JPS647459B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はスパツタイオンポンプの改良に関す
るものである。

スパツタイオンポンプは気体をできるだけ効率
よくイオン化するためにペニング放電、マグネト
ロン放電或いは逆マグネトロン放電を利用し、放
電の中で生成された正イオンが加速されて通常チ
タンから成る陰極面に衝突し、チタン原子をスパ
ツタし、スパツタリングで形成された新鮮なチタ
ン表面での化学結合やイオン補捉によつて排気を
行なう。そして一般にスパツタイオンポンプはペ
ニングセルに基いており、各セルは二枚の陰極板
と、その間に挿置された筒状の陽極とから構成さ
れ、陽極の軸線に磁界がかけられている。またス
パツタイオンポンプは真空系内のガスを外部へ排
出するのではなく、ポンプの内部にため込むポン
プであるので排気容量には限界があり、それによ
りポンプ素子の寿命が決まり、またため込んだガ
スを再び放出する性質があり、これはメモリー効
果またはアルゴン不安定性と呼ばれる現象の原因
となつている。この種の直交電磁界ポンプは圧力
の低下につれて排気速度が落ちる。これは、すで
に排気した気体が再放出してポンプ内で気体源と
なり、有効排気速度を低下させるためである。そ
のためスパツタイオンポンプで極低圧を得るため
には排気すべき気体の量を最少限におさえておく
ことが重要である。しかしこれには実際問題とし
て限度がある。そこで従来技術においては陰極お
よび（または）コレクタ電極を冷却して気体の再
放出を減少させる方法が知られている。またため
込まれた気体の再放出をおさえる方法としては表
面に金属膜を蒸着してため込まれた気体を埋め込
んでしまう方法が知られている。

メモリー効果は特にヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の不活性ガスや水素のような陰極面で捕えら
れ、その面との結合力の弱いガスで起りやすく、
この現象はまたスパツタ効率の高いガスほど誘起
し易く、陰極がスパツタされると、そこに捕捉さ
れていたガスも一緒に叩き出されるためと考えら
れる。水素は超高真空装置の残留気体の主成分で
あるため、この効果は超高真空を得る目的でスパ
ツタイオンポンプを使用する場合に大きな障害と
なる。

そこで従来、陰極面に平行な溝を設け凸部をス
パツタ部、凹部をガス捕捉部としたものやハネカ
ム構造のスパツタ陰極を陽極とコレクタ電極との
間に挿置した三極イオンポンプ等が提案されてい
る。これら装置により希ガスに対する排気速度が
小さくしかも不安定である欠点をある程度改良す
ることができた。しかしながら、従来装置は、排
気量が飽和状態に近づくにつれての排気速度の低
下や不活性ガスに対する低い排気速度さらには排
気されたガスの再放出の問題を満足できる程度に
解決するには至つていない。

そこでこの発明の目的は、比較的簡単な構造で
排気速度、ガスの再放出およびアルゴン不安定性
の問題を有効に解決できる気体吸蔵形活性合金生
成型複合陰極スパツタイオンポンプを提供するこ
とにある。

従つて、この発明によるスパツタイオンポンプ
においては、陽極をはさんで配置される陰極は複
数の金属材料で構成され、陰極表面のスパツタリ
ングにより気体の体積内吸収能の高い活性度の非
常に高い合金ゲツタ層を形成するようにされる。
これにより高い排気効率を得ることができる。な
お金属材料としてはアルミニウム、ジルコニウ
ム、チタン、トリウム、バリウムおよび希土類金
属等を挙げることができる。

以下この発明を添付図面を参照してさらに説明
する。

第１図にはこの発明による複合陰極スパツタイ
オンポンプの実施例を示し、１はポンプ容器で、
２はマルチセル型の陽極で、この陽極２をはさん
で対向する二つの陰極３，４が配置されている。
一方の陰極３はアルミニウムから成り、他方の陰
極４はジルコニウムから成つている。そして陽極
２の軸線方向に沿つて一様な磁場Ｈがかけられて
いる。スパツタイオンポンプの動作により陰陽両
極間に電圧を印加すると、陽極セル中央部に放電
が発生し、放出された電子は陽極２に引き付けら
れるが、磁場Ｈの作用で電子は長いらせん運動を
おこない、途中で残留ガス分子と衝突し、正イオ
ンを電子とが生成され、新たにできた二次電子は
さらに他のガス分子を電離して正イオンと電子を
生成する。これらの正イオンは陰極３，４の表面
上のスパツタ部分３ａ，４ａに衝突してアルミニ
ウム原子およびジルコニウム原子をスパツタし、
スパツタされたこれらの金属原子は主として陽極
２の各セルの影響になる部分３ｂ，４ｂに堆積
し、アルミニウムおよびジルコニウムから成る活
性度の高い二元合金ゲツタ膜が形成される。活性
ガスはこの二元合金ゲツタ膜と反応して化合物を
作つて固定され、また不活性ガスは上記二元合金
ゲツタ膜部分３ｂ，４ｂおよび陽極２の堆積した
金属層に埋め込まれることになる。

こうして形成された複合ゲツタ膜部分３ｂ，４
ｂのゲツタ作用はスパツタ部分３ａ，４ａのゲツ
タ作用に比べて著しく大きいため、残留気体分子
は複合ゲツタ膜部分３ｂ，４ｂによつて優先的に
捕捉される。従つて常時イオン衝撃にさらされて
いる部分に存在する捕捉された気体分子密度が相
対的に小さくなり、イオン衝撃により再放出され
る気体分子の量を低減させることができる。

また合金ゲツタ膜は陰極３，４の表面のスパツ
タによつて常時形成されているため、新鮮なゲツ
タ表面を容易に維持することができ、従つて活性
化処理も不要となる。

さらに陰極３，４を構成する金属材料の種類お
よび陽極セルに対向する部分の面積比を変えるこ
とによつて任意の成分比の合金ゲツタ膜を形成す
ることができる。

例えば陰極３，４の各々を複数の異なる金属材
料で構成し、対向した各陰極部分が異なる金属材
料から成るようにすることができる。

次にこの発明による複合陰極スパツタイオンポ
ンプの作用効果を従来型のスパツタイオンポンプ
のものと対比させて実験例に基づき説明する。

アルミニウムとジルコニウムを陰極に使用した
複合陰極スパツタイオンポンプを試作し、同一形
状のチタン陰極スパツタイオンポンプとの性能の
比較試験を行なつたところ、次の結果が得られ
た。

(1) 水素を多量に排気した後、アルゴンを排気さ
せ、陰極面からの水素の再放出を比較した結果
残留気体中のアルゴンに対する水素の存在比は
第２図に示すようにアルミニウムとジルコニウ
ムとから成る複合陰極の場合の値はチタン陰極
の場合の1/2以下であつた。

(2) 窒素に対する排気速度は複合陰極の場合の方
がチタン陰極の場合より第３図に示すように約
２倍程度大きい結果が得られた。

(3) アルゴンに対する排気速度は複合陰極の場
合、チタン陰極に比較して第４図に示すように
３倍以上大きく、またアルゴン不安定性もほと
んど観察されなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のスパツタイオンポンプの原
理を示す断面図、第２図はこの発明によるポンプ
と従来のポンプとにおける残留気体中のアルゴン
に対する水素の存在比を示すグラフ、第３図は窒
素に対する排気速度の比較例を示すグラフ、第４
図はアルゴンに対する排気速度の比較例を示すグ
ラフである。 図中、２：陽極、３，４：陰極、３ａ，４ａ：
スパツタ部分、３ｂ，４ｂ：合金ゲツタ膜部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空状のセルに画定された陽極をはさんで配
   置される一対の陰極を有し、上記陰極の各々が陰
   極面のスパツタにより気体の体積内吸収能の高い
   活性度の非常に高い合金ゲツタ層を形成する異な
   る金属材料から成ることを特徴とする気体吸蔵形
   活性合金生成型複合陰極スパツタイオンポンプ。 ２ 中空状のセルに画定された陽極をはさんで配
   置される一対の陰極を有し、上記陰極の各々が陰
   極面のスパツタにより気体の体積内吸収能の高い
   活性度の非常に高い合金ゲツタ層を形成する複数
   の金属材料から成り、また各陰極が複数の異なる
   金属材料部分を備え、対向した各陰極部分が異な
   る金属材料から成るように構成したことを特徴と
   する気体吸蔵形活性合金生成型複合陰極スパツタ
   イオンポンプ。