專利名稱：襯底處理設(shè)備和襯底處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于用多種液體處理襯底的襯底處理設(shè)備和襯底處理方法。
背景技術(shù)：
把金屬(導(dǎo)體)嵌入互連溝道和接觸孔的工藝(所謂的鑲嵌工藝)正被用作形成半導(dǎo)體襯底互連件的工藝。該工藝用于把鋁或者近年來例如銅、銀等等金屬(互連材料)嵌入互連溝道以及接觸孔內(nèi)，其中的互連溝道和接觸孔已經(jīng)形成在層間電介質(zhì)中，然后通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除過量的金屬，以形成平整的表面。例如，如附圖中的圖15所示，在已經(jīng)沉積在例如半導(dǎo)體晶片的襯底W表面上的SiO2等絕緣膜210上，形成微小的互連凹部212。在TaN等阻擋層214形成在該微小互連凹部212表面上后，該絕緣膜210被鍍上銅膜，這樣在襯底W表面上生長出銅膜并用銅裝填微小互連凹部212(鑲嵌工藝)。此后，在該襯底W表面上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以從其上去除多余的銅膜，使襯底W表面平整，從而在該絕緣膜210上形成銅膜互連件216。然后，由通過無電鍍沉積的Co-W-P合金薄膜組成的互連件保護(hù)層(覆蓋材料)218有選擇地形成在該互連件(銅膜)216的暴露表面上，從而利用該互連件保護(hù)層218保護(hù)該互連件216(鍍帽工藝)。
在此以前，鍍膜設(shè)備通常包括多個(gè)單元，這些單元包括進(jìn)行各種鍍膜過程的單元、進(jìn)行輔助該鍍膜過程的各種預(yù)處理過程的單元以及進(jìn)行清洗處理的單元。已經(jīng)提出過用單一單元進(jìn)行上述各種過程的鍍膜設(shè)備，來替代上述傳統(tǒng)的鍍膜設(shè)備。
然而，如果通過一個(gè)單元進(jìn)行多個(gè)處理過程(例如使用鍍液的化學(xué)液體處理、使用純水的清洗處理或者多種化學(xué)液體處理)，則用于相應(yīng)處理中的處理液會(huì)混雜一起或者被稀釋，因此不能重復(fù)使用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述缺點(diǎn)提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種襯底處理設(shè)備和襯底處理方法，即使在一個(gè)設(shè)備中用多種處理液對(duì)襯底進(jìn)行處理，該設(shè)備和方法也能夠阻止處理液互相混雜。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于處理襯底的設(shè)備具有第一處理段，在由襯底頭所夾持的該襯底插入到處理槽內(nèi)的狀態(tài)下，該處理段使得處理液與襯底待處理表面接觸；用于垂直地移動(dòng)由該襯底頭所夾持的襯底的襯底提升/下降機(jī)構(gòu)；有選擇地打開和關(guān)閉處理槽的罩；以及第二處理段，在罩已經(jīng)關(guān)閉該處理槽的開口時(shí)，該處理段用于在罩上面使得處理液與由該襯底頭所夾持的襯底待處理表面接觸。
利用上述配置，當(dāng)?shù)谝惶幚矶翁幚聿鄣拈_口被罩關(guān)閉時(shí)，可使襯底通過第二處理段與其他處理液接觸。因此，當(dāng)該襯底通過第二處理段與其他處理液接觸時(shí)，被第二處理段所采用的處理液不能進(jìn)入到處理槽，由此阻止了與處理槽內(nèi)處理液的混雜。由于多個(gè)襯底處理步驟分別在該處理槽內(nèi)以及處理槽上面進(jìn)行，因此該設(shè)備非常緊湊。
例如，該第一處理段為這樣的結(jié)構(gòu)，即用于在處理槽內(nèi)儲(chǔ)存處理液并把該襯底待處理表面浸入到該處理液內(nèi)，從而使得該處理液與該襯底待處理表面接觸。
優(yōu)選的是，該處理槽適合于在其中噴射和密封氣體。
該第一處理段為這樣的結(jié)構(gòu)，即用于使從位于該處理槽內(nèi)的處理液噴射段噴射出的處理液與該襯底待處理表面接觸。
優(yōu)選的是，該處理槽具有處理液循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于回收已經(jīng)提供給該處理槽的處理液并把該處理液供應(yīng)給處理槽。利用該處理液循環(huán)系統(tǒng)，第二處理段使用的液體被阻止進(jìn)入該處理槽內(nèi)，同時(shí)在該處理槽內(nèi)的處理液可輕易地循環(huán)以重新使用。
優(yōu)選的是，該襯底頭為這樣的結(jié)構(gòu)，即吸引該襯底的背面以夾持該襯底，從而使得該處理液與該襯底整個(gè)待處理表面接觸。因此，包括襯底邊緣的整個(gè)襯底待處理表面可輕易地被處理。
優(yōu)選的是、該襯底頭為這樣的結(jié)構(gòu)，即用于只吸引襯底背面，以夾持該襯底，從而形成與襯底處理表面接觸的處理液的均勻流動(dòng)，并使得該處理液與包括襯底邊緣的整個(gè)襯底待處理表面均勻接觸。因此，包括襯底邊緣的整個(gè)襯底待處理表面可均勻地被處理。
優(yōu)選的是，該襯底頭具有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于把襯底頭所夾持的襯底浸入到該處理槽內(nèi)的處理液內(nèi)，同時(shí)該襯底與水平位置成預(yù)定角度傾斜。由于該襯底可浸入在該處理液內(nèi)，同時(shí)與水平位置成預(yù)定角度傾斜，因此例如空氣等等的氣體被阻止滯留在襯底待處理表面上，這樣可均勻地處理襯底的待處理表面。
優(yōu)選的是，該設(shè)備應(yīng)還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于在兩個(gè)位置之間移動(dòng)該罩，其中的兩個(gè)位置包括罩位于該處理槽側(cè)面的縮回位置和罩位于該處理槽上方并關(guān)閉該處理槽開口的關(guān)閉位置。由于該罩只位于處理槽上方和處理槽側(cè)面，因此整個(gè)襯底處理設(shè)備就非常緊湊。
優(yōu)選的是，處理液噴射段設(shè)置在罩的上表面，用于使該處理液與該襯底待處理表面接觸，同時(shí)罩關(guān)閉該處理槽的開口。隨著該處理液噴射段(噴嘴)作為第二處理段整體地設(shè)置在罩上表面，該設(shè)備可簡(jiǎn)化。
堤壩狀件可設(shè)置在罩的上表面，當(dāng)罩從關(guān)閉該處理槽開口的狀態(tài)中打開時(shí)，用于阻止滯留在該罩上表面的處理液落入該處理槽內(nèi)。該堤壩狀件在可靠地阻止第二處理段中用于處理該襯底的液體流入到該處理槽內(nèi)時(shí)是有效的。
該罩可具有上表面，該上表面具有傾斜形狀或者圓錐形狀，用于使該罩上表面上的處理液流下，同時(shí)該罩關(guān)閉該處理槽的開口。如此構(gòu)形的該罩上表面在可靠地阻止第二處理段中用于處理該襯底的液體流入到該處理槽內(nèi)時(shí)是有效的。
該設(shè)備可還包括擦拭器、振動(dòng)器或者罩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于去除滯留在所述罩上表面的處理液。該擦拭器、振動(dòng)器或者罩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在可靠地阻止第二處理段中用于處理該襯底的液體流入到該處理槽內(nèi)時(shí)是有效的。
優(yōu)選的是，該處理槽在其上部具有傾斜壁，該傾斜壁在向上方向上具有逐漸減小的外徑，從而使所述處理槽開口上端的外壁被定位在所述罩內(nèi)壁內(nèi)部，該罩覆蓋該開口的上端。該傾斜壁在可靠地阻止第二處理段中用于處理該襯底的液體流入到該處理槽內(nèi)時(shí)是有效的。
根據(jù)本發(fā)明的處理襯底的方法，包括使得處理液與襯底待處理表面接觸，其中狀態(tài)為由襯底頭所夾持的該襯底插入到處理槽內(nèi)；用罩關(guān)閉處理槽的開口，其狀態(tài)為由該襯底所夾持的襯底提升在處理槽上方；以及在罩上面使得處理液與由該襯底頭所夾持的襯底待處理表面接觸，而其中該罩已經(jīng)關(guān)閉該處理槽的開口。
使該處理液在該處理槽內(nèi)與該襯底待處理表面接觸包括這樣的步驟，即在該處理槽內(nèi)儲(chǔ)存處理液，并把該襯底待處理表面浸入在該處理液內(nèi)。
優(yōu)選的是，該方法還包括當(dāng)處理槽開口由該罩關(guān)閉時(shí)用惰性氣體填充處理槽，從而保護(hù)在該處理槽內(nèi)的處理液。
使處理液在處理槽內(nèi)與襯底待處理表面接觸可選擇地包括這樣的步驟，即將從布置在該處理槽內(nèi)的處理液噴射段噴射的處理液噴射成與該襯底待處理表面接觸。
優(yōu)選的是，該方法應(yīng)還包括對(duì)已經(jīng)提供給該處理槽的處理液進(jìn)行回收以及把該處理液供應(yīng)給該處理槽。
優(yōu)選的是，該襯底頭吸引該襯底的背面以夾持該襯底。
優(yōu)選的是，該襯底頭只吸引襯底背面，以夾持該襯底，從而形成與襯底處理表面接觸的處理液的均勻流動(dòng)，并使得該處理液與包括襯底邊緣的整個(gè)襯底待處理表面均勻接觸。
優(yōu)選的是，處理液均勻流從待處理表面將在該襯底待處理表面上流動(dòng)的氣泡，或者當(dāng)該處理液與該襯底待處理表面接觸時(shí)產(chǎn)生的氣泡排放出去。
優(yōu)選的是，把襯底待處理表面浸入到所述處理液內(nèi)應(yīng)包括這樣的步驟，即把所述襯底待處理表面浸入到所述處理槽內(nèi)的處理液中，同時(shí)使所述襯底傾斜。
優(yōu)選的是，通過在兩個(gè)位置之間移動(dòng)該罩，通過該罩有選擇地打開和關(guān)閉該處理槽的開口，其中的兩個(gè)位置包括罩位于該處理槽側(cè)面的縮回位置和罩位于該處理槽上方并關(guān)閉該處理槽開口的關(guān)閉位置。
使處理液與襯底待處理表面接觸可包括這樣的步驟，即把從安裝在所述罩上表面的處理液噴射段噴射的處理液噴射到該襯底。


圖1A為大略地示出了用作無電鍍?cè)O(shè)備的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的襯底處理設(shè)備結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖1B為大略地示出了該襯底處理設(shè)備的剖面?zhèn)纫晥D；圖2為當(dāng)該罩移到該處理槽上方位置時(shí)、在罩和處理槽外圓周部分之間空間關(guān)系的放大的局部剖面圖；圖3A為示出了在傳送襯底時(shí)襯底頭的剖面圖；圖3B為在圖3A中B部分的放大圖；圖4A為大略地示出了在夾持襯底時(shí)襯底頭的剖面圖；圖4B為在圖4A中B部分的放大圖；圖5A為大略地示出了在對(duì)襯底鍍膜時(shí)襯底頭的剖面圖；圖5B為在圖5A中B部分的放大圖；圖6為大略地示出了襯底頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖7A為該襯底處理設(shè)備操作(第一過程)的側(cè)視圖；圖7B為大略地示出了該襯底處理設(shè)備操作(第一過程)的剖面?zhèn)纫晥D；圖8A為該襯底處理設(shè)備操作(第二過程)的側(cè)視示意圖；圖8B為大略地示出了該襯底處理設(shè)備操作(第二過程)的剖面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖9A為其上安裝有另一個(gè)罩的處理槽平面圖；
圖9B為該處理槽的側(cè)視圖；圖10A為其上安裝有又一個(gè)罩的處理槽平面圖；圖10B為該處理槽的側(cè)視圖；圖11A為其上安裝有又一個(gè)罩的處理槽平面圖；圖11B為該處理槽的側(cè)視圖；圖12A為其上安裝有又一個(gè)罩的處理槽平面圖；圖12B為該處理槽的側(cè)視圖；圖13A為其上安裝有又一個(gè)罩的處理槽平面圖；圖13B為該處理槽的側(cè)視圖；圖14A為其上安裝有又一個(gè)罩的處理槽平面圖；圖14B為部分剖視的處理槽側(cè)視圖；圖14C為在14B中C部分的放大圖；圖14D為帶有剖面示出的罩的處理槽右側(cè)視圖；圖15為半導(dǎo)體襯底的放大局部剖面圖；圖16為示出設(shè)置有襯底處理設(shè)備的襯底處理機(jī)構(gòu)布局的平面圖；圖17為示出了另一個(gè)襯底處理機(jī)構(gòu)布局的平面圖；圖18為示出了另一個(gè)襯底處理機(jī)構(gòu)布局的平面圖；圖19為示出了在圖18所示襯底處理機(jī)構(gòu)中處理流程的流程圖；圖20為大略地示出了斜面和后部清潔單元的視圖；圖21為一個(gè)退火單元實(shí)例的垂直剖面正視圖；
圖22為圖21所示退火單元的平面剖視圖；圖23為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的剖面?zhèn)纫晥D；以及圖24為示出了根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的處理槽和罩的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A為用作無電鍍?cè)O(shè)備的本發(fā)明實(shí)施例的襯底處理設(shè)備側(cè)視圖，圖1B為大略地示出了該襯底處理設(shè)備1的剖面?zhèn)纫晥D。如圖1A和1B所示，該襯底處理設(shè)備(無電鍍?cè)O(shè)備)1包括用于把襯底W浸入容納在其中的鍍液(處理液)Q的處理槽(第一處理段)10、用于關(guān)閉該處理槽10開口11的罩40、安裝在該罩40上表面上的噴嘴(第二處理段)60、用于驅(qū)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))罩40的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70、用于夾持襯底W的襯底頭80、用于全面驅(qū)動(dòng)該襯底頭80的襯底頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110以及用于對(duì)容納在處理槽10內(nèi)的鍍液Q進(jìn)行循環(huán)的處理液循環(huán)系統(tǒng)150。下面將描述這些部件。
該處理槽10包括用于把鍍液Q容納在其中的處理槽體13、限定在處理槽體13上端外圓周部分內(nèi)且用于回收已經(jīng)溢出該處理槽體13的鍍液Q的外圓周槽15、以及在該外圓周槽15外圓周側(cè)周圍向上伸出的管狀護(hù)罩17。該管狀護(hù)罩17在其上緣具有傾斜壁19，該傾斜壁19的外徑在向上方向逐漸地減少。該處理槽體13具有限定在其底部中央的鍍液供應(yīng)端口21。清洗噴嘴23安裝在該管狀護(hù)罩17上，用于從管狀護(hù)罩17的內(nèi)側(cè)壁向開口11噴射清洗液(純水)射流。
該處理液循環(huán)系統(tǒng)150適合于將已經(jīng)從處理槽10溢出到外圓周槽15內(nèi)的該鍍液Q通過管子返回到供應(yīng)槽151內(nèi)，并用泵P把容納在供應(yīng)槽15內(nèi)的鍍液供應(yīng)到該處理槽體13的鍍液供應(yīng)端口21，從而使鍍液Q循環(huán)。供應(yīng)槽151中容納加熱器153，用于使要提供給該處理槽10的鍍液Q保持在預(yù)定溫度。
該罩40由板元件組成，該板元件的大小做成可蓋住處理槽10的開口11。該罩40具有大體上圓形的上板41、圍繞著上板41外周邊的側(cè)板43、以及與該上板41和側(cè)板43互連的傾斜板42(參見圖2)。一對(duì)板狀臂45安裝在該罩40的相對(duì)側(cè)。該板狀臂45在其末端可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在相應(yīng)的樞軸47上，其中樞軸47位于該處理槽10的大體上中心相對(duì)側(cè)上。其中一個(gè)臂45的末端被固定到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70連接臂75的末梢上。
圖2為示出了當(dāng)該罩40移到處理槽10上方的位置時(shí)、在該罩40和該處理槽10外圓周部分之間的空間關(guān)系的放大局部剖面圖。如上所述，該管狀護(hù)罩17在它的上緣具有傾斜壁19，該傾斜壁19的外徑在向上方向逐漸地減小。利用這樣形狀的傾斜壁19，在處理槽10開口11上端的外壁表面(外徑L1)位于罩40內(nèi)壁表面(內(nèi)徑L2)的內(nèi)部，其中該罩40覆蓋該開口11的上端(L1＜L2)。
該噴嘴(處理液噴射段)60包括多個(gè)(五個(gè))向上取向的噴嘴63，該噴嘴63在一個(gè)棒狀安裝塊61上安裝成一排，而該安裝塊61固定在罩40上表面中央。在本實(shí)施例中，該噴嘴63直接向上噴射該清洗液(純水)。該安裝塊61具有修圓的拐角(在側(cè)面和其頂部)以在罩40轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻止純水或者別的液體滯留在噴嘴60上。
參見圖1A和1B，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70包括罩旋轉(zhuǎn)缸71、連接到罩旋轉(zhuǎn)缸71內(nèi)活塞上的桿73以及可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到該桿73末端的連接臂75。該罩旋轉(zhuǎn)缸71具有可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在固定元件側(cè)的下端。
圖3A為大略地示出了襯底頭80的剖面圖，而圖3B為圖3A中B部分的放大圖。如圖3A所示，該襯底頭80具有襯底夾持件81和襯底夾持件驅(qū)動(dòng)段100。該襯底夾持件81包括大體上圓筒形的開口朝下的襯底接收件83以及位于該襯底接收件83內(nèi)部的大體上圓形的吸頭89。該襯底接收件83具有從它的下端向內(nèi)伸出用于在其中臨時(shí)放置該襯底W的臨時(shí)支座85、限定在其外圓周側(cè)壁上的襯底插入槽87。該吸頭89包括具有形成在其中的真空/氣體供應(yīng)管線93的大體上圓形底板91、安裝在底板91下部表面的環(huán)狀襯底吸引元件95。該襯底吸引元件95由密封件組成，該密封件具有從該底板91下部表面向下伸出的末端，用于對(duì)該密封件所夾持的襯底W背面進(jìn)行密封。該襯底吸引元件95具有形成在其中的通連該真空/氣體供應(yīng)管線93的吸引/釋放孔97，用于有選擇地吸引和釋放襯底W。
該襯底夾持件驅(qū)動(dòng)段在其中具有用于使該吸頭89旋轉(zhuǎn)的襯底旋轉(zhuǎn)電機(jī)101和用于把襯底接收件83移動(dòng)到預(yù)定垂直位置(至少三個(gè)垂直位置)的襯底接收件移動(dòng)缸103。該吸頭89通過襯底旋轉(zhuǎn)電機(jī)101旋轉(zhuǎn)，同時(shí)襯底接收件83通過襯底接收件移動(dòng)缸103垂直移動(dòng)。吸頭89旋轉(zhuǎn)但不垂直地移動(dòng)，而襯底接收件83垂直移動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)。
下面將描述襯底頭80的操作。如圖3A和3B所示，利用不旋轉(zhuǎn)的吸頭89，襯底接收件83移到最下的位置(襯底傳送位置)，同時(shí)由襯底進(jìn)給柄107吸引的襯底W通過襯底插入槽87插入到襯底接收件83。然后，襯底W從襯底進(jìn)給柄107釋放并放置在臨時(shí)支座85上。此時(shí)，襯底W的待處理表面朝下。該襯底進(jìn)給柄107然后從襯底插入槽87中移開。接著，如圖4A和4B所示，襯底接收件83升高使襯底吸引元件95的末梢接觸并靠著襯底W背面(上表面)的外圓周部分，而吸引/釋放孔97被抽空以將襯底W吸靠在襯底吸引元件95上。襯底接收件83的位置此時(shí)稱為襯底固定位置。襯底W背面(與待處理表面相對(duì)的表面)此刻通過被襯底吸引元件95密封而與待處理表面隔離。由于作為襯底W較窄寬度(直徑方向)的圓周區(qū)域根據(jù)上述吸引過程被抽空，通過該抽空在襯底W上的副作用(例如彎曲)最小化。接著，如圖5A和5B所示，該襯底接收件83略微地降低(例如幾毫米)以從臨時(shí)支座85上釋放襯底W。襯底接收件83的位置此時(shí)稱為襯底處理位置。然后，襯底頭80完全降低，如圖1所示，以把襯底頭80所夾持的襯底W浸入到處理槽10內(nèi)的鍍液Q中。由于只吸引襯底W的背面、則襯底W的整個(gè)待處理表面及其邊緣部分可完全地浸入到鍍液內(nèi)從而被處理。此外，由于襯底接收件83下降離開襯底W，同時(shí)只有襯底W背面被吸引，當(dāng)襯底W浸入到鍍液Q時(shí)，順著襯底W的鍍液Q流動(dòng)L(參見圖5B)不受阻礙，從而鍍液Q在襯底W整個(gè)待處理表面上均勻地流動(dòng)。與在襯底W待處理表面上鍍液Q流一起流動(dòng)的氣泡和由該鍍膜處理產(chǎn)生的氣泡可從該襯底W待處理表面上排放到處理槽10其他區(qū)域。因此，去除了將對(duì)鍍膜過程產(chǎn)生負(fù)面影響的不規(guī)則流動(dòng)或者氣泡，從而襯底W的包括邊緣部分的整個(gè)待處理表面可被均勻地鍍膜。在襯底W處理完成后，襯底接收件83提升到圖4A和4B所示的襯底固定位置。把襯底W放置在臨時(shí)支座85上。氣體(例如，如氮?dú)獾亩栊詺怏w)從吸引/釋放孔97噴射，以把襯底W從襯底吸引元件95上釋放。同時(shí)，襯底接收件83降低到圖3A和3B所示的襯底傳送位置。此后，襯底進(jìn)給柄107從襯底插入槽87插入，并把襯底W從襯底接收件83中拉出。
圖6為大略地示出了襯底頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。如圖6所示，該襯底頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110包括用于搖擺整個(gè)襯底頭80的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111、用于轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)襯底頭80和該擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)121以及用于提升和降低整個(gè)襯底頭80、該擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111和該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)121的提升/下降機(jī)構(gòu)131。該擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111包括固定到支架113上的軸115和用于旋轉(zhuǎn)該軸115的軸旋轉(zhuǎn)缸117，其中該支架113固定到襯底頭80上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)該軸旋轉(zhuǎn)缸117時(shí)，軸115旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度以搖擺襯底頭80，用于在水平位置和傾斜位置之間有選擇地移動(dòng)由襯底頭80所夾持的襯底W，其中傾斜位置與水平位置傾斜預(yù)定角度。該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)121包括頭部轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)123和通過頭部轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)123而可轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸125。該擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111固定到轉(zhuǎn)動(dòng)軸125的上端。該提升/下降機(jī)構(gòu)131包括頭提升/下降缸133和可由頭提升/下降缸133提升和下降的桿135。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)121固定在安裝在桿135末端的支撐件137上。
下面描述襯底處理設(shè)備1的總體操作。在圖1A和1B中，所示的罩40轉(zhuǎn)動(dòng)以打開處理槽10的開口11，同時(shí)示出的襯底頭80被提升。該罩40從而移到該處理槽10一側(cè)的縮回位置。當(dāng)襯底頭80提升時(shí)，該罩40在形成于襯底頭80和處理槽10之間的空間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，處理液循環(huán)系統(tǒng)150已經(jīng)被驅(qū)動(dòng)使鍍液Q在處理槽10和供應(yīng)槽151之間循環(huán)，同時(shí)鍍液Q維持在預(yù)定溫度。根據(jù)如上所述的過程，未處理的襯底W被吸引到吸頭89上。然后，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111使襯底頭80整體搖擺，使襯底W與水平位置成預(yù)定角度傾斜，同時(shí)提升/下降機(jī)構(gòu)131(參見圖6)被驅(qū)動(dòng)，使襯底頭80下降到圖7A和7B所示的位置，在該位置，襯底W浸入到鍍液Q內(nèi)。在襯底W浸入后，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)111使襯底頭80整體搖擺回到原始位置，以把襯底W帶到水平位置，在該位置，襯底W經(jīng)受無電鍍。此時(shí)，圖3A和3B所示的襯底旋轉(zhuǎn)電機(jī)101通電以使襯底W旋轉(zhuǎn)。在襯底處理設(shè)備1中，由于襯底W浸入在鍍液Q內(nèi)，同時(shí)與水平位置傾斜預(yù)定角度，則例如空氣等等的氣體被阻止滯留在襯底W的待處理表面上。具體地說，如果襯底W浸入在鍍液Q內(nèi)，同時(shí)處于水平位置，則例如空氣等等氣體將保持在襯底W和鍍液Q之間，阻止襯底W均勻地鍍膜。在該襯底處理設(shè)備1中，當(dāng)襯底W浸入在鍍液Q內(nèi)時(shí)，襯底W傾斜以阻止例如空氣等等的氣體進(jìn)入到襯底W和鍍液Q之間，從而使襯底W均勻地鍍膜。
如上所述，當(dāng)在襯底待處理表面(下部表面)上進(jìn)行無電鍍(第一過程)預(yù)定時(shí)段后，提升/下降機(jī)構(gòu)131(參見圖6)被驅(qū)動(dòng)以把襯底頭80提升到圖1A和1B所示的位置上。當(dāng)提升襯底W時(shí)，安裝在處理槽10上的清洗噴嘴23把清洗液(純水)射流噴射到正在提升的襯底W待處理表面上。如果在無電鍍完成后襯底W不立即冷卻，則鍍液Q滯留在襯底W上，無電鍍將仍然進(jìn)行。根據(jù)本實(shí)施例，通過把清洗液射流噴射到襯底W待處理表面上，以在完成無電鍍后立即冷卻襯底W，則阻止無電鍍的繼續(xù)進(jìn)行。
然后，如圖8A和8B所示，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70被驅(qū)動(dòng)以轉(zhuǎn)動(dòng)該罩40，用罩40覆蓋處理槽10的開口11。具體地說，罩40移到處理槽10上方的閉合位置，關(guān)閉處理槽10的開口11。然后，固定安裝在罩40上表面的噴射噴嘴60的噴嘴63直接向上噴射清洗液(純水)。該噴射清洗液接觸并清潔襯底W的已處理表面。此時(shí)，由于處理槽10的開口11覆蓋有罩40，清洗液沒有返回到處理槽10的路線。因此，在處理槽10內(nèi)的鍍液Q沒有被清洗液稀釋并由此可被用于循環(huán)。根據(jù)本實(shí)施例，特別是，如圖2所示，由于在開口11上端的外壁表面(外部直徑L1)位于覆蓋開口11上端的罩40內(nèi)壁表面(內(nèi)徑L2)內(nèi)部(L1＜L2)，則必然地，沿著罩40外圓周表面流下的清洗液落在該開口11上端的外壁表面上方，不進(jìn)入到開口11內(nèi)。在清潔襯底W后，清洗液從排泄口(未示出)排放出。已經(jīng)清潔的襯底W從如上所述的襯底頭80移開。下一個(gè)未處理的襯底W然后安裝在襯底頭80，并如上所述將被鍍膜和清潔。
如圖2所示，根據(jù)本實(shí)施例的罩40具有這樣的形狀，以至于錐形傾斜板42與平坦的上板41和圓筒形側(cè)板43互相連接，而噴嘴60安裝在上板41上。如上所述，該噴嘴63的安裝塊61拐角(在其側(cè)面和頂部)被修圓，以阻止由噴嘴60噴射的液體滯留在該罩40上。因此，當(dāng)封閉該開口11的罩40轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，罩40上的液體不會(huì)落入到開口11內(nèi)。圖9A和9B-圖14A到圖14D示出了各種的實(shí)例，這些實(shí)例設(shè)計(jì)成當(dāng)關(guān)閉該開口11的罩40轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能阻止罩40上的液體落入到開口11內(nèi)。
圖9A和9B示出了具有半圓弧形堤壩狀件50的罩40-2，其中該堤壩狀件50環(huán)繞噴嘴60設(shè)置在其上表面41上。該堤壩狀件50具有幾毫米的高度，并安裝在罩40-2的一個(gè)區(qū)域(大約距罩40-2中心位置一半的區(qū)域)，當(dāng)罩40-2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該區(qū)域向上提升。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)罩40-2時(shí)，滯留在罩40-2上的液體通過該堤壩狀件50被阻止從罩40-2上落下，但可靠地在罩40-2傾斜的方向上落下，從而避免了液體流到處理槽10內(nèi)的危險(xiǎn)。
圖10A和10B示出了具有整體傾斜的上表面(噴嘴安裝表面)41的罩40-3。該上表面41傾斜成這樣，即當(dāng)罩40-3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它可在朝下的方向上下降。當(dāng)襯底被清潔時(shí)(當(dāng)清洗液通過噴嘴60噴射時(shí))，落在罩40-3上表面41上的清洗液(純水或者別的液體)沿著傾斜上表面41流下，但被阻止滯留在上表面41上。結(jié)果，當(dāng)罩40-3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滯留在上表面41上的液體被阻止流入到處理槽10內(nèi)。
圖11A和11B示出了具有擦拭器51的罩40-4，該擦拭器51位于罩的上表面上方，并可通過例如氣缸等等致動(dòng)器53驅(qū)動(dòng)。該致動(dòng)器53在罩40-4上表面上水平地移動(dòng)擦拭器51，用于去除滯留在罩40-4的上表面上的液體。在本實(shí)例中，擦拭器51從罩40-4端部(圖11A中實(shí)線位置)移動(dòng)到罩40-4的中心位置(圖11B中虛線位置)。罩40-4上表面41包括水平的半個(gè)表面41a和傾斜的半個(gè)表面41b，其中該水平的半個(gè)表面41a保持與擦拭器51滑動(dòng)接觸，而傾斜的半個(gè)表面41b與擦拭器51不保持滑動(dòng)接觸。噴嘴60(噴嘴63)嵌入在罩40-4內(nèi)，或者在其他情況下設(shè)置成與不妨礙擦拭器51的操作。在用噴嘴60(或者通過別的化學(xué)液體處理)清潔完成后，操作擦拭器51使其從罩40-4端部移動(dòng)到罩40-4中心位置，從而迫使在表面41a上的任何滯留液體到移表面41b上，液體從表面41b流掉。根據(jù)罩40-4，由于擦拭器51行程很短，因此由罩40-4占有的空間很小?？蛇x擇的是，罩40-4的整個(gè)上表面41可以是水平表面，而擦拭器51可從罩40-4一端移動(dòng)到另一端。但是，根據(jù)這種選擇，擦拭器51具有比較長的行程，擦拭器51在罩40-4的整個(gè)上表面上動(dòng)作。
圖12A和12B示出了具有兩個(gè)振動(dòng)器54和在一個(gè)方向傾斜的整個(gè)上表面41的罩40-5。在用噴嘴60清潔(或者由別的化學(xué)液體處理)完成后，操作振動(dòng)器54以振動(dòng)罩40-5，用于迫使在罩40-5上的任何滯留液體離開該傾斜上表面41。由于罩40-5整個(gè)上表面傾斜，則可有效地迫使該滯留液體從上表面41上落下。
圖13A和13B示出了具有圓錐形狀的罩40-6。已經(jīng)落在罩40-6上表面上的清洗液(或者別的化學(xué)液體)沿著圓錐形狀流下并落在處理槽10外面。
圖14A到14D示出了具有罩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)55的罩40-7。該罩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)55具有固定到臂45上的板551、固定安裝在該板551上的電機(jī)553、固定到電機(jī)553軸上的帶輪555、固定到安裝在罩40-7中心可旋轉(zhuǎn)軸上的帶輪557和圍繞該帶輪555、557的皮帶559，其中的罩40-7位于帶輪557上方。在襯底用由噴嘴60噴射的清洗液或者別的化學(xué)液體處理后，電機(jī)553通電以使該罩40-7旋轉(zhuǎn)，用于在離心力作用下強(qiáng)制甩掉罩40-7的上表面上的任何滯留液體。罩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)55可以各種方式在結(jié)構(gòu)上變化，并可包括在可使罩40-7旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的任何機(jī)構(gòu)。
在上述實(shí)施例中，襯底在儲(chǔ)存于處理槽10內(nèi)的鍍液中進(jìn)行無電鍍。然而，也可將陽極設(shè)置在處理槽10內(nèi)，而陰極連接到襯底W上，用于在襯底W的待處理表面上進(jìn)行電鍍。該襯底處理設(shè)備1可不用作鍍膜設(shè)備，而也作為用化學(xué)液體對(duì)襯底進(jìn)行處理的襯底處理設(shè)備(例如用于在鍍膜前的預(yù)處理或者在鍍膜后的后處理)。用噴嘴60對(duì)襯底W的處理過程(處理液噴射段、第二處理段)不局限于用清洗液清潔襯底的過程，而可以是用化學(xué)液體處理襯底的任何各種過程。
圖16為示出了襯底處理機(jī)構(gòu)(鍍帽設(shè)備)布局的平面圖，其中該機(jī)構(gòu)包括根據(jù)上述實(shí)施例的襯底處理設(shè)備1。如圖16所示，該襯底處理機(jī)構(gòu)包括用于把裝有襯底W的襯底盒加載與卸載的加載單元400a和卸載單元400b、用于傳送襯底W的三個(gè)傳送段(傳送機(jī)械手)401、403、405、兩個(gè)換向機(jī)407、409、臨時(shí)放置臺(tái)410、兩個(gè)干燥單元411、413、兩個(gè)清潔單元415、417、使用化學(xué)液體(例如稀硫酸)的襯底預(yù)處理設(shè)備419、使用化學(xué)液體(例如醋酸鈀)的兩個(gè)襯底預(yù)處理設(shè)備421、423、使用化學(xué)液體(例如檸檬酸)的兩個(gè)襯底預(yù)處理設(shè)備425、427以及兩個(gè)無電鍍?cè)O(shè)備429、431。每個(gè)無電鍍?cè)O(shè)備429、431包括根據(jù)上述實(shí)施例的襯底處理設(shè)備。
首先，傳送段401從加載單元400a中取出襯底W，并把襯底W傳送到換向機(jī)407上。換向機(jī)407對(duì)襯底W進(jìn)行換向，然后通過傳送段401，襯底放置在臨時(shí)放置臺(tái)410上，通過傳送段403，在臨時(shí)放置臺(tái)410上的襯底W傳送到襯底預(yù)處理設(shè)備419。襯底預(yù)處理設(shè)備419用化學(xué)液體(例如稀硫酸)對(duì)襯底W待處理表面進(jìn)行處理，并用清洗液清潔已處理的襯底W。
清潔后的襯底W然后通過傳送段405傳送到襯底預(yù)處理設(shè)備421、423中之一上，該設(shè)備用化學(xué)液體(例如醋酸鈀)對(duì)襯底W的待處理表面S進(jìn)行處理，爾后用清洗液清潔該已處理的襯底W。清潔后的襯底W然后通過傳送段405傳送到襯底預(yù)處理設(shè)備425、427中之一上，該設(shè)備用化學(xué)液體(例如檸檬酸)對(duì)襯底W的待處理表面S進(jìn)行處理，爾后用清洗液清潔該已處理襯底W。然后，該清潔的襯底w通過傳送段405傳送到無電鍍?cè)O(shè)備429、431中之一上，該設(shè)備在襯底W上進(jìn)行無電鍍(鍍帽)并清潔襯底W。
通過傳送段405，清潔后的襯底W傳送到換向機(jī)409上，換向機(jī)409翻轉(zhuǎn)襯底。翻轉(zhuǎn)后的襯底W通過傳送段403被傳送到清潔單元417、415中之一，該清潔單元用輥刷清潔襯底W。清潔后的襯底W通過傳送段403傳送到干燥單元413、411中之一，該干燥單元清潔然后甩干襯底W。接著，襯底W通過傳送段401被傳送到卸載單元400b。
該襯底處理設(shè)備1同時(shí)還可用作每個(gè)襯底預(yù)處理設(shè)備419、421、423、425、427。
圖17為襯底處理機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)例的平面圖。圖17所示的該襯底處理機(jī)構(gòu)包括用于加載半導(dǎo)體襯底的加載單元601、包括根據(jù)本發(fā)明襯底處理設(shè)備1且用于用銅對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鍍膜的鍍銅腔室602、一對(duì)用于用水清潔半導(dǎo)體襯底的水清潔腔室603、604、用于化學(xué)和機(jī)械拋光半導(dǎo)體襯底的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)單元605、一對(duì)用水清潔半導(dǎo)體襯底的水清潔腔室606、607、干燥半導(dǎo)體襯底的干燥室608以及用其上的互連膜來卸載半導(dǎo)體襯底的卸載單元609。該襯底鍍膜設(shè)備還具有把半導(dǎo)體襯底傳送到腔室602、603、604、化學(xué)機(jī)械拋光單元605、腔室606、607、608以及卸載單元609的襯底移送機(jī)構(gòu)(未示出)。該加載單元601、腔室602、603、604、化學(xué)機(jī)械拋光單元605、腔室606、607、608以及卸載單元609作為一個(gè)設(shè)備結(jié)合成一個(gè)整體的配置。在本實(shí)例中，在襯底處理機(jī)構(gòu)中進(jìn)行各種鍍膜處理的每個(gè)下述設(shè)備可包括根據(jù)本發(fā)明的襯底處理設(shè)備1。
該襯底處理機(jī)構(gòu)如下操作襯底傳送機(jī)構(gòu)把半導(dǎo)體襯底W從放在加載單元601上的襯底盒601-1中傳送到鍍銅腔室602上，其中在半導(dǎo)體襯底W上，互連膜還沒有形成。在鍍銅腔室602中，鍍銅膜形成在半導(dǎo)體襯底W的表面上，其中該半導(dǎo)體襯底W具有由互連溝道以及互連孔(接觸孔)組成的互連區(qū)域。
在鍍銅腔室602內(nèi)，在鍍銅膜形成在半導(dǎo)體襯底W上后，半導(dǎo)體襯底W通過襯底傳送機(jī)構(gòu)被傳送到一個(gè)水清潔腔室603、604，并在其中一個(gè)水清潔腔室603、604內(nèi)被清潔。該清潔后的半導(dǎo)體襯底W通過襯底傳送機(jī)構(gòu)被傳送到CMP單元605。該CMP單元605從半導(dǎo)體襯底W表面上去除不需要的鍍銅膜，留下在互連溝道以及互連孔內(nèi)的鍍銅膜部分。
然后，通過襯底傳送機(jī)構(gòu)，在互連溝道和互連孔內(nèi)具有滯留鍍銅膜的該半導(dǎo)體襯底W傳送到水清潔腔室606、607中其中一個(gè)，并在水清潔腔室606、607其中的一個(gè)內(nèi)用水清潔。清潔后的半導(dǎo)體襯底W然后在干燥室608內(nèi)干燥，之后，具有用作互連膜的滯留鍍銅膜的干燥半導(dǎo)體襯底W放入到卸載單元609內(nèi)的襯底盒609-1中。
圖18為示出了該襯底處理機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)例的平面圖。在該襯底處理機(jī)構(gòu)中，設(shè)置阻擋層形成單元811、晶粒層形成單元812、鍍膜單元813、退火單元814、第一清潔單元815、斜面和后部清潔單元816、鍍帽單元817、第二清潔單元818、第一校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器841、第二校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器842、第一襯底換向機(jī)843、第二襯底換向機(jī)844、襯底臨時(shí)放置臺(tái)845、第三膜厚測(cè)量?jī)x器846、加載/卸載段820、第一拋光設(shè)備821、第二拋光設(shè)備822、第一機(jī)械手831、第二機(jī)械手832、第三機(jī)械手833以及第四機(jī)械手834。膜厚測(cè)量?jī)x器841、842和846與其它單元(鍍膜、清潔、退火單元等等)正面尺寸相同，從而可互換。
在本實(shí)例中，可使用無電的Ni-B鍍膜設(shè)備作為阻擋層形成單元811、無電的鍍銅設(shè)備作為晶粒層形成單元812以及電鍍?cè)O(shè)備作為鍍膜單元813。
圖19為示出了在本襯底處理機(jī)構(gòu)中相應(yīng)步驟流程的流程圖。下面根據(jù)該流程圖描述在該機(jī)構(gòu)中相應(yīng)的步驟。首先，通過第一機(jī)械手831，從放置在加載/卸載段820上的盒820a中取出的半導(dǎo)體襯底放置在第一校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器841上，其中處于這樣的狀態(tài)，即它的待鍍膜表面朝上。為了設(shè)定進(jìn)行膜厚度測(cè)量的位置的參考點(diǎn)、要進(jìn)行膜厚度測(cè)量的切口對(duì)準(zhǔn)，然后才能得到銅膜形成前有關(guān)半導(dǎo)體襯底的膜厚度數(shù)據(jù)。
接著，該半導(dǎo)體襯底通過第一機(jī)械手831傳送到阻擋層形成單元811。該阻擋層形成單元811是這樣的設(shè)備，即用于通過無電Ni-B鍍膜在半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，而該阻擋層形成單元811形成用于Ni-B膜，該膜用于阻止銅擴(kuò)散進(jìn)半導(dǎo)體器件的夾層絕緣體膜(例如SiO2)中。通過第一機(jī)械手831，在清潔和干燥步驟后出料的半導(dǎo)體襯底傳送到第一校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器841，在這里測(cè)量半導(dǎo)體襯底的膜厚度，即該阻擋層的膜厚度。
在膜厚度測(cè)量后的半導(dǎo)體襯底通過第二機(jī)械手832運(yùn)送到晶粒層形成單元812，而通過無電的鍍銅步驟在阻擋層上形成晶粒層。在半導(dǎo)體襯底傳送到鍍膜單元813以前，通過第二機(jī)械手832，在清潔和干燥后出料的半導(dǎo)體襯底傳送到第二校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器842，用于確定切口位置，然后通過膜厚度測(cè)量?jī)x器842進(jìn)行用于鍍銅的切口對(duì)準(zhǔn)。如果必要的話，在形成銅膜前，半導(dǎo)體襯底的膜厚度可在膜厚度測(cè)量?jī)x器842中再次測(cè)量。
完成切口對(duì)準(zhǔn)的半導(dǎo)體襯底通過第三機(jī)械手833傳送到鍍膜單元813，在鍍膜單元813，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鍍銅。通過第三機(jī)械手833，在清潔和干燥步驟后出料的半導(dǎo)體襯底傳送到斜面和后部清潔單元816，在這里去除在半導(dǎo)體襯底外圍部分上不必要的銅膜(晶粒層)。在斜面和后部清潔單元816，斜面在預(yù)定時(shí)間內(nèi)被刻蝕，同時(shí)用例如氫氟酸的化學(xué)液體清除附著于半導(dǎo)體襯底后部的銅。此時(shí)，在把半導(dǎo)體襯底傳送到斜面和后部清潔單元816以前，可用第二校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器842來進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的膜厚度測(cè)量，以獲得通過鍍膜形成的銅膜厚度值，并基于獲得的結(jié)果，可任意地變化斜面刻蝕時(shí)間以進(jìn)行刻蝕。通過斜面刻蝕所刻蝕出的區(qū)域?yàn)閷?duì)應(yīng)于該襯底圍緣部分以及沒有電路形成在其中的區(qū)域，或者盡管形成電路而最后沒有用作芯片的區(qū)域。斜面部分包含在該區(qū)域內(nèi)。
該斜面和后部清潔單元816中清潔和干燥步驟后出料的半導(dǎo)體襯底通過第三機(jī)械手833傳送到襯底換向機(jī)843。在通過襯底換向機(jī)843把半導(dǎo)體襯底翻轉(zhuǎn)以使鍍膜表面向下后，通過第四機(jī)械手834，半導(dǎo)體襯底被引入到退火單元814，從而使互連部分穩(wěn)定。在退火處理前和/或后，半導(dǎo)體襯底運(yùn)送到第二校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器842，在這里測(cè)量形成于半導(dǎo)體襯底上銅膜的膜厚度。然后，半導(dǎo)體襯底通過第四機(jī)械手834運(yùn)送到第一拋光設(shè)備821，在其中半導(dǎo)體襯底的銅膜和晶粒層被拋光。
此時(shí)，使用理想的磨粒等，但也可采用固定的研磨劑，以阻止形成凹坑以及增進(jìn)該表面的光潔度。在初步拋光完成后，半導(dǎo)體襯底通過第四機(jī)械手834傳送到第一清潔單元815，在此處被清潔。該清潔為擦洗清潔，其中具有與半導(dǎo)體襯底直徑大體上相同長度的輥位于半導(dǎo)體襯底的正面和后部，且半導(dǎo)體襯底和該輥旋轉(zhuǎn)，同時(shí)純水或者去離子水流動(dòng)，從而進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的清潔。
在初步清潔完成后，半導(dǎo)體襯底通過第四機(jī)械手834傳送到第二拋光設(shè)備822，在這里對(duì)在半導(dǎo)體襯底上的阻擋層進(jìn)行拋光。此時(shí)，使用理想的磨粒等，但也可采用固定的研磨劑，以阻止凹坑以及增進(jìn)該表面的光潔度。在二次拋光完成后，半導(dǎo)體襯底通過第四機(jī)械手834再次傳送到進(jìn)行擦洗清潔的第一清潔單元815。在清潔完成后，該半導(dǎo)體襯底通過第四機(jī)械手834傳送到第二襯底換向機(jī)844，在這里半導(dǎo)體襯底被翻轉(zhuǎn)，使已鍍膜表面朝上，然后通過該第三機(jī)械手833，該半導(dǎo)體襯底被放在襯底臨時(shí)放置臺(tái)845上。
通過第二機(jī)械手832，該半導(dǎo)體襯底從襯底臨時(shí)放置臺(tái)845傳送鍍帽單元817，在這里，為了阻止由于空氣導(dǎo)致的銅氧化，在該銅表面上進(jìn)行Ni-B鍍膜。通過第二機(jī)械手832，已經(jīng)進(jìn)行鍍帽的該半導(dǎo)體襯底從鍍帽單元817運(yùn)送到第三膜厚測(cè)量?jī)x器846，在這里測(cè)量銅膜厚度。此后，通過第一機(jī)械手831，半導(dǎo)體襯底被運(yùn)送到第二清潔單元818，在這里用純水或者去離子水清潔襯底。清潔后的半導(dǎo)體襯底返回到放置在加載/卸載段820上的盒820a內(nèi)。
校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器841以及校準(zhǔn)和膜厚測(cè)量?jī)x器842進(jìn)行襯底切口部分的定位和膜厚的測(cè)量。
斜面和后部清潔單元816可進(jìn)行邊緣(斜面)銅蝕刻同時(shí)進(jìn)行后部清潔，并可抑制在襯底表面上電路形成部分的銅自然氧化膜生長。圖20示出了斜面和后部清潔單元816的示意圖。如圖20所示，該斜面和后部清潔單元816具有襯底夾持件922，該襯底夾持件922位于帶底圓筒形防水蓋920內(nèi)，并適合于使襯底W以高速旋轉(zhuǎn)，其中的狀態(tài)為，襯底W表面向上，同時(shí)在沿著襯底圍緣部分的圓周方向的多個(gè)位置，通過旋壓夾頭921水平地夾持襯底W，中心噴嘴924放置在襯底夾持件922所夾持的襯底W表面中央部附近的上方，而邊緣噴嘴926放置在襯底W圍緣部分上方。中心噴嘴924和邊緣噴嘴926指向下方。后噴嘴928位于襯底W后部中央部附近下方，并指向上方。邊緣噴嘴926用于在襯底W直徑方向和高度方向移動(dòng)。
邊緣噴嘴926的運(yùn)動(dòng)寬度L設(shè)定成可使邊緣噴嘴926可任意地設(shè)置在從襯底外圍端面朝向中心的方向上，同時(shí)根據(jù)襯底W的尺寸、應(yīng)用等等輸入一組L值。通常情況下，切邊寬度C設(shè)定在2mm到5mm范圍內(nèi)。在襯底轉(zhuǎn)速為從后部到正面液體移動(dòng)量不成問題的某個(gè)值或者更高的情況中，在切邊寬度C內(nèi)的銅膜可被去除。
下面將描述用該斜面和后部清潔單元進(jìn)行清潔的方法。首先，半導(dǎo)體襯底W與襯底夾持件922水平地整體旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過襯底夾持件922的旋壓夾頭921而水平地夾持襯底。在該狀態(tài)，酸性溶液從中心噴嘴924提供到襯底W正面的中央部。該酸性溶液可以是非氧化酸，使用氫氟酸、鹽酸、硫酸、檸檬酸、草酸等等。另一方面，氧化劑溶液從邊緣噴嘴926連續(xù)地或者斷續(xù)地供應(yīng)到襯底W的圍緣部分。作為氧化劑溶液，可使用臭氧水溶液、過氧化氫水溶液、硝酸水溶液以及次氯酸鈉水溶液中之一，或者使用這些溶液的組合。
在這種方式中，形成在半導(dǎo)體襯底W圍緣部分區(qū)域的上表面和端面上的銅膜等等用氧化劑溶液迅速地氧化，并用從中心噴嘴924提供并散布在該襯底整個(gè)正面上的酸性溶液同時(shí)進(jìn)行刻蝕，借此銅膜被溶解并去除。通過在襯底圍緣部分把酸性溶液和氧化劑溶液混合，與將這兩種溶液預(yù)先進(jìn)行混合后再供給的混合物相比，可獲得陡峭的刻蝕外形。此時(shí)，銅刻蝕速度由它們的濃度決定。如果銅自然氧化膜形成在襯底表面上的電路形成部分，則根據(jù)襯底的旋轉(zhuǎn)，通過擴(kuò)散到襯底整個(gè)表面上的酸性溶液，該自然氧化物被立即去除，同時(shí)不再生長。在從該中心噴嘴924的酸性溶液供應(yīng)停止后，從該邊緣噴嘴926的氧化劑溶液供應(yīng)也停止。結(jié)果、暴露在表面上的硅被氧化，同時(shí)抑制了銅的沉積。
另一方面，氧化劑溶液和氧化硅膜蝕刻劑從后噴嘴928同時(shí)供應(yīng)或者交替地供應(yīng)到襯底后部的中央部。因此，附著在半導(dǎo)體襯底W后部的金屬形式的銅等等與襯底的硅一起用氧化劑溶液氧化，并可用二氧化硅膜蝕刻劑被刻蝕和去除。優(yōu)選的是，為使化學(xué)制劑的種類在數(shù)量上減少，該氧化劑溶液與提供給表面的氧化劑溶液相同。氫氟酸可用作氧化硅膜蝕刻劑，同時(shí)如果氫氟酸用作襯底表面上的酸性溶液，則化學(xué)制劑種類可在數(shù)量上減少。從而，如果氧化劑供應(yīng)先停止，則獲得疏水性表面。如果蝕刻劑溶液先停止，則獲得水飽和的表面(親水性表面)，從而后部表面可調(diào)整到將滿足后續(xù)處理的要求的狀態(tài)。
在這種方式中，酸性溶液，即蝕刻溶液提供給襯底，以去除滯留在襯底W表面上的金屬離子。接著，提供純水以用純水替換該蝕刻溶液并去除該蝕刻溶液，然后通過離心脫水對(duì)該襯底進(jìn)行干燥。在這種方式中，同時(shí)進(jìn)行半導(dǎo)體襯底正面圍緣部分處切邊寬度C上的銅膜去除以及在后部銅污染物的去除，從而使該處理在例如80秒內(nèi)完成。該邊緣蝕割寬度可任意地設(shè)定(從2到5mm)，但刻蝕需要的時(shí)間不取決于該切割寬度。
在CMP處理以前和在鍍膜后進(jìn)行的退火處理對(duì)隨后的CMP處理和互連件的電學(xué)特征具有良好的作用。在沒有退火的CMP處理后對(duì)寬互連件(幾微米單元)的表面觀察顯示出例如微孔的許多缺陷，這導(dǎo)致整個(gè)互連件電阻的增加。實(shí)施退火改善了這種電阻的增加。在有退火的情況下，細(xì)互連件顯示沒有空隙。這樣，晶粒長大度假定與這些現(xiàn)象有關(guān)。也就是說，可推測(cè)以下機(jī)理晶粒生長難以在細(xì)互連件中發(fā)生。另一方面，在寬互連件中，晶粒生長根據(jù)退火處理進(jìn)行。在晶粒生長過程期間，太小而不能通過SEM(掃描電子顯微鏡)看到的所鍍膜中的特細(xì)孔積聚并向上移動(dòng)，從而在互連件上部形成微孔狀的凹陷。在退火單元814中的退火狀態(tài)是這樣，即氫(2％或者更少)被加入到周圍空氣中，溫度在300℃到400℃的范圍內(nèi)，以及時(shí)間在1到5分鐘范圍內(nèi)。在這些條件下，獲得上述效果。
圖21和22示出了退火單元814。該退火單元814包括腔室1002、熱板1004和冷卻板1006。其中腔室1002具有放入和取出該半導(dǎo)體襯底W的門1000，熱板1004放置在腔室1002上部位置，用于把半導(dǎo)體襯底W加熱到例如400℃，冷卻板1006放置在腔室1002的下部位置，用于通過例如在該板內(nèi)流動(dòng)冷卻水而冷卻半導(dǎo)體襯底W。退火單元814還具有多個(gè)垂直移動(dòng)的提升銷1008，該提升銷1008穿過冷卻板1006并向上和向下延伸，用于把半導(dǎo)體襯底W放置和保持在它們上面。該退火單元此外還包括氣體引入管1010和氣體排放管1012，其中該氣體引入管1010用于在退火期間把抗氧化劑氣體引入到半導(dǎo)體襯底W和熱板1004之間，而氣體排放管1012用于把已經(jīng)從氣體引入管1010引入并在半導(dǎo)體襯底W和熱板1004之間流動(dòng)的氣體排放出。該管1010和1012布置在該熱板1004的相對(duì)兩側(cè)。
氣體引入管1010通連混合氣體引入管道1022，該混合氣體引入管道1022隨后通連混合器1020，在這里，通過帶有過濾器1014a的N2氣體引入管道1016引入的N2氣體和通過帶有過濾器1014b的H2氣體引入管道1018引入的H2氣體混合，形成流過該管線1022進(jìn)入到該氣體引入管1010的混合氣體。
在操作中，已經(jīng)通過門1000被運(yùn)送進(jìn)該腔室1002的半導(dǎo)體襯底W保持在提升銷1008上，同時(shí)提升銷1008抬高到這樣的位置，在該位置，在保持于提升銷1008上的半導(dǎo)體襯底W和熱板1004之間的距離變成例如0.1-1.0mm。
在該狀態(tài)，該半導(dǎo)體襯底W然后通過熱板1004加熱到例如400℃，同時(shí)，抗氧化劑氣體從氣體引入管1010引入，并且該氣體被允許在半導(dǎo)體襯底W和熱板1004之間流動(dòng)，同時(shí)該氣體從氣體排放管1012排放，從而對(duì)半導(dǎo)體襯底W退火并同時(shí)阻止其氧化。該退火處理可在大約幾十秒到60秒內(nèi)完成。襯底W的加熱溫度可在100℃-600℃范圍內(nèi)選擇。
在退火完成后，該提升銷1008降低到這樣的位置，在該位置，在保持于提升銷1008上的半導(dǎo)體襯底W和該冷卻板1006之間的距離例如變成0-0.5mm。在該狀態(tài)，通過把冷卻水引入到冷卻板1006，半導(dǎo)體襯底W被冷卻板在例如10-60秒內(nèi)冷卻到100C或者更低的溫度。該冷卻后的半導(dǎo)體襯底被送到下一工步。
N2氣體與百分之幾的H2的混合氣體用作上述抗氧化劑氣體。然而，N2氣體也可單獨(dú)地使用。
該退火單元可放置在電鍍?cè)O(shè)備中。
圖23為大略地示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的襯底處理設(shè)備1-2的剖面?zhèn)纫晥D，該襯底處理設(shè)備1-2示出了與圖7B所示狀態(tài)類似的狀態(tài)。襯底處理設(shè)備1-2與該襯底處理設(shè)備1中那些相同或者相應(yīng)的部分用相同參考符號(hào)表示，同時(shí)在下面不詳細(xì)描述。在處理槽10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)部方面，該襯底處理設(shè)備1-2不同于該襯底處理設(shè)備1。具體地說，該襯底處理設(shè)備1-2具有容器形狀的處理槽主體13，該主體13具有用于噴射鍍液(無電鍍液)的噴嘴(處理液噴射段)30，而不是在其中儲(chǔ)存鍍液。通過泵P將供應(yīng)槽151的鍍液提供給噴嘴30。噴嘴30把鍍液噴射成與襯底W待處理表面接觸，其中襯底W的待處理表面降入到該處理槽主體13內(nèi)，從而對(duì)該襯底W進(jìn)行鍍膜。在與襯底W待處理表面接觸后，鍍液落到處理槽主體13的底部，通過管31回到供應(yīng)槽151，然后提供給噴嘴30，用于循環(huán)。如此安裝的襯底處理設(shè)備1-2還能夠在襯底W的待處理表面上進(jìn)行無電鍍。
該襯底處理設(shè)備1-2的噴嘴30可布置在圖1所示襯底處理設(shè)備1的處理槽主體13內(nèi)，而處理槽主體13容納鍍液Q，從而襯底W可浸入在鍍液內(nèi)，同時(shí)通過在單一處理槽10內(nèi)的噴嘴30，鍍液可噴射在襯底W上。這種配置可在單個(gè)處理槽10內(nèi)進(jìn)行兩種處理方法。
正如襯底處理設(shè)備1的情況一樣，襯底處理設(shè)備1-2可不作為鍍膜設(shè)備使用，而是作為用化學(xué)液體處理襯底的襯底處理設(shè)備(例如用于在鍍膜以前的預(yù)處理或者在鍍膜后的后處理)。用噴嘴60對(duì)襯底W的處理過程不局限于用清洗液清潔襯底的過程，而可以是用化學(xué)液體處理襯底的任何各種過程。
圖24示出了另一個(gè)處理槽10-2和罩40。該處理槽10-2與圖1所示襯底處理設(shè)備1的處理槽10不同之處在于，處理槽10-2的護(hù)罩17具有氣體噴射段18，該氣體噴射段18用于把例如惰性氣體(例如氮?dú)?的氣體噴射進(jìn)該處理槽10-2。每一氣體噴射段18包括貫穿護(hù)罩17從而在處理槽10-2內(nèi)部和外部之間連通的通道18a以及安裝在通道18a末端的接頭18b。利用通過罩40覆蓋的開口11，氣體噴射段18把例如惰性氣體的氣體噴射進(jìn)該處理槽10-2，該處理槽10把氣體密封在其中，從而用惰性氣體替換在該處理槽10-2內(nèi)的空氣。因此，鍍液Q被阻止與大氣中的氧氣接觸，并由此阻止降低功能，從而該襯底W可始終與常態(tài)鍍液Q接觸。氣體噴射段18可在結(jié)構(gòu)上以各種方式變化，并可安裝在罩40上或者任何各種其它區(qū)域上，而不是護(hù)罩17上。
已經(jīng)如上描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而在要求專利的權(quán)利要求書范圍以及在說明書和附圖中描述的技術(shù)原理范圍內(nèi)可進(jìn)行各種改型。在說明書和附圖中沒有直接描述的任何形狀、結(jié)構(gòu)和材料在它們呈現(xiàn)本發(fā)明操作和優(yōu)點(diǎn)時(shí)均落入本發(fā)明的技術(shù)原理范圍內(nèi)。
例如，盡管在上述實(shí)施例中，罩40通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70旋轉(zhuǎn)，但罩40可以是這樣的結(jié)構(gòu)，它可移動(dòng)到兩個(gè)位置，即關(guān)閉處理槽10開口11的位置和另外位置。例如，罩40可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，它可平動(dòng)而不是轉(zhuǎn)動(dòng)。
在上述實(shí)施例中，安裝在罩40上表面的噴嘴60作為第二處理段使用。然而，噴嘴60可安裝在除了罩40上表面以外的其他元件上(例如環(huán)繞襯底處理設(shè)備1的外罩)。安裝在罩40上的噴嘴60適合于減小襯底處理設(shè)備1的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，如上面詳細(xì)描述的那樣，即使襯底通過在一個(gè)設(shè)備內(nèi)的多種處理液處理，該處理液也被阻止彼此混雜，同時(shí)用于設(shè)備的安裝區(qū)域可在尺寸上減少，因此降低了設(shè)備的成本。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明涉及一種適合于用多種液處理襯底的襯底處理設(shè)備和襯底處理方法。
權(quán)利要求
1.一種用于處理襯底的設(shè)備，包括第一處理段，該處理段使得處理液與襯底待處理表面接觸，其中由襯底頭所夾持的該襯底被插入到處理槽內(nèi)；用于垂直地移動(dòng)由該襯底頭所夾持的襯底的襯底提升/下降機(jī)構(gòu)；有選擇地打開和關(guān)閉處理槽開口的罩；以及第二處理段，該處理段用于在罩上面使得處理液與由該襯底頭所夾持的襯底待處理表面接觸，而該罩已經(jīng)關(guān)閉該處理槽的開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一處理段為這樣的結(jié)構(gòu)，即用于在處理槽內(nèi)保持處理液并把所述襯底待處理表面浸入到處理液內(nèi)，從而使得處理液與襯底待處理表面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述處理槽用于噴射氣體并把氣體密封在其中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一處理段為這樣的結(jié)構(gòu)，即用于使從處理槽內(nèi)布置的處理液噴射段中噴射的處理液與該襯底待處理表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括處理液循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于回收已經(jīng)提供給該處理槽的處理液并把該處理液供應(yīng)給處理槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述襯底頭為這樣的結(jié)構(gòu)，即用于吸引襯底背面以夾持該襯底，從而使得處理液與該襯底的整個(gè)待處理表面接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述襯底頭具有這樣的結(jié)構(gòu)，即用于只吸引該襯底背面以夾持該襯底，從而產(chǎn)生與該襯底待處理表面接觸的處理液的均勻流動(dòng)并使得該處理液與該襯底包括襯底邊緣的整個(gè)待處理表面均勻接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述襯底頭具有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于把襯底頭所夾持的襯底浸入到處理槽內(nèi)容納的處理液中，同時(shí)該襯底與水平位置成預(yù)定角度傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括用于使罩在兩個(gè)位置之間移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)位置包括罩位于處理槽側(cè)面的縮回位置和罩位于處理槽上方關(guān)閉處理槽開口的關(guān)閉位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中在罩的上表面設(shè)置有處理液噴射段，用于使該處理液與該襯底待處理表面接觸，同時(shí)該罩關(guān)閉該處理槽的開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中在罩的上表面設(shè)置有堤壩狀件，當(dāng)該罩從罩關(guān)閉該處理槽的開口的狀態(tài)中打開時(shí)，用于阻止滯留在該罩上表面的處理液落入該處理槽內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述罩具有上表面，該上表面具有傾斜形狀或者圓錐形狀，用于使該罩上表面上的該處理液流下，同時(shí)該罩關(guān)閉該處理槽的開口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括擦拭器、振動(dòng)器或者罩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于去除滯留在該罩上表面上的處理液。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述處理槽在其上部具有傾斜壁，該傾斜壁在向上方向上具有逐漸減小的外徑，從而使處理槽開口上端的外壁被定位在罩內(nèi)壁內(nèi)部，該罩覆蓋該開口的上端。
15.一種處理襯底的方法，包括在由襯底頭所夾持的該襯底插入到處理槽內(nèi)的狀態(tài)下，使得處理液與襯底待處理表面接觸；在由該襯底所夾持的襯底提升在處理槽上方的狀態(tài)下，用罩關(guān)閉處理槽的開口；以及在罩上面使得處理液與由該襯底頭所夾持的襯底待處理表面接觸，而其中該罩已經(jīng)關(guān)閉該處理槽的開口。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使該處理液在該處理槽內(nèi)與該襯底待處理表面接觸包括這樣的步驟，即在該處理槽內(nèi)儲(chǔ)存處理液，并把該襯底待處理表面浸入在該處理液內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括當(dāng)處理槽開口由該罩關(guān)閉時(shí)用惰性氣體填充處理槽，從而保護(hù)在該處理槽內(nèi)的處理液。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使處理液在處理槽內(nèi)與襯底待處理表面接觸包括這樣的步驟，即將從布置在該處理槽內(nèi)的處理液噴射段噴射的處理液噴射成與該襯底待處理表面接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括回收已經(jīng)提供給該處理槽的處理液并把該處理液供應(yīng)給處理槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述襯底頭吸引該襯底的背面以夾持該襯底。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述襯底頭只吸引該襯底背面以夾持該襯底，從而產(chǎn)生將與該襯底待處理表面接觸的處理液的均勻流動(dòng)，并使得該處理液與包括襯底邊緣的襯底整個(gè)待處理表面均勻接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述處理液的均勻流從待處理表面將在該襯底待處理表面上流動(dòng)的氣泡，或者當(dāng)該處理液與該襯底待處理表面接觸時(shí)產(chǎn)生的氣泡排放出。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中把襯底待處理表面浸入到該處理液中包括這樣的步驟，即把該襯底待處理表面浸入到該處理槽內(nèi)的處理液中，同時(shí)使襯底傾斜。
24.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中通過在兩個(gè)位置之間移動(dòng)該罩，通過該罩有選擇地打開和關(guān)閉該處理槽的開口，其中的兩個(gè)位置包括罩位于該處理槽側(cè)面的縮回位置和罩位于該處理槽上方并關(guān)閉該處理槽開口的關(guān)閉位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在罩上方使處理液與襯底待處理表面接觸包括這樣的步驟，即把從安裝在該罩上表面的處理液噴射段噴射的處理液噴射到該襯底上。
全文摘要
一種襯底處理設(shè)備，具有處理槽(10)、罩(40)、噴嘴(60)和襯底頭(80)。處理槽(10)用于在容納于其中的鍍液(Q)中對(duì)襯底(W)進(jìn)行鍍膜；罩(40)用于有選擇地打開和關(guān)閉該處理槽(10)的開口(11)；噴嘴(60)安裝在罩(40)的上表面；襯底頭(80)用于吸引襯底(W)的背面以夾持襯底(W)。隨著罩(40)從處理槽(10)的開口(11)移開，襯底頭(80)降低以把襯底(W)浸在鍍液(Q)內(nèi)，用于對(duì)襯底(W)進(jìn)行鍍膜。當(dāng)襯底頭(80)提升同時(shí)處理槽(10)開口(11)由罩(40)關(guān)閉時(shí)，襯底(W)通過噴嘴(60)清潔。
文檔編號(hào)C23C18/16GK1659686SQ0381299
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者勝岡誠司, 關(guān)本雅彥, 渡邊輝行, 小川貴弘, 小林賢一, 宮崎充, 本島靖之, 橫山俊夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所