JP2018014448A - 基板の製造方法及び基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の凹部に金属を堆積するのに要する時間を短縮することである。【解決手段】基板の製造方法が提供される。この基板の製造方法は、表面に凹部を有する基板を提供する工程と、基板の凹部内に金属を堆積させて底壁及び側壁を形成しつつ、底壁及び側壁により形状が制御された空隙を形成する第１堆積工程と、空隙の開口を閉鎖するように基板に金属を堆積させて空隙に上壁を形成して、基板の凹部に形状が制御されたメタルエアギャップを形成する第２堆積工程と、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、基板の製造方法及び基板に関する。

従来、複数枚の半導体基板を重ねて半導体基板同士を電気的に接続するために、貫通電極を有する半導体基板が知られている。貫通電極は、基板の内部に厚さ方向に貫通して形成され、例えば銅等の金属から成る。このような貫通電極をシリコンウェハ等の基板に形成するためには、まず、基板に貫通電極用の複数の凹部を形成する。続いて、基板の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）、無電解めっき、又は電解めっき等により、銅等から成るシード層を形成する。

次に、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）、無電解めっき、又は電解めっき等により、基板の凹部の内部に銅等の金属を堆積させて、凹部を充填する。続いて、化学機械的研磨（ＣＭＰ）等により、基板の被成膜面上の余分な金属を除去し、且つ凹部内に充填した金属の底面が外部に露出するまで、基板の裏面側を研磨する。これにより、基板を厚さ方向に貫通する銅からなる複数の貫通電極が、基板に形成される。

貫通電極用の凹部は、直径に対する深さの比、即ちアスペクト比が一般に大きい。通常、このようなアスペクト比の大きな凹部内に金属を堆積させる場合、凹部内にボイド（空隙）が発生し得ることが知られている。凹部内にボイドが生じた場合、半導体製造の後工程において配線にクラックが発生したり、配線抵抗が高くなったりする虞がある。

従来、このようなボイドが発生することを抑制する金属の堆積方法が知られている。一般には、添加剤の効果を利用して、電流密度を極端に低下させ、ビアを埋め込むことが知られているが、それ以外でも、例えば、ビア内に金属を埋め込むめっき方法において、基板とアノードとの間に流れるめっき電流を一定にしつつ、供給と停止とを断続的に繰り返しながら、めっき電流が流れる時間の占める割合がめっきの進行に伴って大きくなるようにすることが知られている（特許文献１参照）。

また、ボイドの発生を抑制しつつ、めっき時間を短縮させることも知られている。例えば、基板に印加される電圧を測定して所定時間当たりの電圧の変化量を計算し、電圧の変化量が所定の変動幅を越えて増加したときに、基板上における電流密度を増加させることが知られている（特許文献２参照）。

特開２０１２−１３２０５８号公報 特開２０１５−２０００２９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されためっき方法は、基板に形成された凹部内に金属を充填することを目的としているので、金属の堆積時間を大幅に短縮することは困難であった。また、特許文献１及び特許文献２では、ボイドの発生を抑制することを前提としており、ボイドの形状を制御することは全く考慮されていない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、基板の凹部に金属を堆積するのに要する時間を短縮することである。

本発明の一形態によれば、基板の製造方法が提供される。この基板の製造方法は、表面に凹部を有する基板を提供する工程と、前記基板の前記凹部内に金属を堆積させて底壁及び側壁を形成しつつ、前記底壁及び前記側壁により形状が制御された空隙を形成する第１堆積工程と、前記空隙の開口を閉鎖するように前記基板に金属を堆積させて前記空隙に上壁を形成して、前記基板の前記凹部にメタルエアギャップを形成する第２堆積工程と、を有する。

本発明の一形態によれば、内部に金属が堆積された凹部を有する基板が提供される。前記凹部内の金属は、底壁と、側壁と、上壁と、を含み、前記底壁、前記側壁、及び前記上壁により形状が制御されたメタルエアギャップを有する。

本実施形態に係る基板の製造方法を実施するための基板製造装置の全体概略図である。 第１堆積処理ユニットの一例を示す概略側断面図である。 第１洗浄・乾燥ユニットの一例を示す概略側断面図である。 第２堆積処理ユニットの一例を示す概略側断面図である。 第１堆積処理ユニット又は第２堆積処理ユニットとして使用されるプラズマＣＶＤ装置を示す概略側断面図である。 本実施形態に係る基板の製造方法を示すフロー図である。 基板の部分断面図である。 基板の部分断面図である。 基板の部分断面図である。 スルーホールを有する基板の製造プロセスを示す概略断面図である。 スルーホールを有する基板の製造プロセスを示す概略断面図である。 スルーホールを有する基板の製造プロセスを示す概略断面図である。 スルーホールを有する基板の別の製造プロセスを示す概略断面図である。 スルーホールを有する基板の別の製造プロセスを示す概略断面図である。 スルーホールを有する基板の別の製造プロセスを示す概略断面図である。 スルーホールを有する基板の別の製造プロセスを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１は、本実施形態に係る基板の製造方法を実施するための基板製造装置の全体概略図である。図１に示すように、基板製造装置１０は、２台のカセットテーブル１１と、制御部１２と、基板搬送ロボット１３と、第１堆積処理ユニット２０と、第１洗浄・乾燥ユニット４０と、第２堆積処理ユニット６０と、第２洗浄・乾燥ユニット１４と、を有する。

カセットテーブル１１の各々は、基板製造装置１０で処理する半導体ウェハ等の基板を収納した図示しないカセットを有する。基板搬送ロボット１３は、カセットテーブル１１、第２洗浄・乾燥ユニット１４、第１堆積処理ユニット２０、第１洗浄・乾燥ユニット４０、及び第２堆積処理ユニット６０の略中央に配置され、これらの間で基板を搬送するように構成される。第１堆積処理ユニット２０は、基板に形成された凹部に金属を堆積させ
るように構成された、例えば電解めっき装置、無電解めっき装置、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、又はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。第１洗浄・乾燥ユニット４０は、基板を洗浄・乾燥する装置である。なお、第１洗浄・乾燥ユニット４０は、第１堆積処理ユニット２０がＣＶＤ装置又はＡＬＤ装置である場合には、必須ではない。

第２堆積処理ユニット６０は、基板に形成された凹部に金属を堆積させるように構成された、例えば電解めっき装置、無電解めっき装置、ＣＶＤ装置、ＡＬＤ装置、又はＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。第２洗浄・乾燥ユニット１４は、第１堆積処理ユニット２０、第１洗浄・乾燥ユニット４０、及び第２堆積処理ユニット６０で処理された基板を洗浄及び乾燥するための例えばＳＲＤ（Ｓｐｉｎ
Ｒｉｎｓｅ Ｄｒｙｅｒ）である。制御部１２は、基板製造装置１０全体を制御するための装置であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリ等を含む。

次に、図１に示した、第１堆積処理ユニット２０、第１洗浄・乾燥ユニット４０、及び第２堆積処理ユニット６０の具体的な構成の例を説明する。図２は、第１堆積処理ユニット２０の一例を示す概略側断面図である。図示の例では、第１堆積処理ユニット２０として電解めっき装置が採用されている。図示のように、第１堆積処理ユニット２０は、アノード２１を保持するように構成されたアノードホルダ２２と、基板Ｗを保持するように構成された基板ホルダ２３と、アノードホルダ２２と基板ホルダ２３とを内部に収容するめっきセル２４と、を有する。図２に示すように、めっきセル２４は、めっき液Ｑを収容するめっき処理槽２５と、めっき処理槽２５からオーバーフローしためっき液Ｑを受けて排出するオーバーフロー槽２６と、めっき処理槽２５とオーバーフロー槽２６とを仕切る仕切り壁２７と、を有する。なお、めっき液Ｑは、アルカリ性又は酸性のめっき液であり、添加剤（促進剤、抑制剤）を含む。

アノード２１を保持したアノードホルダ２２と基板Ｗを保持した基板ホルダ２３は、めっき処理槽２５内のめっき液Ｑに浸漬され、アノード２１と基板Ｗの被めっき面Ｗ１が略平行になるように対向して設けられる。アノード２１と基板Ｗは、めっき処理槽２５のめっき液Ｑに浸漬された状態で、めっき電源２８により電圧が印加される。これにより、金属イオンが基板Ｗの被めっき面Ｗ１において還元され、被めっき面Ｗ１に膜が形成される。即ち、この第１堆積処理ユニット２０は、いわゆるディップ式の電解めっき装置である。なお、このめっき電源２８は、図１に示した制御部１２により制御される。

めっき処理槽２５は、槽内部にめっき液Ｑを供給するためのめっき液供給口２９を有する。オーバーフロー槽２６は、めっき処理槽２５からオーバーフローしためっき液Ｑを排出するためのめっき液排出口３０を有する。めっき液供給口２９はめっき処理槽２５の底部に配置され、めっき液排出口３０はオーバーフロー槽２６の底部に配置される。

めっき液Ｑがめっき液供給口２９からめっき処理槽２５に供給されると、めっき液Ｑはめっき処理槽２５から溢れ、仕切り壁２７を越えてオーバーフロー槽２６に流入する。オーバーフロー槽２６に流入しためっき液Ｑはめっき液排出口３０から排出され、めっき液循環装置３１が有するフィルタ等で不純物が除去される。不純物が除去されためっき液Ｑは、めっき液循環装置３１によりめっき液供給口２９を介してめっき処理槽２５に供給される。

アノードホルダ２２は、アノード２１と基板Ｗとの間の電界を調整するためのアノードマスク３２を有する。アノードマスク３２は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノードホルダ２２の前面に設けられる。アノードマスク３２は、アノード２１と
基板Ｗとの間に流れる電流が通過する第１の開口３２ａを略中央部に有する。アノードマスク３２は、アノードマスク３２をアノードホルダ２２に一体に取り付けるためのアノードマスク取付け部３２ｂを、その外周に有する。

第１堆積処理ユニット２０は、さらに、アノード２１と基板Ｗとの間の電界を調整するための調整板３３を有する。調整板３３は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノード２１と基板ホルダ２３（基板Ｗ）との間に配置される。調整板３３は、アノード２１と基板Ｗとの間に流れる電流が通過する第２の開口３３ａを有する。

調整板３３と基板ホルダ２３との間には、基板Ｗの被めっき面Ｗ１近傍のめっき液Ｑを撹拌するためのパドル３４が設けられる。パドル３４は、略棒状の部材であり、鉛直方向を向くようにめっき処理槽２５内に設けられる。パドル３４の一端は、パドル駆動装置３５に固定される。パドル３４は、パドル駆動装置１９により基板Ｗの被めっき面Ｗ１に沿って水平移動され、これによりめっき液Ｑが撹拌される。

以上、第１堆積処理ユニット２０の一例としてディップ式の電解めっき装置の概略を説明したが、これに限らず、第１堆積処理ユニット２０として、後述する図４に示すようなカップ式の電解めっき装置、公知の無電解めっき装置、ＣＶＤ装置、又はＡＬＤ装置等を採用することができる。

図３は、第１洗浄・乾燥ユニット４０の一例を示す概略側断面図である。図示のように第１洗浄・乾燥ユニット４０は、チャンバ４８と、真空ポンプ４１と、ドレイン管４２と、ＤＩＷ（Ｄｅ−Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）供給ライン４５と、水素水供給ライン４６と、窒素供給ライン４３と、二酸化炭素供給ライン４４と、モータ４７と、を有する。処理される基板Ｗは、チャンバ４８の内部に配置される。真空ポンプ４１は、真空配管４１ａを介してチャンバ４８に接続され、基板Ｗが配置された雰囲気、即ちチャンバ４８内を減圧するように構成される。真空配管４１ａには、真空配管４１ａを開閉するためのバルブ４１ｂが設けられる。図３は洗浄ユニットと乾燥ユニットが一体の実施例を示したが、洗浄ユニットと乾燥ユニットが独立するように構成しても良い。

窒素供給ライン４３及び二酸化炭素供給ライン４４は、チャンバ４８と連通する。窒素供給ライン４３には、窒素供給ライン４３を通過する窒素の流量を計測するＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４３ａが設けられる。また、二酸化炭素供給ライン４４には、二酸化炭素供給ライン４４を通過する二酸化炭素の流量を計測するＭＦＣ４４ａが設けられる。真空ポンプ４１がチャンバ４８内を減圧すると、基板Ｗに付着した液体が蒸発し始める。このとき、基板Ｗ表面にいわゆるウォーターマークが形成されることを抑制するために、チャンバ４８内を真空引きするとともに窒素供給ライン４３及び二酸化炭素供給ライン４４から窒素と二酸化炭素をチャンバ４８内に供給する。空気が窒素に置換されることで、ウォーターマークの形成が抑制される。また、二酸化炭素をチャンバ４８内に供給することで、基板Ｗに付着した液体に二酸化炭素が溶け、液体の導電性が増加する。その結果、基板Ｗに静電気が生じ難くなってチャンバ４８内のパーティクルや微小な水滴が基板Ｗに付着し難くなり、基板Ｗ上の清浄度を向上し、且つウォーターマークの形成を抑制することができる。なお、窒素供給ライン４３及び二酸化炭素供給ライン４４は任意の構成要素である。

ＤＩＷ供給ライン４５及び水素水供給ライン４６は、チャンバ４８と連通する。ＤＩＷ供給ライン４５には、ＤＩＷ供給ライン４５を開閉するバルブ４５ａが設けられる。また、水素水供給ライン４６には、水素水供給ライン４６を開閉するバルブ４６ａが設けられる。ＤＩＷ供給ライン４５及び水素水供給ライン４６は、基板Ｗを洗浄する洗浄液として、それぞれＤＩＷと水素水を基板Ｗに供給するように構成される。

モータ４７は、基板Ｗが載置される台（図示せず）を回転させるための駆動源である。基板Ｗ表面に付着した液体を乾燥させるとき、モータ４７は基板Ｗが載置された台を回転させる。なお、このモータ４７は任意の機構である。また、第１洗浄・乾燥ユニット４０は、図示しない加熱機構を有する。加熱機構は、基板Ｗを加熱して、基板Ｗに付着した液体を蒸発させる。また、第１洗浄・乾燥ユニット４０は、基板Ｗに界面活性剤を供給する界面活性剤ライン、及びＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の低表面張力液を洗浄液として供給する洗浄ライン等を備えていてもよい。

以上、第１洗浄・乾燥ユニット４０の一例を説明したが、これに限らず、第１洗浄・乾燥ユニット４０として、他の公知の洗浄・乾燥装置を採用することができる。

次に、第２堆積処理ユニット６０の具体的な構成の例を説明する、図４は、第２堆積処理ユニット６０の一例を示す概略側断面図である。図４に示すように、第２堆積処理ユニット６０は、めっき槽６１と、基板保持部６４と、アノード６２と、遮蔽板６３と、を有する。めっき槽６１は、めっき液供給口６５を底部に有し、めっき液供給口６５から供給されためっき液をオーバーフローさせながら内部に収容する。基板保持部６４は、その下面に基板Ｗを保持して基板Ｗを回転させるように構成される。基板保持部６４は、めっき槽６１内のめっき液に基板Ｗの被めっき面Ｗ１を接触させる。

アノード６２は、めっき液を通過させる複数の孔を有し、基板Ｗと対向するようにめっき液に浸漬される。アノード６２がめっき液に浸漬され、水平状態の基板Ｗの被めっき面Ｗ１がめっき液に接触した状態で、図示しないめっき電源により電圧が印加される。これにより、金属イオンが基板Ｗの被めっき面Ｗ１において還元され、被めっき面Ｗ１に膜が形成される。即ち、この第２堆積処理ユニット６０は、いわゆるカップ式の電解めっき装置である。

遮蔽板６３は、アノード６２と基板Ｗとの間の電界の一部を遮蔽するように構成される。遮蔽板６３は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノード６２と基板Ｗとの間に配置される。遮蔽板６３は、アノード６２と基板Ｗとの間に流れる電流が通過する開口を有する。

以上、第２堆積処理ユニット６０の一例としてカップ式の電解めっき装置の概略を説明したが、これに限らず、第２堆積処理ユニット６０として、図２に示すようなディップ式の電解めっき装置、公知の無電解めっき装置、ＣＶＤ装置、ＡＬＤ装置、又はＰＶＤ装置を採用することができる。

次に、第１堆積処理ユニット２０又は第２堆積処理ユニット６０として使用され得る他の堆積処理ユニットの一例について説明する。図５は、第１堆積処理ユニット２０又は第２堆積処理ユニット６０として使用されるプラズマＣＶＤ装置を示す概略側断面図である。図５に示すようにこのプラズマＣＶＤ装置７０は、チャンバ７１と、ガス導入部７２と、基板保持部７３と、ヒータ７４と、排気口７５と、高周波電極７６と、を有する。

チャンバ７１には、排気口７５を介して図示しない真空ポンプが接続されており、チャンバ７１の内部は減圧されて真空雰囲気にされる。ガス導入部７２は、チャンバ７１内に原料ガスを導入するように構成される。基板保持部７３は、例えば静電チャック機構又は真空チャック機構を有し、載置された基板Ｗを保持する。ヒータ７４は、基板保持部７３に保持された基板Ｗを加熱するように構成される。高周波電極７６は、図示しない高周波電源と接続されている。

このプラズマＣＶＤ装置７０で基板Ｗの被処理面Ｗ１に成膜を行う場合は、まず、基板Ｗを基板保持部７３に保持させ、チャンバ７１内を減圧する。ヒータ７４により基板Ｗを加熱してもよい。続いて、チャンバ７１内が所定の圧力まで減圧された後、ガス導入部７２から原料ガスを導入し、高周波電極７６に交流電圧を印加する。これにより、チャンバ７１の内部に原料ガスのプラズマが形成され、プラズマ中で原料ガスの反応種（イオンやラジカル）が生成される。反応種が基板Ｗの被処理面Ｗ１に到達すると、薄膜が成長する。

次に、以上で説明した基板製造装置１０の各ユニットを使用して基板を製造する方法について説明する。図６は、本実施形態に係る基板の製造方法を示すフロー図である。また、図７Ａ−図７Ｃは、基板Ｗの部分断面図である。図６及び図７Ａ−７Ｃを参照して、基板の製造方法について説明する。まず、図７Ａに示すように、表面に凹部１０１を有する基板Ｗを準備する。基板Ｗの凹部１０１は、例えば、径が１μｍから２０μｍ程度、深さが５０から２００μｍ程度、アスペクト比は５から２０程度である。図７Ａに示すように、基板Ｗの表面には、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ等のシード層１０２が形成されていてもよい。シード層１０２は、例えば化学気相成長法、物理気相成長法、無電解めっき法等により形成され得る。また、シード層１０２の下層には、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ等のバリア層が形成されていてもよい。

続いて、第１堆積処理ユニット２０により、基板に第１堆積処理を行う（ステップＳ６０１）。具体的には、図７Ｂに示すように、第１堆積処理では、基板Ｗに形成された凹部１０１に金属１０３を堆積させて底壁１０３ｂ及び側壁１０３ｓを形成しつつ、底壁１０３ｂ及び側壁１０３ｓにより形状が制御された空隙１０４を形成する。即ち、第１堆積処理ユニット２０は、底壁１０３ｂ及び側壁１０３ｓを、これらの厚さを制御しながら形成することで、凹部１０１の内部に形状が制御された空隙１０４を形成する。凹部１０１内に堆積する金属１０３は、例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等である。第１堆積処理は、電解めっき法、無電解めっき法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、及び原子層堆積法（ＡＬＤ法）のうちのいずれかで実施することができる。

基板Ｗの被成膜面と逆側の面は、最終的には図７Ｂに示す研磨完了面ｂｌまで、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置等により研磨される。即ち、凹部１０１の内部に堆積した金属１０３は、基板Ｗが研磨された後は、研磨完了面ｂｌにおいて露出されることになる。本実施形態では、底壁１０３ｂのうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さｂが、側壁１０３ｓの厚さよりも大きくなるように、底壁１０３ｂ及び側壁１０３ｓを形成することが好ましい。これにより、凹部１０１内に堆積した金属１０３の底壁１０３ｂが、側壁１０３ｓの厚さに対して十分な厚さを有するように形成され、その結果、形状が制御された空隙１０４を形成することができる。ひいては、底壁１０３ｂの厚さが、凹部１０１内の金属１０３にクラックが発生することを抑制するのに十分な厚みを有することができる。また、底壁１０３ｂの厚さが側壁１０３ｓの厚さに対して少なくとも、同じか、それ以上の厚さを有するので、ＣＭＰ時の機械的応力による破壊及びＣＭＰ後の化学反応に対する耐性を有することができる。

第１堆積処理ユニット２０として、図２に示したような電解めっき装置を用いる場合、まず、比較的低い電流密度で基板Ｗをめっきして、凹部１０１の底部に集中してめっきを行う。続いて、比較的高い電流密度で基板Ｗをめっきして、凹部１０１の内部を均一にめっきする。これにより、底壁１０３ｂを側壁１０３ｓの厚さに対して十分な厚さに形成することができる。底壁１０３ｂ及び側壁１０３ｓを所望の厚さに形成した後、さらに高い電流密度で基板Ｗをめっきしてもよい。これにより、空隙１０４の開口付近に集中してめっきを行うことができ、空隙１０４の開口の径を小さくすることができる。この場合、後述する第２堆積処理（ステップＳ６０３）において空隙１０４の開口を迅速に塞ぐ（ピン
チオフさせる）ことができる。

第１堆積処理（ステップＳ６０１）が電解めっき法又は無電解めっき法で行われた場合、空隙１０４内にめっき液が残留する。このため、これらのウェットプロセスで第１堆積処理が行われた場合は、基板Ｗは第１洗浄・乾燥ユニット４０により洗浄及び乾燥される（ステップＳ６０２）。言い換えれば、第１堆積処理が化学気相成長法又は原子層堆積法で行われた場合は、ステップＳ６０２は不要である。

ステップＳ６０２では、具体的には、例えば、図３に示した第１洗浄・乾燥ユニット４０において、まず基板Ｗをチャンバ４８の内部に配置する。続いて、基板Ｗが配置された雰囲気（即ちチャンバ４８の内部）の減圧及び基板Ｗの加熱の少なくともいずれかが行われる。これにより、基板Ｗに付着しためっき液、特に基板Ｗの空隙１０４内に残留しためっき液を蒸発させる。続いて、基板ＷにＤＩＷ及び水素水等の洗浄液を供給し、基板Ｗの表面、特に基板Ｗの空隙１０４内を洗浄する。その後、チャンバ４８の内部の減圧及び基板Ｗの加熱の少なくともいずれかにより、基板Ｗに付着した洗浄液、特に基板Ｗの空隙１０４内に残留した洗浄液を蒸発させる。これにより、基板Ｗの空隙１０４内にめっき液及び洗浄液等が残留することを防止する。

ステップＳ６０２では、他の方法で基板Ｗの空隙１０４内部を洗浄及び乾燥してもよい。例えば、まず、界面活性剤を基板Ｗの空隙１０４内のめっき液に拡散させる。これにより、空隙１０４内のめっき液の表面張力を低下させることができる。続いて、基板ＷをＩＰＡ等の表面張力の低い洗浄液で洗浄する。これにより、空隙１０４内のめっき液を洗い流すことができる。続いて、基板Ｗが配置された雰囲気の減圧及び基板Ｗの加熱の少なくともいずれかにより、基板Ｗに付着した洗浄液を蒸発させる。さらに他の例としては、例えば、二酸化炭素の超臨界流体で基板Ｗの空隙１０４内を洗浄及び乾燥することもできる。

ステップＳ６０２において空隙１０４内を洗浄した後、続いて、第２堆積処理ユニット６０により、基板に第２堆積処理を行う（ステップＳ６０３）。具体的には、図７Ｃに示すように、第２堆積処理では、空隙１０４の開口を閉鎖するように第１堆積処理と同様の金属１０３を基板Ｗに堆積させて空隙１０４に上壁１０３ｔを形成し、底壁１０３ｂ、側壁１０３ｓ及び上壁１０３ｔにより形状が制御されたメタルエアギャップ１０５を形成する。ここで、メタルエアギャップ１０５とは、内部にめっき液や洗浄液等の液体が残留していない、凹部１０１内の金属１０３により閉じられた空隙をいう。第２堆積処理は、電解めっき法、化学気相成長法、原子層堆積法、及び物理気相成長法のうちのいずれかで実施することができる。

第２堆積処理が電解めっき方法又は無電解めっき方法で行われる場合、めっき液が空隙１０４の内部に入り込まないようにめっき液の表面張力が調整される。また、第２堆積処理がＣＶＤ法、ＡＬＤ法、又はＰＶＤ法で行われる場合は、底壁１０３ｂに金属が堆積しないように、各プロセス条件が設定される。したがって、第２堆積処理では、第１堆積処理において形成された底壁１０３ｂに金属を堆積させることなく上壁１０３ｔを速やかに形成して、メタルエアギャップ１０５を形成する。これにより、第１堆積処理で形成された底壁１０３ｂの厚さを適切に維持することができる。また、メタルエアギャップ１０５の内部にめっき液が残留して、凹部１０１内の金属が腐食することが抑制される。

基板Ｗの被成膜面は、最終的には図７Ｃに示す研磨完了面ｔｌまで、ＣＭＰ装置等により研磨される。即ち、凹部１０１の内部に堆積した金属１０３は、基板Ｗが研磨された後は、研磨完了面ｔｌにおいて露出されることになる。本実施形態では、上壁１０３ｔのうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さｔが、側壁１０３ｓの厚さよりも大
きくなるように、上壁１０３ｔを形成することが好ましい。これにより、凹部１０１内に堆積した金属１０３の上壁１０３ｔが、側壁１０３ｓの厚さに対して十分な厚さを有するように形成され、その結果、形状が制御されたメタルエアギャップ１０５を形成することができる。ひいては、上壁１０３ｔの厚さが、凹部１０１内の金属１０３にクラックが発生することを抑制するのに十分な厚みを有することができる。また、上壁１０３ｔの厚さが側壁１０３ｓの厚さに対して少なくとも、同じか、それ以上の厚さを有するので、ＣＭＰ時の機械的応力による破壊及びＣＭＰ後の化学反応に対する耐性を有することができる。

最後に、上壁１０３ｔが形成された基板Ｗは、図１に示した第２洗浄・乾燥ユニット１４において、基板Ｗ表面の洗浄及び乾燥が行われ、基板搬送ロボット１３によってカセットテーブル１１内のカセットに収納される。

以上で説明したように、本実施形態に係る基板の製造方法によれば、基板Ｗの凹部１０１に金属１０３を堆積させ、底壁１０３ｂ及び側壁１０３ｓにより形状が制御された空隙１０４を形成し、その後、空隙１０４に上壁１０３ｔを形成して形状が制御されたメタルエアギャップ１０５を形成する。即ち、基板Ｗの凹部１０１内に形状が制御されたメタルエアギャップ１０５を意図的に形成することで、基板Ｗの凹部１０１に金属１０３を充填していた従来のプロセスに比べて、金属１０３の堆積量を減少させるので、金属１０３の堆積時間を短縮することができる。ここで、空隙１０４及びメタルエアギャップ１０５の形状が制御されるので、凹部１０１内の金属にクラックが発生することを抑制するように凹部１０１内の金属１０３を堆積することができる。また、空隙１０４及びメタルエアギャップ１０５の形状を制御することで、凹部１０１内の金属１０３による配線抵抗が製品基板に許容されるように凹部１０１内の金属を堆積することができる。

また、第１堆積処理が電解めっき又は無電解めっきにより行われる場合は、形状が制御された空隙１０４内にめっき液が入り込む。メタルエアギャップ１０５の内部にめっき液Ｑが残留すると、凹部１０１内の金属１０３が腐食する虞がある。本実施形態によれば、第１堆積処理の後に基板Ｗを洗浄及び乾燥することができるので、基板Ｗの空隙１０４内に入り込んだめっき液を洗浄し、基板Ｗを乾燥させることができ、凹部１０１内の金属１０３の腐食を防止することができる。

以上、凹部１０１を有する基板Ｗの製造方法について説明した。次に、スルーホールを有する基板Ｗの製造方法について説明する。図８Ａ−図８Ｃは、スルーホールを有する基板Ｗの製造プロセスを示す概略断面図である。図８Ａに示すように、基板Ｗは、基板Ｗを厚さ方向に貫通するスルーホール１１０を有する。まず、基板Ｗには、第１堆積処理によって金属１１１が堆積される。第１堆積処理を続けると、スルーホール１１０の略中央部が接続される。これにより、スルーホール１１０内に一対の形状が制御された空隙１１２が形成される（図８Ｂ参照）。ここで、スルーホール１１０に堆積された金属１１１の接続部１１１ａの厚さは、側壁部の厚さよりも大きくなるように第１堆積処理が制御されることが好ましい。

第１堆積処理が電解めっき法又は無電解めっき法で行われた場合、基板Ｗは第１洗浄・乾燥ユニット４０により洗浄及び乾燥される。言い換えれば、第１堆積処理が化学気相成長法又は原子層堆積法で行われた場合は、洗浄及び乾燥は不要である。洗浄及び乾燥は、図６のステップＳ６０２で説明したプロセスと同様に行うことができる。

続いて、基板Ｗに第２堆積処理を行う。これにより一対の空隙１１２を閉鎖して閉鎖部１１１ｂが形成され、一対のメタルエアギャップ１１３が形成される（図８Ｃ参照）。なお、第２堆積処理が電解めっき方法又は無電解めっき方法で行われる場合、めっき液が空
隙１１２の内部に入り込まないようにめっき液の表面張力が調整される。また、第２堆積処理がＣＶＤ法、ＡＬＤ法、又はＰＶＤ法で行われる場合は、金属１１１の接続部１１１ａに金属が堆積しないように、各プロセス条件が設定される。閉鎖部１１１ｂの厚さと側壁部の厚さとの関係は、図７Ａ−図７Ｃに関連して説明した上壁１０３ｔの厚さと側壁１０３ｓの厚さの関係を満たすように第２堆積処理が制御されることが好ましい。

図９Ａ−図９Ｂは、スルーホールを有する基板Ｗの別の製造プロセスを示す概略断面図である。図９Ａに示すように、まず、第１堆積処理により、基板Ｗのスルーホール１１０の片側が閉鎖するように、金属１１１が堆積される。これにより、スルーホール１１０内に形状が制御された空隙１１２が形成される。ここで、スルーホール１１０に堆積された金属１１１の底壁１１１ｃの厚さと側壁部の厚さとの関係は、図７Ａ−図７Ｃに関連して説明した底壁１０３ｂの厚さと側壁１０３ｓの厚さの関係を満たすように第１堆積処理が制御される。

第１堆積処理が電解めっき法又は無電解めっき法で行われた場合、基板Ｗは第１洗浄・乾燥ユニット４０により洗浄及び乾燥される。言い換えれば、第１堆積処理が化学気相成長法又は原子層堆積法で行われた場合は、洗浄及び乾燥は不要である。洗浄及び乾燥は、図６のステップＳ６０２で説明したプロセスと同様に行うことができる。

続いて、基板Ｗに第２堆積処理を行う。これにより空隙１１２を閉鎖して上壁１１１ｄが形成され、メタルエアギャップ１１３が形成される。なお、第２堆積処理が電解めっき方法又は無電解めっき方法で行われる場合、めっき液が空隙１１２の内部に入り込まないようにめっき液の表面張力が調整される。また、第２堆積処理がＣＶＤ法、ＡＬＤ法、又はＰＶＤ法で行われる場合は、金属１１１の底壁１１１ｃに金属が堆積しないように、各プロセス条件が設定される。上壁１１１ｄの厚さと側壁部の厚さとの関係は、図７Ａ−図７Ｃに関連して説明した上壁１０３ｔの厚さと側壁１０３ｓの厚さの関係を満たすように第２堆積処理が制御される。

図１０Ａ−図１０Ｂは、スルーホールを有する基板Ｗの別の製造プロセスを示す概略断面図である。図１０Ａに示すように、まず、第１堆積処理により、基板Ｗのスルーホール１１０の開口部（角部）付近が厚くなるように、金属１１１が堆積される。これにより、スルーホール１１０内に形状が制御された空隙１１２が形成される。

第１堆積処理が電解めっき法又は無電解めっき法で行われた場合、基板Ｗは第１洗浄・乾燥ユニット４０により洗浄及び乾燥される。言い換えれば、第１堆積処理が化学気相成長法又は原子層堆積法で行われた場合は、洗浄及び乾燥は不要である。洗浄及び乾燥は、図６のステップＳ６０２で説明したプロセスと同様に行うことができる。

続いて、基板Ｗに第２堆積処理を行う。これにより空隙１１２を閉鎖して底壁１１１ｃ及び上壁１１１ｄが形成され、メタルエアギャップ１１３が形成される。なお、第２堆積処理が電解めっき方法又は無電解めっき方法で行われる場合、めっき液が空隙１１２の内部に入り込まないようにめっき液の表面張力が調整される。底壁１１１ｃの厚さと側壁部の厚さとの関係及び上壁１１１ｄの厚さと側壁部の厚さとの関係は、それぞれ、図７Ａ−図７Ｃに関連して説明した、底壁１０３ｂの厚さと側壁１０３ｓの厚さの関係及び上壁１０３ｔの厚さと側壁１０３ｓの厚さの関係を満たすように第２堆積処理が制御される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または
、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。

以下に本明細書が開示する態様のいくつかを記載しておく。

第１態様によれば、基板の製造方法が提供される。この基板の製造方法は、表面に凹部を有する基板を提供する工程と、前記基板の前記凹部内に金属を堆積させて底壁及び側壁を形成しつつ、前記底壁及び前記側壁により形状が制御された空隙を形成する第１堆積工程と、前記空隙の開口を閉鎖するように前記基板に金属を堆積させて前記空隙に上壁を形成して、前記基板の前記凹部に形状が制御されたメタルエアギャップを形成する第２堆積工程と、を有する。

第１態様によれば、基板の凹部に金属を堆積させ、底壁及び側壁により形状が制御された空隙を形成し、その後、空隙に上壁を形成して形状が制御されたメタルエアギャップを形成する。即ち、基板の凹部内に形状が制御されたメタルエアギャップを意図的に形成することで、基板の凹部に金属を充填していた従来のプロセスに比べて、金属の堆積量を減少させるので、金属の堆積時間を短縮することができる。ここで、空隙及びメタルエアギャップの形状が制御されるので、凹部内の金属にクラックが発生することを抑制するように凹部内の金属を堆積することができる。また、空隙及びメタルエアギャップの形状を制御することで、凹部内の金属による配線抵抗が製品基板に許容されるように凹部内の金属を堆積することができる。

第２態様によれば、第１態様の基板の製造方法において、前記第１堆積工程は、前記底壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さよりも大きくなるように、前記底壁及び前記側壁を形成して、形状が制御された前記空隙を形成する。

第２態様によれば、凹部内に堆積した金属の底壁が、側壁の厚さに対して十分な厚さを有するように形成され、その結果、形状が制御された空隙が形成される。これにより、底壁の厚さが、凹部内の金属にクラックが発生することを抑制するのに十分な厚みを有することができる。また、底壁の厚さが側壁の厚さに対して少なくとも、同じか、それ以上の厚さを有するので、ＣＭＰ時の機械的応力による破壊及びＣＭＰ後の化学反応に対する耐性を有することができる。

第３態様によれば、第１又は第２態様の基板の製造方法において、前記第２堆積工程は、前記上壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さの値よりも大きくなるように、前記上壁を形成して、形状が制御された前記メタルエアギャップを形成する。

第３態様によれば、凹部内に堆積した金属の上壁が、側壁の厚さに対して十分な厚さを有するように形成され、その結果、形状が制御されたメタルエアギャップが形成される。これにより、上壁の厚さが、凹部内の金属にクラックが発生することを抑制するのに十分な厚みを有することができる。また、上壁の厚さが側壁の厚さに対して少なくとも、同じか、それ以上の厚さを有するので、ＣＭＰ時の機械的応力による破壊及びＣＭＰ後の化学反応に対する耐性を有することができる。

第４態様によれば、第１から第３態様のいずれかの基板の製造方法において、前記第２堆積工程は、前記第１堆積工程により形成された前記底壁に金属を堆積させることなく前記上壁を形成して、前記メタルエアギャップを形成する。

第４態様によれば、第２堆積工程が、第１堆積処理により形成された底壁の厚さを増加させることなく上壁を形成するので、底壁の厚さを適切に維持することができる。また、第２堆積工程において底壁に金属が堆積されないということは、第２堆積処理が電解めっき又は無電解めっきで行われる場合には、空隙内にめっき液が入り込まないことを意味する。したがって、メタルエアギャップの内部にめっき液が残留せず、凹部内の金属が腐食することを抑制することができる。

第５態様によれば、第１から第４態様のいずれかの基板の製造方法において、前記第１堆積工程は、電解めっき法により実施され、第１電流密度で前記底壁及び前記側壁を形成する工程と、前記第１電流密度よりも大きい第２電流密度で前記空隙の開口付近に金属を堆積させて前記開口の径を小さくする工程と、を有する。

第５態様によれば、底壁及び側壁を形成した後、電流密度を高くして空隙の開口の径を小さくする。これにより、第２堆積工程において空隙の開口を迅速に塞ぐ（ピンチオフさせる）ことができる。

第６態様によれば、第１から第５態様のいずれかの基板の製造方法において、前記第１堆積工程と前記第２堆積工程との間で、前記基板を洗浄及び乾燥する工程をさらに有し、前記第１堆積工程は、電解めっき法又は無電解めっき法で実施される。

第６態様によれば、電解めっき法又は無電解めっき法で第１堆積工程が実施されるので、形状が制御された空隙内にめっき液が入り込む。メタルエアギャップの内部にめっき液が残留すると、凹部内の金属が腐食する虞がある。第６態様によれば、第１堆積工程の後に基板を洗浄及び乾燥するので、基板の空隙内に入り込んだめっき液を洗浄し、基板を乾燥させることができ、凹部内の金属の腐食を防止することができる。

第７態様によれば、第６態様の基板の製造方法において、前記基板を洗浄する工程は、チャンバ内に前記基板を配置する工程と、前記基板が配置された雰囲気の減圧及び前記基板の加熱の少なくともいずれかにより前記基板に付着した液体を蒸発させる工程と、前記基板を洗浄液で洗浄する工程と、前記基板が配置された雰囲気の減圧及び前記基板の加熱の少なくともいずれかにより、洗浄した前記基板に付着した液体を蒸発させる工程と、を含む。

第７態様によれば、まず、基板の空隙内に入り込んだめっき液等の液体を蒸発させ、その後洗浄液で洗浄するので、基板の空隙内にめっき液等の液体が残留することを防止することができる。また、洗浄した基板に付着した液体を蒸発させるので、後段の第２堆積工程においてメタルギャップの内部に洗浄液が残留することを防止することができる。

第８態様によれば、第６態様の基板の製造方法において、前記基板を洗浄及び乾燥する工程は、界面活性剤を前記基板の前記空隙内の液体に拡散させる工程と、前記基板を洗浄液で洗浄する工程と、前記基板が配置された雰囲気の減圧及び前記基板の加熱の少なくともいずれかにより、洗浄した前記基板に付着した液体を蒸発させる工程と、を含む。

第８態様によれば、まず、空隙内の液体に拡散させることで、液体の表面張力を低下させる。これにより、空隙内の液体が空隙から流出し易くなり、洗浄液を空隙内の液体と置換して、空隙内を適切に洗浄することができる。また、洗浄した基板に付着した液体を蒸発させるので、後段の第２堆積工程においてメタルギャップの内部に洗浄液が残留することを防止することができる。

第９態様によれば、第６態様の基板の製造方法において、前記基板を洗浄及び乾燥する
工程は、二酸化炭素の超臨界流体で前記基板を洗浄する工程を含む。

第９態様によれば、二酸化炭素の超臨界流体で基板を洗浄するので、基板の空隙内のめっき液を適切に洗浄することができる。

第１０態様によれば、第１から第９態様のいずれかの基板の製造方法において、前記第１堆積工程は、電解めっき法、無電解めっき法、化学気相成長法、及び原子層堆積法のうちのいずれかで実施される。

第１１態様によれば、第１から第１０態様のいずれかの基板の製造方法において、前記第２堆積工程は、電解めっき法、化学気相成長法、原子層堆積法、及び物理気相成長法のうちのいずれかで実施される。

第１２態様によれば、内部に金属が堆積された凹部を有する基板が提供される。前記凹部内の金属は、底壁と、側壁と、上壁と、を含み、前記底壁、前記側壁、及び前記上壁により形状が制御されたメタルエアギャップを有する。

第１２態様によれば、凹部内の金属が、形状が制御されたメタルエアギャップを有するので、基板の凹部に金属を充填していた従来のプロセスに比べて、金属の堆積量を減少させる。したがって、この基板を製造するのに要する金属の堆積時間を短縮することができる。ここで、メタルエアギャップの形状が制御されるので、凹部内の金属にクラックが発生することを抑制することができる。また、メタルエアギャップの形状が制御されるので、製品基板に許容される凹部内の金属による配線抵抗を実現することができる。

第１３態様によれば、第１態様の基板において、前記底壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さよりも大きく、前記上壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さよりも大きい。

第１３態様によれば、凹部内に堆積した金属の底壁が、側壁の厚さに対して十分な厚さを有するように形成され、凹部内に堆積した金属の上壁が、側壁の厚さに対して十分な厚さを有するように形成される。これにより、底壁及び上壁の厚さが、凹部内の金属にクラックが発生することを抑制するのに十分な厚みを有することができる。また、底壁及び上壁の厚さが側壁の厚さに対して少なくとも、同じか、それ以上の厚さを有するので、ＣＭＰ時の機械的応力による破壊及びＣＭＰ後の化学反応に対する耐性を有することができる。

１０１…凹部
１０３…金属
１０３ｂ…底壁
１０３ｓ…側壁
１０３ｔ…上壁
１０４…空隙
１０５…メタルエアギャップ
Ｗ…基板

Claims (13)

1. 表面に凹部を有する基板を提供する工程と、
   前記基板の前記凹部内に金属を堆積させて底壁及び側壁を形成しつつ、前記底壁及び前記側壁により形状が制御された空隙を形成する第１堆積工程と、
   前記空隙の開口を閉鎖するように前記基板に金属を堆積させて前記空隙に上壁を形成して、前記基板の前記凹部に形状が制御されたメタルエアギャップを形成する第２堆積工程と、を有する、基板の製造方法。
2. 請求項１に記載された基板の製造方法において、
   前記第１堆積工程は、前記底壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さよりも大きくなるように、前記底壁及び前記側壁を形成して、形状が制御された前記空隙を形成する、基板の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載された基板の製造方法において、
   前記第２堆積工程は、前記上壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さの値よりも大きくなるように、前記上壁を形成して、形状が制御された前記メタルエアギャップを形成する、基板の製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載された基板の製造方法において、
   前記第２堆積工程は、前記第１堆積工程により形成された前記底壁に金属を堆積させることなく前記上壁を形成して、前記メタルエアギャップを形成する、基板の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載された基板の製造方法において、
   前記第１堆積工程は、
   電解めっき法により実施され、
   第１電流密度で前記底壁及び前記側壁を形成する工程と、
   前記第１電流密度よりも大きい第２電流密度で前記空隙の開口付近に金属を堆積させて前記開口の径を小さくする工程と、を有する、基板の製造方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載された基板の製造方法において、
   前記第１堆積工程と前記第２堆積工程との間で、前記基板を洗浄及び乾燥する工程をさらに有し、
   前記第１堆積工程は、電解めっき法又は無電解めっき法で実施される、基板の製造方法。
7. 請求項６に記載された基板の製造方法において、
   前記基板を洗浄及び乾燥する工程は、
   チャンバ内に前記基板を配置する工程と、
   前記基板が配置された雰囲気の減圧及び前記基板の加熱の少なくともいずれかにより前記基板に付着した液体を蒸発させる工程と、
   前記基板を洗浄液で洗浄する工程と、
   前記基板が配置された雰囲気の減圧及び前記基板の加熱の少なくともいずれかにより、洗浄した前記基板に付着した液体を蒸発させる工程と、を含む、基板の製造方法。
8. 請求項６に記載された基板の製造方法において、
   前記基板を洗浄及び乾燥する工程は、
   界面活性剤を前記基板の前記空隙内の液体に拡散させる工程と、
   前記基板を洗浄液で洗浄する工程と、
   前記基板が配置された雰囲気の減圧及び前記基板の加熱の少なくともいずれかにより
   、洗浄した前記基板に付着した液体を蒸発させる工程と、を含む、基板の製造方法。
9. 請求項６に記載された基板の製造方法において、
   前記基板を洗浄及び乾燥する工程は、二酸化炭素の超臨界流体で前記基板を洗浄する工程を含む、基板の製造方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載された基板の製造方法において、
    前記第１堆積工程は、電解めっき法、無電解めっき法、化学気相成長法、及び原子層堆積法のうちのいずれかで実施される、基板の製造方法。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載された基板の製造方法において、
    前記第２堆積工程は、電解めっき法、化学気相成長法、原子層堆積法、及び物理気相成長法のうちのいずれかで実施される、基板の製造方法。
12. 内部に金属が堆積された凹部を有する基板であって、
    前記凹部内の金属は、底壁と、側壁と、上壁と、を含み、前記底壁、前記側壁、及び前記上壁により形状が制御されたメタルエアギャップを有する、基板。
13. 請求項１２に記載された基板において、
    前記底壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さよりも大きく、
    前記上壁のうち、予め定められた被研磨部分を除外した部分の厚さが、前記側壁の厚さよりも大きい、基板。

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