(57)【要約】　　　（修正有）【課題】イオン交換体を、加工を中断することなく、容易かつ迅速に再生し、しかも再生後のイオン交換体の洗浄の負荷を極めて小さくできるとともに、設置面積を減少できるようにした電解加工装置及び方法を提供する。【解決手段】被加工物Ｗに近接自在な加工電極５６と、被加工物Ｗに給電する給電電極５８と、加工電極５６または給電電極５８の少なくとも一方の被加工物Ｗ側表面に取付けたイオン交換体６０と、イオン交換体６０と該イオン交換体を取付けた加工電極５６または給電電極５８の少なくとも一方との間に設けた再生部９０と、加工電極５６と給電電極５８との間に電圧を印加する加工用電源８４と、イオン交換体６０が存在する被加工物Ｗと加工電極５６または給電電極５８の少なくとも一方の間に電解加工用の液体を供給する電解加工液供給部７６とを有する。【選択図】　　　　図３
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【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、
被加工物に給電する給電電極と、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、
前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に設けた再生部と、
前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、
前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記再生部は、
前記イオン交換体と接触乃至近接した位置に配置された隔壁と、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と前記隔壁との間に形成された排出部と、
該排出部に汚染物排出用の排出用液体を供給する排出液供給部とを有す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】
前記隔壁は、イオン交換体である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】
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陽イオン交換体であるときは、前記隔壁を陽イオン交換体とし、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陰イオン交換体であるときは、前記隔壁を陰イオン交換体とすることを特徴とする請求項３記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記加工用液体は、超純水、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項６】
前記排出用液体は、電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上でかつ前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けた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を特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項７】
被加工物に近接自在な加工電極と、
被加工物に給電する給電電極と、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、
前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に排出用液体を流す排出部と再生電極を有する再生部と、
前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、
前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項８】
前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と該イオン交換体との間、もしくは前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と前記再生電極との間に隔壁を有することを特徴とする請求項７記載の電解加工装置。
【請求項９】
前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の両側に隔壁を有することを特徴とする請求項７記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方は、前記隔壁に接した状態で、支持体で支持されて固定されていることを特徴とする請求項８または９記載の電解加工装置。
【請求項１１】
前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方には、前記排出用液体または加工用液体を通す連通孔が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１２】
前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と被加工物との間に、中間電極を有することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記中間電極と、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方、または他の中間電極は、中間電源に接続されていることを特徴とする請求項１２記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記中間電極は、電源に接続されていないフローティング電極であることを特徴とする請求項１３記載の電解加工装置。
【請求項１５】
前記中間電極には、前記排出用液体または加工用液体を通す連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１６】
前記中間電極は、イオン交換体または隔壁と積層されていることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１７】
前記排出部には、該排出部内の排出用液体を強制的に攪拌するための攪拌手段が備えられていることを特徴とする請求項２乃至１６のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１８】
前記排出部から流出した排出用液体を脱気する脱気装置を有することを特徴とする請求項２乃至１７のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１９】
被加工物に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に、再生部を介在させたイオン交換体を取付け、
前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給し、
前記加工電極と前記給電電極との間に加工用電圧を印加して、
前記加工電極による電解加工と前記イオン交換体の前記再生部による再生を同時に行うことを特徴とする電解加工方法。
【請求項２０】
前記イオン交換体の再生部による再生を、該イオン交換体中の不純物イオンを隔壁を通過させて排出部に導き、この排出部内に供給される汚染物排出用の排出用液体の流れで系外に排出して行うことを特徴とする請求項１９記載の電解加工方法。
【請求項２１】
前記隔壁は、イオン交換体であることを特徴とする請求項２０記載の電解加工方法。
【請求項２２】
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陽イオン交換体であるときは、前記隔壁を陽イオン交換体とし、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陰イオン交換体であるときは、前記隔壁を陰イオン交換体とすることを特徴とする請求項２１記載の電解加工方法。
【請求項２３】
前記加工用液体は、超純水、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれかに記載の電解加工方法。
【請求項２４】
前記排出用液体は、電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上でかつ前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けた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を特徴とする請求項１９乃至２３のいずれかに記載の電解加工方法。
【請求項２５】
被加工物に近接自在な加工電極と、
被加工物に給電する給電電極と、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、
前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に区画形成され、内部に汚染物排出用の排出用液体を流す排出液流路と、
前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、
前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２６】
前記排出液流路の内部に、前記イオン交換体を平坦に支持する支持体を配置したことを特徴とする請求項２５記載の電解加工装置。
【請求項２７】
前記イオン交換体は、フィルム形状の表面層と、弾性を有しイオン交換容量の大きな中間層または裏面層を有する２層以上の多層構造からなることを特徴とする請求項２５または２６記載の電解加工装置。
【請求項２８】
前記排出用液体は、電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項２９】
前記排出液流路の内部の前記イオン交換体と接触乃至近接した位置に隔壁を配置したことを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項３０】
前記隔壁は、イオン交換体であることを特徴とする請求項２９記載の電解加工装置。
【請求項３１】
前記隔壁には、貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項２９記載の電解加工装置。
【請求項３２】
前記排出液流路に沿って流れ該流路から流出した排出用液体を再生する排出液再生部を更に有することを特徴とする請求項２５乃至３１のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項３３】
前記排出液再生部には液体再生電極が備えられ、この液体再生電極は、再生に付される再生用液体と電気的に分離されていることを特徴とする請求項３２記載の電解加工装置。
【請求項３４】
前記排出液再生部は、前記排出液流路の入口と出口を繋ぐ循環ラインの内部に設置され、この循環ラインには、脱気装置が備えられていることを特徴とする請求項３３記載の電解加工装置。
【請求項３５】
被加工物に近接自在な加工電極と、
被加工物に給電する給電電極と、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、
前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に区画形成され、内部にイオン交換基を含む汚染物排出用の排出用液体を流す排出液流路と、
前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、
前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項３６】
被加工物に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、
前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面にイオン交換体を取付け、
前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に区画形成された排出液流路の内部にイオン交換基を含む汚染物排出用の排出用液体を、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体をそれぞれ供給しつつ、
前記加工電極と前記給電電極との間に加工用電圧を印加して加工を行うことを特徴とする電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解加工装置及び方法に係り、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のに使用される電解加工装置及び方法に関する。
【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２２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２２（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、この絶縁膜２の内部に、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２２（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、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２２（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、図２３に示すように、被加工物１０の表面に、加工電極１４に取付けたイオン交換体１２ａと、給電電極１６に取付けたイオン交換体１２ｂとを接触乃至近接させ、加工電極１４と給電電極１６との間に電源１７を介して電圧を印加しつつ、加工電極１４及び給電電極１６と被加工物１０との間に液体供給部１９から超純水等の加工用液体１８を供給して、被加工物１０の表面層の除去加工を行うようにしたものである。この電解加工によれば、超純水等の加工用液体１８中の水分子２０をイオン交換体１２ａ，１２ｂで水酸化物イオン２２と水素イオン２４に解離し、例えば生成された水酸化物イオン２２を、被加工物１０と加工電極１４との間の電界と超純水等の加工用液体１８の流れによって、被加工物１０の加工電極１４と対面する表面に供給して、ここでの被加工物１０近傍の水酸化物イオン２２の密度を高め、被加工物１０の原子１０ａと水酸化物イオン２２を反応させる。反応によって生成された反応物質２６は、超純水等の加工用液体１８中に溶解し、被加工物１０の表面に沿った超純水等の加工用液体１８の流れによって被加工物１０から除去される。
【０００８】
ここで、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が生成されて付着し、加工速度の均一性を妨げるおそれがある。
【０００９】
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考えられる。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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
イオン交換体を使用したイオン交換法は、精製、分離、濃縮など様々な目的に利用されており、イオン交換体の再生は、カチオン交換体の場合は酸を、アニオン交換体の場合はアルカリを用い、これらの液体にイオン交換体を浸漬させることで一般に行われる。ここで、例えば、ナトリウムイオンのように、水素イオンとイオン選択係数が近いイオンを捕らえた陽イオン交換体にあっては、酸に浸漬させることによって非常に短時間でイオン交換体を再生することができる。しかし、イオン選択係数の大きいイオンを捕らえたイオン交換体を酸やアルカリを使用して再生すると、この再生速度が非常に遅い。また再生後のイオン交換体には、薬液が高濃度に残留し、このため、イオン交換体の洗浄が必要となる。更に、再生液を溜める再生槽が別途必要となって、かなり広い設置面積を占めてしまうばかりでなく、イオン交換体の再生のために加工を中断する必要があって、スループットの低下に繋がってしまう。
【００１１】
なお、被加工物に接するイオン交換体は、表面平滑性と柔軟性を持たせるため、一般に薄いフィルム形状に形成されており、そのため、加工量の目安となるイオン交換容量が一般に小さい。このため、フィルム形状のイオン交換体と電極の間に、イオン交換容量の大きいイオン交換体を積層し、加工生成物の大部分の取込みをこの積層部（積層イオン交換体）で行っていた。しかし、ある程度加工を行うと、それ以上この積層部が加工生成物を取り込めなくなるので、イオン交換体の交換、もしくは再生を要していた。このイオン交換体の交換は、一般に手作業によって行われており、このため、この交換に多大な時間が掛かり、また再生するにしても、その間は加工ができないので、装置のスループットに悪影響を与えていた。
【００１２】
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、加工を中断することなく、容易かつ迅速に再生し、しかも再生後のイオン交換体の洗浄の負荷を極めて小さくできるとともに、設置面積を減少できるようにした電解加工装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、被加工物に給電する給電電極と、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に設けた再生部と、前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置である。
【００１４】
これにより、被加工物に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、イオン交換体が存在する被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給しつつ、加工電極と給電電極との間に加工用電圧を印加することで、加工電極による電解加工とイオン交換体の再生部による再生を同時に行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記再生部は、前記イオン交換体と接触乃至近接した位置に配置された隔壁と、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と前記隔壁との間に形成された排出部と、該排出部に汚染物排出用の排出用液体を供給する排出液供給部とを有することを特徴とする請求項１記載の電解加工装置である。
これにより、イオン交換体を固体電解質としたイオン交換反応により、電解加工に伴ってイオン交換体内に取り込まれたイオン状の加工生成物等の不純物イオンを、加工電極または給電電極に向け移動させて隔壁を通過させ、この隔壁を通過した不純物イオンを排出部に供給される汚染物排出用の排出用液体の流れで系外に排出してイオン交換体を再生することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記隔壁は、イオン交換体であることを特徴とする請求項２記載の電解加工装置である。隔壁は、イオン交換体中の不純物イオンの移動の妨げとなることなく、しかも隔壁で隔てた排出部内を流れる排出用液体（液体中のイオンも含む）のイオン交換体側への透過を阻止できることが望ましい。イオン交換体は、カチオンまたはアニオンの一方を選択的に透過することができ、しかも、膜状のイオン交換体を用いることで、排出部内を流れる排出用液体がイオン交換体側に進入することを防止することができ、これらの要求を満たすことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陽イオン交換体であるときは、前記隔壁を陽イオン交換体とし、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陰イオン交換体であるときは、前記隔壁を陰イオン交換体とすることを特徴とする請求項３記載の電解加工装置である。
【００１８】
このように、再生に付するイオン交換体と隔壁（イオン交換体）が同じ極性のイオン交換基を有するようにすることで、イオン交換体から出た不純物イオンのみを隔壁を透過させ、排出部内を流れる排出用液体中のイオンが隔壁を透過してイオン交換体側に移動することを防止することができる。
【００１９】
ここで、カチオン交換体にあっては、カチオン交換体の内部をカチオン（陽イオン）のみが電気的に移動可能である。そこで、例えば加工電極を陰極とした場合には、この加工電極の表面にカチオン交換体（イオン交換体）を取付け、このカチオン交換体を再生する時には、図１の右側に示すように、カチオン交換体３０ａと加工電極（陰極）３２との間に再生部３４ａを設ける。一方、アニオン交換体にあっては、アニオン交換体の内部をアニオン（陰イオン）のみが電気的に移動可能である。そこで、例えば給電電極を陽極とした場合には、この給電電極の表面にアニオン交換体（イオン交換体）を取付け、このアニオン交換体を再生する時には、図１の左側に示すように、アニオン交換体３０ｂと給電電極（陽極）３６との間に再生部３４ｂを設ける。
【００２０】
ここに、再生部３４ａ，３４ｂは、イオン交換体（カチオン交換体３０ａまたはアニオン交換体３０ｂ）と接触乃至近接した位置に配置された隔壁３８と、加工電極３２または給電電極３６と隔壁３８との間に形成された排出部４０と、この排出部４０に汚染物排出用の排出用液体Ａを供給する排出液供給部４２を有している。そして、イオン交換体（カチオン交換体３０ａ及びアニオン交換体３０ｂ）に基板Ｗ等の被処理材を近接乃至接触させた状態で、排出部４０に排出液供給部４２から汚染物排出用の排出用液体Ａを、隔壁３８とイオン交換体（カチオン交換体３０ａ及び／またはアニオン交換体３０ｂ）との間に電解加工液供給部４４から電解加工用の加工用液体Ｂをそれぞれ供給し、同時に、加工電極３２と給電電極３６との間に、加工電極３２を陰極、給電電極３６を陽極とした電圧を加工用電源４６から印加し、これによって、電解加工を行う。
【００２１】
この時、カチオン交換体３０ａにあっては、この内部に加工中に取り込まれた被加工物の溶解イオンＭ＋等のイオンが加工電極（陰極）３２側に向かって移動して隔壁３８を通過し、この隔壁３８を通過したイオンＭ＋は、隔壁３８と加工電極３２との間に供給される排出用液体Ａの流れで系外に排出され、これによって、カチオン交換体３０ａが再生される。この隔壁３８として、カチオン交換体を使用することで、カチオン交換体３０ａから出たイオンＭ＋のみを隔壁（カチオン交換体）３８を透過させることができる。一方、アニオン交換体３０ｂにあっては、この内部のイオンＸ−が、給電電極（陽極）３６側に向かって移動して隔壁３８を通過し、この隔壁３８を通過したイオンＸ−は、隔壁３８と給電電極３６との間に供給される排出用液体Ａの流れで系外に排出され、これによって、アニオン交換体３０ｂが再生される。この隔壁３８として、アニオン交換体を使用することで、アニオン交換体３０ｂから出たイオンＸ−のみを隔壁（アニオン交換体）３８を透過させることができる。
【００２２】
なお、この例では、汚染物排出用の液体として、単一の液体Ａを使用しているが、イオン交換体から排出する不純物イオンの種類に合わせて異なる液体を使用してもよい。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、前記加工用液体は、超純水、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置である。
ここで、超純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算値、以下同じ）が０．１μＳ／ｃｍ以下の水で、純水は、例えば電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下の水である。このように、加工用液体として、純水、より好ましくは、超純水を使用して電解加工を行うことで、清浄な加工を行うことができ、これによって、後の洗浄や廃液の処理を簡素化することができる。
【００２４】
また、加工用液体として、例えば、純水または超純水に界面活性剤等の添加剤を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ、より好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下にした液体を使用し、液体中に、イオンの局部的な集中を防ぐ役割を果たす添加剤を存在させることで、イオンの局所的な集中を抑えることができる。
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。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、前記排出用液体は、電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上でかつ前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けた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を特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の電解加工装置である。
【００２６】
このように、排出部に電気伝導度（誘電率）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不溶性の化合物を生じない排出用液体を供給することで、この排出用液体の電気抵抗を下げて再生部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）が生成されて隔壁に付着して加工電極と給電電極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。この排出用液体は、排出する不純物イオンの種類によって選択されるが、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。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、被加工物に給電する給電電極と、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に排出用液体を流す排出部と再生電極を有する再生部と、前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置である。
【００２８】
例えば、図２に示す場合にあって、イオン交換体３０ａを、加工電極兼再生電極とした電極４８のみを利用して再生しようとすると、特にイオン交換体３０ａの厚みが厚い場合には、加工の際に加工生成物の取込み量を多くでき、長時間加工を実現できる反面、加工生成物、不純物等による堆積物の発生や気泡の蓄積状況等によって、電界にバラツキを生じやすい。そのため、イオン交換体３０ａの内部の微小部分の抵抗値が変化して電流値が変化し、イオン移動効率が左右されることから、イオン交換体３０ａの均一な再生が困難になる。このような場合に、図２に示すように、加工電極３２を独立配置し、この加工電極３２の下方に位置する電極４８を再生専用の電極（再生電極）とすることで、電界にバラツキが生じることを抑制して、イオン交換体３０ａ内に蓄積したイオン性の加工生成物（不純物イオン）等の除去をより均一に行うことができる。
【００２９】
そして、加工電極３２のイオン交換体（カチオン交換体）３０ａと反対側に、再生電極４８と該再生電極４８と加工電極３２との間に区画形成される排出部４０ａを有し、この排出部４０ａに沿って排出用流体（流体Ａ）を流すようにした再生部３４ｃを設け、加工電極３２と再生電極４８との間に、再生用電源４９により再生電圧をかけて強制的に電流を流すことにより、イオン交換体３０ａの再生を行うことができる。加工用電源は、ＣＣ（定電流）またはＣＶ（定電圧）の制御を要するため、一般に高価であるが、この再生用電源４９としては、このような必要がないので、より安価なものを用いることができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と該イオン交換体との間、もしくは前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と前記再生電極との間に隔壁を有することを特徴とする請求項７記載の電解加工装置である。これにより、イオン交換体内に取り込まれたイオン状の加工生成物（不純物イオン）等を、加工電極または給電電極に向け移動させて隔壁を通過させ、この隔壁を通過した不純物イオンを排出部に供給される汚染物排出用の排出用液体に取込み、液体の流れで系外に排出する。これにより連続したイオン交換体の浄化（再生）を行うことができる。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の両側に隔壁を有することを特徴とする請求項７記載の電解加工装置である。これによれば、加工電極の両面に隔壁を具備する場合、被加工物押し付け力、加工液圧力及び排出用液体の圧力によって隔壁に圧力差が働く場合でも、電極のサポートにより変形することなく、又は破損することなく使用し、継続処理が可能である。さらに何らかの原因で例え１枚の隔壁が破れたとしても、排出用液体が加工用液体側に漏出するのを防止する、さらには被加工物に排出用液体（通常は電解液）が接触することを防止することができる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明は、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方は、前記隔壁に接した状態で、支持体で支持されて固定されていることを特徴とする請求項８または９記載の電解加工装置である。これにより、加工電極を支持体で支持して固定することで、隔壁の位置決め及び固定を行うことができるので、隔壁を保持するための構造体を別途設ける必要がなくなる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方には、前記排出用液体または加工用液体を通す連通孔が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の電解加工装置である。これにより、イオン交換体から出たイオン状の加工生成物（不純物イオン）等は、加工電極に設けた連通孔を通過して排出部に達する。この中間電極は、例えばメッシュ電極によって構成することができる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明は、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と被加工物との間に、中間電極を有することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の電解加工装置である。このように、中間電極を設けることで、電位を段階的に変化させることができるとともに、電界を均一にして、安定化させることができる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明は、前記中間電極と、前記イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方、または他の中間電極は、中間電源に接続されていることを特徴とする請求項１２記載の電解加工装置である。これにより、電圧を段階的に変化させることができるとともに、電界を均一にして、安定化させることができる。この場合、引出し電極へ印加する電圧は、全体の電圧（再生用電圧）よりも小さくすることが望ましい。
請求項１４に記載の発明は、前記中間電極は、電源に接続されていないフローティング電極であることを特徴とする請求項１３記載の電解加工装置である。このように、加工電極をフローティング電極としても、電圧を段階的に変化させ、安定な電界を得ることができる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明は、前記中間電極には、前記排出用液体または加工用液体を通す連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の電解加工装置である。これにより、イオン交換体から出たイオン状の加工生成物（不純物イオン）等は、中間電極に設けた連通孔を通過して排出部に達する。この中間電極は、例えばメッシュ電極によって構成することができる。
請求項１６に記載の発明は、前記中間電極は、イオン交換体または隔壁と積層されていることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の電解加工装置である。このように、中間電極の数を増やすことによって、電位をより均一に段階的に変化させることができる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、前記排出部には、該排出部内の排出用液体を強制的に攪拌するための攪拌手段が備えられていることを特徴とする請求項２乃至１６のいずれかに記載の電解加工装置である。このように、排出部内の排出用液体を攪拌手段で強制的に攪拌することで、例えば電解加工の際に加工電極表面に発生するガス（銅の除去加工の時には、水素ガス）が隔壁や電極に付着し成長して、均一な電界を形成するのを邪魔したり、また、排除するイオンの隔壁付近のイオン濃度を低減することができ、イオン交換自体を邪魔したりすることを防止することができる。
【００３８】
請求項１８に記載の発明は、前記排出部から流出した排出用液体を脱気する脱気装置を有することを特徴とする請求項２乃至１７のいずれかに記載の電解加工装置である。前述した様に、電解加工ではガスが発生し、排出部内に流入し排出される排出用液体のガス溶存率も上昇するが、このように排出部から流失した排出用液体を脱気する脱気装置を備えることで、排出用液体の再利用が可能となる。この脱気装置としては、例えば、非通液性の中空糸膜の中に被処理液体（排水用液体）を通して、中空糸膜の外部を減圧とすることにより脱気する、脱気膜式脱気室を用いることができる。なお、排出用液体は、循環して利用するようにしても、バッチ式で再利用するようにしてもよい。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、被加工物に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に、再生部を介在させたイオン交換体を取付け、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給し、前記加工電極と前記給電電極との間に加工用電圧を印加して、前記加工電極による電解加工と前記イオン交換体の前記再生部による再生を同時に行うことを特徴とする電解加工方法である。
【００４０】
請求項２０に記載の発明は、前記イオン交換体の再生部による再生を、該イオン交換体中の不純物イオンを隔壁を通過させて排出部に導き、この排出部内に供給される汚染物排出用の排出用液体の流れで系外に排出して行うことを特徴とする請求項１９記載の電解加工方法である。
請求項２１に記載の発明は、前記隔壁は、イオン交換体であることを特徴とする請求項２０記載の電解加工方法である。
【００４１】
請求項２２に記載の発明は、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陽イオン交換体であるときは、前記隔壁を陽イオン交換体とし、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体が陰イオン交換体であるときは、前記隔壁を陰イオン交換体とすることを特徴とする請求項２１記載の電解加工方法である。
【００４２】
請求項２３に記載の発明は、前記加工用液体は、超純水、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれかに記載の電解加工方法である。
請求項２４に記載の発明は、前記排出用液体は、導電率が５０μＳ／ｃｍ以上でかつ前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けた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を特徴とする請求項１９乃至２３のいずれかに記載の電解加工方法である。
【００４３】
請求項２５に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、被加工物に給電する給電電極と、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に区画形成され、内部に汚染物排出用の排出用液体を流す排出液流路と、前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置である。
【００４４】
これにより、初期の加工においては、溶解イオン等の加工生成物（不純物イオン）をイオン交換体の内部に取込み、このイオン交換体のイオン交換用量が限界に達した時に、イオン交換体と電極（加工電極または給電電極）との間に区画形成した排出液流路に沿って流れる排出用液体でイオン状の加工生成物（不純物イオン）の取込みを行うことで、消耗部材の交換を容易にすることができる。
【００４５】
請求項２６に記載の発明は、前記排出液流路の内部に、前記イオン交換体を平坦に支持する支持体を配置したことを特徴とする請求項２５記載の電解加工装置である。これにより、イオン交換体として、薄いフィルム状のものを使用しても、このイオン交換体を支持体で支持することで、イオン交換体を被加工物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。
【００４６】
請求項２７に記載の発明は、前記イオン交換体は、フィルム形状の表面層と、弾性を有しイオン交換容量の大きな中間層または裏面層を有する２層以上の多層構造からなることを特徴とする請求項２５または２６記載の電解加工装置である。これにより、表面層のイオン交換体のイオン交換容量が小さくても、中間層または裏面層のイオン交換体を介して、イオン交換体全体としてのイオン交換容量を増大させ、しかもイオン交換体に弾性を持たせて、加工の際にイオン交換体に過度の圧力が加わってイオン交換体が損傷してしまうことを防止することができる。
【００４７】
請求項２８に記載の発明は、前記排出用液体は、電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項２９に記載の発明は、前記排出液流路の内部の前記イオン交換体と接触乃至近接した位置に隔壁を配置したことを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項３０に記載の発明は、前記隔壁は、イオン交換体であることを特徴とする請求項２９記載の電解加工装置である。
請求項３１に記載の発明は、前記隔壁には、貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項２９記載の電解加工装置である。
【００４８】
請求項３２に記載の発明は、前記排出液流路に沿って流れ該流路から流出した排出用液体を再生する排出液再生部を更に有することを特徴とする請求項２５乃至３１のいずれかに記載の電解加工装置である。これにより、排出用液体を再利用することで、装置のランニングコストを低く抑えることができる。
請求項３３に記載の発明は、前記排出液再生部には液体再生電極が備えられ、この液体再生電極は、再生に付される排出用液体と電気的に分離されていることを特徴とする請求項３２記載の電解加工装置である。これにより、排出用液体の再生を、短絡を防止しつつ効率よく行うことができる。
【００４９】
請求項３４に記載の発明は、前記排出液再生部は、前記排出液流路の入口と出口を繋ぐ循環ラインの内部に設置され、この循環ラインには、脱気装置が備えられていることを特徴とする請求項３３記載の電解加工装置である。これにより、加工中に同じ排出用液体が循環するようにすることができる。
【００５０】
請求項３５に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、被加工物に給電する給電電極と、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面に取付けたイオン交換体と、前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に区画形成され、内部にイオン交換基を含む汚染物排出用の排出用液体を流す排出液流路と、前記加工電極と前記給電電極との間に加工用の電圧を印加する加工用電源と、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部とを有することを特徴とする電解加工装置である。
このイオン交換基を含む液体としては、例えばイオン交換体自体が流動性を有するものや、高イオン交換体容量を有するイオン交換体を粉々に粉砕して、この粉砕物を純水等の液体に混合させて流動性を持たせたもの等が挙げられる。
【００５１】
請求項３６に記載の発明は、被加工物に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の被加工物側表面にイオン交換体を取付け、前記イオン交換体と該イオン交換体を取付けた前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に区画形成された排出液流路の内部にイオン交換基を含む排出用液体を、前記イオン交換体が存在する被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方の間に電解加工用の加工用液体をそれぞれ供給しつつ、前記加工電極と前記給電電極との間に加工用電圧を印加して加工を行うことを特徴とする電解加工方法である。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。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。
【００５３】
図３及び図４は、本発明の実施の形態の電解加工装置５０を示す。この電解加工装置５０は、水平方向に揺動自在な揺動アーム５２の自由端に垂設されて基板Ｗをその表面を下向き（フェイスダウン）に吸着保持する基板保持部５４と、円板状で絶縁体からなり、例えば扇状の加工電極５６と給電電極５８とを該加工電極５６と給電電極５８の表面（上面）を露出させて交互に埋設し、これらの加工電極５６と給電電極５８の表面を膜状のイオン交換体６０で一体に覆った電極部６２とから主に構成されている。
【００５４】
ここに、この例では、加工電極５６と給電電極５８とを有する電極部６２として、基板保持部５４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６２をスクロール運転させて、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。
【００５５】
イオン交換体６０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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
なお、イオン交換体６０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。
【００５９】
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。
【００６０】
このように、イオン交換体６０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。
【００６１】
ここで、イオン交換体６０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６０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６０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６０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。
【００６２】
基板保持部５４を揺動させる揺動アーム５２は、上下動用モータ６４の駆動に伴ってボールねじ６６を介して上下動し、揺動用モータ６８の駆動に伴って回転する揺動軸７０の上端に連結されている。また、基板保持部５４は、揺動アーム５２の自由端に取付けた自転用モータ７２に接続され、この自転用モータ７２の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００６３】
電極部６２は、中空モータ７４に直結され、この中空モータ７４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６２の中央部には、貫通孔６２ａが設けられ、この貫通孔６２ａは、純水、より好ましくは超純水等の電解加工用の加工用液体を供給する電解加工液供給部７６に接続されて中空モータ７４の中空部内を延びる電解加工液供給管７８に連通している。これによって、純水または超純水等の加工用液体は、この貫通孔６２ａを通して電極部６２の上面に供給された後、吸水性を有するイオン交換体６０を通じて加工面全域に供給されるようになっている。
【００６４】
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。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。加工中に加工用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。
【００６５】
この例では、電極部６２の上面に複数の扇状の電極板８０を円周方向に沿って埋設し、この電極板８０に、コントロールボックス８２を介して、加工用電源８４の陰極と陽極とを交互に接続することで、加工用電源８４の陰極と接続した電極板８０が加工電極５６となり、陽極と接続した電極板８０が給電電極５８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、加工用電源８４の陰極と接続した電極板８０が加工電極５６となり、陽極と接続した電極板８０が給電電極５８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、加工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。
【００６６】
このように、加工電極５６と給電電極５８とを電極部６２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。
【００６７】
ここで、加工電極５６及び給電電極５８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５８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。
【００６８】
ここで、例えばイオン交換体６０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）６０のイオン交換基の多くを占有しており、次の加工を行う時の加工効率が悪くなる。また、イオン交換体６０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）６０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、この例では、イオン交換体６０として、カチオン交換体を使用し、加工電極５６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）６０を部分的に再生するようにしている。
【００６９】
すなわち、加工電極５６は電極部６２に設けた凹部６２ｂ内に、給電電極５８は電極部６２に設けた凹部６２ｃ内にそれぞれ埋込まれているのであるが、この加工電極５６を埋込む凹部６２ｂは、給電電極５８を埋込む凹部６２ｃより深く設定され、ここに再生部９０が設けられている。
【００７０】
この再生部９０は、凹部６２ｂの開口端を閉塞する隔壁９２を有し、このように凹部６２ｂの開口端を隔壁９２で閉塞することで、加工電極５６と隔壁９２との間に該隔壁９２で区画された排出部９４が形成されている。更に、電極部６２には、汚染物排出用の排出用液体を供給する排出液供給部９６に接続されて中空モータ７４の中空部内を延びる排出液供給管９８に連通し水平方向に延びて排出部９４で開口する排出液供給口６２ｄと、排出部９４の外周端部から水平方向に延びて電極部６２の外周端面で開口する排出液排出口６２ｅが設けられている。これによって、排出用液体は、排出液供給口６２ｄを通して排出部９４に内部に供給され、この排出部９４内に供給された排出用液体は、排出部９４の内部を満たして該液体内に加工電極５６を浸漬させながら、排出部９４を一方向に流れて排出液排出口６２ｅから順次外部に排出されるようになっている。
【００７１】
この隔壁９２は、下記のように、再生に付するイオン交換体６０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、しかも排出部９４の内部の隔壁９２と加工電極５６との間を流れる排出用液体（液体中のイオンも含む）のイオン交換体６０側への透過を防止できることが望ましい。イオン交換体は、カチオンまたはアニオンの一方を選択的に透過することができ、しかも、膜状のイオン交換体を用いることで、隔壁９２と加工電極５６との間を流れる排出用液体がイオン交換体６０側に進入することを防止することができ、これらの要求を満たすことができる。
【００７２】
また、排出部９４内に供給する排出用液体は、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６０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液体であることが望ましい。つまり、この排出用液体は、下記のように、再生に付するイオン交換体６０から移動し隔壁９２を通過したイオンを該液体の流れで系外に排出するためのもので、このように、電気伝導度（誘電率）が高くかつイオン交換体６０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液体を供給することで、この液体の電気抵抗を下げて再生部９０の消費電力を少なく抑え、しかも、イオン交換体６０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９２に付着することを防止することができる。この排出用液体は、排出する不純物イオンの種類によって選択されるが、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。
【００７３】
ここに、隔壁９２として、この例では、再生に付するイオン交換体６０と同じイオン交換基を有しているイオン交換体、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）６０から出たイオンのみを隔壁（イオン交換体）９２を透過させ、排出部９４内を流れる排出用液体中のイオンが隔壁（イオン交換体）９２を透過してイオン交換体６０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ことが好ましい。
【００７４】
次に、この電解加工装置５０による基板処理（電解加工及び再生処理）について説明する。
先ず、電解加工装置５０の基板保持部５４で基板Ｗを吸着保持し、揺動アーム５２を揺動させて基板保持部５４を電極部６２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６４を駆動して基板保持部５４を下降させ、この基板保持部５４で保持した基板Ｗを電極部６２の上面に取付けたイオン交換体６０の表面に接触させるか、または近接させる。
【００７５】
この状態で、コントロールボックス８２を介して、加工電極５６と給電電極５８との間に加工用電源８４から所定の電圧を印加するとともに、基板保持部５４を回転（自転）させ、電極部６２をスクロール運動させる。つまり、イオン交換体６０と基板保持部５４で保持した基板Ｗを接触もしくは近接させ、相対運動を行わせる。また、電極部６２は、スクロール運動でなくても、自転型電極でもよく、更に、基板Ｗとイオン交換体６０のどちらか一方のみを運動させてもよい。同時に、貫通孔６２ａを通じて、電極部６２の下側から該電極部６２の上面に純水または超純水等の加工用液体を供給し、加工電極５６及び給電電極５８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２２に示す銅膜６等の電解加工を行う。ここに、純水または超純水等の加工用液体がイオン交換体６０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。
【００７６】
同時に、排出液供給口６２ｄを通じて、再生部９０に設けた排出部９４内に汚染物排出用の排出用液体を供給する。これによって、排出部９４内に排出用液体を満たして該液体中に加工電極５６を浸漬させ、この排出用液体が排出部９４内を直径方向外方に向けて一方向に流れて排出液排出口６２ｅから外部に流出するようにする。
【００７７】
これによって、イオン交換体６０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６０のイオンを加工電極５６に向けて移動させ、隔壁９２を通過させて排出部９４に導き、この排出部９４に移動したイオンをこの排出部９４内に供給される排出用液体の流れで系外に排出して、イオン交換体６０の再生を行う。この時、イオン交換体６０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６０に取り込まれたカチオンが隔壁９２を通過して排出部９４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６０に取り込まれたアニオンが隔壁９２を通過して排出部９４の内部に移動して、イオン交換体６０が再生される。
【００７８】
ここに、前述のように、隔壁９２として、再生に付するイオン交換体６０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６０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）９２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９２と加工電極５６との間を流れる排出用液体（液体中のイオンも含む）のイオン交換体６０側への透過を阻止して、再生後のイオン交換体６０の再汚染を防止することができる。更に、隔壁９２と加工電極５６との間に、電気伝導度（導電率）が高くかつイオン交換体６０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液体を供給することで、この排出用液体の電気抵抗を下げて再生部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９２に付着して加工電極５６と給電電極５８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。
【００７９】
そして、電解加工完了後、コントロールボックス８２を介して、加工用電源８４と加工電極５６及び給電電極５８との電気的接続を切り、基板保持部５４の回転及び電極部６２のスクロール運動を停止させる。しかる後、基板保持部５４を上昇させ、揺動アーム５２を揺動させて、電解加工後の基板Ｗを次工程に搬送する。
【００８０】
なお、この例では、電極部６２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６０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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。電解液を使用することで、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。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６０との間に僅かの隙間を設けて非接触とすることが好ましい。
【００８３】
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６０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。
【００８４】
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の確保が困難となる。これに対して、イオン交換体６０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。
【００８５】
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５０ａを示す。この電解加工装置５０ａは、図３及び図４に示す例と同様に、加工電極側に再生部を設けたもので、この例では、加工電極５６の両面に、前述と同様な隔壁９２と第２の隔壁１０２を取付けて構成した加工電極部１０４と、加工電極と離間して配置された再生電極１００と、加工電極部１０４と再生電極１００との間に区画形成された排出用液体を流す排出部９４ａからなる再生部９０ａと、再生用電源１０６とを備え、加工電極５６を加工用電源８４の陰極及び再生用電源１０６の陽極に、再生電極１００を再生用電源１０６の陰極にそれぞれ接続したものを使用している。この第２の隔壁１０２としては、この例では、前述の隔壁９２と同様に、再生に付するイオン交換体６０と同じイオン交換基を有しているイオン交換体、すなわちカチオン交換体が使用されている。更に、加工電極５６は、隔壁９２を挟んでイオン交換体６０、即ち被加工物に近接した位置に配置されている。その他の構成は、図３及び図４に示す例とほぼ同様である。この例では、加工電極５６は、内部に多数の連通孔としての網目を有するメッシュ状の電極で構成され、これによって、イオン交換体６０から出たイオン状の加工生成物（不純部イオン）は、加工電極５６の内部の多数の網目（連通孔）を通過して排出部９４ａに達するようになっている。
【００８６】
このように、加工電極５６を隔壁９２に挟んだイオン交換体６０に近接した位置に配置し、この加工電極５６を加工用電源８４の陰極に接続することで、イオン交換体６０に近接乃至接触した位置に配置される加工電極５６で加工用電源８４の陰極と同電位にすることができ、図１の場合の加工電極３２より被加工物に近い位置で同電位にできるため、均一な電解が実現でき、安定した加工が実現できる。さらに、これによって、イオン交換体６０内に蓄積したイオン状の加工生成物の除去やイオン交換体６０の再生をもより均一に行うことができる。つまり、イオン交換体６０と加工電極５６との距離が離れていると、その間の堆積物や気泡の蓄積状況等によって、イオン交換体内部の微小各部の抵抗が変化し、加工（再生）時の電流に影響を及ぼしてしまうため、電界にバラツキが生じやすくなり、そのため、このまま電解加工やイオン交換体の再生を行うと、効率的なイオン交換体の再生や、均一なイオン交換体の再生が困難となり、ひいては被加工物の均一な加工ができないことがある。
【００８７】
この例では、イオン交換体６０により近接した位置に加工電極５６を配置して、イオン交換体６０のより近傍で同電位となるようにすることで、電界のバラツキを抑制することができ、堆積物や気泡の影響を少なくすることができる。さらに、加工電極５６より、低電位の再生用電極１０６を、給電電極５６、加工電極５６、再生電極１００が電気的に直列になるように配置しているため、加工中にイオン交換体６０を同時に再生することができる。
なお、均一な加工、再生プロセスを行うために、被加工物Ｗの表面と、加工電極５６、再生電極１００、後述する中間電極１０５は各々平行であることが好ましい。また、イオン交換体６０の厚さも全面に亘って均一であることが望ましい。
【００８８】
例えば、再生部９０ａを備えた加工電極５６側のイオン交換体（カチオン交換体）６０を再生する場合に、加工電極５６と再生電極１００との間に、再生用電源１０６を介して、加工電極５６を陽極、再生電極１００を陰極とした再生用電圧をかける。これにより、加工電極５６と再生電極１００との間に強制的に電流を流し、イオン交換体６０の内部に蓄積したイオン性の加工生成物（不純物イオン）を、加工電極５６及び隔壁９２，１０２を通過させて、排出部９４ａ内に移動させることができる。加工用電源８４は、ＣＣ（定電流）またはＣＶ（定電圧）の制御を要するため、一般に高価であるが、再生用電源１０６は、このような必要がないので、一般に安価のものを使用することができる。
【００８９】
なお、この再生部９０ａの排出部９４ａには、前述のように、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６０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液体、例えば濃度が１ｗｔ％以上の硫酸が供給される。また、この例では、加工電極５６として、加工用電源８４の陰極に接続したものを使用した例を示しているが、電源に接続されていない、いわゆるフローティング電極としてもよい。このように、加工電極をフローティング電極としても、フローティング電極で一旦同電位にすることができる。更に、加工電極５６を挟んで、イオン交換体からなる２枚の隔壁９２，１０２を配置することで、例え隔壁９２，１０２の一方が破れたとしても、基板Ｗの表面（被加工物）に向けて排出用液体（通常は電解液）が漏出するのを防止することができる。
【００９０】
図７（ａ）は、加工電極部の他の例を示すもので、これは、例えばメッシュ状の中間電極１０５を備え、加工電極５６と中間電極１０５との間に隔壁９２を挟み込むとともに、中間電極１０５に引出し電源１０８の陽極を、加工電極５６に引出し電源１０８の陰極をそれぞれ接続して加工電極部１０４ａを構成したものである。ここで、加工電極とは、加工用電源の加工用電極に接続した電極を言う。この場合、電極５６，１０５のどちらに加工用電源の加工用電極（本実施例では陰極）接続してもよく、加工用電源の陰極を接続した側の電極が加工電極となり、他方の電極が加工電極の被加工物側に位置する時は中間電極、排出部側に位置する時はバッファ電極となる。更に、この例では、加工電極部１０４ａは、排出部９４ａ内に立設した支持体１１０で支持されるようになっている。
【００９１】
このように、被加工物と加工電極５６の間に中間電極１０５を介在させることによって、加工電極５６より被加工物に近い距離にある中間電極面で電位を一定にし、被加工物近傍で電位、電界を安定させ、加工効率を安定させることができる。この場合、加工電極５６と中間電極１０５間へ印加する電圧は、被加工物と加工電極５６の間の電圧よりも小さくする。
【００９２】
また、支持体１１０で加工電極部１０４ａ、すなわち加工電極５６、中間電極１０５、及び隔壁９２を支持することで、剛性の高い電極５６，１０５を介して隔壁９２の位置決め及び固定を行うことができ、これによって、隔壁９２を保持するための構造体を別途設ける必要をなくして、構造の簡素化を図ることができる。
【００９３】
図７（ｂ）は、加工電極部の他の例を示す。これは、加工電極５６と再生電極１００の間にその間の電位を調整する電極としてバッファ電極１０５ａを備えている。この場合、引出し電源を備えることなく、加工電極５６とバッファ電極１０５ａとの間に隔壁９２を挟み込んで加工電極部１０４ｂを構成し、これによって、排出部９４ａ側のバッファ電極１０５ａを、いわゆるフローティング電極としたものである。これによっても、フローティング電極は、被加工物面電位または再生電極面電位との差やその他の環境によって決まる電位を有し、同電位面を形成できる特徴から均一な再生を実現することができる。
【００９４】
図８は、再生部の他の例を示す。この例は、イオン交換体として、２つの群構成をしており、表面側第１群イオン交換体６０は表面層６０ａと裏面層６０ｂからなる積層体、第２群イオン交換体９２は表面層９２ａ、中間層９２ｂ及び裏面層９２ｃの３層からなる積層体であり、総計５層の積層構造である。第２群イオン交換体９２は、隔壁の役割も果たしている。これによって、イオン交換体６０としての剛性を高めるとともに、イオン交換容量を増大させている。また、加工用電源に接続されていないメッシュ形状のフローティング電極１０７を中間電極として備えている。
【００９５】
そして、このフローティング電極部１０９を、支持体１１０で支持し、底部に加工電極兼再生電極１１１を配置した排出部９４ｂの上端開口部を覆い、排出部９４ｂの内部領域に、モータ１１２の駆動に伴って回転して排出部９４ｂ内の液体を攪拌する攪拌翼１１４を配置して、再生部９０ｂを構成している。更に、この例では、排出液供給管１１６から汚染物排出用の排出用液体を排出部９４ｂ内に供給し、排出液排出管１１８から排出部９４ｂ内の排出用液体を外部に排出するようにしている。さらに隔壁付近に新たな排出用液体が積極的に供給される構造となっている。
【００９６】
さらに図には示していないが、第１群イオン交換体６０及び第２群イオン交換体９２間にメッシュ状のフローティング中間電極を配置することによっても、新たなフローティング電極の効果でイオン交換体６０のより近傍で同電位となるようにすることで、電界のバラツキを抑制することができ、堆積物や気泡の影響を少なくすることができる。
【００９７】
また、排出部９４ｂの内部に攪拌翼１１４を配置し、この攪拌翼１１４で排出部９４ｂ内の排出用液体を強制的に攪拌することで、電解加工の際に加工電極兼再生電極１１１の表面に発生するガス（銅の除去加工の時には、水素ガス）が隔壁９２，１０２に付着して、均一な電界を形成するのを邪魔したり、また、イオン交換自体を邪魔したりすることを防止することができる。
【００９８】
図９は、図８に示す再生部９０ｂを備えた汚染物排出用の排出用液体の循環システムを示す。この循環システムには、排出部９４ｂ及び内部に排出用液体を保持して循環させる循環ライン１２０が備えられ、この循環ライン１２０に、循環ポンプ１２２と、電解加工によって発生し排出用液体中に取込まれたガスを脱気して、ガスの溶存率を減少させた状態で排出用液体を排出部９４ｂ内に供給する脱気装置１２４が設置されている。更に、循環ライン１２０には、排液タンク１２６から延びる排液ライン１２８と、供給タンク１３０から延び、内部に送液ポンプ１３２を介装した供給ライン１３４がそれぞれ接続されている。
【００９９】
この例では、脱気装置１２４として、脱気膜式脱気室が使用されている。すなわち、圧力センサ１３６で検知した圧力を圧力制御回路１３８に入力し、この圧力制御回路１３８からの出力信号で、真空ポンプ１４０と脱気膜式脱気室の間に設置された開閉弁１４２の開度を制御し、脱気室１４４内の圧力を一定の減圧した圧力に制御することで、脱気室１４４内に配置され循環ライン１２０の一部を構成する脱気膜１４６を減圧し該脱気膜１４６に沿って流れる排出用液体中のガスを脱気するようにしている。
【０１００】
このように、循環ライン１２０を備え、この循環ライン１２０に沿って流れる排出用液体を脱気して排出部９４ｂ内に脱気した排出用液体を供給することで、排出用液体の再利用が可能となる。更に、循環ライン１２０に排液ライン１２８及び供給ライン１３４を接続することで、再生能力がなくなった排出用液体を適宜新しい排出用液体に交換することができる。なお、排出用液体は、循環させて使用することなく、バッチ式で使用するようにしてもよい。
【０１０１】
図１０は、本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置３３４を示す平面図、図１１は図１０の縦断面図である。図１０及び図１１に示すように、電解加工装置３３４は、上下動可能かつ水平面に沿って往復運動可能なアーム３４０と、アーム３４０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３４２と、アーム３４０が取付けられる可動フレーム３４４と、矩形状の電極部３４６と、電極部３４６に接続される加工用電源３４８とを備えている。この実施の形態では、電極部３４６の大きさは基板保持部３４２で保持する基板Ｗの外径よりも一回り大きな大きさに設定されている。
【０１０２】
図１０及び図１１に示すように、可動フレーム３４４の上部には上下動用モータ３５０が設置されており、この上下動用モータ３５０には上下方向に延びるボールねじ３５２が連結されている。ボールねじ３５２にはアーム３４０の基部３４０ａが取付けられており、上下動用モータ３５０の駆動に伴ってアーム３４０がボールねじ３５２を介して上下動するようになっている。また、可動フレーム３４４自体も、水平方向に延びるボールねじ３５４に取付けられており、往復運動用モータ３５６の駆動に伴って可動フレーム３４４及びアーム３４０が水平面に沿って往復運動するようになっている。
【０１０３】
基板保持部３４２は、アーム３４０の自由端に設置された自転用モータ３５８に接続されており、この自転用モータ３５８の駆動に伴って回転（自転）できるようになっている。また、上述したように、アーム３４０は上下動及び水平方向に往復運動可能となっており、基板保持部３４２はアーム３４０と一体となって上下動及び水平方向に往復運動可能となっている。
【０１０４】
電極部３４６の下方には中空モータ３６０が設置されており、この中空モータ３６０の主軸３６２には、この主軸３６２の中心から偏心した位置に駆動端３６４が設けられている。電極部３４６は、その中央において上記駆動端３６４に軸受（図示せず）を介して回転自在に連結されている。また、電極部３４６と中空モータ３６０との間には、周方向に３つ以上の自転防止機構が設けられている。
【０１０５】
図１２（ａ）はこの実施の形態における自転防止機構を示す平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、電極部３４６と中空モータ３６０との間には、周方向に３つ以上（図１２（ａ）においては４つ）の自転防止機構３６６が設けられている。図１２（ｂ）に示すように、中空モータ３６０の上面と電極部３４６の下面の対応する位置には、周方向に等間隔に複数の凹所３６８，３７０が形成されており、これらの凹所３６８，３７０にはそれぞれ軸受３７２，３７４が装着されている。軸受３７２，３７４には、距離ｅだけずれた２つの軸体３７６，３７８の一端部がそれぞれ挿入されており、軸体３７６，３７８の他端部は連結部材３８０により互いに連結される。ここで、中空モータ３６０の主軸３６２の中心に対する駆動端３６４の偏心量も上述した距離ｅと同じになっている。したがって、電極部３４６は、中空モータ３６０の駆動に伴って、主軸３６２の中心と駆動端３６４との間の距離ｅを半径とした、自転を行わない公転運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行うようになっている。
【０１０６】
電極板３４６の上面には、複数の電極材料３８２が並列に等ピッチで配置されており、この電極材料３８２には、一つ置きに加工用電源３４８の陰極または陽極の一方に接続されている。これによって、加工用電源３４８の陰極に接続された電極材料３８２が加工電極２００となり、加工用電源３４８の陽極に接続された電極材料３８２が給電電極２０１となって、この加工電極２００と給電電極２０１が交互に配置されるようになっている。そして、これらの各加工電極２００及び給電電極２０１の表面は、イオン交換体で覆われている。
【０１０７】
この例は、前述と同様に、加工電極側に再生部を設けたもので、図１３は、再生部を有し、前述の加工用電源３４８の陰極に接続されて加工電極２００となる電極材料３８２を示し、図１４は、この再生部における汚染物排出用の排出用液体の流通システムを示す。図１３に示すように、長尺状に直線状に延び、加工用電源３４８の陰極に接続された加工電極（電極材料）２００の上部には、両端部を残して切欠いた切欠き部２００ａが設けられ、この切欠き部２００ａを覆うように、加工電極２００の上部に横断面Ｕ字状のイオン交換体２０２を嵌着することで、この切欠き部２００ａとイオン交換体２０２との間に密閉された排出液流路２０４を有する再生部２０６が構成されている。つまり、隔壁としてのイオン交換体２０２を介することにより、前述と同様にして、この排出液流路２０４内に、例えば電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上でかつ加工電極２００の被加工物側表面に取付けたイオン交換体２０２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排水用液体を流すことで、イオン交換体２０２を再生するようになっている。
【０１０８】
加工電極２００の両端部には、該加工電極２００の端面で一端を開口し、切欠き部２００ａの端部に他端を開口する連通孔２００ｂ，２００ｃが設けられ、この一方の連通孔２００ｂは、供給タンク２０８から延び、途中に圧送ポンプ２１０を介装した送液パイプ２１２に接続され、他方の連通孔２００ｃは、途中に圧力調整弁２１４を介装した排液パイプ２１６に接続されている。これにより、圧送ポンプ２１０の駆動に伴って、供給タンク２０８内の排水用液体が再生部２０６の排出液流路２０４内に圧送され、この排水用液体は、この排出液流路２０４に沿って一方向に流れた後、系外に流出する開流路が形成されている。
【０１０９】
この例によれば、基板保持部３４２で基板Ｗを保持し、この基板保持部３４２を下降させて、基板Ｗを電極部３４６の表面のイオン交換体に接触乃至近接させる。この状態で、基板保持部３４２を回転（自転）させ、電極部３４６をスクロール運動及び前後動させながら、加工電極２００と給電電極２０１との間に電圧を印加し、同時に基板Ｗの表面に純水等の加工用液体を供給して電解加工を行う。これにより、被加工物と加工電極２００を覆いイオン交換体２０２が接触している範囲で加工が起こる。この時、圧力調整弁２１４で該圧力調整弁２１４の上流側の圧力を調整しながら、再生部２０６の排出液流路２０４内に排水用液体を圧送して、イオン交換体２０２内に取込まれた反応生成物を排出用流体内に流出させる。この加工中に排出液流路２０４内の排出用液体では、水の電気分解により気泡が発生する場合があり、加工中に圧力調整弁２１４を完全に閉じると、気泡やガスが排出液流路２０４内に溜まって加工効率を下げ、場合によっては、排水用液体の体積の膨張によりイオン交換体２０２を破ってしまうことがある。このため、加工中は、発生する気泡やガスが加工に影響を与えない範囲の流量で排出用液体を送り続け、この排出用液体を気泡と共に排出液流路２０４から排出することが好ましい。
【０１１０】
なお、発生する気泡やガスの量が多い場合には、排出用液体の流量も多くする必要があり、このため、加工容量が十分に残っている状態で排出用液体が廃液されてしまう場合が生じる。そこで、この流量と単位時間あたりに必要な加工容量を合わせるように排出用液体の濃度を調節することが望ましい。また、下記のように、加工中に同じ排出用液体を循環させることで、廃液が多くなってしまうことを防止することができる。
【０１１１】
図１５は、図１３及び図１４に示す再生部２０６を備えた、汚染物排出用の排出用液体の他の流通システムを示す。この例は、加工電極２００の両端に設けた連通孔２００ｂ，２００ｃを循環ライン２２０で結び、この循環ライン２２０の加工電極２００を挟んだ両側に設けた圧送ポンプ２１０と圧力調整弁２１４との間に、排水用液体を再生する液体再生電極を備えた排出液再生部２２２と、排水用液体中に取込まれた気泡やガスを脱気する脱気装置２２４を配置したものである。例えば、銅膜を電解加工した場合は、排出液再生部２２２では、排水用液体に溶解した銅を析出させる。これにより、圧送ポンプ２１０の駆動に伴って再生部２０６に圧送された排水用液体は、排出液再生部２２２で再生され、脱気装置２２４で脱気されて圧送ポンプ２１０に戻る閉回路が形成され、これによって、排水用液体の再利用が可能となる。
【０１１２】
なお、排出液再生部２２２の前後には、この内部に設けた液体再生電極と加工電極２００の短絡を防ぐ絶縁部が設けられている。これにより、排出液再生部２２２による液体の再生を、短絡を防止しつつ効率よく行うことができる。
【０１１３】
図１６及び図１７は、更に異なる再生部を有する電極部を示す。この例は、加工電極２００との間に排出液流路２０４を構成するイオン交換体２０２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２０２ａ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２０２ｂの２層構造のものを使用し、更に排出液流路２０４の内部に、イオン交換体２０２を平坦に支持する支持体２２６を配置して再生部２０６ａを構成したものである。この支持体２２６の所定の位置には、貫通孔２２６ａが設けられている。この例では、表面層２０２ａのイオン交換体が隔壁を形成している。
【０１１４】
このように、イオン交換体２０２を積層構造とすることで、イオン交換体からなる裏面層２０２ｂを介して、イオン交換体２０２全体としてのイオン交換容量を増大させ、しかもイオン交換体２０２に弾性を持たせて、加工の際にイオン交換体２０２に過度の圧力が加わってイオン交換体２０２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２０２ａとしては、排出液流路２０４に沿って流れる排出用液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。排出用液体として、後述するイオン交換液を用いる場合は、表面層２０２ａは、排出液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、イオン交換体を支える支持体２２６を設けることにより、排出液流路２０４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。
【０１１５】
図１８は、この変形例を示すもので、この例は、前述の２層構造からなるイオン交換体２０２の裏面に、イオン交換体からなる膜状の隔壁２２６ｂを取付け、この隔壁２２６ｂを取付けたイオン交換体２０２を、排出液流路２０４内に配置した支持体２２８で支持したものである。このように、イオン交換体２０２を支持体２２８で支持することにより、イオン交換体２０２として、薄いフィルム状のものを使用しても、イオン交換体２０２を被加工物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。
【０１１６】
ここで、支持体２２８には、多数の貫通孔２２８ａが設けられている。これにより、イオン交換体２０２に張りを持たせ、しかもイオン交換体２０２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イオン交換体２０２の表面に接触するようにすることができる。図１８の例では、隔壁の機能を果たすものとして、表面層２０２ａと隔壁２２６ｂの二層構造になっており、万が一、一方が破れた場合にも排水用液体がウェハ側へ漏れ出ないので安全である。
【０１１７】
そして、イオン交換体２０２の交換容量が限界に達した時に、排出液流路２０４に供給され該流路２０４に沿って流れる排水用液体にイオン性の生成加工物が取込まれてイオン交換体２０２が再生され、これにより、加工電極２００の表面を覆っているイオン交換体２０２の交換等の手間を省くことができることは前述と同様である。なお、ここで、表面層２０２ａ、裏面層２０２ｂ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。
【０１１８】
なお、支持体２２８を、加工電極２００と異なる電気化学的に不活性な絶縁物質、例えばテフロン（登録商標）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、排出用液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２２６ｂをイオン交換体で構成して、その上を純水が、下を排水用液体が、即ち裏面層２０２ｂに沿って純水が、排出液流路２０４に沿って排水用液体がそれぞれ流れるようにしてもよい。これにより、一般的に有害な排水用液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２２６ｂにより排水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２０２ａとしては、排出液流路２０４に沿って流れる排出用液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。排出用液体として、後述するイオン交換液を用いる場合は、表面層２０２ａは、排出液中のイオン交換体が漏れなければ、水は透過してもよい。
【０１１９】
図１９乃至図２１は、電解加工装置の電極部の更に他の例を示す。なお、図示の例は、加工電極と給電電極とを備えた電極部の１単位を示すもので、実際には、例えば図１０に示すように、これを横方向に複数個並列に配置して略正方形状となし、これを自転またはスクロール回転させて電解加工に使用される。また、加工電極側のイオン交換体を再生し、更に加工用液体として純水を使用した例を示す。
【０１２０】
この電極部は、矩形平板状の電極板２４０を有し、この電極板２４０の上面に、この例では、長尺状に延び加工用電源の陰極に接続される加工電極２４２と、長尺状に延び加工用電源の陽極に接続される給電電極２４４が平行に配置され、この加工電極２４２を挟んだ両側に、長尺状に延びる一対の純水噴射ノズル２４６が配置されている。
【０１２１】
加工電極２４２の上面には、下方に開口した横断面コ字状で、加工電極２４２のほぼ全長に亘って延びる支持体２４８が取付けられおり、この支持体２４８の凹部で、加工電極２４２のほぼ全長に延びる排出液流路２５０が形成されている。この支持体２４８の上部には、その長さ方向に沿った所定のピッチで開口２４８ａが設けられている。そして、支持体２４８の上部は、表面層２５２ａ及び３層の積層体２５２ｂからなるイオン交換体２５２で被覆されている。このイオン交換体２５２の表面層２５２ａが隔壁を構成している。更に、加工電極２４２の長さ方向に沿った所定の位置には、上下方向に延びる液体供給路２４２ａが設けられ、この液体供給路２４２ａは、電極板２４０の内部に設けた排出液導入・排出路２４０ａに連通している。そして、この排出液導入・排出路２４０ａには、送液パイプまたは排液パイプに接続される排出液導入用プラグ２５４または排出液排出用プラグ２５６が取付けられている。
【０１２２】
これによって、排出液導入用プラグ２５４に接続された送液パイプから排出液流路２５０内に排水用液体が導入され、この排出液流路２５０内に導入された排水用液体は、この排出液流路２５０に沿って流れるとともに、開口２４８ａを通過してイオン交換体２５２に達し、排出液排出用プラグ２５６に接続された排液パイプから外部に排出される。
【０１２３】
また、加工電極２４２の両端部には、電極板２４０の下方に位置して、電極板２４０の端面で一端を開口し、排出液流路２５０に面して他端を開口する連通孔２４２ｂが設けられ、この連通孔２４２ｂには、例えば図１３及び図１４に示す排液パイプ２１６が接続される排出液排出用プラグ２６０がそれぞれ取付けられている。これによって、前述と同様に、加工中に発生する気泡やガスが加工に影響を与えない範囲の流量で排水用流体を排出液流路２５０の内部に送り続けることで、この排水用流体を気泡やガスと共に排出液流路２５０から排出できるようになっている。
【０１２４】
一方、給電電極２４４の内部には、その全長に亘って延びる純水流路２４４ａが形成されているとともに、この上面は、表面層２６２ａ及び３層の積層体２６２ｂからなるイオン交換体２６２で覆われ、長さ方向に沿った所定の位置には、純水流路２４４ａから上面に達する貫通孔２４４ｂが設けられている。更に、図示しないが、電極板２４０の内部及び給電電極２４４には、純水流路２４４ａに連通する純水通路が設けられ、この純水通路には、純水用の送液パイプに接続される純水導入用プラグ２６４が取付けられている。
【０１２５】
これによって、純水導入用プラグ２６４に接続された送液パイプから純水流路２４４ａに純水が導入され、この純水流路２４４ａ内に導入された純水は、この純水流路２４４ａに沿って流れながら、貫通孔２４４ｂを通過してイオン交換体２６２に達して該イオン交換体２６２の表面から漏出する。
【０１２６】
また、各純水噴射ノズル２４６の内部には、長さ方向の全長に亘って延びる純水流路２４６ａが設けられ、更に長さ方向に沿った所定のピッチで、純水流路２４６ａに連通し加工電極２４２の上面に向けて純水を噴射する純水噴射口２４６ｂが設けられている。これによって、この純水流路２４６ａ内に純水を供給することで、純水が噴射口２４６ｂから、主に加工電極２４２の上面を覆うイオン交換体２５２の上面に向けて噴射されるようになっている。
【０１２７】
イオン交換体２５２を取付けた加工電極２４２と、この両側に配置される一対の純水噴射ノズル２４６は、加工電極２４２の下部の両側に配置したタップバー２７０に、純水噴射ノズル２４６の外側からタップ２７２を締付けることで一体化されている。この時、イオン交換体２５２の表面層２５２ａは、加工電極２４２のほぼ全表面を覆って配置され、この表面層２５２ａの側部を加工電極２４２と純水噴射ノズル２４６との間に位置させ、更にこの加工電極２４２とイオン交換体表面層２５２ａとの間にＯリング２７４を配置して締付けることで、加工電極２４２とイオン交換体表面層２５２ａ（隔壁）の間の排出液流路２５２が水密的に封止されている。
【０１２８】
そして、一体化した加工電極２４２と純水噴射ノズル２４６は、一対のインサートプレート２７６に挟持されて電極板２４０に固定され、一方、加工電極２４２にあっては、その表面をイオン交換体２６２の表面層２６２ａで覆った状態で、一対の保持プレート２７８で挟持されて電極板２４０に固定されている。
【０１２９】
この例にあっては、加工電極２４２のイオン交換体２５２と給電電極２４４のイオン交換体２６２を被加工物に接触乃至近接させ、加工電極２４２と給電電極２４４との間に電圧を印加しつつ、給電電極２４４のイオン交換体２６２及び加工電極２４２のイオン交換体２５２の表面に純水を供給し、更に加工電極２４２の排出液流路２５０内を排出用流体で満たしながら、この排出液流路２５０内に、加工中で発生する気泡やガスが加工に影響を与えない範囲の流量で排水用流体を送り続け、この排水用流体を気泡と共に排出するのであり、これにより電解加工と、加工電極２４２の表面を覆うイオン交換体２５２の再生を同時に行うことができる。
【０１３０】
なお、前述の各例では、排水用流体として、例えば電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以上の電解液を使用した例を示しているが、この排水用流体として、内部にイオン交換基を含む液体を使用するようにしてもよい。このイオン交換基を含む液体としては、例えばイオン交換体自体が流動性を有するものや、高イオン交換体容量を有するイオン交換体を粉々に粉砕して、この粉砕物を純水等の液体に混合させて流動性を持たせたもの等が挙げられる。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気化学的作用によりイオン交換体の再生を容易且つ迅速に、しかも電解加工と並行して行うことができ、これによって、イオン交換体の再生のために加工を中断する必要をなくしてスループットを向上させることができる。更に、イオン交換体の薬液による汚染を極力低減して、再生後のイオン交換体の洗浄への負荷を極力低減し、しかも再生部を別途設ける必要をなくして設置面積を狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電解加工装置の加工電極及び／または給電電極を再生する時の原理の説明に付する図である。
【図２】本発明の実施の形態の電解加工装置の再生電極を備えた加工電極を再生する時の原理の説明に付する図である。
【図３】本発明の実施の形態の電解加工装置の加工時における断面図である。
【図４】図３に示す電解加工装置の要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の電解加工装置の加工時における断面図である。
【図６】図５に示す加工電極部を拡大して示す拡大断面図である。
【図７】加工電極部のそれぞれ異なる他の例を示す図６相当図である。
【図８】本発明の実施の形態の再生部の他の例を示す断面図である。
【図９】図８に示す再生部を備えた排出用液体の循環システムの系統図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態の電解加工装置を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す電解加工装置の縦断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１０の電解加工装置における自転防止機構を示す平面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、図１０の電解加工装置における再生部のイオン交換体を示す斜視図で、図１３（ｂ）は、同じく、電極（加工電極）を示す斜視図で、図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に示す電極（加工電極）に、図１３（ａ）に示すイオン交換体を取付けた状態を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す再生部を備えた排出用液体の循環システムの一例を示す系統図である。
【図１５】図１３に示す再生部を備えた排出用液体の循環システムの他の例を示す系統図である。
【図１６】本発明の実施の形態の再生部の更に他の例を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す再生部の要部拡大図である。
【図１８】本発明の実施の形態の再生部の更に他の例を示す要部拡大図である。
【図１９】本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置の平面図である。
【図２０】図１９に示す電解加工装置の右側面図である。
【図２１】図１９に示す電解加工装置の要部拡大断面図である。
【図２２】銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図２３】イオン交換体を備えた電解加工の原理の説明に付する図である。
【符号の説明】
３０ｂ　アニオン交換体
３０ａ　カチオン交換体
３２，５６，２００，２４２　加工電極
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，９０，９０ａ，９０ｂ，２０６，２０６ａ　再生部
３６，５８，２０１，２４４　給電電極
３８，３８ａ、９２，１０２，２２６ｂ，２５８　隔壁
４０，４０ａ，９４，９４ａ，９４ｂ　排出部
４２，９６　排出液供給部
４４　電解加工液供給部
４６，８４　加工用電源
４８，１００　再生電極
４９，１０６　再生用電源
５０，５０ａ，３３４　電解加工装置
６０，２０２，２５２，２６２　イオン交換体
６２　電極部
７０　揺動軸
７２　自転用モータ
７４　中空モータ
７６　電解加工液供給部
７８　電解加工液供給管
８０，２４０　電極板
８２　コントロールボックス
４８，１００，１００ａ，１００ｂ，１０５　中間電極
１０４，１０４ａ，１０４ｂ　加工電極部
１０８　引出し電源
１１０，２２６，２２８，２４８　支持体
１１４　攪拌翼
１２０，２２０　循環ライン
１２４，２２４　脱気装置
１３６　圧力センサ
１３８　圧力制御回路
１４４　脱気室
１４６　脱気膜
２１４　圧力調整弁
２１６　排液パイプ
２２２　排出液再生部
２４６　純水噴射ノズル
２５０　排出液流路
２７４　Ｏリング
２７６　インサートプレート
２７８　保持プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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