用于清潔電鍍襯底保持器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】這里披露了通過去除在先前的電鍍操作中聚集的金屬沉積物而清潔電鍍設(shè)備的唇密封件和/或杯底的方法。該方法可包括：定位噴嘴以使其基本指向在唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；以及從噴嘴分配清潔溶液流以在唇密封件和/或杯底轉(zhuǎn)動時使該流接觸唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；去除金屬沉積物。在一些實施例中，流具有與唇密封件和/或杯底的轉(zhuǎn)動方向相反的速度分量。在一些實施例中，金屬沉積物包括錫/銀合金。本文同樣公開用于安裝在電鍍設(shè)備中并從它們的唇密封件和/或杯底去除電鍍金屬沉積物的清潔裝置。在一些實施例中，清潔裝置可包括噴射噴嘴。
【專利說明】用于清潔電鍍襯底保持器的方法和裝置 相關(guān)申請的交叉引用
[0001] 本申請要求下列專利申請的優(yōu)先權(quán)：2012年3月28日提交的名稱為"Methods and Systems for Cleaning Electroplating Substrate Holders (用于清潔電鍛襯 底保持器的方法和系統(tǒng)）"的美國臨時專利申請No. 61/616, 909，以及2012年7月27 日提交的名稱為"Methods, Apparatus, and Systems for Cleaning Electroplating Substrate Ho 1 ders (用于清潔電鍍襯底保持器的方法、裝置和系統(tǒng)）"的美國臨時專利申請 No. 61/676, 841，這兩者均出于全部目的全篇地通過引用包含于此。
[0002] 另外出于所有目的全篇地通過引用包含于此的是：2011年8月1日提交的名稱 為 "Automated Cleaning of Wafer Plating Assembly (晶片電鍛組件的自動清潔）"美 國臨時專利申請 No. 61/513, 993(代理人案號 N0VLP432PUS/NVLS003700P1US)以及 2011 年 11 月 28 日提交的名稱為 "Electroplating Apparatus and Process for Wafer Level Packaging (晶片層封裝的電鍍裝置和工藝）"的美國專利申請No. 13/305, 384 (代理人案號 N0VLP368US/NVLS003623US)〇

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開涉及電子設(shè)備的制造、半導(dǎo)體襯底的電鍍以及與電鍍工藝和設(shè)備相關(guān)的各 種清潔裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 半導(dǎo)體制造和加工中的最新進展已導(dǎo)致電鍍錫銀合金的增加使用。錫銀合金的 一些示例性應(yīng)用在名稱為 "ELECTROPLATING APPARATUS AND PROCESS FOR WAFER LEVEL PACKAGING(晶片層封裝的電鍍裝置和工藝）"的美國專利公開No. 2012/0138471 (美國專 利申請No. 13/305,384)中有披露，該文獻全篇地并出于所有目的地通過引用包含于此。在 這些申請的許多中，錫銀合金至少部分地從對錫晶須成形的優(yōu)越抗性、可用的合理穩(wěn)定電 鍍浴和工藝、較低的焊料熔點以及對焊球連接在沖擊力下的斷裂的提高抗性中獲得其實用 性。然而，由于在電鍍裝置本身上面的偽錫銀沉積物的積累，錫銀合金在半導(dǎo)體襯底上的電 鍍經(jīng)常發(fā)現(xiàn)是有問題的。尤其是，已發(fā)現(xiàn)在電鍍裝置的襯底保持器（或蛤殼組件）的唇密 封件和/或杯底區(qū)域之上和周圍的錫銀合金累積會導(dǎo)致顯著的加工困難。在這里被統(tǒng)稱為 "唇密封件電鍍"的這種偽金屬聚集甚至在某些情況下可能導(dǎo)致形成在襯底和唇密封件之 間的密封失效。其結(jié)果是蛤殼組件的內(nèi)部可能變得受有害的和腐蝕性的電鍍?nèi)芤何廴尽?br> [0005] 由于"唇密封件電鍍"可能導(dǎo)致唇密封件失效，因此一般需要在電鍍操作序列的過 程中從唇密封件和/或杯底區(qū)域定期地去除或清除掉偽錫/銀沉積物。當(dāng)前清潔技術(shù)涉及 使用已浸漬硝酸溶液中的手持擦布利用硝酸溶液手動地擦洗唇密封件區(qū)域的規(guī)則的定期 清潔。一旦用硝酸擦拭，唇密封件和/或杯底上的沉積物溶解，并隨后沖洗這些區(qū)域以去 除酸溶液和溶解的沉積物。然而，這些過程容易產(chǎn)生錯誤，或者因為并非所有的沉積物被去 除，或者因為施加過大的力致使擦拭破壞相對脆弱的唇密封件接觸區(qū)。此外，當(dāng)偽沉積物成 為實塊時，單純地手動下擦技術(shù)可能是不充分有效的，并且電鍍裝置的一些部件可能需要 被去除和更換。經(jīng)常地，這些預(yù)防性操作需要按日進行一這在采用多個工具和需要高產(chǎn) 量的生產(chǎn)環(huán)境中是一個大的挑戰(zhàn)。由此，從電鍍設(shè)備的唇密封件和/或杯底區(qū)域去除偽金 屬沉積物的當(dāng)前技術(shù)充其量是低效的和不能勝任的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 這里披露了通過去除在先前的電鍍操作中聚集在唇密封件和/或杯底上的金屬 沉積物而清潔電鍍設(shè)備的唇密封件和/或杯底的方法。在一些實施例中，該方法包括：相 對于唇密封件和/或杯底定位第一噴嘴以使第一噴嘴基本指向唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓 邊；沿第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動唇密封件和杯底；以及從第一噴嘴分配具有在大約5米/秒和40 米/秒之間的流體速度的清潔溶液流以使清潔溶液流在唇密封件和杯底沿第一旋轉(zhuǎn)方向 轉(zhuǎn)動的同時接觸唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；從唇密封件和/或杯底去除金屬沉積物。 在一些實施例中，金屬沉積物包括錫/銀合金。在一些實施例中，清潔溶液基本為蒸餾與去 離子水。在一些實施例中，清潔溶液流從第一噴嘴以與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的速度分量分配。 在一些實施例中，第一噴嘴相對于唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊定向在大約-45°和+45° 之間的法向角上，并在一些實施例中，第一噴嘴相對于唇密封件和/或杯底的水平平面定 向在大約-30°和+10°之間的水平角上。在一些實施例中，清潔方法可進一步包括當(dāng)從第 一噴嘴分配清潔溶液時在第一噴嘴中的清潔溶液中產(chǎn)生兆聲波。
[0007] 本文另外披露了一種使用具有唇密封件和杯底的電鍍裝置在多個半導(dǎo)體襯底上 電鍍金屬的方法。在一些實施例中，這些方法包括：將金屬電鍍在第一組的一個或多個襯底 上；確定是否執(zhí)行去除在電鍍第一組襯底時聚集在唇密封件和/或杯底的金屬沉積物的清 潔操作；如果確定允許如此，則執(zhí)行清潔操作；并隨后將金屬電鍍到第二組的一個或多個 襯底上。在一些實施例中，確定包括評價在唇密封件和/或杯底上是否有足夠的金屬沉積 物累積以允許清潔。在一些實施例中，清潔方法是根據(jù)前面段落中描述的一個或多個清潔 方法來執(zhí)行的。
[0008] 本文還公開了用于安裝在電鍍設(shè)備中并從電鍍設(shè)備的唇密封件和/或杯底去除 電鍍的金屬沉積物的清潔裝置。在一些實施例中，清潔裝置可包括第一噴嘴、與第一噴嘴流 體連接的第一清潔流體供給導(dǎo)管以及噴嘴臂，第一噴嘴固定到該噴嘴臂上。在一些實施例 中，清潔裝置可進一步包括噴嘴臂致動器，該噴嘴臂致動器機械地耦合至噴嘴臂并被配置 成當(dāng)清潔裝置被安裝在電鍍設(shè)備中時使第一噴嘴和噴嘴臂在縮回位置和清潔位置之間移 動。在某些這樣的實施例中，在縮回位置，第一噴嘴和噴嘴臂被定位以使半導(dǎo)體襯底位于唇 密封件上并降低至電鍍設(shè)備的體積之內(nèi)而不物理地接觸第一噴嘴或噴嘴臂，該體積被配置 成保持電鍍浴。在某些這樣的實施例中，在清潔位置，第一噴嘴被定位以使其基本指向電鍍 設(shè)備的唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊。在某些實施例中，噴嘴臂致動器被配置成繞旋轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)動噴嘴臂，以使噴嘴臂在縮回位置和清潔位置之間移動。在一些實施例中，金屬沉積物包 括錫/銀合金。在一些實施例中，第一噴嘴是噴射噴嘴。
[0009] 本文還公開了在布圖的半導(dǎo)體襯底上電鍍金屬的電鍍裝置。在一些實施例中，電 鍍裝置可包括：襯底保持器；具有保持電鍍浴流體的體積的電鍍單元；被配置成供給電荷 的電源；以及如前面段落中描述的襯底保持器清潔裝置。在一些實施例中，襯底保持器可包 括：具有杯底的杯；安裝在杯內(nèi)的唇密封件；多個電接觸指；以及相對于杯和唇密封件可移 動并被配置成通過將襯底壓入唇密封件而將襯底固定在襯底保持器的錐體。在某些這樣的 實施例中，電鍍裝置的電源將電荷提供給接觸指。在一些實施例中，電鍍裝置可進一步包括 可縮回清潔罩，當(dāng)襯底保持器位于清潔位置時它位于保持電鍍浴的電鍍單元體積之上并位 于第一噴嘴和襯底之下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1A-1和圖1A-2展示了在一系列錫-銀電鍍操作之后唇密封件和杯底的內(nèi)圓邊 的照片。
[0011] 圖1B-1、圖1B-2和圖1B-3示意地示出了電鍍襯底保持器的唇密封件和杯底上的 不期望有的錫-銀沉積物。
[0012] 圖1C和圖1C-1示意地示出了在電鍍襯底保持器的杯底上的不期望有的錫-銀沉 積物。
[0013] 圖1D-1、圖1D-2、圖1D-3和圖1D-4展不了呈現(xiàn)由不期望有的錫-銀沉積物造成 的嚴(yán)重?fù)p壞的杯底的照片。
[0014] 圖2A給出了電鍍裝置的立體示意圖。
[0015] 圖2B給出了電鍍襯底保持器的橫截面示意圖。
[0016] 圖3A給出了具有其噴嘴處于其縮回位置的內(nèi)建清潔裝置的電鍍裝置的橫截面示 意圖。
[0017] 圖3B給出了具有其噴嘴處于其清潔位置的內(nèi)建清潔裝置的電鍍裝置的橫截面示 意圖。
[0018] 圖3C示意地示出了相對于電鍍襯底保持器的內(nèi)圓邊的法向向量具有相等和相反 角的一對噴嘴。
[0019] 圖3D示意地示出了相對于電鍍襯底保持器的內(nèi)圓邊具有不同垂直位置的一對噴 嘴。
[0020] 圖3E示意地示出了相對于電鍍襯底保持器的內(nèi)圓邊的水平平面向下成角度的噴 嘴。
[0021] 圖4A給出了具有其噴嘴處于其清潔位置的內(nèi)建清潔裝置的電鍍裝置的剖視圖示 〇
[0022] 圖4B給出了圖4A的電鍍裝置和內(nèi)建清潔裝置旋轉(zhuǎn)90°后的剖視圖示意。
[0023] 圖5A給出了圖4A和圖4B的電鍍裝置的剖視圖，其示出處于其縮回位置的電鍍裝 置的內(nèi)建清潔裝置。
[0024] 圖5B給出了圖4A和圖4B的電鍍裝置的頂視圖，其示出了處于其清潔位置的電鍍 裝置的內(nèi)建清潔裝置。
[0025] 圖5C給出了在圖4A、4B、5A和5B中示意地給出的清潔裝置的噴嘴和噴嘴臂的照 片，該噴嘴和噴嘴臂處于縮回位置。
[0026] 圖?給出了在圖4A、4B、5A和5B中示意地給出的清潔裝置的噴嘴和噴嘴臂的照 片，該噴嘴和噴嘴臂處于清潔位置。
[0027] 圖6給出了具有內(nèi)建清潔裝置以及內(nèi)建可縮回清潔罩的電鍍裝置的橫截面示意 圖。
[0028] 圖7給出了展示電鍍一系列半導(dǎo)體襯底的一實施例方法的流程圖，它定期地采用 從襯底保持器去除金屬沉積物的方法。
[0029] 圖8A給出了展示圖4A和圖4B的電鍍裝置和內(nèi)建清潔裝置的剖視圖示意圖，其中 襯底保持器處于裝載位置。
[0030] 圖8B給出了展示圖4A和圖4B的電鍍裝置和內(nèi)建清潔裝置的剖視圖示意圖，其中 襯底保持器處于電鍍位置。
[0031] 圖8C給出了展示圖4A和圖4B的電鍍裝置和內(nèi)建清潔裝置的剖視圖示意圖，其中 襯底保持器處于沖洗位置。
[0032] 圖9A給出了用于襯底保持器清潔裝置的一個噴射噴嘴實施例的示意性正面圖。
[0033] 圖9B給出了用于襯底保持器清潔裝置的一個噴射噴嘴實施例的示意性橫截面 圖。
[0034] 圖10A、圖10B和圖10C示意地示出了就各角度而言噴嘴相對于唇密封件和/或杯 底的內(nèi)圓邊的取向。
[0035] 圖11A展示了例如在這里給出的馬拉松測試中使用的錫銀電鍍的覆蓋層測試晶 片的照片。
[0036] 圖11B-1、圖11B-2、圖11B-3和圖11B-4展示在這里給出的馬拉松測試之前電鍍 襯底保持器的照片。
[0037] 圖11C-1、圖11C-2、圖11C-3和圖11C-4展示了在這里給出的馬拉松測試中采用 這里描述的清潔方法以5個晶片的清潔間隔電鍍500個覆蓋層測試晶片之后電鍍襯底保持 器的照片。
[0038] 圖11D-1、圖11D-2、圖11D-3和圖11D-4展示了在這里給出的馬拉松測試中不采 用這里描述的清潔方法在電鍍200個覆蓋層測試晶片之后電鍍襯底保持器的照片。
[0039] 圖11E-1、圖11E-2、圖11E-3和圖11E-4展示了在這里給出的馬拉松測試中不采 用這里描述的清潔方法和裝置在電鍍500個覆蓋層測試晶片之后電鍍襯底保持器的照片。
[0040] 圖11F-1、圖11F-2、圖11F-3、圖11F-4和圖11F-5示出電鍍裝置的高阻虛陽極的 照片，其示出當(dāng)不采用這里描述的清潔方法和裝置時在分別電鍍〇、100、300、400和500個 覆蓋層測試晶片之后可能聚集在其上的污染物。
[0041] 圖11G-1、圖11G-3、圖11G-4展示了電鍍裝置的高阻虛陽極的額外照片，其示出當(dāng) 不采用這里描述的清潔方法和裝置時可能聚集在其上的污染物。
[0042] 圖11G-2展示了電鍍裝置頂蓋的照片，其示出盡管未采用這里披露的清潔方法和 裝置但在頂蓋上的一些污染物已聚集。
[0043] 圖11H-1、圖11H-2和圖11H-3展示了電鍍裝置頂蓋的照片，其示出當(dāng)采用本文披 露的清潔方法和裝置時可能聚集在頂蓋內(nèi)的污染物。
[0044] 圖111-1展示了電鍍裝置頂蓋的沖洗罩的照片，它在電鍍?nèi)魏尉笆歉蓛?的。
[0045] 圖111-2和圖111-3展示了電鍍裝置頂蓋的沖洗罩，其示出當(dāng)采用這里披露的清 潔方法和裝置時分別在電鍍250個和500個晶片之后會聚集在沖洗罩內(nèi)的污染物。

【具體實施方式】
[0046] 引言
[0047] 盡管當(dāng)前半導(dǎo)體制造領(lǐng)域內(nèi)的多個電鍍填充應(yīng)用對錫銀合金的電鍍存在很強的 興趣，然而錫銀合金的偽唇密封件沉積物--也是偽杯底沉積物--已被證實是有問題 的。問題在圖1A-1和圖1A-2中被例示。圖1A-1示出在120個襯底上的一系列錫銀電鍍 操作之后唇密封件10和杯底20的內(nèi)圓邊的照片。照片中示出在唇密封件10上大量錫銀 沉積物存在。圖1A-2展示在另一系列電鍍操作之后另一唇密封件10和杯底20的內(nèi)圓邊 的相似照片。在這種情況下，除了在唇密封件10,大量沉積物還出現(xiàn)在杯底20。這種不期 望有的沉積物需要被定期地去除以避免諸如工件或晶片的質(zhì)量和產(chǎn)量的下降或?qū)﹄婂冊O(shè) 備的損壞之類的災(zāi)難性故障。
[0048] 不受具體理論限制，相信至少部分地造成偽錫銀合金沉積物的根源是原子錫與原 子銀的還原電位的顯著差異。進一步相信，偽錫銀沉積物的生長藉由唇密封件和杯底的表 面上的置換反應(yīng)而發(fā)生，該置換反應(yīng)導(dǎo)致每個錫原子（具有氧化狀態(tài)+2)交換2個銀原子 (具有氧化狀態(tài)+1)。同樣，不受具體理論限制，相信從具有明顯不同還原電位的其它金屬 組合形成的其它合金也可導(dǎo)致涉及在唇密封件和/或杯底上的偽金屬沉積物的相同或相 似問題。一些例子包括例如銅-銦、鎳-鈀、銀-銦、銅-錫和鐵-鈷合金。
[0049] 這些沉積物成形、它們成核的方式以及它們生長的方式的進一步特征將用來進一 步闡述問題的大小。經(jīng)常地，非故意/偽沉積物開始或發(fā)起于電鍍設(shè)備的唇密封件處（它當(dāng) 然用作襯底和電鍍設(shè)備之間的接觸點）并隨后前行至襯底保持器的其它表面，例如杯底。 例如，圖1B-1示出被形成在襯底145的工作（前）表面上的偽錫-銀沉積物191，該襯底 145被裝載在電鍍設(shè)備的襯底保持器內(nèi)--該襯底保持器包括唇密封件143、杯底102、接 觸指144和錐體103 (其每一個會在下面更為詳細(xì)地予以描述）。圖1B-1示出了沉積物191 與唇密封件143物理接觸。位于襯底邊緣并在唇密封件附近的該偽沉積物可能是起因于該 區(qū)域內(nèi)光阻劑的局部缺乏，光阻劑的局部缺乏是例如邊緣缺陷、襯底不對準(zhǔn)和其它潛在原 因?qū)е碌?。此外，錫銀電鍍特征和層可比光阻層更厚，并且結(jié)果可造成"凸出"電鍍。"凸出" 電鍍有時用來節(jié)省成本，因為它能允許使用較少材料（較薄的光阻膜），但那種節(jié)省應(yīng)當(dāng)與 控制和避免特征至特征間的侵蝕和短路的難度以及唇密封件電鍍的較高傾向性作出平衡。 在任何情形下，當(dāng)襯底保持器的錐體103上升以允許如圖1B-2所示從襯底保持器去除襯底 145時，該錫銀沉積物可斷開其與襯底145的連接并保持與唇密封件143連接--或保持連 接于諸如杯底102的某些其它組件。（注意，在這種場景中，盡管襯底仍然暫時停靠在唇密 封件上并因此與之物理接觸，然而錐體103的上升已釋放了襯底145背側(cè)上的壓力以使它 不再將唇密封件143擠壓至相同的程度。襯底145和唇密封件143之間的界面的物理性質(zhì) 變化因此可造成沉積物斷開其與一者或另一者的連接，這本例中是襯底）。以這種方式，釋 放錐體103可在襯底（例如晶片）移除期間造成一些殘留和不連續(xù)的錫銀沉積物192保留 在唇密封件143內(nèi)。一旦保留在唇密封件或杯底上，沉積物可作為活性晶核以實現(xiàn)進一步 的錫銀沉積。
[0050] 盡管這些活性晶核一開始從晶片斷開或彼此斷開，但在多個電鍍循環(huán)期間，在這 些成核位點處的沉積可使一些晶核變成連接的并形成半連續(xù)的導(dǎo)電表面。如果該表面接觸 被電鍍的襯底的一部分以及當(dāng)該表面接觸被電鍍的襯底的一部分時，它實際上可能成為附 加的籽晶層（至少局部地）并由此同樣地接收額外的電鍍材料。此外，最初不連續(xù)的晶核 (它可主要由錫構(gòu)成）將可能根據(jù)方程1、2經(jīng)歷與電解質(zhì)內(nèi)的更多貴銀離子的置換反應(yīng)：
[0051] Sn - Sn+2+2e- (方程 1)，
[0052] 2kg+2e 2Ag (方程 2) ·
[0053] 如前面提到的，這得到沉積材料中的明顯凈體積增加。效果是即便不重連接至外 部電流源，這些晶核也往往尺寸增加并變得隨時間的推移物理和電氣地彼此連接或連接回 電流源?？紤]前述反應(yīng)和銀、錫的相對密度，估計錫/銀交換反應(yīng)以造成偽錫銀沉積物中大 約40%的凈體積改變。由此，最初不連續(xù)晶核隨時間的推移成為顯著的電鍍表面。晶核可 形成在唇密封件上，但它們也可形成在杯底上，或兩者之上。同樣，如圖1B-3所示，唇密封 件143上的最初沉積物192可作為成核位點，其隨時間推移而生長和延伸，從而在杯底102 上形成沉積物193。注意，盡管本公開聚焦于錫銀沉積物和方程1、2中給出的沉積機制，然 而其它類型的沉積物和其它沉積機制也出現(xiàn)在錫銀合金電鍍過程中。已被觀察到的一些涉 及形成含異構(gòu)膠體的銀和/或錫金屬。
[0054] 盡管相信在杯底上的錫銀沉積物如圖1B-3所示藉由唇密封件上的成核位點的擴 張而出現(xiàn)，然而也相信在杯底上可能出現(xiàn)直接的錫銀沉積。圖1C和圖1C-1中示出的一種 可能的機制是一種過程，在該過程中一些邊緣材料從襯底被電化學(xué)地移除并隨后被重電鍍 到杯底上，而不是被電鍍并保留在襯底上。不受任何具體理論的約束，相信在唇密封件和杯 底上的這種累積的典型沉積速率是時間上非線形的，朝向整個電鍍過程的較后期階段而增 力口。圖1C和圖1C-1詳細(xì)地示出該過程，同樣，不受具體理論限制，該過程被相信是根據(jù)由 方程3-7描述的機制進行的： Sn2++2eT - Sn (襯底上的錫沉積）（方程3)， AgL++f - Ag+L (襯底上的銀沉積）（方程4)， L+eT - Lf (通過L*從襯底去除電子）（方程5)， Lf - L+eT (將f從L*轉(zhuǎn)移至杯底成核位點）（方程6)， Sn2++2e- - Sn (在杯底成核位點處的錫沉積物）（方程7)
[0055] 在圖1C和圖1C-1以及方程3-7的示意之后，概念是錫和銀以正常方式被沉積在 襯底（圖1C)上，但剩余的銀配合基可充當(dāng)載體以還原和將電子從襯底向唇密封件和/或 杯底上的位置轉(zhuǎn)移，在這些位置錫離子可隨后接收電子（圖1C-1)和溶液鍍出。
[0056] 也要相信離開襯底的偽金屬沉積物可本質(zhì)上作為"陰極電流竊取者"，因為這些沉 積物可表現(xiàn)為電鍍用的替代位點。為此，偽沉積物可重引導(dǎo)在電鍍杯內(nèi)的電流分布，尤其 是，將其重引導(dǎo)離開在唇密封件和襯底之間的連接處或附近的特征，這進而可能導(dǎo)致在襯 底邊緣附近的電鍍的降級。這也可能造成沉積物厚度和合金成份的不均勻性。一旦偽沉積 位點具有顯著量的覆蓋物，"竊取電流"變得足夠大以造成封裝和晶片層封裝（WLP)應(yīng)用中 的嚴(yán)重降級和缺陷。同樣，這種無意的沉積物可能隨機地從相對不明顯轉(zhuǎn)變至造成災(zāi)難性 故障，一般是以突然方式發(fā)生的。
[0057] 圖1D-1示出可由杯底上的主要沉積物造成的這類災(zāi)難性失效的一個例子，損害 的區(qū)域在圖1D-2中被放大表示。圖1D-3中展示的電鍍杯示出甚至更大的損害，這在圖1D-4 中被放大。在這后一情形下，杯由于無意的錫銀沉積可能變得永久地受損、凹陷和腐蝕。對 唇密封件和杯底的這種損害以及甚至較不可見類型的損害會阻止這些元件正確地密封襯 底保持器中的襯底。結(jié)果是電鍍流體滲入電鍍設(shè)備的通常密封區(qū)并潛在地接觸各敏感元件 (例如電接觸指30)的可能性增加，如圖1A-1和圖1A-2所示。在極端的情形下，損害可能 如此廣泛以至于這些昂貴和精確制造的部件無法返工（例如通過拆卸、沉積金屬的蝕刻、 重新組裝等），而是必需被更換。
[0058] 在任何情況下，由于將錫銀合金用作半導(dǎo)體加工的金屬化和焊接材料的當(dāng)前益處 以及這些合金累積在電鍍設(shè)備的唇密封件和杯底部件上的趨勢，因此期望有效的唇密封件 清潔方法和裝置以去除偽錫-銀合金沉積物。在一些實施例中，自動化唇密封件清潔過程 (也可包括杯底的清潔）是優(yōu)選的，其潛在地避免了使擔(dān)任手動唇密封件清潔任務(wù)的技術(shù) 人員暴露于潛在的腐蝕性和/或毒性化學(xué)劑（例如濃硝酸溶液）下。另外，該"自清潔" 過程潛在地消除了（或至少減少了）與手動清潔關(guān)聯(lián)的錯誤或硬件損傷。此外，在一些實 施例中，自清潔方法和裝置可有效地從唇密封件和/或杯底去除絕大多數(shù)或全部金屬沉積 物，可保持唇密封件基本無金屬累積，可基本上從唇密封件去除任何斷裂的膜，并可基本防 止和/或避免在杯底上的金屬沉積物的形成。在一些實施例中，自清潔方法和裝置可有效 地使用蒸餾/去離子水作為清潔劑，而不是采用有害的、危險的和/或昂貴的化學(xué)劑，例如 濃硝酸。如果這些自清潔方法和裝置基本防止被移除的金屬沉積物以及任何其它金屬進 入電鍍浴或電鍍設(shè)備的其它區(qū)域，由此因稀釋或化學(xué)污染而對浴組成的影響很少或沒有影 響，這也是有利的。理想地，在一些實施例中，所有前述內(nèi)容可以以實質(zhì)上完全自動化方式 來實現(xiàn)。 集成電路制造中的電鍍工藝和污染
[0059] 現(xiàn)在將提供在集成電路制造背景下的電鍍工藝和污染來源的簡單描述。電化學(xué)沉 積可在集成電路制造和封裝過程中的各個時點被采用。制造晶體管中的第一步驟被稱為 線前端（FE0L)加工。制造金屬互連中牽涉的過程被稱為線后端（BE0L)加工。在1C芯片 層，在BE0L加工期間通過在通孔和溝槽內(nèi)電沉積銅或其它充分導(dǎo)電材料而形成鑲嵌特征， 以形成多個互連的金屬化層。一般來說，背離晶體管層面移動的較大互連特征比例具有漸 增的層級。線后端一般以晶片（例如SiN)的氣密性密封而結(jié)束，它被稱為晶片鈍化層。芯 片的封裝發(fā)生在多個預(yù)鈍化互連金屬化層之上。包括晶片層封裝（WLP)的封裝一般開始于 使位于鈍化層之下的金屬焊盤露出的工藝，并結(jié)束在封裝中的芯片。封裝可在管芯（其中 晶片被切片然后被加工）上執(zhí)行或部分地在晶片層上執(zhí)行。更先進的封裝趨向于晶片層封 裝，并涉及與球布置和更傳統(tǒng)的引線接合相對的至/來自許多更細(xì)的凸起和重分配線的電 沉積?？刹捎酶鞣N晶片層封裝結(jié)構(gòu)，其中的一些可包含合金或兩種或多種金屬或其它組分 的其它組合。例如，封裝可包括從焊料或相關(guān)材料制成的一個或多個凸起。焊料電鍍凸起 的一個典型例開始于具有第一電鍍層的導(dǎo)電襯底籽晶層（例如銅籽晶層），它是在大約1-3 微米厚和大約80-120微米寬或更具體地大約100微米之間寬的鍍鎳的下凸起擴散勢壘層， 在鍍覆鉛錫焊料的柱之下（例如大約50至100微米厚和大約80至120微米寬或更具體地 大約100微米寬）。在電鍍、光阻劑剝落、導(dǎo)電襯底銅籽晶層的蝕刻之后，焊料柱被小心地熔 化或回流以形成附連至下凸起金屬的焊料凸起或球。
[0060] 在另一方案中（它也被稱為"銅柱"和/或"微柱"），電鍍金屬的非焊料型下凸起 或柱、諸如銅、鎳或這兩者的組合的金屬的柱被形成在典型比上方更薄的焊料膜之下。在這 種方案中，可能需要取得緊密/精確的特征節(jié)距和間隔控制。銅柱可以是例如大約20至 50微米或更小的寬度，而這些特征可中心至中心彼此相隔僅大約75至100微米。銅結(jié)構(gòu) 可以是大約10-40微米高。在銅柱的頂部上，經(jīng)常但非總是（主要依賴于最終芯片的預(yù)期 工作溫度）鎳或鈷阻擋膜（例如大約1-2微米厚）可用來將銅與含錫焊料隔開并由此潛在 地避免固態(tài)反應(yīng)，這種反應(yīng)可能形成許多機械和化學(xué)上不期望的黃銅。最終，添加厚度一般 為10-40微米的焊料層。這類方案也允許對相同特征尺寸減少焊料量、降低成本和/或芯 片中的鉛總量（在含鉛焊料中）。
[0061] 最近，由于環(huán)境和健康安全考量，已開始向遠(yuǎn)離含鉛焊料的領(lǐng)域發(fā)展。錫銀焊料合 金凸起是尤為被研究的。鉛錫材料提供良好質(zhì)量的"凸起"以封裝并且非常易于電鍍，但鉛 的不適宜的毒性正在驅(qū)使遠(yuǎn)離其應(yīng)用的領(lǐng)域。例如，RoHs創(chuàng)制（歐洲議會指令2002/95/ EC)要求企業(yè)從已建立的錫鉛工藝改變至無鉛工藝。合乎邏輯的取代凸起材料包括銦、錫、 錫銀二元材料、錫鉍二元材料以及錫銀銅三元材料。然而，非合金錫可能遭受其應(yīng)用中的許 多基本限制和困難，例如其形成具有變化的晶粒取向和熱膨脹系數(shù)的大型單顆粒球的趨勢 以及形成可能導(dǎo)致互連-互連短路的"錫晶須"的趨勢。例如前面列出的各種二元和三元 材料一般表現(xiàn)更好并緩解了與使用純的、非合金錫關(guān)聯(lián)的一些問題。不受具體理論限制，這 至少部分地可以由于這樣的事實：焊料凝結(jié)過程（即焊料材料從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變至固態(tài)）容 易造成顯著的小顆粒沉淀和在固態(tài)焊料中引入非錫組分。錫和銀的合金是相比非合金錫具 有改善性質(zhì)和性能的組成的例子。
[0062] 銀錫合金的沉積是通過頻繁地采用惰性陽極（而不是潛在地更期望的"活性"或 可溶陽極）的工藝來達成的。對此或類似系統(tǒng)使用活性陽極的困難部分起因于銀和錫的 非常寬間隔的電化學(xué)沉積電位；這些金屬的標(biāo)準(zhǔn)電化學(xué)電位（Eos)相隔0.9伏以上（Ag+/ Ag:0. 8V NHE，Sn+2/Sn:-0. 15V)。由于元素銀本質(zhì)上比元素錫更稀有且更具惰性，因此它將 經(jīng)歷置換反應(yīng)并電鍍離開溶液到達錫陽極或錫/銀陽極的表面上。這種化學(xué)"短路"連續(xù) 地從電鍍?nèi)芤阂瞥▌冸x或提取）相對低濃度的銀，由此導(dǎo)致不可控制的過程和在錫陽極 上形成減少的銀金屬兩者。
[0063] 當(dāng)使用電位有差異的多組金屬時有效和高質(zhì)量電鍍的方法和裝置在2011年6 月 29 日提交的題為 "ELECTRODEPOSITION WITH ISOLATED CATHODE AND REGENERATED ELECTROLYTE (用分隔的陰極和再生電解質(zhì)的電沉積）"的美國臨時專利申請 No. 61/502, 590、2010 年 12 月 1 日提交的題為 "ELECTROPLATING APPARATUS AND PROCESS FOR WAFER LEVEL PACKAGING(用于晶片層封裝的電鍍裝置和工藝）"的美國臨時專利 申請 No. 61/418, 781 以及 2011 年 6 月 29 日提交的題為 "CONTROL OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING (對于在電鍍期間 有效質(zhì)量轉(zhuǎn)換的電解質(zhì)流體動力學(xué)的控制）"中有記載，這些文獻中的每一篇出于所有目的 全篇地援引包含于此。然而，盡管當(dāng)電鍍兩種或更多種金屬時存在高質(zhì)量電鍍領(lǐng)域，但在電 鍍電位具有很大的差異的情形下，仍然留有下列問題：電鍍杯和純密封的表面上電鍍出的 不期望有的金屬以及如何解決這些非故意的沉積物。盡管這里的討論是按照銀錫電鍍來表 達的，但它也同樣好地適用于任何其它不期望的金屬沉積處理。也就是說，本文描述的方法 和裝置可潛在地用于解決許多類型不想要的金屬或甚至非金屬沉積物和沉積過程。 電鍍裝置
[0064] 因此，這里描述了用于清潔半導(dǎo)體襯底電鍍設(shè)備的方法和裝置，并更具體地涉及 這些設(shè)備的襯底保持器。圖2A給出可適用所披露的清潔方法和裝置的半導(dǎo)體襯底電鍍裝 置100的立體圖。注意，盡管圖2A示出一特定的襯底電鍍裝置，然而這里披露的清潔方法 和裝置可適用于多種電鍍設(shè)備，并因此當(dāng)前公開不將應(yīng)用限制在圖2A中披露的內(nèi)容。
[0065] 電鍍裝置100具有多個特征，這些特征示出于圖2A并相對于接下來的附圖另行描 述。裝置100包括半導(dǎo)體襯底保持器，它可被稱為"蛤殼"。蛤殼可包括杯102并也包括錐 體103,該錐體103可牢固地將半導(dǎo)體襯底夾持在杯102內(nèi)。
[0066] 在圖2A中，杯102通過支柱104支承，這些支柱104連接至頂板105。被統(tǒng)稱為 杯/錐體組件101的該組件102-105 (有時被稱為蛤殼組件）經(jīng)由主軸106通過電動機107 驅(qū)動。電動機107附連至安裝托架109。主軸106將轉(zhuǎn)矩傳至由杯/錐體組件101保持/ 咬合的半導(dǎo)體襯底（本圖中未示出），以使襯底在處理（例如電鍍）期間轉(zhuǎn)動。在主軸106 內(nèi)可存在空氣圓柱（圖2A中不可見），該空氣圓柱提供在杯102和錐體103之間夾持襯底 的垂直力。被表示為102-109的部件的整體組裝（其包括杯/錐體組件）在圖2A中被統(tǒng) 稱為襯底保持器111。然而要注意，"襯底保持器"的概念總體延及用于咬合/保持襯底和 /或提供其移動和定位的機構(gòu)的部件的多種組合和子組合。
[0067] 另外圖2A中示出傾斜組件112,該傾斜組件112可包括可滑動地連接至第二板 117的第一板115。第一板115也連接至安裝托架109,該安裝托架109位于襯底保持器111 的遠(yuǎn)端上。另外圖2A中示出分別在樞轉(zhuǎn)接頭119U21連接至第一板115和第二板117兩 者的驅(qū)動圓柱113。由此，驅(qū)動圓柱113可提供驅(qū)動力以使板115跨過板117滑動，由此定 位半導(dǎo)體襯底保持器111。襯底保持器111的遠(yuǎn)端（具有安裝托架109的一端）由此可沿 通過板115U17之間的接觸區(qū)定義的圓弧路徑移動，并因此襯底保持器111的具有杯/錐 體組件的近端可相對于虛擬樞轉(zhuǎn)點傾斜。在一些實施例中，這允許半導(dǎo)體襯底具有角度地 進入處理溶液（例如電鍍?。?br> [0068] 整個裝置100經(jīng)由另一致動器（未示出）或者向上或者向下垂直升降以將襯底保 持器111的近端浸沒到處理溶液中。由此，兩分量定位機構(gòu)提供沿與處理溶液（例如電解質(zhì) 電鍍?。┐怪钡能壽E的垂直移動和傾斜移動兩者，所述傾斜移動允許襯底的位置相對于處 理溶液的表面偏離于水平取向以提供成角度的襯底浸沒能力。設(shè)備100的移動能力和相關(guān) 硬件的更詳細(xì)描述記載在2003年4月22日頒證、2001年5月31日提交的題為"METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLED-ANGLE WAFER IMMERSION(對受控制的角度晶片浸沒的方 法和裝置）"美國專利No. 6, 551，487,該文獻出于全部目的全篇地援引包含于此。
[0069] 注意在電鍍期間，裝置100典型地與具有容納陽極和電解質(zhì)的電鍍腔的特定電鍍 單元一起使用。電鍍單元也可包括管道或管道連接以使電解質(zhì)循環(huán)通過電鍍單元并抵達被 電鍍的襯底。該電鍍單元也可包括膜或其它間隔件，它們被設(shè)計成在陽極隔室內(nèi)相對于陰 極隔室保持不同的電解質(zhì)化學(xué)產(chǎn)品。
[0070] 圖2B給出襯底保持器（也被稱為杯/錐體組件或"蛤殼組件"）101的更詳細(xì)圖， 其包括杯122和錐體103的橫截面圖。注意，圖2B中繪出的杯/錐體組件101不打算是比 例上合適地精確的，而是被樣式化以增進下面說明的清楚性的展示。具有杯底102的杯122 支承唇密封件143、觸頭144、總線條和其它元件，并且其本身經(jīng)由支柱104通過頂板105被 支承?？傮w來說，襯底145停靠在唇密封件143上，就在觸頭144之上，觸頭144被配置成支 承襯底145。杯202也包括開口（如圖中標(biāo)示的），電鍍浴溶液可通過該開口接觸襯底145。 注意電鍍發(fā)生在襯底145的前側(cè)142上。由此，襯底145的周緣?？吭诒?02底部向內(nèi)突 起上（例如"刀刃形"邊緣）或更具體地?？吭谖挥诒?02的底部向內(nèi)突起上的唇密封件 143 上。
[0071] 錐體103在襯底145背側(cè)上下壓以配合襯底145并將其保持在位，并在電鍍期間 將襯底浸沒入電鍍浴期間抵靠住唇密封件143地密封它。通過襯底145傳遞的來自錐體 103的垂直力擠壓唇密封件143以形成流體密封。唇密封件143防止電解質(zhì)接觸襯底145 的背側(cè)（在那里它可將污染的金屬原子直接引入到硅中）并防止其到達裝置101的敏感部 件，例如建立與襯底145邊部的電連接的接觸指。這種電連接和關(guān)聯(lián)的電觸頭144 (它們本 身是密封的并受唇密封件保護以不至變濕）用來向暴露于電解質(zhì)的襯底145導(dǎo)電部分提供 電流。總地來說，唇密封件143將襯底145未露出的邊緣部分與襯底145的露出部分隔開。 這兩部分包括彼此電氣連通的導(dǎo)電表面。
[0072] 為了將襯底145裝載到杯/錐體組件101中，錐體103經(jīng)由主軸106從其描繪的 位置抬升，直到在杯102和錐體103之間有足夠的間隙以允許將襯底145插入到杯/錐體 組件101為止。襯底145然后在一些實施例中通過機械臂被插入并允許輕輕地停靠在唇密 封件和杯202上（或附連至杯的相關(guān)部件上，例如下面描述的唇密封件143)。在一些實施 例中，錐體103從其描繪位置上升，直到它接觸頂板105為止。接著，錐體103隨后下降以 擠壓并咬合襯底使其抵靠杯102的邊緣或附連的唇密封件143,如圖2B所示。在一些實施 例中，主軸106既傳輸使錐體103咬合住襯底145的垂直力，又傳輸使杯/錐體組件101和 由杯/錐體組件保持的襯底145轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩。圖2B分別通過實線箭頭150和虛線箭頭152 指示垂直力的方向和轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)取向。在一些實施例中，襯底145的電鍍一般發(fā)生在襯底 145轉(zhuǎn)動時。在某些這樣的實施例中，在電鍍期間轉(zhuǎn)動襯底145有助于取得均勻的電鍍，并 有助于去除金屬累積去除物作為下面詳細(xì)描述的工藝的一部分。
[0073] 在一些實施例中，在杯102和錐體103之間還有額外的密封149,它咬合住杯102 和錐體103的表面以當(dāng)錐體103咬合住襯底145時總體形成基本流體密封。由杯/錐體密 封149提供的額外密封發(fā)揮功能以進一步保護襯底145的背側(cè)。杯/錐體密封149可固定 于杯102或固定于錐體103,由此當(dāng)錐體103咬合住襯底145時咬合住替代元件。杯/錐體 密封149可以是單組件密封或多組件密封。類似地，唇密封件143可以是單部件密封或多 部件密封。此外，多種材料可用來構(gòu)筑密封件143、149,如本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員能理解的 那樣。例如，在一些實施例中，唇密封件由彈性材料構(gòu)成，而在某些這樣的實施例中，由全氟 聚合物構(gòu)成。 具有內(nèi)建唇密封件和/或杯清潔裝置的電鍍裝置
[0074] 這里披露的是電鍍裝置，其包括內(nèi)建清潔裝置（或多個清潔裝置），用以從電鍍裝 置的襯底保持器--尤其從襯底保持器的唇密封件和/或杯底--清潔掉偽金屬沉積物。 然而注意在一些實施例中，清潔裝置本身可以是獨立部件，其被設(shè)計成被安裝在或附連至 預(yù)先存在的電鍍設(shè)備之上。具有襯底保持器320和內(nèi)建清潔裝置310的該電鍍裝置300的 具體例子示出于圖3A和圖3B。除了內(nèi)建清潔裝置310和襯底保持器320,該電鍍裝置300 包括電鍍單元330,該電鍍單元330具有保持電鍍浴流體334的體積332。襯底保持器320 一般具有被安裝在杯324內(nèi)的唇密封件322、可相對于杯324和唇密封件322移動并被配置 成通過將襯底340壓入唇密封件322將襯底340固定在襯底保持器320中的錐體326,并另 外典型地包括多個電接觸指（圖3A和圖3B中未示出），所述電接觸指如前所述地當(dāng)襯底 340被密封在杯324內(nèi)時并由電鍍裝置的電源（同樣在圖3A和圖3B中未示出）提供電荷 時一般受唇密封件322保護。
[0075] 清潔裝置本身--內(nèi)建在或附連/安裝至圖3A和圖3B的電鍍裝置--包括第一 噴嘴314、與第一噴嘴流體連接的第一清潔流體供給導(dǎo)管（未示出）以及噴嘴臂313,第一 噴嘴314固定到噴嘴臂313。在一些實施例中，例如圖3A和3B中展示的實施例中，清潔裝 置310包括噴嘴臂致動器312,其機械地耦合至噴嘴臂313并被配置成在縮回位置和清潔位 置之間移動第一噴嘴314和噴嘴臂313。圖3A示出處于縮回位置的第一噴嘴314和噴嘴臂 313。如圖所示，在縮回位置，第一噴嘴314和噴嘴臂313被定位以使半導(dǎo)體襯底340可位 于唇密封件322上并下降到電鍍單元330的體積332內(nèi)，該電鍍單元330被配置成不物理 地接觸第一噴嘴314或噴嘴臂313地保持電鍍浴流體334。類似地，圖3B示出處于清潔位 置的第一噴嘴314和噴嘴臂313,其中如圖所示，第一噴嘴314被定位以使其基本指向在電 鍍設(shè)備300的唇密封件322和/或杯底325的內(nèi)圓邊。
[0076] 在一些實施例中，例如圖3A和圖3B中所展示的實施例，噴嘴臂致動器312被配置 成通過繞轉(zhuǎn)軸316轉(zhuǎn)動噴嘴臂313在縮回和清潔位置之間移動噴嘴314。當(dāng)噴嘴臂致動器 312繞轉(zhuǎn)軸316轉(zhuǎn)動噴嘴臂313時，噴嘴314繞軸316擺動到至少在開口的垂直邊緣內(nèi)的 位置，如圖3B所示。在圖3A和圖3B所示的例子中，轉(zhuǎn)軸316基本是垂直的，這意味著噴嘴 314基本在水平平面內(nèi)行進。在該例中，噴嘴314相對于唇密封件322和/或杯底325的內(nèi) 圓邊的垂直取向可通過均沿垂直方向移動清潔裝置310或襯底保持器320或兩者而達成。 該垂直方向可對應(yīng)于在電鍍循環(huán)期間保持器的運動。
[0077] 在另一例子中（圖3A和圖3B未示出），轉(zhuǎn)軸相對于垂直方向可以是非零角，并且 繞軸的轉(zhuǎn)動可對應(yīng)于噴嘴或其它清潔設(shè)備的水平運動和垂直運動兩者。在某些實施例中， 電鍍裝置300可被設(shè)計和配置成以這樣一種方式工作，即噴嘴臂313的單獨轉(zhuǎn)動足以將噴 嘴314帶到相對于內(nèi)圓邊的所需的最初位置。在其它實施例中，噴嘴314的垂直移動可經(jīng) 由噴嘴臂致動器312通過噴嘴臂313的垂直運動提供，例如通過噴嘴臂致動器312使得噴 嘴臂313在殼體內(nèi)沿其轉(zhuǎn)軸上下滑動。在某些這樣的實施例中，噴嘴不帶任何顯著旋轉(zhuǎn)運 動的垂直運動可足以將噴嘴帶到足夠靠近內(nèi)圓邊的位置以進行清潔操作。在一些實施例 中，清潔裝置310可包括可延伸噴嘴臂，該噴嘴附連在一端，并且噴嘴臂的延伸是將噴嘴帶 到足夠靠近內(nèi)圓邊的位置以進行清潔操作所需的全部。噴嘴臂可相對于其支承結(jié)構(gòu)或殼體 沿其軸線延伸來完成這個。同樣，在前面的全部內(nèi)容中，要理解圖3A和圖3B中的噴嘴314 可用不同類型的清潔設(shè)備代替，例如刷子或棉簽，用以根據(jù)實施例施加清潔溶液。如此，以 各種類型清潔設(shè)備取代噴嘴314落在本公開的范圍內(nèi)。
[0078] 由此，圖3A示出在其電鍍模式下的電鍍裝置300,而圖3B示出處于其清潔模式下 的電鍍裝置300,并且如這些附圖中所示，襯底保持器320可根據(jù)電鍍裝置的模式在電鍍裝 置300內(nèi)不同垂直位置之間移動。具體地說，圖3A示出襯底保持器320,其垂直地定位在電 鍍位置并保持襯底340以使被電鍍在其上的襯底340的表面位于電鍍單元330的體積332 內(nèi)，該電鍍單元330保持電鍍浴流體334。在該位置，晶片保持器320支承襯底340并使其 浸沒入電鍍浴流體/溶液334。此外，注意在電鍍模式中，清潔系統(tǒng)310遠(yuǎn)離襯底保持器320 被定位以避免與其在電鍍裝置300內(nèi)的多個位置之間的垂直運動的任何干涉。
[0079] 同樣，圖3B示出垂直地位于電鍍裝置300內(nèi)的清潔位置的空襯底保持器320(即 不保持襯底），其中唇密封件322和/或杯底325相對于清潔裝置310定位以使電鍍金屬沉 積在唇密封件322上和/或杯底325可通過清潔裝置310去除。由于在清潔模式下沒有襯 底出現(xiàn)在襯底保持器320內(nèi)，因此在由襯底保持器320的唇密封件322和/或杯底325的 內(nèi)圓邊限定的襯底保持器的底部內(nèi)具有開口。在圖3B中，包括噴嘴314的一部分清潔系統(tǒng) 310通過該開口突出以使噴嘴314相對于唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊位于預(yù)定位置。也 要注意盡管圖3A和圖3B中未示出，但電鍍裝置300 -般也包括垂直定位或"驅(qū)動機構(gòu)"以 將襯底保持器310定位在不同的上和下以及垂直高度或目標(biāo)位置之間，該目標(biāo)位置中的一 者被稱為裝載位置，用于打開襯底保持器、裝載/卸載襯底并閉合襯底保持器，另一位置被 稱為電鍍位置，其用于將襯底定位到電鍍浴溶液中，另一位置被稱為收回位置，用于從襯底 和襯底保持器去除多余夾帶的流體，另一位置被稱為沖洗位置，用于通過沖洗溶液（例如 水）的噴灑大致地沖洗襯底底部，而另一位置被稱為清潔位置，用于執(zhí)行如這里詳細(xì)說明 的唇密封件清潔操作。
[0080] 在清潔期間清潔設(shè)備相對于唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的預(yù)定位置和定位可 依賴于清潔設(shè)備的類型一即是否為噴嘴和什么類型的噴嘴，或是否為其它類型的清潔設(shè) 備。例如，諸如棉簽和刷子的清潔設(shè)備典型地被定位成與內(nèi)圓邊直接接觸以確保在襯底保 持器轉(zhuǎn)動期間在兩者之間產(chǎn)生至少一些剪切力。另一方面，噴嘴被定位在某一距離以外。此 夕卜，為了防止回濺，噴嘴（例如音速噴嘴和/或高壓噴射噴嘴）可相對于形成內(nèi)圓邊的表面 以直角以外的角度定位。這示出于圖3C，圖3C展示了位置與（假想的唇密封件和/或杯底 的）內(nèi)圓邊321離開某一非零距離的兩個噴嘴314。由此，一般來說，這里披露的清潔裝置 在一些實施例中可包括第二噴嘴。另外，在采用第二噴嘴的某些這樣的實施例中，裝置可附 加地采用與第二噴嘴流體連接的第二清潔流體供給導(dǎo)管。根據(jù)該實施例，兩個噴嘴可連接 至相同或不同的致動噴嘴臂。圖3C中所示的這對噴嘴314相對于內(nèi)圓邊321的法向矢量 具有相等和相反的角度。在某些實施例中，該角度可從大約0°和60°之間變化，或更具體 地在大約30°和45°之間變化。
[0081] 當(dāng)然，圖3C也一般地示出襯底保持器清潔裝置可采用多個清潔設(shè)備，具體地說， 該裝置可采用多個清潔流體分配噴嘴314。然而要注意，當(dāng)多個清潔設(shè)備被用于清潔裝置 時，所有這些可以是相同類型的（例如具有如圖3C所示的多個噴嘴的清潔設(shè)備），但它們不 必定是：清潔裝置根據(jù)該實施例在各種組合（例如音速噴嘴和棉簽的組合）中可采用不同 類型的清潔設(shè)備。也要注意，根據(jù)實施例，可將多個清潔設(shè)備定位在相同支承結(jié)構(gòu)或多個支 承結(jié)構(gòu)上。在采用棉簽和刷子式清潔設(shè)備的實施例中，這些設(shè)備可接收低壓流體流，并且它 們可在清潔的同時轉(zhuǎn)動以在接觸點提供額外的剪切力。此外，拭子或刷子式清潔設(shè)備的最 初位置在該操作中可改變（例如角度、垂直取向、與邊緣的距離）。
[0082] 回到多噴嘴實施例，在一些情形下，例如圖3C中示意地示出的，可以有兩個噴嘴 314,它們粗略地指向內(nèi)圓邊321上的相同點。在一些實施例中，噴嘴314相對于內(nèi)圓邊321 的相應(yīng)角度可粗略地相等，或者它們可如圖3C所示粗略地相等但彼此相反，或者它們可相 對于內(nèi)圓邊具有完全不同的角度。然而，在其它實施例中，多個噴嘴可具有不同的取向并指 向在內(nèi)圓邊上的不同點，例如圖3E中示意地示出那樣。具有不同取向并在不同點擊中內(nèi)圓 邊的多個噴嘴可能有益于提供作用在表面污染物上的不同類型作用力。例如，一片金屬沉 積物可在一端松動但在其另一端良好地附連至內(nèi)圓邊。如果噴嘴以清潔流體流在其下方 受力的方式傾斜，在松動端和邊緣表面之間，片狀物可容易分離并被移除。另一方面，如果 噴嘴成角度以使清潔流體流朝向邊緣表面推壓松動端，則片狀物的去除可變得明顯更具挑 戰(zhàn)。由于不可能預(yù)測污染物將如何分布并附連至表面，因此不同的或可變的噴嘴取向可能 是有利的。此外，即便對于同一噴嘴取向，改變轉(zhuǎn)速甚至襯底保持器的方向也可幫助改變作 用在污染物上的作用力。由此，在某些實施例中，清潔循環(huán)可涉及改變襯底保持器的旋轉(zhuǎn)方 向和/或速度。
[0083] 圖3C示出多個噴嘴，這些噴嘴具有在水平平面內(nèi)改變的取向并具體地相對于內(nèi) 圓邊的法向矢量具有變化的角度。然而，一些實施例可如圖3D所示在不同垂直位置處采用 多個噴嘴，以使從這些噴嘴分配的清潔流體流在不同垂直點沖擊內(nèi)圓邊。此外，在一些實施 例中，例如圖3E中示意地示出的噴嘴的一個或多個噴嘴可相對于內(nèi)部有內(nèi)圓邊的水平平 面垂直地成角度。在這種情形下，噴嘴相對于內(nèi)圓邊的水平平面向下成角度，然而在下面描 述的實施例中（見圖4A和圖4B)，噴嘴可相對于圓形邊的水平平面向上成角度。并且，如圖 3C所示，可具有相對于內(nèi)圓邊的法向矢量的角度變化可比擬地相對于內(nèi)圓邊的水平平面變 化的垂直角的多個噴嘴。另外（如下文中更完全描述的），單個噴嘴可在清潔操作期間被重 定位和/或重取向以在同一清潔操作/循環(huán)期間指向不同角度和/或內(nèi)圓邊上的不同點。 在這種情形下，單個噴嘴可有效地提供與成組的噴嘴相同的功能。
[0084] 在一些實施例中，清潔裝置310的噴嘴（或多個噴嘴）314可以是噴射噴嘴--以 噴射流式流動分配清潔流體的噴嘴--但可分配較低速度流體的其它類型噴嘴也可適宜 地用于所披露的清潔裝置。例如，在一些情形下，具有傳播音速波的、更具體地傳播兆音速 波的較低速流體（即從"兆音速波噴嘴"分配的流體）可提供有效的清潔溶液。在具體實 施例中，清潔裝置可包括兆音速清潔系統(tǒng)，例如由德國Neuenbiirg的Sonosys或加利福尼亞 州的Campbell的Prosys提供的。兆音速清潔系統(tǒng)可配有抗腐蝕線路和噴嘴，并典型地配 有兆聲波功率發(fā)生器，該發(fā)生器將50/60HZ的主電壓轉(zhuǎn)換為大約700kHz和4MHz之間的頻 率。由此，當(dāng)分配清潔溶液時，兆聲波功率發(fā)生器被用來在噴嘴內(nèi)的清潔溶液中產(chǎn)生兆聲波 (具有大約〇. 7MHz和4MHz之間的頻率）。兆聲波功率發(fā)生器的頻率和結(jié)果得到的兆聲波 可針對特定清潔應(yīng)用根據(jù)需要被調(diào)整。所使用的功率可以在大約〇. 5瓦/平方厘米和2瓦 /平方厘米之間。占空比可包括在大約5-20%功率開之間和大約85-95%功率關(guān)之間（例 如10%開和90%關(guān)）。這種兆聲波清潔系統(tǒng)一般基于附于板上的壓電換能器，被設(shè)置在含 清潔流體的罐的外側(cè)。換能器產(chǎn)生通過流體傳播的高頻波。沿波的每個點在最大和最小 壓力之間振蕩。當(dāng)壓力最小值低于流體的蒸氣壓時，在流體中形成氣泡。當(dāng)壓力增加至最 大壓力時，氣泡向內(nèi)瓦解，由此當(dāng)流體沖入以填充由瓦解的氣泡留下的空穴時發(fā)出強烈的 能量震波。這種能量被稱為空化能量，并在一些實施例中，很適于從內(nèi)圓邊去除微?；蛭廴?物。相關(guān)地，當(dāng)使用兆聲波功率以提高清潔溶液的效率時，溶解氣體（氮、氧等）可被添加 至清潔溶液以增加流體流中的空化量（如剛才描述的）。因此，在某些實施例中，兆聲波噴 嘴（即分配具有傳播的兆聲波的清潔流體的噴嘴）可提供對極脆弱微結(jié)構(gòu)和材料（例如唇 密封件的內(nèi)圓邊）的平滑清潔，所述極脆弱微結(jié)構(gòu)和材料經(jīng)常產(chǎn)生自軟的和易損的聚合物 材料，具有諸如唇突起的相對小的特征。盡管相信超聲清潔對于這類清潔應(yīng)用而言過于粗 略并具有破壞性，但兆聲波清潔可提供有效的和更輕柔的替代。此外，兆聲波噴嘴相比超聲 清潔允許去除小得多的粒子一這對于從唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊去除潛在的電鍍晶 核而言是尤為重要的事實。超聲清潔噴嘴的尖部可被定位在離內(nèi)圓邊的最近點大約0. 5和 3毫米之間的距離上，更具體地離內(nèi)圓邊大約1和2毫米之間。這些距離范圍可至少確保有 足夠的距離以使流體流以某一最小期望流體速度離開噴嘴，同時仍然足夠靠近內(nèi)圓邊以防 止（兆）聲波降解效果的顯著消散。下面將更詳細(xì)地描述噴嘴（或多個噴嘴）314相對于 唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的進一步特定的預(yù)定位置（包括距離和取向），這可依賴于噴 嘴314的類型。
[0085] 為了從圖3A所示的電鍍裝置的電鍍模式（和襯底保持器的電鍍位置）向圖3B所 示的清潔模式（和襯底保持器的清潔位置）轉(zhuǎn)變，襯底保持器320首先通過將襯底保持器 320沿垂直方向抬升至裝載位置而從保持電鍍浴流體/溶液334的電鍍單元330的體積332 被去除。然后打開襯底保持器320,并且襯底320從襯底保持器310被卸載，這使襯底保持 器320的底部開啟，由此使唇密封件322和/或杯底325的內(nèi)圓邊露出。清潔裝置310隨 后將噴嘴314定位在相對于唇密封件322和/或杯底325的內(nèi)圓邊的預(yù)定清潔位置。這可 涉及單獨移動清潔裝置310的一個或多個部件（例如噴嘴臂致動器312或一般連接至噴嘴 等的臂或腳）和/或?qū)⑶鍧嵮b置本身的大部分向上或向下移動。替代地，它可涉及清潔裝 置310的一個或多個部件（例如噴嘴臂致動器312、噴嘴臂313和噴嘴314)結(jié)合襯底保持 器320的移動的組合移動。在一些實施例中，噴嘴臂致動器312被配置成繞旋轉(zhuǎn)中心316 轉(zhuǎn)動噴嘴臂313,由此將噴嘴臂313和噴嘴314在前述縮回位置和清潔位置之間移動。在一 些實施例中，一旦處于其清潔位置，噴嘴314被定位在襯底保持器320下面并落在開口的垂 直周緣內(nèi)。襯底保持器320可隨后被降低和/或噴嘴臂313和噴嘴314可上升以相對于唇 密封件和/或杯底定位噴嘴314,以使噴嘴基本指向唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊。
[0086] 圖4A和圖4B示出了電鍍裝置的另一實施例，該電鍍裝置包括內(nèi)建清潔裝置，用于 從電鍍裝置的襯底保持器（尤其是從襯底保持器的唇密封件和/或杯底）清潔偽金屬沉積 物。同樣，盡管清潔裝置在這里被描述為電鍍裝置的內(nèi)建部件，然而在一些實施例中，清潔 裝置本身可以是被設(shè)計成擬被安裝以用于先前存在的電鍍設(shè)備的獨立部件。
[0087] 本質(zhì)上，圖4A和圖4B均示意地示出了相同的電鍍裝置400,其區(qū)別在于圖4B所示 裝置的透視圖使裝置從圖4A給出的透視圖轉(zhuǎn)過大約90°，從而提供清潔裝置410的不同視 圖。除了清潔裝置410,電鍍裝置400具有：襯底保持器420 (經(jīng)常被稱為"蛤殼"或"蛤殼 組件"或"杯-錐體組件"具有用于保持電鍍浴流體434的體積的電鍍單元430 ;以及可 圍住電鍍裝置的上部（例如當(dāng)襯底被裝載時圍住襯底保持器420)的"頂蓋"433。襯底保 持器420通常包括：安裝在具有杯底425的杯424中的唇密封件422、可相對于杯424和唇 密封件422移動并被配置成通過將襯底（未示出）壓入到唇密封件422中而將襯底440固 定在襯底保持器420中的錐體426。
[0088] 在一些實施例中，例如圖4A和圖4B所示的實施例，杯424由杯支柱428支承并附 連至杯和錐體升降機（未示出，但位于錐體426之上）。被支柱428經(jīng)過錐體426的一部 分，這允許錐體相對于杯424經(jīng)由氣動機構(gòu)（未示出的機構(gòu)）上、下移動。由此，蛤殼組件 (或襯底保持器）可閉合以將襯底（未示出）密封，使其外周抵靠住唇密封件422。當(dāng)錐體 426處于縮回/上位置并因此蛤殼組件（或襯底保持器）處于如圖4所示的開啟配置時， 可將襯底裝載到蛤殼組件內(nèi)并使其?？吭诖矫芊饧?22上。一旦襯底?？吭诖矫芊饧?22 上，杯支柱428可被擠壓（即移動通過錐體426)以使杯424和錐體426彼此朝向?qū)Ψ降匾?動--這是為了將錐體426的底表面壓靠向襯底的背表面以使襯底另一側(cè)（即擬被電鍍的 一側(cè)）的外周壓靠向唇密封件422,從而形成流體密封。
[0089] 襯底保持器420也典型地包括多個電觸頭（圖4A和圖4B中未示出），它們在電鍍 操作期間經(jīng)由電鍍裝置（同樣在圖4A和圖4B中未示出）的電源向襯底440提供電荷。在 一些實施例中，電觸頭被形成為電接觸指，但其它形狀/類型的電引線也可向襯底提供電 流。如前面指出的，在電鍍期間，電觸頭一般受形成在襯底440和唇密封件422之間的流體 密封保護，該流體密封在電鍍期間保持電鍍?nèi)芤翰唤佑|襯底的背側(cè)并遠(yuǎn)離電觸頭。如果未 正確密封，電觸頭可變得以不均勻地增加襯底/觸頭電阻的電鍍浴金屬電鍍，可能受電鍍 溶液的腐蝕效果損害，或提取可能以其它方式終結(jié)在襯底外周的電流，所有這些將降低電 鍍過程的質(zhì)量、均勻性和再現(xiàn)性。在一些實施例中，噴嘴314被用來例如通過改變噴嘴相對 于電觸頭的高度并視情況調(diào)節(jié)清潔流體的流動、襯底保持器轉(zhuǎn)速、清潔溶液化學(xué)性質(zhì)和其 它參數(shù)而執(zhí)行電觸頭的清潔。
[0090] 一旦襯底被裝載并密封在襯底保持器內(nèi)（即由杯424和錐體426咬合并抵靠住唇 密封件422密封），襯底保持器（或蛤殼組件）的近端準(zhǔn)備下降至電鍍浴內(nèi)。電鍍浴包括 被包含在電鍍裝置400的電鍍單元430內(nèi)的電解質(zhì)溶液，該電鍍單元430保持（或具有體 積以保持）電鍍浴流體434。在一些實施例中，電鍍單元430 (在一些實施例中也被稱為下 外單元約束腔）可包括陽極腔436和HRVA (高阻虛擬陽極）電流分配控制器和流動擴散器 438,如美國專利No. 7, 967, 969、7, 622, 024和8, 308, 931中記載的那樣，這些文獻出于所有 目的全篇地援引包含于此。在電鍍操作期間，蛤殼組件被下降到用于保持電鍍浴流體434 的電鍍單元的體積432中，以使襯底的工作表面（向下表面）降低至電鍍浴流體/溶液434 的流體頁面435以下，由此使晶片的工作表面浸沒到電鍍?nèi)芤褐?。例如，參見圖8B :具體地 說，電鍍單元430、陽極腔436、HRVA電流分配控制器和流動擴散器438、電鍍單元430的體 積432、電鍍浴流體434以及可以看到剛好高過圖8B中的襯底440的位置的電鍍浴流體頁 面435 (即，襯底440的底表面被浸沒到電鍍浴流體434中）。
[0091] 現(xiàn)在參見清潔裝置本身，如圖4A、4B和圖5A-?所示，清潔裝置410包括噴嘴414、 與噴嘴414流體連接的清潔流體供給導(dǎo)管417 (見圖5C和圖以及噴嘴414固定至的噴 嘴臂413。在一些實施例中，例如圖4A、4B和圖5A-5D中展示的實施例中，清潔裝置410包 括噴嘴臂致動器412,其機械地耦合至噴嘴臂413并被配置成在縮回位置和清潔位置之間 移動第一噴嘴414和噴嘴臂413。
[0092] 這些縮回和清潔位置進一步示出于圖5A-5D，圖5A-?展示清潔裝置420的一個實 施例的特寫圖--以頂蓋433的空間背景觀察，但不脫離電鍍裝置400的其它部件而觀察。 圖5A示出當(dāng)噴嘴和噴嘴臂處于其縮回位置時噴嘴414、噴嘴臂413和噴嘴臂致動器412相 對于頂蓋433的定向。圖5B示出噴嘴414和噴嘴臂413處于其清潔位置下的相同部件。圖 5C和圖?分別展示同樣在其縮回和清潔位置下噴嘴414和噴嘴臂413的一個實施例的特 寫照片。從圖5C和圖?可以看出，在該實施例中，清潔流體通過流體供給管線417被傳遞 至噴嘴414,該流體供給管線417沿噴嘴臂413的外側(cè)行進。在其它實施例中，噴嘴臂413 本身可作為清潔流體的導(dǎo)管，由此使這部分供給管線變得多余。示意地示出于圖3A和圖3B 中的這些實施例以相同方式配置。
[0093] 同樣從圖5C和圖?中明顯看到，在該實施例中，噴嘴臂413是圓弧形的并通過噴 嘴臂致動器412繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)以在縮回位置和清潔位置之間移動噴嘴和噴嘴臂，反之亦然。 為了這樣做，噴嘴臂致動器412使噴嘴臂413移動通過頂蓋433內(nèi)的旋轉(zhuǎn)通孔466。注意在 該實施例中，這種旋轉(zhuǎn)運動是將噴嘴414從其縮回（和/或"儲存"和/或"停駐"）位置帶 到其清潔（和/或擴張和/或延伸）位置并再次回來所需的全部。同樣，類似于圖3A和圖 3B所示的例子，轉(zhuǎn)軸在這里基本是垂直的，這意味著噴嘴414基本在水平平面內(nèi)行進。且同 樣，在一些實施例中，噴嘴414相對于唇密封件422和/或杯底425的內(nèi)圓邊的垂直取向可 通過沿垂直方向移動襯底保持器420而達成。然而，在其它實施例中，轉(zhuǎn)軸可能不是嚴(yán)格垂 直的并因此噴嘴414繞軸線的轉(zhuǎn)動將造成噴嘴的垂直位移，該垂直位移可能有助于將噴嘴 314帶到足夠靠近唇密封件422和/或杯底423的內(nèi)圓邊以執(zhí)行清潔操作。
[0094] 從圖5A和圖5B也要注意，從這些圖中可見的頂蓋433的圓直徑來判斷，在噴嘴 414如圖5A和圖5B所示地處于其縮回位置的狀態(tài)下，適當(dāng)尺寸的半導(dǎo)體襯底可沿頂蓋433 和電鍍單元430的中軸線下降，并經(jīng)過縮回的噴嘴414而不物理地接觸噴嘴414或噴嘴臂 413。相反，在噴嘴414如圖5C和圖?所示處于其清潔位置的狀態(tài)下，噴嘴414和噴嘴臂 413將看上去阻擋半導(dǎo)體襯底嘗試下降至電鍍單元430的路徑，在所述電鍍單元430內(nèi)保 持電鍍流體。然而，當(dāng)噴嘴414和噴嘴臂413處于圖5C和圖?所示的清潔位置時，噴嘴被 取向以使其基本指向電鍍設(shè)備400的唇密封件422和/或杯底423的內(nèi)圓邊，如圖4A和圖 4B所示。
[0095] 注意，圖4A、4B和圖5A-?統(tǒng)一地示出在縮回位置和清潔位置之間實現(xiàn)噴嘴414 和噴嘴臂413的移動的一種機構(gòu)，并且圖3A和圖3B不出了另一種，然而，許多其它相關(guān)的 噴嘴定位方案和實施例也是可行的并落在本文披露的創(chuàng)新性理念的范圍內(nèi)。 最小化清潔溶液進入電鍍浴的配置
[0096] 對于這里披露的采用分配清潔流體/溶液的噴嘴的電鍍/清潔裝置，清潔流體的 流動（至唇密封件和/或杯底）一般在襯底保持器位于清潔位置時被分配，該清潔位置是 典型地在電鍍?nèi)芤赫戏降奈恢?。因此，在清潔操作期間存在危險，即清潔溶液可去除的金 屬沉積物可能落入電鍍浴并污染電鍍?nèi)芤?。在一些實施例中，為了防止這種情況發(fā)生，襯底 保持器可連續(xù)地轉(zhuǎn)動以使離心力起作用以迫使清潔溶液/流體從內(nèi)圓邊和底部開口離開 并朝向電鍍裝置的區(qū)域而不是電鍍浴區(qū)域--落入朝向電鍍單元的壁，在那里清潔流體可 從電鍍浴中排走。
[0097] 與本方法一致，一些實施例清潔裝置可采用一些類型的結(jié)構(gòu)、設(shè)備或部件以幫助 將用過的清潔流體/溶液移離電鍍浴。例如，圍住電鍍裝置內(nèi)部的外周的環(huán)形流體收集結(jié) 構(gòu)/設(shè)備、部件可用來捕捉和捕獲用過的清潔流體，該用過的清潔流體已通過由保持器轉(zhuǎn) 動產(chǎn)生的離心力沿徑向向外施力。
[0098] 作為其一個例子，注意在一些電鍍裝置中，優(yōu)選地采用回收罩（為了回收電鍍流 體并使其返回到電鍍?。┮约皼_洗罩（為了使用過的沖洗溶液流離電鍍?。Ｈ欢?，在一些 實施例中，這些部件實現(xiàn)到額外的目的使用過的清潔流體/溶液（包括任何去除的金屬沉 積物，或者是溶解的或者作為微粒）轉(zhuǎn)向離開電鍍浴，由此防止電鍍浴的污染。這種回收罩 實施例460和沖洗罩實施例470示出于圖4A和圖4B，并且這些部件將在下面參照圖8A、圖 8B和圖8C進一步作更詳細(xì)的描述?；厥照?60和沖洗罩470也許在圖5A和圖5B中展示 的剖視圖中最清楚地看到。盡可能簡潔地，這些部件中的每一個包括圍繞電鍍裝置內(nèi)部的 徑向外周并沿徑向向外方向向下傾斜的架。每個架具有用來反射任何向下沖擊的流體的下 表面以及用來捕捉由于與其上方的電鍍裝置的內(nèi)部區(qū)的沖擊造成的滴落在其上的任何流 體的上表面。達成這個的徑向向下和向外傾斜可從圖4A、圖4B和圖8A-8C中看到。注意， 下表面和上表面可以是完美平坦的或可能只是基本平坦的，或可能具有一些（非平坦）輪 廓，這有助于引導(dǎo)沖擊流體或扮演一些其它的結(jié)構(gòu)角色（例如這些圖中所示的回收罩460 的底表面對其具有非平坦輪廓）。如所述那樣，上表面用來捕獲流體，并為了防止表面因采 集的流體而溢流，排水口一般可從這些上表面流體地到達。在一些實施例中，排水口可以是 在上表面對導(dǎo)管（管道等）開口內(nèi)的孔，該導(dǎo)管給出遠(yuǎn)離電鍍浴的流體路徑。在其它實施 例中，排水口可以是在電鍍裝置靠近回收或沖洗罩的上表面的內(nèi)壁中的孔，這同樣導(dǎo)致導(dǎo) 管呈現(xiàn)出遠(yuǎn)離電鍍浴的流體路徑。在任何情況下，由于這些罩部件的上表面總體起到使流 體遠(yuǎn)離電鍍浴轉(zhuǎn)向的作用，因此它們可起到防止一些（或全部）用過的清潔流體（或任何 溶解的和/或微粒金屬）進入電鍍浴。在圖4A、4B和圖8A-8C所示的實施例中，起到這個 作用的是沖洗罩470的上表面。
[0099] 當(dāng)然，因為任何流體采集部件起到聚集用過的清潔流體的作用，由此防止其進入 電鍍浴，必須使清潔流體進入流體采集部件（和/或在其之上）。流體通過由襯底轉(zhuǎn)動產(chǎn)生 的離心力的徑向向外加速，如前所述，將有助于達成這個目的。然而，當(dāng)噴嘴被用來分配清 潔流體時，這另一方面是噴嘴（或多個噴嘴）的類型和/或配置的明智選擇以及噴嘴相對 于唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的取向的選擇（例如從噴嘴尖端至內(nèi)圓邊的距離、噴嘴角 等）。同樣重要的是各流體流參數(shù)（流體流率、流體流體積、流體速度、噴嘴壓力等）的明智 選擇。結(jié)合襯底保持器轉(zhuǎn)速（并因此唇密封件和杯底轉(zhuǎn)速），所有這些音速確定了用過的 清潔流體在其離開來源（例如噴嘴）之后并隨后繼續(xù)在唇密封件和杯底周圍和之上流動的 目的地。在一些實施例中，例如圖4A、圖4B、圖8A-8C示意地示出的實施例中，前述音速的 適當(dāng)選取/選擇導(dǎo)致清潔流體離開噴嘴414,接觸唇密封件422和/或杯底425的內(nèi)圓邊， 有效地清潔唇密封件422和/或杯底425并去除金屬沉積物，并隨后繼續(xù)在內(nèi)杯表面上流 動，在杯支柱428之間流動到其頂部之上，并隨后最終降落到回收罩460的上表面或沖洗罩 470的底表面，在那里流體可遠(yuǎn)離電鍍浴被安全地排出。
[0100] 應(yīng)對用過的清潔溶液對電鍍浴的潛在污染的另一方式（可與襯底轉(zhuǎn)動結(jié)合）是采 用可縮回清潔罩以捕獲在清潔操作期間可能從電鍍襯底保持器下落的任何用過的清潔流 體。如圖6所示，可縮回清潔罩380可位于電鍍單元330保持電鍍浴流體334的體積332 之上，并位于用來分配清潔溶液的任何噴嘴314之下，并當(dāng)襯底保持器320位于清潔位置時 也位于襯底保持器320之下?？煽s回清潔罩380 -般具有展開配置和縮回配置，其中在縮 回配置中，襯底保持器320可從清潔或裝載位置移動至電鍍位置而不受清潔罩380的物理 妨礙，而在展開配置中，清潔罩380防止從噴嘴314分配的清潔流體落入電鍍單元330保持 電鍍浴流體334的體積332中。在一些實施例中，處于其擴張配置下的清潔罩380如圖6 所示朝向開口的中心延伸過噴嘴314。在某些實施例中，在其擴張配置下通過可縮回清潔 罩380形成的開口 382的直徑小于唇密封件322和杯底325的內(nèi)圓邊的直徑的大約75%。 在某些實施例中，處于擴張配置下的可縮回清潔罩的開口的直徑可小于唇密封件322和杯 底325的內(nèi)圓邊的直徑的95%、85%、75%、65%、55%、45%、35%、25%或15%。如此，即 使一些用過的清潔流體/溶液從內(nèi)圓邊或從襯底保持器320的任何底表面滴落，可縮回清 潔罩380將仍然可能捕獲用過的清潔流體并防止其污染電鍍浴。
[0101] 然而，即使電鍍裝置300配有可縮回清潔罩380,襯底保持器320和某些實施例中 可縮回清潔罩380本身可轉(zhuǎn)動以使如此產(chǎn)生的離心力迫使用過的清潔溶液/流體遠(yuǎn)離內(nèi)圓 邊和底部開口，并如前所述地朝向電鍍裝置的區(qū)域而不是電鍍浴區(qū)域。然而，由于可縮回 清潔罩380的存在，轉(zhuǎn)速可顯著低于其中主要依賴離心力來防止用過的清潔溶液污染電鍍 浴的前面給出的例子中的轉(zhuǎn)速。此外，盡管特定電鍍裝置可結(jié)合諸如回收罩460或沖洗罩 470 (如前所述）的流體采集部件地采用可縮回清潔罩380,然而一般可接受的是通過這些 部件采集用過的清潔溶液的較少部分，因為可縮回清潔罩380可本質(zhì)上為電鍍浴提供后備 保護。
[0102] 在一些實施例中，清潔罩380是略呈圓錐形的光圈機構(gòu)，它可被至少打開或閉合 至尺寸以覆蓋杯底和唇密封件的內(nèi)徑下面的突出表面。這種可縮回光圈類型或光圈快門清 潔罩380可包括數(shù)個薄的可移動葉片，它們可根據(jù)電鍍裝置300處于清潔模式（其中襯底 保持器320位于清潔位置）還是處于電鍍模式而改變由罩形成的開口的尺寸。葉片可被配 置成一旦可縮回罩縮回和展開則在彼此之上滑動，以使葉片產(chǎn)生可變尺寸的基本圓形開口 (或某些其它形狀）。在電鍍循環(huán)期間，可縮回清潔罩380可被配置成形成大開口，該大開 口允許襯底保持器320移動通過罩380并進入/離開電鍍浴溶液334。在清潔循環(huán)期間，可 縮回罩380可形成較小的開口并延伸過唇密封件322和杯底325的內(nèi)圓邊，如圖6所示。 清潔電鍍襯底保持器的方法&采用自動化襯底保持器清潔操作的電鍍方法
[0103] 這里也披露了將金屬電鍍到多個半導(dǎo)體襯底上的方法，其中周期地施加清潔操作 以從用來執(zhí)行電鍍方法的電鍍裝置的襯底保持器的唇密封件和/或杯底去除偽金屬沉積 物（通常是錫銀合金沉積物）。這些電鍍裝置前面已詳細(xì)描述過，并如前所述地一般采用具 有唇密封件和杯底的襯底保持器，所述唇密封件和杯底在一系列半導(dǎo)體襯底電鍍過程中可 能聚集錫銀沉積物。因此，這里披露了電鍍方法，該電鍍方法包括：將金屬電鍍到第一組的 一個或多個襯底上；定期地作出是否在電鍍第一組襯底時執(zhí)行去除聚集在唇密封件和/或 杯底上的金屬沉積物的清潔操作的判斷；如果準(zhǔn)許清潔操作，中斷這一系列電鍍操作以執(zhí) 行清潔操作；并在執(zhí)行清潔操作之后，繼續(xù)在第二組的一個或多個襯底上電鍍相同的金屬。
[0104] 典型地，確定是否執(zhí)行清潔操作涉及評價唇密封件和/或杯底上是否已有足夠的 金屬沉積物累積來準(zhǔn)許清潔，或者在一些實施例中評價是否已具備足以準(zhǔn)許清潔的累積的 可能性。下面將更詳細(xì)地說明評價是否可能已具有足夠累積的各種方法、技術(shù)、經(jīng)驗法則、 電鍍閾值、襯底閾值和潛在的其它度量。一般來說，這里的清潔涉及預(yù)防性維護程序和過程 以避免或延遲災(zāi)難性的杯底電鍍，這些完全有害的事件和結(jié)果如圖1D-1至圖4所示。
[0105] 利用定期清潔操作的電鍍多個半導(dǎo)體襯底的這些方法可采用本文描述的任何可 適用的清潔方法，這些方法工作以去除在之前電鍍操作過程中聚集在唇密封件和/或杯底 上的金屬沉積物。在一些實施例中，這些清潔操作利用相對于唇密封件和杯底的內(nèi)圓邊以 特殊方式（將在下面更詳細(xì)地描述）定位的流體分配噴嘴（也將在下面更詳細(xì)地描述）。 例如，唇密封件和/或杯底清潔方法可包括：相對于唇密封件和/或杯底定位噴嘴以使噴嘴 基本指向在唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；轉(zhuǎn)動唇密封件和杯底；以及分配清潔溶液流以 使清潔溶液流在唇密封件和/或杯底轉(zhuǎn)動時接觸唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊，由此從唇 密封件和/或杯底去除金屬沉積物。在一些實施例中，在大約5和40米/秒之間的流體速 度下分配清潔溶液流，并在某些這樣的實施例中，分配的流體流可具有與唇密封件和杯底 的旋轉(zhuǎn)方向相反的速度分量，但有關(guān)可能的流體流速度、噴嘴取向等的額外細(xì)節(jié)將在下文 中更詳細(xì)地予以描述。然而要注意，在一些實施例中，尤其是采用反轉(zhuǎn)襯底的這些流體速度 的實施例來說，僅僅蒸餾、去離子水的清潔溶液可能是有效地從唇密封件和/或杯底去除 金屬沉積物所需要的全部。
[0106] 圖7中示意地示出定期地采用從襯底保持器去除金屬沉積物的方法的電鍍一系 列半導(dǎo)體襯底的一實施例方法。盡管圖7的流程圖示出一系列步驟，但本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員 將理解，在本公開的范圍內(nèi)可以對順序作出一些變化，包括視情況省去一個或多個步驟。注 意，圖7中示意地示出的電鍍方法采用若干步驟，將電鍍裝置的襯底保持器（并因此裝載在 襯底保持器中的襯底）定位在電鍍裝置內(nèi)的多個垂直位置。這些垂直位置中的若干個被示 意地示出在圖8A、圖8B和圖8C中，每副圖示出了垂直地定向在電鍍裝置內(nèi)的襯底保持器。 也要注意，圖8A-8C示意地示出的電鍍裝置與圖4A-4B中示出的裝置基本相同，并且圖4A 和圖4B中示出的襯底保持器的清潔位置也將在下面對具體方法的描述中予以參考。
[0107] 因此，圖7中示意地示出的電鍍方法700開始于710,將新襯底440裝載入圖4A、 4B、8A、8B和圖8C的電鍍裝置400內(nèi)。（步驟720)注意，在這之前可移動襯底保持器420 (在 這里也稱蛤殼組件）至裝載位置（步驟705)，如果尚未如此定位就緒的話--處于其裝載 位置的電鍍裝置400示意地示出在圖8A中。一旦襯底保持器/蛤殼組件420處于裝載位 置，通過開啟蛤殼組件（杯支柱428延伸以使杯424與錐體426分離）以接納襯底440來裝 載襯底440,同樣如圖8A所示。接著閉合蛤殼組件（杯支柱428縮回以使錐體426咬合住 襯底440,由此將其壓靠在杯424的唇密封件422以形成密封）并降低到圖8B所示的電鍍 位置（步驟722)，襯底440的工作表面低于電鍍浴434的流體頁面435。通過襯底440與 電鍍?nèi)芤?34接觸，電流經(jīng)由接觸元件（未示出）被施加至此，并且金屬（例如銀錫合金） 被電鍍在襯底440的工作表面上（步驟724)。
[0108] 當(dāng)電鍍結(jié)束時，蛤殼組件/襯底保持器420在電鍍單元430內(nèi)上升至回收位置（步 驟726)，在那里襯底440和襯底保持器420高于電鍍浴434的流體液面，但襯底440低于 回收罩460(注意該回收位置未被明顯地示出在任何裝置圖中，但示出于圖7中）。在該位 置，襯底和襯底保持器以大約200和600RPM之間的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動大約1秒和10秒之間（例如 400RPM達4秒）以去除附著于襯底和/或襯底保持器的任何剩余電鍍?nèi)芤?。（步驟726)從 襯底和襯底保持器的自旋產(chǎn)生的離心力使得附著的電鍍?nèi)芤核﹄x襯底和/或襯底保持器， 然而，襯底和襯底保持器典型地想和對于回收罩460垂直地定位以使甩離的電鍍?nèi)芤簺_擊 回收罩460以返回到電鍍浴434。
[0109] 接著，襯底440和襯底保持器420垂直地上升至圖8C所示的沖洗位置（步驟730)， 其中襯底440位于回收罩460之上，但在沖洗罩470之下。在該位置，襯底和襯底保持器在 以大約200和600RPM之間的轉(zhuǎn)速自旋大約1秒和10秒之間的時間（例如400RPM達4秒） (步驟732)時被噴灑以沖洗溶液，并由于垂直位置，沖洗溶液和稀釋電解質(zhì)往往朝向在回 收罩460之上但在沖洗罩470之下的頂蓋433區(qū)域被甩離襯底和襯底保持器，由此導(dǎo)致用 過的沖洗溶液和稀釋的電解質(zhì)聚集在回收罩460的上表面。
[0110] 當(dāng)已聚集足夠的溶液時，用過的沖洗溶液和稀釋的電解質(zhì)通過排放口 462從回收 罩460的上表面被排出，這最清楚地示出在圖8A和圖8C中。注意，排放口 462是頂蓋433 壁上的切口，但由于電鍍裝置400的視角示意地示出在圖8A和圖8C中，因此排放口 462出 現(xiàn)在后面并從回收罩460出現(xiàn)在圖8A和圖8C前景中的部分轉(zhuǎn)離。
[0111] 在這些步驟結(jié)束的情況下，襯底440和襯底保持器420返回到圖8A的裝載位置 (步驟734)，襯底保持器被開啟（通過伸出杯支柱428)，并且移除目前電鍍的襯底440 (步 驟 736)。
[0112] 就在此時，采用自動化清潔程序的一些實施例電鍍方法將利用作決策過程以確定 是否在唇密封件和/或杯底上可能已有足夠的金屬沉積物累積以準(zhǔn)許發(fā)起自動化襯底保 持器清潔操作。（步驟740)根據(jù)該實施例，多個因素中的一個或多個可在關(guān)于是否發(fā)起自 動化清潔操作的決策中被考慮。例如，在一些實施例中，自動化清潔將在自從最近一次清潔 操作開始已對預(yù)定數(shù)量的襯底進行電鍍之后發(fā)起。在某些這樣的實施例中，襯底的預(yù)定數(shù) 目是從1-200的范圍選擇的數(shù)，或者從1-100的范圍選擇的數(shù)，或者從1-50的范圍選擇的 數(shù)，或者從1-25的范圍選擇的數(shù)。例如，在某些實施例中，在對每個晶片作電鍍之后或在對 每第25個晶片作電鍍后或在對1個和25個之間的某一數(shù)量的晶片作電鍍之后執(zhí)行清潔。 在某些實施例中，根據(jù)自從最近一次清潔操作起被電鍍的襯底的布圖表面積與未布圖表面 積之比選擇襯底的預(yù)定數(shù)目。在某些實施例中，襯底的預(yù)定數(shù)目是根據(jù)在襯底的外周附近 的部分電鍍區(qū)而選擇的。襯底布圖界定襯底表面上的開放（未布圖）區(qū)域的程度影響這種 部分電鍍。高比例的開放可電鍍區(qū)往往被更厚地電鍍，涉及更大的電流流動，并因此一般更 快地聚集唇密封件和杯底沉積物。當(dāng)然，在唇密封件和杯底上的金屬沉積物聚集的速率也 一般依賴于（厚電鍍的）開放區(qū)與唇密封件和杯底的接近性。因此，在一些實施例中，在清 潔之間擬被電鍍的襯底的預(yù)定數(shù)目是根據(jù)每一襯底上的百分比開放區(qū)域和開放區(qū)域離襯 底邊緣的距離而設(shè)定的。
[0113] 在一些實施例中，可測量（或估計）自從最近一次清潔操作起經(jīng)由電鍍被轉(zhuǎn)移至 襯底的電荷量，并隨后將其用來確定是否準(zhǔn)許清潔操作。由此，在一些實施例中，如果自從 最近一次清潔操作起超過預(yù)定量的電荷已經(jīng)由電鍍被轉(zhuǎn)移至襯底，則確定準(zhǔn)許清潔操作。 在某些這樣的實施例中，預(yù)定量的電荷是從大約5庫侖至500庫侖的范圍選擇，或從大約10 庫侖至250庫侖的范圍選擇的，或從大約20庫侖至100庫侖的范圍選擇的的電荷量。在一 些實施例中，可采用與所適用的襯底布圖的分析耦合的電荷轉(zhuǎn)移的測量來確定發(fā)起清潔操 作是否是有利的。例如，在一些實施例中，用來評價可能的聚集的預(yù)測性度量可涉及通過基 于所使用的襯底布圖以電荷轉(zhuǎn)移至襯底上的哪個位置的可能性對測得的電荷轉(zhuǎn)移進行加 權(quán)。由此，例如在一些實施例中，根據(jù)自從最近一次清潔操作起電鍍的襯底的布圖表面積的 徑向分布和/或未布圖表面積的徑向分布而選擇電荷的預(yù)定數(shù)量。
[0114] 在任何情況下，此時在電鍍方法700中，基于一個或多個前述考量作出回顧是否 發(fā)起自動化唇密封件清潔操作的判斷（步驟740)。如果一個或多個因素（例如前面討論的 那些）暗示唇密封件和杯底仍然充分地?zé)o金屬沉積物，則電鍍過程將再次對新襯底440開 始（710)并且不需要介入性清潔程序，如圖7的流程圖所示。另一方面，如果一個或多個因 素暗示唇密封件和/或杯底并非充分地?zé)o金屬沉積物，則同樣如圖7的流程圖所示那樣發(fā) 起自動化唇密封件清潔操作。
[0115] 如果發(fā)起，則通過將噴嘴臂413移動到清潔位置（750)而開始唇密封件和/或杯 底清潔方法，由此一旦襯底保持器420下降至其清潔位置，噴嘴414的位置接近唇密封件 422和/或杯底425的內(nèi)圓邊。在一些實施例中，噴嘴臂413是圓弧形的并藉由噴嘴臂致動 器112繞轉(zhuǎn)動中心旋轉(zhuǎn)，這使噴嘴臂413移動通過頂蓋433中的旋轉(zhuǎn)通孔466,如圖5A-5D 所示和前面所述。盡管這種配置具有前面已描述過一些的某些益處，但可使用許多不同的 機制在縮回停駐/保存位置和展開清潔位置之間移動噴嘴414(和任何關(guān)聯(lián)的噴嘴臂413)。
[0116] 一旦噴嘴414處于其清潔位置，襯底保持器420--其在此時一般不再保持襯 底--被降低到圖4A和圖4B所示的清潔位置（步驟752)。在該位置，如前面指示的，并 在4A和4B所示，噴嘴414位于唇密封件422和/或杯底425的內(nèi)圓邊附近。注意一般來 說，此時，襯底保持器420在蛤殼開啟的襯底去除步驟（步驟736)之后尚未重新閉合，并因 此錐體426不位于噴嘴414附近。在一些實施例中，這種配置提供改善的清潔，因為它允許 清潔流體容易地進入電觸頭區(qū)并從襯底保持器420向外沖洗任何污染物并遠(yuǎn)離電鍍單元 的中心并重要地是遠(yuǎn)離電鍍浴--并在一些實施例中，如前所述地在回收罩460或沖洗罩 470上。另外，在一些實施例中，襯底保持器420下面有更多空間以最佳地將噴嘴414定位 在唇密封件422的內(nèi)緣附近而不與閉合的錐體426形成干涉。在一些實施例中，這種配置 可能是有利的，僅僅因為唇密封件422的更多露出表面可用以清潔，例如密封襯底的表面 被露出以實現(xiàn)微粒去除和清潔。然而，在其它實施例中，襯底保持器420可在前進至清潔程 序之前被閉合，這意味著在之后的步驟中錐體426相對更靠近噴嘴414。同樣注意，在許多 配置中，當(dāng)襯底保持器420不處于其清潔位置時，噴嘴414和噴嘴臂413僅應(yīng)當(dāng)移動至和自 它們的展開清潔位置--因為，當(dāng)襯底保持器420如此定位時，伸出或縮回的噴嘴414將可 能使其沖擊襯底保持器。而在一些實施例中，可能不是這種情況，由圖7的流程圖調(diào)用的程 序是在將襯底保持器420移動到清潔位置（步驟752)之前使噴嘴414移動進入清潔位置 (步驟750)，并隨后在使噴嘴縮回（步驟768)之前將襯底保持器移出其清潔位置（至裝載 位置，步驟766)，如下面將要解釋的那樣。
[0117] 在到達其清潔位置之前或同時，如圖7所示，襯底保持器420被轉(zhuǎn)動/旋轉(zhuǎn)（步驟 754)。另外是采用高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速可依賴于用來分配清潔溶液的噴嘴類型的選擇。在使 用沖擊性噴射噴嘴以外的某些其它噴嘴的某些實施例中，例如較低流動化學(xué)藥品（非水和 侵蝕性）傳遞噴嘴的實施例，較低轉(zhuǎn)速可以是合適的，例如至少約30RPM，或更具體地至少 60RPM或甚為具體地至少約100RPM。注意，襯底保持器旋轉(zhuǎn)有助于使內(nèi)圓邊的整個外周露 出于所分配的清潔溶液多次，由此促成徹底的均勻清潔。在某些實施例中，清潔循環(huán)/操作 可包括襯底保持器至少大約30次完整的回轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)，更具體地是襯底保持器至少大約100 次的回轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)。在其它實施例中，例如采用噴射噴嘴的那些實施例，在分配清潔溶液時襯 底保持器的適當(dāng)轉(zhuǎn)速可以更高，例如在從大約250RPM至800RPM之間的范圍內(nèi)，或者更優(yōu)選 地在從大約350RPM至600RPM之間的范圍內(nèi)（參見下面關(guān)于噴嘴選擇/配置的描述）。
[0118] 一旦噴嘴保持器轉(zhuǎn)動，清潔溶液可如圖7所示那樣從噴嘴414分配（步驟756)。 在一些實施例中，噴嘴分配/釋放清潔溶液的噴射流或噴射狀流，其流體性質(zhì)可有助于去 除累積在唇密封件和/或杯底上的金屬沉積物。在一些實施例中，可使用兆聲波噴嘴-- 即分配具有傳播通過其流體截止的兆聲波的清潔溶液的噴嘴--并因此這種清潔方法可 包括當(dāng)從噴嘴分配清潔溶液時在噴嘴中的清潔溶液內(nèi)產(chǎn)生兆聲波。在一些實施例中，清潔 溶液可以是蒸餾和/或去離子水（基本沒有任何添加酸），盡管根據(jù)實施例也可采用其它清 潔方案。清潔溶液的其它例子可包括含金屬腐蝕化合物的溶液（例如過氧化氫加諸如硫酸 之類的酸、例如中度酸性溶液中諸如硝酸鐵之類的鐵鹽或過硫酸銨）和/或濕潤劑和表面 張力減少的表面活性劑（例如各種肥皂和/或化學(xué)藥品，比如聚乙烯或丙二醇以及氧化物） 或僅有酸（例如甲烷磺酸、硫磺酸和/或諸如硝酸之類的氧化酸）。因此，例如清潔溶液可 包括蒸餾和去離子水、從聚乙二醇和聚丙二醇中選擇的表面張力降低劑，并可基本上無酸。
[0119] 在一些實施例中，噴嘴414的取向可在分配清潔溶液流時改變以改變清潔流體沖 擊唇密封件422和/或杯底425的內(nèi)圓邊的角度。在某些這樣的實施例中，噴嘴414相對 于唇密封件422表面的角度可通過轉(zhuǎn)動噴嘴臂413 (例如用噴嘴致動器組件412)在清潔循 環(huán)期間改變。這種噴嘴取向變化可在清潔循環(huán)期間重復(fù)若干次。
[0120] 在一些實施例中，襯底保持器420且因此唇密封件422相對于噴嘴414的垂直位 置可在清潔循環(huán)期間一定程度地改變。例如，在清潔過程開始時，可設(shè)定清潔流體的分配噴 射流的中心以擊中唇密封件的下部并隨后向上流動，但當(dāng)清潔循環(huán)發(fā)展時，蛤殼組件的高 度可略為降低以使清潔流體的噴射流的沖擊點逐漸地向上移動（沿錐體和電觸頭方向）。 更通常地，清潔操作/循環(huán)可包括在分配清潔溶液流時抬升和/或降低唇密封件和杯底以 在清潔循環(huán)過程中改變清潔溶液與唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的接觸面積。此外，襯底 保持器420相對于噴嘴414的各垂直位置在清潔循環(huán)期間可重復(fù)若干次。
[0121] 圖4B示出（在噴嘴414附近）箭頭415,其在該具體實施例中指示清潔溶液流在 離開噴嘴414時的方向。重復(fù)地，圖4A和圖4B均示出彎曲箭頭416,該彎曲箭頭416指示 在該具體實施例中襯底保持器420相對于噴嘴414取向的旋轉(zhuǎn)方向。注意，在該實施例中， 分配流體流的方向415 (圖4B)與襯底保持器420 (圖4A和圖4B)的旋轉(zhuǎn)方向416相反，并 因此這種從噴嘴分配的清潔溶液流具有逆著唇密封件422的內(nèi)圓的旋轉(zhuǎn)方向的速度分量。 唇密封件相對于清潔溶液流的這種反轉(zhuǎn)可作用以提高清潔溶液從唇密封件去除金屬沉積 物的能力。盡管不受關(guān)于有效工作模式的任何具體理論限制，然而唇密封件表面與流體流 動流的高相對速度以及流體流相對于唇密封件表面（如下所述）的法向/沖擊和平行分量 的組合可允許通過已產(chǎn)生在唇密封件沉積物和彈性唇密封件本身之間的間隙下對清潔流 體施力而增進唇密封件沉積物的去除。在一些實施例中，通過離開耦合至唇密封件422的 反轉(zhuǎn)的噴嘴414的清潔溶液產(chǎn)生的作用力可至少部分地作為將蒸餾/去離子水而不是例如 腐蝕性的濃硝酸成功地用作清潔劑的原因。另外，注意指示圖4B中的流方向的箭頭415朝 向唇密封件422的內(nèi)圓邊略為向上指向。在一些實施例中，也已發(fā)現(xiàn)這增加了離開噴嘴的 流的清潔效率。噴嘴取向也將在下面更一般和更詳細(xì)地予以討論。同樣注意，在一些實施例 中，清潔方法可采用多個清潔流體分配噴嘴和具有多個清潔流體分配噴嘴的電鍍裝置。在 下文中也將更詳細(xì)地描述若干這樣的方案。此外，注意在一些這樣的多噴嘴配置中，噴嘴可 指向相對于襯底旋轉(zhuǎn)的相反方向，并因此清潔方法/循環(huán)可包括在從第一噴嘴分配清潔時 使唇密封件和杯底沿第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動并隨后在從第二噴嘴分配清潔流體時使唇密封件 和杯底沿與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。因此，在一些實施例中，從第一噴嘴分 配的清潔溶液可具有與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的速度分量，而從第二噴嘴分配的清潔溶液流同 樣可具有與第二旋轉(zhuǎn)方向相反的速度分量。
[0122] 然而，即使在采用單噴嘴的實施例中，電鍍襯底保持器可在清潔循環(huán)的不同時間 沿相反方向轉(zhuǎn)動。改變旋轉(zhuǎn)方向可幫助提供不同的剪切力并沿不同方向或以不同方式對不 想要的金屬沉積物施壓，由此促使它們通過流體流而去除。同樣，盡管可能是較小程度的， 改變襯底保持器的轉(zhuǎn)速而不逆轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向可改變沉積物上的剪切力，由此促進它們的去 除。如果旋轉(zhuǎn)方向被反轉(zhuǎn)，在某些實施例中，清潔流體的供給被中斷一時間段，在該時間段 發(fā)生反轉(zhuǎn)。如果只實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的改變（而不改變旋轉(zhuǎn)方向），在轉(zhuǎn)換期間中斷流體流用處很 小。
[0123] 在任何情況下，通過襯底保持器旋轉(zhuǎn)，清潔溶液典型地從噴嘴分配一規(guī)定時間周 期（步驟758)，并在之后，如圖7所示流動停止（步驟760)。在一些實施例中，襯底保持器 繼續(xù)自旋某一額外的規(guī)定時間段（步驟762)以通過甩離而去除任何殘留的清潔溶液。在 實踐中，如果襯底保持器的轉(zhuǎn)速高于在施加清潔溶液過程中使用的轉(zhuǎn)速，則這可進一步有 助于去除任何偏離的清潔溶液并可能去除之前沉積的金屬的一些殘余微粒（例如錫銀）， 這些微粒盡管基本上從唇密封件和/或杯底脫離，但仍然通過流體粘附力等保持附著于襯 底保持器。在該旋離階段（步驟762)，由于沒有分配清潔溶液，一般可使用較高的轉(zhuǎn)速而沒 有產(chǎn)生可能離開電鍍單元并進入其它區(qū)域和/或接觸電鍍裝置內(nèi)的其它設(shè)施的不期望霧 氣或噴液的風(fēng)險。由此，這種旋離可在與用于沖洗步驟的轉(zhuǎn)速相等的轉(zhuǎn)速下執(zhí)行，或者可根 據(jù)實施例更快或更慢。在旋離步驟之后，襯底轉(zhuǎn)動停止（步驟764)，襯底保持器隨后返回到 其裝載位置（步驟766)，且隨后噴嘴臂413通過噴嘴臂致動器412向回移動至其縮回位置 (步驟768)--這在一些實施例中避免了噴嘴414和杯424之間的干涉?，F(xiàn)在清潔襯底保 持器，使其基本無金屬沉積物（例如錫銀沉積物），并準(zhǔn)備接納其它襯底以進行電鍍。 噴嘴選擇、取向；流動參數(shù)選擇；襯底保持器轉(zhuǎn)速
[0124] 多種清潔流體分配噴嘴可用于這里披露的襯底保持器清潔設(shè)備，并因此也可用于 具有內(nèi)建襯底保持器清潔設(shè)備的電鍍裝置。類似地，多種清潔流體分配噴嘴可用于這里 披露的清潔方法，以及采用襯底保持器自動清潔方法或操作的所披露電鍍方法。事實上， 對多種噴嘴進行測試，例如可從伊利諾伊州的圣查爾斯的Lechler公司和伊利諾伊州的 Glendale Height的Spraying Systems公司商業(yè)購得的噴嘴。因此，在一些實施例中，扇形 噴嘴、錐形噴嘴、單孔/孔口噴嘴和消防水管式（例如"Water-Pik"式）噴射噴嘴可被采用 以傳遞清潔溶液。在某些這樣的實施例中，具有小孔口的噴射噴嘴被使用而具有非常好的 清潔結(jié)果（見下文）。通過正確的流率，這些"噴射噴嘴"產(chǎn)生諸如水的高速清潔流體的窄 流，這在一些情形下可被寬松地描述為經(jīng)校準(zhǔn)的或具有低發(fā)散性的。
[0125] 噴射噴嘴900的一個優(yōu)選實施例示意地示出在圖9A的正面以及圖9B的橫截面 上。噴嘴900具有尖部910和底部920。尖部910具有帶直徑914的孔口 912,該直徑914 可在大約0. 02英寸至0. 04英寸的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，孔口直徑可從大約0. 25至0. 35英寸 之間的范圍，或更優(yōu)選地在大約0. 3至0. 32英寸之間，例如0. 31英寸。在一些實施例中， 可較為有利地選擇孔口直徑914以使離開孔口 912的清潔流體流的直徑粗略地對應(yīng)于擬被 清潔的唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的高度。
[0126] 圖9B中的噴射噴嘴900的橫截面圖也示出內(nèi)部體積如何從噴射噴嘴900至其尖 部910逐漸變細(xì)。在圖9B中，顯然噴嘴900的體積（或更準(zhǔn)確地說是內(nèi)徑）從底部920向 尖部910以固定比率逐漸變細(xì)，并因此該錐體具有被稱為外傾角922的單角特征，它限定了 逐漸變細(xì)的程度。在一些實施例中，外傾角922可在從0°至大約20°的范圍，或優(yōu)選地從 大約2. 5°至15°，或甚優(yōu)選地從大約8°至1Γ，或大約10°。在其它實施例中，逐漸變 細(xì)可以不固定，并因此可通過從底部至尖部變化的外傾角的范圍來表征一例如，噴嘴具 有從底部至尖部變化的外傾角但在大約0°和20°之間的范圍，或更優(yōu)選地在大約5°和 12°之間的范圍內(nèi)，或甚優(yōu)選地在大約8°和1Γ范圍內(nèi)。示意地示出在圖9B中的噴射噴 嘴900也包括噴嘴長度916,其被示意地標(biāo)示為從噴嘴底部920的邊緣至噴嘴尖部910的 距離。如圖9B中所示，優(yōu)選的噴嘴長度可從大約0. 5cm至2cm的范圍內(nèi)，或優(yōu)選地從大約 1. 2cm至1. 7cm之間，例如大約1. 5cm。注意，根據(jù)實施例，噴嘴900的尖部910可延伸過噴 嘴的主體，或者它可與噴嘴的主體平齊。在一些實施例中，噴嘴可由熱塑性聚合物構(gòu)成，然 而在優(yōu)選實施例中，噴嘴可由適宜的鋼構(gòu)成，例如304不銹鋼。
[0127] 清潔流體分配噴嘴相對于唇密封件和杯底的內(nèi)圓邊的位置和取向也可被優(yōu)化以 提高清潔性能。圖10A、圖10B和圖10C示意地示出對于各角度相對于唇密封件1022的內(nèi) 圓邊的噴嘴取向的選擇。相對于唇密封件的噴嘴取向可由兩個角定義，如圖10A所示。第 一角度是噴嘴與唇密封件的水平平面的夾角，它被標(biāo)示為"水平角"。示意地繪出在圖10A 中的"水平角"用參考標(biāo)號1001標(biāo)示并在圖10A中以虛線標(biāo)示，該虛線指示噴嘴取向在頁 平面之外，并根據(jù)該圖在20°之下。注意非零水平角是通過圖4A和圖4B的噴嘴414展示 的。根據(jù)實施例，水平角可從大約-30°至+10°之間任何位置選擇，要理解負(fù)水平角指示 該噴嘴指離地面。由此，示意地示出在圖4A和圖4B中的噴嘴414擁有負(fù)的水平角。
[0128] 界定噴嘴取向的第二角是噴嘴與正交于唇密封件的內(nèi)邊緣正交的直線的夾角，它 在這里被標(biāo)示為"法向角"。示意地繪出在圖10A中的"法向角"用參考標(biāo)號1002標(biāo)示。圖 10B是在唇密封件的水平面上向下看的示意性頂視圖并示出非零法向角1002限定了與唇 密封件平行的流體流速分量（被標(biāo)示為"平行分量"1003)以及與唇密封件邊垂直的另一垂 直分量（被標(biāo)示為"沖擊分量"1004)。因此，例如具有零法向角的噴嘴分配具有消逝中的平 行分量1003和最大沖擊分量1004的清潔流體流。圖10A示意地示出的噴嘴取向具有30° 法向角并因此任何分配的清潔流體將以非消逝平行分量和沖擊垂直分量來沖擊唇密封件。
[0129] 在一些實施例中，已發(fā)現(xiàn)具有非零法向角（如前面定義）的噴嘴取向?qū)е绿岣叩?清潔性能。具體地說，已發(fā)現(xiàn)選擇導(dǎo)致具有其速度的平行分量相反與唇密封件的轉(zhuǎn)速的流 體流的法向角顯著地提高了清潔性能，如圖10C所示。這是因為沖擊流體流的清潔力因為 流體流速度的平行分量和唇密封件的自旋內(nèi)圓邊的轉(zhuǎn)速兩者而增強。本質(zhì)上說，流體流的 沖擊力起因于將這兩個速度相加。與唇密封件轉(zhuǎn)動的方向相反的高平行流動分量容易導(dǎo)致 清潔流體進入附著于唇密封件的沉積金屬片的前緣下方并從效果上將它們剝離。因此，盡 管可使用范圍在大約+45°和-45°之間范圍的法向角，然而優(yōu)選實施例使用相對于唇密 封件旋轉(zhuǎn)的正法向角，如圖10C所示。
[0130] 若干其它噴嘴參數(shù)也可被調(diào)節(jié)以優(yōu)化清潔性能，尤其是清潔流體流剝離金屬沉積 物的能力。例如，噴嘴與唇密封件的距離可被調(diào)節(jié)。在某些實施例中，從噴嘴尖部指唇密封 件和杯底的內(nèi)圓邊的最近點的適宜距離在大約2mm和50mm之間，或更具體地在大約2mm和 10mm之間，或再具體地在大約3mm和7mm之間。對于噴嘴尖部和內(nèi)圓邊的最近點之間的較 小范圍距離，應(yīng)當(dāng)選擇噴嘴的取向以防止清潔流體本質(zhì)上噴濺以最小化或本質(zhì)上防止電鍍 浴的污染。根據(jù)該實施例，從噴嘴尖部至內(nèi)圓邊的距離可通過改變襯底保持器420的垂直 清潔位置、由噴嘴臂致動器412控制的噴嘴臂413的清潔位置和/或噴嘴414在噴嘴413 上的位置（假設(shè)這是可調(diào)的）而予以調(diào)節(jié)。當(dāng)然，這些參數(shù)任何一個的改變也可能需要對 前述兩個噴嘴取向角的相應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0131] 從噴嘴分配的清潔流體流的流率也可被調(diào)節(jié)。在一些實施例中，可從大約250ml/ 分鐘和750ml/分鐘之間選擇合適的流率，或更具體地在大約400ml/分鐘和500ml/分鐘之 間選擇，要理解，流率和噴嘴孔徑一般確定流體的離開速度并應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地予以調(diào)整。在一些 實施例中，恒定流率被選擇。在其它實施例中，可使用通過噴嘴的清潔流體的高頻脈動流 率。在一些實施例中，頻率可在從大約3脈沖/秒至50脈沖/秒的范圍內(nèi)，或優(yōu)選地在大 約5脈沖/秒和20脈沖/秒之間。
[0132] 如前面指出的，增加通過給定噴嘴孔徑的流率增加了離開噴嘴的清潔流體的速 度，并因此可選擇適當(dāng)?shù)牧髀室匀〉镁唧w期望的清潔流體速度。也可使用規(guī)定噴嘴（或 僅在噴嘴尖部）內(nèi)的流體壓力代替規(guī)定流率來設(shè)定離開噴嘴的清潔流體流的適當(dāng)速度。 在一些實施例中，當(dāng)分配清潔溶液流時噴嘴內(nèi)的適當(dāng)壓力可從大約20PSI (磅/平方英 寸）-100PSI之間選擇，或更優(yōu)選地在大約30PSI和75PSI之間。在一些實施例中，適當(dāng)?shù)?清潔流體速度可在大約5米/秒和40米/秒之間，或優(yōu)選地在大約10米/秒和25米/秒 之間，或再優(yōu)選地在大約13米/秒和19米/秒之間，例如大約16. 4米/秒的清潔流體速 度。
[0133] 在一些實施例中，較為有利地使清潔流體和任何金屬沉積物在其聚集在回收罩 460和/或沖洗罩470中的狀態(tài)下被去除，以使清潔流體和碎屑最終不落入下面的電鍍?nèi)?液。用于實現(xiàn)這個的一種機制是選擇多種流體流動參數(shù)和轉(zhuǎn)速，以使退出噴嘴414的清潔 流體接觸唇密封件422和/或杯底425的內(nèi)圓邊，有效地清潔它以去除金屬沉積物，并隨 后流到杯424的內(nèi)表面上，在杯支柱428之間的其頂部上流動，然后最終降落到回收罩460 的底表面或沖洗罩470的底表面。在一些實施例中，適當(dāng)?shù)牧髀屎颓鍧嵙黧w速度連通噴嘴 角、襯底保持器轉(zhuǎn)速以及從噴嘴尖部至唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的距離可被選擇以取 得這種效果。
[0134] 通過這個周期的分配清潔溶液的時間間隔（步驟756和758)和襯底轉(zhuǎn)速（和方 向）也可被調(diào)節(jié)以提高清潔性能。也可明智地選擇清潔后自旋甩干轉(zhuǎn)速（步驟762)以提 高性能。在一些實施例中，適當(dāng)?shù)那鍧崟r間可從大約1秒至10秒的范圍，或優(yōu)選地在大 約2秒和5秒的范圍內(nèi)，并且在分配清潔溶液的同時對襯底保持器的適當(dāng)轉(zhuǎn)速可在大約 250RPM-800RPM之間，或優(yōu)選地在大約350RPM至600RPM之間。在一些實施例中，襯底保持 器的轉(zhuǎn)動方向可在操作過程中改變至少一次、或至少兩次或至少三次、或至少四次，以在通 過清潔流體去除的金屬沉積物上提供不同的剪切力。在一些實施例中，在清潔后自旋甩干 周期期間襯底保持器的適宜轉(zhuǎn)速可以至少為大約100RPM，更優(yōu)選地至少為300RPM，或甚優(yōu) 選地在大約400RPM和1250RPM之間，或再優(yōu)選地在大約500RPM和800RPM之間。此外，在 一些實施例中，在清潔后甩干期間，干燥氣體（例如干氮或空氣）的高速流可被施加至內(nèi)圓 邊。
[0135] 在一個優(yōu)選實施例中，唇密封件和/或杯底清潔使用大約16.4米/秒的流速度在 大約550RPM下執(zhí)行大約4秒。在該實施例中，流率在大約47. 5PSI的流體壓力下將大約為 480ml/分鐘。在某些這樣的優(yōu)選實施例中，水平角（如前面定義的）可以是大約-20°，而 法向角（如前面定義的）可以是大約30° (這意味著清潔流體流的平行分量與唇密封件 的轉(zhuǎn)動相反地指向，如前面討論的那樣）。在一些實施例中，在前述清潔流體流率和速度下 使用這些噴嘴角可能造成清潔流體如前所述較為有利地向上流動并在杯424的內(nèi)表面上 流動并流入回收罩460和/或漂洗罩470,由此保持被去除的金屬碎屑在下面的電鍍浴424 之外。在分配清潔溶液之后，在某些這樣的優(yōu)選實施例中，可在大約550RPM下執(zhí)行大約15 秒的清潔后自旋甩干。 控制器
[0136] 具有自動化清潔設(shè)備的電鍍裝置可包括從裝置的各個部件、模塊、子系統(tǒng)等接收 反饋信號并將控制信號提供給相同或其它的部件、模塊或子系統(tǒng)的控制器。例如，控制器可 控制作為電鍍裝置一部分的電鍍襯底保持器、機械手、清潔系統(tǒng)等的操作。在某些實施例 中，控制器可相對于其它襯底加工模塊同步電鍍襯底保持器和機械手的操作。
[0137] 在一些實施例中，控制器可確定在一系列電鍍操作中何時應(yīng)當(dāng)發(fā)起清潔過程。在 一些實施例中，采用控制器在本文披露和描述的各個操作期間控制加工條件。這些操作的 一些例子包括：移動清潔系統(tǒng)的支承以使聲波清潔噴嘴相對于由至少唇密封件形成的內(nèi)圓 邊位于預(yù)定位置；轉(zhuǎn)動電鍍襯底保持器；以及前面描述的其它操作。這些操作的一些例子 包括：相對于電鍍裝置的襯底保持器的唇密封件和/或杯底取向噴嘴以使噴嘴基本指向在 唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；轉(zhuǎn)動唇密封件和杯底；以及從噴嘴分配具有在大約5米/秒 和40米/秒之間的流體速度的清潔溶液流以使清潔溶液流在唇密封件和杯底轉(zhuǎn)動的同時 接觸唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；從唇密封件和/或杯底去除金屬沉積物。
[0138] 控制器將一般包括一個或多個存儲器設(shè)備以及一個或多個處理器。處理器可包括 中央處理單元（CPU)或計算機、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接、步進電機控制板和/或其 它類似的部件。執(zhí)行適當(dāng)控制操作的機器可讀指令在處理器上被執(zhí)行。機器可讀指令可被 存儲在與控制器關(guān)聯(lián)的存儲器設(shè)備上或者它們可在網(wǎng)絡(luò)上提供。
[0139] 在某些實施例中，控制器控制前面描述的半導(dǎo)體處理裝置的全部或絕大多數(shù)活 動。例如，控制器可控制與從襯底保持器的唇密封件和/或杯底清潔不想要的金屬沉積物 關(guān)聯(lián)的半導(dǎo)體處理裝置的全部或絕大多數(shù)活動。控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，該系統(tǒng)控制軟 件包括成組的指令以控制處理步驟的定時、壓力水平、氣體流率和下面進一步描述的具體 操作的其它參數(shù)。其它存儲在與控制器關(guān)聯(lián)的存儲器設(shè)備上的計算機程序、腳本或例程可 在一些實施例中被采用。
[0140] 在一些實施例中，與襯底清潔操作關(guān)聯(lián)的機器可讀指令包括但不限于：用于將襯 底保持器移動至裝載位置、接收襯底以及閉合襯底保持器的指令；用于將襯底保持器移動 至電鍍位置并電鍍襯底的指令；用于將襯底保持器移動至回收位置并轉(zhuǎn)動襯底保持器和襯 底的指令；用于在轉(zhuǎn)動襯底保持器和襯底時將襯底保持器移動至沖洗位置并沖洗襯底的指 令；用于使襯底保持器回到裝載位置、開啟襯底保持器并去除襯底的指令；用于在將襯底 保持器移動至清潔位置之前將清潔裝置的噴嘴臂致動器移動至其清潔位置的指令；用于將 襯底保持器移動至清潔位置的指令；用于在轉(zhuǎn)動襯底保持器時從清潔裝置的噴嘴分配清潔 溶液的指令；用于將襯底保持器移出清潔位置的指令；以及用于在將襯底保持器移出清潔 位置之后使噴嘴臂致動器返回其縮回位置的指令。
[0141] 典型地，存在與系統(tǒng)控制器關(guān)聯(lián)的用戶接口。用戶接口可包括顯示器屏幕、用于顯 示加工條件的圖形軟件，以及用戶輸入設(shè)備，例如定點設(shè)備、鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)或其它類 似部件。
[0142] 用于控制前述操作的計算機程序代碼可以任何傳統(tǒng)計算機可讀編程語言寫成：例 如，匯編語言、C、C++、Pascal、Fortran或其它。經(jīng)編譯的目標(biāo)代碼或腳本由處理器執(zhí)行以 實現(xiàn)程序中標(biāo)識的任務(wù)。
[0143] 監(jiān)視過程的信號可通過控制器的模擬和/或數(shù)字輸入連接提供。用于控制該過程 的信號在處理系統(tǒng)的模擬和數(shù)字輸出連接上被輸出。 光刻布圖
[0144] 前面描述的裝置/過程可與光刻布圖工具或處理結(jié)合地使用。例如用于制造或生 產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備、顯示器、LED、光伏板等。典型地，盡管不是必須的，這些工具/處理將在同一 制造設(shè)施內(nèi)被一起使用或執(zhí)行。薄膜的光刻布圖一般包括下列操作中的一些或全部，每個 操作可以數(shù)個可能的工具來完成：（1)使用旋涂或噴涂工具在工件（即襯底）上涂覆光阻 劑；（2)使用電熱板或爐子或UV固化工具來固化光阻劑；(3)通過諸如晶片分檔器之類的 工具使光阻劑暴露于可見光或UV光或X射線；（4)使光阻劑顯影以選擇地去除光阻層并由 此使用諸如濕式工作臺之類的工具對其進行布圖；(5)通過使用干蝕刻或等離子體輔助蝕 刻工具將光阻劑圖案轉(zhuǎn)印到下層薄膜或工件內(nèi)；以及（6)使用諸如RF或微波等離子體光阻 劑剝落器的工具去除光阻劑。 測試清潔結(jié)果
[0145] 為了評價這里披露的清潔方法和裝置的清潔能力并展示這些方法和裝置從電鍍 襯底保持器的唇密封件去除偽錫銀沉積物的能力，在一測試序列的半導(dǎo)體晶片（作為電鍍 襯底）上執(zhí)行"馬拉松測試"。該馬拉松測試是使用100%露出的開放邊緣覆層測試晶片實 現(xiàn)的，該晶片表比該領(lǐng)域內(nèi)通常遇到的情形表現(xiàn)出艱巨地多的清潔任務(wù)一因此該試驗在 這里被稱為"馬拉松測試"。具體地說，該馬拉松測試使用300_硅晶片，其具有1000銅籽 晶的完整面覆層（因此沒有光阻劑）。例如參見圖11A中所示的錫銀電鍍的覆層測試晶片。 在該領(lǐng)域內(nèi)，半導(dǎo)體晶片典型地被布圖，經(jīng)常具有例如4%左右的露出開放邊緣。然而，在 100%開放邊緣覆層測試晶片（例如圖11A所示的那個）上電鍍導(dǎo)致在唇密封件上快得多 的金屬沉積物（在這種情況下是錫銀沉積物）的累積，并因此代表一種有益的測試情形。注 意在一些情形下，已發(fā)現(xiàn)在電鍍裝置的唇密封件上的金屬累積速率近似反比于百分比開口 區(qū)，由此例如對單個覆層測試晶片作電鍍（如用在馬拉松測試中）導(dǎo)致粗略對應(yīng)于從大約 25個4%開放區(qū)晶片（即25 = 100% /4% )預(yù)期的累積的唇密封件累積。由此，馬拉松測 試中使用的500塊覆層測試晶片可能等同于10000個以上的4%開放區(qū)晶片。
[0146] 用來電鍍測試晶片并執(zhí)行襯底保持器清潔方法的裝置基本類似于圖4A、圖4B和 圖8A-8C中展示的裝置。清潔裝置的噴嘴基本示意地類似于圖9A和圖9B所示的，并取向 在20°的法向角和30°的水平角（如前面描述的這些術(shù)語）?；旧希珼I (蒸餾和去離子） 水被用作清潔溶液。DI水以大約570ml/分鐘的流率和大約12. 1米/秒的近似流體速度從 噴嘴分配。在清潔步驟之后對在550RPM下自旋的晶片執(zhí)行4秒沖洗，之后是15秒自旋甩 干，同樣在550RPM下。在對每5塊晶片作電鍍之后，在該馬拉松測試中執(zhí)行唇密封件清潔、 自旋沖洗以及自旋甩干。然而要注意，在使用典型4%開放區(qū)布圖晶片的領(lǐng)域內(nèi)，這粗略地 對應(yīng)于125塊晶片的清潔間隔（因為來自25個布圖晶片的唇密封件累積粗略地對應(yīng)于來 自單個100%開放區(qū)晶片的金屬累積）。馬拉松測試的附加處理條件如下： 表I

【權(quán)利要求】
1. 一種通過去除在先前的電鍍操作中聚集在唇密封件和/或杯底上的金屬沉積物而 清潔電鍍設(shè)備的所述唇密封件和/或杯底的方法，所述方法包括： 相對于所述唇密封件和/或杯底定位第一噴嘴，以使所述第一噴嘴基本指向所述唇密 封件和/或杯底的內(nèi)圓邊； 沿第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動所述唇密封件和杯底；以及 從所述第一噴嘴分配具有在大約5米/秒和40米/秒之間的流體速度的清潔溶液流 以使所述清潔溶液流在所述唇密封件和/或杯底沿第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動時接觸所述唇密封 件和/或杯底的內(nèi)圓邊，從而從所述唇密封件和/或杯底去除金屬沉積物。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述清潔溶液流的流體速度在大約10米/秒和25 米/秒之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)分配清潔溶液流時在所述第一噴嘴內(nèi)的流體壓 力在大約20PSI和100PSI之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)分配所述清潔溶液流時抬高和/或降低所述唇 密封件和杯底，從而改變所述清潔溶液與所述唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊接觸的面積。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在分配清潔溶液流時改變所述第一噴嘴的取向， 從而改變所述清潔溶液與所述唇密封件和/或杯底的內(nèi)圓邊的沖擊角。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬沉積物包括錫/銀合金。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述清潔溶液基本是蒸餾和去離子水。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述清潔溶液包括蒸餾和去離子水、從聚乙二醇和 聚丙二醇中選擇的表面張力降低劑，并基本上無酸。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 相對于所述唇密封件和/或杯底定位第二噴嘴，以使所述第二噴嘴基本指向所述唇密 封件和/或杯底的內(nèi)圓邊；以及 從所述第二噴嘴分配具有在大約5米/秒和40米/秒之間的流體速度的清潔溶液流 以使所述清潔溶液流在所述唇密封件和/或杯底轉(zhuǎn)動時接觸所述唇密封件和/或杯底的內(nèi) 圓邊，從而從所述唇密封件和/或杯底去除金屬沉積物。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括沿與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn) 動所述唇密封件和杯底，其中從所述第一噴嘴分配的所述清潔溶液流具有與所述第一旋轉(zhuǎn) 方向相反的速度分量并且從所述第二噴嘴分配的所述清潔溶液流具有與所述第二旋轉(zhuǎn)方 向相反的速度分量。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從所述第一噴嘴分配的所述清潔溶液流具有與第 一旋轉(zhuǎn)方向相反的速度分量。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一噴嘴相對于所述唇密封件和/或杯底的 內(nèi)圓邊定向在大約-45°和+45°之間的法向角。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一噴嘴相對于所述唇密封件和/或杯底的 水平平面定向在大約-30°和+10°之間的水平角。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一噴嘴尖部被定位在離所述唇密封件和 杯底的內(nèi)圓邊的最近點在大約2mm至50mm之間的距離處。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一噴嘴尖部被定位在離所述唇密封件和 杯底的內(nèi)圓邊的最近點在大約2mm至10mm之間的距離處。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，從所述第一噴嘴分配的所述清潔溶液流的流率 在大約250ml/分鐘和750ml/分鐘之間。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括當(dāng)從所述第一噴嘴分配清潔溶液時在所述 第一噴嘴中的所述清潔溶液中產(chǎn)生兆聲波。
18. -種使用具有唇密封件和杯底的電鍍裝置在多個半導(dǎo)體襯底上電鍍金屬的方法， 所述方法包括： 在第一組的一個或多個襯底上電鍍金屬； 確定是否執(zhí)行清潔操作，所述清潔操作移除在電鍍所述第一組襯底時聚集在所述唇密 封件和/或杯底上的金屬沉積物，其中所述確定包括評價在所述唇密封件和/或杯底上是 否有足夠的金屬沉積物累積以準(zhǔn)予清潔； 如果確定所述清潔操作被準(zhǔn)予，則執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法去除所述金屬 沉積物的清潔操作；以及 在確定是否準(zhǔn)許清潔操作之后并且如果準(zhǔn)許所述清潔操作，則在執(zhí)行所述清潔操作之 后，將所述金屬電鍍在第二組的一個或多個襯底上。
19. 如權(quán)利要求18所述的電鍍方法，其中，所述金屬是錫銀合金。
20. 如權(quán)利要求19所述的電鍍方法，其中，如果自從最近一次清潔操作起已電鍍超過 預(yù)定數(shù)量的襯底，則確定準(zhǔn)予清潔操作。
21. 如權(quán)利要求20所述的電鍍方法，其中，根據(jù)自從最近一次清潔操作起電鍍的襯底 的布圖表面積與未布圖表面積之比選擇襯底的預(yù)定數(shù)目。
22. 如權(quán)利要求20所述的電鍍方法，其中，所述襯底的預(yù)定數(shù)目是從1-200的范圍內(nèi)選 擇的。
23. 如權(quán)利要求18所述的電鍍方法，其中，如果自從最近一次清潔操作起超過預(yù)定數(shù) 量的電荷已經(jīng)經(jīng)由電鍍被轉(zhuǎn)移至襯底，則確定準(zhǔn)許清潔操作。
24. 如權(quán)利要求23所述的電鍍方法，其中，根據(jù)自從最近一次清潔操作起電鍍的襯底 的布圖表面積的徑向分布和/或未布圖表面積的徑向分布而選擇所述電荷的預(yù)定數(shù)量。
25. 如權(quán)利要求23所述的電鍍方法，其中，所述電荷的預(yù)定數(shù)量是從大約5庫侖至500 庫侖的范圍內(nèi)選擇的電荷數(shù)量。
26. -種用于安裝在電鍍設(shè)備中并從所述電鍍設(shè)備的唇密封件和/或杯底去除電鍍金 屬沉積物的清潔裝置，所述清潔裝置包括： 第一噴嘴； 流體連接于所述第一噴嘴的第一清潔流體供給導(dǎo)管；以及 噴嘴臂，所述第一噴嘴固定至所述噴嘴臂。
27. 如權(quán)利要求26所述的清潔裝置，進一步包括噴嘴臂致動器，所述噴嘴臂致動器機 械地耦合至所述噴嘴臂并被配置成當(dāng)所述清潔裝置被安裝在電鍍設(shè)備中時使所述第一噴 嘴和噴嘴臂在縮回位置和清潔位置之間移動，由此： 在所述縮回位置，第一噴嘴和噴嘴臂被定位以使半導(dǎo)體襯底位于所述唇密封件上并降 低至所述電鍍設(shè)備的體積之內(nèi)而不物理地接觸所述第一噴嘴或噴嘴臂，該體積被配置成保 持電鍍?。灰约? 在所述清潔位置，所述第一噴嘴被定位以使其基本指向所述電鍍設(shè)備的所述唇密封件 和/或杯底的內(nèi)圓邊。
28. 如權(quán)利要求27所述的清潔裝置，其中，所述噴嘴臂致動器被配置成繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動 所述噴嘴臂，以使所述噴嘴臂在所述縮回位置和所述清潔位置之間移動。
29. 如權(quán)利要求26所述的清潔裝置，其中，所述金屬沉積物包括錫/銀合金。
30. 如權(quán)利要求26所述的清潔裝置，其中，所述第一噴嘴是噴射噴嘴。
31. 如權(quán)利要求30所述的清潔裝置，其中，所述第一噴嘴具有在大約0. 02英寸和0. 04 英寸之間的孔徑。
32. 如權(quán)利要求31所述的清潔裝置，其中，所述第一噴嘴的內(nèi)部橫截面或者以大約0° 和20°之間的基本恒定外傾角或者以從底部至尖部變化但在大約0°和20°之間范圍內(nèi) 的外傾角從底部向尖部逐漸變細(xì)。
33. 如權(quán)利要求32所述的清潔裝置，其中，從所述第一噴嘴的底部至尖部的長度在大 約0. 5cm和2cm之間。
34. 如權(quán)利要求26所述的清潔裝置，其中，進一步包括當(dāng)從所述第一噴嘴分配所述清 潔溶液時在所述第一噴嘴中的所述清潔溶液中產(chǎn)生兆聲波的功率發(fā)生器。
35. 如權(quán)利要求34所述的清潔裝置，其中，所述功率發(fā)生器產(chǎn)生具有在大約0. 7和 4MHz之間的頻率的電功率以形成兆聲波。
36. 如權(quán)利要求26所述的清潔裝置，還包括： 第二噴嘴；以及 流體連接于所述第二噴嘴的第二清潔流體供給導(dǎo)管。
37. -種在布圖半導(dǎo)體襯底上電鍍金屬的電鍍裝置，所述電鍍裝置包括： 襯底保持器，其包括： 具有杯底的杯； 被安裝在所述杯中的唇密封件； 多個電接觸指；以及 可相對于所述杯和唇密封件移動并被配置成通過將所述襯底擠壓入所述唇密封件而 固定襯底在所述襯底保持器內(nèi)的錐體； 具有體積以保持電鍍浴流體的電鍍單元； 被配置成向所述電接觸指提供電荷的電源；以及 權(quán)利要求26所述的清潔裝置。
38. 如權(quán)利要求37所述的電鍍裝置，其中，所述襯底保持器能在所述電鍍裝置內(nèi)的多 個垂直位置之間移動，所述位置包括： 用于開啟所述襯底保持器、裝載所述襯底并閉合所述襯底保持器的裝載位置； 電鍍位置，其中被裝載在所述襯底保持器內(nèi)的襯底被定位以使其上擬被電鍍的襯底表 面位于保持所述電鍍浴流體的電鍍單元的體積內(nèi)；以及 清潔位置，其中在沒有裝載在襯底保持器內(nèi)的襯底的情況下，所述唇密封件和/或杯 底相對于所述清潔裝置定位以使所述唇密封件和/或杯底上的所述電鍍金屬沉積物通過 所述清潔裝置被去除。
39. 如權(quán)利要求38所述的電鍍裝置，還包括控制器，所述控制器具有其被配置來執(zhí)行 的機器可讀指令，所述指令包括： 用于將所述襯底保持器移動至所述裝載位置、接收襯底并閉合所述襯底保持器的指 令； 用于將所述襯底保持器移動至所述電鍍位置并電鍍所述襯底的指令； 用于使所述襯底保持器回到所述裝載位置、開啟所述襯底保持器并去除所述襯底的指 令； 用于將所述襯底保持器移動至所述清潔位置的指令；以及 用于在所述襯底保持器轉(zhuǎn)動的同時從所述清潔裝置的噴嘴分配清潔溶液的指令。
40. 如權(quán)利要求39所述的電鍍裝置，其中： 如權(quán)利要求26所述的清潔裝置，進一步包括噴嘴臂致動器，所述噴嘴臂致動器機械地 耦合至噴嘴臂并被配置成當(dāng)清潔裝置被安裝在電鍍設(shè)備中時使第一噴嘴和噴嘴臂在縮回 位置和清潔位置之間移動，使得： 在所述縮回位置，第一噴嘴和噴嘴臂被定位以使半導(dǎo)體襯底能位于所述唇密封件上并 降低至所述電鍍設(shè)備的體積之內(nèi)而不物理地接觸所述第一噴嘴或噴嘴臂，該體積被配置成 保持電鍍?。灰约? 在所述清潔位置，所述第一噴嘴被定位以使其基本指向所述電鍍設(shè)備的所述唇密封件 和/或杯底的內(nèi)圓邊；以及所述控制器的機器可讀指令進一步包括： 用于在將所述襯底保持器移動至所述清潔位置之前將所述清潔裝置的噴嘴臂致動器 移動至其清潔位置的指令；以及 用于在將所述襯底保持器移出所述清潔位置之后使所述噴嘴臂致動器返回到其縮回 位置的指令。
41. 如權(quán)利要求39所述的電鍍裝置，其中，還包括： 回收罩；以及 沖洗罩； 其中所述電鍍裝置中的所述多個垂直位置進一步包括： 回收位置，其中所述襯底被定位在保持所述電鍍浴流體的所述電鍍單元的體積之上但 位于所述回收罩之下以使在該位置在大約150RPM和750RPM之間轉(zhuǎn)動所述襯底造成附著于 所述襯底的任何電鍍浴流體的至少一部分甩離所述回收罩并返回到保持所述電鍍浴的所 述電鍍單元的體積；以及 用沖洗溶液沖洗所述襯底的沖洗位置，其中所述襯底位于所述回收罩上方但位于所述 沖洗罩下方，使得在該位置在大約150RPM和750RPM之間轉(zhuǎn)動所述襯底造成附著于所述襯 底的任何沖洗溶液和/或電鍍浴流體的至少一部分被甩離所述沖洗罩并且不返回到保持 所述電鍍浴的電鍍單元的體積；以及其中所述控制器的機器可讀指令進一步包括： 用于將所述襯底保持器移動至所述回收位置并轉(zhuǎn)動所述襯底保持器和襯底的指令；以 及 在轉(zhuǎn)動所述襯底保持器和襯底時將所述襯底保持器移動至所述沖洗位置并沖洗所述 襯底的指令。
42. 如權(quán)利要求38所述的電鍍裝置，還包括當(dāng)所述襯底保持器位于所述清潔位置中 時，位于保持所述電鍍浴的電鍍單元的體積之上并位于所述第一噴嘴和襯底之下的可縮回 清潔罩，所述清潔罩具有擴展配置和縮回配置，其中： 在所述縮回配置中，所述襯底保持器能從所述清潔或裝載位置移動至所述電鍍位置而 不受所述清潔罩物理地妨礙；以及 在所述擴展配置中，所述清潔罩防止從所述第一噴嘴分配的清潔流體落到保持電鍍浴 流體的所述電鍍單元的體積內(nèi)。
43. 如權(quán)利要求42所述的電鍍裝置，其中，在所述擴展配置下由所述清潔罩形成的開 口的直徑小于所述唇密封件和杯底的內(nèi)圓邊的直徑的大約75 %。
44. 如權(quán)利要求42所述的電鍍裝置，其中，所述清潔罩包括多個可移動葉片，所述多個 可移動葉片被配置成在所述可縮回罩縮回和擴展時在彼此之上滑動，以使所述葉片形成可 變尺寸的基本圓形的開口。
【文檔編號】H01L21/02GK104272438SQ201380023757
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】桑托斯·庫馬爾, 布萊恩·L·巴卡柳, 史蒂芬·T·邁耶, 托馬斯·波努司瓦米, 查德·邁克爾·霍薩克, 羅伯特·拉什, 蔡利鵬, 大衛(wèi)·波特 申請人:諾發(fā)系統(tǒng)公司