TWI259220B - Plating apparatus and plating method - Google Patents

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Xinming Wang
Kenichi Abe
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Description

1259220 五、發明說明α) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種電鍍裝置和電鍍方法，尤指一種用 以形成埋置型互連線（i n t e r c ο η n e c t s )，其中係將諸如銅 或銀之電導體埋置於細微凹處之内，以在例如半導體基板 之基板表面上形成互連線，且用以形成一保護層以保護該 等互連線的表面之無電鍍式電鍍裝置及方法。 [先前技術] 無電解式電鍍為一種經由在一電解溶液内於沒有從外 面施加電流之下將金屬離子以化學方式還原而在一工件之 電鍍表面形成一電鍍膜之方法，且無電解式電鍍業已廣泛 地用於鎳-磷電鍍和鎳-硼電鍍以賦予抗腐蝕性和耐磨損性 (wear r e s i s t a n c e )以及用於、印屌J多泉路基板 (printed-wiring substrate )之銅電鍍。 有關無電解式電鍍裝置，通常已知的裝置係包括一電 鍍槽及一可垂直移動的固持部件，該電鍍槽用以盛裝一無 電解式電鍍溶液，該電鍍溶液會在電鍍過程中溢流，該可 垂直移動的固持部件係經配置在該電鍍槽的上方用以固持 一電鍍工件（例如一基板），藉此使由該固持部件固持之工 件浸沒在該電鍍槽内的電鍍溶液中。此類型的電鍍裝置裝 有一電鍍溶液調節裝置用以分別調節電鍍溶液的溫度、成 分等，從電鍍槽溢流出的電鍍溶液所具溫度和成分係在該 電鍍溶液調節裝置中調節，然後將電鍍溶液供給到該電鍍 槽。 近年來，隨著半導體晶片的處理速度和積集度變高，
314142.ptd 第7頁 1259220 五、發明說明（2) 有逐漸增長使用具有低電阻率和高電子遷移阻抗 (electromigration resistance)白勺銅取代ί呂或I呂合金作 為在半導體基板上形成互連電路所用材料之傾向。此類銅 互連線通常係經由用銅填充於在基板表面之内所形成的細 微凹處而形成的。有關形成銅互連線的方法，已知者有化 學氣相沈積（CVD )、濺鍍、和電鍍，不過通常係使用電 鍍。於任一情況中，當在基板表面上沉積一銅膜之後，都 要用化學機械研磨（chemical mechanical polishing, CMP)程序將基板表面拋光至平整以移除掉基板表面上所電 鍵的銅。 於以此種方法形成互連線的情況中，在平整處理之後 之埋置的互連線具有曝露表面，當在半導體基板之互連線 之此表面上形成額外埋置的互連線結構之時，可能會遭遇 到下述諸問題。例如，在形成一新的二氧化矽（S i 0 2)層間 介電層期間，預先形成的互連線暴露表面可能會氧化。再 者，在蝕刻該二氧化矽層以形成接觸孔洞之後，在該接觸 孔洞的底部暴露出的該預先形成的互連線可能為蝕刻劑、 剝離的光阻層等所污染。另外，於銅互連線的例子中，會 有銅擴散之慮。 有鑑於此，例如，在銅互連結構的例子中，可以考慮 使用對銅具有良好黏著性且具有低電阻率（P )的鎳-硼 (N i -B )合金之保護層（電鍍膜）或類似膜層來選擇性地覆蓋 銅互連線的表面。該鎳-硼合金層可以經由使用含有鎳離 子、鎳離子用之錯合劑、作為鎳離子還原劑的烷基胺硼烷
314142.ptd 第8頁 1259220 五、發明說明（3) (alkylamine borane)或石朋氫化物化合物（borohydride c〇m ρ 〇 u n d )等之無電解式電鍍溶液，並將一基板的表面浸 潰在該無電解式電鍍溶液之内而在例如銅的表面上選擇性 地形成。 無電解式電鍍係經施加於銅互連線所用的主要填充材 料（銅），在阻障金屬上形成晶種層或強化晶種（銅），進一 步形成阻障金屬本體，或形成銅互連線所用封蓋材料（於 任何情況中，Ni-P、Ni-B、Co-P、Ni-W-P、Ni-Co-P、
Co-W-P、Co-W-B)或類似材料。於任何無電解式電鍍程序 中，要求在基板的整體表面上具有膜厚度的均一性。 於無電解式電鍍中，在將一工件的電鍍表面與無電解 式電鍍溶液接觸之時，電鍍金屬會立即開始沉積在材料的 電鍍表面之上，且該電鍍金屬的沉積速率會依電鍍溶液的 溫度而變異。因此，為了在一工件的電鍵表面上形成具有 均句膜厚度的電鍍膜，需要從該工件與電鍍溶液接觸的起 始'時刻開始在整個材料表面上的電鍍溶液溫度就要均勻， 且於整個電鍍處理過程中，必須保持均句的電鍍溫度。 於傳統無電解式電鍵裝置之中，係將預先加熱到一預 定溫度的電鍍溶液供給到一電鍍槽或一工件的電鍍表面 上。不過，於電鍍溶液的傳送中或在電鍍過程中，電鍍溶 液的溫度也可能改變（降低），即使是在將電鍍槽中的電鍍 溶液使用内建在基板固持器中的加熱器或類似裝置予以加 熱之時，也難以在整個電鍍處理過程中將電鍍溶液控制在 一固定的溫度之下。此外，為了確保在整個電鍍表面上的
314142.ptd 第9頁 1259220 五 、發明說明 (4) 電 鍍 均 勻 性 除 了 電 鍍 溫 度 均 勻 性 之 外 ， 還 要 求 電 鍍 槽 内 的 電 鍍 溶 液 流 動 之 均 勻 性 〇 於 此 情 況 中 若 電 鍍 槽 内 的 電 鍍 溶 液 有 經 常 的 循 環 或 攪 拌 ， 就 難 以 在 一 工 件 的 表 面 上 造 成 均 勻 的 電 鍍 溶 液 流 動 C 相 反 地 若 電 鍍 槽 内 的 電 鍍 溶 液 沒 有 循 環 或 攪 拌 就 難 以 將 整 體 溶 液 内 的 電 鍍 溶 液 、、四 /JEL 度 保 持 均 勻 〇 板 電 解 式 電 鍍 的 速 率 和 電 鍍 膜 的 品 質 大 部 份 決 定 於 電 解 式 電 鍍 溶 液 的 、、四 /JEL 度 為 了 確 保 在 要 處 理 的 工 件 之 具 整 個 表 面 上 有 膜 厚 度 均 勻 性 宜 於 將 在 要 處 理 的 工 件 所 具 整 個 表 面 上 的 電 鍍 溶 液 溫 度 變 異 控 制 在 土 1°C之範圍内〔 )不 過 根 據 習 用 電 解 式 電 鍍 裝 置 由 於 在 電 鑛 過 程 中 電 鍍 溶 液 的 溫 度 可 能 改 變 因 此 在 電 鍍 槽 内 所 裝 電 鍍 溶 液 内 進 行 的 電 鍍 過 程 中 通 常 會 產 生 於 土 層次的溫度變 ， 且 因 而 難 以 符 合 土 1°C的變異要求。 >此外， 1由於該電 鍍 裝 置 包 括 著 電 鍍 槽 和 電 鍍 溶 液 調 即 裝 置 因 此 該 電 鍍 裝 置 佔 據 著 一 顯 著 大 的 空 間 且 係 複 雜 者 該 等 電 鍍 裝 置 與 上 面 所 述 情 況 相 同 〇 [發明内容！ ] 本 發 明 •係 鑒 於 上 述 相 關 技 藝 情 勢 而 做 的 因 此 本 發 明 的 的 為 提 出 一 種 電 鍍 裝 置 和 方 法 其 可 在 電 鍍 中 更 均 勻 地 控 制 電 鍍 溶 液 的 溫 度 且 更 容 易 在 一 工 件 的 要 電 鍍 表 面 上 形 成 '— 均 勻 的 電 鍍 膜 且 其 可 簡 化 該 裝 置 及 減 少 佔 地 位 置 〇 為 了 達 到 上 述 目 的 本 發 明 提 出 種 電 鍍 裝 置 包
314142.ptd 第10頁 1259220 五、發明說明（5) 括：一有雙槽結構的電鍍槽，包括一内槽用以裝盛一電鍍 溶液及用以進行電鍍，與一外槽包圍該内槽且與該内槽流 體相通；以及一經配置在該外槽内的加熱裝置。 經由提出具有一包括一内槽與一外槽且將加熱裝置配 置在該外槽内的雙槽結構之電鍍槽，該裝置可經簡化且可 使佔地位置變小。再者，由於内槽中的電鍍溶液可經熱絕 緣且由外槽内的電鍍溶液保持溫熱，因此可以在電鍍過程 中將電鍍溶液控制在一均句的溫度之下且可以在一工件的 要電鍍表面上容易地形成一均勻的電鍍膜。 該内槽與外槽可以由一内壁予以彼此分隔開，該内壁 具有在整個該内壁上形成的許多溝通孔洞，該外槽可為密 閉型槽。 該加熱裝置可包括一加熱管，以讓一加熱介質通過其 中 〇 於一較佳實施例中，該電鍍裝置進一步包括循環或攪 拌該電鍍槽内的電鍍溶液所用之工具，經由循環或攪拌該 電鍍槽内的電鍍溶液，由經配置在該外槽内的加熱裝置保 持加熱的電鍍溶液所具溫度可以在整個電鍍溶液内保持得 更均勻。 該循環在該電鍍槽内的電鍍溶液所用之工具可為一種 電鍍溶液循環系統，該電鍍溶液循環系統較佳地係經調適 成可從該内槽抽取電鍍溶液並將該電鍍溶液送回到該外 槽，另外亦可從該外槽抽取電鍍溶液並將該電鍍溶液送回 到該内槽（循環方向與第2圖中所示者相反）。
314142.ptd 第11頁 1259220 五、發明說明（6) 該循環在該電鍍槽内的電鍍溶液所用之工具可為一種 攪拌裝置，該攪拌裝置較佳者係經配置在該内槽的準中央 處。 本發明也提出一種電鍍方法，包括：在一電鍍裝置内 經由將一王件的要電鍍表面與電鍍溶液接觸以電鍍該工 件，該電鍍裝置包括：一有雙槽結構的電鍍槽，包括一内 槽用以裝盛一電鍍溶液及用以進行電鍍，與一外槽包圍該 内槽且與該内槽流體相通；一經配置在該外槽内的加熱裝 置；以及循環或攪拌該電鍍槽内的電鍍溶液所用之工具， 其中，於電鍍過程中，該電鍍槽内的電鍍溶液之循環或攪 拌係停止的。 經由如此於電鍍進展過程中，停止該電鍍槽内的電鍍 溶液之流動，可以防止電鍍溶液的流動影響電鍍的良好或 不良結果。再者，電鍍槽内的電鍍溶液之可能自然對流可 由該工件轉動時所造成的電鍍溶液之流動予以抵消。 該工件較佳者係在電鍍過程中以低速度轉動。 本發明的上述和其他目的、特色、與優點可從下面的 說明部份配合用以舉例闡明本發明較佳實施例的所附圖式 而明白。 [實施方式] 現參照所附圖式詳細說明本發明較佳實施例，不過彼 等絕非用以限制本發明。 第1 A至第1 D圖示範說明在一半導體裝置内形成銅互連 線實施例的程序步驟之順序。如在第1 A圖中所示者，在一
314142.ptd 第12頁 1259220 五、發明說明（7) 半導體基底1上面形成的傳導層1 a之上沉積一絕緣膜2，例 如二氧化矽（S i 0 2)，該傳導層1 a中裝有半導體裝置。於該 絕緣膜2上面經由微影/蝕刻技術形成接觸孔洞3和溝槽4。 其後，在整個表面上形成一氮化钽或類似材料之阻障層 5，且在該阻障層5上面經由例如藏鍍而形成一銅晶種層6 作為電鍍所用的供電層。 其後，如第1 B圖中所顯示者，在半導體基板W的表面 上進行銅電鍍以用銅填充該接觸孔洞3和溝槽4，且於同 時，在絕緣膜2上面沉積一銅膜7。之後將絕緣膜2上面的 銅膜7和阻障層5經由化學機械研磨（CMP )移除，以使填充 在用以互相連接該接觸孔洞3和溝槽4中的銅膜7之表面與 該絕緣膜2的表面大致地配置於相同的平面。如此，即在 絕緣層2中形成由銅晶種層6和銅膜7所構成的互連線8，如 第1 C圖中所示者。其次，在基板W的表面上進行例如無電 解式鎳-硼電鍍，以在該銅互連線8的暴露表面上形成一由 鎳-硼合金所構成的保護層（電鍍膜）9以保護該互連線8， 如第1D圖中所顯示者。 、 第2和第3圖顯示出根據本發明一實施例的無電解式電 鍍裝置，該無電解式電鍍裝置1 0可以用來形成例如第1圖 的阻障層5、強化銅晶種層6及沉積銅膜7，且可以用來形 成保護層（電鍍膜）9。 該無電解式電鍍裝置1 0包括一向上開放的内槽1 4用以 裝盛一電鍍溶液1 2及進行電鍍，及一經配置在該内槽1 4頂 部開口的基板固持器1 6，該基板固持器1 6用以固持一基板
314142.ptd 第13頁 1259220 五、發明說明（8) (工件）W (例如一半導體晶圓）以使該基板W之前表面（要電 鍍的表面）面朝向下（面向下）或向上（面向上）。 該内槽1 4構成一具有雙槽結構的電鍍槽1 8之内槽，具 體言之，該電鍍槽1 8包括由内壁2 0所界定的向上開放的内 槽1 4及一密閉外槽2 6，該密閉外槽2 6係經界定在該内壁2 0 與包圍該内壁2 0之側邊和底部的外壁2 4之間。在整個該内 壁2 0中形成許多個溝通孔洞2 0 a用以溝通該内壁1 4與該外 壁2 6，使得内槽1 4内的電鍍溶液1 2可以與外槽2 6内的電鍍 溶液1 2直接溝通，且在該電鍍槽1 8内的兩處電鍍溶液總是 處於相同的液面。 於外槽2 6内，裝設有一加熱裝置，該加熱裝置包括根 據此實施例之加熱管3 0，用以使一加熱介質通過其中並藉 而將該外槽2 6内的電鍍溶液1 2加熱到例如7 0°C。 該電鍍裝置也裝有一電鍍溶液循環系統3 2用以循環在 該電鍍槽1 8内的電鍍溶液1 2，亦即用以循環在該内槽1 4和 外槽2 6中的電鍍溶液1 2。該電鍍溶液循環系統3 2包括一循 環泵3 4、連接該循環泵3 4的排放出口到該外槽2 6之電鍍液 排放管3 6、一過濾器3 9和一電鍍溶液抽吸管3 8，該電鍍溶 液抽吸管3 8係連接該循環泵3 4的抽吸入口到該内槽1 4。該 循環泵3 4於啟動之後會從該内槽1 4抽取電鍍溶液1 2並將其 送回到該外槽2 6，在該内槽1 4和外槽2 6中的電鍍溶液1 2因 而循環，藉此使在該電鍍槽1 8内的電鍍溶液1 2所具溫度保 持均勻。 再者，藉由以配置在外槽2 6中的加熱管（加熱裝置）3 0
314142.ptd 第14頁 1259220 五、發明說明（9) 在該電鍍溶液1 2的循環過程中加熱該電鍍溶液1 2，且特別 經由將外槽2 6内的電鍍溶液1 2與在内槽1 4内的電鍍溶液1 2 隔離，可以輕易地保持電鍍溶液1 2的溫度且將電鍍槽1 8内 的電鍍溶液1 2控制在固定的溫度。電鍍溶液1 2的溫度通常 為2 5至9 0°C，較佳者5 5到8 5t：，更佳者6 0至8 (TC。 該基板固持器1 6係經設計成使其可藉由例如吸引力固 持住基板W，且可將其所固持住的基板W予以轉動與垂直移 動。 在此實施例的無電解式電鍍裝置之操作中，係將循環 泵3 4驅動以使電鍍槽1 8内的電鍍溶液1 2循環，且於此同 時，將一加熱介質引導到加熱管3 0之中以加熱在外槽2 6内 的電鍍溶液1 2，經加熱的電鍍溶液1 2即直接導到内槽1 4之 内，電鍍槽1 8内的電鍍溶液1 2因而可控制在一固定溫度之 下，例如7 0°C。另一方面，將基板固持器1 6相對於内槽14 提升，並使該基板固持器1 6將基板W以例如吸引力固持該 基板W之下表面。 於經由將加熱介質連續導到加熱管3 0内以保持電鍍溶 液1 2的加熱之同時，停止循環泵3 4的啟動以停止電鍍槽1 8 内的電鍍溶液1 2之循環。在此種狀況之下，將該基板固持 器1 6降下來以使由該基板固持器1 6所固持住的基板W浸？到 内槽1 4中的電鑛溶液1 2之内，以進行在該基板W的前表面 (要電鍍表面）的電鍍例如數分鐘。於電鍍過程中，需要 時，可將基板W以緩慢速度（例如1至20 rpm)轉動。經確定 者，即使在此等條件之下進行無電解式電鍍數分鐘，可以
314142.ptd 第15頁 1259220 五、發明說明（ίο) 經由將電鍍溶液1 2持續地加熱，而在電鍍過程中將電鍍溶 液1 2的溫度保持在± 1°C的變異範圍之内。 第3 A至第3 C圖示範說明此時刻在電鍍下的電鍍溶液之 流動狀態。雖然該電鍍溶液1 2沒有循環，在該内槽1 4中的 電鍍溶液1 2仍可由外面以加熱管3 0予以加熱。因此，如第 3 A圖中所顯示者，可以造成電鍍溶液的自然對流，亦即在 内槽1 4的外側或周圍側向上升且在其内側或中央側向下降 的電鍍溶液流動。另一方面，在將基板W放置於内槽1 4上 侧中並浸？到電鍍溶液之内時，將該基板以低速度轉動， 如第3B圖中所示者，會造成在内槽1 4的内側或中央側向上 升且在其外側或周圍側向下降的電鍍溶液流動。如此一 來，隨著兩種流動的組合之結果，内槽1 4中的電鍍溶液1 2 可能達到一穩定狀態，特別是在基板W的表面（要電鍍表 面）附近者，如第3C圖中所示者。 無電解式電鍍一般而言會受到電鍍溶液之流動所敏感 地影響，且電鍍溶液之流動係難以達到均勻的。於此方 面，根據本發明之實施例，在内槽1 4中的電鍍溶液1 2之流 動係在電鍍進展過程中停止，如上面所說明者。此舉可以 防止電鍍溶液流動影響到良好或不好的電鍍結果。此外， 在内槽1 4中的電鍍溶液1 2之可能自然對流可以用基板W轉" 動所致電鍍溶液之流動予以抵消，如此可以形成均勻的電 鍍膜而不會受制於電鍍溶液之流動。 於電鍍完成之後，將基板固持器1 6提升，然後轉移到 清洗位置等處。於轉動基板W的同時從一清洗液體噴嘴（未
314142.ptd 第16頁 1259220 五、發明說明（π) 圖示）朝該基板W的電鍍表面噴射一清洗液體，藉此予以冷 卻並且於此同時稀釋與清洗該電鍍表面，由是終止無電解 式電鍍反應。 其後，以例如一機械手之手部取下由該基板固持器1 6 所固持住的電鍍基板，並送到下一處理步驟。 第4圖顯示出根據本發明另一實施例的無電解式電鍍 裝置1 0 a。此無電解式電鍍裝置1 0 a不同於在第2和第3圖中 所顯示的無電解式電鍍裝置1 0之處在於在該内槽1 4的準中 央之處配置著一攪拌裝置4 0的攪拌葉4 2，且電鍍槽1 8内的 電鍍溶液1 2係經由該攪拌葉4 2的轉動而攪拌。其他的構造 都與在第2和第3圖中所顯示者相同，因而彼等的說明也由 是省略掉，而對於相同或對應的元件給予相同的元件符 號。 第5圖顯示出裝有無電解式電鍍裝置1 0並進行一系列 電鍍處理的一電鍍處理裝置之一般構造。該電鍍處理裝置 包括一對無電解式電鍍裝置1 0 ; —對裝載/卸載部7 0 ; — 對預電鍍處理裝置7 2用以進行預電鍍處理，例如觸媒賦予 處理以對基板表面賦予例如把（P d)觸媒，或氧化物膜移除 處理以移除掉黏附在互連線之暴露表面上的氧化物膜；一 對能夠進行粗略清洗的暫時存放部7 4 ;以及一對後清洗裝 置7 6。該電鍍處理裝置也裝有一第一轉移裝置7 8 a用以在 該裝載/卸載部7 0、該後清洗裝置7 6與該暫時存放部7 4之 間轉移基板W，並裝有一第二轉移裝置7 8 b用以在該無電解 式電鍍裝置1 0、該預電鍍處理裝置7 2與該暫時存放部7 4之
314142.pta 第17頁 1259220 五、發明說明（12) 間轉移該基板W。 至此要對由上面所述該電鍍處理裝置所實施的一系列 電鍍處理程序步驟給予說明。首先，由第一轉移裝置7 8 a 取出經固持在裝載/卸載部7 0中的基板W，並將該基板放置 在該暫時存放部74内，該第二轉移裝置78b將該基板W轉移 到該預電鍍處理裝置7 2，於該預電鍍處理裝置7 2對該基板 W施以預電鍍處理，例如使用二氯化鈀（PdC 1 2)溶液進行觸 媒賦予處理或氧化物膜移除處理以移除掉黏附在互連線之 暴露表面上的氧化物膜，且隨後清洗處理過的基板W。 其後，該第二轉移裝置78b將該基板W轉移到該無電解 式電鍍裝置1 0，於該處使用具有一預定的還原劑之預定電 鍍溶液進行無電解式電鍍處理。接著，該第二轉移裝置 78b從該無電解式電鍍裝置1 0取出電鍍過的基板W並將該基 板W載送到該暫時存放部7 4内，在該暫時存放部7 4内進行 該基板W的粗略清洗。之後，該第一轉移裝置7 8 a將該基板 W載送到該後清洗裝置7 6，於該清洗裝置7 6對該基板W進行 精整清洗（f i n i s h c 1 e a n i n g )，例如使用筆型海绵並予以 旋轉乾燥。於清洗之後，該第一轉移裝置7 8 a將該基板W載 送回到裝載/卸載部7 0，隨後將該基板W送到一電鍍裝置處 或氧化物膜形成裝置處。 第6圖顯示出一電鍍處理裝置的一般構造，該電鍍處 理裝置係用以實施一系列電鍍處理（封蓋電鍍處理）以形成 第1 D圖中所示的保護層9。該電鍍處理裝置包括一對裝載/ 卸載部8 0 ; —預處理部8 2 ; —鈀賦予處理部8 4 ; —預電鍍
314142.ptd 第18頁 1259220 五、發明說明U3) 處理部8 6 ;無電解式電鍍裝置1 0 ;以及一清洗/乾燥處理 部8 8。該電鍍處理裝置也裝有一轉移裝置9 2，該轉移裝置 9 2可沿著一轉移途徑9 0移動並在該等部與裝置之間轉移一 基板W。 至此要對由該電鍍處理裝置所實施的一系列電鍍處理 (封蓋電鍍處理（c a p p 1 a t i n g t r e a t m e n t))程序步驟給予 說明。首先，由轉移裝置9 2取出經固持在裝載/卸載部8 0 中的基板W，並將該基板W轉移到該預處理部8 2，於該預處 理部8 2對該基板W進行例如基板W表面之再清洗的預處理。 將请洗後的基板W轉移到鈀賦予處理部8 4，於該鈀賦予處 理部84將鈀附著到銅膜7的表面（參看第1 C圖）以活化該銅 膜7的暴露表面。其後將該基板W轉移到預電鍍處理部8 6， 於該預電鍍處理部8 6對該基板進行電鍍前處理，例如中和 處理。接著，將該基板W轉移到無電解式電鍍裝置1 0，於 該無電解式電鍍裝置1 0對在該銅膜7的經活化表面上進行 始鶴碟（C 〇 - W - P )合金的選擇性無電解式電鐘’措此在該銅 膜7的暴露表面上形成钻鶴磷·膜（保護層）9以保護該暴露表 面，如第1 D圖中所顯示者。於該無電解式電鍍中可以使用 含有一钻鹽和鶴鹽與作為添加劑的例如還原劑、錯合劑、 酸鹼度（pH)緩衝劑和酸鹼度調整劑等之電鍍溶液作為無電 解式電鍍溶液。 或者，可以對該基板的暴露表面（於拋光之後）進行無 電解式鎳硼電鍍，以在互連線8的暴露表面上選擇性地形 成由錄硼合金膜所構成的保護層（電鍍膜）9以保護該互連
314142.ptd 第19頁 1259220 五、發明說明U4) 線8。該保護層9的厚度通常為0 . 1到5 0 0奈米（nm )，較佳者 為1到2 0 0奈米，更佳者為1 0到1 0 0奈米。 有關形成鎳硼合金膜之保護層9所用的無電解式鎳硼 電鍍溶液，可以含有：鎳離子、鎳離子的錯合劑與作為鎳 離子的還原劑所用的烷基胺硼烷或硼氫化物化合物之溶液 所製成，且該溶液經使用氫氧化四甲基銨（TMA I I )調整到5 至1 2的酸驗值。 接者，將封盖電鑛處理後的基板W轉移到清洗/乾餘處 理部8 8以進行該基板W的清洗/乾燥處理，並將清洗過的基 板W由轉移裝置92送回到該裝載/卸載部80中的匣内。 雖然此實施例係以封蓋電鍍處理顯示出經由是先對銅 膜7的暴露表面黏附以鈀而活化該銅膜7之曝露表面，及然 後進行無電解式鈷鎢磷電鍍以用鈷鎢磷合金膜選擇性地覆 蓋該經活化的銅表面，但本發明並不侷限於此一實施例。 雖然此上面所述實施例係有關於對無電解式電鍍裝置 的應用，不過本發明當然也可應用於電解式電鍍裝置，其 中該電解式電鍍裝置係浸沒於一電鍍溶液内，而可充許電 鍍電流流經該電解式電鍍裝置之一陽極與一陰極之間以形 成一電鍍膜。 如上面所述者，根據本發明，經由提出一包括一内槽 與一外槽且將加熱裝置配置在該外槽内的雙槽結構之電鍍 槽，該電鍍裝置係簡化且可使佔地位置變小。再者，由於 内槽中的電鍍溶液可經熱絕緣且由外槽内的電鍍溶液保持 溫熱，因此可以在電鍍過程中將電鍍溶液控制在一均勻的
314142.ptd 第20頁 1259220 五、發明說明（15) 溫度之下，且可以在一工件的要電鍍表面上容易地形成一 均勻的電鍍膜。 第7圖為基板電鍍裝置一例子的平面圖，該基板電鍍 裝置包括裝載/卸載部5 1 0 ;各一對的清洗/乾燥部5 1 2、第 一基板台5 1 4、斜面I虫刻/化學清洗部5 1 6和第二基板台 5 1 8 ; —洗滌部5 2 0，裝有一機構用以將該基板反轉1 8 0 ° •，以及四具電鍍裝置5 2 2。該基板電鍍裝置也裝有一第 一轉移裝置5 2 4用以在該裝載/卸載部5 1 0、清洗/乾燥部 5 1 2和該第一基板台5 1 4之間轉移基板W ; —第二轉移裝置 5 2 6用以在該第一基板台5 1 4，該斜面蝕刻/化學清潔部5 1 6 和該第二基板台5 1 8之間轉移基板W ;以及一第三轉移裝置 5 2 8用以在該第二基板台5 1 8、該洗滌部5 2 0和該電鍍裝置 5 2 2之間轉移基板W。 該基板電鍍裝置具有一隔間壁5 2 3用以將該基板電鍍 裝置分隔成一電鍍空間5 3 0和一潔淨空間5 4 0，空氣可以個 別地供給到各自的該電鍍空間5 3 0和潔淨空間5 4 0之内及從 彼等排放出。該隔間壁5 2 3具有一能夠打開和關閉的節氣 門（未圖示），潔淨空間5 4 0的壓力為稍低於大氣壓力並且 高於電鍍空間5 3 0的壓力，如此可以防止潔淨空間54 0内的 空氣流出該電鍍裝置，且可以阻止電鍍空間5 3 0内的空氣 流入潔淨空間5 4 0之内。 第8圖為顯示出在基板電鍍裝置内的空氣流動之概略 示意圖。於該潔淨空間5 4 0中，利用一風扇將新鮮的外面 空氣透過管件5 4 3導入並將空氣推動經過一高性能過濾器
314142.ptd 第21頁 1259220 五、發明說明（16) 5 4 4進入該潔淨空間5 4 0之中。如此，一向下流動的潔淨空 氣從天花板5 4 5 a供給到清洗/乾燥部5 1 2和斜面#刻/化學 清洗部5 1 6附近的位置。所供給的潔淨空氣大部份係透過 一循環管件5 5 2從地板5 4 5 b送回到天花板5 4 5 a，並再度由 風扇推動通過該高性能過濾器5 4 4進入該潔淨空間5 4 0之 中。一部份該空氣則由該清洗/乾燥部5 1 2和斜面蝕刻/化 學清洗部5 1 6透過一管件5 4 6排放到外面，使得該潔淨空間 5 4 0的壓力經調定到低於大氣壓力。 具有洗滌部5 2 0和電鍍裝置5 2 2之電鍍空間5 3 0不是一 個潔淨空間（而是一個污染區間），不過，讓粒子接著到基 板的表面上是不可接受的。所以，於該電鍍空間5 3 0内， 要透過一管件5 4 7導入新鮮的空氣，並以一風扇將向下流 動的潔淨空氣推動經過一高性能過濾器5 4 8進入該電鍍空 間5 3 0之中，以藉此防止粒子附著到基板的表面上。不 過，若向下流動的潔淨空氣之整體流速只是經由外部空氣 的供給和排放來供給之時，就需要有眾多空氣供給和排 放。所以，要將空氣透過管件5 5 3排放到外面，而大部份 的向下流動之潔淨空氣係通過從地板5 4 9 b延伸之循環管件 5 5 0而來的循環空氣所供給，於此種狀態中，該電鍍空間 5 3 0的壓力係經維持在低於該潔淨空間5 4 0的壓力。 如此，透過循環管件5 5 0送回到天花板5 4 9 a的空氣係 由風扇推動通過高性能過濾器5 4 8再度進入該電鍍空間5 3 0 之中。因此，潔淨空氣係經供給到電鍍空間5 3 0内以如此 在該電鍍空間5 3 0内循環。於此種情況中，含有從洗滌部
314142.ptd 第22頁 1259220 五、發明說明（17) 5 2 0、電鍍裝置5 2 2、第三轉移裝置5 2 8、和電鍍溶液調節 槽5 5 1放出來的化學霧氣或氣體之空氣會通過管件5 5 3排放 到夕卜面。因此，可將該電鍍空間5 3 0的壓力控制住以使其 低於該潔淨空間54 0的壓力。 在該裝載/卸載部5 1 0内的壓力係高於在該潔淨空間 5 4 0内的壓力，而該潔淨空間5 4 0内的壓力高於該電鍍空間 5 3 0的壓力。如此一來，當該節氣門（未圖示）打開之時， 空氣會依序流經該裝載/卸載部5 1 0、該潔淨空間5 4 0和該 電鍍空間5 3 0，如第9圖中所顯示者，從該潔淨空間5 4 0和 該電鍍空間5 3 0排放出來的空氣會流經導管5 5 2、5 5 3，而 進入從該潔淨室延伸出來的共同導管5 5 4之内（參看第1 0 圖）。 第1 0圖以透視圖顯示出經放置在潔淨室内的第7圖所 示之基板電鍍裝置。該裝載/卸載部5 1 0包括一側壁，該側 壁具有經界定在其中的一匣轉移口 5 5 5和一控制板5 5 6，且 該側壁係經暴露到一操作區5 5 8，該操作區5 5 8係由一隔間 壁5 5 7區隔在潔淨室之内。該隔間壁5 5 7也在該潔淨室内區 隔出一安裝著該基板電鏟裝置的作業區（utility zone) 5 5 9。該基板電鍍裝置的其他側壁係暴露於該作業區5 5 9， 而該作業區5 5 9之空氣潔淨度低於在該操作區5 5 8内的空氣 潔淨度。 第1 1圖為基板電鍍裝置之另一例子的平面圖。第1 1圖 中所顯示的基板電鍍裝置包括：一裝載單元6 0 1用以裝載 一半導體基板；一銅電鍍室6 0 2用以將一半導體基板電鍍
314142.ptd 第23頁 1259220 五、發明說明（18) 上銅；一對水清洗室6 0 3，6 0 4用以使用水清洗一半導體基 板；一化學機械拋光單元6 0 5用以將一半導體基板以化學 和機械方式拋光；一對水清洗室6 0 6，6 0 7用以使用水清洗 一半導體基板；一乾燥室6 0 8用以乾燥一半導體基板；以 及一卸載單元60 9用以卸載上面有一互連線膜的一半導體 基板。該基板電鍍裝置也具有一基板轉移機構（未圖示）用 以將半導體基板轉移到該等室6 0 2、6 0 3及6 0 4、該化學機 械拋光單元6 0 5、該等室6 0 6、6 0 7及6 0 8、以及該卸載單元 6 0 9。該裝載單元6 0 1、該等室6 0 2、6 0 3及6 0 4、該化學機 械拋光單元6 0 5、該等室6 0 6、6 0 7及6 0 8、以及該卸載單元 6 0 9係經組合成為一單一單元式配置以作為一裝置。 該基板電鍍裝置的操作如下：該基板轉移機構將其上 面尚未形成互連膜的半導體基板W從放置在裝載單元601中 的基板匣6 0 1 - 1轉移到銅電鍍室6 0 2，於該銅電鍍室6 0 2 中，於上面具有由互連溝槽和互連洞孔（接觸洞孔）所構成 的互連區之半導體基板W的表面上形成一電鍍銅膜。 在該銅電鍍室602中於半導體基板W上形成電鍍銅膜之 後，將該半導體基板W由該基板轉移機構轉移到該等水清 洗室603、60 4中之一者，且用該水清洗室603、60 4中之一 者的水予以清洗。經清洗後的半導體基板W再由該基板轉 移機構轉移到該化學機械拋光單元6 0 5，該化學機械拋光 單元6 0 5從該半導體基板W的表面移除掉不要的電鍍銅膜， 而留下在互連溝槽和互連洞孔内之電鍍銅膜部份。在沉積 電鍍銅膜之前，先在該半導體基板W的表面上（包括該互連
314142.ptd 第24頁 1259220 —------* " "~'—__________ 五、發明說明U9) 溝槽和互連洞孔的内表面）形成一由氮化鈦（T i N )或類似材 料製成的阻障層。 然後’將具有殘留電鍍銅膜的半導體基板W由該基板 轉移機構轉移到該等水清洗室6 〇 6、6 〇 7中之一者，並且用 該水清洗室6 0 6、6 0 7中之一者的水予以清洗。經清洗後的 半導體基板W再於乾燥室6 〇 8内乾燥，其後將帶有用為互連 膜的殘留電錢銅膜的經乾燥半導體基板¥放置到卸載單元 6 0 9中的基板匣6 0 9 - 1之内。 第1 2圖顯示基板電鍍裝置之又另一例子的平面圖。第 1 2圖中所顯示的基板電鍍裝置不同於在第丨丨圖中所顯示的 基板電鍵裝置之處在於其額外包括：一銅電鍍室602; — 水清洗室6 1 0 ; —預處理室6 11 ; —保護層電鍍室6 1 2用以 在一半導體基板上的電鍍銅膜上面形成一保護性電鍍層； 水清洗室6 1 3、6 1 4 ;以及化學機械拋光單元6 1 5。該裝載 單元6 0 1、該等室6 0 2、6 0 2、6 0 3、6 0 4及6 1 4、該化學機械 拋光單元 60 5及 615、該等室 606、607、608、610、611、 6 1 2及6 1 3、以及該卸載單元6 0 9係經組合成為一單一單元 式配置以作為一裝置。 第1 2圖中所顯示的該基板電鍍裝置之操作如下：將一 半導體基板W從放置在裝載單元6〇1中的基板匡601-1依序 供給到銅電鍍室6 0 2、6 0 2中之一者。於該銅電鍍室6 0 2、 6 0 2中之一者内，於上面具有由互連溝槽和互連洞孔（接觸 洞孔）所構成的互連區之半導體基板W的表面上形成一電鍍 銅膜，採用兩個銅電鍍室6 0 2、6 0 2以使半導體基板W得以
314142.ptd 第25頁 1259220 五、發明說明(20) 用銅膜電鍍一段長時間。具體言之，該半導體基板W可以 在該銅電鍍室60 2中之一者内根據無電解式電鍍電鍍一主 要銅膜，然後在另一銅電鍍室60 2之内根據電鍍方式電鍍 一次要銅膜，該基板電鍍裝置可以具有兩個以上的銅電鍍 室。 於其上面具有電鑛銅膜的該半導體基板W係在水清洗 室6 0 3、6 0 4中之一者内用水清洗，然後，該化學機械拋光 單元6 0 5從該半導體基板W的表面移除掉不要的電鍍銅膜部 份，而留下在互連溝槽和互連洞孔内之電鍍銅膜部份。 其後，將具有殘留電鍍銅膜的半導體基板W轉移到水 清洗室6 1 0，於該水清洗室6 1 0其中用水清洗該半導體基板 W。接著，將半導體基板W轉移到預處理室6 1 1，且於該預 處理室6 1 1中進行預處理以沉積一保護性電鍍層。經預處 理過的該半導體基板W再轉移到保護層電鍍室6 1 2，於該保 護層電鍍室6 1 2内，在該半導體基板W上的互連區中之電鍍 銅膜上面形成一保護性電鑛層。例如，該保護性電鍍層係 用鎳（N i )和硼（B )的合金經由無電解式電鍍予以形成。 於該半導體基板在水清洗室6 1 3、6 1 4中之一者内清洗 之後，將經沉積在電鍍銅膜上面的保護性電鍍層之上部於 該化學機械拋光單元6 1 5中拋光掉以使該保護性電鍍層平 面化。 在拋光過該保護性電鍍層之後，將該半導體基板W在 水清洗室6 0 6，6 0 7中之一者内用水清洗，於乾燥室6 0 8内 乾燥，其後轉移到卸載單元6 0 9中的基板匣6 0 9 - 1之内。
3]4142.ptd 第26頁 1259220 五、發明說明（21) 第1 3圖為基板電鍍t置之又另一例子的平面圖。如第 1 3圖中所顯示者，該基板電鍍裝置在其中央處包括一機械 手6 1 6，該機械手6 1 6具有一機械臂6 1 6 - 1 ;且也具有一銅 電鍍室6 0 2 ; —對水清洗室6 0 3、6 0 4 ; —化學機械拋光單 元6 0 5 ; —預處理室6 1 1 ; —保護層電鍍室6 1 2 ; —乾燥室 6 0 8 ;以及一裝載/卸載站6 1 7，該裝載/卸載站6 1 7係經配 置在該機械手6 1 6的附近且係定位在該機械臂6 1 6 - 1所能達 到的範圍之内，鄰接該裝載/卸載站6 1 7之處配置著一裝載 單元6 0 1用以裝載半導體基板及一卸載單元6 〇 9用以卸載半 導體基板，該機械手6 1 6、該等室6 〇 2、6 0 3及6 0 4、該化學 機械拋光單元6 0 5、該等室6 0 8、6 1 1及6 1 2、該裝載/卸載 站617、該裝載單元601、以及該卸載單元6〇9係 為一單一單元式配置以作為一裝置。 、、、、口成 第1 3圖中所顯示的該基板電錢裝置之操作如下· 將一待電鍍之半導體基板從裝載單元6 〇丨轉移到 載/卸載站617,該半導體基板係由該裝載/卸載站6ιγ衣 該機械臂61 6-1所接收，並由該機械臂6^棘妒η* 為 室6 0 2。於該銅電鍍室6 〇 2内，於上面具有由互^ i :電鍍 連洞孔所構成的互連區之半導體基板的表面上來成9 互 銅膜。具有電鍍銅膜形成於其上之半導體基板係二電錢 臂616-1轉移到該化學機械拋光單元6 0 5，在該化風该機械 光單元6 〇 5中，從該半導體基板W的表面移除^機械拋 下在互連溝槽和互連洞孔内之電鍍銅膜部份。 、’召 該半導體基板接著由該機械臂616 — 1轉移到k * J水清洗室
314142.ptd 1259220 五、發明說明（22) 6 0 4内，於該水清洗室6 0 4中用水清洗該半導體基板。其 後，該半導體基板接著由該機械臂61 6 - 1轉移到預處理室 6 Π，於該預處理室6 1 1中對該半導體基板進行預處理以沉 積一保護性電鍍層。經預處理過的該半導體基板W再由該 機械臂6 1 6 - 1轉移到保護層電鍍室6 1 2，於該保護層電鍍室 6 1 2内，在該半導體基板W上的互連區中之電鍍銅膜上面形 成一保護性電鍍層。其上形成有一保護性電鍍層的該半導 體基板再由該機械臂6 1 6 - 1轉移到水清洗室6 0 4内，於該水 清洗室6 0 4中用水清洗該半導體基板。清洗過的該半導體 基板於再由該機械臂6 1 6 - 1轉移到乾燥室6 0 8，於該乾燥室 6 0 8中將該半導體基板乾燥。乾燥過半導體基板由該機械 臂6 1 6 - 1轉移到裝載/卸載站6 1 7，從該裝載/卸載站6 1 7將 電鍍過的半導體基板轉移到卸載單元6 0 9。 第1 4圖為顯示出半導體基板電鍍裝置之另一例子的平 面構造之示意圖。該半導體基板電鍍裝置的構造為其中裝 有一裝載/卸載站701; —電鐘銅膜形成單元702; —第一 機械手7 0 3 ; —第三清洗機7 0 4 ; —反轉機7 0 5 ; —反轉機 7 0 6 ; —第二清洗機7 0 7 ; —第二機械手7 0 8 ; —第一清洗 機7 0 9 ; —第一拋光裝置7 1 0 ;以及一第二拋光裝置7 1 1。 在靠近該第一機械手70 3處配置著一電鍍前與電鍍後膜厚 度測量儀器7 1 2用以在電鍍前與電鍍後測量膜厚度，與一 乾燥狀態膜厚度測量儀器7 1 3用以測量拋光之後呈乾燥狀 態的半導體基板W之膜厚度。 該第一拋光裝置（拋光單元）7 1 0具有一拋光台7 1 0 - ：1、
III 國_1 314142.ptd 第28頁 1259220 五、發明說明（23) 一頂環7 1 0 - 2、一頂環頭7 1 0 - 3、一膜厚度測量儀器 7 1 0 - 4、以及一推動器7 1 0 - 5。該第二拋光裝置（拋光單元） 7 1 1具有一拋光台7 1 1 - 1、一頂環7 1 1 - 2、一頂環頭7 1卜3、 一膜厚度測量儀器7 1 1 - 4、以及一推動器7 1 1 - 5。 在該裝載/卸載站7 0 1的裝載口上配置有一匣7 0 1 - 1， 該匣7 0 1 - 1係用以容納半導體基板W，該半導體基板W中形 成有互連所用的通孔（v i a h ο 1 e )和溝槽，且於該半導體基 板W上形成有一晶種層。該第一機械手7 0 3從該匣7 0 1 - 1取 出該半導體基板W，並將該半導體基板W載送到該電鍍銅膜 形成單元70 2中，於該電鍍銅膜形成單元70 2形成一電鍍Cu 膜。此時，使用該電鍍前與電鍍後膜厚度測量儀器7 1 2測 量晶種層的膜厚度。該電鍍銅膜係經由對該半導體基板W 的面進行親水性處理後施以銅電鍍而形成的，於形成該電 鍍銅膜之後，在該電鍍銅膜形成單元7 0 2中對該半導體基 板W進行漂洗或清洗。 當該半導體基板W由該第一機械手7 0 3從該電鍵銅膜形 成單元7 0 2取出後，使用該電鍍前與電鍍後膜厚度測量儀 器7 1 2測量該電鍍銅膜的膜厚度。將此測量結果以該半導 體基板上的記錄數據形式記錄在一記錄裝置（未圖示）之 内，並用以判斷該電鍍銅膜形成單元7 0 2的異常。於測量 膜厚度之後，該第一機械手7 0 3將該半導體基板W轉移到反 轉機7 0 5處，該反轉機7 0 5將該半導體基板W反轉（已形成有
314142.ptd 第29頁 1259220 五、發明說明C24) 該電鍍銅膜的表面面朝向下），該第一拋光裴置7 1 0與第二 拋光裝置7 1 1以串聯模式（s e r i a 1 m〇d e )與並聯模式 (p a r a 1 1 e 1 m o d e )實施拋光。接著，要說明該串聯模式的 拋光。 於該串聯模式的拋光中，係由該第一拋光裝置7 1 0實 施初始抛光，且由該第二抛光裝置7 1 1實施二次抛光。第 二機械手7 0 8撿取該反轉機7 0 5上的該半導體基板W，並將 該半導體基板W放置到該第一拋光裝置7 1 0的推動器7 1 0 - 5 之上。該頂環7 1 0 - 2經由抽吸作用吸取該推動器7 1 0 - 5上面 的該半導體基板W ’並使該半導體基板W的該電鐘銅膜之表 面在壓力之下與拋光台7 0 1 - 1的拋光表面相接觸以實施初 始拋光。於初始拋光操作之下，將該電鍍銅膜予以基礎拋 光。該拋光台7 0 1 - 1的拋光表面係由發泡聚胺基甲酸酯例 如I C 1 0 0 0，或具有經固定於其上或浸潰於其内的研磨顆粒 之材料所構成的。於該拋光表面與該半導體基板W的相對 移動之下，將該電鍍銅膜予以拋光。 於完成該電鍍銅膜的拋光之後，將該半導體基板W由 該頂環7 1 0 - 2送回到該推動器7 1 0 - 5，該第二機械手7 0 8撿 取該半導體基板W ’並將該半導體基板W引導到第一清洗機 7 0 9。此時，可朝在該推動器7 1 0 - 5上面的該半導體基板W 之面部與背側喷射化學液體，以從該半導體基板W之面部 或背側上移除粒子或造成粒子難以附著其上。 於在該第一清洗機7 0 9中的清洗處理完成之後，該第 二機械手7 0 8撿取該半導體基板W，並將該半導體基板W放
314142.ptd 第30頁 1259220 五、發明說明（25) 置到該第二拋光裝置7 1 1的推動器7 1 1 - 5之上。該頂環 7 1 1 - 2經由抽吸作用吸取該推動器7 1 1 - 5上面的該半導體基 板W，並使該半導體基板W上具有在其上形成的阻障層之表 面在壓力之下與拋光台7 1 1 - 1的拋光表面相接觸以實施二 次拋光。該拋光台的構成與頂環7 1 1 - 2相同，於此二次拋 光之下，將該阻障層拋光。不過，也可能會出現在初始拋 光之後將留下來的銅膜與氧化物膜拋光之情況。 該拋光台7 1 1 - 1的拋光表面係由發泡聚胺基曱酸酯例 如I C 1 0 0 0，或具有經固定於其上或浸潰於其内的研磨顆粒 之材料所構成的。於該拋光表面與該半導體基板W的相對 移動之下進行拋光，此時，係使用矽、鋁、鈽、或類似材 料作為該研磨顆粒或漿液，而化學液體係根據所拋光的膜 類型而調整。 該二次拋光的終點之偵檢係經由主要使用光學膜厚度 測量儀器而測量阻障層的膜厚度，且偵檢到已變成零的膜 厚度，或偵測包括二氧化矽的絕緣膜之表面顯示出來膜厚 度等予以實施的。再者，使用具有影像處理功能的膜厚度 測量儀器作為裝在拋光台7 1 1 - 1附近的膜厚度測量儀器 711-4，經由使用此種測量儀器，完成氧化物膜的測量， 將其結果以該半導體基板W的處理記錄之形式貯存’並用 來判斷已完成二次拋光的該半導體基板W是否可以轉移到 下一步驟。若尚未到達該二次拋光的終點時，要實施再拋 光。若因為任何異常而已實施超過一預定值之過度拋光之 時，則要停止該半導體基板處理裝置以避免接下來的拋
314142.ptd 第31頁 1259220 五、發明說明（26) 光，以使得缺陷產品不會增’ … ^ 於完成二次拋光之後，將該半導體基板W由該頂壞 711-2移到該推動器Π卜5,该第二機械手70S撿取在該推。 動器71卜5上面的該半導體基板W。此時’可朝在該推動為 7Π-5上面的該半導體基板W之面部與背側喷射化學液體以 從該半導體基板W之面部與背侧上私除粒子或造成粒子難 以附著其上。 該第二機械手7 0 8將該半導體基板W載送到第二清洗機 7 0 7，於該第二清洗機7 0 7實施該半導體基板W的清洗，該 第二清洗機7 0 7的構造也與第^清洗機7 0 9的構造相同。該 半導體基板W的面部係以PVA泡棉捲使用一清洗液體予以擦 洗，該清洗液體包括在純水中加入界面活性劑、鉗合劑、 或酸鹼度調節劑所構成的。從一喷嘴朝該半導體基板W的 背側噴射一強化學液體例如DHF，以實施在該半導體基板w 之背側上面的擴散銅之餘刻。若沒有擴散問題之時，擦洗 ✓月’糸係使用與δ亥面部所用的相同化學液體以p v a泡棉捲實 施。 、 半ϋ =洗、處理完成之後，該第二機械手70 8撿取該 ίΐϊί ϊο將該半導體基板W轉移到反轉機706處， 以反轉械705將该半導體基板w反轉。該第— 取該已反轉的半導雕A把w、，& 钱械手7 0 3撿 於
^味 肖豆基板轉移到該第三清爷嬙7fU 该昂三清洗機70 4中’由超音 二洗柃704 (megas(Dnic wateF_ & ^ &、t 2 f所放七的超音波水 a *）朝向°玄半導體基板w的面部* L7、、主冰 该+導體基板W。此時，兮车道w J W4貝射以/月洗 、μ半$肢基板w的面部可以使用已
314142.ptd 第32頁 1259220 五、發明說明（27) 知的錯筆型海綿使用一清洗液體予以清洗，該清洗液體係 由在純水中加入界面活性劑、钳合劑、或酸驗度調節劑所 構成的。其後，將該半導體基板W經由旋轉乾燥予以乾 燥。 如上面所述者，若膜厚度業經使用裝設在拋光台 7 1 1 - 1附近的膜厚度測量儀器7 1 1 - 4予以測量過時，就不對 該半導體基板W施以進一步處理且該半導體基板W即可容納 在經放置在裝載/卸載站7 0 1的卸載口上之匣内。 第1 5圖為顯示出半導體基板電鍍裝置之另一例子的平 面構造之示意圖。該基板處理裝置不同於在第1 4圖中所顯 示的基板處理裝置之處在於其裝有一封蓋電鍍單元7 5 0以 取代第14圖中的電鍍銅膜形成單元702。 容納有形成電鍍銅膜的半導體基板W之匣7 0 1 - 1係經放 置在裝載/卸載站7 0 1的裝載口上，從匣7 0 1 - 1取出的半導 體基板W係經轉移到第一拋光裝置7 1 0或第二拋光裝置 7 1 1，於該第一拋光裝置7 1 0或第二拋光裝置7 1 1中將該電 鍍銅膜的表面拋光。於完成該電鍍銅膜的拋光之後，該半 導體基板W係在第一清洗機7 0 9中清洗。 於在該第一清洗機7 0 9中清洗完成之後，將該半導體 基板W轉移到該封蓋電鍍單元7 5 0，於該封蓋電鍍單元7 5 0 在該電鍍銅膜的表面上施以封蓋電鍍，其目的在於防止電 鍍銅膜因大氣所致之氧化。已施加封蓋電鍍的半導體基板 W係由第二機械手7 0 8從該封蓋電鍍單元7 5 0轉移到第二清 洗機7 0 7，於該第二清洗機7 0 7使用純水或去離子水予以清
3]4]4_2.ptd 第33頁 1259220 五、發明說明（28) 栽 洗，清洗完成之後的半導體基板即可送回經放置在奪 卸載站701上之匣701-1内。 、 第1 6圖為顯示出半導體基板電鍍裝置之另一例子 面構造之示意圖。該基板處理裝置不同於在第丨5圖中的予 不的基板處理裝置之處在於其裝有一退火單元75丨以巧_ 第1 5圖中的第一清洗機7 0 9。 代 如上文所逑於拋光單元7丨〇或7 i丨中拋光過且在上、 =清洗機7 0 7清洗過的半導體基板賺轉移到該封蓋♦塊第 元0，於该封盍電鍍單元7 5 〇在該電鍍銅膜的表面上，單 封盍電鍍，已施加封蓋電鍍過的半導體基板¥即由第〜知从 械手7 0 8從該封蓋電鍍單元75〇轉移到第二清洗機7〇7了機 該第二清洗機70 7清洗該半導體基板w。 於 於在該第二清洗機707中清洗完成之後，將該半 ^板w轉移到退火單元751，於該退火單元751將該半^二 土 1 W退火處理，藉此將該電鍍銅膜合金化以增加該二 =膜的電子遷移阻抗。將經退火處理過的該半導體基板% 攸忒退火單几7 5 1轉移到第二清洗機7 〇 7，於該第二清洗 將其用純水或去離子水予以清洗，清洗完成之後的半、 ¥脰基板w即可送回經放置在裝載/卸載站7〇1上之厘 内。 丄1 第1 7圖為顯示出基板處理裝置之另一例子的平面配置 示意圖。於第17圖巾，與第14圖中相同的元件符號 、的部伤滅不出相同或對應的部份。於該基板處理裝 ’—推動器索引器（Pusher indexer) 7 2 5係經配置在
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第34頁 1259220 五、發明說明（29) 靠近第一拋光裝置7 1 0和第二拋光裝置7 1 1之處，基板放置 台7 2 1、7 2 2係經分別配置在靠近第三清洗機7 0 4和電鍍銅 膜形成單元7 0 2，一機械手7 2 3係經配置在靠近第一清洗機 7 0 9和第三清洗機7 0 4之處。另外，一機械手7 2 4係經配置 在靠近第二清洗機7 0 7和電鍍銅膜形成單元7 0 2之處，且一 乾燥狀態膜厚度測量儀器7 1 3係經配置在靠近裝載/卸載站 7 0 1和第一機械手7 0 3之處。 於具有上述構造的基板處理裝置中，第一機械手7 〇 3 從放置在裝載/卸載站7 0 1的裝載口處的匣7 0 1 - 1取出一半 導體基板W，於使用該乾燥狀態膜厚度測量儀器7 1 3測量過 阻障層和晶種層的膜厚度之後，第一機械手7 0 3將該半導 體基板W放置在基板放置台7 2 1之上。於該乾燥狀態膜厚度 測量儀器7 1 3係裝設在該第一機械手7 0 3的手部上之情況 中，該膜厚度係在該第一機械手7 0 3之手部上面測量，且 該半導體基板W係放置在該基板放置台7 2 1之上。第二機械 手7 2 3將該基板放置台7 2 1上的該半導體基板W轉移到電鍍 銅膜形成單元7 0 2，於該電鍍銅膜形成單元7 2 0形成一電鍍 銅膜，於形成電鍍銅膜之後，使用電鍍前與電鍍後膜厚度 測量儀器71 2測量該電鍍銅膜的膜厚度。然後，第二機械 手7 2 3將半導體基板W轉移到推動器索引器7 2 5並裝載於該 推動器索引器7 2 5上。 [串聯模式] 於串聯模式中，頂環7 1 0 - 2經由抽吸作用固持住在推 動器索引器7 2 5上面的半導體基板W，將該頂環7 1 0 - 2轉移
314142.ptd 第35頁 1259220 五、發明“ (3(0 ^~ " 一"-~^_ 到一拋光台710-1，並將該半導體基板w壓抵向在該拋 p 0-1上面的拋光表面以實施拋光。以上面所述相同/ 貫施拋光終點的偵檢，將完成拋光之後的半導體基板W 該頂環71 0-2轉移到推動器索引器7 2 5並裝載於該推動哭 引器72 5上。第二機械手7 2 3取出該半導體基板w，並將該'、 半導體基板W載送到第一清洗機7 0 9進行清洗。然後，將上 半導體基板W轉移到推動器索引器72 5並裝載於該推動器= 引器72 5上。 頂環7 1 1 - 2經由抽吸作用固持住在推動器索引哭7 2 5上 面的半導體基板W，將該頂環71 1 - 2轉移到一拋光台 7 1 1 -卜並將半導體基板W壓抵向在該拋光台7 1 1 — 1上面的 拋光表面以實施拋光。以上面所述相同方法實施拋光終點 的彳貞檢，將完成拋光之後的半導體基板W由該頂環7 1 1 - 2轉 移到推動器索引器7 2 5並裝載於該推動器索引器72 5上。第 二機械手7 2 4撿取該半導體基板W ’並使用膜厚度測量儀哭 7 2 3測量其膜厚度。然後，將該半導體基板w載送到第二清 洗機7 0 7進行清洗。之後’將該半導體基板w載送到第三清 洗機7 0 4，於該第三清洗機7 0 4將該半導體基板％清潔且然 後以旋轉乾燥將其乾燥。接著，由第三機械手7 2 4撿取該 半導體基板W，並將其放置在基板放置台7 2 2之上。 [並聯模式] 於並聯模式中，頂環710-2或711-2經由抽吸作用固持 住在推動器索引器7 2 5上面的半導體基板w，將該頂環 7 1 0 - 2或7 1 1 - 2轉移到一拋光台710 - 1或711-1，並將該半導
1259220 五、發明說明（31) 體基板爾抵向在該拋光台71〇_u 71丨—丨上面的拋光表面 以實施拋光。於膜厚度測量之後，由第三機械手724撿取 該半導體基板W，並將該半導體基板W放置在基板放置台 7 2 2之上。 第一機械手7 0 3將基板放置台72 2上的該半導體基板w 轉移到乾燥狀態膜厚度測量儀器7丨3，於膜厚度測量之 後，將該半導體基板¥送回裝載/卸載站7〇1之=7〇ι —丨内。 第1 8圖為顯示出基板處理裝置之另一平面配置構造之 示意圖。此基板處理裝置為一在其上面尚無晶種層的半導 體基板W上形成一晶種層與一電鍍鋼層，並將此等層拋光 以形成互連線之基板處理裝置。 於該基板拋光裝置中，一推動器索引器7 2 5係經配置 在靠近第一拋光裝置710和第二拋光裝置711之處，基板放 置台7 2 1。、7 2 2係經分別配置在靠近第二清洗機7 〇 7和晶種 層形成單元7 2 7之處’並且一機械手7 2 3係經配置在靠近該 晶種層形成單元7 2 7和電鍍銅膜形成單元7 〇 2之處。另外， 一機械手7 24係經配置在靠近第一清洗機7〇9和第二清诜機 7 0 7之處，且一乾炼狀悲膜厚度測量儀器7丨3係經配置在靠 近裝載/卸載站7 〇 1和弟一機械手7 0 3之處。 第一機械手7 〇 3從放置在裝載/卸載站7 〇丨的裝載口處 的匣701- 1取出一具有阻障層於其上之半導體基板w，並將 該半導體基板W其放置在基板放置台721之上。然後，第二 機械手7 2 3將該半導體基板W轉移到晶種層形成單元7 2 7於 該晶種層形成單兀7 2 7處形成一晶種層。該晶種層係經由
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1259220 五、發明說明（32) 無電解式電鍍形成的。該第二機械手72 3可使具有在其上 形成的晶種層之半導體基板W以電鍍前與電鍍後膜厚度測 量儀器7 1 2測量該晶種層的膜厚度，於測量過膜厚度之 後’將该半導體基板W載送到電鍍銅膜形成單元7 〇 2，於該 電鍍銅膜形成單元72 0形成一電鍍銅膜。 於形成電鍍銅膜之後，測量該電鍍銅膜之膜厚度，並 將半導體基板W轉移到推動器索引器7 2 5。頂環7 1 0 - 2或 7 1卜2經由抽吸作用固持住在推動器索引器'7 2 5上面的半導 體基板W，並將該頂環710-2或711 —2轉移到一拋光台 或711-1以實施拋光。於拋光之後，頂環71〇_2或711_2將 該半導體基板W轉移到膜厚度測量儀器71 〇〜4或7 U—4以測 畺膜厚度。然後’頂環7 1 0 - 2或7 1 1 - 2將該半導體基板w轉 移到推動器索引器7 2 5並將該半導體基板W放置該推動器索 引器72 5上。 然後’第三機械手7 2 4從該推動器索引器7 2 5撿取該半 導體基板W，並將該半導體基板w載送到第一清洗機7 0 9。 第三機械手7 2 4從該第一清洗機7 0 9撿取清洗過的半導體基 板W載送到第二清洗機7 0 7，並將清洗且乾燥過的半導體基 板W放置在基板放置台7 2 2之上。然後，第一機械手7 0 3撿 取該半導體基板W，並將該半導體基板W轉移到乾燥狀態膜 厚度測量儀器7 1 3而於其中測量膜厚度，之後，該第一機 械手7 0 3將該半導體基板W送回經放置在裝载/卸載站7 0 1的 卸載口處之匣701-1内。 於第1 8圖中所示的基板處理裝置中，互連線係經由在
3】4]42.ptd 第38頁 1259220 五、發明說明（33) 半導體基板W上面形成一阻障層、一晶種層和一電鍍銅 層，並將彼等拋光而形成的，該半導體基板W具有於其中 形成的電路圖案之通孔或溝槽。 容納形成阻障層之前的半導體基板W所用之匣7 0 1 - 1係 經放置在裝載/卸載站7 0 1的裝載口處，第一機械手7 0 3從 放置在裝載/卸載站7 0 1的裝載口處的匣7 0 1 - 1取出半導體 基板W，並將該半導體基板W放置在基板放置台7 2 1之上。 然後，第二機械手7 2 3將該半導體基板W轉移到晶種層形成 單元7 2 7於該晶種層形成單元7 2 7形成一阻障層和一晶種 層，該阻障層和晶種層係經由無電解式電鍍形成的。該第 二機械手7 2 3將具有在其上形成的阻障層和晶種層之半導 體基板W帶到電鍍前與電鍍後膜厚度測量儀器7 1 2以測量該 阻障層和該晶種層的膜厚度。於測量過膜厚度之後，將該 半導體基板W載送到電鍍銅膜形成單元7 0 2於該電鍍銅膜形 成單元70 2形成一電鍍銅膜。 第1 9圖為顯示出基板處理裝置之另一例子的平面配置 構造之示意圖。於該基板處理裝置中，裝設有一阻障層形 成單元8 1 1、一晶種層形成單元8 1 2、一電鍍膜形成單元 813、一退火單元814、一第一清洗單元815、一斜面和背 側清洗單元8 1 6、一封蓋電鍍單元8 1 7、一第二清洗單元 8 1 8、一第一準直器和膜厚度測量儀器8 4 1、一第二準直器 和膜厚度測量儀器8 4 2、一第一基板反轉機8 4 3、一第二基 板反轉機8 4 4、一基板暫時放置台8 4 5、一第三膜厚度測量 儀器8 4 6、一裝載/卸載部8 2 0、一第一拋光裝置8 2 1、一第
314142.ptd 第39頁 1259220 五 、發明說明 (34) 二 拋 光 裝 置 8 2 2、 -第一機械手831、一第二機械手 8 3 2 > 一 第 二 機 械 手 8 3 3、 和一第四機械手8 3 4。該等膜厚 度測量 儀 器 841、 842 Λ 和 84 6都具有與前述其他單元（電鍍 、清 洗 退 火 等 單 元 和 類似者）的尺寸相同之尺寸，因而為可 以 互 相 交 換 者 〇 於 此 實 例 中 可以使用無電解式鈷-硼（Co-B)電鍍裝 置 作 為 阻 障 層 形 成 單元8 1 1，使用無電解式銅電鍍裝置作 為 晶 種 層 形 成 單 元 812，且使用一電鍍裝置作為電鍍膜形 成 單 元 8] 3( 第 20圖 為 顯 示 出在本基板處理裝置内個別步驟 的進行 之 流 程 圖 〇 該 裝 置 内的諸個別步驟要根據此流程圖 予以說 明 〇 首 先 由 第 一 機械手8 3 1從放置在裝載/卸載站 8 2 0的 匣 8 2 0a取 出 一 半 導 體基板並放置到該第一準直器和 膜厚度 測 量 儀 器 841中 ’在此狀態中之半導體基板之要電鑛的表 面 面 朝 向 上 〇 為 了 設定進行膜厚度測量位置的參考 點，乃 實 施 膜 厚 度 測 量 所 用的缺 口對位(notch al igninent) 9 並 取 得 銅 膜 形 成 之 前 半導體基板上的膜厚度數據。 缺 Ό、 後 由 該 第 一機械手831將該半導體基板轉移到阻 障 層 形 成 單 元 811 ，該阻障層形成單元8 1 1為一種經 由無電 解 式 釕 (Ru)電 鍍 在 該半導體基板上面形成阻障層的 裝置， 且 該 阻 障 層 形 成 單 元8 1 1形成一釕膜作為阻止銅擴散到半 導 體 裝 置 的 層 間 絕 緣體膜（例如二氧化矽）内之膜。 於清洗 和 乾 燥 後 排 放 出 來 的半導體基板即由該第一機械手 8 31轉 移 到 該 第 準 直 器 和膜厚度測量儀器8 4 1，於該第- -準直
3M142.ptd 第40頁 1259220 五、發明說明（35) ' --- 器和膜厚度測量儀器84丨測量該半導體基板 即測量該阻障層的膜厚度。 & 於膜厚度測量之後的該半導體基板即由 812 ^ ^ t ： ： Γί ^ °卩早層上形成一 θθ種層。於清洗和乾燥等牛驟之後放 出的該半導體基板即由第二機械手8 3 2轉移 進 和膜厚度測量儀器8 4 2以測定缺口位置，在二導辦 板轉移到電鍍膜形成單元813之前，㊣為一種二 =UmpregnaUon platlng unit)，且由該第= ‘和 膜厚度測量儀器842實施供銅電鍍所用的缺〇 ^位。二需 要時’在形成銅膜之前可於該第-、、隹 _ 、 、 器㈣再度測量該半導體基板V·///。和膜厚度測量儀 8 3 3/Λ完Λ缺口對位的該半導體基板即由第三機械手 形成單元813,於該該電鑛膜形成單元 ”，該半導體基板即由第三機:先 ί單元816,於該斜面和背側清洗單元816將該半 i 需要的銅膜（晶種層）之部份移除掉。於該 :面=清洗單元816中，係以預設定的時間靖 如氮【板工的銅係使用化學液體例 和背側清'潔單元816之前，可以用t ^基板//夕到斜面 測量儀器δ42測量該半導體基板的犋 ，二σ膜厚度 鍍所形成的銅膜之厚度值，且根據' 尽，’ ：#到藉由電 豕所付之值，可以隨意地
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1259220 五、發明說明（36) 改變斜面餘刻時間以進行#刻。藉由斜面#刻所#刻的區 域為對應於半導體基板周緣部份且上面沒有形成電路的區 域’或為雖然有形成電路但最後沒有利用作為晶片的區 域。 於斜面和背側清洗單元81 6中清洗和乾燥等步驟之後 放出的該半導體基板即由第二機械手8 3 3轉移到第一基板 反轉機8 4 3。於該半導體基板由該第一基板反轉機8 4 3反轉 以使電鍍表面面朝下之後，即由第四機械手8 3 4將該半導 體基板引導到退火單元81 4藉以穩定化互連部份。在退火 處理之前及/或之後，要將該半導體基板載送到該第二準 直器和膜厚度測量儀器8 4 2，於該第二準直器和膜厚度測 量儀器8 4 2測量在該半導體基板上面形成的銅膜之膜厚 度。然後，即由第四機械手8 34將該半導體基板載送到第 一拋光裝置8 2 1，於該第一拋光裝置8 2 1將該半導體基板的 銅膜和晶種層予以拋光。 此時，係使用合意的研磨顆粒或類似物，不過也可以 使用固定的研磨劑以防止表面凹陷（d i sh i ng )和增進面部 的平整度（flatness)。於初始拋光完成之後，即由第四機 械手8 3 4將該半導體基板轉移到第一清洗單元8 1 5，於第一 清洗單元清洗該半導體基板。此清洗操作為擦洗清潔操 作，其中係使用具有與該半導體基板的直徑實質相同長度 之捲件放置在該半導體基板的面部和背側上’並轉動該半 導體基板和該捲件，同時流動純水或去離子水，藉此實施 該半導體基板的清洗。
314142.ptd 第42頁 1259220 五、發明說明（37) 於初始清洗完成之後，即由第四機械手8 3 4將該半導 體基板轉移到第二拋光裝置8 2 2，於該第二拋光裝置8 2 2將 該半導體基板上的阻障層予以拋光。此時，係使用合意的 研磨顆粒或類似物，不過也可以使用固定的研磨劑以防止 表面凹陷和增進面部的平整度。於二次拋光完成之後，即 由第四機械手8 3 4將該半導體基板再度轉移到該第一清洗 單元8 1 5，於該第一清洗單元8 1 5處實施擦洗清洗。於清洗 完成之後5即由第四機械手8 3 4將該半導體基板轉移到弟 二基板反轉機8 4 4，於該第二基板反轉機8 4 4將該半導體基 板反轉以使電鍍表面面朝上，然後，即由第三機械手將該 半導體基板放置到基板暫時放置台8 4 5。 該半導體基板由第二機械手8 3 2從該基板暫時放置台 8 4 5轉移到封蓋電鍍單元8 1 7，於該封蓋電鍍單元8 1 7對銅 表面上施加封蓋電鍍，其目的在於防止銅因大氣而氧化。 已施加封蓋電鍍的該半導體基板由第二機械手8 3 2從該封 蓋電鍍單元8 1 7載送到第三膜厚度測量儀器8 4 6，於該第三 膜厚度測量儀器8 4 6測量銅膜的厚度。其後，該半導體基 板由第一機械手8 3 1載送到第二清洗單元8 1 8，於該第二清 洗單元8 1 8使用純水或去離子水清洗該半導體基板，清洗 完成之後的半導體基板即送回放置在裝載/卸載站8 2 0上的 匣820a内。 該準直器和膜厚度測量儀器8 4 1和該準直器和膜厚度 測量儀器8 4 2係實施基板缺口位置的定位與膜厚度的測 量 °
314142.picl 第43頁 1259220 五、發明說明C38) 晶種層形成單元8 1 2可以省略，於此種情況中，可以 直接在電鍍膜形成單元8 1 3中於阻障層上形成一電鍍膜。 該斜面和背側清洗單元8 1 6可同時實施邊緣（斜面）蝕 刻和背側清洗，且可壓制在基板表面上之電路形成部份處 銅的自然氧化物膜之成長。第2 1圖顯示出該斜面和背側清 洗單元8 1 6的示意圖◦如第2 1圖中所示者，該斜面和背側 清洗單元8 1 6具有：一基板固持部份9 2 2，係定位在一有底 部的圓筒型防水蓋9 2 0之内且調整為可以高速將一基板W旋 轉者，以使該基板W的面部朝上的狀態下高速轉動，同時 以旋轉扣具9 2 1沿著該基板W周緣部份之周圍方向的複數個 位置水平地固持住該基板W ; —中央喷嘴9 2 4，係配置在由 基板固持部份9 2 2所固持住的基板W之面部的近乎中央部份 之上方；以及一邊緣喷嘴9 2 6，係配置在該基板W周緣部份 之上方。該中央喷嘴9 2 4和該邊緣喷嘴9 2 6都是朝下者，一 背部喷嘴9 2 8係定位在基板W之背側的近乎中央部份之下 方，且係朝上者，該邊緣喷嘴9 2 6經調整成為可在該基板W 的直徑方向和高度方向移動。 該邊緣喷嘴9 2 6的移動寬度L係經設定為使得該邊緣喷 嘴9 2 6可以從該基板的外周圍末端表面朝向中心之方向隨 意地配置，且根據該基板W的尺寸、用途、和類似條件輸 入L的設定值。通常，一邊緣切割寬度C係經設定在2毫米 到5毫米的範圍之内。於該基板的旋轉速度為等於或高於 使得從背側到面部的液體移動量不會造成問題的特定值之 情況中，可以移除在該邊緣切割寬度C内的銅膜。
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五、發明說明 其次 該半導體 半導體基 平地固持 9 2 4供給ί 為非氧化 類似溶液 地或間斷 液可使用 次氯酸鈉 於此 部份區域 氧化劑溶 供給並由 刻，藉此 劑溶液在 產生的酸 餘刻剖面 定。若在 的自然氧 W的旋轉ί 即移除， 溶液供給 給。結果 (39)
’要說明使用此清洗裝置的清洗方法。首先，把 基板W與該基板固持部份9 2 2整體地水平轉動，j 板W係由該基板固持部份9 2 2之旋轉扣具g 2 1所水Λ 住。於此種狀態下，/酸性溶液從該中央噴嘴 ]该半導體基板W面部的中央部份，該酸性溶液 性酸、和氫氟酸、鹽酸、硫酸、檸檬酸、草酽 。另一方面，一氧化劑溶液從邊緣噴嘴9 2 6連 地供給到該基板w的周圍邊緣部份，該氧化1 = 臭氧水溶液、過氧化氫水溶液、硝酸水溶液1 水溶液中之一者，或使用此等的組合。 （和 万式，在該半導體基板w的上表面上與周真么 中的末端表面上所形成的銅膜或類似镇° 、彖 ，所迅速地氧化，直同時由從該中央5 3 T由該 散佈在半導體基板W之整個面部上的舻、β 9 2 4所 將該銅膜溶解與移除。經由將該酸 挪 咳基板的周圍邊緣部份混合，相對於 =·礼化 溶液及氧化劑溶液之混合物，可以得到一供給所 ^此時，銅的蝕刻速率係由彼等溶液 ，崎的 半導體基板W面部上的電路形成部份中、右辰广所決
化物膜，則此自然氧化物會由根據今 ♦形成銅 p. ^ * %平導轉JL k 政佈在該半導體基板W整個面部上的 _ 1基板 且不會再長出來。於停止從該中央嘴谷液所立 之後，也停止從邊緣喷嘴9 2 6的氧化、9、、^的酸 暴路在表面上的矽會氧化，且鋼的、 '、 ⑴的沉積會受到
314142.ptd 1 11 mm
第45頁 1259220 五、發明說明（40) 壓制。 另一方面，從該背部喷嘴9 2 8將氧化劑溶液和氧化矽 膜蝕刻劑同時或交互地供給到該半導體基板W之背側的中 央部份，如此一來，以金屬形式黏附到該半導體基板W背 側上的銅或類似金屬可與該半導體基板W的矽一起由該氧 化劑溶液所氧化，且可以該氧化石夕膜li刻劑所钱刻和移除 掉。此氧化劑溶液較佳者係與供給到面部的氧化劑溶液相 同，因為如此可以減少所用的化學品類型的數目之故。可 以使用氫氟酸做為該氧化矽膜蝕刻劑，且若以氫氟酸作為 用於半導體基板W之面部的上的酸溶液之時，可以減少所 用的化學品類型之數目。如此，若先停止氧化劑的供給， 可得到疏水性表面，若先停止蝕刻劑溶液，可得到飽和著 水的表面（一種親水性表面），且因此可以將該背側表面調 整到滿足隨後程序的要求之狀況。 於此方式中，係將酸溶液，亦即蝕刻溶液供給到半導 體基板W以移除掉殘留在半導體基板W表面上的金屬離子。 然後，供給純水以使用純水取代該飯刻溶液並移除該蝕刻 溶液，並接著將該半導體基板W經由旋轉乾燥予以乾燥。 以此種方式，可以實施在半導體基板W之面部邊緣部份上 邊緣切割寬度C内的銅膜之移除，且可同時實施在背侧上 面的銅雜質之移除，使得此處理可以在例如8 0秒内完成。 邊緣的蝕刻切割寬度C可以隨意地設定（2到5毫米），不過 蝕刻所需的時間不是決定於此切割寬度。 在化學機械研磨程序之前與在電鍍之後實施的退火處
314142.ptcl 第46頁 1259220 五、發明說明（41) - 理對於隨後的化學機械研磨處理和互連線的電氣 有利的影響，對於沒有退火的化學機械研磨處理之二 寬闊互連線（數微米的單位）進行的觀察顯示出許多缺陷^ 如微氣孔（mi crovoids)，彼等缺陷會導致整個互連線戶曰呈 電阻的增加。退火處理的實行會改善電阻增高情況^ 退火處理的情況中，細互連線沒有顯示出氣孔=因此，、 设晶粒成長之程度包括這些現象，亦即，可以^ 谁測有下歹，丨 機制··在細互連線内難以發生晶粒成長，另一 乃甶地，於 覓闊互連線中，會根據退火處理進行晶粒成長。 a ' _ p %晶粒成 長過程中，在電鍍膜内太小而不能以（掃描電子顯微^ (SEM， scanning electron microscope))看出办 丄 叫水的超細科 孔隙會集中起來且向上移動，因而在互連線的上 Λ " 1:1 P份中 形成微氣孔狀凹陷。在退火單元8 1 4中的退火條彼* 丨木件為使得 在一氣圍内加入氫氣（2 %或更少），溫度係在3 〇 (rc到4
的範圍之内，且時間為在1到5分鐘的範圍之内。A ^ C 在後些愔 況下，可獲得上述效果。 ~ 第2 2和第2 3圖顯示出該退火單元8 1 4，該退火澤__ 平凡8 1 <4 包括一室1 0 0 2，該室1 0 0 2具有一閘1 0 0 0用以放入和取出>
導體基板W ; —加熱板1 0 0 4，係配置在該室1 0 〇 2的上面位I 置，用以將該半導體基板W加熱到例如4 0 0°C ;與—、人父 々部板 1 0 0 6，係配置在該室1 0 0 2的下面位置，經由例如將冷_ 流通在該板的内部而冷卻該半導體基板W。該退火單； τ 1 4 也具有眾多可垂直地移動之升降銷（elevating pin) 1 0 0 8，彼等升降銷1 0 0 8係穿透該冷卻板1 0 0 6且從該冷板
314142.ptd 第47頁 1259220 五、發明說明（42) 1 0 0 6板向上和向下延伸用以將該半導體基板W放置且固持 在彼等升降銷1 0 0 8之上。該退火單元更包括：一氣體導入 管1 0 1 0，用以在退火期間將抗氧化劑氣體導到該半導體基 板W與該加熱板1 0 0 4之間；以及一氣體排放管1 0 1 2，用以 將從該氣體導入管1 0 1 0導入且在該半導體基板W與該加熱 板1 0 0 4之間流動的氣體排放出。該等管1 0 1 0和1 0 1 2係經配 置在該加熱板1 0 0 4的正對側。 該氣體導入管1 0 1 0係連接到一混合氣體導入管線 1 0 2 2，該混合氣體導入管線1 0 2 2同樣連接到一混合器 1 0 2 0，於該混合器1 0 2 0通過一裝有一過濾器1 0 1 4 a的氮氣 (N 2)氣體導入管線1 0 1 6所導入的氮氣氣體，與通過一裝有 一過濾器1 0 1 4b的氫氣（Η 2)氣體導入管線1 0 1 8所導入的氫氣 氣體而混合形成一混合氣體^該混合氣體流經該混合氣體 導入管線1 0 2 2進入該氣體導入管1 0 1 0。 於操作中，通過閘1 0 0 0且已載送到室1 0 0 2内的該半導 體基板W係經固持在升降銷1 0 0 8之上，且該升降銷1 0 0 8係 提升到一位置使得固持在該升降銷1 0 0 8上面的該半導體基 板W與該加熱板1 0 0 4之間的距離變成例如0 . 1至1. 0毫米。 於此種狀態中，透過加熱板1 0 0 4將該半導體基板W加熱到 例如4 0 0°C，且同時從氣體導入管1 0 1 0導入抗氧化劑氣 體’並使該氣體f在該半導體基板W與該加熱板1 0 0 4之間 流動，同時從氣體排放管1 0 1 2排放出該氣體，藉此將談半 導體基板W退火處理同時防止其氧化。該退火處理可在約 數十秒鐘到6 0秒鐘内完成，基板的加熱溫度可在1 0 0 - 6 0 0
314142.ptd 第48頁 1259220 五、發明說明（43) °C範圍内選擇。 於退火處理完成之後，將該等升降銷1 0 0 8降低到一位 置使得固持在該升降銷1 0 0 8上面的該半導體基板W與該冷 卻板1 0 0 6之間的距離變成例如0至0 . 5毫米。於此種狀態 中，經由將冷卻水導到該冷卻板1 0 0 6之内，該冷卻板1 0 0 6 可將該半導體基板W在例如1 0至6 0秒之内冷卻到1 0 0°C或更 低溫度，冷卻後的該半導體基板W即送到下一步驟。 使用氮氣氣體與數百分比之氫氣氣體的混合氣體作為 上述抗氧化劑氣體。不過，也可以單用氮氣氣體。 該退火裝置可以放置在電鍍裝置之内。 上述封蓋電鍍較佳者係以無電解式電鍍程序實施，不 過也可以用電鍍程序實施。 雖然已經顯示且詳細說明過本發明某些較佳實施例， 不過必須了解的是，可以在不背離後附申請專利範圍的範 疇内對其作出各種改變和修飾。 [產業應用性] 本發明係有關一種無電解式電鍍裝置和方法，用以形 成埋置型互連線，其中係將電導體例如銅或銀埋置於細微 凹處之内，以在基板（例如半導體基板）之上形成互連線， 且用以形成一保護層以保護該等互連線的表面。
314142.ptd 第49頁 1259220 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 第1 A至第1 D圖為示範說明經由銅電鍍形成銅互連結構 及形成該銅互連結構的保護層之一實施例的程序步驟順序 之示意圖； 第2圖為根據本發明一實施例的無電解式電鍍裝置之 橫斷面圖； 第3 A至第3 C圖為示範說明在電鍍下電鍍槽内的電鍍溶 液流動狀態之示意圖； 第4圖為根據本發明另一實施例的無電解式電鍍裝置 之橫斷面圖； 第5圖為顯示出裝有第2和第3圖中所示無電解式電鍍 裝置的一電鍍處理裝置的布置之平面圖； 第6圖為顯示出裝有第2和第3圖中所示無電解式電鍍 裝置的另一電鍍處理裝置的布置之平面圖； 第7圖為基板電鍍裝置之例子的平面圖； 第8圖為顯示出第7圖中所示基板電鍍裝置内的空氣流 區 諸 的 内 置 裝 鍍 電 板 基 示 所 中 圖 7 第 在 出 示 •，顯 為 圖 圖 意 9 示第 之 動 電 板 基 之 示 所 中 圖 7 第 的 内 •，(至 圖淨 面潔 斷一 橫於 之置 動放 流為 氣圖 ο 空 1 間第 之 域 圖 面 平 的 子 例 - 另 之 置 裝 鍍 電 •，板 圖基 視為 透圖 IX 之1 置第 裝 鍍 第第 圖圖 面面 平平 Av AO. 白 另另 又又 之之 置置 裝裝 度度 電電 板板 基基 為為 圖 2 圖 3 1 —Lf
314142.ptd 第50頁 1259220 圖式簡單說明 第1 4圖為顯示半導體基板處理裝置之平面構造例子之 示意圖； 第1 5圖為顯示出半導體基板處理裝置之另一平面構造 例子之示意圖； 第1 6圖為顯示出半導體基板處理裝置之又另一平面構 造例子之示意圖； 第1 7圖為顯示出半導體基板處理裝置之又另一平面構 造例子之示意圖； 第1 8圖為顯示出半導體基板處理裝置之又另一平面構 造例子之不意圖； 第1 9圖為顯示出半導體基板處理裝置之又另一平面構 造例子之不意圖； 第2 0圖為顯示出在第1 9圖中所示之半導體基板處理裝 置内的個別步驟流程之示意圖； 第2 1圖為顯示出一斜面和背側清潔單元的概略構成例 子之示意圖； 第2 2圖為一退火單元之例子之垂直斷面圖；以及 第2 3圖為該退火單元之橫斷面圖。 半導體基底 絕緣膜 溝槽 銅晶種層 互連線 8 1 a 傳導層 3 接觸孔洞 5 阻障層 7 銅膜 9 保護層（電鍍膜）
II
I
II 111 mlm
314142.ptd 第51頁 1259220 圖式簡單說明 1 (L· 10 丨a 電 解 式電鍵裝 置 12 電 鍍 溶液 14 内 槽 16 基 板 固持 器 18 電 鍍 槽 20 内 壁 20a 溝 通 孔 洞 24 外 壁 26 外 槽 30 加 埶 管 32 電 鍍 溶 液 循 環系統 34 循 環 泵 36 電 鍍 溶 液 排 放官 38 電 鍍 溶液 抽吸管 39 過 濾 器 40 攪 拌 裝置 42 攪 拌 葉 70 > 8C 卜 510、 > 8 2 0裝載/卸載部 72 預 電 鍍 處 理 裝置 74 暫 時 存放 部 76 後 清 洗 裝 置 78a 、524 第- -轉移裝 78b 第 ， 轉 移 裝 置 82 預 處 理部 84 鈀 賦 予 處 理 部 86 電 鍍 前處 理部 88 清 洗 /乾燥處理部 90 轉 移 途徑 92 轉 移 裝 置 512 清 潔 /乾燥部 514 第 一 基 板 台 516 斜 面 蝕刻 /一化學 518 第 ^— 基 板 台 520 洗 滌 部 522 電 鍍 裝 置 523 隔 間 壁 526 第 二 轉 移 裝 置 528 第 二 轉移 裝置 530 電 鍍 空 間 540 潔 淨 空間 5 4 3、5 4 6、5 4 7、5 5 3管件 5 4 4、5 4 8 高性能過濾器 5 4 5 a 天花板 5 4 5 b 地板 551電鍍溶液調節槽 5 5 2導管
314142.ptd 第52頁 1259220 61 元 圖式簡單說明 5 5 4共同導管 5 5 6控制板 5 5 8操作區 6 0 1裝載單元 6 0 2銅電鍍室 6 0 3 ^ 6 0 4 ^ 6 0 6、6 0 7 ^ 610、 6 0 5、6 1 5 化學機械拋光單 6 0 8乾燥室 6 0 9 - 1基板匣 6 1 2保護層電鍍室 6 1 6 - 1機械臂 701-1、8 2 0a 匣 7 0 3、8 3 1 第一機械手 7 0 5、7 0 6 反轉機 7 0 8、8 3 2 第二機械手 7 ί 0、8 2 1 第一拋光裝置 7 1 0 - 2、7 1 1 - 2 頂環 710-4、711-4、72 6 膜厚度 7 1 0 - 5、7 1 1 - 5 推動器 7 1 2電鍍前與電鍍後膜厚度 7 1 3乾燥狀態膜厚度測量儀 7 2 1、7 2 2 基板放置台 7 2 7、8 1 2 晶種層形成單元 7 5 1、8 1 4 退火單元 5 5 5匣轉移口 557隔間壁 5 5 9作業區 6 0 1 - 1基板匣 6 14 水清洗室 6 0 9卸載單元 6 1 1預處理室 616、 723、 724 機械手 6 1 7、7 0 1 裝載/卸載站 702電鍍銅膜形成單元 7 〇 4第三清洗機 70 7第二清洗機 7 0 9第一清洗機 710-卜711-1 拋光台 7 1 0 - 3、7 1 1 - 3 頂環頭 測量儀器 711 > 8 2 2 第二拋光裝置 測量儀器 器 72 5推動器索引器 750、817 封蓋電鍍單元 8 1 1阻障層形成單元
314142.plcl 第53頁 1259220 圖式簡單說明 8 1 3電鍍膜形成單元 8 1 6斜面和背側清洗單元 8 3 3第二機械手 841第一準直器和膜厚度測 8 4 2第二準直器和膜厚度測 8 4 3第一基板反轉機 8 4 5基板暫時放置台 9 2 0圓筒型防水蓋 9 2 2基板固持部份 9 2 6邊緣噴嘴 1 0 0 0 問 1 0 0 4 加熱板 1 0 0 8 升降銷 1012 氣體排放管 1016 氮氣氣體導入管線 1 0 2 0 混合器 W 基板（半導體基板） 8 1 5第一清洗單元 8 1 8第二清洗單元 8 3 4第四機械手 量儀器 量儀器 844第二基板反轉機 8 4 6第三膜厚度測量儀器 9 2 1旋轉扣具 9 2 4中央喷嘴 9 2 8背部喷嘴 1 0 0 2 室 1 0 0 6 冷卻板 1 0 1 0 氣體導入管 1014a、 1014b 過濾器 10 18 氮氣氣體導入官線 1 0 2 2 混合氣體導入官線
314142.ptd 第54頁

Claims (1)

1259220 案號 91132036 年”月 六、申請專利範圍 1. 一種電鍍裝置，包 具有雙槽結構 鍍溶液及用以進行 内槽流體相通；以 配置在該外槽 2. 如申請專利範圍第 槽係使用一内壁予 壁上形 3. 如申請 型槽。 4. 如申請 括加熱 5. 如申請 攪拌該 6. 如申請 電鍍槽 7. 如申請 環系統 液送回 8. 如申請 電鍍槽 9. 如申請 配置在 1 0. —種電 成的許多溝 專利範圍第 專利範圍第 管以讓加熱 專利範圍第 電鍍槽内的 專利範圍第 内的電鍍溶 專利範圍第 係調適成從 到該外槽。 專利範圍第 内的電鍍溶 專利範圍第 該内槽的準 鍍方法，包 括： 的電鍍槽，包括 電鍍，與一外槽 及 内的加熱裝置。 1項之電鍍裝置， 以分隔開，該内 通孔洞。 1項之電鍍裝置， 1項之電鍍裝置， 介質通過其中。 1項之電鍍裝置， 電鍍溶液之手段 5項之電鍍裝置， 液之手段為電鍍 6項之電鍍裝置， 該内槽抽取電鍍 修正
一内槽用以裝盛電 包圍該内槽且與該 其中該内槽與該外 壁具有在整個該内 其中該外槽為密閉 其中該加熱裝置包 復包括用以循環或 〇 其中該用以循環該 溶液循環系統。 其中該電鍍溶液循 溶液並將該電鍍溶 ❿ 5項之電鍍裝置，其中該用以攪拌該 液之手段為攪拌裝置。 8項之電鍍裝置，其中該攪拌裝置係 中央處。 括：
314142(修正版）.ptc 第55頁 1259220 案號 91132036 、年/月 曰 修正 六、申請專利範圍 在電鍍裝置内經由將工件的要電鍍表面與電鍍溶 液接觸以電鍍該工件，該電鍍裝置包括： (i )具有雙槽結構的電鍍槽，包括一内槽用以裝盛 電鍍溶液及用以進行電鍍，與一外槽包圍該内槽且與 該内槽流體相通； (i i )經配置在該外槽内的加熱裝置；以及 (i i i )用以循環或攪拌該電鍍槽内的電鍍溶液之手 段； Φ 其中，於電鍍期間，該電鍍槽内的電鍍溶液之循 環或攪拌係停止的。 1 1.如申請專利範圍第1 0項之電鍍方法，其中該工件在電 鍍過程中係以低速度轉動。 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之電鍍方法，其中該用以循環 該電鍍槽内的電鍍溶液之手段為一電鍍溶液循環系 統。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之電鍍方法，其中該用以電鍍 溶液循環系統係調適成從該内槽抽取電鍍溶液並將該 電鍍溶液送回到該外槽。 1 4 .如申請專利範圍第1 0項之電鍍方法，其中該用以攪拌 該電鍍槽内的電鍍溶液之手段為一攪拌裝置。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之電鍍方法，其中該攪拌裝置 係配置在該内槽的準中央處。
314142(修正版）.ptc 第56頁
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