专利名称：镀膜装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种镀膜装置和方法。特别地讲，本发明涉及一种无电镀装置和方法，其用于形成嵌入式互连结构，其中诸如铜或银等电导体嵌入到形成于基片例如半导体基片的表面中的用于产生互连结构的精细凹槽中，所述无电镀装置和方法还用于形成一个保护层，以保护通过上述方式形成的互连结构的表面。
背景技术：
无电镀是这样一种方法，其中通过在镀液中化学还原金属离子而在材料的将要被镀膜的表面上形成镀膜，而不需要从外界供应任何电流。无电镀广泛应用于镀镍磷和镀镍硼工艺中，以提高耐腐蚀性和耐磨性，以及应用于印刷布线基片的镀铜工艺中。
作为无电镀装置，现有一种广为人知的装置，其包括一个用于容纳无电镀液的镀膜浴槽和一个布置在镀膜浴槽上方的可竖直移动的保持部分，该保持部分用于以使之面向下方(面朝下)的方式保持将要被镀膜的材料例如基片，如此由保持部分保持着的材料被浸没在镀膜浴槽中的镀液中。此外，还有一种广为人知的装置，包括一个保持部分，该保持部分以使之面向上方(面朝上)的方式保持将要被镀膜的材料例如基片；和一个镀液供应部分(喷嘴)，用于向由保持部分保持着的材料的上表面(将要被镀膜的表面)供应镀液，如此可以使镀液沿着由保持部分保持着的材料的将要被镀膜的上表面流动。
最近几年，随着半导体芯片的加工速度和集成程度越来越高，出现了以具有低导电率和高电迁移阻力的铜取代铝和铝合金作为用于在半导体基片上形成互连电路的金属材料的趋势。这种类型的铜互连结构通常是通过在基片的表面中的精细凹槽中充填铜而形成的。作为形成铜互连结构的方法，已知有CVD、溅镀和电镀等，但电镀通常被采用。在任何一种情况下，在铜膜沉积在基片表面上后，均需要通过化学机械抛光(CMP)工艺将基片表面抛光成具有平整的表面精度。
在利用上述方法形成互连结构的情况下，嵌入式互连结构在抛光平面化处理之后会具有一个暴露表面。当一个附加的嵌入式互连结构形成在半导体基片的互连结构的这种暴露表面上时，会遇到下面的问题。例如，在形成新的SiO2中级电介质的过程中，预先形成的互连结构的暴露表面容易氧化。此外，在对SiO2层进行蚀刻以形成触点孔时，暴露在触点孔底部的预先形成的互连结构可能会被蚀刻剂、抗剥落剂等污染。另外，在铜互连结构的情况下，有铜扩散的可能。
考虑到这些问题，作为示例，在铜互连结构的情况下，可以考虑在铜互连结构的表面上选择性地覆盖一个保护层(镀膜)，该保护层由Ni-P合金等具有良好的铜粘着性和低电阻率(ρ)的材料构成。利用一种含有镍离子、镍离子络合剂和作为镍离子还原剂的烷基胺硼烷或硼氢化合物的无电镀液，并将基片表面浸没在无电镀液中，Ni-B合金层可以选择性地形成在例如铜的表面上。
无电镀层可以被应用在用于形成铜互连结构的主填料(Cu)、隔离金属上的晶粒层的形成、或晶粒(Cu)的强化、隔离金属材料自身的进一步形成或用于铜互连结构的封镀材料的形成(在任何情况下，可以是Ni-P、Ni-B、Co-P、Ni-W-P、Ni-Co-P、Co-W-P)或类似物上。在任何无电镀过程中，都需要基片整个表面上的膜厚保持均匀。
在无电镀过程中，当将要被镀膜的材料表面与无电镀液接触时，镀膜金属立即开始向将要被镀膜的材料表面上沉积，而且镀膜金属的沉积速度随着镀液的温度变化而变化。因此，为了在将要被镀膜的材料表面上形成均匀膜厚的镀膜，需要从材料与镀液之间初始接触时刻开始在材料的整个表面上保持镀液的温度均匀，而且均匀的镀液温度必须在整个镀膜处理过程中保持一致。
在传统的无电镀装置中，将要被处理的材料被保持在一个设有内置式加热器的保持器的上表面或下表面上；在材料被加热器加热的状态下，将要被镀膜的材料表面与被加热到预定温度的无电镀液相接触。由于将要被处理的材料的不规则性和保持器的表面粗糙度，空气可能会存在于材料与保持器之间。部分地由于空气起到绝热材料的作用，将要被处理的材料和保持器这两个固体之间的热传导容易变得不均匀。此外，通常在保持器的表面上附着一张特氟纶片材等导热率差的材料。因此，在镀膜过程中将要被处理的材料的温度容易不均匀。也就是说，难以在镀膜过程中在材料的整个表面上保持均匀的温度。
无电镀速度和镀膜的质量在很大程度上取决于无电镀液的温度。为了确保在将要被处理的材料的整个表面上获得均匀的膜厚，希望在将要被处理的材料的整个表面上将镀液温度的变化控制在±1℃的范围内。然而，在采用面朝下系统的无电镀装置的情况下，由于保持着将要被处理的材料的保持装置，在实施镀膜之前处在正常温度，因此在镀膜过程的初始阶段，与保持器相接触的材料部分可能会出现局部的缓慢升温。另一方面，在采用面朝上系统的无电镀装置的情况下，在镀液接触到将要被镀膜的材料表面之前，难以将镀液保持在恒定温度。因此，根据传统的无电镀装置，在镀膜过程中，与将要被处理的材料相接触的镀液中通常会产生±5℃左右的温度变化，因此难以满足上述±1℃变化的要求。镀液温度不均匀的问题也同样存在于传统电镀装置中。
此外，采用面朝下系统的无电镀装置还具有以下缺点，即在镀膜过程中产生的氢气难以从将要被镀膜的材料表面上释放，从而导致在镀膜表面上产生未镀膜斑点。另外，镀膜的结果好坏非常容易受到流体因素例如镀液的流率、将要被处理的材料的转速等的影响。采用面朝上系统的无电镀装置具有这样的问题，即镀膜的结果好坏非常容易受到镀液供应部分(喷嘴)的运动的影响。
发明内容
本发明是考虑到现有技术中的上述情况而研制。因此，本发明的目的是提供一种镀膜装置和方法，其能够容易地在将要被镀膜的基片表面上形成均匀的镀膜。
为了实现上述目的，本发明提供了一种镀膜装置，包括处理浴槽，其用于容纳处理液，以通过基片与处理液的接触而对基片进行处理；以及基片保持器，其用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与处理液接触；其中，处理浴槽具有流体容纳部分，其用于容纳具有预定温度的流体，所述流体用于接触基片的背侧表面。
当具有预定温度的流体与被处理基片的背侧表面接触以加热基片时，具有预定温度的流体良好地随从于基片的背侧表面的不规则结构并且接触整个背侧表面，从而通过增大了的接触面积而确保高效的传热。此外，通过采用具有高热容性的流体作为热源，基片可以在短时间内被更均匀地加热。例如，通过使温度被控制在60℃的热水接触半导体晶片的背侧表面，半导体晶片可以被加热，从而使其表面在大约2-3秒之内达到60℃。另外，由于基片不是全部浸没在镀液中，因而可以更容易地管理镀液。
基片保持器优选可旋转和可竖直移动。这样，可以降低基片保持器，以使由基片保持器保持着的基片接触具有预定温度的流体。此外，通过旋转基片保持器，可以利用供应到将要被镀膜的表面上的镀液，来均匀地润湿由基片保持器所保持着的基片的将要被镀膜表面，并且能够在镀膜处理之后排出镀液。
基片保持器还优选可以倾斜。这样，在基片的背侧表面与具有预定温度的流体接触时，可以使由基片保持器保持着的基片相对于热流体的表面倾斜，然后使基片返回水平位置，以防止气泡保留在基片的背侧表面上。此外，通过在镀膜结束之后再次倾斜基片，可以使保留在基片的已镀膜表面上的镀液集中，以便于排出镀液。
镀膜装置可以还包括一个头部，其可竖直移动，并且可在一个位于基片保持器上方的位置与一个后退位置之间移动，在所述位于基片保持器上方的位置处，所述头部覆盖着基片保持器。一个镀液供应嘴可以设在所述头部中。头部可以在镀膜过程中安置在覆盖由基片保持器保持着的基片的位置上，并且可以在镀膜处理之后移动到后退位置，这样可以防止头部妨碍基片的传送。
优选地，所述头部还设有镀液容纳槽，其用于将预定的镀液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上，以及温度保持机构，其用于将由镀液容纳槽容纳着的镀液保持在预定温度。在通过例如无电镀而在半导体晶片上实施镀铜处理以形成保护膜时，200mm直径的晶片所需的镀液量为大约100-200cc，300mm直径的晶片所需的镀液量为大约200-400cc。保持在恒温的这种数量的镀液可以通过自由下落而在较短时间内(例如1-5秒)供应到基片的将要被镀膜的表面上。
优选地，所述头部还设有镀前处理液容纳槽，其用于容纳镀前处理液并将镀前处理液供应到由基片保持器保持着的基片将要被镀膜的表面上。用于实施镀前清洗处理的清洗液或用于实施催化剂施加处理的催化剂施加液，可以用作镀前处理液。通过在头部中设置镀前处理液容纳槽，能够利用单一的槽依次向保持在基片保持器上的基片的将要被镀膜的表面实施诸如清洗或催化剂施加处理等镀前处理以及镀膜处理。清洗液的具体例子包括H2SO2、HF、HCl、NH3、DMAB(二甲基胺硼烷)、乙二酸等。催化剂施加液的具体例子包括PdSO4和PdCl2。
优选地，所述头部设有纯净水供应嘴，其用于将纯净水供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。这样，可以在一个容纳槽中依次实施镀膜处理和在镀膜处理之后利用纯净水进行漂洗处理。
镀膜装置还优选包括镀液回收嘴，其用于将供应到由基片保持器保持着的基片的表面上的镀液回收。通过利用镀液回收嘴回收镀液并且重新使用该回收的镀液，所用的镀液量可以减小，从而降低运行成本。
优选地，镀膜装置还包括惰性气体引入部分，其用于将已被调节到预定温度的惰性气体引入到由基片保持器保持着的基片与位于覆盖着基片的上表面的位置上的头部之间的空间中。因此，在镀膜过程中，惰性气体可被引入由基片保持器保持着的基片与覆盖着基片的上表面的头部之间的空间内，以使该空间处在具有预定温度的惰性气体气氛中。这样可以有效地防止空气接触镀液的表面。在这一点上，如果空气接触镀液的表面，则空气中的氧气会进入镀液中，以增大镀液中的未溶解氧气的量，这会限制基于还原剂的还原作用，这会导致镀膜处理的沉积质量较差。通过使上述空间处在惰性气体气氛中，可以避免这一缺点。此外，通过将该空间保持处在已被加热到预定温度的惰性气体的气氛中，可以防止镀液的温度在镀膜过程中下降。另外，在采用容易自降解的还原剂(例如DMAB和GOA)的情况下，防止还原剂与空气接触可以延长镀液的使用寿命。惰性气体可以是例如N2气体。如果镀液的温度是例如70℃，则惰性气体例如N2气体的温度一般为60至70℃，优选为65至70℃。
优选地，镀膜装置还包括清洗液引入部分，其用于使清洗液流经镀液容纳槽和镀液供应嘴，以清洗它们。粘着在镀液容纳槽和镀液供应嘴的内壁表面上的外界物质可以被清理掉。清洗可以定期进行或在任意时间进行。纯净水或是化学清洗制剂例如HNO3、王水或HF可以用作清洗液。
本发明还提供了另一种镀膜装置，包括处理浴槽，其用于容纳处理液，以通过基片与处理液的接触而对基片进行处理；基片保持器，其用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与处理液接触；加热器，其用于加热由基片保持器保持着的基片；镀液供应部分，其用于向由基片保持器保持着的基片的表面上供应镀液；以及罩体，其可以覆盖由基片保持器保持着的基片的表面。
根据这种镀膜装置，罩体可以在镀膜过程中防止热量从基片的被镀膜表面上辐射出来，并且在镀膜过程中将基片保持在更均匀的温度。此外，在由基片保持器保持着的基片上下移动时，罩体被打开，以防止罩体阻碍上述操作。
本发明还提供了另一种镀膜装置，包括处理浴槽，其用于容纳处理液，以通过基片与处理液的接触而对基片进行处理；基片保持器，其用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与处理液接触；以及罩体，其可以覆盖由基片保持器保持着的基片的表面，而且罩体设有加热器，用于防止热量从供应到基片表面上的镀液辐射出来。
根据这种镀膜装置，可以防止热量从供应到基片的将要被镀膜的表面上的镀液的表面上辐射出来。
本发明还提供了另一种镀膜装置，包括向上敞开的镀膜浴槽，其用于容纳加热了的镀液；基片保持器，其安置在镀膜浴槽的顶部开口处，用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与镀液接触；以及用于将由基片保持器保持着的基片浸没在镀膜浴槽内的镀液中的机构。
根据这种镀膜装置，采用了所谓的面朝上系统，而且镀膜过程是这样实施的，即将要被处理的基片浸没在镀液中，同时基片的周部和背侧表面保持密封，这样，镀膜过程中产生的氢气可以容易地从基片的被镀膜表面上释放，而且镀膜过程可以稳定地进行。
所述基片保持器优选包含一个台阶和一个保持部分，二者可以彼此相对于对方竖直移动，并且通过由所述台阶覆盖基片的背侧表面，并通过由设在保持部分中的密封件密封住基片表面的周部，可保持住基片。
所述台阶优选具有环形支承框架和附着在所述支承框架内侧的薄膜形式的热导体。
根据这一优选实施例，在将由基片保持器保持着的基片浸没在镀液中时，镀液的热量可以通过热导体传递到基片上，以将基片加热。使用薄膜形式的热导体，使得热导体能够随从于基片的背侧表面的不规则形状，从而增大接触面积并且提高向基片的传热效率。此外，通过采用具有高热容性的热流体(镀液)作为热源，基片可以在短时间内被更均匀地加热。
优选地，所述基片保持器可相对于镀膜浴槽上下移动，并且可以停止在一个预热位置和一个镀膜位置，在预热位置，热导体与镀膜浴槽中的镀液相接触，以预热由基片保持器保持着的基片，在镀膜位置，基片浸没在镀膜浴槽中的镀液中，以实施镀膜处理。
根据这一优选实施例，保持着基片的基片保持器在预热位置处停止，以将基片加热到一稳定温度；然后，基片保持器移动到镀膜位置，以实施镀膜处理。这样可以防止局部出现在基片中温度缓慢升高。
优选地，所述镀膜浴槽被这样构造，即镀液从镀膜浴槽的底部引入镀膜浴槽中，而且镀液能够溢流通过镀膜浴槽的顶部。这样，可以使具有受控的成分浓度和受控温度的镀液被依次引入镀膜浴槽中和将镀液从镀膜浴槽中排出。
本发明还提供了另一种镀膜装置，包括向上敞开的镀膜浴槽，其用于容纳加热了的镀液；基片保持器，其安置在镀膜浴槽的顶部开口处，用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与镀液接触；用于将由基片保持器保持着的基片浸没在镀膜浴槽内的镀液中的机构；用于气密性地封闭镀膜浴槽上方空间的腔；以及惰性气体引入部分，其用于将惰性气体引入所述腔中。
根据这种镀膜装置，通过使所述腔中的空间处在惰性气体气氛中，可以消除镀液中的未溶解氧气对镀膜的负面作用。惰性气体可以是例如N2气体。
本发明还提供了一种镀膜处理设备，包括镀前处理装置，其用于在镀膜之前实施镀前处理，以激活基片的表面；镀膜装置，其用于在基片的激活表面上形成镀膜；镀后清洗装置，其用于在所述镀膜处理之后清洗基片的表面；清洗/干燥装置，其用于在所述镀后清洗处理之后利用纯净水漂洗基片的表面；以及加载/卸载部。
本发明还提供了一种镀膜方法，包括保持基片，使其背侧表面被密封住；将具有预定温度的流体倾注到流体容纳部分中，以使流体在该流体容纳部分中接触基片的背侧表面；以及使由基片保持器保持着的基片的前表面与处理液接触，从而对基片进行处理。
本发明还提供了另一种镀膜方法，包括利用基片保持器保持基片；利用容纳在镀膜浴槽中的镀液加热由基片保持器保持着的基片；以及将加热了的基片浸没在镀膜浴槽内的镀液中。
优选地，所述基片被安置和保持在热导体的上表面上，使基片将要被镀膜的表面朝上，所述热导体能够接触镀膜浴槽内的镀液，以加热基片。
图1A至1D是按照各加工步骤的顺序示出了通过镀铜而形成铜互连结构的一个例子的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的无电镀装置的剖视图。
图3是图2中的处理浴槽的俯视图。
图4是设有图2中的无电镀装置的一种镀膜处理设备的布局俯视图。
图5是设有图2中的无电镀装置的另一种镀膜处理设备的布局俯视图。
图6是根据本发明的另一个实施例的无电镀装置的剖视图。
图7是根据本发明的另一个实施例的无电镀装置的剖视图。
图8是根据本发明的另一个实施例的无电镀装置的剖视图。
图9中示出了图8中的无电镀装置的一种改型。
图10是控制器中的处理过程流程图。
图11是根据本发明的另一个实施例的无电镀装置的剖视图。
图12是图11中的无电镀装置的俯视图。
图13是利用图11中的无电镀装置进行镀膜处理时的各加工步骤的流程图。
图14是根据本发明的另一个实施例的无电镀装置的剖视图，示出了当基片保持器处于预热位置时镀膜装置的状态。
图15是图14中的无电镀装置的剖视图，示出了当基片保持器处于镀膜位置时镀膜装置的状态。
图16是根据本发明的另一个实施例的无电镀装置的总体结构图。
图17显示了一种采用面朝下系统的无电镀装置，示出了当基片保持器处于非镀膜位置时镀膜装置的状态。
图18显示了一种采用面朝下系统的无电镀装置，示出了当基片保持器处于镀膜位置时镀膜装置的状态。
图19是基片镀膜设备的一个例子的俯视图。
图20是图19中的基片镀膜设备的空气流动示意图。
图21是示出了图19中的基片镀膜设备中的区域内的空气流动的剖视图。
图22是图19中的基片镀膜设备安置在洁净室中时的透视图。
图23是基片镀膜设备的另一个例子的俯视图。
图24是基片镀膜设备的另一个例子的俯视图。
图25是基片镀膜设备的另一个例子的俯视图。
图26是半导体基片加工设备的一个平面结构例子的视图。
图27是半导体基片加工设备的另一个平面结构例子的视图。
图28是半导体基片加工设备的另一个平面结构例子的视图。
图29是半导体基片加工设备的另一个平面结构例子的视图。
图30是半导体基片加工设备的另一个平面结构例子的视图。
图31是半导体基片加工设备的另一个平面结构例子的视图。
图32是图31中的半导体基片加工设备的各个步骤的流程图。
图33是斜边和背侧清洗单元的一个结构例子的示意图。
图34是无电镀装置的一个结构例子的示意图。
图35是无电镀装置的另一个结构例子的示意图。
图36是退火单元的一个例子的竖直剖视图。
图37是该退火单元的横向剖视图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述，附图并不对本发明构成限制。
图1A至1D是按照各加工步骤的顺序示出了通过镀铜而形成铜互连结构的一个例子的示意图。如图1A所示，一个由例如SiO2构成的绝缘薄膜2沉积在设有半导体器件的导电层1a上，该导电层1a形成在半导体基体1上。在通过光刻/蚀刻技术形成的绝缘薄膜2中，形成有用于构成互连结构的触点孔3和沟4。之后，由TaN或类似材料构成的隔离层5形成在整个表面上；用作电镀供电层的铜晶粒层6，通过例如溅射而形成在隔离层5上。
然后，如图1B所示，在半导体基片W的表面上进行镀铜，以便使用铜来填充触点孔3和沟4，并且与此同时在绝缘薄膜2上沉积铜膜7。然后，绝缘薄膜2上的铜膜7和隔离层5通过化学机械抛光(CMP)而被去除，以使填充在用于构成互连结构的触点孔3和沟4中的铜膜7表面与绝缘薄膜2的表面基本上位于同一平面内。如图1C所示，由铜晶粒层6和铜膜7所组成的互连结构8因此而形成在绝缘层2中。接下来，如图1D所示，在基片W的表面上进行例如无电镀Ni-B，从而选择性地在铜互连结构8的暴露表面上形成一个由Ni-B合金所构成的保护层(镀膜)9，以保护互连结构8。
图2和3示出了根据本发明的一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10可以用于实现例如图1所示的隔离层5的形成、铜晶粒层6的强化以及铜膜7的沉积，也可以用于实现保护层(镀膜)9的形成。
无电镀装置10包括一个基片保持器12，其用于保持一个基片(将要被处理的材料)W，例如半导体晶片，其前表面(将要被镀膜的表面)向上。基片保持器12主要包括一个如下所述的处理浴槽14，该处理浴槽14具有热流体容纳部分40，该热流体容纳部分40容纳着用于加热基片W的热流体；以及一个基片推压部分16，其围绕着处理浴槽14。一个延伸部分18整体形成到基片推压部分16上，且延伸到处理浴槽14上方。一个密封圈20安装到延伸部分18的下表面内周部分上，且向下突出。
处理浴槽14连接着一个主轴24的上端，由一个电机22所启动，该主轴通过皮带23而旋转；此外，处理浴槽14在其上表面处设置有一个台阶14a，该台阶14a与基片W尺寸相符。另一方面，基片推压部分16连接着杆28的上端，这些杆28竖直地安装在围绕主轴24的一个底座26的周部上。缸30设在底座26与固定在主轴24上的凸缘24a之间。通过启动所述缸30，基片推压部分16相对于处理浴槽14上下移动。向上伸出并且到达基片推压部分16的延伸部分18下面的上推销32，安装在底座26的上表面上；此外，竖直穿通处理浴槽14的通孔14b面对着所述上推销32而设置。
当基片推压部分16相对于处理浴槽14处于升高位置时，基片W被插入基片推压部分16内，并被放置和保持在上推销32的上端。然后基片推压部分16相对于处理浴槽14下降，以将基片W安置在处理浴槽14的上表面的台阶14a之中，然后基片推压部分16进一步下降，以使密封圈20压力接触基片W的上表面周部，从而密封住该周部并保持基片W，这样就形成了一个镀膜浴槽34，该镀膜浴槽34由基片W的上表面和密封圈20所围绕着，并向上敞开。通过反向操作，可以将基片W从被保持状态释放。在基片W被基片保持器12保持着的状态下，可以启动电机22以使处理浴槽14和基片推压部分16一起旋转。
在处理浴槽14的上表面中设有所述热流体容纳部分40，用于容纳热流体例如加热了的水、酒精或有机溶液，并且使热流体与被基片保持器12所保持着的基片W背侧表面相接触，从而加热基片W。如图3所示，热流体容纳部分40包括一个凹槽42，其从台阶14a向内延伸，并且呈圆形，与基片W的形状相符；以及多个流体流道44，它们比凹槽42深，并且沿径向延伸。各个流体流道44的深度相同，并且到达处理浴槽14的周边。每个流体流道44分别与形成在主轴24中的流体通道24b连通，该流体通道24b反过来又连接着一个流体供应管48，在例如加热了的纯净水被用作热流体的情况下，该流体供应管48从一个纯净水供应源开始延伸，并且在其中途设有一个纯净水加热部46，以将该纯净水加热到与镀膜温度相同的温度，例如60℃。
从纯净水供应源所供应并且在纯净水加热部46中被加热的热流体(热水)，流经流体通道24b并且流入热流体容纳部分40中，在其中，热流体主要地流经流体流道44，并且从处理浴槽14中流出。
如此流入到热流体容纳部分40中的热流体，接触由保持器12所保持着的基片W的背侧表面，进而加热基片W。热流体很好地随从于基片W的背侧表面的不规则结构，并且接触整个背侧表面，从而确保高效地向具有增大接触面积的基片W进行传热。此外，通过采用具有高热容性的热流体例如热水作为热源，基片W可以在短时间内被更均匀地加热。例如，通过使温度控制在60℃的热水接触半导体晶片的背侧表面，半导体晶片可以被加热，从而使其表面在大约2-3秒之内达到60℃。另外，基片W不是全部地浸没在镀液中，因而可以更容易地管理镀液。
此外，根据本实施例，处理浴槽14具有内置式加热器50，该加热器50加热在热流体容纳部分40中流动的热流体，以防止热流体的温度逐渐下降。
一个防散落罩52围绕着基片推压部分16而设置，用于防止热流体散落，并且收集热流体和将其从放泄口52a中排出。此外，在防散落罩52的上方设有一对罩体58，它们被电机56带动着打开和关闭，用于覆盖由基片保持器12所保持着的基片W的表面，进而产生一个近乎密封的空间。罩体58也可以由单一的板构成。
通过在镀膜过程中关闭罩体58以使基片W处在近乎封闭的空间内，可以利用罩体58来防止热量从基片W辐射出来，因此基片W可以在镀膜过程中保持更均匀的温度。当由基片保持器12所保持着的基片W上下移动时，罩体58被打开，以防止罩体58阻碍基片保持器12。
此外，在基片保持器12的上方设有一个镀液供应部62，用于将已被加热到预定温度例如60℃的镀液(无电镀液)60供应到由基片W的上表面和密封圈20所形成的镀膜浴槽34中。镀液供应部62具有枢转臂64，该枢转臂64在其端部具有喷嘴66，用于向由基片保持器12所保持的基片W的表面均匀地喷射镀液60。镀液的温度大致为25至90℃，优选为55至85℃，更优选为60至80℃。
此外，尽管未在图中示出，但可以在基片保持器12的上方设置一个可竖直移动的枢转式镀液回收嘴，用于吸取和回收镀膜浴槽34中的镀液，以及设置一个清洗嘴，用于在镀膜完成之后向基片W的表面上供应清洗液例如超纯净水。
根据本实施例的无电镀装置10，当基片推压部分16处在相对于处理浴槽14的升高位置时，基片W被插入到基片推压部分16内，并且基片W被放置和保持在上推销32上。此时，罩体58处于打开位置。另一方面，被加热到与镀液60相同的温度例如60℃的热流体例如热水，被引入到处理浴槽14的热流体容纳部分40中，使得热流体流经流体流道44并且从处理浴槽14溢出。
然后，基片推压部分16相对于处理浴槽14下降，以将基片W安置在处理浴槽14上表面的台阶14a中，然后基片推压部分16进一步下降，以使密封圈20压力接触基片W的上表面周部，从而密封住该周部并保持该基片W，这样就形成了镀膜浴槽34，该镀膜浴槽34向上敞开，且由基片W的上表面和密封圈20所围绕着。与此同时，基片的背侧表面与被引入到所述处理浴槽14的热流体容纳部分40中的热流体相接触。
在基片W被热流体加热而达到与热流体相同的温度例如60℃后，从镀液供应部62的喷嘴66向由基片W的上表面和密封圈20所围绕的镀膜浴槽34中倾注预定量(例如，对于直径为200mm的半导体晶片，供应量为大约100至200cc)的已被加热到预定温度例如60℃的镀液60。热流体供应的时间可以根据镀液倾注的时间来调节。这样可以防止基片表面的干燥；如果在镀液倾注到基片W上之前，基片在一个高温板式加热器被加热，则有可能出现所述干燥。
然后，罩体58关闭，以防止热量从基片W的表面辐射出来。此外，根据需要，引入到热流体容纳部分40中的热流体被加热器50加热，以防止热流体的温度在镀膜过程中下降。这样在镀膜过程中，可以保持基片W的整个表面处于热流体的温度，从而可以生长具有均匀厚度的镀膜。另外，由于基片W的周部也保持浸没在热流体中，因此周部的温度也不会降低。在镀膜过程中，可以旋转基片W，以使氢气的密度和未溶解氧气的浓度在整个将要镀膜的表面上保持均匀。
在完成了镀膜处理后，停止向热流体容纳部分40中引入热流体，而且热流体被从引入侧排出，由基片W的上表面和密封圈20所围绕的镀膜浴槽34中的镀液通过例如吸取而被排出。然后，在基片W旋转的状态下，从清洗嘴(未示出)向基片W的镀膜表面喷射清洗液，与此同时，冲淡和清洗镀膜表面，从而结束无电镀反应。
然后，基片推压部分16相对于处理浴槽14上升，基片W被上推销32推起，然后，经历了镀膜后的基片被例如机器人的手传送到下一加工步骤。
图4示出了一种设有无电镀装置10并且用于实施一系列镀膜处理的镀膜处理设备的总体结构。该镀膜处理设备包括成对的下列装置无电镀装置10、加载/卸载部70、用于实施镀前处理的镀前处理装置72、用于实施粗清洗的临时储存部74和镀后清洗装置76，所述镀前处理可以是例如催化剂施加处理，其用于向基片的表面施加例如Pd催化剂，或者是氧化膜去除处理，其用于去除粘着在互连结构的暴露表面上的氧化膜。镀膜处理设备还设有第一传送装置78a，其用于在加载/卸载部70、镀后清洗装置76和临时储存部74之间传送基片W，以及第二传送装置78b，其用于在无电镀装置10、镀前处理装置72和临时储存部74之间传送基片W。
下面描述由上述镀膜处理设备实施的一系列镀膜处理工艺步骤。首先，保持在加载/卸载部70中的基片W被第一传送装置78a取出，然后，基片被放置在临时储存部74中。第二传送装置78b将基片W传送到镀前处理装置72，在此基片W受到镀前处理，例如利用PdCl2溶液进行催化剂施加处理，或是用于去除粘着在互连结构的暴露表面上的氧化膜的氧化膜去除处理；经过镀前处理后的基片W被漂洗。
之后，第二传送装置78b将基片W传送到无电镀装置10，在此利用含有预定还原剂的预定镀液进行无电镀处理。接下来，第二传送装置78b将镀膜后的基片从无电镀装置10中取出，并将基片携带至临时储存部74。在临时储存部74中对基片进行粗清洗。然后，第一传送装置78将基片携带到镀后清洗装置76，在此利用例如海绵条实施最终清洗，并且旋转基片以便脱水。在清洗之后，第一传送装置78a将基片带回到加载/卸载部70。然后，基片被发送到一个镀膜设备或一个氧化膜形成设备。
图5中示出了一种用于实施一系列镀膜处理(封镀处理)以形成图1D所示的保护层9的镀膜处理设备的整体结构。该镀膜处理设备包括一对加载/卸载部80、预处理部82、Pd施加处理部84、镀前处理部86、无电镀装置10和清洗/干燥处理部88。该镀膜处理设备还设有传送装置92，其用于沿着传送路径90移动，并将基片在上述部和装置之间传送。
下面描述利用该镀膜处理设备进行的一系列镀膜处理(封镀处理)的工艺步骤。首先，保持在加载/卸载部80中的基片W被传送装置92取出并被传送到预处理部82，在此对基片进行处理，例如再次清洗基片表面。清洗后的基片被传送到Pd施加处理部84，在此Pd被粘到铜膜7(见图1C)的表面上，以激活铜膜7的暴露表面。然后，基片被传送到镀前处理部86，在此对基片实施镀前处理，例如中性化处理。接下来，基片被传送到无电镀装置10，在此对铜膜7的激活了的表面进行选择性的无电镀例如Co-W-P合金镀，从而在铜膜7的暴露表面上形成Co-W-P膜(保护层)9，以保护该暴露表面，如图1D所示。含有钴盐和钨盐以及添加剂的镀液可以用作无电镀的无电镀液，所述添加剂例如可以是还原剂、络合剂、pH缓冲剂和pH调节剂。
或者，可在基片的暴露表面(抛光之后)上实施无电镀Ni-B，以便在互连结构8的暴露表面上形成一个由Ni-B合金膜构成的保护层(镀膜)9，用于保护互连结构8。保护层9的厚度大致为0.1至500nm，优选为1至200nm，更优选为10至100nm。
作为用于形成保护层9的无电Ni-B镀液，可以采用含有镍离子、镍离子络合剂和作为镍离子还原剂的烷基胺硼烷或硼氢化合物的镀液，通过使用TMAH(四甲基氢氧化铵)该镀液的pH值可以调节到5-12。
接下来，经历了封镀处理后的基片W被传送到清洗/干燥处理部88，以便对基片进行清洗/干燥处理，清洗后的基片W由传送装置92返回一个位于加载/卸载部80中的盒中。
尽管本实施例中示出了这样一种封镀处理的方法，即通过粘着Pd而先激活铜膜7的暴露表面，再实施无电镀Co-W-P，以选择性地利用Co-W-P膜覆盖被激活的铜表面；然而，本发明并不局限于本实施例中的情况。
图6中示出了根据本发明的另一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10a包括一个盘形罩体58a，其可以打开和关闭以及竖直移动，并覆盖由基片保持器12所保持的基片W的表面。罩体58a与镀液供应部62形成一体。此外，罩体58a具有内置式加热器59，用于将由基片W和罩体58a所围绕着的保热空间中的温度维持在接近于镀液温度。其余结构与图2和3中所示的结构相同。根据本实施例，可以抑制已供应到基片W将要被镀膜的表面上的镀液表面的热辐射。还可以在处理浴槽14中设置内置式加热器50，并从上下方来加热基片。
图7中示出了根据本发明的另一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10b包括一个基片保持器100，其用于保持基片(将要被处理的材料)W，并使基片的前表面(将要被镀膜的表面)朝上；以及一个处理浴槽102，其设在基片保持器100的下面。基片保持器100包括一个壳体104，其在下端具有一个向内突出的保持钩挂部104a，用于在其上面放置并保持基片W的周部；以及一个基片推压部分106，其在下端具有一个向内突出的密封钩挂部106a。一个向下突出的密封圈108安装在密封钩挂部106a的下表面上。基片推压部分106安置在壳体104内，并且可以被装在壳体104上的缸110操纵着相对于壳体104上下移动。
当基片推压部分106相对于壳体104位于升高位置时，基片W被插入壳体104中并被放置在保持钩挂部104a上。然后，基片推压部分106相对于壳体104下降，以使密封圈108与基片W上表面的周部压力接触，从而密封住该周部并保持住基片W，这样就形成了一个由基片W的上表面和基片推压部分106所围绕着的向上敞开的镀膜浴槽112。通过反向操作可以将基片W从保持状态释放。
基片保持器100通过壳体104连接着电机114，该电机114固定在一个臂116的自由端上。臂116连接着一个可竖直移动的板120，通过启动电机118，该板120可以上下移动。此外，通过启动一个用于倾斜的电机121，使得臂116沿着竖直面倾斜。这样，基片保持器110可以旋转、竖直移动和倾斜，并且可以作组合运动。
处理浴槽102在其上表面中设有一个热流体容纳部分122，其采用的是内径大于基片W的凹腔形式，并且容纳着用于加热基片W的热流体例如热水。热流体容纳部分122被一个溢流围堰124所围绕，而且一个热流体排放通道126设在溢流围堰124的外侧。热流体排放通道126中设有放泄口128。热流体容纳部分122连接着热流体供应管48，在例如使用加热了的纯净水作为热流体的情况下，该流体供应管48从一个纯净水供应源开始延伸，并且在其中途设有一个纯净水加热部46，以将纯净水加热到与镀膜温度相同的温度，例如60℃。
从纯净水供应源被供应并且在纯净水加热部46中被加热的热流体(热水)，流入热流体容纳部分122中，然后热流体通过从溢流围堰124溢流，而从处理浴槽102中排出。
此外，在基片保持器100旁边设有一个镀液供应部130，用于将已被加热到预定温度例如60℃的镀液(无电镀液)供应到由基片W上表面和基片推压部分106所形成的镀膜浴槽112中。镀液供应部130在其前端具有用于喷射镀液的喷嘴132。
根据本实施例，以上述方式保持着基片W的基片保持器100下降，以使基片W的背侧表面接触容纳在热流体容纳部分122中的热流体，从而加热基片W。当基片W的温度达到镀膜温度后，处于预定温度的镀液从镀液供应部130倾注到由基片W上表面和基片推压部分106所形成的镀膜浴槽112中，以实施无电镀。
此外，根据本实施例，当基片W的背侧表面接触到热流体时，由基片保持器100所保持着的基片W相对于热流体表面处在倾斜位置上，然后基片W被返回到水平位置。这样可以防止气泡保留在基片W的背侧表面上。在镀膜结束之后，基片W可以再次倾斜，以使基片W已镀膜表面上的无电镀液集中，以便于排出镀液。
图8中示出了根据本发明的另一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10c与图7中的前述无电镀装置10b的区别在于以下方面壳体104向下延伸，皮带146延伸在一个装于壳体104向下延伸部分上的从动轮140与一个装于电机142上的驱动轮144之间。电机142固定在一个凸缘152上，该凸缘152安装在一个可竖直移动板150上，该可竖直移动板150被电机148带动着竖直移动。这样，基片保持器100可以旋转和竖直移动。
此外，一个热流体供应通道102a和一个热流体排放通道102b形成在处理浴槽102的内侧，该处理浴槽102被一个防散落罩154围绕着，该防散落罩154具有一个用于排放镀液的放泄口154a。此外，一个镀液供应部156在防散落罩154旁边竖直延伸，并且以直角弯折而到达基片保持器100的中心的正上方。一个面向下方的喷嘴158安装在镀液供应部156的端部，该喷嘴158用于向基片W的上表面(将要被镀膜的表面)喷射镀液。镀膜装置10c的其它结构与图7所示的相同。
根据本实施例，用于基片保持器100的旋转和竖直运动机构设在壳体104下面，以使基片保持器100向上敞开。这样，可以将镀液供应部156布置在基片保持器100上方，以便于供应镀液。
图9中示出了图8中的无电镀装置的一种改型。该无电镀装置10c具有温度传感器103，用于检测热流体容纳部分中的流体温度；以及一个控制器105，其用于控制纯净水加热部46中的加热器的功率和控制由泵107所供应的流体的流率。所述温度传感器103布置在处理浴槽102中的多个位置上，这些位置对应于基片表面之中的相应位置。因此，可以通过温度传感器103来检测预期位置上的流体的温度T1、T2、...、Tn。控制器105基于温度传感器103所检测的温度T1、T2、...、Tn来控制加热器的功率和流体的流率。
图10是控制器105中的处理过程流程图。在图10中，Tmean表示温度传感器103检测的温度平均值，Tmax表示检测到的温度的最大值，Tmin表示检测到的温度的最小值，Tset表示流体温度的设置值，ΔT1表示平均值Tmean与设置值Tset之间的许用差值，ΔT2表示基片表面内侧的许用差值(即最大值Tmax与最小值Tmin之间的许用差值)。在很多情况下，基片的质量取决于处理过程中基片表面内侧的温度均匀度，而非镀液中的处理温度的均匀性。因此，许用差值ΔT2一般设置成小于许用差值ΔT1。
在镀膜处理开始后，要判断平均值Tmean与设置值Tset之间的差值(＝Tmean-Tset)是否小于许用差值ΔT1。如果差值大于许用差值ΔT1，则由于流体温度高于许用级别，因此纯净水加热部46中的加热器的功率将减小。如果差值小于许用差值ΔT1，则判断平均值Tmean与设置值Tset之间的差值(＝Tmean-Tset)是否大于-ΔT1。如果差值小于-ΔT1，则由于流体温度低于许用级别，因此纯净水加热部46中的加热器的功率将增大。如果差值大于-ΔT1，则检查基片表面内侧的温度均匀度。具体地讲，将判断最大值Tmax与最小值Tmin之间的差值(＝Tmax-Tmin)是否小于ΔT2。如果差值大于ΔT2，则由于流体的温度差异大，因此流体的流率将增大。如果差值小于ΔT2，则由于基片表面内侧的流体的温度维持均匀，因此在此状态继续进行镀膜操作。
通过上述控制过程，可以向基片的背侧表面恒定地供应具有适宜温度的流体，以便在理想温度下对基片进行镀膜。
在本实施例中，温度传感器设置在镀膜装置的固定位置上。然而，温度传感器也可以借助于旋转连接器而设置在可旋转的部位上。
上述控制过程不但可以应用在镀膜装置，而且还可以应用在需要着重控制温度的其它流体处理装置中。
图11和12中示出了根据本发明的另一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10d包括一个基片保持器200，其用于保持一个基片(将要被处理的材料)W，使其前表面(将要被镀膜的表面)向上。基片保持器200主要包括一个处理浴槽202，其具有容纳着如下所述、用于加热基片W的热流体的热流体容纳部分216；以及一个圆筒形壳体203，其围绕着处理浴槽202。一个中空的盘形支承板206固定在壳体203的上端；一个向下突出的密封圈208安装在支承板206的内周表面上。
一个用于支承基片W的周部的环形基片台阶210和一个安置在基片W的周边并防止基片W错位的导环212，安装在处理浴槽202的上表面上。处理浴槽202可以相对于壳体203上下移动。当处理浴槽202相对于壳体203处于降低位置时，基片W被插入到壳体203中；而且基片W被放置和保持在基片台阶210的上表面上。然后，处理浴槽202相对于壳体203上升，以使密封圈208压力接触基片W上表面的周部，从而密封住该周部并保持基片W，这样就形成了一个由基片W的上表面和密封圈208围绕着的、向上敞开的镀膜浴槽214。通过反向操作可以将基片W从被保持状态释放。在基片W被基片保持器200保持着的状态下，可以启动一个电机(未示出)以使处理浴槽202和壳体203一起旋转。
在处理浴槽202的上表面中，设有热流体容纳部分216，用于容纳热流体例如加热了的水、酒精或有机溶液，并且使该热流体与基片W的背侧表面接触，从而加热基片W。热流体容纳部分216包括一个流道，其向上敞开并且具有喇叭形的横截面，并且与前面所述的装置一样，其连接着一个流体供应管，该流体供应管在其中途设有例如一个纯净水加热部，以将纯净水加热到例如60℃。溢流通过该热流体容纳部分216的热流体，流经处理浴槽202与壳体203之间，并向外侧流出。此外，与前面所述的装置一样，一个用于防止热流体散落的防散落罩204围绕着壳体203设置。
在基片保持器200的上方，设有一个镀液供应部220，其用于将已被加热到预定温度例如60℃的镀液(无电镀液)60供应到由基片W的上表面和密封圈208所形成的镀膜浴槽214中。镀液供应部220具有可竖直移动且可枢转的枢转臂222，而且一个基本上覆盖了镀膜浴槽214的开口的盘形头部224固定在枢转臂222的自由端上。通过枢转臂222的枢转，如图12所示，头部224在覆盖基片保持器200的位置与后退位置之间移动。这样，在实施镀膜处理时，头部224位于覆盖由基片保持器200所保持的基片W上表面的位置上，而在镀膜之后，它移动到后退位置，从而防止头部224妨碍基片W或类似物的传送。
在头部220的大致中心位置上，设有一个向下敞开的镀液供应嘴226，而且在该镀液供应嘴226的上方安置着一个镀液容纳槽228，该镀液容纳槽228具有这样的容积，即容纳着一次镀膜处理所需的预定量镀液。镀液供应嘴226和镀液容纳槽228通过一个镀液管230而彼此连接。一个镀液供应管232和一个镀液排放管234连接着镀液容纳槽228。此外，镀液管230、镀液供应管232和镀液排放管234中设有开关阀(未示出)。
在非镀膜时间，镀液管230中的开关阀保持关闭，而镀液供应管232和镀液排放管234中的开关阀保持打开，以使容纳在镀液容纳槽228中的镀液循环，从而恒定地将镀液容纳槽228中的预定量的镀液保持在恒定温度。在镀膜时间，镀液管230中的开关阀打开，镀液供应管232和镀液排放管234中的开关阀关闭，以使容纳在镀液容纳槽228中的恒定温度的预定量镀液在自重作用下在较短时间内(例如1-5秒)从镀液供应嘴226供应到由基片W的上表面与密封圈208所形成的镀膜浴槽214中。
在镀液供应嘴226的上方还设有一个镀前处理液容纳槽236，其用于容纳镀前处理液，例如用于实施镀前清洗处理的清洗液或用于实施催化剂施加处理的催化剂施加液。镀前处理液容纳槽236和镀液供应嘴226通过一个镀前处理液管238而彼此连接。一个镀前处理液供应管240和一个镀前处理液排放管242连接着镀前处理液容纳槽236。此外，镀前处理液管238、镀前处理液供应管240和镀前处理液排放管242中设有开关阀(未示出)。
通过与前面参照镀液所描述的相同的阀操作，在非镀前处理时间内，预定量的处在恒定温度的镀前处理液容纳在镀前处理液容纳槽236中；在镀前处理时间内，容纳在镀前处理液容纳槽236中的镀前处理液在其自重作用下在较短时间内(例如1-5秒)从镀液供应嘴226供应到由基片W的上表面与密封圈208所形成的镀膜浴槽214中。
尽管在本实施例中镀液供应嘴226也被用作镀前处理液供应嘴，但也可以分开设置不同的供应嘴。当然，在多项镀前处理被实施的情况下，可以设置多个镀前处理液容纳槽，并依次将保持在各个容纳槽中的镀前处理液供应到基片W将要被镀膜的表面上。
无电镀装置10d的上述结构使之能够在单一的槽内依次向保持在基片保持器200上的基片W实施诸如清洗或催化剂施加处理等镀前处理以及镀膜处理。H2SO4、HF、HCl、NH3、DMAB(二甲基胺硼烷)、乙二酸等可以用作镀前清洗中所用的清洗液，PdSO4和PdCl2等可以用作催化剂施加处理中所用的催化剂施加液。
头部224设有纯净水供应嘴250，用于向由基片保持器200所保持的基片W的上表面(镀膜表面)供应纯净水。通过在镀膜处理之后从纯净水供应嘴250向基片的表面供应纯净水，可以在单一的浴槽中实施基片的镀膜处理和利用纯净水对镀膜后的基片进行漂洗。
头部224还设有一个镀液回收嘴252，其用于将供应到由基片保持器200保持着的基片W的将要被镀膜的表面上的镀液回收；以及还设有一个镀前处理液回收嘴254，其用于将供应到由基片保持器200保持着的基片W的将要被镀膜的表面上的镀前处理液回收。通过利用镀液回收嘴252回收镀液并且重新使用该镀液，以及如有必要利用镀前处理液回收嘴254回收镀前处理液并且重新使用该镀前处理液，可以减小所用的镀液量和镀前处理液量，从而降低运行成本。
用于引入热的惰性气体例如N2的惰性气体引入管(惰性气体引入部分)256连接着镀液供应嘴226。从惰性气体引入管256引入到镀液供应嘴226中的热惰性气体，在吹洗了镀液供应管226内部后将喷射到由基片保持器200保持着的基片W上。因此，惰性气体将被引入由基片保持器200保持着的基片W与位于覆盖基片W的上表面的位置上的头部224之间的空间内，以使该空间处于具有预定温度的惰性气体气氛中。这样可以有效地防止空气接触镀液的表面。在这一点上，如果空气接触镀液的表面，则空气中的氧气会进入镀液中，会增大镀液中的未溶解氧气的量，这会限制基于还原剂的还原作用，这会导致镀膜处理的沉积质量差。通过使上述空间处在惰性气体气氛中，可以避免这一缺点。此外，通过将该空间保持处在热惰性气体的气氛中，可以防止镀液的温度在镀膜过程中下降。可以在向基片供应镀液之前，使由头部224和基片W围绕着的空间处在具有预定温度的惰性气体气氛中，这样可以防止空气向镀液中混合以及由于在空气中供应镀液而导致的镀液温度下降。如果镀液的温度是例如70℃，则惰性气体例如N2气体的温度一般为60至70℃(镀液温度减去10℃至镀液温度)，优选为65至70℃(镀液温度减去5℃至镀液温度)。
一个清洗液引入管(清洗液引入部分)260a连接着镀液容纳槽228；一个清洗液引入管(清洗液引入部分)260b连接着镀前处理液容纳槽236。来自清洗液引入管260a的清洗液依次流经镀液容纳槽228、镀液管230和镀液供应嘴226；来自清洗液引入管260b的清洗液依次流经镀前处理液容纳槽236、镀前处理液管238和镀液供应嘴226。这样，粘着在所述槽、管和嘴的内壁表面上的外界物质可以被清理掉。清洗可以定期进行或在任意时间进行。纯净水或是化学清洗制剂例如HNO3、王水或HF可以用作清洗液。
根据本实施例，头部224具有一个内置式加热器262，用于将由基片保持器200保持着的基片W与头部224之间的保热空间中的温度维持在接近于镀液温度。
下面参照图13描述本实施例的无电镀装置10d所实施的镀膜处理。首先，当处理浴槽202位于相对于壳体203处于降低位置时，基片W被插入壳体203中，而且基片放置并保持在基片台阶210上。此时，头部224位于后退位置。然后，处理浴槽202相对于壳体203上升，以使密封圈208与基片W上表面的周部压力接触，从而密封住该周部并保持住基片W，这样就形成了一个由基片W的上表面和密封圈208围绕着的、向上敞开的镀膜浴槽214。
接下来，头部224移动到位于基片保持器200正上方的位置，然后下降。接下来，容纳在镀前处理液容纳槽236中的预定量的镀前处理液例如清洗液或催化剂施加液体，在其自重作用下在较短时间内，从同时也被用作镀前处理液供应嘴的镀液供应嘴226，供应到由基片保持器200保持着的基片W的将要被镀膜的表面上，以实施镀前处理。在完成了镀前处理后，由镀前处理液回收嘴254回收保留在基片W的将要被镀膜的表面上的镀前处理液，并且如有必要将被再次使用。
接下来，已被加热到与镀液60相同的温度例如70℃的热流体例如热水，被引入处理浴槽202的热流体容纳部分216中；使得该热流体接触由基片保持器200保持着的基片W的背侧表面，然后溢流。当基片W被热流体加热到与热流体相同的温度例如70℃时，容纳在镀液容纳槽228中的具有预定温度的预定量的镀液(例如，对于200mm直径的晶片为大约100-200cc，对于300mm直径的晶片为大约200-400cc)，在其自重作用下在较短时间内，从镀液供应嘴226供应到由基片保持器200保持着的基片的将要被镀膜的表面上，以实施镀膜处理。
在无电镀膜处理时，热惰性气体被从惰性气体引入管256引入到镀液供应嘴226中。在吹洗了镀液供应管226内部后，热惰性气体被引入由基片保持器200保持着的基片W与处于覆盖基片W上表面的位置上的头部224之间的空间内，以将该空间保持在具有预定温度的惰性气体气氛中。
此外，如需要，可以由加热器262来加热镀液，以防止镀液温度在镀膜过程中下降。
在上述镀膜处理中，基片W在整个表面上维持在热流体的温度，从而可以生长具有均匀膜厚的镀膜。另外，由于基片W的周部也保持浸没在热流体中，因此周部的温度也不会降低。在镀膜过程中，可以旋转基片W，以使氢气被释放并且使未溶解的氧气的浓度在整个被镀膜表面上保持均匀。
在完成了镀膜处理后，停止向热流体容纳部分216中引入热流体，而且热流体被从引入侧排出；由密封圈208和基片W的上表面围绕的镀膜浴槽214中的镀液，通过例如真空吸取从镀液回收嘴252中回收，并且如有必要可以再次使用。此外，停止从惰性气体引入管256引入惰性气体。然后，在基片W旋转的状态下，从纯净水供应嘴250向基片W的已镀膜表面喷射纯净水，以冷却已镀膜表面，与此同时，冲淡和清洗该已镀膜表面，从而结束无电镀反应。然后，基片W被高速旋转以实现脱水。
接下来，头部224上升并后退到后退位置，然后处理浴槽202相对于壳体203下降，以将基片W从被保持的状态中释放。之后，然后，已镀膜的基片被例如机器人的手传送到下一处理步骤。
根据本实施例中的镀膜装置10d，可以在单一的浴槽中依次实现一系列的镀膜处理，包括镀前处理、镀膜处理、纯净水漂洗和清洗以及脱水。因此，可以在基片W的表面(将要被镀膜的表面)保持湿润的情况下实施处理，即能够防止表面干燥。此外，浴槽的数量可以减少，从而使得安装空间减小。
如前所述，本发明的镀膜装置在镀膜过程中可以防止将要被处理材料的温度在将要被镀膜的表面上变得不均匀，同时在镀膜过程中防止镀膜温度变化，并尽可能地在材料的将要被镀膜表面上形成具有更均匀膜厚的镀膜。
图14和15中示出了根据本发明的另一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10e包括一个向上敞开的镀膜浴槽314，其容纳着镀液312；以及一个基片保持器316，其设在镀膜浴槽314的顶部开口中，用于保持基片(将要被处理的材料)W，例如半导体，使其前表面(将要被镀膜的表面)向上。
镀膜浴槽314在其底部中心具有一个镀液引入口318。该镀液引入口318连接着镀液供应管320。镀液供应管320设有一个加热器322，用于将流经镀液供应管320的镀液312加热到预定温度，例如60℃。一个溢流围堰324设在镀膜浴槽314的上部，一个镀液排放流道326设在溢流围堰324外侧。镀液排放流道326与竖直穿通镀膜浴槽314的镀液排放孔328相连通。
镀液312通过镀液供应管320供应到镀膜浴槽314中，并且在中途被加热器322加热到预定温度。当镀膜浴槽314中的镀液312的量达到一定级别后，镀液312溢流通过溢流围堰324而进入镀液排放流道326中，并通过镀液排放孔328排放到外部。镀液312温度大致为25至90℃，优选为55至85℃，更优选为60至80℃。
基片保持器316主要包括一个基片台阶330和一个基片保持部分332。基片台阶330包含一个大致圆筒形壳体334和一个连接着壳体334下端的环形支承框架336。在框架336内侧，采用薄膜形式的热导体338通过将其周部连接在支承框架336上而被连接。在支承框架336的上表面上形成了一个突出部分340，该突出部分的内表面包含锥形表面340a，用于在引入基片W以将其支承在支承框架336上时用作基片W的导向件。支承框架336被设计成其内周略小于将要被支承在支承框架336上的基片W的直径。支承框架336还被设计成其突出部分340内侧的上表面与热导体338的上表面位于同一平面中。此外，竖直穿通支承框架336的通孔342形成在突出部分340的外侧部分中。
另一方面，基片保持部分332包含一个圆筒体344，其设在基片台阶330的壳体340的内侧；以及一个环形钩挂部分346，其连接着圆筒体344的下端并且向内延伸。环形密封材料348a和348b同心地安装在钩挂部分346的下表面上，并且分别位于与支承在支承台阶330的支承框架336上的基片W周部相对应的位置上和与突出部分340的上表面相对应的位置上。此外，使得圆筒体344的内侧和外侧相连通的连通孔350，形成在圆筒体344的高度方向上的特定位置上。
还设有一个盘形支承部354，其可被电机352带动着旋转和竖直移动。支承部354在其下表面周部连接着基片台阶330的壳体334。此外，用于竖直移动基片保持部分332的 356安装在支承部3 54上。这样，通过启动缸356，基片保持部分332相对于基片台阶330上下移动，而通过启动电机352，基片保持部分332将与基片台阶330一起旋转并竖直移动。
根据上述基片保持器316，在基片保持部分332相对于基片台阶330处于升高位置时，基片W被放置在基片台阶330的支承框架336的上表面上，以使基片W被安置和支承在支承框架336上。然后，基片保持部分332相对于基片台阶330下降，以使密封材料348a和348b分别压力接触支承在支承框架336上的基片W的周部和支承框架336的突出部分340的上表面，从而密封住基片W的周部和背侧表面，并保持住基片W。在基片W被基片保持器316保持着的状态下，基片保持器316被电机325带动着旋转和竖直移动。
在基片W被基片保持器316保持着时，基片W的背侧表面被热导体338覆盖，基片W的周部被基片台阶330的支承框架336以及密封材料348a和348b密封。这样，当被基片保持器316保持着的基片W浸入镀膜浴槽314中的镀液312中时，基片W的背侧表面和周部不接触镀液，因此不会被镀膜。
由基片保持器316保持着的基片W被圆筒体344围绕着，而且连通孔350形成在圆筒体344的高度方向上的特定位置上。因此，在基片保持器316以及它所保持着的基片W下降时，在镀液312的表面达到连通孔350之前，容纳在镀膜浴槽314中的镀液312不会流到圆筒体344的内侧，也就是说，不会流到基片W的将要被镀膜的表面(上表面)上；而当镀液312达到连通孔350后，它将流经连通孔350而流入圆筒体344的内侧，因而基片W的将要被镀膜的表面会浸没在镀液312中。
在镀液312开始经过连通孔350进入圆筒体344内侧之前，基片台阶330的支承框架336和热导体338接触镀液312，从而利用镀液312自身的热量加热(预热)由基片保持器316和支承框架336保持着的基片W。使用由薄膜构成的热导体338，可以使热导体338随从于基片W的背侧表面的不规则形状，从而增大接触面积并且提高向基片W的传热效率。此外，使用具有高热容性的流体(镀液)作为热源，可以在短时间内更均匀地加热基片W。
为了有效地加热基片W，基片保持器316可以根据需要而临时停止在图14所示的预热位置，即在该位置，基片台阶330的下表面与镀膜浴槽314中的镀液312接触，而且镀液312的表面位于形成在圆筒体344中的连通孔350的下面。因此，如果在基片保持器316不经过停止而下降到图15所示的镀膜位置的情况下基片W和基片框架336不能被充分加热，则可以使基片保持器316停止在预热位置，以使基片W和基片框架336被镀液312自身的热量加热而达到稳定温度；在达到稳定温度后，基片保持器316下降到图15所示的镀膜位置。
根据本实施例中的无电镀装置10e，已被加热到预定温度例如60℃的镀液312被引入镀膜浴槽314中，并且能够溢流通过溢流围堰324。另一方面，当基片保持器316相对于镀膜浴槽314处于升高位置，而且基片保持部分332相对于基片台阶330处于升高位置时，基片W被插入到基片台阶330中，并被放置和支承在基片框架336上。然后，基片保持部分332下降，以使密封材料348a和348b分别压力接触支承在支承框架336上的基片W的周部和支承框架336的突出部分340的上表面，从而密封住基片W的周部和背侧表面并保持住基片W。
在基片W被如此保持着的状态下，基片保持器316下降。随着基片W下行，基片台阶330的下表面首先接触到位于镀膜浴槽314中的镀液312，而且基片W和基片框架336被镀液312自身的热量加热(预热)。在到达镀膜位置之前，如需要，基片保持器316停止在图14所示的预热位置，以使基片W和基片框架336被镀液312自身的热量加热到稳定温度。然后，基片保持器316下降到图15所示的镀膜位置。
由于基片W和基片保持部分332的支承框架336在浸没到镀液312中之前被如此预先加热到镀膜温度，因此基片W从镀膜操作的初始阶段开始就在其整个表面上保持均匀的镀膜温度，进而形成具有均匀膜厚的镀膜。在镀膜过程中，可以旋转基片W，以使氢气的密度和未溶解氧气的浓度在整个被镀膜表面上保持均匀。
在完成了镀膜之后，基片保持器316上升，保留在基片W的上表面上的镀液通过例如吸取而被排出。然后，基片保持器316被传送到清洗位置等处。在基片W旋转的状态下，从清洗液嘴(未示出)向基片W的镀膜表面喷射清洗液以冷却已镀膜表面；与此同时，冲淡和清洗镀膜表面，从而结束无电镀反应。
然后，基片保持部分332相对于基片台阶330上升，以将基片W从保持状态释放。经历了镀膜后的基片被例如机器人的手传送到下一处理步骤。
图16中示出了根据本发明的另一个实施例的无电镀装置。该无电镀装置10f在图14和15所示的无电镀装置10e的基础上添加了下面所述的结构。
具体地讲，无电镀装置10f包括一个腔360，其用于气密性地封闭镀膜浴槽314上方的空间。腔360具有惰性气体引入口360a，用于将惰性气体例如N2气体引入腔360中。
此外，无电镀装置10f还设有一个初始镀液配制罐361。从初始镀液配制罐361延伸到镀膜浴槽314的镀液供应管320，在其中途配备有泵362和过滤器363。初始镀液配制罐361还通过一个镀液回流管364而与镀液排放孔328相连通。初始镀液配制罐361配备有一个镀液温度调节器365，用于调节初始镀液配制罐361中的镀液312的温度。此外，用于调节镀液312的浓度的多个镀液浓度调节罐366连接着初始镀液配制罐361。
通过泵362的操作，镀液312可在镀膜浴槽314与初始镀液配制罐361之间循环。因此，通过设置初始镀液配制罐361，可以调节镀液312中各种成分的浓度和镀液的温度。
根据本实施例，通过将惰性气体例如N2气体引入腔360中，可以消除镀液312中的未溶解氧气对镀膜的负面作用。此外，具有受控的成分浓度和受控温度的镀液312可以被依次引入镀膜浴槽314中。
在上述各实施例中，镀膜装置采用了面朝上系统，其中基片在其将要被镀膜的表面朝上的状态下被镀膜。然而，本发明也可以应用在其它镀膜装置，其中基片温度被供应到基片背侧表面上的流体所控制着以保持恒定。因此，本发明可以应用在这样的镀膜装置中，即基片的将要被镀膜的表面朝向下方(朝下)或侧面。所以，本发明并不局限于采用面朝上系统的镀膜装置。
图17和18中示出了一种采用面朝下系统的无电镀装置。该无电镀装置10h具有一个基片保持器410，其用于保持一个基片W，例如半导体晶片，使将要被镀膜的表面S面向下方(面朝下)。一个用于密封基片W的外周部的密封圈414安装在基片保持器410的下部。基片保持器410容纳在壳体412中，从而可以竖直移动，并且可以与向下敞开的壳体412一起旋转。壳体412连接着一个可竖直移动和可旋转的主轴416的下端，并且壳体412的下端向内突出而形成保持爪418，用于保持基片W的外周部；壳体412的周壁具有开口420，用于将基片W载入或载出。无电镀装置10h具有一个设在主轴416中的管(未示出)，用于向基片的背侧表面供应流体，以及一个设在主轴416和基片保持器410中的管440，用于将流体从基片的背侧表面排出。上述管可以分开设置，或组合成双管结构。
用于容纳无电镀液的镀膜浴槽424布置在壳体412的下面。该镀膜浴槽424中具有用于容纳镀液的镀腔428。镀腔428的周边被溢流坝堰430围绕着，且一个镀液排放通道432形成在溢流坝堰430的外侧。这样，镀液向上流动并被引入镀腔428中，溢流通过溢流坝堰430，然后通过镀液排放通道432排放到外侧。
在根据本实施例的无电镀装置10h中，基片W首先通过开口420而被引入壳体412中，然后基片保持器410下降，用以保持置于保持爪418中的基片W。另一方面，被加热到固定温度的镀液被引入镀腔428中，并且溢流通过溢流坝堰430。在这种状态下，基片W下降并同时旋转，以使基片W浸没在镀腔428内的镀液中，从而向基片W的表面实施镀铜处理。
尽管前面描述的本发明各实施例涉及无电镀装置中的应用，但本发明当然也可以应用在其中镀膜电流流经阴极和阳极之间的电镀装置中。
如前所述，根据本发明的镀膜装置，采用了所谓的面朝上系统或面朝下系统。如果镀膜过程是这样实施的，即将要被处理的基片浸没在镀液中，同时基片的周部和背侧表面保持密封，则镀膜过程中产生的氢气可以容易地从基片的被镀膜表面上释放，而且镀膜过程可以稳定地进行。
此外，通过将基片浸没在镀液中，以利用镀液的热量加热将要被处理的基片，所述将要被处理的基片可以在其整个表面上保持均匀的镀膜温度，从而可以形成具有均匀膜厚的镀膜。
另外，通过使镀膜浴槽放置在惰性气体气氛下，可以消除镀液中的未溶解氧气对镀膜的负面作用。
图19是基片镀膜设备的一个例子的俯视图。基片镀膜设备包括一个加载/卸载部510、一对清洗/干燥部512、一对第一基片台阶514、一对斜边蚀刻/化学清洗部516、一对第二基片台阶518、一个设有用于将基片翻转180°的机构的冲洗部520以及四个镀膜装置522。基片镀膜设备还设有一个第一传送装置524，其用于将基片在加载/卸载部510、清洗/干燥部512和第一基片台阶514之间传送，一个第二传送装置526，其用于将基片在第一基片台阶514、斜边蚀刻/化学清洗部516和第二基片台阶518之间传送，以及一个第三传送装置528，其用于将基片在第二基片台阶518、清洗部520和镀膜装置522之间传送。
基片镀膜设备具有一个间壁523，用于将该基片镀膜设备分隔为镀膜空间530和洁净空间540。空气可以单独地供应到镀膜空间530和洁净空间540以及从中排出。间壁523具有能够打开和关闭的风门(未示出)。洁净空间540的压力低于大气压但高于镀膜空间530中的压力。这样可以防止洁净空间540中的空气流出该基片镀膜设备，并且防止镀膜空间530中的空气流入洁净空间540中。
图20是图19中的基片镀膜设备的空气流动示意图。在洁净空间540中，新鲜外部空气通过管543而被引入，并在风扇作用下经过高性能过滤器544而被推入洁净空间540中。这样，向下流动的清新空气从顶板545a供应到围绕着清洗/干燥部512和斜边蚀刻/化学清洗部516的位置上。所供应的清新空气的大部分在风扇作用下通过循环管552而从底板545b返回到顶板545a，并再次通过高性能过滤器544而被推入洁净空间540中，从而在洁净空间540中循环。一部分空气通过管546而从清洗/干燥部512和斜边蚀刻/化学清洗部516排放到外部，以使洁净空间540中的压力设置成低于大气压。
设有冲洗部520和镀膜装置522的镀膜空间530，不是洁净空间(而是污染区)。然而，颗粒附着在基片表面上是不可接受的。因此，在镀膜空间530中，新鲜的外界空气通过管547而被引入，向下流动的新鲜空气在风扇作用下经过高性能过滤器548而被推入镀膜空间530中，从而防止颗粒附着在基片表面上。然而，如果全部流率的向下流动清新空气只由一个外部空气供应和排放装置所供应，则需要采用巨大的空气供应和排放装置。因此，空气通过管553排放到外部，且大部分的向下流动由循环空气提供，该循环空气流经一个从底板549b开始延伸的循环管550，这样的状态使得镀膜空间530中的压力保持低于洁净空间540中的压力。
因此，通过循环管550返回顶板549a的空气在风扇的作用下再次通过高性能过滤器548而被推入镀膜空间530中。这样，清新空气被供应到镀膜空间530中，因而在镀膜空间530中循环。在这种情况下，含有从冲洗部520、镀膜装置522、第三传送装置528和镀液调节槽551放出的化学雾或气体的空气，通过管553排放到外部。因此，镀膜空间530中的压力被控制成低于洁净空间540中的压力。
加载/卸载部510中的压力高于洁净空间540中的压力，后者又高于镀膜空间530中的压力。因此，在风门(未示出)打开后，空气将依次流经加载/卸载部510、洁净空间540和镀膜空间530，如图21所示。从洁净空间540和镀膜空间530排出的空气流经管道552、553而进入一个延伸到洁净室外的公用管道554(见图22)。
图22中示出了图19中的基片镀膜设备在安置于洁净室中时的透视图。加载/卸载部510包含侧壁，该侧壁具有一个形成在其中的盒传送口555和一个控制板556，并且该侧壁暴露给一个通过间壁557而从洁净室中隔离出来的工作区558。间壁557还从洁净室中隔离出一个安装着基片镀膜设备的设施区559。基片镀膜设备的其它侧壁暴露给设施区559，该设施区559中的空气洁净度低于工作区558中的空气洁净度。
图23是基片镀膜设备的另一个例子的俯视图。图23所示的基片镀膜设备包括一个加载单元601，其用于加载半导体基片；一个镀铜腔602，其用于在半导体基片上镀铜；一对水清洗腔603、604，它们用于使用水来清洗半导体基片；一个化学机械抛光单元605，其用于对半导体基片进行化学机械抛光；一对水清洗腔606、607，它们使用水来清洗半导体基片；一个干燥腔608，其用于干燥半导体基片；以及一个卸载单元609，其用于将其上面带有互连结构的半导体基片卸载。基片镀膜设备还具有一个基片传送机构(未示出)，其用于将半导体基片传送到腔602、603、604、化学机械抛光单元605、腔606、607、608和卸载单元609。加载单元601、腔602、603、604、化学机械抛光单元605、腔606、607、608和卸载单元609作为一个设备而组合为一个单一的整体结构。
基片镀膜设备的操作如下所述基片传送机构将尚未形成有互连结构薄膜的半导体基片W从一个放置在加载单元601中的基片盒601-1中传送到镀铜腔602。在镀铜腔602中，镀铜膜形成在具有互连区域的半导体基片W的表面上，所述互连区域由互连沟和互连孔(触点孔)构成。
在半导体基片W在镀铜腔602中形成了镀铜膜后，半导体基片W被基片传送机构传送到水清洗腔603、604之一，并在水清洗腔603、604之一中被水清洗。清洗后的半导体基片W被基片传送机构传送到化学机械抛光单元605。化学机械抛光单元605从半导体基片W的表面上去除不希望有的镀铜膜，留下位于互连沟和互连孔中的镀铜膜部分。在镀铜膜沉积之前，由TiN或类似材料构成的隔离层形成在包括互连沟和互连孔的内表面在内的半导体基片W表面上。
然后，带有剩余镀铜膜的半导体基片W被基片传送机构传送到水清洗腔606、607之一，并在水清洗腔606、607之一中被水清洗。然后，清洗后的半导体基片W在干燥腔608中被干燥，随后，带有用作互连薄膜的剩余镀铜膜的半导体基片W被放置于位于卸载单元609中的基片盒609-1中。
图24是基片镀膜设备的另一个例子的俯视图。与图23所示的基片镀膜设备之间的差别在于，图24所示的基片镀膜设备还附加包括一个镀铜腔602、一个水清洗腔610、一个预处理腔611、一个用于在半导体基片上的镀铜膜上形成保护镀层的保护层镀腔612、水清洗腔613、614以及化学机械抛光单元615。加载单元601、腔602、602、603、604、614、化学机械抛光单元605、615、腔606、607、608、610、611、612、613和卸载单元609作为一个设备而组合为一个单一的整体结构。
图24中的基片镀膜设备的操作如下所述半导体基片W从放置于加载单元601中的基片盒601-1陆续地供应到镀铜腔602、602之一。在镀铜腔602、602之一中，镀铜膜形成在具有互连区域的半导体基片W的表面上，所述互连区域由互连沟和互连孔(触点孔)构成。采用两个镀铜腔602、602，使得半导体基片W能够在较长时间中形成镀铜膜。具体地讲，半导体基片W可以在一个镀铜腔602中通过无电镀而形成初级镀铜膜，然后在另一个镀铜腔602中通过电镀而形成次级镀铜膜。基片镀膜设备也可以设有两个以上的镀铜腔。
形成有镀铜膜的半导体基片W在水清洗腔603、604之一中被水清洗。然后，化学机械抛光单元605从半导体基片W的表面上去除不希望有的镀铜膜，留下位于互连沟和互连孔中的镀铜膜部分。
然后，带有剩余镀铜膜的半导体基片W被传送到水清洗腔610，并在此被水清洗。然后，半导体基片W被传送到预处理腔611，并在此接受预处理，以沉积保护性镀层。预处理后的半导体基片W被传送到保护层镀腔612。在保护层镀腔612中，保护性镀层形成在半导体基片W上的互连区域中的镀铜膜上。作为示例，保护性镀层通过无电镀而由镍(Ni)和硼(B)的合金所构成。
在半导体基片在水清洗腔613、614之一中被清洗后，在化学机械抛光单元615中，沉积在镀铜膜上的保护性镀层的上部被抛光掉，以使保护性镀层平面化。
在保护性镀层被抛光后，半导体基片W在水清洗腔606、607之一中被清洗，在干燥腔608中被干燥，再被传送到位于卸载单元609中的基片盒609-1中。
图25是基片镀膜设备的另一个例子的俯视图。如图25所示，基片镀膜设备在其中心包括一个具有机械臂616-1的机器人616；此外，还包括一个镀铜腔602、一对水清洗腔603、604、一个化学机械抛光单元605、一个预处理腔611、一个保护层镀腔612、一个干燥腔608和一个加载/卸载部617，它们围绕着机器人616布置，并且安置在机械臂616-1的可达范围内。一个用于加载半导体基片的加载单元601和一个用于卸载半导体基片的卸载单元609毗邻加载/卸载部617而设置。机器人616、腔602、603、604、化学机械抛光单元605、腔608、611、612、加载/卸载部617、加载单元601和卸载单元609作为一个设备而组合为单一的整体结构。
图25所示的基片镀膜设备的操作如下所述将要被镀膜的基片从加载单元601被传送到加载/卸载部617，半导体基片从该加载/卸载部617中被机械臂616-1接收并因此被传送到镀铜腔602。在镀铜腔602中，镀铜膜形成在具有互连区域的半导体基片的表面上，所述互连区域由互连沟和互连孔构成。然后，在其上面带有镀铜膜的半导体基片，被机械臂616-1传送到化学机械抛光单元605。在化学机械抛光单元605中，从半导体基片W的表面上去除镀铜膜，留下位于互连沟和互连孔中的镀铜膜部分。
然后，半导体基片被机械臂616-1传送到水清洗腔604，在此半导体基片被水清洗。然后，半导体基片被机械臂616-1传送到预处理腔611，在此半导体基片进行预处理，以便沉积一个保护性镀层。预处理后的半导体基片被机械臂616-1传送到保护层镀腔612。在保护层镀腔612中，保护性镀层形成在半导体基片W上的互连区域中的镀铜膜上。在其上面带有保护性镀层的半导体基片被机械臂616-1传送到水清洗腔604，在此半导体基片被水清洗。清洗后的半导体基片被机械臂616-1传送到干燥腔608，在此半导体基片被干燥。干燥后的半导体基片被机械臂616-1传送到加载/卸载部617，从该加载/卸载部617，半导体基片被传送到卸载单元609。
图26是半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构图。该半导体基片加工设备设有一个加载/卸载部701、一个镀铜膜形成单元702、第一机器人703、第三清洗机704、一个翻转机705、一个翻转机706、第二清洗机707、第二机器人708、第一清洗机709、第一抛光装置710以及第二抛光装置711。一个用于在镀膜之前和之后测量膜厚的镀前和镀后膜厚测量仪712和一个用于在抛光之后测量在干燥状态下半导体基片W的膜厚的干态膜厚测量仪713毗邻第一机器人703而安置。
第一抛光装置(抛光单元)710具有一个抛光台710-1、一个顶环710-2、一个顶环头部710-3、一个膜厚测量仪710-4和一个推杆710-5。第二抛光装置(抛光单元)711具有一个抛光台711-1、一个顶环711-2、一个顶环头部711-3、一个膜厚测量仪711-4和一个推杆711-5。
一个容纳着半导体基片W的盒701-1被放置在加载/卸载部701的加载口上，在该盒701-1中形成有用于互连结构的通孔和沟，并且在其上形成有一个晶粒层。第一机器人703将半导体基片W从盒701-1中取出，并将半导体基片W传送到镀铜膜形成单元702，以便在此形成镀铜膜。此时，晶粒层的厚度被镀前和镀后膜厚测量仪712所测量。通过对半导体基片W的前表面进行亲水处理，并且随后进行镀铜处理，进而形成镀铜膜。在形成了镀铜膜后，在镀铜膜形成单元702中对半导体基片W进行漂洗或清洁处理。
在半导体基片W被第一机器人703从镀铜膜形成单元702中取出后，镀铜膜的膜厚被镀前和镀后膜厚测量仪712所测量。测量结果作为半导体基片W上的记录数据被记录在一个记录装置(未示出)中，并且被用于判断镀铜膜形成单元702是否异常。在测量了膜厚后，第一机器人703将半导体基片W传送到翻转机705，该翻转机705将半导体基片W翻转(使其形成有镀铜膜的表面朝下)。第一抛光装置710和第二抛光装置711以串联模式和并联模式进行抛光。接下来描述串联模式的抛光。
在串联模式的抛光中，利用抛光装置701进行初次抛光，利用第二抛光装置711进行二次抛光。第二机器人708拾取位于翻转机705上的半导体基片W，并将半导体基片W放置在抛光装置710的推杆710-5上。顶环710-2利用吸力吸附在推杆710-5上的半导体基片W，并且使半导体基片W的镀铜膜表面压力接触抛光台710-1的抛光表面，以实施初次抛光。通过初次抛光，镀铜膜基本上被抛光掉。抛光台710-1的抛光表面由发泡聚氨酯例如IC1000或是其中固定或浸渍有研磨颗粒的材料所构成。通过抛光表面与半导体基片W之间的相对运动，镀铜膜被研磨掉。
在完成了镀铜膜的抛光后，半导体基片W被顶环710-2带回推杆710-5上。第二机器人拾取半导体基片W，并将其引入第一清洗机709。此时，一种化学液可以喷射到位于推杆710-5上的半导体基片W的前表面和背侧表面上，以去除颗粒或使得颗粒难以附着在基片上。
在完成了在第一清洗机709中的清洗之后，第二机器人708拾取半导体基片W，并将其放置在第二抛光装置711的推杆711-5上。顶环711-2利用吸力吸附在推杆711-5上的半导体基片W，并且使半导体基片W的形成有隔离层的表面压力接触抛光台711-1的抛光表面，以实施二次抛光。抛光台711-1和顶环711-2的构造与抛光台710-1和顶环710-2相同。通过二次抛光，隔离层被抛光掉。然而，存在这样一种情况，即初次抛光之后留下的铜膜和氧化膜也被抛光掉。
抛光台711-1的抛光表面由发泡聚氨酯例如IC1000或是其中固定或浸渍有研磨颗粒的材料构成。通过抛光表面与半导体基片W之间的相对运动，实现了所述抛光。此时，石英、刚玉、铈土可以用作研磨颗粒或浆料。一种化学液根据被抛光薄膜的类型而被调制出来。
二次抛光的终点探测是这样进行的，即主要利用光学膜厚测量仪测量隔离层的膜厚，直至探测出膜厚已变为零或包含SiO2的绝缘薄膜表面显露出来。此外，具有图像处理功能的膜厚测量仪被用作毗邻抛光台711-1而设置的膜厚测量仪711-4。通过使用该测量仪，进行氧化膜的测量，其测量结果作为半导体基片W的加工记录而被储存，并且用于判断经历了二次抛光之后的半导体基片W是否可以被传送到随后的加工步骤。如果未达到二次抛光的终点，将重新进行抛光。如果因任何异常而导致实施了超过预定值的过度抛光，则半导体基片加工设备停止而不进行下一抛光操作，因此有缺陷的制品不会增多。
在完成了二次抛光后，半导体基片W被顶环711-2移动到推杆711-5。第二机器人708拾取位于推杆711-5上的半导体基片W。此时，一种化学液可以喷射到位于推杆711-5上的半导体基片W的前表面和背侧表面上，以去除颗粒或使得颗粒难以附着在上面。
第二机器人708将半导体基片W带到第二清洗机707，再次对半导体基片W进行清洗。第二清洗机707的构造也与第一清洗机709的构造相同。半导体基片W的前表面被PVA海绵辊利用清洗液擦洗，清洗液包括添加有表面活性剂、螯合剂或pH调节剂的纯净水。强化学液例如DHF从一个喷嘴喷射到半导体基片W的背侧，以在其上面实现扩散铜的蚀刻。如果没有扩散问题，则通过PVA海绵辊利用对前表面所采用的相同化学液进行擦洗。
在完成了上述清洗之后，第二机器人708拾取半导体基片W，并将其传送到翻转机706，该翻转机706将半导体基片W翻转。被翻转后的半导体基片W被第一机器人703拾取，并被传送到第三清洗机704。在第三清洗机704中，被超声波所振动激励的高频超声波水(megasonic water)喷射在半导体基片W的前表面上，以清洗半导体基片W。此时，半导体基片W的前表面可以借助于现有的海绵条使用清洗液来清洗，该清洗液包括添加有表面活性剂、螯合剂或pH调节剂的纯净水。然后，半导体基片W被旋转脱水而变干。
如前所述，如果已经利用毗邻抛光台711-1而设置的膜厚测量仪711-4测量了膜厚，则半导体基片W不用再经受任何额外的加工，并且被装入放置在加载/卸载部701的卸载口上的盒中。
图27是半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构图。该半导体基片加工设备与图26中所示的半导体基片加工设备之间的不同之处在于，设有一个封镀单元750，以取代图26中的镀铜膜形成单元702。
一个容纳着形成有镀铜膜的半导体基片W的盒701-1被放置在加载/卸载部701的加载口上。从盒701-1中取出的半导体基片W被传送到第一抛光装置710或第二抛光装置711，以便对镀铜膜的表面进行抛光。在完成了镀铜膜表面的抛光后，半导体基片W在第一清洗机709中被清洗。
在完成了在第一清洗机709中的清洗之后，半导体基片W被传送到封镀单元750，在此对镀铜膜的表面进行封镀处理，以防止镀铜膜在大气中被氧化。被实施了封镀处理后的半导体基片被第二机器人708从封镀单元750带到第二清洗机707，在此被纯净水或脱离子水所清洗。完成了清洗后的半导体基片W返回到放置在加载/卸载部701上的盒701-1中。
图28是半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构图。该半导体基片加工设备与图27中所示的半导体基片加工设备之间的不同之处在于，设有一个退火单元751，以取代图27中的第一清洗机709。
如前所述，在抛光单元710或711中被抛光并在第二清洗机707中被清洗后的半导体基片W，被传送到封镀单元750，在此对镀铜膜的表面进行封镀处理。被实施了封镀处理后的半导体基片，被第二机器人708从封镀单元750带到第二清洗机707，在此被清洗。
在完成了第二清洗机707中的清洗后，半导体基片W被传送到退火单元751，在此基片被退火处理，以使镀铜膜合金化，从而提高镀铜膜的电迁移阻力。实施了退火处理后的半导体基片W被从退火单元751带到第二清洗机707，在此被使用纯净水或脱离子水来清洗。完成了清洗后的半导体基片W返回到放置在加载/卸载部701上的盒701-1中。
图29是半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构图。在图29中，以相同的附图标记表示与图26中相同或相应的部分。在该半导体基片加工设备中，一个推杆分度器725被接近于第一抛光装置710和第二抛光装置711而布置。基片安置台721、722被布置成分别接近于第三清洗机704和镀铜膜形成单元702。一个机器人723接近于第一清洗机709和第三清洗机704而布置。此外，一个机器人724接近于第二清洗机707和镀铜膜形成单元702而布置，一个干态膜厚测量仪713接近于加载/卸载部701和第一机器人703而布置。
在具有上述结构的基片加工设备中，第一机器人703将半导体基片W从放置在加载/卸载部701的加载口上的盒701-1中取出。在隔离层和晶粒层的膜厚被干态膜厚测量仪713测量后，第一机器人703将半导体基片W放置在基片安置台721上。在干态膜厚测量仪713设置在第一机器人703的手部上的情况下，膜厚是在该手部上测量的，然后基片被放置在基片安置台721上。第二机器人723将基片安置台721上的半导体基片W传送到镀铜膜形成单元702，在此形成镀铜膜。在形成了镀铜膜后，利用镀前和镀后膜厚测量仪712测量镀铜膜的膜厚。然后，第二机器人723将半导体基片W传送到推杆分度器725，并在该推杆分度器725上装载半导体基片W。
在串联模式，顶环710-2利用吸力将半导体基片W保持在推杆分度器725上，将其传送到抛光台710-1，并将半导体基片W推压在抛光台710-1上的抛光表面上，以实施抛光。抛光终点的探测利用与前面所述相同的方法进行。完成抛光之后的半导体基片W被顶环710-2传送到推杆分度器725，并装载在该推杆分度器725上。第二机器人723将半导体基片W取出并带到第一清洗机709，以进行清洗。然后，半导体基片W被传送到推杆分度器725，并装载在该推杆分度器725上。
顶环711-2利用吸力将半导体基片W保持在推杆分度器725上，将其传送到抛光台711-1，并将半导体基片W推压在抛光台711-1上的抛光表面上，以实施抛光。抛光终点的探测利用与前面所述相同的方法进行。抛光后的半导体基片W被顶环711-2传送到推杆分度器725，并装载在该推杆分度器725上。第三机器人724拾取半导体基片W，并使用膜厚测量仪726测量该基片的膜厚。然后，半导体基片W被带到第二清洗机707，以进行清洗。然后，半导体基片W被带到第三清洗机704中，在此被清洗，然后被旋转脱水。然后，半导体基片W被第三机器人724拾取，并被放置在基片安置台722上。
在并联模式，顶环710-2或711-2利用吸力将半导体基片W保持在推杆分度器725上，将其传送到抛光台710-1或711-1，并将半导体基片W推压在抛光台710-1或711-1上的抛光表面上，以实施抛光。在完成膜厚测量之后，第三机器人724拾取半导体基片W，并将其放置在基片安置台722上。
第一机器人703将位于基片安置台722上的半导体基片W传送到干态膜厚测量仪713。在膜厚被测量后，半导体基片W返回到加载/卸载部701的盒701-1中。
图30是半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构图。该半导体基片加工设备是这样一种半导体基片加工设备，其用于在未形成有晶粒层的半导体基片W上形成晶粒层和镀铜膜，并且抛光这些膜以形成互连结构。
在该半导体基片加工设备中，一个推杆分度器725被接近于第一抛光装置710和第二抛光装置711布置，基片安置台721、722被布置成分别接近于第二清洗机707和晶粒层形成单元727，一个机器人723被接近于晶粒层形成单元727和镀铜膜形成单元702布置。此外，一个机器人724被接近于第一清洗机709和第二清洗机707布置，一个干态膜厚测量仪713被接近于加载/卸载部701和第一机器人703布置。
第一机器人703将带有隔离层的半导体基片W从放置于加载/卸载部701的加载口上的盒701-1中取出，并放置在基片安置台721上。然后，第二机器人723将半导体基片W传送到晶粒层形成单元727，在此形成晶粒层。晶粒层是通过无电镀而形成。第二机器人723使得可利用镀前和镀后膜厚测量仪712来测量在其上面形成有晶粒层的半导体基片的晶粒层厚度。在测量了膜厚后，半导体基片W被带到镀铜膜形成单元702，在此形成镀铜膜。
在形成了镀铜膜后，其膜厚被测量，半导体基片W被传送到推杆分度器725。顶环710-2或711-2利用吸力将半导体基片W保持在推杆分度器725上，并将其传送到抛光台710-1或711-1，以实施抛光。抛光之后，顶环710-2或711-2将半导体基片W传送到膜厚测量仪710-4或711-4，以测量膜厚。然后，顶环710-2或711-2将半导体基片W传送到推杆分度器725，并放置于其上。
然后，第三机器人724从推杆分度器725上拾取半导体基片W，并将其带到第一清洗机709。第三机器人724将清洗后的半导体基片W从第一清洗机709中拾取，并带到第二清洗机707，然后将清洗和干燥后的半导体基片放置到基片安置台722上。然后，第一机器人703拾取半导体基片W，并将其传送到干态膜厚测量仪713，在此测量膜厚；然后，第一机器人703将半导体基片W返回到放置于加载/卸载部701的卸载口上的盒701-1中。
在图30所示的基片加工设备中，通过在具有通孔或构成电路图案的沟的半导体基片W上形成隔离层、晶粒层和镀铜膜，并将它们抛光，就产生了互连结构。
装有尚未形成隔离层的半导体基片W的盒701-1，被安置在加载/卸载部701的加载口上。第一机器人703将半导体基片W从放置于加载/卸载部701的加载口上的盒701-1中取出，并将其放置在基片安置台721上。然后，第二机器人723将半导体基片W传送到晶粒层形成单元727，在此形成隔离层和晶粒层。隔离层和晶粒层是通过无电镀形成的。第二机器人723将其上形成有隔离层和晶粒层的半导体基片W带到镀前和镀后膜厚测量仪712，以测量隔离层和晶粒层的膜厚。在测量了膜厚后，半导体基片W被带到镀铜膜形成单元702，在此形成镀铜膜。
图31是半导体基片加工设备的另一个例子的平面结构图。在该基片加工设备中，设有一个隔离层形成单元811、一个晶粒层形成单元812、一个镀膜形成单元813、一个退火单元814、第一清洗单元815、一个斜边和背侧清洗单元816、一个封镀单元817、第二清洗单元818、第一校准部和膜厚测量仪841、第二校准部和膜厚测量仪842、第一基片翻转机843、第二基片翻转机844、一个基片临时安置台845、第三膜厚测量仪846、一个加载/卸载部820、第一抛光装置821、第二抛光装置822、第一机器人831、第二机器人832、第三机器人833以及第四机器人834。膜厚测量仪841、842和846是具有与其它单元(镀膜单元、清洗单元、退火单元等)的正面尺寸相同的尺寸的单元，因此是可互换的。
在本例中，无电镀Ru装置可以用作隔离层形成单元811，无电镀Cu装置可以用作晶粒层形成单元812，电镀装置可以用作镀膜形成单元813。
图32是本例中的半导体基片加工设备各个步骤的流程图。下面根据该流程图解释该设备中的各个步骤。首先，由第一机器人831从放置于加载/卸载部820上的盒820a中所取出的半导体基片，被置于第一校准部和膜厚测量仪841中，使其将要被镀膜的表面朝上。为了设置测量膜厚的位置的基准点，首先进行膜厚测量所用的切口校准，然后获取形成镀铜膜之前的半导体基片上的膜厚数据。
然后，半导体基片被第一机器人831传送到隔离层形成单元811。隔离层形成单元811是用于通过无电镀Ru而在半导体基片上形成隔离层的装置，而且隔离层形成单元811形成一个Ru薄膜，用于防止Cu扩散到半导体器件的中间层绝缘薄膜(例如SiO2)中。在经历了清洗和干燥步骤之后，半导体基片被第一机器人831传送到第一校准部和膜厚测量仪841，在此测量半导体基片的膜厚，即隔离层的膜厚。
完成了膜厚测量后的半导体基片被第二机器人832带到晶粒层形成单元812，并通过无电镀铜处理在隔离层上形成晶粒层。在经历了清洗和干燥步骤之后，在半导体基片被传送到镀膜形成单元813即浸渍镀膜单元之前，半导体基片被第二机器人832传送到第二校准部和膜厚测量仪842，以确定切口位置；然后，利用第二校准部和膜厚测量仪842进行用于镀铜的切口校准。如有必要，可以在形成镀铜膜之前再次在第二校准部和膜厚测量仪842中测量半导体基片的膜厚。
完成了切口校准后的半导体基片被第三机器人833传送到镀膜形成单元813，在此向半导体基片施加镀铜膜。在经历了清洗和干燥步骤之后，半导体基片被第三机器人833传送到斜边和背侧清洗单元816，在此去除位于半导体基片周部的无用镀铜膜(晶粒层)。在斜边和背侧清洗单元816中，在预定时间内斜边被蚀刻，而且粘着在半导体基片背侧的铜被诸如氢氟酸等化学液清洗掉。此时，在将半导体基片传送到斜边和背侧清洗单元816之前，可以利用第二校准部和膜厚测量仪842对半导体基片进行膜厚测量，以获取镀铜膜的厚度值；基于所获得的结果，可以任意改变斜边蚀刻时间，以完成蚀刻。通过斜边蚀刻步骤而被蚀刻的区域是对应于基片周边部分并且没有形成电路的区域，或是尽管形成了电路但最终并不作为芯片被使用的区域。斜边部分包含在该区域内。
当半导体基片在斜边和背侧清洗单元816中经历了清洗和干燥步骤而被排出后，被第三机器人833传送到基片翻转机843。在半导体基片被基片翻转机843翻转而使其镀膜表面朝下后，半导体基片被第四机器人834引入到退火单元814，以使互连部分稳定化。在退火处理之前和/或之后，半导体基片被带到第二校准部和膜厚测量仪842，在此测量在半导体基片上形成的镀铜膜。然后，半导体基片被第四机器人834带到第一抛光装置821，在此对半导体基片的镀铜膜和晶粒层进行抛光。
此时，使用所需的研磨颗粒或类似物，但可以使用固定的研磨剂，以防止前表面上形成凹坑并且提高前表面的平整度。在完成了初次抛光后，半导体基片被第四机器人834传送到第一清洗单元815，在此被清洗。清洗是以擦洗的方式进行的，其中具有与半导体基片的直径基本长度相同的辊，被放置于半导体基片的前表面和背侧表面；半导体基片和辊均被旋转，同时纯净水或脱离子水流入，以完成半导体基片的清洗。
在完成了初次清洗后，半导体基片被第四机器人834传送到第二抛光装置822，在此，对半导体基片上的隔离层进行抛光。此时，使用所需的研磨颗粒或类似物，但也可以使用固定的研磨剂，以防止前表面上形成凹坑并且提高前表面的平整度。在完成了二次抛光后，半导体基片被第四机器人834传送到第一清洗单元815，在此被擦洗。在完成了清洗后，半导体基片被第四机器人834传送到第二基片翻转机844，在此基片被翻转以使其镀膜表面朝上，然后半导体基片被第三机器人放置于基片临时安置台845上。
半导体基片被第二机器人832从基片临时安置台845传送到封镀单元817，在此对镀铜膜的表面进行封镀处理，以防止镀铜膜在大气中被氧化。被实施了封镀处理后的半导体基片被第二机器人832从封镀单元817带到第三膜厚测量仪846，在此测量镀铜膜的厚度。然后，半导体基片被第一机器人831带到第二清洗单元818，在此被纯净水或脱离子水所清洗。完成清洗后的半导体基片返回放置于加载/卸载部820上的盒820a中。
第一校准部和膜厚测量仪841和第二校准部和膜厚测量仪842对基片的切口部分进行定位并且测量膜厚。
晶粒层形成单元812可以省略掉。在这种情况下，可以直接在镀膜形成单元813中在隔离层上形成镀膜。
斜边和背侧清洗单元816可以同时进行边缘(斜边)铜蚀刻和背侧清洗，并且可以抑制基片表面上的电路形成部分中的铜的自然氧化膜的生长。图33中示出了斜边和背侧清洗单元816的示意图。如图33所示，斜边和背侧清洗单元816具有一个基片保持部分922，其安置在一个具有底部的圆筒形防水罩920内，用于以基片W的前表面朝上的状态高速旋转基片W，同时利用旋转夹头921沿基片的外周边缘部分的圆周方向上在多个位置水平地保持住基片W；一个中心嘴924，其安置在由基片保持部分922保持着的基片W的前表面的近乎中心部分的上方；以及一个边缘嘴926，其安置在基片W的外周边缘部分的上方。中心嘴924和边缘嘴926指向下方。一个背侧嘴928安置在基片W的背侧的近乎中心部分的下方，并且指向上方。边缘嘴926适合于沿着基片W的径向和高度方向移动。
边缘嘴926的移动宽度L是这样设置的，即边缘嘴926可以沿着从基片的外周端面指向中心的方向安置在任意位置上，而且宽度L的值根据基片W的尺寸、用途等而被输入。常规地，边缘切割宽度C设置在2mm至5mm的范围内。当基片的旋转速度处在液体从背侧向前表面的迁移量不会造成问题的特定值或以上时，可以去除边缘切割宽度C内的镀铜膜。
接下来描述利用该清洗装置进行清洗的方法。首先，半导体基片W与基片保持部分922一起水平地旋转，其中基片被基片保持部分922的旋转夹头921水平地保持。在这种状态下，酸液从中心嘴924供应到基片W的前表面的中心部。酸液可以是无氧化性酸、氢氟酸、盐酸、硫酸、柠檬酸、乙二酸等。另一方面，氧化剂溶液连续或间歇式地从边缘嘴926供应到基片W的外周边缘部分。作为氧化剂溶液，可以采用下列溶液之一臭氧水溶液、过氧化氢水溶液、硝酸水溶液、次氯酸钠水溶液及其上述溶液的组合。
通过这种方式，形成在半导体基片W的外周边缘部分的区域内的上表面和端面上的铜膜或类似物，可以被氧化剂溶液快速地氧化，并且被从中心嘴924供应且喷洒在基片整个前表面上的酸溶液同步地蚀刻，以将铜膜溶解和去除。通过在基片的外周边缘部分处混合酸溶液和氧化剂溶液，与供应预先配制的它们的混合液相比，可以获得更深的蚀刻轮廓。此时，铜蚀刻率取决于上述溶液的浓度。如果铜的天然氧化膜形成在基片前表面上的电路形成部分中，则该天然氧化膜会随着基片的旋转而被喷洒在基片的整个前表面上的酸溶液立即去除，而且不会再生长。在停止从中心嘴924供应酸溶液后，也将停止从边缘嘴926供应氧化剂溶液。结果，暴露在表面上的硅被氧化，从而可以防止铜的沉积。
另一方面，氧化剂溶液和硅氧化膜蚀刻剂被同时或交替地从背侧嘴928供应到基片的背侧中心部分。这样，以金属的形式粘着在半导体基片W背侧的铜或类似物可以与基片中的硅一起被氧化剂溶液氧化，并且可以被硅氧化膜蚀刻剂所蚀刻和去除。该氧化剂溶液优选与供应到基片前表面上的氧化剂溶液相同，因为这样可以减少化学制剂的种类数。氢氟酸可以被用作硅氧化膜蚀刻剂，而且如果氢氟酸被用作喷洒在基片前表面上的酸溶液，则可以减少化学制剂的种类数。因此，如果首先停止供应氧化剂，则可以获得疏水表面。如果首先停止供应蚀刻剂溶液，则可以获得水饱和表面(亲水表面)，因此，可以调节背侧表面到能够满足后序加工步骤的要求的状态。
通过这种方式，酸溶液即蚀刻液被供应到基片上，以去除保留在基片W的表面上的金属离子。然后，供应纯净水，以便利用纯净水取代蚀刻液并且去除蚀刻液，然后基片被旋转脱水。通过这种措施，可以同时去除半导体基片的前表面外周边缘部分的边缘切割宽度C内的铜膜和去除保留在背侧的铜杂志，从而使得这一处理可以在例如80秒内完成。边缘的蚀刻切割宽度可以任意设置(从2mm至5mm)，但蚀刻所需的时间并不取决于该切割宽度。
在CMP处理之前和镀膜之后进行的退火处理，对于随后的CMP处理和互连结构的电学特性而言具有有益的作用。在没有退火处理的情况下，在CMP处理之后观察宽互连结构(单位为几微米)的表面，可以发现许多缺陷，例如微孔隙，这会导致整个互连结构的电阻增大。进行退化处理可以改善电阻增大的缺陷。在进行退火处理的情况下，窄互连结构上没有微孔隙。因此，可以推定这些现象与颗粒生长程度有关。也就是说，可以推测出以下机理在窄互连结构中难以发生颗粒生长。另一方面，在宽互连结构中，随着退火处理而实现颗粒生长。在颗粒生长过程中，镀膜中的那些因太小而不能被SEM(扫描电子显微镜)观察到的超微孔，将聚集并向上移动，从而在互连结构的上部形成微孔隙状的凹坑。退火单元814中的退火条件为在一种气体气氛中添加氢气(2％或以下)，温度在300℃至400℃的范围内，时间在1至5分钟的范围内。在上述条件下，可以获得前述效果。
图36和37中示出了退火单元814。退火单元814包括一个腔1002，其具有一个用于放入和取出半导体基片W的门1000；一个加热板1004，其布置在腔1002内的上部位置上，用于将半导体基片W加热到例如400℃；以及一个冷却板1006，其布置在腔1002内的下部位置上，用于通过例如使冷却水流经其内部而冷却半导体基片W。退火单元814还具有多个可竖直移动的升降销1008，它们穿过冷却板1006并且穿过其中而上下延伸，用于将半导体基片W放置和保持在其上面。退火单元还包括一个气体引入管1010，其用于在退火过程中将抗氧化气体引入半导体基片W与加热板1004之间；以及一个气体排放管1012，其用于将由气体引入管1010引入并且流经半导体基片W与加热板1004之间的气体排出。管1010和1012布置在加热板1004的相反侧上。
气体引入管1010连接着一个混合气体引入管线1022，后者反过来连接着一个混合器1020，在该混合器1020中，通过一个带有过滤器1014a的N2气体引入管线1016所引入的N2气体和通过一个带有过滤器1014b的H2气体引入管线1018所引入的H2气体相混合，以形成混合气体，该混合气体通过管线1022流入气体引入管1010中。
在操作中，通过门1000而被带入腔1002中的半导体基片W被保持在升降销1008上，该升降销1008上升到一个位置上，在此，由升降销1008保持着的半导体基片W与加热板1004之间的距离变成例如0.1-1.0mm。在这种状态下，半导体基片W被加热板1004加热到例如400℃，与此同时，抗氧化气体从气体引入管1010中被引入，并流经半导体基片W与加热板1004之间，同时该气体从气体排放管1012排出，从而在防止氧化的同时对半导体基片W进行退火。退火处理可以在例如几十秒至60秒的时间内完成。基片的加热温度可以在100-600℃的范围内选择。
在完成了退火后，升降销1008下降到一个位置，在此，由升降销1008保持着的半导体基片W与冷却板1006之间的距离为例如0-0.5mm。在这种状态下，通过将冷却水引入冷却板1006中，半导体基片W在例如10-60秒内被冷却板冷却到100℃或以下的温度。冷却后的半导体基片被发送到下一步骤。
由N2气体与百分之几的H2气体组成的混合气体，用作上述抗氧化剂。然而，可以单独使用N2气体。
退火单元可以安置在电镀装置中。
图34是一种无电镀装置的示意性结构图。如图34所示，该无电镀装置包括一个保持装置911，其用于在其上表面上保持将要被镀膜的半导体基片W；一个坝堰件931，其用于接触由保持装置911保持着的半导体基片W的将要被镀膜的表面(上表面)的外周边缘部分，以密封住该外周边缘部分；以及一个喷头941，其用于向具有被坝堰件931所密封着的外周边缘部分的半导体基片W将要被镀膜表面供应镀液。该无电镀装置还包括一个清洗液供应装置951，其毗邻保持装置911的上侧外周而布置，用于向半导体基片W的将要被镀膜的表面供应清洗液；一个回收容器961，其用于将排放的清洗液或类似物(废镀液)回收；一个镀液回收嘴965，其用于吸取并回收保持在半导体基片W上的镀液；以及一个电机M，其用于旋转驱动保持装置911。下面描述各个元件。
保持装置911在其上表面上具有一个基片安置部分913，用于安置和保持半导体基片W。基片安置部分913用于安置和固定半导体基片W。具体地讲，基片安置部分913具有一个真空吸附机构(未示出)，用于通过真空吸力将半导体基片W吸附在基片安置部分913的背侧。一个背侧加热器915安装在基片安置部分913的背侧，该背侧加热器915是平面形的并且用于从底侧加热半导体基片W的将要被镀膜的表面，以保持其处在受热状态。背侧加热器915由例如橡胶加热器构成。保持装置911用于被电机M旋转，并且可以被升降装置(未示出)带动着竖直移动。
坝堰件931是筒形的，其具有一个设在其下部的、用于密封半导体基片W的外周边缘的密封部分933，并且该坝堰件被安装成不能够从图示位置竖直移动。
喷头941具有这样的结构，即许多嘴设在其前端，用于将所供应的镀液以喷淋的形式散布，并将镀液基本均匀地供应到半导体基片W的将要被镀膜的表面上。清洗液供应装置951具有这样的结构，即能够将清洗液从嘴953中喷出。
镀液回收嘴965能够上下移动和摆动，该镀液回收嘴965的前端能够下降到坝堰件931内，并吸取位于半导体基片W上的镀液，其中的坝堰件931位于半导体基片W的上表面外周边缘部分处。
接下来描述无电镀装置的操作。首先，保持装置911从图示位置下降，以便在保持装置911与坝堰件931之间提供出具有预定尺寸的间隙，半导体基片W被放置并固定在基片安置部分913上。作为示例，8英寸的基片被用作所述半导体基片W。
然后，保持装置911上升，以使其上表面接触坝堰件931的下表面，如图所示，而且半导体基片W的外周被坝堰件931的密封部分933所密封。此时，半导体基片W的上表面处在敞开状态。
然后，半导体基片W本身被背侧加热器915直接加热，以使半导体基片W的温度达到例如70℃(保持该温度，直至镀膜结束)。然后，已被加热到例如50℃的镀液从喷头941喷洒出来，以使镀液散布在半导体基片W的几乎整个上表面上。由于半导体基片W的上表面被坝堰件931围绕着，因此喷洒出来的镀液被全部保持在半导体基片W的上表面上。所供应的镀液量可以是小量的，以使半导体基片W的上表面上的镀液深度为1mm(大约30ml)。保持在将要被镀膜的表面上的镀液的深度可以是10mm或以下，甚至在本实施例中可以是1mm。如果供应小量的度也就足够了，则用于加热镀液的加热装置可以具有小尺寸。在本例中，通过加热，半导体基片W的温度升高到70℃，镀液的温度升高到50℃。这样，半导体基片W的将要被镀膜的表面的温度变为例如60℃，因而在本例中可以获得适于镀膜反应的最佳温度。
半导体基片W被电机M瞬时旋转，以使将要被镀膜的表面被液体均匀地润湿，然后，在半导体基片W保持静止的状态下对将要被镀膜的表面实施镀膜处理。具体地讲，半导体基片W仅在1秒内以100rpm或以下的速度旋转，以便利用镀液将半导体基片W的将要被镀膜的表面均匀地润湿。然后，半导体基片W保持静止，以便进行1分钟的无电镀处理。所述瞬时旋转的时间最多为10秒或以下。
在完成了镀膜处理后，镀液回收嘴965的前端下降到靠近在半导体基片W的外周边缘部分上的坝堰件931内侧的区域中，以吸取镀液。此时，如果半导体基片W以例如100rpm或以下的速度旋转，则保持在半导体基片W上的镀液会在离心力的作用下聚集到半导体基片W的外周边缘部分上的坝堰件931的部分中，从而以良好的效率和高回收率实现镀液的回收。保持装置911下降，以使半导体基片W与坝堰件931分离。然后，半导体基片W开始旋转，清洗液(超纯净水)从清洗液供应装置951的嘴953喷射在半导体基片W的镀膜表面上，以冷却镀膜表面，同时实施冲淡和清洗，以终止无电镀反应。此时，从嘴953喷射的清洗液可以供应到坝堰件931，以便同时清洗坝堰件931。此时，废镀液被回收到回收容器961中并被废弃。
然后，半导体基片W被电机M高速旋转以实现旋转脱水，然后半导体基片W被从保持装置911上取下。
图35是另一种无电镀装置的示意性结构图。如图35所示，该无电镀装置与图34所示的无电镀装置之间的差别在于，并未在保持装置911中设置背侧加热器915，而是将灯加热器917布置在保持装置911上方，而且灯加热器917与喷头941-2组合为一体。作为示例，多个具有不同半径的环形灯加热器917同心地设置，喷头941-2的许多嘴943-2从灯加热器917之间的间隙中以一圈的形式开通。灯加热器917可以由具有单一螺旋灯丝的灯加热器构成，也可以由具有不同结构和布置方式的其他灯加热器构成。
即使是利用这种结构，镀液也能够以喷淋的方式从各个嘴943-2基本均匀地供应到半导体基片W的将要被镀膜的表面上。此外，利用灯加热器917可以直接均匀地实现半导体基片W的加热和保热。灯加热器917不但加热半导体基片W和镀液，还加热外界空气，因此可以获得对半导体基片W的保热效果。
利用灯加热器917直接加热半导体基片W，灯加热器917需要消耗相对多的电能。为了取代这些灯加热器917，可以采用电能消耗相对小的灯加热器917与图33所示背侧加热器915的组合结构，其中主要利用背侧加热器915加热半导体基片W，并且主要利用灯加热器917来实现镀液和外界空气的保热。通过与前面的实施例中相同的方式，可以设置用于直接或间接冷却半导体基片W的装置，以实现温度控制。
前面描述的封镀镀膜优选通过无电镀处理来实施，但也可以通过电镀处理来实施。
尽管前面显示和详细描述了本发明的特定优选实施例，但可以理解，可以对它们作出各种改变和改型，而不脱离权利要求书中限定的本发明范围。
工业实用性本发明涉及无电镀装置和方法，用于形成嵌入式互连结构，其中电导体例如铜或银嵌入形成在基片例如半导体基片的表面中的精细凹槽中，并且用于形成保护层，以保护通过上述方式形成的互连结构的表面。
权利要求
1.一种镀膜装置，包括处理浴槽，其用于容纳处理液，以通过基片与处理液的接触而对基片进行处理；以及基片保持器，其用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与处理液接触；其中，处理浴槽具有流体容纳部分，其用于容纳具有预定温度的流体，所述流体接触基片的背侧表面。
2.如权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述基片保持器可旋转和可竖直移动。
3.如权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述基片保持器可倾斜。
4.如权利要求1所述的镀膜装置，还包括头部，其可竖直移动，并且可在一个位于基片保持器上方的位置与一个后退位置之间移动，在所述位于基片保持器上方的位置处，所述头部覆盖着基片保持器；以及镀液供应嘴，其设在所述头部中。
5.如权利要求4所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有镀液容纳槽，其用于将预定的镀液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上，以及温度保持机构，其用于将由镀液容纳槽容纳着的镀液保持在预定温度。
6.如权利要求4所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有镀前处理液容纳槽，其用于容纳镀前处理液并将镀前处理液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。
7.如权利要求4所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有纯净水供应嘴，其用于将纯净水供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。
8.如权利要求1所述的镀膜装置，还包括镀液回收嘴，其用于将供应到由基片保持器保持着的基片的表面上的镀液回收。
9.如权利要求4所述的镀膜装置，还包括惰性气体引入部分，其用于将已被调节到预定温度的惰性气体引入到由基片保持器保持着的基片与位于覆盖着基片的上表面的位置处的头部之间的空间中。
10.如权利要求5所述的镀膜装置，还包括清洗液引入部分，其用于使清洗液流经镀液容纳槽和镀液供应嘴，以清洗它们。
11.一种镀膜装置，包括处理浴槽，其用于容纳处理液，以通过基片与处理液的接触而对基片进行处理；基片保持器，其用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与处理液接触；加热器，其用于加热由基片保持器保持着的基片；镀液供应部分，其用于向由基片保持器保持着的基片的表面上供应镀液；以及罩体，其可以覆盖由基片保持器保持着的基片的表面。
12.如权利要求11所述的镀膜装置，还包括流体容纳部分，其用于容纳具有预定温度的流体，所述流体用于接触由基片保持器保持着的基片的背侧表面，以加热基片。
13.如权利要求11所述的镀膜装置，其特征在于，所述基片保持器可旋转和可竖直移动。
14.如权利要求11所述的镀膜装置，其特征在于，所述基片保持器可倾斜。
15.如权利要求11所述的镀膜装置，还包括头部，其可竖直移动，并且可在一个位于基片保持器上方的位置与一个后退位置之间移动，在所述位于基片保持器上方的位置处，所述头部覆盖着基片保持器；以及镀液供应嘴，其设在所述头部中。
16.如权利要求15所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有镀液容纳槽，其用于将预定量的镀液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上，以及温度保持机构，其用于将由镀液容纳槽容纳着的镀液保持在预定温度。
17.如权利要求15所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有镀前处理液容纳槽，其用于容纳镀前处理液并将镀前处理液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。
18.如权利要求15所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有纯净水供应嘴，其用于将纯净水供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。
19.如权利要求15所述的镀膜装置，还包括镀液回收嘴，其用于将供应到由基片保持器保持着的基片的表面上的镀液回收。
20.如权利要求15所述的镀膜装置，还包括惰性气体引入部分，其用于将已被调节到预定温度的惰性气体引入到由基片保持器保持着的基片与位于覆盖着基片的上表面的位置处的头部之间的空间中。
21.如权利要求16所述的镀膜装置，还包括清洗液引入部分，其用于使清洗液流经镀液容纳槽和镀液供应嘴，以清洗它们。
22.一种镀膜装置，包括处理浴槽，其用于容纳处理液，以通过基片与处理液的接触而对基片进行处理；基片保持器，其用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与处理液接触；以及罩体，其可以覆盖由基片保持器保持着的基片的表面，而且罩体设有加热器，用于防止热量从供应到基片表面上的镀液中辐射出来。
23.如权利要求22所述的镀膜装置，还包括流体容纳部分，其用于容纳具有预定温度的流体，所述流体用于接触由基片保持器保持着的基片的背侧表面，以加热基片。
24.如权利要求22所述的镀膜装置，其特征在于，基片保持器可旋转和可竖直移动。
25.如权利要求22所述的镀膜装置，其特征在于，基片保持器可倾斜。
26.如权利要求22所述的镀膜装置，还包括头部，其可竖直移动，并且可在一个位于基片保持器上方的位置与一个后退位置之间移动，在所述位于基片保持器上方的位置处，所述头部覆盖着基片保持器；以及镀液供应嘴，其设在所述头部中。
27.如权利要求26所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有镀液容纳槽，其用于将预定量的镀液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上，以及温度保持机构，其用于将由镀液容纳槽容纳着的镀液保持在预定温度。
28.如权利要求27所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有镀前处理液容纳槽，其用于容纳镀前处理液并将镀前处理液供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。
29.如权利要求26所述的镀膜装置，其特征在于，所述头部设有纯净水供应嘴，其用于将纯净水供应到由基片保持器保持着的基片的表面上。
30.如权利要求22所述的镀膜装置，还包括镀液回收嘴，其用于将供应到由基片保持器保持着的基片的表面上的镀液回收。
31.如权利要求22所述的镀膜装置，还包括惰性气体引入部分，其用于将已被调节到预定温度的惰性气体引入到由基片保持器保持着的基片与位于覆盖着基片的上表面的位置上的头部之间的空间中。
32.如权利要求27所述的镀膜装置，还包括清洗液引入部分，其用于使清洗液流经镀液容纳槽和镀液供应嘴，以清洗它们。
33.一种镀膜装置，包括向上敞开的镀膜浴槽，其用于容纳加热了的镀液；基片保持器，其安置在镀膜浴槽的顶部开口处，用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与镀液接触；以及用于将由基片保持器保持着的基片浸没在镀膜浴槽内的镀液中的机构。
34.如权利要求33所述的镀膜装置，其特征在于，所述基片保持器包含台阶和保持部分，二者可以彼此相对于对方竖直移动，并且通过由所述台阶覆盖基片的背侧表面并通过由设在所述保持部分中的密封件密封住基片表面的周部，来保持住基片。
35.如权利要求34所述的镀膜装置，其特征在于，所述台阶具有环形支承框架和附着在所述支承框架内侧的薄膜形式的热导体。
36.如权利要求35所述的镀膜装置，其特征在于，所述基片保持器可相对于镀膜浴槽上下移动，并且可以停止在一个预热位置和一个镀膜位置，在预热位置，使所述热导体与镀膜浴槽中的镀液相接触，以预热由基片保持器保持着的基片，在镀膜位置，使基片浸没在镀膜浴槽中的镀液中，以实施镀膜处理。
37.如权利要求33所述的镀膜装置，其特征在于，所述镀膜浴槽被这样构造，即镀液从镀膜浴槽的底部引入镀膜浴槽中，而且镀液能够溢流通过镀膜浴槽的顶部。
38.一种镀膜装置，包括向上敞开的镀膜浴槽，其用于容纳加热了的镀液；基片保持器，其安置在镀膜浴槽的顶部开口处，用于以这样的状态保持基片，即基片的背侧表面被密封，而基片的将要被镀膜的表面被带到与镀液接触；用于将由基片保持器保持着的基片浸没在镀膜浴槽内的镀液中的机构；用于气密性地封闭镀膜浴槽上方空间的腔；以及惰性气体引入部分，其用于将惰性气体引入所述腔中。
39.一种镀膜处理设备，包括镀前处理装置，其用于在镀膜之前实施镀前处理，以激活基片的表面；镀膜装置，其用于在基片的激活表面上形成镀膜；镀后清洗装置，其用于在所述镀膜处理之后清洗基片的表面；清洗/干燥装置，其用于在所述镀后清洗处理之后利用纯净水漂洗基片的表面；以及加载/卸载部。
40.一种镀膜方法，包括保持基片，使其背侧表面被密封住；将具有预定温度的流体倾注到流体容纳部分中，以使流体在该流体容纳部分中接触基片的背侧表面；以及使由基片保持器保持着的基片的前表面与处理液接触，从而对基片进行处理。
41.一种镀膜方法，包括利用基片保持器保持基片；利用容纳在镀膜浴槽中的镀液加热由基片保持器保持着的基片；以及将加热了的基片浸没在镀膜浴槽内的镀液中。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述基片被安置和保持在热导体的上表面上，所述热导体能够接触镀膜浴槽内的镀液，以加热基片。
全文摘要
本发明提供了一种镀膜装置，其能够容易地在材料的将要被镀膜的表面上形成均匀的镀膜。该镀膜装置包括保持器，其用于保持材料，使材料的将要被镀膜的表面朝上，而且所述将要被镀膜的表面的周部被密封住；热流体容纳部分，其用于容纳热流体，所述热流体能够接触由保持器保持着的材料的背侧表面，以加热所述材料；以及镀液供应部分，其用于向由保持部分保持着的材料的将要被镀膜的表面供应镀液。
文档编号H01L21/768GK1633520SQ0281503
公开日2005年6月29日 申请日期2002年8月12日 优先权日2001年8月10日
发明者本乡明久, 王新明, 松田尚起 申请人:株式会社荏原制作所