在适形接触掩模电镀操作期间监测沉积质量的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在适形接触掩模电镀操作期间监测沉积质量的方法和装置，其在选择性沉积期间提供对至少一种电参数（例如，电压）的监测，其中监测的参数用于帮助确定所做的沉积的质量。如果监测的参数指示沉积出现了问题，可以采取各种补救操作以成功形成将要完成的结构。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及电化学制造领域和关联的材料的电化学沉积，其中一些包括 依照期望的截面结构对选择性图形化操作(例如，选择性电化学沉积操作)使用掩模，以及 在一些实施例中，其依照从沉积材料的多个粘结层构建多层三维结构。
技术介绍
Adam L Cohen专利技术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。该技术由加利福尼亚的Burbank的MEMGer^ 公司商业化研究，命名为EFAB 。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材料，该掩 模技术包括使用一个掩模，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 与其上将进行电镀的衬底独立。当希望使用该掩模执行电沉积时，在电镀液存在的同时使 该掩模的适形部分与衬底相接触，以使该掩模的适形部分与衬底的接触禁止在选定位置的 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 处理。更具体而言，在加利福尼亚的Burbank的MEMGer^公司的术语中，这些掩模通常称 为INSTANT MASKTM和此过程称为INSTANT MASKING 或INSTANT MASK 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， 所以公开各种有关适形接触掩模电镀(即，INSTANT MASKING)和电化学制造的文献 1. A. Cohen、 G. Zhang、 F. Tseng、 F. Mansfeld、 U. Frodis禾口 P. Will, EFAB :Batch production of functional, fully-dense metalparts with micro-scale features, Proc. 9th Solid Freeform Fabrication, The University of Texas at Austin, pl61， Aug. 1998。 2. A. Cohen、 G. Zhang、 F. Tseng、 F. Mansfeld、 U. Frodis禾口 P. Will, EFAB :Rapid， 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_DMicromachining by ElectrochemicalFabrication，，，Micromachine Devices, March 1999。 4. G. Zhang、 A. Cohen、 U. Frodis、 F. Tseng、 F. Mansfeld禾口 P. Will, EFAB :Rapid 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禾口 P. Will, EFAB :High Aspect Ratio, Arbitrary 3_D MetalMicrostructures using a Low—Cost Automated Batch Process，，， 3rdinternational Workshop on High Aspect Ratio MicroStructure Technology (HARMST， 99) ， June 1999。 6. A. Cohen、 U. Frodis、 F. Tseng、 G. Zhang、 F. Mansfeld禾口 P. Will, EFAB : Low_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禾口 P. Will, EFAB :High 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，，，pagesl-5of the Rapid Prototyping R印ort， CAD/CAM Publishing, Inc. ， Junel999。 这九个文献的公开文件中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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学制造工艺，用于从多个粘结层制作三维结构，该工艺包括：　　（Ａ）在衬底上形成第一层，包括：　　ｉ）选择性地沉积第一材料以形成该第一层的一部分；　　ｉｉ）在衬底上沉积第二材料以形成该第一层的第二部分；　　ｉｉｉ）平坦化该第一和第二材料以设定该第一层的平面；　　（Ｂ）形成多个层，以便邻接并粘结到先前形成的多个层而形成多个连续层，其中该形成过程包括多次重复步骤（Ａ）；　　其中至少多次选择性地沉积步骤包括：　　（１）在先前形成的层上设置掩模；　　（２）在电镀溶液中，在阳极与先前形成的层之间通过掩模中的至少一个开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在先前形成的层上以形成一层的至少一部分；和　　（３）从先前形成的层去除掩模；及　　其中在给定层的形成期间，监测阳极与先前形成的层之间的电压，以确定是否出现该第一材料的可接受的沉积，　　其中如果确定没有出现该第一材料的可接受的沉积，则经由至少一次平坦化操作去除一个或多个层的至少一部分，并重复形成该一个或多个层；　　其中该第一和第二材料的其中一个是牺牲材料，该第一和第二材料的另一个是结构材料，以及　　（Ｃ）在形成多个层之后，从该多个层上的结构材料去除至少一部分牺牲材料，以显示三维结构。...

【技术特征摘要】
US 2002-5-7 60/379,132一种电化学制造工艺，用于从多个粘结层制作三维结构，该工艺包括(A)在衬底上形成第一层，包括i)选择性地沉积第一材料以形成该第一层的一部分；ii)在衬底上沉积第二材料以形成该第一层的第二部分；iii)平坦化该第一和第二材料以设定该第一层的平面；(B)形成多个层，以便邻接并粘结到先前形成的多个层而形成多个连续层，其中该形成过程包括多次重复步骤(A)；其中至少多次选择性地沉积步骤包括(1)在先前形成的层上设置掩模；(2)在电镀溶液中，在阳极与先前形成的层之间通过掩模中的至少一个开口传导电流，以便将选定的沉积材料沉积在先前形成的层上以形成一层的至少一部分；和(3)从先前形成的层去除掩模；及其中在给定层的形成期间，监测阳极与先前形成的层之间的电压，以确定是否出现该第一材料的可接受的沉积，其中如果确定没有出现该第一材料的可接受的沉积，则经由至少一次平坦化操作去除一个或多个层的至少一部分，并重复形成该一个或多个层；其中该第一和第二材料的其中一个是牺牲材料，该第一和第二材料的另一个是结构材料，以及(C)在形成多个层之后，从该多个层上的结构材料去除至少一部分牺牲材料，以显示三维结构。2. 如权利要求l所述的工艺，另外包括提供多个预成型的掩模，其中每一掩模包括图形化的介电材料，该介电材料包括至少 一个开口，在一层的至少一部分的形成期间能够通过该开口发生沉积，以及其中每一掩模 包括支承结构，该支承结构支持该图形化的介电材料；禾口其中在先前形成的层上的掩模设置包括使先前形成的层与选定的预成型掩模的介电 材料接触。3. 如权利要求1所述的工艺，其中在衬底上或先前形成的层上的掩模设置包括将图形 化的掩模形成并粘结到衬底上。4. 如权利要求1所述的工艺，其中该确定也基于给定层的沉积结果的视觉检查。5. 如权利要求1所述的工艺，其中测得的至少一层的电压外形指示闪烁沉积。6. 如权利要求1所述的工艺，其中将测得的电压外形与预期的电压外形比较能够指示 发生了闪烁沉积。7. 如权利要求1所述的方法，其中测得的至少一层的电压外形指示短路。8. 如权利要求1所述的方法，其中将测得的电压外形与预期的电压外形比较能够指示 发生了短路。9. 一种电化学制造工艺，用于从多个粘结层制作三维结构，该工艺包括 (A)在衬底上形成第一层，包括i) 选择性地沉积第一材料以形成该第一层的一部分；ii) 在衬底上沉积第二材料以形成该第一层的第二部分；iii)平坦化该第一和第二材料以设定该第一层的平面；(B) 形成多个层，以便邻接并粘结到先前形成的多个层而形成多个连续层，其中该形成 过程包括多次重复步骤(A);其中至少多次选择性地沉积步骤包括(1) 在先前形成的层上设置掩模；(2) 在电镀溶液中，在阳极与先前形成的层之间通过掩模中的至少一个开口传导电流， 以便将选定的沉积材料沉积在先前形成的层上以形成一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，AL科恩，
申请(专利权)人：南加州大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]