(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）多孔性で焼結されたゲッタ材料からなる複数の固形ゲッタ要素であって、それぞれを通って延びる開口を有した複数の固形ゲッタ要素と、
ｂ）前記開口を通って延びる、前記ゲッタ要素を支持するための非断熱の支持要素であって、前記ゲッタ要素と熱的に接している前記支持要素と、
ｃ）前記支持要素と係合すると共に、隣合うゲッタ要素間に配置されるスペーサと、
を備え、
前記ゲッタ要素はそれぞれ、さらに前記開口内に配置されるボスを含み、前記ボスはそれぞれ前記支持要素を受けるボス開口を備え、前記支持要素は管状をなし、前記ボスの開口は円筒状であり、前記スペーサが前記ボスと一体である、ゲッタポンプ。
【請求項２】
前記ボスとスペーサは本質的にチタンを含有する材料からなる請求項１に記載のゲッタポンプ。
【請求項３】
前記支持要素は前記ゲッタ要素を再生温度に加熱することができる加熱要素である請求項１に記載のゲッタポンプ。
【請求項４】
前記ゲッタ材料はジルコニウムが82重量％、バナジウムが重量14.8％、鉄が3.2重量％の組成を備え、前記再生温度は約400℃より高いものである請求項１に記載のゲッタポンプ。
【請求項５】
前記ゲッタ材料はジルコニウムが84重量％、アルミニウムが16重量％の組成を備え、前記再生温度は約600℃より高いものである請求項１に記載のゲッタポンプ。
【請求項６】
前記ゲッタ材料は炭素が17重量％、ジルコニウムが83重量％の組成を備える請求項１に記載のゲッタポンプ。
【請求項７】
前記ゲッタ材料はモリブデンが10重量％、チタンが80重量％、水酸化チタンが10重量％の組成を備える請求項２に記載のゲッタポンプ。
【請求項８】
ａ）開口が貫通して設けられている複数のゲッタ要素と、
ｂ）ゲッタ材料を加熱するための、前記ゲッタ材料に近接して配置された手段と、
ｃ）前記ゲッタ要素に近接し、前記ゲッタ要素を少なくとも部分的に囲んだ断熱シールドと、
を備えるゲッタポンプ。
【請求項９】
前記ゲッタ要素を加熱する前記手段ば抵抗加熱要素を備える請求項８に記載のゲッタポンプ。
【請求項１０】
前記ゲッタ要素を加熱し支持するために、前記加熱要素が前記ゲッタ要素の開口を通して配置されている請求項９に記載のゲッタポンプ。
【請求項１１】
加熱するための前記手段が放射ヒータを備える請求項８に記載のゲッタポンプ。
【請求項１２】
前記ゲッタ要素は実質的にディスク形の要素で、前記加熱要素は矩形で管形の要素である請求項８に記載のゲッタポンプ。
【請求項１３】
前記ゲッタ要素は、非ゲッタ材料からなる中央に位置するボスを有した、ゲッタ材料からなる多孔性で焼結したディスクである請求項12に記載のゲッタポンプ。
【請求項１４】
前記加熱要素はその長さ方向の大部分が真っ直ぐである請求項10に記載のゲッタポンプ。
【請求項１５】
前記加熱要素はその長さ方向の大部分が湾曲している請求項10に記載のゲッタポンプ。
【請求項１６】
前記シールドは固定シールドである請求項８に記載のゲッタポンプ。
【請求項１７】
前記固定シールドは前記ゲッタ要素に対面する反射面を備える請求項16に記載のゲッタポンプ。
【請求項１８】
前記固定シールドは、少なくとも一つの開いた側面を有する細長い箱形のシールドである請求項17に記載のゲッタポンプ。
【請求項１９】
前記固定シールドは、前記ゲッタ要素と前記固定要素を取り囲む環境との間での25％以下のコンダクタンス損失に関連されている請求項16に記載のゲッタポンプ。
【請求項２０】
前記シールドは可動シールドである請求項８に記載のゲッタポンプ。
【請求項２１】
前記シールドは少なくとも一つの可動部を含んでおり、前記シールドは、ゲッタ要素が実質的に前記チャンバの環境に露出している開位置と、ゲッタ要素が前記チャンバの環境から実質的に絶縁されている閉位置との間で前記シールドを移動させる機構をさらに含んでいる請求項20に記載のゲッタポンプ。
【請求項２２】
前記ゲッタ要素に対面する反射内面をさらに含んでいる請求項21に記載のゲッタポンプ。
【請求項２３】
前記シールドを移動させる前記機構は、前記シールドに結合した膨張式管を備え、前記膨張式管にガスが充填されると前記シールドが前記開位置から前記閉位置に移動し、前記膨張式管からガスが排出されると前記シールドが前記閉位置から前記開位置へ移動するようなっている請求項21に記載のゲッタポンプ。
【請求項２４】
前記管にガスが充填され或は排出されたとき、前記開位置と閉位置との間で前記シールドを移動するよう、前記管と前記シールドに結合したギア手段をさらに含んでいる請求項23に記載のゲッタポンプ。
【請求項２５】
前記シールドが閉位置にあるとき、前記ゲッタ要素が前記ゲッタポンプの外側の大気圧に対して希ガスの正圧下にあるように、前記ゲッタポンプに希ガスを供給する手段をさらに含んでいる請求項21に記載のゲッタポンプ。
【請求項２６】
ａ）中央に位置する開口を有したボスと、前記ボスから実質的に放射状に延出する複数のゲッタ要素とを含んだゲッタアセンブリと、
ｂ）前記ボスの前記開口を通って延び、前記ゲッタ要素を支持するようになっている非断熱の支持要素であって、前記ゲッタ要素と熱的に接している前記支持要素と、
ｃ）前記ゲッタ要素の少なくとも一部を取り囲む断熱シールドと、
を備えるゲッタポンプ。
【請求項２７】
前記ゲッタアセンブリは、前記支持要素に支持される複数のゲッタアセンブリのうちの一つである請求項26に記載のゲッタポンプ。
【請求項２８】
前記シールドは細長い箱形のシールドである請求項26に記載のゲッタポンプ。
【請求項２９】
前記複数のゲッタ要素を回転させるモータをさらに含んでいる請求項26に記載のゲッタポンプ。
【請求項３０】
前記モータは前記支持要素に結合されている請求項29に記載のゲッタポンプ。
【請求項３１】
前記モータは電磁結合式駆動機構を備え、前記モータが前記チャンバの外側に配置される請求項30に記載のゲッタポンプ。
【請求項３２】
ａ）複数のゲッタ要素で、それぞれの２面間で延びる開口を有する複数のゲッタ要素であって、隣合うゲッタ要素同士の対向面が互いに平行でない前記複数のゲッタ要素と、
ｂ）前記軸線に沿って前記開口を通して延び、前記ゲッタ要素を支持する非断熱の支持要素であって、前記ゲッタ要素と熱的に接している前記支持要素と、
を備えるゲッタポンプ。
【請求項３３】
前記開口は整列され、軸線を定義しており、各ゲッタ要素は前記軸線に対して非垂直な面を画する面を有している請求項32に記載のゲッタポンプ。
【請求項３４】
隣合うゲッタ要素の開口は前記軸線要素に沿って、反対向きの角度で傾斜されている請求項33に記載のゲッタポンプ。
【請求項３５】
前記開口は前記軸線に垂直で、隣合うゲッタ要素の前記面は反対向きの角度で傾斜している請求項34に記載のゲッタポンプ。
【請求項３６】
ａ）処理チャンバと、
ｂ）前記処理チャンバ内に配置されたインシチュ式の、請求項１〜35のいずれか１項に記載のゲッタポンプと、
を備え、前記ゲッタポンプが、
ｉ）それぞれに開口が貫通して設けられているゲッタ要素と、
ii）前記開口を通って延び、前記ゲッタ要素を支持する支持要素と、
を有しており、
ｃ）前記ゲッタポンプは、前記処理チャンバに対しての実際のポンプ作動速度が、前記処理チャンバに対する前記複数のゲッタ要素の理論上のポンプ作動速度の少なくとも75％となっている、
半導体処理システム。
【請求項３７】
ａ）約75％を超えるコンダクタンスを持つインシュ式の、請求項１〜35のいずれか１項に記載のゲッタポンプが内部に配設された処理チャンバ内にウエハを配置する工程と、
ｂ）前記チャンバを密閉する工程と、
ｃ）前記チャンバを前記インシチュ式ゲッタポンプでポンピングしている間に、前記ウエハを前記チャンバ内で処理する工程と、
を備えるウエハを処理するための方法。
【請求項３８】
前記工程ｃ）の前に、
ａ）前記ゲッタポンプを前記チャンバの内部から遮熱する工程と、
ｂ）前記チャンバの内部を、前記チャンバをベークアウトするのに有効な温度にまで加熱する工程と、
をさらに備える請求項37に記載の方法。
【請求項３９】
工程ｄ）の前に、
ａ）前記ゲッタポンプを前記チャンバの内部から遮熱する工程と、
ｂ）前記ゲッタ要素を、前記ゲッタ要素の吸着容量を再生するのに効果的な温度にまで加熱する工程と、
をさらに備える請求項37に記載の方法。
【請求項４０】
請求項37〜39のいずれか１項に記載の方法によって製造されるウエハ。
【請求項４１】
チャンバをポンピングするための方法であって、
ａ）前記チャンバを外部環境から密閉する工程と、
ｂ）第１の圧力になるまで前記チャンバを第１のポンプでポンピングする工程と、
ｃ）前記チャンバ内に設けられたインシチュ式の、請求項１〜35のいずれか１項に記載のゲッタポンプで前記チャンバをポンピングする工程と、
を備え、前記インシチュ式ゲッタポンプは75％を超えるコンダクタンス有している、方法。
【請求項４２】
多孔性で焼結されたゲッタ材料からなる複数の固形で多孔性のゲッタ要素と、前記ゲッタ材料に近接して前記ゲッタ材料を加熱するヒータとを備えているゲッタポンプであって、前記ゲッタ要素と前記ヒータとは断熱シールド内に少なくとも部分的に密閉されており、前記シールドは前記ゲッタ要素と前記ヒータとに近接する壁を有しており、前記ゲッタポンプはポンピングされるべき近傍の容積とに対して少なくとも約75％のコンダクタンスを持つ、ゲッタポンプ。
【請求項４３】
前記ヒータは抵抗ヒータである請求項42に記載のゲッタポンプ。
【請求項４４】
前記ゲッタ要素のそれぞれは、開口が貫通して形成されており、前記抵抗ヒータは前記開口のそれぞれを通して支持されながら延びている請求項43に記載のゲッタポンプ。
【請求項４５】
前記ヒータは放射ヒータである請求項42に記載のゲッタポンプ。
【請求項４６】
多孔性で焼結されたゲッタ材料からなる複数の固形で多孔性のゲッタ要素と、前記ゲッタ材料に近接して前記ゲッタ材料を加熱するヒータとを備えるゲッタポンプであって、前記ヒータは前記ヒータによって放出された熱エネルギーを前記ゲッタ材料に反射させるフォーカスシールドに近接しており、前記ゲッタポンプはポンピングされるべき近傍の容積に対して少なくとも約75％のコンダクタンスを持つ、ゲッタポンプ。
【請求項４７】
前記コンダクタンスは少なくとも約80％である請求項46に記載のゲッタポンプ。
【請求項４８】
前記コンダクタンスは少なくとも約90％である請求項47に記載のゲッタポンプ。
【請求項４９】
前記ゲッタ要素と前記ヒータ要素は断熱壁上に支持されている請求項46に記載のゲッタポンプ。
【請求項５０】
前記断熱壁は「Ｌ型」シールドの一部である請求項49に記載のゲッタポンプ。
【請求項５１】
前記ヒータ要素に対面する前記断熱壁の表面が熱反射性であり、前記ヒータ要素から放出される熱エネルギーが前記熱反射壁から前記ゲッタ要素に反射するようになっている請求項49に記載のゲッタポンプ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は一般に超高真空システムに関し、特に半導体製造システムで用いられるインシチュ（in situ）式のポンプに関する。
超高真空レベル、例えば、10-7〜10-12Torrのレベルを要求するプロセスが多数ある。例えば、サイクロトロンや線系加速装置等の超高真空物理系装置では、およそ10-8Torr〜10-12Torr程度の真空が求められている。また、半導体製造産業においては、半導体処理設備で約10-7〜10-9Torrの超高真空が要求されることが多い。
チャンバ内で超高真空レベルを達成するために数台のポンプを直列に或は並列で使用することがしばしばある。機械式ポンプ（例えばオイルポンプ）はチャンバ内の圧力を約30〜50mTorrに減圧するのにしばしば使用される。これらのポンプは比較的高圧のガスをポンピング（ポンプ排気）ないしは圧送するので「高圧」ポンプと呼ばれることが多い。また、分子ポンプ、クライオポンプ、ターボポンプ等の高真空又は超高真空ポンプは約10-7〜10-9Torrに減圧するのに用いられる。これらのポンプは低圧ガスを圧送するので「低圧」ポンプと呼ばれることが多い。個々のチャンバについてのポンプダウン時間はチャンバのサイズ、ポンプの容量、チャンバとポンプとの間のコンダクタンス、所望の最終圧力等の要因に応じて分単位から、時間単位、日単位にわたって変化する。
ある超高真空の応用用途では、ゲッタポンプが上述の機械式ポンプ、分子ポンプ、クライオポンプと共に用いられている。ゲッタポンプは、ある非希ガスと親和性のある金属或は金属合金からなるゲッタ材料を有する。例えば、ゲッタ材料の組成、温度によって、水蒸気や水素等の特定の非希ガスを選択的にポンピングするゲッタポンプが設計されている。
例えば、イタリア、ミラノのSAES Getters,S.p.Aによって供給されるゲッタポンプは、典型的に、ステンレス鋼容器に入れられたゲッタ材料を有している。ゲッタポンプは、ポンプで圧送されるガスの種類、ゲッタ組成物等によって、周囲温度から約450℃までの温度範囲で作動できる。従来のSAESのゲッタポンプの好ましいゲッタ材料はイタリア、ミラノのSAES Getters,S.p.A.により製造されているSt707ゲッタ材料（Zr−Ｖ−Fe合金）である。その他には、St 101（商標）ゲッタ合金があり、これもSAES Getters,S.p.A.から入手可能で、Zr−Al合金である。このような従来のゲッタポンプのいくつかは高真空物理系装置内に配置されるので「インシチュ」ポンプとみなすことができる。
現在のゲッタポンプ設計では、先に述べたようなSt 707やSt 101（商標）のような粉末ゲッタ材料で被覆された金属リボンからなるゲッタデバイスを用いているものもある。被覆されたリボンは蛇腹式に（コンセルティーナのように）ひだが付けられ、被覆されたリボンが占める容積に対する露出した表面積の割合を増加させ、所望のガスの吸着を増加させるようにしている。こうしたポンプはSAES Getters,S.p.A.が製造しており、商標名SORB−ACで販売されている。また、最近の設計では、ゲッタ材料の粉末で被覆されたディスク状基板が用いられている。被覆基板を用いた設計構造は、吸着に利用可能なゲッタ材料の総量がゲッタデバイス基板の基準表面積に限定されるという欠点がある。
ゲッタポンプを半導体処理設備に設けるという提案もなされている。例えば、ウルトラクリーンテクノロジー（Ultra Clean Technology）１（１）:49〜57（1990年）中のBriesacher他による「半導体処理設備のための非蒸発性ゲッタポンプ」というタイトルの論文の中で、半導体処理で処理されたガスを浄化するゲッタを用いるいかなる用途でも、インシチュ浄化及び不純物の選択的ポンピングに非蒸発性ゲッタポンプを利用できるとしている。
上述のBriesacherによる参考文献は、半導体処理装置の一種であるスパッタリングシステムにゲッタポンプを用いるのには二つの作動手段が考えられることを開示している。第一は、ゲッタポンプを、システムにおける従来のポンプ（例えば、機械式ポンプ、クライオポンプ等）と並行して操作するようゲッタポンプを当該システムに加えることである。この手段では、システムの操作はなんら変更されることはなく、ゲッタポンプは単に、チャンバ内における残留ガスの特定組成物のガス分圧を減少させるための補助的ポンプとして機能する。第２の手段では、チャンバを充填して３×10-3〜６×10-3Torrの圧力にし、アルゴンがチャンバに流れることを阻止し、チャンバを密封することを必要とする。かかる場合、ゲッタポンプはアルゴンの「インシチュ」清浄器として作用すると言われている。しかし、下で述べるように、このポンプは活性物が処理チャンバの容積内にはないという点からすると本当の意味で「インシチュ」ではない。
典型的なスパッタリングシステムでは、希ガス（通常アルゴン）がチャンバ内にポンプで送られ、プラズマが生成される。プラズマは、負に電荷されたターゲットに向かって正に電荷されたアルゴンイオンを加速させ、それにより材料をウエハ表面上に移動、定着させる。唯一要求される処理ガスは、ゲッタポンプによりポンピングされない希ガスであるので、ゲッタポンプはスパッタリングシステムとの使用に適合している。したがって、ゲッタポンプは、スパッタリングプロセスで必要とされる希ガスの流れに影響を与えることなく、不純物ガスをスパッタリングチャンバから除去させることができる。
Briesacherの文献は主に半導体処理設備での非蒸発性ゲッタポンプを使用することの実現可能性についての学術的分析である。したがって、その理論を実際に応用することについてはほとんど開示されていない。さらに、Briesacherの文献はゲッタポンプを用いる手段ないしは手立てを説明するのに「インシチュ」という単語を使っているものの、ゲッタポンプはチャンバの外部にあり、チャンバが密閉されて、アルゴンがチャンバに流入しないとき、ゲッタポンプ内の容積がチャンバの容積に結び付くとみなすことができるという意味においてのみ「インシチュにある」と考えられていることは説明からも明らかである。Briesacherの分析によれば、ゲッタを劣化させ、新たな再生を要するような屋外暴露からゲッタを保護するために弁をゲッタ格納器と主チャンバの間に設けねばならない。こうした保護はBriesacherの文献に記載のストライプ形状のゲッタでは必須である。よって、Briesacherの文献で述べられているゲッタは、ゲッタポンプの表面は制限スロートを介してチャンバの容積に結び付く容積内にあり、これがチャンバとポンプの間のコンダクタンスを大きく抑制することになるので本当の意味で「インシチュ」であるとは言えない。ここでいう「コンダクタンス」とは、流体（ここではガス）がある容積（例えば処理チャンバ）から別の容積（例えばポンプチャンバ）に流れる時の容易さを意味する。コンダクタンスは２つのチャンバ間の開口のサイズに制限される。この開口のサイズとは典型的にはクライオポンプのスロートの断面積をいう。
発明の要約
本発明は、半導体処理チャンバに対するインシチュでのポンピングに特に好適な改良型のゲッタポンプモジュールとシステムを提供するものである。
一つの好ましい実施態様において、本発明は、複数のゲッタ要素と、開口を通って延びる支持要素とを持ったゲッタポンプを含んでいる。ゲッタ要素は多孔性で、焼結されたゲッタ材料からなり、ゲッタ要素を貫通して延びる開口を持っている。チタンやそのほかの金属からなるボスがゲッタ要素の開口に典型的に設けられ、ゲッタ要素を機械的に支持して、加熱要素とゲッタ要素との間での熱移動を高めている。ゲッタ要素は典型的にディスク形で、好ましくは一部が、ゲッタ要素と、他のデバイスと半導体処理チャンバ内の表面とを遮熱させて、ゲッタ要素の再生プロセスを助長するシールドに囲まれている。
好ましい一つの実施態様では、放射ヒータがゲッタ材料を加熱するのに用いられている。別の好ましい実施態様では、本発明は隣合うゲッタ要素の面が平行でなく、このゲッタ要素が開口を有して、この開口を通って加熱要素が延びるようなゲッタポンプを含んでいる。好ましい実施態様において、開口が軸線を定義し、ゲッタ要素はこの軸線に垂直でない角度をなして配列されている。別の実施態様において、開口は軸線と実質的に垂直であるが、隣合うゲッタ要素の面は互いに対して傾斜、好ましくは等しく反対向きの角度で互い違いに傾斜している。
さらに別の実施態様において、本発明は、処理チャンバと、開口が貫設された複数のゲッタ要素を有するインシチュ式のゲッタポンプと、開口を通って延びる支持要素とからなる半導体処理システムを含んでいる。処理チャンバに対してのゲッタポンプの実際のポンプ作動速度（ポンピング速度）は、処理チャンバに対する制限されていない容積の複数のゲッタ要素の理論上のポンプ作動速度の少なくとも75％である。
本発明はまた、ａ）ウエハを処理チャンバ内に配置する工程と、ｂ）チャンバを密閉する工程と、ｃ）チャンバを外部の低圧ポンプとインシチュゲッタポンプでとポンピングするのと同時に、チャンバ内に希ガスを流す工程と、（ｄ）希ガスをチャンバに流している間にチャンバ内のウエハを処理する工程とを具備するウェハ処理方法を含んでいる。ここで、チャンバは、ウエハ処理チャンバ内に設けられた約75％を超えるコンダクタンスを持つインシチュ式ゲッタポンプを有し、インシチュゲッタポンプは複数のゲッタ要素を有し、低圧ポンプはチャンバから希ガスを除去させるために作動し、インシチュゲッタポンプはチャンバから非希ガスを除去するために作動する。本発明はまた、本発明の方法によって作られるウエハも含んでいる。
さらに別の実施態様において、本発明は、ａ）チャンバを外部環境から密閉する工程と、ｂ）チャンバ内に設けられたインシチュゲッタポンプを用いてチャンバをポンピングする工程とを具備するチャンバ排気方法を含んでいる。ここで、インシチュゲッタポンプは約75％を超えるコンダクタンスを持ち、インシチュゲッタポンプはある温度よりも高い温度で作動でき、それにより選択される非希ガスを別々のゲッタ温度で排気する。
さらに別の実施態様において、本発明は多孔性で焼結されたゲッタ材料と、ゲッタ材料に近接して設けられ、ゲッタ材料を加熱するヒータとを有したゲッタポンプを提供する。このヒータは、ヒータから放出される熱エネルギーをゲッタ材料に反射させるフォーカスシールドにも近接している。ゲッタポンプは、ポンピングされるべき近傍の容積の少なくとも約75％のコンダクタンスを持つ。この実施態様はさらに断熱壁を含んでおり、この断熱壁上でゲッタ材料とヒータが支持されている。断熱壁は、「Ｌ形シールド」の一部であってもよく、さらに熱反射表面を有していてもよい。
本発明の別の態様及び効果は、添付の図面を参照にして以下の説明を読めば、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のインシチュゲッタポンプモジュールを含む半導体処理システムを示している。
図２は本発明の多数のゲッタ要素と断熱シールドを示す斜視図である。
図３は図２のゲッタ要素の正面図である。
図4A及び図4Bは本発明のゲッタ要素の断面図を示している。図4Aは図３の4A−4A線に沿っての単一ゲッタ要素の断面図である。図4Bは互いに接している３つのゲッタ要素の断面図であり、図３の4A−4A線に沿っての断面図である。
図５は、分子と本発明の隣合うゲッタ要素との間の衝突の数を、ゲッタ要素間の距離の関数として示した図である。
図6A及び図6Bは本発明のゲッタ要素のある寸法パラメータを示すものである。図6Aは弧状形状の隣合うゲッタ要素の寸法パラメータを示すものである。図6Bは隣接した平行なゲッタ要素の寸法パラメータを示すものである。
図７はポンピング速度と隣合うゲッタ要素間の距離「ｄ」との関係を示すグラフである。
図８は本発明の別の実施形態を示す図であり、隣合うゲッタ要素が反対向きの角度をなして配置されているものを示す図である。
図９は本発明のさらに別の実施形態を示す図であり、隣合うゲッタ要素の対面する辺が平行でないものを示す図である。
図10は本発明の一実施形態を示す図であり、ゲッタ要素の配列がスパッタリングプラッタ（platter）の周辺に部分的に配置されているものを示す図である。
図11は本発明の一実施形態を示す図であり、星形配列のゲッタ要素が回転支持要素上に支持されている状態を示す図である。
図12は図11に示した実施形態の側面図であり、ゲッタ要素が断熱シールド内部に設けられている状態を示す図である。
図13は図２に示した実施形態の側面図であり、ゲッタ要素が断熱シールド内部に設けられている状態を示す図である。
図14A及び図14Bは開形状と閉形状間を移動する本発明の断熱シールドの側面図を示すものである。図14Aはゲッタ要素が遮熱された閉形状を示し、図14Bは周囲環境に露出したゲッタ要素の開形状を示す図である。
図15は図14A及び図14Bで示した実施形態の一部切断図で、さらにガス源を示す図である。
図16はフォーカスシールドを含むゲッタポンプを示す図である。
図17は図16で示した実施形態の一部切断図であり、さらにＬ形断熱シールドを含んでいるものを示す図である。
好適な実施形態の説明
図１は本発明の半導体処理システム100の一部分を示している。この処理システムは内壁103を有したウエハ処理チャンバ102を有する。クライオポンプ及び／又は機械式ポンプなどの外部ポンプ104（“P"）が導管105によってチャンバと結合され、ゲッタポンプが作動する前にチャンバの内部気圧を減少させるようになっている。好ましくは、ゲッタポンプが起動する前にチャンバの内部気圧を約10-6バールのレベルにしておくのがよい。内部チャンバ102はスパッタリングステージ106を有しており、このスパッタリングステージ106は、支持体110上に載置されたチャック108を有している。また、加熱ランプ112、112′を有し、参照符号114、116で総括的に示すようなインシチュゲッタポンプモジュールを少なくとも一つ有している。チャンバ102は、主として、種々の電源と、アナライザと、クライオポンプと、プラズマ発生器と、低度真空ポンプと、高度真空ポンプと、コントローラとを含む多構成要素からなる半導体処理システムの一つの構成要素であるのが一般的である。設計、製造、作動を含めたそのほかの構成要素は当業者には公知である。
ここで用いている「インシチュポンプ」という言い回しは、能動要素、すなわち活性ゲッタ材料が、処理されるウエハと同じ空間の容積内に物理的に配置されている場合のゲッタポンプを指す。このような場合、インシチュゲッタ材料と処理チャンバ間のコンダクタンスは、ゲート弁、導管、ポンプのスロートなどを介した外部ゲッタポンプのチャンバとの結合に比して非常に高い。その結果、ポンプの速度が比較的速くなる。例えば、ゲート弁などで処理チャンバに結合する外部ゲッタポンプの速度は理論上の最大ポンプ速度のせいぜい7.5％であるのに対して、本発明のインシチュゲッタポンプは理論上の最大ポンプ速度の75％を超える速度を達成できる。
ゲッタポンプモジュール114及び／又は116は、ゲッタポンプのゲッタ材料を高温、例えば450℃に加熱することによって「起動（activate）」する。ゲッタポンプのこの起動が必要なのは、大気に暴露するとゲッタ材料が「不動態化（passivate）」するからであり、ランプ112,112'を用いてチャンバから残留ガス、水分を除去するためにチャンバを焼き乾かす「ベークアウト」工程と重なってもよい。しかし、ベークアウト時間と起動時間を一致させる必要はない。
続けて図１を参照しながら、インシチュのゲッタポンプ114,116についてさらに詳細に説明する。ポンプ114,116がそれぞれ断熱シールド118,126を有していることが好ましい。これらのシールドはさらに、それぞれ熱反射内壁120,128を有して、熱をゲッタ材料に反射し返すことによりゲッタ要素の再生度を高めるようにしてもよい。断熱シールドの内部にはゲッタアセンブリ122,130があり、参照符号124と132で総括的に示す支持体上に支持されている。ゲッタアセンブリ114は処理チャンバ内の空間の制限により必要とされる「低脚（low boy）」形状を示している。ゲッタモジュール126は「高脚」形状の好ましい例である。この「高脚」形状により、ゲッタアセンブリ130と処理チャンバの内部との間のコンダクタンスを比較的高くできる。これは「低脚」形状より相対的に大きな開口部を持つためである。
ゲッタポンプ114,116はさらにそれぞれ、ヒータ134及び／又は134'と、ヒータ136及び／又は136'を有し、上述したようにゲッタ材料を「活性化」させるのに効果的な温度に加熱し、且つ／或は、当該技術で公知なゲッタ材料の吸着性を制御する。ヒータ134,134′,136,136′は抵抗ヒータ、すなわち加熱に少なくとも一部は電気抵抗を用いるヒータ、あるいは放射ヒータ、すなわち放射を使って近くの表面の加熱をおこなうヒータであってもよい。好ましくは、ヒータ134,136は抵抗ヒータであって、このあとさらに詳しく説明するように開口を介してゲッタ要素に設けられるのがよい。ヒータ134,136は支持機能を持ち、ゲッタ材料を加熱するのに加えてゲッタ要素を支持するものと考えられる。ヒータ要素134′,136′は放射ヒータであるのが好ましく、ゲッタ材料と断熱シールドの壁に近接して設けられるのがよい。ヒータ要素134′,136′は断熱シールド内のさまざまな位置に設けてもよいと考えられる。好ましい位置は、処理チャンバ内の構造に大きな影響をもたらすことなく、ヒータがゲッタ材料を所望の温度に加熱するような位置である。
本発明のインシチュゲッタポンプは図２の参照符号200で示すものである。このポンプは、ゲッタアセンブリ202と、細長い箱型の断熱シールド214とを有している。この断熱シールド214は半導体処理チャンバ102の内部からゲッタアセンブリを遮熱するためのものである。シールド214を設けることは好ましいが、ゲッタアセンブリがチャンバの加熱された表面に位置付けされるかそうでないにせよこの表面から遮蔽されているならば、設けなくてもよい。
ゲッタアセンブリ202は複数のディスク状のゲッタ要素204を有している。これらのディスク状ゲッタ要素204はそれぞれ、ゲッタ材料206からなる。好ましくは、ゲッタ要素は中央に位置する開口208を有しており、この開口を通って支持要素210が延び、物理的に要素を支持させる。好ましい実施形態においては、開口はゲッタ要素を貫通して延びる実質的に円筒状の穴である。他の開口の形状も同様であると考えられる。支持要素210はさらに抵抗要素212を有していてもよい。この抵抗要素212は支持要素を通して動き、抵抗加熱要素を形成し、当該技術で公知なようにゲッタ要素が大気から優先的に特定のガスを除去する場合の低温だけでなく再生温度にゲッタ要素を加熱する。支持要素は好ましくは、ステンレス鋼からなる管状、円筒構造であり、開口と係合して、ゲッタ要素と温度接触も含めた接触をさせるような大きさであるのがよい。支持要素はさまざまな供給元から入手可能である。加熱要素として機能するのに効果的な支持要素はWatlow社より市販されている。
好ましい実施形態においては、ゲッタ要素の加熱は、ゲッタ材料に近接して配置されたヒータ要素210′を使って行われる。加熱要素210′は好ましくは放射ヒータ、例えばアメリカ、ケンタッキー州ウィンチェスターのOsram−Sylvania社から市販されているようなシルバニア石英赤外線ランプなどであるのがよい。好ましくは、加熱要素210′はゲッタ要素の軸線によって定義される経路に実質的に平行な方向に動き、好ましくはステンレス鋼からなる単純な（すなわち非加熱の）ロッドに支持されるようにしてもよい。金属支持ロッドも熱を伝導によってゲッタ要素に送ることができると考えられる。ヒータとゲッタ材料のこのほかの配置は当業者には明らかであろう。例えば、ゲッタ要素をほかの方法、例えば端部で支持してもよい。加熱要素は図２に示すように単一で一体構造の加熱要素であっても、また一連の離散した加熱要素からなるものであってもよい。
断熱シールド214はチャンバ内での外部熱源からの放射熱がゲッタ材料に影響を与えるのを防ぐのに効果的な外面216を備える。このシールドはゲッタ要素と対面する熱反射内面も有して、再生時に熱をゲッタ要素に反射させることにより再生率を向上させる働きをする。また、シールドの内面はゲッタ要素の再生で生じた熱が断熱シールド214の外側にあるチャンバ内の表面にわたるのを防ぐ働きをする。好ましい実施形態においては、シールドは約25RAに電解研磨された316ステンレス鋼からなる。
単一のゲッタ要素の好ましい実施形態は図３で参照符号300として示されている。この好ましいゲッタ要素はゲッタ材料302からなる固形で多孔性の焼結ディスクからなり、このディスクはディスクの開口に配置された非ゲッタ金属ボス304と、非ゲッタ金属スペーサ306とを有している。好ましくは円筒状で、支持／加熱要素を受け入れて係合する大きさをした開口308は、このボスとスペーサによって画成される。好ましい実施形態においては、ボスとスペーサのいずれもチタンからなる。ここで用いている「ディスク」という用語は外面が実質的に円形又は卵形で、表面積が厚さを上回るようなゲッタ要素を指している。実質的に平らなゲッタ要素の方が、後の説明で明らかになる理由により好ましいものの、平面ではない形状であっても本発明に包含される。
「固形」とは、ゲッタ材料が、本明細書に参照することで援用するManini他による発明の名称「高容量ゲッタポンプ」の米国特許第5,320,496号明細書に記載されているように、ゲッタ要素の本体を構成することを意味し、ゲッタ材料が基板表面に接着された他のゲッタ要素とは相反する意味である。固形で多孔性のゲッタディスクを設けることにより、分子が先行技術のゲッタ要素のように単に表面上ではなく、ゲッタ要素本体に深く吸収されるので、ポンプ効率と不純物容量がかなり増加する。
ゲッタ要素は所望の性能に応じて、さまざまなゲッタ材料からなる。典型的なゲッタ材料は米国特許第3,203,901号、同第3,820,919号、同第3,926,832号、同第4,071,335号；同第4,269,624号、同第4,428,856号、同第4,306,887号、同第4,312,669号、同第4,405,487号、同第4,907,948号、同第5,242,559号及び英国特許第1,329,628号、英国特許出願GB  2,077,487A及びドイツ国特許第2,204,714号の各明細書に開示されているジルコニウム、バナジウム及び鉄の合金を含んでいる。なお、前記明細書は参照することで本明細書に援用する。その他に、特にチタン、ハフニウム、ウラン、トリウム、タングステン、タンタル、ニオブ、炭素とそれらの合金とを含有するゲッタ材料があげられる。
好ましいゲッタ要素はジルコニウムーバナジウムー鉄の三元合金からなり、三元組成図上に作図した場合、この３つの金属の重量パーセントが頂点がａ）Zr75％・V20％・Fe5％;b）Zr45％・V20％・Fe35％;c）Zr45％・V50％・Fe5％である三角形の範囲内にあるような重量組成を有するようなものである。より好ましくは、ゲッタ材料が、Zr70重量％・V24.6重量％・Fe5.4重量％の組成の三元合金からなるものがよい。この三元合金はSAES GETTERS社からSt707として販売されている。このような材料は米国特許第4,312,669号明細書と英国特許出願GB  2,077,487A明細書に記載されている。
別の好ましいゲッタ合金はジルコニウムとアルミニウムからなり、ジルコニウムが約84重量％、アルミニウムが約16重量％である。このような材料はSAES GETTERS社からSt 101（登録商標）の商標名で販売されている。さらに別の好ましいゲッタ材料は17重量％の炭素と83重量％のジルコニウムからなるもので、SAES GETTERS社からSt 171（Ｒ）の商標名で販売されている。さらに好ましいゲッタ材料は82重量％のジルコニウム、14.8重量％のバナジウム、3.2重量％の鉄からなり、SAES GETTERS社からSt 172の商標名で販売されている。別の好ましいゲッタ材料は10重量％のモリブデン、80重量％のチタンと10重量％の水酸化チタン（TiH2）からなり、SAES GETTERS社からSt 175の商標で販売されている。当業者は、これらのゲッタ材料は上記の特許及び特許出願の記載からの類推によって準備できると理解するであろう。
高多孔性のゲッタ材料は吸着性能が高くなり易い点で低多孔性の材料より好ましいことが多い。こうした多孔性ゲッタ材料は米国特許第4,428,856号、英国特許出願GB 2,077,487Aとドイツ国特許第2,204,714号の各明細書の記載にしたがって準備することができる。前記米国特許明細書にはタングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタルからなるグループから選択された超硬合金と、チタン及び水酸化チタンを含有する混合粉末から多孔性ゲッタ素地を準備することが記載されている。前記英国特許出願明細書にはジルコニウムと上記三元合金の混合からなる多孔性ゲッタ材料が記載されている。上記ドイツ国特許明細書にはジルコニウムとグラファイトの混合からなる多孔性ゲッタ材料が記載されている。
好ましいゲッタ材料とその準備については英国特許出願GB 2,077,487A明細書に記載がある。好ましいゲッタ材料はジルコニウム粉末と上記三元合金が4:1から1:6の重量比で混合されているものからなる。より好ましくは、ジルコニウム：三元合金が2:1〜1:2の間であるのがよい。三元合金は、例えばジルコニウムスポンジと市販の鉄−バナジウム合金（Murex、英国）を溶解炉で溶解するまで減圧下で結合させ、溶解した材料を冷却し、できた固体を粉砕して粉末にすることによって生成することができる。
ゲッタ要素は、（後述する）ボス（hub）をゲッタ要素金型に置く工程と、合金とジルコニウム粉末を加える工程と、約５分〜約10分間、約1000℃〜約1100℃の温度で材料を焼結する工程とを備えたプロセスを利用して、ゲッタ要素形成を達成することができる。
図4Aは図３の4A−4A線で切り取ったゲッタ要素400の断面を示している。図4Aに示すように、ゲッタ要素はゲッタ材料402からなる多孔性焼結ディスクを有している。このディスクはディスク内の開口に配置された非ゲッタ材料からなるボス404を有している。このボスは脚406と中央開口408とを有している。好ましくはこのボスの脚がディスク表面と面一であり、ボスの反対の端部がディスクの表面より上に延出しているのがよい。しかし、ボスの一端又は両端がディスク上に延出していてもよい。
本発明の好ましいゲッタ要素の直径は約25.4ミリメートル（mm）である。ゲッタディスクの厚さは約1.3mmである。好ましいボスの実施形態は、直径約8.0mmで、脚の高さが約0.3mmの実質的に円形の脚と、脚から延出する実質的に円形の隆起部分を有している。この隆起部分は直径約6.0mm、高さ約1.7mm（すなわち、ボスの全体の高さは約2.0mm）である。よって、好ましい実施形態において、隆起部分はディスク表面から約0.7mmの高さでゲッタ材料上に延出している。加熱要素又は支持体を受けるボスを貫通する開口の直径は約3.8mmである。
好ましい実施形態において、ゲッタポンプは複数のゲッタディスクから構成される。このゲッタディスクはディスクの開口によって定義される軸線に沿って互いに隣接して置かれている。このような実施形態は図4Bで参照符号450として示されている。図4Bに示すように、ゲッタ要素は第１のディスク452と、第２のディスク454と、第３のディスク456とを有する。それぞれのディスクは中央開口が個々のディスクの開口によって形成されるように位置合わせがなされている。利用可能な表面積を最大にするために、どのディスクのボスも隣接するディスクのスペーサと実質的に接触しているように、ディスクを積み重ねることが好ましい。よって、ディスク452のボス460はディスク454のスペーサ462に接触し、ディスク454のボス464はディスク456のスペーサ466に接触している。スペーサにより間隙ができ、そこを通じてゲッタ材料が大気と相互反応し、ゲッタポンプはこの大気に露出する。このような間隙は参照符号472,472′,474,474′として示されている。間隙472,472′は対向面476,478によって形成され、間隙474,474′は対向面480,482によって形成される。図示するように、スタック端部のゲッタ要素の面484,486は自由面である。しかし、通常はこのような間隙を多数設けるために多くのゲッタ要素がスタック状に積み重ねられる。
図５を参照しながら、最適なポンプ機能に求められるパラメータについて説明する。当該技術では公知なように、ゲッタポンプの効率はゲッタ要素間の距離に関係している。もしゲッタ要素間の間隔があまりに広いと、ガスモジュールはゲッタ要素とわずかに衝突するかまったく衝突することなく壁の間を通る。これは参照符号500として示されており、隣接するゲッタ要素502,504は、モジュール506が経路508に沿って２、３回ゲッタ要素の対向面のどちらかに衝突してから、吸着されることなくディスク間を通過するような間隔が取られている。逆に、ゲッタ要素が間隔を狭くして置かれていると、モジュールとゲッタ要素表面でより多くの衝突が起こり、これによってモジュールがゲッタ材料に止められる可能性が大きくなる。これは参照符号510として示され、経路518に沿って対向するゲッタ要素面でモジュール516が数回衝突するのに十分な狭い間隔で対向するゲッタ要素512と514が置かれている。モジュールがゲッタ要素表面と衝突する度に、モジュールがその表面に固着し、中に吸着する可能性が高い。よって、モジュールと表面との衝突回数が多ければ多いほど、モジュールが表面に止められる可能性もそれに比例して大きくなる。しかしながら、ゲッタ要素をあまりに近づけて置くと（例えば接触するなど）、ディスクの縁部分が優性ポンプ作動表面となる。これはディスクの対向表面の場合よりも効率が低い。
上記に鑑みれば、好ましいゲッタ要素の設計は先に述べた特性を利用して、多種の幾何学的配置を用いることによってゲッタポンプの効率を最適化する。幾何学的配置については、例えばFerrario他、1994年２月公開のPCT出願WO94/02957と、全米真空協会第39回シンポジウム（1992年）の技術資料を参照されたい。この２件の内容は本明細書に援用する。考慮すべき関連のパラメータは対向ディスク602,604に関して図6Aで示されている。関連パラメータはディスクの半径「Ｄ」、要素間隔「ｄ」、ディスクの厚さ「ｔ」を含む。実施形態の中には、ゲッタ要素を図6Bの参照符号610で示されるような扇形に配置しているものもある。そこでは、ディスク612,614,616がディスク間に「α」の角度を有して弧状に配置されている。よって、要素間隔ｄはゲッタ要素の角度αと長さｌに関係する。
上記のゲッタ要素の配置、寸法とゲッタポンプの効率との関係は図７で経路700に沿って示されており、この経路700は、上述のパラメータを関数としたディスク性能の実験的検査によって決定されるポンプ速度「Ｓ」と要素間隔「ｄ」の関係を表わしている。図７に示すように、ゲッタ要素が接触しているとき、すなわちｄ＝０のとき、ポンプ速度は「S1」の値にある。要素間隔が広くなると、最大値になるまでポンプ速度は上昇し、最大値でゲッタ要素間隔がさらに広まり、ディスク間で分子の反射がほとんどなくなり、それによって分子がディスク表面間を飛ぶ可能性が大きくなる。隣接するゲッタ要素間の間隔を十分に広げることにより、ポンプ速度をすべてのゲッタ要素が接触している場合よりも下げることができる。ディスク間隔の最適のパラメータは、ディスク間隔に対するポンプ速度を作図し、分布の最大値を見つけることによって決定することができる。上述の直径25.0mmのディスク形のゲッタ要素では、半導体処理の進行中、H2、一般的な不純物ガスをポンピングするには約0.7mmの間隔が好ましい。H2以外の不純物ガスをポンピングするには別のディスク間隔が好ましいものと理解される。
上記ゲッタ要素間隔とポンプ速度の関係を用いた好ましい実施形態は図８に参照符号800として示されている。そこでは、隣接するゲッタ要素の対向面は互いに平行ではなく、また要素804の開口によって定義される軸線と平行ではない。要素804の開口は加熱要素802と平行な軸線に沿って位置決めされている。図から理解できるように、要素804の軸線は面平面806,808が開口によって定義された軸線に垂直ではないように配置されている。好ましい実施形態において、隣接のゲッタ要素の開口は軸線に対してそれぞれと反対の角度で傾斜しているので、隣接のゲッタ要素が部分的「Ｖ」字形をなす。
図９は別の実施形態を示しており、隣接するゲッタ要素902が、共通の軸線に実質的に垂直な開口を持つボス904を有している。この実施形態において、隣接のゲッタ要素の面はそれぞれの開口によって形成される軸線に対して傾斜している。好ましい実施形態において、参照符号908,910で総括的に示すゲッタ要素の対向面は軸線に対して、それぞれに反対の角度で傾斜している。こうした配置により、ゲッタ要素の外周端からボスにかけての要素間隔を確実に狭めることになる。好ましい角度と間隔についてはBriesacher他による超清浄化技術１（１）:49−57（1990年）に記載されている。これは本明細書で援用する。
本発明の特定の実施形態は、半導体処理チャンバに固有なスペースの制限に適応するためにゲッタポンプに直線と曲線の部分を設けている。図10に参照符号1000として示されているように、壁1002と、加熱ランプ1006と、1008と、スパッタリングステージ1004とを持つ処理チャンバは、加熱要素1014上に支持されたゲッタ要素1012を有している。ゲッタポンプは曲線部分1018と直線部分1020を持ち、ゲッタポンプがスパッタリングステージ1004に近接して置かれるようになっている。当業者であれば理解できるように、ゲッタポンプをステージに近接させて置くことを保つことにより、非希ガスのポンプによるくみ上げを容易にして、低不純物部分圧を、このような部分圧が最も求められている場所、すなわちウエハが処理される近くで生じさせる。
ゲッタを矩形で箱形のシールド構造、例えば図２に示すような構造内に置くことによりゲッタ要素の露出が不均一になり、開口に近いゲッタ要素の部分はシールド内部に近いゲッタ要素の部分よりチャンバ環境への露出が多くなる。したがって、こうした配置はゲッタ要素の吸着性を十分に利用していないことになる。
この潜在的な問題を実質的に回避する本発明のゲッタ要素の実施形態は図11に参照符号1100で示している。そこでは、モータ1106のシャフト1102はチャンバ壁1105の外側に設けられた電磁式カップリングデバイス1108に結合している。第２の電磁式カップリングデバイス1110はチャンバ壁1105の別の側（内側）に設けられている。電磁式カップリングデバイス1110はコネクタ1112によって支持／加熱要素1126と結合している。随意に、ゲッタ要素の外部の（図示しない）加熱要素を支持／加熱要素1126とともに用いてもよい。
この別の実施形態においては、ゲッタポンプモジュール1107は複数の星形ゲッタアセンブリ1114を備えている。この星形ゲッタアセンブリ1114はそれぞれ、中央に位置した開口を持つボスと、ボスから放射状に延出する複数のゲッタ要素1116,1118,1120,1122,1124とを有している。本発明のこの実施形態でのゲッタ要素は、実質的に水かき状、すなわちゲッタ要素は軸線に沿って、ゲッタ要素の幅あるいは深さより長い実質的に長方形あるいは扇形の断面図を有している。ゲッタアセンブリは示された方向に回転する加熱要素1126によって支持されている。
このような実施形態は、図12の参照符号1200で示すように、ゲッタ要素の容量の利用を増やすことになることを当業者であれば理解するであろう。図12では、回転ゲッタポンプ1202がシールド1204内に置かれている。図示するように、ゲッタ要素1207はシールド1204の開口に非常に近接しており、このためゲッタ要素1207はシールド内壁1206に非常に近接しているゲッタ要素1208に比べてチャンバ環境への露出が多い。モータ1212を用いて中央ボス1210を回転させることにより、露出の多いゲッタ要素1207をシールドの裏に動かし、露出の少ないゲッタ要素1208を開口方向の前へ動かすことができる。よって、すべてのゲッタ要素を通しての露出はより均一になる。
図２に戻って、好ましい実施形態において、断熱シールドはゲッタポンプを処理チャンバから遮熱させるために設けられる。このような遮熱は、残留ガスを壁の表面と処理チャンバにあるそのほかのコンポーネントから「ベークオフ」するために用いられる加熱ランプの影響を受けないようにゲッタ要素を保護して、ゲッタ要素の再生時にゲッタポンプが出した熱から逆にチャンバ内のコンポーネントを保護するので効果的である。
図13を参照すると、遮熱されたゲッタポンプを参照符号1300で示している。遮熱されたゲッタポンプは、ゲッタ要素1304を遮蔽する箱形の断熱シールド1302を有し、このゲッタ要素1304は支持体1314によって支持されている。断熱シールドは、好ましくは、外面1306と、ゲッタ要素1304に対面する熱反射内面1308とを備えるのがよい。好ましい実施形態においては、断熱シールドは、総括的に参照符号1312で示した床ないしはフロアを有する。断熱シールドは参照符号1316で示すような開口を有して、処理チャンバ内の環境とゲッタ要素とを接触させる。シールドは好適な熱反射材料、例えば「316ステンレス鋼」など（ただしこれに限定されるものではない）からなり、シールドの内面は被覆されるか（ニッケルなどで）めっきされて、反射率を向上させることが好ましい。あるいは、シールドを研磨したり電気めっきして反射率を向上させ、（ガスと水分の吸着を減らす）気孔率を減らし、微粒子汚染を最小限にする。中央ボス1320の内部には支持／加熱要素1322が設けられている。随意に、外部ヒータ1322′を用いることも可能である。
実施形態の中には、断熱シールドが細長い固定箱形構造をして、チャンバ内部の一つ以上の面に固定されているものもある。また、実施形態の中には、ゲッタ要素が断熱シールドの上部、側部、底部の間に比較的均一に間隔をとって配置されているものもある。こうした実施形態は、通常上述の「低脚」構造と呼ばれている。他の実施形態においては、ゲッタ要素と断熱構造のフロアとの間隔がゲッタ要素と断熱シールドの残りの側面との間隔より広くなっている。このような実施形態は通常上述の「高脚」構造と呼ばれている。これらの実施形態は図13でパラメータ「ｌ」によって示される。好ましくは、「ｌ」は「低脚」形状では約0mm、「高脚」形状では約13mm〜約25mmの間であるのがよい。
可動シールドを有する第２のシールドの実施形態は図14A及び図14Bに示されている。このような可動シールドは、実質的にすべてのゲッタ要素を同時にチャンバ環境に露出させることによってコンダクタンスの損失を最小限にし、しかもベークアウト時に再生、システム保守で望まれるゲッタ要素を復縁させることができる。図14Aの参照符号1400として、シールドが閉位値にある、すなわちすべてのシールド要素1402,1404,1406がゲッタ要素を覆っているシールドの実施形態が示されている。このシールド要素は支持体1410に支持されたボス1408の周りを回転する。可動シールド要素もやはりステンレス鋼からなるのが好ましい。
図14Bはゲッタ要素1422が実質的にチャンバ環境に露出しているシールドの開位置を参照符号1420で示している。またシールドの開閉機構も示されている。好ましい実施形態においては、シールドの開閉機構は可撓性の管1424を備えており、この可撓性の管1424は一方向弁1428に結合したリング1426を有している。さらにリングはロッドの1429の基端と旋回可能に結合していて、このロッド1429はギア1430の溝状の延長部と摺動可能に結合している。この延長部はロッドの端部を摺動可能に受ける。ギア1430の歯車部は（図示しない）小さなギアと係合して、この小さなギアはシールド1402,1404,1406に結合している。管がガスを充填されてまっすぐになるとき、カラー1426が上がることでギア1430を回転させ、今度は小さなギアで大きな回転を開始し、これによってボス1408の周りでシールドを回転させ閉状態になる。逆に、管からガスが吐出して収縮状態のとき、リング1426が下がって逆方向にギアが回転して、シールドを開く。こうしたやり方で、遮蔽されたゲッタポンプを間接的に開閉させることができる。しかし、さまざまな機械的、電気的、油圧的及び／又は空気圧系の機構を適用して、同様な効果をもたらすようにすることができると理解される。
この実施形態の別の図は図15の参照符号1500として示している。遮蔽されたゲッタポンプ1502と、ゲッタ要素1510と、参照符号1504で一部断面図になっている加熱要素1508とが示されている。シールド要素は参照符号1510,1512で示されている。シールドの開閉機構を作動するガス源は参照符号1512で示されている。第２の、随意のチャンバ環境のガス圧に対して正の圧力を送るガス源（好ましくは窒素）は参照符号1514で示されている。好ましくは、ゲッタポンプに供給されるガスは不活性ガスか窒素ガスであるのがよい。このような形で、可動シールドが閉まり、窒素パージがゲッタ要素を周囲環境から絶縁させることになる。窒素層は加熱（すなわち再生）により容易に除去することができるので、ゲッタ要素表面上に「パッシベーション層」を形成して、ゲッタ要素を酸素など、より有害なガスから保護するためにも窒素は好ましいガスである。チャンバが環境に開かれる保守や修理の際には、ゲッタ要素の保護がゲッタ要素の有効寿命を延ばすことになるのでこれは特に有効である。
本発明のさらに別の実施形態を図16の参照符号1600で示す。そこでは、ゲッタアセンブリ1602,1604は複数のゲッタディスク1606からなり、それぞれのアセンブリは参照符号1608で示すようなボスを有している。これらのゲッタアセンブリ1602,1604は近接するヒータ要素1610の上下に配置されている。ゲッタアセンブリと、その構成要素であるゲッタディスクとヒータ要素は上記図２を参照にして説明した場合と実質的に同じである。ヒータ要素1610とゲッタアセンブリ1602,1604の支持体は図示していない。
ゲッタアセンブリとヒータ要素の隣接位置にはフォーカスシールドユニット1612がある。このフォーカスシールドユニット1612は支持要素1614、1616,1618を備え、これらの支持要素は協働して、フォーカスシールド1620を支持する。フォーカスシールド1620はヒータ要素1610に近接して設けられている熱反射面を備えて、ヒータ要素から放出された熱をゲッタアセンブリ1602,1604のゲッタディスクに反射させるような大きさになっている。一実施形態において、フォーカスシールドユニットは「316ステンレス鋼」などのステンレス鋼からなる。フォーカスシールドも高反射材料（例えばニッケル）でめっきして、約25RAに電解研磨してもよい。
フォーカスシールドを実質的に平坦で矩形面にしてもよいし、ヒータ要素からゲッタディスクまでの熱移動効率を向上させるような形状であればどんなものでもよい。例えば、フォーカスシールドは部分的あるいは全体的に凸形あるいは小面からなり、フォーカスシールドの凸側はヒータ要素とゲッタディスクに配向し、ゲッタ材料の活性化のための加熱を高める。コンダクタンスと露出に関する上記説明から理解できるように、図16に示す実施形態は高コンダクタンス、つまり80％又は90％ものコンダクタンスをもたらすという利点がある。これはフォーカスシールドユニットの比較的開かれた構造によるものである。しかし、ヒータ要素とゲッタディスク近くにフォーカスシールドを配置することにより、熱エネルギーをディスクに十分に送り、ゲッタ材料を効果的に活性化させることができる。
図16に示した特定の実施形態に加えて、図16に示したフォーカスシールドユニットを利用した他の実施形態も本発明に含まれる。一実施形態においては、ゲッタアセンブリとヒータ要素が実質的に対称をなして２つのフォーカスシールドユニットの間に配置され、ゲッタ要素に反射する熱エネルギー量を増加させる。この「対称」の実施形態を拡張して、ゲッタポンプの「バンク」を設けて、そのバンクでフォーカスシールドユニット同士が背中合わせで配置され、ゲッタアセンブリとヒータ要素が対向するフォーカスシールド面に設けられている。あるいは、いくつかのゲッタアセンブリとヒータ要素を交互に積み重ねて、積み重ねたフォーカスシールドをヒータ要素の実質的に反対側に設ける。このような実施形態は、水平空間が限られているが垂直空間は利用できるという場合に効果的である。さらにもっと効果的な配置が当業者には明らかであろう。
ゲッタアセンブリとヒータ要素が、図２の参照番号214で示された以外の断熱シールドを使う場合より多く、処理チャンバの環境への露出が必要な（したがって、ポンプ速度を速める）実施形態に効果的に本発明のフォーカスシールドユニットを使うこともできる。このような実施形態の一つが図17に参照番号1700として示されている。そこでは、実質的に「Ｌ形の」シールド1701を設け、そこからゲッタアセンブリ1602,1604とヒータ要素1610がそれぞれ保持体1704,1706,1708で吊支されている。この「Ｌ形」シールド1701は断熱壁1702と断熱フロア1703を備える。フォーカスシールドユニット1612の反射面が実質的にヒータ要素1610に対向するようにフォーカスシールドユニット1612を配置し、そうすることによってヒータ要素から放出した熱エネルギーをゲッタアセンブリ1602,1604のゲッタ要素に反射させる。しかしながら、Ｌ形シールド1702の壁は、処理チャンバのそのほかの要素への実質的な熱伝達を防ぎ、ヒータ要素から放出した熱エネルギーをフォーカスシールド1620から離れて対面しているゲッタアセンブリの側面に反射させる反射体として機能する。一実施形態において、壁1702の内面（すなわちヒータ要素とゲッタアセンブリに対面する壁面）はフォーカスシールドと同様な反射率を有する。
図17に示す実施形態と同様な実施形態は当業者には明らかであろう。例えば、Ｌ形シールド1703のフロアを設けず、壁1702のみを設けるようにすることも可能である。また、ゲッタアセンブリ及び／又はヒータ要素を壁1702からの吊支するのではない別の手段で保持させることもできる。考えられる一つの実施形態において、フォーカスシールド1620を壁1702と実質同一で対向する第２の断熱壁から保持して、「Ｕ形」シールドを形成することもできる。さらに別の実施形態では、フォーカスシールドユニットを設けず、断熱壁1702を使って、ゲッタポンプの外側の処理チャンバへのヒータ要素1610による加熱を実質的に防ぐようにする。さらに別の実施形態では、ヒータ要素1610が反射被覆を備えて、ヒータ要素からの熱放射をゲッタ材料に方向づける。ランプの反射性によりヒータ要素からゲッタ要素に熱エネルギーを向けることができるので、上記のランプの反射特性としてのフォーカスシールドを持たない実施形態でこのようなヒータ要素を用いて、ヒータ要素からの熱エネルギーをゲッタ材料に方向づけることが可能である。
以上、本発明では高度な真空状態を生み出すための装置と方法を提供する必要性について実質的に述べていることが理解されよう。記載のような本発明の方法と装置を利用して、半導体処理チャンバなどで望まれるような高真空状態を従来技術よりも効率的、効果的に作り出すことが可能になる。
本発明は特定の実施形態を参照にして説明したが、本発明の範囲や趣旨から逸脱しない別の実施形態も可能であることを当業者には理解されよう。したがって、以下に添付する請求の範囲は本発明の真の趣旨と範囲に鑑みて解釈されるべきである。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図５】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図１１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４Ａ】
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【図１３】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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