Модуль и система геттеронасоса

Модуль и система геттеронасоса

Реферат

 

Изобретение может быть использовано в системах сверхвысокого вакуума для производства полупроводников. Модуль геттеронасоса выполняют из геттерных дисков с осевыми отверстиями и устройства для нагрева, пропущенного через упомянутые отверстия, который служит опорой геттерным дискам. Устройства предназначены для нагрева дисков. Геттерные диски преимущественно представляют собой сплошные пористые спеченные диски, которые выполняются из геттерного материала. Титановые втулки входят в соприкосновение с устройством для нагрева. Для защиты упомянутых геттерных дисков от источника тепловой энергии, обеспечения теплоотвода внутри камеры и быстрой регенерации геттерных дисков предусматривается теплозащитный экран. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения теплозащитные экраны выполняются неподвижными. В других вариантах могут быть предусмотрены подвижные теплозащитные экраны. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривается фокусирующий экран для отражения тепловой энергии от внешнего нагревательного элемента на упомянутый геттерный материал с целью обеспечения высоких скоростей. Кроме того, в качестве одного из вариантов осуществления настоящего изобретения может предусматриваться вращающийся геттерный элемент для повышения коэффициента использования геттерного материала. Такое выполнение позволяет адаптировать геттеронасос к процессу откачки давления из рабочих камер "по месту" согласно терминологии производства полупроводников. 10 с. и 56 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение в основном имеет отношение к системам сверхвысокого вакуума, точнее к "встроенным" (in situ) геттерным насосам, используемым в технологических системах производства полупроводников.

Существует ряд технологических процессов, для которых требуется сверхвысокий вакуум, например, порядка 10^-8 - 10^-12 торр. Так, для высоковакуумных физико-технических установок, таких как циклотроны и линейные ускорители, часто требуется вакуум порядка 10^-8 - 10^-12 торр. Кроме того, в полупроводниковой промышленности сверхвысокий вакуум уровней порядка 10^-7 - 10^-9 торр часто требуется для технологического оборудования, используемого для производства полупроводников.

Для достижения уровней сверхвысокого вакуума в рабочей камере часто пользуются линейным или параллельным подключением нескольких насосов. Механические (например, масляные) насосы часто используются для снижения давления в камере приблизительно до уровня 30-50 мторр. Такие насосы часто называются насосами "высокого давления", поскольку они предназначены для перекачивания газов под относительно высоким давлением. Кроме того, для снижения давления приблизительно до 10^-7 - 10^-9 торр используются высоковакуумные или сверхвысоковакуумные насосы, такие как молекулярный или криогенный насос, турбонасос или другие аналогичные насосы. Эти насосы часто называют насосами "низкого давления", поскольку они откачивают газы под относительно низким давлением. Продолжительность откачки зависит от конкретной камеры и может варьировать от нескольких минут до нескольких часов и дней в зависимости от таких факторов, как размер камеры, производительность насосов, пропускная способность на участке между камерой и насосом и необходимое конечное давление.

С учетом конкретных случаев высоковакуумного применения геттеронасосы могут использоваться в сочетании с вышеупомянутыми механическими, молекулярными и криогенными насосами. Геттеронасос состоит из геттерных элементов, выполняемых из металлов и металлических сплавов в расчете на конкретные неинертные газы. Например, с учетом состава и рабочей температуры геттерного материала разработаны геттеронасосы, предназначенные преимущественно для откачки определенных неинертных текучих сред и газов, таких как водяной пар и водород.

Например, в геттеронасосах фирмы SAES Getters, S.p.A, Милан, Италия, геттерный материал обычно помещается в контейнер из нержавеющей стали. Геттеронасосы могут работать в температурном диапазоне от температур окружающего воздуха до температуры 450^oC в зависимости от конкретных видов откачиваемых газов. В качестве традиционного геттерного материала в геттеронасосах фирмы SAES Getters, S. p. A, Милан, Италия, используется материал St 707 (сплав Zr-V-Fe), который выпускается фирмой SAES Getters, S.p.A., Милан, Италия. Другим традиционным геттерным материалом является геттерный сплав St 101^TM, который также выпускается фирмой SAES Getters, S.p.A, Милан, Италия и который представляет собой сплав Zr-Al. Некоторые из этих традиционных геттеронасосов можно считать "встроенными" насосами, поскольку они размещаются в самих машинах высокого вакуума.

В геттеронасосах некоторых современных конструкций используются ленточные геттеры, состоящие из металлических лент, на которые порошковым методом наносится покрытие из геттерного материала, такого как упомянутые геттерные сплавы St 707 и St 101^TM. Ленты с нанесенным геттерным покрытием складываются в гармошку для увеличения отношения площади рабочей поверхности геттера к объему пространства, занимаемому лентой с геттерным покрытием, и повышения способности геттера поглощать соответствующие газы. Такие насосы выпускаются фирмой SAES Getters, S.p.A, Милан, Италия, и продаются под торговым названием SORB-AC^R. Кроме того, в последних конструкциях используются геттеры в форме дисков, состоящих из основы, на которую порошковым методом наносится покрытие из геттерного материала. Недостаток конструкций с геттером, состоящим из основы и нанесенного геттерного покрытия, заключается в том, что совокупное количество геттерного материала, обеспечивающего поглощение, ограничено номинальной площадью поверхности основы геттерного устройства.

Считается, что геттеронасосы могут использоваться в оборудовании для производства полупроводников. Например, в статье Бризашера и др. под названием "Геттеронасосы с неиспаряющимися геттерами для технологического оборудования для производства полупроводников" ("Non-Evaporable Getter Pupms for Semiconductor Processing Equipment by Briesacher, et al.), опубликованной в издании "Сверхчистые технологии" (Ultra Clean Technology), 1 (1): 49-57 (1990), высказывается мнение о том, что в любых случаях применения геттерных насосов для очистки от газов в производстве полупроводников геттеронасосы с неиспаряющимися геттерами можно также использовать для очистки и селективной откачки примесей "по месту".

В вышеупомянутой работе Бризашера говорится, что существует два возможных рабочих сценария использования геттеронасосов в распылительной системе, которая является типичным технологическим оборудованием для производства полупроводников. Первый сводится к использованию в системе дополнительного геттеронасоса, работающего параллельно с традиционными насосами системы (например, механическими или криогенными). Согласно данному сценарию работа системы не изменяется каким-либо образом, а геттеронасос просто выполняет роль вспомогательного насоса для снижения парциального давления определенных составляющих остаточного газа в камере. Второй сценарий требует обеспечения в камере давления до значений в диапазоне 310^-3 - 610^-3 торр, перекрытия поступления в камеру потока аргона и герметизации камеры. В этом случае говорят, что упомянутый геттеронасос по отношению к аргону действует как "встроенный" очиститель. Однако, как обсуждается ниже, упомянутый насос по сути не является "встроенным" насосом в том смысле, что активный материал не находится в пространстве соответствующей рабочей камеры.

В типичной распылительной системе инертный газ (обычно аргон) подается в камеру, и создается плазма. Плазма ускоряет положительно заряженные ионы аргона по мере их движения к отрицательно заряженной мишени, в результате чего происходит выбивание материала, и материал осаждается на поверхности подложки. Геттерные насосы хорошо адаптированы для использования с распылительными системами, поскольку единственным требуемым рабочим газом является инертный газ, который не откачивается геттерным насосом. Поэтому геттерный насос способен удалять газовые примеси из распылительной камеры, не влияя на расход инертного газа, необходимого для процесса распыления.

Работа Бризашера в основном сводилась к научному анализу возможности использования геттеронасосов с неиспаряющимися геттерами в технологическом оборудовании для производства полупроводников. Поэтому изложенная в упомянутой работе теория нашла весьма незначительное практическое применение. Далее, несмотря на использование в статье Бризашера термина "встроенный" при описании сценария использования геттеронасоса, из описания, приведенного в упомянутой работе, ясно, что геттеронасос является внешним по отношению к рабочей камере и считается "встроенным" лишь в том смысле, что при герметизации камеры и при прекращении поступления потока аргона в камеру пространство в пределах геттеронасоса можно считать связанным с пространством камеры. Согласно анализу, представленному Бризашером, между защитным кожухом геттера и основной камерой необходимо установить клапан для защиты геттера от атмосферного воздействия, отрицательно сказывающегося на характеристиках геттерного материала, в связи с чем может требоваться дополнительная регенерация. Такая защита является настоятельно необходимой в случае ленточных геттеров, обсуждаемых в упомянутой работе Бризашера. Таким образом, геттер, описанный Бризашером, по сути не является "встроенным" в том смысле, что поверхности геттеронасоса находятся в пространстве, которое сообщается с пространством камеры через суженную горловину, в значительной степени ограничивающую пропускную способность на участке между камерой и насосом. Под "пропускной способностью" в данном случае понимается возможность для текучей среды (в данном примере газа) перетекать из одного объема (например, из технологической камеры) в другой (например, в камеру насоса). Пропускная способность ограничивается размером проходного отверстия (апертура) между двумя камерами, и в случае криогенного насоса обычно определяется площадью поперечного сечения горловины.

Настоящее изобретение позволяет усовершенствовать геттерный модуль и систему геттеронасоса, который, в частности, хорошо адаптирован к процессу откачки давления из рабочих камер "по месту" согласно технологии производства полупроводников.

Один из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения включает геттеронасосы со множеством геттерных элементов, выполненных из пористого спеченного геттерного материала, со сквозными отверстиями, составляющими канал в геттерном материале, и опорный элемент, пропускаемый через упомянутый канал. В упомянутые отверстия геттерных элементов обычно вставляются втулки из титана или другого металла для обеспечения механической опоры для геттерных элементов и для усиления теплообмена между устройством для нагрева и геттерными элементами. Упомянутые геттерные элементы, обычно выполняемые в форме диска, преимущественно частично закрываются экраном, который обеспечивает теплоизоляцию геттерных элементов от других устройств и поверхностей рабочей камеры для технологической обработки полупроводников и который также способствует процессу регенерации геттерных элементов.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения для нагрева геттерного материала используется радиационный нагреватель. Другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает геттеронасосы с непараллельными, обращенными друг к другу поверхностями соседних геттерных элементов, выполненных со сквозными отверстиями, составляющими канал, через который пропускается устройство для нагрева. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения вышеупомянутые отверстия в дисках составляют ось, и упомянутые геттерные элементы располагаются под углом, а не перпендикулярно упомянутой оси. В другом варианте осуществления настоящего изобретения упомянутые отверстия по существу перпендикулярны упомянутой оси, но при этом лицевые поверхности соседних геттерных элементов наклонены друг к другу и преимущественно расположены под равными, но противоположными по значению углами.

Еще один из вариантов осуществления настоящего изобретения включает систему для технологической обработки полупроводников, состоящую из рабочей камеры, "встроенного" геттеронасоса со множеством геттерных элементов, в каждом из которых выполнено сквозное отверстие, и опорного элемента, пропускаемого через упомянутые отверстия. Фактическое значение скорости откачки, обеспечиваемое вышеупомянутым геттерным насосом в упомянутой рабочей камере по крайней мере не ниже 75% от теоретического значения скорости откачки, обеспечиваемой множеством геттерных элементов в неограниченном объеме.

Настоящее изобретение также охватывает способ технологической обработки подложки, который состоит из стадий: (a) размещения подложки в рабочую камеру, включающую "встроенный" геттеронасос со множеством геттерных элементов, пропускная способность которого выше, чем примерно 75% от пропускной способности камеры технологической обработки подложки; (b) герметизации камеры; (c) подачи инертного газа в камеру при одновременной работе внешнего насоса низкого давления и "встроенного" геттеронасоса, причем упомянутый внешний насос низкого давления предназначен для удаления из камеры инертных газов, а "встроенный" геттеронасос - для удаления из камеры неинертных газов; и (d) технологической обработки подложки в камере при подаче в камеру инертного газа. Настоящее изобретение также охватывает подложку, получаемую с помощью упомянутого способа согласно настоящему изобретению.

Еще один из вариантов осуществления настоящего изобретения включает способ откачки камеры, состоящий из стадий: (a) герметизации камеры с целью защиты от воздействия внешней атмосферы; (b) вакуумирование камеры с помощью размещаемого в камере "встроенного" геттеронасоса с пропускной способностью свыше, чем примерно 75%, рассчитанного на эксплуатацию при более чем одном значении температуры и предназначенного для откачки определенных неинертных газов при различных температурах геттерного материала.

Еще один из вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивает геттеронасос, состоящий из пористого спеченного геттерного материала и устройства для нагрева, которое располагается в непосредственной близости от упомянутого геттерного материала и предназначен для нагрева упомянутого геттерного материала. Упомянутое устройство для нагрева устанавливается в непосредственной близости от фокусирующего экрана, который отражает тепловую энергию, излучаемую упомянутым устройством для нагрева на геттерный материал. Пропускная способность упомянутого геттеронасоса составляет по крайней мере около 75% от приблизительного значения объема, подлежащего откачке. Данный вариант осуществления настоящего изобретения может также включать теплоизолирующую стенку, к которой крепится геттерный материал и нагреватель. Упомянутая теплоизолирующая стенка может также являться частью "L-образного экрана" и дополнительно включать теплоотражающую поверхность.

Другие характерные особенности и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из приведенного ниже описания в сопровождении чертежей.

На фиг. 1 схематически представлена система технологической обработки полупроводников, включая "встроенный" модуль геттеронасоса в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 представлен частичный перспективный вид ряда геттерных элементов согласно настоящему изобретению и теплозащитный экран.

На фиг. 3 представлен вид спереди геттерного элемента, показанного на фиг. 2.

На фиг. 4A и 4B представлены поперечные разрезы геттерных элементов согласно настоящему изобретению: A - поперечный разрез единичного геттерного элемента по линии 4A-4A, показанной на фиг. 3; B - поперечный разрез трех соседних геттерных элементов по той же линии 4A-4A, показанной на фиг. 3.

Фиг. 5 иллюстрирует число столкновений молекулы с двумя соседними геттерными элементами согласно настоящему изобретению в зависимости от расстояния между геттерными элементами.

На фиг. 6A и 6B показаны определенные размерные параметры геттерных элементов согласно настоящему изобретению: A - размерные параметры соседних геттерных элементов при параллельном размещении; B - размерные параметры соседних геттерных элементов при их веерном размещении под углом друг к другу.

На фиг. 7 показан график зависимости скорости откачки от расстояния "d" между соседними геттерными элементами.

Фиг. 8 иллюстрирует другой вариант осуществления настоящего изобретения с наклоном соседних геттерных элементов под противоположными углами.

На фиг. 9 показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения, когда обращенные друг другу поверхности соседних геттерных элементов не являются параллельными друг другу.

На фиг. 10 показан вариант осуществления настоящего изобретения, когда группа геттерных элементов частично располагается по окружности вблизи тарелки распылительной ступени.

На фиг. 11 показан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором геттерные элементы устанавливаются в виде звезды на вращающемся опорном элементе.

На фиг. 12 показан вид сбоку варианта осуществления настоящего изобретения, представленного на фиг. 11, но в случае, когда геттерные элементы находятся внутри теплозащитного экрана.

На фиг. 13 показан вид сбоку варианта осуществления настоящего изобретения, представленного на фиг. 2, но в случае, когда геттерные элементы находятся внутри теплозащитного экрана.

На фиг. 14A и 14B показан вид сбоку теплозащитного экрана согласно настоящему изобретению при переходе из закрытого в открытое положение: A - экран в закрытом положении, когда геттерные элементы закрыты теплозащитным экраном; B - экран в открытом положении, когда геттерные элементы подвергаются воздействию окружающей среды.

На фиг. 15 показан частичный вырез варианта осуществления настоящего изобретения, показанного на фиг. 14A и 14B; здесь также показаны источники газа.

На фиг. 16 показан геттерный насос с фокусирующим экраном.

На фиг. 17 показан вид в разрезе варианта осуществления настоящего изобретения, представленного на фиг. 16, с L-образным теплозащитным экраном.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

На фиг. 1 показана часть системы 100 для производства полупроводников в соответствии с настоящим изобретением. Упомянутая технологическая система включает камеру обработки подложки 102 с внутренней стенкой 103. Внешний насос 104 ("P"), такой как криогенный и/или механический насосы, подключен к камере трубопроводом 105 для снижения внутреннего атмосферного давления в камере до включения в работу модуля геттеронасоса. До активации геттеронасоса внутреннее давление в камере предпочтительно снизить до уровня примерно 10^-6 бар. Внутри камеры 102 находится распылительная ступень 106, в которую входит держатель 108, опирающийся на верхнюю часть опоры 110. Кроме того, в эту ступень входят нагревательные лампы 112 и 112' и по крайней мере один "встроенный" геттеронасосный модуль, такой, как схематически представленные геттеронасосы, обозначенные цифрами 114 и 116. Камера 102 обычно является одной из составляющих многокомпонентной системы для производства полупроводников, в которую входят, помимо всего прочего, различные источники питания, анализаторы, криогенные насосы, плазменные генераторы, низковакуумные насосы, высоковакуумные насосы и контроллеры. Эти другие компоненты, включая их конструкцию, производство и работу, хорошо известны специалистам в этой области.

Используемая в данном описание фраза "встроенный геттеронасос" относится к геттеронасосу, активные элементы которого, то есть активный геттерный материал, физически расположены в том же объеме пространства, в котором осуществляется обработка подложки. Пропускная способность как таковая на участке между "встроенным" геттерным материалом и камерой является очень высокой по сравнению с пропускной способностью связи внешнего насоса с камерой, с запорным клапаном, трубопроводом, горловиной насоса и т.д. Это обеспечивает относительно высокую скорость откачки. Например, в случае "встроенного" геттеронасоса в соответствии с настоящим изобретением можно достигнуть скорости откачки, соответствующей значениям свыше 75% от максимального теоретического значения скорости откачки в случае внешнего геттеронасоса, подключенного к рабочей камере через запорный клапан или другое аналогичное устройство.

Геттеронасосный модуль 114 и/или 116 "активируется" путем нагрева геттерного материала упомянутого геттеронасоса до высокой температуры, например до 450^oC. Данная активация геттеронасоса необходима потому, что геттерный материал под воздействием атмосферы становится "пассивированным", и может совмещаться со стадией обезгаживания прогревом при использовании ламп 112 и 112' для обезгаживания камеры прогревом с целью удаления из камеры остаточных газов, влаги и т.д. Однако период обезгаживания прогревом и периоды активации не обязательно должны совпадать.

Продолжая ссылаться на фиг. 1, приступим к более подробному описанию "встроенных" геттеронасосов 114 и 116. Насосы 114 и 116 преимущественно снабжаются теплозащитными экранами 118 и 126 соответственно. Упомянутые экраны могут быть дополнительно снабжены теплоотражающими стенками 120 и 128 для усиления регенерации геттерных элементов за счет отражения и направления тепла к геттерным элементам. В теплозащитных экранах устанавливаются геттерные узлы 122 и 130, которые, как правило, опираются на опоры, обозначенные цифрами 124 и 132. Геттерный узел 114 является примером "малой" конфигурации, потребность в которой обусловлена ограничениями пространства в рабочей камере. Геттерный модуль 126 является примером "большой" конфигурации, которая обеспечивает относительно более высокую пропускную способность на участке между геттерным узлом 130 и внутренней частью рабочей камеры по причине большего просвета, чем в случае "малой" конфигурации.

Далее геттеронасосы 114 и 116 включают устройство для нагрева в виде нагревателей 134 и/или 134' и 136 и/или 136' соответственно, предназначенные для нагрева геттерного материала до температур, достаточных для "активации" геттерного материала, о чем говорилось выше, и/или для обеспечения управления адсорбционными характеристиками геттерного материала в соответствии с тем, как это хорошо известно специалистам в этой области. В качестве нагревателей 134, 134', 136 и 136' могут использоваться резистивные нагреватели, то есть нагреватели, обеспечивающие нагрев, по крайней мере частично, за счет электрического сопротивления, или нагреватели радиационного типа, то есть нагреватели, обеспечивающие нагрев расположенных поблизости поверхностей за счет теплового излучения. Преимущественно нагреватели 134 и 136 являются резистивными нагревателями, устанавливаемыми через отверстия в геттерных элементах в соответствии с тем, как это более подробно описывается ниже. Следует заметить, что в дополнение к функции нагрева геттерного материала нагреватели 134 и 136 могут также выполнять функцию опоры для геттерных элементов. Нагреватели 134' и 136' являются преимущественно нагревателями радиационного типа и располагаются в непосредственной близости от геттерного материала и стенок теплозащитного экрана. Следует заметить, что нагреватели 134' и 136' могут располагаться в различных точках пространства, ограниченного теплозащитным экраном. Упомянутые нагреватели преимущественно следует устанавливаться в местах, из которых упомянутые нагреватели могут обеспечивать эффективный нагрев геттерного материала до требуемых температур без какого-либо значительного отрицательного воздействия на элементы конструкции в пределах рабочей камеры.

"Встроенный" геттеронасос в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг. 2 и обозначен цифрой 200. Упомянутый насос включает геттерный узел 202 и теплозащитный экран 214 в форме вытянутого короба, предназначенный для теплоизоляции геттерного узла от внутренней части камеры технологической обработки полупроводников 102. Хотя упомянутый экран 214 является предпочтительным, от него можно отказаться, если геттерные узлы размещаются другим образом или другим образом экранируются от нагреваемых поверхностей в камере.

Геттерный узел 202 включает множество геттерных элементов 204 в форме дисков, каждый из которых состоит из геттерного материала 206. Упомянутые геттерные элементы преимущественно выполняются с центральными отверстиями, через которые пропускается опорный элемент 210 для обеспечения физической опоры для упомянутых геттерных элементов. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутые отверстия по сути составляют цилиндрический канал, проходящий через геттерные элементы. Отверстия другой формы должны считаться эквивалентом отверстий упомянутой формы. Опорный элемент 210 может дополнительно включать резистивный элемент 212, пропускаемый через упомянутый опорный элемент для формирования устройства для нагрева геттерных элементов до температуры регенерации помимо более низких температур, при которых геттерный материал удаляет определенные, преимущественно атмосферные, газы, что является общепринятым в данной области. Упомянутый опорный элемент преимущественно выполняется из нержавеющей стали в виде трубчатой цилиндрической конструкции и имеет размер, достаточный для вхождения в соприкосновение с поверхностью упомянутого отверстия с целью обеспечения контакта с геттерными элементами, включая термоконтакт. Упомянутые опорные элементы можно приобрести у различных поставщиков. Опорные элементы, которые можно использовать под устройства для нагрева, предлагаются к широкой продаже фирмой Watlow.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения нагрев геттерного материала осуществляется с помощью нагревателя 210', расположенного в непосредственной близости от геттерного материала. Нагреватель 210' преимущественно является радиационным нагревателем, например кварцевой лампой инфракрасного излучения марки Сильвания, которую можно приобрести у фирмы Osram-Sylvania, Винчестер, штат Кентукки, США. Нагреватель 210' преимущественно излучает тепловую энергию в направлении, по существу параллельном траектории, определяемой упомянутыми осями геттерных элементов, в качестве опоры для которых может служить простой (то есть ненагреваемый) стержень, преимущественно выполняемый из нержавеющей стали. Понятно, что металлический стержень-опора может также передавать тепловую энергию геттерному материалу за счет теплопроводности. Другие варианты компоновки устройств для нагрева нагревателя и геттерных элементов будут вполне понятны специалистам в этой области. Например, геттерные элементы могут удерживаться другим образом, например за края. В качестве устройства для нагрева может использоваться отдельный, выполненный за одно целое, нагреватель как показано на фиг. 2, или упомянутый нагреватель может состоять из ряда отдельных нагревательных элементов.

Теплозащитный экран 214 имеет наружную поверхность 216, которая эффективно изолирует тепловое излучение от внешних источников тепла в камере, предотвращая его воздействие на геттерные элементы. Упомянутый экран может также иметь теплоотражающую внутреннюю поверхность 218, обращенную к геттерным элементам, функция которой сводится к повышению эффективности регенерации геттерных элементов за счет отражения тепловой энергии обратно на геттерные узлы в процессе их регенерации. Кроме того, внутренняя поверхность упомянутого экрана может также использоваться для предотвращения передачи тепла при регенерации геттерных элементов поверхностям в камере, находящимся за пределами теплозащитного экрана 214. В предпочтительном варианте осуществления изобретения упомянутые экраны выполняются из нержавеющей стали марки 316, отполированной методом электрополировки примерно до чистоты поверхности, соответствующей 25 RA.

Предпочтительный вариант осуществления отдельного геттерного элемента показан на фиг. 3 и обозначен цифрой 300. Данный предпочтительный вариант геттерного элемента состоит из твердого пористого спеченного диска 302 из геттерного материала, причем упомянутый диск снабжен металлической негеттерной втулкой 304, вставленной в отверстие диска, и негеттерным металлическим промежуточным кольцом 306. Упомянутое промежуточное кольцо и втулка определяют размер отверстия 308, которое преимущественно имеет цилиндрическую форму и размер, достаточный для обеспечения контакта с опорным нагревателем. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения и упомянутая втулка, и упомянутое промежуточное кольцо выполняются из титана. Используемый в настоящем описании термин "диск" относится к геттерному элементу по существу с круглым или яйцевидным внешним контуром и площадью рабочей поверхности, превышающей площадь боковой поверхности. Хотя по сути плоский геттерный элемент является предпочтительным по причинам, которые объясняются ниже, случаи отклонения от плоскости геттерного элемента также подпадают под настоящее изобретение.

Термин "сплошной" означает, что в данном случае тело геттерного элемента, такого как элемент, описанный в патенте США под N 5320496, автор Манини и др. (Manini, et al) под названием "Высокопроизводительный геттеронасос" ("High-capacity Getter Pump"), состоит из геттерного материала, и ссылка на упомянутый патент делается для того, чтобы подчеркнуть отличие от других геттерных элементов, в случае которых геттерный материал наносится на поверхность основы. За счет использования сплошного пористого геттерного диска значительно повышается эффективность откачки и очистки, поскольку адсорбция молекул может наблюдаться и в глубине тела геттерного элемента, а не только на поверхности геттерного элемента, как в случае традиционных геттерных элементов.

Упомянутые геттерные элементы могут выполняться из различных геттерных материалов в зависимости от требуемых технических характеристик. К традиционным геттерным материалам относятся сплавы циркония, ванадия и железа, о чем говорится в патентах США под номерами 3203901, 3820919, 3926832, 4071335, 4269624, 4428856, 4306887, 4312669, 4405487, 4907948 и 5242559, а также в Британском патенте N 1329629, Британской патентной заявке N GB 2077487A и Германском патенте N 2204714, которые включаются в настоящее описание на основании ссылки. Кроме того, помимо других материалов к геттерным материалам относятся титан, гафний, уран, торий, вольфрам, тантал, ниобий, углерод и их сплавы.

К предпочтительному геттерному материалу относится сплав циркония, ванадия и железа с таким весовым составом, что значения в весовых процентах упомянутых трех металлов, будучи графически отображенными на диаграмме трехкомпонентного состава, находятся в пределах треугольника с вершинами в точках, соответствующих a) 75% Zr/20% V/5% Fe; b) 45% Zr/20% V/35% Fe; и c) 45% Zr/50% V/5% Fe. Еще более предпочтительным геттерным материалов является трехкомпонентный сплав, которому соответствует следующий состав в весовых процентах: 70% Zr/ 24,6% V/5,4% Fe; причем такой трехкомпонентный сплав продается под торговой маркой St 707 фирмой SAES GETTERS, S.p.A. Такие материалы описаны в патенте США N 4312669 и Британской патентной заявке N GB 2077487A.

Другой предпочтительный геттерный сплав выполняется из циркония и алюминия, и его состав, выраженный в весовых процентах, примерно соответствует 84% циркония и 16% алюминия. Такой материал продается под фирменным названием St 101^R фирмой SAES GETTERS, S.p.A. Еще одним из предпочтительных геттерных материалов является материал, состоящий из 17% углерода и 83% циркония по весу, который продается фирмой SAES GETTERS, S.p.A. под фирменным названием St 171^R. Кроме того, другим предпочтительным вариантом геттерного материала является сплав, состоящий из 82% циркония, 14,8% ванадия и 3,2% железа по весу, который продается фирмой SAES GETTERS, S.p.A. под фирменным названием St 172. Еще одним предпочтительным геттерным материалом является материал с весовым составом 10% молибдена, 80% титана и 10% гидрида титана (TiH₂), который продается фирмой SAES GETTERS, S.p.A. под фирменным названием St 175. Специалисты в данной области поймут, что состав таких геттерных материалов можно подбирать по аналогии согласно описаниям, приведенным в вышеперечисленных патентах и патентных заявках.

В случае высокопористых геттерных материалов предпочтение следует отдавать материалам с меньшими порами, поскольку такие материалы, как правило, обладают более высокой адсорбционной способностью. Такие пористые материалы можно изготовить в соответствии с описанием к патенту США N 4428856, в котором описывается процесс изготовления пористых геттерных элементов из порошковых составов с содержанием титана, гидрида титана и тугоплавких металлов из группы, в которую входит вольфрам, молибден, ниобий и тантал; Британская патентная заявка N GB 2077487A, в которой описывается процесс изготовления пористого геттерного материала из смеси циркония и вышеупомянутого трехкомпонентного сплава, и Германский патент N 2204714, в котором описывается процесс изготовления пористого геттерного материала из порошковых смесей циркония и графита.

Предпочтительные геттерные материалы и процессы их изготовления описываются в Британской патентной заявке N GB 2077487A. Упомянутые геттерные материалы выполняются из порошковых смесей циркония и вышеупомянутого трехкомпонентного сплава из расчета соотношения 4 частей циркония на 1 часть трехкомпонентного сплава и 1 части циркония на 6 частей трехкомпонентного сплава по весу. Предпочтительно, чтобы соотношение циркония к трехкомпонентному сплаву находилось в пределах 2:1 и 1:2. Трехкомпонентный сплав можно получить, например, из губчатого циркония и сплава железа и ванадия (который продается фирмой Murex, Великобритания) в плавильной печи путем расплава под пониженным давлением, охлаждения расплава и размола получившегося в результате твердого материала в порошок.

Упомянутые геттерные элементы могут изготавливаться по технологии, согласно которой втулка (описывается ниже) вставляется в форму для геттерного элемента, которая заполняется порошковой смесью упомянутого сплава и циркония, после чего упомянутый материал спекается при температуре примерно 1110 - 1100^oC приблизительно в течение 5-10 мин.

На фиг. 4A представлен поперечный разрез геттерного элемента, показанного на фиг. 3 и обозначенного цифрой 400, по линии 4A-4A. Как показано на фиг. 4A, упомянутый геттерный элемент состоит из спеченного диска из геттерного материала 402, причем упомянутый диск снабжен втулкой 404, выполненной не из геттерного материала и размещенной в отверстии диска. Упомянутая втулка выполнена с основанием 406 и центральным отверстием 408. Предпочтительно, чтобы один конец упомянутой втулки был по существу заделан заподлицо с поверхностью диска, а противоположный конец втулки выступал над поверхностью диска. Однако очевидно, что любой из концов или оба конца упомянутой втулки могут выходить за поверхность упомянутого диска.

Диаметр предпочтительного варианта осуществления геттерного элемента согласно настоящему изобретению примерно равен 25,4 мм. Толщина геттерного диска приблизительно равна 1,3 мм. Предпочтительный вариант упомянутой втулки включает втулку с нижней частью, в основном круглого сечения, диаметром около 8,0 мм и высотой около 0,3 мм, и верхней, идущей от основания частью, в основном круглого сечения, диаметром около 6,0 мм и высотой около 1,7 мм (то есть общая высота втулки приблизительно равна 2,0 мм). Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения верхняя часть упомянутой втулки выступает из геттерного материала над поверхностью диска примерно на 0,7 мм. Диаметр сквозного отверстия втулки, через которое пропускается нагревательный и