(57)【要約】本発明は、例えば銅膜等の導電性材料を、低面圧かつ高レートで、例えばピットの発生を効果的に防止しつつ、確実に加工できるようにした複合加工装置に関する。本発明の複合加工装置は、基板（Ｗ）を保持する基板ホルダ（４２）と、基板の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部（８２）と、イオン交換体（９２）を備えた加工電極（８６）を有し、イオン交換体（９２）を基板（Ｗ）に接触させつつ加工電極（８６）と基板（Ｗ）の間に電圧を印加して基板（Ｗ）を加工する電解加工部（８４）とを個別に備えた加工テーブル（４６）と、基板（Ｗ）と加工電極（８６）の間、及び基板（Ｗ）と機械的加工部（８２）の間に液体を供給する液体供給部（９４）と、基板（Ｗ）と加工テーブル（４６）とを相対移動させる駆動部を備えている。
2004083494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダと、
基板の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備えた加工電極を有し、該イオン交換体を基板に接触させつつ前記加工電極と基板の間に電圧を印加して基板を加工する電解加工部とを個別に備えた加工テーブルと、
基板と前記加工電極の間、及び基板と前記機械的加工部の間に液体を供給する液体供給部と、
基板と前記加工テーブルとを相対移動させる駆動部を備えたことを特徴とする複合加工装置。
【請求項２】
基板と前記加工テーブルが相対移動する時、前記加工電極が前記基板ホルダで保持された基板の被加工部位を通過し、該被加工部位を前記機械的加工部が続けて通過することを特徴とする請求項１記載の複合加工装置。
【請求項３】
前記加工電極に続けて前記機械的加工部が基板の被加工部位を通過する時間は、１秒以内に設定されていることを特徴とする請求項２記載の複合加工装置。
【請求項４】
前記機械的加工部は、固定砥粒からなる加工面を有することを特徴とする請求項１記載の複合加工装置。
【請求項５】
前記機械的加工部は、研磨パッドからなる加工面と、該加工面にスラリーを供給するスラリー供給部を有することを特徴とする請求項１記載の複合加工装置。
【請求項６】
前記加工テーブルには、前記加工電極と基板に給電する給電電極とが交互かつ所定間隔離間して配置され、前記加工電極を挟む位置に前記機械的加工部が配置されていることを特徴とする請求項１記載の複合加工装置。
【請求項７】
前記加工テーブルは、スクロール運動を行うことを特徴とする請求項６記載の複合加工装置。
【請求項８】
前記加工テーブルは円板状に形成され、前記加工電極は、半径方向に延びて配置され、該加工電極を挟む両側に基板に給電する給電電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の複合加工装置。
【請求項９】
基板を保持する基板ホルダと、
砥粒を内部に有する固定砥粒により基板の表面を機械的作用を含む加工方法で研磨する固定砥粒加工部と、加工電極を有し、前記加工電極と基板の間に電圧を印加して基板を加工する電解加工部とを個別に備えた加工テーブルと、
基板と前記加工テーブルとを相対運動させる駆動部と、
基板と前記加工電極の間、及び基板と前記固定砥粒の間に液体を供給する液体供給部を備えたことを特徴とする複合加工装置。
【請求項１０】
基板と前記加工テーブルが相対移動する時、前記加工電極が前記基板ホルダで保持された基板の被加工部位を通過し、該被加工部位を前記固定砥粒加工部が続けて通過することを特徴とする請求項９記載の複合加工装置。
【請求項１１】
前記加工電極に続けて前記固定砥粒加工部が基板の被加工部位を通過する時間は、１秒以内に設定されていることを特徴とする請求項１０記載の複合加工装置。
【請求項１２】
前記加工テーブルには、前記加工電極と基板に給電する給電電極とが交互かつ所定間隔離間して配置され、前記加工電極を挟む位置に前記固定砥粒加工部が配置されていることを特徴とする請求項９記載の複合加工装置。
【請求項１３】
前記加工テーブルは、スクロール運動を行うことを特徴とする請求項１２記載の複合加工装置。
【請求項１４】
前記加工テーブルは円板状に形成され、前記加工電極は、半径方向に延びて、該加工電極を挟む両側に基板に給電する給電電極が配置されていることを特徴とする請求項９記載の複合加工装置。
【請求項１５】
基板の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備えた加工電極を有し、該イオン交換体を基板に接触させつつ前記加工電極と基板の間に電圧を印加して基板を加工する電解加工部とを個別に備え、基板と前記機械的加工部及び前記加工電極とを相対移動させて基板表面の加工を行うことを特徴とする複合加工方法。
【請求項１６】
被加工物を保持するホルダと、
砥粒を内部に有する固定砥粒により被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する固定砥粒加工部と、
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を有し、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部と、
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、
被加工物と前記加工電極及び／又は前記給電電極との間、及び／又は被加工物と前記固定砥粒加工部の間に液体を供給する液体供給部と、
被加工物と前記固定砥粒加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させる駆動部を備えたことを特徴とする複合加工装置。
【請求項１７】
前記加工電極及び／又は前記給電電極は、被加工物との間に配置されるイオン交換体を備えていることを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項１８】
被加工物と前記固定砥粒加工部、及び被加工物と前記電解加工部が相対移動する時、前記固定砥粒加工部が前記ホルダで保持された被加工物の被加工部位を通過し、該被加工部位を前記電解加工部が続けて通過することを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項１９】
表面粗さの異なる固定砥粒を有する、少なくとも２種類以上の前記固定砥粒加工部を有することを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項２０】
前記固定砥粒の表面粗さが、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項２１】
前記液体は、純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体又は電解液であることを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項２２】
前記加工電極と被加工物との間、及び前記給電電極と被加工物の間にイオン交換体が個別に配置されていることを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項２３】
前記加工電極、前記給電電極及び前記固定砥粒の少なくとも１つと被加工物との間に加えられる力が、１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）以下であることを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項２４】
前記固定砥粒加工部及び／又は前記電解加工部は、被加工物に近接又は離間するように移動することを特徴とする請求項１６記載の複合加工装置。
【請求項２５】
前記固定砥粒加工部を接触させて被加工物を加工した後、前記電解加工部のみで被加工物を加工するように前記固定砥粒加工部及び／又は前記電解加工部を動かすことを特徴とする請求項２４記載の複合加工装置。
【請求項２６】
被加工物を保持するホルダと、
被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、
イオン交換体を備え、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を有し、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部と、
被加工物と前記電解加工部の間、及び／又は被加工物と前記機械的加工部の間に液体を供給する液体供給部と、
被加工物と前記機械的加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させる駆動部を備えたことを特徴とする複合加工装置。
【請求項２７】
前記機械的加工部及び／又は前記電解加工部は、被加工物に近接又は離間するように移動することを特徴とする請求項２６記載の複合加工装置。
【請求項２８】
前記機械的加工部を接触させて被加工物を加工した後、前記電解加工部のみで被加工物を加工するように前記機械的加工部及び／又は前記電解加工部を動かすことを特徴とする請求項２７記載の複合加工装置。
【請求項２９】
砥粒を内部に有する固定砥粒により被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する固定砥粒加工部と、加工電極と給電電極とを有し該加工電極と給電電極との間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部と備え、被加工物と前記固定砥粒加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させて被加工物表面の加工を行うことを特徴とする複合加工方法。
【請求項３０】
前記固定砥粒加工部を接触させて被加工物を加工した後、前記電解加工部のみで被加工物を加工することを特徴とする請求項２９記載の複合加工方法。
【請求項３１】
被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備えた加工電極を有し、該イオン交換体を被加工物に接触させつつ前記加工電極と被加工物の間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部とを備え、被加工物と前記機械的加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させて被加工物表面の加工を行うことを特徴とする複合加工方法。
【請求項３２】
前記機械的加工部を接触させて被加工物を加工した後、前記電解加工部のみで被加工物を加工することを特徴とする請求項３１記載の複合加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、複合加工装置及び方法に係り、特に半導体ウエハ等の基板表面に設けた配線用の微細な凹部に埋込んだ銅等の導電体（導電性材料）の表面を平坦化して埋込み配線を形成するのに使用される複合加工装置及び方法に関する。
【背景技術】  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。
図１Ａ乃至図１Ｃは、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す。図１Ａ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（トレンチ）４が形成される。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シード層７がスパッタリングやＣＶＤ等により形成される。
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１Ｂに示すように、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、シード層７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１Ｃに示すように銅膜６からなる配線が形成される。
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。
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、化学的或いは電気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。
電解加工として、イオン交換体を使用したものが開発されている。これは、被加工物の表面に、加工電極に取付けたイオン交換体と、給電電極に取付けたイオン交換体とを接触乃至近接させ、加工電極と給電電極との間に電源を介して電圧を印加しつつ、加工電極及び給電電極と被加工物との間に液体供給部から超純水等の液体を供給して、被加工物の表面層の除去加工を行うようにしたものである。
しかしながら、従来のイオン交換体を用いた電解加工では、イオン交換体で被加工物の取込みを行っており、このため、イオン交換体の内部に取込まれる被加工物の単位時間当たりの取込み量に限界があるばかりでなく、イオン交換体の再生や取換え作業等が必要となって、スループットが低下してしまう。また、例えば、イオン交換体と電極（加工電極及び給電電極）を用いた銅膜の電解加工（研磨）では、イオン交換体が直接銅を取込むと考えられているが、電解加工中、銅膜表面にＣｕ２ＯやＣｕＯ等の不動態膜が形成されることがあり、この不動態膜は物理的に柔らかく、かつ非導電性のため、電解加工では除去効率が悪い。更に、被加工物の種類や加工条件などによっては、加工した面にピット（微小な穴）が形成されることがあるといった問題があった。
また、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排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自体を省略乃至この負荷を軽減することが強く求められていた。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、Ｌｏｗ−ｋ材にあっては、強度が弱くＣＭＰによるストレスに耐えられなくなるため、基板にストレスを与えることなく、非接触で平坦化できるようにしたプロセスが望まれている。
なお、化学機械的電解研磨のように、めっきをしながらＣＭＰで削るというプロセスも発表されているが、めっき成長面に機械加工が付加されることで、めっきの異常成長を促すことにもなり、膜質に問題を起こしていた。
また、前述した従来の電解加工や電解研磨では、被加工物と電解液（ＮａＣｌ，ＮａＮＯ３，ＨＦ，ＨＣｌ，ＨＮＯ３，ＮａＯＨ等の水溶液）との電気化学的相互作用によって加工が進行するとされているが、その目的とするのは光沢面や鏡面の形成であり、サブミクロンレベルの均一或いは平坦な表面を形成する目的を満足するものではない。砥粒を電解液に混合しスラリーとして電解研磨する複合電解研磨も同様である。
【発明の開示】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、例えば銅膜等の導電性材料を、低面圧かつ高レートで、例えばピットの発生を効果的に防止しつつ、確実に加工できるようにした複合加工装置及び方法を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、例えばＣＭＰ処理そのものを省略したり、ＣＭＰ処理の負荷を極力低減しつつ、基板表面に設けられた導電性材料を平坦に加工したり、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）できるようにした複合加工装置及び方法を提供することを第２の目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の複合加工方法は、基板を保持する基板ホルダと、基板の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備えた加工電極を有し、該イオン交換体を基板に接触させつつ前記加工電極と基板の間に電圧を印加して基板を加工する電解加工部とを個別に備えた加工テーブルと、基板と前記加工電極の間、及び基板と前記機械的加工部の間に液体を供給する液体供給部と、基板と前記加工テーブルとを相対移動させる駆動部を備えたことを特徴とする。
これにより、電解加工部による加工で基板の表面に形成された、物理的に柔らかく、かつ非導電性の不動態膜を機械的加工部で削り落とし、再び電解加工での加工を連続で繰返すことで、低面圧、高レートの加工が可能となる。また、機械的加工部で基板表面を機械的に加工することで、基板の表面に付着した気泡も不動態膜と同時に除去して、気泡の付着に伴うピットの発生を防止することができる。
本発明の好ましい一態様は、基板と前記加工テーブルが相対移動する時、前記加工電極が前記基板ホルダで保持された基板の被加工部位を通過し、該被加工部位を前記機械的加工部が続けて通過することを特徴とする。
これにより、電解加工部による電解加工と機械的加工部による機械的加工とを、交互かつ連続して行うことができる。
前記加工電極に続けて前記機械的加工部が基板の被加工部位を通過する時間は、１秒以内であることが好ましい。
これにより、例えば電解加工部の加工電極で基板の表面に形成された不動態膜を、機械的加工部による機械的加工で素早く除去して、基板の表面を平坦化することができる。
前記機械的加工部は、例えば、固定砥粒からなる加工面を有する。
これにより、加工液として砥粒を含んだスラリーを必要とせず純水のみを用いて、電解加工部による電解加工と機械的加工部による機械的加工を同時に行って、電解加工と固定砥粒による機械的加工の両方のメリットを得ることができ、基板の洗浄などの後処理、排液処理が容易になる。
前記機械的加工部は、研磨パッドからなる加工面と、該加工面にスラリーを供給するスラリー供給部を有するものであってもよい。
本発明の好ましい一態様は、前記加工テーブルには、前記加工電極と基板に給電する給電電極とが交互かつ所定間隔離間して配置され、前記加工電極を挟む位置に前記機械的加工部が配置されていることを特徴とする。
前記加工テーブルは、スクロール運動を行うことが好ましい。
本発明の好ましい一態様は、前記加工テーブルは円板状に形成され、前記加工電極は、半径方向に延びて配置され、該加工電極を挟む両側に基板に給電する給電電極が配置されていることを特徴とする。
本発明の他の複合加工装置は、基板を保持する基板ホルダと、砥粒を内部に有する固定砥粒により基板の表面を機械的作用を含む加工方法で研磨する固定砥粒加工部と、加工電極を有し、前記加工電極と基板の間に電圧を印加して基板を加工する電解加工部とを個別に備えた加工テーブルと、基板と前記加工テーブルとを相対運動させる駆動部と、基板と前記加工電極の間、及び基板と前記固定砥粒の間に液体を供給する液体供給部を備えたことを特徴とする。
本発明の複合加工方法は、基板の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備えた加工電極を有し、該イオン交換体を基板に接触させつつ前記加工電極と基板の間に電圧を印加して基板を加工する電解加工部とを個別に備え、基板と前記機械的加工部及び前記加工電極とを相対移動させて基板表面の加工を行うことを特徴とする。
本発明の更に他の複合加工装置は、被加工物を保持するホルダと、砥粒を内部に有する固定砥粒により被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する固定砥粒加工部と、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を有し、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部と、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、被加工物と前記加工電極及び／又は前記給電電極との間、及び／又は被加工物と前記固定砥粒加工部の間に液体を供給する液体供給部と、被加工物と前記固定砥粒加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させる駆動部を備えたことを特徴とする。
図２は、本発明の加工原理を示す。図２は、被加工物１０の表面に固定砥粒加工部１２の固定砥粒１４を接触させて配置し、近接自在な加工電極１６と給電電極１８を有する電解加工部２０の該加工電極１６を被加工物１０の表面に近接させ、給電電極１８を被加工物１０の表面に接触させて配置し、加工電極１６と給電電極１８との間に電源２２を介して電圧を印加しつつ、加工電極１６及び給電電極１８と被加工物１０との間に液体供給部２４から電解液等の液体２６を供給した状態を示している。この場合、液体２６は、例えば通常の電解加工等で用いられている電解液であり、特に濃度や電解液の種類等の制約はなく、被加工物１０により適時選定すれば良い。
そして、加工電極１６、給電電極１８及び固定砥粒１４の少なくとも１つ以上と被加工物１０のどちらか一方を運動させるか、或いは双方を運動させる。これにより、固定砥粒１４と接触する被加工物１０の表面が機械的に研磨され、加工電極１６と対面する被加工物１０の表面が電解加工されて、固定砥粒加工部１２による機械的研磨と、電解加工部２０による電気化学的加工が同時に行われる。
従来の砥粒を含むスラリー状の電解液を用いる複合電解研磨では、電解処理後に被加工物に付着した砥粒等の不純物を除去するため大掛かりな洗浄が必要であるが、本発明では、内部に砥粒を有する固定砥粒１４を用いることで、洗浄の負荷を極めて少なくすることができる。
本発明の好ましい一態様は、前記加工電極及び／又は前記給電電極は、被加工物との間に配置されるイオン交換体を備えていることを特徴とする。
図３Ａは、加工電極１６の被加工物１０側の表面にイオン交換体２８ａを、給電電極１８の被加工物１０側の表面にイオン交換体２８ｂをそれぞれ取付け、これらのイオン交換体２８ａ，２８ｂを被加工物１０の表面にそれぞれ接触させた状態を示している。図３Ｂは、加工電極１６の被加工物１０側の表面にのみイオン交換体２８ａを取付け、このイオン交換体２８ａと給電電極１８を被加工物１０の表面に接触させた状態を示している。そして、前述とほぼ同様に、加工電極１６と給電電極１８との間に電源２２を介して電圧を印加しつつ、加工電極１６及び給電電極１８と被加工物１０との間に、この場合にあっては、超純水等の液体２６を液体供給部２４から供給し、同時に、例えば被加工物１０を移動することで、固定砥粒加工部１２の固定砥粒１４による機械的研磨と、電解加工部２０の加工電極１６による電気化学的加工が同時に行われる。
このように、必要に応じて、加工電極１６にイオン交換体２８ａを取付けたり、給電電極１８にイオン交換体２８ｂを取付けたりすることで、イオン交換体２８ａ，２８ｂを介して、水分子の水素イオンと水酸化物イオンへの解離を促進して水分子の解離量を増大させ、これによって、液体として超純水等を使用した電解加工を行うことができる。
本発明の好ましい一態様は、被加工物と前記固定砥粒加工部、及び被加工物と前記電解加工部が相対移動する時、前記固定砥粒加工部が前記ホルダで保持された被加工物の被加工部位を通過し、該被加工部位を前記電解加工部が続けて通過することを特徴とする。
これにより、固定砥粒による機械的研磨で被加工物表面に発生したスクラッチやピット等の欠陥を、電解加工で解消することができる。
本発明の好ましい一態様は、表面粗さの異なる固定砥粒を有する、少なくとも２種類以上の前記固定砥粒加工部を有することを特徴とする。
これにより、例えば、加工が進むに従って、表面粗さの荒い固定砥粒を有する固定砥粒加工部による加工から、表面粗さの細かい固定砥粒を有する固定砥粒加工部による加工に切換ることで、スクラッチのない加工表面を得ることができる。
前記固定砥粒の表面粗さは、１０μｍ以下であることが好ましい。
固定砥粒による機械的研磨では、被加工物表面に深さのあるスクラッチやピット等の欠陥が発生し、これらの欠陥は、電解加工で解消できる範囲のものであることが望まれる。例えば１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）の面圧で、表面粗さが１０μｍの固定砥粒を使用した研磨を行った場合、銅表面に与えるスクラッチの深さは０．３〜０．５μｍ程度であり、同じ面圧で、表面粗さが５μｍの固定砥粒を使用した研磨を行った場合のスクラッチの深さは０．２〜０．３μｍ程度であることが分かっている。電解加工を併用することで解消できるスクラッチの深さは０．３μｍ前後であり、好ましくは０．３μｍ以下である。したがって、固定砥粒による機械的研磨で可能な限り均一な研磨を行い、電解加工で更に清浄な表面を得るためには、固定砥粒に含まれる砥粒の粒径は１０μｍ以下であることが望ましい。
前記液体としては、純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体又は電解液が使用される。
ここで、純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水である。純水、より好ましくは０．１μＳ／ｃｍ以下にした液体（超純水等）を使用することで、被加工物表面とイオン交換体等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）の集中を緩和して平坦性を向上させることができる。
このように、純水等を使用して電解加工を行うことで、加工面に不純物を残さない清浄な加工を行うことができ、これによって、電解加工後の洗浄工程を簡素化することができる。
前記加工電極と被加工物との間、及び前記給電電極と被加工物の間にイオン交換体が個別に配置されていることが好ましい。
これにより、加工電極と給電電極との間で、いわゆる短絡が生じることを防止して、加工効率を高めることができる。
前記加工電極、前記給電電極及び前記固定砥粒の少なくとも１つと被加工物との間に加えられる力が、１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）以下であることを特徴とする。
電極（加工電極及び給電電極）や固定砥粒に加えられた力は、被加工物の面圧となって示される。特に、加工電極と被加工物の間、或いは固定砥粒と被加工物の間の面圧により、加工速度や加工形状が左右され、銅配線のように比較的柔らかい金属やポーラス状のＬｏｗ−ｋ材にあっては、面圧を小さくしてスクラッチが起こり難くすることが望まれる。
本発明は、スクラッチが起こりにくい電解加工（電気化学的加工）が主であり、固定砥粒による機械的加工は、被加工物表面に塵細なキズを与えるという補助的な手段として用いている。このため、固定砥粒による機械的研磨を期待するものではない。つまり、固定砥粒による機械的加工で、被加工物の表面全体に塵細な傷を与えることにより、電解加工での電界の局所的な集中を緩和させて、均一化した平坦性の高い加工が可能となる。
被加工物に与えるスクラッチの深さは、固定砥粒の表面の粗さと面圧によって決定され、前述のように、１０ｐｓｉ以下の面圧で、表面粗さが１０μｍ以下の固定砥粒を使用した研磨を行うことで、銅表面に与えるスクラッチの深さを０．３〜０．５μｍ程度以下とすることができる。
本発明の好ましい一態様は、前記固定砥粒加工部及び／又は前記電解加工部は、被加工物に近接又は離間するように移動することを特徴とする。
この場合、例えば前記固定砥粒加工部を接触させて被加工物を加工した後、前記電解加工部のみで被加工物を加工するように前記固定砥粒加工部及び／又は前記電解加工部を動かす。
本発明の更に他の複合加工装置は、被加工物を保持するホルダと、被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備え、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を有し、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部と、被加工物と前記電解加工部の間、及び／又は被加工物と前記機械的加工部の間に液体を供給する液体供給部と、被加工物と前記機械的加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させる駆動部を備えたことを特徴とする。
本発明の他の複合加工方法は、砥粒を内部に有する固定砥粒により被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する固定砥粒加工部と、加工電極と給電電極とを有し該加工電極と給電電極との間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部と備え、被加工物と前記固定砥粒加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させて被加工物表面の加工を行うことを特徴とする。
前記固定砥粒加工部を接触させて被加工物を加工した後、前記電解加工部のみで被加工物を加工するようにしてもよい。
本発明の更に他の複合加工方法は、被加工物の表面を機械的作用を含む加工方法で加工する機械的加工部と、イオン交換体を備えた加工電極を有し、該イオン交換体を被加工物に接触させつつ前記加工電極と被加工物の間に電圧を印加して被加工物を加工する電解加工部とを備え、被加工物と前記機械的加工部、及び被加工物と前記電解加工部を相対移動させて被加工物表面の加工を行うことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１Ａ乃至１Ｃは、銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
図２は、被加工物の表面に、固定砥粒を備えた固定砥粒加工部と電解加工部とを配置して加工を行う基本的構成を示す図である。
図３Ａは、被加工物の表面に、加工電極と給電電極にイオン交換体をそれぞれ取付けて構成した加工電極部と、固定砥粒を備えた固定砥粒加工部とを配置して加工を行う基本的構成を示す図である。
図３Ｂは、被加工物の表面に、加工電極のみにイオン交換体を取付けて構成した加工電極部と、固定砥粒を備えた固定砥粒加工部とを配置して加工を行う基本的構成を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態における複合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は、図４に示す基板処理装置の複合加工装置を模式的に示す平面図である。
図６は、図５の縦断面図である。
図７Ａは、図５の複合加工装置における自転防止機構を示す平面図である。
図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ線断面図である。
図８は、図５に示す複合加工装置における要部を拡大して示す要部拡大図である。
図９は、図５に示す複合加工装置における加工時の要部を拡大して示す要部拡大図である。
図１０Ａ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示すグラフである。
図１０Ｂ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印加される電圧と時間の関係を示すグラフである。
図１１は、本発明の他の実施の形態における複合加工装置を模式的に示す断面図である。
図１２は、図１１に示す複合加工装置の加工テーブルの平面図である。
図１３は、本発明の更に他の実施の形態における複合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１４は、図１３に示す基板処理装置の複合加工装置を模式的に示す断面図である。
図１５は、図１４に示す複合加工装置の加工テーブルの平面図である。
図１６は、図１５の円周方向に沿った断面図である。
図１７は、加工テーブルの他の例を示す平面図である。
図１８は、加工テーブルの更に他の例を示す平面図である。
図１９は、本発明の更に他の実施の形態における複合加工装置を示す斜視図である。
図２０は、図１９に示す複合加工装置の加工テーブルの平面図である。
図２１は、実施例１及び実施例２におけるウエハ位置と除去量との関係を比較例と共に示すグラフである。
図２２は、実施例１及び実施例２における加工後のウエハ表面をレーザ顕微鏡で観察した結果を示す写真である。
図２３は、実施例３及び実施例４における機械的研磨加工後、及び電解加工後のウエハ表面をレーザ顕微鏡により観察した結果を示す写真である。
【発明を実施するための最良の形態】  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、複合加工装置で基板を加工（研磨）するようにした例を示しているが、基板以外にも適用できることは勿論である。
図４は、本発明の第１の実施の形態における複合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１Ｂに示す、表面に導電体膜（被加工部）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、複合加工装置３４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３６がこれらの機器と平行に配置されている。また、複合加工装置３４による加工の際に、後述する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３８がロード・アンロード部３０に隣接して配置されている。
図５は、本発明の実施の形態における複合加工装置を模式的に示す平面図、図６は、図５の縦断面図である。図５及び図６に示すように、この実施の形態における複合加工装置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、表面（被処理面）を下向き（フェースダウン）にして基板Ｗを吸着保持する基板ホルダ４２と、アーム４０が取付けられる可動フレーム４４と、矩形状の加工テーブル４６と、加工テーブル４６に備えられた下記の加工電極８６及び給電電極８８に接続される電源４８とを備えている。この実施の形態では、加工テーブル４６の大きさは、基板ホルダ４２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。
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。
基板ホルダ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、基板ホルダ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。
また、加工テーブル４６の下方には中空モータ６０が設置されており、この中空モータ６０の主軸６２には、この主軸６２の中心から偏心した位置に駆動端６４が設けられている。加工テーブル４６は、その中央において上記駆動端６４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、加工テーブル４６と中空モータ６０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。これによって、中空モータ６０の駆動により加工テーブル４６がスクロール運動（並進回転運動）を行うようになっている。
図７Ａ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７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ線断面図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、加工テーブル４６と中空モータ６０との間には、周方向に３つ以上（図７Ａにおいては４つ）の自転防止機構６６が設けられている。図７Ｂに示すように、中空モータ６０の上面と加工テーブル４６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６８，７０が形成されており、これらの凹所６８，７０にはそれぞれ軸受７２，７４が装着されている。軸受７２，７４には、距離“ｅ”だけずれた２つの軸体７６，７８の一端部がそれぞれ挿入されており、軸体７６，７８の他端部は連結部材８０により互いに連結される。ここで、中空モータ６０の主軸６２の中心に対する駆動端６４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、加工テーブル４６は、中空モータ６０の駆動に伴って、主軸６２の中心と駆動端６４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。
次に、この実施の形態における加工テーブル４６について説明する。図５に示すように、この実施の形態における加工テーブル４６は、複数の機械的加工部８２と、電解加工部８４を構成する複数の加工電極８６及び給電電極８８を備えている。図８は、加工テーブル４６の縦断面図である。図８に示すように、加工テーブル４６は、平板状のベース９０を備えており、このベース９０の上面に、Ｘ方向（図５参照）に沿って延びる複数の加工電極８６と給電電極８８が、所定間隔離間して交互に配置されている。そして、加工電極８６を挟む給電電極８８の両側に、Ｘ方向（図５参照）に沿って延びる複数の機械的加工部８２が配置されている。各加工電極８６の上面は、断面半円状のイオン交換体９２で覆われている。
前述の加工テーブル４６のスクロール運動の回転半径“ｅ”は、この例では、加工電極８６と給電電極８８との距離Ｂに等しく、加工電極８６と該加工電極８６に隣接する機械的加工部８２までの距離Ｓ１よりも長く（Ｂ＝ｅ＞Ｓ１）設定されている。これによって、加工電極８６が通過したところを機械的加工部８２が連続して通過できるようになっている。
また、１つの加工電極８６について考えると、電解加工においては、基板Ｗが加工電極８６の表面のイオン交換体９２と接触又は近接した範囲でのみ加工が行われ、加工電極８６の端部には電界が集中するため、加工電極８６の幅方向の端部付近の加工レートは、中央付近に比べて高くなる。
このように、１つの加工電極８６において加工量のバラツキが生じるが、この実施の形態では、上述したように、加工テーブル４６をスクロール運動させ、基板Ｗと加工電極８６とをＹ方向（図５参照）に往復相対運動させることにより、この加工量のバラツキを抑えている。つまり、スクロール運動によって加工量のバラツキを少なくすることができるものの、完全にバラツキをなくすことはできない。
この実施の形態では、上述したスクロール運動（第１の相対運動）に加えて、電解加工中に基板ホルダ４２をＹ方向（図５参照）に所定の距離だけ移動させて、基板Ｗと加工電極８６との間で第２の相対運動を行うことにより、上述した加工量のバラツキをなくしている。すなわち、スクロール運動（第１の相対運動）のみを行った場合には、基板ＷのＹ方向に沿って加工量に差が生じ、同一形状の加工量分布が、加工電極８６のピッチＰ（図８参照）ごとに現れるが、電解加工中に、往復動用モータ５６を駆動させてアーム４０及び基板ホルダ４２をＹ方向にピッチＰの整数倍だけ移動させて、基板Ｗと加工電極８６との間で第２の相対運動を行ことで、基板Ｗの全面を均一に加工することが可能となる。この場合において、第２の相対運動の移動速度は一定であることが好ましい。
ここで、上述した第２の相対運動を繰り返し、基板Ｗを加工電極８６に対してＹ方向に往復運動させてもよい。この場合において、往路と復路の移動距離は、共に上述したピッチＰの整数倍とする必要があるが、往路の移動距離と復路の移動距離を必ずしも等しくする必要はなく、互いに異なっていてもよい。例えば、往路の移動距離をピッチＰの２倍とし、復路の移動距離をピッチＰの等倍としてもよい。
前記イオン交換体９２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。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。また、イオン交換体９２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。また、イオン交換体９２の内部に不織布イオン交換体を配置して弾性を高めてもよい。
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、グラフト重合後の増加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。
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。
なお、イオン交換体９２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線又は電子線）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。
このように、イオン交換体９２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、超純水または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、超純水または電解液等の液体の移動に伴って効率良く加工電極８６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。
この実施の形態では、加工電極８６は電源４８の陰極に、給電電極８８は電源４８の陽極にそれぞれ接続される。これは、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ためであり、加工材料によっては、給電電極に電源の陰極が、加工電極に陽極がそれぞれ接続される。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。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。
このように、加工電極８６と給電電極８８とを加工テーブル４６と直交するＹ方向（図５参照）に交互に設けることで、基板Ｗの導電体膜（被加工部）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、加工電極８６と給電電極８８間に印加される電圧の正負をパルス状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。
ここで、加工電極８６及び給電電極８８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。
図８に示すように、加工テーブル４６のベース９０の内部には、基板Ｗの表面（被加工面）に加工液としての純水、より好ましくは超純水を供給するための流路９４が形成されており、この流路９４は、純水供給管９６を介して純水供給源（図示せず）に接続されている。また、加工電極８６の内部には、流路９４に連通する貫通孔８６ａが形成されており、この貫通孔８６ａを介して純水、より好ましくは超純水（加工液）がイオン交換体９２の内部に供給される。
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９２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。
なお、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。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。
一方、機械的加工部８２の上面には、この例では、固定砥粒からなる固定砥粒定盤１００が貼着され、この固定砥粒定盤１００の表面を加工面（研磨面）１００ａとなすようになっている。ここで、固定砥粒は、例えばセリアやシリカ等の砥粒を、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＭＢＳやＡＢＳ等のコアシェル型樹脂等のバインダ中に固定し、金型で板状に成形したものである。この砥粒とバインダと空孔率の比率は、例えば、砥粒：バインダ：空孔率＝１０〜５０％：３０〜８０％：０〜４０％（境界値を含む）である。固定砥粒の別形態としては、可撓性のシートの上に砥粒をバインダで薄く固着させたものなどを用いてもよい。
このような固定砥粒定盤１００は、硬質の加工面１００ａを構成しており、傷（スクラッチ）の発生を防止しつつ、安定した研磨速度が得られ、しかも砥粒を含まない純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添加した液体を供給して加工（化学機械的研磨）を行うことで、高価で取扱いが面倒な研磨液の使用量を削減することができる。
ここで、加工に際して、基板に対向する全てのイオン交換体９２、給電電極８８及び固定砥粒定盤１００の加工面１００ａが基板Ｗに均一に接触することが理想的である。このため、給電電極８８の上面と固定砥粒定盤１００の加工面１００ａとが同一平面となり、かつイオン交換体９２の上端のなす平面より少し低くなるように設定されている。これにより、図９に示すように、基板Ｗをイオン交換体９２に押付けた後、基板Ｗは、給電電極８８の上面及び固定砥粒定盤１００の加工面１００ａに確実に接触し、しかも、基板Ｗをそれ以上押付けようとしても、その押圧力を給電電極８８及び固定砥粒定盤１００が受けるので、基板Ｗとイオン交換体９２との接触面積は変化しない。このように、この実施の形態では、基板Ｗが傾くことが防止され、イオン交換体９２の接触面積が均一になるので、均一な加工を実現することができる。
次に、この基板処理装置を用いた基板処理について説明する。まず、例えば、図１Ｂ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。
搬送ロボット３６は、反転させた基板Ｗを受け取り、これを複合加工装置３４に搬送し、基板ホルダ４２に吸着保持させる。そして、アーム４０を揺動させて基板Ｗを保持した基板ホルダ４２を加工テーブル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を駆動して基板ホルダ４２を下降させ、この基板ホルダ４２で保持した基板Ｗを加工テーブル４６のイオン交換体９２の表面に接触させ、更に下降させて、イオン交換体９２の上部を潰しながら、給電電極８８の上面及び固定砥粒定盤１００の加工面１００ａに接触させる。
この状態で、自転用モータ５８を駆動して基板Ｗを回転させながら、中空モータ６０を駆動して加工テーブル４６をスクロール運動させ、同時に往復動用モータ５６を駆動して基板Ｗを往復運動させる。このとき、加工電極８６の貫通孔８６ａを通じて、純水又は超純水をイオン交換体９２に供給し、これによって、イオン交換体９２に純水又は超純水を含ませ、更に基板ホルダ４２で保持した基板Ｗと加工テーブル４６との間に純水又は超純水を満たす。この純水又は超純水は、ベース９０の端部から外部に排出される。
そして、電源４８により加工電極８６と給電電極８８との間に所定の電圧を印加し、イオン交換体９２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）８６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８６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８６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。同時に、機械的加工部８２の固定砥粒定盤１００の加工面１００ａを基板Ｗの表面の擦り付けることで、純水又は超純水の存在下で、基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）に固定砥粒による機械的加工を施す。
イオン交換体と電極（加工電極及び給電電極）を用いた銅膜の電解加工（研磨）では、イオン交換体が直接銅を取込むと考えられているが、電解加工中、銅膜表面にＣｕ２ＯやＣｕＯ等の不動態膜が形成されることがあり、この不動態膜は物理的に柔らかく、かつ非導電性のため、電解加工のみでは除去できないばかりでなく、加工した面にピット（微小な穴）が形成されることがある。この実施の形態の複合加工装置によれば、不動態膜が形成されても、固定砥粒を用いた機械的加工部８２で不動態膜を削り落とし、再び電解加工部８４での加工を連続して繰返すことができ、これによって、低面圧、高レートの加工が可能となるばかりでなく、より平坦な被加工面を得ることができる。更に、機械的加工部８２により、不動態膜だけでなく、基板Ｗに付着した、ピット発生の原因となると考えられる気泡も除去することができる。
この加工中には、加工電極８６と給電電極８８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１０Ａ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８６と給電電極８８との間に印加される電圧にあっても、図１０Ｂ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１０Ａ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１０Ｂ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。
なお、モニタ部３８で加工電極８６と給電電極８８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。
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、バリア膜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うず電流を発生させ、基板の内部を流れるうず電流をモニタし、例えば周波数の変化を検出して、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面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。
電解加工完了後、電源４８の加工電極８６及び給電電極８８との接続を切り、基板ホルダ４２の回転（自転）及び往復運動と、加工テーブル４６のスクロール運動を停止させる。しかる後、基板ホルダ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、必要に応じて反転機３２に搬送して反転させた後、基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
ここで、イオン交換体９２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９２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持たせるようにしたものを使用することができる。
このように、機械的加工部８２として、内部に砥粒を含有する固定砥粒を用いることにより、スラリーを供給することなく、純水のみを供給することで機械的加工部８２による機械的研磨と電解加工部８４による電解加工を行うことができる。これによって、電解加工と固定砥粒による機械的加工の両方のメリットを得ることができ、基板の洗浄などの後処理、排液処理が容易になる。しかも固定砥粒定盤１００は、弾性変形しにくいため、基板の凸部のみに接触させて、微細な凹凸パターンを有する被加工物の凸部を選択的に除去することができる。
更に、電解加工部８４と機械的加工部８２を別個に設けることにより、イオン交換体や固定砥粒、更には下記の研磨パッドなどの基板への接触部材として、電解加工部８４と機械的加工部８２の各々に適した部材を用いることができる。また、加工面全体における電解加工部８４と機械的加工部８２の比率を任意に変えることができるため、基板に作用する電解加工と機械的加工の比率を変えることができ、より平滑な被加工面を得るために最適な装置構成にすることができる。
図１１は、本発明の他の実施の形態の複合加工装置の縦断面図を、図１２は、図１１に示す複合加工装置の加工テーブルの平面図を示す。この実施の形態における複合加工装置３４ａの、前述の実施の形態における複合加工装置３４と異なる点は、以下の通りである。
すなわち、この実施の形態の複合加工装置３４ａは、基板ホルダ４２で保持される基板Ｗの直径の２倍以上の直径を有し、中空モータ１６２の駆動に伴って回転（自転）する加工テーブル１４６が備えられている。更に、加工テーブル１４６の上方に位置して、加工テーブル１４６の上面にスラリー（砥液）を供給するスラリー供給部としての砥液ノズル１７４が配置されている。
加工テーブル１４６は、円板状のベース１９０を備え、このベース１９０の上面には、機械的加工部１８２と、電解加工部１８４を構成する加工電極１８６及び給電電極１８８とが備えられており、スリップリング１７８を介して、電源１８０の陰極が加工電極１８６に、陽極が給電電極１８８にそれぞれ接続されるようになっている。更にこの加工電極１８６の上面は、イオン交換体１９２で覆われている。なお、この例では、給電電極１８８として、半径方向に沿って肉厚が一定の板状のものを使用しているが、扇状のものを使用してもよい。
このイオン交換体１９２で覆われた加工電極１８６は、図１２に示すように、ベース１９０の半径方向に延びる扇状の形状を有し、円周方向に沿った所定のピッチで複数（図では３個）配置されており、この加工電極１８６の両側に給電電極１８８が配置されている。そして、ベース１９０の上面の加工電極１８６及び給電電極１８８を除く全領域に、この例では、研磨パッド２００からなり、この上面を加工面２００ａとした機械的加工部１８２が設けられている。
この加工電極１８６の面積は、機械的加工部１８２の面積より小さくなるように設定され、また加工電極１８６を挟んで給電電極１８８を配置することで、加工電極１８６のイオン交換体１９２が基板Ｗに接触した時、給電電極１８８が必ず基板Ｗの表面に接触して給電できるようになっている。なお、この例では、加工電極１８８で基板表面の研磨等の除去加工を行うことなく、基板表面を不動態膜化する加工（処理）を行うようになっている。
なお、市場で入手できる研磨パッド（研磨布）２００としては、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００等が挙げられる。
基板Ｗを保持し自転用モータ５８の駆動に伴って回転する基板ホルダ４２は、揺動アーム１４４の自由端に保持され、この揺動アーム１４４は、上下動用モータ１６０の駆動に伴ってボールねじ１６２を介して上下動し、揺動用モータ１６４の駆動に伴って回転する揺動軸１６６の上端に連結されている。
この実施の形態にあっては、図１Ｂに示す、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を複合加工装置３４ａの基板ホルダ４２で吸着保持し、揺動アーム１４４を揺動させて基板ホルダ４２を加工テーブル１４６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１６０を駆動して基板ホルダ４２を下降させ、この基板ホルダ４２で保持した基板Ｗを加工テーブル１４６のイオン交換体１９２、給電電極１８８及び研磨パッド２００の加工面２００ａに接触させる。
この状態で、電源１８０を接続して加工電極１８６と給電電極１８８との間に所定の電圧を印加するとともに、基板ホルダ４２と加工テーブル１４６とを共に回転させる。同時に、砥液ノズル１７４を通じて加工テーブル１４６の上面にスラリー（砥液）を供給し、加工テーブル１４６と基板ホルダ４２で保持した基板Ｗとの間にスラリーを満たす。これによって、スラリーの存在下、給電電極１８８で導電体膜（銅膜６）に給電し、加工電極１８６を覆うイオン交換体１９２に当接する基板の導電体膜の表面に不動態膜を形成する加工（処理）を行い、更に、スラリーの存在下で研磨パッド２００による機械的研磨を行うことで、この不動態膜を機械的に研磨除去する。そして、再び基板の導電体膜の表面に不動態膜を形成し、この不動態膜を研磨除去する加工を繰返す。これにより、基板表面の導電体膜の凸部のみに選択的に不動態膜を形成し、この不動態膜を選択的に除去することで、微細な凹凸パターンを有する被加工物（不動態膜）の凸部を選択的に除去することができる。
そして、電解加工完了後、電源１８０の接続を切り、基板ホルダ４２と加工テーブル１４６の回転を停止させるとともに、スラリーの供給を停止し、しかる後、基板ホルダ４２を上昇させ、揺動アーム１４４を揺動させて基板Ｗを次工程に引き渡す。
また、上記実施の形態で、さらに加工テーブルの周りに桶を配置し、桶内に電極を配置して、加工電極部から供給された加工液（純水）で電極と基板を加工液に浸漬させた状態で加工するようにしてもよい。
なお、本発明は、イオン交換体を用いた超純水電解加工に限られない。電解液を用いた電解加工の場合は、図６乃至図９において、各電極の上に、例えばスポンジやＳＵＢＡ（ロデール社商標）などの通液性のスクラブ部材を配置し、また、各電極の間には通電を防止するために、絶縁性の部材を介在させる。
さらに、基板への給電方法として、上述した加工テーブル側に給電電極を備えなくても、基板ホルダから基板のベベル部へ給電するようにしてもよい。その場合、加工テーブルには加工電極が不要とするか、もしくは加工テーブル側の電極を全て加工電極（陰極）とすることができる。
上述したように、本発明によれば、電解加工部による加工で基板の表面に形成された、物理的に柔らかく、かつ非導電性の不動態膜を機械的加工部で削り落とし、再び電解加工での加工を連続で繰返すことで、低面圧、高レートの加工が可能となる。また、機械的加工部で加工することで、基板の表面に付着した気泡も不動態膜と同時に除去して、加工した面にピットが形成されることを確実に防止することができる。
図１３は、本発明の更に他の実施の形態における複合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１３に示すように、この基板処理装置は、例えば、図１Ｂに示す、表面に導電体膜（被加工部）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２３０と、基板Ｗを反転させる反転機２３２と、基板受渡し用のプッシャ２３４と、複合加工装置２３６とを備えている。複合加工装置２３６は、基板Ｗを保持する基板ホルダ２４６と、下記の電解加工部及び固定砥粒加工部を備えた加工テーブル２４８とを有している。そして、ロード・アンロード部２３０、反転機２３２及びプッシャ２３４に囲まれた位置に、これらの間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての固定型搬送ロボット２３８が配置されている。更に、複合加工装置２３６による電解加工の際に、前述と同様に、加工電極と給電電極との間に印加する電圧、またはこの間を流れる電流をモニタするモニタ部２４２が備えられている。
図１４に示すように、複合加工装置２３６は、水平方向に揺動自在な揺動アーム２４４の自由端に垂設されて基板Ｗを下向き（フェースダウン）に吸着保持する基板ホルダ２４６と、絶縁体からなるベース２５０を備えた円板状の加工テーブル２４８を備えている。ベース２５０の上面には、図１５及び図１６に示すように、内部に砥粒を有する固定砥粒２５２からなる複数の固定砥粒加工部２５４と、電解加工部２５６を構成する複数の加工電極２５８及び給電電極２６０とが、半径方向に沿って放射状に、かつ円周方向に沿って交互に配置されている。
この例では、加工電極２５８の基板ホルダ２４６側の表面（上面）にイオン交換体２６２ａが、給電電極２６０の基板ホルダ２４６側の表面（上面）にイオン交換体２６２ｂがそれぞれ取付けられている。このように、加工電極２５８及び給電電極２６０の表面にイオン交換体２６２ａ，２６２ｂを取付けることで、流体として純水、より好ましくは超純水を使用するとともに、加工電極２５８と給電電極２６０との間で、いわゆる短絡が生じることを防止して、加工効率を高めることができる。
なお、加工電極２５８及び給電電極２６０の一方にのみイオン交換体を取付けるようにしてもよく、また、例えば下記の流体として電解液を使用する場合には、イオン交換体を省略するようにしてもよい。
また、固定砥粒加工部２５４と電解加工部２５６を有する加工テーブル２４８として、基板ホルダ２４６で保持する基板Ｗの直径の２倍以上の直径を有するものを使用して、基板Ｗの表面全域を機械的研磨及び電解加工するようにした例を示している。
固定砥粒加工部２５４を構成する固定砥粒２５２として、この例では、表面粗さが１０μｍ以下のものが使用されている。また、基板ホルダ２４６で保持した基板Ｗの表面の導電体膜として銅膜６（図１Ｂ参照）の表面に、固定砥粒２５２の表面（上面）、及び加工電極２５８及び給電電極２６０にそれぞれ取付けたイオン交換体２６２ａ，２６２ｂの表面をそれぞれ押付けて加工を行うようになっている。この加工時に、固定砥粒２５２と基板Ｗの間、加工電極２５８に取付けたイオン交換体２６２ａと基板Ｗの間、及び給電電極２６０に取付けたイオン交換体２６２ｂと基板Ｗの間に、１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）以下の力（面圧）が加えられる。
固定砥粒２５２による機械的研磨では、被加工物表面に深さのあるスクラッチやピット等の欠陥が発生し、これらの欠陥は、電解加工部２５６による電解加工で解消できる範囲のものであることが望まれる。例えば、表面粗さが１０μｍの固定砥粒２５２を使用し、１０ｐｓｉの面圧で銅膜の研磨を行った場合、銅表面に与えるスクラッチの深さは０．３〜０．５μｍ程度であり、同じ面圧で、表面粗さが５μｍの固定砥粒２５２を使用した研磨を行った場合のスクラッチの深さは０．２〜０．３μｍ程度である。一方、電解加工部２５６による電解加工を併用することで解消できるスクラッチの深さは０．３μｍ前後であり、好ましくは０．３μｍ以下である。したがって、固定砥粒２５２による機械的研磨で可能な限り均一な研磨を行い、電解加工部２５６による電解加工で更に清浄な表面を得るためには、固定砥粒２５２に含まれる砥粒の粒径は、１０μｍ以下であることが好ましい。
また、特に、加工電極２５８と被加工物の間、或いは固定砥粒２５２と被加工物の間の面圧により、加工速度や加工形状が左右され、銅配線のように比較的柔らかい金属やポーラス状のＬｏｗ−ｋ材にあっては、面圧を小さくしてスクラッチが起こり難くすることが望まれる。
この例では、スクラッチが起こりにくい電解加工（電気化学的加工）が主であり、固定砥粒２５２による機械的加工は、被加工物表面に塵細なキズを与えるという補助的な手段として用いている。このため、固定砥粒２５２による機械的研磨を期待するものではない。つまり、固定砥粒２５２による機械的加工で、被加工物の表面全体に塵細な傷を与えることにより、電解加工部２５６による電解加工での電界の局所的な集中を緩和させて、均一化した平坦性の高い加工が可能となる。
被加工物に与えるスクラッチの深さは、固定砥粒２５２の表面の粗さと面圧によって決定される。この例によれば、前述のように、１０ｐｓｉ以下の面圧で、表面粗さが１０μｍ以下の固定砥粒２５２を使用した機械的研磨を行うことで、銅表面に与えるスクラッチの深さを、電解加工部２５６による電解加工を併用することで解消可能な０．３〜０．５μｍ程度以下とすることができる。また、加工電極２５８及び給電電極２６０の面圧を１０ｐｓｉ以下とすることで、スクラッチが起こり難くする要請に応えることができる。
なお、加工電極２５８及び給電電極２６０に取付けたイオン交換体２６２ａ，２６２ｂを基板Ｗに接触させることなく、基板Ｗに近接させるようにしてもよい。
揺動アーム２４４は、図１４に示すように、上下動用モータ３６０の駆動に伴ってボールねじ３６２を介して上下動し、揺動用モータ２６４の駆動に伴って回転する揺動軸２６６の上端に連結されている。また、基板ホルダ２４６は、揺動アーム２４４の自由端に取付けた自転用モータ２６８に接続され、この自転用モータ２６８の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
加工テーブル２４８は、中空モータ２７０に直結され、この中空モータ２７０の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。加工テーブル２４８のベース２５０の中央部には、電解液または純水、より好ましくは超純水等の液体を供給する液体供給部としての貫通孔２４８ａが設けられている。そして、この貫通孔２４８ａは、中空モータ２７０の中空部の内部を延びる液体供給管２７２に接続されている。純水、より好ましく超純水等の液体は、この貫通孔２４８ａを通して供給された後、吸水性を有するイオン交換体２６２ａ，２６２ｂを通じて加工面全域に供給される。また、液体供給管２７２から接続される貫通孔２４８ａを複数設けて、加工液を加工面全域に行き渡らせやすくしてもよい。
加工テーブル２４８の上方には、加工テーブル２４８の直径方向に沿って延びて、電解液または純水（超純水）等の液体を供給する液体供給部としてのノズル２７４が配置されている。これによって、電解液または純水（超純水）等の液体が基板Ｗの表面に該基板Ｗの上下方向から同時に供給されるようになっている。
この例では、図１４に示すように、スリップリング２７８を介して、電源２８０の陰極に加工電極２５８を、電源２８０の陽極に給電電極２６０をそれぞれ接続する。このように、加工電極２５８と給電電極２６０とを加工テーブル４８の円周方向に沿って分割して交互に設けることで、基板の導電体膜（被加工物）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。
次に、この基板処理装置による基板処理（電解加工）について説明する。先ず、例えば図１Ｂに示す、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を収納してロード・アンロード部２３０にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボット２３８で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機２３２に搬送して反転させて、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する。次に、この表面が下を向いた基板Ｗを搬送ロボット２３８でプッシャ２３４まで搬送してプッシャ２３４上に載置する。
このプッシャ２３４上に載置した基板Ｗを、複合加工装置２３６の基板ホルダ２４６で吸着保持し、揺動アーム２４４を揺動させて基板ホルダ２４６を加工テーブル２４８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３６０を駆動して基板ホルダ２４６を下降させ、この基板ホルダ２４６で保持した基板Ｗを、加工テーブル２４８の固定砥粒２５２、加工電極２５８に取付けたイオン交換体２６２ａ及び給電電極２６０に取付けたイオン交換体２６２ｂの表面に接触させて押付ける。この時、固定砥粒２５２及びイオン交換体２６２ａ，２６２ｂの押付け圧力（面圧）が１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）以下となるようにする。
なお、イオン交換体２６２ａ，２６２ｂの一方、または双方を基板Ｗの表面に近接させるようにしてもよい。
この状態で、電源２８０を接続して加工電極２５８と給電電極２６０との間に所定の電圧を印加するとともに、基板ホルダ２４６と加工テーブル２４８とを共に回転させる。同時に、貫通孔２４８ａを通じて、加工テーブル２４８の下側から該加工テーブル２４８の上面に純水、好ましくは超純水を、ノズル２７４により加工テーブル２４８の上側から該加工テーブル２４８の上面に純水、好ましくは超純水を同時に供給し、加工電極２５８及び給電電極２６０と基板Ｗとの間に純水、好ましくは超純水を満たす。
これによって、固定砥粒加工部２５４の固定砥粒２５２と接触する基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）が機械的に研磨され、同時に、基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）が陽極となって、陰極に接続された加工電極２５８に取付けたイオン交換体２６２ａと接触する基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）が電解加工される。基板ホルダ２４６と加工テーブル２４８とを共に回転させることで、この機械的研磨と電解加工が基板Ｗの全面に亘って行われる。
この時、加工電極２５８と給電電極２６０との間に印加する電圧、またはこの間を流れる電流をモニタ部２４２でモニタして、エンドポイント（加工終点）を検知してもよいことは、前述と同様である。
加工完了後、電源２８０の加工電極２５８及び給電電極２６０との接続を切り、基板ホルダ２４６と加工テーブル２４８の回転を停止させる。しかる後、基板ホルダ２４６を上昇させ、揺動アーム２４４を揺動させて基板Ｗをプッシャ２３４に受け渡す。そして、搬送ロボット２３８は、このプッシャ２３４から基板Ｗを受取り、必要に応じて反転機２３２に搬送して反転させた後、基板Ｗをロード・アンロード部２３０のカセットに戻す。
このように、加工テーブル２４８と基板Ｗとの間に純水、好ましくは超純水を供給することで、前述の例と同様に、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し、しかも、基板Ｗの表面が溶解した銅イオン等により汚染されることを防止することができる。
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んだりすることで電気抵抗を低減しているが、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。
この例では、加工電極２５８及び給電電極２６０にイオン交換体２６２ａ，２６２ｂを取付けた例を示しているが、加工電極２５８及び給電電極にイオン交換体を取付けることなく、また純水、好ましくは超純水の代わりに、純水や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、さらに電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリが使用でき、被加工物の特性によって適宜選択して使用すればよい。
更に、純水（超純水）の代わりに、純水（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とは前述と同様である。
図１７は、加工テーブル２４８の他の例を示す。この加工テーブル２４８は、ベース２５０上に該ベース２５０の中心を挟んで直線状に延びる各２個の加工電極２５８ａと給電電極２６０ａとを互いに直交するように配置し、この加工電極２５８ａと給電電極２６０ａとの間に、合計４個の扇状の固定砥粒２５２ａを配置している。この加工電極２５８ａ及び給電電極２６０ａの表面にイオン交換体を取付けてもよいことは勿論である。
図１８は、加工テーブル２４８の他の例を示す。この加工テーブル２４８は、ベース２５０上に該ベース２５０の中心を挟んで四方に延びる、合計４個の直線状の固定砥粒２５４ｂを配置し、この固定砥粒２５４ｂに挟まれた領域に、扇状の各２個の加工電極２５８ｂと給電電極２６０ｂを加工テーブル２４８の回転方向に沿って交互に配置している。この加工電極２５８ｂ及び給電電極２６０ｂの表面にイオン交換体を取付けてもよいことは勿論である。
このように、固定砥粒加工部を構成する固定砥粒や、電極加工部を構成する加工電極及び給電電極の形状や個数等は、被加工物に合わせて任意に選択される。
図１９及び図２０は、本発明の更に他の実施の形態における複合加工装置を示す。この複合加工装置３００は、内部に純水、好ましくは超純水等の液体を保持して該液体の飛散を防止する加工チャンバ３０２を有している。加工チャンバ３０２の内部に位置して、表面（被処理面）を上向き（フェースアップ）にして、被処理物としての基板Ｗを着脱自在に保持する基板ホルダ３０４が、この基板ホルダ３０４で保持した基板Ｗが加工チャンバ３０２内の純水等の液体に浸漬されるように配置されている。
基板ホルダ３０４の上方に位置して、加工テーブル３０６が上下動自在、かつモータ３０８を介して回転自在に配置されている。この加工テーブル３０６には、絶縁体からなるベース３１０が備えられ、このベース３１０の下面には、図２０に示すように、固定砥粒３１２からなる固定砥粒加工部３１４と、電解加工部３１６を構成する加工電極３１８及び給電電極３２０が着脱自在に配置される。固定砥粒３１２として、例えば、表面粗さが４．４μｍの＃３０００アルミナ砥粒シート、または表面粗さが０．５μｍの＃８０００ダイヤモンド砥粒シート（いずれも住友３Ｍ社製）が使用される。加工電極３１８と給電電極３２０は、ベース３１０の中心を挟んだ位置に、所定間隔、例えば３ｍｍ程度離間して直線状に配置され、固定砥粒３１２は、固定砥粒３１２で研磨された面が加工電極３１８で直ぐに電解加工されるよう、加工テーブル３０６の回転方向に沿った加工電極３１８の直上流側に該加工電極３１８と平行に配置される。
加工電極３１８及び給電電極３２０の基板ホルダ３０４側の表面には、例えば、ポリエチレン製の不織布にグラフト重合法によりスルホン酸基を付与したイオン交換体と、このイオン交換体の上に積層したナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）１１７（デュポン社製）からなるシート状のイオン交換体の２層からなるイオン交換体３２２ａ，３２２ｂが取付けられている。この加工電極３１８は電源３２４の陰極に、給電電極３２０は電源３２４の陽極にそれぞれ接続される。
更に、加工チャンバ３０２の内部に位置して、基板ホルダ３０４で保持した基板Ｗに向けて超純水等の液体を供給する液体ノズル３２６が配置されている。
この例によれば、基板ホルダ３０４で基板Ｗを保持した後、加工テーブル３０６を下降させて、固定砥粒３１２、及び加工電極３１８及び給電電極３２０にそれぞれ取付けたそれぞれイオン交換体３２２ａ，３２２ｂを、例えば１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）の面圧で押付けながら加工テーブル３０６を回転させ、同時に、液体ノズル３２６から基板Ｗに向けて超純水等の液体を供給する。この時、加工チャンバ３０２内に超純水等の液体を満たして、液体の飛散を防止する。そして、加工電極３１８を電源３２４の陰極に、給電電極３２０を電源３２４の陽極にそれぞれ接続し、これによって、固定砥粒加工部３１４の固定砥粒３１２による機械的加工と、電解加工部３１６の加工電極３１８による電解加工を、固定砥粒３１２で研磨された面が加工電極３１８で直ぐに電解加工されるようにして、同時に行う。
なお、加工チャンバを備えることなく、基板ホルダで保持した基板の表面に供給された液体が基板の表面に沿って外方に流れ、そのまま外部に流出するようにしてもよい。
上述したように本発明によれば、固定砥粒による機械的研磨加工と超純水や電解液による電解加工とを複合することにより、スラリーや洗浄液の廃液処理の負荷が少なく、加工面の平滑性、加工レートなど加工性能が著しく向上する。
実施例１及び２
図１９及び図２０に示す複合加工装置３００を用いて、銅めっき膜の複合電解加工を行った。ここで、図１９及び図２０に示す複合加工装置３００の加工テーブル３０６として、ベース３１０に表面に、ポリエチレン製の不織布にグラフト重合法によりスルホン酸基を付与したイオン交換体と該イオン交換体の上に積層したナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）１１７（デュポン社製）からなるシート状のイオン交換体の２層からなるイオン交換体３２２ａ，３２２ｂを表面に取付けた加工電極３１８及び給電電極３２０とを備え、更に表面粗さが４．４μｍの＃３０００アルミナ砥粒シートからなる固定砥粒３１２を備えたもの（実施例１）、または表面粗さが０．５μｍの＃８０００ダイヤモンド砥粒シートからなる固定砥粒３１２を備えたもの（実施例２）を使用した。
先ず、試料として、表面に導電性の薄膜（銅）が成膜されたテスト用ウエハ基板（５０φ）を用意した。そして、液体として、比抵抗が１８ＭΩ・ｃｍ以上の超純水を使用し、この超純水を液体ノズル３２６から加工チャンバ３０２内に供給し保持しながら、基板ホルダ３０４に吸着保持し超純水に浸漬させて試料（基板Ｗ）に加工を行った。
この時、加工テーブル３０６をモータ３０８により２００ｒｐｍで回転させ、加工電極３１８と給電電極３２０を定電流定電圧電源３２４に接続し、銅めっき膜を定電流０．３Ａで９０秒の電解加工を行った。加工後の残存膜厚を測定し、加工レートを求めた。膜厚は、４探針法比抵抗計により測定した比抵抗を膜厚に換算して求めた。
図２１に、固定砥粒３１２として＃３０００アルミナ砥粒シート用いた場合（実施例１）、＃８０００ダイヤモンド砥粒シートを用いた場合（実施例２）の加工プロファイルを、固定砥粒を用いることなく電解加工のみを行った場合（比較例）と共に示す。実施例１及び２のいずれの場合も、電解加工のみの場合（比較例）に比べ加工レートが速いことが判る。
また、この実施例１及び実施例２における加工後の試料（ウエハ）表面をレーザ顕微鏡により観察した結果を図２２に示す。図２２により、実施例１にあっては、０．１μｍ前後のスクラッチが残るものの、その数が激減していることが判る。また、実施例２にあっては、平滑な加工面が得られることが判る。
実施例３及び４
実施例１及び２と同様な試料を用意し、図１９及び図２０に示す複合加工装置を用いて銅めっき膜の加工を行った。ここで、図１９及び図２０に示す複合加工装置３００の加工テーブル３０６として、先ずベース３１０の表面に、表面粗さが４．４μｍの＃３０００アルミナ砥粒シートからなる固定砥粒３１２のみを備えたものを使用して、固定砥粒３１２による機械的研磨を行い（実施例３）、または表面粗さが０．５μｍの＃８０００アルミナ砥粒シートからなる固定砥粒３１２のみを備えたものを使用して、固定砥粒３１２による機械的研磨を行い（実施例４）、しかる後、ポリエチレン製の不織布にグラフト重合法によりスルホン酸基を付与したイオン交換体と該イオン交換体の上に積層したナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）１１７（デュポン社製）からなるシート状のイオン交換体の２層からなるイオン交換体３２２ａ，３２２ｂを表面に取付けた加工電極３１８及び給電電極３２０のみを備えたものを使用して、加工電極３１８による電解加工を行った。
この固定砥粒３１２（＃３０００アルミナ砥粒シート（実施例３）または＃８０００ダイヤモンド砥粒シート（実施例４））による加工に際し、加工テーブル３０６をモータ３０８により２００ｒｐｍで回転させ、比抵抗１８ＭΩ・ｃｍの超純水中で３０秒間の機械的研磨加工を行った。加工後の試料（ウエハ）表面をレーザ顕微鏡により観察した。次いで、電解加工部３１６の加工電極３１８による加工に際し、比抵抗１８ＭΩ・ｃｍの超純水中で、加工テーブル３０６を２００ｒｐｍで回転させ、加工電極３１８と給電電極３２０との間に定電流０．３Ａを流して、９０秒間、電解加工を行った。加工後の試料（ウエハ）の表面をレーザ顕微鏡により観察した。
図２３にこれらを観察した結果を示す。図２３より、実施例３の場合、＃３０００アルミナ砥粒研磨シートからなる固定砥粒で加工したことによる試料（ウエハ）表面のスクラッチ等の粗さは、０．２〜０．２７μｍであったが、これを電解加工することにより減少させることができ、スクラッチ等の粗さは、０．１μｍ以下となった。また、実施例４の場合、＃８０００ダイヤモンド砥粒研磨シートからなる固定砥粒で加工したことによるスクラッチ等の粗さは、０．１μｍ前後であり、電解加工により、スクラッチ等は殆どなくなり、平滑な加工面が得られることが判る。
粒度が大きい固定砥粒（研磨シート）を用いることにより、複合電解加工での加工レートが速くなったとしても、スクラッチ等が電解加工により除去しきれない。０．５μｍ以上の深いスクラッチ等は、電解加工で平坦化するのは極めて困難である。従って、例えば、銅めっきウエハのように加工精度と表面平滑性の求められる材料に対して、１種類の固定砥粒で複合電解加工を行う場合には、＃８０００以上（砥粒粒径１μｍ以下、表面粗さ０．５μｍ）を使用することが望ましい。好ましくは、加工レートを大きくするために、固定砥粒を段階的に細なものに変えて、例えば最初は＃３０００で、次に＃８０００とし最後は固定砥粒をなくして電解加工のみで仕上げを行うプロセスが理想的である。
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。
【産業上の利用の可能性】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板表面に設けた配線用の微細な凹部に埋込んだ銅等の導電体（導電性材料）の表面を平坦化して埋込み配線を形成するのに使用される複合加工装置及び方法に関する。
2004083494.tif 000003
【図２】
2004083494.tif 000004
2004083494.tif 000005
【図４】
2004083494.tif 000006
【図５】
2004083494.tif 000007
【図６】
2004083494.tif 000008
2004083494.tif 000009
【図８】
2004083494.tif 000010
【図９】
2004083494.tif 000011
2004083494.tif 000012
【図１１】
2004083494.tif 000013
【図１２】
2004083494.tif 000014
【図１３】
2004083494.tif 000015
【図１４】
2004083494.tif 000016
【図１５】
2004083494.tif 000017
【図１６】
2004083494.tif 000018
【図１７】
2004083494.tif 000019
【図１８】
2004083494.tif 000020
【図１９】
2004083494.tif 000021
【図２０】
2004083494.tif 000022
【図２１】
2004083494.tif 000023
【図２２】
2004083494.tif 000024
【図２３】
2004083494.tif 000025
【国際調査報告】
2004083494.tif 000026
2004083494.tif 000027