三维微结构及其形成方法

专利名称：三维微结构及其形成方法
三纖娜及其形駄法政府利益本发明依据DARPA授予的合约编号为W911QX-04-C-0097得到了美国政府的支持而作出。美国自对本发明具有一定的权利。本申请依据美国法律第35篇第119(e)条(35 U.S.C. §119(e))要求于2006 年12月30日提交的临时申请No. 60/878,270的优先权，在此引入其全部内容作 为参考。駄领域本发明一船步及微制造技术以^H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4微结构，以及通过一顺齐构紅艺 形成这种微结构的方法。背景駄例如，在Sheirer等人的美国专利No.7,012,489中，己经描述了通迚1,构 造工艺形成三维微结构。参照图1，该，489专利公开了一种M—J顷序构造工艺 形成的同轴传输线微结构2。该微结构形;te—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 包括形自壁的导电基层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。在内部和夕卜部导体之间的空间(volume)22是空气或 真空的，ilii去除来自预先填充该空间的结构的牺牲材料而形成。例如，当审隨不同材料的微结构，如在该'489专禾啲微结构中的中心导体 的悬浮的微结构时，特别当由不同的材料形成元件时，由于结构元件之间的附 着力的不足，可能会发生问题。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 会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。当装置在制造和制造之后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，如果在一高皿运载工具，例如飞机中使用时，该装置可 能经受极大的力。由于这种分离，同轴结构的传输性能会下降，并且该體会 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S31—顺、序构造工艺形成的三维微结构。 该微结构包括一第一电镀籽晶层。在该第一籽晶层上布置一微结构元件，该微 结构元件具有一第一表面、与该第一表面相对的第二表面、以及在该第一籽晶 层上从该第一表面延伸贯穿至该第二表面的 L。在该第一微结构元件上和该孔 内布置一第二电镀籽晶层。在第一和第，晶层上的孔中布置一电镀的金属。 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、 一外部导体禾P用来支撑该中心导体的介电支撑构件，该介电支撑构件是 该微结构元件。根据本发明的第二方面，提供通过一J顿序构造工艺形^H维微结构的方法。 该方、 ^括在一基底上形成一第一 电镀籽晶层。在该第一籽晶层上形成一微结 构元件，其中，该微结构元件具有一第一表面、与織1面相对的第1面、 以及在该第一籽晶层上从该第一表面延伸贯穿至该第二表面的孔。在该第一微 结构元件上和该孔内形成一第二电镀籽晶层。在第一和第二籽晶层上的孔中形 成一电镀的金属。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得明显。


将参照下面的附图讨论本发明，其中，相同的附图^i己表示相同的特征， 其中图1表示公知的同轴传输线微结构的截面图；图2表示根据本发明的一个例举的三维微结构的截面图；图3-15 g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一个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一个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介电元件和孔的局部俯视-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。 具体实駄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通过微希隨工艺形成的结构。在本发明的顺 序构造工艺中，通ai顿序地成层和处理不同的材料，并以一预定的方式形成微 结构。当实施时，例如，《顿薄膜形成、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，虽然可以使用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)技术，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 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限制于 该例举的结构或应用，而是可以在用于微型装置的多4^页域中使用，例如在压 力传感器、翻转传繊；质谱仪、搶波器、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 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鞭大的包括就波和微波的频 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时。图2示出了根据本发明M—"顷序构造工艺形成的三维传输线微结构202 的例举的特征。该微结构包括一基底204、 一外部导体206、 一中心导体208以 及一个或多个用于支撑该中心导体的介电支撑构件210'。该外部导体包括形成 底壁的一导电基层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。可以任选地劍共该导电基层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^氟化硫(sulphur hexaflouride)的气体、真空或液体。该介电支撑构件在该中心导体和/敬卜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，将参照图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，该基底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，如印刷线路板，顿取半导体基底的形式，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i顿常规的平面化技术，例如化学机t鹏光(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，如机嫩Q工的机械修整、金刚石车削、等离Tt^iJ、激光切除等等。在基底204上沉积一第一层226a，该第一层226a是一牺牲感光材料，例 如光刻胶，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4柳常规的光亥涉骤和材料。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PHOTOPOSn^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，或可以是^T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榜妹。如图4所示，在该基底204上形成一导电基层212，并形成了在最终的结 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、掺杂的半导体禾才 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、tm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 f凝寸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 本领域中非常公知的情况下，电镀的铜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。合适的材料在可以商购，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料 有限公司获得。可选择地，可以在电解电镀之后通过涂覆一导电性籽晶层来电 镀该材料。可以在涂覆牺牲材料226a之前M31在基底上的PVD来沉积该籽晶 层。统的电解材料是市售的，包括例如COPPER GLEAM 酸性电 品， 可以从罗门哈斯电子材料有限公司获得。可以在通过无电和/或电皿积之后使 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3SA深度通常小于1^m，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，^ffi—个较厚的基层， 例如从大约20到150Mm或从20到80^，对结构完整性是有益的。当最终结 构具有基底而保持完整时，有禾啲是〗顿一个较薄的基层，这可通过使用的频 率的3tA深度的需求决定。用于形成侧壁的^i的材料和技术与关于基层的上文戶;M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，当在一预先形成的、暴露的金属区域上仅 仅直接施加在后续的步骤中的金属时，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一具体装置的 小的区域，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/或在后续的阶段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仅通过涂覆获得的 可能的其它方式的更加紧。例如，可以使用CMP工艺以平面化该金属和该牺牲 材料至相同的水平。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侵地去除金属、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平行 的槽，以暴露该基层的上表面。如图6戶标，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术相同。在电镀工艺的情况下，当在一预先形成的、暴 露的金属区域上仅仅直接施加在后续的步骤中的金属时，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戶，的表面平面化。如图7所示，接下来将介电材料的一层210沉积在该第二牺牲层226b和该 下部侧壁部分214上。在后续加工中，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可溶的。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Cyclotene (陶氏化 学公司)(Dow Chemical Co.)、 SU-8抗t虫剂(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、各禾中玻璃、氮化硅(Si3N4)、例如氧化铝(Al203)的铝的氧化物、氮化铝(A1N)以及氧化,M(MgO)的无机材料；例如聚乙烯、聚酉旨、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TO以及聚舰胺的有机材料；例如有 机倍報織材料的有机-无机混合材料；例如负性作用光刻臓光刻环氧树脂 (photoepoxy)的可光定义(photodefinable)的电介质，其不会受到要实施的牺牲材 料去除工艺的腐蚀。其中，SU-8 2015抗蚀剂是常用的。i顿容易沉积的材料是 有利的，例如舰旋涂、辊涂、滚压涂覆、喷凃、化学气相沉积(CVD)廳压来 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提供对中心导体 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。虽然该介电支撑层的厚度取决于该微结构的其它元件的尺寸 和材料，该厚度通常是1到謂槟妹，例如，大约20歸。参看图8，接下来j顿标准的光亥卿嫩啦术将该介电材料层210图案化， 以掛共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延伸到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在中心 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，并且相对的彩瑞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、形状以及图案应当足以提供对该中心导体及其终端的支撑，同时还 防止过大的信号损失和分散。另外，由于能够使用在形 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 性以防止在所需的低损失传播的频率下的反射，除非这种功能是所需的。在后 面的情况中，这种周期性的结构的仔细的设计能，供滤波功能。在该介电支撑构件210'的图案化的过程中，在其中形成了一个或多个孔 224。如图所示，该子IJ1常肚表面到其下表面延伸穿过该介电支撑构件。该孔 用于掛共一个接"娃属材料的空间，该金属材料粘附到该中心导体和/激卜部导 体上，并且可以看作该中心导体和/或外部导体的一部分。与没有 L存在的情况 相比，通过4OT金属材料填充戶;M L增加了在该介电构件和该中心和/或外部导 体之间的接触区域。结果，该介电支撑构件能够更加有效地锁定在相对于该中 心和/或外部导体的适当的位置。在图示的实施方式中，示出的孑L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，在该支撑构件的每一个 末端包括一个孔是有利的。如图所示的孑L在几何微上是圆柱形。当然，可以4顿其它的几何形状， 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并且在几何形状上是圆柱形的。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，因为它们将要在孔中沉积金属机 械地锁定在适当的位置。这最小化了或者防止了填充孔的金属的滑动。还可以 通过1OT超过一个的层，例如，如图16D所示的层210'、 210"来形成这种结构。参看图9，在基底上涂覆第三牺牲感光层226c，并曝光，显影，从而形成 图案230和232以为了随后填充孔224以及形成该传输线外部导体的中部侧壁 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。M31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侧壁图案之间的槽，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 常规的光刻技斜晰料。如图10所示，填充孔224并且M沉积一^S的金属材料到形成在该牺牲 材料226c的槽中来形成该中心导体208以及i亥外部导体的中部侧壁部分216。 可以相同的工艺并使用在形成该中部侧壁部分和该中心导体时使用的相同的材 料来±真充该孔224。任选地，可以在一對虫的工艺中用与该中心导体和中部侦蝰 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'与该中心导体和外部导体中的每一个之间的接合，从而使该微结 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所述的关于 基层212和下部侧壁部分214的材料和技#目同。除了为后续的加工衝共一个 平坦的表面之外，在这个阶段，可以任选iikia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并且任选地在 任意阶段施加的。在这种情况下，4顿电镀工艺填充该孔，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，可以以不同的点施加该籽晶层。例如，在涂覆如图7戶; ^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一个例举 的结构。在牺牲材料层226和外部导体下部侧壁部分214上，该介电支撑构件 210，下布置第一籽晶层234。在该介电支撑构件的侧面、上表面禾呐表面(孔侧 壁)、孔的底表面以及该第一籽晶层的其它暴露的区域上布置一第二籽晶层236。 逸就提供了一种该介电支撑构件210'夹在该第一和第^！子晶层之间的结构，该 第一和第二籽晶层嵌入在该外部导体中。除了允许对在该介电支撑构件中的孔 进行金属电镀之外，以这种方式使用多个籽晶层有助于将介电支撑构件锁定在 相对于其它的微结构元件的适当的位置。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3i^卖籽晶层会引起在 L 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 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，歡镍和铬/金堆叠是常 用的。通常，沉积该籽晶层至从1000至U 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23S包括与该两个中部侧壁部分216共同延伸的两个槽，并暴露该两个 中部侧壁部分216。为此目的，可以1顿上文0M的常规的光亥涉骤和材料。如图12所示，接下^Mii沉积一合适的材料到形i^S该第四牺牲层226d 中的槽中来形成劍卜部导体的上部侧壁部分218。用于形成该上部侧壁的统的 材料和技术与上文所述的关于基层和其它侧壁部分的材料和技术相同。虽然可 以4顿不同的材料和/或技术，但M常4顿与在形成基层和其它侧壁中〗顿的 材料和技^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^ 一个平坦的表面之外，在这个阶段，可以〗壬选i皿行表面平面化以去除ttM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觀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，理想的^f吓在该上部侧壁部分之间的区域中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Mii沉积一合适的材料到在该上部侧壁部分218之上 并且在该上部侧壁部分218之间的暴露的区域中来形成i亥外部导体的顶壁220。 在由牺牲材料支柱242占据的空间中防ih^属化。虽然可以使用不同的材料和/ 或技术，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术相同的材 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下来可以去除残留 在该结构中的牺牲材料。可以M基于使用的材料的类型的公知的剥离器来去 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搞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干涉。例如，可以选择该尺寸为小于使用的最高频率的 波长的1/8、 1/10或1/20。能够容易地计算并且能够4OT软件，例如由安软股份 有限公司(Ansoft, Inc)制作的HFSS，来优化这种开口的影响。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。预先由在该传输线的外壁中和外壁内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，由例如空气的气体占据该芯空间。预想在该芯中可以^顿具有更好的介电鹏啲气体。任选地，在该芯中可产生真空，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示出了本发明的另一个例举的方面，其还允许该微型装置的微结构元 件保持相互咬合锁定。这一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。以还可以M^从该外部导体脱离的可能性的几何微 图案化该介电支撑构件。在示例性的微结构中，在图案^X艺过程中以"T"形 的形式图案化该介电支撑构件。在如上文所述的后续的加工中，"T"的顶部部 分246变得駄在激卜部导体的壁中并朋作锚型锁定结构。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 使用多个这种结构，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，可以附加地或可选掛似OT戶;M的锚型结构。图19A-H示出了其它例举的几何形状，其可以用于介电支撑结构而替代 "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:&t也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合适的位置并大大减小 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，预想在该介电支撑的每一个末端上的多^H苗。不期望受到任 何特定的理论限制，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结。例如，还认为通过使用在如图 19B和19G所示的曲线皿去除尖锐的角可改善在制it3i程中的热感应应力。对于某些应用，去除附接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上耦合到另一个基底，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实施从基底释放该结构，例如，通 过在该基底和该基层之间的牺牲层的使用，可在一^S的溶剂中在完成了结构 之后去除该牺牲层。例如，用于牺牲层的合适的材料包括光刻胶、可选择性蚀 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 该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孔。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4顿多种几何微，例如加号(+)形、T形、 盒子或如图16和19所示的几何,的裂口中心导体。本发明的传输线的截面通常是正方形。然而，可以预想其它的皿。例如， 除了使该传输线的宽度和高度不同以外，育巨够以与形成正方形传 俞线相同的方 式获得其它矩形传输线。可通过使用灰度图案化形成圆形传输线，例如圆形或部分圆形传输线。例如，可通过常规的用于垂直^a的光亥u形成这禾中圆形传输线，并且其可更加容易地用于具有外部微同轴导体的界面以形成连接皿面等 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 序构造工艺的连续，或通过预形成在单独的基底上的传输线、使用一个释放层 从它们各自的基底分离传lJ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剂的层可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步骤堆叠传输线。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齐怯除的能力来限定层的数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，当 清楚的是，该微结构和方法广SiS用于很宽泛的技术领域，其可受益于将一金 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的使用。例如，本 发明的微结构和方法在下歹U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 麽波器方面的化学； 在滤波器、微流体装置、外科器械以及血压、气流和助听传感器方面的生物技 斜n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方式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电镀籽晶层；在该第一籽晶层上的微结构元件，其中，该微结构元件具有一第一表面、与该第一表面相对的一第二表面、以及在该第一籽晶层上从该第一表面延伸贯穿至该第二表面的孔；一第二电镀籽晶层，其布置在该第一微结构元件上和该孔内；以及在第一和第二籽晶层上的孔中的电镀的金属。
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，所述 微结构元件、第一和第二籽晶层、以及电镀的金属布置在该基底上。
3、 如权利要求1戶诚的三维微结构，^#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微结构元件。
4、 如权利要求3戶诚的三维微结构，^#征在于，在该中心导体和该外部 导体之间的空间是在真空下或包含,体。
5、 如权利要求1所述的三维微结构，其特征在于，该微结构元件包含一介 电材料。
6、 如权利要求1戶腿的三维微结构，其特征在于，織一和第二籽晶层选 自金、银、钯、镍、铬、铝及其组合。
7、 如权利要求6所述的三维微结构，其特征在于，，一和第二籽晶层形 成了歡镍或铬/金堆叠。
8、 一种通过一j顷序构造工艺形成三维微结构的方法，该方、 去包括 在一基底上形成一第一电镀籽晶层；在该第一籽晶层上形成一微结构元件，其中，该微结构元件具有一第一表 面、与该第一表面相对的第二表面、以及在该第一籽晶层上从该第一表面延伸 贯穿至该第二表面的孔；在该第一微结构元件上和该孔内形職二电镀籽晶层；以及在第一和第二籽晶层上的孔中形成电镀的金属。
9、 如权利要求8戶脱的方法，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微结构元件。
10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，，一和第二籽晶层选自金、 银、钯、镍、铬、铝及其组合。
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，在用于电磁能的同轴传输线中该微结构获得了应用。
文档编号B81B1/00GK101274735SQ20071009328
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C·A·尼克尔斯, S·周, W·D·霍克 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司