CN1625612A - 电解加工装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解加工装置和方法，其用于加工形成在基片特别是半导体晶片的表面上的导电材料，或用于去除粘着在基片表面上的杂质。电解加工装置包括一个可以接近工件的加工电极、一个用于向工件供电的供电电极、一个布置在工件与加工电极和供电电极之间的空间中的离子交换器、一个用于向工件与离子交换器之间供应流体的流体供应部、一个电源，其中加工电极和/或供电电极被电学分隔为多个电极部分，电源向每个分隔的电极部分施加电压，并且对每个分隔的电极部分独立地控制电压和/或电流。

Description

电解加工装置和方法
技术领域
本发明涉及一种电解加工装置和方法，特别地讲，本发明涉及用于加工形成在基片特别是半导体晶片的表面上的导电材料、或用于去除粘着在基片表面上的杂质的电解加工装置和方法。
本发明还涉及一种用于固定离子交换器的方法和结构，其可以在用于加工形成在基片特别是半导体晶片的表面上的导电材料或用于去除粘着在基片表面上的杂质的电解加工中被使用；此外，还涉及一种设有这种离子交换器固定结构的电解加工装置。
背景技术
最近几年，除了利用铝或铝合金作为在诸如半导体晶片等基片上形成互联电路的材料以外，有一个显著趋势是使用具有低电阻率和高电迁移阻力的铜(Cu)。铜互联结构大致上是通过向形成在基片表面中的精细凹坑中填充铜而形成的。现已知有各种技术用于形成这样的铜互联结构，包括CVD法、溅镀、电镀等。根据任一上述技术，一个铜膜形成在基片的几乎整个表面上，然后通过化学机械抛光(CMP)而去除不需要的铜。
图1A至1C按照加工步骤示出了一种用于形成这种具有铜互联结构的基片W的方法的例子。如图1A所示，一个绝缘膜2，例如由SiO2构成的氧化物薄膜或低介电常数(low-k)材料薄膜，沉积在形成于半导体基层1上的导电层1a上，该绝缘膜中形成有半导体器件。用于构成互联结构的触点孔3或沟槽4通过光刻/蚀刻技术形成在绝缘膜2中。然后，一个由TaN或类似材料构成的隔离层5形成在整个表面上，一个作为电镀用供电层的晶粒层7形成在隔离层5上。
接下来，如图1B所示，在基片W的表面上进行铜镀，以便用铜充填触点孔3或沟槽4，与此同时，在绝缘膜2上沉积一个铜膜6。然后，位于绝缘膜2上的铜膜6和隔离层5通过化学机械抛光(CMP)而被去除，以使填充在触点孔3或沟槽4中的用于形成互联结构的铜膜6的表面与绝缘膜2的表面处在基本上同一平面内。这样，形成了图1所示的由铜膜6构成的互联结构。
最近，各种设备中的元件变得越来越精细并且要求有更高的精度。随着亚微制造技术(sub-micro manufacturing technology)被广泛采用，材料的性能在很大程度上会受到加工方法的影响。在这种情况下，在所述传统机加工方法中，工件上的预期部位被一个工具物理破坏并从表面上去除，这可能会产生大量的缺陷，从而导致工件的性能下降。因此，进行不会对材料性能造成破坏的加工变得非常重要。
一些加工方法，例如化学抛光、电解加工和电解抛光，已经被研制出来，以解决这一问题。与传统物理加工不同，这些方法通过化学溶解反应而实现去除或类似加工。因此，这些方法不会因塑性变形而产生缺陷例如形成变化层和错位，因而可以在不破坏材料性能的情况下实施加工。
有一种使用离子交换器的电解加工方法被研制出来。根据这种方法，一个安装在加工电极上的离子交换器和一个安装在供电电极上的离子交换器用于接近或接触工件表面。电压从电源施加在加工电极和供电电极之间，同时，一种液体例如超纯水从流体供应部供应到加工电极和供电电极与工件之间，从而实现对工件表面层的去除处理。
图2示意性地示出了一种通常用于这种电解加工的传统电解加工装置。该电解加工装置包括一个加工电极52和一个安装在加工电极52上的离子交换器54。根据工件W的材料，加工电极52被连接到电源56的阴极或阳极，工件W被连接到相反的电极，而且工件W被用作供电电极。在图2所示的情况中，加工电极52连接着电源56的阴极，工件W连接着电源56的阳极。加工电极52用于在一种能够溶解工件W的被加工表面WA的溶液中在与加工电极52相靠近的被加工表面WA处集中例如OH-离子，以引起工件W的原子与OH-离子之间发生反应，从而对工件W进行加工。在半导体基片W的情况下，形成在基片W的表面A上的导电材料被去除，以形成半导体互联结构或触点。
根据上述传统电解加工装置，在这种电解加工中使用的一个离子交换器紧密抵靠在加工电极或供电电极上，并且固定在电极上或者固定在例如支承着电极的支承件的外周上，所述支承件外周通常通过螺纹连接或利用胶带等而固定在离子交换器的外周部分上。
最近几年，随着形成在半导体基片上的电路的互联结构越来越精细并且半导体器件的集成密度越来越高，希望提高半导体基片的被加工表面的平整度。因此，需要有一种技术能够提高整个被加工表面上的加工速度的均匀性。
铂族金属或它们的氧化物已经成为候选材料，用作在半导体基片上形成电容器所用的电极材料，所述电极材料需要采用高介电材料。在它们之中，钌具有良好的成膜性和良好的图案加工性，因而被逐渐作为可行材料受到研究。
钌薄膜通常可以通过溅镀或CVD而形成在基片上。在任何一种方法中，均需要在基片的整个前表面上包括周边区域沉积钌薄膜。结果，钌薄膜也被形成在基片的周边区域中，此外，基片的后表面会不可避免地粘染到钌。
形成或粘着在基片周边区域或后表面上即基片的无电路区域中的钌薄膜不但是无用的，而且可能会在以后对基片进行的各种传送、储存和各种加工步骤中发生交叉污染，从而，例如导致介电材料的性能下降。因此，在用于形成钌薄膜的加工过程中或在对形成的钌薄膜所作一些处理之后，需要完全去除无用钌薄膜。此外，在将钌用作介电材料来形成电容器的情况下，需要有一个用于去除形成在基片的电路区域上的钌薄膜的步骤。
然而，根据图2所示的传统电解加工装置，会因加工电极52的形状或因加工过程中产生的反应产物或气泡的影响而导致电流值不均匀，在被加工表面WA上的加工速度也容易不均匀。
另一方面，作为示例，化学机械抛光(CMP)通常需要复杂的操作和控制，并且会消耗相当长的加工时间。此外，必须在抛光处理之后对基片进行充分的清理。这又会明显提高浆液或清洗液废物处理的负荷。因此，强烈希望完全省略CMP或降低CMP的负荷。在这一点上，应当指出，尽管具有低介电常数的低介电常数材料预期在将来能够被主要用作半导体基片绝缘膜的材料，但低介电常数材料的机械强度低并且因此而难以承受CMP处理过程中施加的应力。因此，从这一点上看，需要有一种技术能够将基片平整化而不会向其施加任何应力。
此外，具报导有一种方法用于在电镀的同时进行CMP处理，该方法即化学机械电解抛光法。根据该方法，要在镀膜的生长表面上进行机械加工，这会导致最终的薄膜被改性的问题。
另外，尽管希望如前所述地将用在电解加工中的离子交换器牢固地固定在加工电极或供电电极的暴露表面上，以确保加工精度的均匀性，但实际中难以将离子交换器牢固地保持在电极上。
因此，在持续进行电解加工并同时通过螺纹连接或利用胶带将离子交换器固定在电极上时，离子交换器的固定容易不完善，从而导致离子交换器容易移动，从而破坏加工精度的均匀性。
发明内容
本发明是考虑到背景技术中的上述情况而研制的。因此，本发明的第一个目的是提供一种电解加工装置和方法，其能够控制在工件的整个被加工表面上的加工速度分布，从而提高加工速度的均匀性或者提高加工出的表面的平整度。
本发明的第二个目的是提供一种电解加工装置和方法，其能够完全省略CMP处理或最大程度地降低CMP处理的负荷，同时能够加工形成在基片的表面中的导电材料，以使材料平整化，或者去除(清理)粘着在工件例如基片的表面上的外来物质。
本发明的第三个目的是提供一种离子交换器固定方法和结构，其能够容易且快速地将离子交换器牢固地固定在电极的表面上，以及提供一种电解加工装置，其设有所述离子交换器固定结构。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极，其可以接近或接触工件；一个供电电极，其用于向工件供电；一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；一个流体供应部，其用于将液体供应到工件与离子交换器之间；多个电源，它们分别用于向加工电极与供电电极之间施加电压；其中，所述加工电极和供电电极中的至少一个被电学分隔为多个电极部分；所述电源向每个分隔的电极部分分别施加相应的电压，并且对每个分隔的电极部分独立地控制电压和电流二者中的至少一项。
通过提供加工电极和供电电极，将加工电极和供电电极中的至少一个被电学分隔为多个电极部分，并且对每个分隔的电极部分独立地控制电压和电流二者中的至少一项，电解加工装置可以提高电场强度在工件的被加工表面的整个表面上的均匀度，从而提高加工速度的均匀度，或者可以控制加工速度分布，以提高处理后的表面均匀度。
这里，“对每个分隔的电极部分独立地控制电压和电流二者中的至少一项”包括以下情况：(1)控制每个分设的加工电极部分与一个未分设的供电电极之间的电压和电流二者中的至少一项，(2)控制一个未分设的加工电极与每个分设的供电电极部分之间的电压和电流二者中的至少一项，(3)控制由加工电极部分和供电电极部分形成的多个电路(N个电路)中的每个分设的加工电极部分(N个部分)与每个分设的供电电极部分(N个部分)之间的电压和电流二者中的至少一项。
所述流体可以是超纯水、纯水或导电率不大于500μS/cm的液体。通过将超纯水、纯水、导电率不大于500μS/cm的液体或电解液用作所述流体，可以实现清洁的加工，而不会在工件的表面上留下杂质，从而可以简化电解加工后的清理步骤。这里，导电率的值指的是在1atm、25℃条件下的值。
优选地，在至少一个时间向每个分隔的电极部分施加彼此不同的恒定电压。这样，便于控制加工结束点。
可以在至少一个时间向至少两个分设的电极部分施加彼此不同的恒定电压。这样，可以实现更为柔性的控制。这里，术语“恒定电压”至的是可以在实际应用中看作恒定的基本恒定电压。
还优选将随时间变化的电流或电压供应到每个分隔的电极部分。这样，便于控制加工结束点。
还可以向至少两个分设的电极部分供应随时间变化的电流或电压。这样，可以实现更为柔性的控制。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：提供一个加工电极和一个供电电极，二者中的至少一个被电学分隔为多个电极部分；使工件接近或接触加工电极；从供电电极向工件供电；将一个离子交换器至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；向工件与离子交换器之间供应流体；向每个分隔的电极部分施加电压；对每个分隔的电极部分独立地控制电压和电流二者中的至少一项。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极；一个供电电极，其用于向工件供电；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极彼此相对运动；其中，一个至少在其表面具有导电性的虚设件(dummy member)布置在工件周边的外侧。优选地，虚设件使得与加工电极面对着的工件部分的面积在工件与加工电极的相对运动过程中保持恒定。
图3和4中示出了使用离子交换器的电解加工的原理。图3中示出了一种离子状态，其中安装在加工电极64上的离子交换器62a和安装在供电电极66上的离子交换器62b接触或接近于工件60的表面，通过电源67将电压施加在加工电极64与供电电极66之间，液体68例如超纯水从供液部69供应到加工电极64和供电电极66与工件60之间。图4中示出了一种离子状态，其中安装在加工电极64上的离子交换器62a接触或接近于工件60的表面，供电电极66直接接触工件60，通过电源67将电压施加在加工电极64与供电电极66之间，液体68例如超纯水从供液部69供应到加工电极64与工件60之间。
在本身具有高电阻率的液体例如水被使用时，优选使离子交换器62a接触工件60的表面。这样可以降低电阻率，降低所需电压，以及减小能量消耗。在本发明的电解加工中，“接触”并不是指像CMP中那样“推压”而向工件施加物理能量(应力)。
液体68例如超纯水中的水分子通过离子交换器62a、62b而被高效地分解为氧化氢离子73和氢离子74。作为示例，如此产生的氧化氢离子73被工件60与加工电极64之间的电场以及液体68的流动作用携带到工件60的与加工电极64对置着的表面，以使工件60附近的氧化氢离子73的密度增大，而且氧化氢离子73与工件60中的原子60a发生反应。这种反应的反应产物76在液体68中分解，并且通过液体68沿着工件60表面的流动而被从工件60上去除。这样，可以形成工件表面的去除处理。
从上面的描述可以理解，根据本加工方法的去除过程可以仅仅通过反应无离子与工件之间的电化学作用而实现。因此，这种电解加工在加工原理上明显不同于通过研磨剂与工件之间的物理作用以及抛光液中的化学制剂与工件之间的化学作用这两种作用的组合而实现加工的CMP。根据上面描述的方法，工件60上的与加工电极64相面对的部分被加工。因此，通过移动加工电极64，工件60可以被加工出预期的表面构造。
如前所述，电解加工中的去除处理仅仅通过电化学作用引起的分解反应而实现，因此其加工原理明显不同于通过研磨剂与工件之间的物理作用以及抛光液中的化学制剂与工件之间的化学作用这两种作用的组合而实现加工的CMP。因此，电解加工可以实现工件表面的去除处理，而不会破坏工件材料的性能。即使工件材料的机械强度较低，例如前面描述的低介电常数材料，也可以在不对工件造成任何物理损坏的情况下实现工件表面的去除处理。此外同电解液被用作加工液的传统电解加工相比，通过将导电率不高于500μS/cm的液体、优选纯水、更优选超纯水用作加工液，可以显著减小对工件表面的污染，并且在加工之后容易处理废液。
根据本发明，如前所述，工件60与加工电极64相对移动，以使工件60上的与加工电极64相对置的部分移动，从而可以实现对工件60的整个表面的加工。然而，根据工件60和加工电极64的形状工件60上的与加工电极64相对置的部分，即面对面部分，可以通过工件60与加工电极64之间的向对移动而被改变。例如，如图5A所示，随着加工电极64相对于工件60移动，工件60上的与加工电极64相对置的部分从S1变化为S2。加工速度与电流密度(＝电流值/面对面面积)成正比。在以恒定电流值实施加工时，对于小的面对面面积，加工速度高，对于大的面对面面积，加工速度低。因此，不可能使工件60的整个表面上的加工速度相等，也就不能实现对工件60的均匀加工。在这种情况下，可以考虑根据面对面面积来适当地控制电流值，以使工件60的整个表面上的加工速度相等。然而，在加工过程中，难以根据面对面面积来适当地控制电流值。
根据本发明，在工件周边的外侧设置一个虚设件，可以使面对面面积恒定，从而实现均匀的加工。具体地讲，如图5B所示，通过在工件60的外侧设置一个虚设件78，不论工件60与加工电极64之间如何运动，加工电极64上的与工件60和虚设件78相对置的面积，即面对面面积，总是保持恒定(S3)。因此，即使采用恒定的电流，也能够使电流密度总是保持恒定，从而可以工件60的整个表面上的加工速度相等，并且稳定地实现均匀加工。
在电化学加工中，反应物离子在加工电极64与工件60(供电电极66)之间的电场作用下移动到工件60的表面，工件60的表面被离子处理。因此，为了实现对工件60的均匀加工，需要在工件60的整个表面上使加工电极64与工件60之间的电场强度均匀。然而，电场强度的均匀性会受到电极和工件60的形状的影响。例如，在图6A所示的情况下，加工电极64(阴极)与工件60(阳极)之间发生加工过程，电通量(箭头)和等电位线(实线)在工件60的端部比其它部分密集，也就是说，电场密集出现在工件60的端部。这样，反应物离子的量在工件60的端部增大，从而使得端部的加工速度明显大于其它部分。结果，如图6B所示，在工件60的端部A处加工速度明显变大。因此，工件60不能被均匀加工。
根据本发明，如图6C所示，由于虚设件78设在工件60的周边的外侧，因此前述电场聚集会出现在虚设件78中。这使得电场密度工件60的端部与其它部分相同，从而使工件60的整个表面上的加工速度相等。因此，本发明实现了在工件60的整个表面上的加工速度相等，并且可以稳定地实现均匀加工。
优选地，虚设件的导电部分由电化学惰性材料形成。通过至少将虚设件的表面由电化学惰性材料形成，可以防止虚设件在电解加工中与工件一起被加工。
优选地，虚设件的导电部分由与工件相同的材料形成。通过至少将虚设件的表面由与工件相同的材料形成，虚设件可以处的反应可以与工件处的反应相同，从而可以进一步提高加工均匀度。
优选地，一个缓冲件被布置在工件与虚设件之间。缓冲件可以吸收对工件的冲击。缓冲件优选由硬度低于虚设件的材料制成。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极，其直径大于工件；一个供电电极，其用于向工件供电；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心位于工件的范围内。
在电解加工，加工量取决于加工电极在工件上出现的频率和施加的电压。因此，如果希望将工件的整个表面加工成均匀的平坦表面，需要使加工电极在工件上出现的频率相等。例如，在工件是盘形的时，例如半导体基片，而且加工电极也是盘形的且直径小于工件直径，则工件和加工电极可以彼此相对运动，以使加工电极出现在工件的整个表面上，从而加工工件的整个表面。然而，即使利用这样的方法，加工电极在工件的一些点上的出现频率可能会不同，从而导致加工量不均匀。在加工电极的直径大于工件直径时，加工电极的出现频率的不均匀性可能会增大。然而，金属制加工电极必须被制作得较大，因此重量的增加又会成为一个问题。此外，根据离子交换器与工件之间的接触状态，加工量容易在接触端发生变化。
根据本发明的电解加工装置，由于加工电极的直径大于工件，可以获得高加工速度。另外，由于在电解加工中加工电极的运动中心位于工件的范围内，加工电极在工件上出现的频率可以被最佳地均匀化。此外，可以使用显著变小的加工电极，这会导致整个装置显著减小尺寸和降低重量。在加工电极作回转运动时，加工电极的运动中心就是回转运动(回转运动)中心，而在加工电极作旋转运动时，加工电极的运动中心就是旋转。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极，其直径大于工件；一个供电电极，其用于向工件供电；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极和供电电极；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心位于工件的范围内。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极，其直径大于工件；一个供电电极，其用于向工件供电；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极和供电电极；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心位于工件的范围内。
由于在供电电极存在的区域中工件不能被加工，因此同其它区域相比，在布置着供电电极的周边区域中加工速度低。因此，优选使供电电极占据的面积(区域)较小，以降低供电电极对加工速度的影响。从这一点上看，根据本发明的电解加工装置，多个小面积的供电电极布置在加工电极的周边区域中，至少一个供电电极可以在所述相对运动过程中接近或接触工件。这样，同在加工电极的周边区域中设置环形供电电极时的情况相比，能够减小不可加工区域，从而防止工件的周边区域保持不被加工。
加工电极优选包括一个外侧加工电极，其由所述布置着供电电极的周边部分限定，以及一个内侧加工电极，其安置在外侧加工电极的内侧。此外，优选地，电源独立地控制施加到外侧加工电极和施加到内侧加工电极的相应电压或电流。通过因此而将加工电极分隔为两个部分，它们分别位于供电电极对加工速度有影响的区域和供电电极对加工速度没有影响的区域，并且独立地控制两个加工电极部分的相应加工速度，可以防止存在供电电极的区域出现加工速度下降。因此，通过使外侧加工电极的加工速度比内侧加工电极的加工速度相对较高，可以抑制因存在供电电极而产生的影响，并且在加工电极的整个表面上获得均匀的加工速度。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极，其直径大于工件；多个供电电极，它们布置在加工电极的周边部分中；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极和供电电极；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：提供一个直径大于工件的加工电极和一个用于向工件供电的供电电极；将一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间；向加工电极与供电电极之间施加电压；使工件接近或接触加工电极；向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；使工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心总是位于工件的范围内，以加工工件的表面。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：提供一个直径大于工件的加工电极和一个用于向工件供电的供电电极；向加工电极与供电电极之间施加电压；使工件接近或接触加工电极和供电电极；向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；使工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心总是位于工件的范围内，以加工工件的表面。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：提供一个直径大于工件的加工电极和布置在加工电极的周边部分中的多个供电电极；将一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间；向加工电极与供电电极之间施加电压；使工件接近或接触加工电极；向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；使工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电，以加工工件的表面。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：提供一个直径大于工件的加工电极和布置在加工电极的周边部分中的多个供电电极；向加工电极与供电电极之间施加电压；使工件接近或接触加工电极和供电电极；向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；使工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电，以加工工件的表面。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：使工件接近或接触多个加工电极；在加工电极与一个用于向工件供电的供电电极之间施加电压；向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间供应流体；使加工电极与工件彼此相对运动，以使每单位时间内的加工量不均衡的所述多个加工电极移经工件的被加工表面上的每个点，以加工工件的表面。
电化学加工是通过反应离子与工件之间的电化学反应而实现的，并且工件表面上的各个点的加工速度除了工件的物理性能以外主要取决于电流密度以及加工电极在工件上的出现频率。在实际中，在加工过程中因工件与反应离子之间的电化学反应而产生在工件的表面上反应产物以及因工件表面与电极之间的副反应而产生的气泡将阻碍反应离子向工件表面的移动。此外，由于电化学反应，反应速度会随着温度等因素的变化而变化。由于这些因素，在单一的加工电极被采用时，加工速度可以在加工电极内出现变化。即使有多个加工电极被采用，加工速度可以在加工电极之间出现变化。
因此，如果希望通过使用多个加工电极而以均匀的加工速度加工工件的表面，考虑到前述因素，需要去除反应产物和气泡，并且使加工电极的出现频率均匀化。然而，各个加工电极间的加工速度仍然会出现，从而导致加工速度难以在nm/min的量级均匀化。根据本发明的电解加工方法，加工电极和工件能够彼此相对运动，以使多个加工电极移经工件的被加工表面上的每个点，从而消除加工电极之间的加工速度差异，并且使加工速度相等。从而使得加工速度在工件的整个表面呈现为nm/min量级的均匀化
优选地，所述多个加工电极被以下述方式布置，即在所述相对运动过程中，加工电极在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。所述多个加工电极优选具有相同的形状。
优选地，供电电极包括多个电极部分。所述多个供电电极优选以下述方式布置，即在所述相对运动过程中，加工电极在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
相对运动优选为旋转运动，往复移动、偏心转动和回转运动之一，或是这些运动之间的组合。
优选地，离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间。
所述流体是优选超纯水、纯水、导电率不大于500μS/cm的液体或电解液。
本发明还提供了一种电解加工方法，包括：使工件接近或接触多个加工电极；在加工电极与一个用于向工件供电的供电电极之间施加电压；向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间供应流体；使加工电极与工件彼此相对运动，以使每单位时间内的加工量不均衡的所述多个加工电极移经工件的被加工表面上的每个点，以加工工件的表面。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：多个加工电极；一个供电电极，其用于向工件供电；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极之一与工件之间供应流体；一个驱动部，其用于使加工电极与工件彼此相对运动，以使每单位时间内的加工量不均衡的所述多个加工电极移经被保持器保持着的工件的被加工表面上的每个点。
本发明还提供了一种电解加工装置，包括：一个加工电极；一个供电电极，其用于向工件供电；一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间供应流体；一个驱动部，其用于使加工电极与工件彼此相对运动，以使加工电极上的每单位时间内的加工量不均衡的多个点移经被保持器保持着的工件的被加工表面上的每个点。
本发明提供了一种用于将电解加工中所用的离子交换器固定在电极上的固定方法，包括：将一个离子交换器安置在一个电极支承件与一个固定夹具之间，所述电极支承件以其暴露表面支承着一个电极，所述固定夹具可与电极支承件的周边接合；使固定夹具与电极支承件相接合，以将离子交换器的周边部分叠加在固定夹具与电极支承件之间，从而固定离子交换器。
根据上述固定方法，离子交换器因固定夹具、离子交换器和电极支承件之间的摩擦力而被均匀地向外拉伸，该摩擦力可以简单地通过推压固定夹具以使其接合电极支承件而产生，所述离子交换器因此而被均匀地拉伸到张紧状态，因此离子交换器可以被自动地牢固固定在电极的暴露表面上。
优选地，所述固定夹具由一对分设夹具组成，所述一对分设夹具将离子交换器的周边部分叠加它们之间，并且所述分设夹具被推压而接触电极支承件。
通过在将分设夹具推压接合电极支承件之前如此将离子交换器在其周边部分叠加在分设夹具之间，以将离子交换器临时固定在分设的固定夹具之间，可以防止离子交换器和固定夹具之间因推压而产生滑动，这样，离子交换器可以总是固定在张紧状态。
本发明还提供了一种用于将电解加工中所用的离子交换器固定在电极上的固定方法，包括：将一个离子交换器固定夹具布置在一个电极的外侧；利用所述离子交换器固定夹具保持离子交换器；将所述离子交换器固定夹具附着在电极上，以将离子交换器以张紧状态支承在电极上。
本发明提供了一种用于将电解加工中所用的离子交换器固定在电极上的固定结构，包括：一个电极支承件，它的暴露表面支承着一个电极；一个固定夹具，其可与电极支承件的周边接合；其中，电极支承件和固定夹具将离子交换器的周边部分叠加在它们之间，以将离子交换器固定，并将离子交换器张紧在电极的表面上。
优选地，所述固定夹具由一对分设夹具组成，离子交换器的外周部分被叠加在所述一对分设夹具之间，所述外周部分位于离子交换器的覆盖着电极支承件的部分的外侧。
本发明还提供了一种电解加工装置，其包括一个离子交换器固定装置，所述离子交换器固定装置包括：一个电极支承件，它的暴露表面支承着一个电极；一个固定夹具，其可与电极支承件的周边接合；其中，离子交换器固定装置将离子交换器的周边部分叠加在电极支承件和固定夹具之间，以将离子交换器固定。
优选地，电极支承件和固定夹具可以彼此相对运动，从而通过将离子交换器的周边部分叠加在电极支承件和固定夹具之间而将离子交换器固定。
这使得离子交换器能够被更新。因此，例如在离子交换器被污染后，固定夹具和电极支承件中的至少一个会沿着彼此分离的方向移动，以将离子交换器从固定状态释放，并且在离子交换器运行了所需距离后固定夹具和电极支承件中的至少一个沿着彼此接近的方向移动，以固定离子交换器，从而移顺序方式实现离子交换器的更换。
优选地，布置在电极支承件与固定夹具之间的离子交换器能够移动运行。
在一个优选实施例中，离子交换器采用连续循环的形式，并且能够沿一个方向运行，一个用于再生离子交换器的再生部设置在离子交换器的运行路径中。
这样能够固定连续循环式离子交换器的一部分并将该部分用于加工，同时在再生部中再生离子交换器的未被用于加工的其它部分，然后使离子交换器沿一个方向运行，以将离子交换器的再生后的部分固定，以便用于加工。通过重复上述操作，可以循环和重复使用连续循环式离子交换器。
在另一个优选实施例中，离子交换器能够沿两个方向两个运行，两个用于再生离子交换器的再生部沿离子交换器的运行方向设置在电极支承件的两侧。
这样能够固定离子交换器的一部分并将该部分用于加工，同时在所述再生部之一中再生离子交换器的未被用于加工的其它部分，然后可将离子交换器的已被用于加工的部分被替换为离子交换器的再生后的部分通过重复上述操作，可以循环和重复使用长条形的离子交换器。
通过下面结合附图所作描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点会更清楚地显现出来，附图中以示例的方式示出了本发明的优选实施例。
附图说明
图1A至1C按照加工步骤示出了一种用于形成铜互联结构的方法的例子。
图2是一种传统电解加工装置的示意性剖视图。
图3是根据本发明的电解加工的原理图，其中均装有离子交换器的加工电极和供电电极接近或接触基片(工件)，并且在加工电极和供电电极与基片(工件)之间供应液体。
图4是根据本发明的电解加工的原理图，其中仅在加工电极上安装离子交换器，并且向加工电极与基片(工件)之间供应液体。
图5A是在没有设置虚设件的情况下面对面面积的示意图，图5B是在设有虚设件的情况下面对面面积的示意图。
图6A在没有设置虚设件的情况下电场强度的示意图；图6B是图6A所示情况下加工之后的工件的示意图；图6C在设有虚设件的情况下电场强度的示意图
图7是根据本发明第一实施例的电解加工装置的示意性剖视图。
图8是图7中的电解加工装置的加工电极与布线之间的连接以及基片与布线之间的连接的示意图。
图9是图7中的电解加工装置的俯视图。
图10是根据本发明第二实施例的电解加工装置的示意性剖视图。
图11是图10中的电解加工装置的电极保持器的俯视图。
图12是图10中的电解加工装置的加工电极与布线之间的连接以及基片与布线之间的连接的示意图。
图13是根据本发明第三实施例的电解加工装置的加工电极和供电电极的俯视图。
图14是图13中的电解加工装置的加工电极与布线之间的连接以及基片与布线之间的连接的示意图。
图15是离子交换器的一种分隔情况的俯视图。
图16是设有根据本发明的电解加工装置的基片加工装置的俯视图。
图17是根据本发明第四实施例的电解加工装置的示意性剖视图。
图18A是图17中的电解加工装置的防转机构的俯视图；图18B是沿图18A中的线A-A所作的剖视图。
图19是图17中的电解加工装置的基片保持器和电极部的示意性剖视图。
图20是显示图17中的基片保持器和电极部之间关系的俯视图。
图21A是在基片表面的电解加工过程中电流与时间之间关系的曲线图，基片的表面上具有由两种不同材料构成的层合薄膜；图21B是在基片表面的电解加工过程中电压与时间之间关系的曲线图，基片的表面上具有由两种不同材料构成的层合薄膜。
图22是根据本发明第五实施例的电解加工装置的示意性透视图。
图23是图22中的电解加工装置的俯视图。
图24是根据本发明第六实施例的电解加工装置的示意性剖视图。
图25是图24中的电解加工装置的基片保持器和电极部的示意性剖视图。
图26是显示图25中的电极部与基片之间关系的俯视图。
图27是根据本发明另一实施例的电解加工装置的基片保持器和电极部的示意性剖视图。
图28是根据本发明另一实施例的电极部的俯视图。
图29是根据本发明另一实施例的电极部的俯视图。
图30是根据本发明另一实施例的电极部的俯视图。
图31是根据本发明第七实施例的电解加工装置的示意性剖视图。
图32是图31中的电解加工装置的俯视图。
图33是图31中的电解加工装置的电极部的俯视图。
图34是图33中的电极部的一个部分的俯视图。
图35是根据本发明第八实施例的电极部的俯视图。
图36是图35中的电极部的一个部分的俯视图。
图37是根据本发明第九实施例的电极部的俯视图。
图38是图37中的电极部的一个部分的俯视图。
图39是根据本发明第十实施例的设有离子交换器固定结构的电解加工装置的示意性剖视图。
图40是固定结构在将离子交换器固定到电极支承件上之前的状态的剖视图。
图41是根据另一实施例的离子交换器固定结构的主要部分的剖视图。
图42A和42B是根据另一实施例的离子交换器固定结构的主要部分的剖视图。
图43是根据本发明第十一实施例的电解加工装置的示意性剖视图。
图44是设在图43中的电解加工装置中的离子交换器固定结构的主要部分的剖视图，示出了离子交换器固定之间的状态。
图45是根据本发明第十二实施例的电解加工装置的主要部分的性剖视图。
图46是根据本发明第十三实施例的电解加工装置的主要部分的性剖视图。
图47是再生部的一个例子的剖视图。
图48是再生部的另一个例子的剖视图。
图49是离子交换器固定结构的一种改型的示意性剖视图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的优选实施例。在下面描述的实施例中，涉及在下述电解加工装置中的应用，即基片作为被加工工件，并且去除(抛光)形成在基片表面上的铜或类似物，然而，本发明当然也可以应用于加工其它工件。
图7是示意性地示出了根据本发明第一实施例的电解加工装置50的局部剖视图。电解加工装置50包括：一个电极保持器12，其用于保持作为电极的加工电极18；一个电极转轴13，其安装在电极保持器上；一个基片保持器14，其设在电极保持器12上方，用于吸附和保持作为工件或作为供电电极的基片W；以及一个基片转轴15，其安装在基片保持器14上。根据本实施例，基片W被用作供电电极。电解加工装置50还包括一个电源23，用于向加工电极18与基片W之间施加电压或电流，如后文中描述。
电解加工装置50还设有：一个作为基片旋转装置的中空电机41，用于通过基片转轴15旋转基片保持器14(绕基片转轴15的中心轴线旋转)；一个作为电极旋转装置的中空电机42，用于通过电极转轴13旋转电极保持器12(绕电极转轴13的中心轴线旋转)；作为基片枢转装置的一个枢转臂43、一个枢转轴44和一个枢转电机45，用于将基片保持器14枢转到位于电极保持器12正上方的位置，或者将基片保持器14水平枢转离开电极保持器12正上方的位置；作为竖直移动装置的一个滚珠螺杆46和一个竖直移动用电机47，用于将基片保持器14升高而离开电极保持器12或者下降而接近电极保持器12；以及作为流体供应装置的未示出的电解液供应装置，用于供应作为流体或作为液体的电解液49。枢转臂43被枢转电机45驱动，并且将基片保持器14绕着枢转轴44枢转。滚珠螺杆46被竖直移动用电机47驱动，并且升降枢转轴44、枢转臂43和基片保持器14。
电极保持器12具有大致圆盘形状，并且竖直布置。一个圆周壁16形成在电极保持器12的上表面12B的周边。一个作为流体供应部的凹坑17形成在圆周壁16内。加工电极18水平安装在圆周壁16的上表面16上。一个作为流体供应部的通孔19形成在电极保持器12中央。加工电极18被绝缘体40分隔为七个部分。图7中没有示出加工电极18的真实剖视图，而是示出了七个分隔部分的模式。在所有分隔部分(以下称作加工电极部分18-1至18-7)中，形成了作为流体供应部的多个通孔29，用于向基片W供应电解液49(出于解释的目的，在图7中，每个加工电极部分18-1至18-7仅示出了一个通孔29)。
一个离子交换器35安装在加工电极18的上表面上。该离子交换器35根据加工电极部分18-1至18-7而被分隔为七个部分，各个部分之间通过空隙35C而彼此分开。离子交换器35被分隔为与加工电极部分18-1至18-7相同的平面形状。可以通过将绝缘体插入空隙35C中而在分隔的离子交换器35之间嵌入绝缘体，如同加工电极18中的情况。在这种情况下，绝缘体应当从离子交换器35的加工表面上突出。图7中没有示出离子交换器35的真实剖视图，而是示出了七个分隔部分的模式。
一个圆形薄膜状离子交换器35(非分隔形式)可以安装在加工电极18的上表面18B上，以覆盖整个上表面18B。离子交换器35和加工电极18的最外侧部位的半径被设计成分别几乎与基片W的半径相等。
离子交换器35可以至少具有阳离子交换基团和阴离子交换基团之一。在一个优选实施例中，离子交换器35同时具有阳离子交换基团和阴离子交换基团，它们可以同心或径向交替布置在一个平面中，或者沿厚度方向交替地分层布置。
中空柱形的电极转轴13竖直安装在电极保持器12的下表面12A上。一个作为流体供应部的中空通道20形成在电极转轴13中。中空通道20与电极保持器12的通孔19连通。中空电机42连接着电极转轴13的下端13A。中空电机42中的作为流体供应部的中空部分42C与中空通道20连通。连接着加工电极18的下表面18A的电线24穿过凹坑17、通孔19、中空通道20和中空部分42C，并且穿过一个设在中空电机42的下端42A上的滑环26，然后连接到电源23，一个作为流体供应部的电解液供应进口28形成在滑环26中，电解液供应进口28与中空部分42C连通。未示出的电解液供应装置将电解液49供应到滑环26的电解液供应进口28。
基片保持器14是盘形的，并且水平布置。基片保持器14将作为工件的基片W吸附并保持在一个吸附部分14C中。一个通孔21形成在基片保持器14的中央。基片保持器14在其与基片W接触的部位具有多个未示出的吸孔，它们连接着一个未示出的真空源。
基片转轴15为中空柱形，并且竖直安装在基片保持器14的上表面14B上。一个中空通道22形成在基片转轴15中，而且中空通道22与基片保持器14的通孔21连通。中空电机41连接着基片转轴15的上端15B。中空电机41的中空部分41C与中空通道22连通。中空电机41在枢转臂43的自由端43C附近连接着枢转臂43的下表面43A。一个中空部分48(以虚线表示)形成在枢转臂43中并从枢转臂43与中空电机41的连接部延伸，而且中空部分48与中空部分41C连通。
连接着基片W的上表面WB的电线25穿过通孔21、中空通道22、中空部分41C和中空部分48，然后穿过在枢转臂43的自由端43C附近安装在枢转臂43的上表面43B上的滑环27，进而穿过枢转臂43和一个形成在枢转轴44中的中空部分39(以虚线表示)，并且连接着电源23。本实施例的电解加工装置50是直接供电型的，即直接向基片W供电。基片W平行于加工电极18布置。
下面参照图8解释在加工电极18被分隔为七个部分的情况下电线24、25的细节。在图8中，基片保持器14与基片W接触的部分被局部剖开，以显示电线25在基片W上的布线状态。在图7中，电线24、25分别以单根的形式示出，而且一个电源23被示出，以使它们组成单一的电路。然而，实际上，每个加工电极部分18-1至18-7分别连接着一根电线24，并且还在位于加工电极部分18-1至18-7正上方的点连接着相应的一根电线25。各个电线24、25连接着彼此分设的多个电源23，以形成分设的电路。各个电路被这样设计，即施加在每个加工电极部分18-1至18-7与一个供电电极之间的电压和电流二者中的至少一项可以被一个未示出的控制器单独地控制。各个电路可以被这样设计，即不同的恒定电压和恒定电流可以在每一时间交替施加，并且可以被未示出的控制器单独控制。在图8中，没有示出通孔29。这里，术语“恒定电压”或“恒定电流”包括可以在实际应用中看作恒定的基本恒定电压和电流。
下面参照图7描述本实施例的电解加工装置50的操作。
基片W被放置在基片保持器14的吸附部分上，并被吸附和保持于此。枢转电机45通过枢转轴44而带动枢转臂43绕枢转轴44枢转，以使基片保持器14水平枢转到位于电极保持器12正上方的位置。然后，竖直移动用电机47旋转滚珠螺杆46以降低枢转轴44。枢转轴44通过枢转臂43带动基片保持器14向电极保持器12下降，以使基片W的下表面WA接触加工电极18的上表面18B。
电解液49被未示出的电解液供应装置供应到电解液供应进口28。电解液49穿过中空部分42C、中空通道20、通孔19、凹坑17和通孔29，并从加工电极18的与基片W相面对着的整个表面18B供应到离子交换器35。电解液49然后从离子交换器35的上表面35B供应到基片W的整个下表面WA。接下来，从每个电源23分别向每个加工电极部分18-1至18-7与基片W之间施加电压。
通过中空电机42的运转，电极保持器12被电极转轴13带动着以给定的角速度旋转，通过中空电机41的运转，基片保持器14被基片转轴15带动着以给定的角速度旋转，从而实现基片W的表面A的电解加工。
加工电极18面对着基片W的下表面WA布置。此外，离子交换器35布置在加工电极18与基片W之间。这样，作为示例，在导电率不大于500μS/cm的水或是纯水、超纯水被用作电解液49时，水分子分解为氧化氢离子(OH-)和氢离子(H+)。位于基片W的下表面WA处的氧化氢离子的密度因电解液49的流动以及基片W与加工电极18电场而得以增大，从而在例如镀膜(未示出)的原子与氧化氢离子之间发生反应。反应产物溶解在电解液49中，并且通过电解液49沿基片W的下表面WA的流动而被从基片W上去除。这样，实现了基片W的下表面WA的电解加工。
作为电解液49，希望使用通过向水、纯水或超纯水中添加诸如表面活性剂等添加剂而获得的液体，所述水、纯水或超纯水的导电率不大于500μS/cm，优选不大于50μS/cm，更优选不大于10μS/cm，特别优选不大于0.1μS/cm。使用这样的液体，可以实现清洁的加工，而不会在基片W的表面A上留下杂质，从而可以简化基片W电解加工后的清理步骤。这里定义的电解液导电率是在25℃、1atm的条件下获得的值。
下面描述对供应在加工电极18与基片W之间的电压的控制。如前所述，施加在每个加工电极部分18-1至18-7与基片W之间的电压和电流二者中的至少一项被独立控制，从而可以使电场强度在加工电极18的整个表面上相等，并且能够向各个加工电极部分18-1至18-7分别施加不同电压，以使相同强度的电流能够流经加工电极18的整个表面。这样，可以使氧化氢离子向基片W的下表面WA的供应均衡，以使氧化氢离子在整个下表面WA上的浓度均衡，从而使得基片W的下表面WA的加工速度相等。此外，通过控制以便在加工之前获得适合于被加工表面构造(厚度分布)的加工速度分布，可以在基片W的整个下表面WA上提高加工出的表面的平整度。
此外，可以减小加工之后的基片表面不平整度，这种不平整可能是因加工电极18的电流值不均匀或加工过程中产生的气泡的影响而引起的。
在基片W的被加工材料是例如铜、钼或铁时，电压被这样施加，即加工电极18成为阴极而基片W成为阳极。另一方面，在被加工材料是铝或硅时，电压被这样施加，即加工电极18成为阳极而基片W成为阴极。
如图9所示，电解加工装置50可以设有一个用于再生离子交换器35(见图7)的再生部71，其布置在用于保持基片W(以虚线表示)的基片保持器12。再生部71包括一个再生池72，其设有一个未示出的再生用离子交换器。再生池72连接着一个未示出的电极。此外，再生池72被这样设计，即电解液49(见图7)可以从离子交换器底侧向上供应到离子交换器的上表面。在操作中，枢转臂43枢转以将电极保持器12移动到再生池72的正上方，然后降低以使离子交换器35接近或接触再生用离子交换器。在图9中，处在再生位置的枢转臂43和基片保持器12以点划线表示。
作为示例，正电势被施加在加工电极18(见图7)上，负电势被施加在将要被再生的离子交换器35上，以促进粘着在离子交换器35上的外界物质例如铜、钼或铁的脱离，从而再生离子交换器35。再生的离子交换器35可以利用例如纯水漂洗。
图10根据本发明第二实施例的电解加工装置50a的示意性局部剖视图。
根据电解加工装置50a，加工电极118和供电电极136被电极保持器112保持。加工电极118被四个环形绝缘体140-1至140-4分隔为五个加工电极部分118-1至118-5，并在周边被一个绝缘体140-5围绕。在加工电极部分118-1至118-5中，多个通孔129作为流体供应部被形成，以便向基片W供应电解液102(在图10中每个加工电极部分118-1至118-5有一个通孔129被示出)。
最外侧绝缘体140-5被环形供电电极136围绕着。全部加工电极部分118-1至118-5、全部绝缘体140-1至140-5以及供电电极136被整体形成为盘形(见图11)。
根据本实施例的电解加工装置50a，与加工电极118相连的电线124和与供电电极136相连的电线125均穿过形成在电极保持器112中的凹坑117、通孔119，形成在装于电极保持器112上的电极转轴113中的作为流体供应部的中空通道120、装于电极转轴113的下端113A上的中空电机142的中空部分142C，进而穿过安装在中空电机142的下端142A上的滑环126，并且连接到电源123。滑环126具有一个电解液供应进口128，电解液102被未示出的电解液供应装置供应到该电解液供应进口。
在图10中，连接着加工电极118的电线124和连接着供电电极136电线125分别以单根的形式示出，而且一个电源123被示出。然而，如图12所示，然而，电线124实际上包括五根电线，每根电线124分别连接着相应的一个加工电极部分118-1至118-5。电线125也包括五根电线，每根电线125均连接到供电电极136，连接电彼此相隔。此外，一对电线124、125连接着彼此分开的(五个)电源123，以形成彼此分设的电路。
在基片保持器114中，没有形成用于提供基片保持器与基片W之间的间隙的凹坑，也没有形成通孔。基片转轴115不具有中空通道，枢转臂143和枢转轴144也都不具有中空部分。此外，没有滑环附装在枢转臂143上。此外，根据本实施例，由于采用了一个供电电极136，因此，使一个离子交换器135与环形供电电极136的至少一部分接触就足够了。
尽管本实施例的电解加工装置50a与第一实施例的电解加工装置50存在上述不同，但它们的其它结构是相同的。
本实施例的电解加工装置50a与第一实施例的电解加工装置50在操作上基本相同，只是基片W不用作供电电极，另外，在加工电极118外侧设置环形供电电极136并且利用环形绝缘体140-1至140-5分隔加工电极118导致操作不同。
根据本实施例的电解加工装置50a，加工电极118包括被环形绝缘体140-1至140-5分隔的加工电极部分118-1至118-5，每个加工电极部分118-1至118-5分别与供电电极136形成彼此分设的电路，供应在每个加工电极部分118-1至118-5与供电电极136之间的电压和电流二者中的至少一项被单独控制。这样，电压可以以这样的状态施加在加工电极118-1至118-5与供电电极136之间，即相同的电流强度可以流经加工电极118的整个表面。这样可以使供应到基片W的下表面WA上的氧化氢离子均衡，以使氧化氢离子在整个下表面WA上的浓度均衡，从而使得基片W的下表面WA的加工速度相等。根据本实施例，由于基片W未被用作供电电极，而是设置了供电电极136，因此，仅在基片W的表面由导电材料形成时才能对基片W的表面中的导电材料进行电解加工，而在基片W由非导电材料形成时则不能如此加工。
在本实施例的电解加工装置50a中，除了前述供电电极136，也可以采用下述供电电极236：
如图13所示，供电电极236设有五个绝缘体251-1至251-5，以将其被分隔为五个供电电极部分236-1至236-5。供电电极部分236-1至236-5分别连接着一根电线225(见图14)。
如图14所示，相应的电线224连接着各个加工电极部分218-1至218-5，与相应的供电电极部分236-1至236-5相连的相应电线225连接到彼此分设的电源223，以形成彼此分设的电路。
在本实施例中的情况下，由于供电电极236被绝缘体251-1至251-5彼此分隔开，因此基片W(图14未示出)需要与加工电极218和供电电极236的整个表面接触。
在前述第一至第三实施例中，基片的中心与加工电极的中心重合，而且具有相同尺寸的基片和加工电极沿相反方向旋转。这样，方便了区间控制。然而，另一方面，电极或离子交换器的形状可能会转移到基片的被加工表面上，从而导致基片表面上产生辙痕图案。因此除了旋转以外，优选实施一定程度的其它运动，例如回转运动(scroll movement，没有自转的轨道运动)或小距离的往复运动。这里，术语“区间”指的是基片表面的局部区域，术语“区间控制”指的是通过独立第控制供应在每个加工电极部分与供电电极(或供电电极部分)之间的电压和电流二者中的至少一项而控制各个区间的加工速度，以获得预期的加工速度分布。
在前述第二和第三实施例中与加工电极118(见图11)、218(见图13)的情况一样，离子交换器135、235可以被具有与绝缘体140-1至140-5(见图13)、240-1至240-5(见图13)相同的平面形状的环形绝缘体130-1至130-5、230-1至230-5分隔为中央圆形部分和外侧环形部分，如图15所示。所述五个绝缘体130-1至130-5、230-1至230-5中的一些可以被省略，从而将离子交换器135、235的分隔部分的数量从6减小到1-5。当然，也可以将离子交换器135、235分隔为7个或更多个部分。
在图11至14中，略去了形成在离子交换器中的通孔。
下面参照图16描述设有前述电解加工装置50的基片加工装置260，其中电解加工装置50被当作例子并且需要参看图7。如图16所示，基片加工装置260包括：一对加载/卸载部262，它们是用于携带基片W进出的携带出入部；一个翻转器264，其用于翻转基片W；以及电解加工装置50，它们串联布置着。一个作为传送装置的传送机器人268a平行于上述装置移动，以传送和搬运基片W。
基片加工装置260还设有一个控制器266，其在电解加工装置50进行电解加工时监视施加在加工电极18(见图7)与基片(供电电极)W(见图7)之间的电压或流经它们之间的电流，并且独立地控制每个加工电极部分18-1至18-7(见图7)与基片(供电电极)W之间的电压和电流二者中的至少一项。设有前述电解加工装置50的基片加工装置260，可以使加工速度在基片W的电解加工在整个下表面WA(见图7)上保持均衡，并且使加工后的基片W具有高度平坦(在基片均匀度范围内)的表面WA。
根据该实施例，如前所述，设有加工电极和供电电极，加工电极和供电电极中的至少一个被电气分隔为多个部分而且对于每个分隔的电极部分，电压和电流二者中的至少一项可以被独立控制。这样，本发明能够提高工件的整个被加工表面上的电场强度均匀度，从而提高加工速度的均匀度，或者在加工之前将加工速度控制为对于被加工表面而言的最佳加工速度分布，以提高表面在加工之后的均匀度。
图17是根据本发明第四实施例的电解加工装置334的示意性竖直剖视图。如图17所示，电解加工装置334包括：一个枢转臂340，其可以水平枢转和竖直移动；一个基片保持器342，其被支承在枢转臂340的自由端，以吸附和保持基片W，使其前表面面向下方(面朝下)；一个盘形电极部344，其安置在基片保持器342下面；以及一个电源346，其连接着电极部344。在本实施例中，电极部344的尺寸被设计成具有比将要被基片保持器342保持的基片W的直径略大的直径。
通过枢转电机348的运转而水平枢转的枢转臂340连接着枢转轴350的上端。通过竖直移动用电机354的运转而在滚珠螺杆352的作用下与枢转臂340一起上下移动的枢转轴350啮合着竖直延伸的滚珠螺杆352。
基片保持器342连接着作为第一驱动元件的旋转电机356，该旋转电机使得被基片保持器342保持着的基片W和电极部344能够彼此相对移动。基片保持器342通过旋转电机356的运转而被旋转。枢转臂340可以水平枢转和竖直移动，如前所述，基片保持器342可以与枢转臂340一起水平枢转和竖直移动。
作为第二驱动元件的中空电机360布置在电极部344下面，用于使基片W和电极部344彼此相对移动。一个驱动端364形成在主轴362的上端部并且相对于主轴362的中心偏心安置。电极部344在其中部通过轴承(未示出)而可旋转地连接着驱动端364。三个或更多个防转机构在电极部344与中空电机360之间沿圆周方向设置。
图18A是本实施例的防转机构的俯视图，图18B是沿图18A中的线A-A所作的剖视图。如图18A和18B所示，三个或更多个(图18A中为四个)防转机构366沿圆周方向设置在电极部344与中空电机360之间。如图18B所示，多个凹坑368、370沿相等的间隔沿圆周方向形成在中空电机360的上表面和电极部344的下表面中的相对应的位置上。轴承372、374分别固定在相应的凹坑368、370中。每对轴承372、374分别被一个连接件380连接着，该连接件具有两个以偏心值“e”彼此偏置的轴376、378，轴376、378的相应端部插入轴承372、374中。驱动端364相对于主轴362中心的偏心值也是“e”。这样，通过中空电机360的运转，电极部344可以作一种回旋运动，其中主轴362的中心与驱动端364的中心之间的距离作为半径“e”，而不需要绕自身轴线旋转，也就是所谓的回转运动(平移转动)。
如图17所示，一个作为纯水供应部的通孔344a形成在电极部344的中部，用于供应纯水，优选超纯水。通孔344a通过一个形成在主轴362中的通孔362a连接着一个在中空电机360内竖直延伸的纯水供应管382。这样，纯水或超纯水被供应到电极部344的上表面。
图19是基片保持器342和电极部344的示意性竖直剖视图，图20是显示基片保持器342和电极部344之间关系的俯视图。在图20中，基片保持器342以虚线表示。如图19和20所示，电极部344包括一个盘形加工电极384、一个围绕着加工电极384的环形供电电极386以及一个将加工电极384与供电电极386分开的环形绝缘体388。加工电极384的上表面被离子交换器390覆盖，供电电极386上表面被离子交换器392覆盖。离子交换器390、392通过绝缘体388而彼此分隔。
根据本实施例，加工电极384连接着电源346的阴极，供电电极386连接着电源346的阳极。根据将要被加工的材料，与电源346的阴极相连的电极可以是供电电极，与电源346的阳极相连的电极可以是加工电极。具体地讲，如果将要被加工的材料是铜、钼、铁等，电解加工在阴极一侧进行，因此与电源346的阴极相连的电极应当是加工电极，与电源346的阳极相连的电极应当是供电电极。另一方面，在铝、硅等的情况下，电解加工在阳极一侧进行。这样，与电源346的阳极相连的电极应当是加工电极，电极连接着与电源346的阴极相连的电极应当是供电电极。
如图19所示，基片保持器342包括：一个轴394，其连接着一个旋转电机356；一个本体396，其连接着轴394；一个环形虚设件398其布置在基片W周边的外侧；以及一个环形缓冲件(减震材料)399，其布置在虚设件398与基片W之间。至少虚设件398的前表面由导电材料形成。所述装置被这样设计，即在基片W旋转，并且与此同时，电极部386进行回转运动而基片W接近或接触离子交换器390、392时，虚设件398的一部分总是安置在供电电极386和加工电极384上面。
作为虚设件398的导电部分所用材料，除了传统的金属和金属化合物以外，还可以使用碳、相对惰性的贵金属、导电性氧化物或导电性陶瓷。优选采用电化学惰性材料。在电化学惰性材料用于形成虚设件398时，虚设件398不经受处理，因此虚设件398的寿命可以延长。还可以将一个绝缘基片例如涂有导电材料的树脂基片用作虚设件398，基片的表面上可以覆盖难以氧化的材料如铂，或者覆盖导电性氧化物如氧化铱。这样的虚设件可以被如此制造，即将铂或铱通过涂覆或电镀而附着在例如一个钛基片的表面上，然后在高温下烧结，以稳定和加强制品。一般而言，陶瓷制品是通过对无机原料进行热处理而获得的，而且现在可以用各种材料包括金属和非金属的氧化物、碳化物、氮化物而商业获得具有各种性能的陶瓷制品，其中一些陶瓷制品具有一定的导电率。
设在虚设件398与基片W之间的缓冲件399由硬度低于虚设件398的材料形成，并且可以吸收向基片W的冲击。尽管缓冲件399可以是绝缘体，但其优选为电导体。
接下来，描述采用本实施例的电解加工装置334以取代图16所示基片加工装置260的电解加工装置50所进行的基片加工(电解加工)。首先，一个基片W，例如图1B中所示在其表面上带有作为导电膜(被加工部位)的铜膜6的基片W，被传送机器人268a从盒装基片中取出并放入加载/卸载单元262。如需要，基片W被传送机器人268a传送到翻转器264以翻转基片，以使基片W的带有导电膜(铜膜6)的前表面面向下方。
传送机器人268a接收翻转后的基片W，并将其传送到电解加工装置334。然后，基片W被基片保持器342吸附和保持。保持着基片W的基片保持器342，通过枢转臂340的枢转而被移动到位于电极部344正上方的加工位置。然后，基片保持器342通过竖直移动用电机354的运转而下将，以使被基片保持器342保持着的基片W和虚设件398接触或接近电极部344的离子交换器390、392的表面。然后，旋转电机(第一驱动元件)356运转以旋转基片W，与此同时，中空电机(第二驱动元件)360运转以使电极部344作回转运动，同时将纯水或超纯水通过电极部344的通孔344a供应至基片W与离子交换器390、392之间。
给定电压从电源346施加到加工电极384与供电电极386之间，以便在加工电极(阴极)384处通过离子交换器390、392产生的氢离子或氧化氢离子的作用而对基片W的表面上的导电膜(铜膜6)进行电解加工。加工过程持续地在基片W的面对着加工电极384的部分上进行。然而，通过如前所述使基片W和加工电极384相对运动，基片W的整个表面可以被加工。根据本实施例，通过在基片W的周边外侧提供导电性虚设件398，如图20所示，加工电极384上的与基片W和虚设件398相面对的区域，即面对面面积，总是保持恒定(阴影区域S4)，而不论基片W和加工电极384之间是否相对运动。这样，即使具有恒定的电流值，电流密度液可以总是保持恒定，从而可以使加工速度在基片W的整个表面保持均衡，并且稳定地进行均匀的加工。此外，由于电场强度的聚集出现在虚设件398上，因此基片W端部的电场强度可以保持与其它部分一致。这样，如图6C所示，电场强度可以在工件60的整个表面上保持均匀，从而可以使加工速度在工件60的整个表面上保持均衡，并且稳定地进行均匀的加工。通过用电化学惰性材料形成虚设件398，可以防止虚设件398在电解加工过程中与基片W一起受到加工。
控制器266(见图16)监视施加在加工电极与供电电极之间的电压流经它们的电流，以检测结束点(加工的终点)。应当指出，在这一点上，在电解加工中，电流(施加的电压)根据将要被加工的材料而变化，即使是在相同的电压(电流)下。例如，如图21A所示，如果在基片W的表面的电解加工监视电流，基片上依次层合了由材料B构成的薄膜和由材料A构成的薄膜，则在材料A的加工过程中会检测到恒定电流，但随着加工转到不同的材料B，电流会发生变化。同样，如图21B所示，尽管在材料A的加工过程中恒定电压施加在加工电极与供电电极之间，但随着加工转到不同的材料B，施加的电压会发生变化。图21A以示例的方式示出了在材料B的电解加工中电流比材料A的电解加工中难以流动的情况，图21B示出了在材料B的电解加工中施加的电压高于材料A的电解加工时的情况。从前述例子可以理解，通过监视电流或电压的变化，可以可靠地检测到加工结束点。
尽管本实施例示出了控制器266监视施加在加工电极与供电电极之间的电压或流经它们的电流以检测加工结束点的情况，但也可以使控制器266监视被加工基片的状态变化，以检测任意设置的加工结束点。在这种情况下，“加工结束点”指的是被加工表面中的特定区域达到预期加工量时的点，或是被加工表面的特定区域加工量相关的参数达到对应于预期加工量的量值的点。通过任意设置和检测加工结束点，即使是在加工的中点，可以实现多步骤电解加工。
例如，可以检测加工表面到达不同材料时因摩擦系数不同导致的摩擦力变化，或是因基片表面中的不规则结构被去除而导致的摩擦力变化，以检测加工量。加工结束点可以基于如此检测到的加工量而被确定出来。在电解加工中，被加工表面的电阻会产生热量，或者因水分子与在液体(纯水)中在加工表面与被加工表面之间前移的离子之间的碰撞而产生热量。在以受控的恒定电压加工例如沉积在基片表面上铜膜时，随着电解加工的进行而且隔离层和绝缘膜暴露出来，电阻会增大而电流值减小，而且热量值会逐渐降低。这样，通过检测热量值的变化，可以确定加工量。加工结束点可以因此而这检测到。或者，通过检测加工表面到达不同材料时因不同的反射率造成的反射光强度变化，可以检测基片上的被加工薄膜的薄膜厚度。加工结束点可以基于如此检测到的薄膜厚度而被确定。通过在被加工导电性薄膜例如铜膜中产生涡电流，并且见实在基片中流动的涡电流，以探测例如频率等的变化，也可以检测基片上的被加工薄膜的薄膜厚度。加工结束点可以因此而被检测到。此外，在电解加工中，加工速度取决于流经加工电极与供电电极之间的电流值，而且加工量与电量成正比，所述电量定义为电流值与加工时间的乘积。这样，通过检测定义为电流值与加工时间乘积的电流的积分，并且检测积分值是否达到预定值，从而检测加工量。加工结束点可以因此而被检测到。
在电解加工结束后，电源346被断开，基片保持器342的旋转和电极部344的回转运动停止。然后，基片保持器342上升，在枢转臂340枢转后，基片W被传送到传送机器人268a。传送机器人268a将基片W从基片保持器344取下，如需要，将基片W传送到翻转器264以将其翻转，然后将基片W返回到加载/卸载单元262中的盒中。
在电解加工中供应到基片W与离子交换器390、392之间的纯水在后文中是指导电率不大于10μS/cm的水，而超纯水是指导电率不大于0.1μS/cm的水。在电解加工中使用不含电解质的纯水或超纯水可以杂质例如电解质粘着并保持在基片W的表面上。此外，溶解在电解加工中的铜离子或类似物会通过离子交换反应而立即被离子交换器390、392俘获。这样可以防止溶解的铜离子或类似物重新沉积在基片W的其它部位上，或被氧化而形成沾染基片W表面的细微颗粒。
除了纯水或超纯水，还可以使用导电率不大于500μS/cm的液体，例如，将电解质添加到纯水或超纯水中而获得的电解液。使用这样的电解液可以进一步减小电阻并降低能量消耗。中性盐例如NaCl或Na2SO4的溶液，酸例如HCl或H2SO4的溶液，或是碱例如氨水的溶液，可被用作电解液，这些溶液可以根据工件的性质而被选择。
此外，除了纯水或超纯水，还可以使用通过将表面活性剂或类似物添加到纯水或超纯水中而获得的液体，其导电率不大于500μS/cm，优选不大于50μS/cm，更优选不大于0.1μS/cm(电阻率不低于10MΩ·cm)。由于纯水或超纯水中存在表面活性剂，液体可以形成一个层，用于防止离子在基片W与离子交换器390、392之间的交界处均衡迁移，从而调节离子交换(金属溶液)的浓度，以提高处理后的表面的平整度。表面活性剂的浓度优选不大于100ppm。在导电率的值太高时，电流效率降低且加工速度下将。使用导电率不大于500μS/cm、优选不大于50μS/cm、更优选不大于0.1μS/cm的液体，可以获得预期的加工速度。
电极部344的离子交换器390、392可以由具有阴离子交换基团或阳离子交换基团的无纺织物构成。一个阳离子交换器优选携带着强酸性阳离子交换基团(磺酸基团)；然而携带着弱酸性阳离子交换基团(羧基团)的阳离子交换器也可以被采用。尽管阴离子交换器优选携带着强碱性阴离子交换基团(季铵基团)，但携带着弱碱性阴离子交换基团(叔氨基团或更低阶氨基团)的阴离子交换器也可以被采用。
携带着强碱性阴离子交换基团的无纺织物可以通过例如下述方法制备：一种纤维直径为20-50μm、孔隙度为大约90％的聚烯烃无纺织物接受所谓的辐射接枝聚合处理，包括用γ射线照射无纺织物和随后的接枝聚合，从而产生枝链；如此产生的枝链然后被胺化以产生季铵基团。根据产生的枝链的量，可以确定离子交换基团的产生能力。接枝聚合可以通过使用单体例如丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸环氧丙酯，苯乙烯磺酸钠或氯甲基苯乙烯而实现。通过调节单体浓度、反应温度和反应时间，枝链的量可以被控制。因此，接枝度即接枝聚合后无纺织物的重量与接枝聚合前无纺织物的重量之比可以控制为最高达500％。因此，接枝聚合后产生离子交换基团的能力可以控制为最高达5meq/g。
携带着强酸性阳离子交换基团的无纺织物可以通过例如下述方法制备：与携带着强碱性阴离子交换基团的无纺织物一样，一种纤维直径为20-50μm、孔隙度为大约90％的聚烯烃无纺织物接受所谓的辐射接枝聚合处理，包括用γ射线照射无纺织物和随后的接枝聚合，从而产生枝链；如此产生的枝链然后被热硫酸处理以产生磺酸基团。如果枝链被热磷酸处理，则可以产生磷酸盐基团。接枝度可以最高可达500％，接枝聚合后如此产生离子交换基团的能力最高可达5meq/g。
离子交换器390、392的基质材料可以是一种聚烯烃，例如聚乙烯或聚丙烯，或任何其它有机聚合物。此外，除了采用无纺织物形式外，离子交换器也可以采用纺织织物、片材、多孔材料、网或短纤维等。在聚乙烯或聚丙烯被用作基质材料时，接枝聚合可以通过下述方式实现，即首先将放射性射线(γ射线或电子束)照射在基质材料(预照射)上，以产生一种自由基，然后，所述自由基与一种单体发生反应，从而可以获得几乎没有杂质的均匀枝链。另一方面，在除聚烯烃之外的有机聚合物被用作基质材料时，通过将一种单体渗入基质材料中或用放射性射线(γ射线、电子束或紫外线)照射在基质材料上(联合照射)，可以实现自由基聚合。尽管该方法不能提供出均匀枝链，但仍可以应用在各式各样的基质材料中。
通过将具有阴离子交换基团或阳离子交换基团的无纺织物用作离子交换器390、392，可以使得纯水或超纯水或液体例如电解液在无纺织物中自由移动并且容易到达无纺织物中具有催化活性的用于水分解的活性点，以使很多水分子分解为氢离子和氧化氢离子。此外，通过纯水、超纯水或液体例如电解液的移动，通过水分解产生的氧化氢离子可以被高效地携带到加工电极384，从而可以获得大电流，即使是在施加了低电压的情况下。
在离子交换器390、392只具有阴离子交换基团和阳离子交换基团之一时，在可电解加工的材料方面存在限制，另外，因存在极性而容易形成杂质。为了解决这一问题，阴离子交换器和阳离子交换器可以彼此叠加，或者，离子交换器390、392本身可以同时携带着阴离子交换基团和阳离子交换基团，这样可以扩大可电解加工的材料的范围，并且可以限制杂质的产生。
关于电极，它的氧化和通过电解反应而分解通常会造成问题。因此，优选将碳、相对惰性贵金属、导电性氧化物或导电性陶瓷用作电极材料，与虚设件398的情况一样。电极在被氧化后会使其电阻增大并且导致施加的电压升高。通过利用难以氧化的材料例如铂或利用导电性氧化物例如氧化铱保护电极表面，可以防止电极材料因氧化而导致导电率下降。
尽管在前述实施例中虚设件398由电化学惰性材料形成，但也可以利用与基片W相同的材料形成虚设件398。在虚设件398由电化学惰性材料形成时，根据虚设件398的材料，与基片W处的反应不同的反应会出现在虚设件398处，从而导致加工均匀度受损。另一方面，在虚设件398利用与基片W相同的材料形成时，虚设件398处的反应可以与基片W处的反应相同，以提供加工的均匀度。
图22是根据本发明第五实施例的电解加工装置334a的示意性透视图，图23是图22中的电解加工装置334a的俯视图。本实施例的电解加工装置334a包括：一个基片保持器342a，其用于保持基片W，使其前表面面向上方；一个圆柱形加工电极384a，其布置在基片保持器342a上方；以及两个供电电极386a(图23中未示出)，它们布置在基片保持器342a上方。基片保持器342a包括：一个矩形虚设件398b，其具有一个用于容纳基片W的凹坑398a；以及一个缓冲件399a，其布置在虚设件398b与基片W之间。
每个供电电极386a均布置在基片W和虚设件398b上方，并且接触基片W和虚设件398b。一个离子交换器附装在加工电极384a的表面上。加工电极384a可以被一个未示出的驱动部带动着绕轴384b转动。此外，加工电极384a可以在接近或接触基片W的同时在基片W上面移动。
在从未示出的纯水供应部向基片W与加工电极384a的离子交换器之间供应纯水或超纯水的同时，接近或接触基片W的加工电极384a被一个驱动部沿一个方向移动，从而实现对基片W的表面的电解加工。
此外，在本实施例中，如图23所示，加工电极384a上的与基片W和虚设件398b相面对的区域(面对面面积)总是保持恒定，而不论基片W和加工电极384a之间是否相对运动。这样，即使具有恒定的电流值，电流密度也可以总是保持恒定，从而可以在基片W的整个表面上使加工速度均衡，并且稳定地进行均匀的加工。
如前所述，根据前述实施例中的电解加工装置334、334a，与CMP加工不同，工件例如基片的电解加工可以通过电化学反应实现，而不会在工件中引起任何导致工件性质受损的物理缺陷。这样，电解加工装置可以完全省略CMP处理或至少降低CMP负荷，并且可以有效地去除(清理)粘着在工件例如基片的表面上的物质。此外，基片的电解加工甚至可以仅使用纯水或超纯水而实现。这样可以避免杂质例如电解质粘着或保留在基片表面上的可能性，可以简化去除处理之后的清理处理，并且可以显著降低废液处理中的负荷。
图24是根据本发明第六实施例的电解加工装置434的示意性竖直剖视图。如图24所示，电解加工装置434包括：一个枢转臂440，其可以水平枢转和竖直移动；一个基片保持器442，其被支承在枢转臂440的自由端，用于吸附和保持基片W，使其前表面面向下方(面朝下)；一个盘形电极部444，其安置在基片保持器442下面；以及一个电源446，其连接着电极部444。
通过一个枢转电机448的运转而被水平枢转的枢转臂440连接着一个枢转轴450的上端。枢转轴450啮合着竖直延伸的滚珠螺杆452，以便在滚珠螺杆452的作用下通过一个竖直移动用电机454的运转而与枢转臂440一起上下移动。
基片保持器442连接着一个作为第一驱动元件的旋转电机456，该旋转电机能够使被基片保持器442保持着的基片W和电极部444彼此相对移动。基片保持器442通过电机456的运转而转动。枢转臂440可以水平摆动和竖直移动，如前所述，基片保持器442可以与枢转臂440一起水平枢转和竖直移动。
作为第二驱动元件的中空电机460布置在电极部444下面，用于使基片W和电极部444彼此相对移动。一个驱动端464形成在主轴462的上端部并且相对于主轴462的中心偏心安置。电极部444在其中部通过轴承(未示出)而可旋转地连接着驱动端464。三个或更多个防转机构在电极部444与中空电机460之间沿圆周方向设置。这样，通过中空电机460的运转，电极部444可以作一种回旋运动，其中主轴462的中心与驱动端464的中心之间的距离作为半径“e”(见图26)，而不绕自身轴线旋转，也就是所谓的回转运动(平移转动)，与前述第五实施例中的电解加工装置一样。
图25是基片保持器442和电极部444的示意性剖视图，图26是基片W与电极部444之间关系的俯视图。在图26中，基片W以虚线表示。如图25和26所示，电极部444包括：一个大致盘形的加工电极484，它的直径大于基片W；多个供电电极486，它们布置在加工电极484的周边部分中；以及绝缘体488其将加工电极484和供电电极486分隔开。如图25所示，加工电极484的上表面覆盖有离子交换器490，供电电极486的上表面覆盖有离子交换器492。离子交换器490和492可以形成为一体。离子交换器490、492未在图26中未示出。
根据本实施例，由于电极部444与基片保持器442之间的尺寸关系，在电解加工中，不能从电极部444上面向电极部444的上表面供应纯水或超纯水。因此，如图25和26所示，用于向加工电极484的上表面供应纯水或超纯水的流体供应孔484a形成在加工电极484中。根据本实施例，多个流体供应孔484a从加工电极484的中心径向向外布置。流体供应孔484a连接到一个延伸穿过中空电机460的中空部分纯水供应管482(见图24)，以将纯水或超纯水通过流体供应孔484a供应到电极部444的上表面。
在本实施例中，加工电极484连接着电源446的阴极，供电电极486连接到电源446的阳极。在被加工材料是导电性氧化物例如氧化锡或氧化铟锡(ITO)的情况下，电解加工是在被加工材料还原后进行的。具体地讲，参看图24，连接着电源446的阳极的电极用作还原电极，连接着阴极的电机用作供电电极，以实现导电性氧化物的还原。接下来，通过将原来的供电电极用作加工电极，对还原后的导电材料进行加工。或者，还原电极的极性可以在导电性氧化物还原时颠倒，以使还原电极可以用作加工电极。通过将被加工材料用作阴极并使其面对着阳极，还可以实现导电性氧化物的去除处理。
尽管在前述实施例中作为导电膜形成在基片表面中的铜膜6(见图1B)通过电解加工而被处理，但通过将钌(Ru)膜用作阳极且连接着阴极的电极用作供电电极，形成或粘结在基片表面上的无用钌膜可以利用相同的方式通过电解加工而被处理(蚀刻和去除)。
在电解加工中，旋转电机456(第一驱动元件)被启动以旋转基片W，与此同时，中空电机460(第二驱动元件)被启动以使电极部444绕回转运动中心“O”(见图26)作回转运动。这样，可以使被基片保持器442保持着的基片W和加工电极484在回转区域S中相对运动，从而实现对基片W的整个表面(铜膜6)的加工。本实施例的电解加工装置434被这样设计，即在相对运动中，运动中心(根据本实施例的回转运动中心“O”)总是位于基片W的范围内。通过使加工电极484的直径大于基片W的直径，并且使加工电极484的运动中心总是位于基片W的范围内，可以总能够使加工电极484在基片W的表面上的出现频率均衡。还可以显著减小电极部444的尺寸，这会导致整个装置显著减小尺寸和降低重量。优选使加工电极484的直径大于基片W和加工电极484之间的相对运动距离(根据本实施例回转运动半径“e”)与基片W的直径之和，但小于基片W的直径的两倍。
由于在供电电极486存在的区域中基片W不能被加工，因此同其它区域相比，在布置着供电电极486的周边区域中加工速度低。因此，优选使供电电极486占据的面积(区域)较小，以降低供电电极486对加工速度的影响。从这一点上看，根据本实施例，多个小面积的供电电极486布置在加工电极484的周边区域中，至少一个供电电极484可以在相对运动中接近或接触基片W。这样，同在加工电极484的周边区域中设置环形供电电极时的情况相比，能够减小不可加工区域，从而防止基片W的周边区域保持不被加工。
在电解加工装置434的操作中，竖直移动用电机454被启动以降低基片442，以使被基片保持器442保持着的基片W接近或接触电极部444的离子交换器490、492。然后，旋转电机456(第一驱动元件)启动以旋转基片W，与此同时，中空电机460(第二驱动元件)启动以使电极部444绕回转运动中心“O”作回转运动，同时纯水或超纯水从加工电极484的流体供应孔484a供应到基片W与离子交换器490、492之间。
给定电压从电源446施加到加工电极484与供电电极486之间，以便在加工电极(阴极)484处通过离子交换器490、492产生的氢离子或氧化氢离子的作用而对基片W的表面上的导电膜(铜膜6)进行电解加工。加工过程持续地在基片W的面对着加工电极484的部分上进行。如前所述，通过使基片W和加工电极484相对运动，基片W的整个表面可以被加工。还如前所述，通过使加工电极484的直径大于基片W的直径，并且使加工电极484的运动中心“O”总是位于基片W的范围内，可以使加工电极484在基片W的表面上出现的频率最佳地均匀化。还可以显著减小电极部444的尺寸，这会导致整个装置显著减小尺寸和降低重量。
与前述第四实施例一样，在电解加工中，施加在加工电极与供电电极之间的电压或流经它们的电流被控制器266(见图16)监视以检测加工结束点。
图27是根据本发明另一实施例的基片保持器442和电极部444a的示意性剖视图(对应于图25)。与前述实施例一样，电极部444a包括一个直径大于基片W直径的大致盘形加工电极484、多个布置在加工电极484的周边部分中的供电电极486以及将供电电极486与加工电极484分开的绝缘体488。然而，根据本实施例，电极未在它们的表面上设置离子交换器。其它结构与前面的实施例相同。因此，例如，作为流体供应部的多个流体供应孔484a在加工电极484中沿径向布置，用于将加工液体，例如纯水、更优选超纯水或电解液，供应到加工电极484。
尽管在本实施例中，离子交换器未安装在电极的表面上，但除离子交换器之外的元件可以布置。例如，海绵等液体渗透元件可以被使用，以使离子可以在电极与工件之间移动穿过液体。
在电极与工件之间没有布置元件时，需要预先确定工件与每个电极之间的距离以及加工电极484与每个供电电极486之间的距离，所述加工电极与供电电极彼此相邻但通过绝缘体488而彼此相隔，工件与每个电极之间的电阻可以小于加工电极484与每个供电电极486之间的电阻。这使得同相邻电极之间相比，离子优先在电极与工件之间流动，以使电流以下述优先方式流动：
供电电极→工件→加工电极
在利用本实施例的电解加工装置蚀刻并去除形成或粘结在基片W的表面上的无用钌(Ru)膜时，作为示例，含有卤化物的电解液被供应到加工电极484和供电电极486与作为基片W的被加工部分的钌(Ru)膜之间。供电电极486连接到电源阳极，加工电极484连接着阴极，以使基片W的表面上的钌(Ru)膜成为阳极而加工电极484成为阴极，电解液供应到基片W与加工电极484和供电电极486之间，以蚀刻和去除面对着加工电极484的被加工部分。
关于电解液，水或有机溶剂例如酒精、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等，可以用作卤化物的溶剂。根据被加工钌膜的预期用途、加工后所需的清理步骤、钌膜的表面条件等，适宜的溶剂被选择。对于用于半导体制造的基片，优选使用纯水，更优选超纯水，以最佳地避免基片被杂质污染。
任何由卤化物构成的电解液均可被采用，只要其能够通过电化学反应而持续地对钌膜进行蚀刻处理，并且其与钌的电解反应中所产生的化合物以及其它反应产物可以溶解在电解液或者能够挥发并去除即可。可供使用的电解液的具体例子包括：诸如HCl、HBr或HI等氢卤酸的水溶液，诸如HClO3、HBrO3、HIO3、HClO、HBrO或HIO等卤素含氧酸的水溶液，诸如NaClO3、KClO3、NaClO或KClO等卤素含氧酸盐的水溶液，以及NaCl或KCl等中性盐的水溶液。根据加工后钌膜的预期用途、剩余材料对所述用途的影响、钌膜的厚度、钌膜下面的薄膜的性能等，适宜的溶剂被选择。
与前述实施例一样，在电解加工装置的操作中，基片W通过基片保持器442而以这样的状态旋转，即基片W接近或接触加工电极484和供电电极486，电极部444进行回转运动，从而通过电化学作用将钌膜蚀刻掉。此外，因电解而产生的卤化物与钌发生反应，从而持续地蚀刻和去除钌膜。加工后的基片表面被从超纯水供应嘴(未示出)供应的超纯水清洗。
含有卤化物的电解液中的卤化物浓度通常为1mg/l至10g/l，优选100mg/l至1g/l。卤化物的类型、加工时间、加工面积，作为阳极的钌膜与作为阴极的加工电极之间的距离、电解电压等可以基于基片在电解加工后的表面条件、废液的处理能力等而被适宜地确定。例如，通过使用具有稀释卤化物浓度的电解液并且提高电解电压，可以减小化学制剂量。通过增加电解液中的卤化物浓度，加工速度可以增大。
尽管前面的实施例采用了电极部444、444a，它们包括由单一元件构成的加工电极484，但可供使用的电极部并不局限于这样的电极部。例如，可以使用图28所示的电极部444b，其包括以网格的形式被分隔为多个部分的加工电极484b。还可以使用图29所示的电极部444c，其包括被分隔为多个环形部分的加工电极484c。在这些情况下，分隔的加工电极部分既可以使电学一体的，也可以通过绝缘体而被电学分开。在加工电极被电学分开的情况下，不容易实现各分隔部分上的加工速度均匀化。考虑到各个分隔部分之间加工速度不同，优选使用由单一元件构成的加工电极。
如前所述，在具有由单一元件构成的加工电极484的电极部444、444a中，由于在供电电极486存在的区域中基片W不能被加工，因此同其它区域相比，在布置着供电电极486的周边区域中加工速度低。通过调节加工电极484的周边部分中的切除宽度w和切除长度L(见图26)，基片W的周边部分中的加工速度可以被控制。此外，通过使用图30所示的电极部444d，可以实现在加工电极的整个表面上具有均匀的加工速度；在该电极部444d中，加工电极被绝缘体489分隔为一个外侧加工电极484d，其由供电电极486对加工速度有影响的区域即设有供电电极486的周边部分限定，以及一个内侧加工电极484e，其由供电电极对加工速度没有影响的区域即位于加工电极484d内侧的区域限定。因此，考虑到因存在供电电极486而造成的影响，从电源446施加到每个加工电极484d、484e的电压或电流可以被调节，以使外侧加工电极484d处的加工速度高于内侧加工电极484e处的加工速度，从而实现在加工电极的整个表面上具有均匀的加工速度。
尽管在前述实施例中电极部444能够在基片W旋转时进行回转运动，但其它方式的相对运动也可以被采用，只要可以使可以加工电极484和基片W相对运动即可。例如，可以沿相反方向旋转电极部444和基片W。在这种情况下，转动中心对应于加工电极的运动中心。此外，尽管在前述实施例中基片W被基片保持器442吸附和保持，使其表面向下，但基片W也可以被以其它方式保持，例如使其表面向上。
如前所述，根据本实施例的电解加工装置434，工件例如基片可以通过电化学作用而被处理，以取代例如CMP处理，而不会在工件中引起任何导致工件性质受损的物理缺陷。这样，本发明可以完全省略CMP处理或至少降低CMP负荷，并且可以有效地去除(清理)粘着在工件例如基片的表面上的物质。此外，基片的电解加工甚至可以仅使用纯水或超纯水而实现。这样可以避免杂质例如电解质粘着或保留在基片表面上的可能性，可以简化去除处理之后的清理处理，并且可以显著降低废液处理中的负荷。
图31是根据本发明第七实施例的电解加工装置534的示意性竖直剖视图，图32是图31中的电解加工装置534的俯视图。如图31所示，电解加工装置534包括：一个枢转臂540，其可以水平枢转和竖直移动；一个基片保持器542，其被支承在枢转臂540的自由端，用于吸附和保持基片W，使其前表面面向下方(面朝下)；一个盘形电极部544，其安置在基片保持器542下面；以及一个电源546，其连接着电极部544。一个薄膜状离子交换器547安装在电极部544的上表面上。
通过枢转电机548的运转而水平枢转的枢转臂540连接着枢转轴550的上端。通过竖直移动用电机554的运转而在滚珠螺杆552的作用下与枢转臂540一起上下移动的枢转轴550啮合着竖直延伸的滚珠螺杆552。
基片保持器542连接着作为第一驱动元件的旋转电机556，该旋转电机使得被基片保持器542保持着的基片W和电极部544能够彼此相对移动。基片保持器542通过旋转电机556的运转而被旋转。枢转臂540可以水平枢转和竖直移动，如前所述，基片保持器542可以与枢转臂540一起水平枢转和竖直移动。电极部544直接连接着作为第二驱动元件的中空电机560，该中空电机使得基片W和电极部544能够彼此相对移动。电极部544可通过中空电机560的运转而被旋转。
一个作为纯水供应部的纯水喷嘴562布置在电极部544上面并且沿电极部544的径向延伸。纯水喷嘴562具有多个用于向电极部544的上表面供应纯水或超纯水的供应口。纯水在后文中是指导电率不大于10μS/cm的水，而超纯水是指导电率不大于0.1μS/cm的水。在电解加工中使用不含电解质的纯水或超纯水可以杂质例如电解质粘着并保持在基片W的表面上。此外，溶解在电解加工中的铜离子或类似物会通过离子交换反应而立即被离子交换器547俘获。这样可以防止溶解的铜离子或类似物重新沉积在基片W的其它部位上，或被氧化而形成沾染基片W表面的细微颗粒。
除了纯水或超纯水，如前所述，可以采用导电率不大于500μS/cm的液体或任何电解液，例如通过向纯水或超纯水中添加电解质而获得的电解液。
图33是电极部544的俯视图，图34是图33中的电极部544的一部分的放大图。如图33和34所示，电极部544包括一个盘形供电电极570和布置在供电电极570的几乎整个表面上的大量加工电极572。每个加工电极572分别通过一个绝缘体574而与供电电极570分开。供电电极570和加工电极572的上表面被前述离子交换器547整体覆盖着。加工电极572具有相同形状，并且布置在供电电极570的几乎整个表面中，从而在基片W和电极部544彼此相对移动时，加工电极570在基片W的被加工表面的每个点上的出现频率几乎相等。
根据本实施例，供电电极570通过一个滑环564(见图31)连接着电源546的阳极，加工电极572通过一个滑环564连接着电源546的阴极。作为示例，在对铜进行加工时，电解加工作用会出现在阴极侧。这样，连接着阴极的电极成为加工电极，连接着阳极的电极成为供电电极。
根据本实施例的电解加工装置534，在表面上形成有作为导电膜(被加工部分)的铜膜6(见图1B)的基片W被放置在电解加工装置534的一个推杆566(见图32)上。
位于推杆566上的基片W被基片保持器542吸附和保持，枢转臂540运动，以将保持着基片W的基片保持器542移动到位于电极部544正上方的加工位置。接下来，竖直移动用电机554被启动以降低基片保持器542，以使被基片保持器542保持着的基片W接近或接触电极部544的离子交换器547的表面。然后，中空电机560被启动以旋转电极部544，旋转电机556被启动以旋转基片保持器542和基片W，从而使基片W和电极部544彼此相对运动(偏心转动)。在基片W和电极部544进行相对运动时，纯水或超纯水从纯水喷嘴562的供应口供应到基片W与电极部544之间，并且给定电压从电源546施加到加工电极572与供电电极570之间，以便在加工电极(阴极)572处通过离子交换器547产生的氢离子和氧化氢离子的作用而对基片W的表面上的导电膜(铜膜6)进行电解加工。
在如本实施例中设有大量电极的情况下，即使使用相同形状的电极，各个电极的接触面积和高度也可能存在显著差异。此外，安装在电极上的离子交换器的厚度可能略微不同，而且离子交换器可能会不均匀地固定在各个电极之间。因此，各个电极的每单位时间内的加工量实际上会彼此不同。根据本实施例，在电解加工中电极部544和基片W能够彼此相对运动，因此每单位时间内的加工速度不均衡的多个加工电极572可以通过基片W的被加工表面中的每个点。加工电极572和工件W能够彼此相对运动，从而可以使最大可能数量的每单位时间内的加工速度不均衡的加工电极572通过基片W的被加工表面中的每个点。这样，即使各个加工电极572的加工速度不同，加工速度的变化也可以均匀化，从而使得加工速度在基片W的整个表面呈现为nm/min量级的均匀化。
希望将高度相等的加工电极572嵌入供电电极570中，以使它们的表面(上表面)与供电电极570的表面平齐。这样可以确保每个电极与工件之间的距离相等，从而防止因电极与工件之间的距离不同而导致它们之间的电阻不同并因此而使电流不同。
可以对一些加工电极572进行分组，并且独立地控制每个组的电压或电流。
这里应当指出，如果本身的电阻率大的液体如超纯水被使用，则通过使离子交换器547与基片W接触，电阻可以减小，因而所需的电压可以也能够减小，能量消耗也可以因此而降低。“接触”并不是指像CMP中那样“推压”而向工件施加物理能量(应力)。这样，本实施例的电解加工装置534采用了竖直移动用电机554，用于使基片W接触或接近电极部544，但没有设置CMP装置中通常采用的用于将基片推压在抛光元件上的推压机构。前面的实施例也是如此。在这一点，根据CMP装置，基片通常被以大约20-50kPa的压力推压在抛光表面上，而在本实施例的电解加工装置534中，基片W可以以低于20kPa的压力接触离子交换器547。即使是低于10kPa的压力，也可以获得足够的去除处理效果。
尽管在本实施例中电极部544和基片W均被旋转以使它们作偏心转动，但其它相对运动也可以被采用，只要能够使多个加工电极移经工件的被加工表面上的每个点即可。这样的相对运动可以包括旋转运动、往复移动、偏心转动、回转运动以及上述运动之间的任何组合。
此外，在前面的实施例中，加工电极和供电电极可以彼此互换。图35和36示出了根据本发明第八实施例的电极部，其中第七实施例的电极部中的加工电极和供电电极彼此互换。如图35和36所示，本实施例的电极部544a包括一个盘形加工电极546a和布置在加工电极546a的几乎整个表面上的大量供电电极548a。每个供电电极548a分别通过一个绝缘体550a与加工电极546a分隔。加工电极546a和供电电极548a的上表面被前述离子交换器547(见图31)整体覆盖。各个供电电极548a具有相同形状并且布置在加工电极546a的几乎整个表面上，从而基片W和电极部544a彼此相对移动时，供电电极548a在基片W的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
本实施例采用了单一的加工电极546a。然而，即使是利用单一的加工电极，每单位时间内的加工量可以彼此不同。根据本实施例，如果电极部544a和基片W能够在电解加工中彼此相对运动，那么加工电极546a中的每单位时间内加工速度不同的多个点可以移经基片W的被加工表面中的每个点。电极部544a和基片W能够彼此相对运动，以使加工电极546a中的每单位时间内加工速度不同的多个点以最大数量移经基片W的被加工表面中的每个点。这样，即使加工速度在加工电极546a中出现变化，这种加工速度的变化也可以被均匀化，从而使得加工速度在基片W的整个表面呈现为nm/min量级的均匀化
与前面的实施例一样，希望将高度相等的供电电极548a嵌入加工电极546a中，以使它们的表面(上表面)与加工电极546a的表面平齐。此外，可以对一些供电电极548a进行分组，并且独立地控制每个组的电压或电流。
图37是根据本发明第九实施例的电解加工装置的电极部544b的俯视图，图38是图37中的电极部544b的一个部分的俯视图。如图37和38所示，电极部544b包括一个由绝缘材料例如树脂形成的盘形电极板546b以及布置在电极板546b的几乎整个表面中的具有相同形状的大量电极548b。每个电极548b分别在其外周被一个绝缘体550b包围，并且嵌入电极板546b中。电极548b的上表面被前述离子交换器547(见图31)整体覆盖。
在根据本实施例的成行布置成网格形式的电极548b中，每相隔一纵向行布置着的电极548c通过滑环564(见图31)连接着电源546的阳极，布置在其它纵向行中的电极548d通过滑环564连接着电源546的阴极。连接着电源546的阳极的电极548c用作供电电极，连接着电源546的阴极的电极548d用作加工电极。供电电极548c和加工电极548如此布置在电极部544b的几乎整个表面上，从而在电极部544b和基片W彼此相对移动时，供电电极548c和加工电极548d在基片W的被加工表面上的每个点上的出现频率变为基本均衡。如前所述，根据将要被加工的材料，连接着电源阴极的电极可以用作供电电极，连接着阳极的电极可以用作加工电极。
与前面的实施例一样，考虑到电极部的总体平整度，希望具有相等高度的电极548b嵌入电极板546b中，以使它们的表面(上表面)与电极板546b的表面平齐。然而，根据电极部544b的可加工性，电极548b可以以几μm的高度从电极板546b突出。此外，可以对一些供电电极548c和加工电极548d进行分组，并且独立地控制每个组的电压或电流。
根据本实施例，供电电极548c的数量基本上与加工电极548d的数量相等。根据加工条件，然而，供电电极548c和加工电极548d各自的数量可以任意改变。例如，加工电极的数量可以增加以增大加工速度。此外，根据本实施例，电极板546b的整个表面被离子交换器覆盖，以便能够利用超纯水而实现电解加工。然而，在使用电解液时，可以利用一个刮擦件(液体渗透元件例如多孔材料)覆盖电极板的整个表面。
如前所述，根据本实施例的电解加工装置534，工件例如基片可以通过电化学作用而被处理，以取代例如CMP处理，而不会在工件中引起任何导致工件性质受损的物理缺陷。这样，本发明可以完全省略CMP处理或至少降低CMP负荷，并且可以有效地去除(清理)粘着在工件例如基片的表面上的物质。此外，基片的电解加工甚至可以仅使用纯水或超纯水而实现。这样可以避免杂质例如电解质粘着或保留在基片表面上的可能性，可以简化去除处理之后的清理处理，并且可以显著降低废液处理中的负荷。
图39和40示出了根据本发明第十实施例的电解加工装置636a，其设有一个用于固定离子交换器的固定结构。如图39和40所示，电解加工装置636a包括一个基片保持器646，其被支承在一个可水平枢转的枢转臂644的自由端，以吸附和保持基片W，使其前表面面向下方(面朝下)，以及一个由绝缘材料形成的盘形电极部648，其布置在基片保持器646下面。电极部648中嵌有扇形加工电极650和供电电极652，它们交替布置并且使它们的表面(上表面)暴露。一个薄膜状离子交换器656安装在电极部648的上表面上，以覆盖加工电极650和供电电极652的表面。
在本实施例中，作为具有加工电极650和供电电极652的电极部648的一个例子，直径比基片W略大的电极部被采用，从而在电极部648的相对运动(回转运动)的同时，使基片W的整个表面可以经受电解加工。
枢转臂644连接着一个轴666的上端，并且通过竖直移动用电机660的运转而在滚珠螺杆662的作用下上下移动，所述轴666通过摆动用电机664的运转而转动。基片保持器646连接着一个装于枢转臂644自由端的旋转电机668，并且通过旋转电机668的运转而转动。
电极部648直接连结着一个中空电机670，并且能够通过中空电机670的运转而作回转运动(平移转动)。一个作为纯水供应部的用于供应纯水优选超纯水的通孔648a形成在电极部648的中部。通孔648a连接着一根纯水供应管672，该纯水供应管穿过一个形成在曲柄轴673中的通孔673a而在中空电机670中延伸，该曲柄轴673直接连接着回转运动用中空电机670的驱动轴。纯水或超纯水通过通孔648a并经过离子交换器656而被供应到基片W的整个加工表面。
根据本实施例，多个扇形电极板676沿电极部648的圆周方向布置在电极部648的上表面上，以使电极板676的表面基本上位于同一表面上，电源680的阴极和阳极交替连接着电极板676。连接着电源680的阴极的电极板676成为加工电极650，连接着阳极的电极板676成为供电电极652。
通过如此沿电极部648的圆周方向分开且交替地布置加工电极650和供电电极652，不再需要设置用于向基片的导电膜(被加工部位)供电的固定供电部分，并且可以对基片的整个表面实施加工。此外，通过以脉冲的方式或交替地改变正极和负极，电解制品可以被溶解，而且处理后的表面的平整度可以因多重重复加工而得以提高。
离子交换器656在电极部648中牢固地固定在加工电极650的上表面上，而且嵌在电极部648中的供电电极652是由绝缘材料形成的。具体地讲，电极部648包括一个大直径基部648b和一个整体形成在基部648b的上部的小直径柱状电极支承件648c。在固定离子交换器656时，离子交换器656可以覆盖电极支承件648c和电极板676的整个表面，而离子交换器656的周边部分安置在电极支承件648c与一个固定夹具690之间，该固定夹具可与电极支承件648c接合并且由绝缘材料形成。固定夹具690被推压而与电极支承件648c接合，以将固定夹具690固定在电极支承件648c上，从而将离子交换器656的周边部分叠加在固定夹具690的内周面与电极支承件648c的外周面之间，并因此而将离子交换器656固定在电极支承件648c上，从而将离子交换器656以均匀拉伸(张紧)的状态牢固地固定在加工电极650和供电电极652的暴露表面上。
因此，如图40所示，借助于固定夹具690与柱状电极支承件648c接合时在固定夹具690、离子交换器656和电极支承件648c之间产生的摩擦力，离子交换器656被均匀地向外拉伸，而且离子交换器656被如此均匀地拉伸到张紧状态，从而将离子交换器自动地牢固固定在电极支承件648c的表面上。
固定夹具690被推压接触基部648b。此外，固定夹具690的周边部分被一个具有钩形横截面的保持夹具692推压在基部648b上，而且保持夹具692的侧缘部分692a通过螺栓694而被固定在电极部648上，从而防止保持夹具690脱开。保持夹具692液可以通过其它固定装置电极部648，例如通过销钉或曲柄。
通过改变电极支承件648c的突出高度，施加在离子交换器656上的张力可以被调节。或者，如图41所示，一个环形垫片696可以夹在电极部648的基部648b与固定夹具690之间。通过调节垫片696的厚度“a”，施加在离子交换器656上的张力可以被调节。
如图42A所示，固定夹具690可以由一对分设夹具690a、690b组成，离子交换器656的周边部分被叠加在该对分设夹具690a、690b之间并且通过螺栓等而被临时固定，该对分设夹具可以被推压接触电极部648的电极支承件648c，如图42B所示。这样可以在推压固定夹具690时防止离子交换器656和固定夹具690滑动，从而使得离子交换器656总是以张紧状态固定。此外，通过调节上部的分设夹具690a的厚度“b”，施加在离子交换器656上的张力可以被调节。
电解加工装置636a在电解加工(电解抛光)中的操作基本上与图17所示的前述电解加工装置334相同，因此不再重复描述。
图43和44示出了根据本发明第十一实施例的电解加工装置636b。根据电解加工装置636b，一个长离子交换器656a被拉伸在设于支架700两端的一个供应轴702和一个收取轴704之间，收取轴704被一个收取电机旋转，以顺序收取离子交换器656a。此外，电解加工装置636b设有一个用于固定离子交换器656a的离子交换器固定装置706。其它结构与图39和40所示的装置相同。
离子交换器固定装置706包括一个用于竖直移动电极部648的电极部升降机构708和一个用于竖直移动设于电极部648上面的固定夹具690的固定夹具升降机构710。离子交换器656a可以在电极部648和固定夹具690之间运行。在离子交换器656a停止时，电极部648上升而固定夹具690下将，以将离子交换器656a加在它们之间。固定夹具690然后被推压而接触电极部648的电极支承件648c，从而将固定夹具690固定，这样，离子交换器656a以均匀的张紧状态固定在电极支承件648c上。
根据本实施例，电极部648设在支架700上，该支架能够通过中空电机670的运转而旋转。电极部648因此而可以做旋转运动，而非回转运动。这样，电极板676通过滑环678而交替连接到电源680的阴极和阳极。
根据本实施例，作为示例，如果被离子交换器固定装置706固定并且被用于加工的离子交换器656a有一部分被污染，则电极部648下降而固定夹具690上升，以将离子交换器656a从固定状态释放，并且使离子交换器656a移动所需的距离，然后，电极部648上升而固定夹具690下降，以固定离子交换器656a。通过这样的方式，可以以顺序的方式实现离子交换器656a的替换。此外，离子交换器656a可以在被牢固保持在加工电极650和供电电极652的表面上的情况下用于电解加工中。
图45示出了根据本发明第十二实施例的电解加工装置。根据本实施例，一个驱动轴720和三个从动轴722呈梯形布置，一个连续循环形式的离子交换器656b被绷紧在轴720、722上，从而可以沿一个方向运行并循环。离子交换器656b的在上侧运行的部分被离子交换器固定装置706固定并被用于加工，离子交换器656b的在下侧运行的部分在一个设于运行路径中的再生部724中被再生。
本实施例能够固定连续循环式离子交换器656b的一部分，并将该部分用于加工，同时在再生部724中再生离子交换器656b的未被用于加工的其它部分，然后，通过使离子交换器656b沿一个方向运行，可将离子交换器656b上的再生后的部分固定，以便用于加工。通过重复上述操作，可以循环和重复使用连续循环式离子交换器656b。
通过对离子交换器俘获的离子进行交换，可以实现离子交换器的再生，所述离子在阳离子交换器的情况下是指氢离子，在阴离子交换器的情况下是指氧化氢离子。在利用一个作为离子交换器的具有阳离子交换基团的阳离子交换器对例如铜进行电解加工时，铜被阳离子交换基团俘获。随着阳离子交换基团被铜的消耗的持续，不能够继续进行电解加工。另一方面，在铜的电解加工是利用作为离子交换器的具有阴离子交换基团的阴离子交换器进行的时，会产生氧化铜的精细颗粒，而且颗粒会粘着在离子交换器(阴离子交换器)的表面上。位于离子交换器上的这种颗粒会污染下一被加工基片的表面。通过对如此被使用和污染的离子交换器进行再生，可以防止出现上述问题。
图47示出了再生部724的一个例子。再生部724包括：一个固定再生电极部分732，其中，一对被再生电极中的一个电极730以表面暴露的方式嵌在该固定再生电极部分；一个再生电极部分738，其可竖直移动并且保持着一对被再生电极中的另一个电极734，该电极734的表面被再生用离子交换器736736覆盖；一个液体供应嘴740，其用于将用于再生的液体供应到电极部分732、738之间；以及一个再生电源742，其用于将再生电压供应到所述一对被再生电极730、734之间。
再生用离子交换器736具有与将要再生的离子交换器656b相同类型的离子交换基团。也就是说，在具有阳离子交换基团的阳离子交换器被用作离子交换器656b时，也要将一个阳离子交换器用作再生用离子交换器736。在具有阴离子交换基团的阴离子交换器被用作离子交换器656b时，也要将一个阴离子交换器用作再生用离子交换器736。
在操作中，固定再生电极部分732的电极730的表面被将要再生的离子交换器656b覆盖。可移动的再生电极部分738下降，以使再生用离子交换器736接近或接触将要再生的离子交换器656b的表面(上表面)。然后，再生电压施加到电极730、734之间，以使位于再生用离子交换器736一侧的电极即电极734，具有与将要再生的离子交换器656b的极性相反的极性。这样，在具有阳离子交换基团的阳离子交换器被用作离子交换器656b时，电极734成为阴极而电极730成为阳极。相反，在阴离子交换器被用作离子交换器656b时，电极734成为阳极而电极730成为阴极。与此同时、纯水或超纯水从液体供应嘴740供应到位于电极部分732、738之间的空间中，以将该空间中充入纯水或超纯水，从而将要再生的离子交换器656b和再生用离子交换器736浸没在纯水或超纯水中。
通过上述操作，借助于作为固体电解质的离子交换器656b所进行的离子交换反应，位于将要再生的离子交换器656b中的离子移动到再生用离子交换器736中。从而实现了离子交换器656b的再生。在阳离子交换器被用作离子交换器656b是，源于离子交换器656b的阳离子移动到再生用离子交换器736中；而在阴离子交换器被用作离子交换器656b时，源于离子交换器656b的阴离子移动到再生用离子交换器736，从而实现了离子交换器656b的再生。
如前所述，除了纯水或超纯水，还可以使用导电率不大于500μS/cm的液体，或者使用电解液。
图48示出了再生部724的另一个例子。本例中的可移动的再生电极部分738具有向下敞开的圆形凹坑738a。凹坑738a的下部开口被再生用离子交换器736封闭，从而形成了一个由凹坑738a和再生用离子交换器736限定的排放部分750。一个盘形电极734安装在凹坑738a底部。此外，与排放部分750的周边部分相连通的一个液体入口752和一个液体出口754设在可移动的再生电极部分738的径向两端。液体入口752和液体出口754分别连接着一个液体入口管756和一个液体出口管758。其它结构基本上与图47所示的前述例子相同。
根据本例，在离子交换器656b再生时，液体从液体入口管756供应到排放部分750，以产生液体流，该液体流沿一个方向在排放部分750中流动，并且从液体出口758排出，以将电极734浸没在液体中。离子交换器656b中的离子移向电极734，经过再生用离子交换器736，并被引入排放部分750中。移动到排放部分750中的离子随着供应到排放部分750中的液体的流动而被从系统中排出。离子交换器656b可以因此而被更高效地再生。
希望供应到排放部分750中的液体是具有高导电率的液体，并且不会因与从离子交换器去除的离子反应而产生难溶或不可溶化合物。这样的液体的离子可以包括电解液，特别是浓度为1重量％或以上的硫酸，其可以用于对铜的电解加工中使用过的离子交换器进行再生。
图46示出了根据本发明第十三实施例的电解加工装置的主要部分。根据本实施例，一对供应/收取轴760和一对中间轴762以门形结构布置在离子交换器固定装置706的两侧。一个离子交换器656c可以沿两个方向(相反方向)运行。此外，两个再生部724分别布置在一个供应/收取轴760与一个中间轴762之间以及另一供应/收取轴760与另一中间轴762之间。其它结构基本上与图45所示的实施例相同。
本实施例能够用离子交换器固定装置706固定离子交换器656c的一部分，并将该部分用于加工，同时在再生部724之一中再生离子交换器656c的未被用于加工的其它部分，然后可将离子交换器656c的已被用于加工的部分被替换为离子交换器656c的再生后的部分。因此，参看图46，在离子交换器656c向左运行时，在位于运行方向上游的右侧再生部724中被再生后的子交换器656c部分将被用于加工；而在离子交换器656c向右运行时，在位于运行方向上游的左侧再生部724中被再生后的子交换器656c部分将被用于加工。对上述操作的重复导致离子交换器656c可以被反复使用，直至其机械强度受损。
在前述各实施例中，使用了一个覆盖着电极支承件648c的整个外周表面的环形固定夹具690，以使可以均匀施加在离子交换器(656a至656c)的整个表面上。然而，也可以沿运行方向在离子交换器(656a至656c)的前后侧布置一对杆状固定夹具690a，并且通过降低固定夹具690a来固定离子交换器(656a至656c)。固定夹具将被安置在离子交换器(656a至656c)的用于加工的区域的外侧，并且可以以张力保持离子交换器。固定夹具也不必局限于前述环形，各种其它形状也可以被采用，这主要取决于电极的形状并与其保持一致。
如前所述，根据前述实施例的电解加工装置636a、636b，通过简单地推压固定夹具以使之与电极部的电极支承件接合，离子交换器被均匀地向外拉伸到张紧状态，而离子交换器可以被自动地牢固固定在电极的表面上。因此，本发明能够容易且快速地将离子交换器牢固固定在电极表面上。
尽管前面详细显示和描述了本发明的优选实施例，但可以理解，在不脱离权利要求中限定的本发明范围的前提下，可以作出各种改变和改型。
本申请基于2003年1月7日提交的美国专利申请，该申请为2002年11月22提交的美国申请No.10/296,333的部分继续申请，该美国申请的全部内容结合在此作为参考。
工业实用性
本发明涉及电解加工装置和方法，其用于加工形成在基片特别是半导体晶片的表面上的导电材料，或用于去除粘着在基片表面上的杂质。

Claims (62)

1.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极，其可以接近或接触工件；
一个供电电极，其用于向工件供电；
一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；
一个流体供应部，其用于将液体供应到工件与离子交换器之间；
多个电源，它们分别用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
其中，所述加工电极和供电电极中的至少一个被电学分隔为多个电极部分；所述电源向每个分隔的电极部分分别施加相应的电压，并且对每个分隔的电极部分独立地控制电压和电流二者中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的电解加工装置，其特征在于，所述流体是超纯水、纯水或导电率不大于500μS/cm的液体。
3.根据权利要求1所述的电解加工装置，其特征在于，电源在至少一个时间向每个分隔的电极部分施加彼此不同的恒定电压。
4.根据权利要求1所述的电解加工装置，其特征在于，所述电源向每个分隔的电极部分施加随时间变化的电流或电压。
5.一种电解加工方法，包括：
提供一个加工电极和一个供电电极，二者中的至少一个被电学分隔为多个电极部分；
使工件接近或接触加工电极；
从供电电极向工件供电；
将一个离子交换器至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；
向工件与离子交换器之间供应流体；
向每个分隔的电极部分施加电压；
对每个分隔的电极部分独立地控制电压和电流二者中的至少一项。
6.根据权利要求5所述的电解加工方法，其特征在于，所述所述流体是超纯水、纯水或导电率不大于500μS/cm的液体。
7.根据权利要求5所述的电解加工方法，其特征在于，所述控制是以下述方式进行的，即在至少一个时间向每个分隔的电极部分施加彼此不同的恒定电压。
8.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极；
一个供电电极，其用于向工件供电；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；
一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；
一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极彼此相对运动；
其中，一个至少在其表面具有导电性的虚设件布置在工件周边的外侧。
9.根据权利要求8所述的电解加工装置，其特征在于，虚设件使得与加工电极面对着的工件部分的面积在工件与加工电极的相对运动过程中保持恒定。
10.根据权利要求8所述的电解加工装置，其特征在于，虚设件的导电部分由电化学惰性材料形成。
11.根据权利要求8所述的电解加工装置，其特征在于，虚设件的导电部分由与工件相同的材料形成。
12.根据权利要求8所述的电解加工装置，其特征在于，一个缓冲件布置在工件与虚设件之间。
13.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极，其直径大于工件；
一个供电电极，其用于向工件供电；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；
一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；
一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心位于工件的范围内。
14.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极，其直径大于工件；
一个供电电极，其用于向工件供电；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极和供电电极；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；
一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心位于工件的范围内。
15.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极，其直径大于工件；
多个供电电极，它们布置在加工电极的周边部分中；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；
一个离子交换器，其至少布置在工件与加工电极之间或工件与供电电极之间；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；
一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电。
16.根据权利要求15所述的电解加工装置，其特征在于，加工电极包括：一个外侧加工电极，其由所述布置着供电电极的周边部分限定，以及一个内侧加工电极，其安置在外侧加工电极的内侧。
17.根据权利要求16所述的电解加工装置，其特征在于，电源独立地控制施加到外侧加工电极和施加到内侧加工电极的相应电压或电流。
18.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极，其直径大于工件；
多个供电电极，它们布置在加工电极的周边部分中；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极和供电电极；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；
一个驱动部，其用于使被保持器保持着的工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电。
19.根据权利要求18所述的电解加工装置，其特征在于，加工电极包括：一个外侧加工电极，其由所述布置着供电电极的周边部分限定，以及一个内侧加工电极，其安置在外侧加工电极的内侧。
20.根据权利要求19所述的电解加工装置，其特征在于，电源独立地控制施加到外侧加工电极和施加到内侧加工电极的相应电压或电流。
21.一种电解加工方法，包括：
提供一个直径大于工件的加工电极和一个用于向工件供电的供电电极；
将一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间；
向加工电极与供电电极之间施加电压；
使工件接近或接触加工电极；
向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；
使工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心总是位于工件的范围内，以加工工件的表面。
22.一种电解加工方法，包括：
提供一个直径大于工件的加工电极和一个用于向工件供电的供电电极；
向加工电极与供电电极之间施加电压；
使工件接近或接触加工电极和供电电极；
向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；
使工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即加工电极的运动中心总是位于工件的范围内，以加工工件的表面。
23.一种电解加工方法，包括：
提供一个直径大于工件的加工电极和布置在加工电极的周边部分中的多个供电电极；
将一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间；
向加工电极与供电电极之间施加电压；
使工件接近或接触加工电极；
向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间的布置着离子交换器的空间内供应流体；
使工件与加工电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电，以加工工件的表面。
24.一种电解加工方法，包括：
提供一个直径大于工件的加工电极和布置在加工电极的周边部分中的多个供电电极；
向加工电极与供电电极之间施加电压；
使工件接近或接触加工电极和供电电极；
向工件与加工电极和供电电极之间供应流体；
使工件与加工电极和供电电极以下述状态彼此相对运动，即至少一个供电电极总是向工件供电，以加工工件的表面。
25.一种电解加工方法，包括：
使工件接近或接触多个加工电极；
在加工电极与一个用于向工件供电的供电电极之间施加电压；
向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间供应流体；
使加工电极与工件彼此相对运动，以使每单位时间内的加工量不均衡的所述多个加工电极移经工件的被加工表面上的每个点，以加工工件的表面。
26.根据权利要求25所述的电解加工方法，其特征在于，供电电极包括多个电极部分。
27.根据权利要求25所述的电解加工方法，其特征在于，所述多个加工电极被以下述方式布置，即在所述相对运动过程中，加工电极在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
28.根据权利要求26所述的电解加工方法，其特征在于，所述供电电极的多个电极部分被以下述方式布置，即在所述相对运动过程中，所述电极部分在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
29.根据权利要求25所述的电解加工方法，其特征在于，所述多个加工电极具有相同形状。
30.根据权利要求25所述的电解加工方法，其特征在于，所述相对运动是旋转运动、往复移动、偏心转动和回转运动之一，或是这些运动之间的组合。
31.根据权利要求25所述的电解加工方法，其特征在于，一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间。
32.根据权利要求25所述的电解加工方法，其特征在于，所述流体是超纯水、纯水或导电率不大于500μS/cm的液体。
33.一种电解加工方法，包括：
使工件接近或接触一个加工电极；
在加工电极与一个用于向工件供电的供电电极之间施加电压；
向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间供应流体；
使加工电极与工件彼此相对运动，以使加工电极上的每单位时间内的加工量不均衡的多个点移经工件的被加工表面上的每个点，以加工工件的表面。
34.根据权利要求33所述的电解加工方法，其特征在于，供电电极被以下述方式布置，即其在所述相对运动过程中在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
35.根据权利要求33所述的电解加工方法，其特征在于，供电电极包括多个电极部分，所述多个电极部分具有相同形状。
36.根据权利要求33所述的电解加工方法，其特征在于，所述相对运动是下列运动之一：旋转运动，往复移动、偏心转动和回转运动，或是这些运动之间的组合。
37.根据权利要求33所述的电解加工方法，其特征在于，一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间。
38.根据权利要求33所述的电解加工方法，其特征在于，所述流体是超纯水、纯水或导电率不大于500μS/cm的液体。
39.一种电解加工装置，包括：
多个加工电极；
一个供电电极，其用于向工件供电；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极之一与工件之间供应流体；
一个驱动部，其用于使加工电极与工件彼此相对运动，以使每单位时间内的加工量不均衡的所述多个加工电极移经被保持器保持着的工件的被加工表面上的每个点。
40.根据权利要求39所述的电解加工装置，其特征在于，供电电极包括多个电极部分。
41.根据权利要求39所述的电解加工装置，其特征在于，所述多个加工电极以下述方式布置在供电电极中，即在所述相对运动过程中，加工电极在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
42.根据权利要求40所述的电解加工装置，其特征在于，所述供电电极的多个电极部分被以下述方式布置，即在所述相对运动过程中，所述电极部分在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
43.根据权利要求39所述的电解加工装置，其特征在于，所述多个加工电极具有相同形状。
44.根据权利要求42所述的电解加工装置，其特征在于，所述相对运动是下列运动之一：旋转运动，往复移动、偏心转动和回转运动，或是这些运动之间的组合。
45.根据权利要求42所述的电解加工装置，其特征在于，一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间。
46.根据权利要求42所述的电解加工装置，其特征在于，所述流体是超纯水、纯水或导电率不大于500μS/cm的液体。
47.一种电解加工装置，包括：
一个加工电极；
一个供电电极，其用于向工件供电；
一个保持器，其用于保持工件，以使工件可以接近或接触加工电极；
一个电源，其用于向加工电极与供电电极之间施加电压；
一个流体供应部，其用于向所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间供应流体；
一个驱动部，其用于使加工电极与工件彼此相对运动，以使加工电极上的每单位时间内的加工量不均衡的多个点移经被保持器保持着的工件的被加工表面上的每个点。
48.根据权利要求47所述的电解加工装置，其特征在于，供电电极被以下述方式布置，即其在所述相对运动过程中在工件的被加工表面上的每个点上的出现频率基本相等。
49.根据权利要求47所述的电解加工装置，其特征在于，供电电极包括多个电极部分，所述多个电极部分具有相同形状。
50.根据权利要求47所述的电解加工装置，其特征在于，所述相对运动是下列运动之一：旋转运动，往复移动、偏心转动和回转运动，或是这些运动之间的组合。
51.根据权利要求47所述的电解加工装置，其特征在于，一个离子交换器布置在所述加工电极和供电电极中的至少一个与工件之间。
52.根据权利要求47所述的电解加工装置，其特征在于，所述所述流体是超纯水、纯水、导电率不大于500μS/cm的液体或电解液。
53.一种用于将电解加工中所用的离子交换器固定在电极上的固定方法，包括：
将一个离子交换器安置在一个电极支承件与一个固定夹具之间，所述电极支承件以其暴露表面支承着一个电极，所述固定夹具可与电极支承件的周边接合；
使固定夹具与电极支承件相接合，以将离子交换器的周边部分叠加在固定夹具与电极支承件之间，从而固定离子交换器。
54.根据权利要求53所述的固定方法，其特征在于，所述固定夹具由一对分设夹具组成，所述一对分设夹具将离子交换器的周边部分叠加它们之间，并且所述分设夹具被推压而接触电极支承件。
55.一种用于将电解加工中所用的离子交换器固定在电极上的固定方法，包括：
将一个离子交换器固定夹具布置在一个电极的外侧；
利用所述离子交换器固定夹具保持离子交换器；
将所述离子交换器固定夹具附着在电极上，以将离子交换器以张紧状态支承在电极上。
56.一种用于将电解加工中所用的离子交换器固定在电极上的固定结构，包括：
一个电极支承件，它的暴露表面支承着一个电极；
一个固定夹具，其可与电极支承件的周边接合；
其中，电极支承件和固定夹具将离子交换器的周边部分叠加在它们之间，以将离子交换器固定，并将离子交换器张紧在电极的表面上。
57.根据权利要求56所述的固定结构，其特征在于，所述固定夹具由一对分设夹具组成，离子交换器的外周部分被叠加在所述一对分设夹具之间，所述外周部分位于离子交换器的覆盖着电极支承件的部分的外侧。
58.一种电解加工装置，其包括一个离子交换器固定装置，所述离子交换器固定装置包括：
一个电极支承件，它的暴露表面支承着一个电极；
一个固定夹具，其可与电极支承件的周边接合；
其中，离子交换器固定装置将离子交换器的周边部分叠加在电极支承件和固定夹具之间，以将离子交换器固定。
59.根据权利要求58所述的电解加工装置，其特征在于，电极支承件和固定夹具可以彼此相对运动，从而通过将离子交换器的周边部分叠加在电极支承件和固定夹具之间而将离子交换器固定。
60.根据权利要求58所述的电解加工装置，其特征在于，布置在电极支承件与固定夹具之间的离子交换器能够移动运行。
61.根据权利要求60所述的电解加工装置，其特征在于，离子交换器采用连续循环的形式，并且能够沿一个方向运行，一个用于再生离子交换器的再生部设置在离子交换器的运行路径中。
62.根据权利要求60所述的电解加工装置，其特征在于，离子交换器能够沿两个方向两个运行，两个用于再生离子交换器的再生部沿离子交换器的运行方向设置在电极支承件的两侧。
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