铜具有低的电阻率和高的电子迁移阻力,在半导体产业中作为为集成电路的互连材料而得到广泛的应用。为了解决随集成电路小型化而出现的RC延迟、层间串扰等问题,low-k材料成为互连线的主要层间介质。化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)是目前进行铜互连层平坦化加工的主流加工工艺,该技术整合了抛光液的化学作用和抛光垫的机械作用,是实现高精度平坦化的有效手段。但是,low-k材料的低硬度和多孔性特征使low-k/Cu结构的机械强度很低。抛光液中的磨粒,抛光压力、摩擦力等会引起铜互连线和low-k材料之间的界面变形甚至剥离破坏。为了实现铜的无应力高精度加工,本文提出了基于化学约束刻蚀剂层技术(Confined Etchant Layer Technique, CELT)的铜加工方法。作为距离敏感性技术,CELT通过化学刻蚀的方式实现微/纳米尺度的材料选择性去除,并且没有机械损伤和热作用。将CELT技术用于铜的加工需要开发铜的化学约束刻蚀工作液。本文选择Fe(bpy)3(ClO4)2和Ru(bpy)3Cl2作为工作液的前驱体,采用循环伏安法分别研究了乙二酸、三正丙胺和氨基乙酸等三种不同约束剂的约束效果。根据分析结果,乙二酸的作用最显著,同时,约束刻蚀工作液的pH值和乙二酸浓度也进行了优化。为了验证工作液的效果,分别对优化后的铁基/钌基约束刻蚀工作液(约束剂为乙二酸)进行了系统的刻蚀实验。刻蚀试验平台由三维运动平台、电化学工作站和数据处理中心等三部分组成,并且设计了工作电极的卡具和电解池。实验结果表明,对于两种刻蚀工作液,乙二酸的加入明显限制了刻蚀剂沿电极表面的径向扩散。与不含乙二酸的工作液相比,含有乙二酸的工作液可以得到边界更加清晰的刻蚀坑。除了传统的铂丝点状电极外,本文还设计了新型的带状铂丝电极,该电极的应用突破了传统电极的单点加工,实现了具有一定宽度区域的连续加工,为铜的大面积加工奠定了基础。最后,为了将本文开发的铜约束刻蚀工作液用于铜的大面积刻蚀,本文提出了大面积电极静态刻蚀和小面积电极动态刻蚀两种策略。对于前一种策略,本文研究了大面积工具电极和工件之间的距离控制；基于挤压膜的理论和试验验证表明,对于大面积的电极和工件,两者之间液膜会在开始的几分钟内迅速进入相对稳定状态,产生的超薄液膜会极大地阻碍间距的进一步减小。对于动态刻蚀,铜表面的动态刻蚀试验表明,电极和工件之间的运动会引发刻蚀体系内组分传质方式的改变,从而对刻蚀结果造成一定影响。