JP2024075375A - 銅のエッチング剤 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、硫酸及び過酸化水素を含み、さらにベンゾトリアゾール化合物及びアミン化合物を含むエッチング剤が記載されている。特許文献1には、かかるエッチング剤はシード層除去時の銅配線のアンダーカットを抑制できることが記載されている。
特許文献2には、硫酸及び過酸化水素を含み、さらにアミノ酸、アゾール類等の含窒素複素環式化合物、ハロゲン等を含むエッチング剤が記載されている。特許文献2には、かかるエッチング剤はシード層除去後にも銅配線等の表面形状が平滑に維持できることが記載されている。
本実施形態のエッチング剤でエッチングする銅とは、銅(純銅)及び銅を含む銅合金であってもよい。以下、本明細書において「銅」は、銅又は銅合金を指す。
過酸化水素は、エッチング剤中で銅の酸化剤として作用する。
エッチング剤中の過酸化水素の濃度は、例えば、4質量%以上25質量%以下、又は5質量%以上20質量%以下の範囲である。
過酸化水素の濃度が上記範囲である場合には適切に銅の酸化剤として機能しうる。
硫酸は、エッチング剤中で酸化された銅を溶解させる成分として作用する。エッチング剤中で、銅は過酸化水素によって酸化銅となるが、かかる酸化銅は酸によって液中に溶解することで、銅がエッチングされる。
硫酸の濃度が上記範囲である場合には酸化された銅を適切にエッチング剤中に溶解させることができる。
芳香族化合物は、ベンゼン環に水酸基又は/及びカルボキシ基が結合された構造を有する化合物である。
本実施形態の芳香族化合物では、水酸基、カルボキシ基のうち、少なくとも1つがベンゼン環を構成する炭素原子に直接結合されていることが好ましい。
ベンゼン環に水酸基が結合した構造を有する芳香族化合物としては、フェノール、メチルフェノール、ジメチルフェノールなどのフェノール類等が挙げられる。中でも、ベンゼン環に水酸基のみが結合した構造を有するフェノールが好ましい。
ベンゼン環にカルボキシ基が結合した構造を有する芳香族化合物としては、安息香酸、ニトロ安息香酸、アミノ安息香酸等の安息香酸に他の官能基が付加された付加物や安息香酸ナトリウム等の安息香酸の塩等の安息香酸化合物が挙げられる。
ベンゼン環に水酸基及びカルボキシ基が結合した構造有する芳香族化合物としては、2-ヒドロキシ安息香酸(サリチル酸)、5-スルホサリチル酸、サリチル酸メチル、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸イソアミル、アセチルサリチル酸等が挙げられる。
水酸基及びカルボキシ基が両方ベンゼン環に結合している構造を有する化合物を芳香族化合物として用いた場合には、エッチング後の平滑性を特に好ましい状態に維持できるという利点がある。
芳香族化合物の濃度が上記範囲である場合には、エッチング後の平滑性をより好適な状態に維持することができる。
塩素イオンは、銅のエッチングを抑制する成分として作用する。
塩素イオンは、塩素イオン源をエッチング剤中に含むことで配合することができる。塩素イオン源としては、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等が挙げられる。
塩素イオン濃度が上記範囲である場合には、銅のエッチング速度を適度に抑制できエッチング性能を好適な範囲に調整しやすくなる。
本実施形態のエッチング剤は、トリアゾール類をさらに含むことができる。
本実施形態においてトリアゾール類とは、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、及び、トリアゾール骨格に各官能基が結合した誘導体を指す。
トリアゾール骨格とは、3つの窒素原子を含む5員環の含窒素複素環を含む化合物を指す。
前記誘導体としては、トリアゾール骨格に、アミノ基、メルカプト基、メチル基、エチル基などのアルキル基が結合した化合物が挙げられる。
中でも、アミノ基、メルカプト基が結合したトリアゾール誘導体が好ましい。
トリアゾールの濃度が上記範囲である場合には、エッチング後の平滑性をさらに好適な状態に維持しやすくなる。また、トリアゾールを含むことで、無電解銅めっき銅に対するエッチング性能が向上しやすくなる。従って、セミアディティブ法によるシード層を配線以外の部分に残存させることなく除去することに適したエッチング剤が得られる。
本実施形態のエッチング剤は必要に応じて他の添加剤を添加してもよい。他の成分としては、例えば、各成分の溶解性を高める添加剤、同じく各成分の分解を抑制する添加剤、金属銅の酸化促進成分としての銅イオン源、pH調整剤、界面活性剤等が挙げられる。
銅イオン源を含む場合にはその含有量は1.4質量%以上4.2質量%以下程度であることが好ましい。
前記の各成分をイオン交換水、純水、超純水等の適切な溶媒に溶解させることによりエッチング剤を容易に調製することができる。
尚、各成分は溶解性や分解性を考慮して、一部の成分をまず混合しておき、使用直前に全成分を混合してもよい。あるいは、溶媒の一部を混合した濃縮液を作成しておき、使用直前に残りの溶媒を混合することで適切な濃度のエッチング剤を作成してもよい。
例えば、スプレーでエッチングする場合には、スプレー圧は0.05~0.20MPa、液温度は20℃以上35℃以下、処理時間は20秒以上300秒以下等が挙げられる。
また、浸漬によるエッチングをする場合には、液温度は20℃以上35℃以下、処理時間は20秒以上300秒以下等が挙げられる。
ISO25178に基づき測定される界面の展開面積比(Sdr)値が、例えば、0.20%以下、好ましくは0.18%以下、より好ましくは0.175%以下であることが挙げられる。
Sdr値は、測定表面の展開面積(表面積)が測定表面の面積に対してどれだけ増大しているかを示す値であり、この値が小さいほど表面が平滑であることを示している。この値は、例えば、公知の形状解析レーザー顕微鏡により測定することができる。詳細は後述の実施例に記載の方法で測定される。
また、JIS B 0601(2013)に従って測定される二乗平均平方根粗さ(Rq)が、例えば、0.125μm以下、好ましくは0.120μm以下であることが挙げられる。
Ra、Rqいずれも表面形状の粗さを示す基準であり、値が小さい方が凹凸が少ない(平滑)ことを示す。
この値は、例えば、公知のレーザー顕微鏡を用いて測定することができる。詳細は後述の実施例に記載の方法で測定される。
この場合、絶縁基板上に銅層である無電解銅めっきによってシード層を形成し、シード層上にめっきレジストを形成した後、電解銅めっきによりシード層上のレジスト開口部にパターンめっきを行う。その後、めっきレジストを除去し配線を形成し、配線間に残存したシード層を本実施形態のエッチング剤でウェットエッチング除去することにより配線が形成できる。
また、かかる配線形成において、配線の銅表面は平滑になり且つ配線のえぐれ(サイドエッチング)が少ない好適な配線形状を維持することができる。
このように配線等の銅表面の平滑性が維持されることで、電気信号の伝送損失を低減できるという利点がある。
一般的なセミアディティブ法による銅配線の形成におけるシード層除去でのエッチングでは、配線やシード層の銅めっきに含まれる塩素イオンがエッチング剤中に混入することで処理数が多くなるにつれてエッチング剤中の塩素イオン濃度が高くなることが知られている。硫酸過酸化水素系のエッチング剤では、塩素イオンは適切な濃度範囲でエッチング剤中に含まれている場合にはエッチングを適度に抑制し、適切なエッチング速度を維持する作用があるが、濃度が上がりすぎるとエッチング性が極端に低下し、十分に銅が除去できなくなったり、エッチング後の平滑性が低下したりすることがある。
本実施形態のエッチング剤は、塩素イオン濃度が高くなってもエッチング性能の低下を抑制することができ、安定して平滑性の高い銅表面を得ることができる。
よって、連続して多数の基板等の被処理物を処理しても安定して平滑性の高い銅表面を得ることができる。
(エッチング剤)
本実施例で使用する各エッチング剤を準備した。
各エッチング剤は、以下の材料を表1~3に記載の各成分の濃度になるように溶媒であるイオン交換水に溶解した水溶液である。尚、表1~3には各成分の質量も併記するが、表中の成分以外にイオン交換水を加えて全量で1000gになるように調整した。さらに、後述する調整方法に従い、表1~3に記載の成分の他に過酸化水素100gを添加して、最終的には1100gのエッチング剤を調整した。
硫酸:日産化学社製、精製硫酸
硫酸銅:メルテックス社製
トリアゾール類
3,5-ジアミノ-1,2,4-トリアゾール:東京化成工業社製
1,2,4-トリアゾール:富士フイルム和光純薬社製
3-アミノ-5-メルカプト-1,2,4-トリアゾール:東京化成工業社製
3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール:大塚化学社製
3-アミノ-1H-1,2,4トリアゾール:富士フイルム和光純薬社製
4-アミノ-3-メルカプト-4H-1,2,4-トリアゾール:富士フイルム和光純薬社製
3-アミノ-5-メチルチオ-1H-1,2,4-トリアゾール:東京化成工業社製
3,5-ジメチル-1,2,4-トリアゾール:東京化成工業社製
アゾール
5-アミノテトラゾール:東京化成工業社製
ベンゾトリアゾール:キシダ化学社製
芳香族化合物
2-ヒドロキシ安息香酸(サリチル酸):富士フイルム和光純薬社製
フェノール:富士フイルム和光純薬社製
安息香酸:東京化成工業社製
5-スルホサリチル酸・二水和物:東京化成工業社製
サリチル酸メチル:富士フイルム和光純薬社製
アセチルサリチル酸:富士フイルム和光純薬社製
アミノ酸
β-アラニン:富士フイルム和光純薬社製
過酸化水素:ADEKA社製
以下の試験用の基板1及び2を作成した。
基板1:厚さ0.2mm、サイズ340×510mmの銅張積層板(CCL)上に電解銅めっき液を用いてめっき層(20μm)を形成した基板を100×100mmにカットした。
基板2:厚さ725μm、直径200mmのウエハー上に絶縁樹脂(25μm)をラミネートし、絶縁樹脂上に無電解銅めっき液を用いてシード層(0.4μm)を作成し、該シード層の上に電解銅めっき液を用いて厚さ6μm、L/S=10/10μmのパターン層を作成した基板を10×10mmにカットした。
各エッチング剤を用いて基板1をエッチングした。
処理条件は、以下の通りである。
スプレー機を用いて、スプレー圧0.1MPaで基板上に温度25℃の各エッチング剤をスプレーし、銅のエッチング量が1.0μmとなるようにエッチング時間を調整してエッチングした。次いで、水洗を行い、乾燥させた。
エッチング後の試験基板を、以下の方法で評価した。
(1)界面の展開面積比(Sdr)値の測定
界面の展開面積比(Sdr)はコンフォーカル顕微鏡により測定した。コンフォーカル顕微鏡(レーザーテック社製、OPTELICS HYBRID+)により、倍率50倍の対物レンズを使用してSdr値を測定した。
(2)算術平均粗さ(Ra)と二乗平均平方根粗さ(Rq)の測定方法
算術平均粗さ(Ra)と二乗平均平方根粗さ(Rq)はコンフォーカル顕微鏡により測定した。コンフォーカル顕微鏡(使用装置:OPTELICS HYBRID+、レーザーテック社製)により、倍率50倍の対物レンズを使用して測定した。算術平均粗さ及び二乗平均平方根粗さの測定は規格(JIS B 0633:2001)に準拠して行った。
結果を表1~表3に示す。
上記実施例のうち実施例1及び8のエッチング剤(表中の成分に過酸化水素を100g添加済みのもの)及び基板2を用いて、基板2のパターン層の銅のエッチング量が0.5μmとなるように処理時間を調整し処理を行い、エッチング後の銅の残存性を調べた。
評価は、エッチング後の試験基板のパターンの間の樹脂部分の表面の3点を任意に選び、EDS(Energy dispersive X-ray spectrometry:エネルギー分散型X線分析)装置によって表面を分析した。使用した装置はJSM-IT200A(日本電子社製)であり、加速電圧10kvで分析を行った。
測定した3点のうちの1点の結果を図1及び2に示す。
一方、図2は、トリアゾールを含まない実施例8のエッチング剤でエッチングした結果であるが、パターン間に、絶縁樹脂由来のC、Si、Oの存在を示す位置にピークが見られた他、Cuの存在を示す位置にもピークが見られた。尚、他の2点においてもそれぞれ同様の結果が得られた。
よってトリアゾールを含む実施例のエッチング剤で処理した試験基板は平滑性が良好であると同時にシード層銅の残存性も低いことがわかった。
表4に記載の各成分の濃度になるようにDI水を溶媒として用いて調整したエッチング剤を準備した。
銅めっき基板を長時間エッチングすることで、エッチング剤中に塩素イオンが溶け込むことを想定して、上記エッチング剤をベースに、塩素イオン濃度を0.25mg/Lから100mg/Lまで14種類変化させたエッチング剤で基板1をエッチングした。エッチング条件は上記試験1と同じである。尚、試験1と同様に表中の成分に過酸化水素を100gを添加してエッチング剤とした。
エッチング後のSdr値を試験1と同様の方法で測定した結果を表5及び図3に示す。
尚、エッチング速度は、エッチング前後に基板の重量を測定し、基板の面積とエッチング時間で割った値を、μm/分として算出した。
併せて表5に示す。
芳香族化合物は、ベンゼン環に水酸基又は/及びカルボキシ基が結合された構造を有する化合物である。
本実施形態の芳香族化合物では、水酸基、カルボキシ基のうち、少なくとも1つがベンゼン環を構成する炭素原子に直接結合されていることが好ましい。
ベンゼン環に水酸基が結合した構造を有する芳香族化合物としては、フェノール、メチルフェノール、ジメチルフェノールなどのフェノール類等が挙げられる。中でも、ベンゼン環に水酸基のみが結合した構造を有するフェノールが好ましい。
ベンゼン環にカルボキシ基が結合した構造を有する芳香族化合物としては、安息香酸、ニトロ安息香酸、アミノ安息香酸等の安息香酸に他の官能基が付加された付加物や安息香酸ナトリウム等の安息香酸の塩等の安息香酸化合物が挙げられる。
ベンゼン環に水酸基及びカルボキシ基が結合した構造を有する芳香族化合物としては、2-ヒドロキシ安息香酸(サリチル酸)、5-スルホサリチル酸、サリチル酸メチル、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸イソアミル、アセチルサリチル酸等が挙げられる。
水酸基及びカルボキシ基が両方ベンゼン環に結合している構造を有する化合物を芳香族化合物として用いた場合には、エッチング後の平滑性を特に好ましい状態に維持できるという利点がある。
塩素イオン濃度が上記範囲である場合には、銅のエッチング速度を適度に抑制できエッチング性能を好適な範囲に調整しやすくなる。
また、JIS B 0601(2013)に従って測定される二乗平均平方根粗さ(Rq)が、例えば、0.125μm以下、好ましくは0.120μm以下であることが挙げられる。
Ra、Rqいずれも表面形状の粗さを示す基準であり、値が小さい方が凹凸がより少ない(平滑)ことを示す。
この値は、例えば、公知のレーザー顕微鏡を用いて測定することができる。詳細は後述の実施例に記載の方法で測定される。
Claims (5)
- 過酸化水素と、硫酸と、芳香族化合物と、塩素イオンとを含み、
前記芳香族化合物は、ベンゼン環に水酸基及び/又はカルボキシ基が結合された構造を含む、銅のエッチング剤。 - 前記塩素イオンを0.000020質量%以上0.02質量%以下含む請求項1に記載の銅のエッチング剤。
- 前記芳香族化合物は、フェノール類、安息香酸化合物、2-ヒドロキシ安息香酸、5-スルホサリチル酸、サリチル酸メチル、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸イソアミル、アセチルサリチル酸からなる群から選択される1種以上である請求項1に記載の銅のエッチング剤。
- トリアゾール類をさらに含む請求項1に記載の銅のエッチング剤。
- 前記トリアゾール類は、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾール、3-アミノ-5-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、3,5-ジアミノ-1,2,4-トリアゾール、3,5-ジメチル-1,2,4-トリアゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4トリアゾール、4-アミノ-3-メルカプト-4H-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-5-メチルチオ-1H-1,2,4-トリアゾール、からなる群から選択される1種以上である請求項4に記載の銅のエッチング剤。
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