JP2014080674A - 異方性めっき方法および薄膜コイル - Google Patents

Abstract

【課題】アスペクト比の高く非常に狭いピッチのラインアンドスペースパターンを確実に形成することが可能な異方性めっき方法を提供する。
【解決手段】電流を印加して被膜を形成する異方性めっき方法において、めっき形成用の電極膜あるいは該電極膜の表面に形成された被膜の表面に生じためっき液２１の金属イオン希薄層１７のうち、選択的にめっき成長させたい方向に存在する該金属イオン希薄層１７をめっき液２１の撹拌により部分的に破壊しながら被膜を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異方性めっき方法に関し、特に、アスペクト比が高く狭いピッチのラインアンドスペースパターンの形成に好適な異方性めっき方法に関する。また本発明はそのような異方性めっき方法を用いて製造される薄膜コイルに関するものである。

薄膜コイルの形成方法の一つとして、いわゆる異方性めっき方法が知られている（特許文献１、２参照）。一般的な異方性めっき方法は、図２３に示すように、まず基板１０の表面に薄い下地金属膜１１を成膜する（図２３（ａ））。次に、レジストパターンからなるプレめっき用のフレーム１２をフォトリソグラフィおよびドライエッチングにより形成する（図２３（ｂ））。次に、電解めっき（プレめっき）を行い、フレーム１２の開口部に露出する下地金属膜１１をめっき成長させる（図２３（ｃ））。次に、フレーム１２を除去し（図２３（ｄ））、余分な下地金属膜１１をウェットエッチングにより除去してプレめっきパターン１３を顕在化させる（図２３（ｄ））。その後、さらに電解めっきを行い、プレめっきパターン１３をフレームなしで縦方向にめっき成長させる。これにより、アスペクト比の高いスパイラルパターンを形成することができる。

特許第４０４６８２７号公報 特許第４２６０９１３号公報

しかしながら、上述した従来の異方性めっき方法は、めっきの表面状態、異方性成長、パターン間隔を確実かつ高精度に制御することができなかった。そのため、製造歩留まりが悪く、いわゆるめっき焼けによるパターンの変形や隣接ライン間がショートするという問題があった。

従来、異方性めっき成長メカニズムは、導体パターンの上方に電流が集中することによりめっきが異方成長するものと考えられていた。しかし、なぜ電流が導体パターンの上方に集中するのかが不明であり、真のメカニズムは明らかでなかった。また、隣接ラインパターン間のスペース内にめっき液が侵入しないことにより横方向のめっき成長が抑えられるという説もある。しかし、この原理ではスペースができ始める理由を説明できず、さらに、同じスペース幅でも正しくめっき成長する場合としない場合とがあり、このような違いが生じる理由は明らかでなかった。実際、めっきパターンはめっき液に完全に浸され、スペース内には必ずめっき液が存在しているはずであり、スペース内にめっき液が侵入しない理由も不明である。したがって、真の異方性めっき成長メカニズムを明らかにし、異方性めっき成長をより正確に制御することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、めっきの表面状態、異方性成長、パターン間隔を確実かつ高精度に制御し、異方性めっきパターンの製造歩留まりを向上させることにある。また、本発明の他の目的は、そのような異方性めっき方法を用いて製造された小型で高性能な薄膜コイルを提供することにある。

本願発明者は、異方性めっき成長メカニズムについて鋭意研究を重ねた結果、高電流印加に伴う金属イオン希薄層の形成とめっき液の撹拌による金属イオン希薄層の部分破壊により、アスペクト比の高いめっきパターンの形成が可能であり、印加電流と撹拌速度を制御することにより所望の高アスペクトパターンを確実に形成できることを見出した。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明による異方性めっき方法は、電流を印加して被膜を形成する異方性めっき方法において、めっき形成用の金属膜あるいは該金属膜の表面に形成された前記被膜の表面に生じためっき液の金属イオン希薄層のうち、選択的にめっき成長させたい方向に存在する該金属イオン希薄層を前記めっき液の撹拌により部分的に破壊しながら前記被膜を形成することを特徴とする。

本発明において、前記被膜の形成方向の断面形状は円弧状であり、該円弧状を維持してめっき成長させることが好ましい。これによれば、めっき成長させたい方向に存在する金属イオン希薄層を前記めっき液の撹拌により容易に破壊することができ、高アスペクトめっきパターンを確実に形成することができる。

本発明において、前記被膜の平面形状は、ラインアンドスペースパターンであることが好ましい。これによれば、隣接ライン間のスペース内に金属イオン希薄層を残したままその上部に発生している金属イオン希薄層を破壊することができ、これにより、高アスペクトで非常にピッチが狭いラインアンドスペースパターンを形成することができる。

本発明において、前記被膜形成時の電流密度は３０〜７０Ａ／１００ｃｍ^２であることが好ましい。電流密度がこの範囲であれば、被膜の表面にある程度の厚さを有する金属イオン希薄層を発生させることができ、これにより、異方性めっき成長を確実に制御することが可能となる。

本発明において、前記めっき液は銅イオンおよびジスルフィド化合物を含有することが好ましい。

本発明による異方性めっき方法は、前記電流の電流密度、前記めっき液の組成、前記めっき液の撹拌速度、および前記被膜から前記めっき液の撹拌位置までの距離から選ばれた少なくとも一つのパラメータを制御して、前記ラインアンドスペースパターンのスペース幅を制御することが好ましい。これによれば、異方性めっき成長を高精度に制御することが可能となる。

また、上記課題を解決するため、本発明による薄膜コイルは、本発明による上記異方性めっき方法により形成したスパイラルパターンを有することを特徴とする。これによれば、高アスペクトで非常にピッチの狭いスパイラルパターンを高精度に形成することができる。したがって、直流抵抗が低くインダクタンスが高い高性能な薄膜コイルを提供することができる。

さらにまた、本発明による異方性めっき方法は、基板の主面に、第１のライン幅、第１のスペース幅、および第１の厚さを有する第１ラインアンドスペースパターンからなるプレめっきパターンを形成する工程と、前記基板をめっき液中に浸した状態で前記第１めっきパターンに第１の電流を流し、各ラインパターンの異方成長を個別に強制するフレームがない状態で、前記プレめっきパターンを等方的にめっき成長させて、前記第１のライン幅よりも広い第２のライン幅、前記第１のスペース幅よりも狭い第２のスペース幅、および第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有する第２ラインアンドスペースパターンからなる第１めっきパターンを形成する工程と、前記基板を前記めっき液中に浸した状態のまま前記第１めっきパターンに前記第１の電流よりも大きな第２の電流を流し、前記第１めっきパターンの表面に金属イオン希薄層を発生させると共に、前記めっき液を撹拌して各ラインパターンの上部における前記金属イオン希薄層を部分的に破壊することにより、各ラインパターンの異方成長を個別に強制するフレームがない状態で、前記第１めっきパターンを異方的にめっき成長させて、前記第２のライン幅、前記第２のスペース幅、および前記第２の厚さよりも厚い第３の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有する第３ラインアンドスペースパターンからなる第２めっきパターンを形成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明において、前記めっき液は、銅イオンおよび光沢剤を含む硫酸銅めっき液であるであることが好ましい。また、前記第１の電流の電流密度は３〜２０Ａ／１００ｃｍ^２であり、前記第２の電流の電流密度は３０〜７０Ａ／１００ｃｍ^２であることが好ましい。これによれば、異方性めっき成長を高精度に制御することが可能となる。

本発明による異方性めっき方法は、前記基板の前記主面の上方に、前記めっき液の撹拌部材を配置し、前記撹拌部材を前記基板と平行な方向に繰り返し進退移動させて前記めっき液を撹拌し、これにより各ラインパターンの上部における前記金属イオン希薄層を部分的に破壊することが好ましい。この場合において、撹拌部材は、断面が三角形の棒状体からなるパドルであってもよく、格子構造を有する板状部材からなる撹拌格子であってもよい。これによれば、金属イオン希薄層の部分的な破壊を高精度に制御することができ、異方性めっき成長を確実に制御することができる。

本発明による異方性めっき方法は、前記基板自身を当該基板と平行な方向に繰り返し進退移動させて前記めっき液を撹拌し、これにより各ラインパターンの上部における前記金属イオン希薄層を部分的に破壊することもまた好ましい。この方法によれば、撹拌部材を用いることなく金属イオン希薄層の部分的な破壊を高精度に制御することができ、異方性めっき成長を確実に制御することができる。

本発明において、前記第１ないし第３ラインアンドスペースパターンはスパイラルパターンであることが好ましい。これによれば、高アスペクトで非常に狭いピッチのスパイラルパターンを形成することができる。したがって、直流抵抗が低くインダクタンスが高い薄膜コイルの提供が可能となる。

本発明による異方性めっき方法は、前記第１めっきパターンを形成する前に、前記プレめっきパターンの少なくとも外側を取り囲む外部フレームを形成する工程をさらに備え、前記外部フレームは前記基板の主面に垂直な側面を有し、当該側面は前記最も外側のラインパターンの側面から第３のスペース幅を隔てた位置に形成されていることが好ましい。この場合において、前記第３のスペース幅は、前記第２のスペース幅よりも広いことが好ましい。これによれば、最も外側のラインパターンの太りを防止することができ、すべて均等なライン幅を有するラインアンドスペースパターンを形成することが可能となる。

さらにまた、本発明による薄膜コイルは、基板と、前記基板上に形成された薄膜コイルとを備え、前記薄膜コイルは、前記基板上に形成され、第１のライン幅、第１のスペース幅、および第１の厚さを有する第１スパイラルパターンからなるプレめっき層と、前記第１のライン幅よりも広い第２のライン幅、前記第１のスペース幅よりも狭い第２のスペース幅、および第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有し、前記プレめっき層の前記第１スパイラルパターンの上面および側面を覆う第２スパイラルパターンからなる第１ノンフレームめっき層と、前記第２の厚さよりも厚い第３の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有し、前記第１ノンフレームめっき層の前記第２スパイラルパターンを覆う第３スパイラルパターンからなる第２ノンフレームめっき層とを備えることを特徴とする。本発明によれば、高アスペクトで非常に狭いピッチのスパイラルパターンを形成することができ、これにより直流抵抗が低くインダクタンスが高い薄膜コイルを実現することができる。

本発明によれば、めっきの表面状態、異方性成長、パターン間隔を確実かつ高精度に制御することができ、アスペクト比が高く非常に狭いピッチのラインアンドスペースパターンを形成することが可能な異方性めっき方法を提供することができる。また、本発明によれば、そのような異方性めっき方法を用いて製造された小型で高性能な薄膜コイルを提供することができる。

本発明の第１の実施形態による異方性めっき方法を説明するための模式図である。 プレめっきパターン１３のより具体的なパターン形状を示す平面図である。 金属イオン希薄層１７について説明するための模式図である。 めっきパターンの詳細な構造を示す略断面図である。 めっき装置の構成の第１の例を示す模式図である。 めっき装置の構成の第２の例を示す模式図である。 めっき装置の構成の第３の例を示す模式図である。 図７における撹拌格子の構成を示す略斜視図である。 めっき装置の構成の第４の例を示す模式図である。 電流密度と撹拌速度との関係を示すグラフである。 めっきの表面状態を示す光学顕微鏡写真である。 本発明の第２の実施形態による異方性めっき方法を説明するための模式図である。 外部フレーム１６のより具体的なパターンを示す平面図であり、図２に示したスパイラル状のプレめっきパターン１３に対応するものである。 ウェハー上のスパイラルめっきパターンの各サンプルの光学顕微鏡写真のサムネイルと、パターンの厚さをそれぞれ示す模式図である。 スパイラルめっきパターンの詳細なSEM像写真である。 ウェハー上のスパイラルめっきパターンの各サンプルの顕微鏡写真のサムネイルと、パターンの厚さをそれぞれ示す模式図である。 スパイラルめっきパターンの詳細なSEM像写真である。 電流密度とめっきパターンのスペース幅との関係を示すグラフである。 撹拌速度とスペース幅との関係を示すグラフである。 めっき液中の光沢剤（ＳＰＳ）濃度とスペース幅との関係を示すグラフである。 めっき液中の硫酸銅濃度とスペース幅との関係を示すグラフである。 めっき時間とめっきパターンのアスペクト比との関係を示すグラフである。 一般的な異方性めっき方法を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による異方性めっき方法を説明するための模式図である。

本実施形態による異方性めっき方法では、まず図１（ａ）に示すように、基板１０の表面にプレめっきパターン１３を形成する。プレめっきパターン１３はめっきされる被膜の下地金属膜であり、例えば図２３（ａ）〜（ｅ）に示した方法により形成することができる。このときのプレめっきパターン１３の平面形状はラインアンドスペースパターンであり、所定のライン幅Ｗ_Ｌ１およびスペース幅Ｗ_Ｓ１を有している。このときのライン幅Ｗ_Ｌ１は、最終的に得ようとするラインアンドスペースパターンのライン幅Ｗ_Ｌ２よりも狭く設定されており、逆にスペース幅Ｗ_Ｓ１は、最終的に得ようとするラインアンドスペースパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ２よりも広く設定されている。なお、図１（ａ）ではプレめっきパターン１３を基板１０の片面にのみ形成しているが、両面に形成してもよい。基板１０の平面形状は特に限定されず、矩形であってもよく、円形であってもよい。

以下、図２３（ａ）〜（ｅ）を再び参照しながら、本実施形態によるプレめっきパターン１３の形成方法について詳細に説明する。まず基板１０の全面に薄い下地金属膜１１を成膜する。下地金属膜１１の材料としては銅（Ｃｕ）を用いることが好ましく、無電解めっきやスパッタリングなど周知の方法により形成することができる。

次に、レジストパターンからなるプレめっき用のフレーム１２をフォトリソグラフィにより形成する（図２３（ｂ））。次に、電解めっきを行い、フレーム１２の開口部に露出する下地金属膜１１を選択的にめっき成長させることにより、下地金属膜１１と一体化したラインアンドスペースパターンを形成する（図２３（ｃ））。ラインアンドスペースパターンは硫酸銅めっき液中でフレーム１２に低電流を印加することで形成することができる。

ここで、下地金属膜１１上のラインアンドスペースパターンの各ラインはすべて電気的につながった状態であるので、フレーム１２を有機溶剤等で除去した後（図２３（ｄ））、余分な下地金属膜１１を除去し、ラインアンドスペースパターンを顕在化させる（図２３（ｅ））。下地金属膜１１は、ウェットエッチング、ミリング、ＲＩＥ等により除去することができる。以上により、ラインアンドスペースパターンからなるプレめっきパターン１３が完成する。

プレめっきパターン１３のライン幅Ｗ_Ｌ１に対するスペース幅Ｗ_Ｓ１の比は１．４以上であることが好ましい。ライン幅Ｗ_Ｌ１に対するスペース幅Ｗ_Ｓ１の比が１．４よりも小さい場合、後述の第１ノンフレームめっき工程（等方性めっき処理）を経た後のパターン上面が丸みを帯びず、その結果、高アスペクトめっきパターンの歩留まりが低下するからである。

プレめっきパターン１３の厚さＴ_１は特に限定されないが、断面のアスペクト比（Ｔ_１／Ｗ_Ｌ１）がほぼ１であることが好ましい。アスペクト比が低すぎるとショート率が高くなり、アスペクト比が高すぎると同じコイル厚さでも抵抗値が上がるからである。なお、プレめっきパターン１３の上面は図示のように平坦であってもよく、丸みを帯びていてもよく、へこんでいてもよい。

図２は、プレめっきパターン１３のより具体的なパターン形状を示す平面図である。

図２に示すように、プレめっきパターン１３はスパイラルパターン１３Ｓを含むものであって、薄膜コイルの基本パターンを構成するものである。同図では一枚の基板上の一部に４つのスパイラルパターン１３Ｓが形成されており、各々が分割されて１つの製品となる。スパイラルパターン１３Ｓは円形スパイラルに限定されず、矩形スパイラルであっても構わない。スパイラルパターン１３Ｓの外周端１３ｅは、横方向に延びる複数の配線パターン１９のいずれかに接続されており、いずれかの配線パターン１９を介してすべてのスパイラルパターン１３Ｓに電流が供給される。

次に、図１（ｂ）に示すように、めっき液２１中で低電流を印加しながらプレめっきパターン１３を等方的にめっき成長させる第１ノンフレームめっき工程を実施する。「ノンフレーム」とは、図２３（ｃ）に示したプレめっきパターン１３の形成時のような、各ラインパターンの異方成長を個別に強制するフレーム１２を用いないことを言う。このときめっき液２１は撹拌してもよく、撹拌しなくてもよい。この第１ノンフレームめっき工程により、断面が矩形状のプレめっきパターン１３は縦方向のみならず横方向にもめっき成長し、上部が湾曲した断面形状となる。図１（ｂ）には、成長途中のめっきパターン１４が示されている。

めっき液２１には硫酸銅めっき液を用いることが好ましい。硫酸銅めっき液は、硫酸銅（ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ）と、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と、塩素（Ｃｌ）を含み、めっき膜質を改善する有機添加剤をさらに含むことが好ましい。有機添加剤としては、めっき膜を緻密にして光沢性を上げる光沢剤や、陰極表面に吸着銅イオンの析出を抑制して活性化分極を大きくし、均一電着性を上げるレベラーを用いることができる。光沢剤としては、ジスルフィド化合物や硫黄化合物を用いることができる。ジスルフィド化合物は、例えばＳＰＳ［ビス−（３−スルホプロピル）−ジスルフィド２ナトリウム：ＮａＯ_３Ｓ（ＣＨ_２）_３ＳＳ（ＣＨ２）_３ＳＯ_３Ｎａ］であり、硫黄化合物は、例えばＨＳ‐Ｃ_ｎＨ_２ｎ‐ＳＯ_３（Mercapto alkylsulfonic acid）である。レベラーとしては、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などの界面活性剤を挙げることができる。

第１ノンフレームめっき工程は、図１（ｃ）に示すように、ラインアンドスペースパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ２がプレめっきパターン１３のスペース幅Ｗ_Ｓ１よりも狭い最適な幅に達するまで継続する。その結果、めっきパターン１４のライン幅Ｗ_Ｌ２はプレめっきパターン１３のライン幅Ｗ_Ｌ１よりも広くなる。この広くなった部分と基板１０との間にはわずかな隙間が存在する。

第１ノンフレームめっき工程により得られるめっきパターン１４の厚さＴ_２は、上面の丸みが得られる限り特に限定されないが、最終的に得たいめっきパターンのスペース幅の１〜３倍であることが好ましい。これより薄いと第２ノンフレームめっき工程後の隣接ライン間がショートする可能性が高くなり、これより厚いとコイルの断面形状が上方にて太くなる傾向が強まり、同じめっき厚さでも断面積が小さくなり、抵抗値が大きくなるからである。

第１ノンフレームめっき工程後のめっきパターン１４の厚さＴ_２は、ラインアンドスペースパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ２の２倍以上であることが好ましい。２倍以上であれば、アスペクト比が高くスペース幅が狭いラインアンドスペースパターンの製造歩留まりを高めることができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、同じめっき液中でこれまでよりも高い電位を印加し、大電流を流しながらめっきパターン１４を異方的にめっき成長させる第２ノンフレームめっき工程を実施する。これによりめっき液２１と接するめっきパターン１４の表面に一定厚さ以上の金属イオン希薄層１７が発生する。

図３は、金属イオン希薄層１７について説明するための模式図である。

図３（ａ）に示すように、めっき液２１中に一対の電極２２ａ，２２ｂを設置し、両者の間にプラスおよびマイナスの電位をそれぞれ印加すると、図３（ｂ）に示すように、カソード近傍の金属イオン（陽イオン）は電位によってカソード側（電極２２ｂ側）に引き寄せられ、電極表面で電子を受け取ってカソード表面に順次析出する。このような電気めっき現象において、高電位印加時には金属原子の析出速度が速くなるので、沖合からカソード近傍への金属イオンの供給が間に合わなくなり、カソード近傍のめっき液２１（金属イオン水溶液）中に金属イオン濃度の極めて希薄な領域が形成される。この領域はキャパシタの分野では「電気二重層」と呼ばれるが、本発明では「金属イオン希薄層」と呼ぶものとする。金属イオン希薄層１７中の金属イオン濃度は、電位をかけてもめっきが成長しない程度の濃度であり、厳密には界面から遠ざかるにつれて濃くなる濃度勾配を有する。金属イオン希薄層１７は、印加電位が高くなるほど厚くなる傾向を有する。

本発明はこの金属イオン希薄層１７の発生に着目し、後述するめっき液の撹拌と組み合わせることにより、めっきの異方成長を強制するフレームを設けることなく、一方向への選択的なめっき成長を実現するものである。

第１ノンフレームめっき工程から第２ノンフレームめっき工程への移行時には、めっきパターン１４に印加している電位を低電位から高電位に瞬間的に切り替える必要がある。金属イオン希薄層１７がたとえ一時的であっても完全に消滅しないようにする必要があるからである。金属イオン希薄層１７は第１ノンフレームめっき工程でも発生しているが、その厚さは非常に薄く破壊されやすい。このような金属イオン希薄層１７をたとえ切り替え時の一瞬でも絶やすことなくさらに厚くすることにより、横方向へのめっき成長を確実に抑制することが可能となる。

第１ノンフレームめっき工程では、図１（ｅ）に示すように、めっきパターン１４に大電流を供給しながらその上方のめっき液２１を適切な撹拌速度で撹拌する。金属イオン希薄層１７は実質的に絶縁層であり、めっきパターン１４の全面を覆っているが、この状態でまったく撹拌せずに放置すると、ある確率で絶縁破壊が発生し、その位置が局所的にめっきされる。この部分的なめっき成長がランダムに多数形成されることにより、表面の凹凸が著しいいわゆるめっき焼けの状態となる。

しかしながら、めっき液の撹拌によって金属イオン希薄層１７を部分的に除去した場合には、その部分だけに金属イオンが供給されるので、一方向にめっき成長させることが可能となる。この場合、めっきパターンの上方のめっき液２１を適度に撹拌することにより、めっきパターンの上部（頭部）の湾曲面に接する金属イオン希薄層１７が部分的に破壊され、この部分から上方に向けてめっき成長が継続する。金属イオン希薄層１７が破壊されなかっためっきパターン１３の下部側面のめっき成長は抑制される。

金属イオン希薄層１７の厚さＷ_０は、最終的なラインアンドスペースパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ２の半分（Ｗ_Ｓ２／２）以上であると予測される。もし、スペース幅Ｗ_Ｓ２が金属イオン希薄層１７の厚さの２倍以上であるならば、左右の金属イオン希薄層１７の間に通常の金属イオン濃度の領域が存在し、これが異方性めっき成長の阻害要因となり得るからである。したがって、異方性めっき成長を確実なものにするためには、金属イオン希薄層１７の厚さをスペース幅Ｗ_Ｓ２の半分以上にする必要がある。Ｗ_Ｓ２／２＝Ｗ_０とならないのは、撹拌による金属イオン希薄層の除去部分近傍のＷ_０は、めっき液の揺らぎにより若干Ｗ_０より大きくなったり小さくなったりをくり返す。したがって、実質的に、線間における２Ｗ_０よりも外側部分のめっきパターン上方曲面に接している金属イオン希薄層は撹拌により除去されている。この状態では、高電位印加によってすでに形成されている金属イオン希薄層１７が新たに形成された金属イオン希薄層１７によって守られるので、金属イオンがこの部分に供給されることはなく、金属イオン希薄層１７のまま維持される。このような現象は、ラインアンドスペースパターンの形成時に生じる特有の現象であり、スペース幅を狭くする手法として極めて有効である。

第２ノンフレームめっき工程で用いるめっき液の組成は特に限定されず、どのような組成であっても高アスペクトにめっき成長させることが可能である。ただし、電流密度と撹拌速度の最適な組み合わせはめっき液の組成ごとに異なるため、めっき液の組成の管理が重要である。第１ノンフレームめっき工程で用いるめっき液は、第２ノンフレームめっき工程でもそのまま用いるため、その組成は第２ノンフレームめっき工程においても好適な組成であることが必要である。

本実施形態においては、最初のプレめっきパターン１３のスペース幅Ｗ_Ｓ１が最終のめっきパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ２よりも広く設定されていることが重要である。断面形状が矩形パターンや台形パターンのラインパターンを等方的にめっき成長させて、上面に丸みを形成すると同時に、適度なスペース幅に狭める必要があるからである。プレめっきパターン１３を異方性めっきに好適な形状に整えることにより、めっきパターンの厚さや表面状態を確実に制御することができる。

めっき液の撹拌によって湾曲面の頂上部分より金属イオン希薄層１７が破壊され、撹拌の強さにより金属イオン希薄層１７の破壊領域の調節を可能とするために、第２ノンフレームめっき工程の開始時には、各ラインパターンの上面が丸みを帯びている必要がある。各ラインパターンの上面が平坦であると、隣接するライン間のスペースの上部に発生する金属イオン希薄層１７が破壊される条件と、その下部に発生している金属イオン希薄層１７が破壊される条件がほぼ同じになり、各ラインパターンの上部の金属イオン希薄層１７だけをめっき液の撹拌によって破壊することが非常に難しくなるからである。

そして図１（ｆ）に示すように、めっきパターンが所望の厚さ（高さ）Ｔ_３まで成長した時点で電流の供給を停止し、第２ノンフレームめっき工程を終了する。以上により、高いアスペクト比を有するラインアンドスペースパターンからなるめっきパターン１５が完成する。

図４は、めっきパターンの構造をより詳細に示す略断面図である。

図４に示すように、高アスペクトなラインアンドスペースパターンからなるめっきパターン１５は、第１のライン幅Ｗ_Ｌ１、第１のスペース幅Ｗ_Ｓ１、および第１の厚さＴ_１を有するプレめっき層１５ａと、第１のライン幅Ｗ_Ｌ１よりも広い第２のライン幅Ｗ_Ｌ２、第１のスペース幅Ｗ_Ｓ１よりも狭い第２のスペース幅Ｗ_Ｓ２、および第１の厚さＴ１よりも厚い第２の厚さＴ_２を有し、上部に湾曲面を有し、プレめっき層１５ａの上面および側面を覆う第１ノンフレームめっき層１５ｂと、第２のライン幅Ｗ_Ｌ２、第２のスペース幅Ｗ_Ｓ２、および第２の厚さＴ_２よりも厚い第３の厚さＴ_３を有し、上部に湾曲面を有し、第１ノンフレームめっき層１５ｂを覆う第２ノンフレームめっき層１５ｃと有している。

プレめっき層１５ａはめっき形成用の下地金属膜であり、第１ノンフレームめっき層１５ｂは、プレめっき層１５ａを等方的にめっき成長させて得られる被膜であり、第２ノンフレームめっき層１５ｃは、第１ノンフレームめっき層１５ｂを異方的にめっき成長させて得られる被膜である。これらの層は同じ材料（Ｃｕ）からなるが、その断面を顕微鏡写真で見ると、各層の境界を明確に区別することが可能である。

上記異方性めっき方法を実施するためのめっき装置は特に限定されないが、例えば以下に示すめっき装置を用いることができる。

図５は、めっき装置の構成の第１の例を示す模式図である。

図５に示すように、このめっき装置３０はフェースアップ式であって、めっき漕３１内のステージ３２上に固定されたワーク３３（プレめっきパターン１３が形成された基板１０）にはマイナス電位が印加されている。めっき漕３１の中央部にはプラス側電極３４が配置されており、ワーク３３の上面と対向するように配置されている。ワーク３３とプラス側電極３４との間には撹拌部材の一つであるパドル３５が配置されている。パドル３５は断面が正三角形の棒状体であり、三角形の一辺は例えば１０ｍｍである。このようなパドル３５が矢印で示す基板面と平行方向に進退移動を繰り返すことにより、ワーク面の前方に位置するめっき液２１が撹拌される。

めっき漕３１もしくは極間に、新しいめっき液もしくはめっき漕３１内の循環させているめっき液（銅イオン）を積極的に供給してもよく、めっき液の供給を断っても構わない。めっき液を十分に供給すればめっき条件が常に一定になり、めっきが進行してもスペース幅が変化しにくいという利点がある。一方、めっき液の供給を断つと、めっき液中の銅イオンが徐々に減少し、めっきの進行とともにスペース幅が広がっていく傾向にある。この場合、めっきの終了までに、銅イオン濃度がそのめっき条件下でのめっき焼け領域に入らないように注意する必要がある。さらに、めっき液（銅イオン）の供給量を調節することで、めっきの進行とともに広がる傾向があるスペース幅の広がり量（速度）を調節することも可能である。

図６は、めっき装置の構成の第２の例を示す模式図である。

図６に示すように、このめっき装置４０は、いわゆる縦型タイプであって、めっき漕４１内に垂直状態で設けられたワーク３３にはマイナス電位が印加されている。ワーク３３の前面と対向する位置にはプラス側電極３４が配置されており、プラス側電極３４もワーク３３と同様に垂直状態で設けられている。ワーク３３とプラス側電極３４との間にはパドル３５が配置されている。パドル３５が基板面と平行な水平方向（図中の紙面と垂直な方向）に進退移動を繰り返すことにより、ワーク３３の前方に位置するめっき液２１が撹拌される。ワーク３３の表面からパドル３５までの距離は１５〜３０ｍｍであることが好ましい。

また図示のように、めっき漕４１の底部にはめっき液供給口４２が設けられており、めっき液供給口４２から新しいめっき液もしくはめっき漕４１内の循環させているめっき液（銅イオン）を積極的に供給してもよく、めっき液の供給を断っても構わない。新しいめっき液を供給すると、余剰のめっき液は仕切り板４３の上端からあふれ出し、外側のめっき液排出経路４４を通ってめっき液排出口４５から排出される。

以上説明しためっき装置４０は、図５に示しためっき装置３０と同様、異方性めっき方法を実施することができ、めっき液（銅イオン）の供給量を調節することで、めっきの進行とともに広がる傾向があるスペース幅の広がり量（速度）を調節することができる。

図７は、めっき装置の構成の第３の例を示す模式図であり、図８は、図７における撹拌格子の構成を示す略斜視図である。

図７および図８に示すように、このめっき装置５０は、いわゆる縦型タイプのめっき装置であり、特に、パドル３５の代わりに撹拌格子５１を用いるものである。撹拌格子５１は、格子構造を有する板状部材であり、めっき液２１中でワーク３３と対向するように設けられている。ワーク３３の表面から撹拌格子５１の表面までの距離は３０〜５０ｍｍであることが好ましい。撹拌格子５１をワーク３３の表面に近づけすぎるとめっき液の撹拌状態が悪くなることが経験的に知られているので、撹拌格子５１とワーク３３との間には適度な距離が必要である。

撹拌格子５１は、基板面と平行な平面内で例えば回転半径２０ｍｍの回転運動を繰り返すことにより、ワーク面の前方に位置するめっき液２１が撹拌される。なお、撹拌格子５１の運動は回転運動に限らず、一方向の周期的な揺動でもよく、１／ｆゆらぎの揺動でもよい。なお、一方向の揺動は一次元の進退移動であり、平面内回転運動は二次元の進退移動である。

撹拌格子５１のサイズの一例をあげると、格子領域のサイズ（横幅Ｗ_ｍ１×縦幅Ｗ_ｍ２）は２００ｍｍ×２００ｍｍ、格子穴のサイズ（横幅Ｗ_ｍ３×縦幅Ｗ_ｍ４）は１３ｍｍ×１３ｍｍ、格子のはり幅Ｗ_ｍ５は２ｍｍ、厚さＷ_ｍ６は１０ｍｍである。なお、撹拌格子５１のサイズは、撹拌条件に合わせて適宜設定すればよい。ただし、水圧で撓むことがないよう、撹拌格子５１にはある程度の剛性が求められる。

本実施形態においては、めっき漕４１の底部に設けられためっき液供給口４２のほぼ直上に撹拌格子５１を配置することが好ましい。この構成によれば、新しいめっき液を効率よく撹拌することができ、めっきが進行しても一定のスペース幅を確保することができる。

図７に示した撹拌格子５１を用いためっき装置では、電界と撹拌の両方の影響がめっきパターンに対して常に加えられるので、金属イオン希薄層は常に開いた状態になると推察される。これに対し、図６に示したパドル３５を用いためっき装置では、電界の影響だけが常に加えられ、撹拌の影響は断続的に加えられるので、金属イオン希薄層は開閉を繰り返すものと推察される。したがって、パドル３５を用いたほうがめっきパターンの線間距離を維持しやすく、異方性めっき成長も促進されると考えられる。

図９は、めっき装置の構成の第４の例を示す模式図である。

図９に示すように、このめっき装置６０は、いわゆる縦型タイプのめっき装置であり、特に、撹拌部材を用いずワーク３３を揺動させることによりめっき液を撹拌することを特徴としている。ワーク３３は、基板面と平行な平面内で例えば回転運動を繰り返すことにより、ワーク面の前方に位置するめっき液２１が撹拌される。ワークの運動は回転運動に限らず、一方向の周期的な揺動でもよく、１／ｆゆらぎの揺動でもよい。

以上説明しためっき装置６０は、図５に示しためっき装置３０と同様、異方性めっき方法を実施することができ、めっき液（銅イオン）の供給量を調節することで、めっきの進行とともに広がる傾向があるスペース幅の広がり量（速度）を調節することができる。特に、パドルや撹拌格子といった撹拌部材を何ら用いることなく、基板上の金属イオン希薄層を均一にむらなく破壊することができ、これにより高いアスペクト比を有するラインアンドスペースパターンからなるめっきパターンを形成することができる。まためっき装置も安価に構成することができる。

第２ノンフレームめっき工程でのめっきの最適条件は、めっき焼け領域からわずかに良好領域に寄ったところである。さらに異方性めっき成長が進むにつれて、めっき焼けしない領域で電流密度を上げるか、撹拌速度を落とすか、あるいはそれらを同時に行い、スペース幅が広がる条件にするほうが好ましい。

図１０は、電流密度と撹拌速度との関係を示すグラフであって、横軸は電流密度（Ａ／１００ｃｍ^２）、縦軸は撹拌速度（ｒｐｍ）をそれぞれ示している。なお、撹拌速度はパドルが１分あたり何往復するかを意味している。またグラフ中、「○」はめっき結果が良好なサンプル、「×」はめっき結果が不良なサンプル、「Ｓ」はめっき結果がショートだったサンプルをそれぞれ示している。電流密度の単位面積１００ｃｍ^２とは、めっきパターンを真上（真正面）から見たときの平面面積を意味する。

図１０に示すように、めっきパターンに流す電流の電流密度を一定とするとき、撹拌速度が低いときにはめっき焼けが生じ、撹拌速度を上げていくとある撹拌速度から良好なめっきパターンが形成される領域が現れ、撹拌速度をさらに上げていくと、ある撹拌速度から隣接ライン間がショートする領域が現れる。このように、めっきパターンの状態は、めっき条件によって「めっき焼け領域」、「良好領域」、および「ショート領域」のいずれかに該当するものである。

一方、撹拌速度を一定とするとき、電流密度が高いほど良好領域のアスペクト比が高くなり、良好な撹拌速度のマージンが広がる。すなわち、電流密度を上げていくとラインアンドスペースパターンのスペース幅が広がり、逆に下げていくとスペース幅が狭くなる。なお、めっき液中の銅イオン濃度を上げるとめっきの析出速度が上がり、電流密度を高くした場合や撹拌速度を上げた場合と同じ効果となる。まためっき液中の光沢剤の濃度を上げても、電流密度を高くした場合や撹拌速度を上げた場合と同じ効果となる。

このように、電流密度（印加電位）が高ければ高いほど、金属イオン希薄層も厚く強固になり、金属イオン希薄層の部分破壊に必要な撹拌速度も速くする必要がある。しかし、撹拌速度を速くしすぎるとショートが発生することから、電流密度と撹拌速度の最適な組み合わせ条件がある。また、電流密度が高くなると撹拌速度の許容範囲が広がる傾向にある。本発明による異方性めっき方法は、このような条件を考慮した精密で均一な撹拌が必要である。なお、以上の結果は図３に示した金属イオン希薄層モデルに矛盾しない。

図１１は、めっきの表面状態を示す光学顕微鏡写真である。

図１１（ａ）に示すように、めっきパターンが正しくめっき成長した場合には、非常に狭いピッチを有するきれいなラインアンドスペースパターンが形成される。しかし、めっき焼けが生じた場合には、図１１（ｂ）に示すように、大小様々な凹凸が発生し、ライン幅が乱れたパターンとなる。ショートの場合は、図１１（ａ）の線間（スペース）が存在しない。

以上説明したように、本実施形態による異方性めっき方法は、電流を印加して被膜を形成する際、めっき形成用の金属膜あるいは該金属膜の表面に形成された被膜の表面に生じためっき液の金属イオン希薄層１７のうち、選択的にめっき成長させたい方向に存在する該金属イオン希薄層１７をめっき液の撹拌により部分的に破壊しながら被膜を形成するので、隣接ラインパターン間がショートすることなく、フォトリソグラフィの解像限界よりも狭いスペース幅を有し、ライン幅が広く、アスペクト比が高いラインアンドスペースパターンを形成することができる。

また、本実施形態による異方性めっき方法は、第１ノンフレームめっき工程でプレめっきパターンをめっき成長させて、金属イオン希薄層１７が正しく形成されるような形状に整形した後、第２ノンフレーム工程で異方性めっき成長を実施するので、アスペクト比の高いラインアンドスペースパターンを非常に狭いピッチで形成することができ、ラインアンドスペースパターンの形状を高精度に制御することができる。さらに、本実施形態による異方性めっき方法は、隣接ラインパターン間のスペース幅をレジストで解像できるスペース幅よりも狭くした後に大電流を印加することによるめっきを実施するので、ラインパターンの断面積を増やすことができる。したがって、めっきパターンの直流抵抗を減らすことができ、発熱や消費電力を低減することができる。

次に、本発明の第２の実施形態による異方性めっき方法について説明する。第２の実施形態による異方性めっき方法は、ラインアンドスペースパターンの最も外側のラインパターンの横方向へのめっき成長を規制する外部フレーム１６を用いることを特徴としている。第１の実施形態では明示していないが、フレームを一切使用しない場合、隣接のラインパターンが存在しない最も外側のラインパターンは、パターン上部の湾曲面に発生する金属イオン希薄層１７のみならず、最内周の内側と最外周の外側のパターンの側面に発生する金属イオン希薄層１７までもが破壊され、これにより横方向へのめっき成長が進行し、他のラインパターンよりも太くなる傾向が見られる。そこで第２の実施形態では、最も外側のラインパターンが他のラインパターンと同じ太さとなるように制御にするものである。

図１２は、本発明の第２の実施形態による異方性めっき方法を説明するための模式図である。

本実施形態による異方性めっき方法では、まず図１２（ａ）に示すように、基板１０の表面にプレめっきパターン１３を形成した後、外部フレーム１６を形成する。外部フレーム１６は、プレめっきパターンの最も外側のラインパターンの周囲を取り囲むレジストパターンである。外部フレーム１６は基板１０の主面に対して垂直な側面を有し、この側面は最も外側のラインパターンの側面から所定のスペース幅Ｗ_Ｓ３を隔てた位置に形成されている。詳細は後述するが、このスペース幅Ｗ_Ｓ３は、ラインアンドスペースパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ１の半分の幅（Ｗ_Ｓ１／２）よりも少し広いことが好ましい。

その後、図１２（ｂ）〜（ｆ）に示すように、第１ノンフレームめっき工程および第２ノンフレームめっき工程を順に実施する。この工程は、第１の実施形態と基本的に同じである。

外部フレーム１６を用いない場合、隣接のラインパターンが存在しない最も外側のラインパターンの側面を覆う金属イオン希薄層１７も破壊され、めっき成長が横方向にも広がり、当該ラインパターンの幅が他のラインパターンによりもライン幅が太くなる。しかし、本実施形態においては、外部フレーム１６の側面が金属イオン希薄層１７の破壊を防ぐので、横方向へのめっき成長を抑制することができる。

一方、図１２（ｅ）に示すように、外部フレーム１６がある場合、これが影になって撹拌時の波が外部フレーム１６の近くにある金属イオン希薄層１７に到達し難くなる。そこで、すべてのラインパターンが均等にめっき成長するように、スペース幅Ｗ_Ｓ４をラインアンドスペースパターンのスペース幅Ｗ_Ｓ２の半分の幅（Ｗ_Ｓ２／２）よりも少し広くして頂部近傍の金属イオン希薄層１７が破壊される範囲を増やすことが好ましい。

その後、必要に応じて、外部フレーム１６を除去し、第２ノンフレームめっき工程と同様の高電位を印加する第３ノンフレームめっき工程を実施してもよい。第３ノンフレームめっき工程ではラインパターンが横方向に太りにくい傾向がある。めっきパターンがすでに厚いので、めっき液の撹拌の影響が最内周の内側と最外周の外側のラインパターンの下部まで及ばず、金属希薄層が破壊されにくいためである。そのため、所望の異方性めっき成長を見込むことができる。

図１３は、外部フレーム１６のより具体的なパターンを示す平面図であり、図２に示したスパイラル状のプレめっきパターン１３に対応するものである。

図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、外部フレーム１６は、スパイラル状のプレめっきパターン１３の最外周側と最内周側をそれぞれ取り囲む形状であり、スパイラルパターン１３Ｓの最外周の外側に設けられた第１部分１６ａと、最外周の内側に設けられた第２部分１６ｂとで構成されている。そして、図１３（ｂ）に示すように、外部フレーム１６が存在しない円環状の領域にプレめっきスパイラルパターン１３Ｓが配置される。なお、スパイラルパターン１３Ｓの最内周もラインアンドスペースパターンの最も外側として解釈することができる。

以上説明したように、本実施形態による異方性めっき方法は、外部フレーム１６を用いるので、第１の実施形態による発明の効果に加えて、ラインアンドスペースパターンの最も外側のラインパターンの側面に現れる金属イオン希薄層１７がめっき液の撹拌によって破壊されることを防ぐことができ、これにより最も外側のラインパターンの幅が他のラインパターンよりも太くなることを防止することができる。また特に、第１ノンフレームめっき工程を開始する前に外部フレーム１６を形成しておくので、第１ノンフレームめっき工程と第１ノンフレームめっき工程との間に外部フレーム１６の形成工程が介在せず、第１ノンフレームめっき工程から第２ノンフレームめっき工程への切り替えを連続的に行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、ラインアンドスペースパターンの一例としてスパイラルパターンを挙げたが、本発明はスパイラルパターンに限定されず、例えば複数の直線パターンの配列など、種々のラインアンドスペースパターンに適用可能である。

（実施例１）
図５に示したフェースアップ式めっき装置を用いて硫酸銅めっき浴中で６インチシリコンウェハーの片面にめっき処理を行い、２０００個のスパイラルパターンを形成した。ここで、めっき装置のパドルは、一辺が１０ｍｍの正三角形を断面形状とする棒状体からなり、その長さを２００ｍｍとした。また、プラス側電極として直径１５ｃｍの円板を用い、その材料として含リン銅（リン濃度５００ｐｐｍ）を用いた。ウェハー表面からパドルの底面までの距離を１０ｍｍとし、ウェハー搭載面からプラス側電極までの距離を５０ｍｍとした。パドルストロークを１８０ｍｍとし、ウェハーの一端から他端まで振り切ることができるようにした。

硫酸銅めっき液の成分は、２００ｇ／ＬのＣｕＳＯ_４と、２００ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４と、３０ｍｇのＣｌ⁻と、１０ｇ／Ｌの塩素イオン（Ｃｌ）と、光沢剤としての約５ｍｇ／ＬのＳＰＳ（ジスルフィド化合物）と、レベラーとしてのＰＥＧ（ポリエチレングリコール、平均分子量：１５０００）であり、めっき液の液温は４０℃に維持した。

スパイラルパターンの形成では、まずシリコンウェハーの一方の主面の全面に厚さ０．２μｍのＣｕ膜をスパッタリングで成膜した。次にＣｕ膜の表面にドライフィルムレジストを成膜し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによりドライフィルムレジストをパターニングし、レジストパターンを形成した。

次に、レジストパターンをフレームとしてめっき処理（フレームめっき）を行い、Ｃｕ膜上にスパイラルパターンをその厚さが２５μｍになるまでめっき成長させた。その後、レジストパターンを除去し、不要なＣｕ膜をミリングで除去して、プレめっきパターンを完成させた。さらに、プレめっきパターンの周囲に外部フレームを形成した。外部フレームは、厚さ１５０μｍのドライフィルムレジストを成膜した後、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによりドライフィルムレジストをパターニングすることにより形成した。

次に、第１ノンフレームめっき工程を実施した。このときのめっき条件は、電流密度５Ａ／１００ｃｍ^２とし、パドルの往復回数を８０往復／分とし、スペース幅が１２μｍとなるようにした。その結果、厚さ１８μｍのめっきパターンを得た。

次に、第２ノンフレームめっき工程を実施した。このときのめっき条件は、電流密度５０Ａ／１００ｃｍ^２とし、パドルの往復回数を８０往復／分とし、全体の厚さが約１４０μｍとなるようにした。

図１４は、ウェハー上のスパイラルめっきパターンの各サンプルの光学顕微鏡写真のサムネイルと、パターンの厚さをそれぞれ示す模式図である。また、図１５は、スパイラルめっきパターンの詳細なSEM像写真である。

図１４に示すように、ウェハー上９点の各サンプルのパターン厚さは多少のばらつきがあるものの１３７〜１４４μｍの範囲内に収まり、厚さの平均は１３９μｍ、それらのレンジは９μｍとなった。また、図１５の電子顕微鏡写真においても、アスペクト比が高くピッチが非常に狭いスパイラルパターンが形成されていることが確認できた。

（実施例２）
上記実施例１で得られたウェハーに対して第３ノンフレームめっき工程を実施した。第３ノンフレームめっき工程では、外部フレームを剥離し、電流密度６０Ａ／１００ｃｍ^２とし、パドルの往復回数を１００往復／分、プレめっきパターンを含めた全体の厚さが約１８０μｍとなるようにした。

図１６は、ウェハー上のスパイラルめっきパターンの各サンプルの顕微鏡写真のサムネイルと、パターンの厚さをそれぞれ示す模式図である。また、図１７は、スパイラルめっきパターンの詳細なSEM像写真である。

図１６に示すように、ウェハー上９点の各サンプルのパターン厚さは多少のばらつきがあるものの１７７〜１８９μｍの範囲内に収まり、厚さの平均は１８３μｍ、それらのレンジは１２μｍとなった。また、図１７の電子顕微鏡写真においても、アスペクト比が高くピッチが非常に狭いスパイラルパターンが形成されていることが確認できた。

（実施例３）
実施例１と同一条件下でコイルパターンの厚さが１４０μｍとなる異方性めっき方法を実施した。その際、第２ノンフレームめっき工程においてめっきパターンに供給する電流密度をパラメータとし、３０、４０、５０、６０（Ａ／１００ｃｍ^２）の各条件について測定を行った。

図１８は、電流密度とめっきパターンのスペース幅との関係を示すグラフである。

図１８から明らかなように、ラインアンドスペースパターンからなるめっきパターンのスペース幅は、電流密度の増加に比例することが分かる。したがって、電流密度を高くすることでスペース幅を広くすることができ、逆に電流密度を低くすることでスペース幅を狭くすることができることが明らかとなった。印加電流密度（電位）が大きくなると、金属イオン希薄層も厚く強固となり、これに伴ってスペース幅も広がるものと考えられる。

（実施例４）
実施例１と同一条件下でコイルパターンの厚さが１４０μｍとなる異方性めっき方法を実施した。その際、第２ノンフレームめっき工程においてめっき液の撹拌速度をパラメータとし、８０、９０、１００（ｒｐｍ）の各条件について測定を行った。このときの電流密度は５０Ａ／１００ｃｍ^２である。

図１９は、撹拌速度とスペース幅との関係を示すグラフである。

図１９に示すように、ラインアンドスペースパターンからなるめっきパターンのスペース幅は、撹拌速度の増加に反比例することが分かる。したがって、撹拌速度を速くすることでスペース幅を狭くすることができ、逆に撹拌速度を遅くすることでスペース幅を広くすることができることが明らかとなった。撹拌速度が速くなると、金属イオン希薄層の破壊領域が広がるため、スペース幅が狭くなるものと考えられる。

（実施例５）
実施例１と同一条件下でコイルパターンの厚さが１４０μｍとなる異方性めっき方法を実施した。その際、第２ノンフレームめっき工程においてめっき液中の光沢剤（ＳＰＳ）の濃度をパラメータとし、１、５、１０（ｍｇ／Ｌ）の各条件について測定を行った。

図２０は、めっき液中のＳＰＳ濃度とスペース幅との関係を示すグラフである。

図２０に示すように、ラインアンドスペースパターンからなるめっきパターンのスペース幅は、ＳＰＳ濃度の増加に比例することが分かる。したがって、ＳＰＳ濃度を高くすることでスペース幅を広くすることができ、逆にＳＰＳ濃度を低くすることでスペース幅を狭くすることができることが明らかとなった。ＳＰＳ濃度が高くなると、電流密度を高くした場合と同様に、金属イオン希薄層も厚く強固となり、これに伴ってスペース幅も広がるものと考えられる。

（実施例６）
実施例１と同一条件下でコイルパターンの厚さが１４０μｍとなる異方性めっき方法を実施した。その際、第２ノンフレームめっき工程においてめっき液中の硫酸銅濃度をパラメータとし、１５０、２００、２５０（ｇ／Ｌ）の各条件について測定を行った。

図２１は、めっき液中の硫酸銅濃度とスペース幅との関係を示すグラフである。

図２１に示すように、ラインアンドスペースパターンからなるめっきパターンのスペース幅は、硫酸銅濃度の増加に反比例することが分かる。したがって、硫酸銅濃度を高くすることでスペース幅を狭くすることができ、逆に硫酸銅濃度を低くすることでスペース幅を広くすることができることが明らかとなった。硫酸銅濃度が高くなると、金属イオン希薄層が形成されにくくなり、スペース幅が狭くなるものと考えられる。
（実施例７）
基本的なめっき条件は上記実施例１と同様とし、プレめっきパターンのライン幅を２５μｍ一定とし、これに対するスペース幅を１５〜６０μｍの範囲内で変化させたときの製品の製造歩留りを求めた。プレめっきパターンのスペース幅は５μｍ刻みで変化させた。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、スペース幅が３０μｍ以下のときには歩留りが７０％以下となり、非常に低い歩留りとなった。これに対し、スペース幅が３５％以上のときには歩留りが９５％以上となり、非常に高い歩留りとなった。以上の結果から、プレめっきパターンのライン幅に対するスペース幅の比は、１．４以上であることが好ましく、これ以下であると、第１フレームめっき工程後のパターン表面の丸みが得られず、良好なスペース幅を得るための歩留りが低下することが明らかとなった。

（実施例８）
基本的なめっき条件は上記実施例１と同様とし、プレめっきパターンのアスペクト比を０．１〜５．０の範囲内で変化させた時のショート率および抵抗値を求めた。なお、抵抗値は、良好値を１００としたときの規格値とした。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、ショート率は、０．５以下のとき１％以上となり、０．８以上のときに０％となった。また、抵抗値は、１．２以下のとき１００となり、１．５以上のときに１０２以上となった。この結果から、プレめっきパターンの厚さが薄いとショート率が高くなり、厚いと同じパターンの厚さでも抵抗値が上がることが分かった。

（実施例９）
基本的なめっき条件は上記実施例１と同様とし、プレめっきパターンのライン幅を一定とし、スペース幅を５．０〜３５μｍの範囲内で変化させた時の抵抗値を求めた。その結果を表３に示す。

表３から明らかなように、抵抗値は、スペース幅が８．０μｍ以下のときにショート（Ｓ）となり、１１．２〜３３．６μｍのときに１００となり、３５μｍのときに１１０と高くなった。この結果から、プレめっきパターンのスペース幅が狭いとショートの確率が高くなり、スペース幅が広すぎると抵抗値が大きくなることが分かった。

（実施例１０）
図６、図７、および図９にそれぞれ示しためっき装置を用いて６インチシリコンウェハーの片面にめっき処理を行い、２０００個のスパイラルパターンを形成し、撹拌方法が異なる場合における異方成長のしやすさの比較を行った。図６の装置におけるめっき条件は実施例１とほぼ同じ条件とした。すなわち、めっき装置のパドルは、一辺が１０ｍｍの正三角形を断面形状とする棒状体からなり、その長さを２００ｍｍとした。また、プラス側電極として直径１５ｃｍの円板を用い、その材料として含リン銅（リン濃度５００ｐｐｍ）を用いた。ウェハー表面からパドルの底面までの距離を２０ｍｍとし、ウェハー搭載面からプラス側電極までの距離を５０ｍｍとした。パドルストロークを１８０ｍｍとし、ウェハーの一端から他端まで振り切ることができるようにした。さらに、第１および第２ノンフレームめっき工程におけるめっき電流密度を３０Ａ／１００ｃｍ^２とした。

図７の装置では、半径ｒ＝２０ｍｍの平面内回転運動を行うように撹拌格子を制御する点以外は図６の装置を用いためっき処理条件と同一とした。撹拌格子５１のサイズは、格子領域のサイズ（横幅Ｗ_ｍ１×縦幅Ｗ_ｍ２）が２００ｍｍ×２００ｍｍ、格子穴のサイズ（横幅Ｗ_ｍ３×縦幅Ｗ_ｍ４）が１３ｍｍ×１３ｍｍ、格子のはり幅Ｗ_ｍ５が２ｍｍ、厚さＷ_ｍ６が１０ｍｍとした。また、ウェハー表面から撹拌格子の表面までの距離は３５ｍｍとした。その他の条件は図６の装置におけるめっき条件と同一とした。図９の装置では、半径ｒ＝２０ｍｍの平面内回転運動を行うようにワークを制御する点以外は図７の装置におけるめっき条件と同一とした。

図２２は、めっき時間とめっきパターンのアスペクト比との関係を示すグラフであり、横軸はめっき時間（分）、縦軸はめっきパターンのアスペクト比（めっき膜厚の増加量／めっき幅の増加量）の５点の平均値を示している。図２２から明らかなように、めっきパターンのアスペクト比は、パドルを用いる場合が最も大きく、その次は基板を揺動させる場合であった。すなわち、パドルを用いる場合が最も異方成長しやすく、次いで、基板揺動、撹拌格子の順となることが分かった。

（実施例１１）
図６、図７、および図９にそれぞれ示しためっき装置を用いて６インチシリコンウェハーの片面にめっき処理を行い、２０００個のスパイラルパターンを形成し、撹拌方法が異なる場合におけるめっきパターンの製造歩留まりを求めた。その際、プレめっきパターンのライン幅を２５μｍとし、スペース幅を５０μｍとした。また第２ノンフレームめっき工程においてめっきパターンに供給する電流密度３０Ａ／１００ｃｍ^２とした。その結果を表４に示す。

表４から明らかなように、パドルを用いた場合の歩留りが１００％であるのに対し、基板揺動の場合の歩留りは７５％、撹拌格子の場合の歩留りは６０％となった。すなわち、パドルを用いた場合がもっとも歩留まりが良く、次いで、基板揺動、撹拌格子の順となることが分かった。

１０ 基板
１１ 下地金属膜
１２ フレーム
１３ プレめっきパターン
１３ｅ スパイラルパターンの外周端
１４ （第１）めっきパターン
１５ （第２）めっきパターン
１５ａ プレめっき層
１５ｂ 第１ノンフレームめっき層
１５ｃ 第２ノンフレームめっき層
１６ 外部フレーム
１７ 金属イオン希薄層
１９ 配線パターン
２１ めっき液
２２ａ プラス電極
２２ｂ マイナス電極
３０ めっき装置
３１ めっき漕
３２ ステージ
３３ ワーク
３４ プラス側電極
３５ パドル（撹拌部材）
４０ めっき装置
４１ めっき漕
４２ めっき液供給口
４３ 仕切り板
４４ めっき液排出経路
４５ めっき液排出口
５０ めっき装置
５１ 撹拌格子（撹拌部材）
６０ めっき装置
Ｗ_Ｌ１，Ｗ_Ｌ２ ライン幅
Ｗ_ｍ１ 格子領域の横幅
Ｗ_ｍ２ 格子領域の縦幅
Ｗ_ｍ３ 格子穴の横幅
Ｗ_ｍ４ 格子穴の縦幅
Ｗ_ｍ５ 格子のはり幅
Ｗ_ｍ６ 撹拌格子の厚さ
Ｗ_Ｓ１，Ｗ_Ｓ２，Ｗ_Ｓ３，Ｗ_Ｓ４ スペース幅
Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３ パターン厚さ

Claims (18)

1. 電流を印加して被膜を形成する異方性めっき方法であって、
   めっき形成用の金属膜あるいは該金属膜の表面に形成された前記被膜の表面に生じためっき液の金属イオン希薄層のうち、選択的にめっき成長させたい方向に存在する該金属イオン希薄層を前記めっき液の撹拌により部分的に破壊しながら前記被膜を形成することを特徴とする異方性めっき方法。
2. 前記被膜の形成方向の断面形状が円弧状であり、該円弧状を維持してめっき成長させることを特徴とする請求項１に記載の異方性めっき方法。
3. 前記被膜の平面形状は、ラインアンドスペースパターンであることを特徴とする請求項１または２に記載の異方性めっき方法。
4. 前記被膜形成時の電流密度は３０〜７０Ａ／１００ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の異方性めっき方法。
5. 前記めっき液は銅イオンおよびジスルフィド化合物を含有することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の異方性めっき方法。
6. 前記電流の電流密度、前記めっき液の組成、前記めっき液の撹拌速度、および前記被膜から前記めっき液の撹拌位置までの距離から選ばれた少なくとも一つのパラメータを制御して、前記ラインアンドスペースパターンのスペース幅を制御することを特徴とする請求項３ないし５の何れか一項に記載の異方性めっき方法。
7. 請求項１ないし６の何れか一項の異方性めっき方法により形成したスパイラルパターンを有することを特徴とする薄膜コイル。
8. 基板の主面に、第１のライン幅、第１のスペース幅、および第１の厚さを有する第１ラインアンドスペースパターンからなるプレめっきパターンを形成する工程と、
   前記基板をめっき液中に浸した状態で前記第１めっきパターンに第１の電流を流し、各ラインパターンの異方成長を個別に強制するフレームがない状態で、前記プレめっきパターンを等方的にめっき成長させて、前記第１のライン幅よりも広い第２のライン幅、前記第１のスペース幅よりも狭い第２のスペース幅、および第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有する第２ラインアンドスペースパターンからなる第１めっきパターンを形成する工程と、
   前記基板を前記めっき液中に浸した状態のまま前記第１めっきパターンに前記第１の電流よりも大きな第２の電流を流し、前記第１めっきパターンの表面に金属イオン希薄層を発生させると共に、前記めっき液を撹拌して各ラインパターンの上部における前記金属イオン希薄層を部分的に破壊することにより、各ラインパターンの異方成長を個別に強制するフレームがない状態で、前記第１めっきパターンを異方的にめっき成長させて、前記第２の厚さよりも厚い第３の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有する第３ラインアンドスペースパターンからなる第２めっきパターンを形成する工程とを備えることを特徴とする異方性めっき方法。
9. 前記めっき液は、銅イオンおよび光沢剤を含む硫酸銅めっき液である、請求項８に記載の異方性めっき方法。
10. 前記第１の電流の電流密度が３〜２０Ａ／１００ｃｍ^２であり、
    前記第２の電流の電流密度が３０〜７０Ａ／１００ｃｍ^２である、請求項８または９に記載の異方性めっき方法。
11. 前記基板の前記主面の上方に、前記めっき液の撹拌部材を配置し、前記撹拌部材を前記基板と平行な方向に繰り返し進退移動させて前記めっき液を撹拌し、これにより各ラインパターンの上部における前記金属イオン希薄層を部分的に破壊する、請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。
12. 前記撹拌部材は、断面が三角形の棒状体からなるパドルである、請求項１１に記載の異方性めっき方法。
13. 前記撹拌部材は、格子構造を有する板状部材からなる撹拌格子である、請求項１１に記載の異方性めっき方法。
14. 前記基板自身を当該基板と平行な方向に繰り返し進退移動させて前記めっき液を撹拌し、これにより各ラインパターンの上部における前記金属イオン希薄層を部分的に破壊する、請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。
15. 前記第１ないし第３ラインアンドスペースパターンがスパイラルパターンである、請求項８ないし１４の何れか一項に記載の異方性めっき方法。
16. 前記第１めっきパターンを形成する前に、前記プレめっきパターンの少なくとも外側を取り囲む外部フレームを形成する工程をさらに備え、
    前記外部フレームは前記基板の主面に垂直な側面を有し、当該側面は前記最も外側のラインパターンの側面から第３のスペース幅を隔てた位置に形成されている、請求項８ないし１５の何れか一項に記載の異方性めっき方法。
17. 前記第３のスペース幅は、前記第２のスペース幅よりも広い、請求項１６に記載の異方性めっき方法。
18. 基板と、
    前記基板上に形成されたスパイラルパターンとを備え、
    前記スパイラルパターンは、
    前記基板上に形成され、第１のライン幅、第１のスペース幅、および第１の厚さを有する第１スパイラルパターンからなるプレめっき層と、
    前記第１のライン幅よりも広い第２のライン幅、前記第１のスペース幅よりも狭い第２のスペース幅、および第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有し、前記プレめっき層の前記第１スパイラルパターンの上面および側面を覆う第２スパイラルパターンからなる第１ノンフレームめっき層と、
    前記第２のライン幅、前記第２のスペース幅、および前記第２の厚さよりも厚い第３の厚さを有し、各ラインパターンの上部に湾曲面を有し、前記第１ノンフレームめっき層の前記第２スパイラルパターンを覆う第３スパイラルパターンからなる第２ノンフレームめっき層とを備えることを特徴とする薄膜コイル。