導電材料構造体の形成方法
【課題】実用化の障害となるめっきの長時間化を改善し、貫通電極による三次元実装を実現するのに好適な導電材料構造体をより短時間で形成できるようにする。
【解決手段】貫通電極用凹部１２を形成した基板Ｗの表面の該凹部１２表面を含む全表面に導電膜１４を形成し、基板Ｗ表面の所定位置にレジストパターン３０を形成し、導電膜１４を給電層とした第１めっき条件で第１電解めっきを行って貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込み、貫通電極用凹１２部内への第１めっき膜３６の埋込みが終了した後に、導電膜１４及び第１めっき膜３６を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行って、レジストパターン３０のレジスト開口部３２に露出した導電膜１４及び第１めっき膜３６上に第２めっき膜３８を成長させる。
【解決手段】貫通電極用凹部１２を形成した基板Ｗの表面の該凹部１２表面を含む全表面に導電膜１４を形成し、基板Ｗ表面の所定位置にレジストパターン３０を形成し、導電膜１４を給電層とした第１めっき条件で第１電解めっきを行って貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込み、貫通電極用凹１２部内への第１めっき膜３６の埋込みが終了した後に、導電膜１４及び第１めっき膜３６を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行って、レジストパターン３０のレジスト開口部３２に露出した導電膜１４及び第１めっき膜３６上に第２めっき膜３８を成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料構造体の形成方法に係り、更に詳しくは、内部に上下に貫通する貫通電極を、表面に該貫通電極に連続する電極パッド及び/または再配線構造をそれぞれ有し、前記貫通電極を介した半導体チップ等の三次元積層を実現するのに使用される導電材料構造体を形成する導電材料構造体の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス製品の更なる小型化、高性能化を実現するために、特にＬＳＩの実装密度を高める手法として、複数の半導体チップを多層に積上げて１つのパッケージとする三次元実装技術が注目されている。既に、ワイアボンディングにより半導体チップを積層化する方法が実用化されており、大容量化という観点でフラッシュメモリの積層などに用いられている。しかしながら、ワイアボンディングにあっては、電極間の接続に用いられる配線長さがｍｍのオーダーとチップ内配線の長さに比べて非常に長く、ＤＲＡＭやロジックなど高速信号を扱うデバイスへの適用においては、信号遅延などの観点から多くを期待できない。そこで、基板の内部に銅等の導電材料で上下に貫通する貫通電極を形成し、貫通電極を介して半導体チップ同士を最短距離で接合することにより、更なる高速化、小型化を実現する貫通電極型の三次元積層技術が検討されている。
【０００３】
ここで、基板の内部に貫通電極を設けただけではチップ同士を接合することができないので、基板表面の貫通電極直上に電極パッドを形成したり、或いは再配線層を形成して電極パッドの位置を再配置したりする必要がある。また電極パッド上に接合用の鉛フリーはんだ層を形成することも考えられる。
【０００４】
図１及び図２は、基板の内部に上下に貫通する銅からなる貫通電極を、基板の表面に銅からなる電極パッドをそれぞれ有する導電材料構造体の製造例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、シリコン等からなる基材１０の内部に上方に開口する複数の貫通電極用凹部１２を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面の貫通電極用凹部１２の表面を含む全表面に電解めっきの給電層としての銅等からなるシード膜（導電膜）１４をスパッタリング等で形成する。
【０００５】
そして、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施すことで、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗに設けた貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜１６を埋込みながら、基板Ｗのシード膜１４の表面に第１めっき膜１６を堆積させる。そして、図１（ｃ）に示すように、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、貫通電極用凹部１２内以外の基板Ｗ上の余剰な第１めっき銅１６を研磨除去する。
【０００６】
次に、図２（ａ）に示すように、基板Ｗの表面の所定位置にフォトレジスト等によりレジストパターン１８を形成する。この時、レジストパターン１８のレジスト開口部２０が電極パッドに対応した位置及び形状となるようにする。この状態で、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施すことで、図２（ｂ）に示すように、レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に第２めっき膜２２を形成する。そして、図２（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面の余剰なシード膜１４及びレジストパターン１８を除去し、同時に、貫通電極用凹部１２内に充填した第１めっき膜１６の底面が外部に露出するまで基板Ｗの裏面側を研磨除去する。これによって、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜１６で上下に貫通する銅からなる複数の貫通電極２４を、レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に成膜した第２めっき膜２２で電極パッド２６をそれぞれ形成した導電材料構造体を完成させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、貫通電極の形成には電解めっきを適用することが検討されているが、電解めっきで貫通電極を形成するためには、外径寸法が数〜１００μｍで、深さが数１０〜数１００μｍ程度の貫通電極用凹部を予め形成し、この貫通電極用凹部内に銅等からなるめっき膜を埋込むことが求められる。しかしながら、このように非常に大きな貫通電極用凹部内に従来の一般的な電解めっき方法で欠陥のないめっき膜の埋込みを行うには長時間を要し、生産性の観点から実用化の障害となっている。また、図１及び図２に示す工程で導電材料構造体を形成しようとすると、めっき→ＣＭＰ→レジスト形成→めっきと多くの工程を経なければならず、製造コストが高くなる。そこで、貫通電極の直上に電極パッドや再配線層、更には接合用はんだ層などを電解めっきで連続的に形成しようという考え方も成立するが、それぞれの厚みも数μｍ以上あって、貫通電極とこれらを同一条件で連続的に電解めっきで成膜しようとすると、更に長時間を要することになる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、実用化の障害となるめっきの長時間化を改善し、貫通電極による三次元実装を実現するのに好適な導電材料構造体をより短時間で形成できるようにした導電材料構造体の形成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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、貫通電極用凹部を形成した基板の表面の該凹部表面を含む全表面に導電膜を形成し、前記導電膜上の所定の位置にレジストパターンを形成し、前記導電膜を給電層とした第１めっき条件で第１電解めっきを行って前記貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込み、前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みが終了した後に、前記導電膜及び前記第１めっき膜を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行って、前記レジストパターンのレジスト開口部内に露出した導電膜及び前記第１めっき膜上に第２めっき膜を成長させることを特徴とする導電材料構造体の形成方法である。
【００１０】
基板にエッチング法等により形成された貫通電極用凹部内にめっき膜、例えば金属材料としての銅を電解めっきで埋込む場合（場合（１））と、基板表面にレジストパターンで形成されたレジスト開口部内にめっき膜、例えば金属材料としての銅を電解めっきで成膜して電極パッド等を形成する場合（場合（２））とでは、パターン形状や給電層の構造に大きな違いがある。場合（１）における貫通電極用凹部は、例えば外径が数〜数１０μｍ、深さが１０〜１００μｍ程度でアスペクト比（孔径に対する深さの比）が１以上であるが、これに対して、場合（２）におけるレジストパターンは、例えば数〜数１０μmの厚みで、レジスト開口部の外径または幅は数〜数１０μm程度である。
【００１１】
場合（１）では、貫通電極用凹部のアスペクト比が１以上であり、貫通電極用凹部の側面にもシード膜（給電層）が存在するので、貫通電極用凹部の底部からのめっき膜の成長を優先するボトムアップ成長の条件でめっき膜を成膜しないと、貫通電極用凹部の入口でのめっき膜の成長が優先され、貫通電極用凹部内に埋込まれるめっき膜にボイドやシームなどのめっき欠陥を生じる。このため、例えば貫通電極用凹部の入口部分でのめっき膜の成長を抑制するための添加剤の性能を高めためっき液を用いるとともに、当初はある程度の電流でめっきを行った後、一旦電流値を下げて、貫通電極用凹部内部での銅イオンの消耗の回復を待つことを繰返すなど、いくつかの条件を最適化する必要がある。
【００１２】
場合（２）では、レジストパターンで囲まれたレジスト開口部の底部にのみ給電層が存在し、このためスルーマスクめっきとなり、そのまま電解めっきを行うとレジスト開口部の底部からめっき膜が成長する。このため、めっき膜にボイドやシームなどのような欠陥が生じる懸念は少ない。しかし、レジストパターン内部でのめっき液の流速分布により、めっき膜のパターン形状の偏りが生じる可能性がある。この現象は、めっき速度に対して必ずしも十分な銅イオンの供給が出来ない場合、即ち拡散律速領域でめっきする場合に起こりやすい。したがって、この場合は、めっき液の組成や電流密度よりも、機械的攪拌や空気攪拌などめっき液の流動条件の最適化が重要な要素となる。
【００１３】
なお、レジスト開口部の下にある貫通電極用凹部内にめっき膜を埋込む際には、レジスト開口部内にめっき膜を埋込む時以上にレジストパターン内に存在するめっき液の濃度分布の影響を受けるので、上記場合（１）におけるめっき液の添加剤ならびに電流条件の最適化に加え、めっきを液の流動条件の最適化が重要となる。
【００１４】
以上のように、それぞれの形状に好適なめっき条件、例えば電流値、めっき液、めっき液の攪拌条件などを最適化してめっきすることがめっき膜の完全性ならびに成膜効率を上げるために必要である。本発明によれば、第１めっき条件で第１電解めっきを行って貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込み、しかる後、第２めっき条件で第２電解めっきを行って、導電膜上の所定位置に形成したレジストパターンのレジスト開口部に第２めっき膜を成長させることで、この要請に応えることができる。しかも、予めレジストパターンを形成しておいてから、貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込む第１電解めっきと、レジストパターンのレジスト開口部内に第２めっき膜を成長させる第２電解めっきを連続して行うことで、めっき時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記レジストパターンの高さは、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００１６】
基板表面のレジスト開口部内に成膜する第２めっき膜で再配線を形成する場合には、該再配線を流れる電気信号の周波数や供給する電流値などを考慮すると、第２めっき膜の膜厚を少なくとも５μｍ程度とする必要がある。基板表面のレジスト開口部内に成膜する第２めっき膜で電極パッドやポストを形成する場合には、その後の接合条件を勘案すると、第２めっき膜の膜厚を数１０μｍとすることが望ましい。更に、電極パッドの上に接合用のはんだ等の接合材料を電解めっきで載せようとすると、レジストパターンに更に数１０μｍ程度の高さが加わる。このため、レジストパターンの高さは、少なくとも５μｍ以上で、１００μｍ程度以下とすることが好ましい。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜は、銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００１８】
貫通電極用凹部内に埋込まれる第１めっき膜は、半導体チップ同士を最短距離で接合して更なる高速化、小型化を実現する貫通電極として使用される。このため、第１めっき膜は、導電性が高く電気抵抗の低いものであることが望まれる。そのようなものとしては、金、銀または銅などが考えられるが、ボトムアップめっきが工業的に可能なものは銅をベースとするめっきのみであり、またコスト的に見ても、少なくとも第１めっき条件で成膜する第１めっき膜は、銅または銅合金からなることが好適である。
【００１９】
また第２めっき条件で成膜される第２めっき膜については、第１めっき条件の第１電解めっきで成膜する第１めっき膜と同じ金属を連続して成膜できることが生産性の点から合理的であり、かつここでも出来るだけ導電性の高い金属であることが望ましい。従って、第２めっき膜も、銅または銅合金からなることが好適である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記第２めっき条件における平均電流値は、前記第１めっき条件における平均電流値よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２１】
貫通電極用凹部全体の面積は、デバイス部分の面積を確保するという観点から基板全体の面積のせいぜい１％程度であって数％を超えることはない。一方、再配線や電極パッドの面積は、基板全体の面積の数〜数１０％になるのが一般的である。このため、第１めっき条件での第１電解めっきでは貫通電極用凹部を第１めっき膜で埋込むのに必要な電流のみを供給すればよいが、再配線や電極パッドとなる第２めっき膜を成膜する第２めっき条件での第２電解めっきを第１電解めっきと同じ電流で行うとめっき時間が長くなる。このため、第２めっき条件における平均電流値は、第１めっき条件における平均電流値よりも高いことが望ましい。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記第２めっき条件による前記第２電解めっきで前記レジストパターンの高さの途中まで前記第２めっき膜を成長させた後、第３めっき条件での第３電解めっきを行って、前記第２めっき膜上に第３めっき膜を成長させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２３】
このように、第２めっき膜上に第３めっき膜を形成することで、この第３めっき膜を、チップ間を接合するための接合材料として使用することができる。この場合、電極パッドやポストを形成する第２めっき膜上に第３めっき膜を連続して形成することで、コストアップに繋がる新たなレジストパターンを設ける必要をなくすことができる。この第３めっき条件での第３電解めっきは、めっき液、電流密度その他のめっき条件をそれに好適なものとして、つまり第１めっき条件及び第２めっき条件とは異なるめっき条件で実施することが望ましい。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記第３めっき膜は、前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜とは異なる金属からなることを特徴とする請求項５記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２５】
第３めっき膜は、接合材料として使用され、導電性よりも接合性が優先される。このため、第１めっき膜や第２めっき膜に使われる銅などとは異なる材料、例えばスズやスズ合金などが好ましく用いられる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みを該貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に終了することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２７】
このように、貫通電極用凹部内への第１めっき膜の埋込みを該貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に終了することで、つまり貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前の第１めっき膜の上面に多少なりとも凹形状が残っている段階でめっき条件を第１めっき条件から第２めっき条件に変更することで、第１めっき膜の中央部分が盛り上がった形状になって、第２めっき条件による第２電解めっきで第２めっき膜を形成した時に、第２めっき膜の貫通電極用凹部の中心に相当する部位の膜厚のみが他の部分に比べて厚いものとなってしまうことを防止することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、前記貫通電極用凹部内が前記第１めっき膜で完全に埋まる前に、第１電流値より低い第２電流値よる所定時間のめっきを少なくとも１回行うことを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法である。
このように、貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に、第１電流値より低い第２電流値よる所定時間のめっきを行うことで、貫通電極用凹部の内部でのイオンの消耗の回復を待つことができる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、めっき液を前記基板表面に対して略平行に移動する攪拌パドルで流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００３０】
前述のように、レジストパターンで囲まれたレジスト開口部内をめっきする場合には、レジストパターン内部でのめっき液の流速分布により、めっき膜のパターン形状の偏りが生じ平坦な表面が得られない可能性が有る。そこで、例えば、縦型めっき装置において、めっき液を上向流で供給するとともに、攪拌用パドルを基板に対して略並行に高速に往復動させてめっき液をめっき中に移動させることで、レジスト開口部内へのめっき液供給を促進し、前記パターン形状の偏りを抑制することが出来る。なお、この往復動としては、単純に行き来する場合のほかに、往復動の中心を一方に少しずつ移動しつつ往復動する方法を採用しても良い。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、めっき液を前記基板表面に対して回転する攪拌パドルによって流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００３２】
レジスト開口部内へのめっき液の供給を促進する方法としては、前述のような往復動する攪拌パドルによる方法のほかに、例えば噴流形式めっき装置において、めっき液を上向流で供給するとともに、基板表面に対して回転する攪拌パドルによりめっき液をめっき中に流動させることで、レジスト開口部内へのめっき液供給を促進し、前記パターン形状の偏りを抑制することも出来る。この場合には、回転中心でのめっき液の流動が相対的に低いので、回転中心を基板中心から離し、且つ基板表面に対して回転中心を少しずつ移動させることを併用することにより、基板全面での均一な液の流動状態を達成することが出来る。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、貫通電極による三次元積層を実現するのに使用される導電材料構造体を、現実的なコストと時間で、しかもめっき膜の面内均一性も高く形成することが出来る。更に、チップ同士の接合に必要な接合材料を同時に成膜することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図３は、本発明の導電材料構造体の形成方法に使用されるめっき処理設備（電解銅めっき設備）の全体配置図を示す。このめっき処理設備は、基板の前処理、めっき処理及びめっきの後処理のめっき全工程を連続して自動的に行うようにしたもので、外装パネルを取付けた装置フレーム１１０の内部は、仕切板１１２によって、基板のめっき処理及びめっき液が付着した基板の処理を行うめっき空間１１６と、それ以外の処理、すなわちめっき液に直接には関わらない処理を行う清浄空間１１４に区分されている。そして、めっき空間１１６と清浄空間１１４とを仕切る仕切板１１２で仕切られた仕切り部には、基板ホルダ１６０（図４参照）を２枚並列に配置して、この各基板ホルダ１６０との間で基板の脱着を行う、基板受渡し部としての基板脱着台１６２が備えられている。清浄空間１１４には、基板を収納した基板カセットを載置搭載するロード・アンロードポート１２０が接続され、更に、装置フレーム１１０には、操作パネル１２１が備えられている。
【００３５】
清浄空間１１４の内部には、基板のオリフラやノッチなどの位置を所定方向に合わせるアライナ１２２と、めっき処理後の基板を洗浄し高速回転させてスピン乾燥させる２台の洗浄・乾燥装置１２４が配置されている。更に、これらの各処理装置、つまりアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４のほぼ中心に位置して、これらの各処理装置１２２，１２４、前記基板脱着台１６２及び前記ロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットとの間で基板の搬送と受渡しを行う第１搬送ロボット１２８が配置されている。
【００３６】
清浄空間１１４内に配置されたアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して処理する。搬送ロボット１２８は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して基板の搬送及び受渡しを行う。
【００３７】
めっき空間１１６内には、仕切板１１２側から順に、基板ホルダ１６０の保管及び一時仮置きを行うストッカ１６４、例えば基板の表面を純水で洗浄するとともに、純水で濡らして親水性を良くする水洗前処理を行う前処理装置１２６、例えば基板の表面に形成したシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液でエッチング除去する活性化処理装置１６６、基板の表面を純水で水洗する第１水洗装置１６８ａ、めっき処理（電解銅めっき処理）を行うめっき装置（電解銅めっき装置）１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びめっき処理後の基板の水切りを行うブロー装置１７２が順に配置されている。そして、これらの装置の側方に位置して、２台の第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂがレール１７６に沿って走行自在に配置されている。この一方の第２搬送ロボット１７４ａは、基板脱着台１６２とストッカ１６４との間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。他方の第２搬送ロボット１７４ｂは、ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、第１水洗装置１６８ａ、めっき装置１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びブロー装置１７２の間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。
【００３８】
第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂは、図４に示すように、鉛直方向に延びるボディ１７８と、このボディ１７８に沿って上下動自在でかつ軸心を中心に回転自在なアーム１８０を備えており、このアーム１８０に、基板ホルダ１６０を着脱自在に保持する基板ホルダ保持部１８２が２個並列に備えられている。基板ホルダ１６０は、表面を露出させ周縁部をシールした状態で基板Ｗを着脱自在に保持するように構成されている。
【００３９】
ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、水洗装置１６８ａ，１６８ｂ及びめっき装置１７０は、基板ホルダ１６０の両端部に設けた外方に突出する突出部１６０ａを上端部に引っ掛けて、基板ホルダ１６０を鉛直方向に吊り下げた状態で支持する。前処理装置１２６には、内部に純水を保持する2個の前処理槽１２７が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を前処理槽１２７の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと前処理槽１２７内の純水に浸漬させて前処理を行うように構成されている。活性化処理装置１６６には、内部に薬液を保持する２個の活性化処理槽１８３が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を活性化処理槽１８３の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと活性化処理槽１８３内の薬液に浸漬させて活性化処理を行うように構成されている。
【００４０】
同様に、水洗装置１６８ａ，１６８ｂには、内部に純水を保持した各２個の水洗槽１８４ａ，１８４ｂが、めっき装置１７０には、内部にめっき液を保持した複数のめっき槽１８６がそれぞれ備えられ、前述と同様に、基板ホルダ１６０を基板Ｗごとこれらの水洗槽１８４ａ，１８４ｂ内の純水またはめっき槽１８６内のめっき液に浸漬させることで、水洗処理やめっき処理が行われるように構成されている。またブロー装置１７２は、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、この基板ホルダ１６０に装着した基板Ｗにエアーや不活性ガスを吹きかけることで、基板のブロー処理を行うように構成されている。
【００４１】
めっき装置１７０は、図５に示すように、内部に一定量のめっき液Ｑを保持するめっき槽１８６が備えられ、このめっき液Ｑ中に、基板ホルダ１６０で周縁部を水密的にシールし表面（被めっき面）を露出させて保持した基板Ｗを浸漬させて垂直に配置するようになっている。めっき液Ｑとして、この例では、銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、更に有機イオウ化合物、高分子化合物及び有機窒素化合物のうち少なくとも一つを含んだめっき液が使用される。支持電解質としては硫酸が、ハロゲンイオンとしては塩素が好ましく用いられる。
【００４２】
めっき槽１８６の上方外周には、めっき槽１８６の縁から溢れ出ためっき液Ｑを受け止めるオーバーフロー槽２００が備えられている。オーバーフロー槽２００の底部には、ポンプ２０２を備えた循環配管２０４の一端が接続され、循環配管２０４の他端は、めっき槽１８６の底部に設けられためっき液供給口１８６ａに接続されている。これにより、オーバーフロー槽２００内に溜まっためっき液Ｑは、ポンプ２０２の駆動に伴ってめっき槽１８６内に還流される。循環配管２０４には、ポンプ２０２の下流側に位置して、めっき液Ｑの温度を調節する恒温ユニット２０６と、めっき液内の異物をフィルタリング（除去）するフィルタ２０８が介装されている。
【００４３】
更に、めっき槽１８６の底部には、内部に多数のめっき液流通口を有する底板２１０が配置されている。これによって、めっき槽１８６の内部は、上方の基板処理室２１４と下方のめっき液分散室２１２に区画されている。更に、底板２１０には、下方に垂下する遮蔽板２１６が取付けられている。
【００４４】
これによって、この例のめっき装置１７０では、めっき液Ｑは、ポンプ２０２の駆動に伴ってめっき槽１８６のめっき液分散室２１２に導入され、底板２１０に設けられた多数のめっき液流通口を通過して基板処理室２１４内に流入し、基板ホルダ１６０で保持された基板Ｗの表面に対して略平行に上方に向けて流れてオーバーフロー槽２００内に流出するようになっている。
【００４５】
めっき槽１８６の内部には、基板Ｗの形状に沿った円板状のアノード２２０がアノードホルダ２２２に保持されて垂直に設置されている。このアノード２２０は、めっき槽１８６内にめっき液Ｑを満たした時に、このめっき液Ｑ中に浸漬され、基板ホルダ１６０で保持してめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板Ｗと対面する。更に、めっき槽１８６の内部には、アノード２２０とめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０との間に位置して、めっき槽１８６内の電位分布を調整する調整板（レギュレーションプレート）２２４が配置されている。調整板２２４は、この例では、筒状部２２６と矩形状のフランジ部２２８からなり、材質として、誘電体である塩化ビニールを用いている。筒状部２２６は、電場の拡がりを十分制限できるような開口の大きさ、及び軸心に沿った長さを有している。調整板２２４のフランジ部２２８の下端は、底板２１０に達している。
【００４６】
めっき槽１８６の内部には、めっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０と調整板２２４との間に位置して、鉛直方向に延び、基板Ｗと平行に往復動して、基板ホルダ１６０と調整板２２４との間のめっき液Ｑを攪拌する攪拌パドル２３２が配置されている。このように、めっき液Ｑを攪拌パドル２３２で攪拌することで、十分な銅イオンを基板Ｗの表面に均一に供給することができる。攪拌パドル２３２と基板Wの表面との間隔は、攪拌パドル２３２による十分な撹拌効果を得るために、攪拌パドル２３２が基板ホルダ１６０と接触することなく、かつ、３０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００４７】
攪拌パドル２３２は、図６及び図７に示すように、板厚ｔが３〜５ｍｍの一定の厚みを有する矩形板状部材で構成され、内部に複数の長穴２３２ａを平行に設けることで、鉛直方向に延びる複数の格子部２３２ｂを有するように構成されている。攪拌パドル２３２の材質は、例えばチタンにテフロン（登録商標）コートを施したものである。攪拌パドル２３２の垂直方向の長さＬ１及び長孔２３２ａの長さ方向の寸法Ｌ２は、基板Ｗの垂直方向の寸法よりも十分に大きくなるように設定されている。また、攪拌パドル２３２の横方向の長さＨは、攪拌パドル２３２の往復運動の振幅（ストローク）と合わせた長さが基板Ｗの横方向の寸法よりも十分に大きくなるように設定されている。
【００４８】
長穴２３２ａの幅及び数は、長穴２３２ａと長孔２３２ａの間の格子部２３２ｂが効率良くめっき液を攪拌し、長穴２３２ａをめっき液が効率良く通り抜けるように、格子部２３２ｂが必要な剛性を有する範囲で格子部２３２ｂが可能な限り細くなるように決めることが好ましい。
【００４９】
この例では、図７に示すように、各格子部２３２ｂの横断面が長方形になるように長穴２３２ａを垂直に開けている。図８（ａ）に示すように、格子部２３２ｂの横断面の四隅に面取りを施してもよく、また図８（ｂ）に示すように、格子部２３２ｂの横断面が平行四辺形になるように格子部２３２ｂに角度を付けても良い。
【００５０】
図９に示すように、攪拌パドル２３２は、攪拌パドル２３２の上端に固着したクランプ２３６によって、水平方向に延びるシャフト２３８に固定され、シャフト２３８は、シャフト保持部２４０に保持されつつ左右に摺動できるようになっている。シャフト２３８の端部は、攪拌パドル２３２を左右に直進往復運動させるパドル駆動部２４２に連結され、パドル駆動部２４２は、モータ２４４の回転をクランク機構（図示せず）によりシャフト２３８の直進往復運動に変換する。この例では、パドル駆動部２４２のモータ２４４の回転速度を制御することにより、攪拌パドル２３２の移動速度を制御する制御部２４６が備えられている。なお、パドル駆動部の機構は、クランク機構だけでなく、ボールねじによりサーボモータの回転をシャフトの直進往復運動に変換するようにしたものや、リニアモータによってシャフトを直進往復運動させるようにしたものでも良い。攪拌パドル２３２の移動速度は、攪拌パドル２３２による十分な撹拌効果を得るために、０．２ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、０．５以上であることが更に好ましい。攪拌パドル２３２の移動速度は、装置設計の観点から、一般的には２．０ｍ／ｓｅｃ以下である。
【００５１】
めっき装置１７０には、めっき時に陽極が導線を介してアノード２２０に、陰極が導線を介して基板Ｗにそれぞれ接続されるめっき電源２５０が備えられている。この例では、めっき電源２５０として、供給電流として１０倍以上のレンジを持つものが使用されている。
【００５２】
このめっき装置１７０によれば、先ず、めっき槽１８６の内部に所定の組成を有する所定量のめっき液Ｑを満たし循環させておく。そして、基板Ｗを保持した基板ホルダ１６０を下降させて、基板Ｗをめっき槽１８６内のめっき液Ｑに浸漬した所定の位置に配置し、めっき電源２５０の陽極をアノード２２０に、陰極を基板Ｗにそれぞれ接続する。この状態で、必要に応じて、攪拌パドル２３２を基板Ｗと平行に移動させて、調整板２２４と基板Ｗとの間のめっき液Ｑを攪拌パドル２３２で攪拌し、これによって、基板Ｗの表面にめっき膜を成長させる。また、必要に応じて循環配管２０４のポンプ２０２を駆動して、めっき槽１８６内のめっき液Ｑを循環させつつ冷却して所定の温度に維持する。そして、所定時間経過後、アノード２２０と基板Ｗとの間への電圧の印加を停止し、攪拌パドル２３２の往復動を停止させてめっきを終了する。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態の導電材料構造体の形成方法を説明する。
図１０及び図１１は、基板の内部に上下に貫通する銅からなる貫通電極を、基板表面に銅からなる電極パッドをそれぞれ有する導電材料構造体の製造例を工程順に示す。先ず、図１０（ａ）に示すように、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、シリコン等からなる基材１０の内部に上方に開口する複数の貫通電極用凹部１２を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面の貫通電極用凹部１２の表面を含む全表面に電解めっきの給電層としての銅からなるシード膜（導電膜）１４をスパッタリング等で形成する。
【００５４】
次に、図１０（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面の所定位置にフォトレジスト等によるレジストパターン３０を形成する。この例にあっては、基板Ｗの表面に銅からなる電極パッド４２（図１１（ｂ）参照）を形成するようにしている。このため、図１２（ａ）に示すように、レジストパターン３０のレジスト開口部３２は、貫通電極用凹部１２の直上方に位置し、該凹部１２より大きな電極パッドの形状に沿った、例えば矩形状または円形状となる。
【００５５】
なお、基板Ｗの表面に電極パッドの位置を再配置する再配線を形成する場合には、図１２（ｂ）に示すように、レジストパターン３０ａのレジスト開口部３２ａは、貫通電極用凹部１２の上方に位置する電極パッド部３４ａと該電極パッド部３４ａから延びる配線部３４ｂを有する、再配線に沿った形状となる。
【００５６】
このレジストパターン３０の高さｈは、５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。つまり、下記のように、レジスト開口部３２内に成膜する第２めっき膜３８で電極パッドや再配線を形成するのであるが、再配線の場合、信号の周波数や供給する電流値などを考慮すると、その厚さを少なくとも５μｍ程度とする必要があり、電極パッドやポストの場合、その後の接合条件を勘案すると、その厚さを数１０μｍとすることが望ましい。更に、下記のように、第２めっき膜の上に成膜した第３めっき膜で接合用のはんだ等の接合材料を形成しようとすると、レジストパターン３０に更に数１０μｍ程度の高さが加わる。このため、レジストパターン３０の高さを、少なくとも５μｍ以上で、１００μｍ程度以下とすることで、レジスト開口部３２内に十分な膜厚を有する第２めっき膜３８、更には第３めっき膜４４を形成することができる。
【００５７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、シード膜１４を給電層として該シード層１４とアノードとの間に所定のめっき電流を流す第１めっき条件で第１電解めっきを行って、貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込む。この時、貫通電極用凹部１２以外のレジスト開口部内に位置するシード膜１４の表面にも第１めっき膜が成膜されても良い。
【００５８】
この場合、貫通電極用凹部１２のアスペクト比は１以上であり、貫通電極用凹部１２の側面にも給電層としてのシード膜１４が存在するので、貫通電極用凹部１２の底部からのめっき膜の成長を優先するボトムアップ成長の条件で第１めっき膜３６を成膜しないと、貫通電極用凹部１２の入口でのめっき膜の成長が優先され、貫通電極用凹部１２内に埋込まれる第１めっき膜３６にボイドやシームなどのめっき欠陥を生じる。このため、第１めっき条件での第１電解めっきに際しては、例えば貫通電極用凹部１２の入口部分でのめっき膜の成長を抑制するための添加剤の性能を高めためっき液を用いるとともに、当初はある程度の電流でめっきを行った後、一旦電流値を下げて、貫通電極用凹部１２の内部での銅イオンの消耗の回復を待つことを繰返すなど、いくつかの条件を最適化する必要がある。
【００５９】
この時、シード膜１４とアノードとの間に、図１３（ａ）に示すように、一定電流を流すようにしても、図１３（ｂ）に示すように、時間の経過と共に電流が大きくなるステップ電流と流すようにしてもよく、更に図１３（ｃ）に示すように、電流の供給と停止を繰返すパルス電流を流すようにしてもよい。
【００６０】
第１電解めっきの電流密度は、ボトムアップ成長を促すため、平均電流密度として、０．１ｍＡ／ｃｍ２〜１０ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましく、０．１ｍＡ／ｃｍ２〜５ｍＡ／ｃｍ２であることが更に好ましい。第１電解めっきの電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２以下になると貫通電極用凹部１２内を第1めっき膜で埋めるためのめっき時間が長くなり、生産性が悪くなる。
【００６１】
そして、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みが終了した後に、シード膜１４及び第１めっき膜３６を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行うのであるが、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みを該貫通電極用凹部１２内が第１めっき膜３６で完全に埋まる前に終了することが好ましい。
【００６２】
つまり、貫通電極用凹部１２の第１めっき膜３６による埋込みには、前述のように、いわゆるボトムアップめっきが適用されるが、ボトムアップめっきで貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を完全に埋込むと、図１４（ａ）に示すように、第１めっき膜３６は、一般に、その表面３６ａの中央部分が盛り上がった形状となる。これは貫通電極用凹部１２の中心からのめっき膜の成長を促進する添加剤の効果によるところであるが、この効果は、第１電解めっきが終了した後、第２めっき条件による第２電解めっきを行っても、暫くの間に亘って継続する傾向にある。このため、貫通電極用凹部１２に第１めっき膜３６を完全に埋込んだ後に、下記のように、第２めっき条件による第２電解めっきで第２めっき膜３８を形成すると、第２めっき膜３８の貫通電極用凹部１２の中心に相当する部位の膜厚のみが他の部分に比べて厚いものとなってしまう。このような局所的なめっき膜厚のばらつきは、その後の接合などに問題を生じるので、事前に矯正しておく必要がある。
【００６３】
このため、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みを該貫通電極用凹部１２内が第１めっき膜３６で完全に埋まる前に終了することで、つまり、図１４（ｂ）に示すように、貫通電極用凹部１２内が第１めっき膜３６で完全に埋まる前の第１めっき膜３６の表面３６ａに多少なりとも凹形状が残っている段階で、めっき条件を第１めっき条件から第２めっき条件に変更することで、第１めっき膜３６がその中央部分が盛り上がった形状になることを防止することができる。
【００６４】
なお、下記のように、第２めっき条件での第２電解めっきで形成される第２めっき膜３８は、電極パッドや再配線部分を形成するものであるので、基板全面で均一な膜厚のめっき膜を成膜するような条件で成膜される。従って、第１めっき膜３６の表面３６ａに多少凹形状が残っている状態でも、レジスト開口部３２のアスペクトが２以下、好ましくは１以下であれば、レジスト開口部３２内に表面が平坦な第２めっき膜３８を成膜することができる。
【００６５】
第２めっき条件による第２電解めっきでは、シード膜１４及び第１めっき膜３６を給電層として、図１１（ａ）に示すように、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に露出したシード層１４及び第１めっき膜３６上に第２めっき膜３８を成長させる。
【００６６】
この場合、レジストパターン３０で囲まれたレジスト開口部３２の底部にのみ給電層となるシード膜１４及び第１めっき膜３６が存在し、このためスルーマスクめっきとなり、そのまま電解めっきを行うとレジスト開口部３２の底部から第２めっき膜３８が成長する。このため、第２めっき膜３８にボイドやシームなどのような欠陥が生じる懸念は少ない。しかし、レジストパターン３０の内部でのめっき液の流速分布により、第２めっき膜３８のパターン形状の偏りが生じる可能性がある。この現象は、めっき速度に対して必ずしも十分な銅イオンの供給が出来ない場合、即ち拡散律速領域でめっきする場合に起こりやすい。したがって、この場合は、めっき液の組成や電流密度よりも、機械的攪拌や空気攪拌などめっき液の流動条件の最適化が重要な要素となる。
【００６７】
空気攪拌とは、めっき処理中に攪拌パドルを基板と平行に移動させてめっき液を攪拌するのと同時に、例えば空気や窒素からなるバブルをめっき液中に供給して、めっき液中に供給されたバブルが基板表面の全域に沿って流れるようにすることである。
【００６８】
このため、この例では、めっき槽１８６内にめっき液を上向流で供給するとともに、攪拌用パドル２３２を基板Ｗに対して略並行に高速に往復動させてめっき液をめっき中に移動させることで、レジスト開口部３２内へのめっき液供給を促進し、パターン形状の偏りを抑制することができる。なお、この攪拌パドル２３２の往復動としては、単純に行き来する場合のほかに、往復動の中心を一方に少しずつ移動しつつ往復動する方法を採用しても良い。
【００６９】
この例では、攪拌用パドル２３２を基板Ｗに対して略並行に高速に往復動させてめっき液をめっき中に移動させるようにしているが、例えば噴流形式めっき装置において、めっき液を上向流で供給するとともに、基板表面に対して回転する攪拌パドルによりめっき液をめっき中に流動させることで、レジスト開口部内へのめっき液供給を促進し、前記パターン形状の偏りを抑制するようにしてもよい。この場合には、回転中心でのめっき液の流動が相対的に低いので、回転中心を基板中心から離し、且つ基板表面に対して回転中心を少しずつ移動させることを併用することにより、基板全面での均一な液の流動状態を達成することが出来る。
【００７０】
以上のように、この例によれば、第１めっき条件で第１電解めっきを行って、貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込み、しかる後、第２めっき条件で第２電解めっきを行って、基板表面の所定位置に形成したレジストパターン３０のレジスト開口部３２内に第２めっき膜３８を成長させることで、それぞれの形状に好適なめっき条件、例えば電流値、めっき液、めっき液の攪拌条件などを最適化して、第１めっき膜３６及び第２めっき膜３８の完全性ならびに成膜効率を上げることができる。しかも、予め基板Ｗの表面にレジストパターン３０を形成しておいてから、貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込む第１電解めっきと、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に第２めっき膜３８を成長させる第２電解めっきを連続して行うことで、めっき時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【００７１】
ここで、貫通電極用凹部１２全体の面積は、デバイス部分の面積を確保するという観点から基板全体の面積のせいぜい１％程度であって数％を超えることはない。一方、再配線や電極パッドの面積は、基板全体の面積の数〜数１０％になるのが一般的である。このため、第１めっき条件での第１電解めっきでは貫通電極用凹部１２を第１めっき膜３６で埋込むのに必要な電流のみを供給すればよいが、再配線や電極パッドとなる第２めっき膜３８を成膜する第２めっき条件での第２電解めっきを第１電解めっきと同じ電流で行うとめっき時間が長くなる。このため、第２めっき条件における平均電流値は、第１めっき条件における平均電流値よりも高いことが望ましい。
【００７２】
一般的には、被めっき面積に応じて電流値を上げることが望まれるので、第２めっき条件の平均電流値は、第１めっき条件の平均電流値の少なくとも２倍以上、一般には１０倍程度であることが望ましい。したがって、第１電解めっきと第２電解めっきを１つのめっき槽で連続的に行う場合、めっき装置に搭載するめっき電源は、供給電流として１０倍以上のレンジを持つものであることが望まれる。なお、前述のように、第１めっき条件での第１電解めっきでは、ステップ電流やパルス電流を使用することも出来るが、その際にも、第２めっき条件での第２電解めっきにおける平均電流値は、第１めっき条件での第２電解めっきにおける平均電流値以上とすることが望まれる。
【００７３】
なお、貫通電極用凹部１２内に埋込まれる第１めっき膜３６は、下記のように、半導体チップ同士を最短距離で接合して更なる高速化、小型化を実現する貫通電極として使用される。このため、第１めっき膜３６は、導電性が高く電気抵抗の低いものであることが望まれる。そのようなものとしては、金、銀または銅などが考えられるが、ボトムアップめっきが工業的に可能なものは銅をベースとするめっきのみであり、またコスト的に見ても、少なくとも第１めっき条件で成膜する第１めっき膜３６は、銅または銅合金からなることが好適である。
【００７４】
また第２めっき条件で成膜される第２めっき膜３８については、第１めっき条件の第１電解めっきで成膜する第１めっき膜３６と同じ金属を連続して成膜できることが生産性の点から合理的であり、かつここでも出来るだけ導電性の高い金属であることが望ましい。従って、第２めっき膜３８も、銅または銅合金からなることが好適である。
【００７５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面の余剰なシード膜１４及びレジストパターン３０を除去し、同時に、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６の底面が外部に露出するまで基板Ｗの裏面側を研磨除去する。これによって、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６で上下に貫通する銅からなる複数の貫通電極４０を、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に成膜した第２めっき膜３８で電極パッド４２をそれぞれ形成した導電材料構造体を完成させる。この電極パッド４２の厚さは、例えば数十μｍである。
【００７６】
図１５は、本発明の他の実施の形態における導電材料構造体の製造例を工程順に示す。前述の例と同様にして、図１０（ｃ）に示すように、第１めっき条件による第１電解めっきで貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込む。そして、第２条件で第２電解めっきを行って、図１５（ａ）に示すように、レジストパターン３０の高さの途中まで第２めっき膜３８を成長させ、更に、第３めっき条件での第３電解めっきを行って、第２めっき膜３８上に第３めっき膜４４を成長させる。
【００７７】
この第３めっき膜４４は、下記のようにチップ間を接合するための接合材料としての接合層４６として使用するものである。電極パッドやポストを形成する第２めっき膜３８上に第３めっき膜４４を連続して形成することで、コストアップに繋がる、接合層を形成するための新たなレジストパターンを設ける必要をなくすことができる。この第３めっき条件での第３電解めっきは、めっき液、電流密度その他のめっき条件をそれに好適なものとして、つまり第１めっき条件及び第２めっき条件とは異なるめっき条件で実施することが望ましい。
【００７８】
また、第３めっき膜４４は、前述のように、接合材料として使用されるため、導電性よりも接合性が優先される。このため、第１めっき膜３６や第２めっき膜３８に使われる銅などとは異なる材料、例えばスズやスズ合金などが好ましく用いられる。
【００７９】
次に、図１５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面の余剰なシード膜１４及びレジストパターン３０を除去し、同時に、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６の底面が外部に露出するまで基板Ｗの裏面側を研磨除去する。これによって、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６で上下に貫通する銅からなる複数の貫通電極４０を、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に成膜した第２めっき膜３８で電極パッド４２を、第２めっき膜３８上に成膜した第３めっき膜４４で接合材料としての接合層４６をそれぞれ形成した導電材料構造体を完成させる。この接合層４６の厚さは、例えば数十μｍである。
【００８０】
次に、図３に示すめっき処理設備（電解銅めっき処理設備）を使用して、図１０（ｃ）に示す第１めっき膜３６と図１１（ａ）に示す第２めっき膜３８を連続して形成する処理について説明する。
【００８１】
先ず、図１０（ｂ）に示すように、シリコン等からなる基材１０内部に、上方に開口する複数の貫通電極用凹部１２を形成し、更に全表面に電解めっきの給電層としてのシード層（導電膜）１４を形成した基板Ｗを用意する。そして、この基板Ｗをその表面（被めっき面）を上にした状態で基板カセットに収容し、この基板カセットをロード・アンロードポート１２０に搭載する。
【００８２】
このロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットから、第１搬送ロボット１２８で基板Ｗを１枚取出し、アライナ１２２に載せて基板Ｗのオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせる。一方、基板脱着台１６２にあっては、ストッカ１６４内に鉛直姿勢で保管されていた基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで取出し、これを９０゜回転させた水平状態にして基板脱着台１６２に２個並列に載置する。
【００８３】
そして、アライナ１２２に載せてオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせた基板Ｗを第１搬送ロボット１２８で搬送し、基板脱着台１６２に載置された基板ホルダ１６０に周縁部をシールして装着する。そして、この基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで２基同時に把持し、上昇させた後、ストッカ１６４まで搬送し、９０゜回転させて基板ホルダ１６０を垂直な状態となし、しかる後、下降させ、これによって、２基の基板ホルダ１６０をストッカ１６４に吊下げ保持（仮置き）する。これを順次繰返して、ストッカ１６４内に収容された基板ホルダ１６０に順次基板を装着し、ストッカ１６４の所定の位置に順次吊り下げ保持（仮置き）する。
【００８４】
一方、第２搬送ロボット１７４ｂにあっては、基板を装着しストッカ１６４に仮置きした基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、上昇させた後、前処理装置１２６に搬送する。そして、この前処理装置１２６で、前処理槽１２７内に入れた純水等の前処理液に基板Ｗを浸漬させて前処理（水洗前処理）を施す。このとき使用する前処理液としての純水は、純水中の溶存酸素濃度を真空脱気装置や不活性ガスの導入により制御し、好ましくは２ｍｇ／Ｌ以下とする。次に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、活性化処理装置１６６に搬送し、活性化処理槽１８３に入れた硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液に基板を浸漬させてシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜をエッチングし、清浄な金属面を露出させる。このときに使用する酸溶液は前記前処理用の純水と同様に酸溶液中の溶存酸素濃度を制御することができる。更に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、第１水洗装置１６８ａに搬送し、この水洗槽１８４ａに入れた純水で基板の表面を水洗する。
【００８５】
水洗が終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にしてめっき装置１７０に搬送し、めっき槽１８６内のめっき液１８８に浸漬させた状態でめっき槽１８６に吊り下げ支持することで、基板Ｗの表面にめっき処理を施す。
【００８６】
なお、基板ホルダ１６０で保持した基板Ｗをめっき液１８８に浸漬させた後、第１めっき条件で第１電解めっきを開始する前に、貫通電極用凹部１２内部に残った水洗水とめっき液を置換させるための無通電浸漬時間を設けてもよい。但し、この無通電浸漬時間が長過ぎるとめっき液によってシード層が溶解されてしまうので、無通電浸漬時間は１分以下とするのが好ましい。
【００８７】
この時、前述のように、先ず第１めっき条件での第１電解めっきを行って、図１０（ｃ）に示すように、貫通電極用凹部１２の内部に第１めっき膜３６を埋込む。この第１めっき条件は、貫通電極用凹部１２の底部からのめっき膜の成長を優先するボトムアップ成長の条件である。そして、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みが終了した後に、第１めっき条件から第２めっき条件に代え、第２めっき条件で第２電解めっきを行って、図１１（ａ）に示すように、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に露出した導電膜１２及び第１めっき膜３６上に第２めっき膜３８を成長させる。この第２めっき条件は、例えば第１めっき条件よりも平均電流値が２倍以上、一般には１０倍以上高く、めっき液Ｑを攪拌する攪拌パドル２３２の動きを最適化した条件である。
なお、組成の異なるめっき液を使用して、第１めっき条件での第１電解めっきと第２めっき条件での第２電解めっきを行うようにしてもよい。
【００８８】
そして、めっき終了後、基板を装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ｂで再度保持してめっき槽１８６から引き上げてめっき処理を終了する。
【００８９】
そして、前述と同様にして、基板ホルダ１６０を第２水洗装置１６８ｂまで搬送し、この水洗槽１８４ｂに入れた純水に浸漬させて基板の表面を純水洗浄する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ブロー装置１７２に搬送し、ここで、不活性ガスやエアーを基板に向けて吹き付けて、基板ホルダ１６０に付着しためっき液や水滴を除去する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
【００９０】
第２搬送ロボット１７４ｂは、上記作業を順次繰り返し、めっきが終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を順次ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。一方、第２搬送ロボット１７４ａにあっては、めっき処理後の基板を装着しストッカ１６４に戻した基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、前記と同様にして、基板脱着台１６２上に載置する。
【００９１】
そして、清浄空間１１４内に配置された第１搬送ロボット１２８は、この基板脱着台１６２上に載置された基板ホルダ１６０から基板を取出し、いずれかの洗浄・乾燥装置１２４に搬送する。そして、この洗浄・乾燥装置１２４で、表面を上向きにして水平に保持した基板を、純水等で洗浄し、高速回転させてスピン乾燥させた後、この基板を第１搬送ロボット１２８でロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットに戻して、一連のめっき処理を完了する。これにより、図１１（ａ）に示すように、貫通電極用凹部１２内に貫通電極４０を形成する第１めっき膜３６を埋込み、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に電極パッド４２を形成する第２めっき膜３８を成膜した基板Ｗが得られる。
【００９２】
なお、図１５に示すように、第３めっき条件での第３電解めっきで第２めっき膜３８上に第３めっき膜４４を成膜する場合には、前述のようにして第２めっき膜３８を成膜した基板Ｗを他の電解めっき装置に搬送し、この他の電解めっき装置で第３めっき膜４４を成膜する。
【００９３】
これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】従来の内部に上下に貫通する貫通電極を有する導電材料構造体の製造例の研磨工程までを工程順に示す図である。
【図２】図１の研磨工程の後を工程順に示す図である。
【図３】本発明に使用されるめっき装置（電解めっき装置）を備えためっき処理設備の全体配置図である。
【図４】図３に示すめっき処理設備に備えられている搬送ロボットの概要図である。
【図５】図３に示すめっき処理設備に備えられているめっき装置の概略断面図である。
【図６】図５に示すめっき装置の攪拌パドルを示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】それぞれ異なる攪拌パドルの変形例を示す図７相当図である。
【図９】図５に示すめっき装置のパドル駆動機構をめっき槽と共に示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態における導電材料構造体の製造例の第１めっき膜成膜時までを工程順に示す図である。
【図１１】図１０の第１めっき膜成膜後を工程順に示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１０（ｂ）の平面図を示し、図１２（ｂ）は、異なるレジストパターンの平面図を示す。
【図１３】第１めっき条件の第１電解めっき時に供給する電流値と時間とのそれぞれ異なる関係を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、貫通電極用凹部内に第１めっき膜を完全に埋込んだ状態を示し、図１４（ｂ）は、貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前の状態を示す。
【図１５】本発明の他の実施の形態における導電材料構造体の製造例の第１めっき膜成膜後を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１２ 貫通電極用凹部
１４ シード膜（導電膜）
３０ レジストパターン
３２ レジスト開口部
３６ 第１めっき膜
３８ 第２めっき膜
４０ 貫通電極
４２ 電極パッド
４４ 第３めっき膜
４６ 接合層
１２４ 洗浄・乾燥装置
１２６ 前処理装置
１６０ 基板ホルダ
１６４ ストッカ
１６６ 活性化処理装置
１６８ａ，１６８ｂ 水洗装置
１７０ めっき装置
１７２ ブロー装置
１８６ めっき槽
２２０ アノード
２２４ 調整板
２３２ 攪拌パドル
２５０ めっき電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料構造体の形成方法に係り、更に詳しくは、内部に上下に貫通する貫通電極を、表面に該貫通電極に連続する電極パッド及び/または再配線構造をそれぞれ有し、前記貫通電極を介した半導体チップ等の三次元積層を実現するのに使用される導電材料構造体を形成する導電材料構造体の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス製品の更なる小型化、高性能化を実現するために、特にＬＳＩの実装密度を高める手法として、複数の半導体チップを多層に積上げて１つのパッケージとする三次元実装技術が注目されている。既に、ワイアボンディングにより半導体チップを積層化する方法が実用化されており、大容量化という観点でフラッシュメモリの積層などに用いられている。しかしながら、ワイアボンディングにあっては、電極間の接続に用いられる配線長さがｍｍのオーダーとチップ内配線の長さに比べて非常に長く、ＤＲＡＭやロジックなど高速信号を扱うデバイスへの適用においては、信号遅延などの観点から多くを期待できない。そこで、基板の内部に銅等の導電材料で上下に貫通する貫通電極を形成し、貫通電極を介して半導体チップ同士を最短距離で接合することにより、更なる高速化、小型化を実現する貫通電極型の三次元積層技術が検討されている。
【０００３】
ここで、基板の内部に貫通電極を設けただけではチップ同士を接合することができないので、基板表面の貫通電極直上に電極パッドを形成したり、或いは再配線層を形成して電極パッドの位置を再配置したりする必要がある。また電極パッド上に接合用の鉛フリーはんだ層を形成することも考えられる。
【０００４】
図１及び図２は、基板の内部に上下に貫通する銅からなる貫通電極を、基板の表面に銅からなる電極パッドをそれぞれ有する導電材料構造体の製造例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、シリコン等からなる基材１０の内部に上方に開口する複数の貫通電極用凹部１２を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面の貫通電極用凹部１２の表面を含む全表面に電解めっきの給電層としての銅等からなるシード膜（導電膜）１４をスパッタリング等で形成する。
【０００５】
そして、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施すことで、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗに設けた貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜１６を埋込みながら、基板Ｗのシード膜１４の表面に第１めっき膜１６を堆積させる。そして、図１（ｃ）に示すように、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、貫通電極用凹部１２内以外の基板Ｗ上の余剰な第１めっき銅１６を研磨除去する。
【０００６】
次に、図２（ａ）に示すように、基板Ｗの表面の所定位置にフォトレジスト等によりレジストパターン１８を形成する。この時、レジストパターン１８のレジスト開口部２０が電極パッドに対応した位置及び形状となるようにする。この状態で、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施すことで、図２（ｂ）に示すように、レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に第２めっき膜２２を形成する。そして、図２（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面の余剰なシード膜１４及びレジストパターン１８を除去し、同時に、貫通電極用凹部１２内に充填した第１めっき膜１６の底面が外部に露出するまで基板Ｗの裏面側を研磨除去する。これによって、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜１６で上下に貫通する銅からなる複数の貫通電極２４を、レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に成膜した第２めっき膜２２で電極パッド２６をそれぞれ形成した導電材料構造体を完成させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、貫通電極の形成には電解めっきを適用することが検討されているが、電解めっきで貫通電極を形成するためには、外径寸法が数〜１００μｍで、深さが数１０〜数１００μｍ程度の貫通電極用凹部を予め形成し、この貫通電極用凹部内に銅等からなるめっき膜を埋込むことが求められる。しかしながら、このように非常に大きな貫通電極用凹部内に従来の一般的な電解めっき方法で欠陥のないめっき膜の埋込みを行うには長時間を要し、生産性の観点から実用化の障害となっている。また、図１及び図２に示す工程で導電材料構造体を形成しようとすると、めっき→ＣＭＰ→レジスト形成→めっきと多くの工程を経なければならず、製造コストが高くなる。そこで、貫通電極の直上に電極パッドや再配線層、更には接合用はんだ層などを電解めっきで連続的に形成しようという考え方も成立するが、それぞれの厚みも数μｍ以上あって、貫通電極とこれらを同一条件で連続的に電解めっきで成膜しようとすると、更に長時間を要することになる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、実用化の障害となるめっきの長時間化を改善し、貫通電極による三次元実装を実現するのに好適な導電材料構造体をより短時間で形成できるようにした導電材料構造体の形成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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、貫通電極用凹部を形成した基板の表面の該凹部表面を含む全表面に導電膜を形成し、前記導電膜上の所定の位置にレジストパターンを形成し、前記導電膜を給電層とした第１めっき条件で第１電解めっきを行って前記貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込み、前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みが終了した後に、前記導電膜及び前記第１めっき膜を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行って、前記レジストパターンのレジスト開口部内に露出した導電膜及び前記第１めっき膜上に第２めっき膜を成長させることを特徴とする導電材料構造体の形成方法である。
【００１０】
基板にエッチング法等により形成された貫通電極用凹部内にめっき膜、例えば金属材料としての銅を電解めっきで埋込む場合（場合（１））と、基板表面にレジストパターンで形成されたレジスト開口部内にめっき膜、例えば金属材料としての銅を電解めっきで成膜して電極パッド等を形成する場合（場合（２））とでは、パターン形状や給電層の構造に大きな違いがある。場合（１）における貫通電極用凹部は、例えば外径が数〜数１０μｍ、深さが１０〜１００μｍ程度でアスペクト比（孔径に対する深さの比）が１以上であるが、これに対して、場合（２）におけるレジストパターンは、例えば数〜数１０μmの厚みで、レジスト開口部の外径または幅は数〜数１０μm程度である。
【００１１】
場合（１）では、貫通電極用凹部のアスペクト比が１以上であり、貫通電極用凹部の側面にもシード膜（給電層）が存在するので、貫通電極用凹部の底部からのめっき膜の成長を優先するボトムアップ成長の条件でめっき膜を成膜しないと、貫通電極用凹部の入口でのめっき膜の成長が優先され、貫通電極用凹部内に埋込まれるめっき膜にボイドやシームなどのめっき欠陥を生じる。このため、例えば貫通電極用凹部の入口部分でのめっき膜の成長を抑制するための添加剤の性能を高めためっき液を用いるとともに、当初はある程度の電流でめっきを行った後、一旦電流値を下げて、貫通電極用凹部内部での銅イオンの消耗の回復を待つことを繰返すなど、いくつかの条件を最適化する必要がある。
【００１２】
場合（２）では、レジストパターンで囲まれたレジスト開口部の底部にのみ給電層が存在し、このためスルーマスクめっきとなり、そのまま電解めっきを行うとレジスト開口部の底部からめっき膜が成長する。このため、めっき膜にボイドやシームなどのような欠陥が生じる懸念は少ない。しかし、レジストパターン内部でのめっき液の流速分布により、めっき膜のパターン形状の偏りが生じる可能性がある。この現象は、めっき速度に対して必ずしも十分な銅イオンの供給が出来ない場合、即ち拡散律速領域でめっきする場合に起こりやすい。したがって、この場合は、めっき液の組成や電流密度よりも、機械的攪拌や空気攪拌などめっき液の流動条件の最適化が重要な要素となる。
【００１３】
なお、レジスト開口部の下にある貫通電極用凹部内にめっき膜を埋込む際には、レジスト開口部内にめっき膜を埋込む時以上にレジストパターン内に存在するめっき液の濃度分布の影響を受けるので、上記場合（１）におけるめっき液の添加剤ならびに電流条件の最適化に加え、めっきを液の流動条件の最適化が重要となる。
【００１４】
以上のように、それぞれの形状に好適なめっき条件、例えば電流値、めっき液、めっき液の攪拌条件などを最適化してめっきすることがめっき膜の完全性ならびに成膜効率を上げるために必要である。本発明によれば、第１めっき条件で第１電解めっきを行って貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込み、しかる後、第２めっき条件で第２電解めっきを行って、導電膜上の所定位置に形成したレジストパターンのレジスト開口部に第２めっき膜を成長させることで、この要請に応えることができる。しかも、予めレジストパターンを形成しておいてから、貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込む第１電解めっきと、レジストパターンのレジスト開口部内に第２めっき膜を成長させる第２電解めっきを連続して行うことで、めっき時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記レジストパターンの高さは、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００１６】
基板表面のレジスト開口部内に成膜する第２めっき膜で再配線を形成する場合には、該再配線を流れる電気信号の周波数や供給する電流値などを考慮すると、第２めっき膜の膜厚を少なくとも５μｍ程度とする必要がある。基板表面のレジスト開口部内に成膜する第２めっき膜で電極パッドやポストを形成する場合には、その後の接合条件を勘案すると、第２めっき膜の膜厚を数１０μｍとすることが望ましい。更に、電極パッドの上に接合用のはんだ等の接合材料を電解めっきで載せようとすると、レジストパターンに更に数１０μｍ程度の高さが加わる。このため、レジストパターンの高さは、少なくとも５μｍ以上で、１００μｍ程度以下とすることが好ましい。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜は、銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００１８】
貫通電極用凹部内に埋込まれる第１めっき膜は、半導体チップ同士を最短距離で接合して更なる高速化、小型化を実現する貫通電極として使用される。このため、第１めっき膜は、導電性が高く電気抵抗の低いものであることが望まれる。そのようなものとしては、金、銀または銅などが考えられるが、ボトムアップめっきが工業的に可能なものは銅をベースとするめっきのみであり、またコスト的に見ても、少なくとも第１めっき条件で成膜する第１めっき膜は、銅または銅合金からなることが好適である。
【００１９】
また第２めっき条件で成膜される第２めっき膜については、第１めっき条件の第１電解めっきで成膜する第１めっき膜と同じ金属を連続して成膜できることが生産性の点から合理的であり、かつここでも出来るだけ導電性の高い金属であることが望ましい。従って、第２めっき膜も、銅または銅合金からなることが好適である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記第２めっき条件における平均電流値は、前記第１めっき条件における平均電流値よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２１】
貫通電極用凹部全体の面積は、デバイス部分の面積を確保するという観点から基板全体の面積のせいぜい１％程度であって数％を超えることはない。一方、再配線や電極パッドの面積は、基板全体の面積の数〜数１０％になるのが一般的である。このため、第１めっき条件での第１電解めっきでは貫通電極用凹部を第１めっき膜で埋込むのに必要な電流のみを供給すればよいが、再配線や電極パッドとなる第２めっき膜を成膜する第２めっき条件での第２電解めっきを第１電解めっきと同じ電流で行うとめっき時間が長くなる。このため、第２めっき条件における平均電流値は、第１めっき条件における平均電流値よりも高いことが望ましい。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記第２めっき条件による前記第２電解めっきで前記レジストパターンの高さの途中まで前記第２めっき膜を成長させた後、第３めっき条件での第３電解めっきを行って、前記第２めっき膜上に第３めっき膜を成長させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２３】
このように、第２めっき膜上に第３めっき膜を形成することで、この第３めっき膜を、チップ間を接合するための接合材料として使用することができる。この場合、電極パッドやポストを形成する第２めっき膜上に第３めっき膜を連続して形成することで、コストアップに繋がる新たなレジストパターンを設ける必要をなくすことができる。この第３めっき条件での第３電解めっきは、めっき液、電流密度その他のめっき条件をそれに好適なものとして、つまり第１めっき条件及び第２めっき条件とは異なるめっき条件で実施することが望ましい。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記第３めっき膜は、前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜とは異なる金属からなることを特徴とする請求項５記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２５】
第３めっき膜は、接合材料として使用され、導電性よりも接合性が優先される。このため、第１めっき膜や第２めっき膜に使われる銅などとは異なる材料、例えばスズやスズ合金などが好ましく用いられる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みを該貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に終了することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００２７】
このように、貫通電極用凹部内への第１めっき膜の埋込みを該貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に終了することで、つまり貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前の第１めっき膜の上面に多少なりとも凹形状が残っている段階でめっき条件を第１めっき条件から第２めっき条件に変更することで、第１めっき膜の中央部分が盛り上がった形状になって、第２めっき条件による第２電解めっきで第２めっき膜を形成した時に、第２めっき膜の貫通電極用凹部の中心に相当する部位の膜厚のみが他の部分に比べて厚いものとなってしまうことを防止することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、前記貫通電極用凹部内が前記第１めっき膜で完全に埋まる前に、第１電流値より低い第２電流値よる所定時間のめっきを少なくとも１回行うことを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法である。
このように、貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に、第１電流値より低い第２電流値よる所定時間のめっきを行うことで、貫通電極用凹部の内部でのイオンの消耗の回復を待つことができる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、めっき液を前記基板表面に対して略平行に移動する攪拌パドルで流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００３０】
前述のように、レジストパターンで囲まれたレジスト開口部内をめっきする場合には、レジストパターン内部でのめっき液の流速分布により、めっき膜のパターン形状の偏りが生じ平坦な表面が得られない可能性が有る。そこで、例えば、縦型めっき装置において、めっき液を上向流で供給するとともに、攪拌用パドルを基板に対して略並行に高速に往復動させてめっき液をめっき中に移動させることで、レジスト開口部内へのめっき液供給を促進し、前記パターン形状の偏りを抑制することが出来る。なお、この往復動としては、単純に行き来する場合のほかに、往復動の中心を一方に少しずつ移動しつつ往復動する方法を採用しても良い。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、めっき液を前記基板表面に対して回転する攪拌パドルによって流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法である。
【００３２】
レジスト開口部内へのめっき液の供給を促進する方法としては、前述のような往復動する攪拌パドルによる方法のほかに、例えば噴流形式めっき装置において、めっき液を上向流で供給するとともに、基板表面に対して回転する攪拌パドルによりめっき液をめっき中に流動させることで、レジスト開口部内へのめっき液供給を促進し、前記パターン形状の偏りを抑制することも出来る。この場合には、回転中心でのめっき液の流動が相対的に低いので、回転中心を基板中心から離し、且つ基板表面に対して回転中心を少しずつ移動させることを併用することにより、基板全面での均一な液の流動状態を達成することが出来る。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、貫通電極による三次元積層を実現するのに使用される導電材料構造体を、現実的なコストと時間で、しかもめっき膜の面内均一性も高く形成することが出来る。更に、チップ同士の接合に必要な接合材料を同時に成膜することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図３は、本発明の導電材料構造体の形成方法に使用されるめっき処理設備（電解銅めっき設備）の全体配置図を示す。このめっき処理設備は、基板の前処理、めっき処理及びめっきの後処理のめっき全工程を連続して自動的に行うようにしたもので、外装パネルを取付けた装置フレーム１１０の内部は、仕切板１１２によって、基板のめっき処理及びめっき液が付着した基板の処理を行うめっき空間１１６と、それ以外の処理、すなわちめっき液に直接には関わらない処理を行う清浄空間１１４に区分されている。そして、めっき空間１１６と清浄空間１１４とを仕切る仕切板１１２で仕切られた仕切り部には、基板ホルダ１６０（図４参照）を２枚並列に配置して、この各基板ホルダ１６０との間で基板の脱着を行う、基板受渡し部としての基板脱着台１６２が備えられている。清浄空間１１４には、基板を収納した基板カセットを載置搭載するロード・アンロードポート１２０が接続され、更に、装置フレーム１１０には、操作パネル１２１が備えられている。
【００３５】
清浄空間１１４の内部には、基板のオリフラやノッチなどの位置を所定方向に合わせるアライナ１２２と、めっき処理後の基板を洗浄し高速回転させてスピン乾燥させる２台の洗浄・乾燥装置１２４が配置されている。更に、これらの各処理装置、つまりアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４のほぼ中心に位置して、これらの各処理装置１２２，１２４、前記基板脱着台１６２及び前記ロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットとの間で基板の搬送と受渡しを行う第１搬送ロボット１２８が配置されている。
【００３６】
清浄空間１１４内に配置されたアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して処理する。搬送ロボット１２８は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して基板の搬送及び受渡しを行う。
【００３７】
めっき空間１１６内には、仕切板１１２側から順に、基板ホルダ１６０の保管及び一時仮置きを行うストッカ１６４、例えば基板の表面を純水で洗浄するとともに、純水で濡らして親水性を良くする水洗前処理を行う前処理装置１２６、例えば基板の表面に形成したシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液でエッチング除去する活性化処理装置１６６、基板の表面を純水で水洗する第１水洗装置１６８ａ、めっき処理（電解銅めっき処理）を行うめっき装置（電解銅めっき装置）１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びめっき処理後の基板の水切りを行うブロー装置１７２が順に配置されている。そして、これらの装置の側方に位置して、２台の第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂがレール１７６に沿って走行自在に配置されている。この一方の第２搬送ロボット１７４ａは、基板脱着台１６２とストッカ１６４との間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。他方の第２搬送ロボット１７４ｂは、ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、第１水洗装置１６８ａ、めっき装置１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びブロー装置１７２の間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。
【００３８】
第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂは、図４に示すように、鉛直方向に延びるボディ１７８と、このボディ１７８に沿って上下動自在でかつ軸心を中心に回転自在なアーム１８０を備えており、このアーム１８０に、基板ホルダ１６０を着脱自在に保持する基板ホルダ保持部１８２が２個並列に備えられている。基板ホルダ１６０は、表面を露出させ周縁部をシールした状態で基板Ｗを着脱自在に保持するように構成されている。
【００３９】
ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、水洗装置１６８ａ，１６８ｂ及びめっき装置１７０は、基板ホルダ１６０の両端部に設けた外方に突出する突出部１６０ａを上端部に引っ掛けて、基板ホルダ１６０を鉛直方向に吊り下げた状態で支持する。前処理装置１２６には、内部に純水を保持する2個の前処理槽１２７が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を前処理槽１２７の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと前処理槽１２７内の純水に浸漬させて前処理を行うように構成されている。活性化処理装置１６６には、内部に薬液を保持する２個の活性化処理槽１８３が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を活性化処理槽１８３の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと活性化処理槽１８３内の薬液に浸漬させて活性化処理を行うように構成されている。
【００４０】
同様に、水洗装置１６８ａ，１６８ｂには、内部に純水を保持した各２個の水洗槽１８４ａ，１８４ｂが、めっき装置１７０には、内部にめっき液を保持した複数のめっき槽１８６がそれぞれ備えられ、前述と同様に、基板ホルダ１６０を基板Ｗごとこれらの水洗槽１８４ａ，１８４ｂ内の純水またはめっき槽１８６内のめっき液に浸漬させることで、水洗処理やめっき処理が行われるように構成されている。またブロー装置１７２は、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、この基板ホルダ１６０に装着した基板Ｗにエアーや不活性ガスを吹きかけることで、基板のブロー処理を行うように構成されている。
【００４１】
めっき装置１７０は、図５に示すように、内部に一定量のめっき液Ｑを保持するめっき槽１８６が備えられ、このめっき液Ｑ中に、基板ホルダ１６０で周縁部を水密的にシールし表面（被めっき面）を露出させて保持した基板Ｗを浸漬させて垂直に配置するようになっている。めっき液Ｑとして、この例では、銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、更に有機イオウ化合物、高分子化合物及び有機窒素化合物のうち少なくとも一つを含んだめっき液が使用される。支持電解質としては硫酸が、ハロゲンイオンとしては塩素が好ましく用いられる。
【００４２】
めっき槽１８６の上方外周には、めっき槽１８６の縁から溢れ出ためっき液Ｑを受け止めるオーバーフロー槽２００が備えられている。オーバーフロー槽２００の底部には、ポンプ２０２を備えた循環配管２０４の一端が接続され、循環配管２０４の他端は、めっき槽１８６の底部に設けられためっき液供給口１８６ａに接続されている。これにより、オーバーフロー槽２００内に溜まっためっき液Ｑは、ポンプ２０２の駆動に伴ってめっき槽１８６内に還流される。循環配管２０４には、ポンプ２０２の下流側に位置して、めっき液Ｑの温度を調節する恒温ユニット２０６と、めっき液内の異物をフィルタリング（除去）するフィルタ２０８が介装されている。
【００４３】
更に、めっき槽１８６の底部には、内部に多数のめっき液流通口を有する底板２１０が配置されている。これによって、めっき槽１８６の内部は、上方の基板処理室２１４と下方のめっき液分散室２１２に区画されている。更に、底板２１０には、下方に垂下する遮蔽板２１６が取付けられている。
【００４４】
これによって、この例のめっき装置１７０では、めっき液Ｑは、ポンプ２０２の駆動に伴ってめっき槽１８６のめっき液分散室２１２に導入され、底板２１０に設けられた多数のめっき液流通口を通過して基板処理室２１４内に流入し、基板ホルダ１６０で保持された基板Ｗの表面に対して略平行に上方に向けて流れてオーバーフロー槽２００内に流出するようになっている。
【００４５】
めっき槽１８６の内部には、基板Ｗの形状に沿った円板状のアノード２２０がアノードホルダ２２２に保持されて垂直に設置されている。このアノード２２０は、めっき槽１８６内にめっき液Ｑを満たした時に、このめっき液Ｑ中に浸漬され、基板ホルダ１６０で保持してめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板Ｗと対面する。更に、めっき槽１８６の内部には、アノード２２０とめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０との間に位置して、めっき槽１８６内の電位分布を調整する調整板（レギュレーションプレート）２２４が配置されている。調整板２２４は、この例では、筒状部２２６と矩形状のフランジ部２２８からなり、材質として、誘電体である塩化ビニールを用いている。筒状部２２６は、電場の拡がりを十分制限できるような開口の大きさ、及び軸心に沿った長さを有している。調整板２２４のフランジ部２２８の下端は、底板２１０に達している。
【００４６】
めっき槽１８６の内部には、めっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０と調整板２２４との間に位置して、鉛直方向に延び、基板Ｗと平行に往復動して、基板ホルダ１６０と調整板２２４との間のめっき液Ｑを攪拌する攪拌パドル２３２が配置されている。このように、めっき液Ｑを攪拌パドル２３２で攪拌することで、十分な銅イオンを基板Ｗの表面に均一に供給することができる。攪拌パドル２３２と基板Wの表面との間隔は、攪拌パドル２３２による十分な撹拌効果を得るために、攪拌パドル２３２が基板ホルダ１６０と接触することなく、かつ、３０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００４７】
攪拌パドル２３２は、図６及び図７に示すように、板厚ｔが３〜５ｍｍの一定の厚みを有する矩形板状部材で構成され、内部に複数の長穴２３２ａを平行に設けることで、鉛直方向に延びる複数の格子部２３２ｂを有するように構成されている。攪拌パドル２３２の材質は、例えばチタンにテフロン（登録商標）コートを施したものである。攪拌パドル２３２の垂直方向の長さＬ１及び長孔２３２ａの長さ方向の寸法Ｌ２は、基板Ｗの垂直方向の寸法よりも十分に大きくなるように設定されている。また、攪拌パドル２３２の横方向の長さＨは、攪拌パドル２３２の往復運動の振幅（ストローク）と合わせた長さが基板Ｗの横方向の寸法よりも十分に大きくなるように設定されている。
【００４８】
長穴２３２ａの幅及び数は、長穴２３２ａと長孔２３２ａの間の格子部２３２ｂが効率良くめっき液を攪拌し、長穴２３２ａをめっき液が効率良く通り抜けるように、格子部２３２ｂが必要な剛性を有する範囲で格子部２３２ｂが可能な限り細くなるように決めることが好ましい。
【００４９】
この例では、図７に示すように、各格子部２３２ｂの横断面が長方形になるように長穴２３２ａを垂直に開けている。図８（ａ）に示すように、格子部２３２ｂの横断面の四隅に面取りを施してもよく、また図８（ｂ）に示すように、格子部２３２ｂの横断面が平行四辺形になるように格子部２３２ｂに角度を付けても良い。
【００５０】
図９に示すように、攪拌パドル２３２は、攪拌パドル２３２の上端に固着したクランプ２３６によって、水平方向に延びるシャフト２３８に固定され、シャフト２３８は、シャフト保持部２４０に保持されつつ左右に摺動できるようになっている。シャフト２３８の端部は、攪拌パドル２３２を左右に直進往復運動させるパドル駆動部２４２に連結され、パドル駆動部２４２は、モータ２４４の回転をクランク機構（図示せず）によりシャフト２３８の直進往復運動に変換する。この例では、パドル駆動部２４２のモータ２４４の回転速度を制御することにより、攪拌パドル２３２の移動速度を制御する制御部２４６が備えられている。なお、パドル駆動部の機構は、クランク機構だけでなく、ボールねじによりサーボモータの回転をシャフトの直進往復運動に変換するようにしたものや、リニアモータによってシャフトを直進往復運動させるようにしたものでも良い。攪拌パドル２３２の移動速度は、攪拌パドル２３２による十分な撹拌効果を得るために、０．２ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、０．５以上であることが更に好ましい。攪拌パドル２３２の移動速度は、装置設計の観点から、一般的には２．０ｍ／ｓｅｃ以下である。
【００５１】
めっき装置１７０には、めっき時に陽極が導線を介してアノード２２０に、陰極が導線を介して基板Ｗにそれぞれ接続されるめっき電源２５０が備えられている。この例では、めっき電源２５０として、供給電流として１０倍以上のレンジを持つものが使用されている。
【００５２】
このめっき装置１７０によれば、先ず、めっき槽１８６の内部に所定の組成を有する所定量のめっき液Ｑを満たし循環させておく。そして、基板Ｗを保持した基板ホルダ１６０を下降させて、基板Ｗをめっき槽１８６内のめっき液Ｑに浸漬した所定の位置に配置し、めっき電源２５０の陽極をアノード２２０に、陰極を基板Ｗにそれぞれ接続する。この状態で、必要に応じて、攪拌パドル２３２を基板Ｗと平行に移動させて、調整板２２４と基板Ｗとの間のめっき液Ｑを攪拌パドル２３２で攪拌し、これによって、基板Ｗの表面にめっき膜を成長させる。また、必要に応じて循環配管２０４のポンプ２０２を駆動して、めっき槽１８６内のめっき液Ｑを循環させつつ冷却して所定の温度に維持する。そして、所定時間経過後、アノード２２０と基板Ｗとの間への電圧の印加を停止し、攪拌パドル２３２の往復動を停止させてめっきを終了する。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態の導電材料構造体の形成方法を説明する。
図１０及び図１１は、基板の内部に上下に貫通する銅からなる貫通電極を、基板表面に銅からなる電極パッドをそれぞれ有する導電材料構造体の製造例を工程順に示す。先ず、図１０（ａ）に示すように、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、シリコン等からなる基材１０の内部に上方に開口する複数の貫通電極用凹部１２を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面の貫通電極用凹部１２の表面を含む全表面に電解めっきの給電層としての銅からなるシード膜（導電膜）１４をスパッタリング等で形成する。
【００５４】
次に、図１０（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面の所定位置にフォトレジスト等によるレジストパターン３０を形成する。この例にあっては、基板Ｗの表面に銅からなる電極パッド４２（図１１（ｂ）参照）を形成するようにしている。このため、図１２（ａ）に示すように、レジストパターン３０のレジスト開口部３２は、貫通電極用凹部１２の直上方に位置し、該凹部１２より大きな電極パッドの形状に沿った、例えば矩形状または円形状となる。
【００５５】
なお、基板Ｗの表面に電極パッドの位置を再配置する再配線を形成する場合には、図１２（ｂ）に示すように、レジストパターン３０ａのレジスト開口部３２ａは、貫通電極用凹部１２の上方に位置する電極パッド部３４ａと該電極パッド部３４ａから延びる配線部３４ｂを有する、再配線に沿った形状となる。
【００５６】
このレジストパターン３０の高さｈは、５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。つまり、下記のように、レジスト開口部３２内に成膜する第２めっき膜３８で電極パッドや再配線を形成するのであるが、再配線の場合、信号の周波数や供給する電流値などを考慮すると、その厚さを少なくとも５μｍ程度とする必要があり、電極パッドやポストの場合、その後の接合条件を勘案すると、その厚さを数１０μｍとすることが望ましい。更に、下記のように、第２めっき膜の上に成膜した第３めっき膜で接合用のはんだ等の接合材料を形成しようとすると、レジストパターン３０に更に数１０μｍ程度の高さが加わる。このため、レジストパターン３０の高さを、少なくとも５μｍ以上で、１００μｍ程度以下とすることで、レジスト開口部３２内に十分な膜厚を有する第２めっき膜３８、更には第３めっき膜４４を形成することができる。
【００５７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、シード膜１４を給電層として該シード層１４とアノードとの間に所定のめっき電流を流す第１めっき条件で第１電解めっきを行って、貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込む。この時、貫通電極用凹部１２以外のレジスト開口部内に位置するシード膜１４の表面にも第１めっき膜が成膜されても良い。
【００５８】
この場合、貫通電極用凹部１２のアスペクト比は１以上であり、貫通電極用凹部１２の側面にも給電層としてのシード膜１４が存在するので、貫通電極用凹部１２の底部からのめっき膜の成長を優先するボトムアップ成長の条件で第１めっき膜３６を成膜しないと、貫通電極用凹部１２の入口でのめっき膜の成長が優先され、貫通電極用凹部１２内に埋込まれる第１めっき膜３６にボイドやシームなどのめっき欠陥を生じる。このため、第１めっき条件での第１電解めっきに際しては、例えば貫通電極用凹部１２の入口部分でのめっき膜の成長を抑制するための添加剤の性能を高めためっき液を用いるとともに、当初はある程度の電流でめっきを行った後、一旦電流値を下げて、貫通電極用凹部１２の内部での銅イオンの消耗の回復を待つことを繰返すなど、いくつかの条件を最適化する必要がある。
【００５９】
この時、シード膜１４とアノードとの間に、図１３（ａ）に示すように、一定電流を流すようにしても、図１３（ｂ）に示すように、時間の経過と共に電流が大きくなるステップ電流と流すようにしてもよく、更に図１３（ｃ）に示すように、電流の供給と停止を繰返すパルス電流を流すようにしてもよい。
【００６０】
第１電解めっきの電流密度は、ボトムアップ成長を促すため、平均電流密度として、０．１ｍＡ／ｃｍ２〜１０ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましく、０．１ｍＡ／ｃｍ２〜５ｍＡ／ｃｍ２であることが更に好ましい。第１電解めっきの電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２以下になると貫通電極用凹部１２内を第1めっき膜で埋めるためのめっき時間が長くなり、生産性が悪くなる。
【００６１】
そして、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みが終了した後に、シード膜１４及び第１めっき膜３６を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行うのであるが、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みを該貫通電極用凹部１２内が第１めっき膜３６で完全に埋まる前に終了することが好ましい。
【００６２】
つまり、貫通電極用凹部１２の第１めっき膜３６による埋込みには、前述のように、いわゆるボトムアップめっきが適用されるが、ボトムアップめっきで貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を完全に埋込むと、図１４（ａ）に示すように、第１めっき膜３６は、一般に、その表面３６ａの中央部分が盛り上がった形状となる。これは貫通電極用凹部１２の中心からのめっき膜の成長を促進する添加剤の効果によるところであるが、この効果は、第１電解めっきが終了した後、第２めっき条件による第２電解めっきを行っても、暫くの間に亘って継続する傾向にある。このため、貫通電極用凹部１２に第１めっき膜３６を完全に埋込んだ後に、下記のように、第２めっき条件による第２電解めっきで第２めっき膜３８を形成すると、第２めっき膜３８の貫通電極用凹部１２の中心に相当する部位の膜厚のみが他の部分に比べて厚いものとなってしまう。このような局所的なめっき膜厚のばらつきは、その後の接合などに問題を生じるので、事前に矯正しておく必要がある。
【００６３】
このため、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みを該貫通電極用凹部１２内が第１めっき膜３６で完全に埋まる前に終了することで、つまり、図１４（ｂ）に示すように、貫通電極用凹部１２内が第１めっき膜３６で完全に埋まる前の第１めっき膜３６の表面３６ａに多少なりとも凹形状が残っている段階で、めっき条件を第１めっき条件から第２めっき条件に変更することで、第１めっき膜３６がその中央部分が盛り上がった形状になることを防止することができる。
【００６４】
なお、下記のように、第２めっき条件での第２電解めっきで形成される第２めっき膜３８は、電極パッドや再配線部分を形成するものであるので、基板全面で均一な膜厚のめっき膜を成膜するような条件で成膜される。従って、第１めっき膜３６の表面３６ａに多少凹形状が残っている状態でも、レジスト開口部３２のアスペクトが２以下、好ましくは１以下であれば、レジスト開口部３２内に表面が平坦な第２めっき膜３８を成膜することができる。
【００６５】
第２めっき条件による第２電解めっきでは、シード膜１４及び第１めっき膜３６を給電層として、図１１（ａ）に示すように、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に露出したシード層１４及び第１めっき膜３６上に第２めっき膜３８を成長させる。
【００６６】
この場合、レジストパターン３０で囲まれたレジスト開口部３２の底部にのみ給電層となるシード膜１４及び第１めっき膜３６が存在し、このためスルーマスクめっきとなり、そのまま電解めっきを行うとレジスト開口部３２の底部から第２めっき膜３８が成長する。このため、第２めっき膜３８にボイドやシームなどのような欠陥が生じる懸念は少ない。しかし、レジストパターン３０の内部でのめっき液の流速分布により、第２めっき膜３８のパターン形状の偏りが生じる可能性がある。この現象は、めっき速度に対して必ずしも十分な銅イオンの供給が出来ない場合、即ち拡散律速領域でめっきする場合に起こりやすい。したがって、この場合は、めっき液の組成や電流密度よりも、機械的攪拌や空気攪拌などめっき液の流動条件の最適化が重要な要素となる。
【００６７】
空気攪拌とは、めっき処理中に攪拌パドルを基板と平行に移動させてめっき液を攪拌するのと同時に、例えば空気や窒素からなるバブルをめっき液中に供給して、めっき液中に供給されたバブルが基板表面の全域に沿って流れるようにすることである。
【００６８】
このため、この例では、めっき槽１８６内にめっき液を上向流で供給するとともに、攪拌用パドル２３２を基板Ｗに対して略並行に高速に往復動させてめっき液をめっき中に移動させることで、レジスト開口部３２内へのめっき液供給を促進し、パターン形状の偏りを抑制することができる。なお、この攪拌パドル２３２の往復動としては、単純に行き来する場合のほかに、往復動の中心を一方に少しずつ移動しつつ往復動する方法を採用しても良い。
【００６９】
この例では、攪拌用パドル２３２を基板Ｗに対して略並行に高速に往復動させてめっき液をめっき中に移動させるようにしているが、例えば噴流形式めっき装置において、めっき液を上向流で供給するとともに、基板表面に対して回転する攪拌パドルによりめっき液をめっき中に流動させることで、レジスト開口部内へのめっき液供給を促進し、前記パターン形状の偏りを抑制するようにしてもよい。この場合には、回転中心でのめっき液の流動が相対的に低いので、回転中心を基板中心から離し、且つ基板表面に対して回転中心を少しずつ移動させることを併用することにより、基板全面での均一な液の流動状態を達成することが出来る。
【００７０】
以上のように、この例によれば、第１めっき条件で第１電解めっきを行って、貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込み、しかる後、第２めっき条件で第２電解めっきを行って、基板表面の所定位置に形成したレジストパターン３０のレジスト開口部３２内に第２めっき膜３８を成長させることで、それぞれの形状に好適なめっき条件、例えば電流値、めっき液、めっき液の攪拌条件などを最適化して、第１めっき膜３６及び第２めっき膜３８の完全性ならびに成膜効率を上げることができる。しかも、予め基板Ｗの表面にレジストパターン３０を形成しておいてから、貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込む第１電解めっきと、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に第２めっき膜３８を成長させる第２電解めっきを連続して行うことで、めっき時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【００７１】
ここで、貫通電極用凹部１２全体の面積は、デバイス部分の面積を確保するという観点から基板全体の面積のせいぜい１％程度であって数％を超えることはない。一方、再配線や電極パッドの面積は、基板全体の面積の数〜数１０％になるのが一般的である。このため、第１めっき条件での第１電解めっきでは貫通電極用凹部１２を第１めっき膜３６で埋込むのに必要な電流のみを供給すればよいが、再配線や電極パッドとなる第２めっき膜３８を成膜する第２めっき条件での第２電解めっきを第１電解めっきと同じ電流で行うとめっき時間が長くなる。このため、第２めっき条件における平均電流値は、第１めっき条件における平均電流値よりも高いことが望ましい。
【００７２】
一般的には、被めっき面積に応じて電流値を上げることが望まれるので、第２めっき条件の平均電流値は、第１めっき条件の平均電流値の少なくとも２倍以上、一般には１０倍程度であることが望ましい。したがって、第１電解めっきと第２電解めっきを１つのめっき槽で連続的に行う場合、めっき装置に搭載するめっき電源は、供給電流として１０倍以上のレンジを持つものであることが望まれる。なお、前述のように、第１めっき条件での第１電解めっきでは、ステップ電流やパルス電流を使用することも出来るが、その際にも、第２めっき条件での第２電解めっきにおける平均電流値は、第１めっき条件での第２電解めっきにおける平均電流値以上とすることが望まれる。
【００７３】
なお、貫通電極用凹部１２内に埋込まれる第１めっき膜３６は、下記のように、半導体チップ同士を最短距離で接合して更なる高速化、小型化を実現する貫通電極として使用される。このため、第１めっき膜３６は、導電性が高く電気抵抗の低いものであることが望まれる。そのようなものとしては、金、銀または銅などが考えられるが、ボトムアップめっきが工業的に可能なものは銅をベースとするめっきのみであり、またコスト的に見ても、少なくとも第１めっき条件で成膜する第１めっき膜３６は、銅または銅合金からなることが好適である。
【００７４】
また第２めっき条件で成膜される第２めっき膜３８については、第１めっき条件の第１電解めっきで成膜する第１めっき膜３６と同じ金属を連続して成膜できることが生産性の点から合理的であり、かつここでも出来るだけ導電性の高い金属であることが望ましい。従って、第２めっき膜３８も、銅または銅合金からなることが好適である。
【００７５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面の余剰なシード膜１４及びレジストパターン３０を除去し、同時に、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６の底面が外部に露出するまで基板Ｗの裏面側を研磨除去する。これによって、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６で上下に貫通する銅からなる複数の貫通電極４０を、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に成膜した第２めっき膜３８で電極パッド４２をそれぞれ形成した導電材料構造体を完成させる。この電極パッド４２の厚さは、例えば数十μｍである。
【００７６】
図１５は、本発明の他の実施の形態における導電材料構造体の製造例を工程順に示す。前述の例と同様にして、図１０（ｃ）に示すように、第１めっき条件による第１電解めっきで貫通電極用凹部１２内に第１めっき膜３６を埋込む。そして、第２条件で第２電解めっきを行って、図１５（ａ）に示すように、レジストパターン３０の高さの途中まで第２めっき膜３８を成長させ、更に、第３めっき条件での第３電解めっきを行って、第２めっき膜３８上に第３めっき膜４４を成長させる。
【００７７】
この第３めっき膜４４は、下記のようにチップ間を接合するための接合材料としての接合層４６として使用するものである。電極パッドやポストを形成する第２めっき膜３８上に第３めっき膜４４を連続して形成することで、コストアップに繋がる、接合層を形成するための新たなレジストパターンを設ける必要をなくすことができる。この第３めっき条件での第３電解めっきは、めっき液、電流密度その他のめっき条件をそれに好適なものとして、つまり第１めっき条件及び第２めっき条件とは異なるめっき条件で実施することが望ましい。
【００７８】
また、第３めっき膜４４は、前述のように、接合材料として使用されるため、導電性よりも接合性が優先される。このため、第１めっき膜３６や第２めっき膜３８に使われる銅などとは異なる材料、例えばスズやスズ合金などが好ましく用いられる。
【００７９】
次に、図１５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面の余剰なシード膜１４及びレジストパターン３０を除去し、同時に、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６の底面が外部に露出するまで基板Ｗの裏面側を研磨除去する。これによって、貫通電極用凹部１２内に埋込んだ第１めっき膜３６で上下に貫通する銅からなる複数の貫通電極４０を、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に成膜した第２めっき膜３８で電極パッド４２を、第２めっき膜３８上に成膜した第３めっき膜４４で接合材料としての接合層４６をそれぞれ形成した導電材料構造体を完成させる。この接合層４６の厚さは、例えば数十μｍである。
【００８０】
次に、図３に示すめっき処理設備（電解銅めっき処理設備）を使用して、図１０（ｃ）に示す第１めっき膜３６と図１１（ａ）に示す第２めっき膜３８を連続して形成する処理について説明する。
【００８１】
先ず、図１０（ｂ）に示すように、シリコン等からなる基材１０内部に、上方に開口する複数の貫通電極用凹部１２を形成し、更に全表面に電解めっきの給電層としてのシード層（導電膜）１４を形成した基板Ｗを用意する。そして、この基板Ｗをその表面（被めっき面）を上にした状態で基板カセットに収容し、この基板カセットをロード・アンロードポート１２０に搭載する。
【００８２】
このロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットから、第１搬送ロボット１２８で基板Ｗを１枚取出し、アライナ１２２に載せて基板Ｗのオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせる。一方、基板脱着台１６２にあっては、ストッカ１６４内に鉛直姿勢で保管されていた基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで取出し、これを９０゜回転させた水平状態にして基板脱着台１６２に２個並列に載置する。
【００８３】
そして、アライナ１２２に載せてオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせた基板Ｗを第１搬送ロボット１２８で搬送し、基板脱着台１６２に載置された基板ホルダ１６０に周縁部をシールして装着する。そして、この基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで２基同時に把持し、上昇させた後、ストッカ１６４まで搬送し、９０゜回転させて基板ホルダ１６０を垂直な状態となし、しかる後、下降させ、これによって、２基の基板ホルダ１６０をストッカ１６４に吊下げ保持（仮置き）する。これを順次繰返して、ストッカ１６４内に収容された基板ホルダ１６０に順次基板を装着し、ストッカ１６４の所定の位置に順次吊り下げ保持（仮置き）する。
【００８４】
一方、第２搬送ロボット１７４ｂにあっては、基板を装着しストッカ１６４に仮置きした基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、上昇させた後、前処理装置１２６に搬送する。そして、この前処理装置１２６で、前処理槽１２７内に入れた純水等の前処理液に基板Ｗを浸漬させて前処理（水洗前処理）を施す。このとき使用する前処理液としての純水は、純水中の溶存酸素濃度を真空脱気装置や不活性ガスの導入により制御し、好ましくは２ｍｇ／Ｌ以下とする。次に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、活性化処理装置１６６に搬送し、活性化処理槽１８３に入れた硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液に基板を浸漬させてシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜をエッチングし、清浄な金属面を露出させる。このときに使用する酸溶液は前記前処理用の純水と同様に酸溶液中の溶存酸素濃度を制御することができる。更に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、第１水洗装置１６８ａに搬送し、この水洗槽１８４ａに入れた純水で基板の表面を水洗する。
【００８５】
水洗が終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にしてめっき装置１７０に搬送し、めっき槽１８６内のめっき液１８８に浸漬させた状態でめっき槽１８６に吊り下げ支持することで、基板Ｗの表面にめっき処理を施す。
【００８６】
なお、基板ホルダ１６０で保持した基板Ｗをめっき液１８８に浸漬させた後、第１めっき条件で第１電解めっきを開始する前に、貫通電極用凹部１２内部に残った水洗水とめっき液を置換させるための無通電浸漬時間を設けてもよい。但し、この無通電浸漬時間が長過ぎるとめっき液によってシード層が溶解されてしまうので、無通電浸漬時間は１分以下とするのが好ましい。
【００８７】
この時、前述のように、先ず第１めっき条件での第１電解めっきを行って、図１０（ｃ）に示すように、貫通電極用凹部１２の内部に第１めっき膜３６を埋込む。この第１めっき条件は、貫通電極用凹部１２の底部からのめっき膜の成長を優先するボトムアップ成長の条件である。そして、貫通電極用凹部１２内への第１めっき膜３６の埋込みが終了した後に、第１めっき条件から第２めっき条件に代え、第２めっき条件で第２電解めっきを行って、図１１（ａ）に示すように、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に露出した導電膜１２及び第１めっき膜３６上に第２めっき膜３８を成長させる。この第２めっき条件は、例えば第１めっき条件よりも平均電流値が２倍以上、一般には１０倍以上高く、めっき液Ｑを攪拌する攪拌パドル２３２の動きを最適化した条件である。
なお、組成の異なるめっき液を使用して、第１めっき条件での第１電解めっきと第２めっき条件での第２電解めっきを行うようにしてもよい。
【００８８】
そして、めっき終了後、基板を装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ｂで再度保持してめっき槽１８６から引き上げてめっき処理を終了する。
【００８９】
そして、前述と同様にして、基板ホルダ１６０を第２水洗装置１６８ｂまで搬送し、この水洗槽１８４ｂに入れた純水に浸漬させて基板の表面を純水洗浄する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ブロー装置１７２に搬送し、ここで、不活性ガスやエアーを基板に向けて吹き付けて、基板ホルダ１６０に付着しためっき液や水滴を除去する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
【００９０】
第２搬送ロボット１７４ｂは、上記作業を順次繰り返し、めっきが終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を順次ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。一方、第２搬送ロボット１７４ａにあっては、めっき処理後の基板を装着しストッカ１６４に戻した基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、前記と同様にして、基板脱着台１６２上に載置する。
【００９１】
そして、清浄空間１１４内に配置された第１搬送ロボット１２８は、この基板脱着台１６２上に載置された基板ホルダ１６０から基板を取出し、いずれかの洗浄・乾燥装置１２４に搬送する。そして、この洗浄・乾燥装置１２４で、表面を上向きにして水平に保持した基板を、純水等で洗浄し、高速回転させてスピン乾燥させた後、この基板を第１搬送ロボット１２８でロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットに戻して、一連のめっき処理を完了する。これにより、図１１（ａ）に示すように、貫通電極用凹部１２内に貫通電極４０を形成する第１めっき膜３６を埋込み、レジストパターン３０のレジスト開口部３２内に電極パッド４２を形成する第２めっき膜３８を成膜した基板Ｗが得られる。
【００９２】
なお、図１５に示すように、第３めっき条件での第３電解めっきで第２めっき膜３８上に第３めっき膜４４を成膜する場合には、前述のようにして第２めっき膜３８を成膜した基板Ｗを他の電解めっき装置に搬送し、この他の電解めっき装置で第３めっき膜４４を成膜する。
【００９３】
これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】従来の内部に上下に貫通する貫通電極を有する導電材料構造体の製造例の研磨工程までを工程順に示す図である。
【図２】図１の研磨工程の後を工程順に示す図である。
【図３】本発明に使用されるめっき装置（電解めっき装置）を備えためっき処理設備の全体配置図である。
【図４】図３に示すめっき処理設備に備えられている搬送ロボットの概要図である。
【図５】図３に示すめっき処理設備に備えられているめっき装置の概略断面図である。
【図６】図５に示すめっき装置の攪拌パドルを示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】それぞれ異なる攪拌パドルの変形例を示す図７相当図である。
【図９】図５に示すめっき装置のパドル駆動機構をめっき槽と共に示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態における導電材料構造体の製造例の第１めっき膜成膜時までを工程順に示す図である。
【図１１】図１０の第１めっき膜成膜後を工程順に示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１０（ｂ）の平面図を示し、図１２（ｂ）は、異なるレジストパターンの平面図を示す。
【図１３】第１めっき条件の第１電解めっき時に供給する電流値と時間とのそれぞれ異なる関係を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、貫通電極用凹部内に第１めっき膜を完全に埋込んだ状態を示し、図１４（ｂ）は、貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前の状態を示す。
【図１５】本発明の他の実施の形態における導電材料構造体の製造例の第１めっき膜成膜後を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１２ 貫通電極用凹部
１４ シード膜（導電膜）
３０ レジストパターン
３２ レジスト開口部
３６ 第１めっき膜
３８ 第２めっき膜
４０ 貫通電極
４２ 電極パッド
４４ 第３めっき膜
４６ 接合層
１２４ 洗浄・乾燥装置
１２６ 前処理装置
１６０ 基板ホルダ
１６４ ストッカ
１６６ 活性化処理装置
１６８ａ，１６８ｂ 水洗装置
１７０ めっき装置
１７２ ブロー装置
１８６ めっき槽
２２０ アノード
２２４ 調整板
２３２ 攪拌パドル
２５０ めっき電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通電極用凹部を形成した基板の表面の該凹部表面を含む全表面に導電膜を形成し、
基板表面の所定位置にレジストパターンを形成し、
前記導電膜を給電層とした第１めっき条件で第１電解めっきを行って前記貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込み、
前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みが終了した後に、前記導電膜及び前記第１めっき膜を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行って、前記レジストパターンのレジスト開口部内に露出した導電膜及び前記第１めっき膜上に第２めっき膜を成長させることを特徴とする導電材料構造体の形成方法。
【請求項２】
前記レジストパターンの高さは、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項３】
前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜は、銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項４】
前記第２めっき条件における平均電流値は、前記第１めっき条件における平均電流値よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項５】
前記第２めっき条件による前記第２電解めっきで前記レジストパターンの高さの途中まで前記第２めっき膜を成長させた後、第３めっき条件での第３電解めっきを行って、前記第２めっき膜上に第３めっき膜を成長させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項６】
前記第３めっき膜は、前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜とは異なる金属からなることを特徴とする請求項５記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項７】
前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みを該貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に終了することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項８】
前記貫通電極用凹部内が前記第１めっき膜で完全に埋まる前に、第１電流より低い第２電流よる所定時間のめっきを少なくとも１回行うことを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項９】
めっき液を前記基板表面に対して略平行に移動する攪拌パドルで流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項１０】
めっき液を前記基板表面に対して回転する攪拌パドルによって流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項１】
貫通電極用凹部を形成した基板の表面の該凹部表面を含む全表面に導電膜を形成し、
基板表面の所定位置にレジストパターンを形成し、
前記導電膜を給電層とした第１めっき条件で第１電解めっきを行って前記貫通電極用凹部内に第１めっき膜を埋込み、
前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みが終了した後に、前記導電膜及び前記第１めっき膜を給電層とした第２めっき条件で第２電解めっきを行って、前記レジストパターンのレジスト開口部内に露出した導電膜及び前記第１めっき膜上に第２めっき膜を成長させることを特徴とする導電材料構造体の形成方法。
【請求項２】
前記レジストパターンの高さは、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項３】
前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜は、銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項４】
前記第２めっき条件における平均電流値は、前記第１めっき条件における平均電流値よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項５】
前記第２めっき条件による前記第２電解めっきで前記レジストパターンの高さの途中まで前記第２めっき膜を成長させた後、第３めっき条件での第３電解めっきを行って、前記第２めっき膜上に第３めっき膜を成長させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項６】
前記第３めっき膜は、前記第１めっき膜及び前記第２めっき膜とは異なる金属からなることを特徴とする請求項５記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項７】
前記貫通電極用凹部内への前記第１めっき膜の埋込みを該貫通電極用凹部内が第１めっき膜で完全に埋まる前に終了することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項８】
前記貫通電極用凹部内が前記第１めっき膜で完全に埋まる前に、第１電流より低い第２電流よる所定時間のめっきを少なくとも１回行うことを特徴とする請求項１記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項９】
めっき液を前記基板表面に対して略平行に移動する攪拌パドルで流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【請求項１０】
めっき液を前記基板表面に対して回転する攪拌パドルによって流動させつつめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の導電材料構造体の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１０５５７（Ｐ２０１０−１０５５７Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０３６１（Ｐ２００８−１７０３６１）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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