专利名称：用于电化学加工微特征工件的腔室、系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于电化学加工微特征工件的腔室、系统和方法，所述工件中和/工件上集成有多个微器件。微器件可以包括亚微米特征。本发明的具体的方面涉及电化学沉积腔室，它具有无孔阻挡件以分离第一加工流体和第二加工流体。本发明另外的方面涉及电化学沉积腔室，具有(a)在第一加工流体和第二加工流体之间的阻挡件，以及(b)在第二加工流体内的多个可独立操作的电极。
背景技术：
微电子器件，例如半导体器件、成像器和显示器通常在微电子工件上和/或工件中用几种不同的机械(“工具”)来制造。许多这种加工机械具有在工件上进行一个或者多个工序的一个加工台。其它的加工机械具有在单个的工件或者成批的工件上进行一系列不同的工序的多个加工台。在典型的制造过程中，在沉积阶段中在工件上形成一层或者多层导电材料。然后通常对工件进行蚀刻和/或抛光工序(也就是平坦化)，以除去部分沉积的导电层来形成电绝缘的触点和/或导电线。
在工件上镀覆金属或其他材料的工具正在变为一个越来越有用的加工机械。电镀和无电敷镀技术可以用于在工件上沉积铜、焊料、坡莫合金、金、银、铂、电泳抗蚀剂和其他材料，用于形成空白层或有图案的层。典型的镀铜过程涉及在利用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、无电敷镀或者其他适合的方法在工件的表面上沉积铜籽晶层。在形成籽晶层之后，通过在电加工溶液中在籽晶层和阳极之间施加适当的电势，在工件上镀覆铜的空白层或者有图案的层。然后在接下来的工序中对工件进行清洗、蚀刻和/或退火，然后将工件转移给下一个加工机械。
图1显示了单晶片加工台1的一个实施方案，该加工台1包括容器2，用于从容器2的下部处的流体入口3接收电镀溶液。加工台1可以包括阳极4、具有多个孔7的板状扩散器6、以及用于承载工件5的工件支架9。工件9可以包括多个电触点，用于向工件5表面上的籽晶层提供电流。当籽晶层相对于阳极4被施加以负压偏压的时候，它就作为阴极。在操作中，电镀流体流经阳极4，穿过扩散器6中的孔7，并碰到工件5的镀覆表面。电镀溶液是在阳极4和工件5表面上的阴性的籽晶层之间导通电流的电解液。因此，电镀溶液中的离子镀覆在工件5的表面上。
在制造微电子器件中使用的镀覆机械必须满足许多特定的性能标准。例如，许多镀覆过程必须能够在宽度小于0.5μm、并且通常小于0.1μm的通路或沟渠内形成小触点。可以在电镀溶液中加入有机添加剂例如“加速剂”、“抑制剂”和“流平剂”的结合，以改善在沟渠内的镀覆过程，从而镀覆金属从底部向上填充沟渠。为此，保持电镀溶液内有机添加剂的适当浓度是正确填充微小特征的关键。
传统镀覆过程的一个缺点在于有机添加剂在阳极的表面附近分解和被破坏。而且，当有机添加剂分解时，难以控制有机添加剂以及它们相关的分解产物在镀覆溶液中的浓度，这会导致不良的特征填充和非均匀层。另外，有机添加剂的分解产生会导致缺陷和其他非均匀性的副产物。为了减少有机添加剂在阳极附近的分解速度，可以使用例如铜-磷阳极的其他阳极。
传统镀覆过程的另一个缺点是电镀溶液中的有机添加剂和/或氯离子可以改变纯铜阳极。这会改变电场，会因此导致不一致的加工和非均匀层。因此需要改进镀覆过程以减少有机添加物的不良影响。
电镀的另一个缺点是在工件表面提供所需的电场。在镀覆溶液中的电流分布是在接触表面上的籽晶层的均匀性、阳极的构造/条件、腔室的构造和其他因素的函数。但是在镀覆循环中，电流密度分布图会发生改变。例如，在材料镀覆在籽晶层表面上时，电流密度分布图通常在镀覆循环过程中发生变化。电流密度分布图经过一段长的时间后也会发生变化，因为(a)可消耗的阳极会在它们被侵蚀的时候发生形状改变，以及(b)镀覆溶液中的成分浓度会发生变化。因此难以在工件表面处保持理想的电流密度。
发明内容
本发明部分地说涉及一种电化学沉积腔室，它具有无孔阻挡件以分离加工流体。腔室分成两个不同的系统，它们彼此相互作用，以将材料电镀在工件表面上，同时控制加工流体内的选定成分(例如有机添加剂)迁移跨越阻挡件，以避免在有机添加剂靠近阳极时和在气泡或者其他物质进入到加工流体中时发生问题。
腔室包括加工单元，向工件(例如工作电极)提供第一加工流体；电极单元，用于装载与第一加工流体不同的第二加工流体流；以及电极单元内的一个电极(平衡电极)。该腔室还包括在第一加工流体和第二加工流体之间的无孔阻挡件。无孔阻挡件允许离子穿过阻挡件，但是禁止非离子类物质在第一和第二加工流体之间穿过。如此，无孔阻挡件将第一和第二加工流体的成分彼此分离和隔绝，从而第一加工流体可以具有与第二加工流体不同的化学特性。例如，第一加工流体可以是具有有机添加剂的阴极电解液，而第二加工流体可以是没有有机添加剂或者这种添加剂浓度非常低的阳极电解液。
无孔阻挡件通过基本防止阴极电解液中的有机添加剂迁移至阳极电解液，从而提供了几个优点。首先，因为防止有机添加剂在阳极电解液中，因此它们不能流经阳极并分解为会干扰电镀过程的产物。第二，因为有机添加剂不会在阳极处分解，因此它们可以在阴极电解液中以低很多的速度消耗，从而较不昂贵和更容易控制阴极电解液中的有机添加剂。第三，较不昂贵的阳极，例如纯铜阳极可以用于阳极电解液中，因为减少了或者是避免了钝化的危险。
本发明还涉及一种电化学沉积腔室，具有(a)加工流体之间的多孔的和/或无孔的阻挡件，以减少或消除有机添加剂带来的问题；以及(b)多个独立操作的电极，以提供和保持在工件表面的所需电流密度。这些腔室也可以分成两个不同的系统，它们彼此相互作用以将材料电镀在工件表面上，同时控制加工流体内的选定成分(例如有机添加剂)迁移跨越阻挡件，以避免在有机添加剂和阳极之间的相互作用和加工流体内的气泡或者颗粒带来的问题。因此，与仅有一个电极的系统相比，独立操作的电极提供了工件表面处的更好的电场控制。
腔室包括加工单元，向工件(例如工作电极)提供第一加工流体；电极单元，用于装载与第一加工流体不同的第二加工流体流；以及电极单元内的多个电极(平衡电极)。该腔室还包括在第一加工流体和第二加工流体之间的阻挡件。阻挡件可以是有孔的、可渗透的部件，它允许流体和小分子流经第一和第二加工流体之间的阻挡件。或者阻挡件可以是无孔的、可半渗透的部件，它防止流体在第一和第二加工流体之间流动，但是允许离子在流体之间穿过。阻挡件也可以包括具有有孔区域和无孔区域的部件。这些实施方案的阻挡件将第一和第二加工流体的成分彼此分离和/或隔绝，从而第一加工流体可以具有与第二加工流体不同的化学特性。例如，第一加工流体可以是具有有机添加剂的阴极电解液，而第二加工流体可以是没有有机添加剂或者这种添加剂浓度非常低的阳极电解液。
在本发明该方面中的多个电极可以彼此单独控制，以适合于工件的电场。每个电极可以具有使得所有的电极产生的电场在工件表面处提供所需的镀覆分布图的电流水平。另外，施加给每个电极的电流可以在整个镀覆循环中独立发生变化，以补偿在工件的表面处因为镀覆层厚度变化导致的差值。
腔室内具有控制电场的多个电极和阻挡件的结合提供了一种明显更有效的系统，并产生了质量明显更好的产品。这种系统更有效，是因为利用用于工件的一种加工流体和用于电极的另一种加工流体允许加工流体适应于每个区域内的最佳用途，而不必妥协以减少仅使用一种加工溶液导致的问题。如此，工具不必频繁的关闭以调整流体，并且它消耗较少的成分。该系统产生更好质量的产品，是因为(a)使用两种不同的加工流体允许更好的控制每种加工流体内的重要成分的浓度，以及(b)使用多个电极提供了在工件表面处的更好的电流密度控制。
图1是一个现有技术的电镀腔室的示意图；图2A示意性地显示了根据本发明的一个实施方案用于微特征工件的电化学沉积、电抛光或者其他湿化学加工的系统；图2B示意性地显示了根据本发明的另一个实施方案用于微特征工件的电化学沉积、电抛光或者其他湿化学加工的系统；图3A-3H显示了根据本发明的实施方案在镀覆循环过程中并且图2A和2B中的系统空闲时在阳极电解液和阴极电解液中氢和铜离子浓度之间的关系；图4是显示根据本发明另一实施方案的湿化学容器的截面部分的示意性等距视图；图5是显示图4的容器的截面侧部的示意性侧视图；图6是根据本发明另一实施方案的湿化学容器的示意图；图7是根据本发明另一实施方案的湿化学容器的示意图；图8是根据本发明另一实施方案的湿化学容器的示意图；
图9是根据本发明另一实施方案的湿化学加工工具的示意性顶部平面视图；图10A是根据本发明另一实施方案的湿化学加工工具的一部分的等距视图；图10B是根据本发明另一实施方案设置的湿化学加工工具的顶部平面视图；图11是用于根据本发明另一实施方案的湿化学加工工具的安装模块的等距视图；图12是沿着用于根据本发明另一实施方案的湿化学加工工具的安装模块的图11的线12-12的剖面图；图13是更详细地显示安装模块的台面(deck)的一部分的剖面图。
具体实施例方式
此处所使用的术语“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电子电路或者元件，薄膜记录头，数据存储元件，微流体器件和其他产品。微机械包括在该定义中，因为它们是利用与在制造集成电流中的很多相同的技术来制造的。基板可以是半导体片(例如硅晶片或者砷化镓晶片)、非导体片(例如各种陶瓷基板)，或者导体片(例如掺杂的晶片)。而且，术语电化学加工或者沉积包括电镀、电蚀刻、阳极氧化和/或无电敷镀。
几个用于加工微特征工件的电化学沉积腔室的实施方案对于在工件的结构中或者结构上电解沉积金属或者电泳抗蚀剂是特别有用的。因此根据本发明的电化学沉积腔室用于具有湿化学加工腔室的系统，所述腔室用于蚀刻、漂洗、或者在半导体基板或者其他类型的工件中或者其上制造微特征中的其他类型的湿化学处理。在图2A-13和相应的文字中显示了根据本发明的电化学沉积腔室和综合工具的几个实施方案，以更好地理解本发明的具体实施方案。本领域的技术人员可以理解，本发明可以有其他的技术方案，或者本发明可以在没有图2A-13所示的实施方案的几个细节的情况下进行实施。
A.湿化学加工系统的实施方案图2A示意性地显示了用于电化学沉积、电抛光、或者微特征工件的其他湿化学加工的系统100。系统100包括具有头组件104(示意性地显示)和湿化学容器110(示意性地显示)的电化学沉积腔室102。头组件104相对于容器110在加工位置处加载、卸载和定位一个工件W或者一批工件。头组件104通常包括工件支架，该支架具有包括被构成为与工件W上的导电层相配合的多个电触点的触点组件。因此工件支架可以向工件W上的导电层施加电势。适当的头组件、工件支架和触点组件如美国专利US6228232、6280583、6303010、6309520、6309524、6471913、6527925、以及6569297和美国专利申请09/733608以及09/823948所述，这些文献在此全文引入作为参考。
所示的容器110包括加工单元120(示意性的显示)，电极单元180(示意性的显示)和在加工单元120及电极单元180之间的无孔阻挡件170(示意性的显示)。加工单元120被构成为包括用于加工微特征工件W的第一加工流体。电极单元180被构成为包括电极190和至少在电极190附近的第二加工流体。第二加工流体通常与第一加工流体不同，但是它们在某些应用中也可以是相同的。通常，第一和第二加工流体具有共同的某些离子。当工件是阴性的时候，加工单元120内的第一加工流体是阴极电解液，电极单元180内的第二加工流体是阳极电解液。但是在电抛光或者其他沉积处理中，第一加工流体可以是阳极电解液，第二加工流体可以是阴极电解液。
系统100还包括存储及循环第一加工流体的第一流体系统112和存储及循环第二加工流体的第二流体系统192。第一流体系统112可以包括第一加工流体贮存器113，用于在第一加工流体贮存器113和加工单元120之间运送第一加工流体流的多个流体管道114，以及在加工单元120内的用于在加工位置和无孔阻挡件170之间运送第一加工流体流的多个元件115(示意性的显示)。第二流体系统192可以包括第二加工流体贮存器193，用于在第二加工流体贮存器193和电极单元180之间运送第二加工流体流的多个流体管道185，以及在电极单元180内的用于在电极190和无孔阻挡件170之间运送第二加工流体流的多个元件184(示意性的显示)。第一和第二加工流体的各成分的浓度可以分别在第一加工流体贮存器113和第二加工流体贮存器193内单独控制。例如，如铜的金属可以加入到各容器113和193内的第一和/或第二加工流体内。或者可以在第一和第二流体系统112和192内分别控制第一和第二加工流体的温度和/或除去不需要的材料或气泡。
无孔阻挡件170在加工单元120和电极单元180之间界面的区域内位于第一和第二加工流体之间，以将第一加工流体与第二加工流体分开和/或隔离。例如，无孔阻挡件170防止流体在第一和第二流体系统112和192之间流动，同时选择性地允许例如阴离子和/或阳离子的离子在第一和第二加工流体之间穿过阻挡件170。如此，电场、加工流体之间的电荷不平衡、和/或加工流体内的物质浓度的差异可以驱动离子越过无孔阻挡件170，如下详细所述。
与有孔阻挡件例如过滤介质、膨胀的Teflon(Goretex)和烧结的材料(玻璃、石英、陶瓷等)相反，无孔阻挡件170禁止非离子物质(包括小分子和流体)穿过阻挡件170。例如，无孔阻挡件170可以基本没有开口区域。因此，当第一和第二流体系统112和192在典型压力下操作时，防止流体穿过无孔阻挡件170。但是，水可以借助于渗透作用和/或电渗透作用穿过无孔阻挡件170运输。当第一和第二加工流体中的分子浓度显著不同时会发生渗透。当在电流携带水合球体形式的离子的情况下水被携带穿过无孔阻挡件170的时候，可以发生电渗透。当第一和第二加工流体具有类似的分子浓度并且没有电流穿过加工流体的时候，基本防止流体在第一和第二加工流体之间流动。
另外，无孔阻挡件170可以是亲水的，从而加工流体内的气泡不会导致部分阻挡件170干燥，否则会降低通过阻挡件170的导电性。适当的无孔阻挡件170包括DuPont制造的NAFION膜，SybronChemical Inc.制造的Ionac膜，以及Tokuyuma制造的NeoSepta膜。
当系统100用于电化学加工时，可以向电极190和工件W施加电势，从而电极190成为阳极，而工件W成为阴极。第一和第二加工流体因此分别成为阴极电解液和阳极电解液，并且每种流体可以包括要镀覆在工件W上的金属离子溶液。电极190和工件W之间的电场可以驱动正离子从阳极电解液穿过无孔阻挡件170到达阴极电解液，或者驱动负离子沿着相反方向运动。在电镀应用中，在微特征工件W处发生电化学反应，其中还原金属离子以在微特征工件W上形成金属的固体层。在电化学蚀刻和其他电化学应用中，电场可以驱动离子沿着相反方向运动。
图2A所示的系统100的其他特征是该无孔阻挡件170将第一和第二加工流体彼此分离和隔绝，但是允许离子在第一和第二加工流体之间穿过。如此，加工单元120内的流体可以与电极单元180内的流体具有不同的化学性能。例如第一加工流体可以是具有有机添加剂的阴极电解液，第二加工流体可以是没有有机添加剂或者这种添加剂浓度非常低的阳极电解液。如上发明概述部分所述，在阳极电解液中缺少有机添加剂可以提供如下优点(a)减少阴极电解液中分解有机物的副产物；(b)减少有机添加剂的消耗；(c)减少阳极的钝化；以及(d)使纯铜阳极获得有效使用。
图2A所示的系统100在保持第一加工流体内的所需铜离子或者其他金属离子浓度方面也是特别有效的。在电镀过程中，希望准确控制在第一加工流体内的材料的浓度，以确保在大量的单个微特征工件上的一致的、可重复的沉积。例如，当在工件W上沉积铜的时候，希望将第一加工流体(例如阴极电解液)内的铜浓度保持在一个理想的范围内，以在工件W上沉积适当的铜层。以下将详细描述系统100的这个方面。
为了控制在某些电镀应用中第一加工溶液内金属离子的浓度，图2A所示的系统100利用了无孔阻挡件170的特征，第一流体系统112的体积、第二流体系统192的体积，以及在第一和第二加工溶液内的不同的酸浓度。通常，第一加工流体内的酸的浓度高于在第二加工流体内的酸浓度，系统100内的第一加工流体的体积大于系统100内的第二加工流体的体积。如下详细所述，这些特征共同起作用，将第一加工流体内的成分的浓度保持在一个理想的范围内，以确保在工件W上的一致的均匀的沉积。为了进行说明，将参考在工件上电镀铜的实施方案描述增加在第一加工流体内的酸浓度的效果。本领域的技术人员会认识到，可以电镀不同的金属和/或原理可以用于其他应用中的其他湿化学处理中。
图2B示意性地显示了根据本发明的另一个实施方案用于微特征工件的电化学沉积、电抛光或者其他湿化学加工的系统。系统100a类似于图2A所示的系统100，类似的附图标记用于表示图2A和2B中类似的元件。系统100a包括具有头组件104(示意性地显示)和湿化学容器110a(示意性地显示)的电化学沉积腔室102。如上参考图2A所述，头组件104相对于容器110a在加工位置处加载、卸载和定位一个工件W或者一批工件。
所示的容器110a包括加工单元120a(示意性的显示)，电极单元180a(示意性的显示)和在加工单元120a及电极单元180之间的无孔阻挡件170a(示意性的显示)。所示实施方案的加工单元120a包括从阻挡件170a朝着加工位置伸出的绝缘隔板142和被绝缘隔板142所限定的多个腔室130(分别表示为130a-b)。腔室130a-b可以同心设置，并且在加工位置附近具有对应的开口144a-b。腔室130a-b被构成为向微特征工件W运送或从其中运送第一加工流体。但是加工单元120a可以不包括绝缘隔板142和腔室130，或者绝缘隔板140和腔室130可以具有其他的结构。
电极单元180a包括绝缘隔板186、由绝缘隔板186限定的多个隔室184a-b和设置在对应隔室184a-b内的多个电极190a和190b。隔室184a-b可以同心设置，并被构成为至少接近电极190a-b运送第二加工流体。如上所述，第二加工流体一般与第一加工流体不同，但是它们在某些应用中可以相同。通常，第一和第二加工流体具有某些共同的离子。当工件是阴性的时候，加工单元120a内的第一加工流体是阴极电解液，电极单元180a内的第二加工流体是阳极电解液。但是在电抛光或者其他沉积处理中，第一加工流体可以是阳极电解液，第二加工流体可以是阴极电解液。尽管图2B所示的系统100a包括两个同心电极190a-b，但是在其他实施方案内，系统可以包括不同数量的电极和/或电极可以设置在不同的结构中。
系统100a还包括存储及循环第一加工流体的第一流体系统112a和存储及循环第二加工流体的第二流体系统192a。第一流体系统112a可以包括(a)第一加工流体贮存器113，(b)用于在第一加工流体贮存器113和加工单元120a之间运送第一加工流体流的多个流体管道114，以及(c)用于在加工位置和无孔阻挡件170a之间运送第一加工流体流的腔室130a-b。第二流体系统192a可以包括(a)第二加工流体贮存器193，(b)用于在第二加工流体贮存器193和电极单元180a之间运送第二加工流体流的多个流体管道185，以及(c)用于在电极190a-b和无孔阻挡件170a之间运送第二加工流体流的隔室184a-b。第一和第二加工流体的各成分的浓度可以分别在第一加工流体贮存器113和第二加工流体贮存器193内单独控制。例如，如铜的金属可以加入到各容器113或193内的第一和/或第二加工流体内。另外可以在第一和第二流体系统112a和192a内分别控制第一和第二加工流体的温度和/或除去不需要的材料或气泡。
无孔阻挡件170a在加工单元120a和电极单元180a之间界面的区域内位于第一和第二加工流体之间，以将第一加工流体与第二加工流体分开和/或隔离。例如，阻挡件170a可以是有孔的、可渗透的膜，它允许流体和小分子流经第一和第二加工流体之间的阻挡件170a。或者阻挡件170a可以是无孔的、可半渗透的膜，它防止流体在第一和第二流体系统112和192之间流动，但是选择性地允许离子(例如阴离子和/或阳离子)在第一和第二加工流体之间穿过阻挡件170a，如上参考图2A所示的无孔阻挡件170所述。在其他情况下，阻挡件170a限制气泡、颗粒和大分子例如有机添加剂在第一和第二加工流体之间穿过。
当系统100a用于电化学加工时，可以向电极190a-b和工件W施加电势，从而电极190a-b成为阳极，而工件W成为阴极。第一和第二加工流体因此分别成为阴极电解液和阳极电解液，并且每种流体可以包括要镀覆在工件W上的金属离子溶液。电极190a-b和工件W之间的电场可以驱动正离子从阳极电解液穿过阻挡件170a到达阴极电解液，或者驱动负离子沿着相反方向运动。在电镀应用中，在微特征工件W处发生电化学反应，其中还原金属离子以在微特征工件W上形成金属的固体层。在电化学蚀刻和其他电化学应用中，电场可以驱动离子沿着相反方向运动。
第一电极190a在加工位置处通过电极单元180a的第一隔室184a内的部分第二加工流体和在加工单元120a的第一腔室130a内的部分第一加工流体向工件W提供电场。因此，第一电极190a提供了通过第一开口144a有效暴露于加工位置的电场。第一开口144a将第一电极190a的电场成型以在第一开口144a的顶部处产生一个“虚拟电极”。这是一个“虚拟电极”，因为绝缘隔板142将第一电极190a的电场成型，从而其效果如同第一电极190a设置在第一开口144a中。虚拟电极如US专利申请09/872151中所述，其内容在此引入作为参考。类似的，第二电极190b通过电极单元180a的第二隔室184b内的部分第二加工流体和在加工单元120a的第一腔室130b内的部分第一加工流体向工件W提供电场。因此，第二电极190b提供了通过第二开口144b有效暴露于加工位置的电场，以产生另一个“虚拟电极”。
在操作中，第一电流施加给第一电极190a，第二电流施加给第二电极190b。可以单独控制第一和第二电流，从而它们在给定时间内可以彼此相同或者不同。另外，第一和第二电流可以在整个镀覆循环内动态变化。第一和第二电极因此提供了高度受控的电场，以为不一致的或者不均匀的籽晶层或者在镀覆循环内的镀覆层中的变化进行补偿。
除了具有多个可单独操作的电极的优点之外，系统100a在将第一加工流体和第二加工流体分开方面也要具有如上述系统100类似的优点。如上所述，例如，在阳极电解液中缺少有机添加剂能提供如下优点(a)减少阴极电解液中分解有机物的副产物；(b)减少有机添加剂的消耗；(c)减少阳极的钝化；以及(d)使纯铜阳极获得有效使用。也期望图2B所示的系统100a在保持第一加工流体内的铜离子或者其它金属离子的理想浓度方面是特别有效的，原因如下详细所述。
B.电化学沉积系统的操作图3A-3H显示了在镀覆循环过程中和在空闲时期内在系统100和100a的阳极电解液和阴极电解液中氢和铜离子浓度之间的关系。为了简便起见，以下关于图3A-3H的描述更具体的描述了操作图2A所示的系统100的几个实施方案。系统100a中阳极电解液和阴极电解液的操作可以基本与系统100的这些特征的操作类似甚至是相同。如此，以下描述也适用于图2B所示的系统100a。
图3A和3B分别显示了在镀覆循环中在第一加工流体(阳极电解液)和第二加工流体(阴极电解液)中的氢离子浓度。电场容易驱动氢离子在镀覆循环过程中从阳极电解液越过无孔阻挡件170(图2A)到达阴极电解液。因此，氢离子浓度在阳极电解液中下降，而在阴极电解液中上升。按照百分浓度变化或者摩尔浓度测量，在阳极电解液中氢离子浓度的下降一般明显高于在阴极电解液中氢离子浓度的对应升高，原因在于(a)在所示系统100内的阴极电解液的体积大于阳极电解液的体积；以及(b)在阳极电解液中的氢离子浓度远比在阳极电解液中的高。
图3C和3D显示了在镀覆循环过程中阳极电解液和阴极电解液中铜离子浓度。在镀覆循环中，阳极补充了阳极电解液中的铜离子，电场驱动铜离子从阳极电解液越过无孔阻挡件170到达阴极电解液。阳极在镀覆循环中向阳极电解液补充铜离子。因此，如图3C所示，在阳极电解液中的铜离子浓度在镀覆循环过程中升高。相反，在阴极电解液池中，图3D显示了在阴极电解液中铜离子浓度在镀覆循环中起初下降，因为铜离子被消耗以在微特征工件W上形成层。
图3E-3H显示了在图2A的系统100空闲时阳极电解液和阴极电解液中氢和铜离子的浓度。例如，图3E和3F显示在系统100空闲时，氢离子浓度在阳极电解液中升高，在阴极电解液中下降，因为阴极电解液中更高的酸浓度驱动氢离子越过无孔阻挡件170至阳极电解液。图3G和3H显示了在系统100空闲时铜离子浓度在阳极电解液中下降而在阴极电解液中升高。氢离子移动到阳极电解液中，产生了驱动铜离子从阳极电解液至阴极电解液的电荷不平衡。因此，所示实施方案的一个特征在于当系统100空闲时，阴极电解液因为在阳极电解液和阴极电解液中的酸浓度差而补充了铜。这个特征的优点在于，在系统100空闲时，可以保持阴极电解液中铜的所需浓度。这个特征的另一个优点在于，铜离子越过无孔阻挡件170的更多移动防止阳极电解液被铜饱和，否则会导致阳极的钝化和/或形成盐晶体。
图2A所示的系统100的前述操作有一部分是通过选择适当的氢离子(也就是酸质子)和铜的浓度而发生的。在用于沉积铜的几个有用的处理中，在第一加工流体中的酸浓度大致是10g/l至大致200g/l，在第二加工流体内的酸浓度大致是0.1g/l至大致1.0g/l。或者，第一和/或第二加工流体的酸浓度可以在这个范围之外。例如，第一加工流体可以具有第一酸浓度，第二加工流体可以具有小于第一浓度的第二酸浓度。第一酸浓度与第二酸浓度的比值例如可以大致是10∶1至大致20000∶1。铜的浓度也是一个参数。例如在许多镀铜应用中，第一和第二加工流体可以具有大致10g/l至大致50g/l之间的铜浓度。尽管前述范围对许多应用都是有用的，但是可以理解，第一和第二加工流体可以具有其他的铜和/或酸浓度。
在其他实施方案中，无孔阻挡件可以是阴离子的，电极可以是惰性阳极(例如铂或者铱氧化物)，以防止在第一加工流体内累积硫酸根离子。在该实施方案中，在第一和第二加工流体内的酸浓度或者pH可以类似。或者第二加工流体可以具有更高的酸浓度以增加流体的导电性。铜盐(硫酸铜)可以加入到第一加工流体内，以补充流体内的铜。可以通过硫酸根离子从第一加工流体向第二加工流体的通过来将电流携带穿过阻挡件。因此硫酸根离子较不容易累积在第一加工流体内，否则它们会在此对沉积的膜产生不良影响。
在其他实施方案中，系统可以从工件上电化学蚀刻铜。在这些实施方案中，第一加工溶液(阳极电解液)含有可以包括铜离子的电解液。在电化学蚀刻中，可以向电极和/或工件施加电势。阴离子无孔阻挡件可以用于防止正离子(例如铜)穿过进入到第二加工流体(阴极电解液)中。因此，通过阴离子携带电流，禁止铜离子流动靠近并且沉积在电极上。
所示系统100的前述操作通过选择适当的阳极电解液和阴极电解液体积来实现。参考图2A，所示系统100的其他特征是在对应的加工流体贮存器113和193以及流体系统112和192内具有第一体积的第一加工流体和第二体积的第二加工流体。在第一体积和第二体积之间的比值可以大致是1.5∶1至20∶1，在许多应用中大致是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体中的体积差异缓和了在第一加工流体内的材料浓度中的变化。例如如上参考图3A和3B所示，当氢离子从阳极电解液移动至阴极电解液时，阴极电解液中氢离子浓度变化百分数小于在阳极电解液中氢离子浓度变化，因为阴极电解液体积比阳极电解液体积大。在其他实施方案中，第一和第二体积可以近似相等。
C.电化学沉积容器的实施方案图4是显示根据本发明另一实施方案的湿化学容器210的截面部分的等距视图。容器210被构成为用在与系统100和100a(图2A和2B)类似的系统中，用于电化学沉积、电抛光、阳极氧化、或者其他微特征工件的湿化学处理。相应地，图4所示的容器210是这种类型的容器110或110a的一个示例。如此，容器210可以连接至第一加工流体贮存器(未显示)，从而第一流体系统(部分显示为212a-b)可以向工件提供第一加工流体以进行加工。容器210也可以连接至第二加工流体贮存器(未显示)，从而第二流体系统(部分显示为292a-b)可以将第二加工流体输送到电极附近。
所示的容器210包括加工单元220，与加工单元220连接的阻挡单元260，以及与阻挡单元260连接的电极单元280。加工单元220、阻挡单元260、以及电极单元280不必是分开的单元，但是它们可以是一个单元的各部分或者各元件。加工单元220包括具有第一流体系统212a的第一部分的底盘228，以将第一加工流体流引导穿过底盘228。第一流体系统的第一部分212a可以包括与底盘228相连的一个单独的元件和/或在底盘228内的多个流体通道。在这个实施方案中，第一流体系统212a的第一部分包括导管215，具有多个槽217的第一流体引导件216，和前室218。第一流体引导件216中的槽217将流体径向朝着前室218分配。
第一流体系统212a的第一部分还包括接收来自前室218的流体的第二流体引导件219。第二流体引导件219可以包括具有多个开口222的侧壁221和具有多个孔225的流体发射装置。开口222可以是围绕侧壁221径向设置的竖直狭缝，以提供朝着流体发射装置224径向向内发射的多个流体分量。流体发射装置224中的孔225可以是多个长条形的狭缝，或者其他的向上和径向向内倾斜的开口。流体发射装置224接收来自开口222的径向流体分量，并将流体重新引导通过孔225。可以理解，开口222和孔225可以具有几种不同的结构。例如孔225可以将流体径向向内发射，而不会向上倾斜，或者孔225可以按照比图4所示的角度还大的角度向上倾斜。相应地孔225可以按照大致0°-45°的角度范围倾斜，在几个具体的实施方案中，孔225可以按照大致5°-25°的角度向上倾斜。
加工单元220也可以包括场成型模块240，用于将电场成型并在加工位置处引导第一加工流体流。在该实施方案中，场成型模块240具有带第一轮缘243a的第一分隔件242a，带第二轮缘243b的第二分隔件242b，以及带第三轮缘243c的第三分隔件242c。第一轮缘243a限定第一开口244a，第一轮缘243a和第二轮缘243b限定第二开口244b，第二轮缘243b和第三轮缘243c限定第三开口244c。加工单元220可以还包括具有轮缘246的堰245，在该轮缘上加工流体可以流入到回收渠道247中。第三轮缘243c和堰245限定第四开口244d。场成型模块240和堰245通过多个螺栓或者螺钉连接至加工单元220，多个密封件249位于底盘228和场成型模块240之间。
容器210不限于具有图4所示的场成型单元240。在其他实施方案中，场成型单元可以具有其他结构。例如场成型单元可以具有限定第一开口的第一绝缘部件和在第一开口之上限定第二开口的第二绝缘部件。第一开口可以具有第一区域，第二开口可以具有不同于第一区域的第二区域。第一和第二开口可以具有不同的形状。
在所示的实施方案中，在加工单元220内第一流体系统212a的第一部分还包括与前室218流体相通的第一渠道230a，与第二开口244b流体相通的第二渠道230b，与第三开口244c流体相通的第三渠道230c，以及与第四开口244d流体相通的第四渠道230d。第一流体系统212a的第一部分因此可以将第一加工流体运送至加工位置，以在加工位置处提供所需的流体流分布图。
在该特定的加工单元220中，第一加工流体进入入口214，并经过管道215和第一流体引导件216。第一加工流体然后分成两路流动，一部分流体经过前室218向上穿过第二流体引导件219流动，另一部分流体经过加工单元220的第一渠道230a向下流动进入阻挡件单元260。向上的流体经过第二流体引导件219，穿过流体发射装置224和第一开口244a。部分第一加工流体向上流到轮缘243a上，经过工件附近的加工单元，然后流到堰245的轮缘246上。第一加工流体的其他部分向下流经加工单元220的每个渠道230b-d，并进入阻挡件单元260。
所示的容器210的电极单元280包括容纳电极组件的容器282和第二流体系统292a的第一部分。所示的容器282包括多个隔板或者壁286，它们限定了多个隔室284(分别表示为284a-b)。这种容器282的壁286是同心的环状隔板，它们限定了环状的隔室284。但是在其它实施方案中，壁可以具有不同的构造，以形成非环形的隔室和/或每个隔室可以再分为小隔间。图4所示的具体的实施方案具有四个隔室284，但是在其它实施方案中，容器282可以包括任何数量的隔室来容纳电极。隔室284可以限定第二流体系统292a的第一部分的一部分，第二加工流体由此流出。
容器210可以还包括设置在电极单元280中的至少一个电极。图4所示的容器282包括在第一隔室284a内的第一电极290a，在第二隔室284b内的第二电极290b，在第三隔室284c内的第三电极290c，在第四隔室284d内的第四电极290d。电极290a-d可以是彼此同心设置的环形或者圆形导电元件。在其它实施方案中，电极可以是弧形段或者具有其它的形状和布局。尽管在所示的实施方案中有四个电极290，但是其它实施方案可以包括不同数量的电极，可以包括一个电极、两个电极等。
在该实施方案中，电极290连接至延伸穿过电极单元280的容器282的电连接器系统291，以将电极290连接至电源。电极290可以在整个镀覆循环中提供恒定的电流，或者在镀覆循环内流经一个或者多个电极290的电流可以根据工件的特定参数发生变化。另外，每个电极290可以具有与其它电极290的电流不同的独有电流。电极290可以按照DC、脉冲的和脉冲反向波形操作。用于操作电极的适当过程如US专利申请09/849505、09/866391以及09/866463所述，其全文在此引入作为参考。
第二流体系统292a的第一部分通过电极单元280运送第二加工流体。更具体的说，第二加工流体通过入口285进入到电极单元280中，然后流体分成流入到每个隔室284的第二加工流体的各个部分。在流体流经隔室284并进入到阻挡件单元260的时候，第二加工流体的各部分流经对应的电极290。
所示的阻挡件单元260位于加工单元220和电极单元280之间，以分离第一加工流体和第二加工流体，并同时允许来自电极290的各电场通过开口244a-d作用。阻挡件单元260包括第一流体系统212b的第二部分，第二流体系统292b的第二部分，以及将第一流体系统212中的第一加工流体与第二流体系统292中的第二加工流体相分离的无孔阻挡件270。第一流体系统212b的第二部分与第一流体系统212a的第一部分在加工单元220内流体相通。第一流体系统212b的第二部分包括在无孔阻挡件270附近的多个环形开口265(分别用265a-d表示)，在加工单元220内在对应的环形开口265和对应的渠道230之间延伸的多个渠道264(分别用264a-d表示)，以及在对应的环形开口265和第一出口273之间延伸的多个通道272。如此，第一加工流体从加工单元220的渠道230a-d流出并流向阻挡件单元260的对应渠道264a-d。在流经阻挡件单元260的渠道264a-d之后，第一加工流体沿着大体与无孔阻挡件270平行的方向经过对应的环形开口265流向对应的通道272。第一加工流体流经通道272，并通过第一出口273流出容器210。
第二流体系统292b的第二部分与第二流体系统292a的第一部分在电极单元280内流体相通。第二流体系统292b的第二部分包括在电极单元280内在阻挡件270和对应的隔室284之间延伸的多个渠道266(分别用266a-d表示)以及在无孔阻挡件270和第二出口275之间延伸的多个通道274。如此，第二加工流体从隔室284a-d流向对应的渠道266a-d，并碰撞到无孔阻挡件270上。第二加工流体流动将无孔阻挡件270朝向加工单元220弯曲，从而流体可以沿着基本与阻挡件270平行的方向在阻挡件270和阻挡件单元260的表面263之间流向对应的通道274。第二加工流体流经通道274，并通过第二出口275流出容器210。
无孔阻挡件270设置在第一流体系统212b的第二部分和第二流体系统292b的第二部分之间，以分离第一和第二加工流体。无孔阻挡件270可以是半渗透膜，用于抑制流体在第一和第二流体系统212和292之间流动，同时允许离子在第一和第二加工流体之间穿过阻挡件270。如上所述，无孔阻挡件270也可以具有阳离子或者阴离子选择性，并因此仅允许所选择的离子穿过阻挡件270。因为抑制了流体穿过无孔阻挡件270，因此阻挡件270不会被堵塞。
电流可以在存在电解液的情况下沿着任何方向流过无孔阻挡件270。例如，电流可以从渠道266中的第二加工流体流向环形开口265中的第一加工流体。另外，无孔阻挡件270可以是亲水的，从而加工流体中的气泡不会使得部分阻挡件270变得干燥和阻挡电流。图4所示的无孔阻挡件270也是柔软的，以允许第二加工流体从渠道266侧向(例如环状的)在阻挡件270和阻挡件单元260的表面263之间流向对应的通道274。当第二加工流体比第一加工流体对阻挡件270施加更大的压力时，无孔阻挡件270可以向上弯曲。
容器210也控制在电极290或者在系统中形成的气泡。例如，无孔阻挡件270、阻挡单元260的下部以及电极单元280相对于加工单元220倾斜，以防止第二加工流体中的气泡在阻挡件270上被捕获。当第二加工流体中的气泡向上移动经过隔室284和渠道266，无孔阻挡件270和阻挡件270的弓形件在每个渠道266上的成角度的取向导致气泡在阻挡件270之下朝着与每个渠道266对应的表面263的上侧成侧向移动。通道274将气泡带出第二出口275而将其除去。所示的无孔阻挡件270的取向为大致成5°的角度α。在另外的实施方案中，阻挡件270可以按照足以除去气泡的大于或者小于5°的角度取向。因此角度α不限于5°。通常，角度α应当大到足以使得气泡向高侧迁移，但是不能大到会对电场产生不良影响。
所示的阻挡件单元260的一个优点在于，无孔阻挡件270的角度α防止气泡被部分阻挡件270捕获并在阻挡件270上产生绝缘区域，后者会对电场产生不利的影响。在其他实施方案中，可以使用其他的器件对加工流体脱气，作为阻挡件270倾斜的替代或者补充。如此，无孔阻挡件270不必在所有的应用中相对于加工单元220倾斜。
电极290和无孔阻挡件270之间的间隔是容器210的另一个设计标准。在所示的容器210中，无孔阻挡件270和每个电极290之间的距离基本相同。例如，在无孔阻挡件270和第一电极290a之间的距离大致与在无孔阻挡件270和第二电极290b之间的距离相同。或者，无孔阻挡件270和每个电极290之间的距离可以不同。在任何一种情况下，在无孔阻挡件270和单个电极290的每个弧形段之间的距离基本相同。希望单个电极290的每个部分和无孔阻挡件270之间的均匀距离与在电极290的各段与阻挡件270之间具有不同距离的情况相比能对电场形成更准确的控制。因为第二加工流体具有较少的酸，并因此导电性更小，因此在无孔阻挡件270和各电极290的单个段之间的距离差异对在工件处电场的影响比在工件和阻挡件270之间的距离差异的影响更大。
在操作中，加工单元220、阻挡件单元260、以及电极单元280一同操作以在工件处提供理想的电场分布图(例如电流密度)。第一电极290a通过在第一渠道230a、264a和266a以及第一隔室284a中流动的部分第一和第二加工流体对工件提供电场。因此，第一电极290a通过第一开口244a提供一个有效暴露于加工位置的电场。第一开口244a根据第一分隔件242a的轮缘243a的构造，对第一电机90的电场成型，以在第一开口244a的顶部处形成“虚拟电极”。它是“虚拟电极”，因为场成型模块240对第一电极290a的电场成型，从而其效果如同第一电极290a置于第一开口244a中。虚拟电极如美国专利申请09/872151中所述，其内容在此引入作为参考。类似的，第二、第三和第四电极290b-d通过分别在第二渠道230b、264b和266b，第三渠道230c、264c和266c，第四渠道230d、264d和266d流动的第一和第二加工流体的各部分向加工位置提供电场。因此，第二、第三和第四电极290b-d通过第二、第三和第四开口244b-d分别提供了有效暴露于加工位置的电场，以产生对应的虚拟电极。
图5是显示图4的湿化学容器210的截面侧部的示意侧视图。所示的容器210还包括在加工单元220和阻挡件单元260之间的第一接口元件250和位于阻挡件单元260和电极单元280之间的第二接口元件252。在该实施方案中，第一接口元件250是一个具有多个开口251的密封件，以允许加工单元220的渠道230与阻挡件单元260的对应渠道264之间流体相通。密封件是一种将对应的渠道230和264内的电场电绝缘的绝缘材料。类似的，第二接口元件252是一个具有多个开口253的密封件，以允许阻挡件单元260的渠道266与电极单元280的对应隔室284之间流体相通。
所示的容器210还包括用于将阻挡件单元260与加工单元220相连接的第一连接组件254a和用于将电极单元280与阻挡件单元260连接的第二连接组件254b。第一和第二连接组件254a-b可以是快速释放装置，以将对应的单元牢固地保持在一起。例如，第一和第二连接组件254a-b可以包括夹环255a-b和将夹环255a-b在第一位置和第二位置之间移动的闩锁256a-b。当闩锁256a-b将夹环255a-b从第一位置移动至第二位置时，夹环255a-b的直径减小，以将相应的单元夹在一起。任选的，当第一和第二连接组件254a-b从第一位置移动至第二位置时，连接组件254a-b将对应的单元驱动到一起，以将接口元件250和252压在一起，并将各单元彼此适当地定位。这种类型的适当的连接组件如2003年6月6日提交的美国专利申请60/476881所述，其全文在此引入作为参考。在其他实施方案中，连接组件254a-b可以不是快速释放装置，并且可以包括多个夹环，多个闩锁，多个螺栓，或者其他类型的紧固件。
图4和5所示的容器210的一个优点是可以更换阻挡件单元260和/或电极单元280中的磨损元件，而不用将加工单元220长时间关闭。阻挡件单元260和/或电极单元280可以从加工单元220中快速除去，然后替换的阻挡件和/或电极可以在几分钟之内连接上。这与需要在容器上现场维修元件或者需要从容器上除去整个腔室的传统系统相比，明显减少了用于维修电极或者其他加工元件的停机时间。
阻挡件单元260的替换实施方案可以包括多孔阻挡件，作为如上参考图4和5所示并描述的无孔阻挡件270的替代。这种多孔阻挡件一般分离第一和第二流体系统，但是多孔阻挡件一般允许一些流体在第一和第二流体系统之间流动。
D.电化学沉积容器的其他实施方案图6是根据本发明的另一个实施方案的湿化学容器310的示意图。容器310包括加工单元320(示意性的显示)，电极单元380(示意性的显示)和分离加工单元320及电极单元380的阻挡件370(示意性的显示)。加工单元320和电极单元380可以大体与如上参考图4和5所述的加工单元220和电极单元280类似。例如，加工单元320可以包括部分第一流体系统在加工位置处朝着工件运送第一加工流体流，电极单元380可以包括至少一个电极390和部分第二流体系统以至少向电极390附近运送第二加工流体流。阻挡件370可以是无孔阻挡件或者有孔阻挡件。
与容器210不同，容器310不包括单独的阻挡件单元，阻挡件370直接连接在加工单元320和电极单元380之间。阻挡件370按照非常类似无孔阻挡件270的方式分离加工单元320中的第一加工流体和电极单元380中的第二加工流体。容器310的另一个不同是阻挡件370和电极单元380不相对于加工单元320倾斜。
第一和第二加工流体可以在容器310中沿着上述参考图4和5的容器210所述的流体方向相反的方向流动。更具体的说，第一加工流体可以沿着路径F1从阻挡件370朝着工件流动，并向加工位置的附近流出容器310。第二加工流体可以沿着路径F2从阻挡件370朝着电极390流动，然后流出容器310。在其他实施方案中，容器310可以包括用于给第一和/或第二加工流体脱气的装置。
图7示意性地显示了具有加工单元420、电极单元480、以及相对于加工单元420和电极单元480倾斜的阻挡件470的容器410。该实施方案类似于容器310，因为它不具有单独的阻挡件单元，阻挡件470可以是无孔或者多孔的，但是容器410与容器310不同的是，阻挡件470以一个角度倾斜。或者图8示意性的显示了包括加工单元520、电极单元580、以及加工单元520和电极单元580之间的阻挡件570的容器510。容器510与容器410类似，但是阻挡件570和电极单元580在容器510内都相对于加工单元520倾斜。
E.带有安装模块的综合工具的实施方案图9示意性的显示了可以进行一个或者多个湿化学过程的综合工具600。工具600包括封装台面664、多个湿化学加工台601和运输系统605的外壳或者机壳602。每个加工台601包括容器、腔室、或者反应器610以及将微特征工件W在反应器610内移进移出的工件支撑体(例如提升-旋转单元)613。容器、腔室或者反应器610可以大体与上述参考图2A-8所述的任何一个容器类似。台601可以包括旋转-漂洗-干燥腔室，籽晶层修复腔室、清洁密封舱、蚀刻密封舱、电化学沉积腔室、和/或其他类型的湿化学加工容器。运输系统605包括线性轨道604和沿着轨道604移动以将单个的工件W在工具600内运输的机器人603。综合工具600还包括具有多个用于保持工件W的容器607的工件加载/卸载单元608。在操作中，机器人603根据预定的工作流程在工具600内从容器607和向容器607运送工件W。例如，单个的工件W可以经过密封层修复过程、镀覆过程、旋转-漂洗-干燥过程以及退火过程。或者单个的工件W可以不经过密封层修复过程或者可以进行不同的处理。
图10A为一立体图，显示出根据本发明一实施方案的综合工具600。该综合工具600包括一框架662、安装在框架662上的一尺寸稳定的安装模块660、多个湿化学处理腔室610和多个工件支撑件613。该工具600还可以包括一输送系统605。安装模块660承载着处理腔室610、工件支撑件613和输送系统605。
框架662具有按照本领域已知的方式焊接在一起的多个支柱663和横杆661。多个外面板和门(在图10A中未示出)通常安装在框架662上以形成一封闭机壳602(图9)。安装模块660至少部分容纳在框架662内。在一个实施方案中，安装模块660由框架662的横杆661承载，但是安装模块660可以任选直接安放在设备的底板或其他结构上。
安装模块660是一种刚性稳定结构，它保持了在湿化学处理腔室610、工件支撑件613和输送机构605之间的相对关系。安装模块660的一个方面在于，与框架662相比其刚性大得多并且具有明显更大的结构完整性，从而在湿化学处理腔室610、工件支撑件613和输送机构605之间的相对关系不会随着时间改变。安装模块660的另一个方面在于，它包括一尺寸稳定的台面664，它在精确位置处具有用来将处理腔室610和工件支撑件613定位在台面664上的已知位置处的定位元件。在一个实施方案(未示出)中，输送系统605直接安装在台面664上。在图10A中所示的布置中，安装模块660还具有一尺寸稳定的平台665，并且输送系统605安装在平台665上。台面664和平台665相对于彼此固定设置，从而在台面664上的定位元件和在平台665上的定位元件不会相对于彼此运动。安装模块660因此提供了这样一种系统，其中湿化学处理腔室610和工件支撑件613可以拆除并且按照将更换部件精确设置在台面664上的精确位置处这样一种方式用可互换部件更换。
工具660尤其适用于具有需要频繁维护湿化学处理腔室610、工件支撑件613或输送系统605的苛求规范的用途。可以通过简单地将腔室从处理台面664拆卸下并且用具有构成为与在台面664上的定位元件邻接的安装硬件的可互换腔室更换该腔室610来修理或维护湿化学处理腔室610。因为安装模块660在尺寸上稳定并且更换处理腔室610的安装硬件与台面664邻接，所以可以在台面664上互换腔室610，而不必重新校准输送系统605。预计这将明显减少与修理或维护处理腔室610相关的停机时间，从而该工具600能够在具有严格性能规范的用途中保持高处理量。
图10B为工具600的顶部平面图，显示出安装在安装模块660上的输送系统605和装载/卸载单元608。参照图10A和10B，轨道604安装在平台665上，并且具体地说与在平台665上的定位元件邻接，从而它相对于腔室610和安装在台面664上的工件支撑件613精确定位。机器人603(它包括用于夹紧工件W的端部作用件606)因此能够使工件W在由安装模块660建立的固定尺寸稳定的参考框架中运动。参照图10B，工具600还可以包括多个安装在框架662上的多个面板666，以包围着在机壳602中的安装模块660、湿化学处理腔室610、工件支撑件613和输送系统605。可选的是，在工具600的一侧或两侧上的面板666可以在处理台面664上方的区域中拆除以提供打开的工具。
F.尺寸稳定的安装模块的实施方案图11为根据本发明一实施方案构成的用在工具600(图9-10B)中的安装模块660的立体图。该台面664包括一刚性第一面板666a和叠置在第一面板666a下面的一刚性第二面板666b。第一面板666a为一外部构件，并且第二面板666b为与外部构件并置的一内部构件。可选的是，第一和第二面板666a和666b可以具有与在图11中所示的那种不同的结构。在第一和第二面板666a和666b中设有多个腔室接受座667，用来接受湿化学处理腔室610(图10A)。
台面664还包括在第一面板666a上以精确图案布置的多个定位元件668和连接元件669。定位元件668包括在第一面板666a中的精确位置处机加工出的孔和/或容纳在这些孔中的榫钉或销子。榫钉也构成为与湿化学处理腔室610邻接(图10A)。例如，榫钉能够容纳在处理腔室610的相应孔或其他邻接构件中。在其他实施方案中，定位元件668包括销子，例如圆柱形销或锥形销，它们从第一面板666a中向上伸出且不会设置在第一面板666a的孔中。台面664具有一组位于每个腔室接受座667处的第一腔室定位元件668a，用来将各个湿化学处理腔室精确设置在安装模块660上的精确位置处。台面664还可以包括靠近每个接受座667的一组第一支撑件定位件定位元件668b，用来将各个工件支撑件613(图10A)精确设置在安装模块660上的精确位置处。第一支撑件定位元件668b设置并且构成为与工件支撑件613的相应定位元件配合。连接元件669可以为在第一面板666a中的螺纹孔，用来容纳螺栓以将腔室610和工件支撑件613固定在台面664上。
安装模块660还包括沿着台面664的外侧板670a、沿着台面664的纵向内边缘的内侧板670b以及连接在台面664的端部上的端板670c。输送平台665与内侧板670b和端板670c连接。输送平台665包括轨道定位元件668c，用来将输送系统605(图10A和10B)的轨道604(图10A和10B)精确定位在安装模块660上。例如，轨道定位元件668c可以包括与轨道604的相应孔、销或其他邻接构件配合的销或孔。输送平台665还可以包括连接元件669例如螺纹孔，用来容纳螺栓以将轨道604固定在平台665上。
图12为一剖视图，显示出台面664的内部结构的一个合适实施方案，并且图13为在图12中所示的台面664的一部分的祥视图。台面664包括在外侧板670a和内侧板670b之间横向延伸的撑杆671例如横梁。第一面板666a连接在横梁671的上侧上，并且第二面板666b连接在撑杆671的下侧上。台面664还可以包括多个用来将第一和第二面板666a和666b固定在撑杆671上的贯通螺栓672和螺母673。如在图13中最清楚地所示一样，撑杆671包括多个让贯通螺栓672从中延伸穿过的孔674。螺母673可以焊接在螺栓672上以增强在这些部件之间的连接。
台面664的这些面板和撑杆可以由不锈钢、其他金属合金或者纤维加强复合材料制成。例如，面板和板可以由Nitronic 50不锈钢、实心铸造材料、Hastelloy 625钢合金或填充有云母的实心铸造环氧树脂制成。纤维加强复合材料可以包括在硬化树脂中的碳纤维或Kevlar网。用于面板666a和666b的材料应该高刚度并且可以与用在湿化学处理中的化学制品兼容。不锈钢非常适用于许多用途，因为它坚固但是不会受到在湿化学处理中所用的许多电解溶液或清洁溶液的影响。在一个实施方案中，面板和板666a-b和670a-c为0.125至0.375英寸厚的不锈钢，并且更具体地说它们可以为0.250英寸厚的不锈钢。但是这些面板和板在其它实施方案中可以具有不同的厚度。
撑条671也可以为不锈钢，纤维加强复合材料、其它金属合金和/或实心铸造材料。在一个实施方案中，撑条可以为0.5至2.0宽不锈钢横梁，更具体地说为1.0英寸宽2.0英寸高的不锈钢横梁。在其它实施方案中，撑条671可以为由金属(例如，不锈钢、铝、钛)、聚合物、纤维玻璃或其它材料制成的蜂窝芯部或其它结构。
通过组装台面664的各个部分然后将端板670c焊接或以其它方式粘接在台面664的各个部分上，从而构成安装模块660。台面664的部件通常没有焊缝地由贯通螺栓672紧固在一起。外侧板670a和内侧板670b采用焊缝和/或紧固件连接在台面664和端板670c上。然后将平台665固定连接在端板670c以及内侧板670b上。安装模块660的组装顺序可以改变并且不限于上述程序。
安装模块660提供了一种重型尺寸稳定的结构，它将在位于台面664上的定位元件668a-b和位于平台665上的定位元件668c之间的相对位置保持在不需要在每次将更换处理腔室610或工件支撑件613安装在台面664上时校准输送系统605。安装模块660通常为一刚性结构，它足够坚固以在将湿化学处理腔室610、工件支撑件613和输送系统605安装在安装模块660上时保持在定位元件668a-b和668c之间的相对位置，并且输送系统605安装在该安装模块660上。在几个实施方案中，安装模块660构成为将在定位元件668a-b和668c之间的相对位置保持在0.025英寸的范围内。在其它实施方案中，安装模块构成为将在定位元件668a-b和668c之间的相对位置保持在大约0.005至0.015英寸的范围内。因此，台面664通常将均匀平坦表面保持在大约0.025英寸的范围内，并且在更特定的实施方案中保持在大约0.005-0.015英寸。
从上面将理解的是，为了举例说明在这里已经描述了本发明的特定实施方案，但是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种变型。例如，上面实施方案的任一个的各个方面可以以不同的组合方式组合，或者那些特征例如尺寸、材料类型和/或流体流量可以不同。因此，本发明由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种用于在微特征工件上沉积材料的电化学沉积腔室，该腔室包括加工单元，包括被配置为向微特征工件运送第一加工流体流的第一流体系统；电极单元，与加工单元相连，电极单元包括电极和被配置为至少向电极附近运送第二加工流体流的第二流体系统；以及无孔阻挡件，位于加工单元和电极单元之间，以分离第一和第二加工流体，无孔阻挡件是允许阳离子或者阴离子穿过在第一和第二加工流体之间的阻挡件的材料。
2.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件是阴离子选择交换阻挡件，它抑制阳离子在第一和第二加工流体之间经过。
3.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件是阳离子选择交换阻挡件，它抑制阴离子在第一和第二加工流体之间经过。
4.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件是易弯曲的。
5.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件将第一加工流体流与第二加工流体流分开。
6.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件在存在电解液的情况下允许流过电流。
7.如权利要求1所述的腔室，还包括第一加工流体，其中第一加工流体包括阴极电解液；以及第二加工流体，其中第二加工流体包括阳极电解液。
8.如权利要求1所述的腔室，还包括第一加工流体，其中第一加工流体具有浓度大致为10g/l至大致200g/l的酸；以及第二加工流体，其中第二加工流体具有浓度大致为0.1g/l至大致200g/l的酸。
9.如权利要求1所述的腔室，其中第二加工流体具有浓度大致为0.1g/l至大致1.0g/l的酸。
10.如权利要求1所述的腔室，还包括第一加工流体，其中第一加工流体具有第一浓度的酸；以及第二加工流体，其中第二加工流体具有第二浓度的酸，第一浓度与第二浓度之间的比值在大致1∶1至大致20000∶1之间。
11.如权利要求1所述的腔室，其中电极单元还包括多个电极。
12.如权利要求1所述的腔室，其中电极是第一电极；电极单元还包括第二电极；以及该腔室还包括在第一电极和第二电极之间的绝缘隔板。
13.如权利要求1所述的腔室，还包括场成型模块，以将电极感应的第一加工流体中的电场成形。
14.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件相对于加工单元倾斜，以从第二加工流体中排出气体。
15.如权利要求1所述的腔室，还包括与加工单元和电极单元连接的阻挡件单元，该阻挡件单元包括无孔阻挡件。
16.如权利要求1所述的腔室，其中无孔阻挡件包括第一侧和与第一侧相对的第二侧；第一流体系统被配置为至少在无孔阻挡件的第一侧附近流动第一加工流体；以及第二流体系统被配置为至少在无孔阻挡件的第二侧附近流动第二加工流体。
17.如权利要求1所述的腔室，其中电极包括纯铜电极。
18.如权利要求1所述的腔室，其中电极包括铜磷电极。
19.一种电化学沉积腔室，用于将材料沉积到微特征工件上，该腔室包括一头组件，它包括被配置为将微特征工件设置在加工位置处的工件支架和布置成为向工件上的层提供电流的多个电触点；以及一容器，它包括用于承载在工件附近的阴极电解液和阳极电解液中的一种的加工单元、具有一电极并且被配置为用来承载至少在所述电极附近的阴极电解液和阳极电解液中的另一种的一电极单元以及在加工单元和电极单元之间的一半透性阻挡件，其中所述半透性阻挡件选择地阻止阳离子和阴离子中的一种在阴极电解液和阳极电解液之间通过。
20.如权利要求19所述的腔室，其中半透性阻挡件为阳离子选择性离子交换阻挡件或阴离子选择性离子交换阻挡件。
21.如权利要求19所述的腔室，其中所述半透性阻挡件使阴极电解液流与阳极电解液流分开。
22.如权利要求19所述的腔室，还包括与加工单元和电极单元连接的阻挡件单元，该阻挡件单元包括一半透性阻挡件。
23.一种用于湿化学加工微特征工件的反应器，该反应器包括一加工单元，用于给微特征工件提供第一加工流体；一电极单元，它包括一电极；以及位于加工单元和电极单元之间的一阻挡件单元，该阻挡件包括阳离子选择性离子交换阻挡件或阴离子选择性离子交换阻挡件；用于运送第一加工流体的一第一流体系统，该第一流体系统包括在加工单元中的第一部分和与在加工单元中的第一部分流体连通的在阻挡件单元中的第二部分；以及用于将第二加工流体至少运送至所述电极附近的第二流体系统，该第二流体系统包括在电极单元中的第一部分和与在电极单元中的第一部分流体连通的在阻挡件单元中的第二部分，其中离子交换阻挡件使在第一流体系统中的第一加工流体与在第二流体系统中的第二加工流体分开。
24.一种用于湿化学加工微特征工件的腔室，该腔室包括一第一加工流体，其酸浓度在大约10g/l和200g/l之间；一加工单元，装有第一加工流体并且被配置为将第一加工流体提供给微特征工件；一第二加工流体，其酸浓度在大约0.1g/l和1.0g/l之间；一电极单元，装有第二加工流体以及位于第二加工流体附近的电极；以及在加工单元和电极单元之间的一半透性阻挡件，用来使第一和第二加工流体分开。
25.如权利要求24所述的腔室，其中半透性阻挡件阻止阳离子或阴离子在第一和第二加工流体之间通过。
26.如权利要求24所述的腔室，其中第一和第二加工流体每种其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间。
27.一种用于湿化学加工微特征工件的腔室，该腔室包括具有第一酸浓度的第一加工流体；一加工单元，装有第一加工流体并且被配置为将第一加工流体提供给微特征工件；具有第二酸浓度的第二加工流体，第一浓度与第二浓度的比值在大约10∶1和大约20000∶1之间；一电极单元，装有第二加工流体以及位于第二加工流体附近的电极；以及位于加工单元和电极单元之间的一无孔阻挡件，用来使第一和第二加工流体分开。
28.如权利要求27所述的腔室，其中所述无孔阻挡件阻止阳离子在第一和第二加工流体之间通过。
29.如权利要求27所述的腔室，其中第一和第二加工流体每一个其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间。
30.一种湿化学加工微特征工件的系统，该系统包括一加工单元，用于将第一电解液提供给微特征工件；与所述加工单元流体连通的一第一贮存器，该第一贮存器和加工单元被配置为装有第一体积的第一电解液；一电极单元，装有第二电解液和位于第二电解液附近的电极；与所述电极单元流体连通的一第二贮存器，该第二贮存器和电极单元被配置为装有第二体积的第二电解液，第一电解液的第一体积至少为第二电解液的第二体积的两倍；以及位于加工单元和电极单元之间的一半透性阻挡件，用于使第二电解液和第一电解液分开同时允许离子在第二电解液和第一电解液之间通过。
31.如权利要求30所述的系统，其中第一电解液的第一体积与第二电解液的第二体积的比值在大约1.5∶1和大约10∶1之间。
32.如权利要求30所述的系统，还包括第一电解液，其中第一电解液其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间；以及第二电解液，其中第二电解液其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间。
33.如权利要求30所述的系统，还包括第一电解液，其中第一电解液其酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间；以及第二电解液，其中第二电解液其酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间。
34.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使第一加工流体在反应腔室中至少在微特征工件附近流动；使第二加工流体在反应腔室中至少在电极附近流动；将电动势施加在电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用半透性阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开以选择地阻止阳离子和阴离子中的一种在第一和第二加工流体之间通过。
35.如权利要求34所述的方法，其中使第一和第二加工流体分开包括用阻挡件使第一和第二加工流体分开，该阻挡件使得电流能够在存在电解液的情况中从中通过。
36.如权利要求34所述的方法，其中使第一和第二加工流体分开包括使第一加工流体流与第二加工流体流分开。
37.如权利要求34所述的方法，其中使第一加工流体流动包括使其酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间的阴极电解液流动；并且使第二加工流体流动包括使其酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间的阳极电解液流动。
38.如权利要求34所述的方法，其中使第一加工流体流动包括使具有第一酸浓度的的阴极电解液流动；并且使第二加工流体流动包括使具有第二酸浓度的阳极电解液流动，第一酸浓度与第二酸浓度的比值在大约10∶1和大约20000∶1之间。
39.如权利要求34所述的方法，其中将电动势施加在电极上包括将电动势施加在多个电极上。
40.如权利要求34所述的方法，其中半透性阻挡件包括第一侧和与第一侧相反的第二侧，并且其中该方法还包括使第一加工流体至少在半透性阻挡件的第一侧附近流动；并且使第二加工流体至少在半透性阻挡件的第二侧附近流动。
41.如权利要求34所述的方法，其中第一加工流体是第一电荷运送流体，用于运送第一电荷越过阻挡件；以及第二加工流体是第二电荷运送流体，用于运送第二电荷越过阻挡件。
42.如权利要求41所述的方法，其中第一和第二电荷运送流体包括阴离子。
43.如权利要求41所述的方法，其中第一和第二电荷运送流体包括阳离子。
44.如权利要求41所述的方法，其中当反应腔室在操作和空闲时，在第一和第二电荷运送流体中运送的电荷沿着相反的方向移动。
45.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间的第一加工流体在湿化学加工工具中至少在微特征工件附近流动；使酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间的第二加工流体在湿化学加工工具中至少在电极附近流动；将电动势施加在电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用半透性阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
46.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使具有第一离子浓度的第一加工流体在湿化学加工工具中至少在微特征工件附近流动；使具有第二离子浓度的第二加工流体在湿化学加工工具中至少在电极附近流动；将电动势施加在电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用半透性阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开，对第一和第二离子浓度进行选择，以控制大部分电荷载体和跨过半透性阻挡件的浓度平衡。
47.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使具有第一酸浓度的第一加工流体在湿化学加工工具中至少在微特征工件附近流动；使具有第二酸浓度的第二加工流体在湿化学加工工具中至少在电极附近流动，第一酸浓度与第二酸浓度的比值在大致10∶1至大致20000∶1之间；将电动势施加在电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用阳离子选择性离子交换阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
48.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使阴极电解液通过湿化学加工工具的第一流体系统并至少在微特征工件附近流动，该第一流体系统被配置为运送第一体积的阴极电解液；使阳极电解液通过湿化学加工工具的第二流体系统并至少在电极附近流动，该第二流体系统被配置为运送第二体积的阳极电解液，阴极电解液的第一体积至少是阳极电解液的第二体积的两倍；将电动势施加在电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用无孔阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
49.一种用于使材料沉积到微特征工件上的电化学沉积腔室，该腔室包括一加工单元，它包括一第一流体系统，该系统被配置为将第一加工流体流输送到位于加工位置处的微特征工件；一电极单元，它包括一电极隔室和与第一流体系统分开的第二流体系统，第二流体系统被配置为将第二加工流体流输送穿过电极隔室；在电极隔室中的多个单独电极；以及位于加工单元和电极单元之间的一阻挡件，用来阻止所选物质在第一和第二加工流体之间通过。
50.如权利要求49所述的腔室，其中所述电极包括第一电极和第二电极；并且电极单元还包括在第一电极和第二电极之间的绝缘隔板。
51.如权利要求49所述的腔室，其中所述电极包括一第一电极和与第一电极同心布置的一第二电极；并且加工单元还包括一场成型模块，该场成型模块由绝缘材料构成并且具有受到第一电极影响的离子能够从中通过的面对着加工位置的第一部分的第一开口和受到第二电极影响的离子能够从中通过的面对着加工位置的第二部分的第二开口。
52.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件为无孔阻挡件，它阻止了非离子物质在第一和第二加工流体之间通过。
53.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件为半透性阻挡件，它允许阳离子或阴离子通过在第一和第二加工流体之间的阻挡件。
54.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件为半透性阻挡件，用来使第一加工流体流与第二加工流体流分开。
55.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件为可透性阻挡件，用来允许流体在第一和第二加工流体之间流动。
56.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件在存在电解液的情况下允许电流从中通过。
57.如权利要求49所述的腔室，其中所述电极选择地感应出相应的电场；并且加工单元还包括一场成型模块，用来使由电极感应出的电场成型。
58.如权利要求49所述的腔室，其中所述电极包括一第一电极和一第二电极；并且所述电极单元还包括与第一电极连接的第一电连接器和与第二电极连接的第二电连接器，第一和第二电极可以相互独立地操作。
59.如权利要求49所述的腔室，还包括第一加工流体，其中第一加工流体其酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间；以及第二加工流体，其中第二加工流体酸浓度在大约0.1g/l和大约200g/l之间。
60.如权利要求58所述的腔室，其中第二加工流体酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间。
61.如权利要求49所述的腔室，还包括第一加工流体，其中第一加工流体具有第一酸浓度；以及第二加工流体，其中第二加工流体具有第二酸浓度，第一浓度与第二浓度的比值在大约1∶1和大约20000∶1之间。
62.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件相对于加工单元倾斜，以从第二加工流体中排出气体。
63.如权利要求49所述的腔室，还包括与加工单元和电极单元连接的一阻挡件单元，该阻挡件单元包括阻挡件。
64.如权利要求49所述的腔室，其中所述阻挡件包括第一侧和与第一侧相反的第二侧；第一流体系统被配置为使第一加工流体至少在阻挡件的第一侧附近流动；并且第二流体系统被配置为使第二加工流体至少在阻挡件的第二侧附近流动。
65.如权利要求49所述的腔室，其中所述电极包括一纯铜电极。
66.如权利要求49所述的腔室，其中所述电极包括一铜-磷电极。
67.一种用于将材料沉积到微特征工件的电化学沉积腔室，该腔室包括一头组件，它包括被配置为将微特征工件设置在加工位置处的工件支架和布置成为向工件上的层提供电流的多个电触点；以及一容器，它包括(a)一加工单元，装有在工件附近的阴极电解液和阳极电解液中的一种；(b)一电极单元，它具有一电极并且被配置为装有至少在所述电极附近阴极电解液和阳极电解液中的另一种；以及(c)在加工单元和电极单元之间的一半透性阻挡件，用来使阴极电解液和阳极电解液分开。
68.如权利要求67所述的腔室，其中所述阻挡件为半透性阻挡件，它允许阳离子或阴离子通过在第一和第二加工流体之间的阻挡件。
69.如权利要求67所述的腔室，其中所述阻挡件为可透性阻挡件，用来允许流体在阴极电解液和阳极电解液之间流动。
70.如权利要求67所述的腔室，其中所述阻挡件为一无孔阻挡件，用来使阴极电解液流与阳极电解液流分开。
71.如权利要求67所述的腔室，其中所述电极包括一第一电极和一第二电极；并且电极单元还包括在第一电极和第二电极之间的一绝缘隔板。
72.一种用于湿化学加工微特征工件的工具，该工具包括一加工单元，用于将第一加工流体输送至微特征工件；一电极单元，它包括多个电极；在加工单元和电极单元之间的一阻挡件单元，该阻挡件单元包括一阻挡件；用于运送第一加工流体的一第一流体系统，该第一流体系统包括在加工单元中的第一部分和与在加工单元中的第一部分流体连通的在阻挡件单元中的第二部分；以及用于将第二加工流体至少运送至所述电极附近的第二流体系统，该第二流体系统包括在电极单元中的第一部分和与在电极单元中的第一部分流体连通的在阻挡件单元中的第二部分，其中该阻挡件位于在第一流体系统中的第一加工流体和在第二流体系统中的第二加工流体之间。
73.一种用于湿化学加工微特征工件的腔室，该腔室包括一第一加工流体，其酸浓度在大约10g/l和200g/l之间；一加工单元，装有第一加工流体并且被配置为将第一加工流体输送给微特征工件；一第二加工流体，其酸浓度在大约0.1g/l和1.0g/l之间；一电极单元，装有多个电极和在这些电极附近的第二加工流体；以及在加工单元和电极单元之间的一阻挡件，用来使第一和第二加工流体分开。
74.如权利要求73所述的腔室，其中第一和第二加工流体每种其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间。
75.如权利要求73所述的腔室，其中所述阻挡件为无孔阻挡件，用来使第一加工流体流与第二加工流体流分开。
76.如权利要求73所述的腔室，其中所述阻挡件为多孔阻挡件，用来允许流体流在第一和第二加工流体之间流动，同时阻止有机添加剂穿过该阻挡件。
77.一种用于湿化学加工微特征工件的腔室，该腔室包括具有第一酸浓度的第一加工流体；一加工单元，装有第一加工流体并且被配置为将第一加工流体输送至微特征工件；具有第二酸浓度的第二加工流体，第一浓度与第二浓度的比值在大约10∶1和大约20000∶1之间；一电极单元，装有多个电极和在这些电极附近的第二加工流体；以及在加工单元和电极单元之间的一阻挡件，用来阻止有机添加剂在第一和第二加工流体之间通过。
78.如权利要求77所述的腔室，其中所述阻挡件为无孔阻挡件，用来使第一加工流体流与第二加工流体流分开。
79.如权利要求77所述的腔室，其中所述阻挡件为多孔阻挡件，用来允许流体流在第一和第二加工流体之间流动。
80.如权利要求77所述的腔室，其中第一和第二加工流体每种其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间。
81.一种用于湿化学加工微特征工件的系统，该系统包括一加工单元，用于将第一电解液输送到微特征工件；与所述加工单元流体连通的一第一贮存器，该第一贮存器和加工单元被配置为装有第一体积的第一电解液；一电极单元，装有第二电解液和位于第二电解液附近的电极；与所述电极单元流体连通的一第二贮存器，该第二贮存器和电极单元被配置为装有第二体积的第二电解液，第一电解液的第一体积至少为第二电解液的第二体积的两倍；以及位于加工单元和电极单元之间的一阻挡件，用于使第二电解液和第一电解液分开。
82.如权利要求81所述的系统，其中第一电解液的第一体积与第二电解液的第二体积的比值在大约1.5∶1和大约10∶1之间。
83.如权利要求81所述的系统，还包括第一电解液，其中第一电解液其酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间；以及第二电解液，其中第二电解液其酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间。
84.如权利要求81所述的系统，还包括第一电解液，其中第一电解液其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间；以及第二电解液，其中第二电解液其铜浓度在大约10g/l和大约50g/l之间。
85.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使第一加工流体在反应腔室中至少在微特征工件附近流动；使第二加工流体在反应腔室中至少在多个电极附近流动；将独立的电流施加在单个电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
86.如权利要求85所述的方法，其中使第一和第二加工流体分开包括使第一加工流体流与第二加工流体流分开。
87.如权利要求85所述的方法，其中使第一和第二加工流体分开包括用多孔阻挡件使第一与第二加工流体分开，以阻止有机添加剂在第一和第二加工流体之间通过。
88.如权利要求85所述的方法，其中使第一和第二加工流体分开包括用阻挡件使第一与第二加工流体分开，该阻挡件在存在电解液的情况下允许电流从中穿过。
89.如权利要求85所述的方法，其中使第一加工流体流动包括使其酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间的阴极电解液流动；并且使第二加工流体流动包括使其酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间的阳极电解液流动。
90.如权利要求85所述的方法，其中使第一加工流体流动包括使具有第一酸浓度的的阴极电解液流动；并且使第二加工流体流动包括使具有第二酸浓度的阳极电解液流动，第一酸浓度与第二酸浓度的比值在大约10∶1和大约20000∶1之间。
91.如权利要求85所述的方法，其中将单独的电流施加在单个电极上包括将第一电流施加在第一电极上和将与第一电流不同的第二电流施加在第二电极上。
92.如权利要求85所述的方法，还包括在镀覆循环期间动态改变电流。
93.如权利要求85所述的方法，其中第一加工流体是用于运送第一电荷越过阻挡件的第一电荷运送流体；并且第二加工流体是用于运送第二电荷越过阻挡件的第二电荷运送流体。
94.如权利要求93所述的方法，其中第一和第二电荷运送流体包括阴离子。
95.如权利要求93所述的方法，其中第一和第二电荷运送流体包括阳离子。
96.如权利要求93所述的方法，其中在第一和第二电荷运送流体中的电荷载体在反应腔室正在工作和空闲时沿着相反方向运动。
97.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使第一加工流体在电化学沉积腔室中至少在微特征工件附近流动；使第二加工流体在电化学沉积腔室中至少在电极附近流动；将多个电动势施加在多个单独电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且阻止有机添加剂穿过在第一加工流体和第二加工流体之间的阻挡件。
98.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使其酸浓度在大约10g/l和大约200g/l之间的第一加工流体在湿化学加工工具中至少在微特征工件附近流动；使其酸浓度在大约0.1g/l和大约1.0g/l之间的第二加工流体在湿化学加工工具中至少在多个电极附近流动；将多个单独电流施加在多个单独电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
99.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使具有第一酸浓度的第一加工流体在湿化学加工工具中至少在微特征工件附近流动；使具有第二酸浓度的第二加工流体在湿化学加工工具中至少在多个电极附近流动，第一酸浓度与第二酸浓度的比值在大致10∶1至大致20000∶1之间；将多个单独电动势施加在多个单独电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
100.一种电化学加工微特征工件的方法，该方法包括使阴极电解液通过湿化学加工工具的第一流体系统并至少在微特征工件附近流动，该第一流体系统被配置为运送第一体积的阴极电解液；使阳极电解液通过湿化学加工工具的第二流体系统并至少在电极附近流动，该第二流体系统被配置为运送第二体积的阳极电解液，阴极电解液的第一体积至少是阳极电解液的第二体积的两倍；将多个单独电动势施加在多个单独电极上以在第一和第二加工流体中建立电流；并且用阻挡件使第一加工流体和第二加工流体分开。
全文摘要
在这里披露了用于电化学加工微特征工件的腔室、系统和方法。在一个实施方案，电化学沉积腔室包括一加工单元，它具有被配置为将第一加工流体流输送给微特征工件的第一流体系统。该腔室还包括一电极单元，它具有一电极和被配置为输送至少在电极附近的第二加工流体流的第二流体系统。该腔室还包括在加工单元和电极单元之间的无孔阻挡件，用来使第一和第二加工流体分开。该无孔阻挡件被配置为允许阴离子或阳离子流动穿过在第一和第二加工流体之间的阻挡件。
文档编号C25D17/02GK1961099SQ200480041243
公开日2007年5月9日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年12月5日
发明者凯尔·M.·汉森, 约翰·克洛克 申请人:塞米用具公司