基片加工方法

专利名称：基片加工方法
技术领域：
本发明涉及一种基片加工方法，并且更具体地说，涉及用于将铜填充到形成于一个半导体基片的表面上的细凹槽中从而形成一个铜互连模式的方法。
背景技术：
近年来，随着生产量的增加和半导体芯片的高度集成化，发展采用具有低电阻率和高电迁移阻力的铜(Cu)作为用于在一个半导体芯片上形成一个互连电路的金属材料、以取代铝或铝合金，这已经引起了人们的注意。这种类型的铜连接通常是通过将铜填充到形成于基片表面上的细凹槽来形成的。用于形成铜连接的方法包括CVD、喷溅和电镀。
图62A至62C表示一个通过一系列步骤进行镀铜以形成铜连接的例子。如图62A所示，一个SiO2绝缘膜2被沉积在一个已经形成一个半导体装置的半导体基片1上的一个导体层1a上。一个接触孔3和用于互连的沟道4利用平板印刷术和蚀刻技术形成于该绝缘膜2上。一个TaN的阻挡层5或类似物形成于接触孔3和沟道4上，并且一个铜籽晶层(copper seedlayer)7进一步形成于其上，以便作为一个用于电镀的电源层。
如图62B所示，在半导体基片W的表面上进行镀铜，以便将铜填充到该半导体基片1的接触孔3和沟道4中并且还在绝缘膜2上沉积一层铜膜6。然后，通过化学机械抛光(CMP)去除绝缘膜2上的铜膜6和阻挡层5，从而使填充到接触孔3和沟道4中用于连接的铜膜6的表面直接位于绝缘膜2的表面上。在这种方法中，形成如图62C所示的一个由镀铜膜6构成的连接。
图63表示一个用于在净化室中执行上述形成连接的步骤的基片处理设备的整体结构。在净化室中，设置有一个绝缘膜形成装置10、一个平板印刷和蚀刻装置12、一个阻挡层形成装置14、一个铜籽晶层形成装置26、一个镀铜装置18、和一个CPM装置20。具有由绝缘膜形成装置10形成的绝缘膜2的基片W容纳在一个基片盒22中，可并且被输送到平板印刷和蚀刻装置12以便进行后续步骤。在被设置在基片盒22中的情况下，具有在平板印刷和蚀刻装置12中形成的用于连接的接触孔3和沟道4的基片W被输送到阻挡层形成装置14，以便进行后续步骤。在被容纳在基片盒22中的情况下，在各装置中被处理的基片W被输送到后续步骤，从而顺序执行连接形成步骤。
图64示意性地表示一个用于上述类型的镀铜的传统镀铜装置的总体结构。该镀铜装置包括一个向上开口并在其内装有电镀液的柱状镀槽602，和一个适于可拆卸地保持一个基片W的可旋转基片保持件604，以便使一个面朝下并将基片W置于一个封闭镀槽602的上端开口部分的位置上。在镀槽602内部，一个浸入到电镀液600中作为一个阳极的平板状阳极板(阳极)606被水平放置，并且基片W的籽晶层被作为阴极。该阳极板606包括一个铜板或铜球的集合。
一个具有安装在内侧的泵608的电镀液供应管610被连接到镀槽602的底部中心。在镀槽602的外侧放置电镀液容器612。而且，已经流入电镀液容器612中的电镀液通过一个电镀液返回管614返回到泵608中。
由于采用这种结构，基片W被基片保持件604面朝向地保持在镀槽602的顶部，并且在这种状态下被旋转。以一个加在阳极板606(阳极)和基片W的籽晶层(阴极)之间的预定电压驱动泵608，以便将电镀液600引入镀槽602，从而使在阳极板606和基片W的籽晶层之间形成电镀电流以便在基片W的下表面上形成一个镀铜膜。
这时，已经溢流出镀槽602的电镀液600被电镀液容器612回收，并且再循环。
在半导体制造过程中铜易于扩散到二氧化硅膜中，使二氧化硅膜的绝缘性恶化，并且在输送、存储和基片处理步骤中导致交叉污染。铜还可能污染净化室的内部。
更详细地说，具有形成于其上的铜籽晶层基片在被设置在基片盒中的情况下被输送到镀铜装置，具有在镀铜装置中形成的铜膜的基片在被放入基片盒的情况下被输送到CMP装置。因此，粘附到基片上的非常活跃且对于其它步骤有害的铜粒子和铜离子易于扩散到净化室中。
当通过采用镀铜装置将一个镀铜膜沉积在基片的表面上时，基片籽晶层中心和阳极之间的电压与基片籽晶层周围和阳极之间的电压不一致，这是因为形成于基片表面的铜籽晶层的电阻造成的。因此，基片周围上的镀铜膜的膜厚大于基片中心处的镀铜膜的膜厚。
当用一个抛光装置对在基片周围比中心处更厚的镀铜膜进行抛光时，镀铜膜在基片周围处保持未抛光，或者在中心处镀铜膜被过分刮擦，该现象称为凹陷。
阳极和基片之间的距离可以充分延长以增加电镀液自身的电阻，从而减小铜籽晶层的电阻的影响。该措施可以使镀铜膜的膜厚更加均匀，但导致设备变大。

发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的。其目的是提供一种基片处理方法，该方法可以将镀铜膜更均匀地沉积到基片表面上；其可以将多余的镀铜膜抛光掉而不会留下未刮擦的部分或导致凹陷；并且其可以防止来自形成在基片表面上的铜膜的有害铜，例如来自铜籽晶层或铜膜的有害铜使净化室内部被污染。
根据本发明的一个方案，提供一种将金属填充到基片表面上的细沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池、一个阳极和一个调节电磁场的虚阳极(Virtual anode)；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中；产生电磁场；通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜，其中，利用虚阳极调节电磁场，以便在基片中心部分和周围部分之间的电镀膜的厚度差被最小化；从电镀池中移出基片；在电镀设备中洗涤和干燥该基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在第二基片保持件中；通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜，其中，在中心部分和周围部分将基片压到抛光表面上的压力被调节；在抛光设备中洗涤和干燥该基片；并且从抛光设备输送基片。
根据本发明的另一个方案，提供一种用于将金属填充到一个基片表面的沟道中的方法，包括提供一个电镀设备；提供一个抛光设备，该抛光设备具有一个基片保持件，用于保持该基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上；在基片上形成一个阻挡层；将具有阻挡层的基片输送到电镀设备；将基片保持在电镀设备的第一电镀液中；用第一电镀液将第一层电镀到阻挡层的整个表面上；将基片保持在电镀设备中的第二电镀液中；用第二电镀液将金属填充到由第一层覆盖的沟道中，并在基片表面上形成金属的第二电镀层；在电镀设备中洗涤并干燥基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在基片保持件中；通过将基片压向抛光表面对第二电镀层进行抛光，其中，在中心部分和周围部分将基片压向抛光表面的压力被调节；在抛光设备中洗涤并干燥基片；并且从抛光设备输送基片。
根据本发明的另一个方案，提供一种将金属填充到基片表面的沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池和一个阳极；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；通过在电镀单元或无电敷镀单元中沉积附加的金属对籽晶层进行加强；将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中；产生电磁场；通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜；从电镀池中移出基片；在电镀设备中洗涤和干燥该基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在第二基片保持件中；通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜，在抛光之后盖镀(cap-plating)第二金属，以便在被抛光的基片的镀膜上形成一个保护镀层；洗涤并干燥该基片。
根据本发明的另一个方案，提供一种将金属填充到基片表面的沟道中的方法，包括提供一个敷镀设备；提供一个抛光设备，该抛光设备具有一个用于保持基片的基片保持件，以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上；在基片上形成一个阻挡层；将具有阻挡层的基片输送到敷镀设备；将基片保持在敷镀设备的第一敷镀液中；用电镀设备中的第一敷镀液在阻挡层的整个表面上无电敷镀一个第一层；将基片保持在敷镀设备的第二敷镀液中；在基片和阳极之间产生一个电磁场；用第二敷镀液将金属填充到被第一层覆盖的沟道中，并在基片表面上形成金属的第二镀层；在敷镀设备中洗涤和干燥基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在基片保持件中；通过将基片压向抛光表面对第二镀层抛光，其中，在中心部分和周围部分将基片压向抛光表面的压力被调节；在抛光设备中洗涤并干燥基片；从抛光设备输送基片。
本发明的上述和其它目的、特征及优点将由下面的结合符合的描述变得更加清楚，附图以举例的方式表示本发明的优选实施例。


图1是表示根据本发明的基片加工设备的整体结构的示意图；图2是一个敷镀装置的整体布局图；图3是表示敷镀装置的装载/卸载部分的示意图；图4是该敷镀装置的敷镀单元的示意剖视图；图5是该敷镀装置的基片清洗装置的示意图；图6是表示该敷镀装置的基片清洗装置的另一个例子的示意剖视图；图7是一个CMP装置的整体布局图；图8是表示该CMP装置的一个顶圈和一个抛光台之间的关系的示意图；
图9是表示该CMP装置的一个顶圈和一个抛光台之间的关系的剖视图；图10是表示图9所示的顶圈的垂直剖视图；图11是图9所示的顶圈的底视图；图12A至12E是表示该CMP装置的一个顶圈中的接触件(中心袋和环形管)的其它例子的垂直剖视图；图13是表示该CMP装置的一个顶圈中的接触件(中心袋和环形管)的另一个例子的垂直剖视图；图14A和14B是表示该CMP装置的一个顶圈中的接触件(中心袋和环形管)的其它例子的垂直剖视图；图15是表示该CMP装置的另一个顶圈的垂直剖视图；图16是表示该CMP装置的一个顶圈中的接触件(中心袋和环形管)的又一个例子的垂直剖视图；图17是表示一个基片输送箱的平面图；图18是表示基片输送箱的正视图；图19是表示基片输送箱的一个不同的例子的剖视平面图；图20是沿图19的A-A线的剖视图；图21是不同的基片输送箱的正视图；图22是不同的基片输送箱的底视图；图23是关于该不同的基片输送箱的使用状态的说明的示意图；图24是表示基片输送箱的另一个不同例子的剖视平面图；图25是沿图24的B-B线的剖视图；图26是表示该基片加工设备的整体结构的另一个例子的示意图；图27是表示该基片加工设备的整体结构的又一个例子的示意图；
图28是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的一个例子的示意剖视图；图29是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图30是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图31是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图32是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图33是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图34是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图35是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图36是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图37是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图38是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图39是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；
图40是表示具有膜厚分布调节功能的镀铜装置的另一个例子的示意剖视图；图41是表示一个具有抛光量调节功能的CMP装置的例子的透视图；图42是图41的纵向剖视正视图；图43A和43B是表示图42的一个变例的示意图，图43A是平面图；图43B是纵向剖视图正视图；图44是表示该具有抛光量调节功能的CMP装置的另一个例子的透视图；图45是图44的纵向剖视正视图；图46是图45的一个平面图；图47是表示基片加工设备的另一个例子的平面设计图；图48是表示基片加工设备的又一个例子的平面设计图；图49A至49E是关于两阶段敷镀的说明的示意图；图50是关于图49A至49E的一个变例的说明的示意图；图51是表示测量铜籽晶层的电阻以便控制镀铜装置和CMP装置的一个例子的框图；图52是表示同时作为铜籽晶层电阻测量端子和阴极的一个电端子部件的例子的剖视图；图53是表示图52的一部分的透视图；图54A至54C是电端子的不同例子的剖视图；图55A和55B是关于具有不同的电端子部件的一个对中机构的说明的剖视图；图56是关于使用图52中所示电端子部件的铜籽晶层电阻测量的说明的示意图；
图57是关于另一种测量铜籽晶层电阻的方法的说明的示意图；图58A和58B是关于测量铜籽晶层电阻的又一种方法的说明的示意图；图59A至59C是关于测量铜籽晶层电阻的又一种方法的说明的示意图；图60是表示同时作为铜籽晶层电阻测量端子和阴极的电端子部件的另一个例子的剖视图；图61是关于使用图60中所示电端子部件测量铜籽晶层电阻的说明的示意图；图62A至62C是表示通过在一系列步骤中镀铜形成一个铜连接的例子的示意图；图63是表示一个传统的基片加工设备的整体结构的示意图；图64是表示一个传统的敷镀装置的示意剖视图；图65是一个基片敷镀设备的例子的平面图；图66是表示在图65所示的基片敷镀设备中的气流的示意图；图67是表示在图65所示的基片敷镀设备中的局部气流的剖视图；图68是图65中所示的基片敷镀设备的透视图，该设备被设置在一个净化室中；图69是基片敷镀设备的另一个例子平面图；图70是基片敷镀设备的又一个例子的平面图；图71是基片敷镀设备的又一个例子的平面图；图72是表示半导体基片加工设备的一个平面结构的例子的示意图；图73是表示半导体基片加工设备另一个平面结构的例子的示意图；图74是表示半导体基片加工设备又一个平面结构的例子的示意图；
图75是表示半导体基片加工设备又一个平面结构的例子的示意图；图76是表示半导体基片加工设备又一个平面结构的例子的示意图；图77是表示半导体基片加工设备又一个平面结构的例子的示意图；图78是表示在图77所示的半导体基片加工设备中各个步骤的流程的示意图；图79是表示一个坡口(bevel)和背侧清洗单元的例子的示意结构的示意图；图80是表示一个无电敷镀设备的例子的示意结构的示意图；图81是表示无电敷镀设备的另一个例子的示意结构的示意图；图82是一个退火单元的例子的垂直剖视图；图83是表示该退火单元的横向剖视图；图84是表示另一个敷镀单元的平面图；图85是沿图84的A-A线的剖视图；图86是一个基片保持件和一个阴极部分放大剖视图；图87是一个基片保持件的正视图；图88是一个阴极部分的剖视图；图89是一个电极臂的平面图；图90是图89的纵向剖视正视图；图91是沿图89的E-E线的剖视图；图92是以放大的方式表示图91的一部分的放大示意图；图93是一个状态的平面图，其中，电极臂的一个电镀部分的壳体已经被去除；图94是表示籽晶层的加强步骤的流程的流程图；
图95A至95C表示在一系列步骤中通过对一个基片表面进行敷镀形成由铜构成的连接，然后可选择地在连接上形成一个保护层。
具体实施例方式
现在将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述，它不构成对本发明的限制。
图1表示根据本发明的一个实施例的基片加工设备的整体结构。在一个净化室中，设置有一个绝缘膜形成装置10、一个平板印刷和蚀刻装置12、一个阻挡层形成装置14、一个铜籽晶层形成装置16、一个镀铜装置18和一个CMP装置20。如图62A以这样的顺序在基片W的表面上，利用绝缘膜形成装置10形成一个绝缘膜2，利用平板印刷和蚀刻装置12形成用于连接的一个接触孔3和一个沟道4，利用阻挡层形成装置14形成一个阻挡层5，并且利用铜籽晶层形成装置16形成一个铜籽晶层7。利用镀铜装置18对基片W的表面镀铜以形成一个铜膜6，如图62B所示。然后，利用CMP装置20在基片W的表面上进行化学机械抛光，以便形成一个由图62C所示的铜膜6构成的连接。
用于在基片W表面上形成铜籽晶层7的铜籽晶层形成装置16，用于通过对基片W的表面镀铜形成铜膜6的镀铜装置18，以及用于处理暴露出铜膜6的基片W的CMP装置20在净化室中被分隔壁分开，并且也与净化室隔开。具有暴露于其表面上的铜籽晶层7或铜膜6的基片W被设置在一个基片盒22中。该基片盒22被设置在一个基片输送箱24中，并且由基片输送箱24与基片盒22一起将基片W在密封状态下被输送到下一步骤。即，在基片W被装在基片盒22中且基片盒22被密封在基片输送箱24中的状态下，进行基片W从铜籽晶层形成装置16向镀铜装置18的输送，基片W从镀铜装置18向CMP装置20的输送，和基片W从CMP装置20的输送。即，在基片W与净化室隔开的状态下进行这些输送活动。
图2表示镀铜装置18的整体结构。该敷镀装置18被设置在一个被分隔壁分开的矩形设备26中，并且适于连续地执行半导体基片的镀铜。该设备26被一个分隔壁28分隔成一个敷镀空间30和一个清洗空间32，并且敷镀空间30和清洗空间32能够分别独立地吸入和排出空气。分隔壁28设有一个可开/关的闸板(未示出)。清洗空间32的压力低于大气压，且高于敷镀空间30的压力。因此，清洗空间32内的空气不会流到设备26之外的清洗室中，并且敷镀空间30内的空气不会流入清洗空间32。
一个用于放置装有基片盒22的基片输送箱24的装载/卸载部分35、和两个用于以纯净水清洗(冲洗)被敷镀的基片并干燥被清洗的基片的清洗/干燥装置27被设置在清洁空间32内。进一步设有一个用于输送基片的固定和可旋转的第一输送装置(四轴机械手)29。所用的该清洗/干燥装置27的类型例如为，具有用于同时向基片的表面侧和背侧供应超纯水的清洗液供应嘴，并且以高速旋转该基片以使其脱水并干燥。
在敷镀空间30内，设有两个在敷镀之前用于对基片进行预处理、且通过一个翻转机构31将基片的上侧翻转朝下的预处理单元33；四个用于在基片面朝下的表面上镀铜的敷镀单元34；和两个用于放置和保持基片的第一基片台36a和36b。还设有一个用于输送基片的自推进、可旋转的第二输送装置(四轴机械手)38。
在清洗空间32中，设置有两个基片清洗装置40，用于以一种化学溶液、例如一种酸溶液或氧化剂溶液清洗被敷镀的基片；和两个位于基片清洗装置40和清洗/干燥装置27之间的第二基片台42a和42b。在介于两个基片清洗装置40之间的位置上，设有一个用于输送基片的固定、可旋转的第三输送装置(四轴机械手)44。
第一基片台之一36b和第二基片台之一42b可以允许用水洗涤基片，并且分别设有一个用于将基片上侧翻转向下的翻转机构31。
第一输送装置29适于输送放置并装在装载/卸载部分35、清洗/干燥装置27和第二基片台42a、42b中的基片盒22之中的基片。该第二输送装置38适于输送在第一基片台36a、36b、预处理单元33和敷镀单元34之中的基片。第三输送装置4适于输送第一基片台36a、36b、基片清洗装置40和第二基片台42a、42b之中的基片。
在设备26内部，一个用于容纳一调节—操作基片的容器46被包括在第一基片台36a下面。第二输送装置38适于从容器46中抽出调节—操作基片，并且在一个调节操作结束后将该基片返回到容器46中。按照这种方式，该用于容纳调节—操作基片的容器46被设置在设备26内，因此使其可以防止污染或与为了一个调节操作从外部引入该调节—操作基片有关的生产量的减少。
容器46的放置位置可以是设备26中的任何位置，只要其是一个允许调节—操作基片可以被任何输送装置退回并容纳起来的位置就可以。通过将容器46置于第一基片台36a附近，可以启动一个采用调节操作基片的调节操作以进行预处理，随后进行敷镀，并且该基片在清洗/干燥之后可以被返回到容器46中。
用于进行预处理以增加基片的电镀可湿性的预处理单元可以被省略。或者，可以安装用于进行预镀以在进行敷镀之前加强形成在基片上的铜籽晶层的预镀单元，以代替敷镀单元之一或预处理单元之一。在这种情况下，代替预处理单元，安装有用于在预镀和敷镀和/或敷镀后之间以水进行洗涤的水洗单元。
所用的输送装置29是一个具有两个落入手(drop-in hands)，其中位于上侧的一个是干燥手，位于下侧的另一个是湿润手。所用的输送装置38、44每一个具有两个落入手，它们都是湿润手。然而，不言而喻，这种输送装置并非限定性的。
下面，将概述敷镀装置18中的基片流程。该基片被装在基片盒22中，其表面(半导体装置形成侧、或加工侧)朝上，并且该基片盒22被装在基片输送箱24中。在这种情况下，该基片被输送并放置在装载/卸载部分35中。第一输送装置29从基片盒22中抽出基片，将其移向第二基片台42a，并且将其放置于第二基片台42a上。第三输送装置44将第二基片台42a上的基片输送到第一基片台36a。然后，第二输送装置38从第一基片台36a接收基片，并将其传递给预处理单元33。在由预处理单元33完成预处理后，翻转机构31将基片上侧翻转朝下，使基片表面朝下。被翻转的基片被再次传递给第二输送装置38。第二输送装置38将基片传递给敷镀单元34的一个敷镀头。
在基片于敷镀单元34中被敷镀并脱去敷镀液之后，该基片被传递给第二输送装置38，该第二输送装置38将基片带至第一基片台36b。该基片被第一基片台36b的翻转机构31翻转，使其表面侧朝上。在该翻转状态下，基片被第三输送装置44移向基片清洗装置40。已经被化学溶液清洗、用纯净水冲洗并旋转取出该基片清洗装置40的基片，被第三输送装置44带至第一基片台42b。然后，该第一输送装置29从第一基片台42b接收该基片，并且将基片输送到清洗/干燥装置27，清洗/干燥装置27用纯净水冲洗该基片并将其旋转干燥。被旋转干燥的基片被第一输送装置29输送并返回到被输送到装载/卸载部分35的基片输送箱24内的基片盒22中。
这里，由预处理单元进行的预处理可以被省略。当安装有预敷镀单元时，从基片盒抽出的基片被预镀单元进行预镀，并且在水洗步骤之后或者不经过水洗步骤，该基片被敷镀单元敷镀。在敷镀之后，对该基片进行水洗步骤或者不进行水洗步骤，并且输送到第一清洗装置。
图3是表示装载/卸载部分35的示意图。该装载/卸载部分35设有放置装有基片盒22的基片输送箱24的台子50。当基片输送箱24被设置在台子50的一个提升架52上时，该提升架52和基片输送箱24的底板24a被锁在一起。底板24a被安装在基片输送箱24的底部上，以便封闭基片输送箱24的底部开口。然而，与提升架52和底板24a的锁定同时，台子50和基片输送箱24相互紧密接触，并且底板24a从基片输送箱24上被释放，成为自由状态。
提升架52被连接到一个提升机构54上，并且放置基片盒22的底板24a一旦从基片输送箱24中被释放而变为自由，则与提升架52成一整体地上下移动。当确定该提升架52和底板24a已经被锁定时，使该提升架52下降，并且放置基片盒22的底板24a向下移动，从而使得可以从基片盒22中抽出基片W。
图4表示敷镀单元34，其主要包括一个装有敷镀液60的大致呈柱状的敷镀槽62，和一个位于敷镀槽62之上且适于保持基片W的敷镀头64。图4表示敷镀单元34处于敷镀位置的状态，在所述敷镀位置上，基片W被敷镀头64所保持并且敷镀液60的液体高度上升。
敷镀槽62具有一个朝上开口且具有一个置于底部的阳极66的敷镀室68，和一个容纳敷镀室68中的敷镀液60的敷镀容器70。在敷镀容器70的内周壁上，沿周向等间距地设置有向敷镀室68的中心水平突出的敷镀液喷嘴72。这些敷镀液喷嘴72与一个在敷镀容器70中垂直延伸的敷镀液供应通道连通。
一个设有许多例如大约3mm的孔的冲孔板74被设置在敷镀室68中的阳极66之上的一个位置上，以便防止形成在阳极66表面上的黑膜被敷镀液60携带并流出。
敷镀容器70还设有一个第一敷镀液排出口76，用于从敷镀室68的底部周边将敷镀室68中的敷镀液排出；一个第二敷镀液排出口80，用于排出已经溢流过设置在敷镀容器70上端部中的挡坝部件78的敷镀液60；和一个第三敷镀液排出口82，用于在溢流出挡坝部件78之前排出敷镀液。流过第二敷镀液排出口80和第三敷镀液排出口82的敷镀液在敷镀容器70的下端部混合并被排出。
由于采用该结构，当敷镀过程中敷镀液供应量很大时，敷镀液被通过第三敷镀液排出口82排出到外面，并且同时导致溢流过挡坝部件78并通过第二敷镀液排出口80排出到外面。当敷镀过程中敷镀液供应量较小时，敷镀液通过第三敷镀液排出口82排出到外面，并且同时导致通过一个设置在挡坝部件78中的开口，并且通过第二敷镀液排出口80排出到外面。这些设计可以容易适应敷镀液量的大小。
在敷镀室68的内周附近设有一个垂直流量调节圈84和一个水平流量调节圈86，水平流量调节圈86的外周端部固定到敷镀容器70上。流量调节圈84和86用于通过在敷镀室68中被分成上下部液流的敷镀液60的液流来提高敷镀液表面的中心，以便使下部液流平滑，并且使电流密度的分布更加均匀。
敷镀头64具有一个可旋转、位于底部的柱状壳体90，其向下开口并且在其周壁上具有一个开口88、和垂直可动的压杆94，所述压杆94具有一个连接到其下端上的压圈92。
该壳体90被连接到一个电机96的输出轴98上，并且适于利用电机96的驱动进行旋转。压杆94被沿着环形支撑架108的圆周方向悬挂在预定位置上，所述环形支撑架108由一个轴承可旋转地支撑在一个滑动件104的下端，所述滑动件104可借助固定在一个围绕电机96的支撑件100上的导向缸102的促动向上和向下运动。因此，该压杆94根据导向缸102的促动向上和向下运动，并且当基片W被保持时适于与壳体90成一整体地旋转。
支撑件100被安装在一个滑动基座114上，滑动基座114螺纹连接到滚珠丝杠112上并且与其成一体地上下运动，滚珠丝杠112随着电机110的驱动旋转。而且，支撑件100被一个上壳体116所包围，并且与上壳体116一起随着电机110的驱动上、下运动。在敷镀过程中围绕在壳体90周围的下壳体118被安装到敷镀容器70的上表面上。
图84至93表示敷镀单元2012的另一个实施例。该敷镀单元2012如图84所示设有一个基片处理部分2020，用于执行敷镀处理及其附带的处理。一个用于容纳敷镀液的敷镀液盘2022与基片处理部分2020相邻设置。还设置有一个电极臂部分2030，该电极臂部分2030具有一个电极部分2028，该电极部分2028设置在可绕一个旋转轴2024摆动的臂2026的自由端并且在基片处理部分2020和敷镀液盘2020之间摆动。而且，一个预涂覆/回收臂2032和一个用于向基片喷射纯净水或化学液体、例如离子水进而还有气体等的固定喷嘴2034被沿基片处理部分2020横向设置。在该实施例中，设置有三个固定喷嘴2034，并且其中的一个被用于供应纯净水。
基片处理部分2020，如图85和86所示，具有一个用于保持基片使其被敷镀的表面朝上的基片保持件2036，和一个位于基片保持件2036之上以便包围基片保持件2036的周部的阴极2038。而且，设有一个围绕在基片保持件2036周部、用于防止各种在处理过程中使用的化学液体的散射的大体呈圆柱形的底罐2040，以便可通过一个气缸2042垂直运动。
基片保持件2036适于被气缸2044在一个下部基片输送位置A、一个上部敷镀位置B和一个介于它们之间的预处理/清洗位置C之间提升和下降。该基片保持件2036还适于借助一个旋转电机2046和一个皮带2048以任意加速度和任意速度与阴极部分2038成一整体地旋转。一个基片输入和输出开口(未示出)面对基片输送位置A设置在敷镀单元2012的一个侧面上。当该基片保持件2036被升至敷镀位置B时，阴极部分2038的密封件2090和阴极2088(下面将要说明)与被基片保持件2036保持的基片W的周边部分接触。另一方面，罐2040具有一个位于基片输入和输出开口下面的上端，并且当罐2040上升时，罐2040的上端到达阴极部分2038之上的一个位置封闭基片输入和输出开口，如图86中的虚线所示。
敷镀液盘2022用于当未进行敷镀时用敷镀液湿润由敷镀液浸渍的材料2110和电极臂部2030的一个阳极2098(后面将要说明)。
如图87所示，基片保持件2036具有一个圆盘状的基片台2068和六个间隔设置在基片台2068外周边缘上的垂直支撑臂2070，用于将基片W保持在支撑臂2070的各上表面中的一个水平面上。卡指2076可旋转地安装在支撑臂2070的上端，用于向下压基片W并且夹住基片W的外周边缘。
卡指2076分别具有与压力销2080的上端相连的下端部，所述压力销2080通常被盘簧2078向下促动。当压力销2080被向下移动时，卡指2076径向向内旋转到一个封闭位置。一个支撑板2082被设置在基片台2068之下，用于与开口销2080的下端配合并将它们向上推。
当基片保持件2036位于如图85所示基片输送位置A时，压力销2080被支撑板2082啮合并且向上推动，从而使卡指2076向外旋转并打开。当基片台2068被抬起时，开口销2080在盘簧2078的回复力的作用下下降，从而使卡指2076向内旋转并关闭。
如图88所示，阴极部分2038包括一个固定到安装于支撑板2082周边上的垂直支撑柱2084上端的环形架2086(参见图87)，多个安装到环形架2086的下表面上并且向内突出的阴极2088，和一个安装在环形架2086的一个上表面上、盖住阴极2088的上表面的环形密封件2090。该密封件2090适于具有一个向内、向下倾斜并逐渐薄壁化的内周边缘部分，并且具有一个向下悬挂的内周端部。
当基片保持件2036已经升至敷镀位置B时，如图86所示，阴极2088被压在基片保持件2036保持的基片W的外周边缘部分上，从而允许电流通过基片W。同时，密封件2090的一个内周端部在压力下与基片W周边的上表面接触，以水密封方式密封其接触部分。结果，防止供应到基片W上表面(被敷镀的表面)上的敷镀液从基片W的端部渗出，并且防止敷镀液污染阴极2088。
如图89至93所示，电极臂部分2030的电极头2028包括一个通过球轴承2092连接到摆动臂2026的自由端上的壳体2094，一个围绕壳体2094的柱状支撑架2096，和一个通过将周边部分夹在壳体2094和支撑架2096之间而被固定的阳极2098。该阳极2098盖住壳体2094的一个开口，壳体2094具有一个在其内确定的抽吸室2100。在抽吸室2100中，设有一个连接到从敷镀液供应单元(未示出)延伸出来的敷镀液供应管2102上的径向延伸的敷镀液引入管2104，并且保持在与阳极的上表面邻接。一个与抽吸室2100连通的敷镀液排出管2106被连接到壳体2094上。
如果敷镀液引入管2104为集管结构，则敷镀液引入管2104将有效地向带敷镀的表面均匀供应敷镀液。特别是，敷镀液引入管2104具有一个在其纵向上连续延伸的敷镀液引入通道2104a，和多个沿敷镀液引入通道2104a按给定间距隔开且由此向下延伸与之连通的敷镀液引入口2104b。阳极2098具有多个在其中限定在与敷镀液引入口2104b相应的位置上的敷镀液供应口2098a。该阳极2098还具有多个垂直延伸且形成在其整个区域上的通孔2098b。从敷镀液供应管2102引入敷镀液引入管2104的敷镀液流过敷镀液引入口2104b和敷镀液供应口2098a到达阳极2098之下的一个位置。随着将阳2098极浸入到敷镀液中，该敷镀液排出管2106被排空，以便将敷镀液经过通孔2098b和抽吸室2100从敷镀液排出管2106排放到阳极2098之下。
在该实施例中，包括吸水材料并覆盖阳极2098整个表面的敷镀液浸渍材料2110被安装到阳极2098的下表面上。敷镀液浸渍材料2110浸渍有敷镀液，以便湿润阳极2098的表面，从而防止黑膜由于干燥和氧化落到基片的被敷镀表面上，并且当敷镀液在基片的被敷镀表面和阳极2098之间流动时同时有利于空气溢出到外部。
敷镀液浸渍材料2110同时具有保持液体和使液体从其中通过的功能，并且具有优异的耐化学性。具体地，该敷镀液浸渍材料2110对于包含高浓度硫酸的酸性敷镀液具有抗蚀性。敷镀液浸渍材料2110例如包括聚丙烯纺织物，以防止硫酸溶液中的杂质的洗提对敷镀效果(敷镀速度、抵抗和填充特性)造成恶劣影响。敷镀液浸渍材料2110可以包括聚乙烯、聚脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯和这些材料的衍生物中的至少一种材料，而不采用聚丙烯。无纺织物或海绵状结构可以用于代替纺织物。可以利用由铝土和SiC等制成的多孔陶瓷和熔结聚丙烯。
设置多个在下端分别具有一个头部的固定销2112，使该头部被设置在敷镀液浸渍材料2110中以便不能被向上释放，并且一个轴部刺入到阳极2098的内部，并且固定销2112被U形板簧2114向上促动，从而敷镀液浸渍材料2110借助板簧2114的回复力与阳极2098的下表面紧密接触并安装到阳极2098上。采用这种设计，即使当阳极2098的厚度随着敷镀的过程逐渐减小，敷镀液浸渍材料2110也可以可靠地与阳极2098的下表面紧密接触。因此，其可以防止空气进入到阳极2098的下表面和敷镀液浸渍材料2110之间而引起敷镀不良。
当浸渍材料2110具有足够强度、例如为一个多孔陶瓷时，不需要使用用于固定浸渍材料的销便可以将阳极置于浸渍材料之上。
当基片保持件2036在敷镀位置B上时(参见图86)，电极头2028被下降直到由基片保持件2036保持的基片W和敷镀液浸渍材料2110之间的间隙达到例如大约0.5至3mm为止。然后，从敷镀液供应管2102供应敷镀液，以便填充基片W的要敷镀的上表面和阳极2098之间的间隙，而同时由敷镀液浸渍敷镀液浸渍材料2110，从而敷镀基片W的上表面。
图5是基片清洗装置40的一个示意图。如图5所示，基片W、例如一个具有一个形成于除其表面周边部分之外区域中的电路的基片，被旋转夹头120在沿着周边部分的圆周方向的多个位置上夹住，并且被一个基片保持件122水平保持。因此，该基片W适于以高速水平旋转。该基片也可以被一个保持机构垂直保持，不过在这里将对其水平保持进行说明。一个中心喷嘴124被向下设置在被基片保持件122保持的基片W的表面的大致中心部分之上，并且一个边缘喷嘴126被向下设置在基片表面的周边部分之上。而且，两个背侧喷嘴128和130被向上设置于基片W背侧的大致中心部分之下。基片的周边部分是指在基片周边的一个未形成电路的区域，或者是指在基片周边的已经形成了电路但最终不用作芯片的区域。中心喷嘴124可以被安装在基片表面的中心和周边部分之间的所需位置上，但是从喷嘴供给的溶液被供应到基片的中心。基片的中心优选地是指基片直径的20％以内，更优选地是指基片直径的10％以内。类似地，背侧喷嘴128、130可以被安装在基片背侧的中心和周边部分之间的所需位置上，但是从喷嘴供给的溶液优选供应给基片的中心。
如图6所示，可以设有一个背侧喷嘴128，并且边缘喷嘴126可以垂直运动或沿基片W的径向水平运动，以便在水平方向上可以调节从基片W起的高度H或运动宽度L的范围。而且，基片保持件122的外周可以被一个防水盖132包围。此外，一个固定喷嘴(未示出)可以被安装在一个防水盖132的装置内侧表面等上，并且可以根据需要将纯净水、去离子水或其它化学溶液(酸溶液、碱溶液、表面活性剂或抗蚀剂)供应给基片。
下面，将说明采用这种清洗装置的清洗方法。
首先，基片W与基片保持件122成一整体地水平旋转，而这时基片W是被基片保持件122通过旋转夹头120水平保持的。在这种状态下，从中心喷嘴124将酸溶液供应到基片W表面的中心。即使在基片W表面上的电路形成部分上已经形成了铜的自然氧化膜，当基片W旋转时，这种自然氧化膜也会立即被散布到基片W整个表面上的酸溶液去除掉。因此，自然氧化膜不会成长。对于该酸溶液，例如可以采用通常被用于半导体装置制造工艺的清洗步骤中的盐酸、氢氟酸、硫酸、柠檬酸和草酸中的任何一种或它们的组合。然而，酸溶液可以是任何非氧化性酸。氢氟酸可以用于清洗基片W的背侧(后面将要说明)，并且因此优选对于不同目的共用相同的化学制剂。同时，考虑到去除氧化膜的效果，氢氟酸的浓度优选为重量百分比为0.1％或更高。为了避免使铜的表面粗糙，其浓度优选为重量百分比为5％或更低。
另一方面，从边缘喷嘴126连续或间歇地向基片W的周边部分供应氧化剂溶液。通过这一处理，形成于基片W周边部分的上表面的端表面上的铜膜等被氧化剂溶液迅速氧化，并且被从中心喷嘴124同时供应并已经散布到基片W的整个表面上的酸溶液蚀刻。结果，铜膜等被溶解并去除。用酸溶液蚀刻还发生于氧化剂溶液供应位置之外的部位，从而酸溶液的浓度和供应量不需要增加。对于氧化剂溶液可以采用例如通常用于半导体装置制造工艺的清洗步骤中的臭氧、过氧化氢、硝酸和次氯酸盐中的任何一种或它们的组合。如果采用臭氧水，其量优选为大于等于20ppm而小于等于200ppm。在过氧化氢的情况下，其优选浓度为重量百分比大于等于10％，但小于等于80％。如果采用次氯酸盐，则其优选浓度为重量百分比大于等于1％，但小于等于50％。
同时，氧化剂和酸溶液、例如氢氟酸被同时或交替地从背侧喷嘴128和130供应到基片W背侧的中心。通过这种处理，粘附在基片W背侧上的铜等可以随基片的硅一起被氧化剂溶液氧化，并且被酸溶液腐蚀带走。
在分别同时或交替地从两个背侧喷嘴128和130进行氧化剂溶液和酸溶液供应过程中，如果氧化剂溶液的供应首先停止，则获得一个憎水表面；如果酸溶液的供应首先停止，则获得一个亲水表面。在任何一种情况下，基片的背侧可以被被调节成适于实现基片加工的需要。
对于氧化剂溶液，可以采用例如前面提到的臭氧、过氧化氢、硝酸和次氯酸盐中的任何一种或它们的组合。对于酸溶液，可以采用前述的非氧化性酸，例如盐酸、氢氟酸、硫酸、柠檬酸或草酸。另外，可以用氧化性酸、例如硝酸去除铜，这是因为与基片W的表面侧不同，在其背侧没有电路。如果采用氧化性酸、例如硝酸的酸溶液，则该酸溶液本身还充当氧化剂溶液，从而可以单独地采用氧化性酸溶液，而不需要使用氧化剂溶液。优选地，氧化剂溶液应当与供应给基片W表面的周边部分的氧化剂溶液相同，以便减少所用化学试剂的类型。
图7表示CMP装置20的整个结构。如图7所示，该CMP装置20包括一个用于放置装有基片盒22的基片输送箱24的装载/卸载部分140。该装载/卸载部分140包括如图3所示的四个台子50。一个具有两只手的输送机械手144被设置在轨道142上，以便该输送机械手144可以沿轨道142运动并接近相应装载/卸载台50上的基片盒22中。
输送机械手144具有两只以垂直间隔关系设置的手，并且下面的手仅用于从基片盒22中取出基片，而上面的手仅用于将基片送回到基片盒22中。这种布置可以将一个已经被清洗的干净的基片放置在上侧并且不被污染。下面的手是一个真空抽吸式手，用于在真空作用下保持一个基片，上面的手是一个凹槽支撑式手，用于利用形成于该手上的凹槽支撑基片的周边。即使由于微小的位移使基片没有位于基片盒22中的正常位置上，真空抽吸式手也可以保持基片和输送基片，而由于凹槽支撑式手不像真空抽吸式手那样会将灰尘集中起来，所以其可以在保持基片干净的状态下对其进行输送。两个清洗设备146和148相对于输送机械手144的轨道142被设置在基片盒22的相对侧。清洗设备146和148设置在输送机械手144的手可以接近的位置上。在两个清洗设备146和148之间且输送机械手144可以接近的位置上，设有一个具有四个晶片支撑件150、152、154和156的晶片站158。清洗设备146和148具有一个用于通过高速旋转基片使基片干燥的旋转干燥机构，并且因此，可以在不改变清洗模式的情况下对基片进行两阶段清洗或三阶段清洗。
一个设置有清洗设备146和148以及具有晶片支撑件150、152、154和156的晶片站158的区域B和一个设置有基片盒22和输送机械手144的区域A被分隔壁160隔开，以便区域B和区域A的清洗可以被分开。分隔壁160具有一个用于使基片从中通过的开口，并且一个闸板162设置在分隔壁160的开口处。一个具有两只手的输送机械手164被设置在输送机械手164可以接近清洗设备146和三个晶片支撑件150、154和156的位置上，并且具有两只手的输送机械手166被设置在输送机械手166可以接近清洗设备148和三个晶片支撑件152、154和156的位置上。
晶片支撑件150用于在输送机械手144和输送机械手164之间输送基片，并且具有一个用于检测是否有基片的传感器168。基片支撑件152用于在输送机械手144和输送机械手166之间输送基片，并且具有一个用于检测是否有基片的传感器170。晶片支撑件154用于从输送机械手166向输送机械手164输送基片，并且具有一个用于检测是否有基片的传感器172和用于供应冲洗液以防止基片干燥或对基片进行冲洗的冲洗喷嘴178。晶片支撑件156用于从输送机械手164向输送机械手166输送基片，并且具有一个用于检测是否有基片的传感器176和用于供应冲洗液以防止基片干燥或对基片进行冲洗的冲洗喷嘴178。晶片支撑件154和156设置在一个公共的防止水溅射的盖中，该盖具有一个用于从其中输送基片的开口，该开口与一个闸板188相结合。晶片支撑件154被设置在晶片支撑件156之上，并且晶片支撑件154用于支撑一个已经被清洗的基片而晶片支撑件156用于支撑一个待清洗的基片，从而，可防止被清洗的基片受到冲洗水的污染，否则冲洗水将落到其上。在图7中示意性地表示出了传感器168、170、172和174，冲洗喷嘴174和178，以及闸板180，但并未精确表示出它们的位置和形状。
输送机械手164和输送机械手166分别具有两只以垂直间隔关系设置的手。输送机械手164和输送机械手166各自的上面的手用于将已经被清洗的基片输送到清洗设备或晶片站158的晶片支撑件。输送机械手164和输送机械手166各自的下面的手用于输送未清洗的基片或待抛光的的基片。由于下面的手用于向一个反转装置或从一个反转装置输送基片，所以上面的手不会被从反转装置的上壁落下的冲洗水滴所污染。
清洗设备182被设置在一个与清洗设备146相邻且输送机械手164的手可以接近的位置上，并且另一个清洗设备184被设置在一个与清洗设备148相邻且输送机械手166的手可以接近的位置上。
所有清洗设备146、148、182和184，晶片站158的晶片支撑件150、152、154和156，以及输送机械手164和166被设置在区域B中。对区域B中的压力进行调节使其低于区域A中的压力。各清洗设备182和184能够清洗基片的两个表面。
该CMP装置20具有一个由用于包围其中各个组成部分的分隔壁构成的壳体190。该壳体190构成一个包围结构。壳体190的内部被隔板160、192、194、196和198分隔成多个隔室或腔室(包括区域A和B)。
形成一个通过分隔壁196与从区域B分开的抛光室，并且进一步被分隔壁198分成两个区域C和D，其中设有两个旋转台，和一个用于保持基片并在抛光过程中将基片压向旋转台的顶圈。即，旋转台200和202被设置在区域C中，旋转台204和206被设置在区域D中。而且，顶圈208被设置在区域C中且顶圈210被设置在区域D中。
一个用于向区域C中的旋转台200供应磨蚀液的磨蚀液喷嘴212和一个用于修整旋转台200的修整器214被设置在区域C中。一个用于向区域D中的旋转台204供应磨蚀液的磨蚀液喷嘴216和一个修整旋转台204的修整器218设置在区域D中。一个用于修整区域C中的旋转台202的修整器220设置在区域C中，并且一个用于修整区域D中的旋转台206的修整器222设置在区域D中。旋转台202和206可以被用于测量基片上的一层的厚度的湿式厚度测量装置所代替。如果设置有这种湿式厚度测量装置，则它们可以在基片被抛光之后立即测量基片上的一层的厚度，并且因此可以根据被测量值对抛光过的基片进一步抛光或控制用于抛光下一基片的抛光过程。
图8表示顶圈208与旋转台200和202之间的关系。顶圈210与旋转台204和206之间的关系与顶圈208与旋转台200和202之间的关系相同。如图8所示，顶圈208被可旋转的顶圈驱动轴230从顶圈头部232支撑起来。顶圈头部232被可以成角度安置的支撑轴235支撑，并且顶圈210可以接近旋转台200和202。修整器214被可旋转的修整器驱动轴234从修整器头部236支撑起来。修整器头部236被可成角度安置的支撑轴238支撑，用以在修整台204上的一个备用位置和一个修整位置之间移动修整器214。修整器220被类似地由可旋转的修整器驱动轴240从修整器头242支撑起来。修整器头242被一个可成角度安置的支撑轴244支撑，用以在一个旋转台202上的一个备用位置和一个修整位置之间移动该修整器220。
如图7所示，在被分隔壁196与区域B分开的区域C中并且在输送机械手164的手可以接近的位置上，设有一个用于反转基片的反转装置250，并且在输送机械手166的手可以接近的位置上设有一个用于反转基片的反转装置252。区域B和区域C、D之间的分隔壁196具有两个分别被用于使基片从其中通过的开口，一个用于向反转装置250或从反转装置250输送基片，另一个用于向反转装置252或从反转装置252输送基片。闸板254和256设置在分隔板196的各开口处。
反转装置250和252分别具有一个用于夹住基片的卡盘机构，一个用于反转基片的反转机构和一个用于检测卡盘机构是否夹有基片的基片检测传感器。输送机械手164将基片输送到反转装置250，并且输送机械手164将基片输送到反转装置252。
旋转输送器258被设置在反转装置250和252和顶圈208、210之下，用于在清洗室(区域B)和抛光室(区域C和D)之间输送基片。旋转输送器258具有四个等角度间隔的用于放置基片的台子，并且可以在其上同时保持多个基片。当旋转输送器258的台子的中心与被反转装置250或252保持的基片的中心对齐时，已经被输送到反转装置250和252的基片通过促动位于旋转输送器258之下的提升机构260或262被输送到旋转输送器258。通过将旋转输送器258旋转90°，放置手旋转输送器258的台子上的基片被输送到顶圈208或210之下的一个位置处。这时，顶圈208或210通过摆动被预先置于旋转输送器258之上。当顶圈208或210的中心与放置在旋转输送器258的台子上的基片的中心对齐时，基片通过促动位于旋转输送器258之下的推进机构264和266被从旋转输送器258输送到顶圈208或210。
在顶圈208或210的一个真空抽吸机构的真空作用下，保持输送到顶圈208或210的基片，并且将基片输送到旋转台200或204。此后，该基片被包括安装在旋转台200或204上的抛光布或磨石(或一个固定的抛光板)的抛光表面进行抛光。第二旋转台202和206分别被设置在顶圈208和210可以接近的位置上。采用这种设计，基片的首次抛光可以由第一旋转台200或204进行，并且基片的二次抛光可以由第二旋转台202或206进行。或者，基片的首次抛光可以由第二旋转台202或206进行，然后基片的二次抛光可以由第一旋转台200或204进行。在这种情况下，由于第二旋转台202或206具有比第一旋转台200或204直径小的抛光表面，所以将一个比抛光布更昂贵的磨石(或固定的抛光板)安装到第二旋转台202或206上，以便进行对基片的首次抛光。另一方面，寿命较短但比磨石(或固定的抛光板)便宜的抛光布被安装在第一旋转台200或204上，以便对基片的精抛光。这种布置或应用可以减少抛光设备的运行成本。如果将抛光布安装在第一旋转台上并且将磨石(或固定抛光板)安装在第二旋转台上，则可以以较低的成本设置旋转台系统。这是因为磨石(或固定抛光板)比抛光布更昂贵，并且磨石(或固定抛光板)的价格基本与磨石的直径成比例。而且，由于抛光布的寿命比磨石(或固定抛光板)短，所以如果在载荷相对较轻的条件下、例如在精抛光时使用抛光布，则抛光布的寿命可以延长。而且，如果抛光布的直径大，则与基片接触的机会或频率被分散，从而可提供较长的寿命、较长的维修周期和提高了的半导体装置生产率。
在基片被第一旋转台200抛光之后和顶圈208移动到第二旋转台202之前，从与旋转台200相邻的清洗液喷嘴270向在顶圈208与旋转台200间隔的位置上被顶圈208保持的基片供应清洗液。因为基片在移动到第二旋转台202之前被冲洗，所以可防止在旋转台之间的输送过程中被污染，从而避免旋转台的交叉污染。
而且，两阶段抛光可以以下述方式进行，即，在采用Rodel Nitta公司制造的以商品名称IC1000/SUBA400出售的抛光布作为第一抛光表面，并且采用Rodel Nitta公司制造的以商品名称POLITEX出售的抛光布作为第二抛光表面，并且基片首先被第一抛光表面抛光，然后被第二抛光表面抛光。即使不采用小尺寸的第二旋转台，这种两阶段抛光也可以通过采用两个大尺寸的旋转台来进行。如上所述，尽管已经对由两个不同的抛光布进行的两阶段抛光进行了说明，但是其也可以有相同的抛光布或相同的磨石来进行。在基片被第一抛光表面和第二抛光表面抛光之后，第一和第二抛光表面分别被修整器214、218、220和222修整。该修整过程是一个用于修复已经由于对基片的抛光而退化了的旋转台抛光表面的过程。该过程也称为调节或调整。
已经被抛光的基片被返回到在反转路程中的反转装置250或252。返回到反转装置250或252的基片被从冲洗喷嘴供应的纯净水或化学制剂冲洗。而且，顶圈208或210的已经将基片移开的基片保持表面也被从清洗喷嘴而来的纯净水或化学制剂清洗，并且在一些情况下，为了防止基片保持表面干燥也对顶圈208或210的基片保持表面进行冲洗。一个或多个用于清洗推进机构的清洗喷嘴被设置在分隔壁上。为了提高半导体装置的生产率或基片的清洗效果，可以在基片被顶圈208或210保持的状态下用化学制剂冲洗基片。而且，可以在基片被旋转输送器258保持的状态下用化学制剂清洗该基片。而且，可以用喷嘴清洗提升机构260或262(下面将要说明)。
在图8的右侧，表示出了旋转输送机构258、反转装置250或252、提升机构260或262和推进机构264或266的关系。如图8所示，反转单元250或252置于旋转输送器258之上，并且提升机构260或262和推进机构264和266被设置在旋转输送器258之下。
下面，将说明用于输送基片的输送路径。
构建所有的软件，以便所有单元或装置自由结合并设置在抛光设备中基片的正常加工路径中。加工路径的例子如下1)方法(两个盒并行处理)，其中，在两个区域C和D的一个中加工一个基片盒22中的基片，并且在两个区域C和D的另一个中处理另一个基片盒22中的基片；2)方法(一个盒并行处理)，其中，将一个基片盒22中的基片任意地分配到区域C和区域D中；以及3)方法(串行处理)，其中，在区域C和D的一个中加工一个基片盒22中的基片，并随后在区域C和D的另一个中进行加工。
在清洗室中，按照下述六个过程中的任何一个对从抛光室排出的被抛光基片进行加工A)过程，其中，用两排清洗设备分两阶段清洗基片并排出，即，从清洗设备182到清洗设备146和从清洗设备184到清洗设备148；B)过程，其中，用一排清洗设备分三阶段清洗基片并排出，即，从清洗设备184到清洗设备148并随后到清洗设备146，或者，用一排清洗设备分三阶段清洗基片并排出，即，从清洗设备182到清洗设备184或148，并随后到清洗设备146；
C)过程，其中，分三阶段清洗基片并排出，即在一阶段中通过两个清洗设备进行，即，清洗设备182、184中任何未进行清洗的一个，即，从清洗设备148到清洗设备146；D)过程，其中，用一排清洗设备分四阶段清洗基片并排出，即，从清洗设备184到清洗设备148，再到清洗设备182，然后到清洗设备146；E)过程，其中，用一排清洗设备分四阶段清洗基片并排出，即，从清洗设备182到清洗设备184，再到清洗设备148，然后到清洗设备146；以及F)过程，其中，在已经在第一阶段被抛光的基片被清洗设备182清洗并且再次在第二阶段中进行抛光之后，用一排清洗设备分三阶段清洗基片并排出，即，从清洗设备184到清洗设备148，再到清洗设备146。
方法1)-3)和过程A)-F)的组合使它们分别具有下述特征(1-A)在对于两个基片盒进行不同加工的情况下，并且在大量基片被高速排出的情况下，这种组合是有效的。如果对两个基片盒进行不同的加工，则例如采用由两个dry-in和dry-out型抛光设备的组合所提供的设备结构或布置。由于这种组合提供了最大的通过量，所以其被用于以对从两个基片盒而来的基片进行相同加工的方式实现较高的生产能力。
(2-A)对于以较短的时间周期加工一个基片盒中的基片，这种组合是有效的。这种组合还允许一个基片盒中的基片在两个任意的不同类型的加工过程中被加工。
(3-A)
在这种情况下，两个清洗阶段的至少一个阶段中清洗一个基片所需的时间比在两个抛光阶段的任意一个中抛光一个基片所需的时间长，如果由一排清洗设备执行两个清洗阶段，则由于清洗时间长而使抛光能力将降低。在这种情况下，如果由两排清洗设备执行两个清洗阶段，则可以不受清洗时间影响地输送被抛光的基片。在这种情况下，这种组合的效率较高。
(1-B)这种组合用于在抛光过程之后需要三个或更多类型的清洗过程的情况下。由于利用一排清洗设备进行清洗过程，所以按照这种组合的清洗过程的清洗能力降低，但这种组合可有效地用于抛光时间比清洗时间长的情况。
(2-B)这种组合用于仅有一块被处理而不是向组合(1-B)那样一次处理多块的情况，并且具有与组合(1-B)相同的优点。
(3-B)这种组合用于象组合(1-B)那样需要三个清洗阶段的情况下。
(1-C)这种组合具有与组合(1-B)相同的优点。如果第一清洗阶段的清洗时间比在其它晶片处理单元中的处理时间长，则由两个清洗设备执行第一清洗阶段，用以防止基片堵塞在第一清洗设备处，从而提高了处理能力。
(2-C)如组合(1-C)那样，由于与组合(2-B)相同的原因而采用这种组合。
(3-C)如组合(1-C)那样，由于与组合(3-B)相同的原因而采用这种组合。
(1，2，3-D，E)这种组合用于除采用各自的抛光室之外需要四个清洗阶段的情况。
(3-F)在两阶段抛光处理中，这种组合用于在第二抛光阶段之前将基片输送通过一个清洗过程，用以防止带有在第一抛光阶段使用的磨蚀液的基片在第二抛光阶段被抛光。
如上所述，由于根据本发明的抛光设备具有两个分别具有旋转台200和204的抛光部分，所以当一个抛光部分被检查和维修时，而抛光设备可以采用抛光部分运行。
清洗部分具有用于清洗基片的清洗设备146、148、182和184。当使用至少一个清洗设备且使抛光设备运行时，另一个清洗设备可以被检查和维修。
图9是表示CMP装置的顶圈和抛光台之间的关系的剖视图。如图9所示，一个抛光台304被设置在顶圈300之下，并且具有一个安装到其上表面上的抛光垫302。一个磨蚀液供应喷嘴306被设置在抛光台304之上并且向抛光台304上的抛光垫302上供应抛光液Q。
在市场上各种类型的抛光垫均有销售。例如，由Rodel Inc.制造的SUBA800、IC-1000和IC-1000/SUBA400(双层布)，和由Fjimi Inc.制造的Surfin xxx-5和Surfin000。SUBA800、Surfin xxx-5和Surfin 000是由聚氨酯树脂粘结而成的无纺织物，并且IC-1000是硬质泡沫聚氨酯(单层)。泡沫聚氨酯是多孔材料并且具有大量形成于其表面上的细凹槽或孔。
顶圈300通过一个万向接头308连接到顶圈驱动轴310上。该顶圈驱动轴310连接到一个固定在顶圈头部312上的顶圈气缸314上。操作该顶圈气缸314，使顶圈驱动轴310垂直运动，从而使顶圈300作为一个整体升、降。顶圈气缸314还被操作用于将一个固定在顶圈主体316下端上的固定环318压在抛光台304上。该顶圈气缸314通过一个调节器R1被连接到一个压缩空气源(流体源)320上，所述调节器调节供应给顶圈气缸314的压力，从而调节固定环318对抛光垫302的压力。
顶圈驱动轴310被一个键(未示出)连接到一个旋转套筒322。旋转套筒322具有一个固定于其周围的定时皮带轮324。一个具有驱动轴的顶圈电机326被固定到顶圈头部312的上表面上。定时皮带轮324通过一个定时皮带328被可操作地连接到一个安装在顶圈电机326的驱动轴上的定时皮带轮330上。当向顶圈电机326供能时，旋转定时皮带轮330、定时皮带328和定时皮带轮324，以便使旋转套筒322和顶圈驱动轴310同步旋转，从而旋转顶圈300。该顶圈头部312被支撑在一个固定支撑在一个支架(未示出)的顶圈头部轴332上。
图10是表示顶圈300的垂直剖视图，图11是图10所示的顶圈300的底视图。如图10所示，顶圈300包括具有一个在其中限定有存储空间的柱状壳体式的顶圈主体316，和一个固定在顶圈主体316的底端上的固定环318。顶圈主体316由具有高强度和刚性的材料、例如金属或陶瓷制成。该固定环318由高刚性合成树脂、陶瓷等制成。
顶圈主体316包括一个柱状壳体316a，一个插入到柱状壳体316a中的环形压力片支撑件316b，和一个安装在柱状壳体316a的上表面的外周边缘上的环形密封件316c。保持环316被固定到柱状壳体316a的下端部上，并且具有一个径向向内突出的下部。固定环318可以与顶圈主体316形成一个整体。
顶圈驱动轴310被设置在顶圈主体316的柱状壳体316a的中心之上。该顶圈主体316通过万向接头310连接到顶圈驱动轴310上。万向接头310具有一个球面轴承机构，利用该球面轴承机构，顶圈主体316和顶圈驱动轴310相互倾斜；和一个用于将顶圈驱动轴310的旋转传递给顶圈主体316的旋转传递机构。该旋转传递机构和球面轴承机构将压力和旋转力从顶圈驱动轴310传递给顶圈主体316，同时允许顶圈主体316和顶圈驱动轴310相互倾斜。
球面轴承机构包括一个限定于顶圈驱动轴310的下表面中心的球面凹槽310a，一个限定于壳体316a的上表面中心的球面凹槽316d，和一个由高硬度材料、例如陶瓷制成且插入到球面凹槽310a和316d之间的轴承滚珠334。该旋转传递机构包括一个固定在顶圈驱动轴310上的驱动销(未示出)，和一个固定到壳体316a上的被动销(未示出)。当驱动销和被动销相互垂直相对运动时，保持驱动销与被动销的啮合。顶圈驱动轴310的旋转通过驱动销和被动销被传递给顶圈主体316。即使当顶圈主体316相对于顶圈驱动轴310倾斜时，驱动销和被动销在接触的运动点也保持相互配合，从而可以可靠地将顶圈驱动轴310的转矩传递给顶圈主体316。
顶圈主体316和固定在顶圈主体316上的固定环318共同具有一个限定于其内的空间，在该空间中容纳有一个具有一个与被顶圈300保持的基片W的上表面接触的底端表面的弹性垫336、一个环形保持环340、和一个用于支撑弹性垫336的圆盘形卡盘(支撑件)342。弹性垫336具有一个夹在保持环340和固定在保持环340下端上的夹板342之间的径向外边缘，并且径向向内延伸，以便覆盖夹板342的下表面，因此在弹性垫336和夹板342之间形成一个空间。
夹板342可以由金属制成。然而，当待抛光的基片被顶圈所保持的状态下用涡流方式测量形成于基片表面上的薄膜厚度时，夹板342优选由非磁性材料、例如氟树脂或陶瓷等绝缘材料制成。
包括一个弹性薄膜的增压片344延伸于保持环340和顶圈主体316之间。增压片344具有一个夹在壳体316a和顶圈主体316的增压片支撑件316b之间的径向外边缘，并且一个夹在保持环340的上部340a的和止挡部340b之间的径向内边缘。顶圈主体316、夹板342、保持环340和增压片344共同在顶圈主体316内限定出压力室346。如图10所示，包括管和连接件的流体通道348与压力室346连通，所述压力室346通过一个与流体通道348相连的调节器R2连接到压缩空气源320上。增压片344由强度高和耐用的橡胶材料、例如三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等制成。
在增压片344由例如橡胶等弹性材料制成的情况下，如果增压片344被夹在固定环318和顶圈主体316之间，则增压片344作为一个弹性材料被弹性变形，并且所需的水平表面不能被保持在固定环318的下表面上。为了在固定环318的下表面上保持所需的水平表面，增压片344被夹在顶圈主体316的壳体316a和在本实施例中作为一个单独部件设置的增压片支撑件316b之间。固定环318可以相对于顶圈主体316垂直运动，或者固定环318可以具有独立于顶圈主体316能够对抛光表面加压的结构。在这种情况下，增压片344不需要按上述方式固定。
在壳体316a的上表面中靠近密封件316c安装于其上的外周边缘处，限定出一个环形槽式的清洗液通道350。清洗液通道350通过一个形成于密封件316c中的通孔352与一个液流通道354连通，并且通过液流通道354供应清洗液(纯净水)。在壳体316a和增压片支撑件316b中限定出多个连通孔356，其与清洗液通道350连通。连通孔356与一个限定在弹性垫336的外周表面和固定环318的内周表面之间的小间隙G连通。流体通道354通过一个旋转接头(未示出)被连接到一个清洗液源(未示出)上。
限定在弹性垫336和夹板342之间的空间在其中容纳有一个作为与弹性垫336接触的中心接触件的中心袋360，和一个作为与弹性垫336接触的外部接触件的环形管362。这些接触件可以与弹性垫336接触。在本实施例中，如图10和11所示，具有环形接触表面的中心袋360被设置在夹板342的下表面中心，并且具有环形接触表面的环形管362围绕中心袋360置于其径向外部。具体地，中心袋360和环形管362以预定的间隔隔开。弹性垫336、中心袋360和环形管362分别由强度高且耐用的橡胶材料、例如三元乙丙橡胶(EPMD)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等制成。
限定在夹板342和弹性垫336之间的空间被中心袋360和环形管362分成多个空间(第二压力室)。具体地，一个压力室364被限定于中心袋360和环形管362之间，并且压力室366被限定在环形管362的径向外部。
中心袋360包括一个与弹性垫336的上表面接触的弹性薄膜368，和一个用于可拆卸地将弹性薄膜368保持定位的中心袋保持件(保持构件)370。该中心袋保持件370具有限定于其中的螺纹孔370a，并且被拧入螺纹孔370a中的螺栓372可拆卸地固定到夹板342下表面的中心。中心袋360具有一个被弹性薄膜368和中心袋保持件370限定在其中的中心压力室374(第一压力室)。
类似地，环形管362包括一个与弹性垫336上表面接触的弹性薄膜376，和一个用于可拆卸地将弹性薄膜376保持定位的环形管保持件(保持构件)378。该环形管保持件378具有限定于其中的螺纹孔，并且被拧入螺纹孔378a中的螺栓380可拆卸地固定到夹板342下表面上。该环形管362具有一个被弹性薄膜376和环形管保持件378限定于其中的中间压力室382(第一压力室)。
包括管子和连接件的流体通道384、386、388和390分别与压力室364、366、中心压力室374和中间压力室382连通。压力室364、366、374和382分别通过调节器R3、R4、R5和R6被连接到压缩空气源320上，而调节器R3、R4、R5、R6分别与流体通道384、386、388和390连接。流体通道348、384、386、388和390通过安装在顶圈驱动轴310上端的旋转接头(未示出)连接到各调节器R2、R3、R4、R5和R6上。
通过流体通道348、384、386、388和390向压力室346、364、366、374和382供应增压流体、例如增压空气或大气，或者将其排出。如图9所示，连接到压力室346、364、366、374和382的流体通道348、384、386、388和390上的调节器R2至R6可以分别对供应给压力室346、364、366、374和382的增压流体的压力进行调节，以便独立控制压力室346、364、366、374和382中的压力，或者独立地将大气或真空引入到压力室346、364、366、374和382中。因此，压力室346、364、366、374和382中的压力被调节器R2至R6单独地改变，从而可以通过弹性垫336在基片的局部区域中对基片W压在抛光垫302上的单位面积的压力进行调节。在一些应用中，压力室346、364、366、374和382可以被连接到真空源392上。
在这种情况下，可以独立地对供应给压力室364、366、374和382的增压流体或大气进行温度控制，从而从待抛光表面的背侧直接控制基片的温度。具体地，当对各压力室独立地进行温度控制时，可以在CPM的化学抛光过程中控制化学反应速率。
如图11所示，多个开口400形成于弹性垫336中。夹板342具有径向内部抽吸部分402和由此向下延伸的径向外部抽吸部分404。位于中心袋360和环形管362之间的开口400允许内部抽吸部分402暴露于外部，并且位于环形管362外侧的开口400允许外部抽吸部分404暴露于外部。在本实施例中，弹性垫336具有允许暴露出八个抽吸部分402、404的八个开口400。
各内部抽吸部分402具有一个与一流体通道406连通的孔402a，并且各外部抽吸部分404具有一个与一流体通道408连通的孔404a。因此，内部抽吸部分402和外部抽吸部分404通过各流体通道406、408和阀V1、V2被连接到诸如一个真空泵的真空源392上。当抽吸部分402、404被真空源392排空以便在其连通孔402a、404a的下部开口端产生一个负压时，基片W被负压吸到抽吸部分402、404的下端部上。抽吸部分402、404具有弹性片402b、404b，例如安装到它们的下端部上的薄橡胶片，用于与基片W弹性接触并在其下表面上保持基片W。
如图10所示，当基片W被抛光时，抽吸部分402、404的下端位于弹性垫336的下表面之上，而不从弹性垫336的下表面向下突出。当基片W被吸到抽吸部分402、404上时，抽吸部分402、404的下端位于与弹性垫336的下表面相同的高度上。
由于在弹性垫336的外周表面和固定环318的内周表面之间具有一个小间隙G，所以保持环340、夹板342和安装在夹板342上的弹性垫336可以相对于顶圈主体316和固定环318垂直运动，并且因此构成一个相对于顶圈主体316和固定环318的浮动结构。多个齿340c从保持环340的止挡部340b的外周边缘径向向外突出。当随着保持环340的向下运动，齿340c与固定环318的径向向内突出部分的上表面啮合时，限制保持环340的任何进一步的向下运动。
下面将说明顶圈300的操作和结构。
当基片W被输送到抛光设备时，顶圈300被移向一个基片被输送到的位置，并且抽吸部分402、404的连通孔402a、404a通过流体通道406、408被真空源392排空。基片W被连通孔402a、404a的抽吸作用吸到抽吸部分402、404的下端上。在基片W被吸到顶圈300上的情况下，顶圈300被移动到其上具有抛光表面(抛光垫302)的抛光台304之上的一个位置处。固定环318保持基片W的外周边缘，以便基片不会从顶圈300上移开。
为了抛光基片W的下表面，基片W被保持在顶圈300的下表面上，并且起动连接到顶圈驱动轴310上的顶圈气缸314，以便以预定的压力将固定到顶圈300下端上的固定环318压在抛光台304上的抛光表面上。然后，增压流体在各自的压力下被分别供应给压力室364、366、中心压力室374和中间压力室382，从而将基片W压在抛光台304的抛光表面上。然后，抛光液供应喷嘴306向抛光垫302上供应抛光液Q。因此，利用抛光垫302与存在于基片W待抛光的下表面和抛光垫302之间的抛光液Q一起对基片W抛光。
在供应给压力室364、366的增压流体的压力作用下，基片W位于压力室364、366之下的局部区域被压在抛光垫302上。在供应给中心压力室374的增压流体的压力下，位于中心压力室374之下的基片的局部区域通过中心袋360的弹性薄膜368和弹性垫336压在抛光垫302上。在供应给中间压力室382的增压流体的压力下，位于中间压力室382之下的基片W的局部区域通过环形管362的弹性薄膜376和弹性垫336压在抛光垫302上。
因此，作用于基片W的各局部区域上的抛光压力可以通过对供应给各个压力室364、366、374和382的增压流体的压力的控制独立地进行调节。具体地，各调节器R3至R6独立地调节供应给压力室364、366、374和382的增压流体的压力，以便调节用于将基片W的局部区域压在抛光台304的抛光垫302上的压力。通过独立地调节对基片W的各局部区域的抛光压力，基片W被压在被旋转的抛光台304上的抛光垫302上。类似地，可以由调节器R1调节供应给顶圈气缸314的增压流体的压力，以便调节固定环318对抛光垫302的压力。当基片W被抛光时，固定环318对抛光垫302的压力和将基片W压在抛光垫302上的压力可以被适当地调节，从而以所需的压力分布对基片W的中心区C1、内部区域C2、中间区域C3和周围区域C4施加抛光压力(参见图11)。
基片W位于压力室364、366之下的局部区域被分成通过弹性垫336从流体施加压力的区域，和增压流体直接施加压力的区域、例如位于开口400至下的区域。然而，施加在这两个区域上的压力相互是相等的。当基片W被抛光时，弹性垫336与开口400附近的基片W上表面紧密接触，以便防止供应给压力室364、366的增压流体流出到外部。
按照这种方式，基片W被分成可以在独立的压力下受压的同心圆和环形区域C1至C4。由于施加在这些区域上的压力可以被独立的控制，所以与施加到其上的压力有关的圆形和环形区域C1至C4的抛光率可以被单独地控制。因此，即使基片W表面上待抛光的薄膜厚度在径向上产生变化，也可以对基片W表面的薄膜均匀地进行抛光，而不会产生抛光不充分或抛光过度。更具体地说，即使基片W表面上待抛光的薄膜厚度随基片W的径向位置而产生差异，但是，位于薄膜较厚区域上的压力室中的压力比位于薄膜较薄区域上的压力室中的压力高，或者位于薄膜较薄区域上的压力室中的压力比位于薄膜较厚区域上的压力室中的压力低。按照这种方式，施加在薄膜较厚区域上的压力比施加在薄膜较薄区域上的压力高，从而有选择地增加了薄膜较厚区域的抛光率。因而，基片W的整个表面可以被精确抛光至所需的高度，而不受形成薄膜时的薄膜厚度分布的影响。
通过控制施加在固定环318上的压力，可以防止任何围绕在基片W周边上的不需要的边缘。如果基片W周边上待抛光的薄膜具有较大的厚度变化，则有意地增加或减小施加在固定环318上的压力，以便控制对基片W周边抛光率。当增压流体被供应给压力室364、366、374和382时，夹板342受到向上的力。在本实施例中，增压流体通过流体通道348被供应给压力室346，以便防止夹板342在从压力室364、366、374和382而来的力的作用下被抬起。
如上所述，由顶圈气缸314施加的用于将固定环318压在抛光垫302上的压力和由供应给压力室364、366、374和382的增压流体施加的用于将基片W的局部区域压在抛光垫302上的压力被适当地调节，以便对基片W进行抛光。当对基片W的抛光完成时，按照与上述相同的方式，在真空的作用下将基片W吸到抽吸部分402、404的下端上。这时，停止向压力室364、366、374和382供应增压流体，并且压力室364、366、374和382与大气连通。因此，抽吸部分402、404的下端与基片W接触。压力室346与大气连通或被排空以便在其中产生一个负压。如果压力室346保持高压，则基片W仅在与抽吸部分402、404接触的区域中被强力压在抛光表面上。因此，需要立即减小压力室346中的压力。因此，如图10所示，可以设置穿过顶圈主体316的减压口410，用以立即减少压力室346中的压力。在这种情况下，当对压力室346加压时，需要通过流体通道348连续向压力室346中供应增压流体。减压口410包括一个用于当在压力室346中产生一个负压时防止外部空气流入压力室346的止回阀(未示出)。
在基片W被吸到抽吸部分402、404的下端上之后，整个顶圈300被移向一个基片将被输送到的位置上。然后，流体、例如压缩空气或氮和纯水的混合物通过抽吸部分402、404的连通孔402a、404a被喷射到基片W上，以便从顶圈300上释放基片W。
用于抛光基片W的抛光液Q倾向于流过弹性垫336的外周表面和固定环318之间的间隙G。如果抛光液Q被牢固地沉积在间隙G中，则会妨碍保持环340、夹板342和弹性垫336相对于顶圈主体316和固定环318顺畅地垂直运动。为了避免这种缺点，通过流体通道354向清洗液通道350供应清洗液(纯净水)。因此，纯净水通过连通孔356被供应到间隙G之上的一个区域，清洗限定出该间隙G的构件，去除抛光液Q的沉积。优选在抛光基片W被释放之后供应纯净水，并且一直供应到下一个待抛光基片被吸到顶圈300上为止。还可以优选地在下一个基片被抛光之前将所有被供应的纯净水排出到顶圈300之外，并且因此，如图10所示，为了排出纯净水在固定环318设有多个通孔318a。而且，如果在限定于固定环318、保持环340和增压片344之间的空间412中产生一个压力，则其用于防止夹板342在顶圈主体316中被抬起。因此，为了允许夹板342在顶圈主体316中平滑地抬起，优选设有通孔318a，用于以大气压力平衡空间412中的压力。
如上所述，根据本实施例，对压力室364、366、中心袋360中的压力室374、和环形管362中的压力室382中的压力单独地进行控制，以便控制作用在基片W上的压力。而且，根据本实施例，可以通过改变中心袋360和环形管362的位置和尺寸，很容易地改变施加于基片W上的压力受到控制的区域。下面将说明改变施加在基片W上的压力受到控制的区域的例子。
图12A至12E和图13是表示一个CPM装置的基片保持件中的接触件(中心袋360和环形管362)的其它例子的垂直剖视图。
如图12A和12B所示，施加在基片上的压力受到控制的区域C1可以利用另一个具有不同尺寸的中心袋360改变。在这种情况下，当用于使限定于中心袋360中的压力室374与流体通道388连通的孔370b的尺寸和形状、以及用于将中心袋保持件370安装到夹板342上的螺纹孔370a的尺寸和位置被预先确定时，可以简单地通过预备一个具有不同尺寸的中心袋保持件370来改变施加到基片上的压力受到控制的范围。在这种情况下，不需要更换夹板342。
如图12C和12D所示，施加在基片上的压力受到控制的区域C3的宽度和/或位置可以被一个具有不同尺寸和/或形状的环形管362改变。而且，如图12E所示，多个孔414和螺纹孔(未示出)可以被设置在夹板342的预定的径向位置上。在这种情况下，连通孔378b被定位于一个对应于连通孔414中的一个的位置上，并且其它连通孔(和螺纹孔)被装入用于对流体进行密封的螺栓416。因此，环形管362可以沿径向方向灵活地安装，以便压力受到控制的区域可以被灵活地改变。
如图13所示，一个从弹性薄膜368的周边向外径向突出的突起368a可以被设置在中心袋360的下表面上，并且一个从弹性薄膜376的周边径向突出的突起376a可以设置在环形管362的下表面上。突起368a、376a由与中心袋360和环形管362相同的材料制成。如上所述，当该基片被抛光时，增压流体被供应给位于中心袋360和环形管362之间的压力室364和围绕环形管362的压力室366。因此，利用供应给压力室364、366的增压流体使突起368a、376a与弹性垫336紧密接触。因此，即使供应给与中心袋360相邻的压力室364的增压流体的压力比供应给限定在中心袋360中的压力室374的增压流体的压力高很多，也可以防止与中心袋360相邻的高压流体流入到中心袋360的较低部分中。类似地，即使供应给与环形管362相邻的压力室364或366的增压流体的压力比供应给限定在环形管362中的压力室382的增压流体的压力高很多，也可以防止与环形管362相邻的高压流体流入到环形管362的较低部分中。因此，突起368a、376a可以加宽各压力室中的压力控制范围，以便更稳定地对基片加压。
弹性薄膜368、376可以部分具有不同的厚度或者可以部分地包含一个非弹性件，以便中心袋360的弹性薄膜368的变形和环形管362的弹性模376的变形更为理想。图14A表示一个例子，其中环形管362的弹性薄膜376具有比与弹性垫336接触的表面厚的侧表面376b。图14B表示一个例子，其中环形管362的弹性膜376在其侧表面部分地包括非弹性件376d。在这些例子中，弹性薄膜侧表面由于压力室中的压力而产生的变形可以适当受到限制。
如上所述，形成于基片表面上的薄膜的分布根据沉积方法和沉积设备而变化。根据本实施例，一个基片保持设备可以改变压力室的位置和尺寸，用以简单地通过中心袋360和中心袋保持件370、或环形管362和环形管保持件378的变化对基片施加压力。因此，可以容易地根据薄膜的分布来改变压力受到控制的位置和区域，以便以较低的成本进行抛光。换而言之，基片保持件可以适应形成于待抛光基片上的薄膜的各种厚度分布。中心袋360或环形管362的形状和位置变化导致位于中心袋360和环形管362之间的压力室364、和围绕环形管362的压力室366的尺寸变化。
图15是表示一个CMP装置的另一个顶圈300的垂直剖视图。该顶圈300具有一个代替弹性垫的密封环420。该密封环420包括一个仅覆盖靠近其外周边缘的夹板342的下表面的弹性薄膜。在这一实施中，为了使结构简单，在夹板342上即没有设置内部抽吸部分(在图10中由参考标号402标出)也没有设置外部抽吸部分(在图10中由参考标号402标出)。然而，如上所述，也可以在夹板342上设置用于吸引基片的抽吸部分。密封环420由强度高且耐用的橡胶材料例如三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等制成。
密封环420被设置成这样的状态，即，密封环420的下表面与基片W的上表面接触。密封环420具有一个被夹在夹板342和保持环340之间的径向外边缘。基片W具有一个限定在其外边缘内的凹槽，其被称作一个凹口或取向平面，用于确定或识别基片的取向。因此，该密封环420应当优选地从诸如一个凹口或取向平面的凹槽的最内侧位置径向向内延伸。
如上面所述，中心袋360被设置在夹板342的下表面中心，并且一个环形管362被以围绕中心袋360的关系设置在中心袋360的径向外部。
在这一实施例中，在待抛光的基片W被顶圈300保持在基片W与密封环420、中心袋360的弹性薄膜368和环形管362的弹性薄膜376接触的状态下。因此，基片W、夹板342和密封环420在它们之间联合确定出一个空间。该空间被中心袋360和环形管362分成多个空间(第二压力室)。具体地，在中心袋360和环形管362之间确定出一个压力室364，并且一个压力室366被相对于环形管362径向向外确定。
包含管和连接件的流体通道384、386、388和390分别与压力室364、366、一个限定在中心袋360中的中心压力室(第一压力室)374、以及一个限定在环形管362中的中间压力室(第一压力室)382相连通。压力室364、366、374和382通过各调节器连接到压缩空气源上，所述各调节器分别连接到流体通道384、386、388和390上。连接到压力室346、364、366、374和382的流体通道348、384、386、388和390上的调节器可以分别调节供应给压力室346、364、366、374和382的增压流体的压力，从而独立地控制压力室346、364、366、374和382中的压力，或者独立地向压力室346、364、366、374和382中引入大气或真空。因此，压力室346、364、366、374和382中的压力被调节器单独地改变，以便可以在基片W的局部区域中调节压力。在一些应用中，压力室346、364、366、374和382可以被连接到一个真空源392上。
下面将说明顶圈300的操作及结构。
当基片W被输送到抛光设备时，顶圈300被移向一个基片将被输送到的位置上，并且在预定的压力下向中心袋360和环形管362提供增压流体，以便使中心袋360和环形管362的下表面与基片W的上表面紧密接触。此后，压力室364、366通过流体通道384、386被连接到一个真空源上，以便在压力室364、366中产生一个负压，从而在真空下吸引基片W。
为了抛光基片W的下表面，基片W被保持在顶圈300的下表面上，并且连接到顶圈驱动轴310上的顶圈气缸314被促动，将固定到顶圈300下端上的固定环318以预定的压力压在抛光台304上的抛光表面上。然后，压力流体被分别在各自的压力下供应给压力室364、366、中心压力室374和中间压力室382，从而将基片W压在抛光台304的抛光表面上。随后，抛光液供应喷嘴306将抛光液Q供应到抛光垫302上。因此，基片W被抛光垫302用存在于基片W待抛光的下表面和抛光板302之间的抛光液Q抛光。
基片W位于压力室364、366之下的局部区域在供应给压力室364、366的增压流体的压力下被压在抛光垫302上。基片W位于中心压力室374之下的局部区域在供应给中心压力室374的增压流体的压力下经过中心袋360的弹性薄膜368被压在抛光垫302上。基片W位于中间压力室382之下的局部区域在供应给中间压力室382的增压流体的压力下经过环形管362的弹性薄膜376被压在抛光垫302上。
因此，作用于基片W的各局部区域上的抛光压力可以通过控制供应给各压力室364、366、374和382的增压流体的压力被独立地调节。因而，基片W被分成可以在独立的压力下受压的同心圆和环形区域。依赖于施加到其上的压力的圆形和环形区域的抛光率可以被独立地控制，这是因为，施加到这些区域上的压力可以被单独地控制。因此，即使基片W表面上待抛光的薄膜的厚度在径向上存在变化，也可以对基片W表面上的薄膜均匀地抛光，而不会产生抛光不足或抛光过度。更具体地说，即使基片W表面上待抛光的薄膜厚度随基片W上的径向位置而不同，但是位于薄膜较厚区域上的压力室中的压力大于位于薄膜较薄区域上的压力室中的压力，或者位于薄膜较薄区域上的压力室中的压力小于位于薄膜较厚区域上的压力室中的压力。按照这种方式，施加给薄膜较厚区域的压力比施加给薄膜较薄区域的压力大，从而有选择地增加了薄膜较厚区域的抛光率。因此，基片W的整个表面可以被精确抛光至所需的高度，而不受薄膜形成时造成的薄膜厚度分布的影响。
当基片W被抛光时，密封环420与基片的上表面紧密接触，从而密封这一空间。因此，防止增压流体流出到压力室366的外部。
当完成对基片的抛光时，以与上面所述相同的方式在真空的作用下吸引基片W，然后，压力室346与大气连通或被排空以便在其中形成一个负压。在吸住基片W之后，整个顶圈300被移动到基片W由此被输送的位置。然后，将流体、例如压缩空气或氮和纯净水混合物通过流体通道384、386喷射给基片，以便从顶圈300上释放基片W。如果中心袋360的弹性薄膜368和环形管362的弹性薄膜376具有限定在它们的下表面上的通孔，则由于流过这些通孔的流体对基片W施加向下的力，所以可以从顶圈300上顺畅地释放基片W。在基片W被从顶圈300上释放之后，大部分顶圈300的下表面被暴露出来。因此，在基片被抛光和释放之后可以相对容易地清洗顶圈300的下表面。
在上述实施例中，流体通道348、384、386、388和390被作为分开的通道设置。然而，流体通道和压力室的布置可以根据施加给基片W的压力的大小和施加压力的位置而改变。例如，这些通道可以相互连接，或者压力室可以相互连接。
压力室364、366可以被连接到压力室346上形成一个压力室，而不需要用流体通道384与压力室364连通和用流体通道386与压力室366连通。在这种情况下，压力室346、364、366中的压力可以利用经流体通道348供应的增压流体以等压力控制。如果不需要在压力室364和压力室366之间提供压力差，并且中心压力室374和中间压力室382中的压力不大于压力室346、364、366中的压力，则上述布置可以省去流体通道384、386，从而减少流体通道的数目并简化流体通道。
当内部抽吸部分304和外部抽吸部分404被设置在卡盘342上时，如图10和11所示，不仅在与抽吸部分402、404连通的流体通道406、408中产生真空，而且可以将增压流体供应给流体通道406、408。在这种情况下，抽吸部分402、404中对基片的抽吸和对压力室364、366的增压流体的供应可以由一个相应的通道进行。因此，不需要设置两个流体通道，即流体通道384、386，从而减少流体通道的数目并简化流体通道。
卡盘342具有一个从其外圆周边向下突出的突起422，用于保持弹性薄膜336或密封环420的下周部的形状(参见图10和15)。然而，如果由于材料等因素，不需要保持弹性薄膜336或密封环420的形状，则卡盘342不需要具有这样的突起。图16是表示顶圈300的垂直剖视图，其中卡盘342不具有图10和11中所示的实施例的突起422。在这种情况下，基片W可以从其中心部分至其外周部分均匀地受压。而且，通过省略凸起422该基片可以容易地追随抛光表面上的一个大的波浪或波动。
在上述实施例中，抛光表面由抛光垫构成。然而，抛光表面不限于此。例如，该抛光表面可以由一个固定研磨件构成。该固定研磨件形成一个包含被粘合剂固定的磨粒的平板状。采用固定研磨件，通过从固定研磨件上自生成的磨粒进行抛光。固定研磨件包括磨粒、粘合剂和气孔。例如，采用平均颗粒直径为0.5μm的二氧化铈(CeO2)作为磨粒，并且采用环氧树脂作为粘合剂。这种固定研磨件形成一个较硬的抛光表面。该固定研磨件包括一个具有由一个固定研磨件层和一个安装到固定研磨件层上的弹性抛光垫构成的双层结构的固定研磨垫。上述的IC-1000可以被用于其它硬质抛光表面。
图17和18表示基片输送箱24的一个例子，其中，容纳表面上的铜膜暴露出来的基片W的基片盒22被装在其中并被密封，并且封闭状态中的基片W被与基片盒22一起输送。基片输送箱24包括普通的SMIF或HOOP。一个颗粒去除过滤器和一个风扇电机可以被安装在基片输送箱24中，以便循环和净化基片输送箱24中的气体，从而可以防止基片之间的交叉污染。同时，可以通过在基片输送箱24内同时安装化学吸附过滤器和颗粒过滤器去除颗粒和离子。当然，也可以仅使用一个颗粒过滤器，以及将一个去离子过滤器作为化学过滤器。当风扇电机等被安装在基片输送箱24中时，其可以在将基片输送箱24安装到基座部件等上时，从一个设置在基座部件中的插座口等提供电流，从而旋转风扇电机，而代替在基片输送箱24中设置电池。
而且，可以通过在基片输送箱24中设置除湿手段、例如除湿剂控制基片输送箱24内的湿度，从而防止氧化膜的产生。在这种情况下，基片输送箱24中的湿度被减小到优选为10％或更小，并且更优选地减小到5％或更小。如果存在在低湿度下由于产生静电而使半导体装置损坏的可能，则需要将各基片的铜表面接地，以便允许当基片被输送和/或存储时将静电释放。
基片输送箱24的内部通常充满空气，但是采用氧气量有限的惰性气体等可以防止铜被氧化。氧气的量优选为10,000ppm或更少，更优选为1,000ppm或更少。
图19至22表示基片输送箱24的其它例子。这种基片输送箱24，例如用于输送和存储多个容纳在固定于一个箱体501内部的槽状匣504中的300mm的基片W。基片输送箱24包括一个矩形管状箱体501，一个通过连接到一个基片送入/送出门自动开关装置上、用于机械地打开/关闭形成于箱体501的一个侧表面上的开口部分的基片送入/送出门502，一个位于与开口部分相对侧上且适于盖住一个用于安装和拆卸过滤器和风扇电机的开口的闭合件503，用于保持基片W的槽状匣504，一个ULPA过滤器505，一个化学过滤器506，和一个风扇电机507。
基片送入/送出门502可以被机械地打开和关闭。用于与运动连接销508(参见图23)配合、以便高精度地定位基片送入/送出门自动开/关装置的V形槽509被设置在箱体501的底部。定位销接收部分510、和用于开/关所述门的弹键锁被插入其中的接收部分511被设置在基片送入/送出门502中，以便可以从基片送入/送出门自动开/关装置侧进行自动开/关。而且，设有机器搬运凸缘512，以便可以采用例如OHT(顶部提升输送)或AGV(自动导向车辆)的输送装置进行输送。V形槽509、定位销接收部分510、用于开/关所述门的弹键锁被插入其中的接收部分511、机器搬运凸缘512和其它与自动界面相关的部件被按照SEMI标准E1.9、E47.1、E57和E62设计。
箱体501的内部被分隔板530分隔成一个在中心处的中心室513a和由分隔板530分隔的一对位于中心室513a两侧的侧室513b。分隔板530与形成一对的左、右槽状匣504成一整体地定位，以便在基片送入/送出门502和闭合件503之间形成间隙。具有向所述门展开以便与基片W配合的锥形部分的槽状匣504被成一整体地设置在分隔板530的一个面对基板送入/送出门502的部分上。
在中心室513a面对封闭件503的部分中，构成颗粒去除过滤器的ULPA过滤器505主要用于去除颗粒，并且设置构成气态杂质诱捕过滤器、用以去除杂质气体的化学过滤器506，以便空气可以从封闭件503向基片送入/送出门502流动。风扇电机507设置在诱捕过滤器506的上游，以便将空气送向基片送入/送出门502。
基片送入/送出门502的相对端部成形成一个向内平滑弯曲的形状，并且一个三角形流路调节板514被设置在基片送入/送出门502的中心。基片送入/送出门502还装配有固定夹具515，用于防止基片的移动。类似地，封闭件503的内表面是一个向内的曲线形状，并且一个三角形流路调节板516被设置在封闭件503的中心处。而且，用于向多个基片W均匀地供应清洁空气的流路调节板517被安装到两个与该向内内的清洁空气供应开口相邻的位置上。
当容纳有25个基片W时，例如，第一和第二十五个基片W与基片输送箱24的内壁表面之间的间隙被设置得比其它相邻基片之间的间隙宽。采用这种布置，阻碍了对基片W的流速均匀的供应，但是设置在向内清洁空气供应开口处的流路调节板517使得第一和第二十五个基片W与承载体之间的流速相对于相邻基片之间的流速均匀化，从而有效地进行净化。
一个包括有一个二次电池的电源单元518被设置在封闭件503的底部，并且具有一个用于连接到风扇电机507的端子519上的接触件。一个用于风扇电机507的操作控制基片被结合到电源单元518中。按照符合已经被编程到控制基片中的控制程序的操作和中断时间以及转数控制风扇电机507。一个充电端子520被设置在电源单元518的底部。当基片输送箱24被设置在基片送入/送出门自动开/关装置或一个充电站上时，充电端子520被连接到该装置中的端子上，从而自动对二次电池充电。
在本实施例中，气体杂质诱捕过滤器506由用于去除有机物的包住颗粒的活性炭、和用于去除无机离子的离子交换无纺织物构成。介质可以是研磨成粉的活性炭、活性炭纤维、高纯度硅、沸石、陶瓷或渗透活性炭。活性炭纤维可以通过将人造丝、红藻氨酸醇、聚丙烯腈、石油或石油沥青成型成纤维状获得，并且对纤维含碳材料进行所谓的活化反应，即，用蒸汽或二氧化碳在800℃或更高的高温进行气化反应。活性炭纤维可以包含不用于吸附的粘合剂等，其目的是保持强度并防止产生灰尘。然而，低含量的粘合剂等作为一种材料是需要的。
由于在活化过程中已经将无定形碳等去除，所以活性炭在本结构中具有许多气孔。这些气孔和较大的比表面积使活性炭具有较强的物理吸附能力。一个具有上述优点的填充有颗粒活性炭的活性炭过滤器在商业上是可以获得的。同样在市场上，作为用于空气过滤器的薄膜材料是一种包含有活性炭过滤器的过滤器、和一种具有承载于开放的多孔结构的聚氨酯泡沫上的大约0.5mm直径的颗粒活性炭的过滤器，所述前一种活性炭过滤器具有不易产生粉尘、加工性能高、气孔比颗粒活性炭细、并且比表面积大的优点。
与半导体基片材料相同的高纯度的硅可以被用作吸附剂。高纯度硅的表面态具有两种类型亲水型和憎水型，并且亲水型和憎水型的吸附特性不同。通常，被稀氢氟酸洗涤过的憎水型表面对环境较敏感，并且即使在浓度非常低的情况下也对碳氢化合物表现出很高吸附特性。然而，当生成氧化膜时憎水表面硅变成亲水表面。因此，憎水表面硅具有吸附特性随时间而改变的缺点。亲水表面对具有极性的有机物、例如BHT(2，6-二叔丁基-对甲酚)或DBP(邻苯二甲酸二丁酯)具有很高的吸附性。任何高纯度的硅都不能被单独地有效应用，而是需要与活性炭结合使用。
离子交换无纺织物或纤维可以通过例如利用辐射嫁接聚合反应引入离子交换基而获得。即，使一个由有机聚合物例如聚乙烯或聚丙烯等聚合物、或者天然生成的高分子纤维、或纺织纤维例如棉花或羊毛构成的基础材料被射线、例如电子束或伽马射线照射，以便产生许多活性点。这些活性点具有非常高的活性，并且被称为基。一个单体被化学粘接到这些基上，从而可以赋予与基础材料特性不同的单体特性。
这一技术将单体嫁接到基础材料上，并因此称为嫁接聚合。当具有砜基、羧基、氨基等离子交换基的单体、例如苯乙烯磺酸钠、丙烯酸或芳基胺等，通过辐射嫁接聚合被粘接到聚乙烯无纺织物基础材料上时，可以获得无纺织物型的离子交换剂，这种离子交换剂具有比通常称为离子交换树脂的离子交换珠高的离子交换率。
类似地，一个能够接受离子交换基的单体、例如苯乙烯、氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯腈或丙烯醛可以与基础材料一起被辐射嫁接聚合，并从而引入一个离子交换基。在这种情况下，可以在基础材料上形成一个离子交换剂。
对于ULPA过滤器或HEPA过滤器的过滤器介质，采用玻璃纤维。然而已经发现，玻璃纤维与用于在半导体基片制造过程的氟化氢(HF)蒸汽发生反应产生BF3，因此存在问题。近年来，用作过滤器介质PTFE(聚四氟乙烯)的ULPA过滤器和HEPA过滤器已经在市场上销售，这种过滤器介质不会混入硼或金属杂质，并且不受酸、碱和有机溶剂的影响。玻璃纤维或PTFE可以根据需要进行选择。
当容纳有多个基片W的基片输送箱24被送入图1所示的镀铜装置18中时，进行反应，例如，将参照图23进行说明。
镀铜装置18具有一个基片送入/送出门自动开/关装置。当基片输送箱24被送入镀铜装置18中时，其被放置在一个预定的位置上。当从清洗室通过一个闸式阀等切断基片输送箱24时，基片送入/送出门自动开/关装置打开基片送入/送出门502。然后，基片W被敷镀装置18中的一个基片操作机械手521取出，并且进行加工。加工后的基片W被返回到基片输送箱24中。在所有基片W被加工完成之后，基片送入/送出门502被基片送入/送出门自动开/关装置关闭，以便密封基片输送箱24。从此刻起，开始风扇电机507的操作，以便净化基片输送箱24内的空气。当基片送入/送出门502被关闭时，基片输送箱24通过OHT或AGV被输送到一个基片加工过程或装置，或者一个存储仓库。
按照预先设定的程序操作风扇电机507，从而产生一个从风扇电机507流向气体杂质诱捕过滤器(化学过滤器)506、ULPA过滤器505和中心室513a的气流。进入中心室513a的气流被设置在基片送入/送出门502处的流路调节板514平滑地分支，并且各气流通过侧室513b且返回风扇电机507。按照这种方式，形成一个气体循环路径。
空气在通过气体杂质诱捕过滤器506和ULPA过滤器505时被净化，并且随后被位于与槽状匣504成一整体的分隔板530开口内侧处的入口流路调节板517导入基片W之间的间隙。通过设置入口流路调节板517，可以防止空气过多地流入到基片W和与槽状匣504成一整体的分隔板530之间的间隙中。已经从基片W之间通过的空气沿着流路调节板514和基片送入/送出门502的内表面流动，掉转方向，通过侧室513b，并返回到风扇电机507。
在这一过程中，附着到各部分上的固体物质例如颗粒、或由此产生的气体物质被循环气流带走。循环气流被位于基片W上游的两个过滤器505和506净化，并到达基片W。因此，不仅从外部来的污染、而且由基片输送箱24内存在的物质造成的所谓自身污染均可被防止。
风扇电机507的运行方式可以考虑采用适于基片输送箱24的使用状态的适当模式。通常，该运行在初始阶段是连续或以高流速进行的，以便确保消除已经带入到基片输送箱24中的污染。在过去一定时间之后，流速降低，或者间歇地运行，以便防止从装在基片输送箱24中的基片W和安装在基片输送箱24内的部件上产生污染。通过这种分级运行，风扇电机507的电源消耗被降低，从而减小了二次电池的更换频率。
当基片输送箱24被设置为宽度W为389.5mm、深度D为450mm并且高度H为335mm，且在基片输送箱24中装有25个尺寸为300mm的基片时，包括基片在内的总重量为大约10kg。在本实施例中，通过启动风扇电机507，空气量为0.12m3/min的循环空气可以流入基片输送箱24中，使通过基片W之间的间隙中心的空气速率达到0.03m/s。可以通过改变风扇电机507增加或减少循环空气量。
图24和25表示基片输送箱24的另一个例子。这个例子与图19至22所示的例子的不同之处在于，基片W的尺寸为200mm，用于机械界面的门523位于箱底，并且基片W被装在基片盒22中，并且以这种条件容纳在基片输送箱24中。对基片输送箱24中的空气进行净化的方法与图19至22所示的例子相同。在这个例子中，一个用于驱动风扇电机507的二次电池和一个风扇电机控制电路被包括在箱子的门523中。
当基片输送箱24被设置成宽度W为283mm、深度D为342mm并且高度H为254mm，且25个尺寸为200mm的基片被装入到基片输送箱24中时，包括基片W和基片盒22在内总重量大约为6kg。在这个例子中，通过启动风扇电机507，可以使空气量为0.05m3/min的循环空气流入到基片输送箱24中，使通过基片W之间的间隙的中心的空气的流速达到0.03m/s。
图26表示本发明的另一个基片加工设备的整体结构。通过采用一个具有膜厚分布调节功能的镀铜装置620形成图62B中所示的铜膜(镀铜膜)6。基片表面上的铜膜(镀铜膜)6的厚度通常等于或小于2微米，优选等于或小于1微米。采用一个膜厚分布测量装置622测量铜膜6在整个表面上的膜厚分布。利用一个具有抛光量调节功能的抛光装置(CPM装置)624对基片表面进行化学机械抛光，以便如图62C所示形成一个由铜膜6构成的铜连接。对于这一过程，根据由膜厚分布测量装置622测量的结果，将控制信号、例如电场控制信号和敷镀时间控制信号输入到镀铜装置620中，以便控制镀铜装置620，并且将控制信号、例如压力控制信号输入CMP装置624，以便控制CMP装置624。
控制的细节如下对于镀铜装置620，用膜厚分布测量装置622测量形成于基片上的整个表面的铜膜(镀铜膜)6的膜厚分布，所述膜厚分布测量装置622利用例如涡流厚度检测原理来找出基片中心处的铜膜(镀铜膜)6的膜厚和基片周边上的膜厚之间的差异。根据所获得的结果，对镀铜装置620进行反馈控制，以便在目标基片测量之后，在待加工的基片表面上沉积出厚度更加均匀的镀铜膜，即，基片中心处镀铜膜的膜厚和基片周边的膜厚之间的差被最小化。对于CMP装置624，作为一个后续加工步骤，根据对整个表面上的膜厚分布的测量结果，例如通过调节施加在基片中心和周边上的压力来调节基片中心和周边处的抛光量，从而在抛光之后最终获得平直的铜膜(镀铜膜)6。
如上所述，采用具有膜厚分布调节功能的镀铜装置620并进行反馈控制，以便更均匀地在基片表面上沉积一个镀铜膜。而且，采用具有抛光量调节功能的CPM装置，并且根据膜厚分布的精确测量调节镀铜膜的抛光量，从而可以最终获得平直的镀铜膜。
如图27所示，在用CPM装置624进行抛光之后，可以用一个膜厚分布测量装置626在镀铜膜的中心和周边处对整个表面上的膜厚分布进行测量，并且根据测量的结果，对CPM装置624反馈控制(对作用于基片的压力进行精密调节)。
图28至40表示具有膜厚分布调节机构的镀铜装置620的不同实施例。与图64中所示的现有例子的构件相同或相应的构件将采用相同的标号，并且将部分地省略对它们的说明。
图28表示一个镀铜装置620，该镀铜装置620包括一个平板形、高电阻结构(虚阳极)630，该结构630被设置在一个浸入到敷镀槽602内的敷镀液600中的阳极板(阳极)606和一个被基片保持件604保持且置于敷镀槽602的上部中的基片W之间。高电阻机构630具有比敷镀液600高的电阻率，并且包括例如一个薄膜或陶瓷板。该高电阻结构630平行于阳极板放置在敷镀槽602的横截面的整个区域中。
根据这种布置，经过高电阻结构630，阳极板606和形成于基片W的表面(下表面)上的铜籽晶层7(参见62A)之间的电阻可以高于当它们之间的间隙单独由铜敷镀液600构成时所产生的电阻。这可以减少由于形成于基片W表面上的铜籽晶层7的电阻的影响而造成的整个表面上的电流密度中的差异。因此，铜籽晶层电阻的影响可以被减小，而不用完全使阳极板606和基片W之间的距离变长，从而可以使镀铜膜的膜厚更加均匀。
图29表示一个镀铜装置620，该装置包括一个平行地置于阳极板606和基片W之间的平板形绝缘体(虚阳极)632，以代替图28中的高电阻结构630。该绝缘体632在中心处具有一个中心孔632a，并且尺寸小于敷镀槽602的截面。由于这一绝缘体632，敷镀电流仅流过绝缘体632的中心孔632a的内部，和流过绝缘体632的外周端表面与敷镀槽602的内周表面之间的间隙，从而使沉积的镀铜膜变厚，特别是在基片的中心变厚。
图30表示包括图29的绝缘体632的镀铜装置620，该绝缘体632具有较大的尺寸并且具有一个与敷镀槽602的内周表面接触的外周端表面。由于这一结构，敷镀电流仅流过绝缘体632的中心孔632a的内部，从而进一步使基片W中心处沉积的镀铜膜变厚。
图31表示一个镀铜装置620，其包括一个置于一个阳极板606和一个基片W之间与基片W的中心相对应的位置上的导体(虚阳极)634。导体634具有比敷镀液600低的电阻率。更多的敷镀电流流过导体634，从而在基片W的中心处形成一个较厚的镀铜膜。
图32是图29的变例，表示一个镀铜装置620，其包括一个在其任意位置上具有多个任意尺寸通孔632b的绝缘体632。由于这种结构，敷镀电流仅流过通孔632b的内部，从而使得基片W的任意位置上的镀铜膜的膜厚较大。
图33是图32的一个变例，表示一个镀铜装置620，其包括一个在其任意位置上具有多个任意尺寸的通孔632b的绝缘体，和一个埋在任意通孔632b之中的导体636。根据这种结构，流过导体636内部的敷镀电流比流过没有导体的通孔632b内部的电流大，从而在基片W的任意位置上沉积出厚度较大的铜膜。
图34表示图28的一个变例，表示一个镀铜装置620，其包括一个具有比敷镀液600的电阻率高且包括例如一个薄膜或陶瓷板的高电阻结构630。该高电阻结构630具有从中心开始向着周边逐渐增加的厚度。高电阻结构630的电阻在周边比中心高，因此使铜籽晶层的电阻的影响较小。结果，具有更均匀厚度的镀铜膜被沉积到基片W的表面上。
图35表示图32的一个变例，表示一个镀铜装置620，其包括一个在其任意位置上具有多个尺寸(内径)相同的通孔632c的绝缘体632，以便在基片W的平面上任意地分布相同尺寸的通孔632c。通过这样做，可以容易地制造绝缘体632。
图36表示一个镀铜装置620，其包括一个中心相对于周边向上隆起成山形的阳极板606。因此阳极板606的中心到基片W的距离比阳极板606的周边到基片W的距离短。结果，比正常情况更大的敷镀电流流过基片的中心，从而在基片上沉积出厚度均匀的镀铜膜。
图37表示图36的一个变例，表示一个镀铜装置630，其包括一个球壳式向上弯曲的平板形阳极板606，从而使阳极板606的中心到基片W的距离比从阳极板606的周边到基片W的距离短。
一个所谓的黑膜形成于阳极板(阳极)606的表面上。如果黑膜的脱落片靠近并粘附到基片W的被处理表面(表面)上，则对镀铜膜产生不利影响。因此，优选用一个过滤膜638围住阳极板606，如图38所示，并通过采用该过滤膜638防止黑膜的脱落片流出。在这个例子中，为图30所示的例子提供了一个过滤膜636，但不言而喻，这也可以用于其它的例子。
图39表示一个镀铜装置630，其包括与图29所示相同的具有中心孔632a的绝缘体632。该绝缘体632被连接到一个上、下运动机构640的向上、下运动的杆642上，并且根据上、下运动机构640的驱动，改变绝缘体632相对于正极606和基片W的相对位置。根据这一发明，阳极板606和基片W之间的电场可以通过绝缘体632被调节。
图40表示一个镀铜装置630，其包括一个具有多个通孔644a的盘形绝缘体(虚阳极)644，和一个具有多个通孔646a且可旋转地叠置在绝缘体644上的类似盘形的绝缘体(虚阳极)646。通过旋转机构648的一个旋转杆650使绝缘体之一646旋转，以便改变两个绝缘体644和646的相位。绝缘体644和646相互连通的通孔644a和646a的数目根据相位的变化而变化。根据这种设计，可以通过调节绝缘体646的旋转角度来调节阳极板606和基片W之间的电场。
图41至46表示具有一个抛光量调节机构的CMP装置(抛光装置)624。
图41和42表示一个CMP装置624，其包括一个由带状抛光布或具有固定于其上的磨粒的布构成的抛光带652。抛光带652被环绕在一对辊子654和654之间，使其抛光表面朝外。被抛光头656吸住并保持的基片W被压在运动着的抛光带652上，而基片W同时被旋转。从磨蚀液供应喷嘴658向抛光带652的抛光表面供应磨蚀液或纯净水(含有pH值调节剂)。
一个压力装置668被设置在抛光头656之下并且处于该压力装置668和抛光头656将抛光带652的运行上侧夹在其中的一个位置上。该压力装置668包括一个中心盘664和一个围绕中心盘664的环形板666。中心盘664和环形板666被装在壳体660中，并且可以通过促动器662a、662b单独地上升和下降。由于这一压力装置668，环形板666的上表面例如可以突出到中心盘664的上表面之上，从而可以使其对基片W的周边部分的抛光量比基片W的中心部分的抛光量大。
在这种情况下，如图9至16所示，抛光头656可以是在基片整个表面上施加单一压力的抛光头，或者可以是一个顶圈300。
如图43A和43B所示，聚四氟乙烯670(商标)可以被粘到中心盘664和环形板666的上表面，从而在抛光带652和中心盘664之间产生摩擦，并且可以缩小抛光带652和环形板666。
在抛光铜的过程中，当向抛光表面供应抛光液时，采用固定到带子上的磨粒比采用抛光布更好，这是因为对于作为软金属的铜可以使凹陷最小化。
图44至46表示CMP装置的另一个例子。在该CMP装置624中，一个直径大于基片W的旋转台676被连接到旋转轴674的上端，该旋转轴674随着电机672的旋转而旋转。基片W被保持在旋转台676的上表面，使其设置成形面(表面)朝上，并且在这种状态下被旋转。一个具有固定于其上的磨粒或抛光布且直径比基片W的半径小的抛光工具678在旋转时被压在基片W上，并且同时从磨蚀液供应喷嘴680向基片W的表面供应磨蚀液或纯净水，以便抛光基片W。用一个位于抛光工具678旁边的膜厚传感器682测量抛光之后镀铜膜的膜厚。
该抛光工具678在基片的径向方向上运动，以便对基片的整个表面进行抛光。如果镀铜膜在基片的周边比基片的中心厚，则抛光工具678在基片周边上的径向移动速度应当降低。而且，安装一个膜厚传感器682、例如一个光学传感器，以便控制抛光工具678的径向移动速度，同时测量正被抛光的基片的环形区域处的镀铜膜厚度。通过这样做，基片中心和周边之间的镀铜膜膜厚的差异可以变平。在这种情况下，如图46所示，膜厚传感器682的位置优选在抛光工具678沿基片旋转方向的下游，并且供应抛光液的位置优选在抛光工具678沿基片旋转方向的上游。
具有用于对在基片W的中心和周边处的敷镀铜膜进行厚度调节的膜厚调节机构的镀铜装置620、膜厚分布测量装置622、和能够调节基片W中心和周边处的抛光量的CMP装置(抛光装置)624中的一些或全部被整合成一个单一的设备。
下述实施例表示该整体设备的一些例子。如图47所示，籽晶层形成室可以被加到该整体设备中。籽晶层的形成可以采用一个普通的CVD装置或溅射装置进行，或者通过无电敷镀进行。阻挡层形成装置可以被包括在该整体形式中。
图47是表示半导体基片加工设备的一个平面结构的示意图。本半导体基片加工设备包括一个装载/卸载部分701、一个镀铜装置620、一个第一机械手703、一个第三清洗器704、一个翻转机构705、一个翻转机构706、一个第二清洗器707、一个第二机械手708、一个第一清洗器709、一个第一CMP装置624a、和一个第二CMP装置624b。一个用于测量在敷镀前和敷镀后的镀膜膜厚的膜厚分布测量装置622、和一个用于测量抛光后半导体基片W上干燥的镀铜膜的膜厚的膜厚分布测量装置626被设置在第一机械手703附近。
膜厚分布测量装置622、626，特别是用于测量抛光后的膜厚分布的膜厚分布测量装置626，可以被设置在第一机械手703的手上。尽管没有说明，但是膜厚分布测量装置622可以被设置在镀铜装置620的半导体基片送入/送出口处，以便测量送入的半导体基片W的膜厚，和送出的半导体基片W的膜厚。
第一CMP装置624a包括一个抛光台710a、一个顶圈710b、一个顶圈头部710c、一个膜厚分布测量装置626a和一个推进器710e。第二CMP装置624b包括一个抛光台711a、一个顶圈711b、一个顶圈头部711c、一个膜厚分布测量装置626b和一个推进器711e。
一个装有容纳有半导体基片W的基片盒22的箱子被设置在装载/卸载部分701的台子上，所述半导体基片W具有用于连接的接触孔3和沟道4以及形成在其上的籽晶层7。该箱子被箱子打开/关闭机构打开，然后用第一机械手从基片盒22中取出半导体基片W，并将其送入镀铜装置620中用以形成铜膜6。在铜膜6形成之前，利用膜厚分布测量装置626测量籽晶层7的膜厚。由镀铜装置620形成铜膜6。在形成铜膜6之后，基片被镀铜装置620冲洗或清洗。如果时间允许，基片可被干燥。
当半导体基片W被第一机械手703从镀铜装置620中取出时，利用膜厚分布测量装置626测量铜膜(镀铜膜)6的膜厚分布。测量方法与对籽晶层7的测量方法相同。测量结果被作为半导体基片上的记录数据记录在一个记录器(未示出)中，并且还被用于对镀铜装置620的异常的判断。在测量了膜厚之后，第一机械手7将半导体基片W输送到翻转机构705中，该翻转机构705反转半导体基片W，使其上侧朝下(已经形成铜膜6的表面朝下)。
第二机械手708从翻转机构705上拾起半导体基片，并将半导体基片W放置在CMP装置624a的推进器710e上。顶圈710b吸住推进器710e上的半导体基片W，并将半导体基片W上已经形成铜膜6的表面压在抛光台710a的抛光表面上，以便进行抛光。
采用二氧化硅、铝土或二氧化铈作为抛光铜膜6的磨粒，采用主要用酸性材料、例如过氧化氢对铜进行氧化的材料作为氧化剂。一个用于将通过的液体调节到预定温度的温度调节流体管道被连接到抛光台710a的内部，以便将抛光台710a的温度保持在一个预定值。为了将含有磨粒和氧化剂的浆液的温度也保持在一个预定的值，在用于喷射浆液的浆液喷嘴中设有一个温度调节器。尽管没有示出，用于休整的水等的温度也被调节。按照这种方式，为了修整，抛光台710a的温度、浆液的温度和用于休整的水等的温度被保持在预定的值，从而使化学反应速率保持恒定。作为抛光台710a，具体地，采用具有高导热率的铝土或陶瓷、例如SiC等。
为了检测抛光的终点，采用设置在抛光台710a上的一个涡流式膜厚测量机构或一个光学膜厚测量机构对铜膜6进行膜厚测量；或者进行阻挡层5的表面检测。当发现铜膜6的膜厚为零时或者当检测到阻挡层5的表面时，作为抛光的终点。
在铜膜6的抛光完成之后，顶圈710b将半导体基片W返回到推进器710e上。第二机械手708拾起半导体基片W，并将其放到第一清洗器709中。这时，化学液被喷射到推进器710e上的半导体基片W的表面侧和背侧上，以便去除颗粒或使颗粒难以粘附到其上。
在第一清洗器709中，半导体基片W的表面侧和背侧被例如用一个PVA海绵辊洗涤清洗。在第一清洗器709中，从喷嘴喷出的清洗流体主要是纯净水，但也可以是混有表面活性剂和/或螯合剂的混合物，并且将pH值调节到与氧化铜的零电位一致。而且，一个超声波振动元件可以被设置在喷嘴上，以便对被喷射的清洗流体施加超声波振动。在洗涤清洗过程中，半导体基片W被一个旋转辊夹住并且在水平面上旋转。
在清洗完成后，第二机械手708将半导体基片W输送到第二CMP装置624b，并且将半导体基片W放置在推进器711e上。顶圈711b吸住推进器711e上的半导体基片W，并且将半导体基片W上已经形成阻挡层5的表面压在抛光台711a的抛光表面上，以便进行抛光。抛光台711a和顶圈711b的结构与抛光台710a和顶圈710b的结构相同。
抛光台711a顶部上的抛光表面由一个聚氨酯泡沫、例如IC1000，或者具有固定在其上的磨粒或浸有磨粒的材料构成。通过抛光表面和半导体基片W的相对运动进行抛光。这时，采用二氧化硅、铝土或二氧化铈作为磨粒或浆液。根据待抛光的薄膜类型调整化学液体。
在完成抛光之后，顶圈711b将半导体基片W输送到推进器711e。第二机械手708拾起推进器711e上的半导体基片W。这时，可以将化学液体喷射到推进器711e上的半导体基片W的表面侧和背面侧，以便去除颗粒或使颗粒难以粘附到其上。
第二机械手708将半导体基片W输送到第二清洗器707以进行清洗。第二清洗器707的结构也与第一清洗器709的结构相同。主要采用纯净水作为用于去除颗粒的清洗流体，并且也可以采用表面活性剂、螯合剂或pH值调节剂。半导体基片W的表面被PVA海绵辊洗涤清洗。从喷嘴向半导体基片W的背侧喷射一种强化学液体、例如DHF，以便蚀刻扩散的铜。在没有扩散问题的情况下，由一个PVA海绵辊采用与用于半导体基片W表面的化学液体相同的化学液体洗涤清洗半导体基片W的背侧。
随着上述清洗的完成，第二机械手708拾起半导体基片W，并将其输送到翻转机构706，该翻转机构706将半导体基片W翻过来，使上侧朝下。然后，被翻转的半导体基片W被第一机械手703拾起并放置在第三清洗器704中。第三清洗器704将被超声波振动激起的超音速水喷射到半导体基片W的表面上，以便清洗半导体基片W。这时，用公知的铅笔型海绵添加纯净水、表面活性剂、螯合剂或pH值调节剂，半导体基片W的表面可被清洗。然后，通过旋转干燥对半导体基片进行干燥。
图48是表示基片加工设备的另一个例子的平面布局的示意图。这种基片加工设备包括阻挡层形成单元811、一个籽晶层形成单元812、一个镀膜形成单元(敷镀装置)813、一个退火单元814、一个第一清洗单元815、一个坡口/背侧清洗单元816、一个盖镀单元817、一个第二清洗单元818、一个第一校准和膜厚测量仪表841、一个第二校准和膜厚测量仪表842、一个第一基片翻转机构843、一个第二基片翻转机构844、一个基片临时放置台845、一个第三膜厚测量仪表846、一个装载/卸载部分820、一个第一CMP装置821、一个第二CMP装置822、一个第一机械手83 1、一个第二机械手832、一个第三机械手833和一个第四机械手834。
在这个例子中，一个无电敷镀镀铜装置可以作为阻挡层形成单元811，一个无电敷镀镀铜装置可以作为籽晶层形成单元812，并且一个电镀装置可以作为镀膜形成单元813。
图49A至49E表示一个例子，其中，通过两个具有不同膜厚分布特性的镀铜装置将膜厚分布调整得更加均匀。如图49B所示，第一阶段敷镀装置620a是一个设计用于沉积具有周边处膜厚增加的膜厚分布特性的镀铜膜P1的装置。如图49C所示，第二阶段敷镀装置620b是一个设计用于沉积具有在中心处膜厚增加的膜厚分布特性的镀铜膜P2的装置。
这两个镀铜装置620a和620b被串行设置以便对基片镀铜，从而如图49D所示沉积出镀铜膜P1，并随后如图49E所示在其上沉积出镀铜膜P2。通过调节用于这些敷镀步骤的时间周期，可以获得一个具有更均匀的膜厚分布的镀铜膜。这种方法甚至可以在敷镀过程中改变基片中心和周边处的厚度分布。由于该方法仅需要改变敷镀时间并且不需要机械调节机构，所以可以在原位调节镀铜膜厚度分布。
如果第二阶段敷镀之后的镀铜膜的膜厚在中心处较大，可以增加用于第一阶段敷镀的敷镀时间或敷镀电流，或者减少用于第二阶段敷镀的敷镀时间或敷镀电流。这种调节可以减小第二阶段敷镀之后的基片中心和周边处的镀铜膜的膜厚变化。
不用说，第一阶段敷镀装置可以是一个设计用于沉积具有在中心处膜厚增加的膜厚分布特性的镀铜膜的装置，并且第二阶段敷镀装置可以是一个设计用于沉积具有在周边膜厚增加的膜厚分布特性的镀铜膜的装置。
如图50所示，可以利用第一阶段敷镀装置620a进行第一阶段敷镀，利用膜厚分布测量装置622a测量镀铜膜的膜厚分布，并且根据测量结果调节第二阶段敷镀装置620b的敷镀时间。在这种情况下，可以进一步减小第二阶段敷镀后基片中心和周边处的镀铜膜的膜厚变化。
按照这种方式，能够调节基片中心和周边处的镀铜膜膜厚的敷镀装置、和用于测量基片中心和周边的膜厚分布测量装置的结合使用，可以进行调节使得敷镀后的基片中心和周边处的镀铜膜的膜厚变化减小。这可以通过一个简单的调节来实现，通过采用公知技术、例如反馈控制和/或前馈控制的控制装置实现自动化。而且，其不仅可以进行调节使得基片中心和周边处的镀铜膜的膜厚变化减小，而且可以敷镀出一个具有一种在基片的中心和周边处的镀铜膜的膜厚分布的镀铜膜，所述分布适合于CMP装置对基片周边和中心的抛光特性。例如，当敷镀装置与一个在基片中心比在周边抛光更多的抛光装置相结合时，敷镀一个在基片中心比在周边更厚的镀铜膜是可取的。
为了抛光镀铜膜，这里采用的可以单独调节基片中心和周边压力的CMP装置，可以是一个普通的CMP装置，该CMP装置将由旋转头保持的基片压在一个安装到普通的旋转台上的抛光布上，并且用供应给抛光布的磨蚀液对基片进行抛光。然而，一个具有固定于其上的磨粒的固定磨粒型抛光装置是需要的，以便防止凹陷。所需的头是一个利用流体压力对基片加压的头。当采用固定磨粒型抛光装置时，由于抛光可能会在镀铜膜的表面上产生刮擦。为了将其去除，需要在第一阶段用固定磨粒抛光基片，并且在第二阶段用抛光布和磨蚀液进行普通抛光，从而去除刮擦。
具有对于在基片的中心和周边的镀铜膜的膜厚分布调节机构的敷镀装置、膜厚分布测量装置、和能够调节基片中心和周边的抛光量的CMP装置，可以被分开装在清洗室中。在这种情况下，为了防止镀铜膜表面氧化，需要采用基片输送箱、例如在前述实施例中提到的SMIF或HOOP，并且进一步采用一个适于在基片输送箱内部进行空气循环的输送装置，并且通过一个置于基片输送箱内部的颗粒过滤器、或者将这种颗粒过滤器与一个化学过滤器且进一步与一个减湿器结合起来，将围绕基片的大气中的气体与清洗室隔离开，从而控制颗粒量、氧量、或蒸汽量。而且，需要利用一个分隔板等将各装置内部的大气与清洗室隔开，从而控制装置内的氧或蒸汽的量。
而且，如图51所示，可以在镀铜之前测量形成于基片表面上的铜籽晶层7的电阻，并且根据该结果，可以调节用于镀铜膜的中心和周边的镀铜装置的膜厚分布调节机构。对铜籽晶层电阻的测量可以采用一个除敷镀装置之外的装置。然而，需要在实际敷镀状态下测量阴极和铜籽晶层之间的电阻，所以应当采用敷镀装置的阴极接触来测量铜籽晶层的电阻。
图52至63表示同时用作铜籽晶层电阻测量端子和阴极的电端子部件的例子。如图52和53所示，一个半导体基片W被设置在一个基片放置站900之上，所述基片敷镀站900包括一个绝缘体，形成基片表面的铜籽晶层朝下。在一个接收基片W的基片放置站900的表面上，以预定间隔沿圆周方向设置多个电端子902。当同时作为一个阴极时，该电端子902至少需要被防止与敷镀液接触。为了这一目的，密封件904、906被设置在电端子902的两侧(外侧和内侧)，并且密封件609被一个密封压力件908加压，从而在这个例子中构成一个密封机构。可以仅设置用于电端子902的内部密封材料906。
在这个实施例中，电端子902形成一个矩形形状，但是也可以如图54A中所示，形成与铜籽晶层线接触的刀刃形状。而且，虽然没有示出，但电端子902也可以是尖顶形的，以便与铜籽晶层点接触。该点接触可以减小电端子和铜籽晶层之间的电阻。
而且，如图54B所示，需要提供一个弹簧910被设置在各电端子902之下的结构，从而使各电端子902被弹簧910的弹性力向上促动并被恒定的力单独地压在铜籽晶层上。另外，如图54C所示，可以设置一个电端子由弯曲金属板构成且可以被自身压在铜籽晶层上的结构。至少电端子902的表面需要由金属或白金制成，以便减少电端子和铜籽晶层之间的接触电阻。
基片放置站900应具有一个对中机构，以便电端子902不会与基片W偏离。对中机构的例子是，基片放置站900与基片W接触的内周表面是一个斜面900a，如图55A所示，以及其中一个金属板被弯曲以便具有用于基片的对中机构，从而构成一个电端子902，并且一个用于基片的对中机构被赋予电端子902本身，如图55B所示。
在这些例子中，用于测量铜籽晶层的电阻的装置在铜籽晶层朝下的状态下对电阻进行测量。然而，不必说，也可以在铜籽晶层朝上的状态下测量电阻。
下面，将说明测量铜籽晶层电阻的方法。
为了测量铜籽晶层的电阻，可以在相对于基片W的中心相互相对设置的两个电端子902和902之间施加一个直流电压，并且测量流过两个电端子902和902之间的电流。通过对将基片W的中心夹在其间的电端子902和902之间的这种测量，如图56所示，可以获得多个数据(在这个例子中因为有八个电端子，所以有四个数据)。由于在电阻的测量中存在误差，所以可以通过多种方法来找到整个基片的电阻值，例如，计算数据的算术平均值，计算均方根，和用除最大值和最小值之外的测量数据进行平均。
将由此获得的籽晶层电阻测量值与籽晶层电阻的标准值进行比较。如果测量值大于标准值，则可能是镀铜膜在基片的周边部分比在基片的中心部分厚。因此，调节镀铜装置的基片中心/周边膜厚调节机构，以便使镀铜膜平直。
而且，如图57所示，可以采用两个相邻的电端子902和902作为电极来测量这两个相邻电端子和对应的两个位于相对于基片中心的相对侧上的相邻的电端子之间的电阻值。在这种情况下，如图58A和58B所示，电端子902的组合可以采用相邻的电端子902连续地改变，以便进行测量。
另外，如图59A至59C所示，可以测量绕基片W边缘设置的任意电端子902和902之间的电阻，(例如，电端子的数目在这个例子中是八个，因而存在最多720个测量)，并且可以解出相应的联立方程，从而可以近似地获得铜籽晶层电阻的平面分布。这种方法的采用基本上给出了基片中心和基片边缘周围之间的电阻R10到R80，如图61所示。
图60和61表示测量铜籽晶层电阻分布的另一个例子。该例子包括一个电极端子臂914，该电极端子臂914具有中心电端子912，它与基片W中心的铜籽晶层接触。在这个例子中，电极端子臂914是可动式的，并且仅当测量电阻时移动到基片W的中心，并且当进行敷镀时退回。
在这个例子中，一个直流电压被依次地施加到基片中心处的中心电端子912和绕基片边缘设置的各电端子902之间。测量这时流过的电流值，从而可以找到置于基片中心的中心电端子9 12和置于基片周边的各电端子902之间的铜籽晶层的电阻R10、R20…R80，如图61所示。
根据这样找到的铜籽晶层电阻分布(例如，R10到R80)，单独地调节和控制在镀铜时施加给阴极的各电端子的电压，因此，使其不仅可以调节基片径向上的镀铜膜膜厚分布，而且可以调节基片圆周方向上的镀铜膜的膜厚。通过采用适于前馈顺序控制的普通控制装置自动地进行这些调节。
图65是一个基片敷镀设备的例子的平面图。图65所示的基片敷镀设备包括一个用于装载容纳半导体基片的基片盒的装载/卸载区域1520、一个用于加工半导体基片的加工区域1530、和一个用于清洗/干燥被敷镀的半导体基片的清洗/干燥区域1540。该清洗/干燥区域1540位于装载/卸载区域1520和加工区域1530之间。一个分隔板1521被设置在装载/卸载区域1520和清洗/干燥区域1540之间。并且一个分隔板1523被设置在清洗/干燥区域1540和加工区域1530之间。
分隔板1521具有一个限定于其中的通道(未示出)，用于在装载/卸载区域1520和清洗/干燥区域1540之间输送半导体基片，并且支撑一个用于开/关该通道的闸板1522。该分隔板1523具有一个限定于其中的通道(未示出)，用于在清洗/干燥区域1540和加工区域1530之间输送半导体基片，并且支撑一个用于开/关该通道的闸板1524。可以单独地向清洗/干燥区域1540和加工区域1530供应和排出气体。
图65所示的基片敷镀设备被设置在一个清洗室中，该清洗室容纳有半导体制造设备。装载/卸载区域1520、加工区域1530和清洗/干燥区域1540中的压力选择如下装载/卸载区域1520中的压力＞清洗/干燥区域1540中的压力＞加工区域1530中的压力。
装载/卸载区域1520中的压力低于清洗室中的压力。因此，空气不会从加工区域1530流入清洗/干燥区域1540，并且空气不会从清洗/干燥区域1540流入装载/卸载区域1520。而且，空气不会从装载/卸载区域1520流入清洗室中。
装载/卸载区域1520装有一个装载单元1520a和一个卸载单元1520b，它们分别容纳有一个用于存储半导体基片的基片盒。清洗/干燥区域1540容纳有两个用于以水来清洗被敷镀的半导体基片的水清洗单元1541，和两个用于干燥被敷镀半导体基片的干燥单元1542。各水清洗单元1541可以包括一个铅笔型清洗器或一个辊子，所述铅笔型清洗器具有一个安装于其前端上的海绵层，所述辊子具有一个安装在其外周表面上的海绵层。各干燥单元1542可以包括一个干燥器，用于高速旋转半导体基片以使其脱水和干燥。清洗/干燥区域1540还具有一个用于输送半导体基片的输送单元(输送机械手)1543。
加工区域1530装有多个用于在敷镀之前对半导体基片进行预处理的预处理室1531，和多个用铜对半导体基片进行敷镀的敷镀室。该加工区域1530还具有一个用于输送半导体基片的输送单元(输送机械手)1543。
图66表示空气流入基片敷镀设备的侧视图。如图66所示，将新鲜空气从外部通过一个管道1546引入，并且当向下的清洁空气绕着水清洗单元1541和干燥单元1542流动时，由风扇迫使其通过高性能过滤器1544从一个天花板1540a进入清洗干燥/区域1540。大多数被供应的清洁空气从一个地板1540b通过一个循环管道1545返回到天花板1540a，由此利用风扇迫使清洁空气再次通过过滤器1544进入到清洗/干燥区域1540中。部分清洁空气从水清洗单元1541和干燥单元1542通过管道1552排出到清洗/干燥区域1540之外。
在容纳预处理室1531和敷镀室1532的加工区域1530中，即使该加工区域1530是一个潮湿的区域，也不允许将颗粒施加到半导体基片的表面上。为了防止颗粒被加到半导体基片上，向下的清洁空气绕预处理室1531和敷镀室1532流动。新鲜空气被从外部通过管道1539引入并且被风扇强迫通过高性能的过滤器1533，从一个天花板1530a进入到加工区域1530。
如果作为被引入到加工区域1530中的向下的清洁空气流的所有清洁空气总是从外部提供的，则总是需要向加工区域1530引入和从其中排出大量的空气。根据这一实施例，空气从加工区域1530通过管道1553以足以保持加工区域1530中的压力低于清洗/干燥区域1540的压力的速率排出，并且几乎所有被引入加工区域1530的向下的清洁空气都通过循环管道1534、1535循环。该循环管道1534从清洗/干燥区域1540延伸并且被连接到天花板1530a之上的过滤器1533上。循环管道1535被设置在清洗/干燥区域1540中并且连接到清洗/干燥区域1540中的管道1534上。
已经通过加工区域1530的循环空气包含从溶液池带来的化学雾和气体。化学雾和气体被一个洗涤器1536和位于连接到管子1535上的管子1534中的雾分离器1537、1538从循环空气中去除掉。从清洗/干燥区域1540通过洗涤器1536和雾分离器1537、1538返回到天花板1530a上的循环管道1534进行循环的空气，不含有任何化学雾和气体。然后，利用风扇迫使清洁空气通过过滤器1533循环回到加工区域1530中。
部分空气被从加工区域1530通过连接到加工区域1530的地板1530b上的管道1553排出。含有化学雾和气体的空气也通过管道1553从加工区域1530排出。与通过管道1553排出的空气的量相当的新鲜空气，在相对于清洗室中的压力产生于敷镀室1530中的负压的作用下，从管道1539供应到敷镀室1530中。
如上所述，装载/卸载区域1520中的压力高于清洗/干燥区域1540中的压力，而清洗/干燥区域1540中的压力高于加工区域1530中的压力。因此，当闸板1533、1524(参见图65)打开时，如图67所示，空气依次流过装载/卸载区域1520、清洗/干燥区域1540和加工区域1530。从清洗/干燥区域1540和加工区域1530排出的空气流过管道1552、1553进入一个延伸到清洗室之外的公共管道1554(参见图68)。
图68表示图65所示的基片敷镀设备的透视图，其被设置在清洗室中。该装载/卸载区域1520包括一个侧壁，该侧壁具有一个限定于其中的盒体输送口1555和一个控制板1556，并且其被暴露在一个在清洗室中被一个分隔壁1557隔开的工作区1558中。分隔壁1557还在清洗室中隔出一个应用区1559，在其中安装基片敷镀设备。基片敷镀设备的其它侧壁被暴露在空气清洁度低于工作区1558中的空气清洁度的应用区1559中。
如上所述，清洗/干燥区域1540被设置在装载/卸载区域1520和加工区域1530之间。分隔壁1521被设置在装载/卸载区域1520和清洗/干燥区域1540之间。分隔壁1523被设置在清洗/干燥区域1540和加工区域1530之间。一个干燥的半导体基片从工作区1558通过盒体输送口1555装入到基片敷镀设备中，然后在基片敷镀设备中进行敷镀。对敷镀的半导体基片进行清洗和干燥，之后从基片敷镀设备通过盒体输送口1555卸下，送入工作区1558。因此，没有颗粒和雾气加到半导体基片的表面上，并且防止具有比应用区1557更高的空气清洁度的工作区被颗粒、化学雾和清洗溶液雾所污染。
在图65和66所示的实施例中，基片敷镀设备具有装载/卸载区域1520、清洗/干燥区域1540和加工区域1530。然而，一个容纳化学机械抛光单元的区域可以被设置在加工区域1530之中或与其相邻，并且清洗/干燥区域1540可以被设置在加工区域1530之中或在容纳化学机械抛光单元的区域和装载/卸载区域1520之间。在干燥的半导体基片可以被装到基片敷镀设备中的范围内，任何其它适当的区域和单元布局也可以被采用，并且可以清洗并干燥被敷镀的半导体基片，且之后从基片敷镀设备中卸下基片。
在上述实施例中，本发明被用于用来敷镀半导体基片的基片敷镀设备。然后，本发明的原理也可以适用于用来敷镀除半导体基片以外的基片的基片敷镀设备。而且，基片上被基片敷镀设备敷镀的区域不限于基片上的连接区域。该基片敷镀设备可以被用于用除铜以外的金属敷镀基片。
图69是基片敷镀设备的另一个例子的平面图。图69中所示的基片敷镀设备包括一个用于装载半导体基片的装载单元1601、一个用铜敷镀半导体基片的镀铜室1602、一对用水来清洗半导体基片的水清洗室1603和1604、一个用于对半导体基片进行化学和机械抛光的化学机械抛光单元1605、一对用水来清洗半导体基片的清洗室1606和1607、一个用于干燥半导体基片的干燥室1608、和一个用于将其上带有连接膜的半导体基片卸下的卸载单元1609。该基片敷镀设备还具有一个用于向室1602、1603、1604、化学机械抛光单元1605、室1606、1607、1608和卸载单元1609输送半导体基片的晶片输送机构(未示出)。该卸载单元1601、室1602、1603、1604、化学机械抛光单元1605、室1606、1607、1608、和卸载单元1609被结合到一个单一的整体设计中，作为一个设备。
基片敷镀设备按下述进行操作晶片输送机构将其上尚未形成连接膜的半导体基片W从置于装载单元1601中的基片盒1601-1输送到镀铜室1602。在镀铜室1602中，在半导体基片W的一个表面上形成镀铜膜，所述半导体基片W的表面具有一个由连接沟道和连接孔(接触孔)构成的连接区域。
当在镀铜室1602中于半导体基片W上形成镀铜膜之后，半导体基片W通过晶片输送机构被输送到一个水清洗室1603、1604，并且被水清洗室1603、1604中之一内的水清洗。该被清洗的半导体基片W被晶片输送机构输送到化学机械抛光单元1605。化学机械抛光单元1605从半导体基片W的表面上去除不需要的镀铜膜，留下在连接沟道和连接孔中的一部分镀铜膜。在镀铜膜沉积之前，由TiN等制成的阻挡层形成于包括连接沟道和连接孔的内表面在内的半导体基片W的表面上。
然后，带有剩余的镀铜膜的半导体基片被晶片输送机构输送到水清洗室1606、1607之一中，并且在水清洗室1607、1608之一中用水进行清洗。然后，在干燥室1608中干燥被清洗的半导体基片W，此后，具有作为连接膜的剩余镀铜膜的被干燥的半导体基片W被放置在卸载单元1609中的基片盒1609-1中。
图70表示基片敷镀设备的又一个例子的平面图。图70所示的基片敷镀设备与图69中所示的基片敷镀设备的不同之处在于，其另外还包括一个镀铜室1602、一个水清洗室1610、一个预处理室1611、一个用于在半导体基片上的镀铜膜上形成一个保护镀层的保护层敷镀室1612、一个水清洗室1613和1614、和一个化学机械抛光单元1615。装载单元1601、室1602、1602、1603、1604、1614、化学机械抛光单元1605、1615、室1606、1607、1608、1610、1611、1612、1613、和卸载单元1609被结合在一个单一的整体设计中，作为一个设备。
图70所示的基片敷镀设备按下述进行操作从置于装载单元1601中的基片盒1601-1向镀铜室1602、1602之一顺序供应一个半导体基片W。在镀铜室1602、1602之一中，在半导体基片W的一个表面上形成镀铜膜，所述半导体基片W的表面具有由连接沟道和连接孔(接触孔)构成的连接区域。使用两个镀铜室1602、1602，以便允许在一个较长的时间内用铜膜敷镀半导体基片W。特别是，可以利用镀铜室1602之一中的电镀将半导体基片W镀上一个主铜膜，并随后利用另一个镀铜室1602中的无电敷镀镀上一个副铜膜。基片敷镀设备可以具有多于两个的镀铜室。
在水清洗室1603、1604之一中用水清洗具有形成于其上的镀铜膜的半导体基片W。然后，化学机械抛光单元1605从半导体基片W的表面去除镀铜膜中不需要的部分，留下在连接沟道和连接孔中的一部分镀铜膜。
此后，具有剩余镀铜膜的半导体基片W被输送到水清洗室1610，在其中用水清洗半导体基片W。然后，半导体基片W被输送到预处理室1611，并且在其中进行用于保护镀层沉积的预处理。被预处理的半导体基片W被输送到保护层敷镀室1612。在保护层敷镀室1612中，在半导体基片W上的连接区域中的镀铜膜上形成一个保护镀层。例如，该保护镀层通过无电敷镀由镍(Ni)和硼(B)形成。
当半导体基片在水清洗室1613、1614之一中被清洗之后，在化学机械抛光单元1615中，将沉积在镀铜膜上的保护镀层的上部被抛光掉，以便使保护镀层平直。
在对保护镀层抛光之后，在水清洗室1606、1607之一中用水清洗半导体基片W，在干燥室1608中进行干燥，并随后送入卸载单元1609中的基片盒1609-1。
图71是基片敷镀设备的又一个例子的平面图。如图71所示，该基片敷镀设备包括一个在其中心的具有一个机械手臂1616-1的机械手1616，并且还具有一个镀铜室1602、一对水清洗室1603和1604、一个化学机械抛光单元1605、一个预处理室1611、一个保护层敷镀室1612、一个干燥室1608、和一个装载/卸载部分1617，该装载/卸载部分1617被设置在机械手1616周围并且位于机械手臂1616-1能够接近的位置上。一个用于装载半导体基片的装载单元1601和一个用于卸载半导体基片的卸载单元1609与装载/卸载部分1617相邻设置。机械手1616、室1602、1603、1604、化学机械抛光单元1605、室1608、1611、1612、装载/卸载部分1617、装载单元1601、和卸载单元1609被结合在一个单一的整体设计中，作为一个设备。
图71所示的基片敷镀设备按如下操作一个待敷镀的半导体基片从装载单元1601输送到装载/卸载部分1617，由机械手臂1616-1从该处接收半导体基片并且输送到镀铜室1602。在镀铜室1602中，一个镀铜膜形成于半导体基片的表面上，该半导体基片的表面具有一个由连接沟道和连接孔构成的连接区域。具有形成于其上的镀铜膜的半导体基片被机械手臂1616-1输送到化学机械抛光单元1605。在化学机械抛光单元1605中，从半导体基片W的表面上去除镀铜膜，留下在连接沟道和连接孔中的一部分镀铜膜。
然后，该半导体基片被机械手臂1616-1输送到水清洗室1604，在其中用水清洗半导体基片。然后，半导体基片被机械手臂1616-1输送到预处理室1611，在其中对半导体基片进行用于沉积一个保护镀层的预处理。被预处理的半导体基片被机械手臂1616-1输送到保护层敷镀室1612。在保护层敷镀室1612中，在半导体基片W上的连接区域中的镀铜膜上形成一个保护镀层。具有形成于其上的保护镀层的半导体基片被机械手臂1616-1输送到水清洗室1604，在其中用水清洗半导体基片。被清洗的半导体基片被机械手臂1616-1输送到干燥室1608，在其中对半导体基片进行干燥。被干燥的半导体基片被机械手臂1616-1输送到装载/卸载部分1617，由此将被敷镀的半导体基片输送到卸载单元1609。
图72是表示半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构的示意图。该半导体基片加工设备的结构为，其中设置有一个装载/卸载部分1701、一个镀铜单元1702、一个第一机械手1703、一个第三清洗机械1704、一个反转机械1705、一个反转机械1706、一个第二清洗机械1707、一个第二机械手1708、一个第一清洗机械1709、一个第一抛光设备1710、和一个第二抛光设备1711。一个用于测量敷镀前和敷镀后的膜厚的敷镀前和敷镀后膜厚测量仪表1712、和一个用于在抛光后的干燥状态下测量半导体基片W的膜厚的干燥状态膜厚测量仪表1713被设置在第一机械手1703附近。
第一抛光设备(抛光单元)1710具有一个抛光台1710-1、一个顶圈1710-2、一个顶圈头部1710-3、一个膜厚测量仪表1710-4、和一个推进器1710-5。第二抛光设备(抛光单元)1 711具有一个一个抛光台1711-1、一个顶圈1711-2、一个顶圈1711-3、一个膜厚测量仪表1711-4、和一个推进器1711-5。
一个容纳其中形成有用于连接的通孔和沟道且其上形成有一个籽晶层的半导体基片W的盒体1701-1，被放置在装载/卸载部分1701的一个装载口上。第一机械手1703从盒体1701-1上拾起半导体基片W，并且将半导体基片W送入在其中形成镀铜膜的镀铜单元1702。这时，用敷镀前和敷镀后膜厚测量仪表1712测量籽晶层的膜厚。通过对半导体基片W的表面进行亲水处理并随后镀铜，形成镀铜膜。在形成镀铜膜之后，在镀铜单元1702中进行半导体基片W的冲洗或清洗。
当半导体基片W被第一机械手1703从镀铜单元1702取出时，用敷镀前和敷镀后膜厚测量仪表1712测量镀铜膜的膜厚。其测量结果被作为关于半导体基片的记录数据记录到一个记录装置(未示出)中，并且被用于对镀铜单元1702的异常进行判断。在膜厚测量之后，第一机械手1703将半导体基片W输送到反转机械1705，并且反转机械1705反转半导体基片W(其上已经形成镀铜膜的表面朝下)。第一抛光设备1710和第二抛光设备1711以串行模式和并行模式进行抛光。下面，将说明串行模式抛光。
在一串行模式抛光中，由抛光设备1710进行首次抛光，由抛光设备1711进行二次抛光。第二机械手1708拾起反转机械1705上的半导体晶片W，并且将半导体基片放置在抛光设备1710的推进器1710-5上。顶圈1710-2利用抽吸作用将半导体基片W吸在推进器1710-5上，并且在压力下使半导体基片W的镀铜膜表面与抛光台1710-1的抛光表面接触，以便进行首次抛光。通过首次抛光，镀铜膜基本上被抛光。抛光台1710-1的抛光表面由泡沫聚氨酯例如IC1000、或具有固定到其上或浸入其中的磨粒的材料构成。随着抛光表面和半导体基片W的相对运动，对镀铜膜进行抛光。
在对镀铜膜的抛光完成之后，半导体基片W被顶圈1710-2返回到推进器1710-5上。第二机械手1708拾起半导体基片W，并且将其送入第一清洗机械1709。这时，可以将一种化学液体喷向推进器1710-5上的半导体基片W的表面和背侧，以便从其上去除颗粒或使颗粒难以粘附到其上。
在第一清洗机械1709中的清洗完成之后，第二机械手1708拾起半导体基片W，并将半导体基片W放置在第二抛光设备1711的推进器1711-5上。顶圈1711-2利用抽吸作用将半导体基片W吸到推进器1711-5上，并使半导体基片W具有形成于其上的阻挡层的表面在压力下与抛光台1711-1的抛光表面接触，进行二次抛光。抛光台的结构与顶圈1711-2相同。通过二次抛光，使阻挡层被抛光。然而，可能存在首次抛光之后留下的铜膜和氧化膜也被抛光的情况。
抛光台1711-1的抛光表面由泡沫聚氨酯例如IC1000、或具有固定于其上或浸入其中的磨粒的材料构成。随着抛光表面与半导体基片W的相对运动进行抛光。这时，二氧化硅、铝土、氧化铈等被用作磨粒或浆液。根据待抛光的薄膜类型对化学液体进行调节。
通过主要采用光学膜厚测量仪表测量阻挡层的膜厚、并且检测出已经变成零的膜厚或者包括SiO2的绝缘膜的表面显露出来，以此进行二次抛光的终点检测。而且，具有图像处理功能的膜厚测量仪表用作设置在抛光台1711-1附近的膜厚测量仪表1711-4。通过采用这种测量仪表，对氧化膜进行测量，从而作为半导体基片W的处理记录存储起来，并用于判断已经完成二次抛光的半导体基片W是否能够被输送到后续步骤。如果未达到二次抛光的终点，则进行重抛光。如果由于任何异常原因而过度抛光超过了预定值，则停止半导体基片加工设备，以便避免下面的抛光，从而不会增加有缺陷的产品。
在二次抛光完成之后，半导体基片W被顶圈1711-2移动到推进器1711-5。第二机械手1708拾起推进器1711-5上的半导体基片W。这时，化学液体可以被喷射到推进器1711-5上的半导体基片W的表面或背侧上，以便从其上去除颗粒或者使颗粒难以附着到其上。
第二机械手1708将半导体基片W带到对半导体基片W进行清洗的第二清洗机械1707。第二清洗机械1707的结构也与第一清洗机械1709的结构相同。半导体基片W的表面被PVA海绵辊用清洗液进行清洗，所述清洗液包括加有表面活性剂、螯合剂或pH值调节剂的纯净水。从喷嘴向半导体基片W的背侧喷射强化学液、例如DHF，用以对在其上扩散的铜进行蚀刻。如果没有扩散问题，则由PVA海绵辊采用与用于该表面的化学液体相同的化学液体进行洗涤清洗。
在上述清洗完成之后，第二机械手1708拾起半导体基片W并且将其输送到反转机械1706，并且反转机械1706反转半导体基片W。已经反转过来的半导体基片W被第一机械手1703拾起，并且被输送到第三清洗机械1704。在第三清洗机械1704中，由超声波振动激起的振动水被喷射向半导体基片W的表面，用以清洗半导体基片W。这时，可以由一种已知的铅笔型海绵用清洗液对半导体基片W的表面进行清洗，所述清洗液包括添加有表面活性剂、螯合剂或pH值调节剂的纯净水。此后，通过旋转干燥使半导体基片干燥。
如上所述，如果已经用设置在抛光台1711-1附近的膜厚测量仪表1711-4测量了膜厚，则不再对半导体基片W进行进一步的加工并且将其容纳在置于装载/卸载部分1771的卸载口上的盒中。
图73是表示半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构的示意图。该基片加工设备与图72中所示的基片加工设备不同，其中代替图72中的镀铜单元1702，设有盖镀单元1750。
一个容纳形成有镀铜膜的半导体基片W的盒体1701-1被设置在装载/卸载部分1701的一个装载口上。从盒体1701-1取出的半导体基片W被输送到第一抛光设备1710或第二抛光设备1711，在所述设备中对镀铜膜表面进行抛光。在对镀铜膜的抛光完成之后，在第一清洗机械1709中清洗半导体基片W。
在第一清洗机械1709中的清洗完成后，半导体基片W被输送到盖镀单元1750，在该单元中在镀铜膜表面上进行盖镀，用以防止镀铜膜被大气氧化。已经进行了盖镀的半导体基片被第二机械手1708从盖镀单元1750送至用纯净水或去离子水进行清洗的第二清洗单元1707。完成清洗后的半导体基片被返回到置于装载/卸载部分1701上的盒体1701-1中。
图74是表示半导体基片加工设备的又一个例子的平面结构的示意图。该基片加工设备与图73中所示的基片加工设备的不同在于，其中代替图73中的第三清洗机械1709，设有一个退火单元1751。
如上所述在抛光单元1710或1711中被抛光并在第一清洗机械1709中被清洗的半导体基片W，被输送给盖镀单元1750，在该单元1750中在镀铜膜的表面上进行盖镀。已经进行过盖镀的半导体基片被第二机械手从盖镀单元1750送至第一清洗机械1707，在第一清洗机械1707中对其进行清洗。
在第一清洗机械1709中的清洗完成之后，半导体基片W被输送到退火单元1751，在退火单元1751中基片被退火，从而使镀铜膜被合金化，以便增强镀铜膜的电迁移阻力。已经进行了退火处理的半导体基片W被从退火单元1751送至第二清洗单元1707，在第二清洗单元1707中用纯净水或去离子水对其进行清洗。完成清洗后的半导体基片W被返回到置于装载/卸载部分1701上的盒体1701-1中。
图75是表示基片加工设备的另一个例子的平面布局结构的示意图。在图75中，由与图72中相同的参考标号指出的部分表示相同或相应的部分。在该基片加工设备中，推进器指示器1725被靠近第一抛光设备1710和第二抛光设备1711设置。基片放置台1721、1722分别靠近一个第三清洗机械1704和一个镀铜单元1702设置。一个机械手1723靠近第一清洗机械1709和第三清洗机械1704设置。而且，一个机械手1724靠近第二清洗机械1707和镀铜单元1702设置，并且一个干燥状态膜厚测量仪表1713靠近装载/卸载部分1701和第一机械手1703设置。
在上述结构的基片加工设备中，第一机械手1703从放置在装载/卸载部分1701的装载口上的盒体1701-1中取出半导体基片W。在用干燥状态膜厚测量仪表1713测量阻挡层和籽晶层的膜厚之后，第一机械手1703将半导体基片W放置在基片放置台1721上。在干燥状态膜厚测量仪表1713被设置在第一机械手1703的手上的情况下，在其上进行膜厚的测量，并且基片被放置在基片放置台1721上。第二机械手1723将基片放置台1721上的半导体基片W输送到镀铜单元1702，在镀铜单元中形成镀铜膜。在镀铜膜形成之后，用敷镀前和敷镀后膜厚测量仪表1712测量镀铜膜的膜厚。然后，第二机械手1723将半导体基片W输送到推进器指示器1725并装载于其上。
在该串行模式中，一个顶圈头部1701-2利用抽吸作用将半导体基片W保持在推进器指示器1725上，将其输送到一个抛光台1710-1，并且将半导体基片W压在一个抛光台1710-1的一个抛光表面上以便进行抛光。按照与上面所述相同的方式进行对抛光的终点检测。完成抛光后的半导体基片W被顶圈1710-2输送到推进器指示器1725，并装载于其上。第二机械手1723取出半导体基片W，并且将其送入第一清洗机械1709进行清洗。然后，该半导体基片W被输送到推进器指示器1725，并装载于其上。
一个顶圈头部1711-2利用抽吸作用将半导体基片W保持在推进器指示器1725上，将其输送到抛光台1711-1，并将半导体基片W压在抛光台1711-1上的一个抛光表面上，以便进行抛光。按照与上述相同的方式进行对抛光的终点检测。完成抛光后的半导体基片W被顶圈头部1711-2输送到推进器指示器1725，并装载于其上。第三机械手1724拾起半导体基片W，并且用一个膜厚测量仪表1726测量其膜厚。然后，半导体基片W被送至第二清洗机械1707进行清洗。此后，半导体基片W被送入第三清洗机械1704，在其中对基片W进行清洗并随后通过旋转干燥进行干燥。然后，由第三机械手1724拾起半导体基片W，并放置在基片放置台1722上。
在并行模式中，顶圈1710-2或1711-2利用抽吸作用将半导体基片W保持在推进器指示器1725上，将其输送到抛光台1710-1或1711-1，并且将半导体基片W压在抛光台1710-1或1711-1的抛光表面上进行抛光。在膜厚测量之后，第三机械手1724拾起半导体基片W，并且将其放置在基片放置台1722上。
第一机械手1703将基片放置台1722上的半导体基片W输送到干燥状态膜厚测量仪器1713。在测量了膜厚之后，半导体基片W被返回给装载/卸载部分1701的盒体1701-1。
图76是表示基片加工设备的另一平面布局结构的示意图。该基片加工设备是这样一种基片加工设备，即，其在不具有形成于其上的籽晶层的半导体基片W上形成一个籽晶层和一个镀铜层，并且对这些薄膜进行抛光以便形成连接。
在基片抛光设备中，一个推进器指示器1725靠近第一抛光设备1710和第二抛光设备1711设置，基片放置台1721、1722分别靠近第二清洗机械1707和籽晶层形成单元1727设置，并且，一个机械手1723靠近籽晶层形成单元1727和镀铜单元1702设置。而且，一个机械手1724靠近第一清洗机械1709和第二清洗机械1707设置，并且一个干燥状态膜厚测量仪表1713靠近装载/卸载部分1701和第一机械手1702设置。
第一机械手1703从一个放置在装载/卸载部分1701的装载口上的盒体1701-1中取出一个在其上具有一阻挡层的半导体基片W，并且将其放置在基片放置台1721上。然后，第二机械手1723将半导体基片W输送到籽晶形成单元1727，在该单元中形成籽晶。通过无电敷镀形成籽晶。第二机械手1723能够利用敷镀前和敷镀后膜厚测量仪表1712对具有形成于其上的籽晶层的半导体基片进行籽晶层厚度测量。在膜厚测量之后，半导体基片被送入镀铜单元1702，在该单元中形成镀铜膜。
在镀铜膜形成之后，测量其膜厚，并且半导体基片被输送到一个推进器指示器1725。一个顶圈1710-2或1711-2利用抽吸作用将半导体基片W保持在推进器指示器1725上，并且将其输送到抛光台1710-1或1711-1进行抛光。在抛光之后，顶圈1710-2或1711-2将半导体基片W输送到一个膜厚测量仪表1710-4或1711-4以便测量膜厚。然后，顶圈1710-2或1711-2将半导体基片W输送到推进器指示器1725，并将基片W放置于其上。
然后，第三机械手1724从推进器指示器1725上拾起半导体基片W，并且将其送入第一清洗机械1709。第三机械手1724从第一清洗机械1709上拾起被清洗的半导体基片W，将其送入第二清洗机械1707，并且将被清洗并干燥的半导体基片放置在基片放置台1722上。然后，第一机械手1703拾起半导体基片W，并将其输送到干燥状态膜厚测量仪表1713，在其上测量膜厚，并且第一机械手1703将基片W送入放置在装载/卸载部分1701的卸载口上的盒体1701-1。
在图76所示的基片加工设备中，通过在一个半导体基片W上形成一个阻挡层、一个籽晶层和一个镀铜膜而形成连接，并对它们进行抛光，所述半导体基片W具有形成于其上的电路模式的通路孔或沟道。
容纳有形成阻挡层之前的半导体基片W的盒体1701-1被放置在装载/卸载部分1701的装载口上。第一机械手1703从放置在装载/卸载部分1701的装载口上的盒体1701-1取出半导体基片W，并且将其放置在基片放置台1721。然后，第二机械手1723将半导体基片W输送到籽晶形成单元1727，在该单元中形成阻挡层和籽晶层。通过无电敷镀形成阻挡层和籽晶层。第二机械手1723将其上形成有阻挡层和籽晶层的半导体基片W带至测量阻挡层和籽晶层的膜厚的敷镀前和敷镀后膜厚测量仪表1712。在测量了膜厚之后，半导体基片W被带至镀铜单元1702，在该单元中形成镀铜膜。
图77是表示基片加工设备的另一个例子的平面布局结构。在该基片加工设备中，设有一个阻挡层形成单元1811、一个籽晶层形成单元1812、一个敷镀单元1813、一个退火单元1814、一个第一清洗单元1815、一个坡口和背侧清洗单元1816、一个盖镀单元1817、一个第二清洗单元1818、一个第一校准器和膜厚测量仪表1841、一个第二校准器和膜厚测量仪表1842、一个第一基片反转机构1843、一个第二基片反转机构1844、一个基片临时放置台1845、一个第三膜厚测量仪表1846、一个装载/卸载部分1820、一个第一抛光设备1821、一个第二抛光设备1822、一个第一机械手1831、一个第二机械手1832、一个第三机械手1833、和一个第四机械手1834。膜厚测量仪表1841、1842和1846是单元式的，具有与其它单元(敷镀、清洗、退火单元等)的正面尺寸相同的大小，并且因此是可相互更换的。
在这个例子中，可以将一个无电敷镀镀钌(Ru)设备作为阻挡层形成单元1811，将一个无电敷镀镀铜设备作为籽晶层形成单元1812，并且将一个电镀设备作为敷镀单元1813。
图78是表示本基片加工设备中的各个步骤的流程的流程图。下面将根据这一流程图说明该设备中的各个步骤。首先，一个由第一机械手1831从放置在装载和卸载单元1820上的盒体1820a中取出的半导体基片，被以待敷镀表面朝上的方式放置到第一校准器和膜厚测量单元1841中。为了对进行膜厚测量的位置设定一个参考点，进行用于膜厚测量的凹口对正，然后获得形成铜膜之前的半导体基片上的膜厚数据。
然后，由第一机械手1831将半导体基片输送到阻挡层形成单元1811。该阻挡层形成单元1811是用于通过无电敷镀镀钌(Ru)在半导体基片上形成一个阻挡层的设备，并且该阻挡层形成单元1811形成一个钌膜，作为防止铜扩散到半导体装置的中间层绝缘膜(例如SiO2)中的薄膜。在清洗/干燥步骤之后排出的半导体基片被第一机械手1831输送到第一校准器和膜厚测量单元1841，在该单元中测量半导体基片的膜厚，即阻挡层的膜厚。
进行了膜厚测量之后的半导体基片被第二机械手1832送到籽晶形成单元1812中，并且通过无电敷镀镀铜在阻挡层上形成一个籽晶层。在清洗/干燥步骤之后排出的半导体基片被第二机械手1832输送到第二校准器和膜厚测量仪表1842，用于在半导体基片被输送到由渗透敷镀单元形成的敷镀单元1813之前确定一个凹口位置，然后利用膜厚测量仪表1842进行用于镀铜的凹口对正。如果需要，可以在膜厚测量仪表1842中再次测量形成铜膜之前的半导体基片的膜厚。
已经完成凹口对正的半导体基片被第三机械手1833输送到敷镀单元1813，在该单元中对半导体基片进行镀铜。在清洗/干燥步骤之后排出的半导体基片被第三机械手1833输送到坡口和背侧清洗单元1816，在该单元中，将半导体基片周围部分上不必要的铜膜(籽晶层)去掉。在该坡口和背侧清洗单元1816中，在预定时间内蚀刻出所述坡口，并且用化学液体、例如氢氟酸清洗粘附到半导体基片背侧上的铜。这时，在将半导体基片输送到坡口和背侧清洗单元1816之前，由第二校准器和膜厚测量仪表1842对半导体基片进行膜厚测量，以便获得敷镀形成的铜膜的厚度值，并且根据所获得的结果，可以任意地改变进行蚀刻的坡口蚀刻时间。被施以坡口蚀刻的区域是与基片的周边部分对应并且在其上不形成电路的区域，或者是虽然形成电路但最终不作为芯片使用的区域。一个坡口部分包含在这一区域中。
在坡口和背侧清洗单元1816中经过清洗/干燥步骤之后排出的半导体基片，被第三机械手1833输送到基片反转机构1843。在半导体基片被基片反转机构1843反转以便使敷镀表面朝下之后，半导体基片被第四机械手1834引入到退火单元1814，以便使连接部分稳定化。在退火处理之前和/或之后，半导体基片被送入第二校准器和膜厚测量单元1842，在该单元中测量形成于半导体基片上的铜膜的膜厚。然后，半导体基片被第四机械手1834送入第一抛光设备1821，在其中对半导体基片的铜膜和籽晶层进行抛光。
这时，采用所需的磨粒等，但是也可以采用固定的研磨以防止凹陷并增强表面的平直度。在首次抛光完成之后，半导体基片被第四机械手1834输送到第一清洗单元1815，在其中进行清洗。该清洗是洗涤清洗，其中长度大致与半导体基片直径相同的辊子被设置在半导体基片的表面和背侧，并且旋转半导体基片和辊子，同时使纯净水或去离子水流过，从而清洗半导体基片。
在首次清洗完成之后，半导体基片被第四机械手1834输送到二次抛光设备1822，在该设备中对半导体基片上的阻挡层进行抛光。这时，采用所需的磨粒等，但是也可以采用固定的研磨以便防止凹陷和增加表面的平直度。在完成二次抛光之后，半导体基片被第四机械手1834再次输送到第一清洗单元1815，在该单元中进行洗涤清洗。在完成清洗之后，半导体基片被第四机械手1834输送到第二基片反转机构1844，在该机构中半导体基片被反转以便使敷镀表面朝上，然后由第三机械手将半导体基片放置在基片临时放置台1845上。
半导体基片被第二机械手1832从基片临时放置台1845输送到盖镀单元1817，在该单元中，在铜表面上进行盖镀以便防止由于大气使铜氧化。已经进行了盖镀的半导体基片被第二机械手1832从盖镀单元1817送至测量铜膜厚度的第三膜厚测量仪表146。此后，半导体基片被第一机械手1831送入第二清洗单元1818，在该单元中用纯净水或去离子水对其进行清洗。完成清洗之后的半导体基片被返回到放置在装载/卸载部分1820上的盒体1820a中。
按照这种方式，如图95A至95C所示，形成由铜构成的连接，然后通过无电敷镀盖镀可选择地在该连接上形成一个保护层，用以保护该连接。
具体地，如图95A所示，一个SiO2的绝缘膜2被沉积在半导体装置形成在其上的基片1的一个导电层上1a上，通过平板印刷或蚀刻技术形成用于一个连接的接触孔3和沟道4，在其上形成一个包含TiN等的阻挡层5，并且在其上进一步形成一个籽晶层7。
然后，如图95B所示，在半导体基片W的表面上镀铜，以便将铜填充到半导体基片W的接触孔3和沟道4中并且在绝缘膜2上沉积出一个铜膜6。然后，通过化学机械抛光(CMP)去除绝缘膜2上的铜膜6，如图95C所示，以便使填充到接触孔3和沟道4中用于一个连接的铜膜6的表面与绝缘膜2的表面齐平。在暴露的金属表面上形成一个连接保护层8。
在这种情况下，籽晶层7可以被加强，从而形成一个没有较薄部分的完善的层。图94是一个表示加强处理步骤的流程的流程图。
首先，具有一个籽晶层7的基片W(参见图95A)被输送到一个包括一个电镀单元或一个无电敷镀单元的预镀单元，用以在籽晶层7上沉积附加的金属(步骤1)。
接着，在电镀单元或无电敷镀单元中进行第一阶段敷镀(预镀)，从而加强并完善籽晶层7的较薄部分(步骤2)。
在完成第一阶段敷镀之后，根据需要，将基片W输送到洗涤部分，用水进行洗涤(步骤3)，并且随后输送到一个敷镀单元，用于将金属填充到所述沟道中。
接着，在敷镀单元中于基片W的表面上进行第二阶段敷镀，从而实现用铜进行填充(步骤4)。由于籽晶层7已经通过第一阶段敷镀被加强而形成一个没有较薄部分的完善的层，所以在第二阶段敷镀中电流均匀流过籽晶层7，从而可以不形成任何空穴地完成铜的填充。
在第二阶段敷镀完成之后，根据需要将基片W输送到洗涤部分用水进行洗涤(步骤5)。此后，基片W被输送到坡口—蚀刻/化学清洗单元，在该单元中用化学液体对基片进行清洗，并且将形成于基片W的坡口部分上的薄铜膜等蚀刻掉(步骤6)。然后，将该基片输送到清洗/干燥部分，进行清洗和干燥(步骤7)。此后，用第一输送装置将基片返回到装载/卸载部分的盒体中(步骤8)。
下面，将说明用于敷镀图95A中所示的半导体基片W的电镀过程。
通过将半导体基片W浸入到第一敷镀液中进行第一敷镀加工，所述第一敷镀液例如为用于印刷电路板的高匀镀能力的硫酸铜敷镀液。这一过程在形成于半导体基片W表面中的沟道的整个表面上形成一个均匀的初始薄镀膜，其中，该表面包括所述沟道的底壁和侧壁。这里，高匀镀能力的硫酸铜溶液具有低硫酸铜浓度、和高硫酸浓度，并且匀镀能力和敷镀均匀性优良。这种溶液的成分的一个例子为，硫酸铜5100g/l和硫酸100250g/l。
由于敷镀液具有低硫酸铜浓度和高硫酸浓度，所以溶液的传导率高并且极化作用大，从而提高了匀镀能力。因而，敷镀金属被均匀地敷镀在半导体基片W的表面上，消除了形成于细沟道的侧表面和底表面上的未敷镀区域。
在清洗半导体基片W之后，通过将半导体基片W浸入到第二敷镀液中进行第二敷镀过程，所述第二敷镀液例如为装饰用硫酸铜敷镀液。该过程将铜填充到所述沟道中并在基片表面上形成一个具有平直表面的镀铜膜。这里，硫酸铜敷镀液具有高硫酸铜浓度和低硫酸浓度，并且均化能力优良。这种溶液的成分的一个例子为，硫酸铜100300g/l和硫酸10100g/l。
这里，均化能力确定了描述敷镀表面上的光滑度的质量。
包括一个电镀单元或一个无电敷镀单元的预镀单元可以被设置在电镀设备中。
校准器和膜厚测量仪表1841、校准器和膜厚测量仪表1842对基片的凹口部分进行定位并测量膜厚。
可以省略籽晶层形成单元1812。在这种情况下，可以在一个敷镀单元1813中于阻挡层上直接形成一个镀膜。
籽晶层形成单元可以包括一个电镀单元或一个无电敷镀单元。在这种情况下，一个由铜膜制成的籽晶层例如通过电镀或无电敷镀形成于阻挡层上，此后可以在一个敷镀单元1813中于阻挡层上形成一个镀膜。
坡口和背侧清洗单元1816可以同时进行边缘(坡口)铜蚀刻和背侧清洗，并且可以抑制在基片表面上的电路形成部分处的铜的自然氧化膜的生长。图79表示坡口和背侧清洗单元1816的一个示意图。如图79所示，坡口和背侧清洗单元1816具有一个基片保持部分1922，其位于底部柱状防水盖1920内侧，并且适于在基片W表面朝上的状态下以高速旋转基片W，同时在沿着基片周边部分的圆周方向的多个位置上由旋转卡盘1921水平保持基片W；一个中心喷嘴1924，其被设置在由基片保持部分1922保持的基片W的表面的大致中心部分之上；和一个边缘喷嘴1926，其被设置在基片的周边部分之上。中心喷嘴1924和边缘喷嘴1926朝向下方。一个背侧喷嘴1928被设置在基片W背侧的大致中心部分之下，并且朝向上方。边缘喷嘴1926适于在基片W的径向和高度方向上移动。
边缘喷嘴1926的运动宽度L被设置为边缘喷嘴1926可以沿着从基片的外周端表面朝向中心的方向被任意定位，并且根据基片W的尺寸、用途等输入L的设定值。通常，边缘切断宽度C被设定在2mm至5mm的范围内。在这种情况下，基片的旋转速度是一个特定值或者高于从背侧向表面移动的液体的量不会产生问题的值，边缘切断宽度C之内的铜膜可以被去除。
下面，将说明采用这种清洗设备的清洗方法。首先，由基片保持部分1922的旋转卡盘1921水平地保持基片，使基片W与基片保持部分1922成一整体地水平旋转。在这种状态下，从中心喷嘴1924向基片W的表面的中心部分供应酸溶液。该酸溶液可以是非氧化性酸，且采用氢氟酸、盐酸、硫酸、柠檬酸、草酸等。另一方面，从边缘喷嘴1926向基片W的周边部分连续或间歇地供应氧化剂溶液。作为氧化剂溶液，采用臭氧水溶液、过氧化氢水溶液、硝酸水溶液或次氯酸钠水溶液，或者采用它们的组合。
按照这种方式，形成于半导体基片W的周边部分C中的上表面和端表面上的铜膜等被氧化剂溶液迅速氧化，并且同时被从中心喷嘴1924供应且散布到基片整个表面上的酸溶液蚀刻，从而将其溶解并去除。通过在基片的周边部分混合酸溶液和氧化剂溶液，与在被供应之前制成的它们的混合物相比，可以获得锐利的蚀刻轮廓。这时，由它们的浓度确定对铜的蚀刻速率。如果铜的自然氧化膜形成在基片表面上的电路形成部分中，则这种自然氧化被随着基片的旋转散布到基片整个表面上的酸溶液立即去除，并且再也不会生长。在停止从中心喷嘴1924供应酸溶液之后，停止从边缘喷嘴1926供应氧化剂溶液。结果，暴露于该表面上的硅被氧化，并且可以抑制铜的沉积。
另一方面，从背侧喷嘴1928同时或交替地向基片背侧的中心部分供应氧化剂溶液和二氧化硅膜蚀刻剂。因此，以金属形态粘附到半导体基片W的背侧上的铜等可以与基片的硅一起被氧化剂溶液氧化，并且可以用二氧化硅膜蚀刻剂蚀刻并去除。这种氧化剂溶液优选与供应给表面的氧化剂溶液相同，因为这样可以减少化学制剂类型的数目。氢氟酸可以被用作二氧化硅膜蚀刻剂，并且如果将氢氟酸用作基片表面上的酸溶液，则可以减少化学制剂的数目。因此，如果首先停止氧化剂的供应，则获得憎水表面。如果首先停止蚀刻剂溶液的供应，则获得饱水表面(亲水表面)，并且因此可以将背侧表面调节到满足后续过程需要的状态。
按照这种方式，酸溶液、即蚀刻溶液被供应给基片以便去除残留在基片W表面上的金属离子。然后，供应纯净水，以便用纯净水代替蚀刻溶液并去除蚀刻溶液，然后通过旋转干燥使基片干燥。通过这种方式，同时去除半导体基片表面上周边部分处的边缘切断宽度C之内的铜膜和背侧上的铜污染，从而例如在80秒之内完成这一处理。边缘的蚀刻切断宽度可以被任意设置(2mm至5mm)，但是蚀刻所需的时间不取决于切断宽度。
在CMP过程之前和敷镀之后进行的退火处理，对于后续的CMP处理和连接的电特性具有良好的效果。观察在CMP处理之后未退火的宽连接表面(几微米单位)，表现出许多缺陷，例如造成整个电连接的电阻增加的微小空穴。通过进行退火使电阻的增加有了改善。在不进行退火时，窄连接未显示出空穴。因此，晶粒长大的程度被推断为涉及到这样一些现象。即，下述机理可以被推测在窄连接中难以发生晶粒长大。另一方面，在宽连接中，晶粒长大随着退火处理继续进行。在晶粒长大过程中，太小以至于难以被SEM(扫描电子显微镜)看到的镀膜中的细小气孔聚集并向上运动，因此在连接的上部形成微小空穴状的凹陷。退火单元1814中的退火条件是氢(2％或更少)被加入到气体气氛中，温度在300℃到400℃的范围内，并且时间在1到5分钟的范围内。在这些条件下，获得上述效果。
图82和83表示一个退火单元1814。该退火单元1814包括一个具有用于装入和取出半导体基片W的门2000的室2002，一个置于室2002中的上部位置中、用于将半导体基片W加热到例如400℃的加热板2004，和一个置于室2002中的下部位置上、用于通过例如在板内流动的冷却水冷却半导体基板W的冷却板2006。退火单元1814还具有多个垂直可动升降销2008，该升降销2008穿过冷却板2006并向上和向下延伸，用以将半导体基片W放置和保持于其上。退火单元进一步包括一个用于在退火过程中将抗氧化气体引入半导体基片W和加热板2004之间的气体引入管2010，和用于排出已经从气体引入管2010引入并且在半导体基片W和加热板2004之间流动的气体的气体排出管2012。管2010和2012被设置在加热板2004的对侧。
该气体引入管2010被连接到一个混合气体引入管线2022上，该混合气体引入管线2022又被连接到混合器2020上，在该处，被引导通过一个包含有过滤器2014a的N2气引入管线2016的N2气，和被引导通过包含有过滤器2014b的H2气引入管线2018的H2气被混合形成一个混合气体，该混合气体流过管线2022进入到气体引入管2010。
在操作中，已经通过门2000送入室2002的半导体基片W被保持在升降销2008上，并且升降销2008被抬起到保持在提升销1008上的半导体基片W和加热板2004之间的距离变为例如0.1-1.0mm的位置处。在这种状态下，半导体基片W通过加热板2004被加热到例如400℃，并且同时，从气体引入管2010引入抗氧化气体并且允许该气体在半导体基片W和加热板2004之间流动，同时从气体排出管2012排出气体，从而对半导体基片退火同时防止其氧化。退火处理可以在大约几十秒至60秒内完成。基片的加热温度可以在100-600℃之间选择。
在完成退火后，升降销2008被下降到保持在升降销2008上的半导体基片W和冷却板2006之间的距离变为例如0-0.5mm的位置处。在这种状态下，通过将冷却水引入到冷却板2006中，由冷却板在10-60秒内将半导体基片W冷却到100℃或更低。冷却的半导体基片被送至下一步骤。
N2气与百分之几的H2气的混合气体被用作上述抗氧化气体。然而，可以单独地采用N2气。
退火单元可以被放置在电镀设备中。
图80是无电敷镀设备的示意性结构图。如图80所示，这种无电敷镀设备包括用于保持一个其上表面将被敷镀的半导体基片W的保持机构1911；一个挡坝部件1931，用于与由保持机构1911保持的半导体基片W的待敷镀表面(上表面)的周边部分接触，对周边部分进行密封；和一个用于向具有被挡坝部件1931密封的周边部分的半导体基片的待敷镀表面供应敷镀液的喷头1941。该无电敷镀设备进一步包括置于保持机构1911的上部外周附近、用于向半导体基片W的待敷镀表面供应清洗液的清洗液供应机构1951；一个用于回收排出的清洗液等(敷镀废液)的回收容器1961；一个用于吸入并回收保持在半导体基片W上的敷镀液的敷镀液回收嘴1965；和一个用于旋转驱动保持机构1911的电机M。下面将对各个构件进行说明。
保持机构1911在其上表面上具有一个用于放置和保持半导体基片W的基片放置部分1913。该基片放置部分1913适于放置并固定半导体基片W。具体地，基片放置部分1913具有一个用于通过真空抽吸将半导体基片W吸向其背侧的真空抽吸机构(未示出)。一个平板式且从下侧对半导体基片W的待敷镀表面加热以保持其温热的背侧加热器1915，被安装到基片放置部分1913的背侧上。背侧加热器1915例如由橡胶加热器构成。该保持机构1911适于被电机M旋转并且可以被升降机构(未示出)垂直移动。
挡坝构件1931是管状的，具有一个设置在其下部、用于密封半导体基片W的外周边缘的密封部分1933，并且安装成不能从所示位置垂直运动。
喷头1941是这样的结构，具有许多设置在前端的喷嘴，用于以淋浴的形式分散所供应的敷镀液，并将其大致均匀地供应给半导体基片W的待敷镀的表面。清洗液供应机构1951具有一个用于从喷嘴1953喷射清洗液的结构。
敷镀液回收嘴1965可上下运动和摆动，并且敷镀液回收嘴1965的前端适于被向着位于半导体基片W的上表面周边部分上的挡坝构件1931的内部下降，并吸入半导体基片W上的敷镀液。
下面，将说明无电敷镀设备的操作。首先，从图示状态下降保持构件1911，以便在保持机构1911和挡坝机构1931之间提供一个预定尺寸的间隙，并且半导体基片W被放置并固定在基片放置部分1913上。例如将一个8英寸的晶片作为半导体基片使用。
然后，保持机构1911被升起，以便使其上表面与所示的挡坝构件1931的下表面接触，并且半导体基片W的外周被挡坝部件1931的密封部分1933密封。这时，半导体基片W的表面处于开放状态。
然后，半导体基片W本身被背侧加热器1915直接加热使半导体基片W的温度例如达到70℃(一直保持到敷镀终止)。然后，从喷头1941喷射被加热到例如50℃的敷镀液，以便将敷镀液倾注到半导体基片W的大至整个表面上。由于半导体基片W的表面被挡坝构件1931所围绕，所以被倾注的敷镀液全都保持在半导体基片W的表面上。所供应的敷镀液的量可以是较少的量，其可以在半导体基片W的表面上是1mm厚(大约30ml)。保持在待敷镀表面上的敷镀液的深度可以是10mm或更少，并且在本实施例中甚至可以是1mm。如果少量被供应的敷镀液已经足够，则用于加热敷镀液的加热设备尺寸可以较小。在这一例子中，通过加热，半导体基片W的温度被升高到70℃，并且敷镀液的温度被升高到50℃。因此，半导体基片的待敷镀表面变成例如60℃，并且因此在这一例子中，可以实现敷镀反应的温度最佳化。
半导体基片W被电机M瞬时旋转，以便使待敷镀的表面被液体均匀地湿润，并随后在半导体基片W处于静止状态的情况下对待敷镀表面进行敷镀。具体地，将半导体基片W以100rpm或更小速度旋转仅仅1秒钟，以便使半导体基片W的待敷镀表面被敷镀液均匀湿润。随后，半导体基片W保持静止，并且进行1分钟的无电敷镀。瞬时旋转时间最长为10秒钟或更少。
在完成敷镀处理之后，敷镀液回收嘴1965的前端被下降到一个靠近半导体基片W的周边部分上挡坝构件1931内侧的区域，以便吸入敷镀液。这时，如果以一个旋转速度、例如100rpm或更小旋转半导体基片W，则可以在离心力的作用下将半导体基片W上残留的敷镀液收集到半导体基片W周边部分上的挡坝构件1931的部分中，以便可以有效且回收率高地进行敷镀液的回收。保持机构1911被下降，以便将半导体基片W与挡坝构件1931分开。开始旋转半导体基片W，并且从清洗液供应机构1951的喷嘴1953将清洗液(超纯水)喷射到半导体基片W的敷镀表面上，以便对敷镀表面进行冷却，并同时进行稀释和清洗，从而停止无电敷镀反应。这时，从喷嘴1953喷出的清洗液可以被供应给挡坝构件1931，以便同时对挡坝构件1931进行清洗。这时，敷镀废液被回收到回收容器1961中并被废弃。
然后，半导体基片W被电机以高速旋转，用以进行旋转干燥，然后从保持机构1911中将半导体基片W移开。
图81是另一种无电敷镀的结构示意图。图81的无电敷镀设备与图80的无电敷镀设备的不同在于，代替在保持机构1911中设置背侧加热器1915，在保持机构1911之上设置一个灯式加热器1917，并且灯式加热器1917和喷头1941-2形成一个整体。例如，多个具有不同半径的环形灯式加热器1917被同心设置，并且喷头1941-2的许多喷嘴1943-2从灯式加热器1917之间的间隙呈环形打开。灯式加热器1917可以由单个螺旋灯式加热器构成，或者可以由各种结构和设计的其它灯式加热器构成。
即使在这种结构中，也可以以淋浴的方式大体均匀地从各喷嘴1943-2向半导体基片W的待敷镀表面供应敷镀液。而且，可以由灯式加热器1917直接均匀地对半导体基片W进行加热和保温。灯式加热器1917不仅加热半导体基片W和敷镀液，而且加热环境空气，因此在半导体基片W上表现出保温效果。
灯式加热器1917对半导体基片W的直接加热需要具有相对较大电力消耗量的灯式加热器1917。代替这些灯式加热器1917，具有相对较小电力消耗量的灯式加热器1917和图79所示的背侧加热器1915可以被结合起来用于加热半导体基片W，主要用背侧加热器1915加热半导体基片W，并且主要用灯式加热器1917对敷镀液和环境空气进行保温。可以以与前述实施例相同的方式设置直接或间接冷却半导体基片W的装置，以便进行温度控制。
优选利用无电敷镀工艺进行上面所述的盖镀，但也可以利用电镀工艺进行。
尽管已经详细显示和描述了本发明的一些优选实施例，但是应当理解，在不超出后面所附的权利要求的范围的情况下可以进行各种改变和变型。
工业上的可应用性本发明适用于一种基片加工方法，并且更具体地说，适用于用铜填充形成于半导体基片表面上的细凹槽，从而形成一个铜互连模式的方法。
权利要求
1.一种将金属填充到基片表面上的细沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池、一个阳极和一个调节电磁场的虚阳极；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中；产生电磁场；通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜，其中，利用虚阳极调节电磁场，以便在基片中心部分和周围部分之间的电镀膜的厚度差被最小化；从电镀池中移出基片；在电镀设备中洗涤和干燥该基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在第二基片保持件中；通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜，其中，在中心部分和周围部分将基片压到抛光表面上的压力被调节；在抛光设备中洗涤和干燥该基片；并且从抛光设备输送基片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括对电镀基片退火的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，退火步骤在一个置于电镀设备中的退火单元中进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在抛光之后盖镀第二金属，以便在被抛光的基片的镀膜上形成一个保护镀层的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，盖镀步骤在一个无电敷镀设备中进行。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，无电敷镀设备被设置在抛光设备中。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括在盖镀之后对被盖镀的基片进行退火的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在抛光之前测量基片上的镀膜厚度的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据测量步骤的输出结果，调节在抛光设备中将基片压在抛光表面上的压力。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基片上的镀膜厚度等于或小于2.0微米。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基片上的镀膜厚度等于或小于1.0微米。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括当在基片上形成阻挡层且在阻挡层上形成籽晶层之后，将基片装载到一个基片输送箱中；并且将基片输送到电镀设备；其中，基片被保持在基片输送箱中，在该基片输送箱中的空气与基片输送箱外部相比，颗粒污染、化学污染、氧气和湿度中的至少一种被减小。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在从抛光设备输送基片之前，将基片装载到一个基片输送箱中；并且从抛光设备输送基片；其中，基片被保持在基片输送箱中，在该基片输送箱中的空气与基片输送箱外部相比，颗粒污染、化学污染、氧气和湿度中的至少一种被减小。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对压在基片上的压力进行调节，以便除了在沟道中之外，没有阻挡层残留在基片的表面上。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在将第一金属填充到沟道中的步骤之前，通过利用电镀单元或无电敷镀单元沉积附加的金属，对籽晶层进行加强。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，电镀单元或无电敷镀单元被设置在电镀设备中。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一金属包括铜。
18.一种用于将金属填充到一个基片表面的沟道中的方法，包括提供一个电镀设备；提供一个抛光设备，该抛光设备具有一个基片保持件，用于保持该基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上；在基片上形成一个阻挡层；将具有阻挡层的基片输送到电镀设备；将基片保持在电镀设备的第一电镀液中；用第一电镀液将第一层电镀到阻挡层的整个表面上；将基片保持在电镀设备中的第二电镀液中；用第二电镀液将金属填充到由第一层覆盖的沟道中，并在基片表面上形成金属的第二电镀层；在电镀设备中洗涤并干燥基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在基片保持件中；通过将基片压向抛光表面对第二电镀层进行抛光，其中，在中心部分和周围部分将基片压向抛光表面的压力被调节；在抛光设备中洗涤并干燥基片；并且从抛光设备输送基片。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括对电镀基片退火的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在放置于电镀设备中的退火单元中进行退火步骤。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括在抛光之后盖镀第二金属，以便在被抛光的基片的镀膜上形成一个保护镀层。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，盖镀步骤在一个无电敷镀设备中进行。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，无电敷镀设备被设置在抛光设备中。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括在盖镀之后对盖镀基片进行退火的步骤。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括在抛光之前测量基片上的镀膜厚度的步骤。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，根据测量步骤的输出结果，调节在抛光设备中将基片压在抛光表面上的压力。
27.如权利要求18所述的方法，其特征在于，基片上的镀膜厚度等于或小于2微米。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，基片上的镀膜厚度等于或小于1微米。
29.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括当在基片上形成阻挡层之后，将基片装载到一个基片输送箱中；并且将基片输送到电镀设备；其中，基片被保持在基片输送箱中，在该基片输送箱中的空气与基片输送箱外部相比，颗粒污染、化学污染、氧气和湿度中的至少一种被减小。
30.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括在从抛光设备输送基片之前，将基片装载到一个基片输送箱中；并且从抛光设备输送基片；其中，基片被保持在基片输送箱中，在该基片输送箱中的空气与基片输送箱外部相比，颗粒污染、化学污染、氧气和湿度中的至少一种被减小。
31.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对压在基片上的压力进行调节，以便除了在沟道中之外，没有阻挡层残留在基片的表面上。
32.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括在将第一金属填充到沟道中的步骤之前，在电镀单元或无电敷镀单元中通过沉积附加的金属对籽晶层进行加强。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，电镀单元或无电敷镀单元被设置在电镀设备中。
34.如权利要求18所述的方法，其特征在于，第一金属包括铜。
35.一种将金属填充到基片表面的沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池和一个阳极；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；通过在电镀单元或无电敷镀单元中沉积附加的金属对籽晶层进行加强；将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中；产生电磁场；通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜；从电镀池中移出基片；在电镀设备中洗涤和干燥基片；基片输送到抛光设备；将基片保持在第二基片保持件中；通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜；在抛光之后盖镀第二金属，以便在被抛光的基片的镀膜上形成一个保护镀层；以及洗涤并干燥基片。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，进一步包括对电镀基片退火的步骤。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，进一步包括在盖镀之后对被盖镀的基片进行退火的步骤。
38.如权利要求35所述的方法，其特征在于，第一金属包括铜。
39.一种将金属填充到基片表面的沟道中的方法，包括提供一个敷镀设备；提供一个抛光设备，该抛光设备具有一个用于保持基片的基片保持件，以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上；在基片上形成一个阻挡层；将具有阻挡层的基片输送到敷镀设备；将基片保持在敷镀设备的第一敷镀液中；用电镀设备中的第一敷镀液在阻挡层的整个表面上无电敷镀一个第一层；将基片保持在敷镀设备的第二敷镀液中；在基片和阳极之间产生一个电磁场；用第二敷镀液将金属填充到被第一层覆盖的沟道中，并在基片表面上形成金属的第二镀层；在敷镀设备中洗涤和干燥基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在基片保持件中；通过将基片压向抛光表面对第二镀层抛光，其中，在中心部分和周围部分将基片压向抛光表面的压力被调节；在抛光设备中洗涤并干燥基片；从抛光设备输送基片。
全文摘要
一种基片加工方法，包括在一个基片的表面上形成铜膜的步骤。这些步骤包括通过电镀将第一金属填充到沟道中以便在基片的整个表面上形成一个第一金属的镀膜的步骤，其中通过虚阳极调节电磁场，以便基片的中心部分和周边部分之间的镀膜厚度的差被最小化，并且通过将基片压在抛光表面上抛光并去除镀膜，其中，在中心部分和周边部分处将基片压在抛光表面上的压力被调节。
文档编号B24B37/04GK1473357SQ01804554
公开日2004年2月4日 申请日期2001年12月4日 优先权日2000年12月4日
发明者近藤文雄, 三岛浩二, 田中亮, 铃木庸子, 户川哲二, 井上裕章, 二, 子, 章 申请人:株式会社荏原制作所