JP2004084054A

JP2004084054A - 電解加工方法及び装置

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Publication number: JP2004084054A
Application number: JP2003011661A
Authority: JP
Inventors: Hozumi Yasuda; 安田　穂積; Itsuki Obata; 小畠　厳貴; Osamu Nabeya; 鍋谷　治; Masayuki Kumegawa; 粂川　正行
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】例えばＣＭＰ処理そのものを省略したり、ＣＭＰ処理の負荷を極力低減しつつ、基板表面に設けられた導電性材料を平坦に加工したり、更には基板等の被加工物の表面に付着した付着物を除去（洗浄）できるようにした電解加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】基板Ｗを複数の加工電極７２に接触又は近接させ、加工電極７２と基板Ｗに給電する給電電極７０との間に電圧を印加し、基板Ｗと加工電極７２又は上記給電電極７０の少なくとも一方との間に流体を供給し、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、電極ごとの単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極７２が通過するように、加工電極７２と基板Ｗとを相対運動させて基板Ｗの表面を加工する。
【選択図】　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解加工方法及び装置に係り、特に半導体ウェハ等の基板の表面に形成された導電性材料を加工したり、基板の表面に付着した不純物を除去したりするために使用される電解加工方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、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：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）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ものである。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ＳｉＯ_２からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜などの絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成されている。これらの上にＴａＮ等からなるバリア膜５、更にその上に電解めっきの給電層としてスパッタリングやＣＶＤ等によりシード層７が形成されている。
【０００４】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図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及びシード層７を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
また、最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に破壊しながら除去していく加工方法では、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】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ＣＭＰ工程は、一般にかなり複雑な操作が必要で、制御も複雑となり、加工時間もかなり長い。更に、研磨後の基板の後洗浄を十分に行う必要があるばかりでなく、スラリーや洗浄液の廃液処理のための負荷が大きい等の課題がある。このため、ＣＭＰ自体を省略する、あるいはこの負荷を軽減することが強く求められている。また、今後、絶縁膜も誘電率の小さいＬｏｗ−ｋ材に変わると予想され、このＬｏｗ−ｋ材は強度が弱くＣＭＰによるストレスに耐えられなくなる。したがって、ＣＭＰのような過大なストレスを基板に与えることなく、平坦化できるようにしたプロセスが望まれている。
【０００８】
なお、化学機械的電解研磨のように、めっきをしながらＣＭＰで削るというプロセスも発表されているが、めっき成長面に機械加工が付加されることで、めっきの異常成長を促すことにもなり、膜質に問題を起こしている。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、例えばＣＭＰ処理そのものを省略したり、ＣＭＰ処理の負荷を極力低減しつつ、基板表面に設けられた導電性材料を平坦に加工したり、更には基板等の被加工物の表面に付着した付着物を除去（洗浄）できるようにした電解加工方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、被加工物を複数の加工電極に接触又は近接させ、上記加工電極と上記被加工物に給電する給電電極との間に電圧を印加し、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、上記被加工物の被加工面上の一の点に対して、電極ごとの単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極が通過するように、上記加工電極と上記被加工物とを相対運動させて上記被加工物の表面を加工することを特徴とする電解加工方法である。
【００１１】
本発明の第２の態様は、複数の加工電極と、被加工物に給電する給電電極と、上記被加工物を保持して上記複数の加工電極に接触又は近接させる保持部と、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極又は上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と、上記保持部で保持した被加工物の被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極が通過するように上記加工電極と上記被加工物とを相対運動させる駆動部とを備えたことを特徴とする電解加工装置である。
【００１２】
図２及び図３は、本発明の加工原理を示すものである。図２は、被加工物１０の表面に、加工電極１４に取り付けたイオン交換体１２ａと、給電電極１６に取り付けたイオン交換体１２ｂとを接触又は近接させ、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との間に流体供給部１９から超純水等の流体１８を供給した状態を示している。図３は、被加工物１０の表面に、加工電極１４に取り付けたイオン交換体１２ａを接触又は近接させ、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させて、加工電極１４と給電電極１６との間に電源１７を介して電圧を印加しつつ、加工電極１４と被加工物１０との間に流体供給部１９から超純水等の流体１８を供給した状態を示している。
【００１３】
超純水のような流体自身の抵抗値が大きい液体を使用する場合には、イオン交換体１２ａを被加工物１０の表面に「接触させる」ことが好ましく、このようにイオン交換体１２ａを被加工物１０の表面に接触させることにより、電気抵抗を低減させることができ、印加電圧も小さくて済み、消費電力も低減できる。したがって、本発明に係る加工における「接触」は、例えばＣＭＰのように物理的なエネルギー（応力）を被加工物に与えるために「押し付ける」ものではない。
【００１４】
図２及び図３において、超純水等の流体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流体１８の流れによって、被加工物１０の加工電極１４と対面する表面に供給して、ここでの被加工物１０近傍の水酸化物イオン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１８中に溶解し、被加工物１０の表面に沿った超純水等の流体１８の流れによって被加工物１０から除去される。これにより、被加工物１０の表面層の除去加工が行われる。
【００１５】
このように、本加工法は純粋に被加工物との電気化学的相互作用のみにより被加工物の除去加工を行うものであり、ＣＭＰのような研磨部材と被加工物との物理的な相互作用及び研磨液中の化学種との化学的相互作用の混合による加工とは加工原理が異なるものである。この方法では、被加工物１０の加工電極１４と対面する部分が加工されるので、加工電極１４を移動させることで、被加工物１０の表面を所望の表面形状に加工することができる。
【００１６】
なお、本発明に係る電解加工装置は、電気化学的相互作用による溶解反応のみにより被加工物の除去加工を行うため、ＣＭＰのような研磨部材と被加工物との物理的な相互作用及び研磨液中の化学種との化学的相互作用の混合による加工とは加工原理が異なるものである。したがって、材料の特性を損なわずに除去加工を行うことが可能であり、例えば上述したＬｏｗ−ｋ材に挙げられる機械的強度の小さい材料に対しても、物理的な相互作用を及ぼすことなく除去加工が可能である。また、通常の電解液を用いる電解加工装置と比較しても、加工液に５００μＳ／ｃｍ以下の流体、好ましくは純水、更に好ましくは超純水を用いるため、被加工物表面への汚染も大幅に低減させることが可能であり、また加工後の廃液の処理も容易となる。
【００１７】
電気化学的な加工は、反応種であるイオンと被加工物との電気化学的相互作用であり、被加工物の表面での各点における加工速度は、被加工材料の物性を除けば、基本的には電流密度及び被加工物上の加工電極の存在頻度に依存する。また、実際には、加工過程において被加工物とイオンとの電気化学的反応により被加工物の表面に生じる加工生成物や、被加工物及び電極の表面における副反応により生じる気泡などによって、反応種であるイオンが被加工物の表面に移動することが阻害され、また、電気化学的な相互作用であるため、温度変化等による反応速度の変化も生じる。これらの影響により、単一の加工電極を用いた場合においては、加工電極内における加工速度のバラツキが生じ、また、複数の加工電極を用いた場合においても、各加工電極間で加工速度にバラツキが生じる。
【００１８】
したがって、被加工物の表面を複数の加工電極により均一な加工速度で加工しようとする場合、上述した基本的な特性を考慮して、加工生成物や気泡の除去及び被加工物上の加工電極の存在頻度の均一化が行われるが、それでも各加工電極間で加工速度にバラツキが生じる。このため、ｎｍ／ｍｉｎオーダでの加工速度の均一化が困難となる。本発明に係る電解加工方法によれば、複数の加工電極間で加工速度にバラツキが生じた場合においても、被加工物の被加工面上の一の点に対して複数の加工電極が通過するように加工電極と被加工物とを相対運動させているので、各加工電極間で生じる加工速度のバラツキを平均化させることができる。したがって、被加工物の全面において上述したような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。
【００１９】
本発明の好ましい一態様は、上記給電電極が複数であることを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、上記複数の加工電極は、上記相対運動中に上記被加工物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配置されていることを特徴としている。
【００２０】
本発明の好ましい一態様は、上記複数の給電電極は、上記相対運動中に上記被加工物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配置されていることを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、上記複数の加工電極が同一の形状であることを特徴としている。
【００２１】
本発明の第３の態様は、被加工物を加工電極に接触又は近接させ、上記加工電極と上記被加工物に給電する少なくとも１つの給電電極との間に電圧を印加し、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、上記被加工物の被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極内の複数の点が通過するように、上記加工電極と上記被加工物とを相対運動させて上記被加工物の表面を加工することを特徴とする電解加工方法である。
【００２２】
本発明の第４の態様は、加工電極と、被加工物に給電する少なくとも１つの給電電極と、上記被加工物を保持して上記加工電極に接触又は近接させる保持部と、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加する電源と、上記被加工物と上記加工電極又は上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と、上記保持部で保持した被加工物の被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極内の複数の点が通過するように、上記加工電極と上記被加工物とを相対運動させる駆動部とを備えたことを特徴とする電解加工装置である。
【００２３】
本発明の好ましい一態様は、上記給電電極は、上記相対運動中に上記被加工物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配置されていることを特徴としている。
【００２４】
本発明の好ましい一態様は、上記給電電極は複数あり、該複数の給電電極は同一の形状であることを特徴としている。
【００２５】
本発明の好ましい一態様は、上記相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動の少なくとも１つ又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴としている。
【００２６】
本発明の好ましい一態様は、上記被加工物と上記加工電極又は上記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴としている。
【００２７】
本発明の好ましい一態様は、上記流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体であることを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電解加工装置及びこれを組み込んだ基板処理装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、被加工物として基板を使用し、電解加工装置で基板を加工するようにした例を示しているが、本発明を基板以外にも適用できることは言うまでもない。
【００２９】
図４は、本発明の第１の実施形態における基板処理装置の構成を示す平面図である。図４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、後述する加工電極と給電電極との間に印加する電圧又はこれらの間を流れる電流をモニタするモニタ部３８がロード・アンロード部３０に隣接して配置されている。
【００３０】
図５は基板処理装置内の電解加工装置３４を模式的に示す縦断面図、図６は図５の平面図である。図５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て基板Ｗを下向き（フェイスダウン）に吸着保持する基板保持部４２と、基板保持部４２の下方に配置される円板状の電極部４４と、電極部４４に接続される電源４６とを備えている。電極部４４の上面には膜状のイオン交換体４７が取り付けられている。
【００３１】
アーム４０は、揺動用モータ４８に連結された揺動軸５０の上端に取り付けられており、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。
【００３２】
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。また、電極部４４は、基板Ｗと電極部４４とを相対移動させる第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の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００３３】
電極部４４の上方には、電極部４４の直径方向に沿って延びる純水噴射ノズル（流体供給部）６２が配置されている。この純水噴射ノズル６２は、純水又は超純水を電極部４４の上面に供給する複数の噴射口を有している。ここで、純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ、２５℃換算値、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又は超純水を使用して電解加工を行うことで、基板Ｗの表面に電解質等の余分な不純物が付着したり、残留したりすることをなくすことができる。更に、電解によって溶解した銅イオン等が、イオン交換体４７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。
【００３４】
また、純水又は超純水の代わりに電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体や、任意の電解液、例えば純水又は超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ_２ＳＯ_４等の中性塩、ＨＣｌやＨ_２ＳＯ_４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。
【００３５】
更に、純水又は超純水の代わりに、純水又は超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。このように、純水又は超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗとイオン交換体４７の界面にイオンの移動を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して被加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が好ましい。なお、電気伝導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工速度を得ることができる。
【００３６】
図７は電極部４４を示す平面図、図８は図７の部分拡大図である。図７及び図８に示すように、電極部４４は、円板状の給電電極７０と、給電電極７０の略全面に配置された多数の加工電極７２とを備えている。各加工電極７２は、絶縁体７４を介して給電電極７０と分離されている。これらの給電電極７０及び加工電極７２の上面は上述したイオン交換体４７により一体に覆われている。各加工電極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給電電極７０の内部の略全面に配置されている。
【００３７】
本実施形態では、給電電極７０はスリップリング６４（図５参照）を介して電源４６の陽極に接続され、加工電極７２はスリップリング６４を介して電源４６の陰極に接続されている。例えば、銅を加工する場合においては、陰極側に電解加工作用が生じるので、陰極に接続した電極が加工電極となり、陽極に接続した電極が給電電極となる。一方、加工材料によっては、給電電極７０を電源４６の陰極に接続し、加工電極７２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、給電電極７０及び加工電極７２は、電解反応により、酸化又は溶出が一般に問題となる。このため、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、導電性酸化物又は導電性セラミックスを使用することが好ましい。この貴金属を素材とした電極としては、例えば、下地の電極素材にチタンを用い、その表面にめっきやコーティングで白金又はイリジウムを付着させ、高温で焼結して安定化と強度を保つ処理を行ったものが挙げられる。セラミックス製品は、一般に無機物質を原料として熱処理によって得られ、各種の非金属・金属の酸化物・炭化物・窒化物などを原料として、様々な特性を持つ製品が作られている。この中に導電性を持つセラミックスもある。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の上面に取り付けられたイオン交換体４７は、例えば、アニオン交換能又はカチオン交換能を付与した不織布で構成されている。カチオン交換体は、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、アニオン交換体は、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。
【００４０】
ここで、例えば強塩基性アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う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。
【００４１】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、上記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う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。
【００４２】
イオン交換体４７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、又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。
【００４３】
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。
【００４４】
このように、イオン交換体４７をアニオン交換能又はカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、純水又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又は超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良く加工電極７２の表面に運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００４５】
ここで、イオン交換体４７をアニオン交換能又はカチオン交換能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、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、イオン交換体４７自体にアニオン交換能とカチオン交換能の双方の交換基を付与するようにしたりしてもよく、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。
【００４６】
次に、本実施形態における基板処理装置を用いた基板処理（電解加工）について説明する。まず、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に導電体膜（被加工部）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で取り出す。搬送ロボット３６は、取り出した基板Ｗを必要に応じて反転機３２に搬送し、基板Ｗの導電体膜（銅膜６）を形成した表面が下を向くように反転させる。次に、搬送ロボット３６は反転させた基板Ｗを受け取り、この基板Ｗを電解加工装置３４のプッシャ６６（図６参照）上に載置する。
【００４７】
そして、プッシャ６６上に載置した基板Ｗを基板保持部４２により吸着保持させ、アーム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、この基板保持部４２で保持した基板Ｗを電極部４４のイオン交換体４７の表面に接触又は近接させる。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６２の噴射口から基板Ｗと電極部４４との間に純水又は超純水を噴射する。そして、電源４６により加工電極７２と給電電極７０との間に所定の電圧を印加し、イオン交換体４７により生成された水素イオン又は水酸化物イオンによって、加工電極（陰極）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。
【００４８】
本実施形態のように、電極を多数設けると、各電極の形状を同一にしようとしても電極の接触面の大きさの違いや高さの違い、電極に取り付けられるイオン交換体の厚さの違いが多少生じたり、イオン交換体の取り付け方に不均一が生じたりして、実際には各加工電極間において単位時間当たりの加工量に違いが生じる。本実施形態においては、電解加工において電極部４４と基板Ｗとを相対運動させると、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極７２が通過することとなる。すなわち、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極７２ができるだけ多く通過するように加工電極７２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７２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。
【００４９】
なお、各加工電極７２は、その表面（上面）が給電電極７０の表面と同一平面をなすように給電電極７０の内部に均一高さで埋設されていることが望ましい。これにより、各電極の表面と被加工物との距離に差が出て、各電極の表面と被加工物との間の抵抗が変化し、電流にバラツキが生じてしまうことを防止することができる。
また、個々の加工電極７２、若しくは複数の加工電極７２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。
【００５０】
電解加工中には、加工電極と給電電極との間に印加する電圧、又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９（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、加工電極と給電電極との間に印加される電圧にあっても、図９（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９（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９（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、この電流又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。
【００５１】
なお、モニタ部３８で加工電極と給電電極との間に印加する電圧、又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、加工中の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、もしく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。
【００５２】
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。また、銅膜等の導電性膜の内部にうず電流を発生させ、基板の内部を流れるうず電流をモニタし、例えば周波数の変化を検出して、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。
【００５３】
電解加工完了後、電源４６の接続を切り、電極部４４及び基板保持部４の回転を停止させ、しかる後、基板保持部４２を上昇させ、アーム４０を移動させて基板Ｗを搬送ロボット３６に受け渡す。基板Ｗを受け取った搬送ロボット３６は、必要に応じて反転機３２に搬送して反転させた後、基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
【００５４】
ここで、超純水のような液自身の抵抗値が大きい液体を使用する場合には、イオン交換体４７を基板Ｗに接触させることにより、電気抵抗を低減させることができ、印加電圧も小さくて済み、消費電力も低減できる。この「接触」は、例えばＣＭＰのように物理的なエネルギー（応力）を被加工物に与えるために、「押し付ける」ことを意味するものではない。したがって、本実施形態における電解加工装置では、基板Ｗの電極部４４への接触又は近接には上下動用モータ５４を用いており、例えばＣＭＰ装置において基板と研磨部材を積極的に押し付ける押圧機構は具備していない。すなわち、ＣＭＰにおいては、一般に２０〜５０ｋＰａ程度の押圧力で基板を研磨面に押し付けているが、本実施形態の電解加工装置では、例えば、２０ｋＰａ以下の圧力でイオン交換体４７を基板Ｗに接触させればよく、１０ｋＰａ以下の圧力でも十分除去加工効果が得られる。
【００５５】
本実施形態では、電極部４４と基板Ｗをともに回転させ、基板Ｗと電極部４４とを偏心回転運動させた例を説明したが、これに限られるものではない。すなわち、被加工物の被加工面上の一の点に対して複数の加工電極が通過するように加工電極と被加工物とを相対運動させればよく、そのような相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動の少なくとも１つ、あるいは、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動の任意の組み合わせとすることができる。
【００５６】
また、上述の実施形態において加工電極と給電電極とを入れ替えてもよい。図１０及び図１１は、第１の実施形態の電極部において加工電極と給電電極とを入れ替えた第２の実施形態を示すものである。図１０及び図１１に示すように、本実施形態における電極部１４４は、円板状の加工電極１４６と、加工電極１４６の略全面に配置された多数の給電電極１４８とを備えている。各給電電極１４８は、絶縁体１５０を介して加工電極１４６と分離されている。これらの加工電極１４６及び給電電極１４８の上面は上述したイオン交換体により一体に覆われている。各給電電極１４８は同一形状であり、基板Ｗと電極部１４４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加工電極１４６の内部の略全面に配置されている。
【００５７】
本実施形態においては、単一の加工電極１４６を用いているが、単一の加工電極においても位置によって単位時間当たりの加工量にバラツキが生じることがある。本実施形態においては、電解加工において電極部１４４と基板Ｗとを相対運動させると、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極１４６内の複数の点が通過することとなる。すなわち、基板Ｗの被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極１４６内の複数の点ができるだけ多く通過するように電極部１４４と被加工物Ｗとを相対運動させている。このため、加工電極１４６内において単位時間当たりの加工量にバラツキがあっても、この加工速度のバラツキを平均化させることができ、基板Ｗの全面においてｎｍ／ｍｉｎオーダでの加工速度の均一化を図ることが可能となる。
【００５８】
なお、この場合にあっても、前述と同様に、各給電電極１４８は、その表面（上面）が加工電極１４６の表面と同一平面をなすように均一高さで加工電極１４６の内部に埋設されていることが望ましく、また、個々の給電電極１４８、若しくは複数の給電電極１４８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。
【００５９】
図１２は、本発明の第３実施形態における電極部２４４を示す平面図、図１３は図１２の部分拡大図である。図１２及び図１３に示すように、電極部２４４は、円板状で、例えば樹脂等の絶縁材料からなる電極板２４６と、この電極板２４６の略全面に配置された、同一形状の多数の電極２４８とを備えている。各電極２４８は、その外周部を絶縁体２５０で覆われた状態で電極板２４６の内部に埋設されている。これらの電極２４８の上面は、上述したイオン交換体４７（図５参照）により一体に覆われている。
【００６０】
そして、各電極２４８のうち、この例では、格子状に縦方向に並ぶ各列の一つ置きの列に位置する電極２４８ａがスリップリング６４（図５参照）を介して電源４６の陽極に、他の列に位置する電極２４８ｂがスリップリング６４を介して電源４６の陰極にそれぞれ接続されている。これによって、電源４６の陽極に接続された電極２４８ａが給電電極となり、陰極に接続された電極２４８ｂが加工電極となって、電極部２４４と基板とを相対移動させたとき、基板Ｗの被加工面上の各点におけるこれらの給電電極２４８ａと加工電極２４８ｂの存在頻度が略均一となるように電極部２４４の略全面に配置されている。なお、加工材料によっては、電源の陰極に接続した電極を給電電極とし、陽極に接続した電極を加工電極としても良いことは前述と同様である。また、各電極２４８の配置の仕方も、電極板２４６と基板Ｗとの相対運動の組合せで、基板Ｗの単位面積当たりの電極２４８の存在確率が均一になるように任意に選択してもよい。
【００６１】
なお、この例にあっても、前述と同様に、各電極２４８は、その表面（上面）が電極板２４６の表面と同一平面をなすように均一高さで電極板２４６の内部に埋設されている方が、電極部全体の平坦度を得る上で望ましい。しかし、加工のし易さによって、電極板２４６よりも電極２４８の方が数μｍ程度突出するようにしてもよい。また、個々の給電電極２４８ａと加工電極２４８ｂ、若しくは複数の給電電極２４８ａと加工電極２４８ｂ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。
【００６２】
更に、この例では、給電電極２４８ａと加工電極２４８ｂの数がほぼ同じになるようにしているが、加工速度を上げるため、加工電極の数を増やす等、加工条件等に応じて、給電電極２４８ａと加工電極２４８ｂの数を任意に変更するようにしても良い。また、電極板２４６の全面をイオン交換体で覆うことで、超純水を用いた電解加工を行うことができるようにしているが、電解液を用いる場合には、各種スクラブ部材（多孔質材料など通液性を持たせたもの）で電極板の全体を覆うようにしてもよい。
【００６３】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、基板等の被加工物に物理的な欠陥を与えて被加工物の特性を損なうことを防止しつつ、電気化学的作用によって、例えばＣＭＰに代わる電解加工等を施すことができ、これによって、ＣＭＰ処理そのものを省略したり、ＣＭＰ処理の負荷を低減したり、更には基板等の被加工物の表面に付着した付着物を除去（洗浄）することができる。しかも、純水又は超純水のみを使用しても基板を加工することができ、これによって、基板の表面に電解質等の余分な不純物が付着したり、残留したりすることをなくして、除去加工後の洗浄工程を簡略化できるばかりでなく、廃液処理の負荷を極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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）との間に純水又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体を供給するようにしたときの本発明による電解加工の原理の説明に付する図である。
【図３】加工電極のみにイオン交換体を取り付けて、加工電極と基板（被加工物）との間に流体を供給するようにしたときの本発明による電解加工の原理の説明に付する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における基板処理装置の構成を示す平面図である。
【図５】図４に示す基板処理装置の電解加工装置を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】図５の電解加工装置における電極部を示す平面図である。
【図８】図７の部分拡大図である。
【図９】図９（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、図９（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１０】本発明の第２の実施形態における電極部を示す平面図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態における電極部を示す平面図である。
【図１３】図１２の部分拡大図である。
【符号の説明】
６　　銅膜（導電体膜）
７　　シード層
１０　　被加工物
１２ａ，１２ｂ　　イオン交換体
１４　　加工電極
１６　　給電電極
１７　　電源
１８　　超純水
１９　　流体供給部
２０　　水分子
２２　　水酸化物イオン
２４　　水素イオン
２６　　反応物質
３０　　ロード・アンロード部
３２　　反転機
３４　　電解加工装置
３６　　搬送ロボット
３８　　モニタ部
４０　　アーム
４２　　基板保持部
４４，１４４　　電極部
４６　　電源
４７　　イオン交換体
４８　　揺動用モータ
５０　　揺動軸
５２　　ボールねじ
５４　　上下動用モータ
５６　　自転用モータ
６０　　中空モータ
６２　　純水噴射ノズル
６４　　スリップリング
６６　　プッシャ
７０，１４８，２４８ａ　　給電電極
７２，１４６，２４８ｂ　　加工電極
７４，１５０，２５０　　絶縁体
２４８　電極

Claims

被加工物を複数の加工電極に接触又は近接させ、
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又は前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、
前記被加工物の被加工面上の一の点に対して、電極ごとの単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極が通過するように、前記加工電極と前記被加工物とを相対運動させて前記被加工物の表面を加工することを特徴とする電解加工方法。
前記給電電極が複数であることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
前記複数の加工電極は、前記相対運動中に前記被加工物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配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解加工方法。
前記複数の給電電極は、前記相対運動中に前記被加工物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配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電解加工方法。
前記複数の加工電極が同一の形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電解加工方法。
被加工物を加工電極に接触又は近接させ、
前記加工電極と前記被加工物に給電する少なくとも１つの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又は前記給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、
前記被加工物の被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極内の複数の点が通過するように、前記加工電極と前記被加工物とを相対運動させて前記被加工物の表面を加工することを特徴とする電解加工方法。
前記給電電極は、前記相対運動中に前記被加工物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配置されていることを特徴とする請求項６に記載の電解加工方法。
前記給電電極は複数あり、該複数の給電電極は同一の形状であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電解加工方法。
前記相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動の少なくとも１つ又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電解加工方法。
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電解加工方法。
前記流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電解加工方法。
複数の加工電極と、
被加工物に給電する給電電極と、
前記被加工物を保持して前記複数の加工電極に接触又は近接させる保持部と、
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又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と、
前記保持部で保持した被加工物の被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な複数の加工電極が通過するように前記加工電極と前記被加工物とを相対運動させる駆動部とを備えたことを特徴とする電解加工装置。
前記給電電極が複数であることを特徴とする請求項１２に記載の電解加工装置。
前記複数の加工電極は、前記相対運動中に前記被加工物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前記給電電極の内部に配置されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電解加工装置。
前記複数の給電電極は、前記相対運動中に前記被加工物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配置されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電解加工装置。
前記複数の加工電極が同一の形状であることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の電解加工装置。
加工電極と、
被加工物に給電する少なくとも１つの給電電極と、
前記被加工物を保持して前記加工電極に接触又は近接させる保持部と、
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又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と、
前記保持部で保持した被加工物の被加工面上の一の点に対して、単位時間当たりの加工量が不均一な加工電極内の複数の点が通過するように、前記加工電極と前記被加工物とを相対運動させる駆動部とを備えたことを特徴とする電解加工装置。
前記給電電極は、前記相対運動中に前記被加工物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配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の電解加工装置。
前記給電電極は複数あり、該複数の給電電極は同一の形状であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の電解加工装置。
前記相対運動は、回転運動、往復運動、偏心回転運動、及びスクロール運動の少なくとも１つ又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか一項に記載の電解加工装置。
前記被加工物と前記加工電極又は前記給電電極の少なくとも一方との間にイオン交換体を配置したことを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか一項に記載の電解加工装置。
前記流体は、純水、超純水、又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の流体であることを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれか一項に記載の電解加工装置。