WO2021033579A1 - 処理装置および成膜方法 - Google Patents

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WO2021033579A1
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carbon
plasma
film forming
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PCT/JP2020/030346
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和田　真
貴士 松本
杉浦　正仁
亮太 井福
博一 上田
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東京エレクトロン株式会社
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present disclosure relates to a processing apparatus and a film forming method.
  • the present disclosure provides a processing apparatus and a film forming method capable of reducing the generation of particles.
  • the processing apparatus is a processing apparatus that forms a film by plasma, and has a processing container, a mounting table, and a control unit.
  • the processing container has a ceramic sprayed coating on the inner wall on which the antenna that radiates microwaves is arranged, and houses the substrate.
  • the mounting table mounts the substrate in the processing container.
  • the control unit has a precoating step of coating the surface of the ceramic spray film with the first carbon film with the plasma of the first carbon-containing gas at the first pressure, and the second carbon content at the second pressure.
  • a film forming step of forming a second carbon film on the substrate with gas plasma is performed.
  • the generation of particles can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a processing apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the microwave introduction device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the microwave radiation mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the top wall portion of the processing container according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a ceramic sprayed coating according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the coating positions of the ceramic sprayed coating film and the first carbon film in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a ceramic sprayed film and a first carbon film according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a processing apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the microwave introduction device according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the film forming process according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the recess of the first carbon film in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating replenishment and recession of the first carbon film in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the film forming process in the second embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing an example of the rate of change in the film thickness of the graphene film formed on the wafer when there is no recoating step and when there is a recoating step as the second embodiment.
  • the plasma CVD method for example, when a carbon film is formed using a microwave plasma processing apparatus, when the pressure of the chamber, which is the processing container, becomes low, microwave energy propagates to the inner wall of the chamber, causing damage to the inner wall. Abnormal discharge may occur.
  • the inner wall of the chamber made of aluminum is treated with a ceramic spray coating to insulate it.
  • the ceramic sprayed coating has corrosion resistance to process gas, but at low pressure, the plasma potential (Vp) rises, the difference from the floating potential (Vf) becomes large, and it becomes easy to sputter. In the vicinity of the plasma source, the ceramic sprayed coating is sputtered and becomes a particle source. Therefore, it is expected to reduce the generation of particles by protecting the ceramic sprayed coating.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a processing apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the processing device 100 shown in FIG. 1 includes a processing container 101, a mounting table 102, a gas supply mechanism 103, an exhaust device 104, a microwave introduction device 105, and a control unit 106.
  • the processing container 101 accommodates the wafer W.
  • the mounting table 102 mounts the wafer W.
  • the gas supply mechanism 103 supplies gas into the processing container 101.
  • the exhaust device 104 exhausts the inside of the processing container 101.
  • the microwave introduction device 105 generates microwaves for generating plasma in the processing container 101, and introduces microwaves into the processing container 101.
  • the control unit 106 controls the operation of each unit of the processing device 100.
  • the processing container 101 is formed of a metal material such as aluminum and an alloy thereof, has a substantially cylindrical shape, and has a plate-shaped top wall portion 111 and a bottom wall portion 113, and a side wall portion 112 connecting them. doing.
  • the microwave introduction device 105 is provided above the processing container 101 and functions as a plasma generation means for introducing an electromagnetic wave (microwave) into the processing container 101 to generate plasma.
  • the microwave introduction device 105 will be described in detail later.
  • the top wall portion 111 has a plurality of openings into which the microwave radiation mechanism and the gas introduction portion, which will be described later, of the microwave introduction device 105 are fitted.
  • the side wall portion 112 has a carry-in / out port 114 for carrying in / out the wafer W, which is a substrate to be processed, between the side wall portion 112 and a transport chamber (not shown) adjacent to the processing container 101.
  • the carry-in outlet 114 is opened and closed by a gate valve 115.
  • An exhaust device 104 is provided on the bottom wall portion 113.
  • the exhaust device 104 is provided in an exhaust pipe 116 connected to the bottom wall portion 113, and includes a vacuum pump and a pressure control valve.
  • the inside of the processing container 101 is exhausted through the exhaust pipe 116 by the vacuum pump of the exhaust device 104.
  • the pressure in the processing container 101 is controlled by the pressure control valve.
  • the inner walls of the top wall portion 111 and the upper part of the side wall portion 112 are subjected to ceramic spray coating treatment and insulation treatment.
  • a ceramic spray coating is formed by thermal spray coating using ceramics such as metal oxides and metal nitrides. After spray coating, sintering annealing treatment may be performed.
  • yttria Y2O3
  • other metal oxides include Al2O3, TiO2, SiO2, Cr2O3, ZrO2, MgO and the like.
  • examples of the metal nitride include TiN, TaN, AlN, BN, Si3N4, HfN, NbN and the like.
  • metal fluoride, metal carbide, or diamond-like carbon as an insulator may be used.
  • the metal fluoride include LiF, CaF2, BaF2, YF3 and the like.
  • the metal carbide include SiC, HfC, ZrC, VC, Cr3C2 and the like.
  • a ceramic sprayed film containing carbon, such as a metal carbide is excellent in adhesion and consistency with a first carbon film described later.
  • the material of the ceramic sprayed coating may be the combination described above, and examples thereof include Y2O3F.
  • the mounting table 102 has a disk shape and is made of ceramics such as AlN.
  • the mounting table 102 is supported by a support member 120 made of ceramics such as cylindrical AlN extending upward from the center of the bottom of the processing container 101.
  • a guide ring 181 for guiding the wafer W is provided on the outer edge of the mounting table 102.
  • an elevating pin (not shown) for raising and lowering the wafer W is provided so as to be retractable with respect to the upper surface of the mounting table 102.
  • a resistance heating type heater 182 is embedded inside the mounting table 102, and the heater 182 heats the wafer W on the mounting table 102 by supplying power from the heater power supply 183.
  • thermocouple (not shown) is inserted in the mounting table 102, and the heating temperature of the wafer W is controlled to a predetermined temperature in the range of, for example, 300 to 1000 ° C. based on the signal from the thermocouple. It is possible. Further, an electrode 184 having the same size as the wafer W is embedded above the heater 182 in the mounting table 102, and a high frequency bias power supply 122 is electrically connected to the electrode 184. A high-frequency bias for drawing ions is applied from the high-frequency bias power supply 122 to the mounting table 102. The high frequency bias power supply 122 may not be provided depending on the characteristics of plasma processing.
  • the gas supply mechanism 103 is for introducing the plasma generation gas and the raw material gas for forming the carbon film into the processing container 101, and has a plurality of gas introduction nozzles 123.
  • the gas introduction nozzle 123 is fitted into an opening formed in the top wall portion 111 of the processing container 101.
  • a gas supply pipe 191 is connected to the gas introduction nozzle 123.
  • the gas supply pipe 191 is branched into five branch pipes 191a, 191b, 191c, 191d, and 191e.
  • Ar gas supply source 192, O2 gas supply source 193, N2 gas supply source 194, H2 gas supply source 195, and C2H2 gas supply source 196 are connected to these branch pipes 191a, 191b, 191c, 191d, and 191e.
  • the Ar gas supply source 192 supplies Ar gas as a rare gas which is a plasma-producing gas.
  • the O2 gas supply source 193 supplies O2 gas as an oxidation gas which is a cleaning gas.
  • the N2 gas supply source 194 supplies N2 gas used as a purge gas or the like.
  • the H2 gas supply source 195 supplies H2 gas as a reducing gas.
  • the C2H2 gas supply source 196 supplies acetylene (C2H2) gas as a carbon-containing gas which is a film-forming raw material gas.
  • the C2H2 gas supply source 196 may supply other carbon-containing gas such as ethylene (C2H4).
  • the carbon-containing gas supplied by the C2H2 gas supply source 196 is a first carbon-containing gas and a second carbon-containing gas, which will be described later. That is, in the first embodiment, the same carbon-containing gas is used as the first carbon-containing gas and the second carbon-containing gas.
  • the first carbon-containing gas and the second carbon-containing gas different carbon-containing gases such as acetylene and ethylene may be used.
  • branch pipes 191a, 191b, 191c, 191d, and 191e are provided with a mass flow controller for flow control and valves before and after the mass flow controller. It is also possible to adjust the dissociation of the gas by providing a shower plate and supplying the C2H2 gas and the H2 gas to a position close to the wafer W. Further, the same effect can be obtained by extending the nozzle for supplying these gases downward.
  • the microwave introduction device 105 is provided above the processing container 101 and functions as a plasma generation means for introducing electromagnetic waves (microwaves) into the processing container 101 to generate plasma.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the microwave introduction device according to the first embodiment.
  • the microwave introduction device 105 includes a top wall portion 111 of the processing container 101, a microwave output portion 130, and an antenna unit 140.
  • the top wall portion 111 functions as a top plate.
  • the microwave output unit 130 generates microwaves and distributes the microwaves to a plurality of paths to output the microwaves.
  • the antenna unit 140 introduces the microwave output from the microwave output unit 130 into the processing container 101.
  • the microwave output unit 130 includes a microwave power supply 131, a microwave oscillator 132, an amplifier 133, and a distributor 134.
  • the microwave oscillator 132 is in a solid state and oscillates microwaves (for example, PLL oscillation) at 860 MHz, for example.
  • the microwave frequency is not limited to 860 MHz, and those in the range of 700 MHz to 10 GHz such as 2.45 GHz, 8.35 GHz, 5.8 GHz, 1.98 GHz and the like can be used.
  • the amplifier 133 amplifies the microwave oscillated by the microwave oscillator 132.
  • the distributor 134 distributes the microwave amplified by the amplifier 133 to a plurality of paths.
  • the distributor 134 distributes microwaves while matching the impedances on the input side and the output side.
  • the antenna unit 140 includes a plurality of antenna modules 141.
  • Each of the plurality of antenna modules 141 introduces microwaves distributed by the distributor 134 into the processing container 101.
  • the configurations of the plurality of antenna modules 141 are all the same.
  • Each antenna module 141 has an amplifier unit 142 that mainly amplifies and outputs the distributed microwaves, and a microwave radiation mechanism 143 that radiates the microwaves output from the amplifier unit 142 into the processing container 101.
  • the amplifier unit 142 includes a phase device 145, a variable gain amplifier 146, a main amplifier 147, and an isolator 148.
  • the phase device 145 changes the phase of the microwave.
  • the variable gain amplifier 146 adjusts the power level of the microwave input to the main amplifier 147.
  • the main amplifier 147 is configured as a solid state amplifier.
  • the isolator 148 separates the reflected microwaves reflected by the antenna portion of the microwave radiation mechanism 143, which will be described later, toward the main amplifier 147.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the microwave radiation mechanism according to the first embodiment.
  • the plurality of microwave radiation mechanisms 143 are provided on the top wall portion 111.
  • the microwave radiation mechanism 143 has a tubular outer conductor 152 and an inner conductor 153 provided in the outer conductor 152 coaxially with the outer conductor 152.
  • the microwave radiation mechanism 143 includes a coaxial tube 151 having a microwave transmission line between the outer conductor 152 and the inner conductor 153, a tuner 154, a feeding unit 155, and an antenna unit 156.
  • the tuner 154 matches the impedance of the load with the characteristic impedance of the microwave power supply 131.
  • the power feeding unit 155 feeds the amplified microwave from the amplifier unit 142 to the microwave transmission line.
  • the antenna unit 156 radiates microwaves from the coaxial tube 151 into the processing container 101.
  • microwaves amplified by the amplifier unit 142 by a coaxial cable are introduced from the side of the upper end portion of the outer conductor 152, and for example, the microwave is radiated by the feeding antenna.
  • the microwave power is supplied to the microwave transmission line between the outer conductor 152 and the inner conductor 153, and the microwave power propagates toward the antenna portion 156.
  • the antenna portion 156 is provided at the lower end portion of the coaxial tube 151.
  • the antenna portion 156 is arranged on a disk-shaped flat antenna 161 connected to the lower end of the inner conductor 153, a slow wave member 162 arranged on the upper surface side of the flat antenna 161 and a lower surface side of the flat antenna 161. It also has a microwave transmission plate 163.
  • the microwave transmission plate 163 is fitted in the top wall portion 111, and the lower surface thereof is exposed in the internal space of the processing container 101.
  • the planar antenna 161 has a slot 161a formed so as to penetrate the flat antenna 161.
  • the shape of slot 161a is appropriately set so that microwaves are efficiently radiated.
  • a dielectric may be inserted in the slot 161a.
  • the slow wave material 162 is made of a material having a dielectric constant larger than that of a vacuum, and the phase of the microwave can be adjusted by the thickness thereof so that the radiant energy of the microwave is maximized. it can.
  • the microwave transmission plate 163 is also made of a dielectric and has a shape capable of efficiently radiating microwaves in TE mode. Then, the microwave transmitted through the microwave transmission plate 163 generates plasma in the space inside the processing container 101.
  • the material constituting the slow wave material 162 and the microwave transmission plate 163 for example, quartz, ceramics, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene resin, a polyimide resin, or the like can be used.
  • Tuner 154 constitutes a slug tuner. As shown in FIG. 3, the tuner 154 has slugs 171a and 171b, an actuator 172, and a tuner controller 173.
  • the slags 171a and 171b are two slags arranged on the proximal end side (upper end portion side) of the coaxial tube 151 with respect to the antenna portion 156.
  • the actuator 172 drives these two slags independently.
  • the tuner controller 173 controls the actuator 172.
  • the slags 171a and 171b are plate-shaped and annular, are made of a dielectric material such as ceramics, and are arranged between the outer conductor 152 and the inner conductor 153 of the coaxial tube 151. Further, the actuator 172 individually drives the slags 171a and 171b by rotating two screws provided inside the inner conductor 153 into which the slags 171a and 171b are screwed, respectively. Then, based on the command from the tuner controller 173, the actuator 172 moves the slags 171a and 171b in the vertical direction. The tuner controller 173 adjusts the positions of the slags 171a and 171b so that the impedance at the end portion becomes 50 ⁇ .
  • the main amplifier 147, the tuner 154, and the planar antenna 161 are arranged close to each other.
  • the tuner 154 and the planar antenna 161 form a lumped constant circuit and function as a resonator. There is an impedance mismatch in the mounting portion of the planar antenna 161.
  • the tuner 154 directly tunes the plasma load, it is possible to tune with high accuracy including the plasma, and it is possible to eliminate the influence of reflection on the planar antenna 161.
  • the corresponding microwave transmission plates 163 are arranged evenly in a hexagonal close-packed arrangement. There is. That is, one of the seven microwave transmission plates 163 is arranged in the center of the top wall portion 111, and the other six microwave transmission plates 163 are arranged around the center. These seven microwave transmission plates 163 are arranged so that adjacent microwave transmission plates 163 are evenly spaced. Further, the plurality of gas introduction nozzles 123 of the gas supply mechanism 103 are arranged so as to surround the periphery of the central microwave transmission plate 163.
  • the number of microwave radiation mechanisms 143 is not limited to seven.
  • the control unit 106 is typically composed of a computer and controls each unit of the processing device 100.
  • the control unit 106 includes a storage unit that stores the process sequence of the processing device 100 and the process recipe that is a control parameter, an input means, a display, and the like, and can perform predetermined control according to the selected process recipe. ..
  • control unit 106 controls each unit of the processing device 100 so as to perform the film forming method described later.
  • the control unit 106 uses the plasma of the first carbon-containing gas at the first pressure in the state where the substrate (wafer W) is not carried into the processing container 101.
  • a precoating step of coating the surface of the ceramic sprayed coating on the inner wall with the first carbon film is performed.
  • the control unit 106 executes a mounting step of mounting the substrate on the mounting table 102 in the processing container 101.
  • the control unit 106 executes a film forming step of forming a second carbon film on the substrate with the plasma of the second carbon-containing gas at the second pressure.
  • first carbon-containing gas and the second carbon-containing gas acetylene (C2H2) gas supplied from the C2H2 gas supply source 196 can be used.
  • first carbon-containing gas and the second carbon-containing gas ethylene (C2H4) gas or the like may be used.
  • the first pressure is, for example, 2 Torr
  • the second pressure is, for example, 50 mTorr.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a ceramic sprayed coating according to the first embodiment.
  • an oxide film 111a of Al2O3 is formed on the surface of the processing container 101, for example, the surface of the top wall portion 111, with respect to the base material Al.
  • a ceramic sprayed coating 201 is formed on the oxide film 111a by thermal spray coating.
  • the ceramic sprayed coating 201 is a sprayed coating of a metal oxide such as yttria or a metal nitride.
  • the ceramic sprayed coating 201 is pretreated for normalization and stabilization of the surface.
  • the pretreatment is performed, for example, by supplying a gas containing one or more of hydrogen and a rare gas as a plasma generating gas (discharge gas) to the processing container 101 to ignite the plasma.
  • a gas containing one or more of hydrogen and a rare gas as a plasma generating gas (discharge gas)
  • the rare gas for example, Ar is used.
  • the processing temperature and plasma power are appropriately changed according to the state of the substrate.
  • the plasma may not be ignited, and a mixed gas containing one or more of hydrogen and a rare gas may be supplied to the treatment container 101 to perform the annealing treatment.
  • a mixed gas containing oxygen or nitrogen and a rare gas is supplied to the processing container 101 as a plasma generating gas (discharge gas), and the plasma is ignited and executed.
  • the rare gas for example, Ar is used.
  • the plasma treatment in the pretreatment may be performed as a continuous treatment or may be divided into a plurality of times as in the pulse treatment. Further, by changing the pressure in the processing container 101 to control the spread of plasma, the effect of the pretreatment may be spread over the entire processing container 101.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the coating positions of the ceramic sprayed coating film and the first carbon film in the first embodiment.
  • a ceramic sprayed coating 201 is formed on the inner wall above the top wall portion 111 and the side wall portion 112.
  • the processing apparatus 100 reduces the pressure in the processing container 101 to the first pressure, supplies the first carbon-containing gas as the plasma generating gas into the processing container 101 from the gas introduction nozzle 123, and ignites the plasma.
  • the first pressure is, for example, 2 Torr, which is higher than the second pressure (for example, 50 mTorr) when the second carbon film 207 is formed on the wafer W placed on the mounting table 102. .. Therefore, as shown in FIG.
  • a high-density plasma P is formed in the vicinity of the microwave transmission plate 163, which is a plasma source, in the space S of the processing container 101. That is, the plasma P stands in the region directly below the top wall portion 111. In this state, the inner wall above the top wall portion 111 and the side wall portion 112 can be coated with the first carbon film 202.
  • the pressure inside the processing container 101 is lowered, the plasma P spreads toward the mounting table 102, and when the pressure is raised, the plasma P narrows toward the top wall portion 111.
  • such a process of coating the first carbon film 202 is referred to as a precoating step.
  • FIG. 6 schematically shows a place where the second carbon film 207 is formed in the forming step.
  • the microwave energy is used to excite the plasma-producing gas supplied at high density. That is, at the first pressure, most of the microwave energy is absorbed in the plasma P, which is a high-density plasma. Further, when the pressure in the processing container 101 is increased, the plasma potential (Vp) of the plasma P decreases, the difference from the floating potential (Vf) becomes small, and the plasma potential decreases, so that plasma damage can be suppressed. it can. Therefore, the ceramic sprayed film 201 can be coated with the first carbon film 202 without causing particles to be generated with almost no plasma damage to the ceramic sprayed film 201.
  • the coverage range of the first carbon film 202 can be expanded to the lower part of the processing container 101 by lowering the pressure of the plasma generated gas, and narrowed to the upper part of the processing container 101 by increasing the pressure of the plasma generated gas. be able to.
  • the temperature of the wall surface of the processing container 101 may be raised by using a temperature adjusting mechanism such as the top wall portion 111. By raising the temperature of the top wall portion 111 or the like, a more stable bonded carbon film can be coated (filmed).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a ceramic sprayed film and a first carbon film according to the first embodiment.
  • an oxide film 111a is formed on the surface of the processing container 101, for example, the surface of the top wall portion 111 as in FIG. 5, and the ceramic sprayed coating 201 is formed on the oxide film 111a.
  • a first carbon film 202 is coated on the ceramic sprayed film 201 by a precoating step.
  • the first carbon film 202 is, for example, a carbon film containing one or more of a graphene film, an amorphous carbon film, and a diamond-like carbon film.
  • the first carbon film 202 protects the ceramic sprayed film 201 in the film forming process for forming the second carbon film 207 on the wafer W. That is, the first carbon film 202 serves as a sacrificial film.
  • the hydrogen gas When hydrogen gas is added to the first carbon-containing gas in the precoating step, the hydrogen gas contributes as an etching component when coating the first carbon film 202, so that the carbon bond having an unstable bond is etched.
  • the structure of the carbon film 202 of 1 can be stabilized.
  • nitrogen gas when nitrogen gas is added to the first carbon-containing gas, nitrogen is added to the first carbon film 202, and the insulating property of the first carbon film 202 can be improved.
  • the amount of nitrogen added is preferably about 10 times that of the carbon source in the first carbon-containing gas.
  • the floating potential (Vf) of the top wall portion 111 rises, so that the difference from the plasma potential (Vp) becomes small and the plasma damage to the top wall portion 111 is reduced. can do. That is, the generation of particles can be suppressed.
  • an annealing treatment may be performed to stabilize and sinter the first carbon film 202.
  • the pressure in the processing container 101 is set to a high pressure condition such as 1 Torr.
  • the annealing treatment is performed in an argon (Ar) single gas atmosphere, a nitrogen (N2) single gas atmosphere, an Ar—N2 atmosphere, or the like. By performing the annealing treatment, a non-uniform portion having a weak bond in the first carbon film 202 is removed.
  • the wafer W was not placed on the mounting table 102, but a dummy substrate was used to prevent particles from falling on the mounting table 102 and carbon film deposition on the surface of the mounting table 102. It may be placed.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the film forming process according to the first embodiment.
  • the control unit 106 executes the precoating step (step S1).
  • the control unit 106 reduces the pressure in the processing container 101 to the first pressure (for example, 2 Torr) in a state where the wafer W is not carried into the processing container 101.
  • the control unit 106 supplies Ar gas, which is a plasma-generating gas, directly below the top wall portion 111 of the processing container 101 from the gas introduction nozzle 123. Further, the control unit 106 guides the microwaves distributed and output from the microwave output unit 130 of the microwave introduction device 105 to the plurality of antenna modules 141 of the antenna unit 140, and these microwave radiation mechanisms 143. Radiates from and ignites the plasma.
  • each antenna module 141 microwaves are individually amplified by the main amplifier 147 constituting the solid state amplifier, fed to each microwave radiation mechanism 143, transmitted through the coaxial tube 151, and reach the antenna unit 156.
  • the impedance of the microwave is automatically matched by the slugs 171a and 171b of the tuner 154, and the plane antenna 161 passes through the slow wave material 162 of the antenna portion 156 from the tuner 154 in a state where there is substantially no power reflection. Emitted from slot 161a.
  • the microwave further passes through the microwave transmission plate 163 and is transmitted on the surface (lower surface) of the microwave transmission plate 163 in contact with the plasma to form a surface wave.
  • the electric power from each antenna portion 156 is spatially combined in the processing container 101, a surface wave plasma by Ar gas is generated in a region directly below the top wall portion 111, and that region becomes a plasma generation region.
  • the control unit 106 supplies the first carbon-containing gas from the gas introduction nozzle 123 at the timing when the plasma is ignited. These are excited by plasma and dissociated, and are supplied to the inner wall above the top wall portion 111 and the side wall portion 112. The inner wall above the top wall portion 111 and the side wall portion 112 is covered with the first carbon film 202.
  • control unit 106 places the wafer W on the mounting table 102 in the processing container 101 (step S2).
  • the control unit 106 sets the pressure in the processing container 101 to, for example, 400 mTorr, supplies a gas such as a mixed gas of Ar and N2 or a mixed gas of Ar and H2 into the processing container 101, and supplies the gas to the surface of the wafer W.
  • the annealing process (step) is performed (step S3). The surface of the wafer W is cleaned and activated by the annealing treatment.
  • control unit 106 executes the film forming step (step S4).
  • the control unit 106 reduces the pressure in the processing container 101 to a second pressure (for example, 50 mTorr). Similar to the precoating step, the control unit 106 supplies Ar gas, which is a plasma generating gas, directly under the top wall portion 111 of the processing container 101 from the gas introduction nozzle 123, and controls the microwave introduction device 105 to generate plasma. Ignite.
  • the control unit 106 supplies the second carbon-containing gas from the gas introduction nozzle 123 at the timing when the plasma is ignited.
  • the upper limit of the processing temperature at the time of film formation is about 900 ° C., and the lower limit is about 300 ° C.
  • the processing temperature of this graphene film formation is equal to or lower than the temperature of the wiring process of a normal semiconductor device.
  • the first carbon film 202 in the processing container 101 is also etched and recessed. At this time, a part of the etched carbon is exhausted from the inside of the processing container 101 by the exhaust device 104, and the rest is dissociated into the carbon source and consumed as a carbon film-forming component without becoming particles.
  • the etched carbon does not affect the film quality of the second carbon film 207 formed on the wafer W.
  • the number of graphene layers formed in the film forming step is a structure of an ultrathin film in which about one to ten or more layers are laminated, and the graphene film has excellent uniformity.
  • the control unit 106 carries out the wafer W from the processing container 101 (step S5).
  • the control unit 106 determines whether or not the inside of the processing container 101 needs to be cleaned (step S6). For example, the control unit 106 determines whether or not the number of wafers W processed in the processing container 101 after cleaning has reached a predetermined value.
  • step S6 determines that it is not necessary to clean the inside of the processing container 101 (step S6: No)
  • the control unit 106 returns to step S2, places the next wafer W, and performs an annealing step and a film forming step. ..
  • step S6 determines that the inside of the processing container 101 needs to be cleaned
  • step S7 the control unit 106 executes a cleaning step of cleaning the inside of the processing container 101 (step S7).
  • the cleaning step the cleaning gas is supplied into the processing container 101 to clean the inside of the processing container 101.
  • the control unit 106 determines whether or not to end the film forming process following the cleaning step (step S8). When the control unit 106 determines that the film forming process is not completed (step S8: No), the control unit 106 returns to step S1 and executes the precoating step. On the other hand, when the control unit 106 determines that the film forming process is completed (step S8: Yes), the control unit 106 ends the film forming process.
  • the ceramic sprayed coating film 201 is coated with the first carbon film 202 after processing a predetermined number of wafers W, but each time the wafer W is processed, the first carbon film is coated. 202 may be recoated.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the recess of the first carbon film in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating replenishment and recession of the first carbon film in the second embodiment.
  • the configuration of the processing device 100 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
  • the first carbon film 202 shown in the state 210 is etched at the time of graphene film formation as shown in the state 211, and is recessed by the region 203 minutes. A part of the carbon film in the etched region 203 is exhausted from the processing container 101 by the exhaust device 104, and the rest is dissociated into carbon resources and does not become particles, and the second carbon film 207 on the wafer W ( It is a film-forming component of graphene film). Since the film thickness of the first carbon film 202 is reduced by this etching reaction, the particle suppression effect of the first carbon film 202 is diminished as the continuous wafer processing of graphene film formation is performed.
  • the film thickness and the like are made constant by further adding a carbon film on the first carbon film 202 coated in the precoating step by recoating each time the wafer W is processed. be able to.
  • an additional carbon film 204 is further coated as shown in the state 221.
  • the carbon 205 is supplied to the inner wall above the top wall 111 and the side wall 112 by the plasma of the first carbon-containing gas at the first pressure, and the additional carbon film 204 is coated.
  • the additional carbon film 204 can be regarded as having a substantially thicker film thickness of the first carbon film 202.
  • the second carbon film 207 graphene film
  • the second carbon film 207 (graphene film) is formed on the wafer W by the plasma of the second carbon-containing gas at the second pressure.
  • the additional carbon film 204 is etched and recessed by the region 206 minutes. A part of the carbon film of the etched region 206 is exhausted from the inside of the processing container 101 by the exhaust device 104, and the rest is dissociated into carbon resources and does not become particles, but the second carbon film 207 on the wafer W. It becomes a film forming component.
  • the first carbon film 202 is coated with the additional carbon film 204 again as shown in the state 221.
  • the combined film thickness of the first carbon film 202 and the additional carbon film 204 can be kept constant at the start of graphene film formation. That is, the additional carbon film 204 corresponds to the amount to be etched at the time of graphene film formation.
  • the continuous particle suppression effect can be obtained even if the graphene film is continuously formed on the wafer W. Further, stable film thickness reproducibility can be obtained for the second carbon film 207 formed on the wafer W.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the film forming process in the second embodiment.
  • the control unit 106 executes the precoating step (step S11).
  • the control unit 106 sets the pressure in the processing container 101 to the first pressure (for example, 2 Torr) in a state where the wafer W is not carried into the processing container 101.
  • the pressure is reduced, the plasma is ignited, and the first carbon-containing gas is supplied. These are excited by plasma and dissociated, and are supplied to the inner wall above the top wall portion 111 and the side wall portion 112.
  • the inner wall above the top wall portion 111 and the side wall portion 112 is covered with the first carbon film 202.
  • the control unit 106 executes the recoating process (step S12).
  • the recoating step as in the precoating step, the pressure in the processing container 101 is reduced to the first pressure, the plasma is ignited, and the first carbon-containing gas is supplied to the first carbon film 202. An additional carbon film 204 is coated.
  • the execution time of the precoating step may be lengthened to cover the first carbon film 202 having a film thickness including the film thickness of the additional carbon film 204.
  • control unit 106 places the wafer W on the mounting table 102 in the processing container 101 (step S13).
  • the control unit 106 sets the pressure in the processing container 101 to, for example, 400 mTorr, and executes an annealing process (step) on the surface of the wafer W in an Ar—N2 atmosphere or the like (step S14).
  • the surface of the wafer W is cleaned and activated by the annealing treatment.
  • control unit 106 executes the film forming step (step S15). Similar to the first embodiment, the control unit 106 reduces the pressure in the processing container 101 to a second pressure (for example, 50 mTorr), ignites the plasma, and supplies the second carbon-containing gas. These are excited by plasma and dissociated, radicals from which ions and electrons have been removed are supplied to the wafer W, a second carbon film 207 is formed on the wafer W, and graphene is formed.
  • a second pressure for example, 50 mTorr
  • the control unit 106 carries out the wafer W from the processing container 101 (step S16).
  • the control unit 106 determines whether or not the inside of the processing container 101 needs to be cleaned (step S17).
  • the control unit 106 determines that cleaning is not necessary (step S17: No)
  • the control unit 106 returns to step S12 and executes the recoating step.
  • the control unit 106 determines that cleaning is necessary (step S17: Yes)
  • the control unit 106 executes a cleaning step of cleaning the inside of the processing container 101 (step S18). In the cleaning step, cleaning gas is supplied into the processing container 101 for cleaning.
  • the control unit 106 determines whether or not to end the film forming process following the cleaning step (step S19). When the control unit 106 determines that the film forming process is not completed (step S19: No), the control unit 106 returns to step S11 and executes the precoating step. When the control unit 106 determines that the film forming process is completed (step S19: Yes), the control unit 106 ends the film forming process. Thereby, stable particle suppression and film thickness control of the second carbon film 207 (graphene film) on the wafer W can be performed. In addition, the processing throughput of the wafer W can be improved.
  • the wafer W is placed after the recoating step, but since the film formation of the second carbon film 207 on the wafer W does not proceed in the recoating step, the wafer W is placed before the recoating step.
  • a recoating step may be performed.
  • the precoating step and the film forming step may be executed as a series of steps with the wafer W placed on the wafer W. As a result, the transfer time of the wafer W can be shortened, and the productivity can be improved.
  • the cleaning step is executed every time a predetermined number of wafers W are processed, but the cleaning step may be executed every time the wafer W is processed. At that time, only the additional carbon film 204 that covers the first carbon film 202 may be removed.
  • the recoating step is performed every time the wafer W is processed, but it may be performed every time a plurality of wafers W are processed. For example, after the processing of the wafer W for one lot is completed, the recoating process is performed so as to replenish the first carbon film 202 consumed during the processing of the wafer W for one lot.
  • FIG. 12 is a graph showing an example of the rate of change in the film thickness of the graphene film formed on the wafer when there is no recoating step and when there is a recoating step as the second embodiment.
  • a graph 231 without the recoating step and a graph 232 with the recoating step to which the second embodiment is applied are shown for the graphene film forming process of the five wafers W. ..
  • the processing device 100 is a processing device that forms a film by plasma, and includes a processing container 101, a mounting table 102, and a control unit 106.
  • the processing container 101 has a ceramic sprayed coating 201 on an inner wall on which an antenna that emits microwaves is arranged, and accommodates a substrate (wafer W).
  • the mounting table 102 mounts the substrate in the processing container 101.
  • the control unit 106 has a precoating step of coating the surface of the ceramic spray film with the first carbon film 202 with the plasma of the first carbon-containing gas at the first pressure, and the second at the second pressure.
  • a film forming step of forming a second carbon film on a substrate is performed by plasma of a carbon-containing gas. As a result, the generation of particles can be reduced.
  • the first carbon film 202 and the second carbon film include one or more of the graphene film, the amorphous carbon film and the diamond-like carbon film.
  • the carbon etched from the first carbon film 202 can be consumed as the carbon film-forming component of the second carbon film.
  • the first carbon-containing gas further contains nitrogen
  • the first carbon film 202 is a carbon film containing nitrogen.
  • the insulating property of the first carbon film 202 can be improved.
  • plasma damage to the top wall portion 111 can be reduced.
  • the first pressure is higher than the second pressure.
  • the ceramic sprayed film 201 is a metal oxide film or a metal nitride film. As a result, the propagation of microwave energy on the inner wall of the chamber can be suppressed.
  • control unit 106 stabilizes oxygen or nitrogen in the ceramic sprayed coating 201 by plasma of a gas containing one or more of hydrogen and a rare gas before the precoating step. Execute the pretreatment process that performs the chemical termination process. As a result, it is possible to stabilize the variation portion where the oxidized state or the nitriding state of the ceramic sprayed coating 201 is incomplete.
  • the carbon dissociated from the first carbon film 202 etched by the plasma of the second carbon-containing gas contributes to the film forming together with the second carbon-containing gas. To do. As a result, the generation of particles can be reduced.
  • control unit 106 uses the plasma of the first carbon-containing gas at the first pressure after the film forming step, and the plasma of the second carbon-containing gas in the film forming step.
  • a recoating step of replenishing the first carbon film 202 etched by is performed.
  • the first carbon film 202 consumed in the film forming process can be replenished.
  • control unit 106 repeatedly executes the annealing step of annealing the substrate and the film forming step after the precoating step, and the processing of the substrate for one lot is completed. After that, the recoating step is executed. As a result, the first carbon film 202 consumed in the film forming process can be replenished in units of one lot.
  • the control unit 106 is etched by the plasma of the first carbon-containing gas at the first pressure after the precoating step and by the plasma of the second carbon-containing gas in the film forming step.
  • the second recoating step of replenishing the etching amount of the first carbon film 202 to be formed in advance is performed.
  • the control unit 106 executes an annealing step of annealing the substrate and a film forming step. As a result, stable particle suppression and film thickness control of the graphene film on the substrate can be performed.
  • the present invention is not limited to this.
  • it can also be applied when an amorphous carbon film or a diamond-like carbon film is formed on the wafer W.
  • the processing device 100 provided with a plurality of microwave radiation mechanisms 143 as microwave sources in the processing container 101 is used, but the present invention is not limited to this.
  • a processing device that radiates microwaves using one planar slot antenna as a microwave source may be used.
  • a plurality of gas introduction nozzles 123 are provided on the top wall portion 111, but the present invention is not limited to this.
  • the gas may be supplied via a shower plate provided above the mounting table in the processing container so as to partition the upper and lower parts.
  • Processing equipment 101 Processing container 102 Mounting table 106 Control unit 111 Top wall part 111a Oxidation film 112 Side wall part 201 Ceramic sprayed film 202 First carbon film 207 Second carbon film P plasma W wafer

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Abstract

処理装置は、プラズマにより成膜を行う処理装置であって、処理容器と、載置台と、制御部とを有する。処理容器は、マイクロ波を放射するアンテナが配置される内壁にセラミックス溶射皮膜を有し、基板を収容する。載置台は、処理容器内で基板を載置する。制御部は、第１の圧力で、第１の炭素含有ガスのプラズマにて、セラミックス溶射皮膜の表面を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、第２の圧力で、第２の炭素含有ガスのプラズマにて、基板上に第２のカーボン膜を成膜する成膜工程とを実行する。

Description

処理装置および成膜方法
　本開示は、処理装置および成膜方法に関する。
　従来、プラズマＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）法を用いて、被処理体である基板上にカーボン膜を成膜する技術がある。
特開２０１４－１６７１４２号公報
　本開示は、パーティクルの発生を低減できる処理装置および成膜方法を提供する。
　本開示の一態様による処理装置は、プラズマにより成膜を行う処理装置であって、処理容器と、載置台と、制御部とを有する。処理容器は、マイクロ波を放射するアンテナが配置される内壁にセラミックス溶射皮膜を有し、基板を収容する。載置台は、処理容器内で基板を載置する。制御部は、第１の圧力で、第１の炭素含有ガスのプラズマにて、セラミックス溶射皮膜の表面を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、第２の圧力で、第２の炭素含有ガスのプラズマにて、基板上に第２のカーボン膜を成膜する成膜工程とを実行する。
　本開示によれば、パーティクルの発生を低減できる。
図１は、本開示の第１実施形態における処理装置の一例を示す図である。 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。 図４は、第１実施形態における処理容器の天壁部の一例を模式的に示す図である。 図５は、第１実施形態におけるセラミックス溶射皮膜の一例を示す図である。 図６は、第１実施形態におけるセラミックス溶射皮膜および第１のカーボン膜の被覆位置の一例を示す図である。 図７は、第１実施形態におけるセラミックス溶射皮膜および第１のカーボン膜の一例を示す図である。 図８は、第１実施形態における成膜処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、第１実施形態における第１のカーボン膜のリセスを模式的に説明する図である。 図１０は、第２実施形態における第１のカーボン膜の補充とリセスを模式的に説明する図である。 図１１は、第２実施形態における成膜処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、リコート工程なしの場合と第２実施形態としてリコート工程ありの場合におけるウエハ上に成膜されるグラフェン膜の膜厚の変化率の一例を示すグラフである。
　以下に、開示する処理装置および成膜方法の実施形態について、図面に基づ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。
　プラズマＣＶＤ法では、例えば、マイクロ波プラズマ処理装置を用いてカーボン膜を成膜する場合、処理容器であるチャンバが低圧力になると、マイクロ波エネルギーのチャンバ内壁伝搬が発生し、内壁にダメージを与え異常放電が発生する場合がある。マイクロ波エネルギーのチャンバ内壁伝搬に対する対策としては、アルミニウム製のチャンバ内壁に、セラミックス溶射皮膜処理を行って絶縁化処理を行う。セラミックス溶射皮膜は、プロセスガスに対する耐腐食性を有するが、低圧力ではプラズマ電位（Ｖｐ）が上昇し、フローティング電位（Ｖｆ）との差が大きくなり、スパッタされやすくなる。プラズマ源近傍では、セラミックス溶射皮膜がスパッタされ、パーティクル源となる。そこで、セラミックス溶射皮膜を保護することで、パーティクルの発生を低減することが期待されている。
［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の一例を示す図である。図１に示す処理装置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。
　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。
　天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁には、セラミックス溶射皮膜処理が行われ、絶縁化処理がされている。セラミックス溶射皮膜処理は、例えば、金属酸化物や金属窒化物等のセラミックスを用いて、サーマルスプレーコーティングによってセラミックス溶射皮膜が形成される。なお、スプレーコーティング後に、焼結アニール処理を行ってもよい。第１実施形態では、セラミックス溶射皮膜として、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いる。他の金属酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ等が挙げられる。
　また、金属窒化物としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＨｆＮ、ＮｂＮ等が挙げられる。なお、セラミックス溶射皮膜としては、金属フッ化物や金属炭化物、絶縁物であるダイヤモンドライクカーボンを用いてもよい。金属フッ化物としては、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＹＦ３等が挙げられる。金属炭化物としては、ＳｉＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２等が挙げられる。金属炭化物等のように炭素を含むセラミックス溶射皮膜は、後述する第１のカーボン膜との密着性、整合性に優れる。また、セラミックス溶射皮膜の材料は、上述の組み合わせであってもよく、例えば、Ｙ２Ｏ３Ｆが挙げられる。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　図４に示すように、第１実施形態では、マイクロ波放射機構１４３は７本設けられており、これらに対応するマイクロ波透過板１６３は、均等に六方最密配置になるように配置されている。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、その周囲に、他の６つのマイクロ波透過板１６３が配置されている。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。
　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。
　例えば、制御部１０６は、後述する成膜方法を行うように、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、処理容器１０１内に、基板（ウエハＷ）が搬入されていない状態において、第１の圧力で第１の炭素含有ガスのプラズマにて、処理容器１０１内壁のセラミックス溶射皮膜の表面を第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、処理容器１０１内の載置台１０２に基板を載置する載置工程を実行する。制御部１０６は、第２の圧力で、第２の炭素含有ガスのプラズマにて、基板上に第２のカーボン膜を成膜する成膜工程を実行する。ここで、第１の炭素含有ガスおよび第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）ガスを用いることができる。なお、第１の炭素含有ガスおよび第２の炭素含有ガスは、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等を用いてもよい。また、第１の圧力は、例えば２Ｔｏｒｒとし、第２の圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒとする。
［セラミックス溶射皮膜］
　図５は、第１実施形態におけるセラミックス溶射皮膜の一例を示す図である。図５に示すように、処理容器１０１の表面、例えば天壁部１１１の表面には、母材であるＡｌに対して、Ａｌ２Ｏ３の酸化皮膜１１１ａが形成されている。酸化皮膜１１１ａの上に、サーマルスプレーコーティングによってセラミックス溶射皮膜２０１が形成される。セラミックス溶射皮膜２０１は、上述のように、イットリア等の金属酸化物や金属窒化物等の溶射皮膜である。
　セラミックス溶射皮膜２０１には、まず、表面の正常化および安定化のために前処理を行う。前処理は、例えば、プラズマ生成ガス（放電ガス）として、水素および希ガスのうち、１つまたは複数を含むガスを処理容器１０１に供給してプラズマを点火し実行する。希ガスとしては、例えばＡｒを用いる。なお、処理温度やプラズマパワーは、下地状態に応じて適宜変化させる。また、前処理では、プラズマを点火せず、水素および希ガスのうち、１つまたは複数を含む混合ガスを処理容器１０１に供給してアニール処理を行うようにしてもよい。
　さらに、前処理では、プラズマ生成ガス（放電ガス）として、酸素または窒素と、希ガスとを含む混合ガスを処理容器１０１に供給してプラズマを点火し実行する。希ガスとしては、例えばＡｒを用いる。酸素または窒素を含む混合ガスによるプラズマ処理を行うことで、セラミックス溶射皮膜２０１の酸化状態または窒化状態が不完全になっているばらつき箇所に、酸素または窒素の安定化終端処理を行う。なお、前処理におけるプラズマ処理は、連続処理として行っても、パルス処理のように複数回に分けて処理を行ってもよい。また、処理容器１０１内の圧力を変化させて、プラズマの広がりを制御することで、処理容器１０１全体に前処理の効果が行き渡るようにしてもよい。
［第１のカーボン膜による被覆］
　図６は、第１実施形態におけるセラミックス溶射皮膜および第１のカーボン膜の被覆位置の一例を示す図である。図６に示すように、天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁には、セラミックス溶射皮膜２０１が形成されている。処理装置１００は、処理容器１０１内の圧力を第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２Ｔｏｒｒとし、載置台１０２に載置されたウエハＷに対して第２のカーボン膜２０７の成膜を行う場合の第２の圧力（例えば５０ｍＴｏｒｒ）と比べて高圧である。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近傍に高密度のプラズマＰが形成される。つまり、プラズマＰは、天壁部１１１の直下の領域に立つ。この状態では、天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁に第１のカーボン膜２０２を被覆させることができる。なお、プラズマＰは、処理容器１０１内の圧力を下げると載置台１０２側に広がり、圧力を上げると、天壁部１１１側に狭くなる。以下の説明では、このような第１のカーボン膜２０２を被覆する処理を、プリコート工程という。なお、図６では、簡略化のために、側壁部１１２上部の内壁を被覆する第１のカーボン膜２０２は省略し、天壁部１１１を被覆する第１のカーボン膜２０２のみ図示している。また、プリコート工程では、第２のカーボン膜２０７は成膜されないが、図６では、成膜工程において第２のカーボン膜２０７が成膜される場所を模式的に示している。
　処理容器１０１内において、第１の圧力では、マイクロ波エネルギーのほとんどが、高密度に供給されるプラズマ生成ガスの励起に使用される。つまり、第１の圧力では、高密度プラズマであるプラズマＰの中でマイクロ波のエネルギーがほとんど吸収される。また、処理容器１０１内の圧力を上昇させると、プラズマＰのプラズマ電位（Ｖｐ）が減少してフローティング電位（Ｖｆ）との差が小さくなり、プラズマポテンシャルが減少するのでプラズマダメージを抑制することができる。このため、セラミックス溶射皮膜２０１に対するプラズマダメージをほとんど与えることなくパーティクルを発生させずに、セラミックス溶射皮膜２０１を第１のカーボン膜２０２で被覆できる。なお、第１のカーボン膜２０２による被覆範囲は、プラズマ生成ガスの圧力を下げることで処理容器１０１の下部に広げることができ、プラズマ生成ガスの圧力を上げることで、処理容器１０１の上部に狭めることができる。また、プリコート工程において、天壁部１１１等の温度調整機構を用いて処理容器１０１の壁面の温度を上昇させてもよい。天壁部１１１等の温度を上昇させることで、より安定した結合のカーボン膜を被覆（成膜）することができる。
　図７は、第１実施形態におけるセラミックス溶射皮膜および第１のカーボン膜の一例を示す図である。図７に示すように、処理容器１０１の表面、例えば天壁部１１１の表面には、図５と同様に酸化皮膜１１１ａが形成され、酸化皮膜１１１ａの上に、セラミックス溶射皮膜２０１が形成されている。セラミックス溶射皮膜２０１の上には、プリコート工程によって、第１のカーボン膜２０２が被覆されている。第１のカーボン膜２０２は、例えば、グラフェン膜、アモルファスカーボン膜およびダイヤモンドライクカーボン膜のうち、１つまたは複数を含むカーボン膜である。第１のカーボン膜２０２は、ウエハＷに対して第２のカーボン膜２０７を成膜する成膜処理において、セラミックス溶射皮膜２０１を保護する。つまり、第１のカーボン膜２０２は、犠牲膜となる。
　プリコート工程において、第１の炭素含有ガスに水素ガスを添加すると、水素ガスは第１のカーボン膜２０２を被覆する際にエッチング成分として寄与するため、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２０２の構造を安定化させることができる。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ガスを添加すると、第１のカーボン膜２０２中に窒素が添加され、第１のカーボン膜２０２の絶縁性を高くすることができる。なお、窒素添加量は、第１の炭素含有ガスにおけるカーボンソースの１０倍程度とすることが好ましい。第１のカーボン膜２０２の絶縁性が高くなると、天壁部１１１のフローティング電位（Ｖｆ）が上昇するので、プラズマ電位（Ｖｐ）との差が小さくなり、天壁部１１１へのプラズマダメージを低減することができる。つまり、パーティクルの発生を抑制することができる。
　また、第１のカーボン膜２０２の被覆（成膜）が完了した後に、第１のカーボン膜２０２を安定化および焼結するためにアニール処理を行ってもよい。当該アニール処理は、載置台１０２からの伝熱を効率よく行うため、処理容器１０１内の圧力を、例えば１Ｔｏｒｒ等の高圧条件として行う。また、当該アニール処理は、アルゴン（Ａｒ）単ガス雰囲気、窒素（Ｎ２）単ガス雰囲気、Ａｒ－Ｎ２雰囲気等において行う。アニール処理を行うことで、第１のカーボン膜２０２中の結合の弱い不均一な部分が除去される。また、窒素を含む雰囲気において当該アニール処理を行う場合、第１のカーボン膜２０２中に窒素終端が付与され、絶縁性の向上に寄与することができる。なお、プリコート工程においては、載置台１０２上にウエハＷを載置せずに行ったが、載置台１０２上へのパーティクル落下、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基板を載置してもよい。
［成膜方法］
　次に、第１実施形態に係る成膜方法について説明する。図８は、第１実施形態における成膜処理の一例を示すフローチャートである。
　第１実施形態に係る成膜方法では、まず、制御部１０６は、プリコート工程を実行する（ステップＳ１）。プリコート工程では、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において、処理容器１０１内の圧力を第１の圧力（例えば、２Ｔｏｒｒ。）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の天壁部１１１の直下に供給する。また、制御部１０６は、マイクロ波導入装置１０５のマイクロ波出力部１３０から複数に分配して出力されたマイクロ波を、アンテナユニット１４０の複数のアンテナモジュール１４１に導き、これらのマイクロ波放射機構１４３から放射させ、プラズマを着火させる。
　各アンテナモジュール１４１では、マイクロ波は、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ１４７で個別に増幅され、各マイクロ波放射機構１４３に給電され、同軸管１５１を伝送されてアンテナ部１５６に至る。その際に、マイクロ波は、チューナ１５４のスラグ１７１ａおよびスラグ１７１ｂによりインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、チューナ１５４からアンテナ部１５６の遅波材１６２を経て平面アンテナ１６１のスロット１６１ａから放射される。マイクロ波は、さらにマイクロ波透過板１６３を透過し、プラズマに接するマイクロ波透過板１６３の表面（下面）を伝送されて表面波を形成する。そして、各アンテナ部１５６からの電力が処理容器１０１内で空間合成され、天壁部１１１の直下領域にＡｒガスによる表面波プラズマが生成され、その領域がプラズマ生成領域となる。
　制御部１０６は、プラズマが着火し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。これらはプラズマにより励起されて解離し、天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁に供給される。天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁は、第１のカーボン膜２０２によって被覆される。
　次に、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Ｓ２）。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を例えば４００ｍＴｏｒｒに設定し、ＡｒとＮ２の混合ガスやＡｒとＨ２の混合ガス等のガスを処理容器１０１内へ供給して、ウエハＷの表面に対してアニール処理（工程）を実行する（ステップＳ３）。アニール処理により、ウエハＷの表面洗浄および活性化を行う。
　続いて、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内の圧力を第２の圧力（例えば、５０ｍＴｏｒｒ。）に減圧する。制御部１０６は、プリコート工程と同様に、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の天壁部１１１の直下に供給し、マイクロ波導入装置１０５を制御してプラズマを着火させる。制御部１０６は、プラズマが着火し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。これらはプラズマにより励起されて解離し、イオンや電子が除去されたラジカルがウエハＷに供給され、ウエハＷ上に第２のカーボン膜２０７（グラフェン膜）が成膜される。成膜時の処理温度は、上限が９００℃程度、下限が３００℃程度とする。なお、このグラフェン成膜の処理温度は、通常の半導体デバイスの配線工程の温度と同等以下である。
　また、成膜工程では、第２の炭素含有ガスまたはプラズマ生成ガスにＨ２を添加すると、グラフェンに対してエッチング成分として寄与する。このように、エッチング成分を加えることで、ウエハＷ上の第２のカーボン膜２０７の局所的な核生成を抑制して水平方向への成長が促進されるので、グラフェンドメインを拡大させることができる。また、第２の炭素含有ガスまたはプラズマ生成ガスにＨ２を添加すると、処理容器１０１内の第１のカーボン膜２０２もエッチングされてリセスされる。このとき、エッチングされたカーボンの一部は排気装置１０４により処理容器１０１内から排気され、残りは、カーボンソースへ解離されて、パーティクルとなることなく、カーボン成膜成分として消費される。なお、エッチングされたカーボンは、ウエハＷ上に成膜される第２のカーボン膜２０７の膜質には影響しない。また、成膜工程で成膜されるグラフェン層の層数は、一層から十数層程度積層された極薄膜の構造であり、均一性に優れたグラフェン膜となる。
　制御部１０６は、成膜工程が完了すると、処理容器１０１内からウエハＷを搬出する（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Ｓ２に戻り、次のウエハＷを載置してアニール工程および成膜工程を行う。
　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、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。
　制御部１０６は、クリーニング工程に続いて、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。
［第２実施形態］
　上述の第１実施形態では、プリコート処理として、所定枚数のウエハＷを処理した後に第１のカーボン膜２０２にてセラミックス溶射皮膜２０１を被覆したが、ウエハＷを処理するごとに第１のカーボン膜２０２をリコートするようにしてもよい。まず、図９および図１０を用いて、第１実施形態と第２実施形態における第１のカーボン膜２０２のリセスについて説明する。図９は、第１実施形態における第１のカーボン膜のリセスを模式的に説明する図である。図１０は、第２実施形態における第１のカーボン膜の補充とリセスを模式的に説明する図である。なお、第２実施形態に係る処理装置１００の構成については、第１実施形態と同一であるので説明を省略する。
　図９に示すように、上述の第１実施形態では、状態２１０に示す第１のカーボン膜２０２が、状態２１１に示すようにグラフェン成膜時にエッチングされ、領域２０３分だけリセスされる。エッチングされた領域２０３のカーボン膜の一部は排気装置１０４により処理容器１０１内から排気され、残りは、カーボンリソースへ解離され、パーティクルとなることなく、ウエハＷ上の第２のカーボン膜２０７（グラフェン膜）の成膜成分となる。このエッチング反応により、第１のカーボン膜２０２の膜厚が減少するので、グラフェン成膜の連続ウエハ処理を行っていくと、第１のカーボン膜２０２によるパーティクル抑制効果が薄れてくる。また、ウエハＷ上の第２のカーボン膜２０７の成膜に対しても、原料ガスとして消費される第１のカーボン膜２０２が減少するので、第２のカーボン膜２０７の膜厚や膜厚のばらつき具合が変化することになる。このため、第２実施形態では、プリコート工程で被覆した第１のカーボン膜２０２の上に、さらに、ウエハＷを処理するごとにカーボン膜をリコートによって追加することで、膜厚等を一定とすることができる。
　図１０に示すように、第２実施形態では、第１のカーボン膜２０２を被覆した状態２２０から、状態２２１に示すように、さらに追加のカーボン膜２０４が被覆される。状態２２１では、第１の圧力で第１の炭素含有ガスのプラズマにて、カーボン２０５が天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁に供給され、追加のカーボン膜２０４が被覆される。なお、追加のカーボン膜２０４は、実質的には第１のカーボン膜２０２の膜厚が厚くなったものと捉えることができる。また、状態２２１では、プラズマが図６のプラズマＰと同様に天壁部１１１直下の領域に集中して立つので、ウエハＷには、第２のカーボン膜２０７（グラフェン膜）が成膜されない。
　ウエハＷへのグラフェン成膜時である状態２２２では、第２の圧力で第２の炭素含有ガスのプラズマにて、ウエハＷ上に第２のカーボン膜２０７（グラフェン膜）が成膜される。このとき、追加のカーボン膜２０４は、エッチングされ、領域２０６分だけリセスされる。エッチングされた領域２０６のカーボン膜の一部は排気装置１０４により処理容器１０１内から排気され、残りは、カーボンリソースへ解離され、パーティクルとなることなく、ウエハＷ上の第２のカーボン膜２０７の成膜成分となる。その後、次のウエハＷに第２のカーボン膜２０７を成膜する前に、再び状態２２１に示すように追加のカーボン膜２０４を第１のカーボン膜２０２に被覆する。従って、状態２２１と状態２２２とを繰り返しても、グラフェン成膜の開始時には、第１のカーボン膜２０２および追加のカーボン膜２０４を合わせた膜厚を一定に保つことができる。つまり、追加のカーボン膜２０４は、グラフェン成膜時においてエッチングされる分量に相当する。このように、第２実施形態では、連続的にウエハＷへグラフェン成膜を行っても、継続的なパーティクル抑制効果を得られる。また、ウエハＷに成膜する第２のカーボン膜２０７について、安定した膜厚再現性が得られる。
［第２実施形態に係る成膜方法］
　次に、第２実施形態に係る成膜方法について説明する。図１１は、第２実施形態における成膜処理の一例を示すフローチャートである。
　第２実施形態に係る成膜方法では、まず、制御部１０６は、プリコート工程を実行する（ステップＳ１１）。プリコート工程では、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において、処理容器１０１内の圧力を第１の圧力（例えば２Ｔｏｒｒ。）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。これらはプラズマにより励起されて解離し、天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁に供給される。天壁部１１１および側壁部１１２上部の内壁は、第１のカーボン膜２０２によって被覆される。
　次に、制御部１０６は、リコート工程を実行する（ステップＳ１２）。リコート工程では、プリコート工程と同様に、処理容器１０１内の圧力を第１の圧力に減圧し、プラズマを着火して第１の炭素含有ガスを供給することで、第１のカーボン膜２０２上に追加のカーボン膜２０４を被覆する。なお、初回のリコート工程は、プリコート工程の実行時間を長くすることで、追加のカーボン膜２０４の膜厚を含む膜厚の第１のカーボン膜２０２を被覆するようにしてもよい。
　次に、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Ｓ１３）。制御部１０６は、処理容器１０１内の圧力を例えば４００ｍＴｏｒｒに設定し、Ａｒ－Ｎ２雰囲気等により、ウエハＷの表面に対してアニール処理（工程）を実行する（ステップＳ１４）。アニール処理により、ウエハＷの表面洗浄および活性化を行う。
　続いて、制御部１０６は、成膜工程を実行する（ステップＳ１５）。制御部１０６は、第１実施形態と同様に、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第２の炭素含有ガスを供給する。これらはプラズマにより励起されて解離し、イオンや電子が除去されたラジカルがウエハＷに供給され、ウエハＷ上に第２のカーボン膜２０７が成膜され、グラフェン成膜が行われる。
　制御部１０６は、成膜工程が完了すると、処理容器１０１内からウエハＷを搬出する（ステップＳ１６）。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Ｓ１７）。制御部１０６は、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Ｓ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り、リコート工程を実行する。制御部１０６は、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Ｓ１７：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Ｓ１８）。クリーニング工程では、クリーニングガスを処理容器１０１内に供給し、クリーニングを行う。
　制御部１０６は、クリーニング工程に続いて、成膜処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１９）。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Ｓ１９：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻り、プリコート工程を実行する。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Ｓ１９：Ｙｅｓ）、成膜処理を終了する。これにより、安定的なパーティクル抑制と、ウエハＷ上の第２のカーボン膜２０７（グラフェン膜）の膜厚制御とを行うことができる。また、ウエハＷの処理スループットを向上させることができる。
　なお、第２実施形態では、リコート工程後にウエハＷを載置したが、リコート工程ではウエハＷに対する第２のカーボン膜２０７の成膜は進行しないため、リコート工程前にウエハＷを載置してリコート工程を実行してもよい。また、同様に、第１実施形態において、ウエハＷを載置した状態でプリコート工程と成膜工程とを一連の工程として実行してもよい。これにより、ウエハＷの搬送時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。
　なお、第２実施形態では、所定枚数のウエハＷを処理するごとにクリーニング工程を実行していたが、ウエハＷを処理するごとにクリーニング工程を実行するようにしてもよい。その際、第１のカーボン膜２０２を被覆する追加のカーボン膜２０４のみを除去するようにしてもよい。また、第２実施形態では、ウエハＷを処理するごとにリコート工程を実施したが、複数枚のウエハＷを処理するごとに実施してもよい。例えば、１ロット分のウエハＷの処理が終了した後に、１ロットのウエハＷの処理の間に消費される第１のカーボン膜２０２を補充するようにリコート行程が行われる。
［実験結果］
　第２実施形態に示すような枚葉ごとにリコート工程を適用した場合の第２のカーボン膜２０７（グラフェン膜）の膜厚の変化について実験を行った。図１２は、リコート工程なしの場合と第２実施形態としてリコート工程ありの場合におけるウエハ上に成膜されるグラフェン膜の膜厚の変化率の一例を示すグラフである。図１２に示すグラフ２３０では、５枚のウエハＷのグラフェン成膜処理に対して、リコート工程なしの場合のグラフ２３１と、第２実施形態を適用したリコート工程ありの場合のグラフ２３２とを示す。グラフ２３１に示すように、リコート工程なしの場合、１枚目のウエハＷに対して、２～５枚目のウエハＷでは、グラフェン膜の膜厚が薄くなる方向に変化していた。一方、グラフ２３２に示すように、リコート工程ありの場合、グラフェン膜の膜厚の変化はほぼ無く、５枚のウエハＷにおいて膜厚が一定となった。
　以上、第１実施形態によれば、処理装置１００は、プラズマにより成膜を行う処理装置であって、処理容器１０１と、載置台１０２と、制御部１０６とを有する。処理容器１０１は、マイクロ波を放射するアンテナが配置される内壁にセラミックス溶射皮膜２０１を有し、基板（ウエハＷ）を収容する。載置台１０２は、処理容器１０１内で基板を載置する。制御部１０６は、第１の圧力で、第１の炭素含有ガスのプラズマにて、セラミックス溶射皮膜の表面を第１のカーボン膜２０２で被覆するプリコート工程と、第２の圧力で、第２の炭素含有ガスのプラズマにて、基板上に第２のカーボン膜を成膜する成膜工程とを実行する。その結果、パーティクルの発生を低減できる。
　また、第１実施形態によれば、第１のカーボン膜２０２および第２のカーボン膜は、グラフェン膜、アモルファスカーボン膜およびダイヤモンドライクカーボン膜のうち、１つまたは複数を含む。その結果、第１のカーボン膜２０２からエッチングされたカーボンが第２のカーボン膜のカーボン製膜成分として消費できる。
　また、第１実施形態によれば、第１の炭素含有ガスは、さらに窒素を含有し、第１のカーボン膜２０２は、窒素を含むカーボン膜である。その結果、第１のカーボン膜２０２の絶縁性を高くすることができる。また、天壁部１１１へのプラズマダメージを低減することができる。
　また、第１実施形態によれば、第１の圧力は、第２の圧力より高圧である。その結果、プリコート工程においてウエハＷ上にカーボンが堆積することを抑制できる。
　また、第１実施形態によれば、セラミックス溶射皮膜２０１は、金属酸化膜または金属窒化膜である。その結果、マイクロ波エネルギーのチャンバ内壁伝搬を抑制できる。
　また、第１実施形態によれば、制御部１０６は、プリコート工程の前に、水素および希ガスのうち、１つまたは複数を含むガスのプラズマにて、セラミックス溶射皮膜２０１の酸素または窒素の安定化終端処理を行う前処理工程を実行する。その結果、セラミックス溶射皮膜２０１の酸化状態または窒化状態が不完全になっているばらつき箇所を安定化することができる。
　また、第１実施形態によれば、成膜工程において、第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされた第１のカーボン膜２０２から解離した炭素が、第２の炭素含有ガスとともに成膜に寄与する。その結果、パーティクルの発生を低減できる。
　また、第２実施形態によれば、制御部１０６は、成膜工程の後に、第１の圧力で、第１の炭素含有ガスのプラズマにて、成膜工程において第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされた第１のカーボン膜２０２を補充するリコート工程を実行する。その結果、成膜工程において消費した第１のカーボン膜２０２を補充することができる。
　また、第２実施形態によれば、制御部１０６は、プリコート工程の後に、基板に対してアニール処理を行うアニール工程と、成膜工程とを繰り返し実行し、１ロット分の基板の処理が完了した後に、リコート工程を実行する。その結果、１ロット単位で成膜工程において消費した第１のカーボン膜２０２を補充することができる。
　また、第２実施形態によれば、制御部１０６は、プリコート工程の後に、第１の圧力で第１の炭素含有ガスのプラズマにて、成膜工程において第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされる第１のカーボン膜２０２のエッチング量を予め補充する第２リコート工程を実行する。また、制御部１０６は、第２リコート工程の後に、基板に対してアニール処理を行うアニール工程と、成膜工程とを実行する。その結果、安定的なパーティクル抑制と、基板上のグラフェン膜の膜厚制御とを行うことができる。
　今回開示された各実施形態は、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、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
　また、上記した各実施形態では、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。
　また、上記した各実施形態では、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。
　また、上記した各実施形態では、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。
　１００　処理装置
　１０１　処理容器
　１０２　載置台
　１０６　制御部
　１１１　天壁部
　１１１ａ　酸化皮膜
　１１２　側壁部
　２０１　セラミックス溶射皮膜
　２０２　第１のカーボン膜
　２０７　第２のカーボン膜
　Ｐ　プラズマ
　Ｗ　ウエハ

Claims (20)

  1. 　プラズマにより成膜を行う処理装置であって、
    　マイクロ波を放射するアンテナが配置される内壁にセラミックス溶射皮膜を有し、基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内で前記基板を載置する載置台と、
    　第１の圧力で、第１の炭素含有ガスのプラズマにて、前記セラミックス溶射皮膜の表面を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、第２の圧力で、第２の炭素含有ガスのプラズマにて、前記基板上に第２のカーボン膜を成膜する成膜工程とを実行する制御部と、
    　を有する処理装置。
  2. 　前記第１のカーボン膜および前記第２のカーボン膜は、グラフェン膜、アモルファスカーボン膜およびダイヤモンドライクカーボン膜のうち、１つまたは複数を含む、
    　請求項１に記載の処理装置。
  3. 　前記第１の炭素含有ガスは、さらに窒素を含有し、前記第１のカーボン膜は、窒素を含むカーボン膜である、
    　請求項１または２に記載の処理装置。
  4. 　前記第１の圧力は、前記第２の圧力より高圧である、
    　請求項１～３のいずれか１つに記載の処理装置。
  5. 　前記セラミックス溶射皮膜は、金属酸化膜または金属窒化膜である、
    　請求項１～４のいずれか１つに記載の処理装置。
  6. 　前記制御部は、前記プリコート工程の前に、水素および希ガスのうち、１つまたは複数を含むガスのプラズマにて、前記セラミックス溶射皮膜の酸素または窒素の安定化終端処理を行う前処理工程を実行する、
    　請求項５に記載の処理装置。
  7. 　前記成膜工程において、前記第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされた前記第１のカーボン膜から解離した炭素が、前記第２の炭素含有ガスとともに成膜に寄与する、
    　請求項１～６のいずれか１つに記載の処理装置。
  8. 　前記制御部は、前記成膜工程の後に、前記第１の圧力で、前記第１の炭素含有ガスのプラズマにて、前記成膜工程において前記第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされた前記第１のカーボン膜を補充するリコート工程を実行する、
    　請求項１～７のいずれか１つに記載の処理装置。
  9. 　前記制御部は、前記プリコート工程の後に、前記基板に対してアニール処理を行うアニール工程と、前記成膜工程とを繰り返し実行し、１ロット分の前記基板の処理が完了した後に、前記リコート工程を実行する、
    　請求項８に記載の処理装置。
  10. 　前記制御部は、前記プリコート工程の後に、前記第１の圧力で前記第１の炭素含有ガスのプラズマにて、前記成膜工程において前記第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされる前記第１のカーボン膜のエッチング量を予め補充する第２リコート工程を実行し、
    　前記第２リコート工程の後に、前記基板に対してアニール処理を行うアニール工程と、前記成膜工程とを実行する、
    　請求項１～７のいずれか１つに記載の処理装置。
  11. 　プラズマにより成膜を行う成膜方法であって、
    　マイクロ波を放射するアンテナが配置される内壁にセラミックス溶射皮膜を有する処理容器内に、基板が搬入されていない状態において、第１の圧力で第１の炭素含有ガスのプラズマにて、前記セラミックス溶射皮膜の表面を第１のカーボン膜で被覆するプリコート工程と、
    　前記処理容器内の載置台に前記基板を載置する載置工程と、
    　第２の圧力で、第２の炭素含有ガスのプラズマにて、前記基板上に第２のカーボン膜を成膜する成膜工程と、
    　を有する成膜方法。
  12. 　前記第１のカーボン膜および前記第２のカーボン膜は、グラフェン膜、アモルファスカーボン膜およびダイヤモンドライクカーボン膜のうち、１つまたは複数を含む、
    　請求項１１に記載の成膜方法。
  13. 　前記第１の炭素含有ガスは、さらに窒素を含有し、前記第１のカーボン膜は、窒素を含むカーボン膜である、
    　請求項１１または１２に記載の成膜方法。
  14. 　前記第１の圧力は、前記第２の圧力より高圧である、
    　請求項１１～１３のいずれか１つに記載の成膜方法。
  15. 　前記セラミックス溶射皮膜は、金属酸化膜または金属窒化膜である、
    　請求項１１～１４のいずれか１つに記載の成膜方法。
  16. 　前記プリコート工程の前に、水素および希ガスのうち、１つまたは複数を含むガスのプラズマにて、前記セラミックス溶射皮膜の酸素または窒素の安定化終端処理を行う前処理工程を有する、
    　請求項１５に記載の成膜方法。
  17. 　前記成膜工程において、前記第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされた前記第１のカーボン膜から解離した炭素が、前記第２の炭素含有ガスとともに成膜に寄与する、
    　請求項１１～１６のいずれか１つに記載の成膜方法。
  18. 　前記成膜工程の後に、前記処理容器内から前記基板を搬出する搬出工程と、
    　前記第１の圧力で、前記第１の炭素含有ガスのプラズマにて、前記成膜工程において前記第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされた前記第１のカーボン膜を補充する第１リコート工程と、を有する、
    　請求項１１～１７のいずれか１つに記載の成膜方法。
  19. 　前記プリコート工程の後に、前記載置工程と、前記基板に対してアニール処理を行うアニール工程と、前記成膜工程と、前記搬出工程とを繰り返し、１ロット分の前記基板の処理が完了した後に、前記第１リコート工程を行う、
    　請求項１８に記載の成膜方法。
  20. 　前記プリコート工程の後に、前記第１の圧力で前記第１の炭素含有ガスのプラズマにて、前記成膜工程において前記第２の炭素含有ガスのプラズマによってエッチングされる前記第１のカーボン膜のエッチング量を予め補充する第２リコート工程を有し、
    　前記第２リコート工程の後に、前記載置工程と、前記基板に対してアニール処理を行うアニール工程と、前記成膜工程とを行う、
    　請求項１１～１７のいずれか１つに記載の成膜方法。
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