JP4686471B2 - マイクロチャネルプレート（ｍｃｐ）製作のための穴の開いたメガボウルウエハ - Google Patents

Description

本発明は、イメージ増倍管において用いられるマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）に関し、より特定には、穴の開いたメガボウル（ｍｅｇａ−ｂｏｕｌｅ）ウエハを用いる複数のＭＣＰ製作の装置および方法に関する。

マイクロチャネルプレートは、イメージ増倍管における電子増倍管として使用される。マイクロチャネルプレートは、それを貫いて延びるアレイ状のチャネルを有する薄いガラスプレートであり、フォトカソードと蛍光面との間に位置する。フォトカソードから向かって来る電子は、マイクロチャネルプレートの入力側に入り、チャネルの壁に突き当たる。電圧がマイクロチャネルに印加される場合、これらの向かって来る電子または一次電子は増倍され、二次電子が生成される。二次電子は、マイクロチャネルプレートのバックエンドからチャネルを脱出し、蛍光面上にイメージを生成するために用いられる。

一般的に、マイクロチャネルプレートの製作は、本明細書中において援用される１９９０年３月２７日に発行されたＲｏｎａｌｄ Ｓｉｎｋによる特許文献１に開示されるように、ファイバ延伸処理を以って開始する。便宜上のため、特許文献１に開示される図１〜４が、本明細書中に含まれ、以下、議論される。

図１において、マイクロチャネルプレートのスターティングファイバ１０が示される。ファイバ１０は、ガラスコア１２、およびそのコアを囲むガラスクラディング１４を含む。コア１２は、適切なエッチング溶液においてエッチング可能なガラス材料製である。ガラスクラディング１４は、ガラスのコアと実質的に同等の軟化温度を有するガラス材料製である。しかし、クラディング１４のガラス材料は、コア１２の材料よりも多くの鉛の容量を含むという点においてコア１２のガラス材料と異なり、それによって、コア材料をエッチングするために用いられる同様の状況の下においてクラディングはエッチング不可能になる。従って、クラディング１４は、ガラスコアのエッチングの後もそのままである。適切なクラディングガラスは、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ ８１６１のような鉛タイプガラスである。

光ファイバは、以下のような手順において形成される。エッチング可能なガラスロッド、およびそのロッドを同軸上に囲むクラディングチューブは、ゾーン炉に組み入れられる延伸マシーンに垂直に吊り下げられる。炉の温度は、ガラスの軟化温度にまで上昇される。ロッドとチューブは融合し、単一のファイバ１０に延伸される。ファイバ１０は、所望のファイバ直径を達成するまでスピードが調節される牽引機構に入れられる。ファイバ１０は、さらに短い長さの約１８インチに切断される。

数千のその切断された単一のファイバ１０をモールドに積み重ね、図２に示されるように、六角形アレイ１６を形成するために、ガラスの軟化温度まで加熱される。示されるように、切断された長さのファイバ１０の各々は、六角形の形状を有する。六角形の形状は、優れた積み重ね配置を提供する。

マルチアセンブリまたはバンドルとしても知られる六角形アレイは、数千の単一のファイバ１０を含み、それら数千の単一のファイバ１０の各々は、コア１２およびクラディング１４を有する。バンドル１６は、延伸マシーンにおいて垂直に吊り下げられ、再び、ファイバ直径を小さくするために延伸される一方、各々のファイバの六角形の形状は現状のまま保たれる。次に、バンドル１６は、さらに短い長さである約６インチに切断される。

数百の切断されたバンドル１６は、図３に示されるように、精密な内径のボアガラスチューブ２２に積み重ねられる。ガラスチューブは鉛の容量を多く有し、ガラスクラディング１４に類似したガラス材料製である。従って、ガラスチューブは、ガラスコア１２をエッチングするために用いられるエッチング処理によってエッチング可能ではない。鉛ガラスチューブ２２は、最終的に、マイクロチャネルプレートとの硬質縁境界になる。

各バンドル１６のファイバ１０を保護するために、マイクロチャネルプレートを形成する処理の間、複数のサポート構造が、アセンブリの外層を形成するバンドル１６と置き換えにガラスチューブ２２内に配置される。サポート構造は、ガラスファイバを融合するために必要な強度および性能を有する任意の材料製の六角形ロッドの形を取り得る。各サポート構造は、断面積がバンドル１６の１つの断面積とほとんど同じであり、六角形の形を有する単一の光ガラスファイバ２４であり得る。しかしながら、その単一の光ガラスファイバは、エッチング不可能なコアおよびクラディングの両方を有する。光ファイバ２４またはサポートロッド２４は図３に示され、複数のバンドル１６を囲み、アセンブリ３０の周囲に位置する。

サポートロッドは、１本の光ファイバから数百までの任意の本数のファイバによって形成され得る。１つのサポートロッド２４の最終的な幾何学的な形状および外径は、１つのバンドル１６と実質的に同等である。複数のファイバサポートロッドは、バンドル１６を形成した手順に類似する手順において形成され得る。

チューブ２２内のファイバから成る最外層を形成する各バンドル１６は、サポートロッド２４によって置き換えられる。これは、好適には、サポートロッド２４の一端をバンドル１６の一端に対して置き、バンドル１６がチューブ２２の外に出るまで、サポートロッド２４をバンドル１６に対して押すことによって為される。全ての外周のバンドル１６がサポートロッド２４によって置き換えられるときにおいて、形成されるアセンブリは、ボウルと呼ばれ、全体が図３の３０として示される。

ボウル３０は、縁ガラスおよびファイバオプティックスから成る硬質ボウルを生成するために加熱処理において融合される。融合されたボウルは、薄い断面プレートにスライス、またはさいの目に切断される。スライスされた融合ボウルの平らの端面は、研がかれ、磨かれる。

マイクロチャネルを形成するために、光ファイバ１０のコア１２は、希釈された塩酸を用いてのエッチングによって取り除かれる。ボウルのエッチング後、多くの鉛の容量を含むガラスクラディング１４は、図４において示されるように、マイクロチャネル３２を形成するためにそのままである。また、サポートロッド２４は硬質を維持し、チューブ２２の硬質縁からマイクロチャネル３２への望ましい移り変わりを提供する。

さらなる処理ステップは、ガラスボウルを斜めに切断すること、およびガラスボウルを磨くことを含む。プレートがコアロッドを取り除くためにエッチングされた後、ボウルのチャネルは金属化され、アクティベートされる。

記載されるように、ＭＣＰ製作の現在における方法は、複数のバンドルを積み重ねること、そして、縁ガラスのシース内にその積み重ねられたバンドルを置くことを含む。エッチング不可能なファイバのサポーティングロッドは、ボウルを形成するために、エッチング可能ファイバのバンドルと縁ガラス（チューブ２２）との間にある隙間にある空間を埋めるために用いられる。ボウルは、バイアス角をつけるために、薄いウエハへと角度をつけてスライスされる。そのウエハは、エッチングされ、伝導層を形成するために水素燃焼（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｉｒｅ）され、電気接触を提供するために金属化される。

ボウルがウエハへスライスされた後、各ウエハは個別に取り扱われる。ウエハの典型的なサイズは、直径約１インチである。これは、現在の半導体処理ツールのウエハサイズよりも圧倒的に小さく、カスタム製作処理ツールの使用を必要とする。各ボウルウエハを個別に扱うことは、粒子混合に非常に敏感な接触労働（ｔｏｕｃｈ ｌａｂｏｒ）が多くなることを導いてしまう。従って、これらウエハの歩留りは低減する。

本発明は、より効率的な製作方法を用いてのＭＣＰ製作の必要性、および、混合物および低減した歩留りになりにくい方法の必要性を扱う。
米国特許第４，９１２，３１４号明細書

この必要性および他の必要性を達成するために、また、必要性の目的の観点から、本発明は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）の製作における使用のためのメガボウルを提供する。メガボウルは、島状地帯セクション、内境界セクション、および外境界セクションを含む断面を備え、各セクションが断面の別個の部分を占める。島状地帯セクションは、第１の複数の光ファイバから形成され、断面の横断方向に方向付けられる（ｏｒｉｅｎｔ）。各光ファイバは、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを含む。内境界セクションは、エッチング不可能な材料から形成され、島状地帯セクションを取り囲むために配置される。外境界セクションは、第２の複数の光ファイバから形成され、断面の横断方向に方向付けられる。各光ファイバは、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを含む。境界セクションは、島状地帯セクションおよび内境界セクションを取り囲むために配置される。メガボウルセクションはまた、断面の別個の部分を占める少なくとも他のセクションを備える。他のセクションがエッチング不可能な材料から形成され、外境界セクションによって内境界セクションから分離される。島状地帯セクションがエッチングされるときにおいて、島状地帯セクションの第１の複数の光ファイバが、ＭＣＰのためのトランバースマイクロチャネルを形成し、外境界セクションがエッチングされるときにおいて、外境界セクションの第２の複数の光ファイバは、穴の開いた劈開面を形成する。外境界セクションおよび島状地帯セクションはＭＣＰを形成し、外境界セクションは、メガボウルからＭＣＰを剥がすために穴の開いた劈開面を形成するための、および、ＭＣＰの製作時における偶発的な剥がれをＭＣＰダイから防ぐための、十分な断面幅を含む。

他の実施形態において、本発明は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）を製作するための方法を含み、その方法は、（ａ）光ファイバのバンドルを提供するステップであって、各光ファイバが、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを含む、ステップと、（ｂ）少なくとも１つの島状地帯セクションを形成するために複数のバンドルを積み重ねるステップであって、ミニボウルを規定する、ステップと、（ｃ）ミニボウルを取り囲むために、および、ミニボウルを取り囲む内セクションを形成するために、エッチング不可能な材料を積み上げるステップと、（ｄ）内セクションを取り囲むために、および、内セクションを取り囲む外セクションを形成するために、エッチング可能な材料を積み上げるステップと、（ｅ）外セクションを取り囲むために、および、外側セクションを形成するために、さらなるエッチング不可能な材料を積み上げるステップと、（ｆ）ＭＣＰを製作するにおいて使用するためのメガボウルを形成するために、ミニボウル、内セクション、および外側セクションを融合するステップとを包含する。方法は、（ｇ）複数のメガボウルウエハを形成するためにメガボウルをさいの目に切断するステップであって、各メガボウルウエハがバッチダイを規定する、ステップと、（ｈ）ＭＣＰを形成するために、メガボウルウエハをアクティベートし、金属化するステップとをさらに包含し得る。ステップ（ｈ）は、穴の開いた劈開面を形成するために、メガボウルウエハの外セクションをエッチングし、メガボウルウエハからＭＣＰを取り出すために、穴の開いた劈開面を剥がすステップを包含し得る。

さらに、他の実施形態において、本発明は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）を製作するための方法を含み、その方法は、（ａ）複数のミニボウルを生成するために、エッチング可能な光学材料、およびエッチング不可能な光学材料を積み重ねるステップであって、ミニボウルがお互いから分離され、断面に沿って個別の島状地帯を形成する、ステップと、（ｂ）複数のミニボウルを取り囲むために、および、断面に沿って複数の内境界セクションを形成するために、エッチング不可能な光学材料を積み重ねるステップであって、内境界セクションの各々が対応するミニボウルを取り囲む、ステップと、（ｃ）複数の内境界セクションを取り囲むために、および、断面に沿って複数の外境界セクションを形成するために、エッチング可能な光学材料およびエッチング不可能な光学材料を積み重ねるステップであって、外境界セクションの各々が対応する内境界セクションを取り囲む、ステップと、（ｄ）ＭＣＰの製作における使用のためのメガボウルを形成するために、ステップ（ａ）〜（ｃ）の積み重ねられたエッチング可能な光学材料、およびエッチング不可能な光学材料を融合するステップとを包含する。ステップ（ｃ）は、複数の外境界セクションを取り囲むために、および、断面に沿って外側セクションを形成するために、さらなるエッチング不可能な材料を積み重ねるステップを包含し得る。ステップ（ａ）は光ファイバを積み重ねることを包含し得、各光ファイバは、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを有する。ステップ（ｃ）は、光ファイバを積み重ねることを包含し得、各光ファイバは、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを有する。方法は、（ｅ）１つの外境界セクションの中にある島状地帯および内境界セクションを剥がすために、１つの外境界セクションにおいて穴の開いた劈開面を形成するために、複数の外境界セクションの内の少なくとも１つの外境界セクションをエッチングするステップを包含し得る。

前述の一般的な記載および後述の詳細の記載が、限定的なものではなく、本発明の例示的なものであることは、理解される。

本発明は、添付の図面との関係を以って読まれる際、後述の詳細な説明により最も理解される。

本発明は、従来のウエハ製作ツールに従う方法を用いることによって複数のＭＣＰを形成することに関する。より特定的に、本発明の方法の実施形態は、図５において示され、全体が参照番号５０によって示される。説明するように、この方法は、単一の大ウエハから複数のＭＣＰを製作するためにバッチダイを形成する。メガボウルウエハとして参照される単一の大ウエハは、従来のウエハ製作ツールに順応するようにサイズ合わせされる。

図５を参照し、ステップ５１を始めとし、ガラスコアのファイバおよびガラスクラディングは方法５０によって形成される。スターティングファイバ１０は図１において示され、ガラスコア１２およびガラスクラディング１４を含む。本発明に従い、コア１２はエッチング可能な材料から作られ、それによって、その後、コアは、メガボウルウエハをエッチングすることによって除去され得る。ガラスクラディング１４は、コア１２をエッチングすることが可能である同様の状況下においてエッチング不可能なガラスから作られる。従って、各クラディングは、エッチング処理の後もそのままであり、対応するコアの除去のときにおいて形成されるマイクロチャネルとの境界になる。

前述したように、適切なクラディングガラスは、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ ８１６１のような鉛タイプガラスである。発明的な処理の次なるステージにおいて、メガボウルウエハに対して従来の製作ツールを用い、酸化鉛が、ガラスクラディングの内面をアクティベートするために還元され、それによってガラスクラディングが、二次電子を放出可能になる。

その全体が本明細書中において援用される米国特許第４，９１２，３１４号に記載されるように、光ファイバ１０は、以下のような手順において形成される。エッチング可能なガラスロッド、およびそのロッドを同軸上に囲むクラディングチューブは、ゾーン炉に組み入れられる延伸マシーンに垂直に吊り下げられる。炉の温度は、ガラスの軟化温度にまで上昇される。ロッドとチューブは融合し、単一のファイバ１０に延伸される。ファイバは、所望のファイバ直径を達成するまでスピードが調節される牽引機構に入れられる。ファイバ１０は、さらに短い長さの約１８インチに切断される。

この方法は次に、ステップ５２に入り、図２に示されるように、複数のバンドル１６を規定するために、複数の六角形アレイ状のファイバ１０を形成する。数千のその切断された単一のファイバ１０をモールドに積み重ね、六角形アレイ１６の各々を形成するために、ガラスの軟化温度まで加熱される。ここにおいて、切断された長さのファイバ１０の各々は、六角形の形状を有する。六角形の形状が、優れた積み重ね配置を提供することは、理解される。六角形の形状に加え、三角形状および斜方六面体状のような他の形状をも用いられ得る。

マルチアセンブリまたはバンドルとしても参照される六角形アレイ１６は、数千の単一のファイバ１０を含み、それら数千の単一のファイバ１０の各々は、コア１２およびクラディング１４を有する。バンドル１６は、延伸マシーンにおいて垂直に吊り下げられ、再び、ファイバ直径を小さくするために延伸される一方、各々のファイバの六角形の形状は現状のまま保たれる。次に、バンドル１６は、さらに短い長さである約６インチに切断される。

次に、数百の切断されたバンドル１６は、個々の大スタックを形成するために発明的な方法のステップ５３において積み重ねられる。ここにおいて、個々の大スタックの各々は、所定の断面積を有する。バンドルを含む所定の断面積を有する大スタックの各々は、本明細書中においてミニボウルとして参照される。積み重ねは、（本明細書中においてサポートロッドとして参照もされる）エッチング不可能ガラスを積み重ねることによってステップ５４にて継続され、それによって、エッチング不可能ガラスが各ミニボウルを取り囲む。複数のミニボウルは共に積み重ねられ得、複数のサポートロッドは、ミニボウルの間に積み重ねられ得、各ミニボウルの外周を取り囲むために積み重ねられ得る。この手順において、各ミニボウルは、サポートロッドによって、またはエッチング不可能ガラスによってそれぞれのミニボウルから分離される。

図６に示されるように、ミニボウル６６は、（例えば）円形の断面を有するように積み重ねられる。他の実施例として（図９）、各ミニボウルは長方形の断面に積み重ねられ得る。

方法５０は、サポートロッドのような、各ミニボウルを取り囲むエッチング不可能ガラスを積み重ねるステップ５４へと続く。この手順において、エッチング不可能ガラスは、各ミニボウルの周辺に境界セクションを形成する。図６において示されるように、ミニボウル６６は島状地帯（ｉｓｌａｎｄ）であり、それぞれの島状地帯は、エッチング不可能サポートロッド２４を備える内境界セクション６７によって囲まれる。

図５を再び参照し、ステップ５５Ａは、各ミニボウル周辺に他の境界セクションを形成するために、積み重ねられたエッチング不可能ガラスを取り囲んでいるエッチング可能ガラスを積み重ねる。ステップ５５Ｂは、ステップ５５Ａにおいて積み重ねられたエッチング可能ガラスを取り囲んでいるエッチング不可能ガラスを積み重ねる。図６に示されるように、積み重ねは、ミニボウル６６、エッチング不可能サポートロッド２４の内境界セクション６７、そしてエッチング可能ガラスの外境界セクション６９と、順番に形成する。

この方法は、メガボウル６２を形成するために、セクション６４において外境界セクション６９を取り囲んでいるエッチング不可能サポートロッド２４を積み重ねることへと続く。積み重ねは、断面積が所定サイズに達するまで継続し得る。所定の断面サイズは、従来のウエハ製作ツールに順応し得るサイズの関数である。

メガボウル６２は、複数のエッチング不可能なサポートロッドを含む隙間領域６４および内境界セクション６７を含む。エッチング不可能な各サポートロッド２４は、鉛容量を多く有し、ガラスクラディング１４に類似するガラス材料製である。従って、エッチング不可能な各サポートロッド２４は、ガラスコア１２をエッチングによって取り除くときにおいて用いられる処理によってはエッチング不可能である。エッチング不可能ガラスは、ファイバ１０の膨張率とほぼ同等の膨張率を有する。本発明の方法が終了した後、エッチング不可能なガラスのサポートロッド２４は、最終的に、製作された各マイクロチャネルプレートの硬質の縁境界になる（図６において、内境界セクション６７として示される）。

エッチング不可能なサポートロッドが、各ミニボウル６６を保護するためのサポート構造を提供することは理解される。各サポートロッドは、エッチング可能なガラスファイバを融合するために必要な強度および性能を有する任意の材料製の（例えば）六角形ロッドの形を取り得る。サポートロッドの材料は、温度変化時において、エッチング可能ファイバの歪みを防ぐために、エッチング可能ファイバの温度係数に十分に近似した温度係数を有する。

一実施形態において、各サポートロッドは、断面積がバンドル１６の１つの断面積とほとんど同じであり、（例えば）六角形の形を有する単一の光ガラスファイバ２４であり得る（図３および６）。もちろん、その単一の光ファイバは、前述の状況下においてエッチング不可能なコアおよびクラディングの両方を有し得る。光サポートファイバ２４は、図６において概略的に示される。サポートロッド２４のコアおよびクラディングの両方が、ファイバ１０のガラスクラディングの材料と同様の鉛容量を多く有したガラス材料製である。これらのサポートロッド２４は、メガボウル６２に形成される各ミニボウル６６の間にクッション層および分離空間を形成する。

本発明の他の実施形態において、サポートロッドは、サポートロッドの最終的な形が隙間のあいた空所を生まない限り、六角形以外の断面の形を有し得る。例えば、三角形、または斜方六面体を有するサポートロッドは、隙間のあいた空所を結果的に生みにくい。従って、これらの形もまた、用いられ得る。

サポートロッド２４のコアおよびクラディングを形成するガラスロッドとチューブは、延伸炉に吊り下げられ、ロッドおよびチューブが融合し、融合したロッドとチューブを軟化し、各サポートロッド２４を形成するのに十分なように加熱する。その形成されたサポートロッド２４は、約１８インチの長さに切断され、所望の幾何学的形状、およびバンドル１６の断面外径と実質的に同様な小さな断面外径を達成するために、第２の延伸を受ける。サポートロッドは、１本の光ファイバから数百までの任意の本数のファイバによって形成され得る。１つのサポートロッドの最終的な幾何学的な形状、および外径は、実質的に、１つのバンドル１６と同等である。サポートロッドは、サポートロッドがエッチング不可能な材料製である限り、およびサポートロッドがエッチング可能なバンドルと加熱のときにおいて融合可能な限り、任意のサイズおよび形を備える任意の他のガラスロッドと置き換えられ得ることは、理解される。

ミニボウル６６の断面積が、ユーザによって所望されるそれぞれのＭＣＰの所定のアクティブ断面積を提供するために、それに対応する大きさに積み重ねられ得ることは、理解される。ミニボウル６６の断面領域が、図６に示されるように円形面を規定し得ること、または、図９に示されるように長方形面のような異なった形を規定する断面領域を有し得ることは、理解される。

メガボウル６２は複数の外境界セクション６９を含み、図６に示されるように、各ミニボウル６６に対して１つの外境界セクション６９である。各外境界セクション６９は、バンドル１６のスタックから構成され得る。各バンドル１６は多数のファイバ１０を含み、各ファイバ１０はコア１２およびクラディング１４を有する。バンドルは、約６インチの長さに切断され、内境界セクション６７を取り囲んでいる外境界セクション６９を形成するために、ステップ５５Ａにおいて積み重ねられる。

外境界セクションが、六角形の形およびバンドル１６の１つの断面積とほぼ同等またはそれよりも大きな断面積を有する多数の単一の光ガラスファイバから構成され得ることは、理解される。単一の光ガラスファイバは、エッチング可能ガラスコアおよびエッチング不可能ガラスクラディングを有し得る。

説明するように、各外境界セクション６９は、エッチング処理の下に置かれたときにおいて、穴の開いたウエハ劈開面を提供する。ミニボウル６６のそれぞれ、およびそれらを取り囲む内境界セクション６７（最終的にはＭＣＰを形成する）は、メガボウル６２から取り出され得る。この取り出しは、穴に沿って圧力差を与えることによって為され得、それによってＭＣＰのダイのそれぞれが、メガボウル６２から剥がれる（ｂｒｏｋｅｎ ａｗａｙ）。

本発明が、外境界セクション６９を形成し、所定の厚さを有する、光ガラスファイバが積み重ねられた単一の列をも可能性に入れることは、理解される。各光ガラスファイバは、エッチング可能ガラスコアおよびエッチング不可能ガラスクラディングを有し得る。ガラスコアのエッチングの後、エッチング不可能ガラスクラディングは、メガボウル６２からそれぞれのＭＣＰが剥がれることを可能にするために、１つの（または複数の）穴の開いたウエハ劈開面を提供する。

本発明は、外境界セクション６９を形成し、所定の厚さを有する、エッチング可能なガラスロッドが積み重ねられた列をも可能性に入れる。この実施形態において、ガラスロッドはエッチング可能ガラスコアを有し、エッチング不可能ガラスクラディングを備えない。ガラスロッドのエッチングの後、それぞれのＭＣＰは、加圧せずに、メガボウル６２から分離され得る。

本出願と同時に出願された、タイトルが「Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＣＰｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｅｇａ−Ｂｏｕｌｅ Ｗａｆｅｒ」（出願番号 ）の他のアプリケーションにおいて、大メガボウルからそれぞれのＭＣＰをはずすためのスクライビング処理が記載される。この他のアプリケーションの全体は、本明細書において援用される。本出願において、スクライビング処理または取り出し処理は、例えば、レーザスクライビングを用いず、劈開面を剥がすことによって有利に為される。

半導体ウエハ処理において、単一のクリスタルウエハが結晶構造を特徴とする劈開面を有することは、理解される。これらの劈開面に沿い、単結晶は、ひびの伝播によって容易に破壊され得る。メガボウルウエハにおいて、これらの特徴のある劈開面は、人工構造の性質に起因して存在しない。従って、ＭＣＰのそれぞれは、大メガボウルから切り取られなければならない。本発明は、その構造に劈開面を有利に導入する。メガボウルの積み重ねのときにおいて、適切には小さいサイズのさらなるエッチング可能ファイバが、各ＭＣＰを取り囲む領域に導入され得る。エッチング処理のときにおいて、これらのファイバは、エッチングにより取り除かれ、各ＭＣＰ周辺に独特なパターンにおいてクラドガラスのみを残す。全処理が完了した後、大メガボウルは、劈開面上に位置し得、それぞれの平面は、大メガボウルから剥がされ得る。

図５に戻り、所定サイズの断面積を有すようにメガボウルを積み重ねた後、メガボウルは、ステップ５６においてモノリシックスタックにプレスされる。プレスステップは、メガボウル６２が炉に吊り下げられる間に行われ得る。炉は、上昇した温度に加熱され得、それによって、ミニボウル６６のバンドル１６、外境界セクション６９のバンドル１６（例えば）、ならびに、内境界セクション６７のサポートロッド２４および隙間領域６４のサポートロッド２４が、軟化する。メガボウル６２が軟化温度点にある間、バンドル１６およびエッチング不可能ロッド２４を融合させ、モノリシックスタックを形成するプレスステップが効果的である。

モノリシックスタックの断面領域が、円形、長方形、または、半導体ウエハ製作ツールに順応する任意の他の形であり得るということも、理解される。例えば、メガボウル６２は、実質的に、円形の断面形を形成するように積み重ねられ得、続いて、図１０Ａにおいて例示されるように、アーチ型プレス１０１ａ〜１０１ｄを向かい合わせることによって、円形のモノリシックスタック１００にプレスされ得る。他の実施例として、メガボウル６２は、実質的に、長方形の断面形を形成するように積み重ねられ得、続いて、図１０Ｂにおいて例示されるように、線型プレス１０６ａ〜１０６ｄを向かい合わせることによって、長方形のモノリシックスタック１０５にプレスされ得る。

メガボウルがモノリシックスタックにプレスされた後、そのプレスされたモノリシックスタック（１００または１０５）は、ステップ５７において、半導体ウエハ製作ツールに順応する断面サイズを形成するために、切断される。例えば、モノリシックスタックは、図６に示されるように、円形メガボウルの周囲６８を生成するために、旋盤または他のマシーンにかけて作られ得る。

切断されたモノリシックスタックは、ステップ５８において、図１１に概略的に示されるように、複数のメガボウルウエハへスライスされ、または、さいの目に切断される。示されるように、モノリシックスタック１１０は、複数のメガボウル１１２を生成するために断面的にさいの目に切断される。この時点で、各メガボウルウエハ１１２が、複数のＭＣＰを含む大バッチダイとして処理される準備が整う。大バッチダイ（メガボウルウエハ１１２）が、ＭＣＰウエハのそれぞれが処理されるのと同様の手順において処理されることは、理解される。しかし、有利なことに、大バッチダイは、最低限の人間の手による作業および混合物を以って、同時に複数のＭＣＰを生成することを可能にする。

本発明の方法は、ステップ５９において更なる処理のために、ステップ５８のさいの目の切断によって形成された各メガボウルウエハを扱う。メガボウルウエハは、加熱され、ミニボウル６６のガラスコア（図１のコア１２）および外境界セクション６９のガラスコアを取り除くためにエッチングされる。ミニボウル６６のガラスクラディング（図１のクラディング１４）、外境界セクション６９のガラスクラディングおよびサポートロッドは、ガラスコアよりも鉛容量を多く含む故、それらは、ガラスコアをエッチングするときにおいて用いられる状況と同様の状況下においてエッチング不可能である。従って、ガラスクラディングおよびサポートロッドはそのまま残り、メガボウルウエハに形成されるマイクロチャネル（図４のマイクロチャネル３２）の境界になり、それぞれのＭＣＰの取り出しのための劈開面になる。エッチング処理は、希釈された塩酸の使用によって行われ得る。

次に、メガボウルウエハは、水素ガス環境の中に置かれ、それによって、エッチング不可能鉛ガラスの酸化鉛は還元され、クラディング１４が電子放出性にする。この様式において、半導体層は各ガラスクラディングにおいて形成され、この層は、各マイクロチャネル３２に向かう表面から内側に延びる（図４）。

サポートロッド２４は、各ミニボウル６６の境界になる故、各マイクロチャネルプレートのアクティブ領域は減少する。この様式において、気体が抜けるチャネルが少なくなる。さらに、イメージ増倍管内に順応され得るように、各ＭＣＰが所定の外径に作られなければならない故、各ＭＣＰの縁に沿った領域は用いられない。縁に沿った領域は、イメージ増倍管における内部構造によってブロックされる。従って、サポートロッド２４は、各ミニボウル６６を取り囲む所定の領域の境界を形成し得る。この境界は、イメージ増倍管の内部構造によってブロックされた、各ＭＣＰの縁に沿った領域であり得る。

薄い金属層がメガボウルウエハの平らな端面のそれぞれに、電気接触として施される。これは、各ＭＣＰに渡って電界の確立を可能にし、その電界によって励起された電子のためのエントランスパスおよびイクジットパスを提供する。

アクティベーションおよび金属化の後、各メガボウルウエハはテスト設備に接続され得、それによって、メガボウルウエハの各ＭＣＰは適切なオペレーションのために同時に検査（ｔｅｓｔ）され得る。

それぞれのダイが、各ＭＣＰを生成するために必要とされる場合、メガボウルは、ステップ６０において、メガボウルウエハからそれぞれのＭＣＰを取り出すように処理され得る。取り出しは、各ＭＣＰがメガボウルウエハから分離されるように、外境界セクションの劈開面に沿って剥がすことによって行われ得る。取り出しは、複数のＭＣＰの混合物を最低限にするために、好ましくは、粒子生成とは関係なくあるべきである。

本発明の利点は多数ある。モノリシックスタックの形およびサイズは、利用可能な半導体ウエハ製作ツールのタイプに依存し得る。モノリシックスタックからさいの目に切断されるメガボウルウエハの形およびサイズもまた、利用可能な半導体ウエハ製作ツールのタイプに依存し得る。従って、特別なツールは避けられ得る。

さらに、処理ツールは、自動化され、ＭＣＰダイと人間とのインターラクションの量が制限される故、取り扱いおよび粒子の欠陥は軽減される。ＭＣＰダイのより高いパッキング密度がメガボウルウエハ上において可能な故、スループットが増加され得る。これは、バッチサイズを増加する。

さらに、メガボウルウエハがＭＣＰダイのそれぞれを保持する設備であるため、ＭＣＰの異なったサイズのためのツール設備問題は、容易に解決され得る。メガボウルウエハが設備である故、異なったＭＣＰフォーマットは容易に生産ラインに組み込まれ得、また、異なったＭＣＰサイズは単一のメガボウルウエハに順応し得る。各ＭＣＰサイズのための特別なツールは、従って、避けられ得る。積み重ねステップおよびさいの目に切断するステップは、ＭＣＰの必要な異なったサイズによって異なり得るが、所定の断面領域のバッチダイの機械設備は、メガボウルウエハの処理の機械設備と同様である。これは、設備コストを削減する。

付け加えて、全処理が終了した後、大メガボウルは劈開面上に置かれ得、ＭＣＰのそれぞれは、レーザスクライビングを用いずに大メガボウルから取り出され得る。

図７〜９は、４インチの半導体メガボウルウエハの異なったバッチサイズを示す。図７は、７２として全体が示される１０個の標準１８ｍｍＭＣＰがメガボウルウエハ７０内に納まり得ることを示す。７４と示される隙間領域は、所望の１０個のＭＣＰが４インチのメガボウルウエハ７０から取り除かれた後に残ったエッチング不可能ガラスである。

図８は、８２として全体が示される１４個の標準１６ｍｍＭＣＰが４インチのメガボウルウエハ８０内に納まり得ることを示す。８４と示される隙間領域は、所望の１４個のＭＣＰが４インチのメガボウルウエハ８０から取り除かれた後に残ったエッチング不可能ガラスである。

図９は、４インチのメガボウルウエハ９０内の密にパックされた長方形のＭＣＰの順応性を示す。示されるように、９２として全体が示される、バッチサイズの２８個のＭＣＰが、４インチのメガボウルウエハ内に納まり得る。長方形のＭＣＰが取り除かれた後に残ったエッチング不可能ガラスは、９４として示される。しかし、本発明が４インチのメガボウルウエハに限定されないことは、理解される。他のサイズが、半導体製作ツールに一致して用いられ得る。

特定された実施形態との参照を用いて、本明細書中において図示され、記載されたが、本発明は、記載された詳細事項に限定される意図はない。むしろ、多様な修正が、本発明の精神から逸脱することなく、特許請求の範囲の均等物の範囲内において為され得る。

本発明に従うマイクロチャネルプレートの製作において使用されるファイバの部分図である。 本発明に従うマイクロチャネルプレートの製作において使用される、図１に記載のファイバのバンドルの部分図である。 従来技術に従いパックされたボウルの断面図である。 マイクロチャネルプレートの部分断面図である。 本発明に従い、メガボウルウエハを用いてのマイクロチャネルプレートの製作の方法を示すフロー図である。 本発明に従い、モノリシックスタックから切断されたメガボウルの断面図を含む、モノリシックスタックの断面図である。 本発明に従い、１０個の標準１８ｍｍＭＣＰがバッチダイから取り出され得ることを示す、４インチの半導体メガボウルウエハの断面図である。 本発明に従い、１４個の標準１６ｍｍＭＣＰがバッチダイから取り出され得ることを示す、４インチの半導体メガボウルウエハの断面図である。 本発明に従い、２８個の長方形ＭＣＰがバッチダイから取り出され得ることを示す、４インチの半導体メガボウルの断面図である。 図１０Ａは、本発明に従い、円形に図６のモノリシックスタックをプレスするように構成された向かい合ったアーチ型プレスの概略的な断面図であり、図１０Ｂは、本発明に従い、長方形に図６のモノリシックスタックをプレスするように構成された向かい合った線型プレスの概略的な断面図である。 本発明に従い、複数のメガボウルウエハにさいの目切断された図６のモノリシックスタックの側面図である。

Claims (15)

1. マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）の製作に用いられるメガボウルであって、
   該メガボウルは、複数の島状地帯セクション、複数の内境界セクション、および複数の外境界セクションを含む断面を備え、
   該複数のセクションの各々が該断面の別個の部分を占め、
   １つの島状地帯セクションが、第１の複数の光ファイバから形成され、該断面の横断方向に方向付けられ、各光ファイバが、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを含み、
   １つの内境界セクションが、エッチング不可能な材料から形成され、対応する島状地帯セクションを取り囲むように配置され、
   １つの外境界セクションが、第２の複数の光ファイバから形成され、該断面の横断方向に方向付けられ、各光ファイバが、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを含み、該外境界セクションが、対応する島状地帯セクションおよび対応する内境界セクションを取り囲むように配置される、
   メガボウル。
2. 前記断面の別個の部分を占める少なくとも他のセクションをさらに備え、
   該他のセクションは、エッチング不可能な材料から形成され、対応する複数の外境界セクションによって前記複数の内境界セクションから分離される、
   請求項１に記載のメガボウル。
3. 前記第１および第２の複数の光ファイバ、ならびに、前記複数の内境界セクションおよび前記他のセクションの前記エッチング不可能な材料が、加熱およびプレスされるときにおいて、融合されたモノリシックスタックを形成する、請求項２に記載のメガボウル。
4. 前記エッチング可能な材料、および前記エッチング不可能な材料がガラスであり、該エッチング不可能な材料が、該エッチング可能な材料よりも多くの鉛容量を含む、請求項１に記載のメガボウル。
5. 前記複数の内境界セクションの前記エッチング不可能な材料が、前記断面の横断方向に方向付けられた複数のサポートロッドを含む、請求項１に記載のメガボウル。
6. 前記複数の内境界セクションの前記エッチング不可能な材料が、前記断面の横断方向に方向付けられた複数のサポートロッドを含み、
   前記島状地帯セクションの前記第１の複数の光ファイバ、および該複数の内境界セクションの該複数のサポートロッドが、ＭＣＰとして用いられるように構成される、
   請求項１に記載のメガボウル。
7. 前記複数の島状地帯セクションの前記第１の複数の光ファイバのうちの一光ファイバ、および前記複数の外境界セクションの前記第２の複数の光ファイバのうちの一光ファイバが、実質的に、断面において類似する、請求項１に記載のメガボウル。
8. 前記島状地帯セクションがエッチングされるときにおいて、１つの島状地帯セクションの前記第１の複数の光ファイバが、ＭＣＰのためのトランスバースマイクロチャネルを形成し、
   前記外境界セクションがエッチングされるときにおいて、対応する外境界セクションの前記第２の複数の光ファイバが、穴の開いた劈開面を形成する、
   請求項１に記載のメガボウル。
9. １つの島状地帯セクション、対応する内境界セクション、および対応する外境界セクションが、長方形の形状または円形の形状を有する、請求項１に記載のメガボウル。
10. １つの外境界セクションおよび対応する島状地帯セクションがＭＣＰを形成し、
    該外境界セクションが、前記メガボウルから該ＭＣＰを剥がすために穴の開いた劈開面を形成するための、および、該ＭＣＰの製作時においてＭＣＰダイが偶発的に剥がれることを防ぐための、十分な断面幅を含む、
    請求項１に記載のメガボウル。
11. マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）を製作する方法であって、該方法は、
    （ａ）光ファイバのバンドルを提供するステップであって、各光ファイバが、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを含む、ステップと、
    （ｂ）複数の島状地帯セクションを形成するように複数の該バンドルを積み重ねるステップであって、各セクションはミニボウルを規定する、ステップと、
    （ｃ）複数のミニボウルを取り囲むように、および、該複数のミニボウルをそれぞれ取り囲む複数の内セクションを形成するように、エッチング不可能な材料を積み上げるステップと、
    （ｄ）該複数の内セクションを取り囲むように、および、該複数の内セクションを取り囲む複数の外セクションをそれぞれ形成するように、エッチング可能な材料を積み上げるステップと、
    （ｅ）該複数の外セクションを取り囲むように、および、外側セクションを形成するように、さらなるエッチング不可能な材料を積み上げるステップと、
    （ｆ）メガボウルを形成するように、該複数のミニボウル、該複数の内セクション、該複数の外セクション、および該外側セクションを融合するステップと、
    穴の開いた劈開面を形成するように、メガボウルウエハの外セクションをエッチングし、該穴の開いた劈開面を剥がすことにより、該メガボウルウエハからＭＣＰを取り出すステップと
    を包含する、方法。
12. 前記光ファイバの前記コアにおいてマイクロチャネルを形成するように、前記メガボウルウエハをエッチングすることと、
    穴の開いた劈開面を形成するように、該メガボウルウエハの前記複数の外セクションをエッチングすることと、
    該穴の開いた劈開面を剥がすことにより、該メガボウルウエハから前記ＭＣＰを取り出すことと
    を包含する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記マイクロチャネルを形成するように前記メガボウルウエハをエッチングすることが、前記穴の開いた劈開面を形成するように、該メガボウルウエハの前記外セクションをエッチングする前に、行われる、請求項１２に記載の方法。
14. マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）を製作する方法であって、該方法は、
    （ａ）複数のミニボウルを形成するように、複数の光ファイバを積み重ねるステップであって、該ミニボウルが、お互いから分離され、断面に沿って個別の島状地帯を形成し、各光ファイバが、エッチング不可能な材料から形成されるクラディング、およびエッチング可能な材料から形成されるコアを有する、ステップと、
    （ｂ）該複数のミニボウルを取り囲むように、および、該断面に沿って複数の内境界セクションを形成するように、複数のエッチング不可能な光ファイバを積み重ねるステップであって、該内境界セクションの各々が、対応するミニボウルを取り囲む、ステップと、
    （ｃ）該複数の内境界セクションを取り囲むように、および、該断面に沿って複数の外境界セクションを形成するように、複数の光ファイバを積み重ねるステップであって、該外境界セクションの各々が、対応する内境界セクションを取り囲む、ステップと、
    （ｄ）該複数の外境界セクションを取り囲むように、および、該断面に沿って外側セクションを形成するように、複数のさらなるエッチング不可能なファイバを積み重ねるステップと、
    （ｅ）該ＭＣＰの製作に用いられるメガボウルを形成するように、該ステップ（ａ）〜（ｄ）の該積み重ねられた複数の光ファイバを融合するステップと
    （ｆ）穴の開いた劈開面を形成するように、メガボウルウエハの外セクションをエッチングし、該穴の開いた劈開面を剥がすことにより、該メガボウルウエハからＭＣＰを取り出すステップと
    を包含する、方法。
15. （ｅ）１つの外境界セクションの中にある島状地帯セクションおよび内境界セクションを剥がすために、該１つの外境界セクションにおいて穴の開いた劈開面を形成するように、前記複数の外境界セクションのうちの少なくとも１つの外境界セクションをエッチングするステップを包含する、請求項１４に記載の方法。

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