JPH024979B2 - - Google Patents
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- JPH024979B2 JPH024979B2 JP9484481A JP9484481A JPH024979B2 JP H024979 B2 JPH024979 B2 JP H024979B2 JP 9484481 A JP9484481 A JP 9484481A JP 9484481 A JP9484481 A JP 9484481A JP H024979 B2 JPH024979 B2 JP H024979B2
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- anode
- sputter electrode
- cathode
- electrode
- ion pump
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
Landscapes
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、真空ポンプ、就中三極形イオンポン
プに関する。
プに関する。
イオンポンプは、磁場中冷陰極放電を利用して
オイルフリーな真空を作ることのできる真空ポン
プで、高温あるいは極低温部分や機械的運動を必
要としない特徴があり、真空の質を問題にする分
野では特に有用なものである。
オイルフリーな真空を作ることのできる真空ポン
プで、高温あるいは極低温部分や機械的運動を必
要としない特徴があり、真空の質を問題にする分
野では特に有用なものである。
当初欠点とされた希ガス、例えばヘリウムやア
ルゴンに対する排気速度の不安定性等は、三極形
イオンポンプの開発により解決され、操作性の良
いポンプが製作されるようになつた。
ルゴンに対する排気速度の不安定性等は、三極形
イオンポンプの開発により解決され、操作性の良
いポンプが製作されるようになつた。
従来の三極形イオンポンプの例を第１図に断面
図として示す。
図として示す。
１は貫通した中空部２を有する陽極、３は陽極
１の両開口端に離間しかつ近接して配設されその
開口を覆う形状を有する２個１組の陰極、４は収
集電極である。
１の両開口端に離間しかつ近接して配設されその
開口を覆う形状を有する２個１組の陰極、４は収
集電極である。
磁場５が陽極１の中空部２の軸心に実質的に平
行にこの中空部２の全体に図示されない磁場発生
装置により印加され、陽極１と陰極３との間には
放電電源６により電圧Vaが印加される。この例
では陽極１および収集電極４が接地され、陰極３
の電位は−Vaである。
行にこの中空部２の全体に図示されない磁場発生
装置により印加され、陽極１と陰極３との間には
放電電源６により電圧Vaが印加される。この例
では陽極１および収集電極４が接地され、陰極３
の電位は−Vaである。
三極形イオンポンプの排気作用は次のように説
明される。
明される。
陽極１の中空部２には直交する電磁場により高
エネルギ高密度の電子群が形成され、この中空部
２に飛来した分子はイオン化されてイオン７とな
り、加速され、陰極３の表面に高速で入射し、通
常チタンで製作される陰極３の表面の原子をスパ
ツタする。
エネルギ高密度の電子群が形成され、この中空部
２に飛来した分子はイオン化されてイオン７とな
り、加速され、陰極３の表面に高速で入射し、通
常チタンで製作される陰極３の表面の原子をスパ
ツタする。
スパツタされた陰極表面物質は収集電極４の表
面に付着し、付着した陰極表面物質は気体分子を
吸着し、そこへ更にスパツタされた陰極表面物質
が付着して、吸着された気体分子は収集電極の表
面の例えば４′に示したように埋め込まれる。こ
の気相の分子の固相内への埋め込みが三極形イオ
ンポンプの排気作用である。
面に付着し、付着した陰極表面物質は気体分子を
吸着し、そこへ更にスパツタされた陰極表面物質
が付着して、吸着された気体分子は収集電極の表
面の例えば４′に示したように埋め込まれる。こ
の気相の分子の固相内への埋め込みが三極形イオ
ンポンプの排気作用である。
排気速度を大きくするためには、放電で形成さ
れる気体イオンの量に対する陰極からスパツタさ
れる陰極表面物質の量を多くしなければならな
い。
れる気体イオンの量に対する陰極からスパツタさ
れる陰極表面物質の量を多くしなければならな
い。
第２図は、第１図に示した三極形イオンポンプ
における陰極表面物質のスパツタリング量を説明
する線図である。
における陰極表面物質のスパツタリング量を説明
する線図である。
第２図ａ，ｂ，ｃの横軸ｕは陰極表面に入射す
るイオンのエネルギを示す。第２図ａの縦軸Ｓは
入射イオン１個当りのスパツタされる陰極物質の
原子数で表わされるスパツタ比、第２図ｂの縦軸
ｆは入射するイオンのエネルギがｕ以上、ｕ＋
du未満のものが単位時間に陰極表面に入射する
数はfduであると定義したイオンエネルギ分布函
数、第２図ｃの縦軸fsは分布函数ｆとスパツタ比
Ｓの積で、ｆおよびｓは共に相対値で示される。
るイオンのエネルギを示す。第２図ａの縦軸Ｓは
入射イオン１個当りのスパツタされる陰極物質の
原子数で表わされるスパツタ比、第２図ｂの縦軸
ｆは入射するイオンのエネルギがｕ以上、ｕ＋
du未満のものが単位時間に陰極表面に入射する
数はfduであると定義したイオンエネルギ分布函
数、第２図ｃの縦軸fsは分布函数ｆとスパツタ比
Ｓの積で、ｆおよびｓは共に相対値で示される。
第２図ｂにおいて、分布函数ｆは０以下、eVa
（ただし、ｅは単位電荷を表わす）以上で零であ
り、更に陰極降下Vpによる加速エネルギeVp以
下、および陽極降下の範囲で分布函数ｆは殆んど
零に等しい。
（ただし、ｅは単位電荷を表わす）以上で零であ
り、更に陰極降下Vpによる加速エネルギeVp以
下、および陽極降下の範囲で分布函数ｆは殆んど
零に等しい。
第２図ｂに示すように、分布函数ｆは
eVp≦ｕ＜eVa
でのみ零でない値をとる。分布函数ｆは、エネル
ギｕがeVpを越えかつｕが小さな値であるとき大
きな値をとり、ｕの値が大きいとｆは小さくな
る。
ギｕがeVpを越えかつｕが小さな値であるとき大
きな値をとり、ｕの値が大きいとｆは小さくな
る。
スパツタされる陰極物質の単位時間当りの原子
の数Ｑは Ｑ＝∫eVa eVpfs du で与えられ、この被積分布函数fsが第２図ｃに示
されている。この第２図ｃから明らかなように、
スパツタ比Ｓが大きい値をとるためのエネルギｕ
と、分布函数ｆが大きい値をとるところのエネル
ギｕが大きく異なるために、スパツタされる陰極
物質の量は多くできない。
の数Ｑは Ｑ＝∫eVa eVpfs du で与えられ、この被積分布函数fsが第２図ｃに示
されている。この第２図ｃから明らかなように、
スパツタ比Ｓが大きい値をとるためのエネルギｕ
と、分布函数ｆが大きい値をとるところのエネル
ギｕが大きく異なるために、スパツタされる陰極
物質の量は多くできない。
ここにおいて、本発明の目的は、第一に放電を
乱す程度の非常に少ない構成によりスパツタされ
る陰極物質の量を増加し、もつて排気速度を増加
したイオンポンプを提供するにある。本発明の第
二の目的はこのような新規な三極形イオンポンプ
の寿命を増加させる構成を得るにある。
乱す程度の非常に少ない構成によりスパツタされ
る陰極物質の量を増加し、もつて排気速度を増加
したイオンポンプを提供するにある。本発明の第
二の目的はこのような新規な三極形イオンポンプ
の寿命を増加させる構成を得るにある。
本発明は、陽極中空部を貫通して両陰極の貫通
孔を絶縁されて貫通するスパツタ電極を配設し、
このスパツタ電極に、この陰極に対して両電極の
陰極貫通部における間隙に応じて、間隙が大きい
程大きな電位差を有する負の電位を与えて、放電
を乱す程度を非常に少なくするとともに、前記ス
パツタ電極へのイオンの入射エネルギを大きくす
ることで第一の目的を達成し、前記スパツタ電極
を保持する手段は前記スパツタ電極をその軸方向
に容易に移動させうるようにして、第二の目的を
達成している。
孔を絶縁されて貫通するスパツタ電極を配設し、
このスパツタ電極に、この陰極に対して両電極の
陰極貫通部における間隙に応じて、間隙が大きい
程大きな電位差を有する負の電位を与えて、放電
を乱す程度を非常に少なくするとともに、前記ス
パツタ電極へのイオンの入射エネルギを大きくす
ることで第一の目的を達成し、前記スパツタ電極
を保持する手段は前記スパツタ電極をその軸方向
に容易に移動させうるようにして、第二の目的を
達成している。
第３図は本発明の一実施例の、第４図は本発明
の他の実施例のそれぞれの三極形イオンポンプの
縦断面図である。
の他の実施例のそれぞれの三極形イオンポンプの
縦断面図である。
なお、各図面において、同一符号は同一あるい
は相当部分を表わすものとする。
は相当部分を表わすものとする。
第３図および第４図において、陽極１はイオン
ポンプを収容する真空容器の一部をなす管８に支
持され、電気的にはこの管８を通して接地され
る。
ポンプを収容する真空容器の一部をなす管８に支
持され、電気的にはこの管８を通して接地され
る。
９は外部に絶縁を施された導体柱で、２個１組
の陰極３の相対位置を固定するとともに、電気的
に接続する。
の陰極３の相対位置を固定するとともに、電気的
に接続する。
この陰極３は導体柱１０に支持される。導体柱
１０の内の１本は給電端子１１に接続され、３本
の導体柱１０は給電端子１１および絶縁支持部材
１２により陽極２およびイオンポンプを収容する
真空容器と絶縁して支持され、図示しない放電電
源の負の高電圧出力は給電端子１１および導体柱
１０の内の１本を通して陰極３に印加される。
１０の内の１本は給電端子１１に接続され、３本
の導体柱１０は給電端子１１および絶縁支持部材
１２により陽極２およびイオンポンプを収容する
真空容器と絶縁して支持され、図示しない放電電
源の負の高電圧出力は給電端子１１および導体柱
１０の内の１本を通して陰極３に印加される。
１３は磁石で、陽極１の中空部２に、この中空
部の軸心に実質的に平行な磁場を印加する。
部の軸心に実質的に平行な磁場を印加する。
１４は２個の陰極３のそれぞれの陽極１の中空
部２の軸心上に穿設された貫通孔、１５は陰極３
の２個の貫通孔１４を２個の陰極３と絶縁されて
貫通し、陽極１の中空部２をも陽極１と絶縁され
て貫通し、少くともその表面はゲツタ物質で形成
されたスパツタ電極、１６および１７はスパツタ
電極１５を他の電極から絶縁して支持するスパツ
タ電極支持体で、そのうちの１６はスパツタ電極
１５への給電径路の一部を兼ねる。
部２の軸心上に穿設された貫通孔、１５は陰極３
の２個の貫通孔１４を２個の陰極３と絶縁されて
貫通し、陽極１の中空部２をも陽極１と絶縁され
て貫通し、少くともその表面はゲツタ物質で形成
されたスパツタ電極、１６および１７はスパツタ
電極１５を他の電極から絶縁して支持するスパツ
タ電極支持体で、そのうちの１６はスパツタ電極
１５への給電径路の一部を兼ねる。
このスパツタ電極１５への給電径路は給電端子
１８を径て図示しないスパツタ電極電源に接続さ
れ、スパツタ電極１５には陰極３に対し負の電位
が印加される。
１８を径て図示しないスパツタ電極電源に接続さ
れ、スパツタ電極１５には陰極３に対し負の電位
が印加される。
第４図において、スパツタ電極支持体１６はチ
ヤツクを有し、スパツタ電極１５の軸方向には何
の拘束も行なわないスパツタ電極支持体１７と共
に、スパツタ電極１５を軸方向に容易に移動させ
うるので、このスパツタ電極１５の消耗した部分
を陽極１の中空部２から除外することも、スパツ
タ電極１５全体を交換することも容易であり、本
発明の三極形イオンポンプの寿命を増加させるこ
とができるという、第二の効果を奏する。
ヤツクを有し、スパツタ電極１５の軸方向には何
の拘束も行なわないスパツタ電極支持体１７と共
に、スパツタ電極１５を軸方向に容易に移動させ
うるので、このスパツタ電極１５の消耗した部分
を陽極１の中空部２から除外することも、スパツ
タ電極１５全体を交換することも容易であり、本
発明の三極形イオンポンプの寿命を増加させるこ
とができるという、第二の効果を奏する。
これら第３図および第４図の実施例を参照し
て、本発明の作用と第一の効果を述べる。
て、本発明の作用と第一の効果を述べる。
第５図は、本発明の三極形イオンポンプにおけ
るスパツタリング量を説明する線図で、従来の三
極形イオンポンプに対する第２図と対比して説明
する。
るスパツタリング量を説明する線図で、従来の三
極形イオンポンプに対する第２図と対比して説明
する。
本発明では、陽極１の中空部２に形成された電
子群によりイオン化された気体分子は、実際上全
てスパツタ電極１５に衝突し、その表面のゲツタ
物質をスパツタする。イオンの入射エネルギｕに
対するスパツタ比Ｓは第５図ａに示される通り、
第２図ａと同一である。
子群によりイオン化された気体分子は、実際上全
てスパツタ電極１５に衝突し、その表面のゲツタ
物質をスパツタする。イオンの入射エネルギｕに
対するスパツタ比Ｓは第５図ａに示される通り、
第２図ａと同一である。
陽極１の電位は零であり、陰極３の電位を第２
図ｂの場合と同様に−Vaとし、陰極３とスパツ
タ電極１５の電位差をVsとすると、該スパツタ
電極１５の電位は−（Vs＋Va）であり、スパツタ
電極１５に入射するイオンのエネルギ分布函数ｆ
は、第５図ｂに示されるように、第２図ｂに表わ
される従来の三極形イオンポンプの陰極３へ入射
するイオンのエネルギ分布函数ｆより高エネルギ
側へ移動した形をとる。
図ｂの場合と同様に−Vaとし、陰極３とスパツ
タ電極１５の電位差をVsとすると、該スパツタ
電極１５の電位は−（Vs＋Va）であり、スパツタ
電極１５に入射するイオンのエネルギ分布函数ｆ
は、第５図ｂに示されるように、第２図ｂに表わ
される従来の三極形イオンポンプの陰極３へ入射
するイオンのエネルギ分布函数ｆより高エネルギ
側へ移動した形をとる。
この結果、スパツタされるスパツタ電極物質の
単位時間当りの原子の数Ｑは、 Ｑ＝∫e(Vs+Va) e(Vs+Vp)fs du で、その被積分函数fsが第５図ｃに示されるよう
に第２図ｃに表わされるものより大きな値をと
り、従来の三極形イオンポンプにおけるよりスパ
ツタされる物質の量を増加させることができ、も
つて排気速度の大きいイオンポンプを実現でき
る。これが本発明の第一の目的に対する効果であ
る。
単位時間当りの原子の数Ｑは、 Ｑ＝∫e(Vs+Va) e(Vs+Vp)fs du で、その被積分函数fsが第５図ｃに示されるよう
に第２図ｃに表わされるものより大きな値をと
り、従来の三極形イオンポンプにおけるよりスパ
ツタされる物質の量を増加させることができ、も
つて排気速度の大きいイオンポンプを実現でき
る。これが本発明の第一の目的に対する効果であ
る。
次に、本発明が効果を奏するためには、放電が
安定に維持されなければならない。この放電の安
定性について、第６図の放電特性図を用いて説明
する。
安定に維持されなければならない。この放電の安
定性について、第６図の放電特性図を用いて説明
する。
まず、スパツタ電極１５は陽極１の中空部２の
軸心上にありかつこれを貫通しているので、軸線
方向には陰極表面近傍を除いて一様な放電の状態
が維持される。陽極１、陰極３およびスパツタ電
極１５は全て放電の部位に対して軸対称に配設さ
れているので、対称軸の回りの方位角方向にも放
電の一様性は維持されている。従つて放電の状態
は半径方向だけを考えればよい。
軸心上にありかつこれを貫通しているので、軸線
方向には陰極表面近傍を除いて一様な放電の状態
が維持される。陽極１、陰極３およびスパツタ電
極１５は全て放電の部位に対して軸対称に配設さ
れているので、対称軸の回りの方位角方向にも放
電の一様性は維持されている。従つて放電の状態
は半径方向だけを考えればよい。
第６図の横軸ｒは対称軸からの距離を示す。縦
軸の上半分ｎは電子の密度を表わし、同じく下半
分Ｖは空間電位を示す。
軸の上半分ｎは電子の密度を表わし、同じく下半
分Ｖは空間電位を示す。
ｒ＝Raは陽極１の中空部２の外縁半径、ｒ＝
Rkは陽極３の貫通孔１４の外縁半径、ｒ＝Rsは
スパツタ電極１５の外面半径である。
Rkは陽極３の貫通孔１４の外縁半径、ｒ＝Rsは
スパツタ電極１５の外面半径である。
第６図に明示するごとく、電子群はｒ＝Rk以
上の半径の部位にのみ存在し、電子群とスパツタ
電極１５とは接触せずに隔離されている。また、
電子群の存在する半径の最小値をReとおいて、
Re＞Rkであるので、電子群は二つの陰極３に狭
まれた空間に捕獲されている。
上の半径の部位にのみ存在し、電子群とスパツタ
電極１５とは接触せずに隔離されている。また、
電子群の存在する半径の最小値をReとおいて、
Re＞Rkであるので、電子群は二つの陰極３に狭
まれた空間に捕獲されている。
仮に、陰極３とスパツタ電極１５の電位差を小
さくし過ぎるとRe＜Rkとなり、電子群は陰極３
の貫通孔１４を通り抜けることができるようにな
つて、放電は不安定となる。
さくし過ぎるとRe＜Rkとなり、電子群は陰極３
の貫通孔１４を通り抜けることができるようにな
つて、放電は不安定となる。
従つて、本発明のイオンポンプを安定に作動さ
せるためには、適切な電位分布が必要であり、そ
の電位分布を各電極に与えれば安定な放電を実現
できる。
せるためには、適切な電位分布が必要であり、そ
の電位分布を各電極に与えれば安定な放電を実現
できる。
第１図は従来の三極形イオンポンプを示す断面
図、第２図は第１図の三極形イオンポンプにおけ
る陰極表面物質のスパツタリング量を説明する線
図、第３図および第４図は本発明の一実施例およ
び他の実施例を示す三極形イオンポンプ縦断面
図、第５図は本発明の三極形イオンポンプにおけ
るスパツタリング量を説明する線図、第６図は放
電特性線図である。 １……陽極、２……陽極の中空部、３……陰
極、４……収集電極、５……磁場、６……放電電
源、７……イオン、８……真空容器の一部をなす
管、９，１０……導体柱、１１，１８……給電端
子、１３……磁石、１４……陰極の貫通孔、１５
……スパツタ電極、１６，１７……スパツタ電極
支持体。
図、第２図は第１図の三極形イオンポンプにおけ
る陰極表面物質のスパツタリング量を説明する線
図、第３図および第４図は本発明の一実施例およ
び他の実施例を示す三極形イオンポンプ縦断面
図、第５図は本発明の三極形イオンポンプにおけ
るスパツタリング量を説明する線図、第６図は放
電特性線図である。 １……陽極、２……陽極の中空部、３……陰
極、４……収集電極、５……磁場、６……放電電
源、７……イオン、８……真空容器の一部をなす
管、９，１０……導体柱、１１，１８……給電端
子、１３……磁石、１４……陰極の貫通孔、１５
……スパツタ電極、１６，１７……スパツタ電極
支持体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 貫通した中空部を有する陽極と、この陽極の
両開口端に離間しかつ近接して配設されその開口
を覆う形状を有する２個１組の陰極と、前記陽極
と前記陰極間に電圧を印加する手段と、前記陽極
の中空部にその軸心に実質的に平行である磁場を
発生する手段と２個の前記陰極の前記陽極の中空
部に面する位置にそれぞれ穿設された貫通孔と、
この陰極の２つの貫通孔および前記陽極の中空部
を貫通し２つの前記陰極および陽極の全てから絶
縁されて保持され少くともその表面はゲツタ物質
で形成されたスパツタ電極と、このスパツタ電極
を保持する手段と、そのスパツタ電極に給電する
手段とを有することを特徴とする三極形イオンポ
ンプ。 ２ 前記スパツタ電極をその軸方向に移動させう
るようにした前記スパツタ電極を保持する手段を
具備することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の三極形イオンポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9484481A JPS57210551A (en) | 1981-06-19 | 1981-06-19 | Triple-pole type ion pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9484481A JPS57210551A (en) | 1981-06-19 | 1981-06-19 | Triple-pole type ion pump |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57210551A JPS57210551A (en) | 1982-12-24 |
| JPH024979B2 true JPH024979B2 (ja) | 1990-01-31 |
Family
ID=14121339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9484481A Granted JPS57210551A (en) | 1981-06-19 | 1981-06-19 | Triple-pole type ion pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57210551A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6222364A (ja) * | 1985-07-20 | 1987-01-30 | Anelva Corp | スパツタ−イオンポンプ |
| JPH0568067U (ja) * | 1993-02-04 | 1993-09-10 | 日電アネルバ株式会社 | スパッターイオンポンプ |
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-
1981
- 1981-06-19 JP JP9484481A patent/JPS57210551A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57210551A (en) | 1982-12-24 |
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