JP2017522481A - ゲッターポンプシステム - Google Patents

Abstract

線形加速器又はより具体的には高容量の環境に特に有用なゲッターポンプシステムであって、線形支持体（１１０、１１０’、１１０”、・・・、１１０ｎ）を有する複数のゲッターカートリッジ（１００、１００’、１００”、・・・、１００ｎ）及び複数の線形ヒータ（１２０、１２０’、・・・、１２０ｎ）が、少なくとも０．５ｍ２の表面積を有する壁に高密度配置で接続されている、ゲッターポンプシステム。

Description

本発明は、特に線形加速器、又はより具体的には、スパッタリング又は真空プロセスのような薄膜堆積プロセス用の、ドライエッチング、イオン注入等の半導体製造用の、又は、真空に維持される大型の検出器用の大型のＵＨＶ／ＨＶ装置等の、空にされる大体積環境に有用な改良されたゲッターポンプシステムに関連する。他の用途は、特定の核融合システムにおける、核エネルギーシステムの特定のチャンバーにおける、例えばＨ_２及びその同位体等の残留ガス圧の制御である。

一般的に言えば、大容量環境における真空制御のゲッターベースの方法は、２つの主たるカテゴリーに分類される。

１つ目は、例えば、欧州特許第０９６４７４１号明細書及び欧州特許第０９０６６３５号明細書に記載され、金属チャンバーの金属表面全体を必須的に薄膜コーティングすることからなる。

広く普及している第２の方法は、その代わりに、加速器の周辺に沿って分布され、適切な開口を用いてそこに接続される複数のゲッターポンプを用いることからなる。この方法は、様々な文献に記載され、例えば、Ｆｅｒｒａｒｉｏらによる論文（非特許文献１）が参照される。

ゲッターポンプは、ゲッターカートリッジの使用を想定する独立したシステムであり、限られた少数のゲッターカートリッジを有する標準ポンプシステムを示す、本出願人による米国特許第６，１４９，３９２号明細書に記載されるように、それらは、独立型のシステムとして使用され得る。この周知のシステムにおいて、ゲッターカートリッジは、真空密閉されたハウジングに含まれる一方で、本発明においては、それらは、さらなる保持するケース又は含むケースなしに壁チャンバーに載置される。

あるいは、ゲッターポンプは、他の真空ポンプと共同して使用され得、例えば、これらのポンプシステムにおける最近の発展に関して共に本出願人による欧州特許第２４０９０３４号明細書及び国際公開第２０１４／０６０８７９号が参照される。

他の代替的な方法は、真空堆積チャンバー内の独立したゲッターポンプの使用を示す米国特許第５９１１５６０号明細書に記載されている。

欧州特許第０９６４７４１号明細書 欧州特許第０９０６６３５号明細書 米国特許第６，１４９，３９２号明細書 欧州特許第２４０９０３４号明細書 国際公開第２０１４／０６０８７９号 米国特許第５，９１１，５６０号明細書

"Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐｕｍｐｉｎｇ ｂｙ ｎｏｎ−ｅｖａｐｏｒａｂｌｅ ｇｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ"， ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｎｕｃｌｅａｒ ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ２８， Ｎｒ． ３， Ｊｕｎｅ １９８１．

本発明の目的は、より高い全体的な能力及び／又はポンピング速度を与えることによって、従来技術のゲッターポンプシステムの性能を改善することであり、より具体的には、本発明によるポンプシステムは、１０^５ｌ／ｓを超えるＨ_２に対するポンピング速度、及び、ＣＯ、Ｈ_２Ｏ等の残留ガスに対する１０^５ｍｂａｒリットルを超える容量を達成する。

第１の側面において、本発明は、壁部、前記壁部に接続される線形支持体を有する複数のゲッターカートリッジ、及び複数の線形ヒータを備えるゲッターポンプシステムであって、前記壁部が、少なくとも０．５ｍ^２の表面積を有し、前記ゲッターカートリッジの密度が、２０から２５００カートリッジ／平方メートルであり、前記線形ヒータの密度が、２０から５０００ヒータ／平方メートルである、ゲッターポンプシステムからなる。

ゲッターカートリッジ及びヒータの数のこの幅広いバリエーションは、各カートリッジが１つ又はそれ以上のゲッター要素を含むゲッターカートリッジの実施形態に対する様々な可能性を考慮している。このバリエーションは、典型的には１．５から１５ｃｍ^２の範囲である、ゲッターカートリッジの線形支持体に垂直な平面におけるゲッターカートリッジの最上部のゲッター要素の突出部として定義されるゲッターカートリッジの上部領域に加えて、ゲッター要素の形状（最も一般的な構成のディスク、正方形、及び折り畳まれた平坦なストリップ）に関連する。

このバリエーションはまた、互いに間隔が空けられた異なるカートリッジに関連する。好ましい実施形態において、平方メートルあたりのゲッターカートリッジの数に、平方メートルで表されるゲッター要素の上部の平均面積を乗じた値が、０．０４から０．７である。

好ましくは、ゲッターカートリッジは、全て同一であり、すなわち、それらは、カートリッジあたり同一の数のゲッター要素、同一のゲッター要素の形状及び同一の面積を有する。実際の製造における不可避的な変動及び許容誤差のために、平均的なゲッターカートリッジの上部面積は、好ましいゲッターカートリッジ密度に関して上記の考慮で使用される。

本発明は、添付の図面を参照してさらに示される。

本発明によるゲッターポンプシステムの一部の上面図を示す。 本発明によるゲッターポンプシステムの他の好ましい実施形態の側面図を示す。 本発明によるゲッターポンプシステムの代替的な好ましい実施形態を示す。

前述の図面において、示された要素の寸法及び寸法比は、正確なものであるとは限らず、ある場合には、図面を読みやすくするために変更されており、さらに、電源やその接続ケーブル等の、本発明の理解に必須ではない要素は、表されていない。

本発明の文脈において“ゲッターカートリッジ”という用語が、少なくとも１．５グラムのゲッター材料を含む又は保持するあらゆる細長い要素を意図するものであることに留意することが重要である。好ましくは、カートリッジあたりのゲッター材料の量は、５００グラム以下である。

ゲッターカートリッジの文脈における“細長い要素”として、本出願人は、線形支持体からのゲッター材料の最大距離と線形支持体の長さとの比が１．４未満である線形支持体上のゲッター材料の集積を考えている。特に、保持構成は、典型的には、焼結されたゲッターパウダーの間隔の空いたディスクを中心要素に取り付けることによって得られ、このような構成は、例えば、本出願人による上述の米国特許第６，１４９，３９２号明細書に示され、その開示は、参照することによって本明細書に含まれる。

本発明によるゲッターカートリッジに対する他の代替的な構成は、その目的が、ある場合には放出される粒子に加えて錠剤を保持することの両方である金属のネット構造を備える封入体に含まれるゲッター材料の錠剤（ピル）の使用を想定する。さらに、ネット構造の多孔性は、クライオポンプ又はスパッタイオンポンプ等の他のポンプと組み合わせて吸着ガスの収率を調整するように設計され得る。このように、一次的なピーク圧力は、適切な方法で管理され得る。このようなゲッターカートリッジ構造は、嵩高い構成であるとしても、例えば米国特許第５，１５４，５８２号に開示されている。

従って、それは、ゲッターディスクの場合、線形支持体からゲッター材料の最大距離を設定するディスクの直径であり、一方、ゲッター要素（錠剤）の場合、その距離は、最外の要素によって決定される。これらの２つが、２つの最も関心のある共通の構成であり、特に、一方が、中心支持体に載置されたゲッターディスクの使用を想定するが、ゲッターカートリッジにおける他の構成が可能であり、本発明に含まれる。例えば、書籍“Ｃａｐｔｕｒｅ Ｐｕｍｐｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”（１９９１）の２２８頁には、ゲッター材料が平坦な基板に支持される他のタイプのゲッターカートリッジが記載されており、このポンプは、市場で入手可能であり、Ｓｏｒｂ−ＡＣという商標名で出願人によって販売されている。この後者の場合においても、コーティングされたゲッターストリップの最外端は、上記に定義されるように線形ゲッターカートリッジにおける最大距離を決定する。

本発明によるゲッターポンプシステムは、ゲッターカートリッジを活性化させるためのヒータの存在を想定する。これらのヒータは、２つの主たる様式において本発明によるゲッターポンプシステムに集積され得る。第１の様式において、ヒータは、ゲッターカートリッジとは別個の離隔した線形要素であり、第２の様式において、ヒータは、それ自体ゲッターカートリッジに組み込まれている。

例えば、積層され、間隔が空けられたゲッターディスクで作られるカートリッジの場合、ヒータは、ゲッターディスクが載置される線形の金属支持体であり得る。

高い熱容量を有するゲッター材料で作られるゲッターカートリッジにおける組み込まれたヒータは、特に、より大きい又は拡大したシステムにおいて、妥当な時間枠で活性化及び作動状態を行うのに十分ではなく、従って、これらの場合、外部（ゲッターカートリッジに対して）の別個のヒータを使用することも想定される。

ゲッターカートリッジの幾つかが、近くにあるゲッターカートリッジに対するのと同様に、支持されたゲッター要素に対するヒータとして作用する線形支持体を有し、それによって、全てのゲッターカートリッジがヒータによって支持されるとは限らず、又は、カートリッジ内に組み込まれたものに加えて更なるヒータがある状況という、混ざり合った状況を想定することも可能である。

本発明が、特定のゲッター材料に限定されないが、熱処理の手段によってガスを吸着することができるあらゆる適切な材料が採用され、本発明の範囲及び目的におけるゲッター材料の定義に含まれることに留意すべきである。このような材料の認識及び特性は、当業者に利用可能であり、欧州特許第０７４２３７０号明細書等の様々な文献から容易に引き出すことができる。少なくとも３０％の１つ又はそれ以上のチタン、ジルコニウム、イットリウムを含むゲッター金属又は合金が特に有利である。本出願人の名称で国際公開第２０１３／１７５３４０号に記載されるＺｒ−Ｔｉ−Ｖ合金、又は、本出願人の名称で公開されていない伊国特許出願第２０１３−００１９２１号明細書に記載されるＺｒ−Ｔｉ−Ｖ−Ａｌ合金が、より好ましい材料である。

本発明によるゲッターポンプシステムは、ゲッターカートリッジの数とヒータの数との間の最適な比を与え、特に、その比は、好ましくは０．６６から４である。

ゲッターカートリッジ又は線形ヒータである、本発明によるゲッターポンプシステムを構成する線形要素の好ましい配向は、隣接する線形要素によって形成される平均角度が好ましくは３０°以下、好ましくは１５°以下であるようなものである。

好ましい実施形態において、ヒータ、ゲッターカートリッジ、又は集積されたヒータを有するゲッターカートリッジである、本発明によるゲッターポンプシステムの要素は、独立して入れ替え可能である（すなわち、独立して壁に接続される）。

好ましい接続は、ネジ、ジャンクションポケット、インターロッキングを用いて行われるが、溶接及びリベット打ち等の独立して入れ替え可能ではない接続も行われる。

代替的な好ましい実施形態において、ゲッターポンプシステムは、複数のプラットフォームアセンブリで作られ、各々は、２から１０の線形カートリッジ及び１から１１の線形ヒータを含む。

図１は、好ましい構造の１つである“ハニカム”タイプの構造を形成するように図１に示されるもののようにｎ個の部分で作られる、本発明によるゲッターポンプシステムの一部１０の上面図を示す。この好ましい構成において、中心のゲッターカートリッジ１００は、全てが壁に載置される他のゲッターカートリッジ１００’、１００”、・・・、１００^ｎ及び線形ヒータ１２０、１２０’、・・・、１２０^ｎによって囲われ、各々のゲッターカートリッジは、中心の線形要素１１０、１１０’、１１０”、・・・、１１０^ｎに載置される複数のゲッターディスク（上面視で上部のものだけが見られる）で作られる。この構成は、ディスクで作られるゲッターカートリッジ及び別個の離隔した線形ヒータを想定するが、前述のように、この構成は、代替的には、ゲッター材料が錠剤の形態であるゲッターカートリッジ、又は、中心の線形支持要素がヒータとしても作用するゲッターカートリッジを用いて作られ得る。

図２は、複数のゲッターカートリッジ２１０、２１０’、・・・、２１０^ｎが、壁部２１に載置され、中心の線形支持要素がまた、ヒータとして作用する、本発明によるゲッターポンプシステム２０の側面図を示す。図２から観察することができるように、ゲッターカートリッジ（及び任意の追加の外部ヒータ）が載置される壁部２１は、粒子加速器等の場合等には、湾曲され得る。

本発明によるゲッターポンプシステム３０の代替的な実施形態の側面図が図３に示される。この場合、その左表面３１’及び右表面３１”において、中心支持要素がまたヒータとして作用する複数のゲッターカートリッジ３１０、３１０’、・・・３１０^ｎ及び３２０、３２０’、・・・、３２０^ｎそれぞれを支持する線形垂直壁３１がある。

図１に示される実施形態と同様に、図２及び図３に示される実施形態の両方は、ゲッターピルを用いるタイプ等の他のタイプのゲッターカートリッジ、及びゲッターカートリッジの外部にある線形ヒータを含み得る。

また、本発明によるゲッターポンプシステムは、共に本発明によるゲッターポンプシステム含むチャンバー／体積に接続される、低温ポンプ、チタンサブリメーションポンプ及びスパッタイオンポンプ等の標準的な真空ポンプ又はゲッターポンプと共同して、又は、チャンバー／体積自体内の補助要素として使用され得る。

第２の側面において、本発明は、その中で、線形支持体を有する複数のゲッターカートリッジ及び複数の線形ヒータを壁に載置することによって、少なくとも１０ｍ^２の公称内部表面を有するチャンバーを空にする方法であって、前記壁が、少なくとも０．５ｍ^２の表面積を有し、前記ゲッターカートリッジの密度が、２０から２５００カートリッジ／平方メートルであり、前記線形ヒータの密度が、２０から５０００ヒータ／平方メートルである、チャンバーを空にする方法からなる。

１０、２０、３０ ゲッターポンプシステム
１１、２１、３１ 壁部
３１’ 左表面
３１” 右表面
１００、１００’、１００”、１００^ｎ ゲッターカートリッジ
１１０、１１０’、１１０”、１１０^ｎ 線形要素
１２０、１２０’、１２０^ｎ 線形ヒータ
２１０、２１０’、２１０”、２１０^ｎ ゲッターカートリッジ
３１０、３１０’、３１０^ｎ ゲッターカートリッジ
３２０、３２０’、３２０^ｎ ゲッターカートリッジ

ゲッターポンプは、ゲッターカートリッジの使用を想定する独立したシステムであり、限られた少数のゲッターカートリッジを有する標準ポンプシステムを示す、本出願人による米国特許第６，１４９，３９２号明細書に記載されるように、それらは、独立型のシステムとして使用され得、それは、本発明とは異なって、密閉されたハウジングが真空密閉され、本発明のように、さらなる保持するケース又は含むケースなしに壁チャンバーに載置されるものではない。

次いで、このバリエーションはまた、互いに間隔が空けられた異なるカートリッジに関連する。好ましい実施形態において、平方メートルあたりのゲッターカートリッジの数に、メートルで表されるゲッター要素の上部の平均面積を乗じた値が、０．０４から０．７である。

好ましくは、ゲッターカートリッジは、全て同一であり、すなわち、それらは、カートリッジあたり同一の数のゲッター要素を有し、ゲッター要素の形状及び面積が同一である。実際の製造における不可避的な変動及び許容誤差のために、平均的なゲッターカートリッジの上部面積は、好ましいゲッターカートリッジ密度に関して上記の考慮で使用される。

ゲッターカートリッジの文脈における“細長い要素”として、本出願人は、線形支持体からのゲッター材料の最大距離と線形支持体の長さとの比が１．４未満である線形支持体上のゲッター材料の集積を考えている。特に、保持構成は、典型的には、焼結されたゲッターパウダーの間隔の空いたディスクを中心要素に取り付けることによって得られ、このような構成は、例えば、本出願人による米国特許第６，１４９，３９２号明細書に示され、その開示は、参照することによって本明細書に含まれる。

本発明によるゲッターポンプシステムは、ヒータの数とゲッターカートリッジの数との間の最適な比を与え、特に、その比は、好ましくは０．１５から１５であり、より好ましくは０．３から４である。

ゲッターカートリッジ又は線形ヒータである、本発明によるゲッターポンプシステムを構成する線形要素の好ましい配向は、隣接する線形要素によって形成される平均角度が好ましくは１５°以下であるようなものである。

Claims (13)

1. 壁部（１１；２１；３１）、前記壁部（１１；２１；３１）に接続される線形支持体を有する複数のゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）、及び複数の線形ヒータを備えるゲッターポンプシステム（１０；２０；３０）であって、
   前記壁部（１１；２１；３１）が、少なくとも０．５ｍ^２の表面積を有し、前記ゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）の密度が、２０から２５００カートリッジ／平方メートルであり、前記線形ヒータの密度が、２０から５０００ヒータ／平方メートルである、ゲッターポンプシステム（１０；２０；３０）。
2. 前記平方メートルあたりのゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）の数に、平方メートルで表される前記ゲッターカートリッジの上部の平均面積を乗じた値が、０．０４から０．７である、請求項１に記載のゲッターポンプシステム。
3. 前記ゲッターカートリッジの数と前記線形ヒータの数との比が、０．６６から４である、請求項２に記載のゲッターポンプシステム。
4. カートリッジあたりの前記ゲッター材料の量が、１．５から５００グラムである、請求項１から３の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
5. 前記ゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）が、ゲッター材料の積層されたディスクを含む、請求項１から４の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
6. 前記ゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）が、ゲッターパウダー保持手段を有するゲッター材料の錠剤を含む、請求項１から４の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
7. 前記線形ヒータが、前記ゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）のアセンブリの一部である、請求項１から５の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
8. 前記線形ヒータが、複数のゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）に隣接する、請求項１から６の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
9. 隣接するゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）の前記線形支持体と前記線形ヒータとによって形成される平均角度が、３０°以下であり、好ましくは１５°以下である、請求項１から８の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
10. 前記ゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）の各々及び前記線形ヒータの各々が、独立して取り外し可能である、請求項１から９の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
11. 複数のプラットフォームサブアセンブリを含み、前記複数のプラットフォームサブアセンブリの各々が、２から１０のゲッターカートリッジ（１００；２１０；３１０；３２０）及び１から１１の線形ヒータを含む、請求項１から１０の何れか一項に記載のゲッターポンプシステム。
12. その中で、線形支持体を有する複数のゲッターカートリッジ及び複数の線形ヒータを壁に載置することによって、少なくとも１０ｍ^２の内部表面を有するチャンバーを空にする方法であって、前記壁が、少なくとも０．５ｍ^２の表面積を有し、前記ゲッターカートリッジの密度が、２０から２５００カートリッジ／平方メートルであり、前記線形ヒータの密度が、２０から５０００ヒータ／平方メートルである、チャンバーを空にする方法。
13. 前記平方メートルあたりのゲッターカートリッジの数に、平方メートルで表される前記ゲッターカートリッジの上部の平均面積を乗じた値が、０．０４から０．７である、請求項１２に記載のチャンバーを空にする方法。

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