專利名稱：以電化學(xué)方式制造的密封微結(jié)構(gòu)以及制造此種結(jié)構(gòu)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電化學(xué)制造和關(guān)聯(lián)的通過一層覆蓋一層地構(gòu)筑沉積材料而形成三維結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。具體而言，其涉及形成微結(jié)構(gòu)和同時形成用于此種結(jié)構(gòu)的封裝，例如，從封裝的內(nèi)部空腔中去除犧牲(sacrificial)的材料并在空腔中密封該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分。
背景技術(shù)：
Adam L Cohen發(fā)明了一種從多個粘結(jié)層形成三維結(jié)構(gòu)(例如部件，元件，器件等)的技術(shù)，該技術(shù)是公知的電化學(xué)制造技術(shù)。該技術(shù)由California的Burbank的MEMGen公司商業(yè)化推廣，命名為EFABTM。在2000年2月22日公開的美國專利第6,027,630號中描述了此項技術(shù)。此項電化學(xué)沉積技術(shù)允許使用一種獨特的掩模技術(shù)選擇地沉積一種材料，該掩模技術(shù)包括使用掩模，該掩模包括位于支承結(jié)構(gòu)上的圖形化的適形材料，該支承結(jié)構(gòu)獨立于將在上面進行電鍍的襯底。當(dāng)希望使用掩模執(zhí)行電沉積時，在電鍍液存在的同時使掩模的適形部分與襯底相接觸，因此掩模的適形部分與襯底的接觸禁止在選定的位置沉積。為了方便，這些掩模一般稱為適形接觸掩模；該掩模技術(shù)一般稱為適形接觸掩模電鍍工藝。更具體而言，在California的Burbank的MEMGen公司的術(shù)語中，這些掩模通常稱為INSTANT MASKTM以及此工藝稱為INSTANT MASKINGTM或INSTANT MASKTM電鍍。使用適形接觸掩模電鍍的選擇性沉積可用于形成單層材料或可用于形成多層結(jié)構(gòu)。專利6,027,630的教導(dǎo)中所提及的全部內(nèi)容以參考的方式合并于此。由于遞交了產(chǎn)生上述專利的專利申請，所以公開了各種有關(guān)適形接觸掩模電鍍(即，INSTANT MASK)和電化學(xué)制造的文獻
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。
這九個文獻的公開文件中所提及的全部內(nèi)容以參考的方式合并于此。
可以按照如在上述專利和公開文件中所提及的多種不同方式執(zhí)行電化學(xué)沉積工藝。在一種方式中，此工藝包括在形成將要形成的每層結(jié)構(gòu)期間執(zhí)行的三個分離的操作1.在襯底的一個或多個期望的區(qū)域上通過電沉積選擇地沉積至少一種材料。
2.然后，通過電沉積覆蓋沉積至少一種另外的材料，以使增加的沉積覆蓋先前選擇地沉積的區(qū)域和襯底的沒有接收到任何先前施加選擇性沉積的區(qū)域。
3.最后，平坦化這些在第一和第二操作期間沉積的材料，以制造期望厚度的第一層光滑表面，其具有至少一個含有該至少一種材料的區(qū)域和至少一個含有至少另一種材料的區(qū)域。
在形成第一層之后，緊貼著先前處理的層并粘附在該先前處理層的平滑表面形成一個或多個附加層。通過一次或多次重復(fù)第一至第三操作形成這些附加層，其中每個連續(xù)層的形成過程將先前形成的層和原始襯底視為新的增厚的襯底。
一旦完成了形成所有層的過程，通常通過蝕刻工藝去除沉積的多種材料的至少一種的至少一部分，以暴露或釋放希望形成的三維結(jié)構(gòu)。
執(zhí)行包含在第一操作中的選擇性電沉積的優(yōu)選方法是利用適形接觸掩模電鍍。在此類電鍍中，首先形成一個或多個適形接觸(CC)掩模。CC掩模包括在其上粘結(jié)或形成圖形化的適形介電材料的支承結(jié)構(gòu)。按照將要電鍍的材料的特定截面形成每一掩模的適形材料。對于將要被電鍍的每個獨特的橫截面圖形來說，需要至少一個CC掩模。
CC掩模的支承一般為由金屬形成的類似盤形的結(jié)構(gòu)，其將被選擇性地電鍍并且其中要電鍍的材料將被溶解。在此類典型方法中，該支承用作電鍍工藝中的陽極。在另一可選的方法中，該支承可用多孔的或別的有孔材料替代，在電鍍操作期間，在沉積材料從陽極末梢到沉積表面的路徑上沉積材料穿過該多孔材料。在另一個方法中，CC掩模能共用公用支承，即，用于電鍍多層材料的適形介電材料的多個圖形可位于單個支承結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域。當(dāng)單個支承結(jié)構(gòu)包含多個電鍍圖形時，整個結(jié)構(gòu)稱為CC掩模，而單個電鍍掩模稱作“子掩模”。在目前的應(yīng)用中，只在涉及一個特定點時，才進行這樣的區(qū)分。
在執(zhí)行第一操作的可選擇的沉積的準(zhǔn)備過程中，將該CC掩模的適形部分放置為對準(zhǔn)并壓靠在襯底的選定的、在其上將進行沉積的部分(或在先前形成的層上或在一層的先前沉積部分上)。CC掩模和襯底之間的壓靠是以這樣的方式進行的CC掩模的適形部分中的所有孔穴容納電鍍液。接觸襯底的CC掩模的適形材料用作電沉積的屏障，而CC掩模中的填充電鍍液的孔穴是用作當(dāng)加載合適的電勢和/或電流時，從陽極(例如，CC掩模的支承)將材料傳送到襯底的非接觸部分(其在電鍍操作期間用作陰極)的路徑。
在圖1(a)至1(c)中示出了CC掩模和CC掩模電鍍的一個例子。圖1(a)示出了CC掩模8的側(cè)視圖，CC掩模8由在陽極12上圖形化的適形或可變形的(例如，彈性體的)絕緣體10組成。該陽極具有兩個作用。圖1(a)也描述了與掩模8分離的襯底6。一個作用是作為用于圖形化的絕緣體10的支承材料，以維持其整體性和排列，由于該圖形可能具有拓撲的復(fù)雜性(即，包括絕緣體材料的隔離“島”)。另一個作用是作為電鍍操作的陽極。在圖1(b)中示出了CC掩模電鍍通過簡單地將絕緣體壓到襯底上，然后在絕緣體中穿過孔隙26a和26b電沉積材料而可選擇地將材料22沉積在襯底6上。在沉積之后，將CC掩模與襯底6分離，最好是不破壞它，如圖1(c)所示。CC掩模電鍍處理與“貫穿-掩?！彪婂兲幚硐鄥^(qū)別，由于在貫穿-掩模電鍍(through-mask plating)工藝中，會發(fā)生掩模材料從襯底上破壞性地分離。由于對于貫穿-掩模電鍍，CC掩模電鍍可選擇地和同時地在整個層上沉積材料。電鍍區(qū)域可由一個或多個分離的電鍍區(qū)域組成，這些分離的電鍍區(qū)域可屬于正在形成的單個結(jié)構(gòu)或?qū)儆谡谕瑫r形成的多個結(jié)構(gòu)。在CC掩模電鍍中由于各個掩模在去除工藝中沒有被有意地破壞，所以可在多個電鍍操作中使用。
在圖1(d)至1(f)中示出了CC掩模和CC掩模電鍍的另一個例子。圖1(d)示出了與掩模8′分離開的陽極12′，掩模8′包括圖形化的適形材料10′和支承結(jié)構(gòu)20。圖1(d)也描述了與掩模8′分離的襯底6。圖1(e)給出了與襯底6相接觸的掩模8′。圖1(f)給出了由電流從陽極12′流到襯底6所產(chǎn)生的沉積22′。圖1(g)給出了在與掩模8′分離之后的襯底6上的沉積22′。在此例中，將一種合適的電解液定位在襯底6和陽極12′之間，來自溶液或陽極中的一個或來自兩者的離子流從掩模中的開口流到沉積材料的襯底。此類掩模可稱為非陽極(anodeless)INSTANT MASKTM(AIM)或非陽極適形接觸(ACC)掩模。
不像貫穿-掩模電鍍，CC掩模電鍍允許將要形成的CC掩模完全與在其上將要發(fā)生電鍍的襯底的制造過程分離(例如，與正在被形成的三維(3D)結(jié)構(gòu)分離)?？梢杂酶鞣N方式形成CC掩模，例如，可以使用光刻工藝。在結(jié)構(gòu)制造前而不是在結(jié)構(gòu)制造過程中，可同時制造出所有掩模。此分離使得能形成簡單的、低成本的、自動的、獨立的、和內(nèi)部-干凈的“超小型工具機廠(Desktop Factory)?！?，該“超小型工具機廠”能設(shè)置在任何地方以制造3D結(jié)構(gòu)，不用任何所需的清潔房間的過程，如通過服務(wù)工作部等可執(zhí)行光刻。
在圖2(a)至2(f)中給出了上面討論的電化學(xué)制造工藝的例子。這些圖顯示了包含了沉積第一材料2和第二材料4的工藝，第一材料2是要犧牲材料，第二材料4是結(jié)構(gòu)材料。在此例中，CC掩模8包括圖形化的適形材料(例如，一種彈性介電材料)10和由沉積材料2制成的支承12。CC掩模的適形部分壓靠在襯底6上，電鍍液14位于適形材料10中的孔穴16中。然后，來自電源18的電流經(jīng)由(a)成雙作為陽極的支承12和(b)成雙作為陰極的襯底6而穿過電鍍液14。圖2(a)給出了電流的流動使電鍍液中的材料2和來自陽極12的材料2可選擇地傳輸?shù)讲㈦婂兊疥帢O6上。在用CC掩模8將第一沉積材料2電鍍到襯底6上之后，如圖2(b)所示去除CC掩模8。圖2(c)描述了作為已經(jīng)覆蓋沉積(即，非選擇地沉積)在先前沉積的第一沉積材料2上以及襯底6的其它部分上的第二沉積材料4。通過穿過一種合適的電鍍液(未示出)的從由第二材料組成的陽極(未示出)到陰極/襯底6的電鍍產(chǎn)生覆蓋沉積。然后平坦化整個兩-材料層以獲得如圖2(d)所示的精確厚度和平坦度。如圖2(e)所示，在重復(fù)所有層的工藝之后，由第二材料4(即，結(jié)構(gòu)材料)形成的多層結(jié)構(gòu)20嵌入在第一材料2(即，犧牲材料)中。蝕刻該嵌入結(jié)構(gòu)以獲得所期望的器件，即，結(jié)構(gòu)20，如圖2(f)所示。
在圖3(a)至3(c)中示出了示范性的人工電化學(xué)制造系統(tǒng)32的各個部件。系統(tǒng)32由幾個子系統(tǒng)34、36、38和40組成。在圖3(a)到3(c)的每個圖的上部描述了襯底支持子系統(tǒng)34，且其包括幾個部件(1)托架48，(2)在其上沉積多個層的金屬襯底6，和(3)線性滑塊42，線性滑塊42能響應(yīng)來自致動器44的驅(qū)動力相對于托架48上下移動襯底6。子系統(tǒng)34也包括指示器46，用于測量襯底垂直位置的差，其可用于設(shè)置或確定層的厚度和/或沉積厚度。子系統(tǒng)34還包括可精確地安裝在子系統(tǒng)36上的托架48的腳68。
在圖3(a)的下部示出的CC掩模子系統(tǒng)36包括幾個部件(1)CC掩模8，其實際上是由共用公用支承/陽極12的多個CC掩模(即，子掩模)制成，(2)精密X-臺54，(3)精密Y-臺56，(4)在其上可安裝子系統(tǒng)34的腳68的框架72，和(5)用于容納電解液16的槽58。子系統(tǒng)34和36也包括合適的電連接(未示出)，電連接用于連接到驅(qū)動CC掩模處理的合適的電源。
在圖3(b)的下部示出了覆蓋沉積子系統(tǒng)38，且其包括幾個部件(1)陽極62，(2)用于容納電鍍液66的電解液槽64，和(3)在其上可安裝子系統(tǒng)34的腳68的框架74。子系統(tǒng)38也包括合適的電連接(未示出)，電連接用于將陽極連接到用于驅(qū)動覆蓋沉積處理的合適電源上。
在圖3(c)的下部示出了平坦化子系統(tǒng)40，其包括研磨盤52和用于平坦化該沉積的相關(guān)聯(lián)動作與控制系統(tǒng)(未示出)。
在Henry Guckel的標(biāo)題為“通過多級深X光光刻使用犧牲金屬層形成微結(jié)構(gòu)(Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-rayLithography with Sacrificial Metal layers)”的美國專利第5,190,637號中教導(dǎo)了另一種用于從電鍍金屬形成微結(jié)構(gòu)(即使用電化學(xué)制造技術(shù))的方法。此專利教導(dǎo)利用掩模暴露形成金屬結(jié)構(gòu)。在一個暴露的電鍍基上電鍍第一層的第一金屬，以填充光刻膠的空隙，然后去除光刻膠，在第一層和電鍍基上電鍍第二金屬。然后將第二金屬暴露的表面車削到一個高度，其暴露第一金屬以制造出延伸跨過第一和第二金屬的均勻平面。然后，可通過將光刻膠層加到第一層上及而后重復(fù)用于制造第一層的工藝來開始形成第二層。然后重復(fù)該工藝直到形成完整的結(jié)構(gòu)，且通過蝕刻去除第二金屬。通過澆注在電鍍基或先前層上形成光刻膠，及通過由X-射線或UV輻射穿過圖形化的掩模使光刻膠曝光以形成光刻膠中的空隙。
利用可電沉積的材料，能夠使用用電化學(xué)制造形成復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，但需要存在可靠的、成本高效的以及改進的封裝此類物體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多個方面的一個目的是提供改進的用于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的封裝方法。
本發(fā)明的多個方面的另一個目的是提供改進的用于同時制造結(jié)構(gòu)及其封裝的方法。
本發(fā)明的多個方面的另一個目的是提供密封的結(jié)構(gòu)。
在回顧了在此的教導(dǎo)之后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解本發(fā)明的各個方面的其它目的和優(yōu)點。在此清楚提及的或以其它方式從此處教導(dǎo)中確定的本發(fā)明的各個方面，可以單獨描述上述目的的任意一個目的或其組合，或可選地不描述上述目的的任意一個，但替代地描述從在此的教導(dǎo)中確定的一些其它目的。并非希望通過本發(fā)明的任何單個方面描述所有這些目的，即使是在關(guān)于一些方面的情況下。
在本發(fā)明的第一方面中，一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少三種不同材料以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由一種結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中由其中的至少一個開口限制屏蔽罩；(3)位于該至少一個開口附近的密封材料；(4)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料；其中在形成多個層之后，去除位于所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料的至少一部分；其中在去除犧牲材料之后，使密封材料臨時性地流動和密封至少一個開口，以阻斷或明顯限制材料經(jīng)由至少一個密封的開口從屏蔽罩的外部到屏蔽罩內(nèi)部的通道。
在本發(fā)明的第二方面中，一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少兩種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由一種結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中由其中的至少一個開口限制屏蔽罩；(3)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料；其中在形成多個層之后，去除位于所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料至少一部分；其中在去除犧牲材料之后，在保護性屏蔽罩和密封結(jié)構(gòu)之間形成密封，其中保護性屏蔽罩或密封結(jié)構(gòu)的至少一個包括一種密封材料，該密封材料可用于建立對該至少一個開口的密封，以阻斷或明顯限制材料經(jīng)由至少一個密封的開口從屏蔽罩的外部到屏蔽罩內(nèi)部的通道。
在本發(fā)明的第三方面中，一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少兩種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由一種結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，其中屏蔽罩由其中的至少一個開口限制；(3)至少一個阻斷結(jié)構(gòu)，其沿著包括至少一個開口但與保護性屏蔽罩分離開的視線而定位；及(4)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料；(5)其中在形成多個層之后，去除位于所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料的至少一部分；及(6)其中在去除犧牲的材料之后，沉積一種密封材料，以使其打斷該阻斷材料，該阻斷材料阻止密封材料大量的進入屏蔽罩，其中通過連續(xù)地構(gòu)建密封材料密封該至少一個開口，以阻斷或明顯限制材料經(jīng)由至少一個密封的開口從屏蔽罩的外部到屏蔽罩內(nèi)部的通道。
在本發(fā)明的第四方面中，一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少兩種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由一種結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一個開口限制；(3)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料。
基于回顧在此的教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解本發(fā)明的其它方面。本發(fā)明的其它方面可以包括對本發(fā)明的上述方面的組合和/或?qū)σ粋€或多個實施例的多個方面的增加。本發(fā)明的其它方面可以包括能在實施上面的本發(fā)明的一個或多個方法方面使用的裝置。本發(fā)明的這些其它方面可以提供上述多個方面的組合，以及提供在上面沒有特別提及的配置、結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系和工藝。


圖1(a)至1(c)示意性地描述了CC掩模電鍍工藝的各個階段的側(cè)視圖，而圖1(d)至1(g)示意性地描述了使用不同類型的CC掩模的CC掩模電鍍工藝的各個階段的側(cè)視圖；圖2(a)至2(f)示意性地描述了一種電化學(xué)制造工藝的各個階段的側(cè)視圖，其應(yīng)用于形成一個特別的結(jié)構(gòu)，其中選擇地去除一種犧牲材料，而覆蓋沉積一種結(jié)構(gòu)材料；圖3(a)至3(c)示意性地描述了多個示范性子部件的側(cè)視圖，其可以用在手動實施圖2(a)至2(f)所述的電化學(xué)制造方法的過程中；圖4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘結(jié)掩模電鍍形成結(jié)構(gòu)的第一層，其中覆蓋沉積第二材料覆蓋了位于第一材料的沉積位置與第一材料本身之間的開口；圖5(a)描述了第一組實施例的基本步驟的方塊圖；圖5(b)以方塊圖的形式展示了第二組實施例的基本步驟；圖6(a)至6(c)描述了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的制造結(jié)構(gòu)過程中的各個階段的側(cè)視圖；圖6(d)描述了分離的以及然后覆蓋的圖6(b)的結(jié)構(gòu)的兩層的上層的頂視圖；圖7(a)和7(b)描述了圖6(b)的密封層的另一可選結(jié)構(gòu)；圖8(a)描述了用于圖6(b)的最后兩層的另一可選結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，而圖8(b)描述了首先彼此分離的以及然后覆蓋的另一可選結(jié)構(gòu)的兩層的上層的頂視圖；圖9(a)至9(d)描述了解釋屏蔽墻壁的可選的開口和密封結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖和頂視圖；圖10(a)至10(h)描述了各種可選的開口和密封結(jié)構(gòu)；圖11(a)至11(c)描述了各種可選的開口和密封結(jié)構(gòu)；圖12(a)至12(c)描述了各種可選的開口和密封結(jié)構(gòu)；圖13(a)和13(b)描述了一種可選的開口和密封技術(shù)；圖14(a)和14(b)描述了一種可選的用于密封開口的技術(shù)；圖15(a)至15(f)描述了用于封裝結(jié)構(gòu)的可選實施例的各個階段的側(cè)視圖；圖16(a)至16(f)描述了用于封裝結(jié)構(gòu)的另一個實施例的各個階段的側(cè)視圖；圖17(a)和17(b)描述了與用于去除犧牲材料和用于密封封裝的可選結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的側(cè)視圖；圖18(a)和18(b)描述了用于去除犧牲材料和用于密封封裝的可選結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖18(c)描述了對應(yīng)于圖18(a)的屏蔽罩和蓋子的側(cè)面頂視圖；圖18(d)描述了用于去除犧牲材料和用于密封封裝的可選結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1(a)至1(g)，2(a)至2(f)和3(a)至3(c)描述了已知的一種形式的電化學(xué)制造的各個特征。在上面參考的6,027,630專利中、在各個先前合并的出版物中和在此以參考方式合并的各個其它專利與專利申請中提及了其它的電化學(xué)制造技術(shù)，還可從在這些出版物、專利和應(yīng)用中描述的各個方法的組合中得到其它方法，或者其它方法可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從在此所提及的教導(dǎo)中以其它方式知曉或發(fā)現(xiàn)。所有的這些技術(shù)可與本發(fā)明的各個方面的各個實施例結(jié)合，以獲得改進的實施例，還有其它的實施例可從在此明確提及的各個實施例的組合中得到。
圖4(a)至4(i)描述了一種多層制造工藝的單層的形成過程的各個階段，其中在第一金屬上以及在第一金屬的開口中沉積第二金屬，其沉積形成該層的一部分。在圖4(a)中，示出了襯底82的側(cè)視圖，如圖4(b)所示在其上澆注可圖形化的光刻膠84。在圖4(c)中示出了由固化、曝光和顯影該光刻膠而得到的光刻膠圖形。光刻膠84的圖形化產(chǎn)生了開口或孔隙92(a)至92(c)，它們從光刻膠的表面86穿過光刻膠的厚度延伸到襯底82的表面88。在圖4(d)中，示出了已經(jīng)電鍍進開口92(a)至92(c)中的金屬94(例如，鎳)。在圖4(e)中，已經(jīng)從襯底上去除(即，化學(xué)剝除)了光刻膠以暴露襯底82的沒有用第一金屬94覆蓋的區(qū)域。在圖4(f)中示出了在襯底82的完全暴露部分(其是導(dǎo)電的)上和在第一金屬94(其也是導(dǎo)電的)上覆蓋電鍍的第二金屬96(例如，銀)。圖4(g)描述了完成的此結(jié)構(gòu)的第一層，其是將第一和第二金屬平坦化到暴露第一層及設(shè)定第一層的厚度這樣的高度而得到的。在圖4(h)中示出了幾次重復(fù)圖4(b)至4(g)中示出的工藝步驟以形成多層結(jié)構(gòu)而得到的結(jié)果，其中每層由兩種材料組成。在大多數(shù)的應(yīng)用中，如圖4(i)所示，去除這些材料中的一種以得到所期望的3-D結(jié)構(gòu)98(例如，部件或器件)。
與使用了不同類型的圖形化掩模和掩模技術(shù)的電化學(xué)制造技術(shù)相結(jié)合，可使用在此公開的各個實施例、可選的方式和技術(shù)。例如，可使用適形接觸掩模和掩模操作，可使用接近掩模和掩模操作(即，使用通過接近襯底即使沒有接觸至少選擇地屏蔽襯底的掩模的操作)，可使用非適形掩模和掩模操作(即，基于掩模接觸面不非常適形的掩模和操作)，以及可使用粘結(jié)掩模和掩模操作(與只和其接觸相反，使用粘結(jié)到襯底上的掩模，在襯底上發(fā)生選擇性的沉積或者蝕刻的掩模和操作)。
圖5(a)以方塊圖的形式展示了本發(fā)明的第一組實施例的基本步驟。方塊102要求形成一組電化學(xué)制造層，其包括(1)將要被保護的結(jié)構(gòu)部件；(2)由一種結(jié)構(gòu)材料形成的但在其中具有至少一個開口的保護性屏蔽罩；(3)位于至少一個開口附近的密封材料；(4)至少部分位于要被保護的結(jié)構(gòu)和該保護性屏蔽罩之間的犧牲材料。所使用的電化學(xué)制造工藝可與在圖1(a)至1(c)與2(a)至2(f)中描述的類似，或其可以是在專利6,027,630中所提及的另一種工藝，或可以是在其它先前合并的出版物的一個中所提及的一種工藝，或者是在包括在后面所提及的一系列合并的專利和申請中的專利和申請的一個中描述的一種工藝，或者該工藝可以是在這些出版物、專利和申請中描述的，或由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員以其它方式已知的或可確定的各個方法的組合。
在形成各個層之后，工藝進行到方塊104，其要求去除該犧牲材料。
接下來，在方塊106中，該工藝要求選擇地排空屏蔽罩和要被保護的結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域。該工藝也可包括后面的用所期望的填充氣體填充該區(qū)域。例如，填充氣體可以是惰性的(例如，N2，Ar等)，或者其可以是化學(xué)活潑的，如提供還原環(huán)境(例如，H2)。該工藝也可包括一些對預(yù)備用于下一個操作的結(jié)構(gòu)和屏蔽罩的組合有用的特殊處理。
最后，在方塊108中，暫時使該密封材料流動和關(guān)閉該至少一個開口。
圖6(a)至6(c)展示了當(dāng)應(yīng)用到具體結(jié)構(gòu)時圖5(a)的工藝流程的各個階段的側(cè)視圖。圖6(a)描述了電化學(xué)制造的和粘結(jié)到襯底114上的該組的層112。該組的層包括(1)要被保護的和由一種結(jié)構(gòu)材料形成的結(jié)構(gòu)部件122；(2)由一種結(jié)構(gòu)材料形成的但在其中具有多個開口126的保護性屏蔽罩124；(3)位于開口附近的密封材料128；及(4)填充在屏蔽罩124的內(nèi)部134(即，空腔)中的犧牲材料132。
圖6(b)描述了在去除犧牲材料之后但在流動、密封和重新固化該密封材料之前的襯底114、屏蔽罩124、結(jié)構(gòu)部件122和密封材料128。優(yōu)選的是利用穿過屏蔽罩中的開口蝕刻進入該空腔的蝕刻去除犧牲材料。
圖6(C)描述了在流動、密封和重新固化該密封材料之后的襯底114、屏蔽罩124、結(jié)構(gòu)部件122和密封材料128。在此實施例中，結(jié)構(gòu)部件在由屏蔽罩和襯底定義的封裝中被保護起來。在本實施例中，密封材料優(yōu)選地是低熔融溫度的可電鍍金屬或焊接材料，如銦(In)或錫(Sn)/鉛(Pb)。犧牲材料可以是銅，并且結(jié)構(gòu)材料可以是鎳，當(dāng)然其它的適形材料也可以接受。需要的是蝕刻掉犧牲的材料不應(yīng)破壞結(jié)構(gòu)部件122或明顯破壞密封材料128。
圖6(d)描述了圖6(b)的最上層的頂視圖。最左邊的部件142是挨著最后一層的第二層，其是屏蔽罩124的蓋子，由結(jié)構(gòu)材料制成，且包括開口126。部件144是結(jié)構(gòu)的最后一層，由一種密封材料128制成，其也包括開口126。部件144被邊界虛線148包圍，邊界線148描述了當(dāng)兩個部件對齊時的部件142的外邊界。部件146示出了與開口124重疊對齊的兩個部件142和144的頂視圖。
圖7(a)和7(b)描述了圖6(b)的密封層的另一種可選的結(jié)構(gòu)。在圖7(a)中，密封材料包括單個橫條152，其在開口上架起了橋，可以相信當(dāng)使密封材料流動(例如，通過加熱得足夠熱)時此橋有助于關(guān)閉該開口。圖7(b)除了描述了兩個交叉橋元件154和156之外，與圖(a)類似。
圖8(a)描述了圖6(b)的最后兩層的另一種可選的結(jié)構(gòu)，而圖8(b)描述了包括該可選密封層的最后兩層的頂視圖。挨著最后一層142的第二層與在圖6(d)中描述的相比沒有改變其結(jié)構(gòu)，因此改變的是最后一層144’。替代配置為在圖6(a)至6(d)中的情況下的具有孔的矩形板的最后一層，在圖8(a)和8(b)中，圍繞每個開口的密封材料是最好為在圖8(b)中可見的環(huán)的形式，更特別的是這些環(huán)的內(nèi)徑比層142中的孔126的內(nèi)徑小。應(yīng)當(dāng)相信的是當(dāng)使密封材料流動時，部分地重疊在層142中的具有孔126的密封材料將有助于使該材料流進和密封該開口。
圖9(a)描述了一個屏蔽罩的側(cè)視圖，除了到頂部的最后一層的第三層之外，該屏蔽罩由結(jié)構(gòu)材料形成，第三層是密封材料162。在圖9(b)中，從頂視圖示出了該密封材料層，其中可看到穿過該密封層的多個開口126’?；诿芊獠牧系牧鲃樱瑧?yīng)當(dāng)相信材料蔓延且陷落以在多個開口上架起橋并密封它們。密封層的陷落可從圖9(c)中的側(cè)視圖中看到。密封材料的蔓延和關(guān)閉多個開口可從圖9(d)中的頂視圖中看到，其中的虛結(jié)構(gòu)表示密封材料162的原始結(jié)構(gòu)，流動之后的蔓延出的材料166構(gòu)成了新的結(jié)構(gòu)。在可選的實施例中，可通過在該結(jié)構(gòu)的頂面上加壓或加力來幫助密封材料的陷落和密封材料的蔓延。
圖10(a)描述了由結(jié)構(gòu)材料制成的且具有開口174的屏蔽罩172的厚度(例如，一層或多層)，在開口174中有斜面176。在結(jié)構(gòu)材料層上面是密封材料層178。示出了具有梯級臺階的斜面176，盡管在一些實施例中它們更像一個斜面結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)相信傾斜(或小梯級臺階)有助于當(dāng)使密封材料流動時可流動的密封材料浸潤開口174的表面，因此有助于關(guān)閉該開口。圖10(b)示出了在使密封材料流動和使其重新凝固之后得到的對圖10(a)的開口的封閉。
圖10(c)示出了當(dāng)開口實質(zhì)上是圓形的且梯級臺階是內(nèi)徑逐漸變化的圓時，圖10(a)的開口的頂視圖。圖10(d)描述了圖10(a)的另一可選方式，其中開口表示為基本上是圓，但具有貫穿切開的徑向開口，其增加了開口的尺寸，用于改善蝕刻的進入和犧牲材料的去除，但也不形成使密封材料難于在孔隙之間架起橋梁的大開口。圖10(e)與圖10(c)和10(d)類似，然而是與相對于圓孔的矩形孔。盡管在圖10(e)中示出了開口的形狀基本上是方的，實際上它們可以被延長以使在延長的開口的每側(cè)具有斜面。如果延長貫穿梯級臺階的狹縫可增加其數(shù)目。
圖10(f)示出了關(guān)于屏蔽結(jié)構(gòu)172中的開口174的密封材料172的另一可選結(jié)構(gòu)。密封材料對稱地延伸超過屏蔽罩172中的開口的上部的每側(cè)的邊緣。應(yīng)當(dāng)相信，一旦使材料流動，此種結(jié)構(gòu)有助于關(guān)閉該孔。圖10(g)描述了圖10(f)的另一可選結(jié)構(gòu)，其中使一部分高懸的密封材料基本上延伸超過開口的中點，優(yōu)選地是基本上在該結(jié)構(gòu)的下側(cè)上方耦合開口的相對側(cè)，以使當(dāng)加熱可流動的材料流動時，其可流動并在開口的遠側(cè)上陷落，而因此密封該開口。圖10(h)是圖10(f)的另一個可選的方式，其中以這樣的方式形成結(jié)構(gòu)材料貫穿結(jié)構(gòu)材料的開口是非對稱的，并且如圖10(g)具有不在密封材料178中的開口的結(jié)構(gòu)。圖10(i)描述了另一種可選方式，其中高懸的部分包括粘結(jié)到其上的密封材料的凸起180。應(yīng)當(dāng)相信，一旦使密封材料流動，該材料的凸起對于幫助關(guān)閉開口是有用的。在其它的可選方式中，該材料的凸起可延伸到大得覆蓋斜面的整個右側(cè)。
圖11(a)描述了形成屏蔽罩的一部分的并在其中具有一個開口186的五層結(jié)構(gòu)材料181至185。結(jié)構(gòu)層配置成具有伸進開口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動，應(yīng)當(dāng)相信，突起188將有助于迫使密封材料在此變窄的區(qū)域中的間隙上架起橋，且一旦在兩側(cè)建立接觸將有助于在適當(dāng)位置保持密封材料。在此實施例以及其它實施例中，其對在去除犧牲材料之后但在使密封材料流動之前，用一種還原氣體或其它反應(yīng)工藝處理屏蔽罩是特別有用的。表面的反應(yīng)能有助于使可流動的密封材料浸潤結(jié)構(gòu)材料的表面。具體而言，如果使結(jié)構(gòu)材料發(fā)生反應(yīng)，且反應(yīng)起源于開口的一側(cè)，則可期望使密封材料朝向開口的相對側(cè)，因為可預(yù)見最接近起源地的一側(cè)會反應(yīng)的更快，因此流動的材料具有沿著其浸潤該結(jié)構(gòu)材料的方向的流動趨勢。同樣地，如果密封材料朝向屏蔽罩的內(nèi)部，則反應(yīng)起源于屏蔽罩的外部，高級別的反應(yīng)可朝向開口的外部延伸，并使材料向右流動，以密封開口。
圖11(b)描述了密封材料的一個可選結(jié)構(gòu)。由于密封材料沉積在突起上，此可選結(jié)構(gòu)可防止密封材料必須流過任意的未浸潤的材料表面，且由于有表面張力于是僅需要內(nèi)部的突起。在此類實施例中，可沒有必要或不期望激活結(jié)構(gòu)材料的表面。圖11(c)描述了另一可選方式，其中在鄰近開口的穴194中設(shè)置了密封材料的突起。應(yīng)當(dāng)相信，此種鄰近密封材料的較薄區(qū)域196的材料的穴可趨向于從較薄區(qū)域拖拽材料，如表面張力驅(qū)動密封材料使其表面積最小那樣，因此增加穴的突出程度有助于密封開口。
圖12(a)至12(c)描述了用于不同的可能開口結(jié)構(gòu)的沉積和流動密封材料的前后版本。在這些結(jié)構(gòu)中，附圖標(biāo)記202是結(jié)構(gòu)材料，附圖標(biāo)記204是沉積的密封材料，附圖標(biāo)記204’是流動的密封材料。
圖5(b)以方塊圖的形式展示了本發(fā)明的第二組實施例的基本步驟。在此圖中，對于如與圖5(a)相同的元件給出了相同的附圖標(biāo)記。方塊102’要求形成一組電化學(xué)制造層，其包括(1)將要被保護的結(jié)構(gòu)部件；(2)由一種結(jié)構(gòu)材料形成的但在其中具有至少一個開口的保護性屏蔽罩；(3)至少部分位于要被保護的結(jié)構(gòu)和該保護性屏蔽罩之間的犧牲材料。方塊102’也表示形成的各個層也可包括位于至少一個開口附近的密封材料。
在形成各個層之后，工藝進行到方塊104，其要求去除犧牲材料。這可以用選擇地去除犧牲材料而不破壞結(jié)構(gòu)材料(例如，通過選擇的化學(xué)蝕刻或熔化)的任何方法來執(zhí)行。
接下來，在方塊106中，該工藝要求選擇地排空屏蔽罩和要被保護的結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域。該工藝也可包括后面的用所期望的填充氣體填充該區(qū)域。例如，填充氣體可以是惰性的(例如，N2，Ar等)，或者其可以是化學(xué)活潑的，例如提供還原環(huán)境(例如，H2)。該工藝也可包括一些對預(yù)備用于下一個操作的結(jié)構(gòu)和屏蔽罩的組合有用的特殊處理。
接下來，工藝移動到方塊110，其要求將密封結(jié)構(gòu)移動到與屏蔽罩的剩余部分相對的位置。該密封結(jié)構(gòu)可包括一種密封材料。一般形成的各個層的至少一層或該結(jié)構(gòu)會包括一種密封材料。屏蔽罩或密封結(jié)構(gòu)的一個也可以或可選地包括一種粘結(jié)劑?？赏ㄟ^平移、旋轉(zhuǎn)或其某一組合移動該密封結(jié)構(gòu)。例如，通過使用結(jié)構(gòu)推壓，通過氣壓，通過去除犧牲材料時的陷落，通過由在一層覆蓋一層的形成過程中構(gòu)筑的壓力而導(dǎo)致的移動，通過產(chǎn)生使引起相對移動的相變等或通過其它方式等，產(chǎn)生了密封結(jié)構(gòu)的移動。
最后，在方塊108’中，暫時使該密封材料流動，而將屏蔽罩和密封結(jié)構(gòu)帶到或保持在一起。
根據(jù)在圖5(b)中列出的組的多個實施例的一個實施例，圖13(a)和13(b)描述了一個例子。圖13(a)描述了位于壁214上的蓋子212。壁的頂部用的是密封材料216。在去除任何犧牲材料(未示出)之后，蓋子的位置下降，且使密封材料216流動(例如，通過加熱蓋子)。密封材料被壓縮，并在蓋子和壁之間形成密封。蓋子212可通過電化學(xué)制造工藝制得或用某一其它方式制得。蓋子可以是與屏蔽罩的剩余部分不同的材料。蓋子可以是介電材料或甚至是一種透明材料。
在一些實施例中，像在圖13(a)和13(b)中所示的那樣，屏蔽罩的壁是與該結(jié)構(gòu)聯(lián)合制造的但蓋子不是。壁中可具有蝕刻的孔或不具有。形成的結(jié)構(gòu)的最后一層具有被施加的密封劑(例如，某類焊接劑)，其可被平坦化或不被平整。在盒子中蝕刻以釋放該結(jié)構(gòu)之后，將分離制造的蓋子(例如，某類的一個金屬薄板)放置在構(gòu)件上。此可在晶片規(guī)?；蛟诟鱾€器件上制成。可使焊接劑(或其它材料)流動且密封該器件。此方法提供幾個優(yōu)點(1)在密封之前，可容易地、可視地檢查器件或結(jié)構(gòu)；(2)在密封之前可執(zhí)行其它的工藝(例如，鍍金屬、鈍化、測試等)；(3)釋放蝕刻的疑問將較少；(4)關(guān)于施加或平坦化可流動的材料的問題將最少；(5)由于使用基本上未圖形化的薄板能夠除去一個或多個EFAB制造的層，所以將更便宜；(6)蓋子可由一種不易被電鍍的材料制成；及(7)利用焊接劑浸潤壁表面和蓋子表面變得不關(guān)鍵，結(jié)果是能將蓋子和壁表面壓在一起。
在一些可選實施例中，可在與壁相對的蓋子上沉積焊接劑(或其它可流動的密封材料)。
上述實施例的很多可選方式和很多其它實施例對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是明顯的。可使用多種結(jié)構(gòu)材料?？墒褂枚囝惪闪鲃拥牟牧稀？捎刹煌牟牧匣蛏踔炼喾N材料形成結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩。為了密封可以使用一種或多種可流動的材料，而其它材料可用于引起結(jié)構(gòu)彼此之間的相對位移，且因此有助于在去除任何犧牲材料之后，自動密封結(jié)構(gòu)。貫穿屏蔽罩或襯底可提供互相連接，以使可建立對于屏蔽罩的結(jié)構(gòu)的電連接。蓋子結(jié)構(gòu)或襯底可具有由透明窗覆蓋的開口，以使可將光部件埋入屏蔽罩和將光信號傳輸進和傳輸出屏蔽罩。襯底可包括導(dǎo)電的覆蓋透明結(jié)構(gòu)(例如，玻璃)，其中可與去除犧牲材料結(jié)合或緊接著犧牲材料的去除，來去除覆蓋層。另一選擇為，將一個足夠?qū)щ姾屯腹獾母采w層加施加到如玻璃、石英等的透明襯底上。
可使用各種技術(shù)以改進和補充上面所述的工藝。
可使用IR回流使加熱更加均勻，且使對要被保護的結(jié)構(gòu)(例如，器件)和襯底的加熱最小化。在此工藝中，與焊接劑層平行地、并以固定的距離放置比襯底大的IR源。可垂直于各個層的平面相對平移(即，沿著z軸)襯底，以使其接近于IR源，或其可在經(jīng)過源的傳輸通道上移動，或者在加熱之前其可被固定到適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 一個可選的加熱方法包括使用熱盤。在此方法中，使焊接劑層或接觸焊接劑的結(jié)構(gòu)材料的蓋子與熱盤接觸?？商幚碓摫P以改進焊接劑的浸潤。可通過沿著z軸平移使盤接觸，并通過橫向平移去除該盤。在一個更極端的情況下，盤可承載焊接劑并且封裝層不是必須被用焊接劑電鍍。在另一可選的使用熱盤的方式中，其可以使具有開口的層接觸熔融的密封材料(例如，已經(jīng)熔化的焊接劑)，當(dāng)將密封材料移去時其將浸潤和粘附到表面上，并將封住開口。
可使用各種表面處理以改進密封材料(例如，焊接劑)對結(jié)構(gòu)材料的浸潤?？墒褂萌缛蹌?、樹脂、表面活化劑的化學(xué)處理。也能使用電化學(xué)和等離子處理。也能將處理表面的化學(xué)藥品加到用于去除犧牲材料的蝕刻劑中。
可使用還原工藝減少能阻止密封材料流動的氧化物層，并因此改善了浸潤。作為一個實施例，在使密封材料流動之前，提供還原環(huán)境(例如，氫)。將密封材料保持為低于其熔點，直到氧化物層完全被還原。然后可用一種惰性氣體(例如，N2)代替還原環(huán)境。然后可排空惰性氣體以創(chuàng)造出排空的空間或?qū)⑵浔Ａ?。?dāng)屏蔽罩保持為排空或用所期望的氣體填充時，溫度會增加到回流溫度或高于回流溫度的所期望的溫度，以使在溫度降低到允許凝固熔融的密封材料之后，密封材料的流動導(dǎo)致密封。
在一些實施例中，可使用帶芯(wicking)的結(jié)構(gòu)以有助于密封材料的流動。理想地，將開口的尺寸設(shè)置為和將其定位到使蝕刻劑流動的區(qū)域最大的尺寸和位置，然而使對使用密封材料的浸潤受到的影響最小。圓形開口可能不是最佳的，窄長的開口(狹縫)或星形可能更好，但也可以用其它可選的方式。制作為圓形開口更能通過增加浸潤結(jié)構(gòu)而進行封閉(即，密封)。一種簡單的浸潤結(jié)構(gòu)是如圖7(a)所示的將開口分成兩半的一條線。該線的材料可以或者是結(jié)構(gòu)材料，或者是密封材料，或者是兩種材料(例如，彼此相鄰)。該線可以從各個層的平面中拱出，或者否則是非線性的形狀(例如，彎曲的或變化的尺寸)。更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可具有一個或多個由一組或多組線(例如，兩組對分線)連接起來的同心圓環(huán)。
在其它實施例中，特別地如果此種沉積基本上是直線沉積工藝，并且如果在孔的下面將結(jié)構(gòu)元件定位為能作為沉積停止和從其建立沉積的點，從該點能建立沉積以密封開口，則可以執(zhí)行沉積以填充孔。在圖14(a)和圖14(b)的幫助下描述了此種工藝。圖14(a)描述了封裝結(jié)構(gòu)的壁或蓋子302，在其下有存在要被密封的部件(未示出)。壁或蓋子包括開口304，在開口304下存在阻擋元件306。任何位于壁或蓋子302下的犧牲材料至少部分地經(jīng)由開口304被去除。在去除之后，可用一種所期望的氣體或其它材料填充該封裝，或其可保持被排空?？墒褂没緸榛蛑辽俸艽蟪潭壬蠟橹本€的沉積工藝(例如，經(jīng)由PVD)將足夠的材料沉積進孔中，以使孔被密封。在圖14(b)中經(jīng)由沉積材料308描述了此種密封。在圖14(b)中，沉積材料308顯示為選擇地施加。在其它實施例，可用一種覆蓋的方式沉積該材料。
在其它實施例中，為了促進焊接劑型密封器的密封，能在密封的開口上執(zhí)行一個PVD或其它沉積操作，以沉積一種材料，該種材料其特性趨向于更具封閉性(例如，金屬或玻璃)。在其它實施例中，能在焊接劑密封的開口上執(zhí)行電沉積操作以執(zhí)行密封。在其它實施例中，密封的封裝可以包括吸氣劑(getter)材料。
在圖15(a)至15(f)的幫助下解釋了另一個實施例。在圖15(a)中，首先在金屬性的釋放層408(例如，低熔點焊接劑)上作為頂層已經(jīng)制造了器件424(例如，如在此示出的電容)，該釋放層408施加到臨時的襯底420上。在圖15(b)中，在粘結(jié)最后的襯底之前，已經(jīng)部分地去除了犧牲材料420。在此時進行了盡可能多的蝕刻，盡管優(yōu)選地是甚至沒有在封裝中完全釋放該器件，因為然后此器件作為一個整體和其各個部件能從它們的意料位置轉(zhuǎn)移開。為了允許延長蝕刻，可為該器件的每個獨立元件設(shè)置錨定(anchoring)部分(沒有示出或在此例中不需要)，其向上延伸以使其在此起始蝕刻期間被嵌入到犧牲材料中，即使該元件另外(例如，由于其相對短的高度)沒有被錨定。在另外的將結(jié)構(gòu)加入到側(cè)壁的實施例中，完全的蝕刻是可以接受的。
在圖15(c)中，此結(jié)構(gòu)連接到最后的襯底432上，該襯底432被粘結(jié)劑層438覆蓋(除非該襯底是由熱塑材料或其它自己能粘結(jié)到結(jié)構(gòu)材料上的材料制成)。該粘結(jié)劑優(yōu)選地是一類能實現(xiàn)密封或親密密封的材料，且優(yōu)選地能良好地粘結(jié)到結(jié)構(gòu)材料上。
在圖15(d)中，示出了釋放層已經(jīng)被去除(例如，如果是焊接劑則通過熔化)，且已經(jīng)去除了臨時襯底(如果必要，可通過蝕刻、研磨、拋光等去除釋放層的任意殘渣)。在圖15(e)中，已經(jīng)穿過封裝中的孔蝕刻掉了剩余的犧牲材料。在圖15(f)中，該焊接劑(一般具有比釋放層所用的焊接劑的熔點高的熔點)被熔化以密封該器件(此步驟通常在填充了所期望的氣體的加熱室中進行，或在真空室中進行)。
16(a)至16(f)中描述了另一個實施例。在此實施例中，該結(jié)構(gòu)(元件、器件等)的各個分離元件錨定在其它元件和封裝的內(nèi)表面上，以使在分離元件保持在它們的位置的同時允許完全蝕刻掉犧牲材料。僅有一個單獨的小孔446需要用焊接劑450密封(在一些可選的方式，可設(shè)置多個孔)，且如果該封裝的內(nèi)部是壓強為大氣壓的空氣(例如，相對于惰性氣體或真空)，或如果在所期望的氣體或真空環(huán)境中能實施將結(jié)構(gòu)424和屏蔽罩462粘結(jié)在最后的襯底480上的操作，則不需要此孔以及相鄰的焊接劑。對于孔和焊接劑剩下的目的是完成‘襯底交換’之后允許創(chuàng)建該封裝的內(nèi)部氣體環(huán)境。在圖16(a)中，首先在金屬性的釋放層474(例如，低熔點的焊接劑)上作為頂層已經(jīng)制造了器件424，該釋放層474施加到臨時的襯底444上。已經(jīng)設(shè)置了高熔點焊接劑的高縱橫比‘柱子’456(實際上，也可以使用低熔點的焊接劑，在該情況下，相對于在圖16(e)中描述的完全分離的操作，在導(dǎo)致圖16(d)所示的狀態(tài)的步驟期間，柱子將分離)，以在接下來了的蝕刻期間錨定該器件的各個元件。在圖16(b)中，在粘結(jié)最后的襯底480之前，已經(jīng)完全去除了犧牲材料468。在圖16(c)中，此結(jié)構(gòu)連接到最后的襯底480上，該襯底480被粘結(jié)劑層486覆蓋。在圖16(d)中，釋放層474示出為已經(jīng)被去除或以其它方式釋放了其對臨時襯底444的夾緊，臨時襯底示出為被去除。在圖16(e)中，熔化高熔點的焊接劑456以密封該器件，且使這些柱子團成球，因為當(dāng)熔化時它們高的縱橫比(長度/直徑)導(dǎo)致它們將變得不穩(wěn)定。
另一組實施例給屏蔽罩提供了可移動的粘結(jié)密封結(jié)構(gòu)(例如，蓋子)。在這些實施例中，該密封結(jié)構(gòu)最初定位為允許蝕刻，且然后被移至和落到密封位置。將密封結(jié)構(gòu)粘結(jié)到屏蔽罩上使蓋子在蝕刻期間保持粘結(jié)到屏蔽罩上，且能因此以改進的對準(zhǔn)方式而定位。在一些實施例中，可通過一個或多個對準(zhǔn)元件補充粘結(jié)元件。在這些實施例的一些實施例中，可使用一個或多個粘結(jié)元件和/或?qū)?zhǔn)元件。在一些實施例中，這些粘結(jié)和/或?qū)?zhǔn)元件被定位在屏蔽罩和/或密封結(jié)構(gòu)的周界上。在一些可選實施例中，將它們定位到屏蔽罩和/或密封結(jié)構(gòu)的周界內(nèi)。
在一些實施例中，密封結(jié)構(gòu)相對于屏蔽罩的移動可以使對準(zhǔn)或粘結(jié)元件還前進到屏蔽罩的內(nèi)部，因此需要在元件和要被封裝的結(jié)構(gòu)(器件)之間實施充分的清潔。在一些可選方式中，對準(zhǔn)和/或粘結(jié)元件可以被安裝在自身的屏蔽罩上，且因此不會在密封發(fā)生時引起屏蔽罩的內(nèi)部空間的收縮。
在圖17(a)和17(b)中描述了根據(jù)此組實施例設(shè)置和封裝的一例結(jié)構(gòu)，圖17(a)和17(b)示意地描述了處于預(yù)密封狀態(tài)和密封狀態(tài)的封裝和結(jié)構(gòu)。圖17(a)描述了具有粘結(jié)元件510的密封結(jié)構(gòu)或蓋子元件508。蓋子元件508與安裝在襯底502上的屏蔽罩506間隔開，它們一起定義了內(nèi)部區(qū)域514，在其中設(shè)置了結(jié)構(gòu)504。粘結(jié)元件510從位于保持結(jié)構(gòu)中的開口伸出，該保持結(jié)構(gòu)形成了屏蔽罩506的一部分。蓋子508和/或屏蔽罩506(兩者如描述的那樣)含有密封元件512(例如，焊接劑或一種可密封的粘結(jié)劑)。圖17(b)描述了已經(jīng)配對之后的屏蔽罩和蓋子。然后該密封材料被熔化或使其密封屏蔽罩。
在描述的例子中，用于蝕刻該結(jié)構(gòu)的流通通道沿著屏蔽罩的周界定位。這在一些實施例中是可以接受的，但如果屏蔽罩相對較寬，僅從該結(jié)構(gòu)的邊緣或周界的蝕刻可能會產(chǎn)生問題(例如，慢的蝕刻時間，對該結(jié)構(gòu)的周界的破壞，其結(jié)果是暴露了蝕刻劑，及其它等)。在其它實施例中，可以有其它的通道和密封結(jié)構(gòu)(例如，其中貫穿蓋子的內(nèi)部設(shè)置通道)。
結(jié)構(gòu)和屏蔽罩或者在蝕刻犧牲材料(例如，銅)期間較佳地顛倒或者另外從屬于不同的方向。當(dāng)蝕刻所有的犧牲材料時，蓋子可自由移動，且結(jié)構(gòu)和屏蔽罩被烘干并可以放置為正面朝上，以使蓋子落進位于如圖17(b)所示的薄的電鍍焊接劑層頂部的密封位置。接下來，加熱該封裝而在蓋子和屏蔽罩之間形成焊接劑焊縫，以完成該封裝。如描述的那樣，蓋子和屏蔽罩都具有焊接劑電鍍的周界，因此不需要浸潤結(jié)構(gòu)材料。
圖18(a)至18(d)描述了其它可選的可以在密封屏蔽罩中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。如上所述的位于蓋子或屏蔽罩中的蝕刻孔對于減少蝕刻時間是有用的，且在一些結(jié)構(gòu)中，這些孔不需被限制成通過填充的焊接劑可被密封的尺寸。圖18(a)描述了具有密封材料524的屏蔽罩522，該密封材料位于延伸穿過孔526的開口的附近?？梢苿拥卣辰Y(jié)到屏蔽罩上的是蓋子元件528，其形成在較低的位置，并能一旦蝕刻已經(jīng)完成就能向高處移動，且希望其密封該結(jié)構(gòu)。蓋子元件包括延伸穿過其的開口536，并從開口526稍微偏移。圖18(b)描述了當(dāng)相對定位以獲得封閉狀態(tài)時的屏蔽罩和蓋子，在此點進行密封。圖18(c)示出了圖18(a)的結(jié)構(gòu)的頂視圖，其中通過延伸穿過屏蔽罩522的孔506可看到蓋子元件528。用虛線示出了蓋子528中的孔516。
圖18(d)示出了可選的結(jié)構(gòu)，其中附著元件位于屏蔽罩538的周界上，且其中屏蔽罩部分540(形成具有唇緣的溝槽以抓住蓋子546)可包括能有助于提供多余蝕刻劑的開口544。
在一些可選的實施例中，可實施在此公開的封裝技術(shù)，而沒有必要密封位于屏蔽罩中的結(jié)構(gòu)。
在一些可選的實施例中，可以按照最小化或甚至消除其被平坦化的需求的方式沉積和形成焊接劑(例如，能通過沉積到低于下一個平坦化水平面的高度的選擇沉積或在空隙中的沉積)。
在其它可選的實施例中，蓋子不需要是平的或缺少特征，蓋子(即，屏蔽罩的另一半可包含已經(jīng)被電化學(xué)制造成的或已經(jīng)被用一些其它方式生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)部件)。
在其它可選的實施例中，可在蝕刻掉犧牲材料之后將蓋子放置在屏蔽罩上，且可用環(huán)氧材料或其它材料覆蓋(特別是在從蓋子到屏蔽罩的橋區(qū)域中)蓋子以完成密封操作。在其它實施例中，可經(jīng)由斜面將蓋子對到與屏蔽罩配上。在其它實施例中，焊接劑、其它可熔化的材料、粘結(jié)劑等可用于建立位于屏蔽罩和蓋子之間的初步的粘結(jié)或密封，而用環(huán)氧材料或其它材料(例如，電沉積的、濺射的、或其它方式施加的金屬)的覆蓋可用于提升封裝的整體性。
下面所敘述的專利申請和專利所提及的全部內(nèi)容在此以參考的方式合并于此。每個專利申請或?qū)＠闹髦及ㄔ诒碇校杂兄谧x者找到教導(dǎo)的具體類型。無意將主旨的合并限制到那些具體指明的主旨中，但是代替地，將合并包括到在這些申請中發(fā)現(xiàn)的所有主旨中。在這些合并的申請中的教導(dǎo)可以多種方式與即時的申請相結(jié)合例如，可從教導(dǎo)的結(jié)合中得到改進的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的方法，可得到改進的裝置等。
在2000年1月20日提交的、題目為“An Apparatus forElectrochemical Fabrication Comprising a Conformable Mask”的美國專利申請第09/488,142號是產(chǎn)生上述6,027,630專利的申請的一個分案。此申請描述了適形接觸掩模電鍍和電化學(xué)制造的基礎(chǔ)，包括各種可選的可用于實施EFAB的方法和裝置，以及用于構(gòu)筑適形接觸掩模的各種方法和裝置。
在2002年10月1日提交的、題目為“Monolithic Structure IncludingAlignment and/or Retention Fixtures for Accepting Components”的美國專利申請第60/415,374號，通常關(guān)于永久的或臨時的用于接收多個部件的對準(zhǔn)和/或保持結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地經(jīng)由多個沉積操作(例如，電沉積操作)以單片集成電路的形式形成該結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一般包括兩個或多個定位固定裝置，其控制或幫助部件彼此之間的相對定位，這些特征包括(1)定位向?qū)Щ蛲Ｖ辜?，其在一個或多個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，其將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，其接收和保持調(diào)整模型，在調(diào)整模型中可固定部件，其從而能用于精確調(diào)整部件的位置和/或方位。
在2003年4月21日提交的、題目為“Methods of ReducingDiscontinuities Between Layers of Electrochemically FabricatedStructures”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US026-A-MG)，通常用于指導(dǎo)多個提供用于從多個材料粘結(jié)層制造出三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造的方法和裝置的實施例，該方法和裝置包括用于減少相鄰層之間的轉(zhuǎn)換的不連續(xù)性的操作和結(jié)構(gòu)。一些實施例改進了生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)(特別是在與具有偏移邊緣的層相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中)與從表示三維結(jié)構(gòu)的原始數(shù)據(jù)中得到的結(jié)構(gòu)的意料尺寸之間的一致性。一些實施例利用了選擇的和/或覆蓋化學(xué)的和/或電化學(xué)蝕刻工藝，或它們的組合工藝。一些實施例在形成單層期間利用了多步沉積或蝕刻操作。
在2003年5月7日提交的、題目為“EFAB With Selective TransferVia Instant Mask”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGenDocket NO.P-US029-A-MG)，通常關(guān)于三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)是通過在先前沉積的材料上穿過圖形化掩模中的空隙沉積第一材料而用電化學(xué)方式制造成的，其中該圖形化掩模至少臨時粘結(jié)到襯底或材料的先前形成層上，并經(jīng)由傳送工具而形成和圖形化到該襯底上，該傳送工具圖形化為能傳送先前掩模材料的所期望的圖形。在一些實施例中，在傳送到襯底之后，將先前的材料傳送進掩模材料，而在其它實施例中，在傳送期間或之前傳送前先前的材料。在一些實施例中，多層是在另一層的頂上形成一層以構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，掩模材料用作一種建造材料，而在其它實施例中，掩模材料被代替，每一層被一種不同的例如導(dǎo)電或介電材料所代替。
在2003年5月7日提交的、題目為“Three-Dimensional ObjectFormation Via Selective Inkjet Printing & Electrodeposition”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US030-A-MG)，通常關(guān)于三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)是通過在先前沉積的材料上穿過圖形化掩模中的空隙沉積第一材料而用電化學(xué)方式制造成的，其中該圖形化掩模至少臨時粘結(jié)到襯底或材料的先前形成層上，并直接從由計算機控制的分配設(shè)備(例如，噴墨嘴或陣列或噴出設(shè)備)選擇地分配的材料形成和圖形化。在一些實施例中，多層是在另一層的頂上形成一層以構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，掩模材料用作建造材料，而在其它實施例中，掩模材料被代替，每一層被一種不同的例如導(dǎo)電或介電材料所代替。
在2002年10月15日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forMaking High Aspect Ratio Microelectromechanical Structures”的美國專利申請第10/271,574號，通常關(guān)于本發(fā)明的展示用于經(jīng)由電化學(xué)噴出(ELEXTM)工藝形成結(jié)構(gòu)(例如，HARMS-類結(jié)構(gòu))的技術(shù)的多個實施例。優(yōu)選實施例經(jīng)由穿過無陽極的適形接觸掩模的沉積執(zhí)行該噴出工藝，該接觸掩模最初被壓靠在襯底上，當(dāng)沉積變厚時該襯底然后被逐步推掉或分離。通過在掩模和襯底元件之間引入相對復(fù)雜的動作，沉積的圖形會在沉積的過程中變化。通過組合ELEXTM工藝、選擇的沉積、覆蓋沉積、平坦化、蝕刻和EFABTM的多層操作，可以形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
在2002年12月20日提交的、題目為“EFAB Methods of andApparatus Including Spray Metal or Powder Coating Processes”的美國專利申請第60/435,324號，通常關(guān)于本發(fā)明的展示用于經(jīng)由組合合并的電化學(xué)制造工藝和熱噴射工藝形成結(jié)構(gòu)的技術(shù)的多個實施例。在第一組實施例中，經(jīng)由適形接觸掩模處理進行選擇地沉積，且在覆蓋沉積中使用熱噴射以填充由選擇的沉積處理留下的空隙。在第二組實施例中，使用經(jīng)由適形接觸掩模處理的選擇性沉積，以在圖形中放置第一材料，該圖形與被金屬熱噴射占用的網(wǎng)絡(luò)圖形相似。在這些其它實施例中，覆蓋沉積第二材料，以填充在第一圖形中留下的空隙，將兩個沉積平坦化到稍微高過所期望的層厚度的共同水平面，去除第一材料(例如，通過蝕刻)，且將第三材料噴射進由蝕刻材料留下的空隙。將在第一和第二組實施例中得到的沉積平坦化到制備中所期望的層厚度，用于增加附加層以從多個粘結(jié)層形成三維結(jié)構(gòu)。在其它實施例中，可以使用附加的材料和不同的工藝處理。
在2002年11月26日提交的、題目為“Multi-cell Masks and Methodsand Apparatus for Using Such Masks to Form Three-dimensionalStructures”的美國專利申請第60/429,483號，通常關(guān)于經(jīng)由在多個重疊層和粘結(jié)層中沉積一種或多種材料而用電化學(xué)方式制造成的多層結(jié)構(gòu)。經(jīng)由多元可控掩模獲得了選擇性沉積。另一選擇為，經(jīng)由覆蓋沉積和經(jīng)由多元掩模的選擇性去除材料，獲得網(wǎng)絡(luò)選擇性沉積。掩模的各個單元可包括含有可沉積的材料的電極或能從襯底接收蝕刻掉的材料的電極。另一選擇為，各個單元可包括允許或禁止離子在襯底和外部電極之間流動的通道，且其包括能用于選擇地允許或禁止離子流動和由此禁止明顯的沉積或蝕刻的電極或控制元件。
在2002年11月26日提交的、題目為“Non-Conformable Masks andMethods and Apparatus for Forming Three-dimensional Structures”的美國專利申請第60/429,484號，通常關(guān)于從多個重疊層和粘結(jié)層形成多層結(jié)構(gòu)(例如，器件)的電化學(xué)制造。通常使用獨立于在其上操作的襯底的掩模以實現(xiàn)選擇性圖形化。這些掩模允許在襯底上選擇地沉積材料或它們允許選擇地蝕刻襯底，其中用一種選定的材料填充產(chǎn)生的空隙之后，將其平坦化以有效地獲得對選定的材料的選擇性沉積?？梢杂靡环N接觸的方式或接近的方式使用掩模。在接觸的方式中，掩模和襯底物理地相配以形成基本獨立的處理穴(pocket)。在接近的方式中，掩模和襯底充分靠近以允許形成適當(dāng)獨立的處理穴(pocket)。在一些實施例中，掩?？删哂羞m形接觸表面(即，具有足夠的變形的面，該變形能與襯底的表面基本一致以用其形成密封)或它們可具有半剛性或甚至剛性表面?？蓤?zhí)行后沉積蝕刻操作以去除快速沉積物(薄的不需要的沉積物)。
在2002年12月3日提交的、題目為“Miniature RF and MicrowaveComponents and Methods for Fabricating Such Components”的美國專利申請第10/309,521號，通常關(guān)于指揮或控制部件的RF和微波輻射，這些部件設(shè)置為單片集成電路，可由多個電沉積操作和/或多個材料沉積層形成，可以包括開關(guān)、電感、天線、傳輸線、濾波器和/或其它有源或無源部件。部件可包括非輻射入口和非輻射出口通道，其對從結(jié)構(gòu)材料上分離犧牲材料是有用的。優(yōu)選的形成處理使用電化學(xué)制造技術(shù)(例如，包括選擇性沉積，整塊沉積、蝕刻操作和平坦化操作)和后沉積工藝(例如，選擇性蝕刻操作和/或后填充操作)。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods for FabricatingThree-Dimensional Structures Including Surface Treatment of a FirstMaterial in Preparation for Deposition of a Second Material”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US049-A-MG)，通常關(guān)于一種由至少第一和第二材料的多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的方法，其中第一材料是導(dǎo)電材料，且其中多個層的每一層包括在沉積第二材料之前處理第一材料的表面。對第一材料的表面的處理或者(1)降低了將第二材料沉積到第一材料上的敏感性，或者(2)易于或迅速去除沉積在已處理的第一材料的表面上任意第二材料。在一些實施例中，對第一表面的處理包括在通過電沉積工藝(例如，電鍍或電泳工藝)進行沉積第二材料的同時在表面上形成介電覆蓋物。
在2003年3月13日提交的、題目為“Electrochemical FabricationMethod And Apparatus for Producing Three-Dimensional StructuresHaving Improved Surface Finish”的美國專利申請第10/387,958號，通常關(guān)于由多個沉積材料層制造三維結(jié)構(gòu)(例如，部件或器件)的電化學(xué)制造工藝，其中通過去除材料或規(guī)定沉積材料的選定表面的操作產(chǎn)生形成一些層的至少一些部分。在一些實施例中，去除或規(guī)定操作在各層或在一層的不同部分之間變化，以得到不同的表面質(zhì)量。在其它實施例中，可以不用變化去除或規(guī)定操作而獲得變化的表面質(zhì)量，但通過依靠去除或規(guī)定操作和由這些操作所使用的不同材料之間的不同交叉而代替。
在2003年5月7日提交的、題目為“Conformable Contract MaskingMethods with and Apparatus Utilizing in Situ Cathodic Activation of aSubstrate”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US059-A-SC)，通常關(guān)于一種電鍍工藝(例如，適形接觸掩模電鍍和電化學(xué)制造工藝)，該工藝包括表面上的在位反應(yīng)(situ activation)，將說明在該表面上進行的沉積。至少一種要被沉積的材料具有高于開電路電壓的有效沉積電壓，且其中能將沉積控制參數(shù)設(shè)置為這樣的值能將電壓控制為處于有效沉積電壓和開電路電壓之間的值，以使沒有明顯的沉積發(fā)生，但能發(fā)生襯底的至少一部分的表面反應(yīng)。在經(jīng)由電鍍液在包括該至少一種材料的陽極和襯底之間建立電接觸之后，加載電壓或電流以激活表面而沒有明顯的沉積發(fā)生，且此后不切斷電接觸，使沉積發(fā)生。
在2003年5月7日提交的、題目為“Electrochemical FabricationMethods with Enhanced Post Deposition Processing”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US060-A-SC)，通常關(guān)于一種由多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的方法，該多個粘結(jié)層設(shè)置為每層包括至少一種結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)和至少一種犧牲材料(例如，銅)，在完全形成所有的層之后，將從結(jié)構(gòu)材料上蝕刻掉該犧牲材料。包含亞氯酸鹽(例如，Ethone C-38)的銅蝕刻劑與侵蝕抑制劑(例如，硝酸鈉)相結(jié)合，以防止在去除犧牲材料期間使結(jié)構(gòu)材料起凹點。一種簡單的用于烘干蝕刻結(jié)構(gòu)而不會引起表面粘在一起的烘干工藝，包括在蝕刻后在水中浸潤該結(jié)構(gòu)，然后在酒精中浸潤，然后將該結(jié)構(gòu)放進烘干爐中烘干。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forForming Three-Dimensional Structures Integral with Semiconductor Basecircuitry”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US061-A-MG)，通常關(guān)于一種改進的能使用作為襯底的半導(dǎo)體基底電路形成三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝。該結(jié)構(gòu)的電功能部分由粘結(jié)到電路的接觸焊盤上的結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)形成。通過利用適當(dāng)?shù)钠琳蠈颖Ｗo鋁接觸焊盤和硅結(jié)構(gòu)不受到銅擴散的破壞。在一些實施例中，經(jīng)由使用無電的鎳電鍍的焊接劑塊形成技術(shù)而將鎳加到鋁接觸焊盤上。在其它實施例中，使用選擇的無電的銅電鍍或直接金屬化直接在介電無源層上電鍍犧牲材料。在其它實施例中，屏蔽結(jié)構(gòu)材料的沉積位置，然后沉積犧牲材料，去除屏蔽罩，然后沉積結(jié)構(gòu)材料。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forMolding Structures Using Sacrificial Metal Patterns”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US064-A-MG)，通常關(guān)于模型結(jié)構(gòu)，用于生產(chǎn)模型結(jié)構(gòu)的方法和裝置。模型的至少一部分表面特征是從多層電化學(xué)制造結(jié)構(gòu)(例如，由EFABTM形成工藝制造)形成的，一般包括具有位于1微米至100微米范圍內(nèi)的分辨率的特征。如有必要，分層結(jié)構(gòu)與其它模型部件結(jié)合，將模型材料注射進該模型并硬化。該分層結(jié)構(gòu)與任意的其它模型部件一起被去除(例如，通過蝕刻)，以獲得模型制品。在一些實施例中，分層結(jié)構(gòu)的多個部分保持在模型制品中，且在其它實施例中，在部分或完全去除分層結(jié)構(gòu)之后，附加了另外一種模型材料。
在2003年5月7日提交的、題目為“Electrochemically FabricatedStructures Having Dielectric or Active Bases and Methods of andApparatus for Producing Such Structures”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US065-A-MG)，通常關(guān)于多層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)是在臨時(例如，導(dǎo)電)襯底上以電化學(xué)方式制造的，此后與永久(例如，介電的、圖形化的、多材料的或其它功能的)襯底結(jié)合，并去除臨時襯底。在一些實施例中，從頂層到底層形成結(jié)構(gòu)，以使結(jié)構(gòu)的底層粘結(jié)到永久襯底上，而在其它實施例中，從底層到頂層形成結(jié)構(gòu)，然后進行雙襯底交換。永久襯底可以是與分層結(jié)構(gòu)結(jié)合(例如，通過粘結(jié))的固體，或者其可如可流動的材料一樣起動，該可流動的材料與結(jié)構(gòu)的一部分相鄰或部分圍繞結(jié)構(gòu)的一部分而凝固，在凝固期間進行結(jié)合。在粘結(jié)到永久襯底之前可以從犧牲材料上釋放多層結(jié)構(gòu)，或可在粘結(jié)之后將其去除。
在2003年5月7日提交的、題目為“Multistep Release Method forElectrochemically Fabricated Structures”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US067-A-MG)，通常關(guān)于多層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)是從至少一種結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)和至少一種犧牲的材料(例如，銅)以電化學(xué)方式制造的，該結(jié)構(gòu)材料被構(gòu)造成定義所期望的結(jié)構(gòu)，且其可粘結(jié)到襯底上，犧牲材料圍繞所期望的結(jié)構(gòu)。在形成結(jié)構(gòu)之后，通過多階段蝕刻操作去除犧牲材料。在一些實施例中，犧牲材料可位于襯底上的通道等中或位于另外加上去的部件中。多階段蝕刻操作可被緊接著的后處理活動分離開，它們可被清潔操作、或去除屏障材料操作等分離開?？赏ㄟ^接觸結(jié)構(gòu)材料或襯底將屏障固定到位，或可以通過犧牲材料單獨將它們固定到位，因此屏障可以在蝕刻掉所有剩余的犧牲的材料之后自由地被去除。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forElectrochemically Fabricated Structures Via Interlaced Layers or ViaSelective Etching and Filling of Viods”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US068-A-MG)，通常關(guān)于多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)是這樣以電化學(xué)的方式制造出來的通過沉積第一材料、選擇地蝕刻第一材料(例如，經(jīng)過掩模)、沉積第二材料以填充由蝕刻產(chǎn)生的空隙、然后平坦化該沉積物以使結(jié)合正在生成的層，且此后將另外的層加到先前形成的層上。第一和第二沉積可以是覆蓋或可選擇的類型?？捎凶兓?例如，變化為圖形；與沉積、蝕刻、和/或平坦化操作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的數(shù)目或存在；操作的順序，或沉積的材料)或沒有變化地重復(fù)用于形成連續(xù)層的形成工藝。其它實施例使用與一些層相關(guān)聯(lián)的沉積材料和與其它層相關(guān)聯(lián)的沉積材料相交織的操作而形成了多層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還有多個其它實施例。這些實施例中的一些可基于在此以參考方式合并于此的多個教導(dǎo)的教導(dǎo)組合。一些實施例可以沒有使用任何覆蓋沉積工藝和/或它們沒有使用平坦化工藝。一些實施例可包括在單個層或不同層上選擇地沉積多種不同的材料。一些實施例可以使用不是電沉積工藝的覆蓋沉積工藝。一些實施例可以使用不是接觸掩模工藝的、且甚至不是電沉積工藝的選擇性沉積工藝。一些實施例可以使用鎳作為結(jié)構(gòu)材料而其它實施例可以使用不同的材料，如金、銀、或其它任意的能與銅和/或一些其它犧牲材料分離開的可電沉積的材料。一些實施例在利用或不利用犧牲材料的情況下可以使用銅作為結(jié)構(gòu)材料。一些實施例可以去除犧牲材料而其它實施例可以不用去除。在一些實施例中，陽極可與接觸掩模支承不同，且該支承可以是孔結(jié)構(gòu)或其它有孔的結(jié)構(gòu)。一些實施例可以使用多個具有不同圖形的適形接觸掩模，以使在不同層上和/和在單層的不同部分上沉積材料的不同選擇性圖形。在一些實施例中，當(dāng)以這樣的方式進行沉積時允許CC掩模的適形部分與襯底之間的密封從適形材料的面上轉(zhuǎn)移到適形材料的內(nèi)邊緣，通過從襯底拉開適形接觸掩模將改善沉積的深度。
總而言之，本發(fā)明其中的教導(dǎo)、另外的很多實施例、設(shè)計和使用的可選方式對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是易于理解的。因此，并非將本發(fā)明局限于上述特別解釋的實施例、可選方式和使用方法，而替代地，本發(fā)明由此后所顯示的權(quán)利要求單獨限制。
權(quán)利要求
1.一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少三種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一個開口限制；(3)位于該至少一個開口附近的密封材料；(4)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料；其中在形成多個層之后，去除位于所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料的至少一部分；及其中在去除犧牲材料之后，使密封材料臨時性地流動和密封至少一個開口，以阻斷或明顯限制材料經(jīng)由至少一個密封的開口從屏蔽罩的外部到屏蔽罩內(nèi)部的通道。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中對犧牲材料的去除包括蝕刻。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中在去除之后和在密封之前，在至少一個開口中或附近的至少一個位置放置還原劑，以減少在該至少一個位置處的氧化物的存在。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中在去除之后和密封之前，使所期望的氣體填充屏蔽罩的內(nèi)部空腔，所期望的結(jié)構(gòu)部件至少部分地位于該空腔中。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中在去除之后和密封之前，所期望的結(jié)構(gòu)部件至少部分地位于其中的、屏蔽罩的內(nèi)部空腔被至少部分地排空。
6.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中至少一個開口和密封材料如此定位使密封材料流動以密封開口時，密封材料不需在任何結(jié)構(gòu)材料上流動。
7.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中至少一個開口至少部分地由使密封材料鼓起并在開口上架橋的可流動密封材料的表面張力所密封。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中至少一個開口具有傾斜的壁，其給出了開口的穿過屏蔽罩、密封材料或密封材料和屏蔽罩的組合的非固定的截面尺寸。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中至少一個開口具有限制，當(dāng)密封開口時密封材料圍繞其流動。
10.一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少兩種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一個開口限制；(3)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料；其中在形成多個層之后，去除位于所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料的至少一部分；及其中在去除犧牲材料之后，在保護性屏蔽罩和密封結(jié)構(gòu)之間形成密封，其中保護性屏蔽罩或密封結(jié)構(gòu)的至少一個包括密封材料，該密封材料可用于建立對該至少一個開口的密封，以阻斷或明顯限制材料經(jīng)由至少一個密封的開口從屏蔽罩的外部到屏蔽罩內(nèi)部的通道。
11.一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少兩種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一個開口限制；(3)至少一個阻斷結(jié)構(gòu)，其沿著包括至少一個開口但與保護性屏蔽罩分離開的視線而定位；及(4)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料；其中在形成多個層之后，去除位于所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料的至少一部分；及其中在去除犧牲材料之后，沉積密封材料，以使其打斷該阻斷材料，該阻斷材料阻止密封材料大量的進入屏蔽罩，其中通過連續(xù)地構(gòu)建密封材料密封該至少一個開口，以阻斷或明顯限制材料經(jīng)由至少一個密封的開口從屏蔽罩的外部到屏蔽罩內(nèi)部的通道。
12.一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)在襯底上沉積一層的至少一部分，其中襯底可以包括先前沉積的材料；及(B)形成多個層，以使每個連續(xù)層與先前沉積的層相鄰地和粘結(jié)地形成；其中多個層包括至少兩種不同材料，以及其中多個層包括材料的圖形，包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)部件，其要被保護，且其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；(2)保護屏蔽罩，其至少部分地由結(jié)構(gòu)材料形成，其中屏蔽罩的至少一部分至少部分地包圍所期望的結(jié)構(gòu)部件，且其中屏蔽罩由其中的至少一個開口限制；(3)至少部分地位于要被保護的所期望的結(jié)構(gòu)部件和屏蔽罩的至少一部分之間的犧牲材料。
全文摘要
在一些實施例中，從至少一種結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)、至少一種犧牲材料(例如，銅)和至少一種密封材料(例如，焊接劑)以電化學(xué)方式制造多層結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，使該分層結(jié)構(gòu)具有所期望的結(jié)構(gòu)其至少部分和緊挨地被犧牲材料包圍，犧牲材料依次幾乎完全被結(jié)構(gòu)材料包圍。包圍的結(jié)構(gòu)材料包括位于其表面中的開口，穿過開口蝕刻劑能侵蝕和去除在其中所發(fā)現(xiàn)的條狀的犧牲材料。密封材料位于開口附近。在去除犧牲材料之后，盒子被排空或被用所期望的氣體或液體填充。此后，使密封材料流動，密封開口，并重新凝固。在其它實施例中，增加了后層形成蓋子或其它屏蔽罩形成結(jié)構(gòu)。
文檔編號C25D1/00GK1692181SQ03815822
公開日2005年11月2日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月7日
發(fā)明者A·L·科恩, M·S·洛卡德, D·R·斯莫利, V·阿拉特, C·J·李 申請人:微制造公司