专利名称：三维微结构及其形成方法
技术领域：
本发明一船步及微制造技术以及三维微结构的形成。本发明特别适用于用 来传输电磁能的微结构，例如同轴传输元件微结构，以及通过一"顷序构造工艺 形成这种微结构的方法。
背景技术：
例如，在Sheirer等人的美国专利No. 7,012,489中，己经描述了ilil)顷序构 造工艺形成三维微结构。参照图1，该'489专利公开了一种通过一" 构造工艺 形成的同轴传输线微结构2。该微结构形成在一基底4上，并包括一外部导体6、 一中心导体8以及一个或多个支撑该中心导体的介电支撑构件10。该外部导体 包括形鹏壁的一导电基层12、形成侧壁的导电层14、 16和18、以及形成该 外部导体的顶壁的导电层20。在内部和外部导体之间的空间(volume)22是空气 或真空的，通过去除来自预先填充这个空间的结构的牺牲材料而形成。例如，当制造不同材料的微结构时，如在该，489专利的微结构中的中心导 体的悬浮的微结构，由于结构元件之间的附着力的不足，可能会发生问题，特 别当由不同的材料形成元件时。例如，用于形成介电支撑构件的材料会对外部 导体和中心导体的金属材料显示出弱的附着力。尽管该介电支撑构件在一个末 端处嵌入在该外部导体的侧壁中，但是由于这种弱的附着力，该介电支撑构件 可从该外部和中心导体中的任意一个处或从该外部和中心导体两者处分离。当装置在制造和审隨之后的装置的正常操作中经受振动或其它力时，这种分离证 明是特别成问题的。例如，如果在一高速度运载工具如飞机中使用时，该装置 会经受极大的力。由于这种分离，同轴结构的传输性能会下降，并且该装置会 变得不起作用。因此，现有技术中需要改善的三维微结构及其形成方法，其能够处理与技 术水平相关的问题。 ，发明内容根据本发明的第一方面，提供了通过一顺、序构造工艺形成的三维微结构。 该微结构包括 一第一微结构元件，其由一介电材料构成，并具有至少部分贯 穿延伸的孔； 一第二微结构元件，其由一金属材料构成；在孔中的将该第一微 结构元件固定在该第二微结构元件上的金属材料；以及一非固体空间，其暴露 该第一微结构元件和/或该第二微结构元件。该微结构可以包括一基底，其上布 置有该第一和第二微结构元件。在本发明的一个实施方式中，该微结构可以包 括一同轴传输线，其具有一中心导体、 一外部导体和用来支撑该中心导体的介 电支撑构件，该介电支撑构件是i亥第一微结构元件，并且该内部导体和/或该夕卜 部导体是该第二微结构元件。根据本发明的第二方面，提供了通过一)1 构造工艺形^3维微结构的方 f去。该方法包括在一基底上布置多个层。所述层包括一层介电材料、 一层金属 材料以及一层牺牲材料。形成一第一微结构元件，该第一微结构元件由该介电 材料构成并具有至少部分贯穿延伸的孔。形成一第二微结构元件，该第二微结 构元件由该金属材料构成。在孔中沉积一金属材料，将该第一微结构元件固定 在该第二微结构元件上。去除该牺牲材料以形成一非固体空间，该第一微结构 元件和/或该第二微结构元件暴露于该非固体空间。在阅读了接下来的描述、权利要求书以及附图后，本发明的其它特征和优 点对本领域技术人员来说将变f寻明显。
将参照下面的附图讨论本发明，其中，相同的附图^i己标相同的特征，其中 .图1表示公知的同轴传输线微结构的截面图；图2表示根据本发明的例举的三维微结构的截面图；图3-15表示根据本发明的在不同形成阶段的图2中的该三维微结构的侧视 -和俯视-截面图；图16A-D表示根据本发明的例举的三维微结构的介电元件和孔的侧视-截面图；图17表示根据本发明的另一个方面的例举的三维微结构的侧视-截面图； 图18表示根据本发明的另一个方面的例举的三维微结构的侧视-和俯视-截面图；图19A-H表示根据本发明的例举的三维微结构的介电元件和 L的局部俯视 -截面图；以及图20A-B表示根据本发明的例举的三维微结构的截面图。
具体实施方式
要描述的例举的工艺包括一顺、序构造以形成三维微结构。术语"微结构" 是指通常在一晶片上或在格栅水平上通过微制造工艺形成的结构。在本发明的 顺序构造工艺中，通过顺序地^和处理不同的材料以及以一预定的方式形成 微结构。当实施时，例如，使用薄膜成形、平版印刷图案化、蚀刻以及其它可 选择的例如平面化技术的工艺，提供了一种形成多种三维微结构的灵活的方法。一般通过包括(a)金属、牺牲材料(例如，光刻胶)和介电涂覆工艺；(b)表 面平面化；(c)光刻；以及(d)蚀刻或其它的层去除工艺的各种组合的工艺完成该 顺序构造工艺。在沉积金属时，虽然可以j顿其它的金属沉积技术，例如物理 气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD展术，但是电镀技术是特别有用的。在用于电磁能的同轴传输线的制造的内容中，描述了本发明的例举的实施 方式。例如，在电信工业在雷达系统中以及在微波和毫米波装置中，这种结构 获得了应用。然而，应当清楚的是，描述的用于形成微结构的技术决不是限制 于该例举的结构^用，而是可以在用于微型装置的多个领域使用，例如在压 力传感器、翻转传感器；质谱仪、滤波器、微流体装置、外科器械、血压传感 器、气流传感器、助听传感器、图象稳定器、高度传感器以及自动聚焦传感器 中使用。本发明可以用作一般的方法以机械地锁定不同种类的材料， 一起微制造所述材料以形成新的部件。示例性的同轴传输线微结构对电磁能的传播是有用的，例如，电磁能具有自几MHz至100GHz或更大的包括毫米波和微波的频 率。描述的传输线在直流(dc)信号和电流的传输中获得了进一步的应用，例如， 在提供一偏压至集成的或附接的半导体装置的过程中。图2示出了根据本发明通过一顺Jf构造工艺形成的三维传输线微结构202 的一般特征。该微结构包括一基底204、 一外部导体206、 一中心导体208以及 --个或多个用于支撑该中心导体的介电支撑构件210'。该外部导体包括形皿 壁的一导电基层212、形成侧壁的导电层214、 216和218以及形成该外部导体 的顶壁的导电层220。可以任选地提供该导电基层212和导电层220作为导电基 底的一部分或在基底上的导电层。在该中心导体和该外部导体之间的空间222 是非固体的，例如，是如空气或六氟化硫(sulphur hexaflouride)的气体、真空 的或液体。该介电支撑构件在该中心导体和/或外部导体的附近具有一个或多个 孔224。所示的孔自该构件的上表面延伸穿过该介电支撑构件至其下表面，但是 可以部分地延伸贯穿。在该孔中布置一金属材料从而将该介电支撑构件固定在 该中心和外部导体上。以下参看图3-15描述形成图2中的同轴传输线微结构的例举的方法。如图 3所示，在一基底204上形成该传输线，基底204可以采取多种形式。例如，该 基底可以由一陶瓷、 一电介质、 一例如硅或砷化镓的半导体、 一例如铜或钢的 金属、 一聚合物或其组合构成。例如，该基底可以采取电子基底的形式，例如 一印刷线路板，或采取半导体基底的形式，例如硅、锗硅或砷化镓晶片。可以 选择与在形成该传输线的过程中使用的材料具有相似的膨胀率的基底，并且应 当选择这种基底以便保持其在该传输线的形成过程中的完整性。形成有传输线 的基底的表面通常是平面。例如，可以将该基底表面放平、研磨和/或抛光以获 得一高的平面度。在工艺过程中可以在形成任意一个层之前或之后进行形成的 结构的表面的平面化。通常4顿常规的平面化技术，例如化学机械抛光(CMP)、 研磨或这些方法的组合。可以附加地或可选择地使用其它公知的平面化技术， 例如，如机械加工的机械修整、金刚石车削、等离^t虫刻、激光切麟等。在基底204上沉积一第一层226a，，一层226a是一牺牲感光材料，例 如光亥帔，并曝光，显影，从而形成图案227以用于随后沉积该传输线外部导 体的底壁。该图案包括在该牺牲材料中的槽，该槽暴露该基底204的上表面。为此目的可以使用常规的光亥U步骤和材料。例如，该牺牲感光材料可以是一负性光刻胶，例如希普利(Shipley) BPR 100或PH0T0P0S1T， SN，可以从罗 门哈斯电子材料有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials LLC)获得，描述 于Lundy等人的美国专利No. 6，054，252中描述过，或可以是一干膜，例如 LAMINAR 干膜，也可以从罗门哈斯电子材料有限公司获得。在这个以及其它 步骤中的牺牲感光材料层的厚度取决于制造的微结构的尺寸，但是其通常为10 到200 M。如图4所示，在该基底204上形成一导电基层212并形成了在最终结构中 的外部导体的底壁。该基层可以由具有高导电性的材料、掺杂的半导体材料或 其组合形成，例如，多层这种材料，具有高导电性的材料例如是金属或金属合 金(统称为"金属")，例如铜、银、镍、铝、铬、金、钛及其合金。可以通过 常规的工艺沉积该基层，例如，通过例如电解或无电的电镀、浸镀、例如溅射 或蒸发的物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。例如，在这种技术在本领 域中是非常公知的情况下，电镀的铜可以特别适合作为基层材料。例如，电镀 可以是使用铜盐和还原剂的无电工艺。合适的材料可以购得，包括例如 CIRCUPOSIT 无电的铜，其可以从马萨诸塞州莫尔伯勒的罗门哈斯电子材茅ffl 限公司获得。可选择地，可以在电解电镀之后通过涂覆一导电性籽晶层电镀该 材料。可以在涂覆牺牲材料226a之前ii31在基底上的PVD沉积该籽晶层。可以购得的誠的电解材料包括例如COPPER GLEAM 酸性电纟炉品，可以从罗门哈斯电子材料有限公司获得。可以在iM无电和/或电解沉积之后使用活性催化剂。通过大体描述的方法可以将该基层(以及后续的层)图案化成任意的几 何形状以获得所需的装置结构。选择基层(以及随后形成的该外部导体的其它壁)的厚度以向该微结构提 供机械稳定性并且向通过该传输线的电子提供足够的导电性。在微波频率及其之上，由于iSA深度通常小于,lMm，所以结构的以及热的传导性的影响变得更 加显著。例如，该厚度因此取决于具体的基层材料、传播的特定频率以及预期 的应用。例如，在将最终结构从该基底上移除的情况下，使用较厚的基层，例 如从大约20至Ul50Mm或从20到80nm，对结构完整性是有益的。最终结构是 具有基底而保持完整，其可能期望使用较薄的基层，这是通过使用的频率的透 入深度的需求决定的。用于形成侧壁的魏的材料和技术与关于基层的上文戶舰的材料和技斜目 同。虽然可以使用不同的材料，但是侧壁通常由在形成基层212中使用的相同 的材料形成。在电镀工艺的情况下，当将在一预先形成的、暴露的金属区域上 仅仅直接施加在后续步骤中的金属时，在此可以省略籽晶层或电镀基层的应用。 然而，应当清楚的是，在图中示出的示例性的结构通常仅仅构成具体装置的一 小的区域，并且可以在工艺步骤中的任意一层上开始这些以及其它结构的金属 化，其中通常使用籽晶层。可以进行在这个阶段和/或在后续阶段中的表面平面化以去除任何不需要 的除了为后续加工提供一个平坦的表面之外的沉积在牺牲材料的上表面上的金 属。通过表面平面化，可以将一个给定层的总厚度控制得比单独通过涂覆获得 的可能的其它方式的更加紧'。例如，可以使用一CMP工艺以平面化该金属和该 牺牲桐，斗至相同的水平。例如，考虑到更好地控制层的最终厚度，其可以跟随 在一研磨工艺之后，研磨工艺以相同的速率慢慢地去除金属、牺牲材料以及任 何电介质。参照图5，在该基层212和第一牺牲层226a上沉积一第二层226b，该第二 层226b是牺牲感光材料，并曝光，显影，从而形成图案228以用于随后沉积该 传输线外部导体的下部侧壁部分。该图案228包括在该牺牲材料中的两个丰行 的槽，以暴露该基层的上表面。如图6所示，接下来形成该传输线外部导体的下部侧壁部分214。虽然可 以使用不同的材料，但是用于形成该侧壁的合适的材料和技术与关于基层212 的上文所述的材料和技斜目同。在电镀工艺的情况下，当将在一预先形成的、 暴露的金属区域上仅仅直接施加在后续步骤中的金属时，在此可以省略籽晶层 或电镀基层的应用。可以在这个阶段实施上文所述的表面平面化。如图7所示，接下来将一层介电材料210沉积在该第二牺牲层226b和该下 部侧壁部分214上。在后续工艺中，从该介电层将支撑结构图案化以支撑要形 成的该传输线的中心导体。由于这些支撑结构夂务位于最终的传输线结构的中心 区域，所以应当由对于通过该传输线传输的信号不会产生过大损失的材料形成 该支撑层。该材料还应当能够提供必要的机械强度以支撑该中心导体，并且应 当是在用于从最终的传输线结构去除牺牲材料的溶剂中较不溶的。该材料通常 是介电材料，该介电材料选自例如那些出售的商品名称为Cydotene (陶氏化学公司)(Dow Chemical Co.)、 SU-8抗蚀剂(微化学公司)(MicroChem Corp.)的感 光苯并环丁烯(Photo-BCB)树脂；例如硅石和氧化硅、SOL凝胶、各种玻璃、 氮化硅(Si3N4)，例如氧化铝(Al203)的铝的氧化物、氮化铝(AlN)以及氧化!I(MgO) 的无机材料；例如聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、 聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚翻安以及聚酰亚胺的有机材料；例如有机倍半硅 氧垸材料的有机-无机混合材料；例如负性作用光刻胶或光刻环氧树脂 (photoepoxy)的可光定义(photodefinable)的电介质，其不会受到要进行的牺牲材 料去除工艺的腐蚀。其中，SU-8 2015抗蚀剂是常用的。j顿可容易沉积的材料 是有利的，例如通过旋涂、辊涂、滚压涂覆、(#凃、化学气相沉积(CVD)或层压 来沉积。沉积支撑层210至一厚度从而在不裂开或破损的情况下掛共对中心导 体的必需的支撑。另外，从平面性的角度考虑，该厚度不应严重地影响随后的 牺牲材料层的应用。当该介电支撑层的厚度取决于该〗敫结构的其它元件的尺寸 和材料时，该厚度通常为1至lj IO(H棘，例如，大约20榜錄。参看图8，接下刺顿标准的光亥U和蚀亥啦术将该介电材料层210图案化 以提供一个或多个用来支撑要形成的中心导体的介电支撑构件210'。在示出的 装置中，该介电支撑构件从该外部导体的第一侧跑鸭lj该中心导体的相对侧。 在另一个例举的方面，该介电支撑构件可以从该外部导体延伸并且终止于中心 导体处。在这种情况下，在一个或其它下部侧壁部分214上形成每一个支撑构 件的一个末端，并且相对的末端延伸到在该下部侧壁部分之间的牺牲层226b上 的位置。该支撑构件210'通常以一固定的距离相互隔开。该介电支撑构件的排 列的数量、形状以及图案应足以提供对该中心导体及其终端的支撑，同时还可 以防止过大的信号损失和分散。另外，由于能够舰在产生布拉格(Bragg)栅 格和滤波器的技术中的公知的方法计算，所以可以选择形状以及周期性或非周 期性以防止在期望的低损失传播的频率下的反射，除非这种功能是想要的。在 后面的情况中，这种周期性的结构的仔细的设计^^提供滤波功能。在该介电支撑构件210'的图案化过程中，形成了一个或多个孔224。如图所示，该 L通常从其上表面到下表面延伸穿过该介电支撑构件。该 L用于提供 用于接收金属材料的空间，该金属材料附接到该中心导体和/嫩卜部导体上，并 可以看作是该中心导体和/敬卜部导体的一部分。与没有 L存在的情况相比，通 过^顿金属材料i真充戶腿 L从而增加了在该介电构件和该中心和/敬卜部导体之间的接触区域。结果，该介电支撑构件旨^更加有效地相对于该中心和域外部 导体锁定在适当的位置。在图示的实施方式中，示出的孔位于介电支撑构件的 中心和一个末端。可以使用其它的构型。例如，可以有利地在该支撑构件的每 一个末端包括一个孔。如图所示的孔是圆柱形的几何形状上。当然，可以使用其它的几何形状， 例如，具有正方形、矩形、三角形和卵状截面的孔。孔的侧壁可以是垂直的或非垂直的。在图16A-D中示出了例举的孔结构。图16A示出了如图8所示的孔 224，它具有垂直的侧壁228并且是圆柱形的几何形状。理想的是，该孔具有非 垂直的侧壁228，例如，如图16B-D所示的凹入的剖面。认为这种结构在完成 的微结构的元件之间提供了进一步加强的接合，因为它们机械锁定在孔中沉积 的金属的适当的位置。这最小化了或者防止了填充孔的金属的滑动。还可以通 过^ffi超过一个的层，例如，如图16D戶; ^的层210'、 210"来形成这种结构。参看图9，在基底上涂Mm三牺牲感光层226c，并曝光，显影，从而形成 图案230和232以为了随后±真充孔224以及形成该传输线外部导体的中部侦蝰 部分和该中心导体。用于该中部侧壁部分的图案230包括两个与该两个下部侧 壁部分214共同延伸的槽。通过图案230暴露了该下部侧壁部分214和叠加在 该下部侧壁部分上的该介电支撑构件210'的末端。用于该中心导体的图案232 是平行于两个中部侧壁图案并且在两个中部侦蝰图案之间的槽，其暴露了导体 支撑构件210'的支撑部分以及相对的末端。为此目的，可以使用如上文所述的 常规的光刻技术和材料。如图10所示，填充孔224并通逾冗积一^^的金属材料到形皿该牺牲材 料226c中的槽中来形成该中心导体208以及该外部导体的中部侧壁部分216。 可以在相同的工艺并使用在形成该中部侧壁部分和该中心导体的过程中使用的 相同的材料来填充该孔224。任选地，可以在一與虫的工艺中用与用于该中心导 体和中部侧壁部分的材料相同的或不同的材料填充该孔。填充该孔的金属材料 形成了该介电支撑构件210'和该中心导体和外部导体中的每一个之间的接合， 以使该微结构元件相互固定。虽然可以使用不同的材料和/或技术，但是用于填 充该孔的以及用于形成该中部侧壁部分和中心导体的合适的材料和技术与上文 戶7M的关于基层212和下部侧壁部分214的材料和技^目同。除了为后续的加 工提供一个平坦的表面之外，在这个阶段，可以任选itt行表面平面化以去除任何不必要的沉积在该牺牲材料的上表面上的金属，正如已经在之前描述过的 并在任意阶段任选地施加的。在这种情况下，使用电镀工艺填充该孔，可以在该孔的底表面和/或侧面上 形成一个或多个用作基层和粘结层的电镀籽晶层。在该工艺中可以在不同的点 施加该籽晶层。例如，在涂覆如图7所示的介电支撑层210之前，可以在图6 的结构上施加一籽晶层。在图案化该孔之后，该籽晶层可以保留在该孔的底表 面上。附加地或可选择地，在图案化该介电支撑构件之后，可以在该结构上形成一电镀籽晶层。在图17中示出了具有凹入形孔的使用多个籽晶层的例举的结 构。在牺牲材料层226和外部导体下部侧壁部分214之上，该介电支撑构件210' 之下布置第一籽晶层234。在该介电支撑构件的侧面、上表面和内表面(？L侧壁)、 孔的底表面以及i亥第一籽晶层的其它暴露的区域上布置第二籽晶层236。这就提 供了该介电支撑构件210'夹在该第一和第二籽晶层之间的结构，该第一和第二 籽晶层嵌入在该外部导体中。除了允许对该介电支撑构件中的 L进行金属电镀 之外，以这种方式使用多个籽晶层有助于相对于其它的微结构元件将该介电支 撑构件锁定在适当的位置。该籽晶层理想地是在涂覆的表面上的保形层和连续层，但是在实际中是不 必要的。虽然一非连续籽晶层可能引起在孔224中的金属空隙，但是只要在孔 中存在足量的金属，这种空隙的存在就不会破坏金属化的孔的整体目标。例如， 选择的具体的籽晶层材料取决于选择用于填充孔的金属材料。例如，例举的籽 晶层材料包括金、银、钯、镍、铬、铝及其组合。其中，fS/镍和铬/金堆叠是常 用的。通常，沉积该籽晶层至1000到3000A的厚度。参看图ll，在基底上沉积一第四牺牲材料层226d，并曝光，显影，从而形 成图案238以用于随后沉积该外部导体的上部侧壁部分。用于该上部侧壁部分 的图案238包括与两个中部侧壁部分216共同延伸的两个槽，并且暴露该两个 中部侧壁部分216。为此目的，可以使用上文所述的常规的光亥陟骤和材料。如图12所示，接下M31沉积一，的材料到形ite该第四牺牲层226d 中的槽中来形成该外部导体的上部侧壁部分218。用于形成该上部侧壁的，的 材料和技术与上文戶做的关于基层和其它侦幢部分的材料和技斜目同。虽然可 以使用不同的材料和域技术，但是通常使用与在形成基层和其它侧壁中使用的 材料和技斜目同的材料和技术形成该上部侧壁部分218。除了为后续的加工提供一个平坦的表面之外，在这个阶段，可以任选itt行表面平面化以去除任何不必要的沉积在该牺牲材料的上表面上的金属。参看图13，在基底上沉积一第五感光牺牲层226e，并曝光，显影，从而形 成图案240以用于随后沉积该传输线外部导体的顶壁。用于该顶壁的图案240 暴露了该上部侧壁部分218以及它们之间的第四牺牲材料层226d。在图案化该 牺牲层226e时，有利的是剩下在该上部侧壁部分之间的区域上的牺牲材料的一 个或多个区域242。在这些区域中，在随后形成该外部导体顶壁的过程中防止了 金属沉积。如下文所述，这将导致在该外部导体顶壁中的开口，从而易于从该 微结构去除该牺牲材料。例如，该牺牲材料的这些保留的部分可以呈圆柱体、 例如四面体的多面体或其它形状的支柱242。如图14所示，接下鄉过沉积一统的材料到在该上咅,壁部分218之上 以及在该上部侧壁部分218之间的暴露的区域来形成该外部导体的顶壁220。在 通过牺牲材料支柱242占据的空间中防止了金属化。虽然可以使用不同的材料 和/或技术，但题常i顿与在形成基层和其它侧壁中i顿的材料和技斜瞷的 材料和技术形成该顶壁220。在这个阶段可以任选itt行表面平面化。随着该传输线的基本结构的完成，可以增加附加层或接着可以去除残留在 该结构中的牺牲材料。可以通过基于使用的材料的类型的公知的录U离器去除牺 牲材料。为了从该微结构中去除材料，使剥离器开始接触该牺牲材料。可以在 该传输线结构的端面处暴露该牺牲材料。可以提供如上文所述的在该传输线中 额外的开口，以使该剥离器和贯穿该结构的牺牲材料之间的接触容易。预想用 于允许在该牺牲材料和录lj离器之间的接触的其它结构。例如，在图案化工艺过 程中，可以在该传输线侧壁中形成开口。可以选择这些开口的尺寸以最小化对 导向波的翻寸或泄漏的千涉。例如，可以选择该尺寸为小于使用的最高频率的 波长的V8、 1/10或1/20。可容易地计算，并可使用软件，例如由安软股份有限 公司(Ansoft，Inc)制作的HFSS来优itS种开口的影响。在图15中示出了在去除牺牲抗蚀剂之后的最终的传输线结构202。预先通过在该传输线的外壁之中和内部的牺牲材料占据的空间形成了在该外部导体中 的孔244和该传输线芯222。通常，M例如空气的气体占据该芯空间。预想在 该芯中可以使用具有更好的介电性能的气体。任选地，在该芯中會^I多形成真空， 例如，当该结构形成为密封包装的一部分时。结果，可实现另外吸附到该传输线的表面上的水蒸汽的吸收减少。还预想液体可占据在该中心导体核外部导体 之间的空间222。图18示出了另一个例举的方面，其还允许该微型體的微结构元件保持相 互咬合锁定。该附图以上文所述的方式示出了在图案化该介电支撑构件210'之后的微结构。以还减少了从该外部导体脱离的可能性的几何形状图案化该介电支撑构件。在示例性的微结构中，在图案化工艺过程中以"T"形的形式图案化 该介电支撑构件。在如上文爿;M的后续的加工中，"T"的顶部部分246变为嵌 入在该外部导体的壁中并且用作锚型锁定结构。虽然示出的结构包括在该介电 支撑构件的一个末端的锚型锁定结构，但是应当清楚的是，可以使用多个这样 的结构，例如，在"I"形中的该介电支撑构件的每一个末端处的一个。对于一 个或多个用于将介电和金属微结构元件锁定在一起的金属化的孔，可以附加地 或可选^i也^^所述的锚型结构。图19A-H示出了附力啲例举的几何幵邻，其可以用于介电支撑而替代"T"锁定结构。为了说明的目的，该结构是支撑结构的局部透视图。该支撑结构可 以任选地包括在一相对的末端的锚结构，其可以是图示的锚结构的镜像或是不 同于该锚结构的几何形状。选择的几何结构应当提供在至少该支撑构件的一部 分上的截面几何形状的改变，以抵抗从该外部导体的分离。如图所示的在深度 方式(depthwise)方向上的截面几何形状上提供增加的凹入剖面和其它的几何形状是常用的。这样，该介电支撑构件变得机械地锁定在适当的位置并大大减小 了从该外部导体壁中脱离的可能性。例如，当图示的结构在其一个末端上包括 单一的锚部分时，预想在该介电支撑构件的每一个末端上有多种锚。不期望受 到任何具体的理论柳艮制，认为除了提供机械锁定作用之外，由于在曝光和显 影过程中的减少的应力，该锚锁定结构还改善了粘着性。例如，还认为通过使 用在如图19B和19G所示的曲线形状去除尖锐的角，可改善在制造过程中的热 感应应力。对于一些应用，去除附着在基底上的最终的传输线结构是有利的。这允许 在释放的互联网的两侧耦合到另一个基底，例如，如单片微波集成电路的砷化 镓芯片或其它装置。可以通过不同的技术完成从基底释放该结构，例如，通过 在该基底和该基层之间的牺牲层的使用，在一合适的溶剂中在结构完成后可去 除该牺牲层。例如，用于牺牲层的魏的材料包括光亥帔、选择性蚀刻的金属、高温蜡以及各种盐。如图20A和20B所示，虽然示例性的传输线包括形成在具有金属化的孔的介电支撑构件上的中心导体，但是预想在该中心导体上，另外或可选择地在介电支撑构件之下，可形成具有金属化的孔的该介电支撑构件，图20A和20B分 别示出了非凹入和凹入的金属化的 L。另外，该介电支撑构件可以布置在该中 心导体内部，该中心导体例如为j顿多种几何形状，例如加号(+)形、T形、盒 子或如图16和19所示的几何形状的裂口中心导体。本发明的传输线在截面上通常是正方形。然而，可以预想其它的形状。例 如，除了使该传输线的宽度和高度不同以外，能够以与形成正方形传输线的相 同的方式获得其它矩形传输线。通过使用灰度图案化可形成圆形传输线，例如 圆形或部分圆形传输线。例如，通过常规的用于垂直跃迁的光刻能够产生这种 圆形传输线，并且其可能更加容易地用于具有外部微同轴导体的界面以形成连 接器界面等等。可以以堆叠排列的方式形成上文所述的多个传输线。通过每一 个堆叠的顺存构造工艺的连续，或通过在^^虫的基底上 页形成传输线、4顿一 个释放层从它们各自的基底分离传输线结构以及堆叠该结构，可获得这种堆叠 排列。通过减薄焊料或导电粘接齐啲层能够接合这种堆叠的结构。理论上，没 有对传输线的数量的限制，可以使用在此讨论的工艺歩骤堆叠传输线。然而， 实际上，根据控制厚度和应力以及与每一个附加层相关的抗蚀剂去除的能力来 限定层的数量。虽然参照示例性的传输线已经描述了三维微结构及其形成方法，但是应当 清楚的是，该微结构和方法广S^用于很宽泛的技术领域，其能够受益于用于 将一金属微结构元件固定到介电微结构元件上的显微机械加工工艺。例如，本 发明的微结构和方法在下列工业中获得应用在微波和毫米波滤波器和耦合器 方面的无线电通讯；在雷达和避免碰撞系统和通信系统方面的航天航空以及军 事；在压力和翻转传感器方面的汽车制造业；在质谱仪和滤波器方面的化学； 在、搶波器、微流体装置、外科器械以及血压、气流和助听传麟方面的生物技 术和生物医学；以及在图像稳定器、高度传感器和自动聚焦传感器方面的消费 电子学。 '虽然参照具体的实施例已经详细地描述了本发明，但是在不背离权利要求书的范围的情况下，所作的各种改变和修正以及其等价内容的应用对本领域技 术人员来说是显而易见的。
权利要求
1、一种三维微结构，其通过一顺序构造工艺形成，所述三维微结构包含一第一微结构元件，其包含一介电材料并具有一至少部分贯穿而延伸的孔；一第二微结构元件，其包含一金属材料；在该孔中的一金属材料，其将该第一微结构元件固定在该第二微结构元件上；以及一非固体空间，该第一微结构元件和/或该第二微结构元件暴露于该非固体空间。
2、 如权利要求1所述的三维微结构，其特征在于，它还包含 一基底，该 第一和第二微结构元件布置在该基底上。
3、 如权禾頓求1戶脱的三维微结构，其特征在于，该微结构包含一同轴传 输线，该同轴传输线包含一中心导体、 一外部导体和用于支撑该中心导体的介 电支撑构件，其中，该介电支撑构件是该第一微结构元件，该内部导体和/或该 外部导体是该第二微结构元件。 .
4、 如权利要求3戶脱的三维微结构，其特征在于，该非固体空间是在真空 下或处于气态，并且在该中心导体和该外部导体之间布置该非固体空间。
5、 如权利要求3所述的三维微结构，其特征在于，该同轴^t!线具有一大 致矩形的同轴几何幵娥。
6、 如权利要求1所述的三维微结构，其特征在于，该 L从该第一微结构元 件的第一表面至其第1面完全延伸穿过该第一微结构元件。
7、 如权利要求1所述的三维微结构，其特征在于，该孔具有一凹入开m。
8、 如权利要求9戶腿的三维微结构，其特征在于，该第二微结构元件的金 属材料和在该孔中的金属材料是相同的材料。
9、 一种通过一JHW构造工艺形成三维微结构的方法，该方 ^括 在一基底上布置多个层，其中，所述层包含一层介电材料、 一层金属材料和一层牺牲材料；形成一第一微结构元件，该第一微结构元件包含该介电材料并具有至少部 分贯穿而延伸的孔；形成一第二微结构元件，，二微结构元件包含该金属材料；在该孔中沉积一金属材料，以将该第一微结构元件固定在该第二微结构元 件上；以及去除该牺牲材料以形成一非固体空间，i亥第一微结构元件和/或该第二微结 构元件暴露于该非固体空间。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，该微结构包含一同轴传输线， 该同轴传输线包含一中心导体、 一外部导体和用于支撑该中心导体的介电支撑 构件，其中，该介电支撑构件是该第一微结构元件，该内部导体和/或该外部导 体是该第二微结构元件。
全文摘要
本发明提供了三维微结构及其形成方法。该微结构通过一顺序构造工艺形成，并包括相互固定的微结构元件。例如，该微结构在用于电磁能的同轴传输线中获得了应用。
文档编号B81C1/00GK101274734SQ200710093280
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月30日
发明者D·W·舍利尔, W·D·霍克 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司