用于在半导体衬底上无电镀沉积金属的装置的制作方法

专利名称：用于在半导体衬底上无电镀沉积金属的装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施一般地涉及用于半导体处理的无电镀沉积系统。
背景技术：
小于100纳米尺寸特征的金属化是当代和下几代集成电路制造处理的基本技术。更具体地，在诸如超大规模集成型器件(即，具有带几百万个逻辑门的集成电路的器件)的器件中，处于这些装置的核心的多级互连通常用通过用导体材料(诸如铜)填充高宽深比(即，大于约25∶1)的互连特征形成。在这些尺寸下，常规的沉淀方法(例如无电镀气相沉积和物理气相沉积)不能可靠地填充互连特征。因此，电镀技术(即，电镀和无电镀)已经出现作为用于在集成电路制造处理中无孔隙填充小于100纳米尺寸高宽深比互连特征的有前途的处理。另外，无电镀和无电镀处理也已经出现作为用于沉积后沉积层(例如覆盖层)的有前途的方法。
然而，对于无电镀处理，常规的无电镀处理系统和方法面临几个挑战，例如精密地控制沉积处理以及在所得到的沉积层中的缺陷率。更具体地，常规的系统受到较差的衬底温度控制的困扰，因为常规的无电镀镀单元上使用的电阻加热器和加热灯不具备沿衬底表面提供均匀温度的能力，这对无电镀沉积处理的均匀性是关键性的。另外，常规的无电镀系统无法实现对无电镀沉积室内部环境的控制，近来这已经显示出对缺陷率具有显著的影响。
此外，由于对环境和拥有成本(CoO)的关注，可以期望通过降低在衬底接收表面上得到足够的均匀覆盖所需的流量来减少昂贵的无电镀处理化学品的浪费。因为无电镀处理溶液输送到衬底表面的速度和均匀性会影响沉积处理的结果，所以需要均匀地输送各种处理溶液的装置和方法。当流体与衬底和支撑基板构件接触并在衬底和支撑基板构件之间流动时，还期望通过利用在衬底背面的传导和对流传热控制衬底温度也是需要的。
此外，尚未开发出用于无电镀沉积处理的实用且有效的集成台，其能够沉积具有最少缺陷的均匀层。因而，需要一种能够沉积具有最少缺陷的均匀层的集成无电镀沉积装置。

发明内容
本发明的实施例提供一种无电镀沉积系统。该系统包括处理主框架、设置在该主框架上的至少一个衬底清洁台和设置在该主框架上的至少一个无电镀沉积台。该无电镀沉积台包括环境受控的处理外壳、构造成清洁和活化衬底表面的第一处理台、构造成无电镀沉积一层到衬底表面上的第二处理台、以及设置在第一和第二处理台之间传送衬底的衬底传送舱。该系统还包括设置在主框架上并构造成访问处理外壳内部的衬底传送机械手。
本发明的实施例还提供设置为在半导体衬底上有效地沉积具有极少缺陷的导体层的无电镀沉积系统。该系统包括设置在处理主框架上的无电镀沉积外壳。该沉积外壳的内部环境是压力和温度受控的，并且包括第一和第二衬底处理台。第一衬底处理台设置为清洁和活化衬底，同时第二衬底处理台设置为无电镀沉积一层到衬底上。衬底舱设置在外壳内，并设置为在各个台之间传送衬底。
本发明的实施例进一步提供用于半导体处理的沉积系统。该沉积系统的实施例通常包括界定环境受控的处理容积的处理外壳、定位在该处理容积中的第一流体处理单元、定位在该处理容积中的第二流体处理单元、以及定位在该处理容积中并设置在第一和第二流体处理单元之间枢转地传送衬底的衬底舱。第一和第二流体处理单元通常包括流体扩散构件、设置为支撑与流体扩散构件平行的衬底的衬底支撑组件、以及可移动地定位为分送处理液到衬底上的流体分送臂。


本发明更具体的描述、以上简要地概述可以参考其中一些在附图中图解的实施例，更详细地理解本发明的上述特征。然而，应当注意的是，附图仅说明本发明的典型实施例，因此，不应认为是对其范围的限制，因为本发明可以有其它等效的实施例。
图1是示例性的无电镀的俯视图。
图2是示例性的沉积系统的透视图。
图3是除去外壳的示例性沉积系统的透视图。
图4是示例性的沉积系统的剖视图。
图5是示例性的流体处理台的剖视图。
图6是示例性的衬底支撑组件的透视图。
图7是示例性的流体处理平台的剖视图。
图8提供面朝上的无电镀沉积室的截面侧视图，其利用布置在室内的流体输送臂上的喷嘴。此外，显示了用于在该室内有选择地升高或降低衬底的衬底升降组件。在此视图中，衬底升降组件处于其降低位置。
图8A呈现图8的面朝上的无电镀沉积室的截面侧视图。在此视图中，衬底支撑组件处于其升高位置。
图8B呈现替代实施例中图8的面朝上的无电镀沉积室的截面侧视图。此时，枢转臂不仅适合于枢转，而且适合于轴向地移动。此外，扩散板此刻包括加热元件。
图9显示图8的面朝上的无电镀沉积室的俯视图。此时，相对于安装的衬底，流体入口系统的流体输送臂可见。
图10提供替代实施例中面朝上的无电镀沉积室的截面侧视图。此时，通过布置在处于室盖组件内的气体输送板中的一个或多个喷嘴输送处理流体。
图10A呈现图10的面朝上的无电镀沉积室的截面侧视图。在此视图中，在该室内提供气流分流器。在此视图中，气流分流器处于其降低位置。
图10B显示图10面朝上的无电镀沉积室的另一截面视图。此时，气流分流器处于其升高位置。
图11呈现又一另外的替代实施例中面朝下的无电镀沉积室的截面视图。此时，通过经布置在气体输送板中的喷嘴喷射流体，处理流体再次施加于衬底的接收表面。在此实施例中，室盖组件相对于衬底轴向地移动。
图12和13呈现可以与此处描述的无电镀沉积室一起使用的喷嘴的截面视图。
具体实施例方式
图1图示无电镀沉积系统100的实施例。系统100包括工厂界面130，该界面包括设置为与含衬底的盒子连接的多个衬底加载台134。工厂界面机械手132配置在工厂界面130内，并且设置为访问定位在加载台134上的盒子，并将衬底126送入和送出该盒子。该机械手132还延伸入将工厂界面130连接到处理主框架113的连接通道115。机械手132的位置允许访问加载台134，从那里取回衬底，然后将衬底126输送到定位在主框架113上的处理单元位置114、116其中之一，或者输送到退火台135。类似地，在衬底处理工序完成后，机械手132可以用于从处理单元位置114、116或退火台135取回衬底126。在此情况下，机械手132可以将衬底126送回配置在加载台134上的盒子中的一个，用于从系统100移去衬底。
工厂界面130还可以包括在系统100中于处理之前和/或之后用于检测衬底的计量检测台105。计量检测台105可以用于例如分析沉积在衬底上的材料的特性，例如厚度、平面度、晶粒结构、表面形貌等。可用于本发明实施例的示例性计量检测台包括BX-30先进互连测量系统(BX-30 Advanced InterconnectMeasurement System)，以及CD-SEM或DR-SEM检测台，所有这些可以从加利福尼亚州Santa Clara的Applied Materials公司购得。此外，提交于2003年10月21日、题为″Plating System withIntegrated Substrate Inspection″、共同转让的美国专利申请No.60/513,310说明一示例性计量检测台，该专利申请通过全文引用而除了与本发明不一致的均包含于此。
退火台135通常包括双位置退火台，其中冷却板136和加热板137彼此相邻配置，并具有紧邻其定位(例如，两个台之间)的衬底传送机械手140。通常设置衬底传送机械手140，在加热板137和冷却板136之间移动衬底。系统100可以包括多个退火台135，其中这些台135可以处于堆叠结构。此外，虽然退火室135被图示定位使得其可以从连接通道115访问，但本发明实施例不局限于退火台135的任何特定的结构或位置。同样地，退火台135可以定位成与主框架113直接连通，即，由主框架机械手120访问，或者退火台135可以定位成和主框架113连通，即，该退火台可以定位在与主框架113相同的系统上，但不与主框架113直接接触或不能由主框架机械手120访问。例如，如图1中所示，退火台135可以定位为与连接通道115直接连通，允许通过机械手132和/或120访问主框架113。退火室135及其操作的补充描述可以在提交于2004年4月13日、题为″Two PositionAnneal Chamber″、共同转让的美国专利申请No.10/823,849中得到，在此通过全文引用而除与本明不一致之外全部包含于此。
处理主框架113包括对中定位的主框架衬底传送机械手120。主框架机械手120通常包括设置为支撑和传送衬底的一个或多个叶片122、124。另外，主框架机械手120和附装的叶片122、124通常设置为独立地延伸、旋转、枢转以及垂直移动，以便主框架机械手120可以同时将衬底插入到定位在主框架113上的多个处理单元位置102、104、106、108、110、112、114、116，并从这些位置上将衬底移去。类似地，工厂界面机械手132也包括旋转、延伸、枢转以及垂直移动其衬底支撑叶片的能力，同时还允许沿从工厂界面130延伸到主框架113的机械手轨道150的直线移动。
通常，处理单元位置102、104、106、108、110、112、114、116可以是用在衬底处理系统中的任何数量的处理单元。更具体地，处理单元或位置可以设置为电化学镀单元、清洗单元、斜壁清洁单元、旋转清洗干燥单元、衬底表面清洁单元(总体包括清洁、清洗和蚀刻单元)、无电镀单元(包括预先和在后清洁单元、活化单元、沉积单元等)、计量检测台和/或可以有利地和沉积处理系统和/或台一起使用的其它处理单元。
每一相应的处理单元位置102、104、106、108、110、112、114、116和机械手132、120通常与处理控制器111通信，该控制器可以是基于微处理器的控制系统，其设置为接收来自使用者和/或定位在系统100上的各种传感器的输入信号，并根据输入信号和/或预定的处理配方适当地控制系统100的操作。另外，处理单元位置102、104、106、108、110、112、114、116还和流体输送系统(未显示)连通，该系统设置为在处理期间供应必要的处理流体到相应的处理单元位置，其通常也受系统控制器111的控制。此外，示例性处理流体输送系统可以在提交于2003年5月14日、题为″Multi-Chemistry Electrochemical ProcessingSystem″、共同转让的美国专利申请No.10/438,624中得到，该专利申请通过全文引用而除了与本发明不一致的都包含于此。
在示例性无电镀沉积系统100中，如图1所示，处理单元位置102、104、106、108、110、112、114、116可以设置如下。处理单元位置114和116可以设置为在主框架113上的湿法处理台和在连接通道115、退火台135以及工厂界面130中通常干法处理台或区域之间的界面。位于该界面的处理单元位置114、116可以例如是旋转清洗干燥单元和/或衬底清洁单元。每一处理单元位置114和116可以包括成堆叠结构的旋转清洗干燥单元和衬底清洁单元。作为选择，处理单元位置114可以包括旋转清洗干燥单元，同时单元位置116可以包括衬底清洁单元。在又一个实施例中，每一单元位置114、116可以包括旋转清洗干燥单元和衬底清洁单元的组合。可用于本发明实施例的示例性旋转清洗干燥单元的详细描述可以在提交于2003年10月6日、题为″SpinRinse Dry Cell″、共同转让的美国专利申请No.10/680,616中得到，该专利申请通过全文引用而除与本发明不一致之外均包含于此。
处理单元位置106、108可以设置为衬底清洁单元，并且更具体地，处理单元位置106、108可以设置为衬底斜壁清洁单元，即，设置为在沉积处理完成后从衬底的周边和可选的背面除去多余的沉积物的单元。示例性斜壁清洁单元在提交于2004年4月16日、题为″Integrated Bevel Clean Chamber″、共同转让的美国专利申请No.10/826,492中描述，该专利申请通过全文引用而除与本发明不一致之外均包含于此。本发明实施例进一步设想，如果需要，处理单元位置106、108可以从系统100省略掉。另外，如同此处将进一步论述的那样，处理单元位置106、108可以设置为无电镀沉积单元或单元对(cell pairs)。
处理单元位置102、104和110、112可以设置为无电镀沉积单元。无电镀沉积单元102、104、110、112可以按每个处理外壳302中定位两个处理单元的结构定位在处理外壳302内的主框架113上，即，处理单元110和112可以在第一处理外壳302中作为第一和第二处理单元操作，以及处理单元102和104可以在第二处理外壳302中作为第三和第四处理单元302操作。另外，如上所述，本发明实施例设想处理单元位置106和108可以具有定位在处理单元位置106、108上方的处理外壳302，并且如果必要，这些处理单元位置106、108可以设置为以类似于处理单元位置102、104、110、112的方式操作。
定位在处理外壳302中的无电镀处理单元可以包括电镀或电镀辅助单元，例如电化学镀单元、无电镀单元、无电镀活化单元和/或衬底清洗或清洁单元。在示例性无电镀处理系统100中，在平台100上每对单元中的一个流体处理单元将是活化单元，并且这对单元的另一个处理单元将是无电镀沉积单元。此结构通常在相对的处理外壳302中复制于平台100的相对侧上。例如，虽然本发明不局限于任何特定的结构，但当处理单元位置104设置为无电镀沉积单元时，处理单元位置102可以设置为无电镀活化单元。类似地，当处理单元位置110设置为无电镀沉积单元时，处理单元位置112可以设置为无电镀活化单元。在相应的处理外壳302中的处理单元通常在系统控制器111的控制下彼此独立地运转。
图2是示例性沉积系统的透视图，为了清楚，省略处理单元位置110、112的硬件。外壳302限定在这对处理单元位置110、112周围受控的处理环境。处理外壳302可以包括通常将处理容积平分为两个同样大小的处理容积312、313的中央内壁308。虽然中央内壁308是可选的，但当它被实施时，中央内壁308通常产生在处理单元位置110上方的第一处理容积312和在处理单元位置112上方的第二处理容积313。第一和第二处理容积312、313大体上被中央内壁308彼此隔离，然而，中央内壁308的较低部分包括在其中形成的凹口或狭槽310。设置凹口310的大小以容纳定位在处理单元位置110、112之间的衬底传送舱305。衬底传送舱305通常设置为在相应的处理单元之间(110←→112)传送衬底，而不需要使用主框架机械手120。衬底传送舱305可以是真空吸盘型的衬底支撑构件，其被设置为围绕一点枢转，使舱305的衬底支撑远端沿箭头303(示于图1)的方向移动，以在相应的处理单元位置110、112之间传送衬底。每一相应的处理容积312、313还包括装有阀门的端口304，其设置为允许机械手(例如主框架机械手120)访问相应的处理容积312、313，以插入衬底并从中移去衬底。
每一相应的处理容积312、314还包括定位在相应的外壳312、314上部的环境控制组件315(在图2中显示，为了清楚，从与处理外壳接触处去除)。环境控制组件315包括设置为向相应的处理容积312、313提供处理气体的处理气体源。处理气体源通常设置为向相应的处理容积312、313提供受控体积的惰性气体，例如氮、氦、氢、氩和/或这些气体的混合物，或者一般用于半导体处理的其它气体。环境控制组件315进一步包括微粒过滤系统，例如HEPA型过滤系统。微粒过滤系统用来从进入处理容积312、313的气流中除去微粒污染物。微粒过滤系统还用于产生朝向下方处理单元位置的通常线性和等流量的处理气流。环境控制组件315可以进一步包括设置为在相应的处理容积312、313中控制湿度、温度、压力等的器件。控制器111可以用于调节环境控制组件和排出端口314的操作，与处理系统100的其它部件一起，根据处理配方或从定位在处理容积312，313中的传感器或检测器(未显示)接收到的输入信号，控制处理容积312、313中的氧含量。
操作中，处理气体通常由环境控制组件315向处理容积312、313提供。举例来说，将处理气体引入到相应的处理容积312、313，促使用惰性气体填充封闭的处理环境内部，从而净化处理容积312、313内部、可能降低无电镀处理的气体，例如氧气。通常，在处理单元位置110、112上方的处理容积312、313的顶部或上部附近、并靠近相应的处理容积312、313的中心，处理气体源将处理气体输入到处理容积312、313。处理气体通常经HEPA型过滤系统引入处理容积312、313，该过滤系统设置为使空气中悬浮的颗粒减到最少，并平衡处理气体的流速和方向，使该气体线性地流动并以持续的流速流向处理单元位置110、112。
每一处理单元位置110、112还包括至少一个排出端口314(或者如果必要，多个辐射状配置的端口314)，该排出端口定位成便于处理气体从在环境控制组件315中的气体供应装置均匀流向处理单元位置110、112。排出端口314可以定位于在相应的处理位置110、112中处理的衬底下面，或者排出端口314可以从相应的处理位置110、112辐射状向外定位。无论怎样定位，排出端口314设置为便于处理气体的均匀流动，同时从相应的处理位置110、112可选地排空流体和化学品蒸气。
用于向处理容积312、313供应惰性气体的典型处理包括以介于约10slm和约300slm之间或者更具体地介于约12slm和约80slm之间的流速供应惰性气体。当相应的处理容积312、313关闭时，即，当装有阀门的访问端口304关闭时，惰性气体的流速可以降低。当装有阀门的端口304打开时，即，当衬底送入或送出处理外壳302时，处理气体流速增加，引起气体从处理外壳302溢出。设置这样的气体溢出，以防止环境气体尤其是氧气进入处理外壳内部。一旦装有阀门的端口304关闭，处理气体流速可以降至适合衬底处理的流速。在开始衬底处理之前，此流速可以保持一段时间，以便在开始处理工序之前可以从处理容积312、313中除去任何进入的氧气。排出端口314与处理气体供应装置协同工作，从处理容积312、313中除去氧气。排出端口314通常和标准制造设施排出系统连通，并用于从处理容积312、313中除去处理气体。在本发明的替代实施例中，处理容积312、313可以包括定位成与处理容积312、313流体连通的真空泵。该真空泵可以用来进一步减少在处理容积312、313中不需要的气体的存在。无论排出或泵结构，环境控制组件315通常设置为在衬底处理期间保持处理容积312、313内部的氧含量低于约500ppm，并且更具体地，在衬底处理期间低于约100ppm。
环境控制组件315、排出端口314和系统控制器111的组合还在特定的处理步骤期间使系统100控制处理容积312、313的氧含量，其中一个处理步骤可能需要适合于最佳结果的第一氧含量，以及第二处理步骤可能需要适合于最佳结果的第二氧含量，第一和第二氧含量彼此不同。除氧含量之外，控制器111可以设置为按照特定处理工序的要求控制处理外壳的其它参数，例如温度、湿度、压力等。这些具体的参数可以通过加热器、冷却器、加湿器、除湿器、真空泵、气源、空气过滤器、风扇等改变，所有这些可以包括在环境控制组件315中，并定位成与处理容积312、313流体连通，并且由系统控制器111控制。
处理容积312、313通常大小被设计促进无电镀处理，即，设计处理容积312、313大小，使环境控制组件315的气体供应装置在处理步骤中能够保持低的氧含量(通常少于约500ppm，或者更具体地少于约100ppm)，同时还提供足够的容积以支持该容积中流体溶液的蒸发，而不会达到处理容积312、313的蒸汽饱和状态。象这样，从定位在处理位置110、112之一中的衬底的上表面到该整个处理位置区域的处理容积312、313的顶部(此容积通常称为顶部空间)的垂直距离通常约6英寸和约40英寸高之间，并且具有处理位置110、112的直径或横截面。更具体地，顶部空间高度可以在约12英寸和约36英寸之间，处理容积312、313的水平尺寸通常接近相应的处理位置110、112的周长，其大小通常设计为比在相应的处理位置110、112处理的衬底直径大大约10％和大约50％之间。这些尺寸对本发明装置的操作是重要的，因为已经表明较小的处理容积易于蒸汽饱和，这对无电镀方法有负面影响。象这样，发明人确定，足够的顶部空间(从衬底到外壳顶部的距离，处理位置越过该距离的横截面积)对防止蒸汽饱和以及与其相关的缺陷是重要的。
就防止蒸汽饱和通常需要的顶部空间的容积而言，发明人发现，对于300mm的处理位置，每一处理位置110、112的顶部空间通常在约1000in3和约5000in3之间。如此，当设置为用于300mm衬底的处理时，本发明处理容积312、313的顶部空间通常例如在约1500in3和约5000in3之间，或在约2000in3和约4000in3之间，或在约2000in3和约3000in3之间。
当处理容积312、313通常彼此分隔时，狭槽310允许在一个处理容积中的气体进入相邻的处理容积。象这样，本发明实施例在一个处理容积中提供比在相邻的处理容积中更高的压力。此压差允许控制在相应的处理容积312、313之间的干扰，因为如果保持该压差，在处理容积之间的气流将以同样的方向和相同的速率流动。因此，处理单元中的一个可以设置为冷处理单元，例如活化单元，而另一个处理单元可以设置为热处理单元，例如无电镀沉积单元。在此实施例中，热处理单元加压到更高的压力，于是象这样，加热的流体处理单元始终使气体经狭槽310流入冷流体处理单元。此结构防止冷处理单元降低热处理单元的温度，因为热处理单元(即，无电镀沉积单元)通常比冷流体处理单元(即，活化单元)更容易由于温度变化产生缺陷。
在另一个实施例中，相应的处理容积312、313可以被中央内壁308彼此完全分隔，即，去掉衬底舱305和壁狭槽310。在此实施方例，主框架机械手120可以用于经相应的访问阀304分别维护或访问每一个隔离的处理容积312、313，并可以操作以在相应的处理容积312、313之间传送衬底。
图3是从中除去外壳302的示例性沉积台400的透视图。沉积台400通常代表在图1和2中所示的处理单元的实施例。在沉积台400中所示的处理单元可以是无电镀活化台402和无电镀沉积台404。衬底传送舱305配置在台402、404之间，并设置为在相应的台402、404之间传送衬底。台402、404中的每一个包括可旋转的衬底支撑组件414，该设备设置为支撑在相应的台中处于面朝上方向的待处理衬底401，即，衬底401的处理面远离支撑组件414。在图3中，台402在衬底支撑组件414上没有显示衬底401，而台404具有支撑在支撑组件414上的衬底401，显示相应的台处于加载和空置状态。通常地，相应的台402、404的硬件结构是一样的，然而，本发明实施例不局限于台402、404在其中具有相同硬件的结构。例如，发明人设想沉积台404可以具有温度受控压板403，这将更进一步描述，而活化台402可以设置为没有温度受控的压板403。
同样显示于图4的剖视图中的衬底支撑组件414包括支撑环结构411，其具有从其中伸出的多个垂直延伸的衬底支撑指部412。衬底支撑指部412通常包括设置为支撑衬底401的边缘或斜壁的向上水平表面，如同在图3中和在图4的剖视图中在处理位置404通常所示的那样。衬底支撑指部412可以进一步包括定位成使衬底401在相应的指部412上居中的垂杆构件415。衬底支撑组件414进一步包括升降组件413，这将参考图4所示进一步描述，该升降组件413被设置以垂直地驱动环411，从而指部412从相应的台402、404加载和卸载衬底401。
相应的台402、404各自包括流体分送臂406、408，其设置为在处理期间在衬底401上枢转，将处理流体分送到衬底401的正侧表面或生产表面上。流体分送臂406、408还可以设置为相对于衬底垂直地定位，即，臂406、408的流体分送部分可以距正在处理的衬底401表面约0.5mm和约30mm之间配置，或者更具体地在约5mm和约15mm之间，或在约4mm和约10mm之间。如果必要，在衬底处理期间，可以调整臂406、408的流体分送部分的垂直和/或角度位置。分送臂406，408中可以包括一个以上流体管道，因而，分送臂406、408可以设置为从其中分送多种流体溶液到衬底401上。
可以通过臂406或臂408分送的示例性溶液包括清洗溶液、清洁溶液、活化溶液、无电镀溶液以及辅助无电镀沉积处理所必需的其它流体溶液。另外，在相应的臂406、408中的流体管道(未显示)可以被加热/冷却以控制其中分送的流体的温度。在臂管道中的加热/冷却提供的好处就是，当流体穿过管道时，在分送到衬底上以前，没有时间冷却。因此，此结构促使提高依赖温度的无电镀沉积均匀性。此外，流体分送臂406、408的终端(即，分送处理流体的位置)可移动地定位在本发明的实施例中。象这样，臂406、408的流体分送部分和衬底表面之间的间隔可以被调整。此间隔促使处理溶液的飞溅减到最小，并且允许控制流体分送操作定位到产品表面上。用于分送流体的方法和装置的一个实施例在下面公开。
图4是示例性处理台402、404的剖视图。图4的剖视图还显示外壳302，其界定如上根据图2所述由中央内壁308分隔的第一和第二处理容积312、313。每一处理台402、404包括形成大体上水平的上表面的衬底处理压板组件403，该上表面设置为在处理期间紧邻衬底下方定位。压板组件403还在图5的详细剖视图中示出，其总体上包括定位在基板构件417上的流体扩散构件405，使流体扩散构件405和基板构件417在其间形成流体容积410。流体供给管道409与流体容积410流体连通，以及流体流动挡板416连接到基板构件417，并在流体容积410内定位于供给管道409的终端和流体扩散构件405的下表面之间。
流体扩散构件405包括贯穿其中形成的多个流体孔407，该流体孔407连接流体扩散构件405的上表面到流体扩散构件405的下表面。流体扩散构件405的周边部分通常与基板构件417密封连接，象这样，流体可以通过流体供给管道409引入流体容积410，并且由于流体引入在封闭的流体容积410中产生增大的流体压力，导致流体流过在扩散构件405中形成的孔407。
流体扩散构件405可以包括约10和约200个之间的流体孔407，该孔通常具有介于约0.5mm和约15mm之间的直径，或者更具体地介于约0.7mm和约3mm之间的直径。孔407可以垂直地定位，或者相对于扩散构件405的上表面成一定角度。孔407可以从垂直方向按约5°和约45°之间的角度定位，以促进沿扩散构件405的表面上的向外流体流图案。此外，可以设置倾斜的孔407以减少流体涡流。
在本发明的另一个实施例中，流体扩散构件405可以包括多孔材料，如多孔陶瓷，例如设置为使流体得以从其中流过。在此实施例中，通常不需要孔407，然而，发明人设想在必要处提供一些孔407与多孔的流体扩散构件405同时使用，以增强流体流动。陶瓷材料可能是有利的，因为它们天然亲水并且能够基本上是刚性的。在一个方面，扩散构件405可以设计为具有尺寸为约0.1微米到约500微米的孔。因为通过扩散构件405的流体流动阻力是扩散构件405厚度的函数，所以在必要时可以改变或变化此特征，以提供所需的流体流动特性。
在本发明的另一个实施例中，基板417可以具有贯穿其中形成的多个流体供给管道409，其中每一流体供给管道409设置为供应流体到单独的和/或特定的孔407。更具体地，此实施例可以用于提供区域流体供应系统，其中分离的加热的流体经过单独的或成组的孔407供应到衬底背面的不同区域，由于单独的孔407的位置以及流过单独的孔407的加热的流体的温度，从而控制整个衬底的温度变化。此实施例例如可以用于在处理期间在衬底中心或边缘附近产生升高的温度。
基板417和扩散构件405可以由陶瓷材料(例如充分压制的氮化铝、氧化铝Al2O3、碳化硅(SiC))、聚合物涂覆的金属(例如TeflonTM聚合物涂覆的铝或不锈钢)、聚合材料或适合于半导体流体处理的其它材料制成。优选的聚合物涂层或聚合材料是氟化聚合物，如Tefzel(ETFE)、Halar(ECTFE)、PFA、PTFE、FEP、PVDF等。本发明流体处理单元500的结构、部件和操作的更详细描述可以在提交于2003年10月6日、题为″Apparatusto Improve Wafer Temperature Uniformity for Face-up WetProcessing″、共同转让的美国专利申请No.10/680,325中得到。
操作中，衬底401被指部412固定，并且垂直地定位在流体扩散构件405的正上方。流体扩散构件405和衬底401之间的空间被经管道409分送穿过扩散构件405的温度受控的流体填充。流体接触衬底401的背面，并向那里传热以加热衬底。在此实施例中，衬底通常与扩散构件405的上表面成平行关系定位，并且离扩散构件405的上表面约0.1mm和约15mm之间，并且更具体地，离扩散构件405的上表面约0.5和约2mm之间。
在本发明的另一个实施例中，压板组件403的内部可以包括加热器433，其可以是电阻型加热器，设置为提高压板组件403的温度以加热正在处理的衬底401。类似地，流体管道409和/或流体供应装置可以包括加热器件，其设置为在流体接触定位在支撑指部412上的衬底401之前，加热通过管道409的流体。加热器可以与系统控制器111通信，以便控制器111可以调节相应的加热器的操作，控制流体和正在处理的衬底的温度。
定位待处理的衬底401的处理通常包括在加载位置和处理位置之间移动升降组件413。在图4的左边处理台402中所示的处于加载位置的升降组件413，该升降组件处于垂直位置，使支撑指部412延伸至上收集环418的上方。在此位置，流体分送臂406垂直地定隔在指部412的上方，以允许衬底401的加载。臂406(以及沉积系统的其它流体分送臂)包括可伸缩地容纳上臂构件425的固定基座构件426。驱动电机相对于基座构件426可伸缩地移动上臂构件425，以调整臂406的垂直位置。衬底401被主框架机械手120或衬底舱305定位在支撑指部412的上方，然后可以垂直地驱动指部412，以从相应的机械手/舱120、305移去衬底401。一旦衬底401被指部412支撑在机械手/舱120、305上方，机械手/舱120、305可以从衬底401下方移开，并且指部412可以降低至处理位置。
在图4的右边处理台404中所示的处于处理位置的升降组件413，升降组件413垂直地定位，以便指部412将衬底401定位在紧邻收集环418、419之一的垂直位置。在该处理位置中，流体分送臂408降低并紧邻衬底401的上表面定位，如图4中在处理台404处所示。升降组件413通常被动力起重螺旋组件427驱动，该动力起重螺旋组件设置为垂直地驱动升降组件413以及附装到其的部件。更具体地，流体处理单元的较低部分连接到升降组件413，并与之协同移动。处理单元的较低部分通常包括衬底支撑组件414(包括指部412和环411)、较低的分界壁424以及排出装置314。压板组件403保持固定，并且不随升降组件413移动。
参照图6，衬底支撑组件414通常包括指部412、垂直杆构件415、衬底支撑表面415A和环411。放置在衬底支撑表面415A上的衬底被垂直杆构件415捕获或保持。在本发明的一个方面，设计衬底支撑组件414，使各种部件的热膨胀不会影响衬底支撑组件414保持位于衬底支撑表面415A上衬底的能力。衬底支撑组件414的热膨胀可能导致放置在垂直杆构件415之间的衬底错位和/或损坏。减少热膨胀的一个方法是用具有低热膨胀系数的材料(例如，钨、氧化铝或碳化硼)设计衬底支撑组件414。在另一个方面，环411可以设计为具有使指部412和垂直杆构件415的移动减到最小的几何形状。
每一相应的处理台402、404的下部各自包括多个分界壁组件422。分界壁组件422设置为与升降组件413在图4中位置402处所示的加载位置和图4中位置404处所示的处理位置之间协同移动。分界壁组件422通常包括刚性地连接到主框架113的上分界壁423、以及连接到升降组件413并设置为随其移动的下分界壁424。下分界壁424(具体地，定位为最接近该单元的最靠里的一对壁424)可以用流体(如去离子水)填充，流体操作用于将处理台402、404的下部与封闭环境之外的环境密封。例如去离子水通常经过滴注机构连续地供给到下分界壁424之间的空间。流体密封分界壁组件422的使用，使本发明的处理台402、404得以将该台402、404的旋转密封件428从该台的竖直密封件解耦，也就是，在常规单元中，旋转密封件以及竖直密封件定位在共用的轴上，例如本发明中的管道409。分界壁组件422使图7中所示的密封件428仅仅是旋转密封件，而不是在流体处理系统中难以操作的旋转密封件和垂直滑动密封件的组合。
如上所述，台402、404中的每一个还可以包括上流体收集环418和下流体收集环419，如图4、5和7所示。相应的收集环418、419通常包括从相应的台402、404的内壁向内和向上延伸的环形构件。环418、419可以连接到单元的内壁，或者可以是单元内壁的一体部分。收集环418、419的内侧终止边421a、421b通常大小为具有比正在处理的衬底401的直径大大约5mm和大约50mm之间的直径。象这样，在处理期间衬底401可以经相应的环418、419垂直地升高和降低。另外，收集环418、419中的每一个还分别包括设置为收集落在流体收集环418、419上的处理流体的流体排液管420a、420b(参见图7)。流体排液管420a、420b与排出端口314流体连通，如图7所示。排出端口314连接到气体和流体可以彼此分离的分离箱429。分离箱429包括定位在箱429上部的排气端口430、以及定位在该箱下部的流体排出口431。分离箱429进一步包括取回端口432，其设置为将在收集环418，419上收集的处理流体传递到供重新使用的回收装置。
参照图7，收集环418和419设置为允许在每一处理台402、404内的多个垂直位置进行衬底401的流体处理。例如，可以定位衬底401，使衬底401的上表面定位在上收集418终端421a的稍上位置，用于第一流体处理步骤。第一处理流体可以被流体分送臂406、408分送到衬底401上，同时衬底401在约5rpm和约120rpm之间的转速下旋转。衬底401的旋转导致分送到该衬底上的流体辐射状地向外流动离开该衬底。当流体流过衬底的边缘时，流体向外和向下流动，并在上收集环418上被接收。该流体可以被流体排液管420a捕获，并且如果必要，再循环用于以后的处理。
一旦第一流体处理步骤完成，衬底401可以垂直地移到第二处理位置，在在此位置，衬底401的上表面定位在下收集环419终端421b的稍上位置，用于第二流体处理步骤。在此位置，以类似于第一流体处理步骤的方式处理衬底401，并且在此处理中使用的流体可以被流体排液管420b收集。此结构的优势在于，多种流体处理化学品可以在一个处理台中使用。另外，流体处理化学品可以是相容或者不相容的，因为每一具有独立流体排液管420a、420b的分离的流体收集环418、419允许分别收集不相容的处理流体。
操作中，本发明沉积系统100的实施例可以用于实施无电镀预清洁步骤、无电镀活化步骤、无电镀步骤、无电镀后清洁步骤和/或可以用于无电镀镀处理的其它处理步骤。现在根据图1-5中所示的本发明实施例描述用本发明实施例实施无电镀处理的示例性工序。无电镀处理通常从衬底插入封闭的处理环境302中开始。插入处理通常包括打开装有阀门的访问端口304，然后用主框架机械手120将衬底401插入处理环境302。衬底401按面朝上的方向插入，即，衬底401将要电镀的面朝上。
一旦衬底插入封闭的处理环境302，主框架机械手120将衬底定位到在处理台404中的支撑指部412上，然后该主框架机械手从处理外壳302收回。于是，指部412可以垂直地定位待处理的衬底401，同时装有阀门的访问端口304关闭。在插入处理期间(即，在装有阀门的访问端口304打开的时段内)，在环境控制组件315中的气体供应装置打开，并且用惰性处理气体填充封闭的处理环境302。惰性气体流入处理容积的处理导致处理气体经装有阀门的端口304外流，防止周围气体(尤其是氧气)进入封闭的处理环境302，因为已知氧气对电镀材料(尤其是铜)有不利影响(氧化)。在装有阀门的访问端口304关闭后，处理气体流持续，并通常继续到装有阀门的访问端口304打开之前。在无电镀清洁、无电镀活化和无电镀工序期间，处理气体的流动继续，并且一旦装有阀门的访问端口304关闭，排出端口314、气体出口和/或真空泵可以用于在封闭的处理环境302中保持所需的处理压力。气体供应装置、HEPA过滤器和排出端口314的组合用于在特定的处理步骤期间控制封闭的处理环境302中的氧含量，也就是，如果必要，对于每一单独的处理步骤，外壳302中的氧含量可以被控制和优化。
一旦衬底定位在处理单元中，本发明的无电镀处理通常从衬底预清洁处理开始。预清洁步骤从定位在上收集环418终端421a之上通常约2mm和约10mm之间位置处的衬底上表面开始。借助于用流体分送臂406分送到衬底表面上的清洁液，完成清洁处理。清洁液可以在降低处理期间分送到衬底表面上，以节省处理时间并提高该单元的吞吐量。根据所需的清洁特性，清洁液可以是酸性或者碱性的溶液，并且根据处理配方可以控制(加热或冷却)清洁液的温度。另外，清洁液可以包括表面活性添加剂。衬底通常介于约10rpm和约60rpm之间旋转，导致清洁液辐射状地向外流动离开该衬底，并且流到上收集环418上，清洁液被捕获、传输到排液管420a，然后经排出端口314传送到分流箱429，如果必要，用于分流和再循环。
一旦衬底已经被清，通常清洗衬底表面。清洗处理包括在旋转衬底的同时，分送清洗液如去离子水到衬底表面上。以从衬底表面有效地除去任何残留清洁液的流速和温度分送清洗液。以足够推动清洗液离开衬底表面的速度(即，例如在约5rpm和约120rpm之间的速度)旋转衬底。
一旦衬底已经被清洗，可以采用第二清洗步骤。更具体地，在通常包括施加酸性活化液到衬底表面的活化步骤之前，该衬底表面可以首先用酸性调节清洗液处理。例如为了运用酸性活化液，促使调节衬底表面的调节清洗液通常包括酸，如在活化液中使用的酸。可以用于调节液的示例性酸包括硝酸、基于氯化物的酸、甲基磺酸以及通常在无电镀活化液中使用的其它酸。根据用于调节处理的化学品和用于预清洁处理的化学品的相容性，衬底调节处理可以在邻近上收集环418的处理位置实施，或者衬底可以降到邻近下收集环419的处理位置。
一旦衬底已经被调节，随着衬底紧邻下收集环419定位，活化液施加于衬底表面。活化液经臂408分送到衬底上，并且由于衬底旋转，辐射状地向外流过衬底的边缘，然后流到收集环419上。然后活化液被流体排液管420收集，用于再循环。活化液通常包括具有酸性的钯基溶液。在活化步骤期间，通常圆形并且直径类似于扩散构件405的衬底背面通常距扩散构件405的上表面约0.5mm和约10mm之间定位。衬底背面和扩散构件405之间的空间用温度受控的流体填充，该流体可以是由形成于扩散构件405中的流体孔407分送的去离子水。由孔407分送的温度控制流体(通常是加热的流体，但也可以是冷却的流体)接触衬底的背面，然后从流体传递热量到衬底/从衬底传递热量到流体，以加热/冷却供处理的衬底。流体可以连续地供给，或者可以供给预定量的流体，然后停止流体供给。在活化处理期间，可以控制接触衬底背面的流体流动以保持恒定的衬底温度。另外，在活化处理期间，衬底可以在约10rpm和约100rpm之间旋转，促进均匀的加热/冷却以及流体分布。
一旦衬底表面已经活化，另外的清洗液和/或清洁液可以施加于衬底表面，清洁其中的活化液。活化后可以使用的第一清洗液和/或清洁液包括另一种酸，优选地选择与活化液的酸匹配。酸后清洗之后，衬底还可以用中性溶液如去离子水清洗，从衬底表面除去任何残留的酸。根据化学品的相容性，后活化清洁以及清洗步骤可以在上处理位置或下处理位置实施。
当活化步骤完成时，衬底可以用衬底舱305从活化台402传送到沉积台404。传送处理包括用升降指部412举起衬底离开活化台402，移动舱305到衬底下，放下衬底到舱305上，然后从活化台402传送衬底到沉积台404。一旦衬底处于沉积台404中，用于沉积台404的衬底支撑指部412可以用来从舱305移开衬底，然后定位供处理的衬底。
衬底的定位通常包括定位该衬底紧邻用于预清洁处理的上收集环418。预清洁处理包括用臂408分送预清洁液到衬底上，其中预清洁液通常选择具有与随后应用的无电镀溶液类似的pH值，以便预清洁液可以将衬底表面调节到沉积溶液的pH值。预清洁液可以是与调节步骤后使用的无电镀沉积液的基本溶液(foundation)相同的碱性溶液。衬底表面用具有与电镀液相同pH值的溶液的预清洁，还提高用于沉积处理的衬底表面的浸润性。预清洁液可以根据处理配方的需要加热或冷却。
当衬底表面已经用碱液调节时，无电镀沉积处理中的下一个步骤是施加镀液到衬底表面。镀液通常包含以纯金属或几种金属的合金的形式沉积到衬底表面上的金属，如钴、钨和/或含磷的(phosphorous)等。镀液pH值通常为碱性，并且可以包含有利于无电镀处理的表面活性剂和/或还原剂。衬底通常下降到用于沉积步骤的下收集环419稍上方的位置。象这样，通过臂408施加的沉积液向外流过衬底的边缘，并且被收集环419接收，在收集环419处，可以被排液管420b收集用于可能的再循环。另外，在该沉积步骤期间，衬底背面通常离扩散构件405的上表面约0.5mm和约10mm之间定位，或者在约1mm和约5mm之间。衬底背面和扩散构件405之间的空间被温度受控(通常被加热)的流体填充，该流体可以是经形成于扩散构件405中的流体孔407分送的去离子水。从孔407分送的温度受控流体接触衬底的背面，然后从流体传递热量到衬底，加热用于沉积处理的衬底。在整个沉积处理期间，流体通常连续地供应。控制沉积处理期间接触衬底背面的流体流动，以在沉积处理期间保持恒定的衬底温度。另外，在沉积处理期间，衬底可以在约10rpm和约100rpm之间旋转，促进施加于衬底表面的沉积液的均匀分布和均匀加热。
一旦沉积处理完成，衬底表面通常在包括施加后沉积清洁液到该衬底的后沉积清洁步骤中清洁。根据处理化学品的相容性，后沉积清洁处理可以在上或下处理位置实施。后沉积清洁液通常包括具有与电镀液大致相同pH值的碱性溶液。在清洁处理期间，旋转衬底以促使清洁液离开衬底表面。一旦清洁处理完成，衬底可以用例如去离子水清洗，然后旋转干燥，从衬底表面除去任何残留的化学品。做为选择，可以通过使用具有高蒸气压的溶剂如丙酮、酒精等蒸发干燥衬底。
在本发明的示例性处理系统100中，处理单元位置102和112可以设置为进行无电镀预清洁处理、无电镀活化处理和无电镀后活化清洁处理，同时处理单元位置104、110可以设置为无电镀沉积单元和无电镀后沉积清洁单元。在此结构中，从相应的处理回收化学品是可能的，因为在相应的处理位置，相应的活化化学品和沉积化学品分离。此结构的另一个优点在于，衬底在惰性环境中从活化液传送到无电镀沉积溶液，因为用于流体处理单元位置102、104、110、112的处理空间在封闭的处理环境302内。此外，处理外壳在加载和处理期间充满惰性气体，象这样，封闭的处理环境302内部氧气比率显著地降低，例如氧气少于约100ppm，或者更具体地氧气少于约50ppm，或者更进一步氧气少于约10ppm。显著减少的氧含量、紧密的接近度(proximity)、以及在活化和电镀单元之间快速传送时间(通常少于约10秒)的结合，起到防止在活化和沉积步骤之间衬底表面氧化的作用，这对于常规的无电镀系统是重大的挑战。
本发明整个流体处理步骤中，衬底位置可以改变。更具体地，衬底相对于流体扩散构件405的垂直位置可以改变。例如，如果必要，距扩散构件405的距离可以增大，以降低衬底在处理期间的温度。类似地，衬底到扩散构件405的接近度可以减小，以提高衬底在处理期间的温度。
本发明实施例的另一个优点在于，处理系统100可以使用具有相容或不相容化学品。例如，在使用不相容化学品(如酸性活化液和碱性镀液)的处理工序中，酸性溶液通常在一个单元或台中单独使用，而碱性溶液在另一个单元中单独使用。这些单元可以相邻定位，并且衬底可以用舱305之一在相应的单元之间输送。在输送到相邻的单元之前，衬底通常在每一单元中清洁，防止来自一个单元的化学品污染另一个单元。另外，每一处理台或单元内的多个处理位置(例如收集环418、419的位置)允许在一个单元或台中使用不相容的化学品，因为相应的化学品可以被不同的收集环418、419收集，并保持彼此分离。
本发明实施例还可以设置为一次使用型化学品单元，即，一次剂量的处理化学品可以用于一个衬底，然后被丢弃而没有溶液回收，即，不用来处理另外的衬底。例如，处理系统100可以利用共用的单元活化、清洁和/或后处理衬底，而用其它单元实施无电镀沉积和/或沉积后清洁步骤。既然这些步骤中的每一个可能使用不同的化学品，单元通常设置为必要时向衬底供应所需化学品中的每一种，并且一旦该步骤完成，从那里排出使用的化学品。然而，这些单元通常不设置为回收化学品，因为从一个单元回收不同的化学品存在实质上的污染问题。
可以用于本发明实施例的另外的处理单元可以在授权于2001年7月10日、题为″In-Situ Electroless Copper Seed LayerEnhancement in an Electroplating System″、共同授权的美国专利申No.6,258,223，以及提交于2001年12月26日、题为″ElectrolessPlating System″、共同转让的美国专利申请No.10/036,321中得到，其通用全文引用而除与本发明不一致的均包含于此。
喷雾分送系统图8图示面朝上的无电镀沉积单元1010的一个实施例的截面侧视图，其与如上所述的相应的台402、404类似。面朝上定位的衬底参见图8中1250。术语“无电镀镀处理”(或无电镀沉积处理)意指通常包括沉积无电镀沉积膜到衬底上所执行的全部处理步骤，包括例如预清洁处理步骤(衬底预备步骤)、无电镀活化处理步骤、无电镀沉积步骤以及后沉积清洁和/或清洗步骤中的一个或多个。
无电镀沉积单元1010包括单元主体1015。该单元主体1015可以由已知不与流体处理(无电镀或ECP)溶液起反应的各种物质制成。这样的物质包括塑料、聚合物和陶瓷。在图8的设置中，单元主体1015为单元1010界定了形成径向侧壁的环状主体。单元主体1015在其上端容纳并支撑盖组件1033。整个底壁1016沿其底端提供有单元主体1015，并且可以用基板1012支撑。底壁1016具有用于容纳衬底支撑组件1299的开口。衬底支撑组件1299的特点描述如下。
在一个实施例中，衬底支撑组件1299通常包括基板构件1304、以及连接其的流体扩散构件1302。在图8-11中描绘的衬底支撑组件1299说明了如上所述压板组件403的另一个实施例。环状密封件1121(如O环形密封件)定位在流体扩散构件1302的周边附近。环状密封件1121通常设置为与基板构件1304的顶部、外缘接合，以在流体扩散构件1302和基板构件1304之间产生流体密封，以便于流体传送处理。
基板构件1304通常界定实心的盘状构件，其具有贯穿其中部或者穿过在板1304上另一个位置的流体通道1308。基板1304优选地由陶瓷材料或涂覆的金属制造。PVDF材料也可以使用。流体容积1310在基板构件1304上方和流体扩散构件1302下方形成。照这样，流体扩散构件1302定位在基板构件1304上方。流体容积1310通常具有在流体扩散构件1302和基板1304之间约2mm和约15mm之间的空间；然而，可以使用更大或更小的空间。
流体扩散构件1302包括贯穿其中形成的多个流体通道1306。流体通道1306连接流体扩散构件1302的上表面到流体容积1310。如同标记的那样，流体扩散构件1302的周边部分通常与基板构件1304密封连通。这样，流体可以经流体入口1308引入流体容积1310。流体从流体通道1308流入封闭的流体容积1310，然后经过在扩散构件1302中形成的流体通道1306，进入在衬底1250背面和流体扩散构件1302之间的热传递区域1312。
在图8的设置中，流体源参见1203。更具体地说，流体源是去离子水。流体从DI水源1203流出，并经过衬底流体加热器1164。流体加热器1164将水加温到要求的温度。此处使用的流体加热器1164可以是传递能量进入处理流体的任一类型装置。优选地，加热器是套式电阻加热器(例如，加热器经过入口管的壁加热流体)，而不是浸入型加热器(例如，加热元件接触溶液)。连同处理控制器1280和温度探针1154(未显示)使用的加热器1164能够用来保证进入热传递区域1312的DI水的温度是要求的温度。
DI水离开加热器，然后经过管1166流向流体入口1308。从那里，DI水被注入，通过基板构件1304，穿过流体扩散构件1302，然后进入在流体扩散构件1302和衬底1250之间的热传递区域1312。在衬底1250后面，加温流体的存在接着加温衬底1250的背面。均匀并且升高的衬底温度促进无电镀操作。多个加热带1112可以任选地嵌入基板构件1304，并且如果必要，可以分别控制，以便更准确地控制流入热传递区域1312的DI水的温度，从而更准确地控制处理期间衬底的温度。更具体地，分别控制加热带1112允许精确控制衬底表面，这对无电镀处理是重要的。
作为对如上所述加热装置的替换，任选的加热线圈1112可以从基板1304移开，然后安装到扩散板1302中。为了适应此再设计，基板1304可以变薄，同时扩散板1302的几何形状增大。当去离子水流过流体入口1308时，它从加热的扩散板1302下面通过，经过流体通道1306，然后进入在衬底1250背面和流体扩散构件1302之间的热传递区域1312内。这样一个替代的设置示于图8B。在此设置中，单独的流体加热器1164可以任选除去。
基板1304和扩散构件1302可以由陶瓷材料(例如充分压制的氮化铝、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC))、聚合物涂覆的金属(例如TeflonTM聚合物涂覆的铝或不锈钢)、聚合物材料或适合于半导体流体处理的其它材料制成。优选的聚合物涂层或聚合材料是氟化聚合物，如Tefzel(ETFE)、Halar(ECTFE)、PFA、PTFE、FEP、PVDF等。
应当补充，可以设置流体通道1306相对于衬底1250的背面引导DI水。在衬底1250背面上水的存在不仅加温衬底1250，而且防止无电镀流体不符合要求地接触衬底1250的背面。
多个衬底支撑指部1300通常紧邻流体扩散构件1302的周边定位。该衬底支撑指部1300设置为在流体扩散构件1302上以所需的距离支撑衬底1250，形成热传递区域1312。机械手叶片(未显示)可以插在衬底1250下面和指部1300之间，举起并除去衬底1250。在替代结构中，连续的环(未显示)代替衬底支撑指部1300，可以用来支撑衬底。在此结构中，升降销组件(未显示)也可以用来从该连续的环举起衬底。这样，机械手叶片可以再次访问衬底1250的底部，以便它可以被送入和送出单元1010。流体处理单元1010进一步包括狭槽1108。该狭槽界定贯穿侧壁1015形成的开口，以提供通道供机械手(未显示)将衬底1250输送到单元1010以及从单元1010取回。
在图8的单元1010结构中，通过利用上轴承1054A和下轴承1054B，衬底支撑组件1299能够有选择地沿轴向移动以及在基板支撑1301周围旋转。为了这些目的，首先提供衬底支撑升降组件1060。衬底支撑升降组件1060包括衬底支撑组件电机1062。在一种布置中，衬底支撑组件电机1062是使导引螺杆1061旋转的精密电机。电机1062的旋转运动转换成指部滑块1064的线性运动。指部滑块1064沿带槽的外壳1066安放(ride)，以便上下推动该滑块。在这种情况下，电机1062优选是电力致动的。做为选择，衬底支撑组件电机1062可以是气动的气缸。
衬底支撑升降组件1060还包括衬底支撑指部电机1052。指部电机1052使衬底支撑指部1300和所支撑的衬底1250旋转。衬底支撑指部1300绕由非旋转的基板支撑1301形成的轴旋转。衬底支撑构件1299的转速可以根据正在进行的具体处理(例如沉积、清洗、干燥)改变。就沉积来说，衬底支撑构件适合于以相对低的速度旋转，根据流体的粘度例如在约5RPMs和约150RPMs之间，以便凭借流体惯性沿衬底 1250的表面散布流体。就清洗而论，衬底支撑构件1299适合于以相对中等的速度旋转，例如在约5RPMs和约1000RPMs之间。就干燥而言，衬底支座适合于以相对快的速度旋转，例如在约500RPMS和约3000RPMs之间，以便旋转干燥衬底1250。
基板支撑1301通过底座构件1013和1014安装到室底部或台(未显示)。因此，在该优选实施例中，基板构件1304没有被衬底支撑升降组件1060移动，而是作为衬底支撑指部1300的导板。提供上轴承1054A和下轴承1054B，使这样的支撑得以实现。基板支撑1301还充当用于电线(未显示)和通过衬底流体入口管线1166供料的入口管1308的管道。线和管穿过在底部构件1014中的基板管道1305。
图8A呈现图8的面朝上的无电镀沉积室的截面侧视图。在此视图中，衬底升降组件1060处于其升起位置。衬底1250被举起，离开基板1304的表面，允许在处理单元1010的环境温度下处理，因为衬底没有被与流体容积1310和底部构件1304接触的流体加温。这也是在机械手进入以拾取处理的衬底1250之前，典型地放置衬底1250的位置。
处理单元1010还包括流体入口系统1200。流体入口系统1200操作以输送各种处理流体(例如，溶液1202、溶液1204以及溶液1206、惰性气体源1207等)到衬底1250的接收表面。根据应用，用于流体处理单元1010的处理流体的数量将会变化，并且如图8所示很可能超过三个。提供计量泵1208与每一溶液1202、1204、1206相连。此外，为控制每一溶液1202、1204、1206释放进入相应的前管线1210，提供分送阀1209。流体1202、1204、1206有选择地从前管线1210经入口管1225引入该单元1010。如图8通常描绘的那样，分送阀1209可能设置为在化学品从分送阀1209上游的处理流体源上游释放之后，清洗前管线1210。
过滤器1162任选地结合到入口系统1200中，防止过滤器1162上游产生的微粒污染流体处理单元1010，并且最终污染衬底1250。在入口管线1225需要在移开衬底之前或在处理步骤之间清洗的情况下，由于滤膜的大表面积，过滤器的加入可能极大地增加清洗该管线花费的时间，因而不可以使用。
在本发明的另一个方面，加热器1161结合到入口系统1200中，在流体进入处理区域1025之前加热流体。在本发明中设想的加热器1161可能是传递能量进入处理流体的任一类型器件。优选地，该加热器1161是套式电阻加热器(例如，加热器经过入口管壁加热流体)，而不是浸入型加热器(例如，加热元件接触溶液)。与控制器1280一起使用的加热器1161能够用来保证进入流体处理单元1010处理区域1025的处理流体的温度是要求的温度。
在本发明的另一个方面，加热器1161是微波功率源，并且流过所用的微波谐振腔，快速地将能量传入处理流体。在一个实施例中，微波功率源在2.54GHz、以约500W到约2000W的功率运转。在串联微波谐振腔加热器的一个实施例中，在即将进入处理单元之前快速升高各种溶液(例如，清洁化学品、清洗液以及后清洁溶液等)的温度到最优程度。在一个实施例中，可以使用两个分离的微波加热器有选择地加热分离的流体管线。
在本发明的另一个方面，流体除气单元1170结合到入口系统1200中，在处理流体进入处理区域1025以前，除去其中任何截留或溶解的气体。因为溶解氧会抑制无电镀沉积反应，氧化露出的金属表面，并且在无电镀清洁步骤期间影响蚀刻速率，流体除气单元的使用能够有助于降低由存在于处理流体中的溶解氧所引起的任何腐蚀和/或方法易变性。流体除气组件通常定义为能够从溶液中排出溶解气体的任何单元，例如，通过利用气体渗透膜以及真空源。流体除气单元能够购得，例如，从马萨诸塞州Billerica的Mykrolis公司。
在流体处理单元1010中发现的每一相应的部件以及其它外部系统部件(在下面论述)优选地与处理控制器1280通信，处理控制器可以是基于微处理器的控制系统，设置为从使用者和/或定位在该系统上的各种传感器接收输入信号，并根据该输入信号适当地控制该室以及外部系统的操作。控制器1280包括被该控制器使用、以保留各种程序、处理这些程序并且必要时执行这些程序的存储器(未显示)和CPU(未显示)。存储器连接到CPU，并且可以是一个或多个易于得到的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或其它任何形式的本地或远程数字存储器。软件指令和数据能够被编码并存储在存储器内，用于指令CPU。辅助电路(未显示)也连接到CPU，用于按常规方式辅助处理器。该辅助电路可以包括高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统以及在现有技术中已知的所有类似物。控制器1280可读取的程序(或计算机指令)决定在处理室中可实施的任务。优选地，该程序是控制器1280可读取的软件，并且包括根据规定的规则和输入数据监视与控制无电镀处理的指令。
在图8、8A和8B的单元实施例中，流体入口系统1200通过喷涂机构运转。更具体地说，处理流体(例如流体1202、1204、1206)经流体输送臂1406有选择地输送到衬底1250的接收表面。多个喷嘴1402沿流体输送臂1406形成。喷嘴1402接收来自入口管1225的流体，然后将该处理流体引向衬底1250的接收表面。喷嘴1402可以在输送臂1406的一端或沿该臂1406的一段布置。在图8、8A和8B的设置中，一对喷嘴1402等距离分隔排列。
在图8的结构中，臂1406具有使末端延伸到衬底1250中心上方的长度。优选喷嘴1402中的至少一个定位在流体输送臂1406的末端。还优选流体输送臂1406在分送臂电机1404周围可动，适合于使臂1406旋转往返于衬底1250的中心。在图8、8A和8B中，流体输送臂1406随臂电机1404的移动而枢转。臂电机1404优选地布置在护板构件1410后面，使臂电机1404局部地与腔室处理区域1025隔离。
在一个实施例中，流体输送臂1406不仅适合于枢转，而且适合于同时轴向地移动。图8B呈现在替代实施例中，图8的面朝上的无电镀处理室的截面侧视图。此时，枢转臂1404连接到轴向电机1080(例如，线性电机)。如果必要，臂1406在轴向的移动使该臂1406得以有选择地移动，更接近衬底1250。
图9图示图8的面朝上的无电镀处理室的俯视图。此时，流体入口系统1200的流体输送臂1406相对于安放的衬底1250可见。显示支撑衬底1250的四个说明性的支撑指部1300。在此视图中，臂1406旋转离开衬底1250。此定位使衬底1250得以用升降销或衬底升降组件(例如上述的组件1060)举起。然而，箭头1004指示臂1406的旋转移动路径，表明在处理期间，臂1406可以使喷嘴1402旋转到衬底1250上方。输送臂1406在衬底1250上方的移动提高了衬底1250的流体覆盖度。优选地，在来自喷嘴1402的流体分送期间，衬底支撑构件旋转，以便提高流体分布的均匀性以及该系统的吞吐量。
在另一个实施例中，处理流体通过紧邻衬底旋转轴布置的一个或多个喷嘴输送。同时，载气(例如N2或Ar)通过沿衬底外边缘布置的喷嘴输送。在流体输送操作期间，衬底优选被旋转。在衬底1250边缘附近的注入载气形成绕处理区域1025的气体覆盖层。该气体覆盖层取代可能徘徊在该处理区域内的任何残留的O2。无电镀沉积处理领域的普通技术人员完全了解，氧气对某些处理步骤具有不利的影响，例如化学活化步骤。
在一个实施例中，喷嘴1402是超声波喷雾喷嘴或“气力雾化喷嘴”。图12显示在一个设计中气力雾化喷嘴1402的截面视图。这是内部流体混合型喷嘴。这意味着流体在内部混合，产生处理流体彻底雾化的喷雾或薄雾。在此结构中，载气(如氩气)包含处理溶液的小液滴。在一个实施例中，惰性气体可以用来向衬底表面输送雾化活化液。做为选择，惰性气体可以用来向衬底1250输送雾化无电镀沉积液。
在图12的喷嘴1402设计中，喷嘴1402包括外壳1426和尖端1424。尖端1424的直径通常为约10μm到约200μm。在一个实施例中，尖端1424的直径为约10μm到约50μm。由于当高压气体从喷嘴气体源1244传递时引起的文丘里效应而产生的吸力，流体被输送通过尖端1424。在图12的布置中，主体1426提供用于分别接收分离的液流和气流的沟道1422、1420。液体沟道1422和气体沟道1420在尖端1424汇合，使两种流得以混合。这可以称为“同心文丘里设计”。在此布置中，由喷嘴1402分送的流体预混合以产生彻底雾化的喷雾。图12的具体的尖端方案1424产生圆形喷雾状态。然而，当然其它尖端结构可以用来产生其它喷雾状态，例如平的或扇形的喷雾状态。
图13提供采用不同设计的空气雾化喷嘴1402的截面视图。这是外部流体混合型喷嘴。在图13的喷嘴1402设计中，喷嘴1402也包括主体1426和尖端1424。尖端1424的直径通常也为约10μm到约200μm，或者在另一个实施例中，直径为约10μm到约50μm。在图13的布置中，外壳1426也提供用于分别接收分离的液流和气流的分离沟道1422、1420。然而，在此布置中，液体沟道1422独立于气体沟道1420输送液体经过喷嘴1402，以便两种流在主体1426内不混合，但在喷嘴1424外混合。这可以称为“平行文丘里设计”。此布置具有独立地控制气流和液流的好处，这对高粘度液体和磨蚀的悬浮液是有效的。这与内部混合型喷嘴1402相反，在内部混合型喷嘴1402中，气流中的变化将影响液流。
超声波喷嘴的使用(例如图12和13的喷嘴)产生指向衬底接收表面的雾化薄雾(atomized mist)。薄雾的方向与液流相反，用以节约昂贵的无电镀处理流体。它还提供沿该接收表面的更均匀的覆盖度。此外，当通过利用衬底支撑指部电机1052旋转衬底1250时，产生的流体动力学边界层能够改善雾化的处理流体在衬底1250表面上的分布，因为该边界层在旋转圆盘表面的形状通常是平的，或者在任一方向平行于衬底表面。与常规喷雾方案相比，雾化的处理流体所经历的、使流体流冲击衬底表面的边界层效应可能是优点，因为通过边界层控制雾化流体向衬底表面的输送，可以将由一个或多个喷嘴产生的任何不均匀的雾化状态减到最小。
提供流体供给装置，用于向喷嘴1402输送的流体。在图12和13中，显示了液槽1212。液槽1212包括流体入口1218和出口1214。出口1214与大气压力的流体连通。此外，提供一流体出口1216。在流体输送期间，来自源1244的气体以高速输送到喷嘴1402。由于经过出口1214与大气压连通，这在流体管路1422中产生相对的负压。于是流体被推动，通过出口1216，然后进入喷嘴1402。
在一个实施例中，处理流体是活化液。活化液的实施例包括钯盐，包括氯化物、溴化物、氟化物、氟硼酸盐、碘化物、硝酸盐、硫酸盐、金属羰基合物、金属酸的盐及其组合。在一个实施例中，钯盐是氯化物，例如氯化钯(PdCl2)。在另一个实施例中，钯盐是硝酸盐、烷基磺酸盐、或者(包含非配位阴离子、在该溶液中或在金属表面上没有成团倾向的)另一可溶性的Pd+2衍生物。在一个实施例中，运用铜清洁液时的末尾和运用活化液时的开始时间之间的排队时间(或等待时间)通常少于约15秒，并且优选地少于约5秒。活化液通常将活化的金属种晶层沉积到暴露特征暴露的铜上。在清洁后，铜层暴露部分的氧化对随后的处理步骤可能是不利的，因为氧化铜已知具有比铜高的电阻率。在铜清洁和活化之间短的排队时间将氧化减到最小，同时在流体处理单元附近载气环境的使用，也可能有助于防止如上所述铜层暴露部分的氧化。
在一个实施例中，处理流体是无电镀沉积液。在一个实施例中，沉积无电镀沉积的覆盖层，其为合金，包括CoP、CoWP、CoB、CoWB、CoWPB、NiB或NiWB，并且优选地包括CoWP或CoWPB。根据待沉积的覆盖层材料，用于形成覆盖层的无电镀沉积液可以包含一种或多种金属盐以及一种或多种还原剂。无电镀沉积液还可以包括pH调节剂，例如酸或碱，如现有技术中通常已知的一样。当选择的覆盖层包含钴时，无电镀沉积液通常包括钴盐。钴盐的实施例包括氯化物、溴化物、氟化物、醋酸盐、氟硼酸盐、碘化物、硝酸盐、硫酸盐、其它强酸或弱酸的盐和/或其组合。优选地，钴盐包括硫酸钴、氯化钴或其组合。如果含钨覆盖材料将被沉积，无电镀沉积液包含钨酸盐。优选地，钨酸盐包括钨酸的盐，例如钨酸铵或四甲基钨酸铵、或通过钨酸的中和可以产生的盐。如果含镍覆盖材料将被沉积，无电镀沉积溶液通常包含镍盐。镍盐的实施例包括氯化物、溴化物、氟化物、醋酸盐、氟硼酸盐、碘化物、硝酸盐、硫酸盐、金属羰基合物、其它强酸或弱酸的盐和/或其组合。
当选择的覆盖层材料包含磷，例如CoP、CoWP或CoWPB时，还原剂优选地包括磷化合物，例如次磷酸盐阴离子(H2PO2)。如果覆盖材料包含硼，例如CoB、CoWB、CoWPB，还原剂通常包括硼化合物、二甲胺-硼烷(DMAB)、硼氢化物阴离子(BH4-)的非碱金属盐或其组合。其它还原剂也可以用于添加或者替代以上还原剂，例如肼。在一个实施例中，硼烷共还原剂用于在铜上开始的方法。
正如指出的一样，无电镀沉积液(处理流体)和/或衬底可以被加热到一温度。示例性的温度在约40℃和约95℃之间。在一个方面，加热无电镀沉积液和/或衬底结构，提高无电镀沉积率。这帮助补偿处理流体离开喷嘴1402时经受的温度下降。在一个实施例中，覆盖材料的沉积速率为约100/min或更多。在一个实施例中，覆盖材料沉积到约100和300之间的厚度，优选地约150到约200。然而，理想的是，沿衬底的温度保持在均一的温度，因为已知无电镀处理的沉积速率取决于温度。就这点而论，在图8中图示的基板构件1304的加热线圈1112和/或加热器1164可以使用。
处理单元1010还包括流体出口系统1240。流体出口系统1240通常包含连接到流体排放管1249的出口线路1227。任选地，一个以上出口线路1227可以布置在单元1010周围，以便更均匀地将流体抽出单元1010。在图9中，能够看出提供四个通常等距离分隔的出口1227。多个出口1227可以被束缚到一个排气室(exhaust plenum)和流体排放管1249。流体排放管1249依次输送室排出物到废物收集排放管(未显示)。总之，处理流体通常流过入口管1225，然后通过流体输送臂1406、通过喷嘴1402，然后向外通过处理区域1025，向衬底支撑指部1300流动，然后流出一个或多个流体排放管1227。化学品将在处理区域1025接触并处理衬底1250的接收表面。
流体出口系统1240包括气体排放装置。排气管1246贯穿壁1015延伸。排气系统1248将气体抽出处理区域1025。在一个实施例中，排气入口1246是环/气室(plenum)，其在衬底1250的表面下均匀地吸入气体，改善衬底1250表面附近的气流。
图10提供在替代实施例中面朝上的无电镀沉积单元1010的截面侧视图。再次提供流体入口系统1200，用于向衬底1250的接收表面输送流体。处理流体再次经过一个或多个喷嘴1402输送。然而，在此实施例中，喷嘴1402布置在位于室盖组件1033内的气体输送多孔板1030中。
腔盖组件1033首先包括一气体输送多孔板1030。优选地，气体输送多孔板1030是允许空气移动穿过其中的多孔板。用于多孔板的示例性材料包括陶瓷材料(例如，氧化铝)、聚乙烯(PE)以及聚丙烯、PVDF，并且具有形成的毛孔或制造的孔以允许流体传递。在一个实施例中，可以使用HEPA过滤器(“高效微粒空气”过滤器)设备。HEPA过滤器利用玻璃纤维轧制成类似纸的材料。图10中的气体输送多孔板1030由上支撑环1031支撑。
室盖组件1033其次通常包括盖1032、气体输送多孔板1030、上支撑环1031以及密封件1036和1037。盖1032在介于盖组件1033和气体输送多孔板1030之间的容积内形成气室1034。在图10的布置中，盖1032被气体输送多孔板1030和上支撑环1031支撑。流体入口管1225延伸穿过盖1032，然后支管延伸到多孔板1030中的一个或多个喷嘴1402。
图10的流体处理单元1010显示一气体线路1040。气体线路1040提供从气体供应装置置1038进入室盖气室1034的流动路径。阀1035有选择地开启和关闭流体与线路1040的连通。在一个方面，气体供应装置1038在处理区域1299内提供氧气。氧气在一些处理中并非不能采用。例如，在活化步骤期间，可以添加氧气。优选地，载气与氢气和氧气按所需组合混合，然后送入气室1034。在一个实施例中，气体供应装置1038供给惰性气体，例如，氩气、氮气、氦或其组合。
气室1034和气体输送多孔板1030定位在晶片1250上方，使载气经层流得以输送到晶片1250上。层状的气体流动在晶片1250上产生均匀和垂直的气流。这样，沿晶片1250的半径提供均匀的边界层。这依次允许沿晶片半径的更均匀的散热，并且足以减少水蒸汽及化学品蒸气在晶片上方和晶片上的凝结。
在一个实施例中，加热元件(未显示)放置在紧邻气室1034的盖组件1033中。例如，加热线圈(未显示)可以布置在输送多孔板1030内。这用于加热从线路1040输送的气体，依次将在晶片上方的凝结以及液滴形成减到最小。
气体从线路1040流入气室1034，然后穿过多孔板1030。多孔板1030充当气流扩散器。然后气体沿衬底1250供处理的接收表面向下流动。流过多孔板1030的气体从而能够帮助引导和均匀地将从喷嘴1402流出的处理流体薄雾分配到衬底1250的接收表面上。最后，气体经排气入口1246被排气系统1248排出。排气系统1248通常包含排气风扇或真空泵，以从流体处理单元1010抽出气体。需要注意的是，排气入口1246有助于确保通过衬底1250的气流是层流的。
在一个实施例中，气体线路1040连接到入口系统1200，使流体(例如，处理流体)代替气体被推动穿过多孔板1030。这样，多孔板1030起类似喷淋头(showerhead)的作用，输送处理流体到衬底1250表面。
气体线路1040不仅可以用作流体输送线路，而且可以用作真空线路。提供真空源1039，用于在正要将衬底1250移出单元1010之前，防止附着于多孔板1030的任何流体滴下。在这方面，启动真空源1039(例如真空文氏管)在室盖气室1034中产生真空。这依次使在多孔板1030底面上的任何流体被“吸取”到气室1034中。
图10A呈现图10的面朝上的无电镀处理室的截面侧视图。在此视图中，在单元1010内提供气流分流器1102。通过利用外部的气流分流器升降机构(未显示)，气流分流器1102有选择地升高和降低。在此视图中，气流分流器1102处于其降低位置。图10A图示了当衬底1250正在送入和送出流体处理单元1010时，气流分流器1102的位置。
图10B显示图10的面朝上的无电镀沉积室的另一截面视图。此时，气流分流器处于其升高位置。在此位置，当薄雾在处理期间通过喷嘴1402接近衬底1250时，气流分流器1102用来“弄直”薄雾流。
需要提供设备，在单元1010外可视地检测在衬底1250上分送的流体的进程。在图10的布置中，在单元1010内提供照相机1360。该照相机可以沿壁1015、在气体输送多孔板1030下面、沿上支撑环1031或者可以获得衬底1250的足够显示的任何其它位置布置。优选地，照相机1360定位在盖的固定部分上。在图10的实施例中，照相机1360安装于上支撑环1031。
为了辅助照相机1360，理想的是提供光源(未显示)。光源也优选地放置在盖的固定部分上；然而，它可以定位在邻近处理区域1025的任一位置。光源用于在处理期间照亮衬底1250。
优选地，照相机1360是使用一系列像素以记录数字图像的电荷耦合显示照相机(“CCD照相机”)。在单元1010外设立监视器(未显示)，提供衬底1250表面的光学显示。这样，可以提供关于流体分送以及无电镀处理流体充分覆盖衬底1250的目视确认。
目视确认优选地通过人员监控提供。然而，在一个布置中，目视确认方法通过机器视觉控制型方法提供。在此排列中，充分覆盖的衬底1250的图像编程输入控制器(例如，电脑)。然后该控制器监控在流体分送处理中照相机1360生成的像素图像。流体分送处理不允许中断，至少直至照相机1360中的像素检测的真实的衬底图像与预先记录的图像匹配。
照相机1360可以任选地是红外照相机。该红外照相机滤除可见的波长，但识别热波长。因而在图像内颜色上的差异是在目标(也就是衬底1250)中温差的指示。分送的流体处在不同于衬底1250表面的温度时，温差将以颜色差别的方式被记录。流体分送持续，直至温差消失，其提供衬底1250完全覆盖的指示。优选地，温差将再次通过机器视觉控制监控。因此，能够确保衬底的完全覆盖。
在一个布置中，照相机1360在闭环的控制下运转，并且化学品分送臂1406的动作的软件优化和来自化学品喷嘴1402的流动状态，确保晶片1250表面有连续的化学品覆盖。
图11呈现又一替代实施例中面朝上的无电镀处理单元1010的截面视图。此时，通过布置在气体输送多孔板1030中的喷嘴1402喷涂流体，处理流体再次施加于衬底1250的接收表面。在此实施例中，气体输送多孔板1030相对于衬底1250有选择地升高和降低。更具体地说，室盖组件1033相对于衬底1250轴向地移动。为了完成此轴向移动，使用室盖升降组件1079。室盖电机(示意地用1080′表示)可以用作室盖升降组件1079的部件。电机1080′优选是电力致动的，并且在一个实施例中，可以使用线性电机。然而，它可以替代地表示气动气缸。
通过开动电机1080′，室盖升降组件1079控制介于多孔板1030和其下的衬底1250之间处理区域1025的容积。盖1032附装到由电机驱动、升高和降低该盖的电机滑块1082。任选的裙板1084可以连接到盖1032，以防止飞溅和/或将渗入处理区域1025的大气源气体减到最少。这样布置对控制衬底1250表面附近的气体流动和氧含量有用。
用于如上所述面朝上的无电镀单元的多个实施例已经在处理衬底1250的范围内描述。然而，需要注意的是，在支撑指部1300(或支撑环)上没有衬底，电镀单元也可以运转。更具体地，在处理区域1299内没有放置衬底的情况下，流体输送系统1200和流体出口系统1240也可以操作。例如，去离子水或其它清洁或清洗流体可以在没有衬底的情况下通过流体输送臂(例如图8的臂1406)或流体输送板(例如图10的气体输送多孔板1030)喷射。这样做以提供对支撑指部1300和其它腔室部件的清洁。为了在此清洁步骤中进一步地给予帮助，可以降低流体输送臂(按照图8B)、可以降低流体输送头(按照图11)或者可以升高衬底支撑组件(按照图8A)。
在上文指向本发明的实施例的同时，可以设计本发明的其它和进一步的实施例，而不会脱离其基本范围，并且其范围由下述权利要求确定。
权利要求
1.一种无电镀沉积系统，其包括处理主框架；定位在所述主框架上的至少一个衬底清洁台；定位在所述主框架上的无电镀沉积台，其中所述无电镀沉积台包括环境受控的处理外壳；定位在所述处理外壳中的第一流体处理台；定位在所述处理外壳中的第二流体处理台；以及定位在所述外壳中的衬底传送舱，在所述第一和第二流体处理台之间传送衬底；以及定位在所述主框架上的衬底传送机械手，其设置为进入所述处理外壳的内部。
2.如权利要求1所述的沉积系统，其中所述第一和第二流体处理台包括可旋转的衬底支撑组件，其设置为支撑在面朝上方向供处理的衬底。
3.如权利要求2所述的沉积系统，其中所述可旋转的衬底支撑组件包括垂直升降组件；以及定位为与所述垂直升降组件连通的多个衬底接合指部。
4.如权利要求3所述的沉积系统，其中设置所述多个衬底接合指部和所述垂直升降组件，以共同定位所述衬底与定位在第一和第二流体处理台至少之一内的流体扩散构件成平行关系。
5.如权利要求2所述的沉积系统，其中所述第一和第二流体处理台至少一个进一步包括流体扩散构件；基板，其密封地接合所述流体扩散构件的背面的周边，并且在所述基板和流体扩散构件的所述背面之间形成流体容积；以及与所述流体容积流体连通的流体供给管。
6.如权利要求5所述的沉积系统，其中所述流体供给管道与温度受控的流体源流体连通。
7.如权利要求5所述的沉积系统，其中所述流体扩散构件包括多孔陶瓷盘。
8.如权利要求5所述的沉积系统，其中所述流体扩散构件包括具有贯穿其中形成的多个孔的盘形构件。
9.如权利要求8所述的沉积系统，其中所述多个孔具有在约0.7mm和约3mm之间的直径。
10.如权利要求1所述的流体沉积系统，其中所述第一和第二流体处理台每个包括可移动的流体分送臂，所述流体分送臂与温度受控的处理流体源流体连通。
11.如权利要求1所述的流体沉积系统，其中所述环境受控的处理外壳包括定位在所述第一流体处理台上方的第一处理容积和定位在所述第二流体处理台上方的第二处理容积，所述第一处理容积通过中央壁至少局部地与所述第二处理容积分离。
12.如权利要求11所述的沉积系统，其中所述第一和第二处理容积的顶部空间容积每个在约1500in3和5000in3之间。
13.如权利要求11所述的沉积系统，其中所述第一和第二处理容积中的每一个具有与所述处理容积连接的环境控制组件。
14.如权利要求13所述的沉积系统，其中所述环境控制组件包括处理气体源、加热器和加湿器中至少一个。
15.如权利要求14所述的沉积系统，进一步包括定位在所述第一和第二流体处理台中的每一个内的排出端口。
16.如权利要求15所述的沉积系统，其中协同地设置所述处理气体供应装置和所述排出端口，以在处理步骤期间保持所述第一和第二处理容积中的氧含量少于约100ppm。
17.如权利要求3所述的沉积系统，其中所述第一和第二流体处理台中至少一个包括多个流体收集环，其从所述处理台的内部向内并向上朝定位在所述指部上的所述衬底的周边延伸。
18.一种用于半导体处理的流体沉积系统，包括界定环境受控的处理容积的处理外壳；定位在所述受控的处理容积中的第一流体处理单元；定位在所述受控的处理容积中的第二流体处理单元；以及定位在所述受控的处理容积中的衬底舱，其被设置为在所述第一和第二流体处理单元之间枢转地传送衬底，其中所述第一和第二流体处理单元中每个包括流体可渗透的扩散构件；衬底支撑组件，其设置为可旋转地支撑与所述流体扩散构件成平行关系供处理的衬底；以及可移动地定位的流体分送臂，其分送处理流体到定位在所述衬底支撑组件上的所述衬底上。
19.如权利要求18所述的沉积系统，进一步包括受控的处理气体供应装置和处理气体抽空部分，二者都与受控的处理容积流体连通，协同地设置所述处理气体供应装置和所述处理气体抽空部分，以在所述处理容积中产生少于约100ppm的氧气。
20.如权利要求18所述的沉积系统，进一步包括中央壁，其定位为将所述受控的处理容积分隔成定位在所述第一流体处理单元上方的第一处理容积和定位在所述第二流体处理单元上方的第二处理容积。
21.如权利要求20所述的沉积系统，其中所述第一和第二处理容积中至少一个具有在约1000in3和5000in3之间的顶部空间容积。
22.如权利要求20所述的沉积系统，其中从所述衬底到所述第一和第二处理容积顶部的下表面的垂直距离在约12英寸和约36英寸之间。
23.如权利要求18所述的沉积系统，其中所述流体扩散构件包括盘形构件，该盘形构件具有贯穿其中形成的多个径向间隔的流体分送孔。
24.如权利要求23所述的沉积系统，其中所述流体分送孔与温度受控的流体源的流体连通。
25.如权利要求18所述的沉积系统，其中所述流体扩散构件包括流体可渗透的多孔陶瓷盘构件。
26.如权利要求18所述的沉积系统，其中所述衬底支撑组件包括多个垂直可移动的衬底支撑指部。
27.如权利要求18所述的沉积系统，其中所述流体分送臂与温度受控的处理流体源的流体连通。
28.一种无电镀沉积系统，其包括设置为支撑多个流体处理单元的处理主框架；定位在所述主框架上的主框架机械手，其被设置为访问所述多个流体处理单元中的每一个；以及定位在所述主框架上的至少两个处理外壳，所述处理外壳中的每一个包括第一流体处理单元，其设置为在温度、压力和湿度中至少一个受控的环境下清洁并活化衬底表面；第二流体处理单元，其设置为在温度、压力和湿度中至少一个受控的环境下清洁并无电镀沉积金属层到所述衬底的所述表面上；以及衬底舱，其定位为在所述第一和第二流体处理单元之间传送衬底。
29.如权利要求28所述的无电镀沉积系统，其中所述处理外壳中的每一个进一步包括中央壁，所述中央壁将所述处理外壳分隔为第一处理容积和第二处理容积，所述第一和第二处理容积通过在所述中央壁上形成的衬底舱狭槽彼此连通。
30.如权利要求29所述的无电镀沉积系统，其中所述处理容积中的每一个包括在约1500in3和5000in3之间的顶部空间。
31.如权利要求28所述的无电镀沉积系统，其中所述第一和第二流体处理单元中至少一个包括流体扩散构件，其具有大体上平的上表面以及贯穿其中形成的多个流体分送孔；以及衬底支撑组件，其设置为在无电镀沉积处理期间，距离所述流体扩散构件约1mm和约5mm之间定位衬底。
32.如权利要求28所述的无电镀沉积系统，进一步包括与所述流体分送孔连通的加热的流体源。
33.如权利要求28所述的无电镀沉积系统，其中所述第一和第二流体处理单元各自包括可移动的流体分送臂，其与温度受控的处理流体源连通。
34.一种用于处理衬底的面朝上的无电镀单元，其包括用于支撑衬底的衬底支撑组件；具有流体入口和扩散板的流体扩散构件，加热的流体流过所述扩散板接触放在所述衬底支撑组件上的所述衬底的背面；盖组件；在所述衬底支撑组件和所述盖组件之间限定的流体处理区域；以及用于向所述流体处理区域提供处理流体的流体入口系统，其中所述流体入口系统包括用于向所述衬底传送处理流体的一个或多个喷嘴。
35.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述衬底支撑组件进一步包括衬底支撑指部，其用于支撑在所述扩散板上方的衬底，其中通过利用支撑指部电机，所述衬底支撑指部适合于旋转。
36.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述流体扩散构件进一步包括与所述扩散板连通的加热元件。
37.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述流体扩散构件进一步包括在所述扩散板下面的基板，在所述基板和所述扩散板之间提供流体容积区域，所述基板容纳来自所述流体入口的流体；以及与所述基板连通的加热元件。
38.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述流体入口系统进一步包括流体输送臂，所述至少一个喷嘴沿所述流体输送臂布置；以及流体输送臂电机，其用于枢转在所述无电镀单元的所述处理区域内的所述流体输送臂。
39.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述流体入口系统进一步包括连接到喷嘴的气源，其中所述气源用于向所述喷嘴输送惰性气体或者与氢气混合的惰性气体；以及连接到所述喷嘴的流体源，其中所述气源和所述流体源用于从所述流体源输送处理流体到所述衬底表面。
40.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述盖组件进一步包括盖组件电机，其用于相对于所述衬底支撑组件有选择地升高和降低所述盖组件。
41.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述盖组件进一步包括用于在无电镀沉积期间提供在所述单元内所述衬底上处理流体覆盖度的确认的照相机。
42.如权利要求41所述的无电镀单元，其中所述照相机进一步包括用于监控所述照相机的输出信号的控制器，以确保所述衬底的所述表面基本上为所述处理流体所覆盖。
43.如权利要求41所述的无电镀单元，其中所述照相机是红外照相机。
44.如权利要求34所述的无电镀单元，其中所述盖组件包括顶盖构件；以及布置在所述顶盖构件下面的板，其中所述顶盖构件和所述板一起形成气室。
45.如权利要求44所述的无电镀单元，其中所述板由选自陶瓷材料、聚乙烯、聚丙烯的材料制成。
46.如权利要求44所述的无电镀单元，其中所述流体入口系统进一步包括布置在所述板内的多个喷嘴，每一喷嘴接收来自所述流体入口线路的无电镀处理流体，并将它们传送至所述流体处理区域。
47.如权利要求44所述的无电镀单元，其中所述盖组件进一步包括用于有选择地施加负压于所述气室的真空管，以便从所述板的表面除去流体。
48.一种用于处理面朝上的衬底的面朝上的无电镀单元，其包括用于支撑衬底的衬底支撑组件；具有流体入口和扩散板的流体扩散构件，加热的流体流过该构件，接触放在所述衬底支撑组件上的所述衬底的背面；盖组件，其中所述盖组件包括顶盖构件；以及布置在所述顶盖构件下面的板，其中所述顶盖构件和所述板一起形成气室；在所述衬底支撑组件和所述盖组件之间限定的流体处理区域；以及连接到所述气室的流体入口系统，通过所述气室和所述板向所述衬底的所述表面提供处理流体。
全文摘要
提供一种无电镀沉积系统。该系统包括处理主框架、至少一个定位在该主框架上的衬底清洁台和定位在该主框架上的无电镀沉积台。该无电镀沉积台包括环境受控的处理外壳、设置为清洁并活化衬底表面的第一处理台、设置为无电镀沉积一层到衬底的表面上的第二处理台、以及设置在第一和第二处理台之间传送衬底的衬底传送舱。该系统还包括定位在主框架上并设置为进入处理外壳内部的衬底传送机械手。该系统还包括设置为通过使用喷雾方法向装在处理外壳内的衬底传送处理流体的衬底流体输送系统。
文档编号H01L21/687GK1981070SQ200580003111
公开日2007年6月13日 申请日期2005年1月26日 优先权日2004年1月26日
发明者德米特里·鲁博弥尔斯克, 阿拉库玛·山姆戈萨卓姆, 拉塞尔·埃利万戈尔, 伊恩·A·帕查姆, 罗摩克里希纳·切波里, 蒂莫西·W·韦德曼 申请人:应用材料公司