(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成装置が備えるチャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、
前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成装置が備えるプラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、
前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、
を含み、
前記プラズマの着火が、前記プラズマの生成開始を意味する、
ことを特徴とするプラズマ着火方法。
【請求項２】
プラズマ生成装置が備えるチャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、
前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成装置が備えるプラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、
前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、
を含み、
前記着火工程において、前記レーザ光の照射を開始した後に、前記コイル又は前記電極への高周波電力の印加を開始する、
ことを特徴とするプラズマ着火方法。
【請求項３】
前記着火工程において、前記レーザ光を前記コイル又は前記電極の近傍に照射する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ着火方法。
【請求項４】
前記プラズマ生成装置は、前記コイルとして円筒状コイルを備え、
前記着火工程において、前記レーザ光を前記円筒状コイルの上方を通る経路で照射する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のプラズマ着火方法。
【請求項５】
前記着火工程において、前記レーザ光を前記円筒状コイルの上方から前記円筒状コイルの下方に向けて斜めに照射する、
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ着火方法。
【請求項６】
前記レーザ光は、可視光領域の波長を有する、
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のプラズマ着火方法。
【請求項７】
前記処理ガスは、Ｃｌ２ガス、Ｏ２ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス及びＣ４Ｆ８ガスのうち、少なくとも何れか一種のガスである、
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のプラズマ着火方法。
【請求項８】
チャンバと、
プラズマ生成用のコイル又は電極と、
半導体レーザと、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記チャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、
前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、
前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、を実行可能であり、
前記プラズマの着火が、前記プラズマの生成開始を意味する、
ことを特徴とするプラズマ生成装置。    
【請求項９】
チャンバと、
プラズマ生成用のコイル又は電極と、
半導体レーザと、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記チャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、
前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、
前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、を実行可能であり、
前記着火工程において、前記レーザ光の照射を開始した後に、前記コイル又は前記電極への高周波電力の印加を開始する、
ことを特徴とするプラズマ生成装置。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、プラズマ着火方法及びプラズマ生成装置に関する。特に、本発明は、異常放電を生じさせることなくプラズマを早期に着火させるプラズマ着火方法及びプラズマ生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、処理ガスが供給されるチャンバと、チャンバの上部（処理ガスの供給方向上流側）に取り付けられたプラズマ生成用のコイル又は電極とを備えたプラズマ生成装置が知られている。そして、このプラズマ生成装置と、チャンバの下部（処理ガスの供給方向下流側）に取り付けられた基板が載置される載置台とを備え、処理ガスによって生成されたプラズマを用いて基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。プラズマ生成装置がコイルを備える場合には、コイルに高周波電力を印加することで、誘導結合プラズマが生成される。また、プラズマ生成装置が載置台に平行に配置された電極（上部電極）を備える場合には、電極に高周波電力を印加することで、容量結合プラズマが生成される。【０００３】  上記のプラズマ生成装置において、例えば、チャンバ内に供給される処理ガスの流量が小さく、チャンバ内の圧力が低圧である場合には、プラズマが着火（生成開始）し難くなることが知られている。早期にプラズマを着火させるために、チャンバ内の圧力を高圧にすることも考えられるが、チャンバ内の圧力を高圧にし過ぎると、プラズマ処理の均一性が低下するという問題が生じる。チャンバ内の圧力を高圧にしてプラズマを着火した後、低圧に変更することも考えられるが、変更に時間を要するため、生産性が低下するという問題が生じる。【０００４】  このため、プラズマの着火方法として、種々の方法が提案されている。  例えば、特許文献１には、尖頭出力が少なくとも１０ＭＷ程度のエキシマレーザ光を発生させ、このレーザ光をチャンバ内に集光させて、レーザ光の集光部におけるレーザ光による絶縁破壊によってスパークを発生させてプラズマ着火を行う方法が提案されている。【０００５】  しかしながら、近年のプラズマ処理による微細加工の要請に伴い、プラズマ処理中におけるチャンバ内のコンタミやパーティクルの発生を低減することが求められている。このため、特許文献１に記載の方法のようにスパーク等の異常放電を生じさせることなく、プラズマを着火させる方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平８−１０６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、異常放電を生じさせることなくプラズマを早期に着火させるプラズマ着火方法及びプラズマ生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した結果、エキシマレーザに比べて一般的に出力が小さい半導体レーザを用い、なお且つ、プラズマの着火後に半導体レーザからのレーザ光の出射を停止すれば、チャンバ内に異常放電を生じさせることなくプラズマを短時間で着火できることを見出し、本発明を完成した。なお、出力が小さい半導体レーザを用いてもプラズマを着火できるのは、処理ガスが多光子イオン化されるからだと推定される。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、プラズマ生成装置が備えるチャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成装置が備えるプラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、を含み、前記プラズマの着火が、前記プラズマの生成開始を意味する、ことを特徴とするプラズマ着火方法を提供する。
【０００９】  本発明によれば、着火工程において、半導体レーザから出射したレーザ光を処理ガスに対して照射し、停止工程において、プラズマの着火後に半導体レーザからのレーザ光の出射を停止するため、前述の本発明者の知見の通り、チャンバ内に異常放電を生じさせることなくプラズマを早期に着火可能である。  また、本発明によれば、小型で安価な半導体レーザを用いるので、設置する際に設備の制約を受け難い上、コストを抑えることが可能であるという利点も得られる。  さらに、本発明によれば、レーザ光でプラズマ放電を維持するレーザ放電とは異なり、プラズマの着火後に半導体レーザからのレーザ光の出射を停止するため、半導体レーザの過熱を防止できると共に、冷却設備が不要であるという利点も得られる。【００１０】  なお、本発明において「プラズマの着火後に・・（中略）・・レーザ光の出射を停止する」とは、実際にプラズマの着火が生じたことを判定した後にレーザ光の出射を停止する場合に限るものではなく、レーザ光の出射を開始してから、或いはコイル又は電極への高周波電力の印加を開始してから、着火が適正に生じるまでの経過時間（例えば、２秒）を予め決めておき、この経過時間に至った又は超過したタイミングでレーザ光の出射を停止することも含む概念である。  実際にプラズマの着火が生じたことを判定する方法としては、チャンバ内の状況を目視で確認したときに光って明るくなった場合には着火が生じたと判定する方法や、コイル又は電極に高周波電力を印加した際に、高周波電源とコイル又は電極との間に介在する整合器の内部回路等における反射波信号の大きさが所定値以下に小さくなれば着火が生じたと判定する方法等が考えられる。チャンバ内の状況を目視で確認する代わりに、チャンバ内で生じた光の強度をフォトダイオードやフォトトランジスタなどの光検出器や分光器等で検出し、所定値以上の強度が生じた場合には着火が生じたと自動的に判定することも可能である。  また、本発明における「コイル」としては、円筒状コイルに限るものではなく、平面コイル、トルネードコイル、立体コイルなどを用いることも可能である。【００１１】
また、前記課題を解決するため、本発明は、プラズマ生成装置が備えるチャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成装置が備えるプラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、を含み、前記着火工程において、前記レーザ光の照射を開始した後に、前記コイル又は前記電極への高周波電力の印加を開始することを特徴とするプラズマ着火方法としても提供される。
本発明によれば、コイル又は電極への高周波電力の印加を開始した後にレーザ光の照射を開始する場合に比べて、プラズマが着火しない状態でコイル又は電極に高周波電力を印加するおそれを低減できるため、プラズマ生成装置の故障等を防止可能である。
【００１２】  好ましくは、前記着火工程において、前記レーザ光を前記コイル又は前記電極の近傍に照射する。  コイル又は電極の近傍には、チャンバ内の反応生成物がデポとして付着し難い（コイルの場合、付着したとしてもスパッタリングによって取り除かれる）。  したがい、上記の好ましい方法によれば、レーザ光がデポに吸収されたり、デポによって散乱するおそれが低減し、所望する強度のレーザ光を処理ガスに照射可能である。【００１３】  本発明者らの知見によれば、レーザ光を円筒状コイルの上方を通る経路、換言すれば、円筒状コイル内に到達する前の処理ガスにも照射される経路で照射すると、プラズマが早期に着火され易い。  したがい、好ましくは、前記プラズマ生成装置は、前記コイルとして円筒状コイルを備え、前記着火工程において、前記レーザ光を前記円筒状コイルの上方を通る経路で照射する。  上記の好ましい方法によれば、プラズマを早期に着火することが可能である。【００１４】  本発明者らの知見によれば、円筒状コイルの上方を通る経路の中でも、円筒状コイルの上方から円筒状コイルの下方に向けて斜めに通る経路で照射すると、プラズマが最も早期に着火され易い。  したがい、好ましくは、前記着火工程において、前記レーザ光を前記円筒状コイルの上方から前記円筒状コイルの下方に向けて斜めに照射する。  上記の好ましい方法によれば、プラズマを最も早期に着火することが可能である。【００１５】  好ましくは、前記レーザ光は、可視光領域の波長を有する。  上記の好ましい方法によれば、紫外光や赤外光領域の波長を有するレーザ光を用いる場合に比べて、安価で、半導体レーザの光軸調整等の調整作業を行い易く、安全性にも優れる。【００１６】  好ましくは、前記処理ガスは、Ｃｌ２ガス、Ｏ２ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス及びＣ４Ｆ８ガスのうち、少なくとも何れか一種のガスである。  Ｃｌ２ガス、Ｏ２ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス等の電気陰性度の高いガスは、プラズマ化し難い。  したがい、本発明は、処理ガスがこれら電気陰性度の高いガスに対して好適に用いることができる。【００１７】
また、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバと、プラズマ生成用のコイル又は電極と、半導体レーザと、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記チャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、を実行可能であり、前記プラズマの着火が、前記プラズマの生成開始を意味する、ことを特徴とするプラズマ生成装置としても提供される。
さらに、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバと、プラズマ生成用のコイル又は電極と、半導体レーザと、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記チャンバ内に処理ガスを供給する供給工程と、前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに対して半導体レーザから出射したレーザ光を照射すると共に、前記プラズマ生成用のコイル又は電極に高周波電力を印加して、プラズマを着火させる着火工程と、前記プラズマの着火後に、前記半導体レーザからのレーザ光の出射を停止する停止工程と、を実行可能であり、前記着火工程において、前記レーザ光の照射を開始した後に、前記コイル又は前記電極への高周波電力の印加を開始する、ことを特徴とするプラズマ生成装置としても提供される。
【発明の効果】
【００１８】  本発明によれば、異常放電を生じさせることなくプラズマを早期に着火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を一部端面で示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るプラズマ着火方法の供給工程、着火工程及び停止工程の手順を概略的に示すタイミングチャートである。
【図３】着火工程におけるレーザ光の他の照射方向の例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るプラズマ着火方法を適用可能な他のプラズマ生成装置の概略構成を一部端面で示す模式図である。
【図５】本発明の実施例及び比較例に係る試験の主な条件及び結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るプラズマ生成装置を備えたプラズマ処理装置、及びこれを用いたプラズマ着火方法について説明する。  図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を一部端面で示す模式図である。  図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、チャンバ１と、プラズマ生成用のコイル２と、載置台３と、半導体レーザ１０と、制御手段２０とを備えている。本実施形態のプラズマ生成装置は、チャンバ１（上部チャンバ１ａ）、コイル２、半導体レーザ１０及び制御手段２０によって構成されている。
【００２１】  チャンバ１は、円筒状の上部チャンバ１ａと、円筒状の下部チャンバ１ｂとから構成されている。上部チャンバ１ａの内部には、処理ガスが供給され、プラズマが生成されるプラズマ生成空間１１が設けられ、下部チャンバ１ｂの内部には、生成されたプラズマによってプラズマ処理が実行されるプラズマ処理空間１２が設けられている。上部チャンバ１ａのうち、少なくとも半導体レーザ１０から出射するレーザ光Ｌが通る部位は、レーザ光Ｌの波長に対して透明な材料から形成されている。本実施形態では、上部チャンバ１ａの全体が石英等の透明な材料から形成されている。
【００２２】  コイル２は、プラズマ生成空間１１を囲うように上部チャンバ１ａの外部に配置されている。本実施形態のコイル２は、円筒状コイル（より正確には、螺旋状コイル）である。ただし、本発明はこれに限るものではなく、平面コイルや、サムコ社製の「トルネードＩＣＰ」で用いられているトルネードコイルや、パナソニック社製の「Ａｄｖａｎｃｅｄ−ＩＣＰ」で用いられている立体コイルなど、他の形態のコイルを適用することも可能である。平面コイルを用いる場合には、平面コイルは上部チャンバ１ａの上方に配置される。
【００２３】  載置台３は、プラズマ処理空間１２に配置され、この載置台３にプラズマ処理を施す基板Ｓが載置される。載置台３は、載置台３を昇降させる昇降手段（図示せず）に取り付けられていてもよいし、昇降不能にチャンバ１に固定されていてもよい。載置台３は、Ａｌ等の金属から形成された載置台本体３１と、載置台本体３１上に位置し、直流電源に接続された電極（図示せず）が埋設された誘電体から形成されている静電チャック３２とを具備する。
【００２４】  また、プラズマ処理装置１００は、載置台３を貫通し基板Ｓの下面に接触するリフトピンを昇降させる昇降装置４と、コイル２に整合器（図示せず）を介して接続された高周波電源５と、載置台３（載置台本体３１）に整合器（図示せず）を介して接続された高周波電源６と、ガス供給源７と、排気装置８とを備えている。
【００２５】  ガス供給源７は、プラズマを生成するための処理ガスをプラズマ生成空間１１に供給する。高周波電源５は、コイル２に高周波電力を印加する。これにより、プラズマ生成空間１１に供給された処理ガスがプラズマ化し、誘導結合プラズマが生成される。高周波電源６は、載置台３の載置台本体３１に高周波電力を印加する。これにより、生成されたプラズマが基板Ｓに向けて移動する。
【００２６】  排気装置８は、チャンバ１内のガスをチャンバ１の外部に排気する。  プラズマ処理を施す前の基板Ｓは、搬送機構（図示せず）によってチャンバ１の外部から内部に搬送され、載置台３の上面（静電チャック３２の上面）よりも上方に突出したリフトピン上に載置される。次いで、昇降装置４によってリフトピンが降下することで、基板Ｓは載置台３（静電チャック３２）上に載置される。プラズマ処理が終了した後には、昇降装置４によりリフトピンが上昇し、これに伴い、基板Ｓも上昇する。上昇した基板Ｓは、搬送機構によってチャンバ１の外部に搬送される。
【００２７】  半導体レーザ１０は、上部チャンバ１ａの外部において、出射したレーザ光Ｌが上部チャンバ１ａ内に供給された処理ガスに照射されるように配置されている。本実施形態の半導体レーザ１０は、可視光領域の波長（例えば、４０５ｎｍ）を有するレーザ光Ｌを出射する。ただし、本発明はこれに限るものではなく、紫外光領域など他の波長を有するレーザ光を出射する半導体レーザを用いることも可能である。また、本実施形態の半導体レーザ１０は、連続発振（ＣＷ）式であるが、本発明はこれに限るものではなく、単位時間当たりのエネルギー密度を高めるために、パルス発振式の半導体レーザを用いることも可能である。  本実施形態の半導体レーザ１０は、出射されるレーザ光Ｌが平行光束となるように、レーザ光Ｌの出射面側に配置されたレンズ（平凸レンズ）を備えている。これにより、レーザ光Ｌは、その経路において略同等のビームスポット径となり、経路におけるレーザ光Ｌのエネルギーの減衰を無視すれば、いずれの位置の処理ガスに対しても略同等のエネルギー密度で照射されることになる。
【００２８】  本実施形態の半導体レーザ１０は、レーザ光Ｌがコイル２の近傍に照射されるように配置されている。具体的には、半導体レーザ１０は、レーザ光Ｌがコイル２の上方を通る経路（図１に示す例では、図１の左側においてコイル２の上方を通っている）で照射されるように配置されている。より具体的には、半導体レーザ１０は、レーザ光Ｌがコイル２の上方からコイル２の下方に向けて（図１に示す例では、図１の左側においてコイル２の上方を通り、図１の右側においてコイル２の下方を通っている）斜めに照射されるように配置されている。
【００２９】  制御手段２０は、高周波電源５、ガス供給源７、及び半導体レーザ１０に電気的に接続されており、これらの動作を制御する機能を有する。制御手段２０としては、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やコンピュータを用いることができる。  なお、プラズマ処理装置１００の他の構成要素や動作については、一般的なプラズマ処理装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３０】  以下、上記の構成を有するプラズマ処理装置１００（プラズマ生成装置）を用いた本実施形態に係るプラズマ着火方法について説明する。  本実施形態に係るプラズマ着火方法は、供給工程と、着火工程と、停止工程とを含む。以下、各工程について順に説明する。
【００３１】  ＜供給工程＞  供給工程では、ガス供給源７からチャンバ１（上部チャンバ１ａ）内のプラズマ生成空間１１に処理ガスを供給する。具体的には、制御手段２０から送信された制御信号に応じて、ガス供給源７とチャンバ１とを接続する配管に設けられて処理ガスの流量を制御するＭＦＣ（Mass Flow Controller）（図示せず）が制御され、所定流量の処理ガスがチャンバ１内に供給される。  本実施形態では、処理ガスとして、例えば、Ｃｌ２ガスが用いられる。ただし、本発明はこれに限るものではなく、種々の処理ガスを用いることが可能である。特に、Ｃｌ２ガス、Ｏ２ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス等の電気陰性度の高いガスは、プラズマ化し難いため、本実施形態に係るプラズマ着火方法を適用することが有効である。
【００３２】  ＜着火工程＞  着火工程では、チャンバ１内に供給された処理ガスに対して半導体レーザ１０から出射したレーザ光Ｌを照射する。具体的には、制御手段２０から送信された制御信号に応じて、半導体レーザ１０の電源がオンされ、レーザ光Ｌが出射される。  また、着火工程では、高周波電源５からコイル２に高周波電力を印加する。具体的には、制御手段２０から送信された制御信号に応じて、高周波電源５がオンされ、コイル２に高周波電力が印加される。
【００３３】  図２は、本実施形態の供給工程、着火工程及び停止工程の手順を概略的に示すタイミングチャートである。  図２に示すように、本実施形態の着火工程では、前述の供給工程を開始した後（図２に示す「処理ガス供給」が「オン」になった後）に、半導体レーザ１０からのレーザ光Ｌの照射を開始し、この後（図２に示す「半導体レーザ」が「オン」になった後）に、高周波電源５からコイル２への高周波電力の印加を開始する（図２に示す「高周波電源」が「オン」になる）。具体的には、レーザ光Ｌの照射を開始してから時間Ｔ１だけ経過した後に、コイル２への高周波電力の印加を開始する。時間Ｔ１としては、０．５〜１．０ｓｅｃ程度を例示できる。なお、前述の供給工程を開始する前からレーザ光Ｌの照射を開始してもよい。
【００３４】  ＜停止工程＞  停止工程では、プラズマの着火後に、半導体レーザ１０からのレーザ光Ｌの出射を停止する。具体的には、制御手段２０から送信された制御信号に応じて、半導体レーザ１０の電源がオフされ、レーザ光Ｌの出射が停止する。  図２に示すように、本実施形態では、コイル２への高周波電力の印加を開始してから、着火が適正に生じるまでの経過時間Ｔ２を予め決めておき、この経過時間Ｔ２を制御手段２０に設定記憶させておく。制御手段２０は、コイル２への高周波電力の印加を開始してから、設定記憶した経過時間Ｔ２に至ったタイミングで、半導体レーザ１０の電源をオフする制御信号を送信する。時間Ｔ２としては、２．０〜３．０ｓｅｃ程度を例示できる。
【００３５】  ただし、本発明はこれに限るものではなく、実際にプラズマの着火が生じたことを判定した後にレーザ光Ｌの出射を停止する方法を採用することも可能である。  例えば、コイル２に高周波電力を印加した際に、高周波電源５とコイル２との間に介在する整合器（図示せず）の内部回路等における反射波信号の大きさを検出するセンサを設け、このセンサの出力信号を制御手段２０に入力し、制御手段２０がセンサで検出した反射波信号の大きさが所定値以下に小さくなれば着火が生じたと判定する方法が考えられる。また、チャンバ１内で生じた光の強度を検出する分光器等を設け、分光器等で検出した光の強度を制御手段２０に入力し、制御手段２０が検出した光の強度が所定値以上であれば着火が生じたと判定する方法も考えられる。
【００３６】  以上に説明した本実施形態に係るプラズマ着火方法によれば、着火工程において、半導体レーザ１０から出射したレーザ光Ｌを処理ガスに対して照射し、停止工程において、プラズマの着火後に半導体レーザ１０からのレーザ光Ｌの出射を停止するため、チャンバ１内に異常放電を生じさせることなくプラズマを早期に着火可能である。  また、着火工程において、レーザ光Ｌの照射を開始した後に、コイル２への高周波電力の印加を開始するため、コイル２への高周波電力の印加を開始した後にレーザ光Ｌの照射を開始する場合に比べて、プラズマが着火しない状態でコイル２に高周波電力を印加するおそれを低減できる。このため、プラズマ処理装置１００の故障等を防止可能である。  また、着火工程において、レーザ光Ｌをチャンバ１内の反応生成物がデポとして付着し難いコイル２の近傍に照射するため、レーザ光Ｌがデポに吸収されたり、デポによって散乱するおそれが低減し、所望する強度のレーザ光Ｌを処理ガスに照射可能である。  さらに、着火工程において、レーザ光Ｌをコイル２の上方からコイル２の下方に向けて斜めに照射するため、プラズマを最も早期に着火することが可能である。
【００３７】  図３は、着火工程におけるレーザ光Ｌの他の照射方向の例を示す模式図である。図３では、上部チャンバ１ａ近傍のみを図示している。  図１に示す例では、着火工程において、レーザ光Ｌをコイル２の上方からコイル２の下方に向けて斜めに照射する態様について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図３（ａ）に示すように、レーザ光Ｌをコイル２の上方を通る水平な経路で照射することも可能である。また、図３（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌをコイル２の下方からコイル２の上方に向けて斜めに照射することも可能である。
【００３８】  図４は、本発明に係るプラズマ着火方法を適用可能な他のプラズマ生成装置の概略構成を一部端面で示す模式図である。  図４（ａ）に示すプラズマ生成装置は、上部チャンバ１ａによって２箇所のプラズマ生成空間１１（内側のプラズマ生成空間１１ａ、外側のプラズマ生成空間１１ｂ）が形成され、各プラズマ生成空間１１に処理ガスが供給される。コイルは、内側のコイル２１と、コイル２１に対して同心状に配置された外側のコイル２２とから構成されている。図４（ａ）に示すプラズマ生成装置の２箇所のプラズマ生成空間１１に供給された処理ガスに対して、２つの半導体レーザ１０から出射したレーザ光Ｌがそれぞれ照射される。  なお、図４（ａ）では、図１と同様に、レーザ光Ｌをコイル２１又は２２の上方からコイル２１又は２２の下方に向けて斜めに照射する態様を図示しているが、本発明はこれに限るものではない。図３（ａ）と同様に、レーザ光Ｌをコイル２１又は２２の上方を通る水平な経路で照射することも可能である。また、図３（ｂ）と同様に、レーザ光Ｌをコイル２１又は２２の下方からコイル２１又は２２の上方に向けて斜めに照射することも可能である。また、図４（ａ）では、内側のプラズマ生成空間１１ａにレーザ光Ｌを照射する半導体レーザ１０と、外側のプラズマ生成空間１１ｂにレーザ光Ｌを照射する半導体レーザ１０とを配置しており、着火性を高める上では、このようにプラズマ生成空間１１の数に応じて２つ又はそれより多くの半導体レーザ１０を配置することが好ましい。しかしながら、内側のプラズマ生成空間１１ａと外側のプラズマ生成空間１１ｂとは連通しており、両プラズマ生成空間１１の間でプラズマが広がることになる。このため、内側のプラズマ生成空間１１ａにレーザ光Ｌを照射する半導体レーザ１０のみを配置する構成や、外側のプラズマ生成空間１１ｂにレーザ光Ｌを照射する半導体レーザ１０のみを配置する構成であっても、プラズマを早期に着火させることが可能である。さらに、図４（ａ）に示す内側のプラズマ生成空間１１ａが無く、外側のプラズマ生成空間１１ｂだけを有するプラズマ生成装置であってもよい。
【００３９】  図４（ｂ）に示すプラズマ生成装置は、処理ガスを通すための多数の孔が設けられたシャワーヘッド型の上部電極９１と、基板Ｓが載置される下部電極９２とが平行に配置された平行平板型のプラズマ生成装置である。このプラズマ生成装置の上部電極９１に高周波電力を印加することで、プラズマ生成空間１１に容量結合プラズマが生成される。図４（ｂ）に示すプラズマ生成装置の場合、プラズマ生成空間１１に供給された処理ガスに対して、半導体レーザ１０から出射したレーザ光Ｌが照射される。  図４（ｂ）に示す例では、レーザ光Ｌを上部電極９１と下部電極９２との間を通る水平な経路で照射する態様を図示しているが、必ずしもこれに限るものではなく、設備的に可能であれば、上部電極９１の上方から下方に向けた経路で照射してもよい。
【００４０】  以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。  実施例１〜８として、図１及び図３（ａ）に示すプラズマ生成装置及びレーザ光Ｌの照射方向を用いて、ガス流量、チャンバ１内の圧力、コイル２に印加する高周波電力のパワー密度等の条件を変えながら、プラズマの着火時間を評価する試験を行った。処理ガスとしては、何れもＣｌ２ガスを用いた。半導体レーザ１０としては、光出力２０ｍＷで、波長４０５ｎｍのレーザ光Ｌを出射するＣＷ式の半導体レーザを用いた。本試験で用いた半導体レーザ１０の出射面側には平凸レンズが配置されており、これにより２〜３ｍｍ程度のビームスポット径を有する平行光束のレーザ光Ｌが出射された。ビームスポット径が２〜３ｍｍであれば、レーザ光Ｌの放射照度は、２．２×１０３〜５．０×１０３Ｗ／ｍ２となる。  また、比較例１〜８として、レーザ光Ｌを照射せずにプラズマの着火時間を評価する試験を行った。比較例１〜８は、レーザ光Ｌを照射しなかったこと以外、それぞれ対応する番号の実施例１〜８と同じ条件で試験を行った。
【００４１】  図５は、上記試験の主な条件及び結果を示す図である。なお、上記の試験においては、チャンバ１内の状況を目視で確認し、光って明るくなった場合に着火が生じたと判定し、コイル２への高周波電力の印加を開始してから着火が生じるまでの経過時間を着火時間として評価した。また、図５に示す「高周波電力パワー密度」は、コイル２に印加する高周波電力／プラズマが接触するチャンバ１内面の表面積を意味する。  図５に示すように、実施例１〜８では、何れもプラズマの着火時間が１ｓｅｃ以下となり、プラズマを早期に着火させることができた。また、プラズマの着火時に異常放電は生じなかった。これに対し、比較例１〜８では、プラズマの着火時間が少なくとも２ｓｅｃを超え、プラズマを早期に着火させることができなかった。
【００４２】  なお、実施例１〜８は、何れもプラズマの着火時間が１ｓｅｃ以下となった点では共通するものの、実施例１〜６（図１に示すレーザ光Ｌの照射方向の場合）の方が、実施例７、８（図３（ａ）に示すレーザ光Ｌの照射方向の場合）よりも０．数秒の違いで着火時間が早かった。このように、図１に示すレーザ光の照射方向の場合に最も早期に着火され易い理由としては、以下の（ａ）、（ｂ）が推定される。  （ａ）図１に示すレーザ光Ｌの照射方向の場合、レーザ光Ｌがコイル２の上方からコイル２の下方に向けて斜めに照射されるため、電磁場の強度が最も高くプラズマが生成され易いと考えられるコイル２の中心をレーザ光Ｌが通過することになる。  （ｂ）レーザ光Ｌのエネルギー密度は、プラズマ生成空間１１への入射側で最も高くなる。図１に示すレーザ光Ｌの照射方向の場合、レーザ光Ｌのエネルギー密度が最も高い入射側がコイル２の上方に位置するため、コイル２内の上部に位置する処理ガスにエネルギー密度の高いレーザ光Ｌが照射されることで、プラズマの生成確率が高まると考えられる。
【符号の説明】
【００４３】１・・・チャンバ２・・・コイル１０・・・半導体レーザ２０・・・制御手段９１・・・電極（上部電極）１００・・・プラズマ処理装置Ｌ・・・レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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