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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-14
(45)【発行日】2023-12-22
(54)【発明の名称】プリコート方法及び処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20231215BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20231215BHJP
C23C 16/44 20060101ALI20231215BHJP
C23C 16/26 20060101ALI20231215BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20231215BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 C
H01L21/302 101C
C23C16/44 J
C23C16/26
C23C16/50
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020081415
(22)【出願日】2020-05-01
(65)【公開番号】P2021176174
(43)【公開日】2021-11-04
【審査請求日】2023-01-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井福 亮太
(72)【発明者】
【氏名】松本 貴士
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 正仁
(72)【発明者】
【氏名】和田 真
【審査官】船越 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開平０４－３４５０３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－００９４０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０８８７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０１７４７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１２３２７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２４７９６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０３６４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０９３５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７６６２５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｃ２３Ｃ １６／４４
Ｃ２３Ｃ １６／２６
Ｃ２３Ｃ １６／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマによりカーボン膜の成膜を行うための処理容器のプリコート方法であって、第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、前記処理容器の内壁を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、
前記第１の圧力よりも低い第２の圧力の下で、第２の炭素含有ガスのプラズマにより、前記第１のカーボン膜上に前記第１のカーボン膜よりも広い範囲で前記処理容器の内壁を被覆する第２のカーボン膜を形成するプラズマ処理工程と、
を有し、
前記第１の炭素含有ガス及び前記第２の炭素含有ガスは、ＣＨ系ガスとＨ２ガスとを含むガスであり、
前記プリコート工程は、
前記ＣＨ系ガスに対する前記Ｈ２ガスの流量比として第１の流量比を用い、
前記プラズマ処理工程は、
前記ＣＨ系ガスに対する前記Ｈ２ガスの流量比として前記第１の流量比よりも高い第２の流量比を用いる、プリコート方法。
【請求項2】
前記第１の炭素含有ガスは、さらにＮ２ガスを含有し、前記第２の炭素含有ガスは、Ｎ２ガスを含有しない、請求項１に記載のプリコート方法。
【請求項3】
プラズマによりカーボン膜の成膜を行うための処理容器のプリコート方法であって、
第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、前記処理容器の内壁を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、
前記第１の圧力よりも低い第２の圧力の下で、改質ガスのプラズマにより、前記第１のカーボン膜の表面を改質するプラズマ処理工程と、
を有する、プリコート方法。
【請求項4】
前記改質ガスは、Ｈ２ガスと希ガスとを含むガスである、請求項３に記載のプリコート方法。
【請求項5】
前記希ガスは、Ａｒガスである、請求項４に記載のプリコート方法。
【請求項6】
プラズマによりカーボン膜の成膜を行うための処理容器と、制御部と、
を有し、
前記制御部は、
第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、前記処理容器の内壁を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、
前記第１の圧力よりも低い第２の圧力の下で、第２の炭素含有ガスのプラズマにより、前記第１のカーボン膜上に前記第１のカーボン膜よりも広い範囲で前記処理容器の内壁を被覆する第２のカーボン膜を形成するプラズマ処理工程と、
を実行し、
前記第１の炭素含有ガス及び前記第２の炭素含有ガスは、ＣＨ系ガスとＨ２ガスとを含むガスであり、
前記プリコート工程は、
前記ＣＨ系ガスに対する前記Ｈ２ガスの流量比として第１の流量比を用い、
前記プラズマ処理工程は、
前記ＣＨ系ガスに対する前記Ｈ２ガスの流量比として前記第１の流量比よりも高い第２の流量比を用いる、処理装置。
【請求項7】
プラズマによりカーボン膜の成膜を行うための処理容器と、
制御部と、
を有し、
前記制御部は、
プラズマによりカーボン膜の成膜を行うための処理容器のプリコート方法であって、
第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、前記処理容器の内壁を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、
前記第１の圧力よりも低い第２の圧力の下で、改質ガスのプラズマにより、前記第１のカーボン膜の表面を改質するプラズマ処理工程と、
を実行する、処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プリコート方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、被処理体である基板（以下、ウエハともいう。）上にカーボン膜を成膜する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００５－１５０６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、連続成膜におけるウエハ間の膜厚の均一性を向上させることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様によるプリコート方法は、プラズマによりカーボン膜の成膜を行うための処理容器のプリコート方法であって、第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、前記処理容器の内壁を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、第２の圧力の下で、前記第１のカーボン膜をプラズマにより処理するプラズマ処理工程と、を有する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、連続成膜におけるウエハ間の膜厚の均一性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
【0009】
ところで、プラズマＣＶＤ法では、複数のウエハを連続して成膜する場合に、ウエハ間の安定性向上のために、処理容器（以下、「チャンバ」ともいう。）の内壁をカーボン膜で被覆するプリコートが行われることが知られている。しかしながら、ウエハ上にカーボン膜であるグラフェン膜を成膜する場合、グラフェン膜の成膜特性の制御のために導入される水素によってチャンバの内壁のカーボン膜がエッチングされてチャンバコンディションが変化する。このため、プリコート後に処理容器内でグラフェン膜を連続成膜する場合、チャンバコンディションの変化に応じてウエハ間の膜厚分布が不均一となる。そこで、連続成膜におけるウエハ間の膜厚の均一性を向上させることが期待されている。
【0010】
［第１実施形態］
［処理装置１００の構成］
図１は、本開示の第１実施形態における処理装置１００の一例を示す図である。処理装置１００は、マイクロ波プラズマを用いたプラズマＣＶＤによってウエハＷにカーボン膜の成膜を行う。処理装置１００は、処理容器１０１と、載置台１０２と、ガス供給機構１０３と、排気装置１０４と、マイクロ波導入装置１０５と、制御部１０６とを有する。処理容器１０１は、ウエハＷを収容する。載置台１０２は、ウエハＷを載置する。ガス供給機構１０３は、処理容器１０１内にガスを供給する。排気装置１０４は、処理容器１０１内を排気する。マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させるとともに、処理容器１０１内にマイクロ波を導入する。制御部１０６は、処理装置１００の各部の動作を制御する。
［処理装置１００の構成］
図１は、本開示の第１実施形態における処理装置１００の一例を示す図である。処理装置１００は、マイクロ波プラズマを用いたプラズマＣＶＤによってウエハＷにカーボン膜の成膜を行う。処理装置１００は、処理容器１０１と、載置台１０２と、ガス供給機構１０３と、排気装置１０４と、マイクロ波導入装置１０５と、制御部１０６とを有する。処理容器１０１は、ウエハＷを収容する。載置台１０２は、ウエハＷを載置する。ガス供給機構１０３は、処理容器１０１内にガスを供給する。排気装置１０４は、処理容器１０１内を排気する。マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させるとともに、処理容器１０１内にマイクロ波を導入する。制御部１０６は、処理装置１００の各部の動作を制御する。
【0011】
処理容器１０１は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって形成され、略円筒形状をなしており、板状の天壁部１１１および底壁部１１３と、これらを連結する側壁部１１２とを有している。マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１の上部に設けられ、処理容器１０１内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。マイクロ波導入装置１０５については後で詳細に説明する。
【0012】
天壁部１１１には、マイクロ波導入装置１０５の後述するマイクロ波放射機構およびガス導入部が嵌め込まれる複数の開口部を有している。側壁部１１２は、処理容器１０１に隣接する搬送室（図示せず）との間で被処理基板であるウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１１４を有している。搬入出口１１４はゲートバルブ１１５により開閉されるようになっている。底壁部１１３には排気装置１０４が設けられている。排気装置１０４は底壁部１１３に接続された排気管１１６に設けられ、真空ポンプと圧力制御バルブを備えている。排気装置１０４の真空ポンプにより排気管１１６を介して処理容器１０１内が排気される。処理容器１０１内の圧力は圧力制御バルブにより制御される。
【0013】
載置台１０２は、円板状をなしており、ＡｌＮ等のセラミックスからなっている。載置台１０２は、処理容器１０１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材１２０により支持されている。載置台１０２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング１８１が設けられている。また、載置台１０２の内部には、ウエハＷを昇降するための昇降ピン（図示せず）が載置台１０２の上面に対して突没可能に設けられている。さらに、載置台１０２の内部には抵抗加熱型のヒータ１８２が埋め込まれており、このヒータ１８２はヒータ電源１８３から給電されることにより載置台１０２を介してその上のウエハＷを加熱する。また、載置台１０２には、熱電対（図示せず）が挿入されており、熱電対からの信号に基づいて、ウエハＷの加熱温度を、例えば３００～１０００℃の範囲の所定の温度に制御可能となっている。さらに、載置台１０２内のヒータ１８２の上方には、ウエハＷと同程度の大きさの電極１８４が埋設されており、この電極１８４には、高周波バイアス電源１２２が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１２２から載置台１０２に、イオンを引き込むための高周波バイアスが印加される。なお、高周波バイアス電源１２２はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。
【0014】
ガス供給機構１０３は、プラズマ生成ガス、およびカーボン膜を形成するための原料ガスを処理容器１０１内に導入するためのものであり、複数のガス導入ノズル１２３を有している。ガス導入ノズル１２３は、処理容器１０１の天壁部１１１に形成された開口部に嵌め込まれている。ガス導入ノズル１２３には、ガス供給配管１９１が接続されている。このガス供給配管１９１は、分岐管１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ、１９１ｄ、１９１ｅの５つに分岐している。これら分岐管１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ、１９１ｄ、１９１ｅには、Ａｒガス供給源１９２、Ｏ２ガス供給源１９３、Ｎ２ガス供給源１９４、Ｈ２ガス供給源１９５、Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６が接続されている。Ａｒガス供給源１９２は、プラズマ生成ガスである希ガスとしてのＡｒガスを供給する。Ｏ２ガス供給源１９３は、クリーニングガスである酸化ガスとしてのＯ２ガスを供給する。Ｎ２ガス供給源１９４は、パージガス等として用いられるＮ２ガスを供給する。Ｈ２ガス供給源１９５は、還元性ガスとしてのＨ２ガスを供給する。Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６は、成膜原料ガスである炭素含有ガスとしてのアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを供給する。なお、Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６は、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の他の炭素含有ガスを供給してもよい。Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６が供給する炭素含有ガスは、後述する第１の炭素含有ガスおよび第２の炭素含有ガスの一例である。つまり、第１実施形態では、第１の炭素含有ガスおよび第２の炭素含有ガスとして同一の炭素含有ガスを用いる。なお、第１の炭素含有ガスおよび第２の炭素含有ガスは、例えば、アセチレンとエチレンといったように、異なる炭素含有ガスを用いてもよい。
【0015】
なお、分岐管１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ、１９１ｄ、１９１ｅには、図示してはいないが、流量制御用のマスフローコントローラおよびその前後のバルブが設けられている。なお、シャワープレートを設けてＣ２Ｈ２ガスおよびＨ２ガスをウエハＷに近い位置に供給するようにしてガスの解離を調整することもできる。また、これらのガスを供給するノズルを下方に延ばすことにより同様の効果を得ることができる。
【0016】
マイクロ波導入装置１０５は、前述のように、処理容器１０１の上方に設けられ、処理容器１０１内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。
【0017】
図２は、第１実施形態におけるマイクロ波導入装置の構成の一例を示す図である。図１および図２に示すように、マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１の天壁部１１１と、マイクロ波出力部１３０と、アンテナユニット１４０とを有する。天壁部１１１は、天板として機能する。マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波を生成するとともに、マイクロ波を複数の経路に分配して出力する。アンテナユニット１４０は、マイクロ波出力部１３０から出力されたマイクロ波を処理容器１０１に導入する。
【0018】
マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波電源１３１と、マイクロ波発振器１３２と、アンプ１３３と、分配器１３４とを有している。マイクロ波発振器１３２はソリッドステートであり、例えば、８６０ＭＨｚでマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。なお、マイクロ波の周波数は、８６０ＭＨｚに限らず、２．４５ＧＨｚ、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等、７００ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲のものを用いることができる。アンプ１３３は、マイクロ波発振器１３２によって発振されたマイクロ波を増幅する。分配器１３４は、アンプ１３３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する。分配器１３４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。
【0019】
アンテナユニット１４０は、複数のアンテナモジュール１４１を含んでいる。複数のアンテナモジュール１４１は、それぞれ、分配器１３４によって分配されたマイクロ波を処理容器１０１内に導入する。複数のアンテナモジュール１４１の構成は全て同一である。各アンテナモジュール１４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部１４２と、アンプ部１４２から出力されたマイクロ波を処理容器１０１内に放射するマイクロ波放射機構１４３とを有する。
【0020】
アンプ部１４２は、位相器１４５と、可変ゲインアンプ１４６と、メインアンプ１４７と、アイソレータ１４８とを有する。位相器１４５は、マイクロ波の位相を変化させる。可変ゲインアンプ１４６は、メインアンプ１４７に入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する。メインアンプ１４７は、ソリッドステートアンプとして構成されている。アイソレータ１４８は、後述するマイクロ波放射機構１４３のアンテナ部で反射されてメインアンプ１４７に向かう反射マイクロ波を分離する。
【0021】
ここで、図３を用いてマイクロ波放射機構１４３について説明する。図３は、第１実施形態におけるマイクロ波放射機構の一例を模式的に示す図である。複数のマイクロ波放射機構１４３は、図１に示すように、天壁部１１１に設けられている。また、図３に示すように、マイクロ波放射機構１４３は、筒状をなす外側導体１５２および外側導体１５２内に外側導体１５２と同軸状に設けられた内側導体１５３を有する。マイクロ波放射機構１４３は、外側導体１５２と内側導体１５３との間にマイクロ波伝送路を有する同軸管１５１と、チューナ１５４と、給電部１５５と、アンテナ部１５６とを有する。チューナ１５４は、負荷のインピーダンスをマイクロ波電源１３１の特性インピーダンスに整合させる。給電部１５５は、アンプ部１４２からの増幅されたマイクロ波をマイクロ波伝送路に給電する。アンテナ部１５６は、同軸管１５１からのマイクロ波を処理容器１０１内に放射する。
【0022】
給電部１５５は、外側導体１５２の上端部の側方から同軸ケーブルによりアンプ部１４２で増幅されたマイクロ波が導入され、例えば、給電アンテナによりマイクロ波を放射する。このマイクロ波の放射により、外側導体１５２と内側導体１５３との間のマイクロ波伝送路にマイクロ波電力が給電され、マイクロ波電力がアンテナ部１５６に向かって伝播する。
【0023】
アンテナ部１５６は、同軸管１５１の下端部に設けられている。アンテナ部１５６は、内側導体１５３の下端部に接続された円板状をなす平面アンテナ１６１と、平面アンテナ１６１の上面側に配置された遅波材１６２と、平面アンテナ１６１の下面側に配置されたマイクロ波透過板１６３とを有している。マイクロ波透過板１６３は天壁部１１１に嵌め込まれており、その下面は処理容器１０１の内部空間に露出している。平面アンテナ１６１は、貫通するように形成されたスロット１６１ａを有している。スロット１６１ａの形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。スロット１６１ａには誘電体が挿入されていてもよい。
【0024】
遅波材１６２は、真空よりも大きい誘電率を有する材料によって形成されており、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、マイクロ波の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。マイクロ波透過板１６３も誘電体で構成されマイクロ波をＴＥモードで効率的に放射することができるような形状をなしている。そして、マイクロ波透過板１６３を透過したマイクロ波は、処理容器１０１内の空間にプラズマを生成する。遅波材１６２およびマイクロ波透過板１６３を構成する材料としては、例えば、石英やセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【0025】
チューナ１５４は、スラグチューナを構成している。チューナ１５４は、図３に示すように、スラグ１７１ａ，１７１ｂと、アクチュエータ１７２と、チューナコントローラ１７３とを有している。スラグ１７１ａ，１７１ｂは、同軸管１５１のアンテナ部１５６よりも基端部側（上端部側）の部分に配置された２つのスラグである。アクチュエータ１７２は、これら２つのスラグをそれぞれ独立して駆動する。チューナコントローラ１７３は、アクチュエータ１７２を制御する。
【0026】
スラグ１７１ａ，１７１ｂは、板状かつ環状をなし、セラミックス等の誘電体材料で構成され、同軸管１５１の外側導体１５２と内側導体１５３の間に配置されている。また、アクチュエータ１７２は、例えば、内側導体１５３の内部に設けられた、それぞれスラグ１７１ａ，１７１ｂが螺合する２本のねじを回転させることによりスラグ１７１ａ，１７１ｂを個別に駆動する。そして、チューナコントローラ１７３からの指令に基づいて、アクチュエータ１７２によって、スラグ１７１ａ，１７１ｂを上下方向に移動させる。チューナコントローラ１７３は、終端部のインピーダンスが５０Ωになるように、スラグ１７１ａ，１７１ｂの位置を調整する。
【0027】
メインアンプ１４７と、チューナ１５４と、平面アンテナ１６１とは近接配置している。そして、チューナ１５４と平面アンテナ１６１とは集中定数回路を構成し、かつ共振器として機能する。平面アンテナ１６１の取り付け部分には、インピーダンス不整合が存在する。しかしながら、チューナ１５４によりプラズマ負荷に対して直接チューニングするので、プラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、平面アンテナ１６１における反射の影響を解消することができる。
【0028】
マイクロ波放射機構１４３は、例えば、７本設けられる。７本のマイクロ波放射機構１４３に対応するマイクロ波透過板１６３は、図４に示すように、均等に六方最密配置になるように配置されている。図４は、第１実施形態に係る処理容器１０１の天壁部１１１の一例を模式的に示す図である。すなわち、７つのマイクロ波透過板１６３のうち１つは、天壁部１１１の中央に配置されている。他の６つのマイクロ波透過板１６３は、中央に配置されたマイクロ波透過板１６３の周囲に配置されている。これら７つのマイクロ波透過板１６３は、隣接するマイクロ波透過板１６３が等間隔になるように配置されている。また、ガス供給機構１０３の複数のガス導入ノズル１２３は、中央のマイクロ波透過板１６３の周囲を囲むように配置されている。なお、マイクロ波放射機構１４３の本数は７本に限るものではない。
【0029】
図１に戻り、制御部１０６は、典型的にはコンピュータからなり、処理装置１００の各部を制御するようになっている。制御部１０６は処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従って所定の制御を行うことが可能である。
【0030】
例えば、制御部１０６は、後述するプリコート方法を行うように、処理装置１００の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部１０６は、第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、処理容器１０１の内壁を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程を実行する。制御部１０６は、第２の圧力の下で、第１のカーボン膜をプラズマにより処理するプラズマ処理工程を実行する。本実施形態におけるプラズマ処理工程では、制御部１０６は、第２の圧力の下で、第２の炭素含有ガスのプラズマにより、第１のカーボン膜上に第１のカーボン膜よりも広い範囲で処理容器１０１の内壁を被覆する第２のカーボン膜を形成する。ここで、第１の炭素含有ガス及び第２の炭素含有ガスは、Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６から供給されるアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスと、Ｈ２ガス供給源１９５から供給されるＨ２ガスとを含む混合ガスを用いることができる。なお、第１の炭素含有ガス及び第２の炭素含有ガスは、ＣＨ系ガスと、Ｈ２ガスとを含む混合ガスであればよく、ＣＨ系ガスとしてエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等が用いられてもよい。また、第２の圧力は、第１の圧力よりも低い。言い換えると、第１の圧力は、第２の圧力よりも高い。
【0031】
［第１のカーボン膜による被覆］
図５は、第１実施形態における第１のカーボン膜の被覆位置の一例を示す図である。図５に示すように、処理容器１０１の天壁部１１１には、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３が設けられている。マイクロ波透過板１６３の下面は、処理容器１０１の内部空間に露出している。処理装置１００は、処理容器１０１の圧力を第１の圧力に減圧し、プラズマ生成ガスとして第１の炭素含有ガスをガス導入ノズル１２３から処理容器１０１内に供給してプラズマを着火する。第１の圧力は例えば２０００ｍＴｏｒｒとし、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２（図６参照）を形成する場合の第２の圧力（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）よりも高い。このため、図５に示すように、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３近傍に高密度のプラズマＰ１が形成される。つまり、プラズマＰ１は、天壁部１１１の直下の領域に形成される。これにより、天壁部１１１の内壁は、第１のカーボン膜２０１によって被覆される。なお、プラズマＰ１は、処理容器１０１内の圧力が下がるほど、載置台１０２側に広がり、処理容器１０１内の圧力が上がるほど、天壁部１１１側に狭くなる。以下の説明では、第１のカーボン膜２０１によって処理容器１０１の内壁（例えば、天壁部１１１の内壁）を被覆する処理を、プリコート工程という。
図５は、第１実施形態における第１のカーボン膜の被覆位置の一例を示す図である。図５に示すように、処理容器１０１の天壁部１１１には、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３が設けられている。マイクロ波透過板１６３の下面は、処理容器１０１の内部空間に露出している。処理装置１００は、処理容器１０１の圧力を第１の圧力に減圧し、プラズマ生成ガスとして第１の炭素含有ガスをガス導入ノズル１２３から処理容器１０１内に供給してプラズマを着火する。第１の圧力は例えば２０００ｍＴｏｒｒとし、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２（図６参照）を形成する場合の第２の圧力（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）よりも高い。このため、図５に示すように、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３近傍に高密度のプラズマＰ１が形成される。つまり、プラズマＰ１は、天壁部１１１の直下の領域に形成される。これにより、天壁部１１１の内壁は、第１のカーボン膜２０１によって被覆される。なお、プラズマＰ１は、処理容器１０１内の圧力が下がるほど、載置台１０２側に広がり、処理容器１０１内の圧力が上がるほど、天壁部１１１側に狭くなる。以下の説明では、第１のカーボン膜２０１によって処理容器１０１の内壁（例えば、天壁部１１１の内壁）を被覆する処理を、プリコート工程という。
【0032】
処理容器１０１内において、第１の圧力では、プラズマＰ１は、天壁部１１１の直下の領域に形成され、その結果、天壁部１１１の内壁に第１のカーボン膜２０１が選択的に形成される。このため、プラズマダメージが比較的に大きい天壁部１１１の内壁を第１のカーボン膜２０１によって保護することができ、プラズマダメージに起因したパーティクルの発生を抑制することができる。
【0033】
［第２のカーボン膜の形成］
図６は、第１実施形態における第２のカーボン膜の形成位置の一例を示す図である。図６に示すように、天壁部１１１の内壁は、プリコート工程によって形成された第１のカーボン膜２０１で被覆されている。処理装置１００は、処理容器１０１の圧力を第２の圧力に減圧し、プラズマ生成ガスとして第２の炭素含有ガスをガス導入ノズル１２３から処理容器１０１内に供給してプラズマを着火する。第２の圧力は例えば５０ｍＴｏｒｒとし、第１のカーボン膜２０１で処理容器１０１の内壁を被覆する場合の第１の圧力（例えば、２０００ｍＴｏｒｒ）よりも低い。処理容器１０１内の圧力が低くなるほど、着火されたプラズマが載置台１０２側へ広がる。このため、図６に示すように、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３近傍にプラズマＰ１よりも広い範囲でプラズマＰ２が形成される。これにより、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２が形成される。第２のカーボン膜２０２は、第１のカーボン膜２０１よりも広い範囲で処理容器１０１の内壁を被覆する。以下の説明では、第１のカーボン膜２０１をプラズマにより処理して第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２を形成する処理を、プラズマ処理工程という。
図６は、第１実施形態における第２のカーボン膜の形成位置の一例を示す図である。図６に示すように、天壁部１１１の内壁は、プリコート工程によって形成された第１のカーボン膜２０１で被覆されている。処理装置１００は、処理容器１０１の圧力を第２の圧力に減圧し、プラズマ生成ガスとして第２の炭素含有ガスをガス導入ノズル１２３から処理容器１０１内に供給してプラズマを着火する。第２の圧力は例えば５０ｍＴｏｒｒとし、第１のカーボン膜２０１で処理容器１０１の内壁を被覆する場合の第１の圧力（例えば、２０００ｍＴｏｒｒ）よりも低い。処理容器１０１内の圧力が低くなるほど、着火されたプラズマが載置台１０２側へ広がる。このため、図６に示すように、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３近傍にプラズマＰ１よりも広い範囲でプラズマＰ２が形成される。これにより、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２が形成される。第２のカーボン膜２０２は、第１のカーボン膜２０１よりも広い範囲で処理容器１０１の内壁を被覆する。以下の説明では、第１のカーボン膜２０１をプラズマにより処理して第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２を形成する処理を、プラズマ処理工程という。
【0034】
処理容器１０１内において、第２の圧力では、プラズマＰ２は、天壁部１１１の直下及び側壁部１１２の上部近傍の領域に形成され、その結果、第１のカーボン膜２０１上及び側壁部１１２の上部の内壁に第２のカーボン膜２０２が形成される。このため、天壁部１１１の内壁を第１のカーボン膜２０１及び第２のカーボン膜２０２によって保護するとともに、側壁部１１２の上部の内壁を第２のカーボン膜２０２によって保護することができる。これにより、チャンバコンディションの変化を抑制することができる。結果として、プリコート工程後に処理容器１０１内でウエハＷに対して連続成膜を行う場合であっても、チャンバコンディションの変化に応じてウエハＷ間の膜厚分布が不均一となることを抑制することができる。つまり、連続成膜におけるウエハＷ間の膜厚の均一性を向上させることができる。
【0035】
なお、プリコート工程及びプラズマ処理工程において、第１の炭素含有ガス及び第２の炭素含有ガスに水素（Ｈ２）ガスを添加すると、Ｈ２ガスは、第１のカーボン膜２０１及び第２のカーボン膜２０２を形成する際にエッチング成分として寄与する。このため、Ｈ２ガスは、結合の不安定なカーボン結合をエッチングして第１のカーボン膜２０１及び第２のカーボン膜２０２の構造を安定化させることができる。第２の炭素含有ガスにおける、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比は、第１の炭素含有ガスにおける、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比よりも高いことが好ましい。すなわち、プリコート工程では、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比として第１の流量比を用い、プラズマ処理工程では、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比として第１の流量比よりも高い第２の流量比を用いる。これにより、最表層である第２のカーボン膜２０２の構造をより安定化させることができる。これにより、ウエハＷ上にカーボン膜であるグラフェン膜を成膜する場合に成膜特性の制御のために導入されるＨ２ガスによって第２のカーボン膜２０２がエッチングされることを抑制することができ、チャンバコンディションを安定化することができる。
【0036】
また、プリコート工程において、第１の炭素含有ガスに窒素（Ｎ２）ガスを添加すると、第１のカーボン膜２０１中に窒素が添加され、第１のカーボン膜２０１のエッチング耐性を向上させることができる。このため、第１の炭素含有ガスは、さらにＮ２ガスを含有することが好ましい。一方で、プラズマ処理工程において、第２の炭素含有ガスに窒素（Ｎ２）ガスを添加すると、第１のカーボン膜２０１と同様に第２のカーボン膜２０２中に窒素が添加される。しかしながら、第２のカーボン膜２０２が最表層であるため、ウエハＷに対して成膜を行う場合に第２のカーボン膜２０２からの窒素がウエハＷに悪影響を及ぼす可能性がある。このため、第２の炭素含有ガスは、Ｎ２ガスを含有しないことが好ましい。
【0037】
［成膜処理］
次に、第１実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れについて説明する。図７は、第１実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れの一例を示すフローチャートである。
次に、第１実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れについて説明する。図７は、第１実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【0038】
図７に示すように、制御部１０６は、プリコート工程を実行する（ステップＳ１）。制御部１０６は、処理容器１０１内にウエハＷが搬入されていない状態でプリコート工程を実行する。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を第１の圧力（例えば、２０００ｍＴｏｒｒ）に減圧する。制御部１０６は、ガス導入ノズル１２３から、プラズマ生成ガスであるＡｒガスを処理容器１０１内に供給する。そして、制御部１０６は、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。制御部１０６は、プラズマが生成されたタイミングでガス導入ノズル１２３から第１の炭素含有ガスを供給する。これにより、天壁部１１１の内壁は、第１のカーボン膜２０１によって被覆される。プリコート工程が実行されることによって、処理容器１０１内に存在するパーティクル源が第１のカーボン膜２０１によってカバーされる。
【0039】
また、プリコート工程では、第１の炭素含有ガスにＨ２ガスを添加すると、Ｈ２ガスは第１のカーボン膜２０１に対してエッチング成分として寄与する。このように、エッチング成分を添加することで、結合の不安定なカーボン結合をエッチングして第１のカーボン膜２０１の構造を安定化させることができる。プリコート工程では、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比として第１の流量比が用いられる。また、プリコート工程では、第１の炭素含有ガスにＮ２ガスを添加すると、第１のカーボン膜２０１中に窒素が添加され、第１のカーボン膜２０１のエッチング耐性を向上させることができる。
【0040】
例えば、制御部１０６は、下記の処理条件でプリコート工程が実行されるように、処理装置１００の各部を制御する。
（プリコート工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：２０～１００００ｍＴｏｒｒ（２．７～１３３０Ｐａ）
処理ガス：Ｃ２Ｈ２＝０．１～１００ｓｃｃｍ
Ｈ２＝０～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝０～３０００ｓｃｃｍ
Ｎ２＝０～３０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
（プリコート工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：２０～１００００ｍＴｏｒｒ（２．７～１３３０Ｐａ）
処理ガス：Ｃ２Ｈ２＝０．１～１００ｓｃｃｍ
Ｈ２＝０～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝０～３０００ｓｃｃｍ
Ｎ２＝０～３０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
【0041】
制御部１０６は、プラズマ処理工程を実行する（ステップＳ２）。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を第２の圧力（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）に減圧する。制御部１０６は、ガス導入ノズル１２３から、プラズマ生成ガスであるＡｒガスを処理容器１０１内に供給する。そして、制御部１０６は、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。制御部１０６は、プラズマが生成されたタイミングでガス導入ノズル１２３から第２の炭素含有ガスを供給する。これにより、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２が形成される。第２のカーボン膜２０２は、第１のカーボン膜２０１よりも広い範囲で処理容器１０１の内壁を被覆する。これにより、第１のカーボン膜２０１及び側壁部１１２上部の内壁が、第２のカーボン膜２０２によって被覆される。その結果、チャンバコンディションの変化を抑制することができる。
【0042】
また、プラズマ処理工程では、第２の炭素含有ガスにＨ２ガスを添加すると、Ｈ２ガスは第２のカーボン膜２０２に対してエッチング成分として寄与する。このように、エッチング成分を添加することで、結合の不安定なカーボン結合をエッチングして第２のカーボン膜２０２の構造を安定化させることができる。プラズマ処理工程では、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比として第２の流量比が用いられる。第２の流量比は、第１の流量比よりも高い。すなわち、プラズマ処理工程では、Ｃ２Ｈ２ガスに対するＨ２ガスの流量比として第１の流量比よりも高い第２の流量比を用いる。これにより、最表層である第２のカーボン膜２０２の構造をより安定化させることができる。これにより、後述の成膜工程において成膜特性の制御のために導入されるＨ２ガスによって第２のカーボン膜２０２がエッチングされることを抑制することができ、チャンバコンディションを安定化することができる。また、プラズマ処理工程では、最表層の第２のカーボン膜２０２への窒素の添加を防止するために、第２の炭素含有ガスは、Ｎ２ガスを含有しないことが好ましい。
【0043】
例えば、制御部１０６は、下記の処理条件でプラズマ処理工程が実行されるように、処理装置１００の各部を制御する。
（プラズマ処理工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１０～１０００ｍＴｏｒｒ（１．３～１３０Ｐａ）
処理ガス：Ｃ２Ｈ２＝０．１～１００ｓｃｃｍ
Ｈ２＝１～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝０～３０００ｓｃｃｍ
Ｎ２＝０～３０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
（プラズマ処理工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１０～１０００ｍＴｏｒｒ（１．３～１３０Ｐａ）
処理ガス：Ｃ２Ｈ２＝０．１～１００ｓｃｃｍ
Ｈ２＝１～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝０～３０００ｓｃｃｍ
Ｎ２＝０～３０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
【0044】
制御部１０６は、処理容器１０１内の載置台１０２にウエハＷを載置する（ステップＳ３）。
【0045】
制御部１０６は、成膜工程を実行する（ステップＳ４）。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を例えば５０ｍＴｏｒｒに設定し、ガス導入ノズル１２３から、プラズマ生成ガスであるＡｒガスを処理容器１０１内に供給する。そして、制御部１０６は、マイクロ波放射機構１４３からマイクロ波を放射させて、処理容器１０１内にプラズマを生成させる。制御部１０６は、プラズマが生成されたタイミングでガス導入ノズル１２３からＣ２Ｈ２／Ｈ２ガス等の炭素含有ガスを供給する。これにより、ウエハＷ上にカーボン膜であるグラフェン膜が成膜される。炭素含有ガスに含まれるＨ２ガスは、エッチング成分として寄与し、グラフェン膜の成膜特性の制御のために導入される。
【0046】
例えば、制御部１０６は、下記の処理条件で成膜工程が実行されるように、処理装置１００の各部を制御する。
（成膜工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１０～１０００ｍＴｏｒｒ（１３．３～１３３Ｐａ）
処理ガス：Ｃ２Ｈ２＝０．１～１００ｓｃｃｍ
Ｈ２＝０～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝１～３０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
（成膜工程の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１０～１０００ｍＴｏｒｒ（１３．３～１３３Ｐａ）
処理ガス：Ｃ２Ｈ２＝０．１～１００ｓｃｃｍ
Ｈ２＝０～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝１～３０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
【0047】
制御部１０６は、グラフェン膜が成膜されたウエハＷを処理容器１０１から搬出する（ステップＳ５）。制御部１０６は、処理容器１０１内をクリーニングする必要があるか否かを判定する（ステップＳ６）。例えば、制御部１０６は、クリーニングした後に処理容器１０１内でウエハＷを処理した枚数が予め定めた値に到達したか否かで判定する。制御部１０６は、処理容器１０１内をクリーニングする必要がないと判定した場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ３に戻り、次のウエハＷを載置して成膜工程を行う。
【0048】
制御部１０６は、処理容器１０１内をクリーニングする必要があると判定した場合には（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、処理容器１０１内をクリーニングするクリーニング工程を実行する（ステップＳ７）。クリーニング工程では、制御部１０６は、クリーニングガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内をクリーニングする。
【0049】
制御部１０６は、成膜処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ８）。制御部１０６は、成膜処理を終了しないと判定した場合には（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り、プリコート工程及びプラズマ処理工程を実行する。一方、制御部１０６は、成膜処理を終了すると判定した場合には（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、成膜処理を終了する。
【0050】
［第２実施形態］
第１実施形態では、プラズマ処理工程において、プラズマにより第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２を形成したが、プラズマにより第１のカーボン膜２０１の表面を改質してもよい。
第１実施形態では、プラズマ処理工程において、プラズマにより第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２を形成したが、プラズマにより第１のカーボン膜２０１の表面を改質してもよい。
【0051】
［第１のカーボン膜の改質］
図８は、第２実施形態における第１のカーボン膜２０１の改質の一例を説明する図である。図８に示すように、天壁部１１１の内壁は、プリコート工程によって形成された第１のカーボン膜２０１で被覆されている。処理装置１００は、処理容器１０１の圧力を第２の圧力に減圧し、プラズマ生成ガスとして改質ガスをガス導入ノズル１２３から処理容器１０１内に供給してプラズマを着火する。改質ガスは、例えば、Ｈ２ガスと希ガスとを含む混合ガスである。希ガスは、例えば、Ａｒガスである。第２の圧力は例えば５０ｍＴｏｒｒとし、第１のカーボン膜２０１で処理容器１０１の内壁を被覆する場合の第１の圧力（例えば、２０００ｍＴｏｒｒ）よりも低い。処理容器１０１内の圧力が低くなるほど、着火されたプラズマが載置台１０２側へ広がる。このため、図８に示すように、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３近傍にプラズマＰ１（図５参照）よりも広い範囲でプラズマＰ３が形成される。また、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマＰ３が載置台１０２側へ広がるほど、改質ガス（Ｈ２ガス）の分子、原子及び活性種等が活性化される。このため、図８に示すように、活性化された改質ガス（Ｈ２ガス）の分子、原子及び活性種等に第１のカーボン膜２０１が晒されることで、第１のカーボン膜２０１の表面が改質されて改質膜２０１ａが形成される。改質膜２０１ａは、改質ガス（Ｈ２ガス）の分子、原子及び活性種等に晒されることで硬化され、第１のカーボン膜２０１よりも水素に関するプラズマ耐性が高い膜となる。これにより、チャンバコンディションの変化を抑制することができる。結果として、プリコート工程後に処理容器１０１内でウエハＷに対して連続成膜を行う場合であっても、チャンバコンディションの変化に応じてウエハＷ間の膜厚分布が不均一となることを抑制することができる。つまり、連続成膜におけるウエハＷ間の膜厚の均一性を向上させることができる。
図８は、第２実施形態における第１のカーボン膜２０１の改質の一例を説明する図である。図８に示すように、天壁部１１１の内壁は、プリコート工程によって形成された第１のカーボン膜２０１で被覆されている。処理装置１００は、処理容器１０１の圧力を第２の圧力に減圧し、プラズマ生成ガスとして改質ガスをガス導入ノズル１２３から処理容器１０１内に供給してプラズマを着火する。改質ガスは、例えば、Ｈ２ガスと希ガスとを含む混合ガスである。希ガスは、例えば、Ａｒガスである。第２の圧力は例えば５０ｍＴｏｒｒとし、第１のカーボン膜２０１で処理容器１０１の内壁を被覆する場合の第１の圧力（例えば、２０００ｍＴｏｒｒ）よりも低い。処理容器１０１内の圧力が低くなるほど、着火されたプラズマが載置台１０２側へ広がる。このため、図８に示すように、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマ源であるマイクロ波透過板１６３近傍にプラズマＰ１（図５参照）よりも広い範囲でプラズマＰ３が形成される。また、処理容器１０１の空間Ｓにおいて、プラズマＰ３が載置台１０２側へ広がるほど、改質ガス（Ｈ２ガス）の分子、原子及び活性種等が活性化される。このため、図８に示すように、活性化された改質ガス（Ｈ２ガス）の分子、原子及び活性種等に第１のカーボン膜２０１が晒されることで、第１のカーボン膜２０１の表面が改質されて改質膜２０１ａが形成される。改質膜２０１ａは、改質ガス（Ｈ２ガス）の分子、原子及び活性種等に晒されることで硬化され、第１のカーボン膜２０１よりも水素に関するプラズマ耐性が高い膜となる。これにより、チャンバコンディションの変化を抑制することができる。結果として、プリコート工程後に処理容器１０１内でウエハＷに対して連続成膜を行う場合であっても、チャンバコンディションの変化に応じてウエハＷ間の膜厚分布が不均一となることを抑制することができる。つまり、連続成膜におけるウエハＷ間の膜厚の均一性を向上させることができる。
【0052】
［成膜処理］
次に、第２実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れについて説明する。図９は、第２実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図９のステップＳ１３～Ｓ１８は、それぞれ図７のステップＳ３～Ｓ８と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
次に、第２実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れについて説明する。図９は、第２実施形態に係るプリコート方法を適用した成膜処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図９のステップＳ１３～Ｓ１８は、それぞれ図７のステップＳ３～Ｓ８と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【0053】
図９に示すように、制御部１０９は、プリコート工程を実行する（ステップＳ１１）。第１実施形態と同様に、制御部１０６は、処理容器１０１内にウエハＷが搬入されていない状態でプリコート工程を実行する。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を第１の圧力（例えば２０００ｍＴｏｒｒ）に減圧し、プラズマを着火して第１の炭素含有ガスを供給する。これにより、天壁部１１１の内壁は、第１のカーボン膜２０１によって被覆される。プリコート工程が実行されることによって、処理容器１０１内に存在するパーティクル源が第１のカーボン膜２０１によってカバーされる。
【0054】
制御部１０９は、プラズマ処理工程を実行する（ステップＳ１２）。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を第２の圧力（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）に減圧し、プラズマを着火して改質ガスを供給する。これにより、第１のカーボン膜２０１の表面が改質される。
（プラズマ処理工程（改質処理工程）の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１０～１０００ｍＴｏｒｒ（１．３～１３０Ｐａ）
処理ガス：Ｈ２＝１～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝０～３０００ｓｃｃｍ
Ｎ２＝０～３０００ｓｃｃｍ
ただし、Ｈ２／Ａｒ＝０．１％～１００％とする。
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
（プラズマ処理工程（改質処理工程）の処理条件）
中央に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
周囲に配置されたマイクロ波放射機構１４３のマイクロ波電力：０～５５０Ｗ
処理容器１０１内の圧力：１０～１０００ｍＴｏｒｒ（１．３～１３０Ｐａ）
処理ガス：Ｈ２＝１～５００ｓｃｃｍ
Ａｒ＝０～３０００ｓｃｃｍ
Ｎ２＝０～３０００ｓｃｃｍ
ただし、Ｈ２／Ａｒ＝０．１％～１００％とする。
処理時間：１～３６００ｓｅｃ
【0055】
［実験結果］
上記した各実施形態に係るプリコート方法を適用してウエハＷに対するグラフェン膜の連続成膜を行った場合のグラフェン膜の膜厚の変化について実験を行った。図１０は、各実施形態に係るプリコート方法を適用した場合と通常のプリコート方法を適用した場合におけるウエハＷ上に成膜されるグラフェン膜の膜厚の変化の一例を示すグラフである。図１０では、グラフ２５１～２５３を示す。グラフ２５１は、第１実施形態に係るプリコート方法（つまり、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２を形成するプリコート方法）を適用して１２枚のウエハＷに対するグラフェン成膜処理を行った場合のグラフである。グラフ２５２は、第２実施形態に係るプリコート方法（つまり、第１のカーボン膜２０１の表面を改質するプリコート方法）を適用して５枚のウエハＷに対するグラフェン成膜処理を行った場合のグラフである。グラフ２５３は、通常のプリコート方法を適用して８枚のウエハＷに対するグラフェン成膜処理を行った場合のグラフである。ここで、通常のプリコート方法とは、プリコート工程を実行した後にプラズマ処理工程を実行しないプリコート方法である。
上記した各実施形態に係るプリコート方法を適用してウエハＷに対するグラフェン膜の連続成膜を行った場合のグラフェン膜の膜厚の変化について実験を行った。図１０は、各実施形態に係るプリコート方法を適用した場合と通常のプリコート方法を適用した場合におけるウエハＷ上に成膜されるグラフェン膜の膜厚の変化の一例を示すグラフである。図１０では、グラフ２５１～２５３を示す。グラフ２５１は、第１実施形態に係るプリコート方法（つまり、第１のカーボン膜２０１上に第２のカーボン膜２０２を形成するプリコート方法）を適用して１２枚のウエハＷに対するグラフェン成膜処理を行った場合のグラフである。グラフ２５２は、第２実施形態に係るプリコート方法（つまり、第１のカーボン膜２０１の表面を改質するプリコート方法）を適用して５枚のウエハＷに対するグラフェン成膜処理を行った場合のグラフである。グラフ２５３は、通常のプリコート方法を適用して８枚のウエハＷに対するグラフェン成膜処理を行った場合のグラフである。ここで、通常のプリコート方法とは、プリコート工程を実行した後にプラズマ処理工程を実行しないプリコート方法である。
【0056】
グラフ２５３に示すように、通常のプリコート方法を適用した場合、１枚目のウエハＷに対して、２枚目以降のウエハＷでは、グラフェン膜の膜厚が薄くなる方向に変化した。これに対して、グラフ２５１、２５２に示すように、各実施形態に係るプリコート方法を適用した場合、グラフェン膜の膜厚の変化はほぼ無く、２枚目以降のウエハＷにおいて膜厚がほぼ一定となった。すなわち、各実施形態では、グラフェン膜の連続成膜におけるウエハＷ間の膜厚の均一性を向上させることができることが確認された。
【0057】
以上、第１実施形態によれば、処理装置１００は、プラズマによりカーボン膜（グラフェン膜）の成膜を行うための処理容器１０１と、制御部１０６とを有する。制御部１０６は、第１の圧力の下で、第１の炭素含有ガスのプラズマにより、処理容器１０１の内壁を第１のカーボン膜２０１で被覆するプリコート工程と、第２の圧力の下で、第１のカーボン膜２０１をプラズマにより処理するプラズマ処理工程と、を実行する。その結果、連続成膜におけるウエハＷ間の膜厚の均一性を向上させることができる。
【0058】
また、第１実施形態によれば、第２の圧力は、第１の圧力よりも低い。換言すれば、第１の圧力は、第２の圧力よりも高い。第１の圧力を高圧とすることで、処理容器内で生成されるプラズマを第１のカーボン膜２０１の処理に適した範囲で選択的に広げることができる。
【0059】
また、第１実施形態によれば、プラズマ処理工程は、第２の圧力の下で、第２の炭素含有ガスのプラズマにより、第１のカーボン膜上に第１のカーボン膜よりも広い範囲で処理容器の内壁を被覆する第２のカーボン膜を形成する。その結果、チャンバコンディションの変化を抑制することができ、チャンバコンディションの変化に応じてウエハＷ間の膜厚分布が不均一となることを抑制することができる。
【0060】
また、第１実施形態によれば、第１の炭素含有ガス及び第２の炭素含有ガスは、ＣＨ系ガスとＨ２ガスとを含むガスである。そして、プリコート工程は、ＣＨ系ガスに対するＨ２ガスの流量比として第１の流量比を用い、プラズマ処理工程は、ＣＨ系ガスに対するＨ２ガスの流量比として第１の流量比よりも高い第２の流量比を用いる。その結果、ウエハＷ上にカーボン膜であるグラフェン膜を成膜する場合に成膜特性の制御のために導入されるＨ２ガスによって第２のカーボン膜２０２がエッチングされることを抑制することができ、チャンバコンディションをより安定化することができる。
【0061】
また、第１実施形態によれば、第１の炭素含有ガスは、さらにＮ２ガスを含有し、第２の炭素含有ガスは、Ｎ２ガスを含有しない。その結果、第１のカーボン膜２０１のエッチング耐性を向上させることができ、且つ第２のカーボン膜２０２からの窒素がウエハＷに悪影響を及ぼす可能性を低減することができる。
【0062】
また、第２実施形態によれば、プラズマ処理工程は、第２の圧力の下で、改質ガスのプラズマにより、第１のカーボン膜の表面を改質する。その結果、チャンバコンディションの変化を抑制することができ、チャンバコンディションの変化に応じてウエハＷ間の膜厚分布が不均一となることを抑制することができる。
【0063】
また、第２実施形態によれば、改質ガスは、Ｈ２ガスと希ガスとを含むガスである。その結果、第１のカーボン膜２０１の表面を改質して、第１のカーボン膜２０１よりも水素に関するプラズマ耐性が高い改質膜２０１ａを形成することができる。
【0064】
また、第２実施形態によれば、希ガスは、Ａｒガスである。その結果、プラズマを容易に着火することができる。
【0065】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【0066】
例えば、上記した実施形態では、載置台１０２上にウエハＷを載置せずにプリコート工程及びプラズマ処理工程を行ったが、開示技術はこれに限定されない。例えば、載置台１０２上へのパーティクル落下や、載置台１０２表面へのカーボン膜堆積を防止するためにダミーウエハを載置してプリコート工程及びプラズマ処理工程を実行するようにしてもよい。
【0067】
また、上記した実施形態では、ウエハＷ上にグラフェン膜を成膜する形態を説明したが、これに限定されない。例えば、ウエハＷ上にアモルファスカーボン膜やダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する場合にも適用することができる。
【0068】
また、上記した実施形態では、処理容器１０１にマイクロ波源であるマイクロ波放射機構１４３を複数設けた処理装置１００を用いたが、これに限定されない。例えば、マイクロ波源として１つの平面スロットアンテナを用いてマイクロ波を放射する処理装置を用いてもよい。
【0069】
また、上記した実施形態では、天壁部１１１に複数のガス導入ノズル１２３を設けたが、これに限定されない。例えば、処理容器内の載置台の上方位置に上下を仕切るように設けられたシャワープレートを介してガスを供給するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0070】
１００ 処理装置
１０１ 処理容器
１０２ 載置台
１０６ 制御部
１１１ 天壁部
１１２ 側壁部
２０１ 第１のカーボン膜
２０２ 第２のカーボン膜
Ｐ１～Ｐ３ プラズマ
Ｗ ウエハ
１０１ 処理容器
１０２ 載置台
１０６ 制御部
１１１ 天壁部
１１２ 側壁部
２０１ 第１のカーボン膜
２０２ 第２のカーボン膜
Ｐ１～Ｐ３ プラズマ
Ｗ ウエハ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】