(57)【要約】【課題】脆弱な材料を加工する場合においても、基板に形成されたデバイスを破壊することなく加工を行うことができ、加工中での電極の基板に対する接触圧力の不均一を低減して、基板の面内における加工量や加工後の表面粗さをより均一にする。【解決手段】基板を保持する基板保持部４２と、液体の存在下で、基板保持部４２で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材６０を備えた電極ベース６２と、電極ベース６２をフローティング機構７２を介してフローティング支持する支持ベース７０とを有する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持部と、
液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材を備えた電極ベースと、
前記電極ベースをフローティング機構を介してフローティング支持する支持ベースとを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記電極ベースの前記支持ベースから離れる方向及び該支持ベースと水平な方向への移動を規制するストッパが設けられてい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】
前記フローティング機構は、前記電極ベースと前記支持ベースとの間に介装した弾性体を介して該電極ベースをフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記フローティング機構は、前記電極ベースと前記支持ベースとの間に周囲を弾性膜で囲繞して形成した圧力室内に封入した流体の流体圧を介して該電極ベースをフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記圧力室には、所定の圧力の流体が供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項４記載の電解加工装置。
【請求項６】
前記電極ベースには、複数の電極が固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項７】
基板を保持する基板保持部と、
液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材と、
前記電極部材をフローティング機構を介してフローティング支持する電極支持ベースとを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項８】
複数の電極部材を有し、それぞれの電極部材が異なったフローティング機構を介してフローティング支持されてい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】
前記電極部材の前記電極支持ベースから離れる方向及び該電極支持ベースと水平な方向への移動を規制するストッパが設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記フローティング機構は、前記電極部材と前記電極支持ベースとの間に介装して弾性体を介して該電極部材をフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１１】
前記フローティング機構は、前記電極部材と前記電極支持ベースとの間に周囲を弾性膜で囲繞して形成した圧力室内に封入した流体の流体圧を介して該電極部材をフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１２】
前記圧力室には、所定の圧力の流体が供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１１記載の電解加工装置。
【請求項１３】
基板を保持する基板保持部と、
液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す複数の電極部材と、
前記電極部材をフローティング支持するフローティング機構と、
前記複数の電極部材の内の一部をフローティングさせるか、またはフローティングによる弾性を変える調整部材を有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項１４】
前記調整部材は、基板に電流を供給する給電電極部材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】
基板を保持する基板保持部と、
液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材と、
前記基板保持部で保持した基板と前記電極部材とを相対移動させる駆動機構と、
前記基板保持部の周囲に配置され、前記基板と前記電極部材の相対移動に際し、前記電極部材の上面に接触して該電極部材を前記基板との接触位置に案内する外方に拡がるテーパ状の案内面を有する案内部材とを有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項１６】
基板を保持する基板保持部と、
液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材と、
前記基板保持部で保持した基板と前記電極部材とを相対移動させる駆動機構と、
前記基板保持部の周囲に配置され、該基板保持部で保持した基板と接触する前記電極部材と該基板の外方で接触する接触面を有する案内部材を有し、
前記案内部材及び基板と前記電極部材との接触面積が一定となることを特徴とする電解加工装置。
【請求項１７】
前記電極部材は、電源に接続される電極の表面を覆うイオン交換体またはスクラブ部材を有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１８】
前記案内部材の外形は、前記基板保持部で保持した基板と接触する複数の前記電極部材で区画される外形形状と略同一に形成されていることを特徴とする請求項１７記載の電解加工装置。
【請求項１９】
基板保持部で保持した基板と、フローティング支持した電極ベースに取付けた電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対移動させて、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２０】
基板保持部で保持した基板と、フローティング支持した電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対移動させて、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２１】
基板保持部で保持した基板と電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対運動させ、この基板と電極部材の相対移動に際し、前記基板の周囲に配置した案内部材の案内面に前記電極部材の上面を接触させて該電極部材を前記基板保持部で保持した基板との接触位置に案内して、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２２】
基板保持部で保持した基板と電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対運動させ、更に前記基板保持部の周囲に配置した案内部材の接触面に、該接触面及び基板と前記電極部材との接触面積が一定となるように該電極部材を接触させて、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２３】
前記電極部材は、電源に接続される電極の表面を覆うイオン交換体またはスクラブ部材を有す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】
前記案内部材の外形は、前記基板保持部で保持した基板と接触する複数の前記電極部材で区画される外形形状と略同一に形成されていることを特徴とする請求項２２または２３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、特に半導体ウエ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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウエ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）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及び配線溝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及びシード層７を除去して、コンタクトホール３及び配線溝４内に充填させた銅膜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】
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、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工方法は、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。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】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ＣＭＰ工程は、一般にかなり複雑な操作が必要で、制御も複雑となり、加工時間もかなり長い。更に、研磨後の基板の後洗浄を十分に行う必要があるばかりでなく、スラリーや洗浄液の廃液処理のための負荷が大きい等の課題がある。このため、ＣＭＰ自体を省略する、あるいはこの負荷を軽減することが強く求められている。また、今後、絶縁膜も誘電率の小さいＬｏｗ−ｋ材に変わると予想され、このＬｏｗ−ｋ材は強度が弱くＣＭＰによるストレスに耐えられなくなる。したがって、基板にストレスを与えることなく、平坦化できるようにしたプロセスが望まれている。
【０００８】
また、半導体装置の製造プロセスにおいて、Ｌｏｗ−ｋ材などの脆弱な材料を加工する場合には、素材の座屈等による破壊が懸念されるため、ＣＭＰ等の加工においては基板と研磨面との間に高い面圧をかけることができず、十分な研磨性能を発揮することができない。特に、最近では、基板の配線材料として銅や低誘電率の材料を使用することが望まれており、このような脆弱な材料を用いた場合には、上述の問題が顕著になる。電解加工においては、基板と加工電極との間に面圧をかける必要はないが、基板と加工電極を覆うイオン交換体等の接触部材とを接触させる際に面圧が発生して半導体デバイスを破壊する可能性がある。したがって、電解加工においても基板に高荷重がかかることを避ける必要がある。
【０００９】
更に、半導体ウエハなどの基板（被加工物）と給電電極および加工電極の間にイオン交換体を配置し、このイオン交換体を基板に接触させ、電極とイオン交換体間、及びイオン交換体と基板間にそれぞれ超純水などの流体を供給し、電極と基板とを相対運動させつつ給電電極と加工電極との間に電圧を印加して加工を行う電解加工装置においては、イオン交換体の厚さばらつきやイオン交換体の取付け誤差、更には基板の表面形状に起因する接触圧力の不均一が、基板の面内における加工量や、加工後の表面粗さの不均一の原因となる。特に、イオン交換容量を増大させるため、イオン交換体として、イオン交換膜（体）を多層に積層した積層体を使用した場合には、電極毎のイオン交換体の厚さばらつきが生じやすい。
【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、脆弱な材料を用いた基板を加工する場合においても、基板に形成されたデバイスを破壊することなく加工を行う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。
本発明はまた、加工中での電極部材の基板に対する接触圧力の不均一を低減して、基板の面内における加工量や加工後の表面粗さをより均一に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第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材を備えた電極ベースと、前記電極ベースをフローティング機構を介してフローティング支持する支持ベースとを有することを特徴とする電解加工装置である。
【００１２】
図２及び図３は、本発明の加工原理を示すものである。図２は、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とを接触又は近接させ、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との間に流体供給部１９から超純水等の流体１８を供給した状態を示している。図３は、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を接触又は近接させ、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させて、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と被加工物１０との間に流体供給部１９から超純水等の流体１８を供給した状態を示している。
【００１３】
超純水のような流体自身の抵抗値が大きい液体を使用する場合には、イオン交換体１２ａを被加工物１０の表面に「接触させる」ことが好ましく、このようにイオン交換体１２ａを被加工物１０の表面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。したがって、本発明に係る加工における「接触」は、従来のＣＭＰのように大きな圧力で「押し付ける」ものではない。
【００１４】
これにより、超純水等の流体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流体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、流体１８中に溶解し、被加工物１０の表面に沿った超純水等の流体１８の流れによって被加工物１０から除去される。これにより、被加工物１０の表面層の除去加工が行われる。
【００１５】
このように、本加工法は被加工物との電気化学的相互作用により被加工物の除去加工を行うものである。この方法では、被加工物１０の加工電極１４と対面する部分が加工されるので、加工電極１４を移動させることで、被加工物１０の表面を所望の表面形状に加工することができる。
【００１６】
なお、本発明に係る電解加工装置は、従来のＣＭＰよりも低圧力で加工できるため、材料の特性を損なわずに除去加工を行うことが可能であり、例えば上述したＬｏｗ−ｋ材に挙げられる機械的強度の小さい材料に対しても、除去加工が可能である。また、加工液に５００μＳ／ｃｍ以下の流体、好ましくは純水、更に好ましくは超純水を用いる場合は、被加工物表面への汚染も大幅に低減させることが可能であり、また加工後の廃液の処理も容易となる。なお、本発明は、電解液やキレート剤を用いた電解加工や、砥粒またはスラリーを用いる電解複合加工など接触式の電解加工に適用できる。
【００１７】
この発明によれば、電極部材を備えた電極ベースをフローティング支持し、基板から電極部材を介して電極ベースに作用する力によって、基板のより広範囲に亘って電極部材がより均一に基板に接触するように電極ベースを傾動させることで、例え電極部材の形状にばらつきがあっても、電極部材の基板への接触圧力をより均一にすることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記電極ベースの前記支持ベースから離れる方向及び該支持ベースと水平な方向への移動を規制するストッパが設けられてい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、電極部材が基板に接触していない非加工時に、電極ベースが支持ベースから脱出することを防止するとともに、加工中に電極部材と基板との間に生じする摩擦力によって、電極ベースが支持ベースと水平な方向へ移動してしまうことを防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記フローティング機構は、前記電極ベースと前記支持ベースとの間に介装した弾性体を介して該電極ベースをフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置である。
これにより、弾性体の弾性力を介して、電極部材が基板のより広範囲に亘って該基板により均一に接触するように電極ベースを傾動させることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記フローティング機構は、前記電極ベースと前記支持ベースとの間に周囲を弾性膜で囲繞して形成した圧力室内に封入した流体の流体圧を介して該電極ベースをフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置である。
これにより、電極ベースと支持ベースとの間に周囲を弾性膜で囲繞して形成した圧力室内に封入した流体の流体圧を介して、電極部材が基板のより広範囲に亘って該基板より均一に接触するように電極ベースを傾動させることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記圧力室には、所定の圧力の流体が供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項４記載の電解加工装置である。
この流体の圧力は、電極部材（電極またはイオン交換体）から基板が受ける圧力が、１９．６ｋＰａ（２００ｇｆ／ｃｍ２、２．９ｐｓｉ）以下、より好ましくは６．８６ｋＰａ（７０ｇｆ／ｃｍ２、１．０ｐｓｉ）以下、更に好ましくは６８６Ｐａ（７ｇｆ／ｃｍ２、０．１ｐｓｉ）以下になるように調整される。このように、圧力室内に供給する流体の圧力を調整することにより、基板が電極部材に接触する圧力を任意に制御することができるので、基板と電極部材との間に発生する面圧を、半導体デバイスを破壊する圧力よりも小さく抑えるように制御することができ、脆弱な材料を破壊することなく基板を加工することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記電極ベースには、複数の電極が固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項７に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材と、前記電極部材をフローティング機構を介してフローティング支持する電極支持ベースとを有することを特徴とする電解加工装置である。
このように、電極部材をフローティング支持し、基板から電極部材に作用する力によって、基板のより広範囲に亘って電極部材が基板により均一に接触するように該電極部材を傾動させることで、例え電極部材の形状にばらつきがあっても、電極部材の基板への接触圧力をより均一にすることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、複数の電極部材を有し、それぞれの電極部材が異なったフローティング機構を介してフローティング支持されてい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、各電極部材を個別にフローティング支持することができる。
請求項９に記載の発明は、前記電極部材の該電極支持ベースから離れる方向及び該電極支持ベースと水平な方向への移動を規制するストッパが設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の電解加工装置である。
これにより、電極部材が基板に接触していない被加工時に、電極部材が電極支持ベースから脱出することを防止するとともに、加工中に電極部材と基板との間に生じする摩擦力によって、電極部材が電極支持ベースと水平な方向へ移動してしまうことを防止することができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、前記フローティング機構は、前記電極部材と前記電極支持ベースとの間に介装して弾性体を介して該電極部材をフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電解加工装置である。
これにより、弾性体の弾性力を介して、電極部材が基板のより広範囲に亘って該基板により均一に接触するように電極支持ベースを傾動させることができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、前記フローティング機構は、前記電極部材と前記電極支持ベースとの間に周囲を弾性膜で囲繞して形成した圧力室内に封入した流体の流体圧を介して該電極部材をフローティング支持するように構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電解加工装置である。
これにより、電極部材と電極支持ベースとの間に周囲を弾性膜で囲繞して形成した圧力室内に封入した流体の流体圧を介して、電極部材が基板のより広範囲に亘って該基板により均一に接触するように電極部材を傾動させることができる。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、前記圧力室には、所定の圧力の流体が供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１１記載の電解加工装置である。
この流体の圧力は、電極部材（電極またはイオン交換体）から基板が受ける圧力が、１９．６ｋＰａ（２００ｇｆ／ｃｍ２、２．９ｐｓｉ）以下、より好ましくは６．８６ｋＰａ（７０ｇｆ／ｃｍ２、１．０ｐｓｉ）以下、更に好ましくは６８６Ｐａ（７ｇｆ／ｃｍ２、０．１ｐｓｉ）以下になるように調整される。このように、圧力室内に供給する流体の圧力を調整することにより、基板が電極部材に接触する圧力を任意に制御することができるので、基板と電極部材との間に発生する面圧を、半導体デバイスを破壊する圧力よりも小さく抑えるように制御することができ、脆弱な材料を破壊することなく基板を加工することができる。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す複数の電極部材と、前記電極部材をフローティング支持するフローティング機構と、前記複数の電極部材の内の一部をフローティングさせるか、またはフローティングによる弾性を変える調整部材を有することを特徴とする電解加工装置である。
これにより、例えば、電極部材が基板に接触する時の面圧が低くなるようにした低弾性（弾性率が低い）で、電極部材を基板に接触させつつ加工を施すことができる。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、前記調整部材は、基板に電流を供給する給電電極部材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。
請求項１５に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材と、前記基板保持部で保持した基板と前記電極部材とを相対移動させる駆動機構と、前記基板保持部の周囲に配置され、前記基板と前記電極部材の相対移動に際し、前記電極部材の上面に接触して該電極部材を前記基板との接触位置に案内する外方に拡がるテーパ状の案内面を有する案内部材とを有することを特徴とする電解加工装置である。
これにより、電極部材と基板とを相対移動させて、電極部材を基板との接触位置に位置させる時に、電極部材が基板の外周端面に衝突することを防止して、電極部材をスムーズに移動させることができる。
【００２９】
請求項１６に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、液体の存在下で、前記基板保持部で保持した基板に接触して該基板に加工を施す電極部材と、前記基板保持部で保持した基板と前記電極部材とを相対移動させる駆動機構と、前記基板保持部の周囲に配置され、該基板保持部で保持した基板と接触する前記電極部材と該基板の外方で接触する接触面を有する案内部材を有し、前記案内部材及び基板と前記電極部材との接触面積が一定となることを特徴とする電解加工装置である。
【００３０】
これにより、基板と電極部材の相対位置が変化しても、電極部材は、基板と接触する他に、該基板の外方で案内部材の接触面と接触し、これによって、電極部材の基板及び案内部材の接触面との接触面積が常に一定となって、接触部材と基板との該接触部における圧力が局部的に変化してしまうことを防止することができる。
【００３１】
請求項１７に記載の発明は、前記電極部材は、電源に接続される電極の表面を覆うイオン交換体またはスクラブ部材を有することを特徴とする請求項１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、イオン交換体を使用して電解加工を行うことで、超純水等の液体中の水分子の水酸化物イオンと水素イオンへの解離を促進するとともに、電解加工に際して、イオン交換体と基板とが接触して、電極が基板に接触しないようにすることができる。また、スクラブ部材を用いることにより、被加工物の表面の金属酸化物や、キレート膜を除去することができる。
【００３２】
請求項１８に記載の発明は、前記案内部材の外形は、前記基板保持部で保持した基板と接触する複数の前記電極部材で区画される外形形状と略同一に形成されていることを特徴とする請求項１７記載の電解加工装置である。
【００３３】
請求項１９に記載の発明は、基板保持部で保持した基板と、フローティング支持した電極ベースに取付けた電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対移動させて、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法である。
請求項２０に記載の発明は、基板保持部で保持した基板と、フローティング支持した電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対移動させて、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法である。
【００３４】
請求項２１に記載の発明は、基板保持部で保持した基板と電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対運動させ、この基板と電極部材の相対移動に際し、前記基板の周囲に配置した案内部材の案内面に前記電極部材の上面を接触させて該電極部材を前記基板保持部で保持した基板との接触位置に案内して、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法である。
【００３５】
請求項２２に記載の発明は、基板保持部で保持した基板と電極部材とを、液体の存在下で、互いに接触させつつ相対運動させ、更に前記基板保持部の周囲に配置した案内部材の接触面に、該接触面及び基板と前記電極部材との接触面積が一定となるように該電極部材を接触させて、基板の表面を加工することを特徴とする電解加工方法である。
【００３６】
請求項２３に記載の発明は、前記電極部材は、電源に接続される電極の表面を覆うイオン交換体またはスクラブ部材を有す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、前記案内部材の外形は、前記基板保持部で保持した基板と接触する複数の前記電極部材で区画される外形形状と略同一に形成されていることを特徴とする請求項２２または２３記載の電解加工方法である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における電解加工装置について図面を参照して詳細に説明する。
図４は、本発明の第１の実施の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３０と、基板Ｗを反転させる反転機３２と、電解加工装置３４と、電解加工後の基板Ｗを洗浄・乾燥する洗浄部３９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３６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３４による電解加工の際に、後述する加工電極６４ａと給電電極６４ｂ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３８がロード・アンロード部３０に隣接して配置されている。なお、電解加工装置の方にＣＭＰ部を更に備え、一体化して基板処理装置を構成してもよい。
【００３８】
図５は、図４に示す電解加工装置３４を模式的に示す平面図、図６は、図５の正断面図（Ｙ矢視）、図７は、図５の左側断面図（Ｘ矢視）である。図６及び図７に示すように、この実施の形態における電解加工装置３４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４０と、アーム４０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４２と、アーム４０が取付けられる可動フレーム４４と、矩形状の電極部４６と、電極部４６の下記の各電極６４にそれぞれ接続される電源４８とを備えている。
【００３９】
可動フレーム４４の上部には上下動用モータ５０が設置されており、この上下動用モータ５０には上下方向に延びるボールねじ５２が連結されている。ボールねじ５２にはアーム４０の基部４０ａが取付けられており、上下動用モータ５０の駆動に伴ってアーム４０がボールねじ５２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４４自体も、水平方向に延びるボールねじ５４に取付けられており、往復運動用モータ５６の駆動に伴って可動フレーム４４及びアーム４０が水平面に沿って往復運動するようになっている。
【００４０】
基板保持部４２は、アーム４０の自由端に設置された自転用モータ５８に接続されており、この自転用モータ５８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４０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４２は、アーム４０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。
【００４１】
次に、この実施の形態における電極部４６について説明する。この電極部４６は、Ｘ方向（図５参照）に延びる複数の電極部材６０を備えており、これらの電極部材６０は、矩形平板状の電極ベース６２上に並列に等ピッチで配置されている。図７に示すように、各電極部材６０は、電源４８に接続される電極６４と、各電極６４の上面をそれぞれ覆うイオン交換体（イオン交換膜）６６とを備えている。
【００４２】
この実施の形態では、隣り合う電極部材６０の電極６４に、電源４８の陰極と陽極とが交互に接続されている。そして、電源４８の陰極に接続される電極６４が加工電極６４ａ（図７参照）となり、陽極に接続される電極６４が給電電極６４ｂ（図７参照）となるようになっている。例えば、銅を加工する場合においては、陰極側に電解加工作用が生じるので、電源４８の陰極に接続した電極６４が加工電極６４ａとなり、陽極に接続した電極６４が給電電極６４ｂとなる。このように、この実施の形態では、加工電極６４ａと給電電極６４ｂとが並列に交互に配置される。
【００４３】
加工材料によっては、電源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、電源４８の陰極に接続した電極６４が加工電極６４ａとなり、陽極に接続した電極６４が給電電極６４ｂとなる。一方、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、電源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。
【００４４】
このように、加工電極６４ａと給電電極６４ｂとを電極部４６のＹ方向（電極部材６０の長手方向と垂直な方向）に交互に設けることで、基板Ｗの導電体膜（被加工物）に給電を行う給電部を設ける必要がなくなり、基板Ｗの全面の加工が可能となる。また、電極６４間に印加される電圧をパルス状（好ましくは正電位と０電位の方形波）に変化させることで、電解生成物を溶解させ、加工の繰り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。
【００４５】
ここで、電極部材６０の電極６４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。
【００４６】
電極部４６の電極ベース６２の内部には、純水供給源に接続された流路（図示せず）が形成されており、各電極部材６０の両側には、この流路と互いに連通して上下に貫通する貫通孔６８ａを内部に有する純水供給ノズル６８が立設されている。これにより、この貫通孔６８ａを通して、純水、好ましくは超純水が基板Ｗと電極部材６０のイオン交換体６６との間に供給される。この純水供給ノズル６８の高さは、電解加工の際に純水供給ノズル６８が基板Ｗに接触することがないよう、電極部材６０の高さより低く設定されている。なお、図１２，１３に示すように、純水供給ノズル６８の上面に、基板Ｗの表面を傷つけない程度の弾性を有する材質により形成された緩衝部材を取付け、基板と接触させるようにしてもよい。このような緩衝部材としては、例えばポリテックスパッド（ロデール社の商標）や、ポリウレタンスポンジ、不織布、発砲ポリウレタン、ＰＶＤスポンジを用いることができる。
【００４７】
電極ベース６２は、支持ベース７０上にフローティング機構７２を介して、フローティング支持（浮上支持）されている。このフローティング機構７２は、電極ベース６２と支持ベース７０との間に挟まれ、周囲を弾性膜７４で囲繞した圧力室７６と、流体圧力源７８から延びて該圧力室７６に連通する流体圧供給路８０とを有している。そして、流体圧力源７８から供給される流体圧を制御する流体圧力制御部８２が備えられ、圧力を制御した流体が流体圧供給路８０から圧力室７６内に供給され、これによって、圧力室７６内に封入した流体の流体圧を介して電極ベース６２をフローティング支持するように構成されている。
【００４８】
このように、電極６４とイオン交換体（接触部材）６６とを有する電極部材６０を備えた電極ベース６２を支持ベース７０上にフローティング支持することによって、例えイオン交換体６６の厚さのばらつきや取付け誤差等があっても、基板Ｗから電極部材６０を介して電極ベース６２に作用する力で、基板Ｗのより広範囲に亘って電極部材６０がより均一に基板Ｗに接触するように電極ベース６２を傾動させることで、電極部材６０の基板Ｗへの接触圧力をより均一にすることができる。
【００４９】
しかも、圧力室７６内に供給する流体の圧力を調整することにより、基板Ｗが電極部材６０に接触する圧力を任意に制御することができるので、基板Ｗと電極部材６０との間に発生する面圧を、半導体デバイスを破壊する圧力よりも小さく抑えるように制御して、脆弱な材料を破壊することなく基板を加工することができる。
【００５０】
支持ベース７０の周縁部には、電極ベース６２の外形に沿った矩形状で、電極ベース６２の上方への動きと、左右方向の動きを規制するストッパ８４が立設されている。つまり、このストッパ８４の上端には、内方に膨出する膨出部８４ａが設けられ、一方、電極ベース６２の外周端部には、段部６２ａが設けられており、この膨出部８４ａと段部６２ａとが係合することで、電極ベース６２の上方への動きが規制され、また膨出部８４ａの内周面と電極ベース６２の段部６２ａの上方に設けられた小径部外周面とが摺接することで、電極ベース６２の傾動が阻害されることなく、この左右方向の動きが規制されるようになっている。
【００５１】
このように、電極ベース６２の上方への動きを規制することで、電極部材６０が基板Ｗに接触していない被加工時に、電極ベース６２が支持ベース７０から脱出することを防止するとともに、加工中に電極部材６０のイオン交換体６６と基板Ｗとの間に生じる摩擦力によって、電極ベース６２が基板Ｗと共に支持ベース７０と水平な方向へ移動してしまうことを防止することができる。
【００５２】
次に、この実施の形態における電解加工装置３４を備えた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３０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３６で取り出す。搬送ロボット３６は、取り出した基板Ｗを必要に応じて反転機３２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。
【００５３】
搬送ロボット３６は反転させた基板Ｗを受け取り、これを電解加工装置３４に搬送し、基板保持部４２に吸着保持させる。そして、アーム４０を移動させて基板Ｗを保持した基板保持部４２を電極部４６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５０を駆動して基板保持部４２を下降させ、この基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部４６の電極部材６０のイオン交換体６６の表面に接触させる。この場合において、電極部４６の圧力室７６内に所定の圧力の流体を供給し、これによって、基板Ｗの全面に亘って電極部材６０のイオン交換体６６がより均一に基板Ｗに接触するように電極ベース６２を傾動させて、電極部材６０のイオン交換体６６の基板Ｗへの接触圧力をより均一にする。
【００５４】
この状態で、自転用モータ５８を駆動して基板Ｗを基板保持部４２と一体に回転させ、同時に往復運動用モータ５６を駆動して、基板Ｗを基板保持部４２と一体に、図５に示すＹ方向に往復運動させる。このとき、純水供給ノズル６８から、基板Ｗとイオン交換体６６との間に純水又は超純水を供給する。
【００５５】
そして、電源４８により加工電極６４ａと給電電極６４ｂとの間に所定の電圧を印加し、イオン交換体６６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）６４ａ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。このとき、加工電極６４ａと対面する部分において加工が進行するが、基板Ｗと加工電極６４ａとを相対移動させることにより基板Ｗの全面の加工を行っている。加工中は、圧力室７６に流体を供給して基板Ｗを任意の圧力でイオン交換体６６に対して押圧する。すなわち、圧力室７６に供給する流体によって基板Ｗがイオン交換体６６に接触される力を適宜調整して基板Ｗの電解加工を行う。この時、電極ベース６２は、フローティング機構７２を介してフローティング支持されており、ある程度自由に上下動及び傾動し、これによって、基板Ｗの全面に亘って電極部材６０のイオン交換体６６がより均一に基板Ｗに接触する。
【００５６】
電解加工中には、加工電極６４ａと給電電極６４ｂとの間に印加する電圧、又はこの間を流れる電流をモニタ部３８でモニタして、エンドポイント（加工終点）を検知する。すなわち、同じ電圧（電流）を印加した状態で電解加工を行うと、材料によって流れる電流（印加される電圧）に違いが生じる。例えば、図８（ａ）に示すように、表面に材料Ｂと材料Ａとを順次成膜した基板Ｗの該表面に電解加工を施したときに流れる電流をモニタすると、材料Ａを電解加工している間は一定の電流が流れるが、異なる材料Ｂの加工に移行する時点で流れる電流が変化する。同様に、加工電極と給電電極との間に印加される電圧にあっても、図８（ｂ）に示すように、材料Ａを電解加工している間は一定の電圧が印加されるが、異なる材料Ｂの加工に移行する時点で印加される電圧が変化する。なお、図８（ａ）は、材料Ｂを電解加工するときの方が、材料Ａを電解加工するときよりも電流が流れにくくなる場合を、図８（ｂ）は、材料Ｂを電解加工するときの方が、材料Ａを電解加工するときよりも電圧が高くなる場合の例を示している。これにより、この電流又は電圧の変化をモニタすることでエンドポイントを確実に検知することができる。
【００５７】
なお、モニタ部３８で加工電極６４ａと給電電極６４ｂとの間に印加する電圧、又はこの間を流れる電流をモニタして加工終点を検知するようにした例を説明したが、このモニタ部３８で、加工中の基板の状態の変化をモニタして、任意に設定した加工終点を検知するようにしてもよい。この場合、加工終点は、被加工面の指定した部位について、所望の加工量に達した時点、又は加工量と相関関係を有するパラメータが所望の加工量に相当する量に達した時点を指す。このように、加工の途中においても、加工終点を任意に設定して検知できるようにすることで、多段プロセスでの電解加工が可能となる。
【００５８】
例えば、基板が異材料に達したときに生じる摩擦係数の違いによる摩擦力の変化や、基板の表面の凹凸を平坦化する際、凹凸を除去したことにより生じる摩擦力の変化等を検出することで加工量を判断し、加工終点を検出することとしてもよい。また、被加工面の電気抵抗による発熱や、加工面と被加工面との間に液体（純水）の中を移動するイオンと水分子の衝突による発熱が生じ、例えば基板の表面に堆積した銅膜を定電圧制御で電解研磨する際には、電解加工が進み、バリア層や絶縁膜が露出するのに伴って、電気抵抗が大きくなり電流値が小さくなって発熱量が順に減少する。したがって、この発熱量の変化を検出することで加工量を判断し、加工終点を検出することとしてもよい。あるいは、異材料に達した時に生じる反射率の違いによる反射光の強度の変化を検出して、基板上の被加工膜の膜厚を検知し、これにより加工終点を検出してもよい。また、銅膜等の導電性膜の内部に渦電流を発生させ、基板の内部を流れる渦電流をモニタし、例えば周波数やインピーダンスの変化を検出して、基板上の被加工膜の膜厚を検知し、これにより加工終点を検出してもよい。更に、電解加工にあっては、加工電極と給電電極との間を流れる電流値で加工レートが決まり、加工量は、この電流値と加工時間の積で求められる電気量に比例する。したがって、電流値と加工時間の積で求められる電気量を積算し、この積算値が所定の値に達したことを検出することで加工量を判断し、加工終点を検出してもよい。
【００５９】
電解加工完了後、電源４８の加工電極６４ａ及び給電電極６４ｂとの接続を切り、基板保持部４２の回転と平行移動を停止させ、しかる後、基板保持部４２を上昇させ、アーム４０を移動させて基板Ｗを搬送ロボット３６に受け渡す。基板Ｗを受け取った搬送ロボット３６は、必要に応じて、基板Ｗを反転機３２に搬送して反転させ、洗浄部３９に搬送して洗浄乾燥し、乾燥後の基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
【００６０】
ここで、電解加工中に基板Ｗとイオン交換体６６との間に供給する純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算、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。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６６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。
【００６１】
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、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。
【００６２】
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、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６６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。
【００６３】
ここで、電極６４の上面を覆うイオン交換体６６としては、通水性に優れたものを使用することがより好ましい。純水又は超純水がイオン交換体６６を通過するように流すことで、水の解離反応を促進させる官能基（強酸性陽イオン交換材料ではスルホン酸基）に十分な水を供給して水分子の解離量を増加させ、水酸化物イオン（もしくはＯＨラジカル）との反応により発生した加工生成物（ガスも含む）を水の流れにより除去して、加工効率を高めることができる。このような通水性を有する部材としては、例えば、通液性を有するスポンジ状の部材やナフィオン（デュポン社の商標）のような膜状部材に開孔を設けて通水性をもたせるようにしたものを使用することができる。
【００６４】
上述したイオン交換体６６は、例えば、アニオン交換基又はカチオン交換基を付与した不織布で構成することができる。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。
【００６５】
ここで、例えば強塩基アニオン交換基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第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。
【００６６】
強酸性カチオン交換基を付与した不織布は、上記強塩基性アニオン交換基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。
【００６７】
なお、イオン交換体６６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。
【００６８】
このように、イオン交換体６６をアニオン交換基又はカチオン交換基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良く加工電極６４ａ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。
【００６９】
ここで、イオン交換体６６をアニオン交換基又はカチオン交換基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、アニオン交換基を有するアニオン交換体とカチオン交換基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６６自体にアニオン交換基とカチオン交換基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。
【００７０】
この実施の形態の電解加工装置３４によれば、圧力室７６に供給する流体の圧力を調整することにより、基板Ｗがイオン交換体６６に接触する圧力を高精度で制御すことができるので、基板Ｗとイオン交換体６６との間に発生する面圧を半導体デバイスを破壊する圧力よりも小さく抑えるように制御することができ、脆弱な材料を破壊することなく基板を加工することができる。
【００７１】
また、本発明に係る電解加工装置３４によれば、機械的研磨作用を伴わないので、ＣＭＰのように基板Ｗを強く押し付ける必要がない。基板Ｗの配線材料として脆弱な材料を用いる場合には、イオン交換体６６から基板Ｗが受ける押圧力が、１９．６ｋＰａ（２００ｇｆ／ｃｍ２、２．９ｐｓｉ）以下、より好ましくは６．８６ｋＰａ（７０ｇｆ／ｃｍ２、１．０ｐｓｉ）以下、更に好ましくは６８６Ｐａ（７ｇｆ／ｃｍ２、０．１ｐｓｉ）以下になるように、圧力室７６に供給する流体の圧力を調整して低荷重で基板Ｗの加工を行うことが好ましい。
なお、本発明は、種々の電解加工装置に適用でき、加工液、接触部材の組合せは、種々に適用可能である。
【００７２】
図９は、本発明の第２の実施の形態における電解加工装置を示す正断面図で、図１０は、図９のＡ−Ａ線矢視図である。この実施の形態における電解加工装置の前述の第１の実施の形態における電解加工装置と異なる点は、以下の通りである。
【００７３】
すなわち、電極部４６は、電源４８の陰極または陽極に接続されて加工電極６４ａまたは給電電極６４ｂとなる電極６４と該電極６４の上面を覆うイオン交換体６６からなる複数の電極部材６０を備えており、この電極部材６０は、電極支持ベース６３上に並列に等ピッチで配置され、フローティング機構９０を介して、個々に電極支持ベース６３にフローティング支持されている。つまり、各電極部材６０と電極支持ベース６３との間には、弾性膜９２で周囲を囲繞した圧力室９４が設けられ、この各圧力室９４は、電極支持ベース６３の内部に形成した圧力流体流路６２ｂに連通しており、更に、この圧力流体流路６２ｂは、流体圧力源７８から延びる流体圧供給路８０に接続されている。これによって、各圧力室９４内に封入した流体の流体圧を介して、各電極部材６０をフローティング支持するように構成されている。更に、各電極部材６０の周囲には、この上方への脱出及び左右の移動を規制するストッパ９６が設けられている。なお、電極部材６０が直接フローティング機構と接続されている必要はなく、何らかの支持部材を介して接続されてもよい。
【００７４】
このように、電極６４とイオン交換体６６とを有する各電極部材６０を電極支持ベース６３上に個々にフローティング支持することによって、例えイオン交換体６６の厚さのばらつきや取付け誤差等があって、各電極部材６０に個体差があっても、加工に際して、各電極部材６０の電極支持ベース６２からの突出高さを整合して該電極部材６０間の固体差を是正し、各電極部材６０がより均一に基板Ｗに接触するようにして、電極部材６０の基板Ｗへの接触圧力をより均一にすることができる。
【００７５】
一方、基板保持部４２の周囲には、この基板保持部４２及び該基板保持部４２の外径に沿った内径の中央孔１００ａを有する矩形平板状の案内部材１００が、アーム４０に固着したブラケット１０２に取付けたシリンダ１０４を介して上下動自在に配置されている。この案内部材１００の下面の電極部材６０と直交する方向に沿った両側には、外方に向けて上方に傾斜するテーパ状の案内面１００ｂが設けられている。これによって、加工に際し、基板Ｗと電極部材６０とが相対移動して、案内部材１００の外方に位置する電極部材６０が基板Ｗと接触する加工位置に移動する際、この案内部材１００の外方に位置し、圧力室９４内の加圧によって上方に突出した電極部材６０が、該電極部材６０の上面が案内面１００ｂに接触し該案内面１００ｂに案内されて徐々に下降することで、基板の外周端面に衝突することなく、スムーズに移動できるようになっている。
【００７６】
更に、この案内面１００ｂで挟まれた案内部材１００の下面は、電解加工の際に、基板保持部４２で保持した基板Ｗの表面（下面）と同一平面をなして、電極部材６０のイオン交換体６６と接触する接触面１００ｃとなるように構成されている。また、案内部材の外形は、電極部（電極部材の集合体）の外形と略同じ形状になっている。このように、加工位置にある電極部材６０のイオン交換体６６が、基板Ｗと接触する他に、該基板Ｗの外方で外形が矩形状の案内部材１００の接触面１００ｃと接触し、これによって、図１０に斜線で示すように、基板Ｗに接触して加工を行う電極部材６０のイオン交換体６６の基板Ｗ及び案内部材１００の接触面１００ｃとの接触面積が常に一定となって、イオン交換体６６の基板Ｗとの該接触部における圧力が局部的に変化してしまうことを防止することができる。つまり、前述のように、各電極部材６０は、圧力室９４を介して一定の圧力で上方に付勢されており、このため、電極部材６０のイオン交換体６６と基板Ｗとの接触面積が小さくなると、この接触部に局部的に大きな接触圧が発生するが、電極部材６０のイオン交換体６６の電解加工時における接触面積を常に一定となすことで、このような弊害を防止することができる。
【００７７】
なお、本発明は、イオン交換体を用いた電解加工に限られるものではない。例えば、加工液として電解液を用いた場合は、電極の表面に、例えば、柔らかい研磨パッドや、例えばポリテックスパッド（ロデール社の商標）や、ポリウレタンスポンジ、不織布、発砲ポリウレタン、ＰＶＤスポンジといった、イオン交換体以外のものを貼着してもよい。
【００７８】
このような構成の電解加工装置において、前述の第１の実施の形態と同様にして、基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部材６０のイオン交換体６６の表面に接触させ、基板Ｗを基板保持部４２と一体に回転させつつ往復運動させ、同時に、基板Ｗとイオン交換体６６との間に純水又は超純水を供給し、更に、電源４８により加工電極６４ａと給電電極６４ｂとの間に所定の電圧を印加して基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）の電解加工を行う。なお、基板は連続回転させずに、一定時間ごと、電極の長手方向に対する向きを変えるために所定角度ずつ回転させてもよい。
【００７９】
この時、案内部材１００の外方に位置する電極部材６０が基板Ｗと接触する加工位置に移動する際、この案内部材１００の外方に位置し、圧力室９４内の加圧によって上方に突出した電極部材６０が、該電極部材６０の上面が案内面１００ｂに接触し該案内面１００ｂに案内されて徐々に下降することで、基板の外周端面に衝突することなく、スムーズに移動する。また、加工位置にある電極部材６０のイオン交換体６６が、基板Ｗと接触する他に、該基板Ｗの外方で外形が矩形状の案内部材１００の接触面１００ｃと接触し、これによって、基板Ｗに接触して加工を行う電極部材６０のイオン交換体６６の基板Ｗ及び案内部材１００の接触面１００ｃとの接触面積が常に一定となって、イオン交換体６６の基板Ｗとの該接触部における圧力が局部的に変化して、加工量に過不足が生じてしまうことを防止することができる。
【００８０】
なお、この図９及び図１０に示す第２の実施の形態における、各電極部材６０を各フローティング機構９０を介してフローティング支持した電極支持ベース６３を、前述の図５乃至図７に示す第１の実施の形態における、各電極部材６０を固定した電極ベース６２に置き換えて、この各電極部材６０を各フローティング機構９０を介してフローティング支持した電極支持ベース６３を、図７に示すフローティング機構７２を介して支持ベース７０にフローティング支持するようにしてもよい。この場合、２つのフローティング機構（個々の電極部材６０のフローティング機構７２と複数の電極部材６０を支持する電極支持ベース６３をフローティングさせるフローティング機構９０）を介して、各電極部材６０のフローティング支持効果を相乗的に高めることができる。
【００８１】
図１１は、本発明の第３の実施の形態における電解加工装置を示す。この実施の形態における電解加工装置の図９及び図１０に示す第２の実施の形態における電解加工装置と異なる点は、各電極部材６０をフローティング支持するフローティング機構９０を、ゴム、スポンジ、多孔質樹脂または不織布などの弾性体１１０で構成した点にある。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。
【００８２】
なお、図９及び図１１に示す各々のフローティング機構９０の内圧、及び弾性率は、電極ごとに変えるようにしてもよい。例えば、一部の電極部材のためのフローティング機構９０の剛性を高くして（弾性率を大きくして）、基板との間の押圧力を主にそれらで受けるようにしてもよい。一般に、給電電極よりも加工電極の方がより精密な圧力調整を求められるため、給電電極部材はフローティングの程度を小さくして剛性を高くするか、もしくは給電電極部材はフローティングさせずにして、加工電極部材のみにフローティング機構を採用することもできる。この場合は、加工電極部材が十分フローティングするため、複数の加工電極部材が均一圧力でウエハに接触できる。また、給電電極部材を弾性部材で支持し、加工電極部材を圧力流体チャンバーで支持することにより、加工電極部材のフローティングの程度を大きくさせるようにしてもよい。
【００８３】
図１２は、本発明の第４実施の形態における電解加工装置の要部を示す縦断面図で、図１３は、図１２の要部を拡大して示す要部拡大図である。図１２に示すように、この電解加工装置６００は、表面を下向きにして基板Ｗを吸着する基板保持部６０２と、矩形状の電極部６０４とを上下に備えている。この基板保持部６０２は、前述の実施の形態における基板保持部４２と同様に、上下動、左右動及び回転自在に構成されている。電極部６０４は、中空スクロールモータ６０６を備えており、この中空スクロールモータ６０６の駆動により、自転を行わない円運動、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。なお、電極部６０４は、自転させてもよい。
【００８４】
電極部６０４は、直線状に延びる複数の電極部材６０８を備えた電極ベース６２６と、上方に開口し、支持ベースを兼ねる容器６１０とを備えている。そして、複数の電極部材６０８は電極ベース６２６上に並列に等ピッチで配置され、この電極ベース６２６は、前述の第１の実施の形態における電解加工装置とほぼ同様に、フローティング機構を介して容器（支持ベース）６１０にフローティング支持されている。この容器６１０の上方に位置して、該容器６１０の内部に超純水や純水等の液体を供給する液体供給ノズル６１２が配置されている。各電極部材６０８は、装置内の電源に接続される電極６１４を備えており、この各電極６１４に電源の陰極と陽極とが交互に、つまり、電極６１４ａに電源の陰極が、電極６１４ｂに陽極が交互に接続されている。これによって、前述と同様に、例えば、銅を加工する場合においては、陰極側に電解加工作用が生じるので、陰極に接続した電極６１４ａが加工電極となり、陽極に接続した電極６１４ｂが給電電極となるようになっている。
【００８５】
そして、この陰極に接続した加工電極６１４ａにあっては、図１３に詳細に示すように、この上部に、例えば不織布からなるイオン交換体６１６ａが取付けられ、この加工電極６１４ａ及びイオン交換体６１６ａは、液体の通過を遮断しイオンのみを通過可能に構成されたイオン交換膜からなる第２のイオン交換体６１８ａで一体に覆われている。陽極に接続した給電電極６１４ｂにあってもほぼ同様に、この上部に、例えば不織布からなるイオン交換体６１６ｂが取付けられ、この加工電極６１４ａ及びイオン交換体６１６ｂは、液体の通過を遮断しイオンのみを通過可能に構成されたイオン交換膜からなる第２のイオン交換体６１８ｂで一体に覆われている。これにより、不織布からなるイオン交換体６１６ａ，６１６ｂにあっては、電極６１４の長さ方向に沿った所定の位置に設けられた貫通孔（図示せず）を通過した超純水や液体が、こ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できるが、この液体は、イオン交換膜からなるイオン交換体６１８ａ，６１８ｂで流れを遮断されて、このイオン交換体６１８ａ，６１８ｂが、下記の第２の隔壁を構成するようになっている。
【００８６】
電源の陰極に接続された加工電極６１４ａの両側には、一対の液体供給ノズル６２０が配置され、この液体供給ノズル６２０の内部には、長さ方向に沿って延びる流体流通路６２０ａが設けられ、更に、長さ方向に沿った所定の位置に、上面に開口し流体流通路６２０ａに連通する液体供給孔６２０ｃが設けられている。
【００８７】
そして、加工電極６１４ａと一対の液体供給ノズル６２０は、一対のタップバー６２２を介して一体化され、一対のインサートプレート６２４に挟持されて電極ベース６２６に固定されている。一方、給電電極６１４ｂは、その表面をイオン交換体６１８ｂで覆った状態で、一対の保持プレート６２８で挟持されて電極ベース６２６に固定されている。
【００８８】
なお、イオン交換体６１６ａ，６１６ｂは、例えば、アニオン交換基又はカチオン交換基を付与した不織布で構成されているが、アニオン交換基を有するアニオン交換体とカチオン交換基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６１６ａ，６１６ｂ自体にアニオン交換基とカチオン交換基の双方の交換基を付与するようにしたりしてもよく、また、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ことは前述と同様である。また、電極部材６０８の電極６１４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とは前述と同様である。
【００８９】
そして、各液体供給ノズル６２０の上面には、例えば弾性を有する樹脂等からなる隔壁６３０ａがその長さ方向の全長にわたって取付けられている。この隔壁６３０ａの肉厚は、基板保持部６０２で保持した基板Ｗを、電極部材６０８のイオン交換体６１８ａ，６１８ｂに接触乃至近接させて、この基板Ｗに電解加工を施す際に、この隔壁６３０ａの上面が基板保持部６０２で保持された基板Ｗに圧接する厚さに設定されている。これによって、電解加工を行う際に、電極部６０４と基板保持部６０２との間に、隔壁６３０ａで隔離された、加工電極６１４ａと基板Ｗとの間に形成される流路６３２と、給電電極６１４ｂと基板との間に形成される流路６３４が並列に形成され、しかも、加工電極６１４ａと基板Ｗとの間に形成される流路６３２は、イオン交換膜で構成された第２の隔壁としてのイオン交換体６１８ａで２つの流路６３２ａ，６３２ｂに隔離され、給電電極６１４ｂと基板Ｗとの間に形成される流路６３４は、イオン交換膜で構成された第２の隔壁としてのイオン交換体６１８ｂで２つの流路６３４ａ，６３４ｂに隔離されるようになっている。
【００９０】
この実施の形態では、容器６１０の内部は液体供給ノズル６１２から供給された超純水や純水等の液体で満たされ、一方、電極６１４に設けた貫通孔（図示せず）から加工電極６１４ａ及び給電電極６１４ｂの上部に配置された不織布からなるイオン交換体６１６ａ，６１６ｂに超純水や純水等の液体が供給された状態で電解加工が行われる。容器６１０の外側には、この容器６１０の外周壁６１０ａをオーバフローした液体を排出するオーバフロー路６３６が設けられており、外周壁６１０ａをオーバフローした液体は、オーバフロー路６３６を介して排液タンク（図示せず）に入るようになっている。
【００９１】
なお、加工電極の両側に、長手方向に沿った所定位置に液体供給孔を設けた液体供給ノズルを使用し、液体供給ノズルによる液体の供給を行うことで、加工電極６１４ａと基板Ｗとの間に形成される流路６３２に沿って流れる流体と、給電電極６１４ｂと基板との間に形成される流路６３４に沿って流れる流体の流れをより確実に制御して、隔壁を越えて隣接する空間へ流れる流体の量を減らすようにすることができる。電極に沿った液体流れを各電極の長手方向に押し出すことにより形成してもよい。
【００９２】
また、前述の実施の形態では電極にイオン交換体を装着した例を示しているが、電極の形状や加工に用いる液体は、特に限定されない。隣り合う電極の間に、接触部材や隔壁を設けるようにすればよい。即ち、電極の形状は、棒状のものに限られず、被加工物に対して複数の電極が対向するようにした任意の形状が選択される。電極にイオン交換体以外の通液性または含液性スクラブ部材を取付けるようにしてもよい。また、接触部材や隔壁を電極面よりも高くして、被加工物と電極が直接接しないようにすることで、電極の表面を露出させることができる。
電極表面にイオン交換体を装着しない場合でも、被加工物と電極の間の流体の流れを仕切る第２の隔壁はあった方が好ましい。また、イオン交換体６１８を個々の電極に固定して、第２実施例のように個々の電極がフローティングするようにさせてもよい。
【００９３】
なお、本発明にあっては、原則的に基板保持部（トップリング）側にフローティング機構を設けることなく、個々の電極部材毎の基板に対する接触圧力の不均一さを是正することにより、電極部材間の個体差を是正するようにしているが、トップリング側にもフローティング機構を設けてもよい。
【００９４】
これまで本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板等の被加工物に物理的な欠陥を与えて被加工物の特性を損なうことを防止しつつ、電気化学的作用によって、例えばＣＭＰに代わる電解加工等を施すことができ、これによって、ＣＭＰ処理そのものを省略したり、ＣＭＰ処理の負荷を低減したり、更には基板等の被加工物の表面に付着した付着物を除去（洗浄）することができる。しかも、純水又は超純水のみを使用しても基板を加工することができ、これによって、基板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して、除去加工後の洗浄工程を簡略化できるばかりでなく、廃液処理の負荷を極めて小さくすることができる。
【００９６】
また、電極部材を備えた電極ベースをフローティング支持したり、電極部材をフローティング支持することで、例え電極部材にばらつきがあっても、電極部材の基板への接触圧力をより均一にして、基板の面内における加工量や加工後の面内粗さをより均一にすることができる。
【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】加工電極及び給電電極を基板（被加工物）に近接させ、加工電極及び給電電極と基板（被加工物）との間に純水又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給するようにしたときの本発明による電解加工の原理の説明に付する図である。
【図３】加工電極のみにイオン交換体を取付けて、加工電極と基板（被加工物）との間に液体を供給するようにしたときの本発明による電解加工の原理の説明に付する図である。
【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に示す基板処理装置の電解加工装置を模式的に示す平面図である。
【図６】図４の正断面図である。
【図７】図４の左側断面図である。
【図８】図８（ａ）は、異なる材料を成膜した基板の表面に電解加工を施したときに流れる電流と時間の関係を、図８（ｂ）は、同じく印加される電圧と時間の関係をそれぞれ示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態における電解加工装置を示す正断面図である。
【図１０】図８のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における電解加工装置を示す正断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における電解加工装置を示す示す断面図である。
【図１３】図１１の一部を拡大して示す要部拡大図である。
【符号の説明】
６  銅膜
７  シード層
１０  被加工物
１２ａ，１２ｂ  イオン交換体
１４  加工電極
１６  給電電極
１７  電源
１８  流体
１９  流体供給部
３０  ロード・アンロード部
３２  反転機
３４  電解加工装置
３８  モニタ部
４２  基板保持部
４６  電極部
４８  電源
５８  自転用モータ
６０  電極部材
６２  電極ベース
６３  電極支持ベース
６４  電極
６４ａ  加工電極
６４ｂ  給電電極
６６  イオン交換体
６８  純水供給ノズル
７０  支持ベース
７２，９０  フローティング機構
７４，９２  弾性膜
７６，９４  圧力室
７８  流体圧力源
８０  流体圧供給路
８２  流体圧力制御部
８４，９６  ストッパ
１００  案内部材
１００ｂ  案内面
１００ｃ  接触面
１０４  シリンダ
１１０  弾性体（フローティング機構）
６００  電解加工装置
６０２  基板保持部
６０４  電極部
６０６  中空スクロールモータ
６０８  電極部材
６１０  容器
６１２  液体供給ノズル
６１４  電極
６１４ａ  加工電極
６１４ｂ  給電電極
６１６ａ，６１６ｂ，６１８ａ，６１８ｂ  イオン交換体
６２０  液体供給ノズル
６２６  電極ベース
６３０ａ  隔壁
６３２，６３４  流路
【図１】
2005054205.tif 000003
【図２】
2005054205.tif 000004
【図３】
2005054205.tif 000005
【図４】
2005054205.tif 000006
【図５】
2005054205.tif 000007
【図６】
2005054205.tif 000008
【図７】
2005054205.tif 000009
【図８】
2005054205.tif 000010
【図９】
2005054205.tif 000011
【図１０】
2005054205.tif 000012
【図１１】
2005054205.tif 000013
【図１２】
2005054205.tif 000014
【図１３】
2005054205.tif 000015