JP2003531465A - Independent plasma vacuum pump - Google Patents

Independent plasma vacuum pump

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JP2003531465A
JP2003531465A JP2001577580A JP2001577580A JP2003531465A JP 2003531465 A JP2003531465 A JP 2003531465A JP 2001577580 A JP2001577580 A JP 2001577580A JP 2001577580 A JP2001577580 A JP 2001577580A JP 2003531465 A JP2003531465 A JP 2003531465A
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Japan
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pump
plasma
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gas
channel
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Withdrawn
Application number
JP2001577580A
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Japanese (ja)
Inventor
ダンドル、ラファエル・エー
クオン、ビル・エイチ
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/12Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
    • H01J41/18Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of cold cathodes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】低圧の入口と高圧の出口との間に位置している少なくとも1つのポンプ領域を囲んでいるハウジングと、プラズマを閉じ込め導くような磁束チャンネルを形成し、前記ポンプ領域内に延びる少なくとも1つの磁場領域を、与える永久磁石装置と、電子を加速し、ガスをイオン化し、プラズマイオンを加速するように、マイクロ波電力を前記磁束チャンネル内に結合するように配置されている部材と、運動量移送によって、前記磁束チャンネル内で前記出口に向かってイオンを加速するように、前記磁束チャンネル内に電場を生じるように配置されている部材と、中性ガス流の逆流を妨げる一方、出口へのプラズマイオン及び中性原子の流れを促進する、前記出口の近くのバッフルとを、有している、前記入口から前記出口にガスを排気するための独立型プラズマ真空ポンプ。 A housing surrounding at least one pump region located between a low pressure inlet and a high pressure outlet, and a magnetic flux channel for confining and guiding the plasma. And a permanent magnet arrangement providing at least one magnetic field region extending into the pump region; and coupling microwave power into the flux channel to accelerate electrons, ionize gas, and accelerate plasma ions. A member arranged to produce an electric field in the flux channel such that momentum transfer accelerates ions in the flux channel toward the outlet, and a neutral gas. A baffle near the outlet that prevents flow backflow while promoting flow of plasma ions and neutral atoms to the outlet. Separate plasma vacuum pump for evacuating the gas to the outlet from.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、大量のガスが、1ないし10milliTorrと同程度に低い圧
力で排気されなければならない工業的及びその他の処理に関する。このカテゴリ
ー内の工業的処理は、例えば、表面のプラズマ化学気相堆積、プラズマエッチン
グ、並びに、他のタイプの表面改質処理のような、様々なタイプのプラズマ処理
を含んでいる。
The present invention relates to industrial and other processes in which large quantities of gas must be vented at pressures as low as 1-10 milliTorr. Industrial processes within this category include various types of plasma processes such as, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition of surfaces, plasma etching, as well as other types of surface modification processes.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

プラズマを利用するこのような処理の多くで、1ないし10milliTor
rと同程度に低い圧力に維持されている適切な混合ガス内に処理プラズマを生じ
ることは有益であると、当業者に通常考えられている。ガスの組成及び純度(p
urity)は、処理チャンバ内へのフレッシュなガスの流速が、処理速度に対
して速い場合、最適に制御され得る。しかしながら、既存の真空ポンプ技術は、
この圧力範囲では、限定的なガス処理量のみを与えることが可能である。
For many of these processes utilizing plasma, 1 to 10 milliTor
It is generally considered by those skilled in the art that it is beneficial to create a processing plasma in a suitable gas mixture that is maintained at a pressure as low as r. Gas composition and purity (p
The urity) can be optimally controlled when the flow rate of the fresh gas into the processing chamber is high with respect to the processing speed. However, existing vacuum pump technology
In this pressure range it is possible to provide only a limited gas throughput.

【0003】 例えば、広く使用されているターボ分子ポンプのポンプスピードは、通常、お
およそ1milliTorrより上の圧力の範囲で圧力が増大していくと、急激
に減少する。1ないし10milliTorrの範囲の圧力で高速の排気を達成
するような効果的なコストのロバストシステムは、今日まで開発されていない。
For example, the pump speed of widely used turbomolecular pumps typically decreases rapidly with increasing pressure in the range of pressures above approximately 1 milliTorr. No effective cost robust system has been developed to date to achieve fast evacuation at pressures in the range of 1-10 milliTorr.

【0004】 さらに、例えば、VLSIシステムのような工業的処理で必要とされる多くの
ガスは、有毒又は危険であり、多大な注意を払って分離され制御されなければな
らない。処理チャンバから排出される有害又は危険なガスが、このようなガスの
分子の解離を介して、より有害でない又は危険でない形態に変換され得るならば
有益である。この処理は、しばしば、有害又は危険なガスの分解(pyroly
zation)と呼ばれ、特に、軍において使用される有毒ガスと関連して、多
年に渡り研究されている。
Furthermore, many gases required in industrial processes, such as VLSI systems, are toxic or dangerous and must be separated and controlled with great care. It would be beneficial if harmful or hazardous gases exiting the processing chamber could be converted to less harmful or non-hazardous forms via molecular dissociation of such gases. This treatment often involves the pyrolysis of harmful or hazardous gases.
zation) and has been studied for many years, especially in connection with toxic gases used in the military.

【0005】 従来の真空ポンプ技術では、次の、2つの根本的なメカニズムの1つを利用し
ている。(1)好ましい方向にガス分子の運動量を増大し、ガスの逆流を妨げる
バルブ又はバッフル構造体を通してガス分子を排出すること、又は、(2)特定
の面に排気されるガスを凝縮すること。第1のメカニズムは、容易に凝縮するポ
ンプオイル若しくは水銀のようなポンプ分子の流れから、又は、高速で運動する
機械的な構造体から、所定の方向の運動量をガスに与える、所定のタイプのピス
トン、ブロワ−、高速で運動するファンを介して通常実行される。第2のメカニ
ズムは、小から中程度の処理量が要求されるシステム内で通常使用される。工業
的プラズマ処理が、実行される圧力範囲(1ないし100milliTorr)
で、ターボ分子ポンプは、処理用ガスの大きな流量(「処理量(through
put)」)を排気するように設計されている複合ポンプシステムの第1の段階
で、ほとんどあらゆる場合に使用される。
Conventional vacuum pump technology utilizes one of the following two fundamental mechanisms. (1) Ejecting the gas molecules through a valve or baffle structure that increases the momentum of the gas molecules in a preferred direction and prevents gas backflow, or (2) condensing the gas exhausted to a particular surface. The first mechanism is of a given type, which imparts momentum in a given direction to the gas, either from a stream of easily condensing pump oil or a stream of pump molecules such as mercury, or from a mechanical structure moving at high speed. It is usually implemented via a piston, blower, and high speed fan. The second mechanism is commonly used in systems where small to moderate throughput is required. Pressure range (1 to 100 milliTorr) at which industrial plasma treatment is performed
Therefore, the turbo molecular pump has a large flow rate of the processing gas (“the throughput (through
put) ") is used in almost all cases in the first stage of a combined pump system designed to exhaust.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

ターボ分子ポンプは、高速で回転するディスクとの衝突を介して、所定の方向
の運動量をガス分子に与える。このメカニズムは、分子の平均自由工程が、ポン
プの構造のディメンジョンより大きいような充分低いガスの圧力で、最も効果的
である。ターボ分子ポンプを用いて達成され得る最大のガス処理量において生じ
る限界は、反応生成物が蓄積して濃縮し処理に害を及ぼすことを防止するように
、反応ガスの十分な処理量が必要とされるプラズマ処理工業において、不都合で
ある。さらに、高速のターボ分子ポンプは、必然的に、大きな角運動量が備わっ
ている複雑で高価な装置である。その上、多くのプラズマ処理は、これらポンプ
に潜在的に損傷を与え得る固体の、及び/又は、腐食性の副生成物を生じる。
The turbo-molecular pump gives momentum in a predetermined direction to gas molecules through collision with a disk rotating at high speed. This mechanism is most effective at gas pressures that are low enough that the mean free path of the molecules is greater than the structural dimension of the pump. The limit that occurs with the maximum gas throughput that can be achieved using a turbo molecular pump is that sufficient throughput of the reaction gas is needed to prevent reaction products from accumulating and concentrating and harming the process. It is inconvenient in the plasma processing industry. Moreover, high speed turbomolecular pumps are necessarily complex and expensive devices with large angular momentum. Moreover, many plasma treatments produce solid and / or corrosive by-products that can potentially damage these pumps.

【0007】 現在使用可能なポンプスピードの3ないし5倍のポンプ性能が、(比較的小さ
な基板を用いて)示されており、処理の信頼性、並びに、エッチング及び堆積の
性能を高めている。適切に設計されているシステムにおけるポンプスピードの現
在の限界は、ポンプのスピードと、ポンプの入口へのチャンバのコンダクタンス
との両方で決定される。現在、ターボ分子ポンプの性能は、毎秒5500リット
ルが限界であり、さらに、利用可能な最大のターボ分子ポンプの使用は、大きな
ポンプであることによるコストと、ポンプの大きさによる想定される信頼性の欠
如とのために制約を受けている。このサイズのターボ分子ポンプのコストは、$
80,000を越えており、これは、$15.5/(liter/sec)で、
毎秒3300リットルのポンプについての$30,000、即ち、$10.6/
(liter/sec)より、単位ポンプ速度毎のコストにおいてかなり高い。
従って、大きい方のポンプについての単位ポンプスピード毎のコストは、小さい
方のポンプについてのものよりも50%大きい。
Pump performances of 3 to 5 times the currently available pump speeds have been demonstrated (using relatively small substrates) to enhance process reliability and etching and deposition performance. The current limit of pump speed in a properly designed system is determined both by the speed of the pump and the conductance of the chamber to the inlet of the pump. Currently, the performance of turbo molecular pumps is limited to 5500 liters per second, and the largest available turbo molecular pump is the cost of being a large pump and the expected reliability due to the size of the pump. Constrained due to the lack of. The cost of a turbo molecular pump of this size is $
It's over 80,000, which is $ 15.5 / (liter / sec),
$ 30,000 for a 3300 liter per second pump, or $ 10.6 /
It is considerably higher in cost per unit pump speed than (liter / sec).
Therefore, the cost per unit pump speed for the larger pump is 50% greater than for the smaller pump.

【0008】 それでも、5500liters/second(l/sec)のポンプは、
200mmウェハの処理に最適であろうポンプよりも小さい。300mmウェハ
への拡張は、適切なポンプスピードを与えるという問題を相当に悪化させる。必
要なポンプスピードは、基板の領域で、最も厳密に大きさを決められる(sca
le)。200mmから300mmのウェハへの処理装置の規模の増大(sca
ling)は、ポンプスピードにおいて、少なくとも2.25倍の増大を必要と
する。3300liter/secondから5500liter/secon
dへの増大が、可能であるが、これは、1.67倍の増大にすぎない。このため
、300mmのシステムには、非常に不適切なポンプの選択肢しか残されていな
い。
Even so, the 5500 liters / second (l / sec) pump is
Smaller than a pump that would be optimal for processing 200 mm wafers. Expansion to 300 mm wafers exacerbates the problem of providing adequate pump speed. The required pump speed is most closely sized (sca) in the area of the substrate.
le). Increased scale of processing equipment from 200 mm to 300 mm wafers (scal
ling) requires at least a 2.25-fold increase in pump speed. 3300liter / second to 5500liter / second
An increase to d is possible, but this is only a 1.67 fold increase. This leaves the 300 mm system with very poor pump choices.

【0009】 300mmのシステムでのガスの取り扱いにおける問題は、最も重要なのは、
ウェハ(基板)でのポンプスピードであるという事実によって、さらに複雑にさ
れている。ウェハから離隔する位置にポンプスピードを与えることは、ガス原子
が、所定の過渡構造体を通って、ポンプの入口に導かれなければならないことを
意味している。過渡領域で、典型的にliters/secで測定されるコンダ
クタンスが、一定の割合で減少する。コンピュータープログラムは、ガス原子が
、層流又は分子流の範囲にあるとき、全体に渡るポンプスピードを予測し得る。
しかしながら、商業上興味ある多くの処理では、流れは、遷移流で特徴づけられ
、コンピューターモデルは、予測性能においてあまり信用できない。多くの設計
で、ウェハとポンプとの間のコンダクタンスは、50%ないし70%の実効的な
ポンプスピードの損失を与える。
The problems with handling gas in a 300 mm system are of utmost importance.
It is further complicated by the fact that it is the pump speed at the wafer (substrate). Providing pump speed to a location remote from the wafer means that gas atoms must be directed through a given transient structure to the inlet of the pump. In the transient region, the conductance, typically measured in liters / sec, decreases at a constant rate. A computer program can predict overall pump speed when gas atoms are in the laminar or molecular flow regime.
However, in many commercially interesting processes, the flow is characterized by transitional flow, and computer models are not very reliable in predictive performance. In many designs, the conductance between the wafer and the pump provides a 50% to 70% effective pump speed loss.

【0010】 加えて、ガス流の効果的な取り扱いを考えるさいには、システムから除去され
なければならないが処理チャンバの壁に長時間付着するガス種を評価しなければ
ならない。同様な問題が、例えば、プラズマの電子又は光子によって分解される
多重カーボン(multiple carbon)のような、処理の結果生じ得
るほとんど揮発しない種に関して生ずる。プラズマ電子又は光子流にとって、こ
れら分子の破片を壁に付着(affix)させることは容易である。同じように
、これら材料は、ことによると異なった種として、後に壁から離される。付着(
attachment)、合成(synthesis)、分解(decompo
sition)、並びに、発生(evolution)といった同様なプロセス
が、基板で生じるが、基板は、異なった材料でできており、例えばエッチング処
理を促進するように使用される、イオン衝突の追加的なエネルギー流を有するこ
とにおいて異なっている。基板は、エッチング処理により、有機材及びシリコン
のソースとなる。ウェハへの電圧が除去され、新しい材料の流れが、途絶えた場
合、揮発性の活性化しているグループが、プラズマ処理システム内でしばしば見
られる劣化した茶色の膜(degenerate brown film)に結
合するために、反応炉は、安定化する傾向がある。この材料は、互いに強く結合
しており(cross−linked)、熱の吸収又はプラズマの衝突に対して
非常に安定である。
In addition, in considering effective handling of the gas stream, the gas species that must be removed from the system but that adhere to the walls of the processing chamber over time must be evaluated. Similar problems arise with rarely volatile species that can result from processing, such as, for example, multiple carbons that are decomposed by the electrons or photons of the plasma. It is easy for plasma electron or photon streams to affix debris of these molecules to the wall. Similarly, these materials are later separated from the wall, possibly as different species. Adhesion (
attachment), synthesis (synthesis), decomposition (decompo)
Similar processes, such as position) and evolution, occur on the substrate, but the substrate is made of a different material and the additional energy of ion bombardment is used, for example, to facilitate the etching process. Different in having flow. The substrate becomes a source of organic material and silicon by the etching process. When the voltage to the wafer is removed and the flow of new material is interrupted, volatile activating groups bond to the degraded brown film often found in plasma processing systems. In addition, the reactor tends to stabilize. The materials are cross-linked with each other and are very stable to heat absorption or plasma bombardment.

【0011】 処理結果の質は、例えば、高アスペクト比のチャンネル内にまっすぐなウォー
ルを与えるような側面ウォールのパシベーションの使用におけるように、弱い揮
発性の材料の存在又は不存在に相当程度左右される。このパシベーションは、材
料の堆積の結果生じるものであり、この材料は、フォトレジストや注入ガスを源
とし、プラズマ体積内の自由分子であるとき、電子衝突によって改質され、表面
に吸収されるとき、多重の変化を受け得る。そして、この材料は、ウェハの表面
に、特に、エッチングされている特徴の新しくエッチングされた表面に再度堆積
する。プラズマと多重に相互作用した堆積した材料は,ウェハをエッチングする
流れを与える化学的に活性化している分子及びイオンによる分解に対して特に耐
性がある。おそらく、有機体物の表面と無機物の表面(プラズマは、分子種をプ
ラズマの表面全体に広げる傾向がある)との間の選択が可能な多くの処理のダイ
ナミクスは、プラズマと接触しているウォールの厚さの変化によって影響を受け
る。このため、処理チャンバ内のこれら種の残留時間が、おそらく所定の適応時
間(これら種が、安定な化学的位置に達する時間)よりも短く、充分に減少され
た場合、チャンバ内のエッチングの化学は、制御され、最適化され得る。
The quality of the processing results is significantly dependent on the presence or absence of weakly volatile materials, such as in the use of side wall passivation to provide straight walls in high aspect ratio channels. It This passivation results from the deposition of a material, which is sourced from photoresist or an injecting gas, is a free molecule in the plasma volume, is modified by electron bombardment, and is absorbed by the surface. , Can undergo multiple changes. This material is then redeposited on the surface of the wafer, especially on the newly etched surface of the feature being etched. The deposited material, which has interacted multiple times with the plasma, is particularly resistant to degradation by chemically activated molecules and ions that provide the flow for etching the wafer. Perhaps many process dynamics that allow the choice between organic and inorganic surfaces (plasma tend to spread molecular species across the surface of the plasma) are the walls in contact with the plasma. Affected by changes in thickness. Thus, if the residence time of these species in the processing chamber is probably less than a given adaptation time (the time for these species to reach a stable chemical position) and is sufficiently reduced, the etch chemistry in the chamber will be reduced. Can be controlled and optimized.

【0012】 近年、真空ポンプ技術でプラズマを有効な要素として使用することで生じ得る
利益が、次第に理解されてきている。例えば、プラズマは、水素やヘリウムを含
む広範囲のガスを、同様に高い効率で排気し得る。プラズマ真空ポンプは、固体
又は腐食性の処理副生成物に強い耐性があり得る。ここで示すように、これら利
点は、プラズマ真空ポンプに特有な一般的な性質によって生じ、このポンプ内で
、排気される中性ガスの三次元的な流れは、磁気的に圧縮され適切なバッフル構
造体を介して導かれ得る、磁化されているプラズマの一次元的な流れに変換され
る。中性ガスは、中性、即ちイオン化されていない原子及び分子からなる。運動
量が、様々な電磁気的な相互作用を介してプラズマに与えられ、そして次に、荷
電粒子と中性ガス分子との間の衝突を介して、中性ガスに与えられる。
In recent years, the benefits that can be gained from using plasma as an effective element in vacuum pump technology have become increasingly understood. For example, plasma can exhaust a wide range of gases including hydrogen and helium with high efficiency as well. Plasma vacuum pumps can be highly resistant to solid or corrosive process by-products. As shown here, these advantages are caused by the general properties typical of plasma vacuum pumps, in which the three-dimensional flow of neutral gas being exhausted is magnetically compressed and properly baffled. It is transformed into a one-dimensional flow of magnetized plasma that can be guided through the structure. Neutral gas consists of atoms and molecules that are neutral, i.e. not ionized. Momentum is imparted to the plasma via various electromagnetic interactions and then to the neutral gas via collisions between charged particles and neutral gas molecules.

【0013】 これら潜在的な利点は、プラズマの効果的な生成と、プラズマの生成とプラズ
マ流に必要なチャンネルの形成との両方に適合する磁場の生成と、プラズマ処理
の適用において重要な範囲の圧力で、プラズマ流を駆動するような簡便で効果的
なメカニズムとに関する複数の技術的な理由のために、実際には、まだ完全に実
現されていない。この最後の技術的な困難性は、興味ある圧力範囲で重要となる
複雑な原子及び分子プロセスと、低周波数の外部電場から内部を遮蔽するプラズ
マの性質とのために悪化されている。
[0013] These potential advantages are of an important range in the application of plasma processing and in the generation of magnetic fields that are compatible with both the effective generation of plasma and the formation of the channels required for plasma flow. In practice it has not yet been fully realized for a number of technical reasons, including a simple and effective mechanism for driving a plasma flow at pressure. This last technical difficulty is exacerbated by the complex atomic and molecular processes that are important in the pressure range of interest and the nature of the plasma that shields it from low frequency external electric fields.

【0014】 別のタイプのプラズマ真空ポンプが、国際出願No.PCT/US99/12
827、1999年6月29日出願、名称PLASMA VACUUM PUM
PING CELL、ここで開示内容の全てが参照に組み入れられる、及び、共
願の米国仮出願No.60/114,453、1998年12月30日出願、名
称PLASMA VACUUM PUMP、ここで開示内容の全てが参照に組み
入れられる、で開示されている。このポンプは、システム外にガスを排気するよ
うに、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を使用するプラズマ、誘導型結合プラ
ズマ(ICP)、又は、静電遮蔽無線周波数(ESRF)プラズマのような、高
密度プラズマソースによって、処理システム内で、励起されたプラズマを利用し
ている。このタイプのポンプセルは、システムのソースプラズマの性質に応じて
設計され、そして製作され、システム内に装着される。独立型の真空ポンプとし
て使用され得ない。
Another type of plasma vacuum pump is disclosed in International Application No. PCT / US99 / 12
827, filed June 29, 1999, name PLASMA VACUUM PUM
PING CELL, which is hereby incorporated by reference in its entirety, and in co-pending US provisional application no. 60 / 114,453, filed December 30, 1998, entitled PLASMA VACUM PUMP, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. This pump is a high density plasma, such as a plasma using electron cyclotron resonance (ECR), inductively coupled plasma (ICP), or electrostatic shield radio frequency (ESRF) plasma, to exhaust gas out of the system. A plasma source utilizes an excited plasma within the processing system. This type of pump cell is designed and constructed according to the nature of the source plasma of the system and installed in the system. It cannot be used as a stand-alone vacuum pump.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本発明に従い、低圧の入口から高圧の出口にガスを排気するための独立型プラ
ズマ真空ポンプは、前記入口から前記出口へイオンを進ませるように、特定の形
状の永久磁石による磁場と、電子サイクロトロン共鳴の効果とを組み合わせる。
このプラズマ真空ポンプは、前記入口と前記出口との間に位置しているポンプ領
域を囲んでいるハウジングと、プラズマを閉じ込め導くような少なくとも1つの
磁束チャンネルを与え、前記入口と前記出口との間の前記ポンプ領域内で延びる
磁場を、与える複数の永久磁石装置と、プラズマ電子を加熱し(heat)、ガ
スをイオン化し、前記入口から前記出口へ向かう方向にプラズマイオンを進ませ
る力を生じるように、前記磁束チャンネルと結合されるマイクロ波電力のソース
とを、有している。前記ポンプは、さらに、前記出口に向かう電気的に中性なガ
ス分子及びプラズマの流れを促進する一方、前記出口から前記入口に向かう中性
ガス分子流を妨げるように構成されている。
According to the present invention, a stand-alone plasma vacuum pump for exhausting gas from a low pressure inlet to a high pressure outlet includes a magnetic field generated by a permanent magnet having a specific shape and an electron cyclotron so as to move ions from the inlet to the outlet. Combine with the effect of resonance.
The plasma vacuum pump provides a housing enclosing a pump region located between the inlet and the outlet, and at least one flux channel for confining and guiding a plasma between the inlet and the outlet. A plurality of permanent magnet arrangements that provide a magnetic field extending within the pump region of the plasma and heat the plasma electrons to ionize the gas and generate a force that propels the plasma ions in a direction from the inlet to the outlet. A microwave power source coupled to the magnetic flux channel. The pump is further configured to promote the flow of electrically neutral gas molecules and plasma towards the outlet while blocking the flow of neutral gas molecules from the outlet toward the inlet.

【0016】 本発明のプラズマ真空ポンプは、高い効率で領域に入るガス分子をイオン化す
るのに充分なエネルギー及び密度を有している電子が、密集している領域を、排
気される全てのガスが、通過しなければならないことから、流出ガスを分解する
ことに特に良く適合している。この結果生じる分子イオンは、通常、このポンプ
を通過するよりも短い時間で、構成原子種に解離されるだろう。
The plasma vacuum pump of the present invention exhausts a region in which electrons having a sufficient energy and density to ionize gas molecules that enter the region with high efficiency are exhausted from a region in which the electrons are concentrated. However, it is particularly well suited for decomposing effluent gases as it has to pass. The resulting molecular ions will typically dissociate into the constituent atomic species in less time than passing through this pump.

【0017】 本発明のポンプは、4つの別々の異なったプラズマ技術を、新規な配置で使用
する。第1は、排気されるガス分子を十分にイオン化する電子サイクロトロン加
熱技術である。第2は、非対称な磁気鏡の断面形態を有している少なくとも1つ
の磁束チャンネルを生成することにより、ポンプダクト内に、電子サイクロトロ
ン加熱の結果生じたプラズマを閉じ込めるプラズマ閉じ込め技術である。第3は
、磁束チャンネルに沿って、電子サイクロトロン加熱プラズマを進ませる運動量
移送ポンプ(momentum−transfer−pumping)技術であ
る。第4は、外向きの自由なプラズマ流を可能にするが、熱温度の(therm
alized)中性ガス分子の逆流を妨げるバッフル技術である。
The pump of the present invention uses four separate and distinct plasma technologies in a novel arrangement. The first is an electron cyclotron heating technique that sufficiently ionizes the exhausted gas molecules. The second is a plasma confinement technique that confines the plasma resulting from electron cyclotron heating in the pump duct by creating at least one flux channel having an asymmetric magnetic mirror cross-sectional configuration. The third is a momentum-transfer-pumping technique that drives an electron cyclotron heated plasma along a flux channel. Fourth, it allows an outward free flow of plasma, but at a thermal temperature (therm)
a baffle technology that prevents the reverse flow of neutral gas molecules.

【0018】 本発明の第1の新規な態様に従い、縦方向に延びている1つのプラズマ領域が
、長方形のポンプダクト内の磁束チャンネル内に生成される。代わって、縦方向
に延びている4、8、又はそれ以上のプラズマ領域が、円筒形囲い内の各磁束チ
ャンネル内に夫々生成される。この構成態様で、複数の前記チャンネルは、円筒
形囲いの軸の周りで互いに離隔し、各チャンネルは、この軸に沿って延び、また
、各チャンネルは、径方向にガスを排気するように形成される。この円筒形の配
置は、多量のガス負荷量(load)に適応するような非常に大きなポンプ表面
の面積を与える。加えて、中性ガス分子は、前記囲い内に入り得、複数の前記プ
ラズマ領域間の1以上のスペース内で、前記囲いの軸に平行に移動し得る。ガス
分子が、電子サイクロトロン共鳴領域を通過しているとき、入射分子の大部分は
、電子サイクロトロン加熱の結果この領域内に集積されている高エネルギー電子
(energetic electron)によってイオン化されるだろう。分
子が、いったんイオン化されると、各磁束チャンネルの出口端部で、ほぼ、所定
の小さな立体角のみを横切って、プラズマポンプから逃れ得る。
According to the first novel aspect of the invention, a longitudinally extending plasma region is created in a flux channel in a rectangular pump duct. Instead, four, eight, or more longitudinally extending plasma regions are created within each flux channel within the cylindrical enclosure, respectively. In this configuration, the plurality of channels are spaced from each other about an axis of the cylindrical enclosure, each channel extends along the axis, and each channel is configured to exhaust gas radially. To be done. This cylindrical arrangement provides a very large pump surface area to accommodate high gas loads. In addition, neutral gas molecules can enter the enclosure and move parallel to the axis of the enclosure within one or more spaces between the plasma regions. As the gas molecules pass through the electron cyclotron resonance region, the majority of the incident molecules will be ionized by the energetic electrons that accumulate in this region as a result of electron cyclotron heating. Once the molecules are ionized, they can escape from the plasma pump at the exit end of each flux channel, approximately across only a small predetermined solid angle.

【0019】 電子サイクロトロン加熱は、本発明の2つの本質的な機能を提供する。ガス分
子と電子との非弾性衝突が、分子のイオン化について最大確率を有するような、
100eV周辺のエネルギーに、電子を加熱するようなフレキシブルで効率的な
手段が与えられる。加えて、本発明の磁場配置での電子サイクロトロン加熱は、
磁力線に沿ってイオンを加速する内部空間電荷電場を生じる。
Electron cyclotron heating provides the two essential functions of the present invention. Such that the inelastic collision of a gas molecule with an electron has the maximum probability of ionization of the molecule,
Energy around 100 eV provides a flexible and efficient means of heating electrons. In addition, electron cyclotron heating with the magnetic field arrangement of the present invention
An internal space charge electric field is generated which accelerates the ions along the magnetic field lines.

【0020】 本発明の第2の新規な態様に従い、各磁束チャンネルは、永久磁石を使用して
生成されている非常に効果的な磁場配置によって規定される。磁場は、プラズマ
ポンプメカニズムで3つの重要な役割を果たす。(1)効果的な電子の加熱及び
プラズマの生成のための、電子サイクロトロン共鳴(ECR)ゾーンを規定する
。(2)発散し広がっている磁束チューブ又はチャンネルを与え、この中で、磁
力線若しくは磁束線が、発散しており、即ち、磁場強度が、減少しており、また
、電子の磁場の線に垂直な方向の軌道運動量に関係している運動エネルギーは、
電子の磁場の線に平行な運動量に関係している運動エネルギーに変換される。(
3)前記ECR共鳴領域から、運動量移送ポンプダクト及びバッフルを通って、
フォアポンプ領域にプラズマ流を導く。3つの役割の全ては、最小量の永久磁石
材で達成される。
According to a second novel aspect of the present invention, each flux channel is defined by a highly effective magnetic field arrangement being created using permanent magnets. The magnetic field plays three important roles in the plasma pump mechanism. (1) Define electron cyclotron resonance (ECR) zones for effective electron heating and plasma generation. (2) Providing a diverging and diverging flux tube or channel in which the magnetic field lines or magnetic flux lines are diverging, ie the magnetic field strength is decreasing and also perpendicular to the magnetic field lines of the electrons. Kinetic energy related to orbital momentum in various directions is
It is converted into kinetic energy related to the momentum parallel to the lines of the magnetic field of the electron. (
3) From the ECR resonance region, through the momentum transfer pump duct and baffles,
Guide the plasma flow to the fore pump region. All three roles are accomplished with a minimal amount of permanent magnet material.

【0021】 磁束チューブは、横面(transverse surface)が、いたる
ところで磁力線に平行な空間的な領域で通常規定される。磁束チューブに関する
包括的な説明が、例えば、“The Structure of Magnet
ic Fields”、A.I.Morozov and L.S.Solov
’ev著、Reviews of Plasma Physics、Vol.2
、ページ9ないし11、Ed.M.A.Leontovich,Consult
ants Bureau、New York、1966で与えられている。本発
明の長方形の実施形態で、磁力線は、複数の平面内にある。デカルト座標で、こ
れら平面は、座標zが一定な平面として選択され得、磁場は、x及びy成分のみ
を持つ。磁束チューブ又はチャンネルは、z方向に延びている所定の長さの磁気
構造である。円筒形の実施形態で、磁力線は、軸座標zが一定な平面内にある。
磁場は、径方向r及び方位方向の成分を有する。磁束チューブ又はチャンネルは
、軸z方向に延びている所定の長さの磁気構造である。
A flux tube is usually defined with a transverse surface, everywhere in a spatial region parallel to the magnetic field lines. A comprehensive description of flux tubes can be found, for example, in "The Structure of Magnet".
ic Fields ", AI Morozov and LS Solov.
'ev, Reviews of Plasma Physics, Vol. Two
, Pages 9-11, Ed. M. A. Leontovich, Consult
Ants Bureau, New York, 1966. In the rectangular embodiment of the invention, the magnetic field lines lie in a plurality of planes. In Cartesian coordinates, these planes can be chosen as planes with a constant coordinate z, and the magnetic field has only x and y components. The flux tube or channel is a length of magnetic structure extending in the z-direction. In the cylindrical embodiment, the magnetic field lines lie in a plane with a constant axial coordinate z.
The magnetic field has radial r and azimuthal components. The flux tube or channel is a length of magnetic structure extending along the axis z.

【0022】 ECR共鳴ゾーンで、1012ないし1013ions/cmの密度の高密
度プラズマが、マイクロ波アンテナに近い高磁場領域からラウンチングされたホ
イッスラー波によって生成される。R.A.Dandl及びG.E.Guest
(“On the Low−Pressure Mode Transitio
n in Electron Cyclotron Heated Plasm
as”、J.Vac.Sci.Technol.A9(6)、Nov/Dec
1991、pp.3119ないし3125)により示されているように、生成さ
れた密度は、プラズマ領域内に結合されているマイクロ波電力にほぼ比例してい
る。
In the ECR resonance zone, a high density plasma with a density of 10 12 to 10 13 ions / cm 3 is generated by whistler waves launched from a high magnetic field region close to the microwave antenna. R. A. Dandl and G.D. E. Guest
("On the Low-Pressure Mode Transitio
n in Electron Cyclotron Heated Plasma
as ", J. Vac. Sci. Technol. A9 (6), Nov / Dec.
1991, pp. 3119-3125), the density produced is approximately proportional to the microwave power coupled into the plasma region.

【0023】 このプラズマは、主電子(primary electron)及び第2電子
を含む。主共鳴加熱電子は、100eVに近いエネルギーを有し得る。適切な電
子サイクロトロン加熱電力が、与えられている場合、これら電子は、強いイオン
化作用を有し、大きな流量のガス分子をイオン化し得、従って、高速のポンプス
ピードを達成し得る。入射ガス分子の衝突によるイオン化の結果生じた第2電子
の温度は、加熱電力及び作動圧力に応じ、3ないし10eVの範囲である。
The plasma includes a primary electron and a second electron. The main resonance heating electron may have an energy close to 100 eV. Given the proper electron cyclotron heating power, these electrons have a strong ionization effect and can ionize large flow rates of gas molecules, thus achieving fast pump speeds. The temperature of the second electrons resulting from the ionization due to the collision of the incident gas molecules is in the range of 3 to 10 eV, depending on the heating power and operating pressure.

【0024】 本発明のもう1つの新規な態様に応じて、プラズマイオンは、ECRゾーンよ
り下流の磁場の線が発散している領域内で、内部空間電荷電場によって集合的に
加速される。
According to another novel aspect of the present invention, plasma ions are collectively accelerated by an internal space charge electric field in the region of diverging magnetic field lines downstream of the ECR zone.

【0025】 本発明の更にもう1つの新規な態様に応じて、中性ガス原子は、プラズマイオ
ンとの共鳴電荷変換衝突及び他の衝突により、所定の方向の運動量を素早く得て
いるため、各磁束チャンネル内の所定の方向を向いた中性ガス流は、かなり増大
されている。このように、平行な運動量が、継続して中性分子に移送される一方
で、新たに荷電変換されたイオンが、集合的な電場から所定の方向のエネルギー
を素早く得る。プラズマイオンは、磁束チャンネルの出口でプラズマ電子とほぼ
再結合し得、この出口で、中性分子の逆流が、妨げられている。プラズマは、収
束する磁力線に沿って容易に流れ得るため、適切に規定されている出口のオリフ
ィスを通って導かれ得る、即ち、ポンプダクトの幾何学的配置は、磁力線に一致
するように形成され得る。本技術分野で良く知られている基準を使用して(例え
ば、Scientific Foundations of Vacuum T
echnique、第2版、Saul Dushman著、Ed.J.M.La
fferty,John Wiley and Sons、New York、
(1962)Chapter2参照)、前記出口のオリフィスのディメンジョン
は、高圧なオリフィスの出口側から低圧な入口側へのガスの流れを制限するよう
に選択され得る。このように、前記オリフィスを通って逆流するガスの流速は、
プラズマ及び流れに乗せられているガスの前方への流速より小さくされ得る。
In accordance with yet another novel aspect of the present invention, neutral gas atoms rapidly gain momentum in a given direction due to resonant charge conversion collisions with plasma ions and other collisions. The directed neutral gas flow in the flux channel is significantly increased. Thus, the parallel momentum is continuously transferred to the neutral molecule, while the newly charge-exchanged ions quickly gain energy in a given direction from the collective electric field. Plasma ions can almost recombine with plasma electrons at the exit of the magnetic flux channel, at which exit the neutral molecular backflow is impeded. Since the plasma can easily flow along the converging magnetic field lines, it can be guided through a well-defined outlet orifice, i.e. the geometry of the pump duct is designed to match the magnetic field lines. obtain. Using criteria well known in the art (eg, Scientific Foundations of Vacuum T
echnique, 2nd edition, Saul Dushman, Ed. J. M. La
fferty, John Wiley and Sons, New York,
(1962 Chapter 2), the dimension of the outlet orifice may be selected to limit the flow of gas from the outlet side of the high pressure orifice to the low pressure inlet side. Thus, the flow velocity of the gas flowing back through the orifice is
It may be less than the forward flow velocity of the plasma and the gas that is entrained in the flow.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

ポンプダクトの構成及び性能は、以下で詳細に説明される。 図1は、静磁場内で運動している電子の螺旋軌道を示しており、この磁場は、
ほぼ矢印Mの方向に延びている磁力線を有している。本技術分野で良く知られ、
例えば、Plasmas and Controlled Fusion、Da
vid J.Rose and Melville Clark,Jr.著、J
ohn Wiley and Sons、New York(1961)Cha
pter 10で充分に示されているように、図1で示されている螺旋軌道は、
磁力線の周りの横方向の回転運動(「ジャイロ運動(gyration)」)と
、磁力線に沿う直線運動との重ね合わせの結果生じていると考えられ得る。ジャ
イロ運動の角振動数(「電子ジャイロ周波数」)Ωは、磁場強度Bの大きさに
比例している。
The construction and performance of the pump duct is described in detail below. Figure 1 shows a spiral orbit of an electron moving in a static magnetic field, which is
The magnetic lines of force extend substantially in the direction of arrow M. Well known in the art,
For example, Plasmas and Controlled Fusion, Da
vid J. Rose and Melville Clark, Jr. Author, J
own Wiley and Sons, New York (1961) Cha
As shown fully in pter 10, the spiral orbit shown in FIG.
It can be considered that it results from the superposition of the lateral rotational movement around the magnetic field lines (“gyro”) and the linear movement along the magnetic field lines. The angular frequency of the gyro motion (“electronic gyro frequency”) Ω e is proportional to the magnitude of the magnetic field strength B.

【数1】 ここで、e及びmは、夫々、電子の電荷及び質量である。例えば、875Gau
ssの磁場で、電子ジャイロ周波数fは、多くの商業的な適用で使用されてい
るマイクロ波の周波数である2.45GHzに等しい。
[Equation 1] Here, e and m are the charge and mass of the electron, respectively. For example, 875 Gau
At a magnetic field of ss, the electronic gyro frequency f e is equal to 2.45 GHz, the frequency of microwaves used in many commercial applications.

【0027】 特定の周波数fμのマイクロ波電力が、空間的な領域に入射され、この領域内
で、電子ジャイロ周波数が、このマイクロ波電力の周波数に等しくなるように、
磁場強度の値が、決められている場合、電子は、この「共鳴領域」にとどまって
いる限り、磁場を横切る方向に連続的に加速されるだろう。磁場強度の共鳴値は
、次式で与えられる。
Microwave power of a specific frequency f μ is incident on a spatial region in which the electronic gyro frequency is equal to the frequency of this microwave power,
If the value of the magnetic field strength is fixed, the electron will be continuously accelerated in the direction across the magnetic field as long as it stays in this "resonance region". The resonance value of the magnetic field strength is given by the following equation.

【数2】 本技術分野で知られているように、この共鳴加速は、電子が、共鳴領域から出る
前に、100eVより多い分だけ電子の運動エネルギーを容易に増大し得る。よ
って、このような共鳴加熱電子は、衝突し得るガス分子をイオン化するのに最適
なエネルギーを有し得る。
[Equation 2] As is known in the art, this resonant acceleration can easily increase the kinetic energy of an electron by more than 100 eV before it leaves the resonance region. Thus, such resonantly heated electrons may have optimal energy to ionize gas molecules with which they may collide.

【0028】 磁場強度が、空間的に徐々に充分変化している場合、電子の運動は、(横方向
の)ジャイロ運動に関連している磁気モーメントによってさらに特徴づけられ得
る。ジャイロ運動をしている電子は、ミクロなループ電流を構成しており、この
電流は、j=efである。さらに、磁場を横切る電子の速度が、大きさv を有している場合、ジャイロ運動の半径は、ρ=v/Ωで与えられる。ミ
クロな電子のループ電流に関連している磁気モーメントは、電流とループの面積
との積である。
If the magnetic field strength is spatially and gradually varying, the electron motion can be further characterized by the magnetic moments associated with the (transverse) gyro motion. The gyroscopic electrons make up a micro loop current, which is j e = ef e . Furthermore, if the velocity of the electrons across the magnetic field has a magnitude v , the radius of the gyro motion is given by ρ e = v / Ω e . The magnetic moment associated with the microelectron loop current is the product of the current and the area of the loop.

【数3】 ここで、Wは、磁場を横切る運動に関連している電子の運動エネルギーである
。空間的に変化している磁場内で、電子は、−μ∇Bで与えられる磁場に沿う
力を受けるだろう。ここで、∇Bは、磁場強度の大きさの勾配である。この力は
勾配と平行かつ逆向きであるため、相対的に小さな磁場強度の領域に向かって磁
力線に沿って電子を加速するだろう。
[Equation 3] Where W is the kinetic energy of the electrons associated with the motion across the magnetic field. In a spatially varying magnetic field, the electron will experience a force along the magnetic field given by −μ e ∇B. Here, ∇B is the gradient of the magnitude of the magnetic field strength. Since this force is parallel and opposite to the gradient, it will accelerate the electrons along the field lines towards areas of relatively small magnetic field strength.

【0029】 図2は、電子サイクロトロン共鳴電力ソース2と共同して働き、本発明のポン
プ作用を生じるプラズマ領域を形成する磁場を示している単純化されている図で
ある。磁場は、2つの線Lで示されており、これら線は、図2の面に垂直に延び
ている複数の磁束平面(flux plane)内にある。各磁束平面は、図2
の面に垂直な方向の母線を有している。磁場の磁束パターンは、図2の面に垂直
に延び、図2の面内で矢印Mの方向に水平に延びている平面に対して鏡面対称な
形態を有している。ここで矢印Mは、プラズマが排気されるであろう方向を示し
、かつ、磁場のおおよその方向を示している。図示されている磁場は、1つの磁
束チャンネルを形成しており、このチャンネルは、4つの部分からなっており、
各部分は、観念的な境界平面a、b、c、dの夫々の組によって、少なくともお
およそ規定されている。前記磁束チャンネルは、図2の面に垂直なある程度の大
きさを有し得ることに言及しておく。
FIG. 2 is a simplified diagram showing the magnetic field that cooperates with the electron cyclotron resonance power source 2 to form the plasma region that produces the pumping action of the present invention. The magnetic field is shown by two lines L, which are in a plurality of flux planes extending perpendicular to the plane of FIG. Each magnetic flux plane is shown in FIG.
Has a generatrix in a direction perpendicular to the plane. The magnetic flux pattern of the magnetic field has a mirror-symmetrical form with respect to a plane extending perpendicular to the plane of FIG. 2 and extending horizontally in the direction of arrow M in the plane of FIG. The arrow M here indicates the direction in which the plasma will be exhausted and also indicates the approximate direction of the magnetic field. The magnetic field shown forms one flux channel, which consists of four parts,
Each part is at least approximately defined by a respective set of ideal boundary planes a, b, c, d. It should be noted that the flux channels may have some size perpendicular to the plane of FIG.

【0030】 前記磁束チャンネルは、図2の面に垂直な各線に沿ってほぼ一定の磁束密度を
有している一方、磁束密度は、前記線Lの形態で示されているように、矢印Mの
方向に変化している。特に、矢印Mの方向に沿う各点で、複数の前記線L間のス
ペースが、より大きければ、磁束密度は、より小さく、即ち、磁場強度は、より
小さい。従って、前記平面aから前記平面cまで、磁束密度は、漸次的に減少し
ているのに対して、前記平面cから前記平面dまで増加し、前記平面dから前記
平面eまで再び減少している。
The flux channel has a substantially constant magnetic flux density along each line perpendicular to the plane of FIG. 2, while the magnetic flux density is indicated by the arrow M, as shown in the form of the line L. Is changing in the direction of. In particular, at each point along the direction of the arrow M, the larger the space between the lines L, the smaller the magnetic flux density, ie the smaller the magnetic field strength. Therefore, while the magnetic flux density gradually decreases from the plane a to the plane c, it increases from the plane c to the plane d and decreases again from the plane d to the plane e. There is.

【0031】 前記線Lは、磁束密度の定量的な変化ではなく、単に定性的な性質と変化の方
向とを表現するように意図されている。しかしながら、図示されているように、
前記平面dでの磁束密度は、前記平面aでの磁束密度よりも小さいことが所望で
ある。前記マイクロ波電力ソース2は、高周波数のマイクロ波エネルギーを前記
磁束チャンネル内に導入し、そして、前記平面aとbとの間の電子サイクロトロ
ン共鳴ゾーン(ECR)内で、高エネルギーの電子を生成し、ガス分子をイオン
化するように配置されており、このゾーン内で、電子は、上述したように、共鳴
周波数でジャイロ運動し、弱くなっていく磁場に沿って力を受け、磁場に沿って
イオンを加速する内部空間電荷電場を生成する。前記磁束チャンネルの前記平面
aとbとの間の部分は、好ましくは、前記磁束チャンネルの入口端部の位置を構
成するだろう。しかしながら、排気されるガスは、前記磁束チャンネルの前記平
面bとcとの間の部分にも導入され得る。
The line L is intended to represent qualitative properties and directions of change, rather than quantitative changes in magnetic flux density. However, as shown,
It is desirable that the magnetic flux density on the plane d is smaller than the magnetic flux density on the plane a. The microwave power source 2 introduces high frequency microwave energy into the flux channel and produces high energy electrons in the electron cyclotron resonance zone (ECR) between the planes a and b. It is arranged to ionize gas molecules, and within this zone, the electrons gyro at the resonance frequency, receive a force along the weakening magnetic field, and move along the magnetic field, as described above. Generate an internal space charge electric field that accelerates the ions. The part of the flux channel between the planes a and b will preferably constitute the position of the inlet end of the flux channel. However, the exhausted gas can also be introduced into the part of the flux channel between the planes b and c.

【0032】 内部空間電荷電場は、電子が、磁束密度が減少している前記平面aとcとの間
で、磁場に沿って−μ∇Bの力を受け、従って、イオンから引き離されるとい
う事実により生じる。結果として、電子は、電気的な力によって、前記磁束チャ
ンネルに沿ってイオンを「引っ張る(drag)」。これは、本技術分野で知ら
れている。
The internal space charge electric field is said to cause the electrons to undergo a force of −μ e ∇ B along the magnetic field between the planes a and c where the magnetic flux density is decreasing, and thus be separated from the ions. Caused by facts. As a result, the electrons "drag" the ions along the flux channel by an electrical force. This is known in the art.

【0033】 従って、プラズマイオンは、内部空間電荷電場によって集合的に加速され、磁
場に平行な流れに拘束されている電子と共にドリフトする。数十エレクトロボル
トのプラズマのドリフトエネルギーが、この加速メカニズムから予想される。
Therefore, the plasma ions are collectively accelerated by the internal space charge electric field and drift with the electrons confined to the flow parallel to the magnetic field. Drift energies of plasmas of tens of electrovolts are expected from this acceleration mechanism.

【0034】 前記磁束チャンネル内において、ECR共鳴ゾーンの下流で、ECRゾーン内
で直接加熱された熱温度以上の(supra−thermal)電子が、前記平
面cに移動されているとき、磁場の線に垂直なエネルギーの一部が、磁場の線に
平行なエネルギーに変換される。垂直なエネルギーは、磁場の線に垂直な電子の
速さに関連している運動エネルギーを示している。即ち、
In the magnetic flux channel, downstream of the ECR resonance zone, electrons that are directly heated in the ECR zone and above the thermal temperature (supra-thermal) are transferred to the plane of the magnetic field when they are transferred to the plane c. Some of the vertical energy is converted to energy parallel to the magnetic field lines. Vertical energy refers to the kinetic energy that is related to the velocity of electrons perpendicular to the lines of the magnetic field. That is,

【数4】 平行なエネルギーは、磁場の線に平行な方向の電子の速さに関連している運動エ
ネルギーを示している。即ち、
[Equation 4] Parallel energy refers to kinetic energy that is related to the speed of electrons in a direction parallel to the lines of the magnetic field. That is,

【数5】 電子及びイオンは、前記平面cとdとの間の磁場の部分を通って移動を続け、前
記平面dとeとの間の出口の部分に入る。
[Equation 5] The electrons and ions continue to move through the part of the magnetic field between the planes c and d and enter the part of the exit between the planes d and e.

【0035】 前記磁束チャンネル内の磁束密度は、前記平面cとdとの間で正の勾配を有し
ているが、電子及びイオンは、前記平面dを通過して移動するのに充分な平行な
運動エネルギーを有する。この移動は、前記平面cとdとの間の勾配の大きさが
、前記ECRと前記平面cとの間の勾配の大きさより小さいという事実によって
、許容されている。
The magnetic flux density in the magnetic flux channel has a positive slope between the planes c and d, but the electrons and ions are sufficiently parallel to move through the plane d. It has great kinetic energy. This movement is allowed by the fact that the magnitude of the gradient between the planes c and d is smaller than the magnitude of the gradient between the ECR and the plane c.

【0036】 その後、電子及びイオンは、前記平面dとeとの間の部分に入り、この部分は
、前記磁束チャンネルの出口端部を構成しており、ここで、電子及びイオンは、
中性ガスに再結合し、フォアポンプの影響を受けるだろう。前記平面eの下流の
電子は、前記磁束チャンネル内の前記平面dとeとの間の増大していく磁場を認
め、この磁場は、電子の前記磁束チャンネル内へ戻る運動を妨げる。ガスのこの
方向への移動は、前記平面dでチャンネルが効果的に細くされていることによっ
て更に妨げられ、また、細くされていることにより、チャンネルの出口端部から
見られるチャンネルの断面積が、減少されている。 加えて、中性分子は、前記磁束チャンネルの下流へ移動している正イオンとの
衝突によって、チャンネルに沿って移動される。
The electrons and ions then enter the part between the planes d and e, which part constitutes the exit end of the flux channel, where the electrons and ions are
It will recombine to neutral gas and will be affected by the fore pump. Electrons downstream of the plane e see an increasing magnetic field between the planes d and e in the flux channel, which prevents the electrons from moving back into the flux channel. The movement of gas in this direction is further hindered by the effective narrowing of the channel in said plane d, which also reduces the cross-sectional area of the channel seen from the outlet end of the channel. , Has been reduced. In addition, neutral molecules are moved along the channel by collision with positive ions moving downstream of the flux channel.

【0037】 図3は、図2で示されている磁場の対称軸に沿う磁束密度の変化を示している
図である。磁場強度Bの大きさは、前記ソース2からの2.45GHzのマイク
ロ波電力を用いて使用されるように意図されている例示的なポンプについて、対
称軸に沿う距離に対してプロットされている。マイクロ波窓が、磁場強度のピー
クBmaxの位置、即ち前記平面aの位置に配置されるであろう。また、この磁
場強度は、この例では、おおよそ1100Gaussであり得る。そのすぐ後に
、前記平面aとbとの間の共鳴ゾーンECR内で、特定の磁場強度B=Bres である共鳴面が、配置されており、例えば875Gaussである。左記に続い
て、磁場の線は、発散を続けており、また、磁場強度は、減少している。磁場の
線が、前記平面cで最も広い範囲に広がっているとき、磁場Bが、極小値Bmi に達している。Bminの両側の領域は、磁場強度が、Bmaxより小さく、
プラズマ閉じ込めに使用される磁気鏡に似ており、「鏡領域」と呼ばれるだろう
。そして、磁場の線は、(後に示すように、Bmax2<Bresのような)も
う1つの極大値Bmax2に達するように収束する。前記出口端部の近くの磁場
強度のピークBmax2は、Bresよりも幾分小さい。
FIG. 3 is a diagram showing changes in magnetic flux density along the axis of symmetry of the magnetic field shown in FIG. The magnitude of the magnetic field strength B is plotted against the distance along the axis of symmetry for an exemplary pump intended to be used with 2.45 GHz microwave power from the source 2. . The microwave window will be located at the position of the peak B max of the magnetic field strength, ie the position of said plane a. Also, the magnetic field strength may be approximately 1100 Gauss in this example. Immediately thereafter, in the resonance zone ECR between the planes a and b, a resonance plane with a specific magnetic field strength B = B res is arranged, for example 875 Gauss. Following to the left, the magnetic field lines continue to diverge and the magnetic field strength decreases. Lines of magnetic field, when they are spread widest range the plane c, magnetic field B has reached the minimum value B mi n. In the regions on both sides of B min , the magnetic field strength is smaller than B max ,
It is similar to the magnetic mirror used for plasma confinement and will be referred to as the "mirror region". The magnetic field lines then converge to reach another maximum B max2 (such as B max2 <B res , as will be shown later). The magnetic field strength peak B max2 near the exit end is somewhat smaller than B res .

【0038】 図4は、図2及び3で表現されている磁場を生じるような、本発明の永久磁石
装置の長方形の一実施形態を示している。この実施形態は、1つのポンプ領域を
形成する1つの磁束チャンネルを含み、2つの同一のハーフ部材(half)か
らなる永久磁石装置でほぼ形成されている。各ハーフ部材は、4つの永久磁石1
2、14、16、18と、これら磁石間に磁束のリターンパスを与えるようにこ
れら磁石間に接続されているスチールポールピース20とを有している。各スチ
ールポールピースは、例えば、1010スチールで作られ得る。前記永久磁石装
置は、ポンプ領域の幅全体に渡って延びており、この領域は、図4の面に垂直で
ある。磁石の磁化の方向は、磁石内に図示されている太い黒の矢印で示されてい
る。これら方向の全ては、反転され得る。
FIG. 4 shows an embodiment of a rectangle of the permanent magnet arrangement of the invention, which produces the magnetic field represented in FIGS. 2 and 3. This embodiment comprises one magnetic flux channel forming one pump region and is essentially formed by a permanent magnet arrangement consisting of two identical half members. Each half member has four permanent magnets 1.
2, 14, 16, 18 and a steel pole piece 20 connected between these magnets so as to provide a return path of magnetic flux between these magnets. Each steel pole piece may be made of 1010 steel, for example. The permanent magnet arrangement extends over the entire width of the pump area, which area is perpendicular to the plane of FIG. The direction of magnetization of the magnet is indicated by the thick black arrow shown in the magnet. All of these directions can be reversed.

【0039】 図示されているように、前記磁石12及び14は、前記磁石16及び18より
も夫々長い。これは、上述した磁場のパターンを生じるのに役立つ。代わって、
又は、加えて、前記磁石12及び14は、前記磁石16及び18よりも夫々強い
磁石で作られ得る。 本発明のポンプ領域で、前記ソース2(図2)は、前記磁石12の後方に、ま
た、前記出口端部は、前記磁石18の位置に配置されるだろ。
As shown, the magnets 12 and 14 are longer than the magnets 16 and 18, respectively. This helps to generate the magnetic field pattern described above. Behalf,
Alternatively, or in addition, the magnets 12 and 14 may be made of stronger magnets than the magnets 16 and 18, respectively. In the pump region of the present invention, the source 2 (FIG. 2) would be located behind the magnet 12 and the outlet end would be located at the magnet 18.

【0040】 図5は、本発明の独立型プラズマ真空ポンプの単純な長方形の実施形態の下部
の斜視図である。図6は、この実施形態の側立面図であり、また、図7は、図6
の矢印22の方向から見た図である。この実施形態は、図4で示されている永久
磁石装置を有しており、マイクロ波電力ソースが、電力の前方への伝送を最大化
するようなマイクロ波結合器26と、スロット付きマイクロ波導波管アンテナ2
7とを介してプラズマに結合され、このアンテナは、マイクロ波電力を伝送し結
合するような手段を有している。このようなシステムの設計は、本技術分野で知
られている。図示されている例示的なアンテナは、スロット付き導波管で構成さ
れており、スロット25の幾何学的な配置は、共鳴領域内に所望の偏光及び放射
のパターンを発するように設計されている。前記スロットは、狭い範囲にある前
記導波管アンテナ27の面に形成されている。従って、窓24を通して見た場合
の様子を、点線で図示している。前記アンテナは、マイクロ波窓24によって、
真空領域から分離され得る。この窓24は、真空シールを有している、四分の一
波長の厚さの石英又はアルミナのプレートであり得る。他の示されている実施形
態で利用されているマイクロ波窓は、同様な通常の構成を有し得る。
FIG. 5 is a bottom perspective view of a simple rectangular embodiment of the stand-alone plasma vacuum pump of the present invention. 6 is a side elevational view of this embodiment and FIG. 7 is a side elevational view of FIG.
It is the figure seen from the direction of arrow 22 of. This embodiment comprises the permanent magnet arrangement shown in FIG. 4, in which the microwave power source maximizes the forward transfer of power by a microwave coupler 26 and a slotted microwave guide. Wave tube antenna 2
7, coupled to the plasma, the antenna comprises means for transmitting and coupling microwave power. The design of such systems is known in the art. The exemplary antenna shown is composed of a slotted waveguide, the geometric arrangement of slots 25 being designed to emit the desired polarization and radiation pattern in the resonance region. . The slot is formed on the surface of the waveguide antenna 27 in a narrow area. Therefore, the state when viewed through the window 24 is shown by a dotted line. The antenna has a microwave window 24,
It can be separated from the vacuum region. This window 24 can be a quarter-wave thick quartz or alumina plate with a vacuum seal. The microwave windows utilized in the other illustrated embodiments may have similar conventional configurations.

【0041】 このポンプは、ポンプ領域を囲んでいる2つの側壁30(図5では図示されて
おらず、図6で側壁の1つのみが図示されている)と、前記ポールピース20と
により形成されている長方形の囲いによって構成されている。前記ソース2は、
基本波モードのスロット付き導波管アンテナ(fundamental mod
e slotted waveguide antenna)のような、マイク
ロ波アンテナで構成され得る。真空シールが、前記ソース2とポンプ領域との間
にマイクロ波窓24によって形成されている。排気されるガスは、前記囲いの各
側の側面30の入口開口34を通って、矢印32によって示されている方向で、
前記囲いの中に入る。前記囲いの出口端部は、図6で右手側であり、ポンプの出
口を規定している端部壁36又は出口プレート(図5及び7では示されていない
)で閉じられている。ポンプの出口は、プラズマ真空ポンプの出口端部で、所望
の圧力レベルを維持するようにガスを引き出すフォアポンプに、適切な接続器(
coupler)又は導管で接続されるだろう。
The pump is formed by two side walls 30 (not shown in FIG. 5, only one of the side walls is shown in FIG. 6) surrounding the pump area and the pole piece 20. It is composed of a rectangular enclosure. The source 2 is
Fundamental wave mode waveguide antenna with slot (fundamental mod)
It may consist of a microwave antenna, such as an e slotted waveguide antenna). A vacuum seal is formed by the microwave window 24 between the source 2 and the pump area. The exhausted gas passes through the inlet opening 34 in the side 30 on each side of the enclosure in the direction indicated by the arrow 32,
Enter the enclosure. The outlet end of the enclosure is on the right hand side in FIG. 6 and is closed by an end wall 36 or outlet plate (not shown in FIGS. 5 and 7) defining the outlet of the pump. The outlet of the pump is at the outlet end of the plasma vacuum pump, a suitable connector (
Coupler) or conduit.

【0042】 前記スロット付き導波管27は、構成部材のサイズを減少するために、Tef
lon(登録商標)のような誘電材を充填(load)され得る。さらに、図6
で破線によって示されているように、前記窓24の裏側は、強制冷却窒素流を介
して冷却され得る。
The slotted waveguide 27 is provided with Tef to reduce the size of the components.
It may be loaded with a dielectric material such as lon®. Furthermore, FIG.
The backside of the window 24 may be cooled via a forced cooling nitrogen stream, as indicated by the dashed line at.

【0043】 図6で示されているように、前記ポンプは、プレートのアレイで構成されてい
るバッフル構造体38(図5及び7には示されていない)をさらに有しており、
これらプレートの相対的な分離及び磁場に沿う長さは、最適な微分コンダクタン
スを与えるように選択されている。プラズマは、前記バッフルプレートに衝突せ
ずに磁力線に沿って流れるのに対して、高圧の出口端部から低圧の入口端部に向
かって流れるガスのコンダクタンスは、例えば、前で引用した文献のChapt
er 2でDushmanにより説明されているように、標準的な真空技術を使
用して、適切な値に減少される。前記バッフル構造体38のプレートは、ポンプ
の幅全体に渡って延びている。
As shown in FIG. 6, the pump further comprises a baffle structure 38 (not shown in FIGS. 5 and 7) made up of an array of plates,
The relative separation of these plates and their length along the magnetic field are chosen to give the optimum differential conductance. The plasma flows along the magnetic field lines without colliding with the baffle plate, whereas the conductance of the gas flowing from the high pressure outlet end to the low pressure inlet end is, for example, as described in the chapter cited above.
It is reduced to the appropriate value using standard vacuum techniques as described by Dushman in er 2. The plates of the baffle structure 38 extend across the width of the pump.

【0044】 図5、6、7で示されている実施形態は、以下のように作動され得る。マイク
ロ波電力は、前記ソース2のアンテナからポンプ内に放射され、ECR共鳴面に
位置する細い領域内のプラズマ電子に吸収される。この領域で、主電子は、磁場
に垂直な運動のエネルギーを得、100eV周辺のエネルギーまで加熱される。
このエネルギーで、主電子は、前記入口開口34を通ってポンプに入ったガスを
効率的にイオン化する。加えて、主電子は、自身の磁気モーメントの効果によっ
て、磁場に平行に加速され、プラズマイオンから離れる傾向を有し、従って、空
間電荷電場を生じる。この空間電荷のアンバランスによって生じた電場は、イオ
ンとプラズマとが、ポンプを通って出口に向かって磁場に沿って、共通の「双極
」速度で移動するようにプラズマを加速する。この加速のメカニズムは、以下で
詳細に説明される。
The embodiments shown in FIGS. 5, 6 and 7 can be operated as follows. The microwave power is radiated from the antenna of the source 2 into the pump and absorbed by plasma electrons in a narrow region located on the ECR resonance plane. In this region, the main electrons gain kinetic energy perpendicular to the magnetic field and are heated to energy around 100 eV.
With this energy, the main electrons efficiently ionize the gas entering the pump through the inlet opening 34. In addition, the main electrons, due to the effect of their magnetic moment, tend to be accelerated parallel to the magnetic field and away from the plasma ions, thus creating a space charge electric field. The electric field created by this space charge imbalance accelerates the plasma so that the ions and plasma move along the magnetic field through the pump toward the exit at a common "dipolar" velocity. The mechanism of this acceleration is explained in detail below.

【0045】 本発明の円筒形の実施形態の独立型プラズマ真空ポンプの単純化されている斜
視図が、図8で示されている。このポンプは、4つのポンプ領域を囲んでいる円
筒形の囲い50によって構成されている。前記囲い50の上端部は、ポンプの入
口を規定している4つの開口54を有している入口プレート52で閉じられてい
る。前記囲い50の下端部は、ポンプの出口を規定している中央出口開口58を
有している出口プレート56で閉じられている。
A simplified perspective view of a cylindrical plasma vacuum pump of the cylindrical embodiment of the present invention is shown in FIG. The pump is constituted by a cylindrical enclosure 50 which encloses four pump areas. The upper end of the enclosure 50 is closed by an inlet plate 52 having four openings 54 defining the inlet of the pump. The lower end of the enclosure 50 is closed by an outlet plate 56 having a central outlet opening 58 defining the outlet of the pump.

【0046】 中央隔壁構造体60が、前記プレート52と前記出口開口58との間で、前記
囲い50の軸に沿って延びている。前記構造体60は、プラズマ及びガスの流れ
を、軸方向に延びている4つのポンプダクト即ちチャンネルに分離し、プラズマ
イオンが、プラズマイオンと再結合して中性ガスを形成し得る表面を与える。そ
して、前記構造体60は、プラズマ及びガスが、4つのポンプ領域の1つから隣
り合うポンプ領域に流れることを妨げるように、中央の導管を4つの四分円部分
に分けている。
A central partition structure 60 extends along the axis of the enclosure 50 between the plate 52 and the outlet opening 58. The structure 60 separates the plasma and gas flow into four axially extending pump ducts or channels to provide a surface on which plasma ions can recombine with the plasma ions to form a neutral gas. . The structure 60 then divides the central conduit into four quadrants to prevent plasma and gas from flowing from one of the four pump regions to the adjacent pump region.

【0047】 複数のマイクロ波アンテナ70が、4つのポンプダクトの各々内でプラズマを
形成し過熱するように使用される。本発明の一実施形態に従い、各アンテナ70
は、チューニング可能なインピーダンスマッチング前方端部セクションを有して
いる標準的なフォーポート側壁合成結合器(4−port,side−wall
hybrid coupler)を改良することによって、形成されている。
この通常のタイプのアンテナは、Raphael A.Dandlに特許されて
いる米国特許No.5,133,826、5,203,960並びに5,370
,765で開示されているプラズマソースで首尾よく使用されている。マイクロ
波結合器及びアンテナを特定の実施形態に適応させるような改良は、マイクロ波
システムの技術分野の当業者に知られている。
A plurality of microwave antennas 70 are used to form and superheat the plasma in each of the four pump ducts. In accordance with one embodiment of the present invention, each antenna 70
Is a standard 4-port, side-wall combiner with tunable impedance matching front end section.
It is formed by improving the hybrid coupler).
This conventional type of antenna is manufactured by Raphael A.A. U.S. Patent No. 5,133,826, 5,203,960 and 5,370
, 765, which has been successfully used in the plasma source. Modifications to adapt microwave couplers and antennas to particular embodiments are known to those skilled in the microwave system art.

【0048】 各マイクロ波アンテナ70は、例えば2.45GHzのマイクロ波電力を、前
記囲い50内の各ポンプ領域内に、分離されている4つの石英製マイクロ波窓7
2の各々を通して放射する。このマイクロ波電力は、前記アンテナ70に接続さ
れる1以上の購入可能なソースによって供給され得る。ソースの個数及び各々の
ソースからの電力を分配するような手段は、必要な総電力と適切なソースの利用
可能性とによって決定され得る。概して、ポンプスピードは、マイクロ波電力に
比例するであろうから、速いスピードのポンプは、複数のマイクロ波電力ソース
を必要とするであろう。購入可能な2.45GHzのマイクロ波ソースの一例は
、ASTEX 1500(最大出力1500W@2.45GHz)である。他の
ソースとして、ASTEX S1000i(1kW)及びASTEX S700
i(700W)がある。
Each microwave antenna 70 separates, for example, 2.45 GHz microwave power into each pump region within the enclosure 50, by four quartz microwave windows 7 that are separated.
Radiate through each of the two. This microwave power may be provided by one or more purchasable sources connected to the antenna 70. The number of sources and the means such as distributing power from each source can be determined by the total power required and the availability of suitable sources. In general, pump speeds will be proportional to microwave power, so faster speed pumps will require multiple microwave power sources. An example of a 2.45 GHz microwave source that can be purchased is the ASTEX 1500 (maximum power 1500 W@2.45 GHz). Other sources include ASTEX S1000i (1kW) and ASTEX S700
There is i (700W).

【0049】 前記ポンプは、前記囲い50の円筒壁に装着され、軸方向に延びている4つの
外側磁石装置と、これら外側磁石装置から径方向かつ内側に離隔し、軸方向に延
びている4つの内側磁石装置とをさらに有している。これら磁石装置は、4つの
磁場を生成し、各磁場は、図4ないし7で示された磁場と同様である。図8に加
えて図9ないし11で示されているように、各外側磁石装置は、軸方向に延びて
いる2つの永久磁石130と、適切な磁束パスを与えるように複数の磁石130
間を接続し、軸方向に延びているスチールポールピース132とで構成されてい
る。各内側磁石装置は、軸方向に延びている2つの永久磁石134と、適切な磁
束パスを与えるように複数の磁石134間を接続し、軸方向に延びているスチー
ルポールピース136とで構成されている。各スチールポールピース132、1
36は、例えば、1010スチールで作られ得る。
The pump is mounted on the cylindrical wall of the enclosure 50 and has four axially extending outer magnet devices and four axially extending radially outwardly spaced apart magnet devices. And two inner magnet devices. These magnet arrangements generate four magnetic fields, each magnetic field being similar to that shown in FIGS. As shown in FIGS. 9-11 in addition to FIG. 8, each outer magnet arrangement includes two axially extending permanent magnets 130 and a plurality of magnets 130 to provide a suitable flux path.
And a steel pole piece 132 extending in the axial direction. Each inner magnet assembly consists of two axially extending permanent magnets 134 and an axially extending steel pole piece 136 connecting between the magnets 134 to provide a suitable flux path. ing. Each steel pole piece 132, 1
36 may be made of 1010 steel, for example.

【0050】 図9は、前記磁石130及び134の磁化の向き及び方向と、それらの前記ポ
ール132及び136に対する関係とを示している。磁化の方向は、磁石内に図
示されている太い矢印によって示されている。適切な磁気回路が、図9で特に示
されているように、前記ポールピース132及び136と、前記磁石130及び
134とが、所定の向きに配置されていることによって形成される。
FIG. 9 shows the directions and directions of magnetization of the magnets 130 and 134 and their relationship to the poles 132 and 136. The direction of magnetization is indicated by the thick arrow shown in the magnet. A suitable magnetic circuit is formed by arranging the pole pieces 132 and 136 and the magnets 130 and 134 in a predetermined orientation, as shown particularly in FIG.

【0051】 内側及び外側磁石の隣り合う組間の空気ギャップ内の磁束は、プラズマポンプ
チャンネル138として機能するような特定の形態の磁束チャンネルを形成する
。従って、図示されている円筒形の実施形態で、このような4つのポンプチャン
ネル138が形成される。磁束チャンネルの出口端部の比較的収縮されている部
分は、適切に設計されているオリフィスを通過し、このオリフィスは、上述した
ように、イオンが磁束チャンネル内に逆流するのを妨げるバッフルを形成してい
る。円筒形の実施形態で、スラット(slat)で表されているバッフルのセッ
トが、図10及び11内の1つの四分円部分について破線で示されている。
The magnetic flux in the air gap between adjacent pairs of inner and outer magnets forms a particular form of magnetic flux channel that functions as a plasma pump channel 138. Thus, in the illustrated cylindrical embodiment, four such pump channels 138 are formed. The relatively contracted portion of the exit end of the flux channel passes through a properly designed orifice that forms a baffle that prevents ions from flowing back into the flux channel, as described above. is doing. In the cylindrical embodiment, the set of baffles represented by slats is shown in dashed lines for one quadrant in FIGS. 10 and 11.

【0052】 前記磁石130及び134の強度及びディメンジョンが、各マイクロ波アンテ
ナ70の近くに位置している領域内に、図2及び6のECRに対応している電子
サイクロトロン共鳴面140(図11)を形成するように選択されている。例え
ば、2.45GHzのマイクロ波電力について、この面は、磁場強度が、875
Gaussである面である。各マイクロ波アンテナ70は、磁場強度Bmax1 が、この共鳴値より典型的に1.2から1.5倍大きい、即ち、1100から1
300Gaussである領域内に配置される。このため、このタイプの電子サイ
クロトロン加熱は、通常、「高磁場ラウンチング(high−field la
unch)」と呼ばれる。高磁場ラウンチング電子サイクロトロン加熱の特性は
、以下で詳細に説明される。
Electron cyclotron resonance plane 140 (FIG. 11) in which the strength and dimensions of the magnets 130 and 134 correspond to the ECRs of FIGS. 2 and 6 within the region located near each microwave antenna 70. Have been selected to form. For example, for 2.45 GHz microwave power, this plane has a magnetic field strength of 875
It is a surface that is Gauss. Each microwave antenna 70 has a magnetic field strength B max1 typically 1.2 to 1.5 times greater than this resonance value, ie 1100 to 1
It is placed in an area that is 300 Gauss. For this reason, this type of electron cyclotron heating is commonly referred to as "high-field launching".
unch) ". The characteristics of high field launching electron cyclotron heating are described in detail below.

【0053】 図10は、本発明のポンプの構成の例示的な一実施形態の詳細を示している。
各アンテナ70は、合成結合器をポンプの幾何学的配置に適合させるように、テ
ーパが形成されている導波管を有し得ることを、この図は示している。
FIG. 10 shows details of an exemplary embodiment of the construction of the pump of the present invention.
This figure shows that each antenna 70 may have a waveguide that is tapered to accommodate the combined coupler to the pump geometry.

【0054】 磁気構造によって生成される磁束面の一例は、図11で示されている。図11
に図示されている線は、磁力線を表しており、局所的な磁場の方向が、いたると
ころ矢印で示されている。図に示されている点線は、磁場強度が、一定の値B es 、並びに、Bmin、Bmax2をとっている面の位置を示している。これ
らは、夫々、共鳴磁場強度(2.45GHzのマイクロ波電力について875G
auss)、並びに、図示されている磁束チャンネルの中央線に沿う極小及び極
大の磁場強度である。2つの局所的な磁束チャンネル(各々が、図9の磁束チャ
ンネル138に対応している)が、図11の垂直境界及び水平境界(縦軸及び横
軸)の近くに夫々形成されている。磁束チャンネルの各々の半分が、図11にお
いて示されており、この図の縦軸及び横軸は、これら2つの磁束チャンネルの中
央平面も示している。各中央平面に沿って、磁束密度のパターンは、図3で示さ
れている形態を有する。これら磁束チャンネルは、軸方向にポンプの長さ全体に
渡って延びており、また、磁力線は、前記外側磁石装置と内側磁石装置との間で
径方向に延びていることを記しておく。
An example of magnetic flux planes generated by the magnetic structure is shown in FIG. Figure 11
The lines shown in Figure 2 represent the magnetic field lines, and the direction of the local magnetic field is indicated by arrows throughout. Dotted line shown in the figure, the magnetic field strength, constant value B r es, as well, indicates the position of the surface taking B min, the B max2. These are the resonance magnetic field strengths (875 G for microwave power of 2.45 GHz, respectively).
aus) and the minimum and maximum magnetic field strengths along the centerline of the illustrated flux channel. Two local flux channels (each corresponding to flux channel 138 of FIG. 9) are formed near the vertical and horizontal boundaries (vertical and horizontal axes) of FIG. 11, respectively. Each half of the flux channel is shown in FIG. 11, the vertical and horizontal axes of which also show the mid-plane of these two flux channels. Along each mid-plane, the pattern of magnetic flux density has the morphology shown in FIG. It should be noted that these flux channels extend axially over the entire length of the pump and the magnetic field lines extend radially between the outer magnet arrangement and the inner magnet arrangement.

【0055】 図10で特に示されているように、マイクロ波電力は、4つの前記アンテナ7
0によって、前記マイクロ波窓72を通って、ポンプの各プラズマポンプダクト
内に放射される。磁場の線は、図9に示されているように、ダクトを形成してい
る特定の磁石の組の磁化の方向に応じて、径方向で内向き又は外向きに向けられ
ている。前述されたポンプメカニズムは、磁場の向きではなく、磁場強度の勾配
の向きによってのみ決まる。
As is particularly shown in FIG. 10, microwave power is applied to the four antennas 7
0 through the microwave window 72 into each plasma pump duct of the pump. The magnetic field lines are oriented radially inward or outward, depending on the direction of magnetization of the particular set of magnets forming the duct, as shown in FIG. The pump mechanism described above depends only on the orientation of the gradient of the magnetic field strength, not on the orientation of the magnetic field.

【0056】 図8ないし11で示されている円筒形独立型プラズマ真空ポンプのポンプの入
口は、所望の大きさに作られ得、また、このポンプは、追加のプラズマチャンネ
ルを与えられ得る。このポンプは、機械的な部品、又は、ポンプオイルを使用し
ておらず、真空システムを汚染せず、処理システムに直接装着され得る。プラズ
マポンプで使用される唯一のポンプ「流体」は、排気されるシステムからのガス
である。
The pump inlet of the cylindrical stand-alone plasma vacuum pump shown in FIGS. 8-11 can be sized as desired, and the pump can be provided with additional plasma channels. The pump uses no mechanical parts or pump oil, does not contaminate the vacuum system, and can be mounted directly on the processing system. The only pump "fluid" used in plasma pumps is the gas from the system being evacuated.

【0057】 図8ないし11で示されている実施形態の更なる特徴に従い、図10で示され
ているように、各内側磁石装置は、好ましくはアルミニウムである非磁性材の壁
160で囲まれており、この壁は、前記プレート52と56との間で、前記囲い
50の長さ即ち高さ全体に渡って延びている。前記壁160は、ポンプダクトの
ガス流の領域を互いに分離しているように、ポンプダクトの出口端部の部分、特
に、収縮されている部分を規定している。これら出口の部分で、磁束チャンネル
の磁力線は、前記壁160の関連する表面に接する。
According to a further feature of the embodiment shown in FIGS. 8-11, each inner magnet arrangement is surrounded by a wall 160 of non-magnetic material, preferably aluminum, as shown in FIG. This wall extends the entire length or height of the enclosure 50 between the plates 52 and 56. Said wall 160 defines a part of the outlet end of the pump duct, in particular a part which is deflated, so as to separate the gas flow regions of the pump duct from one another. At these outlets, the magnetic field lines of the flux channels abut the relevant surface of the wall 160.

【0058】 本発明のポンプで、排気されるガスは、排気される方向に垂直な方向で、各ダ
クトに入り得る。図3ないし7の実施形態で、ガスは、磁束平面に平行、即ち、
各チャンネルの幅方向に平行に流れ、図8ないし11で、入口の流れは、磁束平
面に垂直である。
In the pump of the present invention, exhausted gas can enter each duct in a direction perpendicular to the exhausted direction. In the embodiment of FIGS. 3-7, the gas is parallel to the flux plane, ie
Flow parallel to the width of each channel, and in Figures 8 to 11, the inlet flow is perpendicular to the flux plane.

【0059】 複数チャンネルのプラズマ配置は、プラズマポンプ内に入ったガス分子をイオ
ン化するような、大きなプラズマ表面を与える。従って、このポンプは、大きな
ガス負荷量を排気し得る。4チャンネルポンプは、前記入口開口54を通過した
ガスが、4つのポンプダクトに入り得るような、1000cmより大きい合計
のプラズマ表面面積を有するように設計されており、10Torr・liter
/sec又はそれ以上のガス負荷量を排気し得る。前記入口開口54を通りポン
プに入ったガスは、最初に、高磁場領域内のアンテナからラウンチングされたマ
イクロ波によって加熱された第1電子によってイオン化される。このようにして
得られ得るプラズマのパラメーターは、次の範囲である。n=1012ないし
1013cm−3、T=3ないし10eV、イオン化の程度=1ないし10%
、ここで、nは、プラズマ密度であり、Tは、第2電子の温度である。
The multi-channel plasma arrangement provides a large plasma surface that ionizes the gas molecules that enter the plasma pump. Therefore, this pump can exhaust large gas loads. The four-channel pump is designed to have a total plasma surface area of greater than 1000 cm 2 so that the gas passing through the inlet openings 54 can enter the four pump ducts, 10 Torr · liter.
Gas loads of / sec or more can be exhausted. The gas entering the pump through the inlet opening 54 is first ionized by the first electrons heated by the microwaves launched from the antenna in the high magnetic field region. The plasma parameters that can be obtained in this way are in the following ranges: n i = 10 12 to 10 13 cm −3 , T e = 3 to 10 eV, degree of ionization = 1 to 10%
, Where n i is the plasma density and T e is the temperature of the second electron.

【0060】 プラズマは、前記磁束チャンネル138内に導入され、これらチャンネルは、
各磁束チャンネルの出口端部までプラズマ流を導く一方で、ガスの逆流が、磁束
チャンネルを規定しているオリフィスによって防止されている。磁場に沿うプラ
ズマの自由流れの結果生じるプラズマの処理量は、約10ないし30Torr・
liter/secである。
Plasma is introduced into the flux channels 138, which are
While backflowing the gas to the exit end of each flux channel, gas backflow is prevented by the orifices defining the flux channels. The plasma throughput resulting from the free flow of plasma along the magnetic field is about 10 to 30 Torr.
liter / sec.

【0061】 本発明は、プラズマの処理量が、3から5のファクターだけさらに増大される
ように、集合的なプラズマの加速を利用する。プラズマの加速は、マイクロ波に
よる加熱のダイナミクスと、磁場の設計とから生じる。追加の構成装置(har
dware component)は必要ではない。
The present invention utilizes collective plasma acceleration so that the plasma throughput is further increased by a factor of 3 to 5. Plasma acceleration results from microwave heating dynamics and magnetic field design. Additional component (har
No dware component) is required.

【0062】 最後に、図2の前記平面dの下流の磁場の配置は、ポンプの出口面で測定され
る出口の圧力が、10−2から1Torrの範囲で作動するように圧縮比をさら
に増大するように設計されている。前記入口開口54で作動する入口の圧力は、
10−5から10−2Torrの範囲である。
Finally, the arrangement of the magnetic field downstream of said plane d in FIG. 2 further increases the compression ratio such that the outlet pressure measured at the outlet face of the pump operates in the range 10 −2 to 1 Torr. Is designed to The inlet pressure operating at the inlet opening 54 is
It is in the range of 10 −5 to 10 −2 Torr.

【0063】 独立型プラズマ真空ポンプの作動の理論の詳細は、以下で示されている。特に
、プラズマ真空ポンプで必要とされる事項、磁場の設計及び計算、2.45GH
zのマイクロ波周波数での高磁場ラウンチングホイッスラー波加熱を使用する過
密(over−dense)プラズマの形成及び加熱、本発明で利用される集合
的なプラズマ加速のメカニズム、並びに、運動量移送ポンプメカニズムが、示さ
れている。
Details of the theory of operation of a stand-alone plasma vacuum pump are given below. In particular, the items required for the plasma vacuum pump, the design and calculation of the magnetic field, 2.45GH
The formation and heating of an over-dense plasma using high field launching Whistler wave heating at the microwave frequency of z, the collective plasma acceleration mechanism utilized in the present invention, and the momentum transfer pump mechanism are ,It is shown.

【0064】 プラズマ真空ポンプで必要とされる事項 プラズマ表面面積 所望のガス処理量(「負荷量」)Qについて、プラズマポンプは、所望の作
動圧力Pを維持するのに充分な大きさのポンプスピードSを与えなければなら
ない。必要なポンプスピードは、次式で与えられる。
Required Items for Plasma Vacuum Pump Plasma Surface Area For a desired gas throughput (“load”) Q 0 , the plasma pump is of sufficient size to maintain the desired operating pressure P. You have to give speed S 0 . The required pump speed is given by:

【数6】 ポンプスピードは、単位時間毎の単位体積、即ち秒毎のリットルで示される体積
流速である。作動圧力は、ポンプダクトの作動圧力であると仮定され、また、ポ
ンプスピードは、「外側の」磁場表面の総合計を通る体積流速であり、これら表
面は、後に、真空−プラズマ界面と呼ばれる。
[Equation 6] Pump speed is the volumetric flow rate in units of volume per unit of time, ie, liters per second. The working pressure is assumed to be the working pressure of the pump duct, and the pump speed is the volumetric flow rate through the sum of the "outer" magnetic field surfaces, which are later referred to as the vacuum-plasma interface.

【0065】 プラズマ真空ポンプについて、ガス分子は、システムの外に排気又は除去され
る前にイオン化されなければならない。ガス分子は、所定の特性スピードv
プラズマに入るため、プラズマの表面面積は、ガスが、所望のポンプスピードに
対応している割合で、プラズマに流入し得るように充分大きくなければならない
。必要なプラズマ表面面積Aは、以下で与えられる。
For plasma vacuum pumps, gas molecules must be ionized before being pumped or removed out of the system. Since gas molecules enter the plasma at a given characteristic speed v 0 , the surface area of the plasma must be large enough so that the gas can enter the plasma at a rate corresponding to the desired pump speed. The required plasma surface area A is given below.

【数7】 ここで、Sは、所望のポンプスピードであり、Aは、真空−プラズマ界面の全
ての表面の合計の表面面積であり、vは、これら表面上で積分された、これら
表面に垂直なガスの速さである。図8ないし11の実施形態で、真空−プラズマ
界面は、ガスが、4つの磁束チャンネルに入るような、全てのチャンネル138
の両方の側面を含むであろう。式(2)のファクター1/4は、三次元効果から
生じる。第1の1/2は、分子の半分が、ポンプの方向に流れるという事実で説
明され、第2の1/2は、速度ベクトルの方位角コサイン(direction
al cosine)の積分で説明される。プラズマ表面が、小さすぎる場合、
ガス分子は、所望のポンプスピードを与えるのに十分な割合で、プラズマに流入
し得ない。この状況は、小さなコンダクタンスに制限されているガス流と同様で
ある。
[Equation 7] Where S 0 is the desired pump speed, A is the total surface area of all surfaces of the vacuum-plasma interface, and v 0 is the integral of these surfaces, perpendicular to these surfaces. The speed of gas. In the embodiment of FIGS. 8-11, the vacuum-plasma interface has all channels 138 such that the gas enters four flux channels.
Would include both aspects of. The factor 1/4 in equation (2) results from the three-dimensional effect. The first half is explained by the fact that half of the molecules flow in the direction of the pump and the second half is the azimuth cosine of the velocity vector.
al cosine) integration. If the plasma surface is too small,
The gas molecules cannot enter the plasma at a rate sufficient to provide the desired pump speed. This situation is similar to gas flow, which is limited to small conductances.

【0066】 イオン処理量 イオン処理量は、次のイオン流の式で与えられる。 [0066]     Ion throughput   The ion throughput is given by the following ion flow equation.

【数8】 ここで、Qionは、全てのポンプダクトを通る合計のイオン処理量であり、n は、イオン密度であり、vは、イオンの速さであり、Aは、プラズマが流
れる全てのチャンネルの合計の断面積である。ここで、ファクター1/4は、中
性ガス流の場合と同様な、三次元効果である。イオン密度及びイオンの速さは、
両方とも狭いパラメーター範囲に限定されているため、断面積は、大きなイオン
処理量を生じるのに充分な程度に大きくなければならない。典型的なプラズマ密
度n=5x1012cm−3及びTe=5eV(イオンの速さvは、Arに
ついて、ほぼ3x10cm/sec)について、このようなイオン処理量、即
ち、ほぼ10Torr・liter/sec即ちほぼ3x1020partic
le/secのQionを達成するのに必要な断面積は、次のようにかなり大き
い。
[Equation 8] Where Q ion is the total ion throughput through all pump ducts, n i is the ion density, v i is the ion velocity, and A p is the total plasma flow. It is the total cross-sectional area of the channel. Here, the factor 1/4 is a three-dimensional effect similar to the case of the neutral gas flow. Ion density and ion speed are
Since both are limited to a narrow parameter range, the cross sectional area must be large enough to produce large ion throughputs. For typical plasma densities n i = 5 × 10 12 cm −3 and Te = 5 eV (ion velocity v i is approximately 3 × 10 5 cm / sec for Ar), such an ion throughput, ie approximately 10 Torr · liter / sec or almost 3 × 10 20 particles
The cross-sectional area required to achieve a Q ion of le / sec is quite large as follows.

【数9】 [Equation 9]

【0067】 圧力差 ポンプのガスの処理量と負荷量との間のバランスは、ポンプの入口と出口との
間の圧力差を決定するだろう。
Pressure Difference The balance between gas throughput and load of the pump will determine the pressure difference between the inlet and outlet of the pump.

【数10】 ここで、Qpumpは、ポンプにより生じる処理量、Cは、ポンプのコンダクタ
ンス、Pinは入口の圧力、Poutは、出口の圧力である。ポンプの圧縮比は
、Pout/Pinで定義される。圧力差及び圧縮比は、次式のように表現され
得る。
[Equation 10] Here, Q pump is the throughput generated by the pump, C is the conductance of the pump, P in is the pressure at the inlet, and P out is the pressure at the outlet. The compression ratio of the pump is defined by P out / P in . The pressure difference and the compression ratio can be expressed by the following equation.

【数11】 及び[Equation 11] as well as

【数12】 式(7)から、Qpumpは、1より大きい圧縮比を生じるように、Qより大
きくなければならないことが明らかである。本発明で、幾つかの増大装置(en
hancement)が、ポンプの処理量を増すように利用される。記号で示す
と、
[Equation 12] From equation (7), it is clear that Q pump must be greater than Q 0 to yield a compression ratio greater than 1. In the present invention, several augmentation devices (en
Hencement) is used to increase the throughput of the pump. When indicated by a symbol,

【数13】 ここで、βは、増大ファクターである。β≧100とすることが、以下で詳細に
示されるように、増大メカニズムを実施することで可能となる。
[Equation 13] Where β is the growth factor. β ≧ 100 is possible by implementing an augmentation mechanism, as will be shown in detail below.

【0068】 磁場の配置 本発明を実施するような示された磁場は、二次元SUPERFISH−PAN
DIRAコード及び三次元ANSYS/Multiphysicsコードv5.
4を使用して設計された。長方形のプラズマポンプ及び4、6、8のプラズマチ
ャンネルを有している円筒形のプラズマポンプについての設計が、行われている
。4チャンネルの配置は、図8ないし11で示されている。図11は、2つの鏡
セクションの各々の一方の半分のみを示している。他方の半分は、この配置を直
線エッジ(即ち、x及びy軸)に対して磁化の方向も含んで鏡映(symmet
ry reflection)することによって生成される。このような鏡映は
、完全なアレイが完成されるまで、繰り返される。磁場は、これら対称線に沿う
方向に向いている。即ち、磁束の平行な境界条件が、課されている。
Arrangement of Magnetic Fields The magnetic fields shown as practicing the invention are two-dimensional SUPERFISH-PAN.
DIRA code and three-dimensional ANSYS / Multiphysics code v5.
Designed using 4. Designs have been made for rectangular plasma pumps and cylindrical plasma pumps with 4, 6, and 8 plasma channels. A four channel arrangement is shown in FIGS. FIG. 11 shows only one half of each of the two mirror sections. The other half mirrors this arrangement including the direction of magnetization with respect to the straight edges (ie, the x and y axes).
ry reflection). Such mirroring is repeated until the complete array is completed. The magnetic field is oriented along these lines of symmetry. That is, a parallel boundary condition of magnetic flux is imposed.

【0069】 4チャンネルポンプの各四分円部分で、前記ポールピース136及び補助的な
1組の長方形の前記磁石134は、以下のように局所的な鏡磁場を最適化するよ
うに中央領域の近くで使用されている。
At each quadrant of the four-channel pump, the pole piece 136 and a supplementary set of rectangular magnets 134 are arranged in a central region to optimize the local mirror field as follows: Used nearby.

【0070】 前記磁束チャンネル138は、一次元的な方法でポンプダクト内に流れるプラ
ズマを導き得るように、局所的な最大磁場Bmax2から前記囲い50の円筒軸
に向かって延びている。
The flux channel 138 extends from the local maximum magnetic field B max2 towards the cylindrical axis of the enclosure 50 so as to guide the plasma flowing in the pump duct in a one-dimensional manner.

【0071】 径方向かつ内側に向いている磁束の多くは、前記磁石134に接続され、そし
て、前記外側磁石130に戻る。これは、鏡領域内の磁場強度をさらに改良して
いる。鏡領域は、通常、磁場内の2つの極大値間、即ち、図3及び11内の磁場
Bの2つの極大値Bmax1とBmax2との間で径方向に延びている領域であ
る。
Most of the radially and inwardly directed magnetic flux is connected to the magnet 134 and then returns to the outer magnet 130. This further improves the magnetic field strength in the mirror area. The mirror region is usually the region extending radially between two maxima in the magnetic field, ie between the two maxima B max1 and B max2 of the magnetic field B in FIGS. 3 and 11.

【0072】 ECR共鳴(2.45GHzのマイクロ波周波数について、Bres=875
Gauss)面140は、前記外側磁石130から内側に数インチの位置にあり
、前記外側磁石130が、真空容器の外に配置されていることを可能にしている
ECR resonance (for microwave frequency of 2.45 GHz, B res = 875
The Gauss) surface 140 is located a few inches inward from the outer magnet 130, allowing the outer magnet 130 to be located outside the vacuum vessel.

【0073】 配置されている導波管アンテナが、「高磁場ラウンチング」加熱を行うよう、
高磁場側からホイッスラー波を発し得るように、前記外側磁石130の各組間の
ギャップ内の磁場強度Bmax1は、共鳴磁場よりも充分大きく、Bmax1
res=1.2である。磁場強度Bmax1は、図3でBresの右側の曲線
のピークにある。
In order for the arranged waveguide antenna to perform “high field launching” heating,
The magnetic field strength B max1 in the gap between each pair of the outer magnets 130 is sufficiently larger than the resonance magnetic field and B max1 / so that Whistler waves can be emitted from the high magnetic field side.
B res = 1.2. The magnetic field strength B max1 is at the peak of the curve on the right side of B res in FIG.

【0074】 径方向にポンプダクトの方向を向き、Bmax1の位置とBminの位置との
間で径方向かつ内向きに減少している磁場強度の領域内で、共鳴面(ECR)は
、Bres=875Gaussの位置に形成される。磁場の勾配の大きさは、改
良されている電子加熱について最適化されている。
In the region of the magnetic field strength that is directed radially towards the pump duct and is decreasing radially and inwardly between the position of B max1 and the position of B min , the resonance plane (ECR) is It is formed at a position of B res = 875 Gauss. The magnitude of the magnetic field gradient has been optimized for improved electronic heating.

【0075】 磁束チャンネルは、プラズマをポンプダクトの出口に導き、前記構造体60に
よって形成されている四分円部分内に導くように、BminからBmax2へ流
れに沿って収束している。そして、ガスは、前記出口58に接続しているポンプ
(図示されていない)によって、これら四分円部分に沿って前記出口58に排気
される。しかしながら、磁場の極大値Bmax2は、共鳴磁場強度より小さくさ
れている。 鏡領域内の磁場の極小値Bminは、効果的なプラズマの加速を可能にするよ
うに、共鳴磁場強度よりも充分に小さい。
The flux channels converge along the flow from B min to B max2 to direct the plasma to the outlet of the pump duct and into the quadrant formed by the structure 60. The gas is then exhausted to the outlet 58 along these quadrants by a pump (not shown) connected to the outlet 58. However, the maximum value B max2 of the magnetic field is smaller than the resonance magnetic field strength. The local minimum B min of the magnetic field in the mirror region is sufficiently smaller than the resonant magnetic field strength to enable effective plasma acceleration.

【0076】 過密プラズマの形成及び加熱 例えば、B.H.Quon、R.A.Dandl著「Preferentia
l electron−cyclotron heating of hot
electrons and formation of overdense
plasma」、Physics of Fluids B1(10)、19
89年10月、並びに、G.E.Guest、M.E.Fetzer、R.A.
Dandl著「Whistler−wave electron cyclot
ron heating in uniform and nonunifor
m magnetic fields」、Physics of Fluids
B2(6)、1990年6月で説明されているように、電子サイクロトロン加
熱プラズマ技術における実験は、ホイッスラー波が、強い磁場強度、B>Bre
s、ここでBres=2πfμ/(m/e)、の位置から共鳴領域に向かってラ
ウンチングされているとき、波の強い吸収が生じ、過密プラズマが生成されるこ
とを証明している。ここで、fμは、適用されるマイクロ波周波数であり、e及
びmは、夫々、電子の電荷及び質量である。ホイッスラー波は、プラズマ内に次
の状態で伝播する。
Formation and Heating of Overcrowded Plasma For example, B. H. Quon, R.A. A. By Dandl "Preferrentia"
l electron-cyclotron heating of hot
electrons and formation of overdense
plasma ", Physics of Fluids B1 (10), 19
October 1989, and G. E. Guest, M .; E. Fetzer, R.F. A.
Dandl, "Whistler-wave electron cyclot"
ron heating in uniform and nonuniform
m magnetic fields ", Physics of Fluids
As described in B2 (6), June 1990, experiments in electron cyclotron heating plasma technology show that whistler waves produce strong magnetic field strengths, B> Bre.
It proves that when launching from the position of s, where B res = 2πf μ / (m / e) toward the resonance region, strong wave absorption occurs and a dense plasma is generated. Where f μ is the applied microwave frequency and e and m are the charge and mass of the electron, respectively. The Whistler wave propagates in the plasma in the following states.

【数14】 この表現で、kは、波数ベクトルの大きさ、Eは、静磁場に垂直な成分Eを有
しているマイクロ波電場の強度、zは、磁場の線に沿う距離であり、そして、k
=2π/λは、波長及び(角)振動数が、夫々λ及びωである波の伝播ベクトル
の大きさである。
[Equation 14] In this representation, k is the magnitude of the wave vector, E is the strength of the microwave electric field having a component E perpendicular to the static magnetic field, z is the distance along the line of the magnetic field, and k
= 2π / λ is the magnitude of the wave propagation vector whose wavelength and (angular) frequency are λ and ω, respectively.

【0077】 ホイッスラー波は、以下の分散関係で示される、右手系循環偏光モード(ri
ght−hand circularly−polarized mode)で
ある。
The Whistler wave has the right-handed circular polarization mode (ri
ght-hand circularly-polarized mode).

【数15】 ここで、n=(kc/ω)は、屈折率の2乗、α=(ωpe/ω)、Ω=e
B/m、θは、波数ベクトルkと磁場Bとの間の角度、cは、光速、eは、電子
の電荷、mは、電子の質量、ωpeは、電子プラズマ振動数、ωは、波の角振動
数である。小さなθについて、プラズマによって吸収される電力は、次に示され
ている理論に基づいて、予想される。
[Equation 15] Here, n 2 = (kc / ω) 2 is the square of the refractive index, α = (ω pe / ω), Ω = e
B / m, θ is the angle between the wave vector k and the magnetic field B, c is the speed of light, e is the electron charge, m is the electron mass, ω pe is the electron plasma frequency, and ω is The angular frequency of the wave. For small θ, the power absorbed by the plasma is expected based on the theory presented below.

【数16】 ここで、Pabsは、吸収される電力、Pは、入射波の電力、kは、波数の
虚部、ωce=eB/mは、サイクロトロン振動数、v=(2T/m)1/ は、電子の熱スピード(thermal speed)である。
[Equation 16] Here, P abs is the power absorbed, P 0 is the power of the incident wave, k i is the imaginary part of the wave number, ω ce = eB / m is the cyclotron frequency, v e = (2T e / m ) 1/2 is the electron thermal speed (thermal speed).

【0078】 四分の一波長窓を有している導波管ホーン又はマッチングされているアンテナ
から、ωce/ω=1.2ないし1.3でラウンチングされたマイクロ波電力と
共に、ホイッスラー波は、プラズマの吸収による強度の減衰(例えば、kiの増
大)及び波長の対応している減少(例えば、kの増大)を伴って磁力線に沿って
主に伝播するだろう。波の吸収は、次のドップラーシフト共鳴状態が成立すると
き、生じる。
From a waveguide horn with a quarter-wave window or a matched antenna, the Whistler wave with microwave power launched at ω ce /ω=1.2 to 1.3 , Will predominantly propagate along the magnetic field lines with an intensity decay (eg, an increase in ki) due to absorption of the plasma and a corresponding decrease in wavelength (eg, an increase in k). Wave absorption occurs when the next Doppler shift resonance condition is established.

【数17】 |v|≦2vである電子は、波と共鳴し得る。T即ちほぼ6eVについて
、共鳴ゾーンは、810≦B≦940Gの範囲の磁場強度、又は、
[Equation 17] | V | ≦ 2v e electrons as can resonate with waves. For T e or approximately 6 eV, the resonance zone is the magnetic field strength in the range of 810 ≦ B ≦ 940 G, or

【数18】 に及んでいる。高磁場側で、vは負、即ち、加熱された電子は、アンテナに向
かって移動することに言及しておく。これら加熱された電子は、アンテナの前方
の面の比較的強い磁場によって反射される。
[Equation 18] It extends to. Note that on the high field side, v is negative, that is, the heated electrons move towards the antenna. These heated electrons are reflected by the relatively strong magnetic field on the front face of the antenna.

【0079】 高磁場領域からラウンチングされたホイッスラー波によって生成される典型的
なプラズマ密度は、アンテナのチューニングを行わない場合に、1ないし3x1
12cm−3の範囲である。さらに高いプラズマ密度を達成するように、特定
の結合ネットワークや低インピーダンスアンテナが、与えられるだろう。低イン
ピーダンスホーンと四分の一波長石英窓を有している標準的なフォーポート側壁
合成結合器が、より高いプラズマ強度を達成するように与えられるだろう。アル
ミナで充填されている導波管が、必要なとき、ネットワークのディメンジョンを
減少するように使用されるだろう。このような結合ネットワーク及びアンテナを
、本技術分野で従来知られている方法で、入手可能な構成装置を改良することに
よって、得ることが可能である。
Typical plasma densities produced by whistler waves launched from high field regions are 1 to 3 × 1 without antenna tuning.
It is in the range of 0 12 cm −3 . Specific coupling networks and low impedance antennas will be provided to achieve even higher plasma densities. A standard Fourport sidewall composite coupler with a low impedance horn and a quarter wave quartz window would be provided to achieve higher plasma intensities. A waveguide filled with alumina will be used to reduce the dimensions of the network when needed. Such coupling networks and antennas can be obtained in a manner known in the art by improving the available components.

【0080】 プラズマ加速技術 電子サイクロトロン加熱電子は、磁場の線に垂直な運動の運動エネルギーを得
る。
Plasma Acceleration Technology Electron cyclotron heating electrons gain kinetic energy of motion perpendicular to the lines of the magnetic field.

【数19】 例えば、David J.Rose、Melville Clark,Jr著、
Plasmas and Controlled Fusion、The M.
I.T Press and John Wiley&Sons(1961)、
特にChapter10で説明されているように、共鳴相互作用ゾーンを越えた
スペースでの電子の運動は、全エネルギーε及び磁場モーメントμの項によって
表現され得る。
[Formula 19] For example, David J. Rose, Melville Clark, Jr.
Plasmas and Controlled Fusion, The M. et al.
I. T Press and John Wiley & Sons (1961),
The motion of the electron in the space beyond the resonant interaction zone can be described by terms of the total energy ε and the magnetic field moment μ, as described particularly in Chapter 10.

【数20】 ここで、ψは、存在し得る静電ポテンシャルであり、[Equation 20] Where ψ is the possible electrostatic potential,

【数21】 共鳴相互作用領域の外では、ε及びμは、磁場が、空間的に急激に変化しない場
合、エネルギー及び磁気モーメントの保存則により一定に保たれる。
[Equation 21] Outside the resonant interaction region, ε and μ are kept constant by the law of conservation of energy and magnetic moment when the magnetic field does not change sharply in space.

【0081】 電子は、磁場に平行な力Fを受ける。The electron is subjected to a force F which is parallel to the magnetic field.

【数22】 従って、静電場が存在しない場合、電子の「平行な」運動エネルギーは、共鳴面
を越えている全ての点で、以下のように与えられる。
[Equation 22] Thus, in the absence of an electrostatic field, the electron's "parallel" kinetic energy is given at all points beyond the plane of resonance as:

【数23】 [Equation 23]

【0082】 図11で示されているような径方向に延びている磁束チャンネルについて、座
標系が、s方向が磁束チャンネルの中央線に沿うように、規定され得る。「s」
は、任意に決定され得る参照点からの、磁束チャンネルの中央線に沿う距離又は
位置である。「B(s)」は、この位置の磁場強度、即ち、この位置の、磁束線
に垂直な、磁場強度が一定な面上の磁場強度である。「sres」は、磁場強度
が一定で共鳴値に等しい、磁束線に垂直な面の位置である。
For a radially extending magnetic flux channel as shown in FIG. 11, a coordinate system may be defined such that the s direction is along the centerline of the magnetic flux channel. "S"
Is the distance or position along the centerline of the flux channel from a reference point that can be arbitrarily determined. “B (s)” is the magnetic field strength at this position, that is, the magnetic field strength on this surface perpendicular to the magnetic flux lines and having a constant magnetic field strength. “S res ” is the position of the plane perpendicular to the magnetic flux lines where the magnetic field strength is constant and equal to the resonance value.

【0083】 式(19)は、電子が、径方向かつ内向きに、空間的に減少している磁場と平
行に、その勾配と平行かつ逆向きに加速されることを示している。加熱された電
子は、加速されるが、イオンは、加速されないため、電荷の分離が、生じるだろ
うし、また、静電ポテンシャルψが、生成されるだろう。このポテンシャルは、
電子及びイオンの両方の粒子種が、同じ「双極(ambipolar)」平行ド
リフト速度を有するまで、電子の進行を妨げ、イオンを加速する。
Equation (19) shows that the electrons are accelerated radially and inward, parallel to the spatially decreasing magnetic field, parallel to and opposite the gradient. The heated electrons will be accelerated, but the ions will not be accelerated, so charge separation will occur and an electrostatic potential ψ will be generated. This potential is
Until the electron and ion species both have the same "ambipolar" parallel drift velocity, they impede electron travel and accelerate the ion.

【0084】 電子について、[0084]   About electronic,

【数24】 なぜなら、W=μB=W⊥,resB/Bresだからである。電荷eの一価
のイオンについて、
[Equation 24] This is because W = μB = W ⊥, res B / B res . For monovalent ions of charge e,

【数25】 ここで、添え字eは、電子を示している。[Equation 25] Here, the subscript e indicates an electron.

【0085】 イオンに関する式(21)と、電子に関する式(20)とを加えると、[0085]   Adding equation (21) for ions and equation (20) for electrons,

【数26】 ここで、添え字iは、イオンを示している。 平衡状態で、v‖,i=v‖,e=vだから、「双極」スピードは、[Equation 26] Here, the subscript i indicates an ion. In equilibrium, v ||, i = v ||, e = v a So, "bipolar" speed,

【数27】 即ち、[Equation 27] That is,

【数28】 ここで、Mは、イオンの質量である。[Equation 28] Here, M is the mass of the ion.

【0086】 プラズマが、ダクト出口の近くの局所的な高磁場領域に近づいていくとき、磁
場によって、反射されず、著しく進行を妨げられないことが確保されることが重
要である。磁場の極大値Bmaxを通って流れるようなプラズマの状態は、次式
のように表現され得る。
It is important to ensure that as the plasma approaches the local high field region near the duct exit, it is not reflected by the magnetic field and significantly impedes its progress. The state of plasma that flows through the maximum value B max of the magnetic field can be expressed by the following equation.

【数29】 ここで、イオンの運動エネルギーは、式(25)で与えられる。従って、磁場の
極大値は、共鳴磁場以下であるべきである。
[Equation 29] Here, the kinetic energy of the ions is given by equation (25). Therefore, the maximum of the magnetic field should be below the resonant magnetic field.

【0087】 運動量移送ポンプメカニズム 運動しているプラズマイオンは、内部の力及び磁場の力を受けるだけでなく、
プラズマイオンを拡散させ又はその運動を妨げる確率的な効果も受ける。運動量
移送衝突は、電場が存在している場合、これら効果を引き起こし得る。この場合
、プラズマに関連している処理量は、イオンの移動度μに比例する項を含むこと
によって改良される。
Momentum Transfer Pump Mechanism The moving plasma ions are not only subject to internal and magnetic field forces,
It also has the stochastic effect of diffusing the plasma ions or impeding their movement. Momentum transfer collisions can cause these effects in the presence of an electric field. In this case, the throughput associated with the plasma is improved by including a term proportional to the ion mobility μ.

【数30】 ここで、Eは、電場である。v=Eμと表し、ここで、vは、イオンのドリ
フト速度であり、イオンの処理量は、次のように表現され得る。
[Equation 30] Here, E is an electric field. Let v d = Eμ, where v d is the drift velocity of the ions and the throughput of the ions can be expressed as:

【数31】 (1+v/v)をβμで置き換えた場合、[Equation 31] If (1 + v d / v i ) is replaced by β μ ,

【数32】 ここで、高圧でEが大きい場合、βμの値は、大きな値であり得る。[Equation 32] Here, when E is large at a high pressure, the value of β μ can be a large value.

【0088】 ポンプの処理量は、中性種のドリフト速度が、含まれるとき、実際に大きくな
る。事実、考察しているシステム内の中性分子の大部分も、イオン−中性運動量
移送衝突のために、ほぼ同じドリフト速度でドリフトしている。従って、合計の
ポンプ処理量は、
The throughput of the pump is actually higher when the drift velocity of the neutral species is included. In fact, most of the neutral molecules in the system under consideration are also drifting at about the same drift velocity due to ion-neutral momentum transfer collisions. Therefore, the total pump throughput is

【数33】 ここで、nは、中性ガスの数密度であり、また、βは、イオン及び中性流に
関する増大ファクターである。1つのプラズマダクト内での実験的試験が、本発
明の運動量移送ポンプ技術を使用して、強い増大効果を証明している。
[Expression 33] Where n 0 is the number density of the neutral gas and β t is the enhancement factor for ions and neutral flow. Experimental tests in one plasma duct have demonstrated a strong boosting effect using the momentum transfer pump technique of the present invention.

【0089】 本発明の方法及び装置は、上述したようにポンプを作動し、排気ガスをポンプ
の入口に供給することにより、排気ガスを分解するようにも使用され得る。本発
明の独立型プラズマ真空ポンプは、ガスのイオン化が、主に電子と陽イオンとの
プラズマを生じる限り、ガス状形態のあらゆる組成物を排気し得る。
The method and apparatus of the present invention can also be used to decompose exhaust gas by operating the pump as described above and supplying exhaust gas to the inlet of the pump. The stand-alone plasma vacuum pump of the present invention is capable of pumping any composition in gaseous form as long as the ionization of the gas produces a plasma of predominantly electron and cations.

【0090】[0090]

【発明の効果】【The invention's effect】

上述した説明が、本発明の特定の実施形態を示している一方で、多くの改良が
、本発明の本質から離れずに行われ得ることが理解されるだろう。特許請求の範
囲は、本発明の真の範囲及び本質に属するこのような改良を含むよう意図されて
いる。
While the above description illustrates specific embodiments of the present invention, it will be appreciated that many modifications may be made without departing from the essence of the invention. The claims are intended to cover such modifications as would fall within the true scope and nature of the invention.

【0091】 従って、本出願で開示されている実施形態は、全ての点で、限定的でなく例示
的に考慮され、また、本発明の範囲は、詳細な説明でなく請求項によって示され
、従って、請求項に均等な範囲及び意図から生じる全ての変形は、請求項に含ま
れるよう意図されている。
The embodiments disclosed in this application are therefore considered in all respects by way of example and not by way of limitation, and the scope of the invention is indicated by the claims rather than the detailed description. Accordingly, it is intended that all modifications that come within the scope and spirit of the claims are to be embraced therein.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、磁場内の熱温度以上の電子の運動を示している図である。[Figure 1]   FIG. 1 is a diagram showing the movement of electrons above the thermal temperature in a magnetic field.

【図2】 図2は、本発明のプラズマ領域内に生成される磁場を示している単純化されて
いる図である。
FIG. 2 is a simplified diagram showing the magnetic field generated in the plasma region of the present invention.

【図3】 図3は、図2に示されている磁場の中央線に沿う、磁束密度の変化を示してい
る図である。
3 is a diagram showing changes in magnetic flux density along the center line of the magnetic field shown in FIG.

【図4】 図4は、図2及び3で示されている磁場の長方形の実施形態を形成する本発明
の一配置を示している単純化されている側面図である。
FIG. 4 is a simplified side view showing one arrangement of the invention forming the rectangular embodiment of the magnetic field shown in FIGS. 2 and 3.

【図5】 図5は、本発明の独立型プラズマ真空ポンプの簡便な長方形の実施形態の下部
の斜視図である。
FIG. 5 is a bottom perspective view of a convenient rectangular embodiment of the stand-alone plasma vacuum pump of the present invention.

【図6】 図6は、図5の実施形態の側方断面図である。[Figure 6]   6 is a side sectional view of the embodiment of FIG.

【図7】 図7は、図6の矢印22の方向から見た図である。[Figure 7]   FIG. 7 is a diagram viewed from the direction of arrow 22 in FIG.

【図8】 図8は、本発明の独立型プラズマ真空ポンプの円筒形の実施形態の切断されて
いる斜視図である。
FIG. 8 is a cutaway perspective view of a cylindrical embodiment of the stand-alone plasma vacuum pump of the present invention.

【図9】 図9は、図8のポンプの構成部材の基礎となる磁場の配置を示している単純化
されている平面図である。
9 is a simplified plan view showing the underlying magnetic field arrangement of the components of the pump of FIG.

【図10】 図10は、底面パネルを取り外している状態の、図8のポンプの内部の底面図
である。
10 is a bottom view of the interior of the pump of FIG. 8 with the bottom panel removed.

【図11】 図11は、図8のポンプの永久磁石装置に関連している磁場の一部を示してい
る詳細な平面図である。
11 is a detailed plan view showing a portion of the magnetic field associated with the permanent magnet arrangement of the pump of FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/31 H05H 1/14 H05H 1/14 H01L 21/302 101G (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US, UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 5C038 AA01 AA04 AA14 5F004 AA16 BB32 BC02 5F045 AA03 AA06 AA08 AE15 AE17 BB20 EG03 EG07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/31 H05H 1/14 H05H 1/14 H01L 21/302 101G (81) Designated country EP (AT, BE , CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM) , GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA ( AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN , IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW F terms (reference ) 5C038 AA01 AA04 AA14 5F004 AA16 BB32 BC02 5F045 AA03 AA06 AA08 AE15 AE17 BB20 EG03 EG07

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低圧の入口端部と高圧の出口端部との間に位置している少な
くとも1つのポンプ領域を囲んでいるハウジングと、 前記入口端部と前記出口端部との間の前記ポンプ領域内で延びる少なくとも1
つの磁場領域を与え、この磁場領域は、プラズマを閉じ込め導くような磁束チャ
ンネルを与え、この磁束チャンネルは、磁場が、前記入口端部から前記出口端部
へ向かって負の強度勾配を持つような、第1の部分を有する、永久磁石装置と、 前記磁束チャンネル内でガスをイオン化することによってプラズマを生成する
ように、また、前記磁束チャンネルの前記第1の部分内の電子を共鳴状態に励起
して、電子と磁場との間の相互作用が、プラズマ内の電子及びイオンを前記出口
端部へ進ませる力を生じるように、前記磁束チャンネル内にマイクロ波エネルギ
ーを与えるマイクロ波ソースとを、 具備している、前記入口端部から前記出口端部にガスを排気するための独立型
プラズマ真空ポンプ。
1. A housing enclosing at least one pump region located between a low pressure inlet end and a high pressure outlet end; and said housing between said inlet end and said outlet end. At least one extending within the pump region
Two magnetic field regions which provide a magnetic flux channel for confining and guiding the plasma, the magnetic flux channel being such that the magnetic field has a negative intensity gradient from the inlet end towards the outlet end. A permanent magnet device having a first portion, and exciting the electrons in the first portion of the magnetic flux channel to a resonance state so as to generate a plasma by ionizing a gas in the magnetic flux channel. And a microwave source that imparts microwave energy in the flux channel such that the interaction between the electrons and the magnetic field creates a force that drives electrons and ions in the plasma to the exit end. An independent plasma vacuum pump for exhausting gas from the inlet end to the outlet end.
【請求項2】 前記磁束チャンネルは、前記第1の部分と前記出口端部との
間に配置される第2の部分を有し、この第2の部分内で、磁場は、前記入口端部
から前記出口端部に向かって正の強度勾配を有する請求項1のプラズマ真空ポン
プ。
2. The magnetic flux channel has a second portion disposed between the first portion and the outlet end, in which the magnetic field is directed to the inlet end. The plasma vacuum pump of claim 1 having a positive intensity gradient from the outlet end toward the outlet end.
【請求項3】 前記負の強度勾配は、前記正の強度勾配よりも大きな絶対値
を有する請求項2のプラズマ真空ポンプ。
3. The plasma vacuum pump of claim 2, wherein the negative intensity gradient has a larger absolute value than the positive intensity gradient.
【請求項4】 前記磁束チャンネルは、前記第2の部分と前記出口端部との
間に位置する第3の部分を有し、この第3の部分内で、磁場は、前記入口端部か
ら前記出口端部に向かって負の強度勾配を有する請求項2のプラズマ真空ポンプ
4. The magnetic flux channel has a third portion located between the second portion and the outlet end, in which the magnetic field extends from the inlet end. The plasma vacuum pump of claim 2, having a negative intensity gradient toward the outlet end.
【請求項5】 前記第3の部分は、前記出口端部から前記入口端部へのイオ
ンの流れを妨げるようなバッフルを有し、 前記ポンプ領域は、長軸を有する円筒形であり、 前記磁束チャンネルは、前記入口端部から前記出口端部へと前記長軸を横切る
方向に延びる、 請求項4のプラズマ真空ポンプ。
5. The third portion has a baffle for impeding the flow of ions from the outlet end to the inlet end, and the pump region is cylindrical with a long axis, The plasma vacuum pump of claim 4, wherein the flux channel extends from the inlet end to the outlet end in a direction transverse to the major axis.
【請求項6】 前記出口端部から前記入口端部へ向かう電気的に中性なガス
分子の流れを最小化するように、排気される前記チャンネル内の前記第1の部分
と前記第3の部分との間に配置され、前記バッフルと関連している複数の狭いス
ロットを有している部材をさらに具備している請求項5のポンプ。
6. The first portion and the third portion within the channel being evacuated to minimize the flow of electrically neutral gas molecules from the outlet end toward the inlet end. 6. The pump of claim 5, further comprising a member disposed between the baffle and having a plurality of narrow slots associated with the baffle.
【請求項7】 前記マイクロ波ソースは、前記磁束チャンネルと接続するマ
イクロ波アンテナである請求項2のプラズマ真空ポンプ。
7. The plasma vacuum pump according to claim 2, wherein the microwave source is a microwave antenna connected to the magnetic flux channel.
【請求項8】 前記アンテナは、インピーダンスをチューニングする遷移を
有するフォーポート側壁合成結合器である請求項7のプラズマポンプ。
8. The plasma pump of claim 7, wherein the antenna is a Four Port Sidewall Combiner with impedance tuning transitions.
【請求項9】 前記アンテナは、狭い開口が形成され、導波管窓を備えてい
る導波管を有しており、また、この窓を冷却し、かつ、この窓及び前記導波管の
放電を抑えるように、強制冷却窒素ガスで加圧される、請求項7のプラズマポン
プ。
9. The antenna comprises a waveguide having a narrow aperture formed therein and comprising a waveguide window, the window cooling the window and the waveguide and the waveguide window. The plasma pump according to claim 7, wherein the plasma pump is pressurized with forced cooling nitrogen gas so as to suppress discharge.
【請求項10】 前記導波管窓は、真空シールを有する、四分の一波長の厚
さの石英及びアルミナで作られたプレートで形成されている請求項9のプラズマ
ポンプ。
10. The plasma pump of claim 9, wherein the waveguide window is formed of a quarter-wave thick plate of quartz and alumina having a vacuum seal.
【請求項11】 前記アンテナは、前記導波管窓から前記磁束チャンネル内
の共鳴ゾーンを越えて延びる領域内に、アルミナのライナを備えている壁をさら
に有している請求項9のプラズマポンプ。
11. The plasma pump of claim 9, wherein the antenna further comprises a wall with an alumina liner in a region extending from the waveguide window beyond a resonance zone in the flux channel. .
【請求項12】 複数の前記ポンプ領域を有しており、前記永久磁石装置は
、各ポンプ領域内に夫々配置される複数の前記磁束チャンネルを与え、前記ポン
プ領域の一方から他方への質量流を妨げる隔壁部材をさらに有している請求項1
1のポンプ。
12. A plurality of pump regions, said permanent magnet arrangement providing a plurality of said flux channels respectively disposed within each pump region, wherein mass flow from one of said pump regions to the other is provided. The partition wall member for preventing the above is further provided.
1 pump.
【請求項13】 マイクロ波電力を結合させるように配置されている手段と
、前記永久磁石装置とは、前記ポンプ領域の前記出口端部に向かう集合的なプラ
ズマの加速を生じるように、前記磁束チャンネルに沿う電子の加速を最適化する
ように配置されている請求項1のポンプ。
13. A means arranged to couple microwave power and the permanent magnet arrangement are such that the magnetic flux is such that a collective plasma acceleration towards the outlet end of the pump region is produced. The pump of claim 1 arranged to optimize acceleration of electrons along the channel.
【請求項14】 前記永久磁石装置は、前記磁束チャンネル内に、一定の磁
場強度Bresを持つ電子サイクロトロン共鳴面を有する磁場を生じ、 前記磁束チャンネルは、磁場強度が、前記マイクロ波ソースに近い位置で、1
.2より大きいファクター分だけBresを越えるような領域を含み、 前記磁束チャンネル内の磁場強度は、前記共鳴面と前記出口端部との間に、Bres より実質的に小さい極小値を有し、 磁場強度は、前記出口端部に近い面でBresより小さい極大値を有する、 請求項1のポンプ。
14. The permanent magnet device generates a magnetic field having an electron cyclotron resonance surface having a constant magnetic field strength B res in the magnetic flux channel, the magnetic flux channel having a magnetic field strength close to that of the microwave source. At position 1
. 2 comprises a region that exceeds the larger factor amount corresponding B res, magnetic field strength of the magnetic flux within the channel, between the resonance surface and said outlet end, has a substantially smaller minimum value from the B res The pump according to claim 1, wherein the magnetic field strength has a maximum value smaller than B res at a surface close to the outlet end.
【請求項15】 請求項1のポンプを作動状態にすることと、流出ガスを前
記ポンプの入口端部に供給することとを、 具備している、流出ガスを分解する方法。
15. A method of decomposing effluent gas, comprising activating the pump of claim 1 and supplying effluent gas to an inlet end of the pump.
【請求項16】 請求項1のポンプの入口端部を、低圧領域に接続している
状態にすることと、 低圧領域からガスを排気するように、前記ポンプを作動することとを、 具備している、低圧領域からガスを排気する方法。
16. A pump according to claim 1, wherein the inlet end of the pump is connected to a low pressure region, and the pump is operated to exhaust gas from the low pressure region. Exhausting gas from low pressure areas.
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