半導体は、更なる高性能化を目指して微細化や3D化が進み、新たな材料、プロセスの採用が進んでいます。特に最先端のプラズマエッチングプロセスでは、主排気系であるターボ分子ポンプ（TMP）に対し大流量・大排気量が要求されており、当社では大型ターボ分ポンプ(TMP)の開発・製品化を進めています。
【図１】大排気速度のターボ分子ポンプTMP-5305形
プラズマエッチングで使用される圧力領域
圧力領域は、プラズマを発生させる機構（プラズマソース）等により異なります。文献等で示される一般的なプラズマソースでの使用圧力領域、特徴です。（表１）
エッチング材料やプロセスに応じて、エッチング装置メーカが適切なプラズマソースを採用しています。圧力条件はエッチング中でも、大きく変動します。
| プラズマソース | 圧力領域(Pa) | 特徴 |
|---|---|---|
| CCP／RF（容量結合型） | 10～100 Pa程度 | 低～中密度プラズマ。高密度もある。 |
| ICP（誘導結合型） | 0.05～10 Pa程度 | 低圧・高密度プラズマを生成。 |
| ECR／マイクロ波プラズマ | 0.05～0.5 Pa程度 | 低圧・高密度プラズマを生成 |
【表１】代表的なプラズマソースと使用圧力
ターボ分子ポンプの圧力領域と排気速度
ターボ分子ポンプに要求される圧力領域は幅が広く、分子流（0.33Pa以下）から遷移流(0.33～10Pa)、粘性流(10Pa以上)までの領域で、排気能力が要求されます。
（各領域の圧力は管直径68mm、20℃、空気）
先端のプラズマエッチングでは、数十Paの粘性流から遷移流領域での大流量排気要求が出ており、当社は、最大機種としてTMP-5305LMTC 形を製品化しています。
【図2】TMP-5305LMTC形 排気速度曲線
【図3】TMP-5305LMTC形 排気流量曲線
図２、図３、に示されている様に、粘性流・遷移流領域では、排気速度・排気流量の伸びが低下します。TMP-5305LMTC 形では、DSMC（ダイレクトシミュレーションモンテカルロ）法で高精度な排気性能の解析を行い、この領域の排気性能の向上をはかっています。
生成物付着防止
真空ポンプは気体を圧縮し排気を行います。ターボ分子ポンプは複数段の翼とねじ溝を持っており、各段で、徐々にプロセスガスを圧縮し排気します。その際に、プロセスガスが蒸気圧を超えて気体から固体に凝固し堆積する場合があります。（図4）
この堆積物はターボ分子ポンプ（TMP）の排気不良や故障の誘因となり、オーバーホールの頻度が多くなることに繋がります。
【図4】塩化アルミニウムの蒸気圧曲線
生成物発生事例：配線材料であるアルミニウム（Al）を塩素（Cl₂）でエッチングした場合、塩化アルミニウム(AlCl3)が気体として発生します。図２にあるように、蒸気圧曲線より上部の、蒸気圧・温度条件では、気体は、固体として凝固します。
排気配管内が閉塞するほど堆積物が付着する例があります。(図５)
【図5】
生成物がポンプ排気口に堆積した事例
生成物付着防止として、ポンプの過熱機構を含めた温度制御システムを組み込み、ポンプ内部の接ガス部を高温に維持し、気体のまま排気し生成物のポンプ内部での堆積を抑制します。
【図6】 昇温により堆積を防ぐ効果のモデル図
また、新しい材料やエッチング量の増大傾向から、蒸気圧の低い生成物が多く生成されるプロセスが出てきており、TMP-5305LMTC 形では、制御の上限温度を従来の75℃からより高い温度である85℃としています。
