JPH04154036A - スパッタイオンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種理科学機器や半導体製造装置、および荷
電粒子の加速器において、高真空や超高真空生成のため
の真空排気に用いられるスパッタイオンポンプに係り、
特にペニング放電の安定化を図るために好適なスパッタ
イオンポンプに関する。

［従来の技術］ 従来のスパッタイオンポンプは、真空の物理と応用（熊
谷寛夫他、昭和５６年版、ｐｐ２９０〜２９６、裳華房
）に記載されているような構造となっている。

つまり、このスパッタイオンポンプは、ペニング放電を
利用した真空ポンプである。ペニング放電は、ペニング
放電電極によって形成される。ペニング放電電極は、２
枚の平行陰極と、その間にある円筒形の陽極から構成さ
れ、磁界が陽極の中心軸に沿って掛けられている。陽極
の中でイオン化されたガス分子は加速され、陰極へ飛び
込み、捕捉されたり、陰極材料をスパッタすることにな
る。陰極には、Ｔｉ等のゲッタ材を用いているので、ス
パッタされたＴｉは陽極等に付いてゲッタ作用を有し、
真空排気を行うことになる。電離によって発生した電子
は、磁界によって陽極への入射を阻止され、陽極の空洞
内で螺旋軌道を取り、磁界の方向に振動し、電子雲を形
成する。この電子雲の中にガス分子が侵入すると、電子
と衝突してイオンが生成される。これが繰り返されてペ
ニング放電が形成され、真空排気を行うのがスパッタイ
オンポンプである。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来のスパッタイオンポンプは、超高真空領域に入
るとペニング放電が不安定となるため、排気速度が低下
したり、−度放電を停止すると、再度電圧を印加しても
放電が起こらないことや放電まで長時間かかる等の問題
があった。

本発明の第１の目的は、超高真空領域でも安定したペニ
ング放電が得られ、高排気速度を維持でき、放電の開始
が容易なスパッタイオンポンプを提供することにある。

本発明の第２の目的は、ポンプ全体の構造の簡素化を図
り得るスパッタイオンポンプを提供することにある。

［課題を解決するための手段〕 前記第１の目的は、アノード内のペニング放電領域に電
子を供給する電子源を設置したことにより、達成される
。

前記第１の目的は、前記２枚のカソードのうちの電子受
は入れ側のカソードに、電子通過用の窓を設けたことに
より、さらには前記電子源をアノードの中心軸に沿って
電子を放射するように設置したことにより、達成される
。

前記第２の目的は、前記電子源をポンプ素子の軸方向か
ら電子を放射するように設置したことにより、さらには
前記２枚のカソードのうちの一方のカソードに窓を設け
、この窓に電子源を配置するとともに、この電子源を前
記一方のカソードの外側に設けられた支持部材に支持し
、かつ同カソードの外側に配線された電線を通じて電源
に接続したことにより、達成される。

前記第１の目的は、前記電子源としてフィラメントを用
いたことにより、また前記一方のカソードとアノード間
に、電子源としてのフィラメントをアノードの長手方向
に長く設置したことにより、さらには前記フィラメント
にバイアス電源を接続したことによって、より一層良好
に達成される。

前記第１の目的は、電界を放射しかつこの電界放射によ
って発生する電子をアノード内のペニング放電領域に供
給する電界放射電子銃を設置したことによっても、達成
される。

前記第１の目的は、前記２枚のカソードのうちの電子受
は入れ側のカソードに電子通過用の窓を設けたことによ
り、また前記電界放射電子銃をアノードの中心軸に沿っ
て電界を放射しアノード内に電子を供給可能に設置した
ことにより、達成される。

前記第２の目的は、前記電界放射電子銃をポンプ素子の
軸方向から電界放射しアノード内に電子を供給可能に設
置したことにより、さらには前記２枚のカソードのうち
の一方のカソードに窓を設け、この窓内にアノードの中
心線に沿って電界放射可能に電界放射電子銃を配置する
とともに、この電界放射電子銃を前記一方のカソードの
外側に設けられた支持部材に支持し、かつ同カソードの
外側に配線された電線を通じて電源に接続したことによ
り、達成される。

前記第１の目的は、前記電界放射電子銃として先端部が
尖ったチップを用いたことにより、また前記一方のカソ
ードとアノード間に、電界放射電子銃として尖った微小
突起を多数設けたワイヤ電界放射銃をアノードの長手方
向に長く設置したことにより、さらには前記チップにワ
イヤおよび電極を通じてクリーニング用の加熱電源を接
続したことによって、より一層良好に達成される。

［作用］ 本発明の請求項１記載の発明では、２枚のカソードと、
これの間に設置されたアノードからなるポンプ素子の、
前記アノード内のペニング放電領域に電子を供給する電
子源を設置している。

前記電子源からは、アノードに対して電子を放射する。

前記電子源から放射された電子は、アノードの電位によ
ってアノード内に引き付けられるので、アノード内部の
電子密度が増加することになる。その結果、電子とガス
分子の衝突確率が増加し、ペニング放電が安定する。

これにより、イオン化したガス分子がアノードをスパッ
タする頻度が増え、排気速度が増加する。

また、ポンプ素子の再起動時に低い圧力で容易に放電を
開始する。

本発明の請求項２記載の発明では、前記２枚のカソード
のうちの電子を受は入れる側のカソードに、電子通過用
の窓を設けている。

これにより、電子源から放射された電子をアノード内に
効率よく供給することができ、したがってペニング放電
をより一層安定化させることが可能となる。

本発明の請求項３記載の発明では、前記電子源を、アノ
ードの中心軸方向に沿って電子を放射するように設置し
ている。

これにより、電子アノードを効率よく供給することがで
きるので、ペニング放電をより一層安定化させることが
できる・ 本発明の請求項４記載の発明では、前記電子源を、ポン
プ素子の軸方向から電子を放射するように設置している
。

このスパッタイオンポンプを用いる真空容器では、その
ほとんどが前記ポンプ素子の軸方向に、ポンプ素子を出
し入れするための開口部が形成され、その開口部はフラ
ンジにより閉鎖されている。

したがって、この請求項４記載の発明では、前記フラン
ジに電子源を取り付けることができ、これにより電子源
を配備したうえで構造の簡素化を図ることができる。

本発明の請求項５記載の発明では、一方のカソードに窓
を設け、この窓内に電子源を配置しているので、ポンプ
素子と電子源とを一体化し、構造を簡潔化することがで
きる。

また、前記電子源を一方のカソードの外側に設けられた
支持部材に支持し、かつ同カソードの外側に配線された
電線を通じて電源に接続しているので、スパッタ膜の付
着による電子源の支持部材や電線の絶縁破壊等のトラブ
ルを未然に防止することができる。

本発明の請求項６記載の発明では、前記電子源としてフ
ィラメントを用いている。

前記フィラメントからは熱電子が放射され、放射された
熱電子はアノードの電位によってアノードへ引き付けら
れるので、アノード内部の電子密度を増加させることが
できる。

したがって、この請求項６記載の発明では、電子とガス
分子の衝突確率を増加させることができ。

ペニング放電をより一層安定化させることが可能となる
。

本発明の請求項７記載の発明では、一方のカソードとア
ノード間に、電子源としてのフィラメントをアノードの
長手方向に長く設置している。

したがって、アノードの長手方向の大部分にわたって電
子を供給することができるので、ペニング放電をより一
層安定化させることができる。

本発明の請求項８記載の発明では、フィラメントにバイ
アス電源を接続しており、フィラメントにバイアス電圧
を印加するようにしている。

これにより、フィラメントから放射された熱電子がカソ
ードに捕らえられずに、アノード内部のペニング放電領
域へ引き付けることができ、ペニング放電をより一層安
定化させることができる。

本発明の請求項９記載の発明では、電界放射電子銃を設
置し、この電界放射電子銃から電界を放射し、かつ電界
放射によって発生する電子を、アノード内部のペニング
放電領域に供給するようにしている。

前記電界放射電子銃に電位を印加すると、電界放射によ
って電子が発生する。この電界放射によって発生した電
子は、アノードの電位によってアノード内に引き付けら
れ、アノード内部の電子密度が増加し、電子とガス分子
の衝突確率が増加する。

したがって、この請求項９記載の発明おいても。

超高真空領域でも安定したペニング放電が得られ、高排
気速度を維持でき、また再起動時においても容易に放電
を開始することができる。

本発明の請求項１０記載の発明では、電界放射により発
生した電子の受は入れ側のカソードに、電子通過用の窓
を設けている。

これにより、電界放射によって発生する電子をアノード
内に効率よく供給することができるので。

ペニング放電をより一層安定化させることができる。

本発明の請求項１１記載の発明では、前記電界放射電子
銃を、アノードの中心軸に沿って電界を放射しアノード
内に電子を供給可能に設置しており。

電界放射によって発生する電子をアノード内部のペニン
グ放電領域に効率よく供給することができる。

これにより、ペニング放電をより一層安定化させること
ができる。

本発明の請求項１２記載の発明では、前記電界放射電子
銃を、ポンプ素子の軸方向から電界放射しアノード内に
電子を供給可能に設置している。

これにより、真空容器に設けられたポンプ素子の出し入
れのための開口部を閉鎖しているフランジに、前記電界
放射電子銃を取り付けることができるので、電界放射電
子銃を配備したうえで構造の簡素化を図ることができる
。

本発明の請求項１３記載の発明では、一方のカソードに
窓を設け、この窓内にアノードの中心軸に沿って電界放
射可能に電界放射電子銃を配置しているので、ポンプ素
子と電界放射電子銃とを一体化し、構造を簡潔化するこ
とができる。

また、前記電界放射電子銃を一方のカソードの外側に設
けられた支持部材に支持し、かつ同カソードの外側に配
線された電線を通じて電源に接続しているので、スパッ
タ膜の付着による電界放射電子銃の支持部材や電線の絶
縁破壊等のトラブルを未然に防止することができる。

本発明の請求項１４記載の発明では、前記電界放射電子
銃として、先端部が尖ったチップを用いている。

前記チップからは電界が放射され、この電界放射により
電子が発生し、その電子がアノード内部のペニング放電
領域に供給されるので、ペニング放電を安定化させるこ
とができる。

また、本発明の請求項１５記載の発明では、前記一方の
カソードとアノード間に、電界放射電子銃として、先端
部の尖った微小突起を多数設けたワイヤ電界放射銃をア
ノードの長手方向に長く設置している。

したがって、アノードの長手方向の大部分にわたって電
界を放射でき、この電界放射により電子を発生させ、ア
ノード内に供給できるので、ペニング放電をより一層安
定化させることができる。

さらに、本発明の請求項１６記載の発明では、前記チッ
プに、ワイヤおよび電極を通じてクリーニング用の加熱
電源を接続している。

電界放射後、真空中で加熱電源によりチップを加熱する
と、チップの表面がクリーニングされ、電界放射効率が
よくなり、多くの電子が発生する。

その結果、アノードに対する電子供給量が増え、ペニン
グ放電をより一層安定化させることが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示すもので、
第１図は真空容器とスパッタイオンポンプの一部破断側
面図、第２図はスパッタイオンポンプの拡大断面図、第
３図は第２図に示すスパッタイオンポンプの作用説明図
である。

これらの図に示す第１の実施例では、第１図に示すよう
に、真空容器１の内部にポンプ素子が設置されている。

前記ポンプ素子は、第１図〜第３図に示すように、２枚
のカソード（陰極）　２ａ、　２ｂと、このカソード２
ａ、　２ｂ間に配置されたアノード（陽極）３とを備え
て構成されている。

前記カソード２ａ、　２ｂは、平板状に形成されており
、また導電性の支柱４，４によって、アノード３を受は
入れる間隔をおいて平行に支持されている。さらに、カ
ソード２ａ、　２ｂは接地されている真空容器１に固定
または接触させて支持することにより、電気的に真空容
器１と同電位となっている。

前記アノード３は、円筒の集合体または複数個の円孔の
あいた平板の集合体からできている。このアノード３に
は、中心軸と直交する方向の両端部に、支持電極５ａ、
５ｂが設けられている。前記支持電極５ａ、　５ｂは、
カソード２ｂに固定された絶縁支柱８に設けられた絶縁
保護カバー７に支持され、かつ取り付けねじ６により固
定されている。その結果、アノード３は絶縁された状態
で２枚のカソード２ａ、２ｂ間に固定されている。

前記支持電極５ａ、５ｂのうちの、他方の支持電極５ｂ
には電極９が接続されている。この電極９は、真空容器
１に設けられた電流導入端子１０に接続されている。こ
の電流導入端子１０には、大気側に設けられた電源１１
が接続されている。その結果、２極型スパツタイオンポ
ンプの場合には、電源１１゜電流導入端子１０、電極９
および支持電極５ｂを通じて、アノード３に数ｋＶの正
電圧がかけられている。

前記真空容器１における一方のカソード２ａと対向する
位置には、一つ以上の窓（第１図中では２個）が設けら
れており、各窓には電流導入端子１５が設置されている
。各電流導入端子１５には、電子源であるフィラメント
１２が接続されている。各フィラメント１２は、前記電
流導入端子１５を通じて電源１４に接続されている。

また、一方のカソード２ａには各フィラメント１２に対
応する位置に、電子通過用の窓１３が設けられている。

さらに、ポンプ素子には第２図に示すように、アノード
セル３ａの中心軸ｏ−ｏ’に沿って、磁界Ｂが加えられ
ている。

そして、図面では省略されているが、排気口として規格
フランジを有する通常のスパッタイオンポンプ単体の場
合には、フェライト等の永久磁石が設けられ、また加速
器等に用いられる分布型イオンポンプの場合には、荷電
粒子軌道制御用の２極偏向電磁石等が設けられ、磁場が
形成される。

ところで、第４図は排気速度について本発明の第１の実
施例と従来技術とを比較して示した特性図、第５図は放
電電流について本発明の第１の実施例と二つの従来技術
とを比較して示した特性図である。

次に、前記第１図〜第３図と、第４図および第５図に従
って、この第１の実施例の作用を説明する。

まず、ポンプ素子は第２図に示すような円筒状のアノー
ドセル３ａと、平板状の２枚のカソード２ａ。

２ｂとを備え、アノードセル３ａの中心軸〇−〇′に沿
って磁界Ｂがかけられるペニング放電電極によって構成
されている。

実際のアノード３は、第２図に示すアノードセル３ａか
らなる複数個の集合体を側面で接触させて構成されてい
る。

前記ポンプ素子において、宇宙線や電解放射、またはガ
ス分子のイオン化によって発生した電子は、数ｋＶの電
位を有するアノード３と磁界Ｂの働きで、アノード３の
内部を回転運動し、真空中の残留ガスと衝突を引き起こ
す。このとき、前記ガスをイオン化し、電子が放出され
てさらに同じ作用を引き起こすという、なだれ現象が起
こる。

ここで発生したイオンは、カソード２ａ、２ｂに弓き付
けられてカソード２ａ、　２ｂに入射し、電流が流れる
。これがペニング放電である。

前記カソード２ａ、２ｂに入射したガス分子のうち、拡
散速度の大きな水素等は、カソード２ａ、　２ｂ中に捕
獲され、排気される。また、電位差によって加速された
イオンは、Ｔ１等のゲッタ材からなるカソード２ａ、２
ｂをスパッタし、スパッタされたカソード材はアノード
３の表面等に付著し、ゲッタポンプとして働くことにな
る。

従来のスパッタイオンポンプは、第４図に示すとおり、
圧力の低い領域で排気速度が減少する特性を示した。さ
らに、従来のスパッタイオンポンプでは、第５図に示す
ように、圧力の低い領域で運転を開始する場合には、放
電の開始が困難となり、放電が始まるまで時間がかかる
とか、放電が発生しない等の問題があった。これらの問
題点は、高真空でのペニング放電の不安定性に起因して
いる。これは高真空になると、残留ガス密度が減少し、
アノードの内部を周回する電子とガス分子の衝突頻度が
減少するからである。このため、周回する電子はガス分
子に衝突する前に、周回軌道がら外れてアノードやカソ
ードに入射してしまう確率が増える。その結果、放電が
不安定となり、前述のごとく、排気速度の減少や放電困
難という問題が生じる。

そこで、本発明の第１の実施例では、第１図に示すよう
に、真空容器１の外部に設置された電源１４、真空容器
１に取り付けられかつ前記電源１４に接続された電流導
入端子１５を通じて、電子源である２個のフィラメント
１２に電位が印加される。各フィラメント１２に電位が
印加されると、各フィラメント１２から熱電子が放射さ
れる。各フィラメント１２から放射された熱電子は、カ
ソード２ａに設けられた窓１３を通過してアノード３へ
供給される。

アノードセル３ａの集合体からなるアノード３には、大
気側に設置された電源１１．真空容器１に取り付けられ
た電流導入端子１０、これに接続されかつ真空容器１内
に配置された電極９、これに接続された支持電極５ｂを
通じて高電位が印加される。

また、アノードセル３ａの中心軸ｏ−ｏ’の方向には、
第２図に示すように、磁界Ｂが作用している。

前述のごとく、アノード３に高電位が印加されると、各
フィラメント１２から放射された熱電子は、アノード３
の電位によりアノード３内に引き付けられ、アノード３
内の電子密度が増加する。アノード３内の電子密度が増
加すると、電子とガス分子の衝突確率が増加し、安定し
たペニング放電が得られる。そして、イオン化したガス
分子がカソード２ａ、　２ｂをスパッタする頻度が増え
、第４図に示すように、排気速度が増加する。また、第
５図に示すように、低い圧力で容易に放電を開始させる
ことができる。

第１図では、電子源であるフィラメント１２を２個設け
ているが、このフィラメント１２は１個以上何個でもよ
い。熱電子は、フィラメント１２の近くのアノードセル
に多く供給され、そのアノードセルの放電が初めに安定
化するが、イオンのカソードへの入射等を通じて安定し
たペニング放電は他のアノードセルへも伝播することに
なる。

また、第１図ではアノード支持用の各絶縁支柱８の端部
に絶縁保護カバー７を設けており、カソード２ａ、２ｂ
がイオンによってスパッタされたときに、絶縁支柱８に
スパッタ膜により導電性膜が形成されて絶縁破壊を引き
起こすトラブルを防止している。さらに１図面では省略
しているが、フィラメント１２の電流導入端子１５にも
絶縁保護カバーを設け、スパッタされたイオンが電流導
入端子１５に付着して絶縁破壊を引き起こすトラブルを
防止するようにしてもよい。なお、フィラメント１２自
身に付着したスパッタのイオンは、高温に熱せられて蒸
発してしまうので問題はない。

次に、第６図は本発明の第２の実施例を示す要部の拡大
断面図である。

この第２の実施例では、一方のカソード２ａに設けられ
た窓１３内に電子源であるフィラメント１２が配置され
ている。

前記フィラメント１２は、カソード２ａの外側に設置さ
れた２個一対の絶縁支柱１６に固定されている。

また、このフィラメント１２はセラミックス等で絶縁さ
れた電源により、カソード２ａの外側で電源１４に接続
されており、電線がスパッタ膜で絶縁破壊されないよう
にしている。

この第２の実施例では、カソード２ａ、　２ｂとアノー
ド３とを一体化したポンプ素子と、電子源であるフィラ
メント１２とを一体化しているので、ポンプ素子全体の
構造を簡素化することができる。

ついで、第７図は本発明の第３の実施例を示す要部の断
面図である。

この第３の実施例では、真空容器１の端部に、カソード
２ａ、２ｂとアノード３からなるポンプ素子を呂し入れ
するフランジ１′が取り付けられている。このフランジ
１′に、電流導入端子１５を介して電子源であるフィラ
メント１２が取り付けられている。

前記フィラメント１２からは、ポンプ素子の軸方向に熱
電子を放射する。

この第３の実施例では、フィラメント１２を容易に設置
することができる。

以上説明した第２．第３の実施例の他の構成。

作用については、前記第１の実施例と同様である。

さらに、第８図は本発明の第４の実施例を示す一部破断
側面図である。

この第４の実施例では、真空容器１に電流導入端子１５
を介して電界放射電子銃としてチップ１７が一つ以上（
第８図中では二つ）設けられている。

各チップ１７は、先端部が鋭く尖っており、この先端部
をカソード２ａに設けられた窓１３に向けて設置されて
いる。また、各チップ１７は電源１８に接続されている
。

そして、この第４の実施例では、電源１８からチップ１
７に電位が印加され、チップ１７から電界が放射される
。この電界放射により電子が発生し、発生した電子はカ
ソード２ａに設けられた窓１３を通ってアノード３の内
部に供給され、これによりペニング放電の安定化を図る
ことができる。

この第４の実施例の他の構成２作用については、前記第
１の実施例と同様である。

続いて、第９図は本発明の第５の実施例を示す要部の拡
大断面図である。

この第５の実施例では、アノード３が第２図に示すアノ
ードセル３ａとは異なったアノードセル３ｂにより構成
されている。このアノードセル３ｂは、円孔のあいた金
属板である。７ノード３は、前記アノードセル３ｂをカ
ソード２ａ、２ｂ間に、互いに所定の間隔をおいて複数
枚設置して構成されている。

このアノード３においても、磁界Ｂの方向に円筒状の同
電位空間を作ることができる。

また、一方のカソード２ａに設けられた窓１３内に、電
界放射電子銃であるチップ１７が設置されている。

このチップ１７は、鋭く尖った先端部をアノード３の円
筒状の空間の中心軸に向けて配置されている。

そして、前記チップ１７は支持電極１９に取り付けられ
ており、この支持電極１９はカソード２ａの外側に取り
付けられた２個一対の絶縁支柱１６に固定されている。

前記支持電極１９は、セラミックス等により絶縁されか
つカソード２ａの外側に配線された電線を通じて電源１
８に接続されている。

この第５の実施例は、電子源に代わる電界放射電子銃と
してチップ１７を用いていることと、アノードセルが異
なっている外は、前記第６図に示す第２の実施例と同様
である。

進んで、第１０図は本発明の第６の実施例を示す要部の
縦断側面図である。

この第６の実施例では、真空容器１の端部に取り付けら
れたフランジ１′に、電流導入端子１５を介してチップ
１７が取り付けられている。

したがって、この第６の実施例では電子源に代わる電界
放射電子銃としてチップ１７を用いている外は、前記第
３の実施例と同様である。

次に、第１１図は本発明の第７の実施例を示す縦断側面
図である。

この第７の実施例では、カソード２ａ、２ｂとアノード
３からなるポンプ素子の軸方向の両端部に、２個一対の
支持棒２１が配置されている。各支持棒２１は、他方の
カソード２ｂに固定されている。また、各支持棒２１の
一方のカソード２ａ側の端部には、絶縁部２０が取り付
けられている。

前記支持棒２１．２１の絶縁部２０．２０間には、電界
放射電子銃としてワイヤ電界放射銃２２が支持されてい
る。このワイヤ電界放射銃２２には、微小突起（図示せ
ず）が多数設けられている。また、ワイヤ電界放射銃２
２は電極１９、および真空容器１に設けら九た電流導入
端子１５を介して、大気側に配置された電源１８に接続
されている。

この第７の実施例では、電源１８から電流導入端子１５
、電極１９を通じてワイヤ電界放射銃２２に電位を印加
すると、ワイヤ電界放射銃２２から電界が放射され、ア
ノード３の長手方向の大部分にアノードセルに対して電
子を供給することができる。その結果、ペニング放電を
より一層安定化させ、排気速度の向上を図り、かつ放電
を容易に発生させることが可能となる。

さらに、この第７の実施例において、電界放射電子銃に
代わる電子源としてワイヤ状のフィラメントを用い、こ
のフィラメントをアノードの長手方向に長く設置しても
よい。

なお、この第７の実施例の他の構成２作用については、
前記第１〜第６の実施例と同様である。

ついで、第１２図は本発明の第８の実施例を示す縦断側
面図である。

この第８の実施例では、フィラメント１２にバイアス電
源１４′が接続されている。

ところで、フィラメント１２から放射された熱電子は、
アノード３の電位によって、アノード３側へ引き付けら
れる。しかし、熱電子のエネルギーが小さいと、接地さ
れているカソード２ａ、　２ｂに捕らえられてしまう恐
れがある。そこで、この第８の実施例では、バイアス電
源１４′を通じてフィラメント１２にバイアス電圧を印
加すると、このバイアス電圧によって電子のアノードセ
ル内のペニング放電領域への捕獲確率を高めることがで
き、より一部ペニング放電の安定化を図ることが可能と
なる。

さらに、第１３図は本発明の第９の実施例を示す回路図
である。

この第９の実施例では、抵抗の小さい電極２４゜２４の
一方の端部に、抵抗の小さいワイヤ２３がほぼＵ字形に
結ばれている。このワイヤ２３には電界放射電子銃であ
るチップ１７が設けられている。

前記電極２４．２４には、電界放射用の電源１８および
スイッチ２５の組と、チップ用の加熱電源２６およびス
イッチ２７の組とが接続されている。

この第９の実施例では、電界放射を行うときは、スイッ
チ２５を閉とし、スイッチ２７を開とする。これにより
、電源１８により電極２４．２４およびワイヤ２３を通
じてチップ１７に電位が印加され、チップＪ７から電界
が放射される。

次に、チップ１７をクリーニングするときは、スイッチ
２７を閉とし、スイッチ２５を開とする。これにより、
加熱型１１ｊｆ２６から電極２４、ワイヤ２３．電極２
４に電流が流れ、ワイヤ２３によりチップ１７が加熱さ
れることになる。真空中でこの操作を行うと、チップ１
７の表面がクリーニングされ、電界放射効率がよくなり
、多くの電子が放射されることになる。その結果、アノ
ードに対する電子供給量が増え、より一層安定したペニ
ング放電が得られることになる。

なお、本発明の各実施例とも、真空容器１内にカソード
２ａ、　２ｂとアノード３からなるポンプ素子を設けた
ものに限らず、真空容器１に真空を保った状態で連設さ
れた容器に、ポンプ素子を設けて使用することもできる
。

［発明の効果コ 以上説明した本発明の請求項１記載の発明によれば、２
枚のカソードと、これの間に設置されたアノードからな
るポンプ素子の、前記アノード内のペニング放電領域に
電子を供給する電子源を設置しており、この電子源から
放射された電子はアノードの電位によってアノード内に
引き付けられ、アノード内部の電子密度が増加する結果
、電子とガス分子の衝突確率が増加するので、ペニング
放電を安定化させ得る効果があり、これに伴いイオン化
したガス分子がアノードをスパッタする頻度が増えるの
で、排気速度を増加させ得る効果があり、またポンプ素
子の再起動時に低い圧力で容易に放電を開始させ得る効
果がある。

本発明の請求項２記載の発明によれば、前記２枚のカソ
ードのうちの電子を受は入れる側のカソードに、電子通
過用の窓を設けており、電子源から放射された電子をア
ノード内に効率よく供給することができるので、ペニン
グ放電をより一層安定化させ得る効果がある。

本発明の請求項３記載の発明によれば、前記電子源を、
アノードの中心軸方向に沿って電子を放射するように設
置しており、ペニング放電をより一層安定化させ得る効
果がある。

本発明の請求項４記載の発明によれば、前記電子源を、
ポンプ素子の軸方向から電子を放射するように設置して
おり、スパッタイオンポンプを用いる真空容器では、そ
のほとんどが前記ポンプ素子の軸方向に、ポンプ素子を
出し入れするための開口部が形成され、その開口部はフ
ランジにより閉鎖されていて、そのフランジに電子源を
取り付けることができるので、電子源を配備したうぇで
構造の簡素化を図り得る効果がある。

本発明の請求項５記載の発明によれば、一方のカソード
に窓を設け、この窓内に電子源を配置しているので、ポ
ンプ素子と電子源とを一体化し、構造を簡潔化し得る効
果を有する外、前記電子源を一方のカソードの外側に設
けられた支持部材に支持し、かつ同カソードの外側に配
線された電線を通じて電源に接続しているので、スパッ
タ膜の付着による電子源の支持部材や電線の絶縁破壊等
のトラブルを未然に防止し得る効果がある。

本発明の請求項６記載の発明によれば、前記電子源とし
てフィラメントを用いており、このフィラメントからは
熱電子が放射され、放射された熱電子はアノードの電位
によってアノードへ引き付けられるので、アノード内部
の電子密度を増加させることができ、したがって電子と
ガス分子の衝突確率を増加させることができる結果、ペ
ニング放電をより一層安定化させ得る効果がある。

本発明の請求項７記載の発明によれば、一方のカソード
とアノード間に、電子源としてのフィラメントをアノー
ドの長手方向に長く設置しており、アノードの長手方向
の大部分にわたって電子を供給することができるので、
ペニング放電をより一層安定化させ得る効果がある。

本発明の請求項８記載の発明によれば、フィラメントに
バイアス電源を接続し、フィラメントにバイアス電圧を
印加するようにしているので、）ィラメントから放射さ
れた熱電子がカソードに捕らえられずに、アノード内部
のペニング放電領域へ引き付けることができ、したがっ
てペニング放電をより一層安定化させ得る効果がある。

本発明の請求項９記載の発明によれば、電界放射電子銃
を設置し、この電界放射電子銃から電界を放射し、かつ
電界放射によって発生する電子をアノード内部のペニン
グ放電領域に供給するようにしており、この電界放射電
子銃に電位を印加すると、電界放射によって電子が発生
し、この電界放射によって発生した電子は、アノードの
電位によってアノード内に引き付けられ、アノード内部
の電子密度が増加し、電子とガス分子の衝突確率が増加
するので、超高真空領域でも安定したペニング放電が得
られ、高排気速度を維持でき、また再起動時においても
容易に放電を開始させ得る効果がある。

本発明の請求項１０記載の発明によれば、電界放射によ
り発生した電子の受は入れ側のカソードに、電子通過用
の窓を設けており、電界放射によって発生する電子をア
ノード内に効率よく供給することができるので、ペニン
グ放電をより一層安定化させ得る効果がある。

本発明の請求項１１記載の発明によれば、前記電界放射
電子銃を、アノードの中心軸に沿って電界を放射しアノ
ード内に電子を供給可能に設置しているので、電界放射
によって発生する電子をアノード内部のペニング放電領
域に効率よく供給することができ、したがってペニング
放電をより一層安定化させ得る効果がある。

本発明の請求項１２記載の発明によれば、前記電界放射
電子銃を、ポンプ素子の軸方向から電界放射しアノード
内に電子を供給可能に設置しているので、真空容器に設
けられたポンプ素子の出し入れのための開口部を閉鎖し
ているフランジに、前記電界放射電子銃を取り付けるこ
とができるので、電界放射電子銃を配備したうえで構造
の簡素化を図り得る効果がある。

本発明の請求項１３記載の発明によれば、一方のカソー
ドに窓を設け、この窓内に７ノードの中心軸に沿って電
界放射可能に電界放射電子銃を配置しているので、ポン
プ素子と電界放射電子銃とを一体化し、構造をＷｉ潔化
し得る効果を有する外、前記電界放射電子銃を一方のカ
ソードの外側に設けられた支持部材に支持し、かつ同カ
ソードの外側に配線された電線を通じて電源に接続して
いるので、スパッタ膜の付着による電界放射電子銃の支
持部材や電線の絶縁破壊等のトラブルを未然に防止し得
る効果がある。

また、本発明の請求項１４記載の発明によれば、前記電
界放射電子銃として、先端部が尖ったチップを用いてお
り、このチップからは電界が放射され、この電界放射に
より電子が発生し、その電子がアノード内部のペニング
放電領域に供給されるので、ペニング放電を安定化させ
得る効果がある。

さらに、本発明の請求項１５記載の発明によれば、前記
一方のカソードと７ノ一ド間に、電界放射電子銃として
、先端部の尖った微小突起を多数設けたワイヤ電界放射
銃を７ノードの長手方向に長く設置しており、アノード
の長手方向の大部分にゎたって電界を放射でき、この電
界放射により電子を発生させ、アノード内に供給できる
ので、ペニング放電をより一層安定化させ得る効果があ
る。

そして、本発明の請求項１６記載の発明によれば、前記
チップにワイヤおよび電極を通じてクリーニング用の加
熱電源を接続しており、電界放射後、真空中で加熱電源
によりチップを加熱すると、チップの表面がクリーニン
グされ、電界放射効率がよくなり、多くの電子が発生す
るので、アノードに対する電子供給量が増え、ペニング
放電をより一層安定化させ得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示すもので、
第１図は真空容器とスパッタイオンポンプの一部破断側
面図、第２図はスパッタイオンポンプの拡大断面図、第
３図は第２図に示すスパッタイオンポンプの作用説明図
、第４図は排気速度について本発明と従来技術とを比較
して示した特性図、第５図は放電電流について本発明と
二つの従来技術とを比較して示した特性図、第６図は本
発明の第２の実施例を示す要部の拡大断面図、第７図は
本発明の第３の実施例を示す要部の断面図、第８図は本
発明の第４の実施例を示す一部破断側面図、第９図は本
発明の第５の実施例を示す要部の拡大断面図、第１Ｏ図
は本発明の第６の実施例を示す要部の縦断側面図、第１
１図は本発明の第７の実施例を示す縦断側面図、第１２
図は本発明の第８の実施例を示す縦断側面図、第１３図
は本発明の第９の実施例を示す回路図である。 １・・・真空容器、１′・・・真空容器のフランジ、２
ａ。 ２ｂ・・・ポンプ素子のカソード、３・・・同アノード
、３ａ。 ３ｂ・・・アノードセル−ｏ−ｏ’・・・アノードセル
の中心軸、４・・・支柱、５ａ、　５ｂ・・支持電極、
７・・・絶縁保護カバー、８・・・絶縁支柱、９・・電
極、ＩＯ・・・電流導入端子、１１・・・アノード用の
電源、１２・・・電子源であるフィラメント、１３・・
・一方のカソードに設けられた窓、１４・・・フィラメ
ント用の電源、１５・・電流導入端子、Ｂ・・・磁界、
１６・・・絶縁支柱、１７・・電界放射電子銃であるチ
ップ、１８・・チップ用の電源、１９・・支持電極、２
０・・・絶縁部、２１・・・支持棒、２２・・電界放射
電子銃であるワイヤ電界放射銃、１４’・フィラメント
用のバイアス電源、２３・・チップ用のワイヤ、２４・
・同電極、２５・・スイッチ、２６・・チップクリーニ
ング用の加熱電源、２７・・・スイッチ。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第１図 １−一一具’ｔｖ器 と−−１ソード ２ｂ−−一カソード ３−一−−アノード１ ＋１−−−−アノードのｔ木 ＋２−−−　フィラメント ＋３−一一友。 １４−−−ｙイ２メ４の電源 １５−　電丸導χｊｌｌ） 第 図 ２０−ｍ−カソード′ ２ｂ−一一力ソード ３０−−−　アノードセルヤｊし １１−−−アノードの電極 ｏ−ｏ’−−−アノードでルの中・℃津由第 図 ２ａ−一一かソード ２ｂ−一一力ソ−Ｆ ３−−一−アノ−ド′ １１−−−−アノードの電源 １２−−−−７ｓラメント １３−−−一忽 １４−−−−　　フィラメントｎｖノに第 図 第 図 電斤押７ｍ役６１１つ閣 第 図 ２ａ−−−一万のかソード １２−−−−フィラメント ＋３−−−一定、 １４−−−−７４ラメントのｔ−艮 １６−−−−オ色製りえＪｌ 第 図 １　’−−−−真空薯葛の７フンジ １２−−−−／’ζクメント ＋４−−−−フィラメントのミノに １５−−−一電ｉ丸導χｓ３ｒ 第 図 １−−一真Ｉ！瞥都 １５〜−一電北導χｙｓｒ １７−４．フ゛ ＋ｓ　−−−＋、フーｎ電漂 第 図 ２ａ、２ｂ−−−ηソー１゛ ３−−−アノード ３ｂ−−−アノード！ヤル １３−−一悠 ＋５−Ｊｅ縁丈狂 １７−−−ナツフ０ 旧−−−千ッブの電源 １９−一一支李ｉｔ８ 第 図 １′−一一異！Ｉｉ！墨の７クンジ ５−−一電克導Ｘ坤子 １７−−−チ、ア １８−−−＋、７′の１−４ 第 ス ＋９−ｊ極 ２０・−犯徹か ２１−一一支荷掃 ２２−一一ワイヤ電耳哀身丁夕色 第 ど０ １２−−−フィラメント 第 １８−・−＋７７１のｔ凛 ２３−−−ワイＶ ２４−−−＋８ ２６−−−加熱を凛 ２７−−−スイッナ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器の内部に所定間隔をおいて固定された２枚
   のカソードと、このカソード間に設置されたアノードか
   らなるポンプ素子を備えたスパッタイオンポンプにおい
   て、前記アノード内のペニング放電領域に電子を供給す
   る電子源を設置したことを特徴とするスパッタイオンポ
   ンプ。 ２、前記２枚のカソードのうちの、電子受け入れ側のカ
   ソードに、電子通過用の窓を設けたことを特徴とする請
   求項１記載のスパッタイオンポンプ。 ３、前記電子源を、アノードの中心軸に沿って電子を放
   射するように設置したことを特徴とする請求項１または
   ２記載のスパッタイオンポンプ。 ４、前記電子源を、ポンプ素子の軸方向から電子を放射
   するように設置したことを特徴とする請求項１または２
   記載のスパッタイオンポンプ。 ５、前記２枚のカソードのうちの、一方のカソードに窓
   を設け、この窓に電子源を配置するとともに、この電子
   源を前記一方のカソードの外側に設けられた支持部材に
   支持し、かつ同カソードの外側に配線された電線を通じ
   て電源に接続したことを特徴とする請求項１または３記
   載のスパッタイオンポンプ。 ６、前記電子源として、フィラメントを用いたことを特
   徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタイオ
   ンポンプ。 ７、前記一方のカソードとアノード間に、電子源として
   のフィラメントを、アノードの長手方向に長く設置した
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパ
   ッタイオンポンプ。 ８、前記フィラメントに、バイアス電源を接続したこと
   を特徴とする請求項６または７記載のスパッタイオンポ
   ンプ。 ９、真空容器の内部に所定間隔をおいて固定された２枚
   のカソードと、このカソード間に設置されたアノードか
   らなるポンプ素子を備えたスパッタイオンポンプにおい
   て、電界を放射しかつこの電界放射によって発生する電
   子を、前記アノード内のペニング放電領域に供給する電
   界放射電子銃を設置したことを特徴とするスパッタイオ
   ンポンプ。 １０、前記２枚のカソードのうちの、電子受け入れ側の
   カソードに、電子通過用の窓を設けたことを特徴とする
   請求項９記載のスパッタイオンポンプ。 １１、前記電界放射電子銃を、アノードの中心軸に沿っ
   て電界を放射しかつ電界放射によって発生する電子をア
   ノード内に供給可能に設置した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、前記電界放射電子銃を、ポンプ素子の軸方向から
   電界を放射しかつ電界放射によって発生する電子をアノ
   ード内に供給可能に設置した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。 １３、前記２枚のカソードのうちの、一方のカソードに
   窓を設け、この窓内に、アノードの中心線に沿って電界
   放射可能に電界放射電子銃を配置するとともに、この電
   界放射電子銃を前記一方のカソードの外側に設けられた
   支持部材に支持し、かつ同カソードの外側に配線された
   電線を通じて電源に接続したことを特徴とする請求項９
   または１１記載のスパッタイオンポンプ。 １４、前記電界放射電子銃として、先端部が尖ったチッ
   プを用いたことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか
   に記載のスパッタイオンポンプ。 １５、前記一方のカソードとアノード間に、電界放射電
   子銃として、尖った微小突起を多数設けたワイヤ電界放
   射銃を、アノードの長手方向に長く設置したことを特徴
   とする請求項９〜１１のいずれかに記載のスパッタイオ
   ンポンプ。 １６、前記チップに、ワイヤおよび電極を通じてクリー
   ニング用の加熱電源を接続したことを特徴とする請求項
   １４記載のスパッタイオンポンプ。