专利名称：在结构的电化学制造期间保持层的平行度和/或实现所期望层厚度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电化学制造和三维结构(例如微尺度或中尺度结构)相关形成的领域。尤其，其涉及用于实现层之间平行度的希望等级和/或用于实现该结构的希望厚度的方法和装置。
背景技术：
Adam L.Cohen发明了一种用于由多个粘附的层形成三维结构(例如，部分、部件、器件等)的技术，其公知为电化学制造。EFABTM名称下的Burbank，California的Microfabrica Inc.(前身为MEMGen公司)将其商业化。在2000年2月22日提出的美国专利No.6,027,630中描述了该技术。这种电化学沉积技术允许只使用单个掩模技术选择性地沉积材料，该掩模技术包括使用在支撑结构上包括图案化的顺形材料的掩模，该支撑结构不依赖于其上将发生电镀的衬底。当希望使用掩模进行电沉积时，使掩模的顺形部分与衬底接触，同时存在电镀溶液，以使掩模顺形部分与衬底的接触抑制选择位置处的沉积。为了方便，这些掩模一般可以称为顺形接触掩模；该掩模技术一般可称为顺形接触掩模电镀工艺。尤其，在Burbank，California的Microfabrica Inc.(前身为MEMGen公司)的术语中，这种掩模公知为INSTANT MASKSTM，且该工艺公知为INSTANT MASKSINGTM或INSTANTMASKSTM电镀。使用顺形接触掩模电镀的选择性沉积可用于形成单个材料层或可用于形成多层结构。在此通过参考将‘630专利的这种教导并入本文，如在此全文列出一样。由于导致上述专利的专利申请的提交，因此已经公开了关于顺形接触掩模电镀(即，INSTANT MASKING)以及电化学制造的各种文章(1)A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will的“EFABBatch production of functional，fully-dense metal partswith microscale features”，Proc.9th Solid Freeform Fabrication，TheUniversity of Texas at Austin，第161页，1998年8月。
(2)A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will的“EFABRapid，Low-Cost Desktop Micromachining of High Aspect RatioTrue 3-D MEMS”，Proc.12th IEEE Micro Electro Mechanical SystemsWorkshop，IEEE，第244页，1999年1月。
(3)A.Cohen的“3-D Micromachining by ElectrochemicalFabrication”，Micromachine Devices，1999年3月。
(4)G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld和P.Will的“EFABRapid Desktop Manufacturing of True 3-DMicrostructures”，Proc.2nd International Conference on IntegratedMicroNanotechnology for Space Applications，The Aerospace Co.，1999年4月。
(5)F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will的“EFABHigh Aspect Ratio，Arbitrary 3-D Metal Microstructuresusing a Low-Cost Automated Batch Process”，3rd InternationalWorkshop on High Aspect Ratio MicroStructure Technology(HARMST’99)，1999年6月。
(6)A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld和P.Will的“EFABLow-Cost，Automated Electrochemical Batch Fabrication ofArbitrary 3-D Microstructures”，Micromachining andMicrofabrication Process Technology，SPIE 1999 Symposium onMicromachining and Microfabrication，1999年9月。
(7)F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will的“EFABHigh Aspect Ratio，Arbitrary 3-D Metal Microstructures using aLow-Cost Automated Batch Process”，MEMS Symposium，ASME 1999International Mechanical Engineering Congress and Exposition，1999年11月。
(8)A.Cohen的“El ectrochemical Fabrication(EFABTM)”，MEMS手册的第19部分，由Mohamed Gad-EI-Hak编辑，CRC Press，2002。
(9)Microfabrication-Rapid Prototyping’s KillerApplication”，Rapid Prototyping报告的1-5页，CAD/CAMPublishing，Inc.1999年6月。
在此通过参考将这九项公开的内容并入本文，如在此全文列出一样。
可以以多种不同方式实施电化学沉积工艺，如上面的专利和公开中所列举的。在一种形式中，该工艺包括在将形成的结构的每一层的形成期间，执行三个分离的操作，该操作包括通过在衬底的一个或多个希望的区域上的电沉积选择性沉积至少一种材料。
然后，通过电沉积来毯覆式沉积至少一种其它材料，以使该其它沉积物覆盖之前在其上选择性沉积的区域和没有接受到任何之前施加的选择性沉积的衬底区域。
最后，平坦化在第一和第二操作期间沉积的材料，以产生希望厚度的第一层的变光滑的表面，该变光滑的表面具有包含了至少一种材料的至少一个区域和包含了至少一种其它材料的至少一个区域。
在形成第一层之后，与在先的层相邻或在其附近并且与该在先层的变光滑的表面相粘附地形成一层或多层其它层。这些其它层通过重复第一至第三操作一次或多次来形成，其中，每一个随后层的形成将在先形成的层和初始衬底处理为新的且加厚的衬底。
通常，一旦完成了所有层的形成，就通过蚀刻工艺移除所沉积的至少一种材料的至少一部分，以暴露或释放将要形成的三维结构。
通过顺形接触掩模电镀进行包括在第一操作中的选择性电沉积的优选方法。在该类型的电镀中，首先形成一个或多个顺形接触(CC)掩模。CC掩模包括其上粘附或形成图案化的顺形介电材料的支撑结构。根据将电镀材料的特定截面来定形每个掩模的顺形材料。将电镀的每个唯一截面图案需要至少一个CC掩模。
CC掩模的支撑通常是由将选择性电镀的金属形成的板状结构，且将电镀的材料由该金属溶解。在该典型方式中，支撑将用作电镀工艺中的阳极。在可选方式中，支撑可取代为多孔或反之为穿孔的材料，在其从远阳极到沉积表面的路径中的电镀操作期间，沉积材料将穿过该支撑。在二者中的任一方式中，CC掩模可以共用共同的支撑，即，电镀多层材料的顺形介电材料图案可位于单个支撑结构的不同区域中。当单个支撑结构含有多个电镀图案时，整个结构称作CC掩模，而单个电镀掩模称作“子掩模”。在本申请中，这种差别只有当发生特定点的相关性时才会发生。
在用于进行第一操作的选择性沉积的预备中，将CC掩模的顺形部分设置成与衬底的选择部分相对准且将该顺形部分压向衬底选择部分(或者设置于之前形成的层上或设置于层的之前沉积的部分上)，该衬底选择部分上将发生沉积。以在CC掩模的顺形部分中的所有开口都含有电镀溶液的方式，将CC掩模和衬底压到一起。当施加适合的电势和/或电流时，与衬底接触的CC掩模的顺形材料用作电沉积的阻挡，而填充有电镀溶液的CC掩模中的开口用作从阳极(即CC掩模支撑)向衬底的非接触部分(其在电镀操作期间用作阴极)转移材料的路径。
CC掩模和CC掩模电镀的一个实例在图1A-1C中示出。图1A示出了由在阳极12上图案化的顺形或可变形(例如橡胶)绝缘体10构成的CC掩模8的侧视图。阳极具有两个功能。图1A也描述出了与掩模8相分离的衬底6。一个功能是用作图案化的绝缘体10的支撑材料以保持其整体性和对准，这是由于该图案可以为拓扑复形(topologically complex)(例如，包括绝缘体材料的绝缘“岛”)。另一功能是用作电镀操作的阳极。CC掩模电镀通过简单地将绝缘体压向衬底然后穿过在绝缘体中的孔26a和26b压向电沉积材料，将材料22选择性地沉积到衬底6上，如图1B中所示。在沉积之后，优选非破坏性地自衬底6分离CC掩模，如图1C中所示。CC掩模电镀工艺与“贯穿掩模(through mask)”电镀工艺的不同在于，在贯穿掩模电镀工艺中，掩模材料自衬底的分离是破坏性发生的。与贯穿掩模电镀一样，CC掩模电镀在整个层上方选择性地且同时地沉积材料。电镀的区域可由一个或多个隔离的电镀区域构成，这些隔离的电镀区域可属于形成的单个结构或可属于同时形成的多个结构。在CC掩模电镀中，由于在移除工艺中并非有意损坏单个掩模，因此它们在多个电镀操作中都可使用。
CC掩模和CC掩模电镀的另一实例在图1D-1F中示出。图1D示出了自包括图案化的顺形材料10’和支撑结构20的掩模8’分离的阳极12’。图1D也描述了自掩模8’分离的衬底6。图1E说明了与衬底6接触的掩模8’。图1F说明了由自阳极12’向衬底6传导电流导致的沉积22’。图1G说明了在自掩模8’分离之后在衬底6上的沉积22’。在该实例中，将适合的电解液设置在衬底6和阳极12’之间，且来自溶液和阳极中的一个或两个的离子电流穿过掩模中的开口传导向沉积材料的衬底。这种类型的掩模称作无阳极INSTANT MASKTM(AIM)或称作无阳极顺形接触(ACC)掩模。
与贯穿掩模电镀不同，CC掩模电镀允许将形成的CC掩模与其上将发生电镀的衬底的制造完全地分离(如，与形成的三维(3D)结构分离)。CC掩模可以以多种方式形成，例如，可使用光刻工艺。可在结构制造之前而非期间，同时产生所有掩模。该分离可以制造简单、低成本、自动、自持(self-contained)且内部清洁的“桌面制造”，该“桌面制造”几乎可装配在任何位置，以制造3D结构，留下任何需要的超净室处理，如将由维修部等进行的光刻。
上面讨论的电化学制造工艺的实例在图2A-2F中说明。这些图示出了该工艺包括第一材料2和第二材料4的沉积，该第一材料2是牺牲材料，第二材料4是结构材料。该实例中，CC掩模8包括图案化的顺形材料(如橡胶介电材料)10和由沉积材料2制成的支撑12。用位于顺形材料10中的开口16内部的电镀溶液14将CC掩模的顺形部分压向衬底6。然后，来自电源18的电流经由(a)支撑12和(b)衬底6穿过电镀溶液14，该支撑12兼任阳极，该衬底6兼任阴极。图2A说明了电流流动导致在电镀溶液内部的材料2和自阳极12被选择性地转移到阴极6或电镀到阴极6上的材料2。在使用CC掩模8将第一沉积材料2电镀到衬底6上之后，移除CC掩模8，如图2B中所示。图2C描述了已经在之前沉积的第一沉积材料上方以及在衬底6的其它部分上方毯覆式沉积(即非选择性沉积)的第二沉积材料4。毯覆式沉积通过自由第二材料构成的阳极(未示出)、通过适合的电镀溶液(未示出)并向着阴极/衬底6的电镀来进行。然后平坦化整个两种材料的层以实现精确的厚度和平坦度，如图2D中所示。在对于所有层重复了该工艺之后，由第二材料4(即结构材料)形成的多层结构20嵌入到第一材料2(即牺牲材料)中，如图2E中所示。蚀刻嵌入的结构以生产需要的器件即结构20，如图2F中所示。
示范性的人工电化学制造系统32的各个部件在图3A-3C中示出。系统32由几个子系统34、36、38和40构成。描述了在图3A至3C中每一个的上部中的衬底保持子系统34，且该衬底保持子系统包括几个部件(1)载体48，(2)在其上沉积层的金属衬底6，和(3)能够响应于来自激励器44的驱动力，相对于载体48向上或向下移动衬底6的线性滑座42。子系统34还包括指示器46，其用于测量用于设置或确定层厚度和/或沉积厚度的衬底垂直位置中的差。子系统34还包括载体48的脚68，其精确地安装在子系统36上。
在图3A的下部中示出的CC掩模子系统36包括几个部件(1)事实上由公用共同的支撑/阳极12的多个CC掩模(即子掩模)制成的CC掩模8，(2)精准X-台54，(3)精准Y-台56，(4)其上可安装子系统34的脚68的架72，和(5)用于容纳电解液16的槽58。子系统34和36还包括用于连接至适合的电源的适合电连接(未示出)，以驱动CC掩模工艺。
示出了在图3B的下部中的毯覆式沉积子系统38，且该子系统包括几个部件(1)阳极62，(2)用于保持电镀溶液66的电解液槽64，和(3)其上安装了子系统34的脚68的架74。子系统38还包括用于将阳极连接至适合电源的适合电连接(未示出)，以驱动毯覆式沉积工艺。
示出了在图3C的下部中的平坦化子系统40，且该子系统包括精研板52和相关的移动及控制系统(未示出)，以平坦化沉积。
在名称为“Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-rayLithography with Sacrificial Metal layers”、Henry Guckel的美国专利No.5,190,637中教导了用于由电镀金属(即，使用电化学制造技术)形成微结构的另一种方法。该专利教导了利用掩模曝光形成金属结构。将第一层初始金属电镀到暴露的电镀基座上，以填充在光致抗蚀剂中的孔洞，然后移除光致抗蚀剂，并在第一层上方和电镀基座上方电镀第二金属。然后，机器下行第二金属的暴露表面至暴露出第一金属的高度，以产生横跨初始和第二金属延伸的平坦均匀的表面。然后，可通过在第一层上方涂敷光致抗蚀剂层开始第二层的形成，且然后，重复用于产生第一层的工艺。然后，重复该工艺直到形成整个结构，且通过蚀刻移除该第二金属。在电镀基座或先前的层上方通过铸件形成光致抗蚀剂，且通过穿过图案化的掩模经由X-射线或UV辐射的光致抗蚀剂的暴光来形成光致抗蚀剂中的孔洞。
即使如迄今为止所教导和实践的电化学制造已经极大地增强了微制造的能力，且尤其极大地增加了能够结合到结构中的金属层数目并增加了可制造这种结构的速度和简单性，但是仍存在增强电化学制造的状态的空间(room)。尤其，存在对增强的技术的需要，以确定平坦化操作(即终点检测)的完成和在希望容限内层厚度或者是与添加具有等于层厚度的厚度的层相关的目标结构高度的相关实现。还存在对于增强技术的需要，以确定沉积的层相对于之前沉积的层或衬底的平行度。
发明内容
本发明的一个或多个实施例的目的是提供一种衬底修整技术，其包括改进的终点检测方法和装置。
本发明的一个或多个实施例的目的是提供一种衬底修整技术，其包括改进的平行度保持方法和装置。
本发明的一个或多个实施例的目的是提供一种使用改进的终点检测方法和装置的多层电化学制造技术。
本发明的一个或多个实施例的目的是提供一种使用改进的平行度保持方法和装置的多层电化学制造技术。
对于本领域技术人员，通过考察在此教导的内容，本发明的各个实施例的其它目的和优点将显而易见。在此明确列举出的或反之根据在此教导的内容所确定的本发明的各个实施例以及方面可单独或组合地得出上述目的中的一个或多个，或可选地，可得出根据在此教导的内容所确定的一些其它目的。尽管通过本发明的任一单个实施例和方面得出所有目的是关于一些方面的情况，但是不必意指所有的目的都通过本发明的任一单个实施例或方面得出。
在本发明的第一方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作；(c)将测试探针设置成与一个或多个接触垫接触并与进行了平坦化操作的材料接触，并自固定设备取出数据，该数据涉及到在至少一点处相对于希望的参考点或平面的平坦化材料的测量高度；(d)将材料的测量高度与材料的希望高度相对比；(e)如果测量的和希望的高度不在希望的容差范围内的话，则重复操作(b)-(d)，直到测量的和希望的高度在希望的容差范围内；(f)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第二方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)经由多孔真空吸盘将衬底安装到精研固定设备；(ii)当将衬底安装到固定设备上时，对沉积的材料进行精研操作以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第三方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)经由多孔真空吸盘将衬底安装至精研固定设备；(ii)当将衬底安装至固定设备时，对沉积的材料进行精研操作以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)设置固定设备以与一个或多个接触垫接触并与进行平坦化操作的材料接触，并且从固定设备取出数据，该数据涉及到相对于希望参考点或平面在至少一点处的平坦化材料的测量高度；(d)将材料的测量高度和材料的希望高度相比较；(e)如果测量的和希望的高度不在希望的容差之内的话，则重复操作(b)-(d)直到测量的和希望的高度在希望的容差之内；(f)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第四方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)经由多孔真空吸盘将衬底安装至精研固定设备；(ii)当将衬底安装置固定设备上时，对沉积的材料进行精研操作以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第五方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作；(c)对至少一种材料进行检查以确定相对于希望参考的沉积物高度、沉积物的平坦度和相对于希望参考的沉积物取向中的至少两个；(d)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第六方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个参考垫存在于衬底上或事先形成的层上，该参考垫可用于确定平坦化的沉积材料的沉积高度、平坦化的材料的平坦度和/或平坦化的材料的取向中的至少一个；(b)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第七方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)将衬底安装至飞刀切削机器中的固定设备；(ii)当将衬底安装至固定设备时，将沉积的材料置于旋转切削工具中以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第八方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)将衬底安装至在飞刀切削机器中的固定设备；(ii)当将衬底安装至固定设备时，将沉积材料置于旋转切削工具中以平坦化材料表面，并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)设置固定设备以与一个或多个接触垫接触并与对其进行平坦化操作的材料接触，且从固定设备取出数据，该数据涉及到在至少一点处相对于希望的参考点或平面的平坦化材料的测量高度；(d)将材料的测量高度与材料的希望高度相对比；(e)如果测量的和希望的高度不在希望的容差内，则重复操作(b)-(d)，直到测量的和希望的高度在希望的容差内；(f)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
在本发明的第九方面中，用于形成多层三维结构的制造工艺包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)将衬底安装至飞刀切削机器中的固定设备，其中该固定设备具有相对于飞刀切削机器的切削平面调整衬底平面的能力；(ii)调整衬底平面以与飞刀切削机器上的切削平面相匹配；和然后(iii)当将衬底安装至固定设备时，将沉积的材料置于旋转切削工具中以平坦化材料表面，使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
本领域技术人员通过考察在此教导的内容可理解本发明的其它方面。本发明的其它方面包括可用于实施本发明上述方法方面中的一个或多个的装置。本发明的其它方面可提供前述方面的各种组合并提供以上没有特别列举出的其它构造、结构、功能关系以及工艺。本发明更进一步的方面可提供用于平坦化位于衬底上的沉积材料的装置，而再进一步的方面可提供用在这种装置中的固定设备。
图1A-1C概略地描述了CC掩模电镀工艺的各个步骤的侧视图，而图1D-G概略地描述了使用不同类型CC掩模的CC掩模电镀工艺的各个步骤的侧视图。
图2A-2F概略地描述了当用于形成选择性沉积牺牲材料同时毯覆式沉积结构材料的特定结构时，电化学制造工艺的各个步骤的侧视图。
图3A-3C概略地描述了可用于人工实施图2A-2F中描述的电化学制造方法的各实例子组件的侧视图。
图4A-4I概略地描述了使用粘附掩模电镀的结构第一层的形成，其中第二材料的毯覆式沉积覆盖了第一材料沉积位置之间的开口和第一材料本身。
图5A提供了根据本发明第一实施例用于形成多层三维结构的方法的流程图，该第一实施例使用了终点固定设备和分离的平坦化固定设备。
图5B-5G提供了与图5A的工艺结合或与其它工艺结合使用的操作机组的实例。
图6和7提供了适合于用在本发明第一实施例中的精研固定设备的不同透视图。
图8提供了从穿过固定设备中心垂直延伸的切割平面取得的图6的精研固定设备的截面图。
图9和10提供了适合于用在本发明第一实施例中的终点固定设备的不同透视图。
图11概略地描述了具有三个终点测试垫的衬底的顶视图。
图12提供了安装到图11的衬底上的图9和12的终点装置的透视图。
图13提供了根据本发明一些实施例的飞刀切削机器布局的透视图。
图14提供了图12的机器布局的测量固定设备和衬底保持及平面调整固定设备的放大透视图。
图15提供了聚焦到图14的测量固定设备上的透视图。
图16提供了聚焦到图14的衬底保持及平面调整固定设备上的透视图。
图17提供了聚焦到图14的平面调整固定设备上的透视图，其中移除了衬底保持固定设备的移动板以及衬底本身。
图18提供了聚焦到平面设定固定设备的特定部件上的透视图，包括截顶球体元件、调整臂弯曲点、真空吸盘连接支架以及用于在张力下保持真空吸盘的弹簧探棒。
图19提供了图14的平面设定固定设备的背面的透视图。
图20提供了列举出样品操作的框图，该样品操作可用于使测量固定设备及图13-15的探针的零平面与由飞刀切削工具切削的平面相匹配。
图21提供了列举出样品操作的框图，该样品操作可用于设定衬底前表面(其上已沉积了或将沉积材料层)或沉积材料本身相对于通过金刚石刀工具切削的平面的平行度。
图22提供了列举出可用于通过使用图13的装置修整衬底上的沉积材料至希望高度的操作的框图。
具体实施例方式
图1A-1G、2A-2F和3A-3C说明了公知电化学制造的一种形式的各个部件。在上面参考的‘630专利中、在各个前面结合的公开中、在在此通过参考并入本文的各个其它专利和专利申请中都列举了其它电化学制造技术，从这些公开、专利和申请中描述的各种方式的组合可得出其它的电化学制造方式，或反之这些其它方式是本领域技术人员可以根据在此教导的内容得知或确定的。所有这些技术都可以与本发明各个方面的各个实施例的那些相组合，以产生增强的实施例。再有其它的实施例可以从在此明确列举处的各个实施例的组合得出。
图4A-4I说明了在多层制造工艺的单层形成中的各个步骤，其中第二金属沉积在第一金属上以及第一金属的开口中，第二金属的沉积形成了部分该层。在图4A中，示出了衬底82的侧视图，在衬底82上铸件可图案化的光致抗蚀剂84，如图4B中所示。在图4C中，示出了由固化、曝光和显影光致抗蚀剂导致的抗蚀剂图案。光致抗蚀剂84的图案化导致自光致抗蚀剂的表面86穿过光致抗蚀剂的厚度向衬底82的表面88延伸的开口或孔92(a)-(c)。在图4D中，示出了已经电镀到开口92(a)-(c)中的金属94(如镍)。在图4E中，光致抗蚀剂已经从衬底移除(即化学剥离)，以暴露出未被第一金属94覆盖的衬底82的区域。在图4F中，示出已经在衬底82(其导电)的整个暴露部分上方和第一金属94(其也导电)上方毯覆式电镀的第二金属96(如银)。图4G描述了由将第一和第二金属平坦化至暴露出第一金属高度的结构的完成的第一层，并为第一层设定厚度。在图4H中，示出了重复图4B-4G中示出的工艺步骤几次以形成多层结构的结果，其中每一层都由两种材料构成。对于大多数应用来讲，移除这些材料中的一种，如图4I中所示，以制造希望的3-D结构98(如部件或器件)。
各种实施例、可选方案以及在此公开的技术可使用在所有层上的单次图案化的技术或使用在不同层上不同图案化技术来形成多层结构。例如，可使用不同类型的图案化掩模和掩模技术，甚至是进行直接选择性沉积而不需要掩模的技术。例如，可将顺形接触掩模或非顺形接触掩模用在不同的层上。可使用接近掩模以及掩模操作(即，即使没有制作接触，也使用通过使其接近衬底来至少部分地选择性遮蔽衬底的掩模的操作)，也可以使用粘附掩模和掩模操作(当掩模与衬底相对以仅与其接触时，使用粘附到衬底的掩模的掩模和操作，其中该衬底上将发生选择性沉积或蚀刻)。
本发明的一些实施例提供了用于通过使用材料(如层)的改进的终点检测和平行度保持来电化学制造多层结构(如，中尺度或微尺度结构)的工艺和装置，该材料在电化学制造工艺期间被平坦化。一些方法包括在平坦化期间使用固定设备，该平坦化确保了材料的平坦化平面在给定容限内平行于其它平坦化的沉积材料。一些方法包括使用终点检测固定设备，该固定设备确保沉积材料相对于衬底初始表面、相对于第一沉积层或相对于在制造工艺期间形成的一些其它层的精确高度。在一些实施例中，平坦化可通过精研来进行，和平坦化固定设备可包括多孔石墨真空吸盘，该吸盘安装在可垂直于由磨损垫限定的平面移动的台上，在精研操作期间固定设备位于该磨损垫上。在一些实施例中，终点固定设备可包括三个或多个固定长度的腿以及一个或多个高度测量探针(如3-4)。使用固定设备可包括接触靠在衬底表面上的暴露垫上的腿，并然后调整高度测量探针的接触元件位置直到与将被测量的沉积物接触。由零量度或校准量度与沉积量度之间的探针记录的高度差由沉积物高度和沉积物平面的可能取向和/或沉积物的可能平坦度来表示。在一些实施例中，如果平坦化高度、平坦度和/或取向超出了希望的容限范围，则要采取修正措施。
图5提供了根据本发明第一实施例用于形成多层三维结构的方法流程，该实施例使用终点固定设备和平坦化固定设备。
图5的框102要求提供可用于保持衬底和平坦化操作期间位于其上的任意沉积材料的平坦化固定设备。框104要求制备使用的平坦化固定设备。该制备包括用于保持衬底的吸盘的平坦化，以使其实现平行于在平坦化(即精研)操作期间其上设置固定设备的定位垫表面的表面。
框106要求提供终点检测固定设备，而框108要求制备固定设备，以使其可投入使用。该制备可包括在平坦表面上设置固定设备，且然后，当一个或多个检测探针接触装置的固定长度支架(standoff)位于其上的相同平坦表面时，将这些探针的输出归零。
该制备操作104和108可发生在建立工艺的初始阶段，或者可选地，可贯穿建立工艺周期性地发生。例如，归零在终点检测装置上的探针可在每次使用终点检测固定设备之前发生。
建立工艺始于框112，并然后向前移动至框114，该框114要求限定一对变量和参数。尤其，限定了当前层数的变量“n”；限定了最终层数参数“N”；限定了层n的操作数变量“on”；限定了层N的最终操作数参数“On”。在限定了变量和参数之后，工艺向前移动到框116，该框116要求提供其上将形成结构的衬底。
接下来，该工艺向前移动至框118，该框118设定当前层数变量n等于一(n＝1)，然后向前移动至框120，该框120设定了层n的当前操作数变量等于一(on＝1)。
接下来，工艺向前移动至框124，该框124问询当前操作(关于on)是否是平坦化操作。如果答案是“否”，则工艺向前移动至框126，该框126要求进行操作on，且之后工艺向前移动至框148，在此该框148将稍后讨论。
如果对判定框124的答案是“是”，则工艺向前移动至框128，该框128要求将衬底安装到平坦化固定设备上，制备该固定设备用于框104中的操作。
接下来，工艺向前移动至框130，该框130要求进行一个或多个平坦化操作。这些操作例如可以是使用不同类型磨料和/或接触压力、精研板速度等的精研操作。在进行希望的平坦化操作之后，工艺向前移动至框132，该框132要求使用终点检测固定设备进行终点检测测量。在本发明的变形中，可使用不同的平坦化固定设备，且可进行除了精研以外的平坦化操作，例如，在一些可选实施例中，可进行粗加工和/或可进行精确的金刚石加工(金刚石翻转或飞刀切削)。
接下来，工艺向前移动至框134，该框134要求分析由终点检测测量得到的数据。该分析可简单地包括将测量的值与目标值相对比，然后基于该对比结果作出关于随后操作的决定。
可选地，该分析可包括多个测量数据点的更加复杂的数学分析，该测量的数据点例如是可从该数据的最小面积吻合得出平面的那些。该分析随后可包括将得到的平面与想要的平面高度相对比，以确定是否实现了目标高度。该分析还可包括确定的平面对希望平面的平行度的确定，以确定是否达到了希望的平行度规格。进一步的分析可包括确定表面平整度是否符合限定的规格。
在进行分析之后，工艺向前移动至框136，该框136问询是否已经达到了希望的一个目的或多个目的。如果该问询产生了否定的答复，则工艺向前移动至框138，该框138问询进一步的平坦化是否将实现希望的目的。如果框138对该问询的答案是“是”，则工艺返回到框130，以进行其它的平坦化操作。在该实施例的一些实施中，在贯穿平坦化工艺的这一刻或随后的循环中，平坦化参数以及甚至平坦化工艺本身可基于框134的分析而改变。如果框138产生否定的答复，则工艺向前移动至框140，该框140要求采取以下三个措施中的一个(1)设立矫正措施并然后跳至该工艺中任一适合的点，以继续该建立，(2)忽略失误并继续该工艺，或(3)缩短建立工艺且如果需要的话重新开始该建立。如果框136的问询产生肯定的答复，或如果选择了框140的第二选择，则该工艺向前移动至框142。
框142问询是否将进行另一平坦化操作。如果对于该问询的答复是“否”，则工艺向前移动至框146，该框146要求从平坦化固定设备移除衬底。在从平坦化固定设备移除衬底之后，该工艺向前移动至框148。
在一些实施例中，可要求多个平坦化操作以实现希望的目的(例如，最初用粗浆料进行精研，并然后，在达到初步的目标之后，用较细的浆料进行另外的精研)。在这种实施中，框142的问询一次或多次产生肯定答复。在这种情况下，工艺向前移动至框144，该框144要求增加一个操作数(on＝on+1)，并然后工艺返回至框130，该框130要求进行其它的平坦化操作。在该第二或随后的循环中，贯穿平坦化工艺，平坦化变量、参数以及甚至作为一个整体的平坦化工艺可改变。
一旦对于框142的问询得到了否定答复，就移除衬底，如框146中所要求的(如上所述)，并然后工艺向前移动至框148。也如上所述，在进行了框126中要求的操作n之后，还进入框148，在那种情况下，操作on不是平坦化操作。
框148要求增加一个操作数变量(on＝on+1)，并然后工艺向前移动至框150，该框150问询当前操作数变量是否大于与层n相关的最终操作数参数。如果该问询产生否定答复，则该工艺返回至框124，以进行与层n有关的另一操作。如果框150的问询产生肯定答复，则层数变量n增加一个(n＝n+1)，且然后，工艺向前移动至框154。
框154问询当前层数变量n是否大于最终层数参数N(n＞N？)。如果对于该问询的答案是“是”，则已经完成了所有层的形成，且工艺向前移动至框156并结束。如果答案是“否”，则工艺返回至框120，并开始进行下一层的操作。
框156要求结束结构的层形成工艺，但是不必结束形成该结构的所有工艺。可进行各种后工艺操作，已完成希望结构的形成，就如此文中别处和在各个专利申请中更充分地谈论的一样，其中在此已经通过参考将各专利申请并入本文。
图5B-5G提供了可用在结构的单独层形成中的各个操作组。在一些实施例中，可重复单个图的操作，以形成结构的每一层，而在其它实施例中，不同层的形成可包括在不同图中概述的操作。在其它实施例中，可使用其它层形成操作和/或可使用附加层形成操作。
可以以多种不同方式修改图5A中概述的工艺，且可使用不同装置部件实施该工艺。可在单个自动控制的机器中实施该工艺，或者可使用不同机器实施该工艺，在不同机器中，使用部分形成结构的人工控制，以在机器之间转移结构，从而分析实施的工艺等的可接受性。
在一些实施例中，本发明采取用于修整衬底或产生多层三维结构的装置(例如，全部自动化或半自动化的装置)的形式，该多层三维结构例如包括(a)其上已经发生或将发生一种或多种材料的一次或多次连续沉积的衬底；(b)包括至少一个孔洞和至少一个周围突起的材料的掩模；(c)台，用于使得至少一个掩模突起接近或接触衬底，以便于形成关于任一先前沉积具有希望配准并在至少一个电化学工艺容器内部提供希望电解液的至少一个电化学工艺容器(processpocket)，；(d)电源，用于在至少一个电极和衬底之间提供希望的电激励，以产生衬底希望的修整，其中该至少一个电极可以是部分掩模或者自该掩模分离；(e)平坦化系统(例如，精研、飞刀切削或其它加工或化学加工系统)，用于修整掉多余的材料，和检测系统，用于当已经移除了足够的材料时进行检测；和在一些实施例中的(f)至少一个控制器，用于控制台和电源。
在可选实施例中，可用粘附掩模设置(如，用于干燥膜片材或涂敷器的层压机和用于液体基抗蚀剂的旋转器)、图案化系统(如，可使用图案化的光掩模或扫描激光束的选择性曝光系统和可能的显影器)和移除系统(如，剥离溶液、槽和/或喷雾器等)来代替元件的掩模(b)和元件的台(c)。
衬底可以是例如导电材料(如，选择的金属等)、适度导电材料(如掺杂的硅等)、电介质的或混合的电介质/导体/半导体的形式，已经基于该衬底形成了导电籽晶层。台可包括通过线性发动机、或步进式发动机、或驱动滚珠螺杆的其它旋转发动机、或其它用于将旋转移动转变成线性移动的其它机械来驱动的线性台，可选地其可附加地包括压力驱动膨胀或收缩的风箱机械(bellows mechanism)。该台可包括用于定位的编码器，且其可包括多个台如过程移动台和精确移动台。台可移动到气浮轴承等上以平滑移动。其可允许在三个方向上的线性移动和/或旋转移动。尤其，台可提供倾斜衬底或接触掩模中任一个的能力，以实现掩模配合表面和衬底配合表面之间希望数量的非平行度或非平坦度。可以以驱动给定反应所需要的任意适当形式采用电源。例如，其可以是DC或脉冲DC电源；可以控制其以输出固定电流或固定电压或变化的电流或变化的电压。其可包括用于精确控制的反馈。控制器可采取多种形式。例如，其可以是以一方式编程的计算机，从而以希望的方式(例如，重复操作多次，以建立多层结构)控制其它部件，或其可以是单独的控制元件，用于不同的装置部件，其每一个都通过操作者来控制。计算机可包括用于将信息提供给操作者或用户的检测器或其它显示器和/或印刷器、用于存储记录的参数和测量结果的存储器、用于从操作者接收输入的键盘、鼠标、触摸屏等。计算机可连接至网络以允许由或通过单个计算机进行系统的远程控制或多个系统的控制。
很多其它的装置部件还可结合到一些实施例中(1)刚性架，用于以适合的精确度保持系统部件，和遮蔽板，以允许被控制的环境存在，(2)被控制的空气或气体系统，(3)温度控制系统，(4)衬底清洁系统，(5)衬底激活系统，(6)电镀系统和电解液设置或清洁系统，(7)空气过滤器和循环系统，(8)工艺检测仪器如照相机、数据采集器和存储系统，(9)通道门和面板，(10)观测窗或照相机和检测器，(11)操作者报警系统，包括光和听觉信号，(12)加热系统，用于进行扩散结合、熔融或选择的建立材料等的流动等。
可借助于精研固定设备202来保持层相对于衬底的平行度或连续层之间的平行度，如图6-8中所示。固定设备包括多孔石墨真空吸盘204(图7和8)，该吸盘用于将衬底(其上将形成结构)夹紧在适合的位置，其通过最小化在衬底背面上真空的非均性分布来最小化衬底变形(distortion)。在使用精研固定设备用于结构制造之前，将真空吸盘精研平坦，同时将真空吸盘贴附到精研固定设备上，以实现平坦化操作期间位于精研板上且安装于磨损环208上的磨损垫(wear pad)206的平面之间的共面性。该精研固定设备的制备附加地除去了真空吸盘204表面中的任何变形，该变形可能已经由将真空吸盘保持到滑轨214的固定器212引起。滑轨214能够相对于安装到磨损环208上的滑座壳216向上和向下移动。滑轨214向上或向下的移动以及由此真空吸盘204的向上或向下的移动归因于向上导向的弹簧力(如，来自可调整张力类型的弹簧)与作用在轨道、吸盘和衬底上的重力的向下导向的力的平衡。张力弹簧类型平衡块228允许操作者设定被平坦化的表面和精研板之间的有效接触压力。文氏类型真空产生器218提供将衬底保持到吸盘204上所需要的真空。真空阀222允许操作者开启或关闭真空，从而安装或移除衬底。
滑轨214和滑座壳216包括气浮型机械，该机械确保了以极不易弯曲且笔直的行进路径无摩擦移动。在操作期间，这两个部件通过穿过旋转组合部件224提供压缩空气的膜来分离，该旋转组合部件224通过支架226来保持并允许精研固定设备旋转而不干扰空气流动。在一些实施例中，滑轨可以是具有穿过其中心的圆形孔的方形管。滑轨的外部方形尺寸通过滑座壳与内部方形孔非常精确地匹配。该壳或滑轨可包括在其壁上的多孔石墨垫等，尤其是当提供穿过这些多孔垫的空气膜时，该多孔石墨垫有助于滑座相对于壳的平滑移动。
为了精研固定设备在固定的轴附近旋转的目的，磨损环208提供磨损垫安装于其上且与在精研机器上的阻挡器等相接合的不易弯曲的并且稳定的柱面。磨损垫(如多晶金刚石)装配到磨损环的下侧，且限定了精研固定设备在其上旋转的稳定平面。磨损垫相对于在将被平坦化的衬底上的材料磨损得非常慢，且该磨损垫确保了由精研固定设备限定的平面在结构制造的整个过程中保持稳定。
还提供了确保在正常操作期间浆料不污染气浮并且在衬底清洗操作期间保护浮动的浆料封层232(例如，如当固定设备在进行测量的制备中倒置时，在清洗期间推压磨损环表面的O型环)。浆料防护罩234和滑座顶部236起固定设备的顶部侧的相似功能。
精研固定设备可容纳位移传感器，以测量滑座壳216和滑轨214之间的相对移动。在精研操作期间，控制该位移可提供用于根据建立(Build)来移除的材料的实时检测的装置。来自位移传感器的信号可借助于安装到精研固定设备上的无线射频或红外器件来传输。可选地，电滑动环可用于相同的目的。在一些实施例中，其可以将校准或绝对位置与来自位移传感器的测量结果相联系，以使得在一些实施例中，位移传感器能够提供绝对终点检测或对修整工艺状态的评估。
还可提供用于安装手柄的多个孔242，操作者可使用该多个孔以在操作期间操纵精研固定设备。
在使用的固定设备的制备期间，可使用例如微米金刚石精研浆料来精研真空吸盘，其后，必定加压密封真空吸盘，且异丙醇等可用于冲洗多孔材料清洗碎片。
该精研固定设备可用于实现平坦化表面非常高等级的平坦度(例如，横跨100mm表面，＜0.5微米)，同时保持建立的所有层之间的非常高等级的平行度(例如，横跨100mm表面，在0.5微米范围内)。固定设备的设计允许自固定设备移除部分形成的结构，并且允许进行其它工艺操作，之后，重新安装并平坦化衬底，同时保持高等级的平坦度和平行度。
使用上述的多孔真空吸盘在最小化衬底变形方面可提供一些显著的优点。在一些实施例中，真空吸盘具有稍小于衬底直径的不中断的表面。在一些实施例中，优选石墨吸盘能够容易地被精研至98mm表面上方好于0.3微米的平整度，同时实现对于使用激光干涉仪测量平坦度足够的镜面反射(specularity)。多孔材料的使用均匀地横跨表面分布真空并且允许将污染物拉到多孔材料中以避免成为变形源。其它类型的真空吸盘如环形槽可用在一些实施例中。在一些实施例中，多孔石墨材料可装入到支撑并密封多孔材料的壳(如，铝壳)中。可制造多孔材料以稍满意于壳材料，从而允许精研表面并允许发生至衬底的安装，而没有由于存在壳而导致的干扰，也没有自其泄漏真空的明显的表面区域。
可以是各种可选固定设备。例如，一些可选固定设备可使用可调整的装配，用于将真空吸盘安装到滑座壳上。这些可调整的装配可具有校准调整机械，其允许相对于磨损垫平面对吸盘平面进行调整。这些可调整装配可用在设定真空吸盘的平面中，以使得衬底的外部面对表面与磨损垫的平面平行。可在初始沉积材料位于衬底上之后进行这种调整，精研沉积物以与磨损垫表面平行，进行衬底平面相对于平坦化的沉积物的平面的测量。一个或多个其它的平坦化操作和可能的一个或多个其它沉积操作可用于确定或调整衬底表面相对于磨损垫平面的平行度。
在一些实施例中，在开始建立之前，精研衬底的前和后表面以在约2微米之内相互平行。在这些实施例中，初始衬底表面(即前表面)与由支架限定的平面不平行超出差不多2微米。该误差可吸收到该部分的第一层中，该第一层可有意制作得较厚(如果必要的话)，且随后的层和衬底表面之间的平行度可基于对平行性初始误差的考虑。在其它实施例中，在第一层的平面和随后层的平面之间对比平行度。在一些这种实施例中，可用平坦面或凹口来标记衬底，该平坦面或凹口与在精研固定设备上或在终点检测固定设备上的标记相对准，以使有角度的对准保持适度的固定。
在一些可选实施例中，代替精研将平行于磨损垫平面的吸盘，可精研安装的衬底以具有平行于磨损垫表面平面的表面。在这些实施例中，希望或者甚至需要每次平坦化都以相同取向将衬底安装至真空吸盘或者将进行测量操作。
在一些实施例中，希望平坦化真空吸盘且然后平坦化衬底，以使每一个都平行于磨损垫平面，在这种情况下，通过每次精研操作或所进行的精研操作的设定来以相同取向安装衬底和真空吸盘是必要的。
图9-12说明了本发明一些实施例的实例终点装置的透视图。可在平坦化操作中的周期性中断期间使用终点装置或固定设备，以测量相对于其上制造结构的衬底的初始表面的沉积物平面化高度。图11概略地描述了在其表面上具有三个(3)垫274、276和278的衬底272，贯穿制造工艺该表面将保持没有沉积物。这些垫将用作需要的参考，其中沉积物高度测量基于该参考。
在一些实施例中(如，举例为图9-12中所例示的)，可使用三个终点检测垫，且贯穿建立工艺优选将该三个终点检测垫保持在未被沉积的状态，贯穿该工艺，其任一个都保持在暴露的状态，或者可使得其任一个当必须进行测量时将被暴露出。在一些实施例中，该垫可位于晶片边缘附近，并相对于位于衬底中心的坐标轴相隔120°。
可使用各种方法来防止在终点检测垫上的沉积，例如，当使用具有涂敷了粘附层和籽晶层的介电衬底时，在用金属层涂敷之前，该垫可覆盖有抗蚀剂、蜡、漆、粘着带等，然后移除覆盖物以暴露垫，从而进行测量。如果一层或多层金属层已经沉积在垫区域中，则可通过选择性蚀刻来将其移除。在一些实施例中，垫区域可被结构材料的“绝缘垫圈”包围，该“绝缘垫圈”具有限定了垫直径的内部直径；然后在绝缘垫圈内部进行选择性蚀刻(例如，使用蚀刻剂浸湿的抹布)，以如所需要地暴露出垫。如果衬底是可电镀的金属，则在沉积之前且在进行测量之前，垫可涂敷有抗蚀剂、蜡、漆、粘着带、沉积的电介质(如聚对二甲苯基、二氧化硅、氮化硅)等，可移除涂敷材料。另一方面，如果涂敷材料是电介质，且如果其足够薄(以避免被平坦化)且足够坚硬，则贯穿整个建立，可将其留在适合的位置。可选地，可在电镀之前增加这种电介质涂敷，且在测量之前将其移除。在再一其它实施例中，电介质(例如氧化铝)插入物可提供于在垫附近的晶片中。该插入物可具有盘的形式，其嵌入到晶片中，并粘合在适合的位置(尽管在晶片热循环期间其必须稳定，但也可以是压配合)。该插入物可以与晶片共面，或者否则的话与其平接，可关于一般晶片表面来测量并记录它们的位置，并且将该位置用于确定稍后将沉积的层的高度和平行度。
图9示出了终点装置300的透视图，该装置300包括与衬底上的终点测量垫274、276和278相连接的三个固定的支架284、286和288。在一些实施例中，需要支架与垫的相关性是固定的(例如，支架284必须总是安装在垫274上，支架286必须总是安装在垫276上等)，这取决于来自终点测量固定设备的数据怎样付诸使用以及衬底的前表面是否平行于磨损垫的平面。支架的尖端优选由坚硬的材料制成，该材料在测量工艺期间不会明显变形，以便于避免引入潜在的测量误差的源。
终点装置300还包括控制环304和固定设备夹持板，其中固定的支架贴附到该夹持板上。也贴附到固定设备夹持板上的是一个或多个测量探针(描述了如图9、10和12中所描述的四个探针292-298，包括尖端292’-298’)，该一个或多个探针具有可控制且可测量地延伸以接触在衬底表面上的平坦化沉积物的可伸缩测量探针尖端。在一些实施例中，通过空气压力来延伸探针尖端，且精确的空气压力调节器用于确保将可重复且相等的压力施加到所有四个探针。固定设备的重量优选(但不是必须的)明显高于通过四个探针施加的合力，以不影响精确度。阀门用于延伸和收缩探针尖端。该尖端通常向外收缩和延伸以取得零读数或取得测量结果。在一些实施例中，可使用Heidenhain Metro MT 1287长度计，而在其它实施例中，可使用具有增加测量精确度的可能益处的LVDT型传感器。在一些实施例中，通过结合减小的延伸压力来使用弹簧会发生探针收缩。在其它实施例中，可以使用提供沉积高度的非接触测量的探针。在另外的其它实施例中，固定长度探针(即支架)可接触沉积的材料，并且可调整长度的探针或非接触探针可使用终点垫来接触或进行测量。
固定设备夹持板306具有确保精确测量的适当硬度和夹持力。在一些实施例中，操作环由传导极少热量的材料制成，以确保来自操作者的手的热量不会引起测量固定设备中的尺寸变化。在其它实施例中，固定设备具有较少或较多支架和/或较少或较多探针。
当探针接触在校准工艺期间支架位于其上的平板时以及当它们接触将测量的表面时的测量位移值中的差导致了平坦化的材料厚度，并潜在地导致了相对于之前检测的平面或衬底表面确定表面平面的能力，并且潜在地导致了确定表面自身整个平坦度的能力。
图12提供了位于将被检测的衬底上的终点测量装置或固定设备300的透视图，其中三个支架已经设置在测量垫上。
在一些实施例中，分别具有可移动尖端292’-298’的每个测量探针292-298可以是编码器基的测量器件，其具有允许符合适合容差标准的精确度(例如，它们可以在12mm的行程中，以0.01微米的分辨率和+/-0.05微米的可重复性以及+/-0.2微米精确度进行操作)。可移动探针尖端通常是收缩的，但是其可以通过空气压力使用可设定的接触力或至少是适合于测量希望材料的力而延伸，这基于探针的接触面积，且潜在地基于固定设备自身的重量。
优选装置的四个探针器件292-298在图10中可以更加清楚地看见，而四个相关探针尖端292’-298’在图9中可以更加清楚地看见。在一些实施例中，在进行测量之前，将所有四个(4)探针都归零在延伸的位置处，而固定设备位于参考平面上(例如，光学平面)。在其它实施例中，可简单地在延伸平板位置处记录探针位置值，且这种值和当测量平坦化的沉积物时取得的值之间的差用于确定的沉积物高度和可能的平行度及平坦度。
在一些实施例中，来自从平坦化的沉积物取得的四个探针的测量结果用于使用最小的面积吻合计算表面平面。计算X和Y斜率(沿着X和Y轴平面的斜率，假设X和Y轴是在衬底表面的平面中的两个垂直轴)和z-截距。z-截距可用作平坦化沉积物相对于初始衬底表面的厚度(例如，所有沉积物的总厚度)的表示。X和Y斜率值可用与确定测量的平面是否与初始衬底表面或假定表面的平行度偏离得过远。X或Y斜率中的大值表示在平坦化装置或污染(例如，被真空吸盘等上的适当安装所干扰的不均匀垫磨损、灰尘、浆液颗粒等)方面存在问题。事实上，如果不将衬底的前表面制作得如衬底背面表面一样平坦，则会存在沉积的材料和衬底前表面的材料之间的平面取向中的显著差别，且在这种情况下，比较该平面的取向和第一沉积材料层或者与沉积材料的一些其它层相关的或与假定平面相关的取向是有益的。可选地，开始就可以用平坦化材料层涂敷衬底，使得该平坦化材料层具有限定于其上的测量垫区域，并且对该平坦化材料层测量随后沉积物的厚度和平面取向。
在一些实施例中，平面斜率用于确定平行度控制是否充分地工作。可使用严格的接收容差(例如0.01微米每毫米，其对应于横跨100mm表面挤进1微米)在一些实施例中，如上所述，固定长度元件可接触沉积的材料，同时使得可移动探针接触在衬底上或在与之前形成的层相关的材料上的接触垫。
在一些实施例中，代替使用终点测量装置的探针来确定平坦度，可使用激光干涉仪来检验是否达到了适合的平坦度(例如，0.3微米)。如果该平坦度超出了规定，则是精研板需要再平坦化的表示。
在一些实施例中，基于精研的定时量来进行测量，该定时量通过操作者来评估，其低于达到希望目的所需要的量。通过平坦化的重复步骤和落在正确值上的测量来达到最后的层厚度值。
在一些实施例中，如图5B和5C的实例中所示出的，多个平坦化操作可用于实现希望的层厚度和部分形成的结构厚度。粗略的精研步骤可包括使用粗磨料(例如9微米的磨料颗粒)，该步骤可使得精研的水平达到例如等于所有之前层厚度加上当前层厚度加上4微米补偿的值，在+/-0.1微米容差之内。然后使用细磨料(例如2微米磨料)，以使在最后表面希望位置上方的厚度达到例如0.1+/-0.05微米的值。进行所有这些测量同时衬底保持夹紧到固定设备。在一些实施例中，可使用最后的抛光步骤，其中假设移除某些量的材料(例如0.1微米)。可进行该操作而不使用精研固定设备。在一些实施例中，由于增加了衬底弯曲的危险，因此一旦从固定设备移走衬底，就不希望进行测量。在这些实施例中，可进行或不进行抛光之后的最后测量。
在一些实施例中，可进行单个平坦化工艺，并如必要的话重复该单个平坦化工艺，直到达到希望的表面水平。
在一些实施例中，可使用厚的衬底，如对于100mm直径具有10mm范围内厚度、对于150mm直径具有15mm范围内厚度的晶片等。这种厚衬底可提供以下优点(1)即使具有高应力的金属沉积于其上，它们也保持平坦，(2)在平坦化期间，它们较少地被真空吸盘或其它固定设备的平坦度影响，(3)它们较容易被平坦化至高水平的平坦度和与相对的面的平行度，和/或(4)对于在工艺期间的控制它们更加坚固。在完成层制造之后可减薄这种晶片(例如，使用ID/圆锯、金刚石线状锯等)。在其它实施例中，厚衬底可通过将厚的“载座”接合至较薄的衬底来获得，以便于提供较厚晶片的效果。
对如上述讨论的图5A的方法实施例和对图6-8的精研固定装置以及图9-12的终点检测装置的各种提高或可选方案都是可以的。例如，在一些可选实施例中，根据在精研固定设备中的测量器件确定的位移值可用于提供一些或所有层的终点检测。在一些实施例中，在测量期间，衬底可保持安装至精研固定设备，而在其它实施例中，在衬底以及固定设备被分离之后会进行测量。在一些实施例中，可使用非多孔真空吸盘(例如，具有加工的孔等的真空吸盘)，而在其它实施例中，可使用除了石墨之外的材料制成的多孔真空吸盘。在一些实施例中，保持衬底至真空吸盘的真空源可以是文氏型产生器，该产生器以与提供滑轨和壳之间的浮动力的相同空气供给为源，如上面所讨论的，而在其它实施例中，可使用其它类型的真空产生器，和/或可使用其它空气压力源。
存在本发明的各种其它实施例。这些实施例中的一些可基于在此教导的内容和在此通过所结合的各种教导的内容的组合。一些实施例不使用任何毯覆式沉积工艺和/或它们不使用平坦化工艺。一些实施例可包括在单个层或不同层上选择性沉积多种不同材料。一些实施例可使用在一些层上的选择性沉积工艺或毯覆式沉积工艺，而非电沉积工艺。一些实施例可使用镍作为结构材料，而其它实施例使用不同的材料。一些实施例可使用铜作为结构材料，具有或不具有牺牲材料。一些实施例可移除牺牲材料而其它实施例不移除。在一些实施例中，阳极(在电沉积期间使用的)可不同于顺形接触掩模支撑，且该支撑可以是多孔结构或其它穿孔的结构。一些实施例可使用与毯覆式沉积操作相结合的掩模基选择性蚀刻操作。一些实施例可在逐层的基座上形成结构，但是通过有利于在层间交错材料的工艺的平坦层建立工艺而背离了严格的平坦层。在2003年5月7日申请的、名称为“Methods of and Apparatus for Electrochemically Fabricating StructuresVia Interlaced Layers or Via Selective Etching and Filling of Voids”的美国申请No.10/434,519中公开了这种可选的建立工艺，在此通过参考将其并入本文，如全文列出一样。
尽管上面列出的各个实施例集中将精研作为优选的平坦化技术，但是在此公开的技术当平坦化技术是除了精研之外的某些技术时也可应用，其中的其它技术例如是化学机械平坦化、研磨、金刚石飞刀切削等。尤其，相信终点固定设备和方法在平坦化工艺是除了精研之外的某些工艺时也是可以应用的。关于对于在电化学制造工艺期间的平坦化操作使用金刚石飞刀切削的教导可在美国专利申请No.60/534,159中发现，该申请通过Cohen等人同时申请，且名称为“Electrochemical Fabrication Methods for Producing Multilayer StructuresIncluding the use of Diamond Machining in the Planarization of Depositsof Material”。在此通过参考将该申请并入本文，如全文列出一样。
本发明的另一实施例涉及用于建立多层或单层结构或器件的方法和装置，其中用单个点的金刚石加工工艺在飞刀切削机器(例如，图13的飞刀切削机器)上进行平坦化。下面讨论的该装置和方法允许操作者测量并调整衬底的初始平面，以使在飞刀切削期间建立的新平面平行于衬底的初始平面。
相同的装置也允许操作者测量沉积的单层或多层的大致的引入厚度。然后操作者可进行初始飞刀切削步骤，以建立与衬底的初始衬底表面平行的平坦表面。在一些实施例中，通过测量该平行的表面的厚度，操作者可确定需要多移除多少材料以实现希望的层厚度，并且能命令机器确定地移除精确量的材料。在一些实施例中，可进行一次或多次检测以确保新限定的平面平行于初始衬底表面。根据初始沉积物的高度和平坦化层的希望高度的差，飞刀切削可以单次横跨该表面的每个部分通过刀片来移除所有需要的材料，或者可进行多次通过而进行或不进行中间测量步骤。可周期性地检测切削平面，并进行任何必要的衬底取向修整，以确保连续层保持相互平行并具有适合的厚度。一旦进行了最后的飞刀切削步骤，就确定了层厚度以及新表面的平面。
关于上面讨论的精研基平坦化实施例，测量和平坦化操作优选基于衬底的初始表面(例如，要将材料层添加至其的衬底前表面)，如根据位于衬底上的三个测量垫(例如，检测垫、接触垫等)所确定的，如图11中所示。在优选实施例中，对于每个建立贯穿制造工艺都保持这些垫。本领域技术人员应当理解，在一些可选实施例中，代替使用位于衬底前表面上的垫，垫可位于衬底的后表面上。在再一其它可选实施例中，代替在衬底表面上保持固定垫，在每个连续层上或一部分连续层上形成的垫可用于确定形成的一层或多层随后层的平坦度和设定高度。
图13提供飞刀切削机器的主要部件的概略透视图。其上建立电化学制造结构的衬底404贴附到衬底平面调整器406，其反过来安装至能够在由箭头410限定的z-方向上移动的z-轴台408。z-轴是在基本垂直于由飞刀切削工具扫过的平面的方向上延伸的轴。z-轴台408和x-轴台418安装至振动隔离系统(未示出)，该系统提供装置整体的机械稳定平台。x-轴在垂直于z-轴的方向上延伸，并允许在由箭头420表示的方向上向后或向前移动。x-轴台保持飞刀切削锭422，该锭422反过来保持飞刀切削工具保持器424，该保持器424反过来保持飞刀切削工具本身(未示出)。在一些实施例中，安装到工具保持器上的工具是单晶金刚石，而在其它实施例中，可使用其它工具材料。测量固定设备426贴附至锭壳。
锭422使用非常坚硬并稳定的高速气浮。x-轴和z-轴台408和418非常精确并坚硬，并且使用油流体静压轴承。装置的锭、x-台和z-台部分(不包括衬底平面调整固定设备、衬底保持器和测量固定设备)与计算机控制硬件、软件、振动隔离系统、保护壳等一起都可以从例如Moore Nanotechnology Systems、Keene的LLC、型号为Nanotech 350UPL的New Hampshire购买。这些部件组合以提供具有10纳米的位置分辨率和横跨100mm直径以100纳米数量级的平坦度飞刀切削表面的能力的机械系统。
衬底可以通过z-轴台来定位，而测量固定设备可通过x-轴台来定位，以便允许一起将其引入，从而可以测量高度、平面取向等。通过使用x-轴台和z-轴台，可以使得衬底和飞刀切削工具的路径相交叉。相对于锭的无轮飞刀切削工具保持器可允许飞刀切削工具在衬底的路径中向后或向前旋转，而增加了z-轴台向前的移动，以允许在计划操作等期间在该工具和衬底之间发生接触。
在图14中，三个测量探针指端434-1、434-2和434-3形成计算机可控制且可读的测量探针器件432-1、432-2和432-3的接触部分。可沿着z-轴驱动探针，且当其接触将被测量的表面时，该探针能够给出位置的电读出。当希望位置的表面和/或取向相遭遇时，探针读数可以是再归零的，以便设置参考平面。在相同的使用期间，当以预限定的取向将衬底设置在保持器上并由保持器保持时，沿着x-轴设置探针指的尖端，以使它们可以与在衬底上的三个测量垫274、276和278对准并与其接触。在其它使用中，可限定探针的位置，以使尖端接触在衬底上在测量垫附近或远离测量垫的区域。在再一其它使用中，可以以不标准的取向将衬底设置到保持器上，以使尖端不与垫对准。这种不标准的取向定位可用于产生关于衬底前和后表面的平行度的信息。
通过使用通过高精确的空气压力调节器提供的空气压力，探针尖端可延伸，以使所有探针以相同且重复的接触力接触。在典型操作中，将衬底和探针引入到x-轴位置中，同时收缩探针尖端。一旦处于适合的位置，探针尖端就延伸，且进行三次测量。初始衬底表面的平面根据从三个测量垫取得的读数来确定。如果测量的平面的取向不与希望平面的取向相匹配，则可调整衬底参考表面的平面至在可由平面调整固定设备所允许的范围内的任一平面。通常，调整参考表面的平面以相对于机器的X-Y平面具有零斜率，该机器的X-Y平面也是当平坦化表面时飞刀切削工具产生的平面。实施中，在使用两个线性激励器446-1和446-2调整平面之后，探针尖端可失常态地再次接触参考垫，以测量并确定衬底的平面已经被适当地调整。在一些情况下，重复的测量和调整可根据可在单次通过中完成什么来改进对准；然而，通常发现这是不必要的。在测量之后，探针尖端通常收缩，以不发生衬底的无意损伤。
图15示出了测量固定设备的详细图。测量探针132-1-132-3由探针夹具133-1-133-3保持，该夹具反过来贴附到水平板135上，且水平板135反过来贴附到垂直板137上，该板137反过来贴附到锭壳422上，如图13中所示。
图5示出了使用多孔碳真空吸盘454安装到衬底平面调整固定设备上的衬底。该多孔碳材料允许在将真空吸盘454安装到固定设备上之后，在机器上将其飞刀切削，以使其具有与切削平面相同的斜率(例如，横跨100mm表面在0.3微米之内的平面)。该能力可用于移除在将真空吸盘安装到移动板456期间引进的任何变形。可控制真空吸盘连接到真空供给以及空气压力供给，以可控制衬底为贴附的、释放的，且其相对于吸盘可容易地定位。
在真空吸盘下部侧的底部，三个衬底定位支架458-1-458-2用于帮助定位衬底。底部支架458-2提供平坦表面，该表面允许在衬底边缘上的平面(例如，18mm的平坦边缘)位于平坦支架表面上，以便帮助在开启真空之前提供旋转对准。移动板提供稳定基座，移动部件可在背面侧上贴附至该稳定基座。
图17示出了移除了移动板456的衬底平面调整固定设置406。三个截顶球体462-1-462-3贴附到移动板上，以使其可旋转地与三个带槽的支架相匹配。在图17中，示出了没有与移动板连接的三个球体。带槽的支架中的一个位于固定的垂直板466上，该固定的垂直板466安装至基座467上，该基座467反过来安装至Z-台，而其它两个支架都位于两个弯曲臂上，该弯曲臂能够移动，从而当安装到真空吸盘上时调整衬底平面。三个弹簧倾斜拉紧螺栓464-1-464-3通过固定的垂直板466延伸，贴附到移动板以及相关的截顶球体，并以大的预加力(例如，500磅的预加力)将移动板以及相关的截顶球体拉向槽，由此产生坚硬的机械。
图18示出了一部分运动部件的放大图，其包括截顶球体462-1和462-3、相关的带槽支架468-1和468-2、上紧的螺丝464-2、贴附的支架472-1，该支架将弯曲臂474-1贴附至固定的垂直板466。截顶球体和槽由加硬的钢材构成，以确保部件的几何形状保持稳定。
图19示出了衬底平面调整固定设备454的背面图，其中移除了侧板478-1以露出一些其它部件。存在三个上紧的压缩弹簧465-1至465-3，其通过上紧的螺钉工作，以在移动板上产生大的预加力。存在两个弯曲杠杆臂474-1和474-2，其每一个都具有贴附的带槽支架中的一个。当将通过横杆479分别安装到侧板478-1和478-2上的线性激励器446-1和446-2驱动至新的位置时，弯曲点473-1和473-2提供弯曲杠杆臂474-1和474-2的旋转点。也在图18上示出的贴附支架将弯曲杠杆臂连接至图19中示出的垂直板。每个线性激励器都用于激励每个弯曲臂。通过具有自槽和截顶球体的移动接触的激励点偏移来实现的机械优点实现了两个目的(1)提供机械杠杆作用，否则的话，由于大的预加力，线性激励器会具有很大的能量、很高的成本和/或较少的激励；和(2)由于机械优点，因此可提供增加的精确度。在本实施例中，该机械装置提供10至1个机械优点，但是在其它实施例中，可利用较少或较多的机械优点。假设该系统对平面调整具有10纳米的分辨率，则本激励器(例如，金刚石移动激励器N100DC)具有0.1微米的分辨率。在图19中还可看出的是在线性激励器和弯曲杠杆臂之间的接触点处使用的钨碳触击电镀膜(strikes)182-1。
图20提供了列举出样品操作的流程，该样品操作可用于匹配测量固定设备和图13-15的探针的零平面和通过飞刀切削工具切削的平面。
图21提供了列举的样品操作的流程，该样品操作可用于设定衬底前表面(其上已经沉积和/或将沉积材料层)或沉积的材料自身相对于通过金刚石工具切削的平面的平行度。
图22提供了列举操作的流程，该操作可用于通过使用图13的装置将在衬底上的材料沉积调整至希望的高度。
根据对在此教导的内容的观察，图20-22中列出的那些方法的可选方法对于本领域技术人员是显而易见的。在一些这种可选工艺中，可省略各种操作，可添加其它操作，和/或可使用各种替换操作。
在2003年12月31日提交的多个专利申请中列举出了关于在介电衬底上的结构形成和/或将介电材料结合到形成工艺中以及可能结合到所形成的最终结构中的结构形成的教导。这些文件中的第一个是美国专利申请No.60/534,184，其名称为“Electrochemical Fabrication Methods Incorporating DielectricMaterials and/or using Dielectric Substrates”。这些文件中的第二个是美国专利申请No.60/533,932，其名称为“Electrochemical Fabrication Methods UsingDielectric Substrates”。这些文件中的第三个是美国专利申请No.60/534,157，其名称为″Electrochemical Fabrication Methods Incorporating DielectricMaterials”。这些文件中的第四个是美国专利申请No.60/533,891，其名称为“Methods for Electrochemically Fabricating Structures IncorporatingDielectric Sheets and/or Seed layers That Are Partially Removed ViaPlanarization”。这种文件中的第五个是美国专利申请No.60/533,895，其名称为“Electrochemical Fabrication Method for Producing Multi-layerThree-Dimensional Structures on a Porous Dielectric”。在此通过参考将这些专利文件的每一个都并入本文，如在此全文列出一样。
通过考察在此的教导，很多其它实施例、设计中的可选方案以及本发明的直接使用对于本领域技术人员都是显而易见的。同样，不意指本发明限于特定的说明性实施例、可选方案以及上述的使用，而是用由以下列出的权利要求所单独限定的内容代替。
权利要求
1.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作；(c)将测试探针设置成与一个或多个接触垫接触并与进行了平坦化操作的材料接触，并自固定设备取出数据，该数据涉及到在至少一点处相对于希望的参考点或平面的平坦化材料的测量高度；(d)将材料的测量高度与材料的希望高度相对比；(e)如果测量的和希望的高度不在希望的容差范围内的话，则重复操作(b)-(d)，直到测量的和希望的高度在希望的容差范围内；(f)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
2.根据权利要求1中的工艺，其中一个或多个接触垫包括至少三个接触垫。
3.根据权利要求1的工艺，其中固定设备包括至少三个固定长度的支架以及至少一个可移动探针。
4.根据权利要求3的工艺，其中至少一个可移动探针包括至少三个可移动探针。
5.根据权利要求3的工艺，其中至少一个可移动探针包括至少四个可移动探针。
6.根据权利要求3的工艺，其中使得至少三个固定支架与所述垫接触，并且使得至少一个可移动探针与沉积材料接触。
7.根据权利要求3的工艺，其中使得至少三个固定支架与沉积材料接触，且使得至少一个可移动探针与接触垫中的一个接触。
8.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)经由多孔真空吸盘将衬底安装到精研固定设备；(ii)当将衬底安装到固定设备上时，对沉积的材料进行精研操作以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
9.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)经由多孔真空吸盘将衬底安装至精研固定设备；(ii)当将衬底安装至固定设备时，对沉积的材料进行精研操作以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)设置固定设备以与一个或多个接触垫接触并与进行平坦化操作的材料接触，并且从固定设备取出数据，该数据涉及到相对于希望参考点或平面在至少一点处的平坦化材料的测量高度；(d)将材料的测量高度和材料的希望高度相比较；(e)如果测量的和希望的高度不在希望的容差之内的话，则重复操作(b)-(d)直到测量的和希望的高度在希望的容差之内；(f)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
10.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)经由多孔真空吸盘将衬底安装至精研固定设备；(ii)当将衬底安装置固定设备上时，对沉积的材料进行精研操作以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
11.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作；(c)对该至少一种材料进行检查以确定相对于希望参考的沉积物高度、沉积物的平坦度和相对于希望参考的沉积物取向中的至少两个；(d)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次以由多个粘附的层形成三维结构。
12.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个参考垫存在于衬底上或事先形成的层上，该参考垫可用于确定平坦化的沉积材料的沉积高度、平坦化的材料的平坦度和/或平坦化的材料的取向中的至少一个；(b)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
13.根据前述权利要求中任一项的工艺，其中材料层的形成及粘附包括第一材料的选择性沉积、第二材料的毯覆式沉积。
14.根据前述权利要求中任一项的工艺，其中材料层的形成及粘附包括第一材料的选择性沉积、第二材料的毯覆式沉积，且其中第一和第二材料中的至少一个是通过电镀操作沉积的。
15.根据前述权利要求中任一项的工艺，其中平坦化操作包括精研操作。
16.根据前述权利要求中任一项的工艺，其中平坦化操作包括金刚石加工操作。
17.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)将衬底安装至飞刀切削机器中的固定设备；(ii)当将衬底安装至固定设备时，将沉积的材料置于旋转切削工具中以平坦化材料表面并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
18.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)将衬底安装至在飞刀切削机器中的固定设备；(ii)当将衬底安装至固定设备时，将沉积材料置于旋转切削工具中以平坦化材料表面，并使得沉积材料的高度达到希望值；(c)设置固定设备以与一个或多个接触垫接触并与对其进行平坦化操作的材料接触，且从固定设备取出数据，该数据涉及到在至少一点处相对于希望的参考点或平面的平坦化材料的测量高度；(d)将材料的测量高度与材料的希望高度相对比；(e)如果测量的和希望的高度不在希望的容差内，则重复操作(b)-(d)，直到测量的和希望的高度在希望的容差内；(f)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
19.一种用于形成多层三维结构的制造工艺，包括(a)形成并粘附材料层至事先形成的层和/或衬底，其中该层包括希望图案的至少一种材料，其中一个或多个接触垫存在于衬底上或事先形成的层上；(b)对该至少一种材料进行平坦化操作，包括(i)将衬底安装至飞刀切削机器中的固定设备，其中该固定设备具有相对于飞刀切削机器的切削平面调整衬底平面的能力；(ii)调整衬底平面，以与在飞刀切削机器上的切削平面相匹配；和然后(iii)当将衬底安装至固定设备时，将沉积的材料置于旋转切削工具中以平坦化材料表面，使得沉积材料的高度达到希望值；(c)重复操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多个粘附的层形成三维结构。
全文摘要
本发明的一些实施例提供了用于电化学制造多层结构(98)(例如中尺寸或微尺寸结构)的工艺和装置，对于在电化学制造工艺期间平坦化的材料(如层)具有改进的终点检测和平行度保持。一些方法包括在平坦化期间使用固定设备，其确保了材料的平坦化平面在给定的容差之内平行于其它层。一些方法包括使用终点检测固定设备(292、294、296、298)，其确保了沉积材料相对于衬底(82)的初始表面、相对于第一沉积的层或相对于在制造工艺期间形成的其它层的精确高度。在一些实施例中，可通过精研进行平坦化，而其它实施例可使用金刚石飞刀切削机器(408)。
文档编号B24B53/00GK1922723SQ200580005553
公开日2007年2月28日 申请日期2005年1月3日 优先权日2003年12月31日
发明者A·H·库马尔, A·L·科恩, M·S·洛卡德 申请人:微制造公司