(57)【要約】      （修正有）【課題】電解加工において安定した電気供給を確保し、且つ、電極の腐食劣化を防止し、ウエハに形成されたメタル膜を平坦化する際に好適に用いられる電解加工装置及び電解加工方法を提供する。【解決手段】電解加工装置１はウェハＷと対向する加工電極５を備え、ウェハＷと加工電極５の間に電解液を供給しつつ電解加工を行う。ウェハＷの外周部にはウェハチャック４１〜４６を着脱可能に取り付ける。又、各ウェハチャック４１〜４６内にはウェハＷと接触する給電電極Ａ〜Ｆを設け、給電電極Ａ〜Ｆの周囲をゴム等の弾性体にて被覆保護する。給電電極Ａ〜Ｆの先端部には可撓性の導電部材を設け、導電部材をウェハＷに弾接させる。更に、非電解加工時に保護カバー又はシャッター等により給電電極Ａ〜Ｆの外気との暴露を遮断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハが載置固定される回転駆動可能なウェハチャック台と、前記ウェハと対向する加工電極を有する加工ヘッドとを備え、前記ウェハと加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工装置において、
前記ウェハの外周部にウェハチャック機構を設け、該ウェハを着脱可能に取り付けると共に、ウェハチャックを含むウェハチャック台は、回転体であり、電解加工中はウェハとともにウェハチャック台も回転し、
該ウェハチャック機構のウェハ接触部分に電解加工時に前記ウェハと接触して給電する給電電極を設け、
電解加工中は前記給電電極と前記ウェハは相対的に位置が変化せず、同位置で静止し、
更に、該給電電極とウェハの接触部の周囲を封止するように構成したことを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
上記ウェハとの接触する給電電極は、表面が導電性材料であるとともに弾性的に該ウェハに接触するように構成であることを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
【請求項３】
上記ウェハと接触する上記給電電極は、周囲が封止された導電性電極であって、該給電電極とウェハ間の空隙に導電性の液体を供給できるように構成したことを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
【請求項４】
上記ウェハに電源から給電する途中の経路であって、常時連続的かつ静止して接触していない電流経路において、第１の導電性固体と第２の導電性固体は導電性液体を介して接触するように構成したことを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記給電電極は非電解加工時に可動式の保護カバー又はシャッター等の遮断部材により外気と遮断されるように構成されていることを特徴とする請求項１,２又は３記載の電解加工装置。
【請求項６】
上記給電電極は非電解加工時に窒素パージにて外気と遮断されるように構成されていることを特徴とする請求項１,２,３又は５記載の電解加工装置。
【請求項７】
上記給電電極は、その先端側に可撓性を有する導電ファイバー等の導電部材が設けられ、該導電部材は上記ウェハの外周部に弾性的に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１，２,３,５又は６記載の電解加工装置。
【請求項８】
ウェハとウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、電解加工に至るステップが、前記ウェハのチャック部を開くステップと、該ウェハをウェハチャックに載置するステップと、該ウェハチャックに載置されたウェハをチャックするステップと、該ウェハをチャックして、該ウェハに通電する給電電極をウェハに接触させるステップと、該ウェハと給電電極との接触部の周囲をシールするステップとを有し、電解液を流しながら、前記ウェハチャックとともに前記ウェハを回転させて、該ウェハ表面を電解加工するステップからなることを特徴とする電解加工方法。
【請求項９】
ウェハとウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、ウェハ保持・加工状態からウェハを外す場合のステップが、ウェハ表面に接触・給電していた給電電極を外すステップと、該給電電極をウェハから外すと即座にウェハに接触・給電
していた給電電極を外気から保護するステップとを有することを特徴とする電解加工方法。
【請求項１０】
上記ウェハの給電電極を外気から保護する手段は、該給電電極を覆うケース内に給電電極を格納し、該ケース内は大気とは異なる雰囲気で保持されていることを特徴とする請求項９記載の電解加工方法。
【請求項１１】
ウェハと該ウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、
電解加工に至るステップが、
前記ウェハのチャック部を開くステップと、
該ウェハをウェハチャックに載置するステップと、
前記ウェハチャックに載置されたウェハをチャックするステップと、
前記ウェハをチャックして、該ウェハに通電する給電電極を該ウェハに接触させるステップと、
該ウェハと給電電極との接触部の周囲をシールするステップと、
該シールされた部分に導電性の液体を封入するステップとを有し、
電解液を流しながら前記ウェハチャックとともに前記ウェハを回転させて、該ウェハ表面を電解加工することを特徴とする電解加工方法。
【請求項１２】
上記ウェハに通電する際に、該ウェハに電源から給電する途中の経路であって、常時連続的かつ静止して接触しない電流経路に対して、第１の導電性固体と第２の導電性固体を互いに接触させつつ通電させ、且つ、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の接触抵抗を均一化させることを特徴とする請求項１１記載の電解加工方法。
【請求項１３】
上記第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の接触抵抗の均一化は、該第１の導電性固体と第２の導電性固体の間に導電性の液体を供給して行うことを特徴とする請求項１２記載の電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解加工装置及び電解加工方法に関するものであり、特に、ウェハに形成されたメタル膜を平坦化する際に好適に用いられる電解加工装置及び電解加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多層配線構造ではアルミニウムが使用されてきたが、近年では低配線抵抗を実現するため、銅を使用した配線プロセスの開発が行われている。銅配線を実現するに当たっては、抵抗成分もさることながら、配線間の寄生容量の低減化も同時に求められる。そのため、配線間を絶縁する絶縁材料の低誘電率化も同時に進行している。低誘電率の絶縁材料はLow-k材料という用語で一般的に呼ばれているが、このLow-k材料を使用する上で、CMP工程特有の問題が生じる。
【０００３】
この特有の問題とは、Low-k材料の研磨中の剥離の問題である。一般的にLow-k材料は誘電率を低下させればさせるほど、機械的強度も低下する傾向にある。機械的強度が大きく低下すると、Low-k材料は研磨中のせん断応力に耐えかねず、剥離を起こしてしまう。
【０００４】
このような剥離の問題を回避するために、従来からCu/Low-kプロセスでは、剥離を起こさないように極力大きなせん断応力が働かない研磨を試みてきている。そのうちの一つは、低圧研磨技術であるが、もう一つは、電解研磨技術である。特に後者の電解研磨技術は、従来のCMP(Chemical Mechanical Polishing)の化学作用と機械的な作用に加えて、新たに電解溶出作用を加えることで、相対的に機械的な作用を軽減して、ウェハ表面に極力ダメージを与えない研磨をねらったものである。電解研磨を行うことで従来の化学機械作用よりも、単純にもう一つの電解溶出作用が増えるために、研磨レートが上昇し、非常に効率よく加工を行うことができる。
【０００５】
しかし、その反面、加工に作用する要素が増えることでそれだけ、加工の制御・管理が一層複雑化し、安定した加工を行いにくいといった問題点が生じる。特に、電解加工では、その名の通り電気を通電して加工を行うものであるが、一般的に電気を通電するといっても、必ずしも一様に電気が通電するとは限らない。
【０００６】
特に研磨中のウェハに通電する場合、ウェハ自体も運動しながら、表面は機械的に研磨が進行している。ウェハを研磨する際には、当然のことながら微小な振動は起こっている。装置の振動やウェハの振動は、ウェハとウェハに電流を与える電極との接触が断続的になり、安定した電流の調整は非常に困難となる。
【０００７】
仮に、ウェハへ電流の供給が断続的になった場合、それだけ電解溶出による加工のばらつきとして現れるため、問題となる。電解加工を行うに当たっては、如何に安定して均一にウェハに対して電気を供給できるかが、研磨の均一性や研磨レートの安定性などに代表される研磨性能の安定性を確保するための鍵となる。
【０００８】
このような背景に対して従来の構成は、以下のような電極構成をとる。例えば、米国特許第7684064には球面体の電極をウェハチャック台内に埋め込み、球面体の表面がウェハ表面に接触することで、ウェハ表面に電気が通電されるようになっている。しかし、このような構成では、ウェハと電極は必ずしも一定の接触形態にはならない。
【０００９】
これは、以下の要因があげられる。即ち、（１）球面体電極とウェハの間にスラリーが
入り込み、その間の抵抗が変化する。（２）球面体電極の摺動性が必ずしも一様であるとは限らず、仮に球面体電極がウェハに追従して回転しにくいときは、ウェハと球面体電極間でスリップを生じて、その間の電気抵抗が変化する。（３）ウェハ面内を球面体電極が運動して接触するが、球面と平面であるといっても、双方が相対的に運動しているために、微小な振動の影響などから、実質的に断続的な接触となっている。
【００１０】
このような問題を抱えた状態においては、量産においてどのウェハに対しても常時均一な安定した電流を供給することができなくなる。安定した電流供給ができないことは、ウェハの研磨形状がそれだけ乱されることに直結し、ウェハの研磨性能そのものに、大きな影響を及ぼすことになる。  
【００１１】
また、特開２００３―３４７２４３では、リテーナリングの内周面に通電電極を配し、通電電極に当接する外周金属膜を介して金属膜に通電して電解加工する機構が示されている。さらに、基板はリテーナよりも小さい場合、研磨中に基板はリテーナ内でオービタル運動しながら通電される機構が開示されている。
【００１２】
しかし、この場合もウェハがリテーナ内周部に設けた電極に対して、断続的に接触するために結果として流れる電流も断続的になる。また、ウェハの周囲は、必ずしもリテーナ内周部に全周に渉って接していないため、ウェハ内で電流が流れる部分は、各時間単位で見た場合は、局所的にしか流れていないことになる。これは実質的に電解溶出加工が局所的な加工が進行する形となり、必ずしもウェハ周囲に渡って一様に電解加工できるとは限らなくなる。
【００１３】
また、リテーナの内面はウェハの外周と接触するが、ウェハと接触していないときは、スラリー内に浸されることになる。仮に、腐食性の強いスラリー内に浸された場合、電極表面はすぐに酸化し、また、ウェハ表面の銅自身も酸化が進行することになる。結果的に、材料の劣化によっても、実際に通電される電流量は変化するため、安定した研磨量を確保することはできない。
【００１４】
また、リテーナの内面でウェハの外周と接触する際、電極材料だけが接触する場合では、電極材料とウェハとの間にせん断応力が働き、仮にウェハと電極材料がずれた場合に、ウェハが傷つけられる場合がある。ウェハと電極材料が、相対的に運動しないクランプ構造にしている場合においても、ウェハが電極材料だけでクランプされている場合では、ウェハと電極材料間のどこか一部にでも局所的なせん断応力が働くとやはり、ウェハ外周部に傷がつくことやダメージを与えることになる。
【００１５】
また、接触圧力によって、接触抵抗が変化する。そのため、ウェハが電極に対して運動しないようにグリップするという効果を、電極材料自身に与えてはならない。電極は給電するための機能として、ウェハに一定の圧力で接触するだけで、ウェハが運動しないように、ウェハからせん断応力をうけるグリップする媒体は、電極とは別の材料とする必要がある。
【００１６】
さらに、公知の文献にはないが、ウェハに接触する電極材料は、ウェハとともに回転するため、回転体に固定して設ける必要がある。従って、ウェハに電流を流す電源は回転しないため、電極材料に流れる電流は、電極材料に到達するまでの、どこかの部分で、回転体と静止体をつなぐ連結機構、例えば、ロータリージョイント機構を介在させなければならない。このロータリージョイント機構も従来の公知例においては言及されていないが、ウェハに対して、極力安定した一定の電流を供給する目的においては、前記連結機構の部分も連動して考慮しなければならない。
【００１７】
特に、第１の導電性固体と第２の導電性固体が、運動しながら接触して電流を受け渡しする場合、先に述べたように、その時々によって、接触状態が微小に変化する問題は、当然のように現れる。この接触状態の変化は、接触抵抗の変化を引き起こし、安定した電流の供給を妨げることになる。  
【００１８】
従来、此種電解加工装置におけるアノード（陽極）の取り付け構造についいては様々な方法が提案されている。例えば、ウェハを研磨するパッド表面に球面体を埋め込み、該球面体をウェハ表面に接触させてアノードを形成し、且つ、前記パッドの下側にカソードを形成したもの（特許文献１参照）、或いは、リテーナの内周部に電極を設けて、該リテーナの内周部から電気を通電するように構成したものがある（特許文献２参照）。
【００１９】
かかる事例においても、先の接触状態のばらつきに伴う接触抵抗のばらつきの問題は加味されておらず、第１の導電性固体と第２の導電性固体の接触状態が場所によって、変化することは避けることはできない。従来技術においては、こうした問題を解決すべく対応可能であるとは言いがたい。
【特許文献１】米国特許第７６８４０６４号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１，２記載の従来技術はいずれもパッドの電極面内で電位勾配が生じるため、安定した電流を得ることができない。特に、前記パッド内の球面体から電気を供給する方式では、電解加工装置のウェハ処理時、ウェハと電極の接触状態が一定にならないために、安定した電気の供給が確保されない。また、前記リテーナの内周部から電気を供給する方式では、ウェハと電極が断続的に接触するため、安定した電気の供給が不可能になる。
【００２１】
以上のことから、従来の電解加工装置の電極構造では、加工物であるウェハの側に陽極を設けて通電しているが、安定した電気の供給が確保し難い。殊に、リテーナ内部又はパッド表面に電極を設けた場合、加工処理中、処理液や外気との接触により電極が腐食酸化により劣化し易い。この場合、電気抵抗が変化して通電量が安定せず、ウェハ表面の平坦化の加工精度が低下するという問題があった。
【００２２】
また、電極材料自体にウェハをクランプして保持するという機能を持たせた場合、電極材料とウェハとの間の接触状態が局所的にばらつき、その接触状態のばらつきが、接触抵抗の変化を生じるという問題があった。この接触状態の変化は、ウェハ外周部の給電状態に大きく影響するため、ウェハ面内が均一に電解研磨されないという問題に進展する。
【００２３】
さらに、電極材料が回転体の場合においては、電極材料に給電するまでのどこかで、回転体と静止体の間で電流の授受があり、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間で運動しながら接触する状態においては、安定した接触抵抗を得ることができず、その結果、電極材料およびウェハに対して、安定した電流を与えることができない問題があった。この問題は、電極材料とウェハ間の安定した給電を実現するうえにおいて、付随的に取り上げられる重要な内容である。又、ウェハに対して安定した電流を与えるという目的を達成する上において、その達成すべき精度によっては、副次的にクローズアップされる問題となる。
【００２４】
そこで、電解加工において安定かつ均一な電気供給を確保し、安定した電解加工を行うに当たって、電極の劣化を防止して加工精度を高め、ウェハが電極材料に対してずれることなく安定して支持でき、且つ、ウェハ外周部に対して電極材料を安定した接触圧力で接触し、更に、電極材料が回転体であって電源が外側に配置された場合に安定した接触状態
を保ち一定の電流を常時供給できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェハが載置固定される回転駆動可能なウェハチャック台と、前記ウェハと対向する加工電極を有する加工ヘッドとを備え、前記ウェハと加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工装置において、前記ウェハの外周部にウェハチャック機構を設け、ウェハを着脱可能に取り付けると共に、ウェハチャックを含むウェハチャック台は、回転体であり、電解加工中はウェハとともにウェハチャック台も回転し、該ウェハチャック機構のウェハ接触部分に電解加工時に前記ウェハと接触して給電する給電電極を設け、電解加工中は前記給電電極と前記ウェハは相対的に位置が変化せず、同位置で静止し、更に、該給電電極とウェハとの接触部の周囲を封止するように構成して成る電解加工装置を提供する。
【００２６】
この構成によれば、電解加工時、ウェハチャック機構のウェハ接触部分に電解加工時に前記ウェハと接触する給電電極を設け、電解加工中は前記給電電極と前記ウェハは相対的に位置が変化せず、同位置で静止するので、給電電極からウェハへの電気の供給が安定する。
【００２７】
請求項２記載の発明は、上記ウェハと接触する給電電極部は、表面が導電性材料であるとともに弾性的にウェハに接触するように構成されている請求項１記載の電解加工装置を提供する。
【００２８】
この構成によれば、前記給電電極に取り付けた導電性材料（導電部材）は、ウェハが回転中であっても、該ウェハの外周部に弾性的に所定の圧力で接触する。したがって、給電電極からウェハへの連続した電気供給が安定して維持される給電電極部は、ウェハに弾性的に接触するので、給電電極部は所定の圧力でウェハに当接する。
【００２９】
請求項３記載の発明は、上記ウェハと接触する上記給電電極は、周囲が封止された導電性電極であって、該給電電極とウェハ間の空隙に導電性の液体を供給できるように構成して成る請求項１記載の電解加工装置を提供する。
【００３０】
この構成によれば、給電電極とウェハは、それらの間の空隙に導電性の液体を供給することにより、給電電極からウェハに通電される。
【００３１】
請求項４記載の発明は、上記ウェハに電源から給電する途中の経路であって、常時連続的かつ静止して接触していない電流経路において、導電性液体を介して第１の導電性固体と第２の導電性固体を互いに電気的に接触するように構成して成る請求項１記載の電解加工装置を提供する。
【００３２】
この構成によれば、電源とウェハの間の通電経路において、第１の導電性固体と第２の導電性固体は、導電性液体を介して互いに電気的に接触するので、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の電気抵抗が均一化する。
【００３３】
請求項５記載の発明は、前記給電電極は非電解加工時に可動式の保護カバー又はシャッター等の遮断部材により外気と遮断されるように構成されている請求項１,２又は３記載の電解加工装置を提供する。
【００３４】
この構成によれば、非電解加工時、給電電極は可動式の保護カバー又はシャッター等の
遮断部材により被蔽される。従って、給電電極の表面は外気と遮断されているので、外気との接触による給電電極の劣化が防止される。
【００３５】
請求項６記載の発明は、上記給電電極は非電解加工時に窒素パージにて外気と遮断されるように構成されていることを特徴とする請求項１,２,３又は５記載の電解加工装置を提供する。
【００３６】
この構成によれば、非電解加工時、給電電極は窒素パージにより外気との接触が遮断される。従って、給電電極の表面は外気に接触しないので、外気との接触酸化による給電電極の劣化が防止される。
【００３７】
請求項７記載の発明は、上記給電電極は、その先端側に可撓性を有する導電ファイバー等の導電部材が設けられ、該導電部材は上記ウェハの外周部に弾性的に接触するように構成されている請求項１，２,３,５又は６記載の電解加工装置を提供する。
【００３８】
この構成によれば、可撓性を有する導電ファイバー等の導電部材は、ウェハの外周表面に安定して弾接するので、可撓性を有する導電ファイバー等の導電部材は、導電部材のウェハとの接触状態が常に安定的に維持される。
【００３９】
請求項８記載の発明は、ウェハとウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、電解加工に至るステップが、前記ウェハのチャック部を開くステップと、該ウェハをウェハチャックに載置するステップと、該ウェハチャックに載置されたウェハをチャックするステップと、該ウェハをチャックして、該ウェハに通電する給電電極をウェハに接触させるステップと、該ウェハと給電電極との接触部の周囲をシールするステップとを有し、電解液を流しながら、前記ウェハチャックとともに前記ウェハを回転させて、該ウェハ表面を電解加工するステップからなる電解加工方法を提供する。
【００４０】
この加工方法によれば、ウェハと給電電極の接触部の周囲をシールしながら、該ウェハ表面を電解加工するので、給電電極の表面は外気と遮断されている。
【００４１】
請求項９記載の発明は、ウェハとウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、ウェハ保持・加工状態からウェハを外す場合のステップが、ウェハ表面に接触・給電していた給電電極を外すステップと、該給電電極をウェハから外すと即座にウェハに接触・給電していた給電電極を外気から保護するステップとを有する電解加工方法を提供する。
【００４２】
この加工方法によれば、ウェハ保持・加工状態からウェハを外す場合に、ウェハ表面に接触・給電していた給電電極を外すと即座に、ウェハに接触・給電していた給電電極を外気から保護するので、外気との接触酸化による前記給電電極の劣化が防止される。
【００４３】
請求項１０記載の発明は、上記ウェハの給電電極を外気から保護する手段は、該給電電極を覆うケース内に給電電極を格納し、該ケース内は大気とは異なる雰囲気で保持されている請求項９記載の電解加工方法を提供する。
【００４４】
この加工方法によれば、非電解加工時に、ケース内に格納された給電電極は、外気への暴露が遮断される。
【００４５】
請求項１１記載の発明は、ウェハと該ウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給し
つつ電圧を印加して、加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、電解加工に至るステップが、前記ウェハのチャック部を開くステップと、該ウェハをウェハチャックに載置するステップと、前記ウェハチャックに載置されたウェハをチャックするステップと、前記ウェハをチャックして、該ウェハに通電する給電電極を該ウェハに接触させるステップと、該ウェハと給電電極との接触部の周囲をシールするステップと、該シールされた部分に導電性の液体を封入するステップとを有し、電解液を流しながら前記ウェハチャックとともに前記ウェハを回転させて、該ウェハ表面を電解加工する電解加工方法を提供する。
【００４６】
この加工方法によれば、電解液を流しながらウェハチャックとともにウェハを回転させてウェハ表面を電解加工し、この場合、ウェハと給電電極との接触部の周囲をシールし、且つ、該シールされた部分に導電性の液体を封入するので、該封入液体によって給電電極の表面は、外気との接触が遮断されている。
【００４７】
請求項１２記載の発明は、上記ウェハに通電する際に、該ウェハに電源から給電する途中の経路であって、常時連続的かつ静止して接触しない電流経路に対して、第１の導電性固体と第２の導電性固体を互いに接触させつつ通電させ、且つ、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の接触抵抗を均一化させる請求項１１記載の電解加工方法を提供する。
【００４８】
この方法によれば、電源とウェハの間の通電経路において、第１の導電性固体と第２の導電性固体を相互に接触させて通電すると共に、双方の導電性固体同士の接触部の電気抵抗を均一化させるので、一様な大きさの電流がウェハに常に安定して供給される。
【００４９】
請求項１３記載の発明は、上記第１の導電性固体と第２の導電性固体の接触抵抗の均一化は、該第１の導電性固体と第２の導電性固体の間に導電性の液体を供給して行う請求項１２記載の電解加工方法を提供する。
【００５０】
この加工方法によれば、電源とウェハの間の通電経路において、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間に導電性液体を供給することにより、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の電気的な接触抵抗が均一化されるので、ウェハに所定量の電流が安定的に供給される。
【発明の効果】
【００５１】
請求項１記載の発明は、電解加工時に給電電極からウェハへの給電が常に安定するので、ウェハに対して均一な平坦加工を効率良く行うことができる。
【００５２】
又、給電電極の周囲は弾性体にて封止保護されているので、電解加工中に電解液などが給電電極に接触することが阻止され、給電電極の腐食劣化を効果的に防止することができる。
【００５３】
請求項２記載の発明は、給電電極は可撓性の導電部材を介して常に安定して給電できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェハの平坦化加工を一層良好に行うことができる。
【００５４】
請求項３記載の発明は、給電電極は導電性の液体を介して常に安定してウェハに給電できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェハの平坦化加工を一層良好に行うことができる。
【００５５】
請求項４記載の発明は、電源とウェハの間の通電経路において、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の電気抵抗が均一化するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、
ウェハ面内を均一に電解研磨することができる。
【００５６】
請求項５記載の発明は、非電解加工時、遮断部材により外気との接触による給電電極の腐食が防止されるので、請求項１,２又は３記載の発明の効果に加えて、給電電極の腐食による劣化が阻止されて、該給電電極の使用寿命が長くなるメリットを有する。
【００５７】
請求項６記載の発明は、給電電極は可撓性の導電部材を介して常に安定して給電できるので、請求項１,２,３又は５記載の発明の効果に加えて、ウェハの平坦化加工を一層良好に行うことができる。
【００５８】
請求項７記載の発明は、導電ファイバー等を介して、ウェハに対して連続した電気供給を安定して行えるので、請求項１，２,３,５又は６記載の発明の効果に加えて、ウェハの回転速度が大きい場合でも、ウェハに連続した電気供給が常に良好に確保され、ウェハの平坦化を一層精度良く実行することができる。
【００５９】
請求項８記載の発明は、電解加工時に前記給電電極の表面は外気と遮断されているので、外気との接触による給電電極の劣化をより効果的に防止することができる。
【００６０】
請求項９記載の発明は、非電解加工時において、外気との接触酸化による給電電極の劣化腐食を防止できるので、該給電電極の使用寿命を長くすることができる。
【００６１】
請求項１０記載の発明は、給電電極を格納するケース内は、大気とは異なる雰囲気で保持されているので、請求項９記載の発明の効果に加えて、非電解加工時に、給電電極は、外気との接触による劣化が防止されるだけでなく、外力による損傷も未然に防止することができる。
【００６２】
請求項１１記載の発明は、電解加工時、給電電極の表面は、該封入液体によって外気との接触を遮断できるので、給電電極を格納するケース内は、大気とは異なる雰囲気で保持されているので、外気との接触による給電電極の劣化を効果的に防止することができる。
【００６３】
請求項１２記載の発明は、ウェハへの通電経路において、第１の導電性固体と第２の導電性固体の間の接触抵抗を均一化することにより、一定の電流をウェハに常に安定して供給できるので、請求項１１記載の発明の効果に加えて、ウェハ面内を均一に電解研磨することができる。
【００６４】
請求項１３記載の発明は、ウェハに所定量の電流が安定的に供給できるので、請求項１２記載の発明の効果に加えて、ウェハ面内における電解研磨量を一層均一に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
本発明は、電解加工において安定した電気供給を確保し、且つ、電極の劣化を防止して加工精度を高めるという目的を達成するため、ウェハが載置固定される回転駆動可能なウェハチャック台と、前記ウェハと対向する加工電極を有する加工ヘッドとを備え、前記ウェハと加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工装置において、前記ウェハの外周部にウェハチャック機構を設け、ウェハを着脱可能に取り付けると共に、ウェハチャックを含むウェハチャック台は、回転体であり、電解加工中はウェハとともにウェハチャック台も回転し、該ウェハチャック機構のウェハ接触部分に電解加工時に前記ウェハと接触して給電する給電電極を設け、電解加工中は前記給電電極と前記ウェハは相対的に位置が変化せず、同位置で静止し、更に、該給電電極とウェハの接触部の周囲を封止するように構成した
ことによって実現した。
【００６６】
本発明に係る電解加工方法は、ウェハとウェハに対向する加工電極の間に電解液を供給しつつ電圧を印加して、前記加工ヘッドに対して前記ウェハを回転させながら電解加工を行う電解加工方法において、電解加工に至るステップが、前記ウェハのチャック部を開くステップと、該ウェハをウェハチャックに載置するステップと、該ウェハチャックに載置されたウェハをチャックするステップと、該ウェハをチャックして、該ウェハに通電する給電電極をウェハに接触させるステップと、該ウェハと給電電極の接触部の周囲をシールするステップとを有し、電解液を流しながら、前記ウェハチャックとともに前記ウェハを回転させて、該ウェハ表面を電解加工するステップからなることを第一の特徴とする。
【００６７】
更に、本発明に係る電解加工方法は、ウェハ保持・加工状態からウェハを外す場合のステップが、ウェハ表面に接触・給電していた給電電極を外すステップと、該電極をウェハから外すと即座に、ウェハに接触・給電していた給電電極を外気から保護するステップとを有し、ウェハの給電電極を外気から保護する手段は、電極部分を覆うケース内に、給電電極を格納し、該ケース内は大気とは異なる雰囲気で保持されていることを第二の特徴とする。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図９に従って説明する。本実施例は、表面に導電性膜が形成されたウェハを平坦に電解研磨する電解加工装置の電極封止機構に適用したものである。
【００６９】
図１に示すように、電解加工装置１は、ウェハＷが載置固定される円盤状のウェハチャック台(保持台)２と、該ウェハチャック台２の上方に配置された加工ヘッド３とを備え、ウェハチャック台２は図示しないモータにより回転駆動される。又、前記ウェハＷの表面にはＣｕ膜等の導電性膜が形成されている。
【００７０】
更に、ウェハＷの外周部には６個のウェハチャック４１〜４６が着脱可能に取り付けられ、これらウェハチャック４１〜４６はウェハＷの外周方向にて等間隔を有して配置されている。更に、各ウェハチャック４１〜４６はウェハＷに対して給電部を構成するものであって、ウェハチャック４１〜４６の内側（ウェハＷ側）には、ウェハＷに電気を供給するための給電電極Ａ〜Ｆが設けられている。この給電電極Ａ〜Ｆは後述のようにチャック時には、処理液等が侵入しないように周囲をシールしてウェハＷに通電可能に接触する。尚、給電電極Ａ〜Ｆはシール構造のカップリングを介して外部に配線することが好ましく、この場合、配線の途中に電流計を設置することができる。
【００７１】
前記加工ヘッド３の先端部には加工電極（対向電極）５が設けられ、この加工電極５はウェハＷ上面に対して微小なギャップを有して対面している。前記加工電極５及び給電電極Ａ〜Ｆの材料としては、所要の導電性を有するものであれば、カーボン、銅、銀、金、プラチナ等の金属を任意に採択できる。
【００７２】
又、加工ヘッド３はアーム（可動部材）６の先端部に取り付けられ、該アーム６の基端部は、高さ調整可能な鉛直軸７の上部に回動可能に取り付けられている。従って、加工ヘッド３は鉛直軸７を中心として円弧状に回動することにより、ウェハＷの半径方向に移動することができる。尚、加工ヘッド３を移動させる可動部材はアーム６に代えてスライダーを用いることもでき、その他の可動部材を用いて加工ヘッド３をウェハＷの半径方向に動作できるものであれば、該可動部材は特に限定されない。
【００７３】
８はウェハＷと加工ヘッド３との間に電圧を印加するための直流電源であり、該直流電
源８の一方側は加工ヘッド３の加工電極（カソード）５に接続され、該直流電源８の他方側はウェハＷの給電電極（アノード）Ａ〜Ｆに図示しない回転自在に構成されたスリップリングを介して接続されている。更に、９はウェハＷの上方に設けた供給ノズルであり、この供給ノズル９は、電解加工時にウェハＷ上面に電解液１０（スラリー等）を供給する。
【００７４】
相互に隣接する給電電極Ａ〜Ｆ同士は、図２に示すように、それぞれ導線１１〜１６により接続されているとともに、各導線１１〜１６には電気抵抗を測定するためのテスタ２１〜２６が設けられている。該テスタ２１〜２６の測定値はコントローラ１７に送信されて各給電電極Ａ〜Ｆの導通状態が評価判定、される。即ち、前述した各測定値が所定範囲内であるか否かが判定され、その結果はモニタ装置１８にて表示される。従って、導通不良が生じた場合、複数の給電電極Ａ〜Ｆのうちの何れが導通不良となったかを特定することができる。この導通状態の評価判定は電解加工の開始前及び開始後に絶えずモニタされ、導通不良の時はアラームによりオペレータに自動的に報知される。斯くして、給電電極Ａ〜Ｆの接触状態を導通評価によって確認できるため、絶えず安定した導通を得ることができる。
【００７５】
又、ウェハＷの上方には加工センサ１９がウェハＷの半径方向へ移動可能に配設され、該加工センサ１９はウェハＷ上面の加工変化点を指向する投光部及び受光部を備える。この加工センサ１９により、電解加工中におけるウェハＷの加工変化点（加工終了点ではない）が光学的に検出される。該加工センサ１９の検出信号はコントローラ１７に送信されて加工進行状況が解析され、その結果はモニタ装置１８にて表示される。
【００７６】
次に、本発明の特徴部分である給電電極Ａ〜Ｆの封止機構について説明する。なお、個々の給電電極Ａ〜Ｆの封止機構は弾性体にて被覆して封止されているが、全て同一構造であるので、以下、給電電極Ａの構造について説明する。
【００７７】
図３に示すように、ウェハチャック４１の内側には断面逆Ｌ形の電極保持部２０が設けられている。更に、該電極保持部２０の内側には断面逆Ｌ形の給電電極Ａが装着され、この給電電極Ａの下端部は、ウェハＷの外周部上面に通電可能に接触するように保持されている。
【００７８】
上記ウェハチャック４１と給電電極Ａの間にはゴム等の弾性体２７が介装され、この弾性体２７の内面の所定箇所には嵌合溝２８が形成されている。又、該嵌合溝２８にはウェハＷの外周部が着脱可能に嵌着され、この嵌着状態では、ウェハＷは弾性体２７から適度な挟持力を受けて固定される。尚、ウェハチャック４１は、ウェハチャック台２上のウェハＷに対して進退動作可能かつ上下位置調整可能に設けられている。
【００７９】
次に、上記電解加工装置１を用いて、ウェハＷ上面の導電性膜を除去する場合について説明する。先ず、ウェハチャック台２上のウェハＷの中心真上に加工ヘッド３を配置する。次に、供給ノズル９から電解液１０をウェハＷ上面に供給しつつ、ウェハチャック台２を回転させると共に、加工電極５とウェハＷの間に電圧を印加して電解加工を行う。
【００８０】
而して、加工電極５をウェハＷの中心から外周部に向けて移動させることにより、ウェハＷ上面の導電性膜が除去される。この場合、加工電極５とウェハＷの間に電解液１０が流入して微小なギャップが形成され、且つ、ウェハＷ表面の凸部に電界集中が発生して、該凸部が選択的に除去される。尚、６個の給電電極Ａ〜Ｆは相互に対峙して配置されているので、電解加工中、６個の給電電極Ａ〜Ｆと加工電極５との相対位置関係（電極間距離）は全体として一定な関係が維持され、ウェハＷ表面全周においてより安定した電流が供給される。
【００８１】
本実施例によれば、電解加工時、給電電極Ａ〜Ｆは、弾性体２７にてウェハＷの外周部に適度な押圧力で弾接するので、給電電極Ａ〜ＦからウェハＷへの電気の供給が常に安定する。従って、ウェハＷに対して均一な平坦加工が効率良く行われる。又、給電電極Ａ〜Ｆの周囲は弾性体２７にて封止保護され、且つ、弾性体２７は耐薬品性を有するシリコンゴム等より成るので、電解加工中、電解液１０等の処理液が給電電極Ａ〜Ｆに接触することを阻止し、給電電極Ａ〜Ｆの酸化劣化を効果的に防止できる。
【００８２】
前記給電電極Ａ（Ｂ〜Ｆ）の他の封止機構を図４に示す。同図において、給電電極Ａ先端部には可撓性の導電部材２９、例えば，所要の曲げ力を有する導電性カ−ボンファイバ又は導電性ブラシ等が取り付けられ、該導電部材２９はウェハＷ表面に適度な押圧力にて通電可能に安定的に接触している。
【００８３】
前記電極封止機によれば、給電電極Ａの導電部材２９がウェハＷの外周表面に一定圧力で弾接するので、ウェハＷの回転速度が大きい場合でも、導電部材２９のウェハＷとの接触状態が常に安定的に維持される。従って、給電電極ＡからウェハＷに連続した電気供給が常に良好に行われ、ウェハＷの平坦化を一層精度良く実行することができる。
【００８４】
本実施例では、図５に示すように、非電解加工時には給電電極Ａ〜Ｆが外気と接触しないように遮蔽手段を設けることができる。即ち、給電電極Ａの下方に可動式の保護カバー又はシャッター等の遮断部材３０を開閉可能に設け、非電解加工時に遮断部材３０を閉鎖位置に移動させて給電電極Ａ〜Ｆを保護することにより、該給電電極Ａ〜Ｆの表面が外気と遮断される。なお、２０Ａはシリコンゴム等の弾性材からなる外周シールである。
【００８５】
この構成によれば、非電解加工時において給電電極Ａ〜Ｆは、遮断部材３０により外気と遮断されるので、外気との接触による給電電極Ａ〜Ｆ表面の腐食が防止される。従って、給電電極Ａ〜Ｆの腐食による劣化が阻止されて、給電電極Ａ〜Ｆの使用寿命を長くすることができる。
【００８６】
本実施例に係る給電電極Ａ〜Ｆの他の遮蔽手段として窒素パージ（窒素ブロー）を採択することにより、上記と同様の効果を奏することができる。即ち、図６に示すように、非電解加工時に給電電極Ａ〜Ｆを窒素パージ３１にて外気と遮断するように構成することができる。これにより、給電電極Ａ〜Ｆ表面の外気との接触が遮断され、給電電極Ａ〜Ｆの酸化劣化を確実に阻止することができる。
【００８７】
尚、ウェハチャックの個数は本実施例では６個としたが、ウェハチャックの個数は特に限定されない。又、給電電極Ａ〜Ｆの平面形状は、図７に示すように、円弧状に形成することもでき、給電電極Ａ〜Ｆの平面形状はとくに限定されない。更に、上記実施例において、電解加工の連続処理時に、テスタ２１〜２６により各給電電極Ａ〜Ｆの電気抵抗の変化を連続して測定し、各給電電極Ａ〜Ｆの電気抵抗の変化を相互に比較することにより、ウェハＷの全周において導電性膜の除去割合が一定であるかを絶えず確認することができる。
【００８８】
本発明の電解加工方法によれば、ウェハＷと給電電極Ａ〜Ｆの接触部の周囲をシールしながら、該ウェハＷ表面を電解加工することにより、外気との接触による給電電極Ａ〜Ｆの劣化を防止できる新規な電解加工方法を提供することができる。
【００８９】
また、ウェハＷ保持・加工状態からウェハＷを外す場合のステップが、ウェハＷ表面に接触・給電していた給電電極Ａ〜Ｆを外すステップと、該給電電極Ａ〜ＦをウェハＷから外すと、即座にウェハＷに接触・給電していた給電電極Ａ〜Ｆを外気から保護するステッ
プとを有することにより、非電解加工時において、外気との接触酸化による給電電極Ａ〜Ｆの劣化腐食を防止して、該給電電極Ａ〜Ｆの使用寿命性が向上する新規な電解加工方法を提供することができる。
【００９０】
特に、ウェハＷの給電電極Ａ〜Ｆを外気から保護する手段は、該給電電極Ａ〜Ｆを覆うケース（図示せず）内に給電電極Ａ〜Ｆを格納し、該ケース内を大気とは異なる雰囲気に保持することにより、ケース内に格納された給電電極Ａ〜Ｆは、外気への暴露が遮断されるので、非電解加工時に、給電電極Ａ〜Ｆは外気との接触による劣化が防止できるだけでなく、外力による損傷も防止することができる。
【００９１】
さらに、本発明は、電解加工に至るステップが、ウェハＷのチャック部を開くステップと、ウェハＷをウェハチャック４１〜４６に載置するステップと、ウェハチャック４１〜４６に載置されたウェハＷをチャックするステップと、ウェハＷをチャックして、該ウェハＷに通電する給電電極Ａ〜Ｆを該ウェハＷに接触させるステップと、該ウェハＷと給電電極Ａ〜Ｆとの接触部の周囲をシールするステップと、該シールされた部分に導電性の液体を封入するステップとを有することにより、電解液を流しながらウェハチャック４１〜４６とともにウェハＷを回転させて、ウェハＷ表面が電解加工される。
【００９２】
この加工方法によれば、ウェハＷと給電電極Ａ〜Ｆとの接触部の周囲をシールし、且つ、該シールされた部分に導電性の液体を封入するので、該封入液体によって給電電極Ａ〜Ｆの表面は、外気との接触が遮断される。従って、給電電極Ａ〜Ｆを格納するケース内は、大気とは異なる雰囲気で保持されるので、外気との接触による給電電極Ａ〜Ｆの劣化を効果的に防止することができる。
【００９３】
本発明に係るウェハ給電部の他の封止構造を図８に示す。同図に示すように、ウェハＷと接触する給電電極Ａ（Ｂ〜Ｆ）は、周囲が封止された導電性電極であって、該給電電極ＡとウェハＷ間の空隙に、導電性液体供給機構５０から導電性の液体、例えば水銀などを供給できるように構成されている。このように構成すると、給電電極ＡとウェハＷ間の空隙に導電性の液体を供給することにより、給電電極Ａは導電性の液体を介してウェハＷに安定して給電できるので、ウェハＷの平坦化加工を一層良好に行うことができる。
【００９４】
また、本発明では、ウェハＷに電源から給電する途中の経路であって、常時連続的かつ静止して接触していない電流経路において、水銀などの導電性液体Ｌを介して第１の導電性固体と第２の導電性固体が互いに電気的に接触するように構成することができる。
【００９５】
即ち、図９に例示するように、ウェハＷに接触する給電電極Ａ〜Ｆは、該ウェハＷとともに回転する第１の導電性固体である回転リング５１の上面側に設けた略Ｌ型の中央突起部５２に取り付けられ、且つ、該回転リング５１の下面側外周縁部に設けたフランジ部５３は、第２の導電性固体である導線５４を介して、電源Ｅに電気的に接続されている。
【００９６】
より具体的には、電源Ｅ側の導線５４は、導電性の液体Ｌが溜められた円環状の樋部材５５の下面に電気的に接続されていると共に、前記導電性の液体Ｌの中には回転リング５１下面側のフランジ部５３が回転可能に差し込まれている。  
【００９７】
この構成によれば、電源ＥとウェハＷの間の通電経路において、ウェハＷ側の回転リング５１と電源Ｅ側の導線５４は、導電性の液体Ｌを介して電気的に接触するので、回転リング５１と導線５４の間の電気的な接触抵抗が均一化する。従って、電源ＥからウェハＷに一定の電流が安定的に供給されるので、ウェハＷ面内を常に一層均一に電解研磨することができる。
【００９８】
本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施例を示し、電解加工装置を示す構成説明図。
【図２】図１の平面図。
【図３】一実施例に係る電解加工装置の電極封止機構の構成例を示す要部側面図。
【図４】一実施例に係る電解加工装置の電極封止機構の他の構成例を示す要部側面図。
【図５】一実施例に係る給電電極に対する遮蔽部材の取付け構造を示す要部側面図。
【図６】一実施例に係る給電電極に対する窒素ブローによる遮断保護状態を示す要部側面図。
【図７】一実施例に係る給電電極の形状例を示す平面図。
【図８】一実施例に係る導電性液体供給機構を備えた電極封止機構の構成例を示す要部側面図。
【図９】一実施例に係るロータリージョイント機構の一例を示し、（a）はロータリージョイント機構の樋部材を示す平面図、（b）はロータリージョイント機構の回転リング等を示す正面図。
【符号の説明】
【０１００】
１  電解加工装置
２  ウェハチャック台
３  加工ヘッド
５  加工電極（対向電極）
６  アーム（可動部材）
９  供給ノズル
１０  電解液
１７  コントローラ
１８  モニタ装置
２０  電極保持部
２１〜２６  テスタ
２７  弾性体
２８  嵌合溝
２９  導電部材
３０  遮断部材
３１  窒素パージ
４１〜４６  ウェハチャック
５１  第１の導電性固体である回転リング（ロータリージョイント機構）
５４  第２の導電性固体である導線
Ａ〜Ｆ  給電電極
Ｗ  ウェハ
【図１】
2008266691.tif 000003
【図２】
2008266691.tif 000004
【図３】
2008266691.tif 000005
【図４】
2008266691.tif 000006
【図５】
2008266691.tif 000007
【図６】
2008266691.tif 000008
【図７】
2008266691.tif 000009
【図８】
2008266691.tif 000010
【図９】
2008266691.tif 000011