JP2002222776A

JP2002222776A - 配線形成方法及び装置

Info

Publication number: JP2002222776A
Application number: JP2001197327A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Hongo; 明久本郷; Kanji Ono; 寛二大野; Ryoichi Kimizuka; 亮一君塚; Naoki Matsuda; 尚起松田
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Udylite Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; JCU Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2002-08-09
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP3821669B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板表面に微細穴と大穴が混在しても、めっ
き膜の平坦性を向上させて、その後のＣＭＰ加工をディ
ッシングの発生を防止しつつ短時間で行うことができる
ようにした配線形成方法及び装置を提供する。【解決手段】表面に微細窪みを形成した基板を用意す
る工程と、前記基板の表面にめっき液中でめっきを施す
工程と、前記基板の表面に形成されためっき膜をエッチ
ング促進剤として機能する添加剤を含有したエッチング
液中で電解エッチングする工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線形成方法及び
装置に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の
窪みに銅（Ｃｕ）等の金属を埋め込んで配線を形成する
配線形成方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体基板上に配線回路を形成す
るための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグ
レーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著に
なっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微
細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成され
る。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパ
ッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれに
しても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的
研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしてい
る。

【０００３】図１４は、この種の銅配線基板Ｗの製造例
を工程順に示すもので、図１４（ａ）に示すように、半
導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上に
ＳｉＯ_２からなる酸化膜２を堆積し、リソグラフィ・エ
ッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４
を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更に
その上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成す
る。

【０００４】そして、図１４（ｂ）に示すように、基板
Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコン
タクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、酸
化膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研
磨（ＣＭＰ）により、酸化膜２上の銅膜６を除去して、
コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜
６の表面と酸化膜２の表面とをほぼ同一平面にする。こ
れにより、図１４（ｃ）に示すように銅膜６からなる配
線が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１５に示
すように、例えば、直径ｄ_１が０．２μｍ程度の微細穴
８と、直径ｄ_２が１００μｍ程度の大穴９とが混在する
基板Ｗの表面に銅めっきを施して銅膜６を形成すると、
めっき液や該めっき液に含有される添加剤の働きを最適
化したとしても、微細穴８の上ではめっきの成長が促進
されて銅膜６が盛り上がる傾向があり、一方、大穴９の
内部ではレベリング性を高めためっきの成長を行うこと
ができないため、結果として、基板Ｗ上に堆積した銅膜
６には、微細穴８上の盛り上がり高さａと、大穴９上の
凹み深さｂとをプラスした段差ａ＋ｂが残る。このた
め、微細穴８及び大穴９の内部に銅を埋込んだ状態で、
基板Ｗの表面を平坦化させるには、銅膜６の膜厚を十分
に厚くし、しかもＣＭＰで前記段差ａ＋ｂ分余分に研磨
する必要があった。

【０００６】しかし、めっき膜のＣＭＰ工程を考えた
時、めっき膜厚を厚くして研磨量を多くすればする程、
ＣＭＰの加工時間が延びてしまい、これをカバーするた
めにＣＭＰレートを上げれば、ＣＭＰ加工時に大穴での
ディッシングが生じるといった問題があった。

【０００７】つまり、これらを解決するには、めっき膜
厚を極力薄くし、基板表面に微細穴と大穴が混在して
も、めっき膜の盛り上がりや凹みを無くして、平坦性を
上げる必要があるが、例えば電解硫酸銅浴でめっき処理
を行った場合、めっき液や添加剤の作用だけで盛り上が
りを減らすことと凹みを減らすことを両立することがで
きないのが現状であった。また、積層中のめっき電源を
一時逆電解としたり、ＰＲパルス電源とすることで盛り
上がりを少なくすることは可能であるが、凹部の解消に
はならず、加えて表面の膜質を劣とすることになってい
た。

【０００８】さらに、化学的、機械的、電気的ポリッシ
ングのように、めっきをしながらＣＭＰで削るというプ
ロセスも発表されているが、めっき成長面に機械加工が
付加されることで、めっきの異常成長を促すことにもな
り、膜質に問題を起こしていた。

【０００９】本発明は上記に鑑みて為されたもので、基
板表面に微細穴と大穴が混在しても、めっき膜の平坦性
を向上させて、その後のＣＭＰ加工をディッシングの発
生を防止しつつ短時間で行うことができるようにした配
線形成方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、表面に微細窪みを形成した基板を用意する工程と、
前記基板の表面にめっき液中でめっきを施す工程と、前
記基板の表面に形成しためっき膜をエッチング液中で電
解エッチングする工程とを有することを特徴とする配線
形成方法である。

【００１１】これにより、基板の表面に微細穴と大穴が
混在する場合に、先ず、レベリング性の優れためっき液
中でめっきを施して大穴内でのボトムアップ成長を促進
することで、より薄いめっき膜厚で大穴を埋める。する
と、微細穴上部のめっき膜の盛り上がりが大きくなる
が、この盛り上がった部分を電解エッチングで選択的に
除去することで、めっき膜の平坦性を向上させることが
できる。また、本発明においては、めっきはめっき専用
液にて行ない、エッチッングはエッチング専用液にて行
うことでめっき膜質の劣化を防いでいる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記エッチング
液中に、めっき膜を構成する金属の錯体化合物、有機錯
体、その誘導体である添加剤、めっき膜を構成する金属
の腐蝕電位を卑にする作用のある添加剤のうち少なくと
も一つを含有することを特徴とする請求項１記載の配線
形成方法である。この錯体化合物としては、ピロリン
酸、アミノカルボン酸（例えばグリシン等）等、有機錯
体としては、エチレンジアミン、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、
イミノ二酢酸、ＴＥＴＡ、ＮＴＡ等が挙げられる。めっ
き膜が銅膜である場合、銅の腐蝕電位を卑にする添加剤
としては、チオ尿素またはその誘導体等が挙げられる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記電解エッチ
ングで印加される電流波形がパルス波形またはＰＲパル
ス波形であることを特徴とする請求項１または２記載の
配線形成方法である。これにより、エッチング液中に含
まれる添加剤の拡散を改善することができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、めっき液を保持
し、微細窪みを形成した基板の表面にめっき液中でめっ
きを施すめっき処理部と、エッチング液を保持し、基板
の表面に形成しためっき膜の電解エッチングを行うエッ
チング処理部とを備えたことを特徴とする配線形成装置
である。これにより、めっき処理と電解エッチング処理
を連続して行うことができ、特に、めっき処理と電解エ
ッチング処理を繰り返すことで、めっき膜の平坦度を更
に向上させることができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、前記エッチング
処理部には、基板を下向きで保持する基板保持部と、こ
の基板保持部で保持した基板の下面に対向する位置にエ
ッチング液中に浸漬させて配置した陰極板と、前記基板
保持部で保持した基板と前記陰極板とを相対移動させる
相対移動機構とが備えられていることを特徴とする請求
項４記載の配線形成装置である。このように、基板と陰
極板とを相対移動させることで、局部的なエッチングが
増幅されて、平坦性が悪くなることを防止することがで
きる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、前記基板と前記
陰極板とを相対移動させる相対移動機構は、前記基板を
回転させる基板回転機構と、前記陰極板を回転、往復
動、偏心回転またはスクロール運動させる陰極板移動機
構とからなることを特徴とする請求項５記載の配線形成
装置である。これにより、基板上の各ポイントにおける
陰極板との相対速度をより均一にして、基板と陰極板と
の間の極間を流れるエッチング液の流れの状態をより均
一に、すなわちエッチング液の流れに特異点が生じない
ようにすることができる。この陰極板と基板との間の極
間距離は、機構的に可能な限り小さく、例えば１．０ｍ
ｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であるこ
とが特に好ましい。

【００１７】請求項７に記載の発明は、前記陰極板の表
面には、面内を全長に亘って連続して延びる多数の溝が
形成され、前記陰極板の内部には、前記溝の内部で開口
して該溝の内部にエッチング液を供給する複数のエッチ
ング液供給孔が設けられていることを特徴とする請求項
６記載の配線形成装置である。これにより、電解エッチ
ングの際に、エッチング液を陰極板の表面に設けた溝か
ら陰極板と基板との間の極間に供給し、このエッチング
液中に浮遊する粒子を遠心力の作用で溝の中を通過させ
て外方に流出させることで、極間部には常に新たなエッ
チング液が存在するようにすることができる。この溝の
形状は、陰極板の中央部と外周部で電流密度に差が生じ
てしまうことを防止するとともに、エッチング液を外部
にスムーズに流出させるため、格子状または平行である
ことが好ましい。

【００１８】請求項８に記載の発明は、前記基板保持部
は、真空吸着方式または静電チャック吸着方式で基板を
保持するように構成されていることを特徴とする請求項
５乃至７のいずれかに記載の配線形成装置である。これ
により、基板をその全面に亘って吸着保持することで、
基板に存在するうねりを吸収して、基板をより平坦に保
持することができる。

【００１９】請求項９に記載の発明は、前記陰極板は、
表面の酸化膜の影響で銅との密着力が悪い材料で構成さ
れていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに
記載の配線形成装置である。これにより、例えば銅めっ
き膜に電解エッチングを施すと、溶解した銅イオンは陰
極板側に析出するが、陰極板をチタンのように表面の酸
化膜の影響で銅との密着力が悪い材料で構成すること
で、銅イオンを析出すると同時に銅粒子としてエッチン
グ液中に浮遊させ、このエッチング液を外部に流出させ
ることで、陰極板表面の平坦度が経時的に劣化すること
を防止し、しかも、水素ガスの発生を防止して、平坦度
に優れたエッチングを行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の配
線形成装置の平面配置図を示す。この配線形成装置は、
各一対のロード・アンロード部１０、洗浄・乾燥処理部
１２、仮置き部１４、めっき処理部１６、水洗部１８及
びエッチング処理部２０を有し、更にロード・アンロー
ド部１０、洗浄・乾燥処理部１２及び仮置き部１４との
間で基板の受渡しを行う第１搬送機構２２と、仮置き部
１４、めっき処理部１６、水洗部１８及びエッチング処
理部２０との間で基板の受渡しを行う第２搬送機構２４
が備えられている。

【００２１】前記めっき処理部１６は、図２に示すよう
に、上方に開口し内部にめっき液３０を保持する円筒状
のめっき槽３２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持し
て該基板Ｗを前記めっき槽３２の上端開口部を塞ぐ位置
に配置する基板保持部３４とを有している。めっき槽３
２の内部には、めっき液３０中に浸漬されてアノード電
極となる平板状の陽極板３６が水平に配置され、基板Ｗ
が陰極板となるようになっている。更に、めっき槽３２
の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成す
るめっき液噴射管３８が接続され、めっき槽３２の上部
外側には、めっき液受け４０が配置されている。

【００２２】これにより、めっき槽３２の上部に基板Ｗ
を基板保持部３４で下向きに保持して配置し、陽極板
（アノード）３６と基板（カソード）Ｗの間に所定の電
圧を印加しつつ、めっき液３０をめっき液噴射管３８か
ら上方に向けて噴出させて、基板Ｗの下面（被めっき
面）に垂直にめっき液３０の噴流を当てることで、陽極
板３６と基板Ｗの間にめっき電流を流して、基板Ｗの下
面にめっき膜を形成するようにしている。

【００２３】前記エッチング処理部２０は、図３に示す
ように、上方に開口し内部にエッチング液５０を保持す
る円筒状のエッチング槽５２と、基板Ｗを静電チャック
等の保持部５４で着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗ
を前記エッチング槽５２の上端開口部を塞ぐ位置に配置
する基板保持部５６とを有している。エッチング槽５２
の内部には、エッチング液５０中に浸漬されてカソード
となる平板状の陰極板５８が水平に配置され、基板Ｗが
アノードとなるようになっている。更に、基板保持部５
６は、その中央部でモータ６０に接続された駆動軸６２
の下端に連結されて基板Ｗと一体に回転し、陰極板５８
は、シリンダ等の往復駆動部６４の往復ロッド６６の先
端に連結されて、この往復駆動部６４の駆動に伴って水
平方向に沿って往復動するよう構成されている。

【００２４】これにより、基板Ｗを基板保持部５６で下
向きに保持して基板Ｗの下面（エッチング面）をエッチ
ング液５０に接触させた状態で、基板Ｗを基板保持部５
６と一体に回転させ、同時に陰極板５８を往復運動させ
ながら、陰極板（カソード）５８と基板（アノード）Ｗ
の間に所定の電圧を印加して陰極板５８と基板Ｗの間に
めっき電流を流すことで、基板Ｗに形成されためっき膜
を電解エッチングするようにしている。

【００２５】図４は、エッチング処理部２０の他の例を
示すもので、これは、陰極板５８として基板Ｗより大径
のものを使用するとともに、この陰極板５８の中央をモ
ータ６８を備えた駆動軸７０の上端に連結して、このモ
ータ６８の駆動に伴って陰極板５８が回転するようにし
たものである。

【００２６】次に、図５乃至図１０を参照して配線形成
処理について説明する。先ず、表面に配線用の微細穴８
と大穴９（図７参照）が混在し、表面にシード層７（図
１４参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１
０から第１搬送機構２２で一枚ずつ取り出し、仮置き部
１４を経由してめっき処理部１６に搬入する（ステップ
１）。

【００２７】次に、このめっき処理部１６でめっき処理
を行って、図６及び図７に示すように、基板Ｗの表面に
銅膜６を形成する（ステップ２）。この時、大穴９の存
在に伴う銅膜６の凹み６ａの軽減を第一優先に考え、図
２に示すめっき液３０として、レベリング性の優れたも
の、例えば硫酸銅の濃度が高く、硫酸の濃度が低いレベ
リング性の優れた組成、例えば、硫酸銅１００〜３００
ｇ／ｌ、硫酸１０〜１００ｇ／ｌの組成を有し、レベリ
ング性を向上させる添加剤、例えばポリアルキレンイミ
ン、４級アンモニウム塩、カチオン染料などを含有した
ものを使用する。ここで、レベリング性とは、穴中のボ
トムアップ成長に優れた性質を意味する。

【００２８】このように、レベリング性の優れためっき
液３０を使用して基板Ｗの表面にめっきを施すことで、
図６に示すように、大穴９内でのボトムアップ成長が促
進され、平坦部における銅膜６の膜厚ｔ_１より、大穴部
における銅膜６の膜厚ｔ_２の方が厚くなる。これによっ
て、薄いめっき膜厚ｔ_１で大穴９を埋めることが可能に
なる。しかし、このような条件で微細穴部をめっきする
と、図７に示すように、銅膜６の微細穴８の上部におけ
る盛り上り高さａが高くなる。

【００２９】そして、必要に応じて、このめっき処理後
の基板Ｗを水洗部１８に搬送して水洗し、しかる後、水
洗後の基板Ｗをエッチング処理部２０に搬送する（ステ
ップ３）。

【００３０】次に、このエッチング処理部２０で基板Ｗ
の表面（被めっき面）に電解エッチング処理を施して、
基板Ｗの表面に形成された銅膜６のエッチングを行う
（ステップ４）。この時、図３及び図４に示すエッチン
グ液５０として、エッチング促進剤として機能する添加
剤、例えばピロリン酸、エチレンジアミン、アミノカル
ボン酸、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、イミノ二酢酸、ＴＥＴ
Ａ、ＮＴＡなどやエッチング抑制剤として機能する添加
剤、例えば４級アンモニウム塩、ポリマーなどの銅の錯
体化合物、有機錯体またはその誘導体、或いはチオ尿素
またはその誘導体などのような銅腐蝕電位を卑にする添
加剤を含有したものを使用する。なお、ベース浴として
は、硫酸、塩酸、硫酸過水、フッ酸過水などの酸や、ア
ンモニア過水などのアルカリを使用してもよいが、それ
らに限定されるものではない。

【００３１】このように、エッチング液５０として、電
流密度の高い箇所に多く吸着して電位を卑にする作用の
ある添加剤又は銅の錯体化合物、有機錯体となる添加剤
を使用し、図３及び図４に示すように、基板Ｗを陽極に
し、対向位置に陰極板（陰極）５８を配して電場を与え
ると、図８（ａ）に示すように、電流密度の高い盛り上
がり部に添加剤Ａが選択的に吸着し、この添加剤Ａが吸
着した部位の電位を卑にするため、銅膜６の図８（ｂ）
に仮想線で示すエッチング部Ｂが除去され、これによっ
て、銅膜６の盛り上がり部のエッチングが選択的に行わ
れる。一方、電流密度の低い箇所に多く吸着してエッチ
ングを抑制させる添加剤が含まれているものを使用し
て、同様に電場を与えると、図９（ａ）のように、谷間
に添加剤Ａが選択的に吸着し、この添加剤Ａが抑制剤と
なって、銅膜６の図９（ｂ）に仮想線で示すエッチング
部Ｂが除去され、これによって、盛り上がり部のエッチ
ングが選択的に行われる。

【００３２】このように、銅膜６の盛り上がり部を選択
的にエッチングすることで、図１０に示すように、銅膜
６の盛り上がり頂部から凹み底部までの段差Ｌを少なく
して銅膜６の平坦性を向上させることができる。これに
よって、その後のＣＭＰ加工において、ＣＭＰレートを
上げることなく、従って、ディッシングの発生を防止し
つつ短時間で行うことができる。

【００３３】この時、電解エッチングで印加される電流
波形パルスとして、パルス波形またはＰＲパルス波形を
使用することで、エッチング液中に含まれる添加剤の拡
散を改善することができる。エッチング液はベース浴の
みからなり添加剤を含まない場合もある。

【００３４】ここで、図３に示すエッチング処理部２０
にあっては、エッチング処理中に基板Ｗを回転させ、同
時に陰極板５８を往復動させ、図４に示すエッチング処
理部２０にあっては、基板Ｗと陰極板５８を共に同方向
に回転させる。これによって、基板Ｗと陰極板５８とを
相対移動させ、しかも基板上の各ポイントにおける陰極
板５８との相対速度をより均一にして、基板Ｗと陰極板
５８との間の極間を流れるエッチング液の流れの状態を
より均一に、すなわちエッチング液の流れに特異点が生
じなくすることで、基板Ｗの局部的なエッチングが増幅
されて平坦性が悪くなることを防止する。

【００３５】次に、必要に応じて、このエッチング処理
後の基板Ｗを水洗部１８に搬送して水洗し、しかる後、
水洗後の基板Ｗを洗浄・乾燥処理部１２に搬送する（ス
テップ５）。そして、この洗浄・乾燥処理部１２で基板
Ｗの洗浄・乾燥処理を行い（ステップ６）、しかる後、
この基板を第１搬送機構２２でロード・アンロード部１
０のカセットに戻す（ステップ７）。

【００３６】なお、図５に仮想線で示すように、めっき
処理とエッチング処理を数回繰返して、１回のめっき処
理毎に銅膜の盛り上がり部の選択的なエッチングを行う
ことで、銅膜の平坦度を更に向上させることができる。
また、この例では、めっき処理とエッチング処理を１つ
の装置内で連続的に行うようにしているが、それぞれ独
立した装置で個別に行うようにしても良い。

【００３７】ここで、電解エッチングにより、基板の被
めっき面を平坦化させるには、基板を限りなく平らに保
持するとともに、陰極板（カソード）を限りなく平らに
加工して、両者を限りなく近接させた状態で相対運動を
行わせ、同時に基板面内にエッチング液の流れと電場の
特異点を生じさせないことが重要である。

【００３８】図１１及び図１２は、この要請に応えたエ
ッチング処理部２０の更に他の例を示す。これは、上方
に開口して内部にエッチング液５０を保持する円筒状の
エッチング槽５２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持
して該基板Ｗを前記エッチング槽５２の上端開口部を塞
ぐ位置に配置する基板保持部５６とを有している。

【００３９】エッチング槽５２は、略円板状の底板部７
２と、この底板部７２の外周端部に固着した円筒状の溢
流堰部７４と、この溢流堰部７４の外周を囲繞して該溢
流堰部７４との間にエッチング液排出部７６を形成する
外殻部７８とを有しており、このエッチング槽５２の底
板部７２の上面に、エッチング液５０中に浸漬されてカ
ソードとなる平板状の陰極板５８が水平に配置されてい
る。

【００４０】エッチング槽５２の底板部７２の下面中央
には、円筒状のボス部７２ａが一体に連接され、このボ
ス部７２ａは、軸受８０を介して回転軸８２の上端のク
ランク部８２ａに回転自在に連接されている。つまり、
このクランク部８２ａの軸心Ｏ_１は、回転軸８２の軸心
Ｏ_２から偏心量ｅだけ偏心した位置に位置し、このクラ
ンク部８２ａの軸心Ｏ_１とボス部７２ａの軸心が一致す
るようになっている。また、回転軸８２は、軸受８５
ａ，８５ｂを介して外殻部７８に回転自在に支承され、
更に、図示していないが、底板部７２と外殻部７８との
間に、底板部７２の自転を防止する自転防止機構が備え
られている。

【００４１】これによって、回転軸８２の回転に伴っ
て、クランク部８２ａが偏心量ｅを半径とした公転運動
を行い、このクランク部８２ａの公転運動に伴って、底
板部７２も陰極板５８と一体に偏心量ｅを半径としたス
クロール運動（並進回転運動）、即ち、自転運動を阻止
された偏心量ｅを半径とした公転運動を行うようになっ
ている。

【００４２】ここで、図１２に示すように、陰極板５８
の直径ｄ_３は、直径ｄ_４の基板Ｗがスクロール運動を行
っても、この陰極板５８の表面から基板Ｗが食み出すこ
とがない大きさに設定され、また下記のエッチング液供
給孔５８ｂを内包するエッチング液噴射領域の直径ｄ_５
は、直径ｄ_４の基板Ｗがスクロール運動を行っても、こ
の基板Ｗからエッチング液噴射領域が食み出すことがな
い大きさにそれぞれ設定されている。

【００４３】底板部７２の内部には、循環槽８４から延
び、途中に圧送ポンプ８６を有するエッチング液供給配
管８８に連通するエッチング液室７２ｂと、このエッチ
ング液室７２ｂから上方に貫通して延びる複数のエッチ
ング液吐出孔７２ｃが設けられている。循環槽８４は、
戻り配管９０を介してエッチング槽５２のエッチング液
排出部７６に連通している。

【００４４】一方、陰極板５８は、例えば銅めっき膜を
電解エッチングする時に使用する場合には、表面の酸化
膜の影響で銅との密着力が悪い材料、例えばチタンで構
成されている。これにより、例えば銅めっき膜に電解エ
ッチングを施すと、溶解した銅イオンは陰極板（カソー
ド）５８側に析出するが、陰極板５８をチタンのような
表面の酸化膜の影響で銅との密着力が悪い材料で構成す
ることで、銅イオンを析出すると同時に銅粒子としてエ
ッチング液中に浮遊させ、しかも、水素ガスの発生を防
止して、平坦度に優れたエッチングを行うことができ
る。

【００４５】更に、陰極板５８の表面には、面内を縦及
び横方向に全長に亘って直線状に延びる格子状に溝５８
ａが設けられ、内部の各エッチング液吐出孔７２ｃに対
応する位置には、この溝５８ａの内部に開口する複数の
エッチング液供給孔５８ｂが設けられている。

【００４６】これによって、電解エッチングの際に、エ
ッチング液を陰極板５８の表面に設けた溝５８ａから陰
極板５８と基板Ｗとの間の極間に供給し、このエッチン
グ液中に浮遊する粒子を遠心力の作用で溝５８ａの中を
通過させて外方にスムーズに流出させることで、極間部
には常に新たなエッチング液が存在するようにすること
ができる。しかも、銅めっきを電解エッチングする時
に、陰極板５８として、チタンのような表面の酸化膜の
影響で銅との密着力が悪い材料を選択することで、溶解
して陰極板側に析出する銅イオンを、析出すると同時に
銅粒子としてエッチング液中に浮遊させ、このエッチン
グ液を溝５８ａを通過させてスムーズに外部に流出させ
ることで、陰極板５８の表面の平坦度が経時的に劣化す
ることを防止して、陰極板５８の平坦度を確保すること
ができる。

【００４７】なお、この溝５８ａの形状は、陰極板５８
の中央部と外周部とで電流密度に差が生じてしまうこと
を防止するとともに、エッチング液が溝５８ａに沿って
スムーズに流れるようにするため、基板Ｗがスクロール
運動を行う場合には、格子状であることが好ましく、ま
た基板Ｗが往復動を行う場合には、この移動方向に沿っ
た平行であることが好ましい。

【００４８】基板保持部５６は、下方に開口したハウジ
ング９２の内部に、昇降ロッド９４を介して昇降自在
で、かつモータ６０を介してハウジング９２と一体に回
転するように収容されており、この基板保持部５６の内
部には、真空源に連通する真空室５６ａと、該真空室５
６ａから下方に貫通する多数の真空吸着穴５６ｂが設け
られている。これによって、基板保持部５６は、真空吸
着方式で基板Ｗを保持するようになっている。

【００４９】基板Ｗには、通常小さなうねりが有り、基
板の保持の仕方によっては更に変形し、この変形した状
態で電界エッチングによる平坦化処理をしても、０．１
μｍ以下の平坦化は不可能となるが、このように、真空
吸着方式を採用して、基板Ｗをその全面に亘って吸着保
持することで、基板に存在するうねりを吸収して、基板
をより平坦に保持し、これによって、電界エッチングに
よる平坦化処理によって、０．１μｍ以下の平坦化が可
能となる。なお、この真空吸着方式の代わりに、静電チ
ャック方式を採用して基板を保持するようにしても良
い。

【００５０】ここで、基板Ｗを基板保持部５６で吸着保
持して、基板Ｗをエッチング処理を行う処理位置まで下
降させた時、この基板Ｗの下面と陰極板５８の上面との
極間距離Ｓが、機構的に可能な限り小さく、好ましく
は、１．０ｍｍ以下、更に好ましくは、０．５ｍｍ以下
となるようになっている。このように、極間距離Ｓを、
機構的に可能な限り小さく、好ましくは、１．０ｍｍ以
下、更に好ましくは、０．５ｍｍ以下とすることで、基
板Ｗの表面のエッチングされるべき凸部への電流の集中
を促進し、しかも、基板Ｗと陰極板５８との間に面に垂
直な電界を形成して、基板Ｗの表面（被めっき面）全面
にわたって均一な平坦性を得ることができる。

【００５１】ハウジング９２には、基板保持部５６で基
板Ｗを吸着保持した時、この基板Ｗのベベル部または周
縁部と接触して、基板Ｗを陽極（アノード）にする電気
接点９６が設けられ、更に基板保持部５６の下面には、
基板Ｗを保持した時に該基板Ｗの上面と圧接してここを
シールするパッキン９８が設けられている。

【００５２】次に、エッチング処理部２０で電解エッチ
ング処理を行う時の動作について説明する。先ず、エッ
チング槽５２内にエッチング液５０を供給し、このエッ
チング液５０を溢流堰部７４からオーバフローさせた状
態で、底板部７２を陰極板５８と共にスクロール運動さ
せる。この状態で、前述のようにして、銅めっき等のめ
っき処理を施した基板Ｗを下向きで吸着保持した基板保
持部５６を基板Ｗを回転させつつ、電解エッチング処理
を行う処理位置まで下降させる。

【００５３】これにより、基板Ｗ上の各ポイントにおけ
る陰極板５８との相対速度をより均一にして、基板Ｗと
陰極板５８との間の極間を流れるエッチング液５０の流
れの状態をより均一に、すなわちエッチング液の流れに
特異点が生じないようにする。

【００５４】この状態で、例えば図１３に示すように、
印加時間ｔ_１が、１ｍＳｅｃ〜１０ｍＳｅｃ、好ましく
は１０ｍＳｅｃで、印加電流密度が５〜５０Ａ／ｄｍ^２
のパルス電流を、例えば印加時間の約５〜２０倍の停止
時間ｔ_２をおいて、複数回に亘って印加する。すると、
エッチング電源投入時は、酸化溶出はまず基板上の凸部
より起こり、平坦部へ降りてくる。従って、投入後、瞬
時に電源をＯＦＦにし、これを繰り返せば凸部のみの選
択エッチングが可能となる。

【００５５】この時、陰極板５８の表面に設けた溝５８
ａから陰極板５８と基板Ｗとの間の極間にエッチング液
を供給し、このエッチング液中に浮遊する粒子を遠心力
の作用で溝５８ａの中を通過させて外方にスムーズに流
出させることで、極間部には常に新たなエッチング液が
存在するようにする。しかも、銅めっきを電解エッチン
グする時に、陰極板５８として、チタンのような表面の
酸化膜の影響で銅との密着力が悪い材料を選択すること
で、溶解して陰極板側に析出する銅イオンを析出すると
同時に銅粒子としてエッチング液中に浮遊させ、このエ
ッチング液を溝５８ａを通過させてスムーズに外部に流
出させることで、陰極板５８の表面の平坦度が経時的に
劣化することを防止して、陰極板５８の平坦度を確保す
ることができる。これにより、極間距離Ｓが変化せず、
しかも水素ガスが発生することはないので、平坦性に優
れたエッチングが可能となる。

【００５６】次に、前述のように、必要に応じて、この
エッチング処理後の基板Ｗを水洗部１８（図１参照）に
搬送して水洗し、しかる後、前述と同様な処理を順次行
う。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板の表面に微細穴と大穴が混在する場合に、先ず、レ
ベリング性の優れためっき液中でめっきを施して大穴の
ボトムアップ成長を促進し、しかる後、めっき膜の盛り
上った部分を電解エッチングで選択的に除去すること
で、めっき膜の平坦性を向上させることができ、これに
よって、その後のＣＭＰ加工をディッシングの発生を防
止しつつ短時間で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の配線形成装置の平面配置
図である。

【図２】図１に使用されているめっき処理部の概要図で
ある。

【図３】図１に使用されているエッチング処理部の概要
図である。

【図４】エッチング処理部の他の例を示す概要図であ
る。

【図５】図１に示す配線形成装置における処理工程の流
れを示す図である。

【図６】基板にめっき処理を施す際の過程を概念的に示
す断面図である。

【図７】基板にめっき処理を施した後の状態を示す断面
図である。

【図８】エッチング処理部における選択的エッチングの
一例を概念的に示す断面図である。

【図９】エッチング処理部における選択的エッチングの
他の例を概念的に示す断面図である。

【図１０】基板にエッチング処理を施した後の状態を示
す断面図である。

【図１１】エッチング処理部の更に他の例を示す断面図
である。

【図１２】図１１のエッチング処理部に使用されている
陰極板の平面図である。

【図１３】図１１に示すエッチング処理部に印加する電
流パルスの例を示す図である。

【図１４】めっき処理によって金属配線を形成する例を
工程順に示す断面図である。

【図１５】従来の基板にめっき処理を施した時の問題点
の説明に付する断面図である。

【符号の説明】

６銅膜７シード層８微細穴９大穴１６めっき処理部２０エッチング処理部３０めっき液３２めっき槽３４基板保持部３６陽極板３８めっき液噴射管５０エッチング液５２エッチング槽５６基板保持部５８陰極板５８ａ溝５８ｂエッチング液供給孔７２底板部７２ａボス部７４溢流堰部８２回転軸８２ａクランク部Ａ添加剤Ｂエッチング部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大野寛二神奈川県藤沢市善行坂１−１−６荏原ユージライト株式会社中央研究所内 (72)発明者君塚亮一神奈川県藤沢市善行坂１−１−６荏原ユージライト株式会社中央研究所内 (72)発明者松田尚起東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4M104 BB04 DD52 HH12 5F033 JJ11 KK00 KK32 PP27 QQ08 QQ48 XX01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に微細窪みを形成した基板を用意す
る工程と、前記基板の表面にめっき液中でめっきを施す工程と、前記基板の表面に形成しためっき膜をエッチング液中で
電解エッチングする工程とを有することを特徴とする配
線形成方法。
【請求項２】前記エッチング液中に、めっき膜を構成
する金属の錯体化合物、有機錯体、その誘導体である添
加剤、めっき膜を構成する金属の腐蝕電位を卑にする作
用のある添加剤のうち少なくとも一つを含有することを
特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】前記電解エッチングで印加される電流波
形がパルス波形またはＰＲパルス波形であることを特徴
とする請求項１または２記載の配線形成方法。
【請求項４】めっき液を保持し、微細窪みを形成した
基板の表面にめっき液中でめっきを施すめっき処理部
と、エッチング液を保持し、基板の表面に形成しためっき膜
の電解エッチングを行うエッチング処理部とを備えたこ
とを特徴とする配線形成装置。
【請求項５】前記エッチング処理部には、基板を下向
きで保持する基板保持部と、この基板保持部で保持した基板の下面に対向する位置に
エッチング液中に浸漬させて配置した陰極板と、前記基板保持部で保持した基板と前記陰極板とを相対移
動させる相対移動機構とが備えられていることを特徴と
する請求項４記載の配線形成装置。
【請求項６】前記基板と前記陰極板とを相対移動させ
る相対移動機構は、前記基板を回転させる基板回転機構
と、前記陰極板を回転、往復動、偏心回転またはスクロ
ール運動させる陰極板移動機構とからなることを特徴と
する請求項５記載の配線形成装置。
【請求項７】前記陰極板の表面には、面内を全長に亘
って連続して延びる多数の溝が形成され、前記陰極板の
内部には、前記溝の内部で開口して該溝の内部にエッチ
ング液を供給する複数のエッチング液供給孔が設けられ
ていることを特徴とする請求項６記載の配線形成装置。
【請求項８】前記基板保持部は、真空吸着方式または
静電チャック吸着方式で基板を保持するように構成され
ていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記
載の配線形成装置。
【請求項９】前記陰極板は、表面の酸化膜の影響で銅
との密着力が悪い材料で構成されていることを特徴とす
る請求項５乃至８のいずれかに記載の配線形成装置。