(57)【要約】　　　（修正有）【課題】イオン交換体を電極の表面に密着させた状態で、容易にかつ迅速に固定できるようにしたイオン交換体の固定方法、固定構造並びに電解加工装置を提供する。【解決手段】電解加工に使用するイオン交換体５６を電極５０，５２に密着させて固定するにあたり、電極５０，５２を露出させた電極支持部４８ｃと該電極支持部４８ｃの外周に嵌合自在な固定治具９０との間にイオン交換体５６を位置させ、固定治具９０を電極支持部４８ｃに嵌合させることで、イオン交換体５６をその外周部を固定治具９０と電極支持部４８ｃとの間で挟持して固定するようにした。【選択図】　　　　図１
2004017177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解加工に使用するイオン交換体を電極に密着させて固定するにあたり、
電極を露出させた電極支持部と該電極支持部の外周に嵌合自在な固定治具との間にイオン交換体を位置させ、
前記固定治具を前記電極支持部に嵌合させることで、イオン交換体をその外周部を前記固定治具と前記電極支持部との間で挟持して固定することを特徴とするイオン交換体の固定方法。
【請求項２】
前記固定治具は、一対の分割治具からなり、この分割治具の間にイオン交換体の外周部を挟持して該分割治具を前記電極支持部に押込むことを特徴とする請求項１記載のイオン交換体の固定方法。
【請求項３】
電解加工に使用するイオン交換体を電極に密着させて固定するにあたり、
電極の外側にイオン交換体固定治具を配置し、
前記イオン交換体固定治具でイオン交換体を保持し、イオン交換体に張力を持たせつつ電極に支持させることを特徴とするイオン交換体の固定方法。
【請求項４】
電解加工に使用するイオン交換体を電極に密着させて固定するイオン交換体の固定構造であって、
電極を露出させた電極支持部と該電極支持部の外周に嵌合自在な固定治具とを有し、
前記電極支持部と前記固定治具との間でイオン交換体の外周部を挟持し該イオン交換体を前記電極表面で伸張させて固定したことを特徴とするイオン交換体の固定構造。
【請求項５】
前記固定治具は、一対の分割治具からなり、イオン交換体の前記電極支持部を覆う部分の外方の周縁部は、前記分割治具の間に挟持されていることを特徴とする請求項４記載のイオン交換体の固定構造。
【請求項６】
電極を露出させた電極支持部と、該電極支持体の外周に嵌合自在な固定治具と、前記電極支持部と前記固定治具との間に配置されるイオン交換体とを有し、
前記電極支持部と前記固定治具との間でイオン交換体の外周部を挟持して固定するようにしたイオン交換体固定装置を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項７】
前記電極支持部と前記固定治具を相対的に移動させて該電極支持部と固定治具との間でイオン交換体の外周部を挟持して固定するようにしたことを特徴とする請求項６記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記電極支持部と前記固定治具との間に配置されるイオン交換体は、走行自在なイオン交換体であることを特徴とする請求項６または７記載の電解加工装置。
【請求項９】
前記イオン交換体は、無端状で一方向に走行自在に構成され、このイオン交換体の走行経路に沿った位置にイオン交換体を再生する再生部が設けられていることを特徴とする請求項８記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記イオン交換体は、双方向に走行自在に構成され、このイオン交換体の走行方向に沿った前記電極支持部を挟んだ両側に位置して、イオン交換体を再生する再生部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項８記載の電解加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換体の固定方法、固定構造並びに電解加工装置に関し、特に半導体ウェハ等の基板表面の導電性材料を加工したり、基板表面に付着した不純物を除去したりする電解加工に使用されるイオン交換体の固定方法、固定構造並びに電解加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１２は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示すもので、先ず、図１２（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア膜５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図１２（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６及びバリア膜５を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１２（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
また、最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に破壊しながら除去していく加工法では、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してしまうため、被加工物の特性が劣化する。従って、いかに材料の特性を損なうことなく加工を行うことができるかが問題となってくる。
【０００６】
この問題を解決する手段として開発された特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工法は、従来の物理的な加工とは対照的に、化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行うものである。従って、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、前述の材料の特性を損なわずに加工を行うといった課題が達成される。
【０００７】
電解加工として、イオン交換体を使用したものが開発されている。これは、被加工物の表面に、加工電極に取付けたイオン交換体と、給電電極に取付けたイオン交換体とを接触乃至近接させ、加工電極と給電電極との間に電源を介して電圧を印加しつつ、加工電極及び給電電極と被加工物との間に液体供給部から超純水等の液体を供給して、被加工物の表面層の除去加工を行うようにしたものである。
【０００８】
従来、この種の電解加工に使用されるイオン交換体は、加工電極や給電電極の露出表面に密着した状態で、一般にその外周部をねじ止めしたり、貼着テープ等を使用して貼着したりすることで、電極または電極を有する支持体等の外周部に固定されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前述のように、この種の電解加工に使用されるイオン交換体は、加工精度の均一性を図るため、加工電極や給電電極の露出表面に密着した状態で固定されるのが望ましいが、電極にイオン交換体を密着させるのは困難だった。
【００１０】
このため、イオン交換体をねじ止めや、貼着テープ等で固定した状態で電解加工を継続すると、イオン交換体の固定が不完全となり、イオン交換体が容易に移動して加工精度の均一性が損なわれてしまう。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、イオン交換体を電極の表面に密着させた状態で、容易にかつ迅速に固定できるようにしたイオン交換体の固定方法、固定構造並びに電解加工装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電解加工に使用するイオン交換体を電極に密着させて固定するにあたり、電極を露出させた電極支持部と該電極支持部の外周に嵌合自在な固定治具との間にイオン交換体を位置させ、前記固定治具を前記電極支持部に嵌合させることで、イオン交換体をその外周部を前記固定治具と前記電極支持部との間で挟持して固定することを特徴とするイオン交換体の固定方法である。
【００１３】
これにより、固定治具を電極支持部に単に押込むことによって、この時に、固定治具、イオン交換体及び電極支持部の間に発生する摩擦力で、イオン交換体を外方に均一に引張り、この引張り力でイオン交換体を一律に伸張させ（一定のテンションを掛け）、これによって、イオン交換体を電極支持部の表面に自動的に密着させて固定することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記固定治具は、一対の分割治具からなり、この分割治具の間にイオン交換体の外周部を挟持して該分割治具を前記電極支持部に押込むことを特徴とする請求項１記載のイオン交換体の固定方法である。
このように、イオン交換体の外周部を分割治具で挟持し該イオン交換体を分割治具（固定治具）で予め仮止めして電極支持部に押込むことで、この押込みの際に、イオン交換体と固定治具との間に滑りが発生することを防止して、イオン交換体に常に一定のテンションが掛かるようにしてイオン交換体を固定することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、電解加工に使用するイオン交換体を電極に密着させて固定するにあたり、電極の外側にイオン交換体固定治具を配置し、前記イオン交換体固定治具でイオン交換体を保持し、イオン交換体に張力を持たせつつ電極に支持させることを特徴とするイオン交換体の固定方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、電解加工に使用するイオン交換体を電極に密着させて固定するイオン交換体の固定構造であって、電極を露出させた電極支持部と該電極支持部の外周に嵌合自在な固定治具とを有し、前記電極支持部と前記固定治具との間でイオン交換体の外周部を挟持し該イオン交換体を前記電極表面で伸張させて固定したことを特徴とするイオン交換体の固定構造である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記固定治具は、一対の分割治具からなり、イオン交換体の前記電極支持部を覆う部分の外方の周縁部は、前記分割治具の間に挟持されていることを特徴とする請求項４記載のイオン交換体の固定構造である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、電極を露出させた電極支持部と、該電極支持体の外周に嵌合自在な固定治具と、前記電極支持部と前記固定治具との間に配置されるイオン交換体とを有し、前記電極支持部と前記固定治具との間でイオン交換体の外周部を挟持して固定するようにしたイオン交換体固定装置を備えたことを特徴とする電解加工装置である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記電極支持部と前記固定治具を相対的に移動させて該電極支持部と固定治具との間でイオン交換体の外周部を挟持して固定するようにしたことを特徴とする請求項６記載の電解加工装置である。
【００２０】
これにより、イオン交換体が汚れた時等に、先ず固定治具と電極支持部の少なくとも一方を両者が相対的に離れる方向に移動させてイオン交換体の固定を解き、イオン交換体を必要分走行させた後、固定治具と電極支持部の少なくとも一方を両者が相対的に近づく方向に移動させてイオン交換体を固定することで、イオン交換体を連続的に交換して使用することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記電極支持部と前記固定治具との間に配置されるイオン交換体は、走行自在なイオン交換体であることを特徴とする請求項６または７記載の電解加工装置である。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、前記イオン交換体は、無端状で一方向に走行自在に構成され、このイオン交換体の走行経路に沿った位置にイオン交換体を再生する再生部が設けられていることを特徴とする請求項８記載の電解加工装置である。これにより、イオン交換体を固定して、この一部を加工に使用している最中に、加工に使用されていないイオン交換体の他の部分を再生部で再生し、イオン交換体を一方向に走行させた後、これを固定する動作を順次繰返すことで、無端状のイオン交換体を一方向に走行させつつ循環させて使用することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、前記イオン交換体は、双方向に走行自在に構成され、このイオン交換体の走行方向に沿った前記電極支持部を挟んだ両側に位置して、イオン交換体を再生する再生部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項８記載の電解加工装置である。
これにより、イオン交換体を固定して、この一部を加工に使用している最中に、加工に使用されていないイオン交換体の他の部分を再生部で再生し、このイオン交換体の再生された部分を、前記加工に使用されていたイオン交換体の一部と交互に交換して使用することで、長尺状に延びるイオン交換体を繰返して使用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の例では、被加工物として基板を使用し、基板の表面に堆積させた銅を除去（研磨）するようにした電解加工装置（電解研磨装置）に適用した例を示しているが、基板以外にも適用でき、更には、他の電解加工にも適用できることは勿論である。
【００２５】
図１及び図２は、本発明の実施の形態のイオン交換体の固定構造を備えた電解加工装置３６ａを示す。この電解加工装置３６ａは、水平方向に揺動自在な揺動アーム４４の自由端に垂設されて基板Ｗを下向き（フェイスダウン）に吸着保持する基板保持部４６と、円板状で絶縁体からなり、扇状の加工電極５０と給電電極５２とを該加工電極５０と給電電極５２の表面（上面）が同一面となるように露出させて交互に埋設した電極部４８とを上下に備えている。電極部４８の上面には、加工電極５０と給電電極５２の表面を一体に覆って、膜状のイオン交換体５６が取付けられている。
【００２６】
ここに、この例では、加工電極５０と給電電極５２とを有する電極部４８として、基板保持部４６で保持する基板Ｗの直径よりやや大きな直径を有するものを使用し、電極部４８を相対運動（ここではスクロール運動）させて、基板Ｗの表面全域を同時に電解加工するようにしている。
【００２７】
イオン交換体５６は、例えば、アニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成されている。カチオン交換体は、好ましくは強酸性カチオン交換基（スルホン酸基）を担持したものであるが、弱酸性カチオン交換基（カルボキシル基）を担持したものでもよい。また、アニオン交換体は、好ましくは強塩基性アニオン交換基（４級アンモニウム基）を担持したものであるが、弱塩基性アニオン交換基（３級以下のアミノ基）を担持したものでもよい。
【００２８】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。従って、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００２９】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、前記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００３０】
なお、イオン交換体５６の素材の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系高分子、またはその他有機高分子が挙げられる。また素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多孔質材、短繊維、ネット等が挙げられる。
【００３１】
ここで、ポリエチレンやポリプロピレンは、放射線（γ線と電子線）を先に素材に照射する（前照射）ことで、素材にラジカルを発生させ、次にモノマーと反応させてグラフト重合することができる。これにより、均一性が高く、不純物が少ないグラフト鎖ができる。一方、その他の有機高分子は、モノマーを含浸させ、そこに放射線（γ線、電子線、紫外線）を照射（同時照射）することで、ラジカル重合することができる。この場合、均一性に欠けるが、ほとんどの素材に適用できる。
【００３２】
このように、イオン交換体５６をアニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、通水性があるために、純水または超純水や電解液等の液体が不織布の内部を自由に移動して、液相中のイオンとイオン交換体のイオン交換基の間で容易にイオン交換反応が行える。
【００３３】
ここで、イオン交換体５６をアニオン交換能またはカチオン交換能の一方を付与したもので構成すると、電解加工できる被加工材料が制限されるばかりでなく、極性により不純物が生成しやすくなる。そこで、イオン交換体５６を、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを同心状に配置して一体構成としてもよい。また、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、扇状に形成して、交互に配置したりしてもよい。更に、イオン交換体５６自体にアニオン交換能とカチオン交換能の双方の交換基を付与するようにしてもよい。このようなイオン交換体としては、陰イオン交換基と陽イオン交換基を任意に分布させて存在させた両性イオン交換体、陽イオン交換基と陰イオン交換基を層状に存在させたバイポーラーイオン交換体、更には陽イオン交換基が存在する部分と陰イオン交換基が存在する部分とを厚さ方向に並列に存在させたモザイクイオン交換体が挙げられる。なお、アニオン交換能またはカチオン交換能の一方を付与したイオン交換体５６を、被加工材料に合わせて使い分けてもよいことは勿論である。
【００３４】
基板保持部４６を揺動させる揺動アーム４４は、上下動用モータ６０の駆動に伴ってボールねじ６２を介して上下動し、揺動用モータ６４の駆動に伴って回転する揺動軸６６の上端に連結されている。また、基板保持部４６は、揺動アーム４４の自由端に取付けた自転用モータ６８に接続され、この自転用モータ６８の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００３５】
電極部４８は、中空モータ７０に直結され、この中空モータ７０の駆動に伴って、スクロール運転（並進回転運動）するようになっている。電極部４８の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供給する純水供給部としての貫通孔４８ａが設けられている。そして、この貫通孔４８ａは、スクロール運転を行わせるために中空モータ７０の駆動軸に直結したクランク軸７３に設けた貫通孔７３ａを介して、中空モータ７０の中空部の内部を延びる純水供給管７２に接続されている。純水または超純水は、この貫通孔４８ａを通して供給された後、吸水性を有するイオン交換体５６を通じて加工面全域に供給される。
【００３６】
ここで、純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算値、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。なお、純水の代わりに電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体や、任意の電解液を使用してもよい。加工中に液体を供給することにより、加工生成物、気体溶解等による加工不安定性を除去でき、均一な、再現性のよい加工が得られる。
【００３７】
この例では、電極部４８の上面に複数の扇状の電極板７６を円周方向に沿って同一面となるように埋設し、この電極板７６に、電源８０の陰極と陽極とを交互に接続することで、電源８０の陰極と接続した電極板７６が加工電極５０となり、陽極と接続した電極板７６が給電電極５２となるようにしている。これは、例えば銅にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるからであり、被加工材料によっては、陰極側が給電電極となり、陽極側が加工電極となるようにしてもよい。つまり、被加工材料が、例えば銅、モリブデンまたは鉄にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源８０の陰極と接続した電極板７６が加工電極５０となり、陽極と接続した電極板７６が給電電極５２となるようにする。一方、例えばアルミニウムやシリコンにあっては、陽極側で電解加工作用が生じるため、電極の陽極に接続した電極を加工電極となし、陰極側を給電電極とすることができる。
【００３８】
このように、加工電極５０と給電電極５２とを電極部４８の円周方向に沿って分割して交互に設けることで、基板の導電体膜（被加工物）等への固定給電部を不要となして、基板の全面の加工が可能となる。更に、パルス状もしくは周期的に（交流）に正負を変化させることで、電解生成物を溶解させ、加工の繰返しの多重性によって平坦度を向上させることができる。
【００３９】
ここで、加工電極５０及び給電電極５２は、電解反応により、電極の酸化または溶出が一般に問題となる。このため、この給電電極５２の素材として、電極に広く使用されている金属や金属化合物よりも、炭素、比較的不活性な貴金属、導電性酸化物または導電性セラミックスを使用することが好ましい。この貴金属を素材とした電極としては、例えば、下地の電極素材にチタンを用い、その表面にめっきやコーティングで白金またはイリジウムを付着させ、高温で焼結して安定化と強度を保つ処理を行ったものが挙げられる。セラミックス製品は、一般に無機物質を原料として熱処理によって得られ、各種の非金属・金属の酸化物・炭化物・窒化物などを原料として、様々な特性を持つ製品が作られている。この中に導電性を持つセラミックスもある。電極が酸化すると電極の電気抵抗値が増加し、印加電圧の上昇を招くが、このように、白金などの酸化しにくい材料や酸化イリジウムなどの導電性酸化物で電極表面を保護することで、電極素材の酸化による電極抵抗の増大を防止することができる。
【００４０】
イオン交換体５６は、絶縁体からなる電極部４８の内部に埋設した加工電極５０及び給電電極５２の上面に密着した状態で該電極部４８に固定されている。すなわち、電極部４８は、大径のベース部４８ｂと該ベース部４８ｂの上部に一体に連接した小径の円柱状の電極支持部４８ｃを有している。そして、この電極支持部４８ｃをイオン交換体５６で一体的に覆い、このイオン交換体５６の外周部を電極支持部４８ｃと該電極支持部４８ｃに嵌合自在で絶縁体からなる固定治具９０との間に位置させた状態で、この固定治具９０を電極支持部４８ｃに向けて押込み嵌合させて該固定治具９０を電極支持部４８ｃに固定することで、イオン交換体５６は、その外周部を固定治具９０の外周面と電極支持部４８ｃの内周面との間で挟持されて電極支持部４８ｃに固定されている。これにより、イオン交換体５６は、一律に伸張した状態で（一定のテンションをもって）加工電極５０及び給電電極５２の露出表面に密着して固定される。
【００４１】
つまり、図２に示すように、固定治具９０を円柱状の電極支持部４８ｃに押込むことによって、この時に、固定治具９０、イオン交換体５６及び電極支持部４８ｃの間に発生する摩擦力で、イオン交換体５６を外方に均一に引張り、この引張り力でイオン交換体５６を一律に伸張させ（一定のテンションを掛け）、これによって、イオン交換体５６を電極支持部４８ｃの表面に自動的に密着させて固定できるようになっている。
【００４２】
この固定治具９０は、ベース部４８ｂに当接する位置まで押込まれており、更に、この固定治具９０の外周部を横断面鈎状の保持治具９２で押え、この保持治具９２のスカート部９２ａをボルト９４で電極部４８に固定することで、固定治具９０の抜けが防止されるようになっている。なお、この保持治具９２は、例えばピンやクランク等、他の固定手段によって電極部４８に固定するようにしてもよい。
【００４３】
ここで、この電極支持部４８ｃの突出高さを変えることで、イオン交換体５６に掛かるテンションを調整することができるが、図３に示すように、電極部４８のベース部４８ｂと固定治具９０との間にリング状のスペーサ９６を介装し、このスペーサ９６の肉厚ａを調整することで、イオン交換体５６に掛かるテンションを調整するようにしてもよい。
【００４４】
また、図４（ａ）に示すように、固定治具９０を一対の分割治具９０ａ，９０ｂで構成し、この分割治具９０ａ，９０ｂでイオン交換体５６の周縁部を挟持しボルト等で仮止めした状態で、図４（ｂ）に示すように、この一対の分割治具９０ａ，９０ｂからなる固定治具９０を電極部４８の電極支持部４８ｃに押込むようにしてもよい。これにより、この固定治具９０の押込みの際に、イオン交換体５６と固定治具９０との間に滑りが発生することを防止して、イオン交換体５６に常に一定のテンションが掛かるようにしてイオン交換体５６を固定することができる。しかも、この時に上方に位置する一方の分割治具９０ａの肉厚ｂを調整することで、イオン交換体５６に掛かるテンションを調整することができる。
【００４５】
次に、この電解加工装置による電解加工（電解研磨）について説明する。
先ず、電解加工装置３６ａの基板保持部４６で基板Ｗを吸着保持し、揺動アーム４４を揺動させて基板保持部４６を電極部４８の直上方の加工位置まで移動させる。次に、上下動用モータ６０を駆動して基板保持部４６を下降させ、この基板保持部４６で保持した基板Ｗを電極部４８の上面に取付けたイオン交換体５６の表面に接触させるか、または近接させる。
【００４６】
この状態で、加工電極５０と給電電極５２との間に電源８０から所定の電圧を印加するとともに、基板保持部４６を回転（自転）させ、電極部４８をスクロール運動させる。つまり、イオン交換体５６と電極部４８を接触もしくは近接させて相対運動を行わせる。また、電極部４８はスクロールでなくても、自転型電極でもよく、更に基板Ｗと電極部４８のどちらか一方のみを運動させてもよい。同時に、貫通孔４８ａを通じて、電極部４８の下側から該電極部４８の上面に純水または超純水を供給し、加工電極５０及び給電電極５２と基板Ｗとの間に純水、超純水、５００μＳ／ｃｍ以下の液体又は電解液を満たす。これによって、電極反応およびイオン交換体内のイオンの移動が起こり、基板Ｗに設けられた、例えば図１１に示す銅膜６等の電解加工を行う。ここに、純水または超純水がイオン交換体５６の内部を流れるようにすることで、効率のよい電解加工を行うことができる。
【００４７】
そして、電解加工完了後、電源８０と加工電極５０及び給電電極５２との電気的接続を切り、基板保持部４６の回転及び電極部４８のスクロール運動を停止させる。しかる後、基板保持部４６を上昇させ、揺動アーム４４を揺動させて基板Ｗを次工程に搬送する。
【００４８】
なお、この例では、電極部４８と基板Ｗとの間に純水、好ましくは超純水を供給するようにした例を示している。このように電解質を含まない純水または超純水を使用して電解加工を行うことで、基板Ｗの表面に電解質等の余分な不純物が付着したり、残留したりすることをなくすことができる。更に、電解によって溶解した銅イオン等が、イオン交換体５６にイオン交換反応で即座に捕捉されるため、溶解した銅イオン等が基板Ｗの他の部分に再度析出したり、酸化されて微粒子となり基板Ｗの表面を汚染したりすることがない。
【００４９】
超純水は、比抵抗が大きく電流が流れ難いため、電極と被加工物との距離を極力短くしたり、電極と被加工物との間にイオン交換体を挟むことで電気抵抗を低減したりしているが、さらに若干の電解液を組み合わせることで、更に電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。なお、電解液による加工では、被加工物の加工される部分が加工電極よりやや広い範囲に及ぶが、超純水とイオン交換体の組合せでは、超純水にほとんど電流が流れないため、被加工物の加工電極とイオン交換体が投影された範囲内のみが加工されることになる。
【００５０】
また、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。例えば、５００μＳ／ｃｍ以下の電解液を使用することで、さらに電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリなどの溶液が使用でき、被加工物の特性によって適宜選択して使用すればよい。電解液を用いる場合は、基板Ｗとイオン交換体５６との間に僅かな隙間を設けて非接触とすることが好ましい。
【００５１】
更に、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗとイオン交換体５６の界面にイオンの移動を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が望ましい。なお、電気伝導度の値があまりに高いと電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工速度を得ることができる。
【００５２】
また、加工速度を上げるために電圧を上げて電流密度を大きくすると、電極と基板（被加工物）との間の抵抗が大きい場合では、放電が生じる場合がある。放電が生じると、被加工物表面にピッチングが起こり、加工面の均一性や平坦化が困難となる。これに対して、イオン交換体５６を基板Ｗに接触させると、電気抵抗が極めて小さいことから、このような放電が生じることを防止することができる。
【００５３】
図５及び図６は、本発明の他の実施の形態の電解加工装置３６ｂを示す。なお、図１及び図２に示す電解加工装置と同一または相当部材には同一符号を付してその説明を省略する。このことは、以下同様である。
【００５４】
この電解加工装置３６ｂは、架台１００の両端に設置された巻付け軸１０２と巻取り軸１０４との間に掛け渡した長尺状のイオン交換体５６ａを、巻取りモータを介して巻取り軸１０４を回転させて順次巻取るように構成するとともに、イオン交換体５６ａを固定するイオン交換体固定装置１０６を備えたものである。
【００５５】
このイオン交換体固定装置１０６は、電極部４８を上下動させる電極部昇降機構１０８と、この電極部４８の上方に配置された固定治具９０を上下動させる固定治具上下動機構１１０を有している。そして、この電極部４８と固定治具９０との間をイオン交換体５６ａが走行し、このイオン交換体５６ａを停止させた状態で、電極部４８を上昇させるとともに、固定治具９０を下降させ、これによって、イオン交換体５６ａを挟んだ状態で、固定治具９０を電極部４８の電極支持部４８ｃに嵌入させて固定することで、イオン交換体５６ａを一律に伸張させた状態で電極支持部４８ｃに固定するようになっている。
【００５６】
なお、この例では、中空モータ７０の駆動に伴って回転する架台１００に電極部４８が設置され、この電極部４８は、スクロール運動ではなく、回転運動するようになっており、このため、電極板７６にスリップリング７８を介して電源８０の陰極と陽極とを交互に接続するようになっている。
【００５７】
この例によれば、イオン交換体固定装置１０６で固定して使用しているイオン交換体５６ａの使用箇所が汚れた時等に、先ず電極部４８を下降させるとともに、固定治具９０を上昇させてイオン交換体５６ａの固定を解き、イオン交換体５６ａを１回分走行させた後、電極部４８を上昇させるとともに、固定治具９０を下降させてイオン交換体５６ａを固定することで、イオン交換体５６ａを連続的に交換し、しかもイオン交換体５６ａを加工電極５０及び給電電極５２の表面に密着させて使用することができる。
【００５８】
図７は、本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置の要部を示す。この例は、１個の駆動軸１２０と３個の被動軸１２２を台形状の４隅に並行に配置し、これらの軸１２０，１２２の外周に無端状のイオン交換体５６ｂを掛け渡して、このイオン交換体５６ｂが一方向に走行して循環するように構成したものであり、この上方を走行するイオン交換体５６ｂの一部がイオン交換体固定装置１０６で固定されて加工に使用され、下方を走行するイオン交換体５６ｂの一部が、この走行経路に沿って配置した再生部１２４で再生されるようになっている。
【００５９】
この例によれば、イオン交換体５６ｂを固定して、この一部を加工に使用している最中に、加工に使用されていないイオン交換体５６ｂの他の部分を再生部１２４で再生し、イオン交換体５６ｂを一方向に走行させた後、これを固定する動作を繰返すことで、無端状のイオン交換体５６ｂを一方向に走行させつつ循環させて使用することができる。
【００６０】
ここで、イオン交換体の再生とは、イオン交換体に捕らえられたイオンを、例えばカチオン交換体の場合は水素イオンに、アニオン交換体の場合は水酸化物イオンにそれぞれ交換することである。例えば、イオン交換体としてカチオン交換基（陽イオン交換基）を付与したカチオン交換体を使用して銅の電解加工を行うと、銅が陽イオン交換基に捕らえられる。このように銅による陽イオン交換基の消費が進むと、継続的な加工が不能になる。また、イオン交換体としてアニオン交換基（陰イオン交換基）を付与したアニオン交換体を使用して銅の電解加工を行うと、イオン交換体（アニオン交換体）の表面に銅の酸化物の微粒子が生成されて付着し、次の処理基板の表面を汚染するおそれがある。そこで、このような場合に、イオン交換体を再生することで、これらの弊害を除去することができる。
【００６１】
図８は、この再生部１２４の一例を示す。この再生部１２４は、再生用の一方の電極１３０を表面に露出させて埋設した固定側再生電極部１３２と、再生用の他方の電極１３４を保持し該電極１３４の表面を再生用イオン交換体１３６で覆った上下動自在な移動側再生電極部１３８と、両電極部１３２，１３８の間に再生用の液体を供給する液体供給ノズル１４０と、再生用の一対の電極１３０，１３４間に再生用電圧を印加する再生電源１４２とを有している。
【００６２】
再生用イオン交換体１３６は、再生に付するイオン交換体５６ｂと同じイオン交換基を有している。つまり、イオン交換体５６ｂとして、カチオン交換基を有するカチオン交換体を使用していれば、再生用イオン交換体１３６もカチオン交換体が使用され、イオン交換体（被処理イオン交換体）５６ｂとして、アニオン交換基を有するアニオン交換体を使用していれば、再生用イオン交換体１３６もアニオン交換体が使用されている。
【００６３】
そして、固定側再生電極部１３２の電極１３０の表面を再生に付するイオン交換体５６ｂで覆い、この状態で、移動側再生電極部１３８を再生用イオン交換体１３６が再生に付するイオン交換体５６ｂの表面（上面）に接触乃至近接するよう下降させる。この状態で、再生用イオン交換体１３６側の電極、すなわち電極１３４がイオン交換体５６ｂの極性と逆になるように電極１３０，１３４間に再生電圧を印加する。つまり、イオン交換体５６ｂとして、イオン交換基としては陽イオン交換基を有するカチオン交換体を使用した場合には、電極１３４が陰極で電極１３０が陽極となり、イオン交換体５６ｂとして、アニオン交換体を使用した場合には、電極１３４が陽極で電極１３０が陰極となるようにする。同時に、液体供給ノズル１４０から両電極部１３２，１３８間に純水または超純水を供給し、この間を純水または超純水で満たして、これによって、再生に付するイオン交換体５６ｂと再生用イオン交換体１３６を純水または超純水中に浸漬させる。
【００６４】
これによって、イオン交換体５６ｂを固体電解質としたイオン交換反応により、イオン交換体５６ｂのイオンを再生用イオン交換体１３６の内部に移動させて、イオン交換体５６ｂの再生を行う。この時、イオン交換体５６ｂとして、カチオン交換体を使用した場合には、イオン交換体５６ｂに取り込まれたカチオンが再生用イオン交換体１３６の内部に移動し、アニオン交換体を使用した場合には、イオン交換体５６ｂに取り込まれたアニオンが再生用イオン交換体１３６の内部に移動して、イオン交換体５６ｂが再生される。
【００６５】
なお、この純水または超純水の代わりに、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体や電解液を使用してもよいことは前述と同様である。
【００６６】
図９は、再生部１２４の他の例を示すもので、これは、移動側再生電極部１３８として、下方に開口する円形の凹部１３８ａを有し、この凹部１３８ａの下方開口端を再生用イオン交換体１３６で閉塞することで、この内部に再生用イオン交換体１３６で区画された排出部１５０を形成し、更にこの凹部１３８ａの底部に、円板状の電極１３４を取付けたものを使用したものである。この移動側再生電極部１３８の直径方向に沿った両端部には、排出部１５０の外周部に連通する液体入口１５２と液体出口１５４がそれぞれ設けられ、この液体入口１５２と液体出口１５４は、液体入口管１５６と液体出口管１５８にそれぞれ接続されている。その他の構成は、図８に示す例とほぼ同様である。
【００６７】
この例によれば、イオン交換体５６ｂの再生中に、液体入口管１５６から排出部１５０内に液体を供給することで、排出部１５０を一方向に流れて液体出口管１５８から排出される液体の流れを作り、この液体中に電極１３４を浸漬させる。これによって、イオン交換体５６ｂのイオンを電極１３４に向けて移動させ、再生用イオン交換体１３６を通過させて排出部１５０に導き、この排出部１５０に移動したイオンをこの排出部１５０内に供給される液体の流れで系外に排出して、より効率的にイオン交換体５６ｂの再生を行うことができる。
【００６８】
この排出部１５０内に供給する液体は、例えば、電解液で、導電率が高くかつイオン交換体から除去されるイオンとの反応により難溶性もしくは不溶性の化合物を生成しない液体であることが望ましく、この液体としては、例えば、銅の電解研磨に使用したイオン交換体を再生する時に使用するものとして、濃度が１ｗｔ％以上の硫酸を挙げることができる。
【００６９】
図１０は、本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置の要部を示すもので、この例は、イオン交換体固定装置１０６を挟んだ両側に、一対の巻取り兼巻付け軸１６０と、一対の中間軸１６２とを門型に配置して、イオン交換体５６ｃを双方向（正方向と逆方向）に走行自在に構成するとともに、各巻取り兼巻付け軸１６０と中間軸１６２との間に再生部１２４をそれぞれ配置したものである。その他の構成は、図７に示す例と同様である。
【００７０】
この例によれば、イオン交換体５６ｃをイオン交換体固定装置１０６で固定して、この一部を加工に使用している最中に、加工に使用されていないイオン交換体５６ｃの他の部分を再生部１２４で再生し、このイオン交換体５６ｃの再生部１２４で再生した部分を、加工に使用されたイオン交換体５６ｃの一部と交互に交換して使用することで、つまり、例えば、図１０において、イオン交換体５６ｃを右方向に走行させる場合には、走行方向の下流側の右側に位置する再生部１２４で再生した部分を加工に使用し、イオン交換体５６ｃを左方向に走行させる場合には、走行方向の下流側の左側に位置する再生部１２４で再生した部分を加工に使用することで、イオン交換体５６ｃを、例えば機械的に劣化するまで繰返して使用することができる。
【００７１】
なお、前述の各例では、固定治具９０として、電極部４８の全周を覆うリング形状のものを使用して、イオン交換体５６ａ〜５６ｃにその全面に亘ってより均一なテンションが掛かるようにしているが、図１１に示すように、棒状に延びる一対の固定治具９０ａをイオン交換体５６ａ〜５６ｃの走行方向の前後に配置し、この固定治具９０ａを下降させてイオン交換体５６ａ〜５６ｃを固定するようにしてもよい。要は、イオン交換体５６ａ〜５６ｃの加工に使われる領域の外周に位置し、イオン交換体５６ａ〜５６ｃにテンションをかけつつ保持できればよい。形状もリング状に限られず、各種の形状で可能であり、主に電極の形状に合わせられる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固定治具を電極支持部に単に押込むことによって、イオン交換体を外方に均一に引張り、この引張り力でイオン交換体を一律に伸張させ（一定のテンションを掛け）ながら、イオン交換体を電極支持部の表面に自動的に密着させて固定することができ、これによって、電極の表面に密着させた状態でのイオン交換体の固定を、容易にかつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のイオン交換体の固定構造を有する電解加工装置の縦断面図である。
【図２】イオン交換体を電極支持部に固定する前の状態を示す断面図である。
【図３】イオン交換体の固定構造の他の例の要部を示す断面図である。
【図４】イオン交換体の固定構造の更に他の例の要部を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の電解加工装置を示す断面図である。
【図６】図５に示す電解加工装置に備えられているイオン交換体固定装置のイオン交換体を固定していない状態の要部を示す断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置の要部を示す断面図である。
【図８】再生部の一例を示す断面図である。
【図９】再生部の他の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置の要部を示す断面図である。
【図１１】イオン交換体固定装置の変形例の概要を示す平面図である。
【図１２】銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
３６ａ，３６ｂ　電解加工装置
４６　基板保持部
４８　電極部
４８ｂ　ベース部
４８ｃ　電極支持部
５０　加工電極
５２　給電電極
５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ　イオン交換体
７０　中空モータ
７２　純水供給管
７６　電極板
７８　スリップリング
８０　電源
９０　固定治具
９０ａ，９０ｂ　分割治具
９２　保持治具
９６　スペーサ
１０２　巻付け軸
１０４　巻取り軸
１０６　イオン交換体固定装置
１０８　電極部昇降機構
１１０　固定治具上下動機構
１２４　再生部
１３０，１３４　電極
１３２，１３８　再生電極部
１３６　再生用イオン交換体
１４２　再生電源
１５０　排出部
【図１】
2004017177.tif 000003
【図２】
2004017177.tif 000004
【図３】
2004017177.tif 000005
【図４】
2004017177.tif 000006
【図５】
2004017177.tif 000007
【図６】
2004017177.tif 000008
【図７】
2004017177.tif 000009
【図８】
2004017177.tif 000010
【図９】
2004017177.tif 000011
【図１０】
2004017177.tif 000012
【図１１】
2004017177.tif 000013
【図１２】
2004017177.tif 000014