专利名称：多化学剂电镀系统的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明的实施例一般涉及一种电化学电镀系统。
背景技术：
亚1/4微米大小的器件(features)的金属化是现在和未来几代集成电路制造工艺的基本技术。更具体地说，在像超大规模集成类型器件这样的器件中，即在具有超过百万逻辑门的集成电路的器件中，位于这些器件中心处的多层互连一般是通过用导电材料如铜来填充高纵横比，即大于约4∶1的互连器件而形成的。传统上，是使用沉积技术如化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)来填充这些互连器件。但是，随着互连件尺寸的减小和纵横比的提高，通过传统金属化技术来进行无空隙互连器件填充变得越加困难。因此，出现了(电)镀技术，即电化学镀(ECP)和化学镀技术，作为有前途的工艺，用于集成电路制造工艺中的亚1/4微米大小的高纵横比互连器件的无空隙填充。
借助ECP工艺，举例来说，形成于衬底的表面(或沉积在该表面上的层)中的亚1/4微米大小的高纵横比器件可用导电材料来有效地填充。ECP电镀工艺一般是两阶段工艺，其中首先(一般通过单独设备中的PVD、CVD或其它沉积工艺)在衬底的表面器件上形成一晶种层(seed layer)，然后将衬底的表面器件暴露于电解液溶液(在ECP设备中)，同时在晶种层与处于电解液内的铜阳极之间施加电偏压。电解液一般包含要镀到衬底表面上的离子，因而电偏压的应用便使得这些离子被镀到被偏压晶种层上，由此将一层能够填充器件的离子沉积在衬底表面上。
一旦电镀工艺完成，一般就将衬底传送到至少一个衬底冲洗槽或斜边清洗槽(bevel clean cell)。斜边清洗槽一般被设置成，可将蚀刻剂分布在衬底的周边或斜边(bevel)上，以除去镀在该处的多余金属。衬底冲洗槽，经常被称作旋转冲洗干燥槽，一般工作是用冲洗溶液冲洗衬底表面(前面和后面)，以除去其上的任何污染物。而且，冲洗槽通常被设置成以高速来旋转衬底，从而甩掉附着在衬底表面的任何残余流体液滴。一旦残余流体液滴被甩掉，衬底一般就既清洁又干燥，且因此准备好从ECP设备中移走。斜边清洗槽一般工作是通过将蚀刻剂溶液分布到斜边，同时使衬底在流体分配喷嘴下转动，来清洗衬底的斜边。蚀刻剂溶液用于清洗斜边上在电镀过程期间产生的任何多余物质。
然后，一般将经过清洗/冲洗的衬底传送到热处理室，在该热处理室中将衬底加热到足够的温度，从而对沉积的膜进行热处理。然而，传统电镀系统的生产能力可能会受到热处理室的效率限制，这是因为电镀后半导体衬底的热处理工艺可能需要数分钟的时间。而且，一旦热处理工艺完成，受到热处理的衬底一般要用数分钟的时间冷却到允许将其传送到另一个处理室或设备的温度。
本发明的实施例概括地说提供了一种电化学电镀系统，该系统具有能够使用多种化学剂的多个电镀槽、一个衬底冲洗槽、一个衬底清洗槽以及一个双位置热处理室，所有这些均与所述电化学电镀系统相连通。
发明内容
本发明的实施例概括地说提供一种电化学电镀系统。该电镀系统包括一衬底装载站，其与一主框架处理平台相连；至少一个衬底电镀槽，其位于主框架上；至少一个衬底斜边清洗槽，其位于主框架上；以及一叠层衬底热处理站，其与所述主框架和装载站至少其中之一相连，叠层衬底热处理站中的各个室具有位于该室之内的加热板、冷却板和衬底传送机械手。
本发明的实施例概括地说提供一种电化学电镀系统，该电镀系统包括一个衬底装载站，其与一主框架处理平台相连；至少一个衬底电镀槽，其位于主框架上；至少一个衬底斜边清洗槽，其位于主框架上；以及一个叠层衬底热处理站，其与主框架和装载站至少其中之一相连，叠层衬底热处理站中的各个室具有位于该室之内的加热板和冷却板。
本发明的实施例进一步提供一种多化学剂电镀系统。该电镀系统包括多个电镀槽，其位于一共用平台上；一个清洗槽，其位于上述平台上；一个热处理室，其与平台相连；以及一个多化学剂流体传输系统，其与平台相连，并与多个电镀槽流体连通，该流体传输系统被设置成可混合并分配多种流体溶液到多个电镀槽中的每个电镀槽。
本发明的实施例进一步提供一种电化学电镀系统，其具有一中央主框架，中央主框架上设置有一衬底传送机械手。该主框架包括混合装置，其用于混合多种电镀化学剂，与主框架相连；多个电化学电镀槽，其位于主框架上；用于传输多种化学溶液到多个电化学电镀槽中的每一电镀槽的装置；传输装置，其与混合装置流体连通；从衬底斜边除去多余沉积物的装置；冲洗和干燥衬底的装置；以及热处理衬底的装置。
本发明的实施例进一步提供一种多化学剂电化学电镀系统。该系统包括位于处理平台上的电化学电镀槽。该电化学电镀槽包括一槽体，其设置成可容纳电镀溶液，且其上有一个溢流堰；一个阳极，其位于槽体中；一个离子隔膜，其在阳极上方和溢流堰下方的位置跨过槽体，该隔膜将其下方的阳极液室与其上方的阴极液室分开；以及一个多孔扩散部件，其在槽体中位于隔膜的上方和溢流堰的下方。该系统进一步包括一个位于处理平台上的衬底清洗槽，以及一个与处理平台相连的叠层衬底热处理站。
为了使得本发明的上述特征能够得到更详细的理解，可引用实施例，对上面简要概述的本发明进行更具体的描述，其中一些实施例图示于附图中。但应注意，附图仅说明本发明的典型实施例，因此并不能被认为是对其范围的限制，这是因为本发明能够有其它等效的实施例。
图1是本发明的电化学电镀系统的一个实施例的俯视图。
图2说明在本发明的电化学电镀槽中使用的电镀槽的一个示例性实施例。
图3展示本发明的一示例性热处理系统的透视图。
图4展示本发明的一示例性热处理室的顶部透视图。
图5展示本发明的一示例性机械手叶片(blade)的底部透视图。
图6展示所述热处理室的加热板的部分剖开的透视图。
图7展示所述加热板的底部的透视图。
图8展示本发明的一示例性衬底旋转冲洗干燥槽的部分透视和剖视图。
图9展示本发明的另一示例性衬底旋转冲洗干燥槽的部分透视和剖视图。
图10A展示本发明的旋转冲洗干燥槽的一示例性衬底接合销(engaging finger)的顶部透视图，其中所述销处于闭合位置。
图10B展示本发明的旋转冲洗干燥槽的一示例性衬底接合销的顶部透视图，其中所述销处于开启位置。
图10C展示本发明的旋转冲洗干燥槽的一示例性衬底接合销的侧向透视图，其中所述销处于闭合位置。
图10D展示本发明的旋转冲洗干燥槽的一示例性衬底接合销的侧向透视图，其中所述销处于开启位置。
图11展示本发明的一示例性毂盘(hub)组件的剖视图。
图12展示所述毂盘组件底部的顶部透视图。
图13展示本发明的一示例性斜边清洗槽的顶部透视图。
图14展示本发明的斜边清洗槽的一示例性背面流体分配集合管的顶部透视图。
图15展示本发明的一示例性衬底定心机构的透视图。
图16展示本发明的一示例性衬底定心机构的剖视图。
图17展示本发明的一示例性衬底定心部件的俯视图。
图18展示本发明的一示例性流体传输系统。
图19展示本发明的一种示例性容器和管道的设置。
图20展示本发明的一流体容器内部组件的透视图。
图21展示本发明的一示例性流体容器的俯视图。
图22展示本发明的流体容器的示例性内壁组件的透视图。
图23展示本发明的一示例性容器的部分透视和剖视图。
图24展示电镀槽和上端组件在倾斜过程中的剖视图。
图25展示电镀槽和上端组件在浸入过程即在垂直动作过程中的剖视图。
图26展示电镀槽和上端组件在浸入之后的倾斜过程中的剖视图。
图27展示电镀槽和上端组件在浸入过程中的剖视图，其中上端组件正将衬底置于电镀溶液中的更深处。
图28展示位于处理位置处的电镀槽和上端组件的剖视图。
图29展示衬底区域在浸入过程中的示意图。
具体实施例方式
本发明的实施例概括地说提供了一种多化学剂电化学电镀系统，其被设置成用于在半导体衬底上镀上导电材料。该电镀系统一般包括与衬底处理平台相连的衬底装载区域。该装载区域一般被设置成用于接收衬底容纳盒，并将自该盒接收到的衬底传送到处理平台进行处理。所述装载区域一般包括一机械手，其被设置成用于将衬底传进和传出盒，并将衬底传送到处理平台，或传送到与装载区域、处理平台相连的衬底热处理室，或传送到位于装载站和处理平台之间的连接通道(link tunnel)。所述处理平台一般包括至少一个衬底传送机械手和多个衬底处理槽，即ECP槽、斜边清洗槽、旋转冲洗干燥槽、衬底清洁槽和/或化学镀槽。本发明的系统能够将干燥衬底引入湿法处理平台，其中可在一整体系统平台上完成电镀、清洁(表面和斜边)、干燥和热处理过程。电镀过程可使用多种电镀化学剂，且所述系统输出的是干燥、清洁(表面和斜边均清洁)并经热处理的衬底。
图1说明本发明的ECP系统100的俯视图。ECP系统100包括装置接口(factory interface)(FI)130，一般也被称为衬底装载站。装置接口130包括多个衬底装载站，其被设置成为与衬底容纳盒134相接。机械手132被放置在装置接口130中，被设置成拾取容纳在盒134中的衬底。而且，机械手132也伸入连接通道115中，该通道将装置接口130连接到处理主框架或平台113。机械手132的位置让机械手能够进入衬底盒134，从而将衬底从该衬底盒取出，并随后将衬底输送到位于主框架113上的处理槽114、116其中之一，或者可选地输送到热处理站135。类似地，在衬底处理程序完成之后，可用机械手132将衬底从处理槽114、116或热处理室135中取出。此时，机械手132可将衬底传送回其中一个盒134，以将其从系统100取出。
热处理站135(在这里将对其做进一步论述)，一般包括一个双位置处理室，其中冷却板/位136和加热板/位137与衬底传送机械手140相邻，该机械手靠近这两个站，例如位于这两个站之间。机械手140一般被设置成在相应的加热板137和冷却板136之间移动衬底。而且，虽然热处理室135被描述为其位置接近连接通道115，但本发明的实施例并不限于任何具体的设置或布置。因此，热处理站135可被设置成与主框架113直接相连，即被主框架机械手120进入，或任选地，热处理站135可被设置成与主框架113相连，即热处理站被设置在与主框架113相同的系统中，但不与主框架113直接接触或者说主框架机械手120不可进入。例如，如图1所示，热处理站135可被设置成与连接通道115直接相连，该连接通道允许进入主框架113，而在此情况下，热处理室135就被描述为与主框架113相连。
如上所述，ECP系统100还包括处理主框架113，该主框架有一个定位于其中心处的衬底传送机械手120。机械手120一般包括一个或多个臂/叶片122、124，上述臂/叶片其被设置成在其上支撑和传送衬底。而且，机械手120及其叶片122、124一般被设置成可伸长、转动和垂直移动，从而使机械手120能针对位于主框架113上的多个处理位置102、104、106、108、110、112、114、116插入和取出衬底。同样地，装置接口机械手132也具有这样的能力转动、伸长和垂直移动其衬底支撑叶片，同时还能够沿机械手轨道做直线运动，该机械手轨道从装置接口130延伸到主框架113。一般地说，处理位置102、104、106、108、110、112、114、116可以是电化学电镀平台所使用的任何数量的处理槽。更具体地说，所述处理位置可被设置成电化学电镀槽、冲洗槽、斜边清洗槽、旋转冲洗干燥槽、衬底表面清洁槽(集中包括清洗、冲洗和蚀刻槽)、化学镀槽、计量检测站，和/或其它能够有利地与电镀平台结合使用的处理槽。各个处理槽和机械手一般都与处理控制器111相连，其可为一基于微处理器的控制系统，被设置成从使用者和/或位于系统100上的各种传感器接收输入信息，并根据输入信息适当地控制系统100的操作。
在如图1所示的示例性电镀系统中，处理位置被设置如下处理位置114和116可被设置成处于主框架113上的湿法处理站与干法处理区域之间的一个接口(interface)，上述干法处理区域位于连接通道115、热处理室135和装置接口130中。位于所述接口位置处的处理槽可以是旋转冲洗干燥槽和/或衬底清洁槽。更具体地说，位置114和116可各自在一种叠层结构中既包括旋转冲洗干燥槽，又包括衬底清洁槽。位置102、104、110和112可被设置成电镀槽，例如电化学电镀槽或化学镀槽。位置106、108可被设置成衬底斜边清洗槽。电化学处理系统的其它结构和应用在2002年12月19日提交的共同被转让的美国专利申请10/435121中有描述，其名称是“Multi-Chemistry ElectrochemicalProcessing System”，在此引入其全部作为参考。
图2展示一示例性电镀槽200的部分透视图和剖视图，该电镀槽可被应用于处理位置102、104、110和112上。电化学电镀槽200一般包括外池201和位于外池201内的内池202。内池202一般被构造成用于容纳电镀液，电镀液被用来在电化学电镀过程中往衬底上电镀金属如铜。在电镀过程中，电镀液一般是被连续地提供给内池202的(例如对10升电镀槽来说每分钟约1加仑)，且因此电镀液会连续地溢过内池202的顶点(一般称为“堰”)，而被外池201收集，并由该外池排出从而进行化学处理和循环。电镀槽200一般是以一定倾斜角放置的，即电镀槽200的框架部分203一般是在一侧升高，使得电镀槽200的组件被倾斜约3°到约30°，或者一般被倾斜约4°到约10°，从而得到最佳结果。电镀槽200的框架部件203在其上部支撑着一环形的底座部件。由于框架部件203在一侧被升高，因此底座部件204的上表面一般从水平面以一定角度倾斜，该角度对应于框架部件203相对水平位置的角度。底座部件204包括在其中央部分形成的环状或盘状凹槽，该环形凹槽被构造成容纳盘状的阳极部件205。底座部件204还包括多个从其下表面伸出的流体入口/出口209。每个流体入口/出口209一般被设置成单独地提供流体给电镀槽200的阳极室或阴极室或从中排出流体。阳极部件205一般包括多个贯穿其中的沟槽207，其中沟槽207一般是以彼此平行的取向放置的，跨过阳极205的表面。平行的取向使得阳极表面产生的稠密流体能够向下流过阳极表面，进入其中一个沟槽207。电镀槽200还包括隔膜支撑组件206。隔膜支撑组件206一般在其外部边缘处被固定在底座部件204上，并包括内部区域，此内部区域被构造成能够让流体从其中通过。隔膜208被伸展跨过支撑206，且起到将电镀槽的阴极液室部分和阳极液室部分流动地分开(fluidly separate)的作用。隔膜支撑组件可包括放置在隔膜周边附近的O形密封件，其中该密封件用于阻止流体从固定在隔膜支撑206上的隔膜一侧流到隔膜另一侧。扩散板210一般为多孔陶瓷盘状部件，其被设置成在衬底被电镀的方向上产生流体的基本层流(laminar flow)或平稳流(even flow)，此扩散板在槽中被置于隔膜208与被电镀的衬底之间。所述示例性电镀槽在共同被转让的美国专利申请10/268284中有进一步描述，该申请是于2002年10月9日提交的，名称是“Electrochemical Processing Cell”，它要求2002年7月24日提交的美国专利申请60/398345的优先权，在此引入二者的全部内容作为参考。
图3展示本发明的一示例性叠层热处理系统300的透视图。该叠层热处理系统300可被放置于图1所示的热处理站135处，或放置于处理平台上其它期望的位置。热处理系统300一般包括框架301，该框架被设置用于支撑热处理系统300的各种组件。至少一个热处理室302被放置在框架部件301上，其放置高度要有利于处理系统中的机械手即主框架机械手120或装置接口机械手132进入该室。在所示实施例中，热处理系统300包括三(3)个相互垂直层叠的热处理室302。但是，本发明的实施例并非要局限于任何具体数量的热处理室或各室相对于彼此的任何具体间隔或取向，这是因为各种间隔、数量和取向都可在不偏离本发明范围的情况下实现。热处理系统300包括一电子系统控制器306，其位于框架部件301的上部。电子系统控制器306一般工作是控制提供给热处理系统300的相应部件的电功率，且电子系统控制器306的工作尤其是控制传输到热处理室302的加热元件的电功率，从而使热处理室的温度能够得到控制。热处理系统还包括流体和气体供给组件304，组件304被置于框架部件301上，一般位于热处理室302的下方。流体和气体供给组件304一般被设置成向各相应的热处理室302提供热处理气体，如氮气、氩气、氦气、氢气或其它适于半导体工艺热处理的惰性气体。流体和气体供给组件304一般也被设置成提供和调节输送到热处理室302的流体，例如在热处理过程的加热阶段完成之后，用于冷却室体302和/或被热处理衬底的冷却流体。冷却流体，举例来说，可以是冷冻或冷却的水源。供给组件304可进一步包括一真空系统(未图示)，其与各相应热处理室302单独相连。该真空系统用于在开始进行热处理工艺之前，除去热处理室302中的环境气体，且可用于支持减压热处理工艺。因此，所述真空系统允许在各相应热处理室302中执行减压热处理工艺，而且在各相应热处理室302中可同时使用不同的减压而不会干扰叠层中相邻的室302。
图4展示本发明的示例性热处理室302的顶部透视图，其中该室的盖子或顶盖部分被除去，为的是能看见内部组件。热处理室302一般包括室体401，该室体限定了一个封闭的处理区域400。封闭的处理区域400包括在此区域中被设置成彼此靠近的加热板402和冷却板404。衬底传送机构406被置于加热板和冷却板附近，被设置成用于接收来自处理区域400之外的衬底，并在热处理工艺期间，在相应的加热板和冷却板之间传送衬底。该衬底传送机构406一般包括枢轴式安装的机械手组件，该机械手组件具有位于机械手的枢轴臂末端的衬底支撑部件/叶片408。该叶片408包括多个衬底支撑键形物(tabs)410，这些键形物被与叶片408间隔开，且用于配合支撑其上的衬底。每个支撑键形物410一般在垂直方向(一般是向下)与叶片主体部分408间隔开，从而在叶片408与键形物410之间产生一个垂直空间。该空间使衬底得以在衬底装载过程中被放置到键形物410上，这将做进一步描述。而且，加热板和冷却板402、404各自包括对应数目的在其外侧周边形成的凹口416，其中各凹口416是间隔开的，且被设置成用于当叶片部件408朝向各相应加热和冷却板402、404降低时，配合地将键形物410容纳于凹口中。
在本发明的另一实施例中，传送机构406包括被加强的叶片部件500，如图5所示。叶片部件500包括整体型框架部件501，该部件被设置成保持其结构形状，即整体型框架部件501被加工和设计得使其自身结构方面的变动(摆动、弯曲、下弯等等)最小。整体型框架部件501包括衬底支撑环或称部件502，部件502与框架部件501的底部相连。衬底支撑部件502包括衬底支撑键形物503(类似于图4所示键形物410)，其被设置成相对于框架部件501在径向上朝向内侧。该键形物以类似于键形物410的方式被间隔开，且被构造成支撑其上的衬底，并且被相应的加热和冷却板的凹口416所容纳。
热处理室的室体401可用铝制造，室体401举例来说一般限定一内部处理区域400。外侧室体401一般包括多个贯穿其中的流体管道(未图示)，其中这些流体管道被设置成使冷却流体循环，以降低外侧室体401的温度。冷却流体可被提供给形成于外侧室体401之内的流体管道，并借助于冷却流体接头420而循环通过外侧室体401。
冷却板404一般包括大致平坦的上表面，该上表面被设置用于支撑其上的衬底。所述上表面包括多个真空孔422，其选择性地与真空源(未图示)流体连通。一般可用这些真空孔422在冷却板404的上表面处产生减压，以便将衬底固定或真空吸附在上表面上。冷却板的内部可包括多个形成于其中的流体管道，其中这些流体管道与用于冷却室体401的冷却流体源流体连通。当在冷却板内形成流体管道时，可用冷却板来快速冷却其上的衬底。可选地，冷却板可被制造成其中不形成冷却通道，且在此实施例中，与其中形成有冷却板的冷却管道被基本冷冻的实施例比较，冷却板可被用来以较慢速率冷却衬底。而且，如上所述，冷却板404包括多个在板404周边形成的凹口416，其中各凹口416被间隔开，以便在叶片下降到处理位置时，容纳衬底支撑叶片408的键形物410。
加热板402以类似于冷却板404的方式，同样包括大致平坦的衬底支撑上表面。该衬底支撑表面包括多个形成于其中的真空孔422，每个真空孔422选择性地与一真空源(未图示)流体连通。因此，可用真空孔422将衬底真空吸附或固定在加热板402上以进行处理。加热板402的内部包括加热元件(未图示)，其中该加热元件被设置成将加热板402的表面加热到约100℃至约500℃之间的温度。所述加热元件例如可包括一电驱动电阻部件，或一形成于加热板402内部的热流体管道，其中该热流体也被配置用于加热加热板402的表面。可选地，本发明的热处理室可以利用外部加热器件，例如灯、感应加热器或电阻部件，其位于加热板402的上方或下方。而且，如上所述，加热板402包括多个在板402的周边形成的凹口416，其中各凹口416被间隔开，以便在叶片下降到处理位置时，容纳衬底支撑叶片408的键形物410。
图6展示加热板402的带有部分剖视图的透视图。板402的剖视图展示出加热板基底部件608，其上具有电阻加热元件600。该电阻加热元件被包围在加热板402的内部部分610内，如图7所示。更具体地说，内部部分610包括贯穿其中形成的沟槽，其中该沟槽的大小和间隔用于容纳加热元件600。顶板612位于内部部分610的上方。顶部、内部和基底部件608一般都用具有所需导热性的金属制造，例如像铝这样的金属。而且，板402的这三部分可被钎焊在一起，从而形成整体型传热板402。板402的下部，即基底部件608的底部，包括用于支撑板402的支座606。该支座一般具有比板部件402显著更小的直径，这样使传到室底或室壁的热最小。更具体地说，此支座部件的直径一般比加热板402直径小约20％。另外，支座606的底部包括用于测量加热板402温度的热电偶604和将电源引到加热元件600的电源接头602。
所述热处理室可包括抽吸孔424，此抽吸孔被设置成与处理区域400流体连通。抽吸孔424选择性地与真空源(未图示)流体连通，且一般被设置成从处理区域400中抽出气体。而且，热处理室一般包括至少一个气体分配口426或气体分配喷头，其位置邻近加热板402。所述气体分配口与处理气体源即供给源304流体连通，并因此而被设置用于将处理气体分配到处理区域400之内。气体分配口426例如也可以是一个位于热处理室内部的气体喷头组件。真空抽吸孔424和气体分配喷嘴可被结合使用或单独地使用，即可使用该两种组件或其中一种组件，为的是使热处理室中的环境气体含量最小。
热处理室302包括衬底传送机构起动器组件418，其与机械手406连接。起动器418一般被设置用于控制叶片408的枢轴运动，以及该叶片相对于加热或冷却部件的高度或者说Z位置。通道门414，例如可以是狭缝阀式(slit valve-type)门，一般被置于室体部分401的外壁。通道门414一般被设置成打开，并允许进入热处理室302的处理区域400。因此，通道门414可被打开，且机械手412(该机械手例如在图1所示的示例性FI中为机械手132或示例性主框架衬底传送机械手120)能够进入处理区域400，从而将衬底从其中一个热处理室302撤出或者说取回。
更具体地说，将衬底插入热处理室的过程例如包括将冷却板404上方的叶片408放置到装载位置，即键形物410被垂直地放在冷却板404的上表面上方的位置。正如上面简单说明的，叶片408和键形物410是彼此相对地放置的，以使得键形物410的上表面和叶片408的下表面之间存在一个垂直空间。设置该垂直空间，为的是使其上载有衬底的机械手叶片412能够插入该垂直空间，且然后下降，从而使衬底从叶片412传送到衬底支撑键形物410上。一旦衬底被键形物410支撑，外部机械手叶片412就从处理区域400中收回，且通道门414可被关闭，从而使处理区域400与环境大气隔绝。在此实施例中，一旦门414被关闭，与抽吸孔424相通的真空源就可起动，并导致一部分气体从处理区域400中抽出。在抽气期间或其后不久，处理气体喷嘴426打开，使处理气体充满处理区域400。处理气体一般为已知其在热处理条件下不发生反应的惰性气体。这种配置，即抽气和惰性气体充满工艺，一般被设计用于尽可能多地从热处理室/处理区域中除去氧，这是因为已知氧气在热处理过程中会引起衬底表面的氧化。当处理室达到预定的压力和气体浓度时，真空源可被停止而使气流停止，或者可选地，真空源在热处理过程中仍然起动，而气体供给喷嘴可继续使处理气体流入所述处理区域。
在本发明的另一实施例中，不用真空源来从处理区域清除不希望有的气体即氧气。而是使用正处理气体压力，来使处理区域400中的氧含量为最小。更具体地说，在门414打开时，处理区域400的气体供给源426可随时起动，以便在该处理区域内建立起正压。这种正压使得处理室的气体在门414被打开时向外流动，这使得进入处理区域400的氧含量达到最小。该工艺可以与真空抽气工艺结合使用，从而增大从处理区域除去氧气的可能性。
一旦衬底被放在叶片部件408上，衬底就可被降低而处于冷却板404或加热板402上。将衬底降低到加热板402或冷却板404上的过程一般包括将叶片部件408放置在各对应板的上方，以使得衬底支持键形物410被放在形成于各板周边中的凹口416的上方。然后可使叶片部件408下降，从而使键形物410被容纳于凹口416中。当衬底支撑键形物410被容纳于凹口416中时，支撑在键形物410上的衬底被传送到相应的加热板或冷却板的上表面。该传送过程一般包括启用形成于该板的上表面的真空孔422，从而使衬底在放置于其上时被固定在此表面上而不会移动。加热板一般被加热到一预定的热处理温度，例如约150℃到约400℃之间，然后将衬底放置在加热板上。加热板的可选的温度范围例如包括约150℃到约250℃之间，约150℃到约325℃之间，以及约200℃到约350℃之间。将衬底在加热板402上放置一预定时间段并进行热处理，该预定时间段举例来说一般介于约15秒到约120秒之间，这取决于所需的热处理温度以及在沉积于衬底上的层中形成期望结构所需要的时间。
一旦热处理过程的加热阶段结束，衬底就被传送到冷却板404。传送过程包括结束真空吸附操作，并将叶片部件408向上抬起、直到键形物部件410接合并支撑其上的衬底为止，即此时键形物410将衬底抬离加热板表面。然后叶片部件408绕枢轴从加热板402转到冷却板404。一旦达到冷却板404的上方，就可使叶片408下降，从而将衬底放在冷却板404上。通过与下述相似的下降过程，可将衬底下降到冷却板上，同时使真空孔422运转，从而将衬底固定在冷却板404的上表面。
一般将冷却板维持在较低的温度，例如介于约15℃到约40℃之间，且因此使得冷却板能从位于其上或其附近的衬底接受或者说吸收热量。可用该过程将衬底从热处理温度冷却到低于约70℃，或更具体地说，在小于1分钟之内冷却到约50℃到约100℃之间，或更具体地说，在小于约15秒之内冷却到约50℃到约100℃之间。更具体地说，可用冷却板在小于约12秒之内，将衬底快速冷却到约50℃到约70℃之间。一旦衬底被冷却到所需温度，就可用叶片408将衬底抬离冷却板404。随着衬底被抬起，门414可被打开，且外部机械手叶片412可被送进处理区域并被用于将衬底从叶片部件408上取走。一旦衬底被取走，可将另一衬底放入热处理室内，并且重复上述的热处理过程。
在本发明的另一实施例中，可将衬底温度缓慢地提高到热处理温度或降低到被冷却衬底温度。更具体地说，可将机械手臂406下降到正好位于加热板402上方，即与板402以气隙或空间间隔开。衬底和加热板402之间的气隙起着热缓冲作用，以减缓衬底温度的上升。例如，加热板402可被加热到约210℃，且然后衬底可被放置在距离加热板402约1mm到约5mm的位置。来自板402的热通过衬底与加热板402之间的气隙或间隙，缓慢传递到衬底上(缓慢是相对于衬底被直接放在加热板402上的传热速率而言)。通过调节衬底的距离，还可调节到达热处理温度的时间，即如果需要较快升温时间，则可使衬底被放置得离加热板较近。类似地，可利用将衬底放在离加热板较远的位置，即使得气隙增大，来使得升温时间缩短。例如，升温时间可能介于约10秒到约45秒之间。一旦衬底温度上升到热处理温度，则衬底可被降低到加热板402上，以完成其余的热处理过程。类似地，如果需要，可将机械手放在与冷却板间隔开的位置，以便使冷却温度缓慢到达。
图8展示本发明的一示例性衬底旋转冲洗干燥槽800的部分透视和剖视图。旋转冲洗干燥槽(SRD)800包括支撑在一框架上的流体盘/槽体(fluid bowl/body)801，该框架可附属于一电镀系统，如图1所示的主框架113。SRD 800还包括可旋转的毂盘802，其位于流体盘801的中央。毂盘802包括一大致平坦的上表面，该上表面上形成有多个背面流体分配喷嘴808，以及至少一个气体分配喷嘴810(在图5中也表示为喷嘴503)。多个直立的衬底支撑销803的位置从径向上处于毂盘802的周围。在图示的本发明实施例中，显示了四个销803(参见图12)，但是，本发明并不限于任何具体数目的销。销803被设置成可旋转地在衬底的斜边处支撑衬底804，以在SRD 800中进行处理。SRD 800的上部包括顶盖部件805，此部件一般为圆顶形，用于封闭圆顶805下方与毂盘802上方的处理空间。而且，圆顶805包括至少一个位于其内的气体喷嘴807，该气体喷嘴被设置成将处理气体分配到处理空间之内；以及一个流体集合管806，该流体集合管被设置成将处理流体分配到固定在销803处的衬底804上。SRD 800的至少一面包括一个门或开口(未图示)，此门或开口选择性地打开和关闭，从而提供进出SRD 800处理区域的通道。SRD 800的下部包括环形护罩部件812，此部件位于池的周围。护罩812被置于衬底支撑部件802的下方，并且在径向上向外伸出，因此该护罩被设置成使流体向外分布在池的周围。此外，护罩812被设置成可垂直移动，这将在本说明书中做进一步描述。
在本发明的另一实施例中，所述处理空间并未被顶盖或顶部部件限制在上部。在该实施例中，处理槽800会包括下部的排液池(drainbasin)和直立侧壁，而处理空间的上部则一般会是敞开的。进一步的是，在该实施例中，流体分配喷嘴或集合管一般被放置或安装在槽的直立侧壁部分。例如，流体分配臂可被枢轴安装在侧壁上，从而使该臂的其上装有流体分配喷嘴的末端可绕枢轴旋转到在槽中被处理的衬底上方的位置。该臂的绕枢轴运动一般是在一平面上进行，该平面平行于并处于正在被处理的衬底的上方，因而所述臂的绕枢轴运动便使得位于该臂末端的喷嘴被置于衬底上的特定径向位置的上方，举例来说就是位于衬底中心的上方，或距衬底中心有一定距离的位置上方。除了流体分配喷嘴的位置变动外，本发明的这一实施例与前述实施例在结构上相似，且执行类似方式的功能。例如，图9展示本发明的另一示例性衬底旋转冲洗干燥槽的部分透视和剖视图。在本发明的这一实施例中，SRD槽基本类似于图8所示的槽，只是图9所示的SRD槽不包括顶盖805。因此，图9所示的SRD槽在冲洗期间是不封闭的。图8所示SRD槽与图9所示实施例之间的另一个区别是，图9所示SRD包括枢轴安装的流体分配喷嘴850，其作用是代替在顶盖805中形成的流体分配集合管806。喷嘴850被设计装在枢轴上，伸出于衬底表面的上方，并用于将处理流体(一般为去离子水)分配到衬底中心附近的衬底表面上。另外，槽壁809，以及与之相连接的护罩814和弯曲表面816，可被提高或降低，以利于衬底的装载和卸载。例如，当装载衬底时，壁809可被降低，从而能够接近衬底支撑销803。当处理开始时，则壁809可被提高，从而使得收集杯(catch cup)814和弯曲壁816的位置靠近衬底，以便收集可能从衬底上旋转甩出的流体和控制衬底四周上方的气流，这将在本说明书中做进一步描述。
图10A-10D展示上述示例性SRD 800的部件销803的更详细的视图。更具体地说，图10A展示处于闭合位置的示例性衬底接合销803的顶部透视图。衬底接合销组件一般包括基座1007，该基座具有直立的枢轴安装的螺旋桨(airfoil)/夹具型部件1000，该部件从基座伸出。所述销组件还包括底部的起动部件1008(示于图10C)，其向内被设置于直立的螺旋桨部分1000上，且围绕枢轴点1002而被枢轴安装。从上面俯视看，螺旋桨1000一般为机翼型部件，此部件被设置用于在处理空间内转动，同时产生最小量的气流干扰。螺旋桨1000的前缘，即当销803被转动时首先接触空气的螺旋桨边缘，一般为圆弧形的，以便使接触到销803的空气的阻力和湍流最小，从而空气经过销803时不会在处理空间内产生湍流或有害的气流。螺旋桨1000的后缘，即与上述圆弧形边缘或者说前缘相对的螺旋桨边缘，一般具有比所述圆弧形边缘小的横截面，如图10A所示。所述前缘和后缘通过一个大体光滑且有时为弧形或曲面形的表面1005连接。这样，当螺旋桨800旋转时，其上方的气流就是平滑的，且在处理空间中产生的湍流效应最小。光滑表面1005包括水平方向的凹口或称沟槽1006，其中该凹口的大小和结构可在处理时容纳和接合衬底804的斜边。沟槽1006一般在水平方向，即沿与螺旋桨1000的垂直轴大体正交的方向，延伸越过表面1005。
销803进一步包括内部固定柱1001，此柱与基底部件1007刚性连接。柱1001向上延伸，穿过一个暴露的沟槽，该沟槽形成于枢轴安装的螺旋桨部件1000的内表面1005中。因此，尽管螺旋桨1000是通过枢轴部件1002而被枢轴安装的，柱1001仍然固定，如图10C所示。而且，柱1001的上部末端包括形成于其上的衬底支撑表面1004。衬底支撑表面1004包括一个大体水平部分，用于支撑其上的衬底；一个垂直或有角度的部分，其在径向方向上位于上述水平部分的外侧，用以使衬底保持在一个在径向上处于柱1001的内侧的位置，并引导衬底到支撑表面1004上；以及一个水平凹口或沟槽1006，该凹口或沟槽接合由柱1001和螺旋桨1000所支撑的衬底804的斜边。
图10B展示处于开启或装载位置的销803的顶部透视图。更具体地说，当所述销部件处于开启位置时，螺旋桨1000绕枢轴向外转动，从而使得固定柱1001的上表面暴露。螺旋桨1000可通过起动部件1008的向上运动而被转动到这个位置。由于设置了枢轴点1002，这种运动引起螺旋桨1000的上部末端绕枢轴向外转动。螺旋桨1000的枢轴运动的结果是柱1001部件的衬底支撑上表面处于其上能够放置衬底的位置。
图10D以侧视图来展示处于开启位置的所述销组件，此图表明柱1001的上表面1004如何从螺旋桨1000上伸出，从而使衬底支撑表面1004处于可支撑衬底边缘的位置。图10D展示一个侧向透视图，而图10A展示一个处于闭合或处理位置的所述销组件的俯视图。所述闭合位置一般对应于柱1001相对于螺旋桨1000的位置，在该位置，衬底804(通过销803)而被固定在毂盘802上，以进行处理。类似地，所述开启位置一般对应于柱1001相对于螺旋桨1000的位置，在该位置，柱1001的上部衬底支撑部分1004处于可容纳衬底的位置。因此，所述开启位置基本是衬底装载位置，而所述闭合位置基本是衬底处理位置。在闭合位置(见图10A和图10C)，衬底在其斜边处被螺旋桨1000的水平沟槽1006所支撑，在此位置螺旋桨绕枢轴点1002旋转，从而接合衬底以进行处理。
起动所述销部件的过程一般包括机械接合和垂直移动底部起动部件1008。例如，底部起动部件1008的垂直或向上运动使得螺旋桨部件803绕枢轴向外转动，从而暴露出衬底支撑柱1001。底部起动部件通过护罩部件812的垂直动作而被垂直起动，该护罩部件812被放置在能机械地接合底部起动部件的位置。因此，当衬底被装载到所述销上时，护罩812即被提高，从而使所述销打开到衬底容纳/装载位置。一旦衬底被装载，则护罩812即被降低，且衬底即被沟槽1006接合，以便进行冲洗处理。卸载过程可通过基本相同的方式进行。
图11展示图2中所示毂盘802的部分剖视图。毂盘802一般是通过位于毂盘802底部的一个中央支撑部件而可旋转地安装的。该中央支撑部件的内部包括管道1101，该管道被设置成通过流体分配集合管1102，而将冲洗流体连通到形成于毂盘802的上表面1104上的多个流体分配孔1103。另外，中央支撑部件一般包括在其内部形成的第二管道(未图示)，该管道被设置用于使干燥气体连通到多个气体分配吹洗孔1104。而且，本发明的实施例考虑所述的流体和气体管道可被结合成为一个管道，其中使用阀组件以便在提供给管道的流体和气体之间进行切换。
图12展示毂盘组件802底部的顶部透视图。更具体地说，虽然毂盘组件802是整体部件，但本发明的实施例也考虑，毂盘组件802可包括独立地旋转的单个部件。例如，图12说明毂盘组件802的一示例性底部。该示例性底部一般为盘状部件，其上形成有中心孔1200。该底部盘状部件的外部包括平坦的上表面1201和多个在径向上围绕周边设置的衬底接合销803。在这种设置中，如图11所示，形成于表面1104中的气体和流体输送孔可被置于中心孔1200之内，位于与图12所示盘状部件分立的部件上。在这种设置中，毂盘802的中央部分(可被置于孔1200之内的用表面1104来表示的部分)可以被固定，而毂盘802的外部部分(由图12所示盘状部件来表示的部分)可相对于上述被固定的内部部分旋转。这样就随着各个部件相对于彼此旋转，让流体和气体分配喷嘴能够将其各自的流体分配到衬底的整个面积上。
操作时，旋转冲洗干燥槽800一般操作是将衬底容纳于其内部，用冲洗流体来冲洗衬底，以及通过旋转衬底、使衬底表面的流体离心脱离来干燥衬底，同时也将干燥气体分配到内含衬底的槽中，从而进一步加速干燥过程。衬底可通过门而被放入槽800内，此门可被设置于槽800的一壁上，或者可选地，槽800可包括位于其上(例如位于槽的对面壁上)的多个门，从而使衬底能够通过一个壁被带入槽800之内，而通过另一壁被取出槽800。衬底一般是通过衬底传送机械手而被放入槽800内的，此机械手一般从底部支撑衬底，因此当衬底被传送进槽800时，它一般是以面朝上的形式被放在销803上方的。销803被起动到达开启位置，即使得固定柱1001的上表面1004被暴露的位置。随着上表面1004露出，机械手可将衬底降低而落到多个销803上，从而使衬底被各个销803的上表面1004所支撑。固定柱的上部可包括向内倾斜的表面1010，该表面被设置用于向内引导衬底或基于各柱1001为衬底确定中心。一旦将衬底放置在水平的表面1004上，则机械手叶片即从槽800撤出，且门被关闭，从而使得槽800的内部处理区域与环境大气隔绝。
一旦衬底被置于衬底支撑销803的上表面1004上，就可起动衬底支撑销803从而接合衬底的斜边。更具体地说，销803的底部1008可被向下移动，从而使上部末端朝着被支撑在表面1004上的衬底而向内转动。因为螺旋桨1000的上部末端向内转动，水平凹口或沟槽1006(示于图10C和图10D)就接合衬底的斜边，这样就将衬底固定在各相应的销803之间。衬底的斜边与螺旋桨的沟槽1006接合，使得衬底脱离固定柱部件1001的上表面1004的支撑，而让衬底只通过其斜边与水平凹口或沟槽1006的接合来支撑以进行处理，这样构造从而最少地接触衬底表面。
一旦衬底被固定在衬底支撑销803上，便可开始进行处理。一般地说，槽800中的处理可包括冲洗和干燥被置于槽内的衬底。冲洗和干燥过程一般包括转动衬底，且因此销803通常被固定在可旋转的毂盘802上，如图8所示。一旦衬底转动，流体分配喷嘴就可将冲洗流体分配到旋转着的衬底的前面、后面或前后两面。分配到衬底前面的流体可通过位于顶部部件805的集合管806来分配，而分配到衬底后面的流体可通过形成于毂盘802中的的流体孔1103来分配。虽然各种适于半导体处理的冲洗溶液都被认为处于本发明的范围之内，但DI为一种可分配到衬底上以便冲洗其表面的示例性冲洗溶液。进一步地说，由于衬底在冲洗流体被分配于其上的过程中是旋转的，因此流体通常在径向上是向外流向衬底的周边。按此方式，流体流出衬底的斜边，且被收集于槽800的底部。毂盘802的较高旋转速度将导致流体以接近水平的方式向外流而脱离衬底表面，而较低的旋转速度可用于使冲洗流体向外游过衬底的表面，且在被离心力旋转离开之前，略微覆盖衬底的斜边。
一旦衬底被冲洗一段预定时间，便可中断冲洗过程。这通常对应于中断流向衬底的冲洗流体，然而，一般地说，冲洗流体分配过程被终止之后，衬底仍维持旋转。这种继续旋转有助于使任何可能粘附或附着在衬底表面的冲洗流体残留液滴在径向上向外移动并脱离衬底表面。进一步的是，将干燥气体分配到处理区域之内，并导向衬底表面，从而进一步促使任何残留流体被从衬底表面除去。例如，可通过上部吹洗喷嘴807和下部吹洗喷嘴1104，来将氮气分配到处理区域内，且同时旋转衬底以进行干燥。
一旦干燥过程完成，便可将衬底从槽800中移出。此处理一般包括与衬底进入过程相反的过程，而更具体地说，一般包括打开其中一个门，从而使机械手能接近衬底。一旦门被打开，机械手叶片机，即可进入衬底下方的处理区域，并被带到接近衬底的位置。然后可起动衬底支撑销803到达开启位置，亦即可使起动器1008向上移动，使得螺旋桨1000的上部末端向外旋转，从而使衬底与水平凹槽或沟槽1006脱离接合。然后可将衬底放在内部固定柱1001的上表面1004上。随后可向上起动机械手叶片，从而将衬底抬离表面1004，并通过上述的门将衬底从处理区域中取出。
示例性的旋转冲洗干燥处理一般包括多步骤的过程。该过程的第一步(预冲洗顶部)包括以约900rpm到约1700rpm、一般约1300rpm的速度，旋转衬底约2到约6秒；同时将约1000ml到约1500ml的冲洗溶液分配到衬底的生产表面(production surface)或顶面(topside)。第二步(预冲洗顶部和背部)包括以约100rpm到约140rpm的速度来旋转衬底；同时在约6秒内，将约1000ml到约1500ml的冲洗溶液分配到衬底的生产表面，并将约600ml到约1000ml的冲洗溶液分配到衬底的背面。第三步(背面清洗)包括以约40rpm到约90rpm的速度旋转；并将约200ml到约500ml的化学物质，一般为H2O2和H2SO4，分配到衬底的背面；同时将约1000ml到约1500ml的冲洗溶液分配到衬底的生产表面约15秒，本步骤通常起清洗衬底背面的作用。第四步(后续冲洗)包括将约1000ml到约1500ml的冲洗溶液分配到衬底的生产表面，同时将约600ml到约1000ml的冲洗溶液分配到衬底的背面，并同时以约40rpm到约90rpm的速度旋转约10秒到约16秒。第五步(旋转掉大量流体)包括终止流向两面的流体，并以约400rpm到约600rpm的速度旋转衬底约3秒到约6秒；同时以约2到约4cfm的流速，进行背面气体吹洗(氮气)。第六步(旋转掉大量流体)包括以约600rpm到约900rpm的速度来旋转衬底；同时以约2到约4cfm的流速，对衬底背面进行气体吹洗(氮气)约4秒。第七步(干燥)包括以约2000rpm到约3000rpm的速度来旋转衬底约10秒到约20秒，而没有气体和流体的流动。
此外，本发明的SRD槽被设置成产生这样的气流形态其阻止冲洗流体回流或回溅到衬底上，这是因为已知这种回流或回溅妨碍衬底的有效干燥。SRD槽被设置成通过如图8所示的槽的收集杯护罩814和成形外表面(contoured outer surface)816，使得空气的回流即空气朝衬底中央的流动最小化。具体地说，收集杯护罩在径向上从槽壁809向内延伸，并设置成使得护罩814的末端环形面处于这样的位置此位置在径向上处于衬底外侧，并正好在衬底下表面的下方。壁816的成形部分的形状使得该形状的上部终止于衬底上方，而该形状的下部终止于衬底的下表面的下方，通常进入与收集杯814的环形端部相对的背面或末端。这种设置使得旋转脱离衬底的流体能够被收集杯814所收集，并且能够通过该收集杯上的多个孔而向下流过收集杯814。而且，由于衬底的旋转而产生的径向向外喷射(盘旋)的气流也被引导到收集杯的上方，并被成形表面816引导向下。该气流经过孔，通过减压区818而从槽的底部排出。因此，本发明所述的SRD槽的结构会产生径向向外的气流，该气流不会倒转方向流向衬底中心，这阻止了流体雾(mist)回到衬底表面而延长干燥时间。
图13展示本发明的一示例性斜边清洗槽或室1300的顶部透视图。如上所述，斜边清洗槽1300可被放置在系统100上所示的处理位置102、104、106、108、110、112、114和116其中任一位置处。然而，在本发明的这一示例性实施例中，斜边清洗槽1300一般被置于处理位置106和108处。图13是示例性斜边清洗槽1300的顶部透视图，而且图13一般地说明示例性斜边清洗槽1300的上部组件。这些组件一般包括一个槽盘(cell bowl)或室，其具有直立壁1301部分和与壁1301的底部相连的排出池1302。槽盘一般是用塑料材料、尼龙型材料或覆盖有非金属的金属材料制成的。这类材料一般选择为不与半导体处理蚀刻溶液反应。排出池1302一般被设置成可容纳处理流体，且可引导处理流体到流体排出口(未图示)。池1302的中心部分包括衬底卡盘1303。衬底卡盘1303可以是在半导体工艺中使用的任何类型的衬底卡盘，该衬底卡盘被设置成能够旋转和/或能够垂直起动。更具体地说，衬底卡盘1303可以是真空卡盘，其上表面至少形成有一个真空孔，其中该真空孔选择性地与一真空源流体连通，从而使所述真空源和真空孔能够配合工作，通过将负压施加到衬底卡盘1303之间的空间，而将衬底固定在衬底卡盘1303上。衬底卡盘1303一般是由一个位于排出池1302下方的机械机构支撑的，其中该机械机构被设置成既能够使卡盘1303做旋转运动，又能够使卡盘1303做可选的垂直运动——即该机械机构被设置成能够可选地抬高和降低卡盘1303，从而与位于衬底定心栓1304上的衬底接合和脱离，这将做进一步描述。进一步地说，排出池包括一个位于该池表面上方的罩或盖，其中该罩或盖包括在其内部形成的孔，用于让组件能穿过孔而向上伸出。
壁1301的上部一般包括弯曲部件(类似于在图8的示例性SRD中所示的弯曲部分809)。该弯曲部件的作用是当衬底旋转时在其周围产生向外和向下的气流，这有助于防止处理流体回溅或由于处理流体而使衬底模糊，所述处理流体一般为酸性的，并且已知其会导致电镀层中的缺陷。更具体地说，当旋转时，衬底基本上如同一个泵，将空气沿壁的方向向外推动而流过衬底表面。在传统的槽中，在槽的周边处形成高压区，这造成气流回转而向上和向后流过衬底表面。所述弯曲壁例如将气流引导到真空泵所产生的低压区内，且因此而消除了高压区及与高压区相关的回溅。在壁不存在向下弯曲的表面的条件下，当向外的气流朝衬底中心相反的方向碰到该壁时就会向上流动。这种反向流动带着悬浮在气流中的流体回到衬底表面的上方。因此，所述弯曲壁的构造会引导向外移动的气流向下进入减压区从而被俘获，而不会有反向流动或流回衬底表面。
排出池1302还包括多个从排出池向上伸出的衬底定心栓1304。这些定心栓1304举例来说一般是在径向上以相等的间隔被设置在排出池/护罩1302的周边。但是，栓1304可按任何需要的间隔安排来设置。例如，在图13所示的实施例中，是以120°的间隔，围绕排出池1302的周边设置三个衬底定心栓1304，不过举例来说，栓1304也可按20°、180°和340°的间隔来设置。衬底定心栓1304一般是由一个位于池1302下方的衬底定心机构支撑的，这将做进一步描述，该衬底定心机构是这样设置的其既能垂直移动栓104，又能围绕栓1304的纵轴(这通常对应于栓1304的转动中心)来旋转移动栓1304。斜边清洗槽1300进一步包括至少一个冲洗溶液分配臂1305，以及至少一个蚀刻溶液分配臂1306。一般地，臂1305和1306均被可绕枢轴旋转地安装在斜边清洗槽1300的周边部分，且都包括一个纵向延伸的臂，该臂在其末端有至少一个流体分配喷嘴。所述喷嘴被设置用于将相应的处理流体分配到被置于支撑部件1303上的衬底的第一面或者说上面。更具体地说，当处理槽1300被设置成一个面朝上的处理槽时，也就是当衬底是以其生产表面背对着池1302的方式被放入槽中的时候，此时流体分配喷嘴被设置成能将其各自的流体分配到衬底的生产表面上。臂1305和臂1306的操作通常是由一个系统控制器控制的，该控制器被设置成能够精确地(通过各个臂的绕轴移动和/或垂直移动)将各个臂的末端放在被处理衬底的规定径向位置的上方，这样就能够从位于各臂的相应末端的喷嘴，分配要被分配到正在斜边清洗槽1300中进行处理的衬底的精确径向位置处的流体。另外，虽然在本示例性实施例中只图示两个臂，分别用于分配冲洗溶液和蚀刻溶液——其中前者可以是去离子水而后者可以是酸，但本发明的实施例并非要局限于任何具体数目的流体分配臂。更具体地说，本发明的其它实施例可实现单个的枢轴安装的臂，该臂上既设置有冲洗溶液分配喷嘴，又设置有蚀刻溶液分配喷嘴。然而，在此设置中，各个冲洗溶液喷嘴和蚀刻溶液喷嘴的布置就变得更为重要，因为斜边清洗过程一般要求精确地将蚀刻溶液分配到被处理衬底的禁止区(exclusion zone)，也就是分配到衬底外侧周边的2-5mm。而且，臂1305和1306各自可包括一个这样设置的机构当喷嘴不被起动接触衬底时，其可防止流体从喷嘴滴下。例如，喷嘴可包括一个真空孔或抽吸阀(未图示)，其被设置用于吸收关闭期间的多余液滴。可选择地，喷嘴可包括气孔，该气孔被设置用于从衬底表面吹除多余流体液滴。
图14展示本发明的示例性背面流体分配集合管1400的顶部透视图。背面流体分配集合管1400一般被放置在流体排出池1302上，位于各衬底定心栓1304之间。集合管1400一般包括V形结构，具有2个末端。各相应末端包括一个位于该末端上的流体分配喷嘴1401。集合管1400可被垂直起动和绕枢轴旋转起动，以相对于在槽1300中正在被处理的衬底，特定地设置相应的流体分配喷嘴1401。这种设置使得枢轴安装的流体分配臂1305和1306能够将处理流体分配到衬底的生产面或者说前面，而集合管1400可同时将处理流体分配到衬底的非生产面或者说后面。
图15展示本发明的示例性衬底定心机构1500的透视图。定心机构1500一般被放置在池1302的下方，并包括一框架部件1505，该框架部件具有多个插座1506，插座1506被设置用于容纳和固定插座中的衬底定心栓1304。框架1505可与一起动机构连接，该起动机构被设置用于移动框架部件1505及相关部件，亦即抬高和降低框架部件1505。在所述示例性实施例中，框架1505包括三个插座1506，用于容纳衬底定心栓1304。每个插座1506的底部延伸穿过框架部件1505而伸出到其另一面，如图15所示。而且，各个插座1506被可转动地安装在框架1505里面，从而插座1506可被旋转(旋转方向由图中插座上方的箭头“A”来表示)，并由此引起固定在插座内的衬底定心栓1304也旋转。其中伸到框架1505下方的各个插座1506的底部一般包括与该插座相连的起动臂或偏心凸轮部件1503、1504。起动臂1503、1504各自还通过连接部件或连接杆1502而与另一起动臂1503相连，该连接部件或连接杆可以是固体连接杆、传动带、液压部件等。进一步，选择性起动的起动装置1501与初级臂部件1504机械连接，且被设置用于选择性地向该初级臂部件传递枢轴运动。
由于各个插座1506是可旋转地安装在框架部件1505的相应部分之内的，而且由于各个插座1506的下部延伸部分包括起动器1503和与之相连的连接杆1502，因此，因起动器1501的动作引起起动器臂1504的枢轴运动，从而初级臂部件1504的动作直接带动其它的臂1503和相应的插座1506，使它们与初级臂1504一起做相应的枢轴运动。更具体地说，各个插座1506容纳衬底定心栓1304，且当起动器1501通过初级臂1504做枢轴运动时，臂1504上方的对应的插座1506也做枢轴运动。而且，由于连接杆1502能够要求次级枢轴臂1503与初级枢轴臂1504，因此初级枢轴臂1504的枢轴运动转化成为次级枢轴臂1503的相应的枢轴运动，这直接导致被置于次级臂1503上的插座1506的枢轴运动或者说旋转运动。这种设置使得各个衬底定心栓能够被同时以旋转方式起动，而且这种起动/旋转在三个衬底定心栓之间是同步的。此外，各个插座1506可做垂直动作，例如通过整个定心机构1500进行的垂直运动，或者可选地，通过插座1506在框架1505内进行的垂直滑动。
起动器1501一般被设置用于转动衬底定心柱1304，从而接合各个柱之间的衬底并给其定心，而不在衬底上施加过多压力。例如，各柱1304包括定心栓，该定心栓的作用是接合和滑动衬底到中心位置，这将在本说明书中做进一步描述。当衬底被滑动放置在中心位置后，定心栓继续机械接合衬底，从而将衬底保持在中心位置。但是，在传统的定心机构中，起动器的力量和设置会导致衬底弯曲，这是因为衬底被置于中心后，定心柱一直将力施加到衬底的周边处。而且，一旦衬底变弯，即使起动器松开，由于起动器没有对衬底施加偏压，也引起衬底从中央偏移。因此，为解决这个问题，本发明人用无摩擦起动器代替传统起动器1501。该无摩擦起动器1501在定心过程中作用与传统起动器相同，但是，在衬底被置于中心后，该无摩擦起动器克服了与传统起动器相关的变弯和偏离中心的问题。例如，衬底被置于中心后，便可松开所述无摩擦起动器，而没有移动或起动器的驱动压力没有基本改变。此外，无摩擦起动器能够将衬底定位于中心而不会将衬底挤到变弯点。例如美国康涅狄格州Norwalk的Airpot Corporation公司制造的仪器质量气动起动器和Airpel Anti-Stiction Air Cylinders即可被方便地用作起动器1501。这些装置通常是用石墨活塞和硼硅酸盐玻璃汽缸组合制造的，其中每个活塞选择性地与汽缸匹配，具有非常接近的公差。这种配置使得汽缸和活塞间具有低摩擦系数，且因此起动器可响应低到只有几克的力和低于0.2psi的起动压力。进一步地说，起动和运转摩擦几乎完全相同，这防止了不均匀或不受控的起动，且在装置的整个动作过程提供了均匀稳定性。因此，使用所述无摩擦型起动器，在衬底被置于中心后，便可松开无摩擦起动器，而衬底不会做相反移动或滑动。对所述无摩擦起动器的替代装置包括电动机、音圈、电工陶瓷等。
图16展示本发明的示例性衬底定心部件或柱1304的剖视图。定心柱1304一般是伸长的，即圆柱形的，且被设计成容纳于衬底定心机构1500的插座1506之内。柱1304一般包括芯1604，芯1604有一顶盖部件1601，此顶盖部件覆盖芯1604的上部。举例来说，芯1604一般是用刚性材料如陶瓷制造的。顶盖部件1601包括凸起的中央部分1602，其终止于一顶点或中心点。中央部分1602的顶点或中心点是这样设置的其与柱1304的纵轴重合，从而在柱1304被转动时，中央部分1602的中心或顶点保持在一个固定位置。顶盖部件1601一般是用刚性材料制造的，其能够暴露在电化学电镀溶液中仍具备良好性能。可用于制造顶盖部件1601的一种示例性材料是PEEK。顶盖部件1601还包括一个从顶盖1604的上表面向上伸出的衬底定心柱1603。衬底定心柱1603被设置成从径向上看处于顶盖1601的中央部分1602或顶点的外侧。按此方式，当衬底定心部件1304被转动时，衬底定心柱1603便围绕芯1604的纵轴而旋转或者说转动，且柱1603因此而围绕中央部分1602转动或者说旋转。衬底定心部件1304也包括套管部件1605，此套管部件在径向上被置于芯1604的外侧。套管1605协调配合顶盖1601和芯1604，从而形成流体密封，此流体密封阻止了处理流体流过包含芯部件1604的孔并进而损坏位于下方的衬底定心机构1500。
图17展示本发明的示例性衬底定心部件1304的俯视图，更具体地说，图17展示图16所示顶盖部件1601的俯视图。图17说明中央部分1602或者说中央部分1602的顶点与衬底定心销1603的位置关系。进一步地说，当定心部件1394借助于定心机构1500而绕定心部件的中心轴旋转时，即绕着伸过顶点1602的轴线旋转时，则导致衬底定心销1603按箭头A指示的方向运动。该运动(将在本说明书中做进一步描述)可被用来将衬底放置在部件1304上的中央或中心位置。
在操作时，本发明的斜边清洗槽可用于冲洗和清洗衬底。清洗操作可同时在衬底的生产表面和非生产表面上进行，或单独在任一个表面上进行。本发明的清洗槽也可用于从衬底斜边部分清洗掉过量物质，即沉积在生产表面周边附近、斜边上以及衬底的部分背面上的部分晶种层。在半导体技术中这一过程通常被称为斜边清洗或边缘液珠清除(edge bead removal)。
如上所述，一般地讲，衬底处理系统100包括设置在位置102、104、110和112处的电镀槽；叠加在位置114和116处的旋转冲洗干燥和清洗槽；以及设置于位置106和108处的斜边清洗槽。机械手起到在各个处理槽之间传递衬底的作用。一般地，传递到斜边清洗槽位置106和108的衬底来自电镀槽位置102、104、110和112其中之一，这是因为斜边清洗槽一般被设置用于清除沉积在衬底两部分上的物质以及沉积在衬底背面的物质，然后衬底被传送出系统100。
将衬底放置到本发明的斜边清洗槽1300之中的过程包括插入、定心和固定。插入过程是由衬底传递机械手执行的，且包括将衬底带入斜边清洗槽1300内和将衬底下降到定心栓1304上。当衬底被降到定心栓1304上时，衬底是由各定心栓1304的中央顶点或顶部部分1602支撑的。当衬底被放置于各个定心栓1304上后，机械手就从斜边清洗槽1300撤出。
当衬底被插入斜边清洗槽1300后，就进行定心处理。衬底在斜边清洗槽1300中定心对于斜边清洗过程是关键的，因为从衬底清除边缘液珠物质的容许误差一般小于约1mm。例如，当铜被以电化学方式电镀到半导体衬底上时，一般而言，衬底的外侧周边的3到5mm不被认为是生产表面的一部分，即器件通常是不会在该外侧周边或带形区上形成的，这通常被称为禁止区。该禁止区包括晶种层的暴露部分，此部分在电镀过程中通常放置电接头的。沉积在禁止区上的晶种层一般延伸到衬底的斜边上，而且有时延伸到衬底的背面或非生产表面。由于随后的半导体工艺步骤一般会包括与衬底的两部分或衬底的背面接触，因此，希望清除或清洗衬底的两部分和背面，从而使得随后与这些区域的接触将会不太可能产生污染颗粒。将材料从禁止区、斜边和衬底背面上清除一般被称为斜边清洗过程，且包括将蚀刻溶液分配到衬底生产表面与禁止区之间的界面上，同时还要将清洗溶液分配到衬底背面。因此，由于分配到衬底前面的蚀刻溶液被分配于生产表面与禁止区之间的界面处，所以衬底被合适地定心、从而不使蚀刻剂被分配到生产表面而损坏器件是非常重要的。
通过起动无摩擦起动器1501来开始定心过程，该无摩擦起动器柔和地转动各个插座1506。被容纳于插座1506中的衬底定心柱1304是协调转动的，因此，位于顶盖部件1601上的衬底定心栓1602向里旋转，并且协同接合衬底的边缘。栓1603的这种协调旋转运动使得衬底被定心于各个柱1304之间。在衬底被定心于各个柱1304之间后，可通过连续地向无摩擦汽缸1501施加起动压力，来借助柱1304在衬底上维持轻微的张力。然而，所述张力是经过计算的，其力量足以将衬底维持在中心位置，同时又不足以导致衬底表面变弯或偏斜。
衬底被定心之后，就可将其固定在衬底支撑部件1303上。固定过程一般包括抬高卡盘1303，从而接合固定在定心柱1304上的衬底的下表面；或者降低定心柱1304，从而将衬底置于卡盘1303上；或者将抬高卡盘1303与降低柱1304相结合。卡盘1303可以是真空型卡盘，因此，当衬底和卡盘1303相互物理接触时，在卡盘1303的表面处就产生减压，从而将衬底固定在该表面处。一旦衬底被固定在卡盘1303上，便可降低栓1304或抬高卡盘1303，从而使衬底单独由卡盘1303来支撑。
随着衬底被卡住和被固定，便可开始进行流体处理。流体处理一般包括将冲洗溶液臂1305绕轴转动到大约处于衬底中心上方的位置。然后即可分配冲洗溶液，同时在卡盘1303上转动衬底。这种转动引起冲洗溶液(冲洗溶液例如可以是去离子水)在径向上向外流向衬底的周边。冲洗溶液流过衬底的斜边，并落入排出池1302中，在此处可由排液口(未图示)所收集。化学分配臂1306也可被置于衬底上方，更具体地说，化学分配臂1306可具体地放置得能够使蚀刻溶液由该臂被分配到衬底的生产表面和禁止区之间的界面处。将蚀刻溶液分配到界面处的过程一般包括停止由臂1305分配冲洗溶液，并开始由臂1306分配蚀刻溶液。这种方法使得前述被分配到生产表面上的冲洗溶液能够在生产表面上保持一个隔离层或护罩层，此隔离层或护罩层能稀释溅回到生产表面的任何蚀刻剂。而且，在分配蚀刻剂之前停止冲洗溶液分配过程也起到阻止蚀刻溶液被不利稀释的作用。
类似地，背面流体分配喷嘴1400也可被用于将冲洗溶液和蚀刻溶液分配到衬底的背面。背面流体分配喷嘴或称集合管1400一般包括多个喷嘴，这使得背面流体分配喷嘴1400能够既分配冲洗溶液又分配蚀刻溶液。因此，当清洗和冲洗处理在衬底的前面进行的同时，可同步地使用背面喷嘴1400冲洗和清洗衬底背面。
一示例性的斜边冲洗过程可包括首先预冲洗衬底的前表面和后表面。预冲洗过程包括以介于约1L/min到约2L/min之间的流速，将DI分配到衬底的前表面；且以介于约50cc/min到100cc/min之间的流速，将DI分配到衬底的背面。在这一过程中，衬底可以以介于约150 rpm到约250 rpm之间的速率转动，且流体分配过程的持续时间可为约8秒到约20秒之间。一般地，预冲洗过程被设置成冲洗掉前面电化学电镀过程引起的可能附着在衬底表面上的任何残余电解质。一旦衬底经过预冲洗，即可将转速提高到约2000rpm到约3500rpm之间达大约5秒时间，以便清除衬底边缘附近聚集的任何DI。然后，举例来说当衬底仍然以约2000rpm到约3500rpm之间的转速旋转时，可通过臂1306来将蚀刻溶液施加到生产表面与禁止区之间的界面。蚀刻溶液被输送到所述界面的流速例如可以介于约20cc/min到约40cc/min之间，且时间可以是约10秒到约25秒。蚀刻溶液的流动一般是通过一个相对细的喷嘴，该喷嘴例如具有一个内径介于0.25到0.5英寸之间的孔。旋速被维持在高速上，为的是使得因蚀刻溶液向内溅回生产表面导致的生产表面的污染最小化。一般地，将蚀刻溶液分配到衬底上的喷嘴被放置得距离衬底表面介于约1mm到约3mm之间，从而使蚀刻溶液能够被精确地分配到界面处。而且，该喷嘴一般倾斜约30°到约50°的角度，即朝衬底周边倾斜，以减小向生产表面的回溅。
蚀刻溶液的化学成分一般是基于H2SO4，因此，当H2SO4的浓度足够时，固定H2O2的浓度，蚀刻速率不会改变。类似地，当H2SO4的浓度不足时，蚀刻(速率)会随H2SO4而非线性增大。而且，当H2SO4的浓度足够时，蚀刻(速率)随着H2O2的浓度而线性变化，而当H2SO4的浓度不足时，由于扩散有限的氧化反应，蚀刻速率为恒定。因此，蚀刻溶液中的一种示例性组成比例举例来说为约15到25份H2SO4，约350到450份H2O2，以及1400份以上H2O；或约20份H2SO4，400份H2O2和1580份H2O。这些浓度显示，提高酸浓度，则蚀刻速率提高，而过氧化氢的浓度被提高时对蚀刻速率的影响最小。进一步地说，当H2O2的浓度低于6％时，显示铜的氧化慢，因此，在这种浓度时，蚀刻速率一般不受H2SO4浓度的影响。但是，当H2O2的浓度高于6％时，铜氧化增加，因此，高浓度H2SO4时的蚀刻速率随H2O2浓度而上升。
当蚀刻溶液分配过程完成，可在介于约1L/min到约2.5L/min的流速上，以大约3秒到约10秒的时间，再次将冲洗溶液分配到生产表面，同时可将旋转速率下降到约100rpm到约300rpm之间。将冲洗溶液分配到衬底生产表面的步骤可服务于两个目的第一，在蚀刻溶液之后分配冲洗溶液，有助于稀释和冲洗掉生产表面的任何溅上的蚀刻溶液；第二，冲洗溶液也形成用于防护的第二保护层，以免在随后的背面化学分配步骤可能溅上蚀刻溶液。当前面冲洗溶液的分配过程完成，即可起动背面化学喷嘴，以将蚀刻溶液分配到衬底的背面，其流速为约30cc/min到约70cc/min，时间约4秒到约10秒，同时衬底的旋转速率维持在约150rpm到约250rpm之间。更具体地说，蚀刻剂的流速可以在约35cc/min到45cc/min之间。已表明较高的流速产生较好的边缘外形(edge profile)和斜边清洗效果，但是，这些优点因边缘污染升高而打了折扣。当背面化学分配步骤进行完毕时，即可进行另一个前面冲洗步骤，以从前面表面上冲洗掉任何溅上的蚀刻剂。前面冲洗过程可仍然包括以前述的流速和转速来分配DI，时间为约2秒到约6秒。当最后的冲洗过程完成，可关闭所有流体分配喷嘴，并且可将衬底的旋转速率提高到约400rpm到约4000rpm之间，一般为约2000rpm到3000rpm之间，以部分或彻底干燥衬底。
图18为电镀溶液传输系统1811的一个实施例的示意图。电镀溶液传输系统1811一般被设置用于向系统100上的各个需要溶液的处理位置提供电镀溶液。更具体地说，电镀溶液传输系统还被设置成向各个处理位置提供不同的电镀溶液或化学剂。例如，所述传输系统可提供第一电镀溶液或化学剂给处理位置110、112，而向处理位置102、104提供一种不同的电镀溶液或化学剂。各个电镀溶液一般是用单个电镀槽分开使用的，因此，不存在不同化学剂间的交叉污染问题。然而，本发明的实施例考虑，一个以上的槽可共用同一种化学剂，此同一种化学剂不同于提供给系统上其它电镀槽的其它化学剂。这些特征是有优点的，因为能够向单个处理平台提供多种化学剂，从而能够在单个平台上进行多化学剂电镀处理。
在本发明的另一实施例中，第一电镀溶液和分开而且不同的第二电镀溶液可按顺序提供给单个电镀槽。通常将两种分开的化学剂提供给单个电镀槽，要求在各化学剂之间对电镀槽进行排出和/清洗，但是，第一电镀溶液与第二电镀溶液之间小于大约10％的混合比例不应对膜的特性有害。
电镀溶液传输系统1811通常包括多个添加剂源1802和至少一个电解质源1804，它们通过集合管1832而与系统100的各个处理槽流体连通。典型地，添加剂源1802包括促进剂源(accelerator source)1806、匀平剂源(1eveler source)1808和抑制剂源(suppressor source)1810。促进剂源1806适用于提供促进剂物质，其通常吸附在衬底的表面，且在给定电压下在其吸附之处局部加速电流。促进剂的例子包括硫化物基分子。匀平剂源1808适用于提供匀平剂物质，其用于方便平面电镀。匀平剂的例子是含氮的长链聚合物。抑制剂源1810适用于提供抑制剂物质，此物质在其吸附之处(典型地在具有高纵横比特征的上边缘/角落)降低电流。因此，抑制剂在这些位置减慢电镀过程，从而在器件(feature)被完全填充之前减少器件的过早封闭，并减少有害空隙的形成。抑制剂的例子包括聚乙二醇的聚合物、环氧乙烷和环氧丙烷的混合物或环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物。
为了防止添加剂源用尽的情形，以及为了减少大容器替换时添加剂的浪费，每个添加剂源1802一般包括一个大体积或较大体积的储存容器，该储存容器与较小的缓冲容器1816相连。缓冲容器1816一般是由大储存容器1814填充的，因此，大容器可被移走替换而不会影响流体传输系统的运转，因为当大容器正被更换时，相关的缓冲容器可向系统提供特定的添加剂。缓冲容器1816的体积典型比大容器1814的体积小得多。它的大小能包含足够的添加剂，以供10到12小时不间断运转。这为操作者提供了在大容器用尽时更换大容器的足够时间。如果不存在缓冲容器而仍然需要不间断运转，则大容器就必须在用尽之前更换，从而导致大量添加剂浪费。
在图18所示实施例中，计量泵1812连在多个添加剂源1802与多个处理槽之间。计量泵1812一般包括至少第一到第四个入口端1822、1824、1826、1828。例如，第一入口端1822一般与促进剂源 806相连，第二入口端1824一般与匀平剂源1808相连，第三入口端1826一般与抑制剂源1810相连，而第四入口端1828一般与电解液源1804相连。计量泵1812的输出1830一般经输出管线1840，通过集合管1832，而与各处理槽相连，其中顺序提供的添加剂混合物(即至少一种或多种促进剂、匀平剂和/或抑制剂)可与提供给集合管1832的电解质通过来自电解质源1804的第一输出管线1850结合在一起，从而按需要形成第一或第二电镀溶液。计量泵1812可以是任何适于向处理槽102、104提供定量的选择性添加剂的一个或多个计量装置。该计量泵1812可以是旋转计量阀、电磁计量泵、隔膜泵、注射器、蠕动泵或其它不常用的或与流量传感器相连的正排量泵。另外，利用测力传感器(1oadcell)来测量加压分配容器，或者通过其它用于使电化学电镀溶液流进电镀槽的可接受的流体计量装置，添加剂可被加压，并且被连接到流量传感器、被连接到液体质量流量控制器，或是按重量被计量。在一个实施例中，计量泵包括旋转且往复运动的陶瓷活塞，其在每一循环中泵送预定量的添加剂0.32ml。
在本发明的另一实施例中，流体传输系统可被设置用于提供第二种完全不同的电镀溶液和相关的添加剂。例如，在该实施例中，可以使用不同基质(base)的电解质溶液(与包含在容器1804中的溶液相似)，从而使处理系统100具有例如使用来自两个不同制造商的电镀溶液的能力。进一步地说，可以使用对应于第二种基质电镀溶液的另一套添加剂容器。因此，本发明的这一实施例允许将第一种化学剂(由第一个制造商提供的化学剂)提供给系统100的一个或多个电镀槽，同时将第二种化学剂(由第二个制造商提供的化学剂)提供给系统100的一个或多个电镀槽。每种化学剂都会有其各自的一个或多个添加剂源，但是，来源于各自的一个或多个添加剂源的多种化学剂的交叉计量并不超出本发明的范围。
为了使流体传输系统能够由分开的基质电解质提供两种不同的化学剂，可将图18所示流体传输系统的复制品与处理系统连接。更具体地说，一般将图18所示的流体传输系统进行改进，从而包括第二套添加剂容器1802、第二个泵组件1830以及第二套集合管1832(有可能是共用的集合管)。另外，还设置了初始组成溶液/基质电解质1804的独立源。建立了与图18所示硬件具有相同配置的附加硬件，但是，第二个流体传输系统基本是与所述或第一个流体传输系统平行的。因此，借助于这种配置的实施，任一基质化学剂与有效添加剂的任何组合都能够被提供给系统100的任何一个或多个处理槽。
集合管1832典型地被设置成与阀门组1834连接。阀门组1834中的各个阀可选择性地打开或关闭，以将流体从集合管1832引向电镀系统100的其中一个处理槽。集合管1832和阀门组1834任选地被设置成可选择性地将流体输送到另一些处理槽。在图18所示实施例中，集合管1832和阀门组1834包括取样口1836，此取样口使系统100中所使用的化学剂或其组分的不同组合能够被取样而不中断处理过程。
在一些实施例中，可能希望冲洗计量泵1812、输出管线1840和/或集合管1832。为利于这种冲洗，电镀溶液传输系统1811被设置成提供至少一种清洗和/或冲洗流体。在图18所示实施例中，电镀溶液传输系统1811包括去离子水源1842以及非反应性气源1844，去离子水源1842和非反应性气源1844与第一输送管线1850相连。非反应性气源1844可通过第一输送管线1850提供非反应性气体，例如惰性气体、空气或氮气，用于吹洗集合管1832。去离子水可由去离子水源1842来提供，用于作为非反应性气体的补充或取代非反应性气体，对集合管1832进行吹洗。来自电解质源1804的电解质可被用作冲洗介质。
第二输送管线1852位于第一气体输送管线1850和计量泵1812之间。冲洗流体包括电解质、去离子水或非反应性气体至少其中之一，它们来自各自的源1804、1842、1844，冲洗流体可以从第一输送管线1850、经过第二气体输送管线1852、被传输到计量泵1812。冲洗流体被驱动通过计量泵1812，并从输出管线1840流出，到达集合管1832。阀门组1834典型地将冲洗流体引出排出口1838，进入回收系统1832。为简明起见，本说明书对其它各种阀、调节器和流量控制装置不做描述和/或图示。
在本发明的另一实施例中，第一化学剂可被提供给集合管1832，其促进铜在半导体衬底上的器件填充(feature filling)。该第一化学剂可包括约180到约65g/l的铜、约55到约85ppm的氯、约20到约40g/l的酸、约4到约7.5ml/L的促进剂、约1到约5ml/L的抑制剂，且不含匀平剂。将第一化学剂从集合管1832输送到第一电镀槽102，以使得沉积在衬底上的器件能够基本填满金属。由于第一化学剂一般不完全填充器件，且有较慢的固有沉积速率，因此可对第一化学剂进行优化，以改善空隙填充性能及沉积层的缺陷比例。第二化学剂(具有与第一化学剂不同的化学成分)可通过集合管1832被提供给系统100的另一电镀槽，其中第二化学剂被配置用于促进铜在衬底上平面大量沉积。第二化学剂例如可包括约185到约60g/l的铜、约60到约80ppm的氯、约20到约40g/l的酸，约4到约7.5ml/L的促进剂、约1到约4ml/L的抑制剂，以及约6到约10ml/L的匀平剂。第二化学剂被从集合管1832输送到第二处理槽，从而能够在器件填充和平面化沉积步骤期间所沉积的金属上进行有效的大量金属沉积处理，以填充器件的剩余部分。由于第二化学剂一般填充器件的上部，因此可将第二化学剂优化，以增强已沉积金属的平面化，而基本不影响衬底的产量。因此，两步骤、不同化学剂的沉积过程既能实现快速沉积，又能实现已沉积膜的较好平面化。
电镀溶液传输系统1811与多个流体管道连接，这些管道将电镀溶液传输系统1811与置于电镀系统100中的流体储存容器相连。更具体地说，流体分配集合管1832一般与多个管道1901、1902、1903连接，如图19所示。管道1901、1902、1903各自与特定的流体储存容器1904-1911连接，这将在本说明书中做进一步描述。因此，可控制流体传输系统1811，以混合并且向容器1904-1911中的任一容器提供特定的阴极电解液或阳极电解液。该特定阳极电解液/阴极电解液被提供给集合管1832，该集合管选择性地打开可起动的阀门，从而使具体的溶液流入管道1901、1902、1903之一。例如假定，管道1901被配置用于将一种特定阴极电解液提供给平台100上的一特定电镀槽，则提供至管道1901的阴极电解液便被该管道运送到特定的电镀槽容纳容器，如容器1904，该容器被配置成将阴极电解液提供给具体的电镀槽。阴极电解液被送到容器1904，且随后被置于管道1901上的阀门关闭，并终止溶液流向容器1904。此时容器1904即可用于将阴极电解液提供给平台100上的一特定电镀槽，以进行电化学电镀处理。残留在管道1901中的溶液可被冲洗或排出管道，然后再通过该特定管道将另一种溶液提供给一个或多个槽，从而可使交叉污染最小化。
图19所示各个容器，即容器1904-1911，一般是成对布置的。更具体地说，容器1904和1905作为一对来工作，而容器1906和1907、容器1908和1909以及容器1910和1911同样作为容器对工作。所述容器对一般来说包括第一容器和第二容器，其中第一容器被设置用于容纳第一溶液，而第二容器被设置用于容纳不同于第一溶液的第二溶液。在图1所示的示例性电镀系统中，电镀位置112可配备有一电镀槽，例如图2所示的电镀槽200，因此，第一容器1900可被配置成向槽200供给阴极电解溶液，而第二容器1905可被配置成向电镀槽200供给阳极电解溶液。如上所述，阴极电解液可由流体输送系统1811来配备，并通过管道1901输送到容器1904。类似地，阳极电解液可由流体输送系统1811配备，并通过管道1903提供给阳极电解液容器1905。
按照与容器1904和1905的布置相似的方式，可将容器1906和1907设置用于提供电镀溶液给位于平台100上的处理位置110处的电镀槽。进一步地说，容器1910和1911以及容器1908和1909可用于分别提供电镀溶液给位于处理位置104和102处的电镀槽。每对容器1906-1911可被设置用于向其各自的电镀槽既提供阴极电解溶液，又提供阳极电解液。可选地，这些容器可被设置成仅向其相关电镀槽提供阴极电解液，也就是说这些容器可以被结合成为单个容器，用于向处理平台100上的一个或多个槽供给单一一种电镀溶液。
图20展示一示例性容器2000的透视图，图中容器的两个壁被移去，为的是能够观看容器2000的内部组件。容器2000一般包括一封闭区域，该区域具有直立侧壁2001，其限定了用于容纳其中流体溶液的内部体积。流体返回组件2002向下伸入容器之内，且止于容器2000的下部附近。容器2000的内部体积内也包括多个交叉的壁2008，其被设置用于缓冲在容器2000的内部体积之内的流体流动。容器2000的下部包括热交换器2006，该热交换器一般用于对容器2000内的处理流体进行温度控制。泵头(pump head)2004组件伸入容器2000的内部体积之内，且止于容器2000的底部近处，并且一般被设置用于从容器2000的内部体积抽出流体，其在处理步骤中使用。
图21展示本发明的一示例性流体容器的俯视图。如图20所示，上述流体容器包括多个直立的流体导流壁(diversion wall)2008，其位于容器2000的内部体积之内。设置导流壁2008，一般作用是形成多个流体室2101、2102、2103、2104和2108。每个流体室通过流体通道2113与一个相邻的流体室相连，如图22所示。而且，除了内部壁2008外，选定的流体室尚可在室内包括带角度的流体导流壁2105、2106和2107，如图21所示。更具体地说，流体容器可包括倾斜的或者说带角度的流体接收壁2300。带角度的或倾斜的壁2300可以是一个外部壁或内部壁。无论如何，所述倾斜的壁被设置用于通过使被垂直倒入容器的液体溶液所产生的泡沫最少化，来减少容器所含溶液中泡沫的形成。在此实施例中，输送到容器的流体通过流体返回管线2002而被分配到带角度的壁2300上，因此流体在位置2301处流到壁2300上，并向下按箭头“A”所示方向，沿壁2300的表面流动，进入容器中所容纳的溶液中。溶液沿倾斜或者说偏斜的壁流进溶液，使得在容器中的溶液与正返回容器的溶液之间的界面上形成的泡沫最少化。
因此在操作时，一般流体是通过流体供给管线2110返回容器2000的，该管线的终端在第一流体室2101中(任选地，该流体供给管线的终端可位于一个带角度的壁上，如上所示)。提供给室2101的流体穿过第一流体通道2111而进入第二流体室2102。一旦流体进入第二流体室2102，则流体即被导向带角度的流体导流壁2105。流体围绕带角度的流体导流壁2105流动，并通过第二流体通道2112而进入第二流体室2108。按照与第一流体室相似的方式，流体贴近一个带角度壁，且通过另一个流体通道而进入第三流体室2103，在此重复相同的过程，直到流体通过最后的流体通道2114进入最后的流体室2104为止。每个带角度的壁都是这样设置的按照使得容器中的泡沫最少化的方式，而与流体的流动相互作用，这将在本说明书中做进一步说明。而且，通道2111-2114的设置也起到使容器中泡沫最少化的作用，这是因为泡沫的浮力一般会妨碍泡沫穿过位于各个壁底部的通道。泵头2000一般终止于最后的流体室2104中，因此，流体是通过泵头2004，离开最后的室2104，而被从容器2000中抽出的。
如上所述，多个直立壁2008和带角度的流体导流壁2105、2106、2107的设置起到使从容器2000抽出的流体溶液中的泡沫最少化的作用。更具体地说，容器2000的结构是这样设计的使得输送到容器2000的流体需要贴靠着几个壁、围绕几个壁、并通过几个流体通道来流动，然后再通过泵头2004而从容器2000中被抽出。操作中，当流体被引导贴靠着一个固定表面流动时，溶液中的泡沫便倾向于附着在该固定表面上，且因此而使泡沫被从流动的流体中清除掉。类似地，流动穿过多个流体馈送通道2101的流体已显示，可使悬浮在流体溶液中的泡沫从流体除去。因此，本发明的容器的结构使得从容器2000中抽出的流体溶液中的泡沫最少化。这对电化学电镀系统具有特别的重要性，这是因为在流体溶液中，即提供给电镀槽的电解液中的泡沫已表明会导致被电镀衬底中大量的缺陷。
在本发明的另一个实施例中，容器2000被改进从而进一步使输送到容器2000的流体所形成的泡沫最少化。更具体地说，电化学电镀系统的传统流体储存容器一般是通过位于该容器上部的孔，将流体输送到储存容器。照此方式，被输送到容器的流体因重力而下落，并且基本是被倾倒到容器内的溶液中。这种倾倒动作已表明会在电镀溶液中产生泡沫。因此，本发明的实施例提供了一种改进的方法，用于在形成最少泡沫的情况下，将流体输送到电化学电镀系统储存容器。该方法一般包括将带角度壁设置在容器2000的第一室2101之内，如上面一般描述及图23所展示的。带角度壁可连接到容器2101周围的其中一个直立壁，而输送到容器2000的流体被直接分配到带角度壁上。流体向下流到带角度壁上，进而进入容器底部的流体中。在此设置中，流体不是落入、倾入或溅入容器中，反之，流体是被分配到带角度壁上，且使其均匀地以片状方式流入大量溶液中，从而在大量溶液中形成的泡沫最少。
本发明的各个容器也被构造成具有高纵横比，纵横比即容器的高度与容器的侧面或横截面积之比。因此，所述容器一般具有小的横截面积，即长度和宽度，而具有较大高度尺寸。这样即使在使用较小体积溶液的情况下，也提供了最佳的泵头深度。例如，本发明的实施例使用具有大约17升内部体积的容器，其中宽度约9英寸，长度约7.75英寸且高度约19英寸。因此，其纵横比便大于1∶1(19∶(9+7.75))。使泵头深度最大化的本发明的另一特征是将热交换器放置在容器下部。这占据了容器下部较大的空间，并因此而提高了泵头深度。
在操作中，本发明的实施例一般为电镀系统提供了一种管道系统(plumbing system)，其中该管道系统被设置用于将多种化学剂提供给一整体电化学电镀平台上的多个电镀槽。更具体地说，本发明的管道系统例如被设置用于将第一电镀溶液提供给一个电化学电镀平台上的第一电镀槽，而将不同于第一化学剂的第二电镀溶液提供给该电化学电镀系统上的第二电镀槽。本发明的管道系统可以被扩展，从而举例来说可将四种不同的电镀化学剂提供给一整体系统平台上的四个不同的电镀槽。进一步地说，在采用了被设置成同时使用阳极电解液和阴极电解液的电镀槽(例如图2所示的电镀槽200)的电镀系统中，本发明的管道系统一般被设置成将分开的阴极电解液提供给被置于处理平台上的各电镀槽，同时将阳极电解液提供给被置于处理平台上的各电镀槽。按照类似于前述实施例的方式，阴极电解液可以是完全不同的，而且进一步的说，阳极电解液也可以是彼此不同的。
当操作电化学电镀平台，如图1所示平台100时，传输系统1811可被起动，从而为被放置在处理位置112和110处的电镀槽产生阴极电解液溶液。该阴极电解液溶液可包含合适量的酸、卤素、支持电解质、添加剂和/或其它在电化学电镀溶液中通常使用的组分。该溶液可在流体传输系统1811中被混合，通过集合管1832被泵送，并被提供给管道1901，从而输送到容器1904和1906。在这种设置中，容器1904和1906与放置在处理位置110和112处的电镀槽200的阴极电解液室是流体连通的。因为，电镀槽200是这种类型的电镀槽其既需要阴极电解液又需要阳极电解液，因此流体传输系统1811也可被起动，从而产生电解槽中使用的阳极电解液。此阳极电解液可在流体传输系统1811中产生，传输到集合管1832，并通过流体管道1903而被输送到容器1905和1907。容器1905和1907一般与放置在处理位置110和112处的电镀槽200的阴极室或阴极电解液室是流体连通的。
可配置提供给容器1904-1907的阳极液和阴极液的特定组合，以使得半导体衬底的自底向上填充特征(bottom up fill characteristics)最佳化。更具体地说，例如提供给容器1904和1906的阴极液溶液中的添加剂，即匀平剂、抑制剂和促进剂的浓度可被用于起动电镀的起始阶段，此时半导体衬底上的高纵横比器件几乎是不存在电镀材料的。在半导体衬底上开始器件填充的过程对整个电镀工艺是至关重要的，这是因为自底向上填充高纵横比器件，而在被电镀金属上不出现器件封闭且不产生空隙，通常是困难的。因此，本发明的管道系统允许器件填充过程借助特定化学剂在特定处理位置上进行，该特定化学剂被配置成有利于自底向上的填充。
类似地，一旦自底向上的器件填充过程完成，衬底通常进入第二电镀过程，在此过程中器件被大量填充(bulk filled)或过量填充。大量填充处理一般是以比器件填充过程更大的电镀速率进行的，且因此而通常使用较大电流密度。因此，用于促进器件填充的化学剂对于促进大量填充处理可能不是最佳的。所以本发明的管道系统提供了额外的化学能力，从而即使需要用不同的化学剂来使各个过程最佳化，器件填充处理和大量填充处理仍可在同一平台上进行。更具体地说，处理位置102和104可包括位于这些位置上的电镀槽200，其中电镀槽被设置用于促进浆(pulp)填充电镀过程。虽然用于器件填充的电镀槽可与用于大量填充的电镀槽基本相同，但提供给相应的槽的化学剂一般是不同的。因此，本发明的管道系统可被设置用于将分开的阴极液和/或阳极液提供给容器1918-1911，容器1918-1911一般用于将这些相应的溶液提供到处理位置102、104。具体地说，可起动流体传输系统1811并使其产生用于促进将填充电镀过程的阴极液溶液。该阴极液溶液可被输送到集合管1832，该集合管将阴极液溶液提供给流体管道1902。流体管道1902可将大量填充阴极液溶液输送到容器1909和1911。类似地，流体传输系统1811可用于为大量填充过程产生阳极液溶液，且该阳极液溶液可通过管道1903而被输送到容器1908和1910。
一旦将电镀溶液输送到各个容器，就可将衬底放入处理平台100，并放置在处理位置110或112上。可用器件填充电镀处理来填充形成于衬底上的器件，该器件填充电镀处理是在处理位置110或112处进行的。然后，可将衬底传送到处理位置102或104，以进行大量填充处理。在处理位置110、112处进行的处理，可使用与在位置102、104处的槽所进行的处理分开的或不同的化学剂。再进一步地说，在任何一个处理位置即处理位置112处所使用的化学溶液，与在任何其它处理位置即处理位置110处相比，可以是不同的，这是因为本发明的流体传输系统1811和管道系统能够将分开的化学剂提供给处理平台100上的各个单独的电镀槽。
在本发明的另一实施例中，可将一脱气装置(degasser)放置在本发明的其中一个流体管道中，用于从流过该管道的流体中清除泡沫。例如，可将脱气装置放置在连接容器与电镀槽的其中一个管道中，用于从提供给电镀槽的流体(电镀溶液)中清除任何泡沫。另外，由于可能需要多个泵，从而在本发明的电镀系统中产生流体流动，因此，可将过滤器设置在一个或多个流体管道中。这些过滤器可被设置用于在流体到达电镀槽之前，从流动的流体中除去泵的机械组件所产生的任何颗粒。
为了减少电镀膜中的缺陷，在将衬底浸入电镀槽内所含电镀溶液的过程中，附着在衬底表面的泡沫应当被最少化。因此，本发明的实施例提供了一种用于将衬底浸入处理流体中的方法，该方法产生最少的泡沫。本发明的浸入方法开始于将衬底装入一上端组件(headassembly)的过程，该组件被设置用于支撑衬底并电接触衬底。该上端组件一般包括接触环和插入板组件(thrust plate assembly)，它们由装载空间分隔开。接触环和插入板组件的更详细描述可见于共同被转让的美国专利申请序列号10/278,527，其于2002年10月22日提交，名称是“Plating Uniformity Control By Contact Ring Shaping”，在此引入其全部内容作为参考。通过通道区域(access space)，使用机械手将衬底放在接触环上。更具体地说，该机械手可以是真空型机械手，其被构造成用减压接合装置来接合衬底的背面。随后可用附着于衬底的背面或非生产表面的真空接合装置，以面朝下的方向(生产面向下)，来支撑衬底。然后，机械手可通过通道区域伸入接触环，并降低从而将衬底放置在接触环的接触栓/衬底支撑面上，使真空接合装置脱离接合，抬高到撤出高度，且随后从接触环中撤出。
一旦将衬底放置在接触环2402上，就可将插入板2404组件降低到处理位置。更具体地说，图24说明处于衬底装载位置的插入板2404，即插入板2404被垂直地置于接触环2402的下表面的上方，从而使通道区域2406最大化。在此位置，机械手120具有最大量的有效空间，用以将衬底装载在接触环2402上。但是，一旦衬底被装上，就可将插入板2404垂直起动，即按图24中箭头2410所示的方向起动，以接合被置于接触环2402上的衬底的背面。插入板2404与被置于接触环2402上的衬底的背面接合，从而紧贴被置于接触环2402上的电接触栓，以机械方式偏置衬底，同时也将衬底固定在接触环2402上，以进行处理。
一旦衬底被插入板2404固定在接触环2402上，上端组件2400的下部，即接触环2402和插入板2404的结合部即被绕轴旋转到一倾斜角。通过上端组件围绕枢轴点2408的旋转运动，将上端组件的下部绕轴旋转到一倾斜角。上端组件2400的下部围绕枢轴点2408被起动，这导致上端组件2400的下部按图24中箭头2409所示的方向进行旋转运动。上端组件2400的下部和放置在接触环2402上的衬底的电镀表面由于上端组件2400的运动而倾斜，形成一倾斜角，其中该倾斜角被定义为水平面与固定在接触环2402上的衬底的电镀表面/生产表面之间的夹角。该倾斜角一般为约3°到约30°，更具体地说，介于约3°到约10°之间。
一旦上端组件2400被倾斜，就可将其在Z方向上起动，从而开始浸入过程。更具体地说，上端组件2400可按箭头2501所示方向被起动，如图25所示，从而将放置在接触环2402上的衬底带向电镀溶液，该电镀溶液被包含于处在上端组件2400下方的电镀槽2504中。电镀槽2504通常类似于图2所示电镀槽200，其被设置成其中可容纳电镀溶液。电镀溶液一般被包含在电镀槽2504的内堰之内并超过内堰的最高点2502。因此，当上端组件2400朝向电镀槽2504移动时，接触环2402的底边，即接触环2402的因倾斜角而位置最靠近电镀槽2504的那一边，就随着上端组件2400朝向槽2502被起动而接触电镀溶液。朝向槽2502起动上端组件2400的过程可进一步包括，使接触环2402进行旋转运动。因此，在浸入过程的起始阶段，接触环2402在垂直或者说Z方向上被起动，同时也围绕向上穿过上端组件2400的垂直轴而转动。一般地说，接触环2402绕其转动的上述垂直轴通常与衬底表面正交。将衬底浸入电镀溶液、同时使衬底偏置的过程在共同被转让的美国专利申请序列号09/766,060中做了描述，该专利申请于2001年1月18日提交，名称是“Reverse Voltage Bias for Use in ElectrochemicalPlating System”，并要求1999年4月8日提交的美国专利6,258,220的权益，在此引入二者的全部内容作为参考。
随着衬底被浸入电镀槽2504所含电镀溶液中，上端组件2400的Z方向运动终止，且接触环2402的位置从倾斜回到水平，如图26所示。垂直或者说Z方向运动的终止是经过计算的，为的是当倾斜角消除时，仍保持衬底处于槽2504所含的电镀溶液中。进一步的是，本发明的实施例考虑，消除所述倾斜角，即接触环2402返回到水平位置，可以与接触环2402垂直进入电镀溶液的运动同时进行。因此，本发明的实施例考虑，衬底可首先与电镀溶液接触，此时衬底处于带有倾斜角的位置，且随后该倾斜角即可返回到水平，同时衬底则继续被浸入电镀溶液。这一过程构成了一种独特的运动，既包括垂直起动又包括倾斜角起动，此运动已显示能在浸入过程中减少泡沫的形成并减少泡沫附着在衬底表面上。进一步地说，在浸入过程中，衬底的垂直和绕轴旋转起动也可包括接触环2402的转动，此运动已显示能进一步使浸入过程中形成及附着在衬底表面上的泡沫最少化。
一旦衬底被完全浸入槽2504所含电镀溶液中，上端组件2400即可被进一步在垂直方向(向下)起动，从而进一步将衬底浸入电镀溶液，即将衬底进一步放入或者说更深地放入电镀溶液，如图27所示。该过程也可包括旋转衬底，其作用是将在浸入过程中形成的任何泡沫从衬底表面排除。一旦衬底被更深地放入电镀溶液中，上端组件2400即可再次绕枢轴点2408转动，从而使衬底表面能够被以倾斜角放置，如图8所示。进一步的是，由于上端组件2400在前述步骤中只向下起动而使衬底进入电镀溶液内，因此，图8所示的倾斜运动通常不会将处于倾斜接触环的高边上的衬底的表面抬出电镀溶液。更具体地说，由于枢轴点2408是位于上端组件2400的中央的，因此，当上端组件使接触环2402绕枢轴点2408转动时，接触环2402的一边就被进一步浸入电镀溶液，而接触环2402的另一边则由于这种转动而朝向电镀溶液的表面被向上抬起。因此，由于一旦浸入其中，就要将衬底保持在电镀溶液内，就必须进一步起动上端组件2400，使其进入电镀溶液，从而使接触环2402从图27所示的水平位置移动到图28所示的倾斜位置，而不会将衬底的至少一部分抬出电镀溶液。上端组件2400的这一最后的倾斜运动一般对应于将接触环2402放置到处理位置，即这样的位置其中由接触环2402所支撑的衬底大致平行于阳极，此阳极位于电镀槽2502的下部。进一步的是，将接触环2402放置到处理位置可包括朝向电镀槽下部的阳极，进一步起动上端组件2400，从而使衬底的电镀表面能够被放置得与阳极离开一特定距离，以进行电镀处理。
另外，本发明的浸入过程可包括振动运动，设置该振动运动，为的是进一步改善泡沫消除过程。更具体地说，上端组件可通过振动方式，在第一倾斜角和第二倾斜角之间来回倾斜，上述振动方式即这样的方式一旦衬底被浸入电镀溶液，衬底就在第一倾斜角和第二倾斜角之间倾斜数次。这种倾斜运动可通过较快的方式进行，即从约每秒2次倾斜到约每秒20次倾斜。该倾斜方式可伴随着转动，这进一步有利于排除附着在衬底表面上的泡沫。
本发明的浸入过程也可包括衬底在电镀溶液中的垂直振动。更具体地说，一旦衬底被浸入电镀溶液，即可使衬底上下运动。当衬底在电镀溶液中被向上抬起时，衬底下方溶液的体积增大，且因此产生溶液向衬底下方区域的快速流动。类似地，当衬底被降低时，该体积减小，且产生溶液向外的流动。因此，衬底的垂直起动，即重复的上下运动，引起衬底表面处发生逆向的或振荡的流体流动。这种旋转加振动进一步增强了衬底表面上的振动流体流动。这些振动流体流动已显示能改善泡沫消除，并因此而减少缺陷。
本发明的浸入过程可进一步包括一旦衬底被浸入电镀溶液，便使得衬底的转动振动。更具体地说，衬底在浸入和电镀过程中通常是转动的。这种转动通过一般在衬底表面处产生的稀电镀溶液(depletedplating solution)的循环而通常提高了衬底表面处的流体流动。这种转动和流体流动的特征也可被用在浸入过程中，以利于泡沫的消除。更具体地说，本发明的实施例考虑，在衬底被浸入期间和/或之后，衬底可在不同旋转速率和不同方向上转动。例如，一旦衬底被浸入溶液中，即可首先使衬底按顺时针方向转动一段预定时间，然后逆时针方向转动一段预定时间。旋转方向可被切换数次，或只切换一次，这取决于具体应用。
另外，本发明的实施例可结合使用上述的振动方法。例如，本发明的一种浸入过程可包括倾斜起动、旋转起动及垂直起动，或是它们的任一种结合。
图29展示衬底表面被浸入电解液溶液时的衬底表面图，其中衬底未被转动，且衬底从水平面倾斜到一定倾斜角。在该实施例中，衬底2907开始浸入时，首先在衬底2907的第一边2908处，衬底的边接触到电解液溶液。随着衬底支撑部件或上端组件的垂直运动的继续，衬底浸入电解液溶液中的面积按比例增加，如图29中阴影面积2909所示。然而，应当注意，阴影面积2909并不代表总的浸入面积。更合适地，面积2909一般代表最新浸入的面积，因此，从衬底的边到标有j+1的直线的这部分面积代表在j+1时刻衬底的总浸入面积。因此，为了在浸入过程中，电源能在衬底表面形成稳定的电流密度，可以对被浸入衬底的随时间变化的面积进行计算或进行估计或测定，并以此来确定随时间变化的所需电流，从而为浸入电解液溶液中的衬底面积提供稳定电流密度。因此，本发明的实施例将提供给衬底的电流作为衬底的浸入速度的函数，这是因为衬底的浸入速度，即衬底被浸入电镀溶液的垂直速率直接对应于衬底在浸入过程中浸入面积的变化量。另外，虽然衬底在浸入过程中通常是转动的，但是面积计算可以与不转动的实施例相同，因为衬底的旋转并不会增加或减小单位时间内衬底浸入电镀溶液中的面积。
衬底浸入电解液溶液中的随时间变化的面积的计算一般包括累积计算衬底浸入部分的细微部分(minute sections)的面积，并将这些部分加在一起，从而得到特定时间浸入的总面积。在浸入过程中衬底上电流的计算和应用在共同未决和共同被转让的美国专利申请序列号10/135,546中做了说明，该专利申请的名称为“Apparatus and Method forRegulationg the Electrical Power Applied to a Substrate DuringImmersion”，于2002年4月29日提交，在此引入其全部内容作为参考。而且，虽然所引用的该申请是一般性地涉及控制浸入偏置，但本申请人考虑，可利用该方法控制移出偏置(removal bias)，如本说明书将进一步说明的。
在本发明的一个实施例中，根据时间计算，提供给衬底的电流随着浸入表面积的增大而增大。例如，通过实验，可以确定浸入过程的总时间。然后，通过计算，就能够确定浸入过程所用时间与浸入的表面积之间的关系。因此，利用已确定的所用时间与浸入面积之间的关系，根据浸入时间的增加，即可确定供给衬底的电流，因为时间与浸入面积成比例。所以，知道了浸入时间与浸入表面积之间的关系，便可对处理方案进行改进，包括按比例改变浸入过程中供给衬底的电流，从而在整个浸入过程中能够保持浸入表面积上的均匀电流密度。
在本发明的另一实施例中，可使用传感器来确定衬底在浸入过程中的精确的径向或倾斜位置。照此方案，所述位置被传送到控制器，该控制器可随即以实时方式计算浸入面积。然后可利用计算出的浸入面积来确定要供给衬底的电流，以便保持浸入衬底面积上均匀的电流密度。可以通过简单地在每个单位时间内进行较多次测量，来增加测量处理的粒度/累积部分取样，且因此而在每单位时间内更细地调节供给浸入表面积的电流。虽然本发明的最终目的是在衬底的浸入表面积上提供均匀的电流密度，但本实施例也为非均匀浸入过程中的衬底浸入面积提供均匀的电流密度。例如，如果衬底的浸入速度不是恒定的，或者在各个浸入过程之间是不可重复的，则不管其浸入速度，可利用本发明来保持衬底浸入面积上均匀的电流密度，这是因为电流计算与所用浸入时间无关。因此，本发明的实施例的反馈回路型系统可能在特定的设置中比本发明的其它实施例具有优势，其中浸入过程的所用时间在数次衬底浸入中不是恒定的。
在本发明的另一个实施例中，在从电镀槽中移出衬底的过程中，使用了保持衬底表面上的均匀电流密度的方法。例如，一旦衬底的电镀过程完成，就将衬底从电镀室中移出，这与浸入过程的步骤相反。在这种反向的浸入过程中，可能希望采取与浸入过程中保持恒定电流密度相似的方式，来保持衬底浸入表面上恒定的电流密度，从而避免均匀性改变。因此，在反向浸入过程中，供给衬底的电流可随衬底浸入面积的减小而减小，从而保持衬底浸入面积上均匀的电流密度。在反向浸入过程中，控制衬底电流的方法例如可使用反馈回路型系统或时变电流控制型系统来执行，如前面的实施例所述。不管采用何种电流控制系统，在反向浸入过程中供给衬底的电流一般与仍浸在电镀溶液中的衬底表面积成比例。
电镀过程包括通过接触环2402将电偏压施加在衬底上。电镀偏压为正向偏压，即电镀偏压是这样设置的给衬底充电，使得衬底与电镀槽中阳极205相比，是带负电的，从而使得电镀溶液中带正电荷的金属离子可以镀在带负电的衬底上。在传统的电镀系统中，一旦电镀过程完成，电偏压就终止，且衬底即被移出电镀槽。然而，如上所述，传统的电镀系统和方法在电镀偏压的终止与衬底从电镀溶液中移出之间，一般至少包括一个短时间延迟。在此延迟时间中，衬底与电镀溶液接触，而由于电镀溶液本质上通常为酸性，因此在延迟时间内，电镀溶液能够蚀刻电镀层表面。这种蚀刻导致电镀层的光滑表面变得粗糙，这对随后的处理步骤，例如CMP处理是不利的。
因此，本发明的方法和设备是这样设计的在延迟时间中，对衬底施加一个正向衬底移出偏压(衬底相对于阳极为负电性)。该移出偏压被设置用于阻止电镀层表面的蚀刻，因而该移出偏压的设置可保持电镀层的光滑表面。该移出偏压一般在电镀偏压被终止之后立即施加到衬底上，即从电镀偏压过渡到移出偏压可以是无缝的，从而使衬底在没有被施加正向偏压时不会暴露于电镀溶液中。移出偏压被设计成其强度足以阻止或阻碍蚀刻电镀层，但是，移出偏压也被设置用于减小在电镀层表面的沉积。因此，移出偏压可以这样设置其正好高于系统的电镀电压，而移出偏压的驱动电流则可被最小化，也就是说，此电流正好足以阻止蚀刻，同时又不会引起电镀层光滑的上表面上的大量沉积。
通过与上述本发明的浸入偏压控制特征类似的方式，本发明的实施例也被设置成在取消或撤消偏压期间，控制所施加的电流。例如，可使用控制器111控制在撤消过程中施加到衬底上的电流和/或电压。能够控制撤消期间施加到衬底上的电流或电压，为的是阻止仍浸在电镀溶液中的衬底面积上的额外沉积(该衬底面积浸入电镀溶液的时间比衬底上其它面积长)，这是因为在电化学电镀过程中，沉积厚度一般是暴露于电镀溶液的时间的函数。进一步地说，在衬底撤出过程中可以控制电压或电流，以便阻止衬底的浸入部分上电流密度的提高，电流密度的提高也通常导致衬底仍浸在电镀溶液中的那部分的电镀速率提高。
本发明的实施例考虑，使用电压控制系统(为控制所施加的电流或电源而对电源进行监控和调节的控制系统)、或电流控制系统(对电流本身进行监控和控制的控制系统)来控制移出偏压。在整个衬底移出过程中，可使用电流控制系统，通过使电流密度在衬底表面上保持恒定，来控制移出偏压。更具体地说，如上面在浸入过程中保持衬底表面的电流密度恒定的那部分所描述的，随着衬底被从电镀溶液中移出，提供移出偏压的电路的电阻也发生变化。这种电阻变化是衬底的浸入导电表面积下降的结果，这造成电路的电阻增大。因此，当电路的电阻增大而浸入表面积减少时，本发明的电流控制系统可以对这些变化产生反应，降低提供给衬底的电流，从而使衬底表面上的电流密度在撤出过程中保持恒定。控制系统可通过闭合回路方式控制电流，即该电流控制系统可被设置成测定移出偏压电路的电阻或其它电参数，从而相应地控制所供给的电流。可选地，该电流控制系统可被设置成通过对机械条件，例如衬底的位置或其它可测量的机械参数作出响应，来控制移出偏压。例如，衬底的位置，即在撤出过程中衬底相对于电镀溶液的垂直位置能够与衬底的浸入表面积相关联，且因此也可用衬底的位置来控制施加到衬底上的电移出偏压。更进一步的是，电偏压可以用时变方式来控制，即，可在衬底连续移出过程的每单位时间，对电移出偏压进行调节，该移出过程的时间或者说期间基本等同于衬底的浸入表面积。
在衬底移出过程中，衬底可被转动、倾斜、绕轴旋转、垂直起动、水平起动、和/或用声波或超声波能量振动。例如，在本发明的移出过程中，衬底可在电镀溶液中转动，同时启动移出偏压。然后将衬底垂直地上举到溶液之外，从而使衬底脱离溶液。在上举过程中，衬底的表面区域是逐渐从电镀溶液中被移出的，且施加到该表面区域上的电偏压可根据从溶液中移出的表面积(或仍在溶液中的表面积)的比例来控制，如上所述。衬底可被维持在一个水平位置，即衬底表面通常平行于堰型电镀装置(weir-type plater)所含电镀溶液的上表面的位置。可选地，衬底的表面可从水平面倾斜，即衬底的表面可处于这样的位置在衬底表面与堰型电镀装置中电镀溶液的上表面之间形成一定的倾斜角。在此结构中，当衬底被垂直移动或被举出溶液时，衬底表面与电镀溶液上表面之间的倾斜角保持不变。然而，本发明的实施例也考虑到，在移出过程中，该倾斜角可以是变化的。例如，在衬底移出过程中，该倾斜角可增大或减小，从而使衬底脱离溶液的垂直运动不会让倾斜角保持恒定，反之，该倾斜角随着衬底被移出而增大或减小。
在衬底移出过程中，举例来说，衬底可在约5rpm到约100rpm的速度转动，或更具体地说，以约20rpm到约60rpm的速度转动。衬底的倾斜角可以为约3°到约30°，或更具体地说，为约5°到约20°。该倾斜角在移出过程中可增大或减小，且可绕轴转动或振动。在移出过程中，施加于衬底上的电偏压可被设置成在衬底表面产生的电流密度为约0.5mA/cm3到约5mA/cm3，或更具体地说，约0.5mA/cm3到约1mA/cm3，或更具体地说，约1.0mA/cm3到约3mA/cm3。在移出过程中，施加于衬底上的电压可为约0.3伏到约10伏，例如更具体地说，为约0.8伏到约5伏。
虽然以上描述涉及本发明的实施例，但是尚可设计本发明其它的及进一步的实施例，而不偏离其基本范围，且该范围是由所附权利要求书决定的。
权利要求
1.一种电化学电镀系统，包括一衬底电镀槽，其位于一主框架上，所述电镀槽包含分开的阴极电解液区域和阳极电解液区域；一衬底斜边清洗槽，其位于所述主框架上；一衬底旋转冲洗干燥槽，其位于所述主框架上；一叠置衬底热处理站，其被设置成与所述主框架相连，在所述叠置衬底热处理站中的各室有一衬底加热板和一衬底冷却板，该衬底加热板和该衬底冷却板是相邻地放置在该室中的；至少一个衬底传送机械手，其被设置用于在各所述槽与所述热处理站之间传送衬底。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个旋转冲洗干燥槽包括一槽盘，其具有直立的圆柱形壁；一环形且向内弯曲的降压表面，其位于所述直立的圆柱形壁的顶部；一流体接收护罩，其从所述直立的圆柱形壁的顶部径向向内延伸；一可转动衬底支撑部件，其位于所述槽盘的中央；以及1.一流体分配喷嘴，其被设置用于将冲洗溶液分配到放置于所述支撑部件上的衬底的上表面。
3.如权利要求1所述的系统，其中至少一个电镀槽包括一电镀槽盘，其具有一溢流堰；一阳极，其位于所述槽盘中；一离子隔膜，其位于所述槽盘上、介于所述阳极与所述溢流堰之间；以及一扩散部件，其位于所述槽盘上、介于所述隔膜与所述溢流堰之间。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述扩散部件包括流体可渗透的多孔陶瓷部件。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述隔膜包括阳离子隔膜。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述电镀槽包括一阴极电解液流体入口，其被设置用于将阴极电解液溶液分配进所述隔膜与所述溢流堰之间的阴极液区域内；以及一阳极电解液流体入口，其被设置用于将阳极电解液溶液分配进所述槽盘中在所述隔膜下方的区域。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述叠置的衬底热处理站包括一衬底传送机械手，其位置邻近所述加热板和所述冷却板，所述衬底传送机械手被设置用于在所述加热板与所述冷却板之间传送衬底。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述衬底斜边清洗槽包括一衬底定心组件；一可转动衬底支撑部件；以及一流体分配喷嘴，其被设置用于将蚀刻溶液分配到正在所述斜边清洗槽中被处理的衬底的禁止区上。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述衬底定心组件包括多个可协调转动的衬底支撑定心栓，每个所述衬底支撑定心栓具有一较高的衬底支撑部以及一位置偏离圆心的衬底定心柱，该较高的衬底支撑部位于所述定心栓的垂直轴上。
10.如权利要求1所述的系统，包括一流体输送系统，所述流体输送系统被设置用于向各单独的所述电镀槽提供至少两种不同的电镀化学剂。
11.一种多化学剂电镀系统，包括多个电化学电镀槽，其位于一共用平台上；一清洗槽，其位于所述平台上；热处理室，其被设置成与所述平台相连；以及一多化学剂流体输送系统，其被设置成与所述平台相连，并与所述多个电镀槽流体连通，所述流体输送系统被设置用于将多种流体溶液混合并分配给所述多个电镀槽中的每个电镀槽。
12.如权利要求11所述的电镀系统，其中所述电化学电镀槽包括一溢流堰，其位于一槽盘的顶部；一阳极，其位于所述槽盘中；一离子隔膜，其位于所述槽盘上、介于所述阳极与所述溢流堰之间；以及一扩散部件，其位于所述槽盘上、介于所述隔膜与所述溢流堰之间。
13.如权利要求12所述的电镀系统，其中所述离子隔膜进一步包括阳离子隔膜，其被设置用于将所述电镀槽分为处于该隔膜下方的阳极液室和处于该隔膜上方的阴极液室。
14.如权利要求13所述的电镀系统，其中所述多化学剂流体输送系统被设置用于向所述阴极液室提供阴极液电镀溶液，且向所述阳极液室提供阳极液溶液。
15.如权利要求11所述的电镀系统，其中所述清洗槽包括衬底旋转冲洗干燥槽。
16.如权利要求11所述的电镀系统，其中所述清洗槽包括衬底斜边清洗槽。
17.如权利要求11所述的电镀系统，其中所述斜边清洗槽包括一可转动真空卡盘；多个衬底定心柱，其位于所述真空卡盘的径向外侧；以及一可移动流体分配喷嘴，其被设置用于将蚀刻溶液分配到位于所述真空卡盘上的衬底的斜边上。
18.如权利要求17所述的电镀系统，其中所述多个衬底定心柱包括一较高的衬底支撑部以及一位置偏离圆心的衬底定心柱，该较高的衬底支撑部位于所述定心柱的纵轴上。
19.如权利要求11所述的电镀系统，其中所述热处理室包括叠置热处理系统，叠置中的每个热处理室包括一加热板、一冷却板和一气体分配喷嘴。
20.一种电化学电镀系统，包括一电化学电镀槽，其位于一处理平台上，所述电化学电镀槽包括一槽体，其被设置用于容纳电镀溶液，且其上设置有一溢流堰；一阳极，其位于所述槽体中；一离子隔膜，其位于所述槽体上，处在所述阳极上方和在所述溢流堰下方的位置处，所述离子隔膜将该隔膜下方的阳极液室与该隔膜上方的阴极液室分开；以及一多孔扩散部件，其被位于所述槽体上、处于所述阴极液室之内；一衬底清洗槽，其位于所述处理平台上；以及一叠置衬底热处理站，其被设置成与所述处理平台相连。
21.如权利要求20所述的电镀系统，其中所述衬底清洗槽包括衬底旋转冲洗干燥槽和衬底斜边清洗槽至少其中之一。
22.如权利要求20所述的电镀系统，其中所述叠置衬底热处理站包括多个叠置的热处理室，每个所述叠置的热处理室包括一加热板，其位于该室中；一冷却板，其位于该室中；一衬底传送机械手，其被设置用于在所述加热板与所述冷却板之间传送衬底；以及一气体分配喷嘴，其与所述室的内部流体连通。
全文摘要
本发明的实施例一般提供电化学电镀系统。所述电镀系统包括衬底装载站，其被放置与主框架处理平台相连；至少一个衬底电镀槽，其被放置在主框架上；至少一个衬底斜边清洗槽，其被放置在主框架上；以及叠层的衬底热处理站，其被放置与主框架和装载站至少其中之一相连，所述叠层的衬底热处理站中各个室具有加热板、冷却板和衬底传送机械手。
文档编号H01L21/687GK1985026SQ200480016732
公开日2007年6月20日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月18日
发明者M·X·杨, M·席, R·C·艾尔万杰尔, E·B·布莱彻尔, B·多诺索, L·L·庞, S·谢尔曼, H·胡, A·N·阮, A·N·勒纳尔, A·L·达布勒, A·山姆伽桑德拉姆, T·石川, Y·拉宾诺维奇, D·鲁波密尔斯基, Y－F·E·莫, S·T·阮 申请人:应用材料有限公司