流体区域控制装置及其操作方法

摘要

本发明是提供一种流体区域控制装置及其操作方法。流体区域控制装置包括有至少一基底承载基座、至少一工艺流体提供管线、至少一工艺流体回补管线、至少一控制流体提供管线与至少一控制流体回补管线。工艺流体提供管线提供至少一工艺流体，使工艺流体接触晶片的晶面。控制流体提供管线则持续提供至少一控制流体。控制流体不溶于工艺流体，其会流过晶片的晶边，使得工艺流体被局限于特定的空间之内。

权利要求

1.一种用于电镀的流体区域控制装置，包括有：至少一基底承载基座，用以承载至少一半导体基底；

至少一阴极电极，设置于该基底承载基座上，用以电连接该半导体基底；

至少一阳极系统，位于该基底承载基座上方，对应于该半导体基底而设置，并且与该基底承载基座相距一反应高度，该阳极系统与该阴极电极之间定义有至少一待处理区域以及至少一非处理区域；

至少一控制流体提供管线，对应于该非处理区域而设置，用于提供至少一控制流体；

至少一控制流体回补管线，对应于该非处理区域而设置，用于回收该控制流体；

至少一工艺流体提供管线，对应于该待处理区域而设置，用于提供至少一电镀流体；以及至少一工艺流体回补管线，对应于该待处理区域而设置，用于回收该电镀流体。

2.如权利要求1所述的流体区域控制装置，其中该流体区域控制装置是应用于至少一电化学电镀工艺。

3.如权利要求1所述的流体区域控制装置，其中该控制流体是液体状态、气体状态、蒸汽状态或是胶体状态。

4.如权利要求1所述的流体区域控制装置，其中该半导体基底是晶片，该待处理区域是对应至该晶片的晶面，而该非处理区域是对应至该晶片的晶边。

5.一种流体区域控制装置，包括有：

至少一基底承载基座，用以承载至少一半导体基底，该基底承载基座上定义有至少一待处理区域以及至少一非处理区域；

至少一固定组件，设置于该基底承载基座上，用以固定该半导体基底；

至少一控制流体提供管线，对应于该非处理区域而设置，用于提供至少一控制流体；

至少一控制流体回补管线，对应于该非处理区域而设置，用于回收该控制流体；

至少一工艺流体提供管线，对应于该待处理区域而设置，用于提供至少一工艺流体；以及至少一工艺流体回补管线，对应于该待处理区域而设置，用于回收该工艺流体。

6.如权利要求5所述的流体区域控制装置，其中该流体区域控制装置是应用于至少一溶剂清洗工艺、至少一无电电镀工艺或至少一晶背/晶边清洗工艺。

7.如权利要求5所述的流体区域控制装置，还包括有至少一管线系统，位于该基底承载基座上方，对应于该半导体基底而设置，并且与该基底承载基座相距一反应高度。

8.如权利要求5所述的流体区域控制装置，还包括有至少一抛光系统，位于该基底承载基座上方，对应于该半导体基底而设置。

9.如权利要求8所述的流体区域控制装置，其中该抛光系统包括有至少一抛光垫。

10.一种工艺操作设备，包括有：

至少一柱状基台；以及

至少一流体区域控制装置，位于该柱状基台的至少一侧面，该流体区域控制装置包括有：至少一基底承载基座，平行于该柱状基台的该侧面而设置，用以承载至少一半导体基底；

至少一固定组件，用以固定该半导体基底；

至少一工艺流体提供管线，用于提供至少一工艺流体；

至少一工艺流体回补管线，用于回收该工艺流体；

至少一控制流体提供管线，设置于该半导体基底的周围，用于提供至少一控制流体；以及至少一控制流体回补管线，设置于该半导体基底的周围，用于回收该控制流体。

11.如权利要求10所述的工艺操作设备，还包括至少一自动工艺控制系统。

12.如权利要求10所述的工艺操作设备，其中该柱状基台是直立式基台。

13.如权利要求10所述的工艺操作设备，其中该柱状基台具有多个侧面。

14.如权利要求10所述的工艺操作设备，还包括有至少一载入/载出装置，位于该柱状基台的至少一侧面，用以将该半导体基底载入/载出该柱状基台。

15.如权利要求14所述的工艺操作设备，其中该载入/载出装置是平行于该柱状基台的该侧面而设置。

16.如权利要求14所述的工艺操作设备，还包括有至少一输送装置，位于该柱状基台周围，用以将该半导体基底传送至该载入/载出装置。

17.如权利要求16所述的工艺操作设备，其中该输送装置先旋转该半导体基底，使该半导体基底平行于该载入/载出装置后，再将该半导体基底放入该载入/载出装置。

18.如权利要求10所述的工艺操作设备，其中该柱状基台具有水平旋转与上下移动的功能。

19.如权利要求10所述的工艺操作设备，其中该固定组件是阴极电极，且电连接至该半导体基底。

20.如权利要求19所述的工艺操作设备，还包括有至少一阳极系统，其中该阳极系统包括有至少一阳极电极与至少一感测器。

21.如权利要求10所述的工艺操作设备，其中该流体区域控制装置是应用于至少一电化学电镀工艺、至少一抛光工艺或至少一晶面/晶背/晶边清洗工艺。

22.一种工艺操作设备，包括有：

至少一载入/载出装置，用以载入/载出至少一半导体基底；

至少一输送装置，用以传送该半导体基底；

至少一晶种沉积反应室，用以对该半导体基底进行至少一晶种沉积工艺；以及至少一流体区域控制装置，包括有：至少一基底承载基座，用以承载该半导体基底；

至少一固定组件，用以固定该半导体基底；

至少一工艺流体提供管线，用于提供至少一工艺流体；

至少一工艺流体回补管线，用于回收该工艺流体；

至少一控制流体提供管线，设置于该半导体基底的周围，用于提供至少一控制流体；以及至少一控制流体回补管线，设置于该半导体基底的周围，用于回收该控制流体。

23.如权利要求22所述的工艺操作设备，还包括有至少一阻障层沉积反应室，用以对该半导体基底进行至少一阻障层沉积工艺。

24.如权利要求22所述的工艺操作设备，还包括至少一自动工艺控制系统。

25.如权利要求22所述的工艺操作设备，还包括有至少一干燥反应室，用以对该半导体基底进行至少一干燥工艺及/或一退火工艺。

26.如权利要求22所述的工艺操作设备，还包括有至少一预沉积反应室，用以对该半导体基底进行至少一预沉积工艺。

27.如权利要求22所述的工艺操作设备，其中该固定组件是阴极电极，且电连接至该半导体基底。

28.如权利要求27所述的工艺操作设备，还包括有至少一阳极系统，其中该阳极系统包括有至少一阳极电极与至少一感测器。

29.如权利要求22所述的工艺操作设备，其中该流体区域控制装置是用以对该半导体基底进行至少一电化学电镀工艺、至少一晶面/晶背/晶边清洗工艺、至少一化学机械抛光工艺及/或至少一电化学机械抛光工艺。

30.如权利要求22所述的工艺操作设备，其中该工艺操作设备是全功能式系统或集群系统。

31.如权利要求22所述的工艺操作设备，其中该工艺操作设备应用于至少一铜工艺。

32.如权利要求22所述的工艺操作设备，其中该输送装置包括有至少一机械手臂或至少一输送带。

33.一种流体区域控制装置的操作方法，包括有：提供至少一流体区域控制装置，该流体区域控制装置包括有至少一基底承载基座、至少一控制流体提供管线与至少一控制流体回补管线，且该流体区域控制装置中定义有至少一待处理区域与至少一非处理区域；

提供至少一半导体基底，该半导体基底固定于该基底承载基座上；

开启该控制流体提供管线与该控制流体回补管线，使得至少一控制流体持续从该控制流体提供管线流出，并且流入该控制流体回补管线，其中该控制流体流过该流体区域控制装置的该非处理区域；以及提供至少一工艺流体，该工艺流体接触该流体区域控制装置的该待处理区域，且该工艺流体不溶于该控制流体。

34.如权利要求33所述的操作方法，其中该操作方法是应用于至少一电化学电镀工艺、至少一晶面/晶背/晶边清洗工艺、至少一化学机械抛光工艺或至少一电化学机械抛光工艺。

35.如权利要求33所述的操作方法，其中该工艺流体是电镀流体、清洗流体、超临界流体或抛光浆料。

36.如权利要求33所述的操作方法，其中该控制流体是液体状态、气体状态、蒸汽状态、超临界流体或是胶体状态。

37.如权利要求33所述的操作方法，其中该半导体基底是晶片。

38.如权利要求37所述的操作方法，其中该待处理区域是对应至该晶片的晶面，而该非处理区域是对应至该晶片的晶边。

39.如权利要求37所述的操作方法，其中该待处理区域是对应至该晶片的晶边，而该非处理区域是对应至该晶片的晶面。

40.如权利要求37所述的操作方法，其中该待处理区域是对应至该晶片的晶面，而该非处理区域是对应至该晶片的晶背。

41.如权利要求37所述的操作方法，其中该待处理区域是对应至该晶片的晶背，而该非处理区域是对应至该晶片的晶面。

说明书

流体区域控制装置及其操作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种流体区域控制装置及其操作方法，尤其涉及一种可应用于电镀(plating)工艺、清洗(cleaning)工艺或抛光工艺的流体区域控制装置及其操作方法。 背景技术

[0002] 目前，用以形成金属材料层的技术包括有物理气相沉积、化学气相沉积、无电电镀法、及电镀法等。其中，由于电化学电镀(electro chemical plating，ECP)技术具有成本便宜以及产出率快的优点，已被广泛应用在工业界中。在电镀过程中，镀膜品质会受到镀液的成分、温度、电流密度、以及被镀物表面的洁净度等等因素的影响。

[0003] 请参阅图1至图3，图1至图3为已知电化学电镀工艺的工艺示意图。如图1所示，首先提供一晶片10与一电镀装置20。电镀装置20包括有一电镀槽12、一电镀流体22、阳极系统(anode system)14、一阴极电极(cathodeelectrode)16与一固定组件(fixing component)18。电镀槽12用以盛装电镀流体22，而电镀流体22的主要成分为含有金属离子的溶液。阳极系统14包括有一阳极室(anode chamber)30、一阳极电极24、一过滤薄膜(filtermembrane)26、一扩散薄膜(diffuser membrane)28与一电镀流体提供管线32。 [0004] 将晶片10放置于阴极电极16与固定组件18之间，使晶片10被阴极电极16与固定组件18夹位。接着，如图2所示，略为倾斜晶片10，使晶片10与电镀流体22的液面之间具有一夹角之后，再将晶片10缓缓浸入电镀流体22中，使得晶片10的表面上比较不易夹杂气泡。其后，如图3所示，阴极电极16电连接至欲电镀的晶片10上，为了增进镀膜厚度的均匀性，一般在电镀时阴极电极16都会旋转，以确保晶片10能持续接触到新鲜的电镀流体。当此电镀装置20被施予一外在电压或是电流时，由阳极系统14、电镀流体22、阴极电极16所组成的电路便会被导通，在阴极电极16周围进行还原反应，而将金属材料镀在晶片10上。

[0005] 已知电化学电镀工艺不仅会将金属材料镀在晶片10的晶面上，还会同时将金属材料镀在晶片10的晶边上。然而，附着于晶边表面的金属材料实际上并非产品所需。后续在进行其他的半导体工艺时，晶边表面的金属材料经常会因为受到热应力(thermal stress)或其他因素而发生剥落(peeling)的现象，进而造成金属材料碎裂而产生碎屑或颗粒。尤其是当整批的半导体芯片放置于化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)装置中进行CVD工艺时，位置相对上方的晶片10若发生这种剥落的现象，将会严重污染其他位置相对下方的晶片10表面，造成缺陷。此外，在因应工艺所需而移动晶片10时，此金属材料的碎屑亦往往会掉落至晶片10的表面上而污染产品，进而影响产品的功能(performance)。

[0006] 为了避免上述缺陷，已知电化学电镀工艺之后另需进行额外的清除工艺、清洗工艺与干燥工艺，以去除附着于晶边表面的金属材料。这不但会增加工艺时间与工艺成本，还会增加工艺的复杂度，进而可能导致产品的良率下降。针对电镀流体22而言，由于已知的阳极系统14、晶片10与阴极电极16需整个浸置于电镀流体22中，且晶片10必须倾斜于电镀流体22的液面而浸入，因此已知电化学电镀工艺需要庞大的电镀槽12与大量的电镀流体22。当电化学电镀工艺进行一段时间后，工艺就需暂停，以倒出旧的电镀流体22并注入新的电镀流体22。如此一来，电镀流体22的更换又会耗费冗长的时间，使得产量降低。 [0007] 另一方面，为了进行已知电化学电镀工艺，单一晶片10必须先被机械手臂安置于阴极电极16与固定组件18之间，接着倾斜地置入电镀流体22中，其后开启电镀装置20进行电镀反应，再移出电镀槽12，并进行清洗工艺与干燥工艺等等后续工艺。由此可知，受到电镀装置20操作上的限制，已知电化学电镀工艺无法批次处理大量的晶片10，进而严重影响到产品的产量。再者，已知的电镀装置20难以对晶片10进行即时(in-situ)量测，因此不但使已知技术无法准确且快速地掌控电化学电镀工艺，量测的步骤也会必须耗费额外的时间。

发明内容

[0008] 因此本发明的主要目的之一在于提供一种流体区域控制装置及其操作方法，以解决已知技术所产生的问题。

[0009] 根据本发明的一实施例，本发明提供一种用于电镀的流体区域控制装置，包括有至少一基底承载基座(substrate holder)、至少一阴极电极、至少一阳极系统、至少一控制流体提供管线(confining fluid supplying tube)、至少一控制流体回补管线(confining fluid recovering tube)、至少一工艺流体提供管线(process fluid supplying tube)与至少一工艺流体回补管线(process fluidrecovering tube)。基底承载基座用以承载至少一半导体基底。阴极电极设置于基底承载基座的表面上，用以电连接至半导体基底。阳极系统位于基底承载基座上方，本质上对应于半导体基底而设置，并且与基底承载基座相距一反应高度(reaction height)。阳极系统与阴极电极之间定义有至少一待处理区域以及至少一非处理区域。控制流体提供管线与控制流体回补管线皆对应于非处理区域而设置，分别用于提供与回收至少一控制流体。工艺流体提供管线与工艺流体回补管线皆对应于待处理区域而设置，分别用于提供与回收至少一电镀流体。

[0010] 根据本发明的另一优选实施例，本发明另提供一种流体区域控制装置的操作方法。首先提供至少一流体区域控制装置，流体区域控制装置包括有至少一基底承载基座、至少一控制流体提供管线与至少一控制流体回补管线，且基底承载基座上定义有至少一待处理区域与至少一非处理区域。之后，提供至少一半导体基底，半导体基底固定于基底承载基座上。接着，开启控制流体提供管线与控制流体回补管线，使得至少一控制流体持续从控制流体提供管线流出，并且流入控制流体回补管线，其中控制流体流过基底承载基座的非处理区域。然后提供至少一工艺流体，工艺流体接触基底承载基座的待处理区域，且工艺流体不溶于控制流体。

[0011] 为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与图式仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

[0012] 图1至图3为已知电化学电镀工艺的工艺示意图。

[0013] 图4绘示的是本发明第一优选实施例的流体区域控制装置的剖面示意图。 [0014] 图5绘示的是图4所示的阳极系统的剖面示意图。

[0015] 图6绘示的是本发明的一优选实施例基底承载基座的立体示意图。 [0016] 图7绘示的是本发明的另一优选实施例基底承载基座的俯视示意图。 [0017] 图8绘示的是本发明的一优选实施例阴极电极的立体示意图。

[0018] 图9绘示的是本发明的另一优选实施例阴极电极的侧视示意图。

[0019] 图10至图12绘示的是本发明第一、第二、第三与第四管线的截面示意图。 [0020] 图13绘示的是本发明另一优选实施例的流体区域控制装置的剖面示意图。 [0021] 图14至图18绘示的是图13所示的流体区域控制装置的操作方法的示意图。 [0022] 图19绘示的是本发明的第二优选实施例的流体区域控制装置的剖面示意图。 [0023] 图20绘示的是本发明又一优选实施例的流体区域控制装置的剖面示意图。 [0024] 图21至图24绘示的是图19所示的流体区域控制装置的操作方法的示意图。 [0025] 图25绘示的是本发明的第三优选实施例的流体区域控制装置的剖面示意图。 [0026] 图26绘示的是本发明流体区域控制装置的一操作示意图。

[0027] 图27绘示的是本发明的第四优选实施例的工艺操作设备的示意图。 [0028] 图28是图27所示的输送装置的立体示意图。

[0029] 图29是图27所示的工艺操作设备于中层的剖面示意图。

[0030] 图30绘示的是本发明的第五优选实施例的工艺操作设备的示意图。 [0031] 图31绘示的是本发明的第六优选实施例的工艺操作设备的示意图。 [0032] 图32绘示的是本发明的第七优选实施例的工艺操作设备的示意图。 [0033] 图33绘示的是本发明的第八优选实施例的工艺操作设备的示意图。 [0034] 主要元件符号说明

[0035] 10 晶片 12 电镀槽

[0036] 14 阳极系统 16 阴极电极

[0037] 18 固定组件 20 电镀装置

[0038] 22 电镀流体 24 阳极电极

[0039] 26 过滤薄膜 28 扩散薄膜

[0040] 30 阳极室 32 电镀流体提供管线

[0041] 110 半导体基底 114 阳极系统

[0042] 116 阴极电极 118 阳极室

[0043] 120 流体区域控制系统 124 阳极电极

[0044] 126 过滤薄膜 128 扩散薄膜

[0045] 130 基底承载基座 130a 输送带

[0046] 130b 环状结构 132 第一管线

[0047] 134 第二管线 136 第五管线

[0048] 142 第三管线 144 第四管线

[0049] 146 第六管线 148 第七管线

[0050] 152 侧壁 154 控制流体

[0051] 156 电镀流体 158 抛光浆料

[0052] 214 管线系统 216 固定组件

[0053] 220 流体区域控制装置 256 清洗流体

[0054] 320 流体区域控制装置 322 流体区域控制装置

[0055] 324 自动工艺控制系统 350 艺操作设备

[0056] 360 柱状基台 362 圆柱形支架

[0057] 364 外壳 366 载入/载出装置

[0058] 368 工艺系统 372 输送装置

[0059] 420 流体区域控制装置 450 工艺操作设备

[0060] 466 载入/载出装置 472 输送装置

[0061] 478 晶种沉积反应室 482 阻障层沉积反应室

[0062] 484 干燥反应室 486 预沉积反应室

[0063] 520 流体区域控制装置 550 上艺操作设备

[0064] 572 输送带 620 流体区域控制装置

[0065] 650 工艺操作设备 672 输送带

[0066] 674 机械手臂 720 流体区域控制装置

[0067] 714 抛光系统 722 感测器

[0068] 724 抛光垫固定座 751 抛光垫

[0069] 802 铜电化学电镀反应室 810 晶片介面

[0070] 812 铜晶种沉积反应室 816 装载埠

[0071] 822 预清洗反应室 830 单晶片承载室

[0072] 832 缓冲室 840 预清洗反应室

[0073] 842 缓冲室 850 艺操作设备

[0074] 852 钽/氮化钽沉积反应室 860 铜电化学电镀反应室

[0075] 870 铜化学机械抛光反应室 872 机械手臂

[0076] 880 覆盖层反应室 890 铜化学机械抛光反应室

[0077] 914 系统

具体实施方式

[0078] 请参阅图4与图5，图4绘示的是本发明第一优选实施例用于电镀的流体区域控制装置220的剖面示意图，而图5绘示的是图4所示的阳极系统114的剖面示意图，其中相同的元件或部位沿用相同的符号来表示。需注意的是图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。如图4所示，本实施例提供一种用于电镀的流体区域控制装置220，包括有一流体区域控制系统120与一阳极系统114。其中，流体区域控制系统120包括有一基底承载基座130、一阴极电极116、至少一第一管线132、至少一第二管线134、至少一第三管线142与至少一第四管线144。

[0079] 阳极系统114位于基底承载基座130上方，本质上对应于待处理的半导体基底110而设置。阳极系统114与基底承载基座130相距一反应高度H，一方面可作为电镀反应的电压来源，另一方面可以协助流体区域控制装置220去控制工艺流体所占据的高度。于流体区域控制装置220中，阳极系统114可为一旋转系统(rotary system)或一固定系统(fixed system)。换句话说，相对于基底承载基座130而言，阳极系统114可进行旋转动作，也可以维持在固定位置上。另一方面，基底承载基座130也可以选择要进行旋转动作或是维持在固定位置上。如图5所示，阳极系统114可包括有一阳极电极124，并且选择性地包括有至少一第五管线136、一感测器(sensor)122或侦测器(detector，未示于图中)。另外，阳极系统114也可以包括有阳极室118、过滤薄膜126或扩散薄膜128等元件。

[0080] 基底承载基座130用以承载至少一半导体基底110。其中，本发明的基底承载基座130可具有一带状(belt type)结构或一环状(ring type)结构，如图 6与图7所示。图
6的基底承载基座130具有至少一输送带130a，使众多待处理的半导体基底110可利用基底承载基座130依序传入流体区域控制装置220中。图7的基底承载基座130则具有一环状结构130b，以容置待处理的半导体基底110。需注意的是，基底承载基座130亦可同时具有环状结构与输送带(未示于图中)，利用环状结构容置半导体基底110，并利用输送带传送环状结构与半导体基底110。

[0081] 阴极电极116设置于基底承载基座130的表面上，可电连接至半导体基底110。其中，阴极电极116可同时作为一固定组件，用以将半导体基底110固定于基底承载基座
130的一预定位置。有鉴于此，阴极电极116可具有一静电吸盘(electrostatic chuck，e-chuck)、一真空吸盘(vacuum chuck)、一环型(ring type)结构或一钳型(clamp type)结构，如图8与图9所示。图8的阴极电极116可从半导体基底110的上方往下固定半导体基底110，而图9的阴极电极116可固定于基底承载基座130的表面上，从半导体基底110周围朝向半导体基底110的方向倾倒而箝制住半导体基底110。基底承载基座130上，阳极系统114与阴极电极116之间定义有一待处理区域(未示于图中)以及一非处理区域(未示于图中)。部分位于待处理区域内的半导体基底110预定要接受工艺的处理，而部分位于非处理区域内的半导体基底110预定不接受工艺的处理。

[0082] 第一管线132、第二管线134、第三管线142与第四管线144皆位于阳极系统114周围，用以提供或者回收工艺所需的化学物质、添加物(additive)、去离子水、气体、控制流体等等物质。相对于待处理的半导体基底110而言，第三管线142与第四管线144位于第一管线132与第二管线134的外侧。第一管线132、第二管线134、第三管线142与第四管线144皆可以具有任意的管线截面形状，例如圆形、半圆形、弧形、椭圆形、长方形或是多边形等等形状。举例来说，图10所示的第一管线132与第二管线134皆为圆管，而第三管线142与第四管线144具有圆弧形的截面。

[0083] 此外，本发明所述的流体区域控制装置也可以包括有多个第一管线132、多个第二管线134、多个第三管线142，或者多个第四管线144，并且让众多管线排列成所需的形状，例如圆形、半圆形、弧形、椭圆形、直线形或是长方形等等形状。举例来说，图11所示的第一管线132、第二管线134、第三管线142与第四管线144皆为圆管，且第三管线142与第四管线 144分别排列成一圆形图案。又或者图12所示，当流体区域控制装置220具有侧壁1 52作为辅助时，第三管线142与第四管线144可以具有线形的截面，并且互相平行排列。需特别注意的是，图中所示的各管线皆朝着半导体基底110的中心方向倾斜，如图4所示。然而本发明不需局限于此，本发明流体区域控制装置220的各管线亦可垂直于半导体基底110的晶面而设置、背向半导体基底110的中心方向倾斜，甚至是平行于半导体基底110的晶面而设置。

[0084] 除了可以于阳极系统114内部装设管线之外，流体区域控制装置220的各部分实际上都可以装设管线。如图13所示，流体区域控制系统120可以还包括有至少一第六管线146与至少一第七管线148，设置于基底承载基座130内，并对应于半导体基底110的外围。
第六管线146与第七管线148同样可以具有上述各式截面，也可以由多个第六管线146或第七管线148排列成任意形状。流体区域控制装置220可以利用管线的阀门或是各流体压力来调控第一管线132、第二管线134、第三管线142、第四管线144、第五管线136、第六管线146或第七管线148的开启与关闭，且流体区域控制装置220也可以调控各管线内的流动流体种类、流动方向、流速，甚至是各管线的设置角度与位置。

[0085] 另一方面，除了可以于阳极系统114内部装设感测器122或侦测器之外，流体区域控制装置220的各部分实际上皆可以装设各种感测器122或侦测器，例如装设一温度感测器、一流速感测器，或是一可量测晶片表面状况(例如：厚度、平坦度...等)的感测器。举例来说，第一管线132内可以包括有一感测器122，第二管线134内也可以包括有一感测器122。这些感测器可以于工艺进行的过程中对工艺状况或是工艺流体进行即时量测，因此可以准确且快速地掌控工艺状况，进而能即时自动回馈并调整各项工艺参数或是工艺流体的品质。

[0086] 为了更清楚地说明本发明的特征所在，以下通过本发明应用于一电化学电镀工艺的实例来说明流体区域控制装置220的一操作方法。请参阅图14，其绘示的是图13所示用于电镀的流体区域控制装置220的一操作方法示意图，其中相同的元件或部位沿用相同的符号来表示。如图14所示，首先提供图13所示的流体区域控制装置220。之后，提供至少一半导体基底110，利用阴极电极116或是其他固定组件将半导体基底110固定于基底承 载基座130上。半导体基底110可以为一晶片、一硅基底或者是硅覆绝缘(silicon-on-insulator，SOI)基底。于本实施例中，半导体基底110即为一晶片。由于本实施例晶片的晶面需接受电镀而形成金属材料层，且晶片的晶边不需要形成金属材料层，因此流体区域控制装置220的待处理区域102是对应至晶片的晶面，而非处理区域104是对应至晶片的晶边，其中晶片的晶面可向上放置而面对阳极系统114。

[0087] 接着，开启第三管线142与第四管线144，使得一控制流体154持续从第四管线144流出，并通过第三管线142回收，而第六管线146与第七管线148则关闭。其中，控制流体154是用以维持待处理区域内的化学物质或清洗流体等工艺流体的形状与位置，使得化学物质不会接触到半导体基底110的不需接受工艺处理的部分，例如控制流体154可以为氮气等惰性气体(inert gas)。第四管线144与第三管线142皆设置于半导体基底110的周围，分别用于提供与回收控制流体154。此时，控制流体154从第四管线144流向第三管线142的路径可形成一流动动线P。通过第三管线142与第四管线144的配置，流体区域控制装置220会使域控制流体154流过流体区域控制装置220的非处理区域。

[0088] 然后开启第一管线132与第二管线134，使得一电镀流体156持续从第一管线132流出，并通过第二管线134回收。此处的电镀流体156即为电化学电镀工艺的工艺流体。第一管线132与第二管线134分别用于提供与回收电镀流体156，设置于半导体基底110与控制流体154的流动动线P之间。为了促使电镀流体156与控制流体154持续流动，流体区域控制装置220内部或外部可以装设一泵浦作为动力来源，但无须局限于此。于本发明的其他实施例中，工艺流体甚至可以不用持续地提供与持续地回收，而是先提供一定量的工艺流体来进行反应后，再视情况斟酌是否要回收工艺流体或是提供新的工艺流体。 [0089] 由于电镀流体156与控制流体154彼此不易互溶，因此控制流体154可以控制电镀流体156的流动范围，使得电镀流体156不会接触到半导体基底110上不需接受工艺处理的部分，而只会接触到半导体基底110上需要接受工艺处理的部分。如此一来，流体区域控制装置220可以通过控制流体154的流速、电镀流体156的流速、各管线的位置与各管线的角度等等因素来控制电镀流体156所占据的空间。

[0090] 阳极电极124与阴极电极116可于电镀流体156流出之前或流出之后电连接至不同电位，如此一来，由阳极电极124、电镀流体156、阴极电极116所组成的电路便会被导通，在阴极电极116周围进行还原反应，而将金属材料镀在半导体基底110的晶面上。 [0091] 在前述的状况下，控制流体154与电镀流体156彼此不会进行反应，控制流体154是利用其本身与电镀流体156不互溶的特性来局限电镀流体156的位置与形状。于本发明中，工艺流体与控制流体皆可以为液体状态、气体状态、蒸汽状态(vapor state)或是胶体状态(gel state)。例如，电镀流体156是以液体状态流动，而控制流体154则是以气体状态流动。又或者，电镀流体156与控制流体154可以同时为液体状态。甚至，控制流体154可以包括有一超临界流体，例如二氧化碳。在本发明的其他实施例中，控制流体154还可以包括有其他各式物质来辅助工艺的操作或是辅助控制电镀流体156的流动。举例来说，控制流体154可包括有一离子化气体(ionizedgas)、一热气体或是一冷气体，以改变工艺温度或是电镀流体156的温度与特性。如此一来，控制流体154一方面可以维持工艺流体的形状与位置，另一方面可以强化工艺，甚至还可以移除半导体基底110上残留的残留物。 [0092] 本发明的主要特征之一在于利用一控制流体取代已知的容器，以控制工艺所需流体的位置及工艺流体占据的空间。为了达到上述目的，控制流体与工艺流体彼此互不相溶，则控制流体可通过本身流动的流动动线P来局限工艺流体占据的空间、利用控制流体与工艺流体彼此之间的磁力作用来控制工艺流体占据的空间，或是利用控制流体与工艺流体彼此之间的电力作用来控制工艺流体占据的空间。有鉴于此，控制流体154可包括有具有磁性的物质、具有电性的物质、磁流变液(magneto-rheological fluid，MRF)、电流变液(electro-rheological fluid，ERF)，甚至是固体微粒。由此，流体区域控制装置220可以利用磁力(magnetic force)或是电力(electric force)来控制控制流体154或电镀流体156的特性，进而控制电镀流体156的流动。

[0093] 前述操作方法仅为本发明其中一种实施方式，控制流体154与电镀流体156的实际流动方式可依据实际工艺需求而调整。换句话说，针对不同的工艺需求，本发明的控制流体154或电镀流体156可以由任何管线流出，并且于适当的管线进行回收。请参阅图15至图18，其绘示的是图13所示用于电镀的流体区域控制装置220的其他操作方法的示意图，其中相同的 元件或部位仍沿用相同的符号来表示。图15至图18所示的操作方法同样可应用于一电化学电镀工艺，这些操作方法与前述操作方法的主要不同之处在于，控制流体154与电镀流体156的流动管线有所变动。

[0094] 如图15所示，控制流体154同样是从第四管线144流出，并通过第三管线142回收。但是电镀流体156改由第二管线134流出，并通过第一管线132回收。如图16所示，控制流体154的流动动线P同样不变，但电镀流体156优选是由第五管线136流出，并通过第一管线132与第二管线134一起回收。如图17所示，电镀流体156由第一管线132流出，并通过第二管线134回收。而控制流体154由第六管线146流出，并通过第三管线142回收。又或者图18所示，电镀流体156由第一管线132流出，并通过第二管线134回收。而控制流体154由第六管线146与第七管线148一起流出，并通过第三管线142与第四管线144回收。

[0095] 特别注意的是，前述的流体区域控制装置220、流体流动动线P与工艺流体流动动线皆可应用于一溶剂清洗(solvent cleaning)工艺中，且本发明的流体区域控制装置220可应用于任何需要控制操作流体的工艺中，例如一干燥工艺、一湿式蚀刻工艺、一无电电镀(electroless plating)工艺、一化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)工艺，或是一电化学机械抛光工艺等等。当流体区域控制装置220应用于清洗工艺时，阳极电极124与阴极电极116无须电连接至不同电位，且电镀流体156可更换为清洗流体，例如一去离子水(deionized water，DI water)或一超临界流体。因此，一半导体基底110于流体区域控制装置220中接受电化学电镀工艺之后，可以关闭施加于阳极电极与阴极电极的电压，并且更换工艺流体，旋即于同一装置中接受一清洗工艺或是一干燥工艺。 [0096] 由此可知，当应用于清洗工艺时，流体区域控制装置甚至可以不需要阳极电极与阴极电极二个组件。请参阅图19，其绘示的是本发明的第二优选实施例用于清洗的流体区域控制装置320的剖面示意图，其中相同的元件或部位沿用相同的符号来表示。如图19所示，本实施例提供一种用于清洗的流体区域控制装置320。流体区域控制装置320与流体区域控制装置220主要的不同之处在于，用于清洗的流体区域控制装置320可以不需要阴极电极116与阳极系统114。因此，流体区域控制装置220可利用一固定组件216来固定半导体基底110，并利用一管线系统(tube system)214来协助控 制工艺的反应高度H，其中固定组件216可为静电吸盘、真空吸盘或钳型结构。管线系统214位于基底承载基座130上方，本质上对应于半导体基底110而设置，并且与基底承载基座130相距一反应高度H。基底承载基座130上定义有一待处理区域(未示于图中)以及一非处理区域(未示于图中)。部分位于待处理区域内的半导体基底110预定要接受工艺的处理，而部分位于非处理区域内的半导体基底110预定不接受工艺的处理。

[0097] 另外，于本发明的另一实施例中，流体区域控制系统120本身就可以用于清洗工艺、蚀刻工艺或干燥工艺，而利用工艺流体本身的重力与控制流体来维持工艺流体的位置，如图20所示。

[0098] 当流体区域控制装置320应用于蚀刻工艺或清洗工艺时，控制流体与工艺流体还可以具有其他的流动方式。请参阅图21至图24，其绘示的是图19所示用于清洗的流体区域控制装置320的其他操作方法的示意图，其中相同的元件或部位仍沿用相同的符号来表示，且此处的半导体基底110同样可为一晶片。如图21所示，当要清洗半导体基底110的晶面时，第一管线132与第二管线134一起提供工艺所需的清洗流体256，并且由第五管线136回收清洗流体256。而控制流体154由第六管线146与第七管线148一起流出，并由下往上藉着第三管线142与第四管线144回收。或者也可以如同图22所示，控制流体154由第三管线142与第四管线144一起流出，并由上往下藉着第六管线146与第七管线148回收。

[0099] 当要清洗半导体基底110的晶边时，流体区域控制装置320的待处理区域可对应至半导体基底110的晶边，而非处理区域可对应至半导体基底110的晶面。如图23所示，第一管线132与第二管线134一起提供工艺所需的控制流体154，并且由第五管线136回收控制流体154，以保护位于非处理区域的晶片的晶面不与清洗流体256接触。而清洗流体256由第六管线146流出，并藉着第三管线142回收。再者，如图24所示，当要清洗半导体基底110的晶背时，固定组件216可先将半导体基底110略为举起，由第六管线146提供清洗流体256，第三管线142回收清洗流体256。而控制流体154由第一管线132与第二管线
134流出，并藉着第五管线136回收。

[0100] 本发明的用于电镀的流体区域控制装置220或用于清洗的流体区域控制装置320亦可应用于化学机械抛光工艺，其中该工艺可分为传统化学机械抛光工艺与电化学抛光工艺。请参照图25，其绘示的是本发明的第三优 选实施例用于抛光的流体区域控制装置720的剖面示意图。如图25所示，流体区域控制装置720可以包括有一抛光系统(polishing system)714与一流体区域控制系统120，其中抛光系统714还包括有一抛光垫(polishing pad)751、一抛光垫固定座(pad holder)724，以及抛光浆料(slurry)158。 [0101] 当应用于电化学抛光工艺时，固定组件216可以作为阳极电极，而抛光垫固定座724可以作为阴极电极，用以通电加速抛光效率。此外，当应用于传统化学机械抛光工艺时，流体区域控制装置720可以关闭施加于阳极电极与阴极电极的电压，即可于同一装置中进行传统化学机械抛光工艺。换句话说，通过部分元件的更换、开关，以及工艺流体的更换，半导体基底110可以于单一流体区域控制装置720中迅速地进行各种不同的工艺，例如于一化学机械抛光工艺之后旋即接受一清洗工艺。

[0102] 基底承载基座130上定义有一待处理区域(未示于图中)以及一非处理区域(未示于图中)。部分位于待处理区域内的半导体基底110预定要接受化学机械抛光工艺的处理，而部分位于非处理区域内的半导体基底110预定不接受化学机械抛光工艺的处理。尤其注意的是，前述的流体流动动线P与工艺流体流动动线皆可应用于化学机械抛光工艺中，且抛光垫751的高度与位置皆可以根据工艺所需而进行调整。要进行化学机械抛光工艺时，抛光垫751可以向下施压于半导体基底110表面上，或者基底承载基座130或固定组件216也可以将半导体基底110上举至抛光垫751表面。

[0103] 抛光系统714可以还包括有一可量测晶片平坦度或材料层厚度的感测器722，以对半导体基底110各部位进行一即时的平坦度量测，并可以将量测结果即时回馈至工艺中。此外，抛光系统714可以包括有各种类型的抛光装置，例如一旋转式(rotary type)抛光装置、一线性(linear type)抛光装置、一轨道式(orbital type)抛光装置，或是一固定抛光微粒(fixed abrasive web)系统。举例来说，当抛光系统714为一固定抛光微粒系统时，抛光垫751本身可以具有各种类型的抛光微粒，而流体区域控制装置720所供应的工艺流体可以为一去离子水，具有抛光微粒的抛光垫751配合着去离子水即可滚动抛光整个半导体基底110或是半导体基底110的特定区域，例如半导体基底110表面的材料层的凸起结构。实际操作上，抛光垫751的尺寸可以比半导体基底110大、比半导体基底110小，或是和半导体基底110一样大。

[0104] 由此也可推知，当用于清洗的流体区域控制装置320装设有至少一抛 光垫时，流体区域控制装置320即可进行传统化学机械抛光工艺。

[0105] 因为流体区域控制装置720可以利用控制流体来控制抛光浆料158或去离子水的位置，并且控制抛光垫751的高度与位置来抛光整个半导体基底110或是半导体基底110的特定区域，因此流体区域控制装置720具有以下几个优点。首先，流体区域控制装置720可以轻易地调整待处理区域与非处理区域的位置，也可以轻易地调整半导体基底110的相对位置，所以可以针对半导体基底110的特定区域进行抛光，而不必担心位于其他区域的半导体基底110或材料层受到抛光而损耗或破坏。

[0106] 其次，于传统的蚀刻工艺、传统的沉积工艺，或是传统的抛光工艺之后，单一半导体基底110或是其上某一材料层的表面往往会出现均匀度(uniformity)不佳的问题，例如于传统的抛光工艺之后，半导体基底110的边缘会较薄而中心会较厚。由于流体区域控制装置720可以轻易地调整待处理区域与非处理区域的位置，也可以即时量测半导体基底110的平坦度或材料层的厚度，所以能自动抛光出具有良好均匀度的半导体基底110或材料层。

[0107] 再者，由于流体区域控制装置720是利用控制流体来控制所需接受抛光的位置，因此流体区域控制装置720可以具有任意尺寸的抛光垫751，不像传统抛光机台的抛光垫尺寸通常必须大于半导体基底110的尺寸。另外，因为流体区域控制装置720可针对待处理区域施加抛光浆料158或去离子水，因此可以避免抛光浆料158接触到半导体基底110上其他易受污染的区域，也可以节省抛光浆料158或去离子水的使用量，避免不必要的成本损耗。

[0108] 另外需注意的是，本发明用于电镀的流体区域控制装置220、用于清洗的流体区域控制装置320与用于抛光的流体区域控制装置720都可以对晶片的特定区域进行工艺处理。请参阅图26，图26绘示的是本发明流体区域控制装置的一操作示意图。如图26所示，流体区域控制装置可以包括有一流体区域控制系统120与一系统914，其中系统914可以是阳极系统114、管线系统214或抛光系统714。流体区域控制装置可对半导体基底110进行区域性的电镀工艺、清洗工艺或是抛光工艺。这里的待处理区域不需限定在晶面与晶边，可以对应至半导体基底110上的任意位置，例如对应至晶片上的某个有源区域，而半导体基底110上的其余部分则可对应至非处理区域，例如非处理区域可以对应至晶片上的某个周边区域。在其他实施例中，待处理区域可以对应至晶片的晶面、晶背、晶边，或是任何需要处理的局部区域，而晶片的其余部分则可以对应至非处理区域。

[0109] 综上所述，由于本发明是利用控制流体来控制工艺流体的位置，因此不像已知电化学电镀工艺需要庞大的电镀槽与大量的电镀流体。此外，本发明的控制流体与工艺流体都可以循环再利用。控制流体或工艺流体经过管线回收后，可以直接经另一个管线回流至流体区域控制装置中继续利用。或者，回收的工艺流体与控制流体也可以经过即时的处理或非即时的处理之后，再供应至流体区域控制装置中继续利用。换句话说，本发明可以根据回收流体或回收工艺流体的状态与成分比例而添加新的流体或工艺流体进行调配，也可以对回收流体或回收工艺流体进行适当的分离步骤，接着再将处理过的流体或工艺流体供应至流体区域控制装置中。如此一来，本发明可以轻易且即时地调整工艺流体的成分比例与状态，使工艺维持在良好的状况，无须耗费冗长的时间与庞大的成本去更换工艺流体，还可以减少工艺流体的使用量。此外，本发明亦可视工艺需求提供一加热装置设置于流体控制装置中，用以加热半导体基底或工艺流体，进而提升工艺所需的反应温度或加快其反应速度。

[0110] 另一方面，本发明流体区域控制装置可以通过流速与管线的控制而使工艺仅作用于半导体基底上需接受工艺处理的部分，并且同时确保工艺不会作用于半导体基底上不需接受工艺处理的部分，因此可以避免电化学电镀工艺于晶片边缘镀上金属层，省略边缘金属的移除步骤(edge bevelremoval step，EBR step)，进而节省工艺时间与工艺成本，并且降低工艺的复杂度。

[0111] 由于本发明可利用控制流体取代已知的容器来控制工艺流体的位置，因此可以打破出传统装置的局限而发展出各式各样的工艺操作设备。请参阅图27至图29，图27绘示的是本发明的第四优选实施例的工艺操作设备350的示意图，图28是图27所示的输送装置372的立体示意图，而图29是图27所示的工艺操作设备350于中层的剖面示意图，其中相同的元件或部位沿用相同的符号来表示。如图27至图29所示，工艺操作设备350包括有一柱状基台360、一自动工艺控制系统(automatic process control system，APC system)324、多个流体区域控制装置322、至少一载入/载出装置

[0112] (loading/unloading device)366与至少一输送装置372。柱状基台360可为一直立式基台，其中，工艺操作设备350包括有上层、中层与下层，且每一层皆可连接至六个工艺装置。在本实施例中，中层的其中一个工艺装置可以为前述的载入/载出装置366，而其余工艺装置可以包括有流体区域控制装置322或是其他所需的反应舱室。自动工艺控制系统324能即时侦测工艺操作设备350的工艺效果，以即时调校各工艺的参数设定。 [0113] 流体区域控制装置322可具有前述流体区域控制装置220、流体区域控制装置320或流体区域控制装置720的结构，并位于柱状基台360的至少一侧面，用以对半导体基底110进行一电化学电镀工艺、一清洗工艺或一化学机械抛光工艺等等各式具有流体的半导体工艺。换句话说，各流体区域控制装置322分别具有一基底承载基座130与一工艺系统
368。当流体区域控制装置322应用于电化学电镀工艺时，工艺系统368可以为阳极系统
114；当流体区域控制装置322应用于清洗工艺时，工艺系统368可以为管线系统214；当流体区域控制装置322应用于化学机械抛光工艺时，工艺系统368则可以为抛光系统714。 [0114] 如图29所示，柱状基台360包括有一圆柱形支架362与一具有角柱形结构的外壳
364。于本实施例中，外壳364为一个六角柱结构，具有六个侧面。圆柱形支架362于中层上可连接至五个工艺系统368与一个载入/载出装置366，且各工艺系统368与载入/载出装置366可对应至外壳364的一侧面。于本发明的其他实施例中，柱状基台360可以包括有任何形状的支架与外壳，例如各种角柱形的支架、螺旋形的支架，或是圆柱形的外壳等等。

[0115] 输送装置372位于柱状基台360周围，用以将多个半导体基底110分别传送至载入/载出装置366。当要进行工艺操作时，输送装置372的机械手臂374可先滑动至待处理的半导体基底110所在之处，以撷取一个半导体基底110。之后，利用输送装置372移动并且旋转半导体基底110，使半导体基底110平行放置于载入/载出装置366的平台上。载入/载出装置366是平行于柱状基台360的侧面而设置，用以将半导体基底110载入及/或载出(load and/or unload)柱状基台360，其上亦可具有一真空吸盘，用以固定半导体基底110。机械手臂374优选是一多片式(multiple blades)机械手臂，其关节处皆可自由转动，以使机械手臂374可以进行三维方向的攫取与移动。

[0116] 单一半导体基底110放置于载入/载出装置366上后，柱状基台360可以进行水平旋转及/或上下移动，而把半导体基底110放置于一个流体区域控制装置322的基底承载基座130上，接着载入/载出装置366再旋转回到原来对应至输送装置372的位置。此时，输送装置372可以重复前述传送的步骤来传送下一个半导体基底110，直到工艺操作设备350各层的各基底承载基座130上皆装填有一半导体基底110。

[0117] 随后，可采用前述任一种操作方式同时对各半导体基底110进行一电化学电镀工艺、一晶面/晶背/晶边清洗工艺、一化学机械抛光工艺及/或一电化学机械抛光工艺。工艺处理完毕之后，圆柱形支架362可以再水平旋转及/或上下移动，以将各半导体基底110皆载出柱状基台360。其后，圆柱形支架362可以再继续装载待处理的半导体基底110。 [0118] 于本发明的其他实施例中，流体区域控制装置322与载入/载出装置366的位置，以及流体区域控制装置322所进行的工艺皆可调换或调整，且工艺操作设备350也可以包括有其他种类的工艺设备，例如一干燥装置。

[0119] 由于本发明是利用控制流体来控制工艺流体的位置，而不像传统工艺要将半导体基底110浸置于溶液槽中，故在此实施例中，流体区域控制装置322无须局限于水平放置方式，而可以使半导体基底110与流体区域控制装置322皆直立操作。因此，工艺操作设备350可以设计成直立式的设备，并将载入/载出装置366垂直整合于工艺操作设备350中，进而有效节省工艺操作设备350的占地面积。此外，工艺操作设备350还可以对半导体基底110进行批次(batch)处理，因此可以大幅地提升工艺的产量。

[0120] 另外，本发明也可以将流体区域控制装置与各种不同的反应装置整合于同一工艺操作设备。请参阅图30，图30绘示的是本发明的第五优选实施例的工艺操作设备450的示意图，其中相同的元件或部位仍沿用相同的符号来表示。如图30所示，工艺操作设备450包括有一自动工艺控制系统324、一载入/载出装置466、至少一流体区域控制装置420、至少一输送装置472、至少一晶种沉积反应室478、至少一阻障层沉积反应室482、至少一干燥反应室484与至少一预沉积(pre-deposition)的反应室486(例如：溶剂清洗或等离子体清洗室)。

[0121] 于此实施例中，输送装置472可为一机械手臂。当半导体基底110置入工艺操作设备450的载入/载出装置466后，输送装置472可以将半导体 基底110往返传送于载入/载出装置466、流体区域控制装置420、晶种沉积反应室478、阻障层沉积反应室482、干燥反应室484与预沉积反应室486之间。载入/载出装置466在此可同时作为一载出装置，而于其他实施例中，工艺操作设备450亦可还包括有一载出装置。

[0122] 流体区域控制装置420可具有前述流体区域控制装置220、流体区域控制装置320或流体区域控制装置720的结构，用以对半导体基底110进行一电化学电镀工艺、一清洗工艺或一化学机械抛光工艺等等各式具有流体的半导体工艺。晶种沉积反应室478可用以对半导体基底110进行一晶种沉积工艺，阻障层沉积反应室482可用以对半导体基底110进行一阻障层沉积工艺，干燥反应室484可用以对半导体基底110进行一干燥工艺及/或一退火工艺，而预沉积反应室486用以对半导体基底110进行一预沉积工艺。 [0123] 特别注意的是，晶种沉积反应室478、阻障层沉积反应室482、干燥反应室484与预沉积反应室486等等反应室实际上并非本实施例的必要元件。本实施例主要的特征在于，本发明的流体区域控制装置420不需要具有庞大的电镀溶液槽，不需要事先将半导体基底110安装于阴极电极与固定组件之间，也不需局限于真空环境之中，因此可以轻易地与其他各式各样的反应装置一起整合于同一个工艺操作设备450之中。因此，其所属技术领域具有通常知识者应可理解，本实施例的晶种沉积反应室478、阻障层沉积反应室482、干燥反应室484与预沉积反应室486实际上也可以被其他工艺反应室所取代，例如后沉积(post-deposition)反应室、抛光工艺反应室、溅镀工艺反应室、任何化学气相沉积反应室或任何物理气相沉积反应室等等。

[0124] 请参阅图31，图31绘示的是本发明的第六优选实施例的工艺操作设备850的示意图，其中相同的元件或部位仍沿用相同的符号来表示。如图31所示，工艺操作设备850为一全功能式系统(all-in-one system)或一集群系统(cluster system)，包括有一自动工艺控制系统324、至少一装载埠(loadpart)816、至少一单晶片承载室(single wafer load lock chamber，SWLLchamber)830、二个预清洗反应室(pre-cleaning chamber)840、822、至少一钽/氮化钽沉积反应室(Ta/TaN deposition chamber)852、至少一铜晶种沉积反应室812、二个缓冲室(buffer chamber)832、842、二个铜电化学电镀(Cu ECP)反应室860、802、二个铜化学机械抛光(Cu CMP)反应室870、890、至少一 覆盖层(cap layer)反应室880，以及三个机械手臂872，利用此系统芯片可在不需破真空的情况下进行所有的工艺步骤。 [0125] 装载埠816，用来装载晶片盒，是晶片盒进出工艺操作设备850的出入口，以提供晶片加工。为使适用于迷你环境的技术，装载埠816可具有至少一晶片介面810。其中，晶片介面810可以是一个标准机械介面(standardmechanical interface，SMIF)，以装载至少一标准化的SMIF型晶片盒。或者，装载埠816的晶片介面810亦可为适用前开式整合舱(front opening unifiedpod，FOUP)形式的晶片盒。需注意的是，工艺操作设备850可包括有多个装载埠816，且装载埠816可具有多个晶片介面810，这些装载埠816或晶片介面
810实际上可以装设于工艺操作设备850的任何位置。

[0126] 单晶片承载室830可具有一定向平面对准器(orientor)，用以把晶片的定向平面(orientation)，或将缺口(notch)对准至所定位的位置。或者，单晶片承载室830可用以对晶片进行除气(degas)、冷却、吹气(pump)、洁净(purge)等等步骤。预清洗反应室840与预清洗反应室822可于晶片进行沉积工艺之前对晶片进行一预清洗工艺。钛/氮化钛沉积反应室852是用以于晶片表面沉积一钛金属层及/或一氮化钛层，钛金属层或氮化钛层可作为介电层与铜层之间的阻障层。铜晶种沉积反应室812可以于晶片表面沉积一铜晶种层。缓冲室832与缓冲室842可作为定向平面对准器，也可以对晶片进行除气、冷却、吹气、洁净、退火(anneal)或测量(metrology)等等步骤。

[0127] 铜电化学电镀反应室860与铜电化学电镀反应室802可具有前述流体区域控制装置220的结构，用以对半导体基底110进行一电化学电镀工艺，以于前述铜晶种层表面镀上一层所需的铜层。铜化学机械抛光反应室870与铜化学机械抛光反应室890可具有前述流体区域控制装置720的结构，用以对半导体基底110进行一化学机械抛光工艺。此外，铜电化学电镀反应室860、铜电化学电镀反应室802、铜化学机械抛光反应室870与铜化学机械抛光反应室890皆可用以对半导体基底110进行一预清洗工艺、一后清洗(post cleaning)工艺或一干燥工艺。覆盖层反应室880是用以于晶片表面沉积一覆盖层来保护晶片表面，可用以避免晶片的铜层离开工艺操作设备850之后氧化而形成氧化物，也可以避免外界的污染物接触覆盖层下方的材料层或装置。

[0128] 于此实施例中，机械手臂872可为一单片式(single blade)机械手臂或一 多片式(multiple blades)机械手臂。当晶片置入工艺操作设备850后，机械手臂872可以将晶片往返传送于装载埠816、单晶片承载室830、缓冲室832、842与各反应室802、812、822、840、852、860、870、880、890之间。

[0129] 其所属技术领域具有通常知识者应可理解，根据所需的产品产量(throughput)与产品品质(quality)，本实施例的各反应室802、812、822、840、852、860、870、880、890实际上也可以被其他工艺反应室所取代，例如后沉积反应室、溅镀工艺反应室、任何化学气相沉积反应室或任何物理气相沉积反应室等等。本实施例是以一铜工艺来说明本发明应用于一后段工艺(back-end-of-the-line process，BEOL process)的全功能式系统的工艺设备，其所属技术领域具有通常知识者亦应理解，本发明不需局限于铜工艺，而可以用于形成任何所需的材料层或半导体结构。

[0130] 再者，本发明亦可利用输送带作为半导体基底110于工艺操作设备内部的输送媒介。请参阅图32，图32绘示的是本发明的第七优选实施例的工艺操作设备550的示意图，其中相同的元件或部位仍沿用相同的符号来表示。如图32所示，工艺操作设备550包括有一自动工艺控制系统324、一载入/载出装置466、至少一流体区域控制装置520、至少一输送带572、至少一晶种沉积反应室478、至少一阻障层沉积反应室482、至少一干燥反应室484与至少一预沉积反应室486。其中，流体区域控制装置520可具有前述流体区域控制装置220、流体区域控制装置320或流体区域控制装置720的结构，用以对半导体基底110进行一电化学电镀工艺、一清洗工艺或一化学机械抛光工艺等等工艺。

[0131] 与第五实施例主要的不同处在于，本实施例的输送装置包括有一输送带572。当半导体基底110置入工艺操作设备550的载入/载出装置466后，输送带572可以承载半导体基底110往返传送于流体区域控制装置420、晶种沉积反应室478、阻障层沉积反应室482、干燥反应室484与预沉积反应室486之间。由于本发明的流体区域控制装置520不需要事先将半导体基底110安装于阴极电极与固定组件之间，因此工艺操作设备550只需利用一个简单的输送带572就可以将半导体基底110置入各反应室接受工艺处理。 [0132] 传统电化学电镀装置、传统清洗工艺，或是传统化学机械抛光装置通常为开放式系统，工艺流体或其中的化学物质容易逸散于周围环境中，使 得装置周围的湿度大增，并且可能让周围环境中存在具污染性的化学物质，因此这些传统装置难以与其他工艺装置互相整合。由于本发明流体区域控制装置的工艺流体的使用量减少，且工艺流体能被流体区域控制装置迅速回收，所以流体区域控制装置本身与流体区域控制装置的周围可以具有较小的湿度。因此，本发明的流体区域控制装置可以克服已知装置的限制，与各种不同的反应装置整合于同一工艺操作设备。一方面可以节省半导体基底于各机台设备间往返的运送时间，另一方面可以避免半导体基底的材料层于运送的过程中遭到外界氧化，进而节省了去除氧化物所需的庞大工艺时间与工艺成本。

[0133] 此外，本发明亦可同时利用输送带与机械手臂作为工艺操作设备的输送设备。请参阅图33，图33绘示的是本发明的第八优选实施例的工艺操作设备650的示意图，其中相同的元件或部位仍沿用相同的符号来表示。如图33所示，工艺操作设备650包括有一自动工艺控制系统324、至少一流体区域控制装置620、一输送带672与一机械手臂674。其中，流体区域控制装置620可具有前述流体区域控制装置220、流体区域控制装置320或流体区域控制装置720的结构，用以对半导体基底110进行一电化学电镀工艺、一清洗工艺或一化学机械抛光工艺等等工艺。机械手臂674用以传送半导体基底110往返于输送带672与流体区域控制装置620之间，而输送带672用以将半导体基底110传进并且传出工艺操作设备650。

[0134] 当要接受流体区域控制装置620的处理时，待处理的半导体基底110先通过输送带672传送至流体区域控制装置620周围。接着，机械手臂674夹取前述半导体基底110，并将半导体基底110置入流体区域控制装置620的基底承载基座130上。其后，流体区域控制装置620可先对半导体基底110进行一电化学电镀工艺或一清洗工艺等等工艺。待流体区域控制装置620处理完成之后，机械手臂674再将半导体基底110放回输送带672上，并且由输送带672将半导体基底110送往后续的工艺设备。此时，工艺操作设备650则可以继续处理下一个半导体基底110。

[0135] 由此可知，由于半导体基底无须先安置于阴极电极与固定组件之间，也不需要倾斜地置入电镀流体中，所以本发明的工艺操作设备可以批次处理大量的半导体基底，有效地提升产品的产量。基底承载基座可以利用其输送带或环状结构直接将半导体基底传送至预定位置接受工艺流体的处 理，因此工艺操作设备甚至可以省略半导体基底的载入/载出装置，且半导体基底的浸润过程也比已知技术更为简单。

[0136] 以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。