專利名稱：在結構的電化學制造期間保持層的平行度和/或實現(xiàn)所期望層厚度的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電化學制造和三維結構(例如微尺度或中尺度結構)相關形成的 領域。尤其，其涉及用于實現(xiàn)層之間平行度的希望等級和/或用于實現(xiàn)該結構的
希望厚度的方法和裝置。
背景技術：
Adam L.Cohen發(fā)明了一種用于由多個粘附的層形成三維結構(例如，部分、 部件、器件等)的技術，其公知為電化學制造。EFABTM名稱下的Burbank， California 的Microfabrica Inc.(前身為MEMGe胂公司)將其商業(yè)化。在2000年2月22日 提出的美國專利No. 6， 027, 630中描述了該技術。這種電化學沉積技術允許只使用 單個掩模技術選擇性地沉積材料，該掩模技術包括使用在支撐結構上包括圖案化 的順形材料的掩模，該支撐結構不依賴于其上將發(fā)生電鍍的襯底。當希望使用掩 模進行電沉積時，使掩模的順形部分與襯底接觸，同時存在電鍍?nèi)芤?，以使掩?順形部分與襯底的接觸抑制選擇位置處的沉積。為了方便，這些掩模一般可以稱 為順形接觸掩模；該掩模技術一般可稱為順形接觸掩模電鍍工藝。尤其，在 Burbank, California的Microfabrica Inc.(前身為MEMGen⑧公司)的術語中，這 種掩模公知為INSTANT MASKSTM，且該工藝公知為INSTANT MASKSINGTM或INSTANT MASKSTM電鍍。使用順形接觸掩模電鍍的選擇性沉積可用于形成單個材料層或可用 于形成多層結構。在此通過參考將'630專利的這種教導并入本文，如在此全文列 出一樣。由于導致上述專利的專利申請的提交，因此已經(jīng)公開了關于順形接觸掩 模電鍍(即，INSTANT MASKING)以及電化學制造的各種文章
(1) A. Cohen、 G. Zhang、 F.Tseng、 F. Mansfeld、 U. Frodis和P.Will的 "EFAB:Batch production of functional, fully-dense metal parts with microscale features", Proc. 9th Solid Freeform Fabrication, The
4University of Texas at Austin,第161頁，1998年8月。
(2) A.Cohen、 G. Zhang、 F. Tseng、 F.Mansfeld、 U.Frodis和P. Will的 "EFAB:Rapid, Low-Cost Desktop Micromachining of High Aspect Ratio
True 3_D MEMS，， ，Proc.12th IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop, IEEE,第244頁，1999年1月。
(3) A.Cohen 的 "3-D Micromachining by Electrochemical Fabrication" ， Micromachine Devices, 1999年3月。
(4) G. Zhang、 A. Cohen、 U.Frodis、 F.Tseng、 F.Mansfeld和P.Will的 "EFAB:Rapid Desktop Manufacturing of True 3-D
Microstructures" ， Proc. 2nd International Conference on Integrated MicroNanotechnology 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 "EFAB:High Aspect Ratio, Arbitrary 3-D Metal Microstructures
using a Low-Cost Automated Batch Process ，， , 3rd International Workshop 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 "EFAB:Low-Cost，Automated Electrochemical Batch Fabrication of
Arbitrary 3-D Microstructures ，， ， Micromachining and Microfabrication Process Technology, SPIE 1999 Symposium on Micromachining and Microfabrication, 1999年9月。
(7) F. Tseng、G. Zhang、U. Frodis、A. Cohen、F. Mansfeld和P. Will的"EFAB: High Aspect Ratio, Arbitrary 3-D Metal Microstructures using a Low-Cost Automated Batch Process ，' ， MEMS Symposium, ASME 1999 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 1999 年ll月。
(8) A. Cohen的"Electrochemical Fabrication(EFABTM) " ， MEMS手冊 的第19部分，由Mohamed Gad-EI-Hak編輯，CRC Press, 2002。
(9) Microfabrication-Rapid Prototyping ' s Killer Application " ,Rapid Prototyping 報告的卜5 頁，CAD/CAM Publishing, Inc. 1999年6月。
在此通過參考將這九項公開的內(nèi)容并入本文，如在此全文列出一樣。 可以以多種不同方式實施電化學沉積工藝，如上面的專利和公開中所列舉的。 在一種形式中，該工藝包括在將形成的結構的每一層的形成期間，執(zhí)行三個分離 的操作，該操作包括通過在襯底的一個或多個希望的區(qū)域上的電沉積選擇性沉積至少一種材料。 然后，通過電沉積來毯覆式沉積至少一種其它材料，以使該其它沉積物覆蓋
之前在其上選擇性沉積的區(qū)域和沒有接受到任何之前施加的選擇性沉積的襯底區(qū)域。
最后，平坦化在第一和第二操作期間沉積的材料，以產(chǎn)生希望厚度的第一層 的變光滑的表面，該變光滑的表面具有包含了至少一種材料的至少一個區(qū)域和包 含了至少一種其它材料的至少一個區(qū)域。
在形成第一層之后，與在先的層相鄰或在其附近并且與該在先層的變光滑的 表面相粘附地形成一層或多層其它層。這些其它層通過重復第一至第三操作一次 或多次來形成，其中，每一個隨后層的形成將在先形成的層和初始襯底處理為新 的且加厚的襯底。
通常， 一旦完成了所有層的形成，就通過蝕刻工藝移除所沉積的至少一種材 料的至少一部分，以暴露或釋放將要形成的三維結構。
通過順形接觸掩模電鍍進行包括在第一操作中的選擇性電沉積的優(yōu)選方法。
在該類型的電鍍中，首先形成一個或多個順形接觸(cc)掩模。cc掩模包括其上
粘附或形成圖案化的順形介電材料的支撐結構。根據(jù)將電鍍材料的特定截面來定
形每個掩模的順形材料。將電鍍的每個唯一截面圖案需要至少一個cc掩模。
cc掩模的支撐通常是由將選擇性電鍍的金屬形成的板狀結構，且將電鍍的材
料由該金屬溶解。在該典型方式中，支撐將用作電鍍工藝中的陽極。在可選方式 中，支撐可取代為多孔或反之為穿孔的材料，在其從遠陽極到沉積表面的路徑中
的電鍍操作期間，沉積材料將穿過該支撐。在二者中的任一方式中，cc掩?？梢?br> 共用共同的支撐，即，電鍍多層材料的順形介電材料圖案可位于單個支撐結構的
不同區(qū)域中。當單個支撐結構含有多個電鍍圖案時，整個結構稱作cc掩模，而單
個電鍍掩模稱作"子掩模"。在本申請中，這種差別只有當發(fā)生特定點的相關性時 才會發(fā)生。
在用于進行第一操作的選擇性沉積的預備中，將cc掩模的順形部分設置成與
襯底的選擇部分相對準且將該順形部分壓向襯底選擇部分(或者設置于之前形成
的層上或設置于層的之前沉積的部分上)，該襯底選擇部分上將發(fā)生沉積。以在cc 掩模的順形部分中的所有開口都含有電鍍?nèi)芤旱姆绞?，將cc掩模和襯底壓到一起。 當施加適合的電勢和/或電流時，與襯底接觸的cc掩模的順形材料用作電沉積的 阻擋，而填充有電鍍?nèi)芤旱腸c掩模中的開口用作從陽極(即cc掩模支撐)向襯
底的非接觸部分(其在電鍍操作期間用作陰極)轉移材料的路徑。
CC掩模和CC掩模電鍍的一個實例在圖1A-1C中示出。圖1A示出了由在陽極 12上圖案化的順形或可變形(例如橡膠)絕緣體10構成的CC掩模8的側視圖。 陽極具有兩個功能。圖1A也描述出了與掩模8相分離的襯底6。 一個功能是用作 圖案化的絕緣體10的支撐材料以保持其整體性和對準，這是由于該圖案可以為拓撲復形(topologically complex)(例如，包括絕緣體材料的絕緣"島")。另一 功能是用作電鍍操作的陽極。CC掩模電鍍通過簡單地將絕緣體壓向襯底然后穿過 在絕緣體中的孔26a和26b壓向電沉積材料，將材料22選擇性地沉積到襯底6上， 如圖1B中所示。在沉積之后，優(yōu)選非破壞性地自襯底6分離CC掩模，如圖1C中 所示。CC掩模電鍍工藝與"貫穿掩模(through mask)"電鍍工藝的不同在于，在 貫穿掩模電鍍工藝中，掩模材料自襯底的分離是破壞性發(fā)生的。與貫穿掩模電鍍 一樣，CC掩模電鍍在整個層上方選擇性地且同時地沉積材料。電鍍的區(qū)域可由一 個或多個隔離的電鍍區(qū)域構成，這些隔離的電鍍區(qū)域可屬于形成的單個結構或可 屬于同時形成的多個結構。在CC掩模電鍍中，由于在移除工藝中并非有意損壞單 個掩模，因此它們在多個電鍍操作中都可使用。
CC掩模和CC掩模電鍍的另一實例在圖1D-1F中示出。圖ID示出了自包括圖 案化的順形材料10'和支撐結構20的掩模8'分離的陽極12'。圖1D也描述了自 掩模8'分離的襯底6。圖1E說明了與襯底6接觸的掩模8'。圖1F說明了由自陽 極12'向襯底6傳導電流導致的沉積22'。圖1G說明了在自掩模8'分離之后在 襯底6上的沉積22'。在該實例中，將適合的電解液設置在襯底6和陽極12'之 間，且來自溶液和陽極中的一個或兩個的離子電流穿過掩模中的開口傳導向沉積 材料的襯底。這種類型的掩模稱作無陽極INSTANT MASKTM (AIM)或稱作無陽極順 形接觸(ACC)掩模。
與貫穿掩模電鍍不同，CC掩模電鍍允許將形成的CC掩模與其上將發(fā)生電鍍的 襯底的制造完全地分離(如，與形成的三維(3D)結構分離)。CC掩模可以以多種 方式形成，例如，可使用光刻工藝?？稍诮Y構制造之前而非期間，同時產(chǎn)生所有 掩模。該分離可以制造簡單、低成本、自動、自持(self-contained)且內(nèi)部清 潔的"桌面制造"，該"桌面制造"幾乎可裝配在任何位置，以制造3D結構，留 下任何需要的超凈室處理，如將由維修部等進行的光刻。
上面討論的電化學制造工藝的實例在圖2A-2F中說明。這些圖示出了該工藝 包括第一材料2和第二材料4的沉積，該第一材料2是犧牲材料，第二材料4是 結構材料。該實例中，CC掩模8包括圖案化的順形材料(如橡膠介電材料)10和 由沉積材料2制成的支撐12。用位于順形材料10中的開口 16內(nèi)部的電鍍?nèi)芤?4 將CC掩模的順形部分壓向襯底6。然后，來自電源18的電流經(jīng)由(a)支撐12和 (b)襯底6穿過電鍍?nèi)芤?4，該支撐12兼任陽極，該襯底6兼任陰極。圖2A說 明了電流流動導致在電鍍?nèi)芤簝?nèi)部的材料2和自陽極12被選擇性地轉移到陰極6 或電鍍到陰極6上的材料2。在使用CC掩模8將第一沉積材料2電鍍到襯底6上 之后，移除CC掩模8，如圖2B中所示。圖2C描述了已經(jīng)在之前沉積的第一沉積 材料上方以及在襯底6的其它部分上方毯覆式沉積(即非選擇性沉積)的第二沉 積材料4。毯覆式沉積通過自由第二材料構成的陽極(未示出)、通過適合的電鍍
7溶液(未示出)并向著陰極/襯底6的電鍍來進行。然后平坦化整個兩種材料的 層以實現(xiàn)精確的厚度和平坦度，如圖2D中所示。在對于所有層重復了該工藝之后， 由第二材料4 (即結構材料)形成的多層結構20嵌入到第一材料2 (即犧牲材料) 中，如圖2E中所示。蝕刻嵌入的結構以生產(chǎn)需要的器件即結構20，如圖2F中所 示。
示范性的人工電化學制造系統(tǒng)32的各個部件在圖3A-3C中示出。系統(tǒng)32由 幾個子系統(tǒng)34、 36、 38和40構成。描述了在圖3A至3C中每一個的上部中的襯 底保持子系統(tǒng)34，且該襯底保持子系統(tǒng)包括幾個部件(1)載體48， (2)在其上 沉積層的金屬襯底6，和(3)能夠響應于來自激勵器44的驅動力，相對于載體 48向上或向下移動襯底6的線性滑座42。子系統(tǒng)34還包括指示器46，其用于測 量用于設置或確定層厚度和/或沉積厚度的襯底垂直位置中的差。子系統(tǒng)34還包 括載體48的腳68，其精確地安裝在子系統(tǒng)36上。
在圖3A的下部中示出的CC掩模子系統(tǒng)36包括幾個部件(1)事實上由公用 共同的支撐/陽極12的多個CC掩模(即子掩模)制成的CC掩模8， (2)精準X-臺54， (3)精準Y-臺56， (4)其上可安裝子系統(tǒng)34的腳68的架72，和(5)用 于容納電解液16的槽58。子系統(tǒng)34和36還包括用于連接至適合的電源的適合電 連接(未示出)，以驅動CC掩模工藝。
示出了在圖3B的下部中的毯覆式沉積子系統(tǒng)38，且該子系統(tǒng)包括幾個部件-(1)陽極62， (2)用于保持電鍍?nèi)芤?6的電解液槽64，和(3)其上安裝了子 系統(tǒng)34的腳68的架74。子系統(tǒng)38還包括用于將陽極連接至適合電源的適合電連 接(未示出)，以驅動毯覆式沉積工藝。
示出了在圖3C的下部中的平坦化子系統(tǒng)40，且該子系統(tǒng)包括精研板52和相 關的移動及控制系統(tǒng)(未示出)，以平坦化沉積。
在名稱為"Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-ray Lithography with Sacrificial Metal layers ，'、 Henry Guckel 的美國專利 No. 5, 190,637中教導了用于由電鍍金屬(即，使用電化學制造技術)形成微結構 的另一種方法。該專利教導了利用掩模曝光形成金屬結構。將第一層初始金屬電 鍍到暴露的電鍍基座上，以填充在光致抗蝕劑中的孔洞，然后移除光致抗蝕劑， 并在第一層上方和電鍍基座上方電鍍第二金屬。然后，機器下行第二金屬的暴露 表面至暴露出第一金屬的高度，以產(chǎn)生橫跨初始和第二金屬延伸的平坦均勻的表 面。然后，可通過在第一層上方涂敷光致抗蝕劑層開始第二層的形成，且然后， 重復用于產(chǎn)生第一層的工藝。然后，重復該工藝直到形成整個結構，且通過蝕刻 移除該第二金屬。在電鍍基座或先前的層上方通過鑄件形成光致抗蝕劑，且通過 穿過圖案化的掩模經(jīng)由X-射線或UV輻射的光致抗蝕劑的暴光來形成光致抗蝕劑中
的孔洞。
即使如迄今為止所教導和實踐的電化學制造已經(jīng)極大地增強了微制造的能力，且尤其極大地增加了能夠結合到結構中的金屬層數(shù)目并增加了可制造這種結 構的速度和簡單性，但是仍存在增強電化學制造的狀態(tài)的空間(room)。尤其，存 在對增強的技術的需要，以確定平坦化操作(即終點檢測)的完成和在希望容限 內(nèi)層厚度或者是與添加具有等于層厚度的厚度的層相關的目標結構高度的相關實 現(xiàn)。還存在對于增強技術的需要，以確定沉積的層相對于之前沉積的層或襯底的 平行度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個實施例的目的是提供一種襯底修整技術，其包括改進的 終點檢測方法和裝置。
本發(fā)明的一個或多個實施例的目的是提供一種襯底修整技術，其包括改進的 平行度保持方法和裝置。
本發(fā)明的一個或多個實施例的目的是提供一種使用改進的終點檢測方法和裝 置的多層電化學制造技術。
本發(fā)明的一個或多個實施例的目的是提供一種使用改進的平行度保持方法和 裝置的多層電化學制造技術。
對于本領域技術人員，通過考察在此教導的內(nèi)容，本發(fā)明的各個實施例的其 它目的和優(yōu)點將顯而易見。在此明確列舉出的或反之根據(jù)在此教導的內(nèi)容所確定 的本發(fā)明的各個實施例以及方面可單獨或組合地得出上述目的中的一個或多個， 或可選地，可得出根據(jù)在此教導的內(nèi)容所確定的一些其它目的。盡管通過本發(fā)明 的任一單個實施例和方面得出所有目的是關于一些方面的情況，但是不必意指所 有的目的都通過本發(fā)明的任一單個實施例或方面得出。
在本發(fā)明的第一方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成
并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材
料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b)對該至少一種
材料進行平坦化操作；(c)將測試探針設置成與一個或多個接觸墊接觸并與進行
了平坦化操作的材料接觸，并自固定設備取出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)涉及到在至少一點處
相對于希望的參考點或平面的平坦化材料的測量高度；(d)將材料的測量高度與 材料的希望高度相對比；(e)如果測量的和希望的高度不在希望的容差范圍內(nèi)的 話，則重復操作(b) - (d)，直到測量的和希望的高度在希望的容差范圍內(nèi)；(f) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第二方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材 料；(b)對該至少一種材料進行平坦化操作，包括(i)經(jīng)由多孔真空吸盤將襯 底安裝到精研固定設備；(ii)當將襯底安裝到固定設備上時，對沉積的材料進行 精研操作以平坦化材料表面并使得沉積材料的高度達到希望值；(c)重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第三方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材料， 其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b)對該至少一種材料 進行平坦化操作，包括(i)經(jīng)由多孔真空吸盤將襯底安裝至精研固定設備；(ii) 當將襯底安裝至固定設備時，對沉積的材料進行精研操作以平坦化材料表面并使 得沉積材料的高度達到希望值；(c)設置固定設備以與一個或多個接觸墊接觸并 與進行平坦化操作的材料接觸，并且從固定設備取出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)涉及到相對于 希望參考點或平面在至少一點處的平坦化材料的測量高度；(d)將材料的測量高 度和材料的希望高度相比較；(e)如果測量的和希望的高度不在希望的容差之內(nèi) 的話，則重復操作(b) - (d)直到測量的和希望的高度在希望的容差之內(nèi)；(f) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第四方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材 料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b)對該至少一種
材料進行平坦化操作，包括(i)經(jīng)由多孔真空吸盤將襯底安裝至精研固定設備； (ii)當將襯底安裝置固定設備上時，對沉積的材料進行精研操作以平坦化材料 表面并使得沉積材料的高度達到希望值；(c)重復操作(a)的形成及粘附一次或 多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第五方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材
料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b)對該至少一種
材料進行平坦化操作；(c)對至少一種材料進行檢査以確定相對于希望參考的沉 積物高度、沉積物的平坦度和相對于希望參考的沉積物取向中的至少兩個；(d) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第六方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材 料，其中一個或多個參考墊存在于襯底上或事先形成的層上，該參考墊可用于確
定平坦化的沉積材料的沉積高度、平坦化的材料的平坦度和/或平坦化的材料的 取向中的至少一個；(b)重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附 的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第七方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材
料(b)對該至少一種材料進行平坦化操作，包括(i)將襯底安裝至飛刀切削
機器中的固定設備；(ii)當將襯底安裝至固定設備時，將沉積的材料置于旋轉切 削工具中以平坦化材料表面并使得沉積材料的高度達到希望值；(c)重復操作(a)
10的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第八方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材 料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b)對該至少一種
材料進行平坦化操作，包括(i)將襯底安裝至在飛刀切削機器中的固定設備；(ii)
當將襯底安裝至固定設備時，將沉積材料置于旋轉切削工具中以平坦化材料表面，
并使得沉積材料的高度達到希望值；(c)設置固定設備以與一個或多個接觸墊接 觸并與對其進行平坦化操作的材料接觸，且從固定設備取出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)涉及到
在至少一點處相對于希望的參考點或平面的平坦化材料的測量高度；(d)將材料 的測量高度與材料的希望高度相對比；(e)如果測量的和希望的高度不在希望的 容差內(nèi)，則重復操作(b) - (d)，直到測量的和希望的高度在希望的容差內(nèi)；(f) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
在本發(fā)明的第九方面中，用于形成多層三維結構的制造工藝包括(a)形成 并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材 料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b)對該至少一種
材料進行平坦化操作，包括(i)將襯底安裝至飛刀切削機器中的固定設備，其
中該固定設備具有相對于飛刀切削機器的切削平面調(diào)整襯底平面的能力；(ii)調(diào) 整襯底平面以與飛刀切削機器上的切削平面相匹配；和然后(iii)當將襯底安裝 至固定設備時，將沉積的材料置于旋轉切削工具中以平坦化材料表面，使得沉積 材料的高度達到希望值；(c)重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個 粘附的層形成三維結構。
本領域技術人員通過考察在此教導的內(nèi)容可理解本發(fā)明的其它方面。本發(fā)明 的其它方面包括可用于實施本發(fā)明上述方法方面中的一個或多個的裝置。本發(fā)明 的其它方面可提供前述方面的各種組合并提供以上沒有特別列舉出的其它構造、 結構、功能關系以及工藝。本發(fā)明更進一步的方面可提供用于平坦化位于襯底上 的沉積材料的裝置，而再進一步的方面可提供用在這種裝置中的固定設備。


圖1A-1C概略地描述了 CC掩模電鍍工藝的各個步驟的側視圖，而圖1D-G概 略地描述了使用不同類型CC掩模的CC掩模電鍍工藝的各個步驟的側視圖。
圖2A-2F概略地描述了當用于形成選擇性沉積犧牲材料同時毯覆式沉積結構 材料的特定結構時，電化學制造工藝的各個歩驟的側視圖。
圖3A-3C概略地描述了可用于人工實施圖2A-2F中描述的電化學制造方法的 各實例子組件的側視圖.
圖4A-4I概略地描述了使用粘附掩模電鍍的結構第一層的形成，其中第二材 料的毯覆式沉積覆蓋了第一材料沉積位置之間的開口和第一材料本身。
11圖5A提供了根據(jù)本發(fā)明第一實施例用于形成多層三維結構的方法的流程圖， 該第一實施例使用了終點固定設備和分離的平坦化固定設備。
圖5B-5G提供了與圖5A的工藝結合或與其它工藝結合使用的操作機組的實例。
圖6和7提供了適合于用在本發(fā)明第一實施例中的精研固定設備的不同透視圖。
圖8提供了從穿過固定設備中心垂直延伸的切割平面取得的圖6的精研固定 設備的截面圖。
圖9和10提供了適合于用在本發(fā)明第一實施例中的終點固定設備的不同透視圖。
圖11概略地描述了具有三個終點測試墊的襯底的頂視圖。
圖12提供了安裝到圖11的襯底上的圖9和12的終點裝置的透視圖。
圖13提供了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的飛刀切削機器布局的透視圖。
圖14提供了圖12的機器布局的測量固定設備和襯底保持及平面調(diào)整固定設
備的放大透視圖。
圖15提供了聚焦到圖14的測量固定設備上的透視圖。
圖16提供了聚焦到圖14的襯底保持及平面調(diào)整固定設備上的透視圖。
圖17提供了聚焦到圖14的平面調(diào)整固定設備上的透視圖，其中移除了襯底
保持固定設備的移動板以及襯底本身。
圖18提供了聚焦到平面設定固定設備的特定部件上的透視圖，包括截頂球體
元件、調(diào)整臂彎曲點、真空吸盤連接支架以及用于在張力下保持真空吸盤的彈簧探棒。
圖19提供了圖14的平面設定固定設備的背面的透視圖。
圖20提供了列舉出樣品操作的框圖，該樣品操作可用于使測量固定設備及圖 13-15的探針的零平面與由飛刀切削工具切削的平面相匹配。
圖21提供了列舉出樣品操作的框圖，該樣品操作可用于設定襯底前表面(其 上已沉積了或將沉積材料層)或沉積材料本身相對于通過金剛石刀工具切削的平 面的平行度。
圖22提供了列舉出可用于通過使用圖13的裝置修整襯底上的沉積材料至希 望高度的操作的框圖。
具體實施例方式
圖1A-1G、 2A-2F和3A-3C說明了公知電化學制造的一種形式的各個部件。在 上面參考的'630專利中、在各個前面結合的公開中、在在此通過參考并入本文的 各個其它專利和專利申請中都列舉了其它電化學制造技術，從這些公開、專利和 申請中描述的各種方式的組合可得出其它的電化學制造方式，或反之這些其它方式是本領域技術人員可以根據(jù)在此教導的內(nèi)容得知或確定的。所有這些技術都可 以與本發(fā)明各個方面的各個實施例的那些相組合，以產(chǎn)生增強的實施例。再有其 它的實施例可以從在此明確列舉處的各個實施例的組合得出。
圖4A-41說明了在多層制造工藝的單層形成中的各個步驟，其中第二金屬沉 積在第一金屬上以及第一金屬的開口中，第二金屬的沉積形成了部分該層。在圖 4A中，示出了襯底82的側視圖，在襯底82上鑄件可圖案化的光致抗蝕劑84，如 圖4B中所示。在圖4C中，示出了由固化、曝光和顯影光致抗蝕劑導致的抗蝕劑 圖案。光致抗蝕劑84的圖案化導致自光致抗蝕劑的表面86穿過光致抗蝕劑的厚 度向襯底82的表面88延伸的開口或孔92 (a) - (c)。在圖4D中，示出了已經(jīng)電 鍍到開口 92 (a) - (c)中的金屬94 (如鎳)。在圖4E中，光致抗蝕劑己經(jīng)從襯 底移除(即化學剝離)，以暴露出未被第一金屬94覆蓋的襯底82的區(qū)域。在圖4F 中，示出己經(jīng)在襯底82 (其導電)的整個暴露部分上方和第一金屬94 (其也導電) 上方毯覆式電鍍的第二金屬96 (如銀)。圖4G描述了由將第一和第二金屬平坦化 至暴露出第一金屬高度的結構的完成的第一層，并為第一層設定厚度。在圖4H中， 示出了重復圖4B-4G中示出的工藝步驟幾次以形成多層結構的結果，其中每一層 都由兩種材料構成。對于大多數(shù)應用來講，移除這些材料中的一種，如圖4I中所 示，以制造希望的3-D結構98 (如部件或器件)。
各種實施例、可選方案以及在此公開的技術可使用在所有層上的單次圖案化 的技術或使用在不同層上不同圖案化技術來形成多層結構。例如，可使用不同類 型的圖案化掩模和掩模技術，甚至是進行直接選擇性沉積而不需要掩模的技術。 例如，可將順形接觸掩?；蚍琼樞谓佑|掩模用在不同的層上?？墒褂媒咏谀Ｒ?及掩模操作(即，即使沒有制作接觸，也使用通過使其接近襯底來至少部分地選 擇性遮蔽襯底的掩模的操作)，也可以使用粘附掩模和掩模操作(當掩模與襯底相 對以僅與其接觸時，使用粘附到襯底的掩模的掩模和操作，其中該襯底上將發(fā)生
選擇性沉積或蝕刻)。
本發(fā)明的一些實施例提供了用于通過使用材料(如層)的改進的終點檢測和 平行度保持來電化學制造多層結構(如，中尺度或微尺度結構)的工藝和裝置， 該材料在電化學制造工藝期間被平坦化。 一些方法包括在平坦化期間使用固定設 備，該平坦化確保了材料的平坦化平面在給定容限內(nèi)平行于其它平坦化的沉積材 料。 一些方法包括使用終點檢測固定設備，該固定設備確保沉積材料相對于襯底 初始表面、相對于第一沉積層或相對于在制造工藝期間形成的一些其它層的精確 高度。在一些實施例中，平坦化可通過精研來進行，和平坦化固定設備可包括多 孔石墨真空吸盤，該吸盤安裝在可垂直于由磨損墊限定的平面移動的臺上，在精 研操作期間固定設備位于該磨損墊上。在一些實施例中，終點固定設備可包括三 個或多個固定長度的腿以及一個或多個高度測量探針(如三到四個)。使用固定設 備可包括接觸靠在襯底表面上的暴露墊上的腿，并然后調(diào)整高度測量探針的接觸
13元件位置直到與將被測量的沉積物接觸。由零量度或校準量度與沉積量度之間的 探針記錄的高度差由沉積物高度和沉積物平面的可能取向和/或沉積物的可能平 坦度來表示。在一些實施例中，如果平坦化高度、平坦度和/或取向超出了希望 的容限范圍，則要采取修正措施。
圖5提供了根據(jù)本發(fā)明第一實施例用于形成多層三維結構的方法流程，該實 施例使用終點固定設備和平坦化固定設備。
圖5的框102要求提供可用于保持襯底和平坦化操作期間位于其上的任意沉 積材料的平坦化固定設備。框104要求制備使用的平坦化固定設備。該制備包括 用于保持襯底的吸盤的平坦化，以使其實現(xiàn)平行于在平坦化(即精研)操作期間 其上設置固定設備的定位墊表面的表面。
框106要求提供終點檢測固定設備，而框108要求制備固定設備，以使其可 投入使用。該制備可包括在平坦表面上設置固定設備，且然后，當一個或多個檢 測探針接觸裝置的固定長度支架(standoff)位于其上的相同平坦表面時，將這 些探針的輸出歸零。
該制備操作104和108可發(fā)生在建立工藝的初始階段，或者可選地，可貫穿 建立工藝周期性地發(fā)生。例如，歸零在終點檢測裝置上的探針可在每次使用終點 檢測固定設備之前發(fā)生。
建立工藝始于框112，并然后向前移動至框114，該框114要求限定一對變量 和參數(shù)。尤其，限定了當前層數(shù)的變量"n";限定了最終層數(shù)參數(shù)"N";限定了 層n的操作數(shù)變量"on";限定了層N的最終操作數(shù)參數(shù)"0n"。在限定了變量和 參數(shù)之后，工藝向前移動到框U6，該框116要求提供其上將形成結構的襯底。
接下來，該工藝向前移動至框118，該框118設定當前層數(shù)變量n等于一(『1 )， 然后向前移動至框120，該框120設定了層n的當前操作數(shù)變量等于一 (on=l)。
接下來，工藝向前移動至框124，該框124問詢當前操作(關于on)是否是 平坦化操作。如果答案是"否"，則工藝向前移動至框126，該框126要求進行操 作on，且之后工藝向前移動至框148，在此該框148將稍后討論。
如果對判定框124的答案是"是"，則工藝向前移動至框128，該框128要求 將襯底安裝到平坦化固定設備上，制備該固定設備用于框104中的操作。
接下來，工藝向前移動至框130，該框130要求進行一個或多個平坦化操作。 這些操作例如可以是使用不同類型磨料和/或接觸壓力、精研板速度等的精研操 作。在進行希望的平坦化操作之后，工藝向前移動至框132，該框132要求使用終 點檢測固定設備進行終點檢測測量。在本發(fā)明的變形中，可使用不同的平坦化固 定設備，且可進行除了精研以外的平坦化操作，例如，在一些可選實施例中，可 進行粗加工和/或可進行精確的金剛石加工(金剛石翻轉或飛刀切削)。
接下來，工藝向前移動至框134，該框134要求分析由終點檢測測量得到的數(shù)
據(jù)。該分析可簡單地包括將測量的值與目標值相對比，然后基于該對比結果作出關于隨后操作的決定。
可選地，該分析可包括多個測量數(shù)據(jù)點的更加復雜的數(shù)學分析，該測量的數(shù) 據(jù)點例如是可從該數(shù)據(jù)的最小面積吻合得出平面的那些。該分析隨后可包括將得 到的平面與想要的平面高度相對比，以確定是否實現(xiàn)了目標高度。該分析還可包 括確定的平面對希望平面的平行度的確定，以確定是否達到了希望的平行度規(guī)格。 進一步的分析可包括確定表面平整度是否符合限定的規(guī)格。
在進行分析之后，工藝向前移動至框136，該框136問詢是否已經(jīng)達到了希望 的一個目的或多個目的。如果該問詢產(chǎn)生了否定的答復，則工藝向前移動至框138， 該框138問詢進一步的平坦化是否將實現(xiàn)希望的目的。如果框138對該問詢的答 案是"是"，則工藝返回到框130，以進行其它的平坦化操作。在該實施例的一些 實施中，在貫穿平坦化工藝的這一刻或隨后的循環(huán)中，平坦化參數(shù)以及甚至平坦 化工藝本身可基于框134的分析而改變。如果框138產(chǎn)生否定的答復，則工藝向 前移動至框140，該框140要求采取以下三個措施中的一個(l)設立矯正措施并 然后跳至該工藝中任一適合的點，以繼續(xù)該建立，(2)忽略失誤并繼續(xù)該工藝， 或(3)縮短建立工藝且如果需要的話重新開始該建立。如果框136的問詢產(chǎn)生肯 定的答復，或如果選擇了框140的第二選擇，則該工藝向前移動至框142。
框142問詢是否將進行另一平坦化操作。如果對于該問詢的答復是"否"，則 工藝向前移動至框146，該框146要求從平坦化固定設備移除襯底。在從平坦化固 定設備移除襯底之后，該工藝向前移動至框148。
在一些實施例中，可要求多個平坦化操作以實現(xiàn)希望的目的(例如，最初用 粗漿料進行精研，并然后，在達到初步的目標之后，用較細的漿料進行另外的精 研)。在這種實施中，框142的問詢一次或多次產(chǎn)生肯定答復。在這種情況下，工 藝向前移動至框144，該框144要求增加一個操作數(shù)(on=on+l)，并然后工藝返回 至框130，該框130要求進行其它的平坦化操作。在該第二或隨后的循環(huán)中，貫穿 平坦化工藝，平坦化變量、參數(shù)以及甚至作為一個整體的平坦化工藝可改變。
一旦對于框142的問詢得到了否定答復，就移除襯底，如框146中所要求的 (如上所述)，并然后工藝向前移動至框148。也如上所述，在進行了框126中要 求的操作n之后，還進入框148，在那種情況下，操作on不是平坦化操作。
框148要求增加一個操作數(shù)變量(on=0n+l)，并然后工藝向前移動至框150， 該框150問詢當前操作數(shù)變量是否大于與層n相關的最終操作數(shù)參數(shù)。如果該問 詢產(chǎn)生否定答復，則該工藝返回至框124，以進行與層n有關的另一操作。如果框 150的問詢產(chǎn)生肯定答復，則層數(shù)變量n增加一個(n=n+l)，且然后，工藝向前移 動至框154。
框154問詢當前層數(shù)變量n是否大于最終層數(shù)參數(shù)N (n〉N )。如果對于該問 詢的答案是"是"，則已經(jīng)完成了所有層的形成，且工藝向前移動至框156并結束。 如果答案是"否"，則工藝返回至框120，并開始進行下一層的操作。
15框156要求結束結構的層形成工藝，但是不必結束形成該結構的所有工藝。
可進行各種后工藝操作，已完成希望結構的形成，就如此文中別處和在各個專利 申請中更充分地談論的一樣，其中在此已經(jīng)通過參考將各專利申請并入本文。
圖5B-5G提供了可用在結構的單獨層形成中的各個操作組。在一些實施例中， 可重復單個圖的操作，以形成結構的每一層，而在其它實施例中，不同層的形成 可包括在不同圖中概述的操作。在其它實施例中，可使用其它層形成操作和/或 可使用附加層形成操作。
可以以多種不同方式修改圖5A中概述的工藝，且可使用不同裝置部件實施該 工藝。可在單個自動控制的機器中實施該工藝，或者可使用不同機器實施該工藝， 在不同機器中，使用部分形成結構的人工控制，以在機器之間轉移結構，從而分 析實施的工藝等的可接受性。
在一些實施例中，本發(fā)明釆取用于修整襯底或產(chǎn)生多層三維結構的裝置(例 如，全部自動化或半自動化的裝置)的形式，該多層三維結構例如包括(a)其上 已經(jīng)發(fā)生或將發(fā)生一種或多種材料的一次或多次連續(xù)沉積的襯底；(b)包括至少 一個孔洞和至少一個周圍突起的材料的掩模；(c)臺，用于使得至少一個掩模突 起接近或接觸襯底，以便于形成關于任一先前沉積具有希望配準并在至少一個電 化學工藝容器內(nèi)部提供希望電解液的至少一個電化學工藝容器(process pocket),; (d)電源，用于在至少一個電極和襯底之間提供希望的電激勵，以產(chǎn) 生襯底希望的修整，其中該至少一個電極可以是部分掩模或者自該掩模分離；(e) 平坦化系統(tǒng)(例如，精研、飛刀切削或其它加工或化學加工系統(tǒng))，用于修整掉多 余的材料，和檢測系統(tǒng)，用于當已經(jīng)移除了足夠的材料時進行檢測；和在一些實 施例中的(f)至少一個控制器，用于控制臺和電源。
在可選實施例中，可用粘附掩模設置(如，用于干燥膜片材或涂敷器的層壓 機和用于液體基抗蝕劑的旋轉器)、圖案化系統(tǒng)(如，可使用圖案化的光掩?；驋?描激光束的選擇性曝光系統(tǒng)和可能的顯影器)和移除系統(tǒng)(如，剝離溶液、槽和 /或噴霧器等)來代替元件的掩模(b)和元件的臺(c)。
襯底可以是例如導電材料(如，選擇的金屬等)、適度導電材料(如摻雜的硅 等)、電介質(zhì)的或混合的電介質(zhì)/導體/半導體的形式，已經(jīng)基于該襯底形成了導 電籽晶層。臺可包括通過線性發(fā)動機、或歩進式發(fā)動機、或驅動滾珠螺桿的其它 旋轉發(fā)動機、或其它用于將旋轉移動轉變成線性移動的其它機械來驅動的線性臺， 可選地其可附加地包括壓力驅動膨脹或收縮的風箱機械(bellows mechanism)。 該臺可包括用于定位的編碼器，且其可包括多個臺如過程移動臺和精確移動臺。 臺可移動到氣浮軸承等上以平滑移動。其可允許在三個方向上的線性移動和/或 旋轉移動。尤其，臺可提供傾斜襯底或接觸掩模中任一個的能力，以實現(xiàn)掩模配 合表面和襯底配合表面之間希望數(shù)量的非平行度或非平坦度。可以以驅動給定反 應所需要的任意適當形式采用電源。例如，其可以是DC或脈沖DC電源；可以控制其以輸出固定電流或固定電壓或變化的電流或變化的電壓。其可包括用于精確 控制的反饋?？刂破骺刹扇《喾N形式。例如，其可以是以一方式編程的計算機， 從而以希望的方式(例如，重復操作多次，以建立多層結構)控制其它部件，或 其可以是單獨的控制元件，用于不同的裝置部件，其每一個都通過操作者來控制。
計算機可包括用于將信息提供給操作者或用戶的檢測器或其它顯示器和/或印刷 器、用于存儲記錄的參數(shù)和測量結果的存儲器、用于從操作者接收輸入的鍵盤、 鼠標、觸摸屏等。計算機可連接至網(wǎng)絡以允許由或通過單個計算機進行系統(tǒng)的遠 程控制或多個系統(tǒng)的控制。
很多其它的裝置部件還可結合到一些實施例中(1)剛性架，用于以適合的 精確度保持系統(tǒng)部件，和遮蔽板，以允許被控制的環(huán)境存在，(2)被控制的空氣
或氣體系統(tǒng)，(3)溫度控制系統(tǒng)，(4)襯底清潔系統(tǒng)，(5)襯底激活系統(tǒng)，(6) 電鍍系統(tǒng)和電解液設置或清潔系統(tǒng)，(7)空氣過濾器和循環(huán)系統(tǒng)，(8)工藝檢測 儀器如照相機、數(shù)據(jù)采集器和存儲系統(tǒng)，(9)通道門和面板，(10)觀測窗或照相 機和檢測器，(11)操作者報警系統(tǒng)，包括光和聽覺信號，(12)加熱系統(tǒng)，用于 進行擴散結合、熔融或選擇的建立材料等的流動等。
可借助于精研固定設備202來保持層相對于襯底的平行度或連續(xù)層之間的平 行度，如圖6-8中所示。固定設備包括多孔石墨真空吸盤204 (圖7和8)，該吸 盤用于將襯底(其上將形成結構)夾緊在適合的位置，其通過最小化在襯底背面 上真空的非均性分布來最小化襯底變形(distortion)。在使用精研固定設備用于 結構制造之前，將真空吸盤精研平坦，同時將真空吸盤貼附到精研固定設備上， 以實現(xiàn)平坦化操作期間位于精研板上且安裝于磨損環(huán)208上的磨損墊(wear pad) 206的平面之間的共面性。該精研固定設備的制備附加地除去了真空吸盤204表面 中的任何變形，該變形可能已經(jīng)由將真空吸盤保持到滑軌214的固定器212引起。 滑軌214能夠相對于安裝到磨損環(huán)208上的滑座殼216向上和向下移動。滑軌214 向上或向下的移動以及由此真空吸盤204的向上或向下的移動歸因于向上導向的 彈簧力(如，來自可調(diào)整張力類型的彈簧)與作用在軌道、吸盤和襯底上的重力 的向下導向的力的平衡。張力彈簧類型平衡塊228允許操作者設定被平坦化的表 面和精研板之間的有效接觸壓力。文氏類型真空產(chǎn)生器218提供將襯底保持到吸 盤204上所需要的真空。真空閥222允許操作者開啟或關閉真空，從而安裝或移 除襯底。
滑軌214和滑座殼216包括氣浮型機械，該機械確保了以極不易彎曲且筆直 的行進路徑無摩擦移動。在操作期間，這兩個部件通過穿過旋轉組合部件224提 供壓縮空氣的膜來分離，該旋轉組合部件224通過支架226來保持并允許精研固 定設備旋轉而不干擾空氣流動。在一些實施例中，滑軌可以是具有穿過其中心的 圓形孔的方形管?；壍耐獠糠叫纬叽缤ㄟ^滑座殼與內(nèi)部方形孔非常精確地匹配。 該殼或滑軌可包括在其壁上的多孔石墨墊等，尤其是當提供穿過這些多孔墊的空氣膜時，該多孔石墨墊有助于滑座相對于殼的平滑移動。
為了精研固定設備在固定的軸附近旋轉的目的，磨損環(huán)208提供磨損墊安裝于其上且與在精研機器上的阻擋器等相接合的不易彎曲的并且穩(wěn)定的柱面。磨損墊(如多晶金剛石)裝配到磨損環(huán)的下側，且限定了精研固定設備在其上旋轉的穩(wěn)定平面。磨損墊相對于在將被平坦化的襯底上的材料磨損得非常慢，且該磨損墊確保了由精研固定設備限定的平面在結構制造的整個過程中保持穩(wěn)定。
還提供了確保在正常操作期間漿料不污染氣浮并且在襯底清洗操作期間保護浮動的漿料封層232 (例如，如當固定設備在進行測量的制備中倒置時，在清洗期間推壓磨損環(huán)表面的0型環(huán))。漿料防護罩234和滑座頂部236起固定設備的頂部側的相似功能。
精研固定設備可容納位移傳感器，以測量滑座殼216和滑軌214之間的相對移動。在精研操作期間，控制該位移可提供用于根據(jù)建立(Build)來移除的材料的實時檢測的裝置。來自位移傳感器的信號可借助于安裝到精研固定設備上的無線射頻或紅外器件來傳輸。可選地，電滑動環(huán)可用于相同的目的。在一些實施例中，其可以將校準或絕對位置與來自位移傳感器的測量結果相聯(lián)系，以使得在一些實施例中，位移傳感器能夠提供絕對終點檢測或對修整工藝狀態(tài)的評估。
還可提供用于安裝手柄的多個孔242，操作者可使用該多個孔以在操作期間操縱精研固定設備。
在使用的固定設備的制備期間，可使用例如微米金剛石精研漿料來精研真空吸盤，其后，必定加壓密封真空吸盤，且異丙醇等可用于沖洗多孔材料清洗碎片。
該精研固定設備可用于實現(xiàn)平坦化表面非常高等級的平坦度(例如，橫跨100mm表面，〈0.5微米)，同時保持建立的所有層之間的非常高等級的平行度(例如，橫跨100mm表面，在0.5微米范圍內(nèi))。固定設備的設計允許自固定設備移除部分形成的結構，并且允許進行其它工藝操作，之后，重新安裝并平坦化襯底，同時保持高等級的平坦度和平行度。
使用上述的多孔真空吸盤在最小化襯底變形方面可提供一些顯著的優(yōu)點。在一些實施例中，真空吸盤具有稍小于襯底直徑的不中斷的表面。在一些實施例中，優(yōu)選石墨吸盤能夠容易地被精研至98mm表面上方好于0. 3微米的平整度，同時實現(xiàn)對于使用激光干涉儀測量平坦度足夠的鏡面反射(specularity)。多孔材料的使用均勻地橫跨表面分布真空并且允許將污染物拉到多孔材料中以避免成為變形源。其它類型的真空吸盤如環(huán)形槽可用在一些實施例中。在一些實施例中，多孔石墨材料可裝入到支撐并密封多孔材料的殼(如，鋁殼)中?？芍圃於嗫撞牧弦陨詽M意于殼材料，從而允許精研表面并允許發(fā)生至襯底的安裝，而沒有由于存在殼而導致的干擾，也沒有自其泄漏真空的明顯的表面區(qū)域。
可以是各種可選固定設備。例如， 一些可選固定設備可使用可調(diào)整的裝配，用于將真空吸盤安裝到滑座殼上。這些可調(diào)整的裝配可具有校準調(diào)整機械，其允許相對于磨損墊平面對吸盤平面進行調(diào)整。這些可調(diào)整裝配可用在設定真空吸盤 的平面中，以使得襯底的外部面對表面與磨損墊的平面平行?？稍诔跏汲练e材料 位于襯底上之后進行這種調(diào)整，精研沉積物以與磨損墊表面平行，進行襯底平面 相對于平坦化的沉積物的平面的測量。 一個或多個其它的平坦化操作和可能的一 個或多個其它沉積操作可用于確定或調(diào)整襯底表面相對于磨損墊平面的平行度。
在一些實施例中，在開始建立之前，精研襯底的前和后表面以在約2微米之 內(nèi)相互平行。在這些實施例中，初始襯底表面(即前表面)與由支架限定的平面 不平行超出差不多2微米。該誤差可吸收到該部分的第一層中，該第一層可有意 制作得較厚(如果必要的話)，且隨后的層和襯底表面之間的平行度可基于對平行 性初始誤差的考慮。在其它實施例中，在第一層的平面和隨后層的平面之間對比 平行度。在一些這種實施例中，可用平坦面或凹口來標記襯底，該平坦面或凹口 與在精研固定設備上或在終點檢測固定設備上的標記相對準，以使有角度的對準 保持適度的固定。
在一些可選實施例中，代替精研將平行于磨損墊平面的吸盤，可精研安裝的 襯底以具有平行于磨損墊表面平面的表面。在這些實施例中，希望或者甚至需要
每次平坦化都以相同取向將襯底安裝至真空吸盤或者將進行測量操作。
在一些實施例中，希望平坦化真空吸盤且然后平坦化襯底，以使每一個都平 行于磨損墊平面，在這種情況下，通過每次精研操作或所進行的精研操作的設定 來以相同取向安裝襯底和真空吸盤是必要的。
圖9-12說明了本發(fā)明一些實施例的實例終點裝置的透視圖。可在平坦化操作 中的周期性中斷期間使用終點裝置或固定設備，以測量相對于其上制造結構的襯 底的初始表面的沉積物平面化高度。圖ll概略地描述了在其表面上具有三個(3) 墊274、 276和278的襯底272，貫穿制造工藝該表面將保持沒有沉積物。這些墊 將用作需要的參考，其中沉積物高度測量基于該參考。
在一些實施例中(如，舉例為圖9-12中所例示的)，可使用三個終點檢測墊， 且貫穿建立工藝優(yōu)選將該三個終點檢測墊保持在未被沉積的狀態(tài)，貫穿該工藝， 其任一個都保持在暴露的狀態(tài)，或者可使得其任一個當必須進行測量時將被暴露 出。在一些實施例中，該墊可位于晶片邊緣附近，并相對于位于襯底中心的坐標 軸相隔120° 。
可使用各種方法來防止在終點檢測墊上的沉積，例如，當使用具有涂敷了粘 附層和籽晶層的介電襯底時，在用金屬層涂敷之前，該墊可覆蓋有抗蝕劑、蠟、 漆、粘著帶等，然后移除覆蓋物以暴露墊，從而進行測量。如果一層或多層金屬 層已經(jīng)沉積在墊區(qū)域中，則可通過選擇性蝕刻來將其移除。在一些實施例中，墊 區(qū)域可被結構材料的"絕緣墊圈"包圍，該"絕緣墊圈"具有限定了墊直徑的內(nèi) 部直徑；然后在絕緣墊圈內(nèi)部進行選擇性蝕刻(例如，使用蝕刻劑浸濕的抹布)， 以如所需要地暴露出墊。如果襯底是可電鍍的金屬，則在沉積之前且在進行測量之前，墊可涂敷有抗蝕劑、蠟、漆、粘著帶、沉積的電介質(zhì)(如聚對二甲苯基、二氧化硅、氮化硅)等，可移除涂敷材料。另一方面，如果涂敷材料是電介質(zhì)，且如果其足夠薄(以避免被平坦化)且足夠堅硬，則貫穿整個建立，可將其留在適合的位置?？蛇x地，可在電鍍之前增加這種電介質(zhì)涂敷，且在測量之前將其移除。在再一其它實施例中，電介質(zhì)(例如氧化鋁)插入物可提供于在墊附近的晶片中。該插入物可具有盤的形式，其嵌入到晶片中，并粘合在適合的位置(盡管在晶片熱循環(huán)期間其必須穩(wěn)定，但也可以是壓配合)。該插入物可以與晶片共面，或者否則的話與其平接，可關于一般晶片表面來測量并記錄它們的位置，并且將該位置用于確定稍后將沉積的層的高度和平行度。
圖9示出了終點裝置300的透視圖，該裝置300包括與襯底上的終點測量墊274、 276和278相連接的三個固定的支架284、 286和288。在一些實施例中，需要支架與墊的相關性是固定的(例如，支架284必須總是安裝在墊274上，支架286必須總是安裝在墊276上等)，這取決于來自終點測量固定設備的數(shù)據(jù)怎樣付諸使用以及襯底的前表面是否平行于磨損墊的平面。支架的尖端優(yōu)選由堅硬的材料制成，該材料在測量工藝期間不會明顯變形，以便于避免引入潛在的測量誤差的源。
終點裝置300還包括控制環(huán)304和固定設備夾持板，其中固定的支架貼附到該夾持板上。也貼附到固定設備夾持板上的是一個或多個測量探針(描述了如圖9、10和12中所描述的四個探針292-298，包括尖端292' -298')，該一個或多個探針具有可控制且可測量地延伸以接觸在襯底表面上的平坦化沉積物的可伸縮測量
探針尖端。在一些實施例中，通過空氣壓力來延伸探針尖端，且精確的空氣壓力調(diào)節(jié)器用于確保將可重復且相等的壓力施加到所有四個探針。固定設備的重量優(yōu)選(但不是必須的)明顯高于通過四個探針施加的合力，以不影響精確度。閥門用于延伸和收縮探針尖端。該尖端通常向外收縮和延伸以取得零讀數(shù)或取得測量結果。在一些實施例中，可使用Heidenhain Metro MT 1287長度計，而在其它實施例中，可使用具有增加測量精確度的可能益處的LVDT型傳感器。在一些實施例中，通過結合減小的延伸壓力來使用彈簧會發(fā)生探針收縮。在其它實施例中，可以使用提供沉積高度的非接觸測量的探針。在另外的其它實施例中，固定長度探針(即支架)可接觸沉積的材料，并且可調(diào)整長度的探針或非接觸探針可使用終點墊來接觸或進行測量。
固定設備夾持板306具有確保精確測量的適當硬度和夾持力。在一些實施例中，操作環(huán)由傳導極少熱量的材料制成，以確保來自操作者的手的熱量不會引起測量固定設備中的尺寸變化。在其它實施例中，固定設備具有較少或較多支架和/或較少或較多探針。
當探針接觸在校準工藝期間支架位于其上的平板時以及當它們接觸將測量的表面時的測量位移值中的差導致了平坦化的材料厚度，并潛在地導致了相對于之前檢測的平面或襯底表面確定表面平面的能力，并且潛在地導致了確定表面自身 整個平坦度的能力。
圖12提供了位于將被檢測的襯底上的終點測量裝置或固定設備300的透視
圖，其中三個支架已經(jīng)設置在測量墊上。
在一些實施例中，分別具有可移動尖端292' -298'的每個測量探針292-298 可以是編碼器基的測量器件，其具有允許符合適合容差標準的精確度(例如，它 們可以在12mm的行程中，以0. 01微米的分辨率和+ / -0. 05微米的可重復性以及+ /-0.2微米精確度進行操作)?？梢苿犹结樇舛送ǔＪ鞘湛s的，但是其可以通過空 氣壓力使用可設定的接觸力或至少是適合于測量希望材料的力而延伸，這基于探 針的接觸面積，且潛在地基于固定設備自身的重量。
優(yōu)選裝置的四個探針器件292-298在圖10中可以更加清楚地看見，而四個相 關探針尖端292' -298'在圖9中可以更加清楚地看見。在一些實施例中，在進行 測量之前，將所有四個(4)探針都歸零在延伸的位置處，而固定設備位于參考平 面上(例如，光學平面)。在其它實施例中，可簡單地在延伸平板位置處記錄探針 位置值，且這種值和當測量平坦化的沉積物時取得的值之間的差用于確定的沉積 物高度和可能的平行度及平坦度。
在一些實施例中，來自從平坦化的沉積物取得的四個探針的測量結果用于使 用最小的面積吻合計算表面平面。計算X和Y斜率(沿著X和Y軸平面的斜率， 假設X和Y軸是在襯底表面的平面中的兩個垂直軸)和z-截距。z-截距可用作平 坦化沉積物相對于初始襯底表面的厚度(例如，所有沉積物的總厚度)的表示。X 和Y斜率值可用與確定測量的平面是否與初始襯底表面或假定表面的平行度偏離 得過遠。X或Y斜率中的大值表示在平坦化裝置或污染(例如，被真空吸盤等上的 適當安裝所干擾的不均勻墊磨損、灰塵、漿液顆粒等)方面存在問題。事實上， 如果不將襯底的前表面制作得如襯底背面表面一樣平坦，則會存在沉積的材料和 襯底前表面的材料之間的平面取向中的顯著差別，且在這種情況下，比較該平面 的取向和第一沉積材料層或者與沉積材料的一些其它層相關的或與假定平面相關 的取向是有益的?？蛇x地，開始就可以用平坦化材料層涂敷襯底，使得該平坦化 材料層具有限定于其上的測量墊區(qū)域，并且對該平坦化材料層測量隨后沉積物的 厚度和平面取向。
在一些實施例中，平面斜率用于確定平行度控制是否充分地工作?？墒褂脟?格的接收容差(例如0.01微米每毫米，其對應于橫跨100mm表面擠進l微米)
在一些實施例中，如上所述，固定長度元件可接觸沉積的材料，同時使得可 移動探針接觸在襯底上或在與之前形成的層相關的材料上的接觸墊。
在一些實施例中，代替使用終點測量裝置的探針來確定平坦度，可使用激光 干涉儀來檢驗是否達到了適合的平坦度(例如，0.3微米)。如果該平坦度超出了 規(guī)定，則是精研板需要再平坦化的表示。在一些實施例中，基于精研的定時量來進行測量，該定時量通過操作者來評 估，其低于達到希望目的所需要的量。通過平坦化的重復步驟和落在正確值上的 測量來達到最后的層厚度值。
在一些實施例中，如圖5B和5C的實例中所示出的，多個平坦化操作可用于 實現(xiàn)希望的層厚度和部分形成的結構厚度。粗略的精研步驟可包括使用粗磨料(例 如9微米的磨料顆粒)，該步驟可使得精研的水平達到例如等于所有之前層厚度加 上當前層厚度加上4微米補償?shù)闹?，? / -0. 1微米容差之內(nèi)。然后使用細磨料(例 如2微米磨料)，以使在最后表面希望位置上方的厚度達到例如0. 1+ / -0. 05微米 的值。進行所有這些測量同時襯底保持夾緊到固定設備。在一些實施例中，可使 用最后的拋光步驟，其中假設移除某些量的材料(例如0.1微米)?？蛇M行該操作 而不使用精研固定設備。在一些實施例中，由于增加了襯底彎曲的危險，因此一 旦從固定設備移走襯底，就不希望進行測量。在這些實施例中，可進行或不進行 拋光之后的最后測量。
在一些實施例中，可進行單個平坦化工藝，并如必要的話重復該單個平坦化 工藝，直到達到希望的表面水平。
在一些實施例中，可使用厚的襯底，如對于100mm直徑具有l(wèi)Omm范圍內(nèi)厚度、 對于150mm直徑具有15mra范圍內(nèi)厚度的晶片等。這種厚襯底可提供以下優(yōu)點(1) 即使具有高應力的金屬沉積于其上，它們也保持平坦，(2)在平坦化期間，它們 較少地被真空吸盤或其它固定設備的平坦度影響，(3)它們較容易被平坦化至高 水平的平坦度和與相對的面的平行度，和/或(4)對于在工藝期間的控制它們更 加堅固。在完成層制造之后可減薄這種晶片(例如，使用ID/圓鋸、金剛石線狀 鋸等)。在其它實施例中，厚襯底可通過將厚的"載座"接合至較薄的襯底來獲 得，以便于提供較厚晶片的效果。
對如上述討論的圖5A的方法實施例和對圖6-8的精研固定裝置以及圖9-12 的終點檢測裝置的各種提高或可選方案都是可以的。例如，在一些可選實施例中， 根據(jù)在精研固定設備中的測量器件確定的位移值可用于提供一些或所有層的終點 檢測。在一些實施例中，在測量期間，襯底可保持安裝至精研固定設備，而在其 它實施例中，在襯底以及固定設備被分離之后會進行測量。在一些實施例中，可 使用非多孔真空吸盤(例如，具有加工的孔等的真空吸盤)，而在其它實施例中， 可使用除了石墨之外的材料制成的多孔真空吸盤。在一些實施例中，保持襯底至 真空吸盤的真空源可以是文氏型產(chǎn)生器，該產(chǎn)生器以與提供滑軌和殼之間的浮動 力的相同空氣供給為源，如上面所討論的，而在其它實施例中，可使用其它類型 的真空產(chǎn)生器，和/或可使用其它空氣壓力源。
存在本發(fā)明的各種其它實施例。這些實施例中的一些可基于在此教導的內(nèi)容 和在此通過所結合的各種教導的內(nèi)容的組合。 一些實施例不使用任何毯覆式沉積 工藝和/或它們不使用平坦化工藝。 一些實施例可包括在單個層或不同層上選擇性沉積多種不同材料。 一些實施例可使用在一些層上的選擇性沉積工藝或毯覆式 沉積工藝，而非電沉積工藝。 一些實施例可使用鎳作為結構材料，而其它實施例 使用不同的材料。 一些實施例可使用銅作為結構材料，具有或不具有犧牲材料。 一些實施例可移除犧牲材料而其它實施例不移除。在一些實施例中，陽極(在電 沉積期間使用的)可不同于順形接觸掩模支撐，且該支撐可以是多孔結構或其它 穿孔的結構。 一些實施例可使用與毯覆式沉積操作相結合的掩?；x擇性蝕刻操 作。 一些實施例可在逐層的基座上形成結構，但是通過有利于在層間交錯材料的 工藝的平坦層建立工藝而背離了嚴格的平坦層。在2003年5月7日申請的、名稱 為"Methods of and Apparatus for Electrochemically Fabricating Structures Via Interlaced Layers or Via Selective Etching and Filling of Voids"的 美國申請No. 10/434， 519中公開了這種可選的建立工藝，在此通過參考將其并入 本文，如全文列出一樣。
盡管上面列出的各個實施例集中將精研作為優(yōu)選的平坦化技術，但是在此公 開的技術當平坦化技術是除了精研之外的某些技術時也可應用，其中的其它技術 例如是化學機械平坦化、研磨、金剛石飛刀切削等。尤其，相信終點固定設備和 方法在平坦化工藝是除了精研之外的某些工藝時也是可以應用的。關于對于在電 化學制造工藝期間的平坦化操作使用金剛石飛刀切削的教導可在美國專利申請 No. 60/534， 159中發(fā)現(xiàn)，該申請通過Cohen等人同時申請，且名稱為 "Electrochemical Fabrication Methods for Producing Multilayer Structures Including the use of Diamond Machining in the Planarization of Deposits of Material"。在此通過參考將該申請并入本文，如全文列出一樣。
本發(fā)明的另一實施例涉及用于建立多層或單層結構或器件的方法和裝置，其 中用單個點的金剛石加工工藝在飛刀切削機器(例如，圖13的飛刀切削機器)上 進行平坦化。下面討論的該裝置和方法允許操作者測量并調(diào)整襯底的初始平面， 以使在飛刀切削期間建立的新平面平行于襯底的初始平面。
相同的裝置也允許操作者測量沉積的單層或多層的大致的引入厚度。然后操 作者可進行初始飛刀切削步驟，以建立與襯底的初始襯底表面平行的平坦表面。 在一些實施例中，通過測量該平行的表面的厚度，操作者可確定需要多移除多少 材料以實現(xiàn)希望的層厚度，并且能命令機器確定地移除精確量的材料。在一些實 施例中，可進行一次或多次檢測以確保新限定的平面平行于初始襯底表面。根據(jù) 初始沉積物的高度和平坦化層的希望高度的差，飛刀切削可以單次橫跨該表面的 每個部分通過刀片來移除所有需要的材料，或者可進行多次通過而進行或不進行 中間測量步驟?？芍芷谛缘貦z測切削平面，并進行任何必要的襯底取向修整，以 確保連續(xù)層保持相互平行并具有適合的厚度。 一旦進行了最后的飛刀切削步驟， 就確定了層厚度以及新表面的平面。
關于上面討論的精研基平坦化實施例，測量和平坦化操作優(yōu)選基于襯底的初始表面(例如，要將材料層添加至其的襯底前表面)，如根據(jù)位于襯底上的三個測 量墊(例如，檢測墊、接觸墊等)所確定的，如圖ll中所示。在優(yōu)選實施例中， 對于每個建立貫穿制造工藝都保持這些墊。本領域技術人員應當理解，在一些可 選實施例中，代替使用位于襯底前表面上的墊，墊可位于襯底的后表面上。在再 一其它可選實施例中，代替在襯底表面上保持固定墊，在每個連續(xù)層上或一部分 連續(xù)層上形成的墊可用于確定形成的一層或多層隨后層的平坦度和設定高度。
圖13提供飛刀切削機器的主要部件的概略透視圖。其上建立電化學制造結構 的襯底404貼附到襯底平面調(diào)整器406，其反過來安裝至能夠在由箭頭410限定的 z-方向上移動的z-軸臺408。 z-軸是在基本垂直于由飛刀切削工具掃過的平面的 方向上延伸的軸。z-軸臺408和x-軸臺418安裝至振動隔離系統(tǒng)(未示出)，該系 統(tǒng)提供裝置整體的機械穩(wěn)定平臺。x-軸在垂直于z-軸的方向上延伸，并允許在由 箭頭420表示的方向上向后或向前移動。x-軸臺保持飛刀切削錠422，該錠422反 過來保持飛刀切削工具保持器424，該保持器424反過來保持飛刀切削工具本身(未 示出)。在一些實施例中，安裝到工具保持器上的工具是單晶金剛石，而在其它實 施例中，可使用其它工具材料。測量固定設備426貼附至錠殼。
錠422使用非常堅硬并穩(wěn)定的高速氣浮。x-軸和z-軸臺408和418非常精確 并堅硬，并且使用油流體靜壓軸承。裝置的錠、x-臺和z-臺部分(不包括襯底平 面調(diào)整固定設備、襯底保持器和測量固定設備)與計算機控制硬件、軟件、振動 隔離系統(tǒng)、保護殼等一起都可以從例如Moore Nanotechnology Systems、 Keene 的LLC、型號為Nanotech 350UPL的New Hampshire購買。這些部件組合以提供 具有10納米的位置分辨率和橫跨100mm直徑以100納米數(shù)量級的平坦度飛刀切削 表面的能力的機械系統(tǒng)。
襯底可以通過z-軸臺來定位，而測量固定設備可通過x-軸臺來定位，以便允 許一起將其引入，從而可以測量高度、平面取向等。通過使用x-軸臺和z-軸臺， 可以使得襯底和飛刀切削工具的路徑相交叉。相對于錠的無輪飛刀切削工具保持 器可允許飛刀切削工具在襯底的路徑中向后或向前旋轉，而增加了 z-軸臺向前的 移動，以允許在計劃操作等期間在該工具和襯底之間發(fā)生接觸。
在圖14中，三個測量探針指端434-1、 434-2和434-3形成計算機可控制且 可讀的測量探針器件432-1、 432-2和432-3的接觸部分?？裳刂鴝-軸驅動探針， 且當其接觸將被測量的表面時，該探針能夠給出位置的電讀出。當希望位置的表 面和/或取向相遭遇時，探針讀數(shù)可以是再歸零的，以便設置參考平面。在相同 的使用期間，當以預限定的取向將襯底設置在保持器上并由保持器保持時，沿著 x-軸設置探針指的尖端，以使它們可以與在襯底上的三個測量墊274、 276和278 對準并與其接觸。在其它使用中，可限定探針的位置，以使尖端接觸在襯底上在 測量墊附近或遠離測量墊的區(qū)域。在再一其它使用中，可以以不標準的取向將襯 底設置到保持器上，以使尖端不與墊對準。這種不標準的取向定位可用于產(chǎn)生關于襯底前和后表面的平行度的信息。
通過使用通過高精確的空氣壓力調(diào)節(jié)器提供的空氣壓力，探針尖端可延伸， 以使所有探針以相同且重復的接觸力接觸。在典型操作中，將襯底和探針引入到 X-軸位置中，同時收縮探針尖端。 一旦處于適合的位置，探針尖端就延伸，且進 行三次測量。初始襯底表面的平面根據(jù)從三個測量墊取得的讀數(shù)來確定。如果測 量的平面的取向不與希望平面的取向相匹配，則可調(diào)整襯底參考表面的平面至在 可由平面調(diào)整固定設備所允許的范圍內(nèi)的任一平面。通常，調(diào)整參考表面的平面 以相對于機器的X-Y平面具有零斜率，該機器的X-Y平面也是當平坦化表面時飛 刀切削工具產(chǎn)生的平面。實施中，在使用兩個線性激勵器446-1和446-2調(diào)整平 面之后，探針尖端可失常態(tài)地再次接觸參考墊，以測量并確定襯底的平面已經(jīng)被 適當?shù)卣{(diào)整。在一些情況下，重復的測量和調(diào)整可根據(jù)可在單次通過中完成什么 來改進對準；然而，通常發(fā)現(xiàn)這是不必要的。在測量之后，探針尖端通常收縮， 以不發(fā)生襯底的無意損傷。
圖15示出了測量固定設備的詳細圖。測量探針132-1-132-3由探針夾具 133-1-133-3保持，該夾具反過來貼附到水平板135上，且水平板135反過來貼附 到垂直板137上，該板137反過來貼附到錠殼422上，如圖13中所示。
圖5示出了使用多孔碳真空吸盤454安裝到襯底平面調(diào)整固定設備上的襯底。 該多孔碳材料允許在將真空吸盤454安裝到固定設備上之后，在機器上將其飛刀 切削，以使其具有與切削平面相同的斜率(例如，橫跨lOOmra表面在0. 3微米之 內(nèi)的平面)。該能力可用于移除在將真空吸盤安裝到移動板456期間引進的任何變 形。可控制真空吸盤連接到真空供給以及空氣壓力供給，以可控制襯底為貼附的、 釋放的，且其相對于吸盤可容易地定位。
在真空吸盤下部側的底部，三個襯底定位支架458-1-458-2用于幫助定位襯 底。底部支架458-2提供平坦表面，該表面允許在襯底邊緣上的平面(例如，18mm 的平坦邊緣)位于平坦支架表面上，以便幫助在開啟真空之前提供旋轉對準。移 動板提供穩(wěn)定基座，移動部件可在背面?zhèn)壬腺N附至該穩(wěn)定基座。
圖17示出了移除了移動板456的襯底平面調(diào)整固定設置406。三個截頂球體 462-1-462-3貼附到移動板上，以使其可旋轉地與三個帶槽的支架相匹配。在圖 17中，示出了沒有與移動板連接的三個球體。帶槽的支架中的一個位于固定的垂 直板466上，該固定的垂直板466安裝至基座467上，該基座467反過來安裝至 Z-臺，而其它兩個支架都位于兩個彎曲臂上，該彎曲臂能夠移動，從而當安裝到 真空吸盤上時調(diào)整襯底平面。三個彈簧傾斜拉緊螺栓464-1-464-3通過固定的垂 直板466延伸，貼附到移動板以及相關的截頂球體，并以大的預加力(例如，500 磅的預加力)將移動板以及相關的截頂球體拉向槽，由此產(chǎn)生堅硬的機械。
圖18示出了一部分運動部件的放大圖，其包括截頂球體462-1和462-3、相 關的帶槽支架468-1和468-2、上緊的螺絲464-2、貼附的支架472-1，該支架將體和槽由加硬的鋼材構成，以確保
部件的幾何形狀保持穩(wěn)定。
圖19示出了襯底平面調(diào)整固定設備454的背面圖，其中移除了側板478-1以 露出一些其它部件。存在三個上緊的壓縮彈簧465-1至465-3，其通過上緊的螺釘 工作，以在移動板上產(chǎn)生大的預加力。存在兩個彎曲杠桿臂474-1和474-2，其每 一個都具有貼附的帶槽支架中的一個。當將通過橫桿479分別安裝到側板478-1 和478-2上的線性激勵器446-1和446-2驅動至新的位置時，彎曲點473-1和473-2 提供彎曲杠桿臂474-1和474-2的旋轉點。也在圖18上示出的貼附支架將彎曲杠 桿臂連接至圖19中示出的垂直板。每個線性激勵器都用于激勵每個彎曲臂。通過 具有自槽和截頂球體的移動接觸的激勵點偏移來實現(xiàn)的機械優(yōu)點實現(xiàn)了兩個目 的(1)提供機械杠桿作用，否則的話，由于大的預加力，線性激勵器會具有很 大的能量、很高的成本和/或較少的激勵；和(2)由于機械優(yōu)點，因此可提供增 加的精確度。在本實施例中，該機械裝置提供10至1個機械優(yōu)點，但是在其它實 施例中，可利用較少或較多的機械優(yōu)點。假設該系統(tǒng)對平面調(diào)整具有10納米的分 辨率，則本激勵器(例如，金剛石移動激勵器N100DC)具有O. l微米的分辨率。 在圖19中還可看出的是在線性激勵器和彎曲杠桿臂之間的接觸點處使用的鎢碳觸 擊電鍍膜(strikes) 182-1。
圖20提供了列舉出樣品操作的流程，該樣品操作可用于匹配測量固定設備和 圖13-15的探針的零平面和通過飛刀切削工具切削的平面。
圖21提供了列舉的樣品操作的流程，該樣品操作可用于設定襯底前表面(其 上已經(jīng)沉積和/或將沉積材料層)或沉積的材料自身相對于通過金剛石工具切削 的平面的平行度。
圖22提供了列舉操作的流程，該操作可用于通過使用圖13的裝置將在襯底 上的材料沉積調(diào)整至希望的高度。
根據(jù)對在此教導的內(nèi)容的觀察，圖20-22中列出的那些方法的可選方法對于 本領域技術人員是顯而易見的。在一些這種可選工藝中，可省略各種操作，可添 加其它操作，和/或可使用各種替換操作。
在2003年12月31日提交的多個專利申請中列舉出了關于在介電襯底上的結 構形成和/或將介電材料結合到形成工藝中以及可能結合到所形成的最終結構中 的結構形成的教導。這些文件中的第一個是美國專利申請No. 60 / 534， 184，其名 稱為 "Electrochemical Fabrication Methods Incorporating Dielectric Materials and/or using Dielectric Substrates"。這些文件中的第二個是美國 專利申請No. 60/533, 932，其名稱為"Electrochemical Fabrication Methods Using Dielectric Substrates"。這些文件中的第三個是美國專利申請No. 60/534， 157， 其名稱為"Electrochemical Fabrication Methods Incorporating Dielectric Materials"。這些文件中的第四個是美國專利申請No. 60/533， 891 ，其名稱為"Methods for Electrochemically Fabricating Structures Incorporating Dielectric Sheets and/or Seed layers That Are Partially Removed Via Planarization"。這種文件中的第五個是美國專利申請No. 60/533, 895，其名稱為
"Electrochemical Fabrication Method for Producing Multi-layer Three-Dimensional Structures on a Porous Dielectric'，<=在此通過參考將這 些專利文件的每一個都并入本文，如在此全文列出一樣。
通過考察在此的教導，很多其它實施例、設計中的可選方案以及本發(fā)明的直 接使用對于本領域技術人員都是顯而易見的。同樣，不意指本發(fā)明限于特定的說 明性實施例、可選方案以及上述的使用，而是用由以下列出的權利要求所單獨限 定的內(nèi)容代替。
權利要求
1.一種用于形成多層三維結構的制造工藝，包括(a)形成并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案的至少一種材料；(b)對該至少一種材料進行平坦化操作，包括(i)經(jīng)由多孔真空吸盤將襯底安裝到精研固定設備；(ii)當將襯底安裝到固定設備上時，對沉積的材料進行精研操作以平坦化材料表面并使得沉積材料的高度達到希望值；(c)重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
2. —種用于形成多層三維結構的制造工藝，包括(a) 形成并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案 的至少一種材料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b) 對該至少一種材料進行平坦化操作，包括(i) 經(jīng)由多孔真空吸盤將襯底安裝至精研固定設備；(ii) 當將襯底安裝置固定設備上時，對沉積的材料進行精研操作以平坦化 材料表面并使得沉積材料的高度達到希望值；(c) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
3. —種用于形成多層三維結構的制造工藝，包括(a) 形成并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案 的至少一種材料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b) 對該至少一種材料進行平坦化操作；(c) 對該至少一種材料進行檢查以確定相對于希望參考的沉積物高度、沉積 物的平坦度和相對于希望參考的沉積物取向中的至少兩個；(d) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次以由多個粘附的層形成三維結
4.一種用于形成多層三維結構的制造工藝，包括(a) 形成并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案 的至少一種材料，其中一個或多個參考墊存在于襯底上或事先形成的層上，該參 考墊可用于確定平坦化的沉積材料的沉積高度、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個；(b) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
5. 根據(jù)權利要求1-4中任一項的工藝，其中材料層的形成及粘附包括第一材 料的選擇性沉積、第二材料的毯覆式沉積。
6. 根據(jù)權利要求1-4中任一項的工藝，其中材料層的形成及粘附包括第一材 料的選擇性沉積、第二材料的毯覆式沉積，且其中第一和第二材料中的至少一個 是通過電鍍操作沉積的。
7. 根據(jù)權利要求卜4中任一項的工藝，其中平坦化操作包括精研操作。
8. 根據(jù)權利要求卜4中任一項的工藝，其中平坦化操作包括金剛石加工操作。
9. 一種用于形成多層三維結構的制造工藝，包括(a) 形成并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案 的至少一種材料(b) 對該至少一種材料進行平坦化操作，包括(i) 將襯底安裝至飛刀切削機器中的固定設備；(ii) 當將襯底安裝至固定設備時，將沉積的材料置于旋轉切削工具中以平 坦化材料表面并使得沉積材料的高度達到希望值；(c) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
10. —種用于形成多層三維結構的制造工藝，包括(a) 形成并粘附材料層至事先形成的層和/或襯底，其中該層包括希望圖案 的至少一種材料，其中一個或多個接觸墊存在于襯底上或事先形成的層上；(b) 對該至少一種材料進行平坦化操作，包括(i) 將襯底安裝至飛刀切削機器中的固定設備，其中該固定設備具有相對于 飛刀切削機器的切削平面調(diào)整襯底平面的能力；(ii) 調(diào)整襯底平面，以與在飛刀切削機器上的切削平面相匹配；和然后(iii) 當將襯底安裝至固定設備時，將沉積的材料置于旋轉切削工具中以平 坦化材料表面，使得沉積材料的高度達到希望值；(c) 重復操作(a)的形成及粘附一次或多次，以由多個粘附的層形成三維結構。
全文摘要
本發(fā)明的一些實施例提供了用于電化學制造多層結構(98)(例如中尺寸或微尺寸結構)的工藝和裝置，對于在電化學制造工藝期間平坦化的材料(如層)具有改進的終點檢測和平行度保持。一些方法包括在平坦化期間使用固定設備，其確保了材料的平坦化平面在給定的容差之內(nèi)平行于其它層。一些方法包括使用終點檢測固定設備(292、294、296、298)，其確保了沉積材料相對于襯底(82)的初始表面、相對于第一沉積的層或相對于在制造工藝期間形成的其它層的精確高度。在一些實施例中，可通過精研進行平坦化，而其它實施例可使用金剛石飛刀切削機器(408)。
文檔編號B24B53/00GK101515549SQ200910118608
公開日2009年8月26日 申請日期2005年1月3日 優(yōu)先權日2003年12月31日
發(fā)明者A·H·庫馬爾, A·L·科恩, M·S·洛卡德 申請人:微制造公司