CN103857834B - 金属电镀设备中的部件清洁 - Google Patents

Abstract

一种电镀设备，包括用于容纳一槽的电镀液的容器。头部适于在容器内保持工件（诸如硅晶片），在头部上具有密封件以对工件进行密封。部件清洁器组件可用于自动清洁电镀设备的部件（诸如密封件或接触环）。清洁器组件在臂上具有部件接触器（诸如刷子）。臂致动器与臂连接，用于将臂从缩回位置移动至展开位置，其中接触器与部件物理接触。用于清洁电镀设备的部件的方法包括移动洗涤器或接触器来与部件接触，以及将清洁液施加至邻近于接触器的部件上。当部件与接触器接触时，部件旋转。至少一些使用过的清洁液被收集。

Description

金属电镀设备中的部件清洁

技术领域

本发明的领域是用于半导体制造和相关的微型(micro-scale)装置制造中的金属电镀设备和方法。

背景技术

微电子装置和其他微型装置通常通过将多层材料电镀于基板(诸如硅晶片)上来制造以生产大量的独立装置。将金属层电镀于基板上以形成导电图案和用于其他应用。使用各种类型的机械装置可将金属层电镀于基板上，所述机械装置通常保持晶片并且使晶片于电镀过程中在一槽的电解液中旋转。在一些设计中，可将密封件设置于旋转器(rotor)上，以密封电接触点来隔绝电解液。

在使用中，金属倾向于累积在密封件上。这会使电镀设备中的电流路径降低，也相应地使电镀金属层的品质降低。通常，电镀设备的其他部件也受益于清洁。因此，需要用于在电镀设备中清洁密封件和其他部件的改良的技术。

发明内容

在第一个方面中，电镀设备包括用于容纳一槽的电镀液的容器(vessel)。头部适于在所述容器内保持工件，具有所述头部的部件(诸如密封件)暴露于电镀液化学物质或其他污染物的不良的累积。部件清洁组件可用于自动清洁所述部件。所述清洁组件可在臂上具有接触器(诸如刷子)。臂致动器与所述臂连接，用于将所述臂从缩回位置移动至展开位置(deployed position)，其中所述接触器与所述部件物理接触。描述于此的所述设备可相似地用于清洁密封件以及其他电镀设备部件。

在另一个方面中，在电镀设备中清洁密封件或其他部件的方法包括移动洗涤器(scrubber)或接触器来与所述密封件接触，以及将清洁液施加至邻近于所述接触器的部件上。当所述密封件或其他部件与所述接触器接触时，所述密封件或其他部件旋转，或当所述接触器移动至所述接触点之上或周围时，所述部件可保持静止状态。至少一些使用过的清洁液被收集。

其他以及进一步的特征和优点描述如下。本发明的权利同样在元件的子组合和所描述的步骤中。

附图说明

在附图中，在各图中相同的元件数字表示相同的元件。

图1是电镀设备的透视图。

图2是图1所示的电镀设备的剖视图。

图3是图2所示的清洁模块的放大细节图(enlarged detail)。

图4是图2和图3所示的清洁模块的透视图，所述清洁模块附接至图1所示的清洗缘(rim)或框架，模块的臂位于展开位置。

图5是如图4所示的清洁模块的透视图，臂此刻位于缩回位置或存储(stored)位置。

图6是单独的清洁模块的顶部透视图。

图7是如图6所示的清洁模块的顶部剖视图。

图8是清洁模块的底部透视图以及剖视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，电镀设备10支撑于盖板(deck)12上，并且具有容器14以容纳电镀液。盖板12上的升降/旋转机构18升降和旋转头部16，例如于上述引用的国际专利公开案中所述。头部16中的旋转器36可通过电动机(motor)38旋转。旋转器36适于保持工件，并且可包括背板40。也可参照图3，在所谓的密封环设计中，旋转器36上的密封件50对工件进行密封以使电镀环接触点与电镀液隔绝。

电镀设备10可选择性地在容器14中包括搅拌器板，所述搅拌器板经由致动器24前后移动。通常，在自动化系统中提供设备10的阵列，具有一个或更多个机械手装卸工件以进出设备10。电力及控制缆线26可从设备10向上延伸以使顶端(overhead)与系统连接。如图1、图2、图4及图5所示，设备可包括清洗缘或框架28，所述清洗缘或框架28在容器14周围具有液体收集开口30。液体收集开口通常经由装配件(fitting)32与真空源连接。在一些过程中，设备10可通过将工件与液体收集开口30垂直对齐放置来对工件执行原位清洗，并在旋转工件上喷洒清洗液。接着，清洗液猛烈地进入液体收集开口30并被排掉或抽出。

接着参阅图6、图7及图8，示出了具有臂72的清洁模块或组件60，臂72枢轴地(pivotally)附接至外壳(housing)62。最佳地如图7所示，臂72的内端与轴68连接，所述轴68经由密封件82和轴承86支撑于外壳62上。轴中的孔(bore)70的上端延伸进入装配件64。孔的下端在臂72中连接进入导管(duct)74。接触元件80设置于臂72的外端处向上的表面上。接触元件80可以是刷子、海绵、研磨垫、塑料或橡胶杯(rubber cup)或刮板(squeegee)、或适于将金属颗粒从密封件50洗涤下来的类似元件。接触元件80可具有具体的轮廓或形状以与待清洁的部件的形状相匹配。例如，用于清洁具有半圆形截面的密封件时，可使用具有刷子毛(bristle)轮廓成半圆形的刷子。

一个或更多个与流体导管74连接的喷嘴76可设置于臂72上，以将清洁液喷洒到密封件50上。在图7所示的实例中，单一喷嘴76位于环形接触元件80内的中心，在该情形中，接触元件为环形刷子。

臂也可包括回流导管78，从臂外端的收集开口或排出口(drain opening)88延伸至臂上或穿过臂。使用过的清洁液可经由使用过的液体通过收集开口88排出，进入回流导管78，然后进入清洗缘28来收集。臂72可向上成一定角度以允许使用过的液体经由重力排出。或者，抽吸管线(aspiration line)或软管(hose)可选择性地在臂的内端与回流导管78连接。

如图8所示，致动器90(例如电动致动器或气动致动器)与附接至轴68的连杆装置(linkage)92连接。来自致动器90的缆线或气控管线经由装配件或连接器94延伸至外壳62之外。经由管道装配件64将清洁液提供至导管74中。诸如氮气或清洁干燥的空气的气体可被选择性地用作辅助清洁液，例如，在清洁过程结束时，帮助干燥密封件或其他被清洁的部件。若使用上述气体，气体源可连接至装配件64，或可连接至单独的专用气体装配件和通向喷嘴76的流动路径，或在臂72外端的其他开口。致动器90的操作和清洁液的供应可通过系统计算机控制器来控制，所述控制器通常控制电镀设备10的各种其他操作。

再如图8所示，电动机96可选择性地被包括于臂中以旋转刷子或其他密封件接触元件80。如图6所示，可在臂72外端上设置捕获杯(catch cup)94。

参照图2和图3，清洁模块60可安装于清洗缘或框架28的顶上。由于现有的电镀设备具有清洗缘28，清洁模块60可被翻新(retrofit)或仅对清洗缘添加微小变化。

在通常的电镀方法中，基板被保持在旋转器36中，所述旋转器36紧靠着密封件50。然后，头部16移动以将基板放置于容器14中，基板与一槽的电镀液接触。电流通过电镀液，使得在电镀液中的金属沉积于基板上。然后，将基板移出该槽的电镀液。头部16选择性地倒置，并且将基板从旋转器移除。简单来说，下一步即为清洁密封件，将密封件移动至与密封件接触元件80(诸如刷子)接触。将清洁液施加至邻近于密封件接触器的密封件上。可收集使用过的清洁液以避免污染该槽的电镀液。当密封件与密封件接触器接触时，密封件通过旋转旋转器而旋转。在密封件被清洁之后，密封件接触器从密封件移开，并且回到存储位置，例如回到液体收集开口30内。可使用相似的过程来清洁电镀设备的其他部件，诸如接触环或背板。在一些应用中，与待清洁的部件物理接触可能是不必要的或不期望的。在这些情况下，可经由液体喷洒完成清洁而不需使接触元件与部件接触。

在使用中，清洁模块60的臂72通常在缩回位置，如图5所示，以免干扰旋转器36移动进出容器14。移除在设备中处理的工件，使得旋转器36并未保持任何工件。为了清洁密封件50，升降/旋转机构18将头部移动至如图2和图3所示的位置。这样接触元件80与密封件50垂直对齐。致动器90驱动连杆装置92以将臂72从图5所示的存储位置摆动至图2-4、图6和图7所示的展开位置。经由装配件64、孔70和液体导管74将清洁液提供至喷嘴。可选择性地给回流导管78提供抽吸。

随着刷子或其他接触元件80与密封件50接触，旋转器36经由电动机38缓慢地旋转。接触元件80将密封件的污染物洗涤下来。污染物通常为金属颗粒和/或化学残留物或盐类。旋转器使密封件在接触元件80之上持续旋转，直到整个密封件至少被洗涤一次。清洁液润滑密封件以避免在清洁过程中密封件过度磨损。清洁液也带走洗涤下的颗粒。接触元件80对密封件50的接触压力可通过升降头部16来调整。清洁过程的持续时间可依据密封件材料和其他因素而变化。在每一个工件被电镀后或已选择数量的工件被电镀后，可执行清洁过程。

清洁过程完成后，致动器90反转以将臂移动回到如图5所示的缩回位置中。通常当臂72在图4和图5所示的展开位置或缩回位置时，臂72例如也可选择性地被移动至中间位置，以在密封件50的外边缘上集中清洁。如图8所示，也可选择性地使用臂升降机98来垂直调整臂72，而不是经由升降/旋转机构18调整头部的垂直位置，或上述二者可结合使用。

通常，对于容器中的电镀液，即使微小的变化也会降低电镀性能，所以最小化释放到容器中的部件清洁液的量是有利的。参照图3和图7，清洁模块60设计成收集大部分或全部使用过的清洁液。如果在喷嘴76周围设置成环形形状，接触元件80倾向于容纳清洁液。介于接触元件80与喷嘴76之间的环形空间中的收集开口88帮助移除使用过的清洁液。如图6所示，也可将捕获杯94设置于臂72的外端上来捕获任何从臂滴下的使用过的清洁液。

再如图6所示，传感器56可设置于臂72上以检测是否有污染物留在密封件50上。传感器56可为包括光源的光学传感器，以检测颜色或对比度的变化。传感器也可检测其他参数，例如使用一个或更多个接触探针58与密封件50接触以检测密封件上的金属是否存在，或测量密封件上的电阻变化。

图4示出替代臂52，所述替代臂52具有两个区段(segment)或连接(link)，由于内区段的外端部可放置于旋转器或密封件旋转轴AA处(如图2所示)，则外区段经由电动机54可围绕轴AA旋转。使用该设计，当接触器或刷子80在密封件或其他部件周围作圆周移动时，密封件可保持静止状态。

仍参照图4，可在清洗缘内设置接触器或刷子清洁站(station)42。若使用上述刷子清洁站42，所述刷子清洁站42可包括洗涤垫或洗涤表面和/或喷洒喷嘴。如图5所示臂位于存储位置，刷子80移动进入清洁站，而接触器或刷子可选择性地于所述清洁站被清洁。

虽然描述为涉及清洁电镀设备上的密封件，每一个描述的实施方式也可用于清洁其他电镀设备部件，例如环接触件或背板。

Claims (17)

1.一种电镀设备，所述电镀设备包含：

容器，所述容器用于容纳一槽的电镀液；

头部，所述头部适于在所述容器中保持工件；

设备部件，所述设备部件位于所述头部上；以及

清洁组件，所述清洁组件包括：

臂；

接触器，所述接触器位于所述臂上；以及

臂致动器，所述臂致动器与所述臂连接，用于从第一位置和第二位置移动所述臂，在所述第一位置所述接触器与所述设备部件间隔开，在所述第二位置所述接触器与所述设备部件物理接触,

其中所述清洁组件安装于框架的顶上，所述框架在所述容器周围具有液体收集开口；以及所述臂的所述第一位置至少部分位于所述液体收集开口内。

2.如权利要求1所述的电镀设备，进一步包含流体导管，所述流体导管位于所述臂中，所述流体导管通向所述接触器。

3.如权利要求2所述的电镀设备，进一步包含喷嘴，所述喷嘴位于所述接触器处，所述流体导管与所述喷嘴连接。

4.如权利要求3所述的电镀设备，所述接触器具有中心开口，所述喷嘴位于所述中心开口内。

5.如权利要求1所述的电镀设备，进一步包含：

头部升降机，所述头部升降机附接至所述头部，用于升降所述头部；

旋转器，所述旋转器位于所述头部中，所述设备部件包含位于所述旋转器上的密封件；

以及在所述臂上的所述接触器具有相对于所述容器的固定垂直位置。

6.如权利要求1所述的电镀设备，进一步包含回流导管，所述回流导管位于所述臂中。

7.如权利要求1所述的电镀设备，所述接触器在所述臂的外端上，所述臂的内端在所述容器的一侧枢轴地附接至所述框架。

8.如权利要求7所述的电镀设备，所述框架包含所述液体收集开口，所述液体收集开口与真空源连接。

9.如权利要求1所述的电镀设备，其中所述接触器包含毛刷。

10.如权利要求1所述的电镀设备，其中所述接触器包含海绵、毛毡(felt)垫、塑料叶片、橡胶叶片、塑料杯、橡胶杯或纤维网垫。

11.如权利要求1所述的电镀设备，进一步包含液体捕获杯，所述液体捕获杯附接至所述臂。

12.如权利要求1所述的电镀设备，进一步包含接触器旋转(spin)电动机，所述接触器旋转电动机位于所述臂之上或之内并且附接至所述接触器。

13.一种用于在电镀设备中清洁密封件的设备，所述设备包含：

清洗环；

枢轴臂，所述枢轴臂具有外端，所述枢轴臂可从所述清洗环呈弧形水平移动至所述密封件之下的位置；

枢轴臂致动器，所述枢轴臂致动器附接至所述枢轴臂；

洗涤器，所述洗涤器位于所述臂的外端上；

流体出口，所述流体出口位于所述臂上，所述流体出口与所述洗涤器相关联；以及

流体收集器，所述流体收集器位于所述臂上。

14.如权利要求13所述的设备，所述流体收集器包含回流导管，所述回流导管从邻近于所述流体出口的位置通向所述清洗环。

15.一种清洁电镀设备的部件的方法，所述方法包含：

从臂至少部分位于所述电镀设备的容器周围的液体收集开口内的位置，移动位于所述臂上的部件清洁接触器以与所述部件接触；

将清洁液施加至邻近于所述部件清洁接触器的所述部件上；

从所述液体收集开口收集使用过的清洁液；

当所述部件与所述部件清洁接触器接触时旋转所述部件；以及

移动所述部件清洁接触器远离所述部件。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述部件清洁接触器包含刷子，以及进一步包含使用所述刷子刷洗所述部件。

17.如权利要求15所述的方法，进一步包含经由邻近于所述部件清洁接触器的检测器检测所述部件的状况。