襯底加工設備和襯底加工方法

文檔序號：7233717閱讀：301來源：國知局

專利名稱：襯底加工設備和襯底加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可用于對形成在襯底表面上特別是半導體晶片上的導熱材料進行加工的襯底加工設備和襯底加工方法。本發(fā)明還涉及這樣的襯底加工設備和襯底加工方法，其中用于通過把例如銅或者銀等金屬嵌入到細小溝槽內形成嵌入互連結構，用于例如半導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膜來保護該互連的襯底加工方法以及通過該方法加工的半導體器件。
背景技術：
近年來,代替使用鋁或者鋁合金作為在如半導體晶片的襯底上形成互連電路的材料，有很大趨勢來使用具有低電阻率和高電遷移強度的銅(Cu)。銅互連件一般地通過把銅裝填到形成在襯底表面上細小溝槽而形成。有已知各種技術來用于形成這種銅互連件，這些技術包括化學蒸汽淀積、濺射和電鍍。根據(jù)任何一種這樣的技術,在襯底的幾乎整個表面上形成銅膜，然后通過化學機械拋光(CMP)除去不必要的銅。
在由這種過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。當另外的嵌入互連結構形成在這樣一個半導體襯底互連暴露表面上時，可能遇到以下問題。例如，在形成層間介電薄膜下一個過程中，在形成新Si02隔離夾層期間，該預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Si02層刻蝕后，暴露在該通孔底部的預先形成互連件可能被蝕刻劑、剝離的抗蝕劑等等污染。為了避免這種問題，傳統(tǒng)上，不僅在暴露該互連件表面的半導體襯底形成電路區(qū)域上而且也在該襯底整個表面上形成氮化硅等等保護膜，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構的半導體器件中，在半導體襯底整個表面上提供SiN等等保護膜增加了中間層絕緣膜的介電常數(shù),因此即使當使用例如銅或者銀的低電阻率材料用于互連件時就增加了互連延遲，從而該半導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到例如銅或者銀的性能，同時具有低電阻率(p),例如通過無電鍍得到合金薄膜。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體器件的實例。如圖1A所示，例如Si02或者低-k材料的絕緣膜2a沉積在形成半器件的導電層la上，其中該導電層la形成在半導體基部l上。接觸孔3和互連溝槽4通過光刻技術/蝕刻技術形成在絕緣膜2a內。爾后，TaN 等等的阻擋層5形成在該整個表面上，同時作為供電層用于電鍍的晶粒層6通過濺射等等形成在該阻擋層5上。
觸孔3和該互連溝槽4，同時，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通過化學機械拋光 (CMP)去除，以便使得充滿在該接觸孔3和該互連溝槽4內的該銅膜 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，在該襯底表面上進行無電鍍，以有選擇地在互連件8的表面上形成如Co合金或者Ni合金的保護層9,從而用該保護膜9 覆蓋和保護了互連件8的該暴露表面。此后，如圖1E所示，如Si02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，以形成多層互連結構。在各種型式設備中的部件最近變得更精密，同時需要較高精度。由于已經(jīng)通常使用亞微米制造技術，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行加工是非常重要的。例如化學拋光、電解加工和電解拋光的加工方法已經(jīng)得到發(fā)展，以便解決這些問題。與傳統(tǒng)的物理加工相比，這些方法通過化學溶解反應進行去除加工等等。因此，這些方法沒有因為形成塑性變形導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行加工。例如化學機械拋光(CMP)通常需要復雜的操作和控制，同時需要相當長的加工時間。此外,襯底的充分清潔必須在拋光處理后進行。這還在料液或者清潔廢液處理中增加了相當多的負擔。因此，特別需
要完全地去掉CMP或者在CMP上減少負擔。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材料具有低機械強度，因此難以承受在CMP加工期間作用的應力。因此，從這一點上同樣看到，需要能在不產生任何應力情況下對襯底進行平整。此外，已經(jīng)報道的是，在電鍍同時進行CMP加工即化學機械電解拋光方法。依據(jù)這種方法，在鍍膜生長表面上進行機械加工，但產生了形成薄膜變性的問題。另一方面，已經(jīng)通過去除沉積在該襯底W表面上多余金屬并通過化學的機械拋光(CMP)等等使該表面變平而形成該互連件8，而當該保護膜9被有選擇地形成在該互連件8的表面上時，如上所述，該保護膜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或者短路，對在例如半導體晶片的襯底表面上制造的 LSI等等性能產生負面影響。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。順便說的是，如圖2所示，當通過在該襯底W的表面上進行鍍膜而形成銅膜7時，其中在該表面上具有直徑dl即大約0.2pm的微孔3a和寬度d2即約10(Him的寬溝槽4b，即使當鍍液或者容納在該鍍液內添加劑的效果最佳化，鍍膜生長可能在該微孔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不能在寬溝槽4b 內形成。這導致在沉積在該襯底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"加上在該寬溝槽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，同時微孔3a和該寬溝槽4b被完全地充滿銅，有必要預先提供具有足夠地大厚度的銅膜，并在該高度上通過CMP去除相當于上述差異"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，導致加工時間延長。增加CMP速度以避免加工時間延長可使在CMP加工期間在寬溝槽內凹部增加。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。為了解決這些問題，必須使鍍膜厚度盡可能薄，同時即使當微孔和寬溝槽共同存在于襯底表面上時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，當使用如硫酸銅電鍍槽進行電解鍍膜時，僅僅在該鍍液或者添加劑的作用下，不能同時減少該升高部分和減少該凹部。通過使用臨時逆電源或者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，此外降低膜表面質量。發(fā)明內容鑒于現(xiàn)有技術中的上述問題提出本發(fā)明。因此，本發(fā)明的第一個目的是提供這樣的一種襯底加工設備和一種襯底加工方法，其中通過使用電解加工方法同時把在CMP加工上的負載降低到最小可能的程度來加工襯底，并可把設置在襯底表面上的導電材料加工成平整表面，同時去除(清潔)附著于該襯底表面上的雜質。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膜，以保護該互連件，并可保證沉積在該形成保護膜的襯底表面上的絕緣膜等等具有足夠的光潔度,從而不需要對該絕緣膜等等表面變平的另外加工過程,本發(fā)明同時還提供了通過該加工方法加工的半導體器件。本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種襯底加工設備和襯底加工方法，其中即使當作為互連件凹部的微孔、寬溝槽等等共同存在于該襯底表面上時，本發(fā)明的設備和方法也能提供具有良好表面光潔度的加工后襯底。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種襯底加工設備,包括用于載入和載出襯底的加載/卸載區(qū)段；用于通過電解作用去除襯底表面的電解加工單元，該襯底表面中形成有待加工膜，所述電解加工單元包括接觸該襯底表面的饋電區(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饋電區(qū)段接觸部分上的保持未加工的待加工膜；化學機械拋光單元，該單元用于在化學上和機械地拋光已經(jīng)刻蝕掉該待加工膜的該襯底表面；以及用于在該襯底加工設備內傳送該襯底的傳送設備。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)，即當安裝在加工電極14上的離子交換劑12a和安裝在饋電電極 16上的離子交換劑12b接觸或者靠近工件10表面時，同時電壓經(jīng)由電源 17施加在該加工電極14和該饋電電極16之間，以及如超純水的液體18 從液體供應區(qū)段19提供在該加工電極14、該饋電電極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表面以及饋電電極16直接接觸該工件10 時，同時電壓經(jīng)由電源17施加在該加工電極14和該饋電電極16之間，以及如超純水的液體18從液體供應區(qū)段19提供在該加工電極14和該工
件10之間。當使用象超純水那些本身具有較大電阻率的液體時，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(應力)的"壓"。在例如超純水的液體18中的水分子20通過使用離子交換劑12a、 12b而有效地分解成為氫氧根離子22和氫離子24。舉例來說，通過在該工件10和該加工電極14之間的電場以及通過液體18的流動，如此產生的該氫氧根離子22被帶到與該加工電極14相對的工件10表面上，借此在該工件10附近的氫氧根離子22密度增加，同時該氫氧根離子22與該工件10的原子10a反應。通過這個反應產生的反應生成物26溶于該液體 18中，并通過沿著工件10表面上液體18的流動從該工件10上去除。實現(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在反應物離子和工件之間的電化學相互作用而實現(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CMP不同，其中在CMP中，通過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物質之間的化學相互作用結合起來，來實現(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,通過移動該加工電極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由于電化學相互作用的溶解反應來實現(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物質之間的化學相互作用結合起來，來實現(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行工件表面的去除加工。即使當工件材料具有較低的機械強度，例如上述低-k材料，則該工件表面的去除加工也可在對工件無任何物理損壞的情況下來實現(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，通過使用具有不超過500ns/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。在饋電電極16直接接觸該工件10 (參見圖4)的情況中，實際上不可能把加工電極14靠近該工件與該饋電電極16接觸的部分上。因此, 不能加工工件10的那個部分。鑒于此,可以考慮把加工電極14和饋電電極16相對該工件10放置(參見圖3)，并使該饋電電極16和該工件10 產生相對運動，從而該工件10可在整個表面上方被加工。然而，在這種情況下,該饋電電極16必須始終與該工件10表面接觸，這樣需要設備具有復雜的結構。根據(jù)本發(fā)明的襯底加工設備，提供刻蝕單元，該單元用于對在襯底表面上保持未加工的待加工膜刻蝕掉，在該饋電電極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，該饋電電極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的周圍區(qū)域。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，該電解加工單元包括可接近或者接觸該襯底的加工電極；作為饋電區(qū)段用于把電力提供到襯底的饋電電極，其中離子交換劑布置在該襯底與該加工電極和該饋電電極中至少一個之間；用于在該加工電極和該饋電電極之間施加電壓的電源；以及流體供應區(qū)段，該區(qū)段用于把流體供應在該襯底與該加工電極和該饋電電極中至少一個之間，其中在其間放置離子交換劑。襯底加工設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。該襯底加工設備還包括在該成膜單元加工后用于對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備，該設備包括用于載入和載出襯底的加載/卸載區(qū)段；用于通過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饋電區(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饋電區(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備內傳送該襯底的傳送設備，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饋電區(qū)段的饋電電極； (iii)布置在該襯底以及該加工電極和該饋電電極中至少一個之間的離子交換劑；(iv)用于在該加工電極和該饋電電極之間施加電壓的電源；以及(v)流體供應區(qū)段，該流體供應區(qū)段用于把純水或者具有不超過500ps /cm電導率液體供應在該襯底以及該加工電極和該饋電電極中至少一個之間，同時該離子交換劑布置在其中。該襯底加工設備可還包括化學機械拋光單元，該單元用于在化學上和機械地對該襯底表面拋光，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,該方法包括對具有形成在其中待加工膜的襯底表面進行電解加工，同時使饋電元件與該襯底表面接觸；刻蝕掉該襯底與該饋電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上和機械地拋光該襯底表面。
在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，該電解加工步驟包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時通過作為饋電元件的饋電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饋電電極中至少一個之間；把流體供應在該襯底和該加工電極與該饋電電極中至少一個之間，其中該離子交換劑布置在其間；以及在該加工電極和該饋電電極之間施加電壓；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，該方法包括對具有形成在其中待加工膜的襯底表面進行電解加工；以及刻蝕掉該襯底與該饋電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，同時通過作為饋電元件的饋電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饋電電極中至少一個之間；把純水或者具有不超過500^is/cm電導率液體供應在該襯底以及該加工電極和該饋電電極中至少一個之間，同時該離子交換劑布置在其中；以及在該加工電極和該饋電電極之間施加電壓。在刻蝕后該襯底的表面可在化學上和機械地拋光。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微溝槽內；去除不必要的互連件材料并使該襯底表面變平；進一步去除該互連件材料，從而形成用于裝入所述細微溝槽上部內的凹部；以及在用于裝填的該凹部有選擇地形成保護膜。根據(jù)本方法，當該保護膜有選擇地形成在用于裝填的溝槽以保護該互連件的表面時，該保護膜的表面可與如絕緣膜的非互連件區(qū)域表
面齊平。這可阻止來自該平整表面的該保護膜的突起形成,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，該保護膜為多層復合薄膜。該復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散的熱擴散阻止層的結合。通過利用這種作為保護膜的薄片層可同時有效地阻止互連件氧化和熱擴散。在這種情況下,該熱擴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散阻止層的表面上。這樣,通過把該熱擴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構的半導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。該保護膜可由無電鍍形成。該互連件材料的去除可通過化學機械拋光、化學蝕刻或者電解加工迸行。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中,該電解加工工序包括使加工電極接近或者接觸該襯底，同時通過饋電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饋電電極中至少一個之間；把流體供應在該襯底和該加工電極與該饋電電極中至少一個之間，其中該離子交換劑布置在其間；以及在該加工電極和該饋電電極之間施加電壓。在例如超純水的液體中的水分子通過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,通過在該襯底和該加工電極之間的電場以及通過該液體的流動，如此產生的氫氧根離子被帶到與該加工電極相對的襯底表面上，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。因此實現(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50(His /cm電導率的液體。在這里，純水是指不超過10ns /cm電導率的水。在這里，電導率值是指在latm、 25攝氏度下的對應值。通過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,借此在該電解加工后的清洗步驟可被簡化。具體地說，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 500ps/cm電導率、優(yōu)選的是不超過50ps/cm、更優(yōu)選的是不超過0.1ins /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，同時借助于饋電電極把電力提供到該襯底；把純水或者具有不超過500ps /cm電導率的液體供應在該襯底和該加工電極之間；以及在該加工電極和該饋電電極之間施加電壓。通過在該襯底和該加工電極之間的電場以及通過該液體的流動，氫氧根離子被帶到與該加工電極相對的襯底表面上，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。通過該反應而產生的反應生成物溶于該液體中，并通過沿著該襯底表面液體的流動而從該襯底上去掉。因此實現(xiàn)了互連件材料的去除加工。本發(fā)明提供一種半導體器件，該半導體器件包括具有用于形成在表面互連件的細微溝槽的襯底，所述細微溝槽充滿互連件材料，同時保護膜形成在該互連件材料表面上。優(yōu)選的是，該保護膜為多層復合薄膜。本發(fā)明提供又一種襯底加工設備，該設備包括用于保持襯底的機頭區(qū)段；對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)段用于這樣對在該襯底上至少所述金屬膜進行電解去除加工，即通過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，同時保持該襯底。根據(jù)該襯底加工設備，該鍍膜、該清潔和該電解加工可依次進行。可以重復進行這些加工。通過在不同的位置進行該鍍膜加工和該電解加工，可按需要預先確定相應加工過程的加工時間和其他加工條件, 從而使相應的加工過程最優(yōu)化。此外，通過分別提供該鍍膜區(qū)段和該電解加工區(qū)段，不同的液體可在沒有交叉污染情況下用在兩個區(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率的液體到達該電解加工區(qū)段。該清潔區(qū)段可帶有清洗液噴嘴，同時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) 時的襯底返回到盒子。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，通過在鍍膜后的襯底和電極之間供應純水、超純水或者具有不超過500ns/cm電導率的液體，該電解加工區(qū)
段進行電解加工。
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地迸行兩次。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該鍍膜區(qū)段包括陽極、布置在該陽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鍍液的鍍液供應區(qū)段。這樣，通過在該該鍍膜區(qū)段的陽極和該襯底之間布置離子交換劑,來自該鍍液供應區(qū)段的鍍液可被阻止直接碰撞到該陽極表面上，從而阻止由于該鍍液和流出而導致形成在該陽極表面黑膜的向上巻曲。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。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該機頭區(qū)段包括能打開/關閉的饋電接觸元件，該元件用于對保持在該機頭區(qū)段下部表面的襯底優(yōu)選實施例進行保持，并把電力供應到該襯底。優(yōu)選的是，該饋電接觸元件由沿著該機頭區(qū)段圓周方向以一定間隔布置的多個元件組成,從而可實現(xiàn)把電力供應到該襯底上，同時把襯底穩(wěn)定地保持在該機頭區(qū)段。
最好是，該饋電接觸元件具有由金屬組成的饋電元件，該金屬與在該襯底上的金屬膜不反應。通過利用這種饋電元件，可阻止由于它的氧化造成的導電率減少。
最好是，該電解加工區(qū)段具有用于對在該襯底表面上金屬膜厚度進行探測的傳感器。這樣就能監(jiān)控電解加工的進展情況。
該鍍膜區(qū)段和該電解鍍膜區(qū)段每個均具有電源。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該機頭區(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。優(yōu)選的是，該加工單元帶有用于把惰性氣體供應到該加工單元內的惰性氣體供應區(qū)段。優(yōu)選的是，
在該加工單元內，通過對例如氮氣的惰性氣體進行封裝而進行惰性氣體的供應。詞語"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，通過使加工單元內壓力比外壓力略微高，顆粒可阻止從該外部流入到該加工單元,導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。這將使純水質量穩(wěn)定，并抑制在電解加工期間來自純水的氣泡的產生,從而使電解加工性能穩(wěn)定。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該電解加工區(qū)段和該鍍膜區(qū)段連接到共同的電源上，同時該電源可借助于電源選擇器開關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,該方法包括對襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對該襯底清潔；以及如下進行電解去除加工，即通過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50(His /cm電導率的液體供應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進行兩次。
這樣，在該襯底鍍膜后，通過把具有不超過50(His/cm電導率的具
有供應在該鍍膜的襯底和該電極之間，通過進行電解加工，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50(His/cm電導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。特別是當該液體是電導率不超過l(His /cm的純水或者電導率不超過O.lps /cm的超純水時，可實現(xiàn)良好的電解加工，
具有增強的升高部分去除效果。
此外,通過在鍍膜后清潔該襯底,為具有良好導電性的液體可完全用純水替換，則可在具有低導電率的純水、超純水等等環(huán)境下進行電解加工(電解拋光)。特別地，通過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,通過在電解加工后再次進行對襯底鍍膜，可阻止在鍍膜時升高部分的過分形成，而即使當微孔和大孔(寬溝槽)共同存在于該襯底表面時，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備，該設備包括用于保持襯底的
機頭區(qū)段；對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)段用于這樣對在該襯底上至少所述金屬膜進行電解去除加工，即在液體存在情況下通過把電壓施加在清潔后的襯底和該加工電極之間；其中該機頭區(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,同時保持該襯底。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該電解加工區(qū)段通過把酸性溶液供應在鍍膜后的襯底和該加工電極之間而進行電解加工。舉例來說，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，該方法包括對襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對該襯底表面清潔；通過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在清潔后襯底表面進行電解加工；其中該鍍膜、該清潔和該電解加工至少重復進行兩次。
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500ns/cm電導率的液體或者電解質溶液。

圖1A到1F以工序順序示出了銅互連件形成的實例的示意圖；圖2為示出了在半導體襯底鍍膜時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
樣進行，即通過使加工電極和饋電電極接近襯底(工件)、并把純水
或者具有不超過50(His/cm電導率的液體供應在該加工電極、該饋電電
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
這樣進行，即通過把離子交換劑只安裝在該加工電極上并把液體供應
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)明實施例的襯底加工設備結構的平
面圖6為大略地示出了圖5所示該鍍膜單元的垂直剖面圖7為大略地示出了圖5所示該退火單元的垂直剖面圖8為大略地示出了圖5所示該退火單元的水平剖面圖9為示出了圖5所示該電解加工單元結構的示意圖10為圖9所示該電解加工單元的平面圖11為示出了在圖10所示還原區(qū)段中進行的陽離子交換劑還原原理的示意圖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的在電流和時間之間關系的圖象；
圖14B為示出了當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的在電壓和時間之間關系的圖象；
圖15A到15F為按照工序示出了通過本發(fā)明實施例的襯底加工方
法形成銅互連件的實例；
圖16為大略地示出了襯底加工方法設備結構的平面圖，其中該設
備實現(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中無電鍍單元的剖面圖；圖18為大略地示出了另一個無電鍍單元的剖面圖；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21為大略地示出了另一個電解加工單元的垂直剖面正視圖22為圖21的平面圖23為大略地示出了又一個電解加工單元的垂直剖面正視圖24為圖23的平面圖25為大略地示出了又一個電解加工單元的垂直剖面正視圖26為圖25的平面圖27為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的襯底加工設備結構的平面圖28為示出了安裝在圖27的襯底加工設備中襯底加工單元的平面
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中襯底加工單元機頭區(qū)段旋轉臂的主要部分的垂直剖面圖32為圖31—部分的放大圖；圖33為該機頭區(qū)段襯底保持件的平面圖34為該機頭區(qū)段襯底保持件的下部平面圖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37為示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的襯底加工單元的平面
圖38為圖37的垂直剖面正視圖39為圖37中襯底加工單元機電極區(qū)段的機頭區(qū)段主要部分的垂直剖面圖40為示出了在圖39中電解加工區(qū)段的機頭區(qū)段和電極區(qū)段之間關系的平面圖41為根據(jù)本發(fā)明另一個襯底加工方法的襯底加工過程流程圖42A到42F為示出了圖41襯底加工過程的示意圖，其中該過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變型的平面圖。
實施本發(fā)明的最佳方式
下面參照附圖來詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在下面描述中，相同或者對應的元件或者部件用相同標號表示，同時對其多余的描述省略。以下描述實施例使用半導體晶片作為襯底，同時借助于襯底加工設備加工半導體晶片。然而，需要注意的是，本發(fā)明當然可用于除了半導體晶片以外的襯底上。
圖5為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的襯底加工設備結構的平
面圖。如圖5所示，該襯底加工設備包括一對加載/卸載區(qū)段30和可移動傳送機械手32，其中該加載/卸載區(qū)段30作為把容納例如半導體晶片的襯底的盒子載入和載出的區(qū)段，而可移動傳送機械手32作為在該設備內傳送該襯底的傳送裝置。化學機械拋光單元(CMP單元)34和電解加工單元36布置在該傳送機械手32的與該加載/卸載區(qū)段30的相對側。推動器34a、 36a分別布置在該CMP單元34和該電解加工單元36內該傳送機械手32可到達的位置內。
在該傳送機械手32的行程軸線32a兩側上，在每一側都設置四個單元。在一側，從該加載/卸載區(qū)段30側，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、用于在鍍膜后對該襯底退火的退火單元42以及用于使該襯底翻轉的換向機44。在另一個側，從該加載/卸載區(qū)段30側，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以及用于翻轉該襯底的換向機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饋電電極之間電壓或者在其間流動電流。
緊接著描述在襯底加工設備中的鍍膜單元38。圖6為大略地示出了該鍍膜單元38實例的垂直剖面圖。該鍍膜單元38用于通過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的上部開口。在該電鍍槽82的內部，平板形狀的陽極板86水平地布置，其中當該陽極板86浸于該鍍液 80內時成為陽極，而同時襯底作為陰極。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上部外圓周設置。
在該鍍膜單元38操作中，通過該襯底保持件84保持的其正面向下的襯底位于該電鍍槽82上面，同時給定電壓施加在該陽極板(陽極) 86和該襯底(陰極)W之間，同時該鍍液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極板86和該襯底W之間流動，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120的腔室122、布置在該腔室122內用于把該襯底W加熱到例如 400攝氏度的熱板124、以及布置在該腔室122內熱板124下面用于例如通過在該熱板124內部流動冷卻水而把該襯底W冷卻的冷卻板126。
該退火單元42同樣具有多個垂直地移動的提升銷128，該提升銷 128穿過該冷卻板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用于對這樣的氣體進行排放，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。該管130和132跨越該熱板124布置在相對兩側。
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，在這里通過裝有過濾器134a的N2氣體引入管線136引入的N2氣體以及通過裝有過濾器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，通過鍍膜單元38已經(jīng)在該襯底W的表面上形成鍍膜，同時該襯底W已經(jīng)穿過門120被運送到該腔室122內，該襯底W保持在該提升銷128上，同時該提升銷128抬起到這樣的位置，在該位置，在保持在該提升銷128上襯底W和該熱板124之間的距離成為例如0.1 - 1. 0 mm的值。該襯底W然后通過該熱板124被加熱到例如400攝氏度，同時抗氧化氣體從氣體引入管130被引入，同時氣體可在該襯底W和熱板 124之間流動，同時氣體從該氣體排放管132排出，從而使該襯底W退火，與此同時阻止其氧化。該退火處理可在大約幾十秒到60秒內完成。該襯底W的加熱溫度可在100攝氏度-600攝氏度范圍內任意選擇。
在退火完成后，該提升銷128被下降到這樣的位置，在該位置，在保持在該提升銷128上襯底W和冷卻板126之間的距離變成例如0 - 0.5 mm的值。通過把冷卻水引入到該冷卻板126內，該襯底W通過該冷卻
板126在例如10-60秒內冷卻到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,但也可單獨采用N2氣體。
緊接著描述在襯底加工設備中的電解加工單元36。圖9為示出了在襯底加工設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包括可垂直地移動并水平地轉動的臂 360、支撐在該臂360自由端的盤形電極區(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在以下描述的加工電極369 和饋電電極(饋電區(qū)段)373之間的電源363。
該臂360可通過旋轉電機364致動而水平地旋轉，其中該臂360連接到回轉軸365的上端，而回轉軸365聯(lián)接到該旋轉電機364上。該回轉軸 365可通過驅動用于垂直運動的電機367而垂直地移動，其中該回轉軸 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。
可通過驅動中空電機368而旋轉的電極區(qū)段361聯(lián)接到中空電機 368上，用于在襯底保持件362保持的襯底W和電極區(qū)段369之間產生相對運動。如上所述，該臂360用于垂直地移動以及水平地旋轉、該電極區(qū)段361能夠隨著該臂360垂直地移動并水平地旋轉。
加工電極369固定到該電極區(qū)段361的下部，同時其表面朝下。該加工電極369連接到陰極上，該陰極從該電源363穿過形成在該回轉軸 365內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368的中空部分伸出。離子交換劑369a安裝在該加工電極369的表面上(底面)。該離子交換劑369a可由無紡布組成，具有陰離子交換基或者陽離子交換基。優(yōu)選的是，陽離子交換劑帶有強酸型陽離子交換基(磺酸基)；然而,也可采用帶有弱酸性陽離子交換基(羧基)的
陽離子交換劑。優(yōu)選的是，盡管陰離子交換劑帶有強堿性陰離子交換基(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)。
帶有強堿性陰離子交換基團的無紡布可通過例如以下方法制備具有20 - 50 ^纖維直徑以及大約90%孔隙度的聚烯烴無紡布經(jīng)受所謂的輻射接合聚合，該輻射接合聚合包括Y-射線照射該無紡布上以及隨
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引入接合鏈數(shù)量
來確定。該接合聚合可通過利用例如丙烯酸、苯乙烯、glicidyl異丁烯酸、鈉styrenesulfonate或者chloromethylstyrene的單體來進行。接合鏈
的數(shù)量可通過調整單體濃度、反應溫度和反應時間來控制。這樣,接合程度，即在接合聚合后無紡布重量與在接合聚合以前該無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。
帶有強堿性陽離子交換基的無紡布可通過以下方法制備在帶有強堿性陰離子交換基無紡布的情況中，具有20 - 50 pm纖維直徑以及大約90%孔隙度的聚烯烴無紡布經(jīng)受所謂的輻射接合聚合，該輻射接合聚合包括Y -射線照射該無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。該接枝度可最大達到500 %，同時在接合聚合后如此引入的離子交換基能力可最大達到5 meq/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聚合物。此外，除了無紡布形式外，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。當聚乙烯或者聚丙烯用作該基料時，接合聚合可這樣實現(xiàn)既通過首先把放射線照射在該基料(預照射)上從而形成自由基，然后把該自由基與單體反應，借此可得到帶有很少雜質的均勻接合鏈。另一方面,當除了聚烯烴以外的有機聚合物用作該基料時，可通過把具有單體的基料注入并在基料上照射放射線(Y-射線、電子束或者UV -射線)(同時照射)而實現(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。
通過使用具有陰離子交換基或者陽離子交換基的無紡布作為該離
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紡布內移動，并容易在該無紡布內達到具有水分解催化活性的活性點，從而許多水分子分解成氫離子和氫氧根離子。此外,通過純水或者超純水或者例如電解溶液的液體的移動，通過水分解產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。
當該離子交換劑369a只具有陰離子交換基和陽離子交換基中一種時，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。為了解決該問題，該陰離子交換劑和該陽離子交換劑可疊加，或者該離子交換劑369a可帶有陰離子交換基和陽離子交換基本身兩者、借此要加工材料的范圍可變寬，同時阻止了雜質的形成。
至于該電極,通過該電解反應而形成的它的氧化作用和分解作用通常是一個問題。因此優(yōu)選利用電極材料碳、相對不活潑的貴金屬、導熱氧化物或者導熱陶瓷。電極當氧化時增加其電阻并引起外加電壓升高。通過用例如鉑的很難氧化的材料或者用例如氧化銥的導熱氧化
物保護電極的表面，可阻止由于電極材料氧化作用而導致的導電率降低。
通孔361a形成在該電極區(qū)段361的中央部。該通孔361a通連作為供應純水、優(yōu)選的是超純水的純水供應區(qū)段的純水供應管371,該供應管 371垂直地延伸在該中空電機368內。純水或者超純水經(jīng)由該純水供應管371和該通孔361a自該襯底W上面供應到該襯底W的表面(上表面)。
通過布置在該電極區(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之間產生相對運動的襯底旋轉電機372布置在該襯底保持件 362下面。該襯底保持件362連接到該襯底旋轉電機372上，從而該襯底保持件362可通過驅動該襯底旋轉電機372而旋轉。
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，提供有多個饋電電極(饋電區(qū)段)373。當該襯底W通過該襯底保持件 362保持時，該饋電電極373與該襯底W的周圍接觸，借此把該電力傳遞到銅膜(參見圖1B)。這些饋電電極連接到該電源363的陽極。不過，根據(jù)實施例的電解加工用于把該饋電電極373帶到與該襯底W周圍 (傾斜部分)接觸的位置上，該饋電電極373可與除了該襯底W周圍以外的襯底表面接觸。
根據(jù)該實施例，如圖9所示，該電解加工單元設備36使用這樣一個作為該電極區(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施例。
根據(jù)該實施例,該加工電極369連接到該電源363的陰極上，同時該饋電電極(饋電區(qū)段)373連接到該電源363的陽極。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饋電電極，而連接到該電源363陽極上的電極可以是加工電極。更具體地說，當要加工的材料是銅、鉬、鐵等等時，電解加工在該陰極側進行，因此連接到該電源 363陰極上的電極應該是該加工電極，而連接到該陽極上的該電極應該是該饋電電極。另一方面，在是鋁、硅等等情況中，電解加工在該陽極側進行。相應地，連接到該電源363陽極的該電極應該是加工電極，而連接到該電源363陰極的電極應該是該饋電電極。
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是陽離子交換劑的情況中，只有陽離子(正離子)可在該陽離子交換劑內電移動或者遷移。當還原陽離子交換劑時，如圖11所示，提供有，一對再生電極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離子交換劑369a。液體A從第一液體供應區(qū)段378a供應到該隔離物376 和該再生電極377a之間，而液體B從第二液體供應區(qū)段378b供應到該隔離物376和該反電極377b之間，同時，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)被吸收在該陽離子交換劑(待還原離子交換劑)369a中，然后從該反電極(陽極)377b側朝向該再生電極(陰極)377a側移動并穿過該隔離物376。通過供應在該隔離物376 和該再生電極377a之間的液體A的流動，已經(jīng)穿過該隔離物376的該離子M+從該系統(tǒng)中排出。這樣，該陽離子交換劑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上去除的雜質離子穿過其中遷移，并抑制在該隔離物376和該還原電極377a 之間流動的液體(包括在該液體中離子)從其中穿過進入到該離子交換劑369a側。在這方面,離子交換劑允許陽離子或者陰離子從穿過其中選擇性滲透，并可阻止在該隔離物376和該還原電極377a之間流動的液體浸入到該待還原離子交換劑369a側。這樣，適當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之間的液體應該是例如電解溶液的液體，該液體具有高電導率，同時通過與從該離子交換劑369a上去掉待加工的離子反應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，并穿過該隔離物376，通過該液體流動從該系統(tǒng)中流出。由于上述具有高電導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，沒有通過與該雜質離子反應形成不溶解化合物(副產品)的上述液體可阻止固體物質粘著到該隔離物376 上?？筛鶕?jù)要排放雜質離子的種類來選擇適當?shù)囊后w。例如,當對用于銅電解拋光的離子交換劑還原時，可使用l wtn/。濃度或者更高濃度的硫酸。
在還原過程期間，該還原區(qū)段374和待還原離子交換劑369a可形成相對運動。代替該隔離物376,離子交換無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，同時把液體(純水)供應在該兩個離子交換劑之間,借此積聚在該離子交換劑369a上的該離子
移動到該離子交換無紡布內。
接著描述在襯底加工設備中的傾斜-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)該實施例該傾斜-刻蝕單元48包括用于以高速旋轉襯底W同時水平地保持該襯底 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，并用于通過旋壓用夾頭390、沿著該襯底W圍緣部的圓周方向、在多個位置保持該襯底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。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體制造工藝中的清洗過程。該酸性溶液可包括在不氧化酸范圍內的任何酸。氫氟酸的酸性溶液是更優(yōu)越的，因為它還可以用來清潔該襯底W的背面以及減少使用化學制品數(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中供應到該襯底 W周圍。在該襯底W周圍上部以及外圍表面上生長的銅膜迅速地被氧化劑溶液氧化，同時通過來自于該中心噴嘴382的酸性溶液刻蝕以及溶解掉而散布在該襯底W的整個表面上。由于該銅膜在除了供應該氧化
劑溶液點以外的區(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體制造工藝中的清洗過程。如果使用臭
氧水,則優(yōu)選的是，臭氧應該含有20 ppm或更多以及200 ppm或者更少。如果使用過氧化氫，則優(yōu)選的是，應該含有10%或更多重量比以及80% 或者更少重量比的過氧化氫。如果使用次氯酸，則優(yōu)選的是，應該含有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或者交替地從后面噴嘴386供應到該襯底W背面的中央部。附著于該襯底W背面的銅與該襯底W的硅一起通過該氧化劑溶液被氧化，以及通過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，由于使用的化學制品數(shù)目減少了，因此為后面噴嘴386供應與提供給該襯底W周圍氧化劑溶液相同的氧化劑溶液。有可能使用硝酸作為二氧化硅膜的蝕刻劑。通過利用為該襯底表面清潔的硝酸能減少化學制品數(shù)目。
該邊緣噴嘴384適合于在該襯底W直徑方向上移動。該邊緣噴嘴 384的移動寬度L設定成該邊緣噴嘴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設定在2mm到5mm范圍。在該襯底轉速為從后部到面部液體移動量不成問題的某個值或者較高值情況中，在該切邊寬度C內待加工膜(銅膜)可被去除。
下面將描述該傾斜-刻蝕單元48使用的實例。該邊緣噴嘴384位置可調整，從而該切邊寬度C根據(jù)該襯底W尺寸和使用該襯底W的目的來設定。則該襯底W由該襯底保持件380水平地保持，同時在水平平面內
隨著該襯底保持件380旋轉。例如，DHF (稀釋氟硼酸)被連續(xù)地從該襯底W表面的中央部供應到該中央噴嘴382，同時例如，H202被連續(xù) 地或者斷續(xù)地從該邊緣噴嘴384供應到該襯底W的周圍。
在該襯底W周圍上切邊寬度C的區(qū)域(邊緣和斜面)內，形成HF 和^02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H202的混合溶液可從該邊緣噴嘴384供應到該襯底的周圍，從而用于刻蝕該襯底W周圍的銅。DHF和H202的濃度決定了銅刻蝕速度。
同時,例如化學溶液H202和DHF按照H202和DHF順序分別地從后面噴嘴386中供應。因此,附著于該襯底W背面的銅通過H202被氧化，而通過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對該該襯底W進行旋轉干燥，于是完成該襯底W的加工。存在于該襯底W表面周圍(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秒內被同時去除。
緊接著描述在襯底加工設備中的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地旋轉,從而對該襯底W的表面進行拋光。此時該研磨劑液體從研磨劑送液噴頭346供應到該拋光布340。該研磨劑液體例如包括具有懸浮在其中的硅石細粒磨料顆粒的堿性溶液等等。因此,該襯底W通過該
堿性溶液化學作用和該細粒磨料顆粒機械作用兩者進行拋光。
隨著拋光進行，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程中復原該拋光布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342上的拋光布340拋光表面上，同時該修整器348和該拋光臺342彼此相對地旋轉，從而使得該修整表面與該拋光表面滑動接觸。這樣,去除了附著于該拋光表面的拋光液體和磨碎顆粒，同時進行該拋光表面的平整和還原。
下面描述通過本實施例襯底加工設備進行的一系列加工。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，同時通過該傳送機械手32從該盒子中取出一個襯底W。根據(jù)需要,該傳送機械手32把該襯底W傳送到該換向機44或者52上，以翻轉該襯底W,從而該具有晶粒層6的正面朝下。該翻轉后的襯底W再次由該傳送機械手32夾持，并被傳送到該鍍膜單元38。
在該鍍膜單元38中，例如進行銅電鍍，以在襯底W表面上形成作為導電薄膜(待加工材料)的如銅膜7 (參見圖1B)。在該鍍膜完成后，該襯底W通過該傳送機械手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由該傳送機械手傳送到該退火單元 42。
在該退火單元42中，進行熱處理以對該襯底W進行退火。該傳送機械手32把該退火后襯底W傳送到該換向機44，從而該正面朝上。該翻轉襯底W由該傳送機械手32夾持，并通過該運送機械手32傳送到在
該電解加工單元36中的該推動器36a并放置在該推動器36a上。在該推動器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。當把純水或者超純水供應在該襯底W的上表面時，給定電壓施加在該加工電極369和該饋電電極373之間，而該襯底保持件362和該電極區(qū)段361旋轉，同時，該臂360旋轉以在該襯底W的上表面上移動該電極區(qū)段361。在通過該離子交換劑369a產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(參見圖1C)。
在這里，在電解加工期間供應在該襯底W和該離子交換劑369a之間的純水是指具有不超過l(His /cm電導率的水，而超純水是指具有不超過O.lns /cm電導率的水。在電解加工中利用不包含電解質的純水或者超純水可阻止例如電解質的雜質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離子交換反應由離子交換劑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50(His/cm電導率的液體,該液體為通過把電解質加到純水或者超純水中而得到的
電解溶液。通過利用這樣的電解溶液可進一步降低電阻同時降低降低功率消耗。例如NaCl或者Na2S04的中性鹽溶液、例如HC1或者H2S04 的酸或者例如氨水的堿溶液可用作電解溶液，同時根據(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
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500ps /cm電導率、優(yōu)選的是不超過50ps /cm、更優(yōu)選的是不超過0.1ps /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100ppm。當該電導率的值太高，該電流效率降低，同時加工速度減小。使用具有不超過500ps/cm、優(yōu)選的是不超過50ps/cm、更優(yōu)選的是不超過0.1ps/cm電導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和該饋電電極373之間的電壓或者在其間流動的電流，以在電解質處理期間探測結束點(加工的終點)。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)變化的這個關系與電壓(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，當在該襯底W表面電解加工中監(jiān)控電流時，在材料A加工期間觀察到恒定電流，在轉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饋電電極之間施加恒定電壓，在轉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。從上面描述的實例可知，對在電流或者在電壓中變化進行監(jiān)控可確保探測到結束點。
盡管這個實施例示出了該監(jiān)控器54監(jiān)控施加在該加工電極和該饋電電極之間電壓或者在其間流動電流以探測加工結束點的情況，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，以探測加工任意設定的結束點。在這種情況下，"加工的結束點"是指對于在加工表面規(guī)定區(qū)域而獲得的希望加工量的點，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系的參數(shù)來確定達到與希望加工量對應量的點。通過即使在加工過程中這樣任意地設定和探測加工結束點，就能進行多個階段的電解加工。
例如，該加工量可通過如下方式確定，即探測當該加工表面到達不同的材料時由于形成的摩擦系數(shù)差異而導致摩擦力變化，或者探測通過去除該襯底表面不規(guī)則物而形成的摩擦力變化。加工結束點可根據(jù) 這樣確定的加工量來得到探測。在電解加工期間,通過該待加工表面電阻或者通過在水分子和在液體(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，隨著電解加工進行以及阻擋層和絕緣膜變得暴露，電阻增加，同時電流值降低，因此熱值逐漸降低。因此，加工量可通過探測熱值變化而確定?？梢虼颂綔y加工的結束點。做為選擇的是，在襯底上待加工膜的膜厚可通過這樣探測，即探測當該加工表面到達不同的材料時由于形成反射率差異而導致的反射光強度變化。加工結束點可根據(jù)這樣確定的膜厚來得到探測。在襯底上待加工膜的膜厚也可通過如下方式確定，即在例如為銅膜的待加工導電膜內形成渦流，并監(jiān)控在該襯底內流動的渦流，以探測例如頻率或者電路電阻變化?？蛇@樣探測加工的結束點。此外，在電解加工中，加工速率取決于在該加工電極和該饋電電極之間流動的電流值，同時該
加工量與電量成正比例，該電量確定為該電流值和加工時間的乘積。因此，該加工量可通過對由電流值和加工時間乘積確定的電量進行積分、并探測到達預定值的積分值來確定?？蛇@樣探測加工的結束點。
在電解加工完成后，斷開該電源363，同時該電極區(qū)段361和該襯底保持件362的旋轉停止。此后,在該襯底保持件362上的襯底W移動到該推動器36a上，同時在該推動器36a上的襯底被該傳送機械手32夾持并傳送到該傾斜-刻蝕單元48上。根據(jù)該實施例，該饋電電極373直接與在電解加工中的襯底W接觸。因此，實際上不能使得加工電極369 接近于襯底與饋電電極373接觸的部分。因此,那部分不能被加工，也就是說，導電膜在襯底W與該饋電電極373接觸的部分上保持未加工狀態(tài)。根據(jù)該實施例，在電解加工后，保持未加工的該導電薄膜通過該傾斜-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中己經(jīng)與該饋電電極(饋電區(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通過該傳送機械手32被傳送到該清潔單元50上，在這里該襯底被清潔。該傳送機械手32把清潔的襯底W傳送到該換向機52，在那里襯底 W翻轉，從而正面朝下。該翻轉襯底W再次由該傳送機械手32夾持，并通過該傳送機械手32傳送到在CMP單元34中的該推動器34a并放置在該推動器34a上。在該推動器34a上的襯底W接著傳送到該CMP單元 34的頂圈344上，同時該襯底W通過該頂圈344保持。
在該CMP單元34中，該襯底W的表面通過化學機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
可通過在該CMP單元34中拋光而去除。當希望進一步對例如氧化膜的絕緣膜2a拋光掉時，通過該CMP單元34的拋光同樣有效。在該拋光完成后，該襯底W通過該傳送機械手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)需要通過該換向機44或者52對該襯底W 翻轉之后，該襯底W通過該傳送機械手32返回到在該加載/卸載區(qū)段30 內的盒子。
盡管在上述實施例中，鍍膜單元38和電解加工單元36分別地設置，但也可以把這些單元集成在一個單元內。此外,該鍍膜單元38、該CMP 單元34和該退火單元42可根據(jù)需要選擇性地設置。這樣，視情況而定，在構成該襯底加工設備中，這些單元中一個或多個可省略。
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電化學作用進行，同時不對工件產生將削弱工件性能的任何物理缺陷。此外，本電解加工設備和方法可有效地去除 (清潔)粘附在工件表面上的物質。因此，本發(fā)明可完全地去掉CMP 加工或者至少減少在CMP上的負擔。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現(xiàn)。這消除了例如電解質的雜質將粘附或者保持在該襯底表面上的可能，可在去除加工后簡化清洗過程以及顯著地減少了在廢液處理上的負擔。
圖15A到15F為按照工序示出了通過本發(fā)明實施例的襯底加工方法形成銅互連件的實例。如圖15A所示，例如3102或者低-k材料的氧化膜沉積在形成半器件的導電層1A上，其中該導電層la形成在半導體基部1上。作為互連件細小溝槽的接觸孔3和互連溝槽4通過光刻技術/ 蝕刻技術形成在絕緣膜2a內。爾后，TaN等等的阻擋層5形成在該整個表面上，同時作為供電層用于電鍍的晶粒層6通過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的表面上進行鍍銅，用銅裝填該接觸孔3和該互連溝槽4，同時，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通過化學機械拋光 (CMP)去除，以便使得充滿在該接觸孔3和該互連溝槽4內的該銅膜 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,通過化學機械拋光等方式，繼續(xù)去除在該互連溝槽4上的阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，從而如圖15D所示，在該互連溝槽4上部形成具有預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 和該互連溝槽4內銅膜7的表面變成與該絕緣膜2a表面平齊后，繼續(xù)通過化學機械拋光等等方式去除該阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，以進一步去除在該互連溝槽4內阻擋層5、晶粒層6和銅膜7，而當形成在該互連溝槽4上部內用于裝填的凹部4a到達預定深度時，去除操作終止。
做為選擇,可通過通過化學機械拋光(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和該互連溝槽4內銅膜7的表面變成與該絕緣膜2a表面齊平，然后通過化學蝕刻去除在該互連溝槽4內的阻擋層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，例如由熱擴散阻止層9a和氧化阻止層9b組成的多層復合薄膜的保護膜9有選擇地形成,從而利用該保護膜9覆蓋并保護該互連件8的暴露表面。更具體地說,在用水洗滌該襯底W后，在襯底W表面上進行第一階段的無電鍍，以在互連件8表面上有選擇地形成熱擴散阻止層9a，其中該熱擴散阻止層9a例如由Co合金組成。緊接著，在對襯底水洗滌后，進行第二階段無
電鍍，以在熱擴散阻止層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，即使該保護層9的表面與該絕緣膜2b表面平齊。
然后,在對襯底W水洗滌后，繼之以干燥，如圖15F所示，例如Si02 或者SiOF的絕緣膜2b附加在該襯底W的表面上。通過使保護膜9的表面與絕緣膜2b的表面齊平，該保護膜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，從而消除了對使絕緣膜2b表面變平附加過程的需要。
通過用多層復合薄膜-保護膜9如此有選擇地覆蓋互連件8暴露表面并保護該互連件8，可有效地阻止互連件8氧化和熱擴散，其中的多層復合薄膜由例如Co合金組成的、可有效地阻止互連件8熱擴散的熱擴散阻止層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，單獨用Co或者Co合金層的互連件保護不能有效地阻止互連件氧化，而同時單獨用Ni或者Ni合金層的互連件保護也不能有效地阻止該互連件的熱擴散。兩層結合可克服該缺點。
此外,通過把該氧化阻止層9b疊加在熱擴散阻止層9a表面上，例如，在用于形成具有多層互連件結構的半導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。
盡管在這個實施例中，采用由熱擴散阻止層9a和氧化阻止層9b組成的雙層復合薄膜作為保護膜9，當然也能使用單一層或者三或更多層的保護膜。
根據(jù)該實施例，可采用Co-W-B合金作為熱擴散阻止層9a?？墒?用含有Co離子、絡合劑、pH緩沖劑、pH調整劑、作為還原劑的烷基
胺甲硼烷以及包含鉤化合物的鍍液、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的穩(wěn)定劑中至少一種穩(wěn)定劑。此外，通過使用例如氨水或者氫氧化銨的pH調整劑，該鍍液被調整到在優(yōu) 選的是在5 - 14、更優(yōu)選的是在6 - 10pH范圍內。鍍液溫度通常在30-90 攝氏度范圍內，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. Omol/L、優(yōu)選的是在O.Ol-0. 3mol/L范圍內。
該絡合劑的具體實例可包括例如醋酸的羧酸類或者它們的鹽；例如酒石酸以及檸檬酸的oxy carboxylic酸類以及它們的鹽；以及例如甘氨酸的aminocarboxylic酸類以及它們的鹽。這些化合物既可單獨地使用，也可作為兩種或更多化合物的混合物使用。絡合劑的總數(shù)通常在 0.001 - 1.5mol / L、優(yōu)選的是在O.Ol - 1.0 mol / L范圍內。
pH緩沖劑的具體實例可包括硫酸銨、氯化銨以及硼酸。該pH緩沖劑通常以O.Ol - 1. 5 mol/L、優(yōu)選的是O.l - 1 mol/L的量來使用。pH 調整劑的實例可包括氨水以及(氫氧化四甲銨TMAH)。通過使用該 pH調整劑,該鍍液的pH值通常調整到5 - 14、優(yōu)選的是6 - IO范圍內。
作為還原劑的垸基胺甲硼烷具體地說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O.Ol- l.Omol / L、優(yōu) 選的是O.Ol - 0.5 mol / L的量來使用。
含鎢化合物的實例可包括鎢酸或者它的鹽以及例如磷鎢酸類(如 H3 (PW12P4。) nH20)的雜多酸類以及它們的鹽。該含鎢化合物通常以O.OOl- l.Omol / L、優(yōu)選的是O.Ol - O.lmol / L的量來使用。
除上述成分外，其它已知的添加劑也可加入到該鍍液內?？捎锰?加劑實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、陽離子或者非離子類的表面活性劑。
通過利用沒有鈉的垸基胺(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，從而避免對加入鈀催化劑的需要，這樣，通過把該襯底W表面浸入到該鍍液內，而進行直接的無電鍍。
盡管該實例采用用于該熱擴散阻止層9a的Co - W - B，但同樣可能采用作為單一物質的Co、 Co-W-P合金、Co-P合金、Co-B合金等等用于熱擴散阻止層9a。
根據(jù)該實施例，Ni-B合金可用于該氧化阻止層9b。通過使用含鎳離子無電鍍溶液、用于鎳離子的絡合劑、烷基胺甲硼垸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范圍內調整，并把襯底W表面浸入到該鍍液內，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合劑實例可包括蘋果酸以及甘氨酸。例如， NaBH4可用作該氫硼(horohydride)化合物。如上所述,通過利用垸基胺(borone)作為該還原劑，可避免對加入鈀催化劑的需要，同時通過把該襯底W表面浸入到該鍍液內而進行無電鍍。如上所述，通過利用帶有用于形成Co - W -B合金層的無電鍍溶液普通還原劑，就可能連續(xù)地進行無電鍍。
盡管該實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備結構的平面圖，其中該設備實現(xiàn)圖15A到15F所示的襯底加工。該襯底加工設備包括在矩形地板空間的一端并排布置的一對化學機械拋光CMP)單元210a、 210b以及在該
空間另一端布置的一對裝載/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體晶片的襯底W的盒子212a、 212b放置在其中。兩個傳送機械手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。在該輸送管線兩側布置換向機216,218。在該換向機 216、 218兩側布置清潔單元220a、 220b和無電鍍單元222a、 222b。此外,垂直地移動的推動器236設置在輸送管線側的CMP單元210a、 210b 內，其中該輸送管線側用于把襯底W在該推動器236和該CMP單元 210a、 210b之間傳送。
圖17為大略地示出了該無電鍍單元222a、 222b結構的視圖。在該實例中，一個無電鍍單元222a用于進行上面描述的第一階段無電鍍，例如，以在互連件8表面上形成熱擴散阻止層9a，另一個無電鍍單元 222b用于進行上面描述的第二階段無電鍍,例如,以在該熱擴散阻止層 9a表面上形成該氧化阻止層9b。除了用于這些無電鍍單元中鍍液不同外，這些無電鍍單元222a、 222b具有相同結構。
每一無電鍍單元222a、 222b包括用于把襯底W保持在其上表面上的保持裝置、用于對由保持裝置911保持的襯底W要鍍表面(上表面) 圍緣部分進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到該襯底W鍍膜表面上的清洗液供應裝置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以及用于旋轉驅動該保持裝置911的電機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，該襯底放置部913具有真空吸引機構(未示出)，該機構用于通過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 用于通過該電機M旋轉并通過提升裝置(未示出)垂直地移動。
該攔截元件931是圓筒形的，具有設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。
該噴頭941為這樣的結構，該結構具有設置在前端部的許多噴嘴，用于把供應的鍍液以淋浴形式擴散，并基本上均勻地把它供應到該襯底W的鍍膜表面上。該清洗液供應裝置951具有從噴嘴953噴射清洗液的結構。
該鍍液回收噴嘴965用于向上和向下移動以及擺動，該鍍液回收噴嘴965前端用于向該攔截元件931內下降，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之間提供預定尺寸間隙，同時該襯底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，同時該襯底W外圍通過該攔截元件931密封部933密封。此時，該襯底W的表面處于敞開狀態(tài)。
接著,該襯底W本身通過加熱器915后部直接加熱，同時被加熱到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。供應鍍液的量可以是少量，這樣將在該襯底W表面上變成lmm厚度(大約30ml)。如在該實施例中那樣，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l mm。如果少量供應鍍液是足夠的,則用于加熱該鍍液的加熱設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，同時儲存在該襯底W上鍍液量也同時很少。這樣，通過后部加熱器915 對襯底W的貯熱能力很容易實現(xiàn)，同時該后部加熱器915的能力可很小，該設備可更緊湊。如果使用直接冷卻該襯底W本身的裝置話，可在鍍膜期間進行加熱和冷卻切換，以改變該鍍膜條件。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行溫度控制。
該襯底W通過該電機M瞬時旋轉，以對待鍍膜表面進行均勻的液體淋濕，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)下進行。具體地說,該襯底W以100rpm或者更少只旋轉l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),同時無電鍍
進行1分鐘。該瞬間旋轉時間至多為io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內部，以吸入該鍍液。此時,如果該襯底W以例如IOO rpm或者更少的轉速旋轉,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開始旋轉，同時該清洗液(超純水)從該清洗液供應裝置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,同時進行稀釋和清潔，從而使該無電鍍反應停止。此時,從該噴嘴953噴濺的清洗液可提供給該攔截元件931以同時進行該攔截元件931的清洗。此時該電鍍廢液回收到該回收容器961內而廢棄。
曾經(jīng)使用的鍍液不再使用,而是丟棄。如上所述,與在現(xiàn)有技術相比較，用于該設備的鍍液量可非常少。這樣，即使沒有再使用，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。
然后,該襯底W通過電機M以高速旋轉，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為另一個無電鍍單元222a和222b的示意構成圖。圖18的實例與圖17所示的上述的無電鍍膜設備不同之處在于，沒有在該保持裝置 9U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環(huán)狀燈加熱器917同心地設置，同時該噴頭941 -2的多個噴嘴943 -2 以一個圓圈形式從在燈加熱器917之間的間隙敞開。該燈加熱器917可
由單一螺旋燈加熱器組成，或者可由各種結構和配置的其它燈加熱器組成。
即使利用該結構，該鍍液可從每一噴嘴943 - 2基本上均勻地以噴淋形式供應到襯底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該燈加熱器917直接均勻地實現(xiàn)。該燈加熱器917不僅加熱該襯底W和該鍍液,而且也加熱周圍空氣,這樣呈現(xiàn)出作用在該襯底W上的貯熱能力。
通過該燈加熱器917的襯底W直接加熱需要具有相對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，同時主要通過該燈加熱器917實現(xiàn)該鍍液和周圍空氣的貯熱。在與該上述的實施例相同的方式中，可設置直接或者間接地冷卻該襯底W的裝置以進行溫度控制。
根據(jù)圖16所示的上述襯底加工設備，沉積在襯底W表面上的銅膜7 (參見圖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電解加工去除該銅膜7等等。該CMP單元210a、 210b結構與圖13所示的結構相同，因此省略對其描述。
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形電極區(qū)段448。其中該襯底保持件446 支撐在旋轉臂444自由端，而旋轉臂444可水平地旋轉，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和饋電電極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和該饋電電極452的表面。
僅僅用具有該加工電極450和該饋電電極452的電極區(qū)段448作為實例，該實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的整個表面均可經(jīng)受電解加工。
該旋轉臂444經(jīng)由滾珠絲杠462通過驅動用于垂直運動的電機460 上下移動，并連接到通過驅動旋轉電機464旋轉的回轉軸466的上端。該襯底保持件446連接到安裝在該旋轉臂444自由端上的旋轉電機468 上，并允許通過驅動該旋轉電機旋轉。
該電極區(qū)段448直接連接到中空電機470上，并可通過驅動該中空電機470而旋轉。作為用于供應純水、優(yōu)選的是超純水的純水供應區(qū)段的通孔448a形成在該電極區(qū)段448的中央部。該通孔448a連接到純水供應管472上，而該純水供應管472垂直地延伸在該中空電機470內。純水或者超純水通過該通孔448a供應，并經(jīng)由該離子交換劑456提供給襯底 W整個加工表面。可設置每個均連接到該純水供應管472上的多個通孔 448a，以便于加工液體越過該襯底W的整個加工表面。
此外，作為純水供應區(qū)段用于供應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，并具有多個供應端口。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l(His /cm電導率的水，而超純水是指具有不超過0.1ps/cm電導率的水。代替純水,可使用具有不超過50(His/cm電導率的液體或者任何電解溶液。通過在加工期間供應電解溶液,可去除例如加工產物和溶解氣體的加工不穩(wěn)定因子,同時可以良好再生性均勻地實現(xiàn)加工。
根據(jù)該實施例，在圓周方向，多個扇形電極板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陽極的電極板476變成饋電電極452。由于銅電解加工在陰極側進行，因此這用于例如銅的加工。取決于被加工的材料,陰極側可以是饋電電極，而陽極側可以是加工電極。更具體地說，當要加工的材料是銅、鉬、鐵等等時，電解加工在該陰極側進行，因此連接到該電源480 陰極上的電極板476應該是該加工電極450，而連接到該陽極上的該電極板476應該是該饋電電極452。另一方面，在是鋁、硅等等情況中，電解加工在該陽極側進行。相應地，連接到該電源陽極的該電極板應該是加工電極，而連接到該電源陰極的電極板應該是該饋電電極。
通過在電極區(qū)段448的圓周方向，如此分別和交替地布置該加工電極450和該饋電電極452，不需要把電供應到導電薄膜(待加工部)的固定饋電部,同時加工可在襯底整個表面上實現(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和該饋電電極452之間的電壓和電流中至少一個。該電解加工單元440a還帶有電量積分器(電量計)498，該積分器連接到從該電源480陰極伸出的導線，以探測該電流值，通過該電流值和該加工時間乘積來確定電量, 并對該電量積分從而確定使用電力總數(shù)。來自該電量積分器498的輸出信號輸入到該控制器496,同時來自該控制器496的輸出信號輸入到電源480。
此外，如圖20所示，用于恢復該離子交換劑456的還原區(qū)段484設置。該還原區(qū)段484包括旋轉臂486和由該旋轉臂486在其自由端保持的
還原頭488，該旋轉臂486具有基本上與該保持該襯底保持件446的旋轉臂444相似的結構，并跨越該電極區(qū)段448位于旋轉臂444的相對側。在操作中，該與用于加工的相反的電勢從該電源480提供到該離子交換劑 456上(參見圖19),從而促進例如粘附在該離子交換劑456上的銅的雜質溶解。在加工期間該離子交換劑456的還原因此能實現(xiàn)。該還原的離子交換劑456通過提供給該電極區(qū)段448上表面的純水或者超純水清洗。
緊接著，描述通過該電解加工單元440a進行的電解加工。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 所保持和吸弓l,而該襯底保持件446通過該旋轉臂444移動到該電極區(qū) 段448正上方的加工位置。該襯底保持件446然后通過驅動用于垂直運動的該電機460下降,從而通過該襯底保持件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,來自在該加工電極450和該饋電電極452之間電源480施加一個給定電壓或者電流，同時該襯底保持件446和該電極區(qū)段448旋轉。同時，通過該通孔448a,從該電極區(qū)段448下面到其上表面，供應水或者超純水,同時通過該純水噴嘴474，從該電極區(qū)段448上面到其上表面供應純水或者超純水，從而把純水或者超純水注入到該加工電極450、該饋電電極452和該襯底W之間的空間內，從而形成在該襯底W上導體膜 (銅膜7)的電解加工通過在該離子交換劑456中產生的氫離子或者氫氧根離子而實現(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允許純水或者超純水在離子交換劑456內流動而形成，同時
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行。
更具體地說,通過使純水或者超純水在該離子交換劑456內流動，足夠量的水可提供給官能團(在帶有強酸型陽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，同時通過水流可去除在該導體膜(銅膜7)和氫氧根離子之間反應而形成的加工產物(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是必要的，以及理想的是，水流應該是恒定和均勻的。水流的恒定性和均勻性導致離子供應以及加工產物去除中的恒定性和均勻性，這隨后導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和饋電電極452 斷開，同時該襯底保持件446和電極區(qū)段448的旋轉停止。此后，該襯底保持件446升高,以及加工襯底W傳送到下一個程序。
在該實施例中，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50(His /cm、優(yōu)選的是不超過50ns /cm、更優(yōu)選的是不超過0.1ps /cm不小于 10MQcm電阻率)的電導率。
根據(jù)該實施例,通過在該襯底W和該加工電極450以及該饋電電極 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加工通過在超純水中氫氧根離子和待加工材料之間的化學相互反應而實現(xiàn)。然而，在常溫常壓條件下，在超純水中作為反應物的氫氧根離子的量少到IO - 7 mol / L,從而由于除了用于去除加工反應外的反應(例如氧化膜形成反應)夕卜，該去除加工效率可降低。因
此，需要增加氫氧根離子，以有效地進行去除加工。用于增加氫氧根離子的方法是通過使用催化物質促進超純水的分解反應，離子交換劑可有效地用作這樣的催化物質。更具體地說，通過在離子交換劑中官能團和水分子之間交互作用，與水分子分解反應有關的活化能下降,借此該水的分解得到促進，從而提高了加工速率。
此外,根據(jù)此實施例，在電解加工時，該離子交換劑456接觸或者
接近于該襯底W。當該離子交換劑456接近于該襯底W時，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，由于具有無接觸關系，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產物可有效地去除。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，則當在該電極和該襯底(待加工工件)之間的電阻較大時，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,由于當該離子交換劑456與該襯底W接觸時，該電阻非常小，因此可避免放電的發(fā)生。
當通過使用具有陽離子交換基的離子交換劑作為離子交換劑456 而進行電解加工時，在加工后該離子交換劑(陽離子交換劑)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。當通過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進行電解加工時，氧化銅的微粒可形成并附著于該離子交換劑(陰離子交換劑)456的表面上，借此實現(xiàn)加工速率，從而損害待加工襯底表面加工速率的均勻性,
同時顆粒可污染下一個待加工襯底的表面。
在操作中,為了消除這樣的缺點，與用于加工的相反的電勢從電源
480提供給離子交換劑456，從而促進例如經(jīng)由還原頭部488附著于該離子交換劑456上銅的雜質的溶解。在加工期間該離子交換劑456的還原因此能實現(xiàn)。該還原的離子交換劑456通過提供給該電極區(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的旋轉中心C^遠離該襯底保持件446旋轉中心 02—定距離；該電極區(qū)段448圍繞該旋轉中心Ch旋轉，同時該襯底保持件446圍繞該旋轉中心02旋轉。此外，該加工電極450和該饋電電極 452經(jīng)由該集流環(huán)478導電連接到該電源480。此外根據(jù)該實例，該電極區(qū)段448設計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電極區(qū)段448圍繞該旋轉中心Ch旋轉而該襯底保持件圍繞該旋轉中心02旋轉時，該電極區(qū)段448覆蓋通過該襯底保持件446保持的該襯底W的整個表面。
根據(jù)該電解加工單元440b,通過經(jīng)由該襯底保持件446旋轉該襯底，同時通過驅動該中空電機470旋轉該電極區(qū)段448，進行襯底W表面的電解加工，同時把純水或者超純水供應到該電極區(qū)段448的上表面上，同時把給定電壓施加在該加工電極450和該饋電電極452之間。
該電極區(qū)段448或者襯底保持件446可代替旋轉產生例如滾動的盤
旋移動或者往復運動。
圖23和24示出了又一個電解加工單元440c。在該電解加工單元 440c中，在圖21和22所示前面實例中，在該襯底保持件446和該電極區(qū) 段448之間的位置關系是相反的。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，同時通過驅動用于旋轉的電機468而圍繞圍繞它自身軸線旋轉。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和饋電電極452，該電極區(qū)段位于該襯底保持件446上面，通過該旋轉臂444該其自由端保持正面朝下，同時通過驅動該中空電機470圍繞其自身軸線旋轉。此外從該電源480伸出的導線穿過形成在該回轉軸466上的中空部分并到達該集流環(huán)478，以及更進一步穿過該中空電機470的中空部分并到達加工電極450和饋電電極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管472從該襯底W上面供應到該襯底W的正面(上表面)。
用于恢復安裝在電極區(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通過該旋轉臂444移動到位于該還原槽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。此后,與用于加工電勢相反的電勢提供到電極板476，即通過把加工電極450連接到該電源480 的陽極，同時把該饋電電極452連接到該電源480的陰極，從而促進附著于該離子交換劑456上例如銅的雜質的溶解，因此恢復該離子交換劑 456。該還原后離子交換劑456例如通過超純水清洗。
還根據(jù)該實施例，該電極區(qū)段448設計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。通過降低該電極區(qū)段448來進行襯底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，同時旋轉該旋轉臂444，以沿著該襯底W上表面移動該電極區(qū)段 448，同時把純水或者超純水供應到該襯底的上表面上，同時把給定電壓施加在該加工電極450和該饋電電極452之間。
圖25和26示出了又一個電解加工單元440d。該電解加工單元440d 使用這樣一個作為該電極區(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。在該實例中，該離子交換劑456為三層結構(疊合)，包括一對強酸型陽離子交換纖維456a、 456b和插入在該強酸型陽離子交換纖維456a、 456b之間的一個強酸型陽離子交換薄膜456c。該離子交換劑(疊合)456具有良好的透水性和髙硬度，此外,與該襯底W相對的暴露表面(下部表面)具有良好的平滑度。其他結構與圖 23和24中所示的相同。
通過把該離子交換劑456制造成包括例如無紡布、紡織品和多孔膜的離子交換材料疊加層的多層結構，就能提高該離子交換劑456整個離子交換能力,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面影響該加工速率。在這方面，當離子交換劑456的整個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，則該氧化物應該不可避免地形成在該離子交換劑456表面上或者在其內部，這樣對加工速率產生負面影響。這樣，氧化物的形成取決于離子交換劑的離子交換能力，同時超過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，當該保護膜有選擇地形成在用于裝填的凹部以保護該互連件的表面時，該保護膜的表面可與非互連件區(qū)域如絕緣膜表面齊平。這可阻止來自該平整表面的該保護膜的突起形成,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，對該絕緣膜表面拋光的過程等等可省略，導致半導體器件生產成本降低。
圖27為大略地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的襯底加工設備結構的平面圖。如圖27所示，該襯底加工設備容納在矩形外殼501內。在該外殼501內，依次進行襯底的鍍膜和電解加工。該襯底加工設備包括一對用于載入和載出容納多個襯底盒子的加載/卸載單元502、一對用于通過化學液體清潔該襯底的傾斜-刻蝕/清潔單元503、一對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504以及四個用于襯底進行鍍膜和電解加工的襯底加工設備505。此外，在外殼501內布置有，用于在該加載/卸載單元502之間傳送該襯底的第一傳送機械手
506、該傾斜-刻蝕/清潔單元503和該襯底載物臺504、以及用于在該襯底載物臺504和該襯底加工設備505之間傳送該襯底的第二傳送機械手
507。
在位于該加載/卸載單元502上的盒子內，容納正面(器件表面，待加工表面)朝上的襯底。該第一傳送機械手506把該襯底從該盒子當中取出，并把該襯底傳送到該襯底載物臺504,同時把該襯底放置在該襯底載物臺504上。通過該襯底載物臺504的換向機使襯底顛倒，從而該正面朝下，然后通過第二傳送機械手507夾住。在第二運送機械手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。第二傳送機械手507把該襯底傳送到以下描述的襯底加工單元505的機頭區(qū)段541，同時在襯底加工單元505內，該襯底被鍍
膜和電解加工。
下面將詳細描述安裝在本實施例襯底加工設備內的襯底加工單元
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通過隔板510分成兩個襯底加工段，即用于進行襯底鍍膜的電鍍區(qū)段520和用于進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。如圖28和29所示，一個用于載入和載出襯底的開口512形成在罩511的電解加工區(qū)段530側的側壁上，同時開口512帶能打開/關閉的活門513。該活門513連接到活門打開/關閉氣缸514。通過驅動該活門打開/關閉氣缸514，該活門513上下移動以便啟閉該開口512。通過這樣密封地關閉該襯底加工單元505的加工空間508、用罩511和活門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的加工空間擴散出。
此外，如圖29所示，惰性氣體(凈化氣體)供應端口515設于該罩 511上部，同時例如N2氣體的惰性氣體(凈化氣體)從該惰性氣體供應端口515供應到該加工空間508內。圓筒形通風管道516設置在該罩 511底部，同時在該加工空間508內的氣體通過該通風管道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源，同時清洗液(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是可旋轉的，根據(jù)需要在鍍膜或者電解加工后，進行襯底的清潔。
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之間旋轉的旋轉臂540安裝在該襯底加工單元505內。用于保持該襯底的機頭區(qū)段541垂直地安裝該該旋轉臂540的自由端一側。如圖28所示，通過旋轉該旋轉臂540，該機頭區(qū)段541可在鍍膜位置P和電解加工位置Q 之間移動，其中在鍍膜位置P，在該鍍膜區(qū)段520內進行襯底的鍍膜，而在電解加工位置Q，在該電解加工區(qū)段530進行襯底的電解加工。機頭區(qū)段541在該鍍膜位置P和該電解加工位置Q之間的移動不能僅僅通過旋轉臂540的旋轉而實現(xiàn)。這樣，機頭區(qū)段541的移動也可例如通過該機頭區(qū)段541的平動來實現(xiàn)。
圖31為示出了該旋轉臂540和該機頭區(qū)段541主要部分的垂直剖面圖。如圖31所示，該旋轉臂540固定在可旋轉中空支柱542上端上，并通過該支柱542的旋轉水平地轉動。通過軸承543支撐的轉動軸544穿過該支柱542的中空部分，并可相對于該支柱542旋轉。此外,主動皮帶輪 545安裝在該轉動軸544的上端。
如圖31所示，該機頭區(qū)段541連接到該旋轉臂540，并主要是包括固定到該旋轉臂540上的外殼546、垂直地穿過該外殼546的轉動軸547、用于在其下部表面保持該襯底W的襯底保持件548以及相對于該外殼 546垂直地移動的可動部件549。該襯底保持件548與該旋轉軸547下端連接。
該旋轉軸547通過軸承550支撐，并可相對于該外殼546旋轉。主動皮帶輪551安裝在該轉動軸547的上部，同時同步皮帶552在上述主動皮帶輪545和主動皮帶輪551之間延伸。這樣,該轉動軸547隨著在該支柱 542上轉動軸544的旋轉而旋轉，同時該襯底保持件548與該轉動軸547
一起旋轉。
在該可動部件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。利用通過該氣源通道555把空氣供應到該密封空間554內以及從該空間排出該空氣，該可動部件549可相對于該外殼546垂直地移動。此外，向下延伸壓力棒556設置在該可動部件549周圍。
如圖31所示，該襯底保持件548包括與該轉動軸547下端連接的凸緣部分560、用于通過真空吸力把該襯底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周邊的導向環(huán)562。該吸引板 561由例如陶瓷或者增強樹脂形成，以及多個吸孔561a形成在該吸引板 561上。
圖32為圖31 —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。0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0形環(huán)564 密封。此外，軟密封環(huán)565布置在該吸引板561的周圍表面上，即在該吸引板561和該導向環(huán)562之間。當該襯底W被吸引并保持在該吸引板561 上時，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，六個卡盤機構570在該沿圓周方向以一定間隔設置在該襯底保持件548上。如圖32 所示，每個卡盤機構570包括安裝在該凸緣部分560上表面的臺座571、垂直地移動的桿572以及可圍繞支撐軸573旋轉的饋電接觸元件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和該臺座571之間。
如圖32所示,該饋電接觸元件574和該桿572經(jīng)由水平移動的銷577 連接。該饋電接觸元件574這樣設計，以便當該桿572向上移動時，該
饋電接觸元件574圍繞該支撐軸573旋轉并向內關閉，同時當該桿572 向下移動時，該饋電接觸元件574圍繞該支撐軸573旋轉并向外張開。這樣,當該可動部件549 (參見圖31)向下移動從而該壓力棒556并該螺母575接觸并向下壓該棒572時，該棒572抵抗該螺旋壓簧576的壓力向下移動,借此該饋電接觸元件574圍繞該支撐件573旋轉并向外張開。另一方面,當該可動部件549向上移動時，該棒572通過該螺旋壓簧576的彈性力上升，借此該饋電接觸元件574圍繞該支撐軸573旋轉并向內閉合。通過設置在六個位置的卡盤機構570,該襯底W通過該饋電接觸元件定位并保持它的外圍部分，同時穩(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,在該饋電接觸元件574被安裝的位置上，徑向地延伸的凹槽562a形成在該導向環(huán) 562的下部表面。在該饋電接觸元件574張開和關閉時，該饋電接觸元件574在該導向環(huán)562的凹槽562a內移動。
如圖32所示，導電的饋電元件578安裝在每個饋電接觸元件574的內表面上。該饋電元件578與導電饋電板579接觸。該饋電板579經(jīng)由螺栓580被電連接到電源電纜581上，同時電源電纜581連接到電源702(參見圖35)上。當該饋電接觸元件574向內閉合并保持在該襯底W的外圍部分時，該饋電接觸元件574的饋電元件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 (參見圖1B和15B)最好是該饋電元件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的。
如圖31所示，旋轉接頭582設置在每個轉動軸547的上端，從設于該襯底保持件548上連接器583伸出的管子584經(jīng)由該旋轉接頭582連接到
管子585，該管子585從該電源702和在該設備中真空泵(未示出)伸出。上述電源電纜581罩在該管子584,585內，從而該饋電接觸元件574的饋電元件578與在該設備中的電源702導電連接。此外，與每個空間563連通用于襯底吸引的管子還罩在該管子584,585內，從而通過驅動該真空泵,該襯底W可被吸引在該吸引板561的下部表面上。
下面將參照圖29和30來描述為了實現(xiàn)該垂直與水平運動、旋轉運動的驅動裝置以及該機頭區(qū)段541的旋轉。該驅動裝置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來限定。因此，來自該驅動裝置600的顆粒等等被阻止進入該鍍膜區(qū)段520等等。另外，在該驅動裝置600上在鍍膜中形成的煙霧等等的影響可被降低，借此該驅動裝置600的耐用性可得到改進。
該驅動裝置600主要由設于該襯底加工單元505框架上的軌道601、設置在該軌道601上的滑動基座602和安裝在該滑動基座602并相對于該滑動基座602垂直地移動的提升基部603組成。上述支柱542可轉動地支撐在該提升基部603上。因此,當該提升基部603在該軌道601上滑動時，該機頭區(qū)段541水平地移動(在圖28所示的A方向)。該提升基部 603帶有旋轉電機604和鉸鏈吊掛式電機605，而該滑動基座602帶有升降電機(未示出)。
從動皮帶輪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—起旋轉。同步皮帶607在從動皮帶輪 606和安裝在該鉸鏈吊掛式電機605軸上的主動皮帶輪608之間延伸。這樣,該支柱542通過驅動該鉸鏈吊掛式電機605旋轉，借此被固定到該支柱542上的臂540也旋轉。
該提升基部603帶有滑動件610，該滑動件610可通過設于該滑動基
座602上滑動件支撐609而垂直地被引導。當該提升基部603的滑動件 610通過該滑動基座602的滑動件支撐609來這樣引導時，該提升基部 603通過未示出的提升機構來垂直地移動。
隨著該轉動軸544—起旋轉的從動皮帶輪611安裝在轉動軸544下端，而該轉動軸544插入在該支柱542內，同時同步皮帶612在該從動皮帶輪611和主動皮帶輪613之間延伸，其中該主動皮帶輪613安裝在該旋轉電機604的軸上。這樣，通過驅動該旋轉電機604并經(jīng)由該同步皮帶 552，該轉動軸544旋轉，其中該同步皮帶552延伸在安裝到該轉動軸544 的該主動皮帶輪545和安裝在該機頭區(qū)段541轉動軸547上的從動皮帶輪551之間,該轉動軸547也旋轉。
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設置在該鍍膜區(qū)段520。攔截元件621設置在該鍍槽 620內，同時向上敞開的鍍膜腔室622由該攔截元件621所限定。經(jīng)由電源選擇器開關700連接到該設備中的電源702的陽極623布置在該鍍膜腔室622底部。優(yōu)選的是，該陽極623由含有0.03到0.05%重量比磷的含磷銅制成。這樣的含磷銅用來在鍍膜期間在該陽極623表面上形成所謂的黑膜。該黑膜可抑制殘渣的形成。
在該攔截元件621的內圓周壁上，用于朝該鍍膜腔室622中心噴濺鍍液的多個鍍液噴口(鍍液供應區(qū)段)624沿圓周方向以一定間隔設置。該鍍液噴口624與鍍液供應通道625連通，而鍍液供應通道625在該攔截元件621內垂直地延伸。該鍍液供應通道625連接到鍍液供給泵626 (參見圖30)上，從而通過驅動該泵626,預定量的鍍液從該鍍液噴口624供應到該鍍膜腔室622。在該攔截元件621的外側，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)過該鍍液排放通道627流入到儲液槽(未示出)之內。
根據(jù)本實施例，離子交換劑(離子交換膜)628布置成它可覆蓋住陽極623的表面。設置該離子交換膜628以阻止來自該鍍液噴口624的噴濺流直接撞擊到該陽極623表面上，從而阻止形成在該陽極623表面上的黑膜由于該鍍液而導致的向上巻曲和流出。需要注意的是，該鍍膜區(qū)段的結構不局限于本實施例。
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的中空滾動電機631。通過驅動該中空滾動電機631,該電極區(qū)段630產生弧形移動而不旋轉，即所謂的滾動(平移的轉動)。
該電極區(qū)段630包括多個在B方向延伸的電極元件632 (參見圖28) 和向上敞開的容器633。該多個電極元件632在該容器633內以均一的間距平行布置。每個電極元件632包括電極634，經(jīng)由該電源選擇器開關 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連接到在該設備中的電源702。該離子交換劑635通過布置在該電極634兩側的保持板636而安裝在該電極634上。
根據(jù)該實施例，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，同時饋電電極634b經(jīng)由該電源選擇器開關700連接到該陽極上。例如,當加工銅時，在陰極側發(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,而連接到該陽極的電極634變成饋電電極 634b。這樣,根據(jù)本實施例，該加工電極634a和該饋電電極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饋電電極，而連接到該陽極的電極可用作加工電極。
通過在垂直于該電極元件632縱向方向上這樣交替地設置該加工
電極634a和該饋電電極634b，就不再必要提供用于把電力供應到該襯底W導電薄膜(要加工材料)的饋電區(qū)段，同時該襯底W整個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，通過使由該襯底保持件548保持的襯底掃描一定距離，該距離對應于在相鄰加工電極634a之間的間距整數(shù)倍，則可實現(xiàn)均勻的加工。此外,通過改變施加在電極634之間脈沖波形電壓的正負極，就能溶解該電解產物，同時通過加工多次重復可改進己加工表面的光潔度。
如圖36所示，在每個電極元件632的兩側，在該襯底W和該電極元件632的離子交換劑635之間設置用于供應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 (參見圖29)，從而通過驅動該泵638,預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和該離子交換劑635之間。
根據(jù)該實施例，該容器633充滿從該純水供給噴嘴637供應的液體，在進行電解加工同時該襯底W沉浸在該液體中。在該容器633的外側，設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)過該液體排放槽639流入到該廢液缸(未示出)內。
根據(jù)本實施例,該電源702通過該電源選擇器開關700切換，從而當在該鍍膜區(qū)段520進行鍍膜時，該饋電接觸元件574的饋電元件578連接到該電源702的陰極上，同時該陽極623連接到該電源702的陽極上，同時當在該電解加工區(qū)段530進行電解加工時，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的陽極。
通過該饋電接觸元件574的饋電元件578，可以實現(xiàn)專門地把電力供應給該襯底，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，直接和僅僅通過該卡盤機構570,電力直接供應給該襯底，該襯底與該饋電電極(饋電元件574)接觸的部分很小，也就是說，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，在電解加工期間越過該襯底的加工電極數(shù)目增加,借此在整個襯底表面的加工均勻性和加工速率提高。
此外，盡管在本實施例中，通過該電源選擇器開關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提供單獨的能源。
下面描述利用圖27所示的襯底加工設備、用于加工例如半導體襯底的襯底的一系列工序。首先，在一個盒子內預先把襯底定位，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。該第一傳送機械手506把一個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504，同時把該襯底放置在該襯底載物臺504上。通過該襯底載物臺504的換向機使在該襯底載物臺504上的襯底顛倒，然后通過第二傳送機械手507夾住。驅動該襯底加工單元505的活門打開/關閉汽缸514，以打開該活門513、同時通過第二傳送機械手507從形成在該蓋子511上的開口512把該襯底W插入到該襯底加工單元505內。
在把該襯底傳送到該襯底加工單元505前，該驅動裝置600的旋轉電機被驅動，以使支柱542旋轉一個預定角度，以便把該機頭區(qū)段541 移動到在該電解加工區(qū)段530上方的該電解加工位置Q (參見圖28)。
此外,該可動部件549降低以把該壓力棒556帶到與該卡盤機構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，以向外打開該饋電接觸元件574。
第二傳送機械手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,該可動部件549提升以向內閉合該卡盤機構 570的饋電接觸元件574。這樣，該襯底W通過該饋電接觸元件574定位并保持。該饋電接觸元件574的饋電元件與該襯底W的外圍部分接觸，也就是說，此時，從該電源702到該襯底W的饋電成為可能。驅動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，第二傳送機械手507的把柄從該襯底加工單元505 退出，同時關閉該活門513。
隨后，驅動該驅動裝置600的鉸鏈吊掛式發(fā)動機605，以把該支柱 542旋轉預定角度，以便把保持該襯底W的機頭區(qū)段541移動到位于該鍍膜區(qū)段520上方的該鍍膜位置P。此后，驅動該驅動裝置600的升降電動機，以把該支柱542降低預定距離,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內的鍍液中。此后，該驅動裝置 600的旋轉電機604被驅動，以經(jīng)由在該支柱542上的該轉動軸544使機頭區(qū)段541的轉動軸547旋轉，從而以中等轉速(每分鐘幾十轉)使該襯底W旋轉。然后電流在該陽極623和該襯底W之間經(jīng)過，以在該襯底 W表面上形成銅膜(鍍膜)7 (參見圖15B)。在該鍍膜中，可以把這樣的脈沖電壓施加在該陽極623和該襯底W之間，其中該電位周期地轉到O或者反向電位。
在該鍍膜完成后，該襯底W的旋轉停止，同時驅動裝置600的升降電
動機被驅動以把該支柱542和該機頭區(qū)段541提升預定距離。接著，驅動該驅動裝置600的鉸鏈吊掛式發(fā)動機605，以把該支柱542旋轉預定角度，從而把保持該襯底W的機頭區(qū)段541移動到位于該清潔噴嘴517(噴水器)上方的位置。此后,驅動該驅動裝置600的升降電動機以使該支柱542降低預定距離。接著，驅動該驅動裝置600的旋轉電機604，以使該襯底保持件548以例如100min"速度旋轉，同時清洗液(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和饋電接觸元件574等等，同時用純水替換該鍍液。
在該清潔完成后，該驅動裝置600的鉸鏈吊掛式發(fā)動機605被驅動以使該支柱542旋轉預定角度，從而把該機頭區(qū)段541移動到在該電解加工區(qū)段530上方的該電解加工位置Q。此后,驅動該驅動裝置600的升降電動機，以把該支柱542降低預定距離,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,驅動該中空滾動電機631，以使該電極區(qū) 段630產生滾動,同時驅動滑動電機，以使該襯底W掃描對應于在相鄰加工電極634A之間間距整數(shù)倍的距離。同時純水或者超純水從該純水供給噴嘴637供應在該襯底W和該電極元件632之間，從而把該襯底浸入在該容器633內的液體中。
在電解加工期間,該襯底W的上述掃描操作重復地進行。此外,在每個掃描操作后，該襯底W旋轉一個預定角度，例如20度或者30度。由于該電極形狀和配置、運行條件等等，可降低已加工表面的不均勻性。
該電源選擇器開關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的陰極以及陽極上，從而電壓被施加，同時該電極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
極作為電極634b。一旦圖36所示的所有電極634形成加工電極,則該饋電接觸元件574的饋電元件578連接到該電源702的陽極上，同時該電極 634連接到該陰極上。
通過由該離子交換劑635產生的氫離子以及氫氧根離子作用，可在該加工電極(陰極)634a實現(xiàn)在該襯底W表面上的該導電膜(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和饋電電極634b之間，其中該電位周期地轉到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(應力)的"壓"。因此，本實施例的電解加工區(qū)段530不帶有這樣的按壓機構，例如象在CMP 設備中使用的抵抗襯底而壓拋光元件的機構。在CMP情況中，拋光表面通常在大約20 - 50 kPa壓力下與襯底接觸。另一方面，據(jù)本實施例的電解加工單元,該離子交換劑635可在例如不超過20 kPa壓力下與該襯底W接觸。即使在不超過10kPa壓力下，也能實現(xiàn)足夠去除加工效果。
可代替純水或者超純水而使用通過把電解質加到例如純水或者超純水中而得到的任何電解質溶液。通過利用電解質溶液可降低電阻同時降低降低功率消耗。例如NaCl或者Na2S04的中性鹽溶液、例如HC1
或者H2S04的酸或者例如氨水的堿溶液可用作電解質溶液，同時根據(jù)
該工被加工材料的性能而適當?shù)剡x擇。
在使用電解質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而提供一個接觸元件，而該接觸元件與該襯底W表面上的
導電薄膜(銅膜7)接觸并擦掉該導電薄膜。最好是，該接觸元件本身是可滲透液體的，或者通過提供許多細小孔而形成可滲透液體的，同時也是彈性的，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，該接觸元件可導電或者可離子交換。這種接觸元件的具體實例包括例如泡沬聚氨酯的多孔聚合物、例如無紡布的纖維狀材料、各種波紋細絲帶以及擦洗清潔元件。
在這種情況下，可通過利用含例如硫酸銅或者硫酸銨電解質的電解質溶液作為加工液體，把該銅膜7 (參見圖15B)表面陽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
溶液，以便對該銅膜7的表面螯合(參見圖15B)，從而使該表面脆弱以便于該銅膜7的擦掉。
此外，可以進行復合加工,該加工為例如通過把磨粒加到電解質溶液或者純水的加工液體中或者同時提供加工液體和含磨粒的漿液、利用磨粒的電解加工和機械拋光的組合。
舉例來說，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500iis/cm、優(yōu)選的是不超過50ns/cm、更優(yōu)選的是不超過0.1ns/cm(不小于10MQcm電阻率)的電導率，而該電導率可通過加入表面活性劑而調整。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100ppm。當該液體的電導率值太高時，該電流
效率降低，同時加工速度減小。使用具有不超過500jLis/cm、優(yōu)選的是不超過50ps /cm、更優(yōu)選的是不超過0.1iis /cm電導率的液體可得到希望的加工速率。
當希望以增加的選擇性來只有選擇地去除在該襯底上鍍膜的升高部分時，最好把該電導率調整到不超過50^is /cm、更優(yōu)選的是不超過 2.5^is /cm。
在電解加工完成后，斷開該電源702，同時該電極區(qū)段630的滾動停止。此后,驅動該驅動裝置600的升降電動機以使該支柱542和該機頭區(qū)段541升高預定距離。此后，打開設于該襯底加工單元505上的該活門 513，同時該第二運送機械手507從形成在該蓋子511上的開口512插入到該襯底加工單元505內。第二傳送機械手507把柄然后提升到可接納該襯底W的位置。此后，該可動部件549降低使得該壓棒556與該卡盤機構570的螺母575接觸，從而抵抗該螺旋壓簧576的壓力來下壓該棒 572，以向外打開該饋電接觸元件574，借此該襯底W被釋放并放置在第二傳送機械手507的把柄上。然后，放置襯底W的第二傳送機械手507 的把柄從該襯底加工單元505中退出，同時關閉該活門513。
在該鍍膜和電解加工后接納該襯底W的第二傳送機械手507該襯底W移動到該襯底載物臺504上，并把該襯底W放置在該襯底載物臺 504上。在該襯底載物臺504上的該襯底被該第一傳送機械手506夾持，同時該第一傳送機械手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 用化學液體清潔，同時，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。當在該傾斜-刻蝕/清潔單元503 中清潔后，該襯底W通過該第一傳送機械手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。
事實上，通過在該電解加工區(qū)段530使用本實施例該襯底按壓設備并利用2.5 |Lis/cm、 50ps/cm和500ps/cm導電率的液體，進行襯底的加工。結果,已經(jīng)證實的是，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，具有較低電導率的液體是最好的。用具有普通純水級別的2.5ps /cm電導率的液體得到最好的光潔度。
下面參照圖37和38來詳細描述根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的在襯底加工設備中的襯底加工單元。在下面描述中，與在上述實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通過隔板510分成兩個襯底加工段，即用于進行襯底鍍膜的電鍍區(qū)段520和用于進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?？蓢@軸517a旋轉的清潔噴嘴517布置在該加工空間508內。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口512形成在該罩511的該電解加工區(qū)段 530側的側壁上，同時開口帶有可打開/關閉的活門513。該活門513連接到活門打開/關閉氣缸514。通過驅動該活門打開/關閉氣缸514，該活門513上下移動以便啟閉該開口512。通過這樣密封地關閉該襯底加工單元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中擴散出。
如圖38所示，惰性氣體(凈化氣體)供應端口515設于該罩511上
部，同時例如N2氣體的惰性氣體(凈化氣體)從該惰性氣體供應端口
515供應到該襯底加工單元505內。圓筒形通風管道516設置在該罩511 底部，同時在該加工空間508內的氣體通過該通風管道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)段以及清潔己經(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源，同時清洗液(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，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之間旋轉的旋轉臂540 安裝在該襯底加工單元505內。用于保持該襯底的機頭區(qū)段541垂直地安裝該該旋轉臂540的自由端一側。如圖37所示，通過旋轉該旋轉臂 540，該機頭區(qū)段541可在鍍膜位置P和電解加工位置Q之間移動，其中在鍍膜位置P，在該鍍膜區(qū)段520內進行襯底的鍍膜，而在電解加工位置Q，在該電解加工區(qū)段530進行襯底的電解加工。
該電解加工區(qū)段530包括布置在機頭區(qū)段541下面的盤狀電極區(qū)段 651和連接到該電極區(qū)段651的電源704。
該旋轉臂540可通過旋轉電機652致動而水平地旋轉，其中該旋轉臂540安裝在與該旋轉電機連接的旋轉軸653的上部。該回轉軸653連接到滾珠絲杠654，而該滾珠絲杠654垂直地延伸，以通過驅動用于垂直運動的該電機655而與該旋轉臂540垂直地移動，其中該滾珠絲杠654 連接到該用于垂直運動的電機655上。
圖31為示出了該旋轉臂540和該機頭區(qū)段541主要部分的垂直剖面圖。如圖31所示、該旋轉臂540固定在可旋轉中空支柱542的上端，并
通過該支柱542的旋轉而水平地旋轉。通過軸承543支撐的轉動軸544 穿過該支柱542的中空部分，并可相對于該支柱542旋轉。此外,從動帶輪545安裝在該轉動軸544的上端。
如圖31所示，該機頭區(qū)段541連接到該旋轉臂540，并主要是包括固定到該旋轉臂540上的外殼546、垂直地穿過該外殼546的轉動軸547、用于在其下部表面保持該襯底W的襯底保持件548以及相對于該外殼 546垂直地移動的可動部件549。該襯底保持件548與該轉動軸547的下端連接。
可通過驅動旋轉電機而旋轉的機頭區(qū)段541聯(lián)接到旋轉電機(第一驅動元件)上，用于在通過襯底保持件362保持的襯底W和電極區(qū)段651 之間產生相對運動。如上所述,該旋轉臂540適合于垂直地移動以及垂直地旋轉。該機頭區(qū)段541垂直地移動并隨著該旋轉臂540垂直地旋轉。
用于在該襯底W和該電極區(qū)段651之間產生相對運動的中空電機 656 (第二驅動元件)布置在該電極區(qū)段651下面。驅動端形成在該中空電機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產生滾動(平移轉動)。
圖39為大略地示出了該機頭區(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大的大體上圓盤形的加工電極660、位于該加工電極660周圍部分上的多個饋電電極661以及把加工電極660和該饋電電極661隔開的絕緣體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，而該饋電電極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)本實施例，由于在該電極區(qū)段651和該機頭區(qū)段541之間的尺寸關系，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上形成液體供應孔665，該液體供應孔665用于把純水或者超純水供應到該加工電極660的上表面。根據(jù)本實施例，許多流體供應孔665從該加工電極660中心徑向地布置。該流體供應孔665連接到貫穿該中空電機656中空部分的純水供應管,從而純水或者超純水通過該流體供應孔665供應到該電極區(qū)段651的上表面。
在本實施例中，該加工電極660連接到該電源704的陰極上，同時該饋電電極661連接到該電源704的陽極。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饋電電極，而連接到該陽極的電極可用作加工電極。
在電解加工期間，驅動該旋轉電機以使該襯底W旋轉，同時，該中空電機665被驅動，以使該電極區(qū)段651產生圍繞巻繞中心"0"(參見圖40)的滾動。通過如此使由該機頭區(qū)段541保持的襯底W和該加工電極660在渦旋區(qū)域S內產生相對運動，從而實現(xiàn)了該襯底W整個表面 (銅膜7)的加工。該電解加工區(qū)段的電極區(qū)段651設計成在相對運動期間，該運動中心(根據(jù)本實施例的渦旋運動中心"O")始終在襯底W范圍內。通過這樣使該加工電極660直徑比該襯底W直徑大、并使該加工電極660的運動中心始終在該襯底W范圍內，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，導致整個設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相對運動距
離與該襯底W直徑之和大根據(jù)本實施例為渦旋半徑"e"并小于該襯底 W直徑的兩倍。
由于該襯底W不能用該饋電電極661存在的區(qū)域加工,因此，與另一個區(qū)域相比，其中用該饋電電極661布置外圍部分，該加工速率很低。因此，最好使由該饋電電極661占有的面積(區(qū)域)較小，以降低該饋電電極661對加工速率的影響。從這個觀點上看，根據(jù)本實施例，具有較小面積的多個饋電電極661布置在該加工電極660的外圍部分，同時至少一個饋電電極661被允許在該相對運動期間接近于或者接觸該襯底W。這樣與把環(huán)狀饋電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，來描述通過根據(jù)本發(fā)明襯底加工設備的襯底加工(電解加工)。給定電壓從該電源704施加在該加工電極660和該饋電電極661 之間，以通過由該離子交換劑663,664的酸產生的氫離子或者氫氧根離子作用，在該加工電極(陰極)660對該襯底W表面上導電薄膜(銅膜 7)進行電解加工。該加工在該襯底W朝向該加工電極660的部分上進行。如上所述,通過使該襯底W和該加工電極660產生相對運動，可加工該襯底W的整個表面。同樣如上所述,通過使該加工電極660的直徑比該襯底W的直徑較大，同時使該加工電極660的運動中心"0"始終位于該襯底W范圍內，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，導致整個設備顯著的尺寸減小以及重量減輕。
下面參照圖41來描述包括鍍膜、清潔和電解加工循環(huán)的襯底加工過程。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之間旋轉的旋轉臂540安裝在該襯底加工單元505內。用于保持該襯底的機頭區(qū)段541垂直地安裝該該旋轉臂540的自由端一側。通過使該旋轉臂540旋轉，通過該機頭區(qū)段541保持的襯底可在進行該襯底鍍膜的該鍍膜位置520和進行該襯底電解加工(電解拋光)的電解加工區(qū)段530 之間移動。此外，該清潔噴嘴517設于該襯底加工單元505，從而在鍍膜和電解加工后的襯底可被清潔。
如上面參照圖2所述的那樣，當進行鍍銅以在襯底W表面上形成銅膜時，其中在該襯底W上共同存在微孔3a和寬溝槽4b，則在該微孔3a 內或者在其上面鍍膜的生長得到促進，從而該銅膜7易于在該微孔3a 上升高,導致升高部分的形成。另一方面，在該寬溝槽4b內不可能有具有增強流平性的鍍膜生長。結果,在對應于在微孔3a上方升高部分高度和在寬溝槽4b內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，最好重復地進行鍍膜和電解加工 (電解拋光)。
圖42A到42F為示出了襯底加工過程的圖表，其中重復地進行兩次鍍膜和電解拋光。首先,在該鍍膜區(qū)段520中進行上述襯底W的電解銅鍍膜，以把銅大部分地埋入該微孔3a內。在此階段，升高部分已經(jīng)局部地形成在該微孔3a上方，而該寬溝槽4b還沒有充滿銅(參見圖42A)。
這是由于高圖案密度區(qū)域具有較大表面積，而作為鍍膜促進劑的鍍液中的添加劑在該窄孔內濃縮，借此鍍膜生長在存在該微孔3a區(qū)域得到促進。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進行電解加工，以去除在該微孔 3a上方局部地形成的升高部分(參見圖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再次進行電解鍍膜。當該寬溝槽4b變成完全地充滿銅時，終止該電解鍍膜。在該階段，該寬溝槽4b被完全充滿銅,同時銅膜(鍍膜)7同樣形成在該微孔3a內或者上面(參見圖42D)。在用純水洗滌該襯底后，在該電解加工區(qū) 段530再次進行電解加工。通過第二次電解鍍膜,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，該微孔3a和該寬溝槽4b被裝填(參見圖42E和42F)。舉例來說，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)描述重復地進行兩次鍍膜和電解加工的情況，當然也可以重復地進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。通過這樣重復地多次地進行鍍膜和電解加工，與在一次電解加工階段中對較大高度差變平的情況相比，可以較短時間獲得較平的加工后表面。使用具有低導電率液體的鍍膜和電解加工循環(huán)可阻止在微孔區(qū)域升高部分的過度形成，同時可提供己經(jīng)加工的襯底，其中銅膜以高效率平平地埋入在孔和寬溝槽兩者中。
圖43示出了電解加工區(qū)段變化的簡圖。T該電解加工區(qū)段具有用于對離子交換劑(陽離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)進行還原的還原區(qū)段670a、 670b。
每個還原區(qū)段670a、 670b包括接近于或者接觸該離子交換劑(陽離子交換劑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或者該饋電電極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
應區(qū)段676。當例如襯底W的工件靠近或者接觸該離子交換劑(陽離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)時，用于排放污染物的排放液體 A從該排放液供應區(qū)段676提供到該排放部分675，同時用于電解加工的加工液體B從電解加工液體供應區(qū)段677提供在該隔離物672和該離子交換劑陽離子交換劑671a和/或陰離子交換劑671b)之間，同時電壓從加工電源678施加在作為陰極的該加工電極673和作為陽極的該饋電電極674之間，從而進行電解加工。
在該電解加工期間，在該陽離子交換劑671a，例如待加工材料溶解離子M+的離子吸收在該陽離子交換劑,該離子朝該加工電極(陰極)673 移動，并穿過該隔離物672。通過供應在該隔離物672和該加工電極673 之間的排放液體A的流動，已經(jīng)穿過該隔離物672的該離子M+從該系統(tǒng)中排出。這樣，該陽離子交換劑671a被還原。當陽離子交換劑用作該隔離物672時，該隔離物(陽離子交換劑)672可只允許來自該陽離子交換劑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—朝該饋電電極(陽極)674移動，并穿過該隔離物672。通過供應在該隔離物672和該饋電電極674之間的排放液體A的流動，己經(jīng)穿過該隔離物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。當陰離子交換劑用作該隔離物672 時，該隔離物(陰離子交換劑)672可只允許來自該陰離子交換劑的離子X—穿透。
優(yōu)選的是，具有低導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，具有高電導率(電解溶液)的液體作為排放液供應，其中該排放液在該隔離物672和該加工電極673或者該饋電電極674之間流動。例如NaCl或者Na2S04的中性鹽
水溶液、例如HC1或者H2S04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)段具有用于探測在襯底金屬膜 (銅膜7)-電解加工目標的厚度的傳感器668。包括例如光源單元和光電探測器的光學傳感器可用作該傳感器668。通過從該光源單元朝金屬膜表面發(fā)出光并探測來自金屬膜的反射光，該光學傳感器可探測該金屬膜(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該渦流的強度。可根據(jù)探測到的渦流強度來探測膜厚度。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，在該膜厚度上的變化可從放出的熱的變化來探測。輸入到用于使該機頭區(qū)段或者該電解加工區(qū)段旋轉的驅動電機的電流值隨著該金屬膜-電解加工目標的厚度變化而變化。因此，可以從該電流值的變化來探測膜厚度變化。利用提供這樣的探測金屬膜厚度的裝置，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行該加工。
圖44為示出了設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包括多個清潔噴嘴718和臂狀吹風機 719，其中該多個清潔噴嘴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，而該臂狀吹風機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源上，同時清洗液(例如純水) 從該清潔噴嘴718朝該襯底W下部表面方向噴濺。該吹風機719經(jīng)由一個氣源通道720連接到未示出的氣體供應源，以及干燥氣體(例如空氣
或者N2氣體)從該吹風機719朝著該襯底W下部表面方向噴濺。該吹風機719被設計成可旋轉。
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的轉速提高到例如300 min —、用于干燥。同時,空氣從該吹風機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2000 min —〗速度旋轉。根據(jù)同樣使用空氣吹動的本實施例,這樣高的轉速沒有必要。
該襯底加工單元的結構不局限于上述一種。例如，如圖45所示，可以提供圍繞固定旋轉臂540的該支柱542的多個襯底加工區(qū)段。根據(jù) 圖45所示的實施例，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，從而通過該支柱542的旋轉，該機頭區(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。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，通過供應具有不超過50網(wǎng)/cm電導率的液體，進行電解加工，借此可實現(xiàn)良好的加工，同時具有去除該金屬鍍膜升高部分的增強效果。通過重復一系列工序，即鍍膜、清潔、電解加工和清潔,在該襯底表面微孔上方過度地形成的該金屬鍍膜升高部分可通過電解加工去除，同時把具有良好表面光潔度的銅埋入到微孔和該寬溝槽共同存在的襯底上。
如在上文描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，通過在襯底鍍膜后進行電解加工，通過在該鍍膜襯底和該電極之間供應具有不超過500 ps /cm電導率的液體，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500ps /cm
電導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)濟觀點上看也因此是有利的。
工業(yè)實用性
本發(fā)明涉及一種襯底加工設備和一種襯底加工方法，其中用于對形成在襯底表面上特別是半導體晶片上導熱材料進行加工。
權利要求
1.一種襯底加工設備，包括用于保持襯底的機頭區(qū)段；對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)段用于這樣對在該襯底上至少所述金屬膜進行電解去除加工，即通過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，同時保持該襯底。
2. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，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。
3. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，其中該清潔區(qū)段包括清洗液噴嘴。
4. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，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。
5. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，其中該電解加工區(qū)段通過如下這樣進行該電解加工，即通過把純水、超純水或者具有不超過500ps /cm電導率的液體供應在鍍膜后的該襯底與該電極之間。
6. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，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地進行兩次。
7. 根據(jù)權利要求i的襯底加工設備，其中該鍍膜區(qū)段包括陽極；布置在該陽極和該襯底之間的離子交換劑；以及用于把鍍液供應到該離子交換劑和該襯底之間的鍍液供應區(qū)段。
8. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，其中該機頭區(qū)段包括能打開/ 關閉的進給接觸元件，該元件用于對保持在該機頭區(qū)段下部表面的襯底外圍部分進行保持，并把電力供應到該襯底。
9. 根據(jù)權利要求8的襯底加工設備，其中該進給接觸元件由沿著該機頭區(qū)段圓周方向以預定間隔布置的多個元件組成。
10. 根據(jù)權利要求8的襯底加工設備，其中該進給接觸元件具有由金屬形成的進給元件，該金屬與在該襯底上的金屬膜不反應。
11. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，其中該電解加工區(qū)段具有用于對在該襯底上金屬膜的厚度進行探測的傳感器。
12. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，其中該鍍膜區(qū)段和該電解鍍膜區(qū)段每個均具有電源。
13. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，其中該機頭區(qū)段、該鍍膜區(qū) 段、該清潔區(qū)段以及該電解加工區(qū)段安裝在一個加工單元內。
14. 根據(jù)權利要求13的襯底加工設備，其中該加工單元帶有用于把惰性氣體供應到該加工單元內的惰性氣體供應區(qū)段。
15. 根據(jù)權利要求l的襯底加工設備，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，同時該電源可通過電源選擇器開關可切換地連接到該電解加工區(qū)段或者該鍍膜區(qū)段。
16. —種襯底加工設備，包括用于保持襯底的機頭區(qū)段；對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)段用于這樣對在該襯底上至少所述金屬膜進行電解去除加工，即在液體存在情況下通過把電壓施加在清潔后的襯底和該加工電極之間；其中該機頭區(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，同時保持該襯底。
17. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，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。
18. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該清潔區(qū)段包括清洗液噴嘴。
19. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，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。
20. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該電解加工區(qū)段通過如下這樣進行該電解加工，即通過把純水、超純水或者具有不超過 500ps/cm電導率的液體供應到鍍膜后該襯底和該電極之間。
21. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，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地進行兩次。
22. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該鍍膜區(qū)段包括陽極；布置在該陽極和該襯底之間的離子交換劑；以及用于把鍍液供應到該離子交換劑和該襯底之間的鍍液供應區(qū)段。
23. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該機頭區(qū)段包括能打開/關閉的進給接觸元件，該元件用于對保持在該機頭區(qū)段下部表面的襯底外圍部分進行保持，并把電力供應到該襯底。
24. 根據(jù)權利要求23的襯底加工設備，其中該進給接觸元件由沿著該機頭區(qū)段圓周方向以預定間隔布置的多個元件組成。
25. 根據(jù)權利要求24的襯底加工設備，其中該進給接觸元件具有由金屬形成的進給元件，該金屬與在該襯底上的金屬膜不反應。
26. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該電解加工區(qū)段具有用于對在該襯底上的金屬膜的厚度進行探測的傳感器。
27. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該鍍膜區(qū)段和該電解鍍膜區(qū)段每個均具有電源。
28. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該機頭區(qū)段、該鍍膜區(qū)段、該清潔區(qū)段以及該電解加工區(qū)段安裝在一個加工單元內。
29. 根據(jù)權利要求28的襯底加工設備，其中該加工單元帶有用于把惰性氣體供應到該加工單元內的惰性氣體供應區(qū)段。
30. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，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，同時該電源可通過電源選擇器開關可切換地連接到該電解加工區(qū)段或者該鍍膜區(qū)段。
31. 根據(jù)權利要求16的襯底加工設備，其中該電解加工區(qū)段通過把酸性溶液供應到鍍膜后的襯底和該加工電極之間而進行電解加工。
32. —種襯底加工方法，包括對襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對該襯底清潔；以及如下進行電解去除加工，即通過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500ps / cm電導率的液體供應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進行兩次。
33. —種襯底加工方法，包括對襯底的表面鍍膜；在該鍍膜之后對該襯底表面清潔；通過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清潔后的襯底表面進行電解加工；其中該鍍膜、該清潔和該電解加工至少重復進行兩次。
34. 根據(jù)權利要求33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。
35. 根據(jù)權利要求33的襯底加工方法，其中所述液體為純水或者具有不超過500iis/cm電導率的液體或者電解質溶液。
36. 根據(jù)權利要求33的襯底加工方法，其中所述液體為一種酸性溶液。
37. —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微溝道內；去除不必要的互連件材料并使該襯底表面變平；通過化學機械拋光進一步去除該互連件材料，從而在所述細微溝道上部內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膜。
38. 根據(jù)權利要求37的襯底加工方法，其中該保護膜為多層復合薄膜。
39. 根據(jù)權利要求37的襯底加工方法，其中該保護膜為由無電極電鍍形成。
40. —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微溝道內；去除不必要的互連件材料并使該襯底表面變平；通過電解加工進一步去除該互連件材料，從而在所述細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膜。
41. 根據(jù)權利要求40的襯底加工方法，其中該保護膜為多層復合薄膜。
42. 根據(jù)權利要求40的襯底加工方法，其中該保護膜通過無電極電鍍形成。
43. 根據(jù)權利要求40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，同時通過進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給電極中至少一個之間；把流體供應在該襯底和該加工電極與該進給電極中至少一個之間，其中該離子交換劑布置在其間；以及在該加工電極和該進給電極之間施加電壓。
44. 根據(jù)權利要求43的襯底加工方法，其中該液體為純水或者具有不超過500ps /cm電導率的液體。
45. 根據(jù)權利要求40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，同時借助于進給電極把電力提供到該襯底；把純水或者具有不超過500ias /cm電導率的液體供應在該襯底和該加工電極之間；以及在該加工電極和該進給電極之間施加電壓。
46. —種半導體器件，包括具有用于形成在表面的互連件的細微溝道的襯底，所述細微溝道充滿互連件材料，同時包括多層復合薄膜的保護膜形成在該互連件材料表面上。
47. 根據(jù)權利要求46的半導體器件，其中所述多層復合薄膜包括熱擴散阻止層和氧化阻止層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種襯底加工設備，該設備可通過利用電解加工方法加工襯底，同時把在CMP加工上的負載降低到最小可能的程度。本發(fā)明的襯底加工設備包括電解加工單元(36)，該單元對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所述表面的饋電區(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)中饋電區(qū)段(373)接觸部分上的保持未加工的待加工膜；用于化學和機械地對襯底表面進行拋光的化學機械拋光單元(34)。
文檔編號H01L21/768GK101101861SQ20071013670
公開日2008年1月9日申請日期2003年5月16日優(yōu)先權日2002年5月17日
發(fā)明者安田穗積, 小畠嚴貴, 白樫充彥, 粂川正行申請人:株式會社荏原制作所

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