JP6102578B2 - Anisotropic plating method - Google Patents

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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。   The present invention relates to an anisotropic plating method, and more particularly to an anisotropic plating method suitable for forming a line and space pattern having a high aspect ratio and a narrow pitch. The present invention also relates to a thin film coil manufactured using such an anisotropic plating method.

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。   As one method for forming a thin film coil, a so-called anisotropic plating method is known (see Patent Documents 1 and 2). In a general anisotropic plating method, as shown in FIG. 23, first, a thin base metal film 11 is formed on the surface of the substrate 10 (FIG. 23A). Next, a pre-plating frame 12 made of a resist pattern is formed by photolithography and dry etching (FIG. 23B). Next, electrolytic plating (pre-plating) is performed, and the base metal film 11 exposed in the opening of the frame 12 is grown by plating (FIG. 23C). Next, the frame 12 is removed (FIG. 23D), and the excess base metal film 11 is removed by wet etching to reveal the pre-plating pattern 13 (FIG. 23D). Thereafter, electrolytic plating is further performed, and the pre-plating pattern 13 is grown in the vertical direction without a frame. Thereby, a spiral pattern with a high aspect ratio can be formed.

特許第4046827号公報Japanese Patent No. 4046827 特許第4260913号公報Japanese Patent No. 4260913

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。   However, the above-described conventional anisotropic plating method cannot reliably and accurately control the plating surface state, anisotropic growth, and pattern interval. For this reason, the production yield is poor, and there is a problem that the pattern is deformed due to so-called plating burn and the adjacent lines are short-circuited.

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。   Conventionally, the anisotropic plating growth mechanism has been considered that plating grows anisotropically due to current concentration above the conductor pattern. However, it is unclear why the current concentrates above the conductor pattern, and the true mechanism was not clear. There is also a theory that lateral plating growth is suppressed by the plating solution not entering the space between adjacent line patterns. However, this principle cannot explain the reason why the space starts to be formed, and further, there are cases where the plating does not grow correctly even in the same space width, and the reason why such a difference occurs is not clear. Actually, the plating pattern is completely immersed in the plating solution, and the plating solution must be present in the space, and the reason why the plating solution does not enter the space is unknown. Therefore, it is required to clarify the true anisotropic plating growth mechanism and to control the anisotropic plating growth more accurately.

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。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to control the plating surface state, anisotropic growth, and pattern spacing with certainty and high accuracy, It is to improve the manufacturing yield. Another object of the present invention is to provide a small and high performance thin film coil manufactured by using such an anisotropic plating method.

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。   As a result of intensive research on the mechanism of anisotropic plating growth, the inventor of the present application results in plating with a high aspect ratio due to the formation of a thin layer of metal ions accompanying high current application and partial destruction of the thin layer of metal ions by stirring the plating solution. It was found that a pattern can be formed, and a desired high aspect pattern can be reliably formed by controlling the applied current and the stirring speed.

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。   The present invention is based on such technical knowledge, and the anisotropic plating method according to the present invention is a method for forming a coating film by applying an electric current. Of the metal ion dilute layer of the plating solution formed on the surface of the film formed on the surface of the film, the metal ion dilute layer present in the direction in which selective plating growth is desired is partially made by stirring the plating solution. The film is formed while being destroyed.

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。   In the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape in the formation direction of the film is an arc shape, and plating growth is performed while maintaining the arc shape. According to this, the thin metal ion layer existing in the direction in which plating growth is desired can be easily destroyed by stirring the plating solution, and a high aspect plating pattern can be reliably formed.

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。   In the present invention, the planar shape of the coating is preferably a line and space pattern. According to this, it is possible to destroy the metal ion diluted layer generated on the upper part while leaving the metal ion diluted layer in the space between the adjacent lines, and thereby, a line with a high aspect and a very narrow pitch. An and space pattern can be formed.

本発明において、前記被膜形成時の電流密度は30〜70A/100cm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。 In this invention, it is preferable that the current density at the time of the said film formation is 30-70 A / 100cm < 2 >. If the current density is within this range, a thin layer of metal ions having a certain thickness can be generated on the surface of the coating, thereby making it possible to reliably control anisotropic plating growth.

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。   In the present invention, the plating solution preferably contains a copper ion and a disulfide compound.

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。   The anisotropic plating method according to the present invention comprises at least one parameter selected from the current density of the current, the composition of the plating solution, the stirring speed of the plating solution, and the distance from the coating to the stirring position of the plating solution. It is preferable to control the space width of the line-and-space pattern. This makes it possible to control anisotropic plating growth with high accuracy.

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。   Moreover, in order to solve the said subject, the thin film coil by this invention has the spiral pattern formed by the said anisotropic plating method by this invention, It is characterized by the above-mentioned. According to this, a spiral pattern having a high aspect and a very narrow pitch can be formed with high accuracy. Therefore, it is possible to provide a high performance thin film coil having a low direct current resistance and a high inductance.

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を含む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プレ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を含む第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を含む第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。 Furthermore, the anisotropic plating method according to the present invention includes a pre-plating pattern including a first line and space pattern having a first line width, a first space width, and a first thickness on a main surface of a substrate. In the state where there is no frame for individually applying the first current to the pre-plating pattern in a state where the substrate is immersed in a plating solution and forcing the anisotropic growth of each line pattern individually, there is no pre-plating A pattern isotropically grown by plating to form a second line width that is wider than the first line width, a second space width that is narrower than the first space width, and a thickness that is thicker than the first thickness. It has a thickness of 2, forming a first plating pattern including a second line and space pattern having a curved surface at the top of each line pattern, in a state in which immersed the substrate in the plating solution In addition, a second current larger than the first current is passed through the first plating pattern to generate a thin metal ion layer on the surface of the first plating pattern, and the plating solution is stirred to By partially destroying the dilute metal ion layer on the upper part, the first plating pattern is grown anisotropically in a state where there is no frame forcing anisotropic growth of each line pattern individually, second line width, the including the second space width, and the second has a thicker third thickness than the thickness, the third line and space pattern having a curved surface at the top of each line pattern And a step of forming two plating patterns.

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であり、前記第2の電流の電流密度は30〜70A/100cm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。 In the present invention, the plating solution is preferably a copper sulfate plating solution containing copper ions and a brightener. In addition, the current density of the first current is preferably 3 to 20 A / 100 cm 2 , and the current density of the second current is preferably 30 to 70 A / 100 cm 2 . This makes it possible to control anisotropic plating growth with high accuracy.

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。   In the anisotropic plating method according to the present invention, the plating solution stirring member is disposed above the main surface of the substrate, and the stirring member is repeatedly moved forward and backward in a direction parallel to the substrate to dispose the plating solution. It is preferable to stir, thereby partially destroying the thin layer of metal ions at the top of each line pattern. In this case, the stirring member may be a paddle made of a rod-shaped body having a triangular cross section, or may be a stirring lattice made of a plate-like member having a lattice structure. According to this, the partial destruction of the thin metal ion layer can be controlled with high accuracy, and the anisotropic plating growth can be reliably controlled.

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。   In the anisotropic plating method according to the present invention, the substrate itself is repeatedly moved back and forth in a direction parallel to the substrate to stir the plating solution, whereby the metal ion diluted layer at the top of each line pattern is partially It is also preferred to destroy. According to this method, partial destruction of the diluted metal ion layer can be controlled with high accuracy without using a stirring member, and anisotropic plating growth can be reliably controlled.

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。   In the present invention, it is preferable that the first to third line and space patterns are spiral patterns. According to this, a spiral pattern having a very narrow pitch with a high aspect can be formed. Therefore, it is possible to provide a thin film coil having a low DC resistance and a high inductance.

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、前記第1ラインアンドスペース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、前記第1ラインアンドスペースパターンと接しないように前記基板の前記主面に形成されたレジストパターンであり、前記外部フレームは前記基板の前記主面に垂直な側面を有し、当該側面は前記第1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。 Anisotropic plating method according to the present invention, the before forming the first plating pattern, further comprising the step of forming an outer frame surrounding at least an outer side of the first line and space pattern, the outer frame, the second 1 is a line-and-space pattern with a resist pattern formed in said main surface of said substrate so as not to contact the external frame has a vertical side surface to the main surface of the substrate, the side of the first line It is preferable that the third space width be separated from the side surface of the outermost line pattern of the AND space pattern . In this case, it is preferable that the third space width is wider than the second space width. According to this, it is possible to prevent the outermost line pattern from being thickened, and it is possible to form a line-and-space pattern having uniform line widths.

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めっきパターンとを備え、前記めっきパターンは、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。 Furthermore, the thin film coil according to the present invention includes a substrate and a plating pattern formed on the substrate, and the plating pattern is formed on the substrate, and has a first line width, a first space width, A pre-plated layer comprising a first spiral pattern having a first thickness, a second line width wider than the first line width, a second space width narrower than the first space width, and It has a second thickness that is thicker than the first thickness, has a curved surface at the top of each line pattern, and consists of a second spiral pattern that covers the top and side surfaces of the first spiral pattern of the pre-plated layer. A first non-frame plating layer; a third thickness greater than the second thickness; a curved surface at the top of each line pattern; and the second spiral of the first non-frame plating layer. Characterized in that it comprises a second non-frame plating layer and a third spiral pattern covering a turn. According to the present invention, a spiral pattern having a high aspect ratio and a very narrow pitch can be formed, thereby realizing a thin film coil having a low DC resistance and a high inductance.

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。   According to the present invention, the surface state, anisotropic growth, and pattern spacing of plating can be controlled reliably and with high accuracy, and a line and space pattern having a high aspect ratio and a very narrow pitch can be formed. An anisotropic plating method can be provided. Moreover, according to this invention, the small and highly efficient thin film coil manufactured using such an anisotropic plating method can be provided.

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。It is a schematic diagram for demonstrating the anisotropic plating method by the 1st Embodiment of this invention. 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。4 is a plan view showing a more specific pattern shape of a pre-plating pattern 13. FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the metal ion diluted layer 17. FIG. めっきパターンの詳細な構造を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the detailed structure of a plating pattern. めっき装置の構成の第1の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 1st example of a structure of a plating apparatus. めっき装置の構成の第2の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd example of a structure of a plating apparatus. めっき装置の構成の第3の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 3rd example of a structure of a plating apparatus. 図7における撹拌格子の構成を示す略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of the stirring grating | lattice in FIG. めっき装置の構成の第4の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 4th example of a structure of a plating apparatus. 電流密度と撹拌速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an electric current density and stirring speed. めっきの表面状態を示す光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph which shows the surface state of plating. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the anisotropic plating method by the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a top view which shows the more specific pattern of the external frame 16, and respond | corresponds to the spiral pre-plating pattern 13 shown in FIG. 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。It is a schematic diagram which shows the thumbnail of the optical micrograph of each sample of the spiral plating pattern on a wafer, and the thickness of a pattern, respectively. スパイラルめっきパターンの詳細なSEM像写真である。It is a detailed SEM image photograph of a spiral plating pattern. 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。It is a schematic diagram which shows the thumbnail of the micrograph of each sample of the spiral plating pattern on a wafer, and the thickness of a pattern, respectively. スパイラルめっきパターンの詳細なSEM像写真である。It is a detailed SEM image photograph of a spiral plating pattern. 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。It is a graph which shows the relationship between a current density and the space width of a plating pattern. 撹拌速度とスペース幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between stirring speed and space width. 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。It is a graph which shows the relationship between the brightener (SPS) density | concentration in plating solution, and space width. 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。It is a graph which shows the relationship between the copper sulfate density | concentration in plating solution, and space width. 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。It is a graph which shows the relationship between plating time and the aspect ratio of a plating pattern. 一般的な異方性めっき方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the general anisotropic plating method.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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。   FIG. 1 is a schematic view for explaining an anisotropic plating method according to the first embodiment of the present invention.

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WL1およびスペース幅WS1を有している。このときのライン幅WL1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WL2よりも狭く設定されており、逆にスペース幅WS1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WS2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。 In the anisotropic plating method according to the present embodiment, first, a pre-plating pattern 13 is formed on the surface of the substrate 10 as shown in FIG. The pre-plating pattern 13 is a base metal film of a coating to be plated, and can be formed by, for example, the method shown in FIGS. The planar shape of the pre-plating pattern 13 at this time is a line and space pattern, and has a predetermined line width W L1 and space width W S1 . The line width W L1 at this time is set to be narrower than the line width W L2 of the line and space pattern to be finally obtained, and conversely, the space width W S1 is the line and space pattern to be finally obtained. It is set to be wider than the space width W S2 space pattern. In FIG. 1A, the pre-plating pattern 13 is formed only on one side of the substrate 10, but it may be formed on both sides. The planar shape of the substrate 10 is not particularly limited, and may be a rectangle or a circle.

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。   Hereinafter, the method for forming the pre-plating pattern 13 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 23A to 23E again. First, a thin base metal film 11 is formed on the entire surface of the substrate 10. Copper (Cu) is preferably used as the material of the base metal film 11, and can be formed by a known method such as electroless plating or sputtering.

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。   Next, a pre-plating frame 12 made of a resist pattern is formed by photolithography (FIG. 23B). Next, electrolytic plating is performed to selectively grow the base metal film 11 exposed in the opening of the frame 12, thereby forming a line and space pattern integrated with the base metal film 11 (FIG. 23C). )). The line and space pattern can be formed by applying a low current to the frame 12 in a copper sulfate plating solution.

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。   Here, since all the lines of the line and space pattern on the base metal film 11 are in an electrically connected state, after removing the frame 12 with an organic solvent or the like (FIG. 23 (d)), an extra base metal The film 11 is removed, and the line and space pattern is revealed (FIG. 23E). The base metal film 11 can be removed by wet etching, milling, RIE, or the like. The pre-plating pattern 13 which consists of a line and space pattern is completed by the above.

プレめっきパターン13のライン幅WL1に対するスペース幅WS1の比は1.4以上であることが好ましい。ライン幅WL1に対するスペース幅WS1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。 The ratio of the space width W S1 to the line width W L1 of the pre-plating pattern 13 is preferably 1.4 or more. When the ratio of the space width W S1 to the line width W L1 is smaller than 1.4, the upper surface of the pattern after the first non-frame plating process (isotropic plating process) described later is not rounded. This is because the yield of the high aspect plating pattern decreases.

プレめっきパターン13の厚さTは特に限定されないが、断面のアスペクト比(T/WL1)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。 The thickness T 1 of the pre-plating pattern 13 is not particularly limited, but the cross-sectional aspect ratio (T 1 / W L1 ) is preferably approximately 1. This is because if the aspect ratio is too low, the short-circuit rate increases, and if the aspect ratio is too high, the resistance value increases even with the same coil thickness. In addition, the upper surface of the pre-plating pattern 13 may be flat as illustrated, may be rounded, or may be dented.

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。   FIG. 2 is a plan view showing a more specific pattern shape of the pre-plating pattern 13.

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。   As shown in FIG. 2, the pre-plating pattern 13 includes a spiral pattern 13S and constitutes a basic pattern of a thin film coil. In the figure, four spiral patterns 13S are formed on a part of one substrate, and each is divided into one product. The spiral pattern 13S is not limited to a circular spiral, and may be a rectangular spiral. The outer peripheral end 13 e of the spiral pattern 13 </ b> S is connected to any one of a plurality of wiring patterns 19 extending in the lateral direction, and current is supplied to all the spiral patterns 13 </ b> S via any of the wiring patterns 19.

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。   Next, as shown in FIG. 1B, a first non-frame plating process is performed in which the pre-plating pattern 13 is isotropically grown while applying a low current in the plating solution 21. “Non-frame” means that the frame 12 for individually forcing anisotropic growth of each line pattern is not used as in the formation of the pre-plating pattern 13 shown in FIG. At this time, the plating solution 21 may be stirred or may not be stirred. By this first non-frame plating step, the pre-plating pattern 13 having a rectangular cross section is grown not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, and has a cross-sectional shape in which the upper part is curved. FIG. 1B shows a plating pattern 14 in the middle of growth.

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・5HO)と、硫酸(HSO)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:NaOS(CHSS(CH SONa]であり、硫黄化合物は、例えばHS‐C2n‐SO(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。 The plating solution 21 is preferably a copper sulfate plating solution. The copper sulfate plating solution preferably contains copper sulfate (CuSO 4 .5H 2 O), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and chlorine (Cl), and further includes an organic additive that improves the plating film quality. As organic additives, it is possible to use a brightening agent that increases the gloss by making the plating film dense, or a leveler that increases the activation polarization by suppressing the deposition of adsorbed copper ions on the cathode surface and increases the throwing power. it can. As the brightener, a disulfide compound or a sulfur compound can be used. The disulfide compound is, for example, SPS [bis- (3-sulfopropyl) -disulfide disodium: NaO 3 S (CH 2 ) 3 SS ( CH 2 ) 3 SO 3 Na], and the sulfur compound is, for example, HS-C n. H 2n -SO 3 (Mercapto alkylsulfonic acid). Examples of the leveler include a surfactant such as PEG (polyethylene glycol).

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WS2がプレめっきパターン13のスペース幅WS1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WL2はプレめっきパターン13のライン幅WL1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。 The first non-frame plating step is continued until the space width W S2 of the line and space pattern reaches an optimum width that is narrower than the space width W S1 of the pre-plating pattern 13, as shown in FIG. As a result, the line width W L2 of the plating pattern 14 is wider than the line width W L1 pre plating pattern 13. There is a slight gap between the widened portion and the substrate 10.

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。 The thickness T 2 of the plating pattern 14 obtained by the first non-frame plating process, it is not particularly limited as long as the rounded upper surface is obtained, which is 1-3 times the space width of the plating pattern to be finally obtained preferable. If it is thinner than this, the possibility of short-circuiting between adjacent lines after the second non-frame plating process increases, and if it is thicker than this, the cross-sectional shape of the coil tends to become thicker upward, and the cross-sectional area is the same even with the same plating thickness. This is because it becomes smaller and the resistance value becomes larger.

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は、ラインアンドスペースパターンのスペース幅WS2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。 The thickness T 2 of the plating pattern 14 after the first non-frame plating process is preferably at least twice the space width W S2 of the line-and-space pattern. If it is twice or more, the production yield of a line and space pattern having a high aspect ratio and a narrow space width can be increased.

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。   Next, as shown in FIG. 1 (d), a second non-frame plating step in which a higher potential than before is applied in the same plating solution, and the plating pattern 14 is anisotropically grown while flowing a large current. To implement. As a result, a thin metal ion layer 17 having a certain thickness or more is generated on the surface of the plating pattern 14 in contact with the plating solution 21.

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。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the metal ion diluted layer 17.

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。   As shown in FIG. 3 (a), when a pair of electrodes 22a and 22b are installed in the plating solution 21, and positive and negative potentials are respectively applied between them, as shown in FIG. 3 (b), the cathode Nearby metal ions (positive ions) are attracted to the cathode side (electrode 22b side) by the potential, receive electrons on the electrode surface, and sequentially deposit on the cathode surface. In such an electroplating phenomenon, the deposition rate of metal atoms increases when a high potential is applied, so that the supply of metal ions from offshore to the vicinity of the cathode is not in time, and the metal is contained in the plating solution 21 (metal ion aqueous solution) near the cathode. A very dilute region of ion concentration is formed. This region is called “electric double layer” in the field of capacitors, but in the present invention, it is called “diluted metal ion layer”. The metal ion concentration in the diluted metal ion layer 17 is such a concentration that the plating does not grow even when an electric potential is applied, and strictly speaking, it has a concentration gradient that becomes deeper as the distance from the interface increases. The diluted metal ion layer 17 tends to be thicker as the applied potential is higher.

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。   The present invention pays attention to the generation of the diluted metal ion layer 17 and, in combination with the agitation of the plating solution described later, allows selective plating growth in one direction without providing a frame forcing the anisotropic growth of plating. It is realized.

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。   When shifting from the first non-frame plating step to the second non-frame plating step, it is necessary to instantaneously switch the potential applied to the plating pattern 14 from a low potential to a high potential. This is because it is necessary to prevent the metal ion dilute layer 17 from completely disappearing even if it is temporary. Although the metal ion dilute layer 17 is also generated in the first non-frame plating process, its thickness is very thin and easily broken. By increasing the thickness of such a thin metal ion layer 17 without breaking it even at the moment of switching, it is possible to reliably suppress lateral plating growth.

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。   In the first non-frame plating step, as shown in FIG. 1E, the plating solution 21 thereabove is stirred at an appropriate stirring speed while supplying a large current to the plating pattern 14. The dilute metal ion layer 17 is substantially an insulating layer and covers the entire surface of the plating pattern 14, but if left in this state without stirring at all, dielectric breakdown occurs with a certain probability, and its position is localized. Plated on. By forming a large number of this partial plating growth at random, it becomes a so-called plating burn state in which the unevenness of the surface is remarkable.

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。   However, when the thin metal ion layer 17 is partially removed by stirring the plating solution, the metal ions are supplied only to that portion, so that the plating can be grown in one direction. In this case, by appropriately stirring the plating solution 21 above the plating pattern, the metal ion dilute layer 17 in contact with the curved surface of the upper part (head) of the plating pattern is partially destroyed, and this portion is directed upward. The plating growth continues. Plating growth on the lower side surface of the plating pattern 13 in which the metal ion diluted layer 17 has not been destroyed is suppressed.

金属イオン希薄層17の厚さW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WS2の半分(WS2/2)以上であると予測される。もし、スペース幅WS2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WS2の半分以上にする必要がある。WS2/2=W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は、めっき液の揺らぎにより若干W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。 The thickness W 0 of the diluted metal ion layer 17 is predicted to be equal to or more than half the space width W S2 (W S2 / 2) of the final line and space pattern. If the space width W S2 is more than twice the thickness of the metal ion dilute layer 17, there is a region of normal metal ion concentration between the left and right metal ion dilute layers 17, which is anisotropic plating. This is because it can be a hindrance to growth. Therefore, in order to ensure the anisotropic plating growth, it is necessary to make the thickness of the diluted metal ion layer 17 more than half of the space width WS2 . Not become W S2 / 2 = W 0 is W 0 of the removed portion near the metal ion lean layer by agitation, repeating the larger or smaller than W 0 little with fluctuations of the plating solution. Therefore, the dilute metal ion layer that is in contact with the upper curved surface of the plating pattern on the outer side of 2W 0 between the lines is substantially removed by stirring. In this state, the metal ion dilute layer 17 already formed by applying a high potential is protected by the newly formed metal ion dilute layer 17, so that metal ions are not supplied to this portion, and the metal ion dilute layer is not provided. Layer 17 is maintained. Such a phenomenon is a peculiar phenomenon which occurs at the time of forming the line and space pattern, and is extremely effective as a method for narrowing the space width.

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。   The composition of the plating solution used in the second non-frame plating process is not particularly limited, and any composition can be plated and grown in a high aspect. However, since the optimal combination of the current density and the stirring speed varies depending on the composition of the plating solution, it is important to manage the composition of the plating solution. Since the plating solution used in the first non-frame plating step is used as it is in the second non-frame plating step, the composition needs to be a suitable composition also in the second non-frame plating step.

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WS1が最終のめっきパターンのスペース幅WS2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。 In the present embodiment, it is important that the space width W S1 of the first pre-plating pattern 13 is set wider than the space width W S2 of the final plating pattern. This is because a line pattern having a rectangular or trapezoidal cross-sectional shape is formed by isotropic plating to form a roundness on the upper surface, and at the same time, it is necessary to narrow the space to an appropriate space width. By adjusting the pre-plating pattern 13 to a shape suitable for anisotropic plating, the thickness and surface state of the plating pattern can be reliably controlled.

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。   The metal ion dilute layer 17 is destroyed from the top of the curved surface by the stirring of the plating solution, and the second non-frame plating process is started in order to adjust the fracture region of the metal ion dilute layer 17 by the strength of the stirring. Sometimes it is necessary to round the top surface of each line pattern. If the upper surface of each line pattern is flat, the metal ion diluted layer 17 generated in the upper part of the space between adjacent lines is destroyed, and the metal ion diluted layer 17 generated in the lower part is destroyed. This is because the conditions are almost the same, and it becomes very difficult to destroy only the thin metal ion layer 17 at the top of each line pattern by stirring the plating solution.

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。 Then, as shown in FIG. 1 (f), the plating pattern stops supplying the current at the time of the growth to a desired thickness (height) T 3, and ends the second non-frame plating process. Thus, the plating pattern 15 composed of a line and space pattern having a high aspect ratio is completed.

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。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the plating pattern in more detail.

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WL1、第1のスペース幅WS1、および第1の厚さTを有するプレめっき層15aと、第1のライン幅WL1よりも広い第2のライン幅WL2、第1のスペース幅WS1よりも狭い第2のスペース幅WS2、および第1の厚さT1よりも厚い第2の厚さT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WL2、第2のスペース幅WS2、および第2の厚さTよりも厚い第3の厚さT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。 As shown in FIG. 4, the plating pattern 15 composed of a high aspect line and space pattern includes a pre-plated layer having a first line width W L1 , a first space width W S1 , and a first thickness T 1. 15a, a second line width W L2 wider than the first line width W L1, a second space width W S2 narrower than the first space width W S1 , and a thickness thicker than the first thickness T1. A first non-frame plating layer 15b having a thickness T2 of 2 , a curved surface at the top, and covering the top and side surfaces of the pre-plating layer 15a, a second line width WL2 , and a second space width A second non-frame plating layer 15c having W S2 and a third thickness T 3 larger than the second thickness T 2 and having a curved surface at the top and covering the first non-frame plating layer 15b; Have.

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。   The pre-plated layer 15a is a base metal film for plating formation, and the first non-frame plated layer 15b is a film obtained by isotropically plating and growing the pre-plated layer 15a, and the second non-frame plated layer 15c. Is a film obtained by anisotropically growing the first non-frame plating layer 15b. These layers are made of the same material (Cu), but when the cross section thereof is viewed with a micrograph, it is possible to clearly distinguish the boundaries between the layers.

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。   Although the plating apparatus for implementing the said anisotropic plating method is not specifically limited, For example, the plating apparatus shown below can be used.

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。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a first example of the configuration of the plating apparatus.

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。   As shown in FIG. 5, the plating apparatus 30 is a face-up type, and a negative potential is applied to the workpiece 33 (the substrate 10 on which the pre-plating pattern 13 is formed) fixed on the stage 32 in the plating rod 31. Applied. A plus-side electrode 34 is disposed at the center of the plating rod 31 and is disposed so as to face the upper surface of the work 33. A paddle 35 that is one of the stirring members is disposed between the work 33 and the plus side electrode 34. The paddle 35 is a rod-shaped body having a regular triangle cross section, and one side of the triangle is, for example, 10 mm. Such paddle 35 repeats advancing and retreating in a direction parallel to the substrate surface indicated by the arrow, whereby the plating solution 21 located in front of the workpiece surface is agitated.

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。   A new plating solution or a circulating plating solution (copper ions) in the plating vessel 31 may be positively supplied between the plating vessels 31 or the electrodes, or the supply of the plating solution may be refused. If the plating solution is sufficiently supplied, the plating conditions are always constant, and there is an advantage that the space width hardly changes even when the plating progresses. On the other hand, when the supply of the plating solution is cut off, the copper ions in the plating solution gradually decrease, and the space width tends to increase with the progress of plating. In this case, care must be taken so that the copper ion concentration does not enter the plating burn area under the plating conditions by the end of plating. Furthermore, by adjusting the supply amount of the plating solution (copper ions), it is also possible to adjust the amount of space width (speed) that tends to spread with the progress of plating.

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。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a second example of the configuration of the plating apparatus.

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。   As shown in FIG. 6, the plating apparatus 40 is a so-called vertical type, and a negative potential is applied to a workpiece 33 provided in a vertical state in a plating rod 41. A plus side electrode 34 is disposed at a position facing the front surface of the work 33, and the plus side electrode 34 is also provided in a vertical state like the work 33. A paddle 35 is disposed between the work 33 and the plus electrode 34. As the paddle 35 repeats advancing and retreating in a horizontal direction parallel to the substrate surface (a direction perpendicular to the paper surface in the drawing), the plating solution 21 positioned in front of the workpiece 33 is agitated. The distance from the surface of the work 33 to the paddle 35 is preferably 15 to 30 mm.

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。   Further, as shown in the figure, a plating solution supply port 42 is provided at the bottom of the plating vessel 41, and a new plating solution or a plating solution (copper ions) circulating in the plating vessel 41 is supplied from the plating solution supply port 42. It may be positively supplied or the supply of the plating solution may be refused. When a new plating solution is supplied, excess plating solution overflows from the upper end of the partition plate 43 and is discharged from the plating solution discharge port 45 through the outer plating solution discharge path 44.

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。   The plating apparatus 40 described above can carry out an anisotropic plating method in the same manner as the plating apparatus 30 shown in FIG. 5, and by adjusting the supply amount of the plating solution (copper ions), the plating progresses. The spread amount (speed) of the space width that tends to spread can be adjusted.

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。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a third example of the configuration of the plating apparatus, and FIG. 8 is a schematic perspective view showing the configuration of the stirring grid in FIG.

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。   As shown in FIGS. 7 and 8, the plating apparatus 50 is a so-called vertical type plating apparatus, and particularly uses a stirring grid 51 instead of the paddle 35. The stirring grid 51 is a plate-like member having a grid structure, and is provided so as to face the workpiece 33 in the plating solution 21. The distance from the surface of the work 33 to the surface of the stirring grid 51 is preferably 30 to 50 mm. Since it is empirically known that the stirring state of the plating solution deteriorates if the stirring grid 51 is too close to the surface of the workpiece 33, an appropriate distance is required between the stirring grid 51 and the workpiece 33.

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。   The agitation grid 51 agitates the plating solution 21 positioned in front of the workpiece surface by repeating a rotational motion of, for example, a rotation radius of 20 mm in a plane parallel to the substrate surface. The motion of the stirring lattice 51 is not limited to the rotational motion, and may be a periodic swing in one direction or a swing of 1 / f fluctuation. Note that the unidirectional swing is a one-dimensional advance / retreat movement, and the in-plane rotational movement is a two-dimensional advance / retreat movement.

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Wm1×縦幅Wm2)は200mm×200mm、格子穴のサイズ(横幅Wm3×縦幅Wm4)は13mm×13mm、格子のはり幅Wm5は2mm、厚さWm6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。 As an example of the size of the stirring grid 51, the size of the grid area (width W m1 × length W m2 ) is 200 mm × 200 mm, and the size of the grid hole (width W m3 × length W m4 ) is 13 mm × 13 mm. The beam width W m5 is 2 mm, and the thickness W m6 is 10 mm. In addition, what is necessary is just to set the size of the stirring grid 51 suitably according to stirring conditions. However, the stirrer lattice 51 is required to have a certain degree of rigidity so as not to be bent by water pressure.

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。   In the present embodiment, it is preferable to arrange the stirring grid 51 almost directly above the plating solution supply port 42 provided at the bottom of the plating rod 41. According to this configuration, a new plating solution can be efficiently stirred, and a certain space width can be ensured even when plating progresses.

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。   In the plating apparatus using the stirring grid 51 shown in FIG. 7, the influence of both the electric field and the stirring is always applied to the plating pattern, so that it is presumed that the diluted metal ion layer is always open. On the other hand, in the plating apparatus using the paddle 35 shown in FIG. 6, only the influence of the electric field is always applied, and the influence of stirring is intermittently applied. Therefore, it is assumed that the metal ion diluted layer repeats opening and closing. The Therefore, it is considered that the use of the paddle 35 facilitates maintaining the distance between the lines of the plating pattern and promotes anisotropic plating growth.

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。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a fourth example of the configuration of the plating apparatus.

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。   As shown in FIG. 9, this plating apparatus 60 is a so-called vertical type plating apparatus, and is characterized by stirring the plating solution by swinging the workpiece 33 without using a stirring member. The workpiece 33 repeats, for example, rotational movement in a plane parallel to the substrate surface, whereby the plating solution 21 located in front of the workpiece surface is agitated. The movement of the workpiece is not limited to a rotational movement, and may be a periodic swing in one direction or a swing of 1 / f fluctuation.

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。   The plating apparatus 60 described above can carry out an anisotropic plating method in the same manner as the plating apparatus 30 shown in FIG. 5, and by adjusting the supply amount of the plating solution (copper ions), the progress of plating can be achieved. The spread amount (speed) of the space width that tends to spread can be adjusted. In particular, the metal ion dilute layer on the substrate can be uniformly and evenly destroyed without using any stirring member such as a paddle or a stirring grid, thereby forming a plating pattern consisting of a line and space pattern having a high aspect ratio. can do. Also, the plating apparatus can be configured at low cost.

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。   The optimum conditions for plating in the second non-frame plating step are those that are slightly closer to the good region from the plating burn region. Further, as the anisotropic plating growth proceeds, it is preferable to increase the current density in a region where the plating is not burnt, decrease the stirring speed, or perform them simultaneously so that the space width is increased.

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)、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、「#」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。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the current density and the stirring speed, in which the horizontal axis represents the current density (A / 100 cm 2 ) and the vertical axis represents the stirring speed (rpm). The stirring speed means how many times the paddle reciprocates per minute. In the graph, “◯” indicates a sample with a good plating result, “×” indicates a sample with a poor plating result, and “#” indicates a sample with a short plating result. The unit area of current density of 100 cm 2 means a planar area when the plating pattern is viewed from directly above (directly in front).

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。   As shown in FIG. 10, when the current density of the current flowing through the plating pattern is constant, plating burn occurs when the stirring speed is low, and a good plating pattern is formed from a certain stirring speed when the stirring speed is increased. When a region appears and the stirring speed is further increased, a region where a short circuit occurs between adjacent lines from a certain stirring speed appears. Thus, the state of the plating pattern corresponds to any one of “plating burn region”, “good region”, and “short region” depending on the plating conditions.

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。   On the other hand, when the stirring speed is constant, the higher the current density, the higher the aspect ratio of the good region and the better the stirring speed margin. That is, when the current density is increased, the space width of the line-and-space pattern is increased, and conversely, when the current density is decreased, the space width is decreased. If the copper ion concentration in the plating solution is increased, the deposition rate of plating is increased, and the same effect as when the current density is increased or the stirring speed is increased is obtained. Further, increasing the concentration of the brightener in the plating solution has the same effect as when the current density is increased or the stirring speed is increased.

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。   Thus, the higher the current density (applied potential), the thicker and stronger the metal ion dilute layer, and the higher the stirring speed necessary for partial destruction of the metal ion dilute layer. However, if the stirring speed is too high, a short circuit occurs, so there is an optimal combination condition of current density and stirring speed. Moreover, when the current density is increased, the allowable range of the stirring speed tends to be increased. The anisotropic plating method according to the present invention requires precise and uniform stirring in consideration of such conditions. The above results are consistent with the metal ion diluted layer model shown in FIG.

図11は、めっきの表面状態を示す光学顕微鏡写真である。   FIG. 11 is an optical micrograph showing the surface state of plating.

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。   As shown in FIG. 11 (a), when the plating pattern is grown correctly, a clean line and space pattern having a very narrow pitch is formed. However, when plating burn occurs, as shown in FIG. 11B, large and small irregularities are generated, resulting in a pattern in which the line width is disturbed. In the case of a short circuit, there is no line space (space) in FIG.

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。   As described above, the anisotropic plating method according to the present embodiment is generated on the surface of the metal film for plating formation or the film formed on the surface of the metal film when a film is formed by applying an electric current. Since the metal ion dilute layer 17 existing in the direction in which the plating solution is desired to be selectively grown in the plating solution dilute layer 17 is partially destroyed by stirring of the plating solution, the coating is formed. Therefore, a line-and-space pattern having a space width narrower than the resolution limit of photolithography, a wide line width, and a high aspect ratio can be formed without causing a short circuit.

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。   In addition, the anisotropic plating method according to the present embodiment is obtained by growing the pre-plating pattern in the first non-frame plating step so that the metal ion diluted layer 17 is correctly formed, and then forming the second non-plating pattern. Since anisotropic plating growth is performed in the frame process, a line and space pattern with a high aspect ratio can be formed at a very narrow pitch, and the shape of the line and space pattern can be controlled with high accuracy. Furthermore, the anisotropic plating method according to the present embodiment performs plating by applying a large current after the space width between adjacent line patterns is made narrower than the space width that can be resolved with a resist. The area can be increased. Therefore, the direct current resistance of the plating pattern can be reduced, and heat generation and power consumption can be reduced.

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。    Next, an anisotropic plating method according to the second embodiment of the present invention will be described. The anisotropic plating method according to the second embodiment is characterized by using an external frame 16 that regulates the plating growth in the lateral direction of the outermost line pattern of the line and space pattern. Although not explicitly shown in the first embodiment, when no frame is used, the outermost line pattern in which there is no adjacent line pattern is not only the metal ion diluted layer 17 generated on the curved surface above the pattern, Even the thin metal ion layer 17 generated on the inner side of the innermost periphery and the side surface of the outermost outermost pattern is destroyed, whereby the plating growth in the lateral direction proceeds and tends to be thicker than other line patterns. It can be seen. Therefore, in the second embodiment, control is performed so that the outermost line pattern has the same thickness as other line patterns.

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。   FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the anisotropic plating method according to the second embodiment of the present invention.

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WS3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WS3は、ラインアンドスペースパターンのスペース幅WS1の半分の幅(WS1/2)よりも少し広いことが好ましい。 In the anisotropic plating method according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 12A, the pre-plating pattern 13 is formed on the surface of the substrate 10, and then the external frame 16 is formed. The outer frame 16 is a resist pattern that surrounds the outermost line pattern of the pre-plating pattern. Outer frame 16 has a perpendicular side surface to the main surface of the substrate 10, the side surface is formed at a position at a predetermined space width W S3 from the side surface of the outermost line pattern. Although details will be described later, it is preferable that the space width W S3 is slightly wider than the half width (W S1 / 2) of the space width W S1 of the line and space pattern.

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。   Thereafter, as shown in FIGS. 12B to 12F, the first non-frame plating step and the second non-frame plating step are sequentially performed. This process is basically the same as in the first embodiment.

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。   When the external frame 16 is not used, the metal ion diluted layer 17 covering the side surface of the outermost line pattern in which no adjacent line pattern is present is also destroyed, the plating growth spreads in the lateral direction, and the width of the line pattern is different from that of the other line pattern. The line width becomes thicker than the line pattern. However, in this embodiment, since the side surface of the outer frame 16 prevents the metal ion diluted layer 17 from being destroyed, lateral plating growth can be suppressed.

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WS4をラインアンドスペースパターンのスペース幅WS2の半分の幅(WS2/2)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。 On the other hand, as shown in FIG. 12 (e), when there is an external frame 16, it becomes a shadow and it becomes difficult for waves during stirring to reach the metal ion diluted layer 17 near the external frame 16. Therefore, so that all of the line pattern grows evenly plating, half of the width of the space width W S4 line and space pattern of space width W S2 (W S2 / 2) slightly wider than to the metal ions in the vicinity of the top It is preferable to increase the range in which the diluted layer 17 is destroyed.

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。   Thereafter, if necessary, the third non-frame plating step of removing the external frame 16 and applying the same high potential as the second non-frame plating step may be performed. In the third non-frame plating process, the line pattern tends not to thicken in the horizontal direction. This is because, since the plating pattern is already thick, the influence of the agitation of the plating solution does not reach the innermost part of the innermost periphery and the lower part of the outermost outermost line pattern, and the metal thin layer is not easily destroyed. Therefore, desired anisotropic plating growth can be expected.

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。   FIG. 13 is a plan view showing a more specific pattern of the outer frame 16, and corresponds to the spiral pre-plating pattern 13 shown in FIG.

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。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the outer frame 16 has a shape surrounding the outermost periphery side and the innermost periphery side of the spiral pre-plating pattern 13, and is outside the outermost periphery of the spiral pattern 13S. The first portion 16a provided on the outer periphery and the second portion 16b provided inside the outermost periphery. And as shown in FIG.13 (b), the pre-plating spiral pattern 13S is arrange | positioned in the annular | circular shaped area | region where the external frame 16 does not exist. The innermost circumference of the spiral pattern 13S can also be interpreted as the outermost line and space pattern.

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2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。


As described above, since the anisotropic plating method according to the present embodiment uses the external frame 16, in addition to the effects of the invention according to the first embodiment, the side surface of the outermost line pattern of the line and space pattern is used. The appearing metal ion dilute layer 17 can be prevented from being destroyed by the stirring of the plating solution, thereby preventing the outermost line pattern from becoming thicker than the other line patterns. In particular, since the outer frame 16 is formed before the first non-frame plating step is started, the step of forming the outer frame 16 is interposed between the first non-frame plating step and the second non-frame plating step. First, switching from the first non-frame plating process to the second non-frame plating process can be performed continuously.


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。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

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。   For example, in the above-described embodiment, the spiral pattern is exemplified as an example of the line and space pattern. However, the present invention is not limited to the spiral pattern, and can be applied to various line and space patterns such as an array of a plurality of linear patterns. It is.

(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。
Example 1
Using a face-up type plating apparatus shown in FIG. 5, one side of a 6-inch silicon wafer was plated in a copper sulfate plating bath to form 2000 spiral patterns. Here, the paddle of the plating apparatus is composed of a rod-shaped body having a cross-sectional shape of a regular triangle having a side of 10 mm, and its length is 200 mm. Further, a disc having a diameter of 15 cm was used as the positive electrode, and phosphorous copper (phosphorus concentration 500 ppm) was used as the material. The distance from the wafer surface to the bottom surface of the paddle was 10 mm, and the distance from the wafer mounting surface to the plus side electrode was 50 mm. The paddle stroke was set to 180 mm so that the wafer could be swung from one end to the other.

硫酸銅めっき液の成分は、200g/LのCuSOと、200g/LのHSO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。 The components of the copper sulfate plating solution were 200 g / L CuSO 4 , 200 g / L H 2 SO 4 , 30 mg Cl , 10 g / L chlorine ion (Cl), and about 5 mg / L as a brightener. L SPS (disulfide compound) and PEG (polyethylene glycol, average molecular weight: 15000) as a leveler, and the temperature of the plating solution was maintained at 40 ° C.

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。   In forming the spiral pattern, a Cu film having a thickness of 0.2 μm was first formed by sputtering on the entire surface of one main surface of the silicon wafer. Next, a dry film resist was formed on the surface of the Cu film, and the dry film resist was patterned by photolithography and dry etching to form a resist pattern.

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。   Next, a plating process (frame plating) was performed using the resist pattern as a frame, and a spiral pattern was plated and grown on the Cu film until the thickness became 25 μm. Thereafter, the resist pattern was removed, and unnecessary Cu film was removed by milling to complete a pre-plating pattern. Furthermore, an external frame was formed around the pre-plating pattern. The external frame was formed by forming a dry film resist having a thickness of 150 μm and then patterning the dry film resist by photolithography and dry etching.

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。 Next, a first non-frame plating process was performed. The plating conditions at this time were a current density of 5 A / 100 cm 2 , a paddle reciprocation count of 80 reciprocations / min, and a space width of 12 μm. As a result, a plating pattern having a thickness of 18 μm was obtained.

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。 Next, a second non-frame plating process was performed. The plating conditions at this time were a current density of 50 A / 100 cm 2 , a paddle reciprocation frequency of 80 reciprocations / min, and an overall thickness of about 140 μm.

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。   FIG. 14 is a schematic diagram showing a thumbnail of the optical micrograph of each sample of the spiral plating pattern on the wafer and the thickness of the pattern. FIG. 15 is a detailed SEM image photograph of the spiral plating pattern.

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。   As shown in FIG. 14, the pattern thickness of each sample at nine points on the wafer was within a range of 137 to 144 μm although there was some variation, and the average thickness was 139 μm, and the range was 9 μm. Also, in the electron micrograph of FIG. 15, it was confirmed that a spiral pattern having a high aspect ratio and a very narrow pitch was formed.

(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。
(Example 2)
A third non-frame plating process was performed on the wafer obtained in Example 1 above. In the third non-frame plating step, the external frame was peeled off, the current density was 60 A / 100 cm 2 , the paddle reciprocation was 100 reciprocations / minute, and the total thickness including the pre-plating pattern was about 180 μm. .

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。   FIG. 16 is a schematic diagram showing a thumbnail of the micrograph of each sample of the spiral plating pattern on the wafer and the pattern thickness. FIG. 17 is a detailed SEM image photograph of the spiral plating pattern.

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。   As shown in FIG. 16, the pattern thickness of each of the nine samples on the wafer was slightly varied but was within the range of 177 to 189 μm, the average thickness was 183 μm, and the range was 12 μm. Also, in the electron micrograph of FIG. 17, it was confirmed that a spiral pattern having a high aspect ratio and a very narrow pitch was formed.

(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)の各条件について測定を行った。
(Example 3)
An anisotropic plating method with a coil pattern thickness of 140 μm was performed under the same conditions as in Example 1. At that time, the current density supplied to the plating pattern in the second non-frame plating step was used as a parameter, and measurement was performed for each of 30, 40, 50, and 60 (A / 100 cm 2 ).

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。   FIG. 18 is a graph showing the relationship between the current density and the space width of the plating pattern.

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。   As is apparent from FIG. 18, it can be seen that the space width of the plating pattern composed of the line and space pattern is proportional to the increase in current density. Accordingly, it has been clarified that the space width can be widened by increasing the current density, and conversely, the space width can be narrowed by decreasing the current density. It is considered that when the applied current density (potential) increases, the metal ion diluted layer becomes thicker and stronger, and the space width increases accordingly.

(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である。
Example 4
An anisotropic plating method with a coil pattern thickness of 140 μm was performed under the same conditions as in Example 1. At that time, in the second non-frame plating step, the stirring rate of the plating solution was used as a parameter, and measurement was performed for each of 80, 90, and 100 (rpm). The current density at this time is 50 A / 100 cm 2 .

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。   FIG. 19 is a graph showing the relationship between the stirring speed and the space width.

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。   As shown in FIG. 19, it can be seen that the space width of the plating pattern composed of the line and space pattern is inversely proportional to the increase in the stirring speed. Therefore, it was revealed that the space width can be narrowed by increasing the stirring speed, and conversely, the space width can be widened by decreasing the stirring speed. It is considered that when the stirring speed is increased, the fracture region of the metal ion dilute layer is widened, so that the space width is narrowed.

(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。
(Example 5)
An anisotropic plating method with a coil pattern thickness of 140 μm was performed under the same conditions as in Example 1. At that time, in the second non-frame plating step, the concentration of the brightener (SPS) in the plating solution was used as a parameter, and measurement was performed for each condition of 1, 5, and 10 (mg / L).

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。   FIG. 20 is a graph showing the relationship between the SPS concentration in the plating solution and the space width.

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。   As shown in FIG. 20, it can be seen that the space width of the plating pattern composed of the line and space pattern is proportional to the increase in the SPS concentration. Therefore, it was revealed that the space width can be widened by increasing the SPS concentration, and conversely, the space width can be narrowed by decreasing the SPS concentration. As the SPS concentration increases, the metal ion dilute layer becomes thicker and stronger, as is the case with the current density, and the space width is considered to increase accordingly.

(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。
(Example 6)
An anisotropic plating method with a coil pattern thickness of 140 μm was performed under the same conditions as in Example 1. At that time, in the second non-frame plating step, the copper sulfate concentration in the plating solution was used as a parameter, and measurement was performed for each of 150, 200, and 250 (g / L).

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。   FIG. 21 is a graph showing the relationship between the copper sulfate concentration in the plating solution and the space width.

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。
As shown in FIG. 21, it can be seen that the space width of the plating pattern composed of the line and space pattern is inversely proportional to the increase in the copper sulfate concentration. Therefore, it was revealed that the space width can be narrowed by increasing the copper sulfate concentration, and conversely, the space width can be widened by decreasing the copper sulfate concentration. It is considered that when the copper sulfate concentration is high, the metal ion dilute layer is difficult to be formed, and the space width is narrowed.
(Example 7)
The basic plating conditions were the same as in Example 1, and the production yield of the product was determined when the line width of the pre-plating pattern was fixed at 25 μm and the space width was changed within the range of 15 to 60 μm. The space width of the pre-plating pattern was changed in increments of 5 μm. The results are shown in Table 1.

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。   As is clear from Table 1, when the space width was 30 μm or less, the yield was 70% or less, and the yield was very low. On the other hand, when the space width was 35% or more, the yield was 95% or more, which was a very high yield. From the above results, the ratio of the space width to the line width of the pre-plating pattern is preferably 1.4 or more, and if it is less than this, the roundness of the pattern surface after the first frame plating process cannot be obtained, It was revealed that the yield for obtaining a good space width decreases.

(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。
(Example 8)
The basic plating conditions were the same as in Example 1 above, and the short-circuit rate and resistance value were obtained when the aspect ratio of the pre-plating pattern was changed within the range of 0.1 to 5.0. The resistance value was a standard value when the good value was 100. The results are shown in Table 2.

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。   As apparent from Table 2, the short-circuit rate was 1% or more when 0.5 or less, and 0% when 0.8 or more. Further, the resistance value was 100 when 1.2 or less, and 102 or more when 1.5 or more. From this result, it was found that when the thickness of the pre-plating pattern is thin, the short-circuit rate is high, and when it is thick, the resistance value increases even with the same pattern thickness.

(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。
Example 9
The basic plating conditions were the same as in Example 1, and the resistance value was determined when the line width of the pre-plating pattern was constant and the space width was changed within the range of 5.0 to 35 μm. The results are shown in Table 3.

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。   As is apparent from Table 3, the resistance value was short (S) when the space width was 8.0 μm or less, became 100 when the space width was 11.2 to 33.6 μm, and became high at 110 when the space width was 35 μm. . From this result, it was found that if the space width of the pre-plating pattern is narrow, the probability of short-circuiting increases, and if the space width is too wide, the resistance value increases.

(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とした。
(Example 10)
The plating apparatus shown in FIGS. 6, 7, and 9 is used to perform plating on one side of a 6-inch silicon wafer to form 2000 spiral patterns, and anisotropic growth in the case of different stirring methods. A comparison of ease was performed. The plating conditions in the apparatus of FIG. 6 were almost the same as those in Example 1. That is, the paddle of the plating apparatus is made of a rod-like body having a cross-sectional shape of a regular triangle having a side of 10 mm, and its length is 200 mm. Further, a disc having a diameter of 15 cm was used as the positive electrode, and phosphorous copper (phosphorus concentration 500 ppm) was used as the material. The distance from the wafer surface to the bottom surface of the paddle was 20 mm, and the distance from the wafer mounting surface to the plus side electrode was 50 mm. The paddle stroke was set to 180 mm so that the wafer could be swung from one end to the other. Furthermore, the plating current density in the first and second non-frame plating steps was set to 30 A / 100 cm 2 .

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Wm1×縦幅Wm2)が200mm×200mm、格子穴のサイズ(横幅Wm3×縦幅Wm4)が13mm×13mm、格子のはり幅Wm5が2mm、厚さWm6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。 In the apparatus of FIG. 7, it was made the same as the plating process conditions using the apparatus of FIG. 6 except that the stirring grid was controlled so as to perform the in-plane rotational motion with a radius r = 20 mm. The size of the stirring grid 51 is 200 mm × 200 mm for the size of the lattice region (width W m1 × length W m2 ), the size of the lattice hole (width W m3 × length W m4 ) is 13 mm × 13 mm, and the beam width W of the lattice. m5 was 2 mm, and thickness W m6 was 10 mm. The distance from the wafer surface to the surface of the stirring grid was 35 mm. Other conditions were the same as the plating conditions in the apparatus of FIG. In the apparatus of FIG. 9, it was made the same with the plating conditions in the apparatus of FIG. 7 except that the workpiece was controlled to perform an in-plane rotational motion with a radius r = 20 mm.

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。   FIG. 22 is a graph showing the relationship between the plating time and the aspect ratio of the plating pattern, where the horizontal axis is the plating time (minutes), and the vertical axis is the aspect ratio of the plating pattern (increase in plating film thickness / increase in plating width). The average value of 5 points of (quantity) is shown. As is clear from FIG. 22, the aspect ratio of the plating pattern is greatest when a paddle is used, and the next is when the substrate is swung. That is, it was found that when using a paddle, the anisotropic growth is most likely, followed by the substrate swing and the stirring lattice.

(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とした。その結果を表4に示す。
(Example 11)
Using the plating apparatus shown in FIGS. 6, 7, and 9, plating is performed on one side of a 6-inch silicon wafer to form 2000 spiral patterns, and the plating pattern manufacturing yield when the stirring method is different. Asked. At that time, the line width of the pre-plating pattern was 25 μm and the space width was 50 μm. Further, the current density supplied to the plating pattern in the second non-frame plating step was set to 30 A / 100 cm 2 . The results are shown in Table 4.

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。   As is apparent from Table 4, the yield when using the paddle was 100%, whereas the yield when the substrate was swung was 75%, and the yield when the stirring grid was 60%. That is, it was found that the yield was the best when the paddle was used, followed by the substrate swing and the stirring grid.

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
L1,WL2 ライン幅
m1 格子領域の横幅
m2 格子領域の縦幅
m3 格子穴の横幅
m4 格子穴の縦幅
m5 格子のはり幅
m6 撹拌格子の厚さ
S1,WS2,WS3,WS4 スペース幅
,T,T パターン厚さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Base metal film 12 Frame 13 Pre-plating pattern 13e Peripheral edge 14 of spiral pattern (first) plating pattern 15 (second) plating pattern 15a Pre-plating layer 15b First non-frame plating layer 15c Second non-frame plating layer 16 External frame 17 Metal ion dilute layer 19 Wiring pattern 21 Plating solution 22a Plus electrode 22b Minus electrode 30 Plating device 31 Plating bar 32 Stage 33 Work 34 Plus side electrode 35 Paddle (stirring member)
40 Plating apparatus 41 Plating plate 42 Plating solution supply port 43 Partition plate 44 Plating solution discharge path 45 Plating solution discharge port 50 Plating device 51 Stirring grid (stirring member)
60 plating apparatus W L1, W L2 line width W m1 grating region width W m @ 2 grid area vertical width W m3 longitudinal width of the horizontal width W m4 grid holes of the grid holes W m5 lattice beam width W m6 thickness W of the stirring lattice of S1, W S2, W S3, W S4 space width T 1, T 2, T 3 pattern thickness

Claims (10)

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を含む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プレ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を含む第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を含む第2めっきパターンを形成する工程とを備え、
第2めっきパターンを形成する工程では、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を特徴とする異方性めっき方法。
Forming a pre-plating pattern including a first line-and-space pattern having a first line width, a first space width, and a first thickness on a main surface of the substrate;
In a state where the substrate is immersed in a plating solution, a first current is applied to the pre-plating pattern, and the pre-plating pattern isotropically formed without a frame forcing the anisotropic growth of each line pattern individually. Plating growth has a second line width that is wider than the first line width, a second space width that is narrower than the first space width, and a second thickness that is thicker than the first thickness. And forming a first plating pattern including a second line-and-space pattern having a curved surface on top of each line pattern;
While a second current larger than the first current is passed through the first plating pattern while the substrate is immersed in the plating solution, a thin layer of metal ions is generated on the surface of the first plating pattern. The first plating is performed in a state where there is no frame for individually forcing anisotropic growth of each line pattern by stirring the plating solution and partially destroying the diluted metal ion layer on the upper part of each line pattern. A second plating pattern including a third line and space pattern having a third thickness larger than the second thickness and having a curved surface on top of each line pattern by anisotropically plating the pattern. And forming a process ,
In the step of forming the second plating pattern, the plating solution agitating member is disposed above the main surface of the substrate, and the agitating member is repeatedly advanced and retracted in a direction parallel to the substrate to thereby remove the plating solution. An anisotropic plating method characterized by stirring and thereby partially destroying the metal ion dilute layer above each line pattern .
前記第1めっきパターンを形成する前に、前記第1ラインアンドスペース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、前記第1ラインアンドスペースパターンと接しないように前記基板の前記主面に形成されたレジストパターンであり、
前記外部フレームは前記基板の前記主面に垂直な側面を有し、当該側面は前記第1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1に記載の異方性めっき方法。
Before forming the first plating pattern, further comprising the step of forming an outer frame surrounding at least the outside of the first line and space pattern ;
The outer frame is a resist pattern formed on the main surface of the substrate so as not to contact the first line and space pattern,
The outer frame has a vertical side surface to said major surface of said substrate, said side being formed on the outermost side from a position at a third space width of the line pattern of the first line and space pattern The anisotropic plating method according to claim 1 .
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2に記載の異方性めっき方法。 The anisotropic plating method according to claim 2 , wherein the third space width is wider than the second space width. 前記第1ラインアンドスペースパターンの各ラインパターンの形成方向の断面形状が円弧状であり、第2めっきパターンを形成する工程では、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ないし3のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。 The cross-sectional shape of the forming direction of each line pattern of the first line and space pattern is arcuate, in the step of forming a second plating pattern, claims, characterized in that to the plating growth maintaining circular arc The anisotropic plating method according to any one of 1 to 3 . 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1ないし4のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。   The anisotropic plating method according to any one of claims 1 to 4, wherein the plating solution is a copper sulfate plating solution containing copper ions and a brightener. 前記第1の電流の電流密度が3〜20A/100cmであり、
前記第2の電流の電流密度が30〜70A/100cmである、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。
The current density of the first current is 3 to 20 A / 100 cm 2 ;
The anisotropic plating method according to claim 1, wherein a current density of the second current is 30 to 70 A / 100 cm 2 .
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1ないし6のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。 The anisotropic stirring method according to any one of claims 1 to 6, wherein the stirring member is a paddle made of a rod-shaped body having a triangular cross section. 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1ないし6のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。 The anisotropic plating method according to claim 1 , wherein the stirring member is a stirring lattice made of a plate-like member having a lattice structure. 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1ないし8のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。 9. The method according to claim 1 , wherein the substrate itself is repeatedly moved back and forth in a direction parallel to the substrate to stir the plating solution, thereby partially destroying the thin layer of metal ions on each line pattern. anisotropic plating method according to an item or. 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1ないし9のいずれか一項に記載の異方性めっき方法。 The anisotropic plating method according to claim 1 , wherein the first to third line and space patterns are spiral patterns.
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