(57)【要約】【課題】電解加工により生じた加工生成物などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑え、良好な平坦化作用を維持することができる電解加工方法及び装置を提供する。【解決手段】基板Ｗに近接自在な加工電極４２と、基板Ｗに給電する給電電極４４と、基板Ｗを保持する保持部２２と、加工電極４２と給電電極４４との間に電圧を印加する電源２６と、基板Ｗと加工電極４２又は給電電極４４の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部５０と、流体の電気伝導度を測定するセンサ８０と、センサ８０により測定された電気伝導度に基づいて加工条件を変更する制御部８４とを備えた。【選択図】    図５
2004160558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に近接自在な加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物を保持する保持部と、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部と、
前記流体の電気伝導度を測定するセンサと、
前記センサにより測定された電気伝導度に基づいて加工条件を変更する制御部とを備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記被加工物の電解加工中又は電解加工後に前記加工条件を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記加工条件として、前記流体供給部により供給される流体の流量を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項５】
加工電極と、
被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間に配置されるイオン交換体と、
前記被加工物を保持して前記イオン交換体に接触又は近接させる保持部と、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記イオン交換体が配置された被加工物と電極との間に流体を供給する流体供給部と、
前記流体の電気伝導度を測定するセンサと、
前記センサにより測定された電気伝導度に基づいて前記イオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去する汚染除去部とを備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項６】
前記汚染除去部は、前記イオン交換体を再生する再生部であることを特徴とする請求項５に記載の電解加工装置。
【請求項７】
前記汚染除去部は、前記被加工物の電解加工中又は電解加工後に前記汚染物を除去することを特徴とする請求項５又は６に記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記センサは、前記汚染除去部に配置されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項９】
被加工物に近接自在な加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物を保持する保持部と、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部と、
前記加工電極と前記給電電極との間の抵抗値を測定するセンサと、
前記センサにより測定された抵抗値に基づいて装置の運転を制御する制御部とを備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項１０】
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴とする請求項９に記載の電解加工装置。
【請求項１１】
前記センサは、前記加工電極又は前記給電電極の近傍に配置されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１２】
前記センサは、前記流体供給部に配置されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記センサは、前記流体供給部により供給された流体を排出する流体排出部に配置されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記流体供給部により供給される流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に電解加工装置。
【請求項１５】
被加工物を加工電極に接触又は近接させ、
前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、
前記流体の電気伝導度を測定し、
前記測定された電気伝導度に基づいて加工条件を変更することを特徴とする電解加工方法。
【請求項１６】
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴とする請求項１５に記載の電解加工方法。
【請求項１７】
前記被加工物の電解加工中又は電解加工後に前記加工条件を変更することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の電解加工方法。
【請求項１８】
前記加工条件として、前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間に供給される流体の流量を変更することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の電解加工方法。
【請求項１９】
被加工物と加工電極又は前記被加工物に給電する給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置し、
前記被加工物を前記イオン交換体に接触又は近接させ、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加し、
前記イオン交換体が配置された被加工物と電極との間に流体を供給し、
前記流体の電気伝導度を測定し、
前記測定された電気伝導度に基づいて前記イオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２０】
前記被加工物の電解加工中又は電解加工後に前記汚染物を除去することを特徴とする請求項１９に記載の電解加工方法。
【請求項２１】
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間に供給される流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体であることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか一項に記載の電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解加工装置及び電解加工方法に係り、特に半導体ウェハ等の基板の表面に形成された導電性材料を加工したり、基板の表面に付着した不純物を除去したりするために使用さ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。
【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、アルミニウム又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め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、化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、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：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などにより不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１（ａ）乃至図１（ｃ）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ある。図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やｌｏｗ−ｋ材膜などの絶縁膜２が堆積され、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が形成されている。これらの上に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スパッタリングやＣＶＤ等によりシード層７が形成されている。
【０００４】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１（ｂ）に示すように、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）などにより、絶縁膜２上の銅膜６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１（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
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方法では、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してしまう。したがって、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電解加工がある。この電解加工は、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。したがって、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、上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】
図２は、従来の電解加工方法を示す模式図である。図２に示すように、電源２００に接続される陽極２１０と陰極２２０の表面にそれぞれイオン交換体２３０，２４０を取付け、これらの電極２１０，２２０と被加工物（例えば銅膜）２５０との間に純水や超純水などの流体２６０を供給する。そして、電極２１０，２２０の表面に取り付けたイオン交換体２３０，２４０に被加工物２５０を接触又は近接させ、陽極２１０と陰極２２０との間に電源２００を介して電圧を印加する。流体２６０中の水分子はイオン交換体２３０，２４０により水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンが被加工物２５０の表面に供給される。これにより、被加工物２５０近傍の水酸化物イオンの濃度が高まり、被加工物２５０の原子と水酸化物イオンとが反応して被加工物２５０の表面層の除去加工が行われる。このように、イオン交換体２３０，２４０は、流体２６０中の水分子を水素イオンと水酸化物イオンに分解する触媒作用を有すると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、イオン交換体を用いた電解加工においては、特に、供給する流体の電気伝導度の変化が被加工物の表面の平坦性に影響を与える。これは、被加工物の凹部と凸部における電気抵抗の差により、被加工物の表面の微小な凹凸の平坦化作用が生じるためである。すなわち、純水や超純水を用いた場合には、純水や超純水の電気伝導度が非常に小さいため、図３に示すように、被加工物３００の凹部３１０と加工電極３２０との間の電気抵抗と、被加工物３００の凸部３３０と加工電極３２０との間の電気抵抗との差が大きくなる。このため、加工が良好に行われているときには、加工電極３２０に近い凸部３３０と加工電極３２０との間の通電が、電気抵抗の大きい凹部３１０と加工電極３２０との間の通電よりも優先され、凸部３３０付近に加工に供するイオンが供給される。したがって、被加工物３００の凸部３３０が選択的に電解加工され、この結果、凹部３１０と凸部３３０との間の段差が解消され、被加工物３００の表面の平坦性が得られる。
【０００９】
しかしながら、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン（例えば銅イオン）、添加剤などの汚染物によって流体の電気伝導度は常に変化している。また、これらの汚染物が被加工物３００の凹部３１０に溜まることにより、この凹部３１０内の流体の電気伝導度が高まり、凹部３１０においても電解加工が行われてしまうことがある。この場合には、凹部３１０及び凸部３３０の双方において同時に電解加工が行われ、凹部３１０と凸部３３０との間の段差の解消が行われず、上述した平坦化特性が得られない。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、電解加工により生じた加工生成物などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑え、良好な平坦化特性を維持することができる電解加工装置及び電解加工方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、被加工物に近接自在な加工電極と、上記被加工物に給電する給電電極と、上記被加工物を保持する保持部と、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部と、上記流体の電気伝導度を測定するセンサと、上記センサにより測定された電気伝導度に基づいて加工条件を変更する制御部とを備えたことを特徴とする電解加工装置である。ここで、上記制御部による加工条件の変更は、上記被加工物の電解加工中又は電解加工後のいずれに行ってもよい。
【００１２】
本発明の第２の態様は、被加工物を加工電極に接触又は近接させ、上記加工電極と上記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、上記流体の電気伝導度を測定し、上記測定された電気伝導度に基づいて加工条件を変更することを特徴とする電解加工方法である。ここで、上記加工条件の変更は、上記被加工物の電解加工中又は電解加工後のいずれに行ってもよい。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴としている。
【００１４】
電解加工において使用される流体の電気伝導度を制御することは、良好な平坦化特性を維持する上で重要である。本発明によれば、電解加工中又は電解加工後の加工雰囲気中の流体の電気伝導度を測定し、測定した流体の電気伝導度に基づいて加工条件を変更して、流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベル、好ましくは５００μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは２μＳ／ｃｍ以下に維持することができる。したがって、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン、添加剤などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑えて、常に良好な平坦化特性を得ることができる。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、上記制御部は、上記加工条件として、上記流体供給部により供給される流体（上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に供給される流体）の流量を変更することを特徴としている。例えば、イオン交換体が配置された被加工物と電極との間の流体の電気伝導度が増加した場合に、流体供給部から供給される流体の流量を多くすれば、イオン交換体が配置された被加工物と電極との間に滞留している汚染物を含んだ流体を排出して、流体の電気伝導度を好ましいレベルに維持することができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、加工電極と、被加工物に給電する給電電極と、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に配置されるイオン交換体と、上記被加工物を保持して上記イオン交換体に接触又は近接させる保持部と、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記イオン交換体が配置された被加工物と電極との間に流体を供給する流体供給部と、上記流体の電気伝導度を測定するセンサと、上記センサにより測定された電気伝導度に基づいて上記イオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去する汚染除去部とを備えたことを特徴とする電解加工装置である。
【００１７】
ここで、上記汚染除去部を、上記イオン交換体を再生する再生部により構成することができる。また、上記汚染除去部による汚染物の除去は、上記被加工物の電解加工中又は電解加工後のいずれに行ってもよい。更に、上記センサを、上記汚染除去部に配置してもよい。
【００１８】
本発明の第４の態様は、被加工物と加工電極又は上記被加工物に給電する給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置し、上記被加工物を上記イオン交換体に接触又は近接させ、上記加工電極と上記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、上記イオン交換体が配置された被加工物と電極との間に流体を供給し、上記流体の電気伝導度を測定し、上記測定された電気伝導度に基づいて上記イオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去することを特徴とする電解加工方法である。ここで、上記汚染物の除去は、上記被加工物の電解加工中又は電解加工後のいずれに行ってもよい。
【００１９】
本発明によれば、電解加工中又は電解加工後の加工雰囲気中の流体の電気伝導度を測定し、測定した流体の電気伝導度に基づいてイオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去して、結果として流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベル、好ましくは５００μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは２μＳ／ｃｍ以下に維持することができる。したがって、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン、添加剤などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑えて、常に良好な平坦化特性を得ることができる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、被加工物に近接自在な加工電極と、上記被加工物に給電する給電電極と、上記被加工物を保持する保持部と、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部と、上記加工電極と上記給電電極との間の抵抗値を測定するセンサと、上記センサにより測定された抵抗値に基づいて装置の運転を制御する制御部とを備えたことを特徴とする電解加工装置である。
【００２１】
本発明の好ましい一態様は、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴としている。
【００２２】
本発明の好ましい一態様は、上記センサが、上記加工電極又は上記給電電極の近傍に配置されることを特徴としている。
【００２３】
本発明の好ましい一態様は、上記センサが、上記流体供給部に配置されることを特徴としている。
【００２４】
本発明の好ましい一態様は、上記センサが、上記流体供給部により供給された流体を排出する流体排出部に配置されることを特徴としている。
【００２５】
本発明の好ましい一態様は、上記流体供給部により供給される流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体であることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電解加工装置の実施形態について図４乃至図１４を参照して詳細に説明する。なお、図４乃至図１４において、同一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。また、以下の説明では、被加工物として基板を使用し、電解加工装置で基板を加工するようにした例を示しているが、本発明を基板以外にも適用できることは言うまでもない。
【００２７】
図４は、本発明の第１の実施形態における電解加工装置を備えた基板処理装置の構成を示す平面図である。図４に示すように、この基板処理装置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工物）としての銅膜６を有する基板Ｗを収納したカセットを搬出入する搬出入部としての一対のロード・アンロード部１０と、基板Ｗを反転させる反転機１２と、電解加工装置１４とを備えている。これらの機器は直列に配置されており、これらの機器の間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての搬送ロボット１６がこれらの機器と平行に配置されている。また、電解加工装置１４による電解加工の際に、加工電極と給電電極との間に印加する電圧又はこれらの間を流れる電流をモニタするモニタ部１８がロード・アンロード部１０に隣接して配置されている。
【００２８】
図５は図４の基板処理装置内の電解加工装置１４を模式的に示す縦断面図、図６は図５の平面図である。図５に示すように、電解加工装置１４は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム２０と、アーム２０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２２と、基板保持部２２の下方に配置される円板状の電極部２４と、電極部２４に接続される加工用電源２６とを備えている。本実施形態では、電極部２４の直径は、基板保持部２２で保持する基板Ｗの直径の２倍以上に設定されており、基板Ｗの全面を電解加工するようになっている。
【００２９】
アーム２０は、揺動用モータ２８に連結された揺動軸３０の上端に取り付けられており、揺動用モータ２８の駆動に伴って水平方向に揺動するようになっている。また、この揺動軸３０は、上下方向に延びるボールねじ３２に連結されており、ボールねじ３２に連結された上下動用モータ３４の駆動に伴ってアーム２０とともに上下動するようになっている。なお、揺動軸３０にエアシリンダを連結し、このエアシリンダの駆動により揺動軸３０を上下動してもよい。
【００３０】
基板保持部２２は、基板保持部２２で保持した基板Ｗと電極部２４とを相対移動させる第１の駆動部としての自転用モータ３６にシャフト３８を介して接続されており、この自転用モータ３６の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。また、上述したように、アーム２０は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、基板保持部２２はアーム２０と一体となって上下動及び水平方向に揺動可能となっている。また、電極部２４の下方には、基板Ｗと電極部２４とを相対移動させる第２の駆動部としての中空モータ４０が設置されており、電極部２４はこの中空モータ４０に直結されている。これにより、電極部２４は、中空モータ４０の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００３１】
図５及び図６に示すように、電極部２４には、扇形の加工電極４２と給電電極４４とが交互に配置されており、これらの加工電極４２及び給電電極４４の上面には、加工電極４２及び給電電極４４の表面を一体に覆う膜状のイオン交換体４６（図６においては図示せず）が取り付けられている。加工電極４２及び給電電極４４は、スリップリング４８を介して加工用電源２６に接続されている。本実施形態では、加工電極４２は加工用電源２６の陰極に、給電電極４４は加工用電源２６の陽極に接続されているが、加工材料によっては、加工用電源２６の陰極に接続される電極を給電電極とし、陽極に接続される電極を加工電極としてもよい。すなわち、被加工材料が例えば銅やモリブデン、鉄である場合には、陰極側に電解加工作用が生じるため、加工用電源２６の陰極に接続した電極が加工電極となり、陽極に接続した電極が給電電極となるが、被加工材料が例えばアルミニウムやシリコンである場合には、陽極側で電解加工作用が生じるため、加工用電源２６の陽極に接続した電極が加工電極となり、陰極に接続した電極が給電電極となる。
【００３２】
ここで、加工電極４２及び給電電極４４は、電解反応により、酸化又は溶出が一般に問題となる。このため、電極の素材として、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、導電性酸化物又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又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導電性の低下を防止することができる。
【００３３】
電極部２４の加工電極４２及び給電電極４４の上面に取り付けられたイオン交換体４６は、例えば、アニオン交換能又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。
【００３４】
ここで、例えば強塩基性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いわゆる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。したがって、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。
【００３５】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、上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いわゆる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。
【００３６】
イオン交換体４６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、又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、短繊維等が挙げられる。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。
【００３７】
このように、イオン交換体４６をアニオン交換能又はカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、純水又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、不織布内部の水分解触媒作用を有する活性点に容易に到達することが可能となって、多くの水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離される。更に、解離によって生成した水酸化物イオンが純水又は超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率よく加工電極４２の表面に運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００３８】
ここで、イオン交換体４６をアニオン交換能又はカチオン交換能の一方を付与したもののみで構成すると、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、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、イオン交換体４６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たりしてもよく、これにより、被加工材料の範囲を拡げるとともに、不純物を生成しにくくすることができる。
【００３９】
図６に示すように、電極部２４の上方には、電極部２４の径方向に沿って延びる純水噴射ノズル５０が配置されている。この純水噴射ノズル５０は、純水や超純水などの流体を電極部２４の上面に供給する複数の噴射口５０ａを有しており、電極部２４に純水や超純水などの流体を供給する純水供給部を構成している。ここで、純水は、例えば電気伝導度が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。このように電解質を含まない純水又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４６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。
【００４０】
また、純水又は超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、例えば純水又は超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、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を使用することができ、被加工物の特性によって適宜選択して使用することができる。
【００４１】
更に、純水又は超純水の代わりに、純水又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２μＳ／ｃｍ以下にした液体を使用してもよい。このように、純水又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４６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）の集中を緩和して被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以下が好ましい。なお、電気伝導度の値があまり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２μＳ／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。
【００４２】
例えば、イオン交換体４６としてカチオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、加工終了後に銅がイオン交換体（カチオン交換体）４６のイオン交換基を飽和しており、次の加工を行うときの加工効率が悪くなる。また、イオン交換体４６としてアニオン交換基を付与したもの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）４６の表面に銅の酸化物の微粒子（汚染物）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、本実施形態における電解加工装置１４は、図５に示すように、イオン交換体４６の表面又は内部の汚染物を除去する汚染除去部として、イオン交換体４６を再生する再生部５２を備えており、この再生部５２により基板Ｗの加工中又は加工後にイオン交換体４６を再生することで、上述した弊害を除去するようになっている。
【００４３】
図７は、図５の電解加工装置１４の再生部５２を模式的に示す縦断面図である。図７に示すように、再生部５２は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム５４と、アーム５４の自由端に垂設されて再生電極５６を保持する円板状の再生電極保持部５８と、再生電極５６及び電極部２４に接続される再生用電源６０（図５参照）とを備えている。
【００４４】
アーム５４は、揺動用モータ６２に連結された揺動軸６４の上端に取り付けられており、揺動用モータ６２の駆動に伴って水平方向に揺動するようになっている。また、この揺動軸６４は、上下方向に延びるボールねじ６６に連結されており、ボールねじ６６に連結された上下動用モータ６８の駆動に伴ってアーム５４とともに上下動するようになっている。このように、アーム５４は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、再生電極保持部５８はアーム５４と一体となって上下動及び水平方向に揺動可能となっている。なお、揺動軸６４にエアシリンダを連結し、このエアシリンダの駆動により揺動軸６４を上下動してもよい。
【００４５】
再生電極保持部５８には下方に開口する円形の凹部５８ａが形成されており、この凹部５８ａの上面には円板状の再生電極５６が保持されている。凹部５８ａの下方開口端は隔壁７０により閉塞されており、これにより、再生電極保持部５８の内部に隔壁７０で区画された流路７２が形成されている。また、再生電極保持部５８の直径方向に沿った両端部には、流路７２の外周部に連通する流体供給口５８ｂと流体排出口５８ｃがそれぞれ形成されており、この流体供給口５８ｂと流体排出口５８ｃは、流体供給管７４と流体排出管７６にそれぞれ接続されている。イオン交換体４６の再生時には、流体供給管７４から流路７２内に流体（液体）が供給され、この流路７２内に供給された液体は、流路７２の内部を満たして該液体内に再生電極５６を浸漬させながら、流路７２を一方向に流れて流体排出管７６から順次外部に排出されるようになっている。
【００４６】
ここで、再生電極５６は再生用電源６０の一方の電極（例えば陰極）に接続され、電極部２４の加工電極４２及び給電電極４４はスリップリング７８（図５参照）を介して再生用電源６０の他方の電極（例えば陽極）に接続されている。アーム５４を下降させることによって、再生電極保持部５８の隔壁７０を加工電極４２及び給電電極４４上のイオン交換体４６の表面（上面）に接触又は近接させ、再生用電源６０によって再生電極５６と加工電極４２及び給電電極４４との間に電圧を印加すると、イオン交換体４６に付着した銅等の汚染物の溶解が促進され、イオン交換体４６が再生される。
【００４７】
本実施形態では、隔壁７０として、再生されるイオン交換体４６と同じイオン交換基を有するイオン交換体を使用している。すなわち、電極部２４のイオン交換体４６としてカチオン交換基を有するイオン交換体を使用する場合には、隔壁７０としてカチオン交換基を有するイオン交換体を使用し、電極部２４のイオン交換体４６としてアニオン交換基を有するイオン交換体を使用する場合には、隔壁７０としてアニオン交換基を有するイオン交換体を使用する。なお、再生されるイオン交換体４６がカチオン交換基を有するイオン交換体である場合には、再生電極５６は再生用電源６０の陰極に接続され、アニオン交換基を有するイオン交換体である場合には、再生電極５６は再生用電源６０の陽極に接続される。
【００４８】
ここで、隔壁７０は、再生されるイオン交換体４６から除去される不純物イオンの移動の妨げとなることなく、しかも隔壁７０と再生電極５６との間を流れる流路７２内部の流体（流体中のイオンも含む）が再生されるイオン交換体４６側へ透過することを防止できるものであることが好ましい。具体的には、隔壁７０のイオン交換体として、カチオン又はアニオンの一方を選択的に透過させることができる膜状のイオン交換体を用いることで、隔壁７０と再生電極５６との間を流れる流体が再生されるイオン交換体４６側に進入することを防止することができる。
【００４９】
流路７２内に供給する流体は、再生されるイオン交換体４６から移動し隔壁７０を通過したイオンを該流体の流れで系外に排出するためのものである。このような流体としては、例えば、電解液で、導電率が高く、かつ再生されるイオン交換体４６から除去されるイオンとの反応により難溶性又は不溶性の化合物を生成しない流体であることが好ましい。すなわち、誘電率が高く、かつイオン交換体４６から除去されるイオンとの反応により不溶性の化合物を生じない流体を流路７２に供給することで、この流体の電気抵抗を下げて再生部５２の消費電力を少なく抑え、しかも、不純物イオンとの反応で不溶性の化合物（２次生成物）が生成されて隔壁７０に付着することを防止することができる。この流体は、排出する不純物イオンの種類に応じて適宜選択されるが、例えば、銅の電解加工に使用したイオン交換体を再生する場合には、濃度が１ｗｔ％以上の硫酸を使用することができる。
【００５０】
ここで、図５に示すように、電極部２４には、基板Ｗの近傍に存在する流体の電気伝導度を測定するセンサ（プローブ）８０が設置されている。このセンサ８０は、ケーブル８２を介して、加工状態を制御する制御部８４に接続されており、制御部８４はセンサ８０により測定された電気伝導度に基づいて加工状態を制御できるようになっている。例えば、制御部８４は、センサ８０により測定された電気伝導度に基づいて、純水噴射ノズル５０から噴射する流体の流量を制御したり、再生部５２の起動及び停止を行ったりすることができる。
【００５１】
次に、本実施形態における基板処理装置を用いた基板処理（電解加工）について説明する。まず、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工部）として銅膜６を形成した基板Ｗを収納したカセットをロード・アンロード部１０にセットし、このカセットから１枚の基板Ｗを搬送ロボット１６で取り出す。搬送ロボット１６は、取り出した基板Ｗを必要に応じて反転機１２に搬送し、基板Ｗの導電体膜（銅膜６）を形成した表面が下を向くように反転させる。次に、搬送ロボット１６は反転させた基板Ｗを受け取り、この基板Ｗを電解加工装置１４に搬送する。
【００５２】
そして、電解加工装置１４の基板保持部２２により基板Ｗを吸着保持し、アーム２０を揺動させて基板Ｗを保持した基板保持部２２を電極部２４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３４を駆動して基板保持部２２を下降させ、この基板保持部２２で保持した基板Ｗを電極部２４のイオン交換体４６の表面に接触又は近接させる。この状態で、中空モータ４０を駆動して電極部２４を回転させるとともに、自転用モータ３６を駆動して基板保持部２２及び基板Ｗを回転させ、基板Ｗと電極部２４とを相対運動させる。このとき、純水噴射ノズル５０の噴射口５０ａから基板Ｗと電極部２４との間に純水又は超純水を噴射する。そして、加工用電源２６により加工電極４２と給電電極４４との間に所定の電圧を印加し、イオン交換体４６により生成された水素イオン又は水酸化物イオンによって、加工電極（陰極）において基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）の電解加工を行う。
【００５３】
この電解加工においては、超純水等の流体中の水分子がイオン交換体４６により水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンは、基板Ｗと加工電極４２との間の電界と超純水等の流体の流れによって、基板Ｗの加工電極４２と対面する表面に供給される。このように、基板Ｗの近傍の水酸化物イオンの密度を高め、基板Ｗの原子と水酸化物イオンを反応させる。反応によって生成された反応物質は、流体中に溶解し、基板Ｗの表面に沿った流体の流れによって基板Ｗの表面から除去される。これにより、基板Ｗの表面層の除去加工が行われる。
【００５４】
電解加工完了後、加工用電源２６の接続を切り、電極部２４及び基板保持部２２の回転を停止させ、しかる後、基板保持部２２を上昇させ、アーム２０を移動させて基板Ｗを搬送ロボット１６に受け渡す。基板Ｗを受け取った搬送ロボット１６は、必要に応じて反転機１２に搬送して反転させた後、基板Ｗをロード・アンロード部１０のカセットに戻す。
【００５５】
ここで、超純水のような液自身の電気抵抗値が大きい液体を使用する場合には、イオン交換体４６を基板Ｗに接触させることにより、電気抵抗を低減させることができ、印加電圧も小さくて済み、消費電力も低減できる。この「接触」は、例えばＣＭＰのように物理的なエネルギー（応力）を被加工物に与えるために、「押し付ける」ことを意味するものではない。したがって、本実施形態における電解加工装置では、基板Ｗの電極部２４への接触又は近接には上下動用モータ３４を用いており、例えばＣＭＰ装置において基板と研磨部材を積極的に押し付ける押圧機構は具備していない。すなわち、ＣＭＰにおいては、一般に２０〜５０ｋＰａ程度の押圧力で基板を研磨面に押し付けているが、本実施形態の電解加工装置では、例えば、２０ｋＰａ以下の圧力でイオン交換体４６を基板Ｗに接触させればよく、１０ｋＰａ以下の圧力でも十分除去加工効果が得られる。
【００５６】
図８は、電解加工における基板Ｗの加工量と基板Ｗ上の残留段差との関係を示すグラフである。図８から、供給する流体の電気伝導度が大きいときは、電解加工により加工しても残留段差が解消されず、電気伝導度が小さくなるにつれて、より効果的に残留段差が解消されていることがわかる。すなわち、図９に示すように、供給する流体の電気伝導度が小さいほど良好な平坦化特性が得られる。このような観点から、本実施形態では、上述したセンサ８０によって流体の電気伝導度を測定（モニタリング）し、測定された電気伝導度に基づいて加工条件を変更して、流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベルに維持している。
【００５７】
本実施形態では、例えば５００μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を、平坦化特性に影響を与えないレベルとして設定している。すなわち、図９において、第１の閾値Ａを５００μＳ／ｃｍとし、５００μＳ／ｃｍ以下の領域は電気伝導度の修正が可能な領域（修正可能領域）とし、５００μＳ／ｃｍよりも大きな領域は電気伝導度の修正が不可能な領域（修正不能領域）としている。更に、図９の修正可能領域における電気伝導度の第２の閾値Ｂとして５０μＳ／ｃｍを、第３の閾値Ｃとして２μＳ／ｃｍを設定している。
【００５８】
図１０は、本実施形態における流体の電気伝導度のモニタリング工程を示すフローチャートである。電解加工中に、センサ８０によって流体（純水又は超純水）の電気伝導度が測定され、測定された電気伝導度が制御部８４に送られる。制御部８４では、測定された流体の電気伝導度が上記閾値Ｃ（２μＳ／ｃｍ）よりも大きいか否かが判断される（ステップ１）。測定された電気伝導度が閾値Ｃ（２μＳ／ｃｍ）以下である場合には、平坦化特性に影響を与えないレベルにあるといえるので、そのまま電解加工装置１４の運転が継続される。
【００５９】
一方、測定された電気伝導度が閾値Ｃ（２μＳ／ｃｍ）よりも大きい場合には、制御部８４により加工条件が変更される（ステップ２）。例えば、制御部８４は、純水噴射ノズル５０から噴射する流体の流量を変更する。イオン交換体４６と基板Ｗとの間の流体の電気伝導度が増加した場合に、純水噴射ノズル５０から噴射する流体の流量を多くすれば、イオン交換体４６と基板Ｗとの間に滞留している汚染物を含んだ流体を排出して、イオン交換体４６と基板Ｗとの間の流体の電気伝導度を好ましいレベルに維持することができる。
【００６０】
ステップ２において加工条件が変更された後、測定された電気伝導度が閾値Ｂ（５０μＳ／ｃｍ）よりも大きいか否かが判断される（ステップ３）。測定された電気伝導度が閾値Ｂ（５０μＳ／ｃｍ）以下である場合には、平坦化特性に影響を与えないレベルにあるとして、そのまま電解加工装置１４の運転を継続する。一方、測定された電気伝導度が閾値Ｂ（５０μＳ／ｃｍ）よりも大きい場合には、例えば基板処理装置に設置された表示装置に警告が表示され（ステップ４）、制御部８４により再び加工条件が変更される（ステップ５）。
【００６１】
ステップ５において制御部８４により加工条件が変更された後、測定された電気伝導度が閾値Ａ（５００μＳ／ｃｍ）よりも大きいか否かが判断される（ステップ６）。測定された電気伝導度が閾値Ａ（５００μＳ／ｃｍ）以下である場合には、平坦化特性に影響を与えないレベルにあるとして、そのまま電解加工装置１４の運転を継続する。一方、測定された電気伝導度が閾値Ａ（５００μＳ／ｃｍ）よりも大きい場合には、例えば上述した表示装置に警告が表示され（ステップ７）、電気伝導度の修正が不可能であるとして電解加工装置１４の運転が停止される。
【００６２】
このように、本発明に係る電解加工装置によれば、加工雰囲気中の流体の電気伝導度を測定し、測定した流体の電気伝導度に基づいて加工条件を変更して、流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベル、好ましくは５００μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは２μＳ／ｃｍ以下に維持することができる。したがって、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン、添加剤などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑えて、常に良好な平坦化特性を得ることができる。なお、上述した流体の電気伝導度のモニタリングは、基板Ｗの電解加工中又は電解加工後のいずれにおいても行うことができる。
【００６３】
上述した例では、加工条件を変更することによって、イオン交換体４６と基板Ｗとの間の流体の電気伝導度を所定のレベルに維持しているが、図１０のステップ２又はステップ５において、加工条件を変更する代わりに、再生部５２を起動して、再生部５２によるイオン交換体４６の再生を行ってもよい。このように、再生部５２によってイオン交換体４６を再生すれば、イオン交換体４６の表面又は内部の汚染物を除去し、結果としてイオン交換体４６と基板Ｗとの間の流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベルに維持することができる。次に、このような再生部５２によるイオン交換体４６の再生処理について説明する。
【００６４】
再生処理においては、まず、再生部５２のアーム５４を揺動させて再生部５２を電極部２４の上方に移動させ、更に再生部５２を下降させて、再生部５２の隔壁７０の下面を、電極部２４の上面のイオン交換体４６の上面に近接又は接触させる。この状態で、再生電極５６に再生用電源６０の一方の電極（例えば陰極）を接続し、加工電極４２及び給電電極４４に他方の電極（例えば陽極）を接続して、再生電極５６と電極４２，４４との間に電圧を印加するとともに、中空モータ４０を駆動して電極部２４を回転させる。なお、再生処理においては給電電極４４には通電しなくてもよい。
【００６５】
このとき、純水噴射ノズル５０から純水又は超純水を電極部２４の上面に噴射するとともに、再生電極保持部５８の内部に形成された流路７２内に液体を供給する。これによって、隔壁７０と電極部２４との間に純水又は超純水を満たして、再生するイオン交換体４６を純水又は超純水中に浸漬させ、同時に、流路７２内に液体を満たして該液体中に再生電極５６を浸漬させ、この液体が流路７２内を一方向に流れて流体排出口５８ｃから外部に流出するようにする。
【００６６】
上述したように、再生電極５６は、イオン交換体４６（及び隔壁７０）の極性と逆になるように制御される。すなわち、イオン交換体４６（及び隔壁７０）としてカチオン交換体を使用した場合には、再生電極５６が陰極で、電極４２，４４が陽極となり、イオン交換体４６（及び隔壁７０）としてアニオン交換体を使用した場合には、再生電極５６が陽極で、電極４２，４４が陰極となるように制御される。
【００６７】
このようにして、イオン交換体４６のイオンを再生電極５６に向けて移動させ、隔壁７０を通過させて流路７２に導き、この流路７２に移動したイオンをこの流路７２内に供給される液体の流れで系外に排出して、イオン交換体４６の再生を行う。このとき、イオン交換体４６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４６に取り込まれたカチオンが隔壁７０を通過して流路７２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４６に取り込まれたアニオンが隔壁７０を通過して流路７２の内部に移動して、イオン交換体４６が再生される。
【００６８】
再生処理完了後、再生用電源６０と電極４２，４４及び再生電極５６との電気的接続を切断し、再生部５２を上昇させた後、電極部２４の回転を停止させる。その後、アーム５４を揺動させて再生部５２を元の待避位置に戻す。本実施形態では、図５に示すように、電極部２４の直径が、基板保持部２２で保持する基板Ｗの直径の２倍以上になっているので、基板Ｗを電解加工しながら、再生部５２による再生処理を行うことができる。
【００６９】
このように、本発明に係る電解加工装置によれば、電解加工中又は電解加工後の加工雰囲気中の流体の電気伝導度を測定し、測定した流体の電気伝導度に基づいてイオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去して、結果として流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベル、好ましくは５００μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは２μＳ／ｃｍ以下に維持することができる。したがって、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン、添加剤などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑えて、常に良好な平坦化特性を得ることができる。
【００７０】
ここで、流体の電気伝導度を測定するセンサ８０は、基板Ｗに形成されたパターンの溝（図３の凹部３１０）の内部にある流体の電気伝導度を直接測定できることが理想的であるが、現実には溝の内部や溝の凸部（図３の凸部３３０）にこのようなセンサを設置することは困難である。したがって、本実施形態では、基板Ｗの近傍に位置する電極部２４にセンサ８０を設置している。センサ８０の位置はこれに限られるものではなく、例えば、流体を排出する流体排出部にセンサ８０を配置してもよい。更に、排出された流体を再利用（リサイクル）する場合には、流体を供給する流体供給部にセンサ８０を配置することもできる。
【００７１】
図１１は、本発明の第２の実施形態における電解加工装置を模式的に示す縦断面図である。本実施形態における電解加工装置１１４においては、電極部１２４に取り付けるイオン交換体４６としてカチオン交換体を使用し、加工電極４２の表面を覆う位置に位置するイオン交換体（カチオン交換体）４６を部分的に再生するようにしている。すなわち、加工電極４２は電極部１２４に設けた凹部１２４ａ内に、給電電極４４は電極部１２４に設けた凹部１２４ｂ内にそれぞれ埋込まれている。この加工電極４２を埋込む凹部１２４ａは、給電電極４４を埋込む凹部１２４ｂより深くなっており、ここに再生部１５２が設けられている。なお、本実施形態では、加工電源２６が再生用電源を兼ねており、加工電極４２が再生電極を兼ねている。
【００７２】
図１２は、図１１に示す電解加工装置の要部の拡大図である。図１２に示すように、再生部１５２は、凹部１２４ａの開口端を閉塞する隔壁１７０を有しており、これにより、加工電極４２と隔壁１７０との間に隔壁１７０で区画された流路１７２が形成されている。この隔壁１７０は、上述した第１の実施形態における隔壁７０と同様に、再生されるイオン交換体４６から除去される不純物イオンの移動の妨げとなることなく、しかも隔壁１７０と加工電極４２との間を流れる流路１７２内部の液体（流体中のイオンも含む）が再生されるイオン交換体４６側へ透過することを防止できるものであることが好ましい。
【００７３】
また、電極部１２４には、水平方向に延びて流路１７２の外周部に連通する流体供給口１２４ｃと、流路１７２の外周端部から水平方向に延びて電極部１２４の外周端面で開口する流体排出口１２４ｄがそれぞれ形成されている。この流体供給口１２４ｃは、中空モータ４０の中空部内を延びる流体供給管１７４を介して汚染物排出用の流体を供給する流体供給部１７８に接続されている。イオン交換体４６の再生時には、流体供給口１２４ｃから流路１７２内に排出用流体（液体）が供給され、この流路１７２内に供給された液体は、流路１７２の内部を満たして該液体内に加工電極４２を浸漬させながら、流路１７２を一方向に流れて流体排出口７６から順次外部に排出されるようになっている。
【００７４】
流路１７２内に供給する流体は、再生されるイオン交換体４６から移動し隔壁１７０を通過したイオンを該流体の流れで系外に排出するためのものである。このような流体としては、電気伝導度（誘電率）が、例えば５０μＳ／ｃｍ以上と高く、かつイオン交換体４６から除去されるイオンとの反応により不溶性の化合物を生成しない流体であることが好ましい。このように、電気伝導度（誘電率）が高く、かつイオン交換体４６から除去されるイオンとの反応により不溶性の化合物を生じない流体を供給することで、この流体の電気抵抗を下げて再生部１５２の消費電力を少なく抑え、しかも、イオン交換体４６との反応で難溶性もしくは不溶性の化合物（２次生成物）が生成されて隔壁１７０に付着することを防止することができる。この流体は、排出する不純物イオンの種類によって適宜選択されるが、例えば、銅の電解加工に使用したイオン交換体を再生する場合には、濃度が１ｗｔ％以上の硫酸を使用することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、図１２に示すように、電極部１２４の中央部に貫通孔１２５が形成されており、この貫通孔１２５は、中空モータ４０の中空部内を延びる流体供給管１８０を介して、純水、より好ましくは超純水等の電解加工用の流体を供給する流体供給部１８２に接続されている。これによって、純水又は超純水等の加工用流体は、この貫通孔１２５を通して電極部１２４の上面に供給された後、吸水性を有するイオン交換体４６を通じて加工面全域に供給されるようになっている。
【００７６】
本実施形態では、再生部１５２の隔壁１７０として、再生されるイオン交換体４６と同じイオン交換基を有するイオン交換体、すなわちカチオン交換体を使用している。これにより、イオン交換体（カチオン交換体）４６から出たイオンのみを隔壁（イオン交換体）１７０を透過させ、流路１７２内を流れる排出用流体中のイオンが隔壁（イオン交換体）１７０を透過してイオン交換体４６側に移動することを防止することができる。なお、イオン交換体４６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る場合には、隔壁（イオン交換体）としてアニオン交換体を使用することが好ましい。
【００７７】
図１３は、図１１の電解加工装置の再生部１５２の要部拡大図である。図１３に示すように、本実施形態では、加工電極４２との間に流路１７２を構成する隔壁（イオン交換体）１７０として、表面平滑性と柔軟性を有する表面の薄いフィルム状のイオン交換体からなる表面層１７０ａと、イオン交換容量の大きなイオン交換体からなる裏面層１７０ｂとからなる２層構造のものを使用している。更に、流路１７２の内部には、隔壁１７０を平坦に支持する支持体１８４を配置している。この支持体１８４の所定の位置には貫通孔１８４ａが形成されている。
【００７８】
このように、隔壁１７０のイオン交換体を積層構造とすることで、イオン交換体からなる裏面層１７０ｂを介して、隔壁１７０全体としてのイオン交換容量を増大させ、しかも隔壁１７０に弾性を持たせて、加工の際に隔壁１７０に過度の圧力が加わって隔壁１７０が損傷してしまうことを防止することができる。ここで、イオン交換体からなる表面層１７０ａとしては、流路１７２に沿って流れる排出用流体として電解液を用いる場合は、非通液性を有し、イオン透過性を有するものが用いられる。排出用流体として、イオン交換液を用いる場合は、表面層１７０ａは、排出流体中のイオン交換体が漏れなければ、水は透過してもよい。また、隔壁１７０を支持する支持体１８４を設けることにより、流路１７２を確保することができ、かつその上にイオン交換体を積層することができる。
【００７９】
図１４は、図１１の電解加工装置の再生部１５２の変形例を示す要部拡大図である。この例では、上述した２層構造からなる隔壁１７０の裏面に、イオン交換体からなる膜状の隔壁膜１７０ｃを取付け、この隔壁膜１７０ｃを取り付けた隔壁１７０を、流路１７２内に配置した支持体１８４で支持したものである。このように、隔壁１７０を支持体１８４で支持することにより、隔壁１７０として、薄いフィルム状のものを使用しても、隔壁１７０をウェハＷに柔軟に接触させることができる。この柔軟とは、被加工物の寸法や相対運動による被加工面のバラツキに対応するために求められるものである。
【００８０】
ここで、支持体１８４には多数の貫通孔１８４ａが形成されている。これにより、隔壁１７０に張りを持たせ、しかも隔壁１７０に弾性を持たせることで、基板等の被加工物Ｗがその全面に亘って隔壁１７０の表面に接触するようにすることができる。図１４に示す例では、表面層１７０ａと隔壁膜１７０ｃとの２層構造により隔壁の機能が発揮され、万が一、表面層１７０ａと隔壁膜１７０ｃとのいずれか一方が破れてしまった場合にも排出用流体が被加工物Ｗ側へ漏れ出ないので安全である。
【００８１】
そして、隔壁１７０の交換容量が限界に達した時に、流路１７２に供給され該流路２０４に沿って流れる排出用流体にイオン性の生成加工物が取り込まれて隔壁１７０が再生され、これにより、加工電極４２の表面を覆っている隔壁１７０の交換等の手間を省くことができる。なお、ここで、表面層１７０ａ、裏面層１７０ｂにイオン交換体を用いているのは、電気化学的不活性、弾性、イオンを通す、という条件を兼ね備えているからであり、この条件を満たすものであれば他の材質を用いてもよい。
【００８２】
なお、支持体１８４を、加工電極４２と異なる電気化学的に不活性な絶縁物質、例えばフッ素樹脂などで構成することにより、被加工物への給電がイオン交換液を通して行われるので、排出用流体への加工生成物の取込みを効率よく行うことができる。また、この隔壁膜１７０ｃをイオン交換体で構成して、その上を純水が、下を排出用流体が、即ち裏面層１７０ｂに沿って純水が、流路１７２に沿って排出用流体がそれぞれ流れるようにしてもよい。これにより、一般的に有害な排出用流体を加工面より遠ざけて、加工面のイオン交換体に破損が起きても隔壁膜１７０ｃにより排出用流体が流れ出ることを防止することができる。ここで、イオン交換体からなる表面層１７０ａとしては、流路１７２に沿って流れる排出用流体として電解液を用いる場合は、非通液性を有し、イオン透過性を有するものが用いられる。排出用流体として、イオン交換液を用いる場合は、表面層１７０ａは、排出流体中のイオン交換体が漏れなければ、水は透過してもよい。
【００８３】
ここで、図１１に示すように、本実施形態の電極部１２４には、加工電極４２と給電電極４４との間の抵抗値を測定して、流路１７２からの排出用流体の漏れを検出するセンサ１８６が設置されている。このセンサ１８６は、装置の運転を制御する制御部８４に接続されており、制御部８４はセンサ１８６により測定された抵抗値に基づいて装置の運転を制御できるようになっている。隔壁１７０が破損して流路１７２を流れる排出用流体が外部に漏れて加工部側に漏れると、加工部における電気伝導度が急激に高くなる。そこで、加工電極４２と給電電極４４との間の抵抗値を監視することで、流路１７２に漏れが発生したか否かを検知し、漏れが発生したときに、素早く運転を停止することで、この排出用流体の漏れが加工効率や加工均一性に悪影響を与えることを防止することができる。
【００８４】
電解加工時には、加工電極４２と給電電極４４との間に加工用電源２６から所定の電圧を印加するとともに、中空モータ４０を駆動して電極部１２４を回転させるとともに、自転用モータ３６を駆動して基板保持部２２及び基板Ｗを回転させ、基板Ｗと電極部１２４とを相対運動させる。貫通孔１２５を通じて、電極部１２４の下側から該電極部１２４の上面に純水又は超純水等の加工用流体を供給し、加工電極４２及び給電電極４４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、電極反応及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１（ｂ）に示す銅膜６等の電解加工を行う。ここに、純水又は超純水等の加工用流体がイオン交換体４６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。
【００８５】
イオン交換体４６の再生時には、流体供給口１２４ｃを通じて、再生部１５２に設けた流路１７２内に汚染物排出用の排出用流体を供給する。これによって、流路１７２内に排出用流体を満たして該液体中に加工電極４２を浸漬させ、この排出用流体が流路１７２内を直径方向外方に向けて一方向に流れて流体排出口１２４ｄから外部に流出するようにする。これによって、イオン交換体４６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４６のイオンを加工電極４２に向けて移動させ、隔壁１７０を通過させて流路１７２に導き、この流路１７２に移動したイオンをこの流路１７２内に供給される排出用流体の流れで系外に排出して、イオン交換体４６の再生を行う。この時、イオン交換体４６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４６に取り込まれたカチオンが隔壁１７０を通過して流路１７２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４６に取り込まれたアニオンが隔壁１７０を通過して流路１７２の内部に移動して、イオン交換体４６が再生される。
【００８６】
ここで、上述したように、隔壁１７０として、再生に付するイオン交換体４６と同じイオン交換基を有しているイオン交換体を使用することで、イオン交換体４６中の不純物イオンの隔壁（イオン交換体）９２の内部の移動が隔壁（イオン交換体）１７０によって妨げられることを防止して、消費電力が増加することを防止し、しかも隔壁１７０と加工電極４２との間を流れる排出用流体（液体中のイオンも含む）のイオン交換体４６側への透過を阻止して、再生後のイオン交換体４６の再汚染を防止することができる。更に、隔壁１７０と加工電極４２との間に、電気伝導度（導電率）が高くかつイオン交換体４６から除去されるイオンとの反応により不溶性の化合物を生成しない排出用流体を供給することで、この排出用流体の電気抵抗を下げて再生部１５２の消費電力を少なく抑え、しかも不純物イオンとの反応で生成された不溶性の化合物（２次生成物）が隔壁１７０に付着して加工電極４２と給電電極４４との間の電気抵抗が変化し、制御が困難となることを防止することができる。
【００８７】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００８８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、電解加工中又は電解加工後の加工雰囲気中の流体の電気伝導度を測定し、測定した流体の電気伝導度に基づいて加工条件を変更して、流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベルに維持することができる。したがって、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン、添加剤などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑えて、常に良好な平坦化特性を得ることができる。
【００８９】
また、電解加工中又は電解加工後の加工雰囲気中の流体の電気伝導度を測定し、測定した流体の電気伝導度に基づいてイオン交換体の表面又は内部の汚染物を除去して、結果として流体の電気伝導度を平坦化特性に影響を与えないレベルに維持することができる。したがって、電解加工により生じた加工生成物やイオン交換膜の残渣、金属イオン、添加剤などの汚染物による流体の電気伝導度の変化を抑えて、常に良好な平坦化特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２】従来の電解加工方法を示す模式図である。
【図３】電解加工における流体の電気伝導度の変化の影響を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における電解加工装置を備えた基板処理装置の構成を示す平面図である。
【図５】図４の基板処理装置内の電解加工装置を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】図５の電解加工装置の再生部を模式的に示す縦断面図である。
【図８】電解加工における基板の加工量と基板上の残留段差との関係を示すグラフである。
【図９】電解加工において供給する流体の電気伝導度と基板の平坦化特性との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態における流体の電気伝導度のモニタリング工程を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態における電解加工装置を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図１１に示す電解加工装置の要部の拡大図である。
【図１３】図１１の電解加工装置の再生部の要部拡大図である。
【図１４】図１１の電解加工装置の再生部の変形例を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
６    銅膜（導電体膜）
１０    ロード・アンロード部
１２    反転機
１４，１１４    電解加工装置
１６    搬送ロボット
１８    モニタ部
２０，５４    アーム
２２    基板保持部
２４    電極部
２６    加工用電源
２８，６２    揺動用モータ
３０，６４    揺動軸
３２，６６    ボールねじ
３４，６８    上下動用モータ
３６    自転用モータ
３８    シャフト
４０    中空モータ
４２    加工電極
４４    給電電極
４６    イオン交換体
４８，７８    スリップリング
５０    純水噴射ノズル（流体供給部）
５２，１５２    再生部
５６    再生電極
５８    再生電極保持部
６０    再生用電源
７０，１７０    隔壁
７２，１７２    流路
７４，１７４，１８０    流体供給管
７６    流体排出管
８０，１８６    センサ
８２    ケーブル
８４    制御部
【図１】
2004160558.tif 000003
【図２】
2004160558.tif 000004
【図３】
2004160558.tif 000005
【図４】
2004160558.tif 000006
【図５】
2004160558.tif 000007
【図６】
2004160558.tif 000008
【図７】
2004160558.tif 000009
【図８】
2004160558.tif 000010
【図９】
2004160558.tif 000011
【図１０】
2004160558.tif 000012
【図１１】
2004160558.tif 000013
【図１２】
2004160558.tif 000014
【図１３】
2004160558.tif 000015
【図１４】
2004160558.tif 000016