JP3821669B2

JP3821669B2 - 配線形成方法及び装置

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Publication number: JP3821669B2
Application number: JP2001197327A
Authority: JP
Inventors: 明久本郷; 寛二大野; 亮一君塚; 尚起松田
Original assignee: Ebara Corp; JCU Corp
Current assignee: Ebara Corp; JCU Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP2002222776A

Description

【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（ Periodic Reverse ）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銅めっきを施す工程と、前記基板の表面に形成した銅めっき膜を、銅の錯体化合物、有機錯体、その誘導体である添加剤、銅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】
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。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２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３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銅めっきを施すめっき処理部と、銅の錯体化合物、有機錯体、その誘導体である添加剤、銅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エッチング液を保持し、基板の表面に形成した銅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４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３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５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４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１．０ｍｍ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６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５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７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４乃至６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８に記載の発明は、前記陰極板は、チタンで構成されていることを特徴とする請求項４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、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３２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５６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５６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１０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１００〜３００ｇ／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、ＴＥＴＡ、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１０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７２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８５ａ，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５８ａ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５６ａ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、０．１μｍ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５８ａ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

Claims

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銅めっきを施す工程と、
前記基板の表面に形成した銅めっき膜を、銅の錯体化合物、有機錯体、その誘導体である添加剤、銅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。
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記載の配線形成方法。
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銅めっきを施すめっき処理部と、
銅の錯体化合物、有機錯体、その誘導体である添加剤、銅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エッチング液を保持し、基板の表面に形成した銅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。
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３記載の配線形成装置。
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４記載の配線形成装置。
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５記載の配線形成装置。
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４乃至６のいずれかに記載の配線形成装置。
前記陰極板は、チタンで構成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の配線形成装置。