JP2003297804A - 基板処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学機械的研磨（ＣＭＰ）による基板処理工
程の一部または全部を、純水、好ましくは超純水等を用
いた電解加工に置き換えることにより、化学機械的研磨
（ＣＭＰ）の負荷を軽減させ、更に高効率で平坦性の高
い加工を行うことができるようにする。 【解決手段】 基板の表面を化学機械的研磨する化学機
械的研磨部２４と、給電電極と加工電極を有し、基板と
加工電極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも一
方にイオン交換体４８を配置し給電電極と加工電極との
間に電圧を印加して、液体存在下で基板表面を電解加工
する電解加工部２６と、基板を着脱自在に保持し、化学
機械的研磨部２４と電解加工部２６との間を移動自在な
トップリング７４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置およ
び方法に関し、特に半導体ウエハ等の基板表面に設けた
配線用の微細な凹部に埋込んだ銅等の導電体（導電性材
料）の表面を平坦化して埋込み配線を形成するのに使用
される基板処理装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウエハ等の基板上に回路を
形成するための配線材料として、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロ
マイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが
顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設
けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形
成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶ
Ｄ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、
いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、化
学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するよう
にしている。

【０００３】図１８は、この種の銅配線基板Ｗの一製造
例を工程順に示すもので、先ず、図１８（ａ）に示すよ
うに、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１
ａの上にＳｉＯ_２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の
絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、リソグラフ
ィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用
の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリアメタ
ル（バリア層）５、更にその上に電解めっきの給電層と
してシード層７を形成する。

【０００４】そして、図１８（ｂ）に示すように、基板
Ｗの表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３
及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜
６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）によ
り、絶縁膜２上の銅膜６及びバリアメタル５を除去し
て、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた
銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にす
る。これにより、図１８（ｃ）に示すように銅膜６から
なる配線が形成される。

【０００５】また、最近ではあらゆる機器の構成要素に
おいて微細化かつ高精度化が進み、サブミクロン領域で
の物作りが一般的となるにつれて、加工法自体が材料の
特性に与える影響は益々大きくなっている。このような
状況下においては、従来の機械加工のように、工具が被
加工物を物理的に破壊しながら除去していく加工法で
は、加工によって被加工物に多くの欠陥を生み出してし
まうため、被加工物の特性が劣化する。従って、いかに
材料の特性を損なうことなく加工を行うことができるか
が問題となってくる。

【０００６】この問題を解決する手段として開発された
特殊加工法に、化学研磨や電解加工、電解研磨がある。
これらの加工法は、従来の物理的な加工とは対照的に、
化学的溶解反応を起こすことによって、除去加工等を行
うものである。従って、塑性変形による加工変質層や転
位等の欠陥は発生せず、前述の材料の特性を損なわずに
加工を行うといった課題が達成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、基板の
ほぼ全表面に成膜した銅の除去加工を化学機械的研磨
（ＣＭＰ）単独で行うと、この化学機械的研磨には、一
般に研磨液が用いられているため、研磨後の研磨液で汚
染された半導体基板を十分に洗浄する必要があるばかり
でなく、研磨液自身や洗浄時に使用する薬品のコスト
や、これらの処理における環境への負荷等の問題があ
る。このため、ＣＭＰの負荷を軽減することが強く求め
られている。

【０００８】なお、化学機械的電解研磨のように、めっ
きをしながらＣＭＰで削るというプロセスも発表されて
いるが、めっき成長面に機械加工が付加されることで、
めっきの異常成長を促すことにもなり、膜質に問題を起
こしていた。また、前述の電解加工や電解研磨では、被
加工物と電解液（ＮａＣｌ，ＮａＮＯ_３，ＨＦ，ＨＣ
ｌ，ＨＮＯ_３，ＮａＯＨ等の水溶液）との電気化学的相
互作用によって加工が進行するとされている。従って、
このような電解質を含む電解液を使用する限り、その電
解液で被加工物が汚染されることは避けられない。

【０００９】また、電解加工として、イオン交換体と純
水、好ましくは超純水を使用したものが開発されてい
る。めっき後の基板は、その表面（めっき面）に微小な
凹凸を有しており、この電解加工方法では、基板表面の
凹の部分にも純水が存在し、純水そのものはほとんど電
離されていないため、凹部の純水と接している部分では
基板の除去加工はほとんど進行しない。従って、イオン
が豊富に存在するイオン交換体と接する部分のみで除去
加工が進んでいき、通常の電解液を用いた電解加工方法
よりも平坦化性能に優れているという利点がある。しか
し、イオン交換体として弾性の低いもの、つまり柔らか
く変形しやすいものを使用すると、基板表面の凹凸にイ
オン交換体が倣ってしまい、基板の凸部を選択的に加工
して段差を解消することが困難となる。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、化学機械的研磨（ＣＭＰ）による基板処理工程の一
部または全部を、純水、好ましくは超純水等を用いた電
解加工に置き換えることにより、化学機械的研磨（ＣＭ
Ｐ）の負荷を軽減させ、更に高効率で平坦性の高い加工
を行うことができるようにした基板処理装置および方法
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研磨部
と、給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしく
は基板と給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換
体を配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を
印加して、液体存在下で基板表面を電解加工する電解加
工部と、基板を着脱自在に保持し、前記化学機械的研磨
部と前記電解加工部との間を移動自在なトップリングを
有することを特徴とする基板処理装置である。

【００１２】これにより、基板をトップリングで保持し
たまま、化学機械的研磨部での化学機械的研磨（ＣＭ
Ｐ）と、電解加工部での電解加工（エッチング）の両処
理を連続して行って、研磨液を用いる化学機械的研磨の
負荷を軽減することができる。なお、化学機械的研磨部
で研磨する工程と、電解加工部で電解加工する工程は、
任意の順番で、任意の回数行うことができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、基板の表面を化
学機械的研磨する化学機械的研磨部と、給電電極と加工
電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極と
の間の少なくとも一方に純水、もしくは電気伝導度が５
００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給し、前記給電電極と前
記加工電極との間に電圧を印加して基板の表面を電解加
工する電解加工部と、基板を着脱自在に保持し、前記化
学機械的研磨部と前記電解加工部との間を移動自在なト
ップリングを有することを特徴とする基板処理装置であ
る。

【００１４】純水は、電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換
算、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水で、純水とし
て、電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の超純水を使用
することが好ましい。このように、純水、好ましくは超
純水を用いて電解加工を行うことで、加工面に不純物を
残さない清浄な加工を行うことができ、電解加工後の洗
浄工程を簡素化することができる。ここで、純水、好ま
しくは超純水を使用した場合には、純水（超純水）中の
水分子をイオン交換体の触媒反応でＯＨ⁻とＨ^＋に解離
し、例えば発生したＯＨ⁻を電界と純水（超純水）の流
れによって加工電極側に移動させ、この加工電極近傍に
おいて、ＯＨ⁻イオンが電荷を渡すことで発生するＯＨ
ラジカルを被加工物に供給することで除去加工等を行う
ことができる。

【００１５】また、例えば、純水または超純水に界面活
性剤等の添加剤を添加して、電気伝導度が５００μＳ／
ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ、より好ましく
は、０．１μＳ／ｃｍ以下にした液体や電解液を使用し
てもよい。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮ
ａ_２ＳＯ_４等の中性塩、ＨＣｌやＨ_２ＳＯ_４等の酸、更
には、アンモニア等のアルカリが使用でき、被加工物の
特性によって、適宜選択して使用すればよい。

【００１６】請求項３に記載の発明は、基板の表面を化
学機械的研磨する化学機械的研磨部と、給電電極と加工
電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極と
の間の少なくとも一方にイオン交換体を配置し前記給電
電極と前記加工電極との間に電圧を印加して、液体存在
下で基板表面を電解加工する電解加工部と、基板を着脱
自在に保持する１つ以上のトップリングと、前記化学機
械的研磨部と前記電解加工部との間に配置され、前記化
学機械的研磨部と前記電解加工部との間で、前記トップ
リングに基板を受け渡し可能なプッシャを有することを
特徴とする基板処理装置である。これにより、プッシャ
を介して基板を受渡すことで、化学機械的研磨での化学
機械的研磨と、電解加工部での電解加工（エッチング）
の両処理を連続して行うことができる。

【００１７】請求項４に記載の発明は、基板の表面を化
学機械的研磨する化学機械的研磨部と、給電電極と加工
電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極と
の間の少なくとも一方に純水、もしくは電気伝導度が５
００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給し、前記給電電極と前
記加工電極との間に電圧を印加して基板の表面を電解加
工する電解加工部と、基板を着脱自在に保持する１つ以
上のトップリングと、前記化学機械的研磨部と前記電解
加工部との間に配置され、前記化学機械的研磨部と前記
電解加工部との間で、前記トップリングに基板を受け渡
し可能なプッシャを有することを特徴とする基板処理装
置である。

【００１８】請求項５に記載の発明は、前記化学機械的
研磨部は、固定砥粒を使用した化学機械的研磨を含むこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板
処理装置である。このように、固定砥粒を使用し、砥粒
を含まない純水または純水に界面活性剤等の添加剤を添
加した液体を使用して化学機械的研磨を行うことで、高
価で取扱いが面倒な研磨液の使用量を削減することがで
きる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、前記電解加工部
において、液体に酸化防止剤が添加されていることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装
置である。請求項７に記載の発明は、前記化学機械的研
磨部には、研磨テーブルが複数備えられていることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板処理装
置である。

【００２０】請求項８に記載の発明は、基板の表面を化
学機械的研磨で研磨する工程と、純水または電気伝導度
が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を用いた電解加工で除去
加工する工程とにより、３段以上のプロセスで基板を加
工することを特徴とする基板処理方法である。

【００２１】電解加工では、給電電極と加工電極との間
に供給する電流値が大きいと、加工レートも大きくなる
（電流値が小さいと、加工レートも小さくなる）。一
方、給電電極と加工電極との間に供給する電圧にあって
は、この電圧を高くすると、給電電極と加工電極との間
を流れる電流値が大きくなり、この結果、加工レートも
大きくなる。そこで、加工電極と給電電極との間に供給
する電圧または電流の少なくとも一方を、任意（例えば
経時的）に変化させることで、加工の段階（状況）に合
わせて加工レートを最適に調整することができる。

【００２２】また、従来の化学機械的研磨（ＣＭＰ）と
純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体または
電解液を用いた電解加工を併用することで、研磨液を用
いる化学機械的研磨の負荷を軽減することができる。な
お、この化学機械的研磨で研磨する工程と、電解加工で
エッチングする工程は、任意の順番で、任意の回数行う
ことができる。

【００２３】請求項９に記載の発明は、基板の表面を化
学機械的研磨で研磨する工程と、基板と加工電極もしく
は基板と給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換
体を配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を
印加して、純水、電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液
体もしくは電解液の存在下で電解加工で除去加工する工
程とにより、３段以上のプロセスで基板を加工すること
を特徴とする基板処理方法である。

【００２４】請求項１０に記載の発明は、基板の表面を
固定砥粒を用いた化学機械的研磨で研磨する工程と、純
水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を用
いた電解加工で除去加工する工程とにより、基板を加工
することを特徴とする基板処理方法である。これによ
り、例えば基板の表面に成膜した銅層を化学機械的研磨
と電解加工を併用して除去し、例えばＴａＮからなるバ
リアメタル（バリア層）が露出した時に該バリアメタル
を化学機械的研磨で除去することができる。

【００２５】請求項１１に記載の発明は、給電電極と加
工電極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極
との間の少なくとも一方に流体を供給し、前記給電電極
と前記加工電極との間に電圧を供給して基板表面を電解
加工する電解加工部を複数有し、前記複数の電解加工部
により基板を加工することを特徴とする基板処理装置で
ある。これにより、複数の電解加工部で、例えば性質や
種類等の特性の異なる任意のイオン交換体を使用した、
異なる加工特性を有する電解加工を施すことができる。

【００２６】請求項１２に記載の発明は、前記複数の電
解加工部の少なくとも１つの、基板と加工電極もしくは
基板と給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換体
を配置したことを特徴とする請求項１１記載の基板処理
装置である。

【００２７】請求項１３記載の発明は、前記複数の電解
加工部の全ての、基板と加工電極もしくは基板と給電電
極との間の少なくとも一方にイオン交換体を配置したこ
とを特徴とする請求項１１記載の基板処理装置である。
請求項１４に記載の発明は、前記イオン交換体を有する
電解加工部は複数備えられ、それぞれ異なる種類のイオ
ン交換体が備えられていることを特徴とする請求項１２
または１３記載の基板処理装置である。これにより、例
えばイオン交換体として弾性の高いものを使用した電解
加工部で、基板の表面の段差を解消する研磨を行い、そ
の後、イオン交換体として弾性の低いものを使用した電
解加工部で、段差解消が終了した後の所定の除去加工を
進めることができる。

【００２８】請求項１５に記載の発明は、基板の表面を
化学機械的研磨する化学機械的研磨部を更に有すること
を特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の基
板処理装置である。これにより、化学機械的研磨部で、
電解加工部とは加工条件の異なる、例えばバリアメタル
（バリア層）の除去加工を効率的に行うようにすること
ができる。バリアメタルは、研磨パッドとスラリーを用
いた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で除去加工することが
できる。

【００２９】請求項１６に記載の発明は、イオン交換体
を保持するイオン交換体保持部材と、給電電極と加工電
極を有し、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との
間の少なくとも一方に、前記イオン交換体保持部材で保
持したイオン交換体を配置し前記給電電極と前記加工電
極との間に電圧を印加して、液体存在下で基板表面を電
解加工する電解加工部と、前記電解加工部の前記イオン
交換体保持部材を他のイオン交換体保持部材に交換する
イオン交換体交換手段とを有することを特徴とする基板
処理装置である。これにより、イオン交換体を保持す
る、例えばカートリッジタイプのイオン交換体保持部材
を介して、電解加工部のイオン交換体を変更すること
で、単一の電解加工部で加工条件が異なる複数の電解加
工を行うことができる。

【００３０】請求項１７に記載の発明は、前記イオン交
換体保持部材を複数備えたことを特徴とする請求項１６
記載の基板処理装置である。請求項１８に記載の発明
は、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との間の少
なくとも一方にイオン交換体を配置し、前記加工電極と
前記給電電極との間に電圧を印加して、液体存在下で、
基板表面を多段階プロセスで電解加工する方法におい
て、高い弾性を有するイオン交換体を使用して基板を電
解加工する工程と、低い弾性を有するイオン交換体を使
用して基板を電解加工する工程を有することを特徴とす
る基板処理方法である。

【００３１】請求項１９に記載の発明は、基板と加工電
極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも一方にイ
オン交換体を配置し、前記加工電極と前記給電電極との
間に電圧を印加して、超純水、純水または電気伝導度が
５００μＳ／ｃｍ以下の流体の存在下で、前記基板と前
記加工電極もしくは前記給電電極の少なくとも一方とを
相対運動させて電解加工を行う工程と、加工電極と給電
電極との間に電圧を印加し、電解液の存在下で前記基板
と前記加工電極もしくは前記給電電極の少なくとも一方
とを相対運動させて電解加工を行う工程と、化学機械的
研磨により研磨を行う工程のいずれかの工程を複数用い
て基板表面の除去加工を行うことを特徴とする基板処理
方法である。

【００３２】請求項２０に記載の発明は、イオン交換体
を用いた電解加工により基板表面の導電性材料の加工を
行った後、電解液を用いた電解加工もしくは化学機械的
研磨のいずれか一方により基板表面のバリア層の除去加
工を行うことを特徴とする請求項１９記載の基板処理方
法である。請求項２１に記載の発明は、イオン交換体を
用いた電解加工で基板表面の導電性材料の除去加工を行
った後、前記イオン交換体とは異なるイオン交換体を用
いた電解加工、電解液を用いた電解加工もしくは化学機
械的研磨の任意の組合せで基板表面のバリア層の除去加
工を行うことを特徴とする基板処理方法である。

【００３３】請求項２２に記載の発明は、前記導電性材
料が銅であることを特徴とする請求項２０または２１記
載の基板処理方法である。請求項２３に記載の発明は、
前記バリア層が、ＴａＮ，Ｔａ，ＴｉＮまたはＷＮであ
ることを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれかに記
載の基板処理方法である。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、この例では、図１８（ｂ）
に示す、絶縁膜２上に堆積した銅膜６及びバリアメタル
５を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に
充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一
平面することで、図１８（ｃ）に示すように、銅膜６か
らなる配線が形成するようにした例を示しているが、銅
膜以外にも適用できることは勿論である。

【００３５】図１及び図２は、本発明の第１の実施の形
態の基板処理装置１０を示し、図３は、この基板処理装
置１０を備えた基板処理システムの全体構成を示す。図
３に示すように、この基板処理システムは、例えば、図
１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）として
の銅膜６を有する基板Ｗを収納したカセットを搬出入す
る搬出入部としての一対のロード・アンロード部１２、
基板Ｗを反転させる反転機１４、基板受渡し用のプッシ
ャ１６、洗浄装置１８及び基板処理装置１０を備えてい
る。そして、ロード・アンロード部１２、反転機１４、
プッシャ１６及び洗浄装置１８に囲まれた位置に、これ
らの間で基板Ｗを搬送して授受する搬送装置としての走
行型搬送ロボット２０が配置されている。更に、基板処
理装置１０による電解加工の際に、下記の加工電極４４
と給電電極４６との間に印加する電圧、またはこの間を
流れる電流を任意に制御する等の種々の制御を行う制御
部２２が備えられている。

【００３６】図１及び図２に示すように、基板処理装置
１０は、基板の表面を化学機械的研磨する化学機械的研
磨部２４と、基板の表面を超純水または純水を用いた電
解加工でエッチングする電解加工部２６と、基板を着脱
自在に保持して化学機械的研磨部２４と電解加工部２６
との間を搬送する搬送部２８とから主に構成されてい
る。

【００３７】化学機械的研磨部２４は、回転（自転）自
在な研磨テーブル３０と、この研磨テーブル３０の上面
に貼着した研磨布３２を有し、この研磨布３２の上面が
研磨面３２ａとなるようになっており、研磨テーブル３
０の上方に、研磨布３２に砥液（研磨液）３４を供給す
る砥液ノズル３６が配置されている。なお、市場で入手
できる研磨布３２としては、例えば、ロデール社製のＳ
ＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００等が挙げられる。化学機
械的研磨では、砥粒を介して基板の平坦化が行われる。
研磨テーブル３０と基板Ｗは、相対運動すればよく、研
磨テーブル３０は、自転の他、スクロール運動（並進回
転運動）、往復直線運動するようにしてもよい。

【００３８】電解加工部２６は、中空モータ４０に直結
され該中空モータ４０の駆動に伴って、自転を行わない
公転運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を
行う加工テーブル４２を有している。この加工テーブル
４２は、絶縁体から構成されており、この加工テーブル
４２の上面に、扇状の加工電極４４と給電電極４６とが
円周方向に沿って所定間隔離間して交互に埋設され、こ
の加工電極４４と給電電極４６の上面にイオン交換体４
８が配置されている。更に、中空モータ４０の内部に
は、外部から延びる純水供給管（図示せず）が配置さ
れ、加工テーブル４２の中心部には、この純水供給管と
連通して加工テーブル４２の上面で開口する貫通孔が設
けられている。これによって、この純水供給管と連通孔
を通って、純水、好ましくは超純水が加工テーブル４２
の上面のイオン交換体４８に供給されるようになってい
る。

【００３９】ここで、純水は、例えば電気伝導度が１０
μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導
度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。なお、純水、好
ましくは超純水の代わりに、電気伝導度が５００μＳ／
ｃｍ以下の液体や、任意の電解液を使用、または酸化防
止剤（例えばＢＴＡ；ベンゾトリアゾール）を添加して
もよい。加工中に電解液を供給、または酸化防止剤（例
えばＢＴＡ；ベンゾトリアゾール）を添加することによ
り、加工生成物、気体発生等による加工不安定性を除去
でき、均一な、再現性のよい加工が得られる。ＢＴＡ
は、各種金属の表面に薄い皮膜を形成する。本発明によ
る電解加工では形成された皮膜をイオン交換体のスクラ
ブ効果により取除くことができ、露出した酸化膜の形成
されていない金属表面を加工電極もしくは加工電極の上
のイオン交換体と接触させることができる。

【００４０】この例では、加工テーブル４２の上面に複
数の扇状の電極板５０を円周方向に沿って配置し、この
電極板５０に電源５２の陰極と陽極とを交互に接続する
ことで、電源５２の陰極と接続した電極板５０が加工電
極４４となり、陽極と接続した電極板５０が給電電極４
６となるようにしている。これは、例えば銅にあって
は、陰極側に電解加工作用が生じるからであり、被加工
材料によっては、陰極側が給電電極となり、陽極側が加
工電極となるようにしてもよい。つまり、被加工材料
が、例えば銅、モリブデンまたは鉄にあっては、陰極側
に電解加工作用が生じるため、電源５２の陰極と接続し
た電極板５０が加工電極４４となり、陽極と接続した電
極板５０が給電電極４６となるようにする。一方、例え
ばアルミニウムやシリコンにあっては、陽極側で電解加
工作用が生じるため、電極の陽極に接続した電極を加工
電極となし、陰極側を給電電極とすることができる。

【００４１】イオン交換体４８は、例えば、アニオン交
換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成され
ている。カチオン交換体は、好ましくは強酸性カチオン
交換基（スルホン酸基）を担持したものであるが、弱酸
性カチオン交換基（カルボキシル基）を担持したもので
もよい。また、アニオン交換体は、好ましくは強塩基性
アニオン交換基（第４級アンモニウム基）を担持したも
のであるが、弱塩基性アニオン交換基（３級以下のアミ
ノ基）を担持したものでもよい。

【００４２】ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付
与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９
０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後
グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、
グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ
化して第４級アンモニウム基を導入して作製される。導
入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の
量により決定される。グラフト重合を行うためには、例
えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、
更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルス
チレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反
応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフ
ト量を制御することができる。従って、グラフト重合前
の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラ
フト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が
可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基
は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。

【００４３】強酸性カチオン交換能を付与した不織布
は、前記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様
に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオ
レフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合
を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を
導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫
酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。ま
た、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入でき
る。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であ
り、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大
で５ｍｅｑ／ｇが可能である。

【００４４】なお、イオン交換体４８の素材の材質とし
ては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィ
ン系高分子、またはその他有機高分子が挙げられる。ま
た素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多
孔質材、ネット、短繊維等が挙げられる。

【００４５】ここで、ポリエチレンやポリプロピレン
は、放射線（γ線と電子線）を先に素材に照射する（前
照射）ことで、素材にラジカルを発生させ、次にモノマ
ーと反応させてグラフト重合することができる。これに
より、均一性が高く、不純物が少ないグラフト鎖ができ
る。一方、その他の有機高分子は、モノマーを含浸さ
せ、そこに放射線（γ線、電子線、紫外線）を照射（同
時照射）することで、ラジカル重合することができる。
この場合、均一性に欠けるが、ほとんどの素材に適用で
きる。

【００４６】このように、イオン交換体４８をアニオン
交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成す
ることで、純水または超純水や電解液等の液体が不織布
の内部を自由に移動して、不織布内部の水分解触媒作用
を有する活性点に容易に到達することが可能となって、
多くの水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離され
る。さらに、解離によって生成した水酸化物イオンが純
水または超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良
く加工電極４４の表面に運ばれるため、低い印加電圧で
も高電流が得られる。

【００４７】更に、図１に示すように、加工テーブル４
２の側方に位置して、イオン交換体４８を再生する再生
部５４が備えられている。この再生部５４は、揺動自在
な揺動アーム５６と、この揺動アーム５６の自由端に保
持した再生ヘッド５８とを有している。そして、電源５
２（図２参照）を介して、イオン交換体４８に加工時と
は逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の
付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換
体４８を再生できるようになっている。この場合、再生
されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上面に
供給される純水または超純水でリンスされる。

【００４８】搬送部２８は、化学機械的研磨部２４と電
解加工部２６とに挟まれた位置に設置され、下端に取付
けた旋回モータ６０の駆動に伴って旋回する旋回軸６２
を有している。この旋回軸６２には、上端に取付けた上
下動モータ６４の駆動に伴って軸方向に沿って上下動す
る上下動板６６が備えられ、この上下動板６６に水平方
向に延びるトップリングヘッド６８の基端部が固定され
ている。このトップリングヘッド６８の自由端には、昇
降軸７２が備えられ、この昇降軸７２の下端に、基板Ｗ
を着脱自在に保持するトップリング７４がボールジョイ
ント７６を介して傾動自在に連結されている。

【００４９】昇降軸７２と平行に、この昇降軸７２を介
してトップリング７４で保持した基板Ｗを所定の押圧力
で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ
７８が配置されている。更に、この昇降軸７２に取付け
た従動プーリ８０とトップリング回転用モータ８２の駆
動軸に取付けた駆動プーリ８４との間にタイミングベル
ト８６が掛け渡され、これによって、このモータ８２の
駆動に伴って、トップリング７４が昇降軸７２と一体に
回転するようになっている。

【００５０】これにより、トップリングヘッド６８を揺
動させて、トップリング７４を図３に示すプッシャ１６
の直上方に移動させ、このプッシャ１６を上昇させて、
プッシャ１６から基板Ｗを受取る。そして、トップリン
グ７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘッド
６８を揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３
０の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４を
下降させ、シリンダ７８を介してトップリング７４で保
持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定
の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とトップリン
グ７４とを回転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布
３２に砥液を供給する。これによって、基板Ｗの表面
（下面）の化学機械的研磨を行う。

【００５１】また、トップリング７４で基板Ｗを保持し
た状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トッ
プリング７４を加工テーブル４２の上方に移動させる。
しかる後、トップリング７４を下降させて、トップリン
グ７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交
換体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブ
ル４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、
好ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交
換体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６
との間に電圧を印加する。これによって、基板の表面
（下面）の電解加工（エッチング）を行う。

【００５２】次に、この基板処理システムによる基板処
理（電解加工）について説明する。なお、この例では、
トップリング７４で保持した基板Ｗの表面を化学機械的
研磨で研磨し、次に、電解加工でエッチングした後、更
に化学機械的研磨で研磨することで、図１８に示す、基
板Ｗの表面に成膜した銅膜６を化学機械的研磨と電解加
工を併用して除去し、例えばＴａＮからなるバリアメタ
ル（バリア層）５が露出した時に該バリアメタル５を化
学機械的研磨で除去するようにした例を示す。この化学
機械的研磨で研磨する工程と、電解加工でエッチングす
る工程は、任意の順番で、任意の回数行うことができる
ことは勿論である。

【００５３】先ず、例えば図１８（ｂ）に示す、表面に
導電体膜（被加工部）として銅膜（導電性材料）６を形
成した基板Ｗを収納してロード・アンロード部１２にセ
ットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボット２
０で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機１４に
搬送して反転させて、基板Ｗの銅膜６を形成した表面が
下を向くようにする。次に、この表面が下を向いた基板
Ｗを搬送ロボット２０でプッシャ１６まで搬送してプッ
シャ１６上に載置する。そして、トップリングヘッド６
８を揺動させて、トップリング７４をプッシャ１６の直
上方に移動させ、プッシャ１６を上昇させて、プッシャ
１６上の基板Ｗをトップリング７４で吸着保持する。

【００５４】次に、トップリング７４で基板Ｗを保持し
た状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トッ
プリング７４を研磨テーブル３０の上方に移動させる。
しかる後、トップリング７４を下降させ、シリンダ７８
を介してトップリング７４で保持した基板Ｗを研磨テー
ブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧する。こ
の状態で、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回
転させ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を
供給して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行
う。そして、基板Ｗ上に銅膜６の膜厚が所定の値に達し
たことを検知した時、トップリング７４を上昇させ、研
磨テーブル３０とトップリング７４の回転を停止し、更
に砥液の供給を停止して化学機械的研磨を一旦終了す
る。

【００５５】次に、トップリング７４で基板Ｗを保持し
たまま、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップ
リング７４を加工テーブル４２の上方に移動させる。し
かる後、トップリング７４を下降させて、トップリング
７４で保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換
体４８に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル
４２とトップリング７４とを回転させ、同時に純水、好
ましくは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換
体４８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６と
の間に電圧を印加して、基板の表面（下面）の電解加工
（エッチング）を行う。

【００５６】つまり、イオン交換体４８により生成され
た水素イオンまたは水酸化物イオンによって、基板Ｗに
設けられた銅膜６の電解加工を行うのであり、純水、好
ましくは超純水がイオン交換体４８の内部を流れるよう
にすることで、水素イオンまたは水酸化物イオンを多量
に生成し、これを基板Ｗの表面に供給することで、効率
のよい電解加工を行うことができる。

【００５７】ここで、純水、好ましくは超純水がイオン
交換体４８の内部を流れるようにすることで、水の解離
反応を促進させる官能基（強酸性陽イオン交換材料では
スルホン酸基）に充分な水を供給して水分子の解離量を
増加させ、水酸化物イオン（もしくはＯＨラジカル）と
の反応により発生した加工生成物（ガスも含む）を水の
流れにより除去して、加工効率を高めることができる。
従って、純水、好ましくは超純水の流れは必要で、また
純水、好ましくは超純水の流れとしては、一様かつ均一
であることが望ましく、一様かつ均一な流れとすること
で、イオンの供給及び加工生成物の除去の一様性及び均
一性、ひいては加工効率の一様性及び均一性を図ること
ができる。

【００５８】この時、加工電極４４と給電電極４６との
間に印加する電圧、またはこの間に供給する電流を制御
部２２で任意に変化させて加工レートを最適に調整し、
例えばＴａＮ等からなるバリアメタル５が露出したこと
検知した時に電解研磨を終了する。つまり、加工電極４
４と給電電極４６との間に供給する電圧にあっては、こ
の電圧を高くすると、加工電極４４と給電電極４６との
間を流れる電流値が大きなり、この結果、加工レートも
大きくなる。そこで、このように、加工電極４４と給電
電極４６との間に供給する電圧または電流の少なくとも
一方を、任意（例えば経時的）に変化させることで、加
工の段階（状況）に合わせて加工レートを最適に調整す
ることができる。そして、電解加工完了後、電源５２の
接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工テー
ブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。

【００５９】次に、トップリング７４で基板Ｗを保持し
たまま、前述と同様にして、トップリングヘッド６８を
揺動させて、トップリング７４を研磨テーブル３０の上
方に移動させ、トップリング７４で保持した基板Ｗを研
磨テーブル３０の研磨面３２ａに所定の押圧力で押圧し
つつ、研磨テーブル３０とトップリング７４とを回転さ
せ、同時に砥液ノズル３６から研磨布３２に砥液を供給
して、基板Ｗの表面（下面）の化学機械的研磨を行う。

【００６０】そして、図１８（ｃ）に示すように、コン
タクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の
表面と絶縁膜２の表面とがほぼ同一平面となって、銅膜
６からなる配線が形成されされたことを検知した時、ト
ップリング７４を上昇させ、研磨テーブル３０とトップ
リング７４の回転を停止し、更に砥液の供給を停止して
化学機械的研磨を終了する。

【００６１】この研磨終了後、トップリングヘッド６８
を揺動させて基板Ｗをプッシャ１６に受渡す。搬送ロボ
ット２０は、このプッシャ１６から基板Ｗを受取り、必
要に応じて反転機１４に搬送して反転させ、更に洗浄装
置１８に搬送して洗浄・乾燥した後、基板Ｗをロード・
アンロード部１２のカセットに戻す。

【００６２】なお、この例では、電解加工部２６に純
水、好ましくは超純水を供給した例を示している。この
ように電解質を含まない純水、好ましくは超純水を使用
して電解加工を行うことで、基板Ｗの表面に電解質等の
余分な不純物が付着したり、残留したりすることをなく
すことができる。更に、電解によって溶解した銅イオン
等が、イオン交換体４８にイオン交換反応で即座に捕捉
されるため、溶解した銅イオン等が基板Ｗの他の部分に
再度析出したり、酸化されて微粒子となり基板Ｗの表面
を汚染したりすることがない。

【００６３】ここで、超純水は、比抵抗が大きく電流が
流れ難いため、電極と被加工物との距離を極力短くした
り、電極と被加工物との間にイオン交換体を挟むことで
電気抵抗を低減したりしているが、さらに電解液を組み
合わせることで、更に電気抵抗を低減して消費電力を削
減することができる。なお、電解液による加工では、被
加工物の加工される部分が加工電極よりやや広い範囲に
及ぶが、超純水とイオン交換体の組合せでは、超純水に
ほとんど電流が流れないため、被加工物の加工電極とイ
オン交換体が投影された範囲内のみが加工されることに
なる。

【００６４】また、純水または超純水の代わりに、純水
または超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよ
い。電解液を使用することで、さらに電気抵抗を低減し
て消費電力を削減することができる。この電解液として
は、例えば、ＮａＣｌやＮａ _２ＳＯ_４等の中性塩、ＨＣ
ｌやＨ_２ＳＯ_４等の酸、更には、アンモニア等のアルカ
リなどの溶液が使用でき、被加工物の特性によって適宜
選択して使用すればよい。電解液を用いる場合は、基板
Ｗとイオン交換体４８との間に僅かの隙間を設けて非接
触とすることが好ましい。

【００６５】更に、純水または超純水の代わりに、純水
または超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が
５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以
下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で
１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。こ
のように、純水または超純水に界面活性剤を添加するこ
とで、基板Ｗとイオン交換体４８の界面にイオンの移動
を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによっ
て、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して加工面
の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性
剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が望ましい。なお、電気伝
導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工速度が
遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０
μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以
下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の
加工速度を得ることができる。

【００６６】また、基板Ｗと加工電極４４及び給電電極
４６との間にイオン交換体４８を挟むことで、加工速度
を大幅に向上させるようにしている。つまり、超純水電
気化学的加工は、超純水中の水酸化物イオンと被加工材
料との化学的相互作用によるものである。しかし、超純
水中に含まれる反応種である水酸化物イオン濃度は、常
温・常圧状態で１０^−７ｍｏｌ／Ｌと微量であるため、
除去加工反応以外の反応（酸化膜形成等）による除去加
工効率の低下が考えられる。このため、除去加工反応を
高効率で行うためには、水酸化物イオンを増加させる必
要がある。そこで、水酸化物イオンを増加させる方法と
して、触媒材料により超純水の解離反応を促進させる方
法があり、その有力な触媒材料としてイオン交換体が挙
げられる。具体的には、イオン交換体中の官能基と水分
子との相互作用により水分子の解離反応に関する活性化
エネルギを低下させる。これによって、水の解離を促進
させて、加工速度を向上させることができる。

【００６７】ここで、例えばイオン交換体４８としてカ
チオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を
行うと、加工終了後に銅がイオン交換体（カチオン交換
体）４８のイオン交換基を飽和しており、次の加工を行
う時の加工効率が悪くなる。また、イオン交換体４８と
してアニオン交換基を付与したものを使用して銅の電解
加工を行うと、イオン交換体（アニオン交換体）４８の
表面に銅の酸化物の微粒子が生成されて付着し、次の処
理基板の表面を汚染するおそれがある。

【００６８】そこで、このような場合に、揺動アーム５
６の自由端に保持した再生ヘッド５８を加工テーブル４
２のイオン交換体４８に近接乃至接触させ、この状態
で、電源５２を介してイオン交換体４８に加工時とは逆
の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅等の付着
物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体４
８を再生する。この場合、再生されたイオン交換体４８
は、加工テーブル４２の上面に供給される純水または超
純水でリンスされる。

【００６９】図４は、本発明の第２の実施の形態の基板
処理装置１０ａを示す。この基板処理装置１０ａの前記
図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、化
学機械的研磨部２４として、研磨テーブル３０の表面
（上面）に固定砥粒からなる固定砥粒定盤９０を貼着
し、この固定砥粒定盤９０の表面を研磨面９０ａとなす
とともに、研磨テーブル３０の上方に、砥粒を含まない
純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添加した液
体９１を供給する液体ノズル９２を配置した点である。

【００７０】ここに、固定砥粒は、例えばセリアやシリ
カ等の砥粒を、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、熱可塑
性樹脂、ＭＢＳやＡＢＳ等のコアシェル型樹脂等のバイ
ンダ中に固定し、金型で板状に成形したものである。こ
の砥粒とバインダと空孔率の比率は、例えば、砥粒：バ
インダ：空孔率＝１０〜５０％：３０〜８０％：０〜４
０％（境界値を含む）である。

【００７１】このような固定砥粒定盤９０は、硬質の研
磨面９０ａを構成しており、傷（スクラッチ）の発生を
防止しつつ、安定した研磨速度が得られ、しかも砥粒を
含まない純水、または純水に界面活性剤等の添加剤を添
加した液体を供給して化学機械的研磨を行うことで、高
価で取扱いが面倒な研磨液の使用量を削減することがで
きる。

【００７２】図５は、本発明の第３の実施の形態の基板
処理装置１０ｂを示す。この基板処理装置１０ｂの前記
図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、研
磨テーブル３０として、基板Ｗの直径よりやや大きな直
径を有し、中空モータ９４の回転によって、自転を行わ
ない公転運動、いわゆる並進運動（スクロール運動）を
行うようにしたものを使用し、更に砥液供給ライン９６
に介装したポンプ９８の駆動に伴い、中空モータ９４の
中空部、及び研磨テーブル３０の内部に設けた砥液流路
３０ａを通過させて、砥液を研磨布３２に供給するよう
にした点である。この例によれば、研磨テーブル３０の
小型化を図るとともに、基板Ｗと研磨布３２の研磨面３
２ａとの摺動速度を基板Ｗの全面に亘って均一にするこ
とができる。

【００７３】図６は、本発明の第４の実施の形態の基板
処理装置１０ｃを示す。この基板処理装置１０ｃの前記
図１及び図２に示す基板処理装置１０と異なる点は、化
学機械的研磨部２４として、モータの駆動に伴って回転
する駆動ローラ１００と該駆動ローラ１００と平行に配
置した従動ローラ１０２との間に、無端状の研磨布１０
４を走行自在に掛け渡し、上方を走行する研磨布１０４
の下方に押圧台１０６を配置したものを使用し、更に、
電解加工部２６の加工テーブル４２の上面に配置される
イオン交換体４８として、この例では、一対の強酸性カ
チオン交換繊維４８ａ，４８ｂと、この強酸性カチオン
交換繊維４８ａ，４８ｂに挟まれた強酸性カチオン交換
膜４８ｃとの３層構造からなる積層体で構成したものを
使用した点である。ここで、砥液３４を供給する砥液ノ
ズル３６は、押圧台１０６の上流側に配置されている。
また、イオン交換体（積層体）４８は、通水性が良く、
硬度が高いばかりでなく、基板Ｗと対向する露出表面
（上面）が良好な平滑性を有するようになっている。

【００７４】この例によれば、シリンダ７８を介してト
ップリング７４で保持した基板Ｗを研磨布１０４の研磨
面に所定の押圧力で押圧し、トップリング７４を回転さ
せつつ、研磨布１０４を走行させ、同時に砥液ノズル３
６から研磨布１０４に砥液３４を供給して、基板Ｗの表
面（下面）の化学機械的研磨を行う。

【００７５】ここに、イオン交換体４８を不織布、織
布、多孔膜等のイオン交換材料を複数枚重ねた多層構造
とすることで、イオン交換体４８の持つトータルのイオ
ン交換容量を増加させ、例えば、銅の除去（研磨）加工
を行う際に、酸化物の発生を抑制して、酸化物が加工レ
ートに影響することを防止することができる。つまり、
イオン交換体４８のトータルのイオン交換容量が除去加
工の段階で取り込まれる銅イオンの量よりも小さい場合
には、酸化物がイオン交換体の表面もしくは内部に生成
されてしまい、加工レートに影響を及ぼす。この原因と
しては、イオン交換体のイオン交換基の量が影響し、容
量以上の銅イオンは酸化物となると考えられる。このた
め、イオン交換体４８を、イオン交換材料を複数枚重ね
た多層構造として、トータルのイオン交換容量を高める
ことで、酸化物の発生を抑制することができる。

【００７６】図７は、本発明の第５の実施の形態の基板
処理装置１０ｄを示す。この基板処理装置１０ｄは、前
記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成の
化学機械的研磨部２４と電解加工部２６とを備えてお
り、この化学機械的研磨部２４と電解加工部２６との間
に、ロード・アンロード機構を備えたプッシャ１０８が
配置されている。

【００７７】更に、化学機械的研磨部２４の側方に位置
して、旋回自在な第１旋回軸１１０が配置され、この第
１旋回軸１１０に該旋回軸１１０の旋回に伴って揺動す
る第１トップリングヘッド１１２が上下動自在に備えら
れている。この第１トップリングヘッド１１２の自由端
に第１昇降軸１１４が回転自在に支承され、この第１昇
降軸１１４の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持する第１
トップリング１１６が取付けられている。更に、この第
１トップリング１１６で保持した基板Ｗを所定の押圧力
で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシリンダ
１１８と、第１トップリング１１６を回転させる第１ト
ップリング回転用モータ１２０が備えられている。

【００７８】これにより、プッシャ１０８上に置かれた
基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ１０
８の直上方に移動させた第１トップリング１１６で吸着
保持し、この第１トップリング１１６で保持した基板Ｗ
を、第１旋回軸１１０を旋回させて研磨テーブル３０の
上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に化学機械的
研磨を行い、この研磨後の基板Ｗを、第１旋回軸１１０
を旋回させてプッシャ１０８の直上方に移動させてプッ
シャ１０８に戻すことができるようになっている。

【００７９】一方、電解加工部２６の側方に位置して、
旋回自在な第２旋回軸１３０が配置され、この第２旋回
軸１３０に該旋回軸１３０の旋回に伴って揺動する第２
トップリングヘッド１３２が上下動自在に備えられてい
る。この第２トップリングヘッド１３２の自由端に第２
昇降軸１３４が回転自在に支承され、この第２昇降軸１
３４の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持する第２トップ
リング１３６が取付けられている。更に、第２トップリ
ング１３６を回転させる第２トップリング回転用モータ
１４０が備えられている。

【００８０】これにより、プッシャ１０８上に置かれた
基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０
８の直上方に移動させた第２トップリング１３６で吸着
保持し、この第２トップリング１３６で保持した基板Ｗ
を、第２旋回軸１３０を旋回させて加工テーブル４２の
上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解加工
（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗを、第
２旋回軸１３０を旋回させてプッシャ１０８の直上方に
移動させてプッシャ１０８に戻すことができるようにな
っている。

【００８１】この例によれば、例えば化学機械的研磨部
２４で研磨を行った基板をプッシャ１０８上に置き、こ
の研磨後のプッシャ１０８上に置かれた基板を電解加工
部２６で電解加工して、プッシャ１０８に戻すことがで
き、これによって、プッシャ１０８を介して基板Ｗを受
渡すことで、化学機械的研磨部２４での化学機械的研磨
と、電解加工部２６での電解加工（エッチング）の両処
理を連続して行うことができる。

【００８２】図８及び図９は、本発明の第６の実施の形
態の基板処理装置１０ｅを示す。この基板処理装置１０
ｅは、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様
な構成の２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂと、１
つの電解加工部２６とを備えている。そして、これらの
化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂ及び電解加工部２６
は、直列に沿った位置に配置されており、これらの側方
に、基板Ｗを保持して走行する基板搬送装置１５０が配
置されている。

【００８３】この基板搬送装置１５０は、ベース１５２
と、前記図１及び図２に示す基板処理装置１０の搬送部
２８とほぼ同様な構成で、ベース１５２に設けた走行用
モータ１５４の駆動に伴って、該ベース１５２に沿って
走行する走行部１５６とを有している。この走行部１５
６は、支柱１５８を有し、この支柱１５８には、上端に
取付けた上下動モータ１６０の駆動に伴って軸方向に沿
って上下動する上下動板１６２が備えられ、この上下動
板１６２に水平方向に延びるトップリングヘッド１６４
の基端部が固定されている。このトップリングヘッド１
６４の自由端には、昇降軸１６６が備えられ、この昇降
軸１６６の下端に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップ
リング１６８がボールジョイント１７０を介して傾動自
在に連結されている。

【００８４】昇降軸１６６と平行に、この昇降軸１６６
を介してトップリング１６８で保持した基板Ｗを所定の
押圧力で研磨テーブル３０の研磨面３２ａに押圧するシ
リンダ１７２が配置されている。更に、この昇降軸１６
６に取付けた従動プーリ１７４とトップリング回転用モ
ータ１７６の駆動軸に取付けた駆動プーリ１７８との間
にタイミングベルト１８０が掛け渡され、これによっ
て、このモータ１７６の駆動に伴って、トップリング１
６８が昇降軸１６６と一体に回転するようになってい
る。

【００８５】これにより、例えば、一方の化学機械的研
磨部２４ａでの化学機械的研磨、電解加工部２６での電
解加工、他方の化学機械的研磨部２４ｂでの化学機械的
研磨を順に行う場合には、トップリング１６８で基板Ｗ
を保持した状態で、走行部１５６を走行させて、トップ
リング１６８を化学機械的研磨部２４ａの研磨テーブル
３０の上方に移動させる。しかる後、トップリング１６
８を下降させ、シリンダ１７２を介してトップリング１
６８で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研磨面３２
ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル３０とト
ップリング１６８とを回転させ、同時に砥液ノズル３６
から研磨布３２に砥液を供給する。これによって、基板
の表面（下面）の化学機械的研磨を行う。

【００８６】次に、トップリング１６８で基板Ｗを保持
したまま、トップリング１６８を上昇させ、走行部１５
６を走行させて、トップリング１６８を電解加工部２６
の加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、上
下動モータ１６０の駆動により、トップリング１６８で
保持した基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８
に近接乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２と
トップリング１６８とを回転させ、同時に純水、好まし
くは超純水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４
８に供給しながら、加工電極４４と給電電極４６との間
に電圧を印加する。これによって、基板の表面（下面）
の電解加工（エッチング）を行う。

【００８７】そして、トップリング１６８で基板Ｗを保
持したまま、トップリング１６８を上昇させ、走行部１
５６を走行させて、トップリング１６８を化学機械的研
磨部２４ｂの研磨テーブル３０の上方に移動させる。し
かる後、前述と同様に、シリンダ１７２を介してトップ
リング１６８で保持した基板Ｗを研磨テーブル３０の研
磨面３２ａに所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル
３０とトップリング１６８とを回転させ、同時に砥液ノ
ズル３６から研磨布３２に砥液を供給して、基板の表面
（下面）の化学機械的研磨を行う。

【００８８】ここで、各化学機械的研磨部２４ａ，２４
ｂでは、プロセスステップを変えた化学機械的研磨を行
う。このプロセスステップを変えるとは、加工工具、基
板と研磨面との相対速度、加工液、基板の押圧力等の少
なくとも１つを変えることを意味する。なお、同一の化
学機械的研磨部で、プロセスステップを変えた化学機械
的研磨を行うようにしてもよい。

【００８９】図１０は、本発明の第７の実施の形態の基
板処理装置１０ｆを示す。この基板処理装置１０ｆは、
前記図１及び図２に示す基板処理装置１０と同様な構成
の２つの化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂと、１つの電
解加工部２６とを備えており、この一方の化学機械的研
磨部２４ａと電解加工部２６との間、及び２つの化学機
械的研磨部２４ａ，２４ｂの間に、図７に示す基板処理
装置１０ｄに備えられているものと同様な構成の、ロー
ド・アンロード機構を備えたプッシャ１０８ａ，１０８
ｂがそれぞれ配置されている。

【００９０】更に、各化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂ
の側方には、図７に示す基板処理装置１０ｄに備えられ
ているものとほぼ同様な構成を備えた旋回自在な第１旋
回軸１１０が配置され、プッシャ１０８ａまたは１０８
ｂ上に置かれた基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させ
てプッシャ１０８ａまたは１０８ｂの直上方に移動させ
た第１トップリング１１６で吸着保持し、この第１トッ
プリング１１６で保持した基板Ｗを、第１旋回軸１１０
を旋回させて研磨テーブル３０の上方に移動させ、この
位置で基板Ｗの表面に化学機械的研磨を行い、この研磨
後の基板Ｗを、第１旋回軸１１０を旋回させてプッシャ
１０８ａまたは１０８ｂの直上方に移動させてプッシャ
１０８ａまたは１０８ｂに戻すことができるようになっ
ている。

【００９１】一方、電解加工部２６の側方には、図７に
示す基板処理装置１０ｄに備えられているものとほぼ同
様な構成を備えた第２旋回軸１３０が配置され、プッシ
ャ１０８ａ上に置かれた基板Ｗを、第２旋回軸１３０を
旋回させてプッシャ１０８ａの直上方に移動させた第２
トップリング１３６で吸着保持し、この第２トップリン
グ１３６で保持した基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回
させて加工テーブル４２の上方に移動させ、この位置で
基板Ｗの表面に電解加工（エッチング）を行い、この電
解加工後の基板Ｗを、第２旋回軸１３０を旋回させてプ
ッシャ１０８ａの直上方に移動させてプッシャ１０８ａ
に戻すことができるようになっている。

【００９２】この例によれば、例えば電解加工部２６で
電解加工を行った基板をプッシャ１０８ａ上に置き、こ
の電解加工後のプッシャ１０８ａ上に置かれた基板を化
学機械的研磨部２４ａで研磨して、この研磨後の基板を
プッシャ１０８ｂ上に置き、この研磨後のプッシャ１０
８ｂ上に置かれた基板を化学機械的研磨部２４ｂで研磨
してプッシャ１０８ｂに戻すことができ、これによっ
て、プッシャ１０８ａ，１０８ｂを介して基板Ｗを受渡
すことで、化学機械的研磨部２４ａ，２４ｂでの化学機
械的研磨と、電解加工部２６での電解加工（エッチン
グ）の両処理を連続して行うことができる。

【００９３】なお、この例では、ロード・アンロード機
構を備えた２つのプッシャ１０８ａ，１０８ｂを備えた
例を示しているが、例えば化学機械的研磨部２４ａと電
解加工部２６との間のみにロード・アンロード機構を備
えたプッシャを配置し、２つの化学機械的研磨部の間
は、共通のトップリングを使用するようにしてもよい。

【００９４】図１１及び図１２は、本発明の第８の実施
の形態の基板処理装置１０ｇを示し、図１３は、この基
板処理装置１０ｇを備えた基板処理システムの全体構成
を示す。図１３に示すように、この基板処理システム
は、例えば、図１８（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被
加工部）としての銅膜６を有する基板Ｗを収納したカセ
ットを搬出入する搬出入部としての一対のロード・アン
ロード部１２、基板Ｗを反転させる反転機１４、基板受
渡し用のプッシャ１６、洗浄装置１８及び基板処理装置
１０ｇを備えている。そして、ロード・アンロード部１
２、反転機１４、プッシャ１６及び洗浄装置１８に囲ま
れた位置に、これらの間で基板Ｗを搬送して授受する搬
送装置としての走行型搬送ロボット２０が配置されてい
る。更に、基板処理装置１０ｇによる電解加工の際に、
下記の加工電極４４と給電電極４６との間に印加する電
圧、またはこの間を流れる電流を任意に制御する等の種
々の制御を行う制御部２２が備えられている。

【００９５】基板処理装置１０ｇには、複数の電解加工
部が備えられている。例えば、図１１及び図１２に示す
例では、基板の表面を超純水または純水を用いた電解加
工でエッチングする第１の電解加工部２６ａと第２の電
解加工部２６ｂの２個の電解加工部が備えられ、これら
電解加工部２６ａ，２６ｂの間に、基板Ｗを着脱自在に
保持して第１の電解加工部２６ａと第２の電解加工部２
６ｂとの間を搬送する搬送部２８が配置されている。

【００９６】第１の電解加工部２６ａ及び第２の電解加
工部２６ｂは、共に中空モータ４０に直結され該中空モ
ータ４０の駆動に伴って、自転を行わない公転運動、い
わゆるスクロール運動（並進回転運動）を行う加工テー
ブル４２を有している。この加工テーブル４２は、絶縁
体から構成されており、この加工テーブル４２の上面
に、扇状の加工電極４４と給電電極４６とが円周方向に
沿って所定間隔離間して交互に埋設されている。そし
て、第１の電解加工部２６ａの加工電極４４と給電電極
４６の上面には、第１のイオン交換体４８ｄが、第２の
電解加工部２６ｂの加工電極４４と給電電極４６の上面
には、第２のイオン交換体４８ｅがそれぞれ配置されて
いる。

【００９７】ここで、第１の電解加工部２６ａにあって
は、その第１のイオン交換体４８ｄとして弾性が高く変
形しにくいものが、第２の電解加工部２６ｂにあって
は、その第２のイオン交換体４８ｅとして弾性の低い
（前記第１のイオン交換体４８ｄより弾性率が小さく変
形しやすい）ものがそれぞれ使用されている。ここで、
弾性の高いイオン交換体４８ｄとしては、例えば Nafio
n117 (Dupont社製)等が挙げられる。また、弾性の低い
イオン交換体４８ｅとしては、織布や不織布にグラフト
重合を施してイオン交換能力を付加したものなどが挙げ
られる。このイオン交換体４８ｄ，４８ｅとしては、前
述の図６に示す基板処理装置１０ｃに使用されている３
層構造のものの他、任意の形状や構造を有するものが使
用できることは勿論である。

【００９８】なお、第１の電解加工部２６ａと第２の電
解加工部２６ｂは、使用されているイオン交換体の種類
（弾性の高低）が異なるだけで、その他の構成は全て同
じである。そこで、第１の電解加工部２６ａのイオン交
換体４８ｄと第２の電解加工部２６ｂのイオン交換体４
８ｅを共にイオン交換体４８として以下説明する。

【００９９】中空モータ４０の内部には、外部から延び
る純水供給管（図示せず）が配置され、加工テーブル４
２の中心部には、この純水供給管と連通して加工テーブ
ル４２の上面で開口する貫通孔が設けられている。これ
によって、この純水供給管と連通孔を通って、純水、好
ましくは超純水が加工テーブル４２の上面のイオン交換
体４８に供給されるようになっている。

【０１００】更に、図１１に示すように、加工テーブル
４２の側方に位置して、イオン交換体４８を再生する再
生部５４が備えられている。この再生部５４は、揺動自
在な揺動アーム５６と、この揺動アーム５６の自由端に
保持した再生ヘッド５８とを有している。そして、電源
５２（図１２参照）を介して、イオン交換体４８に加工
時とは逆の電位を与え、イオン交換体４８に付着した銅
等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン
交換体４８を再生できるようになっている。この場合、
再生されたイオン交換体４８は、加工テーブル４２の上
面に供給される純水または超純水でリンスされる。

【０１０１】搬送部２８は、第１の電解加工部２６ａと
第２の電解加工部２６ｂとに挟まれた位置に設置され、
下端に取付けた旋回モータ６０の駆動に伴って旋回する
旋回軸６２を有している。この旋回軸６２には、上端に
取付けた上下動モータ６４の駆動に伴って軸方向に沿っ
て上下動する上下動板６６が備えられ、この上下動板６
６に水平方向に延びるトップリングヘッド６８の基端部
が固定されている。このトップリングヘッド６８の自由
端には、昇降軸７２が備えられ、この昇降軸７２の下端
に、基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング７４がボ
ールジョイント７６を介して傾動自在に連結されてい
る。

【０１０２】昇降軸７２と平行に、この昇降軸７２を昇
降させるシリンダ７８が配置されている。更に、この昇
降軸７２に取付けた従動プーリ８０とトップリング回転
用モータ８２の駆動軸に取付けた駆動プーリ８４との間
にタイミングベルト８６が掛け渡され、これによって、
このモータ８２の駆動に伴って、トップリング７４が昇
降軸７２と一体に回転するようになっている。

【０１０３】これにより、トップリングヘッド６８を揺
動させて、トップリング７４を図１３に示すプッシャ１
６の直上方に移動させ、このプッシャ１６を上昇させ
て、プッシャ１６から基板Ｗを受取る。そして、トップ
リング７４で基板Ｗを保持した状態で、トップリングヘ
ッド６８を揺動させて、トップリング７４を、第１の電
解加工部２６ａまたは第２の電解加工部２６ｂの一方の
加工テーブル４２の上方に移動させる。しかる後、トッ
プリング７４を下降させて、トップリング７４で保持し
た基板Ｗを加工テーブル４２のイオン交換体４８に近接
乃至接触させ、この状態で、加工テーブル４２とトップ
リング７４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純
水を加工テーブル４２の上面のイオン交換体４８に供給
しながら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を
印加する。これによって、基板の表面（下面）の電解加
工（エッチング）を行う。

【０１０４】次に、この基板処理システムによる基板処
理（電解加工）について説明する。先ず、例えば図１８
（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）として銅膜
６を形成した基板Ｗを収納してロード・アンロード部１
２にセットしたカセットから、１枚の基板Ｗを搬送ロボ
ット２０で取出し、この基板Ｗを、必要に応じて反転機
１４に搬送して反転させて、基板Ｗの銅膜６を形成した
表面が下を向くようにする。次に、この表面が下を向い
た基板Ｗを搬送ロボット２０でプッシャ１６まで搬送し
てプッシャ１６上に載置する。そして、トップリングヘ
ッド６８を揺動させて、トップリング７４をプッシャ１
６の直上方に移動させ、プッシャ１６を上昇させて、プ
ッシャ６１上の基板Ｗをトップリング７４で吸着保持す
る。

【０１０５】次に、トップリング７４で基板Ｗを保持し
た状態で、トップリングヘッド６８を揺動させて、トッ
プリング７４を、第１の電解加工部２６ａの加工テーブ
ル４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７
４を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを
加工テーブル４２のイオン交換体４８ｄに近接乃至接触
させ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７
４とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工
テーブル４２の上面のイオン交換体４８ｅに供給しなが
ら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加し
て、基板の表面（下面）の電解加工を行う。

【０１０６】この第１の電解加工部２６ａでは、表面が
平滑で高弾性のイオン交換体４８ｄを使用して、基板Ｗ
に積層した銅膜６の表面に生じている段差を解消するこ
とを目的とした研磨を行う。つまり、イオン交換体が柔
らかく変形しやすいと、銅膜６の表面の凹凸にイオン交
換体が倣ってしまい、銅膜６の凸部を選択的に段差解消
することが困難であるが、表面が平滑で高弾性（変形し
にくい）のイオン交換体を用いることで、銅膜６と接す
る部分のみで加工が進み、段差解消が達成される。

【０１０７】そして、基板Ｗ上に銅膜６の研磨が進み、
この表面の段差が解消されたことを検知した時、電源５
２の接続を切り、トップリング７４を上昇させて、加工
テーブル４２とトップリング７４の回転を停止させる。

【０１０８】次に、トップリング７４で基板Ｗを保持し
たまま、トップリングヘッド６８を揺動させて、トップ
リング７４を、第２の電解加工部２６ｂの加工テーブル
４２の上方に移動させる。しかる後、トップリング７４
を下降させて、トップリング７４で保持した基板Ｗを加
工テーブル４２のイオン交換体４８ｅに近接乃至接触さ
せ、この状態で、加工テーブル４２とトップリング７４
とを回転させ、同時に純水、好ましくは超純水を加工テ
ーブル４２の上面のイオン交換体４８ｅに供給しなが
ら、加工電極４４と給電電極４６との間に電圧を印加し
て、基板の表面（下面）の電解加工を行う。

【０１０９】この第２の電解加工部２６ｂでは、表面が
平滑で低弾性のイオン交換体４８ｅを使用して銅膜６の
研磨を進める。つまり、段差解消が終了した後も所定の
膜厚まで銅膜６の除去加工を進める必要があり、その場
合には、銅膜６は平坦になっているので、イオン交換体
が高弾性である必要はない。そこで、この様に段差解消
が終了した銅膜６の加工には、低弾性のイオン交換体を
用いることができる。

【０１１０】そして、基板Ｗ上に銅膜６の研磨が進み、
例えばＴａＮ等からなるバリアメタル（バリア層）５が
露出したことを検知した時に、電源５２の接続を切り、
トップリング７４を上昇させて、加工テーブル４２とト
ップリング７４の回転を停止させる。

【０１１１】ここで、第１の電解加工部２６ａと第２の
電解加工部２６ｂでの加工に際し、相対速度などは特に
変える必要はない。しかし、電流密度を低くした方が、
段差解消能力が高い。従って、第１の電解加工部２６ａ
での平坦化加工時は電流密度を比較的小さくし、平坦化
終了後の第２の電解加工部２６ｂでの加工では電流密度
を高め、基板全面を高速で除去することが好ましい。ま
た、第１の電解加工部２６ａでの加工では、平坦度を得
るために供給する液体として超純水を用いることが望ま
しいが、第２の電解加工部２６ｂでの加工では、既に平
坦度は得られているため、電解質を含む液体を加工液と
して用いて高速度で加工を進めるようにしてもよい。そ
の場合は、第２の電解加工部２６ｂにイオン交換体を配
置しなくてもよい。また、段差に比べて膜厚が大きい場
合などに於いては、第２の電解加工部２６ｂで電解液に
よる加工を行い、その後第１の電解加工部２６ａで超純
水による加工を行ってもよい。

【０１１２】この研磨終了後、トップリングヘッド６８
を揺動させて基板Ｗをプッシャ１６に受渡す。搬送ロボ
ット２０は、このプッシャ１６から基板Ｗを受取り、必
要に応じて反転機１４に搬送して反転させ、更に洗浄装
置１８に搬送して洗浄した後、洗浄後の基板Ｗをロード
・アンロード部１２のカセットに戻す。

【０１１３】図１４は、本発明の第９の実施の形態の基
板処理装置１０ｈを示す。この基板処理装置１０ｈは、
前記図１１及び図１２に示す基板処理装置１０ｇに備え
られているものと同様な構成の第１の電解加工部２６ａ
及び第２の電解加工部２６ｂの他に、第３の電解加工部
２６ｃを備えており、この第１の電解加工部２６ａと第
２の電解加工部２６ｂの間、及び第２の電解加工部２６
ｂと第３の電解加工部２６ｃの間に、ロード・アンロー
ド機構を備えたプッシャ２０８ａ，２０８ｂがそれぞれ
配置されている。この第３の電解加工部２６ｃは、その
第３のイオン交換体４８ｆとして、図１８に示す、バリ
アメタル（バリア層）５を研磨除去するのに最適なもの
を使用したもので、その他の構成は、第１の電解加工部
２６ａ及び第２の電解加工部２６ｂと同様である。

【０１１４】そして、第１の電解加工部２６ａ、第２の
電解加工部２６ｂ及び第３の電解加工部２６ｃの側方に
は、旋回自在な旋回軸２１０が配置され、プッシャ２０
８ａまたは２０８ｂ上に置かれた基板Ｗを、旋回軸２１
０を介して旋回アーム２１２を旋回させてプッシャ２０
８ａまたは２０８ｂの直上方に移動させたトップリング
２１６で吸着保持し、このトップリング２１６で保持し
た基板Ｗを、旋回軸２１０を旋回させて、加工テーブル
４２の上方に移動させ、この位置で基板Ｗの表面に電解
加工（エッチング）を行い、この電解加工後の基板Ｗ
を、旋回軸２１０を旋回させてプッシャ２０８ａまたは
２０８ｂの直上方に移動させてプッシャ２０８ａまたは
２０８ｂに戻すことができるようになっている。

【０１１５】この例によれば、例えば前述のようにし
て、例えばＴａＮ等からなるバリアメタル５が露出する
まで研磨が進んだ基板Ｗをプッシャ２０８ｂ上に置き、
この基板Ｗを第３の電解加工部２６ｃに搬送し、この第
３の電解加工部２６ｃでバリアメタル５を研磨除去す
る。そして、図１８（ｃ）に示すように、コンタクトホ
ール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶
縁膜２の表面とがほぼ同一平面となって、銅膜６からな
る配線が形成されたことを検知した時、研磨を終了す
る。そして、この研磨を終了した基板Ｗを、プッシャ２
０８ａ，２０８ｂ等を介して、前述と同様にして、ロー
ド・アンロード部１２のカセットに戻す。これにより、
第１のイオン交換体４８ｄ及び第２のイオン交換体４８
ｅとは別の第３のイオン交換体４８ｆを使用した第３の
電解加工部２６ｃで、加工条件の異なる、例えばバリア
メタル５の除去加工を効率的に行うことができる。

【０１１６】なお、この例では、バリアメタル５を第３
の電解加工部２６ｃで研磨除去するようにしているが、
この第３の電解加工部２６ｃの代わりに、基板を化学機
械的研磨する化学的機械的研磨部を備え、この化学的機
械的研磨部の、例えば研磨パッドとスラリーを用いた化
学的機械的研磨（ＣＭＰ）でバリアメタルを除去加工す
るようにしてもよい。

【０１１７】図１５は、本発明の第１０の実施の形態の
基板処理装置１０ｉの電解加工部３００を、図１６は、
同じく、イオン交換体３０２を保持したイオン交換体保
持部３０４を電解加工部３００の電極部３１８に装着す
る時の状態を、図１７は、この基板処理装置１０ｉを備
えた基板処理システムの全体構成をそれぞれ示す。この
基板処理装置１０ｉは、図１７に示すように、電解加工
部３００と、膜状のイオン交換体３０２を保持した、例
えばカートリッジタイプの複数のイオン交換体保持部材
３０４ａ，３０４ｂを収納するストッカ３０６ａ，３０
６ｂと、電解加工部３００に備えられたイオン交換体保
持部材３０４ａ，３０４ｂをストッカ３０６ａ，３０６
ｂ内に収納されたイオン交換体保持部材３０４ａ，３０
４ｂに取換えるイオン交換体保持部交換手段としての交
換用ロボット３０８，３０９とから主に構成されてい
る。なお、この基板処理システムの他の構成は、図１３
に示すものと同様であるので、ここでは図１３に示す部
材と同一または相当部材には同一符号を付してその説明
を省略する。ロボット３０８，３０９はそれぞれ軸３０
８ｂ，３０９ｂを中心に回動し、アーム３０８ａ，３０
９ａによりイオン交換体保持部材３０４ａ，３０４ｂを
ストッカ３０６ａ，３０６ｂと電解加工部３００の間を
移動させる。

【０１１８】この電解加工部３００は、図１５に示すよ
うに、水平方向に揺動自在な揺動アーム３１０の自由端
に垂設されて基板Ｗをその表面を下向き（フェイスダウ
ン）にして吸着保持する基板保持部３１２と、円板状で
絶縁体からなり、扇状の加工電極３１４と給電電極３１
６とを該加工電極３１４と給電電極３１６の表面（上
面）が同一面となるように露出させて交互に埋設した電
極部３１８とを上下に備えている。電極部３１８の上部
には、イオン交換体３０２を保持するイオン交換体保持
部３０４が着脱自在に設けられ、このイオン交換体保持
部３０４を電極部３１８の上部に装着した時に、イオン
交換体３０２が加工電極３１４と給電電極３１６の表面
を一体に覆うように構成されている。

【０１１９】この例では、加工電極３１４と給電電極３
１６とを有する電極部３１８として、基板保持部３１２
で保持する基板Ｗの直径よりやや大きな直径を有するも
のを使用し、電極部３１８を相対運動（ここではスクロ
ール運動）させて、基板Ｗの表面全域を同時に電解加工
するようにしている。

【０１２０】基板保持部３１２を揺動させる揺動アーム
３１０は、上下動用モータ３２０の駆動に伴ってボール
ねじ３２２を介して上下動し、揺動用モータ３２４の駆
動に伴って回転する揺動軸３２６の上端に連結されてい
る。また、基板保持部３１２は、揺動アーム３１０の自
由端に取付けた自転用モータ３２８に接続され、この自
転用モータ３２８の駆動に伴って回転（自転）するよう
になっている。

【０１２１】電極部３１８は、中空モータ３３０に直結
され、この中空モータ３３０の駆動に伴って、スクロー
ル運転（並進回転運動）するようになっている。電極部
３１８の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供
給する純水供給部としての貫通孔３１８ａが設けられて
いる。そして、この貫通孔３１８ａは、スクロール運転
を行わせるために中空モータ３３０の駆動軸に直結した
クランク軸３３２に設けた貫通孔３３２ａを介して、中
空モータ３３０の中空部の内部を延びる純水供給管３３
４に接続されている。純水または超純水は、この貫通孔
３３２ａを通して供給された後、吸水性を有するイオン
交換体３０２を通じて加工面全域に供給される。

【０１２２】イオン交換体３０２は、中空円板状の絶縁
体からなる一対の分割治具３４０ａ，３４０ｂを有する
イオン交換体保持部３０４で保持され、一律に伸張した
状態で（一定のテンションをもって）加工電極３１４及
び給電電極３１６の露出表面に密着して固定されるよう
になっている。すなわち、図１６に詳細に示すように、
電極部３１８は、大径のベース部３１８ｂと該ベース部
３１８ｂの上部に一体に連接した小径の円柱状の電極支
持部３１８ｃを有している。一方、イオン交換体３０２
は、一対の分割治具３４０ａ，３４０ｂで周縁部を挟持
しボルト等で仮止めして、イオン交換体保持部３０４に
保持されている。そして、この状態で、図１６（ｂ）に
示すように、イオン交換体３０２を保持したイオン交換
体保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃに
押込み嵌合させて該イオン交換体保持部３０４を電極支
持部３１８ｃに固定することで、イオン交換体３０２が
固定されるようになっている。

【０１２３】これにより、このイオン交換体保持部３０
４の押込みの際に、イオン交換体３０２とイオン交換体
保持部３０４との間に滑りが発生することを防止しつ
つ、イオン交換体３０２に常に一定のテンションが掛か
るようにして、イオン交換体保持部３０４を介してイオ
ン交換体３０２を固定することができる。

【０１２４】この例において、交換用ロボット３０８
は、開閉自在な一対のアーム３０８ａを有しており、こ
のアーム３０８ａでイオン交換体３０２を保持したイオ
ン交換体保持部３０４を挟持して保持し、これによっ
て、電極部３１８に装着したイオン交換体保持部３０４
とストッカ３０６内に収納したイオン交換体保持部３０
４とを交換できるようになっている。つまり、交換用ロ
ボット３０８をそのアーム３０８ａが電極部３１８に装
着したイオン交換体保持部３０４の周囲を包囲する位置
に移動させ、この状態でアーム３０８ａを閉じてイオン
交換体保持部３０４を左右から挟持して保持する。そし
て、アーム３０８ａを上昇させることで、イオン交換体
保持部３０４を電極部３１８の電極支持部３１８ｃから
引抜いて取外し、このイオン交換体保持部３０４をスト
ッカ３０６内に搬送し、アーム３０８ａを開くことで、
このイオン交換体保持部３０４をストッカ３０６内に収
納する。

【０１２５】次に、交換用ロボット３０８のアーム３０
８ａをストッカ３０６内に収納した交換すべきイオン交
換体保持部３０４の周囲を包囲する位置に位置させ、こ
の状態でアーム３０８ａを閉じて、ストッカ３０６内の
イオン交換体保持部３０４を左右から挟持して保持す
る。そして、このイオン交換体保持部３０４を電極部３
１８の電極支持部３１８ｃの上方に搬送し、アーム３０
８ａを下降させることで、イオン交換体保持部３０４を
電極部３１８の電極支持部３１８ｃに押込み嵌合させて
該イオン交換体保持部３０４を電極支持部３１８ｃに固
定して、イオン交換体３０２を固定する。そして、アー
ム３０８ａを開いて、イオン交換体保持部３０４の保持
を解いた後、交換用ロボット３０８を元の位置に戻す。

【０１２６】この例によれば、イオン交換体３０２を保
持する、例えばカートリッジタイプのイオン交換体保持
部３０４を介して、電解加工部３００での加工に使用す
るイオン交換体３０２を変更することで、単一の電解加
工部３００で加工条件が異なる、即ち異なる特性を有す
るイオン交換体３０２による複数の電解加工を行うこと
ができる。

【０１２７】ここではイオン交換体をロボットにより交
換する例を示したが、人が交換してもよい。その場合
は、イオン交換体保持部材３０４ａ，３０４ｂを電極部
３１８に着脱可能に固定させる機構がイオン交換体交換
手段となる。

【０１２８】この例にあっては、前述の各例とほぼ同様
に、電解加工部３００の基板保持部３１２で基板Ｗを吸
着保持し、揺動アーム３１０を揺動させて基板保持部３
１２を電極部３１８の直上方の加工位置まで移動させ
る。次に、上下動用モータ３２０を駆動して基板保持部
３１２を下降させ、この基板保持部３１２で保持した基
板Ｗを、電極部３１８の上面にイオン交換体保持部３０
４を介して配置したイオン交換体３０２の表面に接触さ
せるか、または近接させる。この状態で、貫通孔３１８
ａを通じて、電極部３１８の下側から該電極部３１８の
上面に純水または超純水を供給しつつ、加工電極３１４
と給電電極３１６との間に電源３３６から所定の電圧を
印加し、同時に、基板保持部３１２を回転（自転）さ
せ、電極部３１８をスクロール運動させて電解加工を行
う。

【０１２９】この時、この電解加工に適するイオン交換
体３０２を保持したイオン交換体保持部３０４を選択し
て、このイオン交換体保持部３０４を電極部３１８に装
着し、これによって、任意のイオン交換体を使用した電
解加工を行う。そして、電解加工の加工条件に合わせ
て、イオン交換体保持部３０４を介してイオン交換体３
０２を変更して使用するのであり、これによって、単一
の電解加工部で、加工条件の異なる複数の電解加工を、
各加工条件に適したイオン交換体を選択的に使用して行
うことができる。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
純水、好ましくは超純水等を用いた電解加工を従来の化
学的機械研磨（ＣＭＰ）と併用することにより、例えば
銅配線やコンタクト形成において、化学的機械研磨（Ｃ
ＭＰ）が持つ研磨液による半導体基板の汚染や、研磨液
自身や洗浄時に使用する薬品のコスト、さらにはこれら
の処理における環境への負荷といった問題点を軽減させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の基板処理装置の平
面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の基板処理装置の正
面図である。

【図３】図１及び図２に示す基板処理装置を備えた基板
処理システムの全体構成を示す配置図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の基板処理装置の正
面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の基板処理装置の正
面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の基板処理装置の正
面図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態の基板処理装置の平
面図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態の基板処理装置の平
面図である。

【図９】図９の正面図である。

【図１０】本発明の第７の実施の形態の基板処理装置の
平面図である。

【図１１】本発明の第８の実施の形態の基板処理装置の
平面図である。

【図１２】本発明の第８の実施の形態の基板処理装置の
正面図である。

【図１３】図１１及び図１２に示す基板処理装置を備え
た基板処理システムの全体構成を示す配置図である。

【図１４】本発明の第９の実施の形態の基板処理装置の
平面図である。

【図１５】本発明の第１０の実施の形態の基板処理装置
の電解加工部を示す一部切断の正面図である。

【図１６】本発明の第１０の実施の形態の基板処理装置
の電極部にイオン交換体保持部を装着する時の状態を示
す図である。

【図１７】図１５及び図１６に示す基板処理装置を備え
た基板処理システムの全体構成を示す配置図である。

【図１８】銅配線を形成する例を工程順に示す図であ
る。

【符号の説明】

５ バリアメタル（バリア層） ６ 銅膜 ７ シード層 １０，１０ａ〜１０ｉ 基板処理装置 １２ ロード・アンロード部 ２２ 制御部 ２４，２４ａ，２４ｂ 化学機械的研磨部 ２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，３００ 電解加工部 ２８ 搬送部 ３０ 研磨テーブル ３２，１０４ 研磨布 ３２ａ，９０ａ 研磨面 ３６ 砥液ノズル ４２ 加工テーブル ４４，３１４ 加工電極 ４６，３１６ 給電電極 ４８，３０２ イオン交換体 ５０ 電極板 ５２ 電源 ５４ 再生部 ５８ 再生ヘッド ６８，１１２，１３２，１６４ トップリングヘッド ７４，１１６，１３６，１６８ トップリング ７６，１７０ ボールジョイント ９０ 固定砥粒定盤 ９２ 液体ノズル １０６ 押圧台 １０８，１０８ａ，１０８ｂ プッシャ １５０ 基板搬送装置 １５４ 走行部 ３０４ イオン交換体保持部 ３０４ａ，３０４ｂ イオン交換体保持部材 ３４０ａ，３４０ｂ 分割治具

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２１ Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ 21/3205 21/88 Ｋ 21/306 Ｋ (72)発明者 安田 穂積 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 小畠 厳貴 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 野路 郁太郎 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 吉田 香里 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA18 CA01 CB01 DA12 5F033 HH11 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ11 JJ21 JJ32 JJ33 JJ34 MM02 QQ48 RR04 5F043 AA23 BB18 BB30 DD14 DD16 EE08 EE14 EE35 EE36 FF07 GG03

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面を化学機械的研磨する化学機
   械的研磨部と、 給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基
   板と給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換体を
   配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加
   して、液体存在下で基板表面を電解加工する電解加工部
   と、 基板を着脱自在に保持し、前記化学機械的研磨部と前記
   電解加工部との間を移動自在なトップリングを有するこ
   とを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 基板の表面を化学機械的研磨する化学機
   械的研磨部と、 給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基
   板と給電電極との間の少なくとも一方に純水、もしくは
   電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給し、前
   記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加して基板
   の表面を電解加工する電解加工部と、 基板を着脱自在に保持し、前記化学機械的研磨部と前記
   電解加工部との間を移動自在なトップリングを有するこ
   とを特徴とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 基板の表面を化学機械的研磨する化学機
   械的研磨部と、 給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基
   板と給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換体を
   配置し前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加
   して、液体存在下で基板表面を電解加工する電解加工部
   と、 基板を着脱自在に保持する１つ以上のトップリングと、 前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間に配置さ
   れ、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間で、
   前記トップリングに基板を受け渡し可能なプッシャを有
   することを特徴とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 基板の表面を化学機械的研磨する化学機
   械的研磨部と、 給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基
   板と給電電極との間の少なくとも一方に純水、もしくは
   電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給し、前
   記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加して基板
   の表面を電解加工する電解加工部と、 基板を着脱自在に保持する１つ以上のトップリングと、 前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間に配置さ
   れ、前記化学機械的研磨部と前記電解加工部との間で、
   前記トップリングに基板を受け渡し可能なプッシャを有
   することを特徴とする基板処理装置。
5. 【請求項５】 前記化学機械的研磨部は、固定砥粒を使
   用した化学機械的研磨を含むことを特徴とする請求項１
   乃至４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 【請求項６】 前記電解加工部において、液体に酸化防
   止剤が添加されていることを特徴とする請求項１乃至４
   のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 【請求項７】 前記化学機械的研磨部には、研磨テーブ
   ルが複数備えられていることを特徴とする請求項１乃至
   ６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 【請求項８】 基板の表面を化学機械的研磨で研磨する
   工程と、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下
   の液体を用いた電解加工で除去加工する工程とにより、
   ３段以上のプロセスで基板を加工することを特徴とする
   基板処理方法。
9. 【請求項９】 基板の表面を化学機械的研磨で研磨する
   工程と、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との間
   の少なくとも一方にイオン交換体を配置し前記給電電極
   と前記加工電極との間に電圧を印加して、純水、電気伝
   導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体もしくは電解液の存在
   下で電解加工で除去加工する工程とにより、３段以上の
   プロセスで基板を加工することを特徴とする基板処理方
   法。
10. 【請求項１０】 基板の表面を固定砥粒を用いた化学機
    械的研磨で研磨する工程と、純水または電気伝導度が５
    ００μＳ／ｃｍ以下の液体を用いた電解加工で除去加工
    する工程とにより、基板を加工することを特徴とする基
    板処理方法。
11. 【請求項１１】 給電電極と加工電極を有し、基板と加
    工電極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも一方
    に流体を供給し、前記給電電極と前記加工電極との間に
    電圧を供給して基板表面を電解加工する電解加工部を複
    数有し、前記複数の電解加工部により基板を加工するこ
    とを特徴とする基板処理装置。
12. 【請求項１２】 前記複数の電解加工部の少なくとも１
    つの、基板と加工電極もしくは基板と給電電極との間の
    少なくとも一方にイオン交換体を配置したことを特徴と
    する請求項１１記載の基板処理装置。
13. 【請求項１３】 前記複数の電解加工部の全ての、基板
    と加工電極もしくは基板と給電電極との間の少なくとも
    一方にイオン交換体を配置したことを特徴とする請求項
    １１記載の基板処理装置。
14. 【請求項１４】 前記イオン交換体を有する電解加工部
    は複数備えられ、それぞれ異なる種類のイオン交換体が
    備えられていることを特徴とする請求項１２または１３
    記載の基板処理装置。
15. 【請求項１５】 基板の表面を化学機械的研磨する化学
    機械的研磨部を更に有することを特徴とする請求項１１
    乃至１４のいずれかに記載の基板処理装置。
16. 【請求項１６】 イオン交換体を保持するイオン交換体
    保持部材と、 給電電極と加工電極を有し、基板と加工電極もしくは基
    板と給電電極との間の少なくとも一方に、前記イオン交
    換体保持部材で保持したイオン交換体を配置し前記給電
    電極と前記加工電極との間に電圧を印加して、液体存在
    下で基板表面を電解加工する電解加工部と、 前記電解加工部の前記イオン交換体保持部材を他のイオ
    ン交換体保持部材に交換するイオン交換体交換手段とを
    有することを特徴とする基板処理装置。
17. 【請求項１７】 前記イオン交換体保持部材を複数備え
    たことを特徴とする請求項１６記載の基板処理装置。
18. 【請求項１８】 基板と加工電極もしくは基板と給電電
    極との間の少なくとも一方にイオン交換体を配置し、前
    記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して、液
    体存在下で、基板表面を多段階プロセスで電解加工する
    方法において、高い弾性を有するイオン交換体を使用し
    て基板を電解加工する工程と、低い弾性を有するイオン
    交換体を使用して基板を電解加工する工程を有すること
    を特徴とする基板処理方法。
19. 【請求項１９】 基板と加工電極もしくは基板と給電電
    極との間の少なくとも一方にイオン交換体を配置し、前
    記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して、超
    純水、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の
    流体の存在下で、前記基板と前記加工電極もしくは前記
    給電電極の少なくとも一方とを相対運動させて電解加工
    を行う工程と、 加工電極と給電電極との間に電圧を印加し、電解液の存
    在下で前記基板と前記加工電極もしくは前記給電電極の
    少なくとも一方とを相対運動させて電解加工を行う工程
    と、 化学機械的研磨により研磨を行う工程のいずれかの工程
    を複数用いて基板表面の除去加工を行うことを特徴とす
    る基板処理方法。
20. 【請求項２０】 イオン交換体を用いた電解加工により
    基板表面の導電性材料の加工を行った後、電解液を用い
    た電解加工もしくは化学機械的研磨のいずれか一方によ
    り基板表面のバリア層の除去加工を行うことを特徴とす
    る請求項１９記載の基板処理方法。
21. 【請求項２１】 イオン交換体を用いた電解加工で基板
    表面の導電性材料の除去加工を行った後、前記イオン交
    換体とは異なるイオン交換体を用いた電解加工、電解液
    を用いた電解加工もしくは化学機械的研磨の任意の組合
    せで基板表面のバリア層の除去加工を行うことを特徴と
    する基板処理方法。
22. 【請求項２２】 前記導電性材料が銅であることを特徴
    とする請求項２０または２１記載の基板処理方法。
23. 【請求項２３】 前記バリア層が、ＴａＮ，Ｔａ，Ｔｉ
    ＮまたはＷＮであることを特徴とする請求項２０乃至２
    ２のいずれかに記載の基板処理方法。