電解加工装置及び電解加工方法
【課題】 接触部材の各部位を通過するイオン電流の流れを制限し、例えば一つの加工電極及び／または給電電極にあたかも複数の加工電極及び／または給電電極が存在するように作用させることで、被加工物の被加工表面をより均一な加工速度で加工し、品質の高い加工表面を得ることができるようにする。
【解決手段】 被加工物Ｗに近接自在な加工電極７０と、被加工物Ｗに給電する給電電極７２と、被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部７４ｂと電解質を有しない非電解質部７４ａをそれぞれ１つ以上有する接触部材７４と、加工電極と給電電極との間に電圧を印加する電源４６と、被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有する。
【解決手段】 被加工物Ｗに近接自在な加工電極７０と、被加工物Ｗに給電する給電電極７２と、被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部７４ｂと電解質を有しない非電解質部７４ａをそれぞれ１つ以上有する接触部材７４と、加工電極と給電電極との間に電圧を印加する電源４６と、被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工装置及び電解加工方法に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成された導電性材料を加工したり、基板の表面に付着した不純物を除去したりするのに使用される電解加工装置及び電解加工方法に関する。
【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１（ａ）乃至図１（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜などの絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線溝４が形成される。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１（ｂ）に示すように、半導体基材１のコンタクトホール３及び配線溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６、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内に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
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】
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、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。従って、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】
このような課題を解決する手段として、電極と被加工物の間に接触部材（例えばイオン交換体）を配置し、電解液として純水もしくは超純水のような電気抵抗の大きな液体を用いて加工を行うことで、被加工物に与える機械的ストレスをなくし、後洗浄も簡便な電解加工が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
これは、図２に示すように、被加工物１０の表面に、加工電極１４に取付けたイオン交換体（接触部材）１２ａと、給電電極１６に取付けたイオン交換体（接触部材）１２ｂとを接触乃至近接させ、加工電極１４と給電電極１６との間に電源１７を介して電圧を印加しつつ、加工電極１４及び給電電極１６と被加工物１０との間に液体供給部１９から超純水等の加工用液体１８を供給して、被加工物１０の表面層の除去加工を行うようにしたものである。この電解加工によれば、超純水等の加工用液体１８中の水分子２０をイオン交換体１２ａ，１２ｂで水酸化物イオン２２と水素イオン２４に解離し、例えば生成された水酸化物イオン２２を、被加工物１０と加工電極１４との間の電界と超純水等の加工用液体１８の流れによって、被加工物１０の加工電極１４と対面する表面に供給して、ここでの被加工物１０近傍の水酸化物イオン２２の密度を高め、被加工物１０の原子１０ａと水酸化物イオン２２を反応させる。反応によって生成された反応物質２６は、超純水等の加工用液体１８中に溶解し、被加工物１０の表面に沿った超純水等の加工用液体１８の流れによって被加工物１０から除去される。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４５３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えばイオン交換体からなる接触部材を用いた電解加工では、加工電極または給電電極の少なくとも一方と被加工物との間に配置された接触部材と被加工物の被加工表面との近接部乃至接触部において選択的に加工が進む。ここで、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工し、品質の高い加工表面を得るためには、複数の加工電極や給電電極を被加工物の被加工表面における任意の一点に対して、複数回に亘って略均一に通過させることが好ましい。しかし、加工電極や給電電極の数及び配置は、加工電極と給電電極との間の短絡を防止したり、所定の位置に接触部材を固定したり、更には流体を供給するための流体供給部を配置したりする等の影響により制限されてしまう。このため、多数の加工電極及び／または給電電極を被加工物との間に効率よく均等に配置して、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工することが一般に困難となる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、接触部材の各部位を通過するイオン電流の流れを制限し、例えば一つの加工電極及び／または給電電極にあたかも複数の加工電極及び／または給電電極が存在するように作用させることで、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工し、品質の高い加工表面を得ることができるようにした電解加工装置及び電解加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、前記被加工物に給電する給電電極と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材と、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、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置である。
【００１４】
被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、接触部材の電解質部が存在する部位のみをイオン電流が通過し、非電解質部が存在する部位のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極の表面を接触部材で覆った場合に、この一つの加工電極に、接触部材を介して、あたかも加工電極が複数存在するように作用させることができる。
【００１５】
電解質は、イオンに電離する物質、つまりイオン導電体のことをいい、酸、塩基、塩溶液、溶融塩、固体電解質などを含む。液体の電解質を電解液といい、固体の電解質を固体電解質という。電解質は、狭義には電解液に溶解させた塩、さらに狭義には、電解液に導電性を持たせるために加えた支持塩のことをいう。溶媒に塩を溶解させるばかりでなく、溶融塩やイオン性液体も電解質として使われる。一方、イオンを通す固体を固体電解質という。電解質は、電池や電解コンデンサなどに応用されている。電池の電解質は、液体を使うことが多いが、一部の電池では固体電解質が使用されている。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１記載の電解加工装置である。
固体電解質は、固体中をイオンが移動するタイプの電解質をいい、固体アイオニクスとも呼ばれる。電解液が二種類以上のイオンを運ぶのに対して、固体電解質は、一種類のイオンしか運ばないのが普通である。イオン交換膜は、固体高分子電解質であり、固体高分子型燃料電池や固体酸化物型燃料電池に応用されている。電池に固体電解質を使った場合、隔膜を使わなくても良い利点がある。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記電解質部は、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と互いに対向した位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置である。
これにより、例えば多数の加工電極及び／または給電電極がピン状に多数配置されている場合に、接触部材の加工電極及び／または給電電極に対向する部位を電解質部となし、それ以外の部位を非電解質部となして、この非電解質部におけるイオン電流の流れを制限することで、イオン電流の流れをより容易に制御することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記接触部材は、加工電極及び給電電極に対して一体に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材を加工電極及び給電電極に対して一体に配置することで、接触部材の製作の便を図るとともに、接触部材を所定の位置により容易に配置することができる。
請求項５に記載の発明は、前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記非電解質部は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置である。
これにより、例えば導電性材料からなる非電解質部を給電電極と被加工物との間に介装することで、導電性材料を介して給電電極から被加工物に直接給電することができる。
請求項７に記載の発明は、前記非電解質部は、導電性パッドからなることを特徴とする請求項６記載の電解加工装置である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材の電解質部及び／または非電解質部が被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するようにすることで、被加工物の被加工面の各電解質部及び／または各非電解質部に近接乃至接触する部位の加工速度にばらつきが生じた場合においても、この加工速度のばらつきを平均化させ、これによって、被加工物の全面における加工速度の均一化を図ることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材の電解質部及び／または非電解質部が被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するようにすることによっても、被加工物の被加工面の各電解質部及び／または各非電解質部に近接乃至接触する部位の加工速度を平均化させ、被加工物の全面における加工速度の均一化を図ることができる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材の電解質部として、イオン交換基を有するイオン交換基部を使用することで、超純水等の液体中の水分子の水酸化物イオンと水素イオンへの解離を促進して、水分子の解離量を増加させることができる。このイオン交換基は、強酸性陽イオン交換基、弱酸性陽イオン交換基、強塩基性陰イオン交換基及び弱塩基性陰イオン交換基の少なくとも１つ、またはこれらの任意の組合せからなる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、前記被加工物に給電する給電電極と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材と、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、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置である。
【００２４】
被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ少なくとも１層以上有する積層体からなる接触部材を配置し、接触部材の電解質部のみをイオン電流が通過し、非電解質部のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極の表面を接触部材で覆った場合に、この一つの加工電極に、接触部材を介して、あたかも加工電極が複数に分割した状態で存在するように作用させることができる。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１１記載の電解加工装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１１または１２記載の電解加工装置である。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、前記電解質部及び／または非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項１５に記載の発明は、前記電解質部及び／または非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置である。
【００２７】
請求項１６に記載の発明は、前記積層体は、前記電解質部及び非電解質部の端面が前記被加工物と対面するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項１７に記載の発明は、前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１６記載の電解加工装置である。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、被加工物を加工電極に近接させ、前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法である。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、被加工物に加工電極を近接させ、前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材を配置し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法である。
請求項２０に記載の発明は、前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１８または１９記載の電解加工方法である。
【００３０】
請求項２１に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法である。
請求項２２に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、被加工物と加工電極または給電電極との間の少なくとも一方に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、接触部材の電解質部が存在する部位のみをイオン電流が通過し、非電解質部が存在する部位のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極の表面を接触部材で覆った場合に、この一つの加工電極に、接触部材を介して、あたかも加工電極が複数存在するように作用させることができる。これによって、多数の加工部位を被加工物との間に効率よく均等に配置し、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工して、より品質の高い加工表面を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態に係る電解加工装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る電解加工装置を備えた基板処理装置の構成を示す平面図である。図３に示すように、この基板処理装置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工物）としての銅膜６を有する基板Ｗを収納したカセットを搬出入する搬出入部としての一対のロード・アンロード部３０と、基板Ｗを反転させる反転機３２と、電解加工装置３４と、電解加工後の基板Ｗを洗浄・乾燥する洗浄部３９を備えている。これらの機器は直列に配置されており、これらの機器の間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての搬送ロボット３６がこれらの機器と平行に配置されている。また、電解加工装置３４による電解加工の際に、後述する加工電極７０と給電電極７２との間に印加する電圧また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。
【００３３】
図４は、電解加工装置３４を模式的に示す縦断面図、図５は図４の平面図である。図４に示すように、電解加工装置３４は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム４０と、アーム４０の自由端に垂設され、表面を下向き（フェースダウン）して基板Ｗを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で絶縁体からなる電極部４４と、電極部４４に接続される電源４６を備えている。
【００３４】
アーム４０は、揺動用モータ４８に連結された揺動軸５０の上端に取付けられており、揺動用モータ４８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５０は、上下方向に延びるボールねじ５２に連結されており、ボールねじ５２に連結された上下動用モータ５４の駆動に伴ってアーム４０とともに上下動するようになっている。
【００３５】
基板保持部４２は、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部４４とを相対移動させる第１駆動部としての自転用モータ５６に接続されており、この自転用モータ５６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４０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４０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。電極部４４は、基板Ｗと電極部４４とを相対運動させる第２駆動部としての中空モータ６０に直結されており、中空モータ６０の駆動に伴って、並進回転運動（スクロール運動）するようになっている。
【００３６】
すなわち、図６に示すように、電極部４４と中空モータ６０との間には、周方向に３つ以上（図示では４つ）の自転防止部４００が設けられている。つまり、中空モータ６０の上面と電極部４４の下面の互いに対応する位置には、周方向に等間隔に複数の凹所４０２，４０４が形成され、これにはそれぞれベアリング４０６，４０８が装着されている。そして、このベアリング４０６，４０８には、図６（ｂ）に示すように“ｅ”だけずれた２つの軸体４０９，４１０を持つ連結部材４１２が、各軸体４０９，４１０の端部を挿入して装着されている。また、電極部４４の中央下面側には、中空モータ６０の主軸６２の上端に偏心して設けられた駆動端６４が軸受（図示せず）を介して回転自在に連結されている。この偏心量も同様に“ｅ”である。これにより、中空モータ６０の駆動に伴って、電極部４４がそれ自身は自転を伴わずに、半径“ｅ”の円に沿って並進運動する。したがって、電極部４４上のすべての点は半径“ｅ”の同一の円運動を行う。なお、電極部４４を上記の並進運動に加えて自転させる機構を設けてもよい。
【００３７】
電極部４４には、扇状の加工電極７０と給電電極７２が表面（上面）を露出させて交互に埋設されている。加工電極７０は電源４６の陰極に接続され、給電電極７２は電源４６の陽極に接続される。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７２を電源４６の陰極に接続し、加工電極７０を電源４６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。
【００３８】
ここで、加工電極７０及び給電電極７２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。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また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。
【００３９】
電極部４４の上面には、加工電極７０と給電電極７２の上面を一体的に覆って、電解加工の際に基板Ｗの表面（下面）と接触するシート状の接触部材７４が取付けられている。この接触部材７４は、例えば絶縁材料からなる研磨パッドから構成され、電解質を有さない非電解質部７４ａの内部に、例えばイオン交換基を担持させて固体電解質とした多数のイオン交換基部からなる電解質部７４ｂを、接触部材７４のほぼ全域に亘って散点状に配置して構成されている。
【００４０】
これにより、電解加工の際に、接触部材７４の各電解質部７４ｂが存在する部位のみをイオン電流が通過し、非電解質部７４ａのイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極７０に、接触部材７４を介して、あたかも加工電極が複数存在するように、つまり一つの加工電極７０に対応する領域内に位置する多数の電解質部７４ｂの一つ一つが、あたかも加工電極の如き作用を行うようにすることができる。このように、例えば一つの加工電極７０に、接触部材７４を介して、あたかも加工電極が複数存在するようにすることで、加工電極７０と給電電極７２とを短絡を防止しつつ配置したり、接触部材７４を固定したり、更には流体を供給するための流体供給部を配置したりするときの制限を緩和しつつ、加工電極と同じ作用を行う加工部位（電解質部７４ｂ）を基板Ｗとの間に、効率よく均等に配置することができる。このことは、給電電極７２にあっても同様である。
【００４１】
この例では、下記のように、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部４４との間の相対運動時に、基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して、接触部材７４の電解質部７４ｂが複数回に亘って略均一に通過ように配置されている。このように、イオン電流が通過することで、加工部位としての作用を行う電解質部７４ｂが基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して複数回に亘って略均一に通過するようにすることで、基板Ｗの被加工表面の、加工部位としての各電解質部７４ｂに近接乃至接触する部位における加工速度にばらつきが生じた場合においても、この加工速度のばらつきを平均化させ、これによって、基板Ｗの全面における加工速度の均一化を図ることができる。
【００４２】
この実施の形態にあっては、電解加工中に電極部４４の上面側から該電極部４４の上面に超純水の供給を行うことができないため、主軸６２に設けた貫通孔６２ａ及び電極部４４に設けた貫通孔４４ａを通してのみ、電極部４４の上面に、純水、好ましくは超純水を供給するようになっている。つまり、電極部４４の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供給する純水供給部としての貫通孔４４ａが設けられている。そして、この貫通孔４４ａは、主軸６２に設けた貫通孔６２ａを通して、中空モータ６０の中空部の内部を延びる純水供給管７６に接続されている。純水（超純水）は、この貫通孔４４ａを通して電極部４４の上面に供給された後、加工面全域に供給される。
【００４３】
更に、図５に示すように、電極部４４の側方に位置して、電解加工終了後に接触部材７４に向けて超純水を噴射して電極部４４を洗浄する超純水噴射ノズル７８が待避自在に配置されている。
【００４４】
次に、この実施の形態における電解加工装置３４を備えた基板処理装置を用いた基板処理（電解加工）について説明する。まず、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工物）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。
【００４５】
搬送ロボット３６は反転させた基板Ｗを受け取り、これを電解加工装置３４に搬送し、基板保持部４２に吸着保持させる。そして、アーム４０を移動させて基板Ｗを保持した基板保持部４２を電極部４４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５４を駆動して基板保持部４２を下降させて、この基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部４４の接触部材７４の上面に接触させる。
【００４６】
この状態で、自転用モータ５６を駆動して基板Ｗを基板保持部４２と一体に回転させ、同時に中空モータ６０を駆動して電極部４４をスクロール運動させる。これによって、基板Ｗと電極部４４を相対運動させる。このとき、純水供給管７６、主軸６２に設けた貫通孔６２ａ及び電極部４４に設けた貫通孔４４ａを通して、基板Ｗと接触部材７４との間に、純水、好ましくは超純水等の流体を供給する。
【００４７】
そして、電源４６により加工電極７０と給電電極７２との間に所定の電圧を印加して、イオン交換基を担持した固体電解質からなる接触部材７４の電解質部７４ｂにより生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、加工電極７０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、前述のように、各加工電極７０に対応する領域内に位置する多数の電解質部７４ｂの一つ一つが、あたかも加工電極の如く作用して電解加工が進行し、しかも、電解質部７４ｂは、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部４４との間の相対運動時に、基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して、複数回に亘って略均一に通過する。これによって、加工部位としての各電解質部７４ｂに近接乃至接触する部位における加工速度にばらつきが生じた場合においても、この加工速度のばらつきを平均化させ、これによって、加工速度の均一化を図りつつ、基板Ｗの全面に亘る加工を行うことができる。特に、基板保持部４２の回転速度がゼロか、極めて遅い場合には、基板Ｗと電極部４４との相対速度を基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して略一定とすることができる。
【００４８】
電解加工中には、加工電極７０と給電電極７２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７（ａ）に示すように、表面に材料Ｂと材料Ａとを順次成膜した基板Ｗの該表面に電解加工を施したときに流れる電流をモニタすると、材料Ａを電解加工している間は一定の電流が流れるが、異なる材料Ｂの加工に移行する時点で流れる電流が変化する。同様に、加工電極７０と給電電極７２との間に印加される電圧にあっても、図７（ｂ）に示すように、材料Ａを電解加工している間は一定の電圧が印加されるが、異なる材料Ｂの加工に移行する時点で印加される電圧が変化する。なお、図７（ａ）は、材料Ｂを電解加工するときの方が、材料Ａを電解加工するときよりも電流が流れにくくなる場合を、図７（ｂ）は、材料Ｂを電解加工するときの方が、材料Ａを電解加工するときよりも電圧が高くなる場合の例を示している。これにより、この電流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。
【００４９】
なお、モニタ部３８で加工電極７０と給電電極７２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、加工中における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、また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。
【００５０】
例えば、基板が異材料に達したときに生じる摩擦係数の違いによる摩擦力の変化や、基板の表面の凹凸を平坦化する際、凹凸を除去したことにより生じる摩擦力の変化等を検出することで加工量を判断し、加工終点を検出することとしてもよい。また、被加工面の電気抵抗による発熱や、加工面と被加工面との間に液体（純水）の中を移動するイオンと水分子の衝突による発熱が生じ、例えば基板の表面に堆積した銅膜を定電圧制御で電解研磨する際には、電解加工が進み、バリア層や絶縁膜が露出するのに伴って、電気抵抗が大きくなり電流値が小さくなって発熱量が順に減少する。したがって、この発熱量の変化を検出することで加工量を判断し、加工終点を検出することとしてもよい。あるいは、異材料に達した時に生じる反射率の違いによる反射光の強度の変化を検出して、基板上の被加工膜の膜厚を検知し、これにより加工終点を検出してもよい。
【００５１】
また、銅膜等の導電性膜の内部に渦電流を発生させ、基板の内部を流れる渦電流をモニタし、例えば周波数やインピーダンスの変化を検出して、基板上の被加工膜の膜厚を検知し、これにより加工終点を検出してもよい。更に、電解加工にあっては、加工電極と給電電極との間を流れる電流値で加工レートが決まり、加工量は、この電流値と加工時間の積で求められる電気量に比例する。したがって、電流値と加工時間の積で求められる電気量を積算し、この積算値が所定の値に達したことを検出することで加工量を判断し、加工終点を検出してもよい。
【００５２】
電解加工完了後、電源４６の加工電極７０及び給電電極７２との接続を切り、基板保持部４２の回転と電極部４４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に受渡す。基板Ｗを受け取った搬送ロボット３６は、必要に応じて、基板Ｗを反転機３２に搬送して反転させ、洗浄部３９に搬送して洗浄乾燥し、乾燥後の基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
【００５３】
ここで、電解加工中に基板Ｗと電極部４４の接触部材７４との間に供給する純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。このように電解質を含まない純水また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、イオン交換基を担持した電解質部７４ｂ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。
【００５４】
純水または超純水の代わりに電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体、例えば純水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、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。
【００５５】
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。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗと接触部材７４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。
【００５６】
ここで、接触部材７４のイオン交換基を担持した電解質部（イオン交換基部）７４ｂ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。純水または超純水が電解質部７４ｂ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。
【００５７】
上述した電解質部（イオン交換基部）７４ｂは、例えば、アニオン交換基またはカチオン交換基を付与した不織布等で構成することができる。カチオン交換基部は、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、アニオン交換基部は、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。
【００５８】
ここで、例えば強塩基アニオン交換基を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行ういわゆる放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して第４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。したがって、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００５９】
強酸性カチオン交換基を付与した不織布は、上記強塩基性アニオン交換基を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行ういわゆる放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００６０】
なお、電解質部７４ｂ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。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。
【００６１】
このように、電解質部７４ｂをアニオン交換基また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。更に、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運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００６２】
ここで、電解質部（イオン交換基部）７４ｂをアニオン交換基またはカチオン交換基の一方を付与したもののみで構成すると、電解加工できる被加工材料が制限されるばかりでなく、極性により不純物が生成しやすくなる。そこで、アニオン交換基を有するアニオン交換体とカチオン交換基を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、イオン交換基部自体にアニオン交換基とカチオン交換基の双方の交換基を付与するようにしたりしてもよく、これにより、被加工材料の範囲を拡げるとともに、不純物を生成しにくくすることができる。
【００６３】
本発明に係る電解加工装置３４によれば、機械的研磨作用を伴わないので、ＣＭＰのように基板Ｗを強く押し付ける必要がない。基板Ｗの配線材料として、脆弱な材料を用いる場合には、接触部材７４から基板Ｗが受ける押圧力が、１９．６ｋＰａ（２００ｇｆ／ｃｍ２、２．９ｐｓｉ）以下、より好ましくは６．８６ｋＰａ（７０ｇｆ／ｃｍ２、１．０ｐｓｉ）以下、更に好ましくは６８６Ｐａ（７ｇｆ／ｃｍ２、０．１ｐｓｉ）以下になるように調整して低荷重で基板Ｗの加工を行うことが好ましい。
【００６４】
なお、本発明は、種々の電解加工装置に適用でき、加工液、接触部材の組合せは、種々に適用可能である。イオン交換基を担持した固体電解質の他に、例えば内部に電解液を保持した部分、例えばセラミック含浸材で電解質部を構成するようにしてもよい。
【００６５】
上記の例では、接触部材７４として、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの内部に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置して構成したものを使用している。図８（ａ）に示すように、接触部材７４として、例えば、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの内部に、加工電極７０に対応する部分にあっては、前述と同様に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置し、給電電極７２に対応する部分にあっては、該給電電極７２のほぼ全域を一体に覆う、例えば導電性パッドやカーボンファイバなどの導電性材料からなる電解質部７４ｃを配置して、基板Ｗを接触部材７４の上面に接触させた時、電解質部７４ｃを介して、給電電極７２から基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）に直接給電するようにしたものを使用してもよい。
【００６６】
また、図８（ｂ）に示すように、電極部４４として、表面に円板状または直径方向に直線状乃至放射状に延びる加工電極７０を埋設し、上方周縁部に給電電極７２を配置したものを使用し、接触部材７４として、例えば、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの周縁部を除く内部に、前述と同様に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置し、周縁部に、例えば導電性パッドやカーボンファイバなどの導電性材料からなる電解質部７４ｃを加工電極７０と絶縁し、給電電極７２と接触させて配置したものを使用して、前述と同様に、基板Ｗを接触部材７４の上面に接触させた時、電解質部７４ｃを介して、給電電極７２から基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）に直接給電するようにしてもよい。
【００６７】
図９及び図１０は、本発明の他の実施の形態の電解加工装置を示す。この電解加工装置３４ａは、直径が基板Ｗの直径の２倍以上で、中空モータ６０の駆動に伴って回転（自転）する電極部４４を有しており、この電極部４４の上方には、電極部４４に直径方向に沿って延び、電極部４４の上面に純水、好ましくは超純水を供給する純水噴射ノズル（流体供給部）８０が配置されている。そして、電極部４４は、絶縁材料で構成されており、その上面には、スリップリング８２を介して電源４６の陰極に接続される多数の円柱状の加工電極７０と、スリップリング８２を介して電源４６の陽極に接続される多数の円柱状の給電電極７２が、略全面に亘って配置されている。各加工電極７０及び給電電極７２は同一形状であり、基板Ｗと電極部４４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、電極部４４の略全面に均一に配置されている。
【００６８】
そして、これらの加工電極７０及び給電電極７２は、接触部材７４で一体に覆われている。この接触部材７４は、例えば、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの内部の前記各加工電極７０及び給電電極７２に対応する位置に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置して構成されている。その他の構成は、前述の例と同様である。
【００６９】
この例によれば、基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部４４の接触部材７４の表面に接触させ、この状態で、中空モータ６０を駆動して電極部４４を回転させるとともに、自転用モータ５６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４４とを相対運動（偏心回転運動）させる。このとき、純水噴射ノズル８０の噴射口から基板Ｗと電極部４４との間に純水、好ましくは超純水を噴射する。そして、電源４６により加工電極７０と給電電極７２との間に所定の電圧を印加して、加工電極（陰極）７０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。
【００７０】
この例においては、電解加工において電極部４４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７０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７０ができるだけ多く通過するように加工電極７０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７０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。
【００７１】
しかも、電解加工の際に、各加工電極７０及び給電電極７２の上面を個別に覆う各電解質部７４ｂをイオン電流が通過し、各加工電極７０及び給電電極７２の上面の周囲を囲繞する非電解質部７４ａのイオン電流の通過を制限することで、各電解質部７４ｂに沿ったイオン電流の流れをより容易に制御することができる。
なお、個々の加工電極７０、若しくは複数の加工電極７０をグループ化して、一定の領域毎に印加する電圧または流れる電流を独立に制御するようにしてもよい。
【００７２】
図１１及び図１２は、本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置を示す。この電解加工装置３４ｂ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１４０と、アーム１４０の自由端に垂設され、表面を下向き（フェースダウン）にして基板Ｗを吸着保持する基板保持部１４２と、アーム１４０が取付けられる可動フレーム１４４と、矩形状の電極部１４６と、電極部１４６の下記の加工電極１６０及び給電電極１６２にそれぞれ電気的に接続される電源１４８とを備えている。
【００７３】
可動フレーム１４４の上部には、上下動用モータ１５０が設置されており、この上下動用モータ１５０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。このボールねじは、アーム１４０の基部に螺合しており、上下動用モータ１５０の駆動に伴って、アーム１４０がボールねじ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１４４自体も、水平方向に延びるボールねじ１５４に取付けられており、往復運動用モータ１５６の駆動に伴って可動フレーム１４４及びアーム１４０が水平面に沿って往復運動するようになっている。
【００７４】
基板保持部１４２は、アーム１４０の自由端に設置された自転用モータ１５８に接続されており、この自転用モータ１５８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１４０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１４２は、アーム１４０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。
【００７５】
この電極部１４６は、Ｘ方向（図１１参照）に延びる複数の加工電極１６０と給電電極１６２を備えており、これらの加工電極１６０及び給電電極１６２は、矩形平板状の電極ベース１６４上に並列に交互に配置されている。この例では、前述と同様に、加工電極１６０は電源１４８の陰極に、給電電極１６２は電源１４８の陽極にそれぞれ接続される。電極ベース１６４の各加工電極１６０及び給電電極１６２とで挟まれた位置には、各加工電極１６０及び給電電極１６２の長さ方向に沿った所定のピッチで、各加工電極１６０及び給電電極１６２上面に純水、好ましくは超純水を供給する純水供給穴１６４ａが設けられている。
【００７６】
このように、加工電極１６０と給電電極１６２とを電極部１４６のＹ方向（加工電極１６０及び給電電極１６２の長手方向と垂直な方向）に交互に設けることで、基板Ｗの導電体膜（被加工物）に給電を行う給電部を設ける必要がなくなり、基板Ｗの全面の加工が可能となる。また、加工電極１６０と給電電極１６２との間に印加される電圧をパルス状（好ましくは、正電位と０電位の方形波）に変化させることで、電解生成物を溶解させ、加工の繰り返しの多重性によって平坦度を向上させることができる。
【００７７】
各加工電極１６０及び給電電極１６２の上面には、積層体からなる接触部材１７０が、その端面を上方に向けてそれぞれ固着されている。この接触部材１７０は、絶縁材料で構成されており、この例では、例えばイオン交換基を担持（導入）させて固体電解質とした電解質部１７２と、イオン交換基を担持（導入）させることなく、電解質を有さない非電解質部１７４を交互に積層した形状に形成されている。なお、共に平板状で複数枚のイオン交換体と、例えばＰＶＣやＰＰＳ等の樹脂からなる絶縁材とを交互に積層して、イオン交換体を電解質を有する電解質部、絶縁材を電解質を有さない非電解質部とした、積層体からなる接触部材を構成してもよいことは勿論である。
【００７８】
このように、特に各加工電極１６０の上面に、例えばイオン交換基を担持した固体電解質を有する電解質部１７２と電解質を有しない非電解質部１７４をそれぞれ少なくとも１層以上有する積層体からなる接触部材１７０を配置し、接触部材１７０の電解質部１７２のみをイオン電流が通過し、非電解質部１７４のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極１６０に、接触部材１７０を介して、あたかも加工電極が複数に分割した状態で存在するように作用させることができる。つまり、一つの加工電極１６０を覆う接触部材１７０の各電解質部１７２が、あたかも加工電極の如き作用を行うようにすることができる。このように、例えば一つの加工電極１６０に、接触部材１７０を介して、あたかも加工電極が複数に分割した状態で存在するように作用させることで、加工電極と同じ作用を行う加工部位（電解質部１７２）を基板Ｗとの間に、効率よく均等に配置することができる。このことは、給電電極１６２にあっても同様である。
【００７９】
この電解加工装置３４ｂにあっては、基板保持部１４２で保持した基板Ｗを電極部１４６の接触部材１７０の上面に接触させ、この状態で、自転用モータ１５８を駆動して基板Ｗを基板保持部１４２と一体に回転させ、同時に往復運動用モータ１５６を駆動して、基板Ｗを基板保持部１４２と一体に、図１１に示すＹ方向に往復運動させる。このとき、純水供給穴１６４ａから、基板Ｗと加工電極１６０及び給電電極１６２との間に、純水、好ましくは超純水等の流体を供給する。
【００８０】
そして、電源１４８により加工電極１６０と給電電極１６２との間に所定の電圧を印加して、イオン交換基を担持した固体電解質からなる接触部材１７０の電解質部１７２により生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、加工電極１６０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、前述のように、各加工電極１６０の上面を覆う接触部材１７０の各電解質部１７２が、あたかも加工電極の如く作用して電解加工が進行し、基板Ｗと加工電極１６０とを相対移動させることにより、基板Ｗの全面の加工を行うことができる。
【００８１】
なお、上記の例では、各加工電極１６０と各給電電極１６２を各接触部材１７０で個別に覆った例を示しているが、加工電極１６０と給電電極１６２とを、積層体からなる接触部材で一体に覆うようにしてもよい。これにより、積層体の製作の便と図るとともに、接触部材を所定の位置に容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２】加工電極及び給電電極を基板（被加工物）に近接させ、加工電極及び給電電極と基板（被加工物）との間に純水等の液体を供給して電解加工を行う電解加工の原理の説明に付する図である。
【図３】本発明の実施の形態における電解加工装置を備えた基板処理装置の構成を示す平面図である。
【図４】図３に示す電解加工装置を模式的に示す縦断正面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】（ａ）は、図４に示す電解加工装置の電極部とその駆動部との関係を模式的に示す平面図で、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】（ａ）は、異なる材料を成膜した基板の表面に電解加工を施したときに流れる電流と時間の関係を、（ｂ）は、同じく印加される電圧と時間の関係をそれぞれ示すグラフである。
【図８】（ａ）は、接触部材の他の例を示す図で、（ｂ）は、異なる電極部に取付けた接触部材の更に他の例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態の電解加工装置を模式的に示す縦断正面図である。
【図１０】図９に示す電解加工装置の電極部を示す平面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１１の縦断正面図である。
【符号の説明】
【００８３】
３０ ロード・アンロード部
３２ 反転機
３４，３４ａ，３４ｂ 電解加工装置
３８ モニタ部
３９ 洗浄部
４０，１４０ アーム
４２，１４２ 基板保持部
４４，１４６ 電極部
４６，１４８ 電源
５６，１５８ 自転用モータ
６０ 中空モータ
６２ 主軸
７０，１６０ 加工電極
７２，１６２ 給電電極
７４，１７０ 接触部材
７４ａ，１７２ 非電解質部
７４ｂ，７４ｃ，１７４ 電解質部
７６ 純水供給管
４００ 自転防止部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工装置及び電解加工方法に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成された導電性材料を加工したり、基板の表面に付着した不純物を除去したりするのに使用される電解加工装置及び電解加工方法に関する。
【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１（ａ）乃至図１（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜などの絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線溝４が形成される。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１（ｂ）に示すように、半導体基材１のコンタクトホール３及び配線溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６、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内に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
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】
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、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。従って、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】
このような課題を解決する手段として、電極と被加工物の間に接触部材（例えばイオン交換体）を配置し、電解液として純水もしくは超純水のような電気抵抗の大きな液体を用いて加工を行うことで、被加工物に与える機械的ストレスをなくし、後洗浄も簡便な電解加工が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
これは、図２に示すように、被加工物１０の表面に、加工電極１４に取付けたイオン交換体（接触部材）１２ａと、給電電極１６に取付けたイオン交換体（接触部材）１２ｂとを接触乃至近接させ、加工電極１４と給電電極１６との間に電源１７を介して電圧を印加しつつ、加工電極１４及び給電電極１６と被加工物１０との間に液体供給部１９から超純水等の加工用液体１８を供給して、被加工物１０の表面層の除去加工を行うようにしたものである。この電解加工によれば、超純水等の加工用液体１８中の水分子２０をイオン交換体１２ａ，１２ｂで水酸化物イオン２２と水素イオン２４に解離し、例えば生成された水酸化物イオン２２を、被加工物１０と加工電極１４との間の電界と超純水等の加工用液体１８の流れによって、被加工物１０の加工電極１４と対面する表面に供給して、ここでの被加工物１０近傍の水酸化物イオン２２の密度を高め、被加工物１０の原子１０ａと水酸化物イオン２２を反応させる。反応によって生成された反応物質２６は、超純水等の加工用液体１８中に溶解し、被加工物１０の表面に沿った超純水等の加工用液体１８の流れによって被加工物１０から除去される。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４５３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えばイオン交換体からなる接触部材を用いた電解加工では、加工電極または給電電極の少なくとも一方と被加工物との間に配置された接触部材と被加工物の被加工表面との近接部乃至接触部において選択的に加工が進む。ここで、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工し、品質の高い加工表面を得るためには、複数の加工電極や給電電極を被加工物の被加工表面における任意の一点に対して、複数回に亘って略均一に通過させることが好ましい。しかし、加工電極や給電電極の数及び配置は、加工電極と給電電極との間の短絡を防止したり、所定の位置に接触部材を固定したり、更には流体を供給するための流体供給部を配置したりする等の影響により制限されてしまう。このため、多数の加工電極及び／または給電電極を被加工物との間に効率よく均等に配置して、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工することが一般に困難となる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、接触部材の各部位を通過するイオン電流の流れを制限し、例えば一つの加工電極及び／または給電電極にあたかも複数の加工電極及び／または給電電極が存在するように作用させることで、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工し、品質の高い加工表面を得ることができるようにした電解加工装置及び電解加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、前記被加工物に給電する給電電極と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材と、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、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置である。
【００１４】
被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、接触部材の電解質部が存在する部位のみをイオン電流が通過し、非電解質部が存在する部位のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極の表面を接触部材で覆った場合に、この一つの加工電極に、接触部材を介して、あたかも加工電極が複数存在するように作用させることができる。
【００１５】
電解質は、イオンに電離する物質、つまりイオン導電体のことをいい、酸、塩基、塩溶液、溶融塩、固体電解質などを含む。液体の電解質を電解液といい、固体の電解質を固体電解質という。電解質は、狭義には電解液に溶解させた塩、さらに狭義には、電解液に導電性を持たせるために加えた支持塩のことをいう。溶媒に塩を溶解させるばかりでなく、溶融塩やイオン性液体も電解質として使われる。一方、イオンを通す固体を固体電解質という。電解質は、電池や電解コンデンサなどに応用されている。電池の電解質は、液体を使うことが多いが、一部の電池では固体電解質が使用されている。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１記載の電解加工装置である。
固体電解質は、固体中をイオンが移動するタイプの電解質をいい、固体アイオニクスとも呼ばれる。電解液が二種類以上のイオンを運ぶのに対して、固体電解質は、一種類のイオンしか運ばないのが普通である。イオン交換膜は、固体高分子電解質であり、固体高分子型燃料電池や固体酸化物型燃料電池に応用されている。電池に固体電解質を使った場合、隔膜を使わなくても良い利点がある。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記電解質部は、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と互いに対向した位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置である。
これにより、例えば多数の加工電極及び／または給電電極がピン状に多数配置されている場合に、接触部材の加工電極及び／または給電電極に対向する部位を電解質部となし、それ以外の部位を非電解質部となして、この非電解質部におけるイオン電流の流れを制限することで、イオン電流の流れをより容易に制御することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記接触部材は、加工電極及び給電電極に対して一体に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材を加工電極及び給電電極に対して一体に配置することで、接触部材の製作の便を図るとともに、接触部材を所定の位置により容易に配置することができる。
請求項５に記載の発明は、前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記非電解質部は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置である。
これにより、例えば導電性材料からなる非電解質部を給電電極と被加工物との間に介装することで、導電性材料を介して給電電極から被加工物に直接給電することができる。
請求項７に記載の発明は、前記非電解質部は、導電性パッドからなることを特徴とする請求項６記載の電解加工装置である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材の電解質部及び／または非電解質部が被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するようにすることで、被加工物の被加工面の各電解質部及び／または各非電解質部に近接乃至接触する部位の加工速度にばらつきが生じた場合においても、この加工速度のばらつきを平均化させ、これによって、被加工物の全面における加工速度の均一化を図ることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材の電解質部及び／または非電解質部が被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するようにすることによっても、被加工物の被加工面の各電解質部及び／または各非電解質部に近接乃至接触する部位の加工速度を平均化させ、被加工物の全面における加工速度の均一化を図ることができる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電解加工装置である。
このように、接触部材の電解質部として、イオン交換基を有するイオン交換基部を使用することで、超純水等の液体中の水分子の水酸化物イオンと水素イオンへの解離を促進して、水分子の解離量を増加させることができる。このイオン交換基は、強酸性陽イオン交換基、弱酸性陽イオン交換基、強塩基性陰イオン交換基及び弱塩基性陰イオン交換基の少なくとも１つ、またはこれらの任意の組合せからなる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、被加工物に近接自在な加工電極と、前記被加工物に給電する給電電極と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材と、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、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置である。
【００２４】
被加工物と加工電極または給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ少なくとも１層以上有する積層体からなる接触部材を配置し、接触部材の電解質部のみをイオン電流が通過し、非電解質部のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極の表面を接触部材で覆った場合に、この一つの加工電極に、接触部材を介して、あたかも加工電極が複数に分割した状態で存在するように作用させることができる。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１１記載の電解加工装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１１または１２記載の電解加工装置である。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、前記電解質部及び／または非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項１５に記載の発明は、前記電解質部及び／または非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置である。
【００２７】
請求項１６に記載の発明は、前記積層体は、前記電解質部及び非電解質部の端面が前記被加工物と対面するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の電解加工装置である。
請求項１７に記載の発明は、前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１６記載の電解加工装置である。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、被加工物を加工電極に近接させ、前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法である。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、被加工物に加工電極を近接させ、前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材を配置し、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法である。
請求項２０に記載の発明は、前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１８または１９記載の電解加工方法である。
【００３０】
請求項２１に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法である。
請求項２２に記載の発明は、前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、被加工物と加工電極または給電電極との間の少なくとも一方に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、接触部材の電解質部が存在する部位のみをイオン電流が通過し、非電解質部が存在する部位のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極の表面を接触部材で覆った場合に、この一つの加工電極に、接触部材を介して、あたかも加工電極が複数存在するように作用させることができる。これによって、多数の加工部位を被加工物との間に効率よく均等に配置し、被加工物の被加工表面を全面に亘ってより均一な加工速度で加工して、より品質の高い加工表面を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態に係る電解加工装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る電解加工装置を備えた基板処理装置の構成を示す平面図である。図３に示すように、この基板処理装置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工物）としての銅膜６を有する基板Ｗを収納したカセットを搬出入する搬出入部としての一対のロード・アンロード部３０と、基板Ｗを反転させる反転機３２と、電解加工装置３４と、電解加工後の基板Ｗを洗浄・乾燥する洗浄部３９を備えている。これらの機器は直列に配置されており、これらの機器の間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての搬送ロボット３６がこれらの機器と平行に配置されている。また、電解加工装置３４による電解加工の際に、後述する加工電極７０と給電電極７２との間に印加する電圧また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。
【００３３】
図４は、電解加工装置３４を模式的に示す縦断面図、図５は図４の平面図である。図４に示すように、電解加工装置３４は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム４０と、アーム４０の自由端に垂設され、表面を下向き（フェースダウン）して基板Ｗを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で絶縁体からなる電極部４４と、電極部４４に接続される電源４６を備えている。
【００３４】
アーム４０は、揺動用モータ４８に連結された揺動軸５０の上端に取付けられており、揺動用モータ４８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５０は、上下方向に延びるボールねじ５２に連結されており、ボールねじ５２に連結された上下動用モータ５４の駆動に伴ってアーム４０とともに上下動するようになっている。
【００３５】
基板保持部４２は、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部４４とを相対移動させる第１駆動部としての自転用モータ５６に接続されており、この自転用モータ５６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４０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４０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。電極部４４は、基板Ｗと電極部４４とを相対運動させる第２駆動部としての中空モータ６０に直結されており、中空モータ６０の駆動に伴って、並進回転運動（スクロール運動）するようになっている。
【００３６】
すなわち、図６に示すように、電極部４４と中空モータ６０との間には、周方向に３つ以上（図示では４つ）の自転防止部４００が設けられている。つまり、中空モータ６０の上面と電極部４４の下面の互いに対応する位置には、周方向に等間隔に複数の凹所４０２，４０４が形成され、これにはそれぞれベアリング４０６，４０８が装着されている。そして、このベアリング４０６，４０８には、図６（ｂ）に示すように“ｅ”だけずれた２つの軸体４０９，４１０を持つ連結部材４１２が、各軸体４０９，４１０の端部を挿入して装着されている。また、電極部４４の中央下面側には、中空モータ６０の主軸６２の上端に偏心して設けられた駆動端６４が軸受（図示せず）を介して回転自在に連結されている。この偏心量も同様に“ｅ”である。これにより、中空モータ６０の駆動に伴って、電極部４４がそれ自身は自転を伴わずに、半径“ｅ”の円に沿って並進運動する。したがって、電極部４４上のすべての点は半径“ｅ”の同一の円運動を行う。なお、電極部４４を上記の並進運動に加えて自転させる機構を設けてもよい。
【００３７】
電極部４４には、扇状の加工電極７０と給電電極７２が表面（上面）を露出させて交互に埋設されている。加工電極７０は電源４６の陰極に接続され、給電電極７２は電源４６の陽極に接続される。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７２を電源４６の陰極に接続し、加工電極７０を電源４６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。
【００３８】
ここで、加工電極７０及び給電電極７２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。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また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。
【００３９】
電極部４４の上面には、加工電極７０と給電電極７２の上面を一体的に覆って、電解加工の際に基板Ｗの表面（下面）と接触するシート状の接触部材７４が取付けられている。この接触部材７４は、例えば絶縁材料からなる研磨パッドから構成され、電解質を有さない非電解質部７４ａの内部に、例えばイオン交換基を担持させて固体電解質とした多数のイオン交換基部からなる電解質部７４ｂを、接触部材７４のほぼ全域に亘って散点状に配置して構成されている。
【００４０】
これにより、電解加工の際に、接触部材７４の各電解質部７４ｂが存在する部位のみをイオン電流が通過し、非電解質部７４ａのイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極７０に、接触部材７４を介して、あたかも加工電極が複数存在するように、つまり一つの加工電極７０に対応する領域内に位置する多数の電解質部７４ｂの一つ一つが、あたかも加工電極の如き作用を行うようにすることができる。このように、例えば一つの加工電極７０に、接触部材７４を介して、あたかも加工電極が複数存在するようにすることで、加工電極７０と給電電極７２とを短絡を防止しつつ配置したり、接触部材７４を固定したり、更には流体を供給するための流体供給部を配置したりするときの制限を緩和しつつ、加工電極と同じ作用を行う加工部位（電解質部７４ｂ）を基板Ｗとの間に、効率よく均等に配置することができる。このことは、給電電極７２にあっても同様である。
【００４１】
この例では、下記のように、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部４４との間の相対運動時に、基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して、接触部材７４の電解質部７４ｂが複数回に亘って略均一に通過ように配置されている。このように、イオン電流が通過することで、加工部位としての作用を行う電解質部７４ｂが基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して複数回に亘って略均一に通過するようにすることで、基板Ｗの被加工表面の、加工部位としての各電解質部７４ｂに近接乃至接触する部位における加工速度にばらつきが生じた場合においても、この加工速度のばらつきを平均化させ、これによって、基板Ｗの全面における加工速度の均一化を図ることができる。
【００４２】
この実施の形態にあっては、電解加工中に電極部４４の上面側から該電極部４４の上面に超純水の供給を行うことができないため、主軸６２に設けた貫通孔６２ａ及び電極部４４に設けた貫通孔４４ａを通してのみ、電極部４４の上面に、純水、好ましくは超純水を供給するようになっている。つまり、電極部４４の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供給する純水供給部としての貫通孔４４ａが設けられている。そして、この貫通孔４４ａは、主軸６２に設けた貫通孔６２ａを通して、中空モータ６０の中空部の内部を延びる純水供給管７６に接続されている。純水（超純水）は、この貫通孔４４ａを通して電極部４４の上面に供給された後、加工面全域に供給される。
【００４３】
更に、図５に示すように、電極部４４の側方に位置して、電解加工終了後に接触部材７４に向けて超純水を噴射して電極部４４を洗浄する超純水噴射ノズル７８が待避自在に配置されている。
【００４４】
次に、この実施の形態における電解加工装置３４を備えた基板処理装置を用いた基板処理（電解加工）について説明する。まず、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工物）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。
【００４５】
搬送ロボット３６は反転させた基板Ｗを受け取り、これを電解加工装置３４に搬送し、基板保持部４２に吸着保持させる。そして、アーム４０を移動させて基板Ｗを保持した基板保持部４２を電極部４４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５４を駆動して基板保持部４２を下降させて、この基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部４４の接触部材７４の上面に接触させる。
【００４６】
この状態で、自転用モータ５６を駆動して基板Ｗを基板保持部４２と一体に回転させ、同時に中空モータ６０を駆動して電極部４４をスクロール運動させる。これによって、基板Ｗと電極部４４を相対運動させる。このとき、純水供給管７６、主軸６２に設けた貫通孔６２ａ及び電極部４４に設けた貫通孔４４ａを通して、基板Ｗと接触部材７４との間に、純水、好ましくは超純水等の流体を供給する。
【００４７】
そして、電源４６により加工電極７０と給電電極７２との間に所定の電圧を印加して、イオン交換基を担持した固体電解質からなる接触部材７４の電解質部７４ｂにより生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、加工電極７０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、前述のように、各加工電極７０に対応する領域内に位置する多数の電解質部７４ｂの一つ一つが、あたかも加工電極の如く作用して電解加工が進行し、しかも、電解質部７４ｂは、基板保持部４２で保持した基板Ｗと電極部４４との間の相対運動時に、基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して、複数回に亘って略均一に通過する。これによって、加工部位としての各電解質部７４ｂに近接乃至接触する部位における加工速度にばらつきが生じた場合においても、この加工速度のばらつきを平均化させ、これによって、加工速度の均一化を図りつつ、基板Ｗの全面に亘る加工を行うことができる。特に、基板保持部４２の回転速度がゼロか、極めて遅い場合には、基板Ｗと電極部４４との相対速度を基板Ｗの被加工表面における任意の点に対して略一定とすることができる。
【００４８】
電解加工中には、加工電極７０と給電電極７２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７（ａ）に示すように、表面に材料Ｂと材料Ａとを順次成膜した基板Ｗの該表面に電解加工を施したときに流れる電流をモニタすると、材料Ａを電解加工している間は一定の電流が流れるが、異なる材料Ｂの加工に移行する時点で流れる電流が変化する。同様に、加工電極７０と給電電極７２との間に印加される電圧にあっても、図７（ｂ）に示すように、材料Ａを電解加工している間は一定の電圧が印加されるが、異なる材料Ｂの加工に移行する時点で印加される電圧が変化する。なお、図７（ａ）は、材料Ｂを電解加工するときの方が、材料Ａを電解加工するときよりも電流が流れにくくなる場合を、図７（ｂ）は、材料Ｂを電解加工するときの方が、材料Ａを電解加工するときよりも電圧が高くなる場合の例を示している。これにより、この電流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。
【００４９】
なお、モニタ部３８で加工電極７０と給電電極７２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、加工中における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、また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。
【００５０】
例えば、基板が異材料に達したときに生じる摩擦係数の違いによる摩擦力の変化や、基板の表面の凹凸を平坦化する際、凹凸を除去したことにより生じる摩擦力の変化等を検出することで加工量を判断し、加工終点を検出することとしてもよい。また、被加工面の電気抵抗による発熱や、加工面と被加工面との間に液体（純水）の中を移動するイオンと水分子の衝突による発熱が生じ、例えば基板の表面に堆積した銅膜を定電圧制御で電解研磨する際には、電解加工が進み、バリア層や絶縁膜が露出するのに伴って、電気抵抗が大きくなり電流値が小さくなって発熱量が順に減少する。したがって、この発熱量の変化を検出することで加工量を判断し、加工終点を検出することとしてもよい。あるいは、異材料に達した時に生じる反射率の違いによる反射光の強度の変化を検出して、基板上の被加工膜の膜厚を検知し、これにより加工終点を検出してもよい。
【００５１】
また、銅膜等の導電性膜の内部に渦電流を発生させ、基板の内部を流れる渦電流をモニタし、例えば周波数やインピーダンスの変化を検出して、基板上の被加工膜の膜厚を検知し、これにより加工終点を検出してもよい。更に、電解加工にあっては、加工電極と給電電極との間を流れる電流値で加工レートが決まり、加工量は、この電流値と加工時間の積で求められる電気量に比例する。したがって、電流値と加工時間の積で求められる電気量を積算し、この積算値が所定の値に達したことを検出することで加工量を判断し、加工終点を検出してもよい。
【００５２】
電解加工完了後、電源４６の加工電極７０及び給電電極７２との接続を切り、基板保持部４２の回転と電極部４４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に受渡す。基板Ｗを受け取った搬送ロボット３６は、必要に応じて、基板Ｗを反転機３２に搬送して反転させ、洗浄部３９に搬送して洗浄乾燥し、乾燥後の基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
【００５３】
ここで、電解加工中に基板Ｗと電極部４４の接触部材７４との間に供給する純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。このように電解質を含まない純水また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、イオン交換基を担持した電解質部７４ｂ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。
【００５４】
純水または超純水の代わりに電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体、例えば純水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、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。
【００５５】
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。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗと接触部材７４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。
【００５６】
ここで、接触部材７４のイオン交換基を担持した電解質部（イオン交換基部）７４ｂ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。純水または超純水が電解質部７４ｂ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。
【００５７】
上述した電解質部（イオン交換基部）７４ｂは、例えば、アニオン交換基またはカチオン交換基を付与した不織布等で構成することができる。カチオン交換基部は、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、アニオン交換基部は、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。
【００５８】
ここで、例えば強塩基アニオン交換基を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行ういわゆる放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して第４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。したがって、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００５９】
強酸性カチオン交換基を付与した不織布は、上記強塩基性アニオン交換基を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行ういわゆる放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００６０】
なお、電解質部７４ｂ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。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。
【００６１】
このように、電解質部７４ｂをアニオン交換基また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。更に、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運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００６２】
ここで、電解質部（イオン交換基部）７４ｂをアニオン交換基またはカチオン交換基の一方を付与したもののみで構成すると、電解加工できる被加工材料が制限されるばかりでなく、極性により不純物が生成しやすくなる。そこで、アニオン交換基を有するアニオン交換体とカチオン交換基を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、イオン交換基部自体にアニオン交換基とカチオン交換基の双方の交換基を付与するようにしたりしてもよく、これにより、被加工材料の範囲を拡げるとともに、不純物を生成しにくくすることができる。
【００６３】
本発明に係る電解加工装置３４によれば、機械的研磨作用を伴わないので、ＣＭＰのように基板Ｗを強く押し付ける必要がない。基板Ｗの配線材料として、脆弱な材料を用いる場合には、接触部材７４から基板Ｗが受ける押圧力が、１９．６ｋＰａ（２００ｇｆ／ｃｍ２、２．９ｐｓｉ）以下、より好ましくは６．８６ｋＰａ（７０ｇｆ／ｃｍ２、１．０ｐｓｉ）以下、更に好ましくは６８６Ｐａ（７ｇｆ／ｃｍ２、０．１ｐｓｉ）以下になるように調整して低荷重で基板Ｗの加工を行うことが好ましい。
【００６４】
なお、本発明は、種々の電解加工装置に適用でき、加工液、接触部材の組合せは、種々に適用可能である。イオン交換基を担持した固体電解質の他に、例えば内部に電解液を保持した部分、例えばセラミック含浸材で電解質部を構成するようにしてもよい。
【００６５】
上記の例では、接触部材７４として、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの内部に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置して構成したものを使用している。図８（ａ）に示すように、接触部材７４として、例えば、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの内部に、加工電極７０に対応する部分にあっては、前述と同様に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置し、給電電極７２に対応する部分にあっては、該給電電極７２のほぼ全域を一体に覆う、例えば導電性パッドやカーボンファイバなどの導電性材料からなる電解質部７４ｃを配置して、基板Ｗを接触部材７４の上面に接触させた時、電解質部７４ｃを介して、給電電極７２から基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）に直接給電するようにしたものを使用してもよい。
【００６６】
また、図８（ｂ）に示すように、電極部４４として、表面に円板状または直径方向に直線状乃至放射状に延びる加工電極７０を埋設し、上方周縁部に給電電極７２を配置したものを使用し、接触部材７４として、例えば、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの周縁部を除く内部に、前述と同様に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置し、周縁部に、例えば導電性パッドやカーボンファイバなどの導電性材料からなる電解質部７４ｃを加工電極７０と絶縁し、給電電極７２と接触させて配置したものを使用して、前述と同様に、基板Ｗを接触部材７４の上面に接触させた時、電解質部７４ｃを介して、給電電極７２から基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜６）に直接給電するようにしてもよい。
【００６７】
図９及び図１０は、本発明の他の実施の形態の電解加工装置を示す。この電解加工装置３４ａは、直径が基板Ｗの直径の２倍以上で、中空モータ６０の駆動に伴って回転（自転）する電極部４４を有しており、この電極部４４の上方には、電極部４４に直径方向に沿って延び、電極部４４の上面に純水、好ましくは超純水を供給する純水噴射ノズル（流体供給部）８０が配置されている。そして、電極部４４は、絶縁材料で構成されており、その上面には、スリップリング８２を介して電源４６の陰極に接続される多数の円柱状の加工電極７０と、スリップリング８２を介して電源４６の陽極に接続される多数の円柱状の給電電極７２が、略全面に亘って配置されている。各加工電極７０及び給電電極７２は同一形状であり、基板Ｗと電極部４４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、電極部４４の略全面に均一に配置されている。
【００６８】
そして、これらの加工電極７０及び給電電極７２は、接触部材７４で一体に覆われている。この接触部材７４は、例えば、絶縁材料からなる研磨パッドから構成された非電解質部７４ａの内部の前記各加工電極７０及び給電電極７２に対応する位置に、イオン交換基を担持させて固体電解質とした多数の電解質部７４ｂを散点状に配置して構成されている。その他の構成は、前述の例と同様である。
【００６９】
この例によれば、基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部４４の接触部材７４の表面に接触させ、この状態で、中空モータ６０を駆動して電極部４４を回転させるとともに、自転用モータ５６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４４とを相対運動（偏心回転運動）させる。このとき、純水噴射ノズル８０の噴射口から基板Ｗと電極部４４との間に純水、好ましくは超純水を噴射する。そして、電源４６により加工電極７０と給電電極７２との間に所定の電圧を印加して、加工電極（陰極）７０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。
【００７０】
この例においては、電解加工において電極部４４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７０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７０ができるだけ多く通過するように加工電極７０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７０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。
【００７１】
しかも、電解加工の際に、各加工電極７０及び給電電極７２の上面を個別に覆う各電解質部７４ｂをイオン電流が通過し、各加工電極７０及び給電電極７２の上面の周囲を囲繞する非電解質部７４ａのイオン電流の通過を制限することで、各電解質部７４ｂに沿ったイオン電流の流れをより容易に制御することができる。
なお、個々の加工電極７０、若しくは複数の加工電極７０をグループ化して、一定の領域毎に印加する電圧または流れる電流を独立に制御するようにしてもよい。
【００７２】
図１１及び図１２は、本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置を示す。この電解加工装置３４ｂ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１４０と、アーム１４０の自由端に垂設され、表面を下向き（フェースダウン）にして基板Ｗを吸着保持する基板保持部１４２と、アーム１４０が取付けられる可動フレーム１４４と、矩形状の電極部１４６と、電極部１４６の下記の加工電極１６０及び給電電極１６２にそれぞれ電気的に接続される電源１４８とを備えている。
【００７３】
可動フレーム１４４の上部には、上下動用モータ１５０が設置されており、この上下動用モータ１５０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。このボールねじは、アーム１４０の基部に螺合しており、上下動用モータ１５０の駆動に伴って、アーム１４０がボールねじ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１４４自体も、水平方向に延びるボールねじ１５４に取付けられており、往復運動用モータ１５６の駆動に伴って可動フレーム１４４及びアーム１４０が水平面に沿って往復運動するようになっている。
【００７４】
基板保持部１４２は、アーム１４０の自由端に設置された自転用モータ１５８に接続されており、この自転用モータ１５８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１４０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１４２は、アーム１４０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。
【００７５】
この電極部１４６は、Ｘ方向（図１１参照）に延びる複数の加工電極１６０と給電電極１６２を備えており、これらの加工電極１６０及び給電電極１６２は、矩形平板状の電極ベース１６４上に並列に交互に配置されている。この例では、前述と同様に、加工電極１６０は電源１４８の陰極に、給電電極１６２は電源１４８の陽極にそれぞれ接続される。電極ベース１６４の各加工電極１６０及び給電電極１６２とで挟まれた位置には、各加工電極１６０及び給電電極１６２の長さ方向に沿った所定のピッチで、各加工電極１６０及び給電電極１６２上面に純水、好ましくは超純水を供給する純水供給穴１６４ａが設けられている。
【００７６】
このように、加工電極１６０と給電電極１６２とを電極部１４６のＹ方向（加工電極１６０及び給電電極１６２の長手方向と垂直な方向）に交互に設けることで、基板Ｗの導電体膜（被加工物）に給電を行う給電部を設ける必要がなくなり、基板Ｗの全面の加工が可能となる。また、加工電極１６０と給電電極１６２との間に印加される電圧をパルス状（好ましくは、正電位と０電位の方形波）に変化させることで、電解生成物を溶解させ、加工の繰り返しの多重性によって平坦度を向上させることができる。
【００７７】
各加工電極１６０及び給電電極１６２の上面には、積層体からなる接触部材１７０が、その端面を上方に向けてそれぞれ固着されている。この接触部材１７０は、絶縁材料で構成されており、この例では、例えばイオン交換基を担持（導入）させて固体電解質とした電解質部１７２と、イオン交換基を担持（導入）させることなく、電解質を有さない非電解質部１７４を交互に積層した形状に形成されている。なお、共に平板状で複数枚のイオン交換体と、例えばＰＶＣやＰＰＳ等の樹脂からなる絶縁材とを交互に積層して、イオン交換体を電解質を有する電解質部、絶縁材を電解質を有さない非電解質部とした、積層体からなる接触部材を構成してもよいことは勿論である。
【００７８】
このように、特に各加工電極１６０の上面に、例えばイオン交換基を担持した固体電解質を有する電解質部１７２と電解質を有しない非電解質部１７４をそれぞれ少なくとも１層以上有する積層体からなる接触部材１７０を配置し、接触部材１７０の電解質部１７２のみをイオン電流が通過し、非電解質部１７４のイオン電流の通過を制限することで、例えば一つの加工電極１６０に、接触部材１７０を介して、あたかも加工電極が複数に分割した状態で存在するように作用させることができる。つまり、一つの加工電極１６０を覆う接触部材１７０の各電解質部１７２が、あたかも加工電極の如き作用を行うようにすることができる。このように、例えば一つの加工電極１６０に、接触部材１７０を介して、あたかも加工電極が複数に分割した状態で存在するように作用させることで、加工電極と同じ作用を行う加工部位（電解質部１７２）を基板Ｗとの間に、効率よく均等に配置することができる。このことは、給電電極１６２にあっても同様である。
【００７９】
この電解加工装置３４ｂにあっては、基板保持部１４２で保持した基板Ｗを電極部１４６の接触部材１７０の上面に接触させ、この状態で、自転用モータ１５８を駆動して基板Ｗを基板保持部１４２と一体に回転させ、同時に往復運動用モータ１５６を駆動して、基板Ｗを基板保持部１４２と一体に、図１１に示すＹ方向に往復運動させる。このとき、純水供給穴１６４ａから、基板Ｗと加工電極１６０及び給電電極１６２との間に、純水、好ましくは超純水等の流体を供給する。
【００８０】
そして、電源１４８により加工電極１６０と給電電極１６２との間に所定の電圧を印加して、イオン交換基を担持した固体電解質からなる接触部材１７０の電解質部１７２により生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、加工電極１６０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、前述のように、各加工電極１６０の上面を覆う接触部材１７０の各電解質部１７２が、あたかも加工電極の如く作用して電解加工が進行し、基板Ｗと加工電極１６０とを相対移動させることにより、基板Ｗの全面の加工を行うことができる。
【００８１】
なお、上記の例では、各加工電極１６０と各給電電極１６２を各接触部材１７０で個別に覆った例を示しているが、加工電極１６０と給電電極１６２とを、積層体からなる接触部材で一体に覆うようにしてもよい。これにより、積層体の製作の便と図るとともに、接触部材を所定の位置に容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２】加工電極及び給電電極を基板（被加工物）に近接させ、加工電極及び給電電極と基板（被加工物）との間に純水等の液体を供給して電解加工を行う電解加工の原理の説明に付する図である。
【図３】本発明の実施の形態における電解加工装置を備えた基板処理装置の構成を示す平面図である。
【図４】図３に示す電解加工装置を模式的に示す縦断正面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】（ａ）は、図４に示す電解加工装置の電極部とその駆動部との関係を模式的に示す平面図で、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】（ａ）は、異なる材料を成膜した基板の表面に電解加工を施したときに流れる電流と時間の関係を、（ｂ）は、同じく印加される電圧と時間の関係をそれぞれ示すグラフである。
【図８】（ａ）は、接触部材の他の例を示す図で、（ｂ）は、異なる電極部に取付けた接触部材の更に他の例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態の電解加工装置を模式的に示す縦断正面図である。
【図１０】図９に示す電解加工装置の電極部を示す平面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１１の縦断正面図である。
【符号の説明】
【００８３】
３０ ロード・アンロード部
３２ 反転機
３４，３４ａ，３４ｂ 電解加工装置
３８ モニタ部
３９ 洗浄部
４０，１４０ アーム
４２，１４２ 基板保持部
４４，１４６ 電極部
４６，１４８ 電源
５６，１５８ 自転用モータ
６０ 中空モータ
６２ 主軸
７０，１６０ 加工電極
７２，１６２ 給電電極
７４，１７０ 接触部材
７４ａ，１７２ 非電解質部
７４ｂ，７４ｃ，１７４ 電解質部
７６ 純水供給管
４００ 自転防止部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に近接自在な加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材と、
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、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電解質部は、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と互いに対向した位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記接触部材は、加工電極及び給電電極に対して一体に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項６】
前記非電解質部は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項７】
前記非電解質部は、導電性パッドからなることを特徴とする請求項６記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項９】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１１】
被加工物に近接自在な加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材と、
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、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項１２】
前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１１記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１１または１２記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１５】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１６】
前記積層体は、前記電解質部及び非電解質部の端面が前記被加工物と対面するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１７】
前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１６記載の電解加工装置。
【請求項１８】
被加工物を加工電極に近接させ、
前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法。
【請求項１９】
被加工物に加工電極を近接させ、
前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材を配置し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２０】
前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１８または１９記載の電解加工方法。
【請求項２１】
前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法。
【請求項２２】
前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法。
【請求項１】
被加工物に近接自在な加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材と、
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、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電解質部は、前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方と互いに対向した位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記接触部材は、加工電極及び給電電極に対して一体に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項６】
前記非電解質部は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項７】
前記非電解質部は、導電性パッドからなることを特徴とする請求項６記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項９】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１１】
被加工物に近接自在な加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に配置され、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材と、
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、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させる駆動部と、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする電解加工装置。
【請求項１２】
前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１１記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記非電解質部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１１または１２記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１５】
前記電解質部及び／または前記非電解質部は、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間の相対運動時に、前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１６】
前記積層体は、前記電解質部及び非電解質部の端面が前記被加工物と対面するように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項１７】
前記電解質部は、イオン交換基を有するイオン交換基部からなることを特徴とする請求項１６記載の電解加工装置。
【請求項１８】
被加工物を加工電極に近接させ、
前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有しない非電解質部をそれぞれ１つ以上有する接触部材を配置し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法。
【請求項１９】
被加工物に加工電極を近接させ、
前記加工電極と前記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に、電解質を有する電解質部と電解質を有さない非電解質部がそれぞれ少なくとも１層以上存在する積層体からなる接触部材を配置し、
前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させつつ、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２０】
前記電解質は、固体電解質からなることを特徴とする請求項１８または１９記載の電解加工方法。
【請求項２１】
前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して複数通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法。
【請求項２２】
前記電解質部及び／または前記非電解質部が前記被加工物の被加工表面における任意の点に対して略均一に通過するように、前記被加工物と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方とを相対運動させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電解加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２２４５（Ｐ２００６−２２４５Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８２７７１（Ｐ２００４−１８２７７１）
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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