およそ 1 × 10⁻⁹ mbar 以下では、チャンバー内の残留ガスは漏れに由来しません。内表面から出てきます。したがってUHVの実現は、排気の問題である前に製作と表面処理の問題であり、そこが当社の守備範囲です。
超高真空（UHV）に実際に必要な条件
次の4つが同時に必要です。全金属シールのチャンバー、変質層を除去した内表面、吸着した水と水素を追い出すベーキングサイクル、そして必要な到達圧力まで引ける排気系統です。どれか1つが欠けると、他がどれほど良くてもチャンバーは高真空域で止まります。
表面が問題のすべて
組み立て直後のチャンバーで主要な残留ガスは水です。水は酸化膜と、機械加工で残った変質金属から脱離します。電解研磨で20–40 µmを除去すると、クロムが濃化し表面積の小さい表面が得られ、その後250–400 °Cでのベーキングで残分を追い出します。機械研磨のチャンバーと電解研磨のチャンバーでは、排気時間が1桁違うことがあります。
シール — エラストマーが選択肢にならない理由
Vitonは約150 °Cを超えると透過と脱ガスが進み、これは実用的なベーキング温度を下回ります。そのためUHVシステムの高真空側の継手はすべて、銅ガスケットを用いたコンフラット（CF）でなければなりません。シールが金属になり、ベーキングに耐えられるからです。KFは粗引き側でのみ使用でき、それ以外には適しません。
材料
耐食性と電解研磨後の特性から316L（SUS316L）が標準です。電子銃カラムや磁気レンズの近傍など、透磁率を低く保つ必要がある箇所には316LN（SUS316LN）を指定します。アルミニウムは重量が設計を左右する超大形チャンバーに使用しますが、専用の溶接・洗浄工程が必要で、低圧側では脱ガスの管理が難しくなります。
チャンバーと合わせて必要な部品
UHVシステムは容器だけでは成立しません。CFフランジ、ビューポート、フィードスルー、ベローズ、マニピュレータ、そして排気・真空計用ポートが必要で、いずれも金属シールで、チャンバーと同じ温度までベーキングできる必要があります。チャンバーとそのポートを1回の段取りで加工することで、シェル完成後にポートを後付けする際に生じる位置ずれを避けられます。
自社一貫で対応している工程
- 304 / 316L stainless steel and 6061 / 5083 aluminium fabrication
- Clean-environment TIG welding with full penetration and no micro-porosity
- Helium mass-spectrometer leak testing to 1 × 10⁻⁹ mbar·l/s
- In-house electropolishing and passivation — not subcontracted
- Chamber bake-out to 150–400 °C for UHV outgassing control
- Precision-machined ISO-KF, ISO-K and CF (ConFlat) flanges
- Zeiss CMM verification to ±0.02 mm across large work envelopes
- 12 m gantry CNC machining — 12 m × 4 m × 2 m envelope
- SEMI-referenced documentation and inspection protocols
よくあるご質問
どの圧力から超高真空と呼びますか？
およそ 1 × 10⁻⁹ mbar（約 7.5 × 10⁻¹⁰ Torr）未満です。高真空は 1 × 10⁻⁷ mbar 付近で終わり、その間にはエラストマーシールがまだ使えるものの、全金属シールでベーキングした構造にしなければそれ以上下がらない領域があります。
UHVチャンバーにベーキングが必要なのはなぜですか？
内表面から水と水素が脱離し、その脱離が圧力を下げ止まらせるからです。連続排気しながら250–400 °Cに加熱することで追い出します。ベーキングを行わないと、チャンバーを大気に開放するたびに表面が水を再吸着します。
316LNとは何で、いつ必要ですか？
316LN（SUS316LN）は低炭素で窒素を添加したステンレス鋼で、透磁率が管理されています。磁場がプロセスや測定に影響する箇所、たとえば電子ビームカラム周辺で指定します。
UHVチャンバーはボルト締めではなく溶接できますか？
はい。シェルは溶接構造が一般的です。溶接はガスケットがなくベーキング不要の恒久的な金属シールになるためです。ただし分解できなくなるため、溶接前に設計を確定させる必要があります。当社がシール面を溶接前ではなく溶接後に加工しているのはそのためです。
チャンバーをUHVまで排気するのにどのくらいかかりますか？
適切に電解研磨しベーキングした数十リットル程度のチャンバーであれば、通常は排気開始から1日以内に 10⁻⁹ mbar に到達します。表面が引き延ばされた仕上げでベーキングもしていないチャンバーは、数週間かかっても到達しないことがあります。
関連する加工能力
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