專(zhuān)利名稱(chēng)：襯底加工設(shè)備和襯底加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種襯底加工設(shè)備和一種襯底加工方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及可用于對(duì)形成在襯底表面上特別是半導(dǎo)體晶片上的導(dǎo)熱材料進(jìn)行加工的襯底加工設(shè)備和襯底加工方法。
本發(fā)明還涉及這樣的襯底加工設(shè)備和襯底加工方法，其中用于通過(guò)把例如銅或者銀等金屬嵌入到細(xì)小溝道內(nèi)形成嵌入互連結(jié)構(gòu)，用于例如半導(dǎo)體晶片的襯底表面互連。此外，本發(fā)明涉及包括在這樣形成的嵌入互連表面上形成保護(hù)膜來(lái)保護(hù)該互連的襯底加工方法以及通過(guò)該方法加工的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，代替使用鋁或者鋁合金作為在如半導(dǎo)體晶片的襯底上形成互連電路的材料，有很大趨勢(shì)來(lái)使用具有低電阻率和高電遷移強(qiáng)度的銅(Cu)。銅互連件一般地通過(guò)把銅裝填到形成在襯底表面上細(xì)小溝道而形成。有已知各種技術(shù)來(lái)用于形成這種銅互連件，這些技術(shù)包括化學(xué)蒸汽淀積、濺射和電鍍。根據(jù)任何一種這樣的技術(shù)，在襯底的幾乎整個(gè)表面上形成銅膜，然后通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去不必要的銅。
在由這種過(guò)程形成互連件的情況中，該嵌入互連件在平整處理后具有暴露表面。當(dāng)另外的嵌入互連結(jié)構(gòu)形成在這樣一個(gè)半導(dǎo)體襯底互連暴露表面上時(shí)，可能遇到以下問(wèn)題。例如，在形成層間介電薄膜下一個(gè)過(guò)程中，在形成新SiO2隔離夾層期間，該預(yù)先形成互連件的暴露表面可能被氧化。此外，在用于形成通孔的SiO2層刻蝕后，暴露在該通孔底部的預(yù)先形成互連件可能被蝕刻劑、去皮的抗蝕劑等等污染。
為了避免這種問(wèn)題，傳統(tǒng)上，不僅在暴露該互連件表面的半導(dǎo)體襯底形成電路區(qū)域上而且也在該襯底整個(gè)表面上形成氮化硅等等保護(hù)膜，從而阻止該暴露互連件被蝕刻劑等等污染。
然而，在具有嵌入互連件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上提供SiN等等保護(hù)膜增加了中間層絕緣膜的介電常數(shù)，因此即使當(dāng)使用例如銅或者銀的低電阻率材料用于互連件時(shí)就增加了互連延遲，從而該半導(dǎo)體器件性能可能被削弱。
鑒于此，已經(jīng)提出有選擇地用Co(鈷)、Co合金、Ni(鎳)或者Ni合金等保護(hù)膜覆蓋在該暴露互連件表面上，其中這些材料具有可良好地黏結(jié)到例如銅或者銀的性能，同時(shí)具有低電阻率(ρ)，例如通過(guò)無(wú)電極電鍍得到合金薄膜。
圖1A到1F以工序順序示出了形成這種具有銅互連件的半導(dǎo)體器件的實(shí)例。如圖1A所示，例如SiO2或者低-k材料的絕緣膜2a沉積在形成半器件的導(dǎo)電層1a上，其中該導(dǎo)電層1a形成在半導(dǎo)體基部1上。接觸孔3和互連溝道4通過(guò)光刻技術(shù)/蝕刻技術(shù)形成在絕緣膜2a內(nèi)。爾后，TaN等等的阻擋層5形成在該整個(gè)表面上，同時(shí)作為供電層用于電鍍的晶粒層6通過(guò)濺射等等形成在該阻擋層5上。
然后，如圖1B所示，在該襯底W的表面上進(jìn)行鍍銅，用銅裝填該接觸孔3和該互連溝道4，同時(shí)，在該絕緣膜2a上沉積銅膜7。此后，在該絕緣膜2a上的該阻擋層5、該晶粒層6和該銅膜7通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除，以便使得充滿在該接觸孔3和該互連溝道4內(nèi)的該銅膜7表面和該絕緣膜2a的表面基本上處于相同平面。因此形成了如圖1C所示的由該晶粒層6和該銅膜7組成的互連件(銅互連件)8。
接著，如圖1D所示，在該襯底表面上進(jìn)行無(wú)電極電鍍，以有選擇地在互連件8的表面上形成如Co合金或者Ni合金的保護(hù)層9，從而用該保護(hù)膜9覆蓋和保護(hù)了互連件8的該暴露表面。此后，如圖1E所示，如SiO2或者SiOF的絕緣膜2b附加到該襯底W的表面上。接著，如圖1F所示，該絕緣膜2b的表面被平整，以形成多層互連結(jié)構(gòu)。
在各種型式設(shè)備中的部件最近變得更精密，同時(shí)需要較高精度。由于已經(jīng)通常使用亞微米制造技術(shù)，因此，材料性能主要受到該加工方法的影響。在這種情況下，在這種傳統(tǒng)的加工方法中，其中在工件的需要部分被工具在物理上破壞并從其表面上去除，形成了許多缺陷，使該工件性能降低。因此，在不降低該材料性能情況下進(jìn)行加工是非常重要的。
例如化學(xué)拋光、電解加工和電解拋光的加工方法已經(jīng)得到發(fā)展，以便解決這些問(wèn)題。與傳統(tǒng)的物理加工相比，這些方法通過(guò)化學(xué)溶解反應(yīng)進(jìn)行去除加工等等。因此，這些方法沒(méi)有因?yàn)樾纬伤苄宰冃螌?dǎo)致的改變層和斷層的缺陷而受到困擾，從而可在不降低該材料性能情況下進(jìn)行加工。
例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)通常需要復(fù)雜的操作和控制，同時(shí)需要相當(dāng)長(zhǎng)的加工時(shí)間。此外，襯底的充分清潔必須在拋光處理后進(jìn)行。這還在料液或者清潔廢液處理中增加了相當(dāng)多的負(fù)擔(dān)。因此，特別需要完全地去掉CMP或者在CMP上減少負(fù)擔(dān)。同樣在這方面，需要指出的是，盡管今后主要地采用具有低介電常數(shù)的低-k材料作為該絕緣膜材料，但該低-k材料具有低機(jī)械強(qiáng)度，因此難以承受在CMP加工期間作用的應(yīng)力。因此，從這一點(diǎn)上同樣看到，需要能在不產(chǎn)生任何應(yīng)力情況下對(duì)襯底進(jìn)行平整。
此外，已經(jīng)報(bào)道的是，在電鍍同時(shí)進(jìn)行CMP加工即化學(xué)機(jī)械電解拋光方法。依據(jù)這種方法，在鍍膜生長(zhǎng)表面上進(jìn)行機(jī)械加工，但產(chǎn)生了形成薄膜變性的問(wèn)題。
另一方面，已經(jīng)通過(guò)去除沉積在該襯底W表面上多余金屬并通過(guò)化學(xué)的機(jī)械拋光(CMP)等等使該表面變平而形成該互連件8，而當(dāng)該保護(hù)膜9被有選擇地形成在該互連件8的表面上時(shí)，如上所述，該保護(hù)膜9從該變平表面伸出。在該絕緣膜2b后面沉積后，隨著該保護(hù)膜9的不整齊形成在該絕緣膜2b的表面上，這使該表面光潔度變差。這可能引起例如在用于在上層形成互連件的光刻加工中不聚焦，并可能因此使該互連件斷開(kāi)或者短路，對(duì)在例如半導(dǎo)體晶片的襯底表面上制造的LSI等等性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此需要另外的平整處理，以保證在該絕緣膜2b表面上具有足夠光潔度。
順便說(shuō)的是，如圖2所示，當(dāng)通過(guò)在該襯底W的表面上進(jìn)行鍍膜而形成銅膜7時(shí)，其中在該表面上具有直徑dl即大約0.2μm的細(xì)孔3a和寬度d2即約100μm的寬溝道4b，即使當(dāng)鍍液或者容納在該鍍液內(nèi)添加劑的效果最佳化，鍍膜生長(zhǎng)可能在該細(xì)孔3a上面部分加快，借此該銅膜7在該部分升高，而具有足夠高平面性能的鍍膜的生長(zhǎng)不能在寬溝道4b內(nèi)形成。這導(dǎo)致在沉積在該襯底W銅膜7平面具有差異(隆起)“a+b”，即在戲孔3a上面升高部分的高度“a”加上在該寬溝道4b上面凹陷部分的深度“b”。因此，為了得到襯底W的希望平整表面，同時(shí)罰金孔3a和該寬溝道4b被完全地充滿銅，有必要預(yù)先提供具有足夠地大厚度的銅膜，并在該高度上通過(guò)CMP去除相當(dāng)于上述差異“a+b”的多余部分而去除。
然而，在鍍膜的CMP加工中，該鍍膜的較大厚度需要較大的拋光量，導(dǎo)致加工時(shí)間延長(zhǎng)。增加CMP速度以避免加工時(shí)間延長(zhǎng)可使在CMP加工期間在寬溝道內(nèi)凹部增加。此外、由于CMP采用用于拋光的料液，在料液和鍍液之間的交叉污染成為問(wèn)題。此外，由于在CMP加工中具有彈性的拋光墊與襯底接觸，就不可能有選擇地去除該襯底的升高部分。
為了解決這些問(wèn)題，必須使鍍膜厚度盡可能薄，同時(shí)即使當(dāng)罰金孔和寬溝道共同存在于襯底表面上時(shí)也要消除該升高部分和凹部，從而提高該光潔度。然而，在目前，當(dāng)使用如硫酸銅電鍍槽進(jìn)行電解鍍膜時(shí)，僅僅在該鍍液或者添加劑的作用下，不能同時(shí)減少該升高部分和減少該凹部。通過(guò)使用臨時(shí)逆電源或者PR脈沖電源作為在薄膜淀積期間鍍膜電源，可能減少該升高部分。然而，該方法在減少該凹部中不是有效的，此外降低膜表面質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題提出本發(fā)明。因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供這樣的一種襯底加工設(shè)備和一種襯底加工方法，其中通過(guò)使用電解加工方法同時(shí)把在CMP加工上的負(fù)載降低到最小可能的程度來(lái)加工襯底，并可把設(shè)置在襯底表面上的導(dǎo)電材料加工成平整表面，同時(shí)去除(清潔)附著于該襯底表面上的雜質(zhì)。
本發(fā)明的第二目的是提供這樣一種襯底加工方法，其中該方法可在互連件表面上有選擇地形成保護(hù)膜，以保護(hù)該互連件，并可保證沉積在該形成保護(hù)膜的襯底表面上的絕緣膜等等具有足夠的光潔度，從而不需要對(duì)該絕緣膜等等表面變平的另外加工過(guò)程，本發(fā)明同時(shí)還提供了通過(guò)該加工方法加工的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一種襯底加工設(shè)備和襯底加工方法，其中即使當(dāng)作為互連件凹部的細(xì)微孔、寬溝道等等共同存在于該襯底表面上時(shí)，本發(fā)明的設(shè)備和方法也能提供具有良好表面光潔度的加工后襯底。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種襯底加工設(shè)備，包括用于載入和載出襯底的加載/卸載區(qū)段；用于通過(guò)電解作用去除具有形成在其中的待加工膜的襯底表面的電解加工單元，所述電解加工單元包括接觸該襯底表面的進(jìn)給區(qū)段；刻蝕單元，該單元用于刻蝕掉這樣的部分，該部分為該襯底的在已經(jīng)與在該電解加工單元中進(jìn)給區(qū)段接觸部分上的保持未加工的待加工膜；化學(xué)機(jī)械拋光單元，該單元用于在化學(xué)上和機(jī)械地拋光該襯底表面，其中該待加工膜已經(jīng)從該表面刻蝕掉；以及用于在該襯底加工設(shè)備內(nèi)傳送該襯底的傳送設(shè)備。
圖3和4示出了根據(jù)本發(fā)明電解加工的原理。圖3示出了這樣一種離子狀態(tài)，即當(dāng)安裝在加工電極14上的離子交換劑12a和安裝在進(jìn)給電極16上的離子交換劑12b接觸或者靠近工件10表面時(shí)，同時(shí)電壓經(jīng)由電源17施加在該加工電極14和該進(jìn)給電極16之間，以及如超純水的液體18從液體供應(yīng)區(qū)段19提供在該加工電極14、該進(jìn)給電極16和該工件10之間。圖4示出了這樣一種離子狀態(tài)，即當(dāng)安裝在加工電極14上的離子交換劑12a接觸或者靠近工件10表面以及進(jìn)給電極16直接接觸該工件10時(shí)，同時(shí)電壓經(jīng)由電源17施加在該加工電極14和該進(jìn)給電極16之間，以及如超純水的液體18從液體供應(yīng)區(qū)段19提供在該加工電極14和該工件10之間。
當(dāng)使用象超純水那些本身具有較大電阻率的液體時(shí)，最好使該離子交換劑12a與該工件10的表面接觸。這可降低電阻、降低需要電壓并減少功率消耗。在這里電解加工中的“接觸”不意味著為如在CMP中的工件上提供物理能(應(yīng)力)的“壓”。
在例如超純水的液體18中的水分子20通過(guò)使用離子交換劑12a、12b而有效地分解成為氫氧根離子22和氫離子24。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)在該工件10和該加工電極14之間的電場(chǎng)以及通過(guò)液體18的流動(dòng)，如此產(chǎn)生的該氫氧根離子22被帶到與該加工電極14相對(duì)的工件10表面上，借此在該工件10附近的氫氧根離子22密度增加，同時(shí)該氫氧根離子22與該工件10的原子10a反應(yīng)。通過(guò)這個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)生成物26溶于該液體18中，并通過(guò)沿著工件10表面上液體18的流動(dòng)從該工件10上去除。實(shí)現(xiàn)了該工件10表面的去除加工。
從上可知，根據(jù)本加工方法的去除加工僅僅通過(guò)在反應(yīng)物離子和工件之間的電化學(xué)相互作用而實(shí)現(xiàn)。因此，在加工原理上，這種電解加工明顯地與根據(jù)如下原理的CM不同，其中在CMP中，通過(guò)把在研磨劑和工件之間的物理相互作用和在拋光液體中的化學(xué)物質(zhì)之間的化學(xué)相互作用結(jié)合起來(lái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。根據(jù)上述方法，加工工件10朝向加工電極14的部分。因此，通過(guò)移動(dòng)該加工電極14，該工件10加工成為想要的表面狀態(tài)。
如上所述，電解去除加工僅僅通過(guò)由于電化學(xué)相互作用的溶解反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種電解加工明顯地與根據(jù)CMP加工原理不同，其中在CMP中，通過(guò)把在研磨劑和工件之間的物理相互作用和在拋光液體中的化學(xué)物質(zhì)之間的化學(xué)相互作用結(jié)合起來(lái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。因此，該電解加工可在不削弱工件材料性能情況下進(jìn)行工件表面的去除加工。即使當(dāng)工件材料具有較低的機(jī)械強(qiáng)度，例如上述低-k材料，則該工件表面的去除加工也可在對(duì)工件任何物理?yè)p壞的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，與使用電解溶液作為加工液體的傳統(tǒng)電解加工相比，通過(guò)使用具有不超過(guò)500μs/cm的液體、優(yōu)選的是純水、更優(yōu)選的是超純水作為加工加工液體，就能明顯地減少工件表面上的污染物，并在該加工后容易處置廢液。
在進(jìn)給電極16直接接觸該工件10(參見(jiàn)圖4)的情況中，實(shí)際上不可能把加工電極14靠近該工件與該進(jìn)給電極16接觸的部分上。因此，不能加工工件10的那個(gè)部分。鑒于此，可以考慮把加工電極14和進(jìn)給電極16相對(duì)該工件10放置(參見(jiàn)圖3)，并使該進(jìn)給電極16和該工件10產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而該工件10可在整個(gè)表面上方被加工。然而，在這種情況下，該進(jìn)給電極16必須始終與該工件10表面接觸，這樣需要設(shè)備具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的襯底加工設(shè)備，提供刻蝕單元，該單元用于對(duì)在襯底表面上保持未加工的待加工膜刻蝕掉，在該進(jìn)給電極16直接與該工件10接觸情況下，可刻蝕掉保持未加工的待加工膜(在該工件10上)?？梢虼嗽黾恿税央娏μ峁┑皆摴ぜ?0上方式的自由度。最好是，該進(jìn)給電極16與該工件10接觸除了器件形成區(qū)域外的其他區(qū)域，例如該工件10的周?chē)鷧^(qū)域。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，該電解加工單元包括可接近或者接觸該襯底的加工電極；作為進(jìn)給區(qū)段用于把電力提供到襯底的進(jìn)給電極，其中離子交換劑布置在該襯底與該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；用于在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓的電源；以及流體供應(yīng)區(qū)段，該區(qū)段用于把流體供應(yīng)在該襯底與該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，其中在其間放置離子交換劑。
襯底加工設(shè)備可還包括用于在該襯底表面上形成待加工膜的成膜單元。該成膜單元例如為用于在該襯底表面上鍍膜的鍍膜單元。
該襯底加工設(shè)備還包括在該成膜單元加工后用于對(duì)該襯底退火的退火單元和用于清潔該襯底的清潔單元。
本發(fā)明提供另一種襯底加工設(shè)備，該設(shè)備包括用于載入和載出襯底的加載/卸載區(qū)段；用于通過(guò)電解作用去除具有形成在其中的待加工膜的襯底表面的電解加工單元，所述電解加工單元包括接觸該襯底表面的進(jìn)給區(qū)段；刻蝕單元，該單元用于刻蝕掉這樣的部分，該部分為該襯底的在已經(jīng)與在該電解加工單元中進(jìn)給區(qū)段接觸部分上的保持未加工的待加工膜；以及用于在該襯底加工設(shè)備內(nèi)傳送該襯底的傳送設(shè)備，其中該電解加工單元包括(i)可接近或者接觸該襯底的加工電極；(ii)作為用于把電力提供到該襯底的進(jìn)給區(qū)段的進(jìn)給電極；(iii)布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間的離子交換劑；(iv)用于在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓的電源；以及(v)流體供應(yīng)區(qū)段，該流體供應(yīng)區(qū)段用于把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率液體供應(yīng)在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，同時(shí)該離子交換劑布置在其中。
該襯底加工設(shè)備可還包括化學(xué)機(jī)械拋光單元，該單元用于在化學(xué)上和機(jī)械地對(duì)該襯底表面拋光，其中待加工膜已經(jīng)從該表面刻蝕掉。
本發(fā)明提供一種襯底加工方法，該方法包括對(duì)具有形成在其中待加工膜的襯底表面進(jìn)行電解加工，同時(shí)使進(jìn)給元件與該襯底表面接觸；刻蝕掉該襯底與該進(jìn)給元件接觸的部分上保持未加工的待加工膜；以及在該刻蝕后在化學(xué)上和機(jī)械地拋光該襯底表面。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，該電解加工步驟包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)通過(guò)作為進(jìn)給元件的進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把離子交換劑布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；把流體供應(yīng)在該襯底和該加工電極與該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，其中該離子交換劑布置在其間；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓；該待加工膜可在電解加工前形成在該襯底的表面上。
本發(fā)明提供另一種襯底加工方法，該方法包括對(duì)具有形成在其中待加工膜的襯底表面進(jìn)行電解加工；以及刻蝕掉該襯底與該進(jìn)給元件接觸的部分上保持未加工的待加工膜，其中該電解加工包括使加工電極接近或者接觸襯底，同時(shí)通過(guò)作為進(jìn)給元件的進(jìn)給電極把電力提供到襯底；把離子交換劑布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率液體供應(yīng)在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，同時(shí)該離子交換劑布置在其中；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓。
在刻蝕后該襯底的表面可在化學(xué)上和機(jī)械地拋光。該待加工膜可在電解加工前形成在該襯底的表面上。
本發(fā)明提供另一種襯底加工方法，該方法包括把互連件材料埋入到用于在襯底表面上形成的互連件的細(xì)微溝道內(nèi)；去除不必要的互連件材料并使該襯底表面變平；進(jìn)一步去除該互連件材料，從而形成用于裝入所述細(xì)微溝道上部?jī)?nèi)的凹部；以及在用于裝填的該凹部有選擇地形成保護(hù)膜。
根據(jù)本方法，當(dāng)該保護(hù)膜有選擇地形成在用于裝填的溝道以保護(hù)該互連件的表面時(shí)，該保護(hù)膜的表面可與如絕緣膜的非互連件區(qū)域表面齊平。這可阻止來(lái)自該平整表面的該保護(hù)膜的突起形成，從而保證隨后沉積在襯底表面上的絕緣膜等等具有足夠表面光潔度。
優(yōu)選的是，該保護(hù)膜為多層復(fù)合薄膜。該復(fù)合薄膜可由具有不同物理性能即執(zhí)行不同功能的片層組成。例如，可使用阻止互連件氧化的氧化阻止層和阻止互連件熱擴(kuò)散的熱擴(kuò)散阻止層的結(jié)合。通過(guò)利用這種作為保護(hù)膜的薄片層可同時(shí)有效地阻止互連件氧化和熱擴(kuò)散。在這種情況下，該熱擴(kuò)散阻止層可由具有優(yōu)良耐熱性的Co或者Co合金組成，而該氧化阻止層可由具有優(yōu)良抗氧化性的Ni或者Ni合金組成。此外，最好是，該氧化阻止層附加到該熱擴(kuò)散阻止層的表面上。這樣，通過(guò)把該熱擴(kuò)散阻止層表面用該氧化阻止層覆蓋，例如，在用于形成具有多層互連件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的氧化性氣氛中，在絕緣膜(氧化膜)沉積中，在使氧化阻止效果不降低情況下，互連件的氧化可被阻止。
該保護(hù)膜可由無(wú)電極電鍍形成。該互連件材料的去除可通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光、化學(xué)蝕刻或者電解加工進(jìn)行。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，該電解加工工序包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)通過(guò)進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把離子交換劑布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；把流體供應(yīng)在該襯底和該加工電極與該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，其中該離子交換劑布置在其間；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓。
在例如超純水的液體中的水分子通過(guò)使用離子交換劑而有效地分解成為氫氧根離子和氫離子。例如，通過(guò)在該襯底和該加工電極之間的電場(chǎng)以及通過(guò)該液體的流動(dòng)，如此產(chǎn)生的氫氧根離子被帶到與該加工電極相對(duì)的襯底表面上，借此在該襯底附近氫氧根離子密度增加，而該氫氧根離子與該襯底的原子起反應(yīng)。因此實(shí)現(xiàn)了襯底表面的去除加工。
優(yōu)選的是，該液體為純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體。
在這里，純水是指不超過(guò)10μs/cm電導(dǎo)率的水。在這里，電導(dǎo)率值是指在1atm、25攝氏度下的對(duì)應(yīng)值。通過(guò)在電解加工中利用純水可使清潔加工不在工件的已加工表面上留下雜質(zhì)，借此在該電解加工后的清洗步驟可被簡(jiǎn)化。具體地說(shuō)，在該電解加工后一或者兩次清潔足夠。
此外，代替純水或者超純水，同樣還可以使用這樣的液體，即通過(guò)把表面活性劑等等加到純水或者超純水中而得到的、具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率、優(yōu)選的是不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μs/cm的液體。由于在純水或者超純水中表面活性劑的存在，該液體可形成這樣的層，該層用來(lái)均勻地抑制在該襯底W和該離子交換劑369a之間交界面離子遷移，從而使離子交換濃度(金屬溶解)適中，提高了已加工面的光潔度。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，該電解加工步驟包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)借助于進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)在該襯底和該加工電極之間；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓。
通過(guò)在該襯底和該加工電極之間的電場(chǎng)以及通過(guò)該液體的流動(dòng)，氫氧根離子被帶到與該加工電極相對(duì)的襯底表面上，借此在該襯底附近氫氧根離子密度增加，而該氫氧根離子與該襯底的原子起反應(yīng)。通過(guò)該反應(yīng)而產(chǎn)生的反應(yīng)生成物溶于該液體中，并通過(guò)沿著該襯底表面液體的流動(dòng)而從該襯底上去掉。因此實(shí)現(xiàn)了互連件材料的去除加工。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括具有用于形成在表面互連件的細(xì)微溝道的襯底，所述細(xì)微溝道充滿互連件材料，同時(shí)保護(hù)膜形成在該互連件材料表面上。
優(yōu)選的是，該保護(hù)膜為多層復(fù)合薄膜。
本發(fā)明提供又一種襯底加工設(shè)備，該設(shè)備包括用于保持襯底的機(jī)頭區(qū)段；對(duì)該襯底表面電鍍以形成電鍍金屬膜的鍍膜區(qū)段；用于在該鍍膜后清潔該襯底的清潔區(qū)段；以及電解加工區(qū)段，該區(qū)段用于這樣對(duì)在該襯底上至少所述金屬膜進(jìn)行電解去除加工，即通過(guò)在該清潔后使離子交換劑存在于該襯底和電極之間、并在液體存在情況下把電壓施加在該襯底和該電極之間；其中該機(jī)頭區(qū)段能夠在該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段和該電解區(qū)段之間移動(dòng)，同時(shí)保持該襯底。
根據(jù)該襯底加工設(shè)備，該鍍膜、該清潔和該電解加工可依次進(jìn)行?？梢灾貜?fù)進(jìn)行這些加工。通過(guò)在不同的位置進(jìn)行該鍍膜加工和該電解加工，可按需要預(yù)先確定相應(yīng)加工過(guò)程的加工時(shí)間和其他加工條件，從而使相應(yīng)的加工過(guò)程最優(yōu)化。此外，通過(guò)分別提供該鍍膜區(qū)段和該電解加工區(qū)段，不同的液體可在沒(méi)有交叉污染情況下用在兩個(gè)區(qū)段。
優(yōu)選的是，該清潔區(qū)段布置在該鍍膜區(qū)段和該電解加工區(qū)段之間。這可阻止用于該鍍膜區(qū)段中例如硫酸銅水溶液的具有比較高電導(dǎo)率的液體到達(dá)該電解加工區(qū)段。
該清潔區(qū)段可帶有清洗液噴嘴，同時(shí)還帶有在清潔后干燥該襯底的干燥裝置。干燥裝置的提供使在鍍膜或者電解加工后處于干燥狀態(tài)時(shí)的襯底返回到盒子。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)在鍍膜后的襯底和電極之間供應(yīng)純水、超純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體，該電解加工區(qū)段進(jìn)行電解加工。
此外，在該鍍膜區(qū)段的鍍膜和在該電解加工區(qū)段的電解加工至少重復(fù)地進(jìn)行兩次。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該鍍膜區(qū)段包括陽(yáng)極、布置在該陽(yáng)極和該襯底之間的離子交換劑以及用于在該離子交換劑和該襯底之間供應(yīng)鍍液的鍍液供應(yīng)區(qū)段。這樣，通過(guò)在該該鍍膜區(qū)段的陽(yáng)極和該襯底之間布置離子交換劑，來(lái)自該鍍液供應(yīng)區(qū)段的鍍液可被阻止直接碰撞到該陽(yáng)極表面上，從而阻止由于該鍍液和流出而導(dǎo)致形成在該陽(yáng)極表面黑膜的向上卷曲。最好是，該離子交換劑具有透水性。例如，由離子交換纖維或者多孔膜制成的紡織或者非紡織的布可使液體穿過(guò)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該機(jī)頭區(qū)段包括能打開(kāi)/關(guān)閉的進(jìn)給接觸元件，該元件用于對(duì)保持在該機(jī)頭區(qū)段下部表面的襯底優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行保持，并把電力供應(yīng)到該襯底。優(yōu)選的是，該進(jìn)給接觸元件由沿著該機(jī)頭區(qū)段圓周方向以一定間隔布置的多個(gè)元件組成，從而可實(shí)現(xiàn)把電力供應(yīng)到該襯底上，同時(shí)把襯底穩(wěn)定地保持在該機(jī)頭區(qū)段。
最好是，該進(jìn)給接觸元件具有由金屬組成的進(jìn)給元件，該金屬與在該襯底上的金屬膜不反應(yīng)。通過(guò)利用這種進(jìn)給元件，可阻止由于它的氧化造成的導(dǎo)電率減少。
最好是，該電解加工區(qū)段具有用于對(duì)在該襯底表面上金屬膜厚度進(jìn)行探測(cè)的傳感器。這樣就能監(jiān)控電解加工的進(jìn)展情況。
該鍍膜區(qū)段和該電解鍍膜區(qū)段每個(gè)均具有電源。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該機(jī)頭區(qū)段、該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段和該電解加工區(qū)段安裝在加工單元內(nèi)。優(yōu)選的是，該加工單元帶有用于把惰性氣體供應(yīng)到該加工單元內(nèi)的惰性氣體供應(yīng)區(qū)段。優(yōu)選的是，在該加工單元內(nèi)，通過(guò)對(duì)例如氮?dú)獾亩栊詺怏w進(jìn)行封裝而進(jìn)行惰性氣體的供應(yīng)。詞語(yǔ)“惰性氣體的封裝”在這里是指加工單元用帶減小顆粒的純凈氣體充滿。具體地說(shuō)，通過(guò)使加工單元內(nèi)壓力比外壓力略微高，顆?？勺柚箯脑撏獠苛魅氲皆摷庸卧?，導(dǎo)致附著于該襯底表面的顆粒減小。此外，惰性氣體的封裝可阻止在電解加工期間純水溶解氧濃度增加。這將使純水質(zhì)量穩(wěn)定，并抑制在電解加工期間來(lái)自純水的氣泡的產(chǎn)生，從而使電解加工性能穩(wěn)定。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該電解加工區(qū)段和該鍍膜區(qū)段連接到共同的電源上，同時(shí)該電源可借助于電源選擇器開(kāi)關(guān)可切換地連接到該電解加工區(qū)段或者該鍍膜區(qū)段。
本發(fā)明提供又一種襯底加工方法，該方法包括對(duì)襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對(duì)該襯底清潔；以及如下進(jìn)行電解去除加工，即通過(guò)使離子交換劑存在于在該清潔后的該襯底和電極之間、并把具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)在該襯底和該電極之間；其中該鍍膜、該清潔和該電解加工至少重復(fù)進(jìn)行兩次。
這樣，在該襯底鍍膜后，通過(guò)把具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的具有供應(yīng)在該鍍膜的襯底和該電極之間，通過(guò)進(jìn)行電解加工，可有效地去除形成在該鍍膜上襯底的升高部分，借此該襯底表面的光潔度可得到提高。這樣，由于在電阻上不同，具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體不能完全地電解地分解，離子電流集中在靠近或者接觸離子交換劑的襯底升高部分上，同時(shí)離子作用于該襯底上的金屬膜(升高部分)上。因此，靠近或者接觸該離子交換的該升高部分可有效地去除，借此該襯底的光潔度可提高。特別是當(dāng)該液體是電導(dǎo)率不超過(guò)10μs/cm的純水或者電導(dǎo)率不超過(guò)0.1μs/cm的超純水時(shí)，可實(shí)現(xiàn)良好的電解加工，具有增強(qiáng)的升高部分去除效果。
此外，通過(guò)在鍍膜后清潔該襯底，為具有良好導(dǎo)電性的液體可完全用純水替換，則可在具有低導(dǎo)電率的純水、超純水等等環(huán)境下進(jìn)行電解加工(電解拋光)。特別地，通過(guò)在該電解加工中使用純水或者超純水，在該襯底表面的大部分升高部分可以高選擇性去除。此外，通過(guò)在電解加工后再次進(jìn)行對(duì)襯底鍍膜，可阻止在鍍膜時(shí)升高部分的過(guò)分形成，而即使當(dāng)細(xì)微孔和大孔(寬溝道)共同存在于該襯底表面時(shí)，也可得到具有良好表面光潔度的電鍍金屬膜。
本發(fā)明提供又一種襯底加工設(shè)備，該設(shè)備包括用于保持襯底的機(jī)頭區(qū)段；對(duì)該襯底表面電鍍以形成電鍍金屬膜的鍍膜區(qū)段；用于在該鍍膜后清潔該襯底的清潔區(qū)段；以及具有加工電極的電解加工區(qū)段，該區(qū)段用于這樣對(duì)在該襯底上至少所述金屬膜進(jìn)行電解去除加工，即在液體存在情況下通過(guò)把電壓施加在清潔后的襯底和該加工電極之間；其中該機(jī)頭區(qū)段能夠在該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段和該電解區(qū)段之間移動(dòng)，同時(shí)保持該襯底。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該電解加工區(qū)段通過(guò)把酸性溶液供應(yīng)在鍍膜后的襯底和該加工電極之間而進(jìn)行電解加工。舉例來(lái)說(shuō)，可使用例如稀硫酸溶液或者稀磷酸溶液的大約0.01到大約0.1重量百分比的酸性溶液作為加工液體。
本發(fā)明提供又一種襯底加工方法，該方法包括對(duì)襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對(duì)該襯底表面清潔；通過(guò)在液體存在情況下把電壓施加在該襯底和加工電極之間而對(duì)在清潔后襯底表面進(jìn)行電解加工；其中該鍍膜、該清潔和該電解加工至少重復(fù)進(jìn)行兩次。
優(yōu)選的是，使離子交換劑存在于該襯底和該加工電極之間。優(yōu)選的是，該液體為純水、超純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體或者電解質(zhì)溶液。


圖1A到1F以工序順序示出了銅互連件形成的實(shí)例的示意圖；
圖2為示出了在半導(dǎo)體襯底鍍膜時(shí)在形成高度差的示意圖；圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明電解加工原理的示意圖，其中電解加工這樣進(jìn)行，即通過(guò)使加工電極和進(jìn)給電極接近襯底(工件)、并把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)在該加工電極、該進(jìn)給電極和該襯底(工件)；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明電解加工原理的示意圖，其中該電解加工這樣進(jìn)行，即通過(guò)把離子交換劑只安裝在該加工電極上并把液體供應(yīng)在該加工電極和該襯底(工件)之間；圖5為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的襯底加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖；圖6為大略地示出了圖5所示該鍍膜單元的垂直剖面圖；圖7為大略地示出了圖5所示該退火單元的垂直剖面圖；圖8為大略地示出了圖5所示該退火單元的水平剖面圖；圖9為示出了圖5所示該電解加工單元結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10為圖9所示該電解加工單元的平面圖；圖11為示出了在圖10所示還原區(qū)段中進(jìn)行的陽(yáng)離子交換劑還原原理的示意圖；圖12為大略地示出了圖5所示該傾斜-刻蝕單元的垂直剖面圖；圖13為大略地示出了圖5所示該CMP單元的垂直剖面圖。
圖14A為示出了當(dāng)在具有形成在襯底表面上兩種不同材料膜的該表面電解加工中觀察時(shí)的在電流和時(shí)間之間關(guān)系的圖象；圖14B為示出了當(dāng)在具有形成在襯底表面上兩種不同材料膜的該表面電解加工中觀察時(shí)的在電壓和時(shí)間之間關(guān)系的圖象；圖15A到15F為按照工序示出了通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的襯底加工方法形成銅互連件的實(shí)例；圖16為大略地示出了襯底加工方法設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖，其中該設(shè)備實(shí)現(xiàn)圖15A到15F所示的襯底加工方法；圖17為大略地示出了圖16中無(wú)電極電鍍單元的剖面圖；圖18為大略地示出了另一個(gè)無(wú)電極電鍍單元的剖面圖；圖19為大略地示出了電解加工單元的垂直剖面正視圖，其中該單元可用于代替圖16中所示的CMP單元；圖20為圖19的平面圖；圖21為大略地示出了另一個(gè)電解加工單元的垂直剖面正視圖；圖22為圖21的平面圖；圖23為大略地示出了又一個(gè)電解加工單元的垂直剖面正視圖；圖24為圖23的平面圖；圖25為大略地示出了又一個(gè)電解加工單元的垂直剖面正視圖；圖26為圖25的平面圖；圖27為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的襯底加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖；圖28為示出了安裝在圖27的襯底加工設(shè)備中襯底加工單元的平面圖；圖29為圖28的垂直剖面正視圖。
圖30為圖28的垂直剖面?zhèn)纫晥D。
圖31為圖28中襯底加工單元機(jī)頭區(qū)段旋轉(zhuǎn)臂的主要部分的垂直剖面圖；圖32為圖31一部分的放大圖；圖33為該機(jī)頭區(qū)段襯底保持件的平面圖；
圖34為該機(jī)頭區(qū)段襯底保持件的下部平面圖；圖35為示出了圖28中該襯底加工單元鍍膜區(qū)段的垂直剖面圖；圖36為示出了圖28中該襯底加工單元電解加工區(qū)段的垂直剖面圖；圖37為示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的襯底加工單元的平面圖；圖38為圖37的垂直剖面正視圖；圖39為圖37中襯底加工單元機(jī)電極區(qū)段的機(jī)頭區(qū)段主要部分的垂直剖面圖；圖40為示出了在圖39中電解加工區(qū)段的機(jī)頭區(qū)段和電極區(qū)段之間關(guān)系的平面圖；圖41為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)襯底加工方法的襯底加工過(guò)程流程圖；圖42A到42F為示出了圖41襯底加工過(guò)程的示意圖，其中該過(guò)程包括鍍膜和電解加工的循環(huán)；圖43為該襯底加工單元變型示意圖，其中大略地示出了帶有離子交換劑還原區(qū)段的電解加工區(qū)段以及不同類(lèi)型液體提供給該電解加工區(qū)段和還原區(qū)段；圖44為示出了設(shè)置在圖28中該襯底加工單元上清潔區(qū)段的垂直剖面圖；以及圖45為該襯底加工單元另一個(gè)變型的平面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在下面描述中，相同或者對(duì)應(yīng)的元件或者部件用相同標(biāo)號(hào)表示，同時(shí)對(duì)其多余的描述省略。以下描述實(shí)施例使用半導(dǎo)體晶片作為襯底，同時(shí)借助于襯底加工設(shè)備加工半導(dǎo)體晶片。然而，需要注意的是，本發(fā)明當(dāng)然可用于除了半導(dǎo)體晶片以外的襯底上。
圖5為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的襯底加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖。如圖5所示，該襯底加工設(shè)備包括一對(duì)加載/卸載區(qū)段30和可移動(dòng)傳送機(jī)械手32，其中該加載/卸載區(qū)段30作為把容納例如半導(dǎo)體晶片的襯底的盒子載入和載出的區(qū)段，而可移動(dòng)傳送機(jī)械手32作為在該設(shè)備內(nèi)傳送該襯底的傳送裝置?；瘜W(xué)機(jī)械拋光單元(CMP單元)34和電解加工單元36布置在該傳送機(jī)械手32的與該加載/卸載區(qū)段30的相對(duì)側(cè)。推動(dòng)器34a、36a分別布置在該CMP單元34和該電解加工單元36內(nèi)該傳送機(jī)械手32可到達(dá)的位置內(nèi)。
在該傳送機(jī)械手32的行程軸線32a兩側(cè)上，在每一側(cè)都設(shè)置四個(gè)單元。在一側(cè)，從該加載/卸載區(qū)段30側(cè)，以這樣順序布置有，用于在該襯底表面上形成待加工膜的作為膜形成單元的鍍膜單元38、用于在鍍膜后清潔該襯底的清潔單元40、用于在鍍膜后對(duì)該襯底退火的退火單元42以及用于使該襯底翻轉(zhuǎn)的換向機(jī)44。在另一個(gè)側(cè)，從該加載/卸載區(qū)段30側(cè)，以這樣順序布置有，用于在CMP后清潔該襯底的清潔單元46、用于遠(yuǎn)離形成在或者粘附在該襯底外圍部分(傾斜部分和邊緣部分)進(jìn)行刻蝕的該待加工膜傾斜刻蝕單元48、在刻蝕后用于清潔該襯底的清潔單元50以及用于翻轉(zhuǎn)該襯底的換向機(jī)52。此外，在該加載/卸載區(qū)段30旁邊布置有監(jiān)控區(qū)段54，在通過(guò)電解加工單元36執(zhí)行的電解加工期間，該監(jiān)控區(qū)段54用于監(jiān)控作用在以下描述的加工電極和進(jìn)給電極之間電壓或者在其間流動(dòng)電流。
緊接著描述在襯底加工設(shè)備中的鍍膜單元38。圖6為大略地示出了該鍍膜單元38實(shí)例的垂直剖面圖。該鍍膜單元38用于通過(guò)在該襯底表面上鍍膜而形成作為工件的待加工膜。如圖6所示，該鍍膜單元38包括用于容納鍍液80的上部敞開(kāi)的圓筒形電鍍槽82以及襯底保持件84，其中該保持件84用于可拆卸地保持襯底，其中它的正面向下朝向這樣的位置，其中該襯底W覆蓋該電鍍槽82的上部開(kāi)口。在該電鍍槽82的內(nèi)部，平板形狀的陽(yáng)極板86水平地布置，其中當(dāng)該陽(yáng)極板86浸于該鍍液80內(nèi)時(shí)成為陽(yáng)極，而同時(shí)襯底作為陰極。該電鍍槽82底部中心部分與鍍液噴射管88連通，其中該鍍液噴射管88用于向上形成鍍液噴射流。此外，鍍液接收器90圍繞該電鍍槽82上部外圓周設(shè)置。
在該鍍膜單元38操作中，通過(guò)該襯底保持件84保持的其正面向下的襯底位于該電鍍槽82上面，同時(shí)給定電壓施加在該陽(yáng)極板(陽(yáng)極)86和該襯底(陰極)W之間，同時(shí)該鍍液80從該鍍液噴射管88向上噴射，從而該鍍液80的噴射流擊打在該襯底W底面(要鍍表面)上，借此鍍膜電流被允許在該陽(yáng)極板86和該襯底W之間流動(dòng)，因此鍍膜形成在該襯底W的底面上。
下面描述在襯底加工設(shè)備中的退火單元42。圖7為大略地示出了該退火單元42的垂直剖面圖，而圖8為大略地示出了該退火單元42的水平剖面圖。如圖7和8所示，該退火單元42包括具有用于襯底W載入和載出的門(mén)120的腔室122、布置在該腔室122內(nèi)用于把該襯底W加熱到例如400攝氏度的熱板124、以及布置在該腔室122內(nèi)熱板124下面用于例如通過(guò)在該熱板124內(nèi)部流動(dòng)冷卻水而把該襯底W冷卻的冷卻板126。
該退火單元42同樣具有多個(gè)垂直地移動(dòng)的提升銷(xiāo)128，該提升銷(xiāo)128穿過(guò)該冷卻板126并從其中向上和向下延伸用于把該襯底W放置并保持在其上端。該退火單元42還包括氣體引入管130和氣體排放管132，其中在退火期間，該氣體引入管用于把抗氧化氣體引入在該襯底W和該熱板124之間，而氣體排放管132用于對(duì)這樣的氣體進(jìn)行排放，其中該氣體已經(jīng)從氣體引入管130引入并在該襯底W和該熱板124之間流動(dòng)。該管130和132跨越該熱板124布置在相對(duì)兩側(cè)。
如圖8所示，該氣體引入管130連接到混合氣體引入管道142，而該管道142隨后通連到混合器140上，在這里通過(guò)裝有過(guò)濾器134a的N2氣體引入管線136引入的N2氣體以及通過(guò)裝有過(guò)濾器134b的H2氣體引入管線138引入的H2氣體混合，以形成經(jīng)過(guò)該混合氣體引入管線142流到該氣體引入管130的混合氣體。
在操作中，通過(guò)鍍膜單元38已經(jīng)在該襯底W的表面上形成鍍膜，同時(shí)該襯底W已經(jīng)穿過(guò)門(mén)120被運(yùn)送到該腔室122內(nèi)，該襯底W保持在該提升銷(xiāo)128上，同時(shí)該提升銷(xiāo)128抬起到這樣的位置，在該位置，在保持在該提升銷(xiāo)128上襯底W和該熱板124之間的距離成為例如0.1-1.0mm的值。該襯底W然后通過(guò)該熱板124被加熱到例如400攝氏度，同時(shí)抗氧化氣體從氣體引入管130被引入，同時(shí)氣體可在該襯底W和熱板124之間流動(dòng)，同時(shí)氣體從該氣體排放管132排出，從而使該襯底W退火，與此同時(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。該襯底W的加熱溫度可在100攝氏度-600攝氏度范圍內(nèi)任意選擇。
在退火完成后，該提升銷(xiāo)128被下降到這樣的位置，在該位置，在保持在該提升銷(xiāo)128上襯底W和冷卻板126之間的距離變成例如0-0.5mm的值。通過(guò)把冷卻水引入到該冷卻板126內(nèi)，該襯底W通過(guò)該冷卻板126在例如10-60秒內(nèi)冷卻到100攝氏度或者更低的溫度。該冷卻襯底W被送到下一階段。盡管在該實(shí)施例中，具有百分之幾H2氣體的N2氣體混合氣體用作上述抗氧化氣體，但也可單獨(dú)采用N2氣體。
緊接著描述在襯底加工設(shè)備中的電解加工單元36。圖9為示出了在襯底加工設(shè)備中該電解加工單元36的示意圖。圖10為圖9的平面圖。如圖9和10所示，該電解加工單元36包括可垂直地移動(dòng)并水平地轉(zhuǎn)動(dòng)的臂360、支撐在該臂360自由端的盤(pán)形電極區(qū)段361、布置在該電極區(qū)段361下面的襯底保持件362以及用于把電壓供應(yīng)在以下描述的加工電極369和進(jìn)給電極(進(jìn)給區(qū)段)373之間的電源363。
該臂360可通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)364致動(dòng)而水平地旋轉(zhuǎn)，其中該臂360連接到回轉(zhuǎn)軸365的上端，而回轉(zhuǎn)軸365聯(lián)接到該旋轉(zhuǎn)電機(jī)364上。該回轉(zhuǎn)軸365可通過(guò)驅(qū)動(dòng)用于垂直運(yùn)動(dòng)的電機(jī)367而垂直地移動(dòng)，其中該回轉(zhuǎn)軸365連接到滾珠絲杠366，而臂360連接到垂直地延伸的滾珠絲杠366上。
可通過(guò)驅(qū)動(dòng)中空電機(jī)368而旋轉(zhuǎn)的電極區(qū)段361聯(lián)接到中空電機(jī)368上，用于在襯底保持件362保持的襯底W和電極區(qū)段369之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如上所述，該臂360用于垂直地移動(dòng)以及水平地旋轉(zhuǎn)、該電極區(qū)段361能夠隨著該臂360垂直地移動(dòng)并水平地旋轉(zhuǎn)。
加工電極369固定到該電極區(qū)段361的下部，同時(shí)其表面朝下。該加工電極369連接到陰極上，該陰極從該電源363穿過(guò)形成在該回轉(zhuǎn)軸365內(nèi)的中空部分延伸到集流環(huán)370，此外還從該集流環(huán)365經(jīng)由該中空電機(jī)368的中空部分伸出。離子交換器369a安裝在該加工電極369的表面上(底面)。該離子交換劑369a可由無(wú)紡布組成，具有陰離子交換基或者陽(yáng)離子交換基。優(yōu)選的是，陽(yáng)離子交換劑帶有強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換基(磺酸基)；然而，也可采用帶有弱酸性陽(yáng)離子交換基(羧基)的陽(yáng)離子交換劑。優(yōu)選的是，盡管陰離子交換劑帶有強(qiáng)堿性陰離子交換基(季銨基)，但也可采用帶有弱堿性的陰離子交換基(三或者更低的氨基)。
帶有強(qiáng)堿性陰離子交換基團(tuán)的無(wú)紡布可通過(guò)例如以下方法制備具有20-50μs纖維直徑以及大約90％孔隙度的聚烯烴無(wú)紡布經(jīng)受所謂的輻射接合聚合，該輻射接合聚合包括γ-射線照射該無(wú)紡布上以及隨后的接合聚合，從而引入接合鏈；以及因此引入的接合鏈接著胺化以把季銨基引入在那里面。引入離子交換基的能力可通過(guò)引入接合鏈數(shù)量來(lái)確定。該接合聚合可通過(guò)利用例如丙烯酸、苯乙烯、glicidyl異丁烯酸、鈉styrenesulfonate或者chloromethylstyrene的單體來(lái)進(jìn)行。接合鏈的數(shù)量可通過(guò)調(diào)整單體濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間來(lái)控制。這樣，接合程度，即在接合聚合后無(wú)紡布重量與在接合聚合以前該無(wú)紡布重量的比率可最大形成500％。因此，在接合聚合后引入離子交換基的能力可最多得到5meq/g。
帶有強(qiáng)堿性陽(yáng)離子交換基的無(wú)紡布可通過(guò)以下方法制備在帶有強(qiáng)堿性陰離子交換基無(wú)紡布的情況中，具有20-50μm纖維直徑以及大約90％孔隙度的聚烯烴無(wú)紡布經(jīng)受所謂的輻射接合聚合，該輻射接合聚合包括γ-射線照射該無(wú)紡布上以及隨后的接合聚合，從而引入接合鏈；以及因此引入的接合鏈接著用加熱的硫酸處理以把磺酸基引入在那里面。如果該接合鏈用加熱磷酸處理，則可引入磷酸基。該接枝度可最大達(dá)到500％，同時(shí)在接合聚合后如此引入的離子交換基能力可最大達(dá)到5meq/g。
該離子交換劑369a的基料可以是例如聚乙烯或者聚丙烯的聚烯烴或者任何其它有機(jī)聚合物。此外，除了無(wú)紡布形式外，該離子交換劑也可以是紡織品、紙張、多孔材料、網(wǎng)狀或者短纖維等等形式。當(dāng)聚乙烯或者聚丙烯用作該基料時(shí)，接合聚合可這樣實(shí)現(xiàn)既通過(guò)首先把放射線照射在該基料(預(yù)照射)上從而形成自由基，然后把該自由基與單體反應(yīng)，借此可得到帶有很少雜質(zhì)的均勻接合鏈。另一方面，當(dāng)除了聚烯烴以外的有機(jī)聚合物用作該基料時(shí)，可通過(guò)把具有單體的基料注入并在基料上照射放射線(γ-射線、電子束或者UV-射線)(同時(shí)照射)而實(shí)現(xiàn)自由基引發(fā)聚合。盡管該方法未能提供均勻的接合鏈，但它適用于各式各樣的基體材料。
通過(guò)使用具有陰離子交換基或者陽(yáng)離子交換基的無(wú)紡布作為該離子交換劑369a，則有可能的是，純水或者超純水或者例如電解溶液的液體可自由地在該無(wú)紡布內(nèi)移動(dòng)，并容易在該無(wú)紡布內(nèi)達(dá)到具有水分解催化活性的活性點(diǎn)，從而許多水分子分解成氫離子和氫氧根離子。此外，通過(guò)純水或者超純水或者例如電解溶液的液體的移動(dòng)，通過(guò)水分解產(chǎn)生的該氫氧根離子可有效地被帶到該襯底W的表面，借此甚至用施加的較低電壓也可得到高電流。
當(dāng)該離子交換劑369a只具有陰離子交換基和陽(yáng)離子交換基中一種時(shí)，在可電解加工材料上形成限制，此外由于該極性而可能形成雜質(zhì)。為了解決該問(wèn)題，該陰離子交換劑和該陽(yáng)離子交換劑可疊加，或者該離子交換劑369a可帶有陰離子交換基和陽(yáng)離子交換基本身兩者、借此要加工材料的范圍可變寬，同時(shí)阻止了雜質(zhì)的形成。
至于該電極，通過(guò)該電解反應(yīng)而形成的它的氧化作用和分解作用通常是一個(gè)問(wèn)題。因此優(yōu)選利用電極材料碳、相對(duì)不活潑的貴金屬、導(dǎo)熱氧化物或者導(dǎo)熱陶瓷。電極當(dāng)氧化時(shí)增加其電阻并引起外加電壓升高。通過(guò)用例如鉑的很難氧化的材料或者用例如氧化銥的導(dǎo)熱氧化物保護(hù)電極的表面，可阻止由于電極材料氧化作用而導(dǎo)致的導(dǎo)電率降低。
通孔361a形成在該電極區(qū)段361的中央部。該通孔361a通連作為供應(yīng)純水、優(yōu)選的是超純水的純水供應(yīng)區(qū)段的純水供應(yīng)管371，該供應(yīng)管371垂直地延伸在該中空電機(jī)368內(nèi)。純水或者超純水經(jīng)由該純水供應(yīng)管371和該通孔361a自該襯底W上面供應(yīng)到該襯底W的表面(上表面)。
通過(guò)布置在該電極區(qū)段361下面的襯底保持件362，該襯底W可拆卸地保持，同時(shí)它的表面朝上(面朝上)。用于在該襯底W和該電極部分372之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的襯底旋轉(zhuǎn)電機(jī)372布置在該襯底保持件362下面。該襯底保持件362連接到該襯底旋轉(zhuǎn)電機(jī)372上，從而該襯底保持件362可通過(guò)驅(qū)動(dòng)該襯底旋轉(zhuǎn)電機(jī)372而旋轉(zhuǎn)。
如圖10所示，沿著該襯底保持件362的圓周方向，在確定位置上，提供有多個(gè)進(jìn)給電極(進(jìn)給區(qū)段)373。當(dāng)該襯底W通過(guò)該襯底保持件362保持時(shí)，該進(jìn)給電極373與該襯底W的周?chē)佑|，借此把該電力傳遞到銅膜(參見(jiàn)圖1B)。這些進(jìn)給電極連接到該電源363的陽(yáng)極。不過(guò)，根據(jù)實(shí)施例的電解加工用于把該進(jìn)給電極373帶到與該襯底W周?chē)?傾斜部分)接觸的位置上，該進(jìn)給電極373可與除了該襯底W周?chē)酝獾囊r底表面接觸。
根據(jù)該實(shí)施例，如圖9所示，該電解加工單元設(shè)備36使用這樣一個(gè)作為該電極區(qū)段361，該電極區(qū)段361比該襯底保持件362保持的那些襯底W具有足夠較小直徑，從而該襯底表面不能完全地由該電極區(qū)段361覆蓋。該電極區(qū)段361的尺寸不局限于上述實(shí)施例。
根據(jù)該實(shí)施例，該加工電極369連接到該電源363的陰極上，同時(shí)該進(jìn)給電極(進(jìn)給區(qū)段)373連接到該電源363的陽(yáng)極。取決于要加工的材料，連接到該電源363陰極上的該電極可以是進(jìn)給電極，而連接到該電源363陽(yáng)極上的電極可以是加工電極。更具體地說(shuō)，當(dāng)要加工的材料是銅、鉬、鐵等等時(shí)，電解加工在該陰極側(cè)進(jìn)行，因此連接到該電源363陰極上的電極應(yīng)該是該加工電極，而連接到該陽(yáng)極上的該電極應(yīng)該是該進(jìn)給電極。另一方面，在是鋁、硅等等情況中，電解加工在該陽(yáng)極側(cè)進(jìn)行。相應(yīng)地，連接到該電源363陽(yáng)極的該電極應(yīng)該是加工電極，而連接到該電源363陰極的電極應(yīng)該是該進(jìn)給電極。
如圖10所示，用于使安裝在該電極區(qū)段361上離子交換劑369a還原的還原區(qū)段374布置在該襯底保持件362旁邊。在該離子交換劑369a是陽(yáng)離子交換劑的情況中，只有陽(yáng)離子(正離子)可在該陽(yáng)離子交換劑內(nèi)電移動(dòng)或者遷移。當(dāng)還原陽(yáng)離子交換劑時(shí)，如圖11所示，提供有，一對(duì)再生電極377a和反電極377b、布置在該電極之間的隔離物376以及布置在該反電極377b和該隔離物376之間作為待還原離子交換劑的陽(yáng)離子交換劑369a。液體A從第一液體供應(yīng)區(qū)段378a供應(yīng)到該隔離物376和該再生電極377a之間，而液體B從第二液體供應(yīng)區(qū)段378b供應(yīng)到該隔離物376和該反電極377b之間，同時(shí)，電壓從再生電源379施加到作為陰極的該再生電極377a和作為陽(yáng)極的反電極377b之間。在材料加工期間，待加工材料的溶解離子M+已經(jīng)被吸收在該陽(yáng)離子交換劑(待還原離子交換劑)369a中，然后從該反電極(陽(yáng)極)377b側(cè)朝向該再生電極(陰極)377a側(cè)移動(dòng)并穿過(guò)該隔離物376。通過(guò)供應(yīng)在該隔離物376和該再生電極377a之間的液體A的流動(dòng)，已經(jīng)穿過(guò)該隔離物376的該離子M+從該系統(tǒng)中排出。這樣，該陽(yáng)離子交換劑369a被還原。在該離子交換劑369a為陰離子交換劑的情況中，從該還原電源379施加的電壓的正負(fù)可顛倒。
所希望的是，該隔離物376不阻礙從待還原離子交換劑369a上去除的雜質(zhì)離子穿過(guò)其中遷移，并抑制在該隔離物376和該還原電極377a之間流動(dòng)的液體(包括在該液體中離子)從其中穿過(guò)進(jìn)入到該離子交換劑369a側(cè)。在這方面，離子交換劑允許陽(yáng)離子或者陰離子從穿過(guò)其中選擇性滲透，并可阻止在該隔離物376和該還原電極377a之間流動(dòng)的液體浸入到該待還原離子交換劑369a側(cè)。這樣，適當(dāng)選擇的離子交換劑可滿足上該隔離物的要求。具有相同離子交換基作為該待還原離子交換劑的離子交換作用能適合于該隔離物376。
所希望的是，要提供在該隔離物376和該還原電極377a之間的液體應(yīng)該是例如電解溶液的液體，該液體具有高電導(dǎo)率，同時(shí)通過(guò)與從該離子交換劑369a上去掉待加工的離子反應(yīng)不形成很難溶解或者不溶解化合物。這樣、該液體用于排出那些離子，該離子已經(jīng)從該待還原離子交換劑369a移動(dòng)，并穿過(guò)該隔離物376，通過(guò)該液體流動(dòng)從該系統(tǒng)中流出。由于上述具有高電導(dǎo)率的液體具有低電阻，因此該液體可降低在該還原區(qū)段的電能消耗。此外，沒(méi)有通過(guò)與該雜質(zhì)離子反應(yīng)形成不溶解化合物(副產(chǎn)品)的上述液體可阻止固體物質(zhì)粘著到該隔離物376上?？筛鶕?jù)要排放雜質(zhì)離子的種類(lèi)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)囊后w。例如，當(dāng)對(duì)用于銅電解拋光的離子交換劑還原時(shí)，可使用1wt％濃度或者更高濃度的硫酸。
在還原過(guò)程期間，該還原區(qū)段374和待還原離子交換劑369a可形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)。代替該隔離物376，離子交換無(wú)紡布可布置在該待還原離子交換劑369a和該還原電極377a之間。在這種情況下，上面描述的電壓施加在該還原電極377a和該反電極377b之間，同時(shí)把液體(純水)供應(yīng)在該兩個(gè)離子交換劑之間，借此積聚在該離子交換劑369a上的該離子移動(dòng)到該離子交換無(wú)紡布內(nèi)。
接著描述在襯底加工設(shè)備中的傾斜-刻蝕單元48。圖12為大略地示出了該傾斜-刻蝕單元48的垂直剖面圖。如圖12所示，根據(jù)該實(shí)施例該傾斜-刻蝕單元48包括用于以高速旋轉(zhuǎn)襯底W同時(shí)水平地保持該襯底W的襯底保持部380、放置在由該襯底保持部380保持的襯底W表面接近中央部上面的中心噴嘴382、放置在該襯底W圍緣部上面的邊緣噴嘴384以及放置在該襯底W后部接近中央部下面的后噴嘴386。
該襯底保持部380定位在底下的圓筒形防水殼388上，并用于通過(guò)旋壓用夾頭390、沿著該襯底W圍緣部的圓周方向、在多個(gè)位置保持該襯底W，其中狀態(tài)為該襯底W表面向上朝向。該中心噴嘴382和該邊緣噴嘴384分別向下指向，以及后部噴嘴386向上指向。
酸性溶液從該中心噴嘴382供應(yīng)到該襯底W表面的中央部，并在離心力作用下遍布該襯底W的整個(gè)表面上。形成在該襯底W表面上電路區(qū)域的銅自然氧化膜通過(guò)該酸性溶液被立即去除，由此阻止在該襯底W的表面上生長(zhǎng)。該酸性溶液可包括鹽酸、氫氟酸、硫酸、檸檬酸、草酸或其組合，這些酸性溶液通常用于半導(dǎo)體制造工藝中的清洗過(guò)程。該酸性溶液可包括在不氧化酸范圍內(nèi)的任何酸。氫氟酸的酸性溶液是更優(yōu)越的，因?yàn)樗€可以用來(lái)清潔該襯底W的背面以及減少使用化學(xué)制品數(shù)目。此外，在氫氟酸情況下，優(yōu)選的是，該氫氟酸濃度為5％重量比或者更少，以便不致使銅表面變粗糙。
氧化劑溶液連續(xù)地或者斷續(xù)地從該邊緣噴嘴384中供應(yīng)到該襯底W周?chē)?。在該襯底W周?chē)喜恳约巴鈬砻嫔仙L(zhǎng)的銅膜迅速地被氧化劑溶液氧化，同時(shí)通過(guò)來(lái)自于該中心噴嘴382的酸性溶液刻蝕以及溶解掉而散布在該襯底W的整個(gè)表面上。由于該銅膜在除了供應(yīng)該氧化劑溶液點(diǎn)以外的區(qū)域被刻蝕，因此該氧化劑溶液濃度和數(shù)量不需要較高。該氧化劑溶液可包括臭氧、過(guò)氧化氫、硝酸、次氯酸或者其組合，這些氧化劑溶液通常用于半導(dǎo)體制造工藝中的清洗過(guò)程。如果使用臭氧水，則優(yōu)選的是，臭氧應(yīng)該含有20ppm或更多以及200ppm或者更少。如果使用過(guò)氧化氫，則優(yōu)選的是，應(yīng)該含有10％或更多重量比以及80％或者更少重量比的過(guò)氧化氫。如果使用次氯酸，則優(yōu)選的是，應(yīng)該含有1％或更多重量比以及50％或者更少重量比的次氯酸。
氧化劑溶液和用于二氧化硅膜的蝕刻劑同時(shí)或者交替地從后面噴嘴386供應(yīng)到該襯底W背面的中央部。附著于該襯底W背面的銅與該襯底W的硅一起通過(guò)該氧化劑溶液被氧化，以及通過(guò)用于二氧化硅膜的蝕刻劑刻蝕掉。該氧化劑溶液可包括臭氧、過(guò)氧化氫、硝酸、次氯酸或者其組合。更優(yōu)越的，由于使用的化學(xué)制品數(shù)目減少了，因此為后面噴嘴386供應(yīng)與提供給該襯底W周?chē)趸瘎┤芤合嗤难趸瘎┤芤?。有可能使用硝酸作為二氧化硅膜的蝕刻劑。通過(guò)利用為該襯底表面清潔的硝酸能減少化學(xué)制品數(shù)目。
該邊緣噴嘴384適合于在該襯底W直徑方向上移動(dòng)。該邊緣噴嘴384的移動(dòng)寬度L設(shè)定成該邊緣噴嘴384可任意地定位在從該襯底外圍端表面朝向中心方向上。同時(shí)根據(jù)該襯底W的尺寸、用途等等輸入一套用于L的數(shù)值。通常，切邊寬度C設(shè)定在2mm到5mm范圍。在該襯底轉(zhuǎn)速為從后部到面部液體移動(dòng)量不成問(wèn)題的某個(gè)值或者較高值情況中，在該切邊寬度C內(nèi)待加工膜(銅膜)可被去除。
下面將描述該傾斜-刻蝕單元48使用的實(shí)例。該邊緣噴嘴384位置可調(diào)整，從而該切邊寬度C根據(jù)該襯底W尺寸和使用該襯底W的目的來(lái)設(shè)定。則該襯底W由該襯底保持件380水平地保持，同時(shí)在水平平面內(nèi)隨著該襯底保持件380旋轉(zhuǎn)。例如，DHF(稀釋氟硼酸)被連續(xù)地從該襯底W表面的中央部供應(yīng)到該中央噴嘴382，同時(shí)例如，H2O2被連續(xù)地或者斷續(xù)地從該邊緣噴嘴384供應(yīng)到該襯底W的周?chē)?br> 在該襯底W周?chē)锨羞厡挾菴的區(qū)域(邊緣和斜面)內(nèi)，形成HF和H2O2混合溶液，該混合溶液迅速地把該襯底W表面上的銅刻蝕掉。HF和H2O2的混合溶液可從該邊緣噴嘴384供應(yīng)到該襯底的周?chē)?，從而用于刻蝕該襯底W周?chē)你~。DHF和H2O2的濃度決定了銅刻蝕速度。
同時(shí)，例如化學(xué)溶液H2O2和DHF按照H2O2和DHF順序分別地從后面噴嘴386中供應(yīng)。因此，附著于該襯底W背面的銅通過(guò)H2O2被氧化，而通過(guò)DHF刻蝕掉，從而在該襯底W背面上銅污染物就能被去除。
然后，用純水清洗該襯底W對(duì)該該襯底W進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥，于是完成該襯底W的加工。存在于該襯底W表面周?chē)?邊緣和斜面)的切邊寬度C的銅膜以及在該襯底W背面銅污染物可在例如80秒內(nèi)被同時(shí)去除。
緊接著描述在襯底加工設(shè)備中的CMP單元34。圖13為大略地示出了該CMP單元34的垂直剖面圖。如圖13所示，該CMP單元34包括具有拋光布(拋光墊)340和頂圈344的拋光臺(tái)342，其中該拋光布(拋光墊)340作為固定到那里的拋光表面，而頂圈344用于保持要拋光的襯底W。保持要拋光的襯底W的頂圈344把該襯底W壓在該拋光臺(tái)342上的該拋光布340上。在操作中，該襯底W保持在該頂圈344上，并通過(guò)該頂圈344壓在該拋光墊340上。該拋光片342和該頂圈344圍繞它們自身軸線彼此相對(duì)地旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)該襯底W的表面進(jìn)行拋光。此時(shí)該研磨劑液體從研磨劑送液噴頭346供應(yīng)到該拋光布340。該研磨劑液體例如包括具有懸浮在其中的硅石細(xì)粒磨料顆粒的堿性溶液等等。因此，該襯底W通過(guò)該堿性溶液化學(xué)作用和該細(xì)粒磨料顆粒機(jī)械作用兩者進(jìn)行拋光。
隨著拋光進(jìn)行，拋光液體和磨碎顆?？赡芨街谠搾伖獠?40上，于是該CMP單元34的拋光速度下降，同時(shí)該拋光后的襯底易于拋光不整齊。因此，該CMP單元34帶有在拋光以前或者以后或者在拋光過(guò)程中復(fù)原該拋光布340表面的修整器348。在操作中，該修整器348的修整表面壓在該拋光臺(tái)342上的拋光布340拋光表面上，同時(shí)該修整器348和該拋光臺(tái)342彼此相對(duì)地旋轉(zhuǎn)，從而使得該修整表面與該拋光表面滑動(dòng)接觸。這樣，去除了附著于該拋光表面的拋光液體和磨碎顆粒，同時(shí)進(jìn)行該拋光表面的平整和還原。
下面描述通過(guò)本實(shí)施例襯底加工設(shè)備進(jìn)行的一系列加工。
如圖1A所示，如容納如襯底W的盒子具有形成在該表面的晶粒層6，該襯底W定位在該加載/卸載區(qū)段30，同時(shí)通過(guò)該傳送機(jī)械手32從該盒子中取出一個(gè)襯底W。根據(jù)需要，該傳送機(jī)械手32把該襯底W傳送到該換向機(jī)44或者52上，以翻轉(zhuǎn)該襯底W，從而該具有晶粒層6的正面朝下。該翻轉(zhuǎn)后的襯底W再次由該傳送機(jī)械手32夾持，并被傳送到該鍍膜單元38。
在該鍍膜單元38中，例如進(jìn)行銅電鍍，以在襯底W表面上形成作為導(dǎo)電薄膜(待加工材料)的如銅膜7(參見(jiàn)圖1B)。在該鍍膜完成后，該襯底W通過(guò)該傳送機(jī)械手32被傳送到該清潔單元40上，在這里該襯底被清潔。在清潔后該襯底W由該傳送機(jī)械手傳送到該退火單元42。
在該退火單元42中，進(jìn)行熱處理以對(duì)該襯底W進(jìn)行退火。該傳送機(jī)械手32把該退火后襯底W傳送到該換向機(jī)44，從而該正面朝上。該翻轉(zhuǎn)襯底W由該傳送機(jī)械手32夾持，并通過(guò)該運(yùn)送機(jī)械手32傳送到在該電解加工單元36中的該推動(dòng)器36a并放置在該推動(dòng)器36a上。在該推動(dòng)器36a上的襯底W接著傳送到該電解加工單元36的襯底保持件362上，同時(shí)該襯底W放置并保持在該襯底保持件362上。
在該電解加工單元36中，該電極區(qū)段361被降下以便使得該離子交換劑369a接近于保持在該襯底保持件362上該襯底W的表面或者與之接觸。當(dāng)把純水或者超純水供應(yīng)在該襯底W的上表面時(shí)，給定電壓施加在該加工電極369和該進(jìn)給電極373之間，而該襯底保持件362和該電極區(qū)段361旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，該臂360旋轉(zhuǎn)以在該襯底W的上表面上移動(dòng)該電極區(qū)段361。在通過(guò)該離子交換劑369a產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子作用下，在該加工電極(陰極)369，形成在該襯底W表面上的不必要銅膜7被處理掉，借此由銅膜7和晶粒層6組成的互連件(銅互連件)8形成(參見(jiàn)圖1C)。
在這里，在電解加工期間供應(yīng)在該襯底W和該離子交換劑369a之間的純水是指具有不超過(guò)10μs/cm電導(dǎo)率的水，而超純水是指具有不超過(guò)0.1μs/cm電導(dǎo)率的水。在電解加工中利用不包含電解質(zhì)的純水或者超純水可阻止例如電解質(zhì)的雜質(zhì)粘附并保持在該襯底W的表面上。此外，在電解加工期間溶解的銅離子等等立即通過(guò)離子交換反應(yīng)由離子交換劑369a捕捉。這可阻止溶解的銅離子等等在該襯底W的其他部分上再沉淀，或者阻止氧化成污染該襯底W表面的微粒。
代替純水或者超純水，例如、有可能使用具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體，該液體為通過(guò)把電解質(zhì)加到純水或者超純水中而得到的電解溶液。通過(guò)利用這樣的電解溶液可進(jìn)一步降低電阻同時(shí)降低降低功率消耗。例如NaCl或者Na2SO4的中性鹽溶液、例如HCl或者H2SO4的酸或者例如氨水的堿溶液可用作電解溶液，同時(shí)根據(jù)該工件的性能有選擇地使用這些方案。
此外，代替純水或者超純水，同樣還可以使用這樣的液體，即通過(guò)把表面活性劑等等加到純水或者超純水中而得到的、具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率、優(yōu)選的是不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μs/cm(不小于10MQcm電阻率)的液體。由于在純水或者超純水中表面活性劑的存在，該液體可形成這樣的層，該層用來(lái)均勻地抑制在該襯底W和該離子交換劑369a之間交界面離子遷移，從而使離子交換濃度(金屬溶解)適中，提高了已加工面的光潔度。該表面活性劑濃度理想的是不超過(guò)100ppm。當(dāng)該電導(dǎo)率的值太高，該電流效率降低，同時(shí)加工速度減小。使用具有不超過(guò)500μs/cm、優(yōu)選的是不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μs/cm電導(dǎo)率的液體可得到希望的加工還原速率。
該監(jiān)控器54監(jiān)控施加在該加工電極369和該進(jìn)給電極373之間的電壓或者在其間流動(dòng)的電流，以在電解質(zhì)處理期間探測(cè)結(jié)束點(diǎn)(加工的終點(diǎn))。需要注意的是，根據(jù)要加工材料在電解加工中電流(外加電壓)變化的這個(gè)關(guān)系與電壓(電流)是相同的。例如，如圖14A所示，材料B膜和材料A膜按照該順序疊加到襯底W上，當(dāng)在該襯底W表面電解加工中監(jiān)控電流時(shí)，在材料A加工期間觀察到恒定電流，在轉(zhuǎn)變到加工不同的材料B后發(fā)生變化。同樣地如圖14B所示，盡管在材料A加工期間在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加恒定電壓，在轉(zhuǎn)換到加工不同的材料B后，該施加的電壓發(fā)生變化。圖14A借助于實(shí)例示出了與材料A電解加工相比電流更難以在材料B電解加工中流動(dòng)的情況，而圖14B示出了與材料A電解加工相比外加電壓在材料B電解加工中變成較高的情況。從上面描述的實(shí)例可知，對(duì)在電流或者在電壓中變化進(jìn)行監(jiān)控可確保探測(cè)到結(jié)束點(diǎn)。
盡管這個(gè)實(shí)施例示出了該監(jiān)控器54監(jiān)控施加在該加工電極和該進(jìn)給電極之間電壓或者在其間流動(dòng)電流以探測(cè)加工結(jié)束點(diǎn)的情況，同樣可以使該監(jiān)控器54監(jiān)控監(jiān)控正在被加工襯底狀態(tài)的變化，以探測(cè)加工任意設(shè)定的結(jié)束點(diǎn)。在這種情況下，“加工的結(jié)束點(diǎn)”是指對(duì)于在加工表面規(guī)定區(qū)域而獲得的希望加工量的點(diǎn)，或者根據(jù)與被加工表面上規(guī)定區(qū)域的加工量有相互關(guān)系的參數(shù)來(lái)確定達(dá)到與希望加工量對(duì)應(yīng)量的點(diǎn)。通過(guò)即使在加工過(guò)程中這樣任意地設(shè)定和探測(cè)加工結(jié)束點(diǎn)，就能進(jìn)行多個(gè)階段的電解加工。
例如，該加工量可通過(guò)如下方式確定，即探測(cè)當(dāng)該加工表面到達(dá)不同的材料時(shí)由于形成的摩擦系數(shù)差異而導(dǎo)致摩擦力變化，或者探測(cè)通過(guò)去除該襯底表面不規(guī)則物而形成的摩擦力變化。加工結(jié)束點(diǎn)可根據(jù)這樣確定的加工量來(lái)得到探測(cè)。在電解加工期間，通過(guò)該待加工表面電阻或者通過(guò)在水分子和在液體(純水)中的離子之間碰撞而形成熱量，其中離子在該加工表面和待加工表面之間遷移。當(dāng)在受控恒定電壓作用下加工如沉積在襯底表面上的銅膜時(shí)，隨著電解加工進(jìn)行以及阻擋層和絕緣膜變得暴露，電阻增加，同時(shí)電流值降低，因此熱值逐漸降低。因此，加工量可通過(guò)探測(cè)熱值變化而確定?？梢虼颂綔y(cè)加工的結(jié)束點(diǎn)。做為選擇的是，在襯底上待加工膜的膜厚可通過(guò)這樣探測(cè)，即探測(cè)當(dāng)該加工表面到達(dá)不同的材料時(shí)由于形成反射率差異而導(dǎo)致的反射光強(qiáng)度變化。加工結(jié)束點(diǎn)可根據(jù)這樣確定的膜厚來(lái)得到探測(cè)。在襯底上待加工膜的膜厚也可通過(guò)如下方式確定，即在例如為銅膜的待加工導(dǎo)電膜內(nèi)形成渦流，并監(jiān)控在該襯底內(nèi)流動(dòng)的渦流，以探測(cè)例如頻率或者電路電阻變化?？蛇@樣探測(cè)加工的結(jié)束點(diǎn)。此外，在電解加工中，加工速率取決于在該加工電極和該進(jìn)給電極之間流動(dòng)的電流值，同時(shí)該加工量與電量成正比例，該電量確定為該電流值和加工時(shí)間的乘積。因此，該加工量可通過(guò)對(duì)由電流值和加工時(shí)間乘積確定的電量進(jìn)行積分、并探測(cè)到達(dá)預(yù)定值的積分值來(lái)確定?？蛇@樣探測(cè)加工的結(jié)束點(diǎn)。
在電解加工完成后，斷開(kāi)該電源363，同時(shí)該電極區(qū)段36 1和該襯底保持件362的旋轉(zhuǎn)停止。此后，在該襯底保持件362上的襯底W移動(dòng)到該推動(dòng)器36a上，同時(shí)在該推動(dòng)器36a上的襯底被該傳送機(jī)械手32夾持并傳送到該傾斜-刻蝕單元48上。根據(jù)該實(shí)施例，該進(jìn)給電極373直接與在電解加工中的襯底W接觸。因此，實(shí)際上不能使得加工電極369接近于襯底與進(jìn)給電極373接觸的部分。因此，那部分不能被加工，也就是說(shuō)，導(dǎo)電膜在襯底W與該進(jìn)給電極3 73接觸的部分上保持未加工狀態(tài)。根據(jù)該實(shí)施例，在電解加工后，保持未加工的該導(dǎo)電薄膜通過(guò)該傾斜-刻蝕單元48被刻蝕掉。
在該傾斜-刻蝕單元48中，用化學(xué)液體刻蝕掉在襯底W表面上不必要的銅膜，即在襯底W在電解加工單元36中已經(jīng)與該進(jìn)給電極(進(jìn)給區(qū)段)373接觸的部分上保持未加工的銅膜。在該刻蝕完成后，該襯底W通過(guò)該傳送機(jī)械手32被傳送到該清潔單元50上，在這里該襯底被清潔。該傳送機(jī)械手32把清潔的襯底W傳送到該換向機(jī)52，在那里襯底W翻轉(zhuǎn)，從而正面朝下。該翻轉(zhuǎn)襯底W再次由該傳送機(jī)械手32夾持，并通過(guò)該傳送機(jī)械手32傳送到在CMP單元34中的該推動(dòng)器34a并放置在該推動(dòng)器34a上。在該推動(dòng)器34a上的襯底W接著傳送到該CMP單元34的頂圈344上，同時(shí)該襯底W通過(guò)該頂圈344保持。
在該CMP單元34中，該襯底W的表面通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光而形成象平面鏡一樣的表面。在上述電解加工中，存在著阻擋層5(參見(jiàn)圖1A)在電解加工后在該襯底W表面上保持未加工的情況。這樣的阻擋層5可通過(guò)在該CMP單元34中拋光而去除。當(dāng)希望進(jìn)一步對(duì)例如氧化膜的絕緣膜2a拋光掉時(shí)，通過(guò)該CMP單元34的拋光同樣有效。在該拋光完成后，該襯底W通過(guò)該傳送機(jī)械手32被傳送到該清潔單元46上，在這里該襯底被清潔。此后，在根據(jù)需要通過(guò)該換向機(jī)44或者52對(duì)該襯底W翻轉(zhuǎn)之后，該襯底W通過(guò)該傳送機(jī)械手32返回到在該加載/卸載區(qū)段30內(nèi)的盒子。
盡管在上述實(shí)施例中，鍍膜單元38和電解加工單元36分別地設(shè)置，但也可以把這些單元集成在一個(gè)單元內(nèi)。此外，該鍍膜單元38、該CMP單元34和該退火單元42可根據(jù)需要選擇性地設(shè)置。這樣，視情況而定，在構(gòu)成該襯底加工設(shè)備中，這些單元中一個(gè)或多個(gè)可省略。
如在上文描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，不同于CMP加工，例如襯底的工件電解加工可通過(guò)電化學(xué)作用進(jìn)行，同時(shí)不對(duì)工件產(chǎn)生將削弱工件性能的任何物理缺陷。此外，本電解加工設(shè)備和方法可有效地去除(清潔)粘附在工件表面上的物質(zhì)。因此，本發(fā)明可完全地去掉CMP加工或者至少減少在CMP上的負(fù)擔(dān)。此外，襯底的該電解加工可甚至僅僅利用純水或者超純水而實(shí)現(xiàn)。這消除了例如電解質(zhì)的雜質(zhì)將粘附或者保持在該襯底表面上的可能，可在去除加工后簡(jiǎn)化清洗過(guò)程以及顯著地減少了在廢液處理上的負(fù)擔(dān)。
圖15A到15F為按照工序示出了通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的襯底加工方法形成銅互連件的實(shí)例。如圖15A所示，例如SiO2或者低-k材料的氧化膜沉積在形成半器件的導(dǎo)電層1A上，其中該導(dǎo)電層1a形成在半導(dǎo)體基部1上。作為互連件細(xì)小溝道的接觸孔3和互連溝道4通過(guò)光刻技術(shù)/蝕刻技術(shù)形成在絕緣膜2a內(nèi)。爾后，TaN等等的阻擋層5形成在該整個(gè)表面上，同時(shí)作為供電層用于電鍍的晶粒層6通過(guò)濺射等等形成在該阻擋層5上。
然后，如圖15B所示，在該襯底W的表面上進(jìn)行鍍銅，用銅裝填該接觸孔3和該互連溝道4，同時(shí)，在該絕緣膜2a上沉積銅膜7。此后，在該絕緣膜2a上的該阻擋層5、該晶粒層6和該銅膜7通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除，以便使得充滿在該接觸孔3和該互連溝道4內(nèi)的該銅膜7表面和該絕緣膜2a的表面基本上處于相同平面。因此形成了如圖15C所示的由該晶粒層6和該銅膜7組成的互連件(銅互連件)8。
此外，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光等方式，繼續(xù)去除在該互連溝道4上的阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，從而如圖15D所示，在該互連溝道4上部形成具有預(yù)定深度的用于裝填的凹部4a。這樣，即使在充滿在該接觸孔3和該互連溝道4內(nèi)銅膜7的表面變成與該絕緣膜2a表面平齊后，繼續(xù)通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光等等方式去除該阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，以進(jìn)一步去除在該互連溝道4內(nèi)阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，而當(dāng)形成在該互連溝道4上部?jī)?nèi)用于裝填的凹部4a到達(dá)預(yù)定深度時(shí)，去除操作終止。
做為選擇，可通過(guò)通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或者電解加工首先去除在該絕緣膜2a上的阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，直到已填滿在該接觸孔3和該互連溝道4內(nèi)銅膜7的表面變成與該絕緣膜2a表面齊平，然后通過(guò)化學(xué)蝕刻去除在該互連溝道4內(nèi)的阻擋層5、晶粒層6和該銅膜7。
如圖15E所示，在如此形成在該襯底W中的凹部4a內(nèi)，例如由熱擴(kuò)散阻止層9a和氧化阻止層9b組成的多層復(fù)合薄膜的保護(hù)膜9有選擇地形成，從而利用該保護(hù)膜9覆蓋并保護(hù)該互連件8的暴露表面。更具體地說(shuō)，在用水洗滌該襯底W后，在襯底W表面上進(jìn)行第一階段的無(wú)電極電鍍，以在互連件8表面上有選擇地形成熱擴(kuò)散阻止層9a，其中該熱擴(kuò)散阻止層9a例如由Co合金組成。緊接著，在對(duì)襯底水洗滌后，進(jìn)行第二階段無(wú)電極電鍍，以在熱擴(kuò)散阻止層9a表面上有選擇地形成例如由Ni合金組成的氧化阻止層9b。使該保護(hù)膜9的厚度與用于裝填的凹部4a厚度近似相同，即使該保護(hù)層9的表面與該絕緣膜2b表面平齊。
然后，在對(duì)襯底W水洗滌后，繼之以干燥，如圖15F所示，例如SiO2或者SiOF的絕緣膜2b附加在該襯底W的表面上。通過(guò)使保護(hù)膜9的表面與絕緣膜2b的表面齊平，該保護(hù)膜9可被阻止突出該變平表面。這保證了隨后沉積在襯底表面上絕緣膜2b具有足夠表面光潔度，從而消除了對(duì)使絕緣膜2b表面變平附加過(guò)程的需要。
通過(guò)用多層復(fù)合薄膜-保護(hù)膜9如此有選擇地覆蓋互連件8暴露表面并保護(hù)該互連件8，可有效地阻止互連件8氧化和熱擴(kuò)散，其中的多層復(fù)合薄膜由例如Co合金組成的、可有效地阻止互連件8熱擴(kuò)散的熱擴(kuò)散阻止層9a和由例如Ni合金組成的、可有效地阻止互連件8氧化的氧化阻止層9b組成。在這方面，單獨(dú)用Co或者Co合金層的互連件保護(hù)不能有效地阻止互連件氧化，而同時(shí)單獨(dú)用Ni或者Ni合金層的互連件保護(hù)也不能有效地阻止該互連件的熱擴(kuò)散。兩層結(jié)合可克服該缺點(diǎn)。
此外，通過(guò)把該氧化阻止層9b疊加在熱擴(kuò)散阻止層9a表面上，例如，在用于形成具有多層互連件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的氧化性氣氛中，在絕緣膜2b沉積后，在使氧化阻止效果不降低情況下，互連件的氧化可被阻止。
盡管在這個(gè)實(shí)施例中，采用由熱擴(kuò)散阻止層9a和氧化阻止層9b組成的雙層復(fù)合薄膜作為保護(hù)膜9，當(dāng)然也能使用單一層或者三或更多層的保護(hù)膜。
根據(jù)該實(shí)施例，可采用Co-W-B合金作為熱擴(kuò)散阻止層9a?？墒褂煤蠧o離子、絡(luò)合劑、pH緩沖劑、pH調(diào)整劑、作為還原劑的烷基胺甲硼烷以及包含鎢化合物的鍍液、并把襯底W表面浸入在該鍍液中，可形成Co-W-B合金熱擴(kuò)散阻止層9a。
如果需要的是，該鍍液可還包含從一種或者多種重金屬化合物和硫化合物以及表面活性劑中挑選出來(lái)的穩(wěn)定劑中至少一種穩(wěn)定劑。此外，通過(guò)使用例如氨水或者氫氧化銨的pH調(diào)整劑，該鍍液被調(diào)整到在優(yōu)選的是在5-14、更優(yōu)選的是在6-10pH范圍內(nèi)。鍍液溫度通常在30-90攝氏度范圍內(nèi)，優(yōu)選的是在40-80攝氏度。在該鍍液中鈷離子可從例如硫酸鈷、氯化鈷或者醋酸鈷的鈷鹽中提供。鈷離子的量通常在0.001-1.0mol/L、優(yōu)選的是在0.01-0.3mol/L范圍內(nèi)。
該絡(luò)合劑的具體實(shí)例可包括例如醋酸的羧酸類(lèi)或者它們的鹽；例如酒石酸以及檸檬酸的oxycarboxylic酸類(lèi)以及它們的鹽；以及例如甘氨酸的aminocarboxylic酸類(lèi)以及它們的鹽。這些化合物既可單獨(dú)地使用，也可作為兩種或更多化合物的混合物使用。絡(luò)合劑的總數(shù)通常在0.001-1.5mol/L、優(yōu)選的是在0.01-1.0mol/L范圍內(nèi)。
pH緩沖劑的具體實(shí)例可包括硫酸銨、氯化銨以及硼酸。該pH緩沖劑通常以0.01-1.5mol/L、優(yōu)選的是0.1-1mol/L的量來(lái)使用。pH調(diào)整劑的實(shí)例可包括氨水以及(氫氧化四甲銨TMAH)。通過(guò)使用該pH調(diào)整劑，該鍍液的pH值通常調(diào)整到5-14、優(yōu)選的是6-10范圍內(nèi)。
作為還原劑的烷基胺甲硼烷具體地說(shuō)可以是二甲胺甲硼烷(DMAB)或者二乙胺甲硼烷。該還原劑通常以0.01-1.0mol/L、優(yōu)選的是0.01-0.5mol/L的量來(lái)使用。
含鎢化合物的實(shí)例可包括鎢酸或者它的鹽以及例如磷鎢酸類(lèi)(如H3(PW12P40)nH2O)的雜多酸類(lèi)以及它們的鹽。該含鎢化合物通常以0.001-1.0mol/L、優(yōu)選的是0.01-0.1mol/L的量來(lái)使用。
除上述成分外，其它已知的添加劑也可加入到該鍍液內(nèi)?？捎锰砑觿?shí)例包括可以是例如鉛化合物等重金屬化合物的電鍍槽穩(wěn)定劑、例如硫氰酸鹽的含硫化合物或者其混合物以及陰離子、陽(yáng)離子或者非離子類(lèi)的表面活性劑。
通過(guò)利用沒(méi)有鈉的烷基胺(borone)作為還原劑可以把氧化電流施加到銅、銅合金、銀或者銀合金上，從而避免對(duì)加入鈀催化劑的需要，這樣，通過(guò)把該襯底W表面浸入到該鍍液內(nèi)，而進(jìn)行直接的無(wú)電極電鍍。
盡管該實(shí)例采用用于該熱擴(kuò)散阻止層9a的Co-W-B，但同樣可能采用作為單一物質(zhì)的Co、Co-W-P合金、Co-P合金、Co-B合金等等用于熱擴(kuò)散阻止層9a。
根據(jù)該實(shí)施例，Ni-B合金可用于該氧化阻止層9b。通過(guò)使用含鎳離子無(wú)電極電鍍?nèi)芤骸⒂糜阪囯x子的絡(luò)合劑、烷基胺甲硼烷或者用于鎳離子作為還原劑的氫硼化合物以及氨離子，其中該鍍液的pH值可在如8-12范圍內(nèi)調(diào)整，并把襯底W表面浸入到該鍍液內(nèi)，從而可形成該氧化阻止層(Ni-B合金層)9b。該鍍液溫度通常在50到90攝氏度，優(yōu)選的是在55到75攝氏度。
用于該鎳離子的該絡(luò)合劑實(shí)例可包括蘋(píng)果酸以及甘氨酸。例如，NaBH4可用作該氫硼(horohydride)化合物。如上所述，通過(guò)利用烷基胺(borone)作為該還原劑，可避免對(duì)加入鈀催化劑的需要，同時(shí)通過(guò)把該襯底W表面浸入到該鍍液內(nèi)而進(jìn)行無(wú)電極電鍍。如上所述，通過(guò)利用帶有用于形成Co-W-B合金層的無(wú)電極電鍍?nèi)芤浩胀ㄟ€原劑，就可能連續(xù)地進(jìn)行無(wú)電極電鍍。
盡管該實(shí)例采用用于氧化阻止層9b的Ni-B合金，但也可采用作為單一物質(zhì)的Ni、Ni-P合金或者Ni-W-P合金等等用于氧化阻止層9b。此外，盡管該實(shí)例采用銅作為互連件材料，也可以替代地使用銅合金、銀或者銀合金。
圖16為大略地示出了襯底加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖，其中該設(shè)備實(shí)現(xiàn)圖15A到15F所示的襯底加工。該襯底加工設(shè)備包括在矩形地板空間的一端并排布置的一對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光CMP)單元210a、210b以及在該空間另一端布置的一對(duì)裝載/卸載區(qū)段，其中該裝載/卸載區(qū)段用于每一容納例如半導(dǎo)體晶片的襯底W的盒子212a、212b放置在其中。兩個(gè)傳送機(jī)械手214a、214b布置在連接該CMP單元210a、210b和加載/卸載區(qū)段的路線上。在該輸送管線兩側(cè)布置換向機(jī)216，218。在該換向機(jī)216、218兩側(cè)布置清潔單元220a、220b和無(wú)電極電鍍單元222a、222b。此外，垂直地移動(dòng)的推動(dòng)器236設(shè)置在輸送管線側(cè)的CMP單元210a、210b內(nèi)，其中該輸送管線側(cè)用于把襯底W在該推動(dòng)器236和該CMP單元210a、210b之間傳送。
圖17為大略地示出了該無(wú)電極電鍍單元222a、222b結(jié)構(gòu)的視圖。在該實(shí)例中，一個(gè)無(wú)電極電鍍單元222a用于進(jìn)行上面描述的第一階段無(wú)電極電鍍，例如，以在互連件8表面上形成熱擴(kuò)散阻止層9a，另一個(gè)無(wú)電極電鍍單元222b用于進(jìn)行上面描述的第二階段無(wú)電極電鍍，例如，以在該熱擴(kuò)散阻止層9a表面上形成該氧化阻止層9b。除了用于這些無(wú)電極電鍍單元中鍍液不同外，這些無(wú)電極電鍍單元222a、222b具有相同結(jié)構(gòu)。
每一無(wú)電極電鍍單元222a、222b包括用于把襯底W保持在其上表面上的保持裝置、用于對(duì)由保持裝置911保持的襯底W要鍍表面(上表面)圍緣部分進(jìn)行接觸以密封該圍緣部分的攔截元件931以及用于把鍍液供應(yīng)到具有用攔截元件931密封的圍緣部分的襯底W鍍膜表面上的噴頭941。每一無(wú)電極電鍍單元222a和222b此外還包括，位于該保持裝置911上部外圍附近用于把清洗液供應(yīng)到該襯底W鍍膜表面上的清洗液供應(yīng)裝置951、用于回收排出的清洗液等等(電鍍廢液)的回收容器961、用于吸入和回收保持在該襯底W上鍍液的鍍液回收噴嘴965以及用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該保持裝置911的電機(jī)M。
該保持裝置911在它的上表面具有襯底放置部913，用于放置和保持該襯底W。該襯底放置部913用于放置和固定該襯底W具體地說(shuō)，該襯底放置部913具有真空吸引機(jī)構(gòu)(未示出)，該機(jī)構(gòu)用于通過(guò)真空抽吸吸引在其后部的襯底W。后部加熱器915為平面狀，從下面加熱該襯底W的鍍膜表面并保持加熱狀態(tài)，該后部加熱器915安裝在該襯底放置部913后部。該后部加熱器915例如由橡膠加熱器組成。該保持裝置911用于通過(guò)該電機(jī)M旋轉(zhuǎn)并通過(guò)提升裝置(未示出)垂直地移動(dòng)。
該攔截元件931是圓筒形的，具有設(shè)于其下部用于密封該襯底W外圍緣的密封部933，并安裝成不能從該示出的位置垂直地移動(dòng)。
該噴頭941為這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有設(shè)置在前端部的許多噴嘴，用于把供應(yīng)的鍍液以淋浴形式擴(kuò)散，并基本上均勻地把它供應(yīng)到該襯底W的鍍膜表面上。該清洗液供應(yīng)裝置951具有從噴嘴953噴射清洗液的結(jié)構(gòu)。
該鍍液回收噴嘴965用于向上和向下移動(dòng)以及擺動(dòng)，該鍍液回收噴嘴965前端用于向該攔截元件931內(nèi)下降，并吸入在該襯底W上的鍍液，其中該攔截元件931位于襯底W上表面圍緣部分上。
緊接著，將描述每一無(wú)電極電鍍單元222a和222b的操作。首先，該保持裝置911從該示出狀態(tài)下降，以在該保持裝置911和該攔截元件931之間提供預(yù)定尺寸間隙，同時(shí)該襯底W位于并固定到該襯底放置部913上。例如8英寸晶片用作該半導(dǎo)體襯底W。
然后，如圖17所示，該保持裝置911提升，使得它的上表面與該攔截元件931下部表面接觸，同時(shí)該襯底W外圍通過(guò)該攔截元件931密封部933密封。此時(shí)，該襯底W的表面處于敞開(kāi)狀態(tài)。
接著，該襯底W本身通過(guò)加熱器915后部直接加熱，同時(shí)被加熱到50攝氏度的鍍液從該噴頭941噴射出，從而把該鍍液傾泄在襯底W的幾乎整個(gè)表面上。由于該襯底W表面被攔截元件931圍繞，因此，傾瀉的鍍液全部保持在襯底W表面上。供應(yīng)鍍液的量可以是少量，這樣將在該襯底W表面上變成1mm厚度(大約30ml)。如在該實(shí)施例中那樣，保持在待鍍膜表面上鍍液厚度可以是10mm或者更少，以及甚至可以是1mm。如果少量供應(yīng)鍍液是足夠的，則用于加熱該鍍液的加熱設(shè)備也可以是小尺寸的。
如果該襯底W本身適合于受熱，則加熱需要較大功率消耗的該鍍液溫度不必升得太高。由于功率消耗可以減小，這樣是優(yōu)選的，同時(shí)在鍍液性能上變化也能被阻止。用于加熱襯底W的功率消耗可以很小，同時(shí)儲(chǔ)存在該襯底W上鍍液量也同時(shí)很少。這樣，通過(guò)后部加熱器915對(duì)襯底W的貯熱能力很容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)該后部加熱器915的能力可很小，該設(shè)備可更緊湊。如果使用直接冷卻該襯底W本身的裝置話，可在鍍膜期間進(jìn)行加熱和冷卻切換，以改變?cè)撳兡l件。由于保持在該襯底上的鍍液為少量，因此可以良好靈敏度進(jìn)行溫度控制。
該襯底W通過(guò)該電機(jī)M瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)，以對(duì)待鍍膜表面進(jìn)行均勻的液體淋濕，然后待鍍膜表面的鍍膜在襯底W處于穩(wěn)定狀態(tài)的這樣狀態(tài)下進(jìn)行。具體地說(shuō)，該襯底W以100rpm或者更少只旋轉(zhuǎn)1秒，以用該鍍液均勻地淋濕襯底W的待鍍膜表面。然后，該襯底W保持穩(wěn)態(tài)，同時(shí)無(wú)電極電鍍進(jìn)行1分鐘。該瞬間旋轉(zhuǎn)時(shí)間至多為10秒或者更少。
在該鍍膜處理完成后，該鍍液回收噴嘴965的前端下降到這樣的區(qū)域，其中該區(qū)域接近在襯底W圍緣部分上的攔截元件931內(nèi)部，以吸入該鍍液。此時(shí)，如果該襯底W以例如100rpm或者更少的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則在離心力作用下，保持在該襯底W的鍍液可聚集在該襯底W圍緣部分上的攔截元件931的部分，從而可以良好效率和高回收率進(jìn)行該鍍液的回收。該保持裝置911降低以把該襯底W從該攔截元件931分離。該襯底W開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)該清洗液(超純水)從該清洗液供應(yīng)裝置951的噴嘴953噴濺在襯底W的鍍膜表面上，以冷卻該鍍膜表面，同時(shí)進(jìn)行稀釋和清潔，從而使該無(wú)電極電鍍反應(yīng)停止。此時(shí)，從該噴嘴953噴濺的清洗液可提供給該攔截元件931以同時(shí)進(jìn)行該攔截元件931的清洗。此時(shí)該電鍍廢液回收到該回收容器961內(nèi)而廢棄。
曾經(jīng)使用的鍍液不再使用，而是丟棄。如上所述，與在現(xiàn)有技術(shù)相比較，用于該設(shè)備的鍍液量可非常少。這樣，即使沒(méi)有再使用，廢棄的鍍液量也很少。在一些情況中，可不安裝該鍍液回收噴嘴965，已經(jīng)使用的鍍液可作為電鍍廢液與該清洗液一起回收到該回收容器961內(nèi)。
然后，該襯底W通過(guò)電機(jī)M以高速旋轉(zhuǎn)，用于利用離心力脫水，接著該襯底W從該保持裝置911上去掉。
圖18為另一個(gè)無(wú)電極電鍍單元222a和222b的示意構(gòu)成圖。圖18的實(shí)例與圖17所示的上述的無(wú)電極電鍍膜設(shè)備不同之處在于，沒(méi)有在該保持裝置911中提供后部加熱器915，而在該保持裝置911上面布置燈加熱器917，而燈加熱器917 917和噴頭941-2集成在一起。例如具有不同半徑的多個(gè)環(huán)狀燈加熱器917同心地設(shè)置，同時(shí)該噴頭941-2的多個(gè)噴嘴943-2以一個(gè)圓圈形式從在燈加熱器917之間的間隙敞開(kāi)。該燈加熱器917可由單一螺旋燈加熱器組成，或者可由各種結(jié)構(gòu)和配置的其它燈加熱器組成。
即使利用該結(jié)構(gòu)，該鍍液可從每一噴嘴943-2基本上均勻地以噴淋形式供應(yīng)到襯底W的待鍍膜表面上。此外，該襯底W的加熱和貯熱能力可通過(guò)該燈加熱器917直接均勻地實(shí)現(xiàn)。該燈加熱器917不僅加熱該襯底W和該鍍液，而且也加熱周?chē)諝猓@樣呈現(xiàn)出作用在該襯底W上的貯熱能力。
通過(guò)該燈加熱器917的襯底W直接加熱需要具有相對(duì)較大功率消耗的該燈加熱器917。代替這樣的燈加熱器917，圖17所示的相對(duì)小功率消耗的燈加熱器917和后部加熱器915可組合，用于主要利用該后部加熱器915加熱該襯底W，同時(shí)主要通過(guò)該燈加熱器917實(shí)現(xiàn)該鍍液和周?chē)諝獾馁A熱。在與該上述的實(shí)施例相同的方式中，可設(shè)置直接或者間接地冷卻該襯底W的裝置以進(jìn)行溫度控制。
根據(jù)圖16所示的上述襯底加工設(shè)備，沉積在襯底W表面上的銅膜7(參見(jiàn)圖15B)用該CMP單元210a、210b拋光去掉。代替該CMP單元210a、210b，可使用電解加工單元用于通過(guò)電解加工去除該銅膜7等等。該CMP單元210a、210b結(jié)構(gòu)與圖13所示的結(jié)構(gòu)相同，因此省略對(duì)其描述。
圖19和20示出了電解加工單元。該電解加工單元440a包括襯底保持件446和絕緣材料制成的盤(pán)形電極區(qū)段448。其中該襯底保持件446支撐在旋轉(zhuǎn)臂444自由端，而旋轉(zhuǎn)臂444可水平地旋轉(zhuǎn)，用于吸引和保持該襯底W，其中正面朝下(所謂的“面朝下”方式)，而電極區(qū)段448位于該襯底保持件446下面。該電極區(qū)段448具有嵌入其中的扇形加工電極450和進(jìn)給電極452，這些電極交替地布置，它們的表面(頂面)暴露。離子交換劑456安裝在該電極區(qū)段448的上表面，以便覆蓋該加工電極450和該進(jìn)給電極452的表面。
僅僅用具有該加工電極450和該進(jìn)給電極452的電極區(qū)段448作為實(shí)例，該實(shí)施例采用這樣的電極，該電極具有比該襯底W直徑大兩倍，從而該襯底W的整個(gè)表面均可經(jīng)受電解加工。
該旋轉(zhuǎn)臂444經(jīng)由滾珠絲杠462通過(guò)驅(qū)動(dòng)用于垂直運(yùn)動(dòng)的電機(jī)460上下移動(dòng)，并連接到通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)464旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸466的上端。該襯底保持件446連接到安裝在該旋轉(zhuǎn)臂444自由端上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)468上，并允許通過(guò)驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
該電極區(qū)段448直接連接到中空電機(jī)470上，并可通過(guò)驅(qū)動(dòng)該中空電機(jī)470而旋轉(zhuǎn)。作為用于供應(yīng)純水、優(yōu)選的是超純水的純水供應(yīng)區(qū)段的通孔448a形成在該電極區(qū)段448的中央部。該通孔448a連接到純水供應(yīng)管472上，而該純水供應(yīng)管472垂直地延伸在該中空電機(jī)470內(nèi)。純水或者超純水通過(guò)該通孔448a供應(yīng)，并經(jīng)由該離子交換劑456提供給襯底W整個(gè)加工表面?？稍O(shè)置每個(gè)均連接到該純水供應(yīng)管472上的多個(gè)通孔448a，以便于加工液體越過(guò)該襯底W的整個(gè)加工表面。
此外，作為純水供應(yīng)區(qū)段用于供應(yīng)純水或者超純水的純水噴嘴474布置在該電極區(qū)段448上面，在該電極區(qū)段448徑向延伸，并具有多個(gè)供應(yīng)端口。純水或者超純水從該襯底W上面和下面如此提供給該襯底W的表面上。在這里，純水是指具有不超過(guò)10μs/cm電導(dǎo)率的水，而超純水是指具有不超過(guò)0.1μs/cm電導(dǎo)率的水。代替純水，可使用具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體或者任何電解溶液。通過(guò)在加工期間供應(yīng)電解溶液，可去除例如加工產(chǎn)物和溶解氣體的加工不穩(wěn)定因子，同時(shí)可以良好再生性均勻地實(shí)現(xiàn)加工。
根據(jù)該實(shí)施例，在圓周方向，多個(gè)扇形電極板476布置在該電極區(qū)段448，而電源480的陰極和陽(yáng)極經(jīng)由集流環(huán)478交替地連接到電極板476上。連接到電源480陰極的電極板476成為加工電極450，而連接到電源480陽(yáng)極的電極板476變成進(jìn)給電極452。由于銅電解加工在陰極側(cè)進(jìn)行，因此這用于例如銅的加工。取決于被加工的材料，陰極側(cè)可以是進(jìn)給電極，而陽(yáng)極側(cè)可以是加工電極。更具體地說(shuō)，當(dāng)要加工的材料是銅、鉬、鐵等等時(shí)，電解加工在該陰極側(cè)進(jìn)行，因此連接到該電源480陰極上的電極板476應(yīng)該是該加工電極450，而連接到該陽(yáng)極上的該電極板476應(yīng)該是該進(jìn)給電極452。另一方面，在是鋁、硅等等情況中，電解加工在該陽(yáng)極側(cè)進(jìn)行。相應(yīng)地，連接到該電源陽(yáng)極的該電極板應(yīng)該是加工電極，而連接到該電源陰極的電極板應(yīng)該是該進(jìn)給電極。
通過(guò)在電極區(qū)段448的圓周方向，如此分別和交替地布置該加工電極450和該進(jìn)給電極452，不需要把電供應(yīng)到導(dǎo)電薄膜(待加工部)的固定進(jìn)給部，同時(shí)加工可在襯底整個(gè)表面上實(shí)現(xiàn)。
該電解加工單元440a具有控制器496，該控制器496控制該電源480以便允許該電源480任意地控制從該電源480到該加工電極450和該進(jìn)給電極452之間的電壓和電流中至少一個(gè)。該電解加工單元440a還帶有電量積分器(電量計(jì))498，該積分器連接到從該電源480陰極伸出的導(dǎo)線，以探測(cè)該電流值，通過(guò)該電流值和該加工時(shí)間乘積來(lái)確定電量，并對(duì)該電量積分從而確定使用電力總數(shù)。來(lái)自該電量積分器498的輸出信號(hào)輸入到該控制器496，同時(shí)來(lái)自該控制器496的輸出信號(hào)輸入到電源480。
此外，如圖20所示，用于恢復(fù)該離子交換劑456的還原區(qū)段484設(shè)置。該還原區(qū)段484包括旋轉(zhuǎn)臂486和由該旋轉(zhuǎn)臂486在其自由端保持的還原頭488，該旋轉(zhuǎn)臂486具有基本上與該保持該襯底保持件446的旋轉(zhuǎn)臂444相似的結(jié)構(gòu)，并跨越該電極區(qū)段448位于旋轉(zhuǎn)臂444的相對(duì)側(cè)。在操作中，該與用于加工的相反的電勢(shì)從該電源480提供到該離子交換劑456上(參見(jiàn)圖19)，從而促進(jìn)例如粘附在該離子交換劑456上的銅的雜質(zhì)溶解。在加工期間該離子交換劑456的還原因此能實(shí)現(xiàn)。該還原的離子交換劑456通過(guò)提供給該電極區(qū)段448上表面的純水或者超純水清洗。
緊接著，描述通過(guò)該電解加工單元440a進(jìn)行的電解加工。
首先，例如如圖15B所示的襯底W在其表面具有作為導(dǎo)體膜的銅膜7(待加工部分)，該襯底W被該電解加工單元440a的襯底保持件446所保持和吸引，而該襯底保持件446通過(guò)該旋轉(zhuǎn)臂444移動(dòng)到該電極區(qū)段448正上方的加工位置。該襯底保持件446然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)用于垂直運(yùn)動(dòng)的該電機(jī)460下降，從而通過(guò)該襯底保持件446保持的該襯底W接觸或者接近于該離子交換劑456的表面，其中該該離子交換劑456安裝在電極區(qū)段448的上表面上。
緊接著，來(lái)自在該加工電極450和該進(jìn)給電極452之間電源480施加一個(gè)給定電壓或者電流，同時(shí)該襯底保持件446和該電極區(qū)段448旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，通過(guò)該通孔448a，從該電極區(qū)段448下面到其上表面，供應(yīng)水或者超純水，同時(shí)通過(guò)該純水噴嘴474，從該電極區(qū)段448上面到其上表面供應(yīng)純水或者超純水，從而把純水或者超純水注入到該加工電極450、該進(jìn)給電極452和該襯底W之間的空間內(nèi)，從而形成在該襯底W上導(dǎo)體膜(銅膜7)的電解加工通過(guò)在該離子交換劑456中產(chǎn)生的氫離子或者氫氧根離子而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述電解加工單元440a，大量氫離子或者氫氧根離子可通過(guò)允許純水或者超純水在離子交換劑456內(nèi)流動(dòng)而形成，同時(shí)大量這樣的離子可提供給襯底W的表面，借此該電解加工可有效地進(jìn)行。
更具體地說(shuō)，通過(guò)使純水或者超純水在該離子交換劑456內(nèi)流動(dòng)，足夠量的水可提供給官能團(tuán)(在帶有強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換基的離子交換劑中的磺酸基)，從而增加分解水分子的量，同時(shí)通過(guò)水流可去除在該導(dǎo)體膜(銅膜7)和氫氧根離子之間反應(yīng)而形成的加工產(chǎn)物(包括氣體)，借此加工效率得到提高。這樣純水或者超純水的流動(dòng)是必要的，以及理想的是，水流應(yīng)該是恒定和均勻的。水流的恒定性和均勻性導(dǎo)致離子供應(yīng)以及加工產(chǎn)物去除中的恒定性和均勻性，這隨后導(dǎo)致在加工中具有恒定性和均勻性。
在電解加工完成后，該電源480與該加工電極450和進(jìn)給電極452斷開(kāi)，同時(shí)該襯底保持件446和電極區(qū)段448的旋轉(zhuǎn)停止。此后，該襯底保持件446升高，以及加工襯底W傳送到下一個(gè)程序。
在該實(shí)施例中，純水或者超純水提供在該電極區(qū)段448和該襯底W之間。還可以代替純水或者超純水使用通過(guò)把表面活性劑等等加到純水或者超純水而得到的液體，如上所述，其中該液體具有不超過(guò)500μs/cm、優(yōu)選的是不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μs/cm不小于10MQcm電阻率)的電導(dǎo)率。
根據(jù)該實(shí)施例，通過(guò)在該襯底W和該加工電極450以及該進(jìn)給電極452之間放入離子交換劑456，該加工速率顯著地提高。在這方面，使用超純水的電化學(xué)加工通過(guò)在超純水中氫氧根離子和待加工材料之間的化學(xué)相互反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。然而，在常溫常壓條件下，在超純水中作為反應(yīng)物的氫氧根離子的量少到10-7mol/L，從而由于除了用于去除加工反應(yīng)外的反應(yīng)(例如氧化膜形成反應(yīng))外，該去除加工效率可降低。因此，需要增加氫氧根離子，以有效地進(jìn)行去除加工。用于增加氫氧根離子的方法是通過(guò)使用催化物質(zhì)促進(jìn)超純水的分解反應(yīng)，離子交換劑可有效地用作這樣的催化物質(zhì)。更具體地說(shuō)，通過(guò)在離子交換劑中官能團(tuán)和水分子之間交互作用，與水分子分解反應(yīng)有關(guān)的活化能下降，借此該水的分解得到促進(jìn)，從而提高了加工速率。
此外，根據(jù)此實(shí)施例，在電解加工時(shí)，該離子交換劑456接觸或者接近于該襯底W。當(dāng)該離子交換劑456接近于該襯底W時(shí)，然而取決于它們之間的距離，在某種程度上電阻較大，因此，稍微高的電壓是必要的，以提供必要的電流密度。然而，另一方面，由于具有無(wú)接觸關(guān)系，很容易沿著該襯底W表面形成純水或者超純水流，借此形成在該襯底表面上的反應(yīng)產(chǎn)物可有效地去除。在該離子交換劑456與該襯底W接觸的情況中，該電阻變得很小，因此只需要施加低電壓，借此可降低該功率消耗。
如果電壓升高而增加該電流密度以便提高加工速率的話，則當(dāng)在該電極和該襯底(待加工工件)之間的電阻較大時(shí)，可發(fā)生放電。放電的發(fā)生可在襯底表面出現(xiàn)高低不平，這樣不能形成均勻和平坦的加工面。相反，由于當(dāng)該離子交換劑456與該襯底W接觸時(shí)，該電阻非常小，因此可避免放電的發(fā)生。
當(dāng)通過(guò)使用具有陽(yáng)離子交換基的離子交換劑作為離子交換劑456而進(jìn)行電解加工時(shí)，在加工后該離子交換劑(陽(yáng)離子交換劑)456的離子交換基充滿著銅，借此緊接著步驟的加工效率下降。當(dāng)通過(guò)使用具有陰離子交換基的離子交換劑作為該離子交換劑456進(jìn)行電解加工時(shí)，氧化銅的微?？尚纬刹⒏街谠撾x子交換劑(陰離子交換劑)456的表面上，借此實(shí)現(xiàn)加工速率，從而損害待加工襯底表面加工速率的均勻性，同時(shí)顆粒可污染下一個(gè)待加工襯底的表面。
在操作中，為了消除這樣的缺點(diǎn)，與用于加工的相反的電勢(shì)從電源480提供給離子交換劑456，從而促進(jìn)例如經(jīng)由還原頭部488附著于該離子交換劑456上銅的雜質(zhì)的溶解。在加工期間該離子交換劑456的還原因此能實(shí)現(xiàn)。該還原的離子交換劑456通過(guò)提供給該電極區(qū)段448上表面的純水或者超純水清洗。
圖21和22示出了另一個(gè)電解加工單元440b。在該電解加工單元440b中，該電極區(qū)段448的旋轉(zhuǎn)中心O1遠(yuǎn)離該襯底保持件446旋轉(zhuǎn)中心O2一定距離；該電極區(qū)段448圍繞該旋轉(zhuǎn)中心O1旋轉(zhuǎn)，同時(shí)該襯底保持件446圍繞該旋轉(zhuǎn)中心O2旋轉(zhuǎn)。此外，該加工電極450和該進(jìn)給電極452經(jīng)由該集流環(huán)478導(dǎo)電連接到該電源480。此外根據(jù)該實(shí)例，該電極區(qū)段448設(shè)計(jì)成具有比該襯底保持件446較大的直徑，大到這樣程度以致于當(dāng)電極區(qū)段448圍繞該旋轉(zhuǎn)中心O1旋轉(zhuǎn)而該襯底保持件圍繞該旋轉(zhuǎn)中心O2旋轉(zhuǎn)時(shí)，該電極區(qū)段448覆蓋通過(guò)該襯底保持件446保持的該襯底W的整個(gè)表面。
根據(jù)該電解加工單元440b，通過(guò)經(jīng)由該襯底保持件446旋轉(zhuǎn)該襯底，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)該中空電機(jī)470旋轉(zhuǎn)該電極區(qū)段448，進(jìn)行襯底W表面的電解加工，同時(shí)把純水或者超純水供應(yīng)到該電極區(qū)段448的上表面上，同時(shí)把給定電壓施加在該加工電極450和該進(jìn)給電極452之間。
該電極區(qū)段448或者襯底保持件446可代替旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生例如滾動(dòng)的盤(pán)旋移動(dòng)或者往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖23和24示出了又一個(gè)電解加工單元440c。在該電解加工單元440c中，在圖21和22所示前面實(shí)例中，在該襯底保持件446和該電極區(qū)段448之間的位置關(guān)系是相反的。而該襯底W保持其正面朝上(所謂的“面朝上”方式)，從而電解加工在該襯底表面(上表面)進(jìn)行。這樣，該襯底保持件446位于該電極區(qū)段448下面，保持襯底W正面朝上，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)用于旋轉(zhuǎn)的電機(jī)468而圍繞圍繞它自身軸線旋轉(zhuǎn)。另一方面，該電極區(qū)段448具有覆蓋有離子交換劑456的加工電極450和進(jìn)給電極452，該電極區(qū)段位于該襯底保持件446上面，通過(guò)該旋轉(zhuǎn)臂444該其自由端保持正面朝下，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)該中空電機(jī)470圍繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)。此外從該電源480伸出的導(dǎo)線穿過(guò)形成在該回轉(zhuǎn)軸466上的中空部分并到達(dá)該集流環(huán)478，以及更進(jìn)一步穿過(guò)該中空電機(jī)470的中空部分并到達(dá)加工電極450和進(jìn)給電極452，以在其間施加電壓。
經(jīng)由形成在該電極區(qū)段448中央部的該通孔448a，純水超純水從該純水供應(yīng)管472從該襯底W上面供應(yīng)到該襯底W的正面(上表面)。
用于恢復(fù)安裝在電極區(qū)段448的該離子交換劑456的還原區(qū)段492布置在該襯底保持件446旁邊。該還原區(qū)段492包括充滿例如稀酸溶液的還原槽494。在操作中，該電極區(qū)段448通過(guò)該旋轉(zhuǎn)臂444移動(dòng)到位于該還原槽494正上方的位置，然后下降，從而至少電極區(qū)段448的離子交換劑456沉浸在該還原槽494的酸性溶液內(nèi)。此后，與用于加工電勢(shì)相反的電勢(shì)提供到電極板476，即通過(guò)把加工電極450連接到該電源480的陽(yáng)極，同時(shí)把該進(jìn)給電極452連接到該電源480的陰極，從而促進(jìn)附著于該離子交換劑456上例如銅的雜質(zhì)的溶解，因此恢復(fù)該離子交換劑456。該還原后離子交換劑456例如通過(guò)超純水清洗。
還根據(jù)該實(shí)施例，該電極區(qū)段448設(shè)計(jì)成具有比由該襯底保持件446保持的襯底W足夠更大的直徑。通過(guò)降低該電極區(qū)段448來(lái)進(jìn)行襯底W表面的電解加工，從而該離子交換劑456接觸或者接近于由該襯底保持件446保持的襯底W，然后使該襯底保持件446和該電極區(qū)段448旋轉(zhuǎn)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)臂444，以沿著該襯底W上表面移動(dòng)該電極區(qū)段448，同時(shí)把純水或者超純水供應(yīng)到該襯底的上表面上，同時(shí)把給定電壓施加在該加工電極450和該進(jìn)給電極452之間。
圖25和26示出了又一個(gè)電解加工單元440d。該電解加工單元440d使用這樣一個(gè)作為該電極區(qū)段448，該電極區(qū)段448比該襯底保持件446保持的那些襯底W具有足夠較小直徑，從而該襯底W表面不能完全地由該電極區(qū)段448覆蓋。在該實(shí)例中，該離子交換劑456為三層結(jié)構(gòu)(疊合)，包括一對(duì)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換纖維456a、456b和插入在該強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換纖維456a、456b之間的一個(gè)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換薄膜456c。該離子交換劑(疊合)456具有良好的透水性和高硬度，此外，與該襯底W相對(duì)的暴露表面(下部表面)具有良好的平滑度。其他結(jié)構(gòu)與圖23和24中所示的相同。
通過(guò)把該離子交換劑456制造成包括例如無(wú)紡布、紡織品和多孔膜的離子交換材料疊加層的多層結(jié)構(gòu)，就能提高該離子交換劑456整個(gè)離子交換能力，借此例如在銅去除(拋光)加工中阻止形成氧化物，從而避免該氧化物負(fù)面影響該加工速率。在這方面，當(dāng)離子交換劑456的整個(gè)離子交換能力小于在去除加工期間離子交換劑456吸取的銅離子量，則該氧化物應(yīng)該不可避免地形成在該離子交換劑456表面上或者在其內(nèi)部，這樣對(duì)加工速率產(chǎn)生負(fù)面影響。這樣，氧化物的形成取決于離子交換劑的離子交換能力，同時(shí)超過(guò)該能力的銅離子將要變成該氧化物。氧化物的形成因此能通過(guò)使用多層離子交換劑作為離子交換劑456而有效地阻止，其中該多層離子交換劑由具有提高總離子交換能力的離子交換材料疊加層組成。
如在上文描述的那樣，根據(jù)在圖15A和15F中所示的襯底加工方法，當(dāng)該保護(hù)膜有選擇地形成在用于裝填的凹部以保護(hù)該互連件的表面時(shí)，該保護(hù)膜的表面可與非互連件區(qū)域如絕緣膜表面齊平。這可阻止來(lái)自該平整表面的該保護(hù)膜的突起形成，從而保證隨后沉積在襯底表面上的絕緣膜等等具有足夠表面光潔度。這樣，對(duì)該絕緣膜表面拋光的過(guò)程等等可省略，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件生產(chǎn)成本降低。
圖27為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的襯底加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖。如圖27所示，該襯底加工設(shè)備容納在矩形外殼501內(nèi)。在該外殼501內(nèi)，依次進(jìn)行襯底的鍍膜和電解加工。該襯底加工設(shè)備包括一對(duì)用于載入和載出容納多個(gè)襯底盒子的加載/卸載單元502、一對(duì)用于通過(guò)化學(xué)液體清潔該襯底的傾斜-刻蝕/清潔單元503、一對(duì)用于在其中放置和保持該襯底并顛倒該襯底的襯底載物臺(tái)504以及四個(gè)用于襯底進(jìn)行鍍膜和電解加工的襯底加工設(shè)備505。此外，在外殼501內(nèi)布置有，用于在該加載/卸載單元502之間傳送該襯底的第一傳送機(jī)械手506、該傾斜-刻蝕/清潔單元503和該襯底載物臺(tái)504、以及用于在該襯底載物臺(tái)504和該襯底加工設(shè)備505之間傳送該襯底的第二傳送機(jī)械手507。
在位于該加載/卸載單元502上的盒子內(nèi)，容納正面(器件表面，待加工表面)朝上的襯底。該第一傳送機(jī)械手506把該襯底從該盒子當(dāng)中取出，并把該襯底傳送到該襯底載物臺(tái)504，同時(shí)把該襯底放置在該襯底載物臺(tái)504上。通過(guò)該襯底載物臺(tái)504的換向機(jī)使襯底顛倒，從而該正面朝下，然后通過(guò)第二傳送機(jī)械手507夾住。在第二運(yùn)送機(jī)械手507的把柄上，該襯底W在它的外圍部分被放置并保持，從而該襯底表面不與該把柄接觸。第二傳送機(jī)械手507把該襯底傳送到以下描述的襯底加工單元505的機(jī)頭區(qū)段541，同時(shí)在襯底加工單元505內(nèi)，該襯底被鍍膜和電解加工。
下面將詳細(xì)描述安裝在本實(shí)施例襯底加工設(shè)備內(nèi)的襯底加工單元505。圖28為襯底加工單元505的平面圖，圖29為圖28的垂直剖面正視圖，以及圖30為圖28的垂直剖面?zhèn)纫晥D。如圖28和29所示，該襯底加工單元505通過(guò)隔板510分成兩個(gè)襯底加工段，即用于進(jìn)行襯底鍍膜的電鍍區(qū)段520和用于進(jìn)行襯底電解加工的電解加工區(qū)段530。該電鍍區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530被包圍在限定加工空間508的罩511內(nèi)。如圖28和29所示，一個(gè)用于載入和載出襯底的開(kāi)口512形成在罩511的電解加工區(qū)段530側(cè)的側(cè)壁上，同時(shí)開(kāi)口512帶能打開(kāi)/關(guān)閉的活門(mén)513。該活門(mén)513連接到活門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉氣缸514。通過(guò)驅(qū)動(dòng)該活門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉氣缸514，該活門(mén)513上下移動(dòng)以便啟閉該開(kāi)口512。通過(guò)這樣密封地關(guān)閉該襯底加工單元505的加工空間508、用罩511和活門(mén)513容納該電鍍區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530，在該鍍膜中形成的霧等等被阻止從該襯底加工單元505的加工空間擴(kuò)散出。
此外，如圖29所示，惰性氣體(凈化氣體)供應(yīng)端口515設(shè)于該罩511上部，同時(shí)例如N2氣體的惰性氣體(凈化氣體)從該惰性氣體供應(yīng)端口515供應(yīng)到該加工空間508內(nèi)。圓筒形通風(fēng)管道516設(shè)置在該罩511底部，同時(shí)在該加工空間508內(nèi)的氣體通過(guò)該通風(fēng)管道516排放出。
如圖28所示，臂形清潔噴嘴517作為用于清潔已經(jīng)在該鍍膜區(qū)段520鍍膜的襯底的清潔區(qū)段，該噴嘴布置在該加工空間內(nèi)的該鍍膜區(qū)段520和該電解區(qū)段530之間。該清潔噴嘴517連接到未示出的清洗液供應(yīng)源，同時(shí)清洗液(如純水)從該清潔噴嘴517朝該襯底W下部表面噴濺。該清潔噴嘴517是可旋轉(zhuǎn)的，根據(jù)需要在鍍膜或者電解加工后，進(jìn)行襯底的清潔。
如圖28到30所示，可在該電鍍區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530之間旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臂540安裝在該襯底加工單元505內(nèi)。用于保持該襯底的機(jī)頭區(qū)段541垂直地安裝該該旋轉(zhuǎn)臂540的自由端一側(cè)。如圖28所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)臂540，該機(jī)頭區(qū)段541可在鍍膜位置P和電解加工位置Q之間移動(dòng)，其中在鍍膜位置P，在該鍍膜區(qū)段520內(nèi)進(jìn)行襯底的鍍膜，而在電解加工位置Q，在該電解加工區(qū)段530進(jìn)行襯底的電解加工。機(jī)頭區(qū)段541在該鍍膜位置P和該電解加工位置Q之間的移動(dòng)不能僅僅通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂540的旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。這樣，機(jī)頭區(qū)段541的移動(dòng)也可例如通過(guò)該機(jī)頭區(qū)段541的平動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖31為示出了該旋轉(zhuǎn)臂540和該機(jī)頭區(qū)段541主要部分的垂直剖面圖。如圖31所示，該旋轉(zhuǎn)臂540固定在可旋轉(zhuǎn)中空支柱542上端上，并通過(guò)該支柱542的旋轉(zhuǎn)水平地轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)軸承543支撐的轉(zhuǎn)動(dòng)軸544穿過(guò)該支柱542的中空部分，并可相對(duì)于該支柱542旋轉(zhuǎn)。此外，主動(dòng)皮帶輪545安裝在該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544的上端。
如圖31所示，該機(jī)頭區(qū)段541連接到該旋轉(zhuǎn)臂540，并主要是包括固定到該旋轉(zhuǎn)臂540上的外殼546、垂直地穿過(guò)該外殼546的轉(zhuǎn)動(dòng)軸547、用于在其下部表面保持該襯底W的襯底保持件548以及相對(duì)于該外殼546垂直地移動(dòng)的可動(dòng)部件549。該襯底保持件548與該旋轉(zhuǎn)軸547下端連接。
該旋轉(zhuǎn)軸547通過(guò)軸承550支撐，并可相對(duì)于該外殼546旋轉(zhuǎn)。主動(dòng)皮帶輪551安裝在該轉(zhuǎn)動(dòng)軸547的上部，同時(shí)同步皮帶552在上述主動(dòng)皮帶輪545和主動(dòng)皮帶輪551之間延伸。這樣，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸547隨著在該支柱542上轉(zhuǎn)動(dòng)軸544的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，同時(shí)該襯底保持件548與該轉(zhuǎn)動(dòng)軸547一起旋轉(zhuǎn)。
在該可動(dòng)部件549和該外殼546之間有密封材料形成密封空間554，氣源通道555與該密封空間554連通。利用通過(guò)該氣源通道555把空氣供應(yīng)到該密封空間554內(nèi)以及從該空間排出該空氣，該可動(dòng)部件549可相對(duì)于該外殼546垂直地移動(dòng)。此外，向下延伸壓力棒556設(shè)置在該可動(dòng)部件549周?chē)?br> 如圖31所示，該襯底保持件548包括與該轉(zhuǎn)動(dòng)軸547下端連接的凸緣部分560、用于通過(guò)真空吸力把該襯底W吸引在該吸引板561下部表面上的吸引板561以及環(huán)繞該吸引板561周邊的導(dǎo)向環(huán)562。該吸引板561由例如陶瓷或者增強(qiáng)樹(shù)脂形成，以及多個(gè)吸孔561a形成在該吸引板561上。
圖32為圖31一部分的放大圖。如圖32所示，與該吸引板561吸孔561a連通的空間563形成在該凸緣部分560和該吸引板561之間。O形環(huán)564布置在該凸緣部分560和該吸引板561之間。該空間563用該O形環(huán)564密封。此外，軟密封環(huán)565布置在該吸引板561的周?chē)砻嫔?，即在該吸引?61和該導(dǎo)向環(huán)562之間。當(dāng)該襯底W被吸引并保持在該吸引板561上時(shí)，該密封環(huán)565與該襯底W的后表面的外圍部分接觸。
圖33為該襯底保持件548的平面圖。如圖32到33所示，六個(gè)卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570在該沿圓周方向以一定間隔設(shè)置在該襯底保持件548上。如圖32所示，每個(gè)卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570包括安裝在該凸緣部分560上表面的臺(tái)座571、垂直地移動(dòng)的桿572以及可圍繞支撐軸573旋轉(zhuǎn)的進(jìn)給接觸元件574。螺母575安裝在該桿572的上端，而螺旋壓簧576插入在該螺母575和該臺(tái)座571之間。
如圖32所示，該進(jìn)給接觸元件574和該桿572經(jīng)由水平移動(dòng)的銷(xiāo)577連接。該進(jìn)給接觸元件574這樣設(shè)計(jì)，以便當(dāng)該桿572向上移動(dòng)時(shí)，該進(jìn)給接觸元件574圍繞該支撐軸573旋轉(zhuǎn)并向內(nèi)關(guān)閉，同時(shí)當(dāng)該桿572向下移動(dòng)時(shí)，該進(jìn)給接觸元件574圍繞該支撐軸573旋轉(zhuǎn)并向外張開(kāi)。這樣，當(dāng)該可動(dòng)部件549(參見(jiàn)圖31)向下移動(dòng)從而該壓力棒556并該螺母575接觸并向下壓該棒572時(shí)，該棒572抵抗該螺旋壓簧576的壓力向下移動(dòng)，借此該進(jìn)給接觸元件574圍繞該支撐件573旋轉(zhuǎn)并向外張開(kāi)。另一方面，當(dāng)該可動(dòng)部件549向上移動(dòng)時(shí)，該棒572通過(guò)該螺旋壓簧576的彈性力上升，借此該進(jìn)給接觸元件574圍繞該支撐軸573旋轉(zhuǎn)并向內(nèi)閉合。通過(guò)設(shè)置在六個(gè)位置的卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570，該襯底W通過(guò)該進(jìn)給接觸元件定位并保持它的外圍部分，同時(shí)穩(wěn)定地保持在該襯底保持件548的下部表面。
圖34為該襯底保持件548的下部平面圖。如圖34所示，在該進(jìn)給接觸元件574被安裝的位置上，徑向地延伸的凹槽562a形成在該導(dǎo)向環(huán)562的下部表面。在該進(jìn)給接觸元件574張開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，該進(jìn)給接觸元件574在該導(dǎo)向環(huán)562的凹槽562a內(nèi)移動(dòng)。
如圖32所示，導(dǎo)電的進(jìn)給元件578安裝在每個(gè)進(jìn)給接觸元件574的內(nèi)表面上。該進(jìn)給元件578與導(dǎo)電進(jìn)給板579接觸。該進(jìn)給板579經(jīng)由螺栓580被電連接到電源電纜581上，同時(shí)電源電纜581連接到電源702(參見(jiàn)圖35)上。當(dāng)該進(jìn)給接觸元件574向內(nèi)閉合并保持在該襯底W的外圍部分時(shí)，該進(jìn)給接觸元件574的進(jìn)給元件578與該襯底W的外圍部分接觸并把電力提供到該襯底W的銅膜7(參見(jiàn)圖1B和15B)最好是該進(jìn)給元件578由這樣的金屬制成，該金屬與在該襯底W上待加工金屬是不反應(yīng)的。
如圖31所示，旋轉(zhuǎn)接頭582設(shè)置在每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸547的上端，從設(shè)于該襯底保持件548上連接器583伸出的管子584經(jīng)由該旋轉(zhuǎn)接頭582連接到管子585，該管子585從該電源702和在該設(shè)備中真空泵(未示出)伸出。上述電源電纜581罩在該管子584，585內(nèi)，從而該進(jìn)給接觸元件574的進(jìn)給元件578與在該設(shè)備中的電源702導(dǎo)電連接。此外，與每個(gè)空間563連通用于襯底吸引的管子還罩在該管子584，585內(nèi)，從而通過(guò)驅(qū)動(dòng)該真空泵，該襯底W可被吸引在該吸引板561的下部表面上。
下面將參照?qǐng)D29和30來(lái)描述為了實(shí)現(xiàn)該垂直與水平運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置以及該機(jī)頭區(qū)段541的旋轉(zhuǎn)。該驅(qū)動(dòng)裝置600布置在除了該加工空間508以外的位置，其中該加工空間由該襯底加工單元505的罩511來(lái)限定。因此，來(lái)自該驅(qū)動(dòng)裝置600的顆粒等等被阻止進(jìn)入該鍍膜區(qū)段520等等。另外，在該驅(qū)動(dòng)裝置600上在鍍膜中形成的煙霧等等的影響可被降低，借此該驅(qū)動(dòng)裝置600的耐用性可得到改進(jìn)。
該驅(qū)動(dòng)裝置600主要由設(shè)于該襯底加工單元505框架上的軌道601、設(shè)置在該軌道601上的滑動(dòng)基座602和安裝在該滑動(dòng)基座602并相對(duì)于該滑動(dòng)基座602垂直地移動(dòng)的提升基部603組成。上述支柱542可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在該提升基部603上。因此，當(dāng)該提升基部603在該軌道601上滑動(dòng)時(shí)，該機(jī)頭區(qū)段541水平地移動(dòng)(在圖28所示的A方向)。該提升基部603帶有旋轉(zhuǎn)電機(jī)604和鉸鏈吊掛式電機(jī)605，而該滑動(dòng)基座602帶有升降電機(jī)(未示出)。
從動(dòng)皮帶輪606安裝在該支柱542下端，而該支柱542支撐在該提升基部603下端，并隨著該支柱542一起旋轉(zhuǎn)。同步皮帶607在從動(dòng)皮帶輪606和安裝在該鉸鏈吊掛式電機(jī)605軸上的主動(dòng)皮帶輪608之間延伸。這樣，該支柱542通過(guò)驅(qū)動(dòng)該鉸鏈吊掛式電機(jī)605旋轉(zhuǎn)，借此被固定到該支柱542上的臂540也旋轉(zhuǎn)。
該提升基部603帶有滑動(dòng)件610，該滑動(dòng)件610可通過(guò)設(shè)于該滑動(dòng)基座602上滑動(dòng)件支撐609而垂直地被引導(dǎo)。當(dāng)該提升基部603的滑動(dòng)件610通過(guò)該滑動(dòng)基座602的滑動(dòng)件支撐609來(lái)這樣引導(dǎo)時(shí)，該提升基部603通過(guò)未示出的提升機(jī)構(gòu)來(lái)垂直地移動(dòng)。
隨著該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544一起旋轉(zhuǎn)的從動(dòng)皮帶輪611安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸544下端，而該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544插入在該支柱542內(nèi)，同時(shí)同步皮帶612在該從動(dòng)皮帶輪611和主動(dòng)皮帶輪613之間延伸，其中該主動(dòng)皮帶輪613安裝在該旋轉(zhuǎn)電機(jī)604的軸上。這樣，通過(guò)驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)電機(jī)604并經(jīng)由該同步皮帶552，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544旋轉(zhuǎn)，其中該同步皮帶552延伸在安裝到該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544的該主動(dòng)皮帶輪545和安裝在該機(jī)頭區(qū)段541轉(zhuǎn)動(dòng)軸547上的從動(dòng)皮帶輪551之間，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸547也旋轉(zhuǎn)。
下面描述在該襯底加工單元505上的該鍍膜區(qū)段520。圖35為示出了該鍍膜區(qū)段520主要部分的垂直剖面圖。如圖35所示，保持鍍液的大概圓筒形的鍍槽620設(shè)置在該鍍膜區(qū)段520。攔截元件621設(shè)置在該鍍槽620內(nèi)，同時(shí)向上敞開(kāi)的鍍膜腔室622由該攔截元件621所限定。經(jīng)由電源選擇器開(kāi)關(guān)700連接到該設(shè)備中的電源702的陽(yáng)極623布置在該鍍膜腔室622底部。優(yōu)選的是，該陽(yáng)極623由含有0.03到0.05％重量比磷的含磷銅制成。這樣的含磷銅用來(lái)在鍍膜期間在該陽(yáng)極623表面上形成所謂的黑膜。該黑膜可抑制殘?jiān)男纬伞?br> 在該攔截元件621的內(nèi)圓周壁上，用于朝該鍍膜腔室622中心噴濺鍍液的多個(gè)鍍液噴口(鍍液供應(yīng)區(qū)段)624沿圓周方向以一定間隔設(shè)置。該鍍液噴口624與鍍液供應(yīng)通道625連通，而鍍液供應(yīng)通道625在該攔截元件621內(nèi)垂直地延伸。該鍍液供應(yīng)通道625連接到鍍液供給泵626(參見(jiàn)圖30)上，從而通過(guò)驅(qū)動(dòng)該泵626，預(yù)定量的鍍液從該鍍液噴口624供應(yīng)到該鍍膜腔室622。在該攔截元件621的外側(cè)，形成鍍液排放槽627，用于把溢出該攔截元件621的鍍液排放掉。從該攔截元件621溢出的鍍液經(jīng)過(guò)該鍍液排放通道627流入到儲(chǔ)液槽(未示出)之內(nèi)。
根據(jù)本實(shí)施例，離子交換劑(離子交換膜)628布置成它可覆蓋住陽(yáng)極623的表面。設(shè)置該離子交換膜628以阻止來(lái)自該鍍液噴口624的噴濺流直接撞擊到該陽(yáng)極623表面上，從而阻止形成在該陽(yáng)極623表面上的黑膜由于該鍍液而導(dǎo)致的向上卷曲和流出。需要注意的是，該鍍膜區(qū)段的結(jié)構(gòu)不局限于本實(shí)施例。
下面描述在該襯底加工單元505上該電解加工區(qū)段530。圖36為示出了該電解加工區(qū)段530主要部分的垂直剖面圖。如圖36所示，該電解加工區(qū)段530包括矩形電極區(qū)段630和連接到該電極區(qū)段630的中空滾動(dòng)電機(jī)631。通過(guò)驅(qū)動(dòng)該中空滾動(dòng)電機(jī)631，該電極區(qū)段630產(chǎn)生弧形移動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)，即所謂的滾動(dòng)(平移的轉(zhuǎn)動(dòng))。
該電極區(qū)段630包括多個(gè)在B方向延伸的電極元件632(參見(jiàn)圖28)和向上敞開(kāi)的容器633。該多個(gè)電極元件632在該容器633內(nèi)以均一的間距平行布置。每個(gè)電極元件632包括電極634，經(jīng)由該電源選擇器開(kāi)關(guān)700以及整體地覆蓋在該電極634表面上的離子交換劑(離子交換膜)635，該電極634連接到在該設(shè)備中的電源702。該離子交換劑635通過(guò)布置在該電極634兩側(cè)的保持板636而安裝在該電極634上。
根據(jù)該實(shí)施例，該電極元件632的電極634交替地連接到該電源702的陰極和陽(yáng)極上。例如，如圖36所示，加工電極634a連接到該電源702的陰極上，同時(shí)進(jìn)給電極634b經(jīng)由該電源選擇器開(kāi)關(guān)700連接到該陽(yáng)極上。例如，當(dāng)加工銅時(shí)，在陰極側(cè)發(fā)生電解加工，因此連接到該陰極的電極634變成加工電極634a，而連接到該陽(yáng)極的電極634變成進(jìn)給電極634b。這樣，根據(jù)本實(shí)施例，該加工電極634a和該進(jìn)給電極634b平行和交替地布置。如上所述，根據(jù)被加工材料的不同，連接到該電源陰極的電極可用作進(jìn)給電極，而連接到該陽(yáng)極的電極可用作加工電極。
通過(guò)在垂直于該電極元件632縱向方向上這樣交替地設(shè)置該加工電極634a和該進(jìn)給電極634b，就不再必要提供用于把電力供應(yīng)到該襯底W導(dǎo)電薄膜(要加工材料)的進(jìn)給區(qū)段，同時(shí)該襯底W整個(gè)表面的加工變成可能。此外，在該加工期間，在垂直于縱向的方向上，通過(guò)使由該襯底保持件548保持的襯底掃描一定距離，該距離對(duì)應(yīng)于在相鄰加工電極634a之間的間距整數(shù)倍，則可實(shí)現(xiàn)均勻的加工。此外，通過(guò)改變施加在電極634之間脈沖波形電壓的正負(fù)極，就能溶解該電解產(chǎn)物，同時(shí)通過(guò)加工多次重復(fù)可改進(jìn)已加工表面的光潔度。
如圖36所示，在每個(gè)電極元件632的兩側(cè)，在該襯底W和該電極元件632的離子交換劑635之間設(shè)置用于供應(yīng)純水或者超純水的純水供給噴嘴637。該純水供給噴嘴637連接到純水供給泵638(參見(jiàn)圖29)，從而通過(guò)驅(qū)動(dòng)該泵638，預(yù)定量的純水或者超純水從該純水供給噴嘴637提供在該襯底W和該離子交換器635之間。
根據(jù)該實(shí)施例，該容器633充滿從該純水供給噴嘴637供應(yīng)的液體，在進(jìn)行電解加工同時(shí)該襯底W沉浸在該液體中。在該容器633的外側(cè)，設(shè)置用于排放從該容器633圓周壁633a溢出的液體的液體排放槽639。從該圓周壁633a溢出的液體經(jīng)過(guò)該液體排放槽639流入到該廢液缸(未示出)內(nèi)。
根據(jù)本實(shí)施例，該電源702通過(guò)該電源選擇器開(kāi)關(guān)700切換，從而當(dāng)在該鍍膜區(qū)段520進(jìn)行鍍膜時(shí)，該進(jìn)給接觸元件574的進(jìn)給元件578連接到該電源702的陰極上，同時(shí)該陽(yáng)極623連接到該電源702的陽(yáng)極上，同時(shí)當(dāng)在該電解加工區(qū)段530進(jìn)行電解加工時(shí)，該電極元件632的電極634交替地連接到陰極以及連接到該電源702的陽(yáng)極。
通過(guò)該進(jìn)給接觸元件574的進(jìn)給元件578，可以實(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)地把電力供應(yīng)給該襯底，并利用圖36所示的所有電極634作為加工電極。由于在這種情況下，直接和僅僅通過(guò)該卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570，電力直接供應(yīng)給該襯底，該襯底與該進(jìn)給電極(進(jìn)給元件574)接觸的部分很小，也就是說(shuō)，氣泡形成區(qū)域減小。此外，加工電極的數(shù)目加倍，也就是說(shuō)，在電解加工期間越過(guò)該襯底的加工電極數(shù)目增加，借此在整個(gè)襯底表面的加工均勻性和加工速率提高。
此外，盡管在本實(shí)施例中，通過(guò)該電源選擇器開(kāi)關(guān)700，該電源702在鍍膜區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530之間切換，就能為該鍍膜區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530提供單獨(dú)的能源。
下面描述利用圖27所示的襯底加工設(shè)備、用于加工例如半導(dǎo)體襯底的襯底的一系列工序。首先，在一個(gè)盒子內(nèi)預(yù)先把襯底定位，其中它們的正面(器件表面，待加工表面)朝上，而該盒子位于該加載/卸載單元502上。該第一傳送機(jī)械手506把一個(gè)襯底從放置在該加載/卸載單元502上盒子中取出，并把該襯底傳送到襯底載物臺(tái)504，同時(shí)把該襯底放置在該襯底載物臺(tái)504上。通過(guò)該襯底載物臺(tái)504的換向機(jī)使在該襯底載物臺(tái)504上的襯底顛倒，然后通過(guò)第二傳送機(jī)械手507夾住。驅(qū)動(dòng)該襯底加工單元505的活門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉汽缸514，以打開(kāi)該活門(mén)513、同時(shí)通過(guò)第二傳送機(jī)械手507從形成在該蓋子511上的開(kāi)口512把該襯底W插入到該襯底加工單元505內(nèi)。
在把該襯底傳送到該襯底加工單元505前，該驅(qū)動(dòng)裝置600的旋轉(zhuǎn)電機(jī)被驅(qū)動(dòng)，以使支柱542旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定角度，以便把該機(jī)頭區(qū)段541移動(dòng)到在該電解加工區(qū)段530上方的該電解加工位置Q(參見(jiàn)圖28)。此外，該可動(dòng)部件549降低以把該壓力棒556帶到與該卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570螺母575接觸的位置，從而抵抗該螺旋壓簧576的壓力下壓該棒572，以向外打開(kāi)該進(jìn)給接觸元件574。
第二傳送機(jī)械手507的把柄已經(jīng)被插入該襯底加工單元505中，該把柄提升使得該襯底W的上表面(背面)與該襯底保持件548的吸引板561下部表面接觸。此后，該可動(dòng)部件549提升以向內(nèi)閉合該卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570的進(jìn)給接觸元件574。這樣，該襯底W通過(guò)該進(jìn)給接觸元件574定位并保持。該進(jìn)給接觸元件574的進(jìn)給元件與該襯底W的外圍部分接觸，也就是說(shuō)，此時(shí)，從該電源702到該襯底W的進(jìn)給成為可能。驅(qū)動(dòng)該真空泵以把空氣從該空間563排出，從而把該襯底W吸引到該吸引板561的下部表面上。此后，第二傳送機(jī)械手507的把柄從該襯底加工單元505退出，同時(shí)關(guān)閉該活門(mén)513。
隨后，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的鉸鏈吊掛式發(fā)動(dòng)機(jī)605，以把該支柱542旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，以便把保持該襯底W的機(jī)頭區(qū)段541移動(dòng)到位于該鍍膜區(qū)段520上方的該鍍膜位置P。此后，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的升降電動(dòng)機(jī)，以把該支柱542降低預(yù)定距離，從而把保持在該襯底保持件548下部表面上的該襯底W浸入到該鍍槽620內(nèi)的鍍液中。此后，該驅(qū)動(dòng)裝置600的旋轉(zhuǎn)電機(jī)604被驅(qū)動(dòng)，以經(jīng)由在該支柱542上的該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544使機(jī)頭區(qū)段541的轉(zhuǎn)動(dòng)軸547旋轉(zhuǎn)，從而以中等轉(zhuǎn)速(每分鐘幾十轉(zhuǎn))使該襯底W旋轉(zhuǎn)。然后電流在該陽(yáng)極623和該襯底W之間經(jīng)過(guò)，以在該襯底W表面上形成銅膜(鍍膜)7(參見(jiàn)圖15B)。在該鍍膜中，可以把這樣的脈沖電壓施加在該陽(yáng)極623和該襯底W之間，其中該電位周期地轉(zhuǎn)到0或者反向電位。
在該鍍膜完成后，該襯底W的旋轉(zhuǎn)停止，同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置600的升降電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)以把該支柱542和該機(jī)頭區(qū)段541提升預(yù)定距離。接著，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的鉸鏈吊掛式發(fā)動(dòng)機(jī)605，以把該支柱542旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，從而把保持該襯底W的機(jī)頭區(qū)段541移動(dòng)到位于該清潔噴嘴517(噴水器)上方的位置。此后，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的升降電動(dòng)機(jī)以使該支柱542降低預(yù)定距離。接著，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的旋轉(zhuǎn)電機(jī)604，以使該襯底保持件548以例如100min-1速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)清洗液(純水)從該清潔噴嘴517朝著該襯底W下部表面方向噴濺，以在鍍膜后清潔該襯底W和進(jìn)給接觸元件574等等，同時(shí)用純水替換該鍍液。
在該清潔完成后，該驅(qū)動(dòng)裝置600的鉸鏈吊掛式發(fā)動(dòng)機(jī)605被驅(qū)動(dòng)以使該支柱542旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，從而把該機(jī)頭區(qū)段541移動(dòng)到在該電解加工區(qū)段530上方的該電解加工位置Q。此后，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的升降電動(dòng)機(jī)，以把該支柱542降低預(yù)定距離，從而把保持在該襯底保持件548下部表面上的該襯底W帶到接近于或者接觸該電極區(qū)段630的離子交換劑635表面的位置。此后，驅(qū)動(dòng)該中空滾動(dòng)電機(jī)631，以使該電極區(qū)段630產(chǎn)生滾動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)電機(jī)，以使該襯底W掃描對(duì)應(yīng)于在相鄰加工電極634A之間間距整數(shù)倍的距離。同時(shí)純水或者超純水從該純水供給噴嘴637供應(yīng)在該襯底W和該電極元件632之間，從而把該襯底浸入在該容器633內(nèi)的液體中。
在電解加工期間，該襯底W的上述掃描操作重復(fù)地進(jìn)行。此外，在每個(gè)掃描操作后，該襯底W旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定角度，例如20度或者30度。由于該電極形狀和配置、運(yùn)行條件等等，可降低已加工表面的不均勻性。
該電源選擇器開(kāi)關(guān)700交替地切換成把該電極元件632的電極634連接到該電源702的陰極以及陽(yáng)極上，從而電壓被施加，同時(shí)該電極634連接到該電源702的陰極作為加工電極634a，而該電極634連接到該陽(yáng)極作為電極634b。一旦圖36所示的所有電極634形成加工電極，則該進(jìn)給接觸元件574的進(jìn)給元件578連接到該電源702的陽(yáng)極上，同時(shí)該電極634連接到該陰極上。
通過(guò)由該離子交換劑635產(chǎn)生的氫離子以及氫氧根離子作用，可在該加工電極(陰極)634a實(shí)現(xiàn)在該襯底W表面上的該導(dǎo)電膜(銅膜7)的電解加工。在該電解加工期間，可以把這樣的脈沖電壓施加在該加工電極634a和進(jìn)給電極634b之間，其中該電位周期地轉(zhuǎn)到0或者反向電位。
在使用象超純水的液體的情況中，在該電解加工中，該超純水本身具有較大電阻率，優(yōu)選的是，使該離子交換劑635與該襯底W接觸。這樣可降低該電阻，由此降低施加的電壓并降低功率消耗。該“接觸”不意味著為如在CMP中的工件上提供物理能(應(yīng)力)的“壓”。因此，本實(shí)施例的電解加工區(qū)段530不帶有這樣的按壓機(jī)構(gòu)，例如象在CMP設(shè)備中使用的抵抗襯底而壓拋光元件的機(jī)構(gòu)。在CMP情況中，拋光表面通常在大約20-50kPa壓力下與襯底接觸。另一方面，據(jù)本實(shí)施例的電解加工單元，該離子交換劑635可在例如不超過(guò)20kPa壓力下與該襯底W接觸。即使在不超過(guò)10kPa壓力下，也能實(shí)現(xiàn)足夠去除加工效果。
可代替純水或者超純水而使用通過(guò)把電解質(zhì)加到例如純水或者超純水中而得到的任何電解質(zhì)溶液。通過(guò)利用電解質(zhì)溶液可降低電阻同時(shí)降低降低功率消耗。例如NaCl或者Na2SO4的中性鹽溶液、例如HCl或者H2SO4的酸或者例如氨水的堿溶液可用作電解質(zhì)溶液，同時(shí)根據(jù)該工被加工材料的性能而適當(dāng)?shù)剡x擇。
在使用電解質(zhì)溶液作為加工液體的情況下，優(yōu)選的是，代替該離子交換劑635而提供一個(gè)接觸元件，而該接觸元件與該襯底W表面上的導(dǎo)電薄膜(銅膜7)接觸并擦掉該導(dǎo)電薄膜。最好是，該接觸元件本身是可滲透液體的，或者通過(guò)提供許多細(xì)小孔而形成可滲透液體的，同時(shí)也是彈性的，從而它可能保持與該襯底保持密封接觸，并不損壞該襯底。此外，還優(yōu)選的是，該接觸元件可導(dǎo)電或者可離子交換。這種接觸元件的具體實(shí)例包括例如泡沫聚氨酯的多孔聚合物、例如無(wú)紡布的纖維狀材料、各種波紋細(xì)絲帶以及擦洗清潔元件。
在這種情況下，可通過(guò)利用含例如硫酸銅或者硫酸銨電解質(zhì)的電解質(zhì)溶液作為加工液體，把該銅膜7(參見(jiàn)圖15B)表面陽(yáng)極化作為互連件材料，并用該接觸元件擦掉該銅膜。還可以把螯合劑加到電解質(zhì)溶液，以便對(duì)該銅膜7的表面螯合(參見(jiàn)圖15B)，從而使該表面脆弱以便于該銅膜7的擦掉。
此外，可以進(jìn)行復(fù)合加工，該加工為例如通過(guò)把磨粒加到電解質(zhì)溶液或者純水的加工液體中或者同時(shí)提供加工液體和含磨粒的漿液、利用磨粒的電解加工和機(jī)械拋光的組合。
舉例來(lái)說(shuō)，可使用例如稀硫酸溶液或者稀磷酸溶液的大約0.01到大約0.1重量百分比酸性溶液作為加工液體。
還可以代替純水或者超純水使用通過(guò)把表面活性劑等等加到純水或者超純水而得到的液體，其中該液體具有不超過(guò)500μs/cm、優(yōu)選的是不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μs/cm(不小于10MQcm電阻率)的電導(dǎo)率，而該電導(dǎo)率可通過(guò)加入表面活性劑而調(diào)整。由于表面活性劑的存在，該液體可形成這樣的層，該層用來(lái)均勻地抑制在該襯底W和該離子交換劑635之間交界面離子遷移，從而使離子交換濃度(金屬溶解)適中，提高了已加工面的光潔度。優(yōu)選的是，該液體的表面活性劑濃度不超過(guò)100ppm。當(dāng)該液體的電導(dǎo)率值太高時(shí)，該電流效率降低，同時(shí)加工速度減小。使用具有不超過(guò)500μs/cm、優(yōu)選的是不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μs/cm電導(dǎo)率的液體可得到希望的加工速率。
當(dāng)希望以增加的選擇性來(lái)只有選擇地去除在該襯底上鍍膜的升高部分時(shí)，最好把該電導(dǎo)率調(diào)整到不超過(guò)50μs/cm、更優(yōu)選的是不超過(guò)2.5μs/cm。
在電解加工完成后，斷開(kāi)該電源702，同時(shí)該電極區(qū)段630的滾動(dòng)停止。此后，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)裝置600的升降電動(dòng)機(jī)以使該支柱542和該機(jī)頭區(qū)段541升高預(yù)定距離。此后，打開(kāi)設(shè)于該襯底加工單元505上的該活門(mén)513，同時(shí)該第二運(yùn)送機(jī)械手507從形成在該蓋子511上的開(kāi)口512插入到該襯底加工單元505內(nèi)。第二傳送機(jī)械手507把柄然后提升到可接納該襯底W的位置。此后，該可動(dòng)部件549降低使得該壓棒556與該卡盤(pán)機(jī)構(gòu)570的螺母575接觸，從而抵抗該螺旋壓簧576的壓力來(lái)下壓該棒572，以向外打開(kāi)該進(jìn)給接觸元件574，借此該襯底W被釋放并放置在第二傳送機(jī)械手507的把柄上。然后，放置襯底W的第二傳送機(jī)械手507的把柄從該襯底加工單元505中退出，同時(shí)關(guān)閉該活門(mén)513。
在該鍍膜和電解加工后接納該襯底W的第二傳送機(jī)械手507該襯底W移動(dòng)到該襯底載物臺(tái)504上，并把該襯底W放置在該襯底載物臺(tái)504上。在該襯底載物臺(tái)504上的該襯底被該第一傳送機(jī)械手506夾持，同時(shí)該第一傳送機(jī)械手506把該襯底W傳送到該傾斜刻蝕/清潔單元503。在該傾斜-刻蝕/清潔單元503中，在鍍膜和電解加工后的襯底W用化學(xué)液體清潔，同時(shí)，在該襯底W傾斜部分上形成的薄銅膜等等被刻蝕掉。此外，該襯底W被水洗并干燥。當(dāng)在該傾斜-刻蝕/清潔單元503中清潔后，該襯底W通過(guò)該第一傳送機(jī)械手506返回到該加載/卸載單元502的盒子上。這樣完成一系列加工。
事實(shí)上，通過(guò)在該電解加工區(qū)段530使用本實(shí)施例該襯底按壓設(shè)備并利用2.5μs/cm、50μs/cm和500μs/cm導(dǎo)電率的液體，進(jìn)行襯底的加工。結(jié)果，已經(jīng)證實(shí)的是，由于該加工襯底升高部分選擇性去除和光潔度，優(yōu)選的是，具有較低電導(dǎo)率的液體是最好的。用具有普通純水級(jí)別的2.5μs/cm電導(dǎo)率的液體得到最好的光潔度。
下面參照?qǐng)D37和38來(lái)詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的在襯底加工設(shè)備中的襯底加工單元。在下面描述中，與在上述實(shí)施例襯底加工單元中使用的具有相同操作或者功能的那些相同元件或部件，給出相同的參考數(shù)字，對(duì)其多余的描述省略。
圖37為該襯底加工單元505的平面圖，圖38為圖37的垂直剖面正視圖。如圖37和38所示，該襯底加工單元505通過(guò)隔板510分成兩個(gè)襯底加工段，即用于進(jìn)行襯底鍍膜的電鍍區(qū)段520和用于進(jìn)行襯底電解加工的電解加工區(qū)段530。該電鍍區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530被包圍在限定加工空間508的罩511內(nèi)。可圍繞軸517a旋轉(zhuǎn)的清潔噴嘴517布置在該加工空間508內(nèi)。在鍍膜和電解加工后的襯底用例如從該清潔噴嘴517噴濺的純水清潔。
用于載入和載出襯底的開(kāi)口512形成在該罩511的該電解加工區(qū)段530側(cè)的側(cè)壁上，同時(shí)開(kāi)口帶有可打開(kāi)/關(guān)閉的活門(mén)513。該活門(mén)513連接到活門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉氣缸514。通過(guò)驅(qū)動(dòng)該活門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉氣缸514，該活門(mén)513上下移動(dòng)以便啟閉該開(kāi)口512。通過(guò)這樣密封地關(guān)閉該襯底加工單元505，在該鍍膜中形成的煙霧等等被阻止從該襯底加工單元505中擴(kuò)散出。
如圖38所示，惰性氣體(凈化氣體)供應(yīng)端口515設(shè)于該罩511上部，同時(shí)例如N2氣體的惰性氣體(凈化氣體)從該惰性氣體供應(yīng)端口515供應(yīng)到該襯底加工單元505內(nèi)。圓筒形通風(fēng)管道516設(shè)置在該罩511底部，同時(shí)在該加工空間508內(nèi)的氣體通過(guò)該通風(fēng)管道516排放出。
如圖37所示，臂形清潔噴嘴517為清潔已經(jīng)在該鍍膜區(qū)段520鍍膜的襯底的清潔區(qū)段以及清潔已經(jīng)在該電解加工區(qū)段530電解加工的襯底的清潔區(qū)段，該噴嘴布置在該鍍膜區(qū)段520和該電解區(qū)段530之間。該清潔噴嘴517連接到未示出的清洗液供應(yīng)源，同時(shí)清洗液(如純水)從該清潔噴嘴517朝該襯底W下部表面噴濺。該清潔噴嘴517可圍繞該軸517a旋轉(zhuǎn)，并在電解加工期間從圖37中所示的位置退出。
可在該電鍍區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530之間旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臂540安裝在該襯底加工單元505內(nèi)。用于保持該襯底的機(jī)頭區(qū)段541垂直地安裝該該旋轉(zhuǎn)臂540的自由端一側(cè)。如圖37所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)臂540，該機(jī)頭區(qū)段541可在鍍膜位置P和電解加工位置Q之間移動(dòng)，其中在鍍膜位置P，在該鍍膜區(qū)段520內(nèi)進(jìn)行襯底的鍍膜，而在電解加工位置Q，在該電解加工區(qū)段530進(jìn)行襯底的電解加工。
該電解加工區(qū)段530包括布置在機(jī)頭區(qū)段541下面的盤(pán)狀電極區(qū)段651和連接到該電極區(qū)段651的電源704。
該旋轉(zhuǎn)臂540可通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)652致動(dòng)而水平地旋轉(zhuǎn)，其中該旋轉(zhuǎn)臂540安裝在與該旋轉(zhuǎn)電機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)軸653的上部。該回轉(zhuǎn)軸653連接到滾珠絲杠654，而該滾珠絲杠654垂直地延伸，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)用于垂直運(yùn)動(dòng)的該電機(jī)655而與該旋轉(zhuǎn)臂540垂直地移動(dòng)，其中該滾珠絲杠654連接到該用于垂直運(yùn)動(dòng)的電機(jī)655上。
圖31為示出了該旋轉(zhuǎn)臂540和該機(jī)頭區(qū)段541主要部分的垂直剖面圖。如圖31所示、該旋轉(zhuǎn)臂540固定在可旋轉(zhuǎn)中空支柱542的上端，并通過(guò)該支柱542的旋轉(zhuǎn)而水平地旋轉(zhuǎn)。通過(guò)軸承543支撐的轉(zhuǎn)動(dòng)軸544穿過(guò)該支柱542的中空部分，并可相對(duì)于該支柱542旋轉(zhuǎn)。此外，從動(dòng)帶輪545安裝在該轉(zhuǎn)動(dòng)軸544的上端。
如圖31所示，該機(jī)頭區(qū)段541連接到該旋轉(zhuǎn)臂540，并主要是包括固定到該旋轉(zhuǎn)臂540上的外殼546、垂直地穿過(guò)該外殼546的轉(zhuǎn)動(dòng)軸547、用于在其下部表面保持該襯底W的襯底保持件548以及相對(duì)于該外殼546垂直地移動(dòng)的可動(dòng)部件549。該襯底保持件548與該轉(zhuǎn)動(dòng)軸547的下端連接。
可通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)而旋轉(zhuǎn)的機(jī)頭區(qū)段541聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)(第一驅(qū)動(dòng)元件)上，用于在通過(guò)襯底保持件362保持的襯底W和電極區(qū)段651之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如上所述，該旋轉(zhuǎn)臂540適合于垂直地移動(dòng)以及垂直地旋轉(zhuǎn)。該機(jī)頭區(qū)段541垂直地移動(dòng)并隨著該旋轉(zhuǎn)臂540垂直地旋轉(zhuǎn)。
用于在該襯底W和該電極區(qū)段651之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的中空電機(jī)656(第二驅(qū)動(dòng)元件)布置在該電極區(qū)段651下面。驅(qū)動(dòng)端形成在該中空電機(jī)656主軸上端部分上，并與該主軸中心偏心地布置，從而該電極區(qū)段651產(chǎn)生滾動(dòng)(平移轉(zhuǎn)動(dòng))。
圖39為大略地示出了該機(jī)頭區(qū)段541和該電解加工區(qū)段530的垂直剖面圖，而圖40為示出了在該襯底W和該電解加工區(qū)段530的電極區(qū)段651之間關(guān)系的平面圖。在圖40中，用虛線示出了襯底W。如圖39和40所示，該電極區(qū)段651包括直徑比該襯底W大的大體上圓盤(pán)形的加工電極660、位于該加工電極660周?chē)糠稚系亩鄠€(gè)進(jìn)給電極661以及把加工電極660和該進(jìn)給電極661隔開(kāi)的絕緣體662。如圖39所示，該加工電極660的上表面覆蓋有離子交換劑663空，而該進(jìn)給電極661的上表面覆蓋有離子交換劑664。該離子交換劑663和664可整體地形成。在圖40中示出了該離子交換劑663，664。
根據(jù)本實(shí)施例，由于在該電極區(qū)段651和該機(jī)頭區(qū)段541之間的尺寸關(guān)系，在電解加工期間，不能從該電極區(qū)段651上面把純水或者超純水供應(yīng)到該電極區(qū)段651的上表面。這樣如圖39和40所示，在該加工電極660上形成液體供應(yīng)孔665，該液體供應(yīng)孔665用于把純水或者超純水供應(yīng)到該加工電極660的上表面。根據(jù)本實(shí)施例，許多流體供應(yīng)孔665從該加工電極660中心徑向地布置。該流體供應(yīng)孔665連接到貫穿該中空電機(jī)656中空部分的純水供應(yīng)管，從而純水或者超純水通過(guò)該流體供應(yīng)孔665供應(yīng)到該電極區(qū)段651的上表面。
在本實(shí)施例中，該加工電極660連接到該電源704的陰極上，同時(shí)該進(jìn)給電極66 1連接到該電源704的陽(yáng)極。如上所述，根據(jù)被加工材料的不同，連接到該電源陰極的電極可用作進(jìn)給電極，而連接到該陽(yáng)極的電極可用作加工電極。
在電解加工期間，驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)電機(jī)以使該襯底W旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，該中空電機(jī)665被驅(qū)動(dòng)，以使該電極區(qū)段651產(chǎn)生圍繞卷繞中心“O”(參見(jiàn)圖40)的滾動(dòng)。通過(guò)如此使由該機(jī)頭區(qū)段541保持的襯底W和該加工電極660在渦旋區(qū)域S內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了該襯底W整個(gè)表面(銅膜7)的加工。該電解加工區(qū)段的電極區(qū)段651設(shè)計(jì)成在相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，該運(yùn)動(dòng)中心(根據(jù)本實(shí)施例的渦旋運(yùn)動(dòng)中心“O”)始終在襯底W范圍內(nèi)。通過(guò)這樣使該加工電極660直徑比該襯底W直徑大、并使該加工電極660的運(yùn)動(dòng)中心始終在該襯底W范圍內(nèi)，就能最好地均衡在該襯底W表面上方加工電極660的存在頻率。還可以顯著地降低該電極區(qū)段651的尺寸，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備尺寸顯著降低以及重量明顯減少。優(yōu)選的是，該加工電極660的直徑比該襯底W和該加工電極660相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離與該襯底W直徑之和大根據(jù)本實(shí)施例為渦旋半徑“e”并小于該襯底W直徑的兩倍。
由于該襯底W不能用該進(jìn)給電極661存在的區(qū)域加工，因此，與另一個(gè)區(qū)域相比，其中用該進(jìn)給電極661布置外圍部分，該加工速率很低。因此，最好使由該進(jìn)給電極661占有的面積(區(qū)域)較小，以降低該進(jìn)給電極661對(duì)加工速率的影響。從這個(gè)觀點(diǎn)上看，根據(jù)本實(shí)施例，具有較小面積的多個(gè)進(jìn)給電極661布置在該加工電極660的外圍部分，同時(shí)至少一個(gè)進(jìn)給電極661被允許在該相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間接近于或者接觸該襯底W。這樣與把環(huán)狀進(jìn)給電極布置在該加工電極660外圍部分的情況相比就能減少不加工區(qū)域，從而阻止該襯底W外圍部分保持未加工。
接著，來(lái)描述通過(guò)根據(jù)本發(fā)明襯底加工設(shè)備的襯底加工(電解加工)。給定電壓從該電源704施加在該加工電極660和該進(jìn)給電極661之間，以通過(guò)由該離子交換劑663，664的酸產(chǎn)生的氫離子或者氫氧根離子作用，在該加工電極(陰極)660對(duì)該襯底W表面上導(dǎo)電薄膜(銅膜7)進(jìn)行電解加工。該加工在該襯底W朝向該加工電極660的部分上進(jìn)行。如上所述，通過(guò)使該襯底W和該加工電極660產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可加工該襯底W的整個(gè)表面。同樣如上所述，通過(guò)使該加工電極660的直徑比該襯底W的直徑較大，同時(shí)使該加工電極660的運(yùn)動(dòng)中心“O”始終位于該襯底W范圍內(nèi)，就能最好地使該加工電極660的在該襯底W表面上的存在頻率得到均衡。還能顯著地降低該電極區(qū)段651的尺寸，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備顯著的尺寸減小以及重量減輕。
下面參照?qǐng)D41來(lái)描述包括鍍膜、清潔和電解加工循環(huán)的襯底加工過(guò)程。如圖28和37所示，可在該電鍍區(qū)段520和該電解加工區(qū)段530之間旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臂540安裝在該襯底加工單元505內(nèi)。用于保持該襯底的機(jī)頭區(qū)段541垂直地安裝該該旋轉(zhuǎn)臂540的自由端一側(cè)。通過(guò)使該旋轉(zhuǎn)臂540旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該機(jī)頭區(qū)段541保持的襯底可在進(jìn)行該襯底鍍膜的該鍍膜位置520和進(jìn)行該襯底電解加工(電解拋光)的電解加工區(qū)段530之間移動(dòng)。此外，該清潔噴嘴517設(shè)于該襯底加工單元505，從而在鍍膜和電解加工后的襯底可被清潔。
如上面參照?qǐng)D2所述的那樣，當(dāng)進(jìn)行鍍銅以在襯底W表面上形成銅膜時(shí)，其中在該襯底W上共同存在細(xì)微孔3a和寬溝道4b，則在該細(xì)微孔3a內(nèi)或者在其上面鍍膜的生長(zhǎng)得到促進(jìn)，從而該銅膜7易于在該細(xì)微孔3a上升高，導(dǎo)致升高部分的形成。另一方面，在該寬溝道4b內(nèi)不可能有具有增強(qiáng)流平性的鍍膜生長(zhǎng)。結(jié)果，在對(duì)應(yīng)于在細(xì)微孔3a上方升高部分高度和在寬溝道4b內(nèi)凹陷部分深度之和的高度差形成在沉積在該襯底W上的銅膜7。為了降低這種高度差的形成，最好重復(fù)地進(jìn)行鍍膜和電解加工(電解拋光)。
圖42A到42F為示出了襯底加工過(guò)程的圖表，其中重復(fù)地進(jìn)行兩次鍍膜和電解拋光。首先，在該鍍膜區(qū)段520中進(jìn)行上述襯底W的電解銅鍍膜，以把銅大部分地埋入該細(xì)微孔3a內(nèi)。在此階段，升高部分已經(jīng)局部地形成在該細(xì)微孔3a上方，而該寬溝道4b還沒(méi)有充滿銅(參見(jiàn)圖42A)。這是由于高圖案密度區(qū)域具有較大表面積，而作為鍍膜促進(jìn)劑的鍍液中的添加劑在該窄孔內(nèi)濃縮，借此鍍膜生長(zhǎng)在存在該細(xì)微孔3a區(qū)域得到促進(jìn)。在該鍍膜后，該襯底W用純水清潔，從而從該襯底W表面上去除該鍍液。此后，在該電解加工區(qū)段530進(jìn)行電解加工，以去除在該細(xì)微孔3a上方局部地形成的升高部分(參見(jiàn)圖42B和42C)。這樣就完成了第一系列的鍍膜、清潔和電解加工。
接著，在用純水清潔該襯底后，在該鍍膜區(qū)段520再次進(jìn)行電解鍍膜。當(dāng)該寬溝道4b變成完全地充滿銅時(shí)，終止該電解鍍膜。在該階段，該寬溝道4b被完全充滿銅，同時(shí)銅膜(鍍膜)7同樣形成在該細(xì)微孔3a內(nèi)或者上面(參見(jiàn)圖42D)。在用純水洗滌該襯底后，在該電解加工區(qū)段530再次進(jìn)行電解加工。通過(guò)第二次電解鍍膜，銅膜7的表面幾乎變平，留下具有理想厚度的銅膜7，利用該厚度，該細(xì)微孔3a和該寬溝道4b被裝填(參見(jiàn)圖42E和42F)。舉例來(lái)說(shuō)，可得到具有良好表面光潔度、大約50-100nm膜厚度的該銅膜(鍍膜)7。在該電解加工后的襯底用純水清潔，繼之以干燥，從而終止第二系列鍍膜、清潔和電解加工。
盡管已經(jīng)描述重復(fù)地進(jìn)行兩次鍍膜和電解加工的情況，當(dāng)然也可以重復(fù)地進(jìn)行三次或更多系列加工。此外，有可能完全去除用于在該襯底表面內(nèi)形成器件互連件的不必要銅膜部分，而只留下在該圖案上的銅膜。通過(guò)這樣重復(fù)地多次地進(jìn)行鍍膜和電解加工，與在一次電解加工階段中對(duì)較大高度差變平的情況相比，可以較短時(shí)間獲得較平的加工后表面。使用具有低導(dǎo)電率液體的鍍膜和電解加工循環(huán)可阻止在細(xì)微孔區(qū)域升高部分的過(guò)度形成，同時(shí)可提供已經(jīng)加工的襯底，其中銅膜以高效率平平地埋入在孔和寬溝道兩者中。
圖43示出了電解加工區(qū)段變化的簡(jiǎn)圖。T該電解加工區(qū)段具有用于對(duì)離子交換劑(陽(yáng)離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)進(jìn)行還原的還原區(qū)段670a、670b。
每個(gè)還原區(qū)段670a、670b包括接近于或者接觸該離子交換劑(陽(yáng)離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)布置的隔離物672、形成在該加工電極673或者該進(jìn)給電極674和該隔離物672之間的排放部分675以及用于向該排放部分675提供排放污染物的排放液體A的排放液供應(yīng)區(qū)段676。當(dāng)例如襯底W的工件靠近或者接觸該離子交換劑(陽(yáng)離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)時(shí)，用于排放污染物的排放液體A從該排放液供應(yīng)區(qū)段676提供到該排放部分675，同時(shí)用于電解加工的加工液體B從電解加工液體供應(yīng)區(qū)段677提供在該隔離物672和該離子交換劑陽(yáng)離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)之間，同時(shí)電壓從加工電源678施加在作為陰極的該加工電極673和作為陽(yáng)極的該進(jìn)給電極674之間，從而進(jìn)行電解加工。
在該電解加工期間，在該陽(yáng)離子交換劑671a，例如待加工材料溶解離子M+的離子吸收在該陽(yáng)離子交換劑，該離子朝該加工電極(陰極)673移動(dòng)，并穿過(guò)該隔離物672。通過(guò)供應(yīng)在該隔離物672和該加工電極673之間的排放液體A的流動(dòng)，已經(jīng)穿過(guò)該隔離物672的該離子M+從該系統(tǒng)中排出。這樣，該陽(yáng)離子交換劑671a被還原。當(dāng)陽(yáng)離子交換劑用作該隔離物672時(shí)，該隔離物(陽(yáng)離子交換劑)672可只允許來(lái)自該陽(yáng)離子交換劑671a的離子M+穿透。另一方面，在該陰離子交換劑671b中，在該陰離子交換劑671b中的離子X(jué)-朝該進(jìn)給電極(陽(yáng)極)674移動(dòng)，并穿過(guò)該隔離物672。通過(guò)供應(yīng)在該隔離物672和該進(jìn)給電極674之間的排放液體A的流動(dòng)，已經(jīng)穿過(guò)該隔離物672的該離子M+從該系統(tǒng)中排出。這樣，該陰離子交換劑671b被還原。當(dāng)陰離子交換劑用作該隔離物672時(shí)，該隔離物(陰離子交換劑)672可只允許來(lái)自該陰離子交換劑的離子X(jué)-穿透。
優(yōu)選的是，具有低導(dǎo)電率的例如純水或者超純水的液體用作該加工液體，從而提高了電解加工的效率。優(yōu)選的是，具有高電導(dǎo)率(電解溶液)的液體作為排放液供應(yīng)，其中該排放液在該隔離物672和該加工電極673或者該進(jìn)給電極674之間流動(dòng)。例如NaCl或者Na2SO4的中性鹽水溶液、例如HCl或者H2SO4的酸或者例如氨水的堿可用作電解溶液，并可根據(jù)工件性能而適當(dāng)被選擇。這可提高該離子交換劑的還原效率。
如圖40所示，優(yōu)選的是，該電極區(qū)段具有用于探測(cè)在襯底金屬膜(銅膜7)-電解加工目標(biāo)的厚度的傳感器668。包括例如光源單元和光電探測(cè)器的光學(xué)傳感器可用作該傳感器668。通過(guò)從該光源單元朝金屬膜表面發(fā)出光并探測(cè)來(lái)自金屬膜的反射光，該光學(xué)傳感器可探測(cè)該金屬膜(銅膜7)的厚度。激光或者LED光可用作從該光源單元發(fā)出的光。
可選擇的是，可以把渦流傳感器布置在該金屬膜(銅膜7)附近。該渦流傳感器在該金屬膜上形成渦流并探測(cè)該渦流的強(qiáng)度?？筛鶕?jù)探測(cè)到的渦流強(qiáng)度來(lái)探測(cè)膜厚度。同樣還可以把溫度傳感器布置在該金屬膜-電解加工的目標(biāo)附近。利用在該金屬膜電解加工期間發(fā)出的熱隨著膜厚度變化而變化的事實(shí)，在該膜厚度上的變化可從放出的熱的變化來(lái)探測(cè)。輸入到用于使該機(jī)頭區(qū)段或者該電解加工區(qū)段旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流值隨著該金屬膜-電解加工目標(biāo)的厚度變化而變化。因此，可以從該電流值的變化來(lái)探測(cè)膜厚度變化。利用提供這樣的探測(cè)金屬膜厚度的裝置，就能精確地確定在電解加工期間膜的厚度，這樣就能以高精度進(jìn)行該加工。
圖44為示出了設(shè)置在該襯底加工單元505上清潔區(qū)段的垂直剖面圖。如圖44所示，該清潔區(qū)段717包括多個(gè)清潔噴嘴718和臂狀吹風(fēng)機(jī)719，其中該多個(gè)清潔噴嘴718用于朝著該襯底W外圍部分方向噴濺清洗液并清潔該襯底，而該臂狀吹風(fēng)機(jī)719用于在清潔后干燥該襯底。該清潔噴嘴718連接到未示出的清洗液供應(yīng)源上，同時(shí)清洗液(例如純水)從該清潔噴嘴718朝該襯底W下部表面方向噴濺。該吹風(fēng)機(jī)719經(jīng)由一個(gè)氣源通道720連接到未示出的氣體供應(yīng)源，以及干燥氣體(例如空氣或者N2氣體)從該吹風(fēng)機(jī)719朝著該襯底W下部表面方向噴濺。該吹風(fēng)機(jī)719被設(shè)計(jì)成可旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)該清潔區(qū)段717，在從該清潔噴嘴718朝著該襯底W下部表面方向噴濺清洗液后，該襯底保持件548的轉(zhuǎn)速提高到例如300min-1，用于干燥。同時(shí)，空氣從該吹風(fēng)機(jī)719吹到該襯底W，也用于干燥該襯底。有必要用通常的利用離心力脫水以使該襯底大概在大約2000min-1速度旋轉(zhuǎn)。根據(jù)同樣使用空氣吹動(dòng)的本實(shí)施例，這樣高的轉(zhuǎn)速?zèng)]有必要。
該襯底加工單元的結(jié)構(gòu)不局限于上述一種。例如，如圖45所示，可以提供圍繞固定旋轉(zhuǎn)臂540的該支柱542的多個(gè)襯底加工區(qū)段。根據(jù)圖45所示的實(shí)施例，該鍍膜區(qū)段520、該清潔區(qū)段710和該電解加工區(qū)段530圍繞該支柱542布置，從而通過(guò)該支柱542的旋轉(zhuǎn)，該機(jī)頭區(qū)段541可在該鍍膜區(qū)段520、該清潔區(qū)段710和該電解加工區(qū)段530之間移動(dòng)。這便于一系列的襯底加工襯底的鍍膜；在鍍膜之后該襯底的清潔；在清潔之后該襯底的電解加工；以及在電解加工之后該襯底的清潔。在該鍍膜襯底和安裝在該電極上離子交換劑之間，通過(guò)供應(yīng)具有不超過(guò)50μs/cm電導(dǎo)率的液體，進(jìn)行電解加工，借此可實(shí)現(xiàn)良好的加工，同時(shí)具有去除該金屬鍍膜升高部分的增強(qiáng)效果。通過(guò)重復(fù)一系列工序，即鍍膜、清潔、電解加工和清潔，在該襯底表面細(xì)微孔上方過(guò)度地形成的該金屬鍍膜升高部分可通過(guò)電解加工去除，同時(shí)把具有良好表面光潔度的銅埋入到細(xì)微孔和該寬溝道共同存在的襯底上。
如在上文描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在襯底鍍膜后進(jìn)行電解加工，通過(guò)在該鍍膜襯底和該電極之間供應(yīng)具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體，可有效地去除形成在該鍍膜中該襯底的升高部分，借此可提高該襯底的光潔度。這樣，由于在電阻上不同，具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體不能完全地電解地分解，離子電流集中在靠近或者接觸離子交換劑的襯底升高部分上，同時(shí)離子作用于該襯底上的金屬膜(升高部分)上。因此，靠近或者接觸該離子交換劑的該升高部分可有效地去除，借此該襯底的光潔度可提高。
本發(fā)明可提供具有優(yōu)良表面光潔度的加工后金屬膜或者埋入互連件。此外，本發(fā)明可減小為獲得該平整加工金屬膜或者埋入互連件的鍍膜的厚度，并從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)上看也因此是有利的。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明涉及一種襯底加工設(shè)備和一種襯底加工方法，其中用于對(duì)形成在襯底表面上特別是半導(dǎo)體晶片上導(dǎo)熱材料進(jìn)行加工。
權(quán)利要求
1.一種襯底加工設(shè)備，包括用于載入和載出襯底的加載/卸載區(qū)段；用于通過(guò)電解作用去除具有形成在其中的待加工膜的襯底表面的電解加工單元，所述電解加工單元包括接觸該襯底表面的進(jìn)給區(qū)段；刻蝕單元，該單元用于刻蝕掉這樣的部分，該部分為該襯底的在已經(jīng)與在該電解加工單元進(jìn)給區(qū)段接觸部分的保持未加工的待加工膜；化學(xué)機(jī)械拋光單元，該單元用于在化學(xué)上和機(jī)械地拋光該襯底表面，所述待加工膜已經(jīng)從該表面刻蝕掉；以及用于在該襯底加工設(shè)備內(nèi)傳送該襯底的傳送裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工單元包括能夠接近或者接觸該襯底的加工電極；作為用于把電力提供到該襯底的進(jìn)給區(qū)段的進(jìn)給電極；布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間的離子交換劑；用于在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓的電源；以及流體供應(yīng)區(qū)段，該流體供應(yīng)區(qū)段用于把流體供應(yīng)在該襯底和該加工電極與該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，其中該離子交換劑布置在其間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底加工設(shè)備，還包括用于在該襯底表面上形成待加工膜的成膜單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的襯底加工設(shè)備，其中成膜單元為用于在該襯底表面上鍍膜的鍍膜單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的襯底加工設(shè)備，還包括在該成膜單元中在該加工后用于對(duì)該襯底退火的退火單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底加工設(shè)備，還包括用于清潔該襯底的清潔單元。
7.一種襯底加工設(shè)備，包括用于載入和載出襯底的加載/卸載區(qū)段；用于通過(guò)電解作用去除具有形成在其中的待加工膜的襯底表面的電解加工單元，所述電解加工單元包括接觸該襯底表面的進(jìn)給區(qū)段；刻蝕單元，該單元用于刻蝕掉這樣的部分，該部分為該襯底的在已經(jīng)與在該電解加工單元中進(jìn)給區(qū)段接觸部分的保持未加工的待加工膜；以及用于在該襯底加工設(shè)備內(nèi)傳送該襯底的傳送設(shè)備，其中該電解加工單元包括(i)能夠接近或者接觸該襯底的加工電極；(ii)作為用于把電力提供到該襯底的進(jìn)給區(qū)段的進(jìn)給電極；(iii)布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間的離子交換劑；(iv)用于在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓的電源；以及(v)流體供應(yīng)區(qū)段，該流體供應(yīng)區(qū)段用于把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率液體供應(yīng)在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，同時(shí)該離子交換劑布置在其中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的襯底加工設(shè)備，還包括化學(xué)機(jī)械拋光單元，該單元用于在化學(xué)上和機(jī)械地對(duì)該襯底表面拋光，所述待加工膜已經(jīng)從該表面刻蝕掉。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的襯底加工設(shè)備，還包括用于在該襯底表面上形成待加工膜的成膜單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的襯底加工設(shè)備，其中成膜單元為用于在該襯底表面上鍍膜的鍍膜單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的襯底加工設(shè)備，還包括在該成膜單元中在該加工后用于對(duì)該襯底退火的退火單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的襯底加工設(shè)備，還包括用于清潔該襯底的清潔單元。
13.一種襯底加工方法，包括對(duì)具有形成在其中的待加工膜的襯底表面進(jìn)行電解加工，同時(shí)使進(jìn)給元件與該襯底表面接觸；刻蝕掉該襯底與該進(jìn)給元件接觸的部分上的保持未加工的待加工膜；以及刻蝕之后，化學(xué)和機(jī)械地拋光該襯底表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的襯底加工方法，其中該電解加工步驟包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)通過(guò)作為進(jìn)給元件的進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把離子交換劑布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；把流體供應(yīng)在該襯底和該加工電極與該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，其中該離子交換劑布置在其間；在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓；
15.根據(jù)權(quán)利要求13的襯底加工方法，還包括在該電解加工之前在該襯底表面上形成待加工膜。
16.一種襯底加工方法，包括對(duì)具有形成在其中的待加工膜的襯底表面進(jìn)行電解加工；以及刻蝕掉該襯底與該進(jìn)給元件接觸的部分上的保持未加工的待加工膜；其中該電解加工步驟包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)通過(guò)作為進(jìn)給元件的進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把離子交換劑布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率液體供應(yīng)在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，同時(shí)該離子交換劑布置在其中；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的襯底加工方法，還包括刻蝕后在化學(xué)上和機(jī)械地拋光該襯底表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的襯底加工方法，還包括在該電解加工之前在該襯底表面上形成待加工膜。
19.一種襯底加工方法，包括把互連件材料埋入到用于在襯底表面上形成的互連件的細(xì)微溝道內(nèi)；去除不必要的互連件材料并使該襯底表面變平；進(jìn)一步去除該互連件材料，從而在所述細(xì)微溝道上部形成用于裝填的凹部；以及在用于裝填的該凹部有選擇地形成保護(hù)膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的襯底加工方法，其中該保護(hù)膜為多層復(fù)合薄膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的襯底加工方法，其中該保護(hù)膜通過(guò)無(wú)電極電鍍形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的襯底加工方法，其中通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行該互連件材料的去除。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的襯底加工方法，其中通過(guò)化學(xué)蝕刻進(jìn)行該互連件材料的去除。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的襯底加工方法，其中通過(guò)電解加工進(jìn)行該互連件材料的去除。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的襯底加工方法，其中該電解加工包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)通過(guò)進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把離子交換劑布置在該襯底以及該加工電極和該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間；把流體供應(yīng)在該襯底和該加工電極與該進(jìn)給電極中至少一個(gè)之間，其中該離子交換劑布置在其間；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的襯底加工方法，其中該液體為純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的襯底加工方法，其中該電解加工包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時(shí)借助于進(jìn)給電極把電力提供到該襯底；把純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)在該襯底和該加工電極之間；以及在該加工電極和該進(jìn)給電極之間施加電壓。
28.一種半導(dǎo)體器件，包括具有用于形成在表面互連件的細(xì)微溝道的襯底，所述細(xì)微溝道充滿互連件材料，同時(shí)保護(hù)膜形成在該互連件材料表面上。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的半導(dǎo)體器件，其中該保護(hù)膜為多層復(fù)合薄膜。
30.一種襯底加工設(shè)備，包括用于保持襯底的機(jī)頭區(qū)段；對(duì)襯底表面電鍍以形成電鍍金屬膜的鍍膜區(qū)段；用于在鍍膜之后清潔該襯底的清潔區(qū)段；以及電解加工區(qū)段，該區(qū)段用于這樣對(duì)在該襯底上至少所述金屬膜進(jìn)行電解去除加工，即通過(guò)使離子交換劑存在于清潔后的該襯底和電極之間、并在液體存在的情況下把電壓施加在該襯底和該電極之間；其中該機(jī)頭區(qū)段能夠在該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段和該電解區(qū)段之間移動(dòng)，同時(shí)保持該襯底。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該清潔區(qū)段布置在該鍍膜區(qū)段和該電解加工區(qū)段之間。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該清潔區(qū)段包括清洗液噴嘴。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該清潔區(qū)段包括用于在清潔后干燥該襯底的干燥裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段通過(guò)如下這樣進(jìn)行該電解加工，即通過(guò)把純水、超純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)在鍍膜后的該襯底與該電極之間。
35.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中在該鍍膜區(qū)段的鍍膜和在該電解加工區(qū)段的電解去除加工至少重復(fù)地進(jìn)行兩次。
36.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該鍍膜區(qū)段包括陽(yáng)極；布置在該陽(yáng)極和該襯底之間的離子交換劑；以及用于把鍍液供應(yīng)到該離子交換劑和該襯底之間的鍍液供應(yīng)區(qū)段。
37.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該機(jī)頭區(qū)段包括能打開(kāi)/關(guān)閉的進(jìn)給接觸元件，該元件用于對(duì)保持在該機(jī)頭區(qū)段下部表面的襯底外圍部分進(jìn)行保持，并把電力供應(yīng)到該襯底。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的襯底加工設(shè)備，其中該進(jìn)給接觸元件由沿著該機(jī)頭區(qū)段圓周方向以預(yù)定間隔布置的多個(gè)元件組成。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的襯底加工設(shè)備，其中該進(jìn)給接觸元件具有由金屬形成的進(jìn)給元件，該金屬與在該襯底上的金屬膜不反應(yīng)。
40.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段具有用于對(duì)在該襯底上金屬膜的厚度進(jìn)行探測(cè)的傳感器。
41.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該鍍膜區(qū)段和該電解鍍膜區(qū)段每個(gè)均具有電源。
42.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該機(jī)頭區(qū)段、該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段以及該電解加工區(qū)段安裝在一個(gè)加工單元內(nèi)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的襯底加工設(shè)備，其中該加工單元帶有用于把惰性氣體供應(yīng)到該加工單元內(nèi)的惰性氣體供應(yīng)區(qū)段。
44.根據(jù)權(quán)利要求30的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段和該鍍膜區(qū)段連接到共同的電源上，同時(shí)該電源可通過(guò)電源選擇器開(kāi)關(guān)可切換地連接到該電解加工區(qū)段或者該鍍膜區(qū)段。
45.一種襯底加工設(shè)備，包括用于保持襯底的機(jī)頭區(qū)段；對(duì)襯底表面電鍍以形成電鍍金屬膜的鍍膜區(qū)段；用于在該鍍膜后清潔該襯底的清潔區(qū)段；以及具有加工電極的電解加工區(qū)段，該區(qū)段用于這樣對(duì)在該襯底上至少所述金屬膜進(jìn)行電解去除加工，即在液體存在情況下通過(guò)把電壓施加在清潔后的襯底和該加工電極之間；其中該機(jī)頭區(qū)段能夠在該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段和該電解區(qū)段之間移動(dòng)，同時(shí)保持該襯底。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該清潔區(qū)段布置在該鍍膜區(qū)段和該電解加工區(qū)段之間。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該清潔區(qū)段包括清洗液噴嘴。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該清潔區(qū)段包括用于在清潔后干燥該襯底的干燥裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段通過(guò)如下這樣進(jìn)行該電解加工，即通過(guò)把純水、超純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)到鍍膜后該襯底和該電極之間。
50.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中在該鍍膜區(qū)段的鍍膜和在該電解加工區(qū)段的電解去除加工至少重復(fù)地進(jìn)行兩次。
51.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該鍍膜區(qū)段包括陽(yáng)極；布置在該陽(yáng)極和該襯底之間的離子交換劑；以及用于把鍍液供應(yīng)到該離子交換劑和該襯底之間的鍍液供應(yīng)區(qū)段。
52.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該機(jī)頭區(qū)段包括能打開(kāi)/關(guān)閉的進(jìn)給接觸元件，該元件用于對(duì)保持在該機(jī)頭區(qū)段下部表面的襯底外圍部分進(jìn)行保持，并把電力供應(yīng)到該襯底。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的襯底加工設(shè)備，其中該進(jìn)給接觸元件由沿著該機(jī)頭區(qū)段圓周方向以預(yù)定間隔布置的多個(gè)元件組成。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的襯底加工設(shè)備，其中該進(jìn)給接觸元件具有由金屬形成的進(jìn)給元件，該金屬與在該襯底上的金屬膜不反應(yīng)。
55.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段具有用于對(duì)在該襯底上的金屬膜的厚度進(jìn)行探測(cè)的傳感器。
56.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該鍍膜區(qū)段和該電解鍍膜區(qū)段每個(gè)均具有電源。
57.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該機(jī)頭區(qū)段、該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段以及該電解加工區(qū)段安裝在一個(gè)加工單元內(nèi)。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的襯底加工設(shè)備，其中該加工單元帶有用于把惰性氣體供應(yīng)到該加工單元內(nèi)的惰性氣體供應(yīng)區(qū)段。
59.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段和該鍍膜區(qū)段連接到共同的電源上，同時(shí)該電源可通過(guò)電源選擇器開(kāi)關(guān)可切換地連接到該電解加工區(qū)段或者該鍍膜區(qū)段。
60.根據(jù)權(quán)利要求45的襯底加工設(shè)備，其中該電解加工區(qū)段通過(guò)把酸性溶液供應(yīng)到鍍膜后的襯底和該加工電極之間而進(jìn)行電解加工。
61.一種襯底加工方法，包括對(duì)襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對(duì)該襯底清潔；以及如下進(jìn)行電解去除加工，即通過(guò)使離子交換劑存在于該清潔后的該襯底和電極之間、并把具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體供應(yīng)到該襯底和該電極之間；其中該鍍膜、該清潔和該電解加工至少重復(fù)進(jìn)行兩次。
62.一種襯底加工方法，包括對(duì)襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對(duì)該襯底表面清潔；通過(guò)在液體存在情況下把電壓施加到該襯底和加工電極之間而對(duì)清潔后的襯底表面進(jìn)行電解加工；其中該鍍膜、該清潔和該電解加工至少重復(fù)進(jìn)行兩次。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的襯底加工方法，其中使離子交換劑存在于該襯底和該加工電極之間。
64.根據(jù)權(quán)利要求62的襯底加工方法，其中所述液體為純水或者具有不超過(guò)500μs/cm電導(dǎo)率的液體或者電解質(zhì)溶液。
65.根據(jù)權(quán)利要求62的襯底加工方法，其中所述液體為一種酸性溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種襯底加工設(shè)備，該設(shè)備可通過(guò)利用電解加工方法加工襯底，同時(shí)把在CMP加工上的負(fù)載降低到最小可能的程度。本發(fā)明的襯底加工設(shè)備包括電解加工單元(36)，該單元對(duì)具有形成在所述表面上的待加工膜的襯底表面電解地去除，所述單元包括接觸該襯底W所述表面的進(jìn)給區(qū)段(373)；傾斜－刻蝕單元(48)，該單元用于刻蝕掉這樣的部分，該部分為該襯底的在已經(jīng)與在該電解加工單元(36)中進(jìn)給區(qū)段(373)接觸部分上的保持未加工的待加工膜；用于化學(xué)和機(jī)械地對(duì)襯底表面進(jìn)行拋光的化學(xué)機(jī)械拋光單元(34)。
文檔編號(hào)C25F3/00GK1653597SQ0381130
公開(kāi)日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者白樫光彥, 安田穗積, 粂川正行, 小畠嚴(yán)貴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所