JP5020041B2 - 真空チャンバー用コネクタ構造およびこれを用いた真空装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空端子とプラグとの真空チャンバー用コネクタ構造に関する。

真空チャンバー内の装置と真空チャンバー外の装置との間で電気信号を伝達するための真空端子１０は、図４に示すように、真空側と大気側を気密に仕切るセラミック基体１と、該セラミック基体１の貫通孔にろう付けされ、真空チャンバー内外に電気信号を導入するリードピン４と、真空端子１０を真空チャンバー７に取り付けるためにセラミック基体の外周部にろう付けされたスリーブ２とから主に構成されている（特許文献１参照）。
実開平４−１１９９６４号公報

従来の真空端子１０の真空側にプラグ８を取り付ける場合、真空チャンバー７内を真空状態にしたときに、真空端子１０とプラグ８によって形成される空間から脱気が円滑に行われず、到達真空度が上がらない。この状態でリードピン４に数百Ｖの高電圧がかかると、リードピン４からスリーブ２にかけて放電が起こり、電気信号に動作不良をおこすという問題点があった。

本発明の真空チャンバー用コネクタ構造は、スリーブと、該スリーブ内を一端側と他端側とを気密に仕切る基体とを備えた真空端子に、プラグを前記スリーブの一端側に取着させるようにして接続した真空チャンバー用コネクタ構造であって、前記スリーブは前記基体と前記プラグとの間の空間と連通する気抜孔を有し、前記基体は円柱状の小径部と大径部とを有し、前記小径部が前記プラグ側にあり、前記大径部が前記スリーブに固定されており、前記小径部と前記大径部との径の比は１０：１１〜２０、前記基体の軸方向における前記小径部と前記大径部の長さの比は２０：１〜４であることを特徴とする。

さらに、前記スリーブの外周面に凸部を有し、前記プラグには前記凸部と係合するスリットを有し、前記スリットの開放端部の幅と前記気抜孔の直径との比は、２：１〜４であることを特徴とする。

さらに、前記スリットの開放端と前記気抜孔とが前記スリーブの軸周りになす角度は１０°以内であることを特徴とする。

さらに、前記スリーブがＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｔｉ、Ａｌもしくはステンレスのいずれかからなることを特徴とする。

そして、本発明の真空チャンバー用コネクタ構造を用いた真空装置としては、上記真空チャンバー用コネクタ構造を電気信号の入出力端子として、真空チャンバーの内外に連通して設けたことを特徴とする。

本発明の真空端子とプラグの真空チャンバー用コネクタ構造は、チャンバー内が真空になったときに前記スリーブ内部は気抜孔を通して真空に引かれるため、前記リードピンに高電圧がかかったとしても、前記リードピンと前記スリーブ間で放電が発生せずに、電気信号の動作を良好することができる。

さらに、本発明の真空チャンバー用コネクタ構造は、前記円柱状基体が、スリーブと接触しない真空側の小径部と、スリーブと係合するように大気側に大径部とを有することで、気抜孔を確保して、真空排気を効率的化できる。

さらに、本発明の真空チャンバー用コネクタ構造は、気抜孔とスリットの位置とが近接することで、気抜孔上が接続スリーブなどの遮蔽物で覆われたとしても、スリットを介して真空に引くことができる。

さらに、本発明の真空チャンバー用コネクタ構造は、前記スリーブがＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の場合には、機械的強度の高い真空端子となり、ＴｉもしくはＡｌの場合には、非磁性で高周波特性に優れた真空端子となり、ステンレスの場合には、耐食耐酸化性の高い真空端子とすることができる。

本発明の一実施形態の真空チャンバー用コネクタ構造について以下に説明する。

図１は、本発明の真空チャンバー用コネクタ構造の断面図である。同図において１は中心部リードピン４を有するセラミック基体、２はセラミック基体の外周部にろう付けされたスリーブ、３ａはスリーブ２の真空側に形成された一対の凸部、３ｂはスリーブ２の大気側に形成された一対の凸部、５はスリーブ２の外周面にろう付けされた筒状のフランジ、６は真空側に開けられたスリーブ２の気抜孔であり、以上によって真空端子１０が構成される。７は半導体製造装置などの真空チャンバーであり、真空端子１０は、フランジ５とチャンバー７とを溶接することによって、気密に固定される。

本発明の一実施形態の真空チャンバー用コネクタ構造は、スリーブと、該スリーブ内を一端側と他端側とを気密に仕切る基体とを備えた真空端子に、プラグを前記スリーブの一端側に取着させるようにして接続した真空チャンバー用コネクタ構造であって、前記スリーブは前記基体と前記プラグとの間の空間と連通する気抜孔を有しているものである。

真空チャンバー７の内外で電気信号をやりとりするために、真空端子１０の真空側、大気側双方にプラグが取り付けられる。８はプラグ、９はプラグ先端の接続スリーブであり、図１では、真空端子１０の真空側にプラグ８を取り付けた状態を図示している。真空端子１０とプラグ８との接続は、メス型とオス型による接続であり、プラグ８内部には、真空端子１０のリードピン４と接続する内部導体（図示せず）があり、内部導体は接続スリーブ９と絶縁体（図示せず）によって電気的に絶縁されている。真空チャンバー７内部が真空状態になった場合には、スリーブ２の真空側に開けた気抜孔６によって高い真空度が得られ、リードピン４に数百Ｖの高電圧をかけても、リードピン４とスリーブ２との間に放電が発生を低減でき、電気信号を良好にすることができる。

さらに本発明の一実施形態の真空チャンバー用コネクタ構造は、前記基体は円柱状の小径部と大径部とを有し、前記小径部が前記プラグ側にあり、前記大径部が前記スリーブに固定されていることが好ましい。これにより、気抜孔６からの排気を効率的に行うことができる。図１においてＲ１が大経部の直径、Ｒ２が小径部の径である。

さらに本発明の一実施形態の真空チャンバー用コネクタ構造は、前記小径部と前記大径部との径の比が１０：１１〜２０、前記基体の軸方向における前記小径部と前記大径部の長さの比は２０：１〜４であることが好ましい。図１においてＬ１が小径部の長さ、Ｌ２が大経部の長さであり、矢印Ａが軸方向である。すなわち、小径部の径が大きくなると排気すべき容積が大きくなり到達真空度も低くなり、径が小さくなると排気抵抗が大きくなり到達真空度も低くなるため、小径部と大径部との径の比は、バランスのよい適切な値とすることが望まれる。

さらに、本発明の一実施形態の真空チャンバー用コネクタ構造は、前記スリーブの外周面に凸部を有し、前記プラグには前記凸部と係合するスリットとを有し、前記スリットの開放端部の幅と、前記気抜孔の直径との比は、２：１〜４であることが好ましい。ここで、気抜孔６の径は大きいほど真空に排気することができるが、電気信号に対してノイズが入らず、また、スリーブ２内が汚染されない程度にしておくことが望ましい。

さらに本発明の一実施形態の真空チャンバー用コネクタ構造は、前記気抜孔は前記スリットの開放端部に対して、前記スリーブの軸周りに±１０°の範囲に位置することが好ましい。ここで軸周りとは図２における矢印Ｂの方向である。

±１０°の範囲であれば、たとえば接続スリーブ９が気抜孔６を遮蔽するような場合でも、スリット３６を介して気抜孔３６から真空に排気することができる。ここで±１０°の範囲とは、前記スリーブの軸周りに、気抜孔６の中心と、スリット３６の開放端部３６ａの中心線との角度を測定して得られる値である。

図２は、本発明の一実施形態の真空端子１０を真空側から見た断面図である。気抜孔６はスリーブ２に形成された真空側の凸部３ａ、３ｂに対して、スリーブ２の円周方向に略９０°回転した位置するようにすれば、真空端子１０とプラグ８を組み合わせて接合する際に、真空端子１０とプラグ８の係合状態を目視で確認することができる。すなわち、気抜孔６の位置とスリット３６の開放端部３６ａとが真空端子１０およびプラグ８の軸方向に平行になるために、凸部３ａ、３ｂの位置確認が困難な場合であっても、凸部３ａ，３ｂがプラグ８の接続スリーブ９に形成された導入用のスリット３６の終端に位置する状態を確認できる。

図３は本発明の一実施形態の真空端子１０とプラグ８の真空チャンバー用コネクタ構造を示す側面図である。

３３はスリーブ３０の外周部にろう付けされたフランジ、３６は接続スリーブに形成されたカギ型のスリットである。接続スリーブ９には互いに対向する位置に一対のスリット６が設けられており、真空端子１０側の一対の凸部３ａ，３ｂを一対のスリット６に通すことによって、真空端子１０とプラグ８を係合する。ここでスリット６がカギ型になっているのは、プラグ８を引張っても容易に抜けないようにするためである。

本発明の実施例を説明する。真空側に小径部、大気側に大径部を有し、中心部に内径３ｍｍの貫通孔を有し、純度９３％のアルミナからなるセラミック基体１０の貫通孔に直径２．９ｍｍ、長さ３０ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる円柱状のリードピン４を挿入し、予めセラミック基体１の端面に形成したＭｏ−Ｍｎメタライズおよびその上部に被着したＮｉめっきを介して、Ａｇ−Ｃｕろう材により接合した。

次に外径９．９ｍｍ、内径８．１ｍｍ、長さ３８ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるスリーブ２の真空側および大気側両端面から４ｍｍ内側に互いに対向する位置に直径２ｍｍ高さ１ｍｍの凸部１２ａ，１２ｂをＡｇ−Ｃｕろうで接合した。

さらにスリーブ２の真空側端面から１１ｍｍ内側でかつ真空側の凸部３ａ、３ｂに対して円周上９０°回転した位置に一対の気抜孔６を開けた。

次にスリーブ３６内に、セラミック基体１の大径部がスリーブ２に開けた気抜孔６よりも大気側になるように、セラミック基体１の大径部の外周に予め形成したＭｏ−Ｍｎメタライズおよびその上部に被着したＮｉめっきを介して、Ａｇ−Ｃｕろう材により接合した。

以上によって真空端子１０を作成した。真空端子１０の真空チャンバ７への取り付けは、ステンレスからなるチャンバ７の内壁と真空端子１０のフランジ３３を溶接することにより行う。最後に、チャンバ７内外への電気信号の取り出しは、ＢＮＣコネクタを真空端子１０に取り付けることにより可能となる。プラグ８の接続スリーブ９の一対のスリット６に真空端子１０の一対の真空側の凸部３ａを通し、カギ型となったスリット３６の終端まで押し込むことによって、真空端子１０とプラグ８との一体構造が得られる。
気抜孔６がないこと以外は実施例２，６，１１，１３と同じくしたものを比較例として、真空排気後のリードピン４とスリーブ２との異常放電の有無を、電気信号のノイズ発生率を測定することでモニターした結果を表１に示す。

なお、測定はチャンバー７内部の到達真空度２×１０^３Ｐａにおいて、リードピン４に５００Vの電圧を印加しながら１０秒間実施した。イズレベルの発生率の測定にはＯＭＳ２０００を用いて測定し、５ｄＢ以上の信号を異常放電によるノイズレベルとみなし、ノイズの発生頻度を測定したものである。

表１において実施例２，６，１１，１３は標準的な同一条件の試料であり、結果はどれも同じ程度にノイズの発生率は少ない。

試料番号５、１２では、気抜孔６の径よりもスリット幅が小さいため気抜孔が塞がり、ノイズレベルがさらに改善することはなかった。

試料番号９では、気抜孔６自体の径が小さいため排気速度が小さく、気抜孔６のとして効果が十分に発揮されなかった。

試料番号１６では、スリット３６を介しての排気が、気抜孔６にまで寄与せず効果が十分に発揮されなかった。ここで、試料番号１３から１６について、接続スリーブ９は、気抜孔６を覆うように設定されている。

一方、比較例である試料番号１７では、気抜孔６がないため到達真空度が低く、ノイズの発生率は極端に多いものとなった。

本発明の真空端子の一実施形態を示す断面図である。 本発明の真空端子の一実施形態を示す断面図である。 本発明の真空端子の一実施形態を示す側面図である。 従来の真空端子を示す断面図である。

符号の説明

１：セラミック基体
２：スリーブ
３ａ、３ｂ：凸部
４：リードピン
５：フランジ
６：気抜孔
７：チャンバ
８：プラグ
９：接続スリーブ
９ａ：開放端部
１０：真空端子
３３：フランジ
３４：プラグ
３５：接続スリーブ
３６：スリット

Claims (5)

1. スリーブと、該スリーブ内を一端側と他端側とを気密に仕切る基体とを備えた真空端子に、プラグを前記スリーブの一端側に取着させるようにして接続した真空チャンバー用コネクタ構造であって、前記スリーブは前記基体と前記プラグとの間の空間と連通する気抜孔を有し、
   前記基体は円柱状の小径部と大径部とを有し、前記小径部が前記プラグ側にあり、前記大径部が前記スリーブに固定されており、
   前記小径部と前記大径部との径の比は１０：１１〜２０、前記基体の軸方向における前記小径部と前記大径部の長さの比は２０：１〜４であることを特徴とする真空チャンバー用コネクタ構造。
2. 前記スリーブの外周面に凸部を有し、前記プラグには前記凸部と係合するスリットを有し、前記スリットの開放端部の幅と前記気抜孔の直径との比は、２：１〜４であることを特徴とする請求項１に記載の真空チャンバー用コネクタ構造。
3. 前記スリットの開放端と前記気抜孔とが前記スリーブの軸周りになす角度は１０°以内であることを特徴とする請求項２に記載の真空チャンバー用コネクタ構造。
4. 前記スリーブがＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｔｉ、Ａｌもしくはステンレスのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の真空チャンバー用コネクタ構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の真空チャンバー用コネクタ構造を、電気信号の入出力端子として、真空チャンバーの内外に連通して設けたことを特徴とする真空装置。

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