JP4076430B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板表面に設けた配線用の微細な凹部に埋込んだ銅等の導電体（導電性材料）の表面を平坦化して埋込み配線を形成するのに使用される基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１８は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示すもので、先ず、図１８（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリアメタル（バリア層）５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図１８（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６及びバリアメタル５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１８（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
また、最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に破壊しながら除去していく加工法では、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してしまうため、被加工物の特性が劣化する。従って、いかに材料の特性を損なうことなく加工を行うことができるかが問題となってくる。
【０００６】
この問題を解決する手段として開発された特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工法は、従来の物理的な加工とは対照的に、化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行うものである。従って、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、前述の材料の特性を損なわずに加工を行うといった課題が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、基板のほぼ全表面に成膜した銅の除去加工を化学機械的研磨（ＣＭＰ）単独で行うと、この化学機械的研磨には、一般に研磨液が用いられているため、研磨後の研磨液で汚染された半導体基板を十分に洗浄する必要があるばかりでなく、研磨液自身や洗浄時に使用する薬品のコストや、これらの処理における環境への負荷等の問題がある。このため、ＣＭＰの負荷を軽減することが強く求められている。
【０００８】
なお、化学機械的電解研磨のように、めっきをしながらＣＭＰで削るというプロセスも発表されているが、めっき成長面に機械加工が付加されることで、めっきの異常成長を促すことにもなり、膜質に問題を起こしていた。また、前述の電解加工や電解研磨では、被加工物と電解液（ＮａＣｌ，ＮａＮＯ３，ＨＦ，ＨＣｌ，ＨＮＯ３，ＮａＯＨ等の水溶液）との電気化学的相互作用によって加工が進行するとされている。従って、このような電解質を含む電解液を使用する限り、その電解液で被加工物が汚染されることは避けられない。
【０００９】
また、電解加工として、イオン交換体と純水、好ましくは超純水を使用したものが開発されている。めっき後の基板は、その表面（めっき面）に微小な凹凸を有しており、この電解加工方法では、基板表面の凹の部分にも純水が存在し、純水そのものはほとんど電離されていないため、凹部の純水と接している部分では基板の除去加工はほとんど進行しない。従って、イオンが豊富に存在するイオン交換体と接する部分のみで除去加工が進んでいき、通常の電解液を用いた電解加工方法よりも平坦化性能に優れているという利点がある。
しかし、イオン交換体として弾性の低いもの、つまり柔らかく変形しやすいものを使用すると、基板表面の凹凸にイオン交換体が倣ってしまい、基板の凸部を選択的に加工して段差を解消することが困難となる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、化学機械的研磨（ＣＭＰ）による基板処理工程の一部または全部を、純水、好ましくは超純水等を用いた電解加工に置き換えることにより、化学機械的研磨（ＣＭＰ）の負荷を軽減させ、更に高効率で平坦性の高い加工を行うことができるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、イオン交換体を保持するイオン交換体保持部と、給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも一方に、前記イオン交換体保持部で保持したイオン交換体を配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加して、液体存在下で基板表面を電解加工する電解加工部と、前記電解加工部の前記イオン交換体保持部を他のイオン交換体保持部に交換するイオン交換体交換手段とを有することを特徴とする基板処理装置である。
これにより、イオン交換体を保持する、例えばカートリッジタイプのイオン交換体保持部を介して、電解加工部のイオン交換体を変更することで、単一の電解加工部で加工条件が異なる複数の電解加工を行うことができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、前記イオン交換体保持部を複数備えたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
請求項３に記載の発明は、前記イオン交換体保持部は、イオン交換体の周縁部を挟持する分割治具からなることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
請求項４に記載の発明は、前記イオン交換体保持部を、前記加工電極及び給電電極の少なくと一方を具備する電極部に固定して、前記イオン交換体を前記電極部に固定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項５に記載の発明は、前記イオン交換体交換手段は、複数のイオン交換体保持部を収容するストッカと前記加工電極及び給電電極の少なくとも一方を具備する電極部との間で、前記イオン交換体保持部を交換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研磨部と、基板を着脱自在に保持し、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間を移動自在なトップリングを更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、基板をトップリングで保持したまま、化学機械的研磨部での化学機械的研磨（ＣＭＰ）と、電解加工部での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行って、研磨液を用いる化学機械的研磨の負荷を軽減することができる。なお、化学機械的研磨部で研磨する工程と、電解加工部で電解加工する工程は、任意の順番で、任意の回数行うことができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間に配置され、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間で、前記トップリングに基板を受け渡し可能なプッシャを更に有することを特徴とする請求項６記載の基板処理装置である。
これにより、プッシャを介して基板を受渡すことで、化学機械的研磨での化学機械的研磨と、電解加工部での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行うことができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、前記電解加工部において、液体に酸化防止剤が添加されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項９に記載の発明は、前記化学機械的研磨部には、研磨テーブルが複数備えられていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この例では、図１８（ｂ）に示す、絶縁膜２上に堆積した銅膜６及びバリアメタル５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することで、図１８（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線が形成するようにした例を示しているが、銅膜以外にも適用できることは勿論である。
【００３５】
図１及び図２は、本発明が適用される基板処理装置１０を示し、図３は、この基板処理装置１０を備えた基板処理システムの全体構成を示す。図３に示すように、この基板処理システムは、例えば、図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）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１２、基板Ｗを反転させる反転機１４、基板受渡し用のプッシャ１６、洗浄装置１８及び基板処理装置１０を備えている。そして、ロード・アンロード部１２、反転機１４、プッシャ１６及び洗浄装置１８に囲まれた位置に、これらの間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての走行型搬送ロボット２０が配置されている。更に、基板処理装置１０による電解加工の際に、下記の加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間を流れる電流を任意に制御する等の種々の制御を行う制御部２２が備えられている。
【００３６】
図１及び図２に示すように、基板処理装置１０は、基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研磨部２４と、基板の表面を超純水または純水を用いた電解加工でエッチングする電解加工部２６と、基板を着脱自在に保持して化学機械的研磨部２４と電解加工部２６との間を搬送する搬送部２８とから主に構成されている。
【００３７】
化学機械的研磨部２４は、回転（自転）自在な研磨テーブル３０と、この研磨テーブル３０の上面に貼着した研磨布３２を有し、この研磨布３２の上面が研磨面３２ａとなるようになっており、研磨テーブル３０の上方に、研磨布３２に砥液（研磨液）３４を供給する砥液ノズル３６が配置されている。なお、市場で入手できる研磨布３２としては、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００等が挙げられる。化学機械的研磨では、砥粒を介して基板の平坦化が行われる。研磨テーブル３０と基板Ｗは、相対運動すればよく、研磨テーブル３０は、自転の他、スクロール運動（並進回転運動）、往復直線運動するようにしてもよい。
【００３８】
電解加工部２６は、中空モータ４０に直結され該中空モータ４０の駆動に伴って、自転を行わない公転運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行う加工テーブル４２を有している。この加工テーブル４２は、絶縁体から構成されており、この加工テーブル４２の上面に、扇状の加工電極４４と給電電極４６とが円周方向に沿って所定間隔離間して交互に埋設され、この加工電極４４と給電電極４６の上面にイオン交換体４８が配置されている。更に、中空モータ４０の内部には、外部から延びる純水供給管（図示せず）が配置され、加工テーブル４２の中心部には、この純水供給管と連通して加工テーブル４２の上面で開口する貫通孔が設けられている。これによって、この純水供給管と連通孔を通って、純水、好ましくは超純水が加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給されるようになっている。
【００３９】
ここで、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。なお、純水、好ましくは超純水の代わりに、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体や、任意の電解液を使用、または酸化防止剤（例えばＢＴＡ；ベンゾトリアゾール）を添加してもよい。加工中に電解液を供給、または酸化防止剤（例えばＢＴＡ；ベンゾトリアゾール）を添加することにより、加工生成物、気体発生等による加工不安定性を除去でき、均一な、再現性のよい加工が得られる。ＢＴＡは、各種金属の表面に薄い皮膜を形成する。本発明による電解加工では形成された皮膜をイオン交換体のスクラブ効果により取除くことができ、露出した酸化膜の形成されていない金属表面を加工電極もしくは加工電極の上のイオン交換体と接触させることができる。
【００４０】
この例では、加工テーブル４２の上面に複数の扇状の電極板５０を円周方向に沿って配置し、この電極板５０に電源５２の陰極と陽極とを交互に接続することで、電源５２の陰極と接続した電極板５０が加工電極４４となり、陽極と接続した電極板５０が給電電極４６となるようにしている。これは、例えば銅にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるからであり、被加工材料によっては、陰極側が給電電極となり、陽極側が加工電極となるようにしてもよい。つまり、被加工材料が、例えば銅、モリブデンまたは鉄にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源５２の陰極と接続した電極板５０が加工電極４４となり、陽極と接続した電極板５０が給電電極４６となるようにする。一方、例えばアルミニウムやシリコンにあっては、陽極側で電解加工作用が生じるため、電極の陽極に接続した電極を加工電極となし、陰極側を給電電極とすることができる。
【００４１】
イオン交換体４８は、例えば、アニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成されている。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（第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。
【００４２】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して第４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。従って、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００４３】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、前記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００４４】
なお、イオン交換体４８の素材の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系高分子、またはその他有機高分子が挙げられる。また素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多孔質材、ネット、短繊維等が挙げられる。
【００４５】
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４８をアニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、純水または超純水や電解液等の液体が不織布の内部を自由に移動して、不織布内部の水分解触媒作用を有する活性点に容易に到達することが可能となって、多くの水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離される。さらに、解離によって生成した水酸化物イオンが純水または超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良く加工電極４４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】
更に、図１に示すように、加工テーブル４２の側方に位置して、イオン交換体４８を再生する再生部５４が備えられている。この再生部５４は、揺動自在な揺動アーム５６と、この揺動アーム５６の自由端に保持した再生ヘッド５８とを有している。そして、電源５２（図２参照）を介して、イオン交換体４８に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４８を再生できるようになっている。この場合、再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【００４８】
搬送部２８は、化学機械的研磨部２４と電解加工部２６とに挟まれた位置に設置され、下端に取付けた旋回モータ６０の駆動に伴って旋回する旋回軸６２を有している。この旋回軸６２には、上端に取付けた上下動モータ６４の駆動に伴って軸方向に沿って上下動する上下動板６６が備えられ、この上下動板６６に水平方向に延びるトップリングヘッド６８の基端部が固定されている。このトップリングヘッド６８の自由端には、昇降軸７２が備えられ、この昇降軸７２の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング７４がボールジョイント７６を介して傾動自在に連結されている。
【００４９】
昇降軸７２と平行に、この昇降軸７２を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを所定の押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ７８が配置されている。更に、この昇降軸７２に取付けた従動プーリ８０とトップリング回転用モータ８２の駆動軸に取付けた駆動プーリ８４との間にタイミングベルト８６が掛け渡され、これによって、このモータ８２の駆動に伴って、トップリング７４が昇降軸７２と一体に回転するようになっている。
【００５０】
これにより、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を図３に示すプッシャ１６の直上方に移動させ、このプッシャ１６を上昇させて、プッシャ１６から基板Ｗを受取る。そして、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させ、シリンダ７８を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給する。これによって、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００５１】
また、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【００５２】
次に、この基板処理システムによる基板処理（電解加工）について説明する。なお、この例では、トップリング７４で保持した基板Ｗの表面を化学機械的研磨で研磨し、次に、電解加工でエッチングした後、更に化学機械的研磨で研磨することで、図１８に示す、基板Ｗの表面に成膜した銅膜６を化学機械的研磨と電解加工を併用して除去し、例えばＴａＮからなるバリアメタル（バリア層）５が露出した時に該バリアメタル５を化学機械的研磨で除去するようにした例を示す。この化学機械的研磨で研磨する工程と、電解加工でエッチングする工程は、任意の順番で、任意の回数行うことができることは勿論である。
【００５３】
先ず、例えば図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）として銅膜（導電性材料）６を形成した基板Ｗを収納してロード・アンロード部１２にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボット２０で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させて、基板Ｗの銅膜６を形成した表面が下を向くようにする。次に、この表面が下を向いた基板Ｗを搬送ロボット２０でプッシャ１６まで搬送してプッシャ１６上に載置する。そして、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４をプッシャ１６の直上方に移動させ、プッシャ１６を上昇させて、プッシャ１６上の基板Ｗをトップリング７４で吸着保持する。
【００５４】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させ、シリンダ７８を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧する。この状態で、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。そして、基板Ｗ上に銅膜６の膜厚が所定の値に達したことを検知した時、トップリング７４を上昇させ、研磨テーブル３０とトップリング７４の回転を停止し、更に砥液の供給を停止して化学機械的研磨を一旦終了する。
【００５５】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持したまま、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【００５６】
つまり、イオン交換体４８により生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、基板Ｗに設けられた銅膜６の電解加工を行うのであり、純水、好ましくは超純水がイオン交換体４８の内部を流れるようにすることで、水素イオンまたは水酸化物イオンを多量に生成し、これを基板Ｗの表面に供給することで、効率のよい電解加工を行うことができる。
【００５７】
ここで、純水、好ましくは超純水がイオン交換体４８の内部を流れるようにすることで、水の解離反応を促進させる官能基（強酸性陽イオン交換材料ではスルホン酸基）に充分な水を供給して水分子の解離量を増加させ、水酸化物イオン（もしくはＯＨラジカル）との反応により発生した加工生成物（ガスも含む）を水の流れにより除去して、加工効率を高めることができる。従って、純水、好ましくは超純水の流れは必要で、また純水、好ましくは超純水の流れとしては、一様かつ均一であることが望ましく、一様かつ均一な流れとすることで、イオンの供給及び加工生成物の除去の一様性及び均一性、ひいては加工効率の一様性及び均一性を図ることができる。
【００５８】
この時、加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間に供給する電流を制御部２２で任意に変化させて加工レートを最適に調整し、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル５が露出したこと検知した時に電解研磨を終了する。つまり、加工電極４４と給電電極４６との間に供給する電圧にあっては、この電圧を高くすると、加工電極４４と給電電極４６との間を流れる電流値が大きなり、この結果、加工レートも大きくなる。そこで、このように、加工電極４４と給電電極４６との間に供給する電圧または電流の少なくとも一方を、任意（例えば経時的）に変化させることで、加工の段階（状況）に合わせて加工レートを最適に調整することができる。
そして、電解加工完了後、電源５２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。
【００５９】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持したまま、前述と同様にして、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させ、トップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００６０】
そして、図１８（ｃ）に示すように、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の表面とがほぼ同一平面となって、銅膜６からなる配線が形成されされたことを検知した時、トップリング７４を上昇させ、研磨テーブル３０とトップリング７４の回転を停止し、更に砥液の供給を停止して化学機械的研磨を終了する。
【００６１】
この研磨終了後、トップリングヘッド６８を揺動させて基板Ｗをプッシャ１６に受渡す。搬送ロボット２０は、このプッシャ１６から基板Ｗを受取り、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させ、更に洗浄装置１８に搬送して洗浄・乾燥した後、基板Ｗをロード・アンロード部１２のカセットに戻す。
【００６２】
なお、この例では、電解加工部２６に純水、好ましくは超純水を供給した例を示している。このように電解質を含まない純水、好ましく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４８にイオン交換反応で即座に捕捉されるため、溶解した銅イオン等が基板Ｗの他の部分に再度析出したり、酸化されて微粒子となり基板Ｗの表面を汚染したりすることがない。
【００６３】
ここで、超純水は、比抵抗が大きく電流が流れ難いため、電極と被加工物との距離を極力短くしたり、電極と被加工物との間にイオン交換体を挟むことで電気抵抗を低減したりしているが、さらに電解液を組み合わせることで、更に電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。なお、電解液による加工では、被加工物の加工される部分が加工電極よりやや広い範囲に及ぶが、超純水とイオン交換体の組合せでは、超純水にほとんど電流が流れないため、被加工物の加工電極とイオン交換体が投影された範囲内のみが加工されることになる。
【００６４】
また、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、さらに電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリなどの溶液が使用でき、被加工物の特性によって適宜選択して使用すればよい。電解液を用いる場合は、基板Ｗとイオン交換体４８との間に僅かの隙間を設けて非接触とすることが好ましい。
【００６５】
更に、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗとイオン交換体４８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）の集中を緩和して加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が望ましい。なお、電気伝導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工速度を得ることができる。
【００６６】
また、基板Ｗと加工電極４４及び給電電極４６との間にイオン交換体４８を挟むことで、加工速度を大幅に向上させるようにしている。つまり、超純水電気化学的加工は、超純水中の水酸化物イオンと被加工材料との化学的相互作用によるものである。しかし、超純水中に含まれる反応種である水酸化物イオン濃度は、常温・常圧状態で１０−７ｍｏｌ／Ｌと微量であるため、除去加工反応以外の反応（酸化膜形成等）による除去加工効率の低下が考えられる。このため、除去加工反応を高効率で行うためには、水酸化物イオンを増加させる必要がある。そこで、水酸化物イオンを増加させる方法として、触媒材料により超純水の解離反応を促進させる方法があり、その有力な触媒材料としてイオン交換体が挙げられる。具体的には、イオン交換体中の官能基と水分子との相互作用により水分子の解離反応に関する活性化エネルギを低下させる。これによって、水の解離を促進させて、加工速度を向上させることができる。
【００６７】
ここで、例えばイオン交換体４８としてカチオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、加工終了後に銅がイオン交換体（カチオン交換体）４８のイオン交換基を飽和しており、次の加工を行う時の加工効率が悪くなる。また、イオン交換体４８としてアニオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、イオン交換体（アニオン交換体）４８の表面に銅の酸化物の微粒子が生成されて付着し、次の処理基板の表面を汚染するおそれがある。
【００６８】
そこで、このような場合に、揺動アーム５６の自由端に保持した再生ヘッド５８を加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、電源５２を介してイオン交換体４８に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４８を再生する。この場合、再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【００６９】
図４は、本発明が適用される他の基板処理装置１０ａを示す。この基板処理装置１０ａの前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、化学機械的研磨部２４として、研磨テーブル３０の表面（上面）に固定砥粒からなる固定砥粒定盤９０を貼着し、この固定砥粒定盤９０の表面を研磨面９０ａとなすとともに、研磨テーブル３０の上方に、砥粒を含まない純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添加した液体９１を供給する液体ノズル９２を配置した点である。
【００７０】
ここに、固定砥粒は、例えばセリアやシリカ等の砥粒を、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＭＢＳやＡＢＳ等のコアシェル型樹脂等のバインダ中に固定し、金型で板状に成形したものである。この砥粒とバインダと空孔率の比率は、例えば、砥粒：バインダ：空孔率＝１０〜５０％：３０〜８０％：０〜４０％（境界値を含む）である。
【００７１】
このような固定砥粒定盤９０は、硬質の研磨面９０ａを構成しており、傷（スクラッチ）の発生を防止しつつ、安定した研磨速度が得られ、しかも砥粒を含まない純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添加した液体を供給して化学機械的研磨を行うことで、高価で取扱いが面倒な研磨液の使用量を削減することができる。
【００７２】
図５は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｂを示す。この基板処理装置１０ｂの前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、研磨テーブル３０として、基板Ｗの直径よりやや大きな直径を有し、中空モータ９４の回転によって、自転を行わない公転運動、いわゆる並進運動（スクロール運動）を行うようにしたものを使用し、更に砥液供給ライン９６に介装したポンプ９８の駆動に伴い、中空モータ９４の中空部、及び研磨テーブル３０の内部に設けた砥液流路３０ａを通過させて、砥液を研磨布３２に供給するようにした点である。この例によれば、研磨テーブル３０の小型化を図るとともに、基板Ｗと研磨布３２の研磨面３２ａとの摺動速度を基板Ｗの全面に亘って均一にすることができる。
【００７３】
図６は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｃを示す。この基板処理装置１０ｃの前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、化学機械的研磨部２４として、モータの駆動に伴って回転する駆動ローラ１００と該駆動ローラ１００と平行に配置した従動ローラ１０２との間に、無端状の研磨布１０４を走行自在に掛け渡し、上方を走行する研磨布１０４の下方に押圧台１０６を配置したものを使用し、更に、電解加工部２６の加工テーブル４２の上面に配置されるイオン交換体４８として、この例では、一対の強酸性カチオン交換繊維４８ａ，４８ｂと、この強酸性カチオン交換繊維４８ａ，４８ｂに挟まれた強酸性カチオン交換膜４８ｃとの３層構造からなる積層体で構成したものを使用した点である。ここで、砥液３４を供給する砥液ノズル３６は、押圧台１０６の上流側に配置されている。また、イオン交換体（積層体）４８は、通水性が良く、硬度が高いばかりでなく、基板Ｗと対向する露出表面（上面）が良好な平滑性を有するようになっている。
【００７４】
この例によれば、シリンダ７８を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨布１０４の研磨面に所定の押圧力で押圧し、トップリング７４を回転させつつ、研磨布１０４を走行させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布１０４に砥液３４を供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００７５】
ここに、イオン交換体４８を不織布、織布、多孔膜等のイオン交換材料を複数枚重ねた多層構造とすることで、イオン交換体４８の持つトータルのイオン交換容量を増加させ、例えば、銅の除去（研磨）加工を行う際に、酸化物の発生を抑制して、酸化物が加工レートに影響することを防止することができる。つまり、イオン交換体４８のトータルのイオン交換容量が除去加工の段階で取り込まれる銅イオンの量よりも小さい場合には、酸化物がイオン交換体の表面もしくは内部に生成されてしまい、加工レートに影響を及ぼす。この原因としては、イオン交換体のイオン交換基の量が影響し、容量以上の銅イオンは酸化物となると考えられる。このため、イオン交換体４８を、イオン交換材料を複数枚重ねた多層構造として、トータルのイオン交換容量を高めることで、酸化物の発生を抑制することができる。
【００７６】
図７は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｄを示す。この基板処理装置１０ｄは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の化学機械的研磨部２４と電解加工部２６とを備えており、この化学機械的研磨部２４と電解加工部２６との間に、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ１０８が配置されている。
【００７７】
更に、化学機械的研磨部２４の側方に位置して、旋回自在な第１旋回軸１１０が配置され、この第１旋回軸１１０に該旋回軸１１０の旋回に伴って揺動する第１トップリングヘッド１１２が上下動自在に備えられている。この第１トップリングヘッド１１２の自由端に第１昇降軸１１４が回転自在に支承され、この第１昇降軸１１４の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持する第１トップリング１１６が取付けられている。更に、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗを所定の押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ１１８と、第１トップリング１１６を回転させる第１トップリング回転用モータ１２０が備えられている。
【００７８】
これにより、プッシャ１０８上に置かれた基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させた第１トップリング１１６で吸着保持し、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させて研磨テーブル３０の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に化学機械的研磨を行い、この研磨後の基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させてプッシャ１０８に戻すことができるようになっている。
【００７９】
一方、電解加工部２６の側方に位置して、旋回自在な第２旋回軸１３０が配置され、この第２旋回軸１３０に該旋回軸１３０の旋回に伴って揺動する第２トップリングヘッド１３２が上下動自在に備えられている。この第２トップリングヘッド１３２の自由端に第２昇降軸１３４が回転自在に支承され、この第２昇降軸１３４の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持する第２トップリング１３６が取付けられている。更に、第２トップリング１３６を回転させる第２トップリング回転用モータ１４０が備えられている。
【００８０】
これにより、プッシャ１０８上に置かれた基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させた第２トップリング１３６で吸着保持し、この第２トップリング１３６で保持した基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させて加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させてプッシャ１０８に戻すことができるようになっている。
【００８１】
この例によれば、例えば化学機械的研磨部２４で研磨を行った基板をプッシャ１０８上に置き、この研磨後のプッシャ１０８上に置かれた基板を電解加工部２６で電解加工して、プッシャ１０８に戻すことができ、これによって、プッシャ１０８を介して基板Ｗを受渡すことで、化学機械的研磨部２４での化学機械的研磨と、電解加工部２６での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行うことができる。
【００８２】
図８及び図９は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｅを示す。この基板処理装置１０ｅは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂと、１つの電解加工部２６とを備えている。そして、これらの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂ及び電解加工部２６は、直列に沿った位置に配置されており、これらの側方に、基板Ｗを保持して走行する基板搬送装置１５０が配置されている。
【００８３】
この基板搬送装置１５０は、ベース１５２と、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０の搬送部２８とほぼ同様な構成で、ベース１５２に設けた走行用モータ１５４の駆動に伴って、該ベース１５２に沿って走行する走行部１５６とを有している。この走行部１５６は、支柱１５８を有し、この支柱１５８には、上端に取付けた上下動モータ１６０の駆動に伴って軸方向に沿って上下動する上下動板１６２が備えられ、この上下動板１６２に水平方向に延びるトップリングヘッド１６４の基端部が固定されている。このトップリングヘッド１６４の自由端には、昇降軸１６６が備えられ、この昇降軸１６６の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング１６８がボールジョイント１７０を介して傾動自在に連結されている。
【００８４】
昇降軸１６６と平行に、この昇降軸１６６を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを所定の押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ１７２が配置されている。更に、この昇降軸１６６に取付けた従動プーリ１７４とトップリング回転用モータ１７６の駆動軸に取付けた駆動プーリ１７８との間にタイミングベルト１８０が掛け渡され、これによって、このモータ１７６の駆動に伴って、トップリング１６８が昇降軸１６６と一体に回転するようになっている。
【００８５】
これにより、例えば、一方の化学機械的研磨部２４ａでの化学機械的研磨、電解加工部２６での電解加工、他方の化学機械的研磨部２４ｂでの化学機械的研磨を順に行う場合には、トップリング１６８で基板Ｗを保持した状態で、走行部１５６を走行させて、トップリング１６８を化学機械的研磨部２４ａの研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング１６８を下降させ、シリンダ１７２を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング１６８とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給する。これによって、基板の表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００８６】
次に、トップリング１６８で基板Ｗを保持したまま、トップリング１６８を上昇させ、走行部１５６を走行させて、トップリング１６８を電解加工部２６の加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、上下動モータ１６０の駆動により、トップリング１６８で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング１６８とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【００８７】
そして、トップリング１６８で基板Ｗを保持したまま、トップリング１６８を上昇させ、走行部１５６を走行させて、トップリング１６８を化学機械的研磨部２４ｂの研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、前述と同様に、シリンダ１７２を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング１６８とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板の表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００８８】
ここで、各化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂでは、プロセスステップを変えた化学機械的研磨を行う。このプロセスステップを変えるとは、加工工具、基板と研磨面との相対速度、加工液、基板の押圧力等の少なくとも１つを変えることを意味する。なお、同一の化学機械的研磨部で、プロセスステップを変えた化学機械的研磨を行うようにしてもよい。
【００８９】
図１０は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｆを示す。この基板処理装置１０ｆは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂと、１つの電解加工部２６とを備えており、この一方の化学機械的研磨部２４ａと電解加工部２６との間、及び２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂの間に、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられているものと同様な構成の、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ１０８ａ，１０８ｂがそれぞれ配置されている。
【００９０】
更に、各化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂの側方には、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられているものとほぼ同様な構成を備えた旋回自在な第１旋回軸１１０が配置され、プッシャ１０８ａまたは１０８ｂ上に置かれた基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８ａまたは１０８ｂの直上方に移動させた第１トップリング１１６で吸着保持し、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させて研磨テーブル３０の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に化学機械的研磨を行い、この研磨後の基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８ａまたは１０８ｂの直上方に移動させてプッシャ１０８ａまたは１０８ｂに戻すことができるようになっている。
【００９１】
一方、電解加工部２６の側方には、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられているものとほぼ同様な構成を備えた第２旋回軸１３０が配置され、プッシャ１０８ａ上に置かれた基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８ａの直上方に移動させた第２トップリング１３６で吸着保持し、この第２トップリング１３６で保持した基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させて加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８ａの直上方に移動させてプッシャ１０８ａに戻すことができるようになっている。
【００９２】
この例によれば、例えば電解加工部２６で電解加工を行った基板をプッシャ１０８ａ上に置き、この電解加工後のプッシャ１０８ａ上に置かれた基板を化学機械的研磨部２４ａで研磨して、この研磨後の基板をプッシャ１０８ｂ上に置き、この研磨後のプッシャ１０８ｂ上に置かれた基板を化学機械的研磨部２４ｂで研磨してプッシャ１０８ｂに戻すことができ、これによって、プッシャ１０８ａ，１０８ｂを介して基板Ｗを受渡すことで、化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂでの化学機械的研磨と、電解加工部２６での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行うことができる。
【００９３】
なお、この例では、ロード・アンロード機構を備えた２つのプッシャ１０８ａ，１０８ｂを備えた例を示しているが、例えば化学機械的研磨部２４ａと電解加工部２６との間のみにロード・アンロード機構を備えたプッシャを配置し、２つの化学機械的研磨部の間は、共通のトップリングを使用するようにしてもよい。
【００９４】
図１１及び図１２は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｇを示し、図１３は、この基板処理装置１０ｇを備えた基板処理システムの全体構成を示す。図１３に示すように、この基板処理システムは、例えば、図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）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１２、基板Ｗを反転させる反転機１４、基板受渡し用のプッシャ１６、洗浄装置１８及び基板処理装置１０ｇを備えている。そして、ロード・アンロード部１２、反転機１４、プッシャ１６及び洗浄装置１８に囲まれた位置に、これらの間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての走行型搬送ロボット２０が配置されている。更に、基板処理装置１０ｇによる電解加工の際に、下記の加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間を流れる電流を任意に制御する等の種々の制御を行う制御部２２が備えられている。
【００９５】
基板処理装置１０ｇには、複数の電解加工部が備えられている。例えば、図１１及び図１２に示す例では、基板の表面を超純水または純水を用いた電解加工でエッチングする第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂの２個の電解加工部が備えられ、これら電解加工部２６ａ，２６ｂの間に、基板Ｗを着脱自在に保持して第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂとの間を搬送する搬送部２８が配置されている。
【００９６】
第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂは、共に中空モータ４０に直結され該中空モータ４０の駆動に伴って、自転を行わない公転運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行う加工テーブル４２を有している。この加工テーブル４２は、絶縁体から構成されており、この加工テーブル４２の上面に、扇状の加工電極４４と給電電極４６とが円周方向に沿って所定間隔離間して交互に埋設されている。そして、第１の電解加工部２６ａの加工電極４４と給電電極４６の上面には、第１のイオン交換体４８ｄが、第２の電解加工部２６ｂの加工電極４４と給電電極４６の上面には、第２のイオン交換体４８ｅがそれぞれ配置されている。
【００９７】
ここで、第１の電解加工部２６ａにあっては、その第１のイオン交換体４８ｄとして弾性が高く変形しにくいものが、第２の電解加工部２６ｂにあっては、その第２のイオン交換体４８ｅとして弾性の低い（前記第１のイオン交換体４８ｄより弾性率が小さく変形しやすい）ものがそれぞれ使用されている。ここで、弾性の高いイオン交換体４８ｄとしては、例えば Nafion117 (Dupont社製)等が挙げられる。また、弾性の低いイオン交換体４８ｅとしては、織布や不織布にグラフト重合を施してイオン交換能力を付加したものなどが挙げられる。
このイオン交換体４８ｄ，４８ｅとしては、前述の図６に示す基板処理装置１０ｃに使用されている３層構造のものの他、任意の形状や構造を有するものが使用できることは勿論である。
【００９８】
なお、第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂは、使用されているイオン交換体の種類（弾性の高低）が異なるだけで、その他の構成は全て同じである。そこで、第１の電解加工部２６ａのイオン交換体４８ｄと第２の電解加工部２６ｂのイオン交換体４８ｅを共にイオン交換体４８として以下説明する。
【００９９】
中空モータ４０の内部には、外部から延びる純水供給管（図示せず）が配置され、加工テーブル４２の中心部には、この純水供給管と連通して加工テーブル４２の上面で開口する貫通孔が設けられている。これによって、この純水供給管と連通孔を通って、純水、好ましくは超純水が加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給されるようになっている。
【０１００】
更に、図１１に示すように、加工テーブル４２の側方に位置して、イオン交換体４８を再生する再生部５４が備えられている。この再生部５４は、揺動自在な揺動アーム５６と、この揺動アーム５６の自由端に保持した再生ヘッド５８とを有している。そして、電源５２（図１２参照）を介して、イオン交換体４８に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４８を再生できるようになっている。この場合、再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【０１０１】
搬送部２８は、第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂとに挟まれた位置に設置され、下端に取付けた旋回モータ６０の駆動に伴って旋回する旋回軸６２を有している。この旋回軸６２には、上端に取付けた上下動モータ６４の駆動に伴って軸方向に沿って上下動する上下動板６６が備えられ、この上下動板６６に水平方向に延びるトップリングヘッド６８の基端部が固定されている。このトップリングヘッド６８の自由端には、昇降軸７２が備えられ、この昇降軸７２の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング７４がボールジョイント７６を介して傾動自在に連結されている。
【０１０２】
昇降軸７２と平行に、この昇降軸７２を昇降させるシリンダ７８が配置されている。更に、この昇降軸７２に取付けた従動プーリ８０とトップリング回転用モータ８２の駆動軸に取付けた駆動プーリ８４との間にタイミングベルト８６が掛け渡され、これによって、このモータ８２の駆動に伴って、トップリング７４が昇降軸７２と一体に回転するようになっている。
【０１０３】
これにより、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を図１３に示すプッシャ１６の直上方に移動させ、このプッシャ１６を上昇させて、プッシャ１６から基板Ｗを受取る。そして、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第１の電解加工部２６ａまたは第２の電解加工部２６ｂの一方の加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【０１０４】
次に、この基板処理システムによる基板処理（電解加工）について説明する。先ず、例えば図１８（ｂ）に示す、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を収納してロード・アンロード部１２にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボット２０で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させて、基板Ｗの銅膜６を形成した表面が下を向くようにする。次に、この表面が下を向いた基板Ｗを搬送ロボット２０でプッシャ１６まで搬送してプッシャ１６上に載置する。そして、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４をプッシャ１６の直上方に移動させ、プッシャ１６を上昇させて、プッシャ６１上の基板Ｗをトップリング７４で吸着保持する。
【０１０５】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第１の電解加工部２６ａの加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８ｄに近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８ｅに供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工を行う。
【０１０６】
この第１の電解加工部２６ａでは、表面が平滑で高弾性のイオン交換体４８ｄを使用して、基板Ｗに積層した銅膜６の表面に生じている段差を解消することを目的とした研磨を行う。つまり、イオン交換体が柔らかく変形しやすいと、銅膜６の表面の凹凸にイオン交換体が倣ってしまい、銅膜６の凸部を選択的に段差解消することが困難であるが、表面が平滑で高弾性（変形しにくい）のイオン交換体を用いることで、銅膜６と接する部分のみで加工が進み、段差解消が達成される。
【０１０７】
そして、基板Ｗ上に銅膜６の研磨が進み、この表面の段差が解消されたことを検知した時、電源５２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。
【０１０８】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持したまま、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第２の電解加工部２６ｂの加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８ｅに近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８ｅに供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工を行う。
【０１０９】
この第２の電解加工部２６ｂでは、表面が平滑で低弾性のイオン交換体４８ｅを使用して銅膜６の研磨を進める。つまり、段差解消が終了した後も所定の膜厚まで銅膜６の除去加工を進める必要があり、その場合には、銅膜６は平坦になっているので、イオン交換体が高弾性である必要はない。そこで、この様に段差解消が終了した銅膜６の加工には、低弾性のイオン交換体を用いることができる。
【０１１０】
そして、基板Ｗ上に銅膜６の研磨が進み、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル（バリア層）５が露出したことを検知した時に、電源５２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。
【０１１１】
ここで、第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂでの加工に際し、相対速度などは特に変える必要はない。しかし、電流密度を低くした方が、段差解消能力が高い。従って、第１の電解加工部２６ａでの平坦化加工時は電流密度を比較的小さくし、平坦化終了後の第２の電解加工部２６ｂでの加工では電流密度を高め、基板全面を高速で除去することが好ましい。また、第１の電解加工部２６ａでの加工では、平坦度を得るために供給する液体として超純水を用いることが望ましいが、第２の電解加工部２６ｂでの加工では、既に平坦度は得られているため、電解質を含む液体を加工液として用いて高速度で加工を進めるようにしてもよい。その場合は、第２の電解加工部２６ｂにイオン交換体を配置しなくてもよい。また、段差に比べて膜厚が大きい場合などに於いては、第２の電解加工部２６ｂで電解液による加工を行い、その後第１の電解加工部２６ａで超純水による加工を行ってもよい。
【０１１２】
この研磨終了後、トップリングヘッド６８を揺動させて基板Ｗをプッシャ１６に受渡す。搬送ロボット２０は、このプッシャ１６から基板Ｗを受取り、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させ、更に洗浄装置１８に搬送して洗浄した後、洗浄後の基板Ｗをロード・アンロード部１２のカセットに戻す。
【０１１３】
図１４は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｈを示す。この基板処理装置１０ｈは、前記図１１及び図１２に示す基板処理装置１０ｇに備えられているものと同様な構成の第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂの他に、第３の電解加工部２６ｃを備えており、この第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂの間、及び第２の電解加工部２６ｂと第３の電解加工部２６ｃの間に、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ２０８ａ，２０８ｂがそれぞれ配置されている。この第３の電解加工部２６ｃは、その第３のイオン交換体４８ｆとして、図１８に示す、バリアメタル（バリア層）５を研磨除去するのに最適なものを使用したもので、その他の構成は、第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂと同様である。
【０１１４】
そして、第１の電解加工部２６ａ、第２の電解加工部２６ｂ及び第３の電解加工部２６ｃの側方には、旋回自在な旋回軸２１０が配置され、プッシャ２０８ａまたは２０８ｂ上に置かれた基板Ｗを、旋回軸２１０を介して旋回アーム２１２を旋回させてプッシャ２０８ａまたは２０８ｂの直上方に移動させたトップリング２１６で吸着保持し、このトップリング２１６で保持した基板Ｗを、旋回軸２１０を旋回させて、加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、旋回軸２１０を旋回させてプッシャ２０８ａまたは２０８ｂの直上方に移動させてプッシャ２０８ａまたは２０８ｂに戻すことができるようになっている。
【０１１５】
この例によれば、例えば前述のようにして、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル５が露出するまで研磨が進んだ基板Ｗをプッシャ２０８ｂ上に置き、この基板Ｗを第３の電解加工部２６ｃに搬送し、この第３の電解加工部２６ｃでバリアメタル５を研磨除去する。そして、図１８（ｃ）に示すように、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の表面とがほぼ同一平面となって、銅膜６からなる配線が形成されたことを検知した時、研磨を終了する。そして、この研磨を終了した基板Ｗを、プッシャ２０８ａ，２０８ｂ等を介して、前述と同様にして、ロード・アンロード部１２のカセットに戻す。
これにより、第１のイオン交換体４８ｄ及び第２のイオン交換体４８ｅとは別の第３のイオン交換体４８ｆを使用した第３の電解加工部２６ｃで、加工条件の異なる、例えばバリアメタル５の除去加工を効率的に行うことができる。
【０１１６】
なお、この例では、バリアメタル５を第３の電解加工部２６ｃで研磨除去するようにしているが、この第３の電解加工部２６ｃの代わりに、基板を化学機械的研磨する化学的機械的研磨部を備え、この化学的機械的研磨部の、例えば研磨パッドとスラリーを用いた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）でバリアメタルを除去加工するようにしてもよい。
【０１１７】
図１５は、本発明の実施の形態の基板処理装置１０ｉの電解加工部３００を、図１６は、同じく、イオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を電解加工部３００の電極部３１８に装着する時の状態を、図１７は、この基板処理装置１０ｉを備えた基板処理システムの全体構成をそれぞれ示す。この基板処理装置１０ｉは、図１７に示すように、電解加工部３００と、膜状のイオン交換体３０２を保持した、例えばカートリッジタイプの複数のイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂを収納するストッカ３０６ａ，３０６ｂと、電解加工部３００に備えられたイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂをストッカ３０６ａ，３０６ｂ内に収納されたイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂに取換えるイオン交換体交換手段としての交換用ロボット３０８，３０９とから主に構成されている。なお、この基板処理システムの他の構成は、図１３に示すものと同様であるので、ここでは図１３に示す部材と同一または相当部材には同一符号を付してその説明を省略する。ロボット３０８，３０９はそれぞれ軸３０８ｂ，３０９ｂを中心に回動し、アーム３０８ａ，３０９ａによりイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂをストッカ３０６ａ，３０６ｂと電解加工部３００の間を移動させる。
【０１１８】
この電解加工部３００は、図１５に示すように、水平方向に揺動自在な揺動アーム３１０の自由端に垂設されて基板Ｗをその表面を下向き（フェイスダウン）にして吸着保持する基板保持部３１２と、円板状で絶縁体からなり、扇状の加工電極３１４と給電電極３１６とを該加工電極３１４と給電電極３１６の表面（上面）が同一面となるように露出させて交互に埋設した電極部３１８とを上下に備えている。電極部３１８の上部には、イオン交換体３０２を保持するイオン交換体保持部３０４が着脱自在に設けられ、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８の上部に装着した時に、イオン交換体３０２が加工電極３１４と給電電極３１６の表面を一体に覆うように構成されている。
【０１１９】
この例では、加工電極３１４と給電電極３１６とを有する電極部３１８として、基板保持部３１２で保持する基板Ｗの直径よりやや大きな直径を有するものを使用し、電極部３１８を相対運動（ここではスクロール運動）させて、基板Ｗの表面全域を同時に電解加工するようにしている。
【０１２０】
基板保持部３１２を揺動させる揺動アーム３１０は、上下動用モータ３２０の駆動に伴ってボールねじ３２２を介して上下動し、揺動用モータ３２４の駆動に伴って回転する揺動軸３２６の上端に連結されている。また、基板保持部３１２は、揺動アーム３１０の自由端に取付けた自転用モータ３２８に接続され、この自転用モータ３２８の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【０１２１】
電極部３１８は、中空モータ３３０に直結され、この中空モータ３３０の駆動に伴って、スクロール運転（並進回転運動）するようになっている。電極部３１８の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供給する純水供給部としての貫通孔３１８ａが設けられている。そして、この貫通孔３１８ａは、スクロール運転を行わせるために中空モータ３３０の駆動軸に直結したクランク軸３３２に設けた貫通孔３３２ａを介して、中空モータ３３０の中空部の内部を延びる純水供給管３３４に接続されている。純水または超純水は、この貫通孔３３２ａを通して供給された後、吸水性を有するイオン交換体３０２を通じて加工面全域に供給される。
【０１２２】
イオン交換体３０２は、中空円板状の絶縁体からなる一対の分割治具３４０ａ，３４０ｂを有するイオン交換体保持部３０４で保持され、一律に伸張した状態で（一定のテンションをもって）加工電極３１４及び給電電極３１６の露出表面に密着して固定されるようになっている。すなわち、図１６に詳細に示すように、電極部３１８は、大径のベース部３１８ｂと該ベース部３１８ｂの上部に一体に連接した小径の円柱状の電極支持部３１８ｃを有している。一方、イオン交換体３０２は、一対の分割治具３４０ａ，３４０ｂで周縁部を挟持しボルト等で仮止めして、イオン交換体保持部３０４に保持されている。そして、この状態で、図１６（ｂ）に示すように、イオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃに押込み嵌合させて該イオン交換体保持部３０４を電極支持部３１８ｃに固定することで、イオン交換体３０２が固定されるようになっている。
【０１２３】
これにより、このイオン交換体保持部３０４の押込みの際に、イオン交換体３０２とイオン交換体保持部３０４との間に滑りが発生することを防止しつつ、イオン交換体３０２に常に一定のテンションが掛かるようにして、イオン交換体保持部３０４を介してイオン交換体３０２を固定することができる。
【０１２４】
この例において、交換用ロボット３０８は、開閉自在な一対のアーム３０８ａを有しており、このアーム３０８ａでイオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を挟持して保持し、これによって、電極部３１８に装着したイオン交換体保持部３０４とストッカ３０６内に収納したイオン交換体保持部３０４とを交換できるようになっている。つまり、交換用ロボット３０８をそのアーム３０８ａが電極部３１８に装着したイオン交換体保持部３０４の周囲を包囲する位置に移動させ、この状態でアーム３０８ａを閉じてイオン交換体保持部３０４を左右から挟持して保持する。そして、アーム３０８ａを上昇させることで、イオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃから引抜いて取外し、このイオン交換体保持部３０４をストッカ３０６内に搬送し、アーム３０８ａを開くことで、このイオン交換体保持部３０４をストッカ３０６内に収納する。
【０１２５】
次に、交換用ロボット３０８のアーム３０８ａをストッカ３０６内に収納した交換すべきイオン交換体保持部３０４の周囲を包囲する位置に位置させ、この状態でアーム３０８ａを閉じて、ストッカ３０６内のイオン交換体保持部３０４を左右から挟持して保持する。そして、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃの上方に搬送し、アーム３０８ａを下降させることで、イオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃに押込み嵌合させて該イオン交換体保持部３０４を電極支持部３１８ｃに固定して、イオン交換体３０２を固定する。そして、アーム３０８ａを開いて、イオン交換体保持部３０４の保持を解いた後、交換用ロボット３０８を元の位置に戻す。
【０１２６】
この例によれば、イオン交換体３０２を保持する、例えばカートリッジタイプのイオン交換体保持部３０４を介して、電解加工部３００での加工に使用するイオン交換体３０２を変更することで、単一の電解加工部３００で加工条件が異なる、即ち異なる特性を有するイオン交換体３０２による複数の電解加工を行うことができる。
【０１２７】
ここではイオン交換体をロボットにより交換する例を示したが、人が交換してもよい。その場合は、イオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂを電極部３１８に着脱可能に固定させる機構がイオン交換体交換手段となる。
【０１２８】
この例にあっては、前述の各例とほぼ同様に、電解加工部３００の基板保持部３１２で基板Ｗを吸着保持し、揺動アーム３１０を揺動させて基板保持部３１２を電極部３１８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３２０を駆動して基板保持部３１２を下降させ、この基板保持部３１２で保持した基板Ｗを、電極部３１８の上面にイオン交換体保持部３０４を介して配置したイオン交換体３０２の表面に接触させるか、または近接させる。この状態で、貫通孔３１８ａを通じて、電極部３１８の下側から該電極部３１８の上面に純水または超純水を供給しつつ、加工電極３１４と給電電極３１６との間に電源３３６から所定の電圧を印加し、同時に、基板保持部３１２を回転（自転）させ、電極部３１８をスクロール運動させて電解加工を行う。
【０１２９】
この時、この電解加工に適するイオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を選択して、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８に装着し、これによって、任意のイオン交換体を使用した電解加工を行う。そして、電解加工の加工条件に合わせて、イオン交換体保持部３０４を介してイオン交換体３０２を変更して使用するのであり、これによって、単一の電解加工部で、加工条件の異なる複数の電解加工を、各加工条件に適したイオン交換体を選択的に使用して行うことができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、純水、好ましくは超純水等を用いた電解加工を従来の化学的機械研磨（ＣＭＰ）と併用することにより、例えば銅配線やコンタクト形成において、化学的機械研磨（ＣＭＰ）が持つ研磨液による半導体基板の汚染や、研磨液自身や洗浄時に使用する薬品のコスト、さらにはこれらの処理における環境への負荷といった問題点を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される基板処理装置の平面図である。
【図２】 本発明が適用される基板処理装置の正面図である。
【図３】図１及び図２に示す基板処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す配置図である。
【図４】 本発明が適用される他の基板処理装置の正面図である。
【図５】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の正面図である。
【図６】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の正面図である。
【図７】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図８】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図９】 図８の正面図である。
【図１０】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図１１】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図１２】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の正面図である。
【図１３】図１１及び図１２に示す基板処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す配置図である。
【図１４】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態の基板処理装置の電解加工部を示す一部切断の正面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態の基板処理装置の電極部にイオン交換体保持部を装着する時の状態を示す図である。
【図１７】図１５及び図１６に示す基板処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す配置図である。
【図１８】銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
５ バリアメタル（バリア層）
６ 銅膜
７ シード層
１０，１０ａ〜１０ｉ 基板処理装置
１２ ロード・アンロード部
２２ 制御部
２４，２４ａ，２４ｂ 化学機械的研磨部
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，３００ 電解加工部
２８ 搬送部
３０ 研磨テーブル
３２，１０４ 研磨布
３２ａ，９０ａ 研磨面
３６ 砥液ノズル
４２ 加工テーブル
４４，３１４ 加工電極
４６，３１６ 給電電極
４８，３０２ イオン交換体
５０ 電極板
５２ 電源
５４ 再生部
５８ 再生ヘッド
６８，１１２，１３２，１６４ トップリングヘッド
７４，１１６，１３６，１６８ トップリング
７６，１７０ ボールジョイント
９０ 固定砥粒定盤
９２ 液体ノズル
１０６ 押圧台
１０８，１０８ａ，１０８ｂ プッシャ
１５０ 基板搬送装置
１５４ 走行部
３０４ イオン交換体保持部
３０４ａ，３０４ｂ イオン交換体保持部
３４０ａ，３４０ｂ 分割治具
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板表面に設けた配線用の微細な凹部に埋込んだ銅等の導電体（導電性材料）の表面を平坦化して埋込み配線を形成するのに使用される基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１８は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示すもので、先ず、図１８（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリアメタル（バリア層）５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図１８（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６及びバリアメタル５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１８（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
また、最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に破壊しながら除去していく加工法では、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してしまうため、被加工物の特性が劣化する。従って、いかに材料の特性を損なうことなく加工を行うことができるかが問題となってくる。
【０００６】
この問題を解決する手段として開発された特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工法は、従来の物理的な加工とは対照的に、化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行うものである。従って、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、前述の材料の特性を損なわずに加工を行うといった課題が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、基板のほぼ全表面に成膜した銅の除去加工を化学機械的研磨（ＣＭＰ）単独で行うと、この化学機械的研磨には、一般に研磨液が用いられているため、研磨後の研磨液で汚染された半導体基板を十分に洗浄する必要があるばかりでなく、研磨液自身や洗浄時に使用する薬品のコストや、これらの処理における環境への負荷等の問題がある。このため、ＣＭＰの負荷を軽減することが強く求められている。
【０００８】
なお、化学機械的電解研磨のように、めっきをしながらＣＭＰで削るというプロセスも発表されているが、めっき成長面に機械加工が付加されることで、めっきの異常成長を促すことにもなり、膜質に問題を起こしていた。また、前述の電解加工や電解研磨では、被加工物と電解液（ＮａＣｌ，ＮａＮＯ３，ＨＦ，ＨＣｌ，ＨＮＯ３，ＮａＯＨ等の水溶液）との電気化学的相互作用によって加工が進行するとされている。従って、このような電解質を含む電解液を使用する限り、その電解液で被加工物が汚染されることは避けられない。
【０００９】
また、電解加工として、イオン交換体と純水、好ましくは超純水を使用したものが開発されている。めっき後の基板は、その表面（めっき面）に微小な凹凸を有しており、この電解加工方法では、基板表面の凹の部分にも純水が存在し、純水そのものはほとんど電離されていないため、凹部の純水と接している部分では基板の除去加工はほとんど進行しない。従って、イオンが豊富に存在するイオン交換体と接する部分のみで除去加工が進んでいき、通常の電解液を用いた電解加工方法よりも平坦化性能に優れているという利点がある。
しかし、イオン交換体として弾性の低いもの、つまり柔らかく変形しやすいものを使用すると、基板表面の凹凸にイオン交換体が倣ってしまい、基板の凸部を選択的に加工して段差を解消することが困難となる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、化学機械的研磨（ＣＭＰ）による基板処理工程の一部または全部を、純水、好ましくは超純水等を用いた電解加工に置き換えることにより、化学機械的研磨（ＣＭＰ）の負荷を軽減させ、更に高効率で平坦性の高い加工を行うことができるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、イオン交換体を保持するイオン交換体保持部と、給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも一方に、前記イオン交換体保持部で保持したイオン交換体を配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加して、液体存在下で基板表面を電解加工する電解加工部と、前記電解加工部の前記イオン交換体保持部を他のイオン交換体保持部に交換するイオン交換体交換手段とを有することを特徴とする基板処理装置である。
これにより、イオン交換体を保持する、例えばカートリッジタイプのイオン交換体保持部を介して、電解加工部のイオン交換体を変更することで、単一の電解加工部で加工条件が異なる複数の電解加工を行うことができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、前記イオン交換体保持部を複数備えたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
請求項３に記載の発明は、前記イオン交換体保持部は、イオン交換体の周縁部を挟持する分割治具からなることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
請求項４に記載の発明は、前記イオン交換体保持部を、前記加工電極及び給電電極の少なくと一方を具備する電極部に固定して、前記イオン交換体を前記電極部に固定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項５に記載の発明は、前記イオン交換体交換手段は、複数のイオン交換体保持部を収容するストッカと前記加工電極及び給電電極の少なくとも一方を具備する電極部との間で、前記イオン交換体保持部を交換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研磨部と、基板を着脱自在に保持し、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間を移動自在なトップリングを更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、基板をトップリングで保持したまま、化学機械的研磨部での化学機械的研磨（ＣＭＰ）と、電解加工部での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行って、研磨液を用いる化学機械的研磨の負荷を軽減することができる。なお、化学機械的研磨部で研磨する工程と、電解加工部で電解加工する工程は、任意の順番で、任意の回数行うことができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間に配置され、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間で、前記トップリングに基板を受け渡し可能なプッシャを更に有することを特徴とする請求項６記載の基板処理装置である。
これにより、プッシャを介して基板を受渡すことで、化学機械的研磨での化学機械的研磨と、電解加工部での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行うことができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、前記電解加工部において、液体に酸化防止剤が添加されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項９に記載の発明は、前記化学機械的研磨部には、研磨テーブルが複数備えられていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この例では、図１８（ｂ）に示す、絶縁膜２上に堆積した銅膜６及びバリアメタル５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することで、図１８（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線が形成するようにした例を示しているが、銅膜以外にも適用できることは勿論である。
【００３５】
図１及び図２は、本発明が適用される基板処理装置１０を示し、図３は、この基板処理装置１０を備えた基板処理システムの全体構成を示す。図３に示すように、この基板処理システムは、例えば、図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）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１２、基板Ｗを反転させる反転機１４、基板受渡し用のプッシャ１６、洗浄装置１８及び基板処理装置１０を備えている。そして、ロード・アンロード部１２、反転機１４、プッシャ１６及び洗浄装置１８に囲まれた位置に、これらの間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての走行型搬送ロボット２０が配置されている。更に、基板処理装置１０による電解加工の際に、下記の加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間を流れる電流を任意に制御する等の種々の制御を行う制御部２２が備えられている。
【００３６】
図１及び図２に示すように、基板処理装置１０は、基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研磨部２４と、基板の表面を超純水または純水を用いた電解加工でエッチングする電解加工部２６と、基板を着脱自在に保持して化学機械的研磨部２４と電解加工部２６との間を搬送する搬送部２８とから主に構成されている。
【００３７】
化学機械的研磨部２４は、回転（自転）自在な研磨テーブル３０と、この研磨テーブル３０の上面に貼着した研磨布３２を有し、この研磨布３２の上面が研磨面３２ａとなるようになっており、研磨テーブル３０の上方に、研磨布３２に砥液（研磨液）３４を供給する砥液ノズル３６が配置されている。なお、市場で入手できる研磨布３２としては、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００等が挙げられる。化学機械的研磨では、砥粒を介して基板の平坦化が行われる。研磨テーブル３０と基板Ｗは、相対運動すればよく、研磨テーブル３０は、自転の他、スクロール運動（並進回転運動）、往復直線運動するようにしてもよい。
【００３８】
電解加工部２６は、中空モータ４０に直結され該中空モータ４０の駆動に伴って、自転を行わない公転運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行う加工テーブル４２を有している。この加工テーブル４２は、絶縁体から構成されており、この加工テーブル４２の上面に、扇状の加工電極４４と給電電極４６とが円周方向に沿って所定間隔離間して交互に埋設され、この加工電極４４と給電電極４６の上面にイオン交換体４８が配置されている。更に、中空モータ４０の内部には、外部から延びる純水供給管（図示せず）が配置され、加工テーブル４２の中心部には、この純水供給管と連通して加工テーブル４２の上面で開口する貫通孔が設けられている。これによって、この純水供給管と連通孔を通って、純水、好ましくは超純水が加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給されるようになっている。
【００３９】
ここで、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。なお、純水、好ましくは超純水の代わりに、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体や、任意の電解液を使用、または酸化防止剤（例えばＢＴＡ；ベンゾトリアゾール）を添加してもよい。加工中に電解液を供給、または酸化防止剤（例えばＢＴＡ；ベンゾトリアゾール）を添加することにより、加工生成物、気体発生等による加工不安定性を除去でき、均一な、再現性のよい加工が得られる。ＢＴＡは、各種金属の表面に薄い皮膜を形成する。本発明による電解加工では形成された皮膜をイオン交換体のスクラブ効果により取除くことができ、露出した酸化膜の形成されていない金属表面を加工電極もしくは加工電極の上のイオン交換体と接触させることができる。
【００４０】
この例では、加工テーブル４２の上面に複数の扇状の電極板５０を円周方向に沿って配置し、この電極板５０に電源５２の陰極と陽極とを交互に接続することで、電源５２の陰極と接続した電極板５０が加工電極４４となり、陽極と接続した電極板５０が給電電極４６となるようにしている。これは、例えば銅にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるからであり、被加工材料によっては、陰極側が給電電極となり、陽極側が加工電極となるようにしてもよい。つまり、被加工材料が、例えば銅、モリブデンまたは鉄にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源５２の陰極と接続した電極板５０が加工電極４４となり、陽極と接続した電極板５０が給電電極４６となるようにする。一方、例えばアルミニウムやシリコンにあっては、陽極側で電解加工作用が生じるため、電極の陽極に接続した電極を加工電極となし、陰極側を給電電極とすることができる。
【００４１】
イオン交換体４８は、例えば、アニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成されている。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（第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。
【００４２】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して第４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。従って、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００４３】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、前記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００４４】
なお、イオン交換体４８の素材の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系高分子、またはその他有機高分子が挙げられる。また素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多孔質材、ネット、短繊維等が挙げられる。
【００４５】
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４８をアニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、純水または超純水や電解液等の液体が不織布の内部を自由に移動して、不織布内部の水分解触媒作用を有する活性点に容易に到達することが可能となって、多くの水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離される。さらに、解離によって生成した水酸化物イオンが純水または超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良く加工電極４４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】
更に、図１に示すように、加工テーブル４２の側方に位置して、イオン交換体４８を再生する再生部５４が備えられている。この再生部５４は、揺動自在な揺動アーム５６と、この揺動アーム５６の自由端に保持した再生ヘッド５８とを有している。そして、電源５２（図２参照）を介して、イオン交換体４８に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４８を再生できるようになっている。この場合、再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【００４８】
搬送部２８は、化学機械的研磨部２４と電解加工部２６とに挟まれた位置に設置され、下端に取付けた旋回モータ６０の駆動に伴って旋回する旋回軸６２を有している。この旋回軸６２には、上端に取付けた上下動モータ６４の駆動に伴って軸方向に沿って上下動する上下動板６６が備えられ、この上下動板６６に水平方向に延びるトップリングヘッド６８の基端部が固定されている。このトップリングヘッド６８の自由端には、昇降軸７２が備えられ、この昇降軸７２の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング７４がボールジョイント７６を介して傾動自在に連結されている。
【００４９】
昇降軸７２と平行に、この昇降軸７２を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを所定の押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ７８が配置されている。更に、この昇降軸７２に取付けた従動プーリ８０とトップリング回転用モータ８２の駆動軸に取付けた駆動プーリ８４との間にタイミングベルト８６が掛け渡され、これによって、このモータ８２の駆動に伴って、トップリング７４が昇降軸７２と一体に回転するようになっている。
【００５０】
これにより、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を図３に示すプッシャ１６の直上方に移動させ、このプッシャ１６を上昇させて、プッシャ１６から基板Ｗを受取る。そして、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させ、シリンダ７８を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給する。これによって、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００５１】
また、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【００５２】
次に、この基板処理システムによる基板処理（電解加工）について説明する。なお、この例では、トップリング７４で保持した基板Ｗの表面を化学機械的研磨で研磨し、次に、電解加工でエッチングした後、更に化学機械的研磨で研磨することで、図１８に示す、基板Ｗの表面に成膜した銅膜６を化学機械的研磨と電解加工を併用して除去し、例えばＴａＮからなるバリアメタル（バリア層）５が露出した時に該バリアメタル５を化学機械的研磨で除去するようにした例を示す。この化学機械的研磨で研磨する工程と、電解加工でエッチングする工程は、任意の順番で、任意の回数行うことができることは勿論である。
【００５３】
先ず、例えば図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）として銅膜（導電性材料）６を形成した基板Ｗを収納してロード・アンロード部１２にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボット２０で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させて、基板Ｗの銅膜６を形成した表面が下を向くようにする。次に、この表面が下を向いた基板Ｗを搬送ロボット２０でプッシャ１６まで搬送してプッシャ１６上に載置する。そして、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４をプッシャ１６の直上方に移動させ、プッシャ１６を上昇させて、プッシャ１６上の基板Ｗをトップリング７４で吸着保持する。
【００５４】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させ、シリンダ７８を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧する。この状態で、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。そして、基板Ｗ上に銅膜６の膜厚が所定の値に達したことを検知した時、トップリング７４を上昇させ、研磨テーブル３０とトップリング７４の回転を停止し、更に砥液の供給を停止して化学機械的研磨を一旦終了する。
【００５５】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持したまま、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【００５６】
つまり、イオン交換体４８により生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、基板Ｗに設けられた銅膜６の電解加工を行うのであり、純水、好ましくは超純水がイオン交換体４８の内部を流れるようにすることで、水素イオンまたは水酸化物イオンを多量に生成し、これを基板Ｗの表面に供給することで、効率のよい電解加工を行うことができる。
【００５７】
ここで、純水、好ましくは超純水がイオン交換体４８の内部を流れるようにすることで、水の解離反応を促進させる官能基（強酸性陽イオン交換材料ではスルホン酸基）に充分な水を供給して水分子の解離量を増加させ、水酸化物イオン（もしくはＯＨラジカル）との反応により発生した加工生成物（ガスも含む）を水の流れにより除去して、加工効率を高めることができる。従って、純水、好ましくは超純水の流れは必要で、また純水、好ましくは超純水の流れとしては、一様かつ均一であることが望ましく、一様かつ均一な流れとすることで、イオンの供給及び加工生成物の除去の一様性及び均一性、ひいては加工効率の一様性及び均一性を図ることができる。
【００５８】
この時、加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間に供給する電流を制御部２２で任意に変化させて加工レートを最適に調整し、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル５が露出したこと検知した時に電解研磨を終了する。つまり、加工電極４４と給電電極４６との間に供給する電圧にあっては、この電圧を高くすると、加工電極４４と給電電極４６との間を流れる電流値が大きなり、この結果、加工レートも大きくなる。そこで、このように、加工電極４４と給電電極４６との間に供給する電圧または電流の少なくとも一方を、任意（例えば経時的）に変化させることで、加工の段階（状況）に合わせて加工レートを最適に調整することができる。
そして、電解加工完了後、電源５２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。
【００５９】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持したまま、前述と同様にして、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させ、トップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００６０】
そして、図１８（ｃ）に示すように、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の表面とがほぼ同一平面となって、銅膜６からなる配線が形成されされたことを検知した時、トップリング７４を上昇させ、研磨テーブル３０とトップリング７４の回転を停止し、更に砥液の供給を停止して化学機械的研磨を終了する。
【００６１】
この研磨終了後、トップリングヘッド６８を揺動させて基板Ｗをプッシャ１６に受渡す。搬送ロボット２０は、このプッシャ１６から基板Ｗを受取り、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させ、更に洗浄装置１８に搬送して洗浄・乾燥した後、基板Ｗをロード・アンロード部１２のカセットに戻す。
【００６２】
なお、この例では、電解加工部２６に純水、好ましくは超純水を供給した例を示している。このように電解質を含まない純水、好ましく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４８にイオン交換反応で即座に捕捉されるため、溶解した銅イオン等が基板Ｗの他の部分に再度析出したり、酸化されて微粒子となり基板Ｗの表面を汚染したりすることがない。
【００６３】
ここで、超純水は、比抵抗が大きく電流が流れ難いため、電極と被加工物との距離を極力短くしたり、電極と被加工物との間にイオン交換体を挟むことで電気抵抗を低減したりしているが、さらに電解液を組み合わせることで、更に電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。なお、電解液による加工では、被加工物の加工される部分が加工電極よりやや広い範囲に及ぶが、超純水とイオン交換体の組合せでは、超純水にほとんど電流が流れないため、被加工物の加工電極とイオン交換体が投影された範囲内のみが加工されることになる。
【００６４】
また、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、さらに電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリなどの溶液が使用でき、被加工物の特性によって適宜選択して使用すればよい。電解液を用いる場合は、基板Ｗとイオン交換体４８との間に僅かの隙間を設けて非接触とすることが好ましい。
【００６５】
更に、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗとイオン交換体４８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）の集中を緩和して加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が望ましい。なお、電気伝導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工速度を得ることができる。
【００６６】
また、基板Ｗと加工電極４４及び給電電極４６との間にイオン交換体４８を挟むことで、加工速度を大幅に向上させるようにしている。つまり、超純水電気化学的加工は、超純水中の水酸化物イオンと被加工材料との化学的相互作用によるものである。しかし、超純水中に含まれる反応種である水酸化物イオン濃度は、常温・常圧状態で１０−７ｍｏｌ／Ｌと微量であるため、除去加工反応以外の反応（酸化膜形成等）による除去加工効率の低下が考えられる。このため、除去加工反応を高効率で行うためには、水酸化物イオンを増加させる必要がある。そこで、水酸化物イオンを増加させる方法として、触媒材料により超純水の解離反応を促進させる方法があり、その有力な触媒材料としてイオン交換体が挙げられる。具体的には、イオン交換体中の官能基と水分子との相互作用により水分子の解離反応に関する活性化エネルギを低下させる。これによって、水の解離を促進させて、加工速度を向上させることができる。
【００６７】
ここで、例えばイオン交換体４８としてカチオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、加工終了後に銅がイオン交換体（カチオン交換体）４８のイオン交換基を飽和しており、次の加工を行う時の加工効率が悪くなる。また、イオン交換体４８としてアニオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、イオン交換体（アニオン交換体）４８の表面に銅の酸化物の微粒子が生成されて付着し、次の処理基板の表面を汚染するおそれがある。
【００６８】
そこで、このような場合に、揺動アーム５６の自由端に保持した再生ヘッド５８を加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、電源５２を介してイオン交換体４８に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４８を再生する。この場合、再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【００６９】
図４は、本発明が適用される他の基板処理装置１０ａを示す。この基板処理装置１０ａの前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、化学機械的研磨部２４として、研磨テーブル３０の表面（上面）に固定砥粒からなる固定砥粒定盤９０を貼着し、この固定砥粒定盤９０の表面を研磨面９０ａとなすとともに、研磨テーブル３０の上方に、砥粒を含まない純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添加した液体９１を供給する液体ノズル９２を配置した点である。
【００７０】
ここに、固定砥粒は、例えばセリアやシリカ等の砥粒を、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＭＢＳやＡＢＳ等のコアシェル型樹脂等のバインダ中に固定し、金型で板状に成形したものである。この砥粒とバインダと空孔率の比率は、例えば、砥粒：バインダ：空孔率＝１０〜５０％：３０〜８０％：０〜４０％（境界値を含む）である。
【００７１】
このような固定砥粒定盤９０は、硬質の研磨面９０ａを構成しており、傷（スクラッチ）の発生を防止しつつ、安定した研磨速度が得られ、しかも砥粒を含まない純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添加した液体を供給して化学機械的研磨を行うことで、高価で取扱いが面倒な研磨液の使用量を削減することができる。
【００７２】
図５は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｂを示す。この基板処理装置１０ｂの前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、研磨テーブル３０として、基板Ｗの直径よりやや大きな直径を有し、中空モータ９４の回転によって、自転を行わない公転運動、いわゆる並進運動（スクロール運動）を行うようにしたものを使用し、更に砥液供給ライン９６に介装したポンプ９８の駆動に伴い、中空モータ９４の中空部、及び研磨テーブル３０の内部に設けた砥液流路３０ａを通過させて、砥液を研磨布３２に供給するようにした点である。この例によれば、研磨テーブル３０の小型化を図るとともに、基板Ｗと研磨布３２の研磨面３２ａとの摺動速度を基板Ｗの全面に亘って均一にすることができる。
【００７３】
図６は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｃを示す。この基板処理装置１０ｃの前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、化学機械的研磨部２４として、モータの駆動に伴って回転する駆動ローラ１００と該駆動ローラ１００と平行に配置した従動ローラ１０２との間に、無端状の研磨布１０４を走行自在に掛け渡し、上方を走行する研磨布１０４の下方に押圧台１０６を配置したものを使用し、更に、電解加工部２６の加工テーブル４２の上面に配置されるイオン交換体４８として、この例では、一対の強酸性カチオン交換繊維４８ａ，４８ｂと、この強酸性カチオン交換繊維４８ａ，４８ｂに挟まれた強酸性カチオン交換膜４８ｃとの３層構造からなる積層体で構成したものを使用した点である。ここで、砥液３４を供給する砥液ノズル３６は、押圧台１０６の上流側に配置されている。また、イオン交換体（積層体）４８は、通水性が良く、硬度が高いばかりでなく、基板Ｗと対向する露出表面（上面）が良好な平滑性を有するようになっている。
【００７４】
この例によれば、シリンダ７８を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨布１０４の研磨面に所定の押圧力で押圧し、トップリング７４を回転させつつ、研磨布１０４を走行させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布１０４に砥液３４を供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００７５】
ここに、イオン交換体４８を不織布、織布、多孔膜等のイオン交換材料を複数枚重ねた多層構造とすることで、イオン交換体４８の持つトータルのイオン交換容量を増加させ、例えば、銅の除去（研磨）加工を行う際に、酸化物の発生を抑制して、酸化物が加工レートに影響することを防止することができる。つまり、イオン交換体４８のトータルのイオン交換容量が除去加工の段階で取り込まれる銅イオンの量よりも小さい場合には、酸化物がイオン交換体の表面もしくは内部に生成されてしまい、加工レートに影響を及ぼす。この原因としては、イオン交換体のイオン交換基の量が影響し、容量以上の銅イオンは酸化物となると考えられる。このため、イオン交換体４８を、イオン交換材料を複数枚重ねた多層構造として、トータルのイオン交換容量を高めることで、酸化物の発生を抑制することができる。
【００７６】
図７は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｄを示す。この基板処理装置１０ｄは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の化学機械的研磨部２４と電解加工部２６とを備えており、この化学機械的研磨部２４と電解加工部２６との間に、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ１０８が配置されている。
【００７７】
更に、化学機械的研磨部２４の側方に位置して、旋回自在な第１旋回軸１１０が配置され、この第１旋回軸１１０に該旋回軸１１０の旋回に伴って揺動する第１トップリングヘッド１１２が上下動自在に備えられている。この第１トップリングヘッド１１２の自由端に第１昇降軸１１４が回転自在に支承され、この第１昇降軸１１４の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持する第１トップリング１１６が取付けられている。更に、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗを所定の押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ１１８と、第１トップリング１１６を回転させる第１トップリング回転用モータ１２０が備えられている。
【００７８】
これにより、プッシャ１０８上に置かれた基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させた第１トップリング１１６で吸着保持し、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させて研磨テーブル３０の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に化学機械的研磨を行い、この研磨後の基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させてプッシャ１０８に戻すことができるようになっている。
【００７９】
一方、電解加工部２６の側方に位置して、旋回自在な第２旋回軸１３０が配置され、この第２旋回軸１３０に該旋回軸１３０の旋回に伴って揺動する第２トップリングヘッド１３２が上下動自在に備えられている。この第２トップリングヘッド１３２の自由端に第２昇降軸１３４が回転自在に支承され、この第２昇降軸１３４の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持する第２トップリング１３６が取付けられている。更に、第２トップリング１３６を回転させる第２トップリング回転用モータ１４０が備えられている。
【００８０】
これにより、プッシャ１０８上に置かれた基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させた第２トップリング１３６で吸着保持し、この第２トップリング１３６で保持した基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させて加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させてプッシャ１０８に戻すことができるようになっている。
【００８１】
この例によれば、例えば化学機械的研磨部２４で研磨を行った基板をプッシャ１０８上に置き、この研磨後のプッシャ１０８上に置かれた基板を電解加工部２６で電解加工して、プッシャ１０８に戻すことができ、これによって、プッシャ１０８を介して基板Ｗを受渡すことで、化学機械的研磨部２４での化学機械的研磨と、電解加工部２６での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行うことができる。
【００８２】
図８及び図９は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｅを示す。この基板処理装置１０ｅは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂと、１つの電解加工部２６とを備えている。そして、これらの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂ及び電解加工部２６は、直列に沿った位置に配置されており、これらの側方に、基板Ｗを保持して走行する基板搬送装置１５０が配置されている。
【００８３】
この基板搬送装置１５０は、ベース１５２と、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０の搬送部２８とほぼ同様な構成で、ベース１５２に設けた走行用モータ１５４の駆動に伴って、該ベース１５２に沿って走行する走行部１５６とを有している。この走行部１５６は、支柱１５８を有し、この支柱１５８には、上端に取付けた上下動モータ１６０の駆動に伴って軸方向に沿って上下動する上下動板１６２が備えられ、この上下動板１６２に水平方向に延びるトップリングヘッド１６４の基端部が固定されている。このトップリングヘッド１６４の自由端には、昇降軸１６６が備えられ、この昇降軸１６６の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング１６８がボールジョイント１７０を介して傾動自在に連結されている。
【００８４】
昇降軸１６６と平行に、この昇降軸１６６を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを所定の押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ１７２が配置されている。更に、この昇降軸１６６に取付けた従動プーリ１７４とトップリング回転用モータ１７６の駆動軸に取付けた駆動プーリ１７８との間にタイミングベルト１８０が掛け渡され、これによって、このモータ１７６の駆動に伴って、トップリング１６８が昇降軸１６６と一体に回転するようになっている。
【００８５】
これにより、例えば、一方の化学機械的研磨部２４ａでの化学機械的研磨、電解加工部２６での電解加工、他方の化学機械的研磨部２４ｂでの化学機械的研磨を順に行う場合には、トップリング１６８で基板Ｗを保持した状態で、走行部１５６を走行させて、トップリング１６８を化学機械的研磨部２４ａの研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング１６８を下降させ、シリンダ１７２を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング１６８とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給する。これによって、基板の表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００８６】
次に、トップリング１６８で基板Ｗを保持したまま、トップリング１６８を上昇させ、走行部１５６を走行させて、トップリング１６８を電解加工部２６の加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、上下動モータ１６０の駆動により、トップリング１６８で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング１６８とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【００８７】
そして、トップリング１６８で基板Ｗを保持したまま、トップリング１６８を上昇させ、走行部１５６を走行させて、トップリング１６８を化学機械的研磨部２４ｂの研磨テーブル３０の上方に移動させる。しかる後、前述と同様に、シリンダ１７２を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリング１６８とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板の表面（下面）の化学機械的研磨を行う。
【００８８】
ここで、各化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂでは、プロセスステップを変えた化学機械的研磨を行う。このプロセスステップを変えるとは、加工工具、基板と研磨面との相対速度、加工液、基板の押圧力等の少なくとも１つを変えることを意味する。なお、同一の化学機械的研磨部で、プロセスステップを変えた化学機械的研磨を行うようにしてもよい。
【００８９】
図１０は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｆを示す。この基板処理装置１０ｆは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂと、１つの電解加工部２６とを備えており、この一方の化学機械的研磨部２４ａと電解加工部２６との間、及び２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂの間に、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられているものと同様な構成の、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ１０８ａ，１０８ｂがそれぞれ配置されている。
【００９０】
更に、各化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂの側方には、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられているものとほぼ同様な構成を備えた旋回自在な第１旋回軸１１０が配置され、プッシャ１０８ａまたは１０８ｂ上に置かれた基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８ａまたは１０８ｂの直上方に移動させた第１トップリング１１６で吸着保持し、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させて研磨テーブル３０の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に化学機械的研磨を行い、この研磨後の基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０８ａまたは１０８ｂの直上方に移動させてプッシャ１０８ａまたは１０８ｂに戻すことができるようになっている。
【００９１】
一方、電解加工部２６の側方には、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられているものとほぼ同様な構成を備えた第２旋回軸１３０が配置され、プッシャ１０８ａ上に置かれた基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８ａの直上方に移動させた第２トップリング１３６で吸着保持し、この第２トップリング１３６で保持した基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させて加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８ａの直上方に移動させてプッシャ１０８ａに戻すことができるようになっている。
【００９２】
この例によれば、例えば電解加工部２６で電解加工を行った基板をプッシャ１０８ａ上に置き、この電解加工後のプッシャ１０８ａ上に置かれた基板を化学機械的研磨部２４ａで研磨して、この研磨後の基板をプッシャ１０８ｂ上に置き、この研磨後のプッシャ１０８ｂ上に置かれた基板を化学機械的研磨部２４ｂで研磨してプッシャ１０８ｂに戻すことができ、これによって、プッシャ１０８ａ，１０８ｂを介して基板Ｗを受渡すことで、化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂでの化学機械的研磨と、電解加工部２６での電解加工（エッチング）の両処理を連続して行うことができる。
【００９３】
なお、この例では、ロード・アンロード機構を備えた２つのプッシャ１０８ａ，１０８ｂを備えた例を示しているが、例えば化学機械的研磨部２４ａと電解加工部２６との間のみにロード・アンロード機構を備えたプッシャを配置し、２つの化学機械的研磨部の間は、共通のトップリングを使用するようにしてもよい。
【００９４】
図１１及び図１２は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｇを示し、図１３は、この基板処理装置１０ｇを備えた基板処理システムの全体構成を示す。図１３に示すように、この基板処理システムは、例えば、図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）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１２、基板Ｗを反転させる反転機１４、基板受渡し用のプッシャ１６、洗浄装置１８及び基板処理装置１０ｇを備えている。そして、ロード・アンロード部１２、反転機１４、プッシャ１６及び洗浄装置１８に囲まれた位置に、これらの間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての走行型搬送ロボット２０が配置されている。更に、基板処理装置１０ｇによる電解加工の際に、下記の加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間を流れる電流を任意に制御する等の種々の制御を行う制御部２２が備えられている。
【００９５】
基板処理装置１０ｇには、複数の電解加工部が備えられている。例えば、図１１及び図１２に示す例では、基板の表面を超純水または純水を用いた電解加工でエッチングする第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂの２個の電解加工部が備えられ、これら電解加工部２６ａ，２６ｂの間に、基板Ｗを着脱自在に保持して第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂとの間を搬送する搬送部２８が配置されている。
【００９６】
第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂは、共に中空モータ４０に直結され該中空モータ４０の駆動に伴って、自転を行わない公転運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行う加工テーブル４２を有している。この加工テーブル４２は、絶縁体から構成されており、この加工テーブル４２の上面に、扇状の加工電極４４と給電電極４６とが円周方向に沿って所定間隔離間して交互に埋設されている。そして、第１の電解加工部２６ａの加工電極４４と給電電極４６の上面には、第１のイオン交換体４８ｄが、第２の電解加工部２６ｂの加工電極４４と給電電極４６の上面には、第２のイオン交換体４８ｅがそれぞれ配置されている。
【００９７】
ここで、第１の電解加工部２６ａにあっては、その第１のイオン交換体４８ｄとして弾性が高く変形しにくいものが、第２の電解加工部２６ｂにあっては、その第２のイオン交換体４８ｅとして弾性の低い（前記第１のイオン交換体４８ｄより弾性率が小さく変形しやすい）ものがそれぞれ使用されている。ここで、弾性の高いイオン交換体４８ｄとしては、例えば Nafion117 (Dupont社製)等が挙げられる。また、弾性の低いイオン交換体４８ｅとしては、織布や不織布にグラフト重合を施してイオン交換能力を付加したものなどが挙げられる。
このイオン交換体４８ｄ，４８ｅとしては、前述の図６に示す基板処理装置１０ｃに使用されている３層構造のものの他、任意の形状や構造を有するものが使用できることは勿論である。
【００９８】
なお、第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂは、使用されているイオン交換体の種類（弾性の高低）が異なるだけで、その他の構成は全て同じである。そこで、第１の電解加工部２６ａのイオン交換体４８ｄと第２の電解加工部２６ｂのイオン交換体４８ｅを共にイオン交換体４８として以下説明する。
【００９９】
中空モータ４０の内部には、外部から延びる純水供給管（図示せず）が配置され、加工テーブル４２の中心部には、この純水供給管と連通して加工テーブル４２の上面で開口する貫通孔が設けられている。これによって、この純水供給管と連通孔を通って、純水、好ましくは超純水が加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給されるようになっている。
【０１００】
更に、図１１に示すように、加工テーブル４２の側方に位置して、イオン交換体４８を再生する再生部５４が備えられている。この再生部５４は、揺動自在な揺動アーム５６と、この揺動アーム５６の自由端に保持した再生ヘッド５８とを有している。そして、電源５２（図１２参照）を介して、イオン交換体４８に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４８を再生できるようになっている。この場合、再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【０１０１】
搬送部２８は、第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂとに挟まれた位置に設置され、下端に取付けた旋回モータ６０の駆動に伴って旋回する旋回軸６２を有している。この旋回軸６２には、上端に取付けた上下動モータ６４の駆動に伴って軸方向に沿って上下動する上下動板６６が備えられ、この上下動板６６に水平方向に延びるトップリングヘッド６８の基端部が固定されている。このトップリングヘッド６８の自由端には、昇降軸７２が備えられ、この昇降軸７２の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング７４がボールジョイント７６を介して傾動自在に連結されている。
【０１０２】
昇降軸７２と平行に、この昇降軸７２を昇降させるシリンダ７８が配置されている。更に、この昇降軸７２に取付けた従動プーリ８０とトップリング回転用モータ８２の駆動軸に取付けた駆動プーリ８４との間にタイミングベルト８６が掛け渡され、これによって、このモータ８２の駆動に伴って、トップリング７４が昇降軸７２と一体に回転するようになっている。
【０１０３】
これにより、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を図１３に示すプッシャ１６の直上方に移動させ、このプッシャ１６を上昇させて、プッシャ１６から基板Ｗを受取る。そして、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第１の電解加工部２６ａまたは第２の電解加工部２６ｂの一方の加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加工（エッチング）を行う。
【０１０４】
次に、この基板処理システムによる基板処理（電解加工）について説明する。先ず、例えば図１８（ｂ）に示す、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を収納してロード・アンロード部１２にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボット２０で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させて、基板Ｗの銅膜６を形成した表面が下を向くようにする。次に、この表面が下を向いた基板Ｗを搬送ロボット２０でプッシャ１６まで搬送してプッシャ１６上に載置する。そして、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４をプッシャ１６の直上方に移動させ、プッシャ１６を上昇させて、プッシャ６１上の基板Ｗをトップリング７４で吸着保持する。
【０１０５】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第１の電解加工部２６ａの加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８ｄに近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８ｅに供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工を行う。
【０１０６】
この第１の電解加工部２６ａでは、表面が平滑で高弾性のイオン交換体４８ｄを使用して、基板Ｗに積層した銅膜６の表面に生じている段差を解消することを目的とした研磨を行う。つまり、イオン交換体が柔らかく変形しやすいと、銅膜６の表面の凹凸にイオン交換体が倣ってしまい、銅膜６の凸部を選択的に段差解消することが困難であるが、表面が平滑で高弾性（変形しにくい）のイオン交換体を用いることで、銅膜６と接する部分のみで加工が進み、段差解消が達成される。
【０１０７】
そして、基板Ｗ上に銅膜６の研磨が進み、この表面の段差が解消されたことを検知した時、電源５２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。
【０１０８】
次に、トップリング７４で基板Ｗを保持したまま、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第２の電解加工部２６ｂの加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８ｅに近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８ｅに供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工を行う。
【０１０９】
この第２の電解加工部２６ｂでは、表面が平滑で低弾性のイオン交換体４８ｅを使用して銅膜６の研磨を進める。つまり、段差解消が終了した後も所定の膜厚まで銅膜６の除去加工を進める必要があり、その場合には、銅膜６は平坦になっているので、イオン交換体が高弾性である必要はない。そこで、この様に段差解消が終了した銅膜６の加工には、低弾性のイオン交換体を用いることができる。
【０１１０】
そして、基板Ｗ上に銅膜６の研磨が進み、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル（バリア層）５が露出したことを検知した時に、電源５２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。
【０１１１】
ここで、第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂでの加工に際し、相対速度などは特に変える必要はない。しかし、電流密度を低くした方が、段差解消能力が高い。従って、第１の電解加工部２６ａでの平坦化加工時は電流密度を比較的小さくし、平坦化終了後の第２の電解加工部２６ｂでの加工では電流密度を高め、基板全面を高速で除去することが好ましい。また、第１の電解加工部２６ａでの加工では、平坦度を得るために供給する液体として超純水を用いることが望ましいが、第２の電解加工部２６ｂでの加工では、既に平坦度は得られているため、電解質を含む液体を加工液として用いて高速度で加工を進めるようにしてもよい。その場合は、第２の電解加工部２６ｂにイオン交換体を配置しなくてもよい。また、段差に比べて膜厚が大きい場合などに於いては、第２の電解加工部２６ｂで電解液による加工を行い、その後第１の電解加工部２６ａで超純水による加工を行ってもよい。
【０１１２】
この研磨終了後、トップリングヘッド６８を揺動させて基板Ｗをプッシャ１６に受渡す。搬送ロボット２０は、このプッシャ１６から基板Ｗを受取り、必要に応じて反転機１４に搬送して反転させ、更に洗浄装置１８に搬送して洗浄した後、洗浄後の基板Ｗをロード・アンロード部１２のカセットに戻す。
【０１１３】
図１４は、本発明が適用される更に他の基板処理装置１０ｈを示す。この基板処理装置１０ｈは、前記図１１及び図１２に示す基板処理装置１０ｇに備えられているものと同様な構成の第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂの他に、第３の電解加工部２６ｃを備えており、この第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２６ｂの間、及び第２の電解加工部２６ｂと第３の電解加工部２６ｃの間に、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ２０８ａ，２０８ｂがそれぞれ配置されている。この第３の電解加工部２６ｃは、その第３のイオン交換体４８ｆとして、図１８に示す、バリアメタル（バリア層）５を研磨除去するのに最適なものを使用したもので、その他の構成は、第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂと同様である。
【０１１４】
そして、第１の電解加工部２６ａ、第２の電解加工部２６ｂ及び第３の電解加工部２６ｃの側方には、旋回自在な旋回軸２１０が配置され、プッシャ２０８ａまたは２０８ｂ上に置かれた基板Ｗを、旋回軸２１０を介して旋回アーム２１２を旋回させてプッシャ２０８ａまたは２０８ｂの直上方に移動させたトップリング２１６で吸着保持し、このトップリング２１６で保持した基板Ｗを、旋回軸２１０を旋回させて、加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、旋回軸２１０を旋回させてプッシャ２０８ａまたは２０８ｂの直上方に移動させてプッシャ２０８ａまたは２０８ｂに戻すことができるようになっている。
【０１１５】
この例によれば、例えば前述のようにして、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル５が露出するまで研磨が進んだ基板Ｗをプッシャ２０８ｂ上に置き、この基板Ｗを第３の電解加工部２６ｃに搬送し、この第３の電解加工部２６ｃでバリアメタル５を研磨除去する。そして、図１８（ｃ）に示すように、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の表面とがほぼ同一平面となって、銅膜６からなる配線が形成されたことを検知した時、研磨を終了する。そして、この研磨を終了した基板Ｗを、プッシャ２０８ａ，２０８ｂ等を介して、前述と同様にして、ロード・アンロード部１２のカセットに戻す。
これにより、第１のイオン交換体４８ｄ及び第２のイオン交換体４８ｅとは別の第３のイオン交換体４８ｆを使用した第３の電解加工部２６ｃで、加工条件の異なる、例えばバリアメタル５の除去加工を効率的に行うことができる。
【０１１６】
なお、この例では、バリアメタル５を第３の電解加工部２６ｃで研磨除去するようにしているが、この第３の電解加工部２６ｃの代わりに、基板を化学機械的研磨する化学的機械的研磨部を備え、この化学的機械的研磨部の、例えば研磨パッドとスラリーを用いた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）でバリアメタルを除去加工するようにしてもよい。
【０１１７】
図１５は、本発明の実施の形態の基板処理装置１０ｉの電解加工部３００を、図１６は、同じく、イオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を電解加工部３００の電極部３１８に装着する時の状態を、図１７は、この基板処理装置１０ｉを備えた基板処理システムの全体構成をそれぞれ示す。この基板処理装置１０ｉは、図１７に示すように、電解加工部３００と、膜状のイオン交換体３０２を保持した、例えばカートリッジタイプの複数のイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂを収納するストッカ３０６ａ，３０６ｂと、電解加工部３００に備えられたイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂをストッカ３０６ａ，３０６ｂ内に収納されたイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂに取換えるイオン交換体交換手段としての交換用ロボット３０８，３０９とから主に構成されている。なお、この基板処理システムの他の構成は、図１３に示すものと同様であるので、ここでは図１３に示す部材と同一または相当部材には同一符号を付してその説明を省略する。ロボット３０８，３０９はそれぞれ軸３０８ｂ，３０９ｂを中心に回動し、アーム３０８ａ，３０９ａによりイオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂをストッカ３０６ａ，３０６ｂと電解加工部３００の間を移動させる。
【０１１８】
この電解加工部３００は、図１５に示すように、水平方向に揺動自在な揺動アーム３１０の自由端に垂設されて基板Ｗをその表面を下向き（フェイスダウン）にして吸着保持する基板保持部３１２と、円板状で絶縁体からなり、扇状の加工電極３１４と給電電極３１６とを該加工電極３１４と給電電極３１６の表面（上面）が同一面となるように露出させて交互に埋設した電極部３１８とを上下に備えている。電極部３１８の上部には、イオン交換体３０２を保持するイオン交換体保持部３０４が着脱自在に設けられ、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８の上部に装着した時に、イオン交換体３０２が加工電極３１４と給電電極３１６の表面を一体に覆うように構成されている。
【０１１９】
この例では、加工電極３１４と給電電極３１６とを有する電極部３１８として、基板保持部３１２で保持する基板Ｗの直径よりやや大きな直径を有するものを使用し、電極部３１８を相対運動（ここではスクロール運動）させて、基板Ｗの表面全域を同時に電解加工するようにしている。
【０１２０】
基板保持部３１２を揺動させる揺動アーム３１０は、上下動用モータ３２０の駆動に伴ってボールねじ３２２を介して上下動し、揺動用モータ３２４の駆動に伴って回転する揺動軸３２６の上端に連結されている。また、基板保持部３１２は、揺動アーム３１０の自由端に取付けた自転用モータ３２８に接続され、この自転用モータ３２８の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【０１２１】
電極部３１８は、中空モータ３３０に直結され、この中空モータ３３０の駆動に伴って、スクロール運転（並進回転運動）するようになっている。電極部３１８の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供給する純水供給部としての貫通孔３１８ａが設けられている。そして、この貫通孔３１８ａは、スクロール運転を行わせるために中空モータ３３０の駆動軸に直結したクランク軸３３２に設けた貫通孔３３２ａを介して、中空モータ３３０の中空部の内部を延びる純水供給管３３４に接続されている。純水または超純水は、この貫通孔３３２ａを通して供給された後、吸水性を有するイオン交換体３０２を通じて加工面全域に供給される。
【０１２２】
イオン交換体３０２は、中空円板状の絶縁体からなる一対の分割治具３４０ａ，３４０ｂを有するイオン交換体保持部３０４で保持され、一律に伸張した状態で（一定のテンションをもって）加工電極３１４及び給電電極３１６の露出表面に密着して固定されるようになっている。すなわち、図１６に詳細に示すように、電極部３１８は、大径のベース部３１８ｂと該ベース部３１８ｂの上部に一体に連接した小径の円柱状の電極支持部３１８ｃを有している。一方、イオン交換体３０２は、一対の分割治具３４０ａ，３４０ｂで周縁部を挟持しボルト等で仮止めして、イオン交換体保持部３０４に保持されている。そして、この状態で、図１６（ｂ）に示すように、イオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃに押込み嵌合させて該イオン交換体保持部３０４を電極支持部３１８ｃに固定することで、イオン交換体３０２が固定されるようになっている。
【０１２３】
これにより、このイオン交換体保持部３０４の押込みの際に、イオン交換体３０２とイオン交換体保持部３０４との間に滑りが発生することを防止しつつ、イオン交換体３０２に常に一定のテンションが掛かるようにして、イオン交換体保持部３０４を介してイオン交換体３０２を固定することができる。
【０１２４】
この例において、交換用ロボット３０８は、開閉自在な一対のアーム３０８ａを有しており、このアーム３０８ａでイオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を挟持して保持し、これによって、電極部３１８に装着したイオン交換体保持部３０４とストッカ３０６内に収納したイオン交換体保持部３０４とを交換できるようになっている。つまり、交換用ロボット３０８をそのアーム３０８ａが電極部３１８に装着したイオン交換体保持部３０４の周囲を包囲する位置に移動させ、この状態でアーム３０８ａを閉じてイオン交換体保持部３０４を左右から挟持して保持する。そして、アーム３０８ａを上昇させることで、イオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃから引抜いて取外し、このイオン交換体保持部３０４をストッカ３０６内に搬送し、アーム３０８ａを開くことで、このイオン交換体保持部３０４をストッカ３０６内に収納する。
【０１２５】
次に、交換用ロボット３０８のアーム３０８ａをストッカ３０６内に収納した交換すべきイオン交換体保持部３０４の周囲を包囲する位置に位置させ、この状態でアーム３０８ａを閉じて、ストッカ３０６内のイオン交換体保持部３０４を左右から挟持して保持する。そして、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃの上方に搬送し、アーム３０８ａを下降させることで、イオン交換体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃに押込み嵌合させて該イオン交換体保持部３０４を電極支持部３１８ｃに固定して、イオン交換体３０２を固定する。そして、アーム３０８ａを開いて、イオン交換体保持部３０４の保持を解いた後、交換用ロボット３０８を元の位置に戻す。
【０１２６】
この例によれば、イオン交換体３０２を保持する、例えばカートリッジタイプのイオン交換体保持部３０４を介して、電解加工部３００での加工に使用するイオン交換体３０２を変更することで、単一の電解加工部３００で加工条件が異なる、即ち異なる特性を有するイオン交換体３０２による複数の電解加工を行うことができる。
【０１２７】
ここではイオン交換体をロボットにより交換する例を示したが、人が交換してもよい。その場合は、イオン交換体保持部３０４ａ，３０４ｂを電極部３１８に着脱可能に固定させる機構がイオン交換体交換手段となる。
【０１２８】
この例にあっては、前述の各例とほぼ同様に、電解加工部３００の基板保持部３１２で基板Ｗを吸着保持し、揺動アーム３１０を揺動させて基板保持部３１２を電極部３１８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３２０を駆動して基板保持部３１２を下降させ、この基板保持部３１２で保持した基板Ｗを、電極部３１８の上面にイオン交換体保持部３０４を介して配置したイオン交換体３０２の表面に接触させるか、または近接させる。この状態で、貫通孔３１８ａを通じて、電極部３１８の下側から該電極部３１８の上面に純水または超純水を供給しつつ、加工電極３１４と給電電極３１６との間に電源３３６から所定の電圧を印加し、同時に、基板保持部３１２を回転（自転）させ、電極部３１８をスクロール運動させて電解加工を行う。
【０１２９】
この時、この電解加工に適するイオン交換体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を選択して、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８に装着し、これによって、任意のイオン交換体を使用した電解加工を行う。そして、電解加工の加工条件に合わせて、イオン交換体保持部３０４を介してイオン交換体３０２を変更して使用するのであり、これによって、単一の電解加工部で、加工条件の異なる複数の電解加工を、各加工条件に適したイオン交換体を選択的に使用して行うことができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、純水、好ましくは超純水等を用いた電解加工を従来の化学的機械研磨（ＣＭＰ）と併用することにより、例えば銅配線やコンタクト形成において、化学的機械研磨（ＣＭＰ）が持つ研磨液による半導体基板の汚染や、研磨液自身や洗浄時に使用する薬品のコスト、さらにはこれらの処理における環境への負荷といった問題点を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される基板処理装置の平面図である。
【図２】 本発明が適用される基板処理装置の正面図である。
【図３】図１及び図２に示す基板処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す配置図である。
【図４】 本発明が適用される他の基板処理装置の正面図である。
【図５】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の正面図である。
【図６】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の正面図である。
【図７】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図８】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図９】 図８の正面図である。
【図１０】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図１１】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図１２】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の正面図である。
【図１３】図１１及び図１２に示す基板処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す配置図である。
【図１４】 本発明が適用される更に他の基板処理装置の平面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態の基板処理装置の電解加工部を示す一部切断の正面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態の基板処理装置の電極部にイオン交換体保持部を装着する時の状態を示す図である。
【図１７】図１５及び図１６に示す基板処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す配置図である。
【図１８】銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
５ バリアメタル（バリア層）
６ 銅膜
７ シード層
１０，１０ａ〜１０ｉ 基板処理装置
１２ ロード・アンロード部
２２ 制御部
２４，２４ａ，２４ｂ 化学機械的研磨部
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，３００ 電解加工部
２８ 搬送部
３０ 研磨テーブル
３２，１０４ 研磨布
３２ａ，９０ａ 研磨面
３６ 砥液ノズル
４２ 加工テーブル
４４，３１４ 加工電極
４６，３１６ 給電電極
４８，３０２ イオン交換体
５０ 電極板
５２ 電源
５４ 再生部
５８ 再生ヘッド
６８，１１２，１３２，１６４ トップリングヘッド
７４，１１６，１３６，１６８ トップリング
７６，１７０ ボールジョイント
９０ 固定砥粒定盤
９２ 液体ノズル
１０６ 押圧台
１０８，１０８ａ，１０８ｂ プッシャ
１５０ 基板搬送装置
１５４ 走行部
３０４ イオン交換体保持部
３０４ａ，３０４ｂ イオン交換体保持部
３４０ａ，３４０ｂ 分割治具
Claims (9)
- イオン交換体を保持するイオン交換体保持部と、
給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも一方に、前記イオン交換体保持部で保持したイオン交換体を配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加して、液体存在下で基板表面を電解加工する電解加工部と、
前記電解加工部の前記イオン交換体保持部を他のイオン交換体保持部に交換するイオン交換体交換手段とを有することを特徴とする基板処理装置。 - 前記イオン交換体保持部を複数備えたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
- 前記イオン交換体保持部は、イオン交換体の周縁部を挟持する分割治具からなることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
- 前記イオン交換体保持部を、前記加工電極及び給電電極の少なくと一方を具備する電極部に固定して、前記イオン交換体を前記電極部に固定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記イオン交換体交換手段は、複数のイオン交換体保持部を収容するストッカと前記加工電極及び給電電極の少なくとも一方を具備する電極部との間でイオン交換体保持部を交換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研磨部と、
基板を着脱自在に保持し、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間を移動自在なトップリングを更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置。 - 前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間に配置され、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間で、前記トップリングに基板を受け渡し可能なプッシャを更に有することを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
- 前記電解加工部において、液体に酸化防止剤が添加されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記化学機械的研磨部には、研磨テーブルが複数備えられていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の基板処理装置。
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