(57)【要約】【課題】載置台上に薄膜を形成して載置台を熱的に安定化させることにより、成膜プロセスの再現性を良好にすることができる処理装置を提供する。【解決手段】真空引き可能になされた処理容器４と、該処理容器内に設けられて被処理体Ｗを載置するための載置台１６と、前記被処理体を加熱する加熱手段１８と、前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入するガス導入手段３０と、を有して前記被処理体に対して成膜処理を施すようにした処理装置において、前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層２８を形成するように構成する。【選択図】  図１
2004285469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引き可能になされた処理容器内にて成膜処理を施す被処理体を載置するための載置台において、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層を形成するように構成したことを特徴とする載置台。
【請求項２】
真空引き可能になされた処理容器と、
該処理容器内に設けられて被処理体を載置するための載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入するガス導入手段と、
を有して前記被処理体に対して成膜処理を施すようにした処理装置において、
前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層を形成するように構成したことを特徴とする処理装置。
【請求項３】
前記プリコート層は、金属膜、或いは金属含有膜であることを特徴とする請求項２記載の処理装置。
【請求項４】
前記プリコート層はＴｉＮを含む膜であり、前記プリコート層の厚さの下限値は０．５μｍであることを特徴とする請求項３記載の処理装置。
【請求項５】
前記成膜処理に必要なプラズマを発生させるプラズマ発生手段を有していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の処理装置。
【請求項６】
ガス導入手段より真空引き可能になされた処理容器内へ処理ガスを導入しつつ載置台上に載置した被処理体の表面に成膜処理を施すようにした処理装置を用いた処理方法において、
前記成膜処理を行うに先立って、前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層を形成するプリコート工程を行うようにしたことを特徴とする処理方法。
【請求項７】
前記プリコート層は、金属膜、或いは金属含有膜であることを特徴とする請求項６記載の処理方法。
【請求項８】
前記プリコート層はＴｉＮを含む膜であり、前記プリコート層の厚さの下限値は０．５μｍであることを特徴とする請求項７記載の処理方法。
【請求項９】
前記プリコート工程は、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜を形成する成膜ステップと、前記Ｔｉ膜を窒化する窒化ステップとを含むことを特徴とする請求項８記載の処理方法。
【請求項１０】
前記プリコート工程は、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜ステップを含むことを特徴とする請求項８または９記載の処理方法。
【請求項１１】
前記ガス導入手段はシャワーヘッド部よりなり、前記熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜ステップでは、前記シャワーヘッド部の温度がプラズマＣＶＤにより成膜処理を行う時の前記シャワーヘッド部の温度と略同じ温度になるように前記載置台の温度を補償した状態で加熱するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の処理方法。
【請求項１２】
前記プリコート工程は、窒化ステップを含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の処理方法。
【請求項１３】
前記プリコート工程は、前記各ステップを複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の処理方法。
【請求項１４】
前記処理装置をアイドリング運転した後に前記成膜処理を再開する時には、直前に前記各ステップを少なくとも１回行うことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の処理方法。
【請求項１５】
ガス導入手段より真空引き可能になされた処理容器内へ金属含有材料ガスを含む処理ガスを導入しつつ載置台上の被処理体の表面にプラズマを用いて成膜処理を施すようにした処理装置を用いた処理方法において、
前記処理装置のアイドリング状態から前記被処理体に成膜処理を実行する際に前記成膜処理の実行の直前に、或いは前記処理容器内の状態を安定化させるプリコート工程を行った後に前記被処理体に成膜処理を実行する際に前記成膜処理の直前に、前記金属含有材料ガスを除く前記処理ガスを前記処理容器内へ供給しつつプラズマを用いて前記載置台の表面を安定化させる載置台安定化処理を行うようにしたことを特徴とする処理方法。
【請求項１６】
前記載置台安定化処理は、ＮＨ３  ガスとＨ２  ガスと不活性ガスとの存在下でプラズマを立てることにより行われることを特徴とする請求項１５記載の処理方法。
【請求項１７】
前記成膜処理はプラズマを用いて金属膜、或いは金属含有膜を形成する処理であることを特徴とする請求項１５または１６記載の処理方法。
【請求項１８】
前記プリコート工程は、プラズマＣＶＤにより金属膜を形成する成膜ステップと、前記金属膜を窒化する窒化ステップとを含むことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の処理方法。
【請求項１９】
前記金属膜はＴｉ膜であることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等を載置する載置台、処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。
ところで、各素子間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でバリヤメタルが用いられるが、このバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、密着性、耐熱性、耐バリヤ性、耐腐食性に優れた材料を用いなければならない。このような要請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、ＴｉＮ膜が多用される傾向にある。
【０００３】
ＴｉＮ膜のバリヤメタルを形成するには、一般的にはＴｉＣｌ４  ガスとＮＨ３  ガスを用い、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により所望の厚さのＴｉＮ膜を形成することが行われている。
上記したような成膜処理を行う場合、処理装置内における半導体ウエハを載置する載置台の表面には、このウエハの熱的面内均一性を保持し、且つ載置台等に含まれる金属元素に起因する金属汚染等を防止する目的で、ＴｉＮ膜よりなるプリコート層が予め形成される。このプリコート層は、成膜装置内をクリーニングする毎に除去されてしまうので、クリーニングした場合に、実際にウエハに成膜するに先立って前処理として載置台の表面にプリコート層を堆積させ、その後に、ＮＨ３  ガスでプリコート膜の安定化処理を行っている。従来技術としてはＴｉ膜やＴｉＮ膜のプリコート層を載置台の表面に形成する技術は本出願人より先に出願した特許文献１、或いは特許文献２に開示されている。
また特許文献３には、アイドリング後の成膜処理において、最初の１枚目が不安定となり、再現性及び面間膜厚均一性が劣化する課題が記載されている。それを解決する手段として、アイドリング後に、原料ガスまたは還元ガスのいずれか一方を短時間だけ、１枚目の成膜処理する直前に流すことで改善している点が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３２１５５８号公報。
【特許文献２】
特開２００１−１４４０３３号公報（段落番号００１３−００２０、図１及び図２）。
【特許文献３】
特開２００１−１９２８２８号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、製品ウエハに対して実際にＴｉ膜を堆積する場合には、１枚ずつ連続的に処理される製品ウエハの表面に堆積するＴｉ膜の膜厚が非常に薄いため高い精度で略一定になること、すなわち面内及び面間における膜厚の均一性（再現性とも称す）を高く維持することが、半導体製造装置の薄膜化及び電気的特性の向上の見地より求められる。
しかるに、従来の処理装置にあっては、装置自体の稼働率を高めるために薄いプリコート層を形成して、成膜処理を行っていた。例えば前述したプラズマＣＶＤによる非常に薄いＴｉ膜の堆積と、このＴｉ膜の窒化処理とよりなるサイクルを１８回程度行って、全体で例えば０．３６μｍ程度の厚さのプリコート層を形成していた。
【０００６】
しかしながら、この場合には薄いプリコート層の形成処理を終了して製品ウエハである半導体ウエハに対してＴｉ膜の成膜処理を開始すると、最初のある程度の枚数のウエハに堆積したＴｉ膜の膜厚及び比抵抗が安定せずに変動してしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、載置台上に薄膜を形成させて、載置台を熱的に安定化させることにより、成膜プロセスの再現性を良好にすることができる載置台、処理装置及び処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、載置台に形成するプリコート層について鋭意研究した結果、この載置台の温度を一定にした場合、この載置台からの輻射熱量が略一定になるような厚さのプリコート層を形成しておけば、この後の製品ウエハの成膜処理時に熱的安定性が保持されるので成膜処理で形成された膜厚の面内及び面間の均一性、再現性を向上させることができる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
【０００８】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて成膜処理を施す被処理体を載置するための載置台において、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層を形成するように構成したことを特徴とする載置台である。
このように、載置台の表面に、その膜厚が変化しても輻射熱量が略一定となって変化しないような厚さのプリコート層を形成すようにしたので、被処理体に対する成膜処理が進んでも載置台を熱的に安定化させることで、成膜プロセスの再現性が向上し、この結果、被処理体間における膜厚及び比抵抗等の面間及び面内の均一性、及び再現性を向上させることが可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、該処理容器内に設けられて被処理体を載置するための載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入するガス導入手段と、を有して前記被処理体に対して成膜処理を施すようにした処理装置において、前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層を形成するように構成したことを特徴とする処理装置である。
このように、載置台の表面に、その膜厚が変化しても輻射熱量が略一定となって変化しないような厚さのプリコート層を形成すようにしたので、被処理体に対する成膜処理が進んでも載置台を熱的に安定化させることで、成膜プロセスの再現性が向上し、この結果、被処理体間における膜厚及び比抵抗等の面内及び面間均一性、及び再現性を向上させることが可能となる。
【００１０】
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記プリコート層は、金属膜、或いは金属含有膜である。
また例えば請求項４に規定するように、前記プリコート層はＴｉＮを含む膜であり、前記プリコート層の厚さの下限値は０．５μｍである。
また例えば請求項５に規定するように、前記成膜処理に必要なプラズマを発生させるプラズマ発生手段を有している。
【００１１】
請求項６に係る発明は、ガス導入手段より真空引き可能になされた処理容器内へ処理ガスを導入しつつ載置台上に載置した被処理体の表面に成膜処理を施すようにした処理装置を用いた処理方法において、前記成膜処理を行うに先立って、前記載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化しても前記載置台からの輻射熱量が略一定になるような範囲内の厚さで、前記載置台の表面にプリコート層を形成するプリコート工程を行うようにしたことを特徴とする処理方法である。
このように、載置台の表面に、その膜厚が変化しても輻射熱量が略一定となって変化しないような厚さのプリコート層を形成すようにしたので、被処理体に対する成膜処理が進んでも載置台を熱的に安定化させることで、成膜プロセスの再現性が向上し、この結果、被処理体間における膜厚や比抵抗等の面内、面間の均一性、及び再現性を向上させることが可能となる。
【００１２】
この場合、例えば請求項７に規定するように、前記プリコート層は、金属膜、或いは金属含有膜である。
また例えば請求項８に規定するように、前記プリコート層はＴｉＮを含む膜であり、前記プリコート層の厚さの下限値は０．５μｍである。
また例えば請求項９に規定するように、前記プリコート工程は、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜を形成する成膜ステップと、前記Ｔｉ膜を窒化する窒化ステップとを含む。
また例えば請求項１０に規定するように、前記プリコート工程は、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜ステップを含む。
【００１３】
また例えば請求項１１に規定するように、前記ガス導入手段はシャワーヘッド部よりなり、前記熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜ステップでは、前記シャワーヘッド部の温度がプラズマＣＶＤにより成膜処理を行う時の前記シャワーヘッド部の温度と略同じ温度になるように前記載置台の温度を補償した状態で加熱する。
これによれば、プリコート工程の場合と実際に被処理体に対して成膜処理を行う場合とでシャワーヘッド部に温度差がほとんど生じないので、特に、プリコート工程終了後に行う１枚目の被処理体に堆積する膜厚及び比抵抗の面内均一性及び再現性を向上させることができる。
【００１４】
また例えば請求項１２に規定するように、前記プリコート工程は、窒化ステップを含む。また例えば請求項１３に規定するように、前記プリコート工程は、前記各ステップを複数回繰り返し行う。また例えば請求項１４に規定するように、前記処理装置をアイドリング運転した後に前記成膜処理を再開する時には、直前に前記各ステップを少なくとも１回行う。
【００１５】
請求項１５に係る発明は、ガス導入手段より真空引き可能になされた処理容器内へ金属含有材料ガスを含む処理ガスを導入しつつ載置台上の被処理体の表面にプラズマを用いて成膜処理を施すようにした処理装置を用いた処理方法において、前記処理装置のアイドリング状態から前記被処理体に成膜処理を実行する際に前記成膜処理の実行の直前に、或いは前記処理容器内の状態を安定化させるプリコート工程を行った後に前記被処理体に成膜処理を実行する際に前記成膜処理の直前に、前記金属含有材料ガスを除く前記処理ガスを前記処理容器内へ供給しつつプラズマを用いて前記載置台の表面を安定化させる載置台安定化処理を行うようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００１６】
このように、処理装置のアイドリング状態からプラズマを用いた成膜処理を開始する時や処理容器内を安定化するプリコート工程の後にプラズマを用いた成膜処理を開始する時には、その成膜処理の直前に載置台の表面を安定化させる載置台安定化処理を行うようにしたので、この載置台の表面に例えば電荷が蓄積されずに電気的に中和されるようになり、従って、その後にこの載置台に被処理体を載置してプラズマ処理を行っても被処理体と載置台との間の電位差が過度に大きくなることを防止できるので、載置台と被処理体との間に被処理体の表面の特性を部分的に劣化させる異常放電が発生することを阻止することができる。また１枚目の被処理体に成膜した膜厚及び比抵抗の面内均一性及び再現性を向上できる。
【００１７】
この場合、例えば請求項１６に規定するように、前記載置台安定化処理は、ＮＨ３  ガスとＨ２  ガスと不活性ガスとの存在下でプラズマを立てることにより行われる。
また例えば請求項１７に規定するように、前記成膜処理はプラズマを用いて金属膜、或いは金属含有膜を形成する処理である。
また例えば請求項１８に規定するように、前記プリコート工程は、プラズマＣＶＤにより金属膜を形成する成膜ステップと、前記金属膜を窒化する窒化ステップとを含む。
また例えば請求項１９に規定するように、前記金属膜はＴｉ膜である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る載置台、処理装置及び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の処理装置を示す構成図、図２はプリコート層が形成された載置台の一例を示す断面図である。本実施例では、処理装置によりプラズマＣＶＤと窒化処理とを用いて、或いは熱ＣＶＤを用いてＴｉＮを含む膜のプリコート層を形成する場合を例にとって説明する。
図示するように、処理装置２は、例えばＡｌ、又はＡｌ合金材料等により円筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４の底部６の中央部に排気孔７が形成され、この排気孔７の下方側より凹部状の排気室９が形成されている。この凹部の排気室９の側壁には、容器内の雰囲気を排出するための排気口８が設けられており、この排気口８には真空引きポンプ１０を介設した排気系１２が接続されて、処理容器４内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００１９】
この排気室９の底部６より処理容器４内へ起立した支柱１４に支持される円板状の載置台１６が設けられ、この円板状の載置台１６上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台１６は、例えばＡｌＮなどのセラミックよりなり、この内部には加熱手段として抵抗加熱ヒータ１８が埋め込まれている。そして、この抵抗加熱ヒータ１８は、支柱１４内を通る配線２０を介して電源２２に接続される。尚、この抵抗加熱ヒータ１８は図示されないが平面内を複数の加熱ゾーンに分割し、この加熱ゾーン毎に別個独立して制御できる構造となっている。また、この載置台１６には、ピン孔２１が形成され、これに昇降可能になされたリフトピン２３が設けられてウエハＷの移載時にこれを昇降できるようになっている。このリフトピン２３の昇降は容器底部６にベローズ２５を介して設けたアクチュエータ２７により行われる。
【００２０】
また、この載置台１６の上面の近傍には、例えばメッシュ状の下部電極２４が埋め込まれており、この下部電極２４は配線２６を介してマッチング回路２７及び高周波電源２９が接続されて、下部電極２４に高周波電力を印加して被処理体に自己バイアスをかけることができるようになっている。また載置台１６の表面には被処理体をガイドする座ぐりが形成されている。そして、この載置台１６の表面に、本発明の特徴とするプリコート層２８が形成されている。このプリコート層２８は、熱的安定性を向上させるためには図１及び図２（Ａ）に示すように、その上面、側面及び下面の全ての面に形成するのがよいが、裏面側への成膜が困難な成膜プロセスの場合には、図２（Ｂ）に示すように上面と側面のみに形成してもよいし、更に図２（Ｃ）に示すように上面のみに形成するようにしてもよい。図２中では抵抗加熱ヒータ１８や下部電極２４等の記載は省略している。
ここでこのプリコート層２８は、この装置で半導体ウエハＷに対して成膜するソースガスと同じソースガスで成膜され、すなわちここではＴｉＮを含む膜よりなり、その厚さＴ１は載置台の温度を実質的に略一定とした時にその膜厚が変化してもこの載置台１６から放出される輻射熱量が略一定となるような範囲の厚さ、例えば０．４μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上の厚さで形成されている。このＴｉＮを含む膜の形成方法及び０．５μｍの根拠については後述する。
【００２１】
一方、処理容器４の天井部には、必要な処理ガスを導入するガス導入手段としてシャワーヘッド部３０が、絶縁部材３２を介して容器側壁に対して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド部３０は、上記載置台１６の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台１６との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド部３０は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド部３０の下面の噴射面３４にはガスを噴射するための多数の噴射孔３６Ａ、３６Ｂが形成される。尚、このシャワーヘッド部３０の構成は、内部で混合するプリミックス構造や、ガス種によってはシャワーヘッド部３０内では別々にガスを通して処理空間Ｓにて初めて混合させるポストミックス構造のものを使用できる。そして、ここでは以下に説明するようにポストミックス構造が採用されている。
【００２２】
そして、このシャワーヘッド部３０内は２つの空間３０Ａ、３０Ｂに分離区画されている。また上記空間３０Ａ、３０Ｂはそれぞれ上記各噴射孔３６Ａ、３６Ｂに連通される。このシャワーヘッド部３０の上部には、ヘッド内の各空間３０Ａ、３０Ｂにそれぞれのガスを導入するガス導入ポート３８Ａ、３８Ｂが設けられており、このガス導入ポート３８Ａ、３８Ｂにはガスを流す供給通路４０Ａ、４０Ｂがそれぞれ接続されている。この供給通路４０Ａ、４０Ｂには、それぞれ複数の分岐管４２Ａ、４２Ｂが接続される。
【００２３】
一方の分岐管４２Ｂには、処理ガスとしてＮＨ３  ガスを貯留するＮＨ３  ガス源４４、Ｈ２  ガスを貯留するＨ２  ガス源４６、不活性ガスとして例えばＮ２  ガスを貯留するＮ２  ガス源４８がそれぞれ接続され、他方の各分岐管４２Ａには、不活性ガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源５０、成膜用の例えばＴｉＣｌ４  ガスを貯留するＴｉＣｌ４  ガス源５２、クリーニングガスとしてのＣｌＦ３  ガスを貯留するＣｌＦ３  ガス源５１がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管４２Ａ、４２Ｂに介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ５４により制御される。また各分岐管４２Ａ、４２Ｂに介設したバルブ５５の開閉で各ガスの導入が行われる。図示例では、成膜時の各ガスを１つの供給通路４０Ａ、４０Ｂ内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる通路内に供給し、シャワーヘッド部３０内、或いは処理空間Ｓにて混合させる、いわゆるポストミックスのガス搬送形態を用いる。またＴｉＣｌ４  ガス源５２の分岐管４２Ａと排気系１２との間には、途中に開閉弁６７を介設したプリフロー配管６９が接続されており、ＴｉＣｌ４  ガスを処理容器４内に導入する直前に流量を安定化させるために数秒間排気するようになっている。
【００２４】
また、このシャワーヘッド部３０にはプラズマ発生手段として例えば４５０ｋＨｚのプラズマ用高周波電源５６が配線５８を介して接続されており、上部電極としても機能するようになっている。この高周波電源５６の周波数は例えば４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚが使用される。そして、この配線５８の途中には、インピーダンス整合を行うマッチング回路６０及び高周波を遮断するスイッチ６２が順次介設されている。この場合、高周波を遮断してプラズマを立てることなく処理を行えば熱ＣＶＤ装置として機能するようになっている。尚、処理容器４の側壁にはウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ６４が設けられる。また、載置台１６の下方には、ウエハを持ち上げるリフトピンが設けられ、載置台１６の外周には、プラズマの使用ではフォーカスリング、熱ＣＶＤではガイドリング等が設けられるが、ここでは図示省略している。
【００２５】
次に、以上のように構成された処理装置を用いて行なわれるプリコート層２８の形成方法について図３を参照して説明する。図３はプリコート層の各ステップを説明するためのタイムチャートである。まず、図３（Ａ）を参照して説明する。
まず、処理容器４内の載置台１６上には、半導体ウエハＷを何ら載置していない状態とし、処理容器４内を密閉する。この処理容器４内は、例えば成膜処理工程の後にクリーニング処理されて不要な膜が全て除去された状態、又はメンテナンスされた状態であり、従って、載置台１６の表面には何らプリコート層がついておらず、載置台１６の素材が剥き出し状態、或いは新しい装置が立上がった状態にあって処理容器４内が処理されていない状態にある。
そして、処理容器４内を密閉したならば、Ａｒガス及びＨ２  ガスを所定量で流した状態とし、それぞれシャワーヘッド部３０から所定の流量で処理容器４内に導入し、且つ真空引きポンプ１０により処理容器４内を真空引きし、所定の圧力に維持する。
【００２６】
この時の載置台１６の温度は、載置台１６に埋め込んだ抵抗加熱ヒータ２０により所定の温度により加熱維持される。これと同時に、スイッチ６２をオンして上部電極としても機能するシャワーヘッド部３０と下部電極としても機能する載置台１６との間に高周波電圧を印加してこの処理空間ＳにＡｒガスとＨ２  ガスの混合ガスでプラズマを先に短時間立てる。この状態でＴｉＣｌ４  ガスを例えば５０〜１２０秒の範囲、好ましくは３０〜６０秒間程度の短い時間流してプラズマＣＶＤにより非常に薄いＴｉ膜を、１００Å以上、例えば２００Å程度の膜厚で載置台１６の表面に堆積させる成膜ステップを行い、次に、ＴｉＣｌ４  ガスの供給を停止すると同時にプラズマを立てた状態（Ａｒ／Ｈ２  も流す）でＮＨ３  ガスを例えば５〜１２０秒の範囲、好ましくは３０〜６０秒間程度の短い時間だけ流して上記Ｔｉ膜を窒化処理してＴｉＮを含む膜を形成する窒化ステップを行う。これによって１サイクルのＴｉＮを含む膜の形成処理を完了する。
【００２７】
次に、処理容器４内の残留する処理ガスを例えばＮ２  ガス等の不活性ガスを供給して短時間パージして排除した後、上記と同様な操作を行って２サイクル目〜例えば５０サイクル目まで同様に繰り返して実行して薄いＴｉＮを含む膜を多層に積層し、これによって前述したように全体で０．４μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上の厚さのＴｉＮを含む膜よりなるプリコート層２８を形成することになる。ここで、ＴｉＮを含む膜は表面のみが窒化されたＴｉ膜でもよいし、全体がＴｉＮ膜になってもよい。特に輻射熱の特性を考慮すると全体がＴｉＮ膜になることが好ましい。
【００２８】
この場合、１サイクルにおいて堆積されるＴｉ膜を過度に厚くすると、このＴｉ膜を十分に窒化し難くなるので、その好ましい最大膜厚は例えば０．０５μｍ以下であり、より好ましくは０．０３μｍ以下である。ここでは上述のように５０サイクル繰り返して処理を行ったが、１サイクル当たりに形成されるＴｉＮを含む膜の厚さを可能な限り大きくできれば、上記繰り返しのサイクル数は少なくて済むのは勿論であるが、いずれにしても全体で０．４μｍ以上で好ましくは０．５μｍ以上の厚さのプリコート層２８を得るようにする。
この場合、プリコート層２８の厚さは、これ以上厚くしても載置台１６からの輻射熱量は変化せずに略一定となるが、換言すればウエハに対する成膜処理によりＴｉＮを含む膜が載置台１６に付着しても輻射熱量は変化しないが、スループットを考慮すれば、プリコート層２８の最大値は例えば２μｍ程度、好ましくは１．０μｍ未満である。
【００２９】
上記プリコート工程におけるプロセス条件は、ＴｉＣｌ４  ガスの流量が２〜５０ｓｃｃｍ、好ましくは４〜３０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ３  ガスの流量が５０〜５０００ｓｃｃｍ、好ましくは４００〜３０００ｓｃｃｍ程度、圧力は全体を通じて６６．６〜１３３３Ｐａ、好ましくは１３３．３〜９３１Ｐａ程度、載置台温度は全体を通じて４００〜７００℃、好ましくは６００〜６８０℃である。このようにして、プリコート工程が終了したならば、次に製品ウエハに対して、Ｔｉ膜の成膜処理を１枚毎に実行して行くことになる。
ここで上記プリコート工程の具体的なプロセス条件の一例を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
まず、ステップ１の”Ｐｒｅ  Ｆｌｏｗ”では抵抗加熱ヒータ１８により載置台１６はプリコートにより十分に加熱されて所定の温度が維持されており、ＴｉＣｌ４  ガスを所定量流して流量が安定化される。またＡｒガス、Ｈ２  ガスは処理容器４内に導入される。以後、プロセス温度は６４０℃を維持され、プロセス圧力は６６．６〜１３３３Ｐａの範囲、例えば６６６．７Ｐａ或いは６６７Ｐａに維持される。各ガス流量は、ＴｉＣｌ４  が４〜５０ｓｃｃｍの範囲、例えば１２ｓｃｃｍ、Ａｒが５００〜３０００ｓｃｃｍの範囲、例えば１６００ｓｃｃｍ、Ｈ２  が１０００〜５０００ｓｃｃｍの範囲、例えば４０００ｓｃｃｍである。尚、このステップ１ではＴｉＣｌ４  はバイパス通路を介して処理容器４内を通ることなく棄てられている。
【００３２】
次に、ステップ２の”Ｐｒｅ  ＰＬＳＭ”では例えば４５０ｋＨｚのＲＦ（高周波）が上部電極のシャワーヘッド部３０に印加されてプラズマが数秒（例えば１秒）立てられて安定化される。次に、ステップ３の”Ｄｅｐｏ”ではＴｉＣｌ４  ガスを処理容器４内に流してＴｉ膜を形成する。この時の成膜時間は３０ｓｅｃである。
次に、ステップ４の”ＡＦＴ  Ｄｅｐｏ”ではＲＦを停止し、原料ガス導入配管内の原料ガスを排出する。次に、ステップ５の”Ｇａｓ  Ｃｈａｎｇ”ではＨ２  ガスの流量を４０００ｓｓｃｍから２０００ｓｃｃｍまで減少させ、処理容器４内の処理ガスを置換排気する。次に、ステップ６の”Ｐｒｅ  ＮＨ３  ”ではプラズマを生成する前にＮＨ３  ガスを流し始めてこの流量を５００〜３０００ｓｃｃｍの範囲、例えば１５００ｓｃｃｍに設定して処理容器４内に導入して安定化させる。
【００３３】
次に、ステップ７の”Ｎｉｔｒｉｄｅ”では上部電極のシャワーヘッド部３０にＲＦ４５０ｋＨｚを、印加して先に成膜したＴｉ膜を窒化する。尚、Ａｒガス、Ｈ２  ガスは処理容器４内へ流れているのは勿論である。この窒化処理の時間は５〜１２０ｓｅｃ、例えば３０ｓｅｃである。次に、ステップ８の”ＲＦ      Ｓｔｏｐ”では、ＲＦの印加を停止して窒化処理を停止する。
この一連の動作によるプリコート工程を１サイクルとして、以後、同様な一連の操作を複数回、例えば５０回繰り返すことで積層プリコートが形成される。次に製品ウエハを処理容器４内に搬入して、ウエハ上にプラズマでＴｉ膜を形成する形成工程が行われる。
【００３４】
ここで上記成膜方法ではＴｉ膜の窒化処理としてプラズマを利用したプラズマ窒化処理を行った場合について説明したが、このプラズマ窒化処理に代えてプラズマを用いないで熱による窒化処理を行うようにしてもよい。この熱による窒化処理は、プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜後に、スイッチ６２をＯＦＦして高周波電圧の印加を停止すると共に、ＴｉＣｌ４  ガスを停止し、ＡｒガスとＨ２  ガスの供給を維持して、Ｎ（窒素）を含むガス、例えばＮＨ３  ガスを供給して窒化処理を行なう。またＮＨ３  ガス、Ｈ２  ガスをそれぞれ所定の流量で供給を行い、プラズマを用いないで熱による窒化処理を行う。窒素を含むガスは、例えばＭＭＨ（モノメチルヒドラジン）を添加してもよい。この時のプロセス条件はＮＨ３  ガスの流量が例えば５〜５０００ｓｃｃｍ、Ｈ２  ガスを５０〜５０００ｓｃｃｍ、Ａｒガスが５０〜２０００ｓｃｃｍ程度の範囲内、Ｎ２  ガスを例えば５０〜２０００ｓｃｃｍ程度の範囲内、ＭＭＨガスは例えば１〜１０００ｓｃｃｍ程度の範囲内、圧力及び載置台温度はそれぞれプラズマＣＶＤによる成膜ステップと同じである。この時のプリコート膜の厚さは、ほぼ０．４〜２μｍの範囲が好ましく、より好ましくはほぼ０．５〜０．９μｍである。
【００３５】
次に、図３（Ｂ）に示す成膜方法は、プラズマを用いない熱ＣＶＤにより直接的にＴｉＮ膜を、プリコート膜として形成する方法であり、これについて説明する。
図３（Ｂ）に示されるフローチャートは、処理容器４内にウエハを搬入してない状態で処理容器４内に付着した不要な付着物をクリーニング処理後に、プラズマを用いないで熱ＣＶＤにより直接的にＴｉＮ膜を形成している。この時の成膜ガスはＴｉＣｌ４  ガスとＮＨ３  ガスとＮ２  ガスを用いる。この熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の形成は、反応速度が速いため成膜レートが高くて短時間でプリコート工程を行うことができ、しかもステップカバレジも良好（速いため）なので、載置台１６の上面のみならず、側面や裏面にも十分にＴｉＮ膜を施すことができる。この熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜のプリコート膜の形成では、図３（Ａ）に示したように繰り返しを行うことなく一度に０．５μｍの厚さのプリコート層２８を短時間で形成することができる。この場合、プリコート層２８の膜厚は、載置台１６からの輻射熱量の変化しない０．４〜２μｍが好ましい。またスループットを考慮すれば１μｍ未満、例えば０．５〜０．９μｍの範囲がより好ましい。
【００３６】
例えば図３（Ａ）に示すフローチャートではプリコート工程は６４分程度であったが、この図３（Ｂ）に示す場合にはプリコート工程は３４分程度に短縮化することができる。
この時のプロセス条件は、ＴｉＣｌ４  ガスの流量が例えば５〜１００ｓｃｃｍの範囲内、ＮＨ３  ガスの流量が例えば５０〜５０００ｓｃｃｍの範囲内、Ｎ２  ガスの流量が例えば５０〜５０００ｓｃｃｍの範囲内である。また、圧力及び載置台１６の温度及びプリコート膜厚は、図３（Ａ）を参照して説明した場合とそれぞれ同じである。
【００３７】
また、図３（Ｃ）に示すフローチャートのように、図３（Ｂ）にて説明したプラズマを用いないで熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を直接的に形成した後に、ＴｉＮ膜の表面を安定化させる目的で、プラズマを用いた窒化処理、或いはプラズマを用いない熱による窒化処理（図３（Ａ）参照）を短時間だけ行うようにすることで膜の安定化がより効果的となる。そのプロセス条件及びプリコート膜厚は、前記と同じ条件で行われる。
また更に、図３（Ｄ）に示すフローチャートのように、図３（Ｂ）にて説明した熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を直接的に形成した後に、図３（Ａ）にて示すプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜ステップと、このＴｉ膜を窒化処理してＴｉＮを含む膜とする窒化ステップとを少なくとも１サイクルだけ施すようにして、プリコート層２８の表面を安定化させるようにしてもよい。
【００３８】
また更には、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示す各フローチャートにおいて、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する際の１回のステップを短時間にして膜厚を小さく、例えば５０〜５００Å、好ましくは２００〜３００Åに設定し、ＴｉＮを繰り返し成膜してもよく（図３（Ｂ））、また、この短時間のＴｉＮ膜の成膜ステップと、窒化ステップ（図３（Ｃ）の場合）、或いは上記短時間のＴｉＮ膜の成膜ステップとプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜ステップと窒化ステップ（図３（Ｄ）の場合）とを、複数サイクル繰り返し行って所定の厚さのプリコート層２８を得るようにしてもよい。この場合の載置台１６からの輻射熱量の変化しない膜厚、例えば０．４〜２μｍが好ましい。
【００３９】
次に、載置台１６の温度を実質的に略一定とした時に、プリコート層２８の膜厚が変化しても載置台１６から放出される輻射熱量が変化しない一定になるような範囲内の厚さでプリコート層２８の厚さを載置台１６上に形成することにより、半導体ウエハの表面に堆積されるＴｉＮ膜の厚さの再現性を向上できる点について説明する。
従来は、処理容器内にウエハを搬入しないで、載置台の表面に１回で所望の膜厚のＴｉ膜を形成し、窒化してプリコート膜を形成後、ウエハを搬入して半導体ウエハの表面にプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を形成し、このＴｉ膜を窒化する工程でＴｉ膜を成膜すると、処理開始の当初ではウエハ処理の枚数が増加するに従って、シャワーヘッド部３０の温度も上昇してある程度の枚数に到達すると温度は略一定となる。これは処理空間Ｓに発生するプラズマにより、発生する熱量と、載置台１６から放出される輻射熱量の変化に起因して、このシャワーヘッド部３０の温度が大きく変化してしまう。そして、この部分で消費されるＴｉＣｌ４  ガスのプリカーサ（ＴｉＣｌｘ：ｘ１〜３）の量が変化し、結果的にウエハ上のＴｉＮ膜の膜厚及び比抵抗の均一性及び再現性を悪くさせてしまう。従って、載置台１６の温度が略一定の場合、この載置台１６から放出される輻射熱量を一定化させることが、ＴｉＮ膜の成膜プロセスの再現性を向上させるために必要となる。
【００４０】
そこで、載置台１６の温度を精度良く一定の温度、例えば６５０℃に維持し、この状態で載置台１６に種々の膜厚のプリコート層を施してその時の抵抗加熱ヒータ１８における消費電力を検討した。図４はこの時のプリコート層の膜厚と抵抗加熱ヒータの消費電力（％）との関係を示すグラフである。図示例では抵抗加熱ヒータは第１のゾーンと第２のゾーンに分かれて示しており、また消費電力はフルパワーに対するパーセントで示している。
図４に示すように、プリコート層の膜厚が薄い範囲では、膜厚の変化に対して抵抗加熱ヒータ１８の消費電力も大きく変動している。これは、載置台１６の温度を６５０℃に一定に維持していることから、載置台１６から放出される輻射熱量が大きく変動していることを意味する。そして、プリコート層の膜厚が０．５μｍに達すると、消費電力は略安定してきて一定の変動範囲内となってきている。すなわち、プリコート層の膜厚が０．５μｍ以上では載置台１６から放出される輻射熱量は略一定となっていることが理解できる。
【００４１】
また補足的に上述のようにプリコート層の膜厚を変化させた時の処理容器４内のプラズマの整合を調べるためにマッチング回路の整合についても検討した。
図５は上述のようにプリコート層の膜厚を変化させた時のマッチング回路６０のロード位置とチューン位置の変化を示すグラフである。ここでロード位置とはバリアブルインダクタの整合位置であり、チューン位置とはバリアブルコンデンサの整合位置である。尚、マッチング回路６０とは、所定の電力の高周波電力を印加している時に、反射波がゼロになるように自動的にインピーダンスが調整されるものであり、その時にロード位置及びチューン位置が変動する。
【００４２】
さて図５に示すように、プリコート層の膜厚が０．５未満の薄い領域でマッチングの変化が大きく、処理容器４内のプラズマの整合が大きく変動しているが、膜厚が略０．５μｍ以上より厚くなると、プラズマの整合の変化が非常に少なくなって安定化していることが判明した。
以上のような結果に基づいて、本願発明による処理装置（方法）と従来の処理装置（方法）とを用いて５０枚の製品ウエハに対して実際にＴｉ膜を成膜処理したのでその結果について評価する。
図６は本発明の処理装置と従来の処理装置とを用いて製品ウエハを処理した時の比抵抗の変化を示すグラフである。
【００４３】
図示するように、従来の処理装置を示す曲線Ａは０．３６μｍの厚さのプリコート層（図３（Ａ）で１８サイクル実施）を施した載置台を採用しており、本願の処理装置の第１実施例を示す曲線ＢはプラズマＣＶＤを用いて０．５μｍの厚さのプリコート層（図３（Ａ）で５０サイクル実施）を施した載置台を採用しており、本願の処理装置の第２実施例を示す曲線Ｃは熱ＣＶＤを用いて０．５μｍの厚さのプリコート層（図３（Ｃ））を施した載置台を採用している。
図示するように、各曲線Ａ〜Ｃ共に、製品ウエハの処理枚数が増加するに従って、比抵抗が僅かずつ上昇している。この場合、従来の処理装置を示す曲線Ａの変化は大きくて、ウエハ間の比抵抗値の均一性は３．１％であり、あまり良好ではない。
【００４４】
これに対して、本発明の第１実施例を示す曲線Ｂの変化は小さくて、ウエハ間の比抵抗値の均一性は２．３％まで低下して良好な結果を示している。また本発明の第２実施例を示す曲線Ｃの変化は更に小さく、ウエハ間の比抵抗値の均一性は１．５％まで大幅に低下して特に良好な結果を示している。
このように、プラズマＣＶＤを用いた曲線Ｂよりも熱ＣＶＤを用いた曲線Ｃの特性が良好な理由は、熱ＣＶＤによる成膜処理はステップカバレジが良好なために載置台１６の裏面にまで十分にプリコート層２８が付着し（図２参照）、製品ウエハの処理時における載置台１６からの輻射熱量の放出が小さくなり、その変化がより小さくなるからである。
【００４５】
ところで、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）で示したように、ＴｉＮ膜よりなるプリコート層２８をプラズマなしの熱ＣＶＤにより成膜した場合において、１枚目の製品ウエハに対してプラズマＣＶＤを用いてＴｉ膜を成膜した場合、最初のウエハの比抵抗が異常に高くなる、いわゆるジャンプ現象が生ずる場合がある。このジャンプ現象が発生する理由は、載置台１６の温度を例えば６５０℃に精度良く維持していても、プラズマＣＶＤの処理を行う場合には、プラズマからのエネルギーをシャワーヘッド部３０が受けて、このシャワーヘッド部３０の表面の温度が熱ＣＶＤの処理を行う場合よりもある程度の温度、例えばプロセス温度にもよるが１０℃程度高くなってしまい、この温度差に起因して上述のように１枚目の製品ウエハにジャンプ現象が発生してしまうからである。
【００４６】
そこで、このジャンプ現象の発生を抑制するために、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜よりなるプリコート層２８を成膜する際には、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜の成膜処理を行う時のシャワーヘッド部３０の表面の温度と略同じ温度になるように、載置台１６の温度を少し高く設定し、例えば上述の場合には２０℃程度高く設定して、上記シャワーヘッド部３０の表面の温度差１０℃をなくすように制御するのがよい。これにより、上記した１枚目の製品ウエハにジャンプ現象が発生することを抑制することができる。
また図７はプリコート層の形成時の温度とウエハの成膜温度との関係が、プリコート膜厚及び面間均一性に及ぼす影響を示すグラフである。ここではプリコート層の形成時の温度とウエハ成膜温度とを同一に設定した場合（曲線Ｘ）と、プリコート層の形成時の温度をウエハ成膜温度よりも高く（例えば１０〜３０℃、好ましくは１５〜２５℃高い）設定した場合（曲線Ｙ）を示す。このグラフから明らかなように、曲線Ｙに示すように、ウエハ成膜時の温度よりもプリコート層の形成時の方の温度を僅かに、例えば２０℃程度高くした方が、膜厚や比抵抗値等の面内均一性、すなわち再現性を向上できることが判明した。
【００４７】
また、一般的には処理装置は常に連続的に稼働するものではなく、処理すべき半導体ウエハがなくなった時には、載置台１６にプリコート層が付着した状態で数時間〜数日の長時間に亘って稼働しない時があり、この時には装置自体の電源を切るのではなく、載置台１６の温度を高くしておき、且つ処理容器４内へは不活性ガス、例えばＡｒガス、Ｎ２  ガスを微少量流しつづけて、いわゆるアイドリング状態で放置され、これにより必要時には短時間で成膜処理が開始できるようになっている。
【００４８】
しかしながら、この場合、アイドリング状態から成膜処理を開始した時に、最初の１枚目〜５枚程度の製品ウエハの堆積膜の比抵抗が、これに後続する製品ウエハの堆積膜の比抵抗よりも許容値を越えてかなり大きくなる場合があった。
このような現象を抑制するために、短時間、或いは長時間に亘ってアイドリング運転をした後に成膜処理を再開する時には、製品ウエハを流す直前に図３（Ａ）に示すような、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜を形成する成膜ステップと、このＴｉ膜を窒化してＴｉＮを含む膜とする窒化ステップとよりなる１サイクルを少なくとも１回行うようにする。また、これに代えて図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）に示すプリコート工程を、この工程中の熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の成膜ステップを短時間だけ、例えば数秒間程度行うようにして少なくとも１回実行するようにしてもよい。
【００４９】
これによれば、例えば短時間、或いは長時間のアイドリングによって表面が酸化されたプリコート層の表面に、上記操作によって新しい薄いＴｉＮを含む膜が付着してこの表面が安定化し、載置台１６からの輻射熱量が略一定になり、この結果、アイドリング状態から成膜処理を開始した直後の数枚のウエハに、堆積膜の比抵抗が過度に大きくなる、という現象が発生することが抑制され、面内及び面間の均一性を向上することができる。
図８は処理装置を長時間に亘ってアイドリング状態にした状態から成膜を開始した時の１枚目の製品ウエハにおける堆積膜の比抵抗を示すグラフである。図８において、前半が従来装置による実験結果を示し、後半が本発明装置（１サイクルのプリコートを実施）による実験結果を示す。図示例に示すように、適当な時期にクリーニング操作が行われており、各プロットの直前は長時間、例えば数時間のアイドリング運転が行われている。
【００５０】
このグラフより明らかなように、従来装置の場合には、ポイントＸ１〜Ｘ３において、比抵抗が許容範囲を越えて大きな値になってしまっているが、本発明装置の場合には、全て比抵抗の許容範囲内に入っており、処理容器内の載置台にプリコート層が形成されていても、成膜前に短時間の本発明のプリコート層を成膜することにより、成膜プロセスを安定に再現性良く行うことができ、良好な特性を示すことが判明する。尚、上記アイドリング運転後にプリコート工程を行う場合、アイドリング運転の長短にかかわらず、アイドリング運転を行った時には、製品ウエハを流す直後に必ずプリコート工程を行い、その後、製品ウエハを流すのがよい。
【００５１】
ところで、上述したように、処理容器４内をクリーニング処理した直後、或いは処理装置２をアイドリング運転した後に製品ウエハを流し始める直前においてはプリコート工程を行って処理容器４内の状態を安定化させていたが、この場合、プリコート工程として、特にプラズマを用いてプラズマＣＶＤによるＴｉ成膜処理とプラズマを用いた窒化処理とを行うと（特に図３中の（Ａ）及び（Ｄ）の場合）、次に流す最初の１枚目の製品ウエハのみに、放電跡が見られて部分的に膜質を劣化させる場合が発生する傾向が見い出された。
【００５２】
この放電が発生するメカニズムは次のように推察される。図９は半導体ウエハと載置台との間に放電が発生する原因を説明するための説明図である。すなわち、図９に示すようにＴｉＣｌ４  ガスとＨ２  ガスとを用いてプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を載置台１６上に成膜する時、ＴｉＣｌ４  ガスがプラズマで分解してＣｌマイナスイオンが発生し、このマイナスイオンにより載置台１６の表面がマイナスの電荷に帯電されることになる。尚、この時、Ｈプラスイオンも発生しているが、Ｃｌマイナスイオンが支配的になる。次に、ＮＨ３  プラズマによる窒化処理が行われ、この窒化処理ではＮＨ３  が分解されて主としてＨプラスイオンが発生してこのプラスイオンにより載置台１６の表面はある程度、電気的に中和されるが依然として載置台１６の表面はマイナスに帯電されている。
【００５３】
このような状況下で、製品ウエハをこの載置台１６の表面に載置してプラズマＣＶＤによりウエハ表面にＴｉ膜を形成すると、今度はウエハ自体が帯電し、この結果、ウエハＷとマイナスに大きな電荷で帯電していた載置台１６との間において、特に電荷が集中する周縁部にて放電が発生し、この周縁部における膜質を劣化させる場合があった。すなわち、プラズマ処理を行った時にマイナスイオンを生成する処理ガスを用いるプロセス程、載置台１６の帯電量が大きくなるので、この後に処理されるウエハと載置台との間の電位差が大きくなって放電が発生してしまう。尚、マイナスイオンを発生し易いガスはＴｉＣｌ４  の他にＣＦ系ガスがある。このような放電は１枚目に処理するウエハに対してのみ発生し、それ以降に連続して処理される製品ウエハに対しては放電が発生することはない。
【００５４】
そこで、本実施例では処理装置のアイドリング運転の後に製品ウエハを処理する時や、プリコート工程を行った後に製品ウエハを処理する時には、その製品ウエハの処理を開始する直前に載置台１６の表面を安定化させる載置台安定化処理を行い、これにより、例えば載置台１６の表面の帯電量を抑制して安定化すると共に、載置台１６の表面も材料的に安定化させる。
この載置台安定化処理は、製品ウエハに対して成膜処理を行う時に用いる処理ガスから、金属含有材料ガスを除いた他の処理ガスを処理容器４内へ供給しつつプラズマを立てることにより行う。具体的には、本実施例の場合には、金属含有材料ガスであるＴｉＣｌ４  ガスを除いた他の処理ガス、すなわちＮＨ３  ガスとＨ２  ガスとＡｒガスとを供給しつつプラズマを立て、これにより載置台１６の表面の薄膜を窒化乃至改質すると共に、載置台１６の表面の電荷（帯電量）を抑制する。ここで、Ｎ２  、ＮＨ３  、ＭＭＨの内の少なくとも１つのガスと、Ａｒガスの混合ガスでプラズマ処理を行ってもよい。
【００５５】
図１０は上記した載置台安定化処理を行うようにした処理方法の一例を示している。図１０（Ａ）に示すように、クリーニング処理後のプリコート工程と、１枚目の製品ウエハの処理との間、及びアイドリング運転Ｉの後に１枚目の製品ウエハの処理を開始する直前に、それぞれ載置台安定化処理を行っている。また図１０（Ｂ）に示す場合には、アイドリング運転Ｉの後に製品ウエハの処理を開始する時に再度プリコート工程を行っており、このプリコート工程と１枚目の製品ウエハの処理との間に載置台安定化処理を行っている。
【００５６】
このような載置台安定化処理を行うことにより、この直後の第１枚目の製品ウエハの表面と載置台１６との間に異常放電が発生するのを抑制することが可能となる。ここで載置台安定化処理の具体的なプロセス条件の一例を表２に示す。この表２の各ステップは先に示した表１中からプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜ステップとこれに関連するステップを除いたものである。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
ここではプロセス温度は６４０℃に一定に維持され、またプロセス圧力も６６７Ｐａに一定に維持される。
まず、載置台１６が略所定のプロセス温度に達しているものとすると、第１ステップの”Ｐｒｅ  Ｈｅａｔ”ではＡｒガスとＨ２  ガスとを流し、各ガスの流量を安定化させる。この時の各ガスのガス流量はＡｒガスが５００〜３０００ｓｃｃｍの範囲、例えば１６００ｓｃｃｍ、Ｈ２  ガスが１０００〜５０００ｓｃｃｍの範囲、例えば４０００ｓｃｃｍである。次に、第２ステップの”Ｇａｓ  Ｃｈａｎｇ”では、次のステップでＮＨ３  ガスを供給するための準備としてＨ２  ガスの流量を４０００ｓｃｃｍから２０００ｓｃｃｍに減少させる。次に、第３ステップの”Ｐｒｅ  ＮＨ３  ”ではＮＨ３  ガスを流し始めてこのガス流量を安定化させる。このＮＨ３  ガス流量は５００〜３０００ｓｃｃｍの範囲、例えば１５００ｓｃｃｍである。
【００５９】
次に、第４ステップの”Ｎｉｔｒｉｄｅ”では前述の第３ステップのガス流量を維持し、ＲＦ（高周波）を上部電極のシャワーヘッド部３０に印加して処理容器４内にプラズマを立て、載置台１６の表面に付着している膜を窒化乃至改質して安定化させる。この場合、図３において説明したようなプリコート工程とは異なってプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜処理を行っていないので、載置台の表面がマイナス電荷で帯電されることはない。この時の処理時間は５〜１２０ｓｅｃの範囲、例えば４０ｓｅｃである。次に、第５ステップの”ＲＦ  Ｓｔｏｐ”では高周波の印加を停止することになる。
尚、この第１〜第５ステップを１サイクルとして場合、このサイクルを複数回繰り返し行ってもよいし、１サイクル行うだけでもよく、この載置台安定化処理後に直ちに通常の製品ウエハの成膜処理を行うことになる。
【００６０】
この場合、１枚目の製品ウエハに対してプラズマ処理によりＴｉ膜を堆積させても、載置台１６の表面はほとんど帯電していないので、ウエハ間との電位差はそれ程大きくはならず、両者間に放電が発生することを防止することができる。また、上記したアイドリング運転Ｉの長短は問わず、僅かな時間でもアイドリング運転Ｉを行った時には、その後の最初の１枚目の製品ウエハの処理の直前に上記したような載置台安定化処理を行うのが好ましい。
ここで上記した載置台安定化処理を行わなかった場合と行った場合の実験を行って評価をしたので、その評価結果について説明する。図１１はその評価結果を示す図である。図１１（Ａ）は載置台安定化処理を行っていない時の１枚目の製品ウエハの比抵抗の分布を示し、図１１（Ｂ）は載置台安定化処理を行った時の１枚目の製品ウエハの比抵抗の分布を示す。
【００６１】
図１１（Ａ）に示す場合は、製品ウエハの一部のエッジ部で黒色に示された部分が比抵抗（Ｒｓ）の特異点が生じている部分であり、この部分の特性が大幅に劣化しているのが判明する。この時、比抵抗の最大値と最少値との差は９．９７である。この面内均一性も４．６２％である。これに対して、図１１（Ｂ）に示す場合には、上記したような比抵抗の特異点は発生しておらず、比抵抗が良好な分布を示していることが確認できた。この時、比抵抗の最大値と最少値との差は３．７８となり、図１１（Ａ）の場合よりも差が大幅に減少し、比抵抗の面内均一性も２．３６になっており、改善されている。
上記した載置台安定化処理は図３（Ａ）〜図３（Ｄ）の全ての成膜方法において加えることができる。また製品ウエハに対してプラズマＣＶＤにより金属膜を成膜する場合のみならず、プラズマＣＶＤにより金属含有膜を成膜する場合、或いは熱ＣＶＤにより金属膜や金属含有膜を成膜する場合にも上記載置台安定化処理を行うようにしてもよい。
【００６２】
尚、本実施例にて説明したガス流量や圧力や温度等のプロセス条件は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。また同様に、処理装置の構造も一例を示したに過ぎず、例えばプラズマ用高周波電源５６の周波数は４５０ｋＨｚではなく他の周波数を用いてもよく、また、プラズマ発生手段としてマイクロ波を用いてもよい。
【００６３】
またここではＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、タングステン（Ｗ）等の金属膜、或いはタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）やタンタルオキサイド（ＴａＯｘ：Ｔａ２  Ｏ５  ）、ＴｉＮ等の金属含有膜を成膜する場合にも、本発明を適用できるのは勿論である。更には、ＴｉＮ膜、ＨｆＯ２  膜、ＲｕＯ２  膜、Ａｌ２  Ｏ３  膜等を形成する場合にも、本発明を適用できるのは勿論である。
更には半導体ウエハのサイズも６インチ（１５０ｍｍ）、８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）、及び１２インチ以上（１４インチ等）のいずれも用いることができる。
また、加熱手段として、抵抗発熱ヒータに限らず、ランプ加熱を用いた装置にも本発明を適用できる。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の載置台、処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
載置台の表面に、その膜厚が変化しても輻射熱量が略一定となって変化しないような厚さのプリコート層を形成すようにしたので、被処理体に対する成膜処理が進んでも載置台を熱的に安定化させることができ、この結果、被処理体間における膜厚及び比抵抗の面内、面間の均一性、及び再現性を向上させることができる。
特に、請求項１１に係る発明によれば、プリコート工程の場合と実際に被処理体に対して成膜処理を行う場合とでシャワーヘッド部に温度差がほとんど生じないので、特に、プリコート工程終了後に行う１枚目の被処理体に堆積する膜厚及び比抵抗の面内均一性及び再現性を向上させることができる。
請求項１５〜１９に係る発明によれば、処理装置のアイドリング状態からプラズマを用いた成膜処理を開始する時や処理容器内を安定化するプリコート工程の後にプラズマを用いた成膜処理を開始する時には、その成膜処理の直前に載置台の表面を安定化させる載置台安定化処理を行うようにしたので、この載置台の表面に例えば電荷が蓄積されずに電気的に中和されるようになり、従って、その後にこの載置台に被処理体を載置してプラズマ処理を行っても被処理体と載置台との間の電位差が過度に大きくなることを防止できるので、載置台と被処理体との間に被処理体の表面の特性を部分的に劣化させる異常放電が発生することを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置を示す構成図である。
【図２】プリコート層が形成された載置台の一例を示す断面図である。
【図３】プリコート層の各ステップを説明するためのタイムチャートである。
【図４】プリコート層の膜厚と抵抗加熱ヒータの消費電力（％）との関係を示すグラフである。
【図５】プリコート層の膜厚を変化させた時のマッチング回路のロード位置とチューン位置の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の処理装置と従来の処理装置とを用いて製品ウエハを処理した時の比抵抗の変化を示すグラフである。
【図７】プリコート層の形成時の温度とウエハの成膜温度との関係がプリコート膜厚及び面間均一性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図８】処理装置を長時間に亘ってアイドリング状態にした状態から成膜を開始した時の１枚目の製品ウエハにおける堆積膜の比抵抗を示すグラフである。
【図９】半導体ウエハと載置台との間に放電が発生する原因を説明するための説明図である。
【図１０】載置台安定化処理を行うようにした処理方法の一例を示している。
【図１１】載置台安定化処理を行わなかった場合と行った場合の実験を行ったときの評価結果を示す図である。
【符号の説明】
２  処理装置
４  処理容器
１６  載置台
１８  抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
２８  プリコート層
３０  シャワーヘッド部（ガス導入手段）
５６  プラズマ用高周波電源（プラズマ発生手段）
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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