(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔離間させて配置した一対の電極と、
前記一対の電極間に配置したイオン交換体と、
超純水、純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体または電解液からなる水分子を含む液体を前記一対の電極間に供給する液体供給部とを備え、
前記一対の電極間に電圧を印加し、該一対の電極間に供給され前記イオン交換体の内部を流れる液体中の水分子を解離させてＯＨラジカルを発生させ、該ＯＨラジカルを含む液体を被加工物の表面に供給して被加工物を加工することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記電極の露出面を、通水性を有する部材で覆ったことを特徴とする請求項１記載の加工装置。
【請求項３】
前記イオン交換体には、アニオン交換基またはカチオン交換基の一方または双方が付与されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
所定間隔離間させて配置した一対の電極間にイオン交換体を配置し、
超純水、純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体、または電解液からなる水分子を含む液体を前記一対の電極間に供給し、
前記一対の電極間に電圧を印加し、該一対の電極間に供給されて前記イオン交換体の内部を流れる液体中の水分子を解離させてＯＨラジカルを発生させ、
前記ＯＨラジカルを含む液体を被加工物の表面に供給して被加工物を加工することを特徴とする加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置及び加工方法に関し、特に半導体ウェハ等の基板表面の導電性材料を加工したり、基板表面に付着した不純物を除去したりするのに使用される加工装置及び加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図５は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示すもので、先ず、図５（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア膜５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６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５（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
また、最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に破壊しながら除去していく加工法では、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してしまうため、被加工物の特性が劣化する。従って、いかに材料の特性を損なうことなく加工を行うことができるかが問題となってくる。
【０００６】
この問題を解決する手段として開発された特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工法は、従来の物理的な加工とは対照的に、化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行うものである。従って、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、前述の材料の特性を損なわずに加工を行うといった課題が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ＣＭＰ工程は、一般にかなり複雑な操作が必要で、制御も複雑となり、加工時間もかなり長い。更に、研磨後の基板の後洗浄を十分に行う必要があるばかりでなく、スラリーや洗浄液の廃液処理のための負荷が大きい等の課題がある。このため、ＣＭＰ自体を省略乃至この負荷を軽減することが強く求められていた。また、今後、絶縁膜も誘電率の小さいＬｏｗ−Ｋ材に変わると予想され、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。
【０００８】
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。
【０００９】
また、前述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。従って、このような電解質を含む電解液を使用する限り、その電解液で被加工物が汚染されることは避けられない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、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）できるようにした加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定間隔離間させて配置した一対の電極と、前記一対の電極間に配置したイオン交換体と、超純水、純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体または電解液からなる水分子を含む液体を前記一対の電極間に供給する液体供給部とを備え、前記一対の電極間に電圧を印加し、該一対の電極間に供給され前記イオン交換体の内部を流れる液体中の水分子を解離させてＯＨラジカルを発生させ、該ＯＨラジカルを含む液体を被加工物の表面に供給して被加工物を加工することを特徴とする加工装置である。
これにより、超純水等の液体中の水分子をイオン交換体の触媒反応でＯＨ−とＨ＋に解離し、例えば発生したＯＨ−を電界と超純水の流れによって陽極に移動させ、この陽極近傍において、ＯＨ−イオンが電荷を渡すことで発生するＯＨラジカルを被加工材料に供給することで除去加工等を行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記電極の露出面を、通水性を有する部材で覆ったことを特徴とする請求項１記載の加工装置である。これにより、電極が被加工材へ直接接触しないようにして、この寿命を延ばし、更に外部からスラリーを供給することで、ＣＭＰを同時に行うことが可能となる。
【００１３】
ここで、前記イオン交換体を、複数枚のイオン交換材料を積層して構成してもよい。
このように、イオン交換体をイオン交換繊維やイオン交換膜等のイオン交換材料の多層構造とすることで、イオン交換体の持つトータルのイオン交換容量を増加させ、例えば、銅の除去（研磨）加工を行う際に、酸化物の発生を抑制して、酸化物が加工レートに影響することを防止することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記イオン交換体には、アニオン交換基またはカチオン交換基の一方または双方が付与されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置である。
これにより、アニオン交換基またはカチオン交換基の一方が付与されているイオン交換体を使い分けたり、双方が付与されているイオン交換体を使用したりすることで、被加工材料の範囲を広めるとともに、極性による不純物生成を抑制することを防止することができる。
【００１６】
ここで、純水は、例えば電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下の水である。このように、純水を使用して加工を行うことで、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、加工後の洗浄工程を簡素化することができる。具体的には、加工後の洗浄工程は１段若しくは２段でよい。
【００１７】
また、例えば、純水または超純水に界面活性剤等の添加剤を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ、より好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下にした液体を使用することで、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。
【００１８】
この添加剤は、イオン（例えば水酸化物イオン（ＯＨ−イオン））の局部的な集中を防ぐ役割を果たす。つまり、平坦面を作る重要な要素の中に「加工面全面の各点に於いて除去加工速度が均一である」というものがあり、ある単一の電気化学的な除去反応が生じている状況下に於いて、局部的な除去加工速度の差が生じる原因としては、局部的な反応種の集中が考えられ、その集中の原因としては、主に一対の電極間の電解強度の偏りや反応種であるイオンの被加工物表面近傍での分布の偏りが考えられる。そこで、液体中に、イオン（例えば水酸化物イオン）の局部的な集中を防ぐ役割を果たす添加剤を存在させることで、イオンの居所的な集中を抑えことができる。
【００１９】
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。
【００２０】
超純水は、電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。このように、超純水を使用することで、加工面に不純物を残さない、より清浄な加工を行うことができる。
請求項４に記載の発明は、所定間隔離間させて配置した一対の電極間にイオン交換体を配置し、超純水、純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体、または電解液からなる水分子を含む液体を前記一対の電極間に供給し、前記一対の電極間に電圧を印加し、該一対の電極間に供給されて前記イオン交換体の内部を流れる液体中の水分子を解離させてＯＨラジカルを発生させ、前記ＯＨラジカルを含む液体を被加工物の表面に供給して被加工物を加工することを特徴とする加工方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この例では、被加工物として基板を使用し、基板の表面に堆積させた銅を除去（研磨）するようにした例を示しているが、基板以外にも適用できることは勿論である。
【００２２】
図１乃至図３は、本発明の実施の形態の加工装置を示す。図１に示すように、この加工装置１０は、基板Ｗを上向き（フェースアップ）で吸着保持し、自転用モータ１２の駆動に伴って回転（自転）する基板保持部１４と、この基板保持部１４の上方に配置された円板状の電極部１６とを備えている。ここで、この例では、電極部１６として、基板保持部１４で保持する基板Ｗの直径より十分に小さいものを使用して、基板Ｗの全面が電極部１６で完全に覆われないようにしている。なお、基板Ｗと加工部の関係は図１の逆、すなわち基板Ｗを下向き（フェースダウン）に構成してもよい。
【００２３】
電極部１６は、揺動アーム１８の自由端に、中空モータ２０に連結されて取付けられ、中空モータ２０の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。揺動アーム１８は、上下動用モータ２２の駆動に伴ってボールねじ２４を介して上下動し、揺動用モータ２６の駆動に伴って回転する揺動軸２８の上端に連結されている。更に、電源３０から延びる配線は、揺動軸２８に設けられた中空部を通ってスリップリング３２に達し、このスリップリング３２から中空モータ２０の中空部を通って、下記の一対の電極４４，４６に給電するようになっている。
【００２４】
電極部１６は、図３に示すように、中空モータ２０から延びる中空の回転軸４０を備えている。そして、この回転軸４０に、円板状のベースプレート４２と、このベースプレート４２の下方に位置して、例えばメッシュで構成されて、所定間隔離間して平行に配置された一対の円板状の電極４４，４６が固着されている。この電極４４，４６の間には、吸水性を有するイオン交換体４８が介装され、基板Ｗに対向する電極４４の露出面（下面）は、通水性を有する部材（パッド）５０で覆われている。更に、回転軸４０のイオン交換体４８と対向する位置には、通孔が設けられている。本発明では、被加工物に対して同じ側に陽極と陰極が配置されている。
【００２５】
これにより、純水、より好ましくは超純水が、外部から回転軸４０の中空部内に供給されてイオン交換体４８の内部に達し、このイオン交換体４８の内部を流れ、パッド５０を通過して、基板保持部１４で保持された基板Ｗの表面に供給される。また、回転軸４０の外周面を通じて、電極４４，４６への通電が行われる。
【００２６】
ここで、この例では、下方に配置されて基板保持部１４で保持される基板Ｗと対峙する一方の電極４４は、電源３０から延びる陽極に接続されて陽極となり、他方の電極４６は、電源３０から延びる陰極に接続されて陰極となるようになっている。更に、イオン交換体４８は、一対の強酸性カチオン交換繊維５２ａ，５２ｂと、この強酸性カチオン交換繊維５２ａ，５２ｂに挟まれた強酸性カチオン交換膜５４との３層構造からなり、回転軸４０の強酸性カチオン交換繊維５２ａ，５２ｂと対向する位置に通孔が設けられている。
【００２７】
イオン交換体４８は、強酸性カチオン交換基（スルホン酸基）を担持したものが好ましいが、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、強塩基性アニオン交換基（４級アンモニウム基）を担持したものでもよく、更に、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。
【００２８】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して第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。従って、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００２９】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、前記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００３０】
なお、イオン交換体４８の素材の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系高分子、またはその他有機高分子が挙げられる。また素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多孔質材、短繊維等が挙げられる。
【００３１】
ここで、ポリエチレンやポリプロピレンは、放射線（γ線と電子線）を先に素材に照射する（前照射）ことで、素材にラジカルを発生させ、次にモノマーと反応させてグラフト重合することができる。これにより、均一性が高く、不純物が少ないグラフト鎖ができる。一方、その他の有機高分子は、モノマーを含浸させ、そこに放射線（γ線、電子線、紫外線）を照射（同時照射）することで、ラジカル重合することができる。この場合、均一性に欠けるが、ほとんどの素材に適用できる。
【００３２】
このように、イオン交換体４８をアニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、純水または超純水や電解液等の液体が不織布の内部を自由に移動して、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。さらに、解離によって生成した水酸化物イオンが純水または超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良く基板Ｗ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。
【００３３】
ここで、イオン交換体４８をアニオン交換能またはカチオン交換能の一方を付与したもので構成すると、加工できる被加工材料が制限されるばかりでなく、極性により不純物が生成しやすくなる。そこで、イオン交換体４８を、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを同心状に配置して一体構成としてもよい。また、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、扇状に形成して、交互に配置するようにしてもよい。更に、イオン交換体４８自体にアニオン交換能とカチオン交換能の双方の交換基を付与するようにしてもよい。このようなイオン交換体としては、陰イオン交換基と陽イオン交換基を任意に分布させて存在させた両性イオン交換体、陽イオン交換基と陰イオン交換基を層状に存在させたバイポーラーイオン交換体、更には陽イオン交換基が存在する部分と陰イオン交換基が存在する部分とを厚さ方向に並列に存在させたモザイクイオン交換体が挙げられる。なお、アニオン交換能またはカチオン交換能の一方を付与したイオン交換体４８を、被加工材料に合わせて使い分けてもよいことは勿論である。
【００３４】
更に、イオン交換体４８を不織布、織布、多孔膜等のイオン交換材料を複数枚重ねた多層構造とすることで、イオン交換体４８の持つトータルのイオン交換容量を増加させ、例えば、銅の除去（研磨）加工を行う際に、酸化物の発生を抑制して、酸化物が加工レートに影響することを防止することができる。多層構造を用いなくても、単層でも厚いイオン交換体を用いてイオン交換容量を増やしてもよい。つまり、イオン交換体のトータルのイオン交換容量が除去加工の段階で取り込まれる銅イオンの量よりも小さい場合には、酸化物がイオン交換体の表面もしくは内部に生成されてしまい、加工レートに影響を及ぼす。この原因としては、イオン交換体のイオン交換基の量が影響し、容量以上の銅イオンは酸化物となると考えられる。このため、イオン交換体を、イオン交換材料を複数枚重ねた多層構造として、トータルのイオン交換容量を高めることで、酸化物の発生を抑制することができる。なお、イオン交換体を再生して、イオン交換体内への銅イオン等の蓄積を抑えることによっても、酸化物の発生を抑制することができる。
【００３５】
なお、この例のように、電極４４の露出面を通水性を有する部材５０で覆うことで、電極４４が直接被加工材料と接触しないようにして、電極４４自身の機械的な寿命も向上させることができる。更に、外部からスラリーを供給することで同時にＣＭＰを行うことも可能となる。
【００３６】
また、この例では、イオン交換体４８（強酸性カチオン交換繊維５２ｂ）が被加工材料と接触しないようにしているため、イオン交換体４８が被加工材料と摺動することによって繊維屑を発生することを抑制し、かつイオン交換体４８自体の機械的な寿命を向上させることができる。
【００３７】
イオン交換体４８と通水性を有する部材５０に求められる点は以下の４点である。
▲１▼加工生成物（ガス含む）の除去。
これは、加工レートの安定性、加工レート分布の均一性に影響するためである。このため、「通気性」及び「吸水性」のあるイオン交換材料を用いることが望ましい。ここで「通水性」とは、マクロな透過性を意味する。即ち、素材自体に通水性がなくても、該部材に穴及び溝を切ることで水が通過できるようになり、通水性を持たせることができる。一方「吸水性」とは、素材に水がしみ込む性質を意味する。
▲２▼加工レートの安定性。
このためには、分厚いイオン交換材料（もしくはイオン交換材料を多数枚重ねる）で、イオン交換能力を確保することが望ましいと考えられる。
▲３▼加工面の平坦性（段差解消能力）。
加工面に表面平滑性があることが望ましいと考えられている。さらに硬い部材ほど加工表面の平坦性（段差解消能力）が高いのではないかと考えられている。
▲４▼長寿命。
機械的寿命に関しては、耐磨耗性の高いイオン交換材料が望ましいと考えられている。
従って、ＯＨ供給型加工装置としてのイオン交換体としては、電極間については「通気性有するイオン交換材料（不織布）」であることが望ましい。「吸水性」を有すると更に良い。
また、電極と被加工物との間（加工部材）については、「通水性を有する素材（イオン交換材料を含む）」であることが望ましく、さらに「通水性に加え耐摩耗性のある素材（イオン交換材料でも可）」であればなお良い。例えば、ＣＭＰ用のパッドとして用いられている発泡ポリウレタン（ＩＣ１０００／ロデール社製）などは、硬度があり、かつ耐磨耗性に優れるため、貫通孔を多数設けることにより、電極と被加工物との間に配置する加工部材として用いることができる。樹脂の板材に穴を開け、通水性を持たせて用いてもよい。もちろん、更に「吸水性」を有する材質ならばなお良い。
【００３８】
更に、図２に示すように、基板保持部１４の側方に位置して、電極部１６のイオン交換体４８を再生する再生部６０が配置されている。この再生部６０は、例えば希釈な酸溶液を満たした再生槽６２を有している。そして、揺動アーム１８を揺動させて電極部１６を再生槽６２の直上方に移動させた後、下降させて、電極部１６の少なくともイオン交換体４８を再生槽６２内の酸溶液に浸漬させる。この状態で、一対の電極４４，４６に加工の時とは逆の電極にそれぞれ接続することで、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進してイオン交換体４８を再生するようになっている。この再生後のイオン交換体４８は、例えば超純水でリンスされる。
【００３９】
次に、この加工装置１０による加工例を説明する。
先ず、例えば、半導体基材１の上に堆積させたＳｉＯ２等の絶縁膜２の内部に配線用の溝４を形成し、この上に銅膜６を堆積させた基板Ｗを基板保持部１４で保持する。次に、電極部１６を基板保持部１４の上方まで揺動させ、下降させて、このパッド５０を基板Ｗの表面に近接乃至接触させる。
【００４０】
この状態で、電源３０を接続して一対の電極４４，４６間に所定の電圧を印加するとともに、基板保持部１４を回転（自転）させ、電極部１６を回転（自転）かつ基板保持部１４で保持した基板Ｗから食み出さない範囲で揺動させる。同時に、回転軸４０の中空部を通じて、電極部１６の上側から該電極部１６のイオン交換体４８に純水または超純水を供給し、このイオン交換体４８の内部に純水または超純水を満たす。この時、純水または超純水は、電極部１６の回転に伴う遠心力によってイオン交換体４８に供給される。そして、このイオン交換体４８の内部を通過した純水または超純水を基板Ｗの表面に供給することで、基板Ｗの銅膜６の除去（研磨）加工を行う。
【００４１】
つまり、純水または超純水をイオン交換体４８の触媒反応でＯＨ−イオンとＨ＋イオンに解離し、このＯＨ−イオンが陽極（電極４４）の近傍で電荷を渡すことによって発生するＯＨラジカルを基板Ｗの銅膜６に作用させて、この除去（研磨）加工を行う。この時、陰極（電極４６）において発生するＨ２ガスは、強酸性カチオン交換膜５４で遮断され、かつ電極部１６の回転による純水または超純水の流れにより外部に排出され、これによって、Ｈ２ガスの除去加工現象への外乱を防ぐことができる。
【００４２】
イオン交換膜とイオン交換繊維の違いは、基本的にはイオン交換基が付いている母材の形態の違いである（基本的な水の解離反応の促進に関する触媒効果は同じ）。本発明においては通水性の違いが第１である。すなわち、イオン交換膜は（例えばＯＨＰシートの様な）膜状であるため通水性に乏しく、従って電極反応で生成されるガスの透過性が低い。また、イオン交換繊維は（例えばガーゼの様な）繊維状であるため通水性に優れ、従って電極反応で生成されるガスの透過性が高い。従って、本発明では、イオンだけ通すが、陰極において発生するガスを遮断するために、イオン交換膜を電極間に挿入している。
【００４３】
ここで、純水または超純水がイオン交換体４８の内部を流れるようにすることで、水の解離反応を促進させる官能基（強酸性カチオン交換材料ではスルホン酸基）に充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。従って、純水または超純水の流れは必要で、また純水または超純水の流れとしては、一様かつ均一であることが望ましく、一様かつ均一な流れとすることで、イオンの供給及び加工生成物の除去の一様性及び均一性、ひいては加工効率の一様性及び均一性を図ることができる。
【００４４】
なお、この例によれば、一対の電極４４，４６が平行に配置されているため、電極４４，４６間の電界は一様となり、従って触媒反応が電極全体で均一に生じて、供給するＯＨ−イオンの均一性が得られる。
そして、加工完了後、電源３０の接続を切り、純水または超純水の供給を止め、基板保持部１４の回転（自転）、電極部１６の回転（自転）及び揺動を停止させる。しかる後、電極部１６を上昇させ、基板保持部１４で保持した加工後の基板Ｗを次工程に搬送する。
【００４５】
なお、この例では、イオン交換体４８に純水、好ましくは超純水を供給した例を示している。このように電解質を含まない純水または超純水を使用して加工を行うことで、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４８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。
【００４６】
超純水は、比抵抗が大きく電流が流れ難いため、一対の電極４４，４６間にイオン交換体４８を挟む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電極部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。
【００４７】
また、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、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などの溶液が使用でき、被加工物の特性によって適宜選択して使用すればよい。電解液を用いる場合は、基板Ｗと電極部１６との間に僅かの隙間を設けて非接触とすることが好ましい。
【００４８】
更に、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が望ましい。なお、電気伝導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工速度を得ることができる。
【００４９】
また、一対の電極４４，４６の間にイオン交換体４８を挟むことで、加工速度を大幅に向上させるようにしている。つまり、超純水電気化学的加工は、超純水中のＯＨラジカルと被加工材料との電気化学的相互作用によるものである。しかし、超純水中に含まれる反応種であるＯＨ−イオン濃度は、常温・常圧状態で１０−７ｍｏｌ／Ｌと微量であるため、除去加工反応以外の反応（酸化膜形成等）による除去加工効率の低下が考えられる。このため、除去加工反応を高効率で行うためには、ＯＨ−イオンを増加させる必要がある。そこで、ＯＨ−イオンを増加させる方法として、触媒材料により超純水の解離反応を促進させる方法があり、その有力な触媒材料としてイオン交換体が挙げられる。具体的には、イオン交換体中の官能基と水分子との相互作用により水分子の解離反応に関する活性化エネルギを低下させる。これによって、水の解離を促進させて、加工速度を向上させることができる。
【００５０】
更に、この例では、加工の際に、電極部１６が基板Ｗに接触乃至近接するようにしている。電極部１６と基板Ｗとが近接した状態では、この間隔の大きさにもよるが、電気抵抗がある程度大きいので、必要とする電流密度を与えようとした時の電圧が大きくなる。しかし、一方では、非接触であるため、基板Ｗの表面に沿った純水または超純水の流れが作り易く、基板表面での反応生成物を高効率で除去することができる。これに対して、電極部１６を基板Ｗに接触させると、電気抵抗が極めて小さくなって、印加電圧も小さくて済み、消費電力も低減できる。
【００５１】
また、加工速度を上げるために電圧を上げて電流密度を大きくすると、電極と基板（被加工物）との間の抵抗が大きい場合では、放電が生じる場合がある。放電が生じると、被加工物表面にピッチングが起こり、加工面の均一性や平坦化が困難となる。これに対して、電極部１６を基板Ｗに接触させると、電気抵抗が極めて小さいことから、このような放電が生じることを防止することができる。
【００５２】
ここで、例えばイオン交換体４８としてカチオン交換基を付与したものを使用して銅の加工を行うと、加工終了後に銅がイオン交換体（カチオン交換体）４８のイオン交換基を飽和しており、次の加工を行う時の加工効率が悪くなる。また、イオン交換体４８としてアニオン交換基を付与したものを使用して銅の加工を行うと、イオン交換体（アニオン交換体）４８の表面に銅の酸化物の微粒子が生成されて付着し、次の処理基板の表面を汚染するおそれがある。
【００５３】
そこで、このような場合に、イオン交換体４８を再生する再生部６０を設けて、加工のインターバル間に再生部６０でイオン交換体４８を再生することで、これらの弊害を除去することができる。
【００５４】
図４は、本発明に係る加工装置１０を備えた基板処理装置の一例を示す。図４に示すように、この基板処理装置は、例えば、表面に導電体膜（被加工部）としての銅膜６（図４参照）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７０と、基板Ｗを反転させる反転機７２及び加工装置１０が直列に配置され、搬送装置としての搬送ロボット７４がこれらの各機器と平行に走行して基板Ｗの搬送と受渡しを行うようになっている。更に、加工装置１０による加工の際に、一対の電極４４，４６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７６が備えられている。
【００５５】
次に、この基板処理装置による基板処理について説明する。
先ず、例えば、表面に導電体膜（被加工部）として銅膜６（図４参照）を形成した基板Ｗを収納してロード・アンロード部７０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７４で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機７２に搬送して反転させた後、加工装置１０の基板保持部１４で吸着保持する。この状態で、前述と同様にして、基板Ｗの加工を行う。
【００５６】
この時、一対の電極４４，４６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７６でモニタして、エンドポイント（加工終点）を検知する。つまり、同じ電圧（電流）を印加した状態で加工を行うと、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。このため、この電流または電圧の変化をモニタすることでエンドポイントを確実に検知することができる。
【００５７】
そして、加工が完了し、基板保持部１４を上昇させた後、揺動アーム１８を揺動させて基板Ｗを搬送ロボット７４に受渡す。そして、搬送ロボット７４は、この基板Ｗを受取り、必要に応じて反転機７２に搬送して反転させた後、基板Ｗをロード・アンロード部７０のカセットに戻す。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板等の被加工物に物理的な欠陥を与えて被加工物の特性を損なうことを防止しつつ、電気化学的作用によって、例えばＣＭＰに代わる加工を施すことができ、これによって、ＣＭＰ処理そのものを省略したり、ＣＭＰ処理の負荷を低減したり、更には基板等の被加工物の表面に付着した付着物を除去（洗浄）することができる。しかも、純水または超純水のみを使用しても基板を加工することができ、これによって、基板の表面に電解質等の余分な不純物の付着したり、残留したりすることをなくして、加工除去加工後の洗浄工程を簡略化できるばかりでなく、廃液処理の負荷を極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の加工装置を示す断面図である。
【図２】  図１の平面図である。
【図３】  図１の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態の加工装置を備えた基板処理装置の平面配置図である。
【図５】  銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
６  銅膜
１０  加工装置
１４  基板保持部
１６  電極部
３０  電源
３２  スリップリング
４０  回転軸
４２  ベースプレート
４４，４６  電極
４８  イオン交換体
５０  パッド
５２ａ，５２ｂ  強酸性カチオン交換繊維
５４  強酸性カチオン交換膜
６０  再生部
６２  再生槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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