專利名稱：微型機(jī)械光學(xué)工具的結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法
相關(guān)申請的交叉參考本申請要求1998年4月17日提交的美國臨時(shí)專利申請60/082,071的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請的內(nèi)容包括在此。引言背景傳統(tǒng)上用于裝配極小機(jī)械、光學(xué)或電子元件的結(jié)構(gòu)和方法可便利地分類為三組或三類中之一或以上，這三類是精密裝配、光纖對(duì)準(zhǔn)和微機(jī)械加工的微光學(xué)部件。在這些方法中，有一些使用了x,y坐標(biāo)的微操縱器，這種微操縱器能夠進(jìn)行微米或亞微米定位，但沒有提供在裝配期間用于夾持小部件的手段。其它的傳統(tǒng)技術(shù)在操縱和裝配期間用小鉗子夾持部件。通常，這類技術(shù)要求反復(fù)地相對(duì)于另一部件將所述部件操縱到位，直到成功。例如，在一機(jī)器中，需要多次嘗試將微型齒輪放置到微型軸上，在成功地將齒輪放置到軸上之前，這種嘗試可能需要幾個(gè)小時(shí)的反復(fù)試驗(yàn)。通常由于這類裝置的制造數(shù)量很有限，有時(shí)為了研究和開發(fā)的目的只需要研制一個(gè)或幾個(gè)，所以對(duì)這些耗時(shí)費(fèi)力的技術(shù)一直采取容忍的態(tài)度。
其它希望有效生產(chǎn)微型機(jī)械的嘗試涉及就地制造，但是這些技術(shù)不允許使用完全不同的材料，致使個(gè)別元件的特性不能最佳。對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)來說，這是個(gè)突出的問題，因?yàn)楣鈱W(xué)透鏡對(duì)材料的要求通常有別于夾持器、齒輪、孔等。
在某些場合下，傳統(tǒng)的放電加工(EDM)技術(shù)，尤其是傳統(tǒng)的金屬絲放電加工技術(shù)，提供了一些優(yōu)于早期技術(shù)的附加能力，但仍存在問題。在傳統(tǒng)的導(dǎo)線EDM技術(shù)中，細(xì)導(dǎo)線的直徑一般在大約75微米和150微米之間，這種細(xì)導(dǎo)線可用來從一個(gè)較大的襯底上鏤花模版或者切下每個(gè)部件。在此工藝中，電流在間隙中產(chǎn)生電弧，切開插入該間隙的襯底，并且導(dǎo)線相對(duì)襯底移動(dòng)，描出所需要的形狀。此導(dǎo)線EDM加工名義上允許最小特征與襯底的大小比例大約為1∶20，也就是說，在200微米厚的襯底中可以制造或獲得10微米大小的特征。然而，襯底中的切槽至少應(yīng)相當(dāng)于切割導(dǎo)線的直徑大小。
用于構(gòu)造微型機(jī)械結(jié)構(gòu)的其它技術(shù)包括在襯底上電鍍一金屬，然后在切下個(gè)別電鍍元件之前或之后，將金屬與襯底分離。電鍍技術(shù)可以提供最后精制的部件。
精密裝配方法已有將定位銷壓入配合于孔中，以及在槽或孔中使用球體的技術(shù)，用以約束儀器或精密工作臺(tái)的兩個(gè)部分。對(duì)于最小特征尺寸約為500微米的結(jié)構(gòu)，通過“閉合”塑料片和各種按扣來對(duì)準(zhǔn)和緊固傳統(tǒng)組件，也是已知的。但是，對(duì)特征尺寸小于約100微米的結(jié)構(gòu)進(jìn)行注塑卻是很難的，因?yàn)樗芰喜蝗菀妆粔喝敕浅Ｐ〉目涨缓涂障秲?nèi)且隨后脫模。另外，用這種方式形成的塑料一般不能提供所需的物理特性。
已出版了幾篇對(duì)比文獻(xiàn)，描述了制造和裝配產(chǎn)品中小部件或小物體的過程。例如，V.Guyenot等在SPIE第2783卷，1996年，第105-116頁上發(fā)表了“微型光學(xué)元件的安裝、粘合和處理”論文，該論文描述了微型精密裝配中使用的各種夾鉗和真空拾取工具，它們用于將微型透鏡等放到光學(xué)組件中。在此過程中，用小夾鉗直接將各部件拾取、傳送和放置到所提供的粘合液滴上。但該文獻(xiàn)假設(shè)各元件上存在方便的位置和特征，允許用這些抓取器拾取，并且還假設(shè)指定位置中的間距允許將各部件放到組件中指定的目的地。并不是所有的微型組件操作都能滿足這些要求，因此所述的結(jié)構(gòu)和技術(shù)一般不實(shí)用。具體地說，對(duì)于微型光頭組件來說，就可能不滿足這些條件。
已使用各種微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)來對(duì)準(zhǔn)光纖，特別是接合光纖，以及將激光二極管和準(zhǔn)直透鏡與光纖對(duì)準(zhǔn)。在這些結(jié)構(gòu)中，有些結(jié)構(gòu)依賴于刻蝕在襯底內(nèi)的一個(gè)簡單的V形槽。盡管這些V形結(jié)構(gòu)已適用于其原定的目的，但它們一般不允許任意調(diào)節(jié)位置，或者將光纖相對(duì)V形槽移動(dòng)，而且一般不能預(yù)測光纖直徑或光纖纖芯中心的變化。
另一種類型的光纖耦合器依賴于使用略微復(fù)雜的微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有多個(gè)晶片、經(jīng)各向異性刻蝕，呈塊狀，并且用復(fù)位彈簧形成相對(duì)的、分叉的V形槽。兩根光纖在器件中端耦合，它們至少將中心置于V形槽中。在原則上，V形槽對(duì)準(zhǔn)光纖纖芯。但是，實(shí)際獲得的對(duì)準(zhǔn)程度可能低于希望值。另外，至少部分由于其復(fù)雜性，該結(jié)構(gòu)的制造成本相對(duì)較貴，并且對(duì)于每一次具體對(duì)準(zhǔn)或裝配任務(wù)，一般都需要各種或者完全不同的結(jié)構(gòu)。已有關(guān)于此類光纖耦合器的描述，例如Melvin Johnson于1993年7月在San Diego在Int.Symp.Opt.Inst.和Appl.Sci上發(fā)表的論文“用微制造硅器件對(duì)光纖進(jìn)行精密對(duì)準(zhǔn)”，以及美國專利5,377,289和5,404,417。這些文獻(xiàn)的內(nèi)容通過引用包括在此。
還有其它出版物涉及將光學(xué)部件集成在微型光具座上的可能。這些器件或者為傳統(tǒng)元件形成各種縫或槽，或者在一個(gè)襯底上將所有元件制成單個(gè)系統(tǒng)，然后將這些元件彎曲或折疊到達(dá)對(duì)準(zhǔn)的位置。例如，J.Mohr、J.Gottert和A.Muller等人在1996年SPIE第2783卷，第48-54頁上發(fā)表了“依賴于自由空間光學(xué)部件的微型光學(xué)器件，具有LIGA微型光具座、舉例和透視圖”；L.Y.Lin等人在MEMS’95第77-82頁上發(fā)了“用于自由空間互連的微機(jī)械加工集成光學(xué)部件”，這些文獻(xiàn)都描述了上述類型的器件。這些結(jié)構(gòu)或技術(shù)都不能滿足下述要求，即要求將微型光學(xué)元件精密裝配到不容易用精密配合特征或集成光學(xué)元件形成的結(jié)構(gòu)中；或者要求經(jīng)調(diào)節(jié)，滿足諸如精密聚焦或準(zhǔn)直等具體功能。另外，就地集成排除了使用完全不同材料的可能性，因此需要一種折衷的材料。對(duì)于某些應(yīng)用來說，損失尤其是損失光學(xué)性能是不能容忍的。
傳統(tǒng)上也用微型小鉗子來精密裝配微型結(jié)構(gòu)。大多數(shù)的這類微型小鉗子缺少足夠的力或爪進(jìn)行移位，不能適當(dāng)?shù)貖A持各部件，并且/或者要求組件中有相當(dāng)大的間距，以放置部件。近年來，有文獻(xiàn)描述了一些試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，它們具有“系鏈”，用于在犧牲刻蝕之后將試驗(yàn)結(jié)構(gòu)與襯底相連；還描述了一些光束元件，用于在裝配期間配對(duì)。例如，C.G.Keller和R.T.Howe在MEMS’97第72-77頁上發(fā)表的“用于遠(yuǎn)距離操作微型裝配的hexcil小鉗子”對(duì)所謂的“hexcil小鉗子”進(jìn)行了描述。但是，即使這些小鉗子也限制了應(yīng)用能力，并且不適用于許多裝配操作。例如，在裝配含UV固化或高粘度粘結(jié)劑的光頭時(shí)，hexcil系鏈和光束結(jié)構(gòu)不適用，因?yàn)槠鋳A持力受到限制，并且在粘結(jié)劑固化期間，不能適當(dāng)?shù)貖A持各部件。
因此，仍然需要一種改進(jìn)方法，該方法能夠?qū)ξ⑿筒考M(jìn)行定位，以允許相對(duì)其它部件進(jìn)行亞微米的相對(duì)位置調(diào)節(jié)。還需要下述結(jié)構(gòu)和方法，它們在元件周圍幾乎不要求或者不要求空間，因?yàn)樵谝b配的元件與裝入部件的槽或其它容器結(jié)構(gòu)之間通常幾乎沒有或沒有間距。還需要下述結(jié)構(gòu)和方法，它們能夠提供便宜的但安裝極為精密的夾具。還需要能夠在設(shè)計(jì)各部件時(shí)提供足夠靈活性以便具有多重功能的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在用于生產(chǎn)、裝配和測試精密微型部件的微機(jī)械加工工具和部件夾持器。本發(fā)明特別適用于生產(chǎn)、裝配和測試包括光學(xué)和/或電子元件的精密微型系統(tǒng)，其中光學(xué)和/或電子元件包括透鏡、光纖等。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法為數(shù)字計(jì)算機(jī)尋找到在具有光學(xué)輔助存儲(chǔ)裝置之讀、寫、或讀/寫磁光頭的精密光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用的特殊能力。這種光學(xué)輔助存儲(chǔ)裝置包括但不限于Winchester驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)頭、CD-ROM存儲(chǔ)器、DVD型閱讀器和記錄器，以及磁光器件。
高存儲(chǔ)密度器件，頻繁提供多個(gè)堆疊光盤或盤片，加上對(duì)讀/寫光頭質(zhì)量和慣性力矩的最低要求，這意味著光頭部件例如，透鏡、線圈、光纖、反射鏡、分束器、孔等必須盡可能的小，并且質(zhì)量盡可能的輕。同時(shí)，絕對(duì)和相對(duì)位置必須精確和精密。對(duì)于單獨(dú)尺寸為幾十至幾百微米左右的光頭部件(例如，透鏡直徑從大約100微米至大約400微米，線圈直徑從大約100微米至大約300微米)，一般必須將光頭部件定位在設(shè)計(jì)位置的大約0.5微米范圍內(nèi)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，特別是具有斷開式手柄的可拆卸工具和夾持器，便于減小光頭和光頭部件的尺寸和質(zhì)量，同時(shí)允許在光頭中使用不同的且最佳的材料。本發(fā)明的加工方法可以使小部件在光學(xué)輔助的Winchester(OAW)光頭中精密對(duì)準(zhǔn)?？刹鹦兜墓ぞ哂脕韺?duì)各部件進(jìn)行臨時(shí)定位，并且在裝配期間將部件粘合或固定到位，然后完全拆下，以便與另一光頭組件一起使用?？刹鹦豆ぞ呖梢园ɡ绻饫w夾持器、對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)、透鏡夾持器、后反光鏡和間隔器。斷開式工具或夾持器一般包括三個(gè)主要部分元件夾持器、手柄以及將夾持器與手柄相連的斷開式頸部。元件夾持器為光學(xué)、電氣或機(jī)械元件提供了一個(gè)安裝部件。例如，夾持器可以安裝透鏡、光纖、光纖板手(key)、線圈或類似元件。可以用任何方便的方法將光學(xué)元件安裝在夾持器上。盡管元件和夾持器都很小，但到達(dá)元件接受器(例如，安裝部件中的級(jí)形孔，用于容納和放置圓形透鏡)并不困難。一旦將光學(xué)元件固定在安裝部件上，便可通過手柄將它們移入較大光頭組件內(nèi)的某個(gè)位置。對(duì)準(zhǔn)后，將安裝部件與光頭組件粘合，并對(duì)手柄施加一較小的可預(yù)測的力，致使頸部斷裂，將手柄與此時(shí)固定于組件上的夾持器分離。結(jié)果，很容易用相對(duì)較大的手柄將光學(xué)部件定位到光頭組件中，在裝配后，只有較小的安裝部件留在光頭中。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)法刻蝕諸如單晶硅或其它半導(dǎo)體晶片等襯底，以便有選擇地雕刻襯底的第一側(cè)和第二側(cè)。對(duì)晶片的每一側(cè)分開施加光致抗蝕材料，以便有選擇地曝光或保護(hù)晶片的特定區(qū)域。將晶片中未被保護(hù)的區(qū)域刻蝕到所需的深度，以便形成凹部、擱架、通孔或孔，以及其它結(jié)構(gòu)特征?？梢詫?duì)同一表面多次施加光致抗蝕材料，并進(jìn)行刻蝕，這樣便可以在同一表面上形成具有不同深度剖面的區(qū)域。使用硅對(duì)斷開式夾持器是有利的，因?yàn)樗哂锌深A(yù)測的斷裂特征，這有利于頸部在預(yù)定區(qū)域、在預(yù)定的力作用下發(fā)生斷裂，其中所述預(yù)定的力小于會(huì)對(duì)光學(xué)組件的整體性或?qū)?zhǔn)產(chǎn)生干擾的力。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種相對(duì)第二物體操縱第一物體的工具，該工具包括操縱部，用于與被操縱的第一物體相互作用；和細(xì)長的手柄部，它與操縱部構(gòu)成一體，并且是操縱部的延伸，適于被一外部的定位裝置夾持。所述工具適于在靠近第二物體的一個(gè)狹窄空間內(nèi)接觸被操縱的第一物體，并與其相互作用。最好，所述工具由單片晶體材料制成；并且操縱部適于與第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，而所述物理特征的尺寸小于500微米。本發(fā)明還提供了在基底材料上通過電鍍金屬制成的結(jié)構(gòu)，或者完全由金屬制成的結(jié)構(gòu)。還提供了用于制作本發(fā)明結(jié)構(gòu)的幾個(gè)制作過程的實(shí)施例。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法包括各種設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和創(chuàng)新要素，以下概括了其中的一些。詳細(xì)描述中還將描述其它的發(fā)明結(jié)構(gòu)、方法和要素。
附圖概述結(jié)合附圖，閱讀以下詳細(xì)描述和后附的權(quán)利要求書，將很容易明白本發(fā)明的附加目的和特征，其中附圖有

圖1是一示意圖，示出了包含本發(fā)明光學(xué)開關(guān)的磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)。
圖2是一示意圖，示出了圖1中磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)的激光器-光學(xué)部件組件。
圖3是一示意圖，示出了一代表性的光路，光路中使用DFB激光源，它與圖1的磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)一起使用。
圖4a-49是圖1中磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)的浮動(dòng)磁光頭，分別示出了其透視圖、側(cè)面截面圖、擴(kuò)大截面圖、側(cè)視圖、正視圖、底視圖和后視圖。
圖5是一示意圖，例示了一個(gè)用于夾持光學(xué)透鏡的微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)，其中光學(xué)透鏡包括一斷開式手柄部分和一透鏡夾持器部分。
圖6是一示意圖，示出了通過對(duì)硅進(jìn)行形成圖案的掩模和離子刻蝕來制造微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)的方法。
圖7是一示意圖，示出了對(duì)晶片兩側(cè)施加形成圖案的光致抗蝕劑并且有選擇地刻蝕，從而制造出微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)的情況。
圖8是一示意圖，示出了具有斷開式手柄的微機(jī)械加工夾持器(圖8a)，以及在為實(shí)現(xiàn)圖8a所示結(jié)構(gòu)而進(jìn)行刻蝕之前的晶片表面掩模圖案(圖8b和8c)。
圖9是一示意圖，例示了可由兩部分可配對(duì)的夾持器，它具有整體固定的彈簧夾，每個(gè)彈簧夾都包括一斷開式手柄。
圖10是一示意圖，例示了又一個(gè)夾持器，它具有整體固定的彈簧夾，用于將一透鏡與夾持器固定，并且仍然有一個(gè)斷開式手柄。
圖11是一示意圖，例示了一種縱向光纖夾持器，它具有一整體構(gòu)成的光纖，保留了彈簧、栓和孔的結(jié)構(gòu)，用于在裝配期間和之后將兩部分精密對(duì)準(zhǔn)。
圖12是一示意圖，例示了一種可拆卸的工具。
圖13是一示意圖，例示了另一種可拆卸的工具，它具有一切割翼片。
圖14是一示意圖，例示了一種光纖對(duì)準(zhǔn)工具，它具有定向板手。
圖15是一示意圖，例示了一種可拆卸的對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)工具。
圖16是一示意圖，例示了一種斷開式電磁線圈夾持器，該夾持器上固定了一個(gè)線圈組件。
圖17是一示意圖，例示了一種斷開式透鏡夾持器，該夾持器上固定有透鏡。
圖18是一示意圖，例示了用電鍍金屬形成一結(jié)構(gòu)的過程和所獲得的結(jié)構(gòu)。
圖19是一示意圖，例示了用于制作管狀結(jié)構(gòu)的過程和所獲得的結(jié)構(gòu)。
圖20是一示意圖，例示了一種具有多個(gè)金屬層的結(jié)構(gòu)。
圖21是-示意圖，例示了另一個(gè)用電鍍金屬形成一結(jié)構(gòu)的過程。
具體實(shí)施例的描述現(xiàn)在結(jié)合具體的實(shí)施例，描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法。
現(xiàn)在參照附圖。圖1是一平面圖，示出了磁光(MO)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)的一些基本元件。由于本圖和圖2-4試圖描述可使用本發(fā)明的一功能性系統(tǒng)中的一些基本元件，所以在這些附圖中幾乎沒有相同的具體細(xì)節(jié)。本發(fā)明不限于在唯一具體化的MO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用。
參照圖1，系統(tǒng)195包括一組浮動(dòng)頭106，浮動(dòng)頭106適于與N張MO盤片107一起使用，后文將對(duì)其詳細(xì)描述。在一實(shí)施例中，N等于6，因此一堆(未圖示)有6張盤片107。每張盤片107是雙面的，并且具有第一和第二兩個(gè)相對(duì)的平面108。每個(gè)MO盤片表面108都有一個(gè)浮動(dòng)頭106。浮動(dòng)頭106通過懸臂130和致動(dòng)器臂105與一旋轉(zhuǎn)的致動(dòng)器磁鐵和線圈組件120耦合，以便定位在MO盤片107的表面上。在操作中，由主軸電動(dòng)機(jī)(未圖示)旋轉(zhuǎn)MO盤片107，浮動(dòng)頭106和旋轉(zhuǎn)盤片之間產(chǎn)生一空氣動(dòng)力的上升力。這使得每個(gè)浮動(dòng)的MO頭106保持在浮動(dòng)狀態(tài)，位于每個(gè)MO盤片的數(shù)據(jù)記錄表面上。懸臂130提供等值反向的彈力與上升力相對(duì)抗。在非操作期間，每個(gè)浮動(dòng)MO頭都靜態(tài)地保持在存儲(chǔ)狀態(tài)，遠(yuǎn)離MO盤片107的表面，一般位于靠近盤片表面的坡道(未圖示)上。當(dāng)然，可以將磁光頭放在盤片中非數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的表面上，但是，這種方式不是最佳方式。
系統(tǒng)195還包括激光器一光學(xué)部件組件196、光學(xué)開關(guān)或微型開關(guān)104，以及多組單模保偏(PM)光纖197。其中光學(xué)開關(guān)和微型開關(guān)104通過至少一個(gè)輸入光運(yùn)輸元件或光纖198與組件196耦合。在例示的實(shí)施例中，每組單模PM光纖或輸出光運(yùn)輸元件197都通過一個(gè)相應(yīng)致動(dòng)器臂105和懸臂130與一個(gè)相應(yīng)的浮動(dòng)MO頭106耦合。因此，至少有6組兩根組成的PM光纖197，每一組都在一端與光學(xué)開關(guān)104光學(xué)耦合。每組PM光纖197都在另一端與一組兩個(gè)組成的浮動(dòng)MO頭106耦合。應(yīng)該理解，附圖中示出的PM光纖的數(shù)目只是例舉性?？刂破?11通過導(dǎo)線112與光學(xué)開關(guān)104電氣耦合，用以將指令性電信號(hào)提供給光學(xué)開關(guān)。控制器可以是任何傳統(tǒng)的形式。
圖2是一示意圖，示出了圖1中磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)的激光器-光學(xué)部件組件196?，F(xiàn)參照圖2和圖3進(jìn)行說明，讀取和存儲(chǔ)每張盤片107表面上的信息要求通過光纖將激光器的輸出傳送給浮動(dòng)頭，使光的輸出準(zhǔn)確成像在盤片表面上，并且要求用支撐在浮動(dòng)頭106上且靠近盤片表面的線圈產(chǎn)生一磁場。對(duì)圖2和圖3的描述簡要地概括了提供光源和磁場兩者以便有選擇地訪問盤片表面上數(shù)據(jù)的理由。在圖2中，激光器-光學(xué)部件組件196包括一線偏振二極管激光源231，它工作在可見光或近紫外線的頻率范圍內(nèi)，其發(fā)射的光功率足以用MO盤片組107進(jìn)行讀寫。在第一實(shí)施例中，二極管激光源可以是RF調(diào)制的激光源。在第二實(shí)施例中，線偏振激光源231可以是分布反饋(DFB)激光源。在一例示的實(shí)施例中，線偏振激光源231經(jīng)選擇工作在635-685納米范圍內(nèi)；但是，也可以使用其它波長的激光源。激光器-光學(xué)部件組件196還包括準(zhǔn)直光學(xué)部件234、低波長色散泄漏分束器232和耦合透鏡233。激光器-光學(xué)部件組件196將線偏振出射激光束191(如圖1所示)從線偏振激光源231射向光學(xué)開關(guān)104。激光器-光學(xué)部件組件196還包括四分之一波片238、反射鏡235和起偏分束器239。在第一實(shí)施例中，光學(xué)開關(guān)104將MO盤片107之表面108反射的線偏振激光束192(如圖1所示)射到耦合透鏡233上，然后泄漏分束器232將激光束192分路到差動(dòng)檢測器上，而差動(dòng)檢測器包括四分之一波片238、反射鏡235和起偏分束器239。在第二實(shí)施例中，在激光源231和準(zhǔn)直透鏡234之間包括一光學(xué)隔離器297。如本領(lǐng)域已知的，這種差動(dòng)檢測方案可以測量反射激光束192中兩個(gè)正交偏振分量的光功率，差動(dòng)信號(hào)是對(duì)Kerr效應(yīng)在MO盤片組中一張盤片107表面上引起的偏振旋轉(zhuǎn)的敏感測量。在兩個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過一組光電二極管236的轉(zhuǎn)換之后，由差動(dòng)放大器237處理差動(dòng)信號(hào)，然后作為信號(hào)294輸出。本發(fā)明不局限于上述對(duì)光學(xué)元件和光源的安排，因?yàn)楸绢I(lǐng)域還已知其它用于引導(dǎo)出射激光束191和檢測反射激光束192的技術(shù)。
圖3是一示意圖，示出了一代表性光路，該光路中使用DFB激光源。在一實(shí)施例中，圖3示出了一代表性的光路，該光路包括光學(xué)開關(guān)104、單模PM光纖組中的一根單模PM光纖197，以及浮動(dòng)MO頭組中的一個(gè)浮動(dòng)MO頭106。如以后將進(jìn)一步討論的，光學(xué)開關(guān)104具有足夠的選擇自由度，可以將出射的激光束191(相對(duì)于激光源231來說)射入相應(yīng)的單模PM光纖197的一個(gè)最接近端。然后，單模PM光纖197將出射激光束191射出相應(yīng)的末端，以便通過浮動(dòng)MO頭106射到位于相應(yīng)MO盤片107之每個(gè)表面108下方的記錄/存儲(chǔ)層349上。
在一實(shí)施例中，出射激光束191由線偏振激光源231提供，該激光源是分布反饋(DFB)激光源。DFB二極管激光源不象RF調(diào)制的Fabry-Perot二極管激光器，它能夠產(chǎn)生帶寬非常窄的單頻輸出，因?yàn)樗诩す馄髑惑w內(nèi)使用了一個(gè)可以選擇波長的光柵元件。當(dāng)來自DFB激光源231的線偏振光到達(dá)單模PM光纖197時(shí)，光纖出射光的偏振狀態(tài)取決于光纖軸和入射偏振之間的相對(duì)定向。
在寫信息期間，光學(xué)開關(guān)104有選擇地將出射的激光束191傳送到MO盤片107，通過對(duì)感興趣的選擇點(diǎn)340加熱到將近記錄/存儲(chǔ)層349的居里點(diǎn)，來降低記錄存儲(chǔ)層349的矯頑力。最好，使出射激光束191的光強(qiáng)保持不變，同時(shí)用一個(gè)隨時(shí)間變化的垂直偏磁磁場來限定一個(gè)與MO盤片107垂直的、由“上”或“下”磁疇組成的圖案。此技術(shù)稱為磁場調(diào)制(MFM)。另一種方法是，在感興趣的選擇點(diǎn)340處，同步于隨時(shí)間變化的垂直偏磁磁場，調(diào)制出射激光束191，以便更好地控制疇壁位置，并降低疇緣抖動(dòng)。接著，當(dāng)感興趣的選擇點(diǎn)340冷卻時(shí)，在相應(yīng)的自旋盤片107的記錄/存儲(chǔ)層349內(nèi)對(duì)信息編碼。
在讀取信息期間，有選擇地將出射的激光束191(與寫期間相比，其強(qiáng)度較低)傳送給MO盤片107，以便在任何給定的興趣點(diǎn)340上，Kerr效應(yīng)使得(當(dāng)出射激光束191從記錄/存儲(chǔ)層349反射時(shí))反射的激光束192具有一個(gè)取決于興趣點(diǎn)340處磁疇極性的順時(shí)針或逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)偏振363。
上述光路實(shí)際上是雙向的。因此，通過浮動(dòng)MO頭106接收經(jīng)反射的激光束192，并將激光束192輸入單模PM光學(xué)197的末端。反射的激光束192沿單模PM光纖197傳播，在其最接近端出射，然后光學(xué)開關(guān)104有選擇地將反射的激光束192傳送到激光器-光學(xué)部件組件196，供以后轉(zhuǎn)換成信號(hào)294。
圖4a-49是示意圖，分別示出了磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中浮動(dòng)磁光頭的透視圖、側(cè)面截面圖、擴(kuò)大截面圖、側(cè)視圖、正視圖、底視圖和后視圖。在圖4a中，浮動(dòng)MO頭106位于MO盤片組中一張MO盤片107的記錄/存儲(chǔ)層349的上方。浮動(dòng)MO頭106包括滑體444、空氣承受表面447、四分之一波片493、反射襯底400、物鏡446、電磁線圈460和磁軛462?；w444的大小可以容納物鏡446、單模PM光纖197和反射襯底400之間的工作距離。反射襯底400可以包括一反射面，該反射面經(jīng)對(duì)準(zhǔn)可以將出射的激光束191和192引向或引離記錄/存儲(chǔ)層349。盡管滑體444可以包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的“小型”、“微型”、“毫微”或“微微”級(jí)的滑體，但也可以使用其它尺寸的滑體444(如上述因約束與浮動(dòng)MO頭106一起使用的元件尺寸而確定的)。因此，在此實(shí)施例中，滑體444具有一小型滑體的高度(889微米)，以及與毫微級(jí)滑體相對(duì)應(yīng)的平面臺(tái)面面積(1600×2032微米)。
單模PM光纖197沿軸向剪切塊443與滑體444耦合，而物鏡446沿垂直角的剪切塊411與滑體444耦合。最好，將剪切塊443和411設(shè)計(jì)成通道、V形槽，或者任何其它適于將單模光纖197和物鏡446與浮動(dòng)MO頭106耦合且對(duì)準(zhǔn)的裝置。在此實(shí)施例中，激光束191和192穿越一光路(到達(dá)和離開MO盤片107的記錄/存儲(chǔ)層349)，該光路包括單模PM光纖197、反射襯底400、四分之一波片493和物鏡446。在此實(shí)施例中，單模PM光纖197和物鏡446位于其各自的剪切塊內(nèi)，以便將出射激光束191聚焦在感興趣的點(diǎn)340上(參照圖3)，形成聚焦的光點(diǎn)448。然后，利用紫外線固化樹脂或類似的粘結(jié)劑，將單模PM光纖197和物鏡446固定到位。
對(duì)于本發(fā)明，請?zhí)貏e注意圖4c和圖4b。這兩張圖示出了將光點(diǎn)聚焦在盤片表面349上一規(guī)定尺寸448內(nèi)所用的物鏡446。光點(diǎn)通過磁軛462和薄斷面的電磁線圈460聚焦，其中磁軛462和電磁線圈460包含在支撐結(jié)構(gòu)461中，并且固定在浮動(dòng)MO頭的底部，或者固定在物鏡446的表面上或附近，它們不會(huì)影響浮動(dòng)MO頭106的空氣動(dòng)力浮動(dòng)質(zhì)量。本發(fā)明的特殊之處是制造了結(jié)構(gòu)461，該結(jié)構(gòu)包括平面線圈460，平面線圈包圍在開口463的周圍，而光將通過開口463傳送到盤片表面上。下面還將看到，本發(fā)明還解決了下述問題，即引進(jìn)導(dǎo)線，向線圈結(jié)構(gòu)460提供電流，同時(shí)與這些線圈建立可靠的電氣連接，但又不增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。
現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到光學(xué)輔助的Winchester磁光頭的一個(gè)特例，例如這種磁光頭可以用于系統(tǒng)195中的浮動(dòng)MO頭，并且利用該磁光頭可以有利地使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。參照圖5，該圖示出了光學(xué)輔助的Winchester(OAW)磁光頭50在裝配期間的部分分解裝配圖。OAW本體51一般由碳化物材料的傳統(tǒng)機(jī)械研磨裝置構(gòu)成，包括狹縫、凹部、突出部以及用于容納其它OAW頭結(jié)構(gòu)的類似結(jié)構(gòu)。所述其它OAW頭結(jié)構(gòu)的例子有具有包層部分53和護(hù)套部分54的光纖52；電磁線圈組件56；光學(xué)波片57；反射鏡組件58；以及用于安裝微型透鏡的斷開式夾持器59。
盡管圖5中的OAW頭50僅說明了本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法的一種應(yīng)用，但應(yīng)該理解，需要將透鏡60放置在磁光頭50的內(nèi)部，以便通過光纖52傳送到磁光頭并由反射鏡組件58反射的光可以傳送通過透鏡60，并通過線圈孔徑61。在例舉的OAW頭中，光纖的標(biāo)稱直徑大約為80微米，透鏡60的直徑大約為250微米，而線圈孔徑61的直徑大約為20微米；因此，透鏡60在磁光頭本體51內(nèi)的定位必須非常精確。由于不能直接接觸最后透鏡或者安裝部件的位置，所以需要一些對(duì)透鏡進(jìn)行遠(yuǎn)距離定位的手段。斷開式手柄的特征可以進(jìn)行這種遠(yuǎn)距離定位。本發(fā)明的加工方法還為實(shí)現(xiàn)用傳統(tǒng)方法不能有效裝配的結(jié)構(gòu)提供了機(jī)會(huì)。
已描述了本發(fā)明的使用環(huán)境和好處，現(xiàn)在描述本發(fā)明制造方法的一個(gè)實(shí)施例，然后描述本發(fā)明結(jié)構(gòu)的特殊實(shí)施例。
在本發(fā)明制造方法的第一實(shí)施例中，用光刻技術(shù)和深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)技術(shù)，由單晶體(單晶)硅制造各種結(jié)構(gòu)。用傳統(tǒng)方法制備硅片，諸如在制造基于硅的電子集成電路時(shí)普遍使用的硅片。制造過程包括對(duì)梨晶切片、磨削、研磨和拋光，以便提供直徑為100毫米、厚度為200微米的晶片。當(dāng)然，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不限于用這種特殊技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)，晶片可以更大(例如，直徑為200毫米或300毫米)，并且厚度可以大于或小于200微米，而且可以用非硅材料制作。
一旦制備了經(jīng)拋光的硅片70后，將具有傳統(tǒng)成份的形成圖案的光致抗蝕劑材料施加到晶片的第一側(cè)71，施加方法使得光致抗蝕劑材料73覆蓋了要保護(hù)不受刻蝕的區(qū)域，而將被刻蝕的區(qū)域上不覆蓋光致抗蝕劑(步驟201)。
現(xiàn)在參照圖6和圖8，進(jìn)一步描述施加形成圖案的光致抗蝕材料以便制造經(jīng)離子刻蝕的微型結(jié)構(gòu)的方法，其中圖6示出了依照本發(fā)明方法制造的結(jié)構(gòu)，而圖8示出了用于斷開式光學(xué)透鏡夾持器的覆蓋在頂部和底部的光致抗蝕區(qū)域。對(duì)于圖7中的普通刻蝕結(jié)構(gòu)，圖7a所示的拋光結(jié)構(gòu)80具有兩個(gè)子部件(81、82)，它們是對(duì)頂部和底部晶片表面(81、82)穿通刻蝕的結(jié)果。在晶片的頂面或第一表面，用抗離子刻蝕的材料83涂覆區(qū)域84a、84b、84c和84d，而區(qū)域85和該部分周圍的區(qū)域沒有抗蝕材料83。應(yīng)該注意，由單個(gè)晶片可以同時(shí)形成多個(gè)這樣的部分，并且非保護(hù)區(qū)域85一般可以形成為周圍光致抗蝕劑內(nèi)的小島，并作為一個(gè)連續(xù)區(qū)域在晶片上的多個(gè)結(jié)構(gòu)之間延伸。同樣，晶片的底面或第二表面接受帶有不同圖案的光致抗蝕材料，它具有保護(hù)區(qū)86a和86b，以及非保護(hù)區(qū)87。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，盡管圖中顯示拋光部件在第一和第二表面之間延伸有經(jīng)完美垂直刻蝕的壁，但允許材料有些蝕損，這樣最終結(jié)構(gòu)就不一定在已施加光致抗蝕材料的整個(gè)區(qū)域上都留有材料。如本領(lǐng)域中通常所做的，在確定特征大小時(shí)，應(yīng)該考慮這些生產(chǎn)參數(shù)，以便最終的結(jié)構(gòu)具有所需要的尺寸。用類似的方式，可以通過離子強(qiáng)度和刻蝕時(shí)間來控制凹部的深度，從而產(chǎn)生所需的深度。
在另一種過程中，當(dāng)工具的一個(gè)表面保持平坦，不需要凹陷、階梯、擱架、突起或類似特征，那么可以只給晶片的一側(cè)賦予圖案，然后刻蝕，以便產(chǎn)生所需要的特性，并用機(jī)械方式鋸割晶片，使工具與晶片分離。盡管單側(cè)刻蝕方式對(duì)設(shè)計(jì)有約束，但對(duì)于一些結(jié)構(gòu)來說，它仍然是一種可行的技術(shù)。另一種方法是，對(duì)單側(cè)多次形成圖案并刻蝕，以獲得所需的工具特性。光刻技術(shù)、對(duì)半導(dǎo)體合成和施加光致抗蝕材料，以及諸如深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)等各種刻蝕技術(shù)，均在標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)(例如，微型光刻術(shù)、微機(jī)械加工及微型制造手冊，第Ⅰ和Ⅱ卷，P.RaiChoundary編輯，由SPIE Press于1997年出版，其內(nèi)容通過引用包括在此)中有所描述，并且這些技術(shù)是半導(dǎo)體處理領(lǐng)域中公知的，這里不再討論。
圖8a示出了依照本發(fā)明的斷開式透鏡夾持器90的透視圖。透鏡夾持器90包括一個(gè)手柄部91，其整個(gè)厚度基本上均勻，并且厚度介于上表面91和下表面92之間。此厚度是未經(jīng)刻蝕的硅片襯底的厚度。上表面91基本是平的，所以如圖8b中對(duì)角陰影線所示，整個(gè)上表面除了形成孔93的區(qū)域之外都被光致抗蝕材料98所覆蓋。
透鏡夾持器90以外的區(qū)域沒有被保護(hù)，所以(從上下兩側(cè))進(jìn)行刻蝕可以有效地從大晶片上切下透鏡夾持器。形成圖案的光致抗蝕劑98還為V形槽口95a和95b提供了非保護(hù)區(qū)，V形槽口位于手柄91和夾持器安裝部件92之間的頸部區(qū)94中?？蛇x擇地，但更方便的是，提供一個(gè)桿狀物88，用以連接手柄部91和支撐件89，以便在刻蝕后定向和操作從單個(gè)晶片上形成的多個(gè)透鏡夾持器90，并且與放熱帶脫離。在圖8b中，示出了晶片的下表面，在一類似的區(qū)域99上，沉積了形成圖案的光致抗蝕材料，但夾持器安裝部件中有一部分暴露出來，以便在靠近孔93的地方可以形成一薄的部分或擱架96。事實(shí)上，要對(duì)下表面一直刻蝕到上表面的孔所延及的地方。
在此特定結(jié)構(gòu)中，擱架96的厚度為d1，因?yàn)閺南卤砻娴目偤穸萪3中去除了厚度為d2的材料。在此特例中，為了部分“切下”夾持器90，將晶片刻蝕到大約d1的深度，然后刻蝕晶片，從另一側(cè)去除大約d2的材料，形成擱架96，并將夾持器90與晶片完全分離。注意，在一般情況下，通過施加一次形成圖案的光致抗蝕劑并且從晶片的每一側(cè)刻蝕，可以在工具加通孔的結(jié)構(gòu)中提供兩個(gè)不同的厚度或水平面。另一種方法是，如果能保持適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)，并且能采取適當(dāng)步驟以保證在刻蝕后施加到表面上的第二層或后一層光致抗蝕材料的能適當(dāng)?shù)嘏c表面粘合，那么可以從晶片的每一側(cè)進(jìn)行多次掩模和刻蝕，以實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。
盡管顯示和描述了用光致抗蝕劑來獲得透鏡夾持器90之結(jié)構(gòu)的方式，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員根據(jù)這里提供的內(nèi)容應(yīng)該理解，用類似的方式可以形成這里描述和顯示的其它結(jié)構(gòu)，并且用這里描述的技術(shù)可以制造其它結(jié)構(gòu)和形狀。
進(jìn)一步參照圖6，現(xiàn)在更詳細(xì)地描述對(duì)晶片兩側(cè)施加形成圖案的光致抗蝕劑然后刻蝕晶片以產(chǎn)生工具的方法。工具的例子有具有所需特征的透鏡夾持器90?，F(xiàn)在我們繼續(xù)描述總體的制造過程。在將形成圖案的光致抗蝕劑施加到晶片的第一側(cè)71上后(圖6a，步驟41)，用諸如離子刻蝕等技術(shù)將第一側(cè)刻蝕至所需的深度(圖6b，步驟42)。
如圖6c所示，對(duì)晶片的第二側(cè)72施加帶不同圖案的光致抗蝕劑(圖6c，步驟43)。對(duì)經(jīng)刻蝕的第一表面施加放熱帶74(圖6d，步驟44)，其中放熱帶74起結(jié)合作用，用于在下一處理階段支撐晶片。如本領(lǐng)域所知的，也可以用其它的傳統(tǒng)技術(shù)和手段來夾持晶片，盡管它們不是最佳的。雖然在用傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，在第二次刻蝕后不能對(duì)分離后的工具進(jìn)行無損壞的恢復(fù)，但可以避免使用放熱帶或其它結(jié)合裝置。再次將晶片刻蝕到所需的深度(圖6e，步驟45)。到過程的此階段，只需要用放熱片材或放熱帶74就個(gè)別半導(dǎo)體工具77(或者工具條，如果提供了連接條76的話)支撐或保持在一起。(可以選擇保留一些互連結(jié)構(gòu)，不對(duì)它們刻蝕，以便將每個(gè)工具支撐在硅片框架上，待以后分離。)。將由帶支撐的工具保留在或放在一容器或其它收容結(jié)構(gòu)中，然后加熱(圖6f，步驟46)，使工具77(或工具條76、77)從放熱帶上脫開。所述片材在低溫下具有較高的粘性強(qiáng)度，當(dāng)加熱一段預(yù)定時(shí)間后，一般是在150℃下加熱1分鐘，其粘性會(huì)失去。放熱帶或片狀材料在脫開后幾乎沒有殘留。在半導(dǎo)體處理中使用放熱帶是本領(lǐng)域已知的，放熱帶的例子有New Jersey州New Brunswick市Nitro Denko公司Permacel生產(chǎn)的Revalph放熱片。這里不再描述。然后，在與放熱帶脫開后，使工具或工具條復(fù)原，供后續(xù)存儲(chǔ)和使用(圖6g，步驟47)。
連接條76的保持力為處理提供了方便，例如可以在使用前用自動(dòng)設(shè)備從條上分離或切下工具77。將諸工具保留在一個(gè)條上為處理提供了更大的結(jié)構(gòu)，并且在使用前不再要“拾取”以及給工具定向。將諸工具保留在一個(gè)條上還可以保持工具分離，以致于它們不會(huì)因成堆存儲(chǔ)而相互碰撞，受到損壞。
現(xiàn)在討論材料的性質(zhì)，尤其是晶體硅(Si)的性質(zhì)。晶體硅的性質(zhì)使得硅成為本發(fā)明結(jié)構(gòu)中特別有吸引力的材料。首先，單晶(SC)硅是市場上可買到的最純的材料之一。部分因?yàn)槠湓靥匦裕糠钟捎谄湓陔娮与娐分械膹V泛采用。單晶硅的廣泛使用使純硅梨晶和晶片在市場上上價(jià)格低得難以置信。硅可以生長成實(shí)際上非常完美的晶形，幾乎沒有缺陷。與元素鐵或金屬合金等金屬不同，從各個(gè)方面看，硅都具有相同的形態(tài)和成分。硅成分的恒定性意味著其彈性模量不變。有利的是，晶體硅沒有塑性變形，它寧可彎曲，直到破裂，然后折斷。這一特性提供了一個(gè)可預(yù)料的破裂特征，并允許手柄從裝配結(jié)構(gòu)上斷下，但不對(duì)裝配結(jié)構(gòu)施加過大的力，諸如可能損壞結(jié)構(gòu)或者使粘結(jié)劑不能將剛裝配的工件保持在組件上的力。為處理半導(dǎo)體片而開發(fā)的技術(shù)很容易適用于處理本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
給出這些物理性質(zhì)后，很容易調(diào)節(jié)斷開式夾持器中各槽口的寬度和深度(例如，尺寸)，以便將產(chǎn)生斷裂的斷裂力控制到一較窄的預(yù)定范圍內(nèi)。通過控制槽口的形狀、定向或其它物理特性，很容易控制斷裂的角度或方向。還可以選擇任何一種尺寸的厚度，以及頸部的截面形狀或面積，以便提供所需的斷裂特性。
盡管描述了硅的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法不僅限于硅制工具，甚至不局限于用這里所述的特定方法制備的工具。當(dāng)不需要分離性特征時(shí)，材料只要求能夠根據(jù)這里所述的方法(即，用光致抗蝕劑形成圖案、刻蝕、形成圖案然后刻蝕的技術(shù))被構(gòu)造。例如，用這里描述的形成圖案和和深度反應(yīng)離子刻蝕過程，可以使用和生產(chǎn)諸如氮化硅、二氧化硅、玻璃、鍺、砷化鎵或鋁等其它基底材料。
另一種方法是，用其它材料制造所述結(jié)構(gòu)，例如用不銹鋼、鋁、硅、黃銅或鈦等。在這些情況下，例如可以用導(dǎo)線EDM對(duì)較大的基底鏤花模版得到每一個(gè)工具，從而制造出工具。
另一種制造技術(shù)是將一種材料(例如銅、坡莫合金或金)電鍍到基底材料(例如，硅或玻璃)上，然后對(duì)基底片形成圖案，并刻蝕基底片，以便形成和脫開各工件。
還可以用電化刻蝕技術(shù)刻蝕諸如不銹鋼或其它金屬等非晶體材料，來制造各種工具。電化刻蝕原用來制造大得多的結(jié)構(gòu)，諸如與磁盤驅(qū)動(dòng)器懸掛部件相關(guān)的結(jié)構(gòu)(例如，用于懸臂和常平架)；但是，這種結(jié)構(gòu)的大小可以從幾毫米至幾十毫米。
盡管可以使用這些供選擇的技術(shù)和/或材料，但它們一般不是最佳的，因?yàn)樗鼈円话隳艿竭_(dá)離子刻蝕單晶硅所要求的小尺寸特征和精度。另外，當(dāng)刻寫時(shí)，每處理一塊直徑為100毫米的晶片，并且(根據(jù)形狀和大小)每塊晶片生產(chǎn)500至5000個(gè)工件，大約要化費(fèi)200美元，這樣每個(gè)工件的成本只有大約幾個(gè)美分(大約0.04美元)至幾分之一美元(大約0.40美元)。
已經(jīng)描述了帶有斷開式手柄的透鏡夾持器90，及其制造和使用方法?，F(xiàn)在，舉例描述其它幾個(gè)依照本發(fā)明的可移去工具和斷開式夾持器。在圖9中，一對(duì)配對(duì)結(jié)構(gòu)301和302可滑動(dòng)地相互連接，并且一旦將其在一起，彈簧夾304和305便將它們卡住。彈簧夾304和305與接受件(凹形件)301構(gòu)成一體，相對(duì)按壓彈簧夾，使其略過插入件的第一側(cè)面306和第二側(cè)面307。當(dāng)插入件完全插入時(shí)，插入件306中的凹陷處308使會(huì)捕獲彈簧夾304和305。圖9a示出了接受件301，而圖9b示出了插入件。圖9c示出了配對(duì)的插入件302和接受件301所形成的連接組合312。
圖示的特定配對(duì)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是另一部件的安裝部件，諸如用于透鏡、反射鏡、線圈等其它光學(xué)、電氣或機(jī)械部件的安裝部件。可以對(duì)基本的安裝部件進(jìn)行變型，以獲得所需的特殊功能。例如，可以在插入片306的本體320中開一通孔，用以容納光學(xué)透鏡，然后在導(dǎo)向翼片321中開一個(gè)類似的通孔，以便一旦將兩個(gè)部件配合連接，兩個(gè)孔就會(huì)對(duì)準(zhǔn)。一般地說，可以將一部件301裝配到一較大的光學(xué)組件上，并且如果使用了粘結(jié)性，那么一旦粘結(jié)劑固化，就可以將第二部件與第一部件配對(duì)。當(dāng)然，用上述可以將兩個(gè)以上的部件耦合在一起。
上述特殊的彈簧夾設(shè)計(jì)允許插入件在彈簧夾304和305鎖入凹部308和309后還能被拆下，但其它的彈簧夾一旦插入后便不能拆下，或者只有用較大的力才能拆下。有利的是，圖9實(shí)施例中對(duì)彈簧夾和凹部的特殊設(shè)計(jì)使得插入片306的前表面平緩地到達(dá)接受窩的后壁311，從而兩件部件保持在一起。這種彈簧偏置特征對(duì)于保持光學(xué)對(duì)準(zhǔn)和簡化組件是有利的。
值得注意的是，用上述DRIE過程可以在硅中制作圖9所示的特定的彈簧夾工具?？煞蛛x的頸部315和316將兩個(gè)配對(duì)件301和302與各自的手柄313和314相連。在圖示的實(shí)施例中，可分離的頸部315和316都包括應(yīng)力集中的、相對(duì)的V形槽口317或槽。
圖10示出了裝彈簧的配對(duì)連接器的另一實(shí)施例。該圖中，斷開式夾持器326具有一折疊型彈簧夾327，用于接受和夾持插入模制透鏡330的平板部分328。在與彈簧327固定的力矩臂331的一末端，還提供一線狀突起或脊，以便將彈簧力施加在所需的位置，抵住插入的夾持器329。有利的是，脊332帶圓角，為兩件插入提供了方便。在本實(shí)施例中，夾持器326的形狀與圖9所示實(shí)施例中的夾持器不同。另外，彈簧具有不同的折疊數(shù)量和緊密度。改變與安裝部件構(gòu)成一體的彈簧部分的幾何特征可以非常精細(xì)地調(diào)整彈簧的性能。
圖11示出了光纖安裝工具340的另一個(gè)實(shí)施例，圖中光纖安裝工具340具有彈簧夾341，硅制彈簧341用于保持直徑為80微米的光纖342在光纖安裝工具340內(nèi)一通道343中的縱向位置。本發(fā)明的該實(shí)施例包括附加的精密位置定位栓346和孔347。圖11a示出了在插入光纖342之前的光學(xué)安裝工具340，而圖11b示出了安裝光纖后的結(jié)構(gòu)。
一般來說，首先用粘結(jié)劑將基底部分348固定到較大的光頭組件上，然后在粘結(jié)劑固化后，將裝載光纖的上半部分定位，使得孔347在上方對(duì)準(zhǔn)栓346，然后將上下部分按在一起?？梢栽诮M裝期間施加粘結(jié)劑，使兩部分永久地安裝到位。另一種方法是，將栓/孔結(jié)構(gòu)與一個(gè)或多個(gè)彈簧結(jié)合，使得兩部分即安全又可拆除地卡到位。
圖12-17示出了各種其它的可拆卸工具和斷開式夾持器。例如，在圖12中，示出了用于夾持和定位光纖352的可拆卸工具351。在圖13中，示出了用于夾持模制透鏡380的可拆卸工具354，在將可拆卸工具固定到較大光學(xué)組件上之后，用諸如鋸子、激光器等切割裝置切下多個(gè)翼片355。
在圖14中，斷開式光纖對(duì)準(zhǔn)板手356提供了用于旋轉(zhuǎn)光纖352的裝置，一旦光纖安置到位，可以將手柄359分離，留下殘余的對(duì)準(zhǔn)板手，對(duì)準(zhǔn)板手的垂直面和剩余的頸部殘缺可用來對(duì)準(zhǔn)其它夾持器或光學(xué)/機(jī)械元件。
在圖15中，示出了可拆卸的對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)工具360，該工具的一端有對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)361。特殊目標(biāo)361僅是例舉性的，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，還可以將許多其它目標(biāo)、光闌、孔、反射鏡、反光鏡等放在可拆卸工具的末端。另外，盡管許多可拆卸工具都被描繪成從手柄至末端基本上呈直線形狀，但工具可以更一般化地帶角，帶曲線等，不受限制。
圖16所示結(jié)構(gòu)是線圈組件夾持器的一個(gè)實(shí)施例。線圈組件391有一孔392，孔392與線圈同心，光束可以從孔中通過。用諸如紫外線快速固化粘結(jié)劑等粘結(jié)劑將線圈組件391與斷開式安裝部件395粘住。
圖17所示結(jié)構(gòu)是透鏡夾持器的一個(gè)實(shí)施例。透鏡397在上方對(duì)準(zhǔn)安裝部件394中的孔398。斷開式頸部399的殘余部分位于安裝部件396的垂直側(cè)壁上。
還可以用其它技術(shù)制造已描述過的可拆卸工具和斷開式夾持器(也是一類工具)。例如，除了在本發(fā)明方法中用形成圖案的光致抗蝕劑進(jìn)行掩模和刻蝕之外，還可以用諸如銅、坡莫合金、金等金屬、這些材料的組合，以及其它傳統(tǒng)的電鍍和沉積材料，對(duì)基底進(jìn)行電鍍?；卓梢允侵T如硅等半導(dǎo)體材料，或者包括諸如不銹鋼、鋁、鈦等金屬，或者諸如玻璃等非晶固體，甚至多晶材料。當(dāng)然，并不是所有的材料都適用于所有的工具或斷開式夾持器。有利地選擇材料，可以提供所需要的機(jī)械性能組合，還要適當(dāng)考慮諸如原材料成本和相關(guān)處理成本等經(jīng)濟(jì)因素。當(dāng)電鍍工具時(shí)，可以使用任何傳統(tǒng)上可行的電鍍或沉積技術(shù)。另外，使用傳統(tǒng)的離子注入技術(shù)可以將添加劑或摻雜雜質(zhì)沉積到諸如硅等基底材料中。這些離子有利地改變了工具的材料性質(zhì)，可滿足特殊應(yīng)用，例如改變表面硬度、斷裂點(diǎn)，或者用某些方式使其相對(duì)要處理的部件鈍化。
另一種結(jié)構(gòu)是將一層或多層材料電鍍或沉積到一基底材料上，然后用刻蝕等方法除去基底材料。例如，用深度反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕硅基底材料，只留下一電鍍層。由于電鍍層或沉積層的厚度可以與基底材料的厚度相比，所以可以用另一種材料(例如，銅)代替該材料(例如，硅)。
用于本發(fā)明工具和夾持器的另一種結(jié)構(gòu)是由刻蝕后的金屬(例如，電化刻蝕后的金屬)形成這類工具。例如，刻蝕后的金屬可以包括不銹鋼、鋁、鈦等，或者其組合，或者這些或其它金屬的合金。
現(xiàn)在描述電鍍金屬結(jié)構(gòu)和過程的實(shí)施例。盡管描述針對(duì)截面積，但應(yīng)該理解，可以結(jié)合任何裝置提供各層，尤其這些裝置可以是但不限于上述夾持器和工具。
概括地說，選擇性電鍍是一種將金屬放置在電鍍槽或其它裝置中的過程，一般將金屬沉積在具有所謂電鍍基底的襯底上，電鍍在一層薄的金屬薄膜上進(jìn)行，用光刻限定的掩模層對(duì)其進(jìn)行部分保護(hù)。光致抗蝕技術(shù)允許縱橫比(即，指定特征的高除以其寬度)一般為大約5∶1至大約10∶1，盡管可以接受更大和更小的比值。因此，對(duì)于一個(gè)5微米寬的特征，例如一個(gè)槽或者一條孤立的線或柱，其高度可以為大約25微米至大約50微米，厚的光致抗蝕劑例如是Gelorme等人的美國專利4,882,245中描述的SU-8(所述專利的內(nèi)容通過引用包括在此)，或者由NJ州Sommerville市的AZ電子材料公司制造的AZ-4562光致抗蝕材料。
沉積期間，電鍍金屬緊跟在光致抗蝕壁之后，于是生產(chǎn)出縱橫比與光致抗蝕劑特征相同或基本上相同的電鍍金屬特征。一般地說，在電鍍之后去除光致抗蝕材料，將金屬特征留在襯底和電鍍基底上。一般，通過例如濕式化學(xué)浸蝕來去除電鍍基底，只將電鍍后的特征留在襯底上。
在圖18中，示出了微型透鏡夾持器602的一部分。為了制作本發(fā)明的透鏡夾持器結(jié)構(gòu)602，要在例如硅襯底604上進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)電鍍步驟，以形成經(jīng)電鍍的金屬結(jié)構(gòu)。在此過程的一個(gè)實(shí)施例中，將電鍍基底606沉積在硅襯底604的一個(gè)表面608(例如，頂面或正面)上。在晶片襯底604的背面或底面610上，提供可選擇的第一光致抗蝕劑圖案612，供以后用作刻蝕掩模616。在頂面上，提供第二光致抗蝕劑圖案614，它將限定金屬掩模618。底層的光致抗蝕劑是可以選擇的，只有當(dāng)工具要求底面不平時(shí)才需要在底層加光致抗蝕劑。這是因?yàn)榈讓拥墓庵驴刮g劑612允許對(duì)襯底進(jìn)行另一種的刻蝕。對(duì)于平坦或平型的表面來說，例如當(dāng)要去除整個(gè)襯底時(shí)，不需要進(jìn)行另一種的刻蝕。
這兩層光致抗蝕層612和614可以在所謂的正面/背面掩模對(duì)準(zhǔn)器中同時(shí)形成，或者相繼形成。兩種技術(shù)都是本領(lǐng)域已知的，使用哪一個(gè)取決于可用的設(shè)備。金屬材料620一般是鎳、但也可以是金、坡莫合金、銅或其它金屬。首先，將金屬材料620電鍍在電鍍基底上，然后刻蝕襯底604，去除頂面和底面的光致抗蝕層612和614?？梢詫⒔饘賹?20電鍍至所需的深度，該深度可以不足、等于或超過光致抗蝕層614的厚度。圖18b例示的結(jié)構(gòu)是等于光致抗蝕層614的厚度。一般情況下，用這種方式制作的經(jīng)金屬電鍍的結(jié)構(gòu)可以為兩側(cè)刻蝕技術(shù)提供上述所有結(jié)構(gòu)和形狀的元件，包括各種夾持器和工具的孔、彈簧、夾子、基準(zhǔn)壁、縫、槽、配對(duì)元件，以及“折斷”特征。硅襯底和光致抗蝕層可以整個(gè)去除(圖18c和圖18d)，只留下金屬結(jié)構(gòu)，或者可以留下部分襯底，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。在圖18d中，夾持器的最終結(jié)構(gòu)除去了所有襯底。另外，可以將各種結(jié)構(gòu)電鍍在襯底的一側(cè)，然后從底側(cè)有選擇地刻蝕襯底。
有一組部件，包括工具和夾持器，它們可以用一層電鍍金屬以及襯底背面刻蝕來制作。另有一些部件，它們可以通過在正面電鍍金屬，然后從正面和背面刻蝕來制作，但對(duì)襯底的正面刻蝕不能從正面刻蝕到金屬層以下。還可以使用正面刻蝕、背面刻蝕、以及單層或多層金屬化的其它組合。
另一種方法是，部分刻蝕到?jīng)]有金屬的頂層(不蝕穿襯底)，再從背面(沒有金屬化的一側(cè))部分刻蝕到襯底或者蝕穿整個(gè)襯底。本發(fā)明的此實(shí)施例適用于從金屬層底切襯底，以形成金屬結(jié)構(gòu)的懸臂，或者產(chǎn)生通孔等。
本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例是先刻蝕，然后金屬電鍍。但是，這項(xiàng)技術(shù)在后續(xù)的光刻過程中存在平面化的問題。除非使用中間填料，刻蝕后的表面可能會(huì)呈現(xiàn)峭壁和不平的布局，這些都是問題(例如，光致抗蝕劑可能沒有覆蓋好)。填料可以是光致抗蝕劑、玻璃等。在填充、拋光、重新形成新的平面后，可以如上所述施加金屬層。
有利的是，使用金屬結(jié)構(gòu)或者在半導(dǎo)體襯底上使用金屬層允許有很大的材料選擇范圍，這可以提供附加的結(jié)構(gòu)和/或功能優(yōu)勢和變化。金屬的機(jī)械性能與硅或大多數(shù)其它的半導(dǎo)體材料不同。例如，當(dāng)是金屬時(shí)，彈簧通常不會(huì)脆裂，但當(dāng)應(yīng)變超過其彈性限度時(shí)彈簧會(huì)逐漸彎曲。對(duì)于某些類型的壓入配合連接或彈簧限位器來說，這是有利的，因?yàn)樵谶@種情況下，需要彎曲行為，以允許正確的壓配合。各金屬層也可以是有磁性的；具有非常高的電導(dǎo)率；允許將各部件激光焊接到夾持器上，或者將夾持器激光焊接到襯底上；或者具有較高的熱膨脹系數(shù)，以便為受控的雙金屬移動(dòng)提供熱輸入，或者更接近匹配于組件的熱膨脹。在一些器件中，可以用金屬來實(shí)現(xiàn)這些特征中的一個(gè)或幾個(gè)，并且通過選擇金屬本身來最佳地提供所需的物理特征或過程特征。
本發(fā)明的過程還能夠用電鍍金屬制成管子、盒子或縫狀結(jié)構(gòu)。在帶有電鍍基底653的襯底652上提供一孤立的光致抗蝕線651。然后，將金屬逐漸電鍍到電鍍基底653上，并且允許電鍍在光致抗蝕線或沉積物651兩側(cè)的頂上生長和延伸。電鍍材料最終在孤立線的頂上形成“蘑菇狀”，在光致抗蝕線兩側(cè)的電鍍?nèi)诤匣蛘吆喜ⅲ纬梢贿B續(xù)的頂，并用電鍍金屬656封閉光致抗蝕線651。通過濕式剝除或等離子刻蝕曝光區(qū)(濕式剝除或等離子刻蝕技術(shù)是本領(lǐng)域已知的，這里不再描述)，可以從金屬內(nèi)部去除光致抗蝕劑，形成管子、盒子或縫狀結(jié)構(gòu)658。這種管狀結(jié)構(gòu)可以接受具有相補(bǔ)形狀的插腳，以形成平面內(nèi)對(duì)準(zhǔn)或俘獲的特征?？梢杂妙愃频姆绞教峁┓蔷€狀的光致抗蝕劑沉積，然后電鍍，接著去除光致抗蝕劑，形成其它凹入結(jié)構(gòu)，用以類似地容納或配合其它部件上具有相補(bǔ)形狀的結(jié)構(gòu)。
可以用本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例制成略微復(fù)雜些的或者具有精細(xì)特征的夾持器和工具。更精細(xì)的特征包括但不限于各種形狀和輪廓。在這些實(shí)施例中，將一層氧化物沉積在襯底的上表面，然后用光致抗蝕劑形成圖案。然后在氧化物層的頂上電鍍所需的結(jié)構(gòu)特征。光致抗蝕劑的沉積以及電鍍過程和結(jié)構(gòu)與其它實(shí)施例中描述的相同。電鍍后，從下表面刻蝕襯底，并從上下兩面去除光致抗蝕劑。留下的是一金屬結(jié)構(gòu)，其下表面上有一層氧化物。預(yù)先“埋入”的氧化物層在刻蝕襯底后被再次曝光，然后在上面進(jìn)行附加的沉積和刻蝕。
使用氧化物埋入層的好處是，它提供了一形成圖案的刻蝕掩模，當(dāng)不能用光刻形成圖案時(shí)，所述刻蝕掩?？捎糜诳涛g非平面型的高布局起伏的結(jié)構(gòu)。使埋入的氧化物形成圖案，但當(dāng)時(shí)隱藏起來。對(duì)氧化物施加電鍍基底，然后用金屬層對(duì)其電鍍。氧化物起隱藏的刻蝕掩模的作用。當(dāng)剝?nèi)ス庵驴刮g劑和電鍍基底時(shí)，形成圖案的氧化物層坦露出來，可以進(jìn)行刻蝕。用這種方式，可以電鍍各種形狀、圖案和布局起伏。一旦在襯底上建立了高度起伏，便不希望在高起伏結(jié)構(gòu)上使用光刻技術(shù)。但是，氧化物起等離子刻蝕機(jī)中硅刻蝕掩模的作用，不再需要依靠光刻技術(shù)了。按需要建立任何數(shù)量的電鍍層，最后進(jìn)行硅刻蝕。此項(xiàng)技術(shù)例如可用來在襯底中形成一孔，或者最后刻蝕掉該部件。盡管不能蝕穿部件上的金屬特征，但可以刻蝕掉所有其周圍的部分。
電鍍基底的成份可以與被鍍金屬相同，或者只是能與被鍍金屬相容的材料。例如，電鍍基底材料可以通過濺射、蒸氣沉積或其它已知的方法沉積。一般可以將電鍍基底沉積至例如幾千埃的深度。盡管完全可以用濺射、蒸氣沉積或類似技術(shù)沉積整個(gè)金屬層，但用這類技術(shù)沉積相對(duì)較厚的金屬層(例如，在一些實(shí)施例中，有幾微米至十幾微米)是不可行的，因?yàn)樯婕暗綍r(shí)間和費(fèi)用的問題。比較普遍的是，用無電鍍或電鍍技術(shù)建立所述層或所述多層，其中電鍍是較佳的方法。無電鍍技術(shù)只有在種子層時(shí)是有用的，因?yàn)槠浜穸纫话惚幌拗圃谝粋€(gè)微米或更薄。電鍍的材料選擇面大于無電鍍的選擇面，而且可以在電鍍的過程中通過監(jiān)測流過電鍍槽的電流來確定電鍍的厚度。
當(dāng)去除電鍍基底時(shí)，通常會(huì)去除少量的金屬層，但是如果不希望去除任何金屬層，那么可以用不同的電鍍基底，以便在以后去除時(shí)不去除任何金屬層。
如果去除電鍍基底時(shí)一定不能去除任何金屬層，那么希望使用與基底材料和金屬層相容的材料。例如，可以使用銅制基底層，在銅上電鍍一層金，或者可以在鎳上電鍍金。如電鍍領(lǐng)域中所知的，其它組合也是可以的。然后，用一種金屬刻蝕劑刻蝕電鍍基底材料(例如，銅)，但不刻蝕金屬層(例如，金)。例如，有許多刻蝕劑可以刻蝕鎳，但不刻蝕金。這些相容組合在電鍍領(lǐng)域中是已知的，這里不再描述。
另一種過程變型是在第一(或者在先)電鍍過程后包括第二(或者在后的第三、第四、第五等)電鍍過程，并且在第一(或者在先)電鍍層的頂上提供第二(或者在后)電鍍層。這可以制造諸如圖20所示的結(jié)構(gòu)701。結(jié)構(gòu)701具有各種脊、懸臂特征720、狹縫706和707、槽、插腳705、夾子、彈簧708、孔709和類似特征。這些特征用傳統(tǒng)技術(shù)，甚至用本發(fā)明的依靠單個(gè)金屬層的技術(shù)都不容易制成。在此結(jié)構(gòu)701中，兩部分702和703可以相互滑動(dòng)耦合，使表面711和712彼此接觸。通過將金屬插腳705插入對(duì)準(zhǔn)狹縫706，可以使兩個(gè)部件對(duì)準(zhǔn)，其中金屬插腳705是由硅表面上的單個(gè)金屬層制成的，而對(duì)準(zhǔn)狹縫706則通過兩個(gè)金屬層制成，第一層具有一空白區(qū)716，它將兩個(gè)金屬化區(qū)域714和714分開。此結(jié)構(gòu)701相比上述幾個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，兩個(gè)部件702和703可以在平面內(nèi)與鍍金屬的特征固定，而在平面外與穿過硅固定設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)孔對(duì)準(zhǔn)。
俘獲彈簧708可滑動(dòng)地插入俘獲狹縫707內(nèi)，與對(duì)準(zhǔn)狹縫一樣，俘獲狹縫707也是由第一和第二金屬層制成的。盡管從圖20的結(jié)構(gòu)中容易看清楚俘獲彈簧708(包括彈性部分708a、708b，以及分離狹縫731)和俘獲狹縫707之配合區(qū)域的細(xì)節(jié)，但應(yīng)該理解，這些結(jié)構(gòu)可以具有任何適合配合的結(jié)構(gòu)，允許它們配對(duì)并永遠(yuǎn)鎖在一起，或者以可拆卸的方式鎖定。例如，圖9所示的配對(duì)結(jié)構(gòu)301和302可以用金屬制成。結(jié)構(gòu)701還提供了懸臂金屬板720，其本身在第一金屬層721的上方懸伸出去，并且橫向伸出第一部件702，懸在第二部件701中的孔709之上，因此孔(這里是用于光學(xué)透鏡的夾持器，未圖示)與孔709對(duì)準(zhǔn)，并且在孔709的上方一段預(yù)定的距離或高度。當(dāng)然，這些特殊的結(jié)構(gòu)只是些可以用本發(fā)明過程制成的結(jié)構(gòu)的例子。
在參照圖21描述的本發(fā)明過程的實(shí)施例中，對(duì)襯底751的底面施加形成圖案的光致抗蝕層(PR0)750，這里襯底是硅。然后，用第一電鍍基底材料層752電鍍上表面。然后，在電鍍基底752頂面上的襯底上表面上，施加另一層形成圖案的光致抗蝕劑(PR1)753。然后，將第一金屬層757電鍍在第一電鍍基底752的裸露區(qū)域中，電鍍高度大約與第一光致抗蝕層(PR1)753之上表面的水平面齊平。然后將附加的第二電鍍基底754沉積在現(xiàn)有的第一光致抗蝕劑(PR1)753和第一電鍍金屬層(PM1)757的頂上，然后對(duì)此第二電鍍基底表面進(jìn)行第二電鍍光刻過程。也就是說，施加光致抗蝕劑(PR2)755，然后將第二電鍍金屬層(PM2)758施加到大約第二光致抗蝕劑的水平面。
在電鍍了第二金屬層758之后，刻蝕襯底751中未被光致抗蝕劑750保護(hù)的底面760，用傳統(tǒng)方法去除頂面的光致抗蝕劑(PR1、PR2)以及暴露的電鍍基底752和754。用這種方式可以制成各種脊、懸臂特征、狹縫、槽、插腳、夾子和其它特征，例如圖20所示的那些特征。請注意，圖21所示的結(jié)構(gòu)對(duì)過程的舉例說明，最終結(jié)構(gòu)與圖20中的特定結(jié)構(gòu)不對(duì)應(yīng)，也不對(duì)應(yīng)某個(gè)特定的特征布局。
以上描述了本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法的各種實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于說明書中詳細(xì)描述的特定實(shí)施例。
例如，本發(fā)明包括用于相對(duì)第二微型物體操縱第一微型物體的微型工具，所述工具包括操縱部，用于與被操縱的所述第一物體相互作用；細(xì)長的手柄部，它與所述操縱部構(gòu)成一體，并且是所述操縱部的延伸，適于被一外部的定位裝置夾持；所述工具適于在靠近所述第二物體的一個(gè)狹窄空間內(nèi)接觸被操縱的所述第一物體，并與其相互作用；所述工具包括一基底材料；并且所述操縱部適于與所述第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，其中所述物理特征的尺寸小于500微米。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，提供了一種微型工具，其中所述基底材料包括一片基本上是單晶的材料。在另一實(shí)施例中，所述單片基本上是單晶的材料包括硅。在另一實(shí)施例中，所述單片基本上是單晶的材料選自硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺、摻雜的鍺、摻雜的硅和摻雜的砷化鎵。在另一實(shí)施例中，所述工具由一片薄的所述晶體材料的晶片制成。在另一實(shí)施例中，通過從所述晶體的至少一側(cè)刻蝕所述工具，由所述晶體制成所述工具。在另一實(shí)施例中，通過一薄的金屬片或金屬層進(jìn)行金屬絲放電來制成所述工具。在又一實(shí)施例中，所述刻蝕是深度反應(yīng)離子刻蝕。在另一實(shí)施例中，用金屬絲放電機(jī)械加工技術(shù)，由所述晶片制成所述工具。
在另一實(shí)施例中，所述操縱部適于與所述第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，其中所述物理特征的尺寸在大約5微米和大約200微米之間。在另一實(shí)施例中，由厚度小于大約400微米的硅晶片制成所述工具。在另一實(shí)施例中，通過對(duì)帶光致抗蝕圖案的單晶硅晶片進(jìn)行深度反應(yīng)離子刻蝕，同時(shí)制成多個(gè)所述工具，并且所述操縱部適于與所述第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，其中所述物理特征的尺寸在大約5微米和大約200微米之間。在另一實(shí)施例中，在操縱所述第一物體之后，在基本上不改變所述工具的情況下，所述工具可以脫離所述第一物體，并且脫離靠近所述第二物體的所述區(qū)域。在另一實(shí)施例中，所述工具包括一光學(xué)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。在另一實(shí)施例中，所述工具包括一光纖夾持器。在另一實(shí)施例中，所述工具還包括一頸部，所述頸部位于所述操縱部和所述細(xì)長手柄部之間，所述頸部的截面積小于所述操縱部或所述手柄部的截面積，并且與兩者構(gòu)成一體。在另一實(shí)施例中，所述頸部還包括一斷裂引發(fā)位置，當(dāng)對(duì)所述細(xì)長手柄施力時(shí)，該位置將應(yīng)力集中在所述頸部的一個(gè)局部區(qū)域中。在另一實(shí)施例中，所述頸部的截面基本上呈矩形，至少有兩個(gè)相對(duì)側(cè)，并且在所述頸部的所述至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)上，包括槽口形式的基本上相對(duì)的斷裂引發(fā)位置，用于當(dāng)對(duì)所述手柄一側(cè)施加所述斷裂力時(shí)集中應(yīng)力。在另一實(shí)施例中，將一外界夾持力將所述操縱部保持在一個(gè)基本固定的位置上時(shí)，當(dāng)對(duì)所述手柄施加一小的斷裂力致使所述操縱部在所述頸部內(nèi)與所述手柄部分離時(shí)，所述手柄可以與所述操縱部分離。
在所述工具的另一實(shí)施例中，所述工具包括一光纖夾持器，所述光纖夾持器具有一彈簧部和一擱架部，所述光纖保持在所述彈簧和擱架之間，一般與所述晶片平行。在另一實(shí)施例中，所述可拆卸的工具包括一光學(xué)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，用于在一窄通道內(nèi)對(duì)準(zhǔn)一光束。在另一實(shí)施例中，所述對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)適于將準(zhǔn)直的激光束對(duì)準(zhǔn)所需的光路。在另一實(shí)施例中，所述對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)包括一目標(biāo)部，用于與所述光束相互作用；和手柄部，它與所述目標(biāo)部固定，并且從所述目標(biāo)部延伸出來，用于插入所述目標(biāo)部并對(duì)所述目標(biāo)部進(jìn)行定位操作。在另一實(shí)施例中，所述目標(biāo)部包括一目標(biāo)，該目標(biāo)選自以下目標(biāo)組孔、十字準(zhǔn)線、光闌、用于固定另一光學(xué)元件的夾持器，以及它們的組合。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種斷開式夾持器，用于在光學(xué)組件裝配期間夾持一光學(xué)元件，所述斷開式夾持器包括安裝部件，用于固定一光學(xué)元件；可斷裂的頸部；以及手柄，它通過所述可斷裂的頸部與所述安裝部件連接，用于通過外力操縱所述手柄將所述光學(xué)元件定位在所述光學(xué)組件上；在所述安裝部件與所述組件固定后，當(dāng)對(duì)所述手柄施加一小的斷裂力致使所述頸部斷裂時(shí)，所述手柄可以與所述安裝部件分離。
在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述斷裂力大于一般在使用所述手柄期間所受的力，包括大于將所述光學(xué)元件定位在所述光學(xué)組件內(nèi)的操作期間所受的力；并且所述斷裂力小于那些會(huì)對(duì)所述光學(xué)組件內(nèi)對(duì)準(zhǔn)所述光學(xué)元件或其它元件產(chǎn)生干擾的力。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述可斷裂頸部在所述頸部的一個(gè)表面包括一斷裂引發(fā)位置，用于當(dāng)對(duì)所述手柄施加所述斷裂力時(shí)集中應(yīng)力。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述可斷裂頸部的截面基本上呈矩形，至少有兩個(gè)相對(duì)側(cè)，并且在所述頸部的所述至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)上，包括槽口形式的基本上相對(duì)的斷裂引發(fā)位置，用于當(dāng)對(duì)所述手柄一側(cè)施加所述斷裂力時(shí)集中應(yīng)力。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述頸部在大約1％和大約5％之間的局部應(yīng)變下發(fā)生斷裂。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述頸部在大約0.5％和大約2％之間的局部應(yīng)變下發(fā)生斷裂。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述頸部在大約1％的局部應(yīng)變下發(fā)生斷裂。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述可斷裂工具是由單晶材料制成的，當(dāng)局部應(yīng)變到達(dá)大約±40％以內(nèi)的預(yù)定應(yīng)變值時(shí)，可斷裂工具斷裂。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述可斷裂工具是由單晶硅材料制成的，并且頸部被構(gòu)造成當(dāng)頸部局部應(yīng)變到達(dá)大約1％時(shí)頸部斷裂。在斷開式夾持器的又一實(shí)施例中，所述部件大約0.2毫米深，所述手柄大約為1毫米×3毫米，所述頸部大約為0.08毫米×0.20毫米，并具有深度為0.015毫米的相對(duì)的V形凹槽槽口。
在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述安裝部件通過粘結(jié)劑與所述組件固定，所述手柄部大約2.2毫米長，當(dāng)對(duì)所述手柄末端施加大約千分之五牛頓力致使所述頸部繞所述槽口彎曲時(shí)，在所述槽口處產(chǎn)生足以使所述頸部斷裂的斷裂力，同時(shí)在將所述安裝部件固定于所述組件的粘結(jié)劑中只產(chǎn)生大約15N/mm2的應(yīng)力。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述可拆卸工具包括一光纖夾持器，所述光纖夾持器呈一般叉形，其兩個(gè)柄腳被一槽口分開，所述光纖夾持器用于夾持所述光纖與所述晶片垂直。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述光纖夾持器提供了在用固化粘結(jié)劑將所述光纖末端固定于光學(xué)模塊期間將所述光纖夾持到所述光纖末稍附近的裝置。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述斷開式夾持器的安裝部件適于容納一元件，所述元件選自以下元件組透鏡、線圈、光纖夾持器、反射鏡、棱鏡、光柵、磁鐵和壓電器件。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述元件通過緊固手段固定在所述安裝部件上。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述緊固手段包括粘結(jié)劑、與安裝部件構(gòu)成一體的彈簧、壓入配合件，及其組合。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述夾持器包括定向識(shí)別裝置，當(dāng)在所述可斷裂頸部處使所述手柄與所述安裝部件分離后，所述定向識(shí)別裝置與所述工具留在一起。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述定向識(shí)別裝置包括一機(jī)械板手。在斷開式夾持器的另一實(shí)施例中，所述機(jī)械板手還提供了用于沿所述機(jī)械板手確定的方向?qū)⒌诙c所述光學(xué)模塊耦合的裝置。
在所述工具的另一實(shí)施例中，所述工具是一光纖夾持器，用于夾持保偏光纖，所述工具中用于夾持所述光纖的所述叉形部分通過一斷開式頸部與所述手柄相連，所述工具可以旋轉(zhuǎn)，使所述光纖相對(duì)一參考方向固定于所需的偏振方向，所述夾持器適于按所述所需定向進(jìn)行永久安裝，所述工具有一可斷裂部，在故意斷裂后，所述可斷裂部提供一對(duì)準(zhǔn)板手，用于將定向光纖與其它光學(xué)元件對(duì)準(zhǔn)，所述斷裂的頸部還包括一個(gè)偏振對(duì)準(zhǔn)的表示。
在所述工具的另一實(shí)施例中，所述工具還包括一層金屬，所述金屬層被電鍍在一部分所述基底材料上。在所述工具的另一實(shí)施例中，所述金屬鍍層基本上覆蓋了所述工具的至少一個(gè)平面。在所述工具的另一實(shí)施例中，所述材料包括一種選自以下組的材料不銹鋼、鋁、硅、玻璃或鈦。在所述工具的另一實(shí)施例中，所述金屬鍍層包括一種選自以下組的電鍍材料銅、坡莫合金、金，及其組合。在所述工具的另一實(shí)施例中，所述基底材料選自以下材料組氮化硅、二氧化硅、玻璃、鍺、砷化鎵、鋁，及其組合。
在斷開式夾持器的又一個(gè)實(shí)施例中，通過用切割器分離多個(gè)翼片，將所述安裝部件與手柄斷開，與單個(gè)翼片或單個(gè)可斷裂頸部相比，提供多個(gè)翼片可以為所述安裝部件提供更大的支撐，并且允許夾持器的多個(gè)部分個(gè)別分離。在斷開式夾持器的又一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)工具包括一個(gè)直接制作在硅制工具內(nèi)、用在光路中的光學(xué)孔。
在斷開式夾持器的又一個(gè)實(shí)施例中，所述夾持器還包括毛細(xì)管粘結(jié)劑通道，它們位于將與外部部件固定的至少一個(gè)表面上，所述毛細(xì)管粘結(jié)劑通道有助于分配施加到所述毛細(xì)管粘結(jié)劑通道末端的少量粘結(jié)劑。在斷開式夾持器的又一個(gè)實(shí)施例中，所述夾持器還包括配對(duì)的彈簧夾和槽口，它們用于將多個(gè)夾持器連接在一起，形成三維結(jié)構(gòu)。在斷開式夾持器的又一個(gè)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)還包括孔和栓，它們與晶片平面垂直，用于將多個(gè)夾持器連接在一起，并且使所述夾持器和所述部件與所述組件精密對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明還包括一種用于制造單晶硅工具的方法實(shí)施例，該方法包括以下步驟提供一基本上平坦的硅晶片，其兩個(gè)相對(duì)的表面均被拋光；對(duì)每個(gè)所述相對(duì)的表面施加一形成圖案的光致抗蝕材料，以便限定并曝光每個(gè)所述表面上要刻蝕的區(qū)域和要保護(hù)的區(qū)域；將第一表面刻蝕至所需的第一刻蝕深度；將所述刻蝕后第一表面固定在穩(wěn)定裝置上；將第二表面刻蝕至所需的第二刻蝕深度；所述第一和第二表面刻蝕至少產(chǎn)生一個(gè)特征，所述特征選自以下特征組晶片表面凹部、平板和晶片通孔。
在本發(fā)明的工具制造方法的另一實(shí)施例中，所述穩(wěn)定裝置包括一放熱帶，并且所述方法還包括在所述第二表面刻蝕后除去所述放熱帶的步驟。在本發(fā)明的工具制造方法的另一實(shí)施例中，所述方法還包括將識(shí)別標(biāo)記圖案加至所述工具中，以便自動(dòng)跟蹤和庫存，其中所述標(biāo)記選自以下標(biāo)記組識(shí)別碼、序號(hào)、條形碼及其組合。
在本發(fā)明的工具制造方法的另一實(shí)施例中，所述刻蝕是深度反應(yīng)離子刻蝕。一種制造單晶硅工具的方法，所述方法還包括將一層電鍍材料電鍍到所述第一或第二表面中一個(gè)表面上的步驟。一種制造單晶硅工具的方法，所述方法還包括在把所述電鍍材料層電鍍到所述基底材料上之后，從所述工具上刻蝕掉基本上所有所述基底材料的步驟。
本發(fā)明還提供了一種制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟提供具有第一和第二相對(duì)表面的半導(dǎo)體襯底；將第一層材料沉積在所述第一襯底表面上，所述材料對(duì)所述襯底和所述金屬有親合力；將形成圖案的第一光致抗蝕材料沉積在所述第一層上，所述形成圖案的光致抗蝕層至少覆蓋所述第一層的一個(gè)區(qū)域，并至少不覆蓋所述第一層的一個(gè)不同的區(qū)域；將一金屬層沉積在所述第一層中未被所述光致抗蝕劑覆蓋的區(qū)域上；去除所述第一光致抗蝕材料。
在所述金屬微型結(jié)構(gòu)制造方法的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括將形成圖案的第二光致抗蝕材料沉積在所述第二襯底表面上，所述形成圖案的光致抗蝕層至少覆蓋所述第二襯底表面的一個(gè)區(qū)域，且至少不覆蓋所述第二襯底表面中的一個(gè)不同的區(qū)域；以及至少刻蝕掉所述襯底中未被所述光致抗蝕劑覆蓋的部分。在所述金屬微型結(jié)構(gòu)制造方法的另一個(gè)實(shí)施例中，所述刻蝕步驟完全去除所述襯底，致使所述結(jié)構(gòu)基本上是一全金屬結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明方法的另一實(shí)施例中，所述金屬選自以下組金、鎳、銅、坡莫合金，及其組合。在本發(fā)明方法的另一實(shí)施例中，所述襯底選自以下組硅、氮化硅、二氧化硅、玻璃、鍺、砷化鎵、鋁、不銹鋼、鈦、玻璃，及其組合。
在本發(fā)明方法的另一實(shí)施例中，所述襯底包括一種半導(dǎo)體材料；并且所述第一層選自以下組電鍍基底材料，和所述半導(dǎo)體材料的氧化物。在另一實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體材料包括硅，并且所述第一層包括二氧化硅。
另一個(gè)實(shí)施例是一種在襯底上形成具有多層金屬之結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟提供具有第一和第二表面的襯底；將具有第一金屬的第一電鍍基底沉積在所述第一襯底表面上；所述形成圖案的、高度為h1的第一光致抗蝕層沉積在所述電鍍基底上，將形成圖案的第二光致抗蝕層沉積在所述第二襯底表面上；將具有第二金屬的第一層沉積在所述第一電鍍基底中未被所述第一光致抗蝕劑覆蓋的部分上；將具有第三金屬的第二電鍍基底沉積在所述第一金屬層和形成圖案的第一光致抗蝕層上；將形成圖案的、高度為h2的第三光致抗蝕層沉積在所述第二電鍍基底上；將具有第三金屬的第二層電鍍在所述第二電鍍基底中未被所述第三光致抗蝕劑覆蓋的部分上；刻蝕經(jīng)所述形成圖案的第二光致抗蝕劑曝光的所述襯底；以及將所述光致抗蝕劑和電鍍基底金屬剝離所述結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底選自以下組硅、砷化鎵、鍺、玻璃，及其組合物。
本發(fā)明還包括一個(gè)用上述本發(fā)明方法中的任何一種制造的物體或產(chǎn)品。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，盡管已就用于旋轉(zhuǎn)信息存儲(chǔ)媒體的浮動(dòng)磁光頭組件描述了一些結(jié)構(gòu)和方法，但是，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的方法都不局限于此應(yīng)用。例如，具有小特征尺寸的精度的微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)將廣泛地應(yīng)用于光通信模塊、電磁致動(dòng)器、繼電器、光柵掃描顯示系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航傳感器、原子力顯微探針，以及分光儀，還有其它應(yīng)用。另外，盡管作為舉例描述了一種如何制造微機(jī)械加工部件的方法，但本發(fā)明不限于根據(jù)本發(fā)明方法制造的微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)。
本說明書中提到的所有出版物、專利和專利申請都通過引用包括在此，就好象每篇出版物或?qū)＠暾埍痪唧w和個(gè)別指出要通過引用包括在此一樣。
以上，為了說明和描述的目的，已給出了本發(fā)明的具體實(shí)施例。它們非詳盡或限制本發(fā)明于這里揭示的具體形式，而是可以上述教導(dǎo)進(jìn)行許多變化和改變。實(shí)施例的選擇和描述是為了最清楚地說明本發(fā)明的原理，及其可行應(yīng)用，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠最佳地使用本發(fā)明和各種實(shí)施例，而各種變化適于特定的使用。本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書及其等效物限定。
權(quán)利要求
1．一種微型工具，用于相對(duì)第二微型物體操縱第一微型物體，其特征在于，所述工具包括操縱部，用于與被操縱的所述第一物體相互作用；細(xì)長的手柄部，它與所述操縱部構(gòu)成一體，并且是所述操縱部的延伸，適于被一外部的定位裝置夾持；所述工具適于在靠近所述第二物體的一個(gè)狹窄空間內(nèi)接觸要被操縱的所述第一物體，并與其相互作用；所述工具包括一基底材料；和所述操縱部適于與所述第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，其中所述第一物體的尺寸小于500微米。
2．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述基底材料包括單片基本上是單晶的材料。
3．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述單片基本上是單晶的材料選自硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺、摻雜的鍺、摻雜的硅和摻雜的砷化鎵。
4．如權(quán)利要求2所述的工具，其特征在于，所述工具由所述晶體材料的一片薄晶片制成，并且所述操縱部適于與所述第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，其中所述第一物體的尺寸在大約5微米和大約200微米之間。
5．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，還包括一頸部，所述頸部位于所述操縱部和所述細(xì)長手柄部之間，所述頸部的截面積小于所述操縱部或所述手柄部的截面積，并且與兩者構(gòu)成一體。
6．如權(quán)利要求5所述的工具，其特征在于，所述頸部還包括一斷裂引發(fā)位置，當(dāng)對(duì)所述細(xì)長手柄施力時(shí)，該位置將應(yīng)力集中在所述頸部的一個(gè)局部區(qū)域中。
7．如權(quán)利要求6所述的工具，其特征在于，所述頸部的截面基本上呈矩形，至少有兩個(gè)相對(duì)側(cè)，并且在所述頸部的所述至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)上，包括槽口形式的基本上相對(duì)的斷裂引發(fā)位置，用于當(dāng)對(duì)所述手柄一側(cè)施加所述斷裂力時(shí)集中應(yīng)力。
8．如權(quán)利要求6所述的工具，其特征在于，當(dāng)用一外界夾持力將所述操縱部保持在一個(gè)基本固定的位置上時(shí)，在對(duì)所述手柄施加一小的致使所述操縱部在所述頸部內(nèi)與所述手柄部分離的斷裂力后，所述手柄可以與所述操縱部分離。
9．一種斷開式夾持器，用于在光學(xué)組件裝配期間夾持一光學(xué)元件，其特征在于，包括安裝部件，用于固定一光學(xué)元件；可斷裂的頸部；手柄，它通過所述可斷裂的頸部與所述安裝部件連接，用于通過外力操縱所述手柄將所述光學(xué)元件定位在所述光學(xué)組件上；在所述安裝部件與所述組件固定后，當(dāng)對(duì)所述手柄施加一小的斷裂力致使所述頸部斷裂時(shí)，所述手柄可以與所述安裝部件分離。
10．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述斷裂力大于一般在使用所述手柄期間所受的力，包括大于將所述光學(xué)元件定位在所述光學(xué)組件內(nèi)的操作期間所受的力；并且所述斷裂力小于那些會(huì)對(duì)所述光學(xué)組件內(nèi)對(duì)準(zhǔn)所述光學(xué)元件或其它元件產(chǎn)生干擾的力。
11．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述可斷裂的工具由單晶硅材料制成，并且頸部經(jīng)構(gòu)造，使得其在達(dá)到1％的局部應(yīng)變時(shí)發(fā)生斷裂。
12．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，在基本上不改變所述工具的情況下操縱所述第一物體之后，所述工具可以脫離所述第一物體，并且脫離靠近所述第二物體的所述區(qū)域，并且所述可拆卸的工具包括一光學(xué)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，用于在一窄通道內(nèi)對(duì)準(zhǔn)一光束。
13．如權(quán)利要求12所述的工具，其特征在于，所述對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)包括一目標(biāo)部，用于與所述光束相互作用；和手柄部，它與所述目標(biāo)部固定，并且從所述目標(biāo)部延伸出來，用于插入所述目標(biāo)部并對(duì)所述目標(biāo)部進(jìn)行定位操作。
14．如權(quán)利要求13所述的工具，其特征在于，所述目標(biāo)部包括一目標(biāo)，該目標(biāo)選自包括孔、十字睢準(zhǔn)線、光闌、用于固定另一光學(xué)元件的夾持器及其組合的目標(biāo)組。
15．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述工具是一光纖夾持器，用于夾持保偏光纖，所述工具中用于夾持所述光纖的所述叉形部分通過一斷開式頸部與所述手柄相連，所述工具可以旋轉(zhuǎn)，使所述光纖相對(duì)一參考方向固定于所需的偏振方向，所述夾持器適于按所述所需定向進(jìn)行永久安裝，所述工具有一可斷裂部，在故意斷裂后，所述可斷裂部提供一對(duì)準(zhǔn)板手，用于將定向光纖與其它光學(xué)元件對(duì)準(zhǔn)，所述斷裂的頸部還提供一個(gè)偏振對(duì)準(zhǔn)的表示。
16．一種制造單晶硅工具的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一基本上平坦的硅晶片，其兩個(gè)相對(duì)的表面均被拋光；對(duì)每個(gè)所述相對(duì)的表面施加一形成圖案的光致抗蝕材料，以便限定并曝光每個(gè)所述表面上要刻蝕的區(qū)域和要保護(hù)的區(qū)域；將第一表面刻蝕至所需的第一刻蝕深度；將所述刻蝕后第一表面固定在穩(wěn)定裝置上；將第二表面刻蝕至所需的第二刻蝕深度；所述第一和第二表面刻蝕至少產(chǎn)生一個(gè)特征，所述特征選自包括晶片表面凹部、平板和晶片通孔的特征組。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置包括一放熱帶，并且所述方法還包括在所述第二表面刻蝕后除去所述放熱帶。
18．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括將識(shí)別標(biāo)記圖案加至所述工具中，以便自動(dòng)跟蹤和清點(diǎn)，其中所述標(biāo)記選自包括識(shí)別碼、序號(hào)、條形碼及其組合的標(biāo)記組。
19．如權(quán)利要求9所述的夾持器，其特征在于，還包括配對(duì)的彈簧夾和槽口，它們用于將多個(gè)夾持器連接在一起，形成三維結(jié)構(gòu)。
20．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，還包括一層金屬，所述金屬層被電鍍在一部分所述基底材料上。
21．如權(quán)利要求2所述的工具，其特征在于，所述單片基本上是單晶的材料包括硅。
22．如權(quán)利要求2所述的工具，其特征在于，所述工具由所述晶體材料構(gòu)成的一片薄的晶片制成。
23．如權(quán)利要求22所述的工具，其特征在于，通過對(duì)所述晶片的至少一側(cè)刻蝕所述工具，從而由所述晶片制成所述工具。
24．如權(quán)利要求23所述的工具，其特征在于，所述刻蝕是深度反應(yīng)離子刻蝕。
25．如權(quán)利要求22所述的工具，其特征在于，用金屬絲放電機(jī)械加工技術(shù)，由所述晶片制成所述工具。
26．如權(quán)利要求22所述的工具，其特征在于，由厚度小于大約400微米的硅晶片制成所述工具。
27．如權(quán)利要求22所述的工具，其特征在于，通過對(duì)帶光致抗蝕圖案的單晶硅晶片進(jìn)行深度反應(yīng)離子刻蝕，同時(shí)制成多個(gè)所述工具，并且所述操縱部適于與所述第一物體的一個(gè)物理特征相互作用，其中所述第一物體的尺寸在大約5微米和大約200微米之間。
28．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，在基本上不改變所述工具的情況下操縱所述第一物體之后，所述工具可以脫離所述第一物體，并且脫離靠近所述第二物體的所述區(qū)域。
29．如權(quán)利要求28所述的工具，其特征在于，所述工具包括一光學(xué)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。
30．如權(quán)利要求28所述的工具，其特征在于，所述工具包括一光學(xué)夾持器。
31．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述可斷裂頸部在所述頸部的一個(gè)表面包括一斷裂引發(fā)位置，用于當(dāng)對(duì)所述手柄施加所述斷裂力時(shí)集中應(yīng)力。
32．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述可斷裂頸部的截面基本上呈矩形，至少有兩個(gè)相對(duì)側(cè)，并且在所述頸部的所述至少兩個(gè)相對(duì)側(cè)上，包括槽口形式的基本上相對(duì)的斷裂引發(fā)位置，用于當(dāng)對(duì)所述手柄一側(cè)施加所述斷裂力時(shí)集中應(yīng)力。
33．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述頸部在大約1％和大約5％之間的局部應(yīng)變下發(fā)生斷裂。
34．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述頸部在大約0.5％和大約2％之間的局部應(yīng)變下發(fā)生斷裂。
35．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述頸部在大約1％的局部應(yīng)變下發(fā)生斷裂。
36．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述可斷裂工具是由單晶材料制成的，當(dāng)局部應(yīng)變到達(dá)大約±40％以內(nèi)的預(yù)定應(yīng)變值時(shí)，可斷裂工具斷裂。
37．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述部件大約0.2毫米深，所述手柄大約為1毫米×3毫米，所述頸部大約為0.08毫米×0.20毫米，并具有深度為0.015毫米的相對(duì)的V形凹槽槽口。
38．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述安裝部件通過粘結(jié)劑與所述組件固定，所述手柄部大約2.2毫米長，當(dāng)對(duì)所述手柄末端施加大約千分之五牛頓力致使所述頸部繞所述槽口彎曲時(shí)，在所述槽口處產(chǎn)生足以使所述頸部斷裂的斷裂力，同時(shí)在將所述安裝部件固定于所述組件的粘結(jié)劑中只產(chǎn)生大約15N/mm2的應(yīng)變。
39．如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述可拆卸工具包括一光纖夾持器，所述光纖夾持器大體呈叉形，其兩個(gè)柄腳被一槽口分開，所述光纖夾持器用于夾持所述光纖與所述晶片垂直。
40．如權(quán)利要求39所述的工具，其特征在于，所述光纖夾持器提供了在用固化粘結(jié)劑將所述光纖末端固定于光學(xué)模塊期間將所述光纖夾持到所述光纖末稍附近的裝置。
41．如權(quán)利要求28所述的工具，其特征在于，所述工具包括一光纖夾持器，所述光纖夾持器具有一彈簧部和一擱架部，所述光纖保持在所述彈簧和擱架之間，一般與所述晶片平行。
42．如權(quán)利要求12所述的工具，其特征在于，所述對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)適于將準(zhǔn)直的激光束對(duì)準(zhǔn)所需的光路。
43．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述斷開式夾持器的安裝部件適于容納一元件，所述元件選自包括透鏡、線圈、光纖夾持器、反射鏡、棱鏡、光柵、磁鐵和壓電器件的元件xeg。
44．如權(quán)利要求43所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述元件通過固定手段固定在所述安裝部件上。
45．如權(quán)利要求44所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述固定手段包括粘結(jié)劑、與安裝部件構(gòu)成一體的彈簧、壓入配合件及其組合。
46．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述夾持器包括定向識(shí)別裝置，當(dāng)在所述可斷裂頸部處使所述手柄與所述安裝部件分離后，所述定向識(shí)別裝置與所述工具留在一起。
47．如權(quán)利要求46所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述定向識(shí)別裝置包括一機(jī)械板手。
48．如權(quán)利要求47所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述機(jī)械板手還提供了用于沿所述機(jī)械板手確定的方向?qū)⒌诙c所述光學(xué)模塊耦合的裝置。
49．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，通過用切割器分離多個(gè)翼片，將所述安裝部件與手柄斷開，與單個(gè)翼片或單個(gè)可斷裂頸部相比，提供多個(gè)翼片可以為所述安裝部件提供更大的支撐，并且允許夾持器的多個(gè)部分單獨(dú)地分離。
50．如權(quán)利要求9所述的斷開式夾持器，其特征在于，所述光學(xué)工具包括一個(gè)直接制作在硅制工具內(nèi)、用在光路中的光學(xué)孔。
51．如權(quán)利要求9所述的夾持器，其特征在于，還包括毛細(xì)管粘結(jié)劑通道，它們位于將與外部部件固定的至少一個(gè)表面上，所述毛細(xì)管粘結(jié)劑通道有助于分配施加到所述毛細(xì)管粘結(jié)劑通道末端的少量粘結(jié)劑。
52．如權(quán)利要求9所述的夾持器，其特征在于，還包括孔和栓，它們與晶片平面垂直，用于將多個(gè)夾持器連接在一起，并且使所述夾持器和所述部件與所述組件精密對(duì)準(zhǔn)。
53．如權(quán)利要求20所述的工具，其特征在于，所述金屬鍍層基本上覆蓋了所述工具的至少一個(gè)平面。
54．如權(quán)利要求20所述的工具，其特征在于，所述材料包括一種由不銹鋼、鋁、硅、玻璃或鈦構(gòu)成的組中選出的材料。
55．如權(quán)利要求20所述的工具，其特征在于，所述金屬鍍層包括一種由銅、坡莫合金、金及其組合構(gòu)成的組中選出的電鍍材料。
56．如權(quán)利要求55所述的工具，其特征在于，所述基底材料選自以下材料構(gòu)成的組氮化硅、二氧化硅、玻璃、鍺、砷化鎵、鋁及其組合。
57．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述刻蝕是深度反應(yīng)離子刻蝕。
58．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括將一層電鍍材料電鍍到所述第一或第二表面中一個(gè)表面上。
59．如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，還包括在把所述電鍍材料層電鍍到所述基底材料上之后，從所述工具上刻蝕掉基本上所有所述基底材料。
60．依照權(quán)利要求16所述方法制作的產(chǎn)品。
61．一種用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟提供具有第一和第二相對(duì)表面的半導(dǎo)體襯底；將第一層材料沉積在所述第一襯底表面上，所述材料對(duì)所述襯底和所述金屬有親合力；將形成圖案的第一光致抗蝕材料沉積在所述第一層上，所述形成圖案的光致抗蝕層至少覆蓋所述第一層的一個(gè)區(qū)域，并至少不覆蓋所述第一層的一個(gè)不同的區(qū)域；將一金屬層沉積在所述第一層中未被所述光致抗蝕劑覆蓋的區(qū)域上；去除所述第一光致抗蝕材料。
62．如權(quán)利要求61所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，還包括以下步驟將形成圖案的第二光致抗蝕材料沉積在所述第二襯底表面上，所述形成圖案的光致抗蝕層至少覆蓋所述第二襯底表面的一個(gè)區(qū)域，且至少不覆蓋所述第二襯底表面中的一個(gè)不同的區(qū)域；以及至少刻蝕掉所述襯底中未被所述光致抗蝕劑覆蓋的部分。
63．如權(quán)利要求62所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述刻蝕步驟完全去除所述襯底；并且所述結(jié)構(gòu)由此基本上是一全金屬結(jié)構(gòu)。
64．如權(quán)利要求62所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述金屬選自由金、鎳、銅、坡莫合金及其組合構(gòu)成的組。
65．如權(quán)利要求62所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述襯底選自由硅、氮化硅、二氧化硅、玻璃、鍺、砷化鎵、鋁、不銹鋼、鈦、玻璃及其組合構(gòu)成的組。
66．如權(quán)利要求61所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述襯底是半導(dǎo)體材料；并且所述第一層選自由電鍍基底材料和所述半導(dǎo)體材料的氧化物構(gòu)成的組。
67．如權(quán)利要求65所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料是硅，并且所述第一層包括二氧化硅。
68．一種在襯底上形成具有多層金屬之結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述方法包括提供具有第一和第二表面的襯底；將具有第一金屬的第一電鍍基底沉積在所述第一襯底表面上；所述形成圖案的、高度為h1的第一光致抗蝕層沉積在所述電鍍基底上，將形成圖案的第二光致抗蝕層沉積在所述第二襯底表面上；將具有第二金屬的第二層沉積在所述第一電鍍基底中未被所述第一光致抗蝕劑覆蓋的部分上；將具有第三金屬的第二電鍍基底沉積在所述第一金屬層和形成圖案的第一光致抗蝕層上；將形成圖案的、高度為h2的第三光致抗蝕層沉積在所述第二電鍍基底上；將具有第三金屬的第二層電鍍在所述第二電鍍基底中未被所述第三光致抗蝕劑覆蓋的部分上；刻蝕經(jīng)所述形成圖案的第二光致抗蝕劑曝光的所述襯底；以及將所述光致抗蝕劑和電鍍基底金屬剝離所述結(jié)構(gòu)。
69．如權(quán)利要求68所述的用于制造金屬微型結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述襯底選自由硅、砷化鎵、鍺、玻璃及其組合物構(gòu)成的組。
70．如權(quán)利要求22所述的工具，其特征在于，所述工具通過對(duì)一薄的金屬片進(jìn)行金屬絲放電制成。
全文摘要
提供了用于生產(chǎn)、裝配(196)和測試精密微型部件的微機(jī)械加工工具和部件夾持器,尤其提供了適用于包括光學(xué)和/或電子元件的精密微型系統(tǒng),其中光學(xué)和/或電子元件包括透鏡(233,397)、光纖(197)等。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法為用于數(shù)字計(jì)算機(jī)的光學(xué)輔助存儲(chǔ)裝置之讀、寫、或讀/寫磁光頭的精密光學(xué)系統(tǒng)尋找到特殊的應(yīng)用能力。在裝配期間將部件粘合或固定到位時(shí),可拆卸的工具用來進(jìn)行臨時(shí)定位,然后完全拆下,以便與另一光頭組件一起使用。斷開式工具或夾持器(326)一般包括三個(gè)主要部分元件夾持器、手柄(313、314)以及將夾持器與手柄相連的斷開式頸部。元件夾持器為光學(xué)、電氣或機(jī)械元件提供了一個(gè)安裝部件(395)。一旦將元件固定在安裝部件上,便可通過手柄將它們移入較大組件內(nèi)的某個(gè)位置。將安裝部件(395)與組件粘合,對(duì)手柄施加一較小的可預(yù)測的力,致使頸部斷裂,將手柄與此時(shí)固定于組件上的夾持器分離。工具可以用以下方式制作,即進(jìn)行圖案光刻,并且刻蝕諸如硅等襯底,以便有選擇地雕刻襯底。本發(fā)明還提供了在基底材料上通過電鍍金屬制成的結(jié)構(gòu),或者完全由金屬制成的結(jié)構(gòu)。還提供了用于制作本發(fā)明結(jié)構(gòu)的幾個(gè)過程的實(shí)施例。
文檔編號(hào)B25J7/00GK1316061SQ99807396
公開日2001年10月3日 申請日期1999年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月17日
發(fā)明者J·H·杰曼, J·D·格蘭德 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司