(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを有する第１の領域と第２の領域との間に置かれているとき、前記第１の領域から前記第２の領域にイオンを送るためのプラズマポンプセルであって、
前記第１の領域と第２の領域との間に位置付け可能であり、管路を規定する貫通開口を有する仕切り部材であって、前記仕切り部材が、前記第２の領域と第１の領域とにそれぞれ面する上部壁と底部壁とを有し、前記貫通開口が、前記管路の境界を規定し、前記上部壁と底部壁との間に延在する管路の壁を有する、仕切り部材と、
前記管路を通って、前記管路の壁とほぼ平行に延びる磁力線を与えるように前記管路に対して位置付けされた複数の磁石であって、前記複数の磁石が、前記管路の周りに少し離れた所に互いに間隔が開けられて、そして前記管路の周りに互い違いに磁気極性を有するように方向付けられている永久磁石である、複数の磁石と、
前記管路と連通した自由電子のソースと、
前記管路から前記第２の領域へとイオンを加速する静電界を発生するように、前記管路に対して配置された電気ポテンシャルソースとを備えているプラズマポンプセル。
【請求項２】
前記管路が、長手方向中央軸を有し、前記複数の永久磁石によって発生される磁界が、前記中央軸に沿って最小強さを有する請求項１に記載のポンプセル。
【請求項３】
前記自由電子のソースは、プラズマを含む請求項１に記載のポンプセル。
【請求項４】
前記電気ポテンシャルソースは、前記管路の上部壁に隣り合って位置されて、負のポテンシャルで維持されるカソード要素を備えている請求項１に記載のポンプセル。
【請求項５】
プラズマを有する第１の領域と第２の領域との間に置かれているとき、前記第１の領域から前記第２の領域にイオンを送るためのプラズマポンプセルであって、
前記第１の領域と第２の領域との間に位置付け可能であり、管路を規定する貫通開口を有する仕切り部材であって、前記仕切り部材が、前記第２の領域と第１の領域とにそれぞれ面する上部壁と底部壁とを有し、前記貫通開口が、前記管路の境界を規定し、前記上部壁と底部壁との間に延在する管路の壁を有し、前記管路の壁の断面形状が、前記上部壁と底部壁とに平行であり、これらの間に位置された平面において最小の直径を前記管路に与えるほぼ凸面体形状を有する、仕切り部材と、
前記管路を通って、前記管路の壁とほぼ平行に延びる磁力線を与えるように前記管路に対して位置付けされた複数の磁石と、
前記管路と連通した自由電子のソースと、
前記管路から前記第２の領域へとイオンを加速する静電界を発生するように、前記管路に対して配置された電気ポテンシャルソースとを備えているプラズマポンプセル。
【請求項６】
前記管路の壁の断面形状が、台形によって規定される形状を有している請求項５に記載のポンプセル。
【請求項７】
前記管路の壁の断面形状が、なめらかな曲線によって規定される形状を有している請求項５に記載のポンプセル。
【請求項８】
前記仕切り部材が、電気的に導電性物質の本体と、前記貫通開口を取り囲むセラミックインサートとを備えている請求項５に記載のポンプセル。
【請求項９】
プラズマを有する第１の領域と第２の領域との間に置かれているとき、前記第１の領域から前記第２の領域にイオンを送るためのプラズマポンプセルであって、
前記第１の領域と第２の領域との間に位置付け可能であり、管路を規定する貫通開口を有する仕切り部材と、
前記管路を通って延びる磁力線を与えるように前記管路に対して位置付けされた複数の磁石と、
前記管路と連通し、熱電子電子エミッタを有する自由電子のソースと、
前記管路から前記第２の領域へとイオンを加速する静電界を発生するように、前記管路に対して配置された電気ポテンシャルソースとを備えているプラズマポンプセル。
【請求項１０】
プラズマを有する第１の領域と第２の領域との間に置かれているとき、前記第１の領域から前記第２の領域にイオンを送るためのプラズマポンプセルであって、
前記第１の領域を前記第２の領域から分離し、また、前記第１の領域と第２の領域との間に管路を規定する仕切り手段であって、前記仕切り手段が、前記第２の領域と第１の領域とにそれぞれ面する上部壁と底部壁とを備え、前記管路が、前記管路の境界を規定し、前記上部壁と底部壁との間で延びた壁を有する、仕切り手段と、
前記第１の領域から第２の領域に前記管路を通ってイオンを誘導するための前記管路を通って延びた磁力線を有する磁界を発生させる手段であって、前記管路の周りで少し離れた所に互いに間隔が開けられて、そして前記管路の周りに互い違いに磁気極性を有するように方向付けられている複数の永久磁石を含む、磁界を発生させる手段と、
前記第１の領域から前記第２の領域に前記管路を通って流れるイオンを中性化するように前記第２の領域に自由電子を供給する手段と、
前記管路内から前記第２の領域へとイオンを加速するための位置で電界を発生させる手段とを具備しているプラズマポンプセル。
【請求項１１】
前記管路が、長手方向中央軸を有し、前記複数の永久磁石によって発生される磁界が、前記中央軸に沿って最小強さを有する請求項１０に記載のポンプセル。
【請求項１２】
前記管路の壁の断面形状が、前記上部壁と底部壁とに平行であり、これらの間に位置されたけ平面において最小の直径を前記管路に与えるほぼ凸面体形状を有する請求項１１に記載のポンプセル。
【請求項１３】
前記管路の壁の断面形状が、台形によって規定される形状を有している請求項１２に記載のポンプセル。
【請求項１４】
前記管路の壁の断面形状が、なめらかな曲線によって規定される形状を有している請求項１２に記載のポンプセル。
【請求項１５】
前記仕切り手段が、電気的に導電性物質の本体と、前記貫通開口を取り囲むセラミックインサートとを備えている請求項１２に記載のポンプセル。
【請求項１６】
前記自由電子のソースを供給する前記手段は、プラズマを含む請求項１０に記載のポンプセル。
【請求項１７】
前記電気ポテンシャルソースを発生させる前記手段は、前記管路の上部壁に隣り合って位置されて、負のポテンシャルで維持されるカソード要素を備えている請求項１０に記載のポンプセル。
【請求項１８】
プラズマを有する第１の領域と第２の領域との間に置かれているとき、前記第１の領域から前記第２の領域にイオンを送るためのプラズマポンプ電池であって、
前記第１の領域を前記第２の領域から分離し、また、前記第１の領域と第２の領域との間に管路を規定する仕切り手段と、
前記第１の領域から第２の領域に前記管路を通ってイオンを誘導するための前記管路を通って延びた磁力線を有する磁界を発生させる手段と、
前記第１の領域から前記第２の領域に前記管路を通って流れるイオンを中性化するように前記第２の領域に自由電子を供給する手段であって、熱電子電子エミッタを備えている、自由電子を供給する手段と、
前記管路内から前記第２の領域へとイオンを加速するための位置で電界を発生させる手段とを具備しているプラズマポンプセル。
【請求項１９】
前記複数の磁石は、前記管路の周りで互いに離間して配設された永久磁石である請求項５に記載のポンプセル。
【請求項２０】
前記管路が、長手方向中央軸を有し、前記複数の永久磁石によって発生される磁界が、前記中央軸に沿って最小強さを有する請求項１９に記載のポンプセル。
【請求項２１】
前記自由電子のソースは、前記第１の領域にあるプラズマを生成する請求項５に記載のポンプセル。
【請求項２２】
第１の領域にプラズマを発生させる無線周波数電源と組み合わされた請求項１に記載のポンプセル。
【請求項２３】
前記仕切り部材は、少なくとも前記貫通開口を囲む領域では電気絶縁材で形成されている請求項１に記載のポンプセル。
【請求項２４】
前記複数の磁石は、前記管路の周りで互いに離間して配設された永久磁石である請求項１０に記載のポンプセル。
【請求項２５】
前記管路が、長手方向中央軸を有し、前記複数の永久磁石によって発生される磁界が、前記中央軸に沿って最小強さを有する請求項２４に記載のポンプセル。
【請求項２６】
前記自由電子のソースは、前記第１の領域にあるプラズマを生成する請求項５に記載のポンプセル。
【請求項２７】
第１の領域にプラズマを発生させる無線周波数電源と組み合わされた請求項５に記載のポンプセル。
【請求項２８】
前記仕切り手段は、少なくとも前記貫通開口を囲む領域では電気絶縁材で形成されている請求項１０に記載のポンプセル。
【請求項２９】
プラズマを含有する第１の領域から第２の領域にイオンを送る方法であって、この方法は、
前記第１の領域と第２の領域との間に仕切り部材を配置し、この仕切り部材が、前記第１の領域と第２の領域との間に延在して、それらの間を連通する管路を有するようにさせる工程と、
前記第１の領域から第２の領域へと前記管路を通るイオンを誘導するための前記管路を通って延びた磁力線を有する磁界を発生させる工程と、
前記第１の領域から第２の領域へと前記管路を通って流れるイオンを中性化するように前記第２の領域に自由電子を供給する工程と、
前記管路内から前記第２の領域にイオンを加速するための位置に電界を発生させる工程と、
前記第１の領域にプラズマを発生させる工程とを具備している方法。
【請求項３０】
電界を発生させる前記工程が、前記管路を通るイオンのフローの速度を制御するために、前記電界の強さを調節することを含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記プラズマを発生させる工程は、第１の領域に無線周波数パワーを印加することによりなされる請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（
【従来の技術】
本発明は、特に、新鮮なガス供給を連続して受ける領域において、工業的、また科学的プロセスを実行する間、極めて低いガス圧力を維持するシステムに関する。
【０００２】
工業的、また科学的プロセスの多くのタイプは、ほぼ数ミリトル（ｍＴ）のオーダの極めて低い圧力に排気される領域において行われている。このタイプのプロセスは、プラズマのアシストで半導体ウエハに行われる蒸着とエッチングとを含んでいる。このようなプロセスを行うシステムにおいて、プラズマは、１−１００ｍＴの範囲の、多くは、１０ｍＴ未満の低圧力に維持される処理ガスを含む処理領域において発生される。ガスは、プラズマ状態にイオン化され、結果として生ずるイオンは、適切な電界によってウエハの方に向けて加速されることが可能である。プロセスの進行の間、処理ガスは、ポンプ装置に含まれているオイルや、新鮮な処理ガスがその領域に供給される間に、処理自体から結果として生ずる物質などの異物による最低の汚染で、領域から高速で圧送される必要がある。
【０００３】
上記に示される程度の低い圧力レベルを発生させるのに使用される従来のテクノロジーは、以下の２つの根本的なメカニズムのいずれか１つを利用している：（１）好ましい方向へのガス分子（以下、「分子」と呼び、粒子の２つのタイプに言及することが技術的に一層正しいこれらの関係において、原子と分子の両方を含むと理解される）の運動量を増加し、ガスの逆流を抑制するバルブ、あるいはバフル構造を通してガスを排出すること；あるいは（２）特に用意した表面にガスを濃縮すること。上記メカニズム（１）は、通常、ピストン、ブロワ−、あるいは水銀の分子、あるいは高速で濃縮可能なポンプオイルなどの高速移動機械的構造、あるいは分子を送る流れを使用してガスに方向付けられた運動量を与える高速移動羽根などの何らかのタイプで実行される。また、メカニズム（２）は、一般に、低から中庸の処理量必要条件を有するシステムに使用される。
【０００４】
ターボ分子ポンプは、メカニズム（１）を利用して、方向付けられた運動量をこれらの分子と衝突することによってガス分子に与える高速回転ディスクが設けられている。このメカニズムは、分子の平均自由行程が、ポンプ構造の大きさより長く、十分に低いガス圧力に最も効果的である。
【０００５】
工業用プラズマプロセスに使用されるほぼ１−１００ｍＴ程度の低いポンプ入口圧力を形成するために、大量の処理ガスを送るように意図される複式ポンプシステムの第１の段階としてターボ分子ポンプを使用することは、現在、かなり広く行われている手段である。
【０００６】
上述のタイプの処理オペレーションの特質、また完成した半導体装置の特質は、大いに処理ガスの純度と組成とによって決まることと、処理エンクロージャへの新鮮なガスのフロー速度が比較的高い場合、これらのパラメータが、良好に制御されることが可能であることとが分かった。プラズマ援用エッチングと蒸着プロセスによって発生される結果の品質は、ガス処理量、あるいは処理領域に出入りするガスのフローの速度が、現在使用されている３倍から５倍の間のレベルに増加される場合かなり向上される。
【０００７】
低い入口圧力で、１秒に付きほぼ５５００リットル程度の処理量を達成することが可能である現在使用可能な高速ターボ分子ポンプが存在しているが、現在使用可能である高能力ポンプは、極めて費用がかかり、小さなポンプより信頼性が低い。
【０００８】
その上、１秒に付き５５００の処理量が、２００ｍｍの直径を有するウエハ上でプロセスを行うための最適値未満であることが分かったものの、一方では、大きい直径のウエハでの最適な処理結果を達成するには、高いガス処理量を必要とする。一般に、品質に関して特定の処理結果を達成するのに必要なガス処理量は、基板の領域に比例する。
【０００９】
さらに、ガスフローの効果的な制御が、システム内の固体表面に付着される傾向を有するガス種のために可能である必要がある。このような種は、例えば、プラズマの電子か、またはプロトンのいずれかによって重合される炭素組成物を含有している。プラズマ電子、あるいはプロトンの束が、固体表面にこのような物質を簡単に付着することが可能である。このような物質は、その後、恐らく変更した形状で表面から解放される。上述のタイプのあらゆるプラズマ援用プロセスの特質は、重合された、あるいはその他の変更された物質が基板表面に蒸着されることを防止されることが可能な程度によって決まり、これは、順番に、このような物質が、処理領域に形成すること、および／または存続することを防止されることが可能な程度によって決まる。
【００１０】
かなりの時間、処理領域に存続するガス分子は、その後のエッチングプロセスに耐性のある化学形状の基板上で蒸着されることが可能である。その結果、これらの分子が、基板表面に欠陥を形成する。
【００１１】
このような現象の起こり得る発生を考慮して、処理領域でのガス分子の滞留時間が短ければ短いほど、一連のエッチングおよび／蒸着プロセスから結果として生ずる生成物の品質が高くなることが明らかである。
【００１２】
上述のタイプの処理オペレーションと関連して使用された真空ポンプテクノロジーに加えて、活性要素としてプラズマを使用するポンプが提案された。プラズマ真空ポンプは、比較的高い効率を有する水素とヘリウムとを含有する種々のガスを送ることを可能とし、そして固体の、あるいは腐食性物質による損傷に比較的免疫性である。
【００１３】
プラズマ真空ポンプのオペレーションは、中性ガスの三次元フローを、磁気的に圧縮されて、適切なバフル構造を通して誘導される磁化され得るプラズマによって誘導される一次元フローに変換することを含んでいる。運動量は、種々の電磁相互作用の結果としてプラズマに与えられ、中性ガスの分子と、加速されてバックグラウンドガスより大きい運動量を有する移動イオンとの間の衝突により中性ガスに与えられることが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマ処理システムにおいてプラズマ真空ポンプを使用するポテンシャルの利点は、これまで、かなりの程度までは十分に理解されていなかった。特に、効率のよいプラズマ発生を、行われるプラス間処理オペレーションと適合し、またプラズマを方向付けるのに適する磁界の発生およびこのようなプラズマ処理オペレーションに重要である範囲の圧力で送ることをもたらす適切なメカニズムと組み合わせる解決法は提案されていなかった。この点について、低周波外部電界から内部領域を遮蔽するために、プラズマの能力によって生じる問題点を考慮に入れるという提案がなかった。
【００１５】
プラズマ処理システムにプラズマ真空ポンプを使用する可能性は、例えば、１９８７年２月３日にＤｎａｄｌに発行された米国特許第４、６４１、０６０号に記述されている。この特許は、移動機械的部分を使用せず、また１ｍＴ未満のガス圧力で、高速ポンプ速度を果たすことが可能なプラズマ真空ポンプを開示している。このプラズマ真空ポンプの基礎をなす主要なカニズムは、低圧力で維持される領域に戻る中性ガス分子のフローを制限するごく普通の管状バフル構造を通してプラズマイオンと電子との磁気的に誘導されたフローである。この特許に開示されるポンプは、プラズマイオンのフローをブロックする静電ポテンシャルの自発発生によって測定される上限以下の圧力で磁化されたプラズマで効果的に機能することが可能であることが明らかである。ここに用いられるような「磁化されたプラズマ」は、電子フローが磁化される、すなわち、電子が磁界ライン周りを円運動するプラズマである。プラズマ真空ポンプのこの形状は、多少低圧力の磁気的に閉じ込められたプラズマ適用に適することが証明されているのに、典型的な工業用プラズマ処理システムに特に適することは明白でない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、高速度で低圧力領域からイオンを送ることである。
【００１７】
本発明の別の目的は、廉価で、高速ポンプ速度を達成することが可能なポンプシステムを提供することである。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、出口通路を通るイオンのフローを別の方法で減少する正の静電ポテンシャルの蓄積を防止することによってプラズマ真空ポンプを改良することである。
【００１９】
本発明のさらなる別の目的は、イオンが送られる速度の電気制御を可能にすることである。
【００２０】
上記並びにその他の目的は、本発明に係われば、プラズマポンプセルが、第１の領域と第２の領域との間に置かれるとき、イオンが第１領域でプラズマによって発生される第１の領域から、第２の領域にイオンを送るポンプセルと新規なプラズマ真空ポンプ方法とを提供することによって達成される。プラズマポンプセルは、第１の領域と第２の領域との間に位置付け可能な仕切り部材であって、管路を規定する貫通開口を有する仕切り部材と、管路に沿って延在する磁力線を与えるように管路に対して位置付けられる複数の磁石と、管路と連通した状態の自由電子のソースと、管路から第２の領域にイオンを加速する静電界を発生させるために、管路に対して配置される電気ポテンシャルソースとで構成されている。
【００２１】
磁石によって発生される磁界は、本質的に、管路のイオンの径方向分布に影響を及ぼし、管路の電子をトラップするのに作用する。トラップされた電子は、正の空間電荷が管路内に発生することを防止して、第１の領域から管路に陽イオンを加速する静電界に生じさせる。管路を通過する間に、陽イオンの特定の割合は、中性分子を生成する電子と結合する。これらの中性分子は、運動量によって、第２の領域に運ばれる。イオンと結合されなかったイオンは、運動量と、ポテンシャルソースによって発生される静電界とによって第２のチャンバに運ばれる。
【００２２】
第１の領域のプラズマは、その領域に導入されたガスをイオン化して、一般に、プロセスを行い、また第１の領域から送られるのに使用される磁化された電子とイオンとを生成するので、イオンの新鮮な供給がその領域に維持される。電子のプラズマの効果は、イオン移動に影響を及ぼす空間電荷を生成することである。本発明の１つの新規な特徴によれば、第１の領域のイオンは、ポンプ作用を援助する多少の方向付けエネルギーをプラズマによって与えられる。
【００２３】
本発明のさらなる新規な態様によれば、１つのポンプセルあるいは複数のポンプセルは、イオンがその領域から送られることが可能な効率を増加する方法で処理領域に対して位置付けされる。１つのセルあるいは複数のセルが、ポンプ効率を改良するために、最高可能プラズマ密度を形成可能に使用されるように、処理領域のプラズマ近くに配置されることが好ましい。この形状により、ガス分子が処理領域に留まる平均時間を極めて短くすること可能とする。
【００２４】
本発明による複数のセルで構成されるプラズマ真空ポンプは、処理される基板を備える処理チャンバに配置されている。ポンプ速度を増加して、チャンバのガス分子の滞留時間を減少するために、基板の表面領域より大きい領域を有する仕切り壁内に複数のセルを形成することが望ましい。とはいえ、処理チャンバ内のガスの滞留時間が、チャンバの容量が増加するときに増加するので、処理チャンバの容量をかなり増加することなく、これが達成されるべきである。
【００２５】
送られるイオンが、プラズマ内に生成されるとき、プラズマ領域の境界に隣接したイオンは、プラズマシースによって影響を及ぼされ、ポンプセルの領域内のイオンは、セルの方へに向けての多少のプレシース移動を受ける。
【００２６】
これらのイオンは、次に、管路にトラップされる電子によって発生される静電界によってセル管路の方に引き付けられる。この静電界の強さは、本質的に、周囲イオン密度と、電子密度と、電気ポテンシャルソースによって発生される電界とによって測定される。静電界は、管路を通って延在して、仕切り部材近くの第１の領域から管路に加速するように作用する。
【００２７】
そのうえ、運動量が、チャンバに入り、低く、限定されているレベルの方向付けられたエネルギーを有するガス分子のイオンによって、チャンバ内のイオン化されなかったガス分子に与えられる。これらのイオンと、厳密に同一の分子構造および重量の中性種との間の衝突が、エネルギーの極めて効率のよい、あるいは共鳴移動を結果として生ずる。移動の効率は、２つの衝突する粒子のより速い粒子の速度に反比例する。
【００２８】
送られるガス分子は、システムから取り除かれるために、あらゆる転移構造を通って転送される必要はない。実際には、処理領域、あるいはチャンバに注入された、またまだイオン化されなかった処理ガス分子は、下記の２つの可能な方法の１つで自然に移動する：
（ａ）分子の一層可能な作用は、処理される基板の表面からはね返り、そしてほぼ平均量の余弦分布状態で基板表面に反射されることである。この分布の広さは、基板の緻密な表面特徴によって決まる；
（ｂ）別の方法として、分子は、基板の表面に吸収されて、次に、あるいは異なる分子量を有する異なる種に転化された後、いずれその後再放出される。このような再放出は、さらに、基板表面へのほぼ平均量の余弦分布と関連付けられている。
【００２９】
上述の余弦分布は、分子が基板表面から異なる方向に反射されるか、あるいは再放出されるかのパターンを記述している。各方向に放出される分子の強さ、あるいは量は、放出された電子の強さ、あるいは量が、基板の表面に直交する方向に生成されることを意味する方向と基板表面との間に形成される角度の余弦に比例する。
【００３０】
処理チャンバ内のガスフローの制御は、ガスが基板表面の方に向けて直接推進されるような方法でチャンバの方に導入される場合に、また基板表面からはね返った大部分の分子が基板からの最初のはね返り後真空ポンプによって処理チャンバから取り除かれる場合に拡張される。分子速度の簡単な計算は、取り除かれる分子の運動エネルギーの効果的な使用が、分子によって受けられるはね返り、あるいは反射の数が最小にされることを必要とするということを示している。ガス分子が、基板からはね返った直後、処理チャンバから送られることが可能な程度まで、処理チャンバ内の表面との衝突が、最小にされることが可能である。このような最小化は、このような表面に衝突する分子が、そこに付着して、その後付着した形状で基板表面に戻されるので、有利である。この結果、ガス分子の急速取り除きが、基板上で行われるプロセスが優れた方法で制御されることを可能ととする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明を理解するための助けとして、基本プラズマ真空ポンプおよびポンプ電池の基本の高度に理想化したモデルが、好ましい実施形態の説明に先だって記述されている。
【００３２】
このようなポンプあるいはポンプセルは、管路、あるいはバフルによって入口チャンバに連結される入口チャンバ、あるいは空間、また出口チャンバ、あるいは空間で構成されるように明視化されることが可能である。ガスは、入口チャンバに連結されるガス入口を経てポンプに、また出口チャンバに連結されるガス出口を経てポンプから流れる。下記のパラメータは、ポンプのオペレーションを記述するのに使用されている：
Ｑｉｎ＝ガス入口を経て入口チャンバへのガスフロー速度
Ｑｐ＝入口チャンバから出口チャンバへのイオンフロー速度
Ｑｂ＝出口チャンバから入り口チャンバへの中性ガス逆フロー速度
Ｑｏｕｔ＝ガス出口を経て出口チャンバからのガスフロー速度
ｐｉｎ＝入口チャンバ内の圧力
ｐｏｕｔ＝出口チャンバ内の圧力
Ａｐ＝プラズマイオンに対するバフルの有効開口、即ち、領域
Ａｂ＝バフルの物理的な開口、あるいは領域
Ｆ（Ａｂ）＝バフルの物理的形状およびガス圧力によって決まるバフル構造の有効コンダクタンス
Ｒ＝ポンプによって達成される有効圧縮割合
ｎｉ＝入口チャンバ内のプラズマイオンの密度
ｃｓ＝電子温度、あるいはエネルギーによって最初に測定される入口チャンバ
内のイオンのイオン音速
以下に示される式は、種々のパラメータのための測定の首尾一貫した単位を採用している。
【００３３】
入口ガスフロー速度Ｑｉｎ，は、定常状態での出口フロー速度Ｑｏｕｔ、にまったく等しい。出口フロー速度は、ガス出口に連結されるフォアポンプの速度Ｓｆと、圧力ｐｏｕｔとによって決定される。
Ｑｏｕｔ＝Ｓｆｐｏｕｔ
圧力Ｐｏｕｔは、プラズマポンプによって達成される有効圧縮割合Ｒによる圧力Ｐｉｎより高い。
ｐｏｕｔ＝Ｒｐｉｎ
この圧縮は、中性ガスの（バック）フローに対するバフルによって外方向へのプラズマイオンの拡張されたフローの結果として生ずる。プラズマフロー速度，Ｑｐは、
Ｑｐ＝ｎｉｃｓＡｐ
によって示される。
【００３４】
Ａｐの値は、物理的な開口と、バフルへの入口での磁界の形状とに依存している。
【００３５】
中性ガスがバフルによって逆に流れる速度Ｑｂは、
Ｑｂ＝Ｆ（Ａｐ）（ｐｏｕｔ−ｐｉｎ）
によって示される。
【００３６】
この説明は、種々のバフル構造のコンダクタンスの数値を求めるとき、Ｄｕｓｈｍａｎ（Ｓａｕｌ  Ｄｕｓｈｍａｎの１９６２年の、ニューヨーク、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓの第二版「Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ（真空テクニックの科学的基礎）」、特に、「Ｆｌｏｗ  ｏｆ  Ｇａｓｅｓ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｕｂｅｓ  ａｎｄ  Ｏｒｉｆｉｃｓ（ガス貫通管とオリフィスのフロー）」を参照）の著述を使用し、そして圧力は、分子のフロー近似値が有効であるようなものであると一般に仮定している。
【００３７】
定常状態粒子平衡は、下記の関係が適用できることを必要とする：
Ｑｉｎ＋Ｑｂ＝Ｑｐ
Ｑｐ−Ｑｂ＝Ｑｏｕｔ
これらの関係の第２から
ｎｉｃｓＡｐ＝Ｆ（Ａｂ）（ｐｏｕｔ−ｐｉｎ）＋Ｓｆｐｏｕｔ
を得る。
【００３８】
１つは、下記のように、２つの無限のパラメータ、ＸとＹ：
Ｘ＝Ｆ（Ａｂ）／Ｓｆ
Ｙ＝ｎｉｃｓＡｐ／［ｐｉｎＦ（Ａｂ）］
を規定する。
それから、
Ｒ＝（１＋Ｙ）Ｘ／（１＋Ｘ）
Ｑｏｕｔ≡ＳｆｐｉｎＹＸ（１＋Ｘ）
を規定する。
【００３９】
Ｘ／（１＋Ｘ）の関数は、０≦Ｘ（１＋Ｘ）＜１の条件を満たし、独立変数が１（なる数）であるとき、０．５に等しいので、達成する大きい圧縮割合および大きい処理量は、Ｙの大きい値を必要とすることが明らかである。これは、順番に、高いプラズマ密度、実質的なイオン音速、中性ガスよりほぼ大きいプラズマイオン開口を作る磁界、中性ガスのための低いコンダクタンス、そして処理チャンバ内の低から中庸の圧力を必要とする。さらに、フォアポンプ速度は、中性ガスのためのバフルのコンダクタンスに匹敵するべきである。プラズマ真空ポンプのオペレーションの基礎をなすいくつかの基本原理の量的影響は、Ｆ（Ａｂ）のＤｕｓｈｍａｎのモデルを使用することによって見られることが可能である：
Ｆ（Ａｂ）＝０．２５ｖ０Ａｂ（１＋ｆｓｈａｐｅ）−１
ここでのｖ０は、中性分子の熱速度であり、ｆｓｈａｐｅは、そのコンダクタンスの管路断面形状の効果を説明する。簡単な円筒形管路について、
１＋ｆｓｈａｐｅ＝（ｌ／ａ）［１＋３ｌ／８ａ）］
式中、ｌおよびａは、それぞれに、円筒形管路の長さおよび内部半径である。
【００４０】
これらの代用および必要なユニットの転換を行うことについて、
Ｙ＝４（ｎｉｏｎｓ／ｎ０）（ｃｓ／ｖ０）（Ａｐ／Ａｂ）（１＋ｆｓｈａｐｅ）
ここに規定されていない条件は、Ｄｕｓｈｍａｎによって規定される。高度にイオン化されたプラズマにおいて、適切に形状された管路および適切な磁界形状を使用して、Ｙ＞＞１を達成することが可能であることが明らかである。
【００４１】
上記理論上の記述を考慮し、本発明の好ましい実施形態が、図面を参照にして記述されている。
【００４２】
図１は、内部を詳細に見るために、チャンバハウジングと内部構成要素の一部が、切欠されている処理チャンバの斜視図である。
【００４３】
処理チャンバは、仕切り壁４を含む多数の構成要素ハウジング２を備えている。壁４の外表面は、ハウジング２の外壁の一部を形成し、チャンバを、仕切り壁４の下方に位置する低圧力領域と、仕切り壁４の上方に位置する高圧力領域とに分割するために、チャンバの全体を横切って延在している。
【００４４】
低圧力領域の下方の境界は、基板サポート（図示せず）の収容開口６によって規定されている。処理ガスがチャンバに導入される前に、基板を運ぶ基板サポートは、開口６の方に延在して、開口６を密閉するために、上方に移動される。
【００４５】
低圧力領域は、技術上周知である方法で、ハウジング２の内側壁から低圧力領域内に形成されるプラズマを遮蔽するのに供する静電遮蔽８によって側方向に規定される。図１に示される構造において、静電遮蔽８は、開口６に向けて下流側方向に先細りになっている。
【００４６】
ハウジングの壁は、そのうえ、それ自体周知の方法で、ＲＦ電源に接続される多重巻コイル１０を備えている。ＲＦ電流が、コイル１０を通って流されるとき、電磁界が、低圧力領域内で発生される。この電磁界が、低圧力領域に導入される処理ガスと相互に作用するとき、ガス分子は、プラズマを発生させるためにイオン化される。結果として生ずるイオンは、基板表面に物質の層を蒸着し、そして基板表面から物質をエッチングするために、技術上周知である原理によってチャンバ内に形成される電界の影響のもとに、基板サポートの上に取り付けられる基板に引き付けられる。
【００４７】
図示されたチャンバにおいて、低圧力領域は、さらに、処理領域とも呼ばれ、ガスイオンは、本発明によるポンプセルで構成されるプラズマ真空ポンプによって、処理領域から送り出されて、そして高圧力領域に送り込まれ、そのポンプは、仕切り壁４と、入れ子状に重ねた環状カソード１２の配列と、カソード１２の上のハウジング２内に取り付けられる多重巻のコイルによって構成される追加の無線周波数プラズマソース１４との構造によって構成されている。
【００４８】
高圧力領域は、技術上周知の方法で、導波管２０を備えるターボ分子ポンプ１８上に置かれている。ポンプ１８は、このシステムにおいて、第２のポンプステージ、あるいはフォアポンプとしての役割を果たす。プラズマ真空ポンプは、イオンを高速で低圧力領域から仕切り壁４の上方の領域に運び、フロー速度は、仕切り壁４の上方の領域内の圧力が、仕切り壁４の下方の領域の圧力より高いものである。比較的高い圧力が、ターボ分子ポンプ１８への入口に存在するので、そのポンプは、効率よく仕切り壁４の上方の領域から大気圧の出口領域にガスを排出することが可能である。
【００４９】
無線周波数プラズマソース１４は、仕切り壁４の上方の領域内に自由電子を供給する役割を果たす。これらの電子の使用目的は、以下に詳細に記述される。ソース１４によって行われる作用を鑑みて、本発明の別の実施形態において、それは、熱電子エミッタなどの自由電子の別のソースに置き換えられることが可能である。
【００５０】
図２は、本発明によるポンプセルの１つの実施形態の基本的構造を示す斜視図である。図２は、実際には、４つのセルを示し、各セルは、管路２２を規定する１つの貫通開口を有している。管路２２は、円形の外形を有するように示されているが、別の外形も可能である。
【００５１】
各セルは、さらに、管路２２を取り囲む複数の磁石２４を備えている。各磁石２４は、関連した管路２２の長手方向軸に平行に延在する磁軸を有している。各管路２２の周りに延在する磁石は、関連した管路２２周りの１つの磁石２４から次の磁石へと極性が互い違いになっている。
【００５２】
磁石２４は、磁石２４によって発生される磁力線が、管路２２の表面にほぼ平行である方向に沿って管路２２を横断するように配置されて、管路２２のインナ壁が形成されることが好ましい。
【００５３】
図２に図示される実施形態において、各磁石２４は、永久磁石である。とはいえ、磁石２４は、さらに、原則として、電磁石でも可能であり、それは、ポンププロセスを制御するためのより以上の可能性を供給することが可能であるが、またポンプセルの構造上での複雑化をもたらす。
【００５４】
各磁石２４は、冷却流体ソースに連結される円環状の冷却流体通路２６によって取り囲まれている。各磁石のための冷却流体通路２６は、冷却流体ソースに個々に連結されている。別の方法として、いうまでもなく、磁石のすべてに関連した冷却流体通路２６は、直列に、あるいはあらゆる所望の直並列パターンにすべての冷却流体通路２６を連結する相互連結通路のネットワークによって相互に連結されることが可能である。
【００５５】
ここに図示されている実施形態において、仕切り壁４は、アルミニウムなどの電気的に導電性で、非磁気材料で形成されている。各セルの位置に、仕切り壁４には、管路２２を規定する貫通開口を有するセラミックのインサート３０に嵌め込まれる環状の円筒孔が設けられている。その他の孔形状も可能である。
【００５６】
インサート３０は、良好な誘電体であり、少なくとも４００℃までの高温度に耐えることが可能であり、処理チャンバに入り、そして基板を汚染するあらゆる成分を含有せず、そして結果として生ずるインサートが粒子のソースでないことを確実にする方法で製作されることが可能であるセラミック材料で形成されることが好ましい。適切な材料は、数ある中で、石英、高純度アルミナ、高純度チタニアなどを含んでいる。
【００５７】
図２に示される実施形態において、各インサート３０は、管路２２の境界壁が、台形の小さい平行面と２つの平行でない面とによって示される形状を有するように形作られている。その他の壁の形状は、均等であり、あるいはより望ましくは、円、あるいはパラボラの弧を規定するものなどの種々の曲線形状を含んでいることが分かる。
【００５８】
管路２２の境界壁のための好ましいあるいは最適な形状は、処理オペレーションのイオン種および特質を含む多数の要因によって決まる。所定の装置について、境界壁形状は、正味ポンプ速度を最大にする目標により経験的に決定される。これは、ガス逆フローために有効開口を最小にし、また前進ガスフローを最大にすることを含んでいる。
【００５９】
各セルは、さらに、各カーソード１２の拡大された部分を含んでいる。関連した拡大部分は、円錐体３４の形状を有し、その軸は、関連した管路２２の長手方向中心軸と一直線に並べられ、またその頂点は、管路２２の内部の方に方向付けられている。このように、円錐体３４の壁は、管路２２の軸と、管路２２の壁部分のすべてに同心状である。各カソード１２、従って、各円錐体３４は、負のポテンシャルソースに連結されている。各カソード１２に印加されるポテンシャルの大きさは、個々に選択されることが好ましい。
【００６０】
図２に図示される実施形態において、各セルは、６つの磁石２４と関連付けられていることは注目すべきである。とはいえ、各磁石は、２つの異なる隣接したセルによって共有されている。各管路２２は、６つの磁石によって取り囲まれるとき、各セルは、６極プラズマポンプセルと同一と見なされる。とはいえ、本発明の実施形態は、例えば、各管路が４つの磁石によって取り囲まれる四角のセルと、各管路が８つの磁石によって取り囲まれる八角形のセルとを含み、各管路が、異なる数の磁石に関連付けられるように構成されることが可能である。とはいえ、望ましい磁界パターンを形成するために、各管路は、同一数の磁石によって取り囲まれることが好ましい。
【００６１】
隣接したセル間に磁石の最大共有を可能とするために、個々のセルが仕切り壁４を横切って分布されるパターンは、各管路２２を取り囲む磁石の数によって決まる。
【００６２】
本発明のよるセルは、仕切り壁４の上方の自由電子のソースによって成就され、１つのそのようなソースは、図１を参照にして上記に記述されている。
【００６３】
図２に図示される好ましい実施形態は、イオン化可能処理ガスを処理チャンバに、特に、製造オペレーションを施す基板を含む図１のチャンバの低圧力領域に導入するためのチャンネル３８のネットワークによって成就される。
【００６４】
図３は、図２に示されるものと対向する仕切り壁４の側部を示す一部切り欠き斜視図である。図１に示される位置付けについて、仕切り壁４の上部表面は、図２に示され、仕切り壁４の底部表面は、図３に示されている。
【００６５】
図３に最もよく見られるように、ガス注入ネットワークは、仕切り壁４の底部表面を横切る規則的なパターンに分布される複数の注入ホールあるいは出口４０を備えている。冷却流体通路２６の相互連結の場合のように、チャンネル３８のネットワークは、あらゆる適切なパターンの出口ホール４０間を相互連結されることが可能である。
【００６６】
通路３８の出口端部は、処理される基板の方に向けて処理ガスを注入するように方向付けられる。図２に特に示されるような磁石の配列によって発生される磁界は、磁界の強さがゼロに減少する分離性として周知の表面によって分離される複数のカスプにより特徴付けられている。そのうえ、磁界の強さは、仕切り壁４の中間の平面から指数関数的に減少する。その平面から間隔を有する磁界の強さにおける減少は、各管路２２を取り囲む磁石の数と逆比例して変化する。結果として生ずる磁界のこの特性により、強い磁界の領域が、イオンが安定磁界から比較的自由に送られるメイン容量を残す中間平面近くでイオン化されることを可能にする。磁界の強さは、さらに、各管路２２の中央軸でゼロになるが、各管路軸から離れて径方向に急速に増加し、そして各管路２２の壁近くで高い値に達する。
【００６７】
各管路２２の壁の断面形状は、力のこれらの線が壁表面とほぼ平行であるように、管路を通って延在する磁力線の形状と同様に作られることが可能である。
【００６８】
磁石の各配列の赤道面に、磁界の強さがさらにゼロにほぼ等しい関連した管路２２の長手方向軸から外方向に四方に広がる狭い領域がある。電子の径方向のフローは、電子の損失と、その故、管路内の静電界を弱めることとを結果として生ずるこれらの狭い領域内に制約されないことが多い。これらの狭い領域は、磁気構造の中間線に沿って位置されるカスプの形状を有し、管路の長手方向軸周りに等角に間隔が開けられ、そして連続する磁石間の角をなす領域と一直線に並べられている。このような径方向のフローは、適切な静電ポテンシャルの発生によって防止されることが可能である。
【００６９】
本発明の特徴によれば、これらの静電ポテンシャルは、電子を反発するために負の電荷を得る特性を有するセラミックの組成物の、あるいは、同一の結果を生じさせるためのあらゆる適切な方法で負の電気を帯びて充電されるメタルのインサート３０を形成することによって設けられることが可能である。
【００７０】
本発明によるポンプセルのオペレーションは、図１乃至図３に示される実施形態を参照にしてここに記述されている。
【００７１】
最初に、基板は、開口６の所定の位置に配置され、適切なＲＦ電流が、仕切り壁４の上方と下方との領域にプラズマを形成するために、コイル１０とプラズマソース１４のコイルとに供給される。そのうえ、電気ポテンシャルは、あらゆる所望の電界を形成するために、チャンバ内の適切な構成要素に印加される。ＲＦ電流の発生および電気ポテンシャルの印加は、技術上既知の原理と慣習とに基づいている。
【００７２】
ポンプ１８がオペレーションを開始し、負のポテンシャルが、カソード１２のそれぞれに印加される。処理ガスは、チャンネル３８と出口ホール４０とを経て仕切り壁４と開口６に配置される基板との間の領域に導入される。適切な処理ガス密度が形成されたとき、プラズマが形成されて、所望の処理オペレーションが開始する。
【００７３】
ここでは特に図２を参照すると、仕切り壁４と基板との間に形成されるプラズマは、入口、あるいは各管路２２の下方末端に近いポイントに延在するイオンを供給する。各ポンプセルにおいて、電界は、関連した円錐体３４と仕切り壁４の下方のプラズマ領域との間に形成され、電界の線は、管路２２を通って延在する。
【００７４】
各円錐体３４と仕切り壁４の下方のプラズマ領域との間の電界は、管路２２の入口端部付近のプラズマ領域に現在配置されている陽イオンを管路２２の方に引き付けるように供し、また関連した磁石２４によって管路２２内に形成される磁界によって誘導される管路２２を通るこれらのイオンを加速する。
【００７５】
ソース１４によって発生されるプラズマは、仕切り壁４の上方に自由電子を供給する。これらの自由電子は、カソード１２周りに、通りすぎて、管路２２を通過した、あるいは通過する陽イオンを中性化することが可能なポイントに拡散する。各管路２２の領域に達する自由電子は、管路２２の壁に付着したイオンを中性化する効果を有している。管路２２を通過して、自由電子によって中性化されなかったこれらのイオンが、関連したイオン中性化円錐体３４に引き付けられ、そこで、自由電子が、電子と結合して、中性ガス分子となる。
【００７６】
各管路２２を通るイオンのフローは、仕切り壁４の下方の領域の圧力を結果的に減少し、一方、仕切り壁４の上方の領域の圧力を増加する。結果として生ずる高圧力領域は、ポンプ１８の入口に延在し、その領域は、比較的高圧力であるので、ポンプ１８は、その領域から分子を送るのに効率よく作用し、安定値でその領域の圧力を維持することが可能である。
【００７７】
高い中性ガス圧力で、加速されたイオンは、周囲ガス分子から電子を捕獲することによって中性化する電荷交換反作用をうける。このようなプロセスにおいて、漏れるエネルギーイオンは、エネルギーが熱ガス分子のものであるイオンに置き換えられ、そしてイオンオ局部密度は、イオンの速度の変化に反比例して高くなる。中性化された高速イオンは、もはや磁化されることはなく、完全な三次元移動を再開する。局部正の空間電荷は、このように、発生し、そしてイオンの外方向へのフローをさらに遅らせる正の静電界を結果として生ずる。このようなあらゆる正の空間電荷フィールドの発生を防止するために、本発明は、より以上の自由電子、すなわち、熱イオン雲を中性化するソース１４によって発生されるプラズマを注入するための手段を備えている。電子が、管路を通るイオンの走行時間よりも一層長い時間プラズマ管路内に保留されることが可能でなければ、イオンオ全体に渡る流れを中性化するために、十分な電子流を供給することは実際的でない。永久磁石配列の磁気特性は、磁気的に注入された電子をトラップするための必要なメカニズムを備え、それによって、注入された電子流の実際的なレベルを有する必要な中性化を可能とすることである。
【００７８】
円環状カソード１２は、各円環状カソードのポテンシャルｌが個々にセットされることを可能にする方法で、負のポテンシャルソース、あるいはそれぞれの負のポテンシャルソースに連結されている。仕切り壁４の表面を横切るポンプ作用の所望の制御は、仕切り壁４と開口６に配置される基板との間の領域に発生されるプラズマフィールドのほぼ軸方向の対称を鑑みて、処理チャンバの軸と同心である円環状のカソードで達成されることが可能である。他方では、プラズマフィールドの種々の特徴は、径方向において変化し、そして円環状のカソード１２のそれぞれに個々に選択されたポテンシャルを印加することによるこれらの変化が考慮されることが可能である。
【００７９】
そのうえ、カソード１２は、あらゆる所望の方法で形作られ、連結されることが可能である。例えば、独立した、個々に制御されるカソードが、それぞれ管路２２に備えられている。
【００８０】
仕切り壁４の下方の処理チャンバのプラズマイオンおよび電子は、電気的に充電されるので、それらの分子は、ローレンツ力による磁界によって影響を及ぼされる：
Ｆ＝ｑ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）
ここでは、Ｆは、電界Ｅと磁界Ｂとを通る速度ｖで移動する電荷ｑの粒子の力である。磁気力は、速度、ｖ、と、磁界、Ｂとに直交する。電子、あるいはイオンなどの帯電粒子は、電界と磁界とがないときは完全三次元移動を施されるのに対して、これらのフィールドは、このような帯電粒子を有効一次元移動において磁界線に沿って移動させる。帯電粒子は、磁界線上の中心に置かれ、そしてジャイロ半径、ｒ、に等しい半径を有する螺旋形通路内を移動する：
ｐ＝Ｍｖ⊥／ｑＢ
ここでは、Ｍは、帯電粒子質量であり、ｖ⊥は、Ｂに直交する磁気粒子速度の構成要素である。磁界が、十分に強いとすれば、帯電粒子は、本発明の管路２２などの適切に設計されたバフルの開口を通って磁気的に誘導されることが可能である。
【００８１】
プラズマイオンは、一般に、イオン音速ｃｓで、プラズマ本体から仕切り壁４の表面に流れる：
ｃｓ＝（２ｋＴｅ／Ｍｉ）１／２
ここでは、ｋＴｅは、プラズマ電子の平均運動エネルギーであり、イオン質量は、Ｍｉである。電子は、一般に、おおよそ１００倍だけ中性ガスより熱いので、ｃｓは、中性ガス分子の熱速度より１０倍大きい。この理由のために、プラズマイオンは、中性ガス分子より一層高速度で管路２２を通って磁界に沿って流れることが可能である。
【００８２】
磁界によるイオンの集束は、それ自体イオンフローが３倍増加する能力があることが推測される。上述のｃｓの値と結合されるこの効果は、管路２２を通るイオンのフローが、同一のオリフィスを通る中性ガスフロー速度よりかなり大きい３０倍であることが可能であることを示している。３０という値は、粗い計算の結果を示している。中性ガスフロー速度は、所定の差圧力を有する管路開口のコンダクタンスの数値計算によって決定される。差圧力は、プラズマポンプの増加された圧力、あるいは圧縮割合である。管路を通るイオンフローは、管路を通るイオンを加速するために、既存の電気空間電荷の可能性の推定値に基づいて計算される。
【００８３】
プラズマポンププロセスに寄与するより以上の受動的なメカニズム、すなわち、磁石２４によって発生される磁力線によって形成されるフラックス管の断面領域の減少によって引き起こされるプラズマフローの圧縮がある。特に、プラズマが管路２２の方に向けて流れるとき、磁界の強さが増加して、磁力線が、高密度に収束される。力のこれらの収束線に拘束されるプラズマは、さらに、同一量にまで圧縮される。フィールドの線の密度が磁気の強さの大きさに等しいので、圧縮割合は、管路２２の内側の最大磁界強さ対プラズマイオンが力の線に拘束されると考えられることが可能なフィールド強さとの割合である、すなわち、イオンジャイロ半径は、磁界の空間勾配、ＬＢ、を特徴付ける長さより短い：
ｐ＜ＬＢ＝（ｄＢ／ｄｚ）−１
式中、ｚは、各管路２２の軸の方向である。
【００８４】
電子ジャイロ半径は、一般に、イオンジャイロ半径よりすっと小さく、それは、従って、この基準に使用されるべきである。これらの基本プラズマポンプ原理の重要性については、基本の理想化されたポンプの記述において上記に量的に詳細に論じてきた。
【００８５】
イオン音速でのイオンのフローは、プラズマの本体が電気的に中性であることを確実にするために自発的に発生する正のの「同時二極性」ポテンシャルの存在によって決まる。この中性は、概して、プラズマ電子が、プラズマイオンと同一の割合で、プラズマの本体から損失される場合のみ維持される。もっと多くの移動電子が、イオンよりはるかに高速度でプラズマを放置するので、電子を閉じ込め、そしてイオンと同じ値にプラズマからの損失割合を減少する正の静電ポテンシャルの谷が、自然発生的に発生する。この正のポテンシャルは、プラズマ本体の隅から隅までほぼ一定であるが、プラズマの表面近くに局部的に制限される領域（「シース」）において減少する。この表面シースに到達するイオンは、カソード１２によって発生されるフィールドと既存の電子空間電荷とによって共同して発生される関連した静電界によって、イオン音速に加速される。
【００８６】
仕切り壁４の各円環状の領域のポンプ速度は、関連した円環状カソード１２の負のポテンシャルの関数である。図１乃至図３に示されるタイプの配列は、仕切り壁４の方に向けてのイオンフラックスのかなりの割合、一般に３０％を超えると推定される、を送ることが可能である。ポンプ効率を示すこの割合は、送られるイオンの量を同時二極性の拡散によって仕切り壁４の表面に達するイオンのフラックスと比べることによって計算されることが可能である。ポンプ構成要素によって発生され、仕切り壁４の下方のプラズマ容量の方に延在する磁界および電界は、無視してよいほど小さく、処理チャンバで行われるプラズマ援用製造オペレーションに無視してよい効果をもたらしている。
【００８７】
本発明の１つの例示であり、制約するものでない実際的な実施形態によれば、仕切り壁４は、ほぼ２．５インチ程度の厚さを有することが可能であり、管路２２は、その最も狭いポイントで０．５インチの直径を有し、カソード１２は、管路１２の出口端部、あるいは仕切り壁４の上部表面の上方約０．５インチの所に位置されることが可能であり、カソード１２のポテンシャルは、ほぼ１００ｖであることが可能であり、そして出口チャンバのプラズマ密度は、１×１０１２イオン／ｃｍ３であることが可能である。
【００８８】
ここでは図４を参照すると、管路２２′の壁が、曲線状、例えば、楕円形の形状を有する本発明の別の実施形態が示されている。管路２２′を通るイオンを引き付ける電界は、負のポテンシャルを円筒形電極５０に印加することによって発生される。自由電子は、熱電子電子エミッタを構成するように負の電気を帯びてバイアスされ、加熱されるリング５２から供給される。
【００８９】
図４に図示される実施形態は、図１乃至図３の実施形態と同一である冷却流体通路によって取り囲まれる永久磁石と、ガス注入チャンネル３８と、ホール４０との配列を有している。
【００９０】
熱電子電子エミッタと対抗するように、自由、あるいは中性化する電子のソースがプラズマであるとき、本発明によるプラズマ真空ポンプは、熱電子エミッタの高温度に加熱された表面と反応し、そして化学的にエッチングする化学的活物質を送るのに使用されることが可能である。他方では、熱電子エミッタは、プラズマを発生させるシステムより廉価であり、熱電子エミッタの高温度に加熱された表面を不利に影響を及ぼさない種を送るのに好ましい。
【００９１】
本発明による複数のセルを含有するプラズマポンプは、セルを互いに比較的近接して配置させて、仕切り壁４の表面領域の大きい部分を覆うことを可能とする形状を有している。隣接したセルが、磁石を共有するという事実により、セルが互いに比較的近接して配置されることを可能にする。
【００９２】
本発明による装置の実施形態において、仕切り壁４の上方の領域からガスを送るポンプ１８は、複式ターボ分子ポンプとフォアポンプとで構成される補助ポンプシステムによって構成されることが可能である。
【００９３】
本発明によるプラズマ真空ポンプを使用する装置において、達成されることが可能なポンプ速度は、プラズマ真空ポンプの表面領域によって決まる。仕切り壁４と基板との間のプラズマ領域は、図１に示される方法で先細にされるとき、プラズマ真空ポンプの表面領域は、処理される表面領域と比べて比較的大きく形成されることが可能である。
【００９４】
図１に示される形状を有する装置の例示的な実施形態において、基板のレベルでの、すなわち、開口６のレベルでのハウジング２によって囲まれるスペースの直径は、ほぼ３３ｃｍ程度であり、仕切り壁４のレベルでのチャンバの直径は、ほぼ５３ｃｍ程度であり、基板と仕切り壁４との間のスペースの鉛直の高さは、ほぼ１０．２ｃｍ程度である。仕切り壁４と開口６との間の領域のチャンバの平均直径は、ほぼ４３．２ｃｍである。この実施形態において、該チャンバは、ほぼ１４．８８リットルの容量を有し、仕切り壁４によって規定されるポンプ表面は、ほぼ２２３．４６ｃｍ２の領域を有している。１ｍＴのプロセス圧力で、ほぼ１．５×１０２イオン／ｃｃのプラズマ密度と、ほぼ０．０３５Ａ／ｃｍ２のイオン飽和電流密度と、ほぼ１．４×１０４リットル／秒の最大ポンプ速度とが達成されることが可能である。実際のポンプ速度は、ポンプ効率によって増加される上述の値となる。プロセスチャンバのイオンの平均滞留時間は、０．００１１秒／効率として示されることが可能である。
【００９５】
本発明のほんの少しの例示的な実施形態のみが上記に詳細に記述されたきたが、当業者には、多数の変更が、本発明の新規な説明と利点とから著しく逸脱することなく、例示的な実施形態において可能であることは容易に明らかである。従って、このような変更のすべては、本発明の範囲内に含まれると想定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による複数のプラズマ真空ポンプセルで構成されるポンプを備える処理チャンバの斜視図である。
【図２】  上方から見た、図１に図示されるポンプの一部を示す部分切り欠き斜視詳細図である。
【図３】  下方から見た、図１に図示されるポンプの一部を示す部分切り欠き斜視詳細図である。
【図４】  本発明によるポンプセルの別の方法の実施形態の断面詳細図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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