特表 2025-502203 蒸発ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-24

(54)【発明の名称】蒸発ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/04 20060101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

F04B37/04

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024541797

(86)(22)【出願日】2023-01-16

(85)【翻訳文提出日】2024-08-26

(86)【国際出願番号】 EP2023050909

(87)【国際公開番号】W WO2023135312

(87)【国際公開日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】2200451.9

(32)【優先日】2022-01-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512317995

【氏名又は名称】トカマク エナジー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】ベナヤス、 ジュアン

(72)【発明者】

【氏名】リー、 ヴィヴィアン

(72)【発明者】

【氏名】バンバー、 ロバート

(72)【発明者】

【氏名】バンティング、 パトリック

(72)【発明者】

【氏名】アンター、 ガッサン

(72)【発明者】

【氏名】ハンクス、 サイモン

(72)【発明者】

【氏名】モシュクノフ、 コンスタンチン

【テーマコード（参考）】

3H076

【Ｆターム（参考）】

3H076AA22

3H076BB21

3H076BB43

3H076CC55

(57)【要約】

蒸発ポンプシステム（１００）を部分真空のチャンバ内で動作させる方法であって、ゲッタ源（１０２）を加熱してゲッタ蒸気を形成するステップと、ゲッタ蒸気をチャンバ内に配置された第１のターゲット表面（１０６）に堆積させてゲッタ層（１０７）を形成するステップと、ゲッタ蒸気を堆積させることができる補充ターゲット表面をチャンバ内に提供するステップとを含む方法。最後のステップにおいて、補充ターゲット表面は、（ｉ）ゲッタ層（１０７）と、ゲッタ層（１０７）内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とを第１のターゲット表面（１０６）から少なくとも部分的に除去することであって、前記ステップはチャンバ内で行われること、及び／又は（ｉｉ）チャンバ内に第２のターゲット表面を配置することによって提供され、ゲッタ源（１０２）はリチウムを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発ポンプシステムを部分真空のチャンバ内で動作させる方法であって、
ゲッタ蒸気を形成するべくゲッタ源を加熱することと、
ゲッタ層を形成するべく、前記チャンバ内に配置された第１のターゲット表面に前記ゲッタ蒸気を堆積させることと、
前記チャンバ内に補充ターゲット表面を提供することと
を含み、
（ｉ）前記ゲッタ層と前記ゲッタ層内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とを前記第１のターゲット表面から少なくとも部分的に除去することであって、前記ステップは前記チャンバ内で行われること、及び／又は、
（ｉｉ）前記チャンバ内に第２のターゲット表面を配置すること
によって、前記補充ターゲット表面に前記ゲッタ蒸気を堆積させることができ、
前記ゲッタ源はリチウムを含む、方法。

【請求項2】

前記ゲッタ源は、実質的に純粋なリチウム、又は原子分率で９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ゲッタ源は、原子分率で４０％超、好ましくは４５％超、より好ましくは５０％超、さらにより好ましくは５５％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記堆積ステップ中に、前記方法は、前記第１のターゲット表面と熱接触する１つ以上の冷却要素を配置することによって、前記第１のターゲット表面を前記部分真空中で前記ゲッタ層の融点の温度より低い温度まで冷却することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記除去ステップは、前記第１のターゲット表面を前記部分真空中で前記ゲッタ層の融点より高く加熱することを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記冷却要素又は各冷却要素を前記第１のターゲット表面との熱接触から後退させることをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記加熱ステップ中、前記第１のターゲット表面の温度は約４７０Ｋである、請求項５又は６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１のターゲット表面を加熱する前記ステップによって形成される融解したゲッタ層は、重力によって前記第１のターゲット表面上を下方に流れ、前記方法は、前記融解したゲッタ層を収集器に収集することをさらに含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記チャンバ内に前記第２のターゲット表面を配置することは、前記第１のターゲット表面の代わりに前記第２のターゲット表面を配置することを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記チャンバから前記第１のターゲット表面を取り出すことと、
前記ゲッタ層と前記ゲッタ層内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とを前記第１のターゲット表面から少なくとも部分的に除去することによって、前記第１のターゲット表面を補充することと
をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記ゲッタ層及び前記生成物は、前記ゲッタ層１０７から実質的にすべての化合物が蒸発するまで前記第１のターゲット表面を約９７５Ｋの温度に加熱することによって、前記第１のターゲット表面から除去される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ゲッタ層及び前記生成物は、溶解によって前記第１のターゲット表面から除去される、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

蒸発ポンプシステムであって、
ゲッタ源を収容するように構成されたハウジングであって、一端に開口部を備えるハウジングと、
前記ゲッタ源を加熱するための第１のヒータと、
前記開口部に対向して配置された第１のターゲット表面と、
（ｉ）前記ゲッタ層と前記ゲッタ層内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とを前記第１のターゲット表面から少なくとも部分的に除去すること、及び／又は、
（ｉｉ）前記ハウジングの開口部に対向するように第２のターゲット表面を配置すること
によって、ゲッタ蒸気を堆積させることができる補充ターゲット表面を提供するように構成されたターゲット表面補充機構と
を備え、
前記蒸発ポンプシステムは、使用時に、前記ゲッタ源がゲッタ蒸気を形成するべく前記ハウジング内で前記第１のヒータによって加熱され、前記ゲッタ蒸気がゲッタ層を形成するべく前記第１及び／又は第２のターゲット表面に堆積されるように構成される、蒸発ポンプシステム。

【請求項14】

前記ゲッタ源はリチウムを含む、請求項１３に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項15】

前記ゲッタ源は、実質的に純粋なリチウム、又は原子分率で９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１４に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項16】

前記ゲッタ源は、原子分率で４０％超、好ましくは４５％超、より好ましくは５０％超、さらにより好ましくは５５％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１５に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項17】

前記ターゲット表面補充機構は、前記第１のターゲット表面を前記ゲッタ層の融点より高く加熱するように構成された第２のヒータを備える、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項18】

前記ターゲット表面が前記ハウジングの前記開口部に対向して配置されているときに、前記ターゲット表面を前記ゲッタ層の融点より高く加熱することによって形成される融解したゲッタ層が収集されるように、前記第１又は第２のターゲット表面に対して配置される収集器をさらに備える、請求項１７に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項19】

前記第１及び／又は第２のターゲット表面と熱接触して配置されるように動作可能な１つ以上の冷却要素をさらに備える、請求項１３から１８のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項20】

前記ターゲット表面補充機構は、前記第１のターゲット表面の代わりに前記第２のターゲット表面を配置するためのターゲット表面交換機構を備える、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項21】

容器用のポンプアセンブリであって、
請求項１３から２０のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステムと、
前記容器に流体接続され、前記容器内の圧力を部分真空まで下げるように動作可能な１つ以上の真空ポンプと
を備えるポンプアセンブリ。

【請求項22】

前記容器は、トカマク、好ましくは球状トカマク、より好ましくは２．５以下のアスペクト比を有する球状トカマクであり、前記アスペクト比は、前記トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の長半径と短半径の比として定義される、請求項２１に記載のポンプアセンブリ。

【請求項23】

前記蒸発ポンプシステムは、前記トカマクのダイバータ内に、前記トカマクの中央平面の近くに、又は前記トカマク容器内のポート内に配置される、請求項２１又は２２に記載のポンプアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸発ポンプシステム及び蒸発ポンプシステムの動作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

真空ポンプは、密閉された空間からガスを抽出して部分的な真空を形成又は維持する装置である。ゲッタポンプは真空ポンプの一種である。大まかに言って、ゲッタポンプには、非蒸発ゲッタ（ＮＥＧ）と蒸発ゲッタ（ＥＧ）の２つの主な種類がある。

【0003】

ゲッタポンプでは、ゲッタ材料を使用して、物理吸着、化学吸着、及び／又は吸収によって密閉空間から分子又は原子を抽出する。物理吸着では、ゲッタ表面に衝突した分子又は原子が一時的にゲッタ表面に付着する（又は「粘着する」）。物理吸着は可逆的であり、つまり、分子又は原子はポンピング効果をもたらさずに放出される可能性がある。しかしながら、化学吸着では、分子又は原子はゲッタと化学的に結合するため、分子又は原子を放出して空間に戻すには、かなり高い温度が必要である。このプロセスは加熱なしでは不可逆であり、したがってポンピング効果を生じる。

【0004】

ＮＥＧポンプでは、ゲッタは通常、例えばＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ及びＦｅを含む合金又は焼結粉末混合物である。これらのゲッタ材料は高価であり、製造が技術的に困難である（例えば、反応性粉末の処理は本質的に危険である）。酸素、窒素、二酸化炭素及び水蒸気などの分子は、ゲッタとの化学吸着によって様々な酸化物、窒化物及び炭化物を形成するが、水素及び他の分子（例えば、炭化水素）はゲッタ表面で解離し、固溶体状態でゲッタバルク中に拡散する。時間の経過とともに、ゲッタ表面は化学吸着生成物で飽和し、ポンピング効果及びある程度の吸収が遅くなる。このため、ＮＥＧポンプは、ゲッタを約７００Ｋの温度に加熱することによって「再作動」することができる。これにより、これらの温度では分解しない化学吸着生成物が表面からゲッタバルク中に拡散することが促進される。他の化学吸着生成物（例えば、存在するあらゆる化学吸着水素）は分解し、放出されて真空中に戻る。

【0005】

同時に、ＮＥＧポンプのゲッタバルクは吸収された生成物（例えば、解離した水素）で飽和し、それ以上の吸収が制限され得る。吸収は可逆的であるため、ＮＥＧポンプのゲッタは、これらの吸収された生成物を放出して真空中に戻すように加熱することによって「再生」することができる。

【0006】

ＥＧポンプでは、チタンモリブデン合金からなるフィラメントを、電流を流すことによって１６００Ｋより高い温度まで加熱する。約１６００Ｋで、チタンは昇華し、ゲッタを形成するべく物理蒸着（ＰＶＤ）によって表面に堆積される。ＮＥＧポンプと同様に、酸素、二酸化炭素、窒素はゲッタの表面に化学吸着されるが、水素はバルク中に拡散する。フィラメントは通常、新しい層を堆積させるために連続的に加熱される。代わりに、堆積されたチタン層が飽和した後にのみフィラメントを再加熱してもよい。最終的には、フィラメントは交換を必要とする。Ｂａ、Ｃａ又はＴｉを含む他の蒸発性ゲッタも知られている。

【0007】

ゲッタ材料のバルクとは、一般に、表面から離れたゲッタ材料の体積を指す。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、新規かつ有用な蒸発ポンプシステム、例えば、高真空（ＨＶ、１０^-7から１０^-3ｍｂａｒ）又は超高真空（ＵＨＶ、１０^-12から１０^-7ｍｂａｒ）の蒸発ポンプシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、添付の特許請求の範囲による蒸発ポンプシステム及び蒸発ポンプシステムの動作方法を提供する。

【0010】

本発明による蒸発ポンプシステムは、以下の利点の１つ以上を有することができる。
・水素及び酸素、窒素、二酸化炭素及び水蒸気などの他の気体粒子を効率的に吸収する。
・コンパクトかつ軽量である。
・メンテナンスが少なく、振動がない（可動部品がない）。
・（ＥＧポンプと比較して）動作温度が低い（＜１１００Ｋ）。
・製造が比較的容易かつ安価である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

本発明の実施形態を、添付の図面を参照して例示のみを目的として説明する。

【図1】蒸発ポンプシステムの側面概略図である。

【図2】蒸発ポンプシステムの側面概略図である。

【図3】蒸発ポンプシステムの側面概略図である。

【図4】方法図である。

【図5】ターゲット表面挿入除去機構の概略図である。

【図6】ポンプアセンブリの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

既存のゲッタポンプには、以下の課題がある。
・従来の非蒸発性ゲッタ材料及び蒸発性ゲッタ材料は、融点の異なる複数の成分から構成されているため、製造が高価かつ困難である。
・既存のゲッタ材料はゲッタバルクへの水素の除去に効果的であるが、酸素などの他のガスは化学吸着によってゲッタ表面に残る化合物を形成する。当然の帰結として、
・ＮＥＧポンプでは、ゲッタ表面が比較的急速に飽和し、飽和層を除去するための「再活性化」に時間がかかる。
・ＥＧポンプでは、高い体積効率を得るには、化学吸着速度及び堆積速度の微調整及び／又は最適化が必要であり、これは実際には困難であり得る。

【0013】

本明細書に記載の蒸発器ポンプシステムは、これらの課題のいくつかを少なくとも部分的に解決する。

【0014】

図１は、蒸発器ポンプシステム１００の側面概略図を示す。蒸発器ポンプシステム１００は、蒸発器１０４と、プレート又はディスクなどのターゲット表面１０６と、収集器１０８とを備える。蒸発器ポンプシステム１００は、例えば、ＨＶ又はＵＨＶ環境のチャンバ内で動作させることができ、特に、任意選択で特定のガス負荷でＵＨＶを達成又は維持するために使用することができる。チャンバは、特定のガス種のポンピングが望まれ、ポンプシステムが配置されるあらゆる密閉空間である。特定の例では、チャンバは、トカマクの磁気閉じ込めチャンバである。

【0015】

蒸発器１０４は、ゲッタ源１０２のためのハウジングを提供する。ゲッタ源１０２は、最初は固体である。ハウジング（例えば、るつぼ）は、一端に開口部１１０を備える。任意選択で、蒸発器１０４は、ゲッタ源１０２と接触しているか又はゲッタ源に近い、ワイヤのフィラメントなどの１つ以上の加熱要素を含む。ワイヤのフィラメントに電流を通して、ゲッタ源１０２を加熱することができる。代わりに、ゲッタ源１０２は、例えば高周波加熱によって遠隔加熱される。加熱要素は、ゲッタ源１０２を融解させ、少なくとも部分的に蒸発させてゲッタ蒸気を形成するのに十分な熱を生成するように構成される。熟練した読者に理解されるように、ゲッタ蒸気を形成するのに適した他の加熱方法も可能である。

【0016】

ゲッタ源１０２の蒸発速度は温度と共に単調に増加するが、臨界温度（Ｔ_c1）より高い温度では、ハウジングとゲッタ源が化学的に反応しかつ／又はハウジングが破損する可能性がある。必ずではないが、好ましくは、蒸発器１０４の温度は、この臨界温度より低いままである。臨界温度は、ゲッタ源１０２及びハウジングの材料によって異なる。したがって、１つ以上の熱電対を使用して温度コントローラにフィードバックを提供し、蒸発器１０４及びゲッタ源１０２の温度及びそれらの加熱速度を調節することができる。

【0017】

ゲッタ源１０２の温度は、ゲッタ源１０２の蒸発速度を調節するように設定される。ゲッタ蒸気の量は、環境のガス圧及び／又は温度（例えば、存在するガスのモル数）に基づいて制御される。これにより、ゲッタ源１０２の消費量が減少し、メンテナンス（例えば、ゲッタ源１０２の交換又は（リチウム）供給）及びコストが削減される。

【0018】

ゲッタ蒸気は、その後、開口部１１０を通って蒸発器ハウジングを出て、蒸発器ハウジングの開口部１１０に対向するように配置されたターゲット表面１０６上に凝縮する。ターゲット表面１０６に生じる層又は薄膜は、ゲッタ層１０７として知られている。ゲッタ層１０７は、ポンピング中に生じる不純物なしで堆積されたゲッタ蒸気を指す。動作中、ゲッタ層は、ターゲット表面１０６が配置される部分真空環境から不純物（例えば、原子又は分子）をポンピング又は捕捉する。これらの不純物は、ゲッタ層１０７によって捕捉されると、ゲッタ層１０７のゲッタリング効果によって形成されるため、本明細書では「ゲッタ生成物」と呼ぶことがある。これらのゲッタ生成物が生じると、ゲッタ層１０７は使い果たされる。ゲッタ層１０７は、固体でも液体でもよい。ゲッタ層１０７のポンピング効果はゲッタ層１０７の表面積の増加とともに増加するため、ターゲット表面１０６に堆積されるゲッタ層１０７の表面積を最大にすることが（必須ではないが）好ましい。

【0019】

ある程度、蒸発器ハウジングの開口部１１０は、ゲッタ蒸気をターゲット表面１０６に向ける。ＨＶ又はＵＨＶ条件下では、ゲッタ蒸気の平均自由行程は比較的大きい（＞５０ｍｍ）ため、蒸発器１０４の開口部１１０を出るゲッタ蒸気は、第一近似では直線をたどる可能性がある（このような２つの行程が図１に点線で示されている）。したがって、ハウジングは、ゲッタ蒸気が他の表面ではなくターゲット表面に堆積することを確実にするために、ターゲット表面１０６に対して配向する／角度を付けることができる。

【0020】

ターゲット表面１０６と蒸発器ハウジングの開口部１１０との間の横方向の間隔も、ターゲット表面１０６に堆積するゲッタ層１０７の総表面積を最適化するように変更することができる。より具体的には、横方向の間隔は、ゲッタ蒸気が開口部１１０からターゲット表面１０６に広がる際にたどる「円錐」の直径がターゲット表面１０６のサイズ（例えば、直径）と実質的に一致するように変更することができる。特定の例では、ターゲット表面１０６は３０ｃｍの直径を有し、開口部１１０とターゲット表面１０６との間の間隔は１０ｃｍである。一般に、蒸発器の開口部１１０とターゲット表面１０６との間の距離は、ターゲット表面１０６の直径の３分の１であり得る。

【0021】

任意選択で、ターゲット表面１０６は、ターゲット表面１０６から遠ざかる方向に延びる突起１１４（例えば、ピン）の配列を備える。突起１１４の配列は、好ましくは、ターゲット表面１０６と一体である。例えば、突起１１４の配列は、ディスク又はプレート形状のブランクに機械加工されてもよい。しかしながら、熟練した読者が理解するように、突起１１４の配列は、別々に機械加工されてターゲット表面１０６に取り付けられてもよい。代わりに、「突起」１１４の配列は、ターゲット表面１０６に機械加工された穴の配列であってもよい。突起１１４の配列は、そのサイズ（例えば、直径）を増加させることなく、ターゲット表面１０６の表面積を増加させ、容積ポンピング強度を向上させる。ある程度、突起１１４の配列は、ターゲット表面１０６へのゲッタ蒸気の凝縮速度も向上させるが、これは主にターゲット表面１０６の過冷却によって制御される。特定の例では、突起の配列における間隔は約５ｍｍである。

【0022】

図１において、ターゲット表面１０６は１つ以上の加熱要素１１２を備える。加熱要素１１２は、ターゲット表面１０６に取り付けられるか又はターゲット表面１０６の一体部分を形成してもよい。１つ以上の加熱要素１１２は、加熱要素１１２のそれぞれ又はすべてをターゲット表面１０６から取り外すことができるように、ターゲット表面１０６に取り外し可能に取り付けられ得る。一例では、加熱要素１１２は、堆積されたゲッタ層１０７の下のターゲット表面１０６の「背面」側に配置された「ホット」プレートを形成する。代わりに、ターゲット表面１０６は、高周波加熱（図示せず）によって遠隔加熱される。好ましくは、ターゲット表面１０６の温度は、真空中に戻るゲッタ層１０７の過剰な蒸発を回避するために臨界温度（Ｔ_c2）より低く保たれる。リチウムを含むゲッタ源での臨界温度（Ｔ_c2）の値は、約４７０Ｋである。

【0023】

図２は、代替的な蒸発器ポンプシステム２００の側面概略図を示す。蒸発器ポンプシステム２００は、ターゲット表面１０６と熱接触して配置されるように動作可能な冷却要素２１４をさらに備える点で、図１の蒸発器ポンプシステム１００と異なる。ターゲット表面１０６はまた、突起の配列を含まないように示されているが、このような特徴の存在は可能である。冷却要素は、細長いか又は指状であるとして示されているが、他の形状も可能である。冷却要素は、冷却要素２１４がターゲット表面１０６と熱接触するように及び熱接触から外れるように配置することができるように、駆動機構（図示せず）に連結される。この機能を実現するための既知の駆動機構は、熟練した読者に知られている。

【0024】

図２において、冷却要素２１４は、後退位置（すなわち、ターゲット表面と熱的に接触していない位置）で示されている。しかしながら、冷却要素２１４は、駆動機構を用いて延伸位置（すなわち、ターゲット表面と熱的に接触する位置）に移動するように動作可能である。延伸位置において、冷却要素は、その温度がターゲット表面の温度より低い場合、熱伝導によってターゲット表面１０６から熱エネルギーを抽出する。したがって、ターゲット表面１０６の（例えば、その加熱後の）冷却速度は、図１の蒸発ポンプシステム１００に比べて高い。

【0025】

したがって、図２のポンプシステムのターゲット表面１０６は、図１のポンプシステムより容易に低温（すなわち、４５０Ｋより低い温度）に保持することができる。このような（すなわち、４５０Ｋより低い）温度では、蒸発したリチウムは、ターゲット表面１０６と接触したときに（ゲッタ材料として）凝固する。生じるリチウム含有ゲッタ層１０７は、ポンプとして機能し、ゲッタ層１０７内にガスを捕捉する。その後、ターゲット表面１０６からゲッタ層１０７及びゲッタ生成物を収集するために、ゲッタ層１０７は、ゲッタ層１０７及びゲッタ層１０７に含まれるゲッタ生成物の一部が収集器１０８に流れ込むように、加熱要素１１２を用いて融解される（すなわち、その融点より高く加熱される）。この加熱ステップの前又は間に、冷却要素２１４は、ターゲット表面１０６から切り離される（すなわち、後退する）。ゲッタ層１０７及びゲッタ層１０７に含まれるゲッタ生成物の一部が収集器１０８に移された後、冷却要素２１４は、ターゲット表面１０６に再び取り付ける（すなわち、熱接触するように延伸する）ことができる。

【0026】

金属は、部分真空中では、高温でガス（特に水素）を放出する傾向がある。その放出速度は、温度と共に単調に増加し、真空に曝される高温要素の表面積と線形に比例する。このガスの放出は、システムのポンピング効果に有害である。フィラメントワイヤなどの加熱要素も、ターゲット表面１０６を加熱するために使用されるときにガスを放出する可能性がある。したがって、システム１００、２００のポンピング性能は、加熱要素１１２の温度及び総表面積を最小限に抑えることによって改善することができる。蒸発器１０４の直接オーム加熱又は高周波加熱は、蒸発器１０４の間接加熱のために追加の加熱要素を必要としないため、この点に関して有利である。冷却システムを使用して、システム２００内の他の高温要素の温度を下げることができる。例えば、冷却要素２１４は、熱的に接触しているターゲット表面１０６から熱エネルギーを除去する冷却システム（図示せず）の一部を形成する。この目的のための冷却システム、例えば水冷システムは、熟練した読者には既知である。

【0027】

図３は、さらに別の蒸発器ポンプシステム３００の側面概略図を示す。蒸発器ポンプシステム３００は、（ｉ）加熱要素１１２の代わりに冷却要素３１４を備え、（ｉｉ）ポンピングされるチャンバ内に収集器１０８を含まない点で、図１の蒸発器ポンプシステム１００及び図２の蒸発器ポンプシステム２００と異なる。ターゲット表面１０６はまた、突起の配列を含まないように示されているが、このような特徴の存在は可能である。冷却要素３１４は、図２の後退可能な冷却要素２１４であることができる。

【0028】

蒸発器ポンプシステム３００のターゲット表面１０６には加熱要素がないため、ポンプシステム３００の動作中のターゲット表面の平均及び最高動作温度は、ポンプシステム１００、２００に比べて低い。このため、ターゲット表面から放出されるガスの量は減少する。例えば、ポンプシステム３００の動作中、ターゲット表面１０６の温度は、ゲッタ層の融点より低いままであることができる。特定の例では、ターゲット表面１０６は、４５０Ｋの温度より低いままである。

【0029】

次に、図１から図３の蒸発器ポンプシステム１００、２００、３００の動作を、図４を参照して説明する。ポンプシステム１００、２００、３００は、部分真空の、例えば、１０^-3ｍｂａｒ（ＨＶ）より低いか又は１０^-7ｍｂａｒ（ＵＨＶ）より低い圧力のチャンバ内で動作させることができる。

【0030】

ステップ４０２において、ゲッタ源１０２は、ゲッタ蒸気を形成するべく加熱される。

【0031】

ゲッタ源１０２は、固体又は液体リチウムを含む。すなわち、リチウム含有合金又は実質的に純粋なリチウムである。リチウム含有合金は、原子分率で４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％又は９９％超のリチウムを含むことができる。例示的なリチウム含有合金は、原子分率で５０％リチウム、５０％スズである。

【0032】

リチウム含有ゲッタ層１０７を備えたポンプシステム１００、２００、３００の主な動作原理は、化学吸着である。水素、酸素、窒素、水、ＣＯ、ＣＯ₂、炭化水素及び他の種などの残留ガス及び蒸気は、リチウム（例えば、液体又は固体リチウム）と化学的に反応し、様々な化合物を形成する。これらの化学化合物はゲッタ生成物である。ゲッタ生成物は、化学結合によってゲッタ層１０７に捕捉される。

【0033】

熟練した読者が理解するように、スズ以外の又はスズに加えて構成元素を含み、その蒸発後にリチウムと結合しない代替的なリチウム合金も可能である。例えば、リチウム合金は、ナトリウム及び／又はカリウムなどの他のアルカリ金属を含むことができる。リチウムゲッタ源１０２は、汚染を避けるためにアルゴン雰囲気下で蒸発器１０４に詰め込むことができる。

【0034】

ゲッタ源が実質的に純粋なリチウムである場合、蒸発器の温度は、蒸発中にリチウム１０２の融点より高くなる。一方、ゲッタ源がリチウム合金である場合、蒸発器の温度は、少なくとも固相線温度より高く、より好ましくは、そのリチウム合金組成での液相線温度より高くなる。簡潔さのために、本明細書でリチウム合金との関連で使用される「融点」への言及は、それに応じて解釈されるべきである。一部のリチウム合金（例えば、リチウムスズ共晶合金）では、固相線温度と液相線温度が一致する。リチウムを含む合金の液相線温度及び固相線温度を決定するための示差走査熱量測定（ＤＳＣ）などの熱物理学的手法は、熟練した読者には既知である。

【0035】

したがって、ステップ４０２は、リチウム含有ゲッタ源１０２をチャンバの部分真空中でゲッタ層の融点より高い温度まで加熱することを含む。ゲッタ源１０２に熱を与える加熱要素は、蒸発器１０４から離れている（例えば、高周波加熱部品）か、又は蒸発器１０４内に含まれている（例えば、ワイヤのフィラメント）かのいずれかであり得る。

【0036】

蒸発器１０４のハウジングは、蒸発器ポンプシステム１００、２００、３００の動作条件下でリチウム含有ゲッタ源又はその蒸気と反応せず、１００Ｋ／分の範囲の加熱速度にさらされても破損しないあらゆる材料を含むことができる。金属ハウジングは、加熱時に破損しにくいため好ましい。例示的な金属ハウジングは、タングステン、タンタル又はモリブデンである。

【0037】

ステップ４０４において、ゲッタ蒸気は、ゲッタ層１０７を形成するべく、蒸発ポンプシステムのチャンバ内に配置されたターゲット表面１０６に堆積される。ゲッタ層１０７は、ターゲット表面１０６の温度に応じて、固体、液体、又はそれらの混合物であり得る。

【0038】

例えば、ゲッタ層１０７は、ターゲット表面１０６が（ｉ）層１０７が実質的に純粋なリチウムである場合にリチウムの融点より低いか又は（ｉｉ）層１０７がリチウム合金である場合にリチウム合金の固相線温度より低い場合、固体である。同様に、ゲッタ層１０７は、ターゲット表面１０６が（ｉ）層１０７が実質的に純粋なリチウムである場合にリチウムの融点より高いか、又は（ｉｉ）層１０７がリチウム合金である場合にリチウム合金の液相線温度より高い場合、液体である。ゲッタ層１０７は、層１０７がリチウム合金であり、ターゲット表面１０６がそのリチウム合金の固相線温度と液相線温度との間の温度にある場合、部分的に固体である。上で詳述したように、ゲッタ蒸気は、蒸発器１０４とターゲット表面１０６の適切な配置及び分離によってターゲット表面１０６に向けることができる。

【0039】

ゲッタ層１０７が堆積されると、ゲッタ層１０７は、主に化学吸着によって、周囲の部分真空からガスを抽出する。したがって、ゲッタ層１０７は、ポンピング効果をもたらす。

【0040】

一般に、部分真空は、様々な異なるガス種を含む。例えば、窒素、酸素又は水素を含有するガスである。これらのガスは、熟練した読者には既知である。前述の化学結合のメカニズムにより、不活性ガス（例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ）などの一部のガス種は、他のより反応性の高いガスほど効果的にポンピングされるとは予想されない。したがって、蒸発ポンプシステム１００、２００、３００は、それが配置されるチャンバ内の全圧を維持又は低下させることができることが好ましいが、これは必須ではない。システム１００、２００、３００は、チャンバ内の少なくとも１つのガス種の分圧を低下させることができる限り、依然として実用的である。

【0041】

ステップ４０６において、チャンバ内に補充ターゲット表面を提供し、補充ターゲット表面に更なるゲッタ蒸気を堆積させることができる。補充ターゲット表面は、（ｉ）ゲッタ層とゲッタ層内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とをターゲット表面から少なくとも部分的に除去すること（ステップ４０６ａ）、及び／又は（ｉｉ）チャンバ内に異なる（第２の）ターゲット表面を配置すること（ステップ４０６ｂ）によって提供することができる。ステップ４０６ａ及びステップ４０６ｂは、同時に又は連続して行うことができる。

【0042】

ステップ４０６ａは、チャンバ内で行われ、有利には可動部品を必要としない。ステップ４０６ｂにおいて、異なる（第２の）ターゲット表面は、元の（第１の）ターゲット表面に取って代わることができる。補充ターゲット表面を提供することは、ポンプが依然として効率的でありながら、より長い時間動作することができるので有利である。これは、ポンピング速度が、ゲッタ生成物によるターゲットプレートの飽和によって制限されないためである。

【0043】

任意選択で、ステップ４０８において、第１及び／又は第２のターゲット表面１０６は、部分真空中でゲッタ層の融点の温度より低い温度まで冷却される。冷却は、受動的（放射熱損失による冷却）であっても、能動的であってもよい。より具体的には、これは、（ｉ）加熱要素１１２からの熱エネルギーの供給を低減するか又は完全に停止すること、（ｉｉ）第１及び／又は第２のターゲット表面と熱接触する冷却要素２１４を配置すること、又は（ｉｉｉ）これらの組み合わせによって達成することができる。

【0044】

冷却は、ゲッタ蒸気の凝縮を促進し、ターゲット表面１０６へのゲッタ蒸気の付着確率を高める。１つ以上の熱電対を使用して、温度コントローラにフィードバックを提供し、ターゲット表面１０６の温度を調節することができる。

【0045】

液体状態では、リチウムは衝突するガス種とより容易に反応し、これらの種に対してより高い溶解度（溶解度は温度と共に単調に増加する）及びより高い拡散速度（拡散は温度と共に単調に増加する）を有する。これらの溶解度及び拡散の増加は、部分真空から捕捉できる不純物の量の増加をもたらす。

【0046】

これらの理由から、ポンピング中にターゲット表面１０６を加熱してゲッタ層１０７を融解させることが有利であり得る。

【0047】

要約すると、ターゲット表面１０６の温度は、
・ゲッタ層の相状態（固体又は液体のいずれか）、
・部分真空中のガスのゲッタ層の表面への付着確率、及び／又は
・化学吸着及び吸収された生成物のゲッタバルク内への拡散速度
を制御するために使用することができる。

【0048】

ゲッタ層１０７及びそのゲッタ生成物をターゲット表面１０６から少なくとも部分的に除去するステップ４０６ａは、ターゲット表面を部分真空中でゲッタ層の融点より高く加熱することを含むことができる。図２に示すポンプシステム２００において、冷却要素２１４は、ステップ４０６ａの前又は間に、ターゲット表面との熱接触から後退させることができる。ステップ４０６ａ及び関連する後続のステップは、図１及び図２のポンプシステム１００、２００にのみ適用可能である。

【0049】

第１のターゲット表面１０６の温度はさらに、リチウム含有ゲッタ層の再蒸発を避けるために６５０Ｋより低く維持することができる。ゲッタ層の体積分率がゲッタ生成物の体積分率より大きい場合、ゲッタ層１０７をそのゲッタ生成物とともに効果的に除去することができる。その場合、リチウムゲッタ層１０７は融解して収集器１０８に流入することができ、ゲッタ層１０７内に含まれる固体又は溶質不純物（すなわち、ゲッタ生成物）の一部が、融解したゲッタ層とともに収集器１０８に移送される。逆に、ターゲット表面１０６上の層が本質的にほとんどゲッタ生成物で構成される程度までゲッタ層１０７が使い果たされた場合、これらのゲッタ生成物ははるかに高い温度で融解し、ゲッタ層１０７の流れが阻害されるため、これらの生成物は６５０Ｋに加熱しても除去することはできない。いくつかの例では、ゲッタ生成物は、ターゲット表面１０６及び／又はゲッタ層上に固体薄膜又は固体クラストを形成する。このクラストは、６５０Ｋで融解せず、ゲッタ層１０７の融解中にターゲット表面に付着したままであり得る。他の方法（例えば、ステップ４０６ｂ）が、ターゲット表面１０６からクラストを除去するために使用される。ステップ４０６ａにおいて、ターゲット表面は、ゲッタ層を融解させるために約４７０Ｋに加熱することができる。他の例では、ターゲット表面は、ゲッタ層１０７を融解させるために、約４７０Ｋから６５０Ｋ、より好ましくは約５２０Ｋから６５０Ｋ、さらに好ましくは約５７５Ｋに加熱することができる。

【0050】

ステップ４０６ｂは、ターゲット表面除去及び挿入機構（図５に示す）を用いて、第１のターゲット表面１０６をチャンバの内部で移動させ、第２のターゲット表面をチャンバ内のその場所に挿入することを含むことができる。一例では、第２のターゲット表面は、蒸発器１０４の移動を必要とせずにゲッタ蒸気が第２のターゲット表面に向けられるように、チャンバ内の第１のターゲット表面の位置に取って代わる。すなわち、第２のターゲット表面は、その補充表面に更なるゲッタ層を堆積させることができるように、ハウジングの開口部に対向するように配置される。第１のターゲット表面１０６は、ステップ４０６ｂの間、チャンバ内に留まることができる。その後、第１のターゲット表面１０６は、他のターゲット表面と共にチャンバから取り出すことができる。第２のターゲット表面もまた、ステップ４０６ｂの全体にわたってチャンバ内に留まることができる。

【0051】

第１のターゲット表面１０６がチャンバから取り出された後、任意選択のステップ４１０ｂが行われる。ステップ４１０ｂにおいて、取り出されたターゲット表面は、ゲッタ層とゲッタ層内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とを少なくとも部分的に除去するために「清浄化」（すなわち、補充）される。ターゲット表面がチャンバの外部で清浄化されるため、より多くの空間が利用可能であり、ターゲット表面を大気圧（例えば、１気圧のアルゴン雰囲気）にすることができる。したがって、チャンバの外部でのターゲット表面の清浄化は、チャンバの内部でのターゲット表面の清浄化に比べてより簡単であり、より良い結果が得られる。

【0052】

チャンバの外部でターゲット表面１０６からゲッタ層とそのゲッタ生成物とを除去する例示的な方法は、（ｉ）融解、（ｉｉ）蒸発蒸留又は（ｉｉｉ）化学溶解である。

【0053】

融解
既に述べたように、ポンピング中、リチウムを含むゲッタ層１０７は、ゲッタ生成物を形成するために使い果たされる。ゲッタ層１０７の体積分率がゲッタ生成物の体積分率より大きい場合、ゲッタ層を融解させることにより、ゲッタ層１０７を、ゲッタ層１０７に含まれるゲッタ生成物の一部とともに除去することができる。リチウム含有ゲッタ層１０７では、ターゲット表面１０６を４５４Ｋより高い温度に加熱することによって、これを実現することができる。図１及び図２に示すものと同様の収集器を使用して、融解したゲッタ層１０７及びゲッタ層１０７に含まれるゲッタ生成物を収集することができる。

【0054】

収集されたリチウムは、その後、外部のリチウムループによって処理することができる。リチウムループは、清浄な又は純粋なリチウムの流入を提供し、汚染された又は不純なリチウムを取り込む、チャンバの外部の設備である。このようなリチウムループは、図１及び図２に示す収集器１０８に接続することができる。ループ内のリチウムの循環は、ループ内に組み込まれた電磁流体ポンプによって維持される。リチウムループは熟練した読者には既知であり、本明細書では、一般に、リチウムループは、精製モジュール、保管モジュール及びポンピングモジュールを備えると述べるだけで十分である。収集されたリチウムは、必ずではないが、好ましくは、真空を破ることなく液体形態でリチウムループに送ることができる。代わりに、収集されたリチウムは、固体形態で除去及び処分することができる。

【0055】

蒸留
蒸発蒸留では、真空チャンバから取り出されたターゲットプレート１０６は、約９７５Ｋ又は９７５Ｋより高い温度に加熱される。これらの高温では、（ｉ）ゲッタ生成物（すなわち、リチウムに化学的に結合したガス）がリチウムから解離し、ターゲットプレート１０６からガス又は蒸気として放出され、かつ（ｉｉ）リチウムが少なくとも部分的に蒸発する。放出されたガス種は蒸留チャンバから汲み出されるが、蒸発したリチウムは蒸留チャンバの壁で凝縮する。その後、凝縮したリチウムは収集され、ゲッタ源１０８としてポンプに再び挿入されることができるように、例えば棒状に鋳造される。したがって、蒸発蒸留は、リチウム含有ゲッタ層とそのゲッタ生成物のすべてとをターゲットプレート１０６から実質的に除去する。このため、ターゲットプレートは、蒸発蒸留を受けた後、「清浄」又は「補充済み」であると考えられる。

【0056】

いくつかの例では、収集器１０８に収集されたリチウム及びそのゲッタ生成物は、蒸留チャンバに直接的に、又はリチウムループを介して間接的に供給することができる。その後、上述の蒸留プロセスを適用することができる。

【0057】

溶解
化学溶解では、ターゲットプレート１０６を水性溶媒（例えば、水）に浸すか又は他の方法でその溶媒にさらして、ゲッタ層とその生成物とを溶液に溶解させる。他の溶媒（例えば、好適な酸）を使用することもできる。ターゲット表面１０６（典型的には鋼）は、水又は他の溶媒の影響を受けない。得られた溶液は、その後、適宜処分される。したがって、化学溶解は、リチウム含有ゲッタ層とそのゲッタ生成物のすべてとをターゲットプレート１０６から実質的に除去する。このため、ターゲットプレートは、このプロセスを受けた後、「清浄」又は「補充済み」であると考えられる。

【0058】

ゲッタ層１０７がステップ４０６ａ（又は他の方法）で融解した後、ゲッタ層は、その物理吸着及び／又は化学吸着された生成物とともに、重力によってターゲット表面１０６上を下方に流れて収集器１０８に流入する。したがって、ポンプシステム１００、２００内の収集器１０８は、融解したゲッタ層を収集するためにターゲット表面１０６の下に配置される。ターゲット表面１０６は、融解したゲッタを収集器１０８に向けるのを助ける下縁又は漏斗を含むことができる。いくつかの例では、ターゲット表面１０６は、ターゲット表面１０６が下方を向き、融解したゲッタが収集器１０８に効果的に流入できるように、重力の方向に対して傾斜して配向される。いくつかの例では、突起１１４の配列は、融解したゲッタの流れを妨げ、液体ゲッタがポンプとして作用する時間を増加させる。いくつかの例では、突起１１４の配列は、融解したゲッタを収集器１０８に送り込む流路２０２を画定することができる。

【0059】

ポンプシステム１００、２００内の収集器１０８は、ゲッタの融点より低い温度にある。一例では、収集器１０８は加熱されない。他の例では、収集器１０８は、熟練した読者に既知の装置を用いて冷却又は加熱することができる。したがって、ゲッタ１１６は収集器１０８内で凝固する。必要に応じて、凝固したゲッタ１１６は、収集器１０８を交換することによって除去することができる。収集器１０８から収集された材料は、ゲッタ生成物からリチウムを分離するために蒸留することができる。分離されたリチウムは、その後、ゲッタ源として再利用することができる。

【0060】

一例では、ポンプシステム１００又は２００の動作中に、ゲッタ層１０７はターゲット表面１０６上で凝固し、所定のポンピング時間後に１つ以上の加熱要素１１２によってゲッタ層１０７の融点より高く加熱される。所定の時間は、ゲッタ層１０７の表面を飽和させるのに必要な時間に概ねに相当し得る。いくつかの例では、蒸発ポンプシステム１００を取り囲む部分真空は監視される。圧力上昇（すなわち、真空容器壁からのガス流出の速度がゲッタ層１０７のポンピング速度を超えることによる）又は圧力プラトー（すなわち、ゲッタ層の表面が飽和することによる）が検出された後、ゲッタ層１０７が融解される。他の例では、ターゲット表面１０６の温度は、ゲッタ層１０７が凝縮後に液体状態のままであるように、ゲッタの融点より高く（ただし臨界温度Ｔ_c2より低く）維持される。

【0061】

他の例では、ポンプシステム１００、２００、３００の動作中に、ゲッタ層１０７はターゲット表面１０６上で凝固し、加熱要素１１２及び／又は冷却要素２１４、３１４はゲッタ層が固体のままであることを確実にするために動作する。その後、ターゲット表面がステップ４０６で補充されるまで、連続する固体ゲッタ層がターゲット表面１０６に積み重なって堆積される。

【0062】

特にステップ４０６ａに関して、ＮＥＧは融解するように設計されていないことが知られている。典型的には、ＮＥＧは高多孔性で設計される（例えば、ＮＥＧは焼結される）。ＮＥＧを融解させると、この多孔性が破壊される。逆に、典型的なＥＧｓは、融解させるのに比較的不便な２４００Ｋを超える融点を有する。したがって、より低い融点の（例えば、６００Ｋより低い融点を有する）ゲッタが望ましい。このようなゲッタは、融解させるのにより便利であり、室温でも拡散速度が測定可能であるため（拡散は相同温度に比例するためである）有利である。

【0063】

実質的に純粋なリチウムは、約４５４Ｋの融点を有するので、ステップ４０６ａ簡単な加熱装置を用いて又は他の方法で（例えば、従来のホットプレートを用いて）容易に融解させることができる。上述したように、液体ゲッタの利点は、液体ゲッタへのガス種の化学吸着速度が固体ゲッタへより大きいことである。

【0064】

リチウム含有ゲッタ源１０２をターゲット表面１０６に堆積させるステップ４０４の間、ターゲット表面は、その融点より低い温度に、例えば、約３００から４００Ｋに保持され得る。

【0065】

これらの方法ステップの数字による順序は、限定するよう意図されていない。例えば、ステップ４０８は、ステップ４０６ａの前に、ステップ４０６ａの後に、又はステップ４０６ａと同時に行われ得る。ステップ４０６ａは、ステップ４０６ｂの前に、ステップ４０６ｂの後に、又はステップ４０６ｂと同時に行われ得る。熟練した読者は、これらの方法ステップには、実用的な例につながる他の順序の組み合わせがあることを理解するであろう。

【0066】

蒸発ポンプシステム１００、２００、３００の構成要素は製造が容易かつ安価であり、蒸発器１０４及び収集器１０８は容易に機械加工可能な容器であり、ターゲット表面１０６はディスクであってもよい。図１の突起１１４の配列は、シリンダの周縁に固定された（例えば、溶接された）ピンから形成することができる。一例では、ディスク及びシリンダはステンレス鋼である。特定の例では、ディスクは直径が約３０ｃｍであり、シリンダは５ｃｍの長さを有する。特定の例では、突起１１４はターゲット表面１０６から約１０ｍｍ延び、各突起１１４は約１ｍｍの半径を有し、突起１１４は約５ｍｍ間隔で規則的に配置される。

【0067】

（同じ投影面積を維持しながら）ゲッタ層１０７の表面積を増加させる別の方法は、ターゲット表面１０６を平坦でないように成形することである。例えば、（ディスクから形成することもできる）ターゲット表面１０６の表面は、鋸歯状の表面プロファイル又は波状のプロファイルを有することができる。ターゲット表面１０６の表面積を増加させる他の表面プロファイルも可能である。特定の例では、表面プロファイルは規則的なパターンを有する。熟練した読者は、これらの表面プロファイル及び他の表面プロファイルを固体表面上に作り出す方法を知っている。

【0068】

図５は、チャンバ内に設置された蒸発器ポンプシステムと共に使用するためのターゲット表面挿入除去機構５００の概略図である。ターゲット表面挿入除去機構は、以前は堆積されたゲッタ層１０７を受容する位置にあったターゲットプレート１０６、すなわち「汚れた」プレートの代わりに補充（又は「清浄な」）ターゲットプレート５０６を提供するためのものである。この機構は、清浄なターゲットプレート５０６を移動させ、ターゲットプレート１０６を取り除くための移動装置５０１を備える。移動装置５０１は、ターゲットプレート１０６を清浄なターゲットプレート５０６と交換するために必要な動力を提供するために、大気圧側から作動させることができる。この機構はさらに、「清浄な」ターゲット表面及び「使用済み」ターゲット表面をそれぞれ保管するための専用の保管モジュール５０２、５０３を備える。いくつかの例では、これらの保管モジュール５０２、５０３は、ポンピングされるチャンバ内に配置される。このような例では、有利なことに、ポンプシステムが配置されるチャンバを減圧することなく、移動装置５０１を作動させてプレート１０６、５０６を交換することができる。代わりに、保管モジュール５０２、５０３は、チャンバの外部に配置することができるが、その構成では、プレートが交換を必要とするたびにシステムを減圧する必要がある。

【0069】

ロック機構５０４を使用して、蒸発器１０４からゲッタ蒸気を受け取るための適切な位置にターゲット表面１０６を保持し、ポンプシステム１００、２００、３００内に存在するあらゆる加熱要素１１２又は冷却要素２１４、３１４と接触させることができる。ロック機構５０４は、チャンバ内のプレート１０６を清浄なプレート５０６と交換できるように「ロック解除」するように動作可能である。

【0070】

一般に、ターゲット表面挿入除去機構は、所定の条件が満たされることを条件として作動される。所定の条件は、特定のゲッタ飽和状態、ターゲットプレート上の層、すなわちゲッタ層とその生成物の厚さ、又は所定の時間が経過した後であり得る。一般に、ターゲット表面１０６は、所定の条件が満たされると、ゲッタ生成物で「飽和」していると見なされる。ターゲット表面挿入除去機構５００の作動は、（ｉ）ロック機構５０４を解除するステップと、（ｉｉ）ゲッタ層１０７を有するターゲットプレート１０６を保管モジュール５０３に移動するステップと、（ｉｉｉ）保管モジュール５０２からの清浄なターゲットプレート５０６を、蒸発器１０４からゲッタ蒸気を受け取る位置に移動するステップと、（ｉｖ）ロック機構５０４を係合させて新しいターゲットプレート５０６を所定の位置に保持するステップとを含む。これらのステップは、ａ）保管モジュール５０２に新しいターゲットプレート５０６がなくなるか、又はｂ）保管モジュール５０３が満杯になるまで繰り返すことができる。これら２つの条件のいずれかが満たされると、補充処置が行われる。

【0071】

補充処置は、ターゲットプレート１０６を処理／清浄化のために保管モジュール５０３から取り出すこと、又は「清浄な」ターゲットプレート５０６を保管モジュール５０２に詰め込むことのいずれかを含む。補充処置は、詰め込みロック装置を用いて部分真空下で、又はアルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスをチャンバに充填することによって大気圧下で行うことができる。不活性ガスの使用は、リチウムの汚染を回避するので好ましい。次いで、アルゴンを充填した（又は他の不活性ガスを充填した）グローブボックスをポンプチャンバのポートに接続するか又は取り付けることができ、その中に「清浄な」ターゲットプレート５０６を保管モジュール５０２への挿入のために配置することができる。グローブボックスは、一時的な設置であっても恒久的な設置であってもよい。その後、ポートが開かれ、オペレータ（人間又はロボット装置のいずれか）が、飽和プレート１０６を保管モジュール５０３から取り出し、かつ／又は清浄なターゲットプレート１０６を保管モジュール５０２に詰め込むことができる。その後、ポートが閉じられる。補充が高圧（例えば、大気圧）で行われる場合、ポンピングは停止され、ポンプシステム１００、２００、３００は、それが取り付けられているチャンバから切り離される。補充が完了した後、（ｉ）以下に説明するように、他の真空ポンプによってチャンバ内に部分真空が回復され、（ｉｉ）ポンプシステム１００、２００、３００は、それが取り付けられているチャンバに再び接続され、（ｉｉｉ）ポンプシステム１００、２００、３００の動作を再開することができる。

【0072】

次に図６を参照すると、容器又はチャンバ６０４用のポンプアセンブリ６００の概略図が示されている。ポンプアセンブリ６００は、容器６０４内に配置された（上記で詳細に説明した）図１、図２又は図３のいずれかの蒸発ポンプシステム１００、２００、３００と、弁７０６を介して容器に流体接続された１つ以上の真空ポンプ６０２とを含む。一例では、１つ以上の真空ポンプ６０２は、ターボ分子ポンプと前真空ポンプとを備える。１つ以上の真空ポンプ６０２は、容器内の圧力を部分真空の圧力まで（例えば、ＨＶまで）下げるように動作可能である。真空ポンプ６０２の種類は、熟練した読者には既知である。任意選択で、ポンプアセンブリ６００は図５のターゲット表面挿入交換機構５００（図示せず）を含み、詳細には、限定的ではないが、アセンブリ内のポンプシステムは図３に示したものである。任意選択で、１つ以上の前真空ポンプ６０２と直列に流体接続された１つ以上のブースターポンプも使用することができる（図示せず）。

【0073】

いくつかの例では、容器６０４は、磁気閉じ込めプラズマチャンバ、例えばトカマク、好ましくは球状トカマクであってもよい。必ずではないが、好ましくは、球状トカマクのアスペクト比は２．５以下である。アスペクト比は、トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の長半径と短半径の比である。蒸発ポンプシステム１００、２００、３００は、ステラレータ又は他のプラズマ閉じ込め容器内に設けることもできる。特定の例では、蒸発ポンプシステム１００、２００、３００は、プラズマ容器（例えば、トカマク真空容器）のダイバータ内に、プラズマチャンバ（例えば、トカマク真空容器）の中央平面の近くに、中央平面に沿って又は中央平面の周りに、又はプラズマ容器（例えば、トカマク真空容器）内のポート内に設置することができる。

【0074】

リチウム含有ゲッタ源１０２を備える蒸発ポンプシステム１００、２００、３００は、以下の理由により、磁気閉じ込めプラズマチャンバ（例えば、トカマク）での使用に特に適している。
・リチウムは「低Ｚ」元素であるため、蒸発ポンプシステム１００、２００、３００の動作がプラズマの動作（例えば、安定性）に悪影響を与えない。
・蒸発ポンプシステム１００、２００、３００はコンパクトであるため、球形トカマク（スペースが貴重である）に設置することができる。
・蒸発ポンプシステム１００、２００、３００のポンピング効率は、プラズマとの接触又は温度上昇によって不利益に低下しない。
・リチウムは、トカマクの主要な種である水素及びその同位体（すなわち、重水素とトリチウム）と化学的に結合する。これらの捕捉された水素同位体は、他の場所でゲッタ層から安全に抽出することができる。

【0075】

「ゲッタ源」１０２及び「ゲッタ層」１０７は、同じ材料であっても異なる材料であってもよいことに留意すべきである。例えば、ゲッタ源１０２及びゲッタ層１０７は、両方とも純粋なリチウムであってもよく、両方とも実質的に等価な組成のリチウム含有合金であってもよい。更なる例では、ゲッタ源１０２は、リチウム含有合金（例えば、４０ａｔ％の低いリチウム）であってもよく、一方、ゲッタ源１０２の蒸発及び凝縮の生成物であるゲッタ層は、実質的に純粋なリチウムである。更なる例では、ゲッタ源は、特定の組成のリチウム含有合金であってもよく、ゲッタ層は、異なる組成のリチウム含有合金である。熟練した読者は、リチウム含有合金をゲッタ源として用いた場合、ターゲット表面１０６に堆積するゲッタ層の組成は、特定の圧力及び温度に対する適切な相図から決定できることを理解するであろう。

【0076】

本明細書全体にわたる融点、液相線温度、固相線温度、及び沸点への言及は、反対の表現がない限り、部分真空の圧力における相転移温度として解釈されるべきである。

【0077】

上記の好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、これらの実施形態は例示にすぎず、特許請求の範囲はこれらの実施形態に限定されないことを理解すべきである。異なる実施例からの特徴は、他の実施例を形成するように必要に応じて組み合わせることができる。本発明は、優先出願の請求項に対応する、以下の番号付き段落によって定義される態様を含む。

【0078】

段落１：蒸発ポンプシステムを部分真空で動作させる方法であって、ゲッタ蒸気を形成するべくゲッタ源を加熱することと、ターゲット表面の温度を制御することによってゲッタ層を形成するべくゲッタ蒸気をターゲット表面に堆積させることと、ターゲット表面を部分真空でゲッタ層の融点より高く加熱することとを含む方法。

【0079】

段落２：ゲッタ源は、実質的に純粋なリチウム、又はリチウム含有合金を含み、前記合金は、原子分率で９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超のリチウムを含む、段落１に記載の方法。

【0080】

段落３：前記堆積ステップ中、ターゲット表面の温度は４５４Ｋより低く、前記加熱ステップ中、ターゲット表面の温度は約４７０Ｋから約６７０Ｋである、段落１及び２のいずれかに記載の方法。

【0081】

段落４：前記堆積ステップ及び加熱ステップ中、ターゲット表面の温度は約１１００Ｋより低いままである、段落２に記載の方法。

【0082】

段落５：ターゲット表面の温度は、ターゲット表面をその融点より高く加熱する前記ステップまで、部分真空でゲッタ蒸気の融点より低いままである、段落１から４のいずれか１つに記載の方法。

【0083】

段落６：ターゲット表面を加熱する前記ステップは、ゲッタ層がターゲット表面に堆積されてから、又は部分真空の圧力が増加又は平坦化したことが検出されてから、所定の時間後に行われる、段落１から５のいずれか１つに記載の方法。

【0084】

段落７：ターゲット表面を加熱する前記ステップによって形成される融解したゲッタ層は、重力によってターゲット表面上を下方に流れ、方法は、融解したゲッタ層を収集器に収集することをさらに含む、先行するいずれかの段落に記載の方法。

【0085】

段落８：前記収集ステップの後、前記収集器内で前記融解したゲッタを凝固させることをさらに含む、段落７に記載の方法。

【0086】

段落９：ゲッタ源は、部分真空でゲッタ源の融点より高く、第１の臨界温度より低い温度に加熱される、先行するいずれかの段落に記載の方法。

【0087】

段落１０：ゲッタ源は、窒化ホウ素から成るハウジング内に収容され、第１の臨界温度は１１００Ｋである、段落２に従属する場合の段落９に記載の方法。

【0088】

段落１１：部分真空は、１０^-3ｍｂａｒより低い圧力、より好ましくは１０^-7ｍｂａｒより低い圧力を有する、先行するいずれかの段落に記載の方法。

【0089】

段落１２：ゲッタ源を加熱する前記ステップは、ゲッタ源と接触しているか又はゲッタ源に近いワイヤのフィラメントに電流を流すことを含む、先行するいずれかの段落に記載の方法。

【0090】

段落１３：蒸発ポンプシステムであって、ゲッタ源を収容するように構成されたハウジングであって、一端に開口部を備えるハウジングと、前記ゲッタ源を加熱するための第１のヒータと、前記開口部に対向して配置されたターゲット表面と、前記ターゲット表面を加熱するための第２のヒータとを備え、前記蒸発ポンプシステムは、使用時に、ゲッタ源はハウジング内で前記第１のヒータによって加熱されてゲッタ蒸気を形成し、ゲッタ蒸気はターゲット表面に堆積されてゲッタ層を形成し、前記ターゲット表面は前記第２のヒータによってゲッタ層の融点より高い温度まで加熱されるように構成される、蒸発ポンプシステム。

【0091】

段落１４：ターゲット表面をゲッタ層の融点より高い温度まで加熱することによって形成される融解したゲッタ層を収集するためにターゲット表面に対して配置される収集器をさらに備える、段落１３に記載の蒸発ポンプシステム。

【0092】

段落１５：前記ゲッタ源は、実質的に純粋なリチウム、又はリチウム含有合金であり、前記合金は、原子で９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超のリチウムを含む、段落１３から１４のいずれか１つに記載の蒸発ポンプシステム。

【0093】

段落１６：前記ターゲット表面は突起の配列を備え、前記配列の各突起はターゲット表面から遠ざかる方向に又はターゲット表面内に延びる、段落１３から１５のいずれか１つに記載の蒸発ポンプシステム。

【0094】

段落１７：前記配列は、立方体、六角形又は斜方晶である、段落１６に記載の蒸発ポンプシステム。

【0095】

段落１８：前記配列は不規則であり、ターゲット表面をゲッタ層の融点より高く加熱することによって形成される融解したゲッタ層の流れを収集器に向けるように構成された複数の流路を画定する、段落１６に記載の蒸発ポンプシステム。

【0096】

段落１９：前記第２のヒータは、ターゲット表面に取り付けられるか又はターゲット表面の一体部分を形成する１つ以上の加熱要素を備える、段落１３から１８のいずれか１つに記載の蒸発ポンプシステム。

【0097】

段落２０：前記第１のヒータは、ゲッタ源又はそのハウジングと接触するか又はその近くにある１つ以上の加熱要素を備える、段落１３から１８のいずれか１つに記載の蒸発ポンプシステム。

【0098】

段落２１：ターゲット表面はプレート又はディスクである、段落１３から２０のいずれか１つに記載の蒸発ポンプシステム。

【0099】

段落２２：ターゲットプレートは約３０ｃｍの直径を有し、突起の配列における隔は約５ｍｍであり、配列の各突起は約１ｍｍの半径を有し、配列の各突起はターゲット表面から１０ｍｍ延びる。段落２０に記載の蒸発ポンプシステム。

【0100】

段落２３：容器用のポンプアセンブリであって、段落１３から２２のいずれか１つに記載の蒸発ポンプシステムと、容器に流体接続され、容器内の圧力を部分真空まで下げるように動作可能な１つ以上のポンプとを備えるポンプアセンブリ。

【0101】

段落２４：容器はａである、段落２３に記載のポンプアセンブリ。

【0102】

段落２５：蒸発ポンプシステムは、トカマクのダイバータ内に、トカマクの中央平面の近くに、又はトカマク容器内のポート内に配置される、段落２３から２４のいずれか１つに記載のポンプアセンブリ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-09-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0101】

段落２４：容器はトカマクである、段落２３に記載のポンプアセンブリ。

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発ポンプシステムを部分真空のチャンバ内で動作させる方法であって、
ゲッタ蒸気を形成するべくリチウムを含むゲッタ源を加熱することと、
ゲッタ層を形成するべく、前記チャンバ内に配置された第１のターゲット表面に前記ゲッタ蒸気を堆積させることと、
前記チャンバ内に補充ターゲット表面を提供することと
を含み、
前記チャンバ内に第２のターゲット表面を配置することによって、前記補充ターゲット表面に前記ゲッタ蒸気を堆積させることができる、方法。

【請求項2】

前記ゲッタ源は、実質的に純粋なリチウム、又は原子分率で９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ゲッタ源は、原子分率で４０％超、好ましくは４５％超、より好ましくは５０％超、さらにより好ましくは５５％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記堆積ステップ中に、前記方法は、前記第１のターゲット表面と熱接触する１つ以上の後退可能な冷却要素を配置することによって、前記第１のターゲット表面を前記部分真空中で前記ゲッタ層の融点の温度より低い温度まで冷却することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記蒸発ポンプシステムは１つ以上の後退可能な冷却要素を備え、前記方法は、前記後退可能な冷却要素又は各後退可能な冷却要素を前記第１のターゲット表面との熱接触から後退させることをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記チャンバ内に前記第２のターゲット表面を配置することは、前記第１のターゲット表面の代わりに前記第２のターゲット表面を配置することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記チャンバから前記第１のターゲット表面を取り出すことと、
前記ゲッタ層と前記ゲッタ層内に存在する化学吸着及び／又は物理吸着されたあらゆる生成物とを前記第１のターゲット表面から少なくとも部分的に除去することによって、前記第１のターゲット表面を補充することと
をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記ゲッタ層及び前記生成物は、前記ゲッタ層から実質的にすべての化合物が蒸発するまで前記第１のターゲット表面を約９７５Ｋの温度に加熱することによって、前記第１のターゲット表面から除去される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ゲッタ層及び前記生成物は、溶解によって前記第１のターゲット表面から除去される、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

蒸発ポンプシステムであって、
ゲッタ源を収容するように構成されたハウジングであって、一端に開口部を備えるハウジングと、
前記ゲッタ源を加熱するための第１のヒータと、
前記開口部に対向して配置された第１のターゲット表面と、
前記ハウジングの開口部に対向するように第２のターゲット表面を配置することによって、ゲッタ蒸気を堆積させることができる補充ターゲット表面を提供するように構成されたターゲット表面補充機構と
を備え、
前記蒸発ポンプシステムは、使用時に、前記ゲッタ源がゲッタ蒸気を形成するべく前記ハウジング内で前記第１のヒータによって加熱され、前記ゲッタ蒸気がゲッタ層を形成するべく前記第１及び／又は第２のターゲット表面に堆積されるように構成され、
前記ゲッタ源はリチウムを含む、蒸発ポンプシステム。

【請求項11】

前記ゲッタ源は、実質的に純粋なリチウム、又は原子分率で９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１０に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項12】

前記ゲッタ源は、原子分率で４０％超、好ましくは４５％超、より好ましくは５０％超、さらにより好ましくは５５％超のリチウムを含むリチウム含有合金である、請求項１０に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項13】

前記第１及び／又は第２のターゲット表面と熱接触して配置されるように動作可能な１つ以上の後退可能な冷却要素をさらに備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項14】

前記ターゲット表面補充機構は、前記第１のターゲット表面の代わりに前記第２のターゲット表面を配置するためのターゲット表面交換機構を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステム。

【請求項15】

容器用のポンプアセンブリであって、
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の蒸発ポンプシステムと、
前記容器に流体接続され、前記容器内の圧力を部分真空まで下げるように動作可能な１つ以上の真空ポンプと
を備えるポンプアセンブリ。

【請求項16】

前記容器は、トカマク、好ましくは球状トカマク、より好ましくは２．５以下のアスペクト比を有する球状トカマクであり、前記アスペクト比は、前記トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の長半径と短半径の比として定義される、請求項１５に記載のポンプアセンブリ。

【請求項17】

前記蒸発ポンプシステムは、前記トカマクのダイバータ内に、前記トカマクの中央平面の近くに、又は前記トカマク容器内のポート内に配置される、請求項１６に記載のポンプアセンブリ。

【国際調査報告】