KR20040104545A - 전해가공장치 및 전해가공방법 - Google Patents

전해가공장치 및 전해가공방법 Download PDF

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KR20040104545A
KR20040104545A KR10-2004-7015095A KR20047015095A KR20040104545A KR 20040104545 A KR20040104545 A KR 20040104545A KR 20047015095 A KR20047015095 A KR 20047015095A KR 20040104545 A KR20040104545 A KR 20040104545A
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오사무 나베야
마사유키 구메카와
호즈미 야스다
이츠키 고바타
다케시 이이즈미
노부유키 다카다
고이치 후카야
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가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 예를 들면 CMP 처리 그 자체를 생략하기도 하고, CMP 처리의 부하를 적극 저감하면서 기판 표면에 설치된 도전성 재료를 평탄하게 가공하기도 하고, 또한 기판 등의 피가공물의 표면에 부착된 부착물을 제거(세정)할 수 있게 한 전해가공장치를 제공하는 것이다. 전극과 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와, 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와, 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고, 전극부재의 이온 교환체는, 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체와 이온 교환용량이 큰 이온 교환체를 가진다.

Description

전해가공장치 및 전해가공방법{ELECTROCHEMICAL MACHINE AND ELECTROCHEMICAL MACHINING METHOD}
최근, 반도체웨이퍼 등의 기판상에 회로를 형성하기 위한 배선재료로서, 알루미늄 또는 알루미늄합금 대신에, 전기저항율이 낮고 일렉트로 마이그레이션 내성이 높은 구리(Cu)를 사용하는 경향이 현저해지고 있다. 이 종류의 구리배선은 기판의 표면에 설치한 미세 오목부의 내부에 구리를 매립함으로써 일반적으로 형성된다. 이 구리배선을 형성하는 방법으로서는, 화학기상성장법, 스퍼터링 및 도금이라는 방법이 있으나, 어느 것으로 하여도 기판의 거의 전 표면에 구리를 성막하고, 화학기계적 연마에 의하여 불필요한 구리를 제거하도록 하고 있다.
도 1a 내지 도 1c는, 이 종류의 구리배선기판(W)의 일 제조예를 공정순으로나타내는 것이다. 도 1a에 나타내는 바와 같이, 반도체소자가 형성된 반도체 기재(1)상의 도전층(1a)의 위에 SiO2로 이루어지는 산화막이나 low-k 재막 등의 절연막(2)이 퇴적되고, 리소그래피·에칭기술에 의하여 컨택트홀(3)과 배선용 홈(4)이 형성되어 있다. 이들의 위에 TaN 등으로 이루어지는 배리어막(5), 또한 그 위에 전해도금의 급전층으로서의 시드층(7)이 스퍼터링이나 CVD 등에 의하여 형성되어 있다.
그리고 기판(W)의 표면에 구리도금을 실시함으로써 도 1b에 나타내는 바와 같이, 반도체 기재(1)의 컨택트홀(3) 및 홈(4) 내에 구리를 충전함과 동시에, 절연막(2)상에 구리막(6)을 퇴적한다. 그후 화학기계적 연마(CMP)에 의하여 절연막(2)상의 구리막(6) 및 배리어막(5)을 제거하여 컨택트홀(3) 및 배선용 홈(4)에 충전시킨 구리막(6)의 표면과 절연막(2)의 표면을 대략 동일평면으로 한다. 이에 의하여 도 1c에 나타내는 바와 같이 구리막(6)으로 이루어지는 배선이 형성된다.
또, 최근에는 모든 기기의 구성요소에 있어서 미세화 또한 고정밀도화가 진행되어 서브마이크론영역에서의 물건제작이 일반적이 됨에 따라, 가공법 자체가 재료의 특성에 미치는 영향은 점점 커지고 있다. 이와 같은 상황하에 있어서는 종래의 기술가공과 같이 공구가 피가공물을 물리적으로 파괴하면서 제거하여 가는 가공방법에서는 가공에 의하여 피가공물에 많은 결함을 만들어 내기 때문에, 피가공물의 특성이 열화된다. 따라서 어떻게 재료의 특성을 손상하는 일 없이 가공을 행할 수 있을지가 문제가 된다.
이 문제를 해결하는 수단으로서 개발된 특수가공법으로, 화학연마나 전해가공, 전해연마가 있다. 이들 가공방법은, 종래의 물리적인 가공과는 대조적으로 화학적 용해반응을 일으킴으로써, 제거가공 등을 행하는 것이다. 따라서 소성변형에 의한 가공변질층이나 전위 등의 결함은 발생하지 않고, 상기한 재료의 특성을 손상하지않게 가공을 행한다는 과제가 달성된다.
최근, 반도체기판상에 강유전체를 사용한 커패시터를 형성할 때의 전극재료로서, 백금속의 금속 내지 그 산화물이 후보로서 올라 있다. 그 중에서도 루테늄은 성막성이 양호하기 때문에, 실현성이 높은 재료로서 검토가 진행되고 있다.
여기서 회로형성부 이외의 기판의 둘레 가장자리부 및 이면에 성막 내지 부착된 루테늄은 불필요할 뿐만 아니라, 그 후의 기판의 반송, 보관 및 각종 처리공정에있어서, 교차오염(cross contamination)의 원인이 되어, 예를 들면 유전체의 성능을 저하시키는 일도 일어 날 수 있다. 따라서 루테늄막의 성막공정이나 루테늄막에 대하여 무엇인가의 처리를 행한 다음에, 이들을 완전하게 제거하여 둘 필요가 있다. 또한 예를 들면 커패시터의 전극재료로서 루테늄을 사용한 경우에는, 회로형성부에 성막한 루테늄막의 일부를 제거하는 공정이 필요하게 된다.
예를 들면 CMP 공정은 일반적으로 매우 복잡한 조작이 필요하고, 제어도 복잡하게 되어 가공시간도 매우 길다. 또한 연마후의 기판의 후세정을 충분히 행할 필요가 있을 뿐만 아니라, 슬러리나 세정액의 폐액처리를 위한 부하가 큰 등의 과제가 있다. 이 때문에 CMP 자체를 생략하는, 또는 이 부하를 경감하는 것이 강하게 요구되고 있다. 또 앞으로 절연막도 유전율이 작은 low-k재로 바뀔것으로 예상되며, 이 low-k재는 강도가 약하고 CMP에 의한 스트레스에 견딜 수 없게 된다. 따라서 CMP와 같은 과대한 스트레스를 기판에 주는 일 없이 평탄화할 수 있게 한 프로세스가 요망되고 있다.
또한 화학기계적 전해연마와 같이, 도금을 하면서 CMP에 의해 깎는다는 프로세스도 발표되어 있으나, 도금 성장면에 기계가공이 부가됨으로써, 도금의 이상성장을 촉진하게도 되어 막질에 문제를 일으키고 있다.
상기한 전해가공이나 전해연마에서는 피가공물과 전해액(NaCl, NaNO3, HF, HCl, HNO3, NaOH 등의 수용액)과의 전기화학적 상호작용에 의하여 가공이 진행한다고 되어 있다. 따라서 이와 같은 전해질을 포함하는 전해액을 사용하는 한, 그 전해액으로 피가공물이 오염되는 것은 피할 수 없다.
또, 반도체장치의 제조프로세스에 있어서, low-k재 등의 취약한 재료를 가공하는 경우에는, 소재의 좌굴 등에 의한 파괴가 염려되기 때문에, CMP 등의 가공에 있어서는 기판과 연마면과의 사이에 높은 면압을 인가할 수 없어, 충분한 연마성능을 발휘할 수 없다. 특히, 최근에는 기판의 배선재료로서 구리나 저유전율의 재료를 사용하는 것이 요구되고 있어, 이와 같은 취약한 재료를 사용한 경우에는, 상기한 문제가 현저해진다. 전해가공에 있어서는, 기판과 가공전극과의 사이에 면압을 인가할 필요는 없으나, 기판과 가공전극을 접촉시킬 때에 면압이 발생하여 반도체장치를 파괴할 가능성이 있다. 따라서, 전해가공에 있어서도 기판에 높은 하중이 인가되는 것은 피할 필요가 있다.
전기화학적 가공에 있어서, 반응종인 이온은, 가공전극 및 급전전극과 피가공물과의 사이에 생기는 전계에 의하여 피가공물 표면으로 이동한다. 따라서 이온의 이동에 대한 저해물이 발생한 경우에, 가공의 일양성(一樣性)이나 균일성에 영향을 받는다. 여기서 저해물로서는 피가공물 표면에 있어서 가공과정에서 피가공물과 이온과의 전기화학적 반응에 의해 생기는 가공생성물이나, 이온 교환체와 피가공물과의 상대운동에 의하여 발생하는 이온 교환체로부터의 유리물, 피가공물과 전극 표면에 있어서 부반응에 의하여 생성되는 기포(가스) 등을 들 수 있다. 이들 저해물은 전극과 피가공물의 사이에 존재하는 것으로 이온의 이동의 방해가 되고, 가공량의 한결화 및 균일화를 도모하는 데에 있어서 방해가 된다. 특히 기포는 피가공물 표면에 피트(pit)를 생성하는 요인이 된다.
본 발명은, 전해가공장치 및 전해가공방법에 관한 것으로, 특히 반도체웨이퍼등의 기판의 표면에 형성된 도전성 재료를 가공하거나, 기판의 표면에 부착된 불순물을 제거하거나 하기 위하여 사용되는 전해가공장치 및 전해가공방법에 관한 것이다. 본 발명은 또 이와 같은 전해가공장치에 있어서 피가공물인 기판을 유지하는 기판유지부에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 전해가공장치를 구비한 기판처리장치에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 구리배선기판의 일 제조예를 공정순으로 나타내는 도,
도 2는 또, 이온 교환체를 설치한 가공전극 및 급전전극을 기판(피가공물)에 근접시켜, 가공전극 및 급전전극과 기판(피가공물)과의 사이에 순수 또는 전기전도도가 500 μS/cm 이하의 유체를 공급하도록 하였을 때의 본 발명에 의한 전해가공의 원리의 설명에 붙이는 도,
도 3은 가공전극에만 이온 교환체를 설치하여, 가공전극과 기판(피가공물)과의 사이에 유체를 공급하도록 하였을 때의 본 발명에 의한 전해가공의 원리의 설명에 붙이는 도,
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 기판처리장치의 구성을 나타내는 평면도,
도 5는 도 4에 나타내는 기판처리장치에 구비되어 있는 본 발명의 실시형태에 있어서의 전해가공장치를 나타내는 평면도,
도 6은 도 5의 종단면도,
도 7a는 도 5의 전해가공장치에 있어서의 자전방지기구를 나타내는 평면도,
도 7b는 도 7a의 A-A선 단면도,
도 8은 도 5의 전해가공장치에 있어서의 전극부를 나타내는 평면도,
도 9는 도 8의 B-B선 단면도,
도 10은 도 9의 부분확대도,
도 11a는 다른 재료를 성막한 기판의 표면에 전해가공을 실시하였을 때에 흐르는 전류와 시간의 관계를 나타내는 그래프,
도 11b는 다른 재료를 성막한 기판의 표면에 전해가공을 실시하였을 때에 인가되는 전압과 시간의 관계를 각각 나타내는 그래프,
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판의 가압량이 각각 다른 경우의 전극부의 상태를 나타내는 도,
도 13a는 본 발명의 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부재를나타내는 단면도,
도 13b는 도 13a의 부분확대도,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판의 가압량이 각각 다른 경우의 전극부의 상태를 나타내는 도,
도 15a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부재를 나타내는 단면도,
도 15b는 도 15a의 부분확대도,
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판의 가압량이 각각 다른 경우의 전극부의 상태를 나타내는 도,
도 17a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부재에 사용하는 이온 교환체를 나타내는 부분사시도,
도 17b는 도 17a에 나타내는 이온 교환체를 설치한 전극부재를 나타내는 부분사시도,
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판의 가압량이 각각 다른 경우의 전극부의 상태를 나타내는 도,
도 19는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 이온 교환체의 변형예를 나타내는 종단면도,
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부재의 변형예를 나타내는 부분사시도,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부의단면도(도 9 상당도),
도 22는 도 21의 부분확대도,
도 23은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부의 단면도(도 9 상당도),
도 24는 도 23의 부분확대도,
도 25a는 가공전극의 부분단면도,
도 25b는 도 25a에 나타내는 가공전극에 의해 가공되는 기판의 단위시간당의 가공량을 나타내는 그래프,
도 25c는 도 25b에 나타내는 상태에서 가공전극을 스크롤운동시켰을 때의 가공량을 나타내는 그래프,
도 26a 내지 도 26c는 본 발명에 관한 전해가공방법의 원리의 설명에 붙이는 도,
도 27a 내지 도 27d는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 전해가공방법의 설명에 붙이는 도,
도 28a 내지 도 28d는 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공방법의 설명에 붙이는 도,
도 29는 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공방법의 설명에 붙이는 도,
도 30a 및 도 30b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공방법의 설명에 붙이는 도,
도 31a는 전해가공 중에 가공전극과 급전전극과의 사이에 인가하는 전류를 나타내는 그래프,
도 31b는 도 31a에 나타내는 전류를 인가하였을 때의 기판상의 막두께를 나타내는 그래프,
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 각각 다른 가공전극을 나타내는 종단면도,
도 33은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 주요부를 나타내는 종단면도,
도 34는 도 33의 전극부를 나타내는 사시도,
도 35는 도 33의 C-C선 단면도,
도 36은 도 33에 나타내는 회전부재(가공전극)의 확대단면도,
도 37은 도 33에 나타내는 개재부재의 확대도,
도 38은 도 33의 전극부에 있어서 한쪽의 이온 교환체를 교환할 때의 상태를 나타내는 도,
도 39는 도 33의 전극부에 있어서 한쪽의 이온 교환체를 교환할 때의 상태를 나타내는 도,
도 40은 도 33의 전극부에 있어서 양쪽의 이온 교환체를 교환할 때의 상태를 나타내는 도,
도 41은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 주요부를 나타내는 종단면도,
도 42는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치를 모식적으로 나타내는 종단면도,
도 43은 도 42의 전해가공장치에 있어서의 기판유지부 및 전극부를 모식적으로 나타내는 종단면도,
도 44는 도 42의 전해가공장치에 있어서의 기판유지부의 상세를 나타내는 종단면도,
도 45는 도 44의 D-D선 단면도,
도 46은 도 44의 E-E선 단면도,
도 47은 도 44의 부분확대도,
도 48은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해처리장치에 있어서의 전극부를 나타내는 종단면도,
도 49a는 접촉부재를 설치하지 않은 경우에 있어서의 전해가공장치의 작용을 설명하기 위한 모식도,
도 49b는 접촉부재를 설치한 경우에 있어서의 전해가공장치의 작용을 설명하기 위한 모식도,
도 50은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판유지부를 나타내는 종단면도,
도 51은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판유지부를 나타내는 종단면도,
도 52는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 기판유지부를 나타내는 종단면도,
도 53은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치의 주요부를 나타내는 종단면도,
도 54는 도 53의 일부를 확대하여 나타내는 주요부 확대도,
도 55는 전극부의 변형예를 나타내는 도 54의 상당도이다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들면 CMP 처리 그 자체를 생략하거나, CMP 처리의 부하를 적극 저감하면서, 기판 표면에 설치된 도전성 재료를 평탄하게 가공하거나, 또한 기판 등의 피가공물의 표면에 부착된 부착물을 제거(세정)할 수 있게 한 전해가공장치 및 전해가공방법, 및 이와 같은 전해가공장치를 조립한 기판처리장치를 제공하는 것을 제 1의 목적으로 한다.
본 발명은 또 취약한 재료를 가공하는 경우에 있어서도 기판에 형성된 디바이스를 파괴하지 않고 가공을 행할 수 있는 전해가공방법 및 전해가공장치, 및 이와 같은 전해가공장치에 사용되는 기판 유지부를 제공하는 것을 제 2의 목적으로한다.
본 발명은 또 전기화학적가공에 있어서, 필연적으로 발생하는 기포를 효과적으로 제거할 수 있게 한 전해가공장치 및 전해가공방법을 제공하는 것을 제 3의 목적으로 한다.
이와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 전해가공장치는, 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와, 상기 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접자유롭게 유지하는 유지부와, 상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고, 상기 전극부재의 이온 교환체는 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체와, 이온 교환용량이 큰 이온 교환체를 가지는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 가공원리를 나타내는 것이다. 도 2는 피가공물(10)의 표면에, 가공전극(14)에 설치한 이온 교환체(12a)와, 급전전극(16)에 설치한 이온 교환체(12b)를 접촉 또는 근접시키고, 가공전극(14)과 급전전극(16)과의 사이에 전원(17)을 거쳐 전압을 인가하면서 가공전극(14) 및 급전전극(16)과 피가공물(10)과의 사이에 유체공급부(19)로부터 초순수 등의 유체(18)를 공급한 상태를 나타내고 있다. 도 3은 피가공물(10)의 표면에, 가공전극(14)에 설치한 이온 교환체(12a)를 접촉 또는 근접시키고, 급전전극(16)을 피가공물(10)에 직접 접촉시켜 가공전극(14)과 급전전극(16)과의 사이에 전원(17)을 거쳐 전압을 인가하면서 가공전극(14)과 피가공물(10)과의 사이에 유체공급부(19)로부터 초순수 등의 유체(18)를 공급한 상태를 나타내고 있다.
초순수와 같은 액 자신의 저항치가 큰 액체를 사용하는 경우에는, 이온 교환체(12a)를 피가공물(10)의 표면에 「접촉시키는」것이 바람직하고, 이와 같이 이온 교환체(12a)를 피가공물(10)의 표면에 접촉시킴으로써, 전기저항을 저감시킬 수 있고, 인가전압도 작아도 되어 소비전력도 저감할 수 있다. 따라서 본 발명에 관한 가공에 있어서의 「접촉」은, 예를 들면 CMP와 같이 물리적인 에너지(응력)를 피가공물에 주기 위하여 「가압하는」것은 아니다.
도 2 및 도 3에 있어서, 초순수 등의 유체(18) 중의 물분자(20)를 이온 교환체(12a, 12b)로 수산화물 이온(22)과 수소 이온(24)으로 해리하고, 예를 들면 생성된 수산화물 이온(22)을, 피가공물(10)과 가공전극(14)과의 사이의 전계와 초순수 등의 유체(18)의 흐름에 의하여 피가공물(10)의 가공전극(14)과 대면하는 표면에 공급하고, 여기에서의 피가공물(10) 근방의 수산화물 이온(22)의 밀도를 높여 피가공물(10)의 원자(10a)와 수산화물 이온(22)을 반응시킨다. 반응에 의하여 생성된 반응물질(26)은, 초순수 등의 유체(18)중에 용해되어, 피가공물(10)의 표면을 따른 초순수 등의 유체(18)의 흐름에 의하여 피가공물(10)로부터 제거된다. 이에 의하여 피가공물(10)의 표면층의 제거가공이 행하여진다.
이와 같이, 본 가공법은 순수하게 피가공물과의 전기화학적 상호작용만에 의하여 피가공물의 제거가공을 행하는 것으로, CMP와 같은 연마부재와 피가공물과의 물리적인 상호작용 및 연마액 중의 화학종과의 화학적 상호작용의 혼합에 의한 가공과는 가공원리가 다른 것이다. 이 방법에서는 피가공물(10)의 가공전극(14)과 대면하는 부위가 가공되기 때문에, 가공전극(14)을 이동시킴으로써, 피가공물(10)의 표면을 원하는 표면형상으로 가공할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 전해가공장치는, 전기화학적 상호작용에 의한 용해반응만에 의하여 피가공물의 제거가공을 행하기 때문에, CMP와 같은 연마부재와 피가공물과의 물리적인 상호작용 및 연마액 중의 화학종과의 화학적 상호작용의 혼합에 의한 가공과는 가공원리가 다른 것이다. 따라서 재료의 특성을 손상하지 않고 제거가공을 행하는 것이 가능하고, 예를 들면 상기한 low-k재로 들 수 있는 기계적 강도가 작은 재료에 대해서도 물리적인 상호작용을 미치는 일 없이 제거가공이 가능하다. 또 통상의 전해가공장치와 비교하여도 전해액에 500 μS/cm 이하의 액체, 바람직하게는 순수, 더욱 바람직하게는 초순수를 사용하기 때문에, 피가공물 표면에의 오염도 대폭으로 저감시키는 것이 가능하고, 또 가공후의 폐액의 처리도 용이하게 된다.
또, 상기한 바와 같이 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체와 이온 교환용량이 큰 이온 교환체를 조합시킴으로써, 이온 교환용량이 적다는 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체의 단점을 이온 교환용량이 큰 이온 교환체에 의해 보충할 수 있다.
상기 전극부의 각 전극부재의 전극의 내부에, 상기 이온 교환체에 유체를 공급하는 관통구멍을 형성하는 것이 바람직하다.
인접하는 상기 전극부재의 전극을, 상기 전원의 음극과 양극에 교대로 접속하도록 하여도 좋다.
본 발명의 다른 전해가공장치는, 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와, 상기 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와, 상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원과, 상기 피가공물과 상기 전극부재의 이온 교환체와의 사이에 유체를 공급하는 유체공급노즐을 구비한 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하여 순수 또는 초순수 등의 유체를 피가공물과 전극부재의 이온 교환체와의 사이에 분사하여 공급할 수 있다.
상기 유체공급노즐은, 상기 전극부재에 대향하는 피가공물의 피가공면을 향하여 상기 유체를 분사하는 분사구를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하여 전극부재에 대향하는 피가공물의 피가공면, 즉 피가공물과 이온 교환체와의 접촉부분을 향하여 순수 또는 초순수 등의 유체를 분사할 수 있어, 유체를 피가공면 전역에 공급할 수 있다.
상기 유체공급노즐의 높이는, 상기 전극부재의 이온 교환체의 높이보다도 낮은 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하여 피가공물을 전극부재의 이온 교환체에 접촉시켰을 때에도 유체공급노즐이 피가공물에 접촉하지 않게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 전극부재를 구비하고, 상기 전극부재에 피가공물을 상기 전극부재의 이온 교환체에 접촉시켰을 때에 소정의 가압량 이상의 상태에 있어서 상기 이온 교환체의 가공에 사용되는 부분과 상기 피가공물과의 실질적인 접촉폭을 일정하게 제한하는 접촉폭 제한부를 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하여 피가공물의 피가공면과 이온 교환체와의 실질적인 접촉폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다. 여기서 가압량이란, 이온 교환체와 피가공물이 접촉한 상태로부터의 피가공물의 가압거리를 말하며, 접촉폭이란, 이온 교환체와 피가공물이 접촉하고 있는 부분에 대하여 전극부재의 길이방향과 수직한 방향의 폭을 말한다. 또 실질적인 접촉폭이 일정하다란, 피가공물 표면의 미세한 요철에 의한 접촉폭의 변화를 포함하지 않고, 피가공물과 가공전극과의 상대운동에 따르는 이들 사이의 거리의 변화나 장치의 진동 등에 기인하여 접촉폭이 변화하지 않는 것을 의미한다.
상기 접촉폭 제한부는, 예를 들면 상기 이온 교환체의 표면측 또는 이면측에 부착된 절연필름에 의하여 구성된다. 이와 같은 구성에 의하여 이온 교환체의 표면측 또는 이면측에 부착된 절연필름에 의하여 피가공물의 가압량이 변화하여도 피가공물의 피가공면과 이온 교환체와의 접촉폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다.
상기 접촉폭 제한부는, 이온 교환능력을 가지지 않은 부재에 의하여 구성되 도록 하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하여 이온 교환능력을 가지지 않은 부재에 의하여 피가공물의 가압량이 변화하여도 가공이 진행되는 부분의 폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 이온 교환능력을 가지지 않은 부재를, 상기 이온 교환체와 일체로 형성하는 것이 바람직하다. 상기한 절연필름을 사용하여 접촉폭 제한부를 구성한 경우에는 절연필름의 두께가 상기접촉폭에 다소의 영향을 미치는 것을 생각할 수 있으나, 이온 교환능력을 가지는 부분과 이온 교환능력을 가지지 않은 부분을 일체로 형성한 이온 교환체를 접촉폭 제한부로서 사용한 경우에는 이와 같은 영향을 없앨 수 있다.
상기 접촉폭 제한부는, 상기 이온 교환체에 설치된 볼록부에 의하여 구성되 도록 하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하여 이온 교환체에 설치된 볼록부에 의해 피가공물의 가압량이 변화되어도 피가공물의 피가공면과 이온 교환체와의 접촉폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 형태는 상기 전극부재가 복수병렬로 배치되어 인접하는 상기 전극부재의 전극을, 전원의 음극과 양극에 교대로 접속하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 급전전극과 가공전극을 배치한 전극부와, 상기 전극부의 급전전극 및 가공전극에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와, 상기 전극부의 각 급전전극 및 가공전극에 접속되는 전원과, 상기 전극부와 피가공물과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구를 구비하고, 상기 급전전극 및 상기 가공전극의 내부에, 상기 급전전극 및 가공전극의 표면에 유체를 공급하는 관통구멍을 각각 형성한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하여 급전전극과 가공전극을 각각 동일한 형상으로 등간격으로 배치함으로써, 급전전극과 가공전극의 비율을 같게 하여 보다 확실하게 피가공물에 대하여 급전할 수 있다. 여기서 피가공물과 가공전극 및 급전전극과의 사이의 저항이, 서로 인접하는 가공전극과 급전전극과의 사이의 저항보다도 작아지도록 거리를 설정함으로써, 피가공물과 가공전극 및 급전전극과의 사이에서 이온을 이동시킬 수 있다.
상기 급전전극과 상기 가공전극의 사이에, 상기 피가공물과 상기 급전전극 및 상기 가공전극과의 사이에 유체를 공급하는 유체공급노즐을 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하여 피가공물과 가공전극 및 급전전극 사이에 액체를 채울 수 있다. 이 경우, 액체로서 순수나 초순수, 전해액이 사용된다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 급전전극과 가공전극을 교대로 병렬로 배치한 전극부와, 상기 전극부의 급전전극 및 가공전극에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와, 상기 전극부의 각 급전전극 및 가공전극에 접속되는 전원과, 상기 전극부와 피가공물과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구와, 상기 급전전극 및 가공전극과 기판과의 사이에 유체를 공급하는 액체공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 공급전극 및 상기 가공전극과 피가공물과의 사이에는, 바람직하게는 이온 교환체가 구비된다.
본 발명의 기판처리장치는, 기판을 반출입하는 기판 반출입부와, 전해가공장치와, 상기 기판 반출입부와 상기 전해가공장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고, 상기 전해가공장치는, (i) 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와, (ii) 상기 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와, (iii) 상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고, 상기 전극부재의 이온 교환체는, 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체와, 이온 교환량이 큰 이온 교환체를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 기판처리장치는, 기판을 반출입하는 기판 반출입부와, 전해가공장치와, 상기 기판 반출입부와 상기 전해가공장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고, 상기 전해가공장치는, (i) 복수의 가공전극과 복수의 급전전극을 배치한 전극부와, (ii) 상기 전극부에 기판을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 기판 유지부와, (iii) 상기 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원과, (iv) 상기 전극부와 기판과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구를 구비하고, 상기 급전전극 및 상기 가공전극의 내부에, 상기 급전전극 및 가공전극의 표면에 유체를 공급하는 관통구멍을 각각 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 기판처리장치는, 기판을 반출입하는 기판 반출입부와, 전해가공장치와, 상기 기판 반출입부와 상기 전해가공장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고, 상기 전해가공장치는, (i) 복수의 가공전극과 복수의 급전전극을 병렬로 배치한 전극부와, (ii) 상기 전극부에 기판을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 기판 유지부와, (iii) 상기 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원과, (iv) 상기 전극부와 기판과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구와, (v) 기판과 전극부의 사이에 가공액을 공급하는 가공액공급기구를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전해가공방법은, 피가공물의 표면을 전해가공하는 방법에 있어서, 전극의 표면에 이온 교환체를 배치한 상기 피가공물보다도 폭이 좁은 가공전극에 상기 피가공물을 접촉시키고, 상기 이온 교환체의 가공에 사용되는 부분과 상기 피가공물과의 실질적인 접촉폭을 일정하게 유지한 채로 상기 가공전극과 상기 피가공물을 상대운동시켜 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 적어도 상기 가공전극의 표면에 노출되어 있는 상기 이온 교환체의 전 폭을 상기 피가공물에 실질적으로 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 전해가공방법은, 피가공물을 가공전극에 접촉 또는 근접시켜, 상기 가공전극과 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 유체를 공급하여, 제 1의 상대운동으로서 상기 가공전극과 상기 피가공물을 상대운동시켜 일 방향을 따른 왕복 상대운동을 형성함과 동시에, 상기 제 1의 상대운동에 의한 피가공물의 상기 일 방향을 따른 가공량 분포에 있어서 생기는 피치의 정수배만큼, 제 2의 상대운동으로서 상기 피가공물과 상기 가공전극을 상기 일 방향으로 상대운동시켜 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 한다.
이 전해가공방법에 의하면, 가공전극과 피가공물을 일 방향으로 왕복 상대운동시키는 제 1의 상대운동에 더하여, 제 1의 상대운동에 의한 피가공물의 일 방향을 따른 가공량 분포에 있어서 생기는 피치의 정수배만큼 피가공물과 가공전극을 일 방향으로 상대운동시키는 제 2의 상대운동을 행함으로써 가공전극에 의한 가공량의 불균일을 없애어 피가공물의 전면을 균일하게 가공하는 것이 가능해진다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 가공전극으로서 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 것을 특징으로 하고 있다. 이에 의하여 가공전극과 피가공물과의 상대 이동량을 작게 할 수 있어, 장치의 풋프린트를 작게 할 수 있다. 또 이동기구를 간단한 구성으로 할 수 있기 때문에 장치의 비용절감을 도모할 수 있다.
상기 제 1의 상대운동의 속도를 변화시켜도 좋다. 또 상기 제 2의 상대운동을 왕복운동에 의하여 행하도록 하여도 좋고, 이 제 2의 상대운동에 있어서의 왕복운동의 이동거리가, 왕로와 복로에 있어서 각각 다르게 하여도 좋다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 제 2의 상대운동을 반복하여 상기 피가공물에 있어서의 상기 제 2의 상대운동의 방향을 상기 제 2의 상대운동에 있어서의 상기 일 방향으로의 운동을 단위로 하여 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이에 의하여 가공전극의 가공율에 다소의 불균일이 있어도 이 불균일을 피가공물상에서 균등하게 분산하여 전체로서 가공의 불균일을 상쇄할 수 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공방법은 피가공물을 가공전극에 접촉 또는 근접시키고, 상기 가공전극과 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 유체를 공급하고, 제 1의 상대운동으로서 상기 가공전극과 상기 피가공물을 상대운동시킴과 동시에, 제 2의 상대운동으로서 상기 가공전극과 상기 피가공물과의 사이에서 일 방향으로의 상대운동을 반복하고, 상기 피가공물에 있어서의 상기 제 2의 상대운동의 방향을 상기 제 2의 상대운동에 있어서의 상기 일 방향으로의 운동을 단위로 하여 변화시켜, 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 피가공물을 소정의 각도만큼 회전시킴으로써, 상기 피가공물에 있어서의 상기 제 2의 상대운동의 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이 경우, 상기 소정의 각도의 회전을 반복하여 상기 피가공물의 전해가공의 종료까지 상기 피가공물을 적어도 1 회전시키도록 하여도 좋다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 피가공물에 있어서의 상기 가공전극에 대한 상기 제 2의 상대운동의 위치를 상기 제 2의 상대운동에 있어서의 상기 일 방향으로의 운동을 단위로 하여 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이에 의하여 가공전극의 위치에 의하여 가공율에 다소의 불균일이 있어도 이 불균일을 피가공물상에서 균등하게 분산하여, 전체로서 가공의 불균일을 상쇄할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 제 2의 상대운동 중에 상기 피가공물을 회전시키지 않는 것을 특징으로 하고 있다.
전해가공 중에 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 인가하는 전압 및/또는 전류를 변화시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 전해가공 중에 가공전극과 급전전극과의 사이에 인가하는 전압 및/또는 전류를 변화시킴으로써, 가공율을 적절하게 제어하여 피가공물상의 막두께를 목표값으로 할 수 있다.
전해가공 중에 상기 제 2의 상대운동의 속도를 변화시키도록 하여도 좋다. 이와 같이 전해가공 중에 제 2의 상대운동의 속도를 변화시킴으로써, 가공율을 적절하게 제어하여 피가공물상의 막두께를 목표값으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 피가공물에 접촉 또는 근접 가능한 가공전극과, 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과, 상기 피가공물을 유지하여 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키는 유지부와, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 배치되는 복수의 이온 교환체와, 상기 복수의 이온 교환체의 적어도 하나를 공급하여 교환하는 피드기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성한 전해가공장치에 의하면, 피드기구에 의하여 이온 교환체의 교환을 자동으로 행할 수 있기 때문에, 고속으로 이온 교환체를 교환할 수 있다. 따라서 이온 교환체의 교환에 의한 장치의 휴지시간(down time)을 짧게 하여 스루풋을 향상할 수 있다.
상기 복수의 이온 교환체의 각각에 대응하여 상기 피드기구를 구비하도록 하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하여 교환이 필요한 이온 교환체만을 대응하는 피드기구에 의하여 교환할 수 있으므로, 장치의 운전비용(running cost)을 저감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 피가공물에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체의 교환주기가 상기 피가공물에 접촉 또는 근접하는 이온 교환체의 교환주기보다도 짧은 것을 특징으로 하고 있다. 이 경우에 있어서, 상기 피가공물에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체를 상기 피드기구에 의하여 교환하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 복수의 이온 교환체 중, 이온 교환용량이 큰 이온 교환체의 교환주기가 다른 이온 교환체의 교환주기보다도 짧은 것을 특징으로 하고 있다.
예를 들면, 피가공물에 접촉 또는 근접하는 이온 교환체로서 표면 평활성을 가지는 이온 교환체를 사용하여, 피가공물에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체로서 이온교환용량이 큰 이온 교환체를 사용한 경우, 표면 평활성을 가지는 이온교환체의 이온교환용량이 작기 때문에, 가공생성물의 도입의 대부분은 이온 교환용량이 큰 이온 교환체에 의하여 행하여진다. 이 때문에 가공생성물을 도입한 이온 교환용량이 큰 이온 교환체의 교환주기를, 표면 평활성을 가지는 이온 교환체보다도 짧게 하여 고가의 표면 평활성을 가지는 이온 교환체를 교환하지 않고 마모한계까지 사용하고, 이온 교환용량이 큰 이온 교환체만을 교환하면 장치의 운전비용을 저감할 수 있다.
상기 피드기구에 의한 상기 이온 교환체의 교환을 전해가공시에 행하도록 하여도 좋다. 이에 의하여 장치를 정지하지 않고 이온 교환체를 교환할 수 있기 때문에 장치의 휴지시간을 더욱 짧게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 피가공물에 접촉 또는 근접 가능한 가공전극과, 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과, 상기 피가공물을 유지하여 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키는 유지부와, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 배치되는 이온 교환체와, 상기 이온 교환체의 표면에 적층된 통수성을 가지는 부재와, 상기 이온 교환체를 공급하여 교환하는 피드기구를 구비한 것을 특징으로 한다. 이와 같이 통수성을 가지는 부재를 이온 교환체의 표면에 적층하여 사용할 수도 있다. 이 경우에 있어서 이온 교환체의 교환주기를 통수성을 가지는 부재의 교환주기보다도 짧게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 회전 자유로운 복수의 회전부재와, 상기 회전부재의 사이에 개재시키는 복수의 개재부재를 구비하여, 상기 회전부재와 상기 개재부재와의 사이에 상기 이온 교환체를 누비도록 배치한 것을 특징으로 하고 있다. 이 경우에 있어서, 상기 회전부재는 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽인 것이 바람직하다.
상기 피드기구에 의하여 순환되는 이온 교환체를 재생하는 재생장치를 더욱 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하여 전해가공에 사용된 이온 교환체를 자동적으로 재생할 수 있기 때문에, 운전비용을 저감할 수 있음과 동시에, 휴지시간을 짧게 하는 것이 가능해진다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 피가공물에 접촉 또는 근접 가능한 가공전극과, 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과, 상기 피가공물을 유지하여 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키는 유지부를 구비하고, 상기 가공전극 또는 상기 급전전극을 복수 구비하고, 상기 복수의 전극은, 상기 피가공물에 대하여 서로 독립하여 근접 및 이간 자유롭게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 기판유지부는, 기판을 유지하여 가공전극에 접촉시켜 전해가공을 행하는 기판유지부로서, 샤프트에 연결되는 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 샤프트의 축방향으로 이동 자유롭고, 또한 상기 기판을 유지하는 척킹부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 가공전극과, 기판에 급전하는 급전전극과, 상기 기판을 유지하여 상기 가공전극에 접촉시키는 기판 유지부와, 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판유지부로 유지한 기판과 상기 가공전극을 상대 이동시키는 구동부를 구비하고, 상기 기판유지부는, 기판을 유지하여 가공전극에 접촉시켜 전해가공을 행하는 기판유지부로서, 샤프트에 연결되는 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 샤프트의 축방향으로 이동 자유롭고, 또한 상기 기판을 유지하는 척킹부재를 구비한 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서, 상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치하는 것이 바람직하다. 또 상기 이온 교환체가 배치된 상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 유체를 공급하는 유체공급부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 전해가공방법은, 가공전극과 급전전극을 배치하고, 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고, 샤프트에 연결되는 플랜지부와 기판을 유지하는 척킹부재를 가지는 기판유지부에 의하여 기판을 유지하여 상기 기판을 상기 가공전극에 접촉시키고, 상기 기판과 상기 가공전극을 상대이동시켜 해당 기판의 표면을 가공하는 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서, 상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 플랜지부와 상기 척킹부재와의 사이에 형성되는 제 1의 압력실을 구비하고, 상기 제 1의 압력실에 유체를 공급함으로써 상기 제 1의 압력실을 가압하여 상기 척킹부재에 유지된 기판을 상기 가공전극에 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 제 1의 압력실에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써 기판이 가공전극에 접촉하는 압력을 임의로 제어할 수 있으므로, 기판과 가공전극과의 사이에 발생하는 면압을 반도체장치를 파괴하는 압력보다도 작게 억제하도록 제어할 수 있어, 취약한 재료를 파괴하지 않고 기판을 가공할 수 있다.
여기서 가공전극 또는 이온 교환체로부터 기판이 받는 가압력이, 19.6 kPa (200 gf/㎠) 이하, 보다 바람직하게는 6.86 kPa(70 gf/㎠) 이하, 더욱 바람직하게는 686 Pa(7 gf/㎠, 0.1 psi) 이하가 되도록, 제 1의 압력실에 공급하는 유체의 압력을 조정하여 저하중으로 기판의 가공을 행하는 것이 바람직하다.
상기 제 1의 압력실은, 바람직하게는 상기 플랜지부, 상기 척킹부재, 및 상기 플랜지부와 상기 척킹부재를 연결하는 탄성부재에 의하여 형성된다.
예를 들면 기판유지부의 플랜지부와 샤프트와의 사이에 구면베어링을 설치하고, 이 구면베어링에 의하여 기판유지부 전체를 샤프트에 대하여 틸트할 수 있게 구성한 경우, 플랜지부에는 구면베어링을 중심으로 하는 회전 모멘트가 발생한다. 이 회전 모멘트는, 구면베어링의 중심으로부터의 거리에 비례하여 커지기 때문에, 기판의 피가공면과 구면베어링의 중심과의 거리가 큰 경우에는 조건에 따라 안정된 가공을 할 수 없는 경우가 있다. 본 발명에 의하면, 이와 같은 구면베어링을 사용하고 있지 않고, 플랜지부와 척킹부재를 연결하는 탄성부재에 의하여 짐벌기구와 제 1의 압력실이 형성되어 중심이 낮아져 있다. 또 척킹부재는 플랜지부에 대하여 독립으로 상하운동 가능하게 되어 있고, 제 1의 압력실 내의 유체의 압력에 저항하여 플로팅하기 때문에 상기한 바와 같은 회전 모멘트는 작거나, 또는 없어진다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 척킹부재에 소정 중량의 웨이트를 설치함으로써 상기 기판의 상기 가공전극에 대한 가압력을 조정하는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 적절한 중량의 웨이트를 척킹부재에 설치함으로써 기판에 작용하는 면압을 조정할 수 있고, 간이한 구조에 의하여 기판에 작용하는 면압를 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다.
상기 척킹부재를 아래쪽으로 가압하는 에어실린더를 더욱 구비하도록 하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하면, 에어실린더를 적절하게 제어함으로써, 척킹부재를 아래쪽으로 가압하는 힘, 즉 기판에 작용하는 면압을 조정할 수 있어, 기판에 작용하는 면압을 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다. 또 가공파라미터 등의 변경이 생긴 경우에도 에어실린더의 가압력을 제어하는 것만으로 이것에 대응할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태는, 상기 척킹부재는 상기 기판에 연통하는 연통구멍이 형성된 척킹 플레이트와, 상기 척킹 플레이트의 위쪽에 배치된 스토퍼 플레이트와, 상기 척킹 플레이트와 상기 스토퍼 플레이트와의 사이에 형성되는 제 2의 압력실을 구비하고, 상기 제 2의 압력실로부터 유체를 흡인함으로써 상기 제 2의 압력실을 감압하여 상기 기판을 상기 척킹부재에 흡착시키는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 플랜지부에 안쪽으로 돌출하는 돌출부를 가지는 리테이너링을 설치하고, 상기 척킹부재에, 상기 리테이너링의 돌출부에 걸어맞춰지는 돌기를 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 있어서는, 척킹부재의 돌기가 리테이너링의돌출부에 걸어맞춰짐으로써, 척킹부재의 아래쪽으로의 이동이 소정의 위치까지로 제한된다.
상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 통수성을 가지는 부재를 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 전극과 그 전극의 표면에 설치된 가공부재를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와, 상기 전극부재의 가공부재에 피가공물을 접촉 자유롭게 유지하는 유지부와, 상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고, 상기 복수의 전극부재의 사이에는 상기 피가공물의 표면에 접촉하는 접촉부재를 배치한 것을 특징으로 한다.
이 경우에 있어서, 상기 접촉부재에 상기 피가공물의 표면을 상처내지 않을 정도의 탄성을 가지는 재질에 의하여 형성된 완충부재를 설치하는 것이 바람직하다. 또 상기 가공부재는 이온 교환체인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하여 피가공물을 전극부재의 가공부재(이온 교환체)에 접촉시킨 경우에는, 피가공물의 표면이 접촉부재에 의하여 지지되게 된다. 즉, 피가공물을 어느 정도 가공부재(이온 교환체)에 가압한 후는, 피가공물은 접촉부재의 상면에 접촉하기 위하여 피가공물을 그것 이상 가압하려고 하여도 그 가압력을 접촉부재가 받기 때문에, 피가공물과 가공부재(이온 교환체)와의 접촉면적은 변화하지 않는다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 피가공물이 기울어지는 것이 방지되어 접촉면적이 균일해지기 때문에 균일한 가공을 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 가공전극과, 피가공물에 급전하는 급전전극과, 상기 피가공물로서의 기판을 유지하여 상기 가공전극 및 상기 급전전극에 접촉 또는 근접시키는 기판유지부와, 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판유지부로 유지한 상기 피가공물과 상기 가공전극 및 상기 급전전극을 상대운동시키는 구동부와, 상기 피가공물과 상기 가공전극과의 사이, 또는 상기 피가공물과 상기 급전전극과의 사이의 적어도 한쪽에 유체를 공급하는 유체공급부와, 상기 가공전극과 상기 피가공물과의 사이의 유체의 흐름과, 상기 급전전극과 상기 피가공물과의 사이의 유체의 흐름을 적어도 부분적으로 격리하는 격벽을 구비한 것을 특징으로 한다.
이 경우에 있어서, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치하는 것이 바람직하고, 또 상기 격벽은 탄성체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 탄성체로서는 예를 들면 부직포, 발포 폴리우레탄, PVA 스펀지, 폴리우레탄스펀지 또는 이온 교환체 등을 들 수 있다.
또, 서로 인접하는 상기 격벽에 의하여 격리된 영역을 흐르는 유체의 흐름을, 상기 가공전극측 또는 상기 급전전극측의 흐름과, 상기 피가공물측의 흐름으로 분리하는 제 2의 격벽을 더욱 가지는 것이 바람직하다. 상기 유체는 예를 들면 초순수, 순수, 전기전도도(1 atm, 25℃환산, 이하 동일)가 500 μS/cm 이하의 액체 또는 전해액이다. 또한 서로 인접하는 상기 격벽에 의하여 격리된 영역을 흐르는 유체를 흡인하는 유체흡인부를 가지는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하여 전기화학적 가공인 전해가공시에 기포(가스)발생의 반응이 주로 생기는 급전전극과 피가공물과의 사이를 흐르는 액체의 흐름과, 가공전극과 피가공물과의 사이를 흐르는 액체의 흐름을 적어도 부분적으로 격리하고, 독립하여 흐름을 제어함으로써 발생하는 기포를 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 또 다른 전해가공장치는, 복수의 전극을 배치한 전극부와, 상기 전극에 피가공물을 접촉 내지 근접 자유롭게 유지하는 유지부와, 상기 전극부의 각 전극에 접속되는 전원을 구비하고, 상기 복수의 전극의 사이에는 상기 피가공물의 표면에 접촉하는 접촉부재를 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 전해가공방법은, 가공전극과 급전전극을 배치하여 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고, 상기 피가공물을 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시켜 상기 가공전극과 피가공물과의 사이의 유체의 흐름과, 상기급전전극과 피가공물과의 사이의 유체의 흐름을 격벽에 의해 적어도 부분적으로 격리하면서, 상기 피가공물과 상기 가공전극을 상대운동시켜 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서, 상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한 이하의 설명에서는 피가공물로서 기판을 사용하여 전해가공장치로 기판을 가공하도록 한 예를 나타내고 있으나, 본 발명을 기판 이외에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 기판처리장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이 이 기판처리장치는 예를 들면 도 1b에 나타내는 바와 같이, 표면에 도전체막(피가공물)으로서의 구리막(6)을 가지는 기판(W)을 수납한 카세트를 반출입하는 반출입부로서의 한 쌍의 로드·언로드부(30)와, 기판(W)을 반전시키는 반전기(32)와, 전해가공장치(34)를 구비하고 있다. 이들 기기는 직렬로 배치되어 있고, 이들 기기의 사이에서 기판(W)을 반송하여 수수하는 반송장치로서의 반송로봇(36)이 이들 기기와 평행으로 배치되어 있다. 또 전해가공장치(34)에 의한 전해가공시에 뒤에서 설명하는 가공전극과 급전전극과의 사이에 인가하는 전압 또는 이들 사이를 흐르는 전류를 모니터하는 모니터부(38)가 로드·언로드부(30)에 인접하여 배치되어 있다.
도 5는 기판처리장치 내의 전해가공장치(34)를 나타내는 평면도, 도 6은 도 5의 종단면도이다. 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 전해가공장치(34)는 상하운동 가능하고 또한 수평면을 따라 왕복운동 가능한 아암(40)과, 아암(40)의 자유단에 밑으로 내려 트려 설치되어 표면을 하향(페이스 다운)으로 하여 기판(W)를 흡착 유지하는 기판유지부(42)와, 아암(40)이 설치되는 가동 프레임(44)과, 직사각형상의 전극부(46)와, 전극부(46)에 접속되는 전원(48)을 구비하고 있다. 이 실시형태에서는 전극부(46)의 크기는 기판유지부(42)로 유지하는 기판(W)의 외경보다도 일주(一周) 큰 크기로 설정되어 있다.
도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 가동 프레임(44)의 상부에는 상하운동용모터(50)가 설치되어 있고, 이 상하운동용 모터(50)에는 상하방향으로 연장되는 볼나사(52)가 연결되어 있다. 볼나사(52)에는 아암(40)의 기초부(40a)가 설치되어 있고, 상하운동용 모터(50)의 구동에 따라 아암(40)이 볼나사(52)를 거쳐 상하운동하도록 되어 있다. 또 가동 프레임(44) 자체도 수평방향으로 연장되는 볼나사(54)에 설치되어 있고, 왕복운동용 모터(56)의 구동에 따라 가동 프레임(44) 및 아암(40)이 수평면을 따라 왕복운동하도록 되어 있다.
기판유지부(42)는, 아암(40)의 자유단에 설치된 자전용 모터(58)에 접속되어 있고, 이 자전용 모터(58)의 구동에 따라 회전(자전)하도록 되어 있다. 또 상기한 바와 같이 아암(40)은 상하운동 및 수평방향으로 왕복운동 가능하게 되어 있고, 기판유지부(42)는 아암(40)과 일체가 되어 상하운동 및 수평방향으로 왕복운동 가능하게 되어 있다.
전극부(46)의 아래쪽에는 중공모터(60)가 설치되어 있고, 이 중공모터(60)의 주축(62)에는 이 주축(62)의 중심으로부터 편심된 위치에 구동단(64)이 설치되어 있다. 전극부(46)는 그 중앙에 있어서 상기 구동단(64)에 베어링(도시 생략)을 거쳐 회전 자유롭게 연결되어 있다. 또 전극부(46)와 중공모터(60)와의 사이에는 둘레방향으로 3개 이상의 자전방지기구가 설치되어 있다.
도 7a는 이 실시형태에 있어서의 자전방지기구를 나타내는 평면도, 도 7b는 도 7a의 A-A선 단면도이다. 도 7a 도 7b에 나타내는 바와 같이 전극부(46)와 중공모터(60)와의 사이에는 둘레방향으로 3개 이상(도 7a에서는 4개)의 자전방지기구(66)가 설치되어 있다. 도 7b에 나타내는 바와 같이 중공모터(60)의 상면과 전극부(46)의 하면이 대응하는 위치에는, 둘레방향에 등간격으로 복수의 오목부(68, 70)가 형성되어 있고, 이들 오목부(68, 70)에는 각각 베어링(72, 74)이 장착되어 있다. 베어링(72, 74)에는 거리 "e"만큼 어긋난 2개의 축체(76, 78)의 한쪽 끝부가 각각 삽입되어 있고, 축체(76, 78)의 다른쪽 끝부는 연결부재(80)에 의하여 서로 연결된다. 여기서 중공모터(60)의 주축(62)의 중심에 대한 구동단(64)의 편심량도 상기한 거리 "e"와 동일하게 되어 있다. 따라서 전극부(46)는 중공모터(60)의 구동에 따라 주축(62)의 중심과 구동단(64) 사이의 거리 "e"를 반경으로 한, 자전을 행하지 않는 공전운동, 이른바 스크롤운동(병진회전운동)을 행하게 되어 있다.
다음에 이 실시형태에 있어서의 전극부(46)에 대하여 설명한다. 이 실시형태에 있어서의 전극부(46)는, 복수의 전극부재(82)를 구비하고 있다. 도 8은 이실시형태에 있어서의 전극부(46)를 나타내는 평면도, 도 9는 도 8의 B-B선 단면도, 도 10은 도 9의 부분확대도이다. 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이 전극부(46)는, X 방향(도 5 및 도 8 참조)으로 연장되는 복수의 전극부재(82)를 구비하고 있고, 이들 전극부재(82)는 평판형상의 베이스(84)상에 병렬로 배치되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 각 전극부재(82)는 전원(48)(도 5 및 도 6 참조)에 접속되는 전극(86)과, 전극(86)의 상부에 적층된 이온 교환체(88)와, 전극(86) 및 이온 교환체(88)의 표면을 일체적으로 덮는 이온 교환체(이온 교환막)(90)를 구비하고 있다. 이온 교환체(90)는 전극(86)의 양측에 배치된 유지 플레이트(85)에 의하여 전극(86)에 설치되어 있다.
여기서 이온 교환체(88, 90)에는 이하의 4점이 요구된다.
① 가공생성물(가스포함)의 제거
이것은 가공율의 안정성, 가공율 분포의 균일성에 영향을 미치기 때문이다. 이 때문에 「통수성」및 「흡수성」이 있는 이온 교환체를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 「통수성」이란, 매크로한 투과성을 의미한다. 즉, 소재 자체에 통수성이 없어도 그 부재에 구멍 및 홈을 냄으로써 물을 통과할 수 있게 되어 통수성을 가지게 할 수 있다. 한편, 「흡수성」이란, 소재에 물이 스며드는 성질을 의미한다.
② 가공율의 안정성
가공율의 안정성을 도모하기 위해서는, 이온 교환재료를 다수매 겹쳐 이온 교환능력을 확보하는 것이 바람직하다고 생각된다.
③ 피가공면의 평탄성(단차 해소능력)
피가공면의 평탄성을 확보하기 위해서는, 이온 교환체의 가공면의 표면 평활성이 양호한 것이 바람직하다고 생각되고 있다. 또한 단단한 부재일수록 가공 표면의 평탄성(단차 해소능력)이 높은 것은 아닐까라고 생각되고 있다.
④ 긴 수명
기계적 수명에 관해서는 내마모성이 높은 이온 교환재료가 바람직하다고 생각되고 있다.
여기서, 이온 교환체(88)로서는 이온 교환용량이 높은 이온 교환체를 사용하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는 두께가 1 mm인 C막(부직포 이온 교환체)을 3매 겹친 다층 구조로 되어 있고, 이온 교환체(88)가 가지는 토탈 이온교환용량을 증가시키고 있다. 이와 같이 구성함으로써 전해반응에 의해 발생한 가공생성물(산화물이나 이온)을 이온 교환체(88) 내에 이 축적용량 이상으로 축적시키지 않게 하여 이온 교환체(88) 내에 축적된 가공생성물의 형태가 변화되고, 그것이 가공속도 및 그 분포에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또 목표로 하는 피가공물의 가공량을 충분히 보충할 수 있을 수 있을 만큼의 이온 교환용량을 확보할 수 있다. 또한 이온 교환체(88)는 그 이온 교환용량이 높으면 1매로 하여도 좋다.
또, 적어도 피가공물과 대면하는 이온 교환체(90)는 경도가 높고, 또한 양호한 표면 평활성을 가지는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는 두께 0.2 mm의 나피온(듀퐁사의 상표)을 사용하고 있다. 여기서 「경도가 높다」란, 강성이 높고, 또한 압축 탄성율이 낮은 것을 의미한다. 경도가 높은 재질을 사용함으로써 패턴웨이퍼 등의 피가공물 표면의 미세한 요철에 가공부재가 따르기 어렵게 되기 때문에, 패턴의 볼록부만을 선택적으로 제거하기 쉽다. 또 「표면 평활성을 가진다」란, 표면의 요철이 작은 것을 의미한다. 즉, 이온 교환체가 피가공물인 패턴 웨이퍼 등의 오목부에 접촉하기 어렵게 되기 때문에, 패턴의 볼록부만을 선택적으로 제거하기 쉽게 된다. 이와 같이 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(90)와 이온 교환용량이 큰 이온 교환체(88)를 조합시킴으로써 이온 교환용량이 적다는 이온 교환체(90)의 단점을 이온 교환체(88)에 의해 보충할 수 있다.
또, 이온 교환체(90)로서는 통수성이 뛰어난 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 순수 또는 초순수가 이온 교환체(90)를 통과하도록 흘림으로써 물의 해리반응을 촉진시키는 관능기(강산성 양이온 교환재료에서는 술폰산기)에 충분한 물을 공급하여 물분자의 해리량을 증가시켜, 수산화물 이온(또는 0H 래디컬)과의 반응에 의해 발생한 가공생성물(가스도 포함한다)을 물의 흐름에 의하여 제거하여 가공효율을 높일 수 있다. 따라서 순수 또는 초순수의 흐름이 필요하게 되고, 순수 또는 초순수의 흐름으로서는 한결같고 또한 균일한 것이 바람직하다. 이와 같이 한결같고 또한 균일한 흐름으로 함으로써 이온의 공급 및 가공생성물의 제거의 일양성 및 균일성, 나아가서는 가공효율의 일양성 및 균일성을 도모할 수 있다.
이와 같은 이온 교환체(88, 90)는 예를 들면 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성되어 있다. 카티온 교환체는 바람직하게는 강산성 카티온 교환기(술폰산기)를 담지한 것이나, 약산성 카티온 교환기(카르복실기)를 담지한 것이어도 좋다. 또 애나이언 교환체는, 바람직하게는 강염기성 애나이언교환기(제 4급 암모늄기)를 담지한 것이나, 약염기성 애나이언 교환기(제 3 급이하의 아미노기)를 담지한 것이어도 좋다.
여기서 예를 들면 강염기성 애나이언 교환기를 부여한 부직포는, 섬유지름 20∼50 ㎛이고 공극율이 약 90%의 폴리올레핀제의 부직포에, γ선을 조사한 후 그라프트중합을 행하는 이른바 방사선 그라프트중합법에 의하여 그라프트사슬을 도입하고, 다음에 도입한 그라프트사슬을 아미노화하여 제 4 급 암모늄기를 도입하여 제작된다. 도입되는 이온 교환기의 용량은, 도입하는 그라프트사슬의 양에 의하여 결정된다. 그라프트중합을 행하기 위해서는, 예를 들면 아크릴산, 스틸렌, 메타크릴산글리시딜, 또한 스틸렌술폰산나트륨, 클로로메틸스틸렌 등의 모노머를 사용하고, 이들 모노머농도, 반응온도 및 반응시간을 제어함으로써, 중합하는 그라프트량을 제어할 수 있다. 따라서 그라프트중합 전의 소재의 중량에 대하여, 그라프트중합후의 중량의 비를 그라프트율이라 부르나, 이 그라프트율은 최대로 500%가 가능하고, 그라프트중합후에 도입되는 이온 교환기는 최대로 5 meq/g가 가능하다.
강산성 카티온 교환기를 부여한 부직포는, 상기 강염기성 애나이언 교환기를 부여하는 방법과 마찬가지로 섬유지름 20 내지 50 ㎛이고 공극율이 약 90%의 폴리올레핀제의 부직포에, γ선을 조사한 후 그라프트중합을 행하는 이른바 방사선 그라프트중합법에 의하여 그라프트사슬을 도입하고, 다음에 도입한 그라프트사슬을, 예를 들면 가열한 황산으로 처리하여 술폰산기를 도입하여 제작된다. 또 가열한 인산으로 처리하면 인산기를 도입할 수 있다. 여기서 그라프트율은 최대로 500%가 가능하고, 그라프트중합후에 도입되는 이온 교환기는 최대로 5 meq/g가 가능하다.
이온 교환체(88, 90)의 소재의 재질로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 고분자, 또는 그외 유기고분자를 들 수 있다. 또 소재형태로서는 부직포 외에, 직포, 시이트, 다공질재, 단섬유 등을 들 수 있다.
여기서, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은, 방사선(γ선과 전자선)을 먼저 소재에 조사(전조사)함으로써, 소재에 래디컬을 발생시키고, 다음에 모노머와 반응시켜 그라프트중합할 수 있다. 이에 의하여 균일성이 높고, 불순물이 적은 그라프트사슬이 생긴다. 한편, 그 밖의 유기고분자는 모노머를 함침시키고, 그곳에 방사선(γ선, 전자선, 자외선)을 조사(동시조사)함으로써 래디컬중합할 수 있다. 이 경우, 균일성이 결여되나, 대부분의 소재에 적용할 수 있다.
이와 같이 이온 교환체(88, 90)를 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성함으로써, 순수 또는 초순수나 전해액 등의 액체가 부직포의 내부를 자유롭게 이동하여 부직포 내부의 물분해 촉매작용을 가지는 활성점에 용이하게 도달하는 것이 가능하게 되어, 대부분의 물분자가 수소이온과 수산화물이온으로 해리된다. 또한 해리에 의하여 생성된 수산화물이온이 순수 또는 초순수나 전해액 등의 액체의 이동에 따라 효율 좋게 가공전극의 표면으로 운반되기 때문에, 낮은 인가전압으로도 고전류를 얻을 수 있다.
여기서, 이온 교환체(88, 90)를 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기의 한쪽을 부여한 것만으로 구성하면, 전해가공할 수 있는 피가공재료가 제한될 뿐만 아니라, 극성에 의하여 불순물이 생성되기 쉬워진다. 따라서 애나이언 교환기를 가지는 애나이언 교환체와 카티온 교환기를 가지는 카티온 교환체를 중합시키거나, 이온 교환체(88, 90) 자체에 애나이언 교환기와 카티온 교환기의 쌍방의 교환기를 부여하도록 하거나 하여도 되고, 이에 의하여 피가공재료의 범위를 넓힘과 동시에, 불순물을 생성하기 어렵게 할 수 있다.
이 실시형태에서는 인접하는 전극부재(82)의 전극(86)에, 전원(48)의 음극과 양극이 교대로 접속되어 있다. 예를 들면 가공전극(86a)이 되는 전극(86)을 전원(48)의 음극에 접속하고, 급전전극(86b)이 되는 전극(86)을 양극에 접속한다. 예를 들면 구리를 가공하는 경우에 있어서는, 음극측에 전해가공작용이 생기기 때문에, 음극에 접속한 전극(86)이 가공전극(86a)이 되고, 양극에 접속한 전극(86)이 급전전극(86b)이 된다. 이와 같이 이 실시형태에서는 가공전극(86a)과 급전전극(86b)이 병렬로 교대로 배치된다.
가공재료에 따라서는, 전원(48)의 음극에 접속되는 전극(86)을 급전전극으로 하고, 양극에 접속되는 전극(86)을 가공전극으로 하여도 좋다. 즉, 피가공재료가 예를 들면 구리나 몰리브덴, 철인 경우에는 음극측에 전해가공작용이 생기기 때문에, 전원(48)의 음극에 접속한 전극(86)이 가공전극이 되고, 양극에 접속한 전극(86)이 급전전극이 된다. 한편, 피가공재료가 예를 들면 알루미늄이나 실리콘인 경우에는 양극측에서 전해가공작용이 생기기 때문에, 전원(48)의 양극에 접속한 전극(86)이 가공전극이 되고, 음극에 접속한 전극(86)이 급전전극이 된다.
또, 피가공물이 주석산화물이나 인듐주석산화물(ITO) 등의 도전성 산화물의 경우에는 피가공물을 환원한 후에 전해가공을 행한다. 즉, 도 5에 있어서 전원(48)의 양극에 접속한 전극이 환원전극이 되고, 음극에 접속한 전극이 급전전극이되어 도전성 산화물의 환원을 행한다. 계속해서 조금전까지 급전전극이었던 전극을 가공전극으로 하여 환원된 도전성 산화물의 가공을 행한다. 또는 도전성 산화물의 환원시의 극성을 반전시킴으로써 환원전극을 가공전극으로 하여도 좋다. 또 피가공물을음극으로 하여 양극전극을 대향시키는 것에 의해서도 도전성 산화물의 제거가공을 할 수 있다.
또한 상기한 예에서는 기판의 표면에 형성한 도전체막으로서의 구리막(6)(도 1b 참조)을 전해 가공하도록 한 예를 나타내고 있으나, 기판의 표면에 성막 내지 부착된 불필요한 루테늄(Ru)막도 마찬가지로 하여, 즉 루테늄막을 양극으로 하고, 음극에 접속한 전극을 가공전극으로 하여 전해가공(에칭제거)할 수 있다.
이와 같이 가공전극(86a)과 급전전극(86b)을 도 9에 나타내는 전극부(46)의 Y 방향[전극부재(82)의 길이방향과 수직한 방향]으로 교대로 설치함으로써, 기판(W)의 도전체막(피가공물)에 급전을 행하는 급전부를 설치할 필요가 없어져 기판 전면의 가공이 가능하게 된다. 또 가공전극(86a)과 급전전극(86b)의 사이에 인가되는 전압의 음양을 펄스형상으로 변화시킴으로써 전해생성물을 용해시키고, 가공의 반복의 다중성에 의하여 평탄도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 전극부재(82)의 전극(86)은 전해반응에 의하여 산화 또는 용출이 일반적으로 문제가 된다. 이 때문에 전극의 소재로서 전극에 널리 사용되고 있는 금속이나 금속화합물보다도, 탄소, 비교적 불활성인 귀금속, 도전성 산화물 또는 도전성 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다. 이 귀금속을 소재로 한 전극으로서는, 예를 들면 밑바탕의 전극소재에 티탄을 사용하고, 그 표면에 도금이나 코팅으로 백금 또는 이리듐을 부착시켜 고온으로 소결하여 안정화와 강도를 유지하는 처리를 행한 것을 들 수 있다. 세라믹스제품은 일반적으로 무기물질을 원료로 하여 열처리에 의해 얻어지고, 각종 비금속·금속의 산화물·탄화물·질화물 등을 원료로 하여 여러가지 특성을 가지는 제품이 만들어져 있다. 이 중에 도전성을 가지는 세라믹스도 있다. 전극이 산화되면 전극의 전기저항치가 증가하여 인가전압의 상승을 초래하나, 이와 같이 백금 등의 산화되기 어려운 재료나 이리듐 등의 도전성 산화물로 전극 표면을 보호함으로써 전극 소재의 산화에 의한 도전성의 저하를 방지할 수 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 전극부(46)의 베이스(84)의 내부에는 피가공면에 순수, 보다 바람직하게는 초순수를 공급하기 위한 유로(92)가 형성되어 있고, 이 유로(92)는, 순수공급관(94)을 거쳐 순수공급원(도시 생략)에 접속되어 있다. 각 전극부재(82)의 양측에는 유로(92)로부터 공급되는 순수 또는 초순수를 기판(W)과 전극부재(82)의 이온 교환체(90)와의 사이에 분사하기 위한 순수 분사노즐(96)이 설치되어 있다. 이 순수 분사노즐(96)에는 전극부재(82)에 대향하는 기판(W)의 피가공면, 즉 기판(W)과 이온 교환체(90)와의 접촉부분을 향하여 순수 또는 초순수을 분사하는 분사구(98)가 X 방향(도 8 참조)을 따라 복수부분에 설치되어 있다. 이 순수 분사노즐(96)의 분사구(98)로부터 유로(92) 내의 순수 또는 초순수가 기판(W)의 피가공면 전역에 공급된다. 여기서 도 10에 나타내는 바와 같이 순수 분사노즐(96)의 높이는, 전극부재(82)의 이온 교환체(90)의 높이보다도 낮아져 있어, 기판(W)을 전극부재(82)의 이온 교환체(90)에 접촉시켰을 때에도 순수 분사노즐(96)의 정점부가 기판(W)에 접촉하지 않게 되어 있다.
또, 각 전극부재(82)의 전극(86)의 내부에는 유로(92)로부터 이온 교환체(88)를 지나는 관통구멍(100)이 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여 유로(92) 내의 순수 또는 초순수는, 관통구멍(100)을 통하여 이온 교환체(88)에 공급된다. 여기서 순수는 예를 들면 전기전도도가 10 μS/cm 이하의 물이고, 초순수는 예를 들면 전기 전도도가 0.1 μS/cm 이하의 물이다. 이와 같이 전해질을 함유하지 않은 순수 또는 초순수를 사용하여 전해가공을 행함으로써 기판(W)의 표면에 전해질 등의 여분의 불순물이 부착되거나, 잔류하거나 하는 것을 없앨 수 있다. 또한 전해에 의하여 용해된 구리이온 등이, 이온 교환체(88, 90)에 이온 교환반응에 의해 즉시 포착되기 때문에, 용해된 구리 이온 등이 기판(W)의 다른 부분에 다시 석출되거나, 산화되어 미립자가 되어 기판(W)의 표면을 오염하거나 하는 일이 없다.
또, 순수 또는 초순수 대신에, 전기전도도가 500 μS/cm 이하인 액체나, 임의의 전해액, 예를 들면 순수 또는 초순수에 전해질을 첨가한 전해액을 사용하여도 좋다. 전해액을 사용함으로써, 전기저항을 저감하여 소비전력을 줄일 수 있다. 이 전해액으로서는 예를 들면 NaCl이나 Na2SO4등의 중성염, HCl이나 H2SO4등의 산, 나아가서는 암모늄 등의 알칼리 등의 용액을 사용할 수 있고, 피가공물의 특성에 의하여 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
또한 순수 또는 초순수 대신에, 순수 또는 초순수에 계면활성제 등을 첨가하여 전기전도도가 500 μS/cm 이하, 바람직하게는 50 μS/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 μS/cm 이하(비저항으로 10 MΩ· cm 이상)로 한 액체를 사용하여도 좋다. 이와 같이 순수 또는 초순수에 계면활성제를 첨가함으로써, 기판(W)과 이온 교환체(88, 90)의 계면에 이온의 이동을 방지하는 똑같은 억제작용을 가지는 층을 형성하고, 이것에 의하여 이온 교환(금속의 용해)의 집중을 완화하여 피가공면의 평탄성을 향상시킬 수 있다. 여기서 계면활성제 농도는, 100 ppm 이하가 바람직하다. 또한 전기전도도의 값이 너무 높으면 전류효율이 내려가 가공속도가 느려지나, 500 μS/cm이하, 바람직하게는 50 μS/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 μS/cm 이하의 전기전도도를 가지는 액체를 사용함으로써 원하는 가공속도를 얻을 수 있다.
다음에 이 실시형태에 있어서의 기판처리장치를 사용한 기판처리(전해가공)에대하여 설명한다. 먼저 예를 들면 도 1b에 나타내는 바와 같이 표면에 도전체막(피가공부)으로서 구리막(6)을 형성한 기판(W)을 수납한 카세트를 로드·언로드부(30)에 세트하고, 이 카세트로부터 1매의 기판(W)을 반송로봇(36)으로 인출한다. 반송로봇(36)은 인출한 기판(W)을 필요에 따라 반전기(32)에 반송하고, 기판(W)의 도전체막[구리막(6)]을 형성한 표면이 밑을 향하도록 반전시킨다.
반송로봇(36)은, 반전시킨 기판(W)을 수취하여 이것을 전해가공장치(34)로 반송하고, 기판유지부(42)에 의하여 흡착 유지시킨다. 아암(40)을 이동시켜 기판(W)을 유지한 기판유지부(42)를 전극부(46)의 바로 위쪽의 가공위치까지 이동시킨다. 다음에 상하운동용 모터(50)를 구동하여 기판유지부(42)를 하강시키고, 이 기판유지부(42)로 유지한 기판(W)을 전극부(46)의 이온 교환체(90)의 표면에 접촉 또는 근접시킨다. 이 상태에서 자전용 모터(58)를 구동하여 기판(W)을 회전시키고, 동시에 중공모터(60)를 구동하여 전극부(46)를 스크롤운동시킨다. 이때 순수 분사노즐(96)의 분사구(98)로부터 기판(W)과 전극부재(82)와의 사이에 순수 또는 초순수를 분사하고, 또 각 전극부(46)의 관통구멍(100)을 통하여 순수 또는 초순수를 이온 교환체(88)에 함유시킨다. 이 실시형태에서는 이온 교환체(88)에 공급된 순수 또는 초순수는 각 전극부재(82)의 길이방향 끝부로부터 배출된다.
그리고 전원(48)에 의하여 가공전극(86a)과 급전전극(86b)과의 사이에 소정의 전압을 인가하여 이온 교환체(88, 90)에 의하여 생성된 수소 이온 또는 수산화물 이온에 의하여 가공전극(음극)(86a)에 있어서 기판(W)의 표면의 도전체막[구리막(6)]의 전해가공을 행한다. 또한 이 실시형태에서는 전해가공 중에 왕복운동용 모터(56)를 구동시켜 아암(40) 및 기판유지부(42)를 Y 방향(도 5 및 도 9 참조)으로 이동시킨다. 이와 같이 이 실시형태에서는 전극부(46)를 스크롤운동시켜 기판(W)을 전극부재(82)의 길이방향과 수직한 방향으로 이동시키면서 가공을 행하나, 예를 들면 전극부(46)를 전극부재(82)의 길이방향과 수직한 방향으로 이동시키면서 기판(W)을 스크롤 운동시켜도 좋다. 또 스크롤운동 대신에 Y 방향(도 5 및 도 9참조)으로의 직진 왕복운동을 행하는 것으로 하여도 좋다.
전해가공 중에는 가공전극(86a)과 급전전극(86b)과의 사이에 인가하는 전압, 또는 이 사이를 흐르는 전류를 모니터부(38)에서 모니터하여, 엔드포인트(가공 종점)를 검지한다. 즉, 동일한 전압(전류)을 인가한 상태에서 전해가공을 행하면, 재료에 의하여 흐르는 전류(인가되는 전압)에 차이가 생긴다. 예를 들면 도 11a에나타내는 바와 같이 표면에 재료 B와 재료 A를 차례로 성막한 기판(W)의 해당 표면에 전해가공을 실시하였을 때에 흐르는 전류를 모니터하면 재료 A를 전해가공하고 있는 동안은 일정한 전류가 흐르나, 다른 재료 B의 가공으로 이행하는 시점에서 흐르는 전류가 변화된다. 마찬가지로 가공전극과 급전전극 사이에 인가되는 전압에 있어서도 도 1b에 나타내는 바와 같이 재료 A를 전해가공하고 있는 동안은 일정한 전압이 인가되나, 다른 재료 B의 가공으로 이행하는 시점에서 인가되는 전압이 변화된다. 또한 도 11a는 재료 B를 전해가공할 때의 쪽이, 재료 A를 전해가공할 때보다도 전류가 흐르기 어렵게 되는 경우를, 도 11b는 재료 B를 전해가공할 때의 쪽이, 재료 A를 전해가공할 때보다도 전압이 높아지는 경우의 예를 나타내고 있다. 이에 의하여 이 전류 또는 전압의 변화를 모니터함으로써 엔트포인트를 확실하게 검지할 수 있다.
또한 모니터부(38)에서 가공전극(86a)과 급전전극(86b)과의 사이에 인가하는 전압, 또는 그 사이를 흐르는 전류를 모니터하여 가공종점을 검지하도록 한 예를 설명하였으나, 이 모니터부(38)에서 가공 중인 기판의 상태의 변화를 모니터하여 임의로 설정한 가공종점을 검지하도록 하여도 좋다. 이 경우, 가공종점은 피가공면의 지정한 부위에 대하여, 원하는 가공량에 도달한 시점, 또는 가공량과 상관관계를 가지는 파라미터가 원하는 가공량에 상당하는 양에 도달한 시점을 가리킨다. 이와 같이 가공의 도중에 있어서도 가공종점을 임의로 설정하여 검지할 수 있게 함으로써 다단 프로세스에서의 전해가공이 가능하게 된다.
전해가공 완료후, 전원(48)의 접속을 끊어 기판유지부(42)와 전극부(46)의회전을 정지시키고, 그런 다음에 기판유지부(42)를 상승시키고, 아암(40)을 이동시켜 기판(W)을 반송로봇(36)에 주고 받는다. 기판(W)을 수취한 반송로봇(36)은 필요에 따라 반전기(32)로 반송하여 기판(W)을 반전시킨 후, 기판(W)을 로드·언로드부(30)의 카세트로 되돌린다.
여기서 초순수와 같은 액 자신의 저항치가 큰 액체를 사용하는 경우에는 이온 교환체(90)를 기판(W)에 접촉시킴으로써 전기저항을 저감시킬 수 있어, 인가전압도 작아도 되고, 소비전력도 저감할 수 있다. 이「접촉」은 예를 들면 CMP와 같이 물리적인 에너지(응력)를 피가공물에 주기 위하여 「가압하는」것을 의미하는 것이 아니다. 따라서 이 실시형태에 있어서의 전해가공장치에서는 기판(W)의 전극부(46)에의 접촉 또는 근접에는 상하운동용 모터(50)를 사용하고 있고, 예를 들면 CMP 장치에 있어서, 기판과 연마부재를 적극적으로 가압하는 가압기구는 구비하고 있지 않다. 즉, CMP 에 있어서는 일반적으로 20 내지 50 kPa 정도의 가압력으로 기판을 연마면에 가압하고 있으나, 이 실시형태의 전해가공장치에서는 예를 들면 20 kPa 이하의 압력으로 이온 교환체(90)를 기판(W)에 접촉시키면 되고, 10 kPa 이하의 압력이어도 충분히제거가공효과를 얻을 수 있다.
이 실시형태에 있어서, 기판(W)과 전극부재(82)의 이온 교환체(90)를 접촉시켜 가공을 행하는 경우, 전극부(46)의 이온 교환체(90)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉범위 내에서 가공이 진행되기 때문에, 이온 교환체(90)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭을 기판(W)의 가압량[즉, 전극부(46)와 기판(W) 사이의 거리]에 의하여 조정할 필요가 있다. 그러나 전극부재(82)는 길이가 긴 형상이기 때문에, 전극부(46)와 기판(W)과의 사이의 거리를 길이방향의 전체길이에 걸쳐 높은 정밀도로 조정하는 것은 어렵다. 또 가공 중은, 전극부(46)는 스크롤운동을 행하고, 기판(W)은 Y 방향(도 5 및 도 9 참조)으로 이동하기 때문에, 이들의 상대이동에 따라 상기 거리가 변화되는 것을 생각할 수 있다. 또한 각 전극부재(82)의 이온 교환체(90)의 설치상태에 의하여 각 이온 교환체(90)의 높이에 불균일이 생겨 동일한 문제가 발생하는 것을 생각할 수 있다.
예를 들면 도 12a에 나타내는 바와 같이, 전극부(46)의 상면과 기판(W)과의 사이의 거리가 h1(= 17.7 mm)인 경우에는, 이온 교환체(90)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭이 w1(= 4.4 mm)이 되나, 도 12b에 나타내는 바와 같이 전극부(46)의 상면과 기판(W)과의 사이의 거리가 h2(= 17.5 mm)가 된 경우에는, 이온 교환체(90)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭이 w2(= 5.2 mm)가 되어, 접촉폭이 크게 변화된다. 전해가공은 이온 교환체(90)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉범위 내에서 진행되기 때문에 이와 같이 이온 교환체(90)의 가공에 사용되는 부분의 접촉폭이 변화되면 균일한 가공을 할 수 없을 염려가 있다.
이와 같은 관점으로부터 전극부재(82)에는 이온 교환체(90)의 가공에 사용되는 부분과 기판(W)과의 접촉폭을 일정하게 제한하는 접촉폭 제한부를 설치하는 것이 바람직하다. 도 13a는 이와 같은 접촉폭 제한부를 구비한 본 발명의 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부재를 나타내는 단면도, 도 13b는 도 13a의 부분확대도이다. 이 실시형태에 있어서는 접촉폭 제한부로서 절연필름을 사용하고있다. 즉, 도 13a 및 도 13b에 나타내는 바와 같이 이온 교환체(90)의 정점부 이외의 표면에는 절연필름(102)이 부착되어 있고, 이온 교환체(90)의 정점부의 폭(w3)(예를 들면 4 mm)의 범위만 이온 교환체(90)가 노출되게 되어 있다. 이 절연필름(102)은 전기적인 절연물이면 좋고, 예를 들면 두께 0.1 mm의 비닐테이프를 사용할 수 있다.
이와 같은 전극부재(82)를 사용하여 가공을 행하는 경우에는 적어도 이온 교환체(90)가 노출되어 있는 있는 폭(w3)의 부분이 기판에 접촉하도록 기판의 가압량을 소정의 가압량 이상으로 설정한다. 이에 의하여 도 14a에 나타내는 바와 같이 전극부(46)의 상면과 기판(W)과의 사이의 거리가 h3(= 17.7 mm)인 경우에는, 전극부재(82)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭은 w4(= 4.6 mm)가 되나, 이온 교환체(90)가 실제로 기판(W)의 피가공면과 접촉하고 있는 폭은 w5(= 3.5 mm)가 된다. 또 도 14b에 나타내는 바와 같이 전극부(46)의 상면과 기판(W)과의 사이의 거리가 h4(= 17.5 mm)가 된 경우에는, 전극부재(82)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭은 w6(= 5.2 mm)이 되나, 이온 교환체(90)가 실제로 기판(W)의 피가공면과 접촉하고 있는 폭은, 도 14a에 나타내는 경우와 변함없이 w5(= 3.5 mm)이다. 따라서 이 실시형태에서는 기판(W)의 가압량이 변화되어도 이온 교환체(90)의 표면에 부착된 절연필름(102)에 의하여 기판(W)의 피가공면과 이온 교환체(90)와의 접촉폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서는 이온 교환체(90)의 정점부 이외의 표면측에 절연필름(102)을 부착한 예를 설명하였으나, 이온 교환체(90)의 정점부 이외의 이면측에 절연필름을 부착하여도 좋고, 이 경우에도 이온 교환을 행하는 범위를 제한할 수 있기 때문에 동일한 효과를 기대할 수 있다.
도 15a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어의 전극부재를 나타내는 단면도, 도 15b는 도 15a의 부분 확대도이다. 이 실시형태에 있어서의 전극부재(82)는 접촉폭 제한부로서, 이온 교환능력을 가지지 않은 부재를 사용하고 있다. 즉, 이 실시형태에 있어서는, 도 15a 및 도 15b에 나타내는 바와 같이 이온 교환체(90)의 정점부 이외의 부분(90a)은 이온 교환능력을 가지고 있지 않고, 이온 교환체(90)의 정점부의 폭(w7)(예를 들면 4 mm)의 부분(90b)만이 이온 교환능력을 가지고 있다. 이들 부분(90a, 90b)은 예를 들면 이온 교환능력을 부여시키지 않는 부분(90a)을 납으로 차폐한 상태에서 γ선을 조사하여 그라프트중합을 행함으로써 일체적으로 형성할 수 있다.
이 실시형태에 있어서는, 적어도 이온 교환능력이 있는 부분(90b)의 전면이 기판에 접촉하도록 기판의 가압량을 소정의 가압량 이상으로 설정한다. 이에 의하여 도 16a에 나타내는 바와 같이 전극부(46)의 상면과 기판(W)과의 사이의 거리가 h5(= 17.7 mm)인 경우에는, 이온 교환체(90)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭은 w8(= 4.4 mm)이 되나, 가공이 진행되는 부분(즉 이온 교환능력을 가지는 부분)의 폭은 w9(= 4 mm)가 된다. 또 도 16b에 나타내는 바와 같이 전극부(46)의 상면과 기판(W)과의 사이의 거리가 h6(= 17.5 mm)이 된 경우에는, 전극부재(82)와 기판(W)의 피가공면과의 접촉폭은 w10(= 5.2 mm)이 되나, 가공이 진행되는 부분(즉 이온 교환능력을 가지는 부분)의 폭은, 도 16a에 나타내는 경우와 변함없이 W9(= 4 mm)가 된다. 따라서 이 실시형태에서는 기판(W)의 가압량이 변화되어도 이온 교환능력을 가지지 않은 부재(90a)에 의하여 가공이 진행되는 부분의 폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다. 또 이 실시형태에서는 상기한 실시의 형태와 같은 절연필름(102)을 부착하는 수고를 생략할 수 있다. 또한 상기한 실시형태에서는 이온 교환체(90)의 표면측에 부착한 절연필름(102)의 막두께가 상기 접촉폭에 다소의 영향을 미치고, 또 이온 교환체(90)의 이면측에 절연필름(102)을 부착한 경우는, 이온 교환체(90)의 표면에의 전계의 표류에 의하여 그 표면에서의 가공에 다소의 불균일이 생기는 것을 생각할 수 있으나, 이 실시형태에 있어서, 이온 교환능력을 가지는 부분(90b)과 이온 교환능력을 가지 않은 부분(90a)을 일체로 형성한 이온 교환체(90)를 사용하면 이와 같은 영향을 없앨 수 있다.
도 17a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치에 있어서의 전극부재에 사용하는 이온 교환체를 나타내는 부분사시도, 도 17b는 도 17a에 나타내는 이온 교환체를 설치한 전극부재를 나타내는 부분사시도이다. 이 실시형태에 있어서의 전극부재(82)에 있어서는 접촉폭 제한부로서 이온 교환체에 볼록부를 설치하고 있다. 즉 도 17a 및 도 17b에 나타내는 바와 같이 이온 교환체(90)는 정점부에 폭(w11)의 볼록부(90c)를 가지고 있다. 이와 같은 볼록부(90c)는 볼록부(90c)의 형상에 대응한 형을 사용하여 이온 교환체(90)를 압출 가공함으로써 제작할 수 있다.
이 실시형태에 있어서는, 적어도 이온 교환체(90)의 볼록부(90c)의 전면이 기판에 접촉하도록 기판의 가압량을 소정의 가압량 이상으로 설정한다. 이것에 의하여 기판(W)이 도 18a에 나타내는 위치로부터 아래쪽으로 가압되어 도 18b에 나타내는 바와 같이 이온 교환체(90)의 볼록부(90c)의 표면에 접촉하고, 또한 도 18c에 나타내는 바와 같이 거리(d)만큼 아래쪽으로 가압되어도 이온 교환체(90)는 기판(W)과 볼록부(90c)의 전면에 있어서만 접촉하여, 접촉폭은 일정하게 된다. 따라서 이 실시형태에서는 이온 교환체(90)에 설치된 볼록부(90c)에 의하여 기판(W)의 가압량이 변화되어도 기판(W)의 피가공면과 이온 교환체(90)와의 접촉폭을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 가공을 실현할 수 있다.
또, 이 경우에 있어서 도 19에 나타내는 바와 같이 볼록부(90c)의 내부에 예를 들면 전기화학적으로 불활성인 부재(104), 예를 들면 불소수지 등을 삽입하여도 된다. 이와 같은 부재(104)를 이온 교환체(90)의 볼록부(90c)의 내부에 삽입함으로써, 이온 교환체(90)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또 도 20a에 나타내는 바와 같이 볼록부(90c)를 전극부재(82)의 길이방향을 따른 소정의 피치로, 이온 교환체(90)의 일부에만 설치하여도 좋다. 이 경우에 있어서, 도 20b에 나타내는 바와 같이 볼록부(90c)의 전극부재(82)의 길이방향을 따른 폭을 짧게 하여도 좋다. 이와 같이 볼록부(90c)의 전극부재(82)의 길이방향을 따른 폭을 짧게 하면, 도 20a에 나타낸 전극부재(82)와 비교하여 순수 또는 초순수가 피가공면에 공급되기 쉽게 되어, 순수 또는 초순수가 부족되는 것에 의한 가공 이상을 방지할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치의 전극부의 단면도를, 도 22는 도 21의 부분확대도를 나타낸다. 이 실시형태의 전극부(46a)는, 상기한 예와 마찬가지로 직사각형상으로 형성되고, 직선형상으로 연기되는 복수의 전극(200)을 구비하고 있으며, 이들 전극(200)은, 평판형상 베이스(84a)상에 병렬로 배치되어 있다. 이 실시형태에서는 전극(200)의 상면에 이온 교환체를 가지고 있지 않다. 이들 각 전극(200은) 전원의 음극과 양극에 교대로 접속되고, 이 예에서는 전원의 음극에 접속되는 전극(200)이 가공전극(202a)이 되고, 양극에 접속되는 전극(200)이 급전전극(202b)이 되도록 되어 있다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 전극부(46a)의 베이스(84a)의 내부에는, 피가공면에 순수, 보다 바람직하게는 초순수나 전해액을 공급하기 위한 유로(204)가 형성되어 있고, 이 유로(204)는 유체공급관(206)을 거쳐 유체공급원(도시 생략)에 접속되어 있다. 각 전극(200)의 양측에는 유로(204)로부터 공급되는 순수나 전해액 등을 기판(W)과 전극(200)과의 사이에 공급하기 위한 유체공급노즐(208)이 설치되어 있다. 이 유체공급노즐(208)에는 기판(W)과 전극(200)의 대향부분 내지 접촉부분을 향하여 순수나 전해액 등을 분사하는 공급구(210)가 길이방향을 따른 소정의 피치로 복수부분에 설치되어 있다. 이 유체공급노즐(208)의 공급구(210)로부터 유로(204) 내의 순수나 전해액 등이 기판(W)의 피가공면 전역에 공급된다.
또, 각 전극(200)의 내부에는 유로(204)에 연통하여 상하방향으로 관통하는 관통구멍(212)이 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여 유로(204) 내의 순수나 전해액 등은 관통구멍(212)을 통하여 전극(200)과 기판(W)과의 사이에 공급된다.또한 전극(200)과 유체공급노즐(208)과의 사이에는 유지 플레이트(214)가 장착되어 있다.
이 실시형태에 나타내는 바와 같이, 전극(200)의 표면에 이온 교환체를 설치하지 않아도 좋다. 이 예에 의하면 복수의 전극(200)이 병렬로 배치되어 있고, 피가공물에 대향하는 면으로부터 급전전극(202b)과 가공전극(202a)을 근접시킴으로써 예를 들면 기판상의 도전성막(6)(도 1b 참조)에의 급전을 용이하게 행할 수 있다. 또각각에서 동일한 형상의 급전전극(202b)과 가공전극(202a)이 등간격으로 배치되어 있기 때문에, 기판에 대한 급전전극(202b)과 가공전극(202a)의 비율이 거의 같아지므로, 급전부분이 기판의 수개소에 집중하지 않고, 기판 전면에 균일하게 급전할 수 있다는 이점을 가진다.
도 21 및 도 22에 나타내는 예에서는 이온 교환체를 설치하지 않은 경우를 나타내었으나, 전극과 피가공물의 사이에, 이온 교환체 이외의 부재를 개재시켜도 좋다. 그 경우, 이 부재로서 스펀지 등, 통액성을 가지는 부재를 사용함으로써 전극과 피가공물 사이의 액체를 거쳐 이온을 이동시킨다.
또한 전극과 피가공물과의 사이에 부재를 거치지 않은 경우는, 피가공물과 각 전극과의 사이의 저항이, 인접하는 음양의 전극 사이의 저항보다도 작아지도록 피가공물과 각 전극 사이의 거리 및 인접하는 전극 간 거리를 설정하여, 이온의 이동을 인접하는 전극 사이보다도 전극과 피가공물의 사이에서 행하게 하도록 한다. 이에 의하여 전류가 급전전극→피가공물→가공전극으로 우선적으로 흐르게 된다.
이 실시형태의 전해가공장치에 의하여, 기판(W)의 표면에 성막 내지 부착된불필요한 루테늄막을 에칭제거할 때에는, 가공전극(202a) 및 급전전극(202b)과 기판(W)의 피가공부인 루테늄막과의 사이에, 예를 들면 할로겐화물을 함유한 전해액을 공급한다. 그리고 전원의 양극을 급전전극(202b)에, 음극을 가공전극(202a)에 각각 접속하고, 이에 의하여 기판(W) 표면의 루테늄막을 양극으로 하고, 가공전극(202a)을 음극으로 하여, 기판(W)과 가공전극(202a) 및 급전전극(202b)과의 사이에 전해액을 공급하여 가공전극(202a)에 대면하고 있는 부위를 에칭제거한다.
할로겐화물을 용해시키는 용매로서는, 예를 들면 물 또는 알콜류, 아세트니트릴, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드 등의 유기용매를 사용할 수 있다. 가공하는 루테늄막의 용도, 가공후에 필요하게 되는 세정, 표면상태 등에 의하여 적절하게 선택하면 좋다. 반도체제조에 사용되는 기판에 대해서는 불순물의 오염을 적극 피하기위하여 순수를 사용하는 것이 바람직하고, 초순수를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 할로겐화물은 그 용액을 전해액으로 하였을 때에 전기화학적 상호작용에 의하여 루테늄막의 에칭가공이 진행되고, 또한 전해 중에 생성된 화합물이 루테늄과 반응하여 반응물이 전해액 중에 용해되거나, 또는 휘발하여 제거되는 것이면 어느 것이어도 좋다. 예를 들면 HCl, HBr, HI의 수용액과 같은 할로겐화수소산, HClO3, HBrO3, HIO3, HClO, HBrO, HIO와 같은 할로겐 산소산의 수용액, NaClO3, KClO3, NaClO, KClO와 같은 할로겐 산소산염의 수용액, NaCl, KCl과 같은 중성염의 수용액을 전해액으로서 사용할 수 있다. 가공 후의 루테늄의 사용용도와 잔류물질의 영향, 루테늄의 막두께, 루테늄의 밑바탕막의 특성 등에 의하여 적절하게 선택하여 사용하면좋다.
이 전해가공장치에 있어서는, 상기한 예와 마찬가지로, 기판유지부(42)(도 5및 도 6참조)를 거쳐 기판(W)을 가공전극(202a) 및 급전전극(202b)에 근접 내지 접촉시켜 회전시키면서 전극부(46a)를 스크롤운동시키는 것으로, 이에 의하여 전기화학반응에 의하여 루테늄막이 에칭제거됨과 동시에, 전해에 의하여 생성한 할로겐화물과 루테늄이 화학반응하여 루테늄막의 에칭제거가 진행된다. 가공 후의 표면은 초순수공급노즐(도시 생략)로부터 공급되는 초순수에 의하여 세정된다.
할로겐화물의 농도는, 1 mg/1∼10 g/l, 바람직하게는 100 mg/l∼1 g/l 정도이다. 할로겐화물의 종류, 가공시간, 가공면적, 양극으로 한 루테늄막과 음극으로 한 가공전극과의 거리, 전해전압 등은, 전해가공후의 기판의 표면상태나 폐액처리의 능력 등에 의하여 적절히 결정하면 좋다. 예를 들면 희박농도의 전해액을 사용하여 전해전압을 높게 함으로써, 약액 사용량을 줄일 수 있고, 전해액의 농도를 높게 함으로써 가공속도를 빠르게 할 수 있다.
도 23은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 전극부의 단면도를, 도 24는 도 23의 부분확대도를 나타낸다. 이 실시형태의 전극부(146)는 직선형상으로 연장되는 복수의 전극부재(182)를 구비하고 있고, 이들 전극부재(182)는 평판형상의 베이스(184)상에 병렬로 등피치로 배치되어 있다.
도 24에 나타내는 바와 같이, 각 전극부재(182)는 전원에 접속되는 전극(186)과, 전극(186)의 표면을 일체적으로 덮는 이온 교환체(이온 교환막)(190)를구비하고 있다. 이온 교환체(190)는, 전극(186)의 양측에 배치된 유지 플레이트(185)에 의하여 전극(186)에 설치되어 있다. 이 이온 교환체(190)는, 예를 들면 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성되어 있다.
그리고 인접하는 전극부재(182)의 전극(186)에, 전원의 음극과 양극이 교대로 접속되어 있다. 예를 들면 전극(가공전극)(186a)을 전원의 음극에 접속하고, 전극(급전전극)(186b)을 양극에 접속한다. 예를 들면 구리를 가공하는 경우에 있어서는 음극측에 전해가공작용이 생기기 때문에, 음극에 접속한 전극(186)이 가공전극(186a)이 되고, 양극에 접속한 전극(186)이 급전전극(186b)이 된다. 이와 같이 이 실시형태에서는 가공전극(186a)과 급전전극(186b)이 병렬로 교대로 배치된다.
전극부(146)의 베이스(184)의 내부에는 피가공면에 순수, 보다 바람직하게는 초순수를 공급하기 위한 유로(192)가 형성되어 있고, 이 유로(192)는 순수공급관(194)을 거쳐 순수공급원(도시 생략)에 접속되어 있다. 각 전극부재(182)의 양측에는 유로(192)로부터 공급되는 순수 또는 초순수를 기판(W)과 전극부재(182)의 이온 교환체(190)와의 사이에 분사하기 위한 순수 분사노즐(196)이 설치되어 있다. 이 순수 분사노즐(196)에는 전극부재(182)에 대향하는 기판(W)의 피가공면, 즉 기판(W)과 이온 교환체(190)와의 접촉부분을 향하여 순수 또는 초순수를 분사하는 분사구(198)가 길이방향을 따라 복수부분에 설치되어 있다. 이 순수 분사노즐(196)의 분사구(198)로부터 유로(192) 내의 순수 또는 초순수가 기판(W)의 피가공면 전역에 공급된다. 여기서 도 24에 나타내는 바와 같이 순수 분사노즐(196)의 높이는, 전극부재(182)의 이온 교환체(190)의 높이보다도 낮게 되어 있어, 기판(W)을 전극부재(182)의 이온 교환체(190)에 접촉시켰을 때에도 순수 분사노즐(196)이 기판(W)에 접촉하지 않게 되어 있다. 또 각 전극부재(182)의 전극(186)의 내부에는 유로(192)로부터 이온 교환체(190)를 지나는 관통구멍(199)이 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여 유로(192) 내의 순수 또는 초순수는, 관통구멍(199)을 통하여 이온 교환체(190)에 공급된다. 그 밖의 구성은, 도 5 내지 도 10에 나타내는 예와 동일하다.
이 실시형태에 있어서의 기판처리장치에 있어서는, 상기와 마찬가지로 기판유지부(42)(도 5 및 도 6 참조, 이하 동일)로 유지한 기판(W)을 전극부(146)의 이온 교환체(190)의 표면에 접촉 또는 근접시킨 상태에서 전극부(146)를 스크롤 운동시킨다. 이 스크롤운동은 가공전극(186a)과 기판(W)을 Y 방향(도 23 참조, 이하 동일)으로 상대운동시키는 제 1의 상대이동이며, 이 스크롤 운동에 의하여 Y 방향을 따른 왕복 상대운동이 형성된다. 이 스크롤 운동과 동시에 기판유지부(42)로 유지한 기판(W)을 Y 방향으로 소정의 거리만큼 이동시켜, 기판(W)과 가공전극(186a)과의 사이에서 제 2의 상대운동을 행한다. 이때 순수 분사노즐(196)의 분사구(198)로부터 기판(W)과 전극부재(182)와의 사이에 순수 또는 초순수을 분사하고, 또 각 전극부(146)의 관통구멍(199)을 통하여 순수 또는 초순수를 이온 교환체(190)에 함유하게 한다. 이 실시형태에서는 이온 교환체(190)에 공급된 순수 또는 초순수는 각 전극부재(182)의 길이 방향 끝부로부터 배출된다.
그리고 전원에 의하여 가공전극(186a)과 급전전극(186b)과의 사이에 소정의전압을 인가하여, 이온 교환체(190)에 의해 생성된 수소 이온 또는 수산화물 이온에 의하여 가공전극(음극)(186a)에 있어서 기판(W) 표면의 도전체막[구리막(6)]의 전해가공을 행한다. 또한 이 실시형태에서는 전해가공 중에 기판유지부(42)에 유지된 기판(W)을 회전시키지 않고 가공을 행하고 있다.
전해가공 중에는, 가공전극(186a)과 급전전극(186b)과의 사이에 인가하는 전압, 또는 이 사이를 흐르는 전류를 모니터부(38)(도 4 참조)에서 모니터하여 엔드포인트(가공종점)를 검지하는 것은, 상기와 동일하다.
전해가공 완료 후, 전원의 접속을 끊고 전극부(146)의 스크롤운동을 정지시켜, 가공후의 기판(W)을 다음 공정으로 반송한다.
여기서, 하나의 가공전극에 대하여 생각하면, 도 25a에 나타내는 바와 같이 전해가공에 있어서는, 기판(W)이 가공전극(220)의 표면의 이온 교환체(230)와 접촉 또는 근접한 범위(L)에서만 가공이 행하여진다. 이 가공전극(220)에 의하여 가공되는 기판(W)의 Y 방향[가공전극(220)의 길이방향과 수직한 방향]을 따른 단위시간당의 가공량은, 도 25b에 나타내는 바와 같은 분포가 된다. 가공전극(220)의 끝부(220a)에는 전계가 집중하기 때문에, 도 25b에 나타내는 바와 같이 가공전극(220)의 끝부(220a) 부근의 가공율은 중앙부근(220b)에 비교하여 높아진다.
이와 같이 하나의 가공전극(220)에 있어서 가공량의 불균일이 생기나, 이 실시형태에서는 상기한 바와 같이 전극부(146)를 스크롤 운동시켜, 기판(W)과 가공전극(186a)(도 23 참조)을 Y 방향으로 왕복 상대운동(제 1의 상대운동)시킴으로써 이 가공량의 불균일을 억제하고 있다. 도 25c는 스크롤 운동(제 1의 상대운동)을 행한 경우에 있어서의 기판(W)의 Y 방향을 따른 단위시간당의 가공량을 나타내는 그래프이다. 도 25c에 나타내는 바와 같이 스크롤 운동에 의하여 가공량의 불균일을 적게 할 수는 있으나, 불균일을 완전하게 없애는 것은 할 수 없다.
이 실시형태에서는 상기한 스크롤운동(제 1의 상대운동)에 더하여 전해가공 중에 기판유지부(42)로 유지한 기판(W)을 Y 방향으로 소정의 거리만큼 이동시켜 기판(W)과 가공전극(220)과의 사이에서 제 2의 상대운동을 행함으로써, 상기한 가공량의 불균일을 없애고 있다. 즉, 도 26a에 나타내는 바와 같이 스크롤운동(제 1의 상대운동)만을 행한 경우에는 기판(W)의 Y 방향을 따라 가공량에 차이가 생겨 동일형상의 가공량 분포가 피치(P)마다 나타나나, 전해가공 중에 도 5 및 도 6에 나타내는 왕복운동용 모터(56)를 구동시켜 아암(40) 및 기판유지부(42)를 Y 방향(도 23 참조)으로 도 26a에 나타내는 피치(P)의 정수배만큼 이동시켜 기판(W)과 가공전극(220)과의 사이에서 제 2의 상대운동을 행한다. 전해가공 중에 이와 같은 제 2의 상대운동을 상기 제 1의 상대운동과 함께 행한 경우, 예를 들면 피치(P)의 등배(等倍)만큼 이동시킨 경우에는 도 26b에 나타내는 기판(W)상의 점(Q)은, 면적(SQ)에 상당하는 가공량만큼 가공되고, 도 26c에 나타내는 기판(W)상의 점(R)은, 면적(SR)에 상당하는 가공량만큼 가공된다. 여기서, 각 가공량 분포의 형상은 서로 같기 때문에 이들 면적(SQ, SR)은 서로 같아져 기판(W)상의 점(Q)과 점(R)에서의 가공량이 같아진다. 이와 같이 제 1의 상대운동과 함께 제 2의 상대운동을 시킴으로써 기판(W)의 전면을 균일하게 가공하는 것이 가능하게 된다. 이 경우에 있어서, 제 2의상대운동의 이동속도는 일정한 것이 바람직하다.
여기서, 상기한 제 2의 상대운동을 반복하여 기판(W)을 가공전극(220)에 대하여 Y 방향으로 왕복 운동시켜도 좋다. 이 경우에 있어서 왕로와 복로의 이동거리는 모두 상기판 피치(P)의 정수배로 할 필요가 있으나, 왕로의 이동거리와 복로의 이동거리를 반드시 같게 할 필요는 없고, 서로 달라 있어도 된다. 예를 들면 왕로의 이동거리를 피치(P)의 2배로 하고, 복로의 이동거리를 피치(P)의 등배로 하여도 된다.
상기한 바와 같이 제 1의 상대운동과 함께 제 2의 상대운동을 행함으로써 기판(W)의 전면을 균일하게 가공하는 것이 가능하게 되나, 실제의 가공에 있어서는 가공전극의 길이방향에 있어서 단위면적당의 가공율에 불균일이 있거나, 각 가공전극마다에서 가공율이 다르거나 하여 균일한 가공이 충분히 실현되지 않는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 이하에 설명하는 바와 같이 제 2의 상대운동을 시키는 것이 바람직하다.
먼저, 도 27a에 나타내는 상태에서 상기한 바와 같이 피치(P)의 정수배만큼 기판(W)을 가공전극(220)에 대하여 Y1방향으로 이동시킨다. 다음에 자전용 모터(58) (도 5 및 도 6 참조)를 구동시켜 기판(W)을 반시계방향으로 90도 회전시킨 후, 피치(P)의 정수배만큼 기판(W)을 Y2방향으로 이동시킨다(도 27b 참조). 마찬가지로 기판(W)을 반시계방향으로 90도 회전시킨 후, 피치(P)의 정수배만큼 기판(W)을 Y1방향으로 이동시키고(도 27c 참조), 다시 기판(W)을 반시계방향으로 90도 회전시킨 후, 피치(P)의 정수배만큼 기판(W)을 Y2방향으로 이동시킨다(도 27d 참조). 이와 같이 기판(W)에 있어서의 제 2의 상대운동의 방향을 왕로(Y1방향으로의 이동)와 복로(Y2방향으로의 이동)에서 변화시킴으로써 가공전극의 가공율에 다소의 불균일이 있어도 이 불균일을 기판(W)상에서 균등하게 분산하여 전체로서 가공의 불균일을 상쇄할 수 있다.
이 경우에 있어서, 도 27a 내지 도 27d에 나타내는 바와 같이, 소정 각도의 회전을 반복하여 기판의 전해가공의 종료까지 기판(W)을 적어도 1회전시키는 것이 바람직하다. 또한 도 27a 내지 도 27d에 나타내는 예에서는, 기판(W)을 90도씩 회전시켜 4방향에서 제 2의 상대운동을 행하고 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 기판(W)을 45도씩 회전시켜 8방향에서 제 2의 상대운동을 행하여도 좋다. 또 기판(W)에 있어서의 제 2의 상대운동의 방향을 왕로와 복로에서 변화시키는 것은 아니고, 각 왕복 운동마다 변화시키는 것으로 하여도 좋다.
또, 도 27a 내지 도 27d에 나타내는 예에서는, 기판(W)에 있어서의 제 2의 상대운동의 방향을 왕로(Y1방향으로의 이동)와 복로(Y2방향으로의 이동)에서 변화시킨 예를 설명하였으나, 도 28a 내지 도 28d에 나타내는 바와 같이 기판(W)을 Y1방향으로 이동시킨 후에, 기판(W)을 회전시키면서 상승시켜 원래의 위치로 되돌리고, 다시 기판(W)을 Y1방향으로 이동시키도록 하여도 좋다. 이와 같이 기판(W)에 있어서의 제 2의 상대운동의 방향을 제 2의 상대운동에 있어서의 하나의 방향(상기한예에서는 Y1방향)으로의 운동을 단위로서 변화시킴으로써 전극의 형상, 전하집중, 이온 교환체의 영향에 의한 가공왜곡을 상쇄할 수 있다.
또는 도 29의 화살표로 나타내는 바와 같이, 제 2의 상대운동에 있어서의 왕로와 복로와의 사이에서 기판(W)의 위치를 가공전극(220)의 길이방향으로 어긋나게 하여 왕로와 복로에서 가공전극(220)에 대한 제 2의 상대운동의 길이방향의 위치를 변화시켜도 좋다. 이와 같이 함으로써, 가공전극(220)의 길이방향에 있어서 가공율에 다소의 불균일이 있어도 이 불균일을 기판(W)상에서 균등하게 분산하여 전체로서 가공의 불균일을 상쇄할 수 있다. 이 경우에 있어서 기판(W)에 있어서의 가공전극(220)에 대한 제 2의 상대운동의 길이방향의 위치를 왕로와 복로에서 변화시키는 것이 아니고, 제 2의 상대운동에 있어서의 일 방향으로의 운동을 단위로 하여 변화시키는 것으로 하여도 좋다. 또 도 30a 및 도 30b에 나타내는 바와 같이, 제 2의 상대운동에 있어서 기판(W)의 위치를 가공전극(220)의 길이방향과 수직한 방향으로 어긋나게 할 수도 있다.
또, 가공단계(즉, 제 2의 상대운동에 있어서, 제 1의 상대운동에 의해 생기는 피치의 정수배만큼 이동하는 주기)마다 가공전극과 급전전극과의 사이에 인가하는 전압 및/또는 전류를 변화시켜, 가공율을 적절하게 제어하여도 좋다. 예를 들면 도 31a 및 도 31b에 나타내는 바와 같이, 최후의 공정을 행하고 있는 시간(TL) 중, 예를 들면 도 27d에 나타내는 공정을 행하고 있는 시간 중에 있어서의 인가전류를 작게 하여, 기판(W)상의 막두께가 목표값이 되도록 하여도 좋다. 또는 전류는 그대로 하여 가공단계마다 제 2의 상대운동의 속도(스캔속도)를 변화시켜 가공율을 적절하게 제어하여도 좋다.
상기한 실시형태에서는 각 전극부재(182)가 병렬로 등피치로 배치된 예를 설명하였으나, 도 32a에 나타내는 바와 같이, 각 전극부재(182)가 등피치로 배치되어 있지 않은 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에 있어서도 제 1의 상대운동에 의한 가공량 분포에 있어서의 피치의 정수배만큼 제 2의 상대운동을 행하면, 기판(W)의 전면을 균일하게 가공할 수 있다. 또 도 32b에 나타내는 바와 같이 표면에 요철을 가지는 이온 교환체(190a)를 부착한 평판형상의 가공전극(186c)에도 본 발명을 적용할 수 있다.
상기한 실시형태에서는 전극부(146)를 스크롤운동시켜 기판(W)을 전극부재(182)의 길이방향과 수직한 방향으로 이동시키면서 가공을 행하는 예를 설명하였으나, 예를 들면 기판(W)을 스크롤운동시켜 제 1의 상대운동을 행하고, 전극부(146)를 전극부재(182)의 길이방향과 수직한 방향으로 이동시켜 제 2의 상대운동을 행하여도 좋다. 또 제 1의 상대운동은, 일정한 궤도를 가지는 순환운동으로, 결과적으로 일 방향을 따른 왕복 상대운동을 형성하는 것이면 되고, 예를 들면 상기한 스크롤운동 외에 Y 방향으로의 직진 왕복운동이나 타원, 사각형, 삼각형 등의 다각형상의 궤적을 그리는 순환운동이어도 좋다.
본 발명에 있어서, 전극부측의 운동속도를 경시적으로 변화시켜도 좋다. 또 전극부의 1 왕복운동 중에서 운동속도를 변화시켜도 좋다. 예를 들면 왕복운동의 궤도의 끝부(운동 반환점 부근)에서 전극부의 운동속도를 빠르게 함으로써, 기판이있는 일 점에 대하여 전극이 장시간 체재하지 않게 한다.
도 33은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 주요부를 나타내는 종단면도이다. 도 33에 나타내는 바와 같이 전해가공장치(234)는 표면을 하향(페이스 다운)으로 하여 기판(W)을 흡착유지하는 기판유지부(240)와, 기판유지부(240)의 아래쪽에 배치되는 전극부(250)를 구비하고 있다. 기판유지부(240)는 도시 생략한 승강기구 및 회전기구에 의해 상하운동 자유롭고, 또한 회전 자유롭게 되어 있으며, 또 도시 생략한 스크롤 운동기구에 의하여 스크롤 운동을 하도록 되어 있다. 또전극부(250)는 도시 생략한 왕복 직선운동기구에 의하여 수평방향으로 왕복 직선운동하게 되어 있다. 이와 같이 이 실시형태에서는 기구가 복잡하고 관성이 커지는 스크롤 운동을 경량인 기판유지부(240)에서 행하고, 기구가 단순하고 저속도인 왕복 직선운동을 전극부(250)에서 행하여 기판(W)과 전극부(250)와의 사이의 상대운동을 효율적으로 행하고 있다.
도 34는 도 33의 전극부(250)를 나타내는 사시도이다. 도 33 및 도 34에 나타내는 바와 같이, 전극부(250)는 회전 자유로운 원통형상의 복수의 회전부재(260)와, 인접하는 회전부재(260)의 사이에 개재시키는 개재부재(270)를 구비하고 있다. 이들 회전부재(260)와 개재부재(270)와의 사이에는, 상하로 적층되는 2종류의 이온 교환체(280, 290)가 누벼지도록 배치되어 있다. 이온 교환체에는 다른 특성을 가지는 것이 있고, 예를 들면 표면이 평활한 이온 교환막은 반도체웨이퍼 표면의 구리의 연마가공 등에 있어서 단차 해소능력이 뛰어나나, 이온 교환용량이 작다. 또 부직포로 이루어지는 이온 교환막은, 단차 해소능력이 낮으나, 이온 교환용량은 크다. 이 실시형태에서는 다른 특성을 가지는 2종류의 이온 교환체(280, 290)를 조합시켜 사용함으로써 서로의 단점을 보충하도록 하고 있다.
상측의 이온 교환체(280)는, 피가공물과 대면하기 때문에, 하측의 이온 교환체(290)보다도 경도가 높고, 또한 양호한 표면 평활성을 가지는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는 두께 0.2 mm의 나피온(듀퐁사의 상표)을 사용하고 있다. 여기서 「경도가 높다」란, 강성이 높고, 또한 압축탄성율이 낮은 것을 의미한다. 경도가 높은 재질을 사용함으로써, 패턴 웨이퍼 등의, 피가공물 표면의 미세한 요철에 가공부재가 따르기 어렵게 되기 때문에, 패턴의 볼록부만을 선택적으로 제거하기 쉽다. 또 「표면 평활성을 가진다」란, 표면의 요철이 작은 것을 의미한다. 즉, 이온 교환체가 피가공물인 패턴 웨이퍼 등의 오목부에 접촉하기 어렵게 되기 때문에, 패턴의 볼록부만을 선택적으로 제거하기 쉽게 된다.
하측의 이온 교환체(290)로서는, 이온 교환용량이 큰 이온 교환체를 사용하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에서는 두께가 1 mm인 C 막(부직포 이온 교환체)을 3매겹친 다층구조로 하여 토탈 이온 교환용량을 증가시키고 있다. 이와 같은 이온 교환용량이 큰 이온 교환체를 사용함으로써 전해반응에 의해 발생한 가공생성물(산화물이나 이온)을 이온 교환체(290) 내에 이 축적용량 이상으로 축적시키지 않도록 하여 이온 교환체(290)내에 축적된 가공생성물의 형태가 변화되어, 그것이 가공속도 및 그 분포에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또 목표로 하는 피가공물의 가공량을 충분히 보충할 수 있을 만큼의 이온 교환용량을 확보할 수 있다. 또한 이온 교환체(290)의 이온 교환용량이 크면 다층 구조로 하지 않고 1매의 이온교환체에 의하여 형성하여도 좋다.
이와 같이, 이 실시형태에서는 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)와 이온 교환용량이 큰 이온 교환체(290)를 조합시킴으로써, 이온 교환용량이 작다는 이온 교환체(280)의 단점을 이온 교환체(290)에 의해 보충하고 있다. 즉, 가공생성물의 도입을 이온 교환용량이 큰 이온 교환체(290)에 의하여 행하고, 기판(W)의 가공은 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)에 의하여 행함으로써 높은 정밀도 또한 가공량이 큰 가공을 실현하고 있다.
또, 상측의 이온 교환체(280)로서는 통수성이 뛰어난 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 순수 또는 초순수가 이온 교환체(280)를 통과하도록 흘림으로써 물의 해리반응을 촉진시키는 관능기(강산성 양이온 교환재료에서는 술폰산기)에 충분한 물을 공급하여 물분자의 해리량을 증가시켜, 수산화물 이온(또는 0H 래디컬)과의 반응에 의해 발생한 가공생성물(가스도 포함한다)을 물의 흐름에 의하여 제거하여 가공효율을 높일 수 있다. 따라서 순수 또는 초순수의 흐름이 필요하게 되고, 순수 또는 초순수의 흐름으로서는 한결같고 또한 균일한 것이 바람직하다. 이와 같이 한결같고 또한 균일한 흐름으로 함으로써, 이온의 공급 및 가공생성물의 제거의 일양성 및 균일성, 나아가서는 가공효율의 일양성 및 균일성을 도모할 수 있다. 또한 이온 교환체(280)는 소재 자체에는 통수성이 없어도 다공을 형성함으로써 물이 흐르(통수성을 가지게 한다)게 하여도 좋다. 또 이온 교환체(280)의 통수성이 부족한 경우에는 이온 교환체(280)의 양 면에 충분한 물을 공급하는 것이 바람직하다.
이와 같은 이온 교환체(280, 290)는 상기한 바와 같이 예를 들면 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성되어 있다.
여기서 도 33 및 도 34에 나타내는 바와 같이, 전극부(250)는 상측의 이온 교환체(280)를 공급(피드)하여 교환하는 상측 피드기구(380)와, 하측의 이온 교환체(290)를 공급(피드)하여 교환하는 하측 피드기구(390)를 구비하고 있다. 상측 피드기구(380)는 이온 교환체(280)가 감겨진 공급 릴(381)과, 공급 릴(381)에 감겨진 이온 교환체(280)를 감아 들이는 권취릴(382)과, 공급 릴(381)측에 배치된 2개의 작은 지름 롤러(383, 384)와, 권취릴(382)측에 배치된 2개의 작은 지름롤러(385, 386)를 구비하고 있다. 또 마찬가지로 하측 피드기구(390)는 이온 교환체(290)가 감겨진 공급릴(391)과, 공급릴(391)에 감겨진 이온 교환체(290)를 감아 들이는 권취릴(392)과, 공급릴(391)측에 배치된 2개의 롤러(393, 394)와, 권취릴(392)측에 배치된 2개의 롤러(395, 396)를 구비하고 있다.
상측 피드기구(380)의 공급릴(381)에 감겨진 이온 교환체(280)는 롤러(383, 384)를 경유하여 회전부재(260)와 개재부재(270)와의 사이를 누비도록 통과되고, 또한 롤러(385, 386)를 경유하여 권취릴(382)에 접속되어 있다. 또 하측 피드기구(390)의 공급릴(391)에 감겨진 이온 교환체(290)는, 롤러(393, 394)를 경유하여 회전부재(260)와 개재부재(270)와의 사이를 누비도록 통과되고, 다시 롤러(395, 396)를 경유하여 권취릴(392)에 접속되어 있다.
상측 피드기구(380)의 롤러(383, 384, 385, 386) 및 하측 피드기구(390)의 롤러(393, 394, 395, 396)는, 각각 회전 자유롭게 구성되어 있고, 각각 이온 교환체(280, 290)에 일정한 텐션을 주도록 되어 있다. 권취릴(382, 392)에는 각각 도시 생략한 모터가 연결되어 있고, 이들 모터의 구동에 의하여 권취릴(382, 392)이 회전하여 각 공급릴(381, 391)에 감겨진 이온 교환체(280, 290)를 각각 감아 들이도록 되어 있다.
도 35는 도 33의 C-C 선 단면도, 도 36은 도 33에 나타내는 회전부재(260)의 확대단면도이다. 도 35에 나타내는 바와 같이, 회전부재(260)의 축(262)은 회전부재(260)의 양측에 배치된 실린더(264)의 상단에 설치된 베어링(266)에 회전 자유롭게 지지되어 있고, 회전부재(260)는 실린더(264)의 구동에 의하여 상하운동하도록 되어 있다. 이 실시형태에서는 회전부재(260)는 전원(도시 생략)의 음극에 접속되어 있고 가공전극으로 되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여 가공전극(회전부재)(260)은, 기판(W)에 대하여 근접 및 이간 자유롭게 구성되어 있다.
도 36에 나타내는 바와 같이, 회전부재(260)의 내부에는 회전부재(260)의 축방향(도 34의 X 방향)으로 연장되는 통수구멍(260a)이 형성되어 있고, 이 통수구멍(260a)은 도시 생략한 순수 공급원에 접속되어 있다. 또 회전부재(260)의 축방향의 복수부분에 있어서, 통수구멍(260a)으로부터 방사상으로 연장되는 순수 공급구멍(260b)이 형성되어 있다. 회전부재(260)의 상반분의 표면과 이온 교환체(290)는 서로 접촉하고 있고, 순수 공급구멍(260b)으로부터 순수, 보다 바람직하게는 초순수가 이온 교환체(290)에 공급되게 되어 있다. 회전부재(260)의 아래쪽에는 순수 공급구멍(260b)으로부터 공급된 순수 또는 초순수를 받는 커버(268)가 설치되어 있고, 이 커버(268)에 의해 순수 또는 초순수가 위쪽의 이온 교환체(290)에 효율적으로 공급되게 되어 있다.
도 37은 도 33에 나타내는 개재부재(270)의 확대단면도이다. 도 37에 나타내는 바와 같이 개재부재(270)는 세로로 긴 단면형상을 가지는 몸통(272)과, 몸통(272)의 정점부에 설치된 급전전극(274)을 구비하고 있다. 몸통(272)은 전기화학적으로 불활성이고 또한 강성을 가지는 재질, 예를 들면 엔지니어링플라스틱인 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리페닐렌술피드(PPS), 불소수지 등으로 형성되어 있고, 또 급전전극(274)은 연질의 도전체로 형성되어 있다.
도 37에 나타내는 바와 같이, 몸통(272)의 내부에는 개재부재(270)의 길이방향(도 34의 X 방향)으로 연장되는 통수구멍(272a)이 형성되어 있고, 이 통수구멍(272a)은 도시 생략한 순수 공급원에 접속되어 있다. 또 개재부재(270)의 길이방향을 따른 복수부분에 통수구멍(272a)으로부터 비스듬하게 위쪽으로 연장되는 순수 공급구멍(272b)이 형성되어 있다. 이와 같이 순수 공급구멍(272b)으로부터 순수, 보다 바람직하게는 초순수가 기판(W)의 피가공면에 직접 공급되게 되어 있다.
또한, 순수 바람직하게는 초순수 대신에 전기전도도 500 μS/cm 이하의 액체나, 임의의 전해액, 예를 들면 순수 또는 초순수에 전해질을 첨가한 전해액, 나아가서는 순수 또는 초순수에 계면활성제 등을 첨가한 액체를 사용하여도 좋은 것은 상기와 동일하다.
이 실시형태에서는 가공전극(회전부재)(260)은 전원(도시 생략)의 음극에 접속되고, 개재부재(270)의 정점부의 급전전극(274)은 전원의 양극에 접속된다. 예를 들면 구리를 가공하는 경우에 있어서는 음극측에 전해가공작용이 생기기 때문에, 음극에 접속한 전극이 가공전극이 되고, 양극에 접속한 전극이 급전전극이 된다. 가공재료에 의해서는 가공전극(회전부재)(260)을 전원의 양극에 접속하고, 급전전극(274)을 전원의 음극에 접속하여도 좋다.
다음에, 이 실시형태에 있어서의 기판처리장치를 사용한 기판처리(전해가공)에 대하여 설명한다. 먼저, 예를 들면 도 1b에 나타내는 바와 같이, 표면에 도전체막(피가공부)으로서 구리막(6)을 형성한 기판(W)을, 기판(W)의 도전체막[구리막(6)]을 형성한 표면이 밑을 향하도록 하여 전해가공장치(234)에 반송하고, 기판유지부(240)에 의하여 흡착유지한다. 그리고 기판유지부(240)로 유지한 기판(W)을 전극부(250)의 이온 교환체(280)의 표면에 접촉 또는 근접시킨다. 예를 들면 기판(W)을 이온 교환체(280)의 표면에 약 0.5 mm 가압한다. 이 상태에서 기판유지부(240) 및 기판(W)을 스크롤 운동시키고, 동시에 전극부(250)를 Y 방향[도 34 참조, 가공전극(260)의 길이 방향과 수직한 방향]으로 왕복 직선운동시킨다. 이때 개재부재(270)의 순수 공급구멍(272b)으로부터 기판(W)과 전극부(250)와의 사이에 순수 또는 초순수를 분사하고, 또 가공전극(260)의 순수 공급구멍(260b)을 통하여 순수 또는 초순수를 이온 교환체(290)에 함유시킨다.
그리고 전원에 의하여 가공전극(260)과 급전전극(274)과의 사이에 소정의 전압을 인가하여 이온 교환체(280, 290)에 의하여 생성된 수소 이온 또는 수산화물 이온에 의하여 가공전극(음극)(260)에 있어서 기판(W)의 표면의 도전체막[구리막(6)]의 전해가공을 행한다. 이때 전해가공이 행하여지는 범위는, 기판(W)이 이온 교환체(280)[가공전극(260)]와 접촉하고 있는 범위[상기한 바와 같이 기판(W)을 이온 교환체(280)의 표면에 약 0.5 mm 가압한 경우에는 폭 5 mm 정도]이다.
전해가공 중에는 가공전극(260)과 급전전극(274)과의 사이에 인가하는 전압, 또는 이 사이를 흐르는 전류를 모니터부(38)(도 4 참조)에서 모니터하여 엔트 포인트(가공종점)를 검지하는 것은 상기와 동일하다.
전해가공 완료후 전원의 접속을 끊어 기판유지부(240)의 스크롤운동과 전극부(250)의 왕복 직선운동을 정지시킨 후, 가공후의 기판(W)을 다음공정으로 반송한다.
여기서 상기한 바와 같이 전해가공을 계속하여, 이온 교환체의 이온 교환용량이 사용한계까지 도달하면, 이온 교환체를 교환할 필요가 생긴다. 일반적으로 이와 같은 이온 교환체의 교환은, 작업자의 수작업으로 행하여지는 경우가 많다. 이와 같은 경우, 이온 교환체의 교환시에 장치를 정지하지 않으면 안되어, 장치의 휴지시간도 길어진다. 이 실시형태에 있어서의 전해가공장치에 의하면, 상기한 피드기구(380, 390)에 의하여 이온 교환체(280, 290)의 교환을 자동으로 행할 수 있기 때문에, 고속으로 이온 교환체(280, 290)를 교환할 수 있다. 따라서 이온 교환체(280, 290)의 교환에 의한 장치의 휴지시간을 짧게 하여 스루풋을 향상할 수 있다. 이 이온 교환체(280, 290)의 교환은 전해가공시, 즉 전해가공후, 또는 1회의 가공과 다음 가공과의 사이의 인터벌에 행하는 것이 바람직하다.
또, 이 실시형태에 있어서의 전해가공장치는, 각 이온 교환체(280, 290)의 각각에 대응하여 피드기구(380, 390)를 구비하고 있어, 교환이 필요한 이온 교환체만을 대응하는 피드기구에 의해 교환할 수 있으므로 장치의 운전비용을 저감할 수있다.
이 실시형태와 같이, 기판(W)에 접촉 또는 근접하는 이온 교환체로서 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)를 사용하여 기판(W)에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체로서 이온 교환용량이 큰 이온 교환체(290)를 사용한 경우, 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)의 이온 교환용량이 작기 때문에, 가공생성물의 도입의 대부분은 하측의 이온 교환용량이 큰 이온 교환체(290)에 의하여 행하여진다. 이 때문에 가공생성물을 도입한 이온 교환체(290)의 교환주기를 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)보다도 짧게 하여 고가의 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)를 교환하는 일 없이 마모한계까지 사용하여, 가공생성물을 도입한 이온 교환체(290)만을 교환하면 장치의 운전비용을 저감할 수 있다.
이 실시형태에 있어서의 전해가공장치(234)에 있어서 이온 교환체(290)만을 교환하는 경우, 도 38에 나타내는 바와 같이 실린더(264)를 구동시켜 가공전극(260)을 아래쪽으로 이동시킨다. 그리고 하측 피드기구(390)의 권취릴(392)에 연결된 모터를 구동시켜 소정량의 하측의 이온 교환체(290)를 권취릴(392)에 감아 들여 이온 교환체(290)의 교환을 행한다. 여기서 상기한 가공생성물의 도입은 가공전극(260)과 기판(W)과의 사이에 위치하는 범위에서만 행하여지기 때문에, 이 때의 권취량은 이 범위의 이온 교환체(290)가 교체되고, 또한 이미 사용된 이온 교환체(290)가 이 범위에 들어 가지 않는 양으로 한다.
상기한 바와 같이 하여 가공전극(260)과 기판(W)과의 사이에 위치하는 범위의 이온 교환체(290)의 교환이 완료된 후, 도 39에 나타내는 바와 같이 권취릴(392)측의 실린더(264)로부터 순서대로 구동시켜 가공전극(260)을 상승시켜 간다. 이것은 모든 가공전극(260)을 동시에 상승시키면, 이온 교환체(290)가 개재부재(270)의 하단부에 걸리는 것을 생각할 수 있기 때문이다. 또한 중앙부의 가공전극(260)을 제일 먼저 상승시킨 후, 그 양측의 가공전극(260)을 순서대로 상승시켜도 좋다. 이 경우에는 권취릴(392)에 감아 들여진 이온 교환체(290)의 일부가 다시 공급릴(391)측으로 되돌아가게 되기 때문에, 미리 약간 많이 이온 교환체(290)를 권취릴(392)에 감아 들여 두는 것이 바람직하다.
이와 같이 이 실시형태의 전해가공장치에 있어서는, 기판(W)에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체(290), 즉 이온 교환용량이 큰 이온 교환체(290)의 교환주기를 기판(W)에 접촉 또는 근접하는 이온 교환체, 즉 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)의 교환주기보다도 짧게 하고 있어, 고가의 표면 평활성을 가지는 이온 교환체(280)를 교환하는 일 없이 마모한계까지 사용하고, 가공생성물을 도입한 이온 교환체(290)만을 교환하여 장치의 운전비용을 저감할 수 있다.
또, 이온 교환체(280, 290)의 쌍방을 동시에 교환할 수도 있다. 이 경우에는 도 40에 나타내는 바와 같이, 실린더(264)를 구동시켜 가공전극(260)을 아래쪽으로 이동시킨다. 이때 상측 피드기구(380)의 권취릴(382) 및 하측 피드기구(390)의 권취릴(392)에 연결된 모터를 구동시켜 소정량의 이온 교환체(280, 290)를 각각 권취릴(382, 392)에 감아 들여 이온 교환체(280, 290)를 교환한다.
또한 이 실시형태에 있어서의 전해가공장치는, 전해가공 중에도 이온 교환체를 교환할 수 있다. 즉 가공전극(260)을 하강시키지 않고, 상측 피드기구(380)의권취릴(382) 및/또는 하측 피드기구(390)의 권취릴(392)에 연결된 모터를 구동함으로써 이온 교환체(280) 및/또는 이온 교환체(290)를 권취릴(382) 및/또는 권취릴(382)에 감아 들여 이온 교환체(280) 및/또는 이온 교환체(290)를 교환할 수 있다. 이와 같이 이 실시형태에 있어서의 전해가공장치(234)는 장치를 정지하지 않고 이온 교환체를 교환할 수 있으므로 장치의 휴지시간을 더욱 짧게 할 수 있다.
도 41은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 주요부를 나타내는 종단면도이다. 도 41에 있어서, 상기한 도 33 내지 도 40에 나타내는 실시형태에 있어서의 부재 또는 요소와 동일한 작용 또는 기능을 가지는 부재 또는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 일부 생략한다.
이 실시형태에 있어서는, 하측의 이온 교환체(290)를 피드하여 교환하는 하측 피드기구(490)는, 2개의 릴(491, 492)과, 릴(491)측에 배치된 2개의 롤러(493, 494)과, 릴(492)측에 배치된 2개의 롤러(495, 496)와, 릴(491, 492)의 아래쪽에 배치된 4개의 롤러(497a, 497b, 497c, 497d)를 구비하고 있다. 이온 교환체(290)는 릴(491), 롤러(493, 494, 495, 496), 릴(492), 롤러(497c)와 롤러(497d)와의 사이 및 롤러(497a)와 릴(497b)과의 사이에 무단형상으로 건너 질러져 있고, 이들의 사이를 순환하도록 되어 있다.
전극부(350)의 아래쪽에는 이온 교환체(290)를 재생하는 재생장치(300)가 배치되어 있다. 예를 들면 이온 교환체(290)로서 카티온 교환기를 부여한 것을 사용하여 구리의 전해가공을 행하면, 가공종료후에 구리가 이온 교환체(카티온 교환체) (290)의 이온 교환기의 대부분을 점유하고 있어, 다음 가공을 행할 때의 가공효율이 나빠진다. 또 이온 교환체(290)로서 애나이언 교환기를 부여한 것을 사용하여 구리의 전해가공을 행하면, 이온 교환체(애나이언 교환체)(290)의 표면에 구리의 산화물의 미립자가 생성 부착되어, 다음 처리기판의 표면을 오염할 염려가 있다. 재생장치(300)는 이와 같은 경우에 이온 교환체(290)를 재생하여 이들의 폐해를 제거하는 것이다.
이 재생장치(300)는 아래쪽으로 개구하는 오목부(302a)를 가지는 재생전극유지부(302)와, 이 오목부(302a)에 배치된 재생전극(304)과, 오목부(302a)의 아래쪽 개구단을 폐쇄하는 격벽(306)과, 격벽(306)의 아래쪽에 배치되는 전극부(308)를 구비하고 있다. 격벽(306)과 전극부(308)와의 사이에는 재생을 행할 이온 교환체(290)가 배치되어 있다. 재생전극유지부(302)의 내부에는 격벽(306)에 의해 구획되는 배출부(310)가 형성되어 있다. 또 재생전극유지부(302)에는 이 배출부(310)와 연통하는 액체입구(302b)와 액체출구(302c)가 각각 형성되어 있다. 이것에 의하여 액체입구(302b)로부터 배출부(310) 내에 액체가 공급되고, 이 배출부(310) 내에 공급된 액체는 배출부(310)의 내부를 채우고, 그 액체 내에 재생전극(304)을 침지시키면서 배출부(310)를 일 방향으로 흘러 액체출구(302c)로부터 순차 외부로 배출되게 되어 있다.
격벽(306)은 재생을 행할 이온 교환체(290)로부터 제거되는 불순물 이온의 이동의 방해가 되는 일 없이, 또한 배출부(310) 내부의 격벽(306)과 재생전극(304)과의 사이를 흐르는 액체(액체 중의 이온도 포함한다)의 이온 교환체(290)측에의 투과를 방지할 수 있는 것이 바람직하다. 구체예로서는 이온 교환체는 카티온 또는 애나이언의 한쪽을 선택적으로 투과할 수 있고, 또한 막형상의 이온 교환체를 사용함으로써 격벽(306)과 재생전극(304)과의 사이를 흐르는 액체가 이온 교환체(290)측으로 진입하는 것을 방지할 수 있어, 상기한 요구를 만족할 수 있다.
이 실시형태에서는, 격벽(306)으로서 재생을 행할 이온 교환체(290)와 동일한 이온 교환기를 가지고 있는 이온 교환체를 사용하고 있다. 즉, 이온 교환체(290)로서 카티온 교환기를 가지는 카티온 교환체를 사용하고 있으면, 격벽(이온 교환체) (306)으로서 카티온 교환체를 사용하고, 이온 교환체(290)로서 애나이언 교환기를 가지는 애나이언 교환체를 사용하고 있으면 격벽(이온 교환체)(306)으로서 애나이언 교환체를 사용한다.
또, 배출부(310) 내에 공급하는 액체는, 예를 들면 전해액으로 도전율이 높고 또한 피처리 이온 교환체로부터 제거되는 이온과의 반응에 의해 난용성 또는 불용성의 화합물을 생성하지 않는 액체인 것이 바람직하다. 즉, 이 액체는 재생을 행할 이온 교환체(290)로부터 이동하여 격벽(306)을 통과한 이온을 상기 액체의 흐름에 의해 시스템 밖으로 배출하기 위한 것으로, 이와 같이 유전율이 높고 또한 이온 교환체로부터 제거되는 이온과의 반응에 의해 불용성의 화합물이 생기지 않는 액체를 공급함으로써, 이 액체의 전기저항을 내려 재생장치(300)의 소비전력을 적게 억제하고, 또한 불순물 이온과의 반응으로 불용성의 화합물(2차 생성물)이 생성되어 격벽(306)에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 이 액체는 배출하는 불순물 이온의 종류에 의하여 선택되나, 예를 들면 구리의 전해연마에 사용한 이온 교환체(290)를 재생할 때에 사용하는 것으로 하고, 농도가 1 wt% 이상인 황산을 들 수 있다.
재생전극(304)은, 전원의 한쪽의 전극(예를 들면 음극)에 접속되고, 전극부(308)는 전원의 다른쪽 전극(예를 들면 양극)에 접속된다. 예를 들면 이온 교환체(290)로서 카티온 교환체를 사용한 경우에는 재생전극(304)이 음극이 되고, 이온 교환체(290)로서 애나이언 교환체를 사용한 경우에는, 재생전극(304)이 양극이 되도록 제어한다.
이와 같이 재생전극(304)에 전원의 한쪽의 전극(예를 들면 음극)을 접속하고, 전극부(308)에 다른쪽의 전극(예를 들면 양극)을 접속하여, 재생전극(304)과 전극부(308)와의 사이에 전압을 인가한다. 이때 재생전극유지부(302)의 내부에 설치한 배출부(310) 내에 액체를 공급하여 배출부(310) 내에 액체를 채우고, 그 액체 중에 재생전극(304)을 침지시켜 이 액체가 배출부(310) 내를 일 방향으로 흘러 액체 출구(302c)로부터 외부로 유출되게 한다.
이때 재생전극(304)이 이온 교환체(290)[및 격벽(306)]의 극성과 반대가 되도록 제어한다. 즉, 이온 교환체(290)[및 격벽(306)]로서 카티온 교환체를 사용한 경우에는, 재생전극(304)이 음극이고, 전극부(308)가 양극이 되며, 이온 교환체(290)[ 및 격벽(306)]로서 애나이언 교환체를 사용한 경우에는, 재생전극(304)이 양극이고, 전극부(308)가 음극이 되도록 한다. 이와 같이 하여 이온 교환체(290)의 이온을 재생전극(304)을 향하여 이동시키고, 격벽(306)을 통과시켜 배출부(310)로 유도하고, 이 배출부(310)로 이동한 이온을 이 배출부(310) 내에 공급되는 액체의 흐름으로 시스템 밖으로 배출하여 이온 교환체(290)의 재생을 행한다. 이때 이온 교환체(290)로서 카티온 교환체를 사용한 경우에는, 이온 교환체(290)에 도입된 카티온이 격벽(306)을 통과하여 배출부(310)의 내부로 이동하고, 애나이언 교환체를 사용한 경우에는 이온 교환체(290)에 도입된 애나이언이 격벽(306)을 통과하여 배출부(310)의 내부로 이동하여 이온 교환체(290)가 재생된다.
상기한 바와 같이 격벽(306)으로서, 재생을 행할 이온 교환체(290)와 동일한 이온 교환기를 가지고 있는 이온 교환체를 사용함으로써, 이온 교환체(290) 중의 불순물 이온의 격벽(이온 교환체)(306)의 내부의 이동이 격벽(이온 교환체)(306)에 의하여 방해되는 것을 방지하여 소비전력이 증가하는 것을 방지하고, 또한 격벽(306)과 재생전극(304)과의 사이를 흐르는 액체(액체 중의 이온도 포함함)의 이온 교환체(290)측에의 투과를 저지하여 재생후의 이온 교환체(290)의 재오염을 방지할 수 있다. 또한 격벽(306)과 재생전극(304)과의 사이에, 도전율이 50 μS/cm 이상이고, 또한 이온 교환체(290)로부터 제거되는 이온과의 반응에 의해 난용성 또는 불용성의 화합물을 생성하지 않는 액체를 공급함으로써 이 액체의 전기저항을 내려 재생부의 소비전력을 억제하고, 또한 불순물 이온과의 반응으로 생성된 불용성의 화합물(2차 생성물)이 격벽(306)에 부착되어 재생전극(304)과 전극부(308)와의 사이의 전기저항이 변화되어 제어가 곤란하게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한 이 순수 또는 초순수 대신에 전기전도도가 500 μS/cm 이하인 액체나 전해액을 사용하여도 좋다.
이와 같이 이 실시형태의 전해가공장치에 의하면, 전해가공에 사용된 이온 교환체(290)를 자동적으로 재생할 수 있기 때문에, 운전비용을 저감할 수 있음과동시에 휴지시간을 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
상기한 실시형태에서는 2종류의 이온 교환체(280, 290)를 적층한 예를 설명하였으나, 상측의 이온 교환체(280) 대신에 통수성을 가지는 부재, 예를 들면 PET 소재에 다수의 구멍을 형성한 필름 등을 하측의 이온 교환체(290)의 표면에 적층하여 사용할 수도 있다. 이 통수성을 가지는 부재는 소재 자체에는 통수성이 없어도 다공을 형성함으로써 물이 흐르게(통수성을 가지게 한다) 하여도 좋다. 또 통수성을 가지는 부재는, 하측의 이온 교환체(290)보다도 평활한 표면을 가지는 부재인 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서 이온 교환체의 교환주기를 통수성을 가지는 부재의 교환주기보다도 짧게 하는 것이 바람직하다. 또 상기한 실시형태에서는 회전부재(260)를 가공전극으로 한 예를 설명하였으나, 회전부재(260)를 급전전극으로 하여도 좋다.
도 42는 본 발명의 또 다른 실시형태의 전해가공장치(434)를 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 42에 나타내는 바와 같이 전해가공장치(434)는 상하운동 가능하고 또한 수평방향으로 요동 자유로운 아암(440)과, 아암(440)의 자유단에 밑으로 늘어뜨려 설치되어 표면을 하향(페이스 다운)으로 하여 기판(W)을 흡착유지하는 기판유지부(442)와, 기판유지부(442)의 아래쪽에 배치되는 원판형상의 전극부(444)와, 전극부(444)에 접속되는 전원(446)을 구비하고 있다.
아암(440)은, 요동용 모터(448)에 연결된 요동축(450)의 상단에 설치되어 있고, 요동용 모터(448)의 구동에 따라 수평방향으로 요동하도록 되어 있다. 또 이 요동축(450)은 상하방향으로 연장되는 볼나사(452)에 연결되어 있고, 볼나사(452)에 연결된 상하운동용 모터(454)의 구동에 따라 아암(440)과 함께 상하운동하도록 되어 있다. 또한 요동축(450)에 에어실린더를 연결하고, 이 에어실린더의 구동에 의해 요동축(450)을 상하운동하여도 좋다.
기판유지부(442)는, 기판유지부(442)로 유지한 기판(W)과 전극부(444)를 상대이동시키는 제 1 구동부로서의 자전용 모터(456)에 샤프트(458)를 거쳐 접속되어 있고, 이 자전용 모터(456)의 구동에 따라 회전(자전)하도록 되어 있다. 또 상기한 바와 같이 아암(440)은 상하운동 및 수평방향으로 요동 가능하게 되어 있고, 기판유지부(442)는 아암(440)과 일체가 되어 상하운동 및 수평방향으로 요동 가능하게 되어 있다.
전극부(444)의 아래쪽에는 기판(W)과 전극부(444)를 상대이동시키는 제 2 구동부로서의 중공모터(460)가 설치되어 있고, 이 중공모터(460)의 주축(462)에는 이 주축(462)의 중심으로부터 편심된 위치에 구동단(464)이 설치되어 있다. 전극부(444)는 그 중앙에 있어서 상기 구동단(464)에 베어링(도시 생략)을 거쳐 회전 자유롭게 연결되어 있다. 또 전극부(444)와 중공모터(460)와의 사이에는 상기한 도 7에 나타내는 것과 동일한 구성의 자전방지기구가, 둘레방향에 3개 이상 설치되어 있다.
또, 도 42에 나타내는 바와 같이 중공모터(460)의 중공부의 내부에는 전극부(444)의 상면에 순수, 보다 바람직하게는 초순수를 공급하는 순수 공급부로서의 순수공급관(482)이 배치되어 있고, 이 순수 공급관(482)으로부터 전극부(444)에 형성된 관통구멍(도시 생략)을 거쳐 전극부(444)의 상면에 순수 또는 초순수가 공급되게 되어 있다.
도 43은 기판유지부(442) 및 전극부(444)를 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 43에 나타내는 바와 같이 전극부(444)는 원판형상의 가공전극(484)과, 이 가공전극(484)의 주위를 포위하는 링형상의 급전전극(486)과, 가공전극(484)과 급전전극(486)을 분리하는 링형상의 절연체(488)를 구비하고 있다. 가공전극(484)의 상면은 이온 교환체(400)에 의하여, 또 급전전극(486)의 상면은 이온 교환체(402)에 의하여 각각 덮여져 있고, 이들 이온 교환체(400, 402)는 상기 절연체(488)를 거쳐 서로 분리되어 있다.
이 실시형태에서는 가공전극(484)을 전원(446)의 음극에 접속하고, 급전전극(486)을 전원(446)의 양극에 접속하고 있으나, 가공재료에 따라서는 전원(446)의 음극에 접속되는 전극을 급전전극으로 하고, 양극에 접속되는 전극을 가공전극으로 하여도 되는 것은 상기와 동일하다.
도 44는 기판유지부(442)의 상세를 나타내는 종단면도, 도 45는 도 44의 D-D 선 단면도, 도 46은 도 44의 E-E 선 단면도이다. 도 44에 나타내는 바와 같이 기판유지부(442)는 샤프트(458)의 하단에 도시 생략한 볼트로 고정된 대략 원반형상의 플랜지부(500)와, 플랜지부(500)의 바깥 둘레부에 배치된 리테이너링(502)을 구비하고 있다. 플랜지부(500) 및 리테이너링(502)의 내부에 구획 형성된 공간 내에는 기판유지부(442)에 의하여 유지되는 반도체기판(W)에 맞닿는 개략 원반형상의 척킹 플레이트(504)와, 척킹 플레이트(504)의 위쪽에 배치된 개략 원반형상의 스토퍼 플레이트(506)가 수용되어 있다. 이들 척킹 플레이트(504) 및 스토퍼 플레이트(506)는 기판(W)을 유지하는 척킹부재를 구성하고 있다.
여기서 척킹부재[척킹 플레이트(504) 및 스토퍼 플레이트(506)]를 수지에 의하여 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 척킹부재 자체를 경량의 수지로 형성하면 기판에 걸리는 척킹부재의 자중이 가벼워지기 때문에, 저하중으로 가공을 행할 수 있어 취약한 재료를 파괴하지 않고 기판을 가공할 수 있다. 이와 같은 수지로서는 예를 들면 폴리페닐렌술피드(PPS)수지가 있다. 또한 척킹부재를 수지로 형성하지 않고 예를 들면 알루미나세라믹스와 같은 세라믹스판에 의하여 형성하여도 좋다.
도 44에 나타내는 바와 같이 플랜지부(500)와 스토퍼 플레이트(506)와의 사이에는 탄성막으로 이루어지는 가압 시이트(508)(탄성부재)가 설치되어 있다. 이 가압 시이트(508)의 한쪽 끝은 플랜지부(500)의 하면에 설치된 홀더링(500a)에 의하여 끼워 유지되고, 다른쪽 끝은 스토퍼 플레이트(506)에 설치된 홀더링(506a)에 의하여 끼워 유지되어 있다. 플랜지부(500), 스토퍼 플레이트(506) 및 가압 시이트(508)에 의하여 플랜지부(500)의 내부에 제 1의 압력실(510)이 형성되어 있다. 또한 가압 시이트(508)는 에틸렌프로필렌고무(EPDM), 폴리우레탄고무, 실리콘고무 등의 강도 및 내구성이 뛰어난 고무재에 의하여 형성되어 있다.
도 44 및 도 45에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(500)의 상면에는 제 1의 압력실(510)과 연통하는 커넥터(512)가 설치되어 있다. 이 커넥터(512)로부터 연장되는 튜브(514)(도 45 참조)를 거쳐 제 1의 압력실(510)에 유체를 공급하여 제 1의 압력실(510)을 가압하고, 또는 제 1의 압력실(510)로부터 유체를 흡인하여 제 1의압력실(510)을 감압할 수 있게 되어 있다. 따라서 피가공물인 기판(W)은 제 1의 압력실(510)에 공급된 유체에 의해 임의의 압력으로 이온 교환체(400, 402)에 대하여 접촉할 수 있게 되어 있다.
또, 척킹 플레이트(504)와 스토퍼 플레이트(506)와의 사이에는 제 2의 압력실(516)이 형성되어 있다. 척킹 플레이트(504)와 스토퍼 플레이트(506)와의 사이에는 O 링(518)이 배치되어 있고, 이 O 링(518)에 의하여 제 2의 압력실(516)이 시일되어 있다. 척킹 플레이트(504)에는 제 2의 압력실(516)과 연통하여 하면으로 개구하는 다수의 연통구멍(520)이 형성되어 있다.
또, 도 44 및 도 46에 나타내는 바와 같이, 스토퍼 플레이트(506)의 상면에는 제 2의 압력실(516)과 연통하는 커넥터(522)가 설치되어 있고, 플랜지부(500)의 하면에는 커넥터(522)로부터 연장되는 튜브(524)에 접속되는 커넥터(526)가 설치되어 있다. 이 커넥터(526)는 플랜지부(500)의 상면에 설치된 커넥터(528)와 연통하고 있다. 이 커넥터(528)로부터 연장되는 튜브(530)(도 45 참조)를 거쳐 제 2의 압력실(516)에 유체를 공급하여 제 2의 압력실(516)을 가압하고, 또는 제 2의 압력실(516)로부터 유체를 흡인하여 제 2의 압력실(516)을 감압할 수 있게 되어 있다. 즉, 반도체기판(W)의 상면을 진공에 의하여 척킹플레이드(504)의 하면에 흡착할 수 있고, 또는 반도체기판(W)의 상면에 가압유체를 공급할 수 있게 되어 있다. 이 제 2의 압력실(516)은 상기한 제 1의 압력실(510)과는 독립하여 압력의 제어가 가능하게 되어 있다.
도 44에 나타내는 바와 같이 스토퍼 플레이트(506)의 바깥 둘레부의 하면에는 기판(W)의 바깥 둘레측에 배치되는 고리형상의 가이드링(532)이 설치되어 있다. 이 실시형태에서는 기판(W)을 이온 교환체(400, 402)에 접촉시킨 상태로 기판(W)을 회전시키고, 동시에 전극부(444)를 스크롤 운동시켰을 때에, 가이드링(532)의 일부가 급전전극(486) 및 가공전극(484)의 위쪽에 항상 위치하게 되어 있다. 이 가이드링(532)은 예를 들면 폴리카보네이트 또는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)수지로 형성된다. 기판(W)은 가이드링(532) 및 척킹 플레이트(504)에 의해 형성되는 오목부 내에 유지되어 수평방향으로의 어긋남을 제한하도록 되어 있다.
또, 도 44에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(500)의 바깥 둘레부에는 세정액로(534)가 형성되어 있다. 이 세정액로(534)는 가이드링(532)의 바깥 둘레면과 리테이너링(502)의 안 둘레면과의 사이가 약간의 간극(G)에 연통되어 있다. 플랜지부(500)의 상면에는 세정액로(534)와 연통하는 커넥터(536)가 설치되어 있고, 이 커넥터(536)로부터 연장되는 튜브(538)(도 45 참조)를 거쳐 세정액로(534) 및 간극(G)에 세정액(순수)을 공급할 수 있게 되어 있다.
여기서, 가이드링(532)의 바깥 둘레면과 리테이너링(502)의 안 둘레면과의 사이에는 약간의 간극(G)이 있기 때문에, 스토퍼 플레이트(506), 가이드링(532) 및 척킹 플레이트(504) 등의 척킹부재는 플랜지부(500) 및 리테이너링(502)에 대하여 상하방향으로 이동 가능하고, 플로팅하는 구조로 되어 있다. 즉, 척킹부재는 샤프트(458)에 고정된 플랜지부(500)에 대하여 샤프트(458)의 축방향(상하방향)으로 이동 자유롭게 되어 있어, 이른바 플로팅상태를 얻을 수 있다. 도 47에 나타내는 바와 같이 리테이너링(502)의 하부에는 안쪽으로 돌출하는 돌출부(502a)가 설치되어있고, 스토퍼 플레이트(506)에는 그 바깥 둘레 가장자리부로부터 바깥쪽으로 돌출하는 돌기(506b)가 복수부분에 설치되어 있다. 따라서 스토퍼 플레이트(506)의 돌기(506b)가 리테이너링(502)의 돌출부(502a)의 상면에 걸어 맞춰짐으로써 상기 스토퍼 플레이트(506) 등의 척킹부재의 아래쪽으로의 이동이 소정의 위치까지 제한된다. 이에 의하여 비전해 가공(연마)시에 스토퍼 플레이트(506), 가이드링(532) 및 척킹 플레이트(504) 등의 척킹부재가 리테이너링(502)의 돌출부(502a)에 의하여 지지되게 되어 있다.
다음에 이 실시형태에 있어서의 기판처리장치를 사용한 기판처리(전해가공)에 대하여 설명한다. 먼저 예를 들면 도 1b에 나타내는 바와 같이 표면에 도전체막(피가공부)으로서 구리막(6)을 형성한 기판(W)을, 기판(W)의 도전체막[구리막(6)]을 형성한 표면이 아래를 향하도록 하여 전해가공장치(434)에 반송하여 기판유지부(442)에 흡착 유지한다. 즉, 기판유지부(442) 내의 제 2의 압력실(516)로부터 유체를 흡인하여 연통구멍(520)을 거쳐 척킹 플레이트(504)의 하면에 반도체기판(W)을 진공흡착한다. 그리고 아암(440)을 요동시켜 기판(W)을 유지한 기판유지부(442)를 전극부(444)의 바로 위쪽의 가공위치까지 이동시킨다. 다음에 상하운동용 모터(454)를 구동하여 기판유지부(442)를 하강시키고, 이 기판유지부(442)로 유지한 기판(W)을 전극부(444)의 이온 교환체(400, 402)의 표면에 접촉시킨다. 이 경우에 있어서 기판유지부(442)는 기판(W)이 이온 교환체(400, 402)에 접촉하는 위치(또는 접촉하기 직전의 위치)에 위치 결정된다. 이 상태에서 자전용 모터(456)(제 1 구동부)를 구동하여 기판(W)을 회전시키고, 동시에 중공모터(460)(제 2 구동부)를 구동하여 전극부(444)를 스크롤운동시킨다. 이때 전극부(444)의 관통구멍으로부터 기판(W)과 이온 교환체(400, 402)와의 사이에 순수 또는 초순수을 공급한다.
그리고 전원(446)에 의하여 가공전극(484)과 급전전극(486)과의 사이에 소정의 전압을 인가하여 이온 교환체(400, 402)에 의하여 생성된 수소 이온 또는 수산화물 이온에 의하여 가공전극(음극)(484)에 있어서 기판(W) 표면의 도전체막[구리막(6)]의 전해가공을 행한다. 이때 가공전극(484)과 대면하는 부분에 있어서 가공이 진행되나, 기판(W)과 가공전극(484)을 상대이동시킴으로써 기판(W) 전면의 가공을 행하고 있다. 가공 중은, 제 1의 압력실(510)에 유체를 공급하여 기판(W)를 임의의 압력으로 이온 교환체(400, 402)에 대하여 가압한다. 즉, 제 1의 압력실(510)에 공급하는 유체에 의하여 반도체기판(W)이 이온 교환체(400, 402)에 접촉되는 힘을 적절하게 조정하여 반도체기판(W)의 전해가공을 행한다. 통상 제 2의 압력실(516)로부터 유체를 흡인하여 기판(W)을 척킹 플레이트(504)의 하면에 흡착시키면서 전해가공을 행하나, 제 2의 압력실(516)에 유체를 공급하여 기판(W)에 배압을 인가하면서 전해가공을 행할 수도 있다.
상기한 바와 같이 가공 중은, 스토퍼 플레이트(506)는 리테이너링(502)과 걸어맞춰지지 않고 플랜지부(500) 및 리테이너링(502)에 대하여 독립하여 움직일 수 있기 때문에, 플로팅한다. 즉, 가압 시이트(508)의 가요성과, 리테이너링(502)의 안 둘레면과 가이드링(532)의 바깥 둘레면과의 사이에 형성된 미소한 간극(G)에 의하여 기판(W)을 유지한 척킹 플레이트(504)는 어느 정도 자유롭게 상하운동할 수 있게 되어 있다.
여기서, 기판(W)의 바깥 둘레측에는 가이드링(532)이 설치되어 있으나, 가이드링(532)의 적어도 표면을 도전성의 재질로 형성하면, 도전성재료의 부분이 넓어지기 때문에, 기판(W)의 에지부에 전류밀도가 집중하는 일 없이 기판 전면에 걸쳐 전류밀도를 일정하게 할 수 있고, 기판(W)의 전면에 있어서 가공속도를 일정하게 하여 균일한 가공을 안정되게 행하는 것이 가능하게 된다. 이 경우에 있어서 가이드링(532)의 도전성 부분의 재질로서는 일반적인 금속이나 금속화합물 외에 탄소, 비교적 불활성인 귀금속, 도전성 산화물 또는 도전성 세라믹스를 사용할 수 있고, 전기화학적으로 불활성인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 가이드링(532)으로서 전기화학적으로 불활성인 것을 사용한 경우에는, 가이드링(532)은 가공되지 않기 때문에, 가이드링(532)의 긴 수명화를 도모할 수 있다. 또 수지 등의 절연물에 도전체를 코팅한 것, 예를 들면 백금 등이 산화되기 어려운 재료나 이리듐 등의 도전성 산화물로 기재의 표면을 보호한 것을 가이드링(532)으로서 사용할 수도 있다. 이와 같은 가이드링(532)은 예를 들면 티탄 기재의 표면에 도금이나 코팅으로 백금 또는 이리듐을 부착시켜 고온에서 소결하여 안정화와 강도를 유지하는 처리를 행함으로써 제작할 수 있다. 또 세라믹스제품은 일반적으로 무기물질을 원료로 하여 열처리에 의하여 얻어지고, 각종 비금속·금속의 산화물·탄화물·질화물 등을 원료로 하여 여러가지 특성을 가지는 제품이 만들어지고 있으나, 이 중에는 도전성을 가지는 세라믹스도 있다.
전해가공 중에는 가공전극(484)과 급전전극(486)과의 사이에 인가하는 전압, 또는 이 사이를 흐르는 전류를 모니터부(38)(도 4참조)에서 모니터하는 것은 상기와 동일하다.
전해가공완료후, 전원(446)의 접속을 끊어 기판유지부(442)의 회전과 전극부(444)의 스크롤운동을 정지시키고, 그런 다음에 기판유지부(442)를 상승시키고 아암(440)을 이동시켜 기판(W)을 반송로봇(36)(도 4 참조)에 주고 받는다.
반송로봇(36)에 기판(W)을 주고 받을 때에는 제 2 압력실(516)에 유체(예를 들면 압축공기 또는 질소와 순수를 혼합한 것)를 공급하여 척킹 플레이트(504)의 연통구멍(520)으로부터 이 유체를 분사하여 반도체기판(W)를 릴리스한다.
여기서 전해가공 중에 기판(W)과 이온 교환체(400, 402)와의 사이에 순수, 바람직하게는 초순수를 공급하나, 이 순수 또는 초순수 대신에, 전기전도도 500 μS/cm 이하의 액체나, 순수 또는 초순수에 전해질을 첨가한 전해액, 나아가서는 순수 또는 초순수에 계면활성제 등을 첨가한 액체를 사용하여도 되는 것은 상기와 동일하다.
전극부(444)의 이온 교환체(400, 402)는 예를 들면 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성되어 있고, 또한 이온 교환체(400, 402)로서는 통수성이 뛰어난 것을 사용하는 것이 보다 바람직한 것은 상기와 동일하다.
이 실시형태의 전해처리장치에 의하면, 전해가공시의 기판에 걸리는 하중을 작게 할 수 있다. 즉, 기판(W)이 이온 교환체(400, 402)에 접촉할 때까지 기판유지부(442)를 하강시킨 경우, 가공시에 기판(W)에 걸리는 하중은 척킹부재[척킹 플레이트(504), 스토퍼 플레이트(506), 가이드링(532)]의 자중과, 제 1의 압력실(510)에 공급되는 유체의 압력에 의한 하중의 합이 된다. 따라서 제 1의 압력실(510)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 기판(W)이 가공전극(484)에 접촉하는 압력을 높은 정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 기판(W)과 가공전극(484)과의 사이에 발생하는 면압을 반도체장치를 파괴하는 압력보다도 작게 억제하도록 제어할 수 있어 취약한 재료를 파괴하는 일 없이 기판을 가공할 수 있다.
또, 이 실시형태에 관한 전해가공장치에 의하면, 기계적 연마작용을 수반하지 않기 때문에 CMP와 같이 기판(W)을 강하게 가압할 필요가 없다. 기판(W)의 배선재료로서 취약한 재료를 사용하는 경우에는 가공전극(484) 또는 이온 교환체(400, 402)로부터 기판(W)이 받는 가압력이 19.66 kPa(200 gf/㎠) 이하, 보다 바람직하게는 6.86 kPa(70 gf/㎠) 이하, 더욱 바람직하게는 686 Pa(7 gf/㎠, 0.1psi) 이하가 되도록 제 1의 압력실(510)에 공급하는 유체의 압력을 조정하여 저하중으로 기판(W)의 가공을 행하는 것이 바람직하다.
또한 이 실시형태에 있어서는 기판(W)은 척킹 플레이트(504)의 하면에 직접 흡착되어 있으나, 척킹 플레이트(504)와 기판(W)과의 사이에 탄성체로 이루어지는 백킹시이트를 개재시켜 기판(W)을 유지하여도 좋다. 또 이 실시형태의 전해처리장치의 기판유지부(442)는 순수나 초순수를 사용하는 전해가공에 한정되는 것이 아니라, 가공액으로서 전해액을 사용하는 전해가공에도 적용할 수 있다. 가공액으로서 전해액을 사용한 경우에는 이온 교환체가 아니라 기판 표면으로부터 용출한 금속이온을 제거하기 위한 스펀지형상의 통액성부재를 배치하는 것이 바람직하다.
도 48은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 전극부의 단면도를 나타낸다. 도 48에 나타내는 바와 같이 이 실시형태에 있어서의 전극부(746)는 상기한 도 5 내지 도 10에 나타내는 예와 마찬가지로, 직사각형상으로 형성되고, 직선형상으로 연장되는 복수의 전극부재(782)를 구비하고 있으며, 이들 전극부재(782)는 평판형상 베이스(784)상에 병렬로 등 피치로 배치되어 있다.
각 전극부재(782)는 전원에 접속되는 전극(786)과, 전극(786)의 표면을 일체적으로 덮는 이온 교환체(이온 교환막)(790)를 구비하고 있다. 이온 교환체(790)는 전극(786)의 양측에 설치된 유지 플레이트(785)에 의하여 전극(786)에 설치되어 있다. 이 이온 교환체(790)는 상기와 마찬가지로 예를 들면 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성되어 있다.
이 실시형태에서는 인접하는 전극부재(782)의 전극(786)에 전원의 음극과 양극이 교대로 접속되어 있다. 예를 들면 전극(가공전극)(786a)을 전원의 음극에 접속하고, 전극(급전전극)(786b)을 양극에 접속한다. 즉, 상기와 마찬가지로 구리를 가공하는 경우에 있어서는, 음극측에 전해가공작용이 생기기 때문에, 음극에 접속한 전극(786)이 가공전극(786a)이 되고, 양극에 접속한 전극(786)이 급전전극(786b)이 된다. 이와 같이 이 실시형태에서는 가공전극(786a)과 급전전극(786b)이 병렬로 교대로 배치된다.
전극부(746)의 베이스(784)의 내부에는 피가공면에 순수, 보다 바람직하게는 초순수를 공급하기 위한 유로(792)가 형성되어 있고, 이 유로(792)는 순수공급관(794)을 거쳐 순수공급원(도시 생략)에 접속되어 있다. 각 전극부재(782)의 양측에는 기판(W)의 표면에 접촉하는 접촉부재(796)가 설치되어 있다. 이 접촉부재(796)의 내부에는 유로(792)와 연통하는 연통구멍(796a)이 형성되어 있고, 이 연통구멍(796a)을 거쳐 순수 또는 초순수가 기판(W)과 전극부재(782)의 이온 교환체(790)와의 사이에 공급된다.
여기서 모든 전극부재(782)의 이온 교환체(790)에 대하여 기판(W)이 균일하게 접촉하는 것이 이상적이다. 상기한 도 42 내지 도 47에 나타내는 실시형태에 있어서의 기판유지부(442)에 있어서는 플랜지부와 척킹부재를 연결하는 탄성부재에 의하여 짐벌기구가 구성되고, 이에 의하여 기판(W)이 전극의 표면을 따라 균일하게 전극(이온 교환체)에 접촉하도록 되어 있다. 그러나 이 실시형태와 같이 탄성을 가지는 이온 교환체를 병렬로 배치한 경우에는 이온 교환체가 CMP 에 있어서의 연마면 만큼의 강성을 가지고 있지 않기 때문에 도 49a에 나타내는 바와 같이 전극부재(782)와 기판(W)과의 상대운동이나 순수의 공급 등에 의하여 기판(W)이 기울어져 이온 교환체(790)에 균일하게 접촉하지 않는 것을 생각할 수 있다. 특히 도 42 내지 도 47에 나타내는 실시형태의 기판유지부(442)는 제 1의 압력실(510)에 공급되는 유체의 압력을 조정하여 기판 전면과 전극과의 접촉을 제어하고 있기 때문에, 복수의 전극(이온 교환체)이 배치된 경우에는 모든 전극(이온 교환체)에 대하여 기판(W)이 균일하게 접촉하도록 제어하는 것은 곤란하다.
이와 같은 관점으로부터 이 실시형태에서는 각 전극부재(782)의 양측에 접촉부재(796)를 설치하고 있다. 이 접촉부재(796)의 높이는 전극부재(782)의 이온 교환체(790)의 높이보다도 약간 낮아지도록 설정되어 있다. 따라서 기판(W)을 전극부재(782)의 이온 교환체(790)에 접촉시킨 경우에는 기판(W)의 표면이 접촉부재(796)에 의하여 지지되게 된다. 즉, 도 49b에 나타내는 바와 같이 기판(W)을 어느정도 이온 교환체(790)에 가압한 후는, 기판(W)은 접촉부재(796)의 상면에 접촉하기 때문에, 기판(W)을 그것 이상 가압하려고 하여도 그 가압력을 접촉부재(796)가 받기 때문에, 기판(W)과 이온 교환체(790)와의 접촉면적은 변화하지 않는다. 이와 같이 이 실시형태에서는 기판(W)이 기울어지는 것이 방지되어 접촉면적이 균일해지기 때문에, 균일한 가공을 실현할 수 있다.
접촉부재(796)의 상면에는 도 49b에 나타내는 바와 같이 기판(W)의 표면을 상처내지 않을 정도의 탄성을 가지는 재질에 의하여 형성된 완충부재(798)를 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 완충부재(798)로서는 예를 들면 폴리텍스패드(로델사의 상표)를 사용할 수 있다.
또, 각 전극부재(782)의 전극(786)의 내부에는 유로(792)로부터 이온 교환체(790)에 통하는 관통구멍(800)이 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여 유로(792) 내의 순수 또는 초순수는 관통구멍(800)을 통하여 이온 교환체(790)에 공급된다.
또한 이 예는 이온 교환체를 사용한 전해가공에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 가공액으로서 사용한 경우에는 전극의 표면에 설치되는 가공부재로서는 이온 교환체에 한정되지 않고, 부드러운 연마패드나 부직포와 같은 것이어도 좋다. 그 경우에 있어서도 상기한 접촉부재나 기판유지부는 양호한 가공성능을 얻는 데에 있어서 유용하다.
이와 같은 구성의 전해가공장치에 있어서, 상기와 마찬가지로 기판유지부(742)로 유지한 기판(W)을 전극부(746)의 이온 교환체(790)의 표면에 접촉시키고,전극부(746)를 스크롤 운동시킨다. 이때 접촉부재(796)의 연통구멍(796a)으로부터 기판 (W)과 전극부재(782)와의 사이에 순수 또는 초순수를 공급하고, 또 각 전극부(746)의 관통구멍(800)을 통하여 순수 또는 초순수를 이온 교환체(790)에 함유시킨다. 이 실시형태에서는 이온 교환체(790)에 공급된 순수 또는 초순수는 각 전극부재(782)의 길이방향 끝부로부터 배출된다. 그리고 전원에 의하여 가공전극(786a)과 급전전극(786b) 사이에 소정의 전압을 인가하여 이온 교환체(790)에 의하여 생성된 수소 이온 또는 수산화물 이온에 의하여 가공전극(음극)(786a)에 있어서 기판(W) 표면의 도전체막의 전해가공을 행한다.
여기서 복수의 전극부재(782)를 병렬로 배치한 전극부(746)를 사용한 경우, 기판(W)의 전면이 전극(786)[이온 교환체(400, 402)]에 접촉하는 것은 아니고, 접촉면적이 비교적 작아지기 때문에, 기판(W) 전면에서 접촉하는 경우에 비하여 기판(W)에 작용하는 면압이 높아져 이상적인 가공조건을 실현할 수 없는 일이 있다. 이하에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 기판유지부에 대하여 도 50 내지 도 52를 참조하여 설명한다. 또한 도 50 내지 도 52에 있어서, 도 42 내지 도 47에 나타내는 실시형태에 있어서의 부재 또는 요소와 동일한 작용 또는 기능을 가지는 부재 또는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 일부 생략한다.
도 50은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 기판유지부를 나타내는 종단면도이다. 도 50에 나타내는 기판유지부(442a)에 있어서는, 플랜지부(500)의 하면에 설치된 홀더링(500a, 500b)에 의하여 가압 시이트(508a)(탄성부재)가 끼워 유지되어 있고, 이 가압 시이트(508a)의 중앙부는 홀더링(506a)에 의하여 스토퍼 플레이트(506)에 설치되어 있다. 즉, 이 실시형태에서는 플랜지부(500)와 가압 시이트(508a)에 의하여 제 1의 압력실(510a)이 형성되어 있다. 또한 플랜지부(500)의 상면에는 통기구멍(500c)이 형성되어 있고, 스토퍼 플레이트(506)의 위쪽의 공간은 대기압에 개방되어 있다.
상기 제 1의 압력실(510a)은 상기한 실시형태와 마찬가지로 커넥터(512)와 연통하고 있고, 커넥터(512)를 거쳐 제 1의 압력실(510a)에 유체를 공급하여 제 1의 압력실(510a)을 가압할 수 있게 되어 있다. 이 실시형태에서는 제 1의 압력실(510a)에 공급되는 유체의 압력은, 스토퍼 플레이트(506)의 홀더링 지지부(506c)(도 50참조)의 상면에만 걸리고, 가압면적이 도 40에 나타내는 기판유지부에 비하여 작아져 있기 때문에 기판(W)에 걸리는 면압을 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다.
도 51은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 기판유지부를 나타내는 종단면도이다. 도 51에 나타내는 기판유지부(442b)에 있어서는 스토퍼 플레이트(506)의 상면에 소정 중량의 웨이트(410)가 설치되어 있다. 이 웨이트(410)는 플랜지부(500)의 상면에 형성된 개구(500d)의 내부에 배치되어 있고, 척킹부재[척킹 플레이트(504) 및 스토퍼 플레이트(506)]와 함께 상하운동하도록 되어 있다. 또한 이 실시형태에 있어서는 플랜지부(500)와 스토퍼 플레이트(506)와의 사이에는 압력실은 형성되어 있지 않고, 스토퍼 플레이트(506)의 위쪽의 공간은 대기압에 개방되어 있다.
이와 같은 구성의 기판유지부에 의하면, 적절한 중량의 웨이트(410)를 척킹부재에 설치함으로써 기판(W)에 작용하는 면압을 조정할 수 있고, 간이한 구조에 의하여 기판(W)에 작용하는 면압을 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다.
도 52는 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 기판유지부를 나타내는 종단면도이다. 도 52에 나타내는 기판유지부(442c)에 있어서는, 플랜지부(500)의 상면에 척킹부재[척킹 플레이트(504) 및 스토퍼 플레이트(506)]를 가압하는 에어실린더(470)가 설치되어 있다. 에어실린더(470)의 로드(472)는 플랜지부(500)에 형성된 로드구멍(500e)에 삽입되어 있고, 그 선단이 스토퍼 플레이트(506)의 홀더링(506a)에 맞닿게 되어 있다. 따라서 에어실린더(470)의 구동에 의하여 로드(472)가 스토퍼 플레이트(506)를 가압하여 척킹부재를 상하운동시키게 되어 있다. 또한 이 실시형태에 있어서는 플랜지부(500)와 스토퍼 플레이트(506)와의 사이에는 압력실은 형성되어 있지 않고, 스토퍼 플레이트(506)의 위쪽 공간은 대기압에 개방되어 있다.
이와 같은 구성의 기판유지부(442c)에 의하면 에어실린더(470)를 적절하게 제어함으로써, 척킹부재를 아래쪽으로 가압하는 힘, 즉 기판(W)에 작용하는 면압을 조정할 수 있고, 기판에 작용하는 면압을 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다. 또 가공파라미터 등의 변경이 생긴 경우에는, 상기한 도 51에 나타내는 실시형태에서는 웨이트(410)의 중량을 변경하여 대응할 필요가 있으나, 이 실시형태에서는 에어실린더(470)의 가압력을 제어하는 것만으로 이와 같은 가압파라미터 등의 변경에 대응할 수 있다.
도 53은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 전해가공장치의 주요부를나타내는 종단면도이고, 도 54는 도 53의 주요부를 확대하여 나타내는 주요부 확대도이다. 도 53에 나타내는 바와 같이, 이 전해가공장치(600)는 표면을 하향으로 하여 기판(W)을 흡착하는 기판유지부(602)와, 직사각형상의 전극부(604)를 상하에 구비하고 있다. 이 기판유지부(602)는 상기한 도 5 및 도 6에 나타내는 실시형태의 기판유지부(42)와 마찬가지로 상하운동, 좌우이동 및 회전 자유롭게 구성되어 있다. 전극부(604)는 중공 스크롤 모터(606)를 구비하고 있고, 이 중공 스크롤 모터(606)의 구동에 의하여 자전을 행하지 않는 원운동, 이른바 스크롤운동(병진회전운동)을 행하게 되어 있다.
전극부(604)는 직선형상으로 연장되는 복수의 전극부재(608)와, 위쪽으로 개구되는 용기(610)를 구비하고 있고, 복수의 전극부재(608)는 용기(610) 내에 병렬로 등 피치로 배치되어 있다. 또한 이 용기(610)의 위쪽에 위치하고, 그 용기(610)의 내부에 초순수나 순수 등의 액체를 공급하는 액체공급노즐(612)이 배치되어 있다. 각 전극부재(608)는 장치 내의 전원에 접속되는 전극(614)을 구비하고 있고, 이 각 전극(614)에 전원의 음극과 양극이 교대로, 즉 전극(가공전극)(614a)에 전원의 음극이, 전극(급전전극)(614b)에 양극이 교대로 접속되어 있다. 이에 의하여 상기와 마찬가지로 예를 들면 구리를 가공하는 경우에 있어서는, 음극측에 전해가공작용이 생기기 때문에, 음극에 접속한 전극(614)이 가공전극(614a)이 되고, 양극에 접속한 전극(614)이 급전전극(614b)이 되도록 되어 있다.
그리고 이 음극에 접속한 가공전극(614a)에 있어서는, 도 54에 상세하게 나타내는 바와 같이 이 상부에 예를 들면 부직포로 이루어지는 이온 교환체(616a)가설치되고, 이 가공전극(614a) 및 이온 교환체(616a)는 액체의 통과를 차단하여 이온만을 통과 가능하게 구성된 이온 교환막으로 이루어지는 제 2의 이온 교환체(618a)로 일체로 덮여져 있다. 양극에 접속한 급전전극(614b)에 있어서도 대략 마찬가지로 이 상부에 예를 들면 부직포로 이루어지는 이온 교환체(616b)가 설치되고, 이 가공전극(614a) 및 이온 교환체(616b)는 액체의 통과를 차단하여 이온만을 통과 가능하게 구성된 이온 교환막으로 이루어지는 제 2의 이온 교환체(618b)로 일체로 덮여져 있다. 이에 의하여 부직포로 이루어지는 이온 교환체(616a, 616b)에 있어서는, 전극(614)의 길이방향을 따른 소정의 위치에 설치된 관통구멍(도시 생략)을 통과한 초순수이나 액체가, 이 내부를 자유롭게 이동하여, 부직포 내부의 물분해 촉매작용을 가지는 활성점에 용이하게 도달할 수 있으나, 이 액체는, 이온 교환막으로 이루어지는 이온 교환체(618a, 618b)에 의해 흐름이 차단되고, 이 이온 교환체(618a, 618b)가 하기의 제 2의 격벽을 구성하도록 되어 있다.
전원의 음극에 접속된 가공전극(614a)의 양측에는 1쌍의 액체흡인노즐(620)이 배치되고, 이 액체흡인노즐(620)의 내부에는 길이방향을 따라 연장되는 유체 유통로(620a)가 설치되고, 또한 길이방향을 따른 소정의 위치에, 상면으로 개구하여 유체 유통로(620a)와 연통하는 액체 흡인구멍(620b)이 설치되어 있다. 또한 이 액체 유통로(620a)는 도 53에 나타내는 바와 같이 액체 배출로(621)와 연통되어 이 액체배출로(621)로부터 외부로 배출되도록 되어 있다.
그리고 가공전극(614a)과 1 쌍의 액체흡인노즐(620)은, 1 쌍의 탭바(622)를 거쳐 일체화되고, 1 쌍의 인서트 플레이트(624)에 끼워 유지되어 베이스(626)에 고정되어 있다. 한편, 급전전극(614b)은 그 표면을 이온 교환체(618b)로 덮은 상태에서 1쌍의 유지 플레이트(628)로 끼워 유지되어 베이스(626)에 고정되어 있다.
또한 이온 교환체(616a, 616b)는 예를 들면 애나이언 교환기 또는 카티온 교환기를 부여한 부직포로 구성되어 있으나, 애나이언 교환기를 가지는 애나이언 교환체와 카티온 교환기를 가지는 카티온 교환체를 겹치게 하거나 이온 교환체(616a, 616b) 자체에 애나이언 교환기와 카티온 교환기의 쌍방의 교환기를 부여하도록 하여도 되고, 또 소재의 재질로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 고분자, 또는 기타 유기 고분자를 들 수 있는 것은 상기와 동일하다. 또 전극부재(608)의 전극(614)의 소재로서, 전극에 널리 사용되고 있는 금속이나 금속화합물보다도, 탄소, 비교적 불활성인 귀금속, 도전성 산화물 또는 도전성 세라믹스를 사용하는 것이 바람직한 것은 상기와 동일하다.
그리고 각 액체흡인노즐(620)의 상면에는, 예를 들면 탄성을 가지는 연속 기공 다공체로 이루어지는 격벽(630)이 그 길이방향의 전체 길이에 걸쳐 설치되어 있다. 이 격벽(630)의 두께는 기판유지부(602)로 유지한 기판(W)을 전극부재(608)의 이온 교환체(618a, 618b)에 접촉 내지 근접시켜 이 기판(W)에 전해가공을 실시할 때에 이 격벽(630)의 상면이 기판유지부(602)로 유지된 기판(W)에 압접되는 두께로 설정되어 있다. 이에 의하여 전해가공을 행할 때에, 전극부(604)와 기판유지부(602)와의 사이에 격벽(630)으로 격리된 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(632)와, 급전전극(614b)과 기판과의 사이에 형성되는 유로(634)가 병렬로 형성되고, 또한 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(632)는이온교환막으로 구성된 제 2의 격벽으로서의 이온 교환체(618a)에 의해 2개의 유로(632a, 632b)로 격리되고, 급전전극(614b)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(634)는 이온 교환막으로 구성된 제 2의 격벽으로서의 이온 교환체(618b)에 의해 2개의 유로(634a, 634b)로 격리되게 되어 있다.
그리고 이들 유로(632, 634)를 따라 흐르는 유체는, 액체 배출로(621)에 접속된 흡인펌프를 구동함으로써, 격벽(630)의 내부를 통과한 후, 액체흡인구멍(620b), 유체 유통로(620a) 및 액체 배출로(621)를 통과하여 외부로 배출된다. 또한 이와 같이 격벽(630)으로서 연속 기공 다공체를 사용하면 액체의 흐름을 완전하게 격리(차단)할 수는 없고 부분적으로 격리하게 되나, 액체의 격리는 액체를 완전하게 격리(차단)할 필요는 없고, 액체의 흐름을 어느 정도 방해하면 된다.
이 격벽(630)을 구성하는 탄성을 가지는 연속 기공 다공체로서는, 폴리우레탄스펀지를 들 수 있으나, 이 격벽(630)을 부직포, 발포폴리우레탄, PVA 스펀지 또는 이온 교환체로 구성하도록 하여도 좋다.
이 실시형태에서는 용기(610)의 내부는 액체공급노즐(612)로부터 공급된 초순수나 순수 등의 액체로 채워지고, 한편 전극(614)에 설치한 관통구멍(도시 생략)으로부터 가공전극(614a) 및 급전전극(614b)의 상부에 배치된 부직포로 이루어지는 이온 교환체(616a, 616b)에 초순수나 순수 등의 액체가 공급된 상태에서 전해가공이 행하여진다. 용기(610)의 바깥쪽에는 이 용기(610)의 바깥 둘레벽(610a)을 흘러 넘친 액체를 배출하는 오버플로우로(636)가 설치되어 있고, 바깥 둘레벽(610a)을 흘러 넘친 액체는 오버플로우로(636)를 거쳐 배액탱크(도시 생략)에 들어가도록되어 있다.
이 전해가공시에, 액체 배출로(621)에 접속한 흡인펌프를 구동함으로써, 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(632)와, 급전전극(614b)과 기판과의 사이에 형성되는 유로(634)를 따라 흐르는 유체를 외부로 배출하는 것이고, 이에 의하여 전기화학적 가공인 전해가공시에 기포(가스)발생의 반응이 주로 생기는 급전전극(614b)과 기판(W)과의 사이를 흐르는 액체의 흐름과, 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이를 흐르는 액체의 흐름을 적어도 부분적으로 격리하고, 독립하여 흐름을 제어함으로써 발생하는 기포를 효과적으로 제거할 수 있다.
이와 같이 이른바 멀티바 전극계에 있어서, 예를 들면 폴리우레탄스펀지로 이루어지는 격벽(630)에 사용하고, 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(632)와, 급전전극(614b)과 기판과의 사이에 형성되는 유로(634)를 격리한 경우, 피트의 발생량은 약 1 자릿수 감소하는 것이 확인되어 있다. 이것은 ① 격벽에 의하여 급전전극측의 기포의 피가공물 표면에의 도달이 차단된 것, ② 격벽에 의하여 가공전극측의 유로가 제한(유로단면적이 감소)됨으로써, 가공전극측의 초순수의 유속이 증가한 것의 2가지를 원인으로서 생각할 수 있다.
도 55는 전극부(604)의 변형예를 나타내는 것으로, 이 예는 격벽(630a)으로서 예를 들면 고무제 등의 탄성체이고, 또한 통액성이 없는 것을 사용하며, 또한 액체흡인노즐(620)로서 격벽(630a)의 양측으로 개구되는 2개의 액체 흡인구멍(620c)을 가지는 것을 사용한 것이다. 그 밖의 구성은 상기의 예와 동일하다. 이 예에 의하면 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(632)와, 급전전극(614b)과 기판과의 사이에 형성되는 유로(634)와의 격리를 완전한 것으로 할 수 있다.
또한 도시 생략하나, 가공전극의 양측에 배치하는 1쌍의 액체흡인노즐의 한쪽 대신에, 길이방향을 따른 소정위치에 액체공급구멍을 설치한 액체공급노즐을 사용하고, 액체공급노즐에 의한 액체의 공급과 액체흡인노즐에 의한 액체의 흡인을 동시에 행함으로써 가공전극(614a)과 기판(W)과의 사이에 형성되는 유로(632)를 따라 흐르는 유체와, 급전전극(614b)과 기판과의 사이에 형성되는 유로(634)를 따라 흐르는 유체의 흐름을 보다 확실하게 제어하어, 격벽을 넘어서 인접하는 공간으로 흐르는 유체의 양을 줄이도록 할 수 있다. 또 가공전극의 양측에 배치되는 노즐의 양쪽을 액체공급노즐로 하고, 전극을 따른 액체 흐름을 밀어냄으로써 형성하여도 좋다. 이 때도 용기(610)의 내부를 액체로 채워 기판을 침지한 상태로 가공시키기 때문에, 액체공급노즐(612)로부터 가공액을 공급하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 실시형태에서는 전극에 이온 교환체를 장착한 예를 나타내고 있으나, 전극의 형상이나 가공에 사용하는 액체는, 특별히 한정되지 않는다. 인접하는 전극의 사이에, 접촉부재(796)나 격벽(630)을 설치하게 하면 된다. 즉, 전극의 형상은 막대형상의 것에 한정되지 않고, 피가공물에 대하여 복수의 전극이 대향하도록 한 임의의 형상이 선택된다. 전극에 이온 교환체 이외의 통액성 스크럽부재를 설치하 도록 하여도 좋다. 또 접촉부재나 격벽을 전극면보다도 높게 하여, 피가공물과 전극이 직접 접하지 않게 함으로써 전극의 표면을 노출시킬 수 있다. 전극 표면에 이온 교환체를 장착하지 않은 경우에도 피가공물과 전극 사이의 유체의흐름을 칸막이는 제 2의 격벽은 있었던 쪽이 바람직하다.
상기한 도 42 내지 도 47에 나타내는 실시형태에 의하면, 제 1의 압력실(510)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써 기판이 가공전극에 접촉하는 압력을 임의로 제어할 수 있으므로 기판과 가공전극과의 사이에 발생하는 면압을 반도체장치를 파괴하는 압력보다도 작게 억제하도록 제어할 수 있어, 취약한 재료를 파괴하는 일 없이 기판을 가공할 수 있다.
또한 도 51에 나타내는 실시형태에 의하면, 적절한 중량의 웨이트(410)를 척킹부재에 설치함으로써, 기판에 작용하는 면압을 조정할 수 있고, 간이한 구조에 의하여 기판에 작용하는 면압을 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다.
또한 도 52에 나타내는 실시형태에 의하면 에어실린더(470)를 적절하게 제어함으로써, 척킹부재를 아래쪽으로 가압하는 힘, 즉 기판에 작용하는 면압을 조정할 수 있고, 기판에 작용하는 면압을 낮게 하여 저하중의 가공을 실현할 수 있다. 또 가공 파라미터 등의 변경이 생긴 경우에도 에어실린더의 가압력을 제어하는 것만으로 이것에 대응할 수 있다.
또, 도 48에 나타내는 실시형태에 의하면 피가공물을 어느 정도 이온 교환체에 가압한 후는 피가공물은 접촉부재의 상면에 접촉하기 때문에 접촉면적이 균일하게 되어 균일한 가공을 실현할 수 있다.
또한 도 53 내지 도 55에 나타내는 실시형태에 의하면, 주로 급전전극에 있어서 발생하는 기포의 효과적인 제거가 가능하게 되고, 이것에 의하여 기포의 발생에 기인하는 피가공물 표면에의 피트발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 기판 등의 피가공물에 물리적인 결함을 주어 피가공물의 특성은 손상하는 것을 방지하면서 전기화학적 작용에 의하여 예를 들면 CMP를 대신하는 전해가공 등을 실시할 수 있고, 이에 의하여 CMP 처리 그 자체를 생략하거나, CMP 처리의 부하를 저감하거나, 나아가서는 기판 등의 피가공물의 표면에 부착된 부착물을 제거(세정)할 수 있다. 또한 순수 또는 초순수만을 사용하여도 기판을 가공할 수 있고, 이에 의하여 기판의 표면에 전해질 등의 여분의 불순물이 부착하거나, 잔류하거나 하는 것을 없애어 제거가공 후의 세정공정을 간략화할 수 있을 뿐만 아니라, 폐액처리의 부하를 매우 작게 할 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러가지 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
본 발명의 전해가공장치의 기본구조는 일본국 특원2001-401436(미국 출원번호10/337357)의, 특히 도 24, 도 25에 개시되어 있고, 상기 출원의 모든 개시는 여기서 인용함으로써 본 발명에 포함된다.
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 기판의 표면에 형성된 도전성 재료를 가공하기도 하고, 기판의 표면에 부착된 불순물을 제거하거나 하기 위하여 사용되는 전해가공장치및 전해가공방법에 관한 것이다.

Claims (84)

  1. 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와,
    상기 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와,
    상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고,
    상기 전극부재의 이온 교환체는, 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체와, 이온 교환용량이 큰 이온 교환체를 가지는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극부의 각 전극부재의 전극의 내부에, 상기 이온 교환체에 유체를 공급하는 관통구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    인접하는 상기 전극부재의 전극을, 상기 전원의 음극과 양극에 교대로 접속한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  4. 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와,
    상기 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와,
    상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원과,
    상기 피가공물과 상기 전극부재의 이온 교환체와의 사이에 유체를 공급하는 유체공급노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유체공급노즐은, 상기 전극부재에 대향하는 피가공물의 피가공면을 향하여 상기 유체를 분사하는 분사구를 가지는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 유체공급노즐의 높이는, 상기 전극부재의 이온 교환체의 높이보다도 낮은 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 전극부의 각 전극부재의 전극의 내부에, 상기 이온 교환체에 유체를 공급하는 관통구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    인접하는 상기 전극부재의 전극을, 상기 전원의 음극과 양극에 교대로 접속한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  9. 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 전극부재를 구비하고,
    상기 전극부재에 피가공물을 상기 전극부재의 이온 교환체에 접촉시켰을 때에 소정의 가압량 이상의 상태에 있어서 상기 이온 교환체의 가공에 사용되는 부분과 상기 피가공물과의 실질적인 접촉폭을 일정하게 제한하는 접촉폭 제한부를 설치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 접촉폭 제한부는, 상기 이온 교환체의 표면측 또는 이면측에 부착된 절연필름에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 접촉폭 제한부는, 이온 교환능력을 가지지 않은 부재에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 이온 교환능력을 가지지 않은 부재는, 상기 이온 교환체와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 접촉폭 제한부는, 상기 이온 교환체에 설치된 볼록부에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 전극부재가 복수 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    인접하는 상기 전극부재의 전극을, 전원의 음극과 양극에 교대로 접속한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  16. 복수의 급전전극과 복수의 가공전극을 배치한 전극부와,
    상기 전극부의 급전전극 및 가공전극에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와,
    상기 전극부의 각 급전전극 및 가공전극에 접속되는 전원과,
    상기 전극부와 피가공물과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구를 구비하고,
    상기 급전전극 및 상기 가공전극의 내부에, 상기 급전전극 및 가공전극의 표면에 유체를 공급하는 관통구멍을 각각 형성한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 급전전극과 상기 가공전극의 사이에, 상기 피가공물과 상기 급전전극 및 상기 가공전극과의 사이에 유체를 공급하는 유체공급노즐을 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  18. 급전전극과 가공전극을 교대로 병렬로 배치한 전극부와,
    상기 전극부의 급전전극 및 가공전극에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와,
    상기 전극부의 각 급전전극 및 가공전극에 접속되는 전원과,
    상기 전극부와 피가공물과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구와,
    상기 급전전극 및 가공전극과 기판과의 사이에 유체를 공급하는 액체공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 급전전극 및 상기 가공전극과 피가공물과의 사이에는, 이온 교환체가 구비되는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  20. 기판을 반출입하는 기판 반출입부와,
    전해가공장치와,
    상기 기판 반출입부와 상기 전해가공장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고,
    상기 전해가공장치는,
    (i) 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와,
    (ii) 상기 전극부재의 이온 교환체에 피가공물을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 유지부와,
    (iii) 상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고,
    상기 전극부재의 이온 교환체는, 표면 평활성이 뛰어난 이온 교환체와, 이온 교환량이 큰 이온 교환체를 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  21. 기판을 반출입하는 기판 반출입부와,
    전해가공장치와,
    상기 기판 반출입부와 상기 전해가공장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고,
    상기 전해가공장치는,
    (i) 복수의 가공전극과 복수의 급전전극을 배치한 전극부와,
    (ii) 상기 전극부에 기판을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 기판 유지부와,
    (iii) 상기 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원과,
    (iv) 상기 전극부와 기판과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구를 구비하고,
    상기 급전전극 및 상기 가공전극의 내부에, 상기 급전전극 및 가공전극의 표면에 유체를 공급하는 관통구멍을 각각 형성한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  22. 기판을 반출입하는 기판 반출입부와,
    전해가공장치와,
    상기 기판 반출입부와 상기 전해가공장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고,
    상기 전해가공장치는,
    (i) 복수의 가공전극과 복수의 급전전극을 병렬로 배치한 전극부와,
    (ii) 상기 전극부에 기판을 접촉 또는 근접 자유롭게 유지하는 기판 유지부와,
    (iii) 상기 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원과,
    (iv) 상기 전극부와 기판과의 사이에 상대운동을 일으키게 하는 구동기구와,
    (v) 기판과 전극부의 사이에 가공액을 공급하는 가공액공급기구를 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  23. 피가공물의 표면을 전해가공하는 방법에 있어서,
    전극의 표면에 이온 교환체를 배치한 상기 피가공물보다도 폭이 좁은 가공전극에 상기 피가공물을 접촉시키고,
    상기 이온 교환체의 가공에 사용되는 부분과 상기 피가공물과의 실질적인 접촉폭을 일정하게 유지한 채로 상기 가공전극과 상기 피가공물을 상대운동시켜 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    적어도 상기 가공전극의 표면에 노출되어 있는 상기 이온 교환체의 전 폭을 상기 피가공물에 실질적으로 접촉시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  25. 피가공물을 가공전극에 접촉 또는 근접시키고,
    상기 가공전극과 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고,
    상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 유체를 공급하고,
    제 1의 상대운동으로서 상기 가공전극과 상기 피가공물을 상대운동시켜 일 방향을 따른 왕복 상대운동을 형성함과 동시에, 상기 제 1의 상대운동에 의한 피가공물의 상기 일 방향을 따른 가공량 분포에 있어서 생기는 피치의 정수배만큼, 제 2의 상대운동으로서 상기 피가공물과 상기 가공전극을 상기 일 방향으로 상대운동시켜 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 제 1의 상대운동의 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 가공전극은, 전극과 상기 전극의 표면을 덮는 이온 교환체를 가지고, 병렬로 배치한 복수의 전극부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  28. 제 25항에 있어서,
    상기 제 2의 상대운동을 왕복운동에 의하여 행하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 제 2의 상대운동에 있어서의 왕복운동의 이동거리는 왕로와 복로에 있어서 각각 다른 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 제 2의 상대운동을 반복하고, 상기 피가공물에 있어서의 상기 제 2의 상대운동의 방향을 상기 제 2의 상대운동에 있어서의 상기 일 방향으로의 운동을단위로 하여 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  31. 제 25항에 있어서,
    전해가공 중에 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 인가하는 전압 및/또는 전류를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  32. 제 25항에 있어서,
    전해가공 중에 상기 제 2의 상대운동의 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  33. 피가공물을 가공전극에 접촉 또는 근접시키고,
    상기 가공전극과 상기 피가공물에 급전하는 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고,
    상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 유체를 공급하고,
    제 1의 상대운동으로서 상기 가공전극과 상기 피가공물을 상대운동시킴과 동시에, 제 2의 상대운동으로서 상기 가공전극과 상기 피가공물과의 사이에서 일 방향으로의 상대운동을 반복하고, 상기 피가공물에 있어서의 상기 제 2의 상대운동의 방향을 상기 제 2의 상대운동에 있어서의 상기 일 방향으로의 운동을 단위로 하여 변화시켜, 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 제 1의 상대운동의 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  35. 제 33항에 있어서,
    상기 피가공물을 소정의 각도만큼 회전시킴으로써, 상기 피가공물에 있어서의 상기 제 2의 상대운동의 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 소정의 각도의 회전을 반복하여 상기 피가공물의 전해가공의 종료까지 상기 피가공물을 적어도 1 회전시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  37. 제 33항에 있어서,
    상기 피가공물에 있어서의 상기 가공전극에 대한 상기 제 2의 상대운동의 위치를 상기 제 2의 상대운동에 있어서의 상기 일 방향으로의 운동을 단위로 하여 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  38. 제 33항에 있어서,
    상기 제 2의 상대운동 중에 상기 피가공물을 회전시키지 않는 것을 특징으로하는 전해가공방법.
  39. 제 33항에 있어서,
    전해가공 중에 상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 인가하는 전압 및/또는 전류를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  40. 제 33항에 있어서,
    전해가공 중에 상기 제 2의 상대운동의 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  41. 피가공물에 접촉 또는 근접 가능한 가공전극과,
    상기 피가공물에 급전하는 급전전극과,
    상기 피가공물을 유지하여 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키는 유지부와,
    상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 배치되는 복수의 이온 교환체와,
    상기 복수의 이온 교환체의 적어도 하나를 공급하여 교환하는 피드기구를 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  42. 제 41항에 있어서,
    상기 복수의 이온 교환체의 각각 대응하여 상기 피드기구를 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  43. 제 41항에 있어서,
    상기 피가공물에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체의 교환주기가 상기 피가공물에 접촉 또는 근접하는 이온 교환체의 교환주기보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  44. 제 43항에 있어서,
    상기 피가공물에 접촉 또는 근접하지 않는 이온 교환체를 상기 피드기구에 의하여 교환하는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  45. 제 41항에 있어서,
    상기 복수의 이온 교환체 중, 이온 교환용량이 큰 이온 교환체의 교환주기가 다른 이온 교환체의 교환주기보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  46. 제 41항에 있어서.
    상기 피드기구에 의한 상기 이온 교환체의 교환을 전해가공시에 행하는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  47. 제 41항에 있어서,
    회전 자유로운 복수의 회전부재와, 상기 회전부재의 사이에 개재시키는 복수의 개재부재를 구비하고,
    상기 회전부재와 상기 개재부재와의 사이에 상기 이온 교환체를 누비도록 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  48. 제 47항에 있어서,
    상기 회전부재는, 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  49. 제 41항에 있어서,
    상기 피드기구에 의하여 순환되는 이온 교환체를 재생하는 재생장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  50. 피가공물에 접촉 또는 근접 가능한 가공전극과,
    상기 피가공물에 급전하는 급전전극과,
    상기 피가공물을 유지하여 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키는 유지부와,
    상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 배치되는 이온 교환체와,
    상기 이온 교환체의 표면에 적층된 통수성을 가지는 부재와,
    상기 이온 교환체를 공급하여 교환하는 피드기구를 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  51. 제 50항에 있어서,
    상기 이온 교환체의 교환주기가 상기 통수성을 가지는 부재의 교환주기보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  52. 제 50항에 있어서,
    회전 자유로운 복수의 회전부재와, 상기 회전부재의 사이에 개재시키는 복수의 개재부재를 구비하고,
    상기 회전부재와 상기 개재부재와의 사이에 상기 이온 교환체를 누비도록 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  53. 제 50항에 있어서,
    상기 회전부재는 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  54. 제 50항에 있어서,
    상기 피드기구에 의하여 순환되는 이온 교환체를 재생하는 재생장치를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  55. 피가공물에 접촉 또는 근접 가능한 가공전극과,
    상기 피가공물에 급전하는 급전전극과,
    상기 피가공물을 유지하여 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키는 유지부를 구비하고,
    상기 가공전극 또는 상기 급전전극을 복수 구비하고, 상기 복수의 전극은, 상기 피가공물에 대하여 서로 독립하여 근접 및 이간 자유롭게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  56. 제 55항에 있어서,
    상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  57. 기판을 유지하여 가공전극에 접촉시켜 전해가공을 행하는 기판유지부에 있어서,
    샤프트에 연결되는 플랜지부와,
    상기 플랜지부에 대하여 상기 샤프트의 축방향으로 이동 자유롭고, 또한 상기 기판을 유지하는 척킹부재를 구비한 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  58. 제 57항에 있어서,
    상기 플랜지부와 상기 척킹부재와의 사이에 형성되는 제 1의 압력실을 구비하고,
    상기 제 1의 압력실에 유체를 공급함으로써 상기 제 1의 압력실을 가압하여 상기 척킹부재에 유지된 기판을 상기 가공전극에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  59. 제 58항에 있어서,
    상기 제 1의 압력실은, 상기 플랜지부, 상기 척킹부재, 및 상기 플랜지부와 상기 척킹부재를 연결하는 탄성부재에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  60. 제 57항에 있어서,
    상기 척킹부재에 소정 중량의 웨이트를 설치함으로써 상기 기판의 상기 가공전극에 대한 가압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  61. 제 57항에 있어서,
    상기 척킹부재를 아래쪽으로 가압하는 에어실린더를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  62. 제 57항에 있어서,
    상기 척킹부재는 상기 기판에 연통하는 연통구멍이 형성된 척킹 플레이트와,상기 척킹 플레이트의 위쪽에 배치된 스토퍼 플레이트와, 상기 척킹 플레이트와 상기 스토퍼 플레이트와의 사이에 형성되는 제 2의 압력실을 구비하고,
    상기 제 2의 압력실로부터 유체를 흡인함으로써 상기 제 2의 압력실을 감압하여 상기 기판을 상기 척킹부재에 흡착시키는 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  63. 제 57항에 있어서,
    상기 플랜지부에는 안쪽으로 돌출하는 돌출부를 가지는 리테이너링을 설치하고,
    상기 척킹부재에는, 상기 리테이너링의 돌출부에 걸어맞추는 돌기를 설치한 것을 특징으로 하는 기판유지부.
  64. 가공전극과,
    기판에 급전하는 급전전극과,
    상기 기판을 유지하여 상기 가공전극에 접촉시키는 기판유지부와,
    상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판유지부로 유지한 기판과 상기 가공전극을 상대이동시키는 구동부를 구비하고,
    상기 기판유지부는, 기판을 유지하여 가공전극에 접촉시켜 전해가공을 행하는 기판유지부에 있어서,
    샤프트에 연결되는 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 샤프트의 축방향으로 이동 자유롭고, 또한 상기 기판을 유지하는 척킹부재를 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  65. 제 64항에 있어서,
    상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  66. 제 65항에 있어서,
    상기 이온 교환체가 배치된 상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 유체를 공급하는 유체공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  67. 제 64항에 있어서,
    상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 통수성을 가지는 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  68. 가공전극과 급전전극을 배치하고,
    상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고,
    샤프트에 연결되는 플랜지부와 기판을 유지하는 척킹부재를 가지는 기판유지부에 의하여 기판을 유지하고,
    상기 기판을 상기 가공전극에 접촉시키고, 상기 기판과 상기 가공전극을 상대이동시켜 상기 기판의 표면을 가공하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  69. 제 68항에 있어서,
    상기 기판유지부의 플랜지부와 척킹부재와의 사이에 형성되는 제 1의 압력실에 유체를 공급함으로써, 상기 제 1의 압력실을 가압하여 상기 기판을 상기 가공전극에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  70. 제 68항에 있어서,
    상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  71. 제 69항에 있어서,
    상기 기판의 가압력이 6.86 kPa 이하가 되도록 상기 제 1의 압력실에 공급되는 유체의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  72. 전극과 상기 전극의 표면에 설치된 가공부재를 가지는 복수의 전극부재를 병렬로 배치한 전극부와,
    상기 전극부재의 가공부재에 피가공물을 접촉 자유롭게 유지하는 유지부와,
    상기 전극부의 각 전극부재의 전극에 접속되는 전원을 구비하고,
    상기 복수의 전극부재의 사이에, 상기 피가공물의 표면에 접촉하는 접촉부재를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  73. 제 72항에 있어서,
    상기 접촉부재에, 상기 피가공물의 표면을 상처내지 않을 정도의 탄성을 가지는 재질에 의하여 형성된 완충부재를 설치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  74. 제 72항에 있어서,
    상기 가공부재는 이온 교환체인 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  75. 가공전극과,
    피가공물에 급전하는 급전전극과,
    기판을 유지하여 상기 가공전극 및 상기 급전전극에 접촉 또는 근접시키는 기판유지부와,
    상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판유지부로 유지한 상기 기판과 상기 가공전극 및 상기 급전전극을 상대운동시키는 구동부와,
    상기 기판과 상기 가공전극과의 사이, 또는 상기 기판과 상기 급전전극과의 사이의 적어도 한쪽에 유체를 공급하는 유체공급부와,
    상기 가공전극과 상기 기판과의 사이의 유체의 흐름과, 상기 급전전극과 상기 기판과의 사이의 유체의 흐름을 적어도 부분적으로 격리하는 격벽을 구비한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  76. 제 75항에 있어서,
    상기 기판과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  77. 제 75항에 있어서,
    상기 격벽은, 탄성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  78. 제 77항에 있어서,
    상기 탄성체는, 부직포, 발포 폴리우레탄, PVA 스펀지. 폴리우레탄스펀지 또는 이온 교환체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  79. 서로 인접하는 상기 격벽에 의하여 격리된 영역을 흐르는 유체의 흐름을, 상기 가공전극측 또는 상기 급전전극측의 흐름과, 상기 피가공물측의 흐름으로 분리하는 제 2의 격벽을 더욱 가지는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  80. 제 75항에 있어서,
    상기 유체는 초순수, 순수, 전기전도도가 500 μS/cm 이하의 액체 또는 전해액인 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  81. 제 75항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 격벽에 의하여 격리된 영역을 흐르는 유체를 흡인하는 유체흡인부를 가지는 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  82. 복수의 전극을 배치한 전극부와,
    상기 전극에 피가공물을 접촉 내지 근접 자유롭게 유지하는 유지부와,
    상기 전극부의 각 전극에 접속되는 전원을 구비하고,
    상기 복수의 전극의 사이에는, 상기 피가공물의 표면에 접촉하는 접촉부재를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공장치.
  83. 가공전극과 급전전극을 배치하고,
    상기 가공전극과 상기 급전전극과의 사이에 전압을 인가하고,
    상기 피가공물을 상기 가공전극에 접촉 또는 근접시키고,
    상기 가공전극과 피가공물과의 사이의 유체의 흐름과, 상기 급전전극과 피가공물과의 사이의 유체의 흐름을 격벽에 의해 적어도 부분적으로 격리하면서, 상기 피가공물과 상기 가공전극을 상대운동시켜 상기 피가공물의 표면을 가공하는 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
  84. 제 83항에 있어서,
    상기 피가공물과 상기 가공전극 또는 상기 급전전극의 적어도 한쪽과의 사이에 이온 교환체를 배치한 것을 특징으로 하는 전해가공방법.
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