(57)【要約】【課題】基板の所定領域に微細配線を適切に形成する。【解決手段】基板の所定領域に下地導体膜を形成する（ステップＳ１）。下地導体膜上にめっき液を供給すると共に、めっき液に電気的に接続されるように直接電極を配置し、めっき液に電界を形成する間接電極を配置する（ステップＳ２）。間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、めっき液中の銅イオンを下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する（ステップＳ３）。直接電極と間接電極を接続して、下地導体膜側の所定位置に配置された銅イオンを還元して結晶核を形成する（ステップＳ４）。間接電極への電圧印加と、直接電極と間接電極の接続と、を繰り返し行い、結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する（ステップＳ５）。【選択図】図２
2018113289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の所定領域に配線を形成する方法であって、
前記所定領域に下地導体膜を形成する第１の工程と、
前記下地導体膜上に処理液を供給すると共に、前記処理液に電気的に接続されるように直接電極を配置し、前記処理液に電界を形成する間接電極を配置する第２の工程と、
前記間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、前記処理液中の被処理イオンを前記下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する第３の工程と、
前記直接電極と前記間接電極を接続して、前記下地導体膜側の所定位置に配置された被処理イオンを還元して結晶核を形成する第４の工程と、
前記間接電極への電圧印加と、前記直接電極と前記間接電極の接続と、を繰り返し行い、前記結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する第５の工程と、を有することを特徴とする、配線形成方法。
【請求項２】
前記所定領域は、基板表面における長方形状のパターンであって、
前記配線は、基板表面の前記所定領域に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記配線は、前記所定領域に複数形成され、
前記結晶核の配線方向の間隔は、前記配線の間隔より小さいことを特徴とする、請求項２に記載の配線形成方法。
【請求項４】
前記第５の工程の後、前記配線間にある前記下地導体膜を除去することを特徴とする、請求項３に記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記所定領域は、基板に形成された微細孔であって、
前記配線は、前記微細孔に埋め込まれて形成されることを特徴とする、請求項１に記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記所定領域は、基板に形成された微細溝であって、
前記配線は、前記微細溝に埋め込まれて形成されることを特徴とする、請求項１に記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記所定領域は、基板に複数形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【請求項８】
基板の所定領域に下地導体膜が形成され、さらに前記下地導体膜上に処理液が供給された状態で、前記所定領域に配線を形成する装置であって、
前記処理液に電気的に接続されるように配置された直接電極と、
前記処理液に電界を形成する間接電極と、
前記直接電極と前記間接電極を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、前記処理液中の被処理イオンを前記下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する第１の工程と、
前記直接電極と前記間接電極を接続して、前記下地導体膜側の所定位置に配置された被処理イオンを還元して結晶核を形成する第２の工程と、
前記間接電極への電圧印加と、前記直接電極と前記間接電極の接続と、を繰り返し行い、前記結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する第３の工程と、を実行するように、前記前記直接電極と前記間接電極を制御することを特徴とする、配線形成装置。
【請求項９】
前記第１の工程において前記直接電極と前記下地導体膜を接続するスイッチをさらに有することを特徴とする、請求項８に記載の配線形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の所定領域に配線を形成する配線形成方法、及び当該配線形成方法を行うための配線形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、半導体ウェハに成膜処理やエッチング処理などの各種処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造する。近年、この半導体デバイスの高集積化に伴い、配線の微細化が求められている。
【０００３】
例えば平坦膜上に配線を形成する場合、フォトリソグラフィー処理が行われ、半導体ウェハ上にレジストパターンが形成される。このレジストパターンの微細化を実現するため、例えばフォトリソグラフィー処理における露光処理に関し、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザーを用いた露光処理が実用化され、さらにＥＵＶ（Extreme Ultraviolet；極端紫外）光及びＥＵＶレジストを用いた露光処理も提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、例えばホールやトレンチに配線を形成する場合、めっき処理が行われ、銅などの配線形成用金属が埋め込まれる（例えば特許文献２）。具体的には、高アスペクト比のホールやトレンチへの埋め込みを行うため、めっき槽内のめっき液に浸漬されたアノードと被処理体間に電流を流し、この電流によってめっき液中の金属イオンを被処理体側に移動させ、さらに当該金属イオンを被処理体側でめっき金属として析出させて、めっき処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７８７４４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、平坦膜上に微細な配線を形成する場合において、特許文献１に記載のように露光処理の光の波長を短くしようとしても、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界があり、光の短波長化を進める方法のみでは、例えば数ナノメートルオーダーの微細なレジストパターンを形成するのが困難な状況にある。
【０００７】
また、高アスペクト比のホールやトレンチに微細配線を形成する場合において、特許文献２に記載のめっき処理を行う際、微細結晶粒膜で高被覆性を実現し、めっきレートを高くするために電界を高くすると、水の電気分解が進行して水素気泡が発生し、配線金属中にボイドが発生するおそれがある。一方、ボイドの発生を抑制するためにめっきレートを低くすると、結晶粒が大きくなり被覆性、生産性が悪くなる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の所定領域に微細配線を適切に形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、基板の所定領域に配線を形成する方法であって、前記所定領域に下地導体膜を形成する第１の工程と、前記下地導体膜上に処理液を供給すると共に、前記処理液に電気的に接続されるように直接電極を配置し、前記処理液に電界を形成する間接電極を配置する第２の工程と、前記間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、前記処理液中の被処理イオンを前記下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する第３の工程と、前記直接電極と前記間接電極を接続して、前記下地導体膜側の所定位置に配置された被処理イオンを還元して結晶核を形成する第４の工程と、前記間接電極への電圧印加と、前記直接電極と前記間接電極の接続と、を繰り返し行い、前記結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する第５の工程と、を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、第３の工程において間接電極に電圧を印加して電界（静電場）を形成すると、下地導体膜側に被処理イオンが移動する。この際、間接電極の印加電圧、及び／又は、間接電極の静電容量を制御することで、下地導体膜上に配置される被処理イオンの個数が制御される。また、これらの被処理イオンは、隣接する被処理イオン間に作用する斥力及び被処理イオンに相対する同数の下地導体膜の負電荷との間に作用する引力によって、下地導体膜上に均等な位置、すなわち配線が形成される位置に配置される。さらに、この第３の工程では、被処理イオンの電荷交換は行われない。このため、従来の水の電気分解を抑制しながら、間接電極に電圧を印可する際の電界を高くすることができる。この高電界によって被処理イオンの移動が速くなり、電解処理のレートを向上させることができる。
【００１１】
次に、第４の工程において直接電極と間接電極を接続すると、上記所定位置に配置された被処理イオンが電荷交換され、当該被処理イオンが還元されて結晶核が形成される。次に、第５の工程において間接電極への電圧印加と、直接電極と間接電極の接続と、を繰り返し行うと、所定位置に形成された結晶核から結晶粒が成長する。この際、結晶粒の粒径は、間接電極の印加電圧、及び／又は、間接電極の静電容量に加えて、間接電極への電圧印加と、直接電極と間接電極の接続との繰り返し回数で制御することができる。こうして、基板の所定領域に配線が形成される。かかる場合、第４の工程で形成される結晶核が原子であり、その粒径が約１オングストロームと極めて小さいため、第５の工程で形成される配線も数ナノメートルオーダーの微細な配線を実現することができる。
【００１２】
前記所定領域は、基板表面における長方形状のパターンであって、前記配線は、基板表面の前記所定領域に形成されてもよい。
【００１３】
前記配線は、前記所定領域に複数形成され、前記結晶核の配線方向の間隔は、前記配線の間隔より小さくてもよい。
【００１４】
前記第５の工程の後、前記配線間にある前記下地導体膜を除去してもよい。
【００１５】
前記所定領域は、基板に形成された微細孔であって、前記配線は、前記微細孔に埋め込まれて形成されてもよい。
【００１６】
前記所定領域は、基板に形成された微細溝であって、前記配線は、前記微細溝に埋め込まれて形成されてもよい。
【００１７】
前記所定領域は、基板に複数形成されていてもよい。
【００１８】
別な観点による本発明は、基板の所定領域に下地導体膜が形成され、さらに前記下地導体膜上に処理液が供給された状態で、前記所定領域に配線を形成する装置であって、前記処理液に電気的に接続されるように配置された直接電極と、前記処理液に電界を形成する間接電極と、前記直接電極と前記間接電極を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、前記処理液中の被処理イオンを前記下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する第１の工程と、前記直接電極と前記間接電極を接続して、前記下地導体膜側の所定位置に配置された被処理イオンを還元して結晶核を形成する第２の工程と、前記間接電極への電圧印加と、前記直接電極と前記間接電極の接続と、を繰り返し行い、前記結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する第３の工程と、を実行するように、前記前記直接電極と前記間接電極を制御することを特徴としている。
【００１９】
前記配線形成装置は、前記第１の工程において前記直接電極と前記下地導体膜を接続するスイッチをさらに有していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板の所定領域に微細配線を適切に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態にかかる配線形成装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】本実施の形態の配線形成方法において行われる、基板処理の主な工程（ステップ）を示すフローチャートである。
【図３】ステップＳ１において基板の所定領域に下地導体膜を形成した様子を示す説明図である。
【図４】ステップＳ３において間接電極と直流電源を接続した様子を示す説明図である。
【図５】ステップＳ３における電荷とイオンの配置を模式的に示す説明図である。
【図６】ステップＳ４において間接電極と直接電極を接続した様子を示す説明図である。
【図７】基板に配線を形成する様子を示す平面視の説明図であり、（ａ）はステップＳ３において下地導体膜に銅イオンを配置した様子を示し、（ｂ）はステップＳ４において結晶核を形成した様子を示し、（ｃ）はステップＳ５において結晶粒が成長する様子を示し、（ｄ）はステップＳ５において配線を形成した様子を示し、（ｅ）はステップＳ６において配線間の下地導体膜を除去した様子を示す。
【図８】他の実施の形態において微細孔に埋め込み配線を形成する様子を示す縦断面視の説明図であり、（ａ）はステップＳ１において微細孔の内側に下地導体膜を形成した様子を示し、（ｂ）はステップＳ３において微細孔の底面に銅イオンを配置した様子を示し、（ｃ）はステップＳ４において結晶核を形成した様子を示し、（ｄ）はステップＳ５において結晶粒が成長する様子を示し、（ｅ）はステップＳ５において微細孔に埋め込み配線を形成した様子を示す。
【図９】他の実施の形態において微細溝に埋め込み配線を形成する様子を示す平面視の説明図であり、（ａ）はステップＳ１において微細溝の内側に下地導体膜を形成した様子を示し、（ｂ）はステップＳ３において微細溝の底面に銅イオンを配置した様子を示し、（ｃ）はステップＳ４において結晶核を形成した様子を示し、（ｄ）はステップＳ５において結晶粒が成長する様子を示し、（ｅ）はステップＳ５において微細溝に埋め込み配線を形成した様子を示す。
【図１０】他の実施の形態にかかる配線形成装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１１】他の実施の形態にかかるステップＳ３において間接電極と直流電源を接続すると共に、直接電極と下地導体膜を接続した様子を示す説明図である。
【図１２】他の実施の形態にかかるステップＳ４において間接電極と直接電極を接続した様子を示す説明図である。
【図１３】他の実施の形態にかかる配線形成装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。
【００２３】
＜１．配線形成装置の構成＞
図１は、本実施の形態にかかる配線形成装置１の構成の概略を示す縦断面図である。配線形成装置１では、例えば半導体ウェハである基板Ｗに対し、所定領域に配線を形成する。この基板Ｗの所定領域には、電極として用いられる下地導体膜Ｆが形成されている。下地導体膜Ｆとしては、例えばＴａ（タンタル）やＴａＮ（タンタルナイトライド）が用いられる。
【００２４】
配線形成装置１は、基板Ｗを保持する基板保持チャック１０を有している。基板保持チャック１０には、例えばモータなどを備えた駆動機構１１が設けられている。この駆動機構１１により、基板保持チャック１０は鉛直方向に移動自在に構成され、当該基板保持チャック１０に保持された基板Ｗの鉛直方向位置が調節される。
【００２５】
基板保持チャック１０の上方には、直接電極２０と間接電極２１が設けられている。直接電極２０と間接電極２１は、それぞれ基板Ｗ上の下地導体膜Ｆに対向して設けられ、下地導体膜Ｆ側から間接電極２１、直接電極２０の順に配置されている。また、直接電極２０と間接電極２１の間、及び間接電極２１と下地導体膜Ｆの間にはそれぞれ、処理液としてのめっき液Ｍが充填されている。めっき液Ｍとしては、例えば硫酸銅を溶解した溶液が用いられる。すなわち、めっき液Ｍ中には、被処理イオンとして銅イオンが含まれている。
【００２６】
なお、めっき液Ｍを供給する手段は特に限定されるものではなく、例えばノズル（図示せず）が用いられる。基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、直接電極２０と間接電極２１を配設し、さらにノズルからめっき液Ｍを供給して充填してもよい。或いは、基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、ノズルから下地導体膜Ｆ上にめっき液Ｍを供給し、さらに直接電極２０と間接電極２１を配設してもよい。
【００２７】
間接電極２１には複数の貫通孔２２が形成されている。これら複数の貫通孔２２により、めっき液Ｍ及びめっき液Ｍ中の銅イオンが、直接電極２０と間接電極２１間の領域と、間接電極２１と下地導体膜Ｆ間の領域とで移動可能になっている。
【００２８】
また、間接電極２１には、当該間接電極２１を覆うように絶縁材２３が設けられている。この絶縁材２３により、間接電極２１がめっき液Ｍに接触することはない。
【００２９】
間接電極２１と下地導体膜Ｆには、直流電源３０が接続されている。間接電極２１は、直流電源３０の正極側に接続されている。下地導体膜Ｆは、直流電源３０の負極側に接続されている。
【００３０】
間接電極２１には、スイッチ３１が設けられている。スイッチ３１は、間接電極２１と直流電源３０（下地導体膜Ｆ）の接続と、間接電極２１と直接電極２０の接続とを切り替える。スイッチ３１の切り替えは、制御部４０によって制御される。
【００３１】
以上の配線形成装置１には、制御部４０が設けられている。制御部４０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、配線形成装置１における基板Ｗの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部４０にインストールされたものであってもよい。
【００３２】
＜２．配線形成方法＞
次に、本実施の形態にかかる配線形成方法について説明する。図２は、本実施の形態の配線形成方法において行われる、基板処理の主な工程（ステップ）を示すフローチャートである。なお、本実施の形態では、平坦膜の下地導体膜Ｆの位置に、いわゆるラインアンドスペースのパターンからなる配線を形成する場合について説明する。ラインアンドスペースのパターンは、複数本（Ｎ本）の直線上のライン部（配線）と直線上のスペース部を有し、これらライン部とスペース部が平行に配置される。
【００３３】
（ステップＳ１）
先ず、基板Ｗの所定領域に下地導体膜Ｆを形成する。下地導体膜Ｆの形成方法は特に限定されるものではなく、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などが用いられる。そして、例えば図３に示すように、基板Ｗの所定領域において下地導体膜Ｆが形成されない領域にマスクＫを設け、下地導体膜Ｆを形成する。下地導体膜Ｆは、例えば長方形状を有する。なお、この下地導体膜Ｆの形状は、後述する結晶核５０を形成する際に重要なパラメータとなる。
【００３４】
（ステップＳ２）
次に、配線形成装置１において、図１に示したように基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、下地導体膜Ｆの上方に直接電極２０と間接電極２１を配置すると共に、めっき液Ｍを充填する。上述したように直接電極２０と間接電極２１の配置と、めっき液Ｍの充填（供給）は任意の方法で行われる。例えば基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、直接電極２０と間接電極２１を配設し、さらにノズルからめっき液Ｍを供給して充填してもよい。或いは、例えば基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、ノズルから下地導体膜Ｆ上にめっき液Ｍを供給し、さらに直接電極２０と間接電極２１を配設してもよい。
【００３５】
（ステップＳ３）
次に、図４に示すようにスイッチ３１によって、間接電極２１と直流電源３０（下地導体膜Ｆ）を接続する。そして、間接電極２１を陽極とし、下地導体膜Ｆを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、図５に示すように間接電極２１に正の電荷が蓄積され、間接電極２１側に負の荷電粒子である陰イオンＡが集まる。一方、下地導体膜Ｆには負の電荷が蓄積され、下地導体膜Ｆ側に正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。また同様に、直接電極２０側にも正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。なお、以下の説明において、このように電極に電荷が蓄積される状態を「充電」という場合がある。
【００３６】
充電時には、間接電極２１側に移動する陰イオンＡの電荷量と、下地導体膜Ｆ側に移動する銅イオンＣと直接電極２０側に移動する銅イオンＣの合計電荷量が等しくなる。後述するように下地導体膜Ｆ側の銅イオンＣが還元されて結晶核５０が形成されるので、下地導体膜Ｆの銅イオンＣの電荷量をできるだけ多くするのが好ましい。換言すれば、直接電極２０の銅イオンＣの電荷量をできるだけ少なくするのが好ましい。この点、間接電極２１に形成された複数の貫通孔２２が物理的及び電気的な抵抗になるので、直接電極２０側の電荷量が少なくなり、下地導体膜Ｆ側の電荷量が多くなる。また、さらに下地導体膜Ｆ側の電荷量を多くするためには、例えば直接電極２０と間接電極２１の間の抵抗を、下地導体膜Ｆと間接電極２１の間の抵抗より大きくするとよい。この抵抗制御の方法は任意であるが、例えば直接電極２０側の絶縁材２３の膜厚を、下地導体膜Ｆ側の絶縁材２３の膜厚より大きくしてもよい。或いは、間接電極２１を下地導体膜Ｆ側に近づけて配置し、すなわち間接電極２１を直接電極２０から離間して配置し、直接電極２０の電位を低くしてもよい。
【００３７】
また、下地導体膜Ｆ側に移動する銅イオンＣの電荷量Ｑは、間接電極２１と下地導体膜Ｆの合成された静電容量Ｃと、間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖとの積となる（Ｑ＝ＣＶ）。したがって、下地導体膜Ｆの銅イオンＣの電荷量Ｑは、上述した間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖで制御することもできるし、また間接電極２１の静電容量Ｃで制御することもできる。或いは、これら電圧Ｖと静電容量Ｃの両方で制御してもよい。なお、静電容量Ｃは上述のとおり間接電極２１と下地導体膜Ｆの合成された静電容量であるが、下地導体膜Ｆの静電容量は間接電極２１の静電容量に比して大きいため、実質的には間接電極２１の静電容量で決まる。
【００３８】
そして、このように間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃを制御することで、下地導体膜Ｆ上に配置される銅イオンＣの個数が制御される。
【００３９】
また、これらの銅イオンＣは、隣接する銅イオンＣ、Ｃ間に作用する斥力（下地導体膜Ｆにおいて隣接する負電荷間に作用する斥力）、及び銅イオンＣに相対する同数の下地導体膜Ｆの負電荷との間に作用する引力によって、図７（ａ）に示すように下地導体膜Ｆ上の所定位置に均等に配置される。そして、銅イオンＣは、上述したようにその個数が制御されることで、後述する図７（ｂ）に示すように配線の結晶核５０が形成される位置に配置される。すなわち、本実施の形態ではラインアンドスペースの配線６０を形成するため、配線方向（ライン部に沿った方向）に、銅イオンＣは均一な間隔で配置される。なお、銅イオンＣを均一に配置するためには、めっき液Ｍの純度が高く、濃度が均一であり、下地導体膜Ｆ上のめっき液Ｍの電界分布が均一であることが必要である。
【００４０】
また、配線方向における銅イオンＣ、Ｃの間隔は、配線直交方向における銅イオンＣ、Ｃの間隔（配線６０、６０の間隔）よりも小さい。ここで、後述するようにステップＳ４において銅イオンＣは還元されて結晶核５０となり、さらにステップＳ５において結晶核５０から結晶粒５１が成長して連結されることで配線６０が形成される。ステップＳ３において、配線方向の銅イオンＣ、Ｃの間隔を、配線直交方向の銅イオンＣ、Ｃの間隔より小さくすることで、結晶粒５１が成長しても、配線直交方向に連結されることがない。したがって、ラインアンドスペースの配線６０を適切に形成することができる。
【００４１】
そして、このようにラインアンドスペースの配線６０を形成するため、銅イオンＣを所定位置に配置させるためには、下地導体膜Ｆが長方形状を有していることが重要となる。例えば下地導体膜Ｆが円形状を有していると、銅イオンＣも同心円状に配置され、ラインアンドスペースの配線６０を形成することはできない。
【００４２】
また、充電時、下地導体膜Ｆの表面において銅イオンＣの電荷交換が行われず、水の電気分解を抑制することができるので、間接電極２１と下地導体膜Ｆ間に高い電圧を印加することができる。このように高電圧を印加することで、多量の銅イオンＣの下地導体膜Ｆ側への移動レートを向上させることができ、下地導体膜Ｆの表面に複数の銅イオンＣを密に均一に配列させることができる。さらに、水の電気分解を抑制することで気泡の発生を抑制して、後述する配線６０中にボイドが発生することも抑制することができる。
【００４３】
さらに、充電時、直接電極２０が陰極になるのを回避するため、直接電極２０をグランドに接続せず、電気的にフローティング状態にしている。なお、このように直接電極２０がフローティング状態になっているため、充電時、直接電極２０側には上述した銅イオンＣに加えて、陰イオンＡが混在した状態になる。
【００４４】
そして、スイッチ３１による間接電極２１と直流電源３０の接続は、間接電極２１と下地導体膜Ｆに十分な電荷が蓄積されるまで、すなわち満充電されるまで行われる。なお、直接電極２０がフローティング状態になっているので、充電時に直接電極２０の電位はめっき液Ｍの電界に影響され、直接電極２０では陰イオンＡとの間で電解反応が生じる。但し、このように直接電極２０側の銅イオンＣが還元されても、その還元量は少ない。
【００４５】
（ステップＳ４）
次に、図６に示すようにスイッチ３１を切り替え、間接電極２１と直流電源３０の接続を切断し、間接電極２１と直接電極２０を接続する。そうすると、間接電極２１に蓄積された正の電荷が直接電極２０に移動し、間接電極２１側の陰イオンＡの電荷が交換されて、陰イオンＡが酸化される。これに伴い、下地導体膜Ｆ側の銅イオンＣの電荷が交換されて、銅イオンＣが還元される。なお、以下の説明において、このように電極間で電荷が移動する状態を「放電」という場合がある。
【００４６】
そして、図７（ｂ）に示すように下地導体膜Ｆの表面に、銅イオンＣが還元された結晶核５０が形成される。この結晶核５０の粒径は約１オングストロームと極めて小さい。そして、これら結晶核５０は、ラインアンドスペースのＮ本のライン部に沿って、均一な間隔で配置される。
【００４７】
（ステップＳ５）
次に、ステップＳ３における充電（間接電極２１への電圧印加）と、ステップＳ４における放電（間接電極２１と直接電極２０の接続）と、をこの順で繰り返し行う。このように充電と放電を繰り返し行うことで、図７（ｃ）に示すように結晶核５０から結晶粒５１が成長し、その粒径が大きくなる。この結晶粒５１の粒径は、間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃに加えて、充電と放電の繰り返し回数で制御することができる。そして、図７（ｄ）に示すように成長した結晶粒５１が連結して配線６０が形成される。この際、結晶粒５１は成長しても数ナノメートルであり、配線６０の線幅も数ナノメートルオーダーとなる。
【００４８】
結晶粒５１はその外縁が円形状で、平面視において３６０度の範囲で成長する。この点、ステップＳ３で配線方向の銅イオンＣ、Ｃの間隔を、配線直交方向の銅イオンＣ、Ｃの間隔より小さくしているので、ステップＳ４で結晶核５０の配置も銅イオンＣの配置と同様になり、ステップＳ５において結晶粒５１は配線直交方向に連結されない。したがって、ラインアンドスペースの配線６０を適切に形成することができる。
【００４９】
（ステップＳ６）
次に、図７（ｅ）に示すように隣接する配線６０、６０間にある下地導体膜Ｆを除去する。下地導体膜Ｆの除去方法は特に限定されるものではなく、例えばエッチング処理などが行われる。
【００５０】
こうして、基板Ｗ上に、ラインアンドスペースのパターンからなる配線６０が形成される。
【００５１】
以上の実施の形態によれば、ステップＳ３において間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃを制御することで、下地導体膜Ｆ上に配置される銅イオンＣの個数を制御することができ、さらにこれらの銅イオンＣを、隣接する銅イオンＣ、Ｃ間に作用する斥力によって、下地導体膜Ｆ上の所定位置に適切に配置することができる。また、ステップＳ４において、銅イオンＣを還元して形成される結晶核５０は原子であり、その粒径が約１オングストロームと極めて小さい。そして、ステップＳ５における間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃと、充電と放電の繰り返し回数とを制御することで、成長する結晶粒５１の粒径を数ナノメートルオーダーで制御することができる。したがって、ステップＳ５で形成される配線６０も数ナノメートルオーダーの微細な配線を実現することができる。
【００５２】
具体的には、一定面積の下地導体膜ＦにＮ本の配線６０を形成することができ、下地導体膜Ｆの幅に対して１／Ｎ以下の線幅の配線６０を形成することができる。したがって、本発明は微細配線の実現に極めて有用になる。
【００５３】
また、ステップＳ１で形成される下地導体膜Ｆが長方形状を有し、ステップＳ３において配線方向の銅イオンＣ、Ｃの間隔が、配線直交方向の銅イオンＣ、Ｃの間隔より小さいので、ステップＳ４において結晶核５０を所定位置に適切に形成することができる。その結果、ステップＳ５において、ラインアンドスペースのパターンの配線６０を形成することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、ラインアンドスペースのパターンを例示したため、配線６０は複数、Ｎ本形成されたが、配線６０は１本（Ｎ＝１）であってもよい。かかる場合、ステップＳ６を省略することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、基板Ｗ上にラインアンドスペースのパターンからなる配線６０を形成する場合について説明したが、配線６０のパターンはこれに限定されない。下地導体膜Ｆの形状を変更し、さらに間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃを制御することで、任意のパターンの配線６０を形成することができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態において、基板Ｗ上において下地導体膜Ｆが複数形成され、所定パターンの配線６０が複数箇所に形成されてもよい。
【００５７】
＜３．他の実施の形態の配線形成方法＞
以上の実施の形態では、平坦膜上に配線６０を形成する場合について説明したが、本発明は、基板Ｗに形成された微細孔（ホール）や微細溝（トレンチ）に配線を埋め込んで形成する場合にも適用できる。
【００５８】
＜３−１．微細孔への埋め込み配線形成方法＞
例えば微細孔に埋め込み配線を形成する場合、ステップＳ１において、図８（ａ）に示すように微細孔１００の内側に下地導体膜Ｆを形成する。なお、下地導体膜Ｆの形成方法は、上記実施の形態のステップＳ１と同様に特に限定されるものではない。
【００５９】
次にステップＳ２では、配線形成装置１において、基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、下地導体膜Ｆの上方に直接電極２０と間接電極２１を配置すると共に、めっき液Ｍを充填する。なお、このステップＳ２は、上記実施の形態のステップＳ２と同様である。
【００６０】
次にステップＳ３では、スイッチ３１によって、間接電極２１と直流電源３０（下地導体膜Ｆ）を接続し、下地導体膜Ｆに銅イオンＣを移動させる。このとき、間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃを制御することで、図８（ｂ）に示すように微細孔１００の底面に１個の銅イオンＣを配置する。なお、このステップＳ３における銅イオンＣの移動原理は、上記実施の形態のステップＳ３と同様である。
【００６１】
次にステップＳ４では、スイッチ３１を切り替え、間接電極２１と直流電源３０の接続を切断し、間接電極２１と直接電極２０を接続する。そして、図８（ｃ）に示すように、銅イオンＣを還元して、微細孔１００の底面に１個の結晶核１１０を形成する。なお、このステップＳ４における結晶核１１０の形成原理は、上記実施の形態のステップＳ４と同様である。
【００６２】
次にステップＳ５では、ステップＳ３における充電（間接電極２１への電圧印加）と、ステップＳ４における放電（間接電極２１と直接電極２０の接続）と、をこの順で繰り返し行う。そうすると、図８（ｄ）に示すように結晶核１１０から結晶粒１１１が成長し、その粒径が大きくなる。そして、図８（ｅ）に示すように微細孔１００に埋め込み配線１２０が形成される。
【００６３】
本実施の形態でも、上記実施の形態と同様の効果を享受することができ、微細孔１００に埋め込み配線１２０を適切に形成することができる。すなわち、従来実現することが困難であった、ボトムアップでの埋め込み配線１２０の形成を適切に行うことができる。そして、埋め込み配線１２０にボイドが発生するのを抑制することができる。また、埋め込み配線１２０の結晶を大粒径化できるので、埋め込み配線１２０の高速化、及び低抵抗化を実現することができる。
【００６４】
なお、本発明は、基板Ｗに複数の微細孔１００が形成され、各微細孔１００に埋め込み配線１２０を形成する際にも適用できる。
【００６５】
＜３−２．微細溝への埋め込み配線形成方法＞
例えば微細溝に埋め込み配線を形成する場合、ステップＳ１において、図９（ａ）に示すように微細溝２００の内側に下地導体膜Ｆを形成する。なお、下地導体膜Ｆの形成方法は、上記実施の形態のステップＳ１と同様に特に限定されるものではない。
【００６６】
次にステップＳ２では、配線形成装置１において、基板保持チャック１０で基板Ｗを保持した後、下地導体膜Ｆの上方に直接電極２０と間接電極２１を配置すると共に、めっき液Ｍを充填する。なお、このステップＳ２は、上記実施の形態のステップＳ２と同様である。
【００６７】
次にステップＳ３では、スイッチ３１によって、間接電極２１と直流電源３０（下地導体膜Ｆ）を接続し、下地導体膜Ｆに銅イオンＣを移動させる。このとき、間接電極２１と下地導体膜Ｆの間の電圧Ｖ、及び／又は、間接電極２１の静電容量Ｃを制御することで、図９（ｂ）に示すように微細溝２００の底面に均一な間隔で銅イオンＣを配置する。なお、このステップＳ３における銅イオンＣの移動原理は、上記実施の形態のステップＳ３と同様である。
【００６８】
次にステップＳ４では、スイッチ３１を切り替え、間接電極２１と直流電源３０の接続を切断し、間接電極２１と直接電極２０を接続する。そして、図９（ｃ）に示すように、銅イオンＣを還元して、微細溝２００の底面に均一な間隔で結晶核２１０を形成する。なお、このステップＳ４における結晶核２１０の形成原理は、上記実施の形態のステップＳ４と同様である。
【００６９】
次にステップＳ５では、ステップＳ３における充電（間接電極２１への電圧印加）と、ステップＳ４における放電（間接電極２１と直接電極２０の接続）と、をこの順で繰り返し行う。そうすると、図９（ｄ）に示すように結晶核２１０から結晶粒２１１が成長し、その粒径が大きくなる。そして、図９（ｅ）に示すように成長した結晶粒２１１が連結して、微細溝２００に埋め込み配線２２０が形成される。
【００７０】
本実施の形態でも、上記実施の形態と同様の効果を享受することができ、微細溝２００に埋め込み配線２２０を適切に形成することができる。すなわち、埋め込み配線２２０にボイドが発生するのを抑制することができる。また、埋め込み配線２２０の結晶を大粒径化できるので、埋め込み配線２２０の高速化、及び低抵抗化を実現することができる。
【００７１】
なお、本発明は、基板Ｗに複数の微細溝２００が形成され、各微細溝２００に埋め込み配線２２０を形成する際にも適用できる。
【００７２】
＜４．他の実施の形態の配線形成装置＞
本発明における配線形成装置の構成は、上記実施の形態における配線形成装置１の構成に限定されない。
【００７３】
＜４−１．他の実施の形態の配線形成装置＞
例えば図１０に示すように、直接電極２０、間接電極２１、下地導体膜Ｆの接続の切り替えを行うスイッチは２つ設けられていてもよい。間接電極２１と下地導体膜Ｆには、直流電源３００が接続されている。間接電極２１は、直流電源３００の正極側に接続されている。下地導体膜Ｆは、直流電源３００の負極側に接続されている。
【００７４】
間接電極２１には、第１のスイッチ３０１が設けられている。第１のスイッチ３０１は、間接電極２１と直流電源３００（下地導体膜Ｆ）の接続と、間接電極２１と直接電極２０の接続とを切り替える。
【００７５】
直接電極２０には、第２のスイッチ３０２が設けられている。第２のスイッチ３０２は、直接電極２０と間接電極２１の接続と、直接電極２０と下地導体膜Ｆの接続とを切り替える。なお、図１０に示す配線形成装置１の他の構成は、図１に示した配線形成装置１の他の構成と同じである。
【００７６】
かかる場合、ステップＳ３の充電時において、図１１に示すように第１のスイッチ３０１によって間接電極２１と直流電源３００を接続すると共に、第２のスイッチ３０２によって直接電極２０と下地導体膜Ｆを接続する。そして、間接電極２１を陽極とし、下地導体膜Ｆを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、間接電極２１に正の電荷が蓄積され、間接電極２１側に負の荷電粒子である陰イオンＡが集まる。一方、下地導体膜Ｆには負の電荷が蓄積され、下地導体膜Ｆ側に正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。また同様に、直接電極２０側にも正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。
【００７７】
この充電時では、直接電極２０と下地導体膜Ｆが接続されているので、直接電極２０と下地導体膜Ｆは等電位となる。このため、直接電極２０と下地導体膜Ｆにおける電荷交換を抑制することができる。
【００７８】
次にステップＳ４の放電時において、図１２に示すように第１のスイッチ３０１によって間接電極２１との接続を直流電源３００から直接電極２０に切り替えると共に、第２のスイッチ３０２によって直接電極２０との接続を下地導体膜Ｆから間接電極２１に切り替えて、直接電極２０と間接電極２１を接続する。そうすると、間接電極２１に蓄積された正の電荷が直接電極２０に移動し、間接電極２１側の陰イオンＡの電荷が交換されて、陰イオンＡが酸化される。これに伴い、下地導体膜Ｆ側の銅イオンＣの電荷が交換されて、銅イオンＣが還元される。
【００７９】
本実施の形態の配線形成装置１を用いても、上記実施の形態の配線形成方法を実現することができ、同様の効果を享受することができる。しかも、ステップＳ３の充電時に銅イオンＣを移動させる際、直接電極２０と下地導体膜Ｆを接続しているので、直接電極２０と下地導体膜Ｆにおける電荷交換を抑制することができ、銅イオンＣの還元を抑制することができる。そうすると、ステップＳ４の放電時においては、下地導体膜Ｆの表面に銅イオンＣを均一に配列させた状態で、当該銅イオンＣが還元される。したがって、結晶核５０を均一に形成することができる。
【００８０】
＜４−２．他の実施の形態の配線形成装置＞
また、例えば図１３に示すように、基板保持チャック１０、直接電極２０及び間接電極２１は、上面が開口したチャンバ４００の内部に配置されていてもよい。チャンバ４００の内部には、めっき液Ｍが貯留される。基板保持チャック１０はチャンバ４００の底面に設けられる。直接電極２０は、チャンバ４００内のめっき液Ｍの液面に設けられる。間接電極２１は、チャンバ４００内のめっき液Ｍの内部に浸漬して設けられる。なお、図１３に示す配線形成装置１の他の構成は、図１に示した配線形成装置１の他の構成と同じである。
【００８１】
本実施の形態の配線形成装置１を用いても、上記実施の形態の配線形成方法を実現することができ、同様の効果を享受することができる。
【００８２】
また、直接電極２０と間接電極２１の配置も任意である。直接電極２０はめっき液Ｍに電気的に接続されていればよく、例えばめっき液Ｍに浸漬して設けられていてもよい。間接電極２１はめっき液Ｍに電界を形成するように配置されていればよく、例えばめっき液Ｍの外部に設けられていてもよい。
【００８３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。
【符号の説明】
【００８４】
１      配線形成装置
１０    基板保持チャック
１１    駆動機構
２０    直接電極
２１    間接電極
２２    貫通孔
２３    絶縁材
３０    直流電源
３１    スイッチ
４０    制御部
５０    結晶核
５１    結晶粒
６０    配線
１００  微細孔
１１０  結晶核
１１１  結晶粒
１２０  埋め込み配線
２００  微細溝
２１０  結晶核
２１１  結晶粒
２２０  埋め込み配線
３００    直流電源
３０１    第１のスイッチ
３０２    第２のスイッチ
４００  チャンバ
Ａ      陰イオン
Ｃ      銅イオン
Ｆ      下地導体膜
Ｍ      めっき液
Ｗ      基板
【図１】
2018113289.tif 000003
【図２】
2018113289.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018113289.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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