(57)【要約】      （修正有）【課題】電解加工中の導電性膜の除去加工状況を確認しつつ導電性膜を均一に除去し、導電性膜の取り残しや削り過ぎを無くすことができる、ウェハ表面の導電性膜を電解研磨により除去する電解加工の加工量制御方法及び電解加工装置を提供する。【解決手段】電解加工装置１は、電解加工の進行に伴うウェハＷの導電性膜Ｍの除去領域と未除去領域との加工境界部分Ｓの色変化を電気信号として検出する膜Ｍ色変化検出手段１９と、膜色変化検出手段１９で検出した色変化の検出信号に基づいて前記導電性膜Ｍの加工境界位置と加工進行速度を算出するコントローラと、該コントローラで算出した加工境界位置及び加工進行速度を表示するモニタ装置とを備える。加工ヘッド３はウェハＷの中心Ｏから外周部に向けて移動して導電性膜Ｍを除去加工し、除去加工中に導電性膜Ｍの加工境界位置及び加工進行速度を監視しつつ、電解加工量を制御する。【選択図】図１
2008240038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性膜を形成して成るウェハが載置固定される回転可能なウェハチャックと、前記ウェハ表面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、該ウェハ表面の導電性膜を除去する電解加工の加工量制御方法において、
加工は、ウェハの面内で部分的に加工を行い、その部分加工を重ね合わせて全面加工する加工工程を有し、加工の途中過程において、該加工されている部分と該加工されていない部分の変化領域が存在し、
電解加工中に前記ウェハの導電性膜の除去領域と未除去領域との加工変化部分の色変化を複数の位置で検出し、該検出値に基づいて前記導電性膜の加工変化位置と加工進行速度を算出し、該算出した加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度をリアルタイムでモニター表示しながら前記導電性膜の除去加工量を制御することを特徴とする電解加工の加工量制御方法。
【請求項２】
導電性膜を形成して成るウェハが載置固定される回転可能なウェハチャックと、前記ウェハ表面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、該ウェハ表面の導電性膜を除去する電解加工装置において、
電解加工中に前記ウェハの導電性膜の除去領域と未除去領域との加工変化部分の色変化を複数の位置で検出する移動可能な膜色変化検出手段と、該膜色変化検出手段で検出した色変化の検出信号に基づいて前記導電性膜の加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度を算出するコントローラと、該算出した加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度を表示するモニター装置とを具備し、
前記加工ヘッドを前記ウェハの中心から外周部に向けて移動させて前記導電性膜を除去加工し、該導電性膜の加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度をリアルタイムでモニター表示しながら該導電性膜を除去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３】
上記膜色変化検出手段と対応する上記ウェハ表面の直上に、透明監視板を該ウェハ表面に近接対向するように設け、該透明監視板とウェハ表面との間に上記電解液が入るように構成したことを特徴とする請求項２記載の電解加工装置。
【請求項４】
上記膜色変化検出手段はウェハ半径方向に配置された色センサから成り、該色センサは上記導電性膜の加工変化付近の色変化とその幅を検出し、更に該検出信号をコントローラに送信して色変化データを生成・解析し、該生成・解析された色変化データをモニター装置にて表示するように構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の電解加工装置。
【請求項５】
上記膜色変化検出手段の移動速度は上記加工ヘッドの移動速度と一致するように制御されることを特徴とする請求項２,３又は４記載の電解加工装置。
【請求項６】
上記加工ヘッドの移動速度はコントローラにて得られた加工進行速度と一致するように制御されることを特徴とする請求項２又は５記載の電解加工装置。
【請求項７】
上記膜色変化検出手段は色センサから成り、該色センサは、ウェハ表面上をスキャンできるようなアームないしはリニアガイドに取り付けられ、
上記導電性膜の加工変化付近の色変化を検出するとともに、該検出信号をコントローラに送信して色変化データを生成・解析し、該生成・解析された色変化データをモニター装置にて表示するように構成し、
更に、前記導電性膜の加工に伴い進行していく色変化部分を追尾して、その色変化部分の進行速度を概算して、
加工電極を備えた加工ヘッドのアームのスキャン速度を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の電解加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解加工の加工量制御方法及び電解加工装置に関するものであり、特に、ウェハ表面の導電性膜を電解研磨により除去する電解加工の加工量制御方法及び電解加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、此種電解加工装置においては、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、前記ウェハ表面に形成された導電性膜全域を同時に電解研磨にて除去している。しかし、ウェハ表面の導電性膜全域を同時に除去した場合、該導電性膜全域を均一に除去することはできない。
【０００３】
従来装置において、ウェハ外周部の導電性膜を最初に除去し、その後、ウェハ内周部の導電性膜を除去した場合は、ウェハの内周部には電気が十分に供給されないので、ウェハ内周部の導電性膜を完全に均一に除去することができず、導電性膜の一部に取り残しが起こる。
【０００４】
そこで、電解加工を行う際に、予めウェハ表面の導電性膜の厚さを測定して所望の除去加工量を算出し、該算出値に基づいて加工電極の移動速度を割り出して電解加工を行う方法が提案されている。この場合、加工電極を流れる電流などを測定器で計測し、該計測値を参照して所望の除去加工量を見積もっている（例えば、特許文献１〜６参照）。
【特許文献１】特開２００２−９３７６１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０５４２８号公報
【特許文献３】特開２００３−２６６２４５号公報
【特許文献４】特開２００１−２３３１９２号公報
【特許文献５】特開平７−５２０３２号公報
【特許文献６】特開平４−２５５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、導電性膜の実際の除去加工量が、上記計測値を参照して見積もった加工量と異なることがあり、この場合は、前記導電性膜が完全に均一に除去されずに取り残しを起こすことがある。又、導電性膜が過大に除去されて削り過ぎが生じ、これに起因してディッシングやエロージョン（シニング）等が起こるという問題もあった。
【０００６】
又、ウェハ表面の導電性膜が除去加工されると、除去加工の進行に伴って導電性膜の形状寸法などが変化するため、これに応じてウェハ表面の電気抵抗も変化する。その結果、該電気抵抗の変化により、ウェハに供給される通電量も変化して所望値に制御されないため、ウェハ表面の導電性膜を均一に除去することが困難になる。
【０００７】
特許文献４には、電解加工ではないが、研磨体から露出した研磨対象物に光を照射し、その反射光をモニターして、研磨の状況をみる方法が記述されている。尚、このような研磨対象物に光を照射する方法自体は、例えば、プラテン内に透明窓を形成して、その透明窓を介して、ウェハ表面に光を照射する方法が特許文献５に開示されており、また、特許文献６等には、プラテンに対してウェハをオーバーハングさせて、そのはみ出したウェハ部分にレーザー光を照射する方法なども記載されている。
【０００８】
また、電解加工に限らず、一般的なCMPにおいて、終点検出なる方法がある。しかし、終点を検出するとしても、その終点の定義が難しい。一般的にはウェハ全面同時に研磨されるのであるが、ウェハ面内で必ずしも均一に研磨されているとはいえない。従って、ウェハ全面で均一に研磨されていない場合では、ウェハ面内のどこかの点が膜を取りきって、ちょうど研磨を終了すべき部分であったとしても、その他の部分は、未だもう少し除去対象の膜が堆積していて、研磨をしなければいけないケースもある。
【０００９】
逆に、その他の部分は研磨されすぎていて、ディッシングやエロージョン(シニング)を起こしているケースもある。そうした意味から、ウェハ面内のどの部分でも程度よく研磨されていないケースが多い。以上のように、研磨の均一性が必ずしも完全に均一でない場合においては、終点検出といっても、ウェハ面内の場所によっても異なることから、ウェハ全体として何をもって終点と定義するかが曖昧である。
【００１０】
また、そうしたウェハ面内での状態によって終点検出という定義が曖昧であるにも関わらず、その終点状態が検出された場合、まさに膜を取りきった時点もしくは、その直前状態において、研磨の動作をすぐに止めるといった早急な判断をすることになる。
【００１１】
こうした制御方法の場合、終了点をポイントで検出するとともに、その検出後の動作も早急な判断を行うため、突発的な状態の変化やプロセス中の変動に対して誤動作することがしばしばみられた。
【００１２】
なお、特許文献４にあるように、従来はウェハ表面をモニターするといっても、ウェハの全面が均一に研磨されていること、或いは、ウェハ面内全域で同時に研磨されていることが前提となっている。従って、光の反射率変化をモニターするにしても、時間的な変化(一次元の変化)だけをモニターしているに過ぎない。仮に複数のセンサが存在していたとしても、ウェハ面内で同時に研磨されていることを前提した場合、すべて同一のデータが得られるはずであり、実質的に一つのセンサが正常に作動しておれば、原理的に十分事足りる。
【００１３】
そこで、電解加工中の導電性膜の加工進行状況をリアルタイムで確認しながら、導電性膜の除去度合いをモニターしていく方法において、その除去度合いの変化過程に対して、終点というような点ではなく、除去される状況を俯瞰的にみた、ある幅を持って確認しながら進めて、導電性膜の取り残しや削り過ぎを、安定して精度よく無くす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。
【００１４】
なお、本発明は、研磨されている状態をモニターしながら、単純に研磨の終了点をモニターして、検知後所定の時間に研磨を停止するものではない。
【００１５】
また、本発明は、研磨が終了する前において、電解研磨されている際において、研磨の終了点付近における移り変わりもしくは変化の状態を、ある一定の幅を持って精度よく検出し、その結果の対処方法として、アームの先端に取り付けられた電極の、ウェハ上におけるスキャン速度をその場でリアルタイムにて変化させる。その研磨終了点付近の膜状態の移り変わりもしくは変化の状態から、研磨が終了するであろうときに、膜の取り残しや研磨されすぎもなく、ちょうどよく研磨が完了するように、研磨中の変化している部分において、ある一定の幅で表面状態を観察し、その状態から得た結果によって、電極のスキャンスピードを調整することにより、電解加工レートを制御するリアルタイムなフィードバック方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、導電性膜を形成して成るウェハが載置固定される回転可能なウェハチャックと、前記ウェハ表面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、該ウェハ表面の導電性膜を除去する電解加工の加工量制御方法において、加工は、ウェハの面内で部分的に加工を行い、その部分加工を重ね合わせて全面加工する加工工程を有し、加工の途中過程において、該加工されている部分と該加工されていない部分の変化領域が存在し、電解加工中に前記ウェハの導電性膜の除去領域と未除去領域との加工変化部分の色変化を複数の位置で検出し、該検出値に基づいて前記導電性膜の加工変化位置と加工進行速度を算出し、該算出した加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度をリアルタイムでモニター表示しながら前記導電性膜の除去加工量を制御する電解加工の加工量制御方法を提供する。
【００１７】
この方法によれば、ウェハ表面の導電性膜を加工電極により電解加工にて除去する際、電解加工の進行に伴い、前記導電性膜の除去領域と未除去領域との間に加工変化部分が生じ、該加工変化部分の表面の色が変化する。この色変化を電気信号として検出し、該検出信号に基づいて前記導電性膜の加工変化位置（加工変化地点）、並びに、加工進行速度を算出してモニター表示する。従って、前記加工変化位置及び加工進行速度をリアルタイムで監視しながら、前記導電性膜の除去加工量を随時制御できる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、導電性膜を形成して成るウェハが載置固定される回転可能なウェハチャックと、前記ウェハ表面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、該ウェハ表面の導電性膜を除去する電解加工装置において、電解加工中に前記ウェハの導電性膜の除去領域と未除去領域との加工変化部分の色変化を複数の位置で検出する移動可能な膜色変化検出手段と、該膜色変化検出手段で検出した色変化の検出信号に基づいて前記導電性膜の加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度を算出するコントローラと、該算出した加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度を表示するモニター装置とを具備し、前記加工ヘッドを前記ウェハの中心から外周部に向けて移動させて前記導電性膜を除去加工し、該導電性膜の加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度をリアルタイムでモニター表示しながら該導電性膜を除去するように構成した電解加工装置を提供する。
【００１９】
この構成によれば、ウェハ表面の導電性膜を加工電極により電解加工にて除去する際、電解加工の進行に伴い、前記導電性膜の除去領域と未除去領域との間に加工変化部分が形成され、該加工変化部分の表面の色が変化する。この色変化は膜色変化検出手段により電気信号として検出され、該色変化の検出信号はコントローラに送信される。そして、コントローラでは、該色変化の検出信号に基づいて前記導電性膜の加工変化位置、並びに、加工進行速度を算出してモニター装置にて画面表示する。従って、前記加工変化位置及び加工進行速度をリアルタイムで監視しながら、前記導電性膜の除去加工量を随時制御できる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、上記膜色変化検出手段と対応する上記ウェハ表面の直上に透明監視板を該ウェハ表面に近接対向するように設け、該透明監視板とウェハ表面との間に電解液が入るように構成した請求項２記載の電解加工装置を提供する。
【００２１】
この構成によれば、膜色変化検出手段と対応するウェハ表面の直上に透明監視板を設け、該透明監視板とウェハ表面との間の微小隙間に電解液が入るようにしたので、膜色変化検出手段で検出されるウェハ表面上に存在する電解液の揺らぎが防止される。
【００２２】
請求項４記載の発明は、上記膜色変化検出手段はウェハ半径方向に配置された色センサから成り、該色センサは上記導電性膜の加工変化付近の色変化とその幅を検出し、更に該検出信号をコントローラに送信して色変化データを生成・解析し、該生成・解析された色変化データをモニター装置にて表示するように構成した請求項２又は３記載の電解加工装置を提供する。
【００２３】
この構成によれば、色センサは上記導電性膜の加工変化付近（加工変化地点のウェハ半径方向両側地点分を含む）の色変化を検出し、該色変化の検出信号はコントローラに送信される。そして、該コントローラでは前記色変化の検出信号に基づいて、色変化データを生成・解析し、この色変化データはモニター装置にて画面表示される。従って、電解加工中、導電性膜の加工変化地点及びこれを挟む両側地点の色変化データが随時監視される。
【００２４】
請求項５記載の発明は、上記膜色変化検出手段の移動速度と上記加工ヘッドの移動速度は互いに一致するように制御される請求項２,３又は４記載の電解加工装置を提供する。
【００２５】
この構成によれば、上記膜色変化検出手段のウェハ半径方向の移動速度（スキャン速度）は、加工ヘッドのウェハ半径方向の移動速度と一致するように制御される。従って、該加工ヘッドの加工電極による除去された導電性膜の加工箇所は、該加工と略同時に膜色変化検出手段により検出される。
【００２６】
請求項６記載の発明は、上記加工ヘッドの移動速度は上記コントローラにて得られた加工進行速度と一致するように制御される請求項２又は５記載の電解加工装置を提供する。
【００２７】
この構成によれば、上記コントローラは膜色変化検出手段からの検出信号に基づき加工進行速度を算出するが、該加工進行速度は上記加工ヘッドの移動速度の目標値となる。即ち、加工ヘッドの移動速度は加工進行速度と一致するように制御される。その結果、加工ヘッドの加工電極による導電性膜の除去量は、加工進行速度に応じて最適にコントロールされる。
【００２８】
請求項７記載の発明は、上記膜色変化検出手段は色センサから成り、該色センサは、ウェハ表面上をスキャンできるようなアームないしはリニアガイドに取り付けられ、上記導電性膜の加工変化付近の色変化を検出するとともに、該検出信号をコントローラに送信して色変化データを生成・解析し、該生成・解析された色変化データをモニター装置にて表示するように構成し、更に、前記導電性膜の加工に伴い進行していく色変化部分を追尾して、その色変化部分の進行速度を概算して、加工電極を備えた加工ヘッドのアームのスキャン速度を制御する請求項２又は３記載の電解加工装置を提供する。
【００２９】
この構成によれば、加工変化付近の色変化を検出してコントローラに送信して色変化データを生成・解析し、該色変化データをモニター表示し、更に、進行していく色変化部分を追尾して該進行速  度を概算して、加工ヘッドのアームのスキャン速度を制御する。従って、前記加工進行速度をリアルタイムで監視しながら、該加工進行速度に応じて該加工ヘッドのアームのスキャン速度が正確に自動的に制御される。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１記載の発明は、加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度をモニター表示することにより、オペレータは電解加工中に加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度を随時把握できるので、電解加工中であっても、必要に応じて導電性膜の除去加工量を所望量に精度良く制御でき、これにより、導電性膜を均一に除去し、導電性膜の取り残しや削り過ぎを無くすことができる。
【００３１】
請求項２記載の発明は、電解加工中、上記導電性膜の加工変化位置、該加工変化の幅及び加工進行速度をモニター表示することにより、該導電性膜の除去加工の進行状況を監視できる。従って、該進行状況を確認しつつ所望の除去加工量に随時制御でき、導電性膜を均一に除去して導電性膜の取り残しや削り過ぎを無くすことができる簡易な構造の電解加工装置を提供することができる。
【００３２】
請求項３記載の発明は、ウェハ表面の直上に設けた透明監視板により、電解加工中にウェハ表面上の電解液の揺らぎを抑制できるので、請求項２記載の発明の効果に加えて、該電解液の揺らぎに起因する膜色変化検出手段による測定誤差を未然に防止することができる。
【００３３】
請求項４記載の発明は、電解加工中、オペレータは上記導電性膜の加工変化付近の色変化状況を常時監視できるので、請求項２又は３記載の発明の効果に加えて、該導電性膜の除去領域と未除去領域の進行状況を随時チェックすることができる。
【００３４】
請求項５記載の発明は、  請求項５記載の発明は、上記加工電極により導電性膜を除去加工した後、該加工地点は膜色変化検出手段により即時に検出されるので、請求項２,３又は４記載の発明の効果に加えて、前記導電性膜の加工変化位置及び加工進行速度をより正確に測定することができる。
【００３５】
請求項６記載の発明は、上記加工ヘッドの加工電極による導電性膜の除去量は、加工進行速度が変化してもこれに応じて最適量に制御されるので、請求項２又は５記載の発明の効果に加えて、導電性膜の取り残しや削り過ぎを一層確実に無くすことができる。
【００３６】
請求項７記載の発明は、前記加工進行速度をリアルタイムで監視しつつ、該加工進行速度に応じて加工ヘッドのスキャン速度を正確に自動制御できるので、請求項２又は３記載の発明の効果に加えて、導電性膜の除去加工精度を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、電解加工においてウェハに形成された導電性膜の取り残し、並びに、過大な電解研磨によるディッシング等の発生を防止し、ウェハ表面の導電性膜を均一に除去するという目的を達成するため、導電性膜を形成して成るウェハが載置固定される回転可能なウェハチャックと、前記ウェハ表面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、該ウェハ表面の導電性膜を除去する電解加工の加工量制御方法において、加工は、ウェハの面内で部分的に加工を行い、その部分加工を重ね合わせて全面加工する加工工程を有し、加工の途中過程において、該加工されている部分と該加工されていない部分の変化領域が存在し、電解加工中に前記ウェハの導電性膜の除去領域と未除去領域との加工変化部分の色変化を複数の位置で検出し、該検出値に基づいて前記導電性膜の加工変化位置と加工進行速度を算出し、該算出した加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度をリアルタイムでモニター表示しながら前記導電性膜の除去加工量を制御することによって達成した。
【００３８】
また、本発明に係る膜色変化検出手段は色センサから成り、該色センサは、ウェハ表面上をスキャンできるようなアームないしはリニアガイドに取り付けて、上記導電性膜の加工変化付近の色変化を検出し、且つ、該検出信号をコントローラに送信して色変化データを生成・解析して、該生成・解析データをモニター装置にて表示し、更に、前記加工時に進行する色変化部分を追尾して、該進行速度を概算して加工ヘッドのスキャン速度を制御することにより、加工精度の一層の向上が図れる。
【００３９】
また、上記膜色変化検出手段の移動速度と上記加工ヘッドの移動速度は互いに一致するように制御することにより、該加工ヘッドの加工電極による除去された導電性膜の加工箇所を、該加工と略同時に膜色変化検出手段により検出することで、前記導電性膜の加工変化位置及び加工進行速度をより正確に測定する。
【００４０】
本発明では、研磨中に突発的な状態の変化や多少の変動があったとしても、それを加味して安定した制御を行う。そのためには、広い領域でモニターし、そのモニター結果の動作として、状況にあわせた緩やかな対応が必要となる。例えば、モニターすべき内容を、終点といった境界状態を判別するのではなく、一定の幅をもった変化状態をモニターする。次に、その変化状態を基にして、すぐに研磨の動作を終了させるなどの早急の動作処理を行うのではなく、加工のスキャンアームのスキャン速度割合を加工状態に応じて緩やかに微調整することが重要になる。これにより、突発的な状態があっても、その状態に応じて安定して対応することが可能となり、安定した制御を実現できる。
【００４１】
又、本発明では、公知例で示されるような同時に研磨されるウェハ表面状態において、その時間的な変化をモニターしているのではない。本発明では、前提となる研磨の方法として、電極アームがスキャンし、ウェハの内側から順番に部分的に加工を行い、その重ね合わせで全面加工していく。斯くして、それぞれの部分場所において適正な加工量を確保し、その加工量が、適正な電極アームのスキャンにより全面同様に加工され、最終的な結果として、面内で均一に加工されるのである。そのため、加工されている部分と加工されていない部分にある一定の変化過程の幅が観察される。
【００４２】
本発明による方法では、加工状態をモニターすることにおいて、そのモニター対象として、前記加工が完了している部分と加工されていない部分の間に存在するある一定の変化過程の部分がモニター対象となる。この変化過程の部分は一定の幅を有しており、この変化の幅をモニターする。この変化の幅は、複数の色センサによって測定される。また、その測定は当該領域の加工完了とほぼ同時に測定される。
【００４３】
尚、従来は、ウェハ内の一つの表面状態の時間変化のみしかモニターできなかったが、本発明では、ウェハ表面の加工状態を少なくとも加工進行方向に対応して検出するための二つのセンサがあり、そのセンサ間の距離と、その二つのセンサが検出した変化度合いから、加工の変化率をモニターし、それによって、加工が適正な速度で行われているかを確認するものである。よって、加工の終点をモニターするのではなく、加工開始点と加工終了点に存在する変化過程の状況が、どれぐらいの幅を有しているかを空間的に求めて、加工の変化率を計算するのである。また、この加工の変化率が所定の変化率とずれた場合に、所定の変化率になるように電極の移動速度をフィードバックする方法を採用する。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図６に従って説明する。本実施例は、ウェハ表面に形成された導電性膜を電気研磨にて均一に除去する電解加工装置に適用したものである。
【００４５】
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２と、該ウェハチャック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の上面にはＴａ膜を介してＣｕ膜（導電性膜Ｍ）が形成されている。
【００４６】
図示例のウェハ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。又、ウェハチャック４１〜４６は、ウェハチャック２上のウェハＷ外周部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。
【００４７】
更に、各ウェハチャック４１〜４６の内側にはそれぞれ、ウェハＷに電気を供給するための給電電極（アノード）Ａ〜Ｆが設けられ、ウェハ取付状態の給電電極Ａ〜Ｆは、ウェハＷ外周部に通電可能に接触するように装着されている。又、給電電極Ａ〜Ｆはシール部材により封止されてため、処理液等による給電電極Ａ〜Ｆ表面の腐食が防止されている。尚、給電電極Ａ〜Ｆは、シ−ル構造のカップリングを介して配線することが好ましく、この配線の途中には電流計を設置することができる。
【００４８】
上記ウェハチャック４１〜４６の具体的な内部構造はそれぞれ同一であって、図３に例示するウェハチャック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。
【００４９】
さらに、ウェハチャック４１と給電電極Ａの間にはシリコンゴム等の弾性体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ている。
【００５０】
一方、上記加工ヘッド３の先端部にはカソードである加工電極（対向電極）５が設けられ、該加工電極５はウェハＷ上面に微小ギャップを有して対面している。この加工電極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、プラチナ等を任意に選択して使用できる。
【００５１】
又、加工ヘッド３はアーム（又はスライダ等の可動部材）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連結されている。従って、加工ヘッド３は鉛直軸７を中心としてアーム６を水平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。
【００５２】
８は前記ウェハ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る。該直流電源８の一方側は加工ヘッド３の加工電極５に接続され、直流電源８の他方側はウェハＷの給電電極Ａ〜Ｆに回転自在に構成されたスリップリング（図示せず）を介して接続されている。また、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。
【００５３】
給電電極Ａ〜Ｆ同士は、図２に例示するように、導線１１〜１６により接続され、各導線１１〜１６には電気抵抗を測定するためのテスタ２１〜２６が夫々設けられている。各テスタ２１〜２６による測定値はコントローラ１７に送信され、該測定値に基づいて給電電極Ａ〜Ｆ間の導通状態が個別に評価判定される。この結果はモニター装置１８にて画面表示され、給電電極Ａ〜Ｆ間の少なくとも１つの測定値が許容範囲以外（導通不良）にあるときは、アラームを発生してオペレータに自動的に報知される。
【００５４】
本実施例では、電解加工中、６個の給電電極Ａ〜Ｆと上記加工電極５との間の電気抵抗（電極間距離に対応する値）も図示しないテスタにより個別に測定され、該測定値はコントローラ１７に送信される。そして、該測定値に基づいて各給電電極Ａ〜ＦによるウェハＷへの通電量が所定値になるように制御されている。
【００５５】
更に、上記加工電極５を流れる電流は電流計（図示せず）により測定され、該電流計による測定値はコントローラ１７に送信され、該コントローラ１７にて電流値を積算して、該積算値と対応するウェハＷの加工量が算出される。該算出されたウェハＷの加工量は、モニター装置１８にて画面表示される。
【００５６】
更に又、ウェハＷの上方には、分光器を備えた膜色変化検出手段１９がウェハＷの半径方向へ移動可能に配設され、該膜色変化検出手段１９により、電解加工中、ウェハＷ表面の導電性膜Ｍの加工変化点（加工終点ではない）が検出される。即ち、膜色変化検出手段１９は、電解加工の進行に伴って形成される、ウェハＷの導電性膜Ｍの除去領域と未除去領域とを変化する部分である加工変化部分の色変化を検出する。
【００５７】
本実施例では、膜色変化検出手段１９は図示しないアームまたはスライダ等の可動部材の先端部に取り付けられ、該可動部材の水平回転または直線動作によりウェハＷの半径方向へ移動する。又、膜色変化検出手段用の可動部材は、加工ヘッド用の可動部材（アーム６等）と共用させてもよいし、或いは、加工ヘッド用の可動部材と別個に設けてよく、この場合、加工ヘッド用の可動部と膜色変化検出手段用の可動部は互いに同期運転させることが好ましい。
【００５８】
更に、膜色変化検出手段１９により検出された信号はコントローラ１７に送信され、該信号に基づき加工進行状況、即ち、前記導電性膜Ｍの加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度（加工変化位置の時間微分値）を算出して、加工進行状況データを生成・解析し、その結果はモニター装置１８にて画面表示される。尚、前記加工ヘッド３の移動速度は、コントローラ１７にて得られた前記加工進行速度と一致するようにフィードバック制御される。
【００５９】
膜色変化検出手段１９は具体的には、図４に示すように、投光部と受光部を備えた５個の色センサ３１〜３５から構成され、各色センサ３１〜３５の投光部と受光部は、加工中、ウェハＷ上面の加工変化点を指向している。５個の色センサ３１〜３５はこの順番でウェハＷの半径方向外方に向かって、加工進行の変化方向に等間隔で一列に並んで配置されている。加工の変化点をモニターしているため、加工中は、加工開始点と加工終了点の間の変化している別々の部分を、それぞれの色センサ３１〜３が同時に測定する。これにより、色センサ３１〜３間隔に応じた加工の進行状況をモニターすることができる。
【００６０】
また、色センサは加工変化点の近くに必ずしも設ける必要はなく、5本のファイバーをウェハＷ付近に近接させ、他端に色センサが取り付けられて、ファイバーを通ってきたそれぞれの光を別置きの色センサで識別しても良い。
【００６１】
いずれにしても、（１）複数の位置で測定する。（２）各変化位置において、ほぼ同時に加工の進行状況に応じた膜色状態をモニターする。（３）それぞれの測定評価位置と膜色状態から加工変化率をモニターすることで、加工の制御を行う。
【００６２】
その加工の制御方法として、電解加工において、電極のスキャン速度や電極へ流す電流量にフィードバックをかけるとよいが、それは次のように電流量を調整するとよい。例えば、5個の色センサのうち基準の色センサを特定する。ここでは、色センサ３１を基準とする。その基準の色センサ３１が検出する色状態がモニターされ、その同じ色状態が絶えずモニターされるように、色センサ31〜３５全体が、ウェハ半径方向へ変化していく色状態部分を追尾していく。
【００６３】
その色センサ３１が追尾する基準状態において、色センサ３１の色を基に、他のセンサ部分で検出した色も測定する。その結果、色センサ３１を基準にして他の色センサ３２，３３，３４，３５の色変化を比較することが可能になる。
【００６４】
例えば、色センサ３１が検出した色と、色センサ３５が検出した色の変化率が、所定の色変化よりも大きい場合、これは、スキャン速度が遅すぎるために、すでに加工完了している部分で、さらに過剰に加工されていると認識される。そのため、ウェハ加工電極をスキャンさせるスキャンアームのスキャン速度を増加させるとよい。
【００６５】
これら色センサ３１〜３５は、導電性膜Ｍの加工変化部分、並びに、該加工変化部分のウェハＷ半径方向両側部分の色変化を検出し、該検出信号はコントローラ１７に送信さる。そして、コントローラ１７では前記検出に基づき色変化データが生成・解析され、該生成・解析された各色変化データに応じた色分布等の有用情報はモニター装置１８にて画面表示される。
【００６６】
又、本実施例では、膜色変化検出手段１９の移動位置と対応するウェハＷの直上には、図５において符号３０で例示する透明監視板が設けられ、該透明監視板３０はウェハＷに近接して対向している。電解加工時、ウェハＷ表面の透明監視板３０とウェハＷ表面の導電性膜Ｍとの間には所定量の電解液が入るように構成されている。
【００６７】
上記電解加工において、供給ノズル１０から電解液１１をウェハＷ上面に供給しつつ電圧を印加して、ウェハＷを回転させると共に、ウェハＷ表面の中心Ｏに加工ヘッド３の加工電極５を一定圧力で接触させて、加工ヘッド３をウェハＷ半径方向に若干量だけ揺動させることにより、ウェハＷ表面の導電性膜Ｍを所定の加工量だけ除去する。
【００６８】
この場合、最初はウェハＷの中心部に小円の除去領域を形成し、この後、図５に示すように、加工電極５をウェハＷの中心Ｏから外周部に向けて徐々に移動させながら、導電性膜Ｍ全域を電解研磨して除去する。
【００６９】
この電解研磨では、給電電極Ａ〜ＦとウェハＷの間に電解液１１が流入して微小ギャップが形成され、前記電圧の印加によりウェハＷ表面の凸部に電界集中が生じて、該凸部が選択的に除去加工される。
【００７０】
又、加工電極５を外周部に向かって移動させる場合、図６に示すように、該加工電極５をウェハＷの半径方向に若干量だけ揺動させつつ、加工電極５を外周側へ徐々に移動させることもできる。尚、加工電極５の揺動速度は条件に応じて、ウェハＷの内周部と外周部とで同一の速度に設定することもできる。
【００７１】
理論上、ウェハＷの周長に対する加工電極５を横切る長さは、ウェハＷの内周部にいくほど割合が大きく、且つ、ウェハＷの外周部にいくほどこの割合が小さくなる。そのため、理論上、膜厚分布形状は、ウェハＷの内周部から外周部にかけて変化が非常に緩やかになる。また、途中の膜厚が薄くなると、それだけ電気抵抗が増加するため当該加工地点に至る電気抵抗が大きくなる。
【００７２】
本発明の電解加工の工程では、揺動モードと送り速度制御モードの２つに分けられる。即ち、初期工程では加工電極５を等速で動作させることで、加工面がすり鉢状に形成される。次に、第二工程では、膜色変化検出手段１９によって加工箇所の中央部、即ち、除去加工の変化点及びその近傍領域の膜色を検出し、併せて検出結果をモニター表示して監視する。
【００７３】
そして、第三工程では、加工箇所の中央部の膜色が所定範囲内であるか否かを判断すると共に、膜色の分布状況をモニター表示して監視する。最後に、第四工程では、前記膜色が所定の色分布になった時点で、加工電極５を送りモードに切り替える。尚、上記電解加工後、ウェハＷの外周エッジ部に残った導電性膜Ｍはべべリング（面取り）加工にて除去する。
【００７４】
このように本実施例では、前記ウェハＷ外周部の６箇所に給電電極Ａ〜Ｆを等間隔で装着し、各給電電極Ａ〜ＦによりウェハＷに均等な電気量を供給する。又、加工ヘッド３の加工電極５はウェハＷ表面の導電性膜Ｍに近接対向させて電解加工を行う。この場合、該加工電極５をウェハＷの中心Ｏから外周部に向かって移動させて導電性膜Ｍを除去するので、導電性膜Ｍの除去領域は、ウェハＷと同心円状を描きながら外側に拡がるように形成される。
【００７５】
従って、給電電極Ａ〜ＦによるウェハＷの外周部から中心Ｏへの通電方向と、加工電極５によるウェハＷの中心Ｏから外周部への電解加工方向とが互いに逆になるので、電解加工部に常に均等な電気が十分に供給される。斯くして、導電性膜Ｍの取り残し、或いは、過大な電解研磨によるディッシング、シニング、リセス等の発生を無くすことができる。
【００７６】
又、電解加工の進行時に、前記ウェハＷの導電性膜Ｍの除去領域と未除去領域との間に加工変化部分Ｓが形成され、該加工変化部分Ｓの膜表面の色は加工進行に伴い次第に変化する。この色変化は膜色変化検出手段１９により電気信号として検出され、該色変化の検出信号はコントローラ１７に送信される。
【００７７】
そして、コントローラ１７では、該色変化の検出信号に基づいて、前記導電性膜Ｍの加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度が算出され、該算出した加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度はモニター装置１８にて画面表示される。従って、オペレータは電解加工中に加工変化位置、該加工変化の幅及び加工変化率、並びに、加工進行速度を随時把握できるので、除去加工の進行状況を確認しながら、必要に応じて所望の除去加工量に随時制御することができる。
【００７８】
更に、膜色変化検出手段１９と対応するウェハＷ表面の直上に透明監視板３０を設け、透明監視板３０とウェハＷ表面との間の隙間に一定量の電解液１１が常に入るようにしたので、電解加工中、膜色変化検出手段１９にて検出される導電性膜Ｍの上方に存在する電解液１１の揺らぎが抑止される。従って、電解液１１の揺らぎに起因する膜色変化検出手段１９の検出誤差を未然に防止することができる。
【００７９】
更に又、膜色変化検出手段１９は、５個の色センサ３１〜３５から構成され、５個の色センサ３１〜３５はこの順番でウェハＷの半径方向外方に一列に並んで配置されている。これら色センサ３１〜３５は、投光部からウェハＷの除去加工変化部分Ｓ、例えば、シリコン酸化膜、Ｔａ膜層又はＣｕ膜層の表面に照射して反射した光を受光部に入射して、該入射光の色成分（光波長のピーク値）を分光器にてスペクトル分解して検出する。該検出信号は電気信号に変換してコントローラ１７に送信される。
【００８０】
図７は、個々の色センサ３３〜３５により出力される波形、すなわち、波長と反射率との関係の一例を示す。波形Ｗ１〜Ｗ５は夫々、色センサ３１〜３５により検出された波形である。例えば、Ｃｕ膜及びＴａ膜の除去加工中に、ウェハ半径方向の一番内側と一番外側に配置した２個の色センサ３１及び３５は、シリコン酸化膜表面、及び、未除去領域であるＣｕ膜表面にて反射する光の色成分を夫々検知する（波形Ｗ１、Ｗ５参照）。
【００８１】
また、他の色センサ３２及び３３は、除去領域であるＴａ膜層、及びその外側の除去領域であるＴａ膜層にて反射する光の色成分を夫々検知する（波形Ｗ２、Ｗ３参照）。更に、残りの色センサ３４は、前記Ｔａ膜層の外側の除去領域であるＣｕ膜表面にて反射する光の色成分を検知する（波形Ｗ４参照）。図７の波形Ｗ３は前記未除去領域と除去領域との加工変化点（除去加工変化部分Ｓ）における波形データである。尚、図７中の区間Ａは波形範囲５００〜５５０ｎｍ、区間Ｂは波形範囲６００〜６５０ｎｍを示す。
【００８２】
そして、コントローラ１７では、５個の色センサ３１〜３５で検出した色成分のスペクトル分解に基づいて色変化データを生成・解析し、その結果得られる加工変化地点付近に関する進行状況は、モニター装置１８にてリアルタイムで画面表示される。図８は、未除去領域Ｅ１，Ｅ２、加工変化領域Ｅ３および除去領域Ｅ４，Ｅ５を夫々検出する色センサ３１,３２、色センサ３３、色センサ３４,３５により出力されるウェハチャック回転数に対する反射率％の特性、ならびに、上記コントローラ１７による解析データＲＳＡ、すなわち、区間Ｂの反射率に対する区間Ａの反射率の比率を示し、波形ＷＡ、波形ＷＢは夫々区間Ａ、区間Ｂにおける反射率の特性を示す。たとえば、前記色センサ３３による検出データを解析した結果、反射率の比率が０．８５を示したとき、当該地点を加工変化点と判断される。
【００８３】
図９は、光の波長が６５０nmから７００nm間の平均の反射率を示す。色センサ３１は基準センサであり、図７のグラフＷ１に対応し、未加工に近い状態を測定する。また、色センサ３５は加工完了に近い状態のTa膜に近い状態を測定する（図１０参照）。図９における白丸は、所定のリファレンス状態を示し、現在の実測状態を示す。色センサ３１と色センサ３５の変化率は、リファレンス状態と比較すると小さいことがわかる。そのため、研磨加工が所定の場所まで行われていないことを意味する。よって、この場合、所定の変化率になるように、スキャンアーム６の速度を遅くすると良い。なお、図１１はウェハを加工するときの色センサの配置を示す平面図である。
【００８４】
以上説明したように、本実施例では、オペレータは電解加工中にウェハＷの導電性膜Ｍの加工変化部分Ｓ、並びに、該加工変化部分Ｓを挟むウェハＷ半径方向両側部分の加工状況を随時把握できるので、加工変化地点だけでなく、その近傍の除去領域及び未除去領域の囲う状況も詳細にチェックできる。
【００８５】
さらに、膜色変化検出手段１９のウェハＷ半径方向の移動速度（スキャン速度）は、加工ヘッド３のウェハＷ半径方向の移動速度と一致するように自動制御される。従って、加工ヘッド３の加工電極５により除去された導電性膜Ｍの加工箇所は、膜色変化検出手段１９により当該加工箇所のほぼ真上位置から即時検出できるので、導電性膜Ｍの除去加工位置、並びに除去加工速度をより正確に算出して測定できる。
【００８６】
又、コントローラ１７により加工ヘッド用アーム６の回転動作をコントロールすることで、加工ヘッド３の移動速度は前記加工進行速度と一致するようにフィードバック制御される。したがって、加工ヘッド３の加工電極５による導電性膜Ｍの除去量は、前記加工進行速度の大きさに応じて最適になるように自動調整されるので、導電性膜Ｍの取り残しや削り過ぎを一層確実に無くすことができる。
【００８７】
本実施例では、膜色変化検出手段１９を構成する色センサ３１〜３５は、ウェハＷ表面上をスキャンできるようなアーム６（又はリニアガイド）に取り付けて、導電性膜Ｍの加工変化付近の色変化を検出するとともに、該検出信号をコントローラ１７に送信して色変化データを生成・解析し、該生成・解析された色変化データをモニター装置１８にて表示し、更に、導電性膜Ｍの加工に伴い進行していく色変化部分を追尾し、その進行速度を概算して加工ヘッド３のアームのスキャン速度を制御することができる。したがって、前記加工進行速度をリアルタイムで監視できるだけでなく、該加工進行速度に応じて加工ヘッド３のアームのスキャン速度を正確かつ即時に自動的にコントロールでき、上記導電性膜Ｍの加工精度を大幅に高めることが出来る。
【００８８】
また、本発明においては、色センサを使用したが、様々なセンサが好適に使用される。
例えば、ウェハに対向させる形で高周波の伝送線路を形成し、その伝送線路を通る高周波の電力をネットワークアナライザーでモニターすることによって、同様の変化を見ることができる。
【００８９】
さらに、アンテナをウェハ表面に置き、マイクロ波帯の高周波をウェハ表面に当てればよい。仮に、ウェハ表面に形成された導体の膜厚がそのアンテナから発せられた周波数によって決まる表皮深さ以上であった場合、アンテナから出たマイクロ波はほとんどがその導体膜によって跳ね返される。導体膜が表皮深さより、薄くなると微小ではあるが、完全に反射せず、幾分ウェハを貫通・透過していく高周波も現れる。これによって、加工による変化部分が形成され、この変化部分およびその変化幅をモニターすることで同様の原理にて電解加工量を制御することが可能になる。
【００９０】
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】
【００９１】
【図１】本発明の一実施例を示し、電解加工装置の構成説明図。
【図２】一実施例に係る電解加工装置の平面図。
【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膜色変化検出手段の構成例を示す要部正面図。
【図５】一実施例に係る電解加工装置の加工電極による加工状態を説明する要部側面図。
【図６】一実施例に係る電解加工装置の加工電極の移動動作を説明する要部側面図。
【図７】一実施例に係る色センサにより出力される波形図。
【図８】一実施例に係る色センサにより出力されるデータを解析して得られる波形図。
【図９】一実施例に係る色センサにより出力される反射率％の特性を説明するグラフ。
【図１０】一実施例に係るウェハの加工変化の幅を示す説明図。
【図１１】一実施例に係る電解加工装置によりウェハを加工するときの色センサの配置を示す平面図。
【符号の説明】
【００９２】
１  電解加工装置
２  ウェハチャック
３  加工ヘッド
５  加工電極（対向電極）
６  アーム（可動部材）
１７  コントローラ
１８  モニター装置
１９  膜色変化検出手段
３０  透明監視板
３１〜３５  色センサ
４１〜４６  ウェハチャック
Ａ〜Ｆ  給電電極
Ｍ  導電性膜  
Ｗ  ウェハ
【図１】
2008240038.tif 000003
【図２】
2008240038.tif 000004
【図３】
2008240038.tif 000005
【図４】
2008240038.tif 000006
【図５】
2008240038.tif 000007
【図６】
2008240038.tif 000008
【図７】
2008240038.tif 000009
【図８】
2008240038.tif 000010
【図９】
2008240038.tif 000011
【図１０】
2008240038.tif 000012
【図１１】
2008240038.tif 000013