專利名稱：三維微結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一船步及微制造技術(shù)以及三維微結(jié)構(gòu)的形成。本發(fā)明特別適用于用 來傳輸電磁能的微結(jié)構(gòu)，例如同軸傳輸元件微結(jié)構(gòu)，以及通過一"頃序構(gòu)造工藝 形成這種微結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
例如，在Sheirer等人的美國專利No. 7,012,489中，己經(jīng)描述了ilil)頃序構(gòu) 造工藝形成三維微結(jié)構(gòu)。參照圖1，該'489專利公開了一種通過一" 構(gòu)造工藝 形成的同軸傳輸線微結(jié)構(gòu)2。該微結(jié)構(gòu)形成在一基底4上，并包括一外部導(dǎo)體6、 一中心導(dǎo)體8以及一個或多個支撐該中心導(dǎo)體的介電支撐構(gòu)件10。該外部導(dǎo)體 包括形鵬壁的一導(dǎo)電基層12、形成側(cè)壁的導(dǎo)電層14、 16和18、以及形成該 外部導(dǎo)體的頂壁的導(dǎo)電層20。在內(nèi)部和外部導(dǎo)體之間的空間(volume)22是空氣 或真空的，通過去除來自預(yù)先填充這個空間的結(jié)構(gòu)的犧牲材料而形成。例如，當(dāng)制造不同材料的微結(jié)構(gòu)時，如在該，489專利的微結(jié)構(gòu)中的中心導(dǎo) 體的懸浮的微結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)元件之間的附著力的不足，可能會發(fā)生問題，特 別當(dāng)由不同的材料形成元件時。例如，用于形成介電支撐構(gòu)件的材料會對外部 導(dǎo)體和中心導(dǎo)體的金屬材料顯示出弱的附著力。盡管該介電支撐構(gòu)件在一個末 端處嵌入在該外部導(dǎo)體的側(cè)壁中，但是由于這種弱的附著力，該介電支撐構(gòu)件 可從該外部和中心導(dǎo)體中的任意一個處或從該外部和中心導(dǎo)體兩者處分離。當(dāng)裝置在制造和審隨之后的裝置的正常操作中經(jīng)受振動或其它力時，這種分離證 明是特別成問題的。例如，如果在一高速度運(yùn)載工具如飛機(jī)中使用時，該裝置 會經(jīng)受極大的力。由于這種分離，同軸結(jié)構(gòu)的傳輸性能會下降，并且該裝置會 變得不起作用。因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要改善的三維微結(jié)構(gòu)及其形成方法，其能夠處理與技 術(shù)水平相關(guān)的問題。 ，發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了通過一順、序構(gòu)造工藝形成的三維微結(jié)構(gòu)。 該微結(jié)構(gòu)包括 一第一微結(jié)構(gòu)元件，其由一介電材料構(gòu)成，并具有至少部分貫 穿延伸的孔； 一第二微結(jié)構(gòu)元件，其由一金屬材料構(gòu)成；在孔中的將該第一微 結(jié)構(gòu)元件固定在該第二微結(jié)構(gòu)元件上的金屬材料；以及一非固體空間，其暴露 該第一微結(jié)構(gòu)元件和/或該第二微結(jié)構(gòu)元件。該微結(jié)構(gòu)可以包括一基底，其上布 置有該第一和第二微結(jié)構(gòu)元件。在本發(fā)明的一個實施方式中，該微結(jié)構(gòu)可以包 括一同軸傳輸線，其具有一中心導(dǎo)體、 一外部導(dǎo)體和用來支撐該中心導(dǎo)體的介 電支撐構(gòu)件，該介電支撐構(gòu)件是i亥第一微結(jié)構(gòu)元件，并且該內(nèi)部導(dǎo)體和/或該夕卜 部導(dǎo)體是該第二微結(jié)構(gòu)元件。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了通過一)1 構(gòu)造工藝形^3維微結(jié)構(gòu)的方 f去。該方法包括在一基底上布置多個層。所述層包括一層介電材料、 一層金屬 材料以及一層犧牲材料。形成一第一微結(jié)構(gòu)元件，該第一微結(jié)構(gòu)元件由該介電 材料構(gòu)成并具有至少部分貫穿延伸的孔。形成一第二微結(jié)構(gòu)元件，該第二微結(jié) 構(gòu)元件由該金屬材料構(gòu)成。在孔中沉積一金屬材料，將該第一微結(jié)構(gòu)元件固定 在該第二微結(jié)構(gòu)元件上。去除該犧牲材料以形成一非固體空間，該第一微結(jié)構(gòu) 元件和/或該第二微結(jié)構(gòu)元件暴露于該非固體空間。在閱讀了接下來的描述、權(quán)利要求書以及附圖后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu) 點(diǎn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變f尋明顯。


將參照下面的附圖討論本發(fā)明，其中，相同的附圖^i己標(biāo)相同的特征，其中 .圖1表示公知的同軸傳輸線微結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的例舉的三維微結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3-15表示根據(jù)本發(fā)明的在不同形成階段的圖2中的該三維微結(jié)構(gòu)的側(cè)視 -和俯視-截面圖；圖16A-D表示根據(jù)本發(fā)明的例舉的三維微結(jié)構(gòu)的介電元件和孔的側(cè)視-截面圖；圖17表示根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的例舉的三維微結(jié)構(gòu)的側(cè)視-截面圖； 圖18表示根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的例舉的三維微結(jié)構(gòu)的側(cè)視-和俯視-截面圖；圖19A-H表示根據(jù)本發(fā)明的例舉的三維微結(jié)構(gòu)的介電元件和 L的局部俯視 -截面圖；以及圖20A-B表示根據(jù)本發(fā)明的例舉的三維微結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施方式
要描述的例舉的工藝包括一順、序構(gòu)造以形成三維微結(jié)構(gòu)。術(shù)語"微結(jié)構(gòu)" 是指通常在一晶片上或在格柵水平上通過微制造工藝形成的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的 順序構(gòu)造工藝中，通過順序地^和處理不同的材料以及以一預(yù)定的方式形成 微結(jié)構(gòu)。當(dāng)實施時，例如，使用薄膜成形、平版印刷圖案化、蝕刻以及其它可 選擇的例如平面化技術(shù)的工藝，提供了一種形成多種三維微結(jié)構(gòu)的靈活的方法。一般通過包括(a)金屬、犧牲材料(例如，光刻膠)和介電涂覆工藝；(b)表 面平面化；(c)光刻；以及(d)蝕刻或其它的層去除工藝的各種組合的工藝完成該 順序構(gòu)造工藝。在沉積金屬時，雖然可以j頓其它的金屬沉積技術(shù)，例如物理 氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD展術(shù)，但是電鍍技術(shù)是特別有用的。在用于電磁能的同軸傳輸線的制造的內(nèi)容中，描述了本發(fā)明的例舉的實施 方式。例如，在電信工業(yè)在雷達(dá)系統(tǒng)中以及在微波和毫米波裝置中，這種結(jié)構(gòu) 獲得了應(yīng)用。然而，應(yīng)當(dāng)清楚的是，描述的用于形成微結(jié)構(gòu)的技術(shù)決不是限制 于該例舉的結(jié)構(gòu)^用，而是可以在用于微型裝置的多個領(lǐng)域使用，例如在壓 力傳感器、翻轉(zhuǎn)傳感器；質(zhì)譜儀、濾波器、微流體裝置、外科器械、血壓傳感 器、氣流傳感器、助聽傳感器、圖象穩(wěn)定器、高度傳感器以及自動聚焦傳感器 中使用。本發(fā)明可以用作一般的方法以機(jī)械地鎖定不同種類的材料， 一起微制造所述材料以形成新的部件。示例性的同軸傳輸線微結(jié)構(gòu)對電磁能的傳播是有用的，例如，電磁能具有自幾MHz至100GHz或更大的包括毫米波和微波的頻 率。描述的傳輸線在直流(dc)信號和電流的傳輸中獲得了進(jìn)一步的應(yīng)用，例如， 在提供一偏壓至集成的或附接的半導(dǎo)體裝置的過程中。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明通過一順Jf構(gòu)造工藝形成的三維傳輸線微結(jié)構(gòu)202 的一般特征。該微結(jié)構(gòu)包括一基底204、 一外部導(dǎo)體206、 一中心導(dǎo)體208以及 --個或多個用于支撐該中心導(dǎo)體的介電支撐構(gòu)件210'。該外部導(dǎo)體包括形皿 壁的一導(dǎo)電基層212、形成側(cè)壁的導(dǎo)電層214、 216和218以及形成該外部導(dǎo)體 的頂壁的導(dǎo)電層220?？梢匀芜x地提供該導(dǎo)電基層212和導(dǎo)電層220作為導(dǎo)電基 底的一部分或在基底上的導(dǎo)電層。在該中心導(dǎo)體和該外部導(dǎo)體之間的空間222 是非固體的，例如，是如空氣或六氟化硫(sulphur hexaflouride)的氣體、真空 的或液體。該介電支撐構(gòu)件在該中心導(dǎo)體和/或外部導(dǎo)體的附近具有一個或多個 孔224。所示的孔自該構(gòu)件的上表面延伸穿過該介電支撐構(gòu)件至其下表面，但是 可以部分地延伸貫穿。在該孔中布置一金屬材料從而將該介電支撐構(gòu)件固定在 該中心和外部導(dǎo)體上。以下參看圖3-15描述形成圖2中的同軸傳輸線微結(jié)構(gòu)的例舉的方法。如圖 3所示，在一基底204上形成該傳輸線，基底204可以采取多種形式。例如，該 基底可以由一陶瓷、 一電介質(zhì)、 一例如硅或砷化鎵的半導(dǎo)體、 一例如銅或鋼的 金屬、 一聚合物或其組合構(gòu)成。例如，該基底可以采取電子基底的形式，例如 一印刷線路板，或采取半導(dǎo)體基底的形式，例如硅、鍺硅或砷化鎵晶片?？梢?選擇與在形成該傳輸線的過程中使用的材料具有相似的膨脹率的基底，并且應(yīng) 當(dāng)選擇這種基底以便保持其在該傳輸線的形成過程中的完整性。形成有傳輸線 的基底的表面通常是平面。例如，可以將該基底表面放平、研磨和/或拋光以獲 得一高的平面度。在工藝過程中可以在形成任意一個層之前或之后進(jìn)行形成的 結(jié)構(gòu)的表面的平面化。通常4頓常規(guī)的平面化技術(shù)，例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、 研磨或這些方法的組合?？梢愿郊拥鼗蚩蛇x擇地使用其它公知的平面化技術(shù)， 例如，如機(jī)械加工的機(jī)械修整、金剛石車削、等離^t蟲刻、激光切麟等。在基底204上沉積一第一層226a，，一層226a是一犧牲感光材料，例 如光亥帔，并曝光，顯影，從而形成圖案227以用于隨后沉積該傳輸線外部導(dǎo) 體的底壁。該圖案包括在該犧牲材料中的槽，該槽暴露該基底204的上表面。為此目的可以使用常規(guī)的光亥U步驟和材料。例如，該犧牲感光材料可以是一負(fù)性光刻膠，例如希普利(Shipley) BPR 100或PH0T0P0S1T， SN，可以從羅 門哈斯電子材料有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials LLC)獲得，描述 于Lundy等人的美國專利No. 6，054，252中描述過，或可以是一干膜，例如 LAMINAR 干膜，也可以從羅門哈斯電子材料有限公司獲得。在這個以及其它 步驟中的犧牲感光材料層的厚度取決于制造的微結(jié)構(gòu)的尺寸，但是其通常為10 到200 M。如圖4所示，在該基底204上形成一導(dǎo)電基層212并形成了在最終結(jié)構(gòu)中 的外部導(dǎo)體的底壁。該基層可以由具有高導(dǎo)電性的材料、摻雜的半導(dǎo)體材料或 其組合形成，例如，多層這種材料，具有高導(dǎo)電性的材料例如是金屬或金屬合 金(統(tǒng)稱為"金屬")，例如銅、銀、鎳、鋁、鉻、金、鈦及其合金?？梢酝ㄟ^ 常規(guī)的工藝沉積該基層，例如，通過例如電解或無電的電鍍、浸鍍、例如濺射 或蒸發(fā)的物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)。例如，在這種技術(shù)在本領(lǐng) 域中是非常公知的情況下，電鍍的銅可以特別適合作為基層材料。例如，電鍍 可以是使用銅鹽和還原劑的無電工藝。合適的材料可以購得，包括例如 CIRCUPOSIT 無電的銅，其可以從馬薩諸塞州莫爾伯勒的羅門哈斯電子材茅ffl 限公司獲得?？蛇x擇地，可以在電解電鍍之后通過涂覆一導(dǎo)電性籽晶層電鍍該 材料?？梢栽谕扛矤奚牧?26a之前ii31在基底上的PVD沉積該籽晶層?？梢再彽玫恼\的電解材料包括例如COPPER GLEAM 酸性電纟爐品，可以從羅門哈斯電子材料有限公司獲得?？梢栽趇M無電和/或電解沉積之后使用活性催化劑。通過大體描述的方法可以將該基層(以及后續(xù)的層)圖案化成任意的幾 何形狀以獲得所需的裝置結(jié)構(gòu)。選擇基層(以及隨后形成的該外部導(dǎo)體的其它壁)的厚度以向該微結(jié)構(gòu)提 供機(jī)械穩(wěn)定性并且向通過該傳輸線的電子提供足夠的導(dǎo)電性。在微波頻率及其之上，由于iSA深度通常小于,lMm，所以結(jié)構(gòu)的以及熱的傳導(dǎo)性的影響變得更 加顯著。例如，該厚度因此取決于具體的基層材料、傳播的特定頻率以及預(yù)期 的應(yīng)用。例如，在將最終結(jié)構(gòu)從該基底上移除的情況下，使用較厚的基層，例 如從大約20至Ul50Mm或從20到80nm，對結(jié)構(gòu)完整性是有益的。最終結(jié)構(gòu)是 具有基底而保持完整，其可能期望使用較薄的基層，這是通過使用的頻率的透 入深度的需求決定的。用于形成側(cè)壁的魏的材料和技術(shù)與關(guān)于基層的上文戶艦的材料和技斜目 同。雖然可以使用不同的材料，但是側(cè)壁通常由在形成基層212中使用的相同 的材料形成。在電鍍工藝的情況下，當(dāng)將在一預(yù)先形成的、暴露的金屬區(qū)域上 僅僅直接施加在后續(xù)步驟中的金屬時，在此可以省略籽晶層或電鍍基層的應(yīng)用。 然而，應(yīng)當(dāng)清楚的是，在圖中示出的示例性的結(jié)構(gòu)通常僅僅構(gòu)成具體裝置的一 小的區(qū)域，并且可以在工藝步驟中的任意一層上開始這些以及其它結(jié)構(gòu)的金屬 化，其中通常使用籽晶層?？梢赃M(jìn)行在這個階段和/或在后續(xù)階段中的表面平面化以去除任何不需要 的除了為后續(xù)加工提供一個平坦的表面之外的沉積在犧牲材料的上表面上的金 屬。通過表面平面化，可以將一個給定層的總厚度控制得比單獨(dú)通過涂覆獲得 的可能的其它方式的更加緊'。例如，可以使用一CMP工藝以平面化該金屬和該 犧牲桐，斗至相同的水平。例如，考慮到更好地控制層的最終厚度，其可以跟隨 在一研磨工藝之后，研磨工藝以相同的速率慢慢地去除金屬、犧牲材料以及任 何電介質(zhì)。參照圖5，在該基層212和第一犧牲層226a上沉積一第二層226b，該第二 層226b是犧牲感光材料，并曝光，顯影，從而形成圖案228以用于隨后沉積該 傳輸線外部導(dǎo)體的下部側(cè)壁部分。該圖案228包括在該犧牲材料中的兩個豐行 的槽，以暴露該基層的上表面。如圖6所示，接下來形成該傳輸線外部導(dǎo)體的下部側(cè)壁部分214。雖然可 以使用不同的材料，但是用于形成該側(cè)壁的合適的材料和技術(shù)與關(guān)于基層212 的上文所述的材料和技斜目同。在電鍍工藝的情況下，當(dāng)將在一預(yù)先形成的、 暴露的金屬區(qū)域上僅僅直接施加在后續(xù)步驟中的金屬時，在此可以省略籽晶層 或電鍍基層的應(yīng)用?？梢栽谶@個階段實施上文所述的表面平面化。如圖7所示，接下來將一層介電材料210沉積在該第二犧牲層226b和該下 部側(cè)壁部分214上。在后續(xù)工藝中，從該介電層將支撐結(jié)構(gòu)圖案化以支撐要形 成的該傳輸線的中心導(dǎo)體。由于這些支撐結(jié)構(gòu)夂務(wù)位于最終的傳輸線結(jié)構(gòu)的中心 區(qū)域，所以應(yīng)當(dāng)由對于通過該傳輸線傳輸?shù)男盘柌粫a(chǎn)生過大損失的材料形成 該支撐層。該材料還應(yīng)當(dāng)能夠提供必要的機(jī)械強(qiáng)度以支撐該中心導(dǎo)體，并且應(yīng) 當(dāng)是在用于從最終的傳輸線結(jié)構(gòu)去除犧牲材料的溶劑中較不溶的。該材料通常 是介電材料，該介電材料選自例如那些出售的商品名稱為Cydotene (陶氏化學(xué)公司)(Dow Chemical Co.)、 SU-8抗蝕劑(微化學(xué)公司)(MicroChem Corp.)的感 光苯并環(huán)丁烯(Photo-BCB)樹脂；例如硅石和氧化硅、SOL凝膠、各種玻璃、 氮化硅(Si3N4)，例如氧化鋁(Al203)的鋁的氧化物、氮化鋁(AlN)以及氧化!I(MgO) 的無機(jī)材料；例如聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙酸纖維素、聚丙烯、聚氯乙烯、 聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚翻安以及聚酰亞胺的有機(jī)材料；例如有機(jī)倍半硅 氧垸材料的有機(jī)-無機(jī)混合材料；例如負(fù)性作用光刻膠或光刻環(huán)氧樹脂 (photoepoxy)的可光定義(photodefinable)的電介質(zhì)，其不會受到要進(jìn)行的犧牲材 料去除工藝的腐蝕。其中，SU-8 2015抗蝕劑是常用的。j頓可容易沉積的材料 是有利的，例如通過旋涂、輥涂、滾壓涂覆、(#凃、化學(xué)氣相沉積(CVD)或?qū)訅?來沉積。沉積支撐層210至一厚度從而在不裂開或破損的情況下掛共對中心導(dǎo) 體的必需的支撐。另外，從平面性的角度考慮，該厚度不應(yīng)嚴(yán)重地影響隨后的 犧牲材料層的應(yīng)用。當(dāng)該介電支撐層的厚度取決于該〗敫結(jié)構(gòu)的其它元件的尺寸 和材料時，該厚度通常為1至lj IO(H棘，例如，大約20榜錄。參看圖8，接下刺頓標(biāo)準(zhǔn)的光亥U和蝕亥啦術(shù)將該介電材料層210圖案化 以提供一個或多個用來支撐要形成的中心導(dǎo)體的介電支撐構(gòu)件210'。在示出的 裝置中，該介電支撐構(gòu)件從該外部導(dǎo)體的第一側(cè)跑鴨lj該中心導(dǎo)體的相對側(cè)。 在另一個例舉的方面，該介電支撐構(gòu)件可以從該外部導(dǎo)體延伸并且終止于中心 導(dǎo)體處。在這種情況下，在一個或其它下部側(cè)壁部分214上形成每一個支撐構(gòu) 件的一個末端，并且相對的末端延伸到在該下部側(cè)壁部分之間的犧牲層226b上 的位置。該支撐構(gòu)件210'通常以一固定的距離相互隔開。該介電支撐構(gòu)件的排 列的數(shù)量、形狀以及圖案應(yīng)足以提供對該中心導(dǎo)體及其終端的支撐，同時還可 以防止過大的信號損失和分散。另外，由于能夠艦在產(chǎn)生布拉格(Bragg)柵 格和濾波器的技術(shù)中的公知的方法計算，所以可以選擇形狀以及周期性或非周 期性以防止在期望的低損失傳播的頻率下的反射，除非這種功能是想要的。在 后面的情況中，這種周期性的結(jié)構(gòu)的仔細(xì)的設(shè)計^^提供濾波功能。在該介電支撐構(gòu)件210'的圖案化過程中，形成了一個或多個孔224。如圖所示，該 L通常從其上表面到下表面延伸穿過該介電支撐構(gòu)件。該 L用于提供 用于接收金屬材料的空間，該金屬材料附接到該中心導(dǎo)體和/嫩卜部導(dǎo)體上，并 可以看作是該中心導(dǎo)體和/敬卜部導(dǎo)體的一部分。與沒有 L存在的情況相比，通 過^頓金屬材料i真充戶腿 L從而增加了在該介電構(gòu)件和該中心和/敬卜部導(dǎo)體之間的接觸區(qū)域。結(jié)果，該介電支撐構(gòu)件旨^更加有效地相對于該中心和域外部 導(dǎo)體鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ趫D示的實施方式中，示出的孔位于介電支撐構(gòu)件的 中心和一個末端?？梢允褂闷渌臉?gòu)型。例如，可以有利地在該支撐構(gòu)件的每 一個末端包括一個孔。如圖所示的孔是圓柱形的幾何形狀上。當(dāng)然，可以使用其它的幾何形狀， 例如，具有正方形、矩形、三角形和卵狀截面的孔。孔的側(cè)壁可以是垂直的或非垂直的。在圖16A-D中示出了例舉的孔結(jié)構(gòu)。圖16A示出了如圖8所示的孔 224，它具有垂直的側(cè)壁228并且是圓柱形的幾何形狀。理想的是，該孔具有非 垂直的側(cè)壁228，例如，如圖16B-D所示的凹入的剖面。認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)在完成 的微結(jié)構(gòu)的元件之間提供了進(jìn)一步加強(qiáng)的接合，因為它們機(jī)械鎖定在孔中沉積 的金屬的適當(dāng)?shù)奈恢?。這最小化了或者防止了填充孔的金屬的滑動。還可以通 過^ffi超過一個的層，例如，如圖16D戶; ^的層210'、 210"來形成這種結(jié)構(gòu)。參看圖9，在基底上涂Mm三犧牲感光層226c，并曝光，顯影，從而形成 圖案230和232以為了隨后±真充孔224以及形成該傳輸線外部導(dǎo)體的中部偵蝰 部分和該中心導(dǎo)體。用于該中部側(cè)壁部分的圖案230包括兩個與該兩個下部側(cè) 壁部分214共同延伸的槽。通過圖案230暴露了該下部側(cè)壁部分214和疊加在 該下部側(cè)壁部分上的該介電支撐構(gòu)件210'的末端。用于該中心導(dǎo)體的圖案232 是平行于兩個中部側(cè)壁圖案并且在兩個中部偵蝰圖案之間的槽，其暴露了導(dǎo)體 支撐構(gòu)件210'的支撐部分以及相對的末端。為此目的，可以使用如上文所述的 常規(guī)的光刻技術(shù)和材料。如圖10所示，填充孔224并通逾冗積一^^的金屬材料到形皿該犧牲材 料226c中的槽中來形成該中心導(dǎo)體208以及該外部導(dǎo)體的中部側(cè)壁部分216。 可以在相同的工藝并使用在形成該中部側(cè)壁部分和該中心導(dǎo)體的過程中使用的 相同的材料來填充該孔224。任選地，可以在一與蟲的工藝中用與用于該中心導(dǎo) 體和中部側(cè)壁部分的材料相同的或不同的材料填充該孔。填充該孔的金屬材料 形成了該介電支撐構(gòu)件210'和該中心導(dǎo)體和外部導(dǎo)體中的每一個之間的接合， 以使該微結(jié)構(gòu)元件相互固定。雖然可以使用不同的材料和/或技術(shù)，但是用于填 充該孔的以及用于形成該中部側(cè)壁部分和中心導(dǎo)體的合適的材料和技術(shù)與上文 戶7M的關(guān)于基層212和下部側(cè)壁部分214的材料和技^目同。除了為后續(xù)的加 工提供一個平坦的表面之外，在這個階段，可以任選itt行表面平面化以去除任何不必要的沉積在該犧牲材料的上表面上的金屬，正如已經(jīng)在之前描述過的 并在任意階段任選地施加的。在這種情況下，使用電鍍工藝填充該孔，可以在該孔的底表面和/或側(cè)面上 形成一個或多個用作基層和粘結(jié)層的電鍍籽晶層。在該工藝中可以在不同的點(diǎn) 施加該籽晶層。例如，在涂覆如圖7所示的介電支撐層210之前，可以在圖6 的結(jié)構(gòu)上施加一籽晶層。在圖案化該孔之后，該籽晶層可以保留在該孔的底表 面上。附加地或可選擇地，在圖案化該介電支撐構(gòu)件之后，可以在該結(jié)構(gòu)上形成一電鍍籽晶層。在圖17中示出了具有凹入形孔的使用多個籽晶層的例舉的結(jié) 構(gòu)。在犧牲材料層226和外部導(dǎo)體下部側(cè)壁部分214之上，該介電支撐構(gòu)件210' 之下布置第一籽晶層234。在該介電支撐構(gòu)件的側(cè)面、上表面和內(nèi)表面(？L側(cè)壁)、 孔的底表面以及i亥第一籽晶層的其它暴露的區(qū)域上布置第二籽晶層236。這就提 供了該介電支撐構(gòu)件210'夾在該第一和第二籽晶層之間的結(jié)構(gòu)，該第一和第二 籽晶層嵌入在該外部導(dǎo)體中。除了允許對該介電支撐構(gòu)件中的 L進(jìn)行金屬電鍍 之外，以這種方式使用多個籽晶層有助于相對于其它的微結(jié)構(gòu)元件將該介電支 撐構(gòu)件鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?。該籽晶層理想地是在涂覆的表面上的保形層和連續(xù)層，但是在實際中是不 必要的。雖然一非連續(xù)籽晶層可能引起在孔224中的金屬空隙，但是只要在孔 中存在足量的金屬，這種空隙的存在就不會破壞金屬化的孔的整體目標(biāo)。例如， 選擇的具體的籽晶層材料取決于選擇用于填充孔的金屬材料。例如，例舉的籽 晶層材料包括金、銀、鈀、鎳、鉻、鋁及其組合。其中，fS/鎳和鉻/金堆疊是常 用的。通常，沉積該籽晶層至1000到3000A的厚度。參看圖ll，在基底上沉積一第四犧牲材料層226d，并曝光，顯影，從而形 成圖案238以用于隨后沉積該外部導(dǎo)體的上部側(cè)壁部分。用于該上部側(cè)壁部分 的圖案238包括與兩個中部側(cè)壁部分216共同延伸的兩個槽，并且暴露該兩個 中部側(cè)壁部分216。為此目的，可以使用上文所述的常規(guī)的光亥陟驟和材料。如圖12所示，接下M31沉積一，的材料到形ite該第四犧牲層226d 中的槽中來形成該外部導(dǎo)體的上部側(cè)壁部分218。用于形成該上部側(cè)壁的，的 材料和技術(shù)與上文戶做的關(guān)于基層和其它偵幢部分的材料和技斜目同。雖然可 以使用不同的材料和域技術(shù)，但是通常使用與在形成基層和其它側(cè)壁中使用的 材料和技斜目同的材料和技術(shù)形成該上部側(cè)壁部分218。除了為后續(xù)的加工提供一個平坦的表面之外，在這個階段，可以任選itt行表面平面化以去除任何不必要的沉積在該犧牲材料的上表面上的金屬。參看圖13，在基底上沉積一第五感光犧牲層226e，并曝光，顯影，從而形 成圖案240以用于隨后沉積該傳輸線外部導(dǎo)體的頂壁。用于該頂壁的圖案240 暴露了該上部側(cè)壁部分218以及它們之間的第四犧牲材料層226d。在圖案化該 犧牲層226e時，有利的是剩下在該上部側(cè)壁部分之間的區(qū)域上的犧牲材料的一 個或多個區(qū)域242。在這些區(qū)域中，在隨后形成該外部導(dǎo)體頂壁的過程中防止了 金屬沉積。如下文所述，這將導(dǎo)致在該外部導(dǎo)體頂壁中的開口，從而易于從該 微結(jié)構(gòu)去除該犧牲材料。例如，該犧牲材料的這些保留的部分可以呈圓柱體、 例如四面體的多面體或其它形狀的支柱242。如圖14所示，接下鄉(xiāng)過沉積一統(tǒng)的材料到在該上咅,壁部分218之上 以及在該上部側(cè)壁部分218之間的暴露的區(qū)域來形成該外部導(dǎo)體的頂壁220。在 通過犧牲材料支柱242占據(jù)的空間中防止了金屬化。雖然可以使用不同的材料 和/或技術(shù)，但題常i頓與在形成基層和其它側(cè)壁中i頓的材料和技斜瞷的 材料和技術(shù)形成該頂壁220。在這個階段可以任選itt行表面平面化。隨著該傳輸線的基本結(jié)構(gòu)的完成，可以增加附加層或接著可以去除殘留在 該結(jié)構(gòu)中的犧牲材料?？梢酝ㄟ^基于使用的材料的類型的公知的錄U離器去除犧 牲材料。為了從該微結(jié)構(gòu)中去除材料，使剝離器開始接觸該犧牲材料?？梢栽?該傳輸線結(jié)構(gòu)的端面處暴露該犧牲材料?？梢蕴峁┤缟衔乃龅脑谠搨鬏斁€中 額外的開口，以使該剝離器和貫穿該結(jié)構(gòu)的犧牲材料之間的接觸容易。預(yù)想用 于允許在該犧牲材料和錄lj離器之間的接觸的其它結(jié)構(gòu)。例如，在圖案化工藝過 程中，可以在該傳輸線側(cè)壁中形成開口?？梢赃x擇這些開口的尺寸以最小化對 導(dǎo)向波的翻寸或泄漏的千涉。例如，可以選擇該尺寸為小于使用的最高頻率的 波長的V8、 1/10或1/20。可容易地計算，并可使用軟件，例如由安軟股份有限 公司(Ansoft，Inc)制作的HFSS來優(yōu)itS種開口的影響。在圖15中示出了在去除犧牲抗蝕劑之后的最終的傳輸線結(jié)構(gòu)202。預(yù)先通過在該傳輸線的外壁之中和內(nèi)部的犧牲材料占據(jù)的空間形成了在該外部導(dǎo)體中 的孔244和該傳輸線芯222。通常，M例如空氣的氣體占據(jù)該芯空間。預(yù)想在 該芯中可以使用具有更好的介電性能的氣體。任選地，在該芯中會^I多形成真空， 例如，當(dāng)該結(jié)構(gòu)形成為密封包裝的一部分時。結(jié)果，可實現(xiàn)另外吸附到該傳輸線的表面上的水蒸汽的吸收減少。還預(yù)想液體可占據(jù)在該中心導(dǎo)體核外部導(dǎo)體 之間的空間222。圖18示出了另一個例舉的方面，其還允許該微型體的微結(jié)構(gòu)元件保持相 互咬合鎖定。該附圖以上文所述的方式示出了在圖案化該介電支撐構(gòu)件210'之后的微結(jié)構(gòu)。以還減少了從該外部導(dǎo)體脫離的可能性的幾何形狀圖案化該介電支撐構(gòu)件。在示例性的微結(jié)構(gòu)中，在圖案化工藝過程中以"T"形的形式圖案化 該介電支撐構(gòu)件。在如上文爿;M的后續(xù)的加工中，"T"的頂部部分246變?yōu)榍?入在該外部導(dǎo)體的壁中并且用作錨型鎖定結(jié)構(gòu)。雖然示出的結(jié)構(gòu)包括在該介電 支撐構(gòu)件的一個末端的錨型鎖定結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)當(dāng)清楚的是，可以使用多個這樣 的結(jié)構(gòu)，例如，在"I"形中的該介電支撐構(gòu)件的每一個末端處的一個。對于一 個或多個用于將介電和金屬微結(jié)構(gòu)元件鎖定在一起的金屬化的孔，可以附加地 或可選^i也^^所述的錨型結(jié)構(gòu)。圖19A-H示出了附力啲例舉的幾何幵鄰，其可以用于介電支撐而替代"T"鎖定結(jié)構(gòu)。為了說明的目的，該結(jié)構(gòu)是支撐結(jié)構(gòu)的局部透視圖。該支撐結(jié)構(gòu)可 以任選地包括在一相對的末端的錨結(jié)構(gòu)，其可以是圖示的錨結(jié)構(gòu)的鏡像或是不 同于該錨結(jié)構(gòu)的幾何形狀。選擇的幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)提供在至少該支撐構(gòu)件的一部 分上的截面幾何形狀的改變，以抵抗從該外部導(dǎo)體的分離。如圖所示的在深度 方式(depthwise)方向上的截面幾何形狀上提供增加的凹入剖面和其它的幾何形狀是常用的。這樣，該介電支撐構(gòu)件變得機(jī)械地鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢貌⒋蟠鬁p小 了從該外部導(dǎo)體壁中脫離的可能性。例如，當(dāng)圖示的結(jié)構(gòu)在其一個末端上包括 單一的錨部分時，預(yù)想在該介電支撐構(gòu)件的每一個末端上有多種錨。不期望受 到任何具體的理論柳艮制，認(rèn)為除了提供機(jī)械鎖定作用之外，由于在曝光和顯 影過程中的減少的應(yīng)力，該錨鎖定結(jié)構(gòu)還改善了粘著性。例如，還認(rèn)為通過使 用在如圖19B和19G所示的曲線形狀去除尖銳的角，可改善在制造過程中的熱 感應(yīng)應(yīng)力。對于一些應(yīng)用，去除附著在基底上的最終的傳輸線結(jié)構(gòu)是有利的。這允許 在釋放的互聯(lián)網(wǎng)的兩側(cè)耦合到另一個基底，例如，如單片微波集成電路的砷化 鎵芯片或其它裝置?？梢酝ㄟ^不同的技術(shù)完成從基底釋放該結(jié)構(gòu)，例如，通過 在該基底和該基層之間的犧牲層的使用，在一合適的溶劑中在結(jié)構(gòu)完成后可去 除該犧牲層。例如，用于犧牲層的魏的材料包括光亥帔、選擇性蝕刻的金屬、高溫蠟以及各種鹽。如圖20A和20B所示，雖然示例性的傳輸線包括形成在具有金屬化的孔的介電支撐構(gòu)件上的中心導(dǎo)體，但是預(yù)想在該中心導(dǎo)體上，另外或可選擇地在介電支撐構(gòu)件之下，可形成具有金屬化的孔的該介電支撐構(gòu)件，圖20A和20B分 別示出了非凹入和凹入的金屬化的 L。另外，該介電支撐構(gòu)件可以布置在該中 心導(dǎo)體內(nèi)部，該中心導(dǎo)體例如為j頓多種幾何形狀，例如加號(+)形、T形、盒 子或如圖16和19所示的幾何形狀的裂口中心導(dǎo)體。本發(fā)明的傳輸線在截面上通常是正方形。然而，可以預(yù)想其它的形狀。例 如，除了使該傳輸線的寬度和高度不同以外，能夠以與形成正方形傳輸線的相 同的方式獲得其它矩形傳輸線。通過使用灰度圖案化可形成圓形傳輸線，例如 圓形或部分圓形傳輸線。例如，通過常規(guī)的用于垂直躍遷的光刻能夠產(chǎn)生這種 圓形傳輸線，并且其可能更加容易地用于具有外部微同軸導(dǎo)體的界面以形成連 接器界面等等?？梢砸远询B排列的方式形成上文所述的多個傳輸線。通過每一 個堆疊的順存構(gòu)造工藝的連續(xù)，或通過在^^蟲的基底上 頁形成傳輸線、4頓一 個釋放層從它們各自的基底分離傳輸線結(jié)構(gòu)以及堆疊該結(jié)構(gòu)，可獲得這種堆疊 排列。通過減薄焊料或?qū)щ娬辰育R啲層能夠接合這種堆疊的結(jié)構(gòu)。理論上，沒 有對傳輸線的數(shù)量的限制，可以使用在此討論的工藝歩驟堆疊傳輸線。然而， 實際上，根據(jù)控制厚度和應(yīng)力以及與每一個附加層相關(guān)的抗蝕劑去除的能力來 限定層的數(shù)量。雖然參照示例性的傳輸線已經(jīng)描述了三維微結(jié)構(gòu)及其形成方法，但是應(yīng)當(dāng) 清楚的是，該微結(jié)構(gòu)和方法廣S^用于很寬泛的技術(shù)領(lǐng)域，其能夠受益于用于 將一金屬微結(jié)構(gòu)元件固定到介電微結(jié)構(gòu)元件上的顯微機(jī)械加工工藝。例如，本 發(fā)明的微結(jié)構(gòu)和方法在下列工業(yè)中獲得應(yīng)用在微波和毫米波濾波器和耦合器 方面的無線電通訊；在雷達(dá)和避免碰撞系統(tǒng)和通信系統(tǒng)方面的航天航空以及軍 事；在壓力和翻轉(zhuǎn)傳感器方面的汽車制造業(yè)；在質(zhì)譜儀和濾波器方面的化學(xué)； 在、搶波器、微流體裝置、外科器械以及血壓、氣流和助聽傳麟方面的生物技 術(shù)和生物醫(yī)學(xué)；以及在圖像穩(wěn)定器、高度傳感器和自動聚焦傳感器方面的消費(fèi) 電子學(xué)。 '雖然參照具體的實施例已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是在不背離權(quán)利要求書的范圍的情況下，所作的各種改變和修正以及其等價內(nèi)容的應(yīng)用對本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說是顯而易見的。
權(quán)利要求
1、一種三維微結(jié)構(gòu)，其通過一順序構(gòu)造工藝形成，所述三維微結(jié)構(gòu)包含一第一微結(jié)構(gòu)元件，其包含一介電材料并具有一至少部分貫穿而延伸的孔；一第二微結(jié)構(gòu)元件，其包含一金屬材料；在該孔中的一金屬材料，其將該第一微結(jié)構(gòu)元件固定在該第二微結(jié)構(gòu)元件上；以及一非固體空間，該第一微結(jié)構(gòu)元件和/或該第二微結(jié)構(gòu)元件暴露于該非固體空間。
2、 如權(quán)利要求1所述的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，它還包含 一基底，該 第一和第二微結(jié)構(gòu)元件布置在該基底上。
3、 如權(quán)禾頓求1戶脫的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該微結(jié)構(gòu)包含一同軸傳 輸線，該同軸傳輸線包含一中心導(dǎo)體、 一外部導(dǎo)體和用于支撐該中心導(dǎo)體的介 電支撐構(gòu)件，其中，該介電支撐構(gòu)件是該第一微結(jié)構(gòu)元件，該內(nèi)部導(dǎo)體和/或該 外部導(dǎo)體是該第二微結(jié)構(gòu)元件。 .
4、 如權(quán)利要求3戶脫的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該非固體空間是在真空 下或處于氣態(tài)，并且在該中心導(dǎo)體和該外部導(dǎo)體之間布置該非固體空間。
5、 如權(quán)利要求3所述的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該同軸^t!線具有一大 致矩形的同軸幾何幵娥。
6、 如權(quán)利要求1所述的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 L從該第一微結(jié)構(gòu)元 件的第一表面至其第1面完全延伸穿過該第一微結(jié)構(gòu)元件。
7、 如權(quán)利要求1所述的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該孔具有一凹入開m。
8、 如權(quán)利要求9戶腿的三維微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二微結(jié)構(gòu)元件的金 屬材料和在該孔中的金屬材料是相同的材料。
9、 一種通過一JHW構(gòu)造工藝形成三維微結(jié)構(gòu)的方法，該方 ^括 在一基底上布置多個層，其中，所述層包含一層介電材料、 一層金屬材料和一層犧牲材料；形成一第一微結(jié)構(gòu)元件，該第一微結(jié)構(gòu)元件包含該介電材料并具有至少部 分貫穿而延伸的孔；形成一第二微結(jié)構(gòu)元件，，二微結(jié)構(gòu)元件包含該金屬材料；在該孔中沉積一金屬材料，以將該第一微結(jié)構(gòu)元件固定在該第二微結(jié)構(gòu)元 件上；以及去除該犧牲材料以形成一非固體空間，i亥第一微結(jié)構(gòu)元件和/或該第二微結(jié) 構(gòu)元件暴露于該非固體空間。
10、如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該微結(jié)構(gòu)包含一同軸傳輸線， 該同軸傳輸線包含一中心導(dǎo)體、 一外部導(dǎo)體和用于支撐該中心導(dǎo)體的介電支撐 構(gòu)件，其中，該介電支撐構(gòu)件是該第一微結(jié)構(gòu)元件，該內(nèi)部導(dǎo)體和/或該外部導(dǎo) 體是該第二微結(jié)構(gòu)元件。
全文摘要
本發(fā)明提供了三維微結(jié)構(gòu)及其形成方法。該微結(jié)構(gòu)通過一順序構(gòu)造工藝形成，并包括相互固定的微結(jié)構(gòu)元件。例如，該微結(jié)構(gòu)在用于電磁能的同軸傳輸線中獲得了應(yīng)用。
文檔編號B81C1/00GK101274734SQ200710093280
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月30日
發(fā)明者D·W·舍利爾, W·D·霍克 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司