(57)【要約】【課題】ダマシーン法による基板上の配線形成において、微細な凹凸を有する基板上の金属膜の表面を低い加工圧力で平坦化することができ、かつ金属膜をその全面に亘って均一な加工速度で加工することができる電解加工方法を提供する。【解決手段】給電電極３１と加工電極３２とをテーブル１２上に配置し、給電電極３１と加工電極３２の間に絶縁体３６を配置し、金属膜６が給電電極３１および加工電極３２に対向するように基板Ｗを絶縁体３６に接触させ、第１の電解液および第２の電解液を、絶縁体３６により電気的に絶縁させた状態で給電電極３１と基板Ｗとの間、および加工電極３２と基板Ｗとの間にそれぞれ供給し、給電電極３１と加工電極３２との間に電圧を印加し、基板キャリアー１１とテーブル１２を相対運動させて基板Ｗ上の金属膜６の電解加工を行う。【選択図】図３Ｂ
2007051374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属膜が形成された基板を加工する電解加工方法であって、
少なくとも１つの給電電極と少なくとも１つの加工電極とをテーブルの上に配置し、
前記給電電極と前記加工電極との間に絶縁体を配置し、
前記金属膜が前記給電電極および前記加工電極に対向するように基板キャリアーにより基板を保持し、
前記基板を前記絶縁体に接触させ、
第１の電解液および第２の電解液を、前記絶縁体により電気的に絶縁させた状態で前記給電電極と基板との間、および前記加工電極と基板との間にそれぞれ供給し、
前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加し、
前記基板キャリアーと前記テーブルとを相対運動させて基板上の金属膜の電解加工を行うことを特徴とする電解加工方法。
【請求項２】
基板上の所定の加工点が前記加工電極と前記絶縁体とを交互に通過するように前記基板キャリアーと前記テーブルとを相対運動させることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項３】
前記給電電極の上面に設けられた複数の開口部から第１の電解液を供給し、前記加工電極の上面に設けられた複数の開口部から第２の電解液を供給することを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項４】
前記複数の開口部を囲むように複数の堰を設けて、第１の電解液を前記給電電極の上面に溜めるとともに、第２の電解液を前記加工電極の上面に溜めることを特徴とする請求項３に記載の電解加工方法。
【請求項５】
前記絶縁体は、前記給電電極および前記加工電極を覆うように配置された単一の部材であり、前記絶縁体に形成された貫通孔から該絶縁体と基板との間に電解液を供給することを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項６】
基板と弾性パッドから構成された前記絶縁体とを摺接させながら前記電解加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項７】
基板と固定砥粒パッドから構成された前記絶縁体とを摺接させながら前記電解加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項８】
前記弾性パッドは、のこぎり歯形状の断面を有する樹脂製パッドであることを特徴とする請求項６に記載の電解加工方法。
【請求項９】
前記テーブルと前記絶縁体との間に弾性体を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１０】
第１の電解液と第２の電解液とを、電気的絶縁を保ちつつ独立に循環させることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１１】
前記第１の電解液と前記第２の電解液の主成分は同一であることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１２】
電解加工開始時における前記第１の電解液と前記第２の電解液のそれぞれの主成分は略同一の濃度であることを特徴とする請求項１１に記載の電解加工方法。
【請求項１３】
前記基板キャリアーと前記テーブルとの相対運動は、前記基板キャリアーの回転運動、前記基板キャリアーの揺動、および前記基板キャリアーの並進運動のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１４】
前記基板キャリアーと前記テーブルとの相対運動は、前記テーブルのスクロール運動を含むことを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１５】
複数の前記給電電極と複数の前記加工電極を交互に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１６】
前記基板キャリアーと前記テーブルとが相対運動する距離は、前記複数の加工電極の間隔と同じか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項１５に記載の電解加工方法。
【請求項１７】
前記複数の加工電極と基板との距離を変えることにより、基板上の金属膜の厚さ分布を調整することを特徴とする請求項１５に記載の電解加工方法。
【請求項１８】
前記加工電極は、その長手方向に沿って一列に並ぶ複数の電極部に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項１９】
前記複数の加工電極に供給する電流の分配を制御することにより、基板上の金属膜の厚さ分布を調整することを特徴とする請求項１８に記載の電解加工方法。
【請求項２０】
ロード／アンロードユニットから基板を取り出し、
金属膜が表面に形成された基板を電解加工し、
前記電解加工後、基板を洗浄して乾燥し、
基板を前記ロード／アンロードユニットに戻し、
前記電解加工は、
少なくとも１つの給電電極と少なくとも１つの加工電極との間に配置された絶縁体に基板を接触させ、
第１の電解液および第２の電解液を、前記絶縁体により電気的に絶縁させた状態で前記給電電極と基板との間、および前記加工電極と基板との間にそれぞれ供給し、
前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加し、
前記絶縁体と基板とを相対運動させることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２１】
前記電解加工後に、基板上に残っている金属膜を研磨することを特徴とする請求項２０に記載の基板処理方法。
【請求項２２】
前記電解研磨の前に基板上の金属膜の厚さを測定することを特徴とする請求項２０に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工方法および基板処理方法に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成された金属膜を除去し平坦化する電解加工方法および基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋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）、スパッタリングおよ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と配線溝４が形成される。これらの上にＴａＮ等からなるバリア膜５、さらにその上に電解めっきの給電層としてのシード層７がスパッタリングやＣＶＤ等により形成される。
【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および配線溝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上の余剰な銅膜６、シード層７およびバリア膜５を除去して、コンタクトホール３および配線溝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１Ｃに示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に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】
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。さらに、スラリー（研磨液）を使用するため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自体を省略もしくはこの負荷を軽減することが強く求められていた。また、特に今後、層間絶縁膜も誘電率の小さいＬｏｗ−ｋ材に変わると予想され、そのＬｏｗ−ｋ材は、機械的強度が弱く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】
一般に、ＣＭＰ工程では、５００ｎｍ／ｍｉｎ程度の研磨速度（Removal Rate）が必要であり、この研磨速度を実現するためには研磨圧力（研磨対象物の研磨面に対する押圧力）を増大（例えば３５０ｋＰａ）させる必要がある。
【０００９】
ここで、ＣＭＰ工程の研磨速度は下記のプレストンの式に従うとされている。
ＲＲ＝ｋＰＶ
ＲＲ：研磨速度（ｍ/ｓ）
ｋ：定数（Ｐａ−１）
Ｐ：研磨圧力（Ｐａ）
Ｖ：研磨面と研磨対象物との相対速度（ｍ/ｓ）
【００１０】
すなわち、所望の研磨速度ＲＲを確保するために、研磨圧力Ｐや相対速度Ｖを増大して研磨を行うことを余儀なくされていた。この結果、配線表面にスクラッチやケミカルダメージを生じ易くなるという問題が生じていた。また、ディシングやリセスといった配線の痩せも生じ易くなり、配線の抵抗値が増大したり配線の欠陥により信頼性が損なわれたりする問題が発生していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、ダマシーン法による基板上の配線形成において、微細な凹凸を有する基板上の金属膜の表面を低い加工圧力で平坦化することができ、かつ金属膜をその全面に亘って均一な加工速度で加工することができる電解加工方法および基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するために、本発明の一態様は、表面に金属膜が形成された基板を加工する電解加工方法であって、少なくとも１つの給電電極と少なくとも１つの加工電極とをテーブルの上に配置し、前記給電電極と前記加工電極との間に絶縁体を配置し、前記金属膜が前記給電電極および前記加工電極に対向するように基板キャリアーにより基板を保持し、前記基板を前記絶縁体に接触させ、第１の電解液および第２の電解液を、前記絶縁体により電気的に絶縁させた状態で前記給電電極と基板との間、および前記加工電極と基板との間にそれぞれ供給し、前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加し、前記基板キャリアーと前記テーブルとを相対運動させて基板上の金属膜の電解加工を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、次のようにして電解加工が行われる。すなわち、給電電極側の第１の電解液と加工電極側の第２の電解液とは絶縁体によって電気的に絶縁されているため、電流は基板上の金属膜を通って給電電極から加工電極に流れる。このとき、基板上の金属膜の電位は、第１の電解液によって給電電極の電位と実質的に等しくなる。一方、第２の電解液を介して金属膜には電子が供給される。その結果、加工電極側では、供給される電子によって金属膜がイオン化して溶出し、さらに金属膜の表面は第２の電解液の中で錯体を形成する。この状態で、絶縁体と基板とを相対運動させることにより、金属膜の凸部上の錯体が絶縁体によって選択的に除去されて金属膜の表面が平坦化される。
【００１４】
このように、本発明によれば、絶縁体により第１の電解液と第２の電解液とが電気的に絶縁されるので、基板上の金属膜（被加工物）への給電を確実に行うことができ、かつ加工電極に対向する金属膜の部位の電解加工を確実に行うことができる。その結果、加工圧力を低くすることが可能になるため、基板へのダメージを抑制しつつ所望の加工速度が確保でき、スループットの向上を図ることができる。
【００１５】
ここで、本発明を用いた基板の加工工程を図２Ａ乃至図２Ｄに示す。図２Ａに示すように、半導体基材１上の導電層１ａの上に堆積した絶縁膜２にコンタクトホール３と配線溝４が形成され、これらの上にバリア膜５、さらにその上にシード層７が形成される。そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図２Ｂに示すように、コンタクトホール３および配線溝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、図２Ｃに示すように、本発明に係る電解加工方法により、金属膜６をバリア層５近傍まで低加工圧力（例えば７０ｋPa）で除去し、金属膜６の表面に形成された凹凸を除去する。そして、電解加工の後、残りの金属膜６、バリア層５、およびシード層７をＣＭＰ装置により低圧でゆっくりした加工速度で除去する。このように、本発明によれば、ＣＭＰ装置による加工時間を短くすることができ、基板に与える負荷を低減させることができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、基板上の所定の加工点が前記加工電極と前記絶縁体とを交互に通過するように前記基板キャリアーと前記テーブルとを相対運動させることを特徴とする。これにより、金属膜の表面に形成された錯体を絶縁膜によって確実に除去することができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記給電電極の上面に設けられた複数の開口部から第１の電解液を供給し、前記加工電極の上面に設けられた複数の開口部から第２の電解液を供給することを特徴とする。これにより、第１および第２の電解液を基板の金属膜に均一に供給することができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様は、前記複数の開口部を囲むように複数の堰を設けて、第１の電解液を前記給電電極の上面に溜めるとともに、第２の電解液を前記加工電極の上面に溜めることを特徴とする。これにより、第１の電解液および第２の電解液を、それぞれ給電電極および加工電極の上面に溜めることができるので、第１の電解液および第２の電解液を介して基板上の金属膜に確実に通電することができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記絶縁体は、前記給電電極および前記加工電極を覆うように配置された単一の部材であり、前記絶縁体に形成された貫通孔から該絶縁体と基板との間に電解液を供給することを特徴とする。これにより、絶縁体の上面に切れ目のない滑らかな接触面が形成される。したがって、基板上の金属膜に傷を与えてしまうことを防止することができる。また、本発明によれば、絶縁体の取り付けを容易に行うことができる。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、基板と弾性パッドから構成された前記絶縁体とを摺接させながら前記電解加工を行うことを特徴とする。これにより、基板と絶縁体（弾性パッド）との密着性を高めることができ、第１の電解液と第２の電解液との電気的絶縁を確保することができる。また、弾性パッドが基板と接触したときに基板の表面に傷が付くことを防止することができる。
【００２１】
本発明の好ましい態様は、基板と固定砥粒パッドから構成された前記絶縁体とを摺接させながら前記電解加工を行うことを特徴とする。これにより、金属膜の平坦性を向上させることができる。
【００２２】
本発明の好ましい態様は、前記弾性パッドは、のこぎり歯形状の断面を有する樹脂製パッドであることを特徴とする。これにより、金属膜の表面の凸部に生成した錯体などの不動態膜をパッドの凸部によって効果的に除去することができ、また、除去された不動態膜をパッドの凹部を通して排出することができる。
【００２３】
本発明の好ましい態様は、前記テーブルと前記絶縁体との間に弾性体を介在させたことを特徴とする。これにより、絶縁体の基板に対する圧力を絶縁体の全面に亘って均一にすることができる。
【００２４】
本発明の好ましい態様は、第１の電解液と第２の電解液とを、電気的絶縁を保ちつつ独立に循環させることを特徴とする。これにより、電解液を再利用することができるので、コストを下げることができる。
【００２５】
本発明の好ましい態様は、前記第１の電解液と前記第２の電解液の主成分は同一であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の好ましい態様は、電解加工開始時における前記第１の電解液と前記第２の電解液のそれぞれの主成分は略同一の濃度であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の好ましい態様は、前記基板キャリアーと前記テーブルとの相対運動は、前記基板キャリアーの回転運動、前記基板キャリアーの揺動、および前記基板キャリアーの並進運動のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明の好ましい態様は、前記基板キャリアーと前記テーブルとの相対運動は、前記テーブルのスクロール運動を含むことを特徴とする。これにより、絶縁体を基板の全面に接触させることができ、加工の面内均一性を向上させることができる。
【００２９】
本発明の好ましい態様は、複数の前記給電電極と複数の前記加工電極を交互に配置したことを特徴とする。これにより、複数の給電電極から第１の電解液を介して金属膜の広い部位に給電することができ、また、複数の加工電極によって、基板上の金属膜の全面を確実に加工することができる。
【００３０】
本発明の好ましい態様は、前記基板キャリアーと前記テーブルとが相対運動する距離は、前記複数の加工電極の間隔と同じか、またはそれ以上であることを特徴とする。これにより、基板上の金属膜の部分的な加工残しを防止し、金属面の全面をさらに確実に加工することができる。
【００３１】
本発明の好ましい態様は、前記複数の加工電極と基板との距離を変えることにより、基板上の金属膜の厚さ分布を調整することを特徴とする。
【００３２】
本発明の好ましい態様は、前記加工電極は、その長手方向に沿って一列に並ぶ複数の電極部に分割されていることを特徴とする。
【００３３】
本発明の好ましい態様は、前記複数の加工電極に供給する電流の分配を制御することにより、基板上の金属膜の厚さ分布を調整することを特徴とする。これにより、電解液の供給分布や基板とテーブルの相対速度の分布等に起因した加工速度の不均一性を改善することができる。
【００３４】
本発明の他の態様は、ロード／アンロードユニットから基板を取り出し、金属膜が表面に形成された基板を電解加工し、前記電解加工後、基板を洗浄して乾燥し、基板を前記ロード／アンロードユニットに戻し、前記電解加工は、少なくとも１つの給電電極と少なくとも１つの加工電極との間に配置された絶縁体に基板を接触させ、第１の電解液および第２の電解液を、前記絶縁体により電気的に絶縁させた状態で前記給電電極と基板との間、および前記加工電極と基板との間にそれぞれ供給し、前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加し、前記絶縁体と基板とを相対運動させることを特徴とする基板処理方法である。
【００３５】
本発明の好ましい態様は、前記電解加工後に、基板上に残っている金属膜を研磨することを特徴とする。
【００３６】
本発明の好ましい態様は、前記電解研磨の前に基板上の金属膜の厚さを測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、ダマシーン法による基板上の配線形成において、微細な凹凸を有する基板上の金属膜の表面を低い加工圧力で平坦化することができ、かつ金属膜をその全面に亘って均一な加工速度で加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、基板の表面に形成した金属膜としての銅膜を加工する電解加工装置の例を示している。
【００３９】
図３Ａは、本発明第１の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置の一例を示す断面図であり、図３Ｂは、図３ＡのIII−III線断面図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、電解加工装置（電解研磨装置）は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム１０と、アーム１０の自由端に垂設され、銅膜６が形成された表面を下向き（フェイスダウン）にして基板Ｗを吸着保持する円板状の基板キャリアー１１と、基板キャリアー１１の下方に配置される加工テーブル１２とを備えている。
【００４０】
アーム１０は、揺動用モータ１５に連結された揺動軸１６の上端に取り付けられており、揺動用モータ１５の駆動に伴って水平方向に揺動するようになっている。すなわち、揺動用モータ１５、アーム１０、および揺動軸１６は基板キャリアー１１を水平面内で揺動させる揺動機構（相対運動機構）１７を構成している。また、この揺動軸１６は、上下方向に延びるボールねじ１８に連結されており、ボールねじ１８に連結された上下動用モータ１９の駆動に伴ってアーム１０とともに上下動するようになっている。このように、ボールねじ１８および上下動用モータ１９は基板キャリアー１１を上下動させる上下動機構２０を構成している。なお、揺動軸１６にエアシリンダを連結し、このエアシリンダの駆動により揺動軸１６を上下動させてもよい。
【００４１】
基板キャリアー１１は、基板キャリアー１１で保持した基板Ｗと加工テーブル１２とを相対運動させる自転用モータ（回転機構）２２にシャフト２３を介して接続されており、この自転用モータ２２の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。また、上述したように、アーム１０は、上下動および水平方向に揺動可能となっており、基板キャリアー１１はアーム１０と一体となって上下動および水平方向に揺動可能となっている。
【００４２】
加工テーブル１２の下方には、基板キャリアー１１と加工テーブル１２とを相対運動させるスクロール機構２５が設置されている。このスクロール機構２５はスクロール用モータ２６と、このスクロール用モータ２６に連結されたクランクシャフト２７とを備えている。クランクシャフト２７の軸端は、スクロール用モータ２６の回転軸から偏心した位置にあり、加工テーブル１２の下面に設けられた軸受２８に回転自在に係合している。加工テーブル１２の下面には加工テーブル１２の自転を防止する自転防止機構（図示せず）が３つ以上設けられている。このような構成により、スクロール用モータ２６の駆動に伴って、加工テーブル１２は、スクロール用モータ２６の回転軸とクランクシャフト２７の軸端との距離を半径とした、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。なお、本実施形態では加工テーブル１２をスクロール運動させているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、加工テーブル１２を揺動運動させたり、往復運動させるようにしてもよい。
【００４３】
基板キャリアー１１および加工テーブル１２は絶縁材料から形成されており、これらは互いに対向するように配置されている。加工テーブル１２の上面には、互いに平行に延びる溝状の浴槽３０Ａ，３０Ｂが形成されており、これらの浴槽３０Ａ，３０Ｂの中には、銅膜６に給電する給電電極３１および銅膜６を加工する加工電極３２がそれぞれ配置されている。給電電極３１は電源３３の陽極に接続されてアノード電極として機能し、加工電極３２は電源３３の陰極に接続されてカソード電極として機能する。以下、給電電極をアノード電極と、加工電極をカソード電極という。
【００４４】
ここで、電極は、電解反応により酸化また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、導電性酸化物または導電性セラミックスを使用することが好ましい。本実施形態では、アノード電極３１およびカソード電極３２として、下地の電極素材にチタン（Ｔｉ）を用い、その表面にめっきやコーティングで白金（Ｐｔ）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用いられている。このような貴金属を用いた電極は、耐食性および導電性の点で優れている。
【００４５】
図３Ａに示すように、アノード電極３１およびカソード電極３２の長手方向の長さは基板Ｗの直径よりも大きく設定されている。アノード電極３１とカソード電極３２は互いに平行に延び、アノード電極３１とカソード電極３２との間には隔壁３５が形成されている。この隔壁３５は加工テーブル１２の一部位から構成されており、隔壁３５、すなわち加工テーブル１２は液体を浸透させない材料（非通液性材料）から形成されている。
【００４６】
図３Ｂに示すように、加工テーブル１２の上面には複数の絶縁体３６が取り付けられている。これらの絶縁体３６のうちの１つは隔壁３５の上面に配置され、アノード電極３１とカソード電極３２の間に位置している。その他の絶縁体３６はアノード電極３１の外側およびカソード電極３２の外側に配置されている。これらの絶縁体３６の上面は同一平面内に位置しており、アノード電極３１とカソード電極３２の各上面は絶縁体３６の上面よりもやや下方（例えば０．５ｍｍ程度）に位置している。したがって、上下動用モータ１９を駆動させて基板キャリアー１１を下降させると、図３Ｂに示すように、基板Ｗ上の銅膜６が絶縁体３６に接触し、アノード電極３１と銅膜６、およびカソード電極３２と銅膜６との間には微小な隙間が形成される。このように、絶縁体３６の上面は基板Ｗとの接触面を構成し、アノード電極３１およびカソード電極３２は基板Ｗ（銅膜６）と非接触に保たれる。
【００４７】
アノード電極３１の内部には、アノード液（第１の電解液）が流れるマニホルド（第１の流体流路）４１がアノード電極３１の長手方向に延びて形成されており、同様に、カソード電極３２の内部には、カソード液（第２の電解液）が流れるマニホルド（第２の流体流路）４２がカソード電極３２の長手方向に延びて形成されている。これらのマニホルド４１，４２は第１供給流路５１および第２供給流路５２にそれぞれ接続されており、これらの第１供給流路５１および第２供給流路５２を通じてアノード液およびカソード液がそれぞれマニホルド４１，４２に供給されるようになっている。
【００４８】
アノード電極３１の内部にはマニホルド４１に連通する複数の通液孔４８が形成されている。これらの通液孔４８は上下に延び、その上端はアノード電極３１の上面で開口して開口部４８ａを構成している。アノード電極３１と同様に、カソード電極３２の内部にもマニホルド４２に連通する複数の通液孔４９が形成されている。これらの通液孔４９は上下に延び、その上端はカソード電極３２の上面で開口して開口部４９ａを構成している。このような構成により、マニホルド４１に供給されたアノード液は基板Ｗとアノード電極３１との間の隙間に供給され、マニホルド４２に供給されたカソード液は基板Ｗとカソード電極３２との間の隙間に供給される。そして、供給されたアノード液およびカソード液は、それぞれ浴槽３０Ａ，３０Ｂ内に貯留される。なお、通液孔４８，４９の径は１〜１．５ｍｍであることが好ましく、間隔は１０〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００４９】
図３Ａに示すように、浴槽３０Ａの底部には凹部５０が形成されており、この凹部５０の底部には排出孔５３が形成されている。浴槽３０Ａは排出孔５３を介して第１排出流路６１に接続されており、浴槽３０Ａ内のアノード液は、第１排出流路６１を通じて外部に排出されるようになっている。また、カソード電極３２が配置される浴槽３０Ｂにも凹部および排出孔（図示せず）が同様に形成されており、浴槽３０Ｂは排出孔を介して第２排出流路６２に接続されている。そして、浴槽３０Ｂ内のカソード液は、第２排出流路６２を通じて外部に排出されるようになっている。
【００５０】
次に、上記電解加工装置によって、基板Ｗの表面に形成された銅膜（金属膜）６をエッチング除去する例について詳細に説明する。まず、上下動用モータ１９を駆動させ、基板Ｗ上の銅膜６が絶縁体３６の上面に接触するまで基板キャリアー１１を下降させる。基板Ｗを低圧で絶縁体３６に接触させた状態で、アノード電極３１と基板Ｗとの間にアノード液を供給し、同時にカソード電極３２と基板Ｗとの間にカソード液を供給する。その後、揺動機構１７、自転用モータ（回転機構）２２、およびスクロール機構２５の少なくとも１つを駆動させ、これにより基板Ｗと加工テーブル１２とを相対運動させて、絶縁体３６を基板Ｗ上の銅膜６に摺接させる。そして、電源３３によりアノード電極３１とカソード電極３２との間に電圧を印加する。
【００５１】
ここで、アノード液とカソード液とは隔壁３５および絶縁体３６によって電気的に絶縁されているため、電流は基板Ｗ上の銅膜６を通ってアノード電極３１からカソード電極３２に流れる。このとき、基板Ｗ上の銅膜６の電位は、電解液であるアノード液によってアノード電極３１の電位と実質的に等しくなる。一方、電解液であるカソード液を介して銅膜６には電子が供給される。その結果、カソード側では、供給される電子によって銅がイオン化して溶出し、さらに銅膜６の表面はカソード液（電解液）の中で錯体を形成する。この状態で、基板キャリアー１１と加工テーブル１２とを相対運動させることにより、銅膜６の所定の加工点がカソード電極３２と絶縁体３６とを交互に通過し、銅膜６の凸部上の錯体が絶縁体３６によって選択的に除去されて銅膜６の表面が平坦化される。
【００５２】
基板Ｗとアノード電極３１との間に供給されたアノード液は浴槽３０Ａに貯留され、同様に、基板Ｗとカソード電極３２との間に供給されたカソード液は浴槽３０Ｂに貯留される。このとき、２つの浴槽３０Ａ，３０Ｂは隔壁３５と絶縁体３６によって隔離されているので、浴槽３０Ａ，３０Ｂ中のアノード液とカソード液とが電気的に絶縁された状態が維持される。
【００５３】
なお、絶縁体３６としては、弾性を有するパッドを用いることが好ましい。弾性パッドを用いることで、基板Ｗと絶縁体（パッド）３６との密着性を高めることができ、アノード液とカソード液との混合を防止して電気的絶縁を確保することができる。また、弾性パッドを用いることによって、基板Ｗと接触したときに基板Ｗの表面に傷が付くことを防止することができる。このようなパッドの例としては、ＣＭＰ装置で使用されているポリウレタン製のＩＣ１０００やＰｏｌｉｔｅｘ（いずれもＲｏｄｅｌ社製）などが挙げられる。また、被加工面の平坦性を向上させるために、固定砥粒パッド（Fixed Abrasive Pad）を用いてもよい。なお、絶縁体の全体をパッドから構成しなくてもよく、少なくとも基板との接触面が上記パッドから構成されていればよい。
【００５４】
また、上記パッドとして、図４に示すような、のこぎり歯形状の断面を有する樹脂製パッド３６を用いることもできる。この場合、砥粒を含まないパッド（Abrasive Free Pad）が好適に用いられる。このような樹脂製パッドを用いることにより、銅膜６の表面の凸部に生成した錯体などの不動態膜をパッドの凸部３６ａによって効果的に除去することができ、除去された不動態膜を樹脂製パッド３６の凹部３６ｂを通して排出することができる。また、砥粒を含まないパッドは、固定砥粒パッドに比べて耐久性があるという利点がある。
【００５５】
上記樹脂製パッドを構成する材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などが挙げられる。絶縁体３６を構成する素材は、それ自体が電気的絶縁性を有し、かつ連続気孔を持たない、すなわち通液性を持たないものであることが必要である。なお、図４は、凸部の間隔を５０μｍ、高さを３０μｍ、パッドの厚さを１００μｍとした例を示している。
【００５６】
ここで、アノード電極３１に供給されるアノード液は、該アノード液を介して基板Ｗ上の銅膜６に給電できるものであればどのような種類の電解液であってもよい。一方、カソード電極３２に供給されるカソード液は、それ自体エッチング作用のある電解液である必要がある。したがって、アノード液およびカソード液としては、このような条件を満たす電解液がそれぞれ使用される。
【００５７】
しかしながら、アノード液およびカソード液として同じ種類の電解液を用いることもできる。これは次の理由による。すなわち、基板Ｗの被加工面においてアノード液とカソード液とを絶縁体３６によって完全に分離することは難しく、アノード液とカソード液とが僅かながら相互に混入して、いわゆるクロスコンタミネーションを引き起こしてしまう。そこで、このようなクロスコンタミネーションを防止する観点から、アノード液とカソード液を同じ種類の液体とすることが好ましい。アノード液とカソード液とが同じ種類の電解液であれば、クロスコンタミネーションを許容することができ、電解液の管理が容易となり、さらには電解液を長期間使用することができる。
【００５８】
アノード液およびカソード液の例としては、高濃度リン酸液、ＨＥＤＰ（１−ヒドロキシエチリデンジホスホン酸）とＮＭＩ（Ｎ−メチルイミダゾール）を主成分として含む電解液、およびＨＥＤＰとＮＨ４ＯＨとＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）とを主成分として含む電解液などが挙げられる。この場合、ＨＥＤＰとＮＨ４ＯＨとＢＴＡとを含む電解液を用いることは、平坦化性能を向上させる点で好ましい。
【００５９】
このように、アノード液およびカソード液として異なる種類の電解液を用いる必要は必ずしも必要ないが、アノード液およびカソード液を電気的に絶縁する必要がある。何故ならば、アノード液およびカソード液が電気的に絶縁されていないと、アノード電極３１およびカソード電極３２に供給された電力が電解液を介して短絡してしまい、基板Ｗ上の銅膜６に給電できず、所望の加工ができないからである。このために、本実施形態では、アノード液が流通する経路（第１供給流路５１、マニホルド４１、通液孔４８、浴槽３０Ａ、および第１排出流路６１）とカソード液が流通する経路（第２供給流路５２、マニホルド４２、通液孔４９、浴槽３０Ｂ、および第２排出流路６２）とが互いに独立して設けられている。さらに、アノード電極３１とカソード電極３２との間に隔壁３５と絶縁体３６を配置することによって、アノード液とカソード液とを分離させている。このように、本実施形態によれば、アノード液とカソード液を、電気的に絶縁された状態を保ちつつそれぞれ基板Ｗ上の銅膜６に供給することができる。
【００６０】
ここで、電解加工装置の他の構成例について図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。図５Ａは電解加工装置の他の構成例を示す断面図であり、図５Ｂは図５Ａに示すV−V線断面図である。
【００６１】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、アノード電極３１の上面には、各通液孔４８の開口部４８ａを囲むように複数の堰５８が設けられている。同様に、カソード電極３２の上面にも、各通液孔４９の開口部４９ａを囲むように複数の堰５９が設けられている。このような構成によれば、通液孔４８，４９から吐出されたアノード液およびカソード液をアノード電極３１およびカソード電極３２の上面に溜めることができる。したがって、アノード液およびカソード液を介して基板Ｗ上の銅膜６に確実に通電することができ、加工効率を上げることができる。ここで、堰５８，５９の材質は、基板Ｗ上の銅膜６に接触しても銅膜６へダメージを与えないような軟らかいものであり、かつ電解液に侵されないものであることが必要である。例えば、フッ素ゴム（ＦＰＭ）やエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を材料とするＯリングを堰５８，５９として用いることができる。この場合、各開口部４８ａ，４９ａの周囲に環状溝を形成し、Ｏリングをこれらの環状溝に嵌め込んでもよい。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００６３】
図６に示すように、電解加工装置は、アノード液を貯留する第１貯留タンク７１と、カソード液を貯留する第２貯留タンク７２とを備えている。第１貯留タンク７１は、アノード電極３１のマニホルド４１に第１供給流路５１を介して接続されており、第２貯留タンク７２は、カソード電極３２のマニホルド４２に第２供給流路５２を介して接続されている。第１供給流路５１および第２供給流路５２にはポンプ７３がそれぞれ設けられており、これらのポンプ７３により、第１貯留タンク７１および第２貯留タンク７２に貯留されているアノード液およびカソード液がそれぞれマニホルド４１，４２に送り込まれるようになっている。なお、アノード液用の第１貯留タンク７１とカソード液用の第２貯留タンク７２を個別に設ける理由は、電解液を介した短絡を防ぐためである。
【００６４】
アノード電極３１を収容する浴槽３０Ａは第１排出流路６１を介して第１貯留タンク７１に連通しており、カソード電極３２を収容する浴槽３０Ｂは第２排出流路６２を介して第２貯留タンク７２に連通している。第１排出流路６１および第２排出流路６２にはポンプ７４がそれぞれ設けられており、これらのポンプ７４により、浴槽３０Ａ，３０Ｂに貯留されたアノード液およびカソード液がそれぞれ第１貯留タンク７１および第２貯留タンク７２に回収されるようになっている。そして、第１貯留タンク７１および第２貯留タンク７２に回収されたアノード液およびカソード液は、第１供給流路５１および第２供給流路５２を介してアノード電極３１およびカソード電極３２に供給され、再び基板Ｗ上の銅膜６の処理に供される。なお、このように第１排出流路６１および第２排出流路６２にポンプ７４を設けることは、電解液（アノード液およびカソード液）の粘性が高く流動性が悪い場合に特に有効である。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、アノード液とカソード液を回収して再利用することができるので、第１の実施形態と比べて電解液（アノード液、カソード液）に要する費用を低くすることができる。また、本実施形態においても、アノード液の循環経路（第１供給流路５１、マニホルド４１、通液孔４８、浴槽３０Ａ、第１排出流路６１、第１貯留タンク７１）とカソード液の循環経路（第２供給流路５２、マニホルド４２、通液孔４９、浴槽３０Ｂ、第２排出流路６２、第２貯留タンク７２）とが互いに独立して設けられているので、アノード液とカソード液の電気的な絶縁状態を保つことができる。
【００６６】
次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００６７】
図７に示すように、絶縁体３６と加工テーブル１２との間には弾性体７７が配置されている。この弾性体７７は加工テーブル１２のほぼ上面全体を覆うように設けられている。この弾性体７７を設けることによって、基板Ｗ上の銅膜６が絶縁体３６に接触するときの圧力を低減させることができるとともに、絶縁体３６の上面（接触面）の全体の亘って圧力分布を均一にすることができる。なお、図４に示すのこぎり歯形状の断面を有する樹脂製パッドを絶縁体３６として用いる場合は、樹脂製パッドと加工テーブル１２との間に弾性体７７を設けることが好ましい。これにより、基板Ｗが樹脂製パッドの凸部に局所的に強く押圧されてしまうことが防止できる。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明の第４の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００６９】
図８に示すように、本実施形態に用いられる絶縁体３６は単一の部材であり、加工テーブル１２、アノード電極３１、およびカソード電極３２の上面を覆うように加工テーブル１２に取り付けられている。絶縁体３６には、アノード液およびカソード液を通過させる複数の貫通孔３６ｃが形成されている。これらの貫通孔３６ｃは、アノード電極３１およびカソード電極３２に形成された通液孔４８，４９の開口部４８ａ，４９ａの位置に対応して形成されており、マニホルド４１，４２に供給されたアノード液およびカソード液が、通液孔４８，４９および貫通孔３６ｃを通って基板Ｗの銅膜６に接触するようになっている。
【００７０】
本実施形態によれば、単一の部材である絶縁体３６により、切れ目のない滑らかな接触面が実現されるので、基板Ｗ上の銅膜６に傷を与えてしまうことを防止することができ、また、絶縁体３６の加工テーブル１２への取り付けを容易に行うことができる。さらに、絶縁体３６として弾性パッドを用いた場合は、基板Ｗの押し付け力の分布を基板Ｗの全面に亘って均一とすることができる。
【００７１】
なお、第１乃至第４の実施形態では、１つのアノード電極および１つのカソード電極３のみが設けられているが、複数のアノード電極および複数のカソード電極を設けてもよい。このような構成例について図９を参照して説明する。図９は、本発明の第５の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す平面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００７２】
図９に示すように、電解加工装置は、複数のアノード電極３１と、複数のカソード電極３２とを備えており、これらは並列に配置されている。これらのアノード電極３１とカソード電極３２は交互に配置され、それぞれ電源３３の陽極および陰極に接続されている。なお、図示はしないが、それぞれのアノード電極３１とカソード電極３２との間には隔壁３５および絶縁体３６が配置されており（図３Ｂ参照）、アノード液とカソード液とが電気的に絶縁されている。
【００７３】
本実施形態では、揺動機構に代えて、並進機構８０が設けられている。この並進機構８０は、アーム１０が取り付けられる可動フレーム８１と、可動フレーム８１を貫通するボールねじ８２と、このボールねじ８２を回転させる往復動用モータ８３とを備えている。ボールねじ８２は水平方向に延び、かつアノード電極３１およびカソード電極３２の配列方向に沿って延びている。このような構成により、往復動用モータ８３の駆動に伴って、可動フレーム８１およびアーム１０が往復移動し、これにより基板キャリアー１１がアノード電極３１およびカソード電極３２の配列方向（アノード電極３１とカソード電極３２の長手方向と垂直な方向）に沿って往復移動（スキャン移動）する。この場合、基板キャリアー１１と加工テーブル１２とが相対運動する距離は、カソード極間３２の間隔と同じか、またはそれ以上であることが好ましい。
【００７４】
また、可動フレーム８１の上部には上下動用モータ８５が設置されており、この上下動用モータ８５には上下方向に延びるボールねじ（図示せず）が連結されている。このボールねじにはアーム１０の端部が取り付けられており、上下動用モータ８５の駆動に伴ってアーム１０がボールねじを介して上下動するようになっている。なお、アノード電極３１、カソード電極３２、および絶縁体３６から構成される矩形状の加工部９０の大きさは、基板Ｗの直径よりも一回り大きく設定されている。
【００７５】
このような構成を有する本実施形態によれば、複数のアノード電極３１（給電電極）からアノード液を介して非接触で基板の広い部位に給電することができる。また、複数のカソード電極（加工電極）３２と複数の絶縁体３６とによって、基板Ｗ上の銅膜６の全面を確実に加工することができる。
【００７６】
ここで、加工速度を変えるために、カソード電極３２と基板Ｗとの距離を調整する距離調整機構を設けてもよい。このような構成例について図１０を参照して説明する。図１０は本発明の第６の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は上述した第５の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００７７】
図１０に示すように、各カソード電極３２は支持アーム９２にそれぞれ支持されており、これらの支持アーム９２はＬ字アーム９４を介して距離調整機構９５にそれぞれ連結されている。この距離調整機構９５は、Ｌ字アーム９４が固定される可動フレーム９６と、可動フレーム９６を貫通するボールねじ９７と、ボールねじ９７を回転させる距離調整用モータ９８とを備えている。距離調整用モータ９８がボールねじ９７を回転させると、可動フレーム９６が上下動し、これに伴い、Ｌ字アーム９４および支持アーム９２とともにカソード電極３２が上下動する。カソード電極３２は、支持アーム９２に支持された状態で浴槽３０Ｂの内部に配置され、浴槽３０Ｂ内で上下動するようになっている。この実施形態では、浴槽３０Ｂの底部は平坦となっており、底部に形成された排出孔を介してカソード液が第２排出流路６２に流れ込むようになっている。
【００７８】
なお、図１０には１つの支持アーム９２、１つのＬ字アーム９４、および１つの距離調整機構９５のみが記載されているが、各カソード電極３２に対応して複数の支持アーム９２、Ｌ字アーム９４、および距離調整機構９５が設けられている。すなわち、それぞれのカソード電極３２は独立に上下動可能となっており、銅膜６の厚さ分布に応じてカソード電極３２と基板Ｗとの距離を変えることができる。例えば、銅膜６の厚い部分に対応するカソード電極３２と基板Ｗとの距離を小さくし、銅膜６の薄い部分に対応するカソード電極３２と基板Ｗとの距離を大きくすることで、基板Ｗの全面に亘って均一な膜厚を得ることができる。また、総てのカソード電極３２を基板Ｗに近づければ、全体的な加工速度を上げることができる。なお、第５および第６の実施形態では、基板キャリアー１１を往復移動（並進運動）させる並進機構が採用されているが、これに代えて図３Ａに示すような揺動機構を採用してもよい。
【００７９】
次に、本発明の第７の実施形態について図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明する。図１１Ａは本発明の第７の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図であり、図１１Ｂはアノード電極３１とカソード電極３２を上から見たときの平面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００８０】
図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、それぞれのカソード電極３２は、その長手方向に沿った位置で複数の電極部９９に分割され、これらの電極部９９はカソード電極３２の長手方向に沿って一列に配列されている。それぞれの電極部９９の下部には、電極部９９と基板Ｗとの距離を調整する距離調整機構１００が設けられている。なお、本実施形態では、距離調整機構１００として圧電素子（圧電アクチュエータ）が用いられている。
【００８１】
各電極部９９の内部には、第１の実施形態と同様に、マニホルド４２と、このマニホルド４２に連通する複数の通液孔４９がそれぞれ形成されている。隣接するマニホルド４２は弾性チューブ１０１を介して連通しており、第２供給流路５２から供給されたカソード液は、弾性チューブ１０１を介して各マニホルド４２に供給されるようになっている。弾性チューブ１０１は、隣接する電極部９９同士が互いの動きを阻害することなく上下動できる程度に変形自在であることが好ましい。なお、図示はしないが、本実施形態においても、それぞれのアノード電極３１とカソード電極３２との間には隔壁３５および絶縁体３６が配置されており（図３Ｂ参照）、アノード液とカソード液とが電気的に絶縁されている。
【００８２】
それぞれの電極部９９は配線を介して電源３３および制御部（後述する）に接続されており、制御部によって各電極部９９の電流密度が独立して変えられるようになっている。したがって、銅膜６の厚さ分布に応じて、電極部９９の電流密度および電極部９９と基板Ｗとの距離を変えることができ、基板Ｗの全面に亘って均一な膜厚を得ることができる。例えば、銅膜６の厚い部分に対応する電極部９９の電流密度を大きくし、銅膜６の薄い部分に対応する電極部９９の電流密度を小さくすることで、基板Ｗの全面に亘って均一な膜厚を得ることができる。また、電解加工後にＣＭＰ加工を行う場合は、ＣＭＰの加工特性を考慮し、銅膜６の外周部を厚めに残すようにすることもできる。このように、本実施形態によれば、基板のプロファイル（膜厚分布）を精密にコントロールすることが可能となる。
【００８３】
なお、今まで述べた実施形態は適宜組み合わせることができる。例えば、図４に示すのこぎり歯形状の断面を有する樹脂製パッドを、第２乃至第７の実施形態における電解加工装置に用いてもよく、また、第１貯留タンク７１および第２貯留タンク７２を第３乃至第７の実施形態に組み込んでもよい。
【００８４】
次に、上述した電解加工装置を備えた基板処理システムについて図１２を参照して説明する。図１２は、電解加工装置が組み込まれた基板処理システムを示す平面図である。なお、この基板処理システムに組み込まれる電解加工ユニットとして、上記第７の実施形態に係る電解加工装置が用いられている。しかしながら、この基板処理システムに用いられる電解加工装置は第７の実施形態のものに限られず、第１乃至第６のいずれの電解加工装置を用いてもよい。
【００８５】
図１２に示すように、基板処理システムは、基板（例えば半導体ウエハ）の搬入および搬出を行う２基のロード／アンロードユニット１０５と、基板上の銅膜（金属膜）をエッチング除去する電解加工ユニット（電解加工装置）１０６と、基板上の銅膜を化学機械的に研磨するＣＭＰユニット（Chemical Mechanical Polishing unit）１０７と、研磨後の基板を洗浄して乾燥させる洗浄ユニット１０８と、基板を搬送する搬送ロボット１０９および搬送ユニット１１０とを備えている。
【００８６】
また、この基板処理システムは、電解加工ユニット１０６に電解液（アノード液およびカソード液を）を供給する電解液供給ユニット１１１と、電解液を管理する電解液管理ユニット１１２と、ＣＭＰユニット１０７に研磨液を供給する研磨液供給ユニット１１３と、基板を反転させる反転機１１４と、基板上の膜厚を測定する膜厚測定ユニット（膜厚モニター）１１５と、この基板処理システムの動作を制御する制御部１１６とを備えている。上述した、基板処理システムの総ての構成要素は、矩形状のフレーム１１７内に配置されている。
【００８７】
ロード／アンロードユニット１０５上にはカセット（図示せず）がそれぞれ載置されており、これらのカセット内には、複数の基板が被加工面（銅膜が形成されている面）が上を向くように収容されている。搬送ロボット１０９は、水平面内で屈折自在な関節アーム１０９ａを有しており、それぞれ上下に２つの把持部をドライフィンガーとウェットフィンガーとして使い分けている。ロード／アンロードユニット１０５、膜厚測定ユニット１１５、反転機１１４、および洗浄ユニット１０８は、搬送ロボット１０９の関節アーム１０９ａが到達可能な位置に配置されており、搬送ロボット１０９はこれらのユニットの間で基板を搬送する。
【００８８】
膜厚測定ユニット１１５は、加工前の基板の膜厚分布を測定し、制御部１１６は、測定された膜厚分布に基づいてＣＭＰユニット１０７や電解加工ユニット１０６の加工速度を制御するようになっている。また、膜厚測定ユニット１１５は、加工の終点を検知する終点検知装置としても用いることができる。なお、膜厚測定ユニット１１５としては、渦電流を利用した渦電流式膜厚測定器が好適に使用される。
【００８９】
反転機１１４と、ＣＭＰユニット１０７と、電解加工ユニット１０６との間の基板の搬送は、搬送ユニット１１０によって行われる。この搬送ユニット１１０は、図３Ａに示す揺動機構１７と上下動機構２０により構成されている。すなわち、搬送ユニット１１０は、基板キャリアー１１が取り付けられたアーム１０と、揺動用モータ１５と、揺動軸１６と、ボールねじ１８と、上下動用モータ１９とを備えている（図３Ａ参照）。基板キャリアー１１は、基板を保持したまま揺動軸１６を中心に回転し、これにより基板が、反転機１１４、ＣＭＰユニット１０７、および電解加工ユニット１０６の間で搬送される。このように、搬送ユニット１１０は、基板を基板キャリアー１１から離脱させることなく基板を搬送することができるので、スループットを向上させることができる。
【００９０】
電解加工ユニット１０６は、送液ライン１２０により電解液供給ユニット１１１に接続されている。この送液ライン１２０は、第１供給流路５１、第２供給流路５２、第１排出流路６１、および第２排出流路６２（図６参照）を備えている。すなわち、電解加工ユニット１０６のアノード電極３１およびカソード電極３２には、電解液供給ユニット１１１からアノード液およびカソード液が送液ライン１２０の第１供給流路５１および第２供給流路５２を介してそれぞれ供給されるようになっている。また、電解加工ユニット１０６に供給されたアノード液およびカソード液は、送液ライン１２０の第１排出流路６１および第２排出流路６２を介して電解液供給ユニット１１１に回収されるようになっている。この場合も、アノード液の循環流路とカソード液の循環流路は互いに独立に設けられており、アノード液とカソード液との電気的絶縁が保たれている。なお、この基板処理システムでは、アノード液およびカソード液として同一種の電解液を用いている。
【００９１】
ここで、電解加工の速度は、一般に、電解液の温度に依存する。具体的には、電解液の温度が高いと、加工速度が大きくなる傾向にある。したがって、電解加工の安定化のためには、電解液を適度な温度に管理する必要がある。また、電解液の成分が消費されると、好ましいｐＨや電気伝導率を維持することができなくなる。通常、良好な電解加工を行うためには数十ｍＳ／ｃｍの電気伝導率を維持する必要があり、これが大きく変化すると、微細な配線パターンを加工する上で望ましい選択性が得られない。さらに、電解液を循環させながら一定期間使用すると、除去した金属成分の濃度が高くなり、電解液に金属が析出して基板の被加工面へダメージを与えてしまう。
【００９２】
このような理由から、電解液の管理は極めて重要であり、このために本基板処理システムは電解液管理ユニット１１２を備えている。この電解液管理ユニット１１２は、電解液の温度、電気伝導率、ｐＨ、および含有金属（銅）濃度の少なくとも１つの要素に基づいて電解液の管理を行うようになっている。
【００９３】
本実施形態では、電解加工ユニット１０６に隣接してコンディショニングユニット１２１が配置されている。このコンディショニングユニット１２１を設ける理由は次の通りである。すなわち、電解加工ユニット１０６では、基板上の銅膜に生成した錯体を絶縁体が擦り取るため、絶縁体の上面には錯体などの生成物が経時的に堆積する。一方、加工の安定性や加工の面内均一性を常に良好に維持するためには、絶縁体の接触面（上面）の状態を常に一定に保つことが望まれる。そこで、絶縁体の上面に堆積した生成物を除去するために、絶縁体の接触面をコンディショニングするコンディショニングユニット１２１が設けられている。このコンディショニングユニット１２１は、絶縁体の接触面をコンディショニングするコンディショナー１２２と、このコンディショナー１２２を揺動させる揺動機構１２３とを備えている。揺動機構１２３はアーム１２４を有し、このアーム１２４の先端にコンディショナー１２２が回転自在に取り付けられている。本実施形態では、コンディショナー１２２として、自身の軸心を中心として回転する円筒状のブラシが用いられている。なお、ブラシに代えて洗浄液を絶縁体の接触面に向けて噴射するスプレーを用いてもよい。
【００９４】
図１２に示すように、電解加工が行われている間は、コンディショナー１２２は電解加工ユニット１０６の側方に位置している。そして、電解加工が終了して基板が電解加工ユニット１０６から搬出されると、揺動機構１２３はアーム１２４を揺動させて、コンディショナー１２２を絶縁体３６の上方のコンディショニング位置まで移動させる。次に、揺動機構１２３はコンディショナー１２２を下降させて絶縁体３６の接触面に接触させ、同時に図示しない自転用モータを駆動してコンディショナー１２２を回転（自転）させる。この状態でコンディショナー１２２を揺動させることにより絶縁体３６の接触面のコンディショニングを行う。コンディショニング終了後は、コンディショナー１２２の回転を停止させ、その後、コンディショナー１２２を上昇させ、アーム１２４を揺動させて、コンディショナー１２２を元の位置に戻す。
【００９５】
ＣＭＰユニット１０７は、上面に研磨布などの研磨パッド１３０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル１３１を備えている。研磨テーブル１３１は、図示しないモータにより、その軸心を中心として回転するようになっている。このＣＭＰユニット１０７は次のように動作する。まず、基板キャリアー１１と研磨テーブル１３１とをそれぞれ自転させ、研磨液供給ユニット１１３から研磨液を研磨テーブル１３１の研磨面に供給する。そして、基板キャリアー１１を下降させて基板を所定の圧力で研磨面に押圧する。研磨液供給ユニット１１３から供給される研磨液には、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スラリーが用いられ、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が平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００９６】
洗浄ユニット１０８は、基板を略水平に保持して高速で回転させる基板保持部（例えばスピンチャック）を有している。この洗浄ユニット１０８では、まず、基板を回転させた状態で該基板の表面に純水（ＤＩＷ）等の洗浄液が供給されて洗浄工程（リンス工程）が行われる。この洗浄工程後の基板の表面には、洗浄液が付着して残留しているので、その洗浄液を除去するために基板を高速で回転させ、遠心力で洗浄液を除去する乾燥工程（スピン乾燥工程）が行われる。
【００９７】
次に上記構成を有する基板処理システムの動作について図１３および図１４を参照して説明する。図１３は図１２に示す基板処理システムの動作の流れを示す図であり、図１４は、図１２に示す電解加工ユニットの動作の流れを示す図である。
【００９８】
図１３に示すように、まず、銅膜（金属膜）が表面に形成された１枚の基板を、ロード／アンロードユニット１０５のカセットから搬送ロボット１０９により取り出す（ステップ１）。基板は膜厚測定ユニット１１５に搬送され、ここで基板の表面に形成された銅膜の複数の加工点における膜厚が測定される（ステップ２）。膜厚測定ユニット１１５の測定結果は制御部１１６に送られ、制御部１１６により加工前のプロファイル（加工前の膜厚分布）が取得される。このプロファイルは電解加工ユニット１０６およびＣＭＰユニット１０７の制御に利用される。その後、基板は搬送ロボット１０９により反転機１１４に搬送され、反転機１１４により銅膜が形成された表面が下を向くように反転させられる（ステップ３）。
【００９９】
次に、搬送ユニット１１０が稼働して基板キャリアー１１を反転機１１４まで移動させ、基板を基板キャリアー１１に保持させる。そして、搬送ユニット１１０により基板を反転機１１４から電解加工ユニット１０６まで移動させ、電解加工ユニット１０６により基板を加工する（ステップ４）。
【０１００】
電解加工ユニット１０６では次のようにして電解加工が行われる。まず、図１４に示すように、上下動用モータ１９（図３Ａ参照）により基板キャリアー１１を下降させて基板Ｗを絶縁体３６に接触させる（ステップ１´）。この状態で電解液供給ユニット１１１からアノード電極３１と基板Ｗとの間にアノード液を供給し、同時にカソード電極３２と基板Ｗとの間にカソード液を供給する（ステップ２´）。その後、スクロール機構２５を駆動させ、加工テーブル１２をスクロール運動させる（ステップ３´）。そして、アノード電極３１とカソード電極３２との間に電圧を印加し（ステップ４´）、この状態で、揺動機構１７を駆動させて基板キャリアー１１を反復揺動させる。（ステップ５´）。このようにして基板キャリアー１１と加工テーブル１２とを相対的に往復移動させることにより、銅膜の総ての部位がカソード電極３２と絶縁体３６とを交互に通過し、絶縁体３６によって銅膜の凸部の錯体が選択的に除去される。
【０１０１】
所定の加工時間経過後、アノード電極３１とカソード電極３２への電圧の印加を停止し、基板Ｗと加工テーブル１２との相対運動を停止し、アノード液およびカソード液の供給を停止し、これにより電解加工を終了させる（ステップ６´）。そして、基板キャリアー１１を上昇させて基板Ｗを絶縁体３６から離間させ、搬送ユニット１１０により基板Ｗを基板キャリアー１１とともにＣＭＰユニット１０７に搬送する（ステップ７´）。このとき、絶縁体３６の上面に存在する錯体などの残渣を除去するために、コンディショニングユニット１２１を稼働させて絶縁体３６の上面（接触面）のコンディショニングを行う（ステップ８´）。
【０１０２】
ＣＭＰユニット１０７では、研磨テーブル１３１が図示しないモータに駆動されて回転し、同時に基板キャリアー１１が自転用モータ２２（図３Ａ参照）に駆動されて基板とともに回転する。研磨テーブル１３１の上面（研磨面）には研磨液供給ユニット１１３から研磨液が供給され、この状態で基板キャリアー１１が下降し、基板の被研磨面を研磨テーブル１３１の研磨面に押し付ける。基板は、研磨液の存在下で研磨面と摺接し、これによって基板の表面が平坦に研磨される（図１３のステップ５）。このようにして、銅膜やバリア層などが除去され、基板の表面に銅配線（金属配線）が形成される（図２Ｄ参照）。
【０１０３】
ＣＭＰ加工の終了後、基板キャリアー１１が上昇して基板を研磨テーブル１３１から離間させ、さらに搬送ユニット１１０が揺動して基板を反転機１１４に搬送する（ステップ６）。反転機１１４は基板を反転させて被加工面を上に向かせる。そして、搬送ロボット１０９が基板を受け取り、基板を洗浄ユニット１０８に搬送し、ここで基板を洗浄する（ステップ７）。
【０１０４】
洗浄ユニット１０８では、基板保持部が搬送ロボット１０９から基板を受け取り、基板を水平面内で回転させる。そして、回転する基板の表面に洗浄液が噴射されて基板上に残留する砥粒などの研磨残渣が除去される。その後、基板保持部によって基板を高速で回転させて基板上の洗浄液を除去し、これにより基板を乾燥させる。洗浄後、基板は、必要に応じて、膜厚測定ユニット１１５に搬送され、ここで所望の加工結果が得られているか否かが確認される（ステップ８）。その後、基板は搬送ロボット１０９によりロード／アンロードユニット１０５のカセットに戻される（ステップ９）。このように、本実施形態に係る基板処理システムによれば、ドライな状態で搬入された基板を加工し、ドライな状態でロード／アンロードユニット１０５のカセットに戻す、いわゆるドライイン−ドライアウトを実現することができる。
【０１０５】
ここで、電解加工ユニット１０６における各プロセス条件を以下に示す。なお、カッコ内の数値はプロセス条件の一例を示している。
・カソード電極間隔：    40〜80mm        （50mm）
・絶縁体の材料：            IC1000、その他    （IC1000）
・押し付け荷重：            0.25〜2.0psi    （1.0psi）
・電流密度：                10〜100mA/cm2    （10,55,100mA/cm2）
・電解液供給流量：          100〜500ml/min  （500ml/min）
・基板キャリアーの移動速度（スキャン速度）：4〜16mm/s  （10mm/s）
・基板回転速度：            0〜20min-1            （0min-1）
・基板インデックス角度：  45°/scan      （45°/scan）
・テーブルスクロール半径：  10mm              （10mm）
・テーブルスクロール速度：  50〜200min-1      （200min-1）
・プロセス時間：            80second        （80second）
・電解液：                  リン酸、HEDP等        （85％リン酸）
【０１０６】
なお、カッコ内数値の条件下で得られた実験結果を図１５に示す。図１５はカソード電極の電流密度と加工速度（Removal Rate）との関係を示すグラフである。図１５において、縦軸は加工速度を示し、横軸は基板の周方向に配列した加工点（４９点）を表している。ここで、基板インデックス回転とは、テーブルが一往復するごとに基板を所定角度（例えば４５°）だけ一定の方向に回転させる運動をいう。原則的に、基板キャリアーの動きは、基板を経常的に回転させない場合（基板回転速度＝０ｍｉｎ−１）は基板にインデックス回転の動きをさせ、基板を経常的に回転させる場合（基板回転速度＞０ｍｉｎ−１）は基板をインデックス回転させないようにする。
【０１０７】
図１５から分かるように、電流密度が高いほど加工速度が高い。また、図１５から、加工速度が低いほど均一な加工レートが得られることが分かる。このように、電流密度が大きいと加工速度は大きくなるものの、被加工面が荒れるため、電流密度は加工速度と加工の均一性とを勘案して決められるべきである。なお、基板の移動速度（スキャン速度）、テーブルのスクロール速度、および電解液供給流量と面荒れとの相関関係は殆ど無かった。
【０１０８】
上述したように、本発明によれば、給電電極と加工電極との間に絶縁体を介在させることにより、基板上の金属膜への給電を確実に行うことができ、かつ加工電極に対向する金属膜の部位の電解加工を確実に行うことができる。したがって、加工圧力を低くすることが可能になるため、基板へのダメージを抑制しつつ所望の加工速度が確保でき、スループットの向上を図ることができる。
【０１０９】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１Ａ】銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図１Ｂ】銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図１Ｃ】銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２Ａ】本発明を利用した銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２Ｂ】本発明を利用した銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２Ｃ】本発明を利用した銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２Ｄ】本発明を利用した銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図３Ａ】本発明第１の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置の一例を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すIII−III線断面図である。
【図４】図３Ａおよび図３Ｂに示す電解加工装置に用いられる絶縁体の一例を示す斜視図である。
【図５Ａ】電解加工装置の他の構成例を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示すV−V線断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す平面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明の第７の実施形態に係る電解加工方法を実施するための電解加工装置を示す断面図である。
【図１１Ｂ】アノード電極とカソード電極を上から見たときの平面図である。
【図１２】電解加工装置が組み込まれた基板処理システムを示す平面図である。
【図１３】図１２に示す基板処理システムの動作の流れを示す図である。
【図１４】図１２に示す電解加工ユニットによって行われる動作の流れを示す図である。
【図１５】カソード電極の電流密度と加工速度（Removal Rate）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１１】
Ｗ    基板
６    銅膜
１０    アーム
１１    基板キャリアー
１２    加工テーブル
１７    揺動機構
２０    上下動機構
２５    スクロール機構
３１    給電電極
３２    加工電極
３６    絶縁体
３６ｃ  貫通孔
４８ａ，４９ａ  開口部
５８    堰
１０５    ロード／アンロードユニット
１０６    電解加工ユニット（電解加工装置）
１０７    ＣＭＰユニット
１０８    洗浄ユニット
１０９    搬送ロボット
１１０    搬送ユニット
１１１    電解液供給ユニット
１１２    電解液管理ユニット
１１３    研磨液供給ユニット
１１４    反転機
１１５    膜厚測定ユニット
１１６    制御部
【図１Ａ】
2007051374.tif 000003
【図１Ｂ】
2007051374.tif 000004
【図１Ｃ】
2007051374.tif 000005
【図２Ａ】
2007051374.tif 000006
【図２Ｂ】
2007051374.tif 000007
【図２Ｃ】
2007051374.tif 000008
【図２Ｄ】
2007051374.tif 000009
【図３Ａ】
2007051374.tif 000010
【図３Ｂ】
2007051374.tif 000011
【図４】
2007051374.tif 000012
【図５Ａ】
2007051374.tif 000013
【図５Ｂ】
2007051374.tif 000014
【図６】
2007051374.tif 000015
【図７】
2007051374.tif 000016
【図８】
2007051374.tif 000017
【図９】
2007051374.tif 000018
【図１０】
2007051374.tif 000019
【図１１Ａ】
2007051374.tif 000020
【図１１Ｂ】
2007051374.tif 000021
【図１２】
2007051374.tif 000022
【図１３】
2007051374.tif 000023
【図１４】
2007051374.tif 000024
【図１５】
2007051374.tif 000025