(57)【要約】【課題】スパッタリング工程において、処理対象物の表面上に異物が発生することを防ぎ、スパッタリング方法の信頼性を向上させる。【解決手段】環状のシールドＳ１の内壁の表面上に溶射膜ＴＳ１を形成する際、チャンバ内にシールドＳ１を配置したときに、シールドＳ１の内壁に対して水平方向よりもターゲット側に傾斜した方向に対応する方向から、溶射ガンＴＳＧを用いて溶射材を吹きつけてシールドＳ１の内壁を覆う溶射膜ＴＳ１を形成することにより、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部である溶射目の向きを上向きにする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ１）シールドの内壁に対して第１方向から溶射を行うことで、前記シールドの内壁に第１溶射膜を形成する工程と、
（ｂ１）前記（ａ１）工程の後、チャンバ内において、ターゲットおよび処理対象物間の高さの位置に前記シールドを配置する工程と、
（ｃ１）前記（ｂ１）工程の後、前記ターゲットをスパッタして前記処理対象物に成膜を行う工程と、
を有し、
前記シールドの内壁に対する前記第１方向は、前記（ｂ１）工程において、水平方向よりも前記ターゲット側に傾斜した方向に対応している、スパッタリング方法。
【請求項２】
請求項１記載のスパッタリング方法において、
前記シールドの内壁は、第１領域と、前記（ｂ１）工程において前記シールドを前記チャンバ内に設置したときに前記第１領域より前記ターゲット側に存在する第２領域とを有し、
前記（ａ１）工程では、前記シールドの内壁の前記第１領域に前記第１溶射膜を形成し、
（ａ２）前記（ｂ１）工程の前に、前記シールドの内壁の前記第２領域に対して第２方向から溶射を行うことで、第２溶射膜を形成する工程をさらに有し、
前記シールドの内壁に対する前記第２方向は、前記（ｂ１）工程において、水平方向よりも前記処理対象物側に傾斜した方向に対応している、スパッタリング方法。
【請求項３】
請求項１記載のスパッタリング方法において、
前記（ａ１）工程では、前記第１溶射膜の表面に、前記第１方向に延びる第１突出部が形成される、スパッタリング方法。
【請求項４】
請求項２記載のスパッタリング方法において、
前記（ａ２）工程では、前記第２溶射膜の表面に、前記第２方向に延びる第２突出部が形成される、スパッタリング方法。
【請求項５】
請求項２記載のスパッタリング方法において、
前記シールドは平面視において環状の形状を有しており、
前記シールドは、その上端に近づく程開口部の直径が小さくなる形状を有している、スパッタリング方法。
【請求項６】
請求項１記載のスパッタリング方法において、
前記処理対象物は半導体ウエハを含む、スパッタリング方法。
【請求項７】
請求項１記載のスパッタリング方法において、
前記（ｃ１）工程では、前記第１溶射膜の表面に、前記ターゲットがスパッタされた成分が被着する、スパッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング方法に関し、特に、スパッタリング装置を構成するシールドの表面上に溶射膜を形成するスパッタリング方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの処理対象物の表面に対して行う成膜は、スパッタリング装置を用いたスパッタリング法により行うことがある。スパッタリング法は、スパッタリング装置を構成するチャンバ内の上部に配置されたターゲットに対し、チャンバ内のガスを衝突させてターゲットを叩き、その反跳で飛び出たターゲット材原子を、チャンバ内の下部に配置した半導体ウエハなどの対象物の表面に付着させ、成膜する方法である。このようなスパッタリング法を用いて成膜を行う際には、チャンバの内側の表面などにターゲット材原子が付着することを防ぐために、チャンバの内側にシールドと呼ばれる防護壁を配置することが知られている。
【０００３】
また、スパッタリング工程において用いるスパッタリング装置には、一般的なスパッタリング装置に比べ、半導体ウエハなどの対象物とターゲットとの間の距離が長いものがある。このような装置は、ロングスロースパッタリング法によるスパッタリング工程に用いられる。
【０００４】
特許文献１（特開２００７−２９７７０４号公報）には、スパッタリング装置のチャンバ内において、壁面に付着した付着物が剥がれ落ちることを防ぐことが記載されている。
【０００５】
特許文献２（特開２０００−１７４３４号公報）には、スパッタリング装置のシールド面に付着しているスパッタ物などの表面に凹凸を形成することで、シールドに対するスパッタ物の吸着力を向上させ、当該スパッタ物が剥がれ落ちることを防ぐことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９７７０４号公報
【特許文献２】特開２０００−１７４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スパッタリング工程において、スパッタリング装置を構成するチャンバ内のシールドに付着した付着物が剥がれ落ちると、剥がれ落ちた当該付着物は半導体ウエハなどの処理対象物の表面に異物として付着する。この異物は、スパッタリング法により形成する膜などに不良を生じさせるため、シールドに付着した付着物が剥がれ落ちることは、スパッタリング方法の信頼性の低下に繋がる。
【０００８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
一実施の形態であるスパッタリング方法は、シールドの内壁に溶射膜を形成する際、チャンバ内にシールドを配置したときにシールドの内壁に対して水平方向よりもターゲット側に傾斜した方向に対応する方向から溶射を行うものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される一実施の形態によれば、スパッタリング方法の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１であるスパッタリング方法に用いるチャンバの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１で用いるシールドの平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１で行う溶射工程を説明するために、シールドの一部を破断して示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１で行う溶射工程を説明するために、シールドの一部を破断して示す側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１で用いるシールドの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２であるスパッタリング方法に用いるチャンバの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２で用いるシールドの一部を拡大して示す断面図である。
【図９】比較例であるスパッタリング方法において用いるシールドの断面図である。
【図１０】比較例であるスパッタリング工程に用いるシールドの一部を破断した側面図である。
【図１１】比較例であるスパッタリング方法において用いるシールドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、スパッタリング装置内に配置するシールドの表面上に形成する溶射膜を形成する際に行うスプレーの方向を規定し、溶射膜の吸着力を向上させることで、溶射膜の表面上の付着物からなる膜が剥がれ落ちてスパッタリングの処理対象物の表面に異物として残ることを防ぐことについて説明する。
【００１５】
なお、本実施の形態のスパッタリング方法は、半導体装置の製造工程に限らず、ＣＤ（Compact Disc）の表面、太陽電池の表面、または菓子袋の内側の面のコーティングなどに用いることができる。つまり、スパッタリング工程により成膜する処理対象物は半導体ウエハに限られない。ここでは例として、半導体装置の製造工程において行うスパッタリング工程に関して説明をする。
【００１６】
以下では、半導体ウエハの主面側にスパッタリング法を用いてＴｉ（チタン）膜を形成する場合について説明する。なお、本実施の形態はスパッタリング方法に関するものであるため、半導体素子などの詳しい形成工程の説明は省略する。
【００１７】
Ｔｉ（チタン）膜を形成する工程としては、例えば半導体基板上に形成された半導体素子を覆う層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールの内側の側壁および底面にバリア導体膜を形成する場合などが挙げられる。コンタクトホールは例えば円柱状の貫通孔であり、半導体基板の主面に対して垂直な方向、すなわち上下方向に延在する開口部である。コンタクトホール内には、当該スパッタリング工程によりバリア導体膜が形成された後、タングステン膜が充填され、層間絶縁膜上の余分な導体膜を除去することで、当該バリア導体膜と当該タングステン膜により、上記半導体素子に給電するためのコンタクトプラグが形成される。
【００１８】
まず、図１に、本実施の形態のスパッタリング工程で用いるスパッタリング装置を構成するチャンバＣＨＭの断面図を示す。チャンバＣＨＭには、チャンバＣＨＭ内のガスを排気し、チャンバＣＨＭ内を真空状態とするためのポンプＰＭが接続されている。つまり、チャンバＣＨＭはその内部を真空状態とすることができる真空チャンバである。また、チャンバＣＨＭには、チャンバＣＨＭ内にアルゴンガス（Ａｒ２）を供給するためのアルゴンガス供給源ＡＲＳが接続されている。チャンバＣＨＭおよびポンプＰＭ間、並びに、チャンバＣＨＭおよびアルゴンガス供給源ＡＲＳ間には、配管の開閉を行うバルブＶ１、Ｖ２がそれぞれ設けられている。
【００１９】
チャンバＣＨＭは、底部および側壁を有する容器ＣＨを有し、容器ＣＨ上には、環状のアダプタＡ１、Ａ２およびＡ３が順に設けられている。アダプタＡ３上には、環状のアダプタＡ３の上部の開口部に蓋をするように、Ｔｉ（チタン）からなるターゲットＴＧが配置されている。チャンバＣＨＭの内部は、容器ＣＨ、アダプタＡ１、Ａ２、Ａ３およびターゲットＴＧにより密閉されているため、バルブＶ１を開いた状態でポンプＰＭによりチャンバＣＨＭ内の気体を排気することで、チャンバＣＨＭ内を真空状態とすることができる。
【００２０】
なお、アダプタＡ１およびＡ２間、アダプタＡ２およびＡ３間、並びに、アダプタＡ３およびターゲットＴＧ間には、環状のＯリングＯＲ１、ＯＲ２およびＯＲ３がそれぞれ配置されており、チャンバＣＨＭ外の気体がチャンバＣＨＭ内に吸入されることを防いでいる。アダプタＡ１〜Ａ３は例えばＡｌ（アルミニウム）からなり、ＯリングＯＲ１〜ＯＲ３は例えばＣｕ（銅）からなる。
【００２１】
チャンバＣＨＭの内側であって、ターゲットＴＧの直下には、ウエハステージＳＴが配置され、ウエハステージＳＴ上には一枚の半導体ウエハＷＦが配置されている。ウエハステージＳＴはその下のシャフト（図示しない）により支持されている。ウエハステージＳＴには、その上面から下面を貫通する孔部があり、当該孔部の下部には、上下方向に動かすことができるピンＰＮが配置されている。なお、ピンＰＮは図示していない台と、その下のシャフトにより支持されている。ピンＰＮは、半導体ウエハＷＦを搬送する際に上記孔部内を通って上方向に動き、ウエハステージＳＴよりも上に突出し、半導体ウエハＷＦを持ち上げる役割を有している。
【００２２】
スパッタリング工程では、アルゴンガス供給源ＡＲＳから供給されたアルゴンガス（Ａｒ２）をイオン化し、ターゲットＴＧに叩きつける。これにより、ターゲットＴＧを構成する原子がスパッタされ、スパッタされたターゲット材を、ターゲットＴＧに対向して配置された半導体ウエハＷＦの主面上に堆積させる。
【００２３】
具体的には、まずポンプＰＭを用いて高真空状態にしたチャンバＣＨＭ内に、アルゴンガス供給源ＡＲＳからアルゴンガス（Ａｒ２）を導入する。次に、ターゲットＴＧおよび半導体ウエハＷＦ間に加えられた高電界によるグロー放電を利用してアルゴンガスをアルゴンイオン（Ａｒ＋）にイオン化する。そして、上記高電界によりアルゴンイオンを加速させてターゲットＴＧを叩き、その反跳で飛び出したターゲット材原子を半導体ウエハＷＦの主面に付着させ、付着物からなる膜、つまりスパッタ膜を成膜する。
【００２４】
スパッタ膜とは、スパッタリング法により形成された膜である。具体的には、ターゲットＴＧをスパッタして叩き出された成分が被着して形成された膜である。
【００２５】
本実施の形態では、ターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の距離を長くとったロングスロースパッタリング法を用いている。この場合、ターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の距離がより短い場合に比べて、ターゲットＴＧから半導体ウエハＷＦに到達するターゲット材原子の指向性が強くなり、半導体ウエハＷＦの主面に対して垂直な方向から堆積する成分が多くなるため、スパッタ膜のカバレッジが改善される。例えば、直径が小さく深さが深い孔部の内側をスパッタリング工程により膜を形成して埋め込む場合に、孔部の内側に空隙が形成されることを防ぐことができる。なお、ターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の距離は例えば２０ｃｍである。
【００２６】
また、カバレッジを改善する方法として、ターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間に格子状の遮蔽物を配置したコリメートスパッタリング法を用いることができる。
【００２７】
また、例えばマグネトロンスパッタリング法を用いれば、ターゲットＴＧ上に配置した磁界発生装置（図示しない）がターゲットＴＧの周りに磁界を形成し、ターゲットＴＧのスパッタリングを改善し、成膜効率を向上させることができる。
【００２８】
ここではチャンバＣＨＭ内にアルゴンガスのみを導入しているため、スパッタリング工程により形成された膜はＴｉ膜である。これに対し、チャンバＣＨＭ内にアルゴンガスと共に窒素ガス（Ｎ２）を導入した場合、スパッタリング過程でＴｉ（チタン）とＮｉ（窒素）とが反応することで、半導体ウエハＷＦの主面上には窒化チタン膜が成膜される。
【００２９】
また、ターゲットＴＧの材料はＴｉ（チタン）に限らず、成膜対象によって適宜変更することができる。ターゲットＴＧの材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｏ（コバルト）またはＷ（タングステン）などを用いてもよい。また、ＡｌＣｕＳｉまたはＡｌＣｕなどの合金を用いることもできる。
【００３０】
上記のようにしてスパッタリングを行う際に、ターゲットＴＧから叩き出されるターゲット材は半導体ウエハＷＦの表面のみでなく、その他の領域にも飛散する。ここで、チャンバＣＨＭを構成する容器ＣＨまたはアダプタＡ１〜Ａ３などのそれぞれの表面にターゲット材が飛散して付着すると当該ターゲット材を容器ＣＨなどの表面から除去することは困難である。そのような場合には、容器ＣＨまたはアダプタＡ１〜Ａ３を分解し、それぞれの表面に付着したターゲット材を除去する煩雑な作業が必要となる。
【００３１】
そこで、容器ＣＨまたはアダプタＡ１〜Ａ３などにターゲット材が付着することを防ぐため、ターゲットＴＧおよび半導体ウエハＷＦ間の空間の周囲には、シールドＳ１〜Ｓ４が配置されている。各シールドは、半導体ウエハＷＦの主面に対して垂直な方向の軸を中心とする環状の構造を有している。ここでは、ウエハステージＳＴの横方向の周囲を囲むようにシールドＳ４が配置されている。つまり、ウエハステージＳＴの横にシールドＳ４が配置されている。シールドＳ４上にはシールドＳ３が配置され、シールドＳ３上にはシールドＳ２が配置され、シールドＳ２上にはシールドＳ１が配置されている。
【００３２】
つまり、ターゲットＴＧおよびウエハステージＳＴ間の領域の周囲には、ターゲットＴＧ側から、ウエハステージＳＴ側に向かって、順にシールドＳ１〜Ｓ４が配置されている。言い換えれば、各シールドＳ１〜Ｓ４はターゲットＴＧに対して半導体ウエハＷＦに近い領域に配置されている。上下方向においては、各シールドＳ１〜Ｓ４はターゲットＴＧより下に配置され、シールドＳ１などの一部のシールドは処理対象物である半導体ウエハＷＦよりも上に配置されている。すなわち、シールドＳ１などの一部のシールドはターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の高さに配置されている。
【００３３】
ターゲットＴＧの周縁部直下の近傍に環状のシールドＳ１が配置されており、シールドＳ１およびシールドＳ４間に、シールドＳ２およびＳ３が順に配置されており、ターゲットＴＧの底面の中央部と、半導体ウエハＷＦの主面との間にはシールドは配置されていない。環状のシールドＳ１〜Ｓ４のそれぞれの直径の方向は、半導体ウエハＷＦの上面、ウエハステージＳＴの上面、またはターゲットＴＧの底面に沿う方向である。図１では、環状のシールドＳ１〜Ｓ４の直径の方向における各シールドＳ１〜Ｓ４の両端部の断面をそれぞれ図の左右に示している。つまり、図１の左右には二つのシールドＳ１の断面を示しているが、これらは一つの環状のシールドＳ１の一部であり、実際には一体となっている。
【００３４】
シールドＳ１〜Ｓ４は、ターゲットＴＧの底面であってスパッタリング工程においてアルゴンが衝突する面に対し、半導体ウエハＷＦに覆われていないウエハステージＳＴ、容器ＣＨおよびアダプタＡ１〜Ａ３のそれぞれの表面を遮蔽するように配置されている。これにより、ターゲットＴＧの底面のアルゴンが衝突する面から飛散するターゲット材は、半導体ウエハＷＦまたはシールドＳ１〜Ｓ４に付着し、ウエハステージＳＴ、容器ＣＨおよびアダプタＡ１〜Ａ３などには付着しない。なお、シールドＳ１はアダプタＡ２により保持されている。
【００３５】
シールドＳ１〜Ｓ４はチャンバＣＨＭ内から容易に取り外すことが可能である。シールドＳ３およびＳ２などをチャンバＣＨＭから取り出す際には、アダプタＡ２およびＡ３を容器ＣＨから分離する必要がある。スパッタリング工程を複数回行うことで各シールドに付着したターゲット材の膜は、各シールドをチャンバＣＨＭから取り出し、薬液等を用いて除去する。
【００３６】
このようにして各シールドに付着したターゲット材の膜、つまりスパッタ膜を除去することで、各シールドを繰り返し使用することが可能である。なお、シールドＳ１はアースシールドと呼ばれる場合もあり、シールドＳ２はアッパーシールドと呼ばれることがあり、シールドＳ３はロワーシールドと呼ばれることがあり、シールドＳ４はプラテンリングと呼ばれることがある。
【００３７】
シールドＳ１〜Ｓ４のそれぞれの表面の一部または全部は、溶射膜（図示しない）により覆われている。溶射膜は、各シールドなどの表面から不純物が発生し、当該不純物が半導体ウエハＷＦの主面に異物として付着することを防ぐ役割を有している。また、各シールドに付着したスパッタ膜の一部が剥がれ落ちて半導体ウエハＷＦの主面に異物として付着することを防ぐため、溶射膜は、各シールドとスパッタ膜との密着性を高める役割を有している。
【００３８】
図示は省略するが、例えば、シールドＳ１およびＳ４の表面上にはＡｌ−Ｓｉ系合金からなる溶射膜が形成されており、シールドＳ２およびＳ３の表面上にはＮｉ−Ｔｉ系合金からなる溶射膜が形成されている。スパッタリング工程では、シールドＳ１〜Ｓ４（図１参照）の上に配置されたターゲットＴＧ側からターゲット材がシールドＳ１〜Ｓ４の表面の溶射膜に被着し、上記スパッタ膜が形成される。
【００３９】
各シールドをチャンバＣＨＭから取り出した後に、各シールドに形成されたスパッタ膜を除去する際には、各シールドの表面上に形成された溶射膜も除去する。したがって、各シールドをチャンバＣＨＭ内に再び設置する前に、各シールドの表面上に溶射膜を再び形成する工程が必要となる。
【００４０】
次に、図２に環状のシールドＳ１の平面図を示す。図２に示すように、シールドＳ１は平面視において、円形の環状の形状を有している。図１に示すシールドＳ２〜Ｓ４も同様に、平面視において例えば円形の環状の形状を有している。
【００４１】
次に、図３にシールドＳ１の一部を拡大した断面図を示す。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。つまり図３には、環状のシールドＳ１の直径方向の一方の端部の断面図を示している。
【００４２】
図３に示すように、環状のシールドＳ１の内側の表面、すなわち、環状のシールドＳ１の中心軸側の面は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなる溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２により被膜されている。以下では、環状のシールドＳ１の表面のうち、環状のシールドＳ１の中心軸側の面を、シールドＳ１の内壁と呼ぶ。シールドＳ１の内壁は、環状のシールドＳ１の中心軸に対して並行な面である。
【００４３】
ここで、シールドＳ１の内壁は第１領域Ｂ１および第２領域Ｂ２を有しており、シールドＳ１の内壁のうち、下側の領域である第１領域Ｂ１の上に、第２領域Ｂ２が存在する。つまり、シールドＳ１の内壁は、図１に示すチャンバ内にシールドＳ１を配置した際に半導体ウエハＷＦ側またはウエハステージＳＴ側に第１領域Ｂ１を有し、ターゲットＴＧ側に第２領域Ｂ２を有している。図３に示すように、シールドＳ１の内壁の第１領域は溶射膜ＴＳ１により覆われており、シールドＳ１の内壁の第２領域Ｂ２は溶射膜ＴＳ２により覆われている。
【００４４】
溶射膜ＴＳ１はシールドＳ１の内壁の下部に形成されており、溶射膜ＴＳ２はシールドＳ１の内壁の上部に形成されている。図では、特定の位置を境界として溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２が上下に作り分けられているが、溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２は、その中間の領域において一方が他方に重なるように形成されていてもよい。ただし、溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２間にシールドＳ１の内壁が露出することはなく、また、シールドＳ１の内壁の下部の表面上には、溶射膜ＴＳ１の表面が、溶射膜ＴＳ２に覆われずに露出している。つまり、第１領域Ｂ１では、溶射膜ＴＳ１の表面が環状のシールドＳ１の中心軸方向に露出している。
【００４５】
具体的には、シールドＳ１の内壁の中間の高さより下の領域において、シールドＳ１の内壁が全て溶射膜ＴＳ１に覆われ、当該領域の溶射膜ＴＳ１の表面が全て露出していることが望ましい。これは後述するように、シールドＳ１の内壁の下部の方が上部よりもスパッタ膜が剥がれ易いためである。
【００４６】
なお、図３に示す溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２に覆われていないシールドＳ１の表面は、溶射膜により覆われていてもよい。また、ここでいうシールドＳ１の内壁の下部とは、シールドＳ１がチャンバＣＨＭ（図１参照）内に配置された場合において、半導体ウエハＷＦに近い領域のシールドＳ１の内壁の一部を指す。また、ここでいうシールドＳ１の内壁の上部とは、シールドＳ１がチャンバＣＨＭ（図１参照）内に配置された場合において、ターゲットＴＧに近い領域のシールドＳ１の内壁の一部を指す。したがって、シールドＳ１がチャンバＣＨＭ（図１参照）内に配置された場合において、溶射膜ＴＳ１は溶射膜ＴＳ２よりも半導体ウエハＷＦに近い領域に形成されている。
【００４７】
環状のシールドＳ１の中心軸側に露出している溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２の表面には、溶射目と呼ばれる複数の突出部が形成されている。溶射膜ＴＳ１の表面の複数の突出部は上向きに形成されている。つまり、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部は、シールドＳ１がチャンバＣＨＭ（図１参照）内に配置された場合において、シールドＳ１の内壁から、ターゲットＴＧが配置される方向に延びている。
【００４８】
言い換えれば、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部は、ターゲットＴＧの底面に沿う方向に対してターゲットＴＧ側に向かって突出している。ここでは、シールドＳ１の内壁が、半導体ウエハＷＦの主面に対して垂直な方向に沿う面であり、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部は、シールドＳ１の内壁に対して垂直な方向、すなわち水平方向よりもターゲットＴＧが存在する上側に向かって突出している。
【００４９】
逆に、溶射膜ＴＳ２の表面の複数の突出部は下向きに形成されている。つまり、溶射膜ＴＳ２の表面の突出部は、シールドＳ１がチャンバＣＨＭ（図１参照）内に配置された場合において、シールドＳ１の内壁から、半導体ウエハＷＦまたはウエハステージＳＴが配置される方向に延びている。
【００５０】
言い換えれば、溶射膜ＴＳ２の表面の突出部は、ターゲットＴＧの底面に沿う方向に対して半導体ウエハＷＦ側またはウエハステージＳＴ側に向かって突出している。ここでは、シールドＳ１の内壁が、ターゲットＴＧの底面および半導体ウエハＷＦの主面に対して垂直な方向に沿う面であるため、溶射膜ＴＳ２の表面の突出部は、シールドＳ１の内壁に対して垂直な方向、すなわち水平方向よりも半導体ウエハＷＦ側またはウエハステージＳＴ側に向かって突出している。
【００５１】
このように、溶射膜ＴＳ１および溶射膜ＴＳ２のそれぞれの表面の突出部は、上下逆方向に向かって突出している。これは、以下に説明するように、溶射膜ＴＳ１および溶射膜ＴＳ２のそれぞれを形成する際に行う溶射の向きが異なるためである。
【００５２】
溶射膜は、溶射材と呼ばれる材料を加熱して溶融させたもの、または当該材料を加熱した粒子を、溶射ガンなどを用いて被施工物に吹き付けること、すなわち溶射を行うことで形成される膜である。溶射には、プラズマ溶射、爆発溶射、電気式溶射、アーク溶射、ＨＶＯＦ（High Velocity Oxygen Fuel）溶射およびコールドスプレーなどの種類が存在する。
【００５３】
ここで、図４および図５に、スパッタリング工程の前に行う、シールドに対する溶射膜の形成工程、すなわち溶射工程を説明するための側面図を示す。図４には、溶射膜ＴＳ２を形成する工程を説明するために、シールドＳ１の一部を破断した側面図を示す。図５には、溶射膜ＴＳ１を形成する工程を説明するために、シールドＳ１の一部を破断した側面図を示す。図４および図５には、環状のシールドＳ１、回転台ＴＲおよび溶射ガンＴＳＧを示している。
【００５４】
図１に示すように、シールドＳ１は、チャンバＣＨＭ内に配置された場合において、環状のシールドＳ１の中心軸に沿う方向における両端のうち、ターゲットＴＧ側に近接する端部を上向きにし、半導体ウエハＷＦ側およびウエハステージＳＴ側の端部を下向きにしている。これは、図３に示すシールドＳ１も同様である。これに対し、図４に示すシールドＳ１は、チャンバＣＨＭ内に配置された場合において、環状のシールドＳ１の中心軸に沿う方向における両端のうち、ターゲットＴＧ側に近接する端部を下向きにし、半導体ウエハＷＦ側およびウエハステージＳＴ側の端部を上向きにしている。つまり、図４に示す溶射膜ＴＳ２の形成工程では、チャンバＣＨＭ（図１参照）内にシールドＳ１を設置する場合に対し、シールドＳ１の上下の向きを逆にした状態で、溶射膜ＴＳ２の形成を行う。
【００５５】
図４に示すように、シールドＳ１は、環状のシールドＳ１の中心軸と同じ方向を軸として回転する回転台ＴＲ上に配置されており、溶射膜ＴＳ２を形成する際には、回転台ＴＲを回転させることで、回転台ＴＲ上のシールドＳ１を回転させながら、溶射ガンＴＳＧから溶射材をシールドＳ１の内壁に吹き付けることにより、シールドＳ１の内壁の一部を覆う溶射膜ＴＳ２を形成する。上記溶射材および溶射膜ＴＳ２は例えばＡｌ−Ｓｉ系合金からなる。
【００５６】
このとき、溶射膜ＴＳ２の表面に複数形成される突出部は、溶射ガンＴＳＧから溶射材が吹き付けられる際に、シールドＳ１の内壁から溶射ガンＴＳＧに向かって突出するように形成される。したがって、シールドＳ１をチャンバＣＨＭ（図１参照）内に設置するときのシールドＳ１の上下の向きに対し、シールドＳ１を逆さまにして回転台ＴＲ上に設置して上方から溶射材を吹き付けて溶射する上記の成膜方法では、溶射膜ＴＳ２の表面の突出部は、図４において上向きに延びるように形成される。つまり、図１に示すようにシールドＳ１をチャンバＣＨＭ内に設置した際には、シールドＳ１の上下方向を元に戻すため、溶射膜ＴＳ２の表面の突出部は下向き、すなわち半導体ウエハＷＦ側またはウエハステージＳＴ側の向きに延びるように形成される。
【００５７】
次に、図５を用いて溶射膜ＴＳ１を形成する工程について説明する。溶射膜ＴＳ１の形成工程において、図５に示すように、シールドＳ１を回転台ＴＲ上に配置し、回転台ＴＲと共にシールドＳ１を回転させながら、溶射ガンＴＳＧから溶射材をシールドＳ１の内壁に吹き付けることにより、シールドＳ１の内壁の一部を覆う溶射膜ＴＳ１を形成する点は、図４に示す溶射膜ＴＳ２の形成工程と同様である。なお、上記溶射材および溶射膜ＴＳ１は例えばＡｌ−Ｓｉ系合金からなる。
【００５８】
ただし、図５に示すように、溶射膜ＴＳ１の形成工程では、シールドＳ１の上下の向きを、シールドＳ１をチャンバＣＨＭ（図１参照）内に設置するときの向きと同様にした状態で、シールドＳ１の上方から溶射ガンＴＳＧにより溶射材を吹き付けて溶射している。このように、溶射膜ＴＳ２（図４参照）の形成工程では、シールドＳ１をチャンバＣＨＭ（図１参照）内に設置した際に半導体ウエハＷＦまたはウエハステージＳＴが設置される側から溶射ガンＴＳＧにより成膜を行う。
【００５９】
これに対し、溶射膜ＴＳ１（図５参照）の形成工程では、シールドＳ１をチャンバＣＨＭ（図１参照）内に設置した際にターゲットＴＧが設置される側から溶射ガンＴＳＧにより成膜を行う。ターゲットＴＧ側から溶射を行うということは、言い換えれば、溶射工程により溶射膜が形成される箇所である溶射面に対し、水平方向、つまり環状のシールドＳ１の直径方向よりもターゲットＴＧ寄りの方向から溶射を行うということである。これは、本実施の形態のように溶射面が半導体ウエハＷＦの主面に対し垂直な面である場合に限らず、半導体ウエハＷＦからターゲットＴＧに向かってシールドの直径が小さくなる場合または大きくなる場合であっても同様である。
【００６０】
具体的な角度について説明すれば、溶射によって溶射材が吹き付けられるシールドＳ１の内壁の一箇所、すなわち溶射面を頂点とし、溶射ガンＴＳＧから溶射材を吹き付ける角度をθとすると、９０°＞θ＞０°である。つまり、頂点である溶射面と溶射ガンＴＳＧ間を結ぶ方向と、水平方向、すなわち環状のシールドＳ１の直径方向とのなす角であるθは、０°より大きく９０°より小さい。
【００６１】
なお、ここでは、シールドＳ１を図１に示すチャンバＣＨＭ内に設置した際の上方向、すなわちシールドＳ１に対してターゲットＴＧが存在する方向をθの正の方向とし、半導体ウエハＷＦまたはウエハステージＳＴが存在する方向をθの負の方向として説明している。したがって、図５では図１と同様の向きでシールドＳ１を配置しているため、シールドＳ１の上からシールドＳ１の内壁に対し溶射を行った際の溶射角θは９０°＞θ＞０°となる。対して、図４では図１とは上下方向を逆にしてシールドＳ１を回転台ＴＲ上に配置し、シールドＳ１上からシールドＳ１の内壁に対し溶射を行った際の溶射角θは０°＞θ＞−９０°となる。
【００６２】
本実施の形態では、図１に示すチャンバＣＨＭのように、ウエハステージＳＴの上面、半導体ウエハＷＦの主面、ターゲットＴＧの底面、およびシールドＳ１〜Ｓ４の直径方向のそれぞれが水平方向に沿って並行になっており、ターゲットＴＧの直下に半導体ウエハＷＦが配置されている。この場合、溶射膜ＴＳ１は、シールドＳ１の溶射面に対して水平方向よりもターゲットＴＧ寄りの方向（後述する第１方向）から溶射されることで形成され、その表面には、シールドＳ１の内壁から水平方向よりもターゲットＴＧ寄りの方向（後述する第１方向）に延びる突出部が形成されているといえる。
【００６３】
同様に、本実施の形成では、溶射膜ＴＳ２は、シールドＳ１の溶射面に対して水平方向よりも半導体ウエハＷＦ寄りの方向（後述する第２方向）から溶射されることで形成され、その表面には、シールドＳ１の内壁から水平方向よりも半導体ウエハＷＦ寄りの方向（後述する第２方向）に延びる突出部が形成されているといえる。
【００６４】
本実施の形態の特徴は、図５に示すように、溶射角θを９０°＞θ＞０°とし、水平方向よりも上の方向、つまりチャンバ内におけるターゲット寄りの方向から溶射を行なって溶射膜ＴＳ１を形成し、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部の延びる向きとターゲット材の飛散する向きとを合わせることにある。
【００６５】
溶射膜ＴＳ１の表面に複数形成される突出部は、溶射ガンＴＳＧから溶射材が吹き付けられる際に、シールドＳ１の内壁から溶射ガンＴＳＧに向かって突出するように形成される。したがって、シールドＳ１を、チャンバＣＨＭ（図１参照）内に設置するときのシールドＳ１の上下の向きと同じ向きで設置して、シールドＳ１の上方から溶射材を吹き付ける上記の成膜方法では、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部は、図５において上向きに延びるように形成される。つまり、図１に示すようにシールドＳ１をチャンバＣＨＭ内に設置した際には、溶射膜ＴＳ１の向きは上向き、すなわちターゲットＴＧ側に延びるように形成される。
【００６６】
以下では、上記の溶射膜ＴＳ１の表面の突出部の延びる向き、つまり溶射目の向き、および、図５を用いて説明した溶射膜ＴＳ１を形成する際に溶射を行う方向を、第１方向と呼ぶことがある。第１方向は、シールドＳ１を図１に示すチャンバＣＨＭ内に配置したとき、シールドＳ１の内壁に対して、水平方向よりもターゲットＴＧ側に傾斜する方向に対応している方向である。
【００６７】
第１方向は、チャンバＣＨＭ内にターゲットＴＧおよびシールドＳ１を配置した状態で、シールドＳ１の内壁とターゲットＴＧとの位置関係により規定される方向であるが、シールドＳ１の内壁に溶射膜ＴＳ１を形成する工程では、図５に示すようにシールドＳ１はチャンバＣＨＭから取り出されている。このため、ここでは溶射膜ＴＳ１を形成する際に行う溶射の向きである第１方向を、シールドＳ１をチャンバＣＨＭ内に配置した際に規定される方向に対応する方向として定義する。
【００６８】
また同様に、以下では、上記の溶射膜ＴＳ２の表面の突出部の延びる向き、つまり溶射目の向き、および、図４を用いて説明した溶射膜ＴＳ２を形成する際に溶射を行う方向を、第２方向と呼ぶことがある。第２方向は、シールドＳ１を図１に示すチャンバＣＨＭ内に配置したとき、シールドＳ１の内壁に対して、水平方向よりも半導体ウエハ側、つまり処理対象物側に傾斜する方向に対応している方向である。
【００６９】
第２方向は、チャンバＣＨＭ内にターゲットＴＧおよびシールドＳ１を配置した状態で、シールドＳ１の内壁と処理対象物との位置関係により規定される方向であるが、シールドＳ１の内壁に溶射膜ＴＳ２を形成する工程では、図４に示すようにシールドＳ１はチャンバＣＨＭから取り出されている。このため、ここでは溶射膜ＴＳ２を形成する際に行う溶射の向きである第２方向を、シールドＳ１をチャンバＣＨＭ内に配置した際に規定される方向に対応する方向として定義する。
【００７０】
上記のように、溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２のそれぞれは、成膜する際のシールドＳ１の上下方向の向きが逆であるため、表面に形成される複数の突出部の延びる向きも逆となる。なお、ここでは図４の工程の後に図５に示す工程を行う場合について説明したが、溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２はどちらを先に形成しても構わない。つまり、図５に示す工程の後に、図４に示す工程を行なってもよい。溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２の形成順によっては、溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２のどちらか一方が他方の表面を覆っている場合が考えられるが、いずれにしても複数の突出部が形成された溶射膜ＴＳ１の面は、シールドＳ１の内壁に沿って、環状のシールドＳ１の中心軸側に露出している。
【００７１】
図４および図５を用いて説明した工程により溶射膜ＴＳ１およびＴＳ２を形成したシールドＳ１を、図１に示すようにチャンバＣＨＭ内に設置した後に、スパッタリング工程を行う。これにより、半導体ウエハＷＦにスパッタ膜を形成することができる。なお、スパッタリング工程を行う前に、シールドＳ２〜Ｓ４のそれぞれの表面にも溶射膜を形成しておく。
【００７２】
シールドＳ２、Ｓ３は、その内壁がターゲットＴＧ側からウエハステージＳＴ側に近づくにつれてすぼまり、開口部の直径が小さくなる形状を有している。このような形状のシールドの上下を逆さまにして、図４に示すように溶射膜を形成することは困難である。このため、シールドＳ２、Ｓ３に溶射膜を成膜する際には、図５に示す溶射膜ＴＳ１の形成工程と同様に、シールドＳ２、Ｓ３の上下の向きを、チャンバＣＨＭ内に設置した際の向きから変えずに溶射を行い、溶射膜を形成する。
【００７３】
また、シールドＳ４は、半導体ウエハＷＦとほぼ同じ高さに配置されるため、スパッタリング工程ではシールドＳ４の上面にスパッタ膜が形成される。したがってシールドＳ４は、チャンバＣＨＭ内においてその上面が溶射膜により覆われている必要がある。このため、シールドＳ４も図５に示す溶射膜ＴＳ１の形成工程と同様に、シールドＳ４の上下の向きを、チャンバＣＨＭ内に設置した際の向きから変えずに溶射を行い、シールドＳ４の上方向から溶射を行なって溶射膜を形成する。
【００７４】
スパッタリング工程では、半導体ウエハＷＦにスパッタ膜が成膜されると共に、シールドＳ１〜Ｓ４のそれぞれの表面を覆う溶射膜上にもスパッタ膜が成膜される。これは、アルゴンイオン（Ａｒ＋）が図１に示すターゲットＴＧの底面に衝突した際にターゲットＴＧから飛び出すターゲット材は、半導体ウエハＷＦに向かって飛散するのみでなく、他の方向にも飛散するためである。ターゲットＴＧは各シールドＳ１〜Ｓ４よりも上に位置するため、各シールドＳ１〜Ｓ４のそれぞれの内壁に対し、ターゲット材は水平方向よりも上の方向から飛散する。
【００７５】
図６に、スパッタリング工程によってターゲット材を含むスパッタ膜ＳＰ１が形成されたシールドＳ１の一部を拡大した断面図を示す。シールドＳ１の内壁を覆う溶射膜ＴＳ１、ＴＳ２のそれぞれの表面は、スパッタリング工程においてターゲットＴＧ（図１参照）から叩き出されたターゲット材が付着して形成されたスパッタ膜ＳＰ１により一部または全部が覆われている。
【００７６】
なお、図１に示すターゲットＴＧから叩き出されるターゲット材は、チャンバＣＨＭ内において、スパッタリングの対象物である半導体ウエハＷＦがある下方向に主に飛散し、ターゲットＴＧの横方向に飛散する量は比較的少ない。したがって、ターゲットＴＧの真横の近傍に位置する領域である、シールドＳ１（図６参照）の上部の第２領域Ｂ２、すなわちターゲットＴＧに近い領域のシールドＳ１の内壁にはターゲット材は殆ど飛散しない。このため、溶射膜ＴＳ２の表面上に成膜されるスパッタ膜ＳＰ１の膜厚は、溶射膜ＴＳ２の下部の溶射膜ＴＳ１の表面上に形成されるスパッタ膜ＳＰ１の膜厚よりも小さい。
【００７７】
ここで、溶射膜ＴＳ２の突出部である溶射目の表面上には、均一にスパッタ膜ＳＰ１が成膜されていないことが考えられるが、溶射膜ＴＳ１の突出部である溶射目の表面には、均一にスパッタ膜ＳＰ１が成膜されている。これは、溶射目の延びる方向を、ターゲット材が飛来してくる方向に合わせているためである。すなわち、図５を用いて説明したように、シールドＳ１の上下の向きを逆さにせずに、シールドＳ１の上方から溶射ガンＴＳＧにより溶射を行い、溶射膜ＴＳ１の表面の複数の突出部の延びる向き上向きにすることにより、図１に示すチャンバＣＨＭ内にシールドＳ１を設置した際に、溶射膜ＴＳ１の複数の突出部がターゲットＴＧの存在する方向を向くように形成される。
【００７８】
このため、スパッタリング工程ではターゲットＴＧ側から溶射膜ＴＳ１に向かって飛散するターゲット材はほぼ均一に溶射膜ＴＳ１の表面に付着するため、第１領域Ｂ１の溶射膜ＴＳ１の表面には、膜厚が均一で、溶射膜ＴＳ１に対する接着強度の大きいスパッタ膜ＳＰ１が形成される。
【００７９】
ここで、図９および図１１に比較例のスパッタリング工程に用いる環状のシールドＳ１ａの断面を示す。また、図１０に比較例のスパッタリング工程に用いる環状のシールドＳ１ａの一部を破断した側面図を示す。シールドＳ１ａは図１〜図５に示すシールドＳ１と同様の形状を有しており、図１に示すスパッタリング装置を構成するチャンバＣＨＭと同様にチャンバ内に配置して、スパッタリング工程においてターゲット材がチャンバＣＨＭの表面に付着することを防ぐために用いられる。ただし、シールドＳ１ａの内壁を覆う溶射膜ＴＳ２ａの表面の複数の突出部が、全て下向きに延びるように形成されている点で、シールドＳ１ａはシールドＳ１と異なる。
【００８０】
つまり、シールドＳ１ａの内壁を覆う溶射膜ＴＳ２ａの表面の複数の突出部は、シールドＳ１ａがチャンバＣＨＭ（図１参照）内配置された際に、ウエハステージＳＴ側または半導体ウエハＷＦ側、つまりスパッタリング工程による被膜対象側に向いて延びるように形成されている。
【００８１】
ここで、図９は図３と同様に、比較例のスパッタリング方法において用いる環状のシールドＳ１ａの一部を拡大して示す断面図である。また、図１０は比較例のスパッタリング方法において用いる環状のシールドＳ１ａの内壁に溶射膜ＴＳ２ａを形成する溶射工程を説明する側面図であり、図ではシールドＳ１ａの一部を破断して示している。また、図１１は、溶射膜ＴＳ２ａを設けたシールドＳ１ａをチャンバ内に設置し、スパッタリング工程を行うことでターゲット材が付着したシールドＳ１ａの一部を拡大して示す断面図である。
【００８２】
図９に示すように、比較例のスパッタリング方法において用いる環状のシールドＳ１ａの内壁は、一度の溶射工程により形成された１層の溶射膜ＴＳ２ａにより覆われている。シールドＳ１ａの内壁の全面を覆う溶射膜ＴＳ２ａの表面の複数の突出部は全て下向きに延びるように形成されている。
【００８３】
図９に示す溶射膜ＴＳ２ａは、図１０に示すように、回転台ＴＲ上に、上下を逆さまにしたシールドＳ１ａを設置し、回転台ＴＲおよびシールドＳ１ａを回しながら、シールドＳ１ａの上方からシールドＳ１ａの内壁に向かって溶射ガンＴＳＧにより溶射材を吹き付けることで形成する。つまり、溶射膜ＴＳ２ａは、本実施の形態の溶射膜ＴＳ２（図４参照）と同様の工程で形成される。ただし、溶射膜ＴＳ２ａは溶射膜ＴＳ２と異なりシールドＳ１ａの内壁の全面を覆うように形成する。また、比較例では、図５を用いて説明したように、シールドＳ１の上下方向を逆さにせず、チャンバ内に設置する向きと同じ向きにしてシールドＳ１の上方から溶射を行うような溶射膜の成膜工程を有していない。
【００８４】
したがって、比較例のシールドＳ１ａの内壁を覆う溶射膜ＴＳ２ａの表面の複数の突出部は全て下向き、つまり、図１に示すチャンバＣＨＭ内にシールドＳ１ａを設置した際に、半導体ウエハＷＦ側またはウエハステージＳＴ側に延びるように形成されている。
【００８５】
図１０に示すようにシールドＳ１ａの上下の向きを逆さにして溶射工程を行う理由として、シールドＳ１ａがチャンバ内に設置された際の上側、つまりターゲット側の端部が、環状のシールドＳ１ａの中心軸方向に向かって庇状に延びていることが挙げられる。つまり、環状のシールドＳ１の上側の端部は、上端に近づく程、その開口部の直径が小さくなる形状を有している。このような構造のシールドＳ１の上下の向きを変えずに、図５に示すようにシールドＳ１の上方から溶射ガンＴＳＧを用いて溶射を行うと、上記庇状に延びたシールドＳ１の内壁の一部を溶射膜で覆うことができない虞がある。このため、比較例では、シールドＳ１ａの上下を逆さまにして、溶射膜ＴＳ２ａを一括で形成している。
【００８６】
しかし、図１０に示す方法のみを用いて形成した溶射膜ＴＳ２ａ上に、スパッタリング工程により成膜されたスパッタ膜は、溶射膜ＴＳ２ａに対する接着力が弱く剥がれ易いという問題がある。ここで図１１に、スパッタリング工程によりシールドＳ１ａの内壁に溶射膜ＴＳ２ａを介して成膜されたスパッタ膜ＳＰ１ａを示す。スパッタ膜ＳＰ１ａは、ターゲットと同じ材料を含む膜である。
【００８７】
図１に示すターゲットＴＧから叩き出されるターゲット材は、チャンバＣＨＭ内において下方向に主に飛散し、ターゲットＴＧの横方向には殆ど飛散しない。したがって、シールドＳ１ａ（図１１参照）の上部、すなわち半導体ウエハＷＦに近い第２領域Ｂ２のシールドＳ１ａの内壁にはターゲット材は殆ど飛散せず、成膜されるスパッタ膜ＳＰ１ａの膜厚も小さいため、この領域に形成されたスパッタ膜ＳＰ１ａが剥がれ落ちる可能性は小さい。
【００８８】
これに対し、シールドＳ１ａの下部、すなわち半導体ウエハＷＦに近い第１領域Ｂ１のシールドＳ１ａの内壁にはターゲット材が多く飛散し、スパッタ膜ＳＰ１ａの膜厚はシールドＳ１ａの上部よりも厚くなる。このため、第１領域Ｂ１のスパッタ膜ＳＰ１ａの形状によってはスパッタ膜ＳＰ１ａは不均一に成膜され、剥がれ落ち易くなる。
【００８９】
特に、シールドＳ１ａの内壁の下部の溶射膜ＴＳ２ａのように、表面の複数の突出部が下向きに延びるように形成されていると、その表面上に形成されるスパッタ膜ＳＰ１ａは均一に成膜されず、一部に柱状のスパッタ膜ＳＰ１ａなどが形成される。この場合、スパッタリング工程中にスパッタ膜ＳＰ１ａの一部が、シールドＳ１ａを覆う溶射膜ＴＳ２ａから剥がれ落ち易くなる。特に、ＴｉＮ（窒化チタン）からなる膜は柱状の結晶を形成し易く、上記のように剥がれ落ちることで異物を発生し易い性質を有している。
【００９０】
シールドＳ１ａの内壁の下部の溶射膜ＴＳ２ａのように、表面の複数の突出部が下向きに延びるように形成されている場合において、スパッタ膜ＳＰ１ａは、ターゲット材がターゲットＴＧ（図１参照）から半導体ウエハＷＦ（図１参照）方向に飛ぶ方向、すなわち垂直方向に近い方向に飛散してスパッタ膜ＳＰ１ａに当たった場合に、特に剥がれ落ち易くなる。
【００９１】
本実施の形態のように、図１に示すターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の距離が長いロングスロースパッタリング法を用いる場合、ターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の距離が短い装置を用いて行うスパッタリング法に比べて、ターゲットＴＧから半導体ウエハＷＦ方向に向かってターゲット材が飛散する指向性がより強くなる。この場合、シールドＳ１ａの下部の溶射膜ＴＳ２ａに対して飛散するターゲット材の方向成分は、ターゲットＴＧから半導体ウエハＷＦに向かう垂直方向の成分が大きくなる。したがって、ロングスロースパッタリング法では、図１１に示す比較例の溶射膜ＴＳ２ａを有するシールドＳ１ａを用いると、スパッタ膜ＳＰ１ａの膜剥がれが顕著となる。
【００９２】
また、上記のように、ロングスロースパッタ法を用いる場合、図１に示すターゲットＴＧと半導体ウエハＷＦとの間の距離がより短い場合に比べ、ターゲットＴＧから半導体ウエハＷＦに到達するターゲット材の指向性が向上する。ただし、単位時間当たりにターゲットＴＧから半導体ウエハＷＦに到達するターゲット材の量が減るため、半導体ウエハＷＦの表面上に所望の厚さのスパッタ膜を形成するために行うスパッタリング工程に要する時間が長くなる。このため、ロングスロースパッタ法を用いると、各シールドに付着するスパッタ膜ＳＰ１ａ（図１１参照）の量が大きくなるため、スパッタ膜ＳＰ１ａの膜剥がれの発生が多くなる。
【００９３】
シールドＳ１ａから剥がれ落ちたスパッタ膜ＳＰ１ａの一部が半導体ウエハＷＦ（図１参照）の表面に異物として付着すると、半導体ウエハＷＦの表面において成膜不良などの問題が生じ、半導体装置の歩留まりおよび信頼性が低下する。
【００９４】
例えば、上記異物は、半導体ウエハＷＦの上面の膜に形成されたコンタクトホールなどの孔の上部の開口部を塞ぐように半導体ウエハＷＦに付着することが考えられる。コンタクトホールは、例えば半導体ウエハＷＦの上面に形成された半導体素子と、当該半導体素子を覆うように形成された層間絶縁膜上に形成する配線とを電気的に接続するコンタクトプラグを埋め込むために、当該層間絶縁膜に設けられる貫通孔である。
【００９５】
コンタクトホールの内側の側壁および底面を覆うバリア導体膜（例えばＴｉ（チタン）膜）を上記スパッタリング法により形成した場合、その後の工程で、コンタクトホールを完全に埋め込む主導体膜であるタングステン膜をスパッタリング法などにより形成することが考えられる。しかし、上記バリア導体膜を形成するスパッタリング工程中に、シールドＳ１ａから剥がれ落ちたスパッタ膜ＳＰ１ａの一部が異物としてコンタクトホールの開口部を塞ぐと、後の工程で上記タングステン膜を形成しようとしても、当該異物が障害となり、コンタクトホール内をタングステン膜により埋め込むことができない。
【００９６】
コンタクトプラグの形成工程では、タングステン膜の埋込み工程の後に層間絶縁膜上の余分なバリア導体膜およびタングステン膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などにより除去することで、コンタクトホール内に残ったバリア導体膜およびタングステン膜からなるコンタクトプラグを形成する。しかしコンタクトホール内にバリア導体膜のみが形成され、異物によりタングステン膜が埋め込まれなかった場合には、コンタクトホール内に空隙が生じる。
【００９７】
このようにコンタクトプラグの形成不良が生じた状態で完成した半導体装置を製品として用いると、コンタクトプラグの抵抗値が高くなり半導体装置の動作不良を起こす他、コンタクトプラグの耐久性が低くなり、導通不良を起こす虞がある。しかし、コンタクトプラグの形成不良が生じた状態でその後の配線層の形成工程を行い、プローブ検査によりコンタクトプラグなどの導通検査を行ったとしても、バリア導体膜は形成されているため、バリア導体膜を介して半導体素子と層間絶縁膜上の配線とが導通し、コンタクトプラグの形成不良を検知することができない問題がある。このように、スパッタリング工程における異物の発生は成膜不良の原因となり、また、それを検知することが困難な場合があるため、スパッタリング工程の精度は半導体装置の信頼性に大きく影響する。
【００９８】
そこで、本実施の形態では、スパッタリング工程で用いるチャンバ内の、シールドの内壁に形成する溶射膜の溶射目の方向を制御することで、シールドの表面上にスパッタ膜を均一に形成し、異物の発生を防ぐことを可能としている。具体的には、溶射膜ＴＳ１の表面の突出部である溶射目の延びる方向を、ターゲット材が飛来してくる方向、すなわちターゲットの存在する方向に向けることで、溶射膜ＴＳ１の表面上に、溶射膜ＴＳ１に対する接着強度の大きいスパッタ膜ＳＰ１を形成する。つまり、図５を用いて説明した工程を行うことで、チャンバ内においてターゲットが存在する方向に溶射目が向かうように溶射膜を形成している。
【００９９】
このように、溶射を上記比較例とは異なる第１方向から行い、図６に示すように、溶射膜ＴＳ１の表面にスパッタ膜ＳＰ１が均一に形成されるようにすることで、シールドＳ１に対するスパッタ膜ＳＰ１の接着強度を向上させている。つまり、溶射膜ＴＳ１の表面上において、場所によってスパッタ膜ＳＰ１の膜厚にばらつきが生じないようにスパッタ膜ＳＰ１を形成することができる。したがって、スパッタ膜ＳＰ１が柱状に形成されることを防ぐことができる。
【０１００】
また、ターゲット材がターゲットＴＧ（図１参照）から半導体ウエハＷＦ（図１参照）のある方向に飛ぶ方向、すなわち垂直方向に近い方向に飛散してスパッタ膜ＳＰ１に当たった場合に、表面の複数の突出部が上向きに延びるように形成されていれば、当該突出部が下向きに形成されている場合に比べて、スパッタ膜ＳＰ１が剥がれ難くなる。
【０１０１】
これにより、スパッタ膜ＳＰ１の一部が剥がれ落ち、異物としてスパッタリングの対象物に付着することを防ぐことができる。したがって、本実施の形態のスパッタリング方法を用いれば、異物の発生量を低減し、スパッタリング方法の信頼性を向上させることが可能である。また、半導体装置の製造工程において上記スパッタリング方法を用いれば、半導体ウエハ上において成膜不良が起こることを防ぎ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態では、比較例の溶射膜ＴＳ２ａ（図１０参照）と同様に、図４に示す一部の溶射膜ＴＳ２を、シールドＳ１を逆さにした状態での溶射により形成している。これは、シールドＳ１の上部の断面形状が庇状になっており、シールドＳ１の内壁に、シールドＳ１を逆さにしなければ溶射が困難な領域が存在するためである。
【０１０３】
ただし、図１に示すシールドＳ１の内壁のうちの下部には比較的厚い膜厚のスパッタ膜が形成されるが、シールドＳ１の内壁のうちの上部に形成されるスパッタ膜の膜厚は薄いため、比較例と同様に半導体ウエハＷＦ側に向く溶射膜ＴＳ２が形成されていても異物の発生量が増えることはない。したがって、シールドＳ１の内壁の上部を覆う溶射膜ＴＳ２は、溶射目が下向きであっても問題はない。なお、溶射工程において、シールドＳ１の上下を、チャンバＣＨＭ（図１参照）内に設置する場合に対して逆さにせず、シールドＳ１の上方から溶射を行なってもシールドＳ１の内壁全面に溶射膜を形成することができる場合は、図４に示すようにシールドＳ１の上下を逆さにして溶射を行わず、図５に示す工程のみによりシールドＳ１の内壁全面に溶射を行ってもよい。
【０１０４】
（実施の形態２）
前記実施の形態ではロングスロースパッタ法を用いる場合について説明したが、本実施の形態では、ロングスロースパッタ法で用いるスパッタリング装置よりも、スパッタリング対象である半導体ウエハなどとターゲットとの間の距離が短いスパッタリング装置を用いる場合について説明する。
【０１０５】
図７に、本実施の形態のスパッタリング工程で用いるスパッタリング装置を構成するチャンバＣＨＭＳの断面図を示す。チャンバＣＨＭＳには、チャンバＣＨＭＳ内のガスを排気し、チャンバＣＨＭＳ内を真空状態とするためのポンプＰＭが接続されている。また、チャンバＣＨＭＳには、チャンバＣＨＭＳ内にアルゴンガス（Ａ２）を供給するためのアルゴンガス供給源ＡＲＳが接続されている。チャンバＣＨＭＳおよびポンプＰＭ間、並びに、チャンバＣＨＭＳおよびアルゴンガス供給源ＡＲＳ間には、配管の開閉を行うバルブＶ１、Ｖ２がそれぞれ設けられている。
【０１０６】
チャンバＣＨＭＳは、底部および側壁を有する容器ＣＨを有し、容器ＣＨ上には、環状のアダプタＡ４が設けられている。アダプタＡ４上には、環状のアダプタＡ４の上部の開口部に蓋をするように、例えばＴｉ（チタン）からなるターゲットＴＧが配置されている。チャンバＣＨＭＳの内部は、容器ＣＨ、アダプタＡ４およびターゲットＴＧにより密閉されているため、バルブＶ１を開いた状態でポンプＰＭによりチャンバＣＨＭＳ内の気体を排気することで、チャンバＣＨＭＳ内を真空状態とすることができる。
【０１０７】
なお、アダプタＡ４およびターゲットＴＧ間には、環状のＯリングＯＲ４が配置されている。アダプタＡ４は例えばＡｌ（アルミニウム）からなり、ＯリングＯＲ４は例えばＣｕ（銅）からなる。
【０１０８】
チャンバＣＨＭＳの内部の中央には、ウエハステージＳＴ１が配置され、ウエハステージＳＴ１上には一枚の半導体ウエハＷＦが配置されている。ウエハステージＳＴ１はその下のシャフトＳＨ１により支持されている。ウエハステージＳＴ１には、その上面から下面を貫通する孔部があり、当該孔部の直下には、上下方向に動かすことができるピンＰＮが配置されている。
【０１０９】
ピンＰＮは台ＳＴ２の上面に固定されており、台ＳＴ２はその下のシャフトＳＨ２により支持されている。ピンＰＮは、半導体ウエハＷＦを搬送する際に、台ＳＴ２と共に上方向に動いてウエハステージＳＴ１の上面よりも上に突出し、半導体ウエハＷＦを持ち上げる役割を有している。なお、シャフトＳＨ１はその周囲を蛇腹状のカバーＣＶ１により覆われており、同様にシャフトＳＨ２はカバーＣＶ２により覆われている。なお、図では、ウエハステージＳＴ１に開口された孔部であって、ピンＰＮが半導体ウエハＷＦを持ち上げるために通過する孔部を示していない。
【０１１０】
上記のチャンバＣＨＭＳの構造は、前記実施の形態１のチャンバＣＨＭ（図１参照）とほぼ同様であるが、半導体ウエハＷＦとターゲットＴＧとの間の距離は、本実施の形態のチャンバＣＨＭＳの方が短い。具体的には、図７に示す半導体ウエハＷＦとターゲットＴＧ間の距離は例えば１０ｃｍである。
【０１１１】
本実施の形態では、ウエハステージＳＴ１の横方向に、平面視において円形の形状を有するウエハステージＳＴ１の周囲を囲む環状のシールドＳ５、Ｓ６、Ｓ７およびＳ８が配置されている。シールドＳ８はウエハステージＳＴ１の側壁に隣接して配置されており、その外側にシールドＳ７が配置されている。シールドＳ５およびＳ６はシールドＳ７およびＳ８に比べて上方、つまりターゲットＴＧ方向に延在しており、各シールドのうち、シールドＳ５はターゲットＴＧの底面に最も近い領域にまで延在している。シールドＳ５は、前記実施の形態１のシールドＳ１（図１参照）に対応するシールドである。
【０１１２】
ターゲットＴＧおよびウエハステージＳＴ１間の領域の周囲はシールドＳ５〜Ｓ８により囲まれている。このため、チャンバＣＨＭＳを用いてスパッタリング工程を行い、ターゲットＴＧからターゲット材を叩き出して半導体ウエハＷＦの表面にスパッタ膜を形成する際、半導体ウエハＷＦの表面以外にターゲット材が飛散したとしても、容器ＣＨなどにターゲット材が付着することを防ぐことができる。なお、シールドＳ５はアダプタＡ４により支持されている。
【０１１３】
本実施の形態で用いるチャンバＣＨＭＳは、ターゲットＴＧおよび半導体ウエハＷＦ間の距離が短い点が前記実施の形態１と異なっている。また、ターゲットＴＧの近傍に配置されたシールドＳ５の構造も、前記実施の形態のシールドＳ１（図１参照）とは異なっている。具体的には、シールドＳ５の上端には、環状のシールドＳ５の中心軸方向に延在するような庇状の部分は存在せず、シールドＳ５の上部はターゲットＴＧの方向に向かって開口径が大きくなるような形状を有している。つまり、シールドＳ５の上部は、半導体ウエハＷＦ側からターゲットＴＧの方向に向かって直径が大きくなる形状を有している。なお、シールドＳ５の内壁のうちの下部の面は、環状のシールドＳ５の中心軸に沿う面であり、半導体ウエハＷＦの主面に対して垂直な方向に沿う面である。
【０１１４】
次に、図８を用いて、チャンバ内から取り出したシールドＳ５の内壁に溶射膜を形成する工程について説明する。図８は、溶射膜ＴＳ３を形成する工程を説明するために、シールドＳ５の一部を破断して示す側面図である。なお、シールドＳ５の内壁のうち、チャンバ内に設置した際にターゲット側となる上部の領域は、図４を用いて説明した溶射工程を行うことにより、既に溶射膜ＴＳ４により覆われている。溶射膜ＴＳ４の形成方法の詳しい説明および図示は省略するが、図４と同様に、シールドＳ５の上下方向を、チャンバ内にシールドＳ５を設置する場合の向きに対して逆さまにしてシールドＳ５を回転台上に設置し、シールドＳ５の上方から溶射ガンを用いてシールドＳ５の内壁に溶射材を吹きかけることで、溶射膜ＴＳ４を形成する。
【０１１５】
その後、図８に示すように、図５と同様の工程を行うことで、シールドＳ５の内壁の下部を覆う溶射膜ＴＳ３を形成する。すなわち、回転台ＴＲ上に、上下方向の向きをチャンバＣＨＭＳ（図７参照）内での向きと同じ向きにしてシールドＳ５を配置し、回転台ＴＲと共にシールドＳ５を回転させながら、溶射ガンＴＳＧから溶射材をシールドＳ５の内壁に吹き付ける。これにより、シールドＳ５の内壁の一部を覆う溶射膜ＴＳ３を形成する。
【０１１６】
このように、本実施の形態においても前記実施の形態と同様に、シールドＳ５の内壁に対し、チャンバ内にシールドＳ５を配置した場合にターゲットが配置される方向、つまり第１方向から溶射を行うことで、表面に上記ターゲット側に延びる複数の突出部を有する溶射膜ＴＳ３を形成する。
【０１１７】
溶射膜ＴＳ３を形成する際に、シールドＳ５の内壁の一箇所である溶射面に対して溶射ガンＴＳＧから溶射材を吹き付ける角度θの範囲は、前記実施の形態１と同様に、９０°＞θ＞０°である。つまり、溶射面と溶射ガンＴＳＧ間の方向である第１方向と、水平方向、すなわち環状のシールドＳ５の直径方向とのなす角であるθは、０°より大きく９０°より小さい。
【０１１８】
このように、シールドＳ５の内壁のうち、図７に示すチャンバＣＨＭＳにシールドＳ５を設置した際に、半導体ウエハＷＦ側に位置する面を覆う溶射膜ＴＳ３（図８参照）の溶射目を、ターゲットＴＧ側に向けることで、溶射膜ＴＳ３の表面上に形成されるスパッタ膜の接着強度を高め、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
なお、図８では、シールドＳ５の内壁の上側に、図４と同様の工程により形成した、下向きの溶射目を有する溶射膜ＴＳ４を示しているが、溶射膜ＴＳ４を形成せず、図８を用いて説明した工程によりシールドＳ５の内壁の全面を覆うように溶射膜ＴＳ３を形成してもよい。
【０１２０】
上述したように、ロングスロースパッタ法を用いる前記実施の形態１と異なり、本実施の形態のように、ターゲットおよびスパッタリングの対象物の間の距離が短いスパッタング法であっても、溶射膜を形成する溶射の方向を上向きに規定することで、シールドから剥がれ落ちて生じる異物の発生を防ぐことができる。また、溶射膜で表面を覆うシールドの形状は、上部が庇上になっている場合に限らず、本実施の形態のように、ターゲット方向に向かって開口部が大きくなるシールド、つまりターゲット方向に向かって直径が大きくなるシールドであっても、溶射膜を形成する溶射の方向を規定することで上記効果を得ることができる。
【０１２１】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１２２】
例えば、前記実施の形態１および２では、スパッタリング工程によりスパッタ膜を形成する対象を半導体ウエハとしたが、半導体装置の製造工程に限らず、その他の対象物に行うスパッタリング工程でも、前記実施の形態１および２のスパッタリング方法を用いることで、異物の発生を防ぎ、成膜工程の信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
Ａ１〜Ａ４    アダプタ
ＡＲＳ    アルゴンガス供給源
ＣＨ    容器
ＣＨＭ、ＣＨＭＳ    チャンバ
ＣＶ１、ＣＶ２    カバー
ＯＲ１〜ＯＲ４    Ｏリング
ＰＭ    ポンプ
ＰＮ    ピン
Ｓ１〜Ｓ８    シールド
Ｓ１ａ    シールド
ＳＨ１、ＳＨ２    シャフト
ＳＰ１、ＳＰ１ａ    スパッタ膜
ＳＴ、ＳＴ１    ウエハステージ
ＳＴ２    台
ＴＧ    ターゲット
ＴＲ    回転台
ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ２ａ、ＴＳ３、ＴＳ４    溶射膜
ＴＳＧ    溶射ガン
Ｖ１、Ｖ２    バルブ
ＷＦ    半導体ウエハ
【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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