電解加工装置および電解加工方法
【課題】例えばダマシン法により基板上の配線を形成する場合に、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工装置を提供する。
【解決手段】電解加工装置１０は、表面に金属膜が形成されたウェハを保持しつつ、ウェハを回転させるウェハホルダ１４と、ウェハに対して電解加工を行う電解加工ユニット１６とを備えている。電解加工ユニット１６は、回転可能な加工電極５２と、加工電極５２に取り付けられた研磨パッド５３と、研磨パッド５３をウェハに押圧する押圧機構７２と、電解加工液をウェハと加工電極５２との間に供給する液供給機構と、ウェハと加工電極５２とを相対運動させる相対運動機構と、加工電極５２がカソード、ウェハの金属膜がアノードとなるように、加工電極５２とウェハの金属膜との間に電圧を印加する電源１０３とを備えている。
【解決手段】電解加工装置１０は、表面に金属膜が形成されたウェハを保持しつつ、ウェハを回転させるウェハホルダ１４と、ウェハに対して電解加工を行う電解加工ユニット１６とを備えている。電解加工ユニット１６は、回転可能な加工電極５２と、加工電極５２に取り付けられた研磨パッド５３と、研磨パッド５３をウェハに押圧する押圧機構７２と、電解加工液をウェハと加工電極５２との間に供給する液供給機構と、ウェハと加工電極５２とを相対運動させる相対運動機構と、加工電極５２がカソード、ウェハの金属膜がアノードとなるように、加工電極５２とウェハの金属膜との間に電圧を印加する電源１０３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工装置および電解加工方法に係り、特に半導体ウェハ等の基板の表面に形成された導電性材料を除去加工するのに使用される電解加工装置および電解加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ）、スパッタリングおよびめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１Ａから図１Ｃは、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す。まず、図１Ａに示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やｌｏｗ−ｋ材膜などの層間絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線溝４が形成される。これらの上にＴａＮ等からなるバリア膜５、さらにその上に電解めっきの給電層としてのシード層７がスパッタリングやＣＶＤ等により形成される。
【０００４】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１Ｂに示すように、半導体基材１のコンタクトホール３および配線溝４内に銅６を充填する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、めっき工程でできた配線パターンに応じて意図せずに生成される表面の段差を解消し、さらに絶縁膜２上の銅膜６、シード層７およびバリア膜５を除去して、コンタクトホール３および配線溝４内に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１Ｃに示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に除去していく加工方法では、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してしまうため、被加工物の特性が劣化してしまう。特に今後絶縁膜としていわゆるｌｏｗ−ｋ材が採用されるにしたがって、いかに材料の特性を損なうことなく機械的に低負荷で加工を行うことができるかが問題となってくる。
【０００６】
この問題を解決する手段として開発された特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工方法は、従来の物理的な加工とは対照的に、化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行うものである。したがって、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、上述の材料の特性を損なわずに加工を行うといった課題が達成される。
【０００７】
例えば、ＣＭＰ工程は、一般にかなり複雑な操作が必要で、制御も複雑となり、加工時間もかなり長い。さらに、スラリー（研磨砥粒）を使用するため研磨後の基板の後洗浄を十分に行う必要があるばかりでなく、スラリーや洗浄液の排液処理のための負荷が大きい等の課題がある。このため、ＣＭＰ自体を省略もしくはこの負荷を軽減することが強く求められていた。また、特に今後、層間絶縁膜も誘電率の小さいｌｏｗ−ｋ材に変わると予想され、そのｌｏｗ−ｋ材は、機械的強度が弱くＣＭＰによるストレスに耐えられなくなる。したがって、基板にストレスを与えることなく、平坦化できるようにしたプロセスが望まれている。
【０００８】
従来のＣＭＰ工程では、実用上、所定の研磨速度（例えば５００ｎｍ／ｍｉｎ）が必要であり、そのためには、研磨圧力を例えば３５０ｋＰａ程度に増やす必要があった。すなわち、ＣＭＰ工程の加工速度は次のプレストンの式に従うとされている。
ＲＲ＝ｋＰＶ
ここで、ＲＲは研磨速度（ｍ／ｓ）、ｋは定数（Ｐａ−１）、Ｐは研磨圧力（Ｐａ）、Ｖは基板と研磨面との間の相対速度（ｍ／ｓ）である。
【０００９】
プレストンの式からわかるように、所定の研磨速度を確保するためには、研磨圧力Ｐや相対速度Ｖを増やして研磨を行なうことが必要であった。
【００１０】
この結果、基板の配線表面にスクラッチやケミカルダメージが生じ易くなり、またディシングやリセスといった配線の痩せも生じ易くなる。このため、配線の抵抗値が増大したり、配線の欠陥による信頼性が損なわれたりするなどという問題が生じていた。このように、ＣＭＰ工程によれば、平坦性のよい膜が得られるものの、配線へのダメージが問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、例えばダマシン法により基板上の配線を形成する場合に、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工装置および電解加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工装置が提供される。この電解加工装置は、表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させる基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板に対して電解加工を行う電解加工ユニットとを備えている。前記電解加工ユニットは、回転可能な加工電極と、前記加工電極に取り付けられた研磨パッドと、前記研磨パッドを前記基板に押圧する押圧機構と、電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給する液供給機構と、前記基板と前記加工電極とを相対運動させる相対運動機構と、前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加する電源とを備えている。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工方法が提供される。この電解加工方法によれば、表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させる。加工電極に取り付けられた研磨パッドを回転させる。電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給する。前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加する。前記研磨パッドを前記基板に押圧する。前記基板と前記加工電極および前記研磨パッドとを前記基板の径方向に相対移動させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加工電極と基板との間に電解処理用の電解液を供給し、給電電極と基板との間に電圧を印加して電解加工を行う。これにより、基板に与える機械的ストレスを抑制しつつ、基板の平坦化を行うことができる。また、金属の錯体、酸化物、水酸化物などの不動態膜の除去が、研磨パッドと電解加工液の吐出とによって交互に連続的に行われるため、比較的低電圧かつ低圧力で、基板の表面の凹凸のパターンに依存せずに、基板の表面を全面にわたってより均一に平坦化することができる。例えば、バリア層の近傍まで低圧力（例えば７０ｋＰａ以下）で薄く電解加工し、残りの金属膜とバリア層は、従来のＣＭＰ装置を用いて低圧力で比較的低速で加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電解加工装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一または相当する構成要素には、図面を通して同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１６】
図２は本発明の第１の実施形態における電解加工装置１０を示す平面図、図３は電解加工装置１０の正面図、図４は図２のIV−IV線断面図である。図２から図４に示すように、電解加工装置１０は、直方体状のフレーム１２と、表面に金属薄膜が形成された基板、例えば半導体ウェハを保持するウェハホルダ１４と、ウェハホルダ１４に保持されたウェハに電解加工を行う電解加工ユニット１６と、電解加工後のウェハを洗浄する洗浄ユニット１８と、電解加工ユニット１６と洗浄ユニット１８との間でウェハホルダ１４を移動するキャリア２０とを備えている。ウェハホルダ１４、電解加工ユニット１６、および洗浄ユニット１８は、フレーム１２に収容されている。
【００１７】
キャリア２０は、ウェハホルダ１４を支持するサポートブロック２２と、電解加工ユニット１６および洗浄ユニット１８の並び方向に沿って延びる２本のリニアガイド２４と、ボールねじ機構によりサポートブロック２２をリニアガイド２４に沿って水平に移動させる第１リニアドライブユニット２６（水平移動機構）とを備えている。サポートブロック２２は、２本のリニアガイド２４に摺動自在に取り付けられており、第１リニアドライブユニット２６の駆動によりサポートブロック２２が電解加工ユニット１６と洗浄ユニット１８との間を移動するようになっている。
【００１８】
また、図４に示すように、キャリア２０は、ボールねじ機構によりウェハホルダ１４を上下動させる第２リニアドライブユニット２８（垂直移動機構）を備えている。この第２リニアドライブユニット２８は、キャリア２０のサポートブロック２２上に設置されており、第２リニアドライブユニット２８の駆動によりウェハホルダ１４が上下に移動するようになっている。
【００１９】
ウェハホルダ１４は、フレーム１２内にロードされたウェハを保持して搬送し、加工のためにウェハを回転させるものである。図４に示すように、ウェハホルダ１４は、キャリア２０の第２リニアドライブユニット２８により上下動されるボディ３０と、ウェハＷの周縁部を支持するハウジング３１と、ウェハＷの裏面に当接されるバックプレート３２と、ハウジング３１を回転させる中空回転軸を有するサーボモータ３３と、バックプレート３２を上下動させる第３リニアドライブユニット３４と、ハウジング３１の軸の上端に取り付けられたスリップリング３５と、スリップリング３５を支持するブラケット３６とを備えている。ハウジング３１の側面には、ウェハＷを通過させるための開口３７が形成されている。
【００２０】
ハウジング３１は、軸受３８を介してボディ３０に取り付けられており、サーボモータ３３の駆動により回転するようになっている。また、バックプレート３２は、軸受３９を介して第３リニアドライブユニット３４に連結されており、第３リニアドライブユニット３４の駆動によりハウジング３１とともに回転するバックプレート３２を上下に移動できるようになっている。
【００２１】
図４に示すように、電解加工ユニット１６は、電解加工液（薬液）を保持するトレー４０と、加工電極を有する電極ヘッド４１と、電極ヘッド４１を上下動および回転させるヘッドアクチュエータ４２と、電解加工液を貯留する研磨液タンク４３と、研磨液タンク４３内の研磨液を電極ヘッド４１に供給するポンプ４４とを備えている。
【００２２】
図５は、電解加工ユニット１６の要部を示す断面図である。図５に示すように、電極ヘッド４１は、上下に延びる中空シャフト５０と、中空シャフト５０の上端に取り付けられた電極ベース５１と、電極ベース５１に取り付けられた円形の加工電極５２と、加工電極５２の上面に取り付けられた研磨パッド５３とを備えている。さらに、電極ヘッド４１は、中空シャフト５０の外側に取り付けられたボールスプライン軸５４と、トレー４０の開口部を覆うカバー５５とを備えている。トレー４０とカバー５５との間にはラビリンス５６が形成されている。
【００２３】
加工電極５２の径はウェハＷの径より小さく、加工電極５２は導電性および耐腐食性を有する金属から形成されている。例えば、加工電極５２はステンレススチール（ＳＵＳ３０４）で形成される。また、加工電極５２に白金蒸着の表面処理を施すことにより、加工電極５２の耐久性を向上させることができる。また、電極ベース５１も導電性の材料、例えばステンレスで形成される。
【００２４】
図６Ａは、図５に示す加工電極５２および研磨パッド５３を示す斜視図である。図６Ａに示すように、本実施形態では、円形の研磨パッド５３が加工電極５２の上面を覆うように取り付けられている。研磨パッド５３の加工電極５２への取り付けは、例えば接着によりなされる。加工電極５２の径は例えば３０ｍｍ程度である。あるいは、加工電極５２の径をウェハＷの半径程度としてもよい。
【００２５】
図５および図６Ａに示すように、加工電極５２および研磨パッド５３には複数の貫通孔５７，５８が形成されている。後述するように、これらの貫通孔５７，５８から電解加工液（薬液）がウェハＷの加工面に供給される。例えば、それぞれの貫通孔５７，５８の径を１ｍｍとし、ピッチを４ｍｍとする。貫通孔５７，５８の径およびピッチは、電解加工液がウェハＷの加工面の全体に供給されるようなものであれば、どのような寸法であってもよい。また、研磨パッド５３の表面に貫通孔５８同士を連絡する溝を形成し、電解加工液の回り込みと副生成物の排出性を容易にしてもよい。
【００２６】
また、図６Ａに示す研磨パッド５３に代えて、図６Ｂに示すようなストリップ状の研磨パッド５３ａを加工電極５２の上面に取り付けてもよい。あるいは、図６Ｃに示すように、複数の円分状の研磨パッド５３ｂを加工電極５２に取り付けてもよい。これらの場合においては、研磨パッド５３に貫通孔５８を形成しなくてもよい。図６Ｂに示すストリップ状の研磨パッド５３ａは、図６Ａに示す研磨パッド５３よりも高い加工速度を実現することができる。ストリップ状の研磨パッド５３ａを用いた場合は、電解加工と不動態膜の除去が不均一になりがちであるが、図６Ｃに示す複数の円分状の研磨パッド５３ｂを用いることにより、電解加工と不動態膜の除去を均一にすることができる。
【００２７】
加工電極５２に取り付ける研磨パッド５３としては、例えば、ポリウレタンからなるＩＣ１０００（Ｒｏｄｅｌ社の商標）やＰｏｌｉｔｅｘ（Ｒｏｄｅｌ社の商標）を用いることができる。例えば、研磨パッド５３の厚みは１〜３ｍｍ程度である。なお、必要に応じて、研磨パッド５３をウェハＷに均一に接触させるために、加工電極５２と研磨パッド５３との間に弾性シートを挟んでもよい。
【００２８】
より加工の平坦性を高めるためには、固定砥粒パッド（fixed abrasive pad）を用いることができる。この固定砥粒パッドは、平坦化特性に優れているが、研磨に伴い砥粒が脱離するため、耐久性の面で不利である。
【００２９】
あるいは、図７に示すように、固定砥粒を含まず、三角状の凸部５９が数十ミクロンオーダーで連続的に形成された樹脂パッド５３ｃ（鋸歯パッド）を研磨パッドとして用いることもできる。このような鋸歯パッド５３ｃに用いる樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などを用いることができる。なお、図７に示した寸法は例示であり、これに限られるものではない。
【００３０】
図５に戻って、中空シャフト５０の中空部には、ウェハＷの加工面に電解加工液（薬液）を供給する研磨液供給路６０が設けられている。また、電極ベース５１の内部には、この研磨液供給路６０と加工電極５２および研磨パッド５３の貫通孔５７，５８とを連通するマニホルド６１が形成されている。中空シャフト５０の下端部にはロータリコネクタ６２が設けられており、研磨液供給路６０はこのロータリコネクタ６２を介して図４に示す研磨液タンク４３に接続されている。このように、ポンプ４４の作動により研磨液タンク４３の電解加工液が研磨液供給路６０を通って加工電極５２および研磨パッド５３の貫通孔５７，５８からウェハＷの加工面に供給されるようになっている。
【００３１】
なお、加工電極５２の貫通孔５７と研磨パッド５３の貫通孔５８は互いに対応して設けられているが、研磨パッド５３の貫通孔５８に対向する位置で加工が進行しやすいので、研磨パッド５３の貫通孔５８を加工電極５２の貫通孔５７よりも大きくすれば、加工速度の点で有利である。
【００３２】
図５に示すように、ヘッドアクチュエータ４２は、軸受７０を介してボールスプライン軸５４を支持するアクチュエータフレーム７１と、電極ヘッド４１を上下動させるヘッド押圧機構７２と、電極ヘッド４１を回転させるヘッド回転機構７３とを備えている。中空シャフト５０は、ボールスプライン軸５４を介してアクチュエータフレーム７１に対して回転自在および軸方向に摺動自在に構成されている。
【００３３】
ヘッド押圧機構７２は、中空シャフト５０を上下動させる空気圧アクチュエータ８０と、空気圧アクチュエータ８０に圧縮ガスを供給するガス供給源８１と、ガス供給源８１からの圧縮ガスの圧力を調整する圧力レギュレータ８２とを備えている。図５に示すように、中空シャフト５０にはスラスト軸受８３が取り付けられており、このスラスト軸受８３が空気圧アクチュエータ８０によって上方に付勢されることによって中空シャフト５０が上方に持ち上げられる。このように、中空シャフト５０を上方に持ち上げることによって、電極ヘッド４１の研磨パッド５３がウェハＷの表面に所定の荷重で押圧されるようになっている。また、本実施形態では、空気圧アクチュエータ８０および圧力レギュレータ８２によって研磨パッド５３の押圧力を直接制御することができるので、荷重センサや変位センサが不要となり、高精度の制御が可能となる。
【００３４】
ヘッド回転機構７３は、ボールスプライン軸５４に取り付けられたプーリ９０と、プーリ９０に取り付けられたベルト９１と、ベルト９１に連結されたモータ（図示せず）とを備えている。モータが駆動すると、その回転がベルト９１およびプーリ９０を介してボールスプライン軸５４に伝達され、中空シャフト５０が回転するようになっている。
【００３５】
中空シャフト５０にはスリップリング１００が取り付けられており、このスリップリング１００は、電極ベース５１に設けられた端子１０１から延びる電線１０２と、電源１０３から延びる電線１０４とを互いに接続するものである。すなわち、導電性の電極ベース５１に接する加工電極５２は、電線１０２、スリップリング１００、および電線１０４を介して電源１０３に接続される。
【００３６】
ここで、図５に示すように、ウェハホルダ１４のハウジング３１には、ウェハＷの周縁部に接触する櫛状の給電端子１１０と、給電端子１１０を電解加工液からシールする環状のリップシール１１２とが設けられている。図５に示すように、給電端子１１０は、径方向外側の端部がハウジング３１に固定され、片持梁状に径方向内側上方に向かって延びている。給電端子１１０の他端部はウェハＷの周縁部に接触するようになっており、この他端部には弾力を持たせて接点圧力を保持させている。給電端子１１０としては、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）に白金を蒸着したものを用いることができる。
【００３７】
リップシール１１２は、例えばフッ素系ゴムにより形成され、ウェハＷの外周部に接触するようになっている。リップシール１１２の径方向外側に給電端子１１０を配置することで、給電端子１１０を電解加工液から隔離して給電端子１１０が電解加工液に接触することがないようにしている。なお、給電電極１１０からの電線１１４は、ハウジング３１の中空部を通り、スリップリング３５（図４参照）を介して電源１０３に接続されている。
【００３８】
なお、本実施形態では、ウェハＷの被研磨面（デバイス形成面）を下向きに、加工電極５２および研磨パッド５３を上向きにして電解加工装置を構成している。ウェハＷの被研磨面を上向きに配置して加工すると、デバイス形成面の凹部に電解加工液が溜まり、この凹部で加工が進んでしまうため、電解加工速度を制御しにくいことがある。これに対して、本実施形態の電解加工装置は、ウェハＷの被研磨面を下向きにして加工を行っているので、ウェハＷ上に予期せぬ電解加工液溜まりができず、加工電極５２に取り付けられた研磨パッド５３に接触する被研磨部分のみが優先的に除去加工されるため、所望の除去加工速度および加工プロファイルを得やすいという利点がある。
【００３９】
図８は、図２のVIII−VIII線断面図である。図２、図３および図８に示すように、洗浄ユニット１８は、洗浄液を保持するトレー１２０と、ウェハＷに対して洗浄液を噴射するノズル１２１と、ウェハＷに対して清浄ガス（例えば窒素ガス）を噴射するノズル１２２と、洗浄液を貯留する洗浄液タンク１２３と、洗浄液タンク１２３内の洗浄液をノズル１２１に供給するポンプ１２４と、ポンプ１２４とノズル１２１との間に設けられたバルブ１２５とを備えている。なお、図３に示すように、洗浄ユニット１８の近傍のフレーム１２の側面には、ウェハＷの出し入れを行う開口１２６が形成されている。なお、図８では、洗浄液が循環使用されるように示されているが、例えば洗浄液が純水であれば、使い捨ててもよい。
【００４０】
ここで、図９に示すように、フレーム１２の外側には、研磨前のウェハＷをフレーム１２内にロードし、研磨後のウェハＷをフレーム１２からアンロードするロード／アンロード部としての外部ロボット１３０が設置されている、ロード／アンロード時には、ウェハホルダ１４が洗浄ユニット１８の上方に移動され、ウェハホルダ１４のバックプレート３２は上昇した位置にセットされる。
【００４１】
図１０および図１１は、本実施形態における電解加工装置の処理工程を示すフローチャートである。研磨前のウェハＷは、外部ロボット１３０の真空吸着ハンド１３１に吸着され、保持される（ステップＳ１）。このハンド１３１がフレーム１２に設けられた開口１２６およびハウジング３１に設けられた開口３７を通ってフレーム１２内に挿入される。そして、図９に示すように、ウェハＷはハウジング３１の給電端子１１０およびリップシール１１２（図５参照）の上に載置され、ロードされる（ステップＳ２）。このときのウェハＷの高さをＬ１とする。
【００４２】
その後、外部ロボット１３０のハンド１３１がフレーム１２から引き抜かれ、第３リニアドライブユニット３４の駆動によりバックプレート３２が所定の位置まで下げられウェハＷを押圧する。これにより、ハウジング３１のリップシール１１２（図５参照）がウェハＷの外周部の表面上の金属（銅）膜に密着され、給電端子１１０がシールされる。
【００４３】
次に、キャリア２０の第１リニアドライブユニット２６を駆動し、その高さを維持したままウェハホルダ１４を水平に移動させ、電解加工ユニット１６の上方の電解加工開始位置まで移動させる（ステップＳ３）。通常、電解加工開始位置は、ウェハの外周部が加工電極５２に対向する位置とされる。図４は、このときのウェハホルダ１４の状態を示している。この状態で第２リニアドライブユニット２８を駆動し、図１２に示すように、ウェハホルダ１４を下げて電解加工ユニット１６の電極ヘッド４１に近接または接触させる（ステップＳ４）。このときのウェハＷの高さをＬ２とする。
【００４４】
電解加工時には、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３を駆動してハウジング３１を所定の回転速度で回転させる。同時に、電解加工ユニット１６のヘッドアクチュエータ４２を駆動する。すなわち、ヘッドアクチュエータ４２のヘッド回転機構７３（図５参照）により電極ヘッド４１を所定の回転速度で回転させ、ヘッド押圧機構７２により電極ヘッド４１を所定の荷重でウェハＷの加工面に押圧する。そして、電解加工ユニット１６のポンプ４４を駆動して電解加工液を圧送し、加工電極５２および研磨パッド５３の貫通孔５７，５８からウェハＷの加工面に供給する（ステップＳ５）。電極ヘッド４１から噴出した電解加工液はトレー４０に収集されるが、トレー４０と回転する電極ヘッド４１との間に形成されるラビリンス５６により電解加工液の漏洩が防止される。また、トレー４０に収集された電解加工液は研磨液タンク４３に回収される。回収された電解加工液を所定の期間再利用してもよい。
【００４５】
このとき、電源１０３により、加工電極５２がカソード、給電端子１１０がアノードとなるように、加工電極５２と給電端子１１０との間に所定の電圧を印加して、ウェハの加工面を電解加工する（ステップＳ６）。このような電解加工を所定の時間行い、ウェハの加工面の金属膜を所定量だけ除去して平坦化加工を行う。
【００４６】
ここで、電解加工時には、ウェハホルダ１４を電解加工ユニット１６のトレー４０内でウェハの略中心を通る直径方向に所定の距離だけ反復往復させて、ウェハＷと加工電極５２とを相対移動させてもよい。この相対移動距離は、最大でもリップシール１１２の内径から加工電極５２の外径を差し引いた値である。
【００４７】
また、直径方向に分割したウェハＷの領域ごとに設定された相対移動速度でウェハＷと加工電極５２とを相対移動させてもよい。すなわち、加工電極５２が対向するウェハの位置によってウェハホルダ１４の移動速度を変化させ、加工電極５２のウェハに対する相対移動速度がウェハ面内で所定の分布となるようにすることができる。例えば、図１３に示すような分布とすることができる。図１３に示す例では、ウェハの面内の領域Ｓ１に加工電極５２が対向するときにはウェハホルダ１４の速度をＶ１とし、領域Ｓ２に対向するときはウェハホルダ１４の速度をＶ２とする。なお、これらの領域ＳＮとウェハホルダ１４の速度ＶＮは、加工電極５２と研磨パッド５３の形状や、加工電極５２とウェハのサイズおよび回転速度などによって最適化される。これにより、次工程の要求に応じたプロファイルコントロールが可能となる。例えば、ウェハの外周部で相対移動速度を所定値より大きくすれば、外周部の除去量を少なくすることができ、外周部が盛り上がったプロファイルを有するウェハに対して適切な研磨を行うことができる。
【００４８】
また、各領域における相対移動速度は、加工電極５２がウェハＷに対向する時間の総和が各領域で略等しくなるように設定することが好ましい。さらに、設定された相対移動速度の一番小さい領域（通常、ウェハの最外周部）から相対移動を開始し、その領域で相対移動を終了するのが、始動および停止時の機械的負荷を小さくすることができる点で好ましい。
【００４９】
電解除去加工を終了するときは、加工電極５２と給電端子１１０との間の電圧の印加を停止する。また、ヘッドアクチュエータ４２のヘッド回転機構７３を停止して、電極ヘッド４１の回転を停止し、ヘッド押圧機構７２の空気圧アクチュエータ８０に供給する圧縮ガスの圧力を調整して電極ヘッド４１を下降させてウェハの加工面から離す（ステップＳ７）。また、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３を停止し、ハウジング３１の回転も停止させる。
【００５０】
その後、ウェハホルダ１４の第２リニアドライブユニット２８を駆動し、ウェハＷが高さＬ１（図４参照）になるまでウェハホルダ１４を上昇させる（ステップＳ８）。そして、キャリア２０の第１リニアドライブユニット２６を駆動し、ウェハホルダ１４を水平に移動させ、洗浄ユニット１８の中央上方まで移動させる（ステップＳ９）。図８は、このときのウェハホルダ１４の状態を示している。この状態で第２リニアドライブユニット２８を駆動し、図１４に示すように、ウェハホルダ１４を下げる（ステップＳ１０）。このときのウェハＷの高さをＬ３とする。このＬ３は、Ｌ１より低く、Ｌ２よりも高い。
【００５１】
洗浄時には、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３を駆動してハウジング３１を比較的低速で回転させる。同時に、回転するウェハＷの被加工面に向かってノズル１２１から洗浄液（例えば純水）を噴射する（ステップＳ１１）。このように、本実施形態においては、電解加工ユニット１６での電解加工後にウェハを速やかに洗浄ユニット１８に移動して、ウェハの表面に付着している電解加工液を除去し、清浄な表面に戻すことができる。
【００５２】
所定時間経過後に洗浄液の噴出を停止した後、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３によりウェハＷを高速で回転させ、スピンドライを行なう（ステップＳ１２）。この後、必要に応じて、ウェハＷを低速で回転させるとともに、別のノズル１２２から清浄ガス（例えば窒素ガス）をウェハＷの加工面に向かって噴射してウェハＷの乾燥を促進してもよい。このように、本実施形態の洗浄ユニット１８は、スピンリンスドライユニット（ＳＲＤ）として構成されており、処理後に清浄な基板を得ることができる。
【００５３】
洗浄終了後、ウェハホルダ１４の第２リニアドライブユニット２８を駆動し、ウェハＷが高さＬ１（図８参照）になるまでウェハホルダ１４を上昇させる（ステップＳ１３）。そして、さらに第３リニアドライブユニット３４を駆動してバックプレート３２を上昇させた後、図９に示すように、外部ロボット１３０のハンド１３１がフレーム１２内に挿入され、このハンド１３１に研磨後のウェハＷが吸着されて、フレーム１２からアンロードされる（ステップＳ１４）。
【００５４】
例えば、電解加工液の供給速度が低い場合などには、電解加工により除去された金属（銅）が加工電極５２に移動して析出してしまうことがある。このような場合には、電解加工後に、加工電極５２がアノードとなるように加工電極５２に電解加工時とは逆の電圧を印加し、加工電極５２の表面に生成した金属を電解エッチングにより除去してもよい。
【００５５】
図１５は、本発明の第２の実施形態における電解加工ユニット１６の要部を示す断面図である。上述した第１の実施形態においては、ウェハＷへの給電のために、ウェハホルダ１４のハウジング３１に給電端子１１０とリップシール１１２とを設けた例について説明したが、第２の実施形態においては、ウェハホルダ１４の給電端子１１０およびリップシール１１２に代えて、サポートブロック２２に取り付けられたボールコンタクト２００を用いてウェハＷへの給電を行っている。
【００５６】
本実施形態においては、ウェハホルダ１４のバックプレート２３２が、ウェハＷの裏面を真空吸着できる真空吸着機構を有している。ウェハホルダ１４のハウジング３１の軸の上端には、図１５に示すように、図４のスリップリング３５に代えて、真空ロータリジョイント２３５が設けられている。バックプレート２３２の真空吸着機構から延びるチューブ２０２が真空ロータリジョイント２３５を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００５７】
図１６は、図１５の部分拡大図である。図１６に示すように、ボールコンタクト２００は、サポートブロック２２に取り付けられたブラケット２１０と、ブラケット２１０に取り付けられたケース２１２と、ケース２１２の頂部から一部が露出するようにケース２１２内に収容されたボール２１４と、ボール２１４の下方に配置されたロッド２１６と、ボール２１４およびロッド２１６を上方に付勢するスプリング２１８と、ボール２１４、ロッド２１６、およびスプリング２１８をケース２１２内に保持するホルダ２２０とを備えている。ボール２１４のケース２１２から露出した部分は、バックプレート２３２に吸着されたウェハＷの周縁部（加工電極５２と干渉しない位置）に接触するようになっている。
【００５８】
ボール２１４は、例えば黒鉛などの導電体で形成されている。このように、ボール２１４の材質を軟らかく導電性のある黒鉛とすれば、ボール２１４がウェハＷの表面に傷をつけてしまうことを防止することができる。ロッド２１６およびホルダ２２０も、それぞれ導電体で形成されている。ホルダ２２０には電源１０３（図５参照）に接続される電線２２２が接続されている。したがって、ホルダ２２０、ロッド２１６、およびボール２１４を介してウェハＷの外周部の表面上の金属（銅）膜に給電できるようになっている。このようなボールコンタクト２００を用いることにより、給電端子１１０とリップシール１１２により構成されるドライシールコンタクトに比べて、ウェハの全面にわたる均一加工が容易になる。
【００５９】
ボールコンタクト２００は、ケース２１２の下面とブラケット２１０の上面との間に配置されたシール２２４と、ホルダ２２０の外周面とケース２１２の内周面との間に配置されたシール２２６とを備えている。ロッド２１６の中央部およびホルダ２２０の中央部には、上下に延びる電解液流路２２８，２３０が形成されている。このように、電解液流路２３０，２２８を通して電解液をボール２１４の表面に供給できるようになっている。さらには、ロッド２１６とケース２１２の内周面の間からも電解液が供給されるようになっている。このように、ボール２１４の表面に電解液を供給しているので、電源１０３と電気的に接続されるボール２１４の実効面積を広げることができ、給電の安定性を確保することができる。
【００６０】
好ましくは、電解加工液と同一種類の液体をボール２１４の表面に供給する。電解加工液と同一の液体をボール２１４の表面に供給することにより、ウェハＷの表面における薬液によるコンタミネーションを防止することができ、ボール２１４のウェハＷに対する電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、装置をシンプルにすることができる。
【００６１】
図１７に示すように、本実施形態においては、外部ロボット１３０のハンドとして、ウェハＷの周縁部を把持するハンド１３１ａを用いる。研磨前のウェハＷの周縁部がハンド１３１ａに把持された状態で、ハンド１３１ａがフレーム１２に設けられた開口１２６およびハウジング３１に設けられた開口３７を通ってフレーム１２内に挿入される。そして、ウェハＷはバックプレート２３２の下面に真空吸着される。このときのウェハＷの高さをＬ０とする。このＬ０は、図９に示すＬ１よりも高い。
【００６２】
図１８は、図１６に示すボールコンタクトの変形例２００ａを示す断面図である。図１６に示すボールコンタクト２００は、コンパクトな構造とすることができるが、ボール２１４の押圧力を調整することが困難である。したがって、図１８に示すように、ホルダ２２０の下方にベース２４０を配置し、ベース２４０とホルダ２２０との間に追加のスプリング２４２を配置する。このような構造によれば、ボール２１４のストロークおよび押圧力の調整が可能であり、より実用的なボールコンタクトとすることができる。
【００６３】
図１９は、図１６に示すボールコンタクト２００を複数個組み合わせた例を示す模式図であり、左側が底面図、右側が正面図である。図１９に示すように、複数のボールコンタクト２００を保持するリテーナ４００が２つ設けられ、これら２つのリテーナ４００の間で電極ヘッド４１が移動される。これらのリテーナ４００はサポートブロック２２に取り付けられている。この例においては、電解加工中に電極ヘッド４１をウェハＷの径方向に移動させる際に、電極ヘッド４１とリテーナ４００とが相互に干渉しないように、電極ヘッド４１とリテーナ４００とを配置する必要がある。このように、複数のボールコンタクト２００を用いることにより、ウェハＷへの給電をより確実に行うことができる。すなわち、ウェハの表面の銅膜の部分的な除去が始まると、銅膜が島状に残ることがあるため、銅膜に給電することが困難になるが、図１９に示すように、複数のボールコンタクト２００を設けることにより、給電の信頼性を向上することができる。
【００６４】
図２０は、ウェハＷを給電するために用いることができる垂直ローラコンタクト５００を示す断面図である。図２０に示すように、このローラコンタクト５００は、ウェハＷの回転軸とは垂直な軸５０２を中心として回転自在のローラ５０４と、ローラ５０４の下部に摺動接触する給電電極５０６と、ローラ５０４と給電電極５０６とを収容したホルダ５０８と、ホルダ５０８を上方に付勢するスプリング５１０とを備えている。ローラ５０４の上部は、バックプレート２３２に吸着されたウェハＷの周縁部に接触するようになっている。
【００６５】
ローラ５０４の表面は導電体で形成されており、給電電極５０６の給電端子には電源１０３（図５参照）に接続される電線５１２が接続されている。したがって、給電電極５０６およびローラ５０４の導電面を介してウェハＷの外周部の表面上の金属（銅）膜に給電できるようになっている。このようなローラコンタクト５００を用いることにより、上述したボールコンタクト２００に比べて、ウェハＷとの接触面積が確保しやすくなる。すなわち、ボールコンタクト２００はウェハＷと点接触するが、このローラコンタクト５００はウェハＷと線接触するので、給電の信頼性を向上することができる。
【００６６】
図２１は、図２０に示すローラコンタクトの変形例５００ａを示す断面図である。図２１に示すように、このローラコンタクト５００ａは、図２０に示す構成に加えて、ハウジング３１の回転と同期してローラ５０４を回転させる回転同期機構としての歯車５２０を備えている。この歯車５２０の歯５２２は、ハウジング３１の下面に設けられた歯に噛合し、ハウジング３１の回転に伴い歯車５２０が回転するようになっている。
【００６７】
ここで、ローラ５０４の半径ｒ１、歯車５２０の半径ｒ２、ウェハＷの中心からローラ５０４までの距離Ｒ１、ウェハＷの中心から歯車５２０までの距離Ｒ２とすると、ｒ１／ｒ２＝Ｒ１／Ｒ２という関係が成立することが必要である。これにより、歯車５２０が回転すると、これに同期してローラ５０４が同期して回転するようになっている。したがって、ローラ５０４とウェハＷとの接触面でのすべりを防止して、転がり接触のみとすることができ、ウェハＷへのダメージを低減することができる。
【００６８】
図２２は、図２１に示すローラコンタクトの変形例５００ｂを示す断面図である。図２２に示すように、このローラコンタクト５００ｂのホルダ５０８は、壁５３０によってローラ室５３２と歯車室５３４とに分割されている。図２２に示すローラコンタクト５００ｂは、ローラ５０４に接触する給電電極５０６を備えていない。電線５１２が接続された給電端子５３６とローラ５０４との間に電解液を満たし、この電解液を介してローラ５０４に通電を行っている。このように、ローラ５０４と接触する給電電極５０６がないので、給電電極５０６の接触によるローラ５０４のダメージをなくすことができる。また、ローラ５０４の回転に伴い、ウェハＷとローラ５０４との接触面には常に電解液が供給されるので、ウェットな転動接触面を得ることができ、ウェハＷへの給電の信頼性をさらに向上させることができる。
【００６９】
図２３は、ウェハＷを給電するために用いられる水平ローラコンタクト６００を示す模式図であり、左側が底面図、右側が正面図である。図２３に示すように、このローラコンタクト６００は、ウェハＷの周縁部（ベベル部）の表面の金属膜に接触するローラ６０２と、複数のローラ６０２を保持するリテーナ６０４とを備えている。ローラ６０２の表面は導電体で形成されており、このローラ６０２は電源１０３に接続されている。ローラ６０２はウェハＷの回転軸と平行な軸を中心として回転可能に構成されており、その側面でウェハＷの周縁部に回転接触するようになっている。なお、ローラ６０２はスプリング（図示せず）によって上方に付勢されている。このような構成によれば、ウェハＷの配線部に直接接触させずにベベル部の表面の金属膜に給電ができるため、配線部へのダメージをなくし、配線の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
図２４は、ウェハＷに給電するために用いられる電解液コンタクト７００を示す断面図である。図２４に示すように、この電解液コンタクト７００は、電解液を保持するホルダ７０２と、ホルダ７０２に電解液を供給する電解液供給管７０４と、ホルダ７０２を上方に付勢するスプリング７０６とを備えている。ホルダ７０２の上部には、ホルダ７０２内に電解液溜まりを形成するための弾性パッド７０８が取り付けられている。この弾性パッド７０８は、スポンジ状の極めて軟らかいもので、ウェハＷに接触してもウェハＷにダメージを与えにくいものがよい。
【００７１】
ホルダ７０２は導電体で形成されており、ホルダ７０２に取り付けられた給電端子７１０には、電源１０３（図５参照）に接続される電線７１２が接続されている。したがって、ホルダ７０２内部に保持された電解液を介してウェハＷに給電が行われる。このように、電解液を介してウェハＷへの給電を行うので、ウェハＷに固体を接触させる必要がなく、配線の信頼性を向上させることができる。
【００７２】
図１５から図２４に示す例では、給電コンタクトが電解加工液に濡れてしまうが、ウェハの外周部にシールを設ける必要がないので、ウェハの外周部まで均一に加工することができる。なお、電解加工時には、ウェハホルダ１４を電解加工ユニット１６のトレー４０内でウェハの略中心を通る直径方向に所定の距離だけ反復往復させて、ウェハＷと加工電極５２とを相対移動させてもよい。この相対移動距離は、ウェハＷの径と加工電極５２の径の合計値以上あることが好ましい。
【００７３】
上述した実施形態においては、ウェハの加工面を下向きにした状態で研磨が行われる場合について説明したが、図２２に示すローラコンタクト５００ｂの実施形態以外の実施形態においては、ウェハの加工面を上向きにした状態で研磨を行うこととしてもよい。
【００７４】
図２５は、本発明に係る電解加工装置を用いてウェハを電解加工したときの平坦化特性を示すグラフである。図２５からわかるように、本発明に係る電解加工装置によれば、従来の電解加工装置に比べて、平坦化特性が著しく向上し、低荷重の研磨でありながら理想的な特性に極めて近い特性が得られた。なお、この電解加工実験は、以下の条件の下で行ったものである。
電解加工液： ＨＥＤＰ（１−ヒドロキシエチリデンジホスホン酸）＋ＮＨ４ＯＨ＋ＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）
ウェハの直径： ２００ｍｍ
加工電極の直径： ３０ｍｍ
ウェハの回転速度： ２００ｍｉｎ−１
加工電極の回転速度： ７５ｍｉｎ−１
研磨パッド： ストリップ状の固定砥粒パッド
電解加工液の吐出流量： ２００ｍｌ／ｍｉｎ
加工電極の押圧荷重： １ｐｓｉ（約７０ｋＰａ）
印加電圧： ２．２５Ｖ（ＣＶ）
【００７５】
図２６Ａは、従来の電解加工装置を用いて研磨を行った場合の研磨前の銅膜６の表面６ａにおける初期段差ｔ０と、研磨途中の銅膜６の表面６ｂにおける途中段差ｔ１との関係を示す模式図である。図２６Ｂは、本発明に係る電解加工装置を用いて研磨を行った場合の研磨前の銅膜６の表面６ａにおける初期段差ｔ０と、研磨途中の銅膜６の表面６ｃにおける途中段差ｔ２との関係を示す模式図である。図２６Ａおよび図２６Ｂから、本発明に係る電解加工装置によれば、研磨途中の銅膜６の表面における途中段差が著しく低減されることがわかる。
【００７６】
なお、電解加工液としては、高濃度のリン酸液やＨＥＤＰとＮＭＩ（Ｎ−メチルイミダゾール）の混合液などを使用することもできるが、これらの薬液は、上記実験に用いた電解加工液に比べて平坦化性能がやや劣る。
【００７７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】半導体デバイスに配線を形成する工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】半導体デバイスに配線を形成する工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】半導体デバイスに配線を形成する工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における電解加工装置を示す平面図である。
【図３】図２に示す電解加工装置の正面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２に示す電解加工装置における電解加工ユニットの要部を示す断面図である。
【図６Ａ】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる加工電極および研磨パッドを示す斜視図である。
【図６Ｂ】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる加工電極および研磨パッドを示す斜視図である。
【図６Ｃ】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる加工電極および研磨パッドを示す斜視図である。
【図７】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる研磨パッドを示す斜視図である。
【図８】図２のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図２に示す電解加工装置において、ウェハをフレーム内にロードするときの洗浄ユニットを示す断面図である。
【図１０】図２に示す電解加工装置の処理工程を示すフローチャートである。
【図１１】図２に示す電解加工装置の処理工程を示すフローチャートである。
【図１２】図２に示す電解加工装置において、ウェハに電解加工を行うときの電解加工ユニットを示す断面図である。
【図１３】ウェハの領域ごとに設定された相対移動速度の分布を示すグラフである。
【図１４】図２に示す電解加工装置において、ウェハを洗浄するときの洗浄ユニットを示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における電解加工装置を示す断面図である。
【図１６】図１５の部分拡大図である。
【図１７】図１５に示す電解加工装置において、ウェハをフレーム内にロードするときの洗浄ユニットを示す断面図である。
【図１８】図１６に示すボールコンタクトの変形例を示す断面図である。
【図１９】図１６に示すボールコンタクトを複数個組み合わせた例を示す底面図および正面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２２】本発明の第５の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態における給電コンタクトの例を示す底面図および正面図である。
【図２４】本発明の第７の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２５】本発明に係る電解加工装置を用いてウェハを研磨したときの平坦化特性を示すグラフである。
【図２６Ａ】従来の電解加工装置を用いたときに除去されるウェハ上の段差を示す断面図である。
【図２６Ｂ】本発明に係る電解加工装置を用いたときに除去されるウェハ上の段差を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 電解加工装置
１４ ウェハホルダ
１６ 電解加工ユニット
１８ 洗浄ユニット
２０ キャリア
２２ サポートブロック
２６ 第１リニアドライブユニット（水平移動機構）
２８ 第２リニアドライブユニット（垂直移動機構）
３１ ハウジング
３２ バックプレート
５０ 中空シャフト
５２ 加工電極
５３ 研磨パッド
５７，５８ 貫通孔
６０ 研磨液供給路
７２ ヘッド押圧機構
７３ ヘッド回転機構
８０ 空気圧アクチュエータ
１０３ 電源
１１０ 給電端子
１１２ リップシール
１２１，１２２ ノズル
１３０ 外部ロボット
２００ ボールコンタクト
２１２ ケース
２１４ ボール
２１６ ロッド
２１８ スプリング
２２０ ホルダ
２２８，２３０ 電解液流路
２３２ バックプレート
４００ リテーナ
５００ 垂直ローラコンタクト
５０４ ローラ
５０６ 給電電極
５０８ ホルダ
５２０ 歯車
５３６ 給電端子
６００ 水平ローラコンタクト
６０２ ローラ
６０４ リテーナ
７００ 電解コンタクト
７０２ ホルダ
７０４ 電解液供給管
７０８ 弾性パッド
７１０ 給電端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工装置および電解加工方法に係り、特に半導体ウェハ等の基板の表面に形成された導電性材料を除去加工するのに使用される電解加工装置および電解加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ）、スパッタリングおよびめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１Ａから図１Ｃは、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す。まず、図１Ａに示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やｌｏｗ−ｋ材膜などの層間絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線溝４が形成される。これらの上にＴａＮ等からなるバリア膜５、さらにその上に電解めっきの給電層としてのシード層７がスパッタリングやＣＶＤ等により形成される。
【０００４】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１Ｂに示すように、半導体基材１のコンタクトホール３および配線溝４内に銅６を充填する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、めっき工程でできた配線パターンに応じて意図せずに生成される表面の段差を解消し、さらに絶縁膜２上の銅膜６、シード層７およびバリア膜５を除去して、コンタクトホール３および配線溝４内に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１Ｃに示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
最近ではあらゆる機器の構成要素において微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域での物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の特性に与える影響は益々大きくなっている。このような状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被加工物を物理的に除去していく加工方法では、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してしまうため、被加工物の特性が劣化してしまう。特に今後絶縁膜としていわゆるｌｏｗ−ｋ材が採用されるにしたがって、いかに材料の特性を損なうことなく機械的に低負荷で加工を行うことができるかが問題となってくる。
【０００６】
この問題を解決する手段として開発された特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。これらの加工方法は、従来の物理的な加工とは対照的に、化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行うものである。したがって、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、上述の材料の特性を損なわずに加工を行うといった課題が達成される。
【０００７】
例えば、ＣＭＰ工程は、一般にかなり複雑な操作が必要で、制御も複雑となり、加工時間もかなり長い。さらに、スラリー（研磨砥粒）を使用するため研磨後の基板の後洗浄を十分に行う必要があるばかりでなく、スラリーや洗浄液の排液処理のための負荷が大きい等の課題がある。このため、ＣＭＰ自体を省略もしくはこの負荷を軽減することが強く求められていた。また、特に今後、層間絶縁膜も誘電率の小さいｌｏｗ−ｋ材に変わると予想され、そのｌｏｗ−ｋ材は、機械的強度が弱くＣＭＰによるストレスに耐えられなくなる。したがって、基板にストレスを与えることなく、平坦化できるようにしたプロセスが望まれている。
【０００８】
従来のＣＭＰ工程では、実用上、所定の研磨速度（例えば５００ｎｍ／ｍｉｎ）が必要であり、そのためには、研磨圧力を例えば３５０ｋＰａ程度に増やす必要があった。すなわち、ＣＭＰ工程の加工速度は次のプレストンの式に従うとされている。
ＲＲ＝ｋＰＶ
ここで、ＲＲは研磨速度（ｍ／ｓ）、ｋは定数（Ｐａ−１）、Ｐは研磨圧力（Ｐａ）、Ｖは基板と研磨面との間の相対速度（ｍ／ｓ）である。
【０００９】
プレストンの式からわかるように、所定の研磨速度を確保するためには、研磨圧力Ｐや相対速度Ｖを増やして研磨を行なうことが必要であった。
【００１０】
この結果、基板の配線表面にスクラッチやケミカルダメージが生じ易くなり、またディシングやリセスといった配線の痩せも生じ易くなる。このため、配線の抵抗値が増大したり、配線の欠陥による信頼性が損なわれたりするなどという問題が生じていた。このように、ＣＭＰ工程によれば、平坦性のよい膜が得られるものの、配線へのダメージが問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、例えばダマシン法により基板上の配線を形成する場合に、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工装置および電解加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工装置が提供される。この電解加工装置は、表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させる基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板に対して電解加工を行う電解加工ユニットとを備えている。前記電解加工ユニットは、回転可能な加工電極と、前記加工電極に取り付けられた研磨パッドと、前記研磨パッドを前記基板に押圧する押圧機構と、電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給する液供給機構と、前記基板と前記加工電極とを相対運動させる相対運動機構と、前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加する電源とを備えている。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、基板にダメージを与えることなく、低い圧力で基板の表面を全面にわたって均一に平坦化することができる電解加工方法が提供される。この電解加工方法によれば、表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させる。加工電極に取り付けられた研磨パッドを回転させる。電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給する。前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加する。前記研磨パッドを前記基板に押圧する。前記基板と前記加工電極および前記研磨パッドとを前記基板の径方向に相対移動させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加工電極と基板との間に電解処理用の電解液を供給し、給電電極と基板との間に電圧を印加して電解加工を行う。これにより、基板に与える機械的ストレスを抑制しつつ、基板の平坦化を行うことができる。また、金属の錯体、酸化物、水酸化物などの不動態膜の除去が、研磨パッドと電解加工液の吐出とによって交互に連続的に行われるため、比較的低電圧かつ低圧力で、基板の表面の凹凸のパターンに依存せずに、基板の表面を全面にわたってより均一に平坦化することができる。例えば、バリア層の近傍まで低圧力（例えば７０ｋＰａ以下）で薄く電解加工し、残りの金属膜とバリア層は、従来のＣＭＰ装置を用いて低圧力で比較的低速で加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電解加工装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一または相当する構成要素には、図面を通して同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１６】
図２は本発明の第１の実施形態における電解加工装置１０を示す平面図、図３は電解加工装置１０の正面図、図４は図２のIV−IV線断面図である。図２から図４に示すように、電解加工装置１０は、直方体状のフレーム１２と、表面に金属薄膜が形成された基板、例えば半導体ウェハを保持するウェハホルダ１４と、ウェハホルダ１４に保持されたウェハに電解加工を行う電解加工ユニット１６と、電解加工後のウェハを洗浄する洗浄ユニット１８と、電解加工ユニット１６と洗浄ユニット１８との間でウェハホルダ１４を移動するキャリア２０とを備えている。ウェハホルダ１４、電解加工ユニット１６、および洗浄ユニット１８は、フレーム１２に収容されている。
【００１７】
キャリア２０は、ウェハホルダ１４を支持するサポートブロック２２と、電解加工ユニット１６および洗浄ユニット１８の並び方向に沿って延びる２本のリニアガイド２４と、ボールねじ機構によりサポートブロック２２をリニアガイド２４に沿って水平に移動させる第１リニアドライブユニット２６（水平移動機構）とを備えている。サポートブロック２２は、２本のリニアガイド２４に摺動自在に取り付けられており、第１リニアドライブユニット２６の駆動によりサポートブロック２２が電解加工ユニット１６と洗浄ユニット１８との間を移動するようになっている。
【００１８】
また、図４に示すように、キャリア２０は、ボールねじ機構によりウェハホルダ１４を上下動させる第２リニアドライブユニット２８（垂直移動機構）を備えている。この第２リニアドライブユニット２８は、キャリア２０のサポートブロック２２上に設置されており、第２リニアドライブユニット２８の駆動によりウェハホルダ１４が上下に移動するようになっている。
【００１９】
ウェハホルダ１４は、フレーム１２内にロードされたウェハを保持して搬送し、加工のためにウェハを回転させるものである。図４に示すように、ウェハホルダ１４は、キャリア２０の第２リニアドライブユニット２８により上下動されるボディ３０と、ウェハＷの周縁部を支持するハウジング３１と、ウェハＷの裏面に当接されるバックプレート３２と、ハウジング３１を回転させる中空回転軸を有するサーボモータ３３と、バックプレート３２を上下動させる第３リニアドライブユニット３４と、ハウジング３１の軸の上端に取り付けられたスリップリング３５と、スリップリング３５を支持するブラケット３６とを備えている。ハウジング３１の側面には、ウェハＷを通過させるための開口３７が形成されている。
【００２０】
ハウジング３１は、軸受３８を介してボディ３０に取り付けられており、サーボモータ３３の駆動により回転するようになっている。また、バックプレート３２は、軸受３９を介して第３リニアドライブユニット３４に連結されており、第３リニアドライブユニット３４の駆動によりハウジング３１とともに回転するバックプレート３２を上下に移動できるようになっている。
【００２１】
図４に示すように、電解加工ユニット１６は、電解加工液（薬液）を保持するトレー４０と、加工電極を有する電極ヘッド４１と、電極ヘッド４１を上下動および回転させるヘッドアクチュエータ４２と、電解加工液を貯留する研磨液タンク４３と、研磨液タンク４３内の研磨液を電極ヘッド４１に供給するポンプ４４とを備えている。
【００２２】
図５は、電解加工ユニット１６の要部を示す断面図である。図５に示すように、電極ヘッド４１は、上下に延びる中空シャフト５０と、中空シャフト５０の上端に取り付けられた電極ベース５１と、電極ベース５１に取り付けられた円形の加工電極５２と、加工電極５２の上面に取り付けられた研磨パッド５３とを備えている。さらに、電極ヘッド４１は、中空シャフト５０の外側に取り付けられたボールスプライン軸５４と、トレー４０の開口部を覆うカバー５５とを備えている。トレー４０とカバー５５との間にはラビリンス５６が形成されている。
【００２３】
加工電極５２の径はウェハＷの径より小さく、加工電極５２は導電性および耐腐食性を有する金属から形成されている。例えば、加工電極５２はステンレススチール（ＳＵＳ３０４）で形成される。また、加工電極５２に白金蒸着の表面処理を施すことにより、加工電極５２の耐久性を向上させることができる。また、電極ベース５１も導電性の材料、例えばステンレスで形成される。
【００２４】
図６Ａは、図５に示す加工電極５２および研磨パッド５３を示す斜視図である。図６Ａに示すように、本実施形態では、円形の研磨パッド５３が加工電極５２の上面を覆うように取り付けられている。研磨パッド５３の加工電極５２への取り付けは、例えば接着によりなされる。加工電極５２の径は例えば３０ｍｍ程度である。あるいは、加工電極５２の径をウェハＷの半径程度としてもよい。
【００２５】
図５および図６Ａに示すように、加工電極５２および研磨パッド５３には複数の貫通孔５７，５８が形成されている。後述するように、これらの貫通孔５７，５８から電解加工液（薬液）がウェハＷの加工面に供給される。例えば、それぞれの貫通孔５７，５８の径を１ｍｍとし、ピッチを４ｍｍとする。貫通孔５７，５８の径およびピッチは、電解加工液がウェハＷの加工面の全体に供給されるようなものであれば、どのような寸法であってもよい。また、研磨パッド５３の表面に貫通孔５８同士を連絡する溝を形成し、電解加工液の回り込みと副生成物の排出性を容易にしてもよい。
【００２６】
また、図６Ａに示す研磨パッド５３に代えて、図６Ｂに示すようなストリップ状の研磨パッド５３ａを加工電極５２の上面に取り付けてもよい。あるいは、図６Ｃに示すように、複数の円分状の研磨パッド５３ｂを加工電極５２に取り付けてもよい。これらの場合においては、研磨パッド５３に貫通孔５８を形成しなくてもよい。図６Ｂに示すストリップ状の研磨パッド５３ａは、図６Ａに示す研磨パッド５３よりも高い加工速度を実現することができる。ストリップ状の研磨パッド５３ａを用いた場合は、電解加工と不動態膜の除去が不均一になりがちであるが、図６Ｃに示す複数の円分状の研磨パッド５３ｂを用いることにより、電解加工と不動態膜の除去を均一にすることができる。
【００２７】
加工電極５２に取り付ける研磨パッド５３としては、例えば、ポリウレタンからなるＩＣ１０００（Ｒｏｄｅｌ社の商標）やＰｏｌｉｔｅｘ（Ｒｏｄｅｌ社の商標）を用いることができる。例えば、研磨パッド５３の厚みは１〜３ｍｍ程度である。なお、必要に応じて、研磨パッド５３をウェハＷに均一に接触させるために、加工電極５２と研磨パッド５３との間に弾性シートを挟んでもよい。
【００２８】
より加工の平坦性を高めるためには、固定砥粒パッド（fixed abrasive pad）を用いることができる。この固定砥粒パッドは、平坦化特性に優れているが、研磨に伴い砥粒が脱離するため、耐久性の面で不利である。
【００２９】
あるいは、図７に示すように、固定砥粒を含まず、三角状の凸部５９が数十ミクロンオーダーで連続的に形成された樹脂パッド５３ｃ（鋸歯パッド）を研磨パッドとして用いることもできる。このような鋸歯パッド５３ｃに用いる樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などを用いることができる。なお、図７に示した寸法は例示であり、これに限られるものではない。
【００３０】
図５に戻って、中空シャフト５０の中空部には、ウェハＷの加工面に電解加工液（薬液）を供給する研磨液供給路６０が設けられている。また、電極ベース５１の内部には、この研磨液供給路６０と加工電極５２および研磨パッド５３の貫通孔５７，５８とを連通するマニホルド６１が形成されている。中空シャフト５０の下端部にはロータリコネクタ６２が設けられており、研磨液供給路６０はこのロータリコネクタ６２を介して図４に示す研磨液タンク４３に接続されている。このように、ポンプ４４の作動により研磨液タンク４３の電解加工液が研磨液供給路６０を通って加工電極５２および研磨パッド５３の貫通孔５７，５８からウェハＷの加工面に供給されるようになっている。
【００３１】
なお、加工電極５２の貫通孔５７と研磨パッド５３の貫通孔５８は互いに対応して設けられているが、研磨パッド５３の貫通孔５８に対向する位置で加工が進行しやすいので、研磨パッド５３の貫通孔５８を加工電極５２の貫通孔５７よりも大きくすれば、加工速度の点で有利である。
【００３２】
図５に示すように、ヘッドアクチュエータ４２は、軸受７０を介してボールスプライン軸５４を支持するアクチュエータフレーム７１と、電極ヘッド４１を上下動させるヘッド押圧機構７２と、電極ヘッド４１を回転させるヘッド回転機構７３とを備えている。中空シャフト５０は、ボールスプライン軸５４を介してアクチュエータフレーム７１に対して回転自在および軸方向に摺動自在に構成されている。
【００３３】
ヘッド押圧機構７２は、中空シャフト５０を上下動させる空気圧アクチュエータ８０と、空気圧アクチュエータ８０に圧縮ガスを供給するガス供給源８１と、ガス供給源８１からの圧縮ガスの圧力を調整する圧力レギュレータ８２とを備えている。図５に示すように、中空シャフト５０にはスラスト軸受８３が取り付けられており、このスラスト軸受８３が空気圧アクチュエータ８０によって上方に付勢されることによって中空シャフト５０が上方に持ち上げられる。このように、中空シャフト５０を上方に持ち上げることによって、電極ヘッド４１の研磨パッド５３がウェハＷの表面に所定の荷重で押圧されるようになっている。また、本実施形態では、空気圧アクチュエータ８０および圧力レギュレータ８２によって研磨パッド５３の押圧力を直接制御することができるので、荷重センサや変位センサが不要となり、高精度の制御が可能となる。
【００３４】
ヘッド回転機構７３は、ボールスプライン軸５４に取り付けられたプーリ９０と、プーリ９０に取り付けられたベルト９１と、ベルト９１に連結されたモータ（図示せず）とを備えている。モータが駆動すると、その回転がベルト９１およびプーリ９０を介してボールスプライン軸５４に伝達され、中空シャフト５０が回転するようになっている。
【００３５】
中空シャフト５０にはスリップリング１００が取り付けられており、このスリップリング１００は、電極ベース５１に設けられた端子１０１から延びる電線１０２と、電源１０３から延びる電線１０４とを互いに接続するものである。すなわち、導電性の電極ベース５１に接する加工電極５２は、電線１０２、スリップリング１００、および電線１０４を介して電源１０３に接続される。
【００３６】
ここで、図５に示すように、ウェハホルダ１４のハウジング３１には、ウェハＷの周縁部に接触する櫛状の給電端子１１０と、給電端子１１０を電解加工液からシールする環状のリップシール１１２とが設けられている。図５に示すように、給電端子１１０は、径方向外側の端部がハウジング３１に固定され、片持梁状に径方向内側上方に向かって延びている。給電端子１１０の他端部はウェハＷの周縁部に接触するようになっており、この他端部には弾力を持たせて接点圧力を保持させている。給電端子１１０としては、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）に白金を蒸着したものを用いることができる。
【００３７】
リップシール１１２は、例えばフッ素系ゴムにより形成され、ウェハＷの外周部に接触するようになっている。リップシール１１２の径方向外側に給電端子１１０を配置することで、給電端子１１０を電解加工液から隔離して給電端子１１０が電解加工液に接触することがないようにしている。なお、給電電極１１０からの電線１１４は、ハウジング３１の中空部を通り、スリップリング３５（図４参照）を介して電源１０３に接続されている。
【００３８】
なお、本実施形態では、ウェハＷの被研磨面（デバイス形成面）を下向きに、加工電極５２および研磨パッド５３を上向きにして電解加工装置を構成している。ウェハＷの被研磨面を上向きに配置して加工すると、デバイス形成面の凹部に電解加工液が溜まり、この凹部で加工が進んでしまうため、電解加工速度を制御しにくいことがある。これに対して、本実施形態の電解加工装置は、ウェハＷの被研磨面を下向きにして加工を行っているので、ウェハＷ上に予期せぬ電解加工液溜まりができず、加工電極５２に取り付けられた研磨パッド５３に接触する被研磨部分のみが優先的に除去加工されるため、所望の除去加工速度および加工プロファイルを得やすいという利点がある。
【００３９】
図８は、図２のVIII−VIII線断面図である。図２、図３および図８に示すように、洗浄ユニット１８は、洗浄液を保持するトレー１２０と、ウェハＷに対して洗浄液を噴射するノズル１２１と、ウェハＷに対して清浄ガス（例えば窒素ガス）を噴射するノズル１２２と、洗浄液を貯留する洗浄液タンク１２３と、洗浄液タンク１２３内の洗浄液をノズル１２１に供給するポンプ１２４と、ポンプ１２４とノズル１２１との間に設けられたバルブ１２５とを備えている。なお、図３に示すように、洗浄ユニット１８の近傍のフレーム１２の側面には、ウェハＷの出し入れを行う開口１２６が形成されている。なお、図８では、洗浄液が循環使用されるように示されているが、例えば洗浄液が純水であれば、使い捨ててもよい。
【００４０】
ここで、図９に示すように、フレーム１２の外側には、研磨前のウェハＷをフレーム１２内にロードし、研磨後のウェハＷをフレーム１２からアンロードするロード／アンロード部としての外部ロボット１３０が設置されている、ロード／アンロード時には、ウェハホルダ１４が洗浄ユニット１８の上方に移動され、ウェハホルダ１４のバックプレート３２は上昇した位置にセットされる。
【００４１】
図１０および図１１は、本実施形態における電解加工装置の処理工程を示すフローチャートである。研磨前のウェハＷは、外部ロボット１３０の真空吸着ハンド１３１に吸着され、保持される（ステップＳ１）。このハンド１３１がフレーム１２に設けられた開口１２６およびハウジング３１に設けられた開口３７を通ってフレーム１２内に挿入される。そして、図９に示すように、ウェハＷはハウジング３１の給電端子１１０およびリップシール１１２（図５参照）の上に載置され、ロードされる（ステップＳ２）。このときのウェハＷの高さをＬ１とする。
【００４２】
その後、外部ロボット１３０のハンド１３１がフレーム１２から引き抜かれ、第３リニアドライブユニット３４の駆動によりバックプレート３２が所定の位置まで下げられウェハＷを押圧する。これにより、ハウジング３１のリップシール１１２（図５参照）がウェハＷの外周部の表面上の金属（銅）膜に密着され、給電端子１１０がシールされる。
【００４３】
次に、キャリア２０の第１リニアドライブユニット２６を駆動し、その高さを維持したままウェハホルダ１４を水平に移動させ、電解加工ユニット１６の上方の電解加工開始位置まで移動させる（ステップＳ３）。通常、電解加工開始位置は、ウェハの外周部が加工電極５２に対向する位置とされる。図４は、このときのウェハホルダ１４の状態を示している。この状態で第２リニアドライブユニット２８を駆動し、図１２に示すように、ウェハホルダ１４を下げて電解加工ユニット１６の電極ヘッド４１に近接または接触させる（ステップＳ４）。このときのウェハＷの高さをＬ２とする。
【００４４】
電解加工時には、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３を駆動してハウジング３１を所定の回転速度で回転させる。同時に、電解加工ユニット１６のヘッドアクチュエータ４２を駆動する。すなわち、ヘッドアクチュエータ４２のヘッド回転機構７３（図５参照）により電極ヘッド４１を所定の回転速度で回転させ、ヘッド押圧機構７２により電極ヘッド４１を所定の荷重でウェハＷの加工面に押圧する。そして、電解加工ユニット１６のポンプ４４を駆動して電解加工液を圧送し、加工電極５２および研磨パッド５３の貫通孔５７，５８からウェハＷの加工面に供給する（ステップＳ５）。電極ヘッド４１から噴出した電解加工液はトレー４０に収集されるが、トレー４０と回転する電極ヘッド４１との間に形成されるラビリンス５６により電解加工液の漏洩が防止される。また、トレー４０に収集された電解加工液は研磨液タンク４３に回収される。回収された電解加工液を所定の期間再利用してもよい。
【００４５】
このとき、電源１０３により、加工電極５２がカソード、給電端子１１０がアノードとなるように、加工電極５２と給電端子１１０との間に所定の電圧を印加して、ウェハの加工面を電解加工する（ステップＳ６）。このような電解加工を所定の時間行い、ウェハの加工面の金属膜を所定量だけ除去して平坦化加工を行う。
【００４６】
ここで、電解加工時には、ウェハホルダ１４を電解加工ユニット１６のトレー４０内でウェハの略中心を通る直径方向に所定の距離だけ反復往復させて、ウェハＷと加工電極５２とを相対移動させてもよい。この相対移動距離は、最大でもリップシール１１２の内径から加工電極５２の外径を差し引いた値である。
【００４７】
また、直径方向に分割したウェハＷの領域ごとに設定された相対移動速度でウェハＷと加工電極５２とを相対移動させてもよい。すなわち、加工電極５２が対向するウェハの位置によってウェハホルダ１４の移動速度を変化させ、加工電極５２のウェハに対する相対移動速度がウェハ面内で所定の分布となるようにすることができる。例えば、図１３に示すような分布とすることができる。図１３に示す例では、ウェハの面内の領域Ｓ１に加工電極５２が対向するときにはウェハホルダ１４の速度をＶ１とし、領域Ｓ２に対向するときはウェハホルダ１４の速度をＶ２とする。なお、これらの領域ＳＮとウェハホルダ１４の速度ＶＮは、加工電極５２と研磨パッド５３の形状や、加工電極５２とウェハのサイズおよび回転速度などによって最適化される。これにより、次工程の要求に応じたプロファイルコントロールが可能となる。例えば、ウェハの外周部で相対移動速度を所定値より大きくすれば、外周部の除去量を少なくすることができ、外周部が盛り上がったプロファイルを有するウェハに対して適切な研磨を行うことができる。
【００４８】
また、各領域における相対移動速度は、加工電極５２がウェハＷに対向する時間の総和が各領域で略等しくなるように設定することが好ましい。さらに、設定された相対移動速度の一番小さい領域（通常、ウェハの最外周部）から相対移動を開始し、その領域で相対移動を終了するのが、始動および停止時の機械的負荷を小さくすることができる点で好ましい。
【００４９】
電解除去加工を終了するときは、加工電極５２と給電端子１１０との間の電圧の印加を停止する。また、ヘッドアクチュエータ４２のヘッド回転機構７３を停止して、電極ヘッド４１の回転を停止し、ヘッド押圧機構７２の空気圧アクチュエータ８０に供給する圧縮ガスの圧力を調整して電極ヘッド４１を下降させてウェハの加工面から離す（ステップＳ７）。また、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３を停止し、ハウジング３１の回転も停止させる。
【００５０】
その後、ウェハホルダ１４の第２リニアドライブユニット２８を駆動し、ウェハＷが高さＬ１（図４参照）になるまでウェハホルダ１４を上昇させる（ステップＳ８）。そして、キャリア２０の第１リニアドライブユニット２６を駆動し、ウェハホルダ１４を水平に移動させ、洗浄ユニット１８の中央上方まで移動させる（ステップＳ９）。図８は、このときのウェハホルダ１４の状態を示している。この状態で第２リニアドライブユニット２８を駆動し、図１４に示すように、ウェハホルダ１４を下げる（ステップＳ１０）。このときのウェハＷの高さをＬ３とする。このＬ３は、Ｌ１より低く、Ｌ２よりも高い。
【００５１】
洗浄時には、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３を駆動してハウジング３１を比較的低速で回転させる。同時に、回転するウェハＷの被加工面に向かってノズル１２１から洗浄液（例えば純水）を噴射する（ステップＳ１１）。このように、本実施形態においては、電解加工ユニット１６での電解加工後にウェハを速やかに洗浄ユニット１８に移動して、ウェハの表面に付着している電解加工液を除去し、清浄な表面に戻すことができる。
【００５２】
所定時間経過後に洗浄液の噴出を停止した後、ウェハホルダ１４のサーボモータ３３によりウェハＷを高速で回転させ、スピンドライを行なう（ステップＳ１２）。この後、必要に応じて、ウェハＷを低速で回転させるとともに、別のノズル１２２から清浄ガス（例えば窒素ガス）をウェハＷの加工面に向かって噴射してウェハＷの乾燥を促進してもよい。このように、本実施形態の洗浄ユニット１８は、スピンリンスドライユニット（ＳＲＤ）として構成されており、処理後に清浄な基板を得ることができる。
【００５３】
洗浄終了後、ウェハホルダ１４の第２リニアドライブユニット２８を駆動し、ウェハＷが高さＬ１（図８参照）になるまでウェハホルダ１４を上昇させる（ステップＳ１３）。そして、さらに第３リニアドライブユニット３４を駆動してバックプレート３２を上昇させた後、図９に示すように、外部ロボット１３０のハンド１３１がフレーム１２内に挿入され、このハンド１３１に研磨後のウェハＷが吸着されて、フレーム１２からアンロードされる（ステップＳ１４）。
【００５４】
例えば、電解加工液の供給速度が低い場合などには、電解加工により除去された金属（銅）が加工電極５２に移動して析出してしまうことがある。このような場合には、電解加工後に、加工電極５２がアノードとなるように加工電極５２に電解加工時とは逆の電圧を印加し、加工電極５２の表面に生成した金属を電解エッチングにより除去してもよい。
【００５５】
図１５は、本発明の第２の実施形態における電解加工ユニット１６の要部を示す断面図である。上述した第１の実施形態においては、ウェハＷへの給電のために、ウェハホルダ１４のハウジング３１に給電端子１１０とリップシール１１２とを設けた例について説明したが、第２の実施形態においては、ウェハホルダ１４の給電端子１１０およびリップシール１１２に代えて、サポートブロック２２に取り付けられたボールコンタクト２００を用いてウェハＷへの給電を行っている。
【００５６】
本実施形態においては、ウェハホルダ１４のバックプレート２３２が、ウェハＷの裏面を真空吸着できる真空吸着機構を有している。ウェハホルダ１４のハウジング３１の軸の上端には、図１５に示すように、図４のスリップリング３５に代えて、真空ロータリジョイント２３５が設けられている。バックプレート２３２の真空吸着機構から延びるチューブ２０２が真空ロータリジョイント２３５を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００５７】
図１６は、図１５の部分拡大図である。図１６に示すように、ボールコンタクト２００は、サポートブロック２２に取り付けられたブラケット２１０と、ブラケット２１０に取り付けられたケース２１２と、ケース２１２の頂部から一部が露出するようにケース２１２内に収容されたボール２１４と、ボール２１４の下方に配置されたロッド２１６と、ボール２１４およびロッド２１６を上方に付勢するスプリング２１８と、ボール２１４、ロッド２１６、およびスプリング２１８をケース２１２内に保持するホルダ２２０とを備えている。ボール２１４のケース２１２から露出した部分は、バックプレート２３２に吸着されたウェハＷの周縁部（加工電極５２と干渉しない位置）に接触するようになっている。
【００５８】
ボール２１４は、例えば黒鉛などの導電体で形成されている。このように、ボール２１４の材質を軟らかく導電性のある黒鉛とすれば、ボール２１４がウェハＷの表面に傷をつけてしまうことを防止することができる。ロッド２１６およびホルダ２２０も、それぞれ導電体で形成されている。ホルダ２２０には電源１０３（図５参照）に接続される電線２２２が接続されている。したがって、ホルダ２２０、ロッド２１６、およびボール２１４を介してウェハＷの外周部の表面上の金属（銅）膜に給電できるようになっている。このようなボールコンタクト２００を用いることにより、給電端子１１０とリップシール１１２により構成されるドライシールコンタクトに比べて、ウェハの全面にわたる均一加工が容易になる。
【００５９】
ボールコンタクト２００は、ケース２１２の下面とブラケット２１０の上面との間に配置されたシール２２４と、ホルダ２２０の外周面とケース２１２の内周面との間に配置されたシール２２６とを備えている。ロッド２１６の中央部およびホルダ２２０の中央部には、上下に延びる電解液流路２２８，２３０が形成されている。このように、電解液流路２３０，２２８を通して電解液をボール２１４の表面に供給できるようになっている。さらには、ロッド２１６とケース２１２の内周面の間からも電解液が供給されるようになっている。このように、ボール２１４の表面に電解液を供給しているので、電源１０３と電気的に接続されるボール２１４の実効面積を広げることができ、給電の安定性を確保することができる。
【００６０】
好ましくは、電解加工液と同一種類の液体をボール２１４の表面に供給する。電解加工液と同一の液体をボール２１４の表面に供給することにより、ウェハＷの表面における薬液によるコンタミネーションを防止することができ、ボール２１４のウェハＷに対する電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、装置をシンプルにすることができる。
【００６１】
図１７に示すように、本実施形態においては、外部ロボット１３０のハンドとして、ウェハＷの周縁部を把持するハンド１３１ａを用いる。研磨前のウェハＷの周縁部がハンド１３１ａに把持された状態で、ハンド１３１ａがフレーム１２に設けられた開口１２６およびハウジング３１に設けられた開口３７を通ってフレーム１２内に挿入される。そして、ウェハＷはバックプレート２３２の下面に真空吸着される。このときのウェハＷの高さをＬ０とする。このＬ０は、図９に示すＬ１よりも高い。
【００６２】
図１８は、図１６に示すボールコンタクトの変形例２００ａを示す断面図である。図１６に示すボールコンタクト２００は、コンパクトな構造とすることができるが、ボール２１４の押圧力を調整することが困難である。したがって、図１８に示すように、ホルダ２２０の下方にベース２４０を配置し、ベース２４０とホルダ２２０との間に追加のスプリング２４２を配置する。このような構造によれば、ボール２１４のストロークおよび押圧力の調整が可能であり、より実用的なボールコンタクトとすることができる。
【００６３】
図１９は、図１６に示すボールコンタクト２００を複数個組み合わせた例を示す模式図であり、左側が底面図、右側が正面図である。図１９に示すように、複数のボールコンタクト２００を保持するリテーナ４００が２つ設けられ、これら２つのリテーナ４００の間で電極ヘッド４１が移動される。これらのリテーナ４００はサポートブロック２２に取り付けられている。この例においては、電解加工中に電極ヘッド４１をウェハＷの径方向に移動させる際に、電極ヘッド４１とリテーナ４００とが相互に干渉しないように、電極ヘッド４１とリテーナ４００とを配置する必要がある。このように、複数のボールコンタクト２００を用いることにより、ウェハＷへの給電をより確実に行うことができる。すなわち、ウェハの表面の銅膜の部分的な除去が始まると、銅膜が島状に残ることがあるため、銅膜に給電することが困難になるが、図１９に示すように、複数のボールコンタクト２００を設けることにより、給電の信頼性を向上することができる。
【００６４】
図２０は、ウェハＷを給電するために用いることができる垂直ローラコンタクト５００を示す断面図である。図２０に示すように、このローラコンタクト５００は、ウェハＷの回転軸とは垂直な軸５０２を中心として回転自在のローラ５０４と、ローラ５０４の下部に摺動接触する給電電極５０６と、ローラ５０４と給電電極５０６とを収容したホルダ５０８と、ホルダ５０８を上方に付勢するスプリング５１０とを備えている。ローラ５０４の上部は、バックプレート２３２に吸着されたウェハＷの周縁部に接触するようになっている。
【００６５】
ローラ５０４の表面は導電体で形成されており、給電電極５０６の給電端子には電源１０３（図５参照）に接続される電線５１２が接続されている。したがって、給電電極５０６およびローラ５０４の導電面を介してウェハＷの外周部の表面上の金属（銅）膜に給電できるようになっている。このようなローラコンタクト５００を用いることにより、上述したボールコンタクト２００に比べて、ウェハＷとの接触面積が確保しやすくなる。すなわち、ボールコンタクト２００はウェハＷと点接触するが、このローラコンタクト５００はウェハＷと線接触するので、給電の信頼性を向上することができる。
【００６６】
図２１は、図２０に示すローラコンタクトの変形例５００ａを示す断面図である。図２１に示すように、このローラコンタクト５００ａは、図２０に示す構成に加えて、ハウジング３１の回転と同期してローラ５０４を回転させる回転同期機構としての歯車５２０を備えている。この歯車５２０の歯５２２は、ハウジング３１の下面に設けられた歯に噛合し、ハウジング３１の回転に伴い歯車５２０が回転するようになっている。
【００６７】
ここで、ローラ５０４の半径ｒ１、歯車５２０の半径ｒ２、ウェハＷの中心からローラ５０４までの距離Ｒ１、ウェハＷの中心から歯車５２０までの距離Ｒ２とすると、ｒ１／ｒ２＝Ｒ１／Ｒ２という関係が成立することが必要である。これにより、歯車５２０が回転すると、これに同期してローラ５０４が同期して回転するようになっている。したがって、ローラ５０４とウェハＷとの接触面でのすべりを防止して、転がり接触のみとすることができ、ウェハＷへのダメージを低減することができる。
【００６８】
図２２は、図２１に示すローラコンタクトの変形例５００ｂを示す断面図である。図２２に示すように、このローラコンタクト５００ｂのホルダ５０８は、壁５３０によってローラ室５３２と歯車室５３４とに分割されている。図２２に示すローラコンタクト５００ｂは、ローラ５０４に接触する給電電極５０６を備えていない。電線５１２が接続された給電端子５３６とローラ５０４との間に電解液を満たし、この電解液を介してローラ５０４に通電を行っている。このように、ローラ５０４と接触する給電電極５０６がないので、給電電極５０６の接触によるローラ５０４のダメージをなくすことができる。また、ローラ５０４の回転に伴い、ウェハＷとローラ５０４との接触面には常に電解液が供給されるので、ウェットな転動接触面を得ることができ、ウェハＷへの給電の信頼性をさらに向上させることができる。
【００６９】
図２３は、ウェハＷを給電するために用いられる水平ローラコンタクト６００を示す模式図であり、左側が底面図、右側が正面図である。図２３に示すように、このローラコンタクト６００は、ウェハＷの周縁部（ベベル部）の表面の金属膜に接触するローラ６０２と、複数のローラ６０２を保持するリテーナ６０４とを備えている。ローラ６０２の表面は導電体で形成されており、このローラ６０２は電源１０３に接続されている。ローラ６０２はウェハＷの回転軸と平行な軸を中心として回転可能に構成されており、その側面でウェハＷの周縁部に回転接触するようになっている。なお、ローラ６０２はスプリング（図示せず）によって上方に付勢されている。このような構成によれば、ウェハＷの配線部に直接接触させずにベベル部の表面の金属膜に給電ができるため、配線部へのダメージをなくし、配線の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
図２４は、ウェハＷに給電するために用いられる電解液コンタクト７００を示す断面図である。図２４に示すように、この電解液コンタクト７００は、電解液を保持するホルダ７０２と、ホルダ７０２に電解液を供給する電解液供給管７０４と、ホルダ７０２を上方に付勢するスプリング７０６とを備えている。ホルダ７０２の上部には、ホルダ７０２内に電解液溜まりを形成するための弾性パッド７０８が取り付けられている。この弾性パッド７０８は、スポンジ状の極めて軟らかいもので、ウェハＷに接触してもウェハＷにダメージを与えにくいものがよい。
【００７１】
ホルダ７０２は導電体で形成されており、ホルダ７０２に取り付けられた給電端子７１０には、電源１０３（図５参照）に接続される電線７１２が接続されている。したがって、ホルダ７０２内部に保持された電解液を介してウェハＷに給電が行われる。このように、電解液を介してウェハＷへの給電を行うので、ウェハＷに固体を接触させる必要がなく、配線の信頼性を向上させることができる。
【００７２】
図１５から図２４に示す例では、給電コンタクトが電解加工液に濡れてしまうが、ウェハの外周部にシールを設ける必要がないので、ウェハの外周部まで均一に加工することができる。なお、電解加工時には、ウェハホルダ１４を電解加工ユニット１６のトレー４０内でウェハの略中心を通る直径方向に所定の距離だけ反復往復させて、ウェハＷと加工電極５２とを相対移動させてもよい。この相対移動距離は、ウェハＷの径と加工電極５２の径の合計値以上あることが好ましい。
【００７３】
上述した実施形態においては、ウェハの加工面を下向きにした状態で研磨が行われる場合について説明したが、図２２に示すローラコンタクト５００ｂの実施形態以外の実施形態においては、ウェハの加工面を上向きにした状態で研磨を行うこととしてもよい。
【００７４】
図２５は、本発明に係る電解加工装置を用いてウェハを電解加工したときの平坦化特性を示すグラフである。図２５からわかるように、本発明に係る電解加工装置によれば、従来の電解加工装置に比べて、平坦化特性が著しく向上し、低荷重の研磨でありながら理想的な特性に極めて近い特性が得られた。なお、この電解加工実験は、以下の条件の下で行ったものである。
電解加工液： ＨＥＤＰ（１−ヒドロキシエチリデンジホスホン酸）＋ＮＨ４ＯＨ＋ＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）
ウェハの直径： ２００ｍｍ
加工電極の直径： ３０ｍｍ
ウェハの回転速度： ２００ｍｉｎ−１
加工電極の回転速度： ７５ｍｉｎ−１
研磨パッド： ストリップ状の固定砥粒パッド
電解加工液の吐出流量： ２００ｍｌ／ｍｉｎ
加工電極の押圧荷重： １ｐｓｉ（約７０ｋＰａ）
印加電圧： ２．２５Ｖ（ＣＶ）
【００７５】
図２６Ａは、従来の電解加工装置を用いて研磨を行った場合の研磨前の銅膜６の表面６ａにおける初期段差ｔ０と、研磨途中の銅膜６の表面６ｂにおける途中段差ｔ１との関係を示す模式図である。図２６Ｂは、本発明に係る電解加工装置を用いて研磨を行った場合の研磨前の銅膜６の表面６ａにおける初期段差ｔ０と、研磨途中の銅膜６の表面６ｃにおける途中段差ｔ２との関係を示す模式図である。図２６Ａおよび図２６Ｂから、本発明に係る電解加工装置によれば、研磨途中の銅膜６の表面における途中段差が著しく低減されることがわかる。
【００７６】
なお、電解加工液としては、高濃度のリン酸液やＨＥＤＰとＮＭＩ（Ｎ−メチルイミダゾール）の混合液などを使用することもできるが、これらの薬液は、上記実験に用いた電解加工液に比べて平坦化性能がやや劣る。
【００７７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】半導体デバイスに配線を形成する工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】半導体デバイスに配線を形成する工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】半導体デバイスに配線を形成する工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における電解加工装置を示す平面図である。
【図３】図２に示す電解加工装置の正面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２に示す電解加工装置における電解加工ユニットの要部を示す断面図である。
【図６Ａ】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる加工電極および研磨パッドを示す斜視図である。
【図６Ｂ】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる加工電極および研磨パッドを示す斜視図である。
【図６Ｃ】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる加工電極および研磨パッドを示す斜視図である。
【図７】図５に示す電解加工ユニットに用いることができる研磨パッドを示す斜視図である。
【図８】図２のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図２に示す電解加工装置において、ウェハをフレーム内にロードするときの洗浄ユニットを示す断面図である。
【図１０】図２に示す電解加工装置の処理工程を示すフローチャートである。
【図１１】図２に示す電解加工装置の処理工程を示すフローチャートである。
【図１２】図２に示す電解加工装置において、ウェハに電解加工を行うときの電解加工ユニットを示す断面図である。
【図１３】ウェハの領域ごとに設定された相対移動速度の分布を示すグラフである。
【図１４】図２に示す電解加工装置において、ウェハを洗浄するときの洗浄ユニットを示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における電解加工装置を示す断面図である。
【図１６】図１５の部分拡大図である。
【図１７】図１５に示す電解加工装置において、ウェハをフレーム内にロードするときの洗浄ユニットを示す断面図である。
【図１８】図１６に示すボールコンタクトの変形例を示す断面図である。
【図１９】図１６に示すボールコンタクトを複数個組み合わせた例を示す底面図および正面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２２】本発明の第５の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態における給電コンタクトの例を示す底面図および正面図である。
【図２４】本発明の第７の実施形態における給電コンタクトを示す断面図である。
【図２５】本発明に係る電解加工装置を用いてウェハを研磨したときの平坦化特性を示すグラフである。
【図２６Ａ】従来の電解加工装置を用いたときに除去されるウェハ上の段差を示す断面図である。
【図２６Ｂ】本発明に係る電解加工装置を用いたときに除去されるウェハ上の段差を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 電解加工装置
１４ ウェハホルダ
１６ 電解加工ユニット
１８ 洗浄ユニット
２０ キャリア
２２ サポートブロック
２６ 第１リニアドライブユニット（水平移動機構）
２８ 第２リニアドライブユニット（垂直移動機構）
３１ ハウジング
３２ バックプレート
５０ 中空シャフト
５２ 加工電極
５３ 研磨パッド
５７，５８ 貫通孔
６０ 研磨液供給路
７２ ヘッド押圧機構
７３ ヘッド回転機構
８０ 空気圧アクチュエータ
１０３ 電源
１１０ 給電端子
１１２ リップシール
１２１，１２２ ノズル
１３０ 外部ロボット
２００ ボールコンタクト
２１２ ケース
２１４ ボール
２１６ ロッド
２１８ スプリング
２２０ ホルダ
２２８，２３０ 電解液流路
２３２ バックプレート
４００ リテーナ
５００ 垂直ローラコンタクト
５０４ ローラ
５０６ 給電電極
５０８ ホルダ
５２０ 歯車
５３６ 給電端子
６００ 水平ローラコンタクト
６０２ ローラ
６０４ リテーナ
７００ 電解コンタクト
７０２ ホルダ
７０４ 電解液供給管
７０８ 弾性パッド
７１０ 給電端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させる基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された基板に対して電解加工を行う電解加工ユニットと、
を備え、前記電解加工ユニットは、
回転可能な加工電極と、
前記加工電極に取り付けられた研磨パッドと、
前記研磨パッドを前記基板に押圧する押圧機構と、
電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給する液供給機構と、
前記基板と前記加工電極とを相対運動させる相対運動機構と、
前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加する電源と、
を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記加工電極の径は前記基板の径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電解加工ユニットの液供給機構は、前記加工電極および前記研磨パッドに形成され、前記電解加工液を流通させる貫通孔を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記電解加工ユニットは、上端に前記加工電極が取り付けられた中空シャフトをさらに備え、
前記電解加工ユニットの液供給機構は、前記中空シャフトの中空部に設けられ、前記電解加工液を前記貫通孔に供給する研磨液供給路をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記電解加工ユニットは、上端に前記加工電極が取り付けられた中空シャフトをさらに備え、
前記電解加工ユニットの押圧機構は、前記中空シャフトを軸方向に押圧する空気圧アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項６】
前記電解加工ユニットの研磨パッドは固定砥粒パッドであることを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項７】
前記電解加工ユニットの研磨パッドは凸部が連続的に形成された樹脂パッドであることを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記基板をロードおよびアンロードするロード／アンロード部と、
前記基板を前記ロード／アンロード部と前記電解加工ユニットとの間で搬送するキャリアと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項９】
前記キャリアは、
前記基板ホルダを支持するサポートブロックと、
前記サポートブロックを水平に移動する水平移動機構と、
前記基板ホルダを垂直に移動する垂直移動機構と、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記基板を洗浄する洗浄ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の電解加工装置。
【請求項１１】
前記洗浄ユニットは、前記基板に対して洗浄液と清浄ガスの少なくとも一方を噴射するノズルを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の電解加工装置。
【請求項１２】
前記基板ホルダは、
ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、前記基板の周縁部に接触する給電端子と、
前記給電端子の径方向内側に配置されたシールと、
前記給電端子および前記シール上に載置された基板を前記ハウジングに対して押圧するプレートと、
前記電源と前記給電端子とを接続する電線と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記基板ホルダは、前記基板を吸着するプレートを備え、
前記電解加工ユニットは、
前記プレートに吸着された基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に給電する給電コンタクトと、
前記電源と前記給電コンタクトとを接続する電線と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記給電コンタクトは、
前記基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に接触する導電性ボールと、
前記ボールを支持するロッドと、
前記ロッドを付勢するスプリングと、
頂部から前記ボールの一部が露出するように前記ボールを収容したケースと、
前記ボール、前記ロッド、および前記スプリングを前記ケース内に保持するホルダと、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項１５】
前記ロッドおよび前記ホルダは、前記ボールに電解液を供給する流路を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の電解加工装置。
【請求項１６】
前記電解液は前記電解加工液と同一種類の液体であることを特徴とする請求項１５に記載の電解加工装置。
【請求項１７】
前記ボールは黒鉛からなることを特徴とする請求項１４に記載の電解加工装置。
【請求項１８】
前記給電コンタクトは、
前記基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に接触する導電面を有し、前記基板の回転軸とは垂直な軸を中心として回転可能なローラと、
前記ローラを支持するホルダと、
前記ホルダ内に収容され、前記ローラの導電面に接触する給電端子と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項１９】
前記給電コンタクトは、前記ローラの回転を前記基板の回転と同期させる同期機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１８に記載の電解加工装置。
【請求項２０】
前記給電コンタクトは、
前記基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に接触する導電面を有し、前記基板の回転軸とは垂直な軸を中心として回転可能なローラと、
前記ローラを支持するホルダと、
前記ホルダ内に保持された電解液を介して前記ローラの導電面に給電する給電端子と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項２１】
前記給電コンタクトは、
前記基板のベベル部に接触する導電面を有し、前記基板の回転軸と平行な軸を中心として回転可能なローラと、
前記ローラを前記基板のベベル部に押圧するリテーナと、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項２２】
前記給電コンタクトは、
前記電源に接続される給電端子と、
前記基板の金属膜と前記給電端子との間に電解液を満たすホルダと、
前記ホルダに前記電解液を供給する液供給管と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項２３】
前記給電コンタクトは、前記基板に接触する弾性パッドをさらに備えたことを特徴とする請求項２２に記載の電解加工装置。
【請求項２４】
表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させ、
加工電極に取り付けられた研磨パッドを回転させ、
電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給し、
前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加し、
前記研磨パッドを前記基板に押圧し、
前記基板と前記加工電極および前記研磨パッドとを前記基板の径方向に相対移動させることを特徴とする電解加工方法。
【請求項２５】
前記相対移動における相対移動距離は、前記基板の径と前記加工電極の径の合計値以上あることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項２６】
前記相対移動は、前記基板を固定しつつ、前記加工電極を移動させることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項２７】
前記相対移動は、直径方向に分割した基板の領域ごとに設定された相対移動速度で前記基板と前記加工電極とを相対移動させることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項２８】
前記相対移動速度の設定は、前記加工電極が前記基板に対向する時間の総和が各領域で略等しくなるように設定することを特徴とする請求項２７に記載の電解加工方法。
【請求項２９】
前記相対移動は、設定された相対移動速度の一番小さい領域から開始することを特徴とする請求項２７に記載の電解加工方法。
【請求項３０】
前記相対移動は、設定された相対移動速度の一番小さい領域で終了することを特徴とする請求項２７に記載の電解加工方法。
【請求項３１】
前記加工電極がアノードとなるように前記加工電極に電圧を印加し、前記加工電極の表面に生成した金属を電解エッチングすることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項１】
表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させる基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された基板に対して電解加工を行う電解加工ユニットと、
を備え、前記電解加工ユニットは、
回転可能な加工電極と、
前記加工電極に取り付けられた研磨パッドと、
前記研磨パッドを前記基板に押圧する押圧機構と、
電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給する液供給機構と、
前記基板と前記加工電極とを相対運動させる相対運動機構と、
前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加する電源と、
を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記加工電極の径は前記基板の径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電解加工ユニットの液供給機構は、前記加工電極および前記研磨パッドに形成され、前記電解加工液を流通させる貫通孔を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記電解加工ユニットは、上端に前記加工電極が取り付けられた中空シャフトをさらに備え、
前記電解加工ユニットの液供給機構は、前記中空シャフトの中空部に設けられ、前記電解加工液を前記貫通孔に供給する研磨液供給路をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の電解加工装置。
【請求項５】
前記電解加工ユニットは、上端に前記加工電極が取り付けられた中空シャフトをさらに備え、
前記電解加工ユニットの押圧機構は、前記中空シャフトを軸方向に押圧する空気圧アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項６】
前記電解加工ユニットの研磨パッドは固定砥粒パッドであることを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項７】
前記電解加工ユニットの研磨パッドは凸部が連続的に形成された樹脂パッドであることを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項８】
前記基板をロードおよびアンロードするロード／アンロード部と、
前記基板を前記ロード／アンロード部と前記電解加工ユニットとの間で搬送するキャリアと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項９】
前記キャリアは、
前記基板ホルダを支持するサポートブロックと、
前記サポートブロックを水平に移動する水平移動機構と、
前記基板ホルダを垂直に移動する垂直移動機構と、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の電解加工装置。
【請求項１０】
前記基板を洗浄する洗浄ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の電解加工装置。
【請求項１１】
前記洗浄ユニットは、前記基板に対して洗浄液と清浄ガスの少なくとも一方を噴射するノズルを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の電解加工装置。
【請求項１２】
前記基板ホルダは、
ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、前記基板の周縁部に接触する給電端子と、
前記給電端子の径方向内側に配置されたシールと、
前記給電端子および前記シール上に載置された基板を前記ハウジングに対して押圧するプレートと、
前記電源と前記給電端子とを接続する電線と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項１３】
前記基板ホルダは、前記基板を吸着するプレートを備え、
前記電解加工ユニットは、
前記プレートに吸着された基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に給電する給電コンタクトと、
前記電源と前記給電コンタクトとを接続する電線と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項１４】
前記給電コンタクトは、
前記基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に接触する導電性ボールと、
前記ボールを支持するロッドと、
前記ロッドを付勢するスプリングと、
頂部から前記ボールの一部が露出するように前記ボールを収容したケースと、
前記ボール、前記ロッド、および前記スプリングを前記ケース内に保持するホルダと、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項１５】
前記ロッドおよび前記ホルダは、前記ボールに電解液を供給する流路を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の電解加工装置。
【請求項１６】
前記電解液は前記電解加工液と同一種類の液体であることを特徴とする請求項１５に記載の電解加工装置。
【請求項１７】
前記ボールは黒鉛からなることを特徴とする請求項１４に記載の電解加工装置。
【請求項１８】
前記給電コンタクトは、
前記基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に接触する導電面を有し、前記基板の回転軸とは垂直な軸を中心として回転可能なローラと、
前記ローラを支持するホルダと、
前記ホルダ内に収容され、前記ローラの導電面に接触する給電端子と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項１９】
前記給電コンタクトは、前記ローラの回転を前記基板の回転と同期させる同期機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１８に記載の電解加工装置。
【請求項２０】
前記給電コンタクトは、
前記基板の周縁部の前記研磨パッドが接触していない部分に接触する導電面を有し、前記基板の回転軸とは垂直な軸を中心として回転可能なローラと、
前記ローラを支持するホルダと、
前記ホルダ内に保持された電解液を介して前記ローラの導電面に給電する給電端子と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項２１】
前記給電コンタクトは、
前記基板のベベル部に接触する導電面を有し、前記基板の回転軸と平行な軸を中心として回転可能なローラと、
前記ローラを前記基板のベベル部に押圧するリテーナと、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項２２】
前記給電コンタクトは、
前記電源に接続される給電端子と、
前記基板の金属膜と前記給電端子との間に電解液を満たすホルダと、
前記ホルダに前記電解液を供給する液供給管と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工装置。
【請求項２３】
前記給電コンタクトは、前記基板に接触する弾性パッドをさらに備えたことを特徴とする請求項２２に記載の電解加工装置。
【請求項２４】
表面に金属膜が形成された基板を保持しつつ、該基板を回転させ、
加工電極に取り付けられた研磨パッドを回転させ、
電解加工液を前記基板と前記加工電極との間に供給し、
前記加工電極がカソード、前記基板の金属膜がアノードとなるように、前記加工電極と前記基板の金属膜との間に電圧を印加し、
前記研磨パッドを前記基板に押圧し、
前記基板と前記加工電極および前記研磨パッドとを前記基板の径方向に相対移動させることを特徴とする電解加工方法。
【請求項２５】
前記相対移動における相対移動距離は、前記基板の径と前記加工電極の径の合計値以上あることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項２６】
前記相対移動は、前記基板を固定しつつ、前記加工電極を移動させることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項２７】
前記相対移動は、直径方向に分割した基板の領域ごとに設定された相対移動速度で前記基板と前記加工電極とを相対移動させることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【請求項２８】
前記相対移動速度の設定は、前記加工電極が前記基板に対向する時間の総和が各領域で略等しくなるように設定することを特徴とする請求項２７に記載の電解加工方法。
【請求項２９】
前記相対移動は、設定された相対移動速度の一番小さい領域から開始することを特徴とする請求項２７に記載の電解加工方法。
【請求項３０】
前記相対移動は、設定された相対移動速度の一番小さい領域で終了することを特徴とする請求項２７に記載の電解加工方法。
【請求項３１】
前記加工電極がアノードとなるように前記加工電極に電圧を印加し、前記加工電極の表面に生成した金属を電解エッチングすることを特徴とする請求項２４に記載の電解加工方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【公開番号】特開２００７−５０５０５（Ｐ２００７−５０５０５Ａ）
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１９８０５（Ｐ２００６−２１９８０５）
【出願日】平成１８年８月１１日（２００６．８．１１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１１日（２００６．８．１１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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