专利名称：以电化学方式制造的密封微结构以及制造此种结构的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及电化学制造和关联的通过一层覆盖一层地构筑沉积材料而形成三维结构的领域。具体而言，其涉及形成微结构和同时形成用于此种结构的封装，例如，从封装的内部空腔中去除牺牲(sacrificial)的材料并在空腔中密封该结构的关键部分。
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California的Burbank的MEMGen公司商业化推广，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一种材料，该掩模技术包括使用掩模，该掩模包括位于支承结构上的图形化的适形材料，该支承结构独立于将在上面进行电镀的衬底。当希望使用掩模执行电沉积时，在电镀液存在的同时使掩模的适形部分与衬底相接触，因此掩模的适形部分与衬底的接触禁止在选定的位置沉积。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工艺。更具体而言，在California的Burbank的MEMGen公司的术语中，这些掩模通常称为INSTANT MASKTM以及此工艺称为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，所以公开了各种有关适形接触掩模电镀(即，INSTANT MASK)和电化学制造的文献
1.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will，“EFABBatch production of functional，fully-dense metalparts with micro-scale features”，Proc.9th Solid Freeform Fabrication，The University of Texas at Austin，p161，Aug.1998。
2.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will，“EFABRapid，Low-Cost Desktop Micromachining of HighAspect Ratio True 3-D MEMS”，Proc.12th IEEE Micro ElectroMechanical Systems Workshop，IEEE，p244，Jan 1999。
3.A.Cohen，“3-D Micromachining by ElectrochemicalFabrication”，Micromachine Devices，March 1999。
4.G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld和P.Will，“EFABRapid Desktop Manufacturing of True 3-DMicrostructures”，Proc.2nd International Conference on IntegratedMicroNanotechnology for Space Applications，The Aerospace Co.，Apr.1999。
5.F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will，“EFABHigh Aspect Ratio，Arbitrary 3-D MetalMicrostructures using a Low-Cost Automated Batch Process”，3rdinternational Workshop on High Aspect Ratio Micro Structure Technology(HARMST’99)，June 1999。
6.A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld和P.Will，“EFABLow-Cost，Automated Electrochemical BatchFabrication of Arbitrary 3-D Microstructures”，Micromachining andMicrofabrication Process Technology，SPIE 1999 Symposium onMicromachining and Microfabrication，September 1999。
7.F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will，“EFABHigh Aspect Ratio，Arbitrary 3-D MetalMicrostructures using a Low-Cost Automated Batch Process”，MEMSSymposium，ASME 1999 international Mechanical Engineering Congressand Exposition，November，1999。
8.A.Cohen，“Electrochemical Fabrication(EFABTM)”，Chapter19 of The MEMS Handbook，edited by Mohamed Gad-EL-Hak，CRCPress，2002。
9.“Microfabrication-Rapid Prototyping’s Killer Application”，pages1-5 of the Rapid Prototyping Report，CAD/CAM Publishing，Inc.，June1999。
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(AIM)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-rayLithography 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。
利用可电沉积的材料，能够使用用电化学制造形成复杂形状的结构，但需要存在可靠的、成本高效的以及改进的封装此类物体的方法。
发明内容
本发明的多个方面的一个目的是提供改进的用于关键结构的封装方法。
本发明的多个方面的另一个目的是提供改进的用于同时制造结构及其封装的方法。
本发明的多个方面的另一个目的是提供密封的结构。
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。在此清楚提及的或以其它方式从此处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目的或其组合，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。并非希望通过本发明的任何单个方面描述所有这些目的，即使是在关于一些方面的情况下。
在本发明的第一方面中，一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少三种不同材料以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由一种结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中由其中的至少一个开口限制屏蔽罩；(3)位于该至少一个开口附近的密封材料；(4)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料；其中在形成多个层之后，去除位于所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料的至少一部分；其中在去除牺牲材料之后，使密封材料临时性地流动和密封至少一个开口，以阻断或明显限制材料经由至少一个密封的开口从屏蔽罩的外部到屏蔽罩内部的通道。
在本发明的第二方面中，一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少两种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由一种结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中由其中的至少一个开口限制屏蔽罩；(3)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料；其中在形成多个层之后，去除位于所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料至少一部分；其中在去除牺牲材料之后，在保护性屏蔽罩和密封结构之间形成密封，其中保护性屏蔽罩或密封结构的至少一个包括一种密封材料，该密封材料可用于建立对该至少一个开口的密封，以阻断或明显限制材料经由至少一个密封的开口从屏蔽罩的外部到屏蔽罩内部的通道。
在本发明的第三方面中，一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少两种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由一种结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，其中屏蔽罩由其中的至少一个开口限制；(3)至少一个阻断结构，其沿着包括至少一个开口但与保护性屏蔽罩分离开的视线而定位；及(4)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料；(5)其中在形成多个层之后，去除位于所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料的至少一部分；及(6)其中在去除牺牲的材料之后，沉积一种密封材料，以使其打断该阻断材料，该阻断材料阻止密封材料大量的进入屏蔽罩，其中通过连续地构建密封材料密封该至少一个开口，以阻断或明显限制材料经由至少一个密封的开口从屏蔽罩的外部到屏蔽罩内部的通道。
在本发明的第四方面中，一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少两种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由一种结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一个开口限制；(3)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料。
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。
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1(g)示意性地描述了使用不同类型的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)示意性地描述了一种电化学制造工艺的各个阶段的侧视图，其应用于形成一个特别的结构，其中选择地去除一种牺牲材料，而覆盖沉积一种结构材料；图3(a)至3(c)示意性地描述了多个示范性子部件的侧视图，其可以用在手动实施图2(a)至2(f)所述的电化学制造方法的过程中；图4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘结掩模电镀形成结构的第一层，其中覆盖沉积第二材料覆盖了位于第一材料的沉积位置与第一材料本身之间的开口；图5(a)描述了第一组实施例的基本步骤的方块图；图5(b)以方块图的形式展示了第二组实施例的基本步骤；图6(a)至6(c)描述了根据本发明优选实施例的制造结构过程中的各个阶段的侧视图；图6(d)描述了分离的以及然后覆盖的图6(b)的结构的两层的上层的顶视图；图7(a)和7(b)描述了图6(b)的密封层的另一可选结构；图8(a)描述了用于图6(b)的最后两层的另一可选结构的侧视图，而图8(b)描述了首先彼此分离的以及然后覆盖的另一可选结构的两层的上层的顶视图；图9(a)至9(d)描述了解释屏蔽墙壁的可选的开口和密封结构的侧视图和顶视图；图10(a)至10(h)描述了各种可选的开口和密封结构；图11(a)至11(c)描述了各种可选的开口和密封结构；图12(a)至12(c)描述了各种可选的开口和密封结构；图13(a)和13(b)描述了一种可选的开口和密封技术；图14(a)和14(b)描述了一种可选的用于密封开口的技术；图15(a)至15(f)描述了用于封装结构的可选实施例的各个阶段的侧视图；图16(a)至16(f)描述了用于封装结构的另一个实施例的各个阶段的侧视图；图17(a)和17(b)描述了与用于去除牺牲材料和用于密封封装的可选结构相关联的侧视图；图18(a)和18(b)描述了用于去除牺牲材料和用于密封封装的可选结构的侧视图；图18(c)描述了对应于图18(a)的屏蔽罩和盖子的侧面顶视图；图18(d)描述了用于去除牺牲材料和用于密封封装的可选结构的侧视图。
具体实施例方式
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，或者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以其它方式知晓或发现。所有的这些技术可与本发明的各个方面的各个实施例结合，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，化学剥除)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)上覆盖电镀的第二金属96(例如，银)。图4(g)描述了完成的此结构的第一层，其是将第一和第二金属平坦化到暴露第一层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)。
与使用了不同类型的图形化掩模和掩模技术的电化学制造技术相结合，可使用在此公开的各个实施例、可选的方式和技术。例如，可使用适形接触掩模和掩模操作，可使用接近掩模和掩模操作(即，使用通过接近衬底即使没有接触至少选择地屏蔽衬底的掩模的操作)，可使用非适形掩模和掩模操作(即，基于掩模接触面不非常适形的掩模和操作)，以及可使用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)。
图5(a)以方块图的形式展示了本发明的第一组实施例的基本步骤。方块102要求形成一组电化学制造层，其包括(1)将要被保护的结构部件；(2)由一种结构材料形成的但在其中具有至少一个开口的保护性屏蔽罩；(3)位于至少一个开口附近的密封材料；(4)至少部分位于要被保护的结构和该保护性屏蔽罩之间的牺牲材料。所使用的电化学制造工艺可与在图1(a)至1(c)与2(a)至2(f)中描述的类似，或其可以是在专利6,027,630中所提及的另一种工艺，或可以是在其它先前合并的出版物的一个中所提及的一种工艺，或者是在包括在后面所提及的一系列合并的专利和申请中的专利和申请的一个中描述的一种工艺，或者该工艺可以是在这些出版物、专利和申请中描述的，或由本领域普通技术人员以其它方式已知的或可确定的各个方法的组合。
在形成各个层之后，工艺进行到方块104，其要求去除该牺牲材料。
接下来，在方块106中，该工艺要求选择地排空屏蔽罩和要被保护的结构之间的区域。该工艺也可包括后面的用所期望的填充气体填充该区域。例如，填充气体可以是惰性的(例如，N2，Ar等)，或者其可以是化学活泼的，如提供还原环境(例如，H2)。该工艺也可包括一些对预备用于下一个操作的结构和屏蔽罩的组合有用的特殊处理。
最后，在方块108中，暂时使该密封材料流动和关闭该至少一个开口。
图6(a)至6(c)展示了当应用到具体结构时图5(a)的工艺流程的各个阶段的侧视图。图6(a)描述了电化学制造的和粘结到衬底114上的该组的层112。该组的层包括(1)要被保护的和由一种结构材料形成的结构部件122；(2)由一种结构材料形成的但在其中具有多个开口126的保护性屏蔽罩124；(3)位于开口附近的密封材料128；及(4)填充在屏蔽罩124的内部134(即，空腔)中的牺牲材料132。
图6(b)描述了在去除牺牲材料之后但在流动、密封和重新固化该密封材料之前的衬底114、屏蔽罩124、结构部件122和密封材料128。优选的是利用穿过屏蔽罩中的开口蚀刻进入该空腔的蚀刻去除牺牲材料。
图6(C)描述了在流动、密封和重新固化该密封材料之后的衬底114、屏蔽罩124、结构部件122和密封材料128。在此实施例中，结构部件在由屏蔽罩和衬底定义的封装中被保护起来。在本实施例中，密封材料优选地是低熔融温度的可电镀金属或焊接材料，如铟(In)或锡(Sn)/铅(Pb)。牺牲材料可以是铜，并且结构材料可以是镍，当然其它的适形材料也可以接受。需要的是蚀刻掉牺牲的材料不应破坏结构部件122或明显破坏密封材料128。
图6(d)描述了图6(b)的最上层的顶视图。最左边的部件142是挨着最后一层的第二层，其是屏蔽罩124的盖子，由结构材料制成，且包括开口126。部件144是结构的最后一层，由一种密封材料128制成，其也包括开口126。部件144被边界虚线148包围，边界线148描述了当两个部件对齐时的部件142的外边界。部件146示出了与开口124重叠对齐的两个部件142和144的顶视图。
图7(a)和7(b)描述了图6(b)的密封层的另一种可选的结构。在图7(a)中，密封材料包括单个横条152，其在开口上架起了桥，可以相信当使密封材料流动(例如，通过加热得足够热)时此桥有助于关闭该开口。图7(b)除了描述了两个交叉桥元件154和156之外，与图(a)类似。
图8(a)描述了图6(b)的最后两层的另一种可选的结构，而图8(b)描述了包括该可选密封层的最后两层的顶视图。挨着最后一层142的第二层与在图6(d)中描述的相比没有改变其结构，因此改变的是最后一层144’。替代配置为在图6(a)至6(d)中的情况下的具有孔的矩形板的最后一层，在图8(a)和8(b)中，围绕每个开口的密封材料是最好为在图8(b)中可见的环的形式，更特别的是这些环的内径比层142中的孔126的内径小。应当相信的是当使密封材料流动时，部分地重叠在层142中的具有孔126的密封材料将有助于使该材料流进和密封该开口。
图9(a)描述了一个屏蔽罩的侧视图，除了到顶部的最后一层的第三层之外，该屏蔽罩由结构材料形成，第三层是密封材料162。在图9(b)中，从顶视图示出了该密封材料层，其中可看到穿过该密封层的多个开口126’。基于密封材料的流动，应当相信材料蔓延且陷落以在多个开口上架起桥并密封它们。密封层的陷落可从图9(c)中的侧视图中看到。密封材料的蔓延和关闭多个开口可从图9(d)中的顶视图中看到，其中的虚结构表示密封材料162的原始结构，流动之后的蔓延出的材料166构成了新的结构。在可选的实施例中，可通过在该结构的顶面上加压或加力来帮助密封材料的陷落和密封材料的蔓延。
图10(a)描述了由结构材料制成的且具有开口174的屏蔽罩172的厚度(例如，一层或多层)，在开口174中有斜面176。在结构材料层上面是密封材料层178。示出了具有梯级台阶的斜面176，尽管在一些实施例中它们更像一个斜面结构。应当相信倾斜(或小梯级台阶)有助于当使密封材料流动时可流动的密封材料浸润开口174的表面，因此有助于关闭该开口。图10(b)示出了在使密封材料流动和使其重新凝固之后得到的对图10(a)的开口的封闭。
图10(c)示出了当开口实质上是圆形的且梯级台阶是内径逐渐变化的圆时，图10(a)的开口的顶视图。图10(d)描述了图10(a)的另一可选方式，其中开口表示为基本上是圆，但具有贯穿切开的径向开口，其增加了开口的尺寸，用于改善蚀刻的进入和牺牲材料的去除，但也不形成使密封材料难于在孔隙之间架起桥梁的大开口。图10(e)与图10(c)和10(d)类似，然而是与相对于圆孔的矩形孔。尽管在图10(e)中示出了开口的形状基本上是方的，实际上它们可以被延长以使在延长的开口的每侧具有斜面。如果延长贯穿梯级台阶的狭缝可增加其数目。
图10(f)示出了关于屏蔽结构172中的开口174的密封材料172的另一可选结构。密封材料对称地延伸超过屏蔽罩172中的开口的上部的每侧的边缘。应当相信，一旦使材料流动，此种结构有助于关闭该孔。图10(g)描述了图10(f)的另一可选结构，其中使一部分高悬的密封材料基本上延伸超过开口的中点，优选地是基本上在该结构的下侧上方耦合开口的相对侧，以使当加热可流动的材料流动时，其可流动并在开口的远侧上陷落，而因此密封该开口。图10(h)是图10(f)的另一个可选的方式，其中以这样的方式形成结构材料贯穿结构材料的开口是非对称的，并且如图10(g)具有不在密封材料178中的开口的结构。图10(i)描述了另一种可选方式，其中高悬的部分包括粘结到其上的密封材料的凸起180。应当相信，一旦使密封材料流动，该材料的凸起对于帮助关闭开口是有用的。在其它的可选方式中，该材料的凸起可延伸到大得覆盖斜面的整个右侧。
图11(a)描述了形成屏蔽罩的一部分的并在其中具有一个开口186的五层结构材料181至185。结构层配置成具有伸进开口186中的突起188。在突起上有一些密封材料192。一旦使密封材料可流动，应当相信，突起188将有助于迫使密封材料在此变窄的区域中的间隙上架起桥，且一旦在两侧建立接触将有助于在适当位置保持密封材料。在此实施例以及其它实施例中，其对在去除牺牲材料之后但在使密封材料流动之前，用一种还原气体或其它反应工艺处理屏蔽罩是特别有用的。表面的反应能有助于使可流动的密封材料浸润结构材料的表面。具体而言，如果使结构材料发生反应，且反应起源于开口的一侧，则可期望使密封材料朝向开口的相对侧，因为可预见最接近起源地的一侧会反应的更快，因此流动的材料具有沿着其浸润该结构材料的方向的流动趋势。同样地，如果密封材料朝向屏蔽罩的内部，则反应起源于屏蔽罩的外部，高级别的反应可朝向开口的外部延伸，并使材料向右流动，以密封开口。
图11(b)描述了密封材料的一个可选结构。由于密封材料沉积在突起上，此可选结构可防止密封材料必须流过任意的未浸润的材料表面，且由于有表面张力于是仅需要内部的突起。在此类实施例中，可没有必要或不期望激活结构材料的表面。图11(c)描述了另一可选方式，其中在邻近开口的穴194中设置了密封材料的突起。应当相信，此种邻近密封材料的较薄区域196的材料的穴可趋向于从较薄区域拖拽材料，如表面张力驱动密封材料使其表面积最小那样，因此增加穴的突出程度有助于密封开口。
图12(a)至12(c)描述了用于不同的可能开口结构的沉积和流动密封材料的前后版本。在这些结构中，附图标记202是结构材料，附图标记204是沉积的密封材料，附图标记204’是流动的密封材料。
图5(b)以方块图的形式展示了本发明的第二组实施例的基本步骤。在此图中，对于如与图5(a)相同的元件给出了相同的附图标记。方块102’要求形成一组电化学制造层，其包括(1)将要被保护的结构部件；(2)由一种结构材料形成的但在其中具有至少一个开口的保护性屏蔽罩；(3)至少部分位于要被保护的结构和该保护性屏蔽罩之间的牺牲材料。方块102’也表示形成的各个层也可包括位于至少一个开口附近的密封材料。
在形成各个层之后，工艺进行到方块104，其要求去除牺牲材料。这可以用选择地去除牺牲材料而不破坏结构材料(例如，通过选择的化学蚀刻或熔化)的任何方法来执行。
接下来，在方块106中，该工艺要求选择地排空屏蔽罩和要被保护的结构之间的区域。该工艺也可包括后面的用所期望的填充气体填充该区域。例如，填充气体可以是惰性的(例如，N2，Ar等)，或者其可以是化学活泼的，例如提供还原环境(例如，H2)。该工艺也可包括一些对预备用于下一个操作的结构和屏蔽罩的组合有用的特殊处理。
接下来，工艺移动到方块110，其要求将密封结构移动到与屏蔽罩的剩余部分相对的位置。该密封结构可包括一种密封材料。一般形成的各个层的至少一层或该结构会包括一种密封材料。屏蔽罩或密封结构的一个也可以或可选地包括一种粘结剂。可通过平移、旋转或其某一组合移动该密封结构。例如，通过使用结构推压，通过气压，通过去除牺牲材料时的陷落，通过由在一层覆盖一层的形成过程中构筑的压力而导致的移动，通过产生使引起相对移动的相变等或通过其它方式等，产生了密封结构的移动。
最后，在方块108’中，暂时使该密封材料流动，而将屏蔽罩和密封结构带到或保持在一起。
根据在图5(b)中列出的组的多个实施例的一个实施例，图13(a)和13(b)描述了一个例子。图13(a)描述了位于壁214上的盖子212。壁的顶部用的是密封材料216。在去除任何牺牲材料(未示出)之后，盖子的位置下降，且使密封材料216流动(例如，通过加热盖子)。密封材料被压缩，并在盖子和壁之间形成密封。盖子212可通过电化学制造工艺制得或用某一其它方式制得。盖子可以是与屏蔽罩的剩余部分不同的材料。盖子可以是介电材料或甚至是一种透明材料。
在一些实施例中，像在图13(a)和13(b)中所示的那样，屏蔽罩的壁是与该结构联合制造的但盖子不是。壁中可具有蚀刻的孔或不具有。形成的结构的最后一层具有被施加的密封剂(例如，某类焊接剂)，其可被平坦化或不被平整。在盒子中蚀刻以释放该结构之后，将分离制造的盖子(例如，某类的一个金属薄板)放置在构件上。此可在晶片规模或在各个器件上制成。可使焊接剂(或其它材料)流动且密封该器件。此方法提供几个优点(1)在密封之前，可容易地、可视地检查器件或结构；(2)在密封之前可执行其它的工艺(例如，镀金属、钝化、测试等)；(3)释放蚀刻的疑问将较少；(4)关于施加或平坦化可流动的材料的问题将最少；(5)由于使用基本上未图形化的薄板能够除去一个或多个EFAB制造的层，所以将更便宜；(6)盖子可由一种不易被电镀的材料制成；及(7)利用焊接剂浸润壁表面和盖子表面变得不关键，结果是能将盖子和壁表面压在一起。
在一些可选实施例中，可在与壁相对的盖子上沉积焊接剂(或其它可流动的密封材料)。
上述实施例的很多可选方式和很多其它实施例对于本领域普通技术人员是明显的。可使用多种结构材料。可使用多类可流动的材料。可由不同的材料或甚至多种材料形成结构部件和屏蔽罩。为了密封可以使用一种或多种可流动的材料，而其它材料可用于引起结构彼此之间的相对位移，且因此有助于在去除任何牺牲材料之后，自动密封结构。贯穿屏蔽罩或衬底可提供互相连接，以使可建立对于屏蔽罩的结构的电连接。盖子结构或衬底可具有由透明窗覆盖的开口，以使可将光部件埋入屏蔽罩和将光信号传输进和传输出屏蔽罩。衬底可包括导电的覆盖透明结构(例如，玻璃)，其中可与去除牺牲材料结合或紧接着牺牲材料的去除，来去除覆盖层。另一选择为，将一个足够导电和透光的覆盖层加施加到如玻璃、石英等的透明衬底上。
可使用各种技术以改进和补充上面所述的工艺。
可使用IR回流使加热更加均匀，且使对要被保护的结构(例如，器件)和衬底的加热最小化。在此工艺中，与焊接剂层平行地、并以固定的距离放置比衬底大的IR源。可垂直于各个层的平面相对平移(即，沿着z轴)衬底，以使其接近于IR源，或其可在经过源的传输通道上移动，或者在加热之前其可被固定到适当的位置。
一个可选的加热方法包括使用热盘。在此方法中，使焊接剂层或接触焊接剂的结构材料的盖子与热盘接触。可处理该盘以改进焊接剂的浸润。可通过沿着z轴平移使盘接触，并通过横向平移去除该盘。在一个更极端的情况下，盘可承载焊接剂并且封装层不是必须被用焊接剂电镀。在另一可选的使用热盘的方式中，其可以使具有开口的层接触熔融的密封材料(例如，已经熔化的焊接剂)，当将密封材料移去时其将浸润和粘附到表面上，并将封住开口。
可使用各种表面处理以改进密封材料(例如，焊接剂)对结构材料的浸润。可使用如熔剂、树脂、表面活化剂的化学处理。也能使用电化学和等离子处理。也能将处理表面的化学药品加到用于去除牺牲材料的蚀刻剂中。
可使用还原工艺减少能阻止密封材料流动的氧化物层，并因此改善了浸润。作为一个实施例，在使密封材料流动之前，提供还原环境(例如，氢)。将密封材料保持为低于其熔点，直到氧化物层完全被还原。然后可用一种惰性气体(例如，N2)代替还原环境。然后可排空惰性气体以创造出排空的空间或将其保留。当屏蔽罩保持为排空或用所期望的气体填充时，温度会增加到回流温度或高于回流温度的所期望的温度，以使在温度降低到允许凝固熔融的密封材料之后，密封材料的流动导致密封。
在一些实施例中，可使用带芯(wicking)的结构以有助于密封材料的流动。理想地，将开口的尺寸设置为和将其定位到使蚀刻剂流动的区域最大的尺寸和位置，然而使对使用密封材料的浸润受到的影响最小。圆形开口可能不是最佳的，窄长的开口(狭缝)或星形可能更好，但也可以用其它可选的方式。制作为圆形开口更能通过增加浸润结构而进行封闭(即，密封)。一种简单的浸润结构是如图7(a)所示的将开口分成两半的一条线。该线的材料可以或者是结构材料，或者是密封材料，或者是两种材料(例如，彼此相邻)。该线可以从各个层的平面中拱出，或者否则是非线性的形状(例如，弯曲的或变化的尺寸)。更复杂的结构可具有一个或多个由一组或多组线(例如，两组对分线)连接起来的同心圆环。
在其它实施例中，特别地如果此种沉积基本上是直线沉积工艺，并且如果在孔的下面将结构元件定位为能作为沉积停止和从其建立沉积的点，从该点能建立沉积以密封开口，则可以执行沉积以填充孔。在图14(a)和图14(b)的帮助下描述了此种工艺。图14(a)描述了封装结构的壁或盖子302，在其下有存在要被密封的部件(未示出)。壁或盖子包括开口304，在开口304下存在阻挡元件306。任何位于壁或盖子302下的牺牲材料至少部分地经由开口304被去除。在去除之后，可用一种所期望的气体或其它材料填充该封装，或其可保持被排空。可使用基本为或至少很大程度上为直线的沉积工艺(例如，经由PVD)将足够的材料沉积进孔中，以使孔被密封。在图14(b)中经由沉积材料308描述了此种密封。在图14(b)中，沉积材料308显示为选择地施加。在其它实施例，可用一种覆盖的方式沉积该材料。
在其它实施例中，为了促进焊接剂型密封器的密封，能在密封的开口上执行一个PVD或其它沉积操作，以沉积一种材料，该种材料其特性趋向于更具封闭性(例如，金属或玻璃)。在其它实施例中，能在焊接剂密封的开口上执行电沉积操作以执行密封。在其它实施例中，密封的封装可以包括吸气剂(getter)材料。
在图15(a)至15(f)的帮助下解释了另一个实施例。在图15(a)中，首先在金属性的释放层408(例如，低熔点焊接剂)上作为顶层已经制造了器件424(例如，如在此示出的电容)，该释放层408施加到临时的衬底420上。在图15(b)中，在粘结最后的衬底之前，已经部分地去除了牺牲材料420。在此时进行了尽可能多的蚀刻，尽管优选地是甚至没有在封装中完全释放该器件，因为然后此器件作为一个整体和其各个部件能从它们的意料位置转移开。为了允许延长蚀刻，可为该器件的每个独立元件设置锚定(anchoring)部分(没有示出或在此例中不需要)，其向上延伸以使其在此起始蚀刻期间被嵌入到牺牲材料中，即使该元件另外(例如，由于其相对短的高度)没有被锚定。在另外的将结构加入到侧壁的实施例中，完全的蚀刻是可以接受的。
在图15(c)中，此结构连接到最后的衬底432上，该衬底432被粘结剂层438覆盖(除非该衬底是由热塑材料或其它自己能粘结到结构材料上的材料制成)。该粘结剂优选地是一类能实现密封或亲密密封的材料，且优选地能良好地粘结到结构材料上。
在图15(d)中，示出了释放层已经被去除(例如，如果是焊接剂则通过熔化)，且已经去除了临时衬底(如果必要，可通过蚀刻、研磨、抛光等去除释放层的任意残渣)。在图15(e)中，已经穿过封装中的孔蚀刻掉了剩余的牺牲材料。在图15(f)中，该焊接剂(一般具有比释放层所用的焊接剂的熔点高的熔点)被熔化以密封该器件(此步骤通常在填充了所期望的气体的加热室中进行，或在真空室中进行)。
16(a)至16(f)中描述了另一个实施例。在此实施例中，该结构(元件、器件等)的各个分离元件锚定在其它元件和封装的内表面上，以使在分离元件保持在它们的位置的同时允许完全蚀刻掉牺牲材料。仅有一个单独的小孔446需要用焊接剂450密封(在一些可选的方式，可设置多个孔)，且如果该封装的内部是压强为大气压的空气(例如，相对于惰性气体或真空)，或如果在所期望的气体或真空环境中能实施将结构424和屏蔽罩462粘结在最后的衬底480上的操作，则不需要此孔以及相邻的焊接剂。对于孔和焊接剂剩下的目的是完成‘衬底交换’之后允许创建该封装的内部气体环境。在图16(a)中，首先在金属性的释放层474(例如，低熔点的焊接剂)上作为顶层已经制造了器件424，该释放层474施加到临时的衬底444上。已经设置了高熔点焊接剂的高纵横比‘柱子’456(实际上，也可以使用低熔点的焊接剂，在该情况下，相对于在图16(e)中描述的完全分离的操作，在导致图16(d)所示的状态的步骤期间，柱子将分离)，以在接下来了的蚀刻期间锚定该器件的各个元件。在图16(b)中，在粘结最后的衬底480之前，已经完全去除了牺牲材料468。在图16(c)中，此结构连接到最后的衬底480上，该衬底480被粘结剂层486覆盖。在图16(d)中，释放层474示出为已经被去除或以其它方式释放了其对临时衬底444的夹紧，临时衬底示出为被去除。在图16(e)中，熔化高熔点的焊接剂456以密封该器件，且使这些柱子团成球，因为当熔化时它们高的纵横比(长度/直径)导致它们将变得不稳定。
另一组实施例给屏蔽罩提供了可移动的粘结密封结构(例如，盖子)。在这些实施例中，该密封结构最初定位为允许蚀刻，且然后被移至和落到密封位置。将密封结构粘结到屏蔽罩上使盖子在蚀刻期间保持粘结到屏蔽罩上，且能因此以改进的对准方式而定位。在一些实施例中，可通过一个或多个对准元件补充粘结元件。在这些实施例的一些实施例中，可使用一个或多个粘结元件和/或对准元件。在一些实施例中，这些粘结和/或对准元件被定位在屏蔽罩和/或密封结构的周界上。在一些可选实施例中，将它们定位到屏蔽罩和/或密封结构的周界内。
在一些实施例中，密封结构相对于屏蔽罩的移动可以使对准或粘结元件还前进到屏蔽罩的内部，因此需要在元件和要被封装的结构(器件)之间实施充分的清洁。在一些可选方式中，对准和/或粘结元件可以被安装在自身的屏蔽罩上，且因此不会在密封发生时引起屏蔽罩的内部空间的收缩。
在图17(a)和17(b)中描述了根据此组实施例设置和封装的一例结构，图17(a)和17(b)示意地描述了处于预密封状态和密封状态的封装和结构。图17(a)描述了具有粘结元件510的密封结构或盖子元件508。盖子元件508与安装在衬底502上的屏蔽罩506间隔开，它们一起定义了内部区域514，在其中设置了结构504。粘结元件510从位于保持结构中的开口伸出，该保持结构形成了屏蔽罩506的一部分。盖子508和/或屏蔽罩506(两者如描述的那样)含有密封元件512(例如，焊接剂或一种可密封的粘结剂)。图17(b)描述了已经配对之后的屏蔽罩和盖子。然后该密封材料被熔化或使其密封屏蔽罩。
在描述的例子中，用于蚀刻该结构的流通通道沿着屏蔽罩的周界定位。这在一些实施例中是可以接受的，但如果屏蔽罩相对较宽，仅从该结构的边缘或周界的蚀刻可能会产生问题(例如，慢的蚀刻时间，对该结构的周界的破坏，其结果是暴露了蚀刻剂，及其它等)。在其它实施例中，可以有其它的通道和密封结构(例如，其中贯穿盖子的内部设置通道)。
结构和屏蔽罩或者在蚀刻牺牲材料(例如，铜)期间较佳地颠倒或者另外从属于不同的方向。当蚀刻所有的牺牲材料时，盖子可自由移动，且结构和屏蔽罩被烘干并可以放置为正面朝上，以使盖子落进位于如图17(b)所示的薄的电镀焊接剂层顶部的密封位置。接下来，加热该封装而在盖子和屏蔽罩之间形成焊接剂焊缝，以完成该封装。如描述的那样，盖子和屏蔽罩都具有焊接剂电镀的周界，因此不需要浸润结构材料。
图18(a)至18(d)描述了其它可选的可以在密封屏蔽罩中应用的结构。如上所述的位于盖子或屏蔽罩中的蚀刻孔对于减少蚀刻时间是有用的，且在一些结构中，这些孔不需被限制成通过填充的焊接剂可被密封的尺寸。图18(a)描述了具有密封材料524的屏蔽罩522，该密封材料位于延伸穿过孔526的开口的附近。可移动地粘结到屏蔽罩上的是盖子元件528，其形成在较低的位置，并能一旦蚀刻已经完成就能向高处移动，且希望其密封该结构。盖子元件包括延伸穿过其的开口536，并从开口526稍微偏移。图18(b)描述了当相对定位以获得封闭状态时的屏蔽罩和盖子，在此点进行密封。图18(c)示出了图18(a)的结构的顶视图，其中通过延伸穿过屏蔽罩522的孔506可看到盖子元件528。用虚线示出了盖子528中的孔516。
图18(d)示出了可选的结构，其中附着元件位于屏蔽罩538的周界上，且其中屏蔽罩部分540(形成具有唇缘的沟槽以抓住盖子546)可包括能有助于提供多余蚀刻剂的开口544。
在一些可选的实施例中，可实施在此公开的封装技术，而没有必要密封位于屏蔽罩中的结构。
在一些可选的实施例中，可以按照最小化或甚至消除其被平坦化的需求的方式沉积和形成焊接剂(例如，能通过沉积到低于下一个平坦化水平面的高度的选择沉积或在空隙中的沉积)。
在其它可选的实施例中，盖子不需要是平的或缺少特征，盖子(即，屏蔽罩的另一半可包含已经被电化学制造成的或已经被用一些其它方式生产出的结构部件)。
在其它可选的实施例中，可在蚀刻掉牺牲材料之后将盖子放置在屏蔽罩上，且可用环氧材料或其它材料覆盖(特别是在从盖子到屏蔽罩的桥区域中)盖子以完成密封操作。在其它实施例中，可经由斜面将盖子对到与屏蔽罩配上。在其它实施例中，焊接剂、其它可熔化的材料、粘结剂等可用于建立位于屏蔽罩和盖子之间的初步的粘结或密封，而用环氧材料或其它材料(例如，电沉积的、溅射的、或其它方式施加的金属)的覆盖可用于提升封装的整体性。
下面所叙述的专利申请和专利所提及的全部内容在此以参考的方式合并于此。每个专利申请或专利的主旨包括在表中，以有助于读者找到教导的具体类型。无意将主旨的合并限制到那些具体指明的主旨中，但是代替地，将合并包括到在这些申请中发现的所有主旨中。在这些合并的申请中的教导可以多种方式与即时的申请相结合例如，可从教导的结合中得到改进的生产结构的方法，可得到改进的装置等。
在2000年1月20日提交的、题目为“An Apparatus forElectrochemical Fabrication Comprising a Conformable Mask”的美国专利申请第09/488,142号是产生上述6,027,630专利的申请的一个分案。此申请描述了适形接触掩模电镀和电化学制造的基础，包括各种可选的可用于实施EFAB的方法和装置，以及用于构筑适形接触掩模的各种方法和装置。
在2002年10月1日提交的、题目为“Monolithic Structure IncludingAlignment and/or Retention Fixtures for Accepting Components”的美国专利申请第60/415,374号，通常关于永久的或临时的用于接收多个部件的对准和/或保持结构。优选地经由多个沉积操作(例如，电沉积操作)以单片集成电路的形式形成该结构。该结构一般包括两个或多个定位固定装置，其控制或帮助部件彼此之间的相对定位，这些特征包括(1)定位向导或停止件，其在一个或多个方位或方向固定或至少部分地限制部件的定位，(2)保持元件，其将已定位的元件保持在所期望的方位或位置，及(3)定位和/或保持元件，其接收和保持调整模型，在调整模型中可固定部件，其从而能用于精确调整部件的位置和/或方位。
在2003年4月21日提交的、题目为“Methods of ReducingDiscontinuities Between Layers of Electrochemically FabricatedStructures”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen DocketNO.P-US026-A-MG)，通常用于指导多个提供用于从多个材料粘结层制造出三维结构的电化学制造的方法和装置的实施例，该方法和装置包括用于减少相邻层之间的转换的不连续性的操作和结构。一些实施例改进了生产的结构(特别是在与具有偏移边缘的层相关联的转换区域中)与从表示三维结构的原始数据中得到的结构的意料尺寸之间的一致性。一些实施例利用了选择的和/或覆盖化学的和/或电化学蚀刻工艺，或它们的组合工艺。一些实施例在形成单层期间利用了多步沉积或蚀刻操作。
在2003年5月7日提交的、题目为“EFAB With Selective TransferVia Instant Mask”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGenDocket NO.P-US029-A-MG)，通常关于三维结构，该三维结构是通过在先前沉积的材料上穿过图形化掩模中的空隙沉积第一材料而用电化学方式制造成的，其中该图形化掩模至少临时粘结到衬底或材料的先前形成层上，并经由传送工具而形成和图形化到该衬底上，该传送工具图形化为能传送先前掩模材料的所期望的图形。在一些实施例中，在传送到衬底之后，将先前的材料传送进掩模材料，而在其它实施例中，在传送期间或之前传送前先前的材料。在一些实施例中，多层是在另一层的顶上形成一层以构建多层结构。在一些实施例中，掩模材料用作一种建造材料，而在其它实施例中，掩模材料被代替，每一层被一种不同的例如导电或介电材料所代替。
在2003年5月7日提交的、题目为“Three-Dimensional ObjectFormation Via Selective Inkjet Printing & Electrodeposition”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen Docket NO.P-US030-A-MG)，通常关于三维结构，该三维结构是通过在先前沉积的材料上穿过图形化掩模中的空隙沉积第一材料而用电化学方式制造成的，其中该图形化掩模至少临时粘结到衬底或材料的先前形成层上，并直接从由计算机控制的分配设备(例如，喷墨嘴或阵列或喷出设备)选择地分配的材料形成和图形化。在一些实施例中，多层是在另一层的顶上形成一层以构建多层结构。在一些实施例中，掩模材料用作建造材料，而在其它实施例中，掩模材料被代替，每一层被一种不同的例如导电或介电材料所代替。
在2002年10月15日提交的、题目为“Methods of and Apparatus forMaking High Aspect Ratio Microelectromechanical Structures”的美国专利申请第10/271,574号，通常关于本发明的展示用于经由电化学喷出(ELEXTM)工艺形成结构(例如，HARMS-类结构)的技术的多个实施例。优选实施例经由穿过无阳极的适形接触掩模的沉积执行该喷出工艺，该接触掩模最初被压靠在衬底上，当沉积变厚时该衬底然后被逐步推掉或分离。通过在掩模和衬底元件之间引入相对复杂的动作，沉积的图形会在沉积的过程中变化。通过组合ELEXTM工艺、选择的沉积、覆盖沉积、平坦化、蚀刻和EFABTM的多层操作，可以形成更复杂的结构。
在2002年12月20日提交的、题目为“EFAB Methods of andApparatus Including Spray Metal or Powder Coating Processes”的美国专利申请第60/435,324号，通常关于本发明的展示用于经由组合合并的电化学制造工艺和热喷射工艺形成结构的技术的多个实施例。在第一组实施例中，经由适形接触掩模处理进行选择地沉积，且在覆盖沉积中使用热喷射以填充由选择的沉积处理留下的空隙。在第二组实施例中，使用经由适形接触掩模处理的选择性沉积，以在图形中放置第一材料，该图形与被金属热喷射占用的网络图形相似。在这些其它实施例中，覆盖沉积第二材料，以填充在第一图形中留下的空隙，将两个沉积平坦化到稍微高过所期望的层厚度的共同水平面，去除第一材料(例如，通过蚀刻)，且将第三材料喷射进由蚀刻材料留下的空隙。将在第一和第二组实施例中得到的沉积平坦化到制备中所期望的层厚度，用于增加附加层以从多个粘结层形成三维结构。在其它实施例中，可以使用附加的材料和不同的工艺处理。
在2002年11月26日提交的、题目为“Multi-cell Masks and Methodsand Apparatus for Using Such Masks to Form Three-dimensionalStructures”的美国专利申请第60/429,483号，通常关于经由在多个重叠层和粘结层中沉积一种或多种材料而用电化学方式制造成的多层结构。经由多元可控掩模获得了选择性沉积。另一选择为，经由覆盖沉积和经由多元掩模的选择性去除材料，获得网络选择性沉积。掩模的各个单元可包括含有可沉积的材料的电极或能从衬底接收蚀刻掉的材料的电极。另一选择为，各个单元可包括允许或禁止离子在衬底和外部电极之间流动的通道，且其包括能用于选择地允许或禁止离子流动和由此禁止明显的沉积或蚀刻的电极或控制元件。
在2002年11月26日提交的、题目为“Non-Conformable Masks andMethods and Apparatus for Forming Three-dimensional Structures”的美国专利申请第60/429,484号，通常关于从多个重叠层和粘结层形成多层结构(例如，器件)的电化学制造。通常使用独立于在其上操作的衬底的掩模以实现选择性图形化。这些掩模允许在衬底上选择地沉积材料或它们允许选择地蚀刻衬底，其中用一种选定的材料填充产生的空隙之后，将其平坦化以有效地获得对选定的材料的选择性沉积。可以用一种接触的方式或接近的方式使用掩模。在接触的方式中，掩模和衬底物理地相配以形成基本独立的处理穴(pocket)。在接近的方式中，掩模和衬底充分靠近以允许形成适当独立的处理穴(pocket)。在一些实施例中，掩模可具有适形接触表面(即，具有足够的变形的面，该变形能与衬底的表面基本一致以用其形成密封)或它们可具有半刚性或甚至刚性表面。可执行后沉积蚀刻操作以去除快速沉积物(薄的不需要的沉积物)。
在2002年12月3日提交的、题目为“Miniature RF and MicrowaveComponents and Methods for Fabricating Such Components”的美国专利申请第10/309,521号，通常关于指挥或控制部件的RF和微波辐射，这些部件设置为单片集成电路，可由多个电沉积操作和/或多个材料沉积层形成，可以包括开关、电感、天线、传输线、滤波器和/或其它有源或无源部件。部件可包括非辐射入口和非辐射出口通道，其对从结构材料上分离牺牲材料是有用的。优选的形成处理使用电化学制造技术(例如，包括选择性沉积，整块沉积、蚀刻操作和平坦化操作)和后沉积工艺(例如，选择性蚀刻操作和/或后填充操作)。
在2003年5月7日提交的、题目为“Methods for FabricatingThree-Dimensional Structures Including Surface Treatment of a FirstMaterial in Preparation for Deposition of a Second Material”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen Docket NO.P-US049-A-MG)，通常关于一种由至少第一和第二材料的多个粘结层制造三维结构的方法，其中第一材料是导电材料，且其中多个层的每一层包括在沉积第二材料之前处理第一材料的表面。对第一材料的表面的处理或者(1)降低了将第二材料沉积到第一材料上的敏感性，或者(2)易于或迅速去除沉积在已处理的第一材料的表面上任意第二材料。在一些实施例中，对第一表面的处理包括在通过电沉积工艺(例如，电镀或电泳工艺)进行沉积第二材料的同时在表面上形成介电覆盖物。
在2003年3月13日提交的、题目为“Electrochemical FabricationMethod And Apparatus for Producing Three-Dimensional StructuresHaving Improved Surface Finish”的美国专利申请第10/387,958号，通常关于由多个沉积材料层制造三维结构(例如，部件或器件)的电化学制造工艺，其中通过去除材料或规定沉积材料的选定表面的操作产生形成一些层的至少一些部分。在一些实施例中，去除或规定操作在各层或在一层的不同部分之间变化，以得到不同的表面质量。在其它实施例中，可以不用变化去除或规定操作而获得变化的表面质量，但通过依靠去除或规定操作和由这些操作所使用的不同材料之间的不同交叉而代替。
在2003年5月7日提交的、题目为“Conformable Contract MaskingMethods with and Apparatus Utilizing in Situ Cathodic Activation of aSubstrate”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen DocketNO.P-US059-A-SC)，通常关于一种电镀工艺(例如，适形接触掩模电镀和电化学制造工艺)，该工艺包括表面上的在位反应(situ activation)，将说明在该表面上进行的沉积。至少一种要被沉积的材料具有高于开电路电压的有效沉积电压，且其中能将沉积控制参数设置为这样的值能将电压控制为处于有效沉积电压和开电路电压之间的值，以使没有明显的沉积发生，但能发生衬底的至少一部分的表面反应。在经由电镀液在包括该至少一种材料的阳极和衬底之间建立电接触之后，加载电压或电流以激活表面而没有明显的沉积发生，且此后不切断电接触，使沉积发生。
在2003年5月7日提交的、题目为“Electrochemical FabricationMethods with Enhanced Post Deposition Processing”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen DocketNO.P-US060-A-SC)，通常关于一种由多个粘结层制造三维结构的方法，该多个粘结层设置为每层包括至少一种结构材料(例如，镍)和至少一种牺牲材料(例如，铜)，在完全形成所有的层之后，将从结构材料上蚀刻掉该牺牲材料。包含亚氯酸盐(例如，Ethone C-38)的铜蚀刻剂与侵蚀抑制剂(例如，硝酸钠)相结合，以防止在去除牺牲材料期间使结构材料起凹点。一种简单的用于烘干蚀刻结构而不会引起表面粘在一起的烘干工艺，包括在蚀刻后在水中浸润该结构，然后在酒精中浸润，然后将该结构放进烘干炉中烘干。
在2003年5月7日提交的、题目为“Methods of and Apparatus forForming Three-Dimensional Structures Integral with Semiconductor Basecircuitry”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen DocketNO.P-US061-A-MG)，通常关于一种改进的能使用作为衬底的半导体基底电路形成三维结构的电化学制造工艺。该结构的电功能部分由粘结到电路的接触焊盘上的结构材料(例如，镍)形成。通过利用适当的屏障层保护铝接触焊盘和硅结构不受到铜扩散的破坏。在一些实施例中，经由使用无电的镍电镀的焊接剂块形成技术而将镍加到铝接触焊盘上。在其它实施例中，使用选择的无电的铜电镀或直接金属化直接在介电无源层上电镀牺牲材料。在其它实施例中，屏蔽结构材料的沉积位置，然后沉积牺牲材料，去除屏蔽罩，然后沉积结构材料。
在2003年5月7日提交的、题目为“Methods of and Apparatus forMolding Structures Using Sacrificial Metal Patterns”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen Docket NO.P-US064-A-MG)，通常关于模型结构，用于生产模型结构的方法和装置。模型的至少一部分表面特征是从多层电化学制造结构(例如，由EFABTM形成工艺制造)形成的，一般包括具有位于1微米至100微米范围内的分辨率的特征。如有必要，分层结构与其它模型部件结合，将模型材料注射进该模型并硬化。该分层结构与任意的其它模型部件一起被去除(例如，通过蚀刻)，以获得模型制品。在一些实施例中，分层结构的多个部分保持在模型制品中，且在其它实施例中，在部分或完全去除分层结构之后，附加了另外一种模型材料。
在2003年5月7日提交的、题目为“Electrochemically FabricatedStructures Having Dielectric or Active Bases and Methods of andApparatus for Producing Such Structures”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen Docket NO.P-US065-A-MG)，通常关于多层结构，该分层结构是在临时(例如，导电)衬底上以电化学方式制造的，此后与永久(例如，介电的、图形化的、多材料的或其它功能的)衬底结合，并去除临时衬底。在一些实施例中，从顶层到底层形成结构，以使结构的底层粘结到永久衬底上，而在其它实施例中，从底层到顶层形成结构，然后进行双衬底交换。永久衬底可以是与分层结构结合(例如，通过粘结)的固体，或者其可如可流动的材料一样起动，该可流动的材料与结构的一部分相邻或部分围绕结构的一部分而凝固，在凝固期间进行结合。在粘结到永久衬底之前可以从牺牲材料上释放多层结构，或可在粘结之后将其去除。
在2003年5月7日提交的、题目为“Multistep Release Method forElectrochemically Fabricated Structures”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen Docket NO.P-US067-A-MG)，通常关于多层结构，该分层结构是从至少一种结构材料(例如，镍)和至少一种牺牲的材料(例如，铜)以电化学方式制造的，该结构材料被构造成定义所期望的结构，且其可粘结到衬底上，牺牲材料围绕所期望的结构。在形成结构之后，通过多阶段蚀刻操作去除牺牲材料。在一些实施例中，牺牲材料可位于衬底上的通道等中或位于另外加上去的部件中。多阶段蚀刻操作可被紧接着的后处理活动分离开，它们可被清洁操作、或去除屏障材料操作等分离开。可通过接触结构材料或衬底将屏障固定到位，或可以通过牺牲材料单独将它们固定到位，因此屏障可以在蚀刻掉所有剩余的牺牲的材料之后自由地被去除。
在2003年5月7日提交的、题目为“Methods of and Apparatus forElectrochemically Fabricated Structures Via Interlaced Layers or ViaSelective Etching and Filling of Viods”的美国专利申请第**/***,***号(对应于MEMGen Docket NO.P-US068-A-MG)，通常关于多层结构，该多层结构是这样以电化学的方式制造出来的通过沉积第一材料、选择地蚀刻第一材料(例如，经过掩模)、沉积第二材料以填充由蚀刻产生的空隙、然后平坦化该沉积物以使结合正在生成的层，且此后将另外的层加到先前形成的层上。第一和第二沉积可以是覆盖或可选择的类型。可有变化(例如，变化为图形；与沉积、蚀刻、和/或平坦化操作相关联的参数的数目或存在；操作的顺序，或沉积的材料)或没有变化地重复用于形成连续层的形成工艺。其它实施例使用与一些层相关联的沉积材料和与其它层相关联的沉积材料相交织的操作而形成了多层结构。
本发明还有多个其它实施例。这些实施例中的一些可基于在此以参考方式合并于此的多个教导的教导组合。一些实施例可以没有使用任何覆盖沉积工艺和/或它们没有使用平坦化工艺。一些实施例可包括在单个层或不同层上选择地沉积多种不同的材料。一些实施例可以使用不是电沉积工艺的覆盖沉积工艺。一些实施例可以使用不是接触掩模工艺的、且甚至不是电沉积工艺的选择性沉积工艺。一些实施例可以使用镍作为结构材料而其它实施例可以使用不同的材料，如金、银、或其它任意的能与铜和/或一些其它牺牲材料分离开的可电沉积的材料。一些实施例在利用或不利用牺牲材料的情况下可以使用铜作为结构材料。一些实施例可以去除牺牲材料而其它实施例可以不用去除。在一些实施例中，阳极可与接触掩模支承不同，且该支承可以是孔结构或其它有孔的结构。一些实施例可以使用多个具有不同图形的适形接触掩模，以使在不同层上和/和在单层的不同部分上沉积材料的不同选择性图形。在一些实施例中，当以这样的方式进行沉积时允许CC掩模的适形部分与衬底之间的密封从适形材料的面上转移到适形材料的内边缘，通过从衬底拉开适形接触掩模将改善沉积的深度。
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。
权利要求
1.一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺，该工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少三种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一个开口限制；(3)位于该至少一个开口附近的密封材料；(4)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料；其中在形成多个层之后，去除位于所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料的至少一部分；及其中在去除牺牲材料之后，使密封材料临时性地流动和密封至少一个开口，以阻断或明显限制材料经由至少一个密封的开口从屏蔽罩的外部到屏蔽罩内部的通道。
2.如权利要求1所述的工艺，其中对牺牲材料的去除包括蚀刻。
3.如权利要求1所述的工艺，其中在去除之后和在密封之前，在至少一个开口中或附近的至少一个位置放置还原剂，以减少在该至少一个位置处的氧化物的存在。
4.如权利要求1所述的工艺，其中在去除之后和密封之前，使所期望的气体填充屏蔽罩的内部空腔，所期望的结构部件至少部分地位于该空腔中。
5.如权利要求1所述的工艺，其中在去除之后和密封之前，所期望的结构部件至少部分地位于其中的、屏蔽罩的内部空腔被至少部分地排空。
6.如权利要求1所述的工艺，其中至少一个开口和密封材料如此定位使密封材料流动以密封开口时，密封材料不需在任何结构材料上流动。
7.如权利要求1所述的工艺，其中至少一个开口至少部分地由使密封材料鼓起并在开口上架桥的可流动密封材料的表面张力所密封。
8.如权利要求1所述的工艺，其中至少一个开口具有倾斜的壁，其给出了开口的穿过屏蔽罩、密封材料或密封材料和屏蔽罩的组合的非固定的截面尺寸。
9.如权利要求1所述的工艺，其中至少一个开口具有限制，当密封开口时密封材料围绕其流动。
10.一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺，该工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少两种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一个开口限制；(3)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料；其中在形成多个层之后，去除位于所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料的至少一部分；及其中在去除牺牲材料之后，在保护性屏蔽罩和密封结构之间形成密封，其中保护性屏蔽罩或密封结构的至少一个包括密封材料，该密封材料可用于建立对该至少一个开口的密封，以阻断或明显限制材料经由至少一个密封的开口从屏蔽罩的外部到屏蔽罩内部的通道。
11.一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺，该工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少两种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一个开口限制；(3)至少一个阻断结构，其沿着包括至少一个开口但与保护性屏蔽罩分离开的视线而定位；及(4)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料；其中在形成多个层之后，去除位于所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料的至少一部分；及其中在去除牺牲材料之后，沉积密封材料，以使其打断该阻断材料，该阻断材料阻止密封材料大量的进入屏蔽罩，其中通过连续地构建密封材料密封该至少一个开口，以阻断或明显限制材料经由至少一个密封的开口从屏蔽罩的外部到屏蔽罩内部的通道。
12.一种用于从多个粘结层制造三维结构的电化学制造工艺，该工艺包括(A)在衬底上沉积一层的至少一部分，其中衬底可以包括先前沉积的材料；及(B)形成多个层，以使每个连续层与先前沉积的层相邻地和粘结地形成；其中多个层包括至少两种不同材料，以及其中多个层包括材料的图形，包括(1)所期望的结构部件，其要被保护，且其由至少一种结构材料形成；(2)保护屏蔽罩，其至少部分地由结构材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包围所期望的结构部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一个开口限制；(3)至少部分地位于要被保护的所期望的结构部件和屏蔽罩的至少一部分之间的牺牲材料。
全文摘要
在一些实施例中，从至少一种结构材料(例如，镍)、至少一种牺牲材料(例如，铜)和至少一种密封材料(例如，焊接剂)以电化学方式制造多层结构。在一些实施例中，使该分层结构具有所期望的结构其至少部分和紧挨地被牺牲材料包围，牺牲材料依次几乎完全被结构材料包围。包围的结构材料包括位于其表面中的开口，穿过开口蚀刻剂能侵蚀和去除在其中所发现的条状的牺牲材料。密封材料位于开口附近。在去除牺牲材料之后，盒子被排空或被用所期望的气体或液体填充。此后，使密封材料流动，密封开口，并重新凝固。在其它实施例中，增加了后层形成盖子或其它屏蔽罩形成结构。
文档编号C25D1/00GK1692181SQ03815822
公开日2005年11月2日 申请日期2003年5月7日 优先权日2002年5月7日
发明者A·L·科恩, M·S·洛卡德, D·R·斯莫利, V·阿拉特, C·J·李 申请人:微制造公司