(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを生成するソースチャンバと、
前記ソースチャンバに接続され、前記チャンバソースからのプラズマがその中に伝播できるようにして、作用対象物を処理する真空チャンバと、
前記ソースチャンバから前記真空チャンバにヘリコン波を伝播させる蛇行形状のアンテナを含む波動生起構成とを有し、
前記蛇行形状のアンテナは、方向が交互に変化する一連の半円弧状の伝導体でできており、
前記ソースチャンバは非円筒形状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ソースチャンバは、長辺方向に長くなった矩形の箱形をしていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ソースチャンバを前記真空チャンバに接続する伸長したスロットをさらに有し、
前記伸長したスロットは、前記ソースチャンバの長軸に平行であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ソースチャンバを前記真空チャンバに接続する開口のようなスロットをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記波動生起構成は、ＲＦアンテナ、ＲＦ発生器、ＲＦマッチングネットワーク、及び、少なくとも１つの磁石を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁石は、少なくとも１つの電磁コイル或いは永久磁石を有することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
２つの磁石が、前記波動生起構成において用いられていることを特徴とする請求項６に記載のフラズマ処理装置。
【請求項８】
前記波動生起構成の前記少なくとも１つの磁石は、前記ソースチャンバから前記真空チャンバにかけて伸びる実質的に平行な磁力線を生成することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記真空チャンバに接続され、プラズマが前記真空チャンバの中に伝播できるようにプラズマを生成する第２のソースチャンバと、
前記第２のソースチャンバから前記真空チャンバにヘリコン波を伝播する第２の波動生起構成とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第２のソースチャンバは細長い形をしており、前記真空チャンバにおいて、プラズマを供給することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記ソースチャンバと前記第２のソースチャンバの長軸方向は互いに対して実質的に平行であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
ＲＦチューニングボックスが、前記ＲＦアンテナ出力を制御するために用いられ、前記ＲＦチューニングボックスは前記ＲＦアンテナに近接していることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
プラズマを生成する複数の線形ソースチャンバと、
作用対象物を処理する真空チャンバと、
前記複数の線形ソースチャンバから前記真空チャンバにヘリコン波を伝播させる蛇行形状のアンテナを含む複数の波動生起構成と、
前記複数の線形ソースチャンバ各々と前記真空チャンバとを接続する長辺スロットとを有し、
前記蛇行形状のアンテナは、方向が交互に変化する一連の半円弧状の伝導体でできていることを特徴とする多数のソース領域をもつプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記複数の線形ソースチャンバは、前記波動生起構成によって生起された前記ヘリコン波が、前記複数の線形ソースチャンバの他のものから伝播する波動に対しては実質的には平行ではない方向に伝播するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の多数のソース領域をもつプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記半円弧各々は同一平面上にあり、前記円弧は反対方向に向きを変えることを特徴とする請求項１３に記載の多数のソース領域をもつプラズマ処理装置。
【請求項１６】
作用対象物の表面域を処理する方法であって、
方向が交互に変化する一連の半円弧状の伝導体でできている蛇行形状のアンテナを用いてヘリコン波を伝播させ、真空チャンバ内でプラズマが直線的に伸びる領域を創成する工程と、
前記作用対象物の表面を横切って前記プラズマが直線的に伸びる領域を掃引する工程とを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明の属する分野
本発明は一般には基板上に層を形成したり、エッチングするプラズマ処理装置に関する。更に詳しくは、本発明は、半導体ウエハおよび他の基板の処理に使用されるヘリコンプラズマ波の発生源に関する。
発明の背景
プラズマは基板の表面上の層のエッチング、層の形成（depositing）の用途を持つ材料の処理に広く使用されている。更に詳細には、プラズマ源は更にまた、フラットパネルのコーティングのような他の材料処理でも使用されている。これらのほとんどの処理のために、プラズマが要求される基本的な特性は、高密度、低プラズマ電位プラズマの高均一性および広い圧力領域に渡る動作である。低圧力、高密度プラズマはマイクロエレクトロニクス及び他の適用において必要な微細スケールでのエッチングおよび層の形成に向いている。更には、処理される基板中にわたって安定した結果を出すためには、プラズマ処理される全領域でプラズマが均一の密度を持たなければならない。
基板の処理でのより大きな効果は、処理できる基板上の領域を増加することにより達成できる。製造コストの削減のためには、プラズマ処理装置は、理想的には出来るだけ大きい基板を処理できることである。従って、どんなうまくできたプラズマ処理装置でもその基本的な特徴は、効率的により大きな基板の領域を処理できるようにソースチャンバを大きくすることである。
プラズマが無線周波数（以降、ＲＦ）アンテナを使用してヘリコン波を励起させることによってアルゴンまたはＳＦ6のような低圧ガス中で発生できることはこの技術分野で広く知られている。ヘリコン波プラズマエッチングは従来の平行平板の、ＥＣＲ（電子サイクロトン共鳴）またはＲＦＩ（ＲＦ誘導）プラズマシステムでは有利さを持っている。例えば、ヘリコン波プラズマエッチングではＥＣＲより低い磁界で足り、そのヘリコン放電は平行平板エッチングより低いプラズマ電位をもつ。ソースチャンバ内でのイオン化されたガス中でのヘリコン波を励起するために、ＲＦアンテナからのエネルギはプラズマとされ、ヘリコン波を生成する。円筒形状のソースチャンバ内で、ヘリコン波は電磁波であり、そのソースチャンバ内で磁界の磁力線に沿って伝播する。円筒形状のソースチャンバによって、右手と左手の極性、両方のヘリコン波の伝播が可能になる。従って従来の円筒形のソースチャンバによって、ヘリコン波の伝播が可能になり、その結果ソースチャンバから出て真空チャンバに入るプラズマが基板を処理する。この形状はBoswellが米国特許第４８１０９３５号で使用する形状であり、その発明の主題はここに引用して組み込む。
円筒形状のソースチャンバはヘリコン波によって磁力線にそって真空チャンバ内に伝播できる均一、高密度、低圧プラズマを生成出来るが、ヘリコン波の伝播を可能にする条件、特に、円筒形状では、より広い基板領域の処理が可能なソースチャンバのスケールアップに限界がある。ヘリコンプラズマ波は高密度、低圧プラズマを生成する特性があり、どんなソースチャンバ形状でも基板処理に理想的でヘリコン波を使用でき、ソースから基板にプラズマを伝播出来る利点がある。アンテナ設計の分野におけるかなりの研究によって、円筒形状のソースチャンバで発生されるプラズマの領域、密度、均一性の点では意義ある改良がなされた。これらの改良にも拘わらず、円筒形状のヘリコン波プラズマソースチャンバのスケールアップができない重大な制限は依然として残されている。従って、プラズマ処理装置の分野で基板処理のために、ソースチャンバから真空チャンバに伝播できる均一、高密度、低圧プラズマを生成できるスケーラブルなプラズマソースチャンバが望まれている。
発明の要約
本発明に従えば、ある領域にわたって高密度、低圧プラズマを生成する非円筒形状のソースチャンバを持つプラズマ処理装置を提供する。本発明は従来の円筒形ソースチャンバと違い、スケーラブルである、即ち、プラズマの均一性を犠牲にしたり、或いは、線形ソースチャンバによって生成されるプラズマの高密度低圧特性を妥協することなしにより大きい基板を処理するために、ソースチャンバの長さが調整可能であるという利点を持つ。更に、本発明の非円筒形状のソースチャンバの長さを調整することによって、そのソースチャンバの中でプラズマを発生させるために必要なエネルギを不均衡に増加すること無しに、ソースチャンバの処理領域の大きさを調整することができる。
線形ソースチャンバでプラズマを発生させるために、線形ソースチャンバ内のガス中でＲＦアンテナをヘリコン波を励起するために使用する。ＲＦアンテナからのエネルギは線形ソースチャンバ内のプラズマに結合される。線形ソースチャンバ及び真空チャンバ外の置かれた磁石は線形ソースチャンバから真空チャンバに向かう磁力線を持つ磁界を生成する。磁力線にそって伝播するヘリコンプラズマ波は線形ソースチャンバから真空チャンバへ伝播し、基板に所望の処理反応を与えることが出来る。
本発明の一つの実施の形態において、非円筒形状のソースチャンバは直線状の形をしており、ここでソースチャンバは細長い矩形状の箱の形をしており、それは真空チャンバに接続されている。この線形ソースチャンバは薄くて長いスロット開口部によって真空チャンバに結合され、そのスロット開口部は線形ソースチャンバの長辺方向に平行である。
本発明の他の実施の形態では、複数の線形ソースチャンバが使用されている。例えば、２つの線形ソースチャンバをヘリコンプラズマ波が線形ソースチャンバから平行または非平行にそれぞれの真空チャンバ内で伝播するように配置出来る。
本発明の他の態様はソースチャンバ内でヘリコンプラズマ波を発生させるために使用されるＲＦアンテナのユニークな形状にある。本発明の１つの実施態様では、線形ソースチャンバ内でヘリコンプラズマ波を励起させるために特に好適である蛇行形状のアンテナが使用される．。この蛇行形状は、“プッシュ−プル領域”をセットアップする交互に入れ替わる磁界を発生させ、これによって、ＲＦアンテナの電磁エネルギをソースチャンバのガスと結合させてヘリコンプラズマを生成する。本発明の他の態様において、多重ループアンテナが使用される。このＲＦアンテナの多重ループは、ＲＦ発生器によって並列に電源が投入されたとき、隣接するループの電流が逆方向に流れ、此れによって逆向きの磁界を誘導して、ソースチャンバ内でヘリコンプラズマ波を励起してプッシュ・プル領域を形成する。
【図面の簡単な説明】
図１Ａ及び図１Ｂは、ヘリコンプラズマソースチャンバで基板を処理するための従来の円筒のソースチャンバ及び真空チャンバを示す。
図２は、本発明に従う線形ソースチャンバ及び真空チャンバの斜視図である。
図３Ａは、本発明に従う線形ソースチャンバを持つプラズマ処理装置の断面図である。
図３Ｂは、図３Ａに示したプラズマ処理装置の断面の端部を示す図である。
図３Ｃ〜Ｅは、本発明に従うプラズマ処理装置の断面図である。
図４Ａは、本発明の１つの実施形態に従う線形ソースチャンバ及び磁石によって発生される磁界の断面の端部を示す図である。
図４Ｂは、本発明の１つの実施形態に従う線形ソースチャンバ及び磁石によって発生される磁界の断面の端部を示す図である。
図４Ｃは、本発明に従う、尖塔形状（cusp）の磁界においてソース及び真空チャンバ内の位置と磁界強度の関係を示すグラフである。
図４Ｄは、本発明に従う、ミラー形状（mirror）の磁界においてソース及び真空チャンバ内の位置と磁界強度の関係を示すグラフである。
図４Ｅは、本発明に従う、ビーチ形状（beach）の磁界においてソース及び真空チャンバ内の位置と磁界強度の関係を示すグラフである。
図５は、本発明に従う、異なる磁場を用いた異なる圧力について密度と位置との関係を示すグラフである。
図６は、本発明に従う２つの線形ソースチャンバをもつ真空チャンバの断面の端部を示す図である。
図７は、本発明に従って正対して設けられた２つの線形ソースチャンバを持つ真空チャンバの断面の端部を示す図である。
図８は、本発明に従う蛇行形状ＲＦアンテナを示す図である。
図９は、本発明に従う多重ループＲＦアンテナを示す図である。
図１０Ａ〜図１０Ｆは、本発明に従うＲＦアンテナの幾つかの実施形態を示す図である。
図１１は、一対の蛇行形状アンテナを使用するプラズマ処理装置においてプラズマ密度と線形ソースチャンバからの距離の関係を示すグラフである。
図１２は、プラズマ密度と本発明に従う線形ソースチャンバの中心からの距離との関係を示すグラフである。
図１３は、本発明に従う一対のループアンテナを使用したプラズマ処理装置においてプラズマ密度と線形ソースチャンバの中心からの距離との関係を示すグラフである。
図１４は、本発明に従う一対のループアンテナを使用したプラズマ処理装置においてプラズマ密度とソースチャンバの中心からの距離との関係を示すグラフである。
好適な実施形態の詳細な説明
図１Ａ及び１Ｂは、円筒形状で直径１０から２０ｃｍのソースチャンバを持つ従来装置を示す。円筒形状のソースチャンバは１９０ｃｍ2の処理領域を持ち、６インチのシリコンウエハを処理するためには十分な大きさを持つ。円筒形状のソースチャンバ内では、分散の関係によってヘリコン波がソースチャンバ内の磁界の磁力線に沿って伝播できる。ソースチャンバから真空チャンバへ延びる平行な磁力線を持つ磁界をソースチャンバに誘導することにより、ソースチャンバ内のヘリコン波が真空チャンバ内へ磁力線に沿って伝播する。磁石１３、１４、１５はソースチャンバ１０内で実質的に平行であり、図１Ｂが示すようにソースチャンバから真空チャンバ１２に延びる磁力線を持つ磁界を発生させる。真空チャンバ内の磁力線は平行ではなく、尖塔形状（cusp）を持つ。円筒形状のソースチャンバをより大きな直径に拡大すると、ソースチャンバの総容積がソースチャンバの処理領域の２分の３乗に拡大する。従って、円筒形状のソースチャンバの処理領域を４倍に増すために、全体積は８倍に増やされる。処理領域を増加するための円筒形状のソースチャンバのサイズを調整することは、大きな円筒形状のソースチャンバ内でプラズマを発生させるために必要とされるエネルギが非常に増加するので非現実的である。
円筒形状のソースチャンバは能力をスケールアップしてより大きな基板を処理する点において本来的に制限があるので、本発明では、円筒形状から離れて、楕円波の一部であるヘリコン波伝播のみならず、何れのタイプの楕円波の伝播をも可能する。
材料処理装置中のソースチャンバの以前の設計ではヘリコン波の伝播能力だけをもたせるために、円筒形状のソースチャンバを使用した。従来技術に、非円筒形状のソースチャンバは見いだすことはできなかった。非円筒形状のソースチャンバがヘリコン波だけではなく楕円波を伝播できることを具体化することにより、本発明によれば非円筒形状のソースチャンバ内でプラズマを生成するために必要なエネルギを不均一に増加することなく処理領域を調整できる非円筒ヘリコン波プラズマソースチャンバを生産することができる。特に、ｅｘｐ｛ｉ（nx＋my＋kz−wt）｝の摂動、（ここで、ｉは−１の平方根（虚数）、ｘ，ｙ，ｚはソースチャンバ内の体積の３次元成分、ｔは時間）を仮定し、矩形の境界条件（その境界で、摂動電流とその摂動磁場が０にならなければならない）を用いて、線形化したマックスウェル方程式、方程式１、２、３、４を、方程式５、６で解くことにより、分散の関係はヘリコン波が伝幡できることを示している。線形化したマックスウェル方程式と式５、６は次の通りである。
0003825048.tif 000002
方程式１から６において、ｎoはガスの平衡密度、Ｂ0は平衡磁界、nは摂動密度、Ｂは磁界、Ｅは電界、ｊは電流である。第１から６式の解はヘリコン波が伝播できるよう分散の関係について円筒形状の形である必要はない。更に詳細には、ソースチャンバと真空チャンバ間の開口の大きさ、形に加えて、ソースチャンバの形と大きさを変えることにより、従来技術と異なり多くの非円筒形状にヘリコン波を伝播可能にする解を得ることが可能になる。本発明はこの新たな認識を利用して、長方形及びその他、非円筒形状のソースチャンバを作ることが可能である。
例として、長方形での式１から６の解は、x及びyの波動方程式の一般解として関数Ｘ（x）及びＹ（ｙ）を導入することにより得られる。方程式１〜６から導かれ、上記摂動を仮定すれば波動方程式は、７式として与えられる。
∇2Ｂ＋α2Ｂ＝０        （７）
摂動磁界のｚ成分は、ｘ及びｙ方向の成分の関数であると仮定される。即ち、Ｂz＝Ｘ(x)Ｙ(y)である。第７式に代入することにより、次の関係が得られる。
（α2−κ2）ＸＹ＋Ｙ（∂2Ｘ／∂ｘ2）＋Ｘ（∂2Ｙ／∂ｙ2）＝０    （８）
変数を分離し、Ｘ部及びＹ部に定数ｂを設定すると、それぞれについての独立関数が得られ、それらは、式９及び１０として与えられる。
（∂2Ｙ／∂ｙ2）＋ｂ2Ｙ＝０                （９）
（∂2Ｘ／∂ｘ2）＋（α2−κ2−ｂ2）Ｘ＝０    （１０）
有限解として、方程式９及び１０は両方ともサイン（sin）及びコサイン（cos）関数の和の解を持つ。矩形状の形について上述の境界条件を仮定すると、サイン及びコサインについての解が、nπ／Ｌの倍数を持つ定数ｂを伴うＹ（ｙ）について存在する。ここで、Ｌは適切なアンテナをもち適当なサイズをもったソースチャンバのｙ方向のソースチャンバの幅である。従って、ソースチャンバの大きさにより、正しく組み立てられたＲＦアンテナはヘリコン波をソースチャンバ内で静磁界を持つ矩形のソースチャンバに誘導することができる。
矩形の形のソースチャンバに関して上述のように線形化されたマックスウェル方程式１〜４及び方程式５及び６が解かれるので、本発明は非円筒形状のソースチャンバに適用可能である。矩形のソースチャンバのための解は例としてのみ、用いられている。他の非円筒形状のソースチャンバについての解は選択された形状に合う適宜の境界条件を仮定し、以上で示された一般的な手法を用いて達成できる。
方程式９及び１０の解の基本的な特徴は、Ｂz＝Ｘ(x)Ｙ(y)を仮定すると、方程式９〜１０がサイン及びコサイン関数の和の形で解を持つことがわかるので、波動方程式７についての解にｚ成分がないことである。従って、ソースチャンバはその波動方程式の如何なる解についてもｚ方向には寸法を調整することができる。換言すれば、そのチャンバの高さ及び幅は、ヘリコン波形成を可能とする不可欠な成分であり、Ｘとｙが一旦正しく選択されると、ｚの値についてはどんな値にすることもできる。
本発明によれば、非円筒形状のどのようなタイプでもソースチャンバに使用できるが、以下に詳述するような矩形は、ソースチャンバ内でプラズマを発生するために必要なエネルギを不均一に増加させることなく、処理領域の大きさを調整できるというさらなる利点がある。。
図２は本発明に従うプラズマ処理装置２０の斜視図である。線形ソースチャンバ２１は長く薄い長方形の箱型で、真空チャンバ２２に接続されている。線形ソースチャンバ２１はその長辺方向が真空チャンバ２２を向くように真空チャンバ２２に接続される。この実施形態の真空チャンバ２２の形は長方形であるが、この真空チャンバは所望の形状、例えば、円筒形状を取ることができる。一対の磁石１８、１９はソースチャンバ２１、真空チャンバ２２内で磁界を発生させる。
図３Ａは、線形ソースチャンバ２６及び真空チャンバ２７を備えたプラズマ処理装置の断面図を示す。図３Ｂは図３Ａに示されるプラズマ処理装置２５の第２断面図を示す。線形ソースチャンバ２６は長辺方向が長い矩形の箱の形であり、その線形ソースチャンバの長辺に沿って真空チャンバ２７に接続されている。例として、線形ソースチャンバ２６は長さが９００ｍｍ、幅９０ｍｍ、深さ９０ｍｍである。線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７間の開口部２８はヘリコンプラズマ波のソースチャンバから真空チャンバへの伝播を可能とする。開口部２８の形は、真空チャンバから線形ソースチャンバを分離している壁の中の長辺方向が長いスロットでは非円形である。長いスロットは線形ソースチャンバの長辺方向に平行であり、そのスロットの寸法は、９００ｍｍ×９０ｍｍである。従って、プラズマ波は線形ソースチャンバ２６の全長に沿って発生され、開口部２８を通過して真空チャンバ２７へ伝播できる。処理される基板２９は真空チャンバ２７内の作用対象物（ワークピース：workpiece）ホルダ３０上に置かれる。ソースチャンバ２６及び真空チャンバ２７には１から５０ｍ Torrの圧力でアルゴンガス、またはＣＦ4ガスを充填する。ソースチャンバ及び真空チャンバから空気を排出するために標準の真空ポンプを使用し、簡単なバルブを開いて意図とするアルゴンガス、ＣＦ4または他のガスをガス容器からソースチャンバ及び真空チャンバに流入できるようにする。流量調整バルブがその容器からのガス流の圧力を制御でき、ソースチャンバ及び真空チャンバの圧力が所望の結果に達するときガスの流入圧力がなくなる。
一対のＲＦアンテナ３１及び３２は線形ソースチャンバ２６の縦方向の何れかに配置され、線形ソースチャンバ２６の長さ方向に延びる。ＲＦアンテナ３１及び３２の目的はソースチャンバ２６内のイオン化されたガス中のヘリコン波を励起することである。この実施形態では、ＲＦアンテナ３１及び３２は、蛇行形状であり、線形ソースチャンバ２６の長さ方向に沿って均一のプラズマを発生させる。最良の結果は２つの対向するＲＦアンテナ３１、３２を線形ソースチャンバ２６の対向する側に配置することによって達成できる。しかしながら、線形ソースチャンバの一側だけに置かれた１つのＲＦアンテナもまた線形ソースチャンバ２６の全長に亘って高密度、低圧プラズマを発生できる。このＲＦアンテナ３１及び３２は標準的なＲＦ発生器３８によって電力が供給され、ＲＦマッチングネットワーク３５で制御される。ＲＦアンテナの詳細な構成を更に詳しく以下に述べる。
ＲＦアンテナは線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７の間の接続部位に近い上部壁３７に近接して配置されている。同様に、ＲＦアンテナ３２は線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７の間の接続部位に近い底部壁３７に近接して配置されている。ソースチャンバ２６の上部壁、底部壁は共に誘電体材料で作られている。これでＲＦアンテナ３１、３２からのエネルギがより効率的にソースチャンバ２６内でプラズマに結合できる。水晶、ガラス及びセラミック材料は上部壁３７、下部壁３８に使用できる全て好適な誘電体材料である。ソースチャンバのその他の壁は誘電体材料又は金属の何れかで作ることができる。真空チャンバ２７の壁も金属のようなどのような材料からでも作られる。図３Ａ、３Ｂに示される本発明の実施形態は２つのＲＦアンテナを使用するが、他の例では、ただ１つのＲＦアンテナをソースチャンバ２６の誘電体壁にそって配置して用い、ソースチャンバ２６内でプラズマを励起して、ヘリコン波を形成する。２つのＲＦアンテナ３１、３２を用いることでソースチャンバ内に最も効率よく、かつ、均一にヘリコンプラズマ波を創成するが、たった１つのＲＦアンテナを用いてソースチャンバ内にヘリコンプラズマ波を創成するときには複雑な構成は必要としない。
ＲＦアンテナ３１、３２は線形ソースチャンバ２６のイオン化されたガスにヘリコンプラズマ波を励起する一方、磁石３３、３４、４３、４４は線形ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７にヘリコン波を伝播させるために用いられる。ヘリコン波は、磁力線にそって伝播する。磁石３３、３４、４３、４４は、線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７内で実質的に平行な磁力線を有する磁場を生成するように構成されている。磁石３３、３４、４３、４４によって生成された磁場の磁力線は線形ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７へと伸びている。ＲＦアンテナ３１と３２によって生成されたヘリコン波は線形ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７へと伸びる磁力線にそって伝播する。真空チャンバ２７へと伝播するヘリコンプラズマ波は、真空チャンバ２７の処理対象物のホルダ３０に置かれた基板２９に接触する。図３Ｃ、３Ｄ，３Ｅに示された本発明の他の実施形態において、基板ホルダ１２０はヘリコンプラズマ波が基板２９の表面に平行に伝播するように基板２９を保持する。
図４Ａ、４Ｂは、磁石３３、３４、４３、４４の配置とソースチャンバ２７でこれらの磁石によって生成される磁力線とを示す。磁石３３、３４は線形ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７へと伸びた平行な磁力線をもつ静磁場を生成するために構成されている。プラズマを生成し、ヘリコンプラズマ波を真空チャンバ２７に伝播させる作用をする磁場形状についていくつかの変形例が見出されている。図４Ａと４Ｂに示されているように、図４Ａの“磁力ミラー（mirror）”の形状と図４Ｂの“磁力ビーチ（beach）”は共に、ソースチャンバ２６内では、ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７へと伸びる実質的に平行な磁力線を生み出す。コイル３３、３４、４３、４４の×印は電流がその紙面の内側へと流れることを示している。全ての磁石３３、３４、４３、４４はＤＣ電源によって電力が供給され、コイル夫々が異なる電力レベルで電力供給ができるようになっている。図４Ｂのビーチ配置は例えば、３〜７ｍ Torr程度の低圧力で最適な密度を生成することが示され、一方、磁力ミラー配置は例えば、２０ｍ Torr以上の高圧力で最適な密度を生成することが示された。
ソースチャンバからの距離に対する密度の測定を行なうと、７ｍ Torrと２０ｍ Torrの圧力ではプラズマ密度の減少はなく、３ｍ Torrの圧力でソースチャンバから離れると圧力の増加があった。ソースチャンバからの距離に対するプラズマ密度は、図５に示されているように、プロットされている。図５に示す測定は、ソースチャンバと真空チャンバにアルゴンを満たし、ＲＦアンテナ３１、３２に２０００ワットの電源を用いてなされた。“磁力ミラー”と“磁力ビーチ”の形状の磁場のいづれの場合もが示す本質的な特徴によれば、図４Ｃに示されているように、真空チャンバ２７の中央部において磁場がゼロになったり、尖塔形状（cusp）になることはない。
図４Ａ〜Ｃに示される磁場形状各々は、その適用される条件での要求に依存して、望ましいものとなる。図４Ｃに示される尖塔形状をした磁場は、磁石３３、４３に磁石３４、４４からの電流とは反対方向の流れをもつ電流によって電力供給をすることによって得られる。その磁場形状から尖塔形状を取り除くことにより、ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７へのヘリコンプラズマ波の伝播を実質的に改善することができる。磁場形状を形造る磁石４３、４４の電流を変化させて“磁力ミラー”と“磁力ビーチ”の形状の間で、磁場の形状を変化させることができる。さらに、磁石３３、３４、４３、４４全ての電流を変化させて、ソースチャンバと真空チャンバ内の磁場の強さと磁場の形状との両方を変化させ、ヘリコン波の最も効率的な形成と伝播とを可能にできる。図４Ｄと４Ｅとはソースチャンバ２６から真空チャンバ２７への距離の関数として、磁場の強さのプロットを示している。図４Ｄは磁場形状が“磁力ミラー”である場合についての磁場の強さのプロットを示し、図４Ｅは磁場形状が磁力ビーチ”である場合についての磁場磁場の強さのプロットを示している。４つの磁石３３、３４、４３、４４の電流強度と方向とが同じであるとき、４つの磁石によってソースチャンバ２６と真空チャンバ２７内にソレノイド内に形成されるのとほとんど同じような磁場が形成され、その平行磁力線はソースチャンバ２６から真空チャンバ２７へと伸びるようになる。
図４Ａと４Ｂに示されている磁場の形状を得るために、磁石３３、３４、４３、４４はフレキシブルなソレノイド形をした銅のコイルから構成されている。磁石３３と３４は夫々、８番の正方形断面をもつワイヤを用いた３４０回巻きのコイルであり、そのワイヤを１７回巻いたレイヤが２０レイヤある。そして、その磁石は競技場のトラック（racetrack）のような形の角が丸くなった矩形をもっている。即ち、磁石夫々は角の丸い矩形をしている。角の丸い矩形の磁石の内部寸法は１２６．３cm×２２．３４cmである。磁石３３、３４は２０アンペアの電流をかけるとその磁石面に対して垂直な方向に２１２ガウスの磁場を生み出す。磁石３３は、線形ソースチャンバ２６の外側を囲むような位置に配置され、磁石３４は真空チャンバ２７の背面に配置される。磁場形状を形造る“シェイピング（shaping）”磁石４３、４４は磁石３３、３４と同じ巻き数で構成され、真空チャンバの周りに長さ方向に配置され、ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７内でのソレノイドのような振る舞いをする磁場を強くする。磁場４３と４４は真空チャンバ２７を囲むように置かれ、磁石４３と４４とを分ける空間はだいたい、磁石４３を磁石３３から分ける空間と、磁石４４を磁石３４から分ける空間と等しくなるようになっている。磁石４３或いは４４の１つからの磁場は、１０アンペアの電流を流したとき、その磁石の面に垂直な方向に５２．９ガウスの磁場を生み出す。
図４Ａと４Ｂに示される上記実施形態では４つの分離したソレノイド状の磁石３３、３４、４３、４４を用いたが、永久磁石を含む他の構成の磁石を用いても良い。上述したように、ヘリコンプラズマ波の形成と伝播に求められる本質的な特徴とは、ソースチャンバから真空チャンバに伸びる実質的に平行な磁力線である。必要とされる磁場強度でソースチャンバから真空チャンバに伸びる実質的に平行な磁力線を生み出すなら、磁石３３、３４、４３、４４の代わりにどんな種類の磁石を用いても良い。なお、磁石３３、３４、４３、４４は利用可能な資源を用い、製造の安易さとコストの安さから用いられている。
ＲＦアンテナ３１、３２はＲＦマッチングネットワーク３５によって制御されている。ＲＦ発生器３８はアンテナ３１、３２に電力を供給する。ＲＦアンテナ３１、３２を制御効率を最適化するために、ＲＦマッチングネットワーク３５は、ＲＦアンテナ３１、３２にできるだけ近接して配置し、ＲＦマッチングネットワークとＲＦアンテナとの間の伝送ラインからのエネルギ損失を最小化すると良い。ＲＦマッチングネットワーク３５は、標準的なＲＦマッチングネットワークで良く、電力は標準のＲＦ電力発生器によって供給されると良い。
図３Ａと３Ｂに示されるプラズマ処理装置２５の動作を次に説明する。線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７にはアルゴンかＣＦ4のようなガスが０．５〜１００ｍ Torrの圧力で含まれている。線形ソースチャンバ２６でプラズマを生みだすために、ＲＦアンテナ３１、３２が用いられ、線形ソースチャンバのガス内にヘリコン波を励起する。ＲＦアンテナ３１、３２からのエネルギは線形ソースチャンバ２６のプラズマと結合する。ＲＦアンテナ３１、３２は１３．５６ＭＨｚの周波数で動作する。ここでは、１３．５６ＭＨｚが用いられているが、その周波数について特別なものは何もなく、ヘリコンプラズマ波を励起するためにどんな周波数が用いられても良い。線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７の外側に配置された磁石３３、３４は磁場を生成し、その磁力線は線形ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７に伸びる。ヘリコン波の創成は、線形ソースチャンバ２６のガスの電荷密度を最初に築くキャパシタの放電によって発生する。電荷密度が増え、磁場がプラズマ内に侵入していくにつれ、誘電結合したプラズマが創成される。線形ソースチャンバ２６と真空チャンバ２７との間の磁場強度と開口部のサイズに関係するあるレベルの電荷密度で、ヘリコン波の伝播とＲＦアンテナからの電磁波エネルギ結合が発生する。ソースチャンバのソースの長さは、開口部２８から壁３６、３７までの距離として定義できる。磁力線に平行に伝播するヘリコンプラズマ波は線形ソースチャンバ２６から真空チャンバ２７に伝播し、線形ソースチャンバ２６の外側にあるプラズマに電力を結合させる。
図３Ａと３Ｂに示されている実施形態は、長さが９００ｍｍ、幅が９０ｍｍ、深さが９０ｍｍのソースチャンバを用いているが、他の実施形態では異なる寸法の非円筒形のソースチャンバを用いても良い。細長い線形のソースチャンバを用いることによって、ソースチャンバは単に線形ソースチャンバの長さを長くすることによってより大きな処理領域をもつように寸法を調整できる。線形ソースチャンバ２６の長さを２倍にすることによって、その処理領域は２倍になるが、ソースチャンバの体積はただ２倍になるだけである。ソースチャンバ内でプラズマを創成するために必要とされるエネルギは、ソースチャンバの体積に比例しているので、線形ソースチャンバの長さを増すことによって処理領域を２倍にするには、線形ソースチャンバ内のプラズマを創成するのに必要とされるエネルギを２倍にすることだけが要求される。従って、線形のソースチャンバにとって、プラズマを創成するのに必要とされるエネルギは、線形ソースチャンバの体積とともに調整する。さらに、線形ソースチャンバの幅と深さとは、その幅と深さとがヘリコン波の伝播を可能にする分散の関係に合っている限り、変化させることが可能である。スロットのサイズは、ソースチャンバから伝播するヘリコンプラズマ波の密度と圧力を変化させるために、線形ソースチャンバに関係して変化させられる。
さらに、図３Ａと３ＢのＲＦアンテナ３１、３２とは、ソースチャンバのどの壁にそって配置されて用いられても良い。図３Ａと３Ｂに示される線形ソースチャンバの他の実施形態では、１つ以上のＲＦアンテナをソースチャンバのどの壁に配置して用いることができる。アンテナ配置の不可欠の条件とは、ＲＦアンテナからのエネルギをソースチャンバのプラズマに結合させて、ソースチャンバでヘリコン波を創成できることである。アンテナが位置する壁に誘電体を用いることによって、ＲＦアンテナからのエネルギがソースチャンバに結合できるようになる。上述のように、アンテナに隣接しないソースチャンバの壁は、誘電体か金属性の物質でできている。
本発明の他の実施形態は図３Ｃと３Ｃに示されている。そこでは、基板２９はソースチャンバ２６から伝播するヘリコンプラズマ波が基板２９の表面に沿って伝播するように作用対象物ホルダ１２０によって支持されている。そのような実施形態では、磁石３４、４４は取り除かれるが、基板２９の表面を横切ってヘリコンプラズマ波は伝播でき、均一な処理を提供している。
本発明の上記実施形態では分離したソースチャンバを用いて、プラズマを創成し、磁力線にそってヘリコンプラズマ波を真空チャンバへと伝播させるが、他の実施形態では分離したソースチャンバの代わりに真空チャンバに誘電体の壁を用いても良い。図３Ｅに示されているように、プラズマ処理装置１４０は、その装置の側壁の誘電体の“ウィンドウ”１４２に近接し、その装置の外側に位置するＲＦアンテナ１４１を有している。ＲＦアンテナ１４１からＲＦエネルギは、誘電体のウィンドウ１４２を通してプラズマ処理装置内のプラズマに結合され、ヘリコン波を創成する。１対の磁石（不図示）は、プラズマ処理装置内の誘電体ウィンドウ１４２に近接した領域からプラズマ処理装置内へと伸びる磁力線をつくりだす。その磁力線にそって伝播するヘリコン波は作用対象物ホルダ１４６上に配置された基板１４５に向かって伝播する。上述したように、異なる作用対象物ホルダが用いられて、ヘリコン波が基板１４５の表面に垂直或いは平行に伝播することができる。プラズマ処理装置１４０は長い矩形状の箱の形をしたチャンバであるので、すでに検討したように、分散の関係によってヘリコン波の伝播が可能になる。しかしながら、分散の関係によってヘリコン波の伝播が可能である限りは、他の形のものを用いても良い。図３Ｅに示す実施形態では、プラズマ処理装置１４０内で磁場を創成するために用いられる磁石を省略しても良い。磁場が必要であれば、誘電体ウィンドウ１４２からプラズマ処理装置１４０の反対側の端に向かって伸びる磁力線を生み出すならどんな種類の磁石を用いても良い。
伸長した線状の形から伝播するヘリコン波の性質によれば、２つのソースチャンバが各ソースチャンバからのヘリコン波が互いに対してひどく干渉することなくヘリコンプラズマ波を基板上に伝播させることができる。図６に示されているように、２つの伸長した線形ソースチャンバ５１、５２とは真空チャンバ５５に接続されている。線形ソースチャンバ５１と５２とは平行な長軸を有し、各チャンバからのスロット開口部５６、５７は、各チャンバからのヘリコンプラズマ波が他の線形ソースチャンバ２６からのヘリコンプラズマ波に平行ではない方向に伝播するように、プラズマ波が真空チャンバ５５内に伝播するよう構成されている。チャンバ５１と５２とは互いに対して対向していると言える。なぜなら、それらは互いに平行なヘリコンプラズマ波を伝播しないからである。プラズマ処理装置５０に構成されているように、線形ソースチャンバ５１、５２からのヘリコンプラズマ波は基板５３上に収束する。本発明の別の実施形態では、図７Ａに示されているように、プラズマ処理装置１１０は、各ソースチャンバからのヘリコンプラズマ波が直接他のチャンバに向かい、そして、真空チャンバ１１３内に伝播するように、互いに正対する２つのソースチャンバ１１１と１１２を有している。作用対象物ホルダ１１４の基板１１５は、正対する２つのソースチャンバ１１１と１１２によって両面に処理がなされる。図７Ｂに示される本発明の別の実施形態では、プラズマ処理装置１３０は、真空チャンバ１３０に取付けられた１対の正対するソースチャンバ１３１と１３２を有している。１対の基板ホルダ１３４は、ソースチャンバ１３１と１３２からのヘリコンプラズマ波が、各基板１３５の表面に平行にまた沿って伝播し、従って、２つの基板が同時に処理可能なように、基板１３５を支持する。図７Ａと７Ｂに示される実施形態から分かるように、本発明はヘリコン波の伝播に関して、多くの方向のいづれか１つの方向に置かれた基板を処理することができる。本発明では、任意の数の異なる、基板という作用対象物のホルダを用いても良い。また、上記の領域の例は説明を行なうためのものであり、これによって本発明が限定されるものではない。
図６に示す実施形態は２つの線形ソースチャンバを用いているが、他の実施形態では３つ以上の線形ソースチャンバを用いてもよい。さらに、他の実施形態では、線形ソースチャンバと他の形をもつソースチャンバ、例えば、１つ以上の円筒形ソースチャンバとを結合して基板を処理しても良い。
上記実施形態では線形ソースチャンバと真空チャンバとの間に長い矩形スロットをもつ細長い矩形の箱の形をした非円筒形のソースチャンバを用いた。本発明の別の実施形態では正方形或いは長方形のような別の非円筒形をしたソースチャンバを用いても良い。さらに、線形ソースチャンバと真空チャンバとの間のスロットのサイズや形を変えて、ヘリコンプラズマ波の形成及び伝播特性を変化させても良い。異なる形をしたソースチャンバを異なるサイズと形のスロットと組み合わせて、１つ以上の所望領域を処理できるヘリコンプラズマ処理装置を製造することもできる。そのソースチャンバの形についての分散の関係によってヘリコン波の伝播が可能である限り、どんなサイズや形のソースチャンバや異なるサイズと形のスロットが用いられても良い。
シリコンウエハや平面ガラスのような基板の処理は、本発明を用いると、いくつかの方法で成し遂げることができる。本発明によって非円筒形のソースチャンバを用いることが可能になるので、本発明はプラズマによる基板処理の異なる方法に適用することができる。特に、本発明を用いると基板表面を横切ってプラズマを掃引することができ、これによって、静的構成で処理をする場合と比べて、かなり大きな基板領域をより効率的に処理することができる。１つの線形ソースチャンバを決まった位置で用いることができる一方、基板はソースチャンバから伝播するプラズマに対して移動する。さらに、基板は固定でき、基板を横切ってソースチャンバが掃引し、そのソースチャンバから伝播するヘリコンプラズマ波で基板を処理する。別の可能な実施形態では、基板とソースチャンバとの両方をソースチャンバからのヘリコン波で基板を処理する間、静止させることができる。線形のソース領域を用いた図３Ａと３Ｂに示される実施形態は特にフラットパネルディスプレイを処理するのに適用できる。その線形ソース領域の長さは、フラットパネルディスプレイをコーティングするために用いられる平面ガラスの幅以上の均一プラズマ線を備えるように選択される。例えば、平面ガラスは可動式作用対象物ホルダ上に置かれ、線形ソースチャンバのプラズマを受け、その平面ガラスはコーティングされる。線形ソースチャンバ設計の長さ調節自在性（スケーラビリテイ）のため、より長い平面ガラスでもソースチャンバの長さを伸ばすことによってコーティングされる。本発明の別の実施形態では、ソースチャンバと基板の両方が基板処理中には固定した位置にある。本発明は基板の層形成（デポジション）とエッチング、例えば、集積回路チップ製造における半導体のエッチングに適用できる。
ソースチャンバにおけるヘリコンプラズマ波の励起に使用される従来のＲＦアンテナは特に、典型的には１０〜２０ｃｍの直径をもつ円筒形のチャンバで効率的にヘリコンプラズマ波を生成するために設計されていた。そのようなものであるので、そのアンテナは異なる形をしたソースチャンバでのヘリコンプラズマ波の生成には適用できない。図８はプラズマ処理装置のソースチャンバで用いられる蛇行形状をしたＲＦアンテナ６０を示している。特に、蛇行形状アンテナは、図２、３Ａ、３Ｂに示されているように、細長い線形をしたソースチャンバの長さ方向に沿って均一なヘリコンプラズマを生成するために示された。交互に入れ替わる半円弧、或いは、ハーフループ、つまり、アンテナ６０の６１が形成され、“プッシュ−プル領域”をセットアップする交互に入れ替わる磁場を作り出す。ＲＦアンテナのループによって生成される磁場は右手の法則によって決定され、そのループ平面に対して垂直方向である。交互に入れ替わる半円弧状のハーフループ６１を用いることによって、本発明は蛇行形状アンテナ６０の長さ方向に沿って方向が交互に入れ替わる磁場を生成することができる。ソースチャンバの壁に近接して置かれるとき、蛇行形状アンテナ６０による交互に入れ替わる磁場は、ソースチャンバ内に交互に入れ替わる磁場をセットアップし、次にそのソースチャンバではその中にイオン化されたガスを“プッシュプル”する領域を作り出す。次にソースチャンバ内のこれら“プッシュプル領域”は、そのイオン化されたガスを励起してヘリコンプラズマ波を創り出す。蛇行形状アンテナ６０を用いて“プッシュ／プル”領域を用いることは、ソースチャンバ内にヘリコン波を生成する最も効率的な手段である。
蛇行形状アンテナ６０は特に、そのアンテナを作っている交互に入れ替わる半円弧状ループ６１によりソースチャンバの大きさ調整に適用できる。より長い線形ソースチャンバのための蛇行形状アンテナ６０を製造するためには、さらに半円弧状ループをアンテナ設計に追加して、ソースチャンバの長さにほぼ等しいアンテナの長さができるようにする。長さが９００ｍｍ、幅が９０ｍｍ、深さが９０ｍｍの寸法をもつ図３Ａと３Ｂに示すような線形ソースチャンバについて、図８に示す蛇行形状アンテナ６０の長さ、つまり、アンテナの一端から他端までの長さは７２ｃｍである。４つのプッシュプル領域を創成するために、蛇行形状アンテナは８つの半円弧状ループをもっている。その蛇行形状アンテナは１ｃｍ幅の銅のストラップから４ｃｍの半径のループを形成するように作られている。アンテナ６０における半円弧状ループのサイズと半円弧状ループの数の両方は、ソースチャンバ内のモードに結合され、ヘリコン波がそのソースチャンバ内で形成できるように選択される。ソースチャンバと蛇行形状アンテナの長さとを相関させることにより、ヘリコンプラズマ波が線形ソースチャンバの全長にわたって創成される。その蛇行形状アンテナの半円弧状ループの長さと形の両方を同じに保つことによって、蛇行形状アンテナは線形ソースチャンバの長さ方向に沿って均一にプラズマを創成することができる。それで、高密度低圧力プラズマを生成するのによいヘリコンプラズマ波は線形ソースチャンバの長さ方向にそって均一に生成される。上述のように、均質、高密度、低圧力プラズマは基板処理に理想的なものである。
上述した線形ソースチャンバは蛇行形状アンテナ６０を用いているが、線形ソースチャンバ内にプッシュ／プル領域を誘導することによってヘリコンプラズマ波を創成することができる他のアンテナ形状を用いても良い。図９は線形ソースチャンバの全長にそってヘリコンプラズマ波を生成する線形ソースチャンバに関係して用いられるループＲＦアンテナ７０を示している。ループアンテナ７０はその長さ方向に離散ループをもっており、ソースチャンバの誘電体壁が動作する間、ソースチャンバ内にプッシュ／プル領域を創り出し、従って、ソースチャンバ内にヘリコン波形成を誘導する。電流がループＲＦアンテナ７０に流れるとき、電流を示す矢印が示すように、各ループはソースチャンバ内に磁場を創成するワイヤのコイルとして振る舞う。この実施形態では、ループ７１各々はＲＦ発生器によって並列に電源が供給される。ここで、各ループ７１の一端はＲＦ発生器に接続され、他端は接地される。本発明の別の実施形態では、ループアンテナ７０は１つの伝導性ストラップ或いは多くのループになるワイヤで形成され、ＲＦ発生器に接続される。ループ７１が直列に電源供給される場合には、ここでは示されていないが、ループＲＦアンテナは上述した蛇行形状アンテナ６０に似た性能特性をもっている。そのループアンテナ７０に並列に電源供給することによって、ループ７１は各ループを回って互いに隣接したループとは反対の方向に電流が流れる。隣り合うループ間で電流の流れが入れ替わっていることにより、ソースチャンバ内で配置が交互に入れ替わる磁場を創り出し、従って、ソースチャンバ内にプッシュ／プル領域を創成する。ループアンテナ７０におけるループ７１のサイズとループ７１の数とはソースチャンバ内のモードに結合し、ヘリコン波がソースチャンバ内で形成できるように選択される。用いるループの数が、１ループほどに少ないか、或いは、数ダースのループほどに多いかは、用いられることになるソースチャンバのサイズとソースチャンバのモードに依存している。ソースチャンバの長さ方向にわたって均一なプラズマを生成するために、ループ７１は好適にはサイズと形とが全て同じであると良い。上述の蛇行形状アンテナ６０でそうであったように、ループアンテナ７０を線形ソースチャンバの片側に１つのアンテナがあるようにしてペアで用いても良いし、ソースチャンバの反対側に第２のアンテナを連結して用いる場合のように効率的にヘリコンプラズマ波を生成することはできないもののソースチャンバの一方の側に１つのループアンテナだけがあるようにして用いても良い。
図１０Ａ−Ｆは、ソースチャンバ内にプラズマを励起し、ヘリコンプラズマ波を創成するように用いられるＲＦアンテナ構成の種々の変形例を示している。これらの変形例は大ループアンテナ１００、小ループアンテナ１０１、同方向の電流１０２を並列に流す小ループアンテナ、逆方向の電流１０３を並列に流す小ループアンテナ、直列接続した小ループアンテナ１０４、直列接続した別の小ループアンテナ１０５を含んでいる。
図１０Ａ−Ｆで示される６つの異なるアンテナ構成の内、矩形のソースチャンバを用いると、その性能においてアンテナ間でかなりの違いがある。ソースチャンバの反対側に第２のアンテナを共に用いた場合でさえ、大ループアンテナ１０１と小ループアンテナ１０１とは、たとえソースチャンバのガスにプラズマを生成することはできても、ヘリコン波を励起することはできなかった。次に試みたアンテナ１０２と１０３は顕著な性能特性の違いを示した。１対の小ループアンテナが共にソースチャンバの同じ側で、また、そのソースチャンバの反対側に同様に配置された第２のペアともに用いられると、プラズマ形成のみならず、ヘリコン波がソースチャンバのプラズマに励起された。アンテナ１０２と同様の形をもち同様に配置され、互いに反対方向に電流供給がなされる１対のアンテナ１０３では、そのループに非常に近い場所のソースチャンバの領域にのみ、ヘリコン波励起が現れた。さらに、アンテナ１０３の場合、２つのループは、各ループに非常に近い領域以外では、ソースチャンバの領域により大きなヘリコン波励起を誘導することにより、互いに対して援助しあうことはなかった。アンテナ１０２では、そのアンテナをつくる２つのループは、ソースチャンバの長さ方向に沿ってより均一にプラズマを創成し、そのプラズマ創成はソースチャンバの各ループに非常に近い場所の領域に限定されることはなかった。ヘリコン波形成が、ループアンテナ１０２では反対方向に電流を流している平行線１０６によってセットアップされるプッシュ／プル領域の創成のために、観察された。アンテナ１０３では、そして、同様に、アンテナ１００と１０１では、プッシュ／プル領域を創り出し非常に効果的にヘリコン波を励起するための、近接して平行にかつ反対方向に流れる電流がない。アンテナ構成１０４と１０５は、反対方向に電流が流れるアンテナの平行部によって、ソースチャンバ内のプラズマをヘリコン波に励起するプッシュ／プル領域創成を具体化している。ヘリコン波励起の最良の結果を生み出した図８に示す蛇行形状アンテナ６０はまた、電流が半円弧状ループから半円弧状ループへと流れて反対方向に電流が流れるようにすることで、反対方向に流れる電流を用いていることになり、これによって、ソースチャンバのプラズマ内にプッシュ／プル領域を創成し、ヘリコン波を励起している。図８で示した蛇行形状アンテナ６０や図９に示した並列に電力供給がなされる多重ループアンテナ７０のように、アンテナのサイズと形とはアンテナのＲＦエネルギがプラズマと結合してそのプラズマ内にプッシュ／プル領域を創り出し、これによってヘリコン波を励起するようにソースチャンバのモードに結合するよう設計されねばならない。図３Ａと３Ｂに示されるように、線形のソースチャンバにおいて、線形ソースチャンバのモードに結合される必要のあるループや半円弧のサイズと形はソースチャンバの長さではなく、ソースチャンバの幅と深さとに依存する。ヘリコン波を励起するためにＲＦアンテナに供給される総電力は、ソースチャンバの圧力、ソースチャンバ内のガスの種類、ソースチャンバの体積、ソースチャンバ内の磁場強度に依存する。
上記アンテナ設計では、図３Ａと３Ｂに示されているように、ＲＦアンテナがソース領域に外部から装着され、誘電体壁をもつ線形ソースチャンバが用いられているが、別の実施形態として、ソースチャンバ内部に装着されたＲＦアンテナを用いても良い。そのような実施形態では、使用されるＲＦアンテナはプラズマ被爆に対して耐性をもっているべきである。そのような実施形態におけるソースチャンバは、金属或いは誘電性物質でできている。もし、ＲＦアンテナに最も近いソースチャンバの壁に金属が用いられるなら、ソースチャンバの金属壁に誘導される渦電流による重大な電力損失が問題となる。
図１１は、図３Ａと３Ｂに示された構成において、図８に示された２つの蛇行形状アンテナを用いたソースチャンバからの距離とプラズマ密度との関係をプロットした図を示している。そのプロットは、１対の蛇行形状アンテナに総電力２０００ワットを加えたときのものである。図１２のプロットは、プラズマ密度と線形ソースチャンバの中心からの距離との関係をそのソースチャンバから５ｃｍ離れた場所でソースチャンバの長さ方向に沿って示している。図１３は１対の小ループアンテナに関し、プラズマ密度と線形ソースチャンバの長さ方向にそった位置との関係を示したプロットである。図１４は、１対の小ループアンテナに関し、プラズマ密度とソースチャンバからの距離との関係を示すプロットである。図１３と図１４とは、１対の小ループアンテナに総電力８００ワットを加え、２８ｍ Torrの圧力下で測定されている。期待していたように、小アンテナペアはその小ループアンテナが位置する場所、つまり、線形ソースチャンバの中心の周りに強いピークをもつプラズマを生成する。１対の蛇行形状アンテナを用いた図１１と１２とに示されるプロットは線形ソースチャンバの長さ方向に沿ってプラズマがかなり広く分布することを示している。図１１、１２、１３、１４におけるプロットは、図４Ａと４Ｂとに示された構成とは異なる構成の磁石を用いている。２つの磁石構成の間では、実際の結果は少し異なるが、一般的な原理は同じである。即ち、ソースチャンバのモードに結合する蛇行形状アンテナは、高密度低圧力プラズマを、ソースチャンバの長さ方向のかなりの部分に沿って生成することができる。プラズマはソースチャンバのモードに必ずしも結合することなく、背摂動を導入することによって適当な圧力で、ほとんどたいていのアンテナによって生成することができるが、そのソースチャンバにそうヘリコンプラズマ波の形成は、ソースチャンバのモードに結合したアンテナによって最も効果的かつ効率的になされる。線形ソースチャンバの両側に１つずつ配置される１対の蛇行形状アンテナは、ソースチャンバの長さ方向にそって均一な高密度低圧力のプラズマを創成する点で最良の結果を示しているが、そのチャンバのモードに結合する他の設計のアンテナもまた、そのソースの長さ方向にわたって均一さのレベルを変化させながら、高密度低圧力のヘリコンプラズマ波を生成することができる。ループアンテナと他のアンテナ構成の性能特性についての更なる検討は、１９９５年６月２９日出願の米国特許仮出願第６０／０００、７１４号に含まれており、その主題はここで参照として組み込まれる。
当業者にとって、本発明はその概念或いは本質的な特徴から逸脱することなく他の具体的な形での実施形態が可能であることが認識されるであろう。従って、ここで開示された実施形態は全ての点について説明しているが限定的なものではないと考えられる。本発明の範囲は上述した実施形態によってではなく、付帯の特許請求の範囲によって示され、その同等物の意味と範囲の中に入る全ての変更は、特許請求の範囲の中に含まれるものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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