(57)【要約】【課題】工程を簡略化し処理コストを低減できるめっき方法、めっき装置、及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  実施形態にかかる電気めっき方法は、パターン状の陽極と、陰極とを、反応槽内において前記陽極と陰極表面に成膜される金属めっき膜の表面との距離が、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さくなるように対向配置させることと、前記反応槽に少なくとも被めっき金属イオンと電解質と界面活性剤を含有するめっき液を配すことと、前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜することと、を備える。【選択図】図２
2017053008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン状の陽極と、陰極とを、反応槽内において極間距離をあけて対向配置させることと、
前記反応槽に少なくとも被めっき金属イオンと電解質と界面活性剤を含有するめっき液を配すことと、
前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜することと、を備える電気めっき方法であって、
前記極間距離を制御し、前記陽極と前記陰極の表面に成膜される金属めっき膜パターン表面との距離を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さく設定することを特徴とする電気めっき方法。
【請求項２】
前記反応槽内を大気圧以上に加圧すること、を備える請求項１記載の電気めっき方法。
【請求項３】
前記反応槽に超臨界流体を配すること、を備える請求項１または２記載の電気めっき方法。
【請求項４】
前記成膜の時間、前記陽極または前記陰極に印可する電流量、及び成膜されるめっき膜の厚さ、の少なくともいずれかに応じて、前記極間距離を広げること、を備える請求項１乃至３のいずれか記載の電気めっき方法。
【請求項５】
前記極間距離で制御される前記陽極と前記陰極の表面に成膜される金属めっき膜パターン表面との距離が、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さい状態で前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることでめっき膜を成膜することと、
前記成膜を停止して前記陽極と前記陰極の表面に成膜される金属めっき膜パターン表面との距離を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも大きく広げることと、を交互に行う、請求項４記載の電気めっき方法。
【請求項６】
前記陽極は、前記陰極の一部に対応するパターン形状に構成されるとともに、前記陰極に対向して配置され、
前記陽極が前記陰極に対向した状態で前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜することと、
前記陽極を前記陰極に対して相対的に移動させることと、
を交互に繰り返し複数回行う、請求項１乃至５のいずれか記載の電気めっき方法。
【請求項７】
前記陽極はアレイ状に配された複数の陽極素子を備え、
前記陽極素子はスイッチを介して電源に接続され、
前記成膜において、前記電源との接続状態に応じた前記陽極のパターン形状に対応したパターン形状のめっき膜を成膜する、請求項１乃至請求項６のいずれか記載の電気めっき方法。
【請求項８】
前記スイッチを切替えることで、前記陽極のパターン形状を切替えること、を備える請求項７記載の電気めっき方法。
【請求項９】
めっき液を収容可能に構成された反応槽と、
前記反応槽内に設けられ、所望のパターン状に形成された陽極と、
前記反応槽内に設けられ、前記陽極と陰極表面に成膜される金属めっき膜の表面との距離が、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さくなるように前記陽極に対向配置される陰極と、
前記陽極及び前記陰極に接続される電源と、を備えることを特徴とする電気めっき装置。
【請求項１０】
前記陽極及び前記陰極の少なくともいずれかを移動させることで極間距離を調整可能に構成された調整装置と、
前記反応槽に少なくとも被めっき金属イオンと電解質と界面活性剤を含有する前記めっき液を供給するめっき液供給部と、
前記電源、前記調整装置、及び前記めっき液供給部の動作を制御することにより、前記めっき液が配された前記反応槽内において、前記陽極と、陰極とを、反応槽内において前記陽極と陰極表面に成膜される金属めっき膜の表面との距離が、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さくなるように対向配置させた状態で、前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜させる、制御部と、を備える請求項９記載の電気めっき装置。
【請求項１１】
前記反応槽に超臨界流体を供給する超臨界流体供給部と、
前記超臨界流体供給部の動作を制御する制御部と、を備える請求項９記載の電気めっき装置。
【請求項１２】
前記陽極は、導電性のベースと、前記ベース上にパターン状に形成された極面及び絶縁膜と、を備え、
前記陰極は、シード層を有する基材を備え、
前記ベースが前記電源の正極側に接続され、
前記基材が前記電源の負極側に接続される、請求項９乃至１１のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記成膜の時間、前記陽極または前記陰極に印可する電流量、及び成膜されるめっき膜の厚さ、の少なくともいずれかに応じて、前記極間距離を広げる、請求項
１０乃至１２のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記陽極と陰極表面に成膜される金属めっき膜の表面との距離が、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さくなる極間距離で、前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることでめっき膜を成膜することと、
前記成膜を停止して前記極間距離を広げ、前記陽極と陰極表面に成膜される金属めっき膜の表面との距離が、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも大きく広げることと、を交互に繰り返す、請求項１０乃至１３のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項１５】
前記陽極は、前記陰極の一部に対応するパターン形状に構成されるとともに、前記陰極に対向して配置され、
前記制御部は、前記陽極が前記陰極に対向した状態で前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜することと、前記陽極を前記陰極に対して相対的に移動させることと、を交互に繰り返し複数回行う、請求項１０乃至１４のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項１６】
前記陽極は、アレイ状に配された複数の陽極素子を有し、
前記陽極素子と電源との接続状態を切替可能に接続されたスイッチを備え、
前記スイッチの切替えにより前記陽極の前記パターンの形状が可変に構成された請求項９乃至１５のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項１７】
前記陽極は、アレイ状に配列された複数の陽極要素を備え、
前記陽極素子に接続され、前記陽極素子の接続状態を切替え可能に接続されたスイッチと、
前記スイッチを切替えることで前記めっき膜の形状を制御する制御部を備える、請求項９乃至１６のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項１８】
前記スイッチは、前記複数の陽極素子の各列及び各行にそれぞれ接続されたトランジスタスイッチである、請求項１７記載の電気めっき装置。
【請求項１９】
前記反応槽内を大気圧以上に加圧する加圧装置を備える請求項９乃至１７のいずれか記載の電気めっき装置。
【請求項２０】
パターン状の陽極と、陰極とを、反応槽内において前記陽極と陰極表面に成膜される金属めっき膜の表面との距離が、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さくなるように対向配置させることと、
前記反応槽に少なくとも被めっき金属イオンと電解質と界面活性剤を含有するめっき液を配すことと、
前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜することと、を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気めっき装置、電気めっき方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理技術の発達、普及により電子機器の小型化、薄型化、高性能化が進められており、これに伴って半導体パッケージも小型化の傾向にある。特に、携帯端末等に多用される数ピン〜１００ピン程度の半導体パッケージは、従来のＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔ−ｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）からより小型なノンリードタイプのＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔ−ｌｉｎｅ  Ｎｏｎ−ｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ−ｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）に変化し、近年ではさらに小型なＷＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）へ形態が変わりつつある。
【０００３】
一般的なＷＣＳＰは、パッケージの下面にはんだボールが格子状に複数形成されており、このはんだボールで基板電極上に接続される。
【０００４】
ＳＯＰ、ＱＦＰ、ＳＯＮ、ＱＦＮといったパッケージの製造工程は、ダイシング後の個片化した半導体チップを、リードフレームにマウントする工程、ワイヤボンディングで接続する工程、封止樹脂でモールドする工程、リードを切り離す工程、リードを外装めっきする工程を有する。
【０００５】
一方、ＷＣＳＰの製造工程は、ウェハをダイシングして半導体チップにする前段階、すなわち、半導体ウェハの表面上にはんだボールを搭載した後、ダイシングして個片化するだけであるため、極めて生産性が高い。
【０００６】
ＷＣＳＰでは、チップの電極パッドの配置をはんだボールの配置に変換するため、Ｃｕの電気めっきを用いたセミアディティブ法による再配線形成が必要である。セミアディティブ法は、電気めっき時の陰極となるシード層の形成、再配線形状をパタニングしたレジスト層形成、電気めっきによるＣｕめっき、レジスト層の剥離、シード層のエッチングの５工程から構成される。
【０００７】
これらの工程は、プロセス及び寸法に関して前工程のＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ−Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ）と後工程の中間に位置するため、中間工程と呼ばれ、ウェハプロセスを用いることから、量産装置にはＢＥＯＬで用いられる装置に近い装置が用いられる。
【０００８】
具体的には、シード層形成には例えばＴｉとＣｕの積層薄膜が用いられ、これらを形成するには、ウェハ上に金属薄膜を形成するスパッタ装置が用いられる。また、レジスト層形成にはレジスト塗布、ベーキング、現像、洗浄・乾燥を自動で行うコーター・デベロッパーとステッパ露光装置が用いられる。
【０００９】
電気めっき装置では、ウェハ表面のシード層に通電する必要があり、ウェハを一枚毎にホルダに設置し、通電用の接点をとるために枚葉式の装置が用いられる。一般的な電気めっき装置では、陰極となるシード層を形成したウェハと陽極の間隔は、めっき膜の膜厚均一性を高めるため、可能な限り大きく設定されている。この距離は、少なくとも１ｍｍ以上であり、１０ｍｍ以上の場合が一般的である。また、シード層表面の酸化物を除去する前処理工程、Ｃｕめっき工程、洗浄・乾燥工程の３工程が必要であり、処理間での相互汚染を防ぐために、各工程の処理槽をそれぞれ個別に有し、槽間の自動搬送装置を備えた装置が用いられる。
【００１０】
一方、その後のレジスト層の剥離装置およびシード層のエッチング装置では、ウェハを剥離液ないしエッチング液に浸漬するだけの処理のため、枚葉式の装置に加え、複数のウェハを同時に処理するバッチ式の装置も使用可能である。この場合、めっき装置と同様に処理間での相互汚染を防ぐために、各処理槽に加え、水洗槽を個別に有し、槽間の自動搬送装置を備えた装置が用いられる。
【００１１】
これら複数の装置を用いた一連の工程によって、その最小線幅が１０μｍ以下の配線や、配線幅に対する配線高さの比であるアスペクト比が０．５以上の配線を、形成することが可能である。しかも、めっき材料として抵抗率の低いＣｕを用いることができ、高い配線密度と低い電気抵抗が両立可能である。
【００１２】
一方、これら一連の装置の処理能力は数１０００ウェハ／月以上で高いものの、いずれもワイヤボンディング装置、ダイボンディング装置等の通常の後工程装置に比較して極めて高額で設置スペースも大きいため、初期投資額が多額となり、少量多品種な製品へ適用することは難しく、生産量の変化に柔軟に対応することも困難である。
【００１３】
以上のように、ＷＣＳＰを生産する場合は、大規模な生産装置を設置する床面積や高額な初期投資が必要となるため、それらに見合わない少量多品種な製品に対してＷＣＳＰを適用することは事実上困難である。特に、一連の工程で、レジストに関連するレジスト形成、露光、現像、剥離の工程は、全工程の半分以上を占めるとともに、これらの工程は使用される材料を含め、最終的な製品の構成材として残らない間接的なものであるため、生産性向上と低コスト化に向け、これらレジストに関連する工程を簡略化する工法が開発されつつある。
【００１４】
例えば、インクジェット法により金属ナノペーストを吐出し、基板上にレジストを用いることなく金属配線パターンを形成する技術が知られている。本法によれば、銀や銅などの材料で、厚さ２μｍ、最小線幅約３０μｍ、ピッチ６０μｍ程度の配線を基材上に直接描画する方法で形成できる。
【００１５】
しかしながら、本方法では、粘度の小さいナノペーストを用いるため、基材表面との相互作用が強く影響し、安定して微細なパターンを形成することは難しいとされている。また、配線の厚みにも限界があり、アスペクト比が０．５を超えるような配線パターンを形成することは困難である。さらに、形成される配線は、ナノペーストを焼結したものであるため、完全なバルク状金属とは性質が異なり、電気抵抗や伸び率、引張り強度などの点でバルク材料に劣り、電気的性能や信頼性については、従来の電気めっきによるセミアディティブ法で形成した配線よりも低下する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許３７０３１３２号公報
【特許文献２】特許４４４０６０９号公報
【特許文献３】特許４１０１２６１号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】坂井  ：  電子情報通信学会誌．Ｖｏｌ９０、Ｎｏ７、ｐｐ．５４４−５４８  （２００７）
【非特許文献２】Ｈ．  Ｙｏｓｈｉｄａ、  Ｍ．  Ｓｏｎｅ  ：  Ｃｈｅｍ．  Ｌｅｔｔ．１１、ｐｐ．１０８６−１０８７  （２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の実施形態は、工程を簡略化し処理コストを低減できる電気めっき方法、電気めっき装置、半導体装置の製造方法、及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
実施形態にかかる電気めっき方法は、パターン状の陽極と、陰極とを、反応槽内において距離をあけて対向配置させることと、前記反応槽に少なくとも被めっき金属イオンと電解質と界面活性剤を含有するめっき液を配すことと、前記陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることにより、前記陰極の表面に金属めっき膜をパターン状に成膜することと、を備え、前記陽極と陰極の極間距離を制御し、前記陽極と前記陰極の表面に成膜される金属めっき膜パターン表面との距離を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さく設定する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る電気めっき装置の概略構成を示す説明図。
【図２】同実施形態にかかる電気めっき装置の一部の概略構成を示す説明図。
【図３】同電気めっき方法の陰極部における電流分布を示す説明図。
【図４】同電気めっき方法における電流密度及び極間距離を示す説明図。
【図５】同電気めっき方法により形成されるＣｕ配線の断面形状を示す説明図。
【図６】同電気めっき方法により製造される半導体装置の一例を示す説明図。
【図７】第２実施形態に係る電気めっき装置の一部の概略構成を示す説明図。
【図８】第３実施形態に係る電気めっき装置の一部の概略構成を示す説明図。
【図９】同電気めっき装置の陽極部の概略構成を示す説明図。
【図１０】同実施形態にかかる電気めっき方法の説明図。
【図１１】同電気めっき方法の説明図。
【図１２】第４実施形態にかかる電気めっき方法における電流密度と極間距離の関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
以下、第１実施形態にかかる電気めっき装置１及び電気めっき方法を用いた半導体装置または配線基板の製造方法について、図１乃至図６を参照して説明する。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。図１は、第１実施形態に係る電気めっき方法に用いる電気めっき装置１の概略構成を示す説明図である。図２は電気めっき装置１の一部を示す説明図である。図３は、本実施形態に係る電気めっき方法の陰極における電流分布を示す説明図である。図４は、同電気めっき方法における電流密度と極間距離Ｌ２の関係を示す説明図である。図５は電気めっき方法により形成したＣｕ配線の断面プロファイルを示す説明図である。図６は半導体装置の一例を示す説明図である。
【００２２】
本実施形態において、一例として、めっき液３６に超臨界ＣＯ２を混合し、めっき膜５２としてＣｕ配線を図６に示す半導体素子１０１が形成されたＳｉなどの基材３１上に成膜してＷＣＳＰ等の半導体装置１００Ａを製造する例を説明する。尚、基材３１として半導体素子１０１が形成されていない基材を用いることで、同様の方法で配線基板１００を製造することもできる。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係る電気めっき装置１は、めっき液３６を収容する反応槽１１と、反応槽１１内に配される陽極部１２と、陽極部１２を支持する陽極支持部１３と、反応槽１１内において陽極部１２に対向配置された陰極部１４と、陰極部１４を支持する陰極支持部１５と、通電用の直流定電流源１６と、反応槽１１の供給側に流体供給管３８を介して接続された超臨界流体供給部１８と、反応槽１１の供給側に液体供給管３４を介して接続されためっき液供給部１７と、反応槽１１の排出側に排出管４７を介して接続された処理容器１９と、各部を制御する制御部２０と、を備える。
【００２４】
反応槽１１は、例えば内壁がテフロン（登録商標）コートされたステンレス製の圧力容器で構成され、上部に開口を有する方形の筺状のケース体１１ａと、ケース体１１ａに設けられ開口を開閉する蓋体１１ｂと、を備える。反応槽１１は、めっき液３６と超臨界状態のＣＯ２が収容されるとともに陽極部１２と陰極部１４が対向配置される内部空間を有する。反応槽１１は、流体供給管３８，及び液体供給管３４を介してめっき液供給部１７及び超臨界流体供給部１８にそれぞれ接続されるとともに、排出管４７を介して処理容器１９に接続されている。
【００２５】
図２に示す陽極部１２は、ベース２１と、ベース２１の陰極部１４側の面上に形成された極面２２及び絶縁膜２３と、を備えている。
【００２６】
ベース２１は例えば純Ｃｕ板で形成され、ＸＹ平面を構成するとともに互いに対向する２面を有している。ベース２１は例えばΦ２２０ｍｍの円形のプレート状に構成されている。ベース２１の一方側の第１面２１ａ上には絶縁膜２３と極面２２とが形成される。ベース２１は、その他方側の第２面２１ｂが陽極支持部１３に接合され、Ｚ軸方向に移動可能に取付けられている。ベース２１は、接続リードを介して直流定電流源１６の正極に接続されている。
【００２７】
陽極としての極面２２は、例えばＴｉ／Ｐｔの膜で 構成され、めっき膜５２のパターン形状に対応する所定のパターン形状に構成されている。本実施形態において、ベース２１上に形成 される極面２２のパターン形状は、基材３１上に形成されるめっき膜５２のパターンと中心線が同じであって、そのパターン幅を調整したものである。例えば、幅が２０μｍ程度、高さ、すなわち膜厚、が１０μｍ程度で、パターン断面における最大高さに対する半値幅が１０μｍで、４０μｍピッチの配線パターンを形成したい場合は、極面２２は、パターン幅の最小幅が１０μｍ、３０μｍ間隔の、４０μｍピッチのパターン状に形成される。パターン状の極面２２は、ベース２１を介して直流定電流源 １６の正極に接続される。
【００２８】
絶縁膜２３は、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の無機膜、あるいはポリイミド、エポキシ等からなる有機膜で構成されている。絶縁膜２３は、ベース２１の第１面２１ａ上において、極面２２が形成されていない領域に成膜されている。
【００２９】
すなわち、ベース２１の第１面２１ａには、所定の部位に極面２２がパターン形成され、その他の部位に絶縁膜２３が成膜されている。極面２２の表面と絶縁膜２３とは概略同一面を構成している。
【００３０】
陽極支持部１３は、陽極部のＺ方向位置を調整することで極間距離Ｌ２を調整可能に構成された調整装置である。陽極支持部１３は、Ｚ方向の長さが可変に構成された圧電部１３ａと、圧電部１３ａの一方に設けられ蓋体１１ｂに接合される接合面を有する第１の支持プレート１３ｂと、圧電部１３ａの他方に設けられベース２１に接合される支持面を有する第２の支持プレート１３ｃと、を備えている。
【００３１】
圧電部１３ａは例えば圧電セラミック材料を複数層積層して備えるとともに、電気接続用の電圧端子１３ｄを有している。圧電部１３ａは、電圧端子１３ｄに印加する電圧に応じて、基材３１の表面と垂直なＺ軸方向の長さが例えば０．１μｍ以下の精度で０〜４０μｍの範囲で可変である。
【００３２】
陽極支持部１３の一方の端面は反応槽１１の蓋体１１ｂの下面に接合され、他方の端面はベース２１の第２面２１ｂに接合される。
【００３３】
陽極支持部１３は、電圧の印可によって圧電部１３ａのＺ方向長さを調整することで、ベース２１のＺ軸方向の位置を調整し、極面２２と基材３１表面とのＺ方向距離である極間距離Ｌ２を調整する。
【００３４】
陰極部１４は、プレート状の基材３１であり、ウェハ３１ａと、ウェハ３１ａ上に形成されるシード層３１ｂと、を備える。例えばＳｉからなるウェハ３１ａ上にシード層３１ｂが例えばＴｉ／Ｃｕ積層膜がスパッタや蒸着法等の物理的被着法で形成されている。例えば本実施形態では、Φ２００ｍｍの円板状の基材３１を用いる。基材３１は直流定電流源１６の負極側に接続されている。
【００３５】
なお、Ｔｉ層はＳｉウェハ３１ａとの密着強度を高めるために形成され、その膜厚は０．１μｍ程度が望ましい。Ｃｕ層は主に給電に寄与するために形成され、その膜厚は０．２μｍ以上が好ましい。
【００３６】
陰極支持部１５は、ケース体１１ａに設置され上面に基材３１を支持する支持台１５ａと、支持台１５ａに基材３１を固定する押さえ部材１５ｂと、を備えている。
【００３７】
めっき液供給部１７は、ＣＯ２を除いためっき液３６を貯留するとともに液体供給管３４を介して反応槽１１に接続されるめっき液タンク３３を備えている。液体供給管３４は、めっき液タンク３３から反応槽１１内に至る流路を構成する配管である。液体供給管３４には配管内を流れる流体の流量を調整する制御バルブ３５が設けられている。
【００３８】
めっき液３６は、例えば金属イオンと電解質を含む流体である。めっき液３６として、例えば一般的な硫酸銅めっき液３６を用いることができる。本実施形態において、めっき液３６として硫酸銅５水和物と硫酸の混合溶液に、界面活性剤を添加した一般的な硫酸銅めっき液を用いる。なお、めっき液３６はこれに限られるものではなく、例えばピロリン酸銅めっき液やスルファミン酸銅めっき液等、他のめっき液を用いてもよい。
【００３９】
超臨界流体供給部１８は、二酸化炭素ボンベ３７と、二酸化炭素供給管３８を介して二酸化炭素ボンベ３７及び反応槽１１に連通された温調ポンプ３９と、を備えている。
【００４０】
超臨界流体は、温度と圧力で決まる物質の状態図において、固体、液体、気体のいずれにも属さない状態の流体であり、高拡散性、高密度、ゼロ表面張力等の特性によって、ナノレベルの浸透性や高速反応に寄与することが知られている。本実施形態においては、超臨界流体として、超臨界ＣＯ２を用いる。なお、本実施形態においては二酸化炭素に界面活性剤を添加することで乳濁化し、電気めっきに応用できるようにした超臨界ＣＯ２エマルジョン（ＳＣＥ：Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ＣＯ２  Ｅｍｕｌｓｉｏｎ）を用いる。
【００４１】
二酸化炭素ボンベ３７は高圧の二酸化炭素を貯留する容器である。二酸化炭素ボンベ３７は例えば４Ｎの液化ＣＯ２を貯留する。
温調ポンプ３９は、二酸化炭素供給管３８を介して二酸化炭素ボンベ３７に接続され、二酸化炭素ボンベ３７からの二酸化炭素ガスを加熱するヒータ４１と、二酸化炭素ガスを圧縮するコンプレッサ４２と、このコンプレッサ４２の出口側に接続された圧力計４３と、を備えている。
【００４２】
ヒータ４１は、二酸化炭素をその臨界温度３１．１℃以上の所定温度、例えば本実施形態では４０度程度に加熱する。コンプレッサ４２は、例えば高圧ポンプであり、二酸化炭素ガスをその臨界圧７．３８ＭＰａ以上の所定圧、例えば本実施形態では１５ＭＰａに、加圧する。
【００４３】
二酸化炭素供給管３８は、二酸化炭素ボンベ３７から温調ポンプ３９を通って反応槽１１内に至る流路を構成する配管である。二酸化炭素供給管３８の温調ポンプ３９上流側及び下流側にはそれぞれ配管内を流れる流体の流量を調整する制御バルブ４４，４５が設けられている。
【００４４】
超臨界流体供給部１８は、二酸化炭素ボンベ３７から、制御バルブ４４によって決定される流量の二酸化炭素を、ヒータ４１に供給し、ヒータ４１によって臨界点である３１℃以上の温度に加熱し、コンプレッサ４２によって臨界点である７．４ＭＰａ以上の圧力に加圧し、超臨界状態となった二酸化炭素を反応槽１１に供給する。
【００４５】
電源としての直流定電流源１６は、陽極部１２と陰極部１４間に通電し、陰極部１４上にめっき液３６中の金属イオンを還元して析出させるための電流供給装置であり、その正極は陽極部１２のベース２１を介してパターン状の極面２２に接続され、陰極は陰極部１４のシード層３１ｂに接続される。
【００４６】
処理容器１９は、例えば金属製の容器であり、排出管４７を介して反応槽１１に接続されている。排出管４７は反応槽１１から処理容器１９へ至る流路を構成する配管である。排出管４７は排出流路の途中から分岐して再び排出流路に戻る分岐流路を構成する分岐管４８を備えている。排出管４７の分岐部よりも上流側には配管内を流れる流体の流量を調整する制御バルブ４９が設けられている。分岐流路には背圧調整弁５１が設けられている。背圧調整弁５１は、流体の流量を高精度に制御できる可変バルブで構成され、反応槽１１内の圧力を所定の圧力である１５ＭＰａに保つ機能を有する。
【００４７】
以上のように構成された電気めっき装置１を用いて基材３１にパターン形成を行う電気めっき方法について、図２乃至図６を参照して説明する。
【００４８】
本実施形態にかかる電気めっき方法は、陽極としてのパターン状の極面２２と、陰極である基材３１とを、離間して対向させて反応槽１１内に配置することと、反応槽１１にめっき液３６を配すことと、基材３１の電位を負にすることにより基材３１の表面に金属膜であるめっき膜５２を形成することと、を備え、前記陽極と前記陰極の距離を制御し、陽極と前記陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅よりも小さく設定する。
【００４９】
具体的には、まず、前処理として、基材３１を、電解質液に浸漬させる。本実施形態においては、１０ｗｔ．％のＨ２ＳＯ４水溶液に１分間浸漬することで、シード層３１ｂのＣｕ表面に形成された自然酸化膜を除去する。なお、酸化膜の成長状態により、この酸化膜を確実に除去できる前処理液の種類や組成、処理時間を適宜調整することが好ましい。
【００５０】
そして、前処理が施された基材３１と、陽極が形成されたベース２１とを、反応槽１１内に対向して設置する。基材３１とベース２１を設置後、反応槽１１の蓋体１１ｂを閉じて、反応槽１１を密閉する。
【００５１】
制御部２０は、陽極支持部１３のＺ軸方向の長さを可変することで、陽極部１２のＺ方向位置を調整し、陽極部１２の極面２２と陰極部１４の基材３１表面を平行に維持したまま、極間距離Ｌ２を制御し、陽極と前記陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離Ｌ２’を、例えば形成する最小幅のパターンの半値幅Ｌ１である１０μｍ未満の所定値に設定する。
【００５２】
めっき前の極間距離Ｌ２＝Ｌ２’は例えば静電界シミュレーションにより設定する。図３は、静電界シミュレーションによって求めた陰極表面の二次電流分布であり、１０μｍ幅の陽極パターンに対し、極間距離Ｌ２が３μｍ、５μｍ、１０μｍの場合をそれぞれ示している。
【００５３】
図３に示されるように、極間距離Ｌ２が小さくなるに従い、電流分布のピークは大きくなりその半値幅も小さくなっていることがわかる。極間距離Ｌ２＝１０μｍの条件下では、電流分布は均一化され、電流の最小値と最大値の比は０．５８程度であり、電流分布のピーク値に対する半値幅は２０μｍ以上である。従って、この条件でめっきを行っても、めっき膜厚のピーク値に対する半値幅が１０μｍとなるようなめっきパターンを得ることはできない。一方、極間距離Ｌ２＝５μｍの条件下では、電流の最小値と最大値の比は０．１３と小さくなる。めっき後のエッチバック工程を考慮すると、この比は小さい方が好ましく、少なくとも０．５以下であることが望ましい。この場合の電流分布のピーク値に対する半値幅は約１０μｍである。従って、この条件でめっきを行った場合、図５に示すように、めっき膜厚のピーク値に対する半値幅が１０μｍ程度となるような微細幅のめっきパターンを得ることが可能となる。以上より、本実施形態において、めっきを開始する前の極間距離Ｌ２を、陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも小さく設定する。
【００５４】
次に、めっき液３６及び超臨界状態のＣＯ２を反応槽１１内に入れる。具体的には、まず制御部２０が液体供給管３４の制御バルブ３５を所定量開くことによって、制御バルブ３５によって決定される所定流量のめっき液３６を、タンク内から反応槽１１に供給する。
【００５５】
続いて、制御部２０が流体供給管３８の制御バルブ４４、４５を所定量開くことによって、二酸化炭素ボンベ３７から、制御バルブ４４によって決定される流量の二酸化炭素を、温調ポンプ３９に供給する。そして、制御部２０は、ヒータ４１を制御して二酸化炭素をその臨界温度３１．１℃以上に加熱させ、コンプレッサ４２を制御して、二酸化炭素ガスを所定圧、例えば、二酸化炭素をその臨界圧７．３８ＭＰａ以上に加圧する。さらに、反応槽１１に接続されたコンプレッサ４２と背圧調整弁５１を制御し、反応槽１１内を１５ＭＰａに調整する。また、反応槽１１の外部に設けられた外部ヒータによって反応槽１１外部の温度も４０℃となるように制御する。
【００５６】
ここで、めっき液３６と超臨界流体であるＣＯ２の体積比は例えば８：２、すなわちＣＯ２が２０ｖｏｌ．％となるように流量設定する。一般にＣＯ２が超臨界状態となる臨界点は、３１℃、７．４ＭＰａであるが、本実施形態では、反応槽１１内の全ＣＯ２が確実に超臨界状態となるように、臨界温度＋９℃、臨界圧力＋７．６ＭＰａのマージンを設けた。ただし、これらの値は、反応槽１１内の温度や圧力分布等を考慮して適宜決めることができる。
【００５７】
制御部２０は、圧力計４３や温度計によって検出される反応槽１１内の圧力と温度が所定値以上で安定した時点で、直流定電流源１６を入れ、めっき電流を定電流で所定の時間通電する。
【００５８】
図４は、時間ｔ［ｍｉｎ］と、電流密度Ｄ［Ａ/ｄｍ２］と、極面２２と基材３１すなわちシード層３１ｂの表面とのＺ方向距離である極間距離Ｌ２［μｍ］および、極面２２と形成されためっき膜５２の表面とのＺ方向距離である極間距離Ｌ２’［μｍ］を示すグラフである。
【００５９】
反応槽１１内において、通電により基材３１が負極となると、極間距離Ｌ２が短いことから、基材３１の表面の電界は陽極パターンに対向した部分に集中する。この結果、陰極である基材３１の表面には陽極のパターンに対応したパターン状にめっき膜５２が形成され、Ｃｕ配線が形成される。
【００６０】
ここで、陰極表面に形成される電界は、静電場の理論がそのまま適用され、ラプラスの微分方程式を適当な境界条件の下で解いて得ることができる。めっき電流分布は、正しくはめっき時の電流密度、めっき液３６の特性により修正される。ラプラスの微分方程式で得られる電流分布は一般に一次電流分布と呼ばれ、電極表面で化学反応が生じるめっきの場合には、陽極および陰極でそれぞれ分極が生じるため、境界条件としてこの現象を取り込む必要がある。この結果から得られる電流分布は二次電流分布と呼ばれ、二次電流分布は一次電流分布よりもさらに均一化される傾向となる。
【００６１】
二次電流分布の均一化の指標は、めっき液３６の導電率と分極抵抗の積Ｗで決定される。この積Ｗが０の場合、二次電流分布は一次電流分布と等しくなり、Ｗの増加に伴い二次電流分布は一次電流分布に比べより均一化されることとなる。
【００６２】
すなわち、一次電流分布と二次電流分布の間には一定の関係が生じ、例えば、一次電流分布の標準偏差σに対し、前記の積Ｗが０．５の場合は、二次電流分布の標準偏差はσの概略２／３となり、Ｗが１．０の場合は、二次電流分布の標準偏差はσの概略１／２となる。
【００６３】
なお、一般的な電気めっきにおいては、めっき液３６の温度上昇に伴い導電率は増加し、分極抵抗は減少する傾向にある。これらの傾向の詳細な挙動は、用いるめっき液３６によって異なる。したがって、均一なめっき膜厚が求められる一般的なめっきでは、指標となるめっき液３６の導電率と分極抵抗の積が安定的かつ大きくなる条件を選定することになる。また、陰極表面の電位対電流特性すなわち陰分極線は、一般には線形ではなく、二次曲線に近い特性となり、電流密度の増加に対して分極抵抗は減少する傾向となる。したがって、一般的なめっきでは、電流密度は生産性を考慮して許されるめっき時間内で成膜可能な範囲で低くすることが好ましい。硫酸銅と硫酸からなり、硫酸濃度の高い高均一電着性浴あるいはハイスロー浴といわれるめっき液３６によるＣｕめっきでは、通常、Ｗが０．５以上となるような条件が主に用いられる。
【００６４】
これに対して、本実施形態にかかる電気めっき方法では、パターン状の電極に対応するパターン状のめっき膜５２を得るために、Ｗは０．５未満とすることが好ましい。
【００６５】
すなわち、電流密度は、一般的なＣｕめっきでは、基材３１表面での電流密度の均一性を高めるため、通常、分極抵抗が大きくなる５Ａ／ｄｍ２以下に設定されるが、本実施形態では、分極抵抗を小さくするため、一般的なＣｕめっきよりも高めの１０Ａ／ｄｍ２に設定した。この時の平均成膜速度は約２μｍ／ｍｉｎとなる。
【００６６】
本実施形態において、制御部２０は、成膜時間、電流量、または成膜されるめっき膜５２の厚さ、に応じて、極間距離Ｌ２を広げるように調整する。
【００６７】
図４は陰極に印加する電流密度と極間距離Ｌ２およびＬ２’の関係を示すグラフである。制御部２０は、めっき開始直後から、経過時間に応じて、電圧端子１３ｄに電圧を印可することで、めっき膜５２の平均成膜速度と同じ速度、ここでは例えば２μｍ／ｍｉｎで、圧電部１３ａのＺ軸方向の長さが縮むように制御する。すなわち、極間距離Ｌ２が小さいと、成膜の度合いによってはシード層３１ｂに形成されるめっき膜５２と、陽極である極面２２の間の距離Ｌ２’が縮まり、互いに接触したり近接しすぎたりするために、成膜処理が妨げられることが考えられるが、本実施形態では、成膜速度と同等の速度でＺ方向において極間距離Ｌ２を広げることで、成膜面となるめっき膜５２の表面と、極面２２との間の距離Ｌ２’を一定値、例えば成膜開始時の極間距離Ｌ２と同等に、維持することができる。
【００６８】
そして、めっき開始から所定時間経過後に、直流定電流源１６の電源を切り、通電を止めるとともにＺ軸調整機構の制御を停止する。例えば通電開始から停止までの時間は５ｍｉｎとする。
【００６９】
その後、排出側の制御バルブ４９を開放することで、反応槽１１内の超臨界流体やめっき液３６を排出するとともに、反応槽１１内を常圧に戻す。そして、反応槽１１の蓋体１１ｂを開き、Ｃｕ被膜が成膜された基材３１を取出し、水洗・乾燥を行う。
【００７０】
さらに、めっき膜５２が成膜された基材３１を、１０ｗｔ．％のＨ２ＳＯ４および１０ｗｔ．％のＨ２Ｏ２の混合水溶液に浸漬し、Ｃｕめっきで形成された配線パターン間に析出した余剰Ｃｕおよびシード層３１ｂの構成層であるＣｕを除去するエッチバックを行う。
【００７１】
なお、めっきＣｕ膜は本工程で溶解するが，その溶解厚さは２μｍ程度であるため支障はない。配線パターン間のＣｕ残渣が無くなった後、シード層３１ｂのＴｉ層が露出するため、続けてＴｉのエッチングを行う。Ｔｉのエッチングは、Ｈ２Ｏ２とアンモニア水とキレート剤の混合溶液で行う。また、Ｔｉ溶解時にめっきＣｕ膜は殆ど溶解しない。
【００７２】
以上の工程により、レジストを用いずに基材３１上の陽極部に対向した１５０ｍｍ×１５０ｍｍの領域にＣｕめっきにより配線パターンを形成することができる。以上により、図２に示すように、基材３１上に所定のパターン状のめっき膜５２が形成されて構成される半導体装置１００Ａが製造される。
【００７３】
なお、図６に示す半導体装置１００Ａは、複数の半導体素子１０１と、各半導体素子１０１に接続される配線３１ｇと、絶縁層３１ｆと、配線３１ｇに接続されためっき膜５２と、を備える。
【００７４】
また、基材３１として、半導体素子が形成されていない基材を用い、上記電気めっき装置１および電気めっき方法で基材３１に配線パターンを形成することで、配線基板１００を製造することができる。すなわち、本実施形態にかかる配線基板１００の製造方法は、上記電気めっき装置１および電気めっき方法によって、基材３１上に、めっき膜５２として配線を成膜することを備える。
【００７５】
以上のように形成したＣｕ配線に対し、レーザ顕微鏡により、配線の表面形状測定を行った。図５は、レーザ顕微鏡により測定したＣｕ配線のめっき後およびエッチング後の断面プロファイルを示している。図５において、横軸は幅寸法［μｍ］であり、縦軸は膜厚［μｍ］を示す。図５より、めっき後では、図３に示した電流分布と同様に、めっき膜厚のピーク値１２μｍに対する半値幅が１０μｍ程度となる配線が形成できており、エッチング後では、膜厚のピーク値１０μｍに対する半値幅が８μｍ程度で、配線幅約２０μｍ、配線高さ約１０μｍ、アスペクト比０．５以上のＣｕ配線が形成できていることが分かる。
【００７６】
本実施形態にかかる電気めっき装置１及び電気めっき方法によれば、陽極をパターン化するとともに、陽極と陰極の距離Ｌ２を制御し、陽極と前記陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離Ｌ２’を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも小さく設定することで、レジストを用いることなく、高精度に配線パターンを形成することができる。すなわち、ソリッドな材料で微細かつ高アスペクトな配線を、レジストを用いることなく形成することが可能であり、ペーストを用いた印刷法やインクジェット法と比べて、低抵抗で電気的特性に優れ、かつ、延性や引張り強度が高く機械的特性に優れるという効果が得られる。
【００７７】
また、本実施形態にかかる電気めっき装置１及び電気めっき方法では、超臨界ＣＯ２を反応槽１１に導入したことにより、極間距離Ｌ２が小さくても、高精度なパターン形成が可能となる。すなわち、極間距離Ｌ２が小さいと、イオンを供給しにくいと考えられるが、浸透性の高いめっき液３６中の超臨界ＣＯ２ミセルがその極間に入り込むため、ミセル周囲のめっき液３６も追随して流動し、結果として極間中の被めっきイオンの供給を促進できる。
【００７８】
また、上記実施形態にかかる電気めっき装置１及び電気めっき方法は、成膜される膜厚に応じて極間距離Ｌ２を調整することで、極間距離Ｌ２が小さい場合にも、めっき膜５２と陽極との隙間を所定値以上確保することができることから、膜厚の大きいめっき膜５２の成膜にも適用可能である。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態にかかる電気めっき装置２、電気めっき方法及び配線基板の製造方法について、図７を参照して説明する。図７は第２の実施形態に係る電気めっき装置２の一部の概略構成を示す説明図である。
【００７９】
本実施形態にかかる電気めっき装置、電気めっき方法、半導体装置の製造方法、及び配線基板の製造方法は、陰極の一部に対応する陽極を用い、陰極または陽極のＸＹ平面における移動と、成膜とを交互に繰り返すことで、所定のめっき膜５２を陰極上にパターン形成する。例えば、陰極である基材３１上のシード層３１ｂ表面に、所望のパターンを、ある単位で繰り返し形成する場合に適用する。
【００８０】
本実施形態にかかる電気めっき装置２は、陽極部１２の形状および大きさが、基材３１のＣｕ配線パターンを形成する領域より小さく構成され、陽極部１２と陰極部１４を相対的に移動させながら繰り返し成膜することにより、あるパターン形状を、複数箇所に並列形成するものである。この他、電気めっき装置２、電気めっき方法、半導体装置の製造方法、および配線基板の製造方法について装置の各部の構成や電気めっき方法の詳細は上記第１実施形態にかかる電気めっき装置１および電気めっき方法、半導体装置の製造方法、および配線基板の製造方法と同様である。したがって、共通する構成および方法の説明を省略する。
【００８１】
本実施形態にかかる電気めっき方法において、陽極部１２は、陰極部１４の一部に対応するパターン形状に構成されるとともに、陰極に対向して配置される。図７に示すように、陽極は陰極の一部のみに対応するサイズおよびパターン形状に構成されている。本実施形態において、基材３１表面は例えば外形Φ２００ｍｍの円板状で、Ｃｕ配線パターンを形成する領域はその内の１５０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形状であり、陽極部１２は例えば３０×３０ｍｍの方形状のプレートである。
【００８２】
また、本実施形態にかかる電気めっき装置２の陰極支持部１５は、支持テーブル１５ａと、押さえ部１５ｂに加え、制御部２０の制御によって支持テーブルをＸＹ平面において移動可能とする移動装置１５ｄを備えている。
【００８３】
陽極が陰極に対向した状態で陰極の電位を陽極に対して負の電位にすることにより、陰極の表面に金属めっき膜５２をパターン状に成膜することと、陽極を陰極に対して相対的に移動させることと、を交互に繰り返し複数回行う。
【００８４】
本実施形態にかかる電気めっき方法は、陽極部１２のパターン形状に対応するパターン形状のめっき膜５２を、陰極の表面の一部に成膜する成膜処理と、陰極と陽極とを相対的にＸＹ平面上において移動させる移動処理と、を複数回繰り返すことで、複数の単位パターンの並列で構成される所望のパターン形状を陰極の表面に形成するものである。
【００８５】
具体的には、制御部２０は、まず上記第１実施形態と同様に、前処理を施した基材３１と陽極部１２とを所定距離離間させて対向配置させ、反応槽１１にめっき液３６及び超臨界ＣＯ２を供給する。その後、制御部２０は、通電により基材３１上にめっき膜５２を成膜する。なお、成膜時には、第１実施形態にかかる電気めっき方法と同様に、成膜の進行度、例えば電流量、経過時間、または成膜厚さなどに応じて、極間距離Ｌ２を離間させるように調整装置を制御する。
【００８６】
上記第１実施形態と同様に所定厚の成膜処理を行った後、陽極の位置をＸ方向またはＹ方向において陽極の寸法分、位置をずらすとともに、極間距離Ｌ２を初期の値に戻す。そして再び電流を印可し、陽極に対応するパターン状に成膜する。この成膜処理とＸＹ面における移動を繰り返すことで、複数回に分けて広範囲のパターン形成を行う。すなわち、Ｘ方向またはＹ方向に所定のピッチで位置をずらしながら、部分的な成膜処理を、５行、５列で計２５回繰返し、２５カ所に分けて成膜処理をすることで、基材３１のシード層３１ｂ上において、全ての領域にＣｕ配線パターンが形成される。
その後、第1実施形態と同様に、反応槽１１内を常圧に戻して排出処理を行うとともに、Ｃｕ被膜が成膜された基材３１を取出し、水洗および乾燥処理を施し、エッチバック処理を行う。
【００８７】
本実施形態においても上記第1実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、陽極をパターン化するとともに、陽極と陰極の距離Ｌ２を制御し、陽極と前記陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離Ｌ２’を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも小さく設定することで、レジストを用いることなく、高精度に配線パターンを形成することができる。さらに本実施形態によれば、陽極のパターンを簡略化するとともに陽極部の面積を低減できるため、陽極部の設計や製造に必要な時間や費用を低減できる効果も得られる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図８乃至図１１を参照して説明する。図８及び図９は第３実施形態に係る電気めっき装置３の陽極部１２および陰極部１４の概略構成を示す説明図である。図１０及び図１１は本実施形態にかかる電気めっき方法により、配線基板または半導体装置を製造する方法を示す説明図である。
【００８８】
本実施形態における電気めっき装置３，電気めっき方法及び配線基板の製造方法は、陽極部１２は、アレイ状の複数の微少な陽極素子を備えるとともに、これら複数の陽極素子がスイッチ６０によって直流定電流源１６に接続され、ＯＮ、ＯＦＦ状態を切替え可能に構成されている。この他の点については、上記第２実施形態と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００８９】
本実施形態では、極面２２は、一定の間隔をあけて複数列、複数行にマトリクス状に並列配置された単位極面２２ａによって構成されている。これらの単位極面２２ａは、それぞれ電気的にＯＮ／ＯＦＦ可能なスイッチを介して直流定電流源１６の正極に接続されている。単位極面２２ａの間は絶縁層２２ｂが設けられ、単位極面２２ａ間は絶縁されている。
【００９０】
本実施形態においては、陰極表面に形成したいめっき膜５２のパターンに対応して、これに対応する部分の単位極面２２ａに電流が流れるようにスイッチをセットする。すなわち、直流定電流源１６に接続された単位極面２２ａのみに電流が流れることによって、特定の位置に配置された単位極面２２ａが陽極として機能する。
【００９１】
ここで、陽極の微小な要素である単位極面２２ａの大きさは、少なくとも陰極に形成したいめっきパターンの断面における半値幅よりも小さく設定することが好ましい。例えば、厚さ１０μｍでその断面の半値幅が８μｍ、幅２０μｍの複数の配線が２０μｍの間隔で４０μｍピッチで並んだ配線群をめっき膜５２で陰極上に形成する場合、単位極面２２ａの大きさは、５μｍとし、１μｍ間隔でこれら要素を縦横に並べることで実現できる。これらを５０００個ずつ縦横に並べ、３０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状のプレートであるベース２１上に配置する。複数列複数行に配列された単位極面２２ａの各行及び各列には、図９に示す如く、各単位極面２２ａに接続されるゲート線６２とソース線６３がそれぞれ設けられている。
【００９２】
スイッチ６０は、トランジスタスイッチであり、各行及び各列に設けられたゲート線６２とソース線６３に接続されている。例えばトランジスタのソース線６３に直流定電流源１６の正極を接続し、通電したい要素に接続されたトランジスタを選択し、そのゲート線６２に電圧を印加する。すなわち、各素子のＯＮ／ＯＦＦパターンを設定するだけで、陽極を取換えることなく、陰極上のめっきパターンを変更することが可能となる。トランジスタスイッチを用いることで、配線数を５０００本のゲート線６２と５０００本のソース線６３の計１万本の配線を配設することで、多数の単位極面２２ａのスイッチングが可能に構成されている。
【００９３】
本実施形態に係るめっき方法は、陽極の微小な要素である陽極素子としての単位極面２２ａに接続されるトランジスタスイッチのＯＮ／ＯＦＦの設定を変更し、陽極の電流パターンを変更することで、既に形成したＣｕ配線パターン上に異なるパターンを積層して形成することも可能である。
【００９４】
この場合は、第２実施形態にかかる電気めっき方法と同様に、基材３１上のシード層３１ｂ上の全ての領域にＣｕ配線パターンとなるめっき膜を形成した後、基材３１を初期位置に戻すとともに、成膜されたＣｕ配線の高さ分だけ陽極部１２を上昇させ、極間距離Ｌ２をセットする。そして、所望の電流パターンとなるようにトランジスタスイッチのＯＮ／ＯＦＦの設定を変更し、所定形状のめっき膜５２を形成するめっき工程を繰り返す。すなわち、本実施形態において、各めっき工程のパターンをスイッチの切り替えで設定することができるため、各めっき工程でそれぞれ形成されるめっき膜５２ａ、５２ｂは異なるパターンにすることができる。したがって、複数回の成膜処理で異なるパターン形状のめっき膜を積層形成することが可能となる。
【００９５】
この結果、基材３１上には一定の厚さのＣｕ配線だけでなく、Ｃｕ配線上に柱状のＣｕポストを有するパターンなど、３次元的な複雑な形状のＣｕ構造物を形成することが可能となる。
【００９６】
本実施形態にかかる電気めっき装置３、電気めっき方法、半導体装置の製造方法、及び配線基板の製造方法においても、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、レジストを用いることなく、微細なパターン形状を実現することができるため、汎用性が高く、低コストでの製造が可能である。また、得られる配線は、低抵抗で電気的特性に優れ、かつ、延性や引張り強度が高く機械的特性に優れるという効果が得られる。
【００９７】
また、本実施形態によれば、アレイ状の複数の陽極を、スイッチの切り替えによって任意のパターンを設定することが可能であるため、汎用性が高く、各種パターン形状を高速かつ低コストにて製造できる。特に、製品の配線パターンに応じて、陽極を用意する必要が無いため、陽極の作製に必要な時間や費用を削減でき、段取り変えの手間も省けるため、複数の製品を連続して処理することも可能となる。
【００９８】
また、成膜を繰り返して積層する場合に、容易に異なるパターン形状で形成できることから、３次元的に複雑な構造を連続的に形成可能である。したがって、例えばＷＣＳＰの基板との接続信頼性を高める場合に用いられる再配線上のＣｕポストや、微細ピッチのはんだ接続の際に用いられるＣｕポスト等を、再配線の形成と連続して行うことができる。さらに、ＭＥＭＳ等で用いられる３次元的に複雑な構造体に適用することも無論可能である。
【００９９】
また、本実施形態によれば、陽極の要素数が膨大な数であり個々にスイッチを設けて配線を引き出すことは困難な場合にも、各行及び各列に接続されるトランジスタスイッチを採用することによって、スイッチでの切替えが可能となるため、微細なパターン形状を実現することが可能である。
【０１００】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【０１０１】
例えば上記実施形態において、極間距離Ｌ２は、陽極と陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離Ｌ２’を、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも小さくなるように設定し、成膜の度合いに応じて陽極部１２を陰極部１４から離すことで成膜面までの距離を維持する例を示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として図１２に示す電気めっき方法のように、成膜処理を中断し、極間距離Ｌ２を一時的に広げることによって、極間中のイオンの供給を継続的に促進させることも可能である。
【０１０２】
図１２は本実施形態に係るめっき方法における電流値と極間距離Ｌ２の関係を示す説明図である。本実施形態にかかるめっき方法では、陽極と前記陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離Ｌ２’が、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも小さい状態で陰極の電位を前記陽極に対して負の電位にすることでめっき膜５２を成膜することと、成膜を停止して前記Ｌ２’を前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも大きく広げることと、を交互に行う。すなわち、成膜時において、陽極と前記陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離Ｌ２’は、前記陰極の表面に成膜される最小幅の金属めっき膜パターンの断面における半値幅Ｌ１よりも小さく、その距離は、例えば１０μｍを下回る小ささであるためにイオンの供給が困難となる。このため、極間中のイオンの供給を促進させるため、極間距離Ｌ２およびＬ２’を一時的に拡大することとした。例えば、めっき前の極間距離Ｌ２を５μｍに設定した際、一定時間おきに通電を中断し、通電停止中には極間距離Ｌ２を所定値以上に拡大する。例えば一例として、４０μｍ程度に拡大する。
【０１０３】
すなわち、電流の印加を断続的に行うとともに、陽極と陰極の距離を一時的に広くし、電流を印加する時間だけ陽極と陰極の距離を狭くする。この場合、調整装置の電圧端子１３ｄに印加する電圧をパルス状にし、Ｚ軸方向の位置が段階的に変化するように設定する。
【０１０４】
本実施形態によれば、極間距離Ｌ２が拡大した状態において、イオンの供給が促進される。さらに、極間距離Ｌ２が例えば５μｍから４０μｍに拡大・収縮する場合、極間の体積は一時的に６倍に膨張、１／６に圧縮されるため、圧力の低下および増加が生じ、強制的な周囲のめっき液３６の極間への流入・排出が行われ、めっき液３６の流動によるイオンの供給が大幅に促進される。したがって、極間距離Ｌ２が広くなり、陽極と陰極間に存在するめっき液３６を容易に流動でき、Ｃｕイオンの供給速度が高くなる結果、より高い電流密度でめっきが可能となる。
【０１０５】
また、上記実施形態において、陽極である極面２２のパターンは、パターン幅の最小幅が１０μｍであり、３０μｍ間隔の、４０μｍピッチのパターン状に形成したが、これに限られるものではない。すなわち、陰極上に形成されるめっき膜５２の形状は、電流密度やめっき液の特性などで変化するため、形成したいめっきパターンを得るために、陽極パターンのデザインを補正してもよい。例えば、めっき液を変更した場合、陽極のパターンの幅を８μｍ、間隔を３２μｍ等に補正してもよい。
【０１０６】
また、めっき液３６や超臨界流体は上記に限るものではなく、Ｎｉ等、他のめっき液３６やＨ２Ｏ等の超臨界流体を用いることも可能である。さらに、前記したような方法により、陰極と陽極間の狭い領域のめっき液を流動させることができれば、必ずしも超臨界流体をめっき液に混合する必要も無い。なお、Ｔｉ／Ｐｔの積層膜はいわゆる不溶解性の陽極となるが、Ｐｔの代わりにＩｒ、純ＣｕやＰを含有したＣｕ等の溶解性陽極も用いることができる。
【０１０７】
上記実施形態において、Ｚ軸方向の位置を調整する調整装置として、圧電素子を備えるピエゾ式の調整装置を例示したが、これに限られるものではなく、例えば回転モーターとギアを用いた機械式や、ボイスコイル式、リニアモーター式など、各種の機構を用いることができる。また、上記実施形態においては陽極部１２を移動させる構成を示したがこれに限られるものではない。例えば他の実施形態として、陰極部１４を移動させてもよいし陽極部１２及び陰極部１４を両方移動させる構成も適用可能である。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１…電気めっき装置、１１…反応槽、１２…陽極部、１３…陽極支持部、１３ａ…圧電部
１３ｂ…支持プレート、１３ｃ…支持プレート、１３ｄ…電圧端子、１３ｄ…電圧端子、１４…陰極部、１５…陰極支持部、１５ａ…支持台、１５ｂ…押さえ部材、１６…直流定電流源、１７…めっき液供給部、１８…超臨界流体供給部、１９…処理容器、２０…制御部、２１…ベース、２２…極面（陽極）、２２ａ…単位極面（陽極素子）、２３…絶縁膜、３１…基材（陰極）、３１ａ…ウェハ、３１ｂ…シード層、３１ｇ…配線、３１ｆ…絶縁膜、３３…めっき液タンク、３４…液体供給管、３５、４４，４５…制御バルブ、３７…二酸化炭素ボンベ、３８…二酸化炭素供給管、３４…流体供給管、３９…温調ポンプ、４１…ヒータ、４２…コンプレッサ、４３…圧力計、４７…排出管、４８…分岐管、４９…制御バルブ、５１…背圧調整弁、５２…めっき膜（配線パターン）、６０…スイッチ、６２…ゲート線、６３…ソース線、Ｌ１…陰極の表面に成膜されるめっきパターンの半値幅、Ｌ２…極間距離、Ｌ２’…陽極と陰極の表面に成膜されるめっき膜表面の距離、１００Ａ…半導体装置、１０１…半導体素子。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【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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