータとマグネットとが平面的に重なる従来のヒータ取り付け構造と異なり、加熱ヒータとマグネットとが直接に面接触することがない。これらにより、ベーキング処理の際に、磁場強度減少や減磁問題の発生を抑制することができ、スパッタイオンポンプ本来の高い排気性能が得られる。 According to this, in the hollow cylindrical pump cell, the heater is attached from the outside of the pump case to the side surface portion corresponding to the body portion when both sides sandwiched between the two magnets are the upper and lower bottom surfaces. Heating for baking can be performed without increasing or decreasing. Further, unlike the conventional heater mounting structure in which the heater and the magnet overlap in a planar manner, the heater and the magnet do not directly come into surface contact. As a result, it is possible to suppress a decrease in magnetic field strength and a problem of demagnetization during the baking process, and the high exhaust performance inherent to the sputter ion pump can be obtained.
なお、加熱用ヒータとしては、ポンプケースに対する接触面積を極大化するため、プレート状のもの、あるいは、シースヒータ形状のものを用いることが望ましい。 In addition, as a heater for heating, in order to maximize the contact area with respect to the pump case, it is desirable to use a plate-shaped one or a sheath heater-shaped one.
ところで、スパッタイオンポンプのポンプケースは、上記ポンプセルに連通する空間部分を備えた構造で形成されることがある。この場合、ポンプケース内側でポンプセル部分に連なる空間部分に対して、空間部分に位置するポンプケース外側に、さらに加熱用ヒータを取り付けるようにしても良い。この空間部分は、両マグネットやヨークによる磁力線の磁束とは離間して位置するため、この部分へ取り付けた加熱ヒータが、ポンプセル部分の磁場強度に影響を与えることはないからである。 By the way, the pump case of the sputter ion pump may be formed with a structure having a space portion communicating with the pump cell. In this case, a heater for heating may be further attached to the outside of the pump case located in the space portion with respect to the space portion connected to the pump cell portion inside the pump case. This space portion is located away from the magnetic flux of the magnetic field lines by both magnets and the yoke, so that the heater attached to this portion does not affect the magnetic field strength of the pump cell portion.
なお、これら加熱ヒータの構成材料には、マイカ(雲母)、ゴム、シリコン、セラミックスファイバなどの非磁性材料を用いることが望ましい。 In addition, it is desirable to use nonmagnetic materials, such as mica (mica), rubber | gum, a silicon | silicone, and a ceramic fiber, for the constituent material of these heaters.
さらに、上記したようにマグネット、ヨーク及び加熱用ヒータとを取り付けたポンプ本体を保温用筐体内に収容し、その際に、ポンプ本体と筐体との接触部分を位置固定治具のみに限定する。保温用筐体とポンプ本体とが互いの接触部分を位置固定治具のみに留めた状態で、筐体内にポンプ本体が収容されるため、内部のポンプ本体周囲に空間が確保される。したがって、内部輻射熱により、ポンプケース全体は、効率良くしかも均一に加熱される。また、ポンプに対する加熱部分が露出しないため、安全管理上の利点も得られる。 Further, as described above, the pump main body to which the magnet, the yoke and the heater are attached is accommodated in the heat insulation casing, and at that time, the contact portion between the pump main body and the casing is limited to the position fixing jig. . Since the pump main body is accommodated in the housing in a state where the contact portion between the heat retaining housing and the pump main body is held only by the position fixing jig, a space is secured around the internal pump main body. Therefore, the entire pump case is efficiently and uniformly heated by the internal radiant heat. Moreover, since the heating part with respect to a pump is not exposed, the advantage on safety management is also acquired.
残留磁場の抑制をより有効に機能できるよう、ポンプ本体と筐体との位置固定治具には、非磁性材料(ステンレス、アルミニウム、セラミックスなど)を用いることが望ましい。 It is desirable to use a nonmagnetic material (stainless steel, aluminum, ceramics, etc.) for the position fixing jig between the pump body and the housing so that the suppression of the residual magnetic field can function more effectively.
一方、保温用筐体の材質には、磁性材料(金属鉄、鉄-ニッケル合金など)を用いることが望ましい。これにより、内部に収容したポンプ本体から漏洩して発生する残留磁場を抑制することができる。 On the other hand, it is desirable to use a magnetic material (metallic iron, iron-nickel alloy, etc.) as the material of the heat insulation casing. Thereby, the residual magnetic field which leaks from the pump main body accommodated in the inside and can generate | occur | produce can be suppressed.
また、筐体内部の保温効果を確実に得るために、筐体内側の少なくとも一面を保温材料で形成する、あるいは、ポンプ本体と筐体との間隙を保温材料で充填することが望ましい。 Further, in order to reliably obtain the heat retaining effect inside the housing, it is desirable to form at least one surface inside the housing with a heat retaining material, or to fill the gap between the pump body and the housing with the heat retaining material.
本発明のスパッタイオンポンプは、ポンプセルの側面部分に、ポンプケース外側から加熱ヒータを取り付けるため、ベーキング処理の際に、磁場強度減少や減磁問題の発生を抑制することができ、スパッタイオンポンプ本来の高い排気性能が得られる。 In the sputter ion pump of the present invention, a heater is attached to the side surface portion of the pump cell from the outside of the pump case, so that it is possible to suppress a decrease in magnetic field strength and a problem of demagnetization during the baking process. High exhaust performance can be obtained.
また、加熱用ヒータ付きのポンプ本体ごと、保温用筐体内に収容することにより、ポンプケース全体は、内部輻射熱で効率良くしかも均一に加熱され、さらに、安全管理上の利点も得られる。 Further, by housing the pump body with the heater for heating in the heat retaining casing, the entire pump case is efficiently and uniformly heated by the internal radiant heat, and further, there is an advantage in safety management.
図1は、本発明のスパッタイオンポンプ1の概念図であり、ポンプケース2の空間部分2aがプレートヒータ3a、3bで覆われ、さらに、空間部分2aに連なるポンプセル部分2bがヨーク4で覆われている。なお、空間部分2aの上部は、吸気孔5に接続されている。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a sputter ion pump 1 according to the present invention. A
このように構成されたイオンポンプ1の内部構造は、ポンプケース2の空間部分2aとポンプセル2bとにより構成される。図1に示すように、ポンプセル2bはポンプケース2内の箱型突出部として形成される。そして、その内部には、一対のカソード6a、6bと、その間に複数個のアノード7とが配置されている。そして、一対のカソード6a、6bをさらに挟むようにしてポンプケース2の外側位置にマグネット8a、8bが配置される。さらに、このようなサンドイッチ構造に配置されたマグネット8a、8b及びポンプセル2b、2bを鉄製ヨーク4で包囲する。
The internal structure of the ion pump 1 configured as described above is constituted by the
イオンポンプ1の排気性能を維持するには、ペーキング処理が不可欠であるが、図1に示すように、本発明のイオンポンプでは、このためにプレートヒータ9を用いる。即ち、中空筒体構造のポンプセル2bにおいて、例えばマグネット8a、8b側の両面を上下底面としたときに胴体部分に相当する側面部分を覆うようにケース外側から、プレートヒータ9を取り付ける。このようにすることにより、マグネット8a、8bのそれぞれの間隔に影響を与えることがなく、また、マグネット8a、8bのそれぞれにヒータ9が直接に面接触することがない。したがって、マグネット8a、8bの間隔増大による磁場強度減少や、ヒータ9がマグネット8a、8bに直接接触することによる磁気特性低下(減磁)などが発生しにくくなる。
In order to maintain the exhaust performance of the ion pump 1, a paking process is indispensable. However, as shown in FIG. 1, in the ion pump of the present invention, a
ところで、ポンプケース2の全体のベーキング処理のためには、空間部分2aに対しても加熱を行うことが望ましい。そこで、本発明のイオンポンプ1においては、空間部分2aの側面部分に、ケース外側からプレートヒータ3a、3bを取り付けた。
By the way, for the baking process of the
ただし、近年のマグネット体積の巨大化に伴い、漏洩する磁力線対策が必要である。そこで、これらヒータ3a、3b、9の材質には、マイカ、ゴム、シリコン、セラミックスファイバなどの非磁性材料を用いることが望ましい。非磁性材料を用いることにより不用意に磁力線漏洩が広がることなく、そのため、マグネット8a、8b間の磁力線形成への影響が極小化され、所期の磁場強度が得られる。同様の理由で、ポンプケース2にヒータ3a、3b、9を取り付ける際の固定ねじ等、あるいはスペーサ10などの位置固定治具にも非磁性材料を用いることが望ましい。
However, as the magnet volume increases in recent years, it is necessary to take measures against leakage magnetic field lines. Therefore, it is desirable to use a nonmagnetic material such as mica, rubber, silicon, or ceramic fiber as the material of the
ところで、ベーキング処理に際してポンプケース2に対する加熱は、厳格な安全管理のもとで均一かつ効率的に行う必要がある。そこで、図1に示すように、本発明のスパッタイオンポンプ1は、ヒータ等を取り付けた状態のポンプケース2を、さらに保温箱11内に収容する構造とした。
By the way, in the baking process, it is necessary to heat the
図2に示すように、保温箱11は、一対の分割箱11a、11bにより構成されており、位置固定用の固定ねじ12のみにより、内部のポンプケース2と接続されている。そして、内部ポンプケース2(装着した加熱ヒータなどの付属品を含む)は、保温箱11の内面と間隙を保って配置される。したがって、保温箱11内部の輻射熱により、ポンプケース2の全体が効率良く均一に加熱されるのである。もちろん、加熱部分が装置外部に露出しないことにより安全管理上の利点も得られる。
As shown in FIG. 2, the
あるいは、保温箱11の内側面にマイカなどの保温材料を貼付したり塗布したりすることにより、保温箱11内での保温効果が確実になる。また、内部に配置されたポンプケース2と保温箱11とを間隙空間により対峙させるのではなく、その間隙にマイカなどの保温材料を充填することにより、保温効果が増大して得られる。
Alternatively, by applying or applying a heat insulating material such as mica to the inner surface of the
ところで、上記したマグネット体積の巨大化に伴う、漏洩磁力線対策は、保温箱11においても重要である。即ち、保温箱11に対して漏洩磁力線対策を施すことにより、これを磁気シールドとして兼用できる。本発明においては、保温箱11の材質に、金属鉄、鉄-ニッケル合金などの磁性材料を用いることにより、残留磁場をこれに吸収し、外部への漏洩を最小限に留めるようにした。なお、保温箱11とポンプケース2とを接続固定する固定ねじ12や、分割状態の保温箱11a、11bを接続するための固定ねじ(図示せず)にも、非磁性材料(SUSやアルミニウム材料)を用いることが望ましい。
By the way, the countermeasure against the leakage magnetic field lines accompanying the enlargement of the magnet volume is also important in the
なお、保温箱11の部材形成に際して、折曲加工、絞り加工あるいは溶接などの工法を用いるのが一般的であるが、この場合に、分割箱の部材間の継目部分においても図3の各図に示す構造を用いるようにした。この目的は、図3(a)〜(f)の各図において、部材A及び部材Bの接触面積を極大化させてシールド効果を充分に得ることと、加工上の制約から部材A及び部材B間に隙間が生じるとしても両者が重複するようにして残留磁場の漏洩を防止することにある。
In forming the members of the
本発明で用いた加熱ヒータの取り付けや保温箱によるシールドは、スパッタイオンポンプに限らずベーキングが必要な高性能ポンプに活用可能である。 The attachment of the heater used in the present invention and the shield by the heat insulation box can be used not only for the sputter ion pump but also for a high-performance pump that requires baking.
1 スパッタイオンポンプ
2 ポンプケース
2a 空間部分
2b ポンプセル部分
3a、3b プレートヒータ
4 ヨーク
6a、6b カソード
7 アノード
8a、8b マグネット
9 プレートヒータ
10 スペーサ(位置固定治具)
11 保温箱(保温用筐体)
12 固定ねじ(位置固定治具)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11 Insulation box (insulation case)
12 Fixing screw (position fixing jig)
Claims (7)
The sputter ion pump according to any one of claims 1 to 6, wherein a gap between the pump body and the housing is filled with a heat insulating material.
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2004
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