(57)【要約】電解加工装置は、少なくとも１つの加工電極（８６）と、基板（Ｗ）に対して加工電極（８６）と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極（８６）とを備える。イオン交換基を有する有機化合物が加工電極（８６）の表面及び給電電極（８６ｂ）の表面の少なくとも一方に化学的に結合され、イオン交換体（９０）を形成する。電解加工装置は、基板（Ｗ）を保持して加工電極（８６）に接触又は近接させる基板保持部（４２）を備えている。電解加工装置は、加工電極（８６）と給電電極（８６）との間に電圧を印加する電源（４８）と、基板（Ｗ）と加工電極（８６）との間に流体を供給する流体供給部（９２，９４）とを含んでいる。
2006502310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの加工電極と、
被加工物に対して前記少なくとも１つの加工電極と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極と、
前記被加工物を保持して前記少なくとも１つの加工電極に接触又は近接させる被加工物保持部と、
前記少なくとも１つの加工電極と前記少なくとも１つの給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記被加工物と前記少なくとも１つの加工電極との間に流体を供給する流体供給部とを備え、
前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の少なくとも一方は、
導電性物質と、
前記導電性物質の表面に化学結合させて前記導電性物質の表面にイオン交換材料を形成する、イオン交換基を有する有機化合物とを備えた、電解加工装置。
【請求項２】
前記有機化合物は、チオール及びジスルフィドからなる群から選択された有機化合物である、請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記イオン交換基は、スルホン酸基、カルボキシル基、４級アンモニウム基、及びアミノ基からなる群から選択されるイオン交換基の少なくとも１種類を有する、請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記導電性物質は、金、銀、銅、ガリウムひ素、硫化カドミウム、及び酸化インジウム（III）のうち少なくとも１つである、請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極は離間されて配置されており、
前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極のそれぞれは、
導電性物質と、
前記導電性物質の表面に化学結合させて前記導電性物質の表面にイオン交換材料を形成する、イオン交換基を有する有機化合物とを備えた、請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項６】
少なくとも１つの加工電極と、
被加工物に対して前記少なくとも１つの加工電極と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極と、
前記被加工物を保持して前記少なくとも１つの加工電極に接触又は近接させる被加工物保持部と、
前記少なくとも１つの加工電極と前記少なくとも１つの給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記被加工物と前記少なくとも１つの加工電極との間に流体を供給する流体供給部とを備え、
前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の少なくとも一方は、
導電性炭素材料と、
前記導電性炭素材料の表面を化学修飾するイオン解離性官能基とを備えた、電解加工装置。
【請求項７】
前記イオン解離性官能基はカルボキシル基である、請求項６に記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記イオン解離性官能基は、第４級アンモニウム基及び第１〜３級アミノ基からなる群から選択されるイオン交換基の少なくとも１種類を有する、請求項６に記載の電解加工用電極。
【請求項９】
前記導電性炭素材料は、ガラス状炭素、フラーレン、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される導電性炭素材料である、請求項６に記載の電解加工用電極。
【請求項１０】
少なくとも１つの加工電極と、
被加工物に対して前記少なくとも１つの加工電極と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極と、
前記被加工物を保持して前記少なくとも１つの加工電極に接触又は近接させる被加工物保持部と、
前記少なくとも１つの加工電極と前記少なくとも１つの給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記被加工物と前記少なくとも１つの加工電極との間に流体を供給する流体供給部とを備え、
前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の少なくとも一方は、アルカリ金属を含む黒鉛層間化合物からなる、電解加工装置。
【請求項１１】
前記流体は、純水、超純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の電解液のいずれかである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１２】
前記被加工物と前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の少なくとも一方とを相対移動させ、前記被加工物と前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の少なくとも一方との間に相対運動を生じさせる駆動機構を更に備えた、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動のうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記相対運動は、前記被加工物の被加工表面に沿った方向の運動である、請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの加工電極、前記少なくとも１つの給電電極、及び前記流体供給部を有する電極部を更に備えた、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの加工電極は複数の加工電極であり、
前記少なくとも１つの給電電極は複数の給電電極であり、
前記複数の加工電極と前記複数の給電電極とが前記被加工物の同じ側に交互に配置された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの加工電極及び前記少なくとも１つの給電電極の他方の電極を囲繞するように配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの給電電極は、前記少なくとも１つの加工電極の外周部に設けられた複数の給電電極である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの加工電極は、等間隔に平行に配置された複数の加工電極である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
【請求項２０】
基板を搬出入する搬出入部と、
請求項１から１９のいずれか一項に記載の電解加工装置と、
基板を洗浄する洗浄装置と、
前記搬出入部、前記電解加工装置、及び前記洗浄装置との間で前記基板を搬送する搬送装置とを備えた、基板処理装置。
【請求項２１】
前記基板の表面を化学機械的研磨するＣＭＰ装置を更に備えた、請求項２０に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工装置に係り、特に半導体ウェハ等の基板の表面に形成された導電性材料を加工したり、基板の表面に付着した不純物を除去したりするために使用される電解加工装置に関するものである。また、本発明は、かかる電解加工装置を備えた基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ）、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ものである。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と配線用の溝４が形成されている。これらの上にＴａＮ等からなるバリア膜５、更にその上に電解めっきの給電層としてスパッタリングやＣＶＤ等によりシード層７が形成されている。
【０００４】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１Ｂに示すように、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１Ｃ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】
ここで、電解加工、特に純水や超純水を用いた電解加工においては、加工速度を増加させるために、イオン交換膜やイオン交換繊維などのイオン交換体が用いられている。ここで、純水は、２５℃の比抵抗が０．１ＭΩ・ｃｍ以上の水であり、超純水は、２５℃の比抵抗が１０ＭΩ・ｃｍ以上の水である。一般的なイオン交換体は、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体やフッ素樹脂などの基材に、スルホン酸基、カルボキシル基、４級アンモニウム基（＝Ｎ＋＝）、３級以下のアミノ基などのイオン交換基を結合させたイオン交換樹脂やイオン交換膜である。また、グラフト重合法によって不織布などにイオン交換基を導入したイオン交換繊維も知られている。
【０００８】
図２は、従来のイオン交換体を用いた電解加工装置を示す模式図である。図２に示すように、この電解加工装置は、電源８００と、電源８００に接続される陽極（電極）８１０と、電源８００に接続される陰極（電極）８２０とを備えている。陽極８１０の表面にはイオン交換体８３０が取付けられ、陰極８２０の表面にはイオン交換体８４０が取り付けられる。これらの電極８１０，８２０と被加工物８５０（例えば銅膜）との間に純水や超純水などの流体８６０を供給する。そして、電極８１０，８２０の表面に取付けたイオン交換体８３０，８４０に被加工物８５０を接触又は近接させる。陽極８１０と陰極８２０との間に電源８００を介して電圧を印加する。流体８６０中の水分子はイオン交換体８３０，８４０により水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンが被加工物８５０の表面に供給される。これにより、被加工物８５０近傍の水酸化物イオンの濃度が高まり、被加工物８５０の原子と水酸化物イオンとが反応して被加工物８５０の表面層の除去加工が行われる。このように、イオン交換体８３０，８４０は、流体８６０中の水分子を水素イオンと水酸化物イオンに分解する触媒作用を有すると考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のイオン交換樹脂やイオン交換繊維については、特に微細な（小径の）電極８１０，８２０を形成しようとした場合、イオン交換体８３０，８４０を陽極８１０と陰極８２０の表面にそれぞれ分離して配置することができず、陽極８１０と陰極８２０の双方に亘るイオン交換体によりこれらの電極８１０，８２０を覆わざるを得なくなる。
【００１０】
この場合において、陽極８１０と陰極８２０との間の距離Ｌ１を、電極８１０，８２０と被加工物である金属（例えば銅）８５０との間の距離Ｌ２よりも短くすると、電極８１０，８２０間の通電が電極８１０，８２０と被加工物８５０との間の通電よりも優先される。このため、電極８１０，８２０間の距離Ｌ１を電極８１０，８２０と被加工物８５０との間の距離Ｌ２よりも長くなるようにしなければならない。
【００１１】
しかしながら、イオン交換体８３０，８４０自体の厚みにより電極８１０，８２０と被加工物８５０との間の距離Ｌ２を十分に短くすることができない。このため、陽極８１０と陰極８２０とを一定以上近づけることができず、結果として電極８１０，８２０の形状などに制限が生じてしまう。
【００１２】
さらに、従来のイオン交換繊維を用いた場合には、加工の途中で繊維が脱離し、脱離した繊維の影響により加工特性が時間とともに変化することが問題となる。また、繊維の継ぎ目が被加工物の表面粗さに与える影響なども懸念されている。このような観点から、網状のイオン交換繊維を不織布の上に巻きつけ、これを円筒電極に取付けて被加工物の全面を平坦化する試みもなされているが、イオン交換体の厚さが不均一な場合には、被加工物表面の平坦化に支障をきたすことが有る。
【００１３】
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、安定した加工特性を得ることができ、電極として用いることにより電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる電解加工装置を提供することを第１の目的とする。
【００１４】
また、本発明は、かかる電解加工装置を備えた基板処理装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つの加工電極と、被加工物に対して上記加工電極と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極とを備えた電解加工装置が提供される。上記加工電極及び上記給電電極の少なくとも一方の表面には、イオン交換基を有する有機化合物を化学結合させ、イオン交換材料を形成する。また、上記電解加工装置は、上記被加工物を保持して上記加工電極に接触又は近接させる被加工物保持部を備えている。上記電解加工装置は、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極の間に流体を供給する流体供給部とを含んでいる。ここで、「被加工物に対して同じ側」とは、例えば基板の片面に導電性膜が形成されている場合に、その導電性膜上に、給電電極による給電（または電力の供給）と、加工電極の接触又は近接とを行うことを意味する。本発明は、被加工物のベベル部から導電性膜に給電を行う場合も含む。本発明は、基板の片面に半導体素子や回路、導電性膜が形成されるデバイスウェハの電解加工に適用することができる。
【００１６】
図３は、加工電極１４（導電性物質）の表面にイオン交換基を有する有機化合物を化学的に結合させて形成したイオン交換材料１２ａと、給電電極１６（導電性物質）の表面にイオン交換基を有する有機化合物を化学的に結合させて形成したイオン交換材料１２ｂとを、被加工物１０の表面に接触又は近接させたときのイオン状態を示している。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を供給する。図４は、被加工物１０の表面に、加工電極１４の表面のイオン交換材料１２ａを接触又は近接させ、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させて給電するときのイオン状態を示す。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を供給する。
【００１７】
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、イオン交換材料１２ａを被加工物１０の表面に近接させるか、もしくは接触させることが好ましい。イオン交換材料１２ａを被加工物１０の表面に近接もしくは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。
【００１８】
超純水等の流体１８中の水分子２０をイオン交換材料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。
【００１９】
このように、本加工法は純粋に反応イオンと被加工物との電気化学的相互作用のみにより被加工物の除去加工を行うものであり、ＣＭＰのような研磨部材と被加工物との物理的な相互作用及び研磨液中の化学種との化学的相互作用の混合による加工とは加工原理が異なるものである。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。
【００２０】
上述したように、本発明に係る電解加工装置は、電気化学的相互作用による溶解反応のみにより被加工物の除去加工を行うため、ＣＭＰのような研磨部材と被加工物との物理的な相互作用及び研磨液中の化学種との化学的相互作用の混合による加工とは加工原理が異なるものである。したがって、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、物理的な相互作用を及ぼすことなく除去加工が可能である。また、通常の電解液を用いず、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。
【００２１】
また、本発明によれば、電極に直接イオン交換能を有するイオン交換材料を結合させることができる。このため、電極と被加工物との間の距離を短くすることができる。したがって、陽極と陰極との間の距離も短くすることができ、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陰極及び陽極のそれぞれに個別にイオン交換材料を結合させることができるので、陽極と陰極との間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【００２２】
上記有機化合物は、チオールまたはジスルフィドとしてもよい。上記イオン交換基は、スルホン酸基、カルボキシル基、４級アンモニウム基、及びアミノ基のうち少なくとも１つとすることができる。上記導電性物質は、金、銀、白金、銅、ガリウムひ素、硫化カドミウム、酸化インジウム（III）のうち少なくとも１つとすることができる。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、少なくとも１つの加工電極と、被加工物に対して上記加工電極と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極とを備えた電解加工装置が提供される。上記加工電極及び上記給電電極の少なくとも一方は、導電性炭素材料と、上記導電性炭素材料の表面を化学修飾するイオン解離性官能基とを備えている。また、上記電解加工装置は、上記被加工物を保持して上記加工電極に接触又は近接させる被加工物保持部を備えている。上記電解加工装置は、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極の間に流体を供給する流体供給部とを含んでいる。
【００２４】
前記イオン解離性官能基は、カルボキシル基であってもよい。前記イオン解離性官能基は、第４級アンモニウム基、第１〜３級アミノ基のうち少なくとも１つとすることができる。導電性炭素材料は、ガラス状炭素、フラーレン、またはカーボンナノチューブとすることができる。
【００２５】
本発明の第３の態様によれば、少なくとも１つの加工電極と、被加工物に対して上記加工電極と同じ側に設けられた少なくとも１つの給電電極とを備えた電解加工装置が提供される。上記加工電極及び上記給電電極の少なくとも一方は、アルカリ金属を含む黒鉛層間化合物である。また、上記電解加工装置は、上記被加工物を保持して上記加工電極に接触又は近接させる被加工物保持部を備えている。上記電解加工装置は、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極の間に流体を供給する流体供給部とを含んでいる。
【００２６】
上記流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の電解液とすることができる。
【００２７】
上記電解加工装置は、上記加工電極及び上記給電電極の少なくとも一方と上記被加工物とを相対運動させる駆動部を備えていてもよい。上記相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、スクロール運動、またはこれらの任意の組み合わせとすることができる。上記相対運動は、上記被加工物の被加工表面に沿った方向の運動とすることができる。
【００２８】
上記加工電極と上記給電電極とは互いに離間して配置されてもよい。上記イオン交換基を有する有機化合物は、上記加工電極と上記給電電極とに個別に結合されていてもよい。
【００２９】
上記電解加工装置は、上記加工電極と上記給電電極と上記流体供給部とを有する電極部を有していてもよい。
【００３０】
上記加工電極を複数個、上記給電電極を複数個備えてもよい。この場合において、上記加工電極と上記給電電極とが互いに上記被加工物と同じ側に交互に配置されていてもよい。
【００３１】
上記加工電極又は上記給電電極の一方が、他方の電極を囲繞するように配置されていてもよい。
【００３２】
上記給電電極が上記加工電極の外周部に複数設けられていてもよい。
【００３３】
上記加工電極が複数個等間隔に平行に配置されていてもよい。
【００３４】
上述した第２の目的を達成するために、本発明の第４の態様は、基板を搬出入する基板搬出入部と、上記電解加工装置と、装置内で処理された基板を洗浄する洗浄装置とを備えた基板処理装置が提供される。また、この基板処理装置は、上記基板搬出入部、上記電解加工装置、及び上記洗浄装置との間で上記基板を搬送する搬送装置を備えている。基板処理装置は、上記基板の表面を化学機械的研磨するＣＭＰ装置を更に備えていてもよい。
【００３５】
本発明の上述した目的ならびにその他の目的および効果は、本発明の好ましい実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、以下に述べる説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る電解加工装置及びこれを組み込んだ基板処理装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、被加工物として基板を使用し、電解加工装置で基板を加工するようにした例を示しているが、本発明を基板以外にも適用できることは言うまでもない。
【００３７】
図５は、本発明の第１の実施形態における基板処理装置の構成を示す平面図である。図５に示すように、この基板処理装置は、、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とを備えている。ロード・アンロード部３０は、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機能する。例えば、図１Ｂに示すように、加工される基板Ｗは、表面に導電体（被加工物）としての銅膜６を有している。ロード・アンロード部３０、反転機３２、および電解加工装置３４を含む処理機器は基板処理装置内で直列に配置されている。また、基板処理装置は、これらの機器に隣接して配置された搬送ロボット３６を備えている。搬送ロボット３６は、これらの機器と平行な方向に移動可能となっている。搬送ロボット３６は、処理機器の間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置として機能する。また、電解加工装置３４による電解加工の際に、加工電極と給電電極との間に印加する電圧又はこれらの間を流れる電流をモニタするモニタ部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、基板処理装置に、電解加工後の基板を洗浄、乾燥させる装置を付加し、基板が清浄で乾燥した状態でロード・アンロード部３０に戻るように構成してもよい。
【００３８】
図６は基板処理装置内の電解加工装置３４を示す平面図、図７は図６の断面図である。図６及び図７に示すように、電解加工装置３４は、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に接続される電源４８とを備えている。アーム４０は、上下動可能かつ水平面に沿って往復運動可能となっている。本実施形態では、電極部４６の大きさは基板保持部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。
【００３９】
図６及び図７に示すように、可動フレーム４４の上部にはアーム４０を上下動させる上下動用モータ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、図６に示すように、可動フレーム４４自体も、水平移動用モータ５６に連結された水平方向に延びるボールねじ５４に取付けられており、水平移動用モータ５６の駆動に伴って可動フレーム４４及びアーム４０がボールねじ５４を介して水平面に沿って移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、自転用モータ５８は、基板保持部４２に保持された基板と電極部４６とを相対移動させる第１の駆動機構として機能する。この自転用モータ５８の駆動に伴って基板保持部４２が回転するようになっている。基板保持部４２は連続して回転させる必要はなく、基板保持部４２の角度方向を変更するように自転用モータ５８により間欠的に回転させてもよい。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移動可能となっている。
【００４１】
図７に示すように、電極部４６の下方には中空モータ６０が設置されている。中空モータ６０は、基板保持部４２に保持された基板と電極部４６とを相対移動させる第２の駆動機構として機能する。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上端位置に駆動端６４が設けられている。電極部４６は、その中央において上記中空モータ６０の駆動端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、電極部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。
【００４２】
図８Ａは本実施形態における自転防止機構を示す平面図、図８Ｂは図８ＡのＡ−Ａ線断面図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、電極部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６６が設けられている。図８Ａに示す例では、４つの自転防止機構６６が設けられている。図８Ｂに示すように、中空モータ６０の上面と電極部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、電極部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を行うようになっている。すなわち、電極部４６は、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行う。
【００４３】
次に、本実施形態における電極部４６について説明する。図６に示すように、本実施形態における電極部４６は複数の電極部材８２を備えている。図９は本実施形態における電極部４６を示す平面図、図１０は図９のＢ−Ｂ線断面図、図１１は図１０の拡大図である。図９及び図１０に示すように、電極部４６は、Ｘ方向（図６及び図９参照）に延びる複数の電極部材８２を備えており、これらの電極部材８２は平板状のベース８４上に並列に等ピッチで配置されている。また、図１１に示すように、電極部材８２の両側にはプレート８５が配置されている。
【００４４】
ここで、各電極部材８２は、図１１に示すように、導電性物質からなる電極８６を備えており、この電極８６の表面には、イオン交換基を有する有機化合物が化学的に結合されてイオン交換材料９０が形成されている。すなわち、電極部材８２は、イオン交換基を有する有機化合物を電極８６に化学結合させて形成したイオン交換体により構成されている。このようなイオン交換体の詳細については後述する。
【００４５】
本実施形態では、隣り合う電極部材８２の電極８６に、電源４８（図６及び図７参照）の陰極と陽極とが交互に接続されている。例えば、電極８６ａ（図１０参照）を電源４８の陰極に接続し、電極８６ｂ（図１０参照）を陽極に接続する。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、陰極に接続した電極８６ａが加工電極となり、陽極に接続した電極８６ｂが給電電極となる。このように、本実施形態では、給電電極が基板Ｗに対して加工電極と同じ側に設けられており、加工電極と給電電極とが等間隔に交互に配置されている。
【００４６】
加工材料によっては、電源４８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８６ａが加工電極となり、陽極に接続した電極８６ｂ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４８の陽極に接続した電極８６ｂが加工電極となり、陰極に接続した電極８６ａが給電電極となる。
【００４７】
このように、加工電極と給電電極とを電極部４６のＹ方向（電極部材８２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８６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。あるいは、電極８６間に印加される電圧を正とゼロとの間でパルス状に変化させたり、負とゼロとの間でパルス状に変化させたりしてもよい。
【００４８】
図１０に示すように、電極部４６は、電極部材８２を支持するベース８４を有している。ベース８４の内部には、流路９２が形成されている。この流路９２は、被加工面に流体（純水または超純水）を供給する流体供給部として機能する。この流路９２は、純水供給管９４を介して純水供給源（図示せず）に接続されている。各電極部材８２の両側には、流路９２から供給される純水又は超純水を基板Ｗと電極部材８２のイオン交換材料９０との間に噴射するための純水噴射ノズル９６が設置されている。この純水噴射ノズル９６には、電極部材８２に対向する基板Ｗの被加工面、すなわち基板Ｗとイオン交換材料９０との接触部分に向けて純水又は超純水を噴射する噴射口９８がＸ方向に沿って複数箇所（図９参照）に設けられている。この純水噴射ノズル９６の噴射口９８から流路９２内の純水又は超純水が基板Ｗの被加工面全域に供給される。
【００４９】
ここで、図１１に示すように、純水噴射ノズル９６の高さは、電極部材８２のイオン交換材料９０の高さよりも低くなっており、基板Ｗを電極部材８２のイオン交換材料９０に接触させた際にも、純水噴射ノズル９０が基板Ｗに接触しないようになっている。
【００５０】
また、各電極部材８２の電極８６の内部には、流路９２からイオン交換材料９０に通じる貫通孔１００が形成されている。このような構成により、流路９２内の純水又は超純水は、貫通孔１００を通ってイオン交換材料９０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、イオン交換材料９０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。
【００５１】
また、純水又は超純水の代わりに電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体や、任意の電解液、例えば純水又は超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリなどの溶液を使用することができ、被加工物の特性によって適宜選択して使用することができる。
【００５２】
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とイオン交換材料９０の界面にイオンの移動を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して被加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が好ましい。なお、電気伝導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、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。
【００５３】
次に、本実施形態における基板処理装置を用いた基板処理（電解加工）について説明する。まず、基板Ｗを収納したカセットをロード・アンロード部３０にセットする。例えば、図１Ｂに示すように、処理される基板Ｗは、その表面に導電膜として形成された銅膜６を有している。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の導電膜（銅膜６）を形成した表面が下を向くように反転させる。
【００５４】
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により吸着保持させる。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のイオン交換材料９０の表面に接触又は近接させる。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、同時に中空モータ６０を駆動して電極部４６をスクロール運動させ、基板Ｗと電極部４９とを相対運動させる。基板保持部４２は連続して回転させる必要はなく、基板保持部４２の角度方向を変更するように自転用モータ５８により間欠的に回転させてもよい。このとき、純水噴射ノズル９６の噴射口９８から基板Ｗと電極部材８２との間に純水又は超純水を噴射し、また、各電極部４６の貫通孔１００を通じて純水又は超純水をイオン交換材料９０に含ませる。本実施形態では、イオン交換材料９０に供給された純水又は超純水は各電極部材８２の長手方向端部から排出される。
【００５５】
そして、電源４８により加工電極と給電電極との間に所定の電圧を印加し、イオン交換材料９０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（例えば陰極）において基板Ｗの表面の導電膜（銅膜６）の電解加工を行う。
【００５６】
電解加工完了後、電源４８の接続を切り、基板保持部４２の回転と電極部４６のスクロール運動を停止させ、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。
【００５７】
ここで、超純水のような液自身の抵抗値が大きい液体を使用する場合には、イオン交換材料９０を基板Ｗに近接もしくは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。接触させる場合も、電極と基板Ｗとを近づけるのが目的であるため、例えばＣＭＰのように物理的なエネルギー又は応力を被加工物に与えるために、「押し付ける」ことを意味するものではない。したがって、本実施形態における電解加工装置３４では、基板Ｗの電極部４６への接触又は近接には上下動用モータ５０を用いており、例えばＣＭＰ装置において基板と研磨部材を積極的に押し付ける押圧機構は具備していない。すなわち、ＣＭＰにおいては、一般に２０〜５０ｋＰａ程度の押圧力で基板を研磨面に押し付けているが、本実施形態の電解加工装置では、例えば、２０ｋＰａ以下の圧力でイオン交換材料９０を基板Ｗに接触させればよく、１０ｋＰａ以下の圧力でも十分除去加工効果が得られる。
【００５８】
上述したように、本実施形態における電極部材８２は、イオン交換基を有する有機化合物を電極８６（導電性物質）に化学結合させて形成したイオン交換部材９０を備えている。ここでいう「結合」とは、接着材などを介さずに、イオン交換基を有する物質が化学結合により導電性物質に結合されている状態をいう。なお、通常のイオン交換樹脂においては、樹脂を構成する有機物とイオン交換基を有する物質が「結合」している。
【００５９】
有機化合物が結合される導電性物質が例えば格子状またはパンチングメタル状のメッシュを有していれば、水を通過させて効率よく分解することができるので、導電性物質はこのようなメッシュを有することが好ましい。
【００６０】
このようなイオン交換体は、例えば以下のようにして作製することができる。ここでは、イオン交換基を有する有機化合物として、プロパンチオールスルホン酸ナトリウム（ＨＳＣ３Ｈ６−ＳＯ３Ｎａ）を用い、これを白金（Ｐｔ）基板に直接結合させてイオン交換体を作製する例について説明する。このプロパンチオールスルホン酸ナトリウム（チオール）は、１−プロパンチオールの３の端部にイオン交換基の１つであるスルホン酸基が置換したものである。
【００６１】
例えば、縦３４ｍｍ、横１２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板白金基板を用意し、この白金基板の表面の有機物を硫酸・過酸化水素水溶液によって除去した。この白金基板をプロパンチオールスルホン酸ナトリウムの水溶液（数ｍｍｏｌ／ｌ）に約１２時間浸漬した。プロパンチオールスルホン酸ナトリウムは、官能基であるスルホン酸基の影響で親水性を示すため、浸漬前には疎水性だった白金基板の表面が親水性に変化してチオールが表面に結合した。これにより、触媒（イオン解離能力）を有する平板白金電極（Ｐｔ−ＳＣ３Ｈ６−ＳＯ３Ｎａ）が得られた。
【００６２】
このプロパンチオールスルホン酸ナトリウムで修飾した白金電極（以下、チオール白金電極という）における水分子解離反応の触媒効果を調べた。すなわち、上述のようにして得られたチオール白金電極を以下のように平行平板型実験装置に装着し、超純水を用いた電気分解を行い、それぞれの場合について電流−電圧特性を測定した。また、比較実験として、陽極及び陰極に通常の白金電極を用いた場合の電流−電圧特性についても測定した。
（１）陽極にチオール白金電極を用い、陰極に通常の白金電極を用いた。
（２）陽極に通常の白金電極を用い、陰極にチオール白金電極を用いた。
【００６３】
電極間にはフッ素樹脂シートを配置し、電極の対向面積を約０．４ｃｍ２とした。フッ素樹脂シートの厚さにより電極間の距離を調整し、電極間の距離を５０μｍ、１２μｍとした場合について測定を行った。
【００６４】
図１２Ａは電極間距離を１２μｍとしたときの実験結果を示すグラフ、図１２Ｂは、電極間距離を５０μｍとしたときの実験結果を示すグラフである。図１２Ａ及び図１２Ｂから、チオール白金電極を陽極又は陰極として用いた場合には、通常の白金電極を両極に用いた場合と比較して、電解電流値が数倍〜数十倍（最大で５０倍）に増加したことがわかる。このように、チオール白金電極は、水をイオンに解離する触媒として機能している。なお、解離を促進する液体としては水に限られない。
【００６５】
また、図１２Ａ及び図１２Ｂから、この電解電流値が増加する効果は、電極間の距離が短いほど大きいことがわかる。すなわち、電極間距離が１２μｍの場合は、通常の白金電極を用いた場合の５０倍近くの電流値を示している（図１２Ａ参照）が、電極間距離が５０μｍの場合は、通常の白金電極を用いた場合の５倍程度の電流値を示している（図１２Ｂ参照）。
【００６６】
上述した例では、有機化合物を結合させる電極として白金を用いた場合を説明したが、これに限られるものではなく、金、銀、銅などの金属を電極として用いることもできる。また、Ａｕ膜付きガラス基板やＧａＡｓ（ガリウムひ素）、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））、炭素（グラファイト）などを電極として用いることもできる。実験によれば、Ａｕ膜付きガラス基板を用いた場合も、上述と同様の電流−電圧特性が得られることが確認された。また、ポリアニリン系材料、カーボンナノチューブなどの有機性導電性物質を電極として用いる、すなわち、イオン交換基を有する有機化合物を、有機性導電性物質に直接結合させることもできる。
【００６７】
また、電極部材８２の電極８６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、上述のイオン交換体中の電極８６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。
【００６８】
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。
【００６９】
また、上述した例では、電極に結合させる有機化合物としてチオールを用いた場合を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、ジスルフィドや、ポリアニリン系材料、カーボンナノチューブなどの有機性導電性物質を有機化合物として用いることもできる。更に、イオン交換機も上述したスルホン酸基に限られるものではなく、カルボキシル基や４級アンモニウム基、アミノ基をイオン交換基として用いることもできる。実験によれば、チオールのイオン交換基としてカルボキシル基を用いた場合にも、上述と同様の効果が得られることが確認された。
【００７０】
このようなイオン交換体を電極部材８２として用いることにより、電解加工において繊維の脱離などの問題が生じず、安定した加工特性を得ることができる。また、本発明に係る電解加工装置によれば、電極に直接イオン交換能を有するイオン交換材料を結合させることができるので、電極と被加工物との間の距離を短くすることができる。したがって、陽極と陰極との間の距離も短くすることができ、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陰極及び陽極のそれぞれに個別にイオン交換材料を結合させることができるので、陽極と陰極との間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【００７１】
図１３は本発明の第２の実施形態における電解加工装置１３４を模式的に示す縦断面図、図１４は図１３の平面図である。なお、本実施形態においては、電解加工装置１３４以外の基板処理装置の構成については、上述の第１の実施形態と同様である。また、上述の第１の実施形態における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
図１３に示すように、本実施形態における電解加工装置１３４は、アーム１４０と、アーム１４０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、基板保持部４２の下方に配置される円板状の電極部１４６と、電極部１４６に接続される電源４８とを備えている。アーム１４０は上下動可能となっており、水平方向に揺動自在となっている。
【００７３】
アーム１４０は、揺動用モータ１５０に連結された揺動軸１５２の上端に取付けられており、揺動用モータ１５０の駆動に伴って揺動軸１５を中心として水平方向に揺動するようになっている。また、この揺動軸１５２は、上下動用モータ１５６に連結された上下方向に延びるボールねじ１５４に連結されており、上下動用モータ１５６の駆動に伴ってボールねじ１５４を介してアーム１４０とともに上下動するようになっている。
【００７４】
基板保持部４２は、アーム１４０の自由端の上面に設けられた自転用モータ５８に接続されている。自転用モータ５８は、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部１４６とを相対移動させる第１の駆動部として機能する。この自転用モータ５８の駆動に伴って回転するようになっている。また、上述したように、アーム１４０は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、基板保持部４２はアーム１４０と一体となって上下動及び水平方向に揺動可能となっている。
【００７５】
図１３に示すように、電解処理装置１３４は、電極部１４６の下方に配置された中空モータ１６０を備えている。中空モータ１６０は、基板Ｗと電極部１４６とを相対移動させる第２の駆動部として機能する。電極部１４６は、中空モータ１６０に直結されており、中空モータ１６０の駆動に伴って回転するようになっている。
【００７６】
図１５は電極部１４６を示す平面図、図１６は図１５の拡大図である。図１５及び図１６に示すように、電極部１４６は、円板状の給電電極１７０と、給電電極１７０の略全面に配置された多数の加工電極１７２とを備えている。各加工電極１７２は、絶縁体１７４を介して給電電極１７０と分離されている。これらの給電電極１７０及び加工電極１７２の上面には、上述した第１の実施形態と同様に、イオン交換基を有する有機化合物が化学的に結合されてイオン交換材料１７６（図１３参照）が形成されている。図１３では、イオン交換材料１７６は、電極部１４６の全体を覆うように図示されているが、実際には、給電電極１７０と加工電極１７２とのそれぞれの上面に個別に形成されている。各加工電極１７２は同一形状であり、基板Ｗと電極部１４６とを相対移動させたときに、基板Ｗの被加工面上の各点における存在頻度が略均一となるように給電電極１７０の内部の略全面に配置されている。本実施形態においても、給電電極１７０は、基板Ｗに対して加工電極１７２と同じ側に設けられている。
【００７７】
本実施形態では、給電電極１７０はスリップリング１７８（図１３参照）を介して電源４８の陽極に接続され、加工電極１７２はスリップリング１７８を介して電源４８の陰極に接続されている。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、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、加工材料によっては、給電電極１７０を電源４８の陰極に接続し、加工電極１７２を電源４８の陽極に接続してもよい。例えば、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。
【００７８】
図１３に示すように、電極部１４６の上方には、電極部１４６の直径方向に沿って延びる純水噴射ノズル１８０が配置されている。この純水噴射ノズル１８０は、純水又は超純水を電極部１４６の上面に供給する複数の噴射口を有している。純水噴射ノズル１８０は、流体（純水または超純水）を基板Ｗと電極部１４６との間に供給する流体供給部として機能する。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、イオン交換材料１７６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。
【００７９】
また、上述の第１の実施形態と同様に、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。
【００８０】
次に、本実施形態における電解加工装置を用いた処理（電解加工）について図５を参照して説明する。まず、基板Ｗを収納したカセットをロード・アンロード部３０にセットする。例えば、図１Ｂに示すように、処理される基板Ｗは、その表面に導電膜として形成された銅膜６を有している。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の導電膜（銅膜６）を形成した表面が下を向くように反転させる。次に、搬送ロボット３６は反転させた基板Ｗを受け取り、この基板Ｗを電解加工装置１３４のプッシャ１８２（図１４参照）上に載置する。
【００８１】
そして、プッシャ１８２上に載置した基板Ｗを基板保持部４２により吸着保持させ、アーム１４０を移動させて基板Ｗを保持した基板保持部４２を電極部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１５６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１４６のイオン交換材料１７６の表面に接触又は近接させる。この状態で、中空モータ１６０を駆動して電極部１４６を回転させるとともに、自転用モータ５８を駆動して基板保持部４２及び基板Ｗを回転させ、基板Ｗと電極部１４６とを相対運動、すなわち偏心回転運動させる。このとき、純水噴射ノズル１８０の噴射口から基板Ｗと電極部１４６との間に純水又は超純水を噴射する。そして、電源４８により加工電極１７２と給電電極１７０との間に所定の電圧を印加し、イオン交換材料１７６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（例えば陰極）において基板Ｗの表面の導電膜（銅膜６）の電解加工を行う。
【００８２】
本実施形態のように、電極を多数設けると、各電極の形状を同一にしようとしても電極の接触面の大きさの違いや高さの違い、電極に取付けられるイオン交換体の厚さの違いが多少生じたり、イオン交換体の取付け方に不均一が生じたりして、実際には各加工電極間において単位時間当たりの加工量に違いが生じる。本実施形態においては、電解加工において電極部１４６と基板Ｗとを相対運動させると、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極１７２が通過することとなる。すなわち、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極１７２ができるだけ多く通過するように加工電極１７２と被加工物Ｗとを相対運動させている。このため、各加工電極１７２間で加工速度のバラツキがあっても、この加工速度のバラツキを平均化させることができ、基板Ｗの全面においてｎｍ／ｍｉｎオーダでの加工速度の均一化を図ることが可能となる。
【００８３】
電解加工完了後、電源４８の接続を切り、電極部１４６及び基板保持部４２の回転を停止させ、しかる後、基板保持部４２を上昇させ、アーム１４０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。
【００８４】
本実施形態では、電極部１４６と基板Ｗをともに回転させ、基板Ｗと電極部１４６とを偏心回転運動させた例を説明したが、これに限られるものではない。すなわち、被加工物の被加工面上の一の点に対して複数の加工電極が通過するように加工電極と被加工物とを相対運動させればよく、そのような相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動、及びこれらの任意の組み合わせとすることができる。なお、この相対運動は、基板Ｗの被加工表面に沿った方向の運動である。
【００８５】
また、本実施形態における加工電極と給電電極とを入れ替えてもよい。すなわち、円板状の加工電極と、加工電極の略全面に配置された多数の給電電極とを備えた電極部を用いてもよい。この場合には、単一の加工電極となるが、単一の加工電極においても位置によって単位時間当たりの加工量にバラツキが生じることがある。しかしながら、上記構成によれば、電解加工において電極部と基板Ｗとを相対運動させると、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極内の複数の点が通過することとなる。すなわち、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極内の複数の点ができるだけ多く通過するように電極部と被加工物Ｗとを相対運動させることができる。このため、加工電極内において単位時間当たりの加工量にバラツキがあっても、この加工速度のバラツキを平均化させることができ、基板Ｗの全面においてｎｍ／ｍｉｎオーダでの加工速度の均一化を図ることが可能となる。
【００８６】
図１７は、本発明の第３の実施形態における電解加工装置２３４を模式的に示す縦断面図である。なお、本実施形態においては、電解加工装置２３４以外の基板処理装置の構成については、上述の第１の実施形態と同様である。また、上述の第１又は第２の実施形態における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
図１７に示すように、電解加工装置２３４は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム１４０と、アーム１４０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、基板保持部４２の下方に配置される円板状の電極部２４６と、電極部２４６に接続される電源４８とを備えている。
【００８８】
アーム１４０は、揺動用モータ１５０に連結された揺動軸１５２の上端に取付けられており、揺動用モータ１５０の駆動に伴って水平方向に揺動するようになっている。また、この揺動軸１５２は、上下方向に延びるボールねじ１５４に連結されており、ボールねじ１５４に連結された上下動用モータ１５６の駆動に伴ってボールねじ１５４を介してアーム１４０とともに上下動するようになっている。
【００８９】
基板保持部４２は、アーム１４０の自由端の上面に設けられた自転用モータ５８に接続されている。自転用モータ５８は、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部２４６とを相対移動させる第１の駆動部として機能する。この自転用モータ５８の駆動に伴って基板保持部４２が回転するようになっている。上述したように、アーム１４０は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、基板保持部４２はアーム１４０と一体となって上下動及び水平方向に揺動可能となっている。
【００９０】
図１７に示すように、電極部２４６の下方には中空モータ６０が設置されている。中空モータ６０は、基板Ｗと電極部２４６とを相対移動させる第２の駆動部として機能する。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。電極部２４６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、電極部２４６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。この自転防止機構は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００９１】
図１８は基板保持部４２及び電極部２４６を模式的に示す縦断面図、図１９は基板Ｗと電極部２４６との関係を示す平面図である。図１９において、基板Ｗは点線で示されている。図１８及び図１９に示すように、電極部２４６は、複数の給電電極２７０と、基板Ｗの径よりも大きな径を有する略円板状の加工電極２７２と、加工電極２７２と給電電極２７０とを分離する絶縁体２７４とを備えている。給電電極２７０は、加工電極２７２の外周部に配置されている。図１８に示すように、給電電極２７０の上面には、イオン交換基を有する有機化合物が化学的に結合されてイオン交換材料２７０ａが、また加工電極２７２の上面には、イオン交換基を有する有機化合物が化学的に結合されてイオン交換材料２７２ａが形成されている。すなわち、本実施形態においては、加工電極２７２と給電電極２７０とは、基板Ｗに対して同じ側に互いに離間して配置され、イオン交換基を有する有機化合物が、加工電極２７２と給電電極２７０とに個別に結合されている。なお、これらのイオン交換材料２７０ａ，２７２ａは図１９では図示していない。
【００９２】
本実施形態では、電極部２４６及び基板保持部４２の大きさの関係で、電解加工中に電極部２４６の上方から電極部２４６の上面に流体の供給を行うことができない。したがって、本実施形態では、図１８及び図１９に示すように、電極部２４６、特に加工電極２７２に、複数の流体供給口２７６を形成している。流体供給口２７６は、加工電極２７２の上面に流体（純水又は超純水）を供給する流体供給部として機能する。本実施形態においては、加工電極２７２の中心に対して放射状に複数の流体供給口２７６が配置されている。これらの流体供給口２７６は、中空モータ６０の中空部の内部を延びる純水供給管２７８（図１７参照）に接続されており、流体供給口２７６から電極部２４６の上面に純水又は超純水が供給されるようになっている。
【００９３】
本実施形態では、加工電極２７２を電源４８の陰極に接続し、給電電極２７０を電源４８の陽極に接続しているが、加工材料によっては、電源４８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４８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。
【００９４】
電解加工中には、自転用モータ５８を駆動して基板Ｗを回転させ、同時に中空モータ６０を駆動して電極部２４６をスクロール中心Ｏ（図１９参照）を中心としてスクロール運動させる。このように、基板保持部４２に保持された基板Ｗと加工電極２７２とをスクロール領域Ｓ内で相対運動させて基板Ｗ（銅膜６）の全面の加工が行われる。本実施形態の電解加工装置２３４は、この相対運動中に、加工電極２７２の運動中心（本実施形態ではスクロール運動の中心Ｏ）が常に基板Ｗの外径よりも内側に位置するように構成されている。このように、加工電極２７２の径を基板Ｗの径よりも大きくし、かつ加工電極２７２の運動中心を常に基板Ｗの外径よりも内側に位置させることで、基板Ｗの表面における加工電極２７２の存在頻度を可能な限り均一化することができる。また、このように構成することで、電極部２４６の大きさを最小限にすることができるので、装置全体を大幅に小型化及び軽量化することができる。なお、加工電極２７２の径は、基板Ｗと加工電極２７２との相対運動距離（本実施形態ではスクロール半径ｅ）と、基板Ｗの径との合計よりも大きいことが好ましく、また、基板Ｗの径の２倍よりも小さいことが好ましい。
【００９５】
また、給電電極２７０が存在する領域では基板Ｗの加工を行うことができないため、給電電極２７０が配置された外周部の加工速度はそれ以外の領域と比較して低くなる。したがって、給電電極２７０が加工速度に与える影響を小さくするためには、給電電極２７０が占有する面積（領域）を小さくすることが好ましい。この観点から、本実施形態では、小さな面積の給電電極２７０を加工電極２７２の外周部に複数配置し、このうちの少なくとも１つが相対運動中に基板Ｗに接触又は近接して給電を行うようにしている。このようにすれば、例えば、リング状の給電電極を加工電極２７２の外周部に配置した場合に比べて加工されない領域を小さくすることができ、基板Ｗの外周部が加工されないまま残ってしまうことを防止することができる。
【００９６】
次に、本実施形態における基板処理装置を用いた処理（電解加工）について図５を参照して説明する。まず、基板Ｗを収納したカセットをロード・アンロード部３０にセットする。例えば、図１Ｂに示すように、処理される基板Ｗは、その表面に導電膜として銅膜６を形成されている。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の導電膜（銅膜６）を形成した表面が下を向くように反転させる。
【００９７】
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２３４に搬送し、基板保持部４２に吸着保持させる。そして、アーム１４０を揺動させて基板Ｗを保持した基板保持部４２を電極部２４６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１５６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２４６のイオン交換材料２７０ａ，２７２ａの表面に接触又は近接させる。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、同時に中空モータ６０を駆動して電極部２４６をスクロール中心Ｏを中心としてスクロール運動させる。このとき、加工電極２７２の流体供給口２７６から基板Ｗとイオン交換材料２７０ａ，２７２ａとの間に純水又は超純水を供給する。
【００９８】
そして、電源４８により加工電極２７２と給電電極２７０との間に所定の電圧を印加し、イオン交換材料２７０ａ，２７２ａ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（例えば陰極）において基板Ｗの表面の導電膜（銅膜６）の電解加工を行う。
【００９９】
このとき、加工電極２７２と対面する部分において加工が進行するが、上述したように、基板Ｗと加工電極２７２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。上述したように、加工電極２７２が基板Ｗより大きな径を有しており、また、上記相対運動中に、加工電極２７２の運動中心Ｏが常に基板Ｗの外径よりも内側に位置するようになっているので、基板Ｗの表面における加工電極２７２の存在頻度を可能な限り均一化することができる。また、このような構成により、電極部２４６の大きさを最小限にすることができ、装置全体を大幅に小型化及び軽量化することができる。
【０１００】
電解加工完了後、電源４８の接続を切り、基板保持部４２の回転と電極部２４６のスクロール運動を停止させ、しかる後、基板保持部４２を上昇させ、アーム１４０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。
【０１０１】
上述の実施形態では、加工電極２７２が１つの部材により構成される例を説明したが、これに限られるものではない。例えば、図２０に示すように、加工電極を格子状に分割して複数の加工電極３７２を構成してもよい。また、図２１に示すように、加工電極をリング状に分割して複数の加工電極４７２を構成してもよい。図２１に示す例では、給電電極２７０が、分割された加工電極４７２を囲繞するように配置されている。これらの場合において、分割された加工電極を、電気的に一体に構成してもよく、あるいは絶縁体を介して電気的に分離して構成してもよい。
【０１０２】
上述したように、図１９に示す電極部２４６においては、給電電極２７０が存在する領域では基板Ｗの加工を行うことができないため、給電電極２７０が配置された外周部の加工速度はそれ以外の領域と比較して低くなる。したがって、加工電極２７２の外周部の切欠き幅ｗＮと切欠き長さＬＮ（図１９参照）を調整することで、基板Ｗの外周部の加工速度を制御することができる。
【０１０３】
図２２は、図１９に示す電極部２４６の改良例を示すものである。図２２に示す電極部２４６は、絶縁体５７４を介して分割された外側加工電極５７２ａと内側加工電極５７２ｂとを備えている。外側加工電極５７２ａは、給電電極２７０が加工速度に影響を与える部分、すなわち給電電極２７０が配置された外周部に位置している。内側加工電極５７２ｂは、加工速度に影響を与えない部分、すなわち外側加工電極５７２ａの内側に位置している。このような電極部２４６により、加工電極の全面で均一な加工速度を実現することができる。すなわち、給電電極２７０の存在による影響を考慮し、電源４８により各加工電極５７２ａ，５７２ｂに印加する電圧等を調整して、外側加工電極５７２ａにおける加工速度を、内側加工電極５７２ｂにおける加工速度に対して相対的に高くすることによって、加工電極の全面で均一な加工速度を実現することができる。上述のように、様々な大きさ、形状の電極のそれぞれに本発明に係るイオン交換材料が直接結合されているため、従来のように電極の形状に合わせてイオン交換繊維やイオン交換膜を切断する手間が必要ない。
【０１０４】
また、上述の実施形態では、電極部２４６をスクロール運動させ、基板Ｗを回転させた例を説明したが、加工電極２７２と基板Ｗとを相対運動させることができれば、どのようなものであってもよい。例えば、電極部２４６と基板Ｗの双方を回転させることとしてもよい。この場合には、加工電極の運動中心は回転中心となる。
【０１０５】
また、上述の実施形態では基板保持部４２が基板Ｗを下向き（フェイスダウン）に吸着保持する例を説明したが、これに限られるものではなく、例えば基板Ｗを上向き（フェイスアップ）に保持してもよい。
【０１０６】
図２３は、本発明の第４の実施形態における基板処理装置の構成を示す平面図である。本実施形態における基板処理装置は、一対のロード・アンロード部６３０と、上述した第２の実施形態における電解加工装置１３４と、ＣＭＰ装置６３２と、２台の第１洗浄装置６３４と、２台の第２洗浄装置６３６とを備えている。ロード・アンロード部６３０は、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機能する。電解加工装置１３４には基板受渡し用のプッシャ１８２が設けられ、ＣＭＰ装置６３２には基板受渡し用のプッシャ６３２ａが設けられている。
【０１０７】
第１洗浄装置６３４と第２洗浄装置６３６との間には、反転機能を有する仮置き台６３８が配置されている。また、ロード・アンロード部６３０、第１洗浄装置６３４、及び仮置き台６３８に囲まれた位置には第１搬送ロボット６４０が配置され、第１搬送ロボット６４０はこれらの間で基板Ｗを搬送し授受する搬送装置として機能する。仮置き台６３８、第２洗浄装置６３６、及びプッシャ１８２，６３２ａに囲まれた位置には第２搬送ロボット６４２が配置され、第２搬送ロボット６４２はこれらの間で基板Ｗを搬送し授受する搬送装置として機能する。更に、電解加工装置１３４による電解加工の際に、加工電極と給電電極との間に印加する電圧又はこれらの間を流れる電流をモニタするモニタ部６４４がロード・アンロード部６３０に隣接して配置されている。
【０１０８】
図２４は、ＣＭＰ装置６３２の構成の一例を示す模式図である。図２４に示すように、ＣＭＰ装置６３２は、上面に研磨パッド（研磨布）６５０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル６５２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル６５２に向けて保持するトップリング６５４とを備えている。そして、研磨テーブル６５２とトップリング６５４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル６５２の上方に設置された研磨液供給ノズル６５６より研磨液を供給しつつ、トップリング６５４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル６５２の研磨パッド６５０に押圧することで、基板Ｗの表面を研磨するようになっている。研磨液供給ノズル６５６から供給される砥液としては、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって基板Ｗが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【０１０９】
このような研磨装置を用いて研磨作業を継続すると研磨パッド６５０の研磨面の研磨力が低下するが、この研磨力を回復させるために、本実施形態では、ドレッサー６５８が設けられている。このドレッサー６５８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨パッド６５０のドレッシングが行われる。このドレッシング処理においては、ドレッサー６５８の下面に取り付けられたドレッシング部材を研磨テーブル６５２の研磨パッド６５０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立てが行われ、研磨面が再生される。
【０１１０】
本実施形態における基板処理装置によれば、基板Ｗを収納してロード・アンロード部６３０にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを第１搬送ロボット６４０で取り出し、この基板Ｗを仮置き台６３８に搬送して必要に応じて反転させた後、第２搬送ロボット６４２で電解加工装置１３４のプッシャ１８２まで搬送する。そして、このプッシャ１８２と電解加工装置１３４の基板保持部４２との間で基板Ｗの受渡しを行い、電解加工装置１３４で基板Ｗの表面の電解研磨により、例えば導電性材料（銅膜６）の除去を行って、プッシャ１８２に戻す。しかる後、このプッシャ１８２上の基板Ｗを第２搬送ロボット６４２でＣＭＰ装置６３２のプッシャ６３２ａに搬送し、このプッシャ６３２ａとＣＭＰ装置６３２のトップリング６５４との間で基板Ｗの受渡しを行い、ＣＭＰ装置６３２で基板ＷのＣＭＰ研磨により、例えばバリアメタル（バリア層５）の除去を行って、プッシャ６３２ａに戻す。しかる後、第２搬送ロボット６４２は、このプッシャ６３２ａから基板Ｗを受け取り、仕上げを行った基板を第２洗浄装置６３６に搬送して荒洗浄する。その後、仮置き台６３８に搬送して必要に応じて基板Ｗを反転した後、第１搬送ロボット６４０により第１洗浄装置６３４に搬送して仕上げ洗浄及び乾燥を行って、ロード・アンロード部６３０のカセットに戻す。
【０１１１】
なお、本実施形態では、電解加工装置１３４で電解加工による基板Ｗの荒削りを、ＣＭＰ装置６３２でＣＭＰ研磨による基板Ｗの仕上げをそれぞれ行うようにしているが、ＣＭＰ装置６３２でＣＭＰ研磨による基板Ｗの荒削りを、電解加工装置１３４で電解加工による基板Ｗの仕上げをそれぞれ行うようにしてもよい。これにより、ＣＭＰ処理における負荷を軽減することができる。また、本実施形態では、電解加工装置として第２の実施形態の電解加工装置を適用した例を説明したが、これに限られず、上述したいずれの実施形態における電解加工装置を適用できることは言うまでもない。
【０１１２】
上述の実施形態では、イオン交換基を有する有機化合物を電極の表面に化学的に結合させ、電極の表面にイオン交換体を形成した例について説明した。すなわち、金、銀、白金、銅、または酸化インジウム等を電極部材（導電性物質）として用い、チオールやジスルフィド等をイオン交換基を有する有機化合物として用いた。このような有機化合物は、電極部材に化学的に結合され、電極部材にイオン交換基が導入される。そのような電極を用いる代わりに、イオン解離性官能基により導電性炭素材料の表面を化学的に修飾してもよい。すなわち、導電性炭素材料を電極部材として用い、その炭素表面に直接的に無機反応によってイオン解離性官能基を効果的に導入する。電極基材とイオン解離性官能基（またはイオン交換基）との間に有機化合物による炭素鎖を持たないため、化学修飾層の厚さを薄くすることができ、またイオン解離性官能基の耐久性（耐離脱性）、導電性の向上につながる。
【０１１３】
図２５は、そのような電極を用いた電解加工装置の一例を示す模式図である。図２５に示すように、この電解加工装置は、一対の電極７０１，７０２を備えている。電極７０１，７０２は、それぞれ電源７０３の陽極と陰極に接続される導電性炭素材料７０１ａ，７０２ａを有している。導電性炭素材料７０１ａの表面は、イオン解離性官能基７０１ｂにより化学的に修飾されており、導電性炭素材料７０２ａの表面は、イオン解離性官能基７０２ｂにより化学的に修飾されている。この電極７０１，７０２と被加工物７０４（例えば基板の表面に形成された銅膜）との間には、純水や超純水などの流体７０５が供給される。そして、電極７０１，７０２中のイオン解離性官能基７０１ｂ，７０２ｂに被加工物７０４を近接させ、電極７０１，７０２の導電性炭素材料７０１ａ，７０２ａの間に電源７０３を介して電圧を印加する。すると、流体７０５中の水分子は、イオン解離性官能基７０１ｂ，７０２ｂにより水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンが被加工物７０４の表面に供給される。これにより、被加工物７０４近傍の水酸化物イオンの濃度が高まり、被加工物７０４の原子と水酸化物イオンとが反応して被加工物７０４の表面層の除去加工が行われる。
【０１１４】
このように、この例によれば、電極７０１，７０２と被加工物（基板）７０４との間の距離を短くすることができ、したがって、陽極となる電極７０１と陰極となる電極７０２の間の距離も短くすることができる。したがって、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陽極として用いる導電性炭素材料７０１ａと陰極として用いる導電性炭素材料７０２ａのそれぞれにイオン解離性官能基７０１ｂ，７０２ｂを結合（又は化学修飾）させることで、陽極と陰極との間、すなわち電極７０１，７０２間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【０１１５】
このような導電性炭素材料とこの導電性炭素材料の表面に化学修飾するイオン解離性官能基とを有する電極は、図５から図１１、図１３から図２４に示した実施形態の基板処理装置または電解加工装置において、導電性材料の表面に有機化合物が化学結合された電極に代えて用いることができる。
【０１１６】
この導電性炭素材料の表面を化学修飾するイオン解離性官能基としては、第４級アンモニウム基及び第１〜３級アミノ基のような塩基性基、カルボキシル基のような酸性基を用いることができる。
【０１１７】
１ｃｍ２程度以上の比較的広い面積を加工する場合には、導電性炭素材料として、ガラス状炭素のように表面が平滑で形状精度の高い加工が可能な炭素材料を使用することが好ましい。また、１μｍ以下のレベルの微細加工に用いられる場合には、フラーレンもしくはカーボンナノチューブを導電性炭素材料として用いることが好ましい。導電性炭素材料としては、導電性炭素材料に通水性を持たせることができるので、効率よく水を分解することが可能となるので、網状のものを用いることが好ましい。
【０１１８】
導電性炭素材料にイオン交換基等のイオン解離性官能基を化学修飾する方法としては、薬品に導電性炭素材料を浸漬する方法、導電性炭素材料を気相中で放電処理する方法、および電解液中で導電性炭素材料を陽極酸化する方法が挙げられる。
【０１１９】
ここで、薬品に浸漬する方法は、例えば硝酸などの酸化性溶液に導電性炭素材料を浸漬する。この方法によれば、導電性炭素材料の表面を容易にカルボキシル基などのイオン解離性官能基で化学修飾することが可能である。
【０１２０】
気相中で放電処理する方法は、例えば酸素を含む気体中でのＲＦ放電（１３．２５ＭＨｚ）によりプラズマを生成し、該プラズマ中に導電性炭素材料を暴露する。この方法によれば、導電性炭素材料の表面をカルボキシル基などのイオン解離性官能基で化学修飾することが可能である。また、放電処理を窒素雰囲気中で行いプラズマを生成し、該プラズマ中に導電性炭素材料を暴露してもよい。このような場合には、塩基性を示すイオン解離性官能基を導電性炭素材料に導入することが可能である。これらの方法は、イオン解離性官能基により導電性炭素材料を化学修飾するのに好適に用いられる。S.
S. Wong, A. T. Woolley, E. Joselevich,C. M. Leiber, Chem. Phys. Lett., 306
(1999) 219. 参照。
【０１２１】
電解液中で陽極酸化する方法では、通常、導電性炭素材料を陽極とする。陰極としては、例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属、あらゆる炭素材を用いることができる。J.
H. Wandass, J. A. Gardella, N. L. Weinberg, M. E. Bolster, L. Salvati, J.
Electrochem. Soc., 134 (1987) 2734. 参照。電解液としては、硝酸、硫酸、リン酸、塩酸、臭化水素酸またはこれらのイオンを含む塩を挙げることができる。これらのイオンを含む塩としては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、Ｆe、Ｃu、ランタノイド金属などの塩等を挙げることができる。実施においては、これらの電解液を単独もしくは混合して使用する。電解電流密度は、例えば１〜１００ｍＡ/ｃｍ２程度が好ましいが、この条件に制限されるものではない。この方法により、炭素材料表面がカルボキシル基で化学修飾される。
【０１２２】
気相中で放電処理する方法により、導電性炭素材料にカルボキシル基を導入した電極を以下のように作製した。つまり、約３ｃｍ離間した２本の棒状電極を予め水で湿らせておき、この電極間に１００Ｖの交流電圧を印加しつつ、水で湿った状態の炭素棒（導電性炭素材料）を電極対の間に挿入することで、大気中でのアーク放電を起こさせ、このときのアーク放電による表面処理により、炭素棒（導電性炭素材料）の表面にカルボキシル基を導入した。このとき用いた炭素棒は、直径６ｍｍのグラファイト製で、先端を球面状に丸めたものであり、水は比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍの超純水であった。
【０１２３】
このような処理を施した炭素棒について、炭素棒試料を陽極とし、白金平板を陰極として電流−電圧特性を実験装置で測定した。実験装置は、比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍの超純水で満たされたアクリル製容器を有していた。炭素棒と白金平板との間の距離をマイクロメータで調整した後、炭素棒と白金平板との間に超純水を供給しつつ電圧を印加して、そのときに流れる電流を測定した。このときの炭素棒と白金平板との間距離は１５μｍとした。
【０１２４】
比較実験として、アーク放電による表面処理を施す前の炭素棒を陽極とし、白金平板を陰極として、上記と同様な方法により電流−電圧特性を測定した。
【０１２５】
この時の測定結果を図２６に示す。この図２６により、アーク放電による表面処理によりカルボキシル基が導入された炭素棒では、カルボキシル基が導入されていない炭素棒に比べ、６０Ｖにおける電流値は１０倍以上に増加していることが判る。
【０１２６】
電解液中で陽極酸化する方法により、導電性炭素材料にカルボキシル基を導入した電極を以下のように作製した。つまり、炭素棒（導電性炭素材料）を陽極とし、２０質量％−Ｈ２ＳＯ４水溶液中で１２．５ｍＡ/ｃｍ２の電流密度で３０分間の陽極酸化を行った。対向電極は白金平板（Ｐｔ）を用いた。用いた炭素棒は、直径６ｍｍのグラファイト製で、先端を球面状に丸めたものである。この陽極酸化によって表面処理を施した炭素棒について、上述の例と同様な条件で、電流−電圧特性を測定した。このときの炭素棒と白金平板との間の距離は１５μｍとした。
【０１２７】
比較実験として、電解液中で陽極酸化する前の炭素棒を陽極とし、白金平板を陰極として、上記と同様な方法により電流−電圧特性を測定した。
【０１２８】
この時の測定結果を図２７に示す。この図２７により、電解液中で陽極酸化によりカルボキシル基が導入された炭素棒では、カルボキシル基が導入されていない炭素棒に比べ、電流値は１０倍以上に増加していることが判る。
【０１２９】
次に、陽極酸化してカルボキシル基を導入した炭素棒を加工電極として用いて、シリコン基板上の銅薄膜の電解加工を行った。電解加工は、電圧６０Ｖ、電流１．０７ｍＡで１０秒間、電極間の距離２５μｍとして行った。電解加工の結果、最大の加工深さは１４４ｎｍで、この場合の電流効率は約４８％であった。ここで、電流効率とは、全通過電気量のうち銅の加工に用いられた電気量の割合を表しており、その算出においては、銅が２価のイオン、もしくはイオン性の化合物となって溶出していると仮定した。
【０１３０】
一方、陽極酸化してカルボキシル基を導入していない炭素棒を加工電極として用いて、シリコン基板上の銅薄膜の電解加工を行った。電解加工は、電圧６０Ｖ、電流０．０４３ｍＡで６０秒間行った。電解加工の結果、最大の加工深さは１２ｎｍで、この場合の電流効率は約３．３％であった。
【０１３１】
これによって、陽極酸化による表面処理を行った炭素棒は、陽極酸化による表面処理を行っていない炭素棒に比べて、電解加工における電流値が増加するばかりでなく、電流効率も向上させることが可能であることが判る。
【０１３２】
イオン解離性官能基で導電性炭素材料を化学修飾した電極に代えて、アルカリ金属を含む黒鉛層化合物を電極として用いてもよい。黒鉛層間化合物中の黒鉛（炭素材料）としては、一般には高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）を用いることが好ましいが、層間にアルカリ金属としてナトリウムを挿入する場合は、配向性の低いグラファイトを黒鉛層間化合物中の黒鉛として用いることが好ましい。水を通過させることができ効率的に水を分解することができるので、黒鉛層間化合物としては網状のものを用いることが好ましい。
【０１３３】
図２８は、このような電極を用いた電解加工装置を示す模式図である。図２８に示すように、この電解加工装置は、電源７０３の陽極及び陰極にそれぞれ接続した一対の電極７１１，７１２を備えている。電極７１１，７１２は、アルカリ金属を含む黒鉛層間化合物からなる。この電極（黒鉛層間化合物）７１１，７１２と被加工物７１４（例えば基板に形成された銅膜）との間には純水や超純水などの流体７１５が供給される。そして、電極７１１，７１２の表面に被加工物７１４を近接させ、電極７１１，７１２の間に電源７０３を介して電圧を印加する。すると、流体７１５中の水分子は、黒鉛層間化合物からなる電極７１１，７１２により水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンが被加工物７１４の表面に供給される。これにより、被加工物７１４近傍の水酸化物イオンの濃度が高まり、被加工物７０４の原子と水酸化物イオンとが反応して被加工物７１４の表面層の除去加工が行われる。
【０１３４】
このように、この例によっても、電極７１１，７１２と被加工物（基板）７１４との間の距離を短くすることができ、したがって、陽極となる電極７１１と陰極となる電極７１２の間の距離も短くすることができる。したがって、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陽極として用いる電極７１１と陰極として用いる電極７１２のそれぞれに触媒作用を持たせることで、陽極と陰極との間、すなわち電極７１１，７１２間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【０１３５】
このようなアルカリ金属を含む黒鉛層間化合物からなる電極は、図５から図１１、図１３から図２４に示した実施形態の基板処理装置または電解加工装置において、導電性材料の表面に有機化合物が化学結合された電極に代えて用いることができる。
【０１３６】
黒鉛層間化合物の合成方法としては、気相定圧反応法、液相接触反応法、固相加圧法、もしくは溶媒法が挙げられる。気相定圧反応法は、ガラス管の異なる場所にアルカリ金属とグラファイトを配置して真空下で封管し、グラファイトとアルカリ金属をそれぞれ温度制御して加熱する方法である。アルカリ金属やグラファイトの温度の設定により、アルカリ金属が挿入される位置や量が制御できる。例えばカリウムをＨＯＰＧに挿入する場合は、温度は２５０℃程度に設定すればよい。液相接触反応法は、液相のアルカリ金属を含む化合物とグラファイトを直接接触させて反応させる方法である。固相加圧法は、アルカリ金属とグラファイトを接触させた状態で５〜２０気圧（０．５〜２ＭＰa）程度に加圧し、かつ２００℃程度に加熱する方法である。溶媒法は、アンモニアなどの溶媒にアルカリ金属を溶解させ、この溶液にグラファイトを浸漬させる方法である。
【０１３７】
液相接触反応法を用いて、アルカリ金属を含む黒鉛層化合物からなる電極を以下のように作製（合成）した。つまり、硝酸ナトリウム（融点３０８℃）をバーナーを用いてるつぼ中で加熱溶融した。溶融した硝酸ナトリウム中に長さ１２．５ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのグラファイト板を浸漬し、そのまま２〜３分間加熱した。その後、グラファイト板をるつぼから取り出し空気中で放冷した。この方法により、グラファイトの層間にナトリウムを挿入した黒鉛層化合物からなる電極を作製した。そして、図２９に示すような実験装置で電流−電圧特性を測定した。実験装置は、アクリル容器７２０と、一対の平行平板電極７２１，７２２とを備えている。電極７２１として、この黒鉛層化合物からなる電極を使用し、電極７２２として白金平板を使用した。これらの電極７２１，７２２を電源７２３の陽極と陰極にそれぞれ接続した。比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍの超純水７２５中での電流−電圧特性を測定した。このときの電極７２１，７２２の間の距離は１２μｍ、電極７２１，７２２の対向面積は約０．４ｃｍ２であった。
【０１３８】
比較実験として、層間にナトリウムを挿入していないグラファイト板を電極として、上記と同様な方法により電流−電圧特性を測定した。
【０１３９】
この時の測定結果を図３０に示す。この図３０により、グラファイトの層間にナトリウムを挿入した黒鉛層化合物からなる電極は、電流が１５０Ｖで５０ｍＡ（電流密度１２５ｍＡ・ｍ２）弱となり、層間にナトリウムを挿入していないグラファイトからなる電極に比べ、５０倍近い電流が得られることが判る。したがって、グラファイトの層間にナトリウムを挿入した黒鉛層化合物により、超純水の水素イオン、水酸化物イオンへの解離が促進されていると考えられる。
【０１４０】
なお、上述の例においては、硝酸ナトリウムを加熱溶融した液体中にグラファイトを浸漬したが、浸漬する液体としては硝酸カリウムなど、アルカリ金属を含む塩であれば何でもよい。
【０１４１】
純水に添加剤として希薄な薬液を加えてもよい。例えば、２−プロパノール（ＩＰＡ）を水に加えて水の極性を調整してもよい。
【０１４２】
これまで本発明の一実施形態について図示および説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更および改変が可能であることは容易に理解できよう。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明は、半導体ウェハ等の基板の表面に形成された導電性材料を加工したり、基板の表面に付着した不純物を除去したりするために使用される電解加工装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】図１Ａ乃至図１Ｃは、基板に銅配線を形成する工程の一例を示す模式図である。
【図２】従来のイオン交換体を用いた電解加工装置を示す模式図である。
【図３】イオン交換体を有する加工電極及びイオン交換体を有する給電電極を基板（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以下の流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】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）との間に流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５】本発明の第１の実施形態における基板処理装置を示す平面図である。
【図６】図５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７】図６の断面図である。
【図８】図８Ａは図６の自転防止機構を示す平面図、図８Ｂは図８ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図９】図６の電解加工装置における電極部を示す平面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】図１０の拡大図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、電極にイオン交換基を有する有機化合物を化学的に結合させたイオン交換体を用いて電気分解を行ったときの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２の実施形態における電解加工装置を模式的に示す縦断面図である。
【図１４】図１３の平面図である。
【図１５】図１３の電解加工装置における電極部を示す平面図である。
【図１６】図１５の拡大図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態における電解加工装置を模式的に示す縦断面図である。
【図１８】図１７の電解加工装置における基板保持部及び電極部を模式的に示す縦断面図である。
【図１９】図１８の電極部と基板との関係を示す平面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態における電極部の変形例を示す平面図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態における電極部の他の変形例を示す斜視図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態における電極部の他の変形例を示す平面図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態における基板処理装置の構成を示す平面図である。
【図２４】図２３の基板処理装置のＣＭＰ装置の模式図である。
【図２５】本発明に係る他のタイプの電極を有する電解加工装置を示す模式図である。
【図２６】図２５に示す電極の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図２７】図２５に示す電極の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図２８】本発明に係る他のタイプの電極を有する電解加工装置を示す模式図である。
【図２９】本発明に係る電解加工装置において用いられる電極の電流−電圧特性を測定するのに使用する実験装置を示す模式図である。
【図３０】図２９に示す実験装置で測定した、図２８に示す電極の電流−電圧特性を示すグラフである。
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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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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