用于在适形接触掩模电镀操作期间监测沉积质量的方法和装置转让专利
申请号 : CN03813332.6
文献号 : CN100582318C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 张刚 , A·L·科恩
申请人 : 南加州大学
摘要 :
公开了电化学制造(例如，EFAB)工艺和装置，其在选择性沉积期间提供对至少一种电参数(例如，电压)的监测，其中监测的参数用于帮助确定所做的沉积的质量。如果监测的参数指示沉积出现了问题，可以采取各种补救操作以成功形成将要完成的结构。
权利要求 :
1.一种电化学制造工艺，用于从多个粘结层制作三维结构，该工 艺包括：(A)在衬底上形成第一层，包括：
i)选择性地沉积第一材料以形成该第一层的一部分；
ii)在衬底和第一材料上覆盖沉积第二材料以形成该第一层的 第二部分；
iii)平坦化该第一和第二材料以设定该第一层的平面；
(B)形成多个层，以便邻接并粘结到先前形成的多个层而形成多 个连续层，其中该形成过程包括多次重复步骤(A)；
其中至少多次选择性地沉积操作包括：
(1)在衬底上或先前形成的层上设置掩模；
(2)在电镀溶液中，在阳极与衬底或先前形成的层之间通过 掩模中的至少一个开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在 衬底上以形成一层的至少一部分；和(3)从衬底去除掩模；及
其中在给定层的形成期间，监测阳极与衬底或先前形成的层之间 的电压，以确定是否出现该第一材料的可接受的沉积，其中如果确定没有出现该第一材料的可接受的沉积，则经由平坦 化操作去除一个或多个层的至少一部分，并重复形成该一个或多个层；
其中该第一和第二材料的其中一个是牺牲材料，该第一和第二材 料的另一个是结构材料，以及(C)在形成多个层之后，从该多个层上的结构材料去除至少一部 分牺牲材料，以显示三维结构。
2.如权利要求1所述的工艺，另外包括：
提供多个预成型的掩模，其中每一掩模包括图形化的介电材料， 该介电材料包括至少一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够 通过该开口发生沉积，以及其中每一掩模包括支承结构，该支承结构 支持该图形化的介电材料；和其中在衬底上或先前形成的层上的掩模设置包括使衬底或先前形 成的层与选定的预成型掩模的介电材料接触。
3.如权利要求1所述的工艺，其中在衬底上或先前形成的层上的 掩模设置包括将图形化的掩模形成并粘结到衬底上。
4.如权利要求1所述的工艺，其中该确定也基于给定层的沉积结 果的视觉检查。
5.如权利要求1所述的工艺，其中测得的至少一层的电压外形指 示闪烁沉积。
6.如权利要求1所述的工艺，其中将测得的电压外形与预期的电 压外形比较能够指示发生了闪烁沉积。
7.如权利要求1所述的方法，其中测得的至少一层的电压外形指 示短路。
8.如权利要求1所述的方法，其中将测得的电压外形与预期的电 压外形比较能够指示发生了短路。
9.一种电化学制造工艺，用于从多个粘结层制作三维结构，该工 艺包括：(A)在衬底上形成第一层，包括：
i)选择性地沉积第一材料以形成该第一层的一部分；
ii)在衬底和第一材料上覆盖沉积第二材料以形成该第一层的 第二部分；
iii)平坦化该第一和第二材料以设定该第一层的平面；
(B)形成多个层，以便邻接并粘结到先前形成的多个层而形成多 个连续层，其中该形成过程包括多次重复步骤(A)；
其中至少多次选择性地沉积操作包括：
(1)在衬底上或先前形成的层上设置掩模；
(2)在电镀溶液中，在阳极与衬底或先前形成的层之间通过 掩模中的至少一个开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在 衬底上以形成一层的至少一部分；和(3)从衬底去除掩模；及
其中在给定层的形成期间或者形成之后，检查该层或部分的层， 或者将形成参数与预期参数值比较，以便确定是否形成了可接受的层 或部分的层，其中如果确定没有形成可接受的层或部分的层，则经由平坦化操 作去除一个或多个层的至少一部分，并重复形成一个或多个层或部分 的层；
其中该第一和第二材料的其中一个是牺牲材料，该第一和第二材 料的另一个是结构材料，以及(C)在形成多个层之后，从该多个层上的结构材料去除至少一部 分牺牲材料，以显示三维结构。
10.如权利要求9所述的工艺，另外包括：
提供多个预成型的掩模，其中每一掩模包括图形化的介电材料， 该介电材料包括至少一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够 通过该开口发生沉积，以及其中每一掩模包括支承结构，该支承结构 支持该图形化的介电材料；和其中在衬底上或先前形成的层上的掩模设置包括使衬底或先前形 成的层与选定的预成型掩模的介电材料接触。
11.如权利要求9所述的工艺，其中检查包括监测选择性沉积操 作的一个电特性。
12.如权利要求11所述的工艺，其中电特性包括在电流的传导期 间阳极与衬底或先前形成的层之间的电压。
13.如权利要求11所述的工艺，其中在实际上所有层的形成期间 存在监测。
14.如权利要求12所述的工艺，其中每一层的监测电压包括每一 层的关于沉积时间的电压外形的测量。
15.如权利要求14所述的工艺，其中测得的给定层的电压外形的 至少两点被用于和期望的电压外形比较，并且至少部分地基于比较的 结果，得出关于沉积是否是可接受的结论。
16.如权利要求9所述的工艺，其中一层的至少一部分是通过非 电镀沉积工艺形成的。
17.如权利要求9所述的工艺，其中在若干层的每一层的形成期 间存在多次沉积，其中在若干层的每一层上的至少一次沉积是沉积铜， 而在若干层上的至少一次其它沉积是沉积镍。
18.如权利要求9所述的工艺，其中若干层的每一层的选择性沉 积包括至少两个选择性沉积。
19.一种电化学制造工艺，用于从多个粘结层制作三维结构，该 工艺包括：(A)在衬底上形成第一层，包括：
i)选择性地沉积第一材料以形成该第一层的一部分；
ii)在衬底和第一材料上覆盖沉积第二材料以形成该第一层的 第二部分：iii)平坦化该第一和第二材料以设定该第一层的平面；
(B)形成多个层，使得邻接并粘结到先前形成的多个层而形成多 个连续层，其中该形成过程包括多次重复步骤(A)；
其中在给定层的形成期间或者形成之后，检查该层或部分的层， 或者将形成参数与预期参数值比较，以便确定是否形成了可接受的层 或部分的层，其中如果确定没有形成可接受的层或部分的层，则经由平坦化操 作去除一个或多个层的至少一部分，并重复形成一个或多个层或部分 的层；
其中该第一和第二材料的其中一个是牺牲材料，该第一和第二材 料的另一个是结构材料，以及(C)在形成多个层之后，从该多个层上的结构材料去除至少一部 分牺牲材料，以显示三维结构。
说明书 :
技术领域
本发明的实施例涉及电化学制造领域和关联的材料的电化学沉 积，其中一些包括依照期望的截面结构对选择性图形化操作(例如， 选择性电化学沉积操作)使用掩模，以及在一些实施例中，其依照从 沉积材料的多个粘结层构建多层三维结构。
背景技术
Adam L Cohen发明了一种从多个粘结层形成三维结构(例如部件， 元件，器件等)的技术，该技术是公知的电化学制造技术。该技术由 加利福尼亚的Burbank的公司商业化研究，命名为EFABTM。 在2000年2月22日公开的美国专利第6,027,630号中描述了此项技术。 此项电化学沉积技术允许使用一种独特的掩模技术选择地沉积材料， 该掩模技术包括使用一个掩模，该掩模包括位于支承结构上的图形化 的适形材料，该支承结构与其上将进行电镀的衬底独立。当希望使用 该掩模执行电沉积时，在电镀液存在的同时使该掩模的适形部分与衬 底相接触，以使该掩模的适形部分与衬底的接触禁止在选定位置的沉 积。为了方便，这些掩模一般称为适形接触掩模；该掩模技术一般称 为适形接触掩模电镀处理。更具体而言，在加利福尼亚的Burbank的 公司的术语中，这些掩模通常称为INSTANT MASKTM和此 过程称为INSTANT MASKINGTM或INSTANT MASKTM电镀。使用适 形接触掩模电镀的选择性沉积可用于形成单层材料或可用于形成多层 结构。专利6,027,630的教导中所提及的全部内容以参考的方式合并于 此。由于递交了产生上述专利的专利申请，所以公开各种有关适形接 触掩模电镀(即，INSTANT MASKING)和电化学制造的文献：
1.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis 和P.Will，“EFAB：Batch production of functional，fully-dense metal parts with micro-scale features”，Proc.9th Solid Freeform Fabrication， The University of Texas atAustin，p161，Aug.1998。
2.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis 和P.Will，“EFAB：Rapid，Low-Cost Desktop Micromachining of High Aspect Ratio True 3-D MEMS”，Proc.12th IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop，IEEE，p244，Jan 1999。
3.A.Cohen，“3-D Micromachining by Electrochemical Fabrication”，Micromachine Devices，March 1999。
4.G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld 和P.Will，“EFAB：Rapid Desktop Manufacturing of True 3-D Microstructures”，Proc.2nd International Conference on Integrated MicroNanotechnology for Space Applications，The Aerospace Co.， Apr.1999。
5.F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld 和P.Will，“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)，June 1999。
6.A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld 和P.Will，“EFAB：Low-Cost，Automated Electrochemical Batch Fabrication of Arbitrary 3-D Microstructures”，Micromachining and Microfabrication Process Technology，SPIE 1999 Symposium on Micromachining and Microfabrication，September 1999。
7.F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld 和P.Will，“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，November，1999。
8.A.Cohen，“Electrochemical Fabrication(EFABTM)”，Chapter 19 of The MEMS Handbook，edited by Mohamed Gad-EL-Hak，CRC Press，2002。
9.“Microfabrication-Rapid Prototyping’s Killer Application”，pages 1-5 of the Rapid Prototyping Report，CAD/CAM Publishing，Inc.，June 1999。
这九个文献的公开文件中所提及的全部内容以参考的方式合并于 此。
可以按照如在上述专利和公开文件中所提及的多种不同方式执行 电化学沉积工艺。在一种方式中，此工艺包括在形成将要形成的每层 结构期间执行的三个分离的操作：
1.在衬底的一个或多个期望的区域上通过电沉积选择地沉积至少 一种材料。
2.然后，通过电沉积覆盖沉积至少一种另外的材料，以使增加的 沉积覆盖先前选择地沉积的区域和衬底的没有接收到任何先前施加选 择性沉积的区域。
3.最后，平坦化这些在第一和第二操作期间沉积的材料，以制造 期望厚度的第一层光滑表面，其具有至少一个含有该至少一种材料的 区域和至少一个含有至少另一种材料的区域。
在形成第一层之后，紧贴着先前处理的层并粘附在该先前处理层 的平滑表面形成一个或多个附加层。通过一次或多次重复第一至第三 操作形成这些附加层，其中每个连续层的形成过程将先前形成的层和 原始衬底视为新的增厚的衬底。
一旦完成了形成所有层的过程，通常通过蚀刻工艺去除沉积的多 种材料的至少一种的至少一部分，以暴露或释放希望形成的三维结构。
执行包含在第一操作中的选择性电沉积的优选方法是利用适形接 触掩模电镀。在此类电镀中，首先形成一个或多个适形接触(CC)掩 模。CC掩模包括在其上粘结或形成图形化的适形介电材料的支承结 构。按照将要电镀的材料的特定截面形成每一掩模的适形材料。对于 将要被电镀的每个独特的横截面图形来说，需要至少一个CC掩模。
CC掩模的支承一般为由金属形成的类似盘形的结构，其将被选择 性地电镀并且其中要电镀的材料将被溶解。在此类典型方法中，该支 承用作电镀工艺中的阳极。在另一可选的方法中，该支承可用多孔的 或别的有孔材料替代，在电镀操作期间，在沉积材料从阳极末梢到沉 积表面的路径上沉积材料穿过该多孔材料。在另一个方法中，CC掩模 能共用公用支承，即，用于电镀多层材料的适形介电材料的多个图形 可位于单个支承结构的不同区域。当单个支承结构包含多个电镀图形 时，整个结构称为CC掩模，而单个电镀掩模称作“子掩模”。在目前 的应用中，只在涉及一个特定点时，才进行这样的区分。
在执行第一操作的可选择的沉积的准备过程中，将该CC掩模的适 形部分放置为对准并压靠在衬底的选定的、在其上将进行沉积的部分 (或在先前形成的层上或在一层的先前沉积部分上)。CC掩模和衬底 之间的压靠是以这样的方式进行的：CC掩模的适形部分中的所有孔穴 容纳电镀液。接触衬底的CC掩模的适形材料用作电沉积的屏障，而 CC掩模中的填充电镀液的孔穴是用作当加载合适的电势和/或电流时， 从阳极(例如，CC掩模的支承)将材料传送到衬底的非接触部分(其 在电镀操作期间用作阴极)的路径。
在图1(a)至1(c)中示出了CC掩模和CC掩模电镀的一个例 子。图1(a)示出了CC掩模8的侧视图，CC掩模8由在阳极12上 图形化的适形或可变形的(例如，弹性体的)绝缘体10组成。该阳极 具有两个作用。图1(a)也描述了与掩模8分离的衬底6。一个作用 是作为用于图形化的绝缘体10的支承材料，以维持其整体性和排列， 由于该图形可能具有拓扑的复杂性(即，包括绝缘体材料的隔离“岛”)。 另一个作用是作为电镀操作的阳极。在图1(b)中示出了CC掩模电 镀通过简单地将绝缘体压到衬底上，然后在绝缘体中穿过孔隙26a和 26b电沉积材料而可选择地将材料22沉积在衬底6上。在沉积之后， 将CC掩模与衬底6分离，最好是不破坏它，如图1(c)所示。CC掩 模电镀处理与“贯穿-掩模”电镀处理相区别，由于在贯穿-掩模电镀 (through-mask plating)工艺中，会发生掩模材料从衬底上破坏性地分 离。由于对于贯穿-掩模电镀，CC掩模电镀可选择地和同时地在整个 层上沉积材料。电镀区域可由一个或多个分离的电镀区域组成，这些 分离的电镀区域可属于正在形成的单个结构或属于正在同时形成的多 个结构。在CC掩模电镀中由于各个掩模在去除工艺中没有被有意地破 坏，所以可在多个电镀操作中使用。
在图1(d)至1(f)中示出了CC掩模和CC掩模电镀的另一个 例子。图1(d)示出了与掩模8′分离开的阳极12′，掩模8′包括 图形化的适形材料10′和一个支承结构20。图1(d)也描述了与掩模 8′分离的衬底6。图1(e)给出了与衬底6相接触的掩模8′。图1 (f)给出了由电流从阳极12′流到衬底6所产生的沉积22′。图1(g) 给出了在与掩模8′分离之后的衬底6上的沉积22′。在此例中，将 一种合适的电解液定位在衬底6和阳极12′之间，来自溶液或阳极中 的一个或来自两者的离子流从掩模中的开口流到沉积材料的衬底。此 类掩模可称为非阳极(anodeless)INSTANT MASKTM或非阳极适形接 触(ACC)掩模。
不像贯穿-掩模电镀，CC掩模电镀允许将要形成的CC掩模完全与 在其上将要发生电镀的衬底的制造过程分离(例如，与正在被形成的 三维(3D)结构分离)。可以用各种方式形成CC掩模，例如，可以使 用光刻工艺。在结构制造前而不是在结构制造过程中，可同时制造出 所有掩模。此分离使得能形成简单的、低成本的、自动的、独立的、 和内部-干净的“超小型工具机厂(Desktop Factory)。”，该“超小型工 具机厂”能设置在任何地方以制造3D结构，不用任何所需的清洁房间 的过程，如通过服务工作部等可执行光刻。
在图2(a)至2(f)中给出了上面讨论的电化学制造工艺的例子。 这些图显示了包含了沉积第一材料2和第二材料4的工艺，第一材料2 是要牺牲材料，第二材料4是结构材料。在此例中，CC掩模8包括图 形化的适形材料(例如，一种弹性介电材料)10和由沉积材料2制成 的支承12。CC掩模的适形部分压靠在衬底6上，电镀液14位于适形 材料10中的孔穴16中。然后，来自电源18的电流经由(a)成双作 为阳极的支承12和(b)成双作为阴极的衬底6而穿过电镀液14。图 2(a)给出了电流的流动使电镀液中的材料2和来自阳极12的材料2 可选择地传输到并电镀到阴极6上。在用CC掩模8将第一沉积材料2 电镀到衬底6上之后，如图2(b)所示去除CC掩模8。图2(c)描 述了作为已经覆盖沉积(即，非选择地沉积)在先前沉积的第一沉积 材料2上以及衬底6的其它部分上的第二沉积材料4。通过穿过一种合 适的电镀液(未示出)的从由第二材料组成的阳极(未示出)到阴极/ 衬底6的电镀产生覆盖沉积。然后平坦化整个两-材料层以获得如图2 (d)所示的精确厚度和平坦度。如图2(e)所示，在重复所有层的工 艺之后，由第二材料4(即，结构材料)形成的多层结构20嵌入在第 一材料2(即，牺牲材料)中。蚀刻该嵌入结构以获得所期望的器件， 即，结构20，如图2(f)所示。
在图3(a)至3(c)中示出了示范性的人工电化学制造系统32 的各个部件。系统32由几个子系统34、36、38和40组成。在图3(a) 到3(c)的每个图的上部描述了衬底支持子系统34，且其包括几个部 件：(1)托架48，(2)在其上沉积多个层的金属衬底6，和(3)线性 滑块42，线性滑块42能响应来自致动器44的驱动力相对于托架48 上下移动衬底6。子系统34也包括指示器46，用于测量衬底垂直位置 的差，其可用于设置或确定层的厚度和/或沉积厚度。子系统34还包括 可精确地安装在子系统36上的托架48的脚68。
在图3(a)的下部示出的CC掩模子系统36包括几个部件：(1) CC掩模8，其实际上是由共用公用支承/阳极12的多个CC掩模(即， 子掩模)制成，(2)精密X-台54，(3)精密Y-台56，(4)在其上可 安装子系统34的脚68的框架72，和(5)用于容纳电解液16的槽58。 子系统34和36也包括合适的电连接(未示出)，电连接用于连接到驱 动CC掩模处理的合适的电源。
在图3(b)的下部示出了覆盖沉积子系统38，且其包括几个部件： (1)阳极62，(2)用于容纳电镀液66的电解液槽64，和(3)在其 上可安装子系统34的脚68的框架74。子系统38也包括合适的电连接 (未示出)，电连接用于将阳极连接到用于驱动覆盖沉积处理的合适电 源上。
在图3(c)的下部示出了平坦化子系统40，其包括研磨盘52和 用于平坦化该沉积的相关联动作与控制系统(未示出)。
在Henry Guckel的标题为“通过多级深X光光刻使用牺牲金属层 形成微结构(Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-ray Lithography with Sacrificial Metal layers)”的美国专利第5,190,637号中 教导了另一种用于从电镀金属形成微结构(即使用电化学制造技术) 的方法。此专利教导利用掩模暴露形成金属结构。在一个暴露的电镀 基上电镀第一层的第一金属，以填充光刻胶的空隙，然后去除光刻胶， 在第一层和电镀基上电镀第二金属。然后将第二金属暴露的表面车削 到一个高度，其暴露第一金属以制造出延伸跨过第一和第二金属的均 匀平面。然后，可通过将光刻胶层加到第一层上及而后重复用于制造 第一层的工艺来开始形成第二层。然后重复该工艺直到形成完整的结 构，且通过蚀刻去除第二金属。通过浇注在电镀基或先前层上形成光 刻胶，及通过由X-射线或UV辐射穿过图形化的掩模使光刻胶曝光以 形成光刻胶中的空隙。
对于使用适形接触掩模电镀，尤其在相继地沉积多层以从多个粘 结层形成多种结构时使用，仍然需要增强的电镀质量诊断。当诊断显 示已出现或者可能出现失败的或者有问题的沉积时，仍然需要进一步 最小化耗费的时间、精力和材料。
1.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis 和P.Will，“EFAB：Batch production of functional，fully-dense metal parts with micro-scale features”，Proc.9th Solid Freeform Fabrication， The University of Texas atAustin，p161，Aug.1998。
2.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis 和P.Will，“EFAB：Rapid，Low-Cost Desktop Micromachining of High Aspect Ratio True 3-D MEMS”，Proc.12th IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop，IEEE，p244，Jan 1999。
3.A.Cohen，“3-D Micromachining by Electrochemical Fabrication”，Micromachine Devices，March 1999。
4.G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld 和P.Will，“EFAB：Rapid Desktop Manufacturing of True 3-D Microstructures”，Proc.2nd International Conference on Integrated MicroNanotechnology for Space Applications，The Aerospace Co.， Apr.1999。
5.F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld 和P.Will，“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)，June 1999。
6.A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld 和P.Will，“EFAB：Low-Cost，Automated Electrochemical Batch Fabrication of Arbitrary 3-D Microstructures”，Micromachining and Microfabrication Process Technology，SPIE 1999 Symposium on Micromachining and Microfabrication，September 1999。
7.F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld 和P.Will，“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，November，1999。
8.A.Cohen，“Electrochemical Fabrication(EFABTM)”，Chapter 19 of The MEMS Handbook，edited by Mohamed Gad-EL-Hak，CRC Press，2002。
9.“Microfabrication-Rapid Prototyping’s Killer Application”，pages 1-5 of the Rapid Prototyping Report，CAD/CAM Publishing，Inc.，June 1999。
这九个文献的公开文件中所提及的全部内容以参考的方式合并于 此。
可以按照如在上述专利和公开文件中所提及的多种不同方式执行 电化学沉积工艺。在一种方式中，此工艺包括在形成将要形成的每层 结构期间执行的三个分离的操作：
1.在衬底的一个或多个期望的区域上通过电沉积选择地沉积至少 一种材料。
2.然后，通过电沉积覆盖沉积至少一种另外的材料，以使增加的 沉积覆盖先前选择地沉积的区域和衬底的没有接收到任何先前施加选 择性沉积的区域。
3.最后，平坦化这些在第一和第二操作期间沉积的材料，以制造 期望厚度的第一层光滑表面，其具有至少一个含有该至少一种材料的 区域和至少一个含有至少另一种材料的区域。
在形成第一层之后，紧贴着先前处理的层并粘附在该先前处理层 的平滑表面形成一个或多个附加层。通过一次或多次重复第一至第三 操作形成这些附加层，其中每个连续层的形成过程将先前形成的层和 原始衬底视为新的增厚的衬底。
一旦完成了形成所有层的过程，通常通过蚀刻工艺去除沉积的多 种材料的至少一种的至少一部分，以暴露或释放希望形成的三维结构。
执行包含在第一操作中的选择性电沉积的优选方法是利用适形接 触掩模电镀。在此类电镀中，首先形成一个或多个适形接触(CC)掩 模。CC掩模包括在其上粘结或形成图形化的适形介电材料的支承结 构。按照将要电镀的材料的特定截面形成每一掩模的适形材料。对于 将要被电镀的每个独特的横截面图形来说，需要至少一个CC掩模。
CC掩模的支承一般为由金属形成的类似盘形的结构，其将被选择 性地电镀并且其中要电镀的材料将被溶解。在此类典型方法中，该支 承用作电镀工艺中的阳极。在另一可选的方法中，该支承可用多孔的 或别的有孔材料替代，在电镀操作期间，在沉积材料从阳极末梢到沉 积表面的路径上沉积材料穿过该多孔材料。在另一个方法中，CC掩模 能共用公用支承，即，用于电镀多层材料的适形介电材料的多个图形 可位于单个支承结构的不同区域。当单个支承结构包含多个电镀图形 时，整个结构称为CC掩模，而单个电镀掩模称作“子掩模”。在目前 的应用中，只在涉及一个特定点时，才进行这样的区分。
在执行第一操作的可选择的沉积的准备过程中，将该CC掩模的适 形部分放置为对准并压靠在衬底的选定的、在其上将进行沉积的部分 (或在先前形成的层上或在一层的先前沉积部分上)。CC掩模和衬底 之间的压靠是以这样的方式进行的：CC掩模的适形部分中的所有孔穴 容纳电镀液。接触衬底的CC掩模的适形材料用作电沉积的屏障，而 CC掩模中的填充电镀液的孔穴是用作当加载合适的电势和/或电流时， 从阳极(例如，CC掩模的支承)将材料传送到衬底的非接触部分(其 在电镀操作期间用作阴极)的路径。
在图1(a)至1(c)中示出了CC掩模和CC掩模电镀的一个例 子。图1(a)示出了CC掩模8的侧视图，CC掩模8由在阳极12上 图形化的适形或可变形的(例如，弹性体的)绝缘体10组成。该阳极 具有两个作用。图1(a)也描述了与掩模8分离的衬底6。一个作用 是作为用于图形化的绝缘体10的支承材料，以维持其整体性和排列， 由于该图形可能具有拓扑的复杂性(即，包括绝缘体材料的隔离“岛”)。 另一个作用是作为电镀操作的阳极。在图1(b)中示出了CC掩模电 镀通过简单地将绝缘体压到衬底上，然后在绝缘体中穿过孔隙26a和 26b电沉积材料而可选择地将材料22沉积在衬底6上。在沉积之后， 将CC掩模与衬底6分离，最好是不破坏它，如图1(c)所示。CC掩 模电镀处理与“贯穿-掩模”电镀处理相区别，由于在贯穿-掩模电镀 (through-mask plating)工艺中，会发生掩模材料从衬底上破坏性地分 离。由于对于贯穿-掩模电镀，CC掩模电镀可选择地和同时地在整个 层上沉积材料。电镀区域可由一个或多个分离的电镀区域组成，这些 分离的电镀区域可属于正在形成的单个结构或属于正在同时形成的多 个结构。在CC掩模电镀中由于各个掩模在去除工艺中没有被有意地破 坏，所以可在多个电镀操作中使用。
在图1(d)至1(f)中示出了CC掩模和CC掩模电镀的另一个 例子。图1(d)示出了与掩模8′分离开的阳极12′，掩模8′包括 图形化的适形材料10′和一个支承结构20。图1(d)也描述了与掩模 8′分离的衬底6。图1(e)给出了与衬底6相接触的掩模8′。图1 (f)给出了由电流从阳极12′流到衬底6所产生的沉积22′。图1(g) 给出了在与掩模8′分离之后的衬底6上的沉积22′。在此例中，将 一种合适的电解液定位在衬底6和阳极12′之间，来自溶液或阳极中 的一个或来自两者的离子流从掩模中的开口流到沉积材料的衬底。此 类掩模可称为非阳极(anodeless)INSTANT MASKTM或非阳极适形接 触(ACC)掩模。
不像贯穿-掩模电镀，CC掩模电镀允许将要形成的CC掩模完全与 在其上将要发生电镀的衬底的制造过程分离(例如，与正在被形成的 三维(3D)结构分离)。可以用各种方式形成CC掩模，例如，可以使 用光刻工艺。在结构制造前而不是在结构制造过程中，可同时制造出 所有掩模。此分离使得能形成简单的、低成本的、自动的、独立的、 和内部-干净的“超小型工具机厂(Desktop Factory)。”，该“超小型工 具机厂”能设置在任何地方以制造3D结构，不用任何所需的清洁房间 的过程，如通过服务工作部等可执行光刻。
在图2(a)至2(f)中给出了上面讨论的电化学制造工艺的例子。 这些图显示了包含了沉积第一材料2和第二材料4的工艺，第一材料2 是要牺牲材料，第二材料4是结构材料。在此例中，CC掩模8包括图 形化的适形材料(例如，一种弹性介电材料)10和由沉积材料2制成 的支承12。CC掩模的适形部分压靠在衬底6上，电镀液14位于适形 材料10中的孔穴16中。然后，来自电源18的电流经由(a)成双作 为阳极的支承12和(b)成双作为阴极的衬底6而穿过电镀液14。图 2(a)给出了电流的流动使电镀液中的材料2和来自阳极12的材料2 可选择地传输到并电镀到阴极6上。在用CC掩模8将第一沉积材料2 电镀到衬底6上之后，如图2(b)所示去除CC掩模8。图2(c)描 述了作为已经覆盖沉积(即，非选择地沉积)在先前沉积的第一沉积 材料2上以及衬底6的其它部分上的第二沉积材料4。通过穿过一种合 适的电镀液(未示出)的从由第二材料组成的阳极(未示出)到阴极/ 衬底6的电镀产生覆盖沉积。然后平坦化整个两-材料层以获得如图2 (d)所示的精确厚度和平坦度。如图2(e)所示，在重复所有层的工 艺之后，由第二材料4(即，结构材料)形成的多层结构20嵌入在第 一材料2(即，牺牲材料)中。蚀刻该嵌入结构以获得所期望的器件， 即，结构20，如图2(f)所示。
在图3(a)至3(c)中示出了示范性的人工电化学制造系统32 的各个部件。系统32由几个子系统34、36、38和40组成。在图3(a) 到3(c)的每个图的上部描述了衬底支持子系统34，且其包括几个部 件：(1)托架48，(2)在其上沉积多个层的金属衬底6，和(3)线性 滑块42，线性滑块42能响应来自致动器44的驱动力相对于托架48 上下移动衬底6。子系统34也包括指示器46，用于测量衬底垂直位置 的差，其可用于设置或确定层的厚度和/或沉积厚度。子系统34还包括 可精确地安装在子系统36上的托架48的脚68。
在图3(a)的下部示出的CC掩模子系统36包括几个部件：(1) CC掩模8，其实际上是由共用公用支承/阳极12的多个CC掩模(即， 子掩模)制成，(2)精密X-台54，(3)精密Y-台56，(4)在其上可 安装子系统34的脚68的框架72，和(5)用于容纳电解液16的槽58。 子系统34和36也包括合适的电连接(未示出)，电连接用于连接到驱 动CC掩模处理的合适的电源。
在图3(b)的下部示出了覆盖沉积子系统38，且其包括几个部件： (1)阳极62，(2)用于容纳电镀液66的电解液槽64，和(3)在其 上可安装子系统34的脚68的框架74。子系统38也包括合适的电连接 (未示出)，电连接用于将阳极连接到用于驱动覆盖沉积处理的合适电 源上。
在图3(c)的下部示出了平坦化子系统40，其包括研磨盘52和 用于平坦化该沉积的相关联动作与控制系统(未示出)。
在Henry Guckel的标题为“通过多级深X光光刻使用牺牲金属层 形成微结构(Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-ray Lithography with Sacrificial Metal layers)”的美国专利第5,190,637号中 教导了另一种用于从电镀金属形成微结构(即使用电化学制造技术) 的方法。此专利教导利用掩模暴露形成金属结构。在一个暴露的电镀 基上电镀第一层的第一金属，以填充光刻胶的空隙，然后去除光刻胶， 在第一层和电镀基上电镀第二金属。然后将第二金属暴露的表面车削 到一个高度，其暴露第一金属以制造出延伸跨过第一和第二金属的均 匀平面。然后，可通过将光刻胶层加到第一层上及而后重复用于制造 第一层的工艺来开始形成第二层。然后重复该工艺直到形成完整的结 构，且通过蚀刻去除第二金属。通过浇注在电镀基或先前层上形成光 刻胶，及通过由X-射线或UV辐射穿过图形化的掩模使光刻胶曝光以 形成光刻胶中的空隙。
对于使用适形接触掩模电镀，尤其在相继地沉积多层以从多个粘 结层形成多种结构时使用，仍然需要增强的电镀质量诊断。当诊断显 示已出现或者可能出现失败的或者有问题的沉积时，仍然需要进一步 最小化耗费的时间、精力和材料。
发明内容
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其增强了对尝试的电镀操作的质量的 了解。
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其在已出现了或者认为可能已出现了 缺陷沉积时，减少了浪费时间。
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其在已出现了或者认为可能已出现了 缺陷沉积时，减少与前面操作相关的浪费。
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其在已出现了或者认为可能已出现了 缺陷沉积时，提供减少由前面操作产生的材料损耗。
在回顾了在此的教导之后，本领域普通技术人员将容易理解本发 明的各个方面的其它目的和优点。在此所清楚地提及的或另外从在此 的教导中确定的本发明的各个方面，可以单独描述上述目的的任意一 个或组合地描述，或可选地不描述上述目的的任意一个，但替代地描 述从在此的教导中确定的一些其它目的。并非希望即使在关于一些方 面的情况下，通过本发明的任何单个方面也能描述所有这些目的。
在本发明的第一方面，一种用于从多个粘结层制作三维结构的电 化学制造工艺包括：(A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分， 其中该衬底可以包括先前沉积的材料；(B)形成多个层，以便邻接和 粘结到先前沉积的多个层而形成多个连续层，其中该形成过程包括多 次重复操作(A)；其中至少多次选择性沉积操作包括：(1)在衬底上 或者接近衬底上设置掩模；(2)在电镀溶液中，在阳极和衬底之间通 过掩模中的至少一个开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在衬 底上以形成一层的至少一部分；和(3)从衬底去除掩模；其中在给定 层的形成期间，监测阳极和阴极之间的电压。
一种用于从多个粘结层制作三维结构的电化学制造工艺包括： (A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分，其中该衬底可以包括 先前沉积的材料；(B)形成多个层，以便邻接和粘结到先前沉积的多 个层而形成多个连续层，其中该形成过程包括多次重复操作(A)；其 中至少多次选择性沉积操作包括：(1)在衬底上或者接近衬底上设置 掩模；(2)在电镀溶液中，在阳极和衬底之间通过掩模中的至少一个 开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至 少一部分；和(3)从衬底去除掩模；及其中在给定层的形成期间或者 形成之后，检查该层，或者将形成参数与预期参数值比较，以便确定 如果没有正确地形成该层，则去除与该层相关的至少一部分沉积材料 并且沉积代替材料。
在本发明的第三方面，一种用于制作一种结构的适形接触掩模工 艺包括：(A)提供至少一个预成型的掩模，其包括图形化的介电材料， 该介电材料包括至少一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够 通过该开口发生沉积，以及该至少一个掩模包括支承结构，该支承结 构支持该图形化的介电材料；和(B)在衬底上选择性地沉积一层的至 少一部分，包括：i)接触衬底和预成型掩模的介电材料；ii)在电镀溶 液中，在阳极和衬底之间通过选定掩模中的至少一个开口传导电流， 以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分；和iii) 使选定的预成型掩模与衬底分离；其中在一层的形成期间，监测阳极 和阴极之间的电压。
在本发明的第四方面，一种用于制作一种结构的适形接触掩模工 艺包括：(A)提供至少一个预成型的掩模，其包括图形化的介电材料， 该介电材料包括至少一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够 通过该开口发生沉积，以及该至少一个掩模包括支承结构，该支承结 构支持该图形化的介电材料；和(B)在衬底上选择性地沉积一层的至 少一部分，包括：i)接触衬底和预成型掩模的介电材料；ii)在电镀溶 液中，在阳极和衬底之间通过选定掩模中的至少一个开口传导电流， 以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分；和iii) 使选定的预成型掩模与衬底分离；其中在给定层的形成期间或者形成 之后，检查该层，或者将形成参数与预期参数值比较，以便确定如果 没有正确地形成该层，则去除与该层相关的至少一部分沉积材料并且 沉积代替材料。
在本发明的第五方面，一种用于从多个粘结层制作三维结构的电 化学制造装置包括：(A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分的 装置，其中该衬底可以包括先前沉积的材料；(B)形成多个层的装置， 以便邻接和粘结到先前沉积的多个层而形成多个连续层，其中该形成 过程包括多次重复操作(A)；其中用于选择性沉积的装置包括：(1) 将图形化的掩模与衬底邻近定位或放置的装置；(2)在电镀溶液中， 在阳极和衬底之间通过选择的掩模中的至少一个开口传导电流的装 置，以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分； 和(3)从衬底去除选定的预成型掩模的装置；及(C)在选择性沉积 期间，监测阳极和阴极之间电压的装置。
在本发明的第六方面，一种用于从多个粘结层制作三维结构的电 化学制造装置包括：(A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分的 装置，其中该衬底可以包括先前沉积的材料；(B)形成多个层的装置， 以便邻接和粘结到先前沉积的多个层而形成多个连续层，其中该形成 过程包括多次重复操作(A)；其中用于选择性沉积的装置包括：(1) 将图形化的掩模和衬底邻近定位或放置的装置；(2)在电镀溶液中， 在阳极和衬底之间通过选择的掩模中的至少一个开口传导电流的装 置，以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分； 和(3)从衬底去除选定的预成型掩模的装置；及(C)检查形成参数， 或者将形成参数与预期参数值比较的装置；和(D)如果确定该层没有 正确地形成，去除与该层相关的至少一部分沉积材料并且沉积代替材 料的装置。
基于回顾在此的教导，本领域普通技术人员将理解本发明的其它 方面。本发明的其它方面可以包括对本发明的上述方面的组合和/或对 一个或多个实施例的多个方面的增加。本发明的其它方面可以包括能 在实施上面的本发明的一个或多个方法方面使用的装置。本发明的这 些其它方面可以提供上述多个方面的组合，以及提供在上面没有特别 提及的配置、结构、功能关系和工艺。
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其在已出现了或者认为可能已出现了 缺陷沉积时，减少了浪费时间。
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其在已出现了或者认为可能已出现了 缺陷沉积时，减少与前面操作相关的浪费。
本发明的多个方面的一个目的是提供一种接触或者粘结掩模电镀 或者电化学制造工艺或者装置，其在已出现了或者认为可能已出现了 缺陷沉积时，提供减少由前面操作产生的材料损耗。
在回顾了在此的教导之后，本领域普通技术人员将容易理解本发 明的各个方面的其它目的和优点。在此所清楚地提及的或另外从在此 的教导中确定的本发明的各个方面，可以单独描述上述目的的任意一 个或组合地描述，或可选地不描述上述目的的任意一个，但替代地描 述从在此的教导中确定的一些其它目的。并非希望即使在关于一些方 面的情况下，通过本发明的任何单个方面也能描述所有这些目的。
在本发明的第一方面，一种用于从多个粘结层制作三维结构的电 化学制造工艺包括：(A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分， 其中该衬底可以包括先前沉积的材料；(B)形成多个层，以便邻接和 粘结到先前沉积的多个层而形成多个连续层，其中该形成过程包括多 次重复操作(A)；其中至少多次选择性沉积操作包括：(1)在衬底上 或者接近衬底上设置掩模；(2)在电镀溶液中，在阳极和衬底之间通 过掩模中的至少一个开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在衬 底上以形成一层的至少一部分；和(3)从衬底去除掩模；其中在给定 层的形成期间，监测阳极和阴极之间的电压。
一种用于从多个粘结层制作三维结构的电化学制造工艺包括： (A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分，其中该衬底可以包括 先前沉积的材料；(B)形成多个层，以便邻接和粘结到先前沉积的多 个层而形成多个连续层，其中该形成过程包括多次重复操作(A)；其 中至少多次选择性沉积操作包括：(1)在衬底上或者接近衬底上设置 掩模；(2)在电镀溶液中，在阳极和衬底之间通过掩模中的至少一个 开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至 少一部分；和(3)从衬底去除掩模；及其中在给定层的形成期间或者 形成之后，检查该层，或者将形成参数与预期参数值比较，以便确定 如果没有正确地形成该层，则去除与该层相关的至少一部分沉积材料 并且沉积代替材料。
在本发明的第三方面，一种用于制作一种结构的适形接触掩模工 艺包括：(A)提供至少一个预成型的掩模，其包括图形化的介电材料， 该介电材料包括至少一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够 通过该开口发生沉积，以及该至少一个掩模包括支承结构，该支承结 构支持该图形化的介电材料；和(B)在衬底上选择性地沉积一层的至 少一部分，包括：i)接触衬底和预成型掩模的介电材料；ii)在电镀溶 液中，在阳极和衬底之间通过选定掩模中的至少一个开口传导电流， 以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分；和iii) 使选定的预成型掩模与衬底分离；其中在一层的形成期间，监测阳极 和阴极之间的电压。
在本发明的第四方面，一种用于制作一种结构的适形接触掩模工 艺包括：(A)提供至少一个预成型的掩模，其包括图形化的介电材料， 该介电材料包括至少一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够 通过该开口发生沉积，以及该至少一个掩模包括支承结构，该支承结 构支持该图形化的介电材料；和(B)在衬底上选择性地沉积一层的至 少一部分，包括：i)接触衬底和预成型掩模的介电材料；ii)在电镀溶 液中，在阳极和衬底之间通过选定掩模中的至少一个开口传导电流， 以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分；和iii) 使选定的预成型掩模与衬底分离；其中在给定层的形成期间或者形成 之后，检查该层，或者将形成参数与预期参数值比较，以便确定如果 没有正确地形成该层，则去除与该层相关的至少一部分沉积材料并且 沉积代替材料。
在本发明的第五方面，一种用于从多个粘结层制作三维结构的电 化学制造装置包括：(A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分的 装置，其中该衬底可以包括先前沉积的材料；(B)形成多个层的装置， 以便邻接和粘结到先前沉积的多个层而形成多个连续层，其中该形成 过程包括多次重复操作(A)；其中用于选择性沉积的装置包括：(1) 将图形化的掩模与衬底邻近定位或放置的装置；(2)在电镀溶液中， 在阳极和衬底之间通过选择的掩模中的至少一个开口传导电流的装 置，以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分； 和(3)从衬底去除选定的预成型掩模的装置；及(C)在选择性沉积 期间，监测阳极和阴极之间电压的装置。
在本发明的第六方面，一种用于从多个粘结层制作三维结构的电 化学制造装置包括：(A)在衬底上选择性地沉积一层的至少一部分的 装置，其中该衬底可以包括先前沉积的材料；(B)形成多个层的装置， 以便邻接和粘结到先前沉积的多个层而形成多个连续层，其中该形成 过程包括多次重复操作(A)；其中用于选择性沉积的装置包括：(1) 将图形化的掩模和衬底邻近定位或放置的装置；(2)在电镀溶液中， 在阳极和衬底之间通过选择的掩模中的至少一个开口传导电流的装 置，以便将选定的沉积材料沉积在衬底上以形成一层的至少一部分； 和(3)从衬底去除选定的预成型掩模的装置；及(C)检查形成参数， 或者将形成参数与预期参数值比较的装置；和(D)如果确定该层没有 正确地形成，去除与该层相关的至少一部分沉积材料并且沉积代替材 料的装置。
基于回顾在此的教导，本领域普通技术人员将理解本发明的其它 方面。本发明的其它方面可以包括对本发明的上述方面的组合和/或对 一个或多个实施例的多个方面的增加。本发明的其它方面可以包括能 在实施上面的本发明的一个或多个方法方面使用的装置。本发明的这 些其它方面可以提供上述多个方面的组合，以及提供在上面没有特别 提及的配置、结构、功能关系和工艺。
附图说明
图1(a)至1(c)示意性地描述了CC掩模电镀工艺的各个阶段 的侧视图，而图1(d)至(g)示意性地描述了使用一种不同类型的 CC掩模的CC掩模电镀工艺的各个阶段的侧视图；
图2(a)至2(f)示意性地描述了用于形成特定结构的电化学制 造工艺的各个阶段的侧视图，其中当覆盖沉积一种结构材料时，选择 地沉积一种牺牲材料；
图3(a)至3(c)示意性地描述了各个实例组件的侧视图，其中 这些组件可以用于手动地执行图2(a)至2(f)中描述的电化学制作 方法；
图4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘结掩模电镀形成第一层 结构，其中第二材料的覆盖沉积覆盖第一材料的沉积位置与第一材料 本身之间的开口；
图5显示了对于特定铜槽的在20℃和在50℃时操作时合并的阳极 和阴极极化曲线；
图6(a)至6(c)描述了当出现三种不同的沉积结果时，第一电 镀槽的单元电压随电镀时间变化图；
图7(a)和7(b)描述了当出现两种不同的沉积结果时，第一电 镀槽的单元电压随电镀时间变化图；
图8描述了铜沉积在出现毛刺的地方。
图2(a)至2(f)示意性地描述了用于形成特定结构的电化学制 造工艺的各个阶段的侧视图，其中当覆盖沉积一种结构材料时，选择 地沉积一种牺牲材料；
图3(a)至3(c)示意性地描述了各个实例组件的侧视图，其中 这些组件可以用于手动地执行图2(a)至2(f)中描述的电化学制作 方法；
图4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘结掩模电镀形成第一层 结构，其中第二材料的覆盖沉积覆盖第一材料的沉积位置与第一材料 本身之间的开口；
图5显示了对于特定铜槽的在20℃和在50℃时操作时合并的阳极 和阴极极化曲线；
图6(a)至6(c)描述了当出现三种不同的沉积结果时，第一电 镀槽的单元电压随电镀时间变化图；
图7(a)和7(b)描述了当出现两种不同的沉积结果时，第一电 镀槽的单元电压随电镀时间变化图；
图8描述了铜沉积在出现毛刺的地方。
具体实施方式
图1(a)至1(g)，2(a)至2(f)，和3(a)至3(c)描述了已 知的一种形式的电化学制造的各个特征。在上面参考的US 6,027,630 专利中、在各个先前合并的出版物中和在此以参考方式合并的各个其 它专利与专利申请中提及了其它的电化学制造技术，还可从在这些出 版物、专利和应用中描述的各个方法的组合中得到其它方法，或否则 其它方法可由本领域普通技术人员从在此所提及的教导中知晓或发 现。所有的这些技术可与本发明的各个方面的那些各个实施例结合， 以获得改进的实施例，还有其它的实施例可从在此明确提及的各个实 施例的组合中得到。
图4(a)至4(i)描述了一种多层制造工艺的单层的形成过程的 各个阶段，其中在第一金属上以及在第一金属的开口中沉积第二金属， 其沉积形成该层的一部分。在图4(a)中，示出了衬底82的侧视图， 如图4(b)所示在其上浇注可图形化的光刻胶84。在图4(c)中示出 了由固化、曝光和显影该光刻胶而得到的光刻胶图形。光刻胶84的图 形化产生了开口或孔隙92(a)至92(c)，它们从光刻胶的表面86穿 过光刻胶的厚度延伸到衬底82的表面88。在图4(d)中，示出了已 经电镀进开口92(a)至92(c)中的金属94(例如，镍)。在图4(e) 中，已经从衬底上去除(即，化学剥离)了光刻胶以暴露衬底82的没 有用第一金属94覆盖的区域。在图4(f)中示出了在衬底82的完全 暴露部分(其是导电的)上和在第一金属94(其也是导电的)上覆盖 电镀第二金属96(例如，银)。图4(g)描述了此结构的完成的第一 层，这是将第一和第二金属平坦化到暴露第一层的及设定第一层的厚 度这样的高度而得到的。在图4(h)中示出了几次重复在图4(b)至 4(g)中示出的工艺步骤以形成多层结构而得到的结果，其中每层由 两种材料组成。在大多数的应用中，如图4(i)所示，去除这些材料 中的一种以得到所期望的3-D结构98(例如，部件或器件)。
尽管在此讨论的实施例集中在适形接触掩模和掩模操作上，但是 在此公开的各个实施例、可替代物和技术可用于接近掩模和掩模操作 (即，使用掩模的操作，该掩模通过接近衬底即使没有接触也至少选 择地屏蔽衬底)、非适形掩模和掩模操作(即，基于其接触面不非常适 形的掩模的掩模和操作)、和粘结掩模和掩模操作(与只和其接触相反， 使用粘结到衬底上的掩模，在衬底上发生选择性的沉积或者蚀刻的掩 模和操作)。
基本标准的电镀结构(即，非CC掩模电镀结构)包括浸没在电镀 槽中的阳极和阴极。阳极和阴极之间的距离至少为1mm。电源提供流 过电镀单元的预置电流，以便阳极金属通常溶解进电镀槽，而电镀槽 中的金属离子在阴极还原，变成金属沉积。取决于各种参数，包括电 镀槽的组成，电镀槽通常在20-60℃之间的温度范围以恒温运行。机械 地或者通过压缩空气来搅动电镀槽，确保将新鲜电镀液传送到阴极， 并且从电极去除电化学反应的产物，进入本体溶液。
由于衬底(阴极)是通过薄的非导电材料(例如，图形化的光刻 胶)而图形化，所以贯穿-掩模电镀是选择性的电镀工艺。另外，其电 镀结构与上述的标准电镀工艺的电镀结构相同。同样地，在此为了多 个目的，贯穿-掩模电镀可以被认为是标准电镀的选择形式。
CC掩模电镀在几个方面与普通和贯穿-掩模电镀不同。在一种形 式的CC掩模电镀中，电镀槽被收集在由衬底、适形材料的侧壁和阳极 限定的封闭容积内。在图1(b)中描述了这种封闭容积26a和26b的 实例。CC掩模电镀的另一种形式可以包括使用多孔支承和远支阳极 (distal anode)。在此另一可选形式的CC掩模电镀中，尽管允许至少 一些离子交换，由CC掩模的支承部分设置的屏障可以给电镀溶液的一 些成分的交换设置了足够的障碍，其中沉积区域中的溶液仍可以被认 为与本体溶液充分地隔离。这种阻挡导致在电镀区域的溶液量和本体 溶液之间很少或者没有物质交换，同样地，没有或者很少带有合适添 加剂的新鲜溶液能够被提供给微空间，并且没有或者很少反应产物能 够被去除。
CC掩模电镀的一个优选形式包括多个封闭的容积，其中至少一个 电镀容积的至少一维是约几十微米(例如，20至100μm)或者更小。 同样，此种形式的CC掩模电镀可以被认为是微槽电镀工艺(即，微-CC 掩模电镀)。
在微-CC掩模电镀中，目前阳极和阴极之间的优选间距是约20μ m和约100μm之间，更优选地在约40和80μm之间。同样，不管被 沉积的区域的大小，这些优选实施例可以被认为是微-CC掩模电镀工 艺。当然更薄的间距(例如，10μm或者更小)和更厚的间距(300μ m或者更大)是可能的。由于阳极和阴极之间的这种近间隔，不像标 准电镀，在阴极的沉积过程和在阳极的溶解过程高度相互作用。
潜在地由于阳极和阴极过程之间的高度相互作用，以及由于当使 用搅动时肯定增加短路的危险，所以尽管可能，但在电化学制造中不 一定希望如标准电镀工艺中普遍的那样搅动电镀槽。短路指的是在经 历了期望的沉积时间之前，一部分沉积高度桥接阴极和阳极之间的空 间，在此情况下与主要流过预期的电镀路径相反，电流几乎单独直接 穿过沉积的导电材料，以致于抑制了连续沉积。
尽管在标准电镀工艺中被推荐，但由于在CC掩模支承和适形材料 之间的界面处的较高粘结率以及关联的CC掩模寿命的缩短，所以在当 前形式的微-CC掩模电镀中不希望在高温(即，高于大约43℃至45℃) 时使用焦磷酸盐(pyrophosphate)槽。
CC掩模电镀具有其自身的特征，在开发商业可用的CC掩模电镀 工艺和系统时，与标准电镀工艺相关的传统常识更可能是产生妨碍而 不是提供帮助。下面的表提供了两种形式的标准电镀(即，非选择和 贯穿-掩模电镀)和微-CC掩模电镀的各个方面的详细比较。
已发现在CC掩模电镀过程期间，监测的单元电压可以关联到沉积 质量的各个方面。此单元电压信息单独或者与目测结合，能被用于判 断正在形成或者已经形成的给定沉积的可接受性。如果判断该沉积是 可接受的，可以允许该过程继续到下一沉积或者其它操作。另一方面， 如果判断该沉积是不可接受的，该过程可迂回到去除所有或者一部分 不可接受的沉积，并且然后再沉积一次或者多次，直到已经形成可接 受的沉积，其后该过程沿着其常规进程继续。
单元电压是在某一电流密度时阳极和阴极之间的电势。其取决于 两极的电势、阳极和阴极的大小和间隔、施加的电流、和槽的电阻率。 单元电压可以表示为：
Vcell＝Vanode+Vbath+Vcathode
这里Vanode和Vcathode是当电流流过槽时，由于电极的极化而在阳极 和阴极处的电压降，Vbath是当电流流过阳极和阴极之间的槽时，槽中 的电压降。Vbath可从下式计算
Vbath＝IR
这里I是总电流，R是槽的有效欧姆电阻。由于阳极和阴极之间的 间隙通常很小(约25至100μm)，几种已知的电镀槽的具体电导率约 为10-1，20mA/cm2电流的电压降约为几十毫伏到几毫伏。这样，对比 与阳极(Vanode)和阴极(Vcathode)相关的电压降，运转良好的槽两端 的电压降可以认为是可以忽略的。使用Vanode和Vcathode的极化曲线值， 能够估计单元电压的近似值。在电镀槽中测得的阳极和阴极极化曲线 显示了在不同电流密度时的阳极和阴极的电势。图5显示了在20和50 ℃没有搅动时，在铜电镀槽中(即，来自Technic of Cranston RI的Cu-P 槽)测得的阳极和阴极极化曲线的组合实例。关于饱和甘汞电极测得、 并且相对于电流强度绘制在图5中示出的阳极和阴极电势。根据此图， 对于槽温度在20至50℃范围内变化，可以确定20mA/cm2时的单元电 压分别在1.9和1.3V之间。
已确定了在电镀期间的单元电压的测量能提供关于几种不同电镀 条件/结果的信息。在优选实施例中，基于适形接触掩模的已知开阔区 域(即，电镀区域)在阳极和阴极之间提供电流，以致于提供的总电 流产生等于期望值的阴极平均电流密度。如果电镀操作适当地运转， 应产生可预期的电压。
在电镀期间，预期不同电镀槽、操作条件、电源控制参数和电镀 条件可产生不同特征的电压曲线。也预期本领域普通技术人员能对于 不同操作条件执行实验测试以使可接受的电镀或者不可接受的电镀与 电压值或者曲线(即，随时间变化图)相关联。这些关联值或者曲线 能用于定义可接受性标准，该标准能用于确定随后的电镀操作的可接 受性。
图6(a)和7(a)显示了在室温操作的两种不同的焦磷酸铜电镀 槽的4分钟电镀时间的典型单元电压曲线。图6(a)是基于Cu-P电镀 槽，而图7(a)是基于具有如Atotech推荐的最优模式的UNICHROME 电镀槽。在实际电镀期间，这些曲线记录在带形记录纸记录器上。在 使用的条件下，普通电镀过程显示了单元电压与时间的平滑的、稳定 的曲线。另外，单元电压保持大体上恒定(即，保持在窄范围内)。
图6(c)中显示了电镀过程失败的一个实例，其中大的单元电压 变化和单元电压的不稳定性表示出现了不合适的电镀操作，以及正在 应用的涂覆将缺乏下面的一个或者多个方面：(1)期望的厚度，(2) 期望的均匀性，(3)期望的与衬底的粘结，和/或(4)其它一些期望的 结构特性。
可能由沉积厚度的变化而造成短路。图8中显示了用30分钟的沉 积时间通过适形接触掩模电镀产生的铜层的SEM图像。在铜沉积104 的边缘周围能够看到很多毛刺102。大毛刺102高于其余沉积。当一个 或者更多毛刺在高度上延伸到足够触及阳极时，发生短路并且电镀过 程不能继续，因为电流流过较低电阻的金属通路而不是经过电解液。 当发生短路时，单元电压立即降到零。图6(b)显示了单元电压与时 间的关系图，其中在少于预期电镀时间时发生短路。
闪烁沉积是超过预期的掩模区域的多余额外沉积。换句话说，实 际的阴极区域比预期的大，并且由于总电流是恒定的，阴极的实际电 流密度比预期的小。根据图5中的极化曲线，可以看出当电流密度降 低时，阴极电势将变得更为正向，其反过来引起总的单元电压降低。 因此，如果监测的单元电压比预期的低，可能是发生了闪烁沉积。图7 (a)显示了正常的单元电压，而图7(b)中的单元电压比正常值低。
对于通过适形接触掩模的每一沉积，能够监测沉积过程，其中在 沉积过程期间或者完成沉积之后能够辨识问题。基于将得到的电压曲 线与预期曲线比较或者与预定义的可接受性或舍弃标准比较的分析， 能够确定是否能按进度继续形成过程、是否应该中止此过程、或者是 否应该采取一些形式的补救或校正措施。可以通过操作员检查和分析 一个或多个监测的电信号(例如，电压)、通过自动化系统识别、或者 通过两者结合来发现问题。根据系统的自动化水平和问题的预期严重 性，可以由操作员手动地或者在自动化系统控制下执行补救措施，其 可能包括若干不同的操作：
(1)可以执行视觉或者其它辅助检查，以确定发生了问题或者确 定问题的严重性，以便如果需要时，帮助确定要采取的最合适形式的 额外补救措施；
(2)如果在问题识别时，令人不快的沉积仍在进行，
i.其可以被中止；或者
ii.其可以被允许持续一段时间；
(3)可以允许发生一个或者更多额外的沉积(例如，确保沉积结 构的完全的横向支承)
(4)可以执行修剪处理(例如，通过机械研磨或者通过CMP的 平坦化工艺)来去除所有或者仅一部分令人不快的沉积。
(5)可以采取完全再沉积或者部分再沉积令人不快的图形
i.同样的掩模可被用于一个或者更多随后的尝试；或者
ii.另一可选的掩模可被用于一个或者更多随后的尝试；和
(6)如果在某几次尝试中不能获得最佳的再沉积，可以设计一个 自动化系统来中止此形成过程、等待操作员干预或者继续此形成过程， 同时留下遇到的问题和尝试的补救措施的适当记录。
使用一个单独的舍弃标准(例如，短路识别)或者使用多个舍弃 标准可以执行本发明的各个实施例。使用的每一舍弃标准可以导致执 行相同的补救处理，或者不同的舍弃标准可以导致执行不同的补救措 施。在一些实施例中，补救措施可以包括如上所述的操作(1)至(6) 的每一操作。在其它一些实施例中，如果需要，可以仅使用操作(1) 至(6)的一个子集，例如(2)(ii)后跟(4)，接着是(5)(b)，然后 是(6)。当还没有做出几次尝试时，每次遇到操作(6)，补救措施可 能是不同的。在一些实施例中，如果确认与指定层相关的问题是先前 层上的问题的后果，或者如果在当前层上采取的补救措施可能对一个 或者更多先前层有负面影响，则不仅一个或者更多与当前层相关的沉 积可以被修剪，而且可以从一个或者更多先前层修剪材料。也可以执 行已去除材料的用于当前层的和用于任意先前层的材料的再沉积。与 其它修剪处理相比或者除了其它修剪处理之外，在一些实施例中，修 剪操作可以包括阳极蚀刻。在看过这里的教导之后，本领域普通技术 人员将明白各种其它的问题识别可能性和补救操作可能性，以及多种 组合。
存在本发明的各种其它实施例。这些实施例的一些可以基于在此 的教导与以参考方式合并于此的教导的组合。一些实施例可能不使用 任何覆盖沉积工艺和/或它们可能不使用平坦化工艺。一些实施例可能 包括在单层上或者在不同层上的多种不同材料的选择性沉积。一些实 施例可能使用不是电沉积工艺的覆盖沉积工艺。一些实施例可能使用 在一些层上的选择性沉积工艺，其不是适形接触掩模工艺并且不是平 坦电沉积工艺。一些实施例可能使用用于选择性图形化操作的非适形 掩模、邻近掩模、和/或粘结掩模。一些实施例可能使用镍作为结构材 料，而其它实施例可能使用例如金、银或者任何其它电沉积材料的不 同材料，其中这些电沉积材料可以与选择的牺牲材料(例如铜和/或一 些其它牺牲材料)分离。一些实施例可能使用铜作为有或者没有牺牲 材料的结构材料。一些实施例可能移除牺牲材料而其它一些实施例可 能不移除。在一些实施例中，阳极可能与适形接触掩模支承不同，而 且支承可以是多孔结构或者其它有孔结构。一些实施例可以使用多种 具有不同图形的适形接触掩模，以便在不同层和/或单层的不同部分上 沉积材料的不同的选择性图形。在一些实施例中，当沉积以这样的方 式发生，其允许CC掩模的适形部分与衬底之间的密封从适形材料的表 面移到适形材料的内缘时，可以通过将适形接触掩模从衬底拉开而增 加沉积的厚度。在一些实施例中，可能不执行监测电参数或者监测的 参数可能不产生去除或者再沉积材料的结果，而是通过手动的或者自 动化的沉积视觉检查做出这样的决定。
总而言之，本发明其中的教导、另外的很多实施例、设计和使用 的可选方式对于本领域普通技术人员来说是易于理解的。因此，并非 将本发明局限于上述特别解释的实施例、可选方式和使用方法，而替 代地，本发明由此后所显示的权利要求单独限制。
相关申请
本申请要求在2002年5月7日递交的美国临时专利申请第 60/379,132号的优先权，这个申请所提及的全部内容以参考的方式合并 于此。
政府支持
在由DARPA授予的准予号DABT63-97-C-0051的政府支持下做出 了本发明的某些方面的某些实施例。政府可以有某些权利。
图4(a)至4(i)描述了一种多层制造工艺的单层的形成过程的 各个阶段，其中在第一金属上以及在第一金属的开口中沉积第二金属， 其沉积形成该层的一部分。在图4(a)中，示出了衬底82的侧视图， 如图4(b)所示在其上浇注可图形化的光刻胶84。在图4(c)中示出 了由固化、曝光和显影该光刻胶而得到的光刻胶图形。光刻胶84的图 形化产生了开口或孔隙92(a)至92(c)，它们从光刻胶的表面86穿 过光刻胶的厚度延伸到衬底82的表面88。在图4(d)中，示出了已 经电镀进开口92(a)至92(c)中的金属94(例如，镍)。在图4(e) 中，已经从衬底上去除(即，化学剥离)了光刻胶以暴露衬底82的没 有用第一金属94覆盖的区域。在图4(f)中示出了在衬底82的完全 暴露部分(其是导电的)上和在第一金属94(其也是导电的)上覆盖 电镀第二金属96(例如，银)。图4(g)描述了此结构的完成的第一 层，这是将第一和第二金属平坦化到暴露第一层的及设定第一层的厚 度这样的高度而得到的。在图4(h)中示出了几次重复在图4(b)至 4(g)中示出的工艺步骤以形成多层结构而得到的结果，其中每层由 两种材料组成。在大多数的应用中，如图4(i)所示，去除这些材料 中的一种以得到所期望的3-D结构98(例如，部件或器件)。
尽管在此讨论的实施例集中在适形接触掩模和掩模操作上，但是 在此公开的各个实施例、可替代物和技术可用于接近掩模和掩模操作 (即，使用掩模的操作，该掩模通过接近衬底即使没有接触也至少选 择地屏蔽衬底)、非适形掩模和掩模操作(即，基于其接触面不非常适 形的掩模的掩模和操作)、和粘结掩模和掩模操作(与只和其接触相反， 使用粘结到衬底上的掩模，在衬底上发生选择性的沉积或者蚀刻的掩 模和操作)。
基本标准的电镀结构(即，非CC掩模电镀结构)包括浸没在电镀 槽中的阳极和阴极。阳极和阴极之间的距离至少为1mm。电源提供流 过电镀单元的预置电流，以便阳极金属通常溶解进电镀槽，而电镀槽 中的金属离子在阴极还原，变成金属沉积。取决于各种参数，包括电 镀槽的组成，电镀槽通常在20-60℃之间的温度范围以恒温运行。机械 地或者通过压缩空气来搅动电镀槽，确保将新鲜电镀液传送到阴极， 并且从电极去除电化学反应的产物，进入本体溶液。
由于衬底(阴极)是通过薄的非导电材料(例如，图形化的光刻 胶)而图形化，所以贯穿-掩模电镀是选择性的电镀工艺。另外，其电 镀结构与上述的标准电镀工艺的电镀结构相同。同样地，在此为了多 个目的，贯穿-掩模电镀可以被认为是标准电镀的选择形式。
CC掩模电镀在几个方面与普通和贯穿-掩模电镀不同。在一种形 式的CC掩模电镀中，电镀槽被收集在由衬底、适形材料的侧壁和阳极 限定的封闭容积内。在图1(b)中描述了这种封闭容积26a和26b的 实例。CC掩模电镀的另一种形式可以包括使用多孔支承和远支阳极 (distal anode)。在此另一可选形式的CC掩模电镀中，尽管允许至少 一些离子交换，由CC掩模的支承部分设置的屏障可以给电镀溶液的一 些成分的交换设置了足够的障碍，其中沉积区域中的溶液仍可以被认 为与本体溶液充分地隔离。这种阻挡导致在电镀区域的溶液量和本体 溶液之间很少或者没有物质交换，同样地，没有或者很少带有合适添 加剂的新鲜溶液能够被提供给微空间，并且没有或者很少反应产物能 够被去除。
CC掩模电镀的一个优选形式包括多个封闭的容积，其中至少一个 电镀容积的至少一维是约几十微米(例如，20至100μm)或者更小。 同样，此种形式的CC掩模电镀可以被认为是微槽电镀工艺(即，微-CC 掩模电镀)。
在微-CC掩模电镀中，目前阳极和阴极之间的优选间距是约20μ m和约100μm之间，更优选地在约40和80μm之间。同样，不管被 沉积的区域的大小，这些优选实施例可以被认为是微-CC掩模电镀工 艺。当然更薄的间距(例如，10μm或者更小)和更厚的间距(300μ m或者更大)是可能的。由于阳极和阴极之间的这种近间隔，不像标 准电镀，在阴极的沉积过程和在阳极的溶解过程高度相互作用。
潜在地由于阳极和阴极过程之间的高度相互作用，以及由于当使 用搅动时肯定增加短路的危险，所以尽管可能，但在电化学制造中不 一定希望如标准电镀工艺中普遍的那样搅动电镀槽。短路指的是在经 历了期望的沉积时间之前，一部分沉积高度桥接阴极和阳极之间的空 间，在此情况下与主要流过预期的电镀路径相反，电流几乎单独直接 穿过沉积的导电材料，以致于抑制了连续沉积。
尽管在标准电镀工艺中被推荐，但由于在CC掩模支承和适形材料 之间的界面处的较高粘结率以及关联的CC掩模寿命的缩短，所以在当 前形式的微-CC掩模电镀中不希望在高温(即，高于大约43℃至45℃) 时使用焦磷酸盐(pyrophosphate)槽。
CC掩模电镀具有其自身的特征，在开发商业可用的CC掩模电镀 工艺和系统时，与标准电镀工艺相关的传统常识更可能是产生妨碍而 不是提供帮助。下面的表提供了两种形式的标准电镀(即，非选择和 贯穿-掩模电镀)和微-CC掩模电镀的各个方面的详细比较。
已发现在CC掩模电镀过程期间，监测的单元电压可以关联到沉积 质量的各个方面。此单元电压信息单独或者与目测结合，能被用于判 断正在形成或者已经形成的给定沉积的可接受性。如果判断该沉积是 可接受的，可以允许该过程继续到下一沉积或者其它操作。另一方面， 如果判断该沉积是不可接受的，该过程可迂回到去除所有或者一部分 不可接受的沉积，并且然后再沉积一次或者多次，直到已经形成可接 受的沉积，其后该过程沿着其常规进程继续。
单元电压是在某一电流密度时阳极和阴极之间的电势。其取决于 两极的电势、阳极和阴极的大小和间隔、施加的电流、和槽的电阻率。 单元电压可以表示为：
Vcell＝Vanode+Vbath+Vcathode
这里Vanode和Vcathode是当电流流过槽时，由于电极的极化而在阳极 和阴极处的电压降，Vbath是当电流流过阳极和阴极之间的槽时，槽中 的电压降。Vbath可从下式计算
Vbath＝IR
这里I是总电流，R是槽的有效欧姆电阻。由于阳极和阴极之间的 间隙通常很小(约25至100μm)，几种已知的电镀槽的具体电导率约 为10-1，20mA/cm2电流的电压降约为几十毫伏到几毫伏。这样，对比 与阳极(Vanode)和阴极(Vcathode)相关的电压降，运转良好的槽两端 的电压降可以认为是可以忽略的。使用Vanode和Vcathode的极化曲线值， 能够估计单元电压的近似值。在电镀槽中测得的阳极和阴极极化曲线 显示了在不同电流密度时的阳极和阴极的电势。图5显示了在20和50 ℃没有搅动时，在铜电镀槽中(即，来自Technic of Cranston RI的Cu-P 槽)测得的阳极和阴极极化曲线的组合实例。关于饱和甘汞电极测得、 并且相对于电流强度绘制在图5中示出的阳极和阴极电势。根据此图， 对于槽温度在20至50℃范围内变化，可以确定20mA/cm2时的单元电 压分别在1.9和1.3V之间。
已确定了在电镀期间的单元电压的测量能提供关于几种不同电镀 条件/结果的信息。在优选实施例中，基于适形接触掩模的已知开阔区 域(即，电镀区域)在阳极和阴极之间提供电流，以致于提供的总电 流产生等于期望值的阴极平均电流密度。如果电镀操作适当地运转， 应产生可预期的电压。
在电镀期间，预期不同电镀槽、操作条件、电源控制参数和电镀 条件可产生不同特征的电压曲线。也预期本领域普通技术人员能对于 不同操作条件执行实验测试以使可接受的电镀或者不可接受的电镀与 电压值或者曲线(即，随时间变化图)相关联。这些关联值或者曲线 能用于定义可接受性标准，该标准能用于确定随后的电镀操作的可接 受性。
图6(a)和7(a)显示了在室温操作的两种不同的焦磷酸铜电镀 槽的4分钟电镀时间的典型单元电压曲线。图6(a)是基于Cu-P电镀 槽，而图7(a)是基于具有如Atotech推荐的最优模式的UNICHROME 电镀槽。在实际电镀期间，这些曲线记录在带形记录纸记录器上。在 使用的条件下，普通电镀过程显示了单元电压与时间的平滑的、稳定 的曲线。另外，单元电压保持大体上恒定(即，保持在窄范围内)。
图6(c)中显示了电镀过程失败的一个实例，其中大的单元电压 变化和单元电压的不稳定性表示出现了不合适的电镀操作，以及正在 应用的涂覆将缺乏下面的一个或者多个方面：(1)期望的厚度，(2) 期望的均匀性，(3)期望的与衬底的粘结，和/或(4)其它一些期望的 结构特性。
可能由沉积厚度的变化而造成短路。图8中显示了用30分钟的沉 积时间通过适形接触掩模电镀产生的铜层的SEM图像。在铜沉积104 的边缘周围能够看到很多毛刺102。大毛刺102高于其余沉积。当一个 或者更多毛刺在高度上延伸到足够触及阳极时，发生短路并且电镀过 程不能继续，因为电流流过较低电阻的金属通路而不是经过电解液。 当发生短路时，单元电压立即降到零。图6(b)显示了单元电压与时 间的关系图，其中在少于预期电镀时间时发生短路。
闪烁沉积是超过预期的掩模区域的多余额外沉积。换句话说，实 际的阴极区域比预期的大，并且由于总电流是恒定的，阴极的实际电 流密度比预期的小。根据图5中的极化曲线，可以看出当电流密度降 低时，阴极电势将变得更为正向，其反过来引起总的单元电压降低。 因此，如果监测的单元电压比预期的低，可能是发生了闪烁沉积。图7 (a)显示了正常的单元电压，而图7(b)中的单元电压比正常值低。
对于通过适形接触掩模的每一沉积，能够监测沉积过程，其中在 沉积过程期间或者完成沉积之后能够辨识问题。基于将得到的电压曲 线与预期曲线比较或者与预定义的可接受性或舍弃标准比较的分析， 能够确定是否能按进度继续形成过程、是否应该中止此过程、或者是 否应该采取一些形式的补救或校正措施。可以通过操作员检查和分析 一个或多个监测的电信号(例如，电压)、通过自动化系统识别、或者 通过两者结合来发现问题。根据系统的自动化水平和问题的预期严重 性，可以由操作员手动地或者在自动化系统控制下执行补救措施，其 可能包括若干不同的操作：
(1)可以执行视觉或者其它辅助检查，以确定发生了问题或者确 定问题的严重性，以便如果需要时，帮助确定要采取的最合适形式的 额外补救措施；
(2)如果在问题识别时，令人不快的沉积仍在进行，
i.其可以被中止；或者
ii.其可以被允许持续一段时间；
(3)可以允许发生一个或者更多额外的沉积(例如，确保沉积结 构的完全的横向支承)
(4)可以执行修剪处理(例如，通过机械研磨或者通过CMP的 平坦化工艺)来去除所有或者仅一部分令人不快的沉积。
(5)可以采取完全再沉积或者部分再沉积令人不快的图形
i.同样的掩模可被用于一个或者更多随后的尝试；或者
ii.另一可选的掩模可被用于一个或者更多随后的尝试；和
(6)如果在某几次尝试中不能获得最佳的再沉积，可以设计一个 自动化系统来中止此形成过程、等待操作员干预或者继续此形成过程， 同时留下遇到的问题和尝试的补救措施的适当记录。
使用一个单独的舍弃标准(例如，短路识别)或者使用多个舍弃 标准可以执行本发明的各个实施例。使用的每一舍弃标准可以导致执 行相同的补救处理，或者不同的舍弃标准可以导致执行不同的补救措 施。在一些实施例中，补救措施可以包括如上所述的操作(1)至(6) 的每一操作。在其它一些实施例中，如果需要，可以仅使用操作(1) 至(6)的一个子集，例如(2)(ii)后跟(4)，接着是(5)(b)，然后 是(6)。当还没有做出几次尝试时，每次遇到操作(6)，补救措施可 能是不同的。在一些实施例中，如果确认与指定层相关的问题是先前 层上的问题的后果，或者如果在当前层上采取的补救措施可能对一个 或者更多先前层有负面影响，则不仅一个或者更多与当前层相关的沉 积可以被修剪，而且可以从一个或者更多先前层修剪材料。也可以执 行已去除材料的用于当前层的和用于任意先前层的材料的再沉积。与 其它修剪处理相比或者除了其它修剪处理之外，在一些实施例中，修 剪操作可以包括阳极蚀刻。在看过这里的教导之后，本领域普通技术 人员将明白各种其它的问题识别可能性和补救操作可能性，以及多种 组合。
存在本发明的各种其它实施例。这些实施例的一些可以基于在此 的教导与以参考方式合并于此的教导的组合。一些实施例可能不使用 任何覆盖沉积工艺和/或它们可能不使用平坦化工艺。一些实施例可能 包括在单层上或者在不同层上的多种不同材料的选择性沉积。一些实 施例可能使用不是电沉积工艺的覆盖沉积工艺。一些实施例可能使用 在一些层上的选择性沉积工艺，其不是适形接触掩模工艺并且不是平 坦电沉积工艺。一些实施例可能使用用于选择性图形化操作的非适形 掩模、邻近掩模、和/或粘结掩模。一些实施例可能使用镍作为结构材 料，而其它实施例可能使用例如金、银或者任何其它电沉积材料的不 同材料，其中这些电沉积材料可以与选择的牺牲材料(例如铜和/或一 些其它牺牲材料)分离。一些实施例可能使用铜作为有或者没有牺牲 材料的结构材料。一些实施例可能移除牺牲材料而其它一些实施例可 能不移除。在一些实施例中，阳极可能与适形接触掩模支承不同，而 且支承可以是多孔结构或者其它有孔结构。一些实施例可以使用多种 具有不同图形的适形接触掩模，以便在不同层和/或单层的不同部分上 沉积材料的不同的选择性图形。在一些实施例中，当沉积以这样的方 式发生，其允许CC掩模的适形部分与衬底之间的密封从适形材料的表 面移到适形材料的内缘时，可以通过将适形接触掩模从衬底拉开而增 加沉积的厚度。在一些实施例中，可能不执行监测电参数或者监测的 参数可能不产生去除或者再沉积材料的结果，而是通过手动的或者自 动化的沉积视觉检查做出这样的决定。
总而言之，本发明其中的教导、另外的很多实施例、设计和使用 的可选方式对于本领域普通技术人员来说是易于理解的。因此，并非 将本发明局限于上述特别解释的实施例、可选方式和使用方法，而替 代地，本发明由此后所显示的权利要求单独限制。
相关申请
本申请要求在2002年5月7日递交的美国临时专利申请第 60/379,132号的优先权，这个申请所提及的全部内容以参考的方式合并 于此。
政府支持
在由DARPA授予的准予号DABT63-97-C-0051的政府支持下做出 了本发明的某些方面的某些实施例。政府可以有某些权利。