专利名称：用于处理微特征工件的、具有流动搅拌器和/或多个电极的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于处理微特征工件的、具有流动搅拌器和/或多个电极的方法和系统，它包括反应器和工具，该反应器和工具具有多个电极和/或封入的往复运动搅拌器。
背景技术：
微装置这样制造，即通过将几层材料沉积在单个基片上并进行加工，以便制造大量的单独装置。例如，多层光致抗蚀剂、导体材料和电介质材料进行沉积、形成图形、显影、蚀刻、削平和其它处理，以便在基片中和/或基片上形成特征。这些特征布置为形成集成电路、微流体系统和其它结构。
湿化学处理通常用于在微特征工件上形成特征。湿化学处理通常在湿化学处理工具中进行，该湿化学处理工具有多个独立的处理腔室，用于清洁、蚀刻、电化学沉积材料或进行这些处理的组合。各腔室通常包括容器，湿处理流体装入该容器中；以及工件支架(例如提升旋转单元)，该工件支架在处理过程中使工件保持在容器中。机器人使得工件进出腔室。
集成湿化学处理工具的一个关注问题是处理腔室必须定期维护和/或修理。例如，在电化学沉积腔室中，因为在电极和电解质溶液之间的反应使得电极分解，因此可消耗电极将在一段时间后降级。因此，可消耗电极的形状变化，从而引起电场变化。因此，可消耗电极必须定期更换，以便对整个工件保持合适的沉积参数。与工件接触的电触点也可能需要定期清洁或更换。为了维护或修理电化学沉积腔室，它们通常从工具中取出，并以额外的腔室进行更换。
修理或维护现有湿化学处理腔室的一个问题是工具必须离线较长时间，以便取出和更换处理腔室。当处理腔室从工具中取出时，预先维护了的处理腔室安装在它的位置处。然后，机器人和提升旋转单元重新标定，以便以新的处理腔室来工作。重新标定机器人和提升旋转单元是消耗时间的处理，它增加了用于修理或维护处理腔室的停机时间。因此，当只有工具的一个处理腔室不满足规格时，通常更高效的方法是继续操作工具，而并不停止以便修理该一个处理腔室，直到更多的处理腔室并不满足性能规格。因此，单个处理腔室的生产率损失并不象通过使工具离线以便修理或维护单个处理腔室而引起的生产率损失那么严重。
实际操作工具直到至少两个处理腔室并不满足规格时将严重影响工具的生产率。例如，如果工具并不进行修理或维护，直到至少两个或三个处理腔室不满足规格，那么在工具离线以便维护之前，它只能以工具的总能力的一部分来工作一段时间。这增加了工具的工作成本，因为不仅当工具离线以便更换湿处理腔室和重新教导机器人时将使生产率受损，而且当工具在线时也将降低生产率，因为它只能以工具的总能力的一部分来工作。而且，当处理工件的特征尺寸减小时，电化学沉积腔室必须相应满足高得多的性能规格。这使得处理腔室更快地不满足规格，从而导致工具更频繁地停机。因此，与修理和/或维护电化学沉积腔室和其它类型湿化学处理腔室相关的停机时间明显增加了操作湿化学处理工具的成本。
装入工具中的电化学沉积腔室也可能有几个缺点。例如，在这些腔室中进行电解处理时，在工件与电解质液体接触的表面处产生扩散层。施加在工件上或离开工件的材料浓度在扩散层的厚度上发生变化。在很多情况下，希望减小扩散层的厚度，以便增大材料添加在工件上或离开工件的速度。在其它情况下，希望对材料在工件表面上的转移进行其它控制，例如控制沉积在表面上的合金成分，或者使材料更均匀地沉积在具有不同深宽比的表面凹口中。
用于减小扩散层厚度的一种方法是增大工件表面处的电解质流速。例如，一些容器包括桨，这些桨在靠近工件处平移或旋转，以便在工件表面处产生高速搅拌流。在一种特殊结构中，工件在处理过程中沿第一轴线(大致垂直于工件表面)离开阳极第一距离。沿第一轴线的高度为第一距离的大约25％的桨在工件和阳极之间沿与第一轴线垂直的第二轴线振荡。在另一结构中，桨相对于工件旋转。在还一结构中，流体射流引向工件，以便在工件表面处搅动流体流。
前述结构有几个缺点。例如，即使通过一个或多个桨或流体射流，通常也很难获得在工件表面处充分减小扩散层厚度所需的流速。而且，当桨用于在微特征工件附近搅动流体流时，它能够在电解质内的电场中产生“阴影”，从而在微特征工件沉积或除去材料时引起不希望的不均匀。而且，与旋转桨相关的潜在缺陷是它们可能在材料施加/除去处理中不能准确控制径向变化，因为桨相对于工件的速度作为半径的函数而变化，并有在工件中心处的奇异点。
反应器(这种桨布置在该反应器中)也可能有几个缺点。例如，在反应器中的电极可能无法以空间均匀的方式向工件施加材料或从工件中除去材料，从而使得工件的一些区域以比其它部分更大的速率来获得或失去材料。现有装置也没有设置成向和/或从不同类型工件上转移材料，且在处理周期之间不需要较长非生产时间间隔，在该非生产时间间隔中，装置必须重新设置(例如通过移动电极和/或屏蔽件以便调节电解质内的电场)。另一缺点是桨可能干扰由电极产生的电场的均匀性，这进一步影响向工件施加材料或从工件除去材料的均匀性。前述结构的还一缺点是容器也可能包含位于工件附近的磁体，以便控制施加给工件的材料的磁方向。当从容器中取出电极以便维护或更换时，这很难在不与磁体干涉和/或损坏磁体的情况下进行。
发明内容
本发明是一种工具，它包括处理腔室，该处理腔室有搅拌器；工件输送装置，用于使工件朝着处理腔室运动和离开处理腔室；以及对齐系统，用于使处理腔室和输送装置彼此相对定位。工具包括安装模块，该安装模块有用于与腔室和输送装置接合的定位元件和安装元件。定位元件保持它们的相对位置，以便当取出处理腔室和更换成另一处理腔室时，输送装置并不需要重新标定。
在工具的特别优选实用的实施例中，安装模块包括台板，该台板有刚性外部部件、刚性内部部件以及在该外部部件和内部部件之间的撑杆。然后，处理腔室安装在台板上。模块还包括平台，该平台有用于定位输送装置的定位元件。
在另一优选实施例中，处理腔室中的搅拌器位于搅拌器腔室内，且搅拌器周围有紧密间隙，以便增加流体搅动，从而提高在工件表面处的质量转移效果。搅拌器可以包括多个搅拌器元件，并能够往复运动一定冲程，该冲程在经过一定时间后改变位置，以便减小对工件形成电阴影的可能性。多个电极(例如包括取样电极)提供了工件表面处的电流密度的空间和时间控制。电场控制元件可以位于腔室电极和处理位置之间，以便周向改变在处理流体中在处理位置的不同部分处的电流密度，从而抵消当桨相对于工件往复运动时由该桨产生的潜在三维影响。磁体可以位于工件处理位置附近(例如以便控制施加磁定向材料)，但是不在通路附近，当安装或拆卸电极时该电极沿该通路运动。
图1是本发明实施例的湿化学处理工具的示意俯视平面图。
图2A是表示本发明实施例的湿化学处理工具的一部分的等距视图。
图2B是本发明实施例的湿化学处理工具的俯视平面图。
图3是用于本发明实施例的湿化学处理工具中的安装模块的等距视图。
图4是用于本发明实施例的湿化学处理工具中的安装模块的、沿图3中的线4-4的剖视图。
图5是更详细地表示安装模块的台板的一部分的剖视图。
图6A是具有本发明实施例的特征的处理站的局部示意等距视图。
图6B是图6A中所示的处理站的俯视等距视图。
图6C和6D是具有根据本发明实施例构成的搅拌器和电极的反应器的示意图。
图6E是根据本发明实施例构成的驱动搅拌器的局部示意等距视图。
图7是根据本发明另一实施例具有相对于搅拌器腔室定位的电极和磁体的反应器的局部剖切等距视图。
图8是图7中所示的反应器的局部示意剖视图。
图9是根据本发明设置成周向改变电极效果的电场控制元件的示意图。
图10是电场控制元件的另一实施例的局部示意图。
图11是根据本发明实施例也用作垫圈的电场控制元件的局部示意等距视图。
图12A-12G表示了具有根据本发明另一实施例的形状和结构的搅拌器。
图13是具有栅格结构的搅拌器的等距视图。
图14示意表示了根据本发明实施例进出搅拌器腔室的流体流。
图15是根据本发明另一实施例具有搅拌器腔室的反应器的局部示意图。
图16A-16B分别表示了根据本发明又一实施例的、具有不同尺寸的搅拌器元件的搅拌器腔室的一部分的仰视平面图和剖视图。
图17是根据本发明另一实施例的、在包迹中往复运动的多个搅拌器的剖视图。
图18是搅拌器元件的局部示意等距视图，该搅拌器元件的高度变换成它的长度。
图19A-19F示意表示了根据本发明实施例用于转换搅拌器元件的往复运动冲程的图形。
具体实施例方式
在本文中使用的术语“微特征工件”或“工件”是指微电子装置成一体形成于上面和/或中间的基片。典型的微装置包括微电子电路或部件、薄膜记录头、数据储存元件、微流体装置和其它产品。微机器或微机器装置包含在该定义内，因为它们以与用于集成电路制造中的技术非常相似的技术来制造。基片可以是半导体件(例如掺杂硅晶片或砷化镓晶片)、非导体件(例如各种陶瓷基片)或者导体件。在某些情况下，工件通常为圆形，而在其它情况下，工件有其它形状，包括直线形形状。
在下文中，用于微特征工件的湿化学处理的集成工具的几个实施例介绍为在工件基片中或工件基片上沉积金属或电泳抗蚀剂。不过，本发明的集成工具也可以在半导体基片或其它类型工件中和/或半导体基片或其它类型工件上制造微特征时用于蚀刻、漂洗或其它类型的湿化学处理。本发明的工具和腔室的几个实施例在图1-19F中提出，且下面的正文使得能够完全理解本发明的特定实施例。说明分成以下部分(A)具有安装模块的集成工具的实施例；(B)尺寸稳定安装模块的实施例；(C)具有多个电极和封入搅拌器的反应器的实施例；(D)具有用于周向改变电场的电场控制元件的反应器的实施例；(E)用于搅拌器腔室的搅拌器的实施例；以及(F)具有搅拌器以及用于减小电场屏蔽的往复运动计划的反应器的实施例。不过，本领域技术人员应当知道，本发明可以有附加实施例，或者本发明可以在没有图1-19F中所示实施例的几个细节的情况下实施。
A.具有安装模块的集成工具的实施例图1示意表示了能够执行一种或多种湿化学处理的集成工具100。工具100具有壳体或机壳102，该壳体或机壳102装入台板164、多个湿化学处理站101和工件输送系统105。各处理站101包括容器、腔室或反应器110以及工件支架(例如提升旋转单元)113，该工件支架113用于将微特征工件W送入和送出反应器110。站101能够包括漂洗/干燥腔室、清洁囊袋、蚀刻囊袋、电化学沉积腔室或其它类型的湿化学处理槽。输送系统105包括线性轨道104和机器人103，该机器人103沿轨道104运动，以便在工具100内输送各工件W。集成工具100还包括工件装载/卸载单元108，该工件装载/卸载单元108有多个用于装工件W的容器107。在操作时，机器人103根据工具100内的预定工作流程计划而将工件W输送给容器107和处理腔室101和/或从容器107和处理腔室101中送出。
图2A是表示本发明实施例的集成工具100的一部分的等距视图。集成工具100包括框架162、安装在框架162上的尺寸稳定安装模块160、多个湿化学处理腔室110以及多个工件支架113。安装模块160承载处理腔室110和工件支架113和输送系统105。
框架162有多个支柱163和横杆161，这些支柱163和横杆161以本领域已知的方式焊接在一起。多个外部面板和门(图2A中未示出)通常安装在框架162上，以便形成封闭机壳102(图1)。安装模块160至少局部装入框架162内。在一个实施例中，安装模块160由框架162的横杆161承载，但是也可选择，安装模块160能够直接竖立在设备的底板或其它结构上。
安装模块160为刚性、稳定的结构，它保持在湿化学处理腔室110、工件支架113和输送系统105之间的相对位置。安装模块160的一个方面是它与框架162相比有大得多的刚性和明显更大的结构完整性，因此在湿化学处理腔室110、工件支架113和输送系统105之间的相对位置经过一定时间后不会改变。安装模块160的另一方面是它包括尺寸稳定的台板164，该台板164有处于精确位置的定位元件，用于将处理腔室110和工件支架113定位在台板164上的已知位置处。在一个实施例(未示出)中，输送系统105直接安装在台板164上。在图2A所示的结构中，安装模块160也有尺寸稳定的平台165，且输送系统105安装在平台165上。台板164和平台165彼此相对固定地定位，这样，在台板164上的定位元件和在平台165上的定位元件不会彼此相对运动。因此，安装模块160提供了这样的系统，其中，湿化学处理腔室110和工件支架113能够取下，并以将更换的部件准确定位在台板164上的精确位置处的方式而由可互换部件来代替。
工具100特别适于具有需要频繁维护湿化学处理腔室110、工件支架113或输送系统105的规格要求的用途。湿化学处理腔室110能够通过简单地从处理台板164上拆卸所述腔室和以可互换的腔室(该可互换腔室有设置成与台板164上的定位元件交接的安装硬件)来更换该腔室110而进行修理或维护。因为安装模块160的尺寸稳定，且更换处理腔室110的安装硬件与台板164交接，因此，腔室110能够在台板164上互换，而不必对输送系统105进行重新标定。这将明显减少与修理或维护处理腔室110相关的停机时间，因此，工具100能够在具有苛刻性能规格的用途中保持很高的生产率。
图2B是工具100的俯视平面图，表示了安装在安装模块160上的输送系统105和装载/卸载单元108。一起参考图2A和2B，轨道104安装在平台165上，特别是与平台165上的定位元件交接，这样，它相对于安装在台板164上的腔室110和工件支架113准确定位。因此，机器人103(该机器人103包括用于抓住工件W的末端执行器106)能够在由安装模块160形成的固定且尺寸稳定的参考框架内运动工件W。参考图2B，工具100还可以包括多个面板166，这些面板安装在框架162上，以便将安装模块160、湿化学处理腔室110、工件支架113和输送系统105封闭在机壳102内。也可选择，在处理台板164上面的区域内，在工具100一侧或两侧的面板106能够被拆下，以便打开工具。
B.尺寸稳定安装模块的实施例图3是用于工具100(图1-2B)中的、根据本发明实施例的安装模块160的等距视图。台板164包括刚性的第一面板166a和刚性的第二面板166b，该第二面板166b叠置于第一面板166a的下面。第一面板166a为外部部件，第二面板166b为与该外部部件并列的内部部件。也可选择，第一和第二面板166a和166b能够有与图3中所示实施例不同的结构。多个腔室接收器167布置在第一和第二面板166a和166b中，以便接收湿化学处理腔室110(图2A)。
台板164还包括以精确图案横跨第一面板166a布置的多个定位元件168和安装元件169。定位元件168包括在第一面板166a中在精确位置处机械加工成的孔和/或装入孔中的栓钉或销。栓钉也设置成与湿化学处理腔室110交接(图2A)。例如，栓钉可以装入处理腔室110的相应孔或其它交接部件中。在另一实施例中，定位元件168例如销例如柱形销或圆锥形销，这些销从第一面板166a中向上凸出，而并不定位在第一面板166a中的孔内。台板164有位于各腔室接收器167处的一组第一腔室定位元件168a，以便将各湿化学处理腔室准确定位在安装模块160上的精确位置处。台板164还可以包括靠近各接收器167的一组第一支架定位元件168b，以便将各工件支架113(图2A)准确定位在安装模块160上的精确位置处。第一支架定位元件168b定位和设置成与工件支架113的相应定位元件匹配。安装元件169可以为在第一面板166a中的螺纹孔，该螺纹孔接收螺栓，以便将腔室110和工件支架113固定在台板164上。
安装模块160还包括沿台板164的纵向外边缘的外侧板170a、沿台板164的纵向内边缘的内侧板170b以及安装在台板164端部上的端板170c。输送平台165安装在内侧板170b以及端板170c上。输送平台165包括轨道定位元件168c，用于使输送系统105的轨道104(图2A和2B)准确定位在安装模块160上。例如，轨道定位元件168c可以包括销或孔，该销或孔与轨道104的相应孔、销或其它交接部件匹配。输送平台165还可以包括安装元件169(例如螺纹孔)，该安装元件169接收螺栓以便将轨道104固定在平台165上。
图4是表示台板164的内部结构的一个合适实施例的剖视图，而图5是图4中所示的台板164的一部分的详细视图。台板164包括在外侧板170a和内侧板170b之间横向延伸的撑杆171(例如托梁)。第一面板166a安装在撑杆171的上侧，第二面板166b安装在撑杆171的底侧。台板164还可以包括多个穿过螺栓172和螺母173，它们将第一和第二面板166a和166b固定在撑杆171上。最好如图5所示，撑杆171有多个孔174，穿过螺栓172将通过这些孔174而延伸。螺母173可以焊接在螺栓172上，以便增强这些部件之间的连接。
台板164的面板和撑杆能够由不锈钢、其它金属合金、实体浇铸材料或纤维增强化合物而制成。例如，面板和板可以由Nitronic 50不锈钢、Hastelloy 625钢合金或者填充有云母的实体浇铸环氧树脂而制成。纤维增强化合物可以包括在硬化树脂中的碳纤维或Kevlar网。用于面板166a和166b的材料将有很高的刚性，并与用于湿化学处理的化学药品相容。不锈钢能很好地适用于很多用途，因为它很坚固，而且不受在湿化学处理中使用的多种电解质溶液或清洁溶液的影响。在一个实施例中，面板和板166a-b和170a-c为0.125至0.375英寸厚的不锈钢，特别是它们可以是0.250英寸厚的不锈钢。不过，在其它实施例中，面板和板可以有不同厚度。
撑杆171也可以是不锈钢、纤维增强化合物材料、其它金属合金和/或实体浇铸材料。在一个实施例中，撑杆可以是0.5至2.0英寸宽的不锈钢托梁，特别是1.0英寸宽乘2.0英寸高的不锈钢托梁。在其它实施例中，撑杆171可以为由金属(例如不锈钢、铝、钛等)、聚合物、纤维玻璃或其它材料制成的蜂窝芯或其它结构。
安装模块160这样构成，即通过装配台板164的部分，然后将端板170c焊接或以其它方式粘附在台板164的部分上。台板164的部件通常通过穿过螺栓172(而不是通过焊接)而固定在一起。外侧板170a和内侧板170b利用焊接和/或紧固件而安装在台板164以及端板170c上。然后，台板165牢固安装在端板170c以及内侧板170b上。安装模块160的装配顺序可以变化，并不局限于上述过程。
返回图3，安装模块160提供了结实、尺寸稳定的结构，它使得在台板164上的定位元件168a-b和平台165上的定位元件168c之间的相对位置保持在这样的范围内，即它不需要在每次将更换的处理腔室110或工件支架113安装在台板164上时对输送系统105进行重新标定。安装模块160通常为刚性结构，它足够坚固，以便当湿化学处理腔室110、工件支架113和输送系统105安装在安装模块160上时保持在定位元件168a-b和168c之间的相对位置。在几个实施例中，安装模块160设置成使得定位元件168a-b和168c之间的相对位置保持为在0.025英寸内。在其它实施例中，安装模块设置成使得定位元件168a-b和168c之间的相对位置保持在大约0.005至0.015英寸内。因此，台板164通常使得均匀平表面保持在大约0.025英寸内，在更特别的实施例中保持在大约0.005-0.015英寸。
C.具有多个电极和封入搅拌器的反应器的实施例图6A是具有本发明实施例特征的处理站101的等距视图。站101包括容器112，该容器112设置成装载电化学处理流体；工件支架113，该工件支架113定位成将微特征工件W可释放地承载成与处理流体接触；以及搅拌器140或其它流动控制装置，该搅拌器140或其它流动控制装置定位成搅动在微特征工件W表面附近的处理流体。搅拌器140可以包括一个或多个搅拌器元件141(例如桨或桨元件)。在本实施例的特殊方面，工件支架113包括由头部支架186承载的头部185，该头部支架186可沿轨道187相对于容器112上下运动。导管188用于通过第一连接器189a(安装在工件支架113上)和第二连接器189b(安装在工具100上)在工件支架113和工具100(图1)的其余部分之间进行流体和电连通。
头部185在朝上位置(用于装载和卸载微特征工件W)和朝下位置(用于处理)之间旋转。当工件W处于朝下位置时，头部185降低，以便使工件W与容器112内的处理流体接触。头部185还能够使工件W绕轴线旋转，该轴线大致垂直于工件W的朝下表面。在该实施例的一个方面，在处理之前(例如当处理对于工件W的方向敏感时，包括在磁响应材料的沉积过程中)，头部185使得工件W旋转至选定方向。在另一实施例中，头部185在处理过程中使工件W旋转(例如在材料施加、除去和/或漂洗的过程中)。在又一实施例中，头部185并不旋转，例如当在处理之前、处理过程中或处理之后的旋转都不会有利于进行的处理时。在任何实施例中，头部185在处理之后升高，然后翻转，以便从处理站101卸载工件W。
在图6A所示实施例的特殊方面，处理站101包括环绕容器112布置的大致马蹄形磁体195。磁体195包括永磁体和/或电磁体，该永磁体和/或电磁体定位成使得材料分子沿特殊方向施加在工件W上。例如，这样的结构用于将坡莫合金(permalloy)和/或其它磁定向材料施加在工件W上。在另一实施例中，磁体195被省略。
图6B是上面参考图6A所述的处理站101的实施例的俯视等距视图，且为了图示目的除去了工件支架113。如图6B所示，搅拌器元件141位于腔室130中(例如搅拌器腔室或流动控制腔室)，并恰好在微特征工件W下面(该微特征工件W在图6B中以假想线表示)。因此，微特征工件W形成搅拌器腔室130的顶表面的一部分。在该实施例的特殊方面，处理流体横向引入搅拌器腔室130内(如箭头A所示)，以便横穿搅拌器腔室130，并通过收集口139a而从工件W后面出来(如箭头B所示)。然后，处理流体环绕搅拌器腔室130运行，如箭头C所示，并收集于一系列排出口139b中，以便除去或重新循环(如箭头D所示)。因此，在一个实施例中，排出口139b确定了在容器中的处理流体的最大高度处的流体平面。搅拌器腔室130的至少一部分(如图6B中所示，整个搅拌器腔室130)在流体平面下面浸没于处理流体中。当处理流体通过搅拌器腔室130运动时，恰好位于工件W下面的搅拌器元件141沿大致线性运动路径前后往复运动(如箭头E所示)，以便增强在工件W表面处的质量转移处理。
图6C是根据本发明实施例设置成处理微特征工件的反应器110的示意图。反应器110包括布置在外部容器111中的内部容器112。处理流体(例如电解质)在进口116处供给内部容器112，并向上越过堰118流向外部容器111。处理流体在排出口117处离开反应器110。电极121位于内部容器112内，搅拌器腔室130位于电极121下游。搅拌器腔室130包括具有搅拌器元件141(例如桨)的搅拌器140(例如桨装置)，该搅拌器元件141相对于中心部分180前后往复运动，如箭头R所示。腔室130还有确定处理位置P的孔131。微特征工件W由工件支架113支承在处理位置P处，这样，工件W的朝下处理表面109与处理流体接触。工件支架113能够根据在工件W上进行的处理的性质而旋转或者不旋转。工件支架113还包括工件触点115(例如环触点)，该工件触点115向工件W的前表面或后表面供给电流。密封件114环绕工件触点115延伸，以便保护该工件触点115以防止它暴露于处理流体中。在另一结构中，密封件114可以省略。
在电解质沉积过程中，工件触点115和工件W用作阴极，而电极121用作阳极。处理流体流过电极121和流过桨腔室130，以便向工件W的处理表面109供给离子。在电蚀刻过程中，工件W用作阳极，而电极121用作阴极，以便从处理表面109上除去材料。在另一实施例中，质量转移处理包括其它沉积处理(例如无电沉积)或者其它材料除去处理。在任何结构中，处理流体流过搅拌器腔室130，同时搅拌器元件141在工件W附近往复运动，以便提高在处理表面109上进行的质量转移处理。搅拌器元件141的形状、尺寸和结构、它们往复运动的方式以及搅拌器腔室130的限定容积都进一步提高了质量转移处理，并减少了搅拌器元件141对反应器110中的电场的影响。这些特征的其它方面将在后面参考图7-19F介绍。
图6D是具有根据本发明另一实施例设置的电极支架120的反应器110的示意图。电极支架120包括由隔腔壁123分开的多个大致环形电极隔腔122。相应多个环形电极121位于电极隔腔122中。隔腔壁123由电介质材料形成，且在隔腔壁123的顶边缘之间的间隙确定了恰好在搅拌器腔室130下面的复合(composite)虚拟阳极位置V。在本文中使用的术语“虚拟阳极位置”和“虚拟电极位置”是指与实体阳极或电极间隔开的平面，用于一个或多个电极或阳极的全部电流都经过该平面。施加在各电极121上的电势的极性和/或流过各电极121的电流的极性可以选择为控制材料在处理位置P添加在工件W上或从工件W上除去的方式。也可选择，当反应器110用于执行处理(例如无电沉积处理)(该处理仍然受益于在处理表面109处由搅拌器140提供的增强质量转移的效果)时，电极121可以省略。
图6E为具有根据本发明实施例设置的搅拌器140的搅拌器系统142的局部示意等距视图。搅拌器140包括多个搅拌器元件141(图3中所示为6个)，各搅拌器元件141有朝外的搅拌器表面147。因此，相邻搅拌器元件141的搅拌器表面147彼此间隔开。搅拌器140还包括支架144，该支架144由马达143驱动，以便使得搅拌器140以线性往复方式运动，如箭头R所示。马达143通过连接器145(例如丝杠)而与支架144连接。波纹管146环绕连接器145布置，并保护连接器145防止暴露于上述处理流体中。控制器152为搅拌器140的运动导向。细长的流量限制器横过搅拌器元件141延伸，以便限制和/或防止流体直接逸出搅拌器腔室130(图2)。如后面所述(例如参考图12A-13)，搅拌器元件141形成为搅动处理流体，其中，它们往复运动，而不会对局部电场产生明显影响。
图7是根据本发明另一实施例设置的反应器710的局部示意剖视图。反应器710包括底部部分719a、在该底部部分719a上面的上部部分719b以及在该上部部分719b上面的搅拌器腔室730。底部部分719a装有电极支架或包装720，它依次装有多个环形电极721(图7中表示为电极721a-721d)。底部部分719a通过夹子726而与上部部分719b连接。位于底部部分719a和上部部分719b之间的多孔垫圈727使得这两个部分之间能够流体连通和电连通。
搅拌器腔室730可以包括基座733和顶部734，该顶部734有在处理位置P处的孔731。搅拌器腔室730装有搅拌器740，该搅拌器740有多个搅拌器元件741，这些搅拌器元件741在处理位置P的工件W(图7中假想线所示)的下面前后往复运动。磁体795位于处理位置P附近，以便控制通过处理流体而沉积在工件W上的磁定向材料的方向。位于处理位置P上面的上部环部分796在电化学处理过程中收集排出气体，并在漂洗过程中收集漂洗流体。漂洗流体由一个或多个喷嘴798来提供。在一个实施例中，喷嘴798从上部环部分796的壁凸出。在另一些实施例中喷嘴798与壁平齐或者从壁中凹入。在任何结构中，喷嘴798定位成当工件W升高至处理位置P上面时和可选择地当工件W旋转时将流体流(例如漂洗流体)引向工件W。因此，喷嘴798提供了在原位漂洗的能力，以便在经过选定处理时间之后从工件W上快速漂洗处理流体。这减少了在该经过时间后的意外处理，甚至对于在漂洗之前的相对较短后处理时间，当化学活性流体保持与工件W接触时可能发生该意外处理。
处理流体通过进口716进入反应器710。通过进口716进入的流体充满底部部分719a和上部部分719b，然后通过基座733的可渗透部分733a和通过基座733中的间隙而进入搅拌器腔室730。一些处理流体通过第一和第二流体流收集器717a、717b而离开反应器710。附加的处理流体从进口孔716a直接进入搅拌器腔室730，并通过第一壁732a(该第一壁732a横向横过搅拌器腔室730)前进至第二壁732b中的间隙。在搅拌器腔室730内的至少一些处理流体升高至高于处理位置P，并通过排出口797而离开。
反应器710以大致与上面参考图2A-5所述相似的方式安装在刚性台板764上。因此，台板764包括第一面板766a，该第一面板766a通过紧固件和撑杆(图7中未示出)而相对于第二面板766b支承。腔室定位元件768a(例如栓钉销)从第一面板766a向上凸出，并装入反应器710的基座板777中的精确定位孔内。基座板777通过紧固件(图7中未示出)例如螺母和螺栓而安装在台板764上。基座板777还通过附加栓钉和紧固件而与反应器710的其余部分对齐和固定。因此，反应器710(和任意更换的反应器710)相对于台板764、相应工件支架113(图1)和相应输送系统105(图1)而精确定位。
图7中所示的结构的一个特征是底部部分719a(该底部部分719a装有电极支架720)通过使电极支架720沿安装/拆卸轴线A运动(如箭头F所示)而与上部部分719b连接和从该上部部分719b上脱开。因此，在安装和拆卸过程中，电极支架720不需要通过磁体795的开口中心。该特征的优点是在安装和/或拆卸过程中，电极支架720和/或电极721(它们可以包括磁响应材料，例如铁磁材料)将不会拉向磁体795。该特征能够使电极支架720的安装简单得多。例如，该特征使得不需要专用提升设备来进行磁体745的安装和/或拆卸。该特征还可以减小损害反应器710的电极支架720或其它部分(包括磁体795)的可能性。这些损害可能由于在磁体795和电极支架720或电极721之间的吸引力引起的碰撞而产生。
图8是反应器710的一个实施例基本沿图7中的线8-8的侧剖图。底部部分和上部部分719a、719b包括多个隔腔壁823(四个隔腔壁在图8中表示为隔腔壁823a-823d)，这些隔腔壁823将这些部分内的容积分成相应多个环形隔腔822(四个环形隔腔在图8中表示为隔腔822a-822d)，各环形隔腔822装有一个电极721。在相邻隔腔壁823之间的间隙(例如在隔腔壁823的顶部)提供了在这些位置的“虚拟电极”。可渗透基座部分733a也可以提供虚拟电极位置。
电极721a-721d可以与电源828和控制器829连接。电源828和控制器829一起控制施加给各电极721a-721d和工件W的电势和电流。因此，操作人员能够以空间和/或时间变化的方式来控制向工件W施加材料和/或从工件W除去材料的速度。特别是，操作人员可以选择最外侧电极721d作为电流取样器(current thief)。因此，在沉积处理过程中，最外侧电极721d吸引离子(否则该离子将朝着工件W吸引)。这可以抵消端效应，例如当工件触点115(图6)与工件W的周边接触时，工件W将在它的周边处比在它的中心处更快地进行电镀。也可选择，操作人员可以在时间上和/或空间上控制横过工件W的电流分布，以便产生施加材料的合适厚度分布(例如扁平、边缘较厚或者边缘较薄)。
前述结构的一个优点是，多个电极使得操作人员更好地控制材料施加给工件W或从工件W上除去的速度和方式。另一优点是操作人员能够通过调节施加给各电极的电流和/或电势(而不是物理调节反应器710的参数)而考虑在连续处理工件或工件批次之间的差异。
当最外侧电极721d作为电流取样器时，希望保持在最外侧电极721d和最内侧电极721a-721c之间的电绝缘。因此，反应器710包括第一回流收集器717a和第二回流收集器717b。第一回流收集器717a收集来自最内侧三个电极隔腔822a-822c的流体流，而第二回流收集器717b收集来自最外侧电极隔腔822d的流体流，以便保持最外侧电极721d的电绝缘。通过朝着电极721向下排出处理流体，该结构还能减小颗粒(例如来自可消耗电极的碎片)进入搅拌器腔室730的可能性。通过将最外侧电极721d定位成远离处理位置P，它可以在不干涉处理位置P附近的结构的情况下很容易地拆卸和安装。这与一些现有结构不同，这些现有结构具有直接位于处理位置附近的电流取样器。
上面参考图7和8所述的反应器710实施例的一个特征是电极721定位成远离处理位置P。该特征的优点是即使当电极721改变形状时，也能够保持在工件W处理表面109处的合适电流密度分布。例如，当电极721包括可消耗电极，并在电镀处理过程中改变形状时，与定位成靠近处理位置P的电极的影响相比，在电极721和处理位置P之间的增加距离减小了形状变化对处理表面109的电流密度的影响。该优点也适用于用作电流取样器且通过获得(而不是通过失去)导电材料而改变形状的电极。因此，这样的电极并不需要象位于处理位置P附近的电极一样经常清洁。另一优点是，因为在电极721和处理位置P之间的间距增大，通过在电极721和工件W之间的流动通路中的特征(例如垫圈727)引入的阴影效应能够减小。
在其它结构中，电极721可以有其它位置和/或结构。例如，在一个结构中，腔室基座733装有一个或多个电极721。因此，腔室基座733可以包括多个同心、环形、多孔电极(例如由烧结金属形成)，以便提供(a)在处理位置P处的、可在空间和/或时间上控制的电场；以及(b)进入搅拌器腔室730的流动通路。也可选择，搅拌器元件741自身可以与电势连接，以便用作电极，特别是当它由不可消耗材料形成时。在还一实施例中，反应器710可以包括比四个更多或更少的电极，和/或电极可以定位成离处理位置P更远，并可以通过导管而保持与处理位置P的流体连通和电连通。
D.具有电场控制元件以便周向改变电场的反应器的实施例图9是向下看反应器910的局部示意图，根据本发明实施例，该反应器有位于搅拌器腔室930中的搅拌器940。搅拌器腔室930和搅拌器940与上面参考图6-8所述的搅拌器腔室和搅拌器大致相同地布置。因此，搅拌器940包括多个搅拌器元件941，这些搅拌器元件941平行于搅拌器轴线990拉长，并可沿搅拌器运动轴线991相对于工件W(图9中以假想线表示)运动。
细长的搅拌器元件941能够以周向变化的方式对圆形工件W附近的电场均匀性产生潜在影响。因此，反应器910包括用于周向变化取样电极(图9中未示出)效果的特征，以便考虑该电流分布的潜在周向变化。
图9中所示的搅拌器腔室930包括基座933，该基座933由可渗透基座部分933a和壁923的上边缘而形成，该壁923分离下面的电极腔室(在图9中可见第三壁923c和第四或外壁923d)。第三壁923c与可渗透基座部分933a间隔开第三壁间隙925c，第四壁923d与第三壁923c间隔开周向变化的第四壁间隙925d。为了图示的目的，两个间隙925c和925d都以阴影线表示。在该实施例的一个方面，阴影线开口也表示用于最外侧两个电极的虚拟阳极位置。
第四壁间隙925d有在图9所示的3:00和9:00位置附近的狭窄部分999a，并有在图9所示的12:00和6:00位置附近的较宽部分999b。为了图示的目的，在图9中，在狭窄部分999a和较宽部分999b之间的差异进行了夸大。在特殊实例中，狭窄部分999a的宽度为大约0.16英寸，较宽部分999b的宽度从大约0.18英寸至大约0.22英寸。狭窄部分999a和较宽部分999b产生周向变化分布的取样电流(由位于第四壁间隙925d下面的电流取样器来提供)，该取样电流在12:00和6:00位置强于在3:00和9:00位置。特别是，取样电流能够在离处理位置P和/或工件W的中心近似相同径向距离的不同周向位置有不同值。也可选择，周向变化的第四壁间隙925d或周向变化的第三壁间隙925c或其它间隙可以用于精细产生例如对工件W(该工件W有周向变化的电镀或除去镀层要求)的三维影响。这样的工件W的一个实例包括成一定图案的晶片，该晶片有沿周向变化的开口区域(例如可用于电镀)。在还一实施例中，反应器910的间隙宽度和其它特征可以考虑反应器910中的电解质的导电性来调节。
图10表示了这样的结构，其中，在第三壁923c和第四壁923d之间的区域由多个孔1025占据，而不是间隙。孔1025的间距和/或尺寸沿周向变化，这样，位于孔1025下面的电流取样器在12:00和6:00位置附近具有比在3:00和9:00位置附近更强的效果。
图11是反应器1110的一部分的局部剖等距视图，该反应器1110有电场控制元件1192，该电场控制元件1192并不是搅拌器腔室的一部分。反应器1110包括上部部分1119b，该上部部分1119b代替图7中所示的上部部分719b。电场控制元件1192位于上部部分1119b的底端，并有布置成提供周向变化开口面积的开1189。开1189在12:00和6:00位置处比它们在3:00和9:00位置处更大。也可选择，开1189的相对数目(以代替开口1189的尺寸或另外加上开1189的尺寸)可以在12:00和6:00位置处更大，与上面参考图10所述大致相同。上部部分1119b也包括向上延伸的叶片1188，该叶片1188沿向上伸向处理位置P的方向保持由电场控制元件1192引起的周向变化电特征。反应器1110可以包括12个垂直延伸叶片1188，或者包括其它数目的叶片1188，这例如取决于开口面积沿周向方向变化的程度。
电场控制元件1192也用作在反应器1110的上部部分1119b和底部部分1119a之间的垫圈，并能够代替上面参考图7所述的垫圈727，以便获得所希望的周向电场变化。也可选择，除了垫圈727，电场控制元件1192还可以布置在例如图7所示垫圈727下面的位置。在任何情况下，操作人员都可以选择和安装具有设置成用于特定工件(或工件批次)的开口面积的电场控制元件1192，而不会干扰反应器1110的上部部分1119b。该结构的优点是它减少了操作人员维护反应器1110和/或使反应器1110的电场特征适合特殊类型工件W所需的时间。
E.用于搅拌器腔室的搅拌器的实施例图12A-12G分别表示了搅拌器元件1241a-1241g，它们有根据本发明还一实施例的形状和其它特征，并适于安装在反应器例如上述反应器110、710和1110中。各搅拌器元件(统称为搅拌器元件1241)有相对搅拌器表面1247(表示为搅拌器表面1247a-1247g)，这些搅拌器表面1247相对于垂直于处理位置P延伸的线以锐角倾斜。这使得搅拌器元件1241有向下倾斜的形状，这减小了形成阴影或以其它方式对由电极121(图12A)产生的电场产生不利影响的可能性，同时保持桨的结构完整性。各搅拌器元件的总体最大宽度通常保持为尽可能小，以便进一步减小阴影。例如，搅拌器元件1241a(图12A)具有大致菱形截面形状，有扁平搅拌器表面1247a。搅拌器元件1241b(图12B)有凹形搅拌器表面1247b。搅拌器元件1241c(图12C)有凸形搅拌器表面1247c，而搅拌器元件1241d(图12D)有扁平搅拌器表面1247d，该扁平搅拌器表面1247d定位为形成大致三角形形状。在其它实施例中，搅拌器元件1241有其它形状，它们也搅动在处理位置P处的流体流，并降低或消除它们遮蔽由附近电极121产生的电场的程度。
由搅拌器元件1241提供的搅动也可以通过流体射流来补偿。例如，搅拌器元件1241e(图12E)有倾斜搅拌器表面1247e，该倾斜搅拌器表面1247e装有射流孔1248。射流孔1248的方向可以大致垂直于处理位置P(如图12E所示)；也可选择，射流孔1248可以相对于处理位置P以其它角度导向。处理流体通过搅拌器元件1241e内部的集管1249而提供给射流孔1248。离开射流孔1248的处理流体射流增加了处理位置P处的搅动，并提高了在工件W的处理表面109(图6)处发生的质量转移处理。
图12F和12G表示了具有孔或其它开口的搅拌器元件，当搅拌器元件相对于处理流体运动时，这些孔或其它开口允许处理流体穿过搅拌器元件从一侧流向另一侧。例如，首先参考图12F，搅拌器元件1241f有相对的搅拌器表面1247f，各搅拌器表面1247f有孔1250f。搅拌器元件1241f的、在相对搅拌器表面1247f之间的容积也有孔，以便使处理流体能够穿过搅拌器元件1241f从一侧表面1247f至另一侧。搅拌器元件1241f可以由多孔金属(例如钛)或其它材料(例如多孔陶瓷材料)形成。图12G表示了搅拌器元件1241g，该搅拌器元件1241g有搅拌器表面1247g，该搅拌器表面1247g有根据本发明另一实施例布置的通孔1250g。各通孔1250g沿孔轴线1251从一个搅拌器表面1247g至相对的搅拌器表面1247g整个穿过搅拌器元件1241g延伸。
上面参考图12F和12G所述的搅拌器元件的一个特征是孔具有增加搅拌器元件对于相邻处理流体中的电场的透光度的效果。该结构的优点是孔减小了搅拌器元件将三维分量加在工件W附近的电场上的程度，和/或减小了搅拌器元件遮蔽相邻工件W的程度。不过，搅拌器元件还通过搅动流体流而提高了在工件W表面处的质量转移特征。例如，在搅拌器元件中的孔的尺寸为这样，即流过搅拌器元件的粘性效果较强，且搅拌器元件对经过的流体流的相应节流(restriction)相对较高。因此，搅拌器元件的孔隙度可以选择为提供合适的电场透光性水平，同时保持合适的流体搅动水平。
图13是具有三维结构的搅拌器元件1341(图13中表示为第一搅拌器元件1341a和第二搅拌器元件1341b)的搅拌器1340的局部示意图。搅拌器元件1341a、1341b布置为形成网格，且各搅拌器元件1341a、1341b定向成相对于运动方向R成锐角(而不是垂直于运动方向R)。因此，搅拌器元件1341的网格结构能够增加由搅拌器1340产生的搅动，并产生更均匀的电场。
本发明的一个方面是，不管搅拌器元件的形状和结构如何，它们都在紧密装配的搅拌器腔室的限定区域内往复运动。搅拌器腔室的限定容积还可以增加工件W表面处的质量转移效果。下面将参考图14-19F介绍搅拌器腔室的其它细节以及搅拌器元件与搅拌器腔室集成的方式。
F.具有搅拌器以及用于减小电场屏蔽和加强质量转移均匀性的往复运动计划的反应器的实施例图14是反应器1410的上部的示意图，根据本发明实施例，该反应器1410有布置在紧密限定的搅拌器腔室1430中的搅拌器1440。腔室1430包括具有孔1431的顶部1434，以便接收在处理位置P的工件W。相对腔室壁1432(表示为左侧壁1432a和右侧壁1432b)离开顶部1434向下朝着基座1433延伸，该基座朝向处理位置P。
搅拌器1440包括位于处理位置P和腔室基座1433之间的多个搅拌器元件1441。搅拌器1430有在处理位置P和腔室基座1433之间高度H1，而搅拌器元件1441有高度H2。搅拌器元件1441的顶部与处理位置P间隔开间隙距离D1，搅拌器元件1441的底部与腔室基座1433间隔开间隙距离D2。为了增加搅拌器腔室1430中的搅动水平(特别是在处理位置P处)，搅拌器高度H2为腔室高度H1的较大部分，而间隙距离D1和D2相对较小。在特殊实例中，搅拌器高度H2为腔室高度H1的至少30％。在还一特殊实例中，搅拌器高度H2等于腔室高度H1的至少70％、80％、90％或更多。腔室高度H1可以为30毫米或更小，例如从大约10毫米至大约15毫米。当腔室高度H 1为大约15毫米时，搅拌器高度H2可以为大约10毫米，且间隙距离D1和D2的范围为从大约1毫米或更小至大约5毫米。在还一特殊实例中，腔室高度H1为15毫米，搅拌器高度H2为大约11.6毫米，D1为大约2.4毫米，而D2为大约1毫米。对于这些尺寸，其它结构有不同值。在任何结构中，在搅拌器腔室1430中的流体流搅动量大致与相对于搅拌器腔室1430高度H1的搅拌器元件1441高度H2相关，且当所有其它变量相等时，更大的相对搅拌器元件高度通常引起更大的搅动。
多个搅拌器元件1441更均匀和更完全地搅动搅拌器腔室1430内的流体流(与单个搅拌器元件1441相比)，以便提高在工件W的处理表面109处的质量转移处理。在搅拌器腔室1430的限定区域内，在搅拌器元件1441的边缘以及(a)上面的工件W和(b)下面的腔室基座1433之间的狭窄间隙也增加了在处理表面109处的搅动水平。特别是，多个搅拌器元件1441在搅拌器腔室1430的较小容积内运动迫使处理流体通过在搅拌器元件1441以及工件W(上面)和腔室基座1433(下面)之间的狭窄间隙。搅拌器腔室1430的限定容积也保持处理表面109附近的搅动流。
前述结构的优点是提高了在工件W的处理表面109处的质量转移处理。例如，增加了材料从工件W上除去或施加在工件W上的总体速度。在另一实例中，沉积在处理表面109上的合金成分将更精确控制和/或保持在目标水平。在还一实例中，前述结构增加了材料沉积在具有不同尺寸(例如具有不同深度和/或不同宽深比的凹口)和/或相似尺寸的特征上时的均匀性。由于处理流体的增大搅动，前述特征能够有助于减小扩散层厚度和/或提高其它质量转移。
处理流体通过两个流动通路中的一个或两个而进入搅拌器腔室1430。流过第一通路的处理流体从下面进入搅拌器腔室1430。因此，处理流体经过位于搅拌器腔室1430下面的电极支架1420的电极隔腔1422。处理流体横向向外经过在隔腔壁1423和腔室基座1433之间的间隙。腔室基座1433包括可渗透基座部分1433a，至少一些处理流体通过该可渗透基座部分1433a而向上进入搅拌器腔室1440。可渗透基座部分1433a包括多孔介质，例如具有10微米孔径开口和大约50％开口面积的多孔铝陶瓷。也可选择，可渗透基座部分1433a可以包括一系列通孔或孔。例如，可渗透基座部分1433a可以包括穿孔塑料板。通过任何这些结构，处理流体都能够通过可渗透基座部分1433a，以便向搅拌器腔室1430供给处理流体；或者(当可渗透基座部分1433a具有很高的流动节流时)处理流体能够简单地浸透可渗透基座部分1433a，以便在处理位置P和装入电极支架1420内的环形电极1421之间提供流体连通和电连通，而不以很高速度流过可渗透基座部分1433a。也可选择，(例如当可渗透基座部分1433a捕获气泡，这干扰均匀流体流和/或电流分布，)可渗透基座部分1433a可以除去，并(a)由实心基座部分代替，或者(b)使得通常由它占据的容积保持敞开。
流过第二流动通路的处理流体通过流动进口1435a而进入搅拌器腔室1430。处理流体横向流过搅拌器腔室1430并在流动出口1435b处离开。沿第一和第二流动通路前进的处理流体的相对容积可以通过设计得以控制成(a)保持与电极1421的电连通和(b)当处理工件W时向搅拌器腔室1430内补充处理流体。
图15表示了上述反应器710在部分C和D下面的细节。搅拌器腔室730有可渗透基座部分733a，该可渗透基座部分733a有向上倾斜的圆锥形底表面1536。因此，当气泡存在于基座733下面的处理流体中时，它们将沿底表面1536径向向外移动，直到它们通过基座733中的基座间隙1538进入搅拌器腔室730。一旦气泡进入搅拌器腔室730，搅拌器740的搅拌器元件741将使得气泡朝着离开间隙1535b运动，且它们在该间隙处除去。因此，处理流体内的气泡将不会干扰在工件W的处理表面109处进行的施加或除去处理。
工件W(例如直径为150毫米、300毫米或其它值的圆形工件W)由工件支架1513支承，该工件支架1513有环绕工件W周边延伸的支架密封件1514。当工件支架1513使得工件W降低至处理位置P时，支架密封件1514能够密封抵靠位于搅拌器腔室730顶部的腔室密封件1537。也可选择，支架密封件1514可以与腔室密封件1537间隔开，以便允许流体和/或气泡离开搅拌器腔室730和/或允许工件W回旋或旋转。通过出口间隙1535b离开搅拌器腔室730的处理流体在离开反应器710之前升高至高于腔室密封件1537的高度。因此，腔室密封件1537将不会干燥，因此不会形成晶体沉积，该晶体沉积可能影响它的操作。当工件支架1513从处理位置P向上运动时(如图15所示)以及可选择地当工件支架1513承载在处理位置P处的工件W时，腔室密封件1537保持湿润。
因为当磁定向材料施加给工件(例如与磁体795结合使用)时该工件W通常并不旋转，因此，多个搅拌器元件741的线性往复运动是用于降低扩散层厚度大小的、特别重要的方法，否则将需要非常高的工件旋转速度来匹配。例如，具有以.2米/秒速度运动的六个搅拌器元件741的桨装置能够使坡莫合金池中的离子扩散层厚度小于18微米。没有搅拌器元件，工件W将必须以500rpm速度旋转，以便获得这样低的扩散层厚度，这在沉积磁响应材料时并不可行。
当上述线性细长搅拌器元件741在圆形工件W下面横向往复运动时，它们可能将对工件W附近的流动场产生三维影响。下面参考图16A-18所述的本发明实施例介绍这些影响。例如，图16A是向上看恰好位于搅拌器1640上面的工件W时的局部示意图，该搅拌器1640装入搅拌器腔室1630中。图16B是图16A中所示的工件W和搅拌器1640的、位于搅拌器1630的腔室基座1633上面的一部分基本沿图16A中的线16B-16B的局部示意剖视图。如下面所述，考虑到前述三维影响，搅拌器1640包括不同形状的搅拌器元件。
首先参考图16A，搅拌器1640包括多个搅拌器元件1641(图示为位于两个外部搅拌器元件1641b之间的四个内部搅拌器元件1641a)。搅拌器元件1641大致平行于搅拌器的细长轴线1690而拉长，并以与上述大致类似的方式沿搅拌器运动轴线1691前后往复运动。工件W由工件支架1613承载，该工件支架1613包括在工件W下面环绕工件W的朝下处理表面109的周边延伸的支架密封件1614，以便密封电触点组件1615。
因为支架密封件1614从工件W的处理表面109向下凸出(即从图16A的平面向外凸出)，因此搅拌器元件1641离支架密封件1614比离处理表面109更近。当搅拌器元件1641直接在支架密封件1614下面前后运动时，它们可能形成涡流1692和/或高速射流，因为流体流通过在搅拌器元件1641和支架密封件1614之间的相对狭窄间隙而加速。例如，当搅拌器元件1641经过支架密封件1614下面并超过该支架密封件1614时能够形成涡流1692，或者当搅拌器元件1641与支架密封件1614对齐和然后往回经过工件W的处理表面109上方时能够形成涡流1692。在支架密封件1614大致平行于搅拌器运动轴线1691的位置(例如在图16A中所示的12:00和6:00位置附近)，这些涡流1692可能对处理表面109处的质量转移没有明显影响，但是在支架密封件1614横向于搅拌器运动轴线1691的位置(例如在图16A中所示的3:00和6:00位置附近)，这些涡流1692可能有更显著的影响。如后面参考图16B更详细描述的，外部搅拌器元件1641b(与工件W和处理位置P的外部区域对齐)可以有与内部搅拌器元件1641a(与工件W和处理位置P的内部区域对齐)不同的尺寸，以便抵消该影响。
图16B表示了图16A中所示的左外侧搅拌器元件1641b和最左边的内侧搅拌器元件1641a。内部搅拌器元件1641a与工件W间隔开间隙距离D1，与腔室基座1633间隔开间隙距离D2。当内部搅拌器元件1641a在9:00位置在支架密封件1614下面前后往复运动时，内部搅拌器元件1641a的重要部分将与支架密封件1614间隔开间隙距离D3，该间隙距离D3明显小于间隙距离D1。如上所述，这可能使得形成涡流1692(图16A)，且与其它位置(例如12:00或6:00位置)相比，这样的涡流能够在该位置处更大地提高工件W处理表面109的质量转移特征。也可选择，可以在整个处理表面109上形成涡流，但是可以在9:00(和3:00)位置比在12:00(和6:00)位置更强。
为了抵消前述影响，外部搅拌器元件1641b的尺寸与内部搅拌器元件1641a不同(例如更小)，以便与支架密封件1614间隔开间隙距离D4，该间隙距离D4与在内部搅拌器元件1641a和工件W之间的间隙距离D1近似相等。因此，在工件W周边处(特别是在图16A所示的3:00和9:00位置附近的周边处)的提高质量转移效果能够与在工件W其它部分的提高质量转移效果至少近似相同。
图17是位于本发明另一实施例的搅拌器腔室1730中的搅拌器1740的剖视图。搅拌器1740包括搅拌器元件1741，该搅拌器元件1741设置成也以减小在工件W周边和内部的质量转移特征之间的差异的方式在搅拌器腔室1730中运动。特别是，搅拌器元件1741在包迹1781内前后运动，该包迹1781并不延伸超过3:00和9:00位置附近的支架密封件1714。因此，搅拌器元件1741不会在靠近3:00和6:00位置的工件W附近形成涡流(或不同的较强涡流)或其它流场差异。
图18是根据本发明另一实施例设置的搅拌器元件1841的等距视图。搅拌器元件1841具有在它的端部附近的高度H3以及在两端之间的位置处的高度H4，该高度H4大于H3。更通常是，搅拌器元件1841能够在沿拉长轴线1890的不同位置处有不同的截面形状和/或尺寸。在特殊实例中，上面参考图16A所述的内部搅拌器元件1641a的形状例如与图18所示的搅拌器元件1841大致相同，以便减小在图16A所示的12:00和6:00位置附近产生不同的提高质量转移效果。
上面参考图6-18所述的任何搅拌器都能够以变化的、可重复的图形往复运动。例如，在图19A-19F所示的一个结构中，搅拌器140从中心位置180往复运动一次或多次，然后横向移动，这样，下一次往复运动(或下一系列往复运动)的中心位置180与前面的往复运动不同。在图19A-19F所示的特殊实施例中，中心位置180在返回它的初始位置之前移动至5个点。在各点，搅拌器140在移动至下一点之前在包迹181内往复运动。在另一特殊实例中，中心位置181移动至两个到十二个或更多点。当中心位置181移动至12个点时，在各点处，搅拌器140在包迹181内往复运动，该包迹超过最外侧搅拌器元件141延伸大约15-75毫米(更特别是大约30毫米)，且中心位置180从一个点至下一点移动大约15毫米。在其它结构中，中心位置180在返回它的初始位置之前移动至其它数目的点。
使点(搅拌器140环绕该点进行往复运动)移动减小了在工件W上形成阴影或其它不希望图形的可能性。该效果由于至少两个因素产生。首先，使中心位置180移动将减小由搅拌器元件141的结构产生的电场阴影。第二，使中心位置180移动能够转换涡流图形，该涡流可以在各搅拌器元件141运动时由各搅拌器元件141产生。这又使得涡流(或者其它流动结构)更均匀地分布在工件W的处理表面109上。搅拌器元件140可以快速地加速和减速(例如以大约8米/秒2)，以便进一步减小形成阴影的可能性。控制搅拌器元件141的速度也将影响扩散层厚度。例如，使得搅拌器元件141的速度从0.2米/秒增加至2.0米每秒将使得扩散层厚度减小大约3倍。
搅拌器元件141的数目可以进行选择，以便减小在相邻搅拌器元件141之间的间距以及减小各搅拌器元件141进行往复运动的最小冲程长度。例如，增加包含在搅拌器140中的搅拌器元件141的数目可以减小在相邻搅拌器元件141之间的间距，并减小各搅拌器元件141的最小冲程长度。因此，各搅拌器元件141移动至只靠近工件W的一部分，而不是扫描工件W的整个直径。在还一特殊实例中，各桨141的最小冲程长度等于或大于在相邻搅拌器元件141之间的距离。对于任何这些结构，增加搅拌器元件141的数目将增加工件W的任意一部分由搅拌器元件141经过的频率，而不需要使搅拌器元件141以极高速度运行。减小搅拌器元件141的冲程长度(因此减小桨装置140的冲程长度)也减小了使得搅拌器元件141运动的驱动系统的机构复杂性。
由上面所述应当知道，这里所述的本发明特定实施例是用于说明，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化。例如，在上面结合电解质处理反应器所述的搅拌器和搅拌器腔室的特征也可用于其它反应器，包括无电处理腔室。在另一实例中，工件W相对于搅拌器往复运动。在还一实例中，工件W和搅拌器并不需要彼此相对运动。特别是，由搅拌器发出的流体射流可以提供增加质量转移处理的流体搅动。不过，工件W和/或搅拌器的至少一些方面进行驱动，以便提供流体搅动和增强在工件W表面的相应质量转移。因此，本发明将由附加权利要求来限制。
权利要求
1.一种用于湿化学处理微特征工件的工具，包括处理支架；湿化学处理反应器，该湿化学处理反应器由处理支架承载，反应器包括处理容器，该处理容器设置成接收处理流体；工件支架，该工件支架设置成在容器的处理位置将工件至少局部浸没在处理流体中；以及处理流体搅拌器，该处理流体搅拌器位于容器内并至少靠近处理位置，处理流体搅拌器有至少一个细长搅拌器表面，且搅拌器和工件支架中的至少一个可相对于处理位置运动，以便至少在处理位置附近搅动处理流体，反应器还包括促动器，该促动器与搅拌器和工件支架中的至少一个操作连接；以及工件输送装置，该工件输送装置由处理支架承载，并可相对于反应器运动，以便使工件相对于反应器运动。
2.根据权利要求1所述的工具，其中，处理支架包括安装模块，该安装模块有多个定位元件和安装元件；以及其中，工件支架由安装模块承载；处理容器有与一个定位元件接合的第一交接部件以及与一个安装元件接合的第一紧固件；工件输送装置有与一个定位元件接合的第二交接部件以及与一个安装元件接合的第二紧固件；以及安装模块设置成保持在定位元件之间的相对位置，这样，当处理容器由另一处理容器更换时，工件输送装置不需要重新标定。
3.根据权利要求2所述的工具，其中，安装模块包括台板，该台板包括刚性外部部件，其中，至少一些定位元件和至少一些安装元件在该外部部件上；刚性内部部件，该刚性内部部件与外部部件并置；在外部部件和内部部件之间的撑杆，其中，外部部件、撑杆和内部部件紧固在一起；以及其中，反应器安装在台板上。
4.根据权利要求2所述的工具，其中，安装模块包括台板，该台板包括刚性第一面板，其中，至少一些定位元件和至少一些安装元件在该第一面板上；刚性第二面板，该刚性第二面板与第一面板并置；在第二面板和第一面板之间的撑杆，其中，第一面板、撑杆和第二面板紧固在一起，以便使尺寸稳定；以及其中，反应器安装在台板上。
5.根据权利要求2所述的工具，其中，安装模块包括台板，该台板包括多个撑杆；刚性第一面板，该刚性第一面板安装在撑杆的一侧，并有至少一些(a)定位元件和(b)安装元件；刚性第二面板，该刚性第二面板与第一面板并置，并安装在撑杆的另一侧；以及其中，反应器安装在台板的第一面板上。
6.根据权利要求2所述的工具，其中，安装模块还包括处理台板，该处理台板包括上部面板、在该上部面板下面的底部面板以及安装在该上部和底部面板之间的撑杆，上部面板有至少一些(a)定位元件和(b)安装元件，其中，反应器的第一交接部件与处理台板的上部面板的相应定位元件接合；以及平台，该平台有至少一些定位元件，并相对于处理台板固定地布置在工具中，其中，工件输送装置的第二交接部件与平台的第二定位元件接合。
7.根据权利要求2所述的工具，其中，安装模块包括用于承载反应器的台板、用于承载工件输送装置的平台以及用于将安装模块可调节安装在框架上的可调节底座，其中台板包括多个撑杆；刚性第一面板，该刚性第一面板安装在撑杆的一侧，并有第一组定位元件和第一组安装元件；以及刚性第二面板，该刚性第二面板与第一面板并置，并安装在撑杆的另一侧；平台包括第二组定位元件和第二组安装元件；反应器由平台承载，并包括多个第一交接部件和多个第一紧固件，且第一交接部件与第一组定位元件中的相应定位元件接合，第一紧固件与第一组安装元件中的相应安装元件接合；以及工件输送装置由平台承载，并包括多个第二交接部件和多个第二紧固件，且第二交接部件与第二组定位元件中的相应定位元件接合，第二紧固件与第二组安装元件中的相应安装元件接合。
8.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块设置成使得定位元件之间的相对位置保持在0.025英寸内。
9.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块设置成使得定位元件之间的相对位置保持在大约0.005至0.015英寸内。
10.根据权利要求1所述的工具，其中反应器是第一电化学沉积腔室，该第一电化学沉积腔室包括第一容器；第一工件支架，该第一工件支架相对于第一容器布置成将工件保持在处理溶液中；第一阴极电极，该第一阴极电极布置在第一容器和第一工件支架中的一个上；以及第一阳极电极，该第一阳极电极布置在第一容器和第一工件支架中的另一个上；以及工具还包括第二电化学沉积腔室，该第二电化学沉积腔室包括第二容器；第二工件支架，该第二工件支架相对于第二容器布置成将工件保持在处理溶液中；第二阴极电极，该第二阴极电极布置在第二容器或第二工件支架中的一个上；以及第二阳极电极，该第二阳极电极布置在第二容器或第二工件支架中的另一个上；而且工件输送装置可运动，以便与第一电化学沉积腔室和第二电化学沉积腔室连通。
11.根据权利要求1所述的工具，其中反应器是第一湿化学处理腔室，它包括布置在容器和工件支架中的一个内的阴极电极以及布置在容器和工件支架中的另一个内的阳极电极；以及工具还包括第二湿化学处理腔室，它包括具有流体供给系统的清洁腔室，该流体供给系统将清洁流体引导至工件上；而且工件输送装置可运动，以便与第一湿化学处理腔室和第二湿化学处理腔室连通。
12.根据权利要求1所述的工具，其中容器的处理位置定位成接收微特征工件，该微特征工件具有在处理位置的最大宽度，且系统还包括控制器，该控制器与搅拌器和工件支架中的至少一个操作连接，控制器设置成使得搅拌器和工件支架中的至少一个相对于另一个沿大致线性通路运动一定距离，该距离小于最大宽度。
13.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括多个细长搅拌器元件，且系统还包括控制器，该控制器与搅拌器可操作地连接，以便当搅拌器运动时使得各搅拌器元件在相邻搅拌器元件之间的间距保持恒定的情况下运动。
14.根据权利要求1所述的工具，还包括控制器，该控制器与搅拌器和工件支架中的至少一个可操作地连接，控制器设置成使得搅拌器和工件支架中的至少一个相对于另一个沿大致线性轴线以往复方式运动，且具有在至少两个连续往复运动之间变化的相对运动冲程。
15.根据权利要求1所述的工具，其中反应器包括搅拌器腔室容积，该搅拌器腔室容积沿大致与处理位置平面垂直的方向延伸第一距离，且搅拌器布置在搅拌器腔室容积中，至少一个搅拌器表面沿与处理位置大致垂直的方向延伸第二距离，该第二距离为第一距离的至少30％。
16.根据权利要求15所述的工具，其中搅拌器腔室包括多个侧壁部分，这些侧壁部分离开处理位置向下延伸，至少一个侧壁部分包括至少在处理位置附近的流体进口，至少一个侧壁部分还包括至少在处理位置附近的流体出口，且搅拌器位于流体进口和流体出口之间。
17.根据权利要求15所述的工具，其中第二距离为第一距离的至少70％。
18.根据权利要求15所述的工具，其中第二距离为第一距离的至少90％。
19.根据权利要求15所述的工具，其中在处理位置和该至少一个搅拌器表面的上端之间的间隙为大约5毫米或更少。
20.根据权利要求15所述的工具，其中腔室容积由基座部分界定。
21.根据权利要求20所述的工具，其中搅拌器可相对于基座部分运动。
22.根据权利要求20所述的工具，其中搅拌器可相对于基座部分运动，且在处理位置和该至少一个搅拌器表面的上端之间的第一间隙为大约5毫米或更少，在基座和该至少一个搅拌器表面的底端之间的第二间隙为大约5毫米或更少。
23.根据权利要求20所述的工具，其中基座部分的至少一部分为多孔的。
24.根据权利要求20所述的工具，其中腔室容积由多个侧壁部分界定，这些侧壁部分离开处理位置向下延伸至基座部分，且基座部分包括朝着处理位置的第一表面和与该第一表面相反的第二表面，该第二表面倾斜，以便在朝向处理位置周边处比朝向处理位置中心处更高。
25.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括多个搅拌器元件，这些搅拌器元件有间隔开的表面，并可相对于处理位置沿大致线性运动轴线往复运动。
26.根据权利要求1所述的工具，其中反应器包括磁体，该磁体位于处理位置附近，以便对沉积在处理位置的微特征工件上的材料定向。
27.根据权利要求26所述的工具，其中磁体包括永磁体。
28.根据权利要求1所述的工具，其中，反应器包括磁体，该磁体位于处理位置附近，以便加强在处理位置的磁场，从而对沉积在微特征工件上的材料定向；以及电极支架，该电极支架定位成承载与处理位置流体连通的至少一个电极，电极支架可相对于容器沿并不经过处理位置的运动通路而在处理位置和拆卸位置之间运动。
29.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括搅拌器元件，该搅拌器元件有第一表面和朝向与该第一表面相反的第二表面，该第一和第二表面离开定位于表面之间并与处理位置垂直的轴线向外和向下倾斜。
30.根据权利要求29所述的工具，其中当由大致垂直于处理位置的平面横切时，搅拌器元件有大致菱形截面。
31.根据权利要求29所述的工具，其中当由大致垂直于处理位置的平面横切时，搅拌器元件有大致三角形截面。
32.根据权利要求29所述的工具，其中第一和第二表面中的至少一个是弯曲的。
33.根据权利要求1所述的工具，其中对于处理流体，搅拌器至少局部可透过，以便使得处理流体经过搅拌器。
34.根据权利要求33所述的工具，其中搅拌器包括大致多孔材料。
35.根据权利要求33所述的工具，其中搅拌器包括多个高限流孔，这些孔从第一表面延伸至第二表面。
36.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括导电材料。
37.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括电绝缘材料。
38.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括沿轴线拉长的至少一个搅拌器元件，且在沿轴线的两点处，搅拌器元件有不同截面形状、不同截面尺寸、或者不同截面形状和尺寸。
39.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括第一搅拌器元件和第二搅拌器元件，且第二搅拌器元件的至少一部分与第一搅拌器元件间隔开，第一搅拌器元件有第一形状和尺寸，第二搅拌器元件有第二形状和尺寸，该第一形状与第二形状不同，或者该第一尺寸与第二尺寸不同，或者它们都不同。
40.根据权利要求39所述的工具，其中，处理位置具有内部区域，该内部区域定位成大致靠近微特征工件的内部区域；以及外部区域，该外部区域定位成大致靠近微特征工件的外部区域，其中，第二搅拌器元件位于第一搅拌器元件的内侧，该第一搅拌器元件小于第二搅拌器元件。
41.根据权利要求39所述的工具，其中第一形状在几何上类似于第二形状，且第一尺寸与第二尺寸不同。
42.根据权利要求39所述的工具，其中工件支架包括大致圆形密封件，该密封件定位成环绕微特征工件的周边区域延伸，第一搅拌器元件沿拉长轴线拉长，并定位成越过密封件，且拉长轴线大致与密封件的一部分相切；第二搅拌器元件定位在第一搅拌器元件的内侧，而且，第一搅拌器元件小于第二搅拌器元件。
43.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括多个搅拌器元件，且至少一个第一搅拌器元件沿第一轴线拉长，至少一个第二搅拌器元件沿并不与第一轴线平行的第二轴线拉长。
44.根据权利要求1所述的工具，其中搅拌器包括沿第一轴线拉长的第一搅拌器元件以及沿与第一轴线大致垂直的第二轴线拉长的第二搅拌器元件，且搅拌器和工件支架中的至少一个可沿大致线性运动通路彼此相对运动，该运动通路相对于第一轴线以第一锐角倾斜，该大致线性运动通路相对于第二轴线以第二锐角倾斜。
45.根据权利要求1所述的工具，其中处理位置包括大致平面形处理平面的一部分，且反应器还包括电极支架，该电极支架定位成承载远离处理平面的取样电极。
46.根据权利要求1所述的工具，其中反应器包括电极支架，该电极支架设置成承载至少一个电极，该电极与处理位置流体连通。
47.根据权利要求46所述的工具，其中电极支架有多个电极腔室，这些电极腔室通过电介质挡板而彼此至少局部分离，且在电介质挡板之间的间隙形成与处理位置间隔开的相应多个虚拟电极位置。
48.根据权利要求47所述的工具，还包括多个电极，这些电极布置在相应多个电极腔室中。
49.根据权利要求47所述的工具，还包括电极取样器，该电极取样器与处理平面间隔开，电极取样器定位成与处理位置流体连通，以便接收来自处理流体的离子，否则该离子将粘附在微特征工件上。
50.根据权利要求47所述的工具，其中电极支架定位成承载远离处理平面的取样电极。
51.根据权利要求50所述的工具，还包括取样电极。
52.根据权利要求50所述的工具，还包括取样电极；触点电极，该触点电极由工件支架承载，并定位成当工件支架承载微特征工件时与微特征工件进行电接触；至少一个阳极，该阳极与处理位置间隔开；以及一个或多个电源，该电源在触点电极、取样电极和至少一个阳极之间连接，以便以比提供给取样电极和触点电极的电势更大的电势来向至少一个阳极供电。
53.根据权利要求46所述的工具，其中搅拌器包括多个搅拌器元件，且搅拌器元件可沿大致线性运动通路相对于处理位置前后运动，反应器还包括至少一个局部封闭的搅拌器腔室，该搅拌器腔室位于电极支架和处理位置之间，搅拌器腔室装有多个搅拌器元件。
54.根据权利要求1所述的工具，其中工件支架布置成当搅拌器相对于处理位置运动时使得在处理位置的微特征工件绕大致垂直于处理位置的平面的轴线旋转。
55.根据权利要求1所述的工具，其中当搅拌器相对于处理位置运动时工件支架是可运动的。
56.根据权利要求1所述的工具，其中当搅拌器相对于处理位置运动时工件支架静止。
57.根据权利要求1所述的工具，其中反应器包括电极支架，该电极支架设置成承载至少一个电极，该电极支架与处理位置流体连通；以及电场控制元件，该电场控制元件沿流动通路定位在电极支架和处理位置之间，电场控制元件设置成控制在处理位置的处理流体中的电流密度，以便在处理位置的第一周向部位处有第一值，在处理位置的第二周向部位处有与第一值不同的第二值。
58.根据权利要求57所述的工具，其中电场控制元件包括狭槽，该狭槽有第一宽度的第一区域和第二宽度的第二区域，该第二宽度大于第一宽度。
59.根据权利要求57所述的工具，其中电场控制元件包括多个孔，且在电场控制元件的第一区域中的孔提供第一开口面积，在电场控制元件的第二区域中的孔提供第二开口面积，该第二开口面积大于第一开口面积。
60.根据权利要求57所述的工具，其中容器包括叶片，该叶片沿在电场控制元件和处理位置之间延伸的轴线对齐。
61.根据权利要求57所述的工具，其中容器包括第一部分以及与该第一部分可密封连接的第二部分，且电场控制元件包括可密封地位于第一和第二部分之间的垫圈。
62.根据权利要求1所述的工具，其中处理流体包括第一处理流体，反应器还包括喷嘴，该喷嘴可与第二处理流体源连接，并定位在处理位置上面，以便将第二处理流体流引向由工件支架承载的微特征工件。
63.根据权利要求62所述的工具，其中工件支架可在第一位置和处于第一位置上面的第二位置之间运动，在该第一位置，工件支架将微特征工件承载成与处理位置的第一处理流体接触，而在该第二位置，工件支架使微特征工件处于由喷嘴引导的第二处理流体流的通路中。
64.一种湿化学处理反应器，包括处理容器，该处理容器设置成接收处理流体，处理容器有处理位置；工件支架，该工件支架设置成使得工件至少局部浸没在容器的处理位置的处理流体中；处理流体搅拌器，该处理流体搅拌器位于容器内并至少靠近处理位置，该搅拌器有多个搅拌器表面，搅拌器和工件支架中的至少一个可相对于处理位置运动，以便搅动至少在处理位置附近的处理流体；促动器，该促动器与搅拌器和工件支架中的至少一个操作连接；电极支架，该电极支架位于处理容器中，并设置成承载与处理位置流体连通的至少一个电极。
65.根据权利要求64所述的反应器，其中电极支架设置成承载远离处理平面的取样电极。
66.根据权利要求65所述的反应器，还包括取样电极。
67.根据权利要求65所述的反应器，还包括取样电极；触点电极，该触点电极由工件支架承载，并定位成当工件支架承载微特征工件时与微特征工件进行电接触；至少一个阳极，该阳极与处理位置间隔开；以及一个或多个电源，该电源在触点电极、取样电极和至少一个阳极之间连接，以便以比提供给取样电极和触点电极的电势更大的电势来向至少一个阳极供电。
68.根据权利要求64所述的反应器，其中搅拌器包括多个搅拌器元件，且搅拌器元件可沿大致线性运动通路相对于处理位置前后运动，系统还包括至少一个局部封闭的搅拌器腔室，该搅拌器腔室位于电极支架和处理位置之间，搅拌器腔室装有多个搅拌器元件。
69.根据权利要求64所述的反应器，其中处理流体包括第一处理流体，系统还包括喷嘴，该喷嘴可与第二处理流体源连接，并定位在处理位置上面，以便将第二处理流体流引向由工件支架承载的微特征工件。
70.根据权利要求64所述的反应器，其中工件支架可在第一位置和处于第一位置上面的第二位置之间运动，在该第一位置，工件支架将微特征工件承载成与处理位置的第一处理流体接触，而在该第二位置，工件支架使微特征工件处于由喷嘴引导的第二处理流体流的通路中。
71.根据权利要求64所述的反应器，其中电极支架有多个电极腔室，这些电极腔室通过挡板而彼此至少局部分离，且在挡板之间的间隙形成与处理平面间隔开的相应多个虚拟电极位置。
72.根据权利要求71所述的反应器，还包括多个电极，这些电极布置在相应多个电极腔室中。
73.根据权利要求71所述的反应器，还包括电极取样器，该电极取样器与处理平面间隔开，电极取样器定位成与处理位置流体连通，以便接收来自处理流体的离子，否则该离子将粘附在微特征工件上。
74.根据权利要求64所述的反应器，还包括磁体，该磁体位于处理位置附近，该磁体定位成加强在处理位置的磁场，从而将沉积在微特征工件上的材料定向，且电极支架可相对于容器沿并不经过处理平面的运动通路而在处理位置和拆卸位置之间运动。
75.根据权利要求74所述的反应器，其中磁体包括永磁体。
76.根据权利要求64所述的反应器，还包括电场控制元件，该电场控制元件沿流动通路定位在电极支架和处理位置之间，电场控制元件设置成控制在处理位置的处理流体中的电流密度，以便在处理位置的第一周向部位处有第一值，在处理位置的第二周向部位处有与第一值不同的第二值，该第一和第二周向部位离处理位置的中心近似相同距离。
77.根据权利要求76所述的反应器，其中电场控制元件包括狭槽，该狭槽有第一宽度的第一区域和第二宽度的第二区域，该第二宽度大于第一宽度。
78.根据权利要求76所述的反应器，其中电场控制元件包括多个孔，且在电场控制元件的第一区域中的孔提供第一开口面积，在电场控制元件的第二区域中的孔提供第二开口面积，该第二开口面积大于第一开口面积。
79.根据权利要求76所述的反应器，其中容器包括叶片，该叶片沿在电场控制元件和处理位置之间延伸的轴线对齐。
80.根据权利要求76所述的反应器，其中容器包括第一部分以及与该第一部分可密封连接的第二部分，且电场控制元件包括可密封地位于第一和第二部分之间的垫圈。
81.根据权利要求64所述的反应器，其中工件支架可旋转，以便使微特征工件相对于容器旋转。
82.根据权利要求64所述的反应器，其中工件支架布置成当搅拌器相对于处理位置运动时使得在处理位置的微特征工件绕大致垂直于处理位置平面的轴线旋转。
83.根据权利要求64所述的反应器，其中当搅拌器相对于处理位置运动时工件支架可运动。
84.根据权利要求64所述的反应器，其中当搅拌器相对于处理位置运动时工件支架是静止的。
85.一种用于处理微特征工件的系统，包括容器，该容器设置成承载处理流体，该容器有布置成接收微特征工件的处理位置；工件支架，该工件支架定位成至少靠近容器，该工件支架布置成在处理过程中承载在容器处理位置的微特征工件；以及搅拌器，该搅拌器有多个间隔开的搅拌器表面，这些搅拌器表面至少定位成靠近处理位置，其中，当工件支架承载微特征工件时，搅拌器和工件支架中的至少一个可沿大致线性通路相对于另一个前后运动。
86.根据权利要求85所述的系统，其中容器包括搅拌器腔室容积，该搅拌器腔室容积沿大致与处理位置平面垂直的方向延伸第一距离，且搅拌器布置在搅拌器腔室容积中，所述搅拌器表面沿与处理位置大致垂直的方向延伸第二距离，该第二距离为第一距离的至少30％。
87.根据权利要求86所述的系统，其中搅拌器腔室包括多个侧壁部分，这些侧壁部分离开处理位置向下延伸，至少一个侧壁部分包括至少在处理位置附近的流体进口，至少一个侧壁部分还包括至少在处理位置附近的流体出口，且搅拌器位于流体进口和流体出口之间。
88.根据权利要求86所述的系统，其中第二距离为第一距离的至少70％。
89.根据权利要求86所述的系统，其中第二距离为第一距离的至少90％。
90.根据权利要求86所述的系统，其中在处理位置和该至少一个搅拌器表面的上端之间的间隙为大约5毫米或更少。
91.根据权利要求86所述的系统，其中腔室容积由基座部分界定。
92.根据权利要求91所述的系统，其中搅拌器可相对于基座部分运动。
93.根据权利要求91所述的系统，其中搅拌器可相对于基座部分运动，且在处理位置和该搅拌器表面的上端之间的第一间隙为大约5毫米或更少，在基座和该搅拌器表面的底端之间的第二间隙为大约5毫米或更少。
94.根据权利要求91所述的系统，其中基座部分的至少一部分为多孔的。
95.根据权利要求91所述的系统，其中腔室容积由多个侧壁部分界定，这些侧壁部分离开处理位置向下延伸至基座部分，且基座部分包括朝着处理位置的第一表面和与该第一表面相反的第二表面，该第二表面倾斜，以便在朝向处理位置周边处比朝向处理位置中心处更高。
96.根据权利要求85所述的系统，其中工件支架布置成使得微特征工件绕大致垂直于微特征工件表面的轴线旋转。
97.根据权利要求85所述的系统，其中搅拌器包括多个细长的搅拌器元件，且至少一个搅拌器元件有第一表面和朝向与该第一表面相反的第二表面，该第一和第二表面离开定位于表面之间并与处理位置垂直的轴线向外和向下倾斜。
98.根据权利要求97所述的系统，其中当由大致垂直于处理位置的平面横切时，搅拌器元件有大致菱形截面。
99.根据权利要求97所述的系统，其中当由大致垂直于处理位置的平面横切时，搅拌器元件有大致三角形截面。
100.根据权利要求97所述的系统，其中第一和第二表面中的至少一个是弯曲的。
101.根据权利要求85所述的系统，其中处理位置定位成接收微特征工件，该微特征工件具有在处理位置的最大宽度，且系统还包括控制器，该控制器与搅拌器和工件支架中的至少一个可操作地连接，控制器设置成使得搅拌器和工件支架中的至少一个相对于另一个沿大致线性通路运动一定距离，该距离小于最大宽度。
102.根据权利要求85所述的系统，还包括控制器，该控制器与搅拌器和工件支架中的至少一个可操作地连接，控制器设置成使得搅拌器和工件支架中的至少一个相对于另一个沿大致线性轴线以往复方式运动，且具有在至少两个连续往复运动之间变化的相对运动冲程。
103.根据权利要求85所述的系统，其中搅拌器包括多个细长搅拌器元件，且系统还包括控制器，该控制器与搅拌器可操作地连接，以便当搅拌器运动时使得各搅拌器元件在相邻搅拌器元件之间的间距保持恒定的情况下运动。
104.根据权利要求85所述的系统，其中搅拌器包括多个搅拌器元件，且至少一个第一搅拌器元件沿第一轴线拉长，至少一个第二搅拌器元件沿并不与第一轴线平行的第二轴线拉长。
105.根据权利要求85所述的系统，其中多个搅拌器元件包括沿第一轴线拉长的第一搅拌器元件以及沿与第一轴线大致垂直的第二轴线拉长的第二搅拌器元件，且搅拌器和工件支架中的至少一个可沿大致线性运动通路彼此相对运动，该运动通路相对于第一轴线以第一锐角倾斜，该大致线性运动通路相对于第二轴线以第二锐角倾斜。
106.根据权利要求85所述的系统，其中搅拌器包括具有第一形状和尺寸的第一搅拌器元件以及具有第二形状和尺寸的第二搅拌器元件，该第一形状与第二形状不同，或者该第一尺寸与第二尺寸不同，或者它们都不同。
107.根据权利要求106所述的系统，其中，处理位置具有内部区域，该内部区域定位成大致靠近微特征工件的内部区域；以及外部区域，该外部区域定位成大致靠近微特征工件的外部区域，其中，第二搅拌器元件位于第一搅拌器元件的内侧，该第一搅拌器元件小于第二搅拌器元件。
108.根据权利要求106所述的系统，其中第一形状在几何上类似于第二形状，且第一尺寸与第二尺寸不同。
109.根据权利要求106所述的系统，其中工件支架包括大致圆形密封件，该密封件定位成环绕微特征工件的周边区域延伸，第一搅拌器元件沿拉长轴线拉长，并定位成越过密封件，且拉长轴线大致与密封件的一部分相切；第二搅拌器元件定位在第一搅拌器元件的内侧，而且，第一搅拌器元件小于第二搅拌器元件。
110.根据权利要求85所述的系统，其中对于处理流体，搅拌器至少局部可透过，以便使得处理流体经过搅拌器。
111.根据权利要求110所述的系统，其中搅拌器包括大致多孔材料。
112.根据权利要求110所述的系统，其中搅拌器包括多个高限流孔，这些孔从第一表面延伸至第二表面。
113.根据权利要求85所述的工具，其中搅拌器包括导电材料。
114.根据权利要求85所述的工具，其中搅拌器包括电绝缘材料。
115.根据权利要求85所述的工具，其中搅拌器包括沿轴线拉长的至少一个搅拌器元件，且在沿轴线的两点处，搅拌器元件有不同截面形状、不同截面尺寸、或者不同截面形状和尺寸。
116.一种操作用于具有亚微米特征的微特征工件的湿化学处理的集成工具的方法，包括这样在湿化学处理腔室中处理微特征工件，即通过使处理流体与在处理位置的微特征工件接触，并通过使工件和位于工件附近的搅拌器中的至少一个相对于另一个运动而搅动处理流体，搅拌器有至少一个搅拌器表面，湿化学处理腔室位于工具中的第一位置；从工具中去除湿化学处理腔室；通过将更换的湿化学处理腔室安装在工具上并处于第一位置处，从而使湿化学处理腔室由更换的湿化学处理腔室来代替；以及利用自动工件输送系统将另一微特征工件装入更换的湿化学处理腔室中，且在更换湿化学处理站之后并不对自动工件输送系统进行标定。
117.根据权利要求116所述的方法，其中从工具中拆卸湿化学处理腔室包括使得湿化学处理腔室与工具的定位元件和安装元件脱开，且以更换的湿化学处理腔室代替湿化学处理腔室包括使得更换的湿化学处理腔室与定位元件和安装元件接合。
118.根据权利要求116所述的方法，其中处理位置包括大致平面形处理平面的一部分，处理微特征工件包括将微特征工件布置成与至少一个电极流体连通，以便在微特征工件上电沉积磁敏感材料，同时微特征工件受到在处理平面处的磁场的作用，且微特征工件与至少一个电极流体连通；该方法还包括拆卸与处理平面流体连通的至少一个电极，而不使该至少一个电极经过处理平面。
119.根据权利要求116所述的方法，其中处理微特征工件包括这样使材料电解地沉积在微特征工件上，即通过将处理流体的至少一部分引向微特征工件以及位于多个电极腔室中的多个电极附近，这些电极腔室通过电介质挡板而至少彼此局部分离，且在电介质挡板之间的间隙形成与处理位置间隔开的相应多个虚拟电极位置。
120.根据权利要求116所述的方法，其中微特征工件具有最大宽度，且该方法还包括使得微特征工件和搅拌器中的至少一个相对于另一个沿大致线性运动通路往复运动，且运动的至少两个时间相邻的冲程各自覆盖的距离小于最大宽度。
121.根据权利要求116所述的方法，还包括使得微特征工件和搅拌器中的至少一个相对于另一个沿大致线性轴线往复运动；以及改变微特征工件和搅拌器中的该至少一个的往复运动，这样，往复运动的至少一个冲程覆盖的包迹与由随后的冲程覆盖的包迹不同。
122.一种用于处理微特征工件的方法，包括将微特征工件定位成在处理容器的处理平面与处理流体接触；这样在处理平面上处理微特征工件，即通过使处理流体的至少一部分引向微特征工件，以便将磁敏感材料电解地沉积在微特征工件上，同时微特征工件受到在处理平面处的磁场，且微特征工件与间隔开该微特征工件的至少一个电极流体连通；以及拆卸与处理平面流体连通的至少一个电极，且不使该至少一个电极经过处理平面。
123.根据权利要求122所述的方法，其中拆卸该至少一个电极包括拆卸承载多个电极的电极壳体。
124.一种制造用于微特征工件的处理装置的方法，包括将工件支架定位成至少靠近容器，工件支架设置成承载在容器的处理位置的工件，容器设置成接收处理流体；将搅拌器的特征选择为对微特征工件附近的处理流体的扩散层具有选定影响，搅拌器包括至少一个搅拌器元件，该特征包括以下组中的至少一个搅拌器的搅拌器元件数目、在处理位置和该至少一个搅拌器元件之间的间距、该至少一个搅拌器元件相对于处理位置的冲程包迹以及该至少一个搅拌器元件相对于处理位置的冲程计划；将搅拌器安装成至少靠近处理位置，且搅拌器和工件支架中的至少一个可相对于另一个沿大致线性轴线运动。
125.根据权利要求124所述的方法，还包括选择搅拌器，以便包括6个搅拌器元件，各搅拌器元件有两个朝向相反且向下倾斜的搅拌器表面。
126.根据权利要求124所述的方法，还包括将该至少一个搅拌器元件的冲程包迹选择为大致线性，并使得长度小于由工件支架承载的微特征工件的最大直径。
全文摘要
本发明公开了具有安装模块的工具，该安装模块有对齐系统。安装模块包括用于精确定位反应器和工件输送装置的定位元件，该工件输送装置将工件送向反应器和送出反应器。在反应器的定位元件之间的相对位置固定，这样，当拆卸反应器和以另一反应器进行更换时，工件输送装置并不需要重新标定。反应器包括搅拌器，用于搅动在工件处理表面处的处理流体。搅拌器、反应器和在反应器内的电极设置成减小由搅拌器在工件表面产生电阴影的可能性，并考虑当搅拌器和/或工件接收器相对运动时对电场的三维影响。
文档编号C25D17/00GK1960799SQ200480019927
公开日2007年5月9日 申请日期2004年6月3日 优先权日2003年6月6日
发明者P·R·麦克休, G·J·威尔逊, D·J·伍德拉夫, N·齐默尔曼, J·J·埃里克森 申请人:塞米用具公司