ビアフィリング方法
【課題】高アスペクト比のビアへ、次工程で電解めっきを行なうために必要な通電のための導電層を欠陥なく形成することができる技術を提供する。
【解決手段】最初にスパッタにてウェハ４００の表面、及び孔４１０の、スパッタが付着するエリア４１１ａにスパッタ膜を形成し、その後、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、スパッタ膜４１１ａ上、及びスパッタ膜が付着していないエリア４１１ｂに無電解銅皮膜４１２を形成することにより、基板表面及びビア内壁全体に通電を行なうための導電層を形成する。その後、電解めっきにより金属４１４を充填する。
【解決手段】最初にスパッタにてウェハ４００の表面、及び孔４１０の、スパッタが付着するエリア４１１ａにスパッタ膜を形成し、その後、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、スパッタ膜４１１ａ上、及びスパッタ膜が付着していないエリア４１１ｂに無電解銅皮膜４１２を形成することにより、基板表面及びビア内壁全体に通電を行なうための導電層を形成する。その後、電解めっきにより金属４１４を充填する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザにより、基板上にビアを加工し、設けられたビアへの金属の充填を電解めっき加工により行うビアフィリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に使用される部品は、それぞれの機能をもった回路を、基板上で組み合わせて使用される。高密度化の一手段として、基板上に絶縁層を設け、その絶縁層にビアを開け、めっき加工により未貫通ビア（以下、ビア、と称する）へ金属を充填すること（以下、ビアフィリング、と称する）によって、電子機器に使用される部品の回路は接続される。
【０００３】
電子機器に使用される部品は、ビアへの金属の充填後、プリント基板に実装するために、さらに、はんだ接続端子が設けられる。その際、はんだ接続端子内には他の端子と接続するためのビアを配置する必要があるため、ビア形状が大きくなると、はんだ接続端子の面積を大きくする必要があり、実装密度が低下し、製品の小型化が困難になるため、ビア形状はなるだけ小さくする必要がある。しかしながら、ビア径を小さくすると、ビアフィリングの際の導電層形成が困難になる。ビアフィリングは、電解めっきで金属が成長することにより進むので、導電層が確実に形成されていないと、その部分に電気が供給されないため、導電層がない部分は金属が充填されないので、導電層を確実に形成することが重要である。
【０００４】
導電層を作る方法には、乾式形成方法として、スパッタ法が用いられる。しかし、スパッタ法ではビア表面側から見て陰になる部分は、スパッタ膜がつきにくいという問題がある。また、湿式形成方法としては、無電解銅めっき法がある。しかし、無電解銅めっき法のみでは、絶縁材上への密着が取りにくいことと、回路形成後、無電解銅めっき工程で使用したパラジウムが残存し、絶縁性が悪くなるという問題を生じる。
【０００５】
特許文献1には、ウエハ上に形成されたビアにスパッタにより導電層を形成し、その後、電解銅めっきにより金属を充填する技術、また、プリント基板上に形成されたビアに無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきにより金属を充填する技術が記載されている。しかしながら、スパッタを行なった後、無電解めっきを行なう事例ではなく、それぞれ、単独で行なう電気の通り道を作る下地処理(以下、導電層形成処理、という)である。そのため、スパッタ膜単独では、陰の部分にスパッタ膜がつかないという問題を生じ、無電解めっき単独では絶縁性が悪くなる問題を生じる。
【特許文献１】特願2007-260763特許文献２には、埋め込む形状を形成し、その上に、無電解めっきに対しての触媒金属を含む第１の導電膜を形成し、第２の導電膜を無電解めっきにより形成し、第３の導電膜を電解めっきにより形成するという技術が記載されている。また、第１の導電膜はスパッタで行なうという記述がある。 しかしながら、本出願内容は、第１の導電膜をスパッタで行ない、無電解めっきを行い、電解めっきを行なうという点では似ているように思われるが、特許文献２に記載された第１のスパッタによる導電膜は、無電解めっきを行なうための触媒を含んでいるのに対し、本出願内容は、スパッタ後に、無電解めっきの前処理として触媒としてのパラジウムを吸着させるというもので工程が異なるとともに、後工程において、回路以外の部分のパラジウムは除去されるという特徴がある。また、特許文献２に記載されているビア径は０．２μｍ、深さが１．２μｍ及びビア径は０．１５μｍ、深さが０．６μｍであり、ビア表面の導電膜、無電解めっき膜の成長が、ビア底部より速いとビア底部に空隙が発生してしまうが、本出願内容は、ビア径、深さがともに１０μｍ以上であるため、パラジウムをスパッタ後に吸着させた際の吸着量のばらつきによる無電解めっき膜の厚みが１μｍレベルでばらついても支障はない。また、無電解めっきの触媒を含む金属のスパッタは、金属が限定され、高価である。
【特許文献２】特開2002-141305 また、特許文献３は、特許文献２の触媒金属を含む導電膜のかわりに無電解めっきの成長種として機能する金属を使用するというもので、特許文献２と同じ理由で本出願内容と異なる。
【特許文献３】特開2000-58645また、特許文献４には、連続性を有する第１の金属膜上に、少なくても一部で不連続性を有する第２の下地を形成し、その後、めっきにより金属皮膜を形成するというものである。特許文献４に記載されているプロセスの具体例は、第１の金属膜としてスパッタにより、窒化タンタル膜、第２の下地部としてスパッタにより不連続性を有する銅膜を形成し、電解めっきあるいは無電解めっきによりその上に金属めっき膜を形成するというものである。 一方、本出願内容は、スパッタにより第１の連続性を有する導電膜を形成し、その上に連続性を有する無電解めっき膜を形成し、電解めっきを行なうもので、特許文献４に記載されている不連続性を有する下地は形成せず、異なるものである。
【特許文献４】特開2000-58485
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で行っているスパッタ、もしくは無電解銅めっき方法では、アスペクト比の高いビアに導電層を形成するためには以下の課題がある。まず、スパッタによる方法では、アスペクト比の高いビアの壁面には、電気めっきを行なう下地となる導電層を形成することは困難である。特に、ビアの表面側から見て壁面に陰になる形状がある場合には、陰になった部分には、導電層を形成することは出来ない。陰になるケースとしては、孔壁が粗い場合と、孔形状が表面側の径に比べ、底部側の径が大きい形状を部分的に有する場合がある。
次に、無電解銅めっきによる方法では、絶縁層表面にパラジウムを吸着させ、その後に銅を化学反応により析出させるので、微細回路にこの方法を用いた場合、回路形成後、回路間に残存したパラジウムにより絶縁性能が確保できないという問題が発生しやすい。
プリント基板では、一般的には、表面に銅箔を貼ったものにビアを形成しているので、回路形成後、パラジウムが残るという問題は起こらないが、貼り付けられた銅をエッチングする必要があるため、微細な回路は形成できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、アスペクト比の高いビア、または、ビア表面側から見て、陰になる構造を部分的に有するビアを充填するための導電層形成技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、レーザにより加工されたビアを有する表面が絶縁材からなる基板を、めっき加工により金属の充填する、ビアフィリング方法である。
【０００９】
めっき加工に際して、通電するための導電層をスパッタ法で形成した後、無電解銅めっきで導電層を形成し、その後、電解めっきによりビアを充填することを特徴とする。スパッタ及び無電解銅めっき後、必要であれば、補強のための電解銅めっき、また、補強のための電解銅めっき後、必要であれば選択的にめっきを行なうめっきレジストの形成を行なっても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、アスペクト比の高いビア、孔壁が粗いビア、ビア表面側の径がビア底部側より部分的に小さな形状のビアへ導電層を形成し、ビアを充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面によって説明する。スパッタ装置を図１にスパッタ装置１００の一例を示す。
スパッタ装置１００は、真空チャンバ系１１０と、電源１２０と、制御装置１３０と、を有している。
真空チャンバ系１１０は、チャンバ１１１と、真空ポンプ１１２と、ガス供給口１１３と、ターゲット１１４と、試料台１１５から構成され、試料台には被処理物（以下、試料という）１１６がセットされる。
チャンバ１１１は、真空ポンプ１１２により、真空にされた後、ガス供給口１１３からアルゴン(Ａｒ)が供給される。
アルゴンはターゲットに作用し、ターゲット金属（Ｍ）を放出させる。その際、電源より、ターゲット１１４と試料１１６に印加する。放出した金属は、試料１１６をコートする。
制御装置１３０は、制御部（図示しない）、記憶部（図示しない）を有する。制御部は、記憶部に記憶されている真空度制御、ガス供給制御、電圧制御プログラムに従って、それぞれの制御装置に指示信号を供給する。
【００１２】
無電解銅めっきについて、図２に本実施形態で用いる無電解めっき装置２００の処理工程の一例及び図３に処理槽の構造の一例を示す。
【００１３】
図２に示すように、プレディップ工程以外は、処理工程の後に水洗工程を行なう水洗槽２３０を有している。
【００１４】
図３に示すように、無電解めっき装置２００は、処理工程毎に、処理槽系２１０と、温度制御装置２２０と、制御装置２４０とを有している。処理槽系２１０は、処理槽２１１とポンプ２１２とフィルタ２１３を有する。制御装置２４０は、制御部（図示しない）、記憶部（図示しない）を有する。制御部は、記憶部に記憶されている処理時間プログラムに従って、搬送装置（図示しない）に指示信号を供給する。処理槽の構造について、脱脂槽を例にとり、図３で説明を行なう。処理槽２１１は、界面活性剤を主体とする薬液で満たされる。薬液は、ポンプ２１２を経由してフィルタ２１３に送り込まれ、再び処理槽２１１に循環する。
また、薬液は温度制御装置２２０により、あらかじめ設定された温度に維持される。
脱脂槽に浸漬された試料は、制御装置２４０により、あらかじめ設定された時間になると引き上げられ、次の水洗槽２３０に移動される。水洗槽の浸漬時間も、制御装置２４０により設定されており、設定された時間が経過すると次の処理槽に移動される。
【００１５】
電解めっき装置について、図４に本実施形態で用いる電解めっき装置３００の一例を示す。電解めっき装置３００は、めっき槽系３１０と、直流電圧制御装置３２０と、情報処理装置３３０と、を有している。めっき槽系３１０は、メインめっき槽３１１と、サブめっき槽３１２と、陽極３１３と、陰極３１４と、遮蔽板３１５と第１ポンプ３１６と、第２ポンプ３１７と、金属溶解ユニット３１８と、フィルタ３１９と、を有する。
【００１６】
メインめっき槽３１１は、めっき浴液で満たされる。めっき浴液は、後述する金属溶解ユニット３１８から供給された溶解金属と、析出速度を制御する添加剤と、を含んでいる。めっき浴液中に、陽極３１３と、陰極３１４と、遮蔽板３１５と、が配置されている。陽極３１３として、例えば、酸化イリジウムがコートされたチタン板が用いられる。陰極３１４として、ビアを有する基板が用いられる。陽極３１３および陰極３１４は、直流電圧制御装置３２０の陽極端子３２２および陰極端子３２１にそれぞれ接続され、電圧の印加がされる。直流電圧制御装置３２０によって、電圧が印加されることにより、めっき浴Ａの内の金属イオンが、陰極３１４方向に移動し、陰極３１４に吸着する。遮蔽板３１５は、陰極電極３１４に、金属イオンが一様な密度で移動し、吸着するために、陽極３１３と、陰極３１４と、の間に配置される。
【００１７】
第１ポンプ３１６と、金属溶解ユニット３１８と、フィルタ３１９と、は、メインめっき槽３１１に接続される。金属溶解ユニット３１８では、金属の溶解を行う。接続されている第１ポンプ３１６により、金属溶解ユニット３１８の溶解金属は、メインめっき槽３１１中のめっき浴液に供給される。不溶性陽極の代わりに、溶解性の陽極を使用する場合は、第１のポンプ３１６と、金属溶解ユニット３１８とそれと繋がっているフィルタ３１９は設置しない。また、溶解性陽極にはスラッジの拡散を防ぐためアノードバッグを使用する。
【００１８】
第２ポンプ３１７と、フィルタ３１９と、は、メインめっき槽３１１に接続される。第２ポンプ３１７は、サブめっき槽３１２内のめっき浴液を吸引し、フィルタ３１９を介して、メインめっき槽３１１に供給する。メインめっき槽３１１は、第２ポンプ３１７からめっき浴液が供給され、めっき浴Ａの溶液量が予め決められた基準値を超えると、サブめっき槽３１２に流れる。
【００１９】
直流電圧制御装置３２０は、陽極３１３と、陰極３１４と、後述する情報処理装置３３０と、に接続される。陽極３１３には、陽極端子で接続され、陰極３１４には、陰極端子で接続される。後述する情報処理装置３３０とは、ケーブルなどで接続される。
直流電圧制御装置３２０は、情報処理装置３３０からの指示信号に従って、陽極３１３および陰極３１４への電圧印加を行う。さらに、直流電圧制御装置３２０は、陽極３１３および陰極３１４へ印加する電圧値を情報処理装置３３０からの指示信号に従って、変化させる。
【００２０】
情報処理装置３３０は、制御部（図示しない）、記憶部（図示しない）を有する。制御部は、記憶部に記憶されている電圧制御プログラムに従って、直流電圧制御装置３２０に指示信号を供給する。陰極３１４は、直流電圧制御装置３２０の陰極端子３２１に接続されているため、電圧が印加されると、陰極３１４に形成されたビアでは、金属が析出し、充填される。
【００２１】
上記説明は不溶性陽極を使用した電解めっき装置の例である。溶解性陽極を使用した電解めっき装置では、不溶性陽極の代わりに、アノードバッグで覆われた銅陽極が使用される。また、不溶性陽極の場合は、銅溶解ユニットが設置されているが、溶解性陽極を使用する場合は、銅溶解ユニット及びその前後に設置されたポンプ、フィルタは設置しない。
【００２２】
導電層形成処理及びめっきによる金属充填加工を行う基板について、図４に示す陰極３１４の導電化処理前の一例を図５の模式図にて説明する。
【００２３】
図５の模式図５Ｇは、ビアを金属充填する陰極３１４の導電化処理を行なう前の断面図である。シリコン５Ｅのベース上に下層の回路５Ｄが形成されている。下層の回路５Ｄが形成された後、下層の絶縁層５Ｈが全面に形成され、その後、レーザでビア５Ｃ部分が掘られ、その後に、めっきにより下層のビア５Ｃと中層の回路５Ｂの部分に回路が形成される。
さらにその上に上層の絶縁層５Ｉが全面に形成され、その後レーザでビア５Ａ部分が掘られたものである。
回路の接続信頼性確保のため、ビア内に金属を空隙無く充填すること、及びビア底部５Ｆの面積をできるだけ広くすることは重要である。また、ビアをできるだけ小さくすることも、小型軽量化のため重要である。以降、プロセスの説明には詳細模式図５Ｇを模式図５Ｊとして簡略化して記載する。
充填手順において、本発明者は、アスペクト比の高いビアへの電解めっきを行なうための導電層形成処理プロセスを以下に示す。まず、スパッタを行い、その後、無電解銅めっきを行なうことにより、ビアの内壁を除く被めっき物の表面にパラジウムを直接接触させずに、かつ、表面から見て、ビア内の陰になる部分へも導電層を形成できることを見出した。
また、上記プロセスを活用することにより、高アスペクト比のビア、または、及び、部分的に、ビアの表面側の開口径よりもビアの底部側の開口径を大きくしたビア形状でも導電層を形成することができ、その結果、ビア底部の開口径を大きくすることが可能になり、ビア底部での接続信頼性が改善できた。
【００２４】
本発明では、このプロセスを用いて、ビアへの導電層の形成、電解めっきでの金属の充填の手順について、図６乃至図９を用いて説明する。
また、この技術を活用して、ビア底部の接続面積を大きくし、接続信頼性を確保できるビア形状について説明する。
【００２５】
図６に、レーザ加工により表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビア４１０が設けられたウエハ４００の模式図を示す（６Ａ）。ウエハ４００は、スパッタ装置により、導電層となる金属４１１aがビア４１０を含む表面にコートされる。
しかしながら、表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビア４１０の場合、表面側から陰になった部分４１１ｂは金属膜がコートされない(６Ｂ)。アスペクト比の高いビアも底部の側壁には同様にコートされにくい。
次にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行なう。無電解銅めっきはスパッタにより形成された金属膜上だけではなく、表面側から陰になった部分でスパッタにより金属膜が形成されていない部分も含めて析出し、導電層４１２を形成する（６Ｃ）。次に電解銅めっき膜４１３を形成し、導電膜を補強する（６Ｄ）。この電解銅めっき膜４１３の形成工程は、省略することも可能である。
次にビアフィリング用の電解銅めっき浴を使用し、金属充填のめっき４１４を行なう。このウエハ４００のめっき加工は、ウエハ４００を陰極３１４（図４）として用い、直流電圧制御装置３２０（図４）から電圧が印加されることにより行う。（６Ｅ）。ビアへの金属の充填が終了した後、回路として必要な部分にエッチングレジスト４１５aを形成し（６Ｆ）、不要部分をエッチングし(６Ｇ)、マスキングを除去して回路を完成させる（６Ｈ）。
【００２６】
上記プロセスは、全面にビアフィル用電解銅めっきを行なったものであるが、以下に、必要な回路部分にのみビアフィル用電解銅めっきを行なうプロセスを記す。
【００２７】
図７に、表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビアが設けられたウエハ４００の模式図を示す(７Ａ)。ウエハ４００は、スパッタ装置により、導電層となる金属４１１ａがビアを含む表面にコートされる。
しかしながら、表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビア４１０の場合、表面側から陰になった部分４１１ｂは金属膜がコートされない(７Ｂ)。アスペクト比の高いビアも底部の側壁には同様にコートされにくい。
次にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行なう。無電解銅めっきはスパッタにより形成された金属膜上だけではなく、表面側から陰になった部分でスパッタにより金属膜が形成されていない部分も含めて析出し、導電層４１２を形成する（７Ｃ）。次に電解銅めっき膜４１３を形成し、導電膜４１２を補強する。この電解銅めっき膜４１３の形成工程は、省略することも可能である（７Ｄ）。次に回路として残したい部分を除きめっきレジスト４１５bを形成する（７Ｅ）。次にビアフィリング用の電解銅めっき浴を使用し、金属充填のめっき４１４を行なう(７Ｆ)。このウエハ４００のめっき加工は、ウエハ４００を陰極３１４（図４）として用い、直流電圧制御装置３２０（図４）から電圧が印加されることにより行う。
ビアへの金属の充填が終了した後、マスキングを除去し(７Ｇ)、マスキング部分の下にあった不要部分をエッチングし(７Ｈ)、回路を完成させる。この際、エッチングにより回路部分も多少エッチングされるが、エッチングすべき部分に比べ、回路部分の厚みは厚いので、回路としては問題ない。
【００２８】
上記２種類のプロセスを記載したが、２種類のプロセスとも、スパッタ後に無電解銅めっきを行なうため、パターンの形成される表面には、スパッタによる金属皮膜、無電解銅工程でのパラジウム、無電解銅皮膜の順序で金属皮膜が形成される。従って、スパッタによる金属皮膜を除去すれば、下地基材上にはパラジウムは残存しない。
【００２９】
図８に絶縁材料５００に直接無電解銅めっきを行なうプロセスを示す。ベース基材５００に無電解めっきを行なう場合、まずパラジウム５０１を吸着させる（８Ｂ）。無電解銅めっき皮膜５０２はパラジウム５０１を核として成長する。（８Ｃ）その後、全面に無電解銅めっき皮膜５０２が形成される（８Ｄ）。その後、回路形成のため、不要な部分の銅をエッチング除去してもパラジウム５０１が残存し、絶縁性能が低下する（８Ｅ）。
【００３０】
図９に本出願における工程を示す。絶縁材料５００にスパッタを行なった後、無電解銅めっきを行なうプロセスを示す。ベース基材５００にスパッタ膜５０３を形成する（９Ｂ）。その後、無電解銅めっきを行なうが、まず、パラジウム５０１を吸着させる(９Ｃ)。無電解銅めっき皮膜５０２はパラジウム５０１を核として成長する（９Ｄ）。その後、全面に無電解銅めっき皮膜５０２が形成される（９Ｅ）。その後、回路形成のため、不要な部分の銅をエッチング除去するが、パラジウム５０１は、下地スパッタ膜５０３の溶解とともに除去される（９Ｆ）。よって、高アスペクト比のビア及び、又はビア壁が粗れているビア、部分的にビア表面側の径がビア底部側の径に比べ小さくなっているビアへも、スパッタと無電解銅めっきによる導電層形成方法を組み合わせることにより、表面パターン間の絶縁性能に問題を発生させることなく導電層を形成することができる。
【００３１】
以下、本実施形態で行った実施例について説明する。
【００３２】
（実施例１）
開口形状が表面部から底部までΦ３０μｍで深さ１００μｍのビアを有するウエハについて説明する。
実施例１では、図１０の１０Ａに示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが１００μｍのビアを有するウエハ６００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。ウエハ６００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザ又はＵＶレーザにより、開口径が３０μｍ、深さが１００μｍのビアを形成した。その後、ウエハ６００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させ、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ６００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
本実施例での無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。また、シード層補強のための電解めっき液としては、
硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ６００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、無電解銅めっき膜の補強として、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにおいて、マスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングして回路を作成した。その結果、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題のないものが完成した。
【００３３】
（実施例２）
開口形状が表面部から底部までΦ１０μｍで深さ２０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度０．８Ａ／デシ、めっき時間１時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題ないものが完成した。
【００３４】
（実施例３）
開口形状が表面部から底部までΦ４０μｍで深さ８０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度１Ａ／デシ、めっき時間７時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３５】
（実施例４）
開口形状が表面部から底部までΦ２０μｍで深さ１２０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度０．４Ａ／デシ、めっき時間６時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３６】
（実施例５）
開口形状が表面部から底部までΦ６０μｍで深さ６０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度１．５Ａ／デシ、めっき時間３時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３７】
（実施例６）
開口形状が表面部から底部までΦ１００μｍで深さ３０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度２Ａ／デシ、めっき時間１．５時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３８】
（実施例７）
開口形状が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハについて説明する。
実施例７では、図１０の１０Ｂに示すような表面部がΦ５０μｍ、底部がΦ３０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハ７００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ７００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部がΦ５０μｍ、底部がΦ３０μｍと順次底部側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ７００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ７００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
本実施例での無電解めっき浴Ａは、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。 また、導電層補強のための電解めっき液としては、
硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ７００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。 その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。 次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題がなかった。
【００３９】
（実施例８）
開口形状は表面部がΦ４０μｍ、底部がΦ１０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ６０μｍビアを有するウエハについて示す。充填めっきの条件は、電流密度０．７Ａ／デシ、めっき時間３時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００４０】
（実施例９）
開口形状は表面部がΦ２００μｍ、底部がΦ１２０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ２００μｍビアを有するウエハについて示す。充填めっきの条件は、電流密度２Ａ／デシ、めっき時間１２時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００４１】
（実施例１０）
開口形状が、図１０(１０Ｃ)に示すような表面部がΦ３０μｍ、底部がΦ５０μｍと表面側が狭くなっている深さ１００μｍビアを有するウエハ４００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。ウエハ４００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ３０μｍ、底部Φ５０μｍと表面側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ４００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、パターンめっきレジストの形成を行った。無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ４００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４めっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。
回路は完成し、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題がなかった。
【００４２】
（実施例１１）
開口形状は表面部がΦ３０μｍ、底部がΦ３５μｍと表面が狭くなっており、深さ６０μｍビアを有するウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度０．６Ａ／デシ、めっき時間４時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００４３】
（実施例１２）
開口形状は表面部Φ４０μｍ、底部Φ５０μｍと表面側が狭くなっており、深さ８０μｍビアを有するウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度１Ａ／デシ、めっき時間７時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成
【００４４】
（実施例１３）
開口形状は表面部から底部までΦ３０μｍで深さ５０μｍの浅いビアと深さ１００μｍの深いビアが混在するウエハについて、金属を充填する電解銅めっき工程において、定期的に短時間、電流密度を上昇させて金属充填を行なったケースについて説明する。
図１１に示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが５０μｍのビア（５Ｍ）と深さが１００μｍのビア(５Ｌ)が混在するウエハ８００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ８００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上に５ｍｍ＊５ｍｍ角で厚さ５０μｍのチップをマウントし、その上に、エポキシ樹脂を絶縁層として、硬化後厚さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が３０μｍ、深さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ８００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ８００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
本実施例での無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１・BR>T０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ８００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で５分間ビアの充填めっきを行い、１０Ａ／デシの電流密度で３０秒間充填めっきを行ないその後、０．７Ａ／デシの電流密度で１時間めっきを行い、その後、１０Ａ／デシ３０秒間のめっきと０．７Ａ／デシ１時間のめっきの組み合わせを７回続けた。その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題がなかった
【００４５】
（比較例１）
開口形状が表面部から底部までΦ３０μｍで深さ１００μｍビアを有するウエハについて説明する。
比較例１では、図１０の１０Ａに示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが１００μｍのビアを有するウエハ６００について、スパッタ単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ６００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が３０μｍ、深さが１００μｍのビアを形成した。その後、ウエハ６００にスパッタにより、まずチタン、その後銅のシード層を形成した。その後、ウエハ６００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ６００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。
その後、図４めっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４めっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、ビアの底部側５０μｍの部分に空隙があり、充填に問題があった。
【００４６】
（比較例２）
開口形状が図１０の１０Ａに示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが１００μｍのビアを有するウエハ６００について、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっき単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ６００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が３０μｍ、深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ６００にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、銅の導電層を形成した。その後、ウエハ６００の全面に０．５μｍのシード層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
比較例での無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。 また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ６００のめっき充填加工は、図３の無電解銅めっき装置１００で、まず、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４めっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。 次に図４めっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分の絶縁層出た時点で銅のエッチングを停止した。
回路は完成し、ビアの充填性は問題がなかったが、表面のパターン間の絶縁が悪いという問題があった。
【００４７】
（比較例３）
開口形状が図１０の１０Ｂに示すような開口形状が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと底部側が狭くなっている深さ１００μｍビアを有するウエハ７００について、スパッタ単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ７００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部がΦ５０μｍ、底部がΦ３０μｍで深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ７００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の導電層を形成した。その後、ウエハ７００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、
硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ７００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにおいて、マスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。
回路は完成し、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、ビアの底部側３０μｍの部分に空隙があり、充填の問題があった。
【００４８】
（比較例４）
開口形状が図１０の１０Ｂに示すような開口形状が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハ７００について、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ７００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと順次底部側が狭くなっている深さが１００μｍとビアを形成した。
その後、ウエハ７００にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、銅のシード層を形成した。その後、ウエハ７００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ７００のめっき充填加工は、図３の無電解銅めっき装置２００で、まず、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにおいて、マスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分の絶縁層出た時点で銅のエッチングを停止した。
回路は完成し、ビアの充填性は問題がなかったが、表面のパターン間の絶縁が悪いという問題があった。
【００４９】
（比較例５）
開口形状が図１０の１０Ｃに示すような表面部がΦ５０μｍ、底部Φ３０μｍと表面側が狭くなっている深さ１００μｍビアを有するウエハ４００について、スパッタ単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ４００上のビアは、次の手順で作製した。
まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ３０μｍ、底部Φ５０μｍと表面側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。 その後、ウエハ４００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の導電層を形成した。その後、めっきレジストの形成を行った。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ４００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、ビアの内部が充填されておらず、充填に問題があった。
【００５０】
（比較例６）
開口形状が図１０の１０Ｃに示すような開口形状が表面部がΦ３０μｍ、底部がΦ５０μｍと表面側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハ４００について、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ４００上のビアは、次の手順で作製した。
まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ３０μｍ、底部Φ５０μｍと底部側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ４００にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、銅の導電層を形成した。その後、めっきレジストの形成を行った。
本比較例での無電解めっき浴Ａは、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ４００のめっき充填加工は、図３の無電解銅めっき装置２００で、まず、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分の絶縁層が出た時点で銅のエッチングを停止した。
回路は完成し、ビアの充填性は問題がなかったが、表面のパターン間の絶縁が悪いという問題があった。
【００５１】
（比較例７）
開口形状が表面部から底部までΦ３０μｍで深さ５０μｍの浅いビアと深さ１００μｍの深いビアが混在するウエハについて、金属を充填する電解銅めっき工程において、定期的に短時間、電流密度を上昇させて金属充填を行なわなかったケースについて述べる。
図１１に示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが５０μｍの浅いビア（５Ｍ）と深さが１００μｍの深いビア(５Ｌ)が混在するウエハ８００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ８００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上に５ｍｍ＊５ｍｍ角で厚さ５０μｍのチップをマウントし、その上に、エポキシを絶縁層として、硬化後厚さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、
開口径が３０μｍ、深さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ８００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ８００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ８００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で８時間の充填めっきを行なった。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、深さ１００μｍのビア部分の充填性、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、深さ５０μｍのビア部が、盛り上がってしまった。
【００５２】
本出願ではレーザにエキシマおよびＵＶレーザを使用し、ビア加工した。表1は横にビア開口径と縦にビア深さを取り、レーザの加工、スパッタによるカバリング及び実用性を考慮して作成した表である。レーザ加工では深さが20μｍ乃至200μｍでは開口径が10μｍ以下では加工が困難であり、高密度化の一手段として、未貫通ビアとしては200μｍ以上ではシステムインパッケージ（ＳｉＰ）等を念頭に置くと実用性がない。
レーザ加工領域とカバリング領域
【表１】
【００５３】
表２乃至６に実験結果をまとめた。表はビア深さ２０μｍ乃至２００μｍにおけるアスペクト比、電流密度と適正範囲を示したものである。
【００５４】
表２はビア深さ２０μｍにおける、アスペクト比と適正電流密度を示す。アスペクト比2以上ではビア加工が出来ず、アスペクト０．１以上で０．５未満では０．５Ａ/デシでは充填性が低下し、５Ａ/デシを超えるとめっきが正常に析出しない。また、アスペクト０．５以上で２未満では０．４Ａ/デシでは充填性が低下し、５Ａ/デシ以上ではめっきが正常に析出しないことを示す。以下、表３はビア深さ５０μｍにおける場合を示し、表４はビア深さ１００μｍにおける場合、表５はビア深さ２００μｍにおける場合を同様に示している。また、表６は以上の結果を元に実用性のあるアスペクト比と電流密度の関係をまとめたものである。
ビア深さ20μｍ
【表２】
ビア深さ50μｍ
【表３】
ビア深さ100μｍ
【表４】
ビア深さ200μｍ
【表５】
実用性のあるアスペクト比と電流密度の関係
【表６】
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態におけるスパッタ装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態おける無電解めっき工程を説明する説明図である。
【図３】本実施形態における無電解めっき装置の処理槽の一例を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における電解めっき装置の一例を示すブロック図である。
【図５】本実施形態における金属充填前の構造を示す模式図である。
【図６】開口部が底部より狭いビアへの充填プロセスを示す模式図である。（めっきレジスト無しで、充填めっきするプロセス）
【図７】開口部が底部より狭いビアへの充填プロセスを示す模式図である。（めっきレジスト形成後、充填めっきするプロセス）
【図８】無電解めっき単独で導電層を形成し、回路形成した場合の模式図である。
【図９】スパッタで第１の導電層形成後、その上に無電解めっきで第２の導電層を形成した場合の模式図である。
【図１０】形状の異なるビアの断面の模式図である。
【図１１】深さの異なるビアを有するウエハ断面の模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００：スパッタ装置
１１０：真空チャンバ系
１１１:チャンバ
１１２：真空ポンプ
１１３：ガス供給口
１１４：ターゲット
１１５：試料台
１１６：試料
１２０：電源
１３０：制御装置（情報処理装置）
２００：無電解銅めっき装置
２１０：処理槽
２１１処理槽本槽
２１２：ポンプ
２１３：フィルタ
２２０：温度制御装置
２３０：水洗槽
２４０：制御装置
３００：電解めっき装置
３１０：めっき槽系
３１１:メインめっき槽
３１２：サブめっき槽
３１３：陽極
３１４：陰極
３１５：遮蔽板
３１６：第１ポンプ
３１７：第２ポンプ
３１８:銅溶解ユニット
３１９：フィルタ
３２０：直流電圧制御装置
３３０情報処理装置
４００:ウエハ(表面径が底部径よりも狭いビアを有する)
４１０：ビア（表面径が底部径よりも狭い）
４１１ａ：スパッタコート部分
４１１ｂ：スパッタ未コート部分
４１２：無電解銅皮膜
４１３：補強のための電解銅めっき
４１４：金属充填のための電解銅めっき
４１５：エッチングレジスト
５００：絶縁基材（一例：シリコン）
５０１：パラジウム
５０２：無電解銅めっき皮膜
５０３：スパッタ膜
６００：ウエハ(径がストレートのビアを有する)
７００：ウエハ(底部径が表面径よりも狭いビアを有する)
８００：ウエハ（深さの異なるビアを有する）
５Ａ：上層充填前のビア
５Ｂ：中層回路
５Ｃ：下層充填済みのビア
５Ｄ：下層回路
５Ｅ：シリコン
５Ｆ：ビア底と回路の界面
５Ｇ：詳細模式図
５Ｈ：下層絶縁層
５Ｉ上層絶縁層
５Ｊ：簡易模式図
５Ｋ：チップ
５Ｌ：深いビア
５Ｍ：浅いビア
Ａｒ：アルゴン
Ｍ：金属
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザにより、基板上にビアを加工し、設けられたビアへの金属の充填を電解めっき加工により行うビアフィリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に使用される部品は、それぞれの機能をもった回路を、基板上で組み合わせて使用される。高密度化の一手段として、基板上に絶縁層を設け、その絶縁層にビアを開け、めっき加工により未貫通ビア（以下、ビア、と称する）へ金属を充填すること（以下、ビアフィリング、と称する）によって、電子機器に使用される部品の回路は接続される。
【０００３】
電子機器に使用される部品は、ビアへの金属の充填後、プリント基板に実装するために、さらに、はんだ接続端子が設けられる。その際、はんだ接続端子内には他の端子と接続するためのビアを配置する必要があるため、ビア形状が大きくなると、はんだ接続端子の面積を大きくする必要があり、実装密度が低下し、製品の小型化が困難になるため、ビア形状はなるだけ小さくする必要がある。しかしながら、ビア径を小さくすると、ビアフィリングの際の導電層形成が困難になる。ビアフィリングは、電解めっきで金属が成長することにより進むので、導電層が確実に形成されていないと、その部分に電気が供給されないため、導電層がない部分は金属が充填されないので、導電層を確実に形成することが重要である。
【０００４】
導電層を作る方法には、乾式形成方法として、スパッタ法が用いられる。しかし、スパッタ法ではビア表面側から見て陰になる部分は、スパッタ膜がつきにくいという問題がある。また、湿式形成方法としては、無電解銅めっき法がある。しかし、無電解銅めっき法のみでは、絶縁材上への密着が取りにくいことと、回路形成後、無電解銅めっき工程で使用したパラジウムが残存し、絶縁性が悪くなるという問題を生じる。
【０００５】
特許文献1には、ウエハ上に形成されたビアにスパッタにより導電層を形成し、その後、電解銅めっきにより金属を充填する技術、また、プリント基板上に形成されたビアに無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきにより金属を充填する技術が記載されている。しかしながら、スパッタを行なった後、無電解めっきを行なう事例ではなく、それぞれ、単独で行なう電気の通り道を作る下地処理(以下、導電層形成処理、という)である。そのため、スパッタ膜単独では、陰の部分にスパッタ膜がつかないという問題を生じ、無電解めっき単独では絶縁性が悪くなる問題を生じる。
【特許文献１】特願2007-260763特許文献２には、埋め込む形状を形成し、その上に、無電解めっきに対しての触媒金属を含む第１の導電膜を形成し、第２の導電膜を無電解めっきにより形成し、第３の導電膜を電解めっきにより形成するという技術が記載されている。また、第１の導電膜はスパッタで行なうという記述がある。 しかしながら、本出願内容は、第１の導電膜をスパッタで行ない、無電解めっきを行い、電解めっきを行なうという点では似ているように思われるが、特許文献２に記載された第１のスパッタによる導電膜は、無電解めっきを行なうための触媒を含んでいるのに対し、本出願内容は、スパッタ後に、無電解めっきの前処理として触媒としてのパラジウムを吸着させるというもので工程が異なるとともに、後工程において、回路以外の部分のパラジウムは除去されるという特徴がある。また、特許文献２に記載されているビア径は０．２μｍ、深さが１．２μｍ及びビア径は０．１５μｍ、深さが０．６μｍであり、ビア表面の導電膜、無電解めっき膜の成長が、ビア底部より速いとビア底部に空隙が発生してしまうが、本出願内容は、ビア径、深さがともに１０μｍ以上であるため、パラジウムをスパッタ後に吸着させた際の吸着量のばらつきによる無電解めっき膜の厚みが１μｍレベルでばらついても支障はない。また、無電解めっきの触媒を含む金属のスパッタは、金属が限定され、高価である。
【特許文献２】特開2002-141305 また、特許文献３は、特許文献２の触媒金属を含む導電膜のかわりに無電解めっきの成長種として機能する金属を使用するというもので、特許文献２と同じ理由で本出願内容と異なる。
【特許文献３】特開2000-58645また、特許文献４には、連続性を有する第１の金属膜上に、少なくても一部で不連続性を有する第２の下地を形成し、その後、めっきにより金属皮膜を形成するというものである。特許文献４に記載されているプロセスの具体例は、第１の金属膜としてスパッタにより、窒化タンタル膜、第２の下地部としてスパッタにより不連続性を有する銅膜を形成し、電解めっきあるいは無電解めっきによりその上に金属めっき膜を形成するというものである。 一方、本出願内容は、スパッタにより第１の連続性を有する導電膜を形成し、その上に連続性を有する無電解めっき膜を形成し、電解めっきを行なうもので、特許文献４に記載されている不連続性を有する下地は形成せず、異なるものである。
【特許文献４】特開2000-58485
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で行っているスパッタ、もしくは無電解銅めっき方法では、アスペクト比の高いビアに導電層を形成するためには以下の課題がある。まず、スパッタによる方法では、アスペクト比の高いビアの壁面には、電気めっきを行なう下地となる導電層を形成することは困難である。特に、ビアの表面側から見て壁面に陰になる形状がある場合には、陰になった部分には、導電層を形成することは出来ない。陰になるケースとしては、孔壁が粗い場合と、孔形状が表面側の径に比べ、底部側の径が大きい形状を部分的に有する場合がある。
次に、無電解銅めっきによる方法では、絶縁層表面にパラジウムを吸着させ、その後に銅を化学反応により析出させるので、微細回路にこの方法を用いた場合、回路形成後、回路間に残存したパラジウムにより絶縁性能が確保できないという問題が発生しやすい。
プリント基板では、一般的には、表面に銅箔を貼ったものにビアを形成しているので、回路形成後、パラジウムが残るという問題は起こらないが、貼り付けられた銅をエッチングする必要があるため、微細な回路は形成できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、アスペクト比の高いビア、または、ビア表面側から見て、陰になる構造を部分的に有するビアを充填するための導電層形成技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、レーザにより加工されたビアを有する表面が絶縁材からなる基板を、めっき加工により金属の充填する、ビアフィリング方法である。
【０００９】
めっき加工に際して、通電するための導電層をスパッタ法で形成した後、無電解銅めっきで導電層を形成し、その後、電解めっきによりビアを充填することを特徴とする。スパッタ及び無電解銅めっき後、必要であれば、補強のための電解銅めっき、また、補強のための電解銅めっき後、必要であれば選択的にめっきを行なうめっきレジストの形成を行なっても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、アスペクト比の高いビア、孔壁が粗いビア、ビア表面側の径がビア底部側より部分的に小さな形状のビアへ導電層を形成し、ビアを充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面によって説明する。スパッタ装置を図１にスパッタ装置１００の一例を示す。
スパッタ装置１００は、真空チャンバ系１１０と、電源１２０と、制御装置１３０と、を有している。
真空チャンバ系１１０は、チャンバ１１１と、真空ポンプ１１２と、ガス供給口１１３と、ターゲット１１４と、試料台１１５から構成され、試料台には被処理物（以下、試料という）１１６がセットされる。
チャンバ１１１は、真空ポンプ１１２により、真空にされた後、ガス供給口１１３からアルゴン(Ａｒ)が供給される。
アルゴンはターゲットに作用し、ターゲット金属（Ｍ）を放出させる。その際、電源より、ターゲット１１４と試料１１６に印加する。放出した金属は、試料１１６をコートする。
制御装置１３０は、制御部（図示しない）、記憶部（図示しない）を有する。制御部は、記憶部に記憶されている真空度制御、ガス供給制御、電圧制御プログラムに従って、それぞれの制御装置に指示信号を供給する。
【００１２】
無電解銅めっきについて、図２に本実施形態で用いる無電解めっき装置２００の処理工程の一例及び図３に処理槽の構造の一例を示す。
【００１３】
図２に示すように、プレディップ工程以外は、処理工程の後に水洗工程を行なう水洗槽２３０を有している。
【００１４】
図３に示すように、無電解めっき装置２００は、処理工程毎に、処理槽系２１０と、温度制御装置２２０と、制御装置２４０とを有している。処理槽系２１０は、処理槽２１１とポンプ２１２とフィルタ２１３を有する。制御装置２４０は、制御部（図示しない）、記憶部（図示しない）を有する。制御部は、記憶部に記憶されている処理時間プログラムに従って、搬送装置（図示しない）に指示信号を供給する。処理槽の構造について、脱脂槽を例にとり、図３で説明を行なう。処理槽２１１は、界面活性剤を主体とする薬液で満たされる。薬液は、ポンプ２１２を経由してフィルタ２１３に送り込まれ、再び処理槽２１１に循環する。
また、薬液は温度制御装置２２０により、あらかじめ設定された温度に維持される。
脱脂槽に浸漬された試料は、制御装置２４０により、あらかじめ設定された時間になると引き上げられ、次の水洗槽２３０に移動される。水洗槽の浸漬時間も、制御装置２４０により設定されており、設定された時間が経過すると次の処理槽に移動される。
【００１５】
電解めっき装置について、図４に本実施形態で用いる電解めっき装置３００の一例を示す。電解めっき装置３００は、めっき槽系３１０と、直流電圧制御装置３２０と、情報処理装置３３０と、を有している。めっき槽系３１０は、メインめっき槽３１１と、サブめっき槽３１２と、陽極３１３と、陰極３１４と、遮蔽板３１５と第１ポンプ３１６と、第２ポンプ３１７と、金属溶解ユニット３１８と、フィルタ３１９と、を有する。
【００１６】
メインめっき槽３１１は、めっき浴液で満たされる。めっき浴液は、後述する金属溶解ユニット３１８から供給された溶解金属と、析出速度を制御する添加剤と、を含んでいる。めっき浴液中に、陽極３１３と、陰極３１４と、遮蔽板３１５と、が配置されている。陽極３１３として、例えば、酸化イリジウムがコートされたチタン板が用いられる。陰極３１４として、ビアを有する基板が用いられる。陽極３１３および陰極３１４は、直流電圧制御装置３２０の陽極端子３２２および陰極端子３２１にそれぞれ接続され、電圧の印加がされる。直流電圧制御装置３２０によって、電圧が印加されることにより、めっき浴Ａの内の金属イオンが、陰極３１４方向に移動し、陰極３１４に吸着する。遮蔽板３１５は、陰極電極３１４に、金属イオンが一様な密度で移動し、吸着するために、陽極３１３と、陰極３１４と、の間に配置される。
【００１７】
第１ポンプ３１６と、金属溶解ユニット３１８と、フィルタ３１９と、は、メインめっき槽３１１に接続される。金属溶解ユニット３１８では、金属の溶解を行う。接続されている第１ポンプ３１６により、金属溶解ユニット３１８の溶解金属は、メインめっき槽３１１中のめっき浴液に供給される。不溶性陽極の代わりに、溶解性の陽極を使用する場合は、第１のポンプ３１６と、金属溶解ユニット３１８とそれと繋がっているフィルタ３１９は設置しない。また、溶解性陽極にはスラッジの拡散を防ぐためアノードバッグを使用する。
【００１８】
第２ポンプ３１７と、フィルタ３１９と、は、メインめっき槽３１１に接続される。第２ポンプ３１７は、サブめっき槽３１２内のめっき浴液を吸引し、フィルタ３１９を介して、メインめっき槽３１１に供給する。メインめっき槽３１１は、第２ポンプ３１７からめっき浴液が供給され、めっき浴Ａの溶液量が予め決められた基準値を超えると、サブめっき槽３１２に流れる。
【００１９】
直流電圧制御装置３２０は、陽極３１３と、陰極３１４と、後述する情報処理装置３３０と、に接続される。陽極３１３には、陽極端子で接続され、陰極３１４には、陰極端子で接続される。後述する情報処理装置３３０とは、ケーブルなどで接続される。
直流電圧制御装置３２０は、情報処理装置３３０からの指示信号に従って、陽極３１３および陰極３１４への電圧印加を行う。さらに、直流電圧制御装置３２０は、陽極３１３および陰極３１４へ印加する電圧値を情報処理装置３３０からの指示信号に従って、変化させる。
【００２０】
情報処理装置３３０は、制御部（図示しない）、記憶部（図示しない）を有する。制御部は、記憶部に記憶されている電圧制御プログラムに従って、直流電圧制御装置３２０に指示信号を供給する。陰極３１４は、直流電圧制御装置３２０の陰極端子３２１に接続されているため、電圧が印加されると、陰極３１４に形成されたビアでは、金属が析出し、充填される。
【００２１】
上記説明は不溶性陽極を使用した電解めっき装置の例である。溶解性陽極を使用した電解めっき装置では、不溶性陽極の代わりに、アノードバッグで覆われた銅陽極が使用される。また、不溶性陽極の場合は、銅溶解ユニットが設置されているが、溶解性陽極を使用する場合は、銅溶解ユニット及びその前後に設置されたポンプ、フィルタは設置しない。
【００２２】
導電層形成処理及びめっきによる金属充填加工を行う基板について、図４に示す陰極３１４の導電化処理前の一例を図５の模式図にて説明する。
【００２３】
図５の模式図５Ｇは、ビアを金属充填する陰極３１４の導電化処理を行なう前の断面図である。シリコン５Ｅのベース上に下層の回路５Ｄが形成されている。下層の回路５Ｄが形成された後、下層の絶縁層５Ｈが全面に形成され、その後、レーザでビア５Ｃ部分が掘られ、その後に、めっきにより下層のビア５Ｃと中層の回路５Ｂの部分に回路が形成される。
さらにその上に上層の絶縁層５Ｉが全面に形成され、その後レーザでビア５Ａ部分が掘られたものである。
回路の接続信頼性確保のため、ビア内に金属を空隙無く充填すること、及びビア底部５Ｆの面積をできるだけ広くすることは重要である。また、ビアをできるだけ小さくすることも、小型軽量化のため重要である。以降、プロセスの説明には詳細模式図５Ｇを模式図５Ｊとして簡略化して記載する。
充填手順において、本発明者は、アスペクト比の高いビアへの電解めっきを行なうための導電層形成処理プロセスを以下に示す。まず、スパッタを行い、その後、無電解銅めっきを行なうことにより、ビアの内壁を除く被めっき物の表面にパラジウムを直接接触させずに、かつ、表面から見て、ビア内の陰になる部分へも導電層を形成できることを見出した。
また、上記プロセスを活用することにより、高アスペクト比のビア、または、及び、部分的に、ビアの表面側の開口径よりもビアの底部側の開口径を大きくしたビア形状でも導電層を形成することができ、その結果、ビア底部の開口径を大きくすることが可能になり、ビア底部での接続信頼性が改善できた。
【００２４】
本発明では、このプロセスを用いて、ビアへの導電層の形成、電解めっきでの金属の充填の手順について、図６乃至図９を用いて説明する。
また、この技術を活用して、ビア底部の接続面積を大きくし、接続信頼性を確保できるビア形状について説明する。
【００２５】
図６に、レーザ加工により表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビア４１０が設けられたウエハ４００の模式図を示す（６Ａ）。ウエハ４００は、スパッタ装置により、導電層となる金属４１１aがビア４１０を含む表面にコートされる。
しかしながら、表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビア４１０の場合、表面側から陰になった部分４１１ｂは金属膜がコートされない(６Ｂ)。アスペクト比の高いビアも底部の側壁には同様にコートされにくい。
次にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行なう。無電解銅めっきはスパッタにより形成された金属膜上だけではなく、表面側から陰になった部分でスパッタにより金属膜が形成されていない部分も含めて析出し、導電層４１２を形成する（６Ｃ）。次に電解銅めっき膜４１３を形成し、導電膜を補強する（６Ｄ）。この電解銅めっき膜４１３の形成工程は、省略することも可能である。
次にビアフィリング用の電解銅めっき浴を使用し、金属充填のめっき４１４を行なう。このウエハ４００のめっき加工は、ウエハ４００を陰極３１４（図４）として用い、直流電圧制御装置３２０（図４）から電圧が印加されることにより行う。（６Ｅ）。ビアへの金属の充填が終了した後、回路として必要な部分にエッチングレジスト４１５aを形成し（６Ｆ）、不要部分をエッチングし(６Ｇ)、マスキングを除去して回路を完成させる（６Ｈ）。
【００２６】
上記プロセスは、全面にビアフィル用電解銅めっきを行なったものであるが、以下に、必要な回路部分にのみビアフィル用電解銅めっきを行なうプロセスを記す。
【００２７】
図７に、表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビアが設けられたウエハ４００の模式図を示す(７Ａ)。ウエハ４００は、スパッタ装置により、導電層となる金属４１１ａがビアを含む表面にコートされる。
しかしながら、表面側の開口径が底部側の開口径よりも小さなビア４１０の場合、表面側から陰になった部分４１１ｂは金属膜がコートされない(７Ｂ)。アスペクト比の高いビアも底部の側壁には同様にコートされにくい。
次にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行なう。無電解銅めっきはスパッタにより形成された金属膜上だけではなく、表面側から陰になった部分でスパッタにより金属膜が形成されていない部分も含めて析出し、導電層４１２を形成する（７Ｃ）。次に電解銅めっき膜４１３を形成し、導電膜４１２を補強する。この電解銅めっき膜４１３の形成工程は、省略することも可能である（７Ｄ）。次に回路として残したい部分を除きめっきレジスト４１５bを形成する（７Ｅ）。次にビアフィリング用の電解銅めっき浴を使用し、金属充填のめっき４１４を行なう(７Ｆ)。このウエハ４００のめっき加工は、ウエハ４００を陰極３１４（図４）として用い、直流電圧制御装置３２０（図４）から電圧が印加されることにより行う。
ビアへの金属の充填が終了した後、マスキングを除去し(７Ｇ)、マスキング部分の下にあった不要部分をエッチングし(７Ｈ)、回路を完成させる。この際、エッチングにより回路部分も多少エッチングされるが、エッチングすべき部分に比べ、回路部分の厚みは厚いので、回路としては問題ない。
【００２８】
上記２種類のプロセスを記載したが、２種類のプロセスとも、スパッタ後に無電解銅めっきを行なうため、パターンの形成される表面には、スパッタによる金属皮膜、無電解銅工程でのパラジウム、無電解銅皮膜の順序で金属皮膜が形成される。従って、スパッタによる金属皮膜を除去すれば、下地基材上にはパラジウムは残存しない。
【００２９】
図８に絶縁材料５００に直接無電解銅めっきを行なうプロセスを示す。ベース基材５００に無電解めっきを行なう場合、まずパラジウム５０１を吸着させる（８Ｂ）。無電解銅めっき皮膜５０２はパラジウム５０１を核として成長する。（８Ｃ）その後、全面に無電解銅めっき皮膜５０２が形成される（８Ｄ）。その後、回路形成のため、不要な部分の銅をエッチング除去してもパラジウム５０１が残存し、絶縁性能が低下する（８Ｅ）。
【００３０】
図９に本出願における工程を示す。絶縁材料５００にスパッタを行なった後、無電解銅めっきを行なうプロセスを示す。ベース基材５００にスパッタ膜５０３を形成する（９Ｂ）。その後、無電解銅めっきを行なうが、まず、パラジウム５０１を吸着させる(９Ｃ)。無電解銅めっき皮膜５０２はパラジウム５０１を核として成長する（９Ｄ）。その後、全面に無電解銅めっき皮膜５０２が形成される（９Ｅ）。その後、回路形成のため、不要な部分の銅をエッチング除去するが、パラジウム５０１は、下地スパッタ膜５０３の溶解とともに除去される（９Ｆ）。よって、高アスペクト比のビア及び、又はビア壁が粗れているビア、部分的にビア表面側の径がビア底部側の径に比べ小さくなっているビアへも、スパッタと無電解銅めっきによる導電層形成方法を組み合わせることにより、表面パターン間の絶縁性能に問題を発生させることなく導電層を形成することができる。
【００３１】
以下、本実施形態で行った実施例について説明する。
【００３２】
（実施例１）
開口形状が表面部から底部までΦ３０μｍで深さ１００μｍのビアを有するウエハについて説明する。
実施例１では、図１０の１０Ａに示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが１００μｍのビアを有するウエハ６００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。ウエハ６００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザ又はＵＶレーザにより、開口径が３０μｍ、深さが１００μｍのビアを形成した。その後、ウエハ６００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させ、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ６００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
本実施例での無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。また、シード層補強のための電解めっき液としては、
硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ６００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、無電解銅めっき膜の補強として、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにおいて、マスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングして回路を作成した。その結果、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題のないものが完成した。
【００３３】
（実施例２）
開口形状が表面部から底部までΦ１０μｍで深さ２０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度０．８Ａ／デシ、めっき時間１時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題ないものが完成した。
【００３４】
（実施例３）
開口形状が表面部から底部までΦ４０μｍで深さ８０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度１Ａ／デシ、めっき時間７時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３５】
（実施例４）
開口形状が表面部から底部までΦ２０μｍで深さ１２０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度０．４Ａ／デシ、めっき時間６時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３６】
（実施例５）
開口形状が表面部から底部までΦ６０μｍで深さ６０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度１．５Ａ／デシ、めっき時間３時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３７】
（実施例６）
開口形状が表面部から底部までΦ１００μｍで深さ３０μｍのビア形状のウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度２Ａ／デシ、めっき時間１．５時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００３８】
（実施例７）
開口形状が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハについて説明する。
実施例７では、図１０の１０Ｂに示すような表面部がΦ５０μｍ、底部がΦ３０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハ７００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ７００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部がΦ５０μｍ、底部がΦ３０μｍと順次底部側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ７００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ７００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
本実施例での無電解めっき浴Ａは、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。 また、導電層補強のための電解めっき液としては、
硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ７００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。 その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。 次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題がなかった。
【００３９】
（実施例８）
開口形状は表面部がΦ４０μｍ、底部がΦ１０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ６０μｍビアを有するウエハについて示す。充填めっきの条件は、電流密度０．７Ａ／デシ、めっき時間３時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００４０】
（実施例９）
開口形状は表面部がΦ２００μｍ、底部がΦ１２０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ２００μｍビアを有するウエハについて示す。充填めっきの条件は、電流密度２Ａ／デシ、めっき時間１２時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００４１】
（実施例１０）
開口形状が、図１０(１０Ｃ)に示すような表面部がΦ３０μｍ、底部がΦ５０μｍと表面側が狭くなっている深さ１００μｍビアを有するウエハ４００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。ウエハ４００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ３０μｍ、底部Φ５０μｍと表面側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ４００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、パターンめっきレジストの形成を行った。無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ４００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４めっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。
回路は完成し、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題がなかった。
【００４２】
（実施例１１）
開口形状は表面部がΦ３０μｍ、底部がΦ３５μｍと表面が狭くなっており、深さ６０μｍビアを有するウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度０．６Ａ／デシ、めっき時間４時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成した。
【００４３】
（実施例１２）
開口形状は表面部Φ４０μｍ、底部Φ５０μｍと表面側が狭くなっており、深さ８０μｍビアを有するウエハに金属を充填した。充填めっきの条件は、電流密度１Ａ／デシ、めっき時間７時間と変更したが、他のプロセス及びその条件は変更せず加工し、同様にビアの充填性、パターン間の絶縁性とも問題なく完成
【００４４】
（実施例１３）
開口形状は表面部から底部までΦ３０μｍで深さ５０μｍの浅いビアと深さ１００μｍの深いビアが混在するウエハについて、金属を充填する電解銅めっき工程において、定期的に短時間、電流密度を上昇させて金属充填を行なったケースについて説明する。
図１１に示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが５０μｍのビア（５Ｍ）と深さが１００μｍのビア(５Ｌ)が混在するウエハ８００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ８００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上に５ｍｍ＊５ｍｍ角で厚さ５０μｍのチップをマウントし、その上に、エポキシ樹脂を絶縁層として、硬化後厚さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が３０μｍ、深さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ８００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ８００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
本実施例での無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１・BR>T０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ８００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で５分間ビアの充填めっきを行い、１０Ａ／デシの電流密度で３０秒間充填めっきを行ないその後、０．７Ａ／デシの電流密度で１時間めっきを行い、その後、１０Ａ／デシ３０秒間のめっきと０．７Ａ／デシ１時間のめっきの組み合わせを７回続けた。その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、ビアへの充填性、パターン間の絶縁性とも問題がなかった
【００４５】
（比較例１）
開口形状が表面部から底部までΦ３０μｍで深さ１００μｍビアを有するウエハについて説明する。
比較例１では、図１０の１０Ａに示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが１００μｍのビアを有するウエハ６００について、スパッタ単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ６００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が３０μｍ、深さが１００μｍのビアを形成した。その後、ウエハ６００にスパッタにより、まずチタン、その後銅のシード層を形成した。その後、ウエハ６００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ６００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。
その後、図４めっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４めっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、ビアの底部側５０μｍの部分に空隙があり、充填に問題があった。
【００４６】
（比較例２）
開口形状が図１０の１０Ａに示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが１００μｍのビアを有するウエハ６００について、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっき単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ６００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が３０μｍ、深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ６００にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、銅の導電層を形成した。その後、ウエハ６００の全面に０．５μｍのシード層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
比較例での無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。 また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ６００のめっき充填加工は、図３の無電解銅めっき装置１００で、まず、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４めっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。 次に図４めっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分の絶縁層出た時点で銅のエッチングを停止した。
回路は完成し、ビアの充填性は問題がなかったが、表面のパターン間の絶縁が悪いという問題があった。
【００４７】
（比較例３）
開口形状が図１０の１０Ｂに示すような開口形状が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと底部側が狭くなっている深さ１００μｍビアを有するウエハ７００について、スパッタ単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ７００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部がΦ５０μｍ、底部がΦ３０μｍで深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ７００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の導電層を形成した。その後、ウエハ７００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、
硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ７００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにおいて、マスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。
回路は完成し、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、ビアの底部側３０μｍの部分に空隙があり、充填の問題があった。
【００４８】
（比較例４）
開口形状が図１０の１０Ｂに示すような開口形状が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと順次底部側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハ７００について、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ７００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ５０μｍ、底部Φ３０μｍと順次底部側が狭くなっている深さが１００μｍとビアを形成した。
その後、ウエハ７００にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、銅のシード層を形成した。その後、ウエハ７００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ７００のめっき充填加工は、図３の無電解銅めっき装置２００で、まず、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアにおいて、マスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分の絶縁層出た時点で銅のエッチングを停止した。
回路は完成し、ビアの充填性は問題がなかったが、表面のパターン間の絶縁が悪いという問題があった。
【００４９】
（比較例５）
開口形状が図１０の１０Ｃに示すような表面部がΦ５０μｍ、底部Φ３０μｍと表面側が狭くなっている深さ１００μｍビアを有するウエハ４００について、スパッタ単独により導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ４００上のビアは、次の手順で作製した。
まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ３０μｍ、底部Φ５０μｍと表面側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。 その後、ウエハ４００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の導電層を形成した。その後、めっきレジストの形成を行った。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ４００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、ビアの内部が充填されておらず、充填に問題があった。
【００５０】
（比較例６）
開口形状が図１０の１０Ｃに示すような開口形状が表面部がΦ３０μｍ、底部がΦ５０μｍと表面側が狭くなっており、深さ１００μｍビアを有するウエハ４００について、パラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ４００上のビアは、次の手順で作製した。
まず、ウエハ上にポリイミドを絶縁層として、硬化後厚さが１００μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、開口径が表面部Φ３０μｍ、底部Φ５０μｍと底部側が狭くなっている深さが１００μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ４００にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにより、銅の導電層を形成した。その後、めっきレジストの形成を行った。
本比較例での無電解めっき浴Ａは、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ４００のめっき充填加工は、図３の無電解銅めっき装置２００で、まず、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で４時間ビアの充填めっきを行い、続けて１Ａ／デシの電流密度で４時間充填めっきを行った。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分の絶縁層が出た時点で銅のエッチングを停止した。
回路は完成し、ビアの充填性は問題がなかったが、表面のパターン間の絶縁が悪いという問題があった。
【００５１】
（比較例７）
開口形状が表面部から底部までΦ３０μｍで深さ５０μｍの浅いビアと深さ１００μｍの深いビアが混在するウエハについて、金属を充填する電解銅めっき工程において、定期的に短時間、電流密度を上昇させて金属充填を行なわなかったケースについて述べる。
図１１に示すような表面部から底部までの開口形状がΦ３０μｍの円形で深さが５０μｍの浅いビア（５Ｍ）と深さが１００μｍの深いビア(５Ｌ)が混在するウエハ８００について、スパッタ及び無電解銅めっきにより導電層を形成し、電解銅めっきによりビアへの金属の充填を行った。
ウエハ８００上のビアは、次の手順で作製した。まず、ウエハ上に５ｍｍ＊５ｍｍ角で厚さ５０μｍのチップをマウントし、その上に、エポキシを絶縁層として、硬化後厚さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍになるよう塗布した。次に、絶縁層が塗布されたウエハにエキシマレーザで、
開口径が３０μｍ、深さがウエハ上１００μｍ、チップ上５０μｍのビアを形成した。
その後、ウエハ８００にスパッタにより、まずチタン、その後銅の第１の導電層を形成した。さらに、その後、全面にパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきを行ない、第２の導電層を形成した。その後、ウエハ８００の全面に０．５μｍの導電層補強のための硫酸銅を用いた電解めっき加工を行い、パターンめっきレジストの形成を行った。
無電解めっき浴液は、ロームアンドハース製のクリーナ、キャタリスト、アクセレレータ、無電解銅プロセスを使用した。
また、シード層補強のための電解めっき液としては、硫酸銅５水塩：２００ｇ／ｌ、硫酸：７０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、クックソンエレクトロニクス製添加剤ＳＳ−２０００を加えた溶液を使用した。
また、ビアフィリング用のめっき液としては、硫酸銅５水塩：１５０ｇ／ｌ、硫酸：１５０ｇ／ｌ、塩素イオン：５０ｍｇ／ｌの溶液に、アトテック製添加剤ＤＩを加えた溶液を使用した。
ウエハ８００のめっき充填加工は、図１のスパッタ装置１００で、まず、チタンをターゲットとして使用し、０．１μｍの厚みをコートし、その上に銅をターゲットとして使用し、０．３μｍの厚みをコートした。その後、図３の無電解銅めっき装置２００で、０．５μｍの厚みの銅をコートした。
その後、図４のめっき装置３００で、０．５A/デシの電流密度で１μｍの厚みの銅を析出させた。
次にJSR製めっきレジストをスピンコータにより塗布し、回路部分を除いたエリアをマスクを介して露光し、その後、現像してめっきレジストを形成した。
次に図４のめっき装置３００で０．７Ａ／デシの電流密度で８時間の充填めっきを行なった。
その後、めっきレジストをＪＳＲ製剥離剤により溶解除去した。
その後、過酸化水素―硫酸系の銅のエッチング剤により、銅表面をエッチングした。めっきの際、マスキングをした下の部分のチタン層が出た時点で銅のエッチングを停止し、フッ化物系のエッチング剤により露出した部分のチタンをエッチングした。回路は完成し、深さ１００μｍのビア部分の充填性、パターン間の絶縁性は問題がなかったが、深さ５０μｍのビア部が、盛り上がってしまった。
【００５２】
本出願ではレーザにエキシマおよびＵＶレーザを使用し、ビア加工した。表1は横にビア開口径と縦にビア深さを取り、レーザの加工、スパッタによるカバリング及び実用性を考慮して作成した表である。レーザ加工では深さが20μｍ乃至200μｍでは開口径が10μｍ以下では加工が困難であり、高密度化の一手段として、未貫通ビアとしては200μｍ以上ではシステムインパッケージ（ＳｉＰ）等を念頭に置くと実用性がない。
レーザ加工領域とカバリング領域
【表１】
【００５３】
表２乃至６に実験結果をまとめた。表はビア深さ２０μｍ乃至２００μｍにおけるアスペクト比、電流密度と適正範囲を示したものである。
【００５４】
表２はビア深さ２０μｍにおける、アスペクト比と適正電流密度を示す。アスペクト比2以上ではビア加工が出来ず、アスペクト０．１以上で０．５未満では０．５Ａ/デシでは充填性が低下し、５Ａ/デシを超えるとめっきが正常に析出しない。また、アスペクト０．５以上で２未満では０．４Ａ/デシでは充填性が低下し、５Ａ/デシ以上ではめっきが正常に析出しないことを示す。以下、表３はビア深さ５０μｍにおける場合を示し、表４はビア深さ１００μｍにおける場合、表５はビア深さ２００μｍにおける場合を同様に示している。また、表６は以上の結果を元に実用性のあるアスペクト比と電流密度の関係をまとめたものである。
ビア深さ20μｍ
【表２】
ビア深さ50μｍ
【表３】
ビア深さ100μｍ
【表４】
ビア深さ200μｍ
【表５】
実用性のあるアスペクト比と電流密度の関係
【表６】
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態におけるスパッタ装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態おける無電解めっき工程を説明する説明図である。
【図３】本実施形態における無電解めっき装置の処理槽の一例を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における電解めっき装置の一例を示すブロック図である。
【図５】本実施形態における金属充填前の構造を示す模式図である。
【図６】開口部が底部より狭いビアへの充填プロセスを示す模式図である。（めっきレジスト無しで、充填めっきするプロセス）
【図７】開口部が底部より狭いビアへの充填プロセスを示す模式図である。（めっきレジスト形成後、充填めっきするプロセス）
【図８】無電解めっき単独で導電層を形成し、回路形成した場合の模式図である。
【図９】スパッタで第１の導電層形成後、その上に無電解めっきで第２の導電層を形成した場合の模式図である。
【図１０】形状の異なるビアの断面の模式図である。
【図１１】深さの異なるビアを有するウエハ断面の模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００：スパッタ装置
１１０：真空チャンバ系
１１１:チャンバ
１１２：真空ポンプ
１１３：ガス供給口
１１４：ターゲット
１１５：試料台
１１６：試料
１２０：電源
１３０：制御装置（情報処理装置）
２００：無電解銅めっき装置
２１０：処理槽
２１１処理槽本槽
２１２：ポンプ
２１３：フィルタ
２２０：温度制御装置
２３０：水洗槽
２４０：制御装置
３００：電解めっき装置
３１０：めっき槽系
３１１:メインめっき槽
３１２：サブめっき槽
３１３：陽極
３１４：陰極
３１５：遮蔽板
３１６：第１ポンプ
３１７：第２ポンプ
３１８:銅溶解ユニット
３１９：フィルタ
３２０：直流電圧制御装置
３３０情報処理装置
４００:ウエハ(表面径が底部径よりも狭いビアを有する)
４１０：ビア（表面径が底部径よりも狭い）
４１１ａ：スパッタコート部分
４１１ｂ：スパッタ未コート部分
４１２：無電解銅皮膜
４１３：補強のための電解銅めっき
４１４：金属充填のための電解銅めっき
４１５：エッチングレジスト
５００：絶縁基材（一例：シリコン）
５０１：パラジウム
５０２：無電解銅めっき皮膜
５０３：スパッタ膜
６００：ウエハ(径がストレートのビアを有する)
７００：ウエハ(底部径が表面径よりも狭いビアを有する)
８００：ウエハ（深さの異なるビアを有する）
５Ａ：上層充填前のビア
５Ｂ：中層回路
５Ｃ：下層充填済みのビア
５Ｄ：下層回路
５Ｅ：シリコン
５Ｆ：ビア底と回路の界面
５Ｇ：詳細模式図
５Ｈ：下層絶縁層
５Ｉ上層絶縁層
５Ｊ：簡易模式図
５Ｋ：チップ
５Ｌ：深いビア
５Ｍ：浅いビア
Ａｒ：アルゴン
Ｍ：金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工により作成したビアを有する表面が絶縁材からなる半導体基板を、めっき加工により金属を充填するビアフィリング方法において、第１段階としてスパッタにより第１の導電層を形成し、第２段階として無電解めっきの触媒としてのパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにて第２導電層を形成し、第３段階として、電解銅めっきを行なうことを特徴とするビアフィリング方法。
【請求項２】
請求項２において、請求項１に記載されたビアの深さが、２０μｍ〜２００μｍであり、開口径が１０μｍから２００μｍであるビアへのビアフィリング方法。
【請求項３】
請求項２において、第３段階として電解銅めっきを行なう際、金属充填のための電流密度は
ビア深さ／ビア径の値が５以上１０未満の場合、０．２Ａ／デシ以上１Ａ／デシ未満であり、
ビア深さ／ビア径の値が２以上５未満の場合、０．４Ａ／デシ以上２Ａ／デシ未満であり、
ビア深さ／ビア径の値が０．５以上２未満の場合、０．５Ａ／デシ以上３Ａ／デシ未満であり、
ビア深さ／ビア径の値が０．１以上０．５未満の場合、０．７Ａ／デシ以上５Ａ／デシ未満である。
ことを特徴とするビアフィリング方法。
【請求項１】
レーザ加工により作成したビアを有する表面が絶縁材からなる半導体基板を、めっき加工により金属を充填するビアフィリング方法において、第１段階としてスパッタにより第１の導電層を形成し、第２段階として無電解めっきの触媒としてのパラジウムを吸着させた後、無電解銅めっきにて第２導電層を形成し、第３段階として、電解銅めっきを行なうことを特徴とするビアフィリング方法。
【請求項２】
請求項２において、請求項１に記載されたビアの深さが、２０μｍ〜２００μｍであり、開口径が１０μｍから２００μｍであるビアへのビアフィリング方法。
【請求項３】
請求項２において、第３段階として電解銅めっきを行なう際、金属充填のための電流密度は
ビア深さ／ビア径の値が５以上１０未満の場合、０．２Ａ／デシ以上１Ａ／デシ未満であり、
ビア深さ／ビア径の値が２以上５未満の場合、０．４Ａ／デシ以上２Ａ／デシ未満であり、
ビア深さ／ビア径の値が０．５以上２未満の場合、０．５Ａ／デシ以上３Ａ／デシ未満であり、
ビア深さ／ビア径の値が０．１以上０．５未満の場合、０．７Ａ／デシ以上５Ａ／デシ未満である。
ことを特徴とするビアフィリング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−９５７７３（Ｐ２０１０−９５７７３Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９３７０（Ｐ２００８−２６９３７０）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）中小企業のものづくり基盤技術の高度化に関する法律第４条第１項の規定に基づく特定研究開発、特定研究開発等計画認定番号関東０６０８０１２
【出願人】（３９１００３０１５）株式会社野毛電気工業 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）中小企業のものづくり基盤技術の高度化に関する法律第４条第１項の規定に基づく特定研究開発、特定研究開発等計画認定番号関東０６０８０１２
【出願人】（３９１００３０１５）株式会社野毛電気工業 (20)
【Ｆターム（参考）】
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