JP2008188754A - 三次元微細構造体およびその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元微細構造体およびその形成方法が提供される。
【解決手段】微細構造体は逐次的構築プロセスにより形成され、互いに機械的に固定された微細構造体要素を含む。微細構造体は例えば、電磁エネルギーの同軸伝送路に使用される。
【選択図】図１３

Description

（特許に係る政府の権利）
本発明は、国防高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）より受けた契約第Ｗ９１１ＱＸ−０４−Ｃ−００９７号に基づきアメリカ合衆国政府の支援でなされたものである。当該政府は本発明について一定の権利を有する。

本願は２００６年１２月３０日に出願された米国仮出願第６０／８７８３１９号について３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１９（ｅ）条に基づく優先権の利益を請求するものであり、その全内容は参照により本書に組み込まれる。

本発明は、概して微細製造技術と三次元微細構造体の形成に関する。本発明は、電磁エネルギー伝達のための微細構造体、例えば、同軸伝送要素の微細構造体、および、かかる微細構造体を逐次的構築プロセスで形成する方法に特定の適用性を有する。

逐次的構築プロセスによる三次元微細構造体の形成は、例えばＳｈｅｒｒｅｒ等への米国特許第７０１２４８９号に記載されている。’４８９号特許は、逐次的構築プロセスにより形成された同軸伝送路の微細構造体を開示している。微細構造体は基体上に形成され、外部導体と、中心導体と、中心導体を支持する一以上の誘電支持部材とを有する。内部導体と外部導体の間の容積は空気または空であり、それは該容積に先に充填された犠牲的材料を構造体から取り除くことで形成される。
米国特許第７０１２４８９号明細書

異なる材料の微細構造体、例えば、浮いた状態の微細構造体、例えば、該’４８９号特許の微細構造体における中心導体を製造するときに、特に構成要素が異なる材料で形成されている場合に、構成要素間の付着性が不十分であることによる問題が生じることがある。例えば、誘電支持部材を形成するのに有用な材料は、外部導体および中心導体の金属材料に対する低い付着性を示すことがありうる。この低い付着性のために、誘電支持部材が外部導体と中心導体のいずれかから、あるいは両方から分離してしまうことがありえ、これは、誘電支持部材が外部導体の側壁の一端部に埋め込まれていても起こりうる。このような分離は、製造中や製造後にデバイスを正常に動作させている最中にデバイスに振動が伝わったり、他の力が加わったりすると、特に問題になりうる。デバイスは、例えば、飛行機のように高速の乗り物に使用していると、極度に大きな力を受けうる。かかる分離の結果、同軸構造の伝送性能の質が落ちて、デバイスが動作不能となり得る。

このように、最新技術水準に伴う問題に対処することができる三次元微細構造体およびその形成方法が求められている。

本発明の第一の実施態様に従って、提供されるのは逐次的構築プロセスで形成される三次元微細構造体である。微細構造体は、第一材料で形成される第一微細構造体要素；および、該第一微細構造体要素と接触し、かつ第一材料とは異なる第二材料で形成される第二微細構造体要素を含む。第一微細構造体要素は、該第一微細構造体要素を第二微細構造体要素に機械的に固定するためのアンカー部を含む。該アンカー部は、第二微細構造体要素に対する断面における変化を含む。微細構造体は、基体上に第一微細構造体要素と第二微細構造体要素が配置される基体を含んでもよい。本発明の一実施形態では、微細構造体が、中心導体、外部導体および中心導体を支持するための誘電支持部材を有する同軸伝送路を含み、誘電支持部材が第一微細構造体要素であり、並びに内部導体および／または外部導体が第二微細構造体要素であることもできる。

本発明の第二の実施態様に従って、提供されるのは逐次的構築プロセスによる三次元微細構造体の形成方法である。方法は、基体上に複数の層を配置することを含み、ここで該複数の層は第一材料の層と、および第一材料とは異なる第二材料の層とを含む。第一微細構造体要素は第一材料から形成され、第二微細構造体要素は第二材料から形成される。第一微細構造体要素は、第一微細構造体要素を第二微細構造体要素に機械的に固定するためのアンカー部を含む。アンカー部は、第二微細構造体要素に対する断面における変化を含む。

本発明の他の特徴および利点は、明細書、特許請求の範囲および添付の図面を見ることで当業者には明らかになろう。

本発明は以下の図面を参照して説明され、図面において同じ種類の参照数字は同様の部材を示す。
図１〜１３は、本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。
図１４Ａ〜Ｈは、本発明によるアンカー構造を備えた典型的な三次元微細構造誘電要素の部分水平断面図である。
図１５および１６は、本発明による典型的な三次元微細構造体の側断面図を示す。

説明される典型的なプロセスは、三次元微細構造体を構築する逐次的構築を含む。ここで、「微細構造体」という用語は、典型的にはウェハまたはグリッドレベル上に、微細加工プロセスにより形成された構造体を指す。本発明の逐次的構築プロセスにおいて、微細構造体は、様々な物質および予め定められた方法で逐次的に積層すること、および処理することによって形成される。例えば、フィルム形成、リソグラフィによるパターニング、エッチング、および他の任意的プロセス、例えば、平坦化技術で実行される場合、多様な三次元微細構造体を形成する柔軟な方法が提供される。

逐次的構築プロセスは一般に次のプロセスの様々な組み合わせを包含するプロセスを通じて達成される：それは、（ａ）金属、犠牲的材料（例えば、フォトレジスト）および誘電体の被覆プロセス；（ｂ）表面の平坦化；（ｃ）フォトリソグラフィ；および（ｄ）エッチングまたは他の層除去プロセスである。金属を堆積するには、めっき技術が特に有用であるが、他の金属堆積技術、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）技術を使用することもできる。

本発明の典型的な実施形態が、電磁エネルギー用の同軸伝送路の製造の文脈でここに記載される。かかる構造は、例えば、電気通信産業において、レーダーシステムにおいて、並びにマイクロ波およびミリ波装置におけるような用途を見いだす。しかしながら、微細構造体を製造するため記載される技術は、記載の構造例や応用例に決して限定されるものではなく、圧力センサ、ロールオーバーセンサ；質量分析計、フィルタ、マイクロ流体装置、外科器具、血圧センサ、気流センサ、補聴器センサ、イメージスタビライザ、高度センサ、オートフォーカスセンサなどの様々な分野の微細装置に使用することができることは明らかであろう。本発明は、一緒に微細製造される異成分材料を機械的に一緒に固定して、新たな構造体を形成するための一般的な方法として使用することができる。例示される同軸伝送路微細構造体は、例えば、ミリ波やマイクロ波を含めて、数ＭＨｚから１００ＧＨｚ以上の周波数を有する電磁エネルギーの伝送に有効である。記載される伝送路は、更に、直流（ＤＣ）信号および電流の伝達に、例えば、集積半導体装置または取り付けられた半導体装置にバイアスを与える場合に使用することを見いだす。

図１３は、本発明による三次元微細構造体の一例を示す図である。例示した三次元微細構造体は伝送路微細構造体１３０であり、伝送路微細構造体１３０には、基体１００、外部導体１０１、中心導体１１６、および中心導体を支持するための一以上の誘電支持部材１１０’が含まれる。外部導体には、下壁部１０６を形成する導電性ベース層、側壁部を形成する導電性層１０８，１１８，１２２、および外部導体の上壁部を形成する導電性層１２８が含まれる。導電性ベース層１０６および導電性層１２８は、任意に導電性基体の一部または基体上の導電性層の一部として提供されてもよい。中心導体と外部導体の間を占める体積１３４は、非固体、例えば、気体、例えば、空気または六フッ化硫黄、空、または液体である。図７を参照して、誘電支持部材１１０’は支持部材を外部導体に機械的に固定するためのアンカー部１１１を含む。示されるように、アンカー部は第二微細構造体要素に対して断面における変化を含む。

図１３の同軸伝送路微細構造体を形成する例示的な方法が、ここで図１から図１３を参照して説明される。伝送路は図１に示されるような基体１００上に形成され、それは様々な形態を採りうる。基体は、例えば、セラミック、誘電体、半導体例えばシリコンまたはガリウムヒ素、金属例えば銅または鋼鉄、ポリマーまたはそれらの組み合わせから形成することができる。基体は、例えば、電子基体、例えばプリント配線板、半導体基体、例えば、シリコンウェハ、シリコンゲルマニウムウェハまたはガリウムヒ素ウェハの形態を採ることができる。基体は、伝送路を形成するのに使用する材料と類似する膨張係数を有するように選択することができ、そして該伝送路の形成過程においてその整合性を保持するように選択されるべきである。その上に伝送路が形成されるべき基体の表面は、典型的には平坦である。基体表面は、例えば、グラインド、ラップ仕上げおよび／またはポリッシュされることができ、高い平坦度を達成することができる。形成される構造物の表面の平坦化は、プロセスの間において、いずれかの層の形成前あるいは形成後に行うことができる。通常の平坦化技術、例えば、化学的機械的ポリッシング（ＣＭＰ）、ラップ仕上げ、あるいはこれらの方法の組み合わせが典型的に使用される。他の既知の平坦化技術、例えば、機械仕上げ、例えば機械加工、ダイヤモンド旋削、プラズマエッチング、レーザアブレーションなどが追加的にまたは代替的に使用されてもよい。

犠牲的感光性材料、例えばフォトレジストの第一層１０２ａが基体１００上に堆積され、露光および現像されて、伝送路の外部導体の下壁部を後に堆積するためのパターン１０４を形成する。該パターンは、犠牲的材料中に、基体１００の上面が露出している一つのチャネルを含む。通常のフォトリソグラフィの工程および材料がこの目的で使用されることができる。犠牲的感光性材料は、例えば、ネガ型フォトレジスト、例えばＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＬＬＣより商業的に入手可能なＳｈｉｐｌｅｙ ＢＰＲ^（商標）１００ または ＰＨＯＴＯＰＯＳＩＴ^（商標）ＳＮ（Ｌｕｎｄｙらの米国特許第６，０５４，２５２号に記載されるような）、または、ドライフィルム、例えば、同じくＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓより入手可能なＬＡＭＩＮＡＲ^（商標）ドライフィルムとすることができる。この工程および他の工程での犠牲的感光性材料層の厚さは製造される構造体の寸法によって決まるであろうが、典型的には１０から２００ミクロンである。

図２に示すように、導電性ベース層１０６は基体１００上に形成され、最終構造体における外部導体の下壁部を形成する。該ベース層は導電性の高い材料、例えば、金属あるいは合金（「金属」と総称する）、例えば、銅、銀、ニッケル、アルミニウム、クロム、金、チタン、それらの合金など、ドープされた半導体材料、あるいはその組み合わせ、例えばその複数材料からなる複数層から形成されることができる。該ベース層は従来のプロセス、例えば、めっき、例えば、電解めっき、無電解めっき、浸漬、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）、例えば、スパッタリングまたは蒸発；または、化学蒸着（ＣＶＤ）によって積層することができる。例えば、めっきされた銅はとりわけベース層材料として好適であることができ、かかる技術は当業界で周知である。めっき処理は例えば、銅塩や還元剤を使用した無電解プロセスとすることができる。適切な材料は商業的に入手可能であり、例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＬＬＣ（マサチューセッツ州，マルボロー）より入手可能なＣＩＲＣＵＰＯＳＩＴ^（商標）無電解銅が挙げられる。別の方法としては、材料は、電気的に伝導性のシード層をコーティングして、続いて電解めっきを行うことにより、めっきされることができる。シード層は、犠牲的材料１０２ａのコーティング前に基体上にＰＶＤによって堆積されても良い。適切な電解材料は商業的に入手可能であり、および、例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓより入手可能なＣＯＰＰＥＲ ＧＬＥＡＭ^（商標）酸めっき製品が挙げられる。無電解堆積および／または電解堆積の前に活性触媒を使用することもできる。ベース層（および後続の層）は任意の形状にパターン化されて、概説された方法を通じて所望のデバイス構造を実現させることもできる。

ベース層（および続いて形成される外部導体の他の壁）の厚さを選択して、微細構造体への機械的安定性をもたらし、および電子が伝送路を通って移動するのに十分な導電性をもたらす。マイクロ波周波数以上では、膜の深さが典型的には１μｍ未満であろうから、構造上および熱的な伝導率の影響がよりはっきりとする。したがって、厚さは例えば、特定のベース層材料、特定の伝搬周波数および予定している用途に依存するであろう。例えば、最終的な構造体を基体から取り除く場合には、例えば、構造の完全性のためには、約２０〜１５０μｍまたは２０〜８０μｍの比較的厚いベース層を使用するのが有利でありうる。最終的な構造体が基体とともにそのままとどまる場合には、比較的薄いベース層を使用するのが望ましいといえ、それは使用される周波数が求める膜深さによって決めても良い。

側壁を形成するのに適切な材料と技術は、ベース層で上述したものと同じである。側壁は典型的には、ベース層１０６の形成に使用されるのと同じ材料で形成されるが、異なる材料が使用されてもよい。めっきプロセスの場合において、後続のステップにおける金属が、形成済みで露出した金属領域上に直接に適用されるであろう場合には、ここではシード層またはめっきベースの適用を省略することができる。しかしながら、図示する構造例は典型的にはある特定のデバイスの小さな領域のみを形成するものであり、これらおよび他の構造の金属化はプロセスシークエンスにおけるいずれの層で始められてもよく、その場合シード層が典型的には使用される。

この段階および／または後続の段階での表面の平坦化は、後続処理のための平坦な表面を提供するためだけではなく、犠牲的材料の上面上に堆積した不要な金属を取り除くためにも行われうる。表面の平坦化を通じて、所定の層の全体的な厚さを、コーティングのみで達しうる以上に、厳密に制御することができる。例えば、ＣＭＰプロセスを使用して金属と犠牲的材料を同じ高さに平坦化することもできる。この後、例えば、ラップ仕上げプロセスを行い、ゆっくり金属、犠牲的材料、および誘電体を同じ割合で除去することにより、層の最終的な厚さをより正確に制御することが可能になる。

図３を参照して、犠牲的感光性材料の第二層１０２ｂは、ベース層１０６および第一犠牲的層１０２ａ上に堆積され、露光並びに現像されて、伝送路外部導体の下側壁部を、後に堆積するためのパターン１０８を形成する。パターン１０８にはベース層の表面が露出している二つの平行なチャネルを、犠牲的材料中に含む。

図４に示すように、伝送路外部導体の下側壁部１０８を次に形成する。側壁を形成するのに適当な材料と技術は、ベース層１０６で使用した上記のものと同じであるが、異なる材料を使用することもできる。めっきプロセスの場合に、後続のステップにおける金属が直接、形成済みで露出した金属領域上にのみ適用されるであろう場合には、シード層またはめっきベースの施用を省略してもよい。上述の表面の平坦化はこの段階で行っても良い。

誘電材料の層１１０が、図５に示すように、次に、第二犠牲的層１０２ｂおよび下側壁部１０８の上に堆積される。続く処理において、支持構造は誘電層から形付けられ、形成されるべき伝送路の中心導体を支持する。これらの支持構造は最終的な伝送路構造物のコア領域内に位置するので、支持層は、伝送路を通して伝送される信号に過剰な損失をもたらすことのない材料から形成されるべきである。材料はまた、中心導体を支持するのに必要な機械的強さを呈することができるものであるべきであり、および最終的な伝送路構造体から犠牲的材料を除くために使用される溶媒中に比較的不溶性であるべきである。材料は、典型的には、感光性ベンゾシクロブテン（Ｐｈｏｔｏ−ＢＣＢ）樹脂、例えば、Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）、ＳＵ−８ ｒｅｓｉｓｔ （ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．）の商品名で販売されているもの、無機材料、例えば、シリカおよび酸化ケイ素、ＳＯＬゲル、様々なガラス、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）；有機材料、例えば、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、酢酸セルロース、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、およびポリイミド；有機・無機ハイブリッド材料、例えば、有機シルセスキオキサン材料；感光性誘電体、例えば、行われる予定の犠牲的材料除去プロセスの影響を受けることのないネガ型フォトレジストまたはフォトエポキシから選ばれる誘電体材料である。これらの中では、ＳＵ−８ ２０１５レジストが典型的である。例えば、スピンコーティング、ローラコーティング、スキージコーティング、スプレーコーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）またはラミネーションにより容易に堆積されることができる材料を使用することが都合がよい。誘電材料層１１０は、ひび割れや破損のないように中心導体の必要な支持を提供する厚さに堆積される。更に、厚さは、平坦化の観点から後に犠牲的材料層の施用に深刻な影響を及ぼすことのない厚さとすべきである。誘導支持層の厚さは微細構造体の他の要素の寸法および材料で決まるであろうが、該厚さは典型的には１−１００ミクロンであり、例えば約２０ミクロンである。

図６を参照して、次に、通常のフォトリソグラフィとエッチング技術を用いて誘電材料層１１０がパターン形成され、形成されるべき中心導体を支持するための一以上の誘電支持部材１１０’を提供する。図示したデバイスでは、誘電支持部材は外部導体の最初の側部から外部導体の反対側の側部まで伸びている。他の実施の局面においては、誘電支持部材は外部導体から伸び、および中心導体で終止できる。この場合、各支持部材の一端部を一方または他方の下側壁部１０８上に形成し、反対の端部を、下側壁部の間の犠牲的層１０２ｂ上の位置まで達するようにする。支持部材１１０’は、典型的には一定の距離で、互いに間隔をあける。誘電支持部材の数、形状および配置パターンは、過剰な信号ロスや分散を防ぎつつ、中心導体とその端部への支持を提供するのに充分であるべきである。更に、形状と、周期性または非周期性とは、低い伝搬ロスが望まれる周波数での反射を妨ぐように選択してもよく、そのような機能が望まれないならばブラッグ格子およびフィルタを形成する分野において周知の方法で計算することができる。後者の場合、かかる周期構造に注意した設計がフィルタ機能を提供しうる。

誘電支持部材１１０ ’によって微細デバイスの微細構造体要素が互いに機械的に固定されてかみ合った状態に維持されることを可能にする。支持部材は、外部導体からのその引き離しの可能性を低減する形状に形作られる。例示した微細構造体において、誘電支持部材は、パターニングプロセスの間に、その各端部がＴ字型（あるいはＩ字型）の形に形作られる。後続のプロセスの間に、Ｔ構造体の上部１１１は外部導体の壁に埋め込まれて、支持部材をその場所につなぎ止めるように作用する。図示した構造体には、誘電支持部材の各端部にアンカー型の固定構造が含まれるが、かかる構造はその一端部に使用されうることは明らかである。誘電支持部材は例えば、別のパターンでアンカー部を一つの端部に含んでいても良い。

図１４ＡおよびＨは「Ｔ」固定構造にかわって誘電支持部材に使用することができる更なる形状の例を示す。説明の都合上、構造は支持構造の部分的な表現である。支持構造は、任意的に、反対の端部にアンカー構造を含めることができ、それは例示したアンカー構造の鏡像とすることもでき、あるいは異なる形状とすることもできる。選択した形状は、外部導体からの分離に対して抵抗性であるように、支持部材の少なくとも一部にわたり、切断面の形状において変化を提供すべきである。図示するように、深さ方向における断面形状の増加を提供する、リエントラント形状および他の形状が典型的である。この様式において、誘電支持部材は機械的に正しい位置に固定されることとなり、そして外部導体壁からの引き離しについて、非常に低減された可能性を有する。任意の特定の理論により拘束されることを望むものではないが、機械的な固定効果を提供することに加えて、アンカー固定構造が、露光および現像過程における応力を低減させる結果として付着性を改良すると考えられる。また、製造過程における熱的に引き起こされた応力は、例えば、鋭い角部を取り除いて曲線形状、例えば図１４Ｂや図１４Ｇを使用することによって改良されることができる。

図７を参照して、第三犠牲的感光性層１０２ｃは基体上方に被覆され、露光および現像され、伝送路の外部導体の中間側壁部および中心導体を形成するためのパターン１１２および１１４を形成する。中間側壁部のためのパターン１１２には、二つの下側壁部１０８と同じ広がりを持つ二つのチャネルが含まれる。下側壁部１０８と下側壁部を覆う誘電支持部材１１０’の端部はパターン１１２によって露出させられる。中心導体のためのパターン１１４は二つの中間側壁パターンの間にあり、かつそれらに平行するチャネルであり、誘電支持部材１１０’の両端部と支持部分とを露出させる。例えば上述したような通常のフォトリソグラフィ技術や材料をこの目的で使用することができる。

図８に図示されるように、中心導体１１６と外部導体の中間側壁部１１８は、第三犠牲的材料層１０２ｃで形成されたチャネルに適当な金属材料を堆積させることによって形成される。中間側壁部や中心導体を形成するための適切な材料および技術は、ベース層１０６や下側壁部１０８に関して上述した技術や材料と同じであるが、異なる材料および／または技術を用いてもよい。前に記載されているように、任意の段階で任意的に適用されても良いが、この段階で表面の平坦化を行って、後続処理のために平坦な表面をを提供するのに加えて、犠牲的材料の上面上に堆積された不要な金属を取り除いても良い。

図９を参照して、第四犠牲的材料層１０２ｄが基体上方に堆積され、露光および現像され、外部導体の上側壁部を後に堆積させるためのパターン１２０を形成する。上側壁部用のパターン１２０には、二つのチャネルが含まれ、そのチャネルは二つの中間側壁部１１８と同じ広さで、かつ中間側壁部を露出させている。上述のような通常のフォトリソグラフィ工程と材料をこの目的で使用することができる。

次に、図１０に図示されるように、外部導体の上側壁部１２２は、第四犠牲的層１０２ｄに形成されたチャンネルに適当な材料を堆積させることによって形成される。上側壁部の形成に適当な材料および技術は、ベース層や他の側壁部について上述した材料や技術と同じである。上側壁部１２２は典型的には、ベース層や他の側壁を形成するのに使用されるのと同じ材料や技術で形成されるが、別の材料および／または技術を使用することもできる。表面の平坦化を、後続処理のために平坦な表面を提供することに加えて、犠牲的材料の上面上に堆積した不要な金属を取り除くために任意的にこの段階で行うことができる。

図１１を参照して、第五感光性犠牲的層１０２ｅは基体上方に堆積され、露光および現像されて、伝送路の外部導体の上壁を後に堆積させるためのパターン１２４を形成する。上壁のためのパターン１２４は上側壁部１２２と、その間の第四犠牲的材料層１０２ｄを露出させる。犠牲的層１０２ｅをパターン形成する際には、上側壁部の間の領域中に犠牲的材料の一以上の領域を残すのが望ましい場合がある。これらの領域では、後の外部導体の上壁を形成している過程における金属堆積が防げられる。以下に説明するが、これにより、結果として、外部導体の上壁に開口部が生じ、微細構造体から犠牲的材料を除きやすくなる。この犠牲的材料の残った部分は例えば、円筒状、多面体例えば四面体、あるいは他の支柱形状１２６とすることができる。

図１２に示されるように、次に、適切な材料を上側壁部１２２上とその間の露出領域に堆積させることによって、外部導体の上壁１２８が形成される。犠牲的材料の支柱１２６が占める体積において金属化が防げられる。上壁１２８は、典型的には、ベース層と他の側壁を形成するときに使用されるのと同じ材料および技術で形成されるが、別の材料および／または技術を使用することもできる。この段階で、表面平坦化を任意的に行うことができる。

伝送路の基本構造を完成させると、次いで更なる層を追加したり、あるいは構造中に残っている犠牲的材料を取り除いたりしてもよい。犠牲的材料は、使用される材料の種類に基づき既知のストリッパにより除去されうる。材料を微細構造体から取り除くために、ストリッパを犠牲的材料に接触させる。犠牲的材料を伝送路構造体の端面で露出させてもよい。上述のような伝送路における追加の開口部を設けて、構造全体でストリッパと犠牲的材料との接触を容易にすることができる。犠牲的材料とストリッパとの間の接触を可能にするための他の構造が考えられる。例えば、開口部は、パターン形成プロセスの間に、伝送路の側壁に形成されることができる。これらの開口部の寸法はガイドされる波の散乱または漏出による妨害を最小化するように選択することができる。寸法は、例えば、使用される最も高い周波数の波長の１／８，１／１０または１／２０未満にするように選択することができる。かかる開口部の影響は、Ａｎｓｏｆｔ，Ｉｎｃ．により製造されたＨＦＳＳなどのソフトウェアを使用して簡単に計算されることができ、最適化されうる。

犠牲的レジストの除去後の最終的な伝送路構造体１３０が図１３に示される。伝送路の外側壁で、また外側壁内で犠牲的材料により、従前に占有されていた空間が、外部導体中の開口１３２、および伝送路コア１３４を形成している。コア容積は典型的には、気体、例えば空気により占められている。よりすぐれた誘電特性を有する気体をコア中に使用できることも考えられる。任意的に、例えば、構造体が密封パッケージの部分を形成する場合には、コア中に真空を作ることもできる。結果として、伝送路の表面に吸着されるはずの水蒸気からの吸収作用を低減することが実現できる。また、中心導体と外部導体との間のコア容積１３４を液体が占め得ることもさらに考えられる。

ある用途については、最終的な伝送路構造を、その構造が取り付けられている基体から取りはずすことが有利であることもある。これにより、解放された内部接続ネットワークの両端部で、他の基体、例えば、ガリウムヒ素ダイ、例えば、モノリシックマイクロ波集積回路または他のデバイスに結合することが可能となる。基体からの構造体の取り外しは、様々な技術、例えば、構造体を完成させた後に、適切な溶媒中で取り除くことができる基体とベース層の間の犠牲的層の使用により成し遂げることができる。犠牲的層に適切な材料には、例えば、フォトレジスト、選択的にエッチング可能な金属、高温ワックスおよび様々な塩が含まれる。

例示した伝送路には、誘電支持部材上に形成された中心導体が含まれるが、下層の誘電支持部材に加えて更に中心導体上に誘電支持部材を形成したり、下層の誘電支持部材の代わりに中心導体上に誘電支持部材を形成したりすることも考えられ、それを図１５に示す。更に、誘電支持部材およびアンカー部は、中心導体内に、例えば分割した中心導体内に、上述の様々な形状で、例えばプラス（＋）型、Ｔ型、ボックス型あるいは図７および図１４に示す形状で配置されることもできる。

本発明の伝送路は、典型的には、断面が正方形である。しかしながら、他の形状も考えられる。例えば、他の矩形の伝送路は、伝送路の幅と高さを異ならしめることを除いて、正方形の伝送路を形成するのと同じ方法で得られることができる。丸くした伝送路、例えば円形や部分的に丸みのついた伝送路は、グレースケールのパターン形成の使用により形成されることができる。かかる丸くした伝送路は、例えば、垂直の変化については従来のリソグラフィを通じて作られることができ、接続インターフェースなどを作るために、より簡単に外部のマイクロ同軸導体に連結して使用されることができる。上述したように複数の伝送路は積層配置で形成されることができる。積層配置は各積層を通して逐次的構築プロセスの連続により達成されることができ、または伝送路を別個の基体上で予め形成し、剥離層を使用してそのそれぞれの基体から伝送路構造体を分離して、該構造体を積層することによって達成されることができる。かかる積層構造体を、はんだまたは導電性接着剤の薄層で結合することができる。理論上は、上述のプロセス工程を使用して積層することができる伝送路の数に制限はない。しかしながら、実際は、層の数は、厚さおよび応力の扱う能力、並びに各追加の層に関連するレジスト除去によって制限されるであろう。

三次元微細構造体とその形成方法を例示した伝送路を参照して説明してきたが、金属微細構造体要素を誘電微細構造体要素に取り付けるために微細加工プロセスを使用することから恩恵を受ける有用な多様な技術分野に、本微細構造体および方法が広く適用可能であることは明らかであろう。本発明の微細構造体および方法は、例えば、以下の産業：マイクロ波およびミリ波のフィルタや結合器における電気通信産業；レーダおよび衝突回避用システム並びに通信システムにおける航空宇宙産業および軍事産業；圧力センサおよびロールオーバーセンサにおける自動車産業；質量分析計およびフィルタにおける化学産業；フィルタ、マイクロ流体デバイス、外科器具および血圧センサ、気流センサおよび聴力センサにおける生命工学並びに生物医学産業；並びに画像安定器、高度センサおよびオートフォーカスセンサにおける家庭用電子機器産業で使用することができる。

本発明をその特定の実施形態を参照し詳細に説明してきたが、特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更や修正がなされ得ること、および同等物が使用され得ることは当業者には明らかであろう。

本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明による形成の様々な段階での三次元微細構造体の側断面図および上面図を示す。 本発明によるアンカー構造を備えた典型的な三次元微細構造誘電要素の部分水平断面図を示す。 本発明による典型的な三次元微細構造体の側断面図を示す。 本発明による典型的な三次元微細構造体の側断面図を示す。

符号の説明

１００ 基体
１０１ 外部導体
１０２ａ フォトレジストの第一層（犠牲的材料）
１０２ｂ 犠牲的感光性材料の第二層
１０２ｃ 第三犠牲的感光性層
１０２ｄ 第四犠牲的材料層
１０２ｅ 第五感光性犠牲的層
１０６ 下壁部（導電性ベース層）
１１０’誘電支持部材
１１０ 誘電材料層
１１１ アンカー部
１１２ 中間側壁部のためのパターン
１１４ 中心導体を形成するためのパターン
１１６ 中心導体
１２０ 上側壁部用のパターン
１０８，１１８，１２２ 側壁部を形成する導電性層
１２４ 上壁のためのパターン
１２６ 支柱
１２８ 外部導体の上壁部を形成する導電性層
１３０ 伝送路微細構造体
１３２ 開口
１３４ 伝送路コア

Claims (10)

1. 逐次的構築プロセスにより形成される三次元微細構造体であって、
   第一材料で形成される第一微細構造体要素；および
   第一微細構造体要素と接触し、かつ第一材料とは異なる第二材料で形成される第二微細構造体要素：を含み、
   第一微細構造体要素が、第一微細構造体要素を第二微細構造体要素に機械的に固定するためのアンカー部を含み、アンカー部が第二微細構造体要素に対する断面における変化を含む、三次元微細構造体。
2. 第一および第二微細構造体要素が基体上に配置される基体を更に含む、請求項１記載の三次元微細構造体。
3. 微細構造体が同軸伝送路を含み、当該同軸伝送路が中心導体、外部導体、および中心導体を支持するための誘電支持部材を含み、誘電支持部材が第一微細構造体要素であり、並びに内部導体および／または外部導体が第二微細構造体要素である、請求項１記載の三次元微細構造体。
4. 同軸伝送路が、中心導体と外部導体との間に配置される非固体容積を更に含む、請求項３記載の三次元微細構造体。
5. 誘電支持部材が、当該支持部材の両端で、外部導体の対向する表面と機械的に固定するようにかみ合ったアンカー部を含む、請求項３記載の三次元微細構造体。
6. アンカー部がリエントラント形状を有する、請求項１記載の三次元微細構造体。
7. アンカー部が丸みをつけられている、請求項１記載の三次元微細構造体。
8. 基体上に複数の層を配置すること、ここで当該層は第一材料の層および第一材料とは異なる第二材料の層を含む；並びに
   第一材料から第一微細構造体要素を、および第二材料から第二微細構造体要素を形成すること、ここで第一微細構造体要素が、第一微細構造体要素を第二微細構造体要素に機械的に固定するためのアンカー部を含み、ここでアンカー部が第二微細構造体要素に対する断面における変化を含む：
   を含む、逐次的構築プロセスにより三次元微細構造体を形成する方法。
9. 微細構造体が同軸伝送路を含み、当該同軸伝送路が中心導体、外部導体、および中心導体を支持するための誘電支持部材を含み、誘電支持部材が第一微細構造体要素であり、並びに内部導体および／または外部導体が第二微細構造体要素である、請求項８記載の方法。
10. アンカー部がリエントラント形状を有する、請求項８記載の方法。

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