专利名称：基片处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理基片的基片处理装置，特别是一种用于将铜或诸如此类的金属填充到形成于半导体基片内的布线槽中的基片处理装置。
背景技术：
目前，为了填充形成在基片表面中的微型布线沟槽或通孔，通常要利用基片处理装置(电镀装置)在基片例如半导体基片上电镀诸如铜等电阻率小于铝或铝基材料的金属，从而在沟槽或通孔中形成嵌入式布线结构。
图1是一种传统结构的倒装式电镀装置的示意图。如图1所示，传统倒装式电镀装置包括一个向上敞开的圆柱形电镀池312，其用于容纳电镀液310，以及一个头部314，其用于在基片W的表面面向下方的状态下可拆卸地夹持一个基片W例如半导体基片。头部314的定位使之能够覆盖电镀池312的上方敞开端。在电镀池312中，一个平阳极板316水平布置着并且浸没在电镀液310中。阳极板316用作阳极。被头部314夹持着的基片W具有一个外周边缘，该外周边缘通过一个设在头部314上的电极触点而连接着阴极。阳极板316由多孔材料或网状材料制成。
电镀池312的底部中央连接着一根电镀液喷管318，该喷管用于使电镀池312内的电镀液形成升流。电镀池312的上部被一个电镀液容槽302围绕着，该容槽用于容纳从电镀池312中溢出的电镀液。电镀液喷管318连接着一根从电镀液调节罐322延伸出来的电镀液供应管328。电镀液供应管328上连接着一个泵324和一个过滤器326。电镀液调节罐322连接着一根从电镀液溶槽320延伸出来的电镀液回流管330。
这种传统电镀装置是如下操作的在基片W的表面面向下方的状态下，基片W被头部314夹持着，并被向下引入电镀池312中，从而浸没在电镀池312内的电镀液310中。在一定的电压施加在阳极板316(阳极)与基片W(阴极)之间的情况下，电镀液调节罐322内的电镀液经过电镀液喷管318而从电镀池312底部向上喷射，并且以喷流的形式施加到基片W的下表面(将要电镀的表面)上。通过这种方式，随着电流在阳极板316与基片W之间流动，一层镀膜将形成在基片W的下表面上。此时从电镀池312中溢出的电镀液310被电镀液溶槽320回收，并且经电镀液回流管330返回电镀液调节罐322中。
如前所述，基片在电镀路径中浸没在电镀液中。在基片外周边缘连接着干态设置在头部上的阴极的情况下，希望将电极触点以完全相对于电镀液密封的方式连接在基片外周边缘上。因此，电极触点需要利用一个密封件而相对于电镀液密封。然而，在连续实施电镀处理时，残余的电镀液可能会在密封件上附着并结晶。密封件上的结晶残余电镀液容易造成密封件的密封性能下降，从而导致基片与阴极之间的导电率受损。此外，在基片刚刚被电镀后，基片的表面上容易因残余的电镀液而形成氧化膜。因此，在基片被电镀后，基片和密封件需要立即用清水或类似物清洗，从而利用清水或类似物去除残余的电镀液。
在传统喷射式电镀装置中，需要被电镀的基片被水平保持并且下降到电镀池中，以使基片的下表面接触电镀液的表面(溢流面)，再继续下降，以使基片的整个下表面浸入电镀液中。因此，在基片浸没到电镀液中后，由于存在包含电极触点和密封件等元件在内的下悬部分，即基片接触部分，因此容易有气泡保留在基片的下表面上。残余的气泡会阻碍电镀膜正常形成在基片的表面上，并且容易在镀膜中产生诸如孔隙等缺陷。
发明内容
本发明是考虑到上述缺点而研制的。因此，本发明的目的是提供一种基片处理装置，其能够高效地清洗基片和与基片相接触的基片接触部分，以去除电镀液，并且能够增大基片与电镀液相接触的倾向性，以实现高质量的处理。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于处理基片的基片处理装置，其包括头部组件，其用于夹持基片；以及多个基片处理段，它们分别对头部组件夹持着的基片进行相应的处理；其中，头部组件可以夹持着基片在基片处理段之间移动，而且对基片所作的相应处理依次发生在各个基片处理段中。
优选的结构是，一个基片处理段包括用于对基片进行电镀的电镀段，另一个基片处理段包括用于对基片进行清洗的清洗段。具体地讲，一种基片处理装置(电镀装置)包括电镀段，其具有用于容纳电镀液的电镀池；头部组件，其用于夹持基片并将基片浸入位于电镀池内的电镀液中，以便在基片的表面上形成一层镀膜；清洗段，其用于清洗电镀基片的外周边缘和与基片保持接触的基片接触部分；以及驱动机构，其用于将头部组件在电镀段与清洗段之间移动。
通过这种结构，由于能够在基片被头部组件夹持着的状态下清洗基片下表面和基片接触部分，因此可以有效地防止残留并附着在基片接触部分上的电镀液结晶。这样，基片接触部分的耐用性可以提高，而且可以实现高质量的电镀过程，同时又能维持高导电率。
清洗段可以包括吹风机，用于供应清洁气体例如氮气，以使基片干燥。或者，清洗段可以高速旋转基片，以使基片干燥。通过这种结构，可以在一个单元中同时实施清洗处理和干燥处理。因此，基片处理装置可以具有紧凑的结构。另外，基片接触部分可以总是保持干燥。
头部组件可以包括倾斜机构，用于以可倾斜的方式支承着基片。通过这种结构，基片的将要电镀的表面可以在基片相对于水平面倾斜的状态下与电镀液的溢流表面接触。因此，基片与电镀液之间的接触倾向性可以提高，从而使得电镀液能够平稳地接触基片，并且可以防止气泡残留在基片的将要电镀的表面上。此外，由于基片可以在头部组件的转轴保持竖直的情况下倾斜较大角度，因而基片的倾斜动作容易控制，并且能够在较小的载荷下倾斜。
各个处理段可以容纳在单一的外罩内。电镀池周围容易产生烟雾，因而电镀池周围会形成高腐蚀性环境。外罩可以有效地防止烟雾扩散出来。如果驱动机构布置在外罩外侧，则可以防止驱动机构中产生的颗粒进入电镀段和其他段中，并且防止电镀过程中产生的烟雾有害地作用在驱动机构上，从而能够提高驱动机构的耐用性。此外，如果电镀段和清洗段彼此隔离，则清洗液不会与电镀池内的电镀液混合。这样，电镀液的浓度不会因混合清洗液而发生变化。由于电镀段和清洗段可以彼此组合，因此基片处理装置总体上可以具有紧凑的结构。
通过下面结合附图所作的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点可以清楚地展现出来，附图中以示例的方式示出了本发明的优选实施例。
图1是一种传统电镀装置的竖直剖视图；图2是根据本发明的一个实施例的基片处理装置的俯视图；图3是图2所示基片处理装置中的电镀单元的俯视图；图4是图3所示电镀单元的正视图；图5是图3所示电镀单元的侧视图；图6是图3所示电镀单元中的电镀段的竖直剖视图；图7是图3所示电镀单元中的摆臂和头部组件的竖直剖视图；图8是图3所示电镀单元中的基片夹持臂组件的俯视图；图9是沿着图8中的线IX-IX所作的剖视图；图10是图9中的基片接触部分的放大剖视图；图11是图7所示的头部组件的转轴与基片夹持臂组件彼此连接区域的放大剖视图；图12是图3所示电镀单元中的清洗段的正视图；
图13是图3所示电镀单元中的驱动机构的俯视图；图14是图13所示驱动机构的侧视图；图15是沿着图13中的线XV-XV所作的剖视图；图16是沿着图13中的线XVI-XVI所作的剖视图；图17是根据本发明的另一个实施例的电镀单元的俯视图；图18是基片电镀装置的一个实例的示意性俯视图；图19是图18所示基片电镀装置中的气流示意图；图20是用于显示图18所示基片电镀装置的各个区中的气流的剖视图；图21是图18所示基片电镀装置放在净室中时的透视图；图22是基片电镀装置的另一个实例的示意性俯视图；图23是基片电镀装置的又一个实例的示意性俯视图；图24是基片电镀装置的又一个实例的示意性俯视图；图25是半导体基片处理装置的一个结构方案例的视图；图26是半导体基片处理装置的另一个结构方案例的视图；图27是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图；图28是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图；图29是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图；图30是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图；图31是图30所示半导体基片处理装置中的各个步骤的流程图；
图32是斜边和背侧清洗单元的一个示意性结构例的视图；图33是无电解电镀装置的一个示意性结构例的视图；图34是无电解电镀装置的另一个示意性结构例的视图；图35是退火单元的一个实例的竖直剖视图；图36是退火单元的横向剖视图。
具体实施例方式
下面参照图2至16描述本发明的一个实施例中的基片处理装置。图2是根据本发明的一个实施例的基片处理装置的俯视图。
根据本发明实施例的基片处理装置用作电镀装置，其用于在基片的表面上电镀铜或诸如此类的金属。如图2所示，基片处理装置被安置在一个矩形外壳1中，以便对多个基片例如半导体基片连续进行电镀。基片处理装置(电镀装置)包括一对加载/卸载单元10，它们分别用于储存多个基片，一对斜边蚀刻/化学清洗/干燥单元16，它们用于利用化学液清洗电镀基片，一对基片台架18，它们用于夹持基片并且翻转基片，以及四个电镀单元22，它们用于对基片进行电镀并且清洗电镀基片。外壳1中具有第一传输装置24，用于在加载/卸载单元10、斜边蚀刻/化学清洗/干燥单元16和基片台架18之间输送基片，以及第二传输装置28，用于在基片台架18与电镀单元22之间输送基片。
基片以这样的状态容纳在一个基片盒中，即每个基片的表面侧(用于形成半导体器件或将要处理的表面)面向上方。容纳着基片的基片盒被放置在一个加载/卸载单元10上。第一传输装置24从基片盒中取出一个基片，将基片输送到一个基片台架18处，并将基片放在基片台架18上。在基片台架18上，基片被设在基片台架18中的翻转器上下翻转，也就是被倒置，以使其表面侧面向下方。之后，倒置着的基片从基片台架18输送到第二传输装置28上。第二传输装置28将基片输送到一个电镀单元22的头部组件(将在后文中描述)处，以便对基片实施电镀处理。
下面描述本实施例的电镀装置中的电镀单元22。由于所有四个电镀单元22的结构均相同，因此下面只详细描述其中一个。图3是本实施例中的电镀单元22的俯视图，图4是图3所示电镀单元22的正视图，图5是图3所示电镀单元22的侧视图。
如图3至5所示，电镀单元22被一个间壁30分隔成两个基片处理段，即一个用于对基片W进行电镀的电镀段32和一个用于清洗电镀基片W的清洗段34。清洗段34具有容纳和输送基片W、对基片W进行预处理以及清洗和干燥电镀基片W的功能。
电镀段32和清洗段34被一个外罩36罩盖着。外罩36在其侧板中毗邻清洗段34形成了一个开口36a，一个用于打开和关闭开口36a的闸门38布置在开口36a中。当闸门38关闭开口36a以密封住电镀单元22的内部时，可以防止在电镀处理过程中产生于电镀单元22中的烟雾扩散到电镀单元22之外。
电镀单元22具有一个布置在其中的摆臂40，其用于绕着其枢轴端在电镀段32与清洗段34之间作摆动运动。摆臂40具有一个自由端，该自由端连接着一个悬挂在其上的头部组件42，头部组件夹持着一个基片W。在摆臂40绕着其枢轴端作角运动时，头部组件42在一个位于电镀段32中的电镀位置P与一个位于清洗段34中的清洗位置Q之间作角运动。
作为替代性结构，电镀单元22也可以具有一个直线运动机构而非摆臂40，以将头部组件42在位于电镀段32中的电镀位置P与位于清洗段34中的清洗位置Q之间传输。
图6是电镀单元22中的电镀段32的主要部分竖直剖视图。如图6所示，电镀段32具有一个用于容纳电镀液的大致圆柱形电镀池44以及布置在电镀池44中的一个圆柱形内侧溢流件46和一个圆柱形外侧溢流件48。内侧溢流件46在电镀池44中形成了一个向上敞开的电镀室50，一个阳极52布置在电镀室50的底部。
用于向电镀室50的中心水平喷液的多个电镀液喷嘴54以相等的间隔沿圆周方向设在内侧溢流件46的内周壁上。电镀液喷嘴54与竖直延伸通过内侧溢流件46内侧的电镀液供应通道56连通。电镀液经过电镀液供应通道56而从一个电镀液调节罐(未示出)供应到电镀液喷嘴54中。用于以恒定的速率供应电镀液的控制阀58布置在电镀液供应通道56与电镀液调节罐之间。
用于将电镀室50内的电镀液抽出的第一电镀液排口62形成在电镀室50的底部周边部分中。用于将溢流通过外侧溢流件48的电镀液排出的第二电镀液排口64形成在外侧溢流件48的径向周围。用于将溢流通过内侧溢流件46的电镀液排出的第三电镀液排口66形成在内侧溢流件46与外侧溢流件48之间。
各个第一电镀液排口62连接着一个容器(未示出)。一个流量控制器68布置在第一电镀液排口62与所述容器之间。各个第二电镀液排口64和各个第三电镀液排口66均直接连接着所述容器。输送到所述容器内的电镀液被一个泵带动着从容器供应到电镀液调节罐中。电镀液调节罐中装有一个用于控制电镀液调节罐内的电镀液温度的温度控制器(未示出)和一个用于从电镀液调节罐内的电镀液中抽取并分析试样的电镀液分析装置(未示出)。
在本实施例中，扰流板(液流调节板)60在电镀室50中布置在阳极52的上方。扰流板60将产生流向阳极52的电镀液降流，该电镀液降流将通过第一电镀液排口62排出。扰流板60用于防止从电镀液喷嘴54喷出的电镀液喷流直接流过阳极52的表面，以防止形成在阳极52的表面上的黑膜被电镀液喷流从阳极52上剥离。
图7是摆臂40和头部组件42的主要部分竖直剖视图。如图7所示，摆臂40固定在一个可旋转中空支柱74的上端，从而可以随着支柱74的旋转而水平移动。一个被轴承76可旋转地支承着的转轴78穿过支柱74，从而可以相对于支柱74旋转。一个上部转轴滑轮80固定在转轴78的上端。
头部组件42固定安装在摆臂40上。如图7所示，头部组件42包括一个固定在摆臂40上的外管82、一个竖直延伸穿过外管82的转轴84、一个用于将基片W夹持在下表面上的基片夹持臂组件86和一个可以相对于外管82竖直移动的移动件96。基片夹持臂组件86通过一个销钉88连接着转轴84的下端。
转轴84被轴承90可旋转地支承在外管82上，从而可以相对于外管82旋转。一个头部组件滑轮92固定在转轴84的上端。头部组件滑轮92通过一条同步皮带94而可操作地连接着上部转轴滑轮80。因此，在支柱74中的转轴78绕着自身轴线旋转时，转轴84将与基片夹持臂组件86一起旋转。
一个气密性的密封空间98通过一个密封件97而形成在移动件96与外管82之间，并且与一个空气供应通道99连通。当空气通过空气供应通道99而选择性地向气密性密封空间98中供应或从中排出时，移动件96相对于外管82竖直移动。移动件96具有多个安装在其外周边缘上的向下延伸的压杆100和多个用于竖直移动相应推压件102的气缸104。
图8是基片夹持臂组件86的俯视图，图9是沿着图8中的线IX-IX所作的剖视图。如图8所示，基片夹持臂组件86包括一个安置在中心的底座86a和从底座86a径向向外延伸的六个臂86b。在这六个臂86b中，三个交错安置的臂分别在它们的径向外端支承着相应的竖直移动杆106(见图9)，所述竖直移动杆竖直延伸穿过臂86b的外周边缘。螺母108分别以这样的状态安装在竖直移动杆106的上端，即螺旋压簧110分别夹在螺母108与臂86b之间。一个径向向内伸出的环形基片接触部分112固定在竖直移动杆106的下端上。当移动件96上的压杆100抵靠在位于竖直移动杆106上端的螺母108上并且抵抗着螺旋压簧110的推力而带动竖直移动杆106向下移动时，基片接触部分112将从基片夹持臂组件86向下移动，如图9中的虚线所示。
图10是基片接触部分112的放大剖视图。如图10所示，一个环形密封件114安装在基片接触部分112上。环形密封件114径向向内延伸，并且在其径向内端具有一个向上伸出的末端。基片夹持臂组件86具有一个与环形密封件114的向上伸出末端相邻的向下伸出的推压件116。螺旋压簧110被选择得具有这样的弹簧特性，即当基片接触部分112相对于被装卡机构夹持着的基片W抬升时，密封件114将压紧在基片W的外周边缘上，以可靠地密封住基片W上的被压紧边缘。一个与阴极相连的阴极触点118布置在密封件114上方。当密封件114将压紧在基片W的外周边缘上时，阴极触点118与基片W发生电接触。
前述三个交错臂86b上还带有以相等的角间隔布置着的相应装卡机构120。如图9所示，每个装卡机构120分别包括一个安装在臂86b的上表面上的底座122、一个以可竖直移动的方式安装在底座122上的杆124和一个可以绕枢轴126作角运动的爪128。螺母130安装在杆124的上端，一个螺旋压簧132夹在螺母130与底座122之间。
如图9所示，爪128通过一个可水平移动的销钉134连接着杆124。这样，当杆124向上移动时，爪128将绕着枢轴126径向向内作角运动，而当杆124向下移动时，爪128将绕着枢轴126径向向外作角运动。当移动件96上的气缸104被启动后，推压件102将推压在螺母130上，以向下推动杆124，此时杆124将抵抗着螺旋压簧132的推力而向下移动，以使爪128绕着枢轴126径向向外作角运动。在气缸104的操作停止后，杆124将在螺旋压簧132的推力作用下向上抬起，以使爪128绕着枢轴126径向向内作角运动。因此，基片W的外周边缘可被装卡机构120夹持住。具体地讲，基片W的外周边缘被三个装卡机构120(爪128)定位和抓持，从而将基片W夹持在基片夹持臂组件86的下表面上。
图11是图7所示的头部组件42的转轴84和基片夹持臂组件86彼此连接区域的放大剖视图。如图11所示，一个盘形上部件140安装在头部组件42的转轴84的下端上，一个盘形下部件142安装在基片夹持臂组件86的上表面上。上部件140和下部件142通过一个水平销钉88而彼此连接，从而构成一个倾斜机构，由于可以使下部件142和基片夹持臂组件86绕着销钉88摆动，因此倾斜机构以可斜倾的方式支承着基片夹持臂组件86。一个螺旋压簧144夹在上部件140和下部件142的周边侧之间，用于在常态下将所述周边侧彼此推离，一个止动螺栓146在与螺旋压簧144径向相反的位置上固定在下部件142的周边侧上。止动螺栓146的上端可以抵靠在上部件140的下表面上。当止动螺栓146的上端抵靠在上部件140的下表面时，基片夹持臂组件86被水平安置着。一个L形的钩子148安装在基片夹持臂组件86上。
如图8和11所示，一个气缸150安装在头部组件82的外管82上，一个推压件152连接着气缸150，以便在气缸150启动后竖直移动。当气缸150启动后，推压件152将下降并抵靠在钩子148的上端上，以将钩子148压下。这样，钩子148和基片夹持臂组件86将抵抗着螺旋压簧144的推力而绕销钉88向下摆动。在气缸150的操作停止后，钩子148和基片夹持臂组件86将在螺旋压簧144的推力作用下绕销钉88摆动回去，最终使止动螺栓146抵靠在上部件140的下表面上，以将基片夹持臂组件86水平安置。
接下来描述电镀单元22的清洗段34。图12是图3所示清洗段34的正视图。
如图3和12所示，清洗段34具有六个清洗喷嘴160，用于清洗被电镀了的基片W，特别是电镀基片W的周边部分，并且清洗基片接触部分112。清洗喷嘴160连接着一个清洗液供应源(未示出)，清洗液例如纯水从清洗喷嘴160喷向基片W的下表面。清洗段34还具有一个臂形吹风机16，用于对清洗了的基片W进行干燥处理。吹风机162通过一个空气供应通道164连接着一个空气源(未示出)，干燥气体例如干燥空气或氮气从吹风机162喷向基片W的下表面。吹风机162可以绕着其一端转动，该端连接着空气供应通道164的上端。
如前所述，支柱74可以竖直移动并且可以绕着其自身轴线转动，而布置在支柱74中的转轴78可以相对于支柱74旋转。接下来将参照图13至16描述一个用于竖直移动和转动支柱74并且转动转轴78的驱动机构。图13是驱动机构的俯视图，图14是驱动机构的侧视图，图15是沿着图13中的线XV-XV所作的剖视图，图16是沿着图13中的线XVI-XVI所作的剖视图。如图4和5所示，驱动机构170布置在外罩36的外侧。因此，可以防止驱动机构170产生的颗粒进入电镀段32和其他段中，并且可以防止电镀过程中产生的烟雾有害地作用在驱动机构170上，以提高驱动机构170的耐用性。
如图13至16所示，驱动机构170主要包括一个固定安装在电镀单元22的框架上的固定底座172和一个可竖直移动地安装在固定底座172上的竖直移动底座174。固定底座172上支承着一个升降电机176，竖直移动底座174上支承着一个旋转电机178和一个摆动电机180。
如图16所示，一个竖直延伸的螺杆轴182通过轴承184而可旋转地安装在固定底座172上。一个安装在竖直移动底座174上的螺母186保持与螺杆轴182啮合。一个螺杆轴滑轮188安装在螺杆轴182的下端上，并且通过一条同步皮带190而可操作地连接着一个安装在升降电机176的轴上的升降电机滑轮192。竖直移动底座174具有一个滑块196(见图15)，其被一个装于固定底座172上的滑块支座194竖直导向。在升降电机176启动后，螺杆轴182绕着其自身轴线转动，以使螺母186和竖直移动底座174竖直移动，同时滑块196被装于固定底座172上的滑块支座194竖直引导着。
支柱74通过轴承198而支承在竖直移动底座174上，一个支柱滑轮200固定在支柱74的下端上。支柱滑轮200通过一条同步皮带202而可操作地连接着一个安装在摆动电机180的轴上的摆动电机滑轮204(见图14)。在摆动电机180启动后，支柱74绕着其自身轴线转动，以使固定在支柱74上的摆臂40作角运动。
如图15所示，一个下部转轴滑轮206安装在穿过了支柱74的转轴78的下端上。下部转轴滑轮206通过一条同步皮带208而可操作地连接着一个安装在旋转电机178的轴上的旋转电机滑轮210。在旋转电机178启动后，转轴78绕着其自身轴线转动，以使连接着上部转轴滑轮80的头部组件滑轮92转动，从而带动头部组件42的转轴84旋转。
下面描述利用根据本实施例的基片处理装置(电镀装置)对基片例如半导体基片进行电镀时的电镀过程。
基片以这样的状态容纳在一个基片盒中，即每个基片的表面侧(用于形成半导体器件或将要处理的表面)面向上方。容纳着基片的基片盒被放置在一个加载/卸载单元10上。第一传输装置24从基片盒中取出一个基片，将基片输送到一个基片台架18处，并将基片放在基片台架18上。在基片台架18上，基片被设在基片台架18中的翻转器上下翻转，也就是被倒置，以使其表面侧面向下方。之后，倒置着的基片从基片台架18输送到第二传输装置28上。一个电镀单元22的闸门38被打开，而第二传输装置28将基片通过外罩36上的开口36a输送到电镀单元22中。
为了将基片输送到电镀单元22中，驱动机构170的摆动电机180被启动，以使支柱74绕其自身轴线转动一定的角度，从而将头部组件42移动到清洗位置Q。之后，移动件96下降，以使压杆100抵靠在位于竖直移动杆106上端的螺母108上，并且抵抗着螺旋弹簧110的推力而向下推动竖直移动杆106。这样，基片接触部分112会从基片夹持臂组件86向下移动。
接下来，移动件96上的气缸104启动，以使推压件102抵靠在装卡机构120的螺母130上。随后，杆124抵抗着螺旋弹簧132的推力下降，以使爪128径向向外作角运动。
第二传输装置28上的伸入电镀单元22中的手部抬起，以将基片W的上表面(背侧)抵靠在基片夹持臂组件86的推压件116上。在这种状态下，气缸104的操作停止，以释放推压件102，从而使装卡机构120的爪128径向向内移动。这样，基片W被爪128定位和抓持。之后，第二传输装置28的手部从电镀单元22中撤回，而闸门38关闭。
在基片W的上述输送动作结束后，移动件96向上移动，以抬升基片接触部分112。在基片接触部分112被如此抬起后，基片W的外周边缘即与阴极触点118发生电接触，并且被密封件114密封而不会浸没到电镀液中。此后，基片W可以被一种化学液实施预处理(预涂)，该化学液从清洗段34中的清洗喷嘴160喷向基片W的下表面。
之后，驱动机构170的摆动电机180启动，以将支柱74转动一个给定角度，从而使夹持着基片W的头部组件42移动到电镀位置P。头部组件42的气缸150启动，以使推压件152与基片夹持臂组件86的钩子148咬合，并且使钩子148下降，从而使基片夹持臂组件86倾斜通过1°至3°范围内的角度。在基片夹持臂组件86被如此倾斜后，驱动机构170的升降电机176启动，以使支柱74下降一段预定距离，直至夹持在基片夹持臂组件86的下表面上的基片W浸没在电镀池44内的电镀液中。
在基片W被如此倾斜并且浸没到电镀液中时，基片W的表面随着基片W的下降而逐渐接触电镀液的溢流表面。因此，基片W的表面与电镀液的接触区域逐渐扩展，从而将气泡从基片W的表面上去除。因此，基片W与电镀液之间的接触倾向性会提高。由于只有基片夹持臂组件86可以倾斜，而与此同时头部组件42的转轴84保持竖直，因此头部组件42和摆臂40不需要倾斜。这样，基片W可以倾斜较大角度，因而基片W的倾斜动作容易控制，并且能够在较小的载荷下倾斜。基片夹持臂组件86也可以在其水平姿势下下降，而不必倾斜。
在基片W没入电镀液中后，气缸150的操作停止，以使基片夹持臂组件86返回其水平位置。此后，驱动机构170的旋转电机178启动，以通过支柱74中的转轴78带动头部组件42的转轴84旋转，从而使基片W以每分钟大约几十转的中等转速旋转。电流被供应到阳极52与基片W之间，以便在基片W的表面上形成镀膜。
在电镀过程结束后，基片W停止旋转。气缸150启动，以使推压件152与钩子148咬合上，并且使钩子148下降，从而使基片夹持臂组件86倾斜通过1°至3°范围内的角度。这样，附着在基片W的下表面上的残余电镀液可以在重力作用下容易地从基片W上落下。在基片夹持臂组件86被如此倾斜的情况下，升降电机176启动，以使支柱74和头部组件42升高一段预定距离。此后，气缸150的操作停止，以使基片夹持臂组件86返回其水平位置。
接下来，驱动机构170的摆动电机180启动，以使支柱74绕其自身轴线转动一个给定角度，从而将夹持着基片W的头部组件42移动到清洗位置Q。升降电机176启动，以使支柱74下降一段预定距离。之后，旋转电机178启动，以使基片夹持臂组件86以例如100rpm的转速度旋，与此同时，清洗液例如纯水从清洗喷嘴160喷向基片W的下表面，以清洗电镀基片W和基片接触部分112。由于可以在基片W被基片夹持臂组件86夹持着的状态下清洗电镀基片W的下表面和头部组件42的基片接触部分112，因此在基片W释放后不会有电镀液留在基片接触部分112的密封件114的末端上。这样，根据本发明，可以防止出现因残余电镀液结晶而造成的密封性能和导电率下降。
此后，基片夹持臂组件86的转速提高到例如300rpm，以将清洗液旋转甩掉。与此同时，空气从吹风机162供应到基片W上，以使基片W干燥。如果仅采用旋转干燥法，则基片W通常要以2000rpm的速度旋转才能被干燥。根据本发明，由于空气从吹风机162供应到基片W上，因此基片W不需要以如此高的速度旋转。
在清洗液从基片W上去除而且基片W被干燥后，移动件96下降，以使压杆100抵靠在位于竖直移动杆106上端的螺母108上并且抵抗着螺旋压簧110的推力而带动着竖直移动杆106向下移动，从而使基片接触部分112相对于基片W向下移动。
接下来，电镀单元22的闸门38打开，第二传输装置28的手部通过外罩36上的开口36a伸入电镀单元22中。之后，第二传输装置28的手部抬升到能够接收基片W的位置。随后，移动件96上的气缸104启动，以使推压件102抵靠在装卡机构120的螺母130上，并且抵抗着螺旋弹簧132的推力降低杆124，以使爪128径向向外作角运动。基片W被释放并放在第二传输装置28的手部上。此后，第二传输装置28的手部带着基片W从电镀单元22中撤回，闸门38被关闭。
接收了基片W的第二传输装置28将基片W输送到一个斜边蚀刻/化学清洗/干燥单元16中。在斜边蚀刻/化学清洗/干燥单元16中，电镀基片W被化学液清洗，形成在基片W的斜边部分上的一层薄铜膜被蚀刻掉，然后基片W被用水清洗并干燥。在基片W在斜边蚀刻/化学清洗/干燥单元16中被如此处理后，基片W被第一传输装置10带回加载/卸载单元10中。一系列的电镀过程就如此完成了。
虽然前面参照优选实施例描述了本发明，但对于本领域的普通技术人员而言，显然在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以作出许多修改和变化。接下来描述各种可行的改型实施例。
一个用于将基片W浸没在电镀液中的液罐可以安装在清洗段34中。在这种情况下，基片W可以在电镀单元22中经受预处理，例如预浸或预镀。预浸过程是这样的过程，即在基片上的一个连续沉积了隔离层和晶粒层的表面上涂覆一种含有电镀液成分的预处理液体(预浸液)的均匀薄膜，以提高电镀液向基片上的粘着性能。预镀过程是这样的过程，即在基片上的一个连续沉积了隔离层和晶粒层的表面上实施预镀，以增强未完成的晶粒层。
图17是根据本发明的另一个实施例的电镀单元的俯视图。如图17所示，电镀单元具有多个基片处理段，其中包括一个预镀段250、一个预处理/后处理/清洗段251和一个二次电镀段252，它们围绕着支柱74布置，支柱上固定着摆臂40。这样，利用多个基片处理段，可以在单一的电镀单元22中实施不同的处理。
如前所述，根据本发明，由于能够在基片被头部组件夹持着的状态下清洗基片下表面和基片接触部分，因此可以有效地防止残留并附着在基片接触部分上的电镀液结晶。这样，基片接触部分的耐用性可以提高，而且可以实现高质量的电镀过程，同时又能维持高导电率。
此外，由于电镀段和清洗段彼此隔离，因此清洗液不会与电镀池内的电镀液混合。这样，电镀液的浓度不会因混合清洗液而发生变化。
由于基片处理段被一个外罩覆盖着，因此可以防止外罩中产生的烟雾扩散到外罩之外。另外，由于驱动机构布置在外罩外侧，因此可以防止驱动机构中产生的颗粒进入电镀段和其他段中。还可以防止电镀过程中产生的烟雾有害地作用在驱动机构上，从而能够提高驱动机构的耐用性。由于不同的元件可以彼此组合，因此基片处理装置总体上可以具有紧凑的结构。
另外，根据本发明，基片的将要电镀的表面可以在基片相对于水平面倾斜的状态下与电镀液的溢流表面接触。因此，基片与电镀液之间的接触倾向性可以提高，从而使得电镀液能够平稳地接触基片，并且可以防止气泡残留在基片的将要电镀的表面上。此外，由于基片可以在头部组件的转轴保持竖直的情况下倾斜较大角度，因而基片的倾斜动作容易控制，并且能够在较小的载荷下倾斜。
图18是基片电镀装置的一个实例的示意性俯视图。图18中所示的基片电镀装置包括一个加载/卸载区520，其容纳着装有半导体基片的基片盒，一个处理区530，其用于对半导体基片进行处理，以及一个清洗干燥区540，其用于清洗和干燥电镀半导体基片。清洗干燥区540安置在加载/卸载区520与处理区530之间。一个间壁521布置在加载/卸载区520与清洗干燥区540之间。一个间壁523布置在清洗干燥区540与处理区530之间。
间壁521中形成了一个通道(未示出)，该通道用于将半导体基片输送于加载/卸载区520与清洗干燥区540之间，并且支承着一个用于开闭该通道的闸门522。间壁523中也形成了一个通道(未示出)，该通道用于将半导体基片输送于清洗干燥区540与处理区530之间，并且支承着一个用于开闭该通道的闸门524。清洗干燥区540和处理区530可以被单独供应和排放空气。
图18中所示的基片电镀装置被安置在一间容纳着半导体制造设备的净室中。加载/卸载区520、处理区530和清洗干燥区540中的压力是如下选择的加载/卸载区520中的压力＞清洗干燥区540中的压力＞处理区530中的压力。
加载/卸载区520中的压力低于净室中的压力。这样，空气不会从处理区530流入清洗干燥区540中，空气也不会从清洗干燥区540流入加载/卸载区520中。此外，空气不会从加载/卸载区520流入净室中。
加载/卸载区520中布置着一个加载单元520a和一个卸载单元520b，这两个单元中分别容纳着一个用于存放半导体基片的基片盒。清洗干燥区540中容纳着两个用于利用水清洗电镀半导体基片的水清洗单元451和两个用于干燥电镀半导体基片的干燥单元542。每个水清洗单元451可以包括一个在前端装有海绵层的笔杆形清洗器或者一个在外周表面上装有海绵层的辊。每个干燥单元452可以包括一个干燥器，用于高速旋转半导体基片，以实现脱水和干燥。清洗干燥区540中还具有一个用于输送半导体基片的传输单元(传输机器人)543。
处理区530中容纳着用于在电镀之前对半导体基片预热的多个预处理室531和用于对半导体基片镀铜的多个电镀室532。处理区530中也具有一个用于输送半导体基片的传输单元(传输机器人)543。
图19在侧视图中示出了基片电镀装置中的气流。如图19所示，新鲜空气通过一根导管546而从外界引入，并且被风扇强制带动着从顶板540a经过高性能过滤器544流入清洗干燥区540中，从而形成围绕着水清洗单元451和干燥单元542向下流动的清新空气。大部分供应的清新空气通过循环导管545而从底板540b返回顶板540a，从这里开始，清新空气再被风扇强制带动着经过过滤器544再次流入清洗干燥区540中。一部分清新空气通过导管522而从水清洗单元451和干燥单元542中流出清洗干燥区540。
在容纳着预处理室531和电镀室532的处理区530中，即使处理区530位于湿区内，也不允许有颗粒施加到半导体基片的表面上。为了防止颗粒施加到半导体基片上，向下的清新空气围绕着预处理室531和电镀室532流动。清新空气经导管539而从外界引入，并且被风扇强制带动着从顶板530a经过高性能过滤器533流入处理区530中。
如果引入处理区530中的总体上构成向下清新空气流的清新空气总从外界供应进来，则大量空气需要一直引入处理区530中并且排出。根据这个实施例，空气经导管533以足以保持处理区530中压力低于清洗干燥区540中压力的排放速率从处理区530中排出，而且引入处理区530中的大部分向下流动的清新空气将循环通过循环导管534、535。循环导管534从清洗干燥区540开始延伸，并且连接着位于顶板530a上方的过滤器533。循环导管535布置在清洗干燥区540中，并且连接着位于清洗干燥区540中的导管534部分。
流经处理区530的循环空气中含有来自溶液池中的化学雾和气体。通过布置在与导管535相连的导管534部分中的洗涤器536和烟雾分离器537、538，化学雾和气体被从循环空气中排除。这样，空气从清洗干燥区540开始循环通过洗涤器536和烟雾分离器537、538，再返回位于顶板530a上方的循环导管534中，从而消除了所有化学雾和气体。这种干净空气再被风扇强制带动着流经过滤器533并返回处理区530中。
一部分空气经过与处理区530的底板530b相连的导管535而从处理区530中排出。含有化学雾和气体的空气还经过导管553而从处理区530中排出。与经导管553排出的空气等量的清新空气在相对于静室压力而言产生于电镀室530中的负压的作用下从导管539供应到电镀室530中。
如前所述，加载/卸载区520中的压力高于清洗干燥区540中的压力，后者又高于处理区530中的压力。在闸门522、524(见图18)打开后，空气将依次流过加载/卸载区520、清洗干燥区540和处理区530，如图20所示。从清洗干燥区540和处理区530排出的空气经导管552、553流入一根延伸到净室外面的公共导管554(见图21)中。
图21中示出了图18所示基片电镀装置放在净室中时的透视图。加载/卸载区520包含一个侧壁，该侧壁带有一个形成在其中的盒式输送口555和一个控制板556，并且暴露在一个被间壁557从净室中隔离出的工作区间558中。间壁557还从净室中隔离出一个安装着基片电镀装置的设备区间559。基片电镀装置的其他侧壁暴露在空气清洁度低于工作区间558的设备区间559中。
如前所述，清洗干燥区540布置在加载/卸载区520与处理区530之间。间壁521布置在加载/卸载区520与清洗干燥区540之间。间壁523布置在清洗干燥区540与处理区530之间。一个干燥半导体基片从工作区间558通过盒式输送口555加载到基片电镀装置中，再在基片电镀装置中电镀。电镀了的半导体基片被清洗和干燥，再通过盒式输送口555而从基片电镀装置卸载到工作区间558中。因此，不会有颗粒和烟雾施加到半导体基片的表面上，而且可以防止空气清洁度高于设备区间559的工作区间558被颗粒、化学雾和清洗液雾沾染。
在图18和19所示的实施例中，基片电镀装置具有加载/卸载区520、清洗干燥区540和处理区530。然而，也可以将一个容纳着化学机械式研磨单元的区布置在处理区530中或附近，而且清洗干燥区540可以布置在处理区530中或者位于容纳着化学机械式研磨单元的区与加载/卸载区520之间。其他任何适宜的区和单元布置方式均可以采用，只要干燥半导体基片能够加载到基片电镀装置中、电镀半导体基片能够被清洗和干燥并随后从基片电镀装置中卸载出来即可。
在上面描述的这个实施例中，本发明应用在用于电镀半导体基片的基片电镀装置中。然而，本发明的原理也可以应用在用于电镀除半导体基片之外的基片的基片电镀装置中。此外，利用基片电镀装置在基片上电镀的区域并不局限于基片上的布线区域。基片电镀装置也可以用于电镀除铜之外的金属。
图22是基片电镀装置的另一个实例的俯视图。图22中所示的基片电镀装置包括一个用于加载半导体基片的加载单元601、一个用于在半导体基片上镀铜的镀铜室602、用于用水清洗半导体基片的一对水清洗室603和604、一个用于化学和机械式研磨半导体基片的化学机械研磨单元605、用于用水清洗半导体基片的一对水清洗室606和607、一个用于干燥半导体基片的干燥室608和一个用于将带有布线镀膜的半导体基片卸载的卸载单元609。基片电镀装置还具有一个基片传输机构(未示出)，用于将半导体基片输送于所述室602、603、604，化学机械研磨单元605，所述室606、607、608，以及卸载单元609之间。加载单元601，室602、603、604，化学机械研磨单元605，室606、607、608，以及卸载单元609组成了装置的单一式整体结构。
基片电镀装置是如下操作的基片传输机构将一个尚未形成布线镀膜的半导体基片W从一个放在加载单元601中的基片盒601-1输送到镀铜室602中。在镀铜室602中，一层铜镀膜形成在半导体基片W的一个表面上，该表面上带有由布线沟槽和布线孔(接触孔)组成的布线区域。
在铜镀膜在镀铜室602中形成在半导体基片W上后，半导体基片W被基片传输机构输送到一个水清洗室603、604中，并且在所述一个水清洗室603、604中被水清洗。清洗后的半导体基片W被传输机构输送到化学机械研磨单元605中。化学机械研磨单元605将无用的铜镀膜从半导体基片W的表面上去除，留下布线沟槽和布线孔中的铜镀膜部分。一个由TiN或类似材料构成的隔离层在铜镀层沉积之前形成在半导体基片W的表面上，包括布线沟槽和布线孔的内表面。
接下来，带有剩余铜镀膜的半导体基片W被基片传输机构输送到一个水清洗室606、607中，并且在所述一个水清洗室606、607中被水清洗。清洗后的半导体基片W在干燥室608中被干燥，之后，带有用作布线薄膜的剩余铜镀膜的半导体基片W被放入位于卸载单元609中的基片盒609-1中。
图23是基片电镀装置的又一个实例的俯视图。图23中所示基片电镀装置与图22中所示基片电镀装置的不同之处在于，附加包含了一个镀铜室602、一个水清洗室610、一个预处理室611、一个用于在半导体基片的铜镀层上形成保护层的保护层电镀室612、水清洗室613和614以及一个化学机械研磨单元615。加载单元601，室602、602、603、604、614，化学机械研磨单元605、615，室606、607、608、610、611、612、613，以及卸载单元609组成了装置的单一式整体结构。
图23中所示基片电镀装置是如下操作的半导体基片W从一个放在加载单元601中的基片盒601-1陆续输送到一个镀铜室602、602中。在所述一个镀铜室602、602中，一层铜镀膜形成在半导体基片W的一个表面上，该表面上带有由布线沟槽和布线孔(接触孔)组成的布线区域。采用两个镀铜室602、602，使得半导体基片W能够以加长的时间电镀铜膜，具体地讲，半导体基片W可以在一个镀铜室602中以无电解电镀的方式电镀上一层初级铜膜，然后再在另一个镀铜室602中以电解电镀的方式电镀上一层二级铜膜。基片电镀装置可以具有两个以上的镀铜室。
形成了铜镀膜后的半导体基片W在一个水清洗室603、604中被水清洗。之后，化学机械研磨单元605将无用的铜镀膜从半导体基片W的表面上去除，留下布线沟槽和布线孔中的铜镀膜部分。
接下来，带有剩余铜镀膜的半导体基片W被输送到水清洗室610中，在此，半导体基片W被水清洗。之后，半导体基片W被输送到预处理室611中并被预处理，以沉积一层保护镀层。预处理后的半导体基片W被输送到保护层电镀室612中。在保护层电镀室612中，一个保护镀层形成在半导体基片W的布线区域中的铜镀膜上面。作为示例，保护镀层可以通过无电解电镀由镍(Ni)和硼(B)的合金构成。
在半导体基片在一个水清洗室613和614中被清洗后，在化学机械研磨单元615中，沉积在铜镀层上的保护镀层的上部被研磨掉，以使保护镀层平面化。
在保护镀层被研磨后，半导体基片W在一个水清洗室606、607中被水清洗。清洗后的半导体基片W被传输机构输送到干燥室608中，在干燥室608中被干燥，再被输送到位于卸载单元609中的基片盒609-1中。
图24是基片电镀装置的又一个实例的俯视图。如图24所示，基片电镀装置包含一个位于其中心并且具有机械臂616-1的机器人616，基片电镀装置也具有一个镀铜室602、一对水清洗室603和604、一个化学机械研磨单元605、一个预处理室611、一个保护层电镀室612、一个干燥室608和一个加载/卸载站617，它们围绕着机器人616布置，并且位于机械臂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/卸载站617布置。机器人616，室602、603、604，化学机械研磨单元605，室608、611、612，加载/卸载站617，加载单元601，以及卸载单元609组成了装置的单一式整体结构。
图24中所示基片电镀装置是如下操作的一个将要被电镀的半导体基片从加载单元601输送到加载/卸载站617中，在此，半导体基片被机械臂616-1接收，并被输送到镀铜室602中。在镀铜室602中，一层铜镀膜形成在半导体基片的一个表面上，该表面上带有由布线沟槽和布线孔组成的布线区域。带有铜镀膜的半导体基片被机械臂616-1输送到化学机械研磨单元605中。在化学机械研磨单元605中，无用的铜镀膜被从半导体基片W的表面上去除，留下布线沟槽和布线孔中的铜镀膜部分。
之后，半导体基片被机械臂616-1输送到水清洗室604中，在此，半导体基片被水清洗。此后，半导体基片被机械臂616-1输送到预处理室611中，在此，半导体基片被预处理，以沉积一层保护镀层。预处理后的半导体基片被机械臂616-1输送到保护层电镀室612中。在保护层电镀室612中，一个保护镀层形成在半导体基片W的布线区域中的铜镀膜上面。形成了保护镀层的半导体基片被机械臂616-1输送到水清洗室604中，在此，半导体基片被水清洗。此后，半导体基片被机械臂616-1输送到干燥室608中，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输送到加载/卸载站617中，电镀半导体基片再从此处输送到卸载单元609中。
图25是半导体基片处理装置的另一个结构方案例的视图。半导体基片是这样构造的，即设有一个加载/卸载站701、一个铜镀膜形成单元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、第一研磨装置710和第二研磨装置711。一个用于在电镀之前和之后测量镀膜厚度的镀前和镀后膜厚测量仪712和一个用于在研磨后干态测量半导体基片W的膜厚的干态膜厚测量仪713毗邻第一机器人703放置。
第一研磨装置(研磨单元)710具有一个研磨台710-1、一个顶部吸环710-2、一个顶部吸环头710-3、一个膜厚测量仪710-4和一个推压件710-5。第二研磨装置(研磨单元)711具有一个研磨台711-1、一个顶部吸环711-2、一个顶部吸环头711-3、一个膜厚测量仪711-4和一个推压件711-5。
一个容纳着半导体基片W的基片盒701-1放在加载/卸载站701的加载口上，半导体基片W中形成了用于布线的通孔和沟槽，而且半导体基片W上形成了一个晶粒层。第一机器人703将半导体基片W从基片盒701-1中取出，并将半导体基片W输送到用于形成铜镀膜的铜镀膜形成单元702中。此时，晶粒层厚度被镀前和镀后膜厚测量仪712测量。铜镀膜是如此形成的，即先对半导体基片W的表面实施亲水处理，然后再镀铜。在形成了铜镀膜后，将在铜镀膜形成单元702中对半导体基片W洗涤或清洗。
在半导体基片W被第一机器人703从铜镀膜形成单元702中取出后，铜镀层的膜厚被镀前和镀后膜厚测量仪712测量。测量的结果作为半导体基片的记录数据记录在一个记录装置(未示出)中，并且用于判断铜镀膜形成单元702是否出现异常。在测量了膜厚之后，第一机器人703将半导体基片W输送到翻转机705中，翻转机705将半导体基片W翻转(使形成了铜镀层的表面向下)。第一研磨装置710和第二研磨装置711以串联模式和并联模式实施研磨。下面描述串联模式的研磨操作。
在串联模式的研磨操作中，要利用第一研磨装置710实施初次研磨，再利用第二研磨装置711实施二次研磨。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放在研磨装置710的推压件710-5上。顶部吸环710-2利用吸力吸附住位于推压件710-5上的半导体基片W，并且使半导体基片W的铜镀膜表面在压力下接触研磨台710-1的研磨面，以实施初次研磨。通过初次研磨，铜镀膜基本上被研磨掉。研磨台710-1的研磨面由发泡聚氨酯例如IC1000构成，或者由固定或嵌入了研磨颗粒的材料构成。随着研磨面与半导体基片W之间的相对运动，铜镀膜被研磨掉。
在完成了铜镀膜的研磨操作后，半导体基片W被顶部吸环710-2带动着返回推压件710-5上。第二机器人708拾取半导体基片W，并将其引入第一清洗机709中。此时，一种化学液可以喷射到位于推压件710-5上的半导体基片W的表面和背侧上，以去除颗粒或者导致颗粒难以附着在半导体基片W上。
在完成了第一清洗机709中的清洗操作后，第二机器人708拾取半导体基片W，并将其放在第二研磨装置711的推压件711-5上。顶部吸环711-2利用吸力吸附位于推压件711-5上的半导体基片W，并且使半导体基片W上的形成有隔离层的表面在压力下接触研磨台711-1的研磨面，以实施二次研磨。研磨台711-1的构造基本上与研磨台710-1相同。通过二次研磨，隔离层基本上被研磨掉。然而，在初次研磨之后留下了铜镀膜和氧化膜的情况下，这些膜也会被研磨掉。
研磨台711-1的研磨面由发泡聚氨酯例如IC1100构成，或者由固定或嵌入了研磨颗粒的材料构成。随着研磨面与半导体基片W之间的相对运动，研磨操作被实现。在这种情况下，石英、刚玉、铈土或类似材料可以用作研磨颗粒或浆料。一种化学液根据需要研磨的镀膜的类型被调配出来。
二次研磨的终止点的探测是这样实现的，即主要利用光学膜厚测量仪测量隔离层的膜厚，并且探测膜厚变为零或者包含SiO2的绝缘薄膜表面露出的时间。此外，带有图像处理功能的膜厚测量仪被用作设在研磨台711-1附近的膜厚测量仪711-4。通过使用这种测量仪，可以测量氧化膜的厚度，测量结果被储存为半导体基片W的处理过程记录，并且用于判断实施了二次研磨后的半导体基片W是否可以被输送到下一步骤中。如果没有达到二次研磨的终止点，则需要实施重新研磨。如果因某种异常情况而导致过度研磨，则半导体基片处理装置被停机，以避免在接下来的研磨操作中产生更多的废品。
在完成了二次研磨后，半导体基片W被顶部吸环711-2移动到推压件711-5上。第二机器人708拾取位于推压件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压件711-5上的半导体基片W的表面和背侧上，以去除颗粒或者导致颗粒难以附着在半导体基片W上。
第二机器人708将半导体基片W携带到第二清洗机707中，在此对半导体基片W实施清洗。第二清洗机707的结构与第一清洗机709相同。半导体基片W的表面被PVA海绵辊用一种清洗液擦洗，清洗液由纯水制成，并且添加了表面活性剂、螯合剂或pH值调节剂。一种强化学液例如DHF从喷嘴喷射到半导体基片W的背侧，以将扩散到背侧的铜蚀刻掉。如果没有扩散问题，则可以由PVA海绵辊利用与表面擦洗时相同的清洗液擦洗。
在完成了上述清洗后，第二机器人708拾取半导体基片W，并将其输送到翻转机706中，翻转机706将半导体基片W翻转。翻转了的半导体基片W被第一机器人703拾取，并被输送到第三清洗机704中。在第三清洗机704中，通过超声波振动而激活的磁声感应水被喷向半导体基片W的表面，以清洗半导体基片W。此时，半导体基片W的表面可以由公知的笔杆形海绵清洗器利用一种清洗液擦洗，清洗液由纯水制成，并且添加了表面活性剂、螯合剂或pH值调节剂。之后，半导体基片W通过旋转甩干而被干燥。
如前所述，如果膜厚已经被设在研磨台711-1附近的膜厚测量仪711-4测量过，则半导体基片W不需要在经受附加处理，并且会被装入位于加载/卸载站701卸载口上的基片盒中。
图26是半导体基片处理装置的另一个结构方案例的视图。该基片处理装置与图25所示基片处理装置的不同之处在于，设有一个包覆电镀单元750，以取代图25中的铜镀膜形成单元702。
一个容纳着形成有铜镀膜的半导体基片W的基片盒701-1放在加载/卸载站701的加载口上。从基片盒701-1中取出的半导体基片W被输送到第一研磨装置710或第二研磨装置711中，以将铜镀膜表面研磨掉。在完成了铜镀膜表面的研磨后，半导体基片W在第一清洗机709中清洗。
在完成了第一清洗机709中的清洗操作后，半导体基片W被输送到包覆电镀单元750中，在此，对铜镀膜表面实施包覆电镀，以防止铜镀膜受到大气的作用而被氧化。实施了包覆电镀操作后的半导体基片被第二机器人708从包覆电镀单元750输送到第二清洗机707中，在此被纯水或脱离子水清洗。完成了清洗后，半导体基片返回到放于加载/卸载站701上的基片盒701-1中。
图27是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图。该基片处理装置与图26所示基片处理装置的不同之处在于，设有一个退火单 751，以取代图26中第三清洗机709。
如前所述在研磨单元710或711中研磨并且在第一清洗机709中清洗后的半导体基片W被输送到包覆电镀单元750中，在此，对铜镀膜表面实施包覆电镀。实施了包覆电镀操作后的半导体基片被第二机器人708从包覆电镀单元750输送到第一清洗机709中，并且在此被清洗。
在完成了第一清洗机709中的清洗操作后，半导体基片W被输送到退火单元751中，在此基片经受退火处理，以使铜镀膜合金化，从而增大铜镀膜的电迁移阻力。经受了退火处理后的半导体基片W从退火单元751输送到第二清洗机707中，在此被纯水或脱离子水清洗。完成了清洗后，半导体基片返回到放于加载/卸载站701上的基片盒701-1中。
图28是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图。在如28中，与图25中相同的附图标记表示相同或相应的部分。在本例的基片处理装置中，一个推压分度器725毗邻第一研磨装置710和第二研磨装置711布置。基片放置台721、722分别毗邻第三清洗机704和铜镀膜形成单元702布置。一个机器人723毗邻第一清洗机709和第三清洗机704布置。此外，一个机器人724毗邻第二清洗机707和铜镀膜形成单元702布置，一个干态膜厚测量仪713毗邻加载/卸载站701和第一机器人703放置。
在具有上述结构的基片处理装置中，第一机器人703将半导体基片W从放在加载/卸载站701的加载口上的基片盒701-1中取出。在利用干态膜厚测量仪713测量了隔离层和晶粒层的膜厚后，第一机器人703将半导体基片W放在基片放置台721上。在干态膜厚测量仪713设在第一机器人703手部时的情况下，膜厚是在该手部上测量的，而后基片被放在基片放置台721上。第二机器人723将位于基片放置台721上的半导体基片W输送到铜镀膜形成单元702中，在此形成铜镀膜。在形成了铜镀膜后，铜镀层的膜厚被镀前和镀后膜厚测量仪712测量。之后，第二机器人723将半导体基片W输送到推压分度器725并加载在其上。[串联模式]在串联模式中，顶部吸环710-2利用吸力吸附住位于推压分度器725上的半导体基片W，将其输送到研磨台710-1，并将半导体基片W按压在研磨台710-1的研磨面上，以实施研磨操作。研磨的终止点的探测是利用与前面所述相同的方法实现的。完成研磨后的半导体基片W被顶部吸环710-2输送到推压分度器725并加载在其上。第二机器人723取下半导体基片W，并将其输送到第一清洗机709中，以实施清洗。之后，半导体基片W被输送到推压分度器725并加载在其上。
顶部吸环711-2利用吸力吸附住位于推压分度器725上的半导体基片W，将其输送到研磨台711-1，并将半导体基片W按压在研磨台711-1的研磨面上，以实施研磨操作。研磨的终止点的探测是利用与前面所述相同的方法实现的。完成研磨后的半导体基片W被顶部吸环711-2输送到推压分度器725并加载在其上。第三机器人724拾取半导体基片W，而且其膜厚被一个膜厚测量仪726测量。之后，半导体基片W被输送到第二清洗机707中，以实施清洗。然后，半导体基片W被输送到第三清洗机704中，从而被清洗并通过旋转甩干而被干燥。之后，半导体基片W被第三机器人724拾取，并被放置在基片放置台722上。[并联模式]在并联模式中，顶部吸环710-2或711-2利用吸力吸附住位于推压分度器725上的半导体基片W，将其输送到研磨台710-1或711-1，并将半导体基片W按压在研磨台710-1或711-1的研磨面上，以实施研磨操作。在测量了膜厚后，第三机器人724将半导体基片W拾取，并放置在基片放置台722上。
第一机器人703将位于基片放置台722上的半导体基片W输送到干态膜厚测量仪713上。在测量了膜厚后，半导体基片返回到放于加载/卸载站701上的基片盒701-1中。
图29是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图。该基片处理装置是这样的基片处理装置，即能够在尚未形成晶粒层的半导体基片W上形成一个晶粒层和一个铜镀膜，并且研磨这些膜，以形成布线。
在这种基片处理装置中，一个推压分度器725毗邻第一研磨装置710和第二研磨装置711布置，基片放置台721、722分别毗邻第二清洗机707和晶粒层形成单元727布置，一个机器人723毗邻晶粒层形成单元727和铜镀膜形成单元702布置。此外，一个机器人724毗邻第一清洗机709和第二清洗机707布置，一个干态膜厚测量仪713毗邻加载/卸载站701和第一机器人703放置。
第一机器人703将带有隔离层的半导体基片W从放在加载/卸载站701的加载口上的基片盒701-1中取出，并将其放置在基片放置台721上。之后，第二机器人723将半导体基片W输送到晶粒层形成单元727中，以形成一个晶粒层。晶粒层是利用无电解电镀方法形成的。第二机器人723将形成了晶粒层的半导体基片W输送到镀前和镀后膜厚测量仪712，以便测量膜厚。在测量了膜厚后，半导体基片被输送到铜镀膜形成单元702中，在此形成铜镀膜。
在形成了铜镀膜后，将要测量膜厚，然后半导体基片被输送到推压分度器725上。顶部吸环710-2或711-2利用吸力吸附住位于推压分度器725上的半导体基片W，并将其输送到研磨台710-1或711-1，以实施研磨操作。在研磨后，顶部吸环710-2或711-2将半导体基片W输送到膜厚测量仪710-4或711-4，以测量膜厚。之后，顶部吸环710-2或711-2将半导体基片W输送到推压分度器725并放置在其上。
之后，第三机器人724将半导体基片W从推压分度器725上拾取，并将其输送到第一清洗机709中。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，并输送到第二清洗机707中，然后再将清洗和干燥后的半导体基片放在基片放置台722上。之后，第一机器人703拾取半导体基片W，并将其输送到干态膜厚测量仪713上，以测量膜厚。之后，第一机器人703将半导体基片输送到放于加载/卸载站701上的基片盒701-1中。
在图29所示的基片处理装置中，通过在带有电路图案的通孔或沟槽的半导体基片W上形成一个隔离层、一个晶粒层和一个铜镀层，再将它们研磨掉，可以构成布线。
容纳着尚未形成隔离层的半导体基片W的基片盒701-1放在加载/卸载站701的加载口上。第一机器人703将半导体基片W从放在加载/卸载站701的加载口上的基片盒701-1中取出，并将其放置在基片放置台721上。之后，第二机器人723将半导体基片W输送到晶粒层形成单元727中，以形成一个隔离层和一个晶粒层。隔离层和晶粒层是利用无电解电镀方法形成的。第二机器人723将形成了隔离层和晶粒层的半导体基片W输送到镀前和镀后膜厚测量仪712，以便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被输送到铜镀膜形成单元702中，在此形成铜镀膜。
图30是半导体基片处理装置的又一个结构方案例的视图。在该基片处理装置中，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、一个包覆电镀单元817、第二清洗单元818、第一校准和膜厚测量仪841、第二校准和膜厚测量仪842、第一基片翻转机843、第二基片翻转机844、一个基片临时放置台845、第三膜厚测量仪846、一个加载/卸载单元820、第一研磨装置821、第二研磨装置822、第一机器人831、第二机器人832、第三机器人833和第四机器人834。膜厚测量仪841、842和846与其他单元(电镀、清洗、退火和诸如此类的单元)具有相同正面尺寸的单元，因此可以互换。
在本例中，无电解镀钌装置可以用作隔离层形成单元811，无电解镀铜装置可以用作晶粒层形成单元812，电解电镀装置可以用作晶粒层形成单元812。
图31是本例中的半导体基片处理装置所实施的各个步骤的流程图。下面根据该流程图描述装置中的各个步骤。首先，被第一机器人831从放在加载/卸载单元820上的基片盒820a中取出的一个半导体基片以这样的状态放在第一校准和膜厚测量仪841上，即基片的将要电镀的表面面向上方。为了确定一个作为膜厚测量位置的基准点，需要利用切口进行膜厚测量校准，然后可以获得尚未形成铜镀膜的半导体基片的膜厚数据。
之后，半导体基片被第一机器人831输送到隔离层形成单元811。隔离层形成单元811是用于通过无电解镀钌过程在半导体基片上形成一个隔离层的装置，因而隔离层形成单元811形成的是用作隔离层的镀辽层，以防止铜扩散到半导体器件的夹层绝缘膜(例如SiO2)中。在经历了清洗和干燥步骤后，半导体基片被第一机器人831输送到第一校准和膜厚测量仪841，以测量半导体基片的膜厚，即隔离层的膜厚。
在膜厚测量之后，半导体基片被第二机器人832输送到晶粒层形成单元812，从而通过无电解镀铜过程在半导体基片上形成一个晶粒层。在经历了清洗和干燥步骤后，半导体基片被第二机器人832输送到第二校准和膜厚测量仪842，以确定一个切口位置，然后半导体基片被输送到作为浸镀单元的镀膜形成单元813，之后，利用膜厚测量仪842为镀铜而实施切口校准。如需要，形成铜镀膜之前的半导体基片的膜厚可以在膜厚测量仪842中再测量一遍。
完成了切口校准后的半导体基片被第三机器人833输送到镀膜形成单元813，在此，铜镀膜施加到半导体基片上。在经历了清洗和干燥步骤之后排放出来的半导体基片被第三机器人833输送到斜边和背侧清洗单元816，在此，位于半导体基片周边部分上的无用铜镀膜(晶粒层)被去除。在斜边和背侧清洗单元816中，斜边在预定时间内被蚀刻，而粘着在半导体基片背侧的铜将被化学液例如氢氟酸清洗掉。此时，在将半导体基片输送到斜边和背侧清洗单元816之前，可以在第二校准和膜厚测量仪842中对半导体基片实施膜厚测量，以获得电镀形成的铜镀膜的厚度值，而且基于所获得的结果，可以适宜地改变斜边蚀刻时间，以实施蚀刻。在斜边蚀刻过程中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，或是虽然形成了电路但最终并不用作芯片的区域。斜边部分包含在这个区域中。
在斜边和背侧清洗单元816中经历了清洗和干燥后的半导体基片被第三机器人833输送到基片翻转机843。在半导体基片被基片翻转机843翻转而导致电镀表面面向下方后，半导体基片被第四机器人834带入退火单元814中，以使布线部分稳定化。在退火处理之前和/或之后，半导体基片被输送到第二校准和膜厚测量仪842，以测量形成在半导体基片上的铜镀膜的膜厚。之后，半导体基片被第四机器人834输送到第一研磨装置821中，在此，半导体基片上的铜镀膜和晶粒层被研磨。
此时，可以使用适当的研磨颗粒或类似物，但为了防止形成凹陷并且提高表面的平整度，可以使用固定磨料。在完成了初次研磨后，半导体基片被第四机器人834输送到第一清洗单元815中并被清洗。这一清洗过程采用的是擦洗方式，其中，长度与半导体基片直径大致相等的辊被放在半导体基片的表面和背侧，而且半导体基片和辊被旋转，同时有纯水或脱离子水流过，从而实现半导体基片的清洗。
在完成了初次清洗后，半导体基片被第四机器人834输送到第二研磨装置822中，在此，半导体基片上的隔离层被研磨。此时，可以使用适当的研磨颗粒或类似物，但为了防止形成凹陷并且提高表面的平整度，可以使用固定磨料。在完成了二次研磨后，半导体基片又再次被第四机器人834输送到第一清洗单元815中并被清洗。在完成了清洗后，半导体基片被第四机器人834输送到第二基片翻转机844中，在此，半导体基片被翻转，以使电镀表面面向上方，之后，半导体基片被第三机器人放到基片临时放置台845上。
半导体基片被第二机器人从基片临时放置台845输送到包覆电镀单元817中，在此，对铜镀膜表面实施包覆电镀，以防止铜镀膜受到大气的作用而被氧化。实施了包覆电镀操作后的半导体基片被第二机器人832从包覆电镀单元817输送到第三膜厚测量仪846中，以测量铜镀膜的厚度。之后，半导体基片被第一机器人831输送到第二清洗单元818中，并且在此被纯水或脱离子水清洗。完成了清洗后，半导体基片返回到放于加载/卸载站820上的基片盒820a中。
校准和膜厚测量仪841以及校准和膜厚测量仪842用于实施基片切口部分的校准，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，可以在包覆电镀单元817中将镀膜直接形成在隔离层上。
斜边和背侧清洗单元816可以同时实施边缘(斜边)铜蚀刻和背侧清洗，并且能够抑制铜的自然氧化膜在基片表面上的电路形成部分上生长。图32是斜边和背侧清洗单元的一个示意性结构例的视图。如图32所示，斜边和背侧清洗单元816具有一个基片夹持部分922，其安置在一个带有底部的圆柱形防水外罩920的内侧，用于在基片W的表面面向上方的状态下高速旋转基片W，同时又利用旋转卡盘921沿基片外周边缘部分的圆周方向在多个位置上水平夹持着基片W；一个中央喷嘴924，其被保持在被基片夹持部分922夹持着的基片W的表面中央部分附近上方；以及一个边缘喷嘴926，其被安置在基片W的外周边缘部分上方。中央喷嘴924和边缘喷嘴926指向下方。一个背侧喷嘴928安置在基片W的背侧中央部分附近下方，并且指向上方。边缘喷嘴926适用于沿基片W的直径方向和高度方向移动。
边缘喷嘴926的移动宽度L的设置使得边缘喷嘴926能够沿着从基片外周端面指向中心的方向自由安置，而且L的设置值将根据基片W的尺寸、用途和类似指标而输入。通常，边缘切割宽度C设置为2mm至5mm。在基片的旋转速度处在一定的值或更高，从而足以使得液体从背侧迁移到表面上时，位于边缘切割宽度C中的铜膜会被去除。
接下来描述这种清洁装置的清洗方法。首先，半导体基片W与基片夹持部分922一起旋转，其中基片被基片夹持部分922的旋转卡盘921保持在水平位置。在这种状态下，一种酸溶液从中央喷嘴924供应到基片W的表面中央部分上。酸溶液可以是非氧化酸，其可以采用氢氟酸、盐酸、硫酸、柠檬酸、草酸或类似物。另一方面，一种氧化剂溶液从边缘喷嘴926连续或间歇式供应到基片W的外周边缘部分上。作为氧化剂溶液，可以采用臭氧水溶液、过氧化氢水溶液、硝酸水溶液、次氯酸钠水溶液中的一种或者它们的组合物。
通过这种方式，形成在半导体基片W的外周边缘部分C所在区域的上表面和端面上的铜镀膜或类似物可以被氧化剂溶液快速氧化并且同时被中央喷嘴924喷出并且散布在基片整个表面上的酸溶液蚀刻，从而被溶解和去除。通过在基片外周边缘部分使酸溶液与氧化剂溶液混合，同预先制成它们的混合物然后再供应出来时的情况相比，可以获得更深的蚀刻轮廓。此时，铜的蚀刻率取决于溶液浓度。如果铜的天然氧化膜形成在基片表面的圆形部分中，则天然氧化物会随着基片的旋转而被散布在基片整个表面上的酸溶液立即去除，而不会再生长。在酸溶液停止从中央喷嘴924供应后，氧化剂溶液从边缘喷嘴926的供应也会停止。其结果是，暴露在表面上的硅会被氧化，因而铜的沉积可被抑制。
另一方面，一种氧化剂溶液和一种氧化硅膜蚀刻剂同时或交替地从背侧喷嘴928供应到基片背侧中央部分上。因此，粘着在半导体基片W背侧的金属形式的铜或类似物可以与基片中的硅一起被氧化剂溶液氧化，并且可以被氧化硅膜蚀刻剂蚀刻和去除。为了减少化学药剂类型的数量，这里的氧化剂溶液优选与供应到表面上的氧化剂溶液相同。氢氟酸可以用作氧化硅膜蚀刻剂，而且如果氢氟酸也被用作基片表面上的酸溶液，则化学药剂类型的数量可以减少。这样，如果氧化剂的供应首先停止，则背侧可以获得疏水面。如果蚀刻剂溶液首先停止，则背侧可以获得水饱和面(亲水面)，因此，背侧表面可以调节到满足后续处理要求的状态。
通过这种方式，酸溶液，也就是蚀刻溶液被供应到基片上，以去除残留在基片W的表面上的金属离子。之后，纯水被供应，从而用纯水置换蚀刻液并将蚀刻液去除，然后，基片通过旋转甩干而干燥。通过这种方式，可以在例如80秒内完成半导体基片表面外周边缘部分的边缘切割宽度C内的铜镀膜去除和背侧铜污染去除。边缘的蚀刻切割宽度可以任意设置(达到2mm至5mm)，但蚀刻所需的时间并不取决于切割宽度。
在CMP(研磨)处理之前并在电镀之后实施退火处理，将对随后的CMP处理和布线的产生良好的作用。如果不实施退火处理，则在CMP处理之后观察宽布线(单位为几微米)的表面时，会发现诸如微孔隙等缺陷，这会导致整个布线的电阻增大。执行退火处理，可以抑制电阻的增大。在没有退火的情况下，细的布线上看不到孔隙。因此，可以认为这种现象与颗粒的生长有关。也就是说，可以推测出下面的机理颗粒生长难以发生在细布线中。另一方面，在宽布线中，颗粒会随着退火处理而生长。在颗粒生长过程中，镀膜中的太小而不能被ESM(扫描电子显微镜)看到的超微孔会聚集并向上移动，从而在布线的上部形成微孔隙状凹坑。退火单元814中的退火操作条件是这样的，即氢气(2％或以下)添加到气体气氛中，温度位于300℃至400℃的范围内，时间在1至5分钟的范围内。在这种条件下，可以获得上述效果。
图35和36中示出了退火单元814。退火单元814包括一个室1002，其具有一个用于装入和取出半导体基片W的门1000；一个热板1004，其布置在室1002的上部，用于将半导体基片W加热到例如400℃；以及一个冷板1006，其布置在室1002的下部，用于通过例如流经冷板内部的冷却水而冷却半导体基片W。退火单元814还具有多个可竖直移动的升降销钉1008，它们穿过冷板1006，并且在冷板中上下延伸移动，以将半导体基片W放置并保持在它们之上。退火单元还包含一根气体引入管1010，其用于在退火过程中将抗氧化剂气体引入半导体基片W与热板1004之间，以及一根气体排放管1012，其用于将从气体引入管1010引入并且流经了半导体基片W与热板1004之间的气体排出。管1010和1012布置在热板1004的相反侧。
气体引入管1010连接着一根混合气引入管线1022，后者又连接着一个混合器1020，在混合器中，通过一根包含有过滤器1014a的氮气引入管线1016引入的氮气和通过一根包含有过滤器1014b的氢气引入管线1018引入的氢气被混合而形成混合气，混合气通过管线1022流入气体引入管1010中。
在操作中，通过门1000输送到室1002中的半导体基片W被保持在升降销钉1008上，升降销钉1008上升到一个位置上，以使保持在升降销钉1008上的半导体基片W与热板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中引入，以使气体流经半导体基片W与热板1004之间，并同时将气体从气体排放管1012排出，这样就可以对半导体基片W退火，同时又能防止其氧化。退火处理可以在大约几十秒至60秒内完成。基片的热处理温度可以在100-600℃的范围内选择在完成了退火后，升降销钉1008下降到一个位置上，以使保持在升降销钉1008上的半导体基片W与冷板1006之间的距离变成例如0-0.5mm。在这种状态下，通过将冷水引入冷板1006中，半导体基片W可以在例如10-60秒内被冷板冷却到100℃的温度或以下。冷却了的半导体基片被输送到下面的步骤中。
氮气与百分之几的氢气组成的混合气被用作前述抗氧化剂气体。然而，也可以单独使用氮气。
退火单元可以放在电解电镀装置中。
图33是无电解电镀装置的示意性结构图。如图33所示，该无电解电镀装置包括夹持器具911，其用于夹持一个将要电镀其上表面的半导体基片W；一个拦截件931，其用于接触被夹持器具911夹持着的半导体基片W上的将要电镀的表面(上表面)的外周边缘部分，以密封住所述外周边缘部分；以及一个喷头941，其用于向在外周边缘部分被拦截件931密封着的半导体基片W上的将要电镀的表面供应电镀液。无电解电镀装置还包括清洗液供应器具951，其在夹持器具911的上侧外周布置，用于向半导体基片W上的将要电镀的表面供应清洗液；一个回收容器961，用于回收排放出的清洗液或类似物(电镀废液)；一个电镀液回收嘴965，其用于吸取并回收保持在半导体基片W上面的电镀液；以及一个电机M，其用于旋转驱动夹持器具911。下面描述各个部件。
夹持器具911在其上表面上具有一个用于放置和保持半导体基片W的基片放置部分913。基片放置部分913适用于安置和固定半导体基片W。具体地讲，基片放置部分913具有一个利用吸力吸附半导体基片W背侧的真空吸附机构(未示出)。一个背侧加热器915安装在基片放置部分913的背侧，该加热器为平面形的，并且从底侧加热半导体基片W的将要电镀的表面，以将该表面保持温暖。背侧加热器915由例如橡胶加热器构成。夹持器具911适用于被电机M旋转，并且可被升降器具(未示出)上下移动。
拦截件931是管状的，其在下部设有用于密封住半导体基片W的外周边缘的密封部分933，而且其被安装得不会从图示位置竖直移动。
喷头941具有这样的结构，其前端设有许多喷嘴，用于以喷淋的方式将供应的电镀液散布出来，并将电镀液基本上均匀地施加到半导体基片W上的将要电镀的表面上。清洗液供应器具951具有这样的结构，即能够从喷嘴953喷射清洗液。
电镀液回收嘴965可以上下移动，并且可以摆动，电镀液回收嘴965的前端可以下降到位于半导体基片W的上表面外周边缘上的拦截件931的内侧，并且吸取位于半导体基片W上面的电镀液。
接下来描述无电解电镀装置的操作。首先，夹持器具911从图示状态下降，以使夹持器具911与拦截件931之间形成预定尺寸的间隙，然后，半导体基片W被放置并固定在基片放置部分913上。作为示例，8英寸的基片被用作半导体基片W。
之后，夹持器具911上升，以使其上表面如图中所示接触到拦截件931的下表面，而半导体基片W的外周被拦截件931的密封部分933密封住。此时，半导体基片W的表面处在敞开状态。
之后，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℃(维持该温度，直至电镀结束)。此后，被加热到例如50℃的电镀液从喷头941中喷出，以将电镀液喷淋在半导体基片W的整个表面上。由于半导体基片W的表面被拦截件931包围，因此喷淋的电镀液全被保持在基片W的表面上。供应的电镀液量可以较小，从而在半导体基片W的表面上形成1mm的厚度(大约30ml)。保持在基片表面上的电镀液的深度可以是10mm或以下，并且可以是本例中的1mm。如果仅供应少量的电镀液就足够了，则用于加热电镀液的加热装置的尺寸可以较小。在本例中，通过加热，半导体基片W的温度上升到70℃，电镀液的温度上升到50℃。这样，半导体基片W上的将要电镀的表面可以达到例如60℃，从而可以在本例中获得电镀反应的最佳温度。
半导体基片W被电机M瞬间旋转，以使将要电镀的表面被电镀液均匀地湿润，然后，在半导体基片W处在静止状态的情况下，对要被电镀的表面实施电镀。具体地讲，半导体基片W以100rpm或以下的转速旋转仅仅1秒，以使将要电镀的表面被电镀液均匀地湿润。然后，半导体基片W保持静止，而无电解电镀将进行1分钟。瞬间旋转的时间最多为10秒或以下。
在完成了电镀处理后，电镀液回收嘴965的前端下降到位于半导体基片W的外周边缘上的拦截件931的内侧附近区域，以吸取电镀液。此时，如果半导体基片W以例如100rpm或以下的转速旋转，则存留在半导体基片W上的电镀液可以在离心力的作用下聚集到位于半导体基片W的外周边缘上的拦截件931所在部位，因此可以以良好的效率和高回收率回收电镀液。此后，夹持器具911下降，以使半导体基片W与拦截件931分离。之后，半导体基片W开始被旋转，清洗液(超高纯水)从清洗液供应器具951的喷嘴953喷射到半导体基片W的电镀表面上，以冷却电镀表面，并同时实现稀释和清洗，从而使电镀反应结束。此时，从喷嘴953喷出的清洗液可以供应到拦截件931上，以便同时清洗拦截件931。此时电镀废液被回收到回收容器961中并被排出。
之后，半导体基片W被电机M高速旋转而实现旋转甩干，然后，半导体基片W被从夹持器具911上取下。
图34是另一种无电解电镀装置的示意性结构图。图34所示无电解电镀装置与图33所示无电解电镀装置的区别在于，未在夹持器具911中设置背侧加热器915，而是在夹持器具911上方设有灯式加热器917，而且灯式加热器917与喷头941-2组合为一体。作为示例，具有不同半径的多个环形灯式加热器917同心设置，喷头941-2中的许多喷嘴943-2敞开在灯式加热器917之间的间隙所形成的圆环内。灯式加热器917可以由单一的螺旋灯式加热器构成，或者也可以由不同结构和布局的其他灯式加热器构成。
即使是通过这种结构，电镀液也能够从各个喷嘴943-2基本上以喷淋的方式供应到热半导体基片W的将要电镀的表面上。此外，半导体基片W的加热和保温可以利用灯式加热器917直接且均匀地实现。灯式加热器917不但能够加热半导体基片W和电镀液，还能够加热外界空气，从而实现半导体基片W的保温功能。
在半导体基片W被灯式加热器917直接加热时，灯式加热器917需要消耗相对大量的电能。作为这种灯式加热器917的替代性结构，可以组合使用耗电相对较少的灯式加热器917和图32中所示的背侧加热器915，以便主要利用背侧加热器915加热半导体基片W，主要利用灯式加热器917实现半导体基片W和外界空气的保温。利用与前面实施例中相同的方式，可以设有用于直接或间接冷却半导体基片W的器具，以实现温度控制。
前面描述的包覆电镀优选通过无电解电镀方法实施，但也可以通过电解电镀方法实施。
尽管前面显示和描述了本发明的一些优选实施例，但应当理解，在不脱离权利要求中的范围的前提下，可以对它们做出各种变化和修改。
根据本发明的基片处理装置适合用于将铜或诸如此类的金属填充到形成在半导体基片中的布线槽中。
权利要求
1.一种用于处理基片的基片处理装置，包括头部组件，其用于夹持基片；以及多个基片处理段，它们分别对上述头部组件夹持着的上述基片进行相应的处理；其特征在于，上述头部组件可以夹持着上述基片在上述基片处理段之间移动，而且对上述基片所作的上述相应处理依次发生在上述各个基片处理段中。
2.根据权利要求1所述的基片处理装置，其特征在于，至少一个上述基片处理段包括用于对上述基片进行电镀的电镀段。
3.根据权利要求1所述的基片处理装置，其特征在于，至少一个上述基片处理段包括用于对上述基片进行清洗的清洗段。
4.根据权利要求3所述的基片处理装置，其特征在于，上述清洗段包括吹风机，其用于供应气体以使清洗后的基片干燥。
5.根据权利要求1所述的基片处理装置，其特征在于，上述头部组件包括倾斜机构，其用于以可倾斜的方式支承着上述基片。
6.一种用于处理基片的基片处理装置，包括电镀段，其具有用于容纳电镀液的电镀池；头部组件，其用于夹持基片并将上述基片浸入位于上述电镀池内的上述电镀液中，以便在上述基片的表面上形成一层镀膜；清洗段，其用于清洗上述电镀基片的外周边缘和与上述基片保持接触的基片接触部分；以及驱动机构，其用于将上述头部组件在上述电镀段与上述清洗段之间移动。
7.根据权利要求6所述的基片处理装置，还包括外罩，其用于罩盖住上述电镀段和上述清洗段。
8.根据权利要求7所述的基片处理装置，其特征在于，上述驱动机构布置在上述外罩的外侧。
9.根据权利要求6所述的基片处理装置，其特征在于，上述电镀段和上述清洗段彼此分隔。
全文摘要
一种基片处理装置包括电镀段(32)，其具有用于容纳电镀液的电镀池(44)；以及头部组件(42)，其用于夹持基片(W)并将基片(W)浸入电镀池(44)内的电镀液中。在电镀液中，电镀膜形成在基片(W)的表面上。基片处理装置还包括清洗段(34)，其用于清洗电镀基片(W)的外周边缘和与基片(W)保持接触的基片接触部分(112)；以及驱动机构(170)，其用于将头部组件(42)在电镀段(32)与清洗段(34)之间移动。
文档编号H01L21/288GK1455947SQ02800045
公开日2003年11月12日 申请日期2002年1月16日 优先权日2001年1月17日
发明者粂川正行 申请人:株式会社荏原制作所