回路基板の製造方法およびウェットエッチング装置
【課題】金属膜のウェットエッチングの終点を的確に検出できる回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】回路基板の製造方法は、基板上に、少なくとも第１の金属材料よりなる第１の金属層を介して、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料よりなる第２の金属層を形成する工程と、前記第２の金属層上に第３の金属材料よりなる金属配線パタ―ンを形成する工程と、前記金属配線パタ―ンの形成工程の後、エッチング液中におけるウェットエッチングにより前記第２の金属層をエッチングし、前記第２の金属層を前記第１の金属層に対して選択的に除去するエッチング工程と、を含み、前記ウェットエッチング工程は、前記エッチング液中における前記第２の金属層の浸漬電位の時間変化を測定する工程を含み、前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記浸漬電位の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了する。
【解決手段】回路基板の製造方法は、基板上に、少なくとも第１の金属材料よりなる第１の金属層を介して、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料よりなる第２の金属層を形成する工程と、前記第２の金属層上に第３の金属材料よりなる金属配線パタ―ンを形成する工程と、前記金属配線パタ―ンの形成工程の後、エッチング液中におけるウェットエッチングにより前記第２の金属層をエッチングし、前記第２の金属層を前記第１の金属層に対して選択的に除去するエッチング工程と、を含み、前記ウェットエッチング工程は、前記エッチング液中における前記第２の金属層の浸漬電位の時間変化を測定する工程を含み、前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記浸漬電位の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置は一般に、電子部品を実装するのにビアプラグおよび配線パタ―ンを有する回路基板を使う。従来の回路基板では、抵抗率の低い銅（Ｃｕ）がビアプラグおおよび配線パタ―ンの材料として使われている。
【０００３】
一方近年では、電子装置に非常に高い性能が要求されており、その一方で小型化も同時に要求されている。その結果、回路基板上における電子部品の実装密度は増大の一途をたどっている。
【０００４】
Ｃｕ配線を使ってこのような高密度実装を低い費用で可能とする回路基板の製造方法として、いわゆるセミアディティブ方式による回路基板の製造方法が知られている。
【０００５】
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、回路基板上へのセミアディティブ方式によるＣｕ配線パタ―ンの形成方法を説明する図である。
【０００６】
図１（Ａ）を参照するに、樹脂、ガラスあるいはシリコンなどよりなる基板１１上にはＴｉなどの密着層１２を介してＣｕシード層１３が、典型的にはスパッタリングにより形成され、図１（Ｂ）の工程において、その上に所望の配線パタ―ンに対応するレジスト開口部１４Ａを有するレジスト膜１４が形成される。
【０００７】
さらに図１（Ｃ）の工程において前記Ｃｕシード層１３を電極に、前記レジスト開口部１４Ａ中にＣｕパタ―ン１５が電解メッキ法により形成される。
【０００８】
さらに図１（Ｄ）の工程において前記レジストパターン１２を除去した後、図１（Ｅ）の工程においてウェットエッチングにより、前記Ｃｕシード層１３を除去する。このようなウェットエッチングの結果、得られるＣｕ配線パタ―ンの幅Ｗは、当初のレジスト開口部の幅Ｗ'よりも小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−３３４８２号公報
【特許文献２】特許第３１８８８２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このようなセミアディティブ方式によるＣｕ配線パタ―ンの形成方法では、図１（Ｅ）の工程におけるＣｕ配線パタ―ンの幅Ｗの管理が、前記幅Ｗが５μm、２μmあるいはそれ以下の幅へと縮小した場合、非常に困難になる。
【００１１】
例えばこのようなウェットエッチングを、エッチング残渣が生じないように確実に行うため、ウェットエッチングの後の配線パタ―ンの状態を顕微鏡により検査し、必要に応じて再エッチングを行うことが考えられるが、このようなプロセスは回路基板の製造費用を増大させるので論外である。
【００１２】
また予めエッチング残渣の発生を見越して、図１（Ｅ）の工程でウェットエッチングを必要以上の時間をかけて行う、いわゆるオーバーエッチング技術を使うことも考えられるが、配線パタ―ンのエッチング状態はパタ―ン幅により、またパタ―ン密度により異なるため、同一の回路基板上に異なった幅で配線パタ―ンを形成する場合や、異なった配線密度で配線パタ―ンを形成する場合には、設計通りの配線パタ―ン幅を得るのが非常に困難になる。
【００１３】
このように、エッチング残渣を発生させず、かつ過大なオーバーエッチングが生じないように、エッチング残渣の消失を検出できる、エッチングの管理方法、およびかかるエッチングの管理方法を使った回路基板の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の側面によれば回路基板の製造方法は、基板上に、少なくとも第１の金属材料よりなる第１の金属層を介して、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料よりなる第２の金属層を形成する工程と、前記第２の金属層上に第３の金属材料よりなる金属配線パタ―ンを形成する工程と、前記金属配線パタ―ンの形成工程の後、エッチング液中におけるウェットエッチングにより前記第２の金属層をエッチングし、前記第２の金属層を前記第１の金属層に対して選択的に除去するエッチング工程と、を含み、前記ウェットエッチング工程は、前記エッチング液中における前記第２の金属層の浸漬電位の時間変化を測定する工程を含み、前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記浸漬電位の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了する。
【００１５】
第２の側面によればウェットエッチング装置は、エッチング液を保持する容器と、被処理基板を保持し、前記エッチング液中に浸漬する保持装置と、前記エッチング液中に浸漬される電極と、前記保持装置中の被処理基板と前記電極との間の起電力の時間変化を測定する測定部と、前記起電力の時間変化からエッチングの終点を判断する制御部と、を備え、前記制御部は、前記起電力がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記起電力の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了する。
【発明の効果】
【００１６】
第１および第２の側面によれば、基板上に微細なパターンを形成するウェットエッチングの終点を適切に判断することができ、アンダーエッチングに伴うエッチング残渣を確実に除去でき、かつ、過剰なオーバーエッチングを回避でき、微細なパターンの幅を的確に管理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、セミアディティブ方式による回路パターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２】一の実施形態で使われるエッチング装置を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態による浸漬電位の時間変化を示すグラフおよび電子顕微鏡写真を示す図である。
【図４】図２のエッチング装置で使われる試料基板の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図２のエッチング装置への試料基板の装着の概要を説明する平面図である。
【図６】図２のエッチング装置への試料基板の装着の詳細を説明する断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図６の工程に対応して生じる配線パタ―ンの状態変化を示す断面図である。
【図８】別のエッチング液を使った場合の浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図９】さらに別のエッチング液を使った場合の浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図１０】パタ―ン密度を変えた場合の浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図１１】金属膜の多層積層構造への適用例を示す断面図である。
【図１２】ＴｉＯ２膜上のＴｉ膜への適用を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態における浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図１４】第３の実施形態によるエッチング装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】第４の実施形態による保持具の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１の実施形態］
まず本発明で使われるウェットエッチング装置１について、図２を参照しながら説明する。
【００１９】
図２を参照するに、前記ウェットエッチング装置１はエッチング液２を保持する容器３を有しており、前記エッチング液２中には、表面に金属層４Ａを担持したシリコンウェハ４が、保持具５により保持されて試料として浸漬されている。
【００２０】
前記保持具５中には、前記エッチング液２が侵入しない空間５Ａが形成されており、前記空間５Ａにおいては電極端子５ａが、前記ウェハ４の表面の金属層４Ａにコンタクトしている。
【００２１】
さらに前記容器３中には、例えばＡｇ／ＡｇＣｌなどの基準電極６が、前記エッチング液２に浸漬して設けられており、前記電極端子５ａと基準電極６との間に発生する起電力が、浸漬電位として測定部７において測定される。
【００２２】
図３は、図２のウェットエッチング装置１において前記ウェハ４表面の金属膜４Ａをウェットエッチングした場合に観測された浸漬電位の時間変化を示すグラフ、およびこれに対応する電子顕微鏡写真である。ただし前記金属膜４Ａには、後で図４を参照して説明するラインアンドスペースパターンが、セミアディティブ法により形成されており、図１（Ｄ）の状態となっている。またエッチング液２としては硫酸カリウムエッチング液（例えばメルテックス社製ＣＵ３９３０）の５倍希釈水溶液を使っている。
【００２３】
図３中、左側のグラフを参照するに、ウェハ４が前記エッチング液２に浸漬されてウェットエッチングが開始されてから６２秒位までの間は、標準水素電極（ＳＨＥ）対する電位にして２５５〜２５０ｍＶの浸漬電位が観測されているが、その後、この浸漬電位は時間が６２秒を超えると急速に降下を初め、エッチング開始から約８１秒後に最低値に到達するのがわかる。
【００２４】
その後、浸漬電圧は急速に上昇を始め、エッチング開始から約１００秒後には、再び２６０Ｖから２６５Ｖの間で定常状態に移行するのがわかる。
【００２５】
そこで、ウェットエッチング開始から浸漬電位の降下が始まるまでを第１期、降下がはじまって浸漬電位が最低値に達するまでを第２期、最低値から再び定常状態に戻るまでも第３期、定常状態に戻って以後を第４期と名付けることにすると、図３中、右側の走査型電子顕微鏡写真のうち、エッチング開始から９０秒後の状態を示す左端の写真よりわかるように、第３期まではパタ―ンの間にエッチング残渣が存在するのが見られるのに対し、エッチング開始から１３０秒後の状態を示す右端の写真に示されるように、第４期ではエッチング残渣は存在しない。ただし第４期ではパタ―ンの幅が細くなり、オーバーエッチング、およびこれに伴うエッチングシフトが発生しているのがわかる。
【００２６】
これに対しウェットエッチング開始から１００秒後の状態、すなわち第３期から第４期へ移行するところでは、エッチング残渣もなくなり、かつパタ―ンも所望の幅となっており、最適なエッチングが得られているのがわかる。
【００２７】
なお図３の右側のそれぞれの写真において、下側の写真は前記図１（Ｄ）に対応したエッチング開始前の状態を示しており、上側の写真が図１（Ｅ）に対応したエッチング後の状態を、下側の写真と同一のスケールで示している。
【００２８】
図４は、前記図３の実験で使われた試料の一部を拡大して示す断面図、図５は前記試料として使われた６インチシリコンウェハ４を示す平面図、図６は図２のエッチング装置１で前記シリコンウェハ４を保持するのに使われる保持具５を、前記シリコンウェハ４を保持した状態で詳細に示す断面図である。
【００２９】
図４を参照するに、前記シリコンウェハ４上には、例えば厚さが３００ｎｍの熱酸化膜４２が形成され、前記熱酸化膜４２上には密着膜としてＴｉ膜４３がスパッタ法により、例えば５ｎｍの厚さに形成される。さらに前記Ｔｉ膜４３上にはＣｕ膜４４がシード層として、例えば５０ｎｍの膜厚に形成される。さらに前記Ｃｕ膜４４上には先に図１で説明したセミアディティブ法により、高さが２μmで幅が２μmのＣｕラインアンドスペースパターン４５が形成されている。ただし図４の状態では、前記Ｃｕシード層４４のウェットエッチングに備えて、前記ラインアンドスペースパタ―ン４５を構成する個々のＣｕパタ―ンは、２μmの設計値Ｗよりも多少大きい値Ｗ'を有するように形成されている。ここで前記Ｔｉ密着膜４３からＣｕラインアンドスペースパターン４５までが、前記金属層４Ａに相当する。
【００３０】
次に図５，６を参照するに、シリコンウェハ４のうち、図５において破線で示した、例えば幅が５ｍｍの外周部４ａが前記保持具５により保持され、前記破線より内側の主部４ｂに、前記図４のＣｕラインアンドスペースパターン４５が形成されている。その際図６に示すように、前記保持具５は前記シリコンウェハ４を、内部空間５Ａにエッチング液は侵入しないようにシール部材５ｂを介して保持し、前記内部空間５ＡにおいてはＰｔよりなる、あるいはＰｔコートした電極端子５ａが前記外周部４ａにおいて前記Ｃｕシード層４４にコンタクトする。前記外周部４ａにおいてはＣｕシード層４４にはＣｕパタ―ン４５は形成されておらず、前記Ｃｕシード層４４は前記外周部４ａにおいて前記本体部４ｂを囲んでリング状に連続的に延在する。このような構成により、浸漬電位の測定中にエッチング液２が前記保持具５の空間５Ａにおいて電極端子５ａとコンタクトし、その結果生じる接触電位により、浸漬電位の測定が乱される問題が回避される。
【００３１】
なお図６の構成において電極端子５ａは、後に図１４の実施形態で説明する測定部８１に接続される。
【００３２】
図６の状態のウェハ４を前記容器３中のエッチング液２に浸漬すると、前記Ｃｕパタ―ン４５およびＣｕシード層４４とエッチング液２との界面においてＣｕが溶解し、反応
Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ↑ （式１）
により電子がエッチング液２へと放出され、エッチング液２と前記電極端子５ａがコンタクトしているＣｕシード層４４との間に起電力が発生する。
【００３３】
そこで、この起電力を、前記Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極６と前記エッチング液２との間の起電力と比較することにより、前記シリコンウェハ４上における浸漬電位が測定される。なお、先の図３の例では、前記エッチング液として市販のＣｕエッチング液（例えばメルテックス社製Ｃｕ３９３０）を使っている。
【００３４】
以下、図７（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら図３のグラフに示された結果について説明する。
【００３５】
図７（Ａ）は、先の図４と同じ試料を示しているが、これを図７（Ｂ）の工程において前記エッチング液２中に浸漬すると、前記Ｃｕラインアンドスペースパターン４５およびＣｕシード層４４の表面部が前記エッチング液２に前記式（１）に従って溶解し、前記基準電極６との間に、約２６０ｍＶの浸漬電位が発生する。これが図３の第１期に相当する。
【００３６】
一方、さらに前記Ｃｕラインアンドスペースパターン４５およびＣｕシード層４４のエッチングが進行すると、図７（Ｃ）に示すように前記Ｃｕシード層４４にその下のＴｉ密着層４３を露出する開口部が形成されはじめる。このＴｉ膜４３は前記エッチング液２には溶解しないが、露出したＴｉ密着膜４３がエッチング液２に接触するのに伴い、また露出したＴｉ膜の面積が徐々に増大するのに伴い、前記式（１）の反応が、前記第１期におけるようなＣｕシード層４４上における反応（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−↑ ｏｎ Ｃｕ）から、Ｔｉ密着膜４３上における反応（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−↑ ｏｎ Ｔｉ）に切り替わり、これに伴って浸漬電位が前記第１期のものから変化し、下降を始める。これが図２における第２期に対応する。これは、Ｃｕシード層２３を構成する金属状態のＣｕの熱力学的な活動度ないし活量が、露出したＴｉ密着膜２３との接触部分において、前記Ｔｉ密着膜２３が露出していない場合と比べて減少するために他ならない。
【００３７】
さらにエッチングが進行すると前記Ｔｉ密着層４３の露出面積が時間と共に増大し、やがて図７（Ｄ）に示すようにシード層４４は実質的に全て除去される。前記図７（Ｃ）の状態から図７（Ｄ）の状態への移行が、図３における第３期に対応する。図７（Ｄ）の状態では、前記Ｔｉ密着膜４３上における反応（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−↑ ｏｎ Ｔｉ）自体は継続しているが、前記Ｔｉ密着層４３の露出面積が増大するため、測定している浸漬電位は、主にＴｉ密着膜４３上でのＴｉとエッチャント種との電極反応の効果を反映するようになっている。このため、観測される浸漬電位は、前記Ｃｕシード層４４のエッチング残渣の縮小および消失に伴って、急激に上昇する。なおＴｉ膜自体の浸漬電位は２７４ｍＶであった。
【００３８】
図７（Ｄ）の状態以降も、前記Ｔｉ密着膜４３上のＣｕパタ―ンは、エッチング液２に徐々に溶解し、これに伴って前記浸漬電位も、図３のグラフの第４期に示されるように前記２７４ｍＶの電位に向かって徐々に上昇するが、この状態ではＣｕシード層４３がすでに消失しており、大量に残っている孤立した太いＣｕラインアンドスペースパタ―ンが徐々に溶解するだけであるので浸漬電位の時間変化率は急減し、図３のグラフに示されるように、第３期と第４期の境目において浸漬電位の時間変化に明瞭な肩、ないし折れ曲がりが生じる。
【００３９】
このグラフの折れ曲がりが、前記図７（Ｄ）の状態に対応しているため、この折れ曲がりが検出された時点（図３のグラフの「エッチングＥｎｄ−ｐｏｉｎｔ」）でエッチングを終了すると、前記図７（Ｄ）の状態に対応した構造が得られ、ほぼ理想的なエッチングの管理を行うことが可能となる。実際に、このようにして得られたラインアンドスペースパターンについて電子顕微鏡観察を行った結果が、図３の右側の電子顕微鏡写真の中央に「１００ｓｅｃ」のラベルで示している図であるが、Ｃｕ残渣は観察されず、またラインアンドスペースパターンのパタ―ン幅も、左側の「９０ｓｅｃ」のラベルを付した第３期（アンダーエッチング）の電子顕微鏡写真のものと変わらず、所定値に管理されているのがわかる。ただし上記第３期のものでは、エッチング残渣が生じている。また、図３の電子顕微鏡写真中、右側の「１３０ｓｅｃ」のラベルで示した第４期（オーバーエッチング）のものでは、エッチング後にラインアンドスペースパターンを構成する個々のＣｕパタ―ンの幅が減少しており、所定値から外れてしまっているのがわかる。
【００４０】
なお図３のグラフに示す浸漬電位の変化、すなわち時間と共に浸漬電位がいったん急激に下降し、その後急激に上昇した後、なだらかな変化に移行し、その移行の際に浸漬電位の時間変化に肩、ないし折り曲がりが生じる傾向は、エッチング液を変更しても、同様に観察された。
【００４１】
例えば図８は、前記図３のグラフおよび電子顕微鏡写真の実験で使ったエッチング液の原液を、希釈なしで使った例を示しているが、この場合でも同様な傾向は明瞭に認められ、浸漬電位の時間変化の肩部、ないし折り曲がり点においてエッチングを終了することにより、エッチングを的確に管理することが可能となる。
【００４２】
また図９は、前記エッチング液２として長期間使い続けた劣化液を使った場合の浸漬電位の時間変化を示しているが、先の例と同様に、肩部ないし織間が利点を明瞭に検出することができる。なお図９の実験では、前記エッチング液２として、先に図３の実験で使ったエッチング液と同じもので、かつウェハを30枚処理した後のエッチング液を使っている。
【００４３】
さらに本実施形態の発明者は、前記図４の断面図の試料においてＣｕラインアンドスペースパターン４５の密度を変化させてエッチングを行い、浸漬電位を測定した。その結果を図１０のグラフに示す。ただし図１０のグラフ中、「パタ―ンＡ」で示すカーブは、ウェハ上のＣｕパタ―ンの面積比を表すパタ―ン密度が１４％の場合についての結果を、また「パタ―ンＢ」で示すカーブはパタ―ン密度が１１％の場合についての結果を示す。
【００４４】
図１０のグラフを参照するに、いずれの場合においても、浸漬電位の時間変化率の肩ないし折れ曲がりは明瞭に検出でき、これが検出された時点でエッチングを停止することにより、先の実施例と同様にオーバーエッチングおよびアンダーエッチングを回避した的確なエッチング管理が可能となる。
【００４５】
このように本実施形態は、先に説明した特定のパタ―ン密度の試料に対してのみならず、他の様々なパタ―ン密度の試料に対しても、エッチング終点を検出するのに有効であり有用である。また本実施形態において対象となるパタ―ンはラインアンドスペースパターンに限定されるものではない。
【００４６】
さらに前記図４の断面図の試料において、前記シード層４４はＣｕである必要はなく、例えばＮｉ膜やＣｏ，Ｃｒ膜など、Ｃｕ以外の金属材料であってもよい。この場合にも、前記シード層４４の熱力学的活動度ないし活量は、その下のＴｉ密着膜４３が露出した時点で急減し、浸漬電位がいったんは下降するものの、前記Ｔｉ密着膜４３の露出面積が増大するにつれて浸漬電位は急激に上昇し、エッチング残渣が消失した時点で緩やかな上昇に変化する。このため浸漬電位の時間変化率の肩ないし折れ曲がり点の出現を検出することにより、エッチングの終点を的確に判断することが可能となる。
【００４７】
また本実施形態は、図１１の断面図に示すような、金属膜の多層積層構造のパターニングにおいて、エッチングの終点を検出するのにも有用である。
【００４８】
図１１の断面図の例では、シリコンウェハ４上に熱酸化膜４２および金属膜６１を介して金属膜６２１〜６２ｎを積層しているが、このような構造においても、ラインアンドスペースパターンを形成する際に、下層の金属膜、例えば金属膜６２ｎ−１が露出する度にエッチングされている上層の金属膜６２ｎの熱力学的活動度ないし活量が急変し、これに伴って浸漬電位がいったん急減し、引き続き急増する。さらに下層の金属膜６２ｎ−１のエッチングが完了しエッチング残渣が消失した時点で、浸漬電位の時間変化が緩やかになるため、同様に浸漬電位の時間変化率の肩ないし折り曲がり点の出現を検出することにより、エッチングの終点を的確に判断することが可能となる。なお図１１の構成では、最下層の金属膜６１は、浸漬電位を検出できるように、エッチング液には溶解しないものであるのが望ましい。
【００４９】
本実施形態において、前記密着層４３はＴｉに限定されるものではなく、Ｔａ，Ｗ，Ｚｒおよびそれらの化合物などを使うことが可能である。
【００５０】
［第２の実施形態］
さらに本発明は、先の実施形態で説明したようなＣｕ膜のエッチング終点の検出のみならず、他の金属膜、例えばＴｉ膜のエッチング終点の検出に対しても有効である。
【００５１】
図１２は、シリコンウェハ４上に熱酸化膜４１およびＴｉＯ２膜７１を介してＴｉ膜７２が形成された構造を、図１３は、図１２のＴｉ膜７２をウェットエッチングによりパターニングし、ラインアンドスペースパターンを形成した場合の浸漬電位の時間変化を示す、それぞれ断面図およびグラフである。ただし図１２，１３の例では、エッチング液２として、ＴｉＯ2膜７１がエッチングされないように、メルテックス社のＴｉ３９９１を使用した。
【００５２】
図１３を参照するに、この場合にも浸漬電位は最初、図３の第１期に対応して時間と共に徐々に低下し、浸漬開始後約８５秒を経過したところで、図３の第２期に対応して急減し、その後、図３の第３期に対応して急増し、浸漬開始後約１０５秒後に、図３の第４期に対応して安定化することがわかる。前記第３期から第４期への移行が生じるところで、浸漬電位の時間変化に肩ないし折れ曲がりが生じており、かかる折れ曲がりに対応してエッチングを終了することにより、的確なエッチングの管理が可能になる。
【００５３】
このように本発明は、金属膜をエッチング液中における浸漬ウェットエッチングで除去するプロセスであれば、一般的に使用することができる。ただし、浸漬電位の測定が可能なように、エッチングされる金属膜の下には、エッチングされない導電性の膜あるいは部材が存在することが好ましい。
【００５４】
［第３の実施形態］
図１４は、上記の知見をもとに構成した、第３の実施形態によるエッチング装置１Ａの構成を示すブロック図である。ただし図１４中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
図１４を参照するに、前記容器３中においては前記エッチング液２中にシリコンウェハ４が、保持具５に保持されて、立てた状態で浸漬されており、前記保持具５中において電極端子５ａが、前記ウェハ４の表面に形成された金属層４Ａにコンタクトしている。
【００５６】
また本実施形態では、前記保持具５に結合されて、前記シリコンウェハ４を保持具５ごと、前記エッチング液２中に浸漬し、また引き上げる駆動部５Ｂが設けられている。
【００５７】
そこで前記電極端子５ａにて検出された前記金属膜４Ａの電位は図２の測定部７に相当する測定部８１に、前記基準電極６が検出した基準電位と共に供給され、前記測定部８１はこれらの値から、前記金属膜４Ａの浸漬電位を算出し、これを表す信号を制御部８２に供給する。
【００５８】
前記制御部はコンピュータを含み、前記測定部から送られた浸漬電位の時間変化、ないし時間変化率をもとに、前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後、さらに浸漬電位の時間変化率が減少した場合に、アラームを発する。
【００５９】
さらに前記制御部８２は前記アラームの発出と同時に制御信号を前記駆動部５Ｂに送り、前記シリコンウェハ４を、保持具５ごと、前記エッチング液２から引き上げる。これにより、前記金属層４Ａのエッチングは終了する。
【００６０】
なお図１４のエッチング装置１Ｂでは、前記基準電極６の他に、例えばＰｔ被覆した導電性板ないしピンを、参照電極６Ａとして、前記エッチング液２中に挿入しているが、前記浸漬電位の時間変化は、このような基準電極６以外の参照電極６Ａを使い、前記参照電極６Ａと金属膜４Ａの間に生じる電位差ないし起電力を測定することにより行うことも可能である。この場合には、Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極６を使った場合のように浸漬電位の絶対値は求められないが、本発明においては、その時間変化さえ求まればよく、このため、このような使いやすい参照電極を使っても、エッチング終点を検出することが可能である。
【００６１】
［第４の実施形態］
なお、図６の保持具５では、浸漬電位の測定中は、前記空間５Ａにエッチング液２が侵入することはないが、かかる構成では、エッチング後にシリコンウェハ４の外周部４ａに沿ってＣｕシ―ド層４４が残ってしまうことになる。
【００６２】
そこでこのようなＣｕシード層４４の除去を行うのが好ましい場合には、前記シリコンウェハ４をエッチング液２から引き上げた後、図１５に示すように、前記空間５Ａにエッチング液２を導入することも可能である。
【００６３】
このため、図１５の実施形態では、前記保持具５に、前記空間５Ａに前記エッチング液２を導入するためのポート５ｃおよび排出するためのポート５ｄが設けられている。
【００６４】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ ウェットエッチング装置
２ エッチング液
３ 容器
４ シリコンウェハ
４Ａ 金属層
４ａ 外周部
４ｂ 主部
５ 保持具
５Ａ 空間
５Ｂ 駆動部
５ａ 電極端子
５ｂ シール
５ｃ，５ｄ ポート
６ 標準電極
６Ａ 参照電極
７，８１ 測定部
４２ 熱酸化膜
４３ Ｔｉ密着層
４４ Ｃｕシード層
４５ Ｃｕラインアンドスペースパターン
６１，６２１〜６２ｎ 金属膜
７１ ＴｉＯ２膜
７２ Ｔｉ膜
８２ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置は一般に、電子部品を実装するのにビアプラグおよび配線パタ―ンを有する回路基板を使う。従来の回路基板では、抵抗率の低い銅（Ｃｕ）がビアプラグおおよび配線パタ―ンの材料として使われている。
【０００３】
一方近年では、電子装置に非常に高い性能が要求されており、その一方で小型化も同時に要求されている。その結果、回路基板上における電子部品の実装密度は増大の一途をたどっている。
【０００４】
Ｃｕ配線を使ってこのような高密度実装を低い費用で可能とする回路基板の製造方法として、いわゆるセミアディティブ方式による回路基板の製造方法が知られている。
【０００５】
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、回路基板上へのセミアディティブ方式によるＣｕ配線パタ―ンの形成方法を説明する図である。
【０００６】
図１（Ａ）を参照するに、樹脂、ガラスあるいはシリコンなどよりなる基板１１上にはＴｉなどの密着層１２を介してＣｕシード層１３が、典型的にはスパッタリングにより形成され、図１（Ｂ）の工程において、その上に所望の配線パタ―ンに対応するレジスト開口部１４Ａを有するレジスト膜１４が形成される。
【０００７】
さらに図１（Ｃ）の工程において前記Ｃｕシード層１３を電極に、前記レジスト開口部１４Ａ中にＣｕパタ―ン１５が電解メッキ法により形成される。
【０００８】
さらに図１（Ｄ）の工程において前記レジストパターン１２を除去した後、図１（Ｅ）の工程においてウェットエッチングにより、前記Ｃｕシード層１３を除去する。このようなウェットエッチングの結果、得られるＣｕ配線パタ―ンの幅Ｗは、当初のレジスト開口部の幅Ｗ'よりも小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−３３４８２号公報
【特許文献２】特許第３１８８８２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このようなセミアディティブ方式によるＣｕ配線パタ―ンの形成方法では、図１（Ｅ）の工程におけるＣｕ配線パタ―ンの幅Ｗの管理が、前記幅Ｗが５μm、２μmあるいはそれ以下の幅へと縮小した場合、非常に困難になる。
【００１１】
例えばこのようなウェットエッチングを、エッチング残渣が生じないように確実に行うため、ウェットエッチングの後の配線パタ―ンの状態を顕微鏡により検査し、必要に応じて再エッチングを行うことが考えられるが、このようなプロセスは回路基板の製造費用を増大させるので論外である。
【００１２】
また予めエッチング残渣の発生を見越して、図１（Ｅ）の工程でウェットエッチングを必要以上の時間をかけて行う、いわゆるオーバーエッチング技術を使うことも考えられるが、配線パタ―ンのエッチング状態はパタ―ン幅により、またパタ―ン密度により異なるため、同一の回路基板上に異なった幅で配線パタ―ンを形成する場合や、異なった配線密度で配線パタ―ンを形成する場合には、設計通りの配線パタ―ン幅を得るのが非常に困難になる。
【００１３】
このように、エッチング残渣を発生させず、かつ過大なオーバーエッチングが生じないように、エッチング残渣の消失を検出できる、エッチングの管理方法、およびかかるエッチングの管理方法を使った回路基板の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の側面によれば回路基板の製造方法は、基板上に、少なくとも第１の金属材料よりなる第１の金属層を介して、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料よりなる第２の金属層を形成する工程と、前記第２の金属層上に第３の金属材料よりなる金属配線パタ―ンを形成する工程と、前記金属配線パタ―ンの形成工程の後、エッチング液中におけるウェットエッチングにより前記第２の金属層をエッチングし、前記第２の金属層を前記第１の金属層に対して選択的に除去するエッチング工程と、を含み、前記ウェットエッチング工程は、前記エッチング液中における前記第２の金属層の浸漬電位の時間変化を測定する工程を含み、前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記浸漬電位の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了する。
【００１５】
第２の側面によればウェットエッチング装置は、エッチング液を保持する容器と、被処理基板を保持し、前記エッチング液中に浸漬する保持装置と、前記エッチング液中に浸漬される電極と、前記保持装置中の被処理基板と前記電極との間の起電力の時間変化を測定する測定部と、前記起電力の時間変化からエッチングの終点を判断する制御部と、を備え、前記制御部は、前記起電力がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記起電力の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了する。
【発明の効果】
【００１６】
第１および第２の側面によれば、基板上に微細なパターンを形成するウェットエッチングの終点を適切に判断することができ、アンダーエッチングに伴うエッチング残渣を確実に除去でき、かつ、過剰なオーバーエッチングを回避でき、微細なパターンの幅を的確に管理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、セミアディティブ方式による回路パターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２】一の実施形態で使われるエッチング装置を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態による浸漬電位の時間変化を示すグラフおよび電子顕微鏡写真を示す図である。
【図４】図２のエッチング装置で使われる試料基板の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図２のエッチング装置への試料基板の装着の概要を説明する平面図である。
【図６】図２のエッチング装置への試料基板の装着の詳細を説明する断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図６の工程に対応して生じる配線パタ―ンの状態変化を示す断面図である。
【図８】別のエッチング液を使った場合の浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図９】さらに別のエッチング液を使った場合の浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図１０】パタ―ン密度を変えた場合の浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図１１】金属膜の多層積層構造への適用例を示す断面図である。
【図１２】ＴｉＯ２膜上のＴｉ膜への適用を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態における浸漬電位の時間変化を示すグラフである。
【図１４】第３の実施形態によるエッチング装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】第４の実施形態による保持具の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１の実施形態］
まず本発明で使われるウェットエッチング装置１について、図２を参照しながら説明する。
【００１９】
図２を参照するに、前記ウェットエッチング装置１はエッチング液２を保持する容器３を有しており、前記エッチング液２中には、表面に金属層４Ａを担持したシリコンウェハ４が、保持具５により保持されて試料として浸漬されている。
【００２０】
前記保持具５中には、前記エッチング液２が侵入しない空間５Ａが形成されており、前記空間５Ａにおいては電極端子５ａが、前記ウェハ４の表面の金属層４Ａにコンタクトしている。
【００２１】
さらに前記容器３中には、例えばＡｇ／ＡｇＣｌなどの基準電極６が、前記エッチング液２に浸漬して設けられており、前記電極端子５ａと基準電極６との間に発生する起電力が、浸漬電位として測定部７において測定される。
【００２２】
図３は、図２のウェットエッチング装置１において前記ウェハ４表面の金属膜４Ａをウェットエッチングした場合に観測された浸漬電位の時間変化を示すグラフ、およびこれに対応する電子顕微鏡写真である。ただし前記金属膜４Ａには、後で図４を参照して説明するラインアンドスペースパターンが、セミアディティブ法により形成されており、図１（Ｄ）の状態となっている。またエッチング液２としては硫酸カリウムエッチング液（例えばメルテックス社製ＣＵ３９３０）の５倍希釈水溶液を使っている。
【００２３】
図３中、左側のグラフを参照するに、ウェハ４が前記エッチング液２に浸漬されてウェットエッチングが開始されてから６２秒位までの間は、標準水素電極（ＳＨＥ）対する電位にして２５５〜２５０ｍＶの浸漬電位が観測されているが、その後、この浸漬電位は時間が６２秒を超えると急速に降下を初め、エッチング開始から約８１秒後に最低値に到達するのがわかる。
【００２４】
その後、浸漬電圧は急速に上昇を始め、エッチング開始から約１００秒後には、再び２６０Ｖから２６５Ｖの間で定常状態に移行するのがわかる。
【００２５】
そこで、ウェットエッチング開始から浸漬電位の降下が始まるまでを第１期、降下がはじまって浸漬電位が最低値に達するまでを第２期、最低値から再び定常状態に戻るまでも第３期、定常状態に戻って以後を第４期と名付けることにすると、図３中、右側の走査型電子顕微鏡写真のうち、エッチング開始から９０秒後の状態を示す左端の写真よりわかるように、第３期まではパタ―ンの間にエッチング残渣が存在するのが見られるのに対し、エッチング開始から１３０秒後の状態を示す右端の写真に示されるように、第４期ではエッチング残渣は存在しない。ただし第４期ではパタ―ンの幅が細くなり、オーバーエッチング、およびこれに伴うエッチングシフトが発生しているのがわかる。
【００２６】
これに対しウェットエッチング開始から１００秒後の状態、すなわち第３期から第４期へ移行するところでは、エッチング残渣もなくなり、かつパタ―ンも所望の幅となっており、最適なエッチングが得られているのがわかる。
【００２７】
なお図３の右側のそれぞれの写真において、下側の写真は前記図１（Ｄ）に対応したエッチング開始前の状態を示しており、上側の写真が図１（Ｅ）に対応したエッチング後の状態を、下側の写真と同一のスケールで示している。
【００２８】
図４は、前記図３の実験で使われた試料の一部を拡大して示す断面図、図５は前記試料として使われた６インチシリコンウェハ４を示す平面図、図６は図２のエッチング装置１で前記シリコンウェハ４を保持するのに使われる保持具５を、前記シリコンウェハ４を保持した状態で詳細に示す断面図である。
【００２９】
図４を参照するに、前記シリコンウェハ４上には、例えば厚さが３００ｎｍの熱酸化膜４２が形成され、前記熱酸化膜４２上には密着膜としてＴｉ膜４３がスパッタ法により、例えば５ｎｍの厚さに形成される。さらに前記Ｔｉ膜４３上にはＣｕ膜４４がシード層として、例えば５０ｎｍの膜厚に形成される。さらに前記Ｃｕ膜４４上には先に図１で説明したセミアディティブ法により、高さが２μmで幅が２μmのＣｕラインアンドスペースパターン４５が形成されている。ただし図４の状態では、前記Ｃｕシード層４４のウェットエッチングに備えて、前記ラインアンドスペースパタ―ン４５を構成する個々のＣｕパタ―ンは、２μmの設計値Ｗよりも多少大きい値Ｗ'を有するように形成されている。ここで前記Ｔｉ密着膜４３からＣｕラインアンドスペースパターン４５までが、前記金属層４Ａに相当する。
【００３０】
次に図５，６を参照するに、シリコンウェハ４のうち、図５において破線で示した、例えば幅が５ｍｍの外周部４ａが前記保持具５により保持され、前記破線より内側の主部４ｂに、前記図４のＣｕラインアンドスペースパターン４５が形成されている。その際図６に示すように、前記保持具５は前記シリコンウェハ４を、内部空間５Ａにエッチング液は侵入しないようにシール部材５ｂを介して保持し、前記内部空間５ＡにおいてはＰｔよりなる、あるいはＰｔコートした電極端子５ａが前記外周部４ａにおいて前記Ｃｕシード層４４にコンタクトする。前記外周部４ａにおいてはＣｕシード層４４にはＣｕパタ―ン４５は形成されておらず、前記Ｃｕシード層４４は前記外周部４ａにおいて前記本体部４ｂを囲んでリング状に連続的に延在する。このような構成により、浸漬電位の測定中にエッチング液２が前記保持具５の空間５Ａにおいて電極端子５ａとコンタクトし、その結果生じる接触電位により、浸漬電位の測定が乱される問題が回避される。
【００３１】
なお図６の構成において電極端子５ａは、後に図１４の実施形態で説明する測定部８１に接続される。
【００３２】
図６の状態のウェハ４を前記容器３中のエッチング液２に浸漬すると、前記Ｃｕパタ―ン４５およびＣｕシード層４４とエッチング液２との界面においてＣｕが溶解し、反応
Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ↑ （式１）
により電子がエッチング液２へと放出され、エッチング液２と前記電極端子５ａがコンタクトしているＣｕシード層４４との間に起電力が発生する。
【００３３】
そこで、この起電力を、前記Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極６と前記エッチング液２との間の起電力と比較することにより、前記シリコンウェハ４上における浸漬電位が測定される。なお、先の図３の例では、前記エッチング液として市販のＣｕエッチング液（例えばメルテックス社製Ｃｕ３９３０）を使っている。
【００３４】
以下、図７（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら図３のグラフに示された結果について説明する。
【００３５】
図７（Ａ）は、先の図４と同じ試料を示しているが、これを図７（Ｂ）の工程において前記エッチング液２中に浸漬すると、前記Ｃｕラインアンドスペースパターン４５およびＣｕシード層４４の表面部が前記エッチング液２に前記式（１）に従って溶解し、前記基準電極６との間に、約２６０ｍＶの浸漬電位が発生する。これが図３の第１期に相当する。
【００３６】
一方、さらに前記Ｃｕラインアンドスペースパターン４５およびＣｕシード層４４のエッチングが進行すると、図７（Ｃ）に示すように前記Ｃｕシード層４４にその下のＴｉ密着層４３を露出する開口部が形成されはじめる。このＴｉ膜４３は前記エッチング液２には溶解しないが、露出したＴｉ密着膜４３がエッチング液２に接触するのに伴い、また露出したＴｉ膜の面積が徐々に増大するのに伴い、前記式（１）の反応が、前記第１期におけるようなＣｕシード層４４上における反応（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−↑ ｏｎ Ｃｕ）から、Ｔｉ密着膜４３上における反応（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−↑ ｏｎ Ｔｉ）に切り替わり、これに伴って浸漬電位が前記第１期のものから変化し、下降を始める。これが図２における第２期に対応する。これは、Ｃｕシード層２３を構成する金属状態のＣｕの熱力学的な活動度ないし活量が、露出したＴｉ密着膜２３との接触部分において、前記Ｔｉ密着膜２３が露出していない場合と比べて減少するために他ならない。
【００３７】
さらにエッチングが進行すると前記Ｔｉ密着層４３の露出面積が時間と共に増大し、やがて図７（Ｄ）に示すようにシード層４４は実質的に全て除去される。前記図７（Ｃ）の状態から図７（Ｄ）の状態への移行が、図３における第３期に対応する。図７（Ｄ）の状態では、前記Ｔｉ密着膜４３上における反応（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−↑ ｏｎ Ｔｉ）自体は継続しているが、前記Ｔｉ密着層４３の露出面積が増大するため、測定している浸漬電位は、主にＴｉ密着膜４３上でのＴｉとエッチャント種との電極反応の効果を反映するようになっている。このため、観測される浸漬電位は、前記Ｃｕシード層４４のエッチング残渣の縮小および消失に伴って、急激に上昇する。なおＴｉ膜自体の浸漬電位は２７４ｍＶであった。
【００３８】
図７（Ｄ）の状態以降も、前記Ｔｉ密着膜４３上のＣｕパタ―ンは、エッチング液２に徐々に溶解し、これに伴って前記浸漬電位も、図３のグラフの第４期に示されるように前記２７４ｍＶの電位に向かって徐々に上昇するが、この状態ではＣｕシード層４３がすでに消失しており、大量に残っている孤立した太いＣｕラインアンドスペースパタ―ンが徐々に溶解するだけであるので浸漬電位の時間変化率は急減し、図３のグラフに示されるように、第３期と第４期の境目において浸漬電位の時間変化に明瞭な肩、ないし折れ曲がりが生じる。
【００３９】
このグラフの折れ曲がりが、前記図７（Ｄ）の状態に対応しているため、この折れ曲がりが検出された時点（図３のグラフの「エッチングＥｎｄ−ｐｏｉｎｔ」）でエッチングを終了すると、前記図７（Ｄ）の状態に対応した構造が得られ、ほぼ理想的なエッチングの管理を行うことが可能となる。実際に、このようにして得られたラインアンドスペースパターンについて電子顕微鏡観察を行った結果が、図３の右側の電子顕微鏡写真の中央に「１００ｓｅｃ」のラベルで示している図であるが、Ｃｕ残渣は観察されず、またラインアンドスペースパターンのパタ―ン幅も、左側の「９０ｓｅｃ」のラベルを付した第３期（アンダーエッチング）の電子顕微鏡写真のものと変わらず、所定値に管理されているのがわかる。ただし上記第３期のものでは、エッチング残渣が生じている。また、図３の電子顕微鏡写真中、右側の「１３０ｓｅｃ」のラベルで示した第４期（オーバーエッチング）のものでは、エッチング後にラインアンドスペースパターンを構成する個々のＣｕパタ―ンの幅が減少しており、所定値から外れてしまっているのがわかる。
【００４０】
なお図３のグラフに示す浸漬電位の変化、すなわち時間と共に浸漬電位がいったん急激に下降し、その後急激に上昇した後、なだらかな変化に移行し、その移行の際に浸漬電位の時間変化に肩、ないし折り曲がりが生じる傾向は、エッチング液を変更しても、同様に観察された。
【００４１】
例えば図８は、前記図３のグラフおよび電子顕微鏡写真の実験で使ったエッチング液の原液を、希釈なしで使った例を示しているが、この場合でも同様な傾向は明瞭に認められ、浸漬電位の時間変化の肩部、ないし折り曲がり点においてエッチングを終了することにより、エッチングを的確に管理することが可能となる。
【００４２】
また図９は、前記エッチング液２として長期間使い続けた劣化液を使った場合の浸漬電位の時間変化を示しているが、先の例と同様に、肩部ないし織間が利点を明瞭に検出することができる。なお図９の実験では、前記エッチング液２として、先に図３の実験で使ったエッチング液と同じもので、かつウェハを30枚処理した後のエッチング液を使っている。
【００４３】
さらに本実施形態の発明者は、前記図４の断面図の試料においてＣｕラインアンドスペースパターン４５の密度を変化させてエッチングを行い、浸漬電位を測定した。その結果を図１０のグラフに示す。ただし図１０のグラフ中、「パタ―ンＡ」で示すカーブは、ウェハ上のＣｕパタ―ンの面積比を表すパタ―ン密度が１４％の場合についての結果を、また「パタ―ンＢ」で示すカーブはパタ―ン密度が１１％の場合についての結果を示す。
【００４４】
図１０のグラフを参照するに、いずれの場合においても、浸漬電位の時間変化率の肩ないし折れ曲がりは明瞭に検出でき、これが検出された時点でエッチングを停止することにより、先の実施例と同様にオーバーエッチングおよびアンダーエッチングを回避した的確なエッチング管理が可能となる。
【００４５】
このように本実施形態は、先に説明した特定のパタ―ン密度の試料に対してのみならず、他の様々なパタ―ン密度の試料に対しても、エッチング終点を検出するのに有効であり有用である。また本実施形態において対象となるパタ―ンはラインアンドスペースパターンに限定されるものではない。
【００４６】
さらに前記図４の断面図の試料において、前記シード層４４はＣｕである必要はなく、例えばＮｉ膜やＣｏ，Ｃｒ膜など、Ｃｕ以外の金属材料であってもよい。この場合にも、前記シード層４４の熱力学的活動度ないし活量は、その下のＴｉ密着膜４３が露出した時点で急減し、浸漬電位がいったんは下降するものの、前記Ｔｉ密着膜４３の露出面積が増大するにつれて浸漬電位は急激に上昇し、エッチング残渣が消失した時点で緩やかな上昇に変化する。このため浸漬電位の時間変化率の肩ないし折れ曲がり点の出現を検出することにより、エッチングの終点を的確に判断することが可能となる。
【００４７】
また本実施形態は、図１１の断面図に示すような、金属膜の多層積層構造のパターニングにおいて、エッチングの終点を検出するのにも有用である。
【００４８】
図１１の断面図の例では、シリコンウェハ４上に熱酸化膜４２および金属膜６１を介して金属膜６２１〜６２ｎを積層しているが、このような構造においても、ラインアンドスペースパターンを形成する際に、下層の金属膜、例えば金属膜６２ｎ−１が露出する度にエッチングされている上層の金属膜６２ｎの熱力学的活動度ないし活量が急変し、これに伴って浸漬電位がいったん急減し、引き続き急増する。さらに下層の金属膜６２ｎ−１のエッチングが完了しエッチング残渣が消失した時点で、浸漬電位の時間変化が緩やかになるため、同様に浸漬電位の時間変化率の肩ないし折り曲がり点の出現を検出することにより、エッチングの終点を的確に判断することが可能となる。なお図１１の構成では、最下層の金属膜６１は、浸漬電位を検出できるように、エッチング液には溶解しないものであるのが望ましい。
【００４９】
本実施形態において、前記密着層４３はＴｉに限定されるものではなく、Ｔａ，Ｗ，Ｚｒおよびそれらの化合物などを使うことが可能である。
【００５０】
［第２の実施形態］
さらに本発明は、先の実施形態で説明したようなＣｕ膜のエッチング終点の検出のみならず、他の金属膜、例えばＴｉ膜のエッチング終点の検出に対しても有効である。
【００５１】
図１２は、シリコンウェハ４上に熱酸化膜４１およびＴｉＯ２膜７１を介してＴｉ膜７２が形成された構造を、図１３は、図１２のＴｉ膜７２をウェットエッチングによりパターニングし、ラインアンドスペースパターンを形成した場合の浸漬電位の時間変化を示す、それぞれ断面図およびグラフである。ただし図１２，１３の例では、エッチング液２として、ＴｉＯ2膜７１がエッチングされないように、メルテックス社のＴｉ３９９１を使用した。
【００５２】
図１３を参照するに、この場合にも浸漬電位は最初、図３の第１期に対応して時間と共に徐々に低下し、浸漬開始後約８５秒を経過したところで、図３の第２期に対応して急減し、その後、図３の第３期に対応して急増し、浸漬開始後約１０５秒後に、図３の第４期に対応して安定化することがわかる。前記第３期から第４期への移行が生じるところで、浸漬電位の時間変化に肩ないし折れ曲がりが生じており、かかる折れ曲がりに対応してエッチングを終了することにより、的確なエッチングの管理が可能になる。
【００５３】
このように本発明は、金属膜をエッチング液中における浸漬ウェットエッチングで除去するプロセスであれば、一般的に使用することができる。ただし、浸漬電位の測定が可能なように、エッチングされる金属膜の下には、エッチングされない導電性の膜あるいは部材が存在することが好ましい。
【００５４】
［第３の実施形態］
図１４は、上記の知見をもとに構成した、第３の実施形態によるエッチング装置１Ａの構成を示すブロック図である。ただし図１４中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
図１４を参照するに、前記容器３中においては前記エッチング液２中にシリコンウェハ４が、保持具５に保持されて、立てた状態で浸漬されており、前記保持具５中において電極端子５ａが、前記ウェハ４の表面に形成された金属層４Ａにコンタクトしている。
【００５６】
また本実施形態では、前記保持具５に結合されて、前記シリコンウェハ４を保持具５ごと、前記エッチング液２中に浸漬し、また引き上げる駆動部５Ｂが設けられている。
【００５７】
そこで前記電極端子５ａにて検出された前記金属膜４Ａの電位は図２の測定部７に相当する測定部８１に、前記基準電極６が検出した基準電位と共に供給され、前記測定部８１はこれらの値から、前記金属膜４Ａの浸漬電位を算出し、これを表す信号を制御部８２に供給する。
【００５８】
前記制御部はコンピュータを含み、前記測定部から送られた浸漬電位の時間変化、ないし時間変化率をもとに、前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後、さらに浸漬電位の時間変化率が減少した場合に、アラームを発する。
【００５９】
さらに前記制御部８２は前記アラームの発出と同時に制御信号を前記駆動部５Ｂに送り、前記シリコンウェハ４を、保持具５ごと、前記エッチング液２から引き上げる。これにより、前記金属層４Ａのエッチングは終了する。
【００６０】
なお図１４のエッチング装置１Ｂでは、前記基準電極６の他に、例えばＰｔ被覆した導電性板ないしピンを、参照電極６Ａとして、前記エッチング液２中に挿入しているが、前記浸漬電位の時間変化は、このような基準電極６以外の参照電極６Ａを使い、前記参照電極６Ａと金属膜４Ａの間に生じる電位差ないし起電力を測定することにより行うことも可能である。この場合には、Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極６を使った場合のように浸漬電位の絶対値は求められないが、本発明においては、その時間変化さえ求まればよく、このため、このような使いやすい参照電極を使っても、エッチング終点を検出することが可能である。
【００６１】
［第４の実施形態］
なお、図６の保持具５では、浸漬電位の測定中は、前記空間５Ａにエッチング液２が侵入することはないが、かかる構成では、エッチング後にシリコンウェハ４の外周部４ａに沿ってＣｕシ―ド層４４が残ってしまうことになる。
【００６２】
そこでこのようなＣｕシード層４４の除去を行うのが好ましい場合には、前記シリコンウェハ４をエッチング液２から引き上げた後、図１５に示すように、前記空間５Ａにエッチング液２を導入することも可能である。
【００６３】
このため、図１５の実施形態では、前記保持具５に、前記空間５Ａに前記エッチング液２を導入するためのポート５ｃおよび排出するためのポート５ｄが設けられている。
【００６４】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ ウェットエッチング装置
２ エッチング液
３ 容器
４ シリコンウェハ
４Ａ 金属層
４ａ 外周部
４ｂ 主部
５ 保持具
５Ａ 空間
５Ｂ 駆動部
５ａ 電極端子
５ｂ シール
５ｃ，５ｄ ポート
６ 標準電極
６Ａ 参照電極
７，８１ 測定部
４２ 熱酸化膜
４３ Ｔｉ密着層
４４ Ｃｕシード層
４５ Ｃｕラインアンドスペースパターン
６１，６２１〜６２ｎ 金属膜
７１ ＴｉＯ２膜
７２ Ｔｉ膜
８２ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも第１の金属材料よりなる第１の金属層を介して、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料よりなる第２の金属層を形成する工程と、
前記第２の金属層上に第３の金属材料よりなる金属配線パタ―ンを形成する工程と、
前記金属配線パタ―ンの形成工程の後、エッチング液中におけるウェットエッチングにより前記第２の金属層をエッチングし、前記第２の金属層を前記第１の金属層に対して選択的に除去するエッチング工程と、
を含み、
前記ウェットエッチング工程は、前記エッチング液中における前記第２の金属層の浸漬電位の時間変化を測定する工程を含み、
前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記浸漬電位の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記浸漬電位の時間変化の測定は、前記第２の金属層と前記エッチング液中に浸漬された参照電極との間に生じる起電力の時間変化を測定することにより実行されることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属材料はＴｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｚｒよりなる群から選択され、前記第２の金属材料はＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒよりなる群から選択され、前記第３の金属材料はＣｕであることを特徴とする請求項１または２記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
エッチング液を保持する容器と、
被処理基板を保持し、前記エッチング液中に浸漬する保持装置と、
前記エッチング液中に浸漬される電極と、
前記保持装置中の被処理基板と前記電極との間の起電力の時間変化を測定する測定部と、
前記起電力の時間変化からエッチングの終点を判断する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記起電力がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記起電力の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了することを特徴とするウェットエッチング装置。
【請求項１】
基板上に、少なくとも第１の金属材料よりなる第１の金属層を介して、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料よりなる第２の金属層を形成する工程と、
前記第２の金属層上に第３の金属材料よりなる金属配線パタ―ンを形成する工程と、
前記金属配線パタ―ンの形成工程の後、エッチング液中におけるウェットエッチングにより前記第２の金属層をエッチングし、前記第２の金属層を前記第１の金属層に対して選択的に除去するエッチング工程と、
を含み、
前記ウェットエッチング工程は、前記エッチング液中における前記第２の金属層の浸漬電位の時間変化を測定する工程を含み、
前記浸漬電位がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記浸漬電位の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記浸漬電位の時間変化の測定は、前記第２の金属層と前記エッチング液中に浸漬された参照電極との間に生じる起電力の時間変化を測定することにより実行されることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属材料はＴｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｚｒよりなる群から選択され、前記第２の金属材料はＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒよりなる群から選択され、前記第３の金属材料はＣｕであることを特徴とする請求項１または２記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
エッチング液を保持する容器と、
被処理基板を保持し、前記エッチング液中に浸漬する保持装置と、
前記エッチング液中に浸漬される電極と、
前記保持装置中の被処理基板と前記電極との間の起電力の時間変化を測定する測定部と、
前記起電力の時間変化からエッチングの終点を判断する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記起電力がいったん降下した後上昇に転じ、その後さらに前記起電力の時間変化率が減少したのが検出された場合に、前記ウェットエッチング工程を終了することを特徴とするウェットエッチング装置。
【図１】
【図２】
【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３】
【図２】
【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３】
【公開番号】特開２０１１−２５６４４９（Ｐ２０１１−２５６４４９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３４０７（Ｐ２０１０−１３３４０７）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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