JP3933520B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に係り、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処理する基板処理装置及び基板処理方法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を用いて基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法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、基板を搬出入する基板搬出入部と、被加工物としての被加工膜が形成された基板の表面の周縁部に接触する給電部を有し、該基板の表面の被加工膜を電解加工する電解加工ユニットと、基板の表面の周縁部に向けてエッチング用の薬液を供給するエッジノズルを有し、上記電解加工ユニットによる電解加工の際に上記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去するベベルエッチングユニットと、上記被加工膜がエッチング除去された基板の表面を化学機械研磨する化学機械研磨ユニットと、基板処理装置内で基板を搬送する搬送装置とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【００１１】
本発明の好ましい一態様は、上記電解加工ユニットは、上記基板に近接自在な加工電極と、上記基板に給電する給電部としての給電電極と、上記基板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配置されるイオン交換体と、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、上記イオン交換体が配置された上記基板と加工電極又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とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の好ましい一態様は、上記ベベルエッチングユニットは、表面を上向きにして基板を保持し回転させるスピンチャックと、基板の表面の中央部にエッチング用の薬液を供給するセンタノズルを更に有し、スピンチャックで保持して回転させた基板の表面の中央部に上記センタノズルから酸溶液を、周縁部に上記エッジノズルから酸化剤溶液をそれぞれ供給することを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、上記ベベルエッチングユニットは、上記スピンチャックで保持して回転させた基板の裏面に酸化剤溶液と酸溶液を同時または交互に供給するバックノズルを更に有することを特徴としている。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、上記被加工膜がエッチング除去された基板の表面を化学機械研磨する化学機械研磨ユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成する成膜ユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、上記成膜ユニットは、上記基板の表面にめっき処理を行うめっきユニットであることを特徴としている。
【００１６】
本発明の好ましい一態様は、上記成膜ユニットの処理後の基板に対してアニール処理を行うアニールユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、上記基板の洗浄を行う洗浄ユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１８】
本発明の第２の態様は、被加工物としての被加工膜が形成された基板の表面の周縁部に給電部を接触させて該基板の表面の被加工膜を電解加工し、上記電解加工後、基板の表面の周縁部にエッチング用の薬液を供給して、上記電解加工の際に上記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去し、上記エッチング除去後の基板の表面を化学機械研磨することを特徴とする基板処理方法である。
【００１９】
本発明の好ましい一態様は、上記電解加工は、上記基板に給電部としての給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、上記基板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、上記イオン交換体が配置された上記基板と加工電極又は給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加しつつ電解加工を行うことを特徴としている。
【００２０】
本発明の好ましい一態様は、上記流体は、純水又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴としている。
【００２１】
本発明の好ましい一態様は、上記エッチング除去後の基板の表面を化学機械研磨することを特徴としている。
【００２２】
本発明の好ましい一態様は、上記電解加工前に上記基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成することを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、基板を回転させながら、基板の表面の周縁部に酸化剤溶液を、基板の表面の中央部に酸溶液をそれぞれ供給して、上記電解加工の際に上記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去することを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、基板の表面の周縁部にエッチング用の薬液を供給しながら、基板の裏面に酸化剤溶液と酸溶液を同時又は交互に供給することを特徴としている。
【００２３】
図２及び図３は、本発明に係る電解加工の加工原理を示すものである。図２は、被加工物（基板）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
なお、本発明における電解加工は、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。
【００２８】
ここで、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させた場合（図３参照）、この部分には加工電極１４を物理的に近接させることができないので、この部分を加工することができない。このため、例えば、加工電極１４及び給電電極１６を被加工物１０に対向させて配置し（図２参照）、給電電極１６と被加工物１０とを相対運動させて被加工物１０の全面に亘って加工を行うことが考えられる。しかしながら、この場合には、常に給電電極１６が被加工物１０の表面に接触している必要があり、装置構成が複雑になってしまう。本発明に係る基板処理装置によれば、加工されずに残留した基板の表面上の被加工膜をエッチング除去するエッチングユニットを備えているので、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させた場合であっても、加工されずに残留した被加工膜をエッチング除去することができる。したがって、被加工物１０に対する給電方法の自由度が増す。なお、上記給電電極１６の被加工物１０への接触位置は、被加工物（基板）１０のデバイス形成領域以外の場所、例えば、被加工物１０の周縁部等であることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板処理装置の実施形態について図４乃至図１３を参照して詳細に説明する。なお、図４乃至図１３において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。以下の説明では、基板として半導体ウェハを使用し、基板処理装置で半導体ウェハを加工するようにした例を示しているが、本発明を半導体ウェハ以外に適用できることは言うまでもない。
【００３０】
図４は、本発明の一実施形態における基板処理装置の構成を模式的に示す平面図である。図４に示すように、この基板処理装置は、半導体ウェハ等の基板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、装置内で基板を搬送する搬送装置としての走行型搬送ロボット３２とを備えている。搬送ロボット３２に対してロード・アンロード部３０とは反対側には、化学機械研磨ユニット（ＣＭＰユニット）３４及び電解加工ユニット３６が配置されており、ＣＭＰユニット３４及び電解加工ユニット３６内の搬送ロボット３２が到達可能な位置には、それぞれ基板の受け渡しを行うプッシャ３４ａ，３６ａが配置されている。
【００３１】
搬送ロボット３２の走行軸３２ａを挟んで両側には、それぞれ４つのユニットが配置されている。すなわち、一方には、基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成する成膜ユニットとしてのめっきユニット３８と、めっき後の基板を洗浄する洗浄ユニット４０と、めっき後の基板に対してアニール処理を施すアニールユニット４２と、基板を反転させる反転機４４とがロード・アンロード部３０側から順番に配置されており、他方には、加工後の基板を洗浄する洗浄ユニット４６と、基板の周縁部（ベベル部及びエッジ部）に成膜又は付着した被加工膜をエッチング除去するベベルエッチングユニット４８と、エッチング後の基板を洗浄する洗浄ユニット５０と、基板を反転させる反転機５２とがロード・アンロード部３０側から順番に配置されている。また、電解加工ユニット３６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５４がロード・アンロード部３０に隣接して配置されている。
【００３２】
次に、基板処理装置内のめっきユニット３８について説明する。図５は、めっきユニット３８の一例を模式的に示す縦断面図である。このめっきユニット３８は、基板の表面にめっきを施して被加工物としての被加工膜を形成するものである。図５に示すように、めっきユニット３８は、上方に開口し内部にめっき液３８０を保持する円筒状のめっき槽３８２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗをめっき槽３８２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基板保持部３８４とを備えている。めっき槽３８２の内部には、めっき液３８０中に浸漬されてアノード電極となる平板状の陽極板３８６が水平に配置され、基板Ｗが陰極となるようになっている。めっき槽３８２の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管３８８が接続され、めっき槽３８２の上部外側には、めっき液受け３９０が配置されている。
【００３３】
このような構成のめっきユニット３８において、めっき槽３８２の上部に基板Ｗを基板保持部３８４により下向きに保持して配置し、陽極板（アノード）３８６と基板（カソード）Ｗの間に所定の電圧を印加しつつ、めっき液３８０をめっき液噴射管３８８から上方に向けて噴出させる。このように、基板Ｗの下面（被めっき面）に垂直にめっき液３８０の噴流を当て、陽極板３８６と基板Ｗの間にめっき電流を流すことによって、基板Ｗの下面には被加工膜としてのめっき膜が形成される。
【００３４】
次に、基板処理装置内のアニールユニット４２について説明する。図６はアニールユニット４２を模式的に示す縦断面図、図７は横断面図である。図６及び図７に示すように、アニールユニット４２は、基板Ｗを出し入れするゲート４２０を有するチャンバ４２２と、チャンバ４２２の上部に配置されたホットプレート４２４と、チャンバ４２２の下部に配置されたクールプレート４２６とを備えている。ホットプレート４２４は基板Ｗを例えば４００℃に加熱し、クールプレート４２６は例えば冷却水を流して基板Ｗを冷却する。
【００３５】
また、チャンバ４２２内には、クールプレート４２６の内部を貫通して上下方向に延び、上端に基板Ｗを載置保持する複数の昇降ピン４２８が昇降自在に配置されている。更に、ホットプレート４２４を挟んで互いに対向する位置には、アニール時に基板Ｗとホットプレート４２４との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管４３０と、ガス導入管４３０から導入され、基板Ｗとホットプレート４２４との間を流れたガスを排気するガス排気管４３２とが配置されている。
【００３６】
図７に示すように、アニールユニット４２には、内部にフィルタ４３４ａを有するＮ２ガス導入路４３６と、内部にフィルタ４３４ｂを有するＨ２ガス導入路４３８と、Ｎ２ガス導入路４３６内を流れるＮ２ガスとＨ２ガス導入路４３８内を流れるＨ２ガスとを混合する混合器４４０と、混合器４４０で混合したガスが流れる混合ガス導入路４４２とが設けられている。この混合ガス導入路４４２には、上述したガス導入管４３０が接続される。
【００３７】
めっきユニット３８で表面にめっき膜が形成された基板Ｗは、ゲート４２０を通じてチャンバ４２２の内部に搬入され、昇降ピン４２８により保持される。そして、昇降ピン４２８が、昇降ピン４２８で保持した基板Ｗとホットプレート４２４との距離が例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度になるまで上昇する。この状態で、ホットプレート４２４を介して基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管４３０から酸化防止用のガスをチャンバ４２２内に導入する。チャンバ４２２内に導入されたガスは、基板Ｗとホットプレート４２４との間を流れて、ガス排気管４３２から排気される。このようにすることで、酸化を防止しつつ基板Ｗをアニールすることができる。このアニールを例えば数十秒〜６０秒程度継続して処理を終了する。基板Ｗの加熱温度は１００〜６００℃が選択される。
【００３８】
アニール終了後、昇降ピン４２８で保持した基板Ｗとクールプレート４２６との距離が、例えば０ｍｍ〜０．５ｍｍ程度となるまで昇降ピン４２８が下降する。この状態で、クールプレート４２６内に冷却水を導入することで、基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、基板Ｗを冷却し、この冷却終了後の基板Ｗを次工程に搬送する。なお、本実施形態では、酸化防止用のガスとして、Ｎ２ガスと数％のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００３９】
次に、基板処理装置内の電解加工ユニット３６について説明する。図８は基板処理装置内の電解加工ユニット３６の構成を示す模式図、図９は図８の平面図である。図８及び図９に示すように、電解加工ユニット３６は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム３６０と、アーム３６０の自由端に垂設された円板状の電極部３６１と、電極部３６１の下方に配置された基板保持部３６２と、加工電極と給電電極との間に電圧を印加する電源３６３とを備えている。
【００４０】
アーム３６０は、揺動用モータ３６４に連結された揺動軸３６５の上端に取り付けられており、揺動用モータ３６４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３６５は、上下方向に延びるボールねじ３６６に連結されており、ボールねじ３６６に連結された上下動用モータ３６７の駆動に伴ってアーム３６０とともに上下動するようになっている。
【００４１】
電極部３６１は、基板保持部３６２で保持した基板Ｗと電極部３６１とを相対移動させる中空モータ３６８に接続されており、この中空モータ３６８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３６０は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、電極部３６１はアーム３６０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。
【００４２】
電極部３６１の下部には、加工電極３６９が下向きに保持されて取り付けられている。この加工電極３６９は、中空モータ３６８の中空部を通ってスリップリング３７０に達し、このスリップリング３７０から揺動軸３６５に形成された中空部を通って電源３６３の陰極に接続されている。この加工電極３６９の表面（下面）にはイオン交換体３６９ａが取り付けられている。このイオン交換体３６９ａ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することができる。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。
【００４３】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して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。
【００４４】
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所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００４５】
なお、イオン交換体３６９ａ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、又はその他の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。
【００４６】
このように、イオン交換体３６９ａ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基板Ｗの表面に運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００４７】
ここで、イオン交換体３６９ａ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３６９ａ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。
【００４８】
また、電極は、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、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。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、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れば、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。
【００４９】
また、中空モータ３６８の中空部には、電極部３６１に純水、より好ましくは超純水を供給する流体供給部としての純水供給管３７１が延びており、この純水供給管３７１から電極部３６１の中心部に設けられた貫通孔３６１ａを介して純水又は超純水が基板Ｗの上方から基板Ｗの表面（上面）に供給されるようになっている。
【００５０】
電極部３６１の下方に配置された基板保持部３６２には、基板Ｗが上向き（フェイスアップ）にして載置保持される。この基板保持部３６２の下方には、基板Ｗと電極部３６１とを相対移動させる自転用モータ３７２が設置されている。基板保持部３６２はこの自転用モータ３７２に接続されており、この自転用モータ３７２の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００５１】
図９に示すように、基板保持部３６２の円周方向に沿った所定位置には、この基板保持部３６２で基板Ｗを載置保持したときに、基板Ｗの周縁部に接触する給電電極（給電部）３７３が設けられている。これらの給電電極３７３は電源３６３の陽極に接続されている。本実施形態における電解加工ユニット３６は、給電電極（給電部）３７３が基板Ｗの周縁部（ベベル部）に接触するように配置されている。
【００５２】
また、図８に示すように、本実施形態では、電極部３６１として、その直径が基板保持部３６２で保持される基板Ｗの直径より十分に小さいものを使用し、基板Ｗの全面が電極部３６１で完全に覆われてしまわないようにしているが、電極部３６１の大きさはこれに限られるものではない。
【００５３】
また、本実施形態では、加工電極３６９を電源３６３の陰極に接続し、給電電極３７３を電源３６３の陽極に接続しているが、加工材料によっては、電源３６３の陰極に接続される電極を給電電極とし、陽極に接続される電極を加工電極としてもよい。すなわち、被加工材料が例えば銅やモリブデン、鉄である場合には、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源３６３の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、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３６３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。
【００５４】
図９に示すように、基板保持部３６２の側方には、電極部３６１に取り付けたイオン交換体３６９ａを再生する再生部３７４が配置されている。例えば、イオン交換体３６９ａがカチオン交換体である場合、カチオン交換体の内部をカチオン（陽イオン）のみが電気的に移動可能である。したがって、カチオン交換体を再生するときには、図１０に示すように、隔壁３７６を挟んで再生電極３７７ａと、この再生電極３７７ａと対となる対電極３７７ｂとを配置し、再生に付する被処理イオン交換体としてのカチオン交換体３６９ａを対電極３７７ｂと隔壁３７６との間に配置する。そして、隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間に第１の液体供給部３７８ａから流体Ａを、隔壁３７６と対電極３７７ｂとの間に第２の液体供給部３７８ｂから流体Ｂをそれぞれ供給し、同時に、再生電極３７７ａと対電極３７７ｂとの間に、再生電源３７９から再生電極３７７ａを陰極、対電極３７７ｂを陽極とした電圧を印加する。すると、カチオン交換体３６９ａの内部に加工中に取り込まれた被加工物の溶解イオンＭ＋が対電極（陽極）３７７ｂ側から再生電極（陰極）３７７ａ側に向かって移動して隔壁３７６を通過し、この隔壁３７６を通過したイオンＭ＋は、隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間に供給される流体Ａの流れで系外に排出され、これによって、カチオン交換体３６９ａが再生される。なお、イオン交換体３６９ａがアニオン交換体である場合は、上述した再生電源３７９の電圧の正負を逆にする。
【００５５】
ここで、隔壁３７６は、再生に付するイオン交換体３６９ａから除去される不純物イオンの移動の妨げとなることなく、しかも隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間を流れる液体（液体中のイオンも含む）のイオン交換体３６９ａ側への透過を防止できるものであることが好ましい。具体例としては、膜状のイオン交換体を用いることで、カチオン又はアニオンの一方を選択的に透過することができ、かつ隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間を流れる液体がイオン交換体３６９ａ側に進入することを防止することができるので、上述した要求を満たすことができる。なお、再生に付するイオン交換体と同じイオン交換基を有するイオン交換体を隔壁３７６として用いるとよい。
【００５６】
隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間に供給する液体は、例えば、電解液で、導電率が高くかつイオン交換体３６９ａから除去されるイオンとの反応により難溶性又は不溶性の化合物を生成しない液体であることが好ましい。すなわち、この液体は、再生に付するイオン交換体３６９ａから移動し隔壁３７６を通過したイオンを該液体の流れで系外に排出するためのもので、このように、誘電率が高くかつイオン交換体３６９ａから除去されるイオンとの反応により不溶性の化合物を生じない液体を供給することで、この液体の電気抵抗を下げて再生部の消費電力を少なく抑え、しかも、不純物イオンとの反応で不溶性の化合物（２次生成物）が生成されて隔壁３７６に付着することを防止することができる。この液体は、排出する不純物イオンの種類によって選択されるが、例えば、銅の電解研磨に使用したイオン交換体を再生する時に使用するものとして、濃度が１ｗｔ％以上の硫酸を挙げることができる。
【００５７】
なお、再生処理中に、再生部３７４と再生に付するイオン交換体３６９ａとを相対運動させてもよい。また、隔壁３７６の代わりにイオン交換不織布を再生に付与するイオン交換体３６９ａと再生電極３７７ａとの間に配置し、上述と同様に電圧を印加して、２つのイオン交換体中に液体（純水）を供給しながら、イオン交換体３６９ａ中に蓄積したイオンを再生用イオン交換不織布中に移動させるようにしてもよい。
【００５８】
次に、基板処理装置内のベベルエッチングユニット４８について説明する。図１１は、ベベルエッチングユニット４８の一例を模式的に示す縦断面図である。図１１に示すように、本実施形態におけるベベルエッチングユニット４８は、基板Ｗを水平に保持して高速回転させる基板保持部４８０と、この基板保持部４８０で保持された基板Ｗの表面側の略中央部上方に配置されたセンタノズル４８２と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル４８４と、基板Ｗの裏面側の略中央部下方に配置されたバックノズル４８６とを備えている。
【００５９】
基板保持部４８０は、有底円筒状の防水カバー４８８の内部に配置されており、基板Ｗの周縁部の円周方向に沿った複数箇所をスピンチャック４９０によって基板Ｗの表面が上を向くように（フェイスアップ）保持する。センタノズル４８２及びエッジノズル４８４はそれぞれ下向きに配置されており、バックノズル４８６は上向きに配置されている。
【００６０】
上記センタノズル４８２からは酸溶液が基板Ｗの表面側の中央部に供給される。これにより、基板Ｗの表面の回路形成部に銅の自然酸化膜が形成されていても、この自然酸化物は、基板Ｗの回転に伴って該基板Ｗの表面全面に亘って拡がる酸溶液で直ちに除去されて成長することはない。この酸溶液としては、例えば半導体装置製造プロセスにおける洗浄工程で一般に使用されている塩酸、ふっ酸、硫酸のいずれか、あるいはその組合せを用いることができるが、非酸化性の酸であればいずれであってもよい。なお、ふっ酸であれば後述する基板Ｗの裏面側の洗浄にも使えるので、薬品を共通化する上で好ましい。また、ふっ酸の場合であれば、銅表面のあれを生じさせないため５重量％以下であることが好ましい。
【００６１】
上記エッジノズル４８４からは酸化剤溶液が基板Ｗの周縁部に連続的又は間欠的に供給される。これにより、基板Ｗの周縁部の上面及び端面に成膜された銅膜等は、酸化剤溶液で急速に酸化され、同時に上記センタノズル４８２から供給されて基板Ｗの表面全面に拡がる酸溶液によってエッチングされて溶解除去される。なお、酸溶液によるエッチングは、酸化剤溶液の供給点以外でも起きるので、酸溶液の濃度及び供給量を高くする必要はない。この酸化剤溶液としては、例えば半導体装置製造プロセスにおける洗浄工程で一般に使用されているオゾン、過酸化水素、次亜塩素酸塩のいずれか、あるいはその組合せを用いることができる。オゾン水を使う場合であれば２０ｐｐｍ以上、過酸化水素なら１０重量％以上、次亜塩素酸塩なら１重量％以上が好ましい。
【００６２】
上記バックノズル４８６からは基板Ｗの裏面側中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とが同時又は交互に供給される。これにより、基板Ｗの裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンごと酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエッチングして除去することができる。この酸化剤溶液としては、例えばオゾン、過酸化水素、硝酸、次亜塩素酸塩のいずれか、あるいはその組合せを用いることができる。なお、上記基板Ｗの周縁部に供給する酸化剤溶液と同じものにする方が、薬品の種類を少なくする上で好ましい。また、シリコン酸化膜エッチング剤としてはふっ酸を用いることができ、基板の表面の洗浄で使うふっ酸を用いると薬品の種類を少なくすることができる。
【００６３】
ここで、エッジノズル４８４は、基板Ｗの直径方向に移動自在に構成されている。エッジノズル４８４は、基板の外周端面から中心部までの間で基板Ｗの直径方向に任意に位置決めできるようになっており、エッジノズル４８４の直径方向の移動幅Ｌは、基板Ｗの大きさや使用目的などに合わせて設定される。通常、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲でエッジカット幅Ｃを設定し、裏面から表面への液の回り込み量が問題にならない回転数以上であれば、その設定されたカット幅Ｃ内の被加工膜（銅膜）を除去することができる。
【００６４】
次に、このベベルエッチングユニット４８の使用例を説明する。まず、エッジノズル４８４の位置を調整することで、基板Ｗの大きさや使用目的等に合わせたエッジカット幅Ｃを設定する。この状態で、基板Ｗを基板保持部４８０で水平に保持して、基板Ｗを基板保持部４８０と一体に水平回転させる。そして、センタノズル４８２から基板Ｗの表面側の中央部に、例えば希ふっ酸（ＤＨＦ）を連続的に供給するとともに、エッジノズル４８４から基板Ｗの周縁部に、例えばＨ２Ｏ２を連続的又は間欠的に供給する。
【００６５】
このとき、基板Ｗの周縁部のエッジカット幅Ｃ内の領域（エッジ部及びベベル部）では、ＨＦとＨ２Ｏ２の混合液ができ、基板Ｗの表面の銅が急激にエッチングされる。このように、基板Ｗの周縁部でＨＦとＨ２Ｏ２を混合させることで、例えばエッジノズル４８４からＨＦとＨ２Ｏ２の混合液を供給するのに比べて、急峻なエッチングプロフィールを得ることができる。また、センタノズル４８２から供給するＤＨＦが銅めっき膜表面の保護膜の役割を果たす。このとき、ＤＨＦとＨ２Ｏ２濃度により銅のエッチングレートが決定される。
【００６６】
同時に、バックノズル４８６から、例えばＨ２Ｏ２→ＤＨＦの順に薬液を供給する。これにより、Ｈ２Ｏ２で銅を酸化させ、ＤＨＦで酸化した銅をエッチングすることで、基板Ｗの裏面の銅汚染を除去することができる。
【００６７】
そして、純水リンス及びスピン乾燥を経て、処理を完了する。これにより、基板表面の周縁部（エッジ及びベベル）のエッジカット幅Ｃ内に存在する銅膜の除去と、裏面の銅汚染除去を同時に行って、この処理を、例えば８０秒以内で完了することができる。
【００６８】
次に、基板処理装置内のＣＭＰユニット３４について説明する。図１２は、ＣＭＰユニット３４を模式的に示す縦断面図である。図１２に示すように、ＣＭＰユニット３４は、上面に研磨布（研磨パッド）３４０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル３４２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル３４２に向けて保持するトップリング３４４とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて基板Ｗの研磨処理を行う場合には、研磨テーブル３４２とトップリング３４４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル３４２の上方に設置された研磨液供給ノズル３４６より研磨液を供給しつつ、トップリング３４４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル３４２の研磨布３４０に押圧する。研磨液供給ノズル３４６から供給される研磨液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって基板Ｗが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００６９】
研磨を継続すると、研磨布３４０には、砥粒や研磨屑が付着し、研磨布３４０の特性が変化して研磨性能が劣化してくる。この研磨力を回復させるために、ＣＭＰユニット３４にはドレッサー３４８が設けられている。このドレッサー３４８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布３４０の目立て（ドレッシング）が行われる。このドレッシング処理においては、ドレッサー３４８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル３４２の研磨布３４０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥粒や切削屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立てが行われ、研磨面が再生される。
【００７０】
次に、本実施形態の基板処理装置における処理について説明する。
例えば、図１（ａ）に示すように、表面にシード層７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３２で取り出す。搬送ロボット３２は、取り出した基板Ｗを必要に応じて反転機４４又は５２に搬送し、基板Ｗのシード層７を形成した表面が下を向くよう（フェイスダウン）に基板Ｗを反転させる。反転された基板Ｗは、再び搬送ロボット３２に渡され、めっきユニット３８に搬送される。
【００７１】
めっきユニット３８では、例えば電解銅めっき処理を行って、基板Ｗの表面に、例えば導電体膜（被加工物）としての銅膜６（図１（ｂ）参照）を形成する。そして、めっき処理後の基板（例えば、銅膜等の導電体膜が表面に形成された基板）Ｗは搬送ロボット３２によって洗浄ユニット４０に搬送され、ここで洗浄される。洗浄後の基板Ｗは搬送ロボット３２によってアニールユニット４２に搬送される。
【００７２】
アニールユニット４２では、基板Ｗに熱処理を施してアニール処理を行う。搬送ロボット３２は、アニール処理された基板Ｗを反転機４４に搬送し、基板Ｗの表面が上を向くよう（フェイスアップ）に基板Ｗを反転させる。反転された基板Ｗは、再び搬送ロボット３２に渡され、この搬送ロボット３２によって電解加工ユニット３６のプッシャ３６ａまで搬送され、プッシャ３６ａ上に載置される。このプッシャ３６ａと電解加工ユニット３６の基板保持部３６２との間で基板Ｗの受け渡しが行われ、電解加工ユニット３６の基板保持部３６２に基板Ｗが載置保持される。
【００７３】
電解加工ユニット３６では、電極部３６１を下降させてイオン交換体３６９ａを基板保持部３６２で保持した基板Ｗの表面に接触又は近接させる。この状態で、基板Ｗの上面に純水又は超純水を供給しつつ、加工電極３６９と給電電極３７３との間に所定の電圧を印加し、基板保持部３６２と電極部３６１をともに回転（自転）させ、同時にアーム３６０を揺動させて電極部３６１を基板Ｗの上面に沿って移動させる。これにより、イオン交換体３６９ａ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）３６９において基板Ｗの表面に形成された不要な銅膜６が加工除去され、銅膜６からなる銅配線が形成される（図１（ｃ）参照）。
【００７４】
ここで、電解加工中に基板Ｗとイオン交換体３６９ａとの間に供給する純水は、例えば電気伝導度が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３６９ａ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。
【００７５】
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、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。
【００７６】
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３６９ａ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、電気伝導度の値が高すぎる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。
【００７７】
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５４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１３（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１３（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１３（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１３（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。
【００７８】
なお、モニタ部５４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５４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、又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。
【００７９】
例えば、基板が異材料に達した時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。
【００８０】
電解加工完了後、電源３６３の接続を切り、電極部３６１及び基板保持部３６２の回転を停止させる。その後、基板保持部３６２上の基板Ｗをプッシャ３６ａに移動し、このプッシャ３６ａ上の基板が搬送ロボット３２に受け渡され、ベベルエッチングユニット４８に搬送される。ここで、給電電極３７３を基板Ｗに直接接触させた場合、この部分には加工電極３６９を物理的に近接させることができないので、この部分を加工することができず、給電電極３７３に接触した部分に導電性膜が加工されずに残留してしまう。したがって、本実施形態では、電解加工後にこの残留した導電性膜をベベルエッチングユニット４８でエッチング除去している。
【００８１】
ベベルエッチングユニット４８においては、基板Ｗの表面上の不要な銅膜、すなわち電解加工ユニット３６における給電電極（給電部）３７３が基板Ｗに接触した部分に残留した銅膜が薬液によりエッチング除去される。エッチングが終了した基板は、搬送ロボット３２により洗浄ユニット５０に搬送され、ここで洗浄される。搬送ロボット３２は洗浄後の基板Ｗを反転機５２に搬送し、基板Ｗの表面が下を向くよう（フェイスダウン）に基板Ｗを反転させる。反転された基板Ｗは、再び搬送ロボット３２に渡され、この搬送ロボット３２によってＣＭＰユニット３４のプッシャ３４ａまで搬送され、プッシャ３４ａ上に載置される。このプッシャ３４ａとＣＭＰユニット３４のトップリング３４４との間で基板Ｗの受け渡しが行われ、ＣＭＰユニット３４のトップリング３４４に基板Ｗが保持される。
【００８２】
ＣＭＰユニット３４では、化学的・機械的研磨によって基板Ｗの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。上述した電解加工では、基板Ｗの表面にバリア膜５（図１（ａ）参照）が残る場合があり、ＣＭＰユニット３４における研磨によってこのバリア膜を除去することができる。また、酸化膜などの絶縁膜２（図１（ａ）参照）を更に削りたい場合にもこのようなＣＭＰユニット３４による研磨が有効である。研磨後の基板Ｗは、搬送ロボット３２により洗浄ユニット４６に搬送され、ここで洗浄される。その後、必要に応じて反転機４４又は５２で基板Ｗを反転させた後、搬送ロボット３２により基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
【００８３】
上述した実施形態では、めっきユニット３８と電解加工ユニット３６とを別のユニットとして構成した例を説明したが、これらを一体化して１つのユニットとしてもよい。また、めっきユニット３８やＣＭＰユニット３４、アニールユニット４２はそれぞれ必要に応じて設けられるものであり、これらを適宜省略して基板処理装置を構成してもよい。
【００８４】
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。
【００８５】
【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、加工除去加工後の洗浄工程を簡略化できるばかりでなく、廃液処理の負荷を極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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以下の液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）との間に液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】本発明の一実施形態における基板処理装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】図４に示すめっきユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図６】図４に示すアニールユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図７】図４に示すアニールユニットの水平断面図である。
【図８】図４に示す電解加工ユニットの構成を示す模式図である。
【図９】図８に示す電解加工ユニットの平面図である。
【図１０】図９に示す再生部においてカチオン交換体を再生するときの原理の説明に付する図である。
【図１１】図４に示すベベルエッチングユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図４に示すＣＭＰユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図１３（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１３（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。
【符号の説明】
６ 銅膜（被加工膜）
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 搬送ロボット
３４ 化学機械研磨ユニット
３６ 電解加工ユニット
３８ めっきユニット
４０，４６，５０ 洗浄ユニット
４２ アニールユニット
４４，５２ 反転機
４８ ベベルエッチングユニット
５４ モニタ部
３４０ 研磨布
３４２ 研磨テーブル
３４４ トップリング
３４６ 研磨液供給ノズル
３４８ ドレッサー
３６０ アーム
３６１ 電極部
３６２ 基板保持部
３６３ 電源
３６４ 揺動用モータ
３６５ 揺動軸
３６６ ボールねじ
３６７ 上下動用モータ
３６８ 中空モータ
３６９ 加工電極
３６９ａ イオン交換体
３７１ 純水供給管
３７２ 自転用モータ
３７３ 給電電極
３７４ 再生部
３７５ 再生槽
３８０ めっき液
３８２ めっき槽
３８４ 基板保持部
３８６ 陽極板
３８８ めっき液噴射管
３９０ めっき液受け
４２０ ゲート
４２２ チャンバ
４２４ ホットプレート
４２６ クールプレート
４２８ 昇降ピン
４３０ ガス導入管
４３２ ガス排気管
４８０ 基板保持部
４８２ センタノズル
４８４ エッジノズル
４８６ バックノズル
４８８ 防水カバー
４９０ スピンチャック
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に係り、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処理する基板処理装置及び基板処理方法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を用いて基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法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、基板を搬出入する基板搬出入部と、被加工物としての被加工膜が形成された基板の表面の周縁部に接触する給電部を有し、該基板の表面の被加工膜を電解加工する電解加工ユニットと、基板の表面の周縁部に向けてエッチング用の薬液を供給するエッジノズルを有し、上記電解加工ユニットによる電解加工の際に上記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去するベベルエッチングユニットと、上記被加工膜がエッチング除去された基板の表面を化学機械研磨する化学機械研磨ユニットと、基板処理装置内で基板を搬送する搬送装置とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【００１１】
本発明の好ましい一態様は、上記電解加工ユニットは、上記基板に近接自在な加工電極と、上記基板に給電する給電部としての給電電極と、上記基板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配置されるイオン交換体と、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、上記イオン交換体が配置された上記基板と加工電極又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とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の好ましい一態様は、上記ベベルエッチングユニットは、表面を上向きにして基板を保持し回転させるスピンチャックと、基板の表面の中央部にエッチング用の薬液を供給するセンタノズルを更に有し、スピンチャックで保持して回転させた基板の表面の中央部に上記センタノズルから酸溶液を、周縁部に上記エッジノズルから酸化剤溶液をそれぞれ供給することを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、上記ベベルエッチングユニットは、上記スピンチャックで保持して回転させた基板の裏面に酸化剤溶液と酸溶液を同時または交互に供給するバックノズルを更に有することを特徴としている。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、上記被加工膜がエッチング除去された基板の表面を化学機械研磨する化学機械研磨ユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成する成膜ユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、上記成膜ユニットは、上記基板の表面にめっき処理を行うめっきユニットであることを特徴としている。
【００１６】
本発明の好ましい一態様は、上記成膜ユニットの処理後の基板に対してアニール処理を行うアニールユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、上記基板の洗浄を行う洗浄ユニットを更に備えたことを特徴としている。
【００１８】
本発明の第２の態様は、被加工物としての被加工膜が形成された基板の表面の周縁部に給電部を接触させて該基板の表面の被加工膜を電解加工し、上記電解加工後、基板の表面の周縁部にエッチング用の薬液を供給して、上記電解加工の際に上記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去し、上記エッチング除去後の基板の表面を化学機械研磨することを特徴とする基板処理方法である。
【００１９】
本発明の好ましい一態様は、上記電解加工は、上記基板に給電部としての給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、上記基板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、上記イオン交換体が配置された上記基板と加工電極又は給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、上記加工電極と上記給電電極との間に電圧を印加しつつ電解加工を行うことを特徴としている。
【００２０】
本発明の好ましい一態様は、上記流体は、純水又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴としている。
【００２１】
本発明の好ましい一態様は、上記エッチング除去後の基板の表面を化学機械研磨することを特徴としている。
【００２２】
本発明の好ましい一態様は、上記電解加工前に上記基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成することを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、基板を回転させながら、基板の表面の周縁部に酸化剤溶液を、基板の表面の中央部に酸溶液をそれぞれ供給して、上記電解加工の際に上記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去することを特徴としている。
本発明の好ましい一態様は、基板の表面の周縁部にエッチング用の薬液を供給しながら、基板の裏面に酸化剤溶液と酸溶液を同時又は交互に供給することを特徴としている。
【００２３】
図２及び図３は、本発明に係る電解加工の加工原理を示すものである。図２は、被加工物（基板）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
なお、本発明における電解加工は、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。
【００２８】
ここで、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させた場合（図３参照）、この部分には加工電極１４を物理的に近接させることができないので、この部分を加工することができない。このため、例えば、加工電極１４及び給電電極１６を被加工物１０に対向させて配置し（図２参照）、給電電極１６と被加工物１０とを相対運動させて被加工物１０の全面に亘って加工を行うことが考えられる。しかしながら、この場合には、常に給電電極１６が被加工物１０の表面に接触している必要があり、装置構成が複雑になってしまう。本発明に係る基板処理装置によれば、加工されずに残留した基板の表面上の被加工膜をエッチング除去するエッチングユニットを備えているので、給電電極１６を被加工物１０に直接接触させた場合であっても、加工されずに残留した被加工膜をエッチング除去することができる。したがって、被加工物１０に対する給電方法の自由度が増す。なお、上記給電電極１６の被加工物１０への接触位置は、被加工物（基板）１０のデバイス形成領域以外の場所、例えば、被加工物１０の周縁部等であることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板処理装置の実施形態について図４乃至図１３を参照して詳細に説明する。なお、図４乃至図１３において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。以下の説明では、基板として半導体ウェハを使用し、基板処理装置で半導体ウェハを加工するようにした例を示しているが、本発明を半導体ウェハ以外に適用できることは言うまでもない。
【００３０】
図４は、本発明の一実施形態における基板処理装置の構成を模式的に示す平面図である。図４に示すように、この基板処理装置は、半導体ウェハ等の基板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、装置内で基板を搬送する搬送装置としての走行型搬送ロボット３２とを備えている。搬送ロボット３２に対してロード・アンロード部３０とは反対側には、化学機械研磨ユニット（ＣＭＰユニット）３４及び電解加工ユニット３６が配置されており、ＣＭＰユニット３４及び電解加工ユニット３６内の搬送ロボット３２が到達可能な位置には、それぞれ基板の受け渡しを行うプッシャ３４ａ，３６ａが配置されている。
【００３１】
搬送ロボット３２の走行軸３２ａを挟んで両側には、それぞれ４つのユニットが配置されている。すなわち、一方には、基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成する成膜ユニットとしてのめっきユニット３８と、めっき後の基板を洗浄する洗浄ユニット４０と、めっき後の基板に対してアニール処理を施すアニールユニット４２と、基板を反転させる反転機４４とがロード・アンロード部３０側から順番に配置されており、他方には、加工後の基板を洗浄する洗浄ユニット４６と、基板の周縁部（ベベル部及びエッジ部）に成膜又は付着した被加工膜をエッチング除去するベベルエッチングユニット４８と、エッチング後の基板を洗浄する洗浄ユニット５０と、基板を反転させる反転機５２とがロード・アンロード部３０側から順番に配置されている。また、電解加工ユニット３６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５４がロード・アンロード部３０に隣接して配置されている。
【００３２】
次に、基板処理装置内のめっきユニット３８について説明する。図５は、めっきユニット３８の一例を模式的に示す縦断面図である。このめっきユニット３８は、基板の表面にめっきを施して被加工物としての被加工膜を形成するものである。図５に示すように、めっきユニット３８は、上方に開口し内部にめっき液３８０を保持する円筒状のめっき槽３８２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗをめっき槽３８２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基板保持部３８４とを備えている。めっき槽３８２の内部には、めっき液３８０中に浸漬されてアノード電極となる平板状の陽極板３８６が水平に配置され、基板Ｗが陰極となるようになっている。めっき槽３８２の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管３８８が接続され、めっき槽３８２の上部外側には、めっき液受け３９０が配置されている。
【００３３】
このような構成のめっきユニット３８において、めっき槽３８２の上部に基板Ｗを基板保持部３８４により下向きに保持して配置し、陽極板（アノード）３８６と基板（カソード）Ｗの間に所定の電圧を印加しつつ、めっき液３８０をめっき液噴射管３８８から上方に向けて噴出させる。このように、基板Ｗの下面（被めっき面）に垂直にめっき液３８０の噴流を当て、陽極板３８６と基板Ｗの間にめっき電流を流すことによって、基板Ｗの下面には被加工膜としてのめっき膜が形成される。
【００３４】
次に、基板処理装置内のアニールユニット４２について説明する。図６はアニールユニット４２を模式的に示す縦断面図、図７は横断面図である。図６及び図７に示すように、アニールユニット４２は、基板Ｗを出し入れするゲート４２０を有するチャンバ４２２と、チャンバ４２２の上部に配置されたホットプレート４２４と、チャンバ４２２の下部に配置されたクールプレート４２６とを備えている。ホットプレート４２４は基板Ｗを例えば４００℃に加熱し、クールプレート４２６は例えば冷却水を流して基板Ｗを冷却する。
【００３５】
また、チャンバ４２２内には、クールプレート４２６の内部を貫通して上下方向に延び、上端に基板Ｗを載置保持する複数の昇降ピン４２８が昇降自在に配置されている。更に、ホットプレート４２４を挟んで互いに対向する位置には、アニール時に基板Ｗとホットプレート４２４との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管４３０と、ガス導入管４３０から導入され、基板Ｗとホットプレート４２４との間を流れたガスを排気するガス排気管４３２とが配置されている。
【００３６】
図７に示すように、アニールユニット４２には、内部にフィルタ４３４ａを有するＮ２ガス導入路４３６と、内部にフィルタ４３４ｂを有するＨ２ガス導入路４３８と、Ｎ２ガス導入路４３６内を流れるＮ２ガスとＨ２ガス導入路４３８内を流れるＨ２ガスとを混合する混合器４４０と、混合器４４０で混合したガスが流れる混合ガス導入路４４２とが設けられている。この混合ガス導入路４４２には、上述したガス導入管４３０が接続される。
【００３７】
めっきユニット３８で表面にめっき膜が形成された基板Ｗは、ゲート４２０を通じてチャンバ４２２の内部に搬入され、昇降ピン４２８により保持される。そして、昇降ピン４２８が、昇降ピン４２８で保持した基板Ｗとホットプレート４２４との距離が例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度になるまで上昇する。この状態で、ホットプレート４２４を介して基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管４３０から酸化防止用のガスをチャンバ４２２内に導入する。チャンバ４２２内に導入されたガスは、基板Ｗとホットプレート４２４との間を流れて、ガス排気管４３２から排気される。このようにすることで、酸化を防止しつつ基板Ｗをアニールすることができる。このアニールを例えば数十秒〜６０秒程度継続して処理を終了する。基板Ｗの加熱温度は１００〜６００℃が選択される。
【００３８】
アニール終了後、昇降ピン４２８で保持した基板Ｗとクールプレート４２６との距離が、例えば０ｍｍ〜０．５ｍｍ程度となるまで昇降ピン４２８が下降する。この状態で、クールプレート４２６内に冷却水を導入することで、基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、基板Ｗを冷却し、この冷却終了後の基板Ｗを次工程に搬送する。なお、本実施形態では、酸化防止用のガスとして、Ｎ２ガスと数％のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００３９】
次に、基板処理装置内の電解加工ユニット３６について説明する。図８は基板処理装置内の電解加工ユニット３６の構成を示す模式図、図９は図８の平面図である。図８及び図９に示すように、電解加工ユニット３６は、上下動可能かつ水平方向に揺動自在なアーム３６０と、アーム３６０の自由端に垂設された円板状の電極部３６１と、電極部３６１の下方に配置された基板保持部３６２と、加工電極と給電電極との間に電圧を印加する電源３６３とを備えている。
【００４０】
アーム３６０は、揺動用モータ３６４に連結された揺動軸３６５の上端に取り付けられており、揺動用モータ３６４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３６５は、上下方向に延びるボールねじ３６６に連結されており、ボールねじ３６６に連結された上下動用モータ３６７の駆動に伴ってアーム３６０とともに上下動するようになっている。
【００４１】
電極部３６１は、基板保持部３６２で保持した基板Ｗと電極部３６１とを相対移動させる中空モータ３６８に接続されており、この中空モータ３６８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３６０は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、電極部３６１はアーム３６０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。
【００４２】
電極部３６１の下部には、加工電極３６９が下向きに保持されて取り付けられている。この加工電極３６９は、中空モータ３６８の中空部を通ってスリップリング３７０に達し、このスリップリング３７０から揺動軸３６５に形成された中空部を通って電源３６３の陰極に接続されている。この加工電極３６９の表面（下面）にはイオン交換体３６９ａが取り付けられている。このイオン交換体３６９ａ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することができる。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。
【００４３】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して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。
【００４４】
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所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００４５】
なお、イオン交換体３６９ａ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、又はその他の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。
【００４６】
このように、イオン交換体３６９ａ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基板Ｗの表面に運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００４７】
ここで、イオン交換体３６９ａ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３６９ａ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。
【００４８】
また、電極は、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、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。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、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れば、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。
【００４９】
また、中空モータ３６８の中空部には、電極部３６１に純水、より好ましくは超純水を供給する流体供給部としての純水供給管３７１が延びており、この純水供給管３７１から電極部３６１の中心部に設けられた貫通孔３６１ａを介して純水又は超純水が基板Ｗの上方から基板Ｗの表面（上面）に供給されるようになっている。
【００５０】
電極部３６１の下方に配置された基板保持部３６２には、基板Ｗが上向き（フェイスアップ）にして載置保持される。この基板保持部３６２の下方には、基板Ｗと電極部３６１とを相対移動させる自転用モータ３７２が設置されている。基板保持部３６２はこの自転用モータ３７２に接続されており、この自転用モータ３７２の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００５１】
図９に示すように、基板保持部３６２の円周方向に沿った所定位置には、この基板保持部３６２で基板Ｗを載置保持したときに、基板Ｗの周縁部に接触する給電電極（給電部）３７３が設けられている。これらの給電電極３７３は電源３６３の陽極に接続されている。本実施形態における電解加工ユニット３６は、給電電極（給電部）３７３が基板Ｗの周縁部（ベベル部）に接触するように配置されている。
【００５２】
また、図８に示すように、本実施形態では、電極部３６１として、その直径が基板保持部３６２で保持される基板Ｗの直径より十分に小さいものを使用し、基板Ｗの全面が電極部３６１で完全に覆われてしまわないようにしているが、電極部３６１の大きさはこれに限られるものではない。
【００５３】
また、本実施形態では、加工電極３６９を電源３６３の陰極に接続し、給電電極３７３を電源３６３の陽極に接続しているが、加工材料によっては、電源３６３の陰極に接続される電極を給電電極とし、陽極に接続される電極を加工電極としてもよい。すなわち、被加工材料が例えば銅やモリブデン、鉄である場合には、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源３６３の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、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３６３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。
【００５４】
図９に示すように、基板保持部３６２の側方には、電極部３６１に取り付けたイオン交換体３６９ａを再生する再生部３７４が配置されている。例えば、イオン交換体３６９ａがカチオン交換体である場合、カチオン交換体の内部をカチオン（陽イオン）のみが電気的に移動可能である。したがって、カチオン交換体を再生するときには、図１０に示すように、隔壁３７６を挟んで再生電極３７７ａと、この再生電極３７７ａと対となる対電極３７７ｂとを配置し、再生に付する被処理イオン交換体としてのカチオン交換体３６９ａを対電極３７７ｂと隔壁３７６との間に配置する。そして、隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間に第１の液体供給部３７８ａから流体Ａを、隔壁３７６と対電極３７７ｂとの間に第２の液体供給部３７８ｂから流体Ｂをそれぞれ供給し、同時に、再生電極３７７ａと対電極３７７ｂとの間に、再生電源３７９から再生電極３７７ａを陰極、対電極３７７ｂを陽極とした電圧を印加する。すると、カチオン交換体３６９ａの内部に加工中に取り込まれた被加工物の溶解イオンＭ＋が対電極（陽極）３７７ｂ側から再生電極（陰極）３７７ａ側に向かって移動して隔壁３７６を通過し、この隔壁３７６を通過したイオンＭ＋は、隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間に供給される流体Ａの流れで系外に排出され、これによって、カチオン交換体３６９ａが再生される。なお、イオン交換体３６９ａがアニオン交換体である場合は、上述した再生電源３７９の電圧の正負を逆にする。
【００５５】
ここで、隔壁３７６は、再生に付するイオン交換体３６９ａから除去される不純物イオンの移動の妨げとなることなく、しかも隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間を流れる液体（液体中のイオンも含む）のイオン交換体３６９ａ側への透過を防止できるものであることが好ましい。具体例としては、膜状のイオン交換体を用いることで、カチオン又はアニオンの一方を選択的に透過することができ、かつ隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間を流れる液体がイオン交換体３６９ａ側に進入することを防止することができるので、上述した要求を満たすことができる。なお、再生に付するイオン交換体と同じイオン交換基を有するイオン交換体を隔壁３７６として用いるとよい。
【００５６】
隔壁３７６と再生電極３７７ａとの間に供給する液体は、例えば、電解液で、導電率が高くかつイオン交換体３６９ａから除去されるイオンとの反応により難溶性又は不溶性の化合物を生成しない液体であることが好ましい。すなわち、この液体は、再生に付するイオン交換体３６９ａから移動し隔壁３７６を通過したイオンを該液体の流れで系外に排出するためのもので、このように、誘電率が高くかつイオン交換体３６９ａから除去されるイオンとの反応により不溶性の化合物を生じない液体を供給することで、この液体の電気抵抗を下げて再生部の消費電力を少なく抑え、しかも、不純物イオンとの反応で不溶性の化合物（２次生成物）が生成されて隔壁３７６に付着することを防止することができる。この液体は、排出する不純物イオンの種類によって選択されるが、例えば、銅の電解研磨に使用したイオン交換体を再生する時に使用するものとして、濃度が１ｗｔ％以上の硫酸を挙げることができる。
【００５７】
なお、再生処理中に、再生部３７４と再生に付するイオン交換体３６９ａとを相対運動させてもよい。また、隔壁３７６の代わりにイオン交換不織布を再生に付与するイオン交換体３６９ａと再生電極３７７ａとの間に配置し、上述と同様に電圧を印加して、２つのイオン交換体中に液体（純水）を供給しながら、イオン交換体３６９ａ中に蓄積したイオンを再生用イオン交換不織布中に移動させるようにしてもよい。
【００５８】
次に、基板処理装置内のベベルエッチングユニット４８について説明する。図１１は、ベベルエッチングユニット４８の一例を模式的に示す縦断面図である。図１１に示すように、本実施形態におけるベベルエッチングユニット４８は、基板Ｗを水平に保持して高速回転させる基板保持部４８０と、この基板保持部４８０で保持された基板Ｗの表面側の略中央部上方に配置されたセンタノズル４８２と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル４８４と、基板Ｗの裏面側の略中央部下方に配置されたバックノズル４８６とを備えている。
【００５９】
基板保持部４８０は、有底円筒状の防水カバー４８８の内部に配置されており、基板Ｗの周縁部の円周方向に沿った複数箇所をスピンチャック４９０によって基板Ｗの表面が上を向くように（フェイスアップ）保持する。センタノズル４８２及びエッジノズル４８４はそれぞれ下向きに配置されており、バックノズル４８６は上向きに配置されている。
【００６０】
上記センタノズル４８２からは酸溶液が基板Ｗの表面側の中央部に供給される。これにより、基板Ｗの表面の回路形成部に銅の自然酸化膜が形成されていても、この自然酸化物は、基板Ｗの回転に伴って該基板Ｗの表面全面に亘って拡がる酸溶液で直ちに除去されて成長することはない。この酸溶液としては、例えば半導体装置製造プロセスにおける洗浄工程で一般に使用されている塩酸、ふっ酸、硫酸のいずれか、あるいはその組合せを用いることができるが、非酸化性の酸であればいずれであってもよい。なお、ふっ酸であれば後述する基板Ｗの裏面側の洗浄にも使えるので、薬品を共通化する上で好ましい。また、ふっ酸の場合であれば、銅表面のあれを生じさせないため５重量％以下であることが好ましい。
【００６１】
上記エッジノズル４８４からは酸化剤溶液が基板Ｗの周縁部に連続的又は間欠的に供給される。これにより、基板Ｗの周縁部の上面及び端面に成膜された銅膜等は、酸化剤溶液で急速に酸化され、同時に上記センタノズル４８２から供給されて基板Ｗの表面全面に拡がる酸溶液によってエッチングされて溶解除去される。なお、酸溶液によるエッチングは、酸化剤溶液の供給点以外でも起きるので、酸溶液の濃度及び供給量を高くする必要はない。この酸化剤溶液としては、例えば半導体装置製造プロセスにおける洗浄工程で一般に使用されているオゾン、過酸化水素、次亜塩素酸塩のいずれか、あるいはその組合せを用いることができる。オゾン水を使う場合であれば２０ｐｐｍ以上、過酸化水素なら１０重量％以上、次亜塩素酸塩なら１重量％以上が好ましい。
【００６２】
上記バックノズル４８６からは基板Ｗの裏面側中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とが同時又は交互に供給される。これにより、基板Ｗの裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンごと酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエッチングして除去することができる。この酸化剤溶液としては、例えばオゾン、過酸化水素、硝酸、次亜塩素酸塩のいずれか、あるいはその組合せを用いることができる。なお、上記基板Ｗの周縁部に供給する酸化剤溶液と同じものにする方が、薬品の種類を少なくする上で好ましい。また、シリコン酸化膜エッチング剤としてはふっ酸を用いることができ、基板の表面の洗浄で使うふっ酸を用いると薬品の種類を少なくすることができる。
【００６３】
ここで、エッジノズル４８４は、基板Ｗの直径方向に移動自在に構成されている。エッジノズル４８４は、基板の外周端面から中心部までの間で基板Ｗの直径方向に任意に位置決めできるようになっており、エッジノズル４８４の直径方向の移動幅Ｌは、基板Ｗの大きさや使用目的などに合わせて設定される。通常、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲でエッジカット幅Ｃを設定し、裏面から表面への液の回り込み量が問題にならない回転数以上であれば、その設定されたカット幅Ｃ内の被加工膜（銅膜）を除去することができる。
【００６４】
次に、このベベルエッチングユニット４８の使用例を説明する。まず、エッジノズル４８４の位置を調整することで、基板Ｗの大きさや使用目的等に合わせたエッジカット幅Ｃを設定する。この状態で、基板Ｗを基板保持部４８０で水平に保持して、基板Ｗを基板保持部４８０と一体に水平回転させる。そして、センタノズル４８２から基板Ｗの表面側の中央部に、例えば希ふっ酸（ＤＨＦ）を連続的に供給するとともに、エッジノズル４８４から基板Ｗの周縁部に、例えばＨ２Ｏ２を連続的又は間欠的に供給する。
【００６５】
このとき、基板Ｗの周縁部のエッジカット幅Ｃ内の領域（エッジ部及びベベル部）では、ＨＦとＨ２Ｏ２の混合液ができ、基板Ｗの表面の銅が急激にエッチングされる。このように、基板Ｗの周縁部でＨＦとＨ２Ｏ２を混合させることで、例えばエッジノズル４８４からＨＦとＨ２Ｏ２の混合液を供給するのに比べて、急峻なエッチングプロフィールを得ることができる。また、センタノズル４８２から供給するＤＨＦが銅めっき膜表面の保護膜の役割を果たす。このとき、ＤＨＦとＨ２Ｏ２濃度により銅のエッチングレートが決定される。
【００６６】
同時に、バックノズル４８６から、例えばＨ２Ｏ２→ＤＨＦの順に薬液を供給する。これにより、Ｈ２Ｏ２で銅を酸化させ、ＤＨＦで酸化した銅をエッチングすることで、基板Ｗの裏面の銅汚染を除去することができる。
【００６７】
そして、純水リンス及びスピン乾燥を経て、処理を完了する。これにより、基板表面の周縁部（エッジ及びベベル）のエッジカット幅Ｃ内に存在する銅膜の除去と、裏面の銅汚染除去を同時に行って、この処理を、例えば８０秒以内で完了することができる。
【００６８】
次に、基板処理装置内のＣＭＰユニット３４について説明する。図１２は、ＣＭＰユニット３４を模式的に示す縦断面図である。図１２に示すように、ＣＭＰユニット３４は、上面に研磨布（研磨パッド）３４０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル３４２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル３４２に向けて保持するトップリング３４４とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて基板Ｗの研磨処理を行う場合には、研磨テーブル３４２とトップリング３４４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル３４２の上方に設置された研磨液供給ノズル３４６より研磨液を供給しつつ、トップリング３４４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル３４２の研磨布３４０に押圧する。研磨液供給ノズル３４６から供給される研磨液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって基板Ｗが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００６９】
研磨を継続すると、研磨布３４０には、砥粒や研磨屑が付着し、研磨布３４０の特性が変化して研磨性能が劣化してくる。この研磨力を回復させるために、ＣＭＰユニット３４にはドレッサー３４８が設けられている。このドレッサー３４８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布３４０の目立て（ドレッシング）が行われる。このドレッシング処理においては、ドレッサー３４８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル３４２の研磨布３４０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥粒や切削屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立てが行われ、研磨面が再生される。
【００７０】
次に、本実施形態の基板処理装置における処理について説明する。
例えば、図１（ａ）に示すように、表面にシード層７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３２で取り出す。搬送ロボット３２は、取り出した基板Ｗを必要に応じて反転機４４又は５２に搬送し、基板Ｗのシード層７を形成した表面が下を向くよう（フェイスダウン）に基板Ｗを反転させる。反転された基板Ｗは、再び搬送ロボット３２に渡され、めっきユニット３８に搬送される。
【００７１】
めっきユニット３８では、例えば電解銅めっき処理を行って、基板Ｗの表面に、例えば導電体膜（被加工物）としての銅膜６（図１（ｂ）参照）を形成する。そして、めっき処理後の基板（例えば、銅膜等の導電体膜が表面に形成された基板）Ｗは搬送ロボット３２によって洗浄ユニット４０に搬送され、ここで洗浄される。洗浄後の基板Ｗは搬送ロボット３２によってアニールユニット４２に搬送される。
【００７２】
アニールユニット４２では、基板Ｗに熱処理を施してアニール処理を行う。搬送ロボット３２は、アニール処理された基板Ｗを反転機４４に搬送し、基板Ｗの表面が上を向くよう（フェイスアップ）に基板Ｗを反転させる。反転された基板Ｗは、再び搬送ロボット３２に渡され、この搬送ロボット３２によって電解加工ユニット３６のプッシャ３６ａまで搬送され、プッシャ３６ａ上に載置される。このプッシャ３６ａと電解加工ユニット３６の基板保持部３６２との間で基板Ｗの受け渡しが行われ、電解加工ユニット３６の基板保持部３６２に基板Ｗが載置保持される。
【００７３】
電解加工ユニット３６では、電極部３６１を下降させてイオン交換体３６９ａを基板保持部３６２で保持した基板Ｗの表面に接触又は近接させる。この状態で、基板Ｗの上面に純水又は超純水を供給しつつ、加工電極３６９と給電電極３７３との間に所定の電圧を印加し、基板保持部３６２と電極部３６１をともに回転（自転）させ、同時にアーム３６０を揺動させて電極部３６１を基板Ｗの上面に沿って移動させる。これにより、イオン交換体３６９ａ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）３６９において基板Ｗの表面に形成された不要な銅膜６が加工除去され、銅膜６からなる銅配線が形成される（図１（ｃ）参照）。
【００７４】
ここで、電解加工中に基板Ｗとイオン交換体３６９ａとの間に供給する純水は、例えば電気伝導度が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３６９ａ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。
【００７５】
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、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。
【００７６】
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３６９ａ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、電気伝導度の値が高すぎる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。
【００７７】
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５４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１３（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１３（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１３（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１３（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。
【００７８】
なお、モニタ部５４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５４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、又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。
【００７９】
例えば、基板が異材料に達した時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。
【００８０】
電解加工完了後、電源３６３の接続を切り、電極部３６１及び基板保持部３６２の回転を停止させる。その後、基板保持部３６２上の基板Ｗをプッシャ３６ａに移動し、このプッシャ３６ａ上の基板が搬送ロボット３２に受け渡され、ベベルエッチングユニット４８に搬送される。ここで、給電電極３７３を基板Ｗに直接接触させた場合、この部分には加工電極３６９を物理的に近接させることができないので、この部分を加工することができず、給電電極３７３に接触した部分に導電性膜が加工されずに残留してしまう。したがって、本実施形態では、電解加工後にこの残留した導電性膜をベベルエッチングユニット４８でエッチング除去している。
【００８１】
ベベルエッチングユニット４８においては、基板Ｗの表面上の不要な銅膜、すなわち電解加工ユニット３６における給電電極（給電部）３７３が基板Ｗに接触した部分に残留した銅膜が薬液によりエッチング除去される。エッチングが終了した基板は、搬送ロボット３２により洗浄ユニット５０に搬送され、ここで洗浄される。搬送ロボット３２は洗浄後の基板Ｗを反転機５２に搬送し、基板Ｗの表面が下を向くよう（フェイスダウン）に基板Ｗを反転させる。反転された基板Ｗは、再び搬送ロボット３２に渡され、この搬送ロボット３２によってＣＭＰユニット３４のプッシャ３４ａまで搬送され、プッシャ３４ａ上に載置される。このプッシャ３４ａとＣＭＰユニット３４のトップリング３４４との間で基板Ｗの受け渡しが行われ、ＣＭＰユニット３４のトップリング３４４に基板Ｗが保持される。
【００８２】
ＣＭＰユニット３４では、化学的・機械的研磨によって基板Ｗの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。上述した電解加工では、基板Ｗの表面にバリア膜５（図１（ａ）参照）が残る場合があり、ＣＭＰユニット３４における研磨によってこのバリア膜を除去することができる。また、酸化膜などの絶縁膜２（図１（ａ）参照）を更に削りたい場合にもこのようなＣＭＰユニット３４による研磨が有効である。研磨後の基板Ｗは、搬送ロボット３２により洗浄ユニット４６に搬送され、ここで洗浄される。その後、必要に応じて反転機４４又は５２で基板Ｗを反転させた後、搬送ロボット３２により基板Ｗをロード・アンロード部３０のカセットに戻す。
【００８３】
上述した実施形態では、めっきユニット３８と電解加工ユニット３６とを別のユニットとして構成した例を説明したが、これらを一体化して１つのユニットとしてもよい。また、めっきユニット３８やＣＭＰユニット３４、アニールユニット４２はそれぞれ必要に応じて設けられるものであり、これらを適宜省略して基板処理装置を構成してもよい。
【００８４】
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。
【００８５】
【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、加工除去加工後の洗浄工程を簡略化できるばかりでなく、廃液処理の負荷を極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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以下の液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）との間に液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】本発明の一実施形態における基板処理装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】図４に示すめっきユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図６】図４に示すアニールユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図７】図４に示すアニールユニットの水平断面図である。
【図８】図４に示す電解加工ユニットの構成を示す模式図である。
【図９】図８に示す電解加工ユニットの平面図である。
【図１０】図９に示す再生部においてカチオン交換体を再生するときの原理の説明に付する図である。
【図１１】図４に示すベベルエッチングユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図４に示すＣＭＰユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図１３（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１３（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。
【符号の説明】
６ 銅膜（被加工膜）
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 搬送ロボット
３４ 化学機械研磨ユニット
３６ 電解加工ユニット
３８ めっきユニット
４０，４６，５０ 洗浄ユニット
４２ アニールユニット
４４，５２ 反転機
４８ ベベルエッチングユニット
５４ モニタ部
３４０ 研磨布
３４２ 研磨テーブル
３４４ トップリング
３４６ 研磨液供給ノズル
３４８ ドレッサー
３６０ アーム
３６１ 電極部
３６２ 基板保持部
３６３ 電源
３６４ 揺動用モータ
３６５ 揺動軸
３６６ ボールねじ
３６７ 上下動用モータ
３６８ 中空モータ
３６９ 加工電極
３６９ａ イオン交換体
３７１ 純水供給管
３７２ 自転用モータ
３７３ 給電電極
３７４ 再生部
３７５ 再生槽
３８０ めっき液
３８２ めっき槽
３８４ 基板保持部
３８６ 陽極板
３８８ めっき液噴射管
３９０ めっき液受け
４２０ ゲート
４２２ チャンバ
４２４ ホットプレート
４２６ クールプレート
４２８ 昇降ピン
４３０ ガス導入管
４３２ ガス排気管
４８０ 基板保持部
４８２ センタノズル
４８４ エッジノズル
４８６ バックノズル
４８８ 防水カバー
４９０ スピンチャック
Claims (14)
- 基板を搬出入する基板搬出入部と、
被加工物としての被加工膜が形成された基板の表面の周縁部に接触する給電部を有し、該基板の表面の被加工膜を電解加工する電解加工ユニットと、
基板の表面の周縁部に向けてエッチング用の薬液を供給するエッジノズルを有し、前記電解加工ユニットによる電解加工の際に前記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去するベベルエッチングユニットと、
前記被加工膜がエッチング除去された基板の表面を化学機械研磨する化学機械研磨ユニットと、
基板処理装置内で基板を搬送する搬送装置とを備えたことを特徴とする基板処理装置。 - 前記電解加工ユニットは、
前記基板に近接自在な加工電極と、
前記基板に給電する給電部としての給電電極と、
前記基板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配置されるイオン交換体と、
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、
前記イオン交換体が配置された前記基板と加工電極又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とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記ベベルエッチングユニットは、表面を上向きにして基板を保持し回転させるスピンチャックと、基板の表面の中央部にエッチング用の薬液を供給するセンタノズルを更に有し、スピンチャックで保持して回転させた基板の表面の中央部に前記センタノズルから酸溶液を、周縁部に前記エッジノズルから酸化剤溶液をそれぞれ供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
- 前記ベベルエッチングユニットは、前記スピンチャックで保持して回転させた基板の裏面に酸化剤溶液と酸溶液を同時または交互に供給するバックノズルを更に有することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
- 前記基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成する成膜ユニットを更に備えた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基板処理装置。
- 前記成膜ユニットは、前記基板の表面にめっき処理を行うめっきユニットであることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
- 前記成膜ユニットの処理後の基板に対してアニール処理を行うアニールユニットを更に備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の基板処理装置。
- 前記基板の洗浄を行う洗浄ユニットを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 被加工物としての被加工膜が形成された基板の表面の周縁部に給電部を接触させて該基板の表面の被加工膜を電解加工し、
前記電解加工後、基板の表面の周縁部にエッチング用の薬液を供給して、前記電解加工の際に前記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去し、
前記エッチング除去後の基板の表面を化学機械研磨することを特徴とする基板処理方法。 - 前記電解加工は、
前記基板に給電部としての給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、
前記基板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、
前記イオン交換体が配置された前記基板と加工電極又は給電電極の少なくとも一方との間に流体を供給し、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加しつつ電解加工を行うことを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。 - 前記流体は、純水又は電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項１０に記載の基板処理方法。
- 前記電解加工前に前記基板の表面に被加工物としての被加工膜を形成することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 基板を回転させながら、基板の表面の周縁部に酸化剤溶液を、基板の表面の中央部に酸溶液をそれぞれ供給して、前記電解加工の際に前記給電部に接触して基板の表面の周縁部上に加工されずに残留する被加工膜をエッチング除去することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載に基板処理方法。
- 基板の表面の周縁部にエッチング用の薬液を供給しながら、基板の裏面に酸化剤溶液と酸溶液を同時又は交互に供給することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
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