KR100771284B1 - 마이크로 미니어쳐 툴 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정밀한 마이크로미니어처 부품의 제조, 조립 및 시험에 유용한 마이크로-가공 툴 및 구성요소의 파지기를 제공한다. 특히, 본 발명은, 렌즈, 광 화이버 등을 포함하는 광 및/또는 전자 요소를 내장하는 정밀한 미세-미니어처 시스템의 제조, 조립 및 시험에 아주 적합한 것이다. 본 발명의 구조 및 방법은 디지털 컴퓨터용 광 지원 축적 장치의 판독, 기입, 또는 판독/기입 헤드의 정밀 광 시스템에서 특별 적용성을 판명한다. 착탈 가능한 구조의 툴은, 구성요소를 일시적으로 위치 결정하면서, 구성요소가 봉하거나 아니면, 조립 도중에 적소에 고정하고, 이어서 다른 헤드 조립체에 사용 중 완전 취거하는 데 활용된다. 브레이크-어웨이형 툴 또는 홀더는 통상 3개의 주요부 즉, 요소 홀더, 핸들 및, 핸들과 홀더를 연결시키는 브레이크-어웨이 네크를 포함한다. 요소 홀더는 광학, 전기 또는 기계적 요소를 위한 장착 블록을 제공한다. 일단 광학 요소는 장착 블록에 부착되고, 이들은 핸들을 통해 보다 큰 헤드 어셈블리 내의 위치로 이동된다. 장착블록은 헤드 어셈블리에 밀착하여 봉해지고, 소형의 예측 힘은 네크부를 파쇄하도록 핸들에 인가되고, 이때 조립체에 부착되는 홀더로부터 핸들을 분리시킨다. 이 툴은 사진석판적으로 패턴화되고, 기판을 선택적으로 자르도록 실린콘 등의 기판을 식각하여 형성된다. 본 발명에서, 기자재에 도금금속으로부터 형성되거나 전체가 금속으로 형성된 구조체를 제공하였다. 본 발명의 구조체를 형성하기 위한 공정의 몇몇 실시예도 제공하였다.

Description

마이크로 미니어쳐 툴{MICRO-MINIATURE TOOL}

본 출원은 1998년 4월 17일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/082,071호를 우선권 주장 출원한 건으로서, 본 명세서에 구체화되어 삽입된다.

본 발명은, 마이크로머신 구조 및, 수 백 마이크론 단위의 광 및 전자 소자 등과 같은 소형 구조체를 위치설정, 홀딩 및 조작하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 광학 지원 데이터 저장 장치(optically assisted data storage)에서 위치설정하기 위한 장치 및 방법, 또 이러한 마이크로머신 구조체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 아주 소형의 기계적, 광학적 또는 전자적 컴포넌트를 조립하기 위한 구조 및 방법은 3개의 그룹 및 카테고리로 분류된다. 이들 기술 중에서 몇몇 기술은, 마이크론 및 서브-마이크론 단위의 위치설정을 제공하지만, 조립 도중에 아주 작은 부품들을 홀딩하기 위한 수단을 제공하지는 않는 x-좌표계, y-좌표계의 마이크로 조작기(manipulator)를 포함한다. 다른 종래의 기술에는, 조작 및 조립 도중에 부품을 홀딩하기 위해 트위저(tweezers)를 사용하는 것이 있다. 종종 이러한 기술은, 성공 시까지 다른 부품에 관련한 위치 내로 부품을 조작하는 것을 반복적으로 시도할 것을 요구하였다. 예를 들면, 기계에서 마이크로-샤프트를 중심으로 마이크로-기어를 배치하기 위해 다양한 시도가, 기어가 성공적으로 샤프트에 탑재될 때까지 수십 시간의 시행오차를 겪으면서 행해졌다. 이러한 유형의 시간 및 노동 소모적인 기술은, 연구 개발 활동과 연관하여 통상 제한된 수의 장치, 예를 들어, 종종 단지 하나 또는 소수 개의 장치가 제작되기 때문에 관대하게 다루어졌다.

마이크로머신을 효과적으로 제공하기 위한 다른 시도는, 현장 제조(fabrication in place)와 관련하지만, 이러한 기술은, 개별 소자가 서브 최적화 특성을 갖는 결과를 갖는 이종의 재료를 사용하는 것을 허용치 않았다. 이것은 특히, 광 렌즈에서의 재료 요구사항이 홀더, 기어, 개구 등과는 아주 상이하기 때문에, 광학 시스템에서 문제의 소지가 있다.

종래의 전기적 방전 가공(EDM) 기술, 특히 종래의 와이어 EDM은, 몇몇 사례에서 선행 기술에 대하여 다소의 추가적인 성능을 제공하지만, 여전히 문제의 소지를 안고 있다. 종래의 와이어 EDM에서, 대략 75 마이크론과 대략 150 마이크론 사이 직경의 가는 와이어가 보다 큰 기판으로부터 각각의 부품을 스텐슬(stencil)하거나 절단하는 데 사용된다. 이러한 공정에 있어서, 전류는 갭을 통해 개재된 기판을 절단하는 갭을 횡단하는 아크를 발생하고, 와이어는 목적하는 형상을 트레이싱 아웃(trace out)하기 위해 기판에 대하여 이동한다. 이러한 와이어 EDM 처리에서는 명목적으로는 약 1:20인 최소 피쳐 대 기판 사이즈 비율을 허용하지만, 다시 말해서, 10 마이크론의 피쳐(feature)는 200 마이크론 두께의 기판에서, 또는 기판으로부터 제조되지만, 기판에서 절단되는 슬롯은 적어도 대략 커팅 와이어의 직경이어야만 한다.

마이크로머신 구조체를 형성하기 위한 다른 기술은, 기판에 대하여 금속을 도금하고, 이어서 개별 도금된 소자들은 절단 이전 또는 이후 어느 하나의 경우에 기판으로부터 금속을 분리하는 단계를 포함한다. 이러한 도금단계는 최종적으로 마무리 처리된 부품을 단독 제공한다.

정밀 조립 방법은 2 피스의 기구 또는 정밀 스테이지를 속박하기 위해 홀 내로 가압-고정 핀을 사용하는 것과, 그루브 및 구멍에서 구체를 사용하는 것과 관련한다. 대략 500㎛의 최소 피쳐 크기를 가지는 구조체를 위해 종전의 조립체를 정렬 및 체결하기 위한 상호 스냅(snap - together)형 플라스틱 피스(piece)와 다양한 스냅형 파스너를 사용하는 것은 공지된 사항이다. 그러나, 대략 100㎛ 이하의 피쳐 크기를 가지는 구조체를 위해 사출 플라스틱(injection plastic)을 사용하기란 대단히 어렵다. 왜냐하면, 플라스틱 재료가 아주 작은 공동 및 기공 내에 용이하게 가압될 수 없어 결과적으로 해제되고, 더욱이 이러한 방식으로 형성된 플라스틱 재료는 통상 필요로 하는 물리적 특징을 제공하지 않기 때문이다.

다소의 참조자료가 제조물의 소형 부품 또는 대상물의 제작 및 조립을 기술하는 것이 공고되어 왔다. 예를 들면, 참조 문헌〔V. Guyenot, 등 저술의 'Mounting, Cementing and Handling of Microoptical Elements' , SPIE v.2783, 1996, pp. 105 - 116〕에는, 미니어쳐 렌즈 등을 광학 조립체에 탑재하기 위한 마이크로-미니어쳐 정밀 조립체의 다양한 그리퍼(gripper)와 진공 픽업 툴이 개시되어 있다. 이러한 처리에 있어, 소형의 그리퍼가 투여된 점착성 방울 상에 컴포넌트들을 직접 픽업(pick up), 이송 및 배치하기 위해 제공되지만, 참조문헌에서는 편리한 위치 및 피쳐가 이러한 포착기(grabber)를 사용한 픽업을 허용하는데 소자들 상에서 이용가능하다는 가정, 그리고 의도된 위치에서의 간극으로 인해 조립체의 목적하는 도착지로 부품을 배치될 수 있다는 가정을 한다. 모든 마이크로-미니어쳐 조립체 작동이 이러한 요구사항을 충족하지는 않고, 그 결과 상기 구조 및 기술은 통상적으로 적용될 수 없다. 보다 상세하게는, 이러한 조건은 마이크로-미니어쳐 광학 헤드 조립체에서 당면하는 상황에 대하여 충족될 수 없다.

다양한 마이크로머신 구조체는 광 섬유를 정렬하는 데 사용되고, 특히 광섬유를 스플라이싱(splicing)하고, 레이저 다이오드를 정렬하고 광 섬유에 렌즈를 시준(視準; collimating)하는 데 사용된다. 이들 구조체들 중 어떤 것들은 기판 내에 식각된 단순 'V'형 그루브에 따라 달라진다. 이들 'V'형 그루브 구조체는 의도된 목적에 적합하게 되지만, 이들은 'V'형 그루브에 대하여 광섬유를 위치설정하거나 이동하는 데 어떠한 조정도 허용하지 않았으며, 광섬유 직경이나 광섬유 코어 중심에서의 예측 가능한 변동을 허용하지 않았다.

다른 유형의 광 섬유 커플링 장치는 복원 스프링과 대향 분기된 'V'형 그루브를 형성하는, 다소 복잡한 멀티-웨이퍼, 이방성-에칭된, 벌크형 마이크로머신 구조체의 사용에 의존한다. 장치의 단부-커플링된 2개의 광섬유는 적어도 다소 'V'형 그루브 내에 중심을 두는 경향이 있고, 이것은 대체로 광섬유의 코어를 정렬하지만, 달성된 실제 정렬은 목적치에 미치지 못한다. 더욱이, 상기 복잡성으로 인해 적어도 부분적으로, 상기 구조체는 비교적 제작 비용이 많이 소요되고, 변형 또는 전체적으로 상이한 구조체가 통상 각각의 특정 정렬 또는 조립 작업을 위해 필요하게 된다. 이러한 유형의 광 섬유 커플링 장치는, 예를 들어, 참조문헌 〔'Precise Alignment of Optical Fibers using a Micro fabricated Silicon Device' , Melvin Johnson, Int, Symp. Opt. Inst. and Appl. Sci., July, 1993, San Diego〕과, 미국 특허 제 5,377,289호 및 제 5,404,417호에 개시되어 있는 바, 이들 각각은 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함된다.

다른 공보들은 주로 마이크로 광학대(micro-optical benches) 상에 광학 컴포넌트들의 가능한 집적에 대한 것들이다. 이들 장치는 종래의 소자들에 대한 다양한 슬롯 및 그루브를 형성하거나 또는 하나의 기판 상에 있는 단일 시스템의 모든 소자들을 형성하고, 상기 소자들을 구부리거나 접어 정렬한다. 예를 들면, 이러한 유형의 장치는 참조문헌 〔Microoptical devices based on free space optics with LIGA microoptical benches, examples and perspectives', J. Mohr, J. Gottert, and A. Muller, SPIE V. 2787, 1996, pp. 48-54〕과, 참조문헌〔'Micro machined Integrated Optics for Free-Space Interconnections', L.Y.Lin, 등, MEMS '95, pp 77-82〕에 개시되어 있다. 이들 구조체나 기술 중 어느 것도 정밀 결합(mating) 피쳐 또는 집적 광학 소자로 용이하게 형성될 수 없는 구조체 내로 미세광학 소자를 정밀하게 조립하는 것에 대한 필요성 또는, 정밀 초점 정합 또는 시준(collimation)과 같은 특정 기능을 충족하도록 조정될 필요성을 해결하지 못한다. 더욱이, 현장 배치형 집적은 이종 재료 사용가능성을 배제시키고, 그 결과, 절충 재료(compromise material)를 필요로 하게 된다. 희생물, 특히, 희생 광학 성능은 소정의 애플리케이션에 대해 허용되지 않을 수 있다.

또한, 마이크로-트위저는 일반적으로 미니어쳐 구조체의 정밀한 조립에 사용되어왔다. 대부분의 이러한 마이크로-트위저는 적절히 부품을 홀딩하기 위해 충분한 힘 또는 조우(jaw) 변위가 결여되어 있거나 부품을 배치시키기 위해 조립체에 상당한 간극을 요구한다. 근래, 희생 에칭 이후 기판에 테스트 구조체를 연결하기 위한 사슬(tethers) 및, 조립 도중에 결합되는 것으로 보이는 소정의 빔 요소들을 가지는 테스트 구조체가 문헌 상에 기재되어 있다. 예를 들면, 소위 헥실-트위저(hexcil tweezers)는 참조문헌〔'Hexcil tweezers for teleoperated microassembly', C.G. Keller and R.T. Howe, MEMS'97, pp. 72-77〕에 개시되어 있다. 그러나, 이들 트위저 조차도 적용에 제한이 있고, 많은 조립체 작동에 적합치 않다. 예를 들면, UV-경화 또는 고점성 접착제와 관련한 광학 헤드 조립에 있어, 헥실-테더(tethers)와 빔 구조체는, 그의 파지력(gripping force)이 제한되고 이들이 접착제 경화 도중에 적절히 부품을 홀딩할 수 없기 때문에 적용될 수 없다.

따라서, 다른 컴포넌트에 대한 상대 위치의 서브-마이크론 단위 조정을 허용하도록 미니어처 컴포넌트를 위치설정하기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 여전히 잔존하게 되는 것이다. 또한, 조립될 소자들 사이의 간극 및 부품이 조립되어 들어가는 그루브 또는 다른 수용형 구조가 종종 거의 없거나 아예 없기 때문에, 소자 주위에 공간이 요구되지 않는 구조 및 방법에 대한 필요성도 여전히 잔존한다. 또한, 고가가 아니면서 아주 정밀한 조립 고정물(assembly fixture)을 제공하는 구조체 및 방법, 그리고 다기능을 제공하도록 부품의 설계에 충분한 유연성(flexibility)을 제공하는 구조체에 대한 필요성도 여전히 존재한다.

발명의 요약

본 발명은, 정밀한 마이크로 미니어처 부품의 제조, 조립 및 시험에 유용한 마이크로-머신 툴 및 컴포넌트의 홀더(holder)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 렌즈, 광 섬유 등을 포함하는 광학 소자 또는 전자 소자를 포함하는 정밀한 마이크로-미니어처 시스템의 제조, 조립 및 테스트에 아주 적합한 것이다. 본 발명의 구조 및 방법은 디지털 컴퓨터용 광학 지원 저장 장치의 판독, 기입, 또는 판독/기입 헤드의 정밀 광학 시스템에서의 특별한 적용성을 발견한다. 이와 같은 광학 지원 저장 장치는, 몇 가지 예시적인 장치로 윈체스터(Winchester) 구동형 드라이브 헤드, CD-ROM 저장장치, DVD형 판독기 및 기록기(recorder) 및 자기-광학 장치를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

스택(stack)형 다중 광 디스크 또는 플래터(platter)의 빈번한 제공(provision) 및, 가능한 최소의 판독/기입 헤드 질량 및 관성 모멘트에 대한 필요성과 결합된, 이러한 유형의 고집적도 장치는 헤드 컴포넌트(예를 들어, 렌즈 또는 렌즈들, 코일들, 광 섬유들, 미러들, 빔-스플리터, 구경(aperture) 등)가 가능한 작고, 작은 질량을 가져야 함을 의미한다. 이와 동시에, 절대 및 상대 위치는 정확하고 정밀해야 한다. 대략 수십 내지 수백 마이크론 정도의 개별 치수(예를 들어, 대략 100 내지 400 마이크론의 렌즈 직경, 및 약 100 내지 300 마이크론의 전기 코일 직경)를 가지는 헤드 컴포넌트에 있어서, 헤드 컴포넌트는 설계 위치의 대략 0.5㎛ 이내에 위치되어야만 한다.

본 발명의 구조체, 특히 브레이크-어웨이(break-away)형 핸들을 구비한 착탈식 툴 및 홀더는 헤드와 헤드 컴포넌트의 크기 및 질량 감소를 돕고, 다양한 최적의 재료가 헤드에 채택될 수 있도록 한다. 본 발명의 툴은 광학 지원 윈체스터(Optically Assisted Winchester(OAW)) 헤드에서의 소형 컴포넌트의 정확한 정렬을 제공한다. 착탈식 툴은, 컴포넌트를 일시적으로 배치하는데 사용되고, 그동안 컴포넌트는 조립 중 일정 위치에 접착(glue)되거나 다른 방식으로 고정되며, 그 다음에 다른 헤드 조립체에 사용을 위해 완전히 제거된다. 착탈식 툴은, 예를 들어, 광 섬유 홀더, 정렬 타겟, 렌즈 홀더, 역(retro)-반사 미러 및 스페이서를 포함한다. 브레이크-어웨이형 툴 또는 홀더는 통상 3개의 주요부 즉, 소자 홀더, 핸들 및, 핸들과 홀더를 연결시키는 브레이크-어웨이 네크부를 포함한다. 소자 홀더는 광학, 전기 또는 기계적 소자를 위한 장착 블록(mounting block)을 제공한다. 예를 들면, 홀더는 렌즈, 광섬유, 광섬유 키, 코일 또는 유사한 소자를 장착한다. 광학 소자는 임의의 편리한 방식으로 홀더에 장착된다. 상기 소자 및 홀더는 소형인 반면, 소자 수용기(receiver)(예를 들어, 원형 렌즈를 수용 및 안착하기 위한 장착 블록에서의 단이 진(stepped) 구멍)로의 접근은 비교적 방해받지 않는다. 일단 광학 소자가 장착 블록에 부착되면, 이들은 핸들을 통해 보다 큰 헤드 어셈블리 내의 위치로 이동된다. 정렬 후, 장착 블록은 헤드 어셈블리에 접착되고, 작은 예측가능한 힘은 네크부(neck)를 파쇄하여 조립체(assembly)에 부착된 홀더로부터 핸들을 분리시키도록 핸들에 인가된다. 그 결과, 광학 컴포넌트는 조립 이후 소형의 장착 블록이 헤드에 잔존하는 상태로 비교적 큰 핸들을 사용하여 헤드 조립체 내에 용이하게 위치설정된다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 단결정 실리콘 또는 다른 반도체 웨이퍼와 같은 기판은, 기판의 제1 및 제2 측면을 선택적으로 깎아내기 위해 딥 반응성 이온 에칭(DRIE)를 사용하여 에칭된다. 감광 재료는 웨이퍼의 특정 영역을 선택적으로 노출 또는 보호하도록 웨이퍼의 각 측면에 개별적으로 적용된다. 웨이퍼의 비보호된 영역은 함몰부, 선반대(shelf), 관통홀 또는 구경 및 다른 구조적 피쳐가 형성되도록 목적하는 깊이로 에칭된다. 에칭을 수반하는 감광 재료의 다수 애플리케이션은 다른 깊이 프로파일을 가지는 영역이 동일 표면 상에 형성될 수 있도록 동일 표면에 적용될 수 있다. 실리콘을 사용하면, 광학 조립체의 집적 또는 정렬을 교란하는 힘보다 더 작은 미리 설정된 힘으로, 설정 영역에서 네크부의 파쇄를 용이하게 하는 예측 가능한 파쇄 특성을 가지기 때문에 브레이크-어웨이 홀더에 유리하다.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명은 제2 대상물(article)에 관련하여 제1 대상물을 조작하기 위한 툴을 제공하며, 조작될 제1 대상물과 상호작용시키기 위한 조작기부와; 조작기부와 일체로 형성되고 조작기부로부터 연장되고 외부 위치설정 수단에 의해 홀딩되도록 적응된 가늘고 긴(elongate) 핸들부를 포함한다. 이 툴은 제2 대상물에 근접하는 한정된 공간에서 조작될 제1 대상물에 접근 및 상호작용하도록 적응된다. 바람직하게, 이 툴은 결정성 재료의 단일 피스(piece)로부터 형성되고, 그 조작기부는 500㎛ 이하의 크기를 가지는 제1 대상물의 물리적 피쳐와 상호작용하도록 적응된다.

본 발명은, 베이스 재료 상의 도금 금속으로부터 형성되거나, 전체가 금속으로 된 구조체를 제공한다. 본 발명의 구조체를 형성하기 위한 공정에 대한 몇몇 실시예도 제공된다.

본 발명에 따른 구조 및 방법은 수많은 설계 세목과 혁신적인 요소를 병합하고, 그 중 몇가지는 후술하여 개괄한다. 다른 발명의 구조, 방법 및 요소도 상세히 기재되어 설명된다.

발명의 추가적인 목적과 특징은 도면과 관련하여 이해할 때 다음의 상세한 설명과 첨부된 청구항으로부터 더 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 광학 스위치를 포함하는 자기광학 데이터 저장 및 검색(retrieval) 시스템의 개략도.

도 2는 도 1의 자기광학 데이터 저장 및 검색 시스템의 레이저 광학 조립체의 개략도.

도 3은 도 1의 자기광학 데이터 저장 및 검색 시스템과 함께 사용하기 위한 DFB 레이저 소스의 사용을 포함하는 대표적인 광학 경로를 표시하는 개략도.

도 4a-4g는 도 1의 각각 투시도, 단면도, 확대 단면도, 측면도, 정면도, 저면도 및 후면도로 자기광학 데이터 저장 및 검색 시스템의 플라잉(flying) 자기광학 헤드를 나타내는 도.

도 5는 브레이크-어웨이(break away) 핸들부와 렌즈 홀더부를 포함한 광학 렌즈를 수용하기 위한 예시적인 마이크로-머신 구조체의 일 실시예를 도시하는 개략도.

도 6은 패턴 마스킹과 실리콘의 이온 에칭에 의해 마이크로-머신 구조체를 제조하는 방법의 일실시예에서 절차 단계를 도시하는 개략도.

도 7은 마이크로-머신 구조체를 조립하기 위해 패턴 포토레지스트 도포와 웨이퍼의 두 측면으로부터의 선택적 에칭을 도시하는 개략도.

도 8은 브레이크-어웨이 핸들(도 8a)을 갖는 마이크로-머신 홀더와 도 8a에 도시된 구조체를 구현하기 위해 에칭 이전에 웨이퍼 표면 마스킹 패턴(도 8b, 8c)을 도시하는 개략도.

도 9는 각각 브레이크-어웨이 핸들을 포함하는, 일체형 고정 스프링 클립을 구비한 예시적인 두 부품 결합가능 홀더의 일실시예를 도시하는 개략도.

도 10은 홀더로 렌즈를 고정하여 브레이크-어웨이 핸들을 보유하기 위한 일체형 고정 스프링 클립을 구비한 예시적인 홀더의 다른 실시예를 도시하는 개략도.

도 11은 조립중과 후에 두 피스의 정확한 정렬을 위해 스프링 및 페그(peg) 그리고 홀 구조를 보유하는 일체형으로 형성된 광섬유를 갖는 수직 광섬유 홀더의 일실시예를 도시하는 개략도.

도 12는 착탈식 툴의 일실시예를 도시하는 개략도.

도 13은 컷 탭(cut tab)을 갖는 다른 착탈식 툴의 실시예를 도시하는 개략도.

도 14는 방향키(orientation key)를 갖는 광섬유 정렬 툴의 실시예를 도시하는 개략도.

도 15는 착탈식 정렬 타깃 툴의 실시예를 도시하는 개략도.

도 16은 부착된 전기 코일 조립체를 갖는 브레이크-어웨이 마그네틱 코일 홀더의 실시예를 도시하는 개략도.

도 17은 부착된 렌즈를 갖는 브레이크-어웨이 렌즈 홀더의 실시예를 도시하 는 개략도.

도 18은 도금된 금속을 사용하는 구조체를 형성하기 위한 공정과 완성된 구조체의 실시예를 도시하는 개략도.

도 19는 튜브 구조체를 형성하기 위한 과정과 완성된 구조체의 실시예를 도시하는 개략도.

도 20은 다중 금속층을 갖는 구조체의 실시예를 도시하는 개략도.

도 21은 도금된 금속을 사용하는 구조체를 형성하기 위한 공정의 다른 실시예를 도시하는 개략도.

본 발명의 구조체와 방법은 특정 실시예에 관련하여 기술된다.

도면들을 참조하면, 도 1은 자기광학(MO) 데이터 저장 및 검색 시스템의 기본 소자들을 도시하는 평면도이다. 몇몇 특정의 상세한 설명들은 본 발명이 유용한 기능적인 시스템의 기본 소자들을 묘사하도록 의도된 것으로서, 도 1과 도 2 내지 도 4에서 식별된다. 본 발명은 하나의 특정 MO 데이터 저장 시스템의 사용에 제한되지 않는다.

도 1을 참조하면, 상기 시스템(195)은 다수 'N'개의 MO 디스크(107)와 함께 사용하기에 적합한 한 세트(set)의 플라잉 헤드(106)를 포함하는데, 상기 플라잉 헤드에 관한 세부 설명은 이하에서 기술된다. 일 실시예에서, N은 6개이며, 6개의 디스크(107)는 스택(미도시)으로 제공된다. 각각의 디스크(107)는 양면이며 제 1과 제 2의 대향 평면(108)으로 제공된다. 하나의 플라잉 헤드(106)는 각 MO 디스크 표면(108)에 제공된다. 상기 헤드(106)들은 MO 디스크(107)의 표면 위에 위치되도록 서스펜션(130) 및 액츄에이터 암(arm)(105)에 의해 회전 액츄에이터 자석과 코일 조립체(120)에 결합된다. 동작시, 상기 MO 디스크(107)는 플라잉 헤드(106)와 회전 디스크 사이에서 공기역학적 양력(aerodynamic lift force)을 발생시키기 위해 스핀들 모터(도시되지 않음)에 의해 회전된다. 이것은 각 플라잉 MO 헤드(106)를 각 MO 디스크의 데이터 기록 표면 위에서 플라잉 상태로 유지시킨다. 상기 양력은 상기 서스펜션(130)에 의해 제공된 같은 크기의 반대되는 스프링 힘에 의해 방해된다. 동작하지 않는 동안, 각 플라잉 MO 헤드는 일반적으로 상기 디스크 표면에 인접한 램프(도시되지 않음) 상에서 상기 MO 디스크(107)의 표면으로부터 이격되어 저장 상태로 정적으로 유지된다. 물론, 상기 헤드들은 비데이터-저장영역의 디스크 표면에 랜딩될 수 있다; 그러나, 그러한 방법은 최적 방법이 아니다.

상기 시스템(195)은 레이저 광학 조립체(196), 적어도 하나의 입력 광 전달소자 또는 광 섬유(198)에 의해 조립체(196)에 결합된 광학 스위치 또는 마이크로 스위치(104), 그리고 다수 세트의 단일 모드 편광 유지(polarization maintaining; PM) 광 섬유(197)를 더 포함한다. 예시적인 실시예에 있어서, 각 세트의 단일 모드 PM 광섬유 또는 출력 광 전달 소자(197)는 한 세트의 액츄에이터 암(105) 및 서스펜션(130)을 통하여 플라잉 MO 헤드(106) 세트의 각각의 헤드에 연결된다. 따라서, 두 개의 PM 광섬유의 적어도 여섯 세트들은 일측 단부에서 광학 스위치(104)에 광학적으로 각각 연결된다. 그러한 PM 광섬유(197)들의 각 세트는 타측 단부에서 두 개의 플라잉 MO 헤드(106) 세트에 연결된다. 예시적인 개수의 PM 광섬유들만이 도면에 도시된 것으로 이해되어야 한다. 컨트롤러(111)는 전기적 명령 신호들을 광학 스위치에 제공하도록 와이어(112) 수단에 의해 광학 스위치(104)에 전기적으로 연결된다. 상기 컨트롤러(111)는 통상적인 형태일 수 있다.

도 2는 도 1의 자기광학 데이터 저장 및 검색 시스템의 레이저 광학 조립체(196)를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 대해 설명될 것으로서, 각 디스크(107)의 표면 상에 있는 정보의 판독 및 저장은 광 출력값이 상기 디스크의 표면 상에 정확히 이미징 되도록 레이저의 출력값을 광섬유를 통하여 플라잉 헤드로 전송할 것과, 상기 디스크 표면에 근접하여 상기 플라잉 헤드(106) 상에 지지된 코일을 이용하여 자장을 발생시킬 것을 요구한다. 도 2 및 도 3에 대한 설명은 상기 디스크 표면 상의 데이터에 선택적으로 접근하기 위해 광원과 자장을 제공하는 이유를 간략히 요약할 것이다. 도 2에 있어서, 레이저-광학 조립체(196)는 가시광선 또는 근자외선 주파수 영역에서 작동하며 MO 디스크(107) 세트를 사용하여 판독 및 기록을 하기에 충분한 광출력(optical power)을 방출하는 선형 편광 다이오드 레이저 소스(231)를 포함하도록 도시된다. 제 1 실시예에 있어서, 상기 레이저 다이오드 소스는 RF 변조 레이저 소스일 수 있다. 제 2 실시예에서, 선형 편광 레이저 소스(231)는 분포 귀환형(DFB) 레이저 소스일 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 선형 편광 레이저 소스(231)는 635-685nm의 범위 내에서 작동하도록 선택된다; 그러나, 다른 파장의 레이저 소스는 또한 사용될 수 있다. 상기 레이저-광학 조립체(196)는 시준(collimating) 광학부(234), 저파장 분산 누설 빔 스플리터(low wavelength dispersion leaky beam splitter)(232), 그리고 결합렌즈(coupling lens)(233)를 더 포함한다. 상기 레이저-광학 조립체(196)는 (선형 편광 레이저 소스(231)로부터) 선형 편광 유출 레이저 빔(191)(도 1에 도시됨)을 광학 스위치(104)로 지향시킨다. 상기 레이저-광학 조립체(196)는 1/4 파장 플레이트부(238), 미러(235), 그리고 편광 빔 스플리터(239)를 더 포함한다. 제 1 실시예에 있어서, MO 디스크(107)의 표면(108)에 의해 반사된 선형 편광 레이저 빔(192)(도 1에 도시됨)은 광학 스위치(104)에 의해 결합 렌즈(233)로 지향되고, 누설 빔 스플리터(232)에 의해 1/4 파장 플레이트부(238), 미러(235), 그리고 편광 빔 스플리터(239)를 포함하는 차동 검출기(differential detector)로 라우팅(route)된다. 제 2 실시예에서, 광학 아이솔레이터(297)는 레이저 소스(231)와 시준 렌즈(234) 사이에 포함된다. 당업계에서 잘 확립된 바와 같이, 이러한 유형의 차동 검출 기구는 반사된 레이저 빔(192)의 두 가지 직교 편광 컴포넌트의 광출력을 측정하고, 차동 신호는 한 세트의 MO 디스크(107) 표면에서 케르(Kerr) 효과에 의해 유도된 편광 회전의 민감한 측정치이다. 두 가지 실시예에 있어서, 포토다이오드(236) 세트에 의한 변환 이후, 차동 신호는 차동 증폭기(237)에 의해 출력 신호(294)로 처리된다. 유출 레이저 빔(191)을 지향시키고 반사된 레이저 빔(192)을 검파하기 위한 다른 기술들이 당업계에 잘 알려져 있으므로, 본 발명은 전술한 광학 소자 및 광원의 배열에 제한되지 않는다.

도 3은 DFB 레이저 소스의 사용을 포함하는 대표적인 광학 경로를 표시하는 개략도이다. 일 실시예에 있어서, 대표적인 광학 경로는 광학 스위치(104), 단일 모드 PM 광섬유(197) 한 세트, 그리고 플라잉 MO 헤드(106) 한 세트를 포함하도록 도 3에 도시되어 있다. 아래에 더 상세히 논의되는 광학 스위치(104)는 유출 레이저 빔(191)(레이저 소스(131)에 관련)을 지향시킨 것에 대한 충분한 선택도를 제공하여 각 단일 모드 PM 광섬유(197)의 각 근접 단부로 진입하도록 한다. 상기 유출 레이저 빔(191)은 각 말단부를 빠져 나오도록 단일 모드 PM 광섬유(197)에 의해 더 지향되며, 상기 플라잉 MO 헤드(106)를 경유하여 각 MO 디스크(107)의 각 표면(108)의 하부를 이루는 기록/저장 층(349) 상에 전달된다.

일 실시예에 있어서, 상기 유출 레이저 빔(191)은 분포 귀환(DFB) 레이저 소스인 선형 편광 레이저 소스(231)에 의해 제공된다. RF-변조 패브리-페로(Fabry-Perot) 다이오드 레이저와 달리 DFB 다이오드 레이저 소스는 레이저 캐비티(cavity) 내의 파장 선택성 격자 소자의 사용으로 인하여 협대역 단일 주파수 출력을 발생시킨다. DFB 레이저 소스인 레이저 소스(231)로부터 선형 편광 광이 단일 모드 PM 광섬유(197)로 진입할 때, 상기 광섬유를 빠져나오는 광은 섬유 축과 입사 편광 사이의 상대적인 방향에 좌우되는 편광 상태를 포함한다.

정보를 기록하는 동안, 유출 레이저 빔(191)은 대략 기록/저장층(349)의 퀴리점까지 관심있는 선택된 지점(340)을 가열시킴으로써 기록/저장층(349)의 보자력(coercivity)을 강하시키도록 광학 스위치(104)에 의해 MO 디스크(107)로 선택적으로 라우팅된다. 바람직하게도, 유출 레이저 빔(191)의 광 강도는 일정하게 유지되는 반면, 시변 수직 바이어스 자장은 MO 디스크(107)에 수직한 'up' 또는 'down' 자기 구역의 패턴을 형성하도록 사용된다. 이 기술은 자장 변조(magnetic field modulation; MFM)로 공지된다. 대안적으로, 유출 레이저 빔(191)은 구역 벽 위치를 더 양호하게 제어하고 구역 에지 지터(jitter)를 감소시키기 위해 관심 지점(340)에서 시간 변화 수직 바이어스 자장과 동기되어 변조될 수 있다. 그 후에, 관심있는 선택된 지점(340)이 냉각됨에 따라, 정보는 개별 회전 디스크(107)의 기록/저장층(349) 내에서 인코딩된다.

정보를 판독하는 동안에, 관심있는 소정의 일정 지점(340)에서, 케르 효과가 (기록/저장층(349)으로부터 유출 레이저 빔(191)의 반사시에) 관심 지점(340)에서 자기 구역 극성에 좌우되는 시계 또는 반시계 방향(363)으로 회전되는 편광을 가지는 반사된 레이저 빔(192)을 발생시키도록 (기록과 비교하여 더 낮은 강도에서) 유출 레이저 빔(191)은 MO 디스크(107)로 선택적으로 라우팅된다.

상기한 광학 경로는 실제로 2-방향성이다. 따라서, 반사된 레이저 빔(192)은 플라잉 MO 헤드(106)를 통해 수용되고 단일-모드 PM 광섬유(197)의 말단부에 입사한다. 반사된 레이저 빔(192)은 단일-모드 PM 광 섬유의 근위 단부(proximal end)에서 빠져 나오도록 단일-모드 PM 광 섬유(197)를 따라 전파하고 신호(294)로의 후속 변환을 위해 레이저-광학 조립체(196)에 전달되도록 광학 스위치(104)에 의해 선택적으로 라우팅된다.

도 4a-4g는 광자기 데이터 저장부의 플라잉 광자기 헤드를, 각각, 투시도, 측단면도, 확대단면도, 측면도, 정면도, 저면도, 및 후면도로, 도시한 도면이다. 도 4a에서, 플라잉 MO 헤드(106)는 MO 디스크(107)의 세트 중 하나의 기록/저장층(349) 위에서 사용하기 위해 도시된다. 플라잉 MO 헤드(106)는: 슬라이더 몸체(444), 공기 베어링면(447), 1/4파장 플레이트(493), 반사 기판(400), 대물 광학기(objective optics)(446), 자기 코일(460), 및 요크(yoke)(462)를 포함한다. 슬라이더 몸체(444)는 대물 광학기(446), 단일-모드 PM 광섬유(197)와 반사 기판(400) 사이에서 작업 거리를 제공하는 치수를 갖는다. 반사 기판(400)은 기록/저장층(349)으로부터 그리고 그 층으로 유출 레이저 빔(191 및 192)을 지향시키도록 정렬된 반사면을 포함할 수 있다. 슬라이더 몸체(444)는 산업 표준 'mini', 'micro', 'nano', 또는 'pico' 슬라이더를 포함할 수 있지만, 이와는 달리 치수가 결정된 슬라이더 몸체(444)도 (플라잉 MO 헤드(106)와 사용되는 소자들의 전술된 치수 제약에 의해 결정됨에 따라) 사용될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 슬라이더 몸체(444)는 미니 슬라이더 높이(889 ㎛) 및 나노 슬라이더(1600×2032 ㎛)의 높이에 상응하는 평면 풋프린트 영역을 포함한다.

단일-모드 PM 광섬유(197)는 축방향 컷아웃(443)을 따라 슬라이더 몸체(444)에 커플링되고, 대물 광학기(446)는 수직 코너 컷아웃(411)을 따라 슬라이더 몸체(444)에 커플링된다. 바람직하게도, 컷아웃(443 및 411)은 단일-모드 광섬유(197)와 대물 광학기(446)를 플라잉 MO 헤드(106)에 커플링시키고 정렬시키기 위해 채널, V-그루브, 또는 소정의 기타 적절한 수단으로서 설계될 수 있다. 이 실시예에서, 레이저 빔(191 및 192)은 (MO 디스크(107)의 기록/저장층(349)으로부터 그리고 그 층으로) 단일-모드 PM 광섬유(197), 반사 기판(400), 1/4-파장 플레이트(493), 및 대물 광학기(446)를 포함하는 광학 경로를 횡단한다. 이 실시예에서, 단일-모드 PM 광섬유(197)와 대물 광학기(446)는 포커싱된 광학 지점(448)으로서 관심 지점(340)(도 3 참조)내에 있는 유출 레이저 빔(191)의 촛점을 얻도록 그것들의 각각의 컷아웃내에 위치된다. 단일-모드 PM 광섬유(197)와 대물 광학기(446)는 이어서 자외선 경화 에폭시 또는 이와 유사한 접착제를 사용하여 제자리에 고정될 수 있다.

본 발명에 관하여, 도 4c 및 4b에 주의가 특히 모아진다. 이들 두 도면은 디스크의 표면(349)상에 한정되는 크기(448)내의 광학 지점을 포커싱하도록 사용되는 대물 광학기(446)를 도시한다. 그 지점은, 플라잉 MO 헤드(106)의 공기역학적 플라잉 품질을 간섭하지 않으면서, 지지 구조체(461)에 통합되고 플라잉 MO 헤드의 저면상에 또는 대물 광학기(446)의 표면상에 또는 그 부근에 장착되는 요크(462)와 낮은 프로파일 자기 코일(460)을 통해 포커싱된다. 그것은 빛이 본 발명의 특정 대상인 디스크 표면으로 전달되게 하는 개구(463)를 둘러싸는 평면 코일(460)을 포함하는 구조체(461)의 제조이다. 본 발명이 이들 코일에 신뢰할만한 전기적 연결을 형성시키면서 코일 구조체(460)로 전류를 공급하는 리드 와이어를 들여오는 것의 문제점을 해결하고, 이러한 것이 설계 복잡성을 부가하지 않음이 이하에서 설명될 것이다.

이제는, 본 발명의 구조체가 유리하게 사용될 수 있고, 상기 시스템(195)에서 플라잉 MO 헤드(106)를 위해 사용될 수 있는 것과 같은, 광학 지원 윈체스터 헤드의 특정 실시예에 주의를 돌린다. 도 5에 관하여는, 조립중인 광학 지원 윈체스터(OAW) 헤드(50)를 도시하는 부분적으로 분해된 조립체가 도시되어 있다. OAW 몸체(51)는 전형적으로 카바이드 재료의 통상적인 기계적 연마에 의해 형성될 수 있고, 클래딩부(cladding portion)(53)와 자켓부(54)를 가지는 광 섬유(52); 자기 코일 조립체(56); 광 파장 플레이트(57); 미러 조립체(58); 및 소형 렌즈를 장착시키기 위한 브레이크-어웨이 홀더(59)와 같은, 기타 OAW 헤드 구조체를 수용하기 위한 슬롯, 함몰부, 돌출부 등의 구조를 포함한다.

도 5에서 OAW 헤드(50)가 본 발명의 구조와 방법 중 한가지 응용을 단순히 도시함과 동시에, 광섬유(52)를 경유하여 헤드로 전달되고, 미러 조립체(58)에 의해 반사되는 빛이 렌즈(60)를 통과하고 또한 코일 구멍(61)을 통과하여 지향될 수 있도록 헤드(50) 내부에 렌즈(60)가 위치되어야 할 필요성이 있음이 인지될 것이다. 실시예의 OAW 헤드에서, 광섬유는 약 80 마이크론의 아주 작은 직경을 가지고, 렌즈(60)는 약 250 마이크론의 직경을 가지며, 코일 구멍(61)은 약 20 마이크론의 직경을 가지므로, 헤드 몸체(51) 내에서 렌즈(60)의 위치는 정확해야 한다. 최종 렌즈 또는 장착 블럭 위치에 어떠한 직접 접근도 불가능함에 따라, 렌즈를 원격으로 위치시키기 위한 소정 수단이 요구된다. 브레이크-어웨이 핸들의 피쳐는 이러한 원격 위치설정을 제공한다. 본 발명의 툴링은 또한 종래의 방법을 사용하여 효과적으로 조립될 수 없는 구조체를 구현하기 위한 기회를 제공한다.

본 발명의 배경과 장점이 개시되어 왔고, 이제는 본 발명의 제조법의 실시예의 개관에 대한 설명을 고찰하고, 본 발명의 구조체의 특정 실시예의 설명에 의해 그것을 반복한다.

본 발명의 제조법의 제 1 실시예에서, 구조체는 포토-리소그래피 기술과 딥 리액티브 이온 에칭(DRIE)을 사용하여 단결정(싱글 크리스탈) 실리콘으로부터 형성된다. 실리콘계 전자 집적 회로의 제조에 통상적으로 사용되는 바와 같은 실리콘 웨이퍼는 통상 100 mm의 직경과 200 마이크론의 두께를 가질 수 있는 웨이퍼를 제공하도록 불(boule)로부터의 슬라이싱, 연마(grinding), 래핑(lapping), 및 폴리싱(polishing)을 포함하여 준비된다. 물론, 당업자들은 본 발명의 구조체가 이러한 특정 기술을 사용하여 제조되는 구조체로 한정되지 않는다는 것, 웨이퍼는 더 클 수 있으며(예를들어 200 mm 또는 300 mm의 직경) 200 마이크론의 두께보다 더 크거나 더 작을 수 있고, 실리콘과 다른 재료로 형성될 수 있다는 것을 인지할 것이다.

일단 폴리싱된 실리콘 웨이퍼(70)가 준비되면, 통상적인 혼합물의 패터닝된 포토 레지스트 재료가 에칭으로부터 보호되어야 하는 영역은 포토 레지스트 재료(73)에 의해 덮히고 에칭에 의해 제거되는 재료를 가지는 영역은 포토 레지스트 재료가 없는 방식으로(단계 201) 제 1 웨이퍼측(71)에 도포된다.

패터닝된 포토 레지스트 재료가 이온 에칭된 마이크로-구조체를 형성하도록 도포되는 방식이 본 발명의 방법에 따라 형성된 구조체를 도시하는 도 6과, 브레이크-어웨이 광학 렌즈 홀더에 대해 상부-돌출되고 하부-돌출된 포토 레지스트 영역을 도시하는 도 8에 더 개시된다. 도 7에서 일반적인 에칭된 구조체에 관하여, 도 7에 도시되는 완성된 구조체(80)는 상부 및 하부 웨이퍼면(81,82)으로부터 관통 에칭된 결과로서 2개의 서브-부분(81,82)을 갖는다. 웨이퍼의 상부면 또는 제 1 면은 영역(84a, 84b, 84c, 및 84d)에서 이온 에칭에 내성이 있는 재료(83)로 코팅되고 영역(85)과 상기 부분을 둘러싸는 영역에서는 레지스트 재료(83)가 없도록 남겨진다. 다수의 상기 부분들은 단일 웨이퍼로부터 동시에 형성되고 비보호된 영역(85)은 대체로 포토 레지스트 주변의 섬으로서, 그리고 웨이퍼 상의 다수의 구조체들 사이에서 연장되는 연속적인 영역으로서 형성될 수 있다. 이와 유사하게, 웨이퍼의 하부면 또는 제 2 면은 보호된 영역(86a 및 86b)과 비보호된 영역(87)을 가지는 다른 패터닝된 포토 레지스트 재료를 수용한다. 당업자들은 완성된 부분이 제 1 면과 제 2 면 사이에서 연장되는 완전히 수직하게 에칭되는 벽을 갖도록 도시된 반면, 최종 구조체는 포토 레지스트 재료가 도포되는 전체 영역에 걸쳐 잔존하는 재료를 필수적으로 가지지 않도록 소정의 재료의 약화가 예상될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이들 제조 변수들은 피쳐 치수결정 중에 최종 구조체가 목적하는 치수를 갖도록 당업계에서 통상적인 것으로서 고려된다. 유사한 방식으로, 함몰부의 깊이는 목적하는 깊이를 형성하도록 이온 강도와 에칭 시간에 의해 제어된다.

툴의 일면이 함몰부, 계단, 선반, 돌출부 등의 형상없이 평평한, 대안적인 절차에서, 단지 웨이퍼의 단일 측면을 단순히 패턴가공하고, 목적하는 특성을 형성하며 웨이퍼로부터 툴을 분리시키기 위해 웨이퍼를 기계적으로 절단하도록 에칭할 수 있다. 단일 측면 에칭 접근의 설계 제약에도 불구하고 그것은 여전히 소정 구조체에 대해 실행가능한 기술이다. 이와는 달리, 다수의 패턴가공과 에칭은 목적하는 툴 특성을 얻도록 단일 측면상에서 실행될 수 있다. 반도체에 대한 포토리소그래피, 혼합물 및 도포용 포토 레지스트 재료와 딥 리액티브 이온 에칭(DRIE)을 포함하는 여러가지 유형의 에칭은 표준 참조 문헌(예를 들어, 1997년에 SPIE Press에 의해 출판된, 편집자, P. Rai-Choundary에 의한, Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication, Ⅰ 과 Ⅱ 권, 본 명세서에 참조로서 편입됨)에 개시되며 반도체 가공 기술에서 공지되고, 본문에 더 개시되지 않는다.

도 8a에, 본 발명에 따른 브레이크-어웨이 렌즈 홀더(90) 구조체의 사시도가 도시되어 있다. 렌즈 홀더(90)는 전체적으로 균일한 두께와 비에칭된 실리콘 웨이퍼 기판의 두께로부터 도출되는 상부 표면(91)과 하부 표면(92) 사이의 두께를 실질적으로 가지는 핸들부(91)를 포함한다. 상부 표면(91)은 도 8b에서 비스듬히 해칭된 선으로 도시되는 바와 같이, 포토 레지스트 재료(98)에 의해 보호되는 홀(93)이 형성되는 영역을 제외한 전체 상부 표면이 실질적으로 평평하다.

렌즈 홀더(90)의 외측 영역은 비보호되고 (상하측으로부터의) 결과적인 에칭은 큰 웨이퍼로부터 렌즈 홀더를 효과적으로 절단한다. 패터닝된 포토 레지스트(98)는 핸들(91)과 홀더 장착 블럭(92) 사이의 네크 영역(94)에서 V-형 노치(95a, 95b)를 위해 비보호된 영역을 또한 제공한다. 임의로, 그러나 편리하게, 스템(88)은 에칭과 열 방출 테이프(heat release tape)로부터 방출 이후에 단일 웨이퍼로부터 형성되는 복수의 렌즈 홀더(90)의 배향과 조작을 용이하게 하기 위해 지지체(89)에 핸들부(91)를 연결하도록 제공될 수 있다. 도 8b에서, 하부 웨이퍼면은 홀더 장착 블럭의 일부가 얇은 부분 또는 선반(96)이 홀(93)에 근접하여 형성되도록 노출되는 것을 제외하고, 패터닝된 포토 레지스트 재료가 웨이퍼상에 도포되는 유사 영역(99)을 나타낸 것이 도시된다. 실제로 하부면은 상부면에 형성되는 홀까지 연장되도록 하방 에칭된다.

이 특정 구조체에서, 선반(96)은 총 두께 d₃의 하부면으로부터 두께 d₂의 재료를 제거한 결과 두께 d₁을 갖는다. 이 특정 실시예에서, 웨이퍼는 홀더(90)를 부분적으로 '브레이크-어웨이'하기 위해 약 d₁의 깊이까지 에칭되고 나서, 웨이퍼는 선반(96)을 형성하고 웨이퍼로부터 홀더(90)의 분리를 완성하기 위해 타측으로부터 재료의 약 d₂를 제거하도록 에칭된다. 일반적으로, 2개의 다른 두께 또는 레벨이 단일 패터닝된 포토 레지스트 도포와 웨이퍼의 각 측면으로부터 에칭을 사용하여 툴 플러스 관통홀에 제공될 수 있다. 대안적으로, 다중 마스크 및 웨이퍼의 각 측면으로부터의 에칭 단계는, 적절한 레지스트레이션(registration)이 유지된다면, 그리고 에칭 재료가 표면에 적절하게 부착된 후에 포토 레지스트 재료의 제 2 또는 후속 층이 표면에 도포되는 것을 보장하도록 적절한 단계가 취해진다면, 동일한 결과를 얻도록 사용될 수 있다.

포토 레지스트를 사용하여 렌즈 홀더(90) 구조체를 달성하는 방식이 도시되고 기술됨과 동시에, 본문에 제공된 기술의 관점에서 당업자들은 본문에 도시되고 기술된 기타 구조체들이 유사한 방식으로 형성될 수 있다는 것과 기타 구조체들과 형상들이 본문에 기술된 기술을 사용하여 형성될 수 있다는 것을 인지할 것이다.

패터닝된 포토 레지스트가 목적하는 피쳐를 구비한 렌즈 홀더(90)와 같은 툴을 형성하도록 웨이퍼의 2개의 측면 및 에칭되는 웨이퍼에 도포되는 방식이 상세하게 개시된 도 6을 더 참조하여, 이제 전체 제조 공정의 설명을 계속한다. 패터닝된 포토 레지스트가 웨이퍼의 제 1 측(71)에 도포된 후에(도 6a, 단계 41), 제 1 측(71)은 목적하는 깊이까지, 예를 들어, 이온 에칭에 의해 에칭된다(도 6b, 단계 42).

도 6c에 도시된 바와 같이, 다른 패터닝된 포토 레지스트가 웨이퍼의 제 2 측(72)에 도포된다(도 6c, 단계 43). 열 방출 테이프(74)는 에칭된 제 1 면에 적용되고(도 6d, 단계 44) 다음 가공 단계중에 웨이퍼를 지지하도록 결합 수단으로서 작용한다. 웨이퍼를 고정시키기 위한 기타 통상적인 기술과 수단이 종래 기술에서 공지된 것으로서 사용될 수 있고, 바람직하지 않더라도, 열 방출 테이프 또는 기타 결합 수단의 사용은, 제 2 에칭 이후의 분리된 툴의 손상없는 회복이 문제가 될 수 있을지라도, 제거될 수 있다. 웨이퍼는 목적하는 깊이까지 다시 에칭된다(도 6e, 단계 45). 이 공정 단계에서, 개별 반도체 툴(77)(또는 연결 스트립(76)이 제공된다면 툴의 스트립)이 오직 열 방출 시트 재료 또는 테이프(74)에 의해 지지되고 함께 고정된다. (선택적으로, 소정 상호연결 구조체가 유지될 수 있고, 즉, 에칭으로부터 보호되고, 후속 분리를 위해 실리콘 웨이퍼 프레임 작업에서 각각의 툴을 지지할 것이다.) 테이프 지지 툴이 컨테이너 또는 기타 수용 구조체에서 유지되거나 배치되고 열이 방출 테이프로부터 툴(77)(또는 툴 스트립(76,77)을 해제하도록 적용된다(도 6f, 단계 46). 시트 재료는 저온에서 높은 접착 강도를 가지고 소정 시간동안, 전형적으로 약 1분 동안 약 150℃의, 열의 적용시에 그것의 접착 특성을 잃는다. 열 방출 테이프 또는 시트 재료는 해제 후에 부품들에, 만약에 있다면, 적은 잔여물을 남긴다. 뉴 저지(New Jersey), 뉴 브런스윅(New Brunswick)의 니토 덴코 컴퍼니(Nitto Denko company), 퍼마셀(Permacel)에 의해 제조되는 제조품 Revalpha Thermal Heat Release Sheet와 같은, 반도체 가공시의 열 방출 테이프의 사용은 종래 기술에 공지되고 본문에 더 개시되지 않는다. 툴 또는 툴 스트립은 그 이후에 후속 저장과 사용을 위해 테이프로부터 해제 이후에 회복된다(도 6g, 단계 47).

연결 스트립(76)의 유지는 사용 직전에 스트립으로부터 툴(77)을 브레이크 또는 절단하기 위한 자동화 장치를 사용하는 것에 의해 조작을 용이하게 할 수 있다. 스트립상의 툴을 유지하는 것은 조작을 위한 약간 더 큰 구조물을 제공하고 사용전 툴을 '픽업' 하고 배향할 필요를 제거한다. 또한 스트립 상의 툴을 유지하는 것은 툴을 분리된 상태로 보존함으로써 더미(pile)로 저장될 경우 발생할 수 있는 각각의 기계적 충돌에 의한 손상을 막게 된다.

본 발명자들은 재료의 특성, 보다 특정적으로는 실리콘을 특별히 발명 구조물에 있어 매력적인 것으로 만드는 실리콘 결정을 고찰하고자 한다. 먼저 단일 결정(SC) 실리콘은 상업적으로 이용가능한 순수한 재료이다. 이러한 점은 부분적으로 기본적 특성에 기인하며, 부분적으로는 극도로 순수한 실리콘 불(boule)과 웨이퍼를 낮은 가격에 이용할 수 있게 한 광범위한 전기적 회로의 적용에 기인한다. 실리콘은 거의 결함이 없는 육안상 완전한 결정으로 성장될 수 있다. 기본적으로 철 또는 금속 합금을 포함하는 금속과는 달리 실리콘은 모든 자원에서 동일한 형상과 조성을 가진다. 실리콘 조성의 일정성은 그것이 일정한 탄성율(modulus of elasticity)을 가짐을 의미한다. 또한 유리하게, 결정성 실리콘은 소성 항복(plastic yield)을 나타내지 않고, 오히려 실리콘은 파쇄나 브레이크에 이를때까지 구부러진다. 이러한 특성들은 정확히 예측가능한 파쇄 특성을 제공하고 조립된 구조물에 과다한 힘, 예를 들면, 구조체를 손상하거나 바로 조립된 부품을 조립체에 유지하는 접착제가 떨어지게 하는 힘을 받지 않게 하면서 핸들이 조립된 구조물로부터 브레이크되도록 한다. 반도체 웨이퍼 가공을 위해서 개발된 기술들은 쉽게 발명 구조물을 조작하는데 적용될 수 있다.

이러한 주어진 물리적 특성들 때문에 브레이크-어웨이 홀더에서 노치의 폭과 깊이가 미리 결정된 좁은 범위의 파쇄 힘에 대한 파쇄를 제어하기 위해서 조절될 수 있다. 파쇄의 각도와 방향은 노치의 형상과 배향 또는 다른 물리적 특성을 제어하는 것에 의해 쉽게 제어될 수 있다. 또한 치수와 단면 프로파일이나 네크 영역의 두께는 원하는 파쇄특성을 제공하도록 선택될 수 있다.

실리콘의 장점이 기술되었지만, 본 발명의 구조 및 방법은 실리콘 툴에만, 또는 본문에 기술된 특정 방법으로 제조된 툴들에만 제한 되는 것은 아니다. 브레이크-어웨이 피쳐가 요구되지 않는 경우, 재료는 단지 본문에 기술된 방법, 즉, 포토레지스트 패터닝, 에칭, 패터닝, 에칭 기술에 따라 제조될 수 있어야 한다. 실예로, 실리콘 니트라이드, 실리콘 디옥사이드, 유리, 게르마늄, 또는 알루미늄 같은 다른 베이스 재료는 본문에 기술된 패터닝 또는 딥 리액티브 이온 에칭 공정을 사용하여 사용될 수 있고 생성될 수 있다.

대안적으로, 구조체들은 실예로 스테인레스 스틸, 알루미늄, 실리콘, 황동 또는 티타늄 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 이런 실시예들에서, 툴들은 보다 큰 기판으로부터 각각의 툴을 스텐실(stencil)하도록 와이어 EDM을 사용하여 제조될 것이다.

다른 대안적인 제조 기술은 (예를 들면, 구리, 퍼멀로이(permalloy) 또는 금 같은)재료를 (예를 들면, 실리콘 또는 유리 같은) 베이스 재료 상에 도금하고 그 다음 상기 부분들을 형성하고 해제하도록 기판을 패터닝하고 에칭하는 것을 포함한다.

툴들은 전기화학 에칭 기술을 사용하여 스테인레스 스틸 또는 다른 금속 같은 비결정 재료를 에칭함으로써 또한 제조될 수 있다. 전기화학 에칭은 자기 디스크 드라이브 서스펜션 컴포넌트(실예로, 서스펜션 아암 및 짐발(gimbal))과 관련된 구조체들과 같은 보다 더 큰 구조체들을 제조하기 위해 사용되었는데; 그러한 구조체들은 수 밀리미터로부터 수 십 밀리미터까지 정도의 치수들을 갖는다.

이런 대안적인 기술들 또는 재료들이 이용가능하지만, 이들이 단결정 실리콘의 이온 에칭과 관련된 작은 피쳐 크기 및 정밀도의 달성을 통상적으로 허용하지 않기 때문에 이들은 일반적으로 바람직하지 않다. 더욱이, 기록시에, 처리된 100mm직경 웨이퍼 당 약 200$의 비용, 그리고 웨이퍼 당 500 내지 5000 부품의 추정 수율(projected yield)에서, 툴 당 비용은(형태 및 크기에 따라) 단지 약 수 센트(약 $0.04USD) 내지 몇 분의 1의 달러(약 $0.40USD)이다.

이제까지 브레이크-어웨이 핸들을 갖는 렌즈 홀더(90) 및 그것을 제조하고 사용하기 위한 방법이 기술되었다면, 이제는 본 발명에 따른 수개의 다른 실시예의 착탈식 툴들 및 브레이크-어웨이 홀더들을 기술한다. 도 9에서, 서로 슬라이딩가능하게 결합가능하고 일단 함께 가압된 한쌍의 결합 구조체(301,302)들은 삽입부(수컷 부분)(302)의 제1 측면(306) 및 제2 측면(307)에 대해 가압되어 그 상부로 슬라이딩하며 삽입부가 완전히 삽입될 때 삽입부(302)의 함몰부(308,309)들에 의해 캡처되는 수용부(암컷 부분)(301)에 통합된 스프링 클립(304,305)에 의해 고정된다. 도9a에, 수용부(301)가 예시되고, 삽입부는 도 9b에 도시된다. 결합 삽입부(302) 및 수용부(301)의 결합된 조합체(312)가 도 9c에 도시되어 있다.

도시된 특정 결합(mating) 구조체는 필수적으로 렌즈, 미러(mirror), 코일 등과 같은 다른 광학적, 전기적, 또는 기계적 컴포넌트를 위한 장착 블록과 같이 또 다른 컴포넌트를 위한 장착 블록이다. 베이스 장착 블록에 대한 변형(variation)이 목적하는 특정 기능을 달성하도록 만들어 질 수 있다. 예를 들면, 관통홀이 광학 렌즈를 유지하기 위해 삽입 피스(piece)(306)의 몸체(320)에 제공될 수 있고 그리고 유사한 관통홀이 그런 다음 가이드탭(321)에 제공되어, 일단 두 피스가 짝이 되게 결합되면 두 홀이 정렬된다. 전형적으로, 한 피스(321)가 보다 더 큰 광학 조립체에 조립되고, 그리고 만약 접착제가 사용된다면, 접착제가 경화되면 제 2 컴포넌트가 제 1 컴포넌트에 결합될 것이다. 물론, 두 피스 이상은 기술된 방법으로 함께 결합될 것이다.

이러한 특정 스프링 클립 설계는 클립(304,305)이 함몰부(308,309)에 래치된(latched) 이후라도 바로 삽입부가 제거될 수 있도록 하나, 그러나 다른 클립들에는 일단 삽입 후 추후에 제거되거나 단지 큰 힘으로 제거되는 것을 방지하는 피쳐가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 도 9의 실시예에서 클립과 함몰부의 특정 설계는 수용 포켓의 후벽(311)에 삽입피스(306)의 전면(310)을 서서히 압박하여 이 피스가 함께 고정되도록 한다. 이 스프링 바이어스(bias) 피쳐는 광학적 정렬을 유지하고 조립을 단순화시키는데 유리할 것이다.

도 9에 도시된 스프링 클립 툴(tool)의 특정 실시예는 후술될 DRIE 처리를 사용하여 실리콘으로 형성되는 게 중요하다. 각각의 두 결합 피스(301,302)는 실시예에 도시된 바와 같이 응력 집중 대향 v-노치(notch)(317) 또는 그루브(groove)를 포함하는 절단가능한 네크부(315,316)에 의해 자체의 각각의 핸들부(313,314)에 결합된다.

스프링-하중 결합 접속기(spring-loaded mating connector)의 또 다른 실시예는 도 10의 실시예에서 도시되는데, 삽입 몰드 렌즈(330)의 평판부(328)를 수용하고 유지하기 위해 배치된 주름형(pleated-type) 스프링 클립(327)을 구비한 ㅂ브레이크 어웨이(break-away) 홀더(326)가 도시된다. 선형 돌출부 또는 리지(ridge)가 스프링(327)에 부착된 모멘트 암(moment arm)의 단부 말단에 제공되어, 스프링력이 삽입홀더(329)에 대하여 목적하는 위치에 적용된다. 바람직하게는, 융기부(332)는 두 피스의 삽입이 용이하도록 라운드(round)된다. 이 실시예에서, 홀더(326)는 도 9에 도시된 실시예의 홀더와는 다른 형상을 가진다. 또한 스프링은 상이한 개수와 조밀함을 가진 주름을 갖는다. 블록과 함께 필수적으로 형성되는 스프링부의 기하학적 특성을 변경하는 것은 스프링의 특성이 매우 미세하게 조정되도록 한다.

스프링 클립(341)을 구비한 광섬유-장착(fiber-mounting) 툴의 또 다른 실시예가 도 11에 도시되었고, 실리콘 스프링(341)이 광섬유-장착 툴(340)에 형성된 채널(343)에 80 마이크론 직경 광섬유(342)의 세로방향 위치를 유지하도록 사용된다. 본 발명의 이 실시예는 페그(peg)(346)와 홀(347)을 위치시키는 추가적인 정밀한 위치를 포함한다. 도 11a는 광섬유(342)의 삽입 이전에, 광섬유 장착 툴(340)을 도시하고, 반면에 도 11b는 광섬유의 설치 후의 구조체를 도시한다.

전형적으로, 베이스부(348)는 접착제로 보다 더 큰 광학 헤드 조립체에 먼저 장착되고 그런 다음 접착제가 경화된 후에 상부를 운반하는 광섬유 전달 상부가 홀(347)이 페그(346) 위로 정렬되도록 배치되고, 그리고 상부 및 하부는 함께 가압된다. 접착제는 피스들을 제자리에 영구적으로 고정하기 위해 조립하는 동안 도포된다. 선택적으로, 페그/홀 구조체가 하나 또는 그 이상의 스프링과 결합하기 위해 사용될 수 있어, 두 부품(part)이 적당한 위치에서 견고하게 그러나 제거가능하게 유지된다. 다양한 다른 착탈식 툴과 브레이크-어웨이 홀더의 실시예는 도12-17에 도시된다. 도12의 예에서, 광섬유(352)를 유지하고 위치시키는 착탈식 툴(351)이 도시된다. 도13에서, 몰드된 렌즈(380)를 유지하기 위한 착탈식 툴이 도시되며, 그리고 톱, 레이저, 또는 동등한 브레이크-어웨이 수단과 같은 브레이크-어웨이 수단에 의해 보다 더 큰 광학적 조립체에 부착된 이후 절단되는 탭(355)을 가진다.

도 14에서, 브레이크-어웨이 광섬유 정렬 키(356)는 광섬유(352)를 회전시키기 위한 수단을 제공하며, 그리고 일단 광섬유가 제자리에 고정되면, 핸들(359)은 수직면의 형태의 흔적 정렬키(vestigial alignment key) 및 다른 홀더 또는 광학적/기계적 소자들을 정렬하기 위해 사용될 수 있는 잔존 네크 파편을 남기도록 절단될 수 있다.

도 15에서, 일단에 정렬타겟(alignment target)(361)을 구비한 착탈식 정렬타겟 툴(360)이 도시된다. 개개의 타겟은 단순히 예이며, 그리고 당업자는 많은 다른 타겟, 조리개(stop), 구멍, 반사경, 반사물 등이 착탈식 툴의 팁(tip)에 위치될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 더욱이, 많은 착탈식 툴이 핸들로부터 팁에 차례로 선형 형상을 구비한 상태로 도시되었지만, 툴은 제한없이 일반적으로 각진 부분, 굴곡 부분 등을 더 가질 수 있다.

도 16에 도시된 구조체는 코일 조립체 홀더의 실시예이다. 코일 조립체(391)는 광학적 빔(beam)이 통과할 수 있는 코일의 위치에 동심적인 구멍(392)을 가진다. 코일 조립체 블록(391)은 UV 개시 급속 경화 접착제(UV initiated fast curing adhesive)와 같은 접착제의 사용에 의해 브레이크-어웨이 장착 블록(395)에 접착된다.

도 17에 도시된 구조체는 렌즈 홀더의 실시예이다. 렌즈(397)는 장착 블록(394)상의 구멍(398) 위에 정렬된다. 브레이크-어웨이 네크의 흔적부(vestigial portion)(399)는 장착 블록(396)의 수직벽에 도시된다.

상술된 종류(또한 틀의 형)의 착탈식 툴 및 브레이크-어웨이 홀더는 다른 방식의 기술을 사용하여 또한 제작될 수 있다. 예를 들면, 패턴 포토레지스트 마스킹 및 에칭을 포함하는 본 발명의 방법의 실시예에 추가하여, 기판은 다른 종래의 도금 및 증착 재료뿐만 아니라 구리, 퍼멀로이(permalloy), 금 및 이런 금속의 결합물과 같은 재료로 도금될 수 있다. 기판은 실리콘과 같은 반도체 재료일 수 있으며, 또는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 다른 금속, 유리와 같은 비결정 고체, 또는 심지어 다결정(poly-crystalline) 재료 같은 다른 재료를 포함한다. 물론 모든 재료가 모든 툴 또는 브레이크-어웨이 홀더 적용에 적합할 수 있는 것은 아니다. 상기 재료는 기계적 특성의 목적하는 결합을 제공하도록 선택하는 것이 유리하며, 또한 순수한 재료의 비용 및 관련 공정 비용 같은 경제적 요소가 충분히 고려될 수 있다. 툴이 도금될 때, 이런 도금은 소정의 종래의 이용가능한 도금 또는 증착 기술에 의해 달성될 수 있다. 더욱이, 첨가제 또는 불순물은 종래의 이온 주입 기술을 사용하여 실리콘 같은 베이스 재료에 증착될 수 있다. 이런 이온은 표면 경도, 파쇄점을 변경함으로써, 또는 소정의 방법으로 조작되어 유지될 대상물과 관련하여 이온을 패시베이트(passivate)시키기 위하여 특정 애플리케이션에 대하여 툴의 재료 특성을 유리하게 변경할 수 있다.

또 다른 대안적 구조체는 베이스 기판 재료 상에 재료의 층 또는 층들을 도금하거나 증착하고, 그리고 나서 에칭과 같은 것에 의해 베이스 재료를 제거하는 것을 포함한다. 예를 들면, 실리콘 베이스 재료는 단지 도금층만 남도록 딥 반응 이온 에칭(Deep Reactive Ion etching)에 의해 에칭될 수 있다. 도금 또는 증착 층이 베이스 재료 두께에 상당하는 두께를 가질 수 있기 때문에, 이것은 유효하게 또 다른 재료(예, 구리)를 가지고 재료(예, 실리콘)를 대신하거나 대체할 수 있다.

본 발명의 툴 및 홀더를 위한 추가적인 구조체는 에칭된 금속, 예를 들면 전기-화학적으로 에칭된 금속으로 이런 툴을 형성하는 것을 포함한다. 에칭된 금속은 예를 들면 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄 등, 또는 이런 또는 다른 금속의 결합 또는 합금을 포함할 수 있다.

도금된 금속 구조체 및 공정의 실시예는 이제 서술된다. 이 서술이 단면영역과 관련하여 제공되는 반면에, 층들이 임의의 장치와 결합되어 제공될 수 있고, 그리고 특히, 상기 장치는 상술된 홀더 및 툴(제한하려는 것은 아님)일 수 있다.

일반적인 용어로, 선택적 도금은 금속이 전기도금조(electroplating bath) 또는 다른 수단 내에서, 전형적으로 기판 상에서, 도금이 포토리소그래픽으로 한정된 마스킹 층에 의해 부분적으로 보호되며 진행될 수 있도록 하는 금속 박막, 소위 도금 베이스로 증착되는 공정이다. 포토레지스트 기술은 종횡비 관점에서, 즉, 형성된 피쳐의 높이 나누기 폭의 관점에서, 비록 더 높고 더 낮은 비율도 수용될 수 있지만, 전형적으로 약 5:1에서 약 10:1 정도 된다. 그러므로 5 마이크론 폭 피쳐는, 예를 들면, 슬롯 또는 절연된 라인 또는 포스트는, 여기에 참조로 편입된 Gleorme 등의 미국 특허 제 4,882,245호에 기술된 SU-8 또는 AZ Electronic Materials of Sommerville, NJ에 의해 제조된 AZ-4562 포토레지스트 재료와 같은 두께의 포토레지스트로 약 25 마이크론에서 약 50 마이크론 까지의 높이를 가질 수 있다.

도금된 금속은 증착동안 포토레지스트 벽 바로 다음에 오고, 그리하여 포토레지스트 피쳐와 동일하거나 실질적으로 동일한 종횡비를 갖는 도금된 금속 피쳐가 생성된다. 전형적으로 포토레지스트 재료는 도금뒤에 제거되고, 기판과 도금 베이스 상에 금속 피쳐를 남긴다. 전형적으로 도금 베이스는, 예를 들면, 습식 화학적 에칭에 의해 제거되어 기판에 단지 도금된 피쳐를 남긴다.

도 18에서 마이크로-미니어쳐(micro-miniature) 렌즈 홀더(602)로부터의 섹션이 도시된다. 본 발명의 렌즈 홀더 구조체(602)를 만들기 위해, 하나 또는 그 이상의 도금 단계가 예를 들면 실리콘 기판(604)에 도금된 금속 구조체를 생성하도록 수행된다. 공정의 한 실시예에서, 도금 베이스(606)는 실리콘 기판(604)의 한 표면에(예를 들면, 정면 또는 상면) 증착된다. 광학적 제1 포토레지스트 패턴(612)은 추후에 에칭 마스크(616)로 사용될 웨이퍼(wafer) 기판(604)의 후면 또는 바닥면(610)에 제공되며, 제2 포토레지스트 패턴(614)은 금속 마스크(618)를 한정하는 상면에 제공된다. 바닥 포토레지스트 층은 선택적이어서 단지 툴의 비-평면 하부층이 요구될 때 필요한데, 왜냐하면, 하부의 포토레지스트 층(612)이 기판의 차별적인 에칭을 허용하기 때문이다. 차별적 에칭은 전체 기판이 제거될 때와 같은 평평하고 평면의 면에서는 필요하지 않다.

이런 두 개의 포토레지스트 층(612,614)은 소위 전/후 마스크 정렬기(aligner)에서 동시에 또는 순차적으로 형성될 수 있고, 양 기술은 모두 이용가능한 장치에 따라 당업계에 공지되어 있다. 전형적으로는 니켈일 수 있으나 대안적으로 금, 퍼멀로이, 구리 또는 다른 금속 일 수 있는 금속 재료(620)는 먼저 도금 베이스에서 도금되며, 다음으로 기판(604)의 에칭과 상 및 하부 포토레지스트 층(612,614)의 제거가 뒤따른다. 금속층(620)은 목적하는 깊이로 도금될 수 있으며, 그 깊이는 포토레지스트 층(614)을 부족하게 채우거나, 포토레지스트 층(614)을 채우거나, 또는 포토레지스트 층(614)을 초과되게 채울 수 있다. 도18b의 예시적인 구조체는 포토레지스트 층(614)을 채우는 것으로 도시되고 있다. 일반적으로, 이 방법으로 만들어진 금속 도금 구조체는 홀, 스프링, 클립, 기준벽, 슬롯, 그루브, 결합 소자, 및 다양한 홀더와 툴을 포함하는 것의 '브레이크-어웨이' 피쳐를 포함하여, 양면 에칭 기술로 상술된 모든 구조적 및 형상 소자를 제공 할 수 있다. 기판 및 포토레지스트 층(들)은 단지 금속 구조체를 남긴 채 전체적으로 제거될(도18c 및 18d) 수 있거나, 또는 기판의 일부분이 합성구조체를 형성하기 위해 남을 수 있다. 기판의 전체가 제거되는 홀더의 최종 구조체가 도18d에 도시된다. 추가로, 구조체는 기판의 한 면에 도금될 수 있고, 그 다음 기판은 저면측으로부터 선택적으로 에칭될 수 있다.

툴 및 홀더를 포함하여 도금된 금속 및 기판 후면 에칭의 한 층으로 만들어진 부품(part)의 한 세트가 있다. 전면에 금속을 도금하고 전면과 후면 모두로부터 에칭하여 만들어질 수 있는 다른 부품들(parts)이 있으나, 기판의 전면 에칭은 금속층 아래에서 전면으로부터 에칭할 수 없다는 점에서 제한된다. 전면 에칭, 후면 에칭, 및 단일 또는 다-층 금속화(metalization)의 다른 조합이 사용될 수 있다.

금속화가 없는 상층(기판을 통해 에칭없이) 내로 부분적으로 선택하여 에칭할 수 있고, 그리고 또한 후-면(금속화가 되지 않은 면)으로부터 기판을 통해 부분적으로 또는 전체적으로 또한 에칭할 수 있다. 본 발명의 실시예는 금속층으로부터 금속 구조체의 캔틸레버(cantilever) 형상을 형성하거나 또는 관통홀 등을 생성하기 위해 기판을 언더컷하는(undercutting) 것에 유용할 수 있다.

본 발명의 방법의 또 다른 실시예는 제 1 에칭 및 다음의 금속 도금을 포함하는데, 그러나 이 기술은 추후의 포토리소그래피 공정 단계에서 평탄화 문제를 나타낼 수 있다. 에칭된 면의 가파른 벽과 평탄하지 않은 형태는 소정의 매개 필터(intermediate filter)가 사용되지 않으면 문제(예를 들면, 포토레지스트가 잘 덮이지 않을 수 있는)가 있을 수 있다. 필터는 포토레지스트, 유리 등일 수 있다. 평탄면을 회복하기 위해 충진하고 폴리싱한 후에, 금속 층은 상술된 바와 같이 적용될 수 있다.

유리하게도, 금속 구조체의 사용 또는 반도체 기판에 금속층의 삽입은 추가적인 구조체 또는 기능적인 이점 및 대안책을 제공할 수 있는 더 넓은 다양한 재료의 선택을 허용한다. 금속의 기계적 작용은 실리콘 또는 대부분의 다른 반도체 재료와는 많이 다르다. 예를 들면, 금속 스프링은 불확실한 파손에 의해 일반적으로 약해지지 않으나, 탄성 한계를 너머서 잡아당길 때 점차적으로 항복(yield)될 것이다. 이것은 소정 유형의 프레스-피트(press-fit) 접속부 또는 스프링 리테이너(retainer)에서 유리할 수 있는데, 여기서, 휨 동작(yielding behavior)이 정확한 억지끼워 맞춤(interference fit)을 허용되도록 할 때 필요하다. 금속 층은 또한 자성을 띨 수 있거나, 매우 높은 전기적 전도성을 가질 수 있거나, 홀더에 또는 기판에 홀더를 위한 컴포넌트를 레이저 용접 또는 납땜을 허용할 수 있거나, 또는 제어된 바이메탈 운동(bimetallic motion)에 열입력을 제공하기 위하여 또는 조립체의 열팽창을 보다 더 근접하게 맞추기 위하여 보다 더 높은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 소정의 장치에서, 금속은 이런 특징의 하나 또는 몇 개를 실행하도록 사용될 수 있고, 금속 자체는 목적하는 물리적 또는 공정 특성을 최적으로 제공하도록 선택될 수 있다.

본 발명의 공정은 튜브, 박스, 또는 슬롯 구조체가 도금된 금속을 사용할 수 있게 형성되도록 한다. 절연된 포토레지스트 라인(651)(도19에서 단면에 도시)은 도금 베이스(653)를 구비한 기판(652)상에 제공된다. 금속부(656)는 그런 다음 도금 베이스(653)상에서 점진적으로 도금되며, 도금은 포토레지스트 라인 또는 증착(651)의 각 측면 상에서 포토레지스트 층(651)의 상부 위에서 성장되고 연장된다. 도금 재료는 절연 라인의 상부에 결국 '버섯모양'으로 퍼져, 라인 각 면의 도금은 연속적인 지붕모양을 형성하고 포토레지스트 라인(651)을 도금된 금속(656)으로 둘러싸도록 융합되거나 결합된다. 포토레지스트는 노출된 영역으로부터 습식 스트리핑(stripping) 또는 플라즈마 에칭에 의해 금속 '내부'로부터 여전히 제거될 수 있으며(습식 스트리핑과 플라즈마 에칭 기술은 종래 기술로 알려져 있어 여기서 더 이상 설명하지 않는다), 튜브, 박스, 또는 슬롯 등의 구조체(658)를 형성할 수 있다. 이런 튜브 구조체는 평면내(in-plane) 정렬을 형성하기 위해 상보형 핀을 포착할 수 있거나 피쳐를 포착할 수 있다. 라인보다는 다른 포토레지스트 증착이 유사한 방식으로 제공될 수 있고, 그런 다음 유사하게 다른 피스 상의 상보형 구조체를 수용하거나 결합할 수 있는 다른 요면 구조체를 형성하기 위해 포토레지스트의 추후 제거로 도금될 수 있다.

보다 약간 복잡하거나 또는 어려운 피쳐를 가지는 홀더와 툴은 본 발명의 또다른 방법의 실시에 의해서 형성될 수 있다. 보다 어려운 피쳐들은, 예를 들면, 보다 다양한 형상과 컨투어를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 실시에 있어 산화층은 재료의 상층에 놓여지게 되고 포토레지스트를 이용해서 패터닝된다. 목적하는 구조적 피쳐들은 산화층의 상층에 평평하게 놓여진다. 포토레지스트 증착과 도금 절차와 구조들은 상기의 다른 실시에서 기술된 바와 같다. 도금 후 재료는 밑면으로부터 에칭되고 포토레지스트는 상,하 표면에서 제거된다. 남는 것은 보다 낮은 표면에 산화층을 가지는 금속 구조물이다. 상기의 '매립된' 산화층은 재료의 에칭 후 다시 노출되며 추가적인 증착과 에칭 기술이 적용될 수 있는 층으로 사용될 수 있다.

매립된 산화물 층을 사용하는 장점은 그것이 포토리소그래픽 패터닝이 문제될 때, 비평탄 고-토포로지 릴리프 구조체(non-planar high-topology relief structure)의 에칭에서의 사용을 위해 패터닝된 에칭 마스크를 제공한다는 것이다. 매립된 산화물은 패터닝되지만 그 도중에 은폐(hidden)된다. 도금 베이스가 산화물에 제공되며 금속층으로 도금된다. 산화물은 은폐된 에칭 마스크처럼 행동한다. 포토레지스트와 도금 베이스가 제거되었을 때 패턴화된 산화층가 노출되고 에칭에 민감하게 된다. 이러한 방식으로, 도금은 다양한 형상, 패턴, 토포로지 릴리프로 만들어질 수 있다. 일단 높은 수준의 릴리프가 기판 상에 형성되면, 높은 릴리프 구조체 상에 포토 리소그래피 기술을 사용해야 하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 산화물은 플라즈마 에칭을 위한 실리콘 에칭 마스크로 작용하고 포토리소그래피는 의존될 필요가 없다. 원하는 양의 도금된 층을 만들고 마지막에 실리콘 에칭을 실시한다. 이러한 기술들은 예를 들면 재료에 구멍을 만드는 것이나 또는 마지막에 일부를 에칭하는 것에 사용될 수 있다. 일부 상의 금속 피쳐를 관통해 에칭할 수 없는 반면, 그 주위의 모두를 에칭할 수 있다.

도금 베이스는 도금된 금속과 동일한 혼합물 또는 도금된 금속과 친화가능한 재료를 가질 수 있다. 상기 도금 베이스 재료는, 예를 들어, 스퍼터링, 기상 증착, 또는 다른 공지된 방법에 의해 증착될 수 있다. 일반적으로 상기 도금 베이스는, 예를 들어, 수 천 옹스트롬의 깊이로 증착될 수 있다. 어쩌면 전체 금속층은 스퍼터링, 기상 증착, 또는 유사 기술에 의해 증착될 수있지만, 그러한 기술에 의해 상대적으로 두꺼운 금속층의 증착(예를 들어, 소수의 실시예에 대해서는 수 십 마이크론)은 관련 시간과 비용 때문에 실용적이지 않다. 일반적으로 비전기도금 또는 전기도금은 층(layer) 또는 층들을 형성하기 위해 사용되는데, 전기도금이 더 바람직한 기술이다. 비전기도금은 상기 두께가 일반적으로 마이크론 또는 보다 적은 두께로 제한되는 것과 같은 시드층으로서 유용하다. 전기도금용 재료의 선택은 비전기도금용 보다 더 광대하며, 도금 두께는 도금조를 통하여 흐르는 전류를 모니터하는 공정중에 결정된다.

도금 베이스를 제거할 때 금속층을 약간 제거할 수 있지만, 임의의 금속층의 제거를 회피하기 위한 필요 또는 요구가 있다면, 추후에 금속층을 전혀 제거하지 않으면서 제어될 수 있는 상이한 도금 베이스가 사용될 수 있다.

도금 베이스를 제거할 때 임의의 금속층의 제거를 회피할 필요가 있다면, 베이스 재료와 금속층에 대해 친화가능한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 구리의 베이스층은 금층으로 도금된 위에 사용될 수 있거나, 금은 니켈 위에 도금될 수 있다. 전기도금 기술에서 공지된 바와 같이, 다른 화합물이 가능하다. 금속 에칭법은 금속층(예, 금)을 에칭하지 않고 도금 베이스 재료(예, 구리)를 에칭하는데 사용된다. 예를 들어, 니켈을 에칭하지만 금을 에칭하지 않는 다수의 에칭법이 있다. 이들 친화가능한 화합물은 도금 기술에 잘 공지되어 있으므로 본문에는 더이상 기술하지 않는다.

다른 공정법의 변화는 제 1(또는 초기) 도금 공정 다음의 제 2 (또는 제 3, 제 4, 제 5 등) 도금 공정을 포함하며, 제 1 (또는 초기) 도금 층의 상면에 제 2 (또는 후속) 도금 층을 제공한다. 이것은 일반적인 기술을 사용하거나, 또는 단일 금속층에 의존되는 본 발명의 기술의 실시예를 사용하여 쉽게 형성될 수 없는, 다양한 리지(ridge), 돌출 형상(705), 슬롯(706, 707), 그루브, 핀(705), 클램프, 스프링(708), 홀(709) 등과 같은 피쳐를 구비하는 도 20에 도시된 바와 같은 구조체의 제조를 허용한다. 이 구조체(701)에 있어서, 두 부품(702, 703)은 표면(711, 712)에 대해 인접한 접촉으로서 활주식으로 서로 결합되도록 적응된다. 두 부품의 정렬은 실리콘 표면 상의 단일 금속층으로 형성된 금속핀(705)을 정렬 슬롯(706)에 삽입함으로써 달성되며, 두 개의 금속층을 경유하여 형성되고, 상기 제 1 층(layer)은 두개의 금속 영역(714, 715)을 분리시키는 보이드 영역(716)을 구비한다. 이러한 구조체(701)는 두 개의 컴포넌트(702, 703)가 금속 도금 피쳐로서 평면내 부착되며, 실리콘 고정물을 관통하여 정렬 홀에 평면 외(out-of-plane) 정렬될 수 있는 이미 기술된 장점을 갖는다.

캡처 스프링(708)은 정렬 슬롯이던 제1 및 제2금속층으로 또한 형성되는 캡처 슬롯(707) 속으로 슬라이딩되어 삽입가능하다. 캡처 스프링(708)(탄성가능부(708a,708b) 및 분리 슬롯(731))의 세부적인 결합 부위들이 도20의 구조로부터 용이하게 인지할 수는 없지만, 이런 구조들이 실예로, 이들이 함께 잠겨지거나 해제가능한 방식으로 잠겨진 채로 결합되고 유지되도록 하는 임의의 적절한 결합 구조체들을 가질 수 있는 것이 이해되어야 한다. 실예로, 도9에 도시된 것 같은 결합 구조체(301,302)들은 금속 내에 형성될 수 있다. 구조체(701)는 또한 그 자체가 제1금속 층(721) 상부에 캔틸레버되고 제2 컴포넌트(703)의 개구(709)에 걸리도록 제1 컴포넌트(702)로부터 측방향으로 연장되는 돌출된 금속 플레이트(720)를 또한 제공하여, 개구(여기서는, 도시되지 않은 광학 렌즈를 위한 홀더)가 홀(709) 위의 미리 결정된 거리로 또는 높이에서 개구(709)와 정렬된다. 물론, 이런 특정 구조들은 본 발명의 공정을 사용하여 형성될 수 있는 몇 개의 구조들일 뿐이다.

도21에 대해 지금 기술되는 본 발명의 공정의 이런 실시예에 있어, 하부면 패턴 포토레지스트 층(PRO)(750)이 기판(751), 여기에서는 실리콘에 도포된다. 그 다음에 상부면이 제1 도금 베이스 재료층(752)으로 도금된다. 또 다른 패턴 포토레지스트 층(PR1)(753)이 이후에 도금 베이스(752) 상부의 상부 기판 면에 도포된다. 제1 금속층(757)이 그 다음에 제1 상부면 포토레지스트 층(PR1)(753)의 상단 레벨 정도까지 제1 도금 베이스(752)의 노출 부위상에 전기도금된다. 그 다음에 추가적인 제2 도금 베이스(754)가 존재하는 제1 포토레지스트(PR1)(753) 및 제1 도금된 금속층(PM1)(757)의 상부에 증착되고, 제2 도금 포토리소그래피 처리가 그 다음에 이런 제2 도금 베이스면상에서 수행된다. 즉, 포토레지스트(PR2)(755)가 도포되고 이후에 제2 도금된 금속층(PM2)(758)이 제2 포토레지스트의 레벨 정도까지 도금된다.

제2금속층(758)이 도금된 이후에, 포토레지스트(750)에 의해 보호되지 않는 기판(751)의 하부면(760)이 에칭되고, 상부면 포토레지스트(PR1,PR2) 및 노출된 도금 베이스(752,754)들은 통상적인 방식으로 제거된다. 광범위한 리지, 돌출된 형상들, 슬롯들, 그루브들, 핀들, 클램프들 및 다른 형상들이 실예로, 도20의 그것들 같은 방식으로 형성될 수 있다. 도21에 도시된 구성이 처리의 실예이고, 그 마지막 구성은 도20의 특정 피쳐들 또는 특정 피쳐 토포로지에 상응하지는 않음을 알 수 있다.

전술한 사항이 본 발명의 구성 및 방법의 다양한 실시예들을 확인 했지만, 당업자들은 본 발명이 명세서에 상세히 기술된 특정 실시예들로 제한되지 않음을 알 것이다.

실예로, 본 발명은 제2 미니어쳐 대상물에 대해 제1 미니어쳐 대상물을 조정하기 위한 마이크로-미니어쳐 툴을 포함하며, 상기 툴은 조정될 상기 제1 대상물과 상호작용하기 위한 조작기부; 상기 조작기부와 일체로 형성되고 상기 조작기부로부터 연장되며 외부 위치설정 수단에 의해 고정되기에 적합한 가늘고 긴(elongate) 핸들부; 상기 제2 대상물에 가장 근접하여 한정된 공간에서 조정되도록 상기 제1대상물과 액세스하고 상호작용하기 위한 상기 툴을 포함하여; 상기 툴은 베이스 재료를 포함하며, 상기 조작기부는 500마이크론 이하의 크기 치수를 갖는 상기 제1대상물의 물리적 피쳐과 상호작용하기에 적합하다.

본 발명의 부가적인 실시예에 있어, 마이크로-미니어쳐 툴이 제공되되, 상기 베이스 재료는 단일 피스의 실질적 단결정 재료를 포함한다. 다른 실시예에 있어, 상기 단일 피스의 실질적 단결정 재료는 실리콘을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 단일 피스의 실질적 단결정 재료는 실리콘(Si), 갈륨 비소(GaAs), 게르마늄, 도핑된 게르마늄, 도핑된 실리콘, 및 도핑된 갈륨 비소로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 상기 결정 재료의 박막 웨이퍼로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 상기 웨이퍼의 적어도 한 측면으로부터의 상기 툴을 에칭함으로써 상기 웨이퍼로부터 형성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 박막 금속 시트 또는 금속 층의 전기 와이어 방전으로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 딥 리액티브 이온 에칭에 의해 상기 에칭이 된다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 와이어 전기 방전 머시닝에 의해 웨이퍼로부터 형성된다.

또 다른 실시예에서, 상기 조작기부는 거의 5 마이크론과 거의 200 마이크론 사이 범위의 크기 치수를 가지는 상기 제1 대상물의 물리적 피쳐와 상호작용하기에 적합하다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 약 400마이크론 이하의 두께를 가지는 실리콘 웨이퍼로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 다수의 상기 툴들은 포토레지스트 패턴 단결정 실리콘 웨이퍼의 딥 리액티브 이온 에칭에 의해 동시에 형성되고 상기 조작기부는 거의 5 마이크론과 거의 200마이크론 사이 범위의 크기 치수를 갖는 상기 제1 대상물의 물리적 피쳐과 상호작용하기에 적합하다. 또 다른 실시예에서, 툴은 상기 툴의 실질적 변형 없이 상기 제1 대상물의 조작 이후에 상기 제2대상물과 가장 근접한 상기 제1대상물 및 상기 부위로부터 제거하기에 적합하다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 광학 정렬 타겟을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 광섬유 홀를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 상기 조작기부와 상기 가늘고 긴 핸들부 사이에 삽입된 네크부(neck portion)를 더 포함하며, 상기 네크부는 상기 조작기부 또는 상기 핸들부 보다 작은 단면을 가지며 그 각각에 대해 일체로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 네크부는 힘이 상기 가늘고 긴 핸들부에 인가될 때 상기 네크부의 국부 영역에 응력을 집중시키기 위한 파쇄 개시부(break initiation site)를 더 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 네크부는 적어도 두개의 일반적으로 대향된 측면들을 가지며, 상기 브레이킹 힘이 상기 핸들의 측면에 인가될 때 응력을 집중시키기 위해 상기 네크의 적어도 두 대향된 측면들 상의 노치들의 형태로 실질적으로 대향된 크랙 초기 위치들을 포함하는 실질적으로 직사각형의 단면을 가진다. 또 다른 실시예에서, 상기 핸들부는 상기 조작기부가 상기 네크부내의 상기 핸들부로부터 상기 조작기부를 분리시키기 위해 상기 핸들부에 인가된 작은 브레이킹 힘의 인가시 외부 홀딩력에 의해 실질적으로 고정된 위치에 유지될 때 상기 조작기부로부터 분리가능하다.

상기 툴의 또 다른 실시예에서, 상기 툴은 스프링부 및 선반부를 포함하는 광섬유 홀더를 포함하며, 상기 섬유는 상기 스프링과 일반적으로 상기 웨이퍼와 평행한 선반 사이에 고정된다. 또 다른 실시예에서, 상기 착탈식 툴은 협소한 채널 내에서 광 빔(optical beam)을 정렬하기 위한 광학 정렬 타겟을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 정렬 타겟은 목표된 광 경로에 대해 조준된 레이저 빔을 정렬시키기 위해 제공된다. 또 다른 실시예에서, 상기 정렬 타겟은 상기 광 빔과 상호작용하기 위한 타겟부 및 상기 타겟부에 부착되고 상기 타겟부의 삽입과 위치설정을 허용하도록 상기 타겟부로부터 연장되는 핸들부를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 타겟부는 개구, 십자부(cross-hair), 광학 조리개, 다른 광학 소자를 부착하기 위한 홀더, 및 그 조합체들로 이루어진 타겟들의 셋트로부터 선택된 한 타겟을 포함한다.

변형 실시예에 있어서, 본 발명은 광학소자를 부착하기 위한 장착 블록; 브레이크가능한 네크(neck); 외부로 인가된 힘에 의해 상기 핸들을 조작함으로써 상기 광학 조립체에 상기 광학 소자를 위치시키기에 적합한 상기 브레이크가능한 네크를 통해 상기 장착 블록에 연결된 핸들을 포함하는 광학 조립체의 조립동안 광학 소자를 홀딩하기 위한 브레이크-어웨이 홀더를 제공하고, 상기 핸들은 상기 네크를 브레이크하기 위해 상기 핸들에 인가된 작은 브레이킹력의 인가시 상기 장착 블록이 상기 조립체에 부착된 이후에 상기 장착 블록으로부터 분리가능하다.

상기 또 다른 브레이크-어웨이 홀더의 실시예에서, 상기 브레이킹력은 상기 광학 조립체의 상기 광학 소자의 위치 조정 동안 경험된 힘보다 큰 것을 포함하여, 상기 홀더의 사용시 조정 동안 일반적으로 받는 힘들보다 크고; 그리고, 상기 브레이킹력은 상기 광학 소자의 정렬 또는 상기 광학 조립체 내의 다른 소자들의 정렬을 방해할 힘들보다 작다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 깨질 수 있는 네크는 상기 브레이킹력이 상기 핸들에 인가될 때 응력을 집중시키기 위해 상기 네크 표면의 크랙 개시부(crack initiation site)를 포함한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 상기 브레이크가능한 네크는 적어도 두개의 대향 측면들을 가지며 상기 브레이킹력이 상기 핸들의 측면에 인가될 때 응력을 집중시키기 위해 상기 네크의 적어도 두 대향된 측면들 상에 노치들의 형태로 실질적으로 대향된 크래크 초기 위치를 포함하는 실질적으로 직사각형의 단면을 가진다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 네크는 약1%와 약 5%의 국부 변형 사이의 국부 변형하에서 브레이크한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 네크는 약 0.5퍼센트(0.5%)와 약 2퍼센트(2%) 국부 변형 사이의 국부 변형하에서 브레이크한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 네크는 약 1퍼센트(1%) 국부 변형의 국부 변형하에서 브레이크 한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 브레이크가능한 툴은 국부 변형이 ±40% 내의 소정의 변형 값에 도달할 때 브레이크하는 단결정 재료로 제조된다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 브레이크가능한 툴은 단결정 실리콘 재료로 제조되고 네크는 그 네크가 1% 국부 변형에 근접할 때 네크가 브레이크하도록 구성된다.
브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 부품은 실질적으로 0.2mm 깊이이고, 상기 핸들은 실질적으로 1mm×3mm이며, 상기 네크는 실질적으로 0.08mm×0.20mm이며 0.015mm 깊이의 대향된 오목 v-형 노치들을 가진다.

브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 장착 블록은 접착제에 의해 상기 조립체에 부착되며, 상기 핸들부는 약 2.2mm 길이이고, 약 5mN(밀리-뉴톤)의 힘이 상기 노치들에 대하여 상기 네크를 굽히도록 상기 핸들의 단부에 인가될 때, 상기 노치들에서 상기 네크를 브레이크하기에 충분한 파괴력(breakage force)이 상기 장착 블록을 상기 조립체에 부착시키는 접착제에서 약 15N/mm² 의 응력만을 발생시키는 동안 생성된다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 착탈식 툴은 상기 웨이퍼에 수직한 상기 광섬유를 홀딩하기 위한 노치에 의해 분리된 두개의 탱(tangs)들을 가지는 일반적으로 포크 형상을 갖는 광섬유 홀더를 포함한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 광섬유 홀더는 경화 접착제를 사용하는 광학 모듈에 대한 상기 광섬유 단부의 부착동안 상기 광섬유의 단부 팁에 근접하여 상기 광섬유를 홀딩하기 위한 수단을 제공한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 브레이크-어웨이 홀더 장착 블록부는 렌즈, 코일, 광섬유홀더, 미러, 프리즘, 회절 격자(grating), 자석, 및 압전 장치(pizeo-electric device)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소자를 수용하기에 적합하다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 소자는 고정(fastening) 수단에 의해 상기 장착 블록에 장착된다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에서, 상기 고정수단은 접착제, 스프링과 통합된 장착 블록, 프레스-피트(press-fit), 및 그 조합체들을 포함한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 홀더는 상기 브레이크가능한 네크의 상기 장착 블록으로부터 상기 핸들을 분리시킨 후에 상기 툴과 함께 남아 있게 되는 위치 식별 수단(orientaion identifying means)을 포함한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 배향 식별 수단은 기계 키(mechanical key)를 포함한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 기계 키는 제 2 소자를 상기 기계 키에 의해 한정된 방향으로 상기 광학 모듈에 결합시키기 위한 수단을 추가로 제공한다.

상기 툴의 또 다른 실시예에 있어, 상기 툴은 편광 유지 광섬유를 홀딩하기 위한 광섬유 홀더이고, 상기 섬유를 홀딩하기 위한 상기 툴의 포크 형태부는 브레이크-어웨이 네크에 의해 상기 핸들에 연결되고, 상기 툴은 기준 방향에 대하여 목적하는 편광 방향에 부착된 상기 섬유와 회전가능하며, 상기 홀더는 상기 목적하는 방향에 영구히 장착하기에 적합하고, 상기 툴은 의도적인 브레이킹 이후에 배향된 섬유를 다른 광학 소자들에 결합하기 위해 사용된 정렬 키를 제공하는 브레이크가능한 부분을 가지며, 상기 브레이크된 네크부는 편광 정렬에 대한 지시기를 추가로 제공한다.

상기 툴의 또 다른 실시예에 있어, 상기 툴은 상기 베이스 재료의 일부분 상에 도금된 금속층을 추가로 포함한다. 상기 툴의 또 다른 실시예에 있어, 상기 금속 도금은 상기 툴의 적어도 한 평면을 덮는다. 상기 툴의 또 다른 실시예에 있어, 상기 재료는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 실리콘, 유리, 또는 티타늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 상기 툴의 또 다른 실시예에 있어, 상기 금속 도금은 구리, 퍼멀로이(permalloy), 금 및 그 조합물로부터 선택된 도금 재료를 포함한다. 상기 툴의 또 다른 실시예에 있어, 상기 베이스 재료는 실리콘 니트라이드(nitride), 실리콘 디옥사이드, 유리, 게르마늄, 갈륨 비소, 알루미늄 및 그 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 장착 블록들은 브레이크-어웨이 장치를 가지고 다수의 탭들을 분리시켜 핸들들로부터 절단되며, 상기 다수의 탭들의 제공은 단일 탭 또는 브레이크가능한 네크부에 비교하여 상기 장착 블록에 대한 보다 큰 지지체를 제공하며 다수의 홀더의 부분들이 개별적으로 분리되도록 한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 광학 툴은 광학 경로에 사용하기 위해 실리콘 툴로 직접 제조된 광학 개구를 포함한다.

브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어, 상기 홀더는 외부 부분에 부착되도록 적어도 한 면상에 배치된 모세관 접착제(capillary glue) 채널을 추가로 포함하며, 상기 모세관 접착제 채널은 상기 모세관 접착제 채널의 단부들에 도포된 소량의 접착제의 분산을 돕는다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 홀더는 3차원 구조체를 형성하기 위해 다수의 홀더들을 함께 결합시키기 위한 결합 스프링-클립들과 노치들을 더 포함한다. 브레이크-어웨이 홀더의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 구조체는 다수의 홀더들을 함께 결합시키고 상기 조립체에 대해 상기 홀더 및 상기 소자에 정밀한 정렬을 제공하기 위해 웨이퍼의 평면에 대해 수직한 홀들 및 페그(pegs)들을 추가로 포함한다.

본 발명은 각각의 두 대향 면들 상에 폴리싱된 거의 평면의 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계; 에칭될 부위 및 상기 각각의 면 상에서 보호되어야할 부위들을 한정하고 노출시키도록 각각의 상기 대향된 면들에 패턴 포토레지스트 재료를 도포하는 단계; 소정의 제1 에칭 깊이까지 제1면을 에칭하는 단계; 상기 에칭된 제1면을 안정화 수단에 부착시키는 단계; 및 제2면을 소정의 제2 에칭 깊이까지 에칭하는 단계를 포함하여 단일 실리콘 결정 툴을 제조하는 본 발명 방법의 실시예를 또한 포함하되, 상기 제1 및 제2면 에칭은 웨이퍼 면 함몰부(recess), 플레이트(plates) 및 웨이퍼 관통-홀로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 형상을 생성한다.

툴을 제조하는 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 안정화 수단은 열 방출 테이프(heat release tape)를 포함하며, 상기 방법은 상기 제2면 에칭 이후에 상기 열 방출 테이프를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 툴을 제조하는 본 발명의 방법의 다른 실시예에 있어, 상기 방법은 자동화된 트래킹 및 목록(inventory)을 위해 식별 표시 패턴을 상기 툴속에 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 표시는 식별 코드, 일련 번호, 바코드 및 그 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

툴을 제조하는 본 발명의 방법의 다른 실시예에 있어, 상기 에칭은 딥 리액티브 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etching)이다. 단일 실리콘 결정 툴을 제조하는 방법은 상기 제1 또는 제2 면들 중 하나 상에 도금재료의 층을 도금시키는 단계를 더 포함한다. 단일 실리콘 결정툴을 제조하는 방법은 상기 도금재료의 층을 상기 베이스 재료상에 도금한 이후 상기 툴로부터의 거의 모든 상기 베이스 재료를 에칭하는 것을 추가로 포함한다.

본 발명은 금속 마이크로-구조체를 제조하는 방법을 또한 제공하는데; 상기 방법은, 제 1 및 제 2 대향된 면들을 갖는 반도체 기판을 제공하는 단계; 제 1 층의 재료를 상기 제1 기판면상에 증착시키는 단계로서, 상기 재료는 상기 기판 및 상기 금속에 대한 친화성을 가지는 제 1 층의 재료 증착단계; 제 1 패턴 포토레지스트 재료를 상기 제1층 상에 증착시키는 단계로서, 상기 패턴 포토레지스트 층은 상기 제1층의 적어도 한 영역을 덮고 덮히지 않은 상기 제1층의 적어도 하나의 다른 영역을 남겨두는 제 1 패턴 포토레지스트 재료 증착 단계; 상기 포토레지스트에 의해 덮히지 않는 상기 제1층상에 금속층을 증착시키는 단계; 상기 제1 포토레지스트 재료를 제거하는 단계를 포함한다.

금속 마이크로-구조체를 제조하는 방법의 다른 실시예에 있어, 상기 방법은, 제2패턴 포토레지스트 재료를 상기 제 2 기판면 상에 증착시키는 단계로서, 상기 패턴 포토레지스트 층은 상기 제 2 기판면의 적어도 한 영역을 덮고 덮히지 않은 상기 제2기판면의 적어도 하나의 다른 영역을 남겨두는 단계; 상기 포토레지스트에 의해 덮히지 않은 상기 기판의 적어도 일부분을 에칭하는 단계를 더 포함한다. 금속 마이크로-구조체를 제조하는 방법의 또 다른 실시예에 있어, 상기 에칭은 상기 기판을 완전히 제거하여 상기 구조체가 거의 실질적으로 모든 금속 구조체이다. 본 발명의 방법의 다른 실시예에 있어, 상기 금속은 금, 니켈, 구리, 퍼멀로이, 그 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 본 발명의 방법의 또 다른 실시예에 있어, 상기 기판은 실리콘, 실리콘 니트라이드, 실리콘 디옥사이드, 유리, 게르마늄, 갈륨 비소, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 티타늄 및 그 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 방법의 또 다른 실시예에 있어, 상기 기판은 반도체 재료를 포함하며; 그리고 상기 제 1 층은 도금 베이스 재료 및 상기 반도체 재료의 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 상기 반도체 재료는 실리콘을 포함하며 상기 제 1 층은 실리콘 디옥사이드를 포함한다.

기판상에 다수의 금속층들을 갖는 구조체를 형성하기 위한 본 발명의 방법의 다른 변형 실시예는, 제 1 및 제 2 면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판면상에 제1금속의 제 1 도금 베이스를 증착시키는 단계; 상기 도금 베이스 상에 제 1 패턴 포토레지스트 층을 높이 h1까지 증착시키고 제 2 패턴 포토레지스트 층을 상기 기판면상에 증착시키는 단계; 상기 제 1 도금 베이스가 상기 제 1 포토레지스트에 의해 덮혀지지 않은 상기 제 1 도금 베이스상에 제 2 금속의 제 1 층을 도금하는 단계; 상기 제1 금속층상에 그리고 상기 제 1 패턴 포토레지스트층상에 제3금속의 제2도금 베이스를 증착시키는 단계; 상기 제 2 도금 베이스상에 제 3 패턴 포토레지스트 층을 높이 h2 까지 증착시키는 단계; 상기 제2 도금 베이스가 상기 제 3 포토레지스트에 의해 덮히지 않은 상기 제 2 도금 베이스 상에 제 3 금속의 제 2 층을 도금시키는 단계; 상기 기판이 상기 제 2 패턴 포토레지스트에 의해 노출되는 상기 기판을 에칭하는 단계; 및 상기 구조체로 부터 상기 포토레지스트 및 도금 베이스 금속을 벗겨내는 단계를 포함한다. 이런 변형 실시예의 일 실시예에 있어, 상기 기판은 실리콘, 갈륨 비소, 게르마늄, 유리 및 그 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명은 본 발명의 방법의 상기한 실시예들 중 어느 것에 따라 제조된 대상물 또는 제조물을 또한 포함한다.

당업자들은 비록 특정 구조들 및 방법들이 정보 저장 매체를 회전시키기 위한 플라잉 마그네토-광학 헤드들의 조립체에 대해 기술될 지라도, 본 발명의 구조 또는 방법은 모두 이런 응용으로 제한되지 않음을 인지할 것이다. 실예로, 작은 형상 크기 및 정밀도를 갖는 마이크로-머신 구조체는 다른 응용들 중에서도 광 통신 모듈, 전자기 액츄에이터, 전기 릴레이, 래스터 스캔 디스플레이 시스템, 관성 항법 센서, 원자력 현미경 프로브(probes), 및 스펙트로미터에 대해 광범위하게 응용될 수 있음을 발견할 것이다. 더욱이, 하나의 발명 방법이 어떻게 그러한 마이크로-머신 소자들이 제조될 수 있는지의 실시예로서 기술되었지만, 본 발명은 본 발명의 방법에 따라서만 제조된 마이크로-머신 구조체로 제한되지 않는다.

이 명세서에 기술된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은 각 개개의 공보 또는 특허 출원이 참고로 인용되도록 특정하게 그리고 개별적으로 기술된 것 처럼, 동일한 범위까지 참고로 본문에 인용된다.

본 발명의 특정 실시예들에 대한 상기한 설명들은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 이들은 포괄적이거나 또는 기술된 상세한 형태로 본 발명을 제한하도록 의도되지 않았다. 실시예들은 본 발명의 원리들 및 그 실질적 응용을 가장 잘 설명하도록 선택되고 기술됨으로써, 당업자들이 의도된 특정 사용에 적절한 다양한 수정들을 갖는 본 발명 및 다양한 실시예들을 가장 잘 사용하도록 하였다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그 등가 소자들에 의해 한정되도록 의도되었다.

Claims (71)

1. 제 1 미니어쳐 대상물(article), 제 2 미니어쳐 대상물 및 외부 위치설정(positioning) 수단과 함께 사용하기 위한 마이크로 미니어쳐 툴로서,

   상기 제 1 미니어쳐 대상물과 결합되어 상기 제 1 미니어쳐 대상물을 홀딩하기 위한 조작기부(manipulator portion);

   상기 외부 위치설정 수단에 의해 홀딩되기 위해 상기 조작기부와 일체형으로 형성되고 상기 조작기부로부터 연장되는 가늘고 긴 핸들부(elongate handle portion); 및

   상기 조작기부와 상기 긴 핸들부 사이에 개재되고(interposed) 상기 조작기부 및 상기 긴 핸들부와 일체로 형성되는 파쇄 개시부(break initiation site) - 상기 툴은 상기 제 2 미니어쳐 대상물에 근접한 한정된 공간에 상기 제 1 미니어쳐 대상물을 위치시키며, 상기 파쇄 개시부는 상기 제 1 미니어쳐 대상물의 위치설정 이후 상기 조작기부로부터 상기 긴 핸들부의 분리를 허용함 -

   를 포함하는 마이크로 미니어쳐 툴.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조작기부, 상기 긴 핸들부 및 상기 파쇄 개시부는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 게르마늄, 도핑된 게르마늄, 도핑된 실리콘, 및 도핑된 갈륨비소로 구성된 그룹으로부터 선택된 단일 피스(piece)의 단결정 재료를 포함하는 베이스 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 툴은 편광 유지 광섬유를 홀딩하기 위한 광섬유 홀더이고, 상기 광섬유가 부착된 상기 툴은 기준 방향에 대하여 목표된 방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 베이스 재료의 일부분 상에 도금된 적어도 하나의 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 툴은 상기 단결정 재료의 얇은 웨이퍼의 적어도 일측면으로부터 상기 툴을 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)함으로써 상기 단결정 재료의 얇은 웨이퍼로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 파쇄 개시부는 상기 조작기부 또는 상기 긴 핸들부 보다 더 작은 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 파쇄 개시부는 외부 힘이 상기 긴 핸들부에 인가될 때 국부적 영역에 응력을 집중시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 외부힘은 상기 제 1 미니어쳐 대상물의 위치설정 동안 인가되는 힘보다 더 크고, 상기 외부힘은 상기 제 1 미니어쳐 대상물 또는 상기 제 2 미니어쳐 대상물의 정렬을 방해하는 힘보다 더 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
9. 제 8 항에 있어서,

   3차원 구조체를 형성하기 위하여 다수의 부가적인 툴들을 함께 연결하기 위한 결합 스프링 클립(mating spring-clip)들 및 노치(notch)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 툴은 상기 툴의 변경 없이 상기 제 1 미니어쳐 대상물의 위치설정 이후에 상기 제 1 미니어쳐 대상물로부터 제거되고 상기 제 2 미니어쳐 대상물에 근접한 한정된 공간으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 툴은 광학 정렬 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 툴은 웨이퍼에 수직으로 광섬유를 홀딩하기 위한 형상을 갖는 광섬유 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.
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71. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 미니어쳐 대상물은 결합되어 홀딩될 500 마이크론 미만의 크기 영역을 갖는 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미니어쳐 툴.

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