(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの基材が第１の表面を有し、少なくとも１つの基材がその第１の表面上に１または１以上の能動部品を有する１対の基材を使用し；
それぞれの基材の第１表面を、該１または１以上の能動部品も含めて、エッチング可能なポリマー物質でコーティングし；
それぞれの基材上の該ポリマー物質をエッチングして、それぞれの基材上にフォーマーを形成し；
それぞれのフォーマーを金属性物質でコーティングし；
該ポリマー物質を溶解して、１対の中空導波チャンネルを製造し；
該中空導波チャンネルに隣接するそれぞれの基材の少なくとも一部を除去し；
該１対の中空導波チャンネルを互いに固定して、該１または１以上の能動部品が懸架している中空金属構造体を形成する
ことからなる、中空金属構造体を製造する方法。
【請求項２】
前記基材を前記ポリマー物質でコーティングする前に、前記基材の第１の表面上に、前記１または１以上の能動部品（active component）を設けている、請求の範囲１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマー物質を溶解した後に、前記基材の第１の表面の反対側の表面をエッチングする、請求の範囲２に記載の方法。
【請求項４】
前記基材の第１の表面の反対側の表面に追加の能動部品を設けている、請求の範囲３に記載の方法。
【請求項５】
前記フォーマーが電気的成形で金属性物質でコーティングされる、請求の範囲ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマーのフォーマーの表面に、電気的成形の前に、薄い金属のコーティングを施す、請求の範囲５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマー物質がパターン化できるポジティブレジストである、請求の範囲１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
それぞれの基材が第１の表面を有し、少なくとも１つの基材がその第１の表面上に１または１以上の能動部品を有する１対の基材を使用し；
それぞれの基材の第１の表面を、該１または１以上の能動部品も含めて、エッチング可能なポリマー物質でコーティングし；
それぞれの基材上の該ポリマー物質をエッチングして、それぞれの基材上にフォーマーを形成し；
それぞれのフォーマーを金属性物質でコーティングし；
１対の導波チャンネルを製造し；
該導波チャンネルに隣接するそれぞれの基材の少なくとも一部を除去し；
該１対の導波チャンネルを互いに固定して、該１または１以上の能動部品を有する金属構造体を形成する
ことからなる、金属構造体を製造する方法。
【請求項９】
１対の導波チャンネルを有する導波管構造体で、それぞれは金属被覆したポリマーフォーマーから作られ、該導波チャンネルは互いに固定されて導波管を構成し、少なくとも１つの該導波チャンネルは、該導波チャンネルの向かい合っている壁を横切って伸びている半導体ウェーハー上に１または１以上の能動部品を有し、該１または１以上の能動部品は該導波管の中に懸架されている、導波管構造体。
【請求項１０】
複数の能動部品が備えられ、それらが前記半導体ウェーハーの製造面である共通の平面に設けられている、請求の範囲９に記載の導波管構造体。
【請求項１１】
複数の導波チャンネルが備えられ、それらが前記半導体ウェーハーの製造面である共通の表面を有する、請求の範囲９または１０に記載の導波管構造体。
【請求項１２】
前記複数の導波チャンネルが、マイクロストリップが懸架している導波チャンネルをインターセクトするミキシングチャンネルを包含する、請求の範囲１１に記載の導波管構造体。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記導波チャンネルが、前記半導体ウェーハーの端まで伸びている、請求の範囲９ないし１２のいずれかに記載の導波管構造体。
【発明の詳細な説明】
本発明は導波管構造体およびその製造方法、とくにテラヘルツ信号に使用する導波管構造体に関するものである。
約６００Ｇヘルツまでの信号のために製造された従来の導波管構造体は、能動部品（active components）のマイクロストリップ上にマウントされた別々の平面ダイオードを含み、これらの能動部品が今度は、別個に製造された支持体上にマウントされている。しかしながら、このような構造体をより高い周波数の信号のためにサイズをより小さくするに際し、ダイオードをマイクロストリップにマウントする際に遭遇する限界や、ダイオードのチップ／マイクロストリップの組み合わせによる寄生容量効果（parasitic capacitive effects）による困難に遭遇している。
本発明は、今日入手可能なものにおいて遭遇している限界や困難を解決する導波管構造体を提供すること、および、５０ＧＨｚ−１０ＴＨｚ、好ましくは８００ＧＨｚ−１０ＴＨｚの範囲の周波数での使用に適した導波管構造体を提供することを目的としている。
本発明は、基材の上表面をエッチング可能なポリマー物質でコーティングし、該ポリマー物質をエッチングしてフォーマー（former）とし、該フォーマーの表面を金属性物質でコーティングし、そしてその後該ポリマー物質を溶解して中空金属構造体とすることを含む、中空金属構造体を製造する方法を提供する。
好ましい実施形態においては、本方法は導波管構造体を製造するのに使用され、基材および能動部品をポリマー物質でコーティングする前に、該基材上に１または１以上の能動部品（active component）が製造され、それにより、得られた中空金属構造体は、共通の製造平面上で該中空構造体の基底部から離れて位置する１または１以上の能動部品を有する。
導波チャンネルは、２つの中空構造体を合せることによりチャンネルを形成して作られる。このように本発明により、導波チャンネルは１または１以上の能動部品と一体になり、かつ、５０ＧＨｚ−１０ＴＨｚの範囲の周波数での使用に必要とされる寸法で形成されてもよい。この方法はまた、導波チャンネルを能動部品に直ぐ隣接して形成し、この能動部品が導波管構造体中のチャンネルに懸架するようにさせることができる。また半導体ウェーハー製造技術が使用されるので、この導波管構造体を量産することができる。
基材ではなくポリマーが加工されるので、要求される導波回路の高さの違いが相殺され、これは、能動部品（複数）に対して共通の製造平面があることを意味する。さらに、同じウェーハー上で異なった周波数で作動する部品の完全な一体化を可能にする。
導波チャンネルは前記した平面に分離されるので、ポリマー物質の除去は容易であり、能動部品は空気中に懸架されることができる。
好ましくは、ウェーハーにエッチング停止層を形成し、これによりウェーハーの裏面（背後）をエッチングする際に、あらかじめ製造された能動部品にまでエッチングが及ぶことを防止する。また、ウェーハー材料全体がエッチングされた後に、ウェーハーの裏面上（背後）に追加の部品が形成されても良い。
さらに、ポリマーフォーマーは、金属構造体の電気的形成がされる前に、たとえば金のような薄い金属の層で被覆されてもよい。ポリマー物質は好ましくは、フォトレジストまたはＰＭＭＡのようにパターン化可能なものである。
さらなる態様において、本発明は、半導体ウェーハーの上に、それと一体に形成された１または１以上の能動部品を有する１または１以上の導波チャンネルを含む導波管構造体を提供する。理想的には、１または１以上の導波チャンネルおよび１または１以上の能動部品の両者が、半導体ウェーハーの製造平面である共通の平面にある。この導波管構造体は、分数ミキサー（sub-harmonic mixer）、発振器、倍率器、増幅器、または検波器等として使用されてもよい。
理想的には、この導波管構造体は、５０ＧＨｚ−１０ＴＨｚの範囲の周波数での使用に採用される。好ましくは、１または１以上の能動部品は直ぐ隣接して配置され、かつ、１または１以上の導波チャンネル内に懸架される。この導波管構造体は少なくとも２つの導波チャンネルを含んでもよく、両者はウェーハーの製造面に有り、互いに対して９０度または１８０度になっている。また、１または１以上の導波チャンネルは、ウェーハーの少なくとも一方の端に伸びることができ、これにより１または１以上のチャンネルは、さらなるウェーハーに形成されたチャンネルに結合することができる。
この配置はまた、マイクロストリップ回路の形成および使用に特に適している。
本発明の実施形態が、添付の図面を参照して、実施例により記載される。ここで：
図１ａから１ｆは、本発明の導波管構造体の製造方法を図式的に示すものである。
図２は、本発明により製造された導波管構造体の図式である。
図１ａから１ｆを参照すると、導波管構造体に能動部品を一体に製造する方法が示されている。ＧａＡｓのような半導体材料の標準ウェーハー２０の形の基材が、その上表面に、エッチング停止層ＡｌＧａＡｓ２２を介して形成されたドープ層ＧａＡｓＮ＋＋２１を有している。このウェーハーのドープ層２１に、通常の技術により、ダイオードや他の能動部品２３のパターニングやオーミックコンタクト（Ohmic contact）やフィルターメタリゼーション（filter metalisation）２４などが行われる（図１ａ）。
ウェーハーはそれから、溶解性のポリマー、例えばヘキスト社のＡＺ４０００シリーズレジスト（ポジティブレジスト）でコーティングされ、これは、レーザー研削、Ｘ線リトグラフィー、紫外線リトグラフィー、または反応性イオンエッチング（RIE）のような種々の可能な技術のいずれか１つでエッチングされ（図１ｂ）、ウェーハーの製造平面にあり、所要のチャンネルまたは他の導波管構造体の形状であるフォーマー２５を与える。このフォーマー２５はそれから、例えば金でスパッターコーティングされ（２６）、それから銅またはニッケルまたは他のいずれかの適当な金属材料を使用して、機械的支持力を与える充分な厚さに電気的形成を行う（２７）（図１ｃ）。
次にこのウェーハーを、その裏面を上にして犠牲基板（sacrificial substrate）２８の上に、好ましくは溶解性の接着剤２９を使用して、マウントする（図１ｄ）。ウェーハーの裏側はそれから、いずれかの従来技術を使用して、半導体２０全体をエッチング停止層２２まで化学的に除去することにより、加工される（図１ｅ）。最後にポリマーフォーマーは、アセトンのような有機溶剤を使用して、形成金属の隙間から、晒されているレジスト表面へと導入して、溶出される。ポリマーフォーマーを除去すると開放チャンネル３０が形成され、その境界は電気的に形成された導波管構造体により画される。ドープ層２１はまたパターン化され、必要に応じて、部分的にエッチング停止層２２と共に除去される（図１ｆ）。このエッチング停止層２２を設けることにより、その厚さを含めて半導体材料全体をエッチングするのが簡単になることが分かる。
上記の方法により、半導体ウェーハーの前表面および背表面の両面が活用され、所要の三次元構造体が製造される。さらにこれは、半導体材料全体が導波管構造体の両側に必要とされる場合の構造体の製造を可能にする。さらにこの方法により、その除去の前に電気的形成されるフォーマーを製造することにより、高さの異なることがある導波チャンネルの形状も、能動部品と一体に、ウェーハーの製造平面である共通の平面に形成される。これにより、能動部品がフォーマーのスペース内に懸架されるのを可能にする。能動部品の形成について、いかなる従来の製造技術も上記した方法と共に使用し得ることは、勿論明らかである。従来の半導体ウェーハー技術が使用されるので、導波管構造体を、従来のマニュアルの方法とは異なって、容易にかつ安易に大量生産することができる。
勿論この技術は、導波管構造体の壁を、ポジティブまたはネガティブレジストポリマーのいずれかを用いて構造し、導波管構造体の壁の永久構造とすることもできる。この場合、上記のように引き続いて溶出される代わりに、ポリマーフォーマーは好適な金属性物質でコーティングされ、支持構造体として使用される。この構造体は、電子機器が、前述の例のように中心部に位置するというよりもむしろ、チャンネルの基底に位置するという不都合がある。これは、今度はチャンネルサイズの変わる異なった導波管素子を組み合わせる際に問題がある。
図２では、上記の方法を使用し半導体ウェーハーから製造された一本化された導波管構造体が、分数ミキサー（sub-harmonic mixer）２の半分の形で示される。ミキサー２は、その端に隣接したチュウニングチャンネル４を有する低周波搬送導波チャンネル３と、搬送導波チャンネル３に対して１８０度にチュウニングチャンネル７をも有するステップＲＦインプット導波チャンネル６とを有する。搬送導波チャンネル３およびインプット導波チャンネル６両者は、従来の導波管が通常、その導波チャンネルが互いに９０度であったのと異なり、ウェーハーの製造平面である同じ平面にある。搬送およびインプット導波チャンネルはまた、ウェーハーの上表面に開いている。このことは、溶解もしくはエッチングによりポリマー物質を除去するのを容易にする。全てのポリマーを除去するのは望ましくはあるが、必須ではないことが認められる。主要な部分、特にポリマーがＲＦ周波数で減衰が少ないところでは除去されることが必要であるだけである。さらに、搬送導波チャンネル３およびインプット導波チャンネル６は、ウェーハーの端部では開放されている。これによりこれらのチャンネルはこれらのチャンネルの延長部と接続され、また能動部品、例えば別のウェーハー、または同じウェーハー上にでさえも設けられた信号発生器等に接続されてもよい。
搬送導波チャンネル３およびインプット導波チャンネル６でそれぞれ受信された２つのシグナルを結合するための能動部品は、マイクロストリップ８の形であり、またウェーハーの製造平面であり、上記の方法で半導体ウェーハー上のこれらのチャンネルとともに製造される。マイクロストリップ８は低周波プローブ９からなり、これは低周波フィルター１０に接続する。ＲＦプローブ１１はまた中間周波数はフィルター１２に接続して設けられ、これが今度は中間周波出力１３に接続する。ＲＦプローブ１１に接続する低周波プローブ９は、搬送導波チャンネル３中へと突き出し、ＲＦプローブ１１はインプット導波チャンネル６を横切って伸びる。図２に見られるように、マイクロストリップ８はミキシングチャンネル１４の中に位置し、これは少なくとも２つの導波チャンネル３および６を信号出力に接続する。マイクロストリップ８はミキシングチャンネル１４の中で、ミキシングチャンネルの幅を横切って伸びる絶縁支持体１５から、空気中に懸架される。孔１６も設けて、該分数ミキサーの第２の半分（図示しない）が上記の構造体の上に正確に位置するのを可能にする。
分数ミキサーの第２の半分もウェーハー上に形成され、上記のミキサーの第１の半分のチャンネルの鏡面体であるが、孔１６の位置に突起を有している。使用にあたっては、この分数ミキサーの第２の半分の突起はミキサーの第１の半分の孔１６に結合するように配置され、ミキサーの第２の半分のチャンネルはミキサーの第１の半分のチャンネルと整列し、それにより管路を形成し、それぞれは２つのウェーハーの少なくとも１端に開口し、その１つの中にマイクロストリップ８が収容されている。マイクロストリップ８は管路の１つの中で空気中に懸架されているので、寄生容量効果（parasitic capacitance effects）は許容される程度のレベルまで低減され得る。
上記には分数ミキサーが記述されたが、この方法で他の構造体、例えば、導波管または他のチャンネル構造体に一体に形成された能動部品を有し、必要ならば、ウェーハー上に形成されたチャンネル構造体内に懸架された能動部品を有する、発振器、倍率器、および検出器等も製造することができることが認められる。
【図１ａ】
0003954105.tif 000002
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
0003954105.tif 000004
【図１ｄ】
0003954105.tif 000005
【図１ｅ】
0003954105.tif 000006
【図１ｆ】
0003954105.tif 000007
【図２】
0003954105.tif 000008