CN101024480A - 在一基体上形成微电子弹簧结构的方法 - Google Patents

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Abstract

在一基体上形成一层牺牲性材料。然后，例如通过利用一模具或冲压工具模制牺牲性材料从而在牺牲性材料中形成一被构制外形的表面。该被构制外形的表面提供关于至少一弹簧形状以及较佳地关于一阵列的弹簧形状的一模型，如果需要，然后固化或硬化牺牲性层。在牺牲性材料的被构制外形的表面之上淀积一层弹簧材料，成为形成至少一弹簧形状以及较佳地一阵列的诸弹簧形状的一图形。然后从弹簧形状之下至少部分地去除牺牲性材料，以露出至少一自由站立的弹簧结构。可选择地将一分开的导电末端连接于每个所产生的弹簧结构，以及按需要可选择地电镀每个结构或用一附加层或多层复盖该结构。另外又揭示了利用液体的弯液面的性能制造一弹性触点结构的另一方法。在该另一方法的最初步骤中，在一基体上设置一层材料。然后在该材料中形成一凹入部分，以及在凹入部分中提供液体以形成弯液面。固化或硬化该液体以稳定弯液面的被构制的外形。然后利用稳定的弯液面，以与在牺牲性材料中的被模制的表面相同的方式形成一弹簧形状。

Description

在一基体上形成微电子弹簧结构的方法
本申请是名称为“在一基体上形成微电子弹簧结构的方法”、申请日为2003年8月11日、申请号为02804824.5、国际申请日为2002年2月6日、国际申请号为PCT/US02/03938的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于电气设备的电接触部分，更具体地涉及在一基体上形成微电子弹簧结构的方法。
背景技术
近年来的技术进步，例如Khandros等人的美国专利No.5,917,707提供了用于直接安装在基体、例如半导体芯片上的柔性的和弹性的小微电子弹簧触点。该707专利揭示了利用一金属丝连接工艺制造的微电子弹簧触点，该加工包含将一根很细金属丝连接到一基体上和随后电镀该金属丝，以形成一弹性部分。这些微电子触点在例如后端晶片加工以及尤其是以接触结构代替细钨丝用于探测板的应用中提供了显著的优越性。还进一步认识到，例如在Eldridge等人的美国专利6,032,446和5,983,493中所述，这些安装于基体的微电子弹簧触点对于在诸半导体设备以及尤其是用于进行晶片级测试(wafer level test)和腐蚀工艺的诸半导体设备之间进行的电连接能够提供显著优点。确实，诸小节距弹簧触点对于要求可靠的电子连接件阵列、包括在几乎每种类型的电子设备中进行临时的和永久的电连接的任何场合都提供了潜在的优越性。
但是，在实际上，制造诸小节距的弹簧触点的成本将它们的应用范围限制于对成本是不重要的场合。大部分的制造成本与制造设备和加工时间有关。在上述专利中所述的触点在一系列加工(即一次一个)中制造，诸加工不易于变换成一平行的、一次多个的加工。因此，已利用平版印刷制造工艺研制了这里所涉及的诸新型触点结构，例如平版印刷规模的微电子弹簧(或触点，或弹簧触点)结构，这些工艺很好地适用于平行生产多个弹簧结构，从而显著地降低了与每个触点相关的成本。在Pedersen和Khandros于1998年2月26日提出的、申请号为09/032,473的共同所有待批的美国专利申请“平版印刷形成的微电子触点结构”中叙述了典型的平版印刷规模的弹簧触点和它们的制造加工，这两专利全文已被结合在此供参考。
通常，平版印刷工艺提供了弹簧触点设计方面很大的通用性，这又使对现有技术设计进行许多改进。例如，虽然现有技术平版印刷所形成的结构通常具+96有基本上平的矩形横截面，但是对于许多弹簧触点的使用最好是形状为非矩形横截面。对于某一厚度的弹性材料，一平版印刷型弹簧触点通过对它提供一适当形状的、非矩形横截面使它较刚性和较强。通过利用多种其它较复杂的形状可以实现其它性能优点。但是，现有技术制造方法不适合于制造带有这些适当形状的、非矩形横截面和其它类型较复杂形状的平版印刷型弹簧触点。此外，现有方法，例如在上述美国专利申请09/032,473和60/073,679中所述的，利用一系列平版印刷步骤制造触点结构，从而构造若干平版印刷层的一Z分量延伸部分(即弹簧末端离开基体表面的延伸部分)。但是，多层的使用增加了不希望有的成本和制造工艺的复杂性。叠层结构还受到不希望有的应力集中和应力腐蚀破裂，这是由于叠层工艺所造成的不连续性(即台阶结构)。
因此，需要通过消除叠层加工步骤和降低相关联的成本较迅速和较容易地制造微电子弹簧结构的方法，同时对弹簧提供改进的性能，例如改进的强度、刚度、对应力集中破裂的阻力、以及弹性范围。此外，需要一种制造带有所限定的外形和较复杂形状的平版印刷形成的微电子弹簧结构一方法。
发明内容
本发明提供一种用于形成微电子弹簧结构的方法和满足上述诸要求的诸方法，同时实现适当的Z延伸部分、以及不要求使用多个台阶的平版印刷层。
本发明提供一种用于制造模制的微电子弹簧触点的方法，以及利用一模制的前体(pre-cursor)形式来制造和使用这些结构的诸方法。在一实施例中，提供了一种用于制造弹性触点结构的方法。首先，将一牺牲性材料层形成在一基体上。然后，较佳地通过使用一模子或冲压工具模制牺牲性材料，在该牺牲性材料上产生一被构制的外形。该外形提供了用于至少一弹簧形状的和较佳地用于一阵列的弹簧形状的一模型。如果需要，然后固化或硬化该牺牲性材料层。在牺牲性材料的外形上淀积一弹性材料层以及形成图形，以形成至少一弹簧形状，较佳地为诸弹簧形状的一个阵列。然后从弹簧的下方至少部分地去除该牺牲性材料，以露出一自由站立的弹簧结构。可选择地将一单独的导电末端连附于各个所造成的弹簧结构，以及可选择地用所需材料的一附加层或多层电镀和复盖每一结构。
在另一实施例中，揭示了一种利用一液体弯液面的性质制造一弹性触点结构的方法。首先，在一基体上形成一层材料。然后，在该材料中形成一凹入部分，在该凹入部分中提供液体以形成弯液面。固化或硬化该液体以稳定该弯液面的外形。然后以与在牺牲性材料中的模制表面相同的方式在该方法中使用这稳定的弯液面。
按照本发明的方法易于适合与平版印刷制造设备和工艺一起使用，这些制造加工目前可用于平行制造大量微电子弹簧结构。该方法尤其能够制造低纵横尺寸比的矩形横截面和具有沿着一直线或曲线倾斜的一Z分量延伸部分的平版印刷形成的微电子弹簧触点结构。该方法还用于在平面图中例如通过提供带有锥度的三角形状的弹簧来使弹簧成形。尤其，该方法能够基本在一个加工步骤中形成的一模制基体上形成弹簧结构，从而减少了要求形成具有所需形状的弹簧的加工步骤数。该方法还提供了用于形成具有许多改进性能的弹簧的被构造成所需形状的模制的基体。例如，该方法易于用来形成具有一U形横截面、一V形横截面和/或沿着一段弹簧的一肋部的结构。
通过对较佳实施例的以下详细叙述将对本领域的那些技术熟练人员提供用于形成微电子弹簧结构的较完整的理解，以及认识它的附加优点和目的。参阅附图，首先简要说明这些附图。
附图说明
图1是示出按照本发明的一方法的示范性步骤的一流程图。
图2A至2H是按照本发明的一方法的典型的诸步骤中的一基体和其上所叠层的材料的横剖视图。
图3A是在按照本发明的一方法的一典型的步骤中具有压印在其上的模制表面的一基体的立体图。
图3B是用在按照本发明的一方法中的一典型的冲压工具的一部分的立体图。
图3C至3G是使用在按照本发明的一方法中的一冲压工具上的典型的齿的立体图。
图4是用于形成按照本发明的一实施例的一模制表面、尤其适合于在不平基体上形成弹簧结构的典型的诸步骤的一流程图。
图5A至5G是在按照本发明的一实施例的典型的诸步骤中，尤其适合于在不平基体上形成弹簧结构的一基体和在其上层叠的诸材料的横剖视图。
图6是示出用于形成按照本发明的一实施例的一模制表面、尤其适合用于在不平基体上形成弹簧结构的典型的诸步骤的流程图。
图7是示出用于形成按照本发明的一实施例的一模制表面、利用一液体形成一液体弯液面形状的一模制表面的典型的诸步骤的流程图。
图8A是在图7所示的多个步骤的一个典型的步骤中的一基体和在其上复层的诸材料的平面图。
图8B至8F是在图7的典型的诸步骤中一基体和在其上复层的诸材料的横剖面图。
图8G是利用图7所示的典型的诸步骤形成的一典型的弹簧结构的立体图。
图9是用于形成按照本发明的一实施例的一弹簧结构、适合于与OVD和CVD材料淀积技术一起使用的典型的诸步骤的流程图。
图10A至10D是在图9所示的许多步骤的典型的诸步骤中一基体和复层在其上的诸材料的横剖视图。
图11A是一典型的冲压工具的一部分的横剖视图，该工具具有一再进入齿(re-entrant tooth)形状，用于产生带一悬出凸缘的一压入空腔。
图11B是用图11A所示的冲压工具形成的一典型的凹入部分的横剖视图。
图12A是用于产生带一悬出凸缘的一压入空腔的一典型的顺序的冲压工具的立体图。
图12B是图12A所示的冲压工具的一部分的横剖视图。
图12C至12D是在一顺序的冲压加工的顺序步骤中、图12A至12B所示的冲压工具所形成的典型的凹入部分的横剖视图。
图12E至12F是在完成一顺序的冲压加工之后图12A至12B所示的冲压工具所形成的一典型的凹入部分的平面图。
图13是示出用于形成按照本发明的一实施例的一弹簧结构的，通过形成带有一悬出的凸缘的一模腔避免一遮罩步骤(masking step)的典型的诸步骤的流程图。
图14A至14C是在图13所示的许多步骤的典型的诸步骤中一基体和复层在其上的诸材料的横剖视图。
图14D是用如图13所示的一方法所形成的一典型的弹簧结构的立体图。
图15是示出用于形成按照本发明的一实施例的一弹簧结构、通过利用一局部包围的悬出凸缘端避免一遮罩步骤的典型的诸步骤的流程图。
图16A是在图15和许多步骤的一典型的步骤中带有在其上复层的材料的一典型的模腔的平面图。
图16B至16D是在图15所示的许多步骤的典型的诸步骤中一基体和其上复层的诸材料的横剖视图。
图17是用于使用一可辐射固化的基体形成按照本发明的一实施例的一弹簧结构的流程图。
图18A至18E是在图17所示的许多步骤的典型的诸步骤中一基体和其上复层的诸材料的横剖视图。
图18F是用图17所示的一方法形成的一典型的模制表面的立体图。
图19是示出用于形成按照本发明的一实施例的一弹簧结构、采用一视线(line-of-sight)淀积方法来使剩余材料形成图案的典型的诸步骤的流程图。
图20A是在图19所示的方法的一典型的步骤中的一基体和模制的材料的立体图。
图20B至20E是在图19所示的许多步骤的典型的诸步骤中一基体和在其上复层的诸材料的横剖视图。
图21A至21C是在图19所示的方法的诸典型步骤中一基体和在其上复层的诸材料的横剖视图，其中省去了电镀方法；以及进一步示出了用于形成带有一整体的再分布轨道(retribution trace)的一弹簧结构的本发明的一实施例。
图21D一典型的弹簧结构的立体图，该弹簧结构带有一整体的再分布轨道，该轨道具有诸突起的桥接部分。
图22是示出它的一典型的结构的具有整体再分布轨道的多个弹簧结构的立体图。
图23A至23C是由按照本发明的一方法形成的一典型的弹簧结构和停止结构(stop structure)的连续高倍放大的立体图，其中基体包括一晶片。
具体实施方式
本发明满足了形成微电子弹簧结构的一方法的需求，克服了先前诸形成方法的局限性。在下面的详细叙述中，在一张或多张附图中，用相同的标号表示相同的部分。
在整个详细叙述中使用了许多术语和缩语，包括下列术语和缩语：
“微电子的”意指关于论述微型尺寸的组成部分的电子学的分支，例如集成电路。一“微电子弹簧”不局限于用作电触点的诸弹簧，而且还包括用作机电装置和用作纯机械弹簧的诸弹簧。
“牺牲性层”、“牺牲性材料的层”和“牺牲性材料层”意指在形成一所需部分或结构，例如一微电子弹簧部分期间淀积在一基体上的以及后来从该基体上被去除的一层光致抗蚀剂或类似材料。
“牺牲性基体”意指用于形成一所需的部分或结构，例如一微电子弹簧部分以及后来从该部分或结构被去除的一基体。
“基体”意指具有用于支承一所需结构或部分的一支承表面的一材料。按照本发明在其上可以形成微电子弹簧触点的适合的基体包括，但不局限于例如半导体晶片和小硅片(带有或不带有集成电路)、金属、陶瓷和塑料。所有上述材料可以为各种几何尺寸和可用于多种场合。
上述定义不是用来限制本发明的范围，而是用于阐明术语以被本领域的普通技术人员很好理解，以及引用术语有助于叙述本发明。应该理解：所定义的术语对于本领域具有普通技能的这些人员也可以有其它意义。在以下的详细叙述中使用了这些和其它术语。
本发明提供了利用已经被半导体电子设备制造所采用的平版印刷技术在一基体上形成微电子弹簧的诸方法。如在上述引用的第一原始实例中所述的，较佳地构成了微电子弹簧结构，不过利用本文所述的诸方法也可以形成各种其它结构。在本文中揭示了许多典型的方法，显然选择一较佳方法将取决于许多因素，例如可得到的制造设备的类型、基体的特点、所要求的弹簧特性等，这些将取决于环境而变化。在某些情况下，一个或多个方法可以同样是较佳的。此外，可以用多种方式组合诸典型的方法的若干所选步骤，以及可以省去若干可选步骤，这取决于这些和类似的可变因素。
图1示出了按照本发明的一通常可采用的方法的典型的诸步骤，以及图2A至2H示出了在图1所示方法的诸步骤中一基体32和在其上复层的诸材料的视图。在步骤102中，在一基体32的一表面，例如一半导体设备、芯片、小硅片或晶片的一上表面上淀积一层牺牲性材料30。基体32通常是用于具有许多电端点的一集成电路的一半导体基体，其中一端点在图2A中示为接触焊接点(contact pad)46。诸接触焊接点，例如接触焊接点46通常由例如图形(trace)44的导电图形(conductive trace)连接到集成电路内部的内部电路。但是，本发明不局限于与一特定类型或结构的基体一起使用。在本发明的某些实施例中，接触焊接点46电气地和机械地连接于淀积它之上的一中间导电层(未示出)。当该层存在时，该中间层通常是在用于形成微电子弹簧结构的一加工的一电镀步骤中所使用的一短路层(shorting layer)的一制造产物。可以利用方法100形成用于在一配合基体以及接触焊接点46之间传导电信号和/或功率的一弹簧结构。
如在半导体领域中已知的那样，基体32通常包括多层，例如插入有导电的和半导电的诸层的诸绝缘层，以及可选择地设置在基体32的一上表面的一钝化层(未示出)。该钝化层可以是一绝缘层、一多晶硅层或者本领域已知的和通常出现在半导体设备上的其它诸层。当有一钝化层时，较佳的是通过钝化层中的一孔口暴露接触焊接点46。在淀积后继各层之前，可以有选择地首先使一钝化层(如果没有)变粗糙，例如暴露于一氧等离子体，以提高第一后继层的附着能力。变粗糙的技术和适用于在钝化层上淀积的材料的选择在本领域是已知的。
参阅图1和2A，在用于制造一被构造外形的弹簧的一方法的一准备步骤102中，用一可模制的牺牲性层30复盖可选择地设置有用于连接到一集成电路的接触焊接点46的一基体。牺牲性层30可以是任何数量的材料，例如PMMA(聚异丁烯酸甲酯)，它可在一基体上复盖至所需厚度，当被一模具或冲压工具加压时它将变形，它将接受淀积在其上的弹性材料，然后易于被去除而不损坏在其上形成的弹簧结构。对层30的另外的可选材料包括丙烯酸聚合物、聚碳酸酯、聚氨脂、ABC塑料、例如苯酚-甲醛酚醛树脂、环氧树脂和蜡的各种光致抗蚀剂树脂。牺牲性层30较佳地具有比基体之上最终弹簧结构的接触末端的所需高度略高的一均匀厚度。例如，如果所需高度是50微米(约2密耳)，层30可以有55微米(2.2密耳)的厚度。可以使用本领域中许多已知方法例如旋转涂复，将层30淀积在基体32上。
在本发明的一实施例中，层30包括多层，例如与基体接触的一软材料、在顶表面上用一硬的或脆的材料复盖，当用模制工具34压印时该顶部复盖层将被清除或切割。能够通过旋转涂复或浇注逐渐添加和固化湿材料，通过逐渐层叠干膜聚合物，或者层叠包括多层的一干膜形成这种双层。上述的脆层也可以是一金属层，这将不要求形成一导电表面的金属层淀积步骤，例如图1中所示的步骤106。在另一实施例中，层30包括至少一层光可构成图形的材料(photo-patternable material)和至少一层光不可构成图形的可模制材料。这将提供(例如)光能使某些区域构成图形的能力，然后用一模制步骤跟随光构成图形的步骤，或反过来也一样。
还有，备制具有设置了若干不同模制区域36、38和42的一模制表面的一冲压工具34，用于模制牺牲性层30。可以采用多种方法备制工具34。例如可以利用计算机控制的紫外线(“UV”)激光烧蚀加工从一较硬材料形成冲压工具34，其激光器可选用从位于佛罗里达州Fort Lauderdale的Lambda Physik有限公司，或从位于德国Heidelberg的Heidelberg Instruments MikrotechnikGmbH购得的一准分子激光器或一脉冲式的NdYag激光器。或者，也可以使用可从位于马萨诸塞州Burlington的Revise有限公司购得的一激光微量化学加工，也称为激光辅助蚀刻加工来形成冲压工具。另一可选方案是利用可从加利福尼亚州San Diego的Canyon材料有限公司购得的一灰度照相平版印刷遮罩来形成在一可用光构成图形的(photopatternable)玻璃或一层光致抗蚀剂(它可用作为关于冲压工具的一模具)中的带有一表面轮廓的一图形。该后一个方法——利用一灰度遮罩对一层光致抗蚀剂形成图形——也可以用来直接形成牺牲性层30，但这并不很好，这是因为它通常比使用一冲压工具较缓慢。用于形成一冲压工具的所有上述方法都能够形成带有亚微型分辨率(submicronresolution)的特征，以及还可以用来形成带有其尺寸到约0.1微米的模制特征的弹簧结构。例如，带有约0.1微米窄的一悬臂梁的一弹簧结构可以用方法100来制造。最突出的模制区域或工具34的“齿”36用来形成在接触焊接点46的区域中的牺牲性层，在那里将形成接触结构的基础。将构制外形的模制区域38用于要形成的接触结构的一梁区域中的变形层30。将最凹入的模制区域用于接受多余材料，即“溢料”、由齿36向旁边挤压的材料。模制区域42也形成了在基体上的相邻弹簧结构之间的间距。取决于对牺牲性层30和冲压工具34所选用的材料，一层模型释放材料(未示出)可选择地被设置在工具34的模制表面上。应该认识到，另外一些层和材料可以出现在基体32上，而不脱离这里所述的方法。例如，一金属短路层(未示出)可选择地设置在层30和基体32之间，以保护在加工操作期间放入在基体中的任何集成电路。在成形和固化步骤104的一初始阶段，用充分的压力将冲压工具34压向基体32，使齿36几乎到达基体32的表面，和到达在全部构造外形的模制区域48内的整个模制层30，如图2B所示。为了避免损坏基体32以及尤其是因为基体32的表面通常不完全平整，齿36较佳地不与基体32接触。工具压力较佳地是较低的，例如小于约7兆帕(“Mpa”为约1000磅/平方英寸(“PSI”))，以及更较佳地小于约0.7兆帕(约100PSI)。在一较佳实施例中，当齿36深入层30内到达所需深度时，溢料基本填满最凹入区域42，形成充分均匀的一表面，以允许后来冲压工具34从层30移去之后在弹簧结构之间淀积一层遮罩材料。可以对冲压工具34加热，以帮助层30变形，然后就地冷却以硬化层30。在另一实施例中，对层30选用充分可变形的材料，以在压力之下流动，而不要加热，以及该材料有充分粘度，以便在移去工具30之后保持它的形状。在另一个实施例中，使用热、UV光或化学催化剂来硬化冲压工具34之下的牺牲性层30，然后移去工具34。在另一个实施例中，由工具34施加超声能量以软化层30，用于模制。无论采用怎样的模制技术，周期时间最好是较短些，以使提高制造生产量。
图2C示出了在模制和固化步骤104的一随后阶段中在移去冲压工具34之后牺牲性层30的形状。示出了一剩留的薄层51在每个接触焊接点46的区域之上；但是，在某些另外的实施例中，在移去冲压工具之后接触焊接点46基本没有剩余物。阴模型表面48也是存在的，每一个带有用于要在其上形成的构制有外形的梁(contoured beam)的所需外形的一阴压痕。当剩留的存在时，需要去除剩留物51，以在要形成的接触结构的基部的区域50中暴露基体32。为了去除剩留物51，可以通过将带有它的模制层30的整个基体浸没在湿腐蚀剂浴中，通过氧等离子体或者本领域其它已知的方法，各向均匀地蚀刻带该模制层的整个基体。各向均匀地蚀刻适合于较平的基体，对于该基体，剩留物50在基体32的所有区域50有一较均匀的厚度。较佳地，进行各向均匀地蚀刻以去除剩留物51，同时将层30的厚度降低到等于所要形成的弹簧结构的所需高度。或者，可以使用非各向均匀蚀刻方法，该方法沿垂直于基体的方向较迅速蚀刻，例如反应离子蚀刻。在基体较不平整、造成剩留物51的厚度不均匀的场合，或者在横向尺寸必须保持在较窄的公差内的情况下，较佳地采用各向不均匀蚀刻。
在图2D中示出了在形成和固化步骤104期间的一较后的时间、在蚀刻之后的被模制的牺牲性层30的外形。较佳地暴露了接触焊接点46，与基体50的一周围区域一起充分提供了所要形成的弹簧结构的基部的附着力。在通常的半导体应用中，提供了在约10,000和约40,000平方微米之间、最佳地至少约30,000平方微米的基体32的一暴露面积。在蚀刻之后，模型表面48较佳地有所需的被构制的外形，所有模子表面48离开基体32的诸端部较佳地基本在相同的平面内。
在步骤106中，在牺牲性层30的表面和暴露的基部区域50上喷涂一籽晶层(seed layer)。该籽晶层通常是所喷涂材料的一厚度均匀的较薄层，例如约4500(埃；或约0.45微米)厚，用于电镀有弹性的弹簧材料。关于籽晶层52的合适的金属包括铜、金或钯；还可包括钛-钨(Ti-W)。不太佳的情况是，可以使用层30和基部区域50的表面修改，例如等离子体处理，以使它们导电，从而在材料的一表面层中产生一籽晶层。
在另一实施例中，便用一导电模型材料，例如一导电聚合物、导电合成材料或具有低熔点的金属合金来形成模型层30，从而在准备电镀方面不需要淀积一籽晶层。在这样一实施例中，可将有弹性的弹簧材料直接电镀到导电的模型材料上。此外，在将导电模型材料层施加于基体之前，可选择地、如本领域已知的用一保护短路层复盖基体。如有该短路层，它保护基体中的任何集成电路元件，并承载电镀电流。
在步骤108中，沉积一遮罩材料的一有图形层(patterned layer)，例如一致抗蚀剂层54以复盖没有沉积弹性材料的籽晶层的区域。该光致抗蚀剂层54可以从多种可购得的抗蚀剂材料中选择，包括湿的或干的、正的(阳性)或负的(阴性)抗蚀剂，或者湿的、正的或负的电泳抗蚀剂层。可以利用任何适当的方法使光致抗蚀剂层形成图形，例如除了要形成弹簧结构的地方外，通过一遮罩暴露于UV光，就此在暴露的区域中固化它(在一阴性作用的抗蚀剂的情况下)。图2E示出了在施加了一籽晶层52和一光致抗蚀剂层54之后的基体32。在图2E至2H中放大了籽晶层52的相对厚度。然后用如本领域已知的一适当的溶剂溶去光致抗蚀剂层54的未固化部分。
在随后的沉积方法的环境中，该遮罩材料54是较佳地稳定的。例如，一典型的正的光致抗蚀剂遮罩材料包含在喷涂操作期间在所存在的高真空状态下能够放气的剩余的溶剂或单体。当在一层牺牲性材料上喷涂时会遇到类似困难，该牺牲性材料通常是一种也可含有剩余溶剂和其它低分子量成份的有机材料。在准备一后继的沉积步骤中，较佳地预处理遮罩或牺牲性材料，例如通过培烘或通过暴露于光以去除剩留溶剂或交联的剩余单体，按情况而定，或用其它方法稳定该材料。预先处理的一个缺点是可能以后在加工中较难去除遮罩或牺牲性材料。可以由本领域的技术人员选择一合适的牺牲性材料和沉积加工。
溶去抗蚀剂层54的未固化部分之后，露出籽晶层52的所暴露的区域56，如图2F所示。所暴露的区域56在平面图中具有所需的微电子弹簧结构的突出的形状。例如，希望为一三角形梁，所暴露的区域在平面图中基本具有一三角形。在步骤110中，然后在所暴露的区域56中的籽晶层上用多种方法，例如本领域已知的电镀方法，沉积一层或多层弹簧材料58。在由抗蚀剂层54复盖籽晶层的地方将不产生电镀。或者，利用一工艺可以建立起一层弹性材料，该工艺例如为通过一遮罩(例如一孔板)对区域56选择性地施加的CVD或PVD，就不需要淀积一籽晶层的步骤106。通过使用多种淀积方法的任何一种，包括一整体形成的基部和梁的一弹簧结构60形成在所暴露区域56上，如图2G所示。在步骤112中，利用一适当的溶剂，例如丙酮去除牺牲性材料30和遮罩材料54，如本领域所已知的，该溶剂将不损坏基体32或弹性材料58。结果如图2H所示形成自由站立的弹簧结构60。
用于弹性材料的适当的材料包括但不局限于：镍和它的合金；铜、钴、铁和它们的合金；金(尤其是硬金)和银，这两金属有极佳的承载电流的能力和良好的接触稳定特性；铂族元素；贵金属；半贵金属和它们的合金；尤其是钯族元素和它们的合金；以及钨、钼和其它耐熔金属和它们的合金。使用镍和镍合金是尤其较佳的。在希望有一焊料状的光洁度的情况下，也可使用锡、铅、铋、铟、镓和它们的合金。弹性材料还可以包括多层。例如，弹性材料可以包括两金属层，其中选择第一层，例如镍或其合金，用它的弹性；以及，选择第二层金属层，例如金，用它的导电性。此外，可以设置导电和绝缘材料层，形成传送线路状结构。
在形成弹簧结构60之后，可选择地以在其表面上有一绝缘密封剂材料的一图案层的形式复盖基体32，如在以上所引用的第二原始实例中进一步所述那样。密封剂层(未示出)较佳地复盖接触结构的基部区域50，从而机械地加固弹性接触结构对基体表面的连接。此外，弹簧结构60可选择地设置有分开的诸末端结构。分开的诸末端结构可以形成在一牺牲性基体上，以及被传移到结构60，相邻的连接到它的自由末端，如在申请号为09/023,859的公有、共同待批的申请中进一步所叙述的那样，该专利申请全文已被结合在这里供参考。
将很明显的是，在一单个生产周期内可以利用方法100和它的变化形式在一个基体上易于形成许多被构造外形的弹簧结构。例如，可以利用方法100在带有多个小片的一晶片上产生数万个被构造外形的弹簧结构。此外，如此形成的数万个结构的每一个将具有一精确尺寸、形状和位置，如在模压和平版印刷制造加工期间所形成的那样。通常，尺寸误差预计约为10微米或更小。因为同时能够形成如此多的结构，所以形成每个结构的费用将较低。
并且，按照本发明用于产生整体形成的弹簧结构的上述一系列步骤的许多变化对于本领域的熟练人员来说将是明显的。例如，可以在一基体上远离进行电连接的一接触焊接点的一区域制造一弹簧触点结构。通常，可以将弹簧触点结构安装在从基体的一接触焊接点延伸到一远距离位置的一导线(未示出)上。以这方式，可以在基体上安装多个弹簧触点结构，使它们的末端被设置成一图形和位于不局限至基体上接触焊接点的图形的诸位置。此外，在本发明的一实施例中，通过将一适当成形的冲压工具压印进入可模制的基体同时形成用于所需弹簧结构的和再分布层的模型。在另一实施例中，在基体的相对或相邻表面上形成了用于弹簧触点的模型，例如这对于形成插入件或宇航变换器构件是有用的。可以用适当工具顺序地或同时地形成这些模型。
对于另一个例子，还可以采用方法100允许弹性材料被永久设置在基体的不专门打算用于进行相互连接的诸区域内。通常，在基体上不被遮罩的任何区域将被电镀。这例如对于在小硅片的表面上构造用于远离的机械部分是有用的。例如，可以电镀基体的边缘以提供用于弹簧结构60的远离或停止结构。或者，可以用一屏蔽和短路层对基体的相对侧部进行电镀。以在此所揭示的每一个可替换的方法可以类似地制造出例如上述内容的许多变化。
虽然对在此所揭示的诸方法可以做出多种修改，但是通常利用一较厚的牺牲性材料层，例如层30的一模制的或其它成形的加工，对于提供适当高度的弹簧结构是较佳的，而不要求建造多层光致抗蚀剂。此外，使用可变形的(可模制的)牺牲性材料层便于复制和大量生产相对复杂的被构造外形的梁的形状。
因此，在本发明的较佳实施例中，整个弹簧(除了可选的特征，例如分开的末端)可形成在一模型形式的表面上设置的一层材料内(例如通过电镀、CVD或PVD)。所产生的弹簧结构从而包括一整片，该整片可以包括弹性的、导电的、和/或有抵抗力的材料的一单层或多个共同延伸的层。该整片可以折叠和被构造外形，以及在材料淀积的方法(通常从该结构上方至一基体)较佳地基本没有任何重叠部分，从而按照在此所揭示的本发明可以较容易地通过在牺牲性材料的一被模制的层上淀积一层和多层材料来形成它。但是，利用某些淀积方法，例如电镀与一“限流阴极(robber)”相结合驱动在一悬出部分之下的带电荷的材料可以实现显著重叠。
显然，按照本发明的开放模制的方法100可适用于形成用于弹簧结构的、广泛形状和尺寸的被构造外形的梁。为了微电子弹簧接触结构的目的，某些尺寸和结构性能是较佳的，如在上述引用第一原始实例中进一步叙述的那样。但是，方法100能够形成比起较佳范围为更小和更大的结构。用于形成冲压工具的目前可行的技术在特征尺寸方面放置了一约为0.1微米的下限。虽然没有明确规定在某一特征尺寸之上的特征尺寸方面的上限，例如，特征在于要求形成牺牲性层30到达比约10,000微米(约1厘米或400密耳)还要深的深度，现有技术制造方法，例如板金属成形，可以是较经济可行的。
在图3A中示出了用一冲压工具形成的一典型的压痕的立体图。图3B示出了用于产生压痕的一冲压工具的一典型的部分的类似图。但是应该理解，压痕不需要限定或对应于所需弹簧结构的平面形状，这是因为用一有图形的遮罩可以形成所需的平面形状。压痕仅需要形成用于所要形成的弹簧结构的、在Z方向的所需外形。在本发明的另一实施例中，压痕的平面形状——例如在可模制基体中的一凹入部分——可以用来形成弹簧形状。在以下本说明中较详细的叙述了这些实施例的若干典型例子。
如图3B所示，在冲压工具的一表面35上设置多个齿36，每个齿都有一相同的被构造外形的表面38，该表面38对应于基体32上的层30中所形成的一模制表面48。诸齿36可以设置在一矩形阵列内，或在表面35上所需的任何图形之中。诸齿36可以基体相互相同地制造，或者在同一冲压工具34上可以包括多种不同形状，这取决于所要形成的所需的弹簧结构。典型的齿形状包括具有一带肋部的表面的一齿36，用于形成一弹簧结构的一带肋部的梁，如图3C所示；如图3D所示的带一波纹面64的一齿36用于形成一有波纹的梁；以及，图3E所示的带有一V形表面66的一齿36用于形成V形梁。另外，还可以不同地形成诸齿，以形成在平面图中具有不同形状的弹簧结构。例如，图3C示出了用于形成带有在平面图中都为矩形的一梁和基部的一弹簧结构的一齿；图3D示出了用于形成一矩形梁和半椭圆形基部的一齿；以及，图3E示出了用于形成一三角形梁和半椭圆基部的一齿。在图3F中示出了用于形成带有在平面图中为一“U”形梁的一结构的一典型的齿36；以及，在图3G中示出了用于形成带有平行臂的一分枝梁的一典型的齿36。在以上引用的第一原始例子中叙述了各种被构造外形的弹簧结构的优点和特点。显然，齿36的所需形状将由所需弹簧结构的形状的模制的对应物所限定。
而且，在图3B中示出了冲压工具34的一特定外形，显然工具34(以及，因此由它产生的压痕)可以设置为各种外形，而不偏离本发明的范围。例如，工具34可以包括仅一单个压印齿。或者，工具34可以包括设置在一图案中的多个压印齿36。在这情况下，可以定位诸压印齿用于在一基体的一整个表面上形成诸模型，或者在一基体表面的一所选部分上形成诸模型。在具有多个压印齿36的一工具34中，所有的齿可以具有相同的尺寸和形状。或者，在同一工具上的诸齿可以具有多种不同的尺寸和形状，这取决于应用要求。诸压印齿26可以设置在相同平面内，或设置在不同平面内，或设置在一曲线上，例如一圆柱面。例如，可以利用一圆柱形冲压工具在一基体上滚压形成诸模制的表面，例如这对于在材料的连续带上形成诸弹簧结构可能是有用的。
在许多情况下，硅基体的上表面将是基本不平整的(不在同一平面内)，这不平整度将传送到牺牲性材料的一均匀层，例如旋转涂复层的上表面。因此由上述模制方法所形成的诸弹簧结构的末端基本上是不在同一平面内。如果不平整度大于基体之上的弹簧结构末端高度的10％左右，在该基体上的一阵列的弹簧结构将不适合于与另一平面整体接触。同样，由于配合的诸基体也将有不在同一平面内的诸表面，所以希望降低弹簧结构的诸末端中的不平面度，以避免由于容差构造所产生的误差。因此，本发明提供了用于相对一基体中的表面不平整度制造其诸末端基本在同一平面内的弹簧结构的方法400。
在图4中示出了方法400的示范性的诸步骤，而在图5A至5G提供了该方法的诸步骤中的一基体和诸复层材料的横剖视图。在一最初步骤402中，具有一不平整上表面33的一基体32安装在一模具71中，该模具包括一盖板68、垫圈70、一安装表面74以及一注入口72。盖板68的内表面77按所需公差被加工成一平面和抛光到所需表面光洁度。将基体32安装到安装表面74，例如一晶片夹盘，使基体32的上表面33大致平行于内表面77。由垫圈70的厚度控制在模具71内将形成的牺牲性层30的深度。
在步骤404中，将一可模制的材料(用于形成牺牲性层30)通过孔口72注满模具71的内部。可模制的材料可以是任何适合的可模制的材料，包括上述的用于形成一被复层的牺牲性层的诸材料。在步骤406中，将该材料冷却或固化到所需温度。在步骤408中，将盖板68从带有附着层30的基体32移去，如图5C所示。在该模制工艺之后，相对于基体32的不平整的上表面33来说，层30的上表面78基本在一平面内。在步骤410中，利用一冲压工具34在牺牲性层30中形成构制外形的模制的表面，如图5D所示。步骤410的细节基本与上述方法100的步骤104相同。或者用于形成构制外形的模制的表面48的结构特征能够被直接加工在盖板68的内表面77之中，并可以省去步骤410。形成模制表面48之后的被模制的牺牲性层的外表如图5E所示。基部区域50之上剩余物51的上表面位于离开由盖板68的内表面77所形成的基准面的一均匀深度h处，该基准面自身位于离开基体32的安装平面82的一距离d1处，其中d1长于h。
在步骤412中，较佳地通过利用上述的一各向均匀的蚀刻76来蚀刻牺牲性层30，使基体在基部区域被暴露。继续蚀刻76，直至所有基体区域被暴露，如图5E的虚线所示。能够使用传统的终止位置探测技术以确定蚀刻加工的终止位置。蚀刻之后，基部区域50被设置在不平整的上表面33，从而不再设置在离开基准面相同的深度处。但是，层30的上表面仍旧基本在同一平面内，该平面位于离开基体32的安装平面82的一距离d2处，其中d2小于d1。然后将一层弹性材料设置在牺牲性层之上并被制成图形，以及，与以上结合方法100所叙述的那样，从基体32去除牺牲性层。所产生的诸弹簧结构60具有基本位于同一平面的它们的诸末端80，该平面位于离开基体32的安装平面的距离d2处。该距离d2较佳地是常数，但是也可以在跨越基体的任何直线段以一有规则方法变化(即，诸弹簧结构末端的平面不需要精确地平行基体32的安装平面)，该变化在基体32之上的诸弹簧结构60的平均末端高度的约20％的范围内。
用另一方法600可以获得类似结果，该方法的诸典型步骤示出在图6中。在步骤602中，如以上结合方法100的步骤102所述那样，在基体上设置一牺牲性层。在步骤604中，如以上结合步骤104所述的那样，在牺牲性材料层中形成一模制的表面。然后，在步骤606中，采用本领域中的一已知加工，例如化学——机械的抛光，使牺牲性材料层的上表面成为一平面。如以上结合方法400所述，使牺牲性层的上表面设置在基本平行于或略微倾斜于基体的安装平面的一平面内。方法600的其余诸步骤基本与以上结合方法100的步骤106至112所述的相同。
在某些情况下，通过要求一冲压工具和附属设备的一方法可以有利地避免在一牺牲性层上形成模制表面。本发明提供了一方法700，它不需要一冲压工具而在一牺牲性层中形成构制外形的模制表面。图7示出了方法700的诸典型步骤。图8A至8G示出了在方法700的诸步骤中一基体和诸复层材料的相关视图和一典型的所产生的弹簧结构的一视图。在一最初步骤702中，在一基体32上设置一层牺牲性材料30。采用任何上述方法，较佳地将牺牲性层30设置成厚度均匀的一层。在步骤704中，使牺牲性材料层形成图形，以形成一个或多个凹入部分86，如图8B所示，该凹入部分至少在其一部分处延伸到达基体32的表面。可以采用本领域中已知的多种方法，例如光图案形成法来(photopatterning)产生凹入部分86。在平面图中，如图8A所示，凹入部分86具有要形成的弹簧结构的形状，该形状可以是以前所述的任何形状或者任何其它合适的形状。例如，在本发明的一实施例中，在平面图中梁的形状为三角形，以及基部区域是矩形，如图8A所示。
在步骤706中，凹入部分86的诸表面和尤其是诸侧壁较佳地被处理，以按需改变它们的润湿性能。通过本领域中已知的多种技术，例如硅烷化加工能够修改润湿性能。再例如，暴露于氧、氮/氢和其它气体的等离子体能够改变表面润湿性能。另外，增加表面粗糙度通常将增加表面的润湿能力。对凹入部分86的诸侧壁进行处理来改变表面能量，该能量确定了相对所述润湿液体的润湿能力。如果需要一个凹入的弯液面，降低诸侧壁的表面能量(如果必须)，使所选润湿液体粘着于该诸侧壁，并在该凹入部分86内形成一凹入的弯液面。相反，如果需要一凸起的弯液面，对诸侧壁进行处理以排斥润湿的液体，从而引起该液体形成一珠形的凸起弯液面。在本发明的一较佳实施例中，选择牺牲性材料、润湿液体和凹入部分形状，使不需要凹入部分86的表面处理就实现所需的弯液面形状。通常，较佳的是易于润湿凹入部分86的表面来避免关于用一均匀数量的液体充填多个凹入部分的困难。
在步骤708中，凹入部分86部分地充填一适当的润湿液体84。一合适的液体是用于润湿凹入部分86的带有充分低的粘度和表面张力的液体，该液体可以被凝固而不会使所需的弯液面产生显著的皱缩或其它变形，并在后来可以与层30一起溶解而从基体32被除去。在本发明的一实施例中，液体84是一光可形成图案的材料，例如光致抗蚀剂(例如SU8-25，或SU8-2)。可以利用若干方法在凹入部分86中得到一特定容积的液体84。通常，凹入部分86是小型的，例如约250微米宽、250微米深和1000微米长。具有这些尺寸的一“曼哈顿(manhattan)”(矩形)的容积是62.5毫微升，以及必须采用专门技术来精确地设置一特定容积的液体，该容积较佳地小于凹入部分容积。在一实施例中，用一液体84旋转涂复具有容积小于约100毫微升的诸凹入部分86的一基体。旋转涂复加工在每个腔室内留下少量液体84，它的容积取决于液体粘度、液体84和凹入部分86的表面润湿性能、凹入部分86的形状以及旋转加工参数，例如旋转速度和加速度以及离开旋转轴线的径向距离。可以通过将一液雾引至(例如喷射)一旋转的基体上，或通过浸没施加液体84。通过旋转涂复工艺还从凹入部分86去除一部分液体84，从而液体84仅部分地充填凹入部分86，如图8C的横剖视图所示。
液体84和凹入部分86的诸侧壁的相对表面能量是这样，即，使液体84具有一弯液面，该弯液面分别具有如图8C和8D所示的、沿凹入部分86的长度方向的第一被构造的外形88和沿宽度方向的第二被构造的外形89。在凹入部分86是较窄的地方，例如图8A中所示的朝向三角形的顶点的地方，液体84的表面张力较佳地引起表面88升起，如图8C中所示。横越凹入部分86的宽度，表面张力拉起表面89成为一凹入的U形。
在步骤710中，液体84部分充填凹入部分86，例如通过用一化学催化剂或UV光进行固化，通过加热去除溶剂或通过在它的熔点之下的冷却使该液体凝固。然后，可以使该凝固的液体92进一步形成图形，以形成用于弹簧结构的一模型。例如，如图8E所示，藉助通过面罩90将凝固的液体92暴露于一各向不均匀的蚀刻，可以在一基部区域50中去除一部分凝固的液体92。剩下的凝固液体92形成一被构造外形的表面48和被暴露的基部区域，如图8F所示，按照上述的方法100或其它适当的方法可以在表面48和基部区域上淀积一合适的弹性材料。所产生的弹簧结构具有一梁，该梁越过它的宽度具有一U形外形，如图8G所示。
可以利用上述每一种制造方法形成具有一规定外形的一弹簧结构。通常，一弹簧结构的外形构造为梁的诸优点之一是能够利用一外形来降低材料的厚度，需要该厚度来实现用作为一微电子弹簧触点的一梁的适当刚度。因此，例如物理汽相淀积(“PVD”)或化学汽相淀积(“CVD”)的可使用的沉积技术可以用来在模制表面上淀积弹性的弹簧材料。例如，对于淀积超过5微米厚的诸层(它对于构造外形的弹簧是一适当的厚度范围)，PVD和CVD与电镀相比较是不大合适的。因此本发明提供了利用另一材料淀积技术形成一微电子弹簧结构用的一方法900，如图9所示。图10A至10D示出了在方法900的诸典型步骤中一基体和其中复层的诸材料的视图。
用于在基体32上淀积一牺牲性层30和形成模制表面的方法900的步骤902和904基本上与上述的方法100的对应步骤102和104相同。也可以采用例如本文所述的方法400的其它方法在牺牲性材料中形成一模制表面。在步骤906中，利用例如CVD或PVD的一工艺，用一层弹性材料58复盖牺牲性材料的表面，以形成至少约一微米的均匀厚度，较佳地约5微米。为了实现大于约5微米的一厚度，较佳地如结合方法100所述的，在首先淀积一籽晶层之后通过电镀淀积弹性材料58。图10A示出了淀积加工之后的基体的横剖面图。在908步骤中，例如一光致抗蚀剂层54的遮罩材料的一有图形的层被施加到将形成弹簧结构的区域中的弹性材料之上，如图10B所示。在步骤910中，利用如前面所述的一蚀刻加工去除多余的(未被遮罩的)弹性材料，所产生的复层的材料如图10C所示。在步骤912中，牺牲性层30和遮罩层54被去除在一适当的溶剂之中，留下弹簧结构60，它包括固着于基体32的弹性材料58。通常然后对弹簧结构60进行后加工，例如用金电镀和/或固着一分开的末端结构(未示出)，如在本文中进一步叙述的和在本文所引用的待批申请中所述的那样。
通过提供带有一悬出的凸缘的诸模制表面和诸基部区域的至少一部分，可以减少或消除要求使诸弹性材料层和/或诸籽晶层形成图形的诸步骤。这些技术通常可以应用于前面叙述的诸方法以降低制造成本。利用适当形状的一模制齿，例如在工具34上设置再进入齿98，如图11A所示，可以设置一悬出的凸缘。将再进入齿98压入一层牺牲性材料内时，由此形成的凹入部分设置有悬出的凸缘96。显然，为了在完全压入之后从层30移去齿98而又不损坏凸缘96，牺牲性材料30是一粘弹性材料(visco-plastic material)是有帮助的。粘弹性材料将充分变形以允许齿98的移去而又不损坏凸缘96，而且在移去该齿之后将恢复它的形状。如果层30由未固着于工具34的一软的弹性材料形成可以实现类似的优越性。通常，层30应该包括具有低剪切模量的一固体材料，即一凝胶。凝胶可以具有一粘性成份，使它为粘弹性的，或者它可以较纯粹地弹性的，例如一软弹性材料。
作为对于使用一再进入齿的一可被替换选用的方案，可以利用顺序的冲压工具来形成一悬出的凸缘。图12A示出了一典型的顺序的冲压工具，它有一主要齿36和一次要齿37。如前面所述使主要齿36成形。将次要齿37形成为一较浅的环，该环局部或全部包围由齿36所形成的凸入部分的周边。图12B示出了主要齿36和次要齿37的一代表部分的横剖视图。主要和次要齿被设计成被顺序压印在基体30上，首先压入主要齿36，从牺牲性材料30提起工具34，再定位冲压工具34，使次要齿37定位在由主要齿形成的凹入部分之上，第二次再压入该工具。或者，可以将主要的和次要的齿设置在分开的两冲压工具上(未示出)，然后顺序地将这两冲压工具施加于牺牲性层30。显然，顺序的冲压不局限于两个顺序的工具，可以利用任何数量的顺序的压入工具而不脱离本发明的范围。
图12C至12F示出了主要和次要齿顺序地压入所产生的压痕。图12C示出了用主要齿36压入之后牺牲性材料30的一典型层的横剖面图。图12D示出了在顺序的冲压工具34移动一距离和再压在该材料上之后的相同的典型材料层30，它围绕模制表面48和基部区域50的周边形成了一悬出凸缘96。随着工具34越过材料层30的表面前进，可以重复该顺序以提供由主要齿36形成的带一悬出凸缘的下一个凹入部分等等。图12E示出了带有一悬出凸缘的一典型的三角形/矩形凹入部分86的一平面图，以图12F示出了一类似的矩形凹入部分86。
按照图13所示的方法1300，可以利用如图12E和12F所示的一完全围起的悬出凸缘，以使一层弹性材料形成图案。图14A至14C示出了在方法1300的诸步骤中的基体和复层材料的横剖视图。在最初的步骤1302中，按照该领域中的已知方法，在基体32上淀积一层导电材料53，用作短路层。该导电层53可以是钛-钨(Ti-W)合金、-铬-金(Cr-Au)双层或任何其它适当的导电原始层，通常通过喷涂淀积到约300和10,000A之间的一厚度。短路层53基本与基体32的表面一致并连续复盖该表面，在基体上可以有任何接触焊接点或其它结构特征。或者(但是对于方法1300的目的不大较佳)，短路层53可以淀积为多个不连续的区域的一图形。使短路层53形成图形通常是为了在基体32上的接触焊接点和所要形成的弹簧结构之间形成一再分布层的目的。
在步骤1304中，按照以上所述的方法淀积牺牲性材料层30。在步骤1306中，较佳地利用如前面所述的一再进入齿或顺序冲压工具在一层牺牲性材料中形成带有一悬出凸缘的一模制表面48。在步骤1308中，利用例如喷涂(尤其是离子化的物理汽相淀积(1-PVD))或类似的视线淀积加工的一工艺，在牺牲性层的表面上淀积一籽晶层52和55。显然，从籽晶层的淀积悬出凸缘96遮挡了模制表面的周边，引起籽晶层的第一部分52淀积在模制表面48和凹入部86的基部区域上，而籽晶层的第二部分55淀积在牺牲性材料层的周围区域上，如图14A所示。显然，只要悬出凸缘96完全包围凹入部分86，籽晶层的第一部分52将连接短路层53，第二部分55将与短路层53和与第一部分52隔离。
然后，在步骤1310中，利用短路层53对第一部分52施加一电镀电势，以用一弹性材料对基体电镀。这样弹性材料58有选择地电镀在籽晶层的第一部分52上，不复盖第二部分55。然后，在步骤1312中，如前面所述，通过将牺牲性材料溶解在一适当溶剂中去除牺牲性材料层和籽晶层的第二部分55。但是，应该注意到即使弹性材料58意外地被电镀到第二部分55上，后来也易于去除这不要的被电镀的材料而不影响所需的弹簧结构，只要它不与电镀在第一部分52上的材料连续。在任一情况下，由于应用方法1300产生了一单独的自由站立的弹簧结构，在图14D中示出了一典型的弹簧结构，而不需要任何单独的形成图形的步骤。
按照图15所示的方法1500，使用一局部包围的悬出凸缘，可以采用一类似工艺。方法1500不需要短路层，但是，需要一附加步骤来从周围材料分离弹簧结构的弹性材料。在图16A示出了该方法的一步骤中的基体的平面图，图16B至16D示出了该方法的诸步骤中的基体和其中复层的诸材料的横剖面图。在步骤1502中，按照前面所述的诸方法之一淀积一层牺牲性材料。在步骤1504中，如以上所述形成一模制表面，除了悬出凸缘不完全围住凹入部分86中的模制表面之外。如图16A所示，形成悬出凸缘96以在三个侧向围住凹入部分86，在邻近于牺牲性层的顶部的侧向没有形成凸缘，在那里将形成弹簧结构的末端。在步骤1506中，如前面所述，利用一视线方法在牺牲性层30的表面上淀积一籽晶层52。因为凹入部分86不完全被悬出凸缘包围，所以籽晶层52电连接于还在层30的表面上到处淀积的籽晶层，如图16A所示。这样能够利用籽晶层52电镀弹性材料58，为此目的不需要短路层(虽然由于其它原因可以有选择地存在短路层)。
图16B示出了淀积弹性材料层之后基体的外观。也如图16A清楚所示，弹性材料层58在凹入部分86的没有淀积籽晶层的所有侧向被分开，除了接近层30的表面，在那里它连接到一个更通常延伸的层。因此，需要通过任何合适的机加工方法，例如化学/机械抛光去除在步骤1510中产生的多余的弹性材料。同时，为了前面所讨论的原因，使层30的表面较佳地处于一平面内，从而诸弹簧结构的诸末端将处于同一平面内。图16C示出了步骤1510之后的基体的横剖视图。下一步是利用本文所述的诸方法之一去除牺牲性层30的剩余部分，留下自由站立的弹簧结构60，如图16D所示。
在某些情况下，可以通过重复一单个模型齿(mold tooth)(或较少的一组齿)，以代替通过利用带有多个齿的复盖一相对较大面积，例如一小硅片或晶片的面积的一冲击或模制工具，以形成多个微电子弹簧结构，是有利的。本发明提供一“一次升起(one-up)”方法1700，图1 7示出了该方法的诸典型步骤。例如，方法1700对小生产运行或包含弹簧结构的非典型的“习惯”定位的运行可能是有利的，这是因为它不需要一种具有许多齿的复杂的冲压工具。图18A至18E示出了在方法1700的诸步骤中一基体32和复层的诸材料的横剖视图。图17F示出了可以利用方法1700形成的典型的模制表面48的立体图，该表面用于模制弹簧结构，或用作为带有许多齿的一冲压工具。在初始步骤1702中，在基体32上淀积一层牺牲性材料30。在本发明的一实施例中，层30是暴露于一辐射，例如暴露于UV光或一电子束可以固化(硬化)的一材料。图18A示出了在步骤1702中淀积之后的牺牲性层。也示出了具有一齿36的一典型的单齿冲击工具(single-tooth stamping tool)34。齿36是如前面所述的；但是，在本发明的一实施例中，齿36附加地设置有一辐射可穿透的部分39和一不可穿透的部分41。
然后，执行包括步骤1704至1708的一加工循环。在该循环的第一周期中，在步骤1704中用齿36形成一单个被构造外形的模制表面。图18B示出了在步骤1704中的基体32、层30和齿36，其中齿36完全压入基体30内。在齿36的两侧明显地有溢料(flash)49。在步骤1706中，当齿36在位时位于齿36的可透射部分39之下的模制表面48较佳地、选择性地被固化。在本发明的一实施例中，UV光束射过齿36以固化部分31。不可透射的部分41较佳地防止了牺牲性层30在基部区域被固化，从而基体在那里可以较容易地暴露于一层弹性材料。如决定步骤1708所指示的，重复步骤1704和1706，直至已形成了所需数量的模制表面48。图18C示出了加工循环的第二周期中的基体外形，图18D示出了第二周期之后的基体的外形；示出了被溢料49的未固化区域包围的两个固化部分31。在步骤1710中，通过溶解在一适当的溶剂中易于去除这些未固化部分，仅留下包括固化部分31的模制表面48。可以利用该模制表面形成前面所述的弹簧结构。或者，可以利用模制表面48作为一冲压工具的齿。显然，利用一可透射的齿的冲压方法，例如方法1700是可易于改造为利用带有多个被不可透射的区域分开的可透射齿的工具的方法，该方法例如可以用来在单个小硅片、多个小硅片和晶片规格中形成平行的多个弹簧结构。
可以采用一类似“一次升起”方法来形成用于弹簧触点的模制表面，它使用插入放电加工(plungeEDM)。按照插入放电加工方法，如以上关于方法1700所讨论的可透射冲压工具36那样(以及代替该工具)使一适当的插入EDM工具成形。代替压印一可变形的基体的是：利用插入EDM工具在一基体不可变形的、导电的基体中形成模制表面。用于模制表面的材料包括金属和充填有导电粒子或纤维的聚合物。如此成形的表面可用作关于弹簧触点的一模型状，或用作一多齿成形工具，这取决于该导电基体的特性和所需目的。
在本发明的另一实施例中，采用一视线材料淀积技术，例如喷涂或蒸发的性质在一被模制的基体上形成一弹簧结构，从而省去某些加工步骤。图19示出了采用一视线淀积技术的方法1900的诸典型步骤。图20A至20E示出了方法1900中的一基体和复层的诸材料的典型的视图。在步骤1902中，设置通常具有至少一被暴露的接触焊接点46的一基体32。在步骤1904中，如本领域已知那样，可选择地淀积介电层43并使其成形。在可任选步骤1906中，如本领域已知那样，在层43和接触焊接点46之上淀积一短路或附着层53，例如一层钛、钛-钨或铬。层53的目的是便于随后的可任选的电镀步骤1916。如果省去步骤1916，最好也省去步骤1906。在步骤1908中，在基体32上淀积可模制材料30的一牺牲性层，例如通过用一冲压工具压印使其成形，以提供关于一微电子弹簧的一模型。可以使用例如本文所述的任何适合的可模制材料。在步骤1910中，例如通过利用一适合的各向不均匀的蚀刻加工去除复盖接触焊接点46的任何剩留的可模制材料30。然后，在步骤1912中利用一视线加工，例如喷涂或蒸发在可模制层32上淀积一层金属材料52。
图20A和20B示出了在完成步骤1912之后一基体和诸覆层材料(layeredmaterial)的典型视图。例如通过具有一适当成形的压印齿的一冲压工具，在层30中设置了具有垂直或很陡的诸侧壁87的一凹入部分86。关于方法1900的目的，“陡”意思着离开垂直方向小于约45°的倾斜(正或负)，以及较佳地离开垂直方向小于约30°。另外，更较佳地，诸侧壁87是离开垂直方向在约0°至5°之间。凹入部分86的一底表面包括用于形成一微电子弹簧结构的一模制表面48。由诸侧壁87使模制表面48与可模制层30的顶表面57隔离，该诸侧壁较佳地围绕凹入部分86的整个周边，从而使模制表面48与层30的上表面57分离。如图20C所示，因为视线淀积的性质，所以层52的厚度“t1”在层30的模制表面48上显著大于在诸侧壁87上的厚度“t2”。尤其是，如果诸侧壁87是基本垂直的或悬垂于模制表面48(即相对于视线淀积方法的淀积的线是倾斜的，使不存在用于材料在其上淀积的一表面)，那么在诸侧壁上没有淀积材料。虽然层30的上表面57示为基本水平的平面，但是表面57的形状和倾斜不是关键性的。可以有多种不同形状，只要诸侧壁87存在和倾斜，以使表面57与模制表面48隔离。
在步骤1914中，如果在诸侧壁87上出现，各向均匀地蚀刻层52以去除附着于诸侧壁87的整个层52，同时在模制表面48和顶表面57上基本完整地保留它。也就是说，只要诸侧壁87没有所淀积的金属材料最好就停止蚀刻步骤1914，在那部位处在模制表面48上的层52将较佳地有所需厚度。在步骤1914之后，模制表面48上的层52将仍与短路层53电连接。在层30的上表面57上的层52的一隔离部分55将实际与模制表面48上的层52隔离，较佳地也与短路层53电绝缘。通过由诸侧壁87使模制表面48与上表面57分离，从而层52被构成图形以形成一弹簧结构，并从诸侧壁去除金属(或弹性)材料。显然，如果在淀积步骤1912之后在诸侧壁87上没有金属层52(例如诸侧壁87是垂直或悬垂的)，那么将不需要和可以省去步骤1914。
在可任选步骤1916中，将一层弹性材料58电镀到模制表面48上的层52的部分上。较佳地，没有另外的材料将电镀到该隔离的部分55，这是因为它较佳地不连接于电镀电流流过的短路层53。图20D示出了完成步骤1916之后的基体和复层的诸材料的视图。应该注意到弹性层58不接触隔离部分55。因此，在步骤1918中例如通过溶解在一腐蚀剂中易于除去隔离部分55和牺牲性的可模制层30，而不损坏淀积在模制表面上的弹性材料58。显然，如果金属层52有足够厚度以提供所需的强度和刚度，可以省去电镀步骤1916。尤其，在弹簧结构将设置有刚性结构特征的地方，例如被构造外形或有肋部的悬臂梁部分不大可能需要电镀层58(它可用于提供强度和刚度)。图20E示出了在步骤1918中除去牺牲性模制层30之后所产生的弹簧结构60的横剖视图。在步骤1918还除去隔离部分55和短路层53的被暴露的诸部分。从而利用方法1900可以平行地形成多个微电子弹簧结构，例如结构60，而不需要任何有图形遮罩(pattern-masking)步骤。
利用与形成一微电子弹簧的相同工艺、同时可以在一基体的表面上形成其它结构。尤其是，可以形成带有按照本发明的一弹簧结构的再分布轨道、桥接部分和凸起。图21A至21D示出了用于形成带有一弹簧结构60的一再分布轨道45和桥接部分59的一方法的典型步骤中的一基体和复层的诸材料。虽然方法1900适合于这目的，以示出它的省略电镀步骤的一应用，但是本文所述的任何其它适当的方法也可用于形成带有一弹簧结构的诸平行的结构特征。图21A示出了如以上结合方法1900所述的具有一接触焊接点的一基体、介电层和可模制层30。在备制了可模制层30之后，一冲压工具34用来形成一模制表面48，用于模制一再分布轨道的形成轨道部分63和诸凸起61。
图21B示出了带有完全压入可模制层30的冲压工具34的基体。诸凸起61可以为任何合适的形状，并具有小于将要形成的弹簧结构的末端高度的一高度。在本发明的一实施例中，诸凸起61具有适于起到止动结构作用的一高度和形状，即该结构能够对于它们伴随的弹簧结构防止过分压缩。例如，适合的形状包括带有拱形的、半圆形的、三角形的或矩形横剖面的形状，并在基体之上有一高度，以防止弹簧结构的过分压缩。可以将诸凸起61构造成连接于形成轨道部分63，或与其分离。
在工具34移去之后，通常在基体32上存在剩余部分51。除去这些剩余部分51以在凹入部分86的底部、在再分布轨道和关于弹簧结构的基部的区域中露出接触焊接点46和介电层43。通过工具34的适当设计，由诸陡侧壁87包围凹入部分86，诸侧壁87将模制表面48和凹入部分86的底部与可模制层30的上表面57分开，如本文前面叙述的那样。通常利用一视线淀积技术将一层弹性材料淀积在基体上，包括在凹入部分86的底部之上和模制表面之上。图21C示出了淀积弹性层58之后的被模制的弹性材料52。在这个例子中，层58有充分厚度，以致不需要附加的弹性层。
然后除去层30，露出带有一整体的再分布轨道的一弹簧结构60，如图21D所示。在这例子中，弹簧结构60具有一被构造外形的梁，用于提高刚度。诸桥接部分59对应于由工具34所形成的诸凸起61。诸桥接部分59可提供对轨道45的应力释放，尤其是如果轨道45是较长的。诸桥接部分59还可用于对于弹簧结构60的止动结构。另外，可以提供附加的诸桥接部分(未示出)，这些部分与任何接触部分电绝缘，因此进行一纯机械作用，例如一机械止动。从而，能够用较少的加工步骤造出一完整的接触系统，包括多个弹簧触点、并联的再分布轨道和止动结构。为了进一步示出该方法的一应用，图22示出了带有再分布轨道的许多接触结构的两个典型结构，用于执行从接触焊接点处的一较小节距“P1”到弹簧部分的末端处的一较大节距“P2”的一节距放大的功能。可以有用于节距放大和其它分布目的的很多种几何形状，而不脱离本发明的范围。
在另一实施例中，如在由Eldrigge和Mathieu于1999年7月30日提交的标题为“互连组件和方法”的申请号为09/364,855的待批申请中所叙述的那样，该专利申请已被结合在这里供参考，提供了一分开形成的止动结构，按照这里所述的诸方法，用于防止在一接触力作用之下该微电子弹簧结构的过分压缩。图23A至23C示出了带有一阵列的被构造外形的微电子弹簧触头60和设置有诸止动结构47的一基体32的立体图。图23A中示出了一晶片级的基体。图23B示出了在晶片上的一单个小硅片97的视图，其中示出了在该小硅片上的一阵列的诸弹簧结构60。图23C示出了一单个被构造外形的弹簧结构60和周围的止动结构47的详细视图。显然，诸弹簧结构可以设置在基体上的任何所需图案之中。尤其，通过在诸接触焊接点或通过和诸弹簧结构之间产生一中间再分布层，诸弹簧结构可以设置在基体上、远离在下面的诸接触焊接点和通路的诸位置处，如在上面引用的申请号为09/364,855的待批申请中进一步所叙的那样。
应该理解，这里所述的被构造外形的微电子弹簧结构60，例如在图23A至23C所示的也可以用于其它类型的互连组件，例如探测板组件、插入件和需要到达或通过一基体的电触点的其它连接系统。尤其，这些弹簧结构可以用于在一晶片或芯片范围预烧加工期间的高温、临时连接，随后用于在基体和一电子构件，例如一印刷电路板之间的更永久的、环境温度的连接。可以预计：通过允许测试在较高温度下进行诸弹簧结构的低成本和通用性将大大降低与高温测试有关的成本，从而比起利用按照现有技术的方法能够获得较高的生产率。
下面的例子进一步说明了本发明的诸方法。
例子
选择带有0.5微米表面氧化层的一硅晶片作为一原型基体。在该基体的一表面上喷涂一层铬，随后是一层金，以提供一短路层。使用一真空层合机(vacuum laminator)对喷涂上的金属施加0.4密耳(100微米)厚的负干膜光致抗蚀剂层。在第一层上施加相同类型光致抗蚀剂的3.0密耳(75微米)厚的第二层。将该基体放置在热板上并受加热，直到光致抗蚀剂软化。在光致抗蚀剂叠层软化时，将带有突出的、被构造外形以产生所需弹簧形状的三角形齿的一压印工具压入该叠层中。冷却基体和移去压印工具。利用一照相平版印刷遮罩和UV光暴露(以及从而交联(cross link))除了在弹簧基部接触区域之外的任何地方的光致抗蚀剂叠层。利用带有一标准碳酸钠显影剂溶液对光致抗蚀剂显影，这溶液从弹簧基部触点除去未暴露的光致抗蚀剂。然后用一氧等离子体descum清洁诸弹簧基部触点十分钟。在光致抗蚀剂叠层和未暴露的基部区域的整个表面上喷涂用于随后的电镀步骤的金属(钯/金)的一籽晶层。利用一真空层合机在80℃、在被喷涂的层上施加4.0密耳厚的干膜光致抗蚀剂层。利用一照相平版印刷遮罩(photolithograply mask)遮蔽在模制表面上使光致抗蚀剂受UV曝光，将形成弹簧的地方之上的抗蚀剂。然后在模制表面的区域中显影光致抗蚀剂以被除去，以及然后如前面所述利用一等离子体descum清洁模制表面。通过以约50ASF(安培/平方英尺)电流密度电镀20分钟在模型中淀积一弹性弹簧金属(镍)。从电镀溶液中拿出基体以及浸没在RD87负抗蚀剂剥离剂的一溶液中以除去光致抗蚀剂的所有层。一自由站立的弹簧结构保持在基体上，该结构有12微米(约0.5密耳)厚、在平面图中为三角形的一悬臂梁，并从基体的表面延伸约180微米(7密耳)。
已经叙述了用于形成微电子弹簧结构的一方法的一较佳实施例。对于本领域的那些技术人员来说很明显的是实现了本发明某些优点。还应该理解在本发明的原理之内可以做出它的许多变化、修改和其它实施例。例如，已说明了形成微电子弹簧触点结构的一方法，但是显然以上所述的本发明原理将同样可应用于形成用于其它目的的类似结构。例如，能够利用本文所述的方法将机电弹簧触点、例如继电器或纯机械弹簧形成在各种基体上，用于各种场合。此外，通过适当地修改本文所述的方法，可以制出微观尺寸的包括开放的被构造外形的材料片、例如通道、漏斗和叶片的其它平版印刷型结构。本发明进一步由所附权利要求限定。

Claims (26)

1.一种利用一冲压工具在基体上形成一模制表面的方法，该冲压工具包括一半透射部分和一不透射部分，所述方法包括：
将冲压工具压入在所述基体上的一层可模制的材料内；
引导固化促进物通过冲压工具，其中，对应于所述半透射部分的所述可模制材料的部分被固化，对应于所述不透射部分的所述可模制材料的部分未固化；以及
去除所述可模制材料的所述未固化部分。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于：还包括重复所述加压步骤和所述引导步骤，用于产生许多固化的模制表面。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于：还包括在所述模制表面上至少部分地形成接触结构。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于：
所述冲压工具包括一齿，所述齿包括所述不透明部分和所述半透明部分，
所述不透明部分对应于形成在所述可模制材料内的、通向所述基体的表面的一孔，以及
所述半透明部分对应于所述被模制的表面。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于：所述冲压工具还包括：
多个所述齿，各齿包括不透明部分和半透明部分，以及
附加的不透明部分将相邻的诸齿分开。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于：所述固化激发物是紫外线光。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于：还包括在所述可模制的材料的所述固化的部分上至少部分地形成接触结构。
8.一种在包括多个导电接触件的一电子元件上形成多个导电接触结构的方法，各所述接触结构包括连接于所述诸接触件之一的一基底和一梁，所述方法包括：
在所述电子元件上淀积一层可模制的材料；
提供包括多个凸出区域、多个有轮廓的区域和多个凹入区域的冲压工具，各所述凸出区域形成所述诸接触结构之一的基底和对应于在所述电子元件上的所述诸接触件之一，各所述有轮廓的区域形成所述诸接触结构之一的梁，以及，各所述凹入区域形成在所述相邻的接触结构之间的分离区；
将所述冲击工具的所述凸出区域与所述电子元件的所述接触部分对齐；
将所述冲压工具压入所述可模制的材料，所述多个凸出区域在所述接触结构的基底的所述可模制材料中形成诸模型，以及，所述多个有轮廓的区域在所述接触结构的梁的所述可模制材料中形成诸梁模型；以及
将接触结构材料淀积在所述梁模型和所述基底模型内。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于：在电子元件上淀积一层可模制的材料的所述步骤包括：
将所述电子元件放在一模型中；以及
将所述可模制的材料注入所述模型内。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于：还包括使设置在所述电子元件上的所述可模制材料层平面化。
11.按照权利要求8的方法，其特征在于：还包括在将冲压工具压入所述可模制材料内的所述步骤期间对所述冲压工具加热。
12.按照权利要求11的方法，其特征在于：还包括在加热所述冲压工具之后冷却所述冲压工具，同时所述冲压工具被压入所述可模制材料内。
13.按照权利要求8的方法，其特征在于：还包括在所述冲压工具被压入所述可模制材料内时冷却所述冲压工具。
14.按照权利要求8的方法，其特征在于：诸所述有轮廓的区域中的至少一个区域包括带筋的表面。
15.按照权利要求8的方法，其特征在于：诸所述有轮廓的区域中的至少一个区域包括有波纹的表面。
16.按照权利要求8的方法，其特征在于：从V形、U形或分叉形组成的一组中选择诸所述有轮廓的区域中的至少一个区域。
17.按照权利要求8的方法，其特征在于还包括：
在将所述冲压工具压入所述可模制的材料之后拆去所述冲压工具和在所述可模制的材料上淀积一籽晶层的导电材料；以及
使在所述籽晶层上的一层遮蔽材料形成图形，其中在所述遮蔽材料中的图形对应于成对的所述梁和基底模型，以及
其中，借助将所述接触材料通过在所述遮蔽材料中的所述图形淀积在所述籽晶层上，使所述接触材料淀积入所述模型中。
18.按照权利要求17的方法，其特征在于：还包括去除所述遮蔽材料和所述可模制材料。
19.按照权利要求8的方法，其特征在于：所述冲压工具还包括所述淀积的多个凹状齿，以在所述可模制的材料中形成许多凸起部分。
20.按照权利要求19的方法，其特征在于：所述可模制材料是弹性的。
21.按照权利要求8的方法，其特征在于：所述淀积接触结构材料的步骤包括利用无电的淀积工艺淀积所述接触结构材料。
22.按照权利要求8的方法，其特征在于：所述电子元件包括组成一普通的(unsingulated)半导体晶片的许多小硅片(die)。
23.按照权利要求22的方法，其特征在于：所述接触部分是诸所述小硅片的诸接线端。
24.按照权利要求8的方法，其特征在于：从由聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨酯、ABC塑料、光致抗蚀剂、酚醛清漆树脂、环氧树脂和蜡组成的一组中选择所述可模制的材料。
25.按照权利要求8的方法，其特征在于：从由聚甲基丙烯酸酯、光聚合物、酚醛清漆树脂和环氧树脂组成的一组中选择所述可模制材料。
26.按照权利要求8的方法，其特征在于：所述可模制材料包括热塑性材料。
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