CN1434882A - 用于通用材料加工设备的衬垫设计和结构 - Google Patents

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Abstract

提供一种能有助于控制用于加工衬底(10)的电解液流体和电场分布的设备(300)。该设备包括一个具有一个预先确定形状的顶部表面和一个底部表面的刚性构件(320)。刚性构件(320)包括多个沟道(324)，每个沟道都形成一个从底部表面到顶部表面的通道，并且每个沟道都允许电解液和电场穿过其而流通。一个衬垫(330)通过一种紧固件而附着于刚性构件。衬垫也允许电解液和电场穿过其而流向衬底(10)。

Description

用于通用材料加工设备的衬垫设计和结构
                             技术领域
本发明涉及用于淀积、去除、修改和磨光加工件，例如一个衬底上的材料的高度通用装置。尤其涉及用于淀积、去除、修改和/或磨光一个适当的衬底上的材料的各种衬垫的设计和结构。
                             背景技术
在高性能的集成电路、标准组件、薄膜磁头、胶卷放映单元以及类似物的制造中有大量的加工步骤。一个主要的步骤是淀积、去除、或磨平一个加工件，例如一个半导体衬底上的导电或绝缘材料。导电材料如铜，金，镍，铑以及它们的各种合金的淀积可以用例如电淀积的方法处理。
在嵌入金属技术中，一个加工件，例如如图1a所示的一个衬底10，可以由多种地形学特征例如刻蚀在适当的电介质材料16上的沟道14和通道12构成。被刻蚀的电介质材料16的表面一般覆盖一层适当的附着/阻挡膜层18。在阻挡层18上淀积一个适当的通常被称为“种子层”的电镀基层20，然后一个导电层22被施加于电镀基层上用以填充，以及更好是过填充在电介质材料16上刻蚀的通道12和沟道14，如图1c所示。
例如，导电材料可以是通过一个空腔型装置100的方式淀积的铜(大致如图1b所示)。空腔装置100包括一个淀积腔102，该淀积腔102包括一个阳极104和电解液106。阳极104可以附在腔102的底部。
握持架108握持加工件，例如衬底10。握持架的详细说明，可参考受让人的共同待批申请，其申请号为09/472,523，申请日为1999年12月27日，名称为“用于电镀和磨光的加工件承载头”，该申请的说明书作为非实质性内容通过引用结合在本文中。
对于淀积工艺，衬底10通常在握持架108的帮助下被浸入电解液106中，该过程也提供一种对衬底10电接触的方法。通过施加阳极104和衬底10(即阴极)之间的电位差，材料可以被淀积到衬底或者从衬底去除。例如，当阳极比衬底更正，铜可以被淀积到衬底10上。然而，如果阳极比衬底更负，铜可以从衬底被刻蚀或去除。为了帮助电解液搅动和增强物质迁移，衬底握持架108可以包括一个旋转轴112，这样，衬底握持架108和衬底10可以被转动。衬底10通常被隔离距阳极104至少10mm的距离处。但是这个距离可以达到300mm之多。衬底10的表面上可以包括有地形学特征，例如如图1a所示的通道12和沟道14。在用电解液含有的平整添加物进行材料淀积以填充各种地形学特征/空腔以后，淀积的导电材料22的厚度的变化将不可避免地发生在衬底的表面。厚度的变化其术语为“过载”，如图1c所示，可参考部分22a和22b。
在导电材料22淀积在衬底10的上表面后，衬底10通常被迁移到一个化学机械磨光(cmp)设备进行磨光，磨平或同时磨光和磨平同一个表面。图2a显示一个传统的用于磨光/磨平衬底10和/或电隔离位于其上的特定地形学特征中的淀积导电材料的cmp设备200的一种可能的类型。衬底握持架208，其与上面描述的握持架108类似，将衬底10握持和定位在非常接近带状cmp的衬垫214的地方。带状衬垫214适用于环绕滚筒216以无终端循环圈的方式旋转。当滚筒216旋转以及衬垫214以一个环形动作移动，同时与衬底10的表面接触时，磨光/磨平的过程就发生了。当衬底10被磨光时，一种传统的浆液也可以被施加到衬垫214上。磨光后的衬底表面如图2b所示。
传统的淀积导电材料的方法，如图1c中显示的那样，在横跨衬底的材料过载上产生了大幅度的变化。有大量过载的传统的cmp会引起衬底10上的缺陷，例如也如图2b所示的凹陷22c和介电侵蚀16c。这些都是衬底加工生产能力不高的原因，生产能力不高就是制造产量损失的主要因素。
                              发明内容
因此需要一种设备，它能够减少制造过程中磨平阶段的所需时间，并能简化磨平阶段自身。换句话说，需要一种用于在衬底上淀积导电材料的更高效率和更有效的方法和设备。本文揭示多样的衬垫设计和结构，其可以用于以一个非常均匀的材料过载在衬底的表面上淀积导电材料。
本发明的一个目的是提供一种方法和设备，用于对将要施加到衬底或已经施加到衬底的导电材料进行任何淀积、去除、磨光和/或修改的操作。
本发明的另一目的在于提供一种方法和设备，用于以最小的材料过载来淀积一种导电材料。
本发明的又一目的还在于提供一种方法和设备，用于以一个横跨衬底表面的均匀的材料过载淀积一种导电材料。
本发明的进一步目的在于提供一种方法和设备，用于以一种高效率的和低成本的方法在衬底上淀积材料。
本发明的又一进一步目的还在于提供多种衬垫设计和结构，用于在衬底上淀积一种导电材料。
本发明的另一个目的还在于提供一种方法用于安装具有沟道、孔或凹槽的衬垫，用以在衬底上淀积一种导电材料。
本发明的进一步目的在于提供一种方法和设备，用于安装一个被用于在表面上淀积一种材料的衬垫。
本发明的另一个目的在于提供一种方法和衬垫以控制衬底上的淀积材料的均匀性。
本发明的这些和其他的目的通过提供一种方法和设备用于同时的电镀和磨光衬底上的导电材料而达成。衬底(或淀积过程中的阴极)被配置在非常接近于一个具有在其上附带的一个衬垫材料的旋转部件。衬垫被插入在衬底(阴极)和阳极之间。在存在合适的电解液的情况下，通过在衬底和阳极之间施加一个电流或电压，导电材料将被从阴极上去除或淀积到阴极上去。
在最佳实施例中，导电材料可以有选择地淀积到衬底表面上具有地形学特征的空腔中去，而衬垫材料则使这些空腔上面的区域中的材料淀积减至最小或防止这样的材料淀积。
用于本发明的衬垫材料的性质，设计，制造和安装都有利地顾及到了将材料从衬底表面去除或者在衬底表面淀积高质量导电材料的改进。
本发明的另外的目的，优点和新颖特征将从下面的对本发明的详细说明中同时结合考虑附图而变得更为明显。
                    附图的简要说明图1a是一个具有在其上配置的多种材料层的衬底的部分横剖面图；图1b是用于在衬底上淀积导电材料的传统的淀积腔的简化示意图；图1c是显示在材料淀积后横跨衬底的材料过载的一种变化的部分横剖面图；图2a是一个用于磨光衬底表面的传统的CMP设备的简化示意图；图2b是传统的CMP处理后的一个衬底的部分横剖面图；图2c是一个类似于图1c的部分横剖面图，但是显示了在根据本发明的一种电镀和磨光设备中淀积以后横跨衬底表面的，具有均匀过载的导电层；图3a显示了一种根据本发明的第一最佳实施例的设备；图3b是如图3a所示的设备的阳极部件的放大视图；图3c显示了使用不导电的非多孔的粘性材料的阳极部件的另一实施例；图4a显示了一种根据本发明的第二最佳实施例的设备；图4b显示了一种根据本发明的第三最佳实施例的设备；图5a-5m图解显示了使用psa粘胶剂的多种电镀和磨光衬垫的最佳实施例，以及用于将一个衬垫附接在一个阳极元件的衬垫支撑部件上的psa粘性装置；图6a-6h各自描绘了根据本发明的最佳实施例的具有沟道，孔，细缝和/或凹槽的电镀和磨光衬垫的顶视和横剖面示意图；图7a-7f显示了根据本发明的最佳实施例的具有沟道，孔，细缝和/或凹槽的电镀和磨光衬垫的另外的横剖面图；图8显示了一种根据本发明的第四最佳实施例的设备；图9a-9f是根据本发明的电镀和磨光衬垫的另外的最佳实施例的顶视图；图10是根据本发明的配置于衬垫支撑部件上面的电镀和磨光衬垫的部分横剖面图；图11是根据图10的结构的放大部分顶视平面图；图12是根据本发明的电镀和磨光衬垫的另一实施例的顶视平面示意图；图13是根据本发明的电镀和磨光衬垫的另一实施例的顶视平面示意图；图14是根据本发明的电镀和磨光衬垫的又一实施例的顶视平面示意图；以及图15是根据本发明的电镀和磨光衬垫的再一实施例的顶视平面示意图。
                         具体实施方式
下面详细说明本发明。基于本文中的原则和学说在多种实施例中的多样的改进和修正都是可能的。
本发明能够被用于在任何衬底上淀积和/或去除材料，例如半导体基片，平板，薄膜磁头，集成电路，标准组件，半导体器件或芯片，或其他任何器件或重要的加工件。为了下面的描述，“衬底”和“加工件”这些术语可互相换用。进一步说，本文涉及的特定的参数，例如材料，尺寸，厚度及其意义是用作说明，而不是限制。
图3a显示了根据本发明的第一最佳实施例的设备300。一个具有可旋转轴312的衬底握持架308以和上述描述相似的方式握持和定位衬底10。衬底握持架308能够向上，向下以及绕z轴运动，和沿x或y轴方向平移。它有能力控制压力，由这压力衬底10被推靠在衬垫330上。然而，不像已知的过程，淀积和去除的步骤都使用如图3a所示的设备进行，所述设备包括一个新颖的阴极-衬垫-阳极配置。关于这个全面的设备进行淀积和去除的步骤的进一步的细节，可参考受让人的共同待批美国专利申请序号09/201,929，申请日为1998年12月1日，名称为“电化学的机械的淀积的方法和设备”，该申请的说明书作为非实质性内容通过引用结合在本文中。
如图3a所示，一个阳极部件，通常用322所标示，包括一个底部322a，它可以是一个可溶性的或惰性的阳极材料，通过已知的方法附接在一个阳极保持器或保持体322b上面。一个坚硬的上部衬垫支撑部件320被附接在或紧固在阳极保持器322b上。从坚硬的衬垫支撑部件320电隔离阳极保持器322b的是一个绝缘的隔离片322c。
衬垫支撑部件320是以这样的方式通过螺钉紧固在阳极保持器322b上，使它们彼此互相电隔离。一个电解液或溶液腔322e因此被形成在阳极底部322a和衬垫支撑部件320之间。间隙322f将阳极底部322a从衬垫支撑部件320隔开。小沟道324被形成在衬垫支撑部件320中供流动性的液体在空腔322e到衬底10之间流通。一个磨光衬垫材料330被附接在衬垫支撑部件320上。磨光衬垫材料330可以包含两个或更多的独特型的沟道。沟道330a是为流体在空腔322e和衬底10之间的流通而配置，而沟道330b主要是供电场通过电解液空腔322e和衬垫支撑部件320在阳极底部322a与衬底10之间流通。沟道的组合(有时把它们看作为孔)被用于操纵在衬底10上的电解液流体和电场的分布而控制淀积在衬底上的材料的属性，尤其是淀积物在衬底上的均匀性。
衬垫材料330是通过一个紧固件的辅助，例如粘性材料332紧固在衬垫支撑部件320上。整个阳极底部-衬垫支撑部件-衬垫的装配件322被容纳于另一个空腔334内，从在衬底10和衬垫材料330的表面之间的界面334b散发出的电解液在该空腔中积聚。这个积聚的电解液溶液可以被抽入一个蓄水系统回收和再利用，或者可以只是简单地排放掉。
应进一步的注意，和阳极底部322a的电接触可以直接发生或通过阳极保持体322b，而另一个相反极性的电接触则在衬底10上进行。因此，电接触就不需要在衬垫支撑部件320上进行。
通过实例的方式，阳极保持体322b可以由聚合材料例如PVDP，聚丙烯，PTFE，和/或另外的材料制成，这些材料对于用于反应中的电解液流体基本上是不起作用的。然而，阳极保持体322b由钛，不锈钢，石墨及类似物制成为最佳。阳极保持体也可以镀上白金或钯的极薄层。阳极材料自身也可以是惰性型阳极例如石墨，镀铂金属，像Pt/Ti及其类似物。在一些惰性阳极应用中，为简化起见，阳极保持体322b的内壁可以用作为阳极。
在另外的应用中，可溶性的阳极322a可以置于阳极保持体322b中。可溶性阳极322a根据被电镀的材料可以由如铜，磷铜，镍，金，Pt，Ag，Cd，Rh和/或多种其他合金电极材料制成。绝缘密封的隔离片322c可以用聚合材料或聚合材料/金属和/或聚合材料/陶瓷材料的组合制成。只有这一点是基本的，即反应中的电解液或电解流体不会降解隔离片322c，和/或隔离片322c不会有害地影响在衬底上淀积的金属的设计质量。另外，通过绝缘的隔离片322c紧固衬垫支撑部件320的方法必须不引起阳极322a和衬垫支撑部件320的电气短路。
衬垫支撑部件320由特定模数的坚硬材料制造则更好，例如碳，钛及类似物。不锈钢也可以使用。衬垫支撑部件材料必须不能以相反的方式和淀积流体互相反应以影响淀积在衬底上的材料。衬垫支撑部件320的厚度应使该部件在运转中仿佛相对它自身(重量)以及相关于施加上的磨光负荷有无限的刚硬度。另外，衬垫支撑部件320可以镀以铂或钯等的极薄层，大约达到500，以增强衬垫材料330的粘附性以及增强电场发散。
图3a所示的阳极保持体322b至少有一个供作流体流入的沟道(未显示)，这样电解液流体可以注入由间隙322f形成的空腔322e。然后电解液穿过在衬垫支撑部件320中的小沟道或孔324，324b并穿过衬垫材料330中的沟道或孔330a到达衬底10的表面。流体从衬底表面流出如334b所示，并回到外部腔体334的底部，在那儿通过排放口334c排出。
再回到成形于衬垫材料330中的沟道或孔，共配置了一种以上的相关于衬垫支撑部件320或阳极322a的沟道/孔。例如，设计和定位了第一簇沟道330a(或孔，空腔等)供流体和电场从电解液空腔322e传到衬底。因此，沟道330a可以如图3a所示直接配置在成形于衬垫支撑部件320中的沟道324b之上，或邻近于该沟道。另一簇孔或沟道330b相关于衬垫支撑部件320定位(例如在粘附薄片332的帮助下)，使电场主要通过这些沟道从阳极空腔322e连通到衬底10。另外的沟道也可以被设计进衬垫材料330来增强衬底表面之处的流体切变，质量转换，以及类似的功能。
图3b是图3a所示的阳极部件的放大图，显示了衬垫材料330中的沟道的构型。在这里，虚线箭头表示主要为电场流通而设计的沟道330b，而实线箭头表示主要为流体流通而设计的沟道330a。这样，如实/虚线箭头所示，衬垫材料330中的沟道部分允许流体和电场从阳极空腔332e连通到衬底。衬垫材料的另外部分主要允许电场在相反于电解液流体时连通。
沟道簇330a，330b的组合和粘附薄片332的放置被用于控制衬底10上的电解液和电场的分布，以此控制淀积材料的属性。更具体地是，淀积材料的均匀性可以在电镀或电镀/磨光操作期间受到控制。
在图3a和图3b中，阳极-衬垫支撑部件-衬垫材料被描述为固定状态。实际上，这个组合单元可以旋转也可以在两个横向方向平移，类似于衬底握持架308的运动。
回到配置在衬垫支撑部件320中的沟道324和在衬垫材料330中的沟道330a和330b，这些沟道可以有任何形状，例如正方形，矩形等，然而，最好它们为圆筒形。沟道的直径的范围可以从0.01到8mm，在0.3到6mm之间最佳。
在衬垫支撑部件320中的沟道的数目可以在大约1到至少1000的范围之间，但是在大约10到800之间为最佳，需视衬垫支撑部件的尺度而定。这些沟道可以在衬垫支撑部件的任何剖面跨越横向尺度分布，这样，增强流体和电场穿过沟道的转换。例如，沟道可以被间隔置于间距大约0.5到50mm，但是在大约1到20mm之间为最佳。沟道也不需要全部都一样，而是可以变化尺度和直径。
在衬垫材料330中的沟道330a和330b可以与在衬垫支撑部件320中的沟道相似。然而，沟道330b被定位于衬垫材料330中，以终止于远离沟道324的衬垫支撑部件上，或至少通过一个绝缘或粘附薄片材料332x(见图3c)与沟道324分离。结果，穿过沟道324的流体不能直接和沟道330b流通。在这种状态下，在沟道330a中流动的电解液直接来自衬垫支撑部件中的沟道324，而沟道330b中的任何流体出自于从沟道330a中排出的流体。除了衬垫材料中的沟道，衬垫材料的尺寸，例如衬垫直径也可以比衬底的相应尺寸小。
如图4a所示的本发明的另一个实施例。这里，一个空腔，通常用405所标示，包括一个下部空腔室404和一个上部空腔室407。装在下部空腔室404之上或之中的是一个阳极406，它可以是可溶的或是不可溶的，电解液进口408和410以及排水道412，414。阳极406可以是固定的或可以旋转。对于旋转的阳极，阳极406的顶部表面可以包括成型的叶轮以增强流体在下部空腔和上部空腔之间转换和流通。下部空腔室404也可以包括一个带有滤除微粒装置的阳极保持器(例如如图3a所示的保持器322b)。
整个空腔室404，407可以由聚合材料例如PVDF，或者钛制成，但是由被聚合物膜例如PVDF，聚四氟乙烯或其他惰性材料包覆的不锈钢制成则更佳，这些材料不会有害地影响电解液或淀积材料的性能。
下部空腔通过一个注入的电解液间隔或间隙419(当设备在可运转时)和上部空腔分离。电解液间隔419的尺寸可以在大约0.5到30mm之间变化，但是在大约1到20mm之间最佳。电解液间隙419可以作为在进入衬垫支撑部件420之前的电解液的混合带。这对分层薄膜的淀积是重要的，在这里不同成分的金属被淀积。因此，例如，一种类型的电解液可以通过电解液进口408被注入，而第二种类型的电解液可以从电解液进口410间歇地或以一种不同的流速注入电解液间隙419。例如，一种电解液可以以流速约为每分钟0.2到8升通过电解液进口408注入，而第二种流体可以以流速范围约为从2cc到20000cc/分间歇地或连续地通过电解液进口410被注入。部分电解液的混合可以在电解液间隙419中发生。混合的平衡可以发生在衬垫支撑部件420中，或在衬垫材料自身中以及在衬垫材料430和衬底10之间的区域中。
将下部空腔从上部空腔分开的是衬垫支撑部件420(在图4中被示为下部空腔的一部分)。衬垫支撑部件420基本上是带有允许电场和电解液流体或多种流体在下部空腔和上部空腔之间流通的开口或沟道424的平板。在衬垫支撑部件中的沟道424可以为任何形状。如果它们是圆筒形的，它们的直径可以从大约0.5到5mm，而各种沟道开口之间的间距范围可以从大约小于1到大于4倍于它们的直径，但是在约1到4倍之间为最佳。在衬垫支撑部件420中的沟道本身的直径也可以变化。直径变化的范围最好不要超过最小沟道开口直径的3倍。衬垫支撑部件420可以由聚合材料制成，但是由钛或不锈钢，陶瓷材料，高性能的复合材料，或者上述材料的一些组合制成则最佳。它比表面覆盖一极薄层pt或钯的衬垫支撑部件420更佳。然而这些材料最好不应该会降解电解液的特性，降解淀积在衬底上的材料或引起衬垫材料与电解液相互反应。
衬垫支撑部件420也应该有足够的硬度以使它在材料淀积时和磨平的压力下的变形或偏斜达到最小。另外，衬垫支撑部件的安装应该被设计成使衬垫支撑部件420的变形和偏斜达到最小。这样，加强零件(未显示)可以在适当的时候，在衬垫支持部件420的下部表面上使用(面对阳极406的表面)。应该注意的是，如图4a所示的衬底握持架440可以在所标示的x，y和z方向去除，以及绕z轴转动。衬底握持架440能够控制将衬底10倚靠衬垫430而推紧的压力。
衬垫430被附着于面对衬底10的衬垫支撑部件420的上表面。衬垫材料最好可以包含固定的研磨剂。衬垫430具有多种形状的沟道432。它们在衬垫430上的分布也取决于所执行功能的不同而呈多样化。在本发明中，在衬垫430中的沟道432被设计为影响一些重要的工艺参数。这些沟道432决定衬底10表面上的电解液流体或多种流体的分布。沟道432也定形在阳极406和衬底10之间的电场。衬垫材料的适当选择和在衬垫430上的沟道开口432的分布，以及在衬垫支撑部件420(或图3b中的顶部阳极部分320)中的沟道424允许本发明的设备用于许多不同的任务。这些任务包括在衬底的拓扑表面淀积超平的金属层，用传统的方法，但能淀积带有更好性能的材料，用湿法刻蚀或电刻蚀去除材料，或磨平已经淀积好的材料。
衬垫430可以通过一系列精密的小螺丝(未显示)被附着于图4a中的衬垫支撑部件420上(或图3b的顶部阳极部分320)，那些螺丝被很好地嵌进到衬垫材料中。或者，衬垫430可以用一种压力敏感粘胶剂(PSA)附着于衬垫支撑部件420上。不管衬垫附件的属性，使用的材料必须在电解液中呈惰性。而且不会降解电解液或者淀积材料。如前面所讨论的，配置于阳极406上的衬垫支撑部件420是固定的则更适宜，然而，它也可以被设计为作振动或上/下移动，直线的和/或旋转的运动。也应该注意的是在图4a中，衬垫支撑部件420不形成阳极的一部分，而且不是可选择地变成为相对于衬底的阳极。它的电位可以是浮动的。
图4b显示了本发明的第3实施例，同样地包括一个衬底握持架440和如前所述的衬底10。衬垫材料430被配置在衬底10下面以及通过粘附薄片432被紧固到衬垫支撑部件420上，类似衬垫材料430，衬垫支撑部件420也有自己的如上所述的流体沟道。电解液淀积溶液E通过一个轴450或其他阀门机构进入衬垫支撑部件420，在这个装置中的独特处是，电解液E的初始流量将其流体分成为进入一个阳极间隔452(流体E1)以及直接流到衬底。进入阳极间隔452的那部分(或者阳极电解液)更进一步分为2个部分。这个溶液的主要部分通过过滤器454(流体E4)穿过衬底支撑部件420和衬垫430的沟道而流到衬底。在阳极间隔452中的溶液的另一小部E2被允许以一可控制的方式在阳极空腔452的最上的角处向外泄漏。该受控制的泄漏流体E2使气泡逃逸以防止它们在阳极406上聚集，在像CuP那样的可溶性阳极材料的情况下，也考虑到阳极淤积物的有选择的去除，该情况下厚重的阳极淤积物可以影响金属的淀积均匀性。因此，在这样的配置中，在任何给定的时间电解液E1被排入阳极间隔452的流量是这样的：E1＝E2+E4。
这里，E2是允许的受控制的泄漏量有助于消除气泡和阳极微粒，余量E4是通过过滤器454过滤出以及通过衬垫支撑部件沟道和衬垫沟道迁移到衬底表面的部分。
在一个最佳实施例中，允许泄漏的溶液E2的数量的范围在大约0.1-20％，但是最佳在总电解液流量E1的大约1-10％之间。还有，注入阳极间隔以最大程度减小浓度极化的电解液的数量E4最好范围在大约10-40％之间，但是最佳在流量的大约15-30％之间。这样，轴450中的小洞口排出到阳极间隔452的量E1可以由此而被选择。
在图4b中，阳极406存在于或被紧固在阳极握持架460中。一个间隙93将阳极保持体460从临近它的衬垫支撑空腔部分分离开。这个间隙93的构型是考虑到在前面描述的区域中的受控制的电解液泄漏流量E2而设定的，除了间隙以外，可以绕阳极保持体460的顶部钻出一般在直径上小于0.5mm的小洞(未显示)，来补充用以处理受控泄漏的间隙。也可以在这个区域固定一个或多个大泄漏口用以控制溶液的泄漏量E2。
从衬底流出的电解液E3和被控制的泄漏溶液E2可以通过在阳极空腔405底部的排水道开口462排出。这些溶液一般被排到一个蓄水池供过滤处理，然后再循环回到淀积腔。在图4b中，如前所述，衬垫支撑部件420可以旋转。在这个构型中，阳极保持体460仍保持固定。电解液溶液从一个固定的或旋转的衬垫支撑部件注入阳极空腔405引起阳极空腔405中电解液的透彻的搅动。衬垫支撑部件420的转速范围可以是大约3-400rpm，但是最佳是在大约5-300rpm之间。
再参考图4a，将描述关于铜淀积的一个例子。一种适宜的铜电镀溶液从一蓄池经电解液进口408至下部空腔404循环回转。阳极406可以旋转以帮助从下部空腔404经由衬垫支撑部件420的沟道424和衬垫材料430的沟道432到上部空腔407的电解液流的排出。电解液流量范围可以在大约50ml/min至大约12L/min之间，但是最佳在大约100ml/min到6L/min之间，取决于衬底10的尺寸。衬底的尺寸越大，流速就越高。当液体流过并湿润衬垫430时，衬底10被放低以便于在潮湿的衬垫430的表面上旋转，滑动或掠过。
阳极和阴极可以在衬底被湿润一短暂时间后被激励。通向阴极的电流密度可以在大约1-50mA/cm2之间，但在大约5-45mA/cm2之间为最佳。
例如，衬底可以以电流密度为大约10-25mA/cm2，在0-0.5psi的压力下用20-70％的淀积时间电镀，而以更高的压力用于30-80％的剩余淀积时间。衬底上的压力可以由前述的0-0.5psi增大到0.5-3psi。电解液流量也可以在间隔间变化，在淀积期间，承载头可以连续地或间歇地与固定的或旋转的衬垫相接触。衬底和阳极可以以大约2-250rpm之间的转速旋转，但是大约5-200rpm之间为最佳。还有，衬底相对于衬垫的侧向运动可以发生在淀积过程期间。侧向运动的速度范围可以在大约0.5-25mm/秒之间变化。
侧向运动可以这样编程，当衬底旋转时在多个点，或者在其运动的任何阶段期间短暂停止。另外，衬底的旋转可以以这样的方式变化，例如：当衬底处在一个较小的阳极/衬垫的一端时，和当衬底和阳极的中心正好重合时相比，衬底就只是以正常速度的约60-85％旋转。
还有，在衬底上的压力也取决于相对衬垫的衬底的随后的位置而变化。这样，对于一个给定的衬垫设计，多样的侧向运动的组合，衬底旋转，衬底压力和电解液流速都可以被用于控制淀积材料的均匀性。淀积材料可以是均匀的或者在衬底的边缘或中心更薄一点。使用上述方法和适宜的电解液，当铜或其他任何金属被淀积到如图1a所示类型的结构上时，可以很容易地获得超平坦的金属淀积。图2c显示了形成的超平坦的淀积结构，其中横跨衬底的材料过载几乎独立于衬底上的地形学特征的宽度。这和来自图1c中显示的传统的金属淀积系统的淀积的材料结构形成对比。
图4a和4b的装置也可以被用于刻蚀。使用一个定型的衬垫，在其中只有一个小的扇形或矩形区域可以由电解液以及电场进入的，衬底可以在一个非常受控的状态下电磨光或电刻蚀。使用一个标准衬垫的电刻蚀的难度是因为电流从衬底边缘流向它的中心，更接近电接触点的材料去除率就更高。因此，通过使配置的更接近接触点的沟道开口比朝向衬垫中心的沟道开口在直径上更小及数量上更少，湿法刻蚀，电刻蚀或磨光的金属去除率从衬底的中心到边缘都可以变得均匀或可以动态控制。
本发明因此描述一种设备，该设备容许当衬底或加工件表面静态或动态地与另一表面接触时的材料的淀积/去除，另一表面可以不必是阳极。另一表面的性能可以是碾磨性的或非碾磨性的。然而，重要的是，另一表面的材料能在阳极和加工件之间传递流体或电解液，以及允许磁场，电场或电磁场在阳极和加工件之间相通。在一些部分，衬垫接触材料只允许电场，磁场或电磁场和加工件相通。
除了衬垫材料的选择，在衬垫材料330和衬垫支撑部件320之间的粘胶材料332或332x(在图3b和图3c中)的设计和位置可以被用于控制电解溶液流速，电解液流动模式以及电磁场或电场的分布。例如在图3c中显示，一种连续环形非多孔和非导电的粘性材料332x可以被附着于衬垫材料330或衬垫支撑部件320来阻挡一些经选择的流动沟道324b和330b。阻挡粘性层332x的存在重新分布了局部的电场和电解液流到邻近的沟道324和330a。另一方面，如果粘性材料是导电的，它可选择地阻挡电解液流过沟道324b和330b，同时又允许电场流动。因此一些沟道可以被设计成允许电解液和电场在阳极和衬底之间相通，而另外的沟道可以选择性地只允许电场或磁场相通。在电解液和电/磁场流之间通过这些沟道的相互影响控制在衬底上的材料淀积，尤其是淀积的均匀性。
在另外的实施例中，粘性材料可以是一种导电的多孔材料。还有，一种导电的粘性材料也可以与非导电的粘性材料组合来将一个衬垫附着于有关的表面。粘性材料对于电场，磁场甚至电解液也可以是多孔的或者是透明的。
在另外的实施例中，衬垫材料和粘性材料可以选择性地扩散某些离子，例如阳离子，而同时防止其他离子的扩散。选择的标准可以由带电类型，带电量，离子的原子量，离子带电量和原子量之比以及类似参数来决定。
在另一个实施例中，衬垫330可以用这里描述的任何一种下述替代的方法被附于/粘合于支撑部件320。值得注意的是这里描述的方法以外的方法可以在不脱离本文提供的原理学说下而被实施。
图5a-m显示了根据本发明的最佳实施例的具有附着其上的PSA胶带的多种电镀和磨光衬垫的视图，以及允许衬垫附于顶部阳极部分(或衬垫支撑部件)的PSA胶带。
图5a是附于/粘合衬垫530a底部的连续环形胶带541的仰视图。这样防止了电解溶液从阳极边缘漏出。还有，胶带541可以如上所述是导电的或非导电的，以及多孔的或非多孔的。环形胶带541的宽度(阴影部分)通常在大约2-10mm之间，取决于衬垫530a的尺寸和形状。
在图5b中，除如图5a中附于衬垫530b底部的连续环形胶带541之外，还提供了更小条的胶带542。更小条胶带542被附于衬垫530b的底部以提供衬垫530b和顶部阳极板之间的附加粘合。更小的胶带条542的宽度在1-5mm之间，长度在5-50mm之间，可以是环形的，矩形的或正方形的形状。宽度大约在胶带条542的长度的1/50到1/3之间为最佳。另外，虽然图5b中仅显示了三条胶带条542，但是可以使用多于或少于此数目的胶带条。
在图5c的实施例中，不连续的胶带条部分544被置于衬垫530c的外围。胶带条544以例如1/4到2倍于条长的有规律间距分隔开。可以用更小的胶带条546(与胶带条542相似)供作在衬垫530c和顶部阳极部分之间附加的粘合。这个设计能够用于增加衬底边缘的淀积金属的厚度。
在图5d的实施例中，多个三角形状的胶带548被附于/粘合衬垫530d的外围。或者，多个圆形的胶带549可以附于如图5e所示的衬垫530e的外围及中心区域。圆形胶带549的直径可以在0.5-8mm之间。
图5f显示了另一实施例，其中除了环形安排的胶带条541之外，胶带条560被固定在沟道开口之间的阳极之上。
相似的PSA粘胶薄膜被用于将衬垫粘附到阳极部分或衬垫支撑部件上。除了胶带条，一个连续打孔的粘胶材料片或板层562可以如图5g所示那样使用。这里，穿孔564数量多少相应于衬垫530中的沟道开口532。
如图5h所示，多重衬垫可以层叠在一起，例如衬垫材料530h和下面的次衬垫材料566，用粘胶剂喷涂或胶带片568层叠。在用胶带片568层叠衬垫和次衬垫的替代实施例中，图5I-5k显示了超尺寸的连续胶带片材料570被用于将衬垫集合附着到阳极部分(衬垫支撑部件)。胶带片570的直径比在它下面的次衬垫566的直径大。如图5k所示衬垫集合使用胶带片570的搭接部分570p被固定于阳极部分。
这给出了一个非常实用的方法来将衬垫装配和固定到阳极表面。阳极边缘被完全密封以防止任何不希望的液体漏出。因此，所有的电解液都在可控制的状态下从衬垫顶部发散出。
在次衬垫中的沟道不需要直接和其上的衬垫材料中的沟道对准。有时稍许偏移两个互相相关的衬垫中的沟道是有利的，这样溶液就不是从衬垫喷出，而是从衬垫渗出或移出。
在如图51所示的另一实施例中，次衬垫材料是经修整的聚丙烯，聚碳酸酯或聚氨酯型织物或材料。织物材料574的使用扩散了电解液流，使电解液均匀地从衬垫5301的表面移出。
次衬垫材料的选择应该允许电场通过它自由地移出而只是最小的阻力。以这种方法，电场分布仅由衬垫中的沟道/孔决定。还有，次衬垫材料和衬垫材料也可以被层叠两层以上来得到最佳的材料淀积和去除特性。
整个的衬垫结构或衬垫集合可以这样被定型，例如通过变化从其中心到边缘的厚度。这样，衬垫集合可以在邻近中心区域比邻近边缘区域厚大约3-25％。在衬垫厚度上的这些侧向的变化对克服在横跨衬垫表面的材料净淀积速度的任何实质性差异可能是必要的。
图5m1-5m4显示了定形的衬垫实例。在图5m1和图5m2之中，通过画出衬垫530m1和530m2的轮廓来获得这些形状。在图5m3和图5m4中，衬垫通过分别增加粘胶片580和582被内在定形。例如，一个环形PSA型材料580其直径比顶部和下部衬垫的直径小大约20到70％可以被插入其中。有相似或不同设计的多重的层次可以被用于得到期望的横跨衬底的净材料淀积均匀性。在另外的应用中，次衬垫可以不需要，这样，成形层片可以直接粘合在阳极顶部上或衬垫支撑部件上。
本文中所显示的胶带以外的粘胶剂也可以被用于将衬垫附着/粘合到顶部阳极部分(衬垫支撑部件)。这些另外的粘胶剂也可以成形为在本文中叙述的各种构型以及各种形状的组合，只要他们在衬垫和顶部阳极部分(衬垫支撑部分)之间能充分提供一个强有力的粘合，然而又不降解衬底上的淀积材料即可。
如上所述，衬垫上胶带的形状，类型以及放置对于控制衬底上淀积材料的均匀性是重要的。在某些实施例中，导电的和非导电的胶带的组合可以被用来获得一个期望的均匀性水平。进一步的，取决于和衬垫和顶部阳极部分或衬垫支撑部件相关的胶带的类型，形状和放置，横跨衬底的电解溶液和电场分布也可以被控制。例如，当使用胶带的不连续的节段时，部分电解溶液可以从胶带之间的区域向衬垫散发。那么，胶带片就被用作流体或电场屏蔽物或偏移器。
这里所述的每一个衬垫可以包括粘性或不粘性材料。衬垫厚度范围可以从大约0.2到20mm，但是在0.4到10mm之间为最佳。衬垫330最好由聚氨酯，纤维B，玻璃纤维，陶瓷纤维，聚碳酸酯，聚酰亚胺，弹性环氧树脂和PVDF，聚砜树脂或其他适当的材料或材料组合制成。
衬垫材料的最重要的属性之一是它不会降解，污染或有害地影响电解溶液的特性。衬垫材料可以用坚硬的研磨粒子增强。研磨粒子可以是氮化钛，碳化硅，立方氮化硼，氧化铝，氧化锆，金刚石，二氧化铈，坚硬的陶瓷粉末或坚硬的金属粉末。还有，不管使用的研磨粒子是何类型，研磨粒子不应该有害地影响电解液的性能，被电解溶液溶解或降解淀积金属层的电气和机械特性。
研磨粒子的尺寸应该小于大约5000nm，在3到1000nm之间更佳，在4到50nm之间为最佳。衬垫中研磨粒子装填量或体积份额范围可以从大约5到75％，但是在大约5到60％之间达到最佳性能。
衬垫材料的研磨粒子容量可从衬垫中心到衬垫边缘有径向上的变化。例如，填装的粒子在衬垫的中心和围绕中心区域可以是大约30-40％，在衬垫材料的周边也可以逐渐减少到大约5-15％。这种衬垫中的粒子的分布等级促进了横跨衬垫的材料去除的均匀性。这样，通过衬垫的材料去除几乎和衬垫的位置无关。通过举例，对以100rpm旋转的衬垫，去除率期望在旋转的磨光衬垫的中心为最低，而在靠近于衬垫周边处可以最高，在这里，相对于衬底的衬垫速率为最高。同样的，在衬垫材料中的研磨粒子的高装载量被期望产生更高的材料去除率。因此，在衬垫中的研磨粒子装载量可以变化，尽管速率不同，还是可以实现相等的径向横跨衬垫材料的去除率。
图6a-6h各显示了根据本发明的最佳实施例具有一个或更多沟道，孔，狭缝和/或凹槽的电镀和磨光衬垫的顶视图和剖视图。图6a显示了具有圆筒形沟道650的衬垫630a。如横剖面图所示沟道650穿过衬垫630a而从它的顶部表面到底部表面完全延伸。
在图6b的实施例中，衬垫630b包括多边形沟道652。这里，多边形沟道652还是穿过衬垫630b而从顶表面到底表面延伸。在某些实施例中，沟道开口652覆盖直至衬垫表面的65％。
图6c所示为形成于衬垫630c的顶表面的凹槽/狭缝654，凹槽654的成形以提供衬底表面附近的衬垫顶部上的高度搅动和流体动态，使用传统的淀积方法则很难获得。凹槽的尺寸可以有大约0.5到2mm的深度，并相互间隔2-15mm。如图6c所示，凹槽可以在衬垫630c上，仅以一个方向成形，或者凹槽656可以成形在如图6d所示的多个方向上。
在另一个实施例中，电镀和磨光衬垫可以包括穿通的沟道和凹槽。例如，图6e和6f显示了具有沟和槽的衬垫630e，630f的顶视图和横剖面图。在图6e中，凹槽658互相相关地在衬垫630e的上表面横向延伸。另外，沟道660在适当的位置从顶部表面到底部表面延伸而穿过衬垫而不和凹槽相交。沟道660可以有各种横剖面形状，例如图6e所示的圆形，以及另外的构型如多边形，矩形，正方形或它们的组合。在图6f所显示的替代的实施例中，凹槽662水平地和垂直地延伸，与图6e相似，但沟道664被设置成和凹槽662相交。
在替代的实施例中，放射状的v型槽可以成形在衬垫的顶部表面上。例如，图6g显示了成形在衬垫630g上的多重的基本上是放射状延伸的槽666。图6h显示了成形在衬垫630h上的多重v型槽。形成这些槽是为了增强流体在衬底和阳极或第二表面之间的转换和搅动。
在其它的实例中，凹槽可以是有唇缘的楔型，以增强流体剪切以及使电解溶液能连续地注入到衬底表面。图7a-7f是根据本发明的进一步最佳实施例的具有沟道和凹槽/狭缝的衬垫的另外的横剖面图。
图7a中，凹槽770与沟道772相交而成形，因此电解液以提供了最为理想的流体动态的方式通过沟道流向衬底。凹槽770的侧壁774以相对于垂直面的约在0～50度范围之间的角度倾斜。其它实施例中，例如在图7b中所示，某些凹槽的侧壁778，776的相对于水平面的角度可以为90度。
在本发明的其它一些实施例中，狭窄的沟道与凹槽/狭缝可以被用来提高电解溶液流向衬底的流量。图7c～图7f中列举了不同结构的例子。沟道的宽度范围可以是衬垫厚度的约1/8到3倍之间，深度范围可以是特定沟道宽度的约4倍到60倍之间。沟道之间的间距范围可以是其宽度的5到50倍。衬垫上存在的沟道/凹槽越多，流向衬底的电解溶液越是有力。因此在衬垫上设置适当数量的沟道/凹槽是非常重要的，这样在淀积率和磨光率之间就建立了一个平衡。例如：如果成形沟道之间的分隔距离小于3毫米，可能会导致衬垫过早地磨损或撕裂。沟道不需要如图7c、7d中所示的那样与衬垫平面垂直。沟道可以倾斜于垂直面，其倾斜角度可以在约0～85度的范围内，但是最理想的倾斜角度是15～80度，如图7e、7f所示。
图8所示的是根据本发明的设备的第三种实施例。这里，电镀和磨光衬垫880被制成这样的形状：它可以通过一个合适的装置，例如一个环884，在其凸缘882处附着到顶部阳极部分(衬垫支撑部件)820，也可以用粘胶片将衬垫880粘结到衬垫支撑部件820。然而，粘胶或非粘胶片还可以用来成形和控制电解液流和电场的分布。
如前讨论的，运用一个成形衬垫的设备可以完成电刻蚀或工件表面的修正。在这种情况下，沟道/孔/开口/狭缝等在衬垫上的位置，可以是基本成直线，也可以是非直线的方式，如图9a到9f所示。图9a描述了两排直线排列的孔900、901冲制在衬垫材料930上。单排孔或多排孔都可以用。此外，对于多排直线孔，如果两排孔的位置互相稍微交错，是非常有利的。图9b中排孔903的孔，从衬垫的中心开始，仅向一个半径方向延伸，和以直径地穿过衬垫相对照。图9c中揭示了一种以扇形几何节段排列的孔904。
另外一些实施例更好地应用了在衬垫上通过冲制或切割，制作出的狭长孔，如图9d到9f所示。图9d中显示了一单个的狭长孔906，当然也可以使用多个狭长孔。狭长孔也可以是成节段的，形成一个不连续的狭长孔排列。除了如图9e所示的径向狭长孔908，也可以在衬垫930上制作一个扇形径向的狭长孔910，用于电刻蚀或工件表面的修正。这里，狭长孔的两根弦之间的角θ在约0度到250度的范围内，但其范围在约0度到180度为最佳。
在电刻蚀的运用中，衬底比阳极具有更正的电势。电解液和电场通过衬垫材料上的沟道/孔/开口/狭长孔等与衬底相通是很重要的。在刻蚀去除的过程中，带有衬垫的阳极或衬底总有一个保持不动，而配置成非常接近的其它部件可以旋转。衬底的旋转取决于向其所施加的电流密度。因此，相关的材料可以在衬底的1/2到1圈的旋转中，被完全去除。在电流密度较低时，衬底需要围绕阳极做多圈旋转。还有，只有衬底上的部分材料才可以被去除。在某些运用的操作过程中，衬底可能会与衬垫接触。衬底上电解液和衬垫的机械作用的组合被用来修正衬底的表面。
再来看材料去除和淀积过程，非多孔衬垫上的成直线或非直线开口，只允许电场通过开口分布。当衬底或衬垫慢慢旋转时，开口全部扫过被加工的衬底的表面。衬底的直接越过衬垫上的开口的区域或部分，因此，如果是淀积则被电镀，如果是衬底电去除(刻蚀或磨光)则被刻蚀，或仅仅被氧化，然后通过或不通过衬垫的机械作用在电解液中溶解。开口可以有不同的形状。然而，对于均匀的材料去除或淀积/表面修正，衬垫和/或衬底的旋转要使衬底的所有部分都有一段时间暴露在电场中是很重要的。
本发明中的某些最佳实施例中，衬垫支撑部件320(阳极部分)上的沟道开口(开孔或穿孔)和直接排列在衬垫材料330上的开孔，可以有不同的尺寸。例如：图10是衬垫支撑部件320和衬垫材料330的部分横截面图，其中，衬垫支撑部件320中沟道10a的直径小于衬垫材料330中沟道10b的直径。然而，图10中显示，沟道10a和10b之间是同心排布的，但这不不一定必须如此。图11是图10部分横截面的俯视平面图。
如图10和11所示，位于衬垫支撑部件320和衬垫材料330之间的衬垫支撑部件320(阳极部分)的表面，可以用来控制衬底上金属淀积的均匀性。例如：衬垫支撑部件320中沟道10a的直径范围可在约0.3到1.5毫米之间，而衬垫材料330中沟道10b的直径范围在约1.7到7毫米之间。在两个沟道开口10a和10b之间的衬垫支撑部件的表面部分10c，是电场和电解液暴露于衬底的区域。与之相对，衬垫材料区域10d充当对于衬底的绝缘屏蔽。根据衬垫材料和衬垫支撑部件上的沟道开口形状，衬垫材料可以用作阳极和阴极的屏蔽。这是因为，在材料的加工过程中，衬垫材料同时和阳极和阴极接触。这种屏蔽可以有选择性地以不同比例过滤电解液流、电场或磁场。这种淀积参数的有选择性过滤被用来控制被淀积/去除材料的均匀性，以及控制对于材料或衬底表面的加工过程中的机械和电磁性能。还有，由于衬垫材料尤其是在衬垫材料的表面上研磨材料的存在，衬底上被淀积或被去除的材料的净数量进一步提高了。
在一个最佳实施例中，与衬底接触的部分衬垫材料充当绝缘体，但是，在其它一些实施例中，铁电或磁性材料可被结合或层叠在衬垫材料之中。磁性材料在衬垫材料中的结合，在工件上磁性薄膜淀积过程中，可以被用于过滤或屏蔽穿过材料的磁场的传播。
除了在不同的部件上用圆形或圆筒形的沟道或开孔外，也可以用其它几何形状或其组合形状。据发现，在衬垫材料上用狭长孔和圆形或圆筒形的开口，对控制局部均匀性特别有帮助。例如：图12是一衬垫的俯视图，其中在衬垫材料的边缘附近，运用了许多狭长孔120，以此增加衬底边缘或边缘附近的淀积材料的厚度。狭长孔也可以和圆形沟道121结合进衬垫，用来调整或布局淀积在衬底上的材料和从衬底上去除的材料的局部均匀性。图13是这样一个例子，其中孔的直径逐渐向外增大，以此来增加衬底边缘或边缘附近的淀积材料厚度。
在某些材料去除的运用中，材料去除过程从工件的中心或中心附近开始进行，逐渐朝外向周边减少往往更好。既然如此，如图14和15所示，衬垫材料上的大尺寸的沟道被安排在衬垫材料的中心或中心附近尤其有利。而衬垫材料上较小的孔则被安置在衬垫材料的周边附近。同样，孔的直径或尺寸也可分级，直径从衬垫的中心向衬垫的边缘或周边递减。
在还有的一些实施例中，衬垫材料或衬垫支撑部件(或甚至阳极)的直径或尺寸可能会小于衬底的尺寸。例如：衬垫的直径可能是衬底直径的约40％到70％。在材料淀积中，当在阳极和衬垫被优先安排在相对于衬底的空腔的一侧的情况下，可以观测到在与阳极或衬垫材料持续重叠的部分衬底上会有过多的材料淀积，这种局部的过多的淀积是淀积不均匀的主要原因。这种淀积均匀性差的现象，可以完全通过围绕衬垫的中心尤其是在衬垫和衬底间持续重叠的区域制作较少和较小的孔或穿孔的方式来大大减少。而大的穿孔可被制作在远离重叠的区域，并朝向衬垫的周边，如图13所示。
上面描述的沟道或穿孔的分布有选择性地增强了更多电解液和电场向衬垫上的大的开口的传播。因此增加了这个区域的金属淀积。
在前面的叙述中，为了使本发明能被完全理解，提出了许多具体的细节，例如：具体的材料、结构、化学品、加工过程等。然而，如在此领域具有一般技能的人能够认识到的那样，本发明的实行无需求助于提到的某些细节或特定的实施例。
前面所阐述的揭示仅仅阐明了本发明，但是并不意味着是作为限制的。正因为在本领域有熟练技能的人员能结合本发明的精神和实质对已经公开的实施例作出修改，所以本发明应被解释为包括在附后的权利要求书的范围中的一切内容及其等同物。

Claims (95)

1.一个能够帮助控制用于加工衬底的电解液流动和电场分布的设备，包括：
一个具有一个预定形状的顶表面和一个底表面的刚性构件，其中此刚性构件含有多个沟道，每个沟道形成一个从顶表面到底表面的通道，且允许电解液和电场从中穿过；
一个可附着在刚性构件上的衬垫，此衬垫同样允许电解液和电场从中穿过而流到衬底；以及
一个将衬垫附着到刚性构件上的紧固件。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件中的多个沟道以限定的方式配置以允许更多的电解液施加到衬底的中心区域。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件中的多个沟道以限定的方式配置以允许更多的电解液施加到衬底的周边区域。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中沟道的有效直径的范围约为0.5～5毫米。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中多个沟道形成一种模式，所述模式产生自一到四倍于沟道有效直径的沟道之间的间距。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，其中沟道的有效直径的范围约为0.5～5毫米。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，其中沟道是圆形的以及有效直径为真实直径。
8.如权利要求5所述的设备，其特征在于，其中只有一部分沟道是圆形的。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件是一个绝缘的衬垫支撑物。
10.如权利要求9所述的设备，进一步包括：
一个配合刚性构件并在其中形成一个腔体的机壳，此腔体有一个用来在压力下向其引入电解液并通过刚性构件中的多个沟道从其排出的电解液入口；以及
一个配置在该腔体中的阳极。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件是导电阳极的一部分。
12.如权利要求11所述的设备，进一步包括：
一个配合刚性构件并在其中形成一个腔体的底部刚性构件，此腔体有一个用来在压力下向其引入电解液并通过刚性构件中的多个沟道从其排出的电解液入口。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括螺钉。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括一种粘合剂，此粘合剂具有导电特性，能够影响通过其分布的电场。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，进一步包括一个设置在刚性构件和衬垫之间的次衬垫。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，进一步包括一种将次衬垫附着到衬垫上的粘合剂，其中的次衬垫是一种液体扩散材料。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，其中液体扩散材料是一种经修整的聚丙烯织物。
18.如权利要求14所述的设备，其特征在于，其中粘合剂是一种薄片，它的面积比刚性构件的顶部表面大，粘合薄片置于次衬垫与衬垫之间，且粘合薄片大于刚性构件的顶部表面的部分粘附在刚性构件的侧壁。
19.如权利要求14所述的设备，其特征在于，其中粘合剂为导电粘合剂。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中导电粘合剂配置在围绕刚性构件的周边之处。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，进一步包括一种配置在刚性构件的中心区域的绝缘粘合剂。
22.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中导电粘合剂形成在围绕周边之处作为多个单独的导电粘合片。
23.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中导电粘合剂配置在围绕刚性构件的整个周边之处并且促使围绕衬底周边的电场的形成。
24.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中粘合剂是多孔状的。
25.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中粘合剂只是最低限度地多孔状的。
26.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括一种绝缘的粘合剂。
27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，进一步包括一种导电粘合剂。
28.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘粘合剂配置在围绕刚性构件的周边之处。
29.如权利要求28所述的设备，其特征在于，进一步包括一种设置在刚性构件的中心区域的导电粘合剂。
30.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘粘合剂形成在围绕周边之处作为多个单独的绝缘粘合片。
31.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘粘合剂配置在围绕刚性构件的整个周边之处并且阻止了电场在围绕衬底周边之处形成。
32.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘材料被包括在围绕刚性构件的中心区域并且阻止了电场在围绕衬底周边之处形成。
33.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中粘合剂是多孔状的。
34.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中粘合剂只是最低限度地多孔的。
35.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中衬垫有一个与衬底相互作用的轮廓表面。
36.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面通过具有可变厚度的衬垫来形成。
37.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面通过在衬垫中加入带粘性的间隔物来形成，否则该轮廓表面就具有一个基本均匀的厚度。
38.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表而使衬垫的周边先于衬垫的中心区域与衬底接触。
39.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面使衬垫的中心区域先于衬垫的周边区域与衬底接触。
40.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面含有凹槽。
41.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成在多个沟道形成的区域以外的区域中。
42.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成在多个沟道形成的区域中。
43.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽具有均匀的深度。
44.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽具有不同的深度。
45.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成为多个直线凹槽。
46.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成为多个交叉凹槽。
47.如权利要求46所述的设备，其特征在于，其中交叉凹槽交叉成直角。
48.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽具有任意的形状。
49.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中衬垫包括研磨微粒。
50.如权利要求49所述的设备，其特征在于，其中衬垫中微粒的体积份额范围在约百分之10到60之间。
51.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括一个用以将衬垫的凸缘倚靠刚性构件的附着环。
52.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中衬垫包括多个沟道，一些沟道允许电解液与电场同时穿过它们而通过，另外一些沟道只允许电场通往衬底。
53.一种用于通过衬垫将压力施加于暴露于溶液的衬底表面的设备，包括：
一个衬垫支撑物，其包括多个沟道，每个沟道形成一个从衬垫支撑物的顶部表面到衬垫支撑物的底部表面的通道，且允许溶液穿过其而通过；
一个具有以衬垫支撑物来分隔的第一空腔部分和第二空腔部分的空腔；
附着在衬垫支撑物上的衬垫，这样衬垫设置在第二空腔部分，衬垫包括多个允许溶液穿过其而通过的沟道；
一个可移动的设置在第二空腔部分的衬底握持架，该握持架能够握持衬底并且建立被握持的衬底表面和衬垫之间的接触；以及
一个用来在压力下将溶液引入第一空腔部分的溶解入口，并因此导致溶液通过沟道流入到第二空腔内。
54.如权利要求53所述的设备，其特征在于，其中所述设备是一种带有可移动的衬底握持架的导体淀积设备，其进一步包括一个设置在第一空腔内的阳极，且其中的溶液为电解液。
55.如权利要求54所述的设备，其特征在于，它进一步包括一个通往第一空腔部分的第二电解液入口。
56.如权利要求55所述的设备，其特征在于，它进一步包括将第一和第二电解液连续引入第一空腔部分的装置。
57.如权利要求55所述的设备，其特征在于，它进一步包括将第一电解液连续引入第一空腔部分和将第二电解液间歇地引入第一空腔部分的装置。
58.如权利要求54所述的设备，其特征在于，所述衬底握持架可旋转。
59.如权利要求58所述的设备，其特征在于，所述衬底握持架侧向移动。
60.如权利要求54所述的设备，其特征在于，所述衬底握持架侧向移动。
61.如权利要求60所述的设备，其特征在于，其中侧向移动的速度在大约0.5到15mm/sec之间以及侧向位移在大约0.5到15mm之间。
62.如权利要求53所述的设备，其特征在于，其中所述设备是用于刻蚀，而溶液是刻蚀剂。
63.一种用于在衬底上淀积材料或将材料从衬底去除的设备的衬垫结构，该结构包括：
具有一个顶部表面，一个底部表面和一个确定厚度的基本为圆形的衬垫材料，以及
沟通电解液和电场，磁场以及电磁场使其穿过衬垫材料通向衬底的装置。
64.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是穿过衬垫材料而延伸并配制成在直径上横跨衬垫材料的一排孔。
65.如权利要求64所述的衬垫结构，其特征在于，其中，多重直径上配置的孔的排列穿过衬垫材料而延伸，所述每排的孔都互相交错。
66.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是穿过衬垫材料而延伸并配制成从衬垫材料中心径向排列的一排孔。
67.如权利要求66所述的衬垫结构，其特征在于，其中，多重径向上配置的孔的排列穿过衬垫材料延伸，所述每排的孔都互相交错。
68.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是呈圆弧拱形配置在衬垫材料表面的一排孔并穿过衬垫材料而延伸。
69.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是一条横跨衬垫材料大部分直径而延伸的狭缝，所述狭缝也穿过衬垫材料而延伸。
70.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是穿过衬垫材料而延伸的一条径向定位的狭缝。
71.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是穿过衬垫材料而延伸的一条圆弧扇形的狭缝。
72.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置是穿过衬垫材料而延伸的多个沟道。
73.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置包括穿过衬垫材料而延伸的多个孔以及穿过衬垫材料而延伸的多个狭缝。
74.如权利要求73所述的衬垫结构，其特征在于，其中，一部分所述多个狭缝位于衬垫材料一个边缘附近，因而就可以得到衬底边缘附近的淀积材料的厚度的增加。
75.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置包括穿过衬垫材料厚度而延伸的径向的多排孔，所述孔的横向剖面开口在从衬垫材料中心径向的尺寸上增大，因此，衬底上的淀积材料的厚度在径向上增大。
76.如权利要求64所述的衬垫结构，其特征在于，其中，所述一排孔中较大的一些孔位于衬垫材料中心附近，较小的孔位于衬垫材料周边附近。
77.如权利要求66所述的衬垫结构，其特征在于，其中，所述一排孔中较大的一些孔位于衬垫材料中心附近，较小的孔位于衬垫材料周边附近。
78.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，进一步包括配置于衬垫材料底部表面的一个粘性系统。
79.如权利要求78所述的衬垫结构，其特征在于，其中，粘性系统包括配置于围绕底部表面周边的粘性材料，围绕周边而配置的粘性材料是由：一条连续带，多个带节段，多个三角形粘性部分和多个圆形粘性部分等众形式中之一形式组成。
80.如权利要求79所述的衬垫结构，其特征在于，其中，粘性系统进一步包括配置于底部表面周边内的附加的粘性材料。
81.如权利要求78所述的衬垫结构，其特征在于，其中，粘性系统具有确定的特性以促进或阻止电场，磁场或电磁场穿过衬垫材料通向衬底的分布。
82.如权利要求78所述的衬垫结构，其特征在于，其中，粘性系统是一种具有配置于其中的穿孔的粘合剂片。
83.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，衬垫材料由一个顶部衬垫材料和一个次衬垫材料；以及一种将顶部衬垫材料固定于次衬垫材料上的粘合剂构成。
84.如权利要求83所述的衬垫结构，其特征在于，其中，粘合剂是其中配置有穿孔的粘合剂片。
85.如权利要求83所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置包括配置于顶部衬垫，次衬垫及粘合剂上的沟道。
86.如权利要求83所述的衬垫结构，其特征在于，其中，次衬垫材料由流体扩散织物形成，所述顶部衬垫和粘合剂具有形成于其中的流体沟道。
87.如权利要求63所述的衬垫结构，其特征在于，其中，沟通装置包括多个穿过衬垫材料而形成的沟道，其中一些与衬垫支撑物互相作用以允许电解液和电场穿过其而流动，其它一些只允许电场穿过。
88.一种用于在衬底上淀积材料或将材料从衬底去除的设备的衬垫集合，该集合包括，
一个具有顶部表面和底部表面的衬垫支撑物，该衬垫支撑物包括从底部表面到顶部表面的多个通向沟道的通道；
一个具有确定厚度并被附于衬垫支撑物的衬垫材料，这样顶部衬垫材料表面可被配置成和衬底表面相对，衬垫材料包括多个穿过衬垫材料厚度延伸的沟道；以及
衬垫材料中的至少一些沟道和衬垫支撑物中的相应沟道重叠，所述重叠的衬垫材料沟道具有比相应的衬垫支撑物沟道更大的开口。
89.如权利要求88所述的衬垫集合，其特征在于，其中，所述更大的开口直径范围在大约1.7-7mm之间，所述较小的开口直径范围约在0.3-1.5mm之间。
90.如权利要求53所述的设备，其特征在于，其中，所述设备为电刻蚀设备，溶液为电刻蚀溶液。
91.如权利要求88所述的衬垫集合，其特征在于，其中，材料通过刻蚀而被去除。
92.如权利要求88所述的衬垫集合，其特征在于，其中，材料通过电刻蚀而被去除。
93.如权利要求88所述的衬垫集合，其特征在于，其中，衬垫材料被确定轮廓。
94.如权利要求93所述的衬垫集合，其特征在于，其中，衬垫材料在中心更厚。
95.如权利要求93所述的衬垫集合，其特征在于，其中，衬垫材料在周边更厚。
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