專利名稱：用于電化學(xué)加工微特征工件的腔室、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電化學(xué)加工微特征工件的腔室、系統(tǒng)和方法，所述工件中和/工件上集成有多個微器件。微器件可以包括亞微米特征。本發(fā)明的具體的方面涉及電化學(xué)沉積腔室，它具有無孔阻擋件以分離第一加工流體和第二加工流體。本發(fā)明另外的方面涉及電化學(xué)沉積腔室，具有(a)在第一加工流體和第二加工流體之間的阻擋件，以及(b)在第二加工流體內(nèi)的多個可獨立操作的電極。
背景技術(shù)：
微電子器件，例如半導(dǎo)體器件、成像器和顯示器通常在微電子工件上和/或工件中用幾種不同的機(jī)械(“工具”)來制造。許多這種加工機(jī)械具有在工件上進(jìn)行一個或者多個工序的一個加工臺。其它的加工機(jī)械具有在單個的工件或者成批的工件上進(jìn)行一系列不同的工序的多個加工臺。在典型的制造過程中，在沉積階段中在工件上形成一層或者多層導(dǎo)電材料。然后通常對工件進(jìn)行蝕刻和/或拋光工序(也就是平坦化)，以除去部分沉積的導(dǎo)電層來形成電絕緣的觸點和/或?qū)щ娋€。
在工件上鍍覆金屬或其他材料的工具正在變?yōu)橐粋€越來越有用的加工機(jī)械。電鍍和無電敷鍍技術(shù)可以用于在工件上沉積銅、焊料、坡莫合金、金、銀、鉑、電泳抗蝕劑和其他材料，用于形成空白層或有圖案的層。典型的鍍銅過程涉及在利用化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、無電敷鍍或者其他適合的方法在工件的表面上沉積銅籽晶層。在形成籽晶層之后，通過在電加工溶液中在籽晶層和陽極之間施加適當(dāng)?shù)碾妱?，在工件上鍍覆銅的空白層或者有圖案的層。然后在接下來的工序中對工件進(jìn)行清洗、蝕刻和/或退火，然后將工件轉(zhuǎn)移給下一個加工機(jī)械。
圖1顯示了單晶片加工臺1的一個實施方案，該加工臺1包括容器2，用于從容器2的下部處的流體入口3接收電鍍?nèi)芤?。加工臺1可以包括陽極4、具有多個孔7的板狀擴(kuò)散器6、以及用于承載工件5的工件支架9。工件9可以包括多個電觸點，用于向工件5表面上的籽晶層提供電流。當(dāng)籽晶層相對于陽極4被施加以負(fù)壓偏壓的時候，它就作為陰極。在操作中，電鍍流體流經(jīng)陽極4，穿過擴(kuò)散器6中的孔7，并碰到工件5的鍍覆表面。電鍍?nèi)芤菏窃陉枠O4和工件5表面上的陰性的籽晶層之間導(dǎo)通電流的電解液。因此，電鍍?nèi)芤褐械碾x子鍍覆在工件5的表面上。
在制造微電子器件中使用的鍍覆機(jī)械必須滿足許多特定的性能標(biāo)準(zhǔn)。例如，許多鍍覆過程必須能夠在寬度小于0.5μm、并且通常小于0.1μm的通路或溝渠內(nèi)形成小觸點?？梢栽陔婂?nèi)芤褐屑尤胗袡C(jī)添加劑例如“加速劑”、“抑制劑”和“流平劑”的結(jié)合，以改善在溝渠內(nèi)的鍍覆過程，從而鍍覆金屬從底部向上填充溝渠。為此，保持電鍍?nèi)芤簝?nèi)有機(jī)添加劑的適當(dāng)濃度是正確填充微小特征的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)鍍覆過程的一個缺點在于有機(jī)添加劑在陽極的表面附近分解和被破壞。而且，當(dāng)有機(jī)添加劑分解時，難以控制有機(jī)添加劑以及它們相關(guān)的分解產(chǎn)物在鍍覆溶液中的濃度，這會導(dǎo)致不良的特征填充和非均勻?qū)印Ａ硗?，有機(jī)添加劑的分解產(chǎn)生會導(dǎo)致缺陷和其他非均勻性的副產(chǎn)物。為了減少有機(jī)添加劑在陽極附近的分解速度，可以使用例如銅-磷陽極的其他陽極。
傳統(tǒng)鍍覆過程的另一個缺點是電鍍?nèi)芤褐械挠袡C(jī)添加劑和/或氯離子可以改變純銅陽極。這會改變電場，會因此導(dǎo)致不一致的加工和非均勻?qū)印Ｒ虼诵枰倪M(jìn)鍍覆過程以減少有機(jī)添加物的不良影響。
電鍍的另一個缺點是在工件表面提供所需的電場。在鍍覆溶液中的電流分布是在接觸表面上的籽晶層的均勻性、陽極的構(gòu)造/條件、腔室的構(gòu)造和其他因素的函數(shù)。但是在鍍覆循環(huán)中，電流密度分布圖會發(fā)生改變。例如，在材料鍍覆在籽晶層表面上時，電流密度分布圖通常在鍍覆循環(huán)過程中發(fā)生變化。電流密度分布圖經(jīng)過一段長的時間后也會發(fā)生變化，因為(a)可消耗的陽極會在它們被侵蝕的時候發(fā)生形狀改變，以及(b)鍍覆溶液中的成分濃度會發(fā)生變化。因此難以在工件表面處保持理想的電流密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明部分地說涉及一種電化學(xué)沉積腔室，它具有無孔阻擋件以分離加工流體。腔室分成兩個不同的系統(tǒng)，它們彼此相互作用，以將材料電鍍在工件表面上，同時控制加工流體內(nèi)的選定成分(例如有機(jī)添加劑)遷移跨越阻擋件，以避免在有機(jī)添加劑靠近陽極時和在氣泡或者其他物質(zhì)進(jìn)入到加工流體中時發(fā)生問題。
腔室包括加工單元，向工件(例如工作電極)提供第一加工流體；電極單元，用于裝載與第一加工流體不同的第二加工流體流；以及電極單元內(nèi)的一個電極(平衡電極)。該腔室還包括在第一加工流體和第二加工流體之間的無孔阻擋件。無孔阻擋件允許離子穿過阻擋件，但是禁止非離子類物質(zhì)在第一和第二加工流體之間穿過。如此，無孔阻擋件將第一和第二加工流體的成分彼此分離和隔絕，從而第一加工流體可以具有與第二加工流體不同的化學(xué)特性。例如，第一加工流體可以是具有有機(jī)添加劑的陰極電解液，而第二加工流體可以是沒有有機(jī)添加劑或者這種添加劑濃度非常低的陽極電解液。
無孔阻擋件通過基本防止陰極電解液中的有機(jī)添加劑遷移至陽極電解液，從而提供了幾個優(yōu)點。首先，因為防止有機(jī)添加劑在陽極電解液中，因此它們不能流經(jīng)陽極并分解為會干擾電鍍過程的產(chǎn)物。第二，因為有機(jī)添加劑不會在陽極處分解，因此它們可以在陰極電解液中以低很多的速度消耗，從而較不昂貴和更容易控制陰極電解液中的有機(jī)添加劑。第三，較不昂貴的陽極，例如純銅陽極可以用于陽極電解液中，因為減少了或者是避免了鈍化的危險。
本發(fā)明還涉及一種電化學(xué)沉積腔室，具有(a)加工流體之間的多孔的和/或無孔的阻擋件，以減少或消除有機(jī)添加劑帶來的問題；以及(b)多個獨立操作的電極，以提供和保持在工件表面的所需電流密度。這些腔室也可以分成兩個不同的系統(tǒng)，它們彼此相互作用以將材料電鍍在工件表面上，同時控制加工流體內(nèi)的選定成分(例如有機(jī)添加劑)遷移跨越阻擋件，以避免在有機(jī)添加劑和陽極之間的相互作用和加工流體內(nèi)的氣泡或者顆粒帶來的問題。因此，與僅有一個電極的系統(tǒng)相比，獨立操作的電極提供了工件表面處的更好的電場控制。
腔室包括加工單元，向工件(例如工作電極)提供第一加工流體；電極單元，用于裝載與第一加工流體不同的第二加工流體流；以及電極單元內(nèi)的多個電極(平衡電極)。該腔室還包括在第一加工流體和第二加工流體之間的阻擋件。阻擋件可以是有孔的、可滲透的部件，它允許流體和小分子流經(jīng)第一和第二加工流體之間的阻擋件?；蛘咦钃跫梢允菬o孔的、可半滲透的部件，它防止流體在第一和第二加工流體之間流動，但是允許離子在流體之間穿過。阻擋件也可以包括具有有孔區(qū)域和無孔區(qū)域的部件。這些實施方案的阻擋件將第一和第二加工流體的成分彼此分離和/或隔絕，從而第一加工流體可以具有與第二加工流體不同的化學(xué)特性。例如，第一加工流體可以是具有有機(jī)添加劑的陰極電解液，而第二加工流體可以是沒有有機(jī)添加劑或者這種添加劑濃度非常低的陽極電解液。
在本發(fā)明該方面中的多個電極可以彼此單獨控制，以適合于工件的電場。每個電極可以具有使得所有的電極產(chǎn)生的電場在工件表面處提供所需的鍍覆分布圖的電流水平。另外，施加給每個電極的電流可以在整個鍍覆循環(huán)中獨立發(fā)生變化，以補(bǔ)償在工件的表面處因為鍍覆層厚度變化導(dǎo)致的差值。
腔室內(nèi)具有控制電場的多個電極和阻擋件的結(jié)合提供了一種明顯更有效的系統(tǒng)，并產(chǎn)生了質(zhì)量明顯更好的產(chǎn)品。這種系統(tǒng)更有效，是因為利用用于工件的一種加工流體和用于電極的另一種加工流體允許加工流體適應(yīng)于每個區(qū)域內(nèi)的最佳用途，而不必妥協(xié)以減少僅使用一種加工溶液導(dǎo)致的問題。如此，工具不必頻繁的關(guān)閉以調(diào)整流體，并且它消耗較少的成分。該系統(tǒng)產(chǎn)生更好質(zhì)量的產(chǎn)品，是因為(a)使用兩種不同的加工流體允許更好的控制每種加工流體內(nèi)的重要成分的濃度，以及(b)使用多個電極提供了在工件表面處的更好的電流密度控制。


圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)的電鍍腔室的示意圖；圖2A示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案用于微特征工件的電化學(xué)沉積、電拋光或者其他濕化學(xué)加工的系統(tǒng)；圖2B示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案用于微特征工件的電化學(xué)沉積、電拋光或者其他濕化學(xué)加工的系統(tǒng)；圖3A-3H顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案在鍍覆循環(huán)過程中并且圖2A和2B中的系統(tǒng)空閑時在陽極電解液和陰極電解液中氫和銅離子濃度之間的關(guān)系；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)容器的截面部分的示意性等距視圖；圖5是顯示圖4的容器的截面?zhèn)炔康氖疽庑詡?cè)視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)容器的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)容器的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)容器的示意圖；
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)加工工具的示意性頂部平面視圖；圖10A是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)加工工具的一部分的等距視圖；圖10B是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案設(shè)置的濕化學(xué)加工工具的頂部平面視圖；圖11是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)加工工具的安裝模塊的等距視圖；圖12是沿著用于根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)加工工具的安裝模塊的圖11的線12-12的剖面圖；圖13是更詳細(xì)地顯示安裝模塊的臺面(deck)的一部分的剖面圖。
具體實施例方式
此處所使用的術(shù)語“微特征工件”或者“工件”是指其上和/或其中形成有微器件的基板。典型的微器件包括微電子電路或者元件，薄膜記錄頭，數(shù)據(jù)存儲元件，微流體器件和其他產(chǎn)品。微機(jī)械包括在該定義中，因為它們是利用與在制造集成電流中的很多相同的技術(shù)來制造的?；蹇梢允前雽?dǎo)體片(例如硅晶片或者砷化鎵晶片)、非導(dǎo)體片(例如各種陶瓷基板)，或者導(dǎo)體片(例如摻雜的晶片)。而且，術(shù)語電化學(xué)加工或者沉積包括電鍍、電蝕刻、陽極氧化和/或無電敷鍍。
幾個用于加工微特征工件的電化學(xué)沉積腔室的實施方案對于在工件的結(jié)構(gòu)中或者結(jié)構(gòu)上電解沉積金屬或者電泳抗蝕劑是特別有用的。因此根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)沉積腔室用于具有濕化學(xué)加工腔室的系統(tǒng)，所述腔室用于蝕刻、漂洗、或者在半導(dǎo)體基板或者其他類型的工件中或者其上制造微特征中的其他類型的濕化學(xué)處理。在圖2A-13和相應(yīng)的文字中顯示了根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)沉積腔室和綜合工具的幾個實施方案，以更好地理解本發(fā)明的具體實施方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明可以有其他的技術(shù)方案，或者本發(fā)明可以在沒有圖2A-13所示的實施方案的幾個細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行實施。
A.濕化學(xué)加工系統(tǒng)的實施方案圖2A示意性地顯示了用于電化學(xué)沉積、電拋光、或者微特征工件的其他濕化學(xué)加工的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括具有頭組件104(示意性地顯示)和濕化學(xué)容器110(示意性地顯示)的電化學(xué)沉積腔室102。頭組件104相對于容器110在加工位置處加載、卸載和定位一個工件W或者一批工件。頭組件104通常包括工件支架，該支架具有包括被構(gòu)成為與工件W上的導(dǎo)電層相配合的多個電觸點的觸點組件。因此工件支架可以向工件W上的導(dǎo)電層施加電勢。適當(dāng)?shù)念^組件、工件支架和觸點組件如美國專利US6228232、6280583、6303010、6309520、6309524、6471913、6527925、以及6569297和美國專利申請09/733608以及09/823948所述，這些文獻(xiàn)在此全文引入作為參考。
所示的容器110包括加工單元120(示意性的顯示)，電極單元180(示意性的顯示)和在加工單元120及電極單元180之間的無孔阻擋件170(示意性的顯示)。加工單元120被構(gòu)成為包括用于加工微特征工件W的第一加工流體。電極單元180被構(gòu)成為包括電極190和至少在電極190附近的第二加工流體。第二加工流體通常與第一加工流體不同，但是它們在某些應(yīng)用中也可以是相同的。通常，第一和第二加工流體具有共同的某些離子。當(dāng)工件是陰性的時候，加工單元120內(nèi)的第一加工流體是陰極電解液，電極單元180內(nèi)的第二加工流體是陽極電解液。但是在電拋光或者其他沉積處理中，第一加工流體可以是陽極電解液，第二加工流體可以是陰極電解液。
系統(tǒng)100還包括存儲及循環(huán)第一加工流體的第一流體系統(tǒng)112和存儲及循環(huán)第二加工流體的第二流體系統(tǒng)192。第一流體系統(tǒng)112可以包括第一加工流體貯存器113，用于在第一加工流體貯存器113和加工單元120之間運(yùn)送第一加工流體流的多個流體管道114，以及在加工單元120內(nèi)的用于在加工位置和無孔阻擋件170之間運(yùn)送第一加工流體流的多個元件115(示意性的顯示)。第二流體系統(tǒng)192可以包括第二加工流體貯存器193，用于在第二加工流體貯存器193和電極單元180之間運(yùn)送第二加工流體流的多個流體管道185，以及在電極單元180內(nèi)的用于在電極190和無孔阻擋件170之間運(yùn)送第二加工流體流的多個元件184(示意性的顯示)。第一和第二加工流體的各成分的濃度可以分別在第一加工流體貯存器113和第二加工流體貯存器193內(nèi)單獨控制。例如，如銅的金屬可以加入到各容器113和193內(nèi)的第一和/或第二加工流體內(nèi)?；蛘呖梢栽诘谝缓偷诙黧w系統(tǒng)112和192內(nèi)分別控制第一和第二加工流體的溫度和/或除去不需要的材料或氣泡。
無孔阻擋件170在加工單元120和電極單元180之間界面的區(qū)域內(nèi)位于第一和第二加工流體之間，以將第一加工流體與第二加工流體分開和/或隔離。例如，無孔阻擋件170防止流體在第一和第二流體系統(tǒng)112和192之間流動，同時選擇性地允許例如陰離子和/或陽離子的離子在第一和第二加工流體之間穿過阻擋件170。如此，電場、加工流體之間的電荷不平衡、和/或加工流體內(nèi)的物質(zhì)濃度的差異可以驅(qū)動離子越過無孔阻擋件170，如下詳細(xì)所述。
與有孔阻擋件例如過濾介質(zhì)、膨脹的Teflon(Goretex)和燒結(jié)的材料(玻璃、石英、陶瓷等)相反，無孔阻擋件170禁止非離子物質(zhì)(包括小分子和流體)穿過阻擋件170。例如，無孔阻擋件170可以基本沒有開口區(qū)域。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙黧w系統(tǒng)112和192在典型壓力下操作時，防止流體穿過無孔阻擋件170。但是，水可以借助于滲透作用和/或電滲透作用穿過無孔阻擋件170運(yùn)輸。當(dāng)?shù)谝缓偷诙庸ち黧w中的分子濃度顯著不同時會發(fā)生滲透。當(dāng)在電流攜帶水合球體形式的離子的情況下水被攜帶穿過無孔阻擋件170的時候，可以發(fā)生電滲透。當(dāng)?shù)谝缓偷诙庸ち黧w具有類似的分子濃度并且沒有電流穿過加工流體的時候，基本防止流體在第一和第二加工流體之間流動。
另外，無孔阻擋件170可以是親水的，從而加工流體內(nèi)的氣泡不會導(dǎo)致部分阻擋件170干燥，否則會降低通過阻擋件170的導(dǎo)電性。適當(dāng)?shù)臒o孔阻擋件170包括DuPont制造的NAFION膜，SybronChemical Inc.制造的Ionac膜，以及Tokuyuma制造的NeoSepta膜。
當(dāng)系統(tǒng)100用于電化學(xué)加工時，可以向電極190和工件W施加電勢，從而電極190成為陽極，而工件W成為陰極。第一和第二加工流體因此分別成為陰極電解液和陽極電解液，并且每種流體可以包括要鍍覆在工件W上的金屬離子溶液。電極190和工件W之間的電場可以驅(qū)動正離子從陽極電解液穿過無孔阻擋件170到達(dá)陰極電解液，或者驅(qū)動負(fù)離子沿著相反方向運(yùn)動。在電鍍應(yīng)用中，在微特征工件W處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其中還原金屬離子以在微特征工件W上形成金屬的固體層。在電化學(xué)蝕刻和其他電化學(xué)應(yīng)用中，電場可以驅(qū)動離子沿著相反方向運(yùn)動。
圖2A所示的系統(tǒng)100的其他特征是該無孔阻擋件170將第一和第二加工流體彼此分離和隔絕，但是允許離子在第一和第二加工流體之間穿過。如此，加工單元120內(nèi)的流體可以與電極單元180內(nèi)的流體具有不同的化學(xué)性能。例如第一加工流體可以是具有有機(jī)添加劑的陰極電解液，第二加工流體可以是沒有有機(jī)添加劑或者這種添加劑濃度非常低的陽極電解液。如上發(fā)明概述部分所述，在陽極電解液中缺少有機(jī)添加劑可以提供如下優(yōu)點(a)減少陰極電解液中分解有機(jī)物的副產(chǎn)物；(b)減少有機(jī)添加劑的消耗；(c)減少陽極的鈍化；以及(d)使純銅陽極獲得有效使用。
圖2A所示的系統(tǒng)100在保持第一加工流體內(nèi)的所需銅離子或者其他金屬離子濃度方面也是特別有效的。在電鍍過程中，希望準(zhǔn)確控制在第一加工流體內(nèi)的材料的濃度，以確保在大量的單個微特征工件上的一致的、可重復(fù)的沉積。例如，當(dāng)在工件W上沉積銅的時候，希望將第一加工流體(例如陰極電解液)內(nèi)的銅濃度保持在一個理想的范圍內(nèi)，以在工件W上沉積適當(dāng)?shù)你~層。以下將詳細(xì)描述系統(tǒng)100的這個方面。
為了控制在某些電鍍應(yīng)用中第一加工溶液內(nèi)金屬離子的濃度，圖2A所示的系統(tǒng)100利用了無孔阻擋件170的特征，第一流體系統(tǒng)112的體積、第二流體系統(tǒng)192的體積，以及在第一和第二加工溶液內(nèi)的不同的酸濃度。通常，第一加工流體內(nèi)的酸的濃度高于在第二加工流體內(nèi)的酸濃度，系統(tǒng)100內(nèi)的第一加工流體的體積大于系統(tǒng)100內(nèi)的第二加工流體的體積。如下詳細(xì)所述，這些特征共同起作用，將第一加工流體內(nèi)的成分的濃度保持在一個理想的范圍內(nèi)，以確保在工件W上的一致的均勻的沉積。為了進(jìn)行說明，將參考在工件上電鍍銅的實施方案描述增加在第一加工流體內(nèi)的酸濃度的效果。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，可以電鍍不同的金屬和/或原理可以用于其他應(yīng)用中的其他濕化學(xué)處理中。
圖2B示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案用于微特征工件的電化學(xué)沉積、電拋光或者其他濕化學(xué)加工的系統(tǒng)。系統(tǒng)100a類似于圖2A所示的系統(tǒng)100，類似的附圖標(biāo)記用于表示圖2A和2B中類似的元件。系統(tǒng)100a包括具有頭組件104(示意性地顯示)和濕化學(xué)容器110a(示意性地顯示)的電化學(xué)沉積腔室102。如上參考圖2A所述，頭組件104相對于容器110a在加工位置處加載、卸載和定位一個工件W或者一批工件。
所示的容器110a包括加工單元120a(示意性的顯示)，電極單元180a(示意性的顯示)和在加工單元120a及電極單元180之間的無孔阻擋件170a(示意性的顯示)。所示實施方案的加工單元120a包括從阻擋件170a朝著加工位置伸出的絕緣隔板142和被絕緣隔板142所限定的多個腔室130(分別表示為130a-b)。腔室130a-b可以同心設(shè)置，并且在加工位置附近具有對應(yīng)的開口144a-b。腔室130a-b被構(gòu)成為向微特征工件W運(yùn)送或從其中運(yùn)送第一加工流體。但是加工單元120a可以不包括絕緣隔板142和腔室130，或者絕緣隔板140和腔室130可以具有其他的結(jié)構(gòu)。
電極單元180a包括絕緣隔板186、由絕緣隔板186限定的多個隔室184a-b和設(shè)置在對應(yīng)隔室184a-b內(nèi)的多個電極190a和190b。隔室184a-b可以同心設(shè)置，并被構(gòu)成為至少接近電極190a-b運(yùn)送第二加工流體。如上所述，第二加工流體一般與第一加工流體不同，但是它們在某些應(yīng)用中可以相同。通常，第一和第二加工流體具有某些共同的離子。當(dāng)工件是陰性的時候，加工單元120a內(nèi)的第一加工流體是陰極電解液，電極單元180a內(nèi)的第二加工流體是陽極電解液。但是在電拋光或者其他沉積處理中，第一加工流體可以是陽極電解液，第二加工流體可以是陰極電解液。盡管圖2B所示的系統(tǒng)100a包括兩個同心電極190a-b，但是在其他實施方案內(nèi)，系統(tǒng)可以包括不同數(shù)量的電極和/或電極可以設(shè)置在不同的結(jié)構(gòu)中。
系統(tǒng)100a還包括存儲及循環(huán)第一加工流體的第一流體系統(tǒng)112a和存儲及循環(huán)第二加工流體的第二流體系統(tǒng)192a。第一流體系統(tǒng)112a可以包括(a)第一加工流體貯存器113，(b)用于在第一加工流體貯存器113和加工單元120a之間運(yùn)送第一加工流體流的多個流體管道114，以及(c)用于在加工位置和無孔阻擋件170a之間運(yùn)送第一加工流體流的腔室130a-b。第二流體系統(tǒng)192a可以包括(a)第二加工流體貯存器193，(b)用于在第二加工流體貯存器193和電極單元180a之間運(yùn)送第二加工流體流的多個流體管道185，以及(c)用于在電極190a-b和無孔阻擋件170a之間運(yùn)送第二加工流體流的隔室184a-b。第一和第二加工流體的各成分的濃度可以分別在第一加工流體貯存器113和第二加工流體貯存器193內(nèi)單獨控制。例如，如銅的金屬可以加入到各容器113或193內(nèi)的第一和/或第二加工流體內(nèi)。另外可以在第一和第二流體系統(tǒng)112a和192a內(nèi)分別控制第一和第二加工流體的溫度和/或除去不需要的材料或氣泡。
無孔阻擋件170a在加工單元120a和電極單元180a之間界面的區(qū)域內(nèi)位于第一和第二加工流體之間，以將第一加工流體與第二加工流體分開和/或隔離。例如，阻擋件170a可以是有孔的、可滲透的膜，它允許流體和小分子流經(jīng)第一和第二加工流體之間的阻擋件170a。或者阻擋件170a可以是無孔的、可半滲透的膜，它防止流體在第一和第二流體系統(tǒng)112和192之間流動，但是選擇性地允許離子(例如陰離子和/或陽離子)在第一和第二加工流體之間穿過阻擋件170a，如上參考圖2A所示的無孔阻擋件170所述。在其他情況下，阻擋件170a限制氣泡、顆粒和大分子例如有機(jī)添加劑在第一和第二加工流體之間穿過。
當(dāng)系統(tǒng)100a用于電化學(xué)加工時，可以向電極190a-b和工件W施加電勢，從而電極190a-b成為陽極，而工件W成為陰極。第一和第二加工流體因此分別成為陰極電解液和陽極電解液，并且每種流體可以包括要鍍覆在工件W上的金屬離子溶液。電極190a-b和工件W之間的電場可以驅(qū)動正離子從陽極電解液穿過阻擋件170a到達(dá)陰極電解液，或者驅(qū)動負(fù)離子沿著相反方向運(yùn)動。在電鍍應(yīng)用中，在微特征工件W處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其中還原金屬離子以在微特征工件W上形成金屬的固體層。在電化學(xué)蝕刻和其他電化學(xué)應(yīng)用中，電場可以驅(qū)動離子沿著相反方向運(yùn)動。
第一電極190a在加工位置處通過電極單元180a的第一隔室184a內(nèi)的部分第二加工流體和在加工單元120a的第一腔室130a內(nèi)的部分第一加工流體向工件W提供電場。因此，第一電極190a提供了通過第一開口144a有效暴露于加工位置的電場。第一開口144a將第一電極190a的電場成型以在第一開口144a的頂部處產(chǎn)生一個“虛擬電極”。這是一個“虛擬電極”，因為絕緣隔板142將第一電極190a的電場成型，從而其效果如同第一電極190a設(shè)置在第一開口144a中。虛擬電極如US專利申請09/872151中所述，其內(nèi)容在此引入作為參考。類似的，第二電極190b通過電極單元180a的第二隔室184b內(nèi)的部分第二加工流體和在加工單元120a的第一腔室130b內(nèi)的部分第一加工流體向工件W提供電場。因此，第二電極190b提供了通過第二開口144b有效暴露于加工位置的電場，以產(chǎn)生另一個“虛擬電極”。
在操作中，第一電流施加給第一電極190a，第二電流施加給第二電極190b?？梢詥为毧刂频谝缓偷诙娏鳎瑥亩鼈冊诮o定時間內(nèi)可以彼此相同或者不同。另外，第一和第二電流可以在整個鍍覆循環(huán)內(nèi)動態(tài)變化。第一和第二電極因此提供了高度受控的電場，以為不一致的或者不均勻的籽晶層或者在鍍覆循環(huán)內(nèi)的鍍覆層中的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
除了具有多個可單獨操作的電極的優(yōu)點之外，系統(tǒng)100a在將第一加工流體和第二加工流體分開方面也要具有如上述系統(tǒng)100類似的優(yōu)點。如上所述，例如，在陽極電解液中缺少有機(jī)添加劑能提供如下優(yōu)點(a)減少陰極電解液中分解有機(jī)物的副產(chǎn)物；(b)減少有機(jī)添加劑的消耗；(c)減少陽極的鈍化；以及(d)使純銅陽極獲得有效使用。也期望圖2B所示的系統(tǒng)100a在保持第一加工流體內(nèi)的銅離子或者其它金屬離子的理想濃度方面是特別有效的，原因如下詳細(xì)所述。
B.電化學(xué)沉積系統(tǒng)的操作圖3A-3H顯示了在鍍覆循環(huán)過程中和在空閑時期內(nèi)在系統(tǒng)100和100a的陽極電解液和陰極電解液中氫和銅離子濃度之間的關(guān)系。為了簡便起見，以下關(guān)于圖3A-3H的描述更具體的描述了操作圖2A所示的系統(tǒng)100的幾個實施方案。系統(tǒng)100a中陽極電解液和陰極電解液的操作可以基本與系統(tǒng)100的這些特征的操作類似甚至是相同。如此，以下描述也適用于圖2B所示的系統(tǒng)100a。
圖3A和3B分別顯示了在鍍覆循環(huán)中在第一加工流體(陽極電解液)和第二加工流體(陰極電解液)中的氫離子濃度。電場容易驅(qū)動氫離子在鍍覆循環(huán)過程中從陽極電解液越過無孔阻擋件170(圖2A)到達(dá)陰極電解液。因此，氫離子濃度在陽極電解液中下降，而在陰極電解液中上升。按照百分濃度變化或者摩爾濃度測量，在陽極電解液中氫離子濃度的下降一般明顯高于在陰極電解液中氫離子濃度的對應(yīng)升高，原因在于(a)在所示系統(tǒng)100內(nèi)的陰極電解液的體積大于陽極電解液的體積；以及(b)在陽極電解液中的氫離子濃度遠(yuǎn)比在陽極電解液中的高。
圖3C和3D顯示了在鍍覆循環(huán)過程中陽極電解液和陰極電解液中銅離子濃度。在鍍覆循環(huán)中，陽極補(bǔ)充了陽極電解液中的銅離子，電場驅(qū)動銅離子從陽極電解液越過無孔阻擋件170到達(dá)陰極電解液。陽極在鍍覆循環(huán)中向陽極電解液補(bǔ)充銅離子。因此，如圖3C所示，在陽極電解液中的銅離子濃度在鍍覆循環(huán)過程中升高。相反，在陰極電解液池中，圖3D顯示了在陰極電解液中銅離子濃度在鍍覆循環(huán)中起初下降，因為銅離子被消耗以在微特征工件W上形成層。
圖3E-3H顯示了在圖2A的系統(tǒng)100空閑時陽極電解液和陰極電解液中氫和銅離子的濃度。例如，圖3E和3F顯示在系統(tǒng)100空閑時，氫離子濃度在陽極電解液中升高，在陰極電解液中下降，因為陰極電解液中更高的酸濃度驅(qū)動氫離子越過無孔阻擋件170至陽極電解液。圖3G和3H顯示了在系統(tǒng)100空閑時銅離子濃度在陽極電解液中下降而在陰極電解液中升高。氫離子移動到陽極電解液中，產(chǎn)生了驅(qū)動銅離子從陽極電解液至陰極電解液的電荷不平衡。因此，所示實施方案的一個特征在于當(dāng)系統(tǒng)100空閑時，陰極電解液因為在陽極電解液和陰極電解液中的酸濃度差而補(bǔ)充了銅。這個特征的優(yōu)點在于，在系統(tǒng)100空閑時，可以保持陰極電解液中銅的所需濃度。這個特征的另一個優(yōu)點在于，銅離子越過無孔阻擋件170的更多移動防止陽極電解液被銅飽和，否則會導(dǎo)致陽極的鈍化和/或形成鹽晶體。
圖2A所示的系統(tǒng)100的前述操作有一部分是通過選擇適當(dāng)?shù)臍潆x子(也就是酸質(zhì)子)和銅的濃度而發(fā)生的。在用于沉積銅的幾個有用的處理中，在第一加工流體中的酸濃度大致是10g/l至大致200g/l，在第二加工流體內(nèi)的酸濃度大致是0.1g/l至大致1.0g/l?；蛘?，第一和/或第二加工流體的酸濃度可以在這個范圍之外。例如，第一加工流體可以具有第一酸濃度，第二加工流體可以具有小于第一濃度的第二酸濃度。第一酸濃度與第二酸濃度的比值例如可以大致是10∶1至大致20000∶1。銅的濃度也是一個參數(shù)。例如在許多鍍銅應(yīng)用中，第一和第二加工流體可以具有大致10g/l至大致50g/l之間的銅濃度。盡管前述范圍對許多應(yīng)用都是有用的，但是可以理解，第一和第二加工流體可以具有其他的銅和/或酸濃度。
在其他實施方案中，無孔阻擋件可以是陰離子的，電極可以是惰性陽極(例如鉑或者銥氧化物)，以防止在第一加工流體內(nèi)累積硫酸根離子。在該實施方案中，在第一和第二加工流體內(nèi)的酸濃度或者pH可以類似。或者第二加工流體可以具有更高的酸濃度以增加流體的導(dǎo)電性。銅鹽(硫酸銅)可以加入到第一加工流體內(nèi)，以補(bǔ)充流體內(nèi)的銅?？梢酝ㄟ^硫酸根離子從第一加工流體向第二加工流體的通過來將電流攜帶穿過阻擋件。因此硫酸根離子較不容易累積在第一加工流體內(nèi)，否則它們會在此對沉積的膜產(chǎn)生不良影響。
在其他實施方案中，系統(tǒng)可以從工件上電化學(xué)蝕刻銅。在這些實施方案中，第一加工溶液(陽極電解液)含有可以包括銅離子的電解液。在電化學(xué)蝕刻中，可以向電極和/或工件施加電勢。陰離子無孔阻擋件可以用于防止正離子(例如銅)穿過進(jìn)入到第二加工流體(陰極電解液)中。因此，通過陰離子攜帶電流，禁止銅離子流動靠近并且沉積在電極上。
所示系統(tǒng)100的前述操作通過選擇適當(dāng)?shù)年枠O電解液和陰極電解液體積來實現(xiàn)。參考圖2A，所示系統(tǒng)100的其他特征是在對應(yīng)的加工流體貯存器113和193以及流體系統(tǒng)112和192內(nèi)具有第一體積的第一加工流體和第二體積的第二加工流體。在第一體積和第二體積之間的比值可以大致是1.5∶1至20∶1，在許多應(yīng)用中大致是2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1，9∶1或者10∶1。在第一和第二加工流體中的體積差異緩和了在第一加工流體內(nèi)的材料濃度中的變化。例如如上參考圖3A和3B所示，當(dāng)氫離子從陽極電解液移動至陰極電解液時，陰極電解液中氫離子濃度變化百分?jǐn)?shù)小于在陽極電解液中氫離子濃度變化，因為陰極電解液體積比陽極電解液體積大。在其他實施方案中，第一和第二體積可以近似相等。
C.電化學(xué)沉積容器的實施方案圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的濕化學(xué)容器210的截面部分的等距視圖。容器210被構(gòu)成為用在與系統(tǒng)100和100a(圖2A和2B)類似的系統(tǒng)中，用于電化學(xué)沉積、電拋光、陽極氧化、或者其他微特征工件的濕化學(xué)處理。相應(yīng)地，圖4所示的容器210是這種類型的容器110或110a的一個示例。如此，容器210可以連接至第一加工流體貯存器(未顯示)，從而第一流體系統(tǒng)(部分顯示為212a-b)可以向工件提供第一加工流體以進(jìn)行加工。容器210也可以連接至第二加工流體貯存器(未顯示)，從而第二流體系統(tǒng)(部分顯示為292a-b)可以將第二加工流體輸送到電極附近。
所示的容器210包括加工單元220，與加工單元220連接的阻擋單元260，以及與阻擋單元260連接的電極單元280。加工單元220、阻擋單元260、以及電極單元280不必是分開的單元，但是它們可以是一個單元的各部分或者各元件。加工單元220包括具有第一流體系統(tǒng)212a的第一部分的底盤228，以將第一加工流體流引導(dǎo)穿過底盤228。第一流體系統(tǒng)的第一部分212a可以包括與底盤228相連的一個單獨的元件和/或在底盤228內(nèi)的多個流體通道。在這個實施方案中，第一流體系統(tǒng)212a的第一部分包括導(dǎo)管215，具有多個槽217的第一流體引導(dǎo)件216，和前室218。第一流體引導(dǎo)件216中的槽217將流體徑向朝著前室218分配。
第一流體系統(tǒng)212a的第一部分還包括接收來自前室218的流體的第二流體引導(dǎo)件219。第二流體引導(dǎo)件219可以包括具有多個開口222的側(cè)壁221和具有多個孔225的流體發(fā)射裝置。開口222可以是圍繞側(cè)壁221徑向設(shè)置的豎直狹縫，以提供朝著流體發(fā)射裝置224徑向向內(nèi)發(fā)射的多個流體分量。流體發(fā)射裝置224中的孔225可以是多個長條形的狹縫，或者其他的向上和徑向向內(nèi)傾斜的開口。流體發(fā)射裝置224接收來自開口222的徑向流體分量，并將流體重新引導(dǎo)通過孔225?？梢岳斫?，開口222和孔225可以具有幾種不同的結(jié)構(gòu)。例如孔225可以將流體徑向向內(nèi)發(fā)射，而不會向上傾斜，或者孔225可以按照比圖4所示的角度還大的角度向上傾斜。相應(yīng)地孔225可以按照大致0°-45°的角度范圍傾斜，在幾個具體的實施方案中，孔225可以按照大致5°-25°的角度向上傾斜。
加工單元220也可以包括場成型模塊240，用于將電場成型并在加工位置處引導(dǎo)第一加工流體流。在該實施方案中，場成型模塊240具有帶第一輪緣243a的第一分隔件242a，帶第二輪緣243b的第二分隔件242b，以及帶第三輪緣243c的第三分隔件242c。第一輪緣243a限定第一開口244a，第一輪緣243a和第二輪緣243b限定第二開口244b，第二輪緣243b和第三輪緣243c限定第三開口244c。加工單元220可以還包括具有輪緣246的堰245，在該輪緣上加工流體可以流入到回收渠道247中。第三輪緣243c和堰245限定第四開口244d。場成型模塊240和堰245通過多個螺栓或者螺釘連接至加工單元220，多個密封件249位于底盤228和場成型模塊240之間。
容器210不限于具有圖4所示的場成型單元240。在其他實施方案中，場成型單元可以具有其他結(jié)構(gòu)。例如場成型單元可以具有限定第一開口的第一絕緣部件和在第一開口之上限定第二開口的第二絕緣部件。第一開口可以具有第一區(qū)域，第二開口可以具有不同于第一區(qū)域的第二區(qū)域。第一和第二開口可以具有不同的形狀。
在所示的實施方案中，在加工單元220內(nèi)第一流體系統(tǒng)212a的第一部分還包括與前室218流體相通的第一渠道230a，與第二開口244b流體相通的第二渠道230b，與第三開口244c流體相通的第三渠道230c，以及與第四開口244d流體相通的第四渠道230d。第一流體系統(tǒng)212a的第一部分因此可以將第一加工流體運(yùn)送至加工位置，以在加工位置處提供所需的流體流分布圖。
在該特定的加工單元220中，第一加工流體進(jìn)入入口214，并經(jīng)過管道215和第一流體引導(dǎo)件216。第一加工流體然后分成兩路流動，一部分流體經(jīng)過前室218向上穿過第二流體引導(dǎo)件219流動，另一部分流體經(jīng)過加工單元220的第一渠道230a向下流動進(jìn)入阻擋件單元260。向上的流體經(jīng)過第二流體引導(dǎo)件219，穿過流體發(fā)射裝置224和第一開口244a。部分第一加工流體向上流到輪緣243a上，經(jīng)過工件附近的加工單元，然后流到堰245的輪緣246上。第一加工流體的其他部分向下流經(jīng)加工單元220的每個渠道230b-d，并進(jìn)入阻擋件單元260。
所示的容器210的電極單元280包括容納電極組件的容器282和第二流體系統(tǒng)292a的第一部分。所示的容器282包括多個隔板或者壁286，它們限定了多個隔室284(分別表示為284a-b)。這種容器282的壁286是同心的環(huán)狀隔板，它們限定了環(huán)狀的隔室284。但是在其它實施方案中，壁可以具有不同的構(gòu)造，以形成非環(huán)形的隔室和/或每個隔室可以再分為小隔間。圖4所示的具體的實施方案具有四個隔室284，但是在其它實施方案中，容器282可以包括任何數(shù)量的隔室來容納電極。隔室284可以限定第二流體系統(tǒng)292a的第一部分的一部分，第二加工流體由此流出。
容器210可以還包括設(shè)置在電極單元280中的至少一個電極。圖4所示的容器282包括在第一隔室284a內(nèi)的第一電極290a，在第二隔室284b內(nèi)的第二電極290b，在第三隔室284c內(nèi)的第三電極290c，在第四隔室284d內(nèi)的第四電極290d。電極290a-d可以是彼此同心設(shè)置的環(huán)形或者圓形導(dǎo)電元件。在其它實施方案中，電極可以是弧形段或者具有其它的形狀和布局。盡管在所示的實施方案中有四個電極290，但是其它實施方案可以包括不同數(shù)量的電極，可以包括一個電極、兩個電極等。
在該實施方案中，電極290連接至延伸穿過電極單元280的容器282的電連接器系統(tǒng)291，以將電極290連接至電源。電極290可以在整個鍍覆循環(huán)中提供恒定的電流，或者在鍍覆循環(huán)內(nèi)流經(jīng)一個或者多個電極290的電流可以根據(jù)工件的特定參數(shù)發(fā)生變化。另外，每個電極290可以具有與其它電極290的電流不同的獨有電流。電極290可以按照DC、脈沖的和脈沖反向波形操作。用于操作電極的適當(dāng)過程如US專利申請09/849505、09/866391以及09/866463所述，其全文在此引入作為參考。
第二流體系統(tǒng)292a的第一部分通過電極單元280運(yùn)送第二加工流體。更具體的說，第二加工流體通過入口285進(jìn)入到電極單元280中，然后流體分成流入到每個隔室284的第二加工流體的各個部分。在流體流經(jīng)隔室284并進(jìn)入到阻擋件單元260的時候，第二加工流體的各部分流經(jīng)對應(yīng)的電極290。
所示的阻擋件單元260位于加工單元220和電極單元280之間，以分離第一加工流體和第二加工流體，并同時允許來自電極290的各電場通過開口244a-d作用。阻擋件單元260包括第一流體系統(tǒng)212b的第二部分，第二流體系統(tǒng)292b的第二部分，以及將第一流體系統(tǒng)212中的第一加工流體與第二流體系統(tǒng)292中的第二加工流體相分離的無孔阻擋件270。第一流體系統(tǒng)212b的第二部分與第一流體系統(tǒng)212a的第一部分在加工單元220內(nèi)流體相通。第一流體系統(tǒng)212b的第二部分包括在無孔阻擋件270附近的多個環(huán)形開口265(分別用265a-d表示)，在加工單元220內(nèi)在對應(yīng)的環(huán)形開口265和對應(yīng)的渠道230之間延伸的多個渠道264(分別用264a-d表示)，以及在對應(yīng)的環(huán)形開口265和第一出口273之間延伸的多個通道272。如此，第一加工流體從加工單元220的渠道230a-d流出并流向阻擋件單元260的對應(yīng)渠道264a-d。在流經(jīng)阻擋件單元260的渠道264a-d之后，第一加工流體沿著大體與無孔阻擋件270平行的方向經(jīng)過對應(yīng)的環(huán)形開口265流向?qū)?yīng)的通道272。第一加工流體流經(jīng)通道272，并通過第一出口273流出容器210。
第二流體系統(tǒng)292b的第二部分與第二流體系統(tǒng)292a的第一部分在電極單元280內(nèi)流體相通。第二流體系統(tǒng)292b的第二部分包括在電極單元280內(nèi)在阻擋件270和對應(yīng)的隔室284之間延伸的多個渠道266(分別用266a-d表示)以及在無孔阻擋件270和第二出口275之間延伸的多個通道274。如此，第二加工流體從隔室284a-d流向?qū)?yīng)的渠道266a-d，并碰撞到無孔阻擋件270上。第二加工流體流動將無孔阻擋件270朝向加工單元220彎曲，從而流體可以沿著基本與阻擋件270平行的方向在阻擋件270和阻擋件單元260的表面263之間流向?qū)?yīng)的通道274。第二加工流體流經(jīng)通道274，并通過第二出口275流出容器210。
無孔阻擋件270設(shè)置在第一流體系統(tǒng)212b的第二部分和第二流體系統(tǒng)292b的第二部分之間，以分離第一和第二加工流體。無孔阻擋件270可以是半滲透膜，用于抑制流體在第一和第二流體系統(tǒng)212和292之間流動，同時允許離子在第一和第二加工流體之間穿過阻擋件270。如上所述，無孔阻擋件270也可以具有陽離子或者陰離子選擇性，并因此僅允許所選擇的離子穿過阻擋件270。因為抑制了流體穿過無孔阻擋件270，因此阻擋件270不會被堵塞。
電流可以在存在電解液的情況下沿著任何方向流過無孔阻擋件270。例如，電流可以從渠道266中的第二加工流體流向環(huán)形開口265中的第一加工流體。另外，無孔阻擋件270可以是親水的，從而加工流體中的氣泡不會使得部分阻擋件270變得干燥和阻擋電流。圖4所示的無孔阻擋件270也是柔軟的，以允許第二加工流體從渠道266側(cè)向(例如環(huán)狀的)在阻擋件270和阻擋件單元260的表面263之間流向?qū)?yīng)的通道274。當(dāng)?shù)诙庸ち黧w比第一加工流體對阻擋件270施加更大的壓力時，無孔阻擋件270可以向上彎曲。
容器210也控制在電極290或者在系統(tǒng)中形成的氣泡。例如，無孔阻擋件270、阻擋單元260的下部以及電極單元280相對于加工單元220傾斜，以防止第二加工流體中的氣泡在阻擋件270上被捕獲。當(dāng)?shù)诙庸ち黧w中的氣泡向上移動經(jīng)過隔室284和渠道266，無孔阻擋件270和阻擋件270的弓形件在每個渠道266上的成角度的取向?qū)е職馀菰谧钃跫?70之下朝著與每個渠道266對應(yīng)的表面263的上側(cè)成側(cè)向移動。通道274將氣泡帶出第二出口275而將其除去。所示的無孔阻擋件270的取向為大致成5°的角度α。在另外的實施方案中，阻擋件270可以按照足以除去氣泡的大于或者小于5°的角度取向。因此角度α不限于5°。通常，角度α應(yīng)當(dāng)大到足以使得氣泡向高側(cè)遷移，但是不能大到會對電場產(chǎn)生不良影響。
所示的阻擋件單元260的一個優(yōu)點在于，無孔阻擋件270的角度α防止氣泡被部分阻擋件270捕獲并在阻擋件270上產(chǎn)生絕緣區(qū)域，后者會對電場產(chǎn)生不利的影響。在其他實施方案中，可以使用其他的器件對加工流體脫氣，作為阻擋件270傾斜的替代或者補(bǔ)充。如此，無孔阻擋件270不必在所有的應(yīng)用中相對于加工單元220傾斜。
電極290和無孔阻擋件270之間的間隔是容器210的另一個設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在所示的容器210中，無孔阻擋件270和每個電極290之間的距離基本相同。例如，在無孔阻擋件270和第一電極290a之間的距離大致與在無孔阻擋件270和第二電極290b之間的距離相同?；蛘撸瑹o孔阻擋件270和每個電極290之間的距離可以不同。在任何一種情況下，在無孔阻擋件270和單個電極290的每個弧形段之間的距離基本相同。希望單個電極290的每個部分和無孔阻擋件270之間的均勻距離與在電極290的各段與阻擋件270之間具有不同距離的情況相比能對電場形成更準(zhǔn)確的控制。因為第二加工流體具有較少的酸，并因此導(dǎo)電性更小，因此在無孔阻擋件270和各電極290的單個段之間的距離差異對在工件處電場的影響比在工件和阻擋件270之間的距離差異的影響更大。
在操作中，加工單元220、阻擋件單元260、以及電極單元280一同操作以在工件處提供理想的電場分布圖(例如電流密度)。第一電極290a通過在第一渠道230a、264a和266a以及第一隔室284a中流動的部分第一和第二加工流體對工件提供電場。因此，第一電極290a通過第一開口244a提供一個有效暴露于加工位置的電場。第一開口244a根據(jù)第一分隔件242a的輪緣243a的構(gòu)造，對第一電機(jī)90的電場成型，以在第一開口244a的頂部處形成“虛擬電極”。它是“虛擬電極”，因為場成型模塊240對第一電極290a的電場成型，從而其效果如同第一電極290a置于第一開口244a中。虛擬電極如美國專利申請09/872151中所述，其內(nèi)容在此引入作為參考。類似的，第二、第三和第四電極290b-d通過分別在第二渠道230b、264b和266b，第三渠道230c、264c和266c，第四渠道230d、264d和266d流動的第一和第二加工流體的各部分向加工位置提供電場。因此，第二、第三和第四電極290b-d通過第二、第三和第四開口244b-d分別提供了有效暴露于加工位置的電場，以產(chǎn)生對應(yīng)的虛擬電極。
圖5是顯示圖4的濕化學(xué)容器210的截面?zhèn)炔康氖疽鈧?cè)視圖。所示的容器210還包括在加工單元220和阻擋件單元260之間的第一接口元件250和位于阻擋件單元260和電極單元280之間的第二接口元件252。在該實施方案中，第一接口元件250是一個具有多個開口251的密封件，以允許加工單元220的渠道230與阻擋件單元260的對應(yīng)渠道264之間流體相通。密封件是一種將對應(yīng)的渠道230和264內(nèi)的電場電絕緣的絕緣材料。類似的，第二接口元件252是一個具有多個開口253的密封件，以允許阻擋件單元260的渠道266與電極單元280的對應(yīng)隔室284之間流體相通。
所示的容器210還包括用于將阻擋件單元260與加工單元220相連接的第一連接組件254a和用于將電極單元280與阻擋件單元260連接的第二連接組件254b。第一和第二連接組件254a-b可以是快速釋放裝置，以將對應(yīng)的單元牢固地保持在一起。例如，第一和第二連接組件254a-b可以包括夾環(huán)255a-b和將夾環(huán)255a-b在第一位置和第二位置之間移動的閂鎖256a-b。當(dāng)閂鎖256a-b將夾環(huán)255a-b從第一位置移動至第二位置時，夾環(huán)255a-b的直徑減小，以將相應(yīng)的單元夾在一起。任選的，當(dāng)?shù)谝缓偷诙B接組件254a-b從第一位置移動至第二位置時，連接組件254a-b將對應(yīng)的單元驅(qū)動到一起，以將接口元件250和252壓在一起，并將各單元彼此適當(dāng)?shù)囟ㄎ?。這種類型的適當(dāng)?shù)倪B接組件如2003年6月6日提交的美國專利申請60/476881所述，其全文在此引入作為參考。在其他實施方案中，連接組件254a-b可以不是快速釋放裝置，并且可以包括多個夾環(huán)，多個閂鎖，多個螺栓，或者其他類型的緊固件。
圖4和5所示的容器210的一個優(yōu)點是可以更換阻擋件單元260和/或電極單元280中的磨損元件，而不用將加工單元220長時間關(guān)閉。阻擋件單元260和/或電極單元280可以從加工單元220中快速除去，然后替換的阻擋件和/或電極可以在幾分鐘之內(nèi)連接上。這與需要在容器上現(xiàn)場維修元件或者需要從容器上除去整個腔室的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，明顯減少了用于維修電極或者其他加工元件的停機(jī)時間。
阻擋件單元260的替換實施方案可以包括多孔阻擋件，作為如上參考圖4和5所示并描述的無孔阻擋件270的替代。這種多孔阻擋件一般分離第一和第二流體系統(tǒng)，但是多孔阻擋件一般允許一些流體在第一和第二流體系統(tǒng)之間流動。
D.電化學(xué)沉積容器的其他實施方案圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的濕化學(xué)容器310的示意圖。容器310包括加工單元320(示意性的顯示)，電極單元380(示意性的顯示)和分離加工單元320及電極單元380的阻擋件370(示意性的顯示)。加工單元320和電極單元380可以大體與如上參考圖4和5所述的加工單元220和電極單元280類似。例如，加工單元320可以包括部分第一流體系統(tǒng)在加工位置處朝著工件運(yùn)送第一加工流體流，電極單元380可以包括至少一個電極390和部分第二流體系統(tǒng)以至少向電極390附近運(yùn)送第二加工流體流。阻擋件370可以是無孔阻擋件或者有孔阻擋件。
與容器210不同，容器310不包括單獨的阻擋件單元，阻擋件370直接連接在加工單元320和電極單元380之間。阻擋件370按照非常類似無孔阻擋件270的方式分離加工單元320中的第一加工流體和電極單元380中的第二加工流體。容器310的另一個不同是阻擋件370和電極單元380不相對于加工單元320傾斜。
第一和第二加工流體可以在容器310中沿著上述參考圖4和5的容器210所述的流體方向相反的方向流動。更具體的說，第一加工流體可以沿著路徑F1從阻擋件370朝著工件流動，并向加工位置的附近流出容器310。第二加工流體可以沿著路徑F2從阻擋件370朝著電極390流動，然后流出容器310。在其他實施方案中，容器310可以包括用于給第一和/或第二加工流體脫氣的裝置。
圖7示意性地顯示了具有加工單元420、電極單元480、以及相對于加工單元420和電極單元480傾斜的阻擋件470的容器410。該實施方案類似于容器310，因為它不具有單獨的阻擋件單元，阻擋件470可以是無孔或者多孔的，但是容器410與容器310不同的是，阻擋件470以一個角度傾斜?；蛘邎D8示意性的顯示了包括加工單元520、電極單元580、以及加工單元520和電極單元580之間的阻擋件570的容器510。容器510與容器410類似，但是阻擋件570和電極單元580在容器510內(nèi)都相對于加工單元520傾斜。
E.帶有安裝模塊的綜合工具的實施方案圖9示意性的顯示了可以進(jìn)行一個或者多個濕化學(xué)過程的綜合工具600。工具600包括封裝臺面664、多個濕化學(xué)加工臺601和運(yùn)輸系統(tǒng)605的外殼或者機(jī)殼602。每個加工臺601包括容器、腔室、或者反應(yīng)器610以及將微特征工件W在反應(yīng)器610內(nèi)移進(jìn)移出的工件支撐體(例如提升-旋轉(zhuǎn)單元)613。容器、腔室或者反應(yīng)器610可以大體與上述參考圖2A-8所述的任何一個容器類似。臺601可以包括旋轉(zhuǎn)-漂洗-干燥腔室，籽晶層修復(fù)腔室、清潔密封艙、蝕刻密封艙、電化學(xué)沉積腔室、和/或其他類型的濕化學(xué)加工容器。運(yùn)輸系統(tǒng)605包括線性軌道604和沿著軌道604移動以將單個的工件W在工具600內(nèi)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器人603。綜合工具600還包括具有多個用于保持工件W的容器607的工件加載/卸載單元608。在操作中，機(jī)器人603根據(jù)預(yù)定的工作流程在工具600內(nèi)從容器607和向容器607運(yùn)送工件W。例如，單個的工件W可以經(jīng)過密封層修復(fù)過程、鍍覆過程、旋轉(zhuǎn)-漂洗-干燥過程以及退火過程?；蛘邌蝹€的工件W可以不經(jīng)過密封層修復(fù)過程或者可以進(jìn)行不同的處理。
圖10A為一立體圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明一實施方案的綜合工具600。該綜合工具600包括一框架662、安裝在框架662上的一尺寸穩(wěn)定的安裝模塊660、多個濕化學(xué)處理腔室610和多個工件支撐件613。該工具600還可以包括一輸送系統(tǒng)605。安裝模塊660承載著處理腔室610、工件支撐件613和輸送系統(tǒng)605。
框架662具有按照本領(lǐng)域已知的方式焊接在一起的多個支柱663和橫桿661。多個外面板和門(在圖10A中未示出)通常安裝在框架662上以形成一封閉機(jī)殼602(圖9)。安裝模塊660至少部分容納在框架662內(nèi)。在一個實施方案中，安裝模塊660由框架662的橫桿661承載，但是安裝模塊660可以任選直接安放在設(shè)備的底板或其他結(jié)構(gòu)上。
安裝模塊660是一種剛性穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它保持了在濕化學(xué)處理腔室610、工件支撐件613和輸送機(jī)構(gòu)605之間的相對關(guān)系。安裝模塊660的一個方面在于，與框架662相比其剛性大得多并且具有明顯更大的結(jié)構(gòu)完整性，從而在濕化學(xué)處理腔室610、工件支撐件613和輸送機(jī)構(gòu)605之間的相對關(guān)系不會隨著時間改變。安裝模塊660的另一個方面在于，它包括一尺寸穩(wěn)定的臺面664，它在精確位置處具有用來將處理腔室610和工件支撐件613定位在臺面664上的已知位置處的定位元件。在一個實施方案(未示出)中，輸送系統(tǒng)605直接安裝在臺面664上。在圖10A中所示的布置中，安裝模塊660還具有一尺寸穩(wěn)定的平臺665，并且輸送系統(tǒng)605安裝在平臺665上。臺面664和平臺665相對于彼此固定設(shè)置，從而在臺面664上的定位元件和在平臺665上的定位元件不會相對于彼此運(yùn)動。安裝模塊660因此提供了這樣一種系統(tǒng)，其中濕化學(xué)處理腔室610和工件支撐件613可以拆除并且按照將更換部件精確設(shè)置在臺面664上的精確位置處這樣一種方式用可互換部件更換。
工具660尤其適用于具有需要頻繁維護(hù)濕化學(xué)處理腔室610、工件支撐件613或輸送系統(tǒng)605的苛求規(guī)范的用途。可以通過簡單地將腔室從處理臺面664拆卸下并且用具有構(gòu)成為與在臺面664上的定位元件鄰接的安裝硬件的可互換腔室更換該腔室610來修理或維護(hù)濕化學(xué)處理腔室610。因為安裝模塊660在尺寸上穩(wěn)定并且更換處理腔室610的安裝硬件與臺面664鄰接，所以可以在臺面664上互換腔室610，而不必重新校準(zhǔn)輸送系統(tǒng)605。預(yù)計這將明顯減少與修理或維護(hù)處理腔室610相關(guān)的停機(jī)時間，從而該工具600能夠在具有嚴(yán)格性能規(guī)范的用途中保持高處理量。
圖10B為工具600的頂部平面圖，顯示出安裝在安裝模塊660上的輸送系統(tǒng)605和裝載/卸載單元608。參照圖10A和10B，軌道604安裝在平臺665上，并且具體地說與在平臺665上的定位元件鄰接，從而它相對于腔室610和安裝在臺面664上的工件支撐件613精確定位。機(jī)器人603(它包括用于夾緊工件W的端部作用件606)因此能夠使工件W在由安裝模塊660建立的固定尺寸穩(wěn)定的參考框架中運(yùn)動。參照圖10B，工具600還可以包括多個安裝在框架662上的多個面板666，以包圍著在機(jī)殼602中的安裝模塊660、濕化學(xué)處理腔室610、工件支撐件613和輸送系統(tǒng)605?？蛇x的是，在工具600的一側(cè)或兩側(cè)上的面板666可以在處理臺面664上方的區(qū)域中拆除以提供打開的工具。
F.尺寸穩(wěn)定的安裝模塊的實施方案圖11為根據(jù)本發(fā)明一實施方案構(gòu)成的用在工具600(圖9-10B)中的安裝模塊660的立體圖。該臺面664包括一剛性第一面板666a和疊置在第一面板666a下面的一剛性第二面板666b。第一面板666a為一外部構(gòu)件，并且第二面板666b為與外部構(gòu)件并置的一內(nèi)部構(gòu)件?？蛇x的是，第一和第二面板666a和666b可以具有與在圖11中所示的那種不同的結(jié)構(gòu)。在第一和第二面板666a和666b中設(shè)有多個腔室接受座667，用來接受濕化學(xué)處理腔室610(圖10A)。
臺面664還包括在第一面板666a上以精確圖案布置的多個定位元件668和連接元件669。定位元件668包括在第一面板666a中的精確位置處機(jī)加工出的孔和/或容納在這些孔中的榫釘或銷子。榫釘也構(gòu)成為與濕化學(xué)處理腔室610鄰接(圖10A)。例如，榫釘能夠容納在處理腔室610的相應(yīng)孔或其他鄰接構(gòu)件中。在其他實施方案中，定位元件668包括銷子，例如圓柱形銷或錐形銷，它們從第一面板666a中向上伸出且不會設(shè)置在第一面板666a的孔中。臺面664具有一組位于每個腔室接受座667處的第一腔室定位元件668a，用來將各個濕化學(xué)處理腔室精確設(shè)置在安裝模塊660上的精確位置處。臺面664還可以包括靠近每個接受座667的一組第一支撐件定位件定位元件668b，用來將各個工件支撐件613(圖10A)精確設(shè)置在安裝模塊660上的精確位置處。第一支撐件定位元件668b設(shè)置并且構(gòu)成為與工件支撐件613的相應(yīng)定位元件配合。連接元件669可以為在第一面板666a中的螺紋孔，用來容納螺栓以將腔室610和工件支撐件613固定在臺面664上。
安裝模塊660還包括沿著臺面664的外側(cè)板670a、沿著臺面664的縱向內(nèi)邊緣的內(nèi)側(cè)板670b以及連接在臺面664的端部上的端板670c。輸送平臺665與內(nèi)側(cè)板670b和端板670c連接。輸送平臺665包括軌道定位元件668c，用來將輸送系統(tǒng)605(圖10A和10B)的軌道604(圖10A和10B)精確定位在安裝模塊660上。例如，軌道定位元件668c可以包括與軌道604的相應(yīng)孔、銷或其他鄰接構(gòu)件配合的銷或孔。輸送平臺665還可以包括連接元件669例如螺紋孔，用來容納螺栓以將軌道604固定在平臺665上。
圖12為一剖視圖，顯示出臺面664的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個合適實施方案，并且圖13為在圖12中所示的臺面664的一部分的祥視圖。臺面664包括在外側(cè)板670a和內(nèi)側(cè)板670b之間橫向延伸的撐桿671例如橫梁。第一面板666a連接在橫梁671的上側(cè)上，并且第二面板666b連接在撐桿671的下側(cè)上。臺面664還可以包括多個用來將第一和第二面板666a和666b固定在撐桿671上的貫通螺栓672和螺母673。如在圖13中最清楚地所示一樣，撐桿671包括多個讓貫通螺栓672從中延伸穿過的孔674。螺母673可以焊接在螺栓672上以增強(qiáng)在這些部件之間的連接。
臺面664的這些面板和撐桿可以由不銹鋼、其他金屬合金或者纖維加強(qiáng)復(fù)合材料制成。例如，面板和板可以由Nitronic 50不銹鋼、實心鑄造材料、Hastelloy 625鋼合金或填充有云母的實心鑄造環(huán)氧樹脂制成。纖維加強(qiáng)復(fù)合材料可以包括在硬化樹脂中的碳纖維或Kevlar網(wǎng)。用于面板666a和666b的材料應(yīng)該高剛度并且可以與用在濕化學(xué)處理中的化學(xué)制品兼容。不銹鋼非常適用于許多用途，因為它堅固但是不會受到在濕化學(xué)處理中所用的許多電解溶液或清潔溶液的影響。在一個實施方案中，面板和板666a-b和670a-c為0.125至0.375英寸厚的不銹鋼，并且更具體地說它們可以為0.250英寸厚的不銹鋼。但是這些面板和板在其它實施方案中可以具有不同的厚度。
撐條671也可以為不銹鋼，纖維加強(qiáng)復(fù)合材料、其它金屬合金和/或?qū)嵭蔫T造材料。在一個實施方案中，撐條可以為0.5至2.0寬不銹鋼橫梁，更具體地說為1.0英寸寬2.0英寸高的不銹鋼橫梁。在其它實施方案中，撐條671可以為由金屬(例如，不銹鋼、鋁、鈦)、聚合物、纖維玻璃或其它材料制成的蜂窩芯部或其它結(jié)構(gòu)。
通過組裝臺面664的各個部分然后將端板670c焊接或以其它方式粘接在臺面664的各個部分上，從而構(gòu)成安裝模塊660。臺面664的部件通常沒有焊縫地由貫通螺栓672緊固在一起。外側(cè)板670a和內(nèi)側(cè)板670b采用焊縫和/或緊固件連接在臺面664和端板670c上。然后將平臺665固定連接在端板670c以及內(nèi)側(cè)板670b上。安裝模塊660的組裝順序可以改變并且不限于上述程序。
安裝模塊660提供了一種重型尺寸穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它將在位于臺面664上的定位元件668a-b和位于平臺665上的定位元件668c之間的相對位置保持在不需要在每次將更換處理腔室610或工件支撐件613安裝在臺面664上時校準(zhǔn)輸送系統(tǒng)605。安裝模塊660通常為一剛性結(jié)構(gòu)，它足夠堅固以在將濕化學(xué)處理腔室610、工件支撐件613和輸送系統(tǒng)605安裝在安裝模塊660上時保持在定位元件668a-b和668c之間的相對位置，并且輸送系統(tǒng)605安裝在該安裝模塊660上。在幾個實施方案中，安裝模塊660構(gòu)成為將在定位元件668a-b和668c之間的相對位置保持在0.025英寸的范圍內(nèi)。在其它實施方案中，安裝模塊構(gòu)成為將在定位元件668a-b和668c之間的相對位置保持在大約0.005至0.015英寸的范圍內(nèi)。因此，臺面664通常將均勻平坦表面保持在大約0.025英寸的范圍內(nèi)，并且在更特定的實施方案中保持在大約0.005-0.015英寸。
從上面將理解的是，為了舉例說明在這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施方案，但是可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出各種變型。例如，上面實施方案的任一個的各個方面可以以不同的組合方式組合，或者那些特征例如尺寸、材料類型和/或流體流量可以不同。因此，本發(fā)明由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在微特征工件上沉積材料的電化學(xué)沉積腔室，該腔室包括加工單元，包括被配置為向微特征工件運(yùn)送第一加工流體流的第一流體系統(tǒng)；電極單元，與加工單元相連，電極單元包括電極和被配置為至少向電極附近運(yùn)送第二加工流體流的第二流體系統(tǒng)；以及無孔阻擋件，位于加工單元和電極單元之間，以分離第一和第二加工流體，無孔阻擋件是允許陽離子或者陰離子穿過在第一和第二加工流體之間的阻擋件的材料。
2.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件是陰離子選擇交換阻擋件，它抑制陽離子在第一和第二加工流體之間經(jīng)過。
3.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件是陽離子選擇交換阻擋件，它抑制陰離子在第一和第二加工流體之間經(jīng)過。
4.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件是易彎曲的。
5.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件將第一加工流體流與第二加工流體流分開。
6.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件在存在電解液的情況下允許流過電流。
7.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括第一加工流體，其中第一加工流體包括陰極電解液；以及第二加工流體，其中第二加工流體包括陽極電解液。
8.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括第一加工流體，其中第一加工流體具有濃度大致為10g/l至大致200g/l的酸；以及第二加工流體，其中第二加工流體具有濃度大致為0.1g/l至大致200g/l的酸。
9.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中第二加工流體具有濃度大致為0.1g/l至大致1.0g/l的酸。
10.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括第一加工流體，其中第一加工流體具有第一濃度的酸；以及第二加工流體，其中第二加工流體具有第二濃度的酸，第一濃度與第二濃度之間的比值在大致1∶1至大致20000∶1之間。
11.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中電極單元還包括多個電極。
12.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中電極是第一電極；電極單元還包括第二電極；以及該腔室還包括在第一電極和第二電極之間的絕緣隔板。
13.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括場成型模塊，以將電極感應(yīng)的第一加工流體中的電場成形。
14.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件相對于加工單元傾斜，以從第二加工流體中排出氣體。
15.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括與加工單元和電極單元連接的阻擋件單元，該阻擋件單元包括無孔阻擋件。
16.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中無孔阻擋件包括第一側(cè)和與第一側(cè)相對的第二側(cè)；第一流體系統(tǒng)被配置為至少在無孔阻擋件的第一側(cè)附近流動第一加工流體；以及第二流體系統(tǒng)被配置為至少在無孔阻擋件的第二側(cè)附近流動第二加工流體。
17.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中電極包括純銅電極。
18.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中電極包括銅磷電極。
19.一種電化學(xué)沉積腔室，用于將材料沉積到微特征工件上，該腔室包括一頭組件，它包括被配置為將微特征工件設(shè)置在加工位置處的工件支架和布置成為向工件上的層提供電流的多個電觸點；以及一容器，它包括用于承載在工件附近的陰極電解液和陽極電解液中的一種的加工單元、具有一電極并且被配置為用來承載至少在所述電極附近的陰極電解液和陽極電解液中的另一種的一電極單元以及在加工單元和電極單元之間的一半透性阻擋件，其中所述半透性阻擋件選擇地阻止陽離子和陰離子中的一種在陰極電解液和陽極電解液之間通過。
20.如權(quán)利要求19所述的腔室，其中半透性阻擋件為陽離子選擇性離子交換阻擋件或陰離子選擇性離子交換阻擋件。
21.如權(quán)利要求19所述的腔室，其中所述半透性阻擋件使陰極電解液流與陽極電解液流分開。
22.如權(quán)利要求19所述的腔室，還包括與加工單元和電極單元連接的阻擋件單元，該阻擋件單元包括一半透性阻擋件。
23.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括一加工單元，用于給微特征工件提供第一加工流體；一電極單元，它包括一電極；以及位于加工單元和電極單元之間的一阻擋件單元，該阻擋件包括陽離子選擇性離子交換阻擋件或陰離子選擇性離子交換阻擋件；用于運(yùn)送第一加工流體的一第一流體系統(tǒng)，該第一流體系統(tǒng)包括在加工單元中的第一部分和與在加工單元中的第一部分流體連通的在阻擋件單元中的第二部分；以及用于將第二加工流體至少運(yùn)送至所述電極附近的第二流體系統(tǒng)，該第二流體系統(tǒng)包括在電極單元中的第一部分和與在電極單元中的第一部分流體連通的在阻擋件單元中的第二部分，其中離子交換阻擋件使在第一流體系統(tǒng)中的第一加工流體與在第二流體系統(tǒng)中的第二加工流體分開。
24.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的腔室，該腔室包括一第一加工流體，其酸濃度在大約10g/l和200g/l之間；一加工單元，裝有第一加工流體并且被配置為將第一加工流體提供給微特征工件；一第二加工流體，其酸濃度在大約0.1g/l和1.0g/l之間；一電極單元，裝有第二加工流體以及位于第二加工流體附近的電極；以及在加工單元和電極單元之間的一半透性阻擋件，用來使第一和第二加工流體分開。
25.如權(quán)利要求24所述的腔室，其中半透性阻擋件阻止陽離子或陰離子在第一和第二加工流體之間通過。
26.如權(quán)利要求24所述的腔室，其中第一和第二加工流體每種其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間。
27.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的腔室，該腔室包括具有第一酸濃度的第一加工流體；一加工單元，裝有第一加工流體并且被配置為將第一加工流體提供給微特征工件；具有第二酸濃度的第二加工流體，第一濃度與第二濃度的比值在大約10∶1和大約20000∶1之間；一電極單元，裝有第二加工流體以及位于第二加工流體附近的電極；以及位于加工單元和電極單元之間的一無孔阻擋件，用來使第一和第二加工流體分開。
28.如權(quán)利要求27所述的腔室，其中所述無孔阻擋件阻止陽離子在第一和第二加工流體之間通過。
29.如權(quán)利要求27所述的腔室，其中第一和第二加工流體每一個其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間。
30.一種濕化學(xué)加工微特征工件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一加工單元，用于將第一電解液提供給微特征工件；與所述加工單元流體連通的一第一貯存器，該第一貯存器和加工單元被配置為裝有第一體積的第一電解液；一電極單元，裝有第二電解液和位于第二電解液附近的電極；與所述電極單元流體連通的一第二貯存器，該第二貯存器和電極單元被配置為裝有第二體積的第二電解液，第一電解液的第一體積至少為第二電解液的第二體積的兩倍；以及位于加工單元和電極單元之間的一半透性阻擋件，用于使第二電解液和第一電解液分開同時允許離子在第二電解液和第一電解液之間通過。
31.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中第一電解液的第一體積與第二電解液的第二體積的比值在大約1.5∶1和大約10∶1之間。
32.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，還包括第一電解液，其中第一電解液其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間；以及第二電解液，其中第二電解液其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間。
33.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，還包括第一電解液，其中第一電解液其酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間；以及第二電解液，其中第二電解液其酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間。
34.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使第一加工流體在反應(yīng)腔室中至少在微特征工件附近流動；使第二加工流體在反應(yīng)腔室中至少在電極附近流動；將電動勢施加在電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用半透性阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開以選擇地阻止陽離子和陰離子中的一種在第一和第二加工流體之間通過。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中使第一和第二加工流體分開包括用阻擋件使第一和第二加工流體分開，該阻擋件使得電流能夠在存在電解液的情況中從中通過。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中使第一和第二加工流體分開包括使第一加工流體流與第二加工流體流分開。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其中使第一加工流體流動包括使其酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間的陰極電解液流動；并且使第二加工流體流動包括使其酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間的陽極電解液流動。
38.如權(quán)利要求34所述的方法，其中使第一加工流體流動包括使具有第一酸濃度的的陰極電解液流動；并且使第二加工流體流動包括使具有第二酸濃度的陽極電解液流動，第一酸濃度與第二酸濃度的比值在大約10∶1和大約20000∶1之間。
39.如權(quán)利要求34所述的方法，其中將電動勢施加在電極上包括將電動勢施加在多個電極上。
40.如權(quán)利要求34所述的方法，其中半透性阻擋件包括第一側(cè)和與第一側(cè)相反的第二側(cè)，并且其中該方法還包括使第一加工流體至少在半透性阻擋件的第一側(cè)附近流動；并且使第二加工流體至少在半透性阻擋件的第二側(cè)附近流動。
41.如權(quán)利要求34所述的方法，其中第一加工流體是第一電荷運(yùn)送流體，用于運(yùn)送第一電荷越過阻擋件；以及第二加工流體是第二電荷運(yùn)送流體，用于運(yùn)送第二電荷越過阻擋件。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中第一和第二電荷運(yùn)送流體包括陰離子。
43.如權(quán)利要求41所述的方法，其中第一和第二電荷運(yùn)送流體包括陽離子。
44.如權(quán)利要求41所述的方法，其中當(dāng)反應(yīng)腔室在操作和空閑時，在第一和第二電荷運(yùn)送流體中運(yùn)送的電荷沿著相反的方向移動。
45.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間的第一加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在微特征工件附近流動；使酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間的第二加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在電極附近流動；將電動勢施加在電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用半透性阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
46.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使具有第一離子濃度的第一加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在微特征工件附近流動；使具有第二離子濃度的第二加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在電極附近流動；將電動勢施加在電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用半透性阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開，對第一和第二離子濃度進(jìn)行選擇，以控制大部分電荷載體和跨過半透性阻擋件的濃度平衡。
47.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使具有第一酸濃度的第一加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在微特征工件附近流動；使具有第二酸濃度的第二加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在電極附近流動，第一酸濃度與第二酸濃度的比值在大致10∶1至大致20000∶1之間；將電動勢施加在電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用陽離子選擇性離子交換阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
48.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使陰極電解液通過濕化學(xué)加工工具的第一流體系統(tǒng)并至少在微特征工件附近流動，該第一流體系統(tǒng)被配置為運(yùn)送第一體積的陰極電解液；使陽極電解液通過濕化學(xué)加工工具的第二流體系統(tǒng)并至少在電極附近流動，該第二流體系統(tǒng)被配置為運(yùn)送第二體積的陽極電解液，陰極電解液的第一體積至少是陽極電解液的第二體積的兩倍；將電動勢施加在電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用無孔阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
49.一種用于使材料沉積到微特征工件上的電化學(xué)沉積腔室，該腔室包括一加工單元，它包括一第一流體系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為將第一加工流體流輸送到位于加工位置處的微特征工件；一電極單元，它包括一電極隔室和與第一流體系統(tǒng)分開的第二流體系統(tǒng)，第二流體系統(tǒng)被配置為將第二加工流體流輸送穿過電極隔室；在電極隔室中的多個單獨電極；以及位于加工單元和電極單元之間的一阻擋件，用來阻止所選物質(zhì)在第一和第二加工流體之間通過。
50.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述電極包括第一電極和第二電極；并且電極單元還包括在第一電極和第二電極之間的絕緣隔板。
51.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述電極包括一第一電極和與第一電極同心布置的一第二電極；并且加工單元還包括一場成型模塊，該場成型模塊由絕緣材料構(gòu)成并且具有受到第一電極影響的離子能夠從中通過的面對著加工位置的第一部分的第一開口和受到第二電極影響的離子能夠從中通過的面對著加工位置的第二部分的第二開口。
52.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件為無孔阻擋件，它阻止了非離子物質(zhì)在第一和第二加工流體之間通過。
53.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件為半透性阻擋件，它允許陽離子或陰離子通過在第一和第二加工流體之間的阻擋件。
54.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件為半透性阻擋件，用來使第一加工流體流與第二加工流體流分開。
55.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件為可透性阻擋件，用來允許流體在第一和第二加工流體之間流動。
56.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件在存在電解液的情況下允許電流從中通過。
57.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述電極選擇地感應(yīng)出相應(yīng)的電場；并且加工單元還包括一場成型模塊，用來使由電極感應(yīng)出的電場成型。
58.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述電極包括一第一電極和一第二電極；并且所述電極單元還包括與第一電極連接的第一電連接器和與第二電極連接的第二電連接器，第一和第二電極可以相互獨立地操作。
59.如權(quán)利要求49所述的腔室，還包括第一加工流體，其中第一加工流體其酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間；以及第二加工流體，其中第二加工流體酸濃度在大約0.1g/l和大約200g/l之間。
60.如權(quán)利要求58所述的腔室，其中第二加工流體酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間。
61.如權(quán)利要求49所述的腔室，還包括第一加工流體，其中第一加工流體具有第一酸濃度；以及第二加工流體，其中第二加工流體具有第二酸濃度，第一濃度與第二濃度的比值在大約1∶1和大約20000∶1之間。
62.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件相對于加工單元傾斜，以從第二加工流體中排出氣體。
63.如權(quán)利要求49所述的腔室，還包括與加工單元和電極單元連接的一阻擋件單元，該阻擋件單元包括阻擋件。
64.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述阻擋件包括第一側(cè)和與第一側(cè)相反的第二側(cè)；第一流體系統(tǒng)被配置為使第一加工流體至少在阻擋件的第一側(cè)附近流動；并且第二流體系統(tǒng)被配置為使第二加工流體至少在阻擋件的第二側(cè)附近流動。
65.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述電極包括一純銅電極。
66.如權(quán)利要求49所述的腔室，其中所述電極包括一銅-磷電極。
67.一種用于將材料沉積到微特征工件的電化學(xué)沉積腔室，該腔室包括一頭組件，它包括被配置為將微特征工件設(shè)置在加工位置處的工件支架和布置成為向工件上的層提供電流的多個電觸點；以及一容器，它包括(a)一加工單元，裝有在工件附近的陰極電解液和陽極電解液中的一種；(b)一電極單元，它具有一電極并且被配置為裝有至少在所述電極附近陰極電解液和陽極電解液中的另一種；以及(c)在加工單元和電極單元之間的一半透性阻擋件，用來使陰極電解液和陽極電解液分開。
68.如權(quán)利要求67所述的腔室，其中所述阻擋件為半透性阻擋件，它允許陽離子或陰離子通過在第一和第二加工流體之間的阻擋件。
69.如權(quán)利要求67所述的腔室，其中所述阻擋件為可透性阻擋件，用來允許流體在陰極電解液和陽極電解液之間流動。
70.如權(quán)利要求67所述的腔室，其中所述阻擋件為一無孔阻擋件，用來使陰極電解液流與陽極電解液流分開。
71.如權(quán)利要求67所述的腔室，其中所述電極包括一第一電極和一第二電極；并且電極單元還包括在第一電極和第二電極之間的一絕緣隔板。
72.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的工具，該工具包括一加工單元，用于將第一加工流體輸送至微特征工件；一電極單元，它包括多個電極；在加工單元和電極單元之間的一阻擋件單元，該阻擋件單元包括一阻擋件；用于運(yùn)送第一加工流體的一第一流體系統(tǒng)，該第一流體系統(tǒng)包括在加工單元中的第一部分和與在加工單元中的第一部分流體連通的在阻擋件單元中的第二部分；以及用于將第二加工流體至少運(yùn)送至所述電極附近的第二流體系統(tǒng)，該第二流體系統(tǒng)包括在電極單元中的第一部分和與在電極單元中的第一部分流體連通的在阻擋件單元中的第二部分，其中該阻擋件位于在第一流體系統(tǒng)中的第一加工流體和在第二流體系統(tǒng)中的第二加工流體之間。
73.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的腔室，該腔室包括一第一加工流體，其酸濃度在大約10g/l和200g/l之間；一加工單元，裝有第一加工流體并且被配置為將第一加工流體輸送給微特征工件；一第二加工流體，其酸濃度在大約0.1g/l和1.0g/l之間；一電極單元，裝有多個電極和在這些電極附近的第二加工流體；以及在加工單元和電極單元之間的一阻擋件，用來使第一和第二加工流體分開。
74.如權(quán)利要求73所述的腔室，其中第一和第二加工流體每種其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間。
75.如權(quán)利要求73所述的腔室，其中所述阻擋件為無孔阻擋件，用來使第一加工流體流與第二加工流體流分開。
76.如權(quán)利要求73所述的腔室，其中所述阻擋件為多孔阻擋件，用來允許流體流在第一和第二加工流體之間流動，同時阻止有機(jī)添加劑穿過該阻擋件。
77.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的腔室，該腔室包括具有第一酸濃度的第一加工流體；一加工單元，裝有第一加工流體并且被配置為將第一加工流體輸送至微特征工件；具有第二酸濃度的第二加工流體，第一濃度與第二濃度的比值在大約10∶1和大約20000∶1之間；一電極單元，裝有多個電極和在這些電極附近的第二加工流體；以及在加工單元和電極單元之間的一阻擋件，用來阻止有機(jī)添加劑在第一和第二加工流體之間通過。
78.如權(quán)利要求77所述的腔室，其中所述阻擋件為無孔阻擋件，用來使第一加工流體流與第二加工流體流分開。
79.如權(quán)利要求77所述的腔室，其中所述阻擋件為多孔阻擋件，用來允許流體流在第一和第二加工流體之間流動。
80.如權(quán)利要求77所述的腔室，其中第一和第二加工流體每種其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間。
81.一種用于濕化學(xué)加工微特征工件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一加工單元，用于將第一電解液輸送到微特征工件；與所述加工單元流體連通的一第一貯存器，該第一貯存器和加工單元被配置為裝有第一體積的第一電解液；一電極單元，裝有第二電解液和位于第二電解液附近的電極；與所述電極單元流體連通的一第二貯存器，該第二貯存器和電極單元被配置為裝有第二體積的第二電解液，第一電解液的第一體積至少為第二電解液的第二體積的兩倍；以及位于加工單元和電極單元之間的一阻擋件，用于使第二電解液和第一電解液分開。
82.如權(quán)利要求81所述的系統(tǒng)，其中第一電解液的第一體積與第二電解液的第二體積的比值在大約1.5∶1和大約10∶1之間。
83.如權(quán)利要求81所述的系統(tǒng)，還包括第一電解液，其中第一電解液其酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間；以及第二電解液，其中第二電解液其酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間。
84.如權(quán)利要求81所述的系統(tǒng)，還包括第一電解液，其中第一電解液其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間；以及第二電解液，其中第二電解液其銅濃度在大約10g/l和大約50g/l之間。
85.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使第一加工流體在反應(yīng)腔室中至少在微特征工件附近流動；使第二加工流體在反應(yīng)腔室中至少在多個電極附近流動；將獨立的電流施加在單個電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
86.如權(quán)利要求85所述的方法，其中使第一和第二加工流體分開包括使第一加工流體流與第二加工流體流分開。
87.如權(quán)利要求85所述的方法，其中使第一和第二加工流體分開包括用多孔阻擋件使第一與第二加工流體分開，以阻止有機(jī)添加劑在第一和第二加工流體之間通過。
88.如權(quán)利要求85所述的方法，其中使第一和第二加工流體分開包括用阻擋件使第一與第二加工流體分開，該阻擋件在存在電解液的情況下允許電流從中穿過。
89.如權(quán)利要求85所述的方法，其中使第一加工流體流動包括使其酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間的陰極電解液流動；并且使第二加工流體流動包括使其酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間的陽極電解液流動。
90.如權(quán)利要求85所述的方法，其中使第一加工流體流動包括使具有第一酸濃度的的陰極電解液流動；并且使第二加工流體流動包括使具有第二酸濃度的陽極電解液流動，第一酸濃度與第二酸濃度的比值在大約10∶1和大約20000∶1之間。
91.如權(quán)利要求85所述的方法，其中將單獨的電流施加在單個電極上包括將第一電流施加在第一電極上和將與第一電流不同的第二電流施加在第二電極上。
92.如權(quán)利要求85所述的方法，還包括在鍍覆循環(huán)期間動態(tài)改變電流。
93.如權(quán)利要求85所述的方法，其中第一加工流體是用于運(yùn)送第一電荷越過阻擋件的第一電荷運(yùn)送流體；并且第二加工流體是用于運(yùn)送第二電荷越過阻擋件的第二電荷運(yùn)送流體。
94.如權(quán)利要求93所述的方法，其中第一和第二電荷運(yùn)送流體包括陰離子。
95.如權(quán)利要求93所述的方法，其中第一和第二電荷運(yùn)送流體包括陽離子。
96.如權(quán)利要求93所述的方法，其中在第一和第二電荷運(yùn)送流體中的電荷載體在反應(yīng)腔室正在工作和空閑時沿著相反方向運(yùn)動。
97.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使第一加工流體在電化學(xué)沉積腔室中至少在微特征工件附近流動；使第二加工流體在電化學(xué)沉積腔室中至少在電極附近流動；將多個電動勢施加在多個單獨電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且阻止有機(jī)添加劑穿過在第一加工流體和第二加工流體之間的阻擋件。
98.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使其酸濃度在大約10g/l和大約200g/l之間的第一加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在微特征工件附近流動；使其酸濃度在大約0.1g/l和大約1.0g/l之間的第二加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在多個電極附近流動；將多個單獨電流施加在多個單獨電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
99.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使具有第一酸濃度的第一加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在微特征工件附近流動；使具有第二酸濃度的第二加工流體在濕化學(xué)加工工具中至少在多個電極附近流動，第一酸濃度與第二酸濃度的比值在大致10∶1至大致20000∶1之間；將多個單獨電動勢施加在多個單獨電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
100.一種電化學(xué)加工微特征工件的方法，該方法包括使陰極電解液通過濕化學(xué)加工工具的第一流體系統(tǒng)并至少在微特征工件附近流動，該第一流體系統(tǒng)被配置為運(yùn)送第一體積的陰極電解液；使陽極電解液通過濕化學(xué)加工工具的第二流體系統(tǒng)并至少在電極附近流動，該第二流體系統(tǒng)被配置為運(yùn)送第二體積的陽極電解液，陰極電解液的第一體積至少是陽極電解液的第二體積的兩倍；將多個單獨電動勢施加在多個單獨電極上以在第一和第二加工流體中建立電流；并且用阻擋件使第一加工流體和第二加工流體分開。
全文摘要
在這里披露了用于電化學(xué)加工微特征工件的腔室、系統(tǒng)和方法。在一個實施方案，電化學(xué)沉積腔室包括一加工單元，它具有被配置為將第一加工流體流輸送給微特征工件的第一流體系統(tǒng)。該腔室還包括一電極單元，它具有一電極和被配置為輸送至少在電極附近的第二加工流體流的第二流體系統(tǒng)。該腔室還包括在加工單元和電極單元之間的無孔阻擋件，用來使第一和第二加工流體分開。該無孔阻擋件被配置為允許陰離子或陽離子流動穿過在第一和第二加工流體之間的阻擋件。
文檔編號C25D17/02GK1961099SQ200480041243
公開日2007年5月9日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者凱爾·M.·漢森, 約翰·克洛克 申請人:塞米用具公司