WO2022244788A1 - 非蒸発型ゲッタコーティング装置、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管の製造方法、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管 - Google Patents

非蒸発型ゲッタコーティング装置、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管の製造方法、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管 Download PDF

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getter coating
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permanent magnet
pipe
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育律 谷本
誠 岡野
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日本電子株式会社
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    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435Target holders (includes backing plates and endblocks)

Definitions

  • the present invention relates to a non-evaporable getter coating apparatus, a method for manufacturing a non-evaporable getter coating container/pipe, and a non-evaporable getter coating container/pipe.
  • an NEG pump equipped with a non-evaporable getter (hereinafter also referred to as "NEG") has attracted attention as a vacuum pump that consumes less energy and enables evacuation over a wide pressure range.
  • the NEG pump is a vacuum pump that cleans the surface of the NEG by heating in a vacuum and adsorbs the gas remaining inside the vacuum device to which the non-evaporable getter pump is connected, thereby evacuating the vacuum device.
  • Non-Patent Document 1 a technology developed by the European Organization for Nuclear Research (CERN) around 1997 for the purpose of making the inner surface of a beam duct for a particle accelerator function as a vacuum pump is known (Patent Document 1). , Non-Patent Document 1).
  • This technique uses a magnetron sputtering method to form a Ti-Zr-V thin film with a fine crystal structure on the inner surface of a vacuum vessel. Exhaust velocity and low photo/electron-stimulated desorption gas emission characteristics are obtained.
  • the film formation method is specialized for a long beam duct for an accelerator, and the sputter target is arranged inside the long beam duct for an accelerator along its extending direction. It is based on the idea of and requires a twisted wire type Ti--Zr--V target and a magnetic field by a large solenoidal electromagnet.
  • Magnetron sputtering technology using permanent magnets has already been put into practical use in semiconductor manufacturing equipment and the like. It is usually arranged at a position corresponding to the back side of the sputtering target when viewed from the substrate (wafer).
  • the sputtering target, the duct or substrate to be subjected to sputtering, and the magnetic field source are arranged in this order so that the magnetic field source does not interfere with the sputtering.
  • the inventors came up with the idea of developing a new non-evaporable getter coating apparatus based on a new technical idea of incorporating the magnetic field generation source inside the sputtering target instead of arranging it outside the sputtering target. .
  • Non-Patent Document 2 a flange mount type non-evaporable getter coating apparatus was prototyped using a Ti—Zr—V alloy as a sputtering target and an Sm—Co magnet as a permanent magnet.
  • the present invention provides a non-evaporable getter coating apparatus that can apply a non-evaporable getter coating to the inner surface of vacuum vessels and vacuum pipes of various shapes and standards. for the purpose.
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present invention comprises a sputtering target having an internal space, and a plurality of permanent magnets provided within the internal space of the sputtering target, which are arranged in series with the direction of the magnetic field alternated. and a flange to which the sputtering target and the permanent magnet column are fixed, wherein the ratio of the length LM of the permanent magnet to the outer diameter EDM of the permanent magnet (LM/EDM) is 1. 0 to 4.0, and a ratio (EDM/EDN) of the outer diameter EDM of the permanent magnet to the outer diameter EDN of the sputtering target is 0.3 to 0.8.
  • the sputtering target has a cylindrical shape
  • the permanent magnet has a columnar shape
  • the flange has a disk shape.
  • both the extending direction of the sputtering target and the extending direction of the permanent magnet column are perpendicular to the plane of the disk of the flange.
  • the material of the sputtering target is at least one selected from the group consisting of Ti—Zr—V alloy, Ti—Zr—V—Hf alloy, pure Ti, pure Zr, and pure Pd. is preferably included.
  • the permanent magnet is at least one selected from the group consisting of Sm--Co magnets, Nd--Fe--B magnets, Al--Ni--Co magnets, Pr--Co magnets and ferrite magnets. is preferably included.
  • the flange is at least one selected from the group consisting of ICF standard products, NW standard products, ISO standard products, JIS standard products, various metal O-ring seal products, and various metal gasket seal products. preferably one.
  • the length LM of the permanent magnet is 5 mm to 100 mm
  • the outer diameter EDM of the permanent magnet is 5 mm to 32 mm
  • the outer diameter EDN of the sputtering target is 16 mm to 80 mm.
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present invention further include a shield provided to cover a fixing portion between the sputtering target and the flange.
  • the material of the shield preferably contains polyimide resin.
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present invention further includes a device for displacing the permanent magnet column in its extending direction.
  • the method of manufacturing the non-evaporable getter coating container and/or the non-evaporable getter coating pipe of the present invention comprises mounting the non-evaporable getter coating device of the present invention on the vacuum pipe and/or the vacuum container, and applying the magnetron sputtering method to the vacuum.
  • a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the container and/or the vacuum pipe to obtain a non-evaporable getter-coated container and/or a non-evaporable getter-coated pipe.
  • the discharge gas in the magnetron sputtering method is Kr or Ar.
  • the pressure of the discharge gas is preferably 0.05 Pa to 30 Pa.
  • the cathode voltage in the magnetron sputtering method is preferably -1000V to -300V.
  • the vacuum pipe and/or the vacuum container have a bent portion.
  • the inner diameter of the vacuum container and/or the vacuum pipe is 20 mm to 200 mm.
  • the non-evaporable getter coating container and/or the non-evaporable getter coating pipe of the present invention has a shape with a bent portion, and the coated non-evaporable getter crystals have an average particle size of 2 nm to 100 nm. Characterized by
  • a non-evaporable getter coating apparatus that can apply a non-evaporable getter coating to the inner surface of vacuum vessels and vacuum pipes of various shapes and standards. be able to.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a non-evaporable getter coating apparatus according to an embodiment of the present invention, taken along a plane along its extending direction.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part of the non-evaporable getter coating apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 3A is an enlarged view of a portion of the non-evaporable getter coating apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (the portion indicated by the dashed square frame in FIG. 1).
  • FIG. 3B is an enlarged view of a part of the non-evaporable getter coating apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The figure is a cross-sectional view taken along the plane in FIG.
  • FIG. 4 shows the state of a test in which the non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 of the present invention is attached to a cross tube and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by magnetron sputtering. It is a figure which shows typically about.
  • FIG. 5 is a photograph (perspective view) taken of the non-evaporable getter coating apparatus of the ICF114 standard of Example 1.
  • FIG. 6 shows a test in which the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 is attached to an ICF114 standard cross tube, and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by magnetron sputtering. It is the photograph (perspective view) which image
  • FIG. 7 shows the non-evaporable getter coating apparatus of Example 1, which is mounted on the ICF114 standard cross tube, and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by the magnetron sputtering method under the conditions of Example 1. It is the photograph which image
  • FIG. 8 shows the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 attached to the ICF114 standard cross tube, and the non-evaporable getter material layer on the inner surface of the cross tube by the magnetron sputtering method under the conditions of Example 1. It is the photograph which image
  • FIG. 9 shows the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 attached to the ICF114 standard cross tube, and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by the magnetron sputtering method under the conditions of Example 1.
  • FIG. 9(A) shows the result of XRD measurement for a monitor stainless sample (Top).
  • FIG. 9(B) shows the result of XRD measurement for a monitor stainless steel sample (Side).
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present embodiment includes a sputtering target having an internal space, and a plurality of permanent magnets provided within the internal space of the sputtering target arranged in series with the orientation of the magnetic field alternated. and a flange to which the sputter target and permanent magnet post are secured.
  • the internal space of the sputtering target refers to the space surrounded by the sputtering target.
  • the space defined by the inner surface is used.
  • the opening of the sputtering target can be thought of in terms of shape, it refers to the space defined by the inner surface and the surface formed by the edge of the opening.
  • At least part of the permanent magnet pillars may be provided within the range of the internal space of the sputtering target, and 50% by volume or more, 70% by volume or more, or 90% by volume or more of the permanent magnet pillars is preferably provided within the interior space of the sputter target.
  • the sputtering target may consist of one member, or may consist of a combination of two or more members.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the non-evaporable getter coating device according to the embodiment of the present invention, taken along the extending direction thereof.
  • the sputtering target and the permanent magnet column are fixed to the flange by fitting into the flange.
  • These members may be fixed by a conventional method via an insulating member or using bolts or the like.
  • the permanent magnet columns in the non-evaporable getter coating apparatus of this embodiment shown in FIG. The magnets are arranged in series so that the magnet adjacent to the magnet has a direction from the N pole to the S pole. In this embodiment, it is preferable to use a plurality of permanent magnets of the same size from the viewpoint of adjusting periodic plasma.
  • Adjacent permanent magnets may be arranged in direct contact, or may be arranged at a predetermined interval. preferably.
  • the shape of the sputtering target is cylindrical
  • the shape of the permanent magnet is cylindrical
  • the shape of the flange is disk-shaped.
  • the shape of the sputtering target is preferably cylindrical, but is not particularly limited as long as it has an internal space. good.
  • the shape of the permanent magnet is preferably cylindrical, but may be a columnar shape other than the columnar shape (for example, a columnar shape with a square bottom surface) or other shapes.
  • the shape of the flange is preferably disk-shaped, but may be a plate-shaped bottom with a rectangular bottom, or other shapes.
  • both the extending direction of the sputtering target and the extending direction of the permanent magnet column are perpendicular to the plane of the disk of the flange. More specifically, as shown in FIG. 1, the axial direction of the cylindrical sputtering target and the axial direction of the cylindrical permanent magnet are perpendicular to the circular upper surface of the disk-shaped flange. It's becoming Then, as shown in FIG. 1, the axis of the sputtering target, the axis of the permanent magnet, and the axis of the flange are aligned.
  • non-evaporable getter coating apparatus of the present invention is not limited to the arrangement relationship in the present embodiment.
  • the extending direction of the sputtering target, the extending direction of the permanent magnet column, and the direction perpendicular to the plane of the disk of the flange may cross each other at an angle.
  • the intersection angle in any two of the above three directions is not particularly limited, but may be more than 0° and 45° or less and more than 0° and 30° or less so that the effects of the present invention can be easily obtained.
  • all of the sputtering target, permanent magnet column, and flange preferably have a three-dimensional shape symmetrical about the rotation axis.
  • the ratio (LM/EDM) of the permanent magnet length LM to the permanent magnet outer diameter EDM is 1.0 to 4.0.
  • the lower limit of the ratio (LM/EDM) is set to 1.0 or more, it is possible to distribute the magnetic flux density to the extent that it satisfies the magnetron sputtering conditions even at a point distant from the sputtering target surface, and the upper limit is set to 4.0.
  • the magnetic flux density in the vicinity of the surface of the sputtering target can be increased to the extent that the conditions for magnetron sputtering are satisfied.
  • one permanent magnet in this embodiment may be formed by connecting a plurality of small permanent magnets in series.
  • the length LM of the permanent magnet of the device is the sum of the lengths of the small permanent magnets connected in series.
  • the ratio of the outer diameter EDM of the permanent magnet to the outer diameter EDN of the sputtering target is 0.3 to 0.8.
  • the magnetic flux density in the vicinity of the sputtering target surface can be increased to the extent that the magnetron sputtering conditions are satisfied, and the upper limit is set to 0.8 or less.
  • the magnet poles satisfying the magnetron sputtering conditions can be housed in the internal space of the sputtering target.
  • the ratio of the permanent magnet length LM to the permanent magnet outer diameter EDM LM/EDM
  • EDM permanent magnet outer diameter
  • the ratio (LM/EDM) is a value that can correlate with the attenuation rate of the magnetic flux density with respect to the distance from the permanent magnet, and the ratio (EDM/EDN) correlates with the magnitude of the magnetic flux density on the surface of the sputtering target. is a value that can have
  • the lower limit of the ratio may be 1.2 or more and 1.4 or more, and the upper limit is 3.5. Hereinafter, it may be 3.0 or less.
  • the lower limit of the ratio (EDM/EDN) may be 0.35 or more and 0.4 or more, and the upper limit is 0.7. Hereinafter, it may be 0.6 or less.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part of the non-evaporable getter coating apparatus of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (the part indicated by the solid-line square frame in FIG. 1).
  • the permanent magnet length LM may be 5 mm to 100 mm, the lower limit may be 8 mm or more and 15 mm or more, and the upper limit may be 60 mm or less and 40 mm or less.
  • the outer diameter EDM of the permanent magnet may be 5 mm to 32 mm, the lower limit may be 8 mm or more and 12 mm or more, and the upper limit may be 24 mm or less and 16 mm or less.
  • the outer diameter EDN of the sputtering target may be 16 mm to 80 mm, the lower limit may be 20 mm or more and 24 mm or more, and the upper limit may be 60 mm or less and 40 mm or less.
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1 further includes a shield provided to cover the fixing portion between the sputtering target and the flange.
  • a shield provided to cover the fixing portion between the sputtering target and the flange.
  • the material of the shield may be an insulating material, and the insulating material is not particularly limited, but may be polyimide resin, various machinable ceramics (Photoveil (registered trademark), Macor (registered trademark), etc.). Among them, polyimide resin is preferable from the viewpoint of high strength, low gas release property, heat resistance, corrosion resistance, and processability into a film. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • FIG. 3(A) is an enlarged view of a part of the non-evaporable getter coating apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (the part indicated by the dashed square frame in FIG. 1).
  • the non-evaporable getter coating apparatus of this embodiment shown in FIG. 1 further includes a device for rotating the cam as shown in FIG. 3(B).
  • the cam may be rotated using a low speed motor or the like.
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present embodiment since plasma is generated periodically along the extending direction of the permanent magnet column, the sputtering target is periodically consumed in the extending direction. By changing the positional relationship of the sputter target with respect to the permanent magnet column with respect to its extension direction, the consumption of the sputter target can be averaged with respect to its extension direction.
  • the non-evaporable getter coating apparatus of the present invention is not limited to the apparatus shown in FIG. It may be a device that allows vertical displacement.
  • the vertical displacement distance DD is not particularly limited, but when a plurality of permanent magnets of the same size are used, it is preferably the same as the length LM of the permanent magnets from the viewpoint of uniformity of consumption. .
  • FIG. 3B is an enlarged view of a part of the non-evaporable getter coating apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the figure is a cross-sectional view taken along the plane in FIG. 1, and the left figure is a cross-section taken along a plane perpendicular to the plane in FIG.
  • the insulating member of the fixed portion is appropriately provided with vent holes and grooves (labyrinth structure) from the viewpoint of further improving the exhaust performance and realizing ultra-high vacuum applications. It's okay. Also, a vent bolt may be used for the bolt of the fixed portion.
  • the material of the sputtering target is not particularly limited and may be selected according to the application and purpose. Among them, Ti--Zr--V alloys are preferable from the viewpoint of high evacuation performance, low activation temperature, and low electron/photostimulated desorption characteristics. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • Permanent magnets that can be used in this embodiment are not particularly limited and may be selected according to the application and purpose. , Pr--Co magnets, ferrite magnets, etc. Among them, Sm--Co magnets are preferred from the viewpoint of high magnetic properties and high Curie temperature. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • the flange that can be used in this embodiment is not particularly limited. It may be appropriately selected according to standards, and examples thereof include ICF standard products, NW standard products, ISO standard products, JIS standard products, various metal O-ring seal products, and various metal gasket seal products. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • the material of the flange is not particularly limited, but includes stainless steel, oxygen-free copper, copper alloys, aluminum alloys, titanium alloys, and ceramics. preferable. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • a potential is applied between the sputtering target and the vacuum vessel or vacuum pipe where the non-evaporable getter coating is applied by sputtering. It further includes a current terminal electrically connected.
  • the method of manufacturing the non-evaporable getter coating container and/or non-evaporable getter coating pipe of the present embodiment includes attaching the non-evaporable getter coating device of the present embodiment to the vacuum pipe and/or the vacuum container, and performing the magnetron sputtering method.
  • a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the vacuum container and/or the vacuum pipe to obtain a non-evaporable getter-coated container and/or a non-evaporable getter-coated pipe.
  • FIG. 4 shows the state of a test in which the non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 of the present invention is attached to a cross tube and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by magnetron sputtering. It is a figure which shows typically about.
  • the vacuum pipe and/or vacuum vessel that can be used in the method of the present embodiment is not particularly limited, but may be appropriately selected according to the purpose and application.
  • Standard products, various metal O-ring seal products, various metal gasket seal products, etc. can be mentioned. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • the shape of the vacuum pipe to be used is made into the shape which has a bending part. More specifically, the shape of the vacuum pipe shown in FIG. 4 is a shape having a bent portion that is a portion bent in the flow direction with respect to the appearance, and the internal space is also bent in the flow direction according to the appearance. It is a shape having a bent portion which is a portion.
  • the shape of the vacuum vessel and/or the vacuum pipe to be used is not particularly limited.
  • vacuum pipes having a bent portion include cross pipes, elbow pipes, cheese pipes, hexagonal pipes, flexible pipes, and the like.
  • Suitable examples of the vacuum vessel having a bent portion include manifolds, branch pipes incorporated in vacuum equipment (such as electron microscopes, particle accelerators, analyzers, and semiconductor manufacturing equipment). These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • Materials for the vacuum pipes and vacuum vessels are not particularly limited, but include stainless steel, oxygen-free copper, copper alloys, aluminum alloys, titanium alloys, and ceramics. from the point of view, stainless steel is preferable. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • the inner diameter of the vacuum vessel and/or vacuum pipe used in the method of the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of film formation, it is preferably 20 mm to 200 mm, and the lower limit is 30 mm or more. Also, the upper limit may be 100 mm or less.
  • the thickness of the vacuum vessel and/or vacuum pipe used in the method of the present embodiment is not particularly limited, but may be 0.3 mm to 6 mm. Such thickness is preferably constant over the majority of the vacuum vessel and/or vacuum piping.
  • the discharge gas in the magnetron sputtering method in the method of the present embodiment may be a rare gas, preferably Kr or Ar from the viewpoint of high sputtering efficiency and difficulty of embedding in the film, and Kr is preferred. is particularly preferred. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
  • the pressure of the discharge gas is preferably 0.05 Pa to 30 Pa from the viewpoint of stable plasma generation and control of film quality and film formation speed, and the lower limit may be 0.1 Pa or more. may be 3 Pa or less.
  • the cathode voltage in the magnetron sputtering method in the method of the present embodiment is preferably ⁇ 1000 V to ⁇ 300 V from the viewpoint of controlling high sputtering efficiency, film quality and film formation speed, and the lower limit may be ⁇ 600 V or more. , and the upper limit may be -350 V or less.
  • Non-evaporable getter coating container and/or non-evaporable getter coating pipe The non-evaporable getter coating container and/or the non-evaporable getter coating pipe of this embodiment have a shape with a bent portion.
  • the coated non-evaporable getter crystals have an average grain size of 2 nm to 100 nm.
  • the average grain size of the crystals of the non-evaporable getter is defined by measuring the maximum diameter of 10 portions surrounded by dark boundaries, which are considered to be crystal grain boundaries, in a SEM image. It is the average value when Since the average grain size is 2 nm or more, it is possible to grow a film having a columnar structure suitable for the internal diffusion of surface adsorbed gas. Activation of the non-evaporable getter becomes possible.
  • the lower limit of the average particle diameter may be 10 nm or more and 20 nm or more, and the upper limit may be 50 nm or less, particularly preferably 30 nm or less.
  • the average particle size can be adjusted to a larger value by keeping the temperature of the vacuum pipe or vacuum vessel high or by lowering the pressure of the discharge gas in the manufacturing stage. It can be adjusted to be small by keeping the temperature low or increasing the discharge gas pressure.
  • non-evaporable getter coating apparatus non-evaporable getter coating container and/or non-evaporable getter coating pipe manufacturing method, non-evaporable getter coating container and/or non-evaporable getter of the present invention.
  • the embodiment of the coating pipe has been illustrated and described, the above embodiment can be modified as appropriate, and the present invention is not limited to the above exemplary embodiment.
  • a non-evaporable getter coating device conforming to the ICF114 standard was produced by the following procedure.
  • a disc-shaped stainless steel flange (dimensions: length (thickness) 17.5 mm, outer diameter 114 mm) conforming to the ICF114 standard was prepared.
  • a cylindrical Ti--Zr--V alloy (dimensions: length 120 mm, inner diameter 20 mm, outer diameter 28 mm) was prepared as a sputtering target.
  • a cylindrical Sm-Co magnet (dimensions: length 20.0 mm, outer diameter 13.5 mm) was prepared as a permanent magnet, and eight Sm-Co magnets were arranged in series with the direction of the magnetic field alternated.
  • a permanent magnet column was produced.
  • the permanent magnet poles were inserted into the internal space of the sputtering target and fixed to the flange by fitting them to the flange. At this time, these members were arranged so that the axis of the sputtering target, the axis of the permanent magnet, and the axis of the flange were aligned.
  • Photoveil registered trademark
  • Ventilation holes and grooves (labyrinth structure) were formed in the insulating member.
  • a vent bolt was used for the fixed portion.
  • a current terminal manufactured by Cosmotech, trade name C34SHR1 was connected to the sputtering target. Table 1 shows materials and dimensions.
  • FIG. 5 is a photograph (perspective view) taken of the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1.
  • FIG. 5 is a photograph (perspective view) taken of the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1.
  • ICF114 standard stainless steel cross pipe (dimensions: length in one direction: 210 mm, length in another crossing direction: 210 mm, inner diameter: 60 mm, outer diameter: 64 mm) was prepared.
  • the prepared non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 was mounted in the opening from above (see FIG. 4).
  • a monitor stainless steel sample (Top) (dimensions: thickness 0.15 mm, length 20 mm, width 170 mm) was placed on the fixed portion of the device.
  • the second opening of the cross tube positioned at the bottom was used as an introduction port for Kr gas.
  • the third opening of the cross tube located on the side was closed with an appropriate member, and a monitor stainless sample (Side) (dimensions: thickness 0.15 mm, length 20 mm, width 170 mm) was placed on the inner surface of this member. was placed.
  • the fourth opening of the cross tube located on the side was closed with a member provided with a viewport.
  • FIG. 4 shows the state of a test in which the non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 of the present invention is attached to a cross tube and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by magnetron sputtering. It is a figure which shows typically about.
  • Example 1 After 3 minutes from the start of current introduction, the surface of the sputtering target was observed from the potential viewport to see whether or not plasma emission was clearly occurring, which was periodically repeated at intervals corresponding to the length of the permanent magnet. As a reference, it was determined whether or not the magnetron sputtering conditions were satisfied. In Example 1, it was determined that the magnetron sputtering conditions were met.
  • the magnetic flux density (Gauss) on the surface of the sputtering target the magnetic field distribution and maximum magnetic flux density were measured by scanning the target surface using a gauss meter.
  • the sample was recovered 360 minutes after the start of current introduction, and whether or not a non-evaporable getter material layer was formed on the surface of the sample was determined by XRD measurement.
  • Samples were taken at 360 minutes after the start of current introduction to determine the details of the non-evaporable getter coating.
  • the coating thickness ( ⁇ m) was measured by cross-sectional SEM observation. Also, the film formation rate (nm/hour) was calculated by dividing the thickness of the coating by the time from the start of current introduction to the collection of the sample.
  • the surface of the sample is photographed with an SEM device (manufactured by JEOL Ltd., trade name JSM-7200F), and in the SEM image, 10 arbitrarily selected portions surrounded by dark boundaries that are considered to be grain boundaries and are granular. did.
  • the maximum diameter of each part was read from the image. The maximum diameter (nm) that was read was averaged for 10 particles and taken as the average particle diameter (nm) of the non-evaporable getter coating of the sample.
  • Table 1 shows the conditions and results for each of the above tests.
  • FIG. 6 shows a test in which the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 is attached to an ICF114 standard cross tube, and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by magnetron sputtering. It is the photograph (perspective view) which image
  • the part located in front is the part where the opening is closed by the member provided with the view port.
  • FIG. 7 shows the non-evaporable getter coating apparatus of Example 1, which is mounted on the ICF114 standard cross tube, and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by the magnetron sputtering method under the conditions of Example 1. It is the photograph which image
  • FIG. 8 shows the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 attached to the ICF114 standard cross tube, and the non-evaporable getter material layer on the inner surface of the cross tube by the magnetron sputtering method under the conditions of Example 1. It is the photograph which image
  • FIG. 9 shows the ICF114 standard non-evaporable getter coating apparatus of Example 1 attached to the ICF114 standard cross tube, and a non-evaporable getter material layer is formed on the inner surface of the cross tube by the magnetron sputtering method under the conditions of Example 1.
  • 4 is a chart showing the results of XRD measurement of the inner surface of a non-evaporable getter-coated cloth tube obtained when a forming test was performed.
  • FIG. 9(A) shows the result of XRD measurement for a monitor stainless sample (Top).
  • FIG. 9(B) shows the result of XRD measurement for a monitor stainless steel sample (Side). As shown in FIG.
  • Example 2 A non-evaporable getter coating device conforming to the ICF070 standard of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the materials and dimensions shown in Table 1 were used. Observation was performed by applying an electric potential between the sputtering target and the cross tube in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in Table 1 were used. Table 1 shows the conditions and results for each of the above tests.
  • Example 1 the magnetic field distribution in the vicinity of the target surface was particularly insufficient for plasma confinement, and a film formation process was observed in which the magnetron sputtering conditions were not established.
  • Example 2 the magnetic field distribution in the vicinity of the surface of the target is particularly sufficient for plasma confinement, and a film formation process was observed in which the magnetron sputtering conditions essential for the use of this apparatus were established.
  • Comparative Example 1 an apparatus with a suitable form factor was not constructed, and the magnetron sputtering conditions were not satisfied.
  • a non-evaporable getter coating apparatus that can apply a non-evaporable getter coating to the inner surface of vacuum vessels and vacuum pipes of various shapes and standards. be able to.
  • Possible non-evaporable getter coating vessels and/or non-evaporable getter coating pipes are used in electron microscopes, mass spectrometers, semiconductor manufacturing equipment (vacuum deposition, sputter deposition, molecular beam epitaxy, electron beam/EUV lithography, ion plantations, etc.).

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Abstract

本発明は、様々な形状や規格の真空容器や真空配管に装着させて用いることで、その内表面に非蒸発型ゲッタコーティングを施すことが可能な、非蒸発型ゲッタコーティング装置を提供することを目的とする。内部空間を有するスパッタターゲットと、スパッタターゲットの内部空間の範囲内に設けられた、複数個の永久磁石を磁界の向きを互い違いにして直列に配置されてなる永久磁石柱と、スパッタターゲットと永久磁石柱とが固定されているフランジとを含み、永久磁石の長さLMの永久磁石の外径EDMに対する割合(LM/EDM)が1.0~4.0であり、永久磁石の外径EDMのスパッタターゲットの外径EDNに対する割合(EDM/EDN)が0.3~0.8である、ことを特徴とする、非蒸発型ゲッタコーティング装置;非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法;非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管。

Description

非蒸発型ゲッタコーティング装置、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管の製造方法、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管
 本発明は、非蒸発型ゲッタコーティング装置、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管の製造方法、非蒸発型ゲッタコーティング容器・配管に関する。
 真空科学技術の分野において、エネルギー消費量が少なく、広い圧力範囲での排気を可能にする真空ポンプとして、非蒸発型ゲッタ(以下、「NEG」ともいう。)を備えるNEGポンプが注目されている。NEGポンプは、真空中での加熱によりNEGの表面を清浄化し、非蒸発型ゲッタポンプを接続した真空装置内部に残留する気体を吸着させることによって、真空装置からの排気を行う真空ポンプである。
 従来用いられているNEGコーティング技術として、1997年頃に欧州原子核研究機構(CERN)において、粒子加速器用ビームダクトの内面を真空ポンプとして機能させる目的で開発された技術が知られている(特許文献1、非特許文献1参照)。この技術は、マグネトロンスパッタ法を用いて、真空容器の内表面に微細な結晶構造のTi-Zr-V薄膜を成膜するものであり、これにより、180℃以下という低い活性化温度で、高い排気速度や低い光・電子刺激脱離ガス放出特性が得られている。しかしながら、上記技術は、成膜手法が加速器用長尺ビームダクト用に特化されたものであって、加速器用長尺ビームダクトの内部にその延在方向に沿ってスパッタターゲットを配置するという技術的思想の基づいており、ツイストワイヤ型のTi-Zr-Vターゲットと大型ソレノイド電磁石による磁場とを必須とするものである。
 また、半導体製造装置等において、永久磁石を用いたマグネトロンスパッタ技術が既に実用化されているが、かかる技術では、基板(ウェハー)とスパッタターゲットとを対向させて成膜することから、永久磁石を基板(ウェハー)からみてスパッタターゲットの裏側に当たる位置に配置することが通常となっている。
 しかしながら、上述の従来技術や既実用化技術は、複雑な形状の真空装置や真空機器の内表面に成膜することはできていない。
 ここで、複雑な形状を有する真空装置や真空機器に対しても非蒸発型ゲッタコーティングを施すことが可能になれば、幅広い分野の産業や研究において発展に寄与することができる。そのため、真空科学技術の分野において、あらゆる真空装置や真空機器にも組み込むことが可能であり、小型でポータブルな非蒸発型ゲッタコーティング装置の開発が望まれていた。
 上述の従来技術や既実用化技術では、磁場発生源がスパッタリングを障害しないように、スパッタターゲットとスパッタリングを施されるダクトや基板等と磁場発生源とをこの順に配置していると解される。
 発明者らは、磁場発生源をスパッタターゲットの外部に配置するのではなくスパッタターゲットの内部に組み込むという新たな技術的思想に基づいて、新たな非蒸発型ゲッタコーティング装置を開発することに想到した。
 これまでに、スパッタターゲットとしてTi-Zr-V合金を用い、永久磁石としてSm-Co磁石を用いて、フランジマウント型の非蒸発型ゲッタコーティング装置を試作したことが報告されている(非特許文献2参照)。
国際公開第1997/049109号
Thin Solid Films,515,(2006),382-388. 2019年日本表面真空学会学術講演会予稿集、2019年10月29日
 しかしながら、上述の試作のフランジマウント型の非蒸発型ゲッタコーティング装置においては、マグネトロンスパッタ条件を得ることができておらず、真空容器や真空配管の内表面に非蒸発型ゲッタコーティングを施すには至っていなかった。
 そこで、本発明は、様々な形状や規格の真空容器や真空配管に装着させて用いることで、その内表面に非蒸発型ゲッタコーティングを施すことが可能な、非蒸発型ゲッタコーティング装置を提供することを目的とする。
 本発明の要旨は以下の通りである。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置は、内部空間を有するスパッタターゲットと、前記スパッタターゲットの内部空間の範囲内に設けられた、複数個の永久磁石を磁界の向きを互い違いにして直列に配置されてなる永久磁石柱と、前記スパッタターゲットと前記永久磁石柱とが固定されているフランジとを含み、前記永久磁石の長さLMの前記永久磁石の外径EDMに対する割合(LM/EDM)が1.0~4.0であり、前記永久磁石の外径EDMの前記スパッタターゲットの外径EDNに対する割合(EDM/EDN)が0.3~0.8であることを特徴とする。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記スパッタターゲットの形状が円筒形状であり、前記永久磁石の形状が円柱形状であり、前記フランジの形状が円盤形状であることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記スパッタターゲットの延在方向と前記永久磁石柱の延在方向とが、いずれも前記フランジの円盤の平面に垂直な方向であることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記スパッタターゲットの材料がTi-Zr-V合金、Ti-Zr-V-Hf合金、純Ti、純Zr、純Pdからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記永久磁石がSm-Co磁石、Nd-Fe-B磁石、Al-Ni-Co磁石、Pr-Co磁石、フェライト磁石からなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記フランジがICF規格品、NW規格品、ISO規格品、JIS規格品、各種メタルOリングシール品、各種メタルガスケットシール品からなる群から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記永久磁石の長さLMが5mm~100mmであり、前記永久磁石の外径EDMが5mm~32mmであり、前記スパッタターゲットの外径EDNが16mm~80mmであることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記スパッタターゲットと前記フランジとの固定部を覆うように設けられるシールドをさらに含むことが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記シールドの材料がポリイミド樹脂を含むことが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記永久磁石柱をその延在方向に関して変位させる装置をさらに含むことが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法は、本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置を真空配管及び/又は真空容器に装着し、マグネトロンスパッタ法により前記真空容器及び/又は前記真空配管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させ、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管を得ることを特徴とする。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法では、前記マグネトロンスパッタ法における放電ガスをKr又はArとすることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法では、前記放電ガスの圧力を0.05Pa~30Paとすることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法では、前記マグネトロンスパッタ法におけるカソード電圧を-1000V~-300Vとすることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法では、前記真空配管及び/又は前記真空容器の形状を屈曲部を有する形状とすることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法では、前記真空容器及び/又は前記真空配管の内径を20mm~200mmとすることが好ましい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管は、屈曲部を有する形状であり、コーティングされた前記非蒸発型ゲッタの結晶の平均粒径が2nm~100nmであることを特徴とする。
 本発明によれば、様々な形状や規格の真空容器や真空配管に装着させて用いることで、その内表面に非蒸発型ゲッタコーティングを施すことが可能な、非蒸発型ゲッタコーティング装置を提供することができる。
図1は、本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置をその延在方向に沿う面により切断したときの断面図である。 図2は、図1に示す本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の一部(図1中、実線四角枠で示す部分)を拡大して示す図である。 図3(A)は、図1に示す本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の一部(図1中、破線四角枠で示す部分)を拡大して示す図である。図3(B)は、図1に示す本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の一部(図1中、二点鎖線四角枠で示す部分)を拡大して示す図である(右図は、図1における面による断面図で示し、左図は、図1における面に垂直な面による断面で示す。)。 図4は、本発明の実施例1の非蒸発型ゲッタコーティング装置をクロス管に装着し、マグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子について模式的に示す図である。 図5は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置を撮影した写真(斜視図)である。 図6は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、マグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子を撮影した写真(斜視図)である。 図7は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、実施例1の条件でマグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子をビューポートから撮影した写真である。 図8は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、実施例1の条件でマグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときに得られた非蒸発型ゲッタコーティングクロス管の内表面をSEMで撮影した写真である。 図9は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、実施例1の条件でマグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときに、クロス管の内表面に配置したステンレス試料をXRDで測定したときの結果を示すチャートである。図9(A)は、モニター用ステンレス試料(Top)についてのXRD測定の結果を示す。図9(B)は、モニター用ステンレス試料(Side)についてのXRD測定の結果を示す。
 以下、図面を参照して、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」ともいう。)の非蒸発型ゲッタコーティング装置、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の実施形態について詳細に例示説明する。
 なお、本願明細書において、数値範囲について「A~B」とは、A以上B以下を意味する。また、内径及び外径とは、いずれも直径を意味する。
(非蒸発型ゲッタコーティング装置)
 本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置は、内部空間を有するスパッタターゲットと、スパッタターゲットの内部空間の範囲内に設けられた、複数個の永久磁石を磁界の向きを互い違いにして直列に配置されてなる永久磁石柱と、スパッタターゲットと永久磁石柱とが固定されているフランジとを含む。
 なお、スパッタターゲットの内部空間とは、スパッタターゲットにより囲繞される空間をいい、具体的には、形状的にスパッタターゲットの内面と外面とが観念できる場合には、内面により画成される空間をいい、より具体的には、形状的にスパッタターゲットの開口部を観念できる場合には、内面と開口部の端縁により形成される面とにより画成される空間をいう。
 また、本実施形態では、永久磁石柱の少なくとも一部が、スパッタターゲットの内部空間の範囲内に設けられていればよく、永久磁石柱の50体積%以上、70体積%以上、90体積%以上が、スパッタターゲットの内部空間の範囲内に設けられていることが好ましい。
 さらに、本実施形態では、スパッタターゲットは1つの部材からなるものであってもよく、2つ以上の部材を組み合わせたものであってもよい。
 図1は、本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置をその延在方向に沿う面により切断したときの断面図である。
 具体的には、図1に示す本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、スパッタターゲットと永久磁石柱とは、フランジに嵌合することによって、フランジに固定されている。
 これら部材は、絶縁性部材を介して又はボルト等を用いて、常法により固定されていてよい。
 図1に示す本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置における永久磁石柱は、複数個の永久磁石を、磁界の向きを互い違いにして、すなわち、当該磁石においてS極からN極に向かう方向が、当該磁石に隣接する磁石においてN極からS極に向かう方向となるように、直列に配置されてなる。
 本実施形態では、同じ大きさの永久磁石を複数用いることが、周期的なプラズマを調整する観点から好ましい。
 なお、隣接する永久磁石は、直接接触した状態で配置されていてもよく、所定の間隔を空けて配置されていてもよいが、安定した周期磁場を得る観点から、直接接触した状態で配置されていることが好ましい。
 図1に示す本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、スパッタターゲットの形状が円筒形状であり、永久磁石の形状が円柱形状であり、フランジの形状が円盤形状である。
 なお、本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、上記本実施形態における形状に限定されることはない。スパッタターゲットの形状は、好適には円筒形状であるが、内部空間を備える限り特に限定されず、円筒形状以外の筒形状(例えば、底面が方形の筒形状)、箱形状、容器形状等としてもよい。永久磁石の形状は、好適には円柱形状であるが、円柱形状以外の柱形状(例えば、底面が方形の柱形状)、その他形状としてもよい。フランジの形状は、好適には円盤形状であるが、底面が方形の板形状、その他形状としてもよい。
 また、図1に示す本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、スパッタターゲットの延在方向と永久磁石柱の延在方向とが、いずれもフランジの円盤の平面に垂直な方向である。
 より具体的には、図1に示すように、円筒形状であるスパッタターゲットの軸方向と、円柱形状である永久磁石の軸方向とが、円盤形状であるフランジの円形の上面に垂直な方向となっている。そして、図1に示すように、スパッタターゲットの軸と、永久磁石の軸と、フランジの軸とが一致している。
 なお、本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、上記本実施形態における配置関係に限定されることはない。スパッタターゲットの延在方向と永久磁石柱の延在方向とフランジの円盤の平面に垂直な方向とは、互いに角度をなして交差していてもよい。上記3つの方向のうちの任意の2つにおける交差角度は、特に限定されないが、本発明の効果が得られやすいように、0°超45°以下、0°超30°以下としてよい。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、図1に示す装置のように、スパッタターゲット、永久磁石柱、フランジのいずれもが、回転軸を中心に対称な立体形状であることが好ましい。
 ここで、本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、永久磁石の長さLMの永久磁石の外径EDMに対する割合(LM/EDM)が1.0~4.0である。
 割合割合(LM/EDM)の下限を1.0以上とすることで、スパッタターゲット表面から離れた地点においてもマグネトロンスパッタ条件を満たす程度の磁束密度を分布させることができ、また、上限を4.0以下とすることで、スパッタターゲット表面近傍での磁束密度をマグネトロンスパッタ条件を満たす程度にまでに高めることができる。
 なお、本実施形態における1個の永久磁石は、複数の小永久磁石を直列に繋いだものとしてもよい。この場合、装置の永久磁石の長さLMとは、直列に繋いだ複数の小永久磁石の長さの合計とする。
 また、本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、前記永久磁石の外径EDMの前記スパッタターゲットの外径EDNに対する割合(EDM/EDN)が0.3~0.8である。
 割合(EDM/EDN)の下限を0.3以上とすることで、スパッタターゲット表面近傍での磁束密度をマグネトロンスパッタ条件を満たす程度にまで高めることができ、また、上限を0.8以下とすることで、スパッタターゲットの内部空間にマグネトロンスパッタ条件を満たす磁石柱を格納することができる。
 非蒸発型ゲッタコーティングに重要なマグネトロンスパッタ条件の成立には、スパッタターゲットの表面近傍において所定程度以上の磁束密度(約250Gauss以上)が得られる必要がある。
 本願出願時の当技術分野の技術常識からすれば、特許文献1や非特許文献1で用いられるような一様磁場においてはスパッタリングに適したプラズマ状態が得られるか否かは予測しやすいところ、本実施形態のように永久磁石柱を用いて形成される周期磁場においてスパッタリングに適したプラズマ状態が得られるか否かは予測困難である。特に、磁力線が三次元的に変化する領域でのミラー磁場によるプラズマ粒子の閉じ込め効果は形状因子にも依存するため、単純に永久磁石近傍の磁束密度の値に着目して検討するだけでは有効な予測を行うことが困難であった。
 本実施形態では、非蒸発型ゲッタコーティング装置に関わる2種の形状因子、すなわち、永久磁石の長さLMの永久磁石の外径EDMに対する割合(LM/EDM)、及び永久磁石の外径EDMのスパッタターゲットの外径EDNに対する割合(EDM/EDN)を所定範囲とすることで、周期磁場においてマグネトロンスパッタ条件を成立させることに成功した。割合(LM/EDM)は、永久磁石からの距離に対する磁束密度の減衰率に相関を有し得る値であり、割合(EDM/EDN)は、スパッタターゲットの表面での磁束密度の大きさに相関を有し得る値である。
 本実施形態では、本発明の効果をより得られやすくする観点から、上記割合(LM/EDM)の下限は、1.2以上、1.4以上としてもよく、また、上限は、3.5以下、3.0以下としてもよい。
 本実施形態では、本発明の効果をより得られやすくする観点から、上記割合(EDM/EDN)の下限は、0.35以上、0.4以上としてもよく、また、上限は、0.7以下、0.6以下としてもよい。
 図2は、図1に示す本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の一部(図1中、実線四角枠で示す部分)を拡大して示す図である。
 本実施形態では、永久磁石の長さLMは、5mm~100mmとしてよく、下限は、8mm以上、15mm以上としてもよく、また、上限は、60mm以下、40mm以下としてもよい。
 本実施形態では、永久磁石の外径EDMは、5mm~32mmとしてよく、下限は、8mm以上、12mm以上としてもよく、また、上限は、24mm以下、16mm以下としてもよい。
 本実施形態では、スパッタターゲットの外径EDNは、16mm~80mmとしてよく、下限は、20mm以上、24mm以上としてもよく、また、上限は、60mm以下、40mm以下としてもよい。
 ここで、図1に示す本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、スパッタターゲットとフランジとの固定部を覆うように設けられるシールドをさらに含む。
 成膜中にスパッタされたスパッタターゲットが固定部の表面に堆積していくと、固定部の絶縁性が悪化し、放電の安定性も低下する。シールドを用いることで、かかる悪化や低下を防止ないし抑制して、固定部ひいては装置全体の寿命を延ばすことができる。
 シールドの材料としては、絶縁性材料であってよく、絶縁性材料としては、特に限定されることはないが、ポリイミド樹脂、各種マシナブルセラミックス(ホトベール(登録商標)、マコール(登録商標)等)が挙げられ、中でも、高強度、低いガス放出特性、耐熱性、耐食性、フィルム状への加工性の観点から、ポリイミド樹脂が好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 図3(A)は、図1に示す本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の一部(図1中、破線四角枠で示す部分)を拡大して示す図である。
 図1に示す本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、図3(B)に示すように、カムを回転させる装置をさらに含む。ここで、カムは低速モーター等を用いて回転させてよい。
 本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、永久磁石柱の延在方向に沿って周期的にプラズマが発生することから、スパッタターゲットがその延在方向に関して周期的に消費されるところ、上記装置を用いて永久磁石柱に対するスパッタターゲットのその延在方向に関する位置関係を変更することによって、スパッタターゲットの消費をその延在方向に関して平均化することができる。
 なお、本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、図3(B)に示す装置に限定されることはなく、永久磁石柱をその延在方向に関して変位させる装置としてよく、好適には周期的な上下変位を可能にする装置としてよい。上下変位の距離DDは、特に限定さいれないが、同じ大きさの永久磁石を複数用いた場合には、永久磁石の長さLMと同じであることが、上記消費の均一化の観点から好ましい。
 図3(B)は、図1に示す本発明の実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の一部(図1中、二点鎖線四角枠で示す部分)を拡大して示す図である(右図は、図1における面による断面図で示し、左図は、図1における面に垂直な面による断面で示す。)。
 本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置では、排気性能をさらに高めて超高真空用途を実現する観点から、固定部の絶縁性部材には、気抜き孔や溝(ラビリンス構造)を適宜施されていてよい。また、固定部のボルトには、気抜きボルトが用いられていてよい。
 スパッタターゲットの材料としては、特に限定されることはなく、用途や目的に応じて選択されてよいが、Ti-Zr-V合金、Ti-Zr-V-Hf合金、純Ti、純Zr、純Pd等が挙げられ、中でも、高い真空排気性能と低い活性化温度、低い電子・光刺激脱離特性との観点から、Ti-Zr-V合金が好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 本実施形態で使用可能な永久磁石としては、特に限定されることはなく、用途や目的に応じて選択されてよいが、Sm-Co磁石、Nd-Fe-B磁石、Al-Ni-Co磁石、Pr-Co磁石、フェライト磁石等が挙げられ、中でも、高い磁気特性と高いキュリー温度との観点から、Sm-Co磁石が好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 本実施形態で使用可能なフランジとしては、特に限定されることはないが、本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置を用いて非蒸発型ゲッタコーティングを施される真空配管及び/又は真空容器の規格に合わせて適選択されてよく、例えば、ICF規格品、NW規格品、ISO規格品、JIS規格品、各種メタルOリングシール品、各種メタルガスケットシール品等が挙げられる。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 フランジの材料としては、特に限定されないが、ステンレス、無酸素銅、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、セラミック等が挙げられ、中でも、高い機械的強度、耐熱性、汎用性の観点から、ステンレスが好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置は、図1に示すように、スパッタターゲットとスパッタリングによる非蒸発型ゲッタコーティングが施される真空容器や真空配管との間に電位を与えるため、スパッタターゲットに電気的に接続された電流端子をさらに含む。
(非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法)
 本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法は、本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置を真空配管及び/又は真空容器に装着し、マグネトロンスパッタ法により前記真空容器及び/又は前記真空配管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させ、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管を得るというものである。
 図4は、本発明の実施例1の非蒸発型ゲッタコーティング装置をクロス管に装着し、マグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子について模式的に示す図である。
 本実施形態の方法で使用可能な真空配管及び/又は真空容器は、特に限定されないが、目的や用途に応じて適宜選択されてよく、例えば、ICF規格品、NW規格品、ISO規格品、JIS規格品,各種メタルOリングシール品,各種メタルガスケットシール品等が挙げられる。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 図4に示す本実施形態の方法では、使用する真空配管の形状を屈曲部を有する形状としている。
 より具体的には、図4に示す真空配管の形状は、外観に関して、流れ方向に関して屈曲した部分である屈曲部を有する形状であり、内部空間に関しても、外観に合わせて、流れ方向に関して屈曲した部分である屈曲部を有する形状である。
 かかる屈曲部を有する形状の真空配管や真空容器を用いることによって、本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング装置の特徴を有利に発揮することが可能になる。
 なお、本発明の方法では、使用する真空容器及び/又は真空配管の形状は、特に限定されることはない。
 屈曲部を有する形状の真空配管の好適例としては、クロス管、エルボ管、チーズ管、六方管、フレキシブル管等が挙げられる。
 屈曲部を有する形状の真空容器の好適例としては、多岐管、(電子顕微鏡・粒子加速器・分析装置・半導体製造装置等の)真空装置に組み込まれている分岐管等が挙げられる。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 また、真空配管や真空容器の材料としては、特に限定されないが、ステンレス、無酸素銅、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、セラミック等が挙げられ、中でも、高い機械的強度、耐熱性、汎用性の観点から、ステンレスが好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 本実施形態の方法において使用される真空容器及び/又は真空配管の内径は、特に限定されないが、成膜しやすさの観点から、20mm~200mmとすることが好ましく、下限は、30mm以上としてもよく、また、上限は、100mm以下としてもよい。
 本実施形態の方法において使用される真空容器及び/又は真空配管の厚さは、特に限定されないが、0.3mm~6mmとしてよい。かかる厚さは真空容器及び/又は真空配管の大部分において一定であることが好ましい。
 以下、好適条件について記載する。
 本実施形態の方法でのマグネトロンスパッタ法における放電ガスは、希ガスとしてよく、高いスパッタ効率と膜内への埋め込まれにくさとの観点から、Kr、Arとすることが好ましく、Krとすることが特に好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 また、上記放電ガスの圧力は、安定なプラズマ生成、膜質や成膜速度の制御の観点から、0.05Pa~30Paとすることが好ましく、下限は、0.1Pa以上としてもよく、また、上限は、3Pa以下としてもよい。
 本実施形態の方法でのマグネトロンスパッタ法におけるカソード電圧は、高いスパッタ効率、膜質や成膜速度の制御の観点から、-1000V~-300Vとすることが好ましく、下限は、-600V以上としてもよく、また、上限は、-350V以下としてもよい。
(非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管)
 本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管は、屈曲部を有する形状である。
 また、本実施形態の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管は、コーティングされた非蒸発型ゲッタの結晶の平均粒径が2nm~100nmである。
 なお、非蒸発型ゲッタの結晶の平均粒径とは、SEMで撮影した画像において、結晶粒界と見られる暗い境界に囲まれて粒状となっている部分の最大径を10個の部分について測定したときの平均値をいう。
 かかる平均粒径が2nm以上であるために、表面吸着ガスの内部拡散に適した柱状構造をもつ膜成長が可能となり、100nm以下であるために、比較的低い温度(例えば、180℃)での非蒸発型ゲッタの活性化が可能となる。
 上記平均粒径の下限は、10nm以上、20nm以上としてもよく、また、上限は、50nm以下としてもよく、30nm以下が特に好ましい。
 また、上記平均粒径は、製造段階で真空配管や真空容器の温度を高く保つことや放電ガス圧力を低くすることによってより大きく調整ことが可能であり、また、製造段階で真空配管や真空容器の温度を低く保つことや放電ガス圧力を高くすることによって小さく調整することが可能である。
 以上、図面を参照して、本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の実施形態について例示説明したが、上記実施形態には、適宜変更を加えることができ、本発明は、上記例示の実施形態に限定されることはない。
 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
 下記の手順により、ICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置を作製した。
 ICF114規格の円盤形状のステンレス製フランジ(寸法:長さ(厚さ)17.5mm、外径114mm)を用意した。
 スパッタターゲットとして、円筒形状のTi-Zr-V合金(寸法:長さ120mm、内径20mm、外径28mm)を用意した。
 永久磁石として、円柱形状のSm-Co磁石(寸法:長さ20.0mm、外径13.5mm)を用意し、8個のSm-Co磁石を磁界の向きを互い違いにして直列に配置して永久磁石柱を作製した。
 スパッタターゲットの内部空間に永久磁石柱を挿入し、これらをフランジに嵌合させることでフランジに固定した。このとき、スパッタターゲットの軸と、永久磁石の軸と、フランジの軸とが一致するように、これらの部材を配置した。なお、固定部には、絶縁性部材として、ホトベール(登録商標)を用いた。絶縁性部材には、気抜き孔や溝(ラビリンス構造)を施した。また、固定部には、気抜きボルトを用いた。
 電流端子(コスモテック社製、商品名C34SHR1)をスパッタターゲットに接続した。
 材料及び寸法等を表1に示す。
 図5は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置を撮影した写真(斜視図)である。
 真空配管として、ICF114規格のステンレス製クロス管(寸法:一方向への長さ210mm、交差する別方向への長さ:210mm、内径60mm、外径64mm)を用意した
 クロス管の1つ目の開口部に、上方から下方に向けて、作製した実施例1の非蒸発型ゲッタコーティング装置を装着した(図4参照)。また、装置の固定部上にモニター用ステンレス試料(Top)(寸法:厚さ0.15mm、縦20mm、横170mm)を配置した。
 下部に位置するクロス管の2つ目の開口部をKrガスの導入口とした。
 側部に位置するクロス管の3つ目の開口部を適宜の部材で封鎖し、この部材の内表面にモニター用ステンレス試料(Side)(寸法:厚さ0.15mm、縦20mm、横170mm)を配置した。
 側部に位置するクロス管の4つ目の開口部をビューポートを設けた部材で封鎖した。
 そして、表1に示す条件で、スパッタターゲットとクロス管との間に360分間電位を与えた。
 図4は、本発明の実施例1の非蒸発型ゲッタコーティング装置をクロス管に装着し、マグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子について模式的に示す図である。
 電流導入開始から3分後の時点で、電位をビューポートからスパッタターゲットの表面を観察し、永久磁石の長さに相当する間隔で周期的に繰り返されるプラズマ発光が明瞭に生じているか否かを基準に、マグネトロンスパッタ条件が成立したか否かを判断した。
 実施例1では、マグネトロンスパッタ条件が成立したと判断した。
 また、最大電子密度(m-3)は、プラズマ解析ソフトウェアParticle-PLUSを用いて、表1に示す条件で、より計算した。
 スパッタターゲットの表面における磁束密度(Gauss)は、ガウスメータを用いて、ターゲット表面をスキャンすることで磁場分布と最大磁束密度を測定した。
 また、電流導入開始から360分後の時点で試料を回収し、試料の表面に非蒸発型ゲッタ材料層が形成したか否かを、XRDで測定することで判断した。
 測定条件は下記のとおりとした。
 XRD測定装置として、Rigaku社製、商品名MultiFlex)を用いた。
 試料ホルダーに試料(Top)及び試料(Side)を固定した。
 試験陽極は試料ホルダーの中央位置に配置した。
 2θ=30°~50°の範囲を0.02°ステップに分け、1ステップ0.4秒で測定した。
 X線は、CuのKα1線を使用した。
 X線源の電圧48kV、電流40mAであった。
 発散スリットは1°を使用した。
 検出器として、シンチレーションカウンターを用いた。
 電流導入開始から360分後の時点で試料を回収し、非蒸発型ゲッタコーティングの詳細を測定した。
 コーティングの厚さ(μm)を断面SEM観察により測定した。
 また、コーティングの厚さを電流導入開始から試料を回収するまでの時間で除して、成膜速度(nm/時)を算出した。
 試料の表面をSEM装置(日本電子社製、商品名JSM-7200F)で撮影し、SEM画像において、結晶粒界と見られる暗い境界に囲まれて粒状となっている部分を任意に10個選択した。各部分についてその最大径を画像から読み取った。読み取った最大径(nm)を10個について平均して、試料の非蒸発型ゲッタコーティングの平均粒径(nm)とした。
 上述の各試験についての条件及び結果を表1に示す。
 図6は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、マグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子を撮影した写真(斜視図)である。
 なお、図6において、手前に位置するのがビューポートを設けた部材で開口部を封鎖した部分である。
 図7は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、実施例1の条件でマグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときの様子をビューポートから撮影した写真である。
 実施例1の非蒸発型ゲッタコーティング装置を用いた場合、周期的なプラズマ発光が観察された。
 図8は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、実施例1の条件でマグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときに得られた非蒸発型ゲッタコーティングクロス管の内表面をSEMで撮影した写真である。
 実施例1の非蒸発型ゲッタコーティング装置を用いた場合、粒径30nm以下の結晶が多数観察された。
 図9は、実施例1のICF114規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置をICF114規格のクロス管に装着し、実施例1の条件でマグネトロンスパッタ法によりクロス管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させる試験を行ったときに得られた非蒸発型ゲッタコーティングクロス管の内表面をXRDで測定したときの結果を示すチャートである。図9(A)は、モニター用ステンレス試料(Top)についてのXRD測定の結果を示す。図9(B)は、モニター用ステンレス試料(Side)についてのXRD測定の結果を示す。
 図9に示すとおり、試料(Top)及び試料(Side)のいずれにおいても、Ti-Zr-V合金に対応する2θ=31°~43°のピークが観察され、マグネトロンスパッタにより、屈曲した形状を有するクロス管の内表面の異なる位置に非蒸発型ゲッタコーティングを施すことができることが示された。
(実施例2)
 表1に示す材料及び寸法等とした以外は実施例1と同様の操作により、実施例2のICF070規格の非蒸発型ゲッタコーティング装置を作製した。
 表1に示す条件とした以外は実施例1と同様の操作により、スパッタターゲットとクロス管との間に電位を与えて、観察を行った。
 上述の各試験についての条件及び結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例1では、特に、ターゲット表面近傍での磁場分布がプラズマの閉じ込めに対して不十分であり、マグネトロンスパッタ条件が成立していない成膜プロセスが見られた。
 実施例2では、特に、ターゲット表面近傍での磁場分布がプラズマの閉じ込めに対して十分であり、本装置の利用に不可欠なマグネトロンスパッタ条件の成立した成膜プロセスが見られた。
 比較例1では、好適な形状因子を備える装置が構成されておらず、マグネトロンスパッタ条件は成立しなかった。
 本発明によれば、様々な形状や規格の真空容器や真空配管に装着させて用いることで、その内表面に非蒸発型ゲッタコーティングを施すことが可能な、非蒸発型ゲッタコーティング装置を提供することができる。
 本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置、本発明の非蒸発型ゲッタコーティング装置を用いた、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法、かかる製造方法により製造することが可能な非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管は、電子顕微鏡、質量分析計、半導体製造装置(真空蒸着、スパッタ成膜、分子線エピタキシー、電子線/EUVリソグラフィ、イオンプランテーション等の利用を含む。)、電子デバイス(フラットパネルディスプレイ、画像素子、太陽光パネル等)製造装置、真空封止型MEMS(加速度センサー、ジャイロスコープ等)、X線発生装置、PET診断装置、陽子線治療システム、光学機器コーティング装置、真空断熱容器(魔法瓶、デュワー瓶等)等において有用であり、産業上の利用可能性を有する。

Claims (17)

  1.  内部空間を有するスパッタターゲットと、前記スパッタターゲットの内部空間の範囲内に設けられた、複数個の永久磁石を磁界の向きを互い違いにして直列に配置されてなる永久磁石柱と、前記スパッタターゲットと前記永久磁石柱とが固定されているフランジとを含み、
     前記永久磁石の長さLMの前記永久磁石の外径EDMに対する割合(LM/EDM)が1.0~4.0であり、
     前記永久磁石の外径EDMの前記スパッタターゲットの外径EDNに対する割合(EDM/EDN)が0.3~0.8である、
    ことを特徴とする、非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  2.  前記スパッタターゲットの形状が円筒形状であり、
     前記永久磁石の形状が円柱形状であり、
     前記フランジの形状が円盤形状である、
    請求項1に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  3.  前記スパッタターゲットの延在方向と前記永久磁石柱の延在方向とが、いずれも前記フランジの円盤の平面に垂直な方向である、請求項1又は2に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  4.  前記スパッタターゲットの材料がTi-Zr-V合金、Ti-Zr-V-Hf合金、純Ti、純Zr、純Pdからなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  5.  前記永久磁石がSm-Co磁石、Nd-Fe-B磁石、Al-Ni-Co磁石、Pr-Co磁石、フェライト磁石からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  6.  前記フランジがICF規格品、NW規格品、ISO規格品、JIS規格品、各種メタルOリングシール品、各種メタルガスケットシール品からなる群から選ばれる少なくとも一つである、請求項1~5のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  7.  前記永久磁石の長さLMが5mm~100mmであり、
     前記永久磁石の外径EDMが5mm~32mmであり、
     前記スパッタターゲットの外径EDNが16mm~80mmである、
    請求項1~6のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  8.  前記スパッタターゲットと前記フランジとの固定部を覆うように設けられるシールドをさらに含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  9.  前記シールドの材料がポリイミド樹脂を含む、請求項8に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  10.  前記永久磁石柱をその延在方向に関して変位させる装置をさらに含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置。
  11.  請求項1~10に記載の非蒸発型ゲッタコーティング装置を真空配管及び/又は真空容器に装着し、マグネトロンスパッタ法により前記真空容器及び/又は前記真空配管の内表面に非蒸発型ゲッタ材料層を形成させ、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管を得ることを特徴とする、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法。
  12.  前記マグネトロンスパッタ法における放電ガスをKr又はArとする、請求項11に記載の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法。
  13.  前記放電ガスの圧力を0.05Pa~30Paとする、請求項11又は12に記載の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法。
  14.  前記マグネトロンスパッタ法におけるカソード電圧を-1000V~-300Vとする、請求項11~13のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法。
  15.  前記真空配管及び/又は前記真空容器の形状を屈曲部を有する形状とする、請求項11~14のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法。
  16.  前記真空容器及び/又は前記真空配管の内径を20mm~200mmとする、請求項11~15のいずれか一項に記載の非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管の製造方法。
  17.  屈曲部を有する形状であり、
     コーティングされた前記非蒸発型ゲッタの結晶の平均粒径が2nm~100nmである、
    ことを特徴とする、非蒸発型ゲッタコーティング容器及び/又は非蒸発型ゲッタコーティング配管。
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