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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Mikrobearbeitungsverfahren zum Herstellen einer winzigen
dreidimensionalen Struktur.
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Von einem sogenannten Mikrobearbeitungsverfahren
zum Herstellen winziger Maschinen unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie wird
erwartet, daß es
in verschiedenen Gebieten eingesetzt wird. Als heutige Mikrobearbeitungstechnologie
wird hauptsächlich
ein Verfahren verwendet, bei dem eine zweidimensionale Photolitographietechnologie
und eine anisotrope Ätztechnologie
kombiniert werden, um eine winzige Struktur zu bilden mit mehreren
Mikrometern bis mehreren Millimetern. Zusätzlich ist eine Technologie
verfügbar,
bei welcher ein Werkstück
geschnitten wird unter Verwendung eines Laserstrahls, um eine zweidimensionale
Struktur zu bilden. Weiterhin ist ein Verbindungsverfahren bekannt,
mittels welchem Siliziumsubstrate miteinander verbunden werden oder
ein Siliziumsubstrat mit einem Glassubstrat usw. verbunden wird,
und welches durchgeführt
werden kann unter Verwendung einer anodischen Verbindungstechnologie.
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Die Beschränkung bei der zweidimensionalen
Mikrobearbeitungstechnologie besteht darin, daß selbst dann, wenn eine dreidimensionale
Struktur ausgebildet wird durch Kombinieren einer Vielzahl von Teilen,
die dreidimensionale Höhe
der Struktur beschränkt
ist durch die Dicke des ursprünglichen Substrats.
Diese Beschränkung
stellt ein enormes Hindernis dar beim Herstellen einer beweglichen Struktur,
eines dreidimensionalen Sensors usw.
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Weiterhin weist der Stand der Technik
den Nachteil auf, daß es
schwierig ist, eine Mehrfachlagenstruktur herzustellen. Für den Aufbau
der Mehrfachlagenstruktur ist ein Verbindungsverfahren für Substrate
verfügbar.
Jedoch erfordert das Verbinden der Substrate ein Erwärmen oder
andere Bearbeitung, so daß die
Verbindungsstärke
und die Haltbarkeit, welche abhängig
sind vom Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten
und dem Zustand der verbundenen Oberfläche, variieren können. Weiterhin
gilt, da eine verbundene Oberfläche
mit einem bestimmten Bereich erforderlich ist, daß die Fläche der verbundenen
Oberfläche
auf dem Substrat groß sein muß im Vergleich
zum Funktionsbereich. Weiterhin ist die Verbindungstechnologie nicht
geeignet zum Zusammenfügen
einer komplizierten Struktur.
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Weiterhin ist aus
DE 29 18 100 A ein Verfahren
bekannt zum Herstellen einer dreidimensionalen Mikrostruktur aus
einer einzelnen zweidimensionalen Mikrostruktur, wobei dieses Verfahren
einen Schritt des plastischen Verformens der zweidimensionalen Mikrostruktur
umfaßt
durch Erwärmen
eines begrenzten kragarmähnlichen
Teils der zweidimensionalen Mikrostruktur durch Einstrahlen von
Laserlicht auf einen Teil der Kragarmstruktur und daraus resultierend
ein Biegen der Kragarmstruktur um einen vorbestimmten Winkel, um
eine genaue Anpassung des vorbestimmten Winkels zu erzielen. Jedoch
bezieht sich die
DE
29 18 100 A nicht auf das Bereitstellen einer komplizierten
dreidimensionalen Struktur.
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Dementsprechend ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen zum Herstellen
einer dreidimensionalen Mikrostruktur aus zweidimensionalen Mikrostrukturen
und ein Verfahren bereitzustellen zum Herstellen einer dreidimensionalen
Mikrostruktur, bei dem es möglich
ist, winzige Strukturen miteinander zu verbinden.
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Dieses Ziel wird erreicht durch ein
Verfahren gemäß Anspruch
1. Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Es zeigen:
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1(a) und 1(b) Ansichten zum Veranschaulichen
eines Verfahrens zum Biegen einer Kragarmstruktur in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2(a) und 2(b) Ansichten zum Veranschaulichen
eines Verfahrens zum Biegen einer winzigen Struktur in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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3(a) und 3(b) Ansichten zum Veranschaulichen
eines Verfahrens zum Bearbeiten der Spitze einer winzigen Struktur
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung;
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4(a) bis 4(d) Ansichten zum Veranschaulichen
eines Verfahrens zum Zusammenfügen eines
Silizium-IC-Substrats und eines Kristalloszillatorsubstrats in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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5(a) bis 5(c) Ansichten zum Veranschaulichen
eines Verfahrens zum Herstellen eines membranartigen Druckwandlers
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Ansicht zum Veranschaulichen der Konfiguration eines winzigen mobilen
Mechanismus und eines Bearbeitungsverfahrens für denselben in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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7(a) bis 7(c) Ansichten zum Veranschaulichen
der Betriebsweise eines winzigen mobilen Mechanismus in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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8(a) und 8(b) schematische Ansichten zum
Zeigen eines Verfahrens zum Herstellen eines dreidimensionalen Beschleunigungssensors
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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9(a) und 9(b) schematische Ansichten zum
Zeigen der Konfiguration eines winzigen elektrostatischen Motors
und eines Arbeitsverfahrens desselben in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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10 eine
schematische Ansicht, die eine Wellenleitersonde zeigt zum Bearbeiten
einer winzigen Region, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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11 eine
schematische Ansicht, die eine Antriebsvorrichtung für eine Wellenleitersonde
zum Bearbeiten einer winzigen Region zeigt, in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Um die oben genannten Probleme beim
Herstellen einer solchen dreidimensionalen winzigen Struktur zu
lösen,
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine plastische Verformung herbeigeführt durch Erwärmen einer
winzigen Struktur unter Verwendung von Erwärmungsmitteln, um eine dreidimensionale Struktur
zu bilden. Weiterhin kann durch solch ein Verfahren eine winzige
Struktur erhalten werden, die gebildet ist aus einer dreidimensionalen
Struktur mit einem plastisch verformten Bereich einer winzigen Struktur
mit Thermoplastizität.
Weiterhin können durch
Zusammenfügen
einer Vielzahl von winzigen Strukturen durch den plastisch deformierten
Bereich kompliziertere mikrobearbeitete Strukturen erhalten werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird durch das Bearbeiten einer winzigen Struktur eine plastische
Verformung erzeugt durch eine lokale Erwärmung unter Verwendung von
Erwärmungsmitteln, um
eine dreidimensionale Struktur zu bilden.
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Die zuvor genannte winzige Stuktur
kann leicht ausgebildet werden durch Anwenden von Photolithographie
und anisotropen Ätztechnologien
auf ein monokristallines Substrat.
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Für
die zuvor erläuterten
Erwärmungsmittel ist
eine Erwärmung
durch die Absorption der Energie elektromagnetischer Wellen effizient,
welche erzeugt wird durch die Einstrahlung elektromagnetischer Wellen.
Weiterhin kann ein Laserstrahl leicht als elektromagnetische Welle
verwendet werden.
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Weiterhin hat die zuvor erläuterte winzige Struktur
einen kragarmähnlichen
Aufbau an einem Teil hiervon, und durch Erwärmen eines Teils der kragarmähnlichen
Struktur wird der Kragarm verbogen, wodurch eine dreidimensionale
Struktur gebildet werden kann.
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Alternativ dazu ist die zuvor genannte
winzige Struktur ausgelegt, um dünne
Verbindungsbereiche im Innern hiervon aufzuweisen, und durch Erwärmen der
Verbindungsbereiche kann eine dreidimensionale Struktur geformt
werden, bei der die Verbindungsbereiche eine Falte darstellen.
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Weiterhin hat die zuvor genannte
winzige Struktur eine kragarmähnliche
Struktur an einem Teil hiervon, und durch Erwärmen der Spitze der kragarmähnlichen
Struktur wird die Spitze geschmolzen, wodurch die Spitze des Kragarms
so geformt werden kann, daß der
Durchmesser hiervon größer ist
als vor dem Schmelzen.
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Weiterhin wird ein Kragarm einer
ersten winzigen Struktur mit einer kragarmähnlichen Struktur in eine Durchbohrung
in einer zweiten winzigen Struktur, die die Durchbohrung aufweist,
eingeschoben, und die Spitze des Kragarms, welche durch das Loch hindurchgeführt worden
ist, wird erwärmt
mittels Erwärmungsmitteln,
um eine plastische Verformung herbeizuführen, wodurch die ersten und
zweiten winzigen Strukturen miteinander verbunden werden können.
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Der Umfang des Werkstücks ist
bevorzugterweise geschützt
durch ein Material, um elektromagnetische Wellen abzuschirmen. Ein
metallischer Dünnfilm
ist geeignet als Material zum Abschirmen elektromagnetischer Wellen.
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Die elektromagnetische Welle wird
mittels eines Wellenleiters geführt,
und die lokale Erwärmung kann
durchgeführt
werden durch die Einstrahlung einer elektromagnetischen Welle von
der Stirnseite des Wellenleiters.
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Es ist auch zu bevorzugen, daß das Ende des
Wellenleiters angespitzt ist und bedeckt ist durch ein Material
zum Abschirmen elektromagnetischer Wellen, so daß eine schmale Öffnung ausgebildet
ist an einer Endstirnfläche
der Spitze.
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Die Bearbeitung wird durchgeführt, wenn
die Spitze des Wellenleiters in Kontakt steht mit der Oberfläche des
Werkstücks
mittels einer schwachen Kraft durch Erfassen einer elastischen Verschiebung der
Spitze des Wellenleiters, die einen elastischen Bereich aufweist,
und durch Ausführen
einer Kontrolle, so daß die
Spitze des Wellenleiters sich an einer vorbestimmten Position befindet,
wodurch eine genauere Bearbeitung und eine Bearbeitung mit größerer Reichweite
durchgeführt
werden können.
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Durch das zuvor erläuterte Bearbeitungsverfahren
kann eine mikrobearbeitete Struktur erhalten werden, die aus einer
dreidimensionalen Struktur gebildet ist mit einem plastisch verformten
Bereich, der ausgebildet worden ist durch lokale Erwärmung einer winzigen
Struktur mit Thermoplastizität.
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Die zuvor erläuterte winzige Struktur kann ausgebildet
werden durch Photolithographie und anisotrope Ätztechnologien, die auf ein
monokristallines Substrat angewendet werden.
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Silizium oder Kristall sind geeignet
als das oben erläuterte
monokristalline Substrat.
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Selbst eine komplizierte Struktur,
welche eine erste winzige Struktur umfaßt mit einer kragarmähnlichen
Struktur und eine zweite Struktur, die eine Durchbohrung aufweist,
können
leicht realisiert werden durch Einführen des Kragarms der ersten winzigen
Struktur in die Durchbohrung der zweiten winzigen Struktur und durch
Zusammenfügen
der ersten winzigen Struktur und der zweiten winzigen Struktur durch
einen plastisch verformten Bereich, der ausgebildet worden ist durch
Erwärmen
der Spitze des Kragarms, die durch das Loch hindurchgeführt worden
ist, um eine dreidimensionale Struktur zu ergeben.
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1 zeigt
ein Beispiel für
ein Mikrobearbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung. Wird ein Laserstrahl 5, der von einem Kohlendioxidlaser 3 erzeugt
wird, durch ein optisches System, wie zum Beispiel eine Linse 4,
gebündelt,
und wird er auf einen Teil eines Kragarms 2 eingestrahlt,
der auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat 1 ausgebildet
ist durch Photolithographie und anisotrope Ätztechnologien, so wird Wärme erzeugt
durch Absorbieren der optischen Energie in dem durch den Laserstrahl 5 bestrahlten
Bereich. Diese Wärme
schmilzt einen Teil des Siliziums auf der Seite, auf welche der
Laserstrahl 5 eingestrahlt wird, so daß die Oberflächenspannung
dieses geschmolzenen Bereichs den Kragarm 2 zu der Seite biegen
kann, auf welche der Laserstrahl 5 eingestrahlt wird. Daraufhin
wird eine Verformung gemäß 1(a) bis 1(b) durch diese Bearbeitung erzielt.
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Durch Einstellen des Winkels, unter
welchem der Laserstrahl 5 eingestrahlt wird auf einen Winkel,
der größer ist
als die Senkrechte, die von der Spitze des Kragarms hin zu dem zu
biegenden Kragarm 2 gezogen ist, kann der Biegewinkel größer als 90° gemacht
werden. Weiterhin kann durch Vergrößern des Strahldurchmessers
des Laserstrahls 5 die Krümmung des gebogenen Bereichs
vergrößert werden
und umgekehrt kann durch Verringern des Strahldurchmessers die Krümmung verringert
werden.
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2 zeigt
ein Biegeverfahren zum Ändern der
Gesamtheit einer winzigen Struktur. In 2 werden die Verbindungsbereiche 7 erweicht
durch wiederholtes Einstrahlen des Laserstrahls 5 eines
Kohlendioxidlasers 3 auf Verbindungsbereiche 7 eines monokristallinen
Siliziumsubstrats 6 mit Verbindungsbereichen 7,
die in dieser Struktur teilweise fein ausgebildet sind. Dadurch
kann der Winkel in der Richtung der Schwerkraft oder einer einwirkenden Kraft
geändert
werden. Somit wird die in der 2(a) bis 2(b) gezeigte Verformung
durch dieses Arbeitsverfahren bewirkt.
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Bei diesem Bearbeitungsverfahren
ist die Kontrolle der Position und des Durchmessers des Laserstrahls 5 für die Bearbeitung
wichtig. Da die Energieabsorption in einem nicht bedeckten Bereich
selektiv auftritt, gilt weiterhin, daß durch vorhergehendes Bedecken
des Umfangs des zu bearbeitenden Bereichs mit einem metallischen
Material wie zum Beispiel Gold zum Abschirmen der elektromagnetischen
Welle, die Bearbeitungsgenauigkeit vergrößert werden kann.
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3 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Mikrobearbeitungsverfahrens in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Diese Figur zeigt, daß durch
Erwärmen
einer Spitze 9 eines Kragarms 8, der, wie in 1 gezeigt, gebogen worden
ist, die Spitze 9 auf Grund ihrer Oberflächenspannung
in eine kugelförmige
Gestalt geschmolzen und verformt wird, wodurch der Durchmesser der
Spitze 9 des Kragarms 8 größer gemacht werden kann als
vor dem Schmelzen.
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Durch Kombinieren der in 1 und 3 gezeigten Arbeitsverfahren kann der
Zusammenbau einer winzigen Struktur durchgeführt werden.
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4 zeigt
ein Verfahren, bei dem ein Siliziumsubstrat 10, welches
einen Kristallschwingkreis usw. umfaßt, ausgebildet wird in einen
Aufbau in der Form eines Kragarms 11, und kombiniert wird
mit einem Kristallsubstrat 12, welches einen Kristalloszillator
13 vom Stimmgabeltyp umfaßt
und Durchbohrungen 14 am Umfang hiervon aufweist.
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Als erstes werden auf dem Siliziumsubstrat 10,
welches einen Aufbau in der Form eines in 4(a) gezeigten Kragarms aufweist, die
Kragarme 11, wie in 4(b) gezeigt,
mittels des in 1 gezeigten
Arbeitsverfahrens gebogen. Die zwei gebogenen Kragarme 11 werden
in die Durchbohrungen 14 eingeführt, die zuvor in Kristallsubstrat 10 ausgebildet
worden sind, wie in 4(c) gezeigt,
und die durch die Löcher
hindurchgeschobenen Spitzen 15 werden erwärmt. Die
erwärmte
Spitze 15 wird dicker gemacht und zur selben Zeit kürzer, so
daß das
Kristallsubstrat 12 auf dem Siliziumsubstrat 10 ohne
Toleranzspiel befestigt werden kann, wie in 4(d) gezeigt.
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Bei diesem Verfahren kann die elektrische Verbindung
des Elektrodenmusters zwischen dem Siliziumsubstrat 10 und
dem Kristallsubstrat 12 leicht durch einen Drahtanschluß herbeigeführt werden. Weiterhin
kann durch Übereinanderschichten
von Siliziumsubstrat in ähnlicher
Weise ein Mehrlagen-IC ausgebildet werden. Dieses Zusammenfügen kann mittels
zweier Verfahren durchgeführt
werden: Ein Verfahren, bei dem ein Zusammenfügen durchgeführt wird
nach dem Trennen in Einzelteile, und ein Verfahren, bei welchem
ein Zusammenfügen
durchgeführt
wird für
eine Wafereinheit und dann ein Schneiden in einzelne Chips durchgeführt wird.
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Als weiteres Beispiel zum Zusammenfügen zeigt 5 ein Verfahren zum Herstellen
eines Druckwandlers 20, welcher eine Membran verwendet.
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Zunächst werden auf einem Siliziumsubstrat 22,
welches Elektroden 21 in der Mitte hiervon aufweist und
ausgebildet ist mit vier Kragarmen 23, wie in 5(b) gezeigt, die Kragarme 23 mittels
des in 1 gezeigten Verfahrens
gebogen. Als nächstes werden
Durchbohrungen 27 in einem Siliziumsubstrat 24 ausgebildet,
welches eine Membran 26 aufweist, die mit einer Elektrode 25 versehen
ist. Die Kragarme 23 werden in die Durchbohrungen 27 eingeführt, und
die Spitzen der Kragarme 23, die durch die Löcher hindurchgeführt worden
sind, werden erwärmt,
wodurch das Siliziumsubstrat 22 und das Siliziumsubstrat 24 zusammengefügt werden
können.
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So kann der Druckwandler 20 vom
Membrantyp zusammengebaut werden. Durch Verwenden eines hochmolekularen
Klebers niedriger Viskosität zwischen
den Substraten kann die Luftdichtigkeit zwischen den Substraten
verbessert werden.
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Als nächstes wird ein typischer Aufbau
eines winzigen mobilen Mechanismus 30, bei dem die Bearbeitungstechnologie
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erläutert. 6 zeigt, daß acht Durchbohrungen 33 ausgebildet
sind in einem Z-Platten Kristallsubstrat 31, welches ausgebildet
ist mit zwei kammzahnförmigen Verschiebungsmechanismen 32.
Zwei Kragarme 36 sind ausgebildet auf einem Z-Platten Kristallsubstrat 34,
welches ausgebildet ist mit einem kammzahnförmigen Verschiebungsmechanismus 35.
Obwohl nur ein Z-Platten Kristallsubstrat 34 aus Gründen der
Einfachheit in der Figur gezeichnet ist, wird, nachdem ein jeder
Kragarm 36 von vier Z-Platten Kristallsubstraten 34 in
ein jedes der acht Durchbohrungen 33 eingeschoben worden
ist, die Spitze eines Kragarms 36, welche durch ein Loch
eingeführt
worden ist, erwärmt
und unter Verwendung des in 3 gezeigten Verfahrens
verformt. Somit wird eine dreidimensionale Struktur geformt, bei
welcher vier Z-Platten Kristallsubstrate 34 mit einem Z-Platten
Kristallsubstrat 31 mittels eines verformten Bereichs zusammengefügt sind.
In den kammzahnförmigen
Verschiebungsmechanismen 32 und 35 sind Elektroden
individuell auf vier Stirnflächen
eines in 6 durch Streifen
gezeigten Kristallstabes ausgebildet, so daß eine Verschiebung einer Kristallplatte
in X-Kristallachsenrichtung erzielt werden kann durch Anlegen einer
Spannung.
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7 ist
eine Ansicht zum Veranschaulichen der Bedienweise eines auf diese
An hergestellten winzigen mobilen Mechanismus 30. In 7(a) wird ein Z-Platten
Kristallsubstrat 31, welches eine obere Basis darstellt,
durch vier Z-Platten Kristallsubstrate 34 gestützt, die
Beine darstellen. Durch Ausdehnen/Zusammenziehen des auf einem jeden
Z-Platten Kristallsubstrat 34 gebildeten kammzahngeformten Verschiebungsmechanismus
in Pfeilrichtung wird der mobile Bereich des winzigen mobilen Mechanismus 30 bereitgestellt.
In 7(b) wird der Körper durch Ausdehnen
von zwei Beinen in der Mitte und Zusammenziehen von zwei Beinen
am Ende durch zwei Beine in der Mitte gestützt, und eine Seite des oberen Verschiebungsmechanismus
wird ausgedehnt und die andere Seite hiervon wird zusammengezogen. Als
nächstes
wird in 7(c) durch Ausdehnen
zweier Beine an den Enden und Zusammenziehen zweier Beine in der
Mitte der Körper
gestützt
durch zwei Beine an den Enden, und die Ausdehnung und das Zusammenziehen
des oberen Verschiebungsmechanismus wird umgekehrt. Durch Wiederholen
der in 7(b) und 7(c) gezeigten Arbeitsweise
kann der mobile Mechanismus 30 in der in 7(c) durch einen Pfeil markierten Richtung
bewegt werden.
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8 zeigt
einen typischen Aufbau eines dreidimensionalen Beschleunigungssensors 40,
bei welchem die Bearbeitungstechnologie in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. In 8(a) wird
eine Z-Platten Kristallplatte 41 mit drei Beschleunigungssensoren 42, 43 und 44 in einer
Ebene ausgebildet. Ein jeder Beschleunigungssensor umfaßt ein Gewicht 45,
einen Sensorbereich 46, der eine Elektrode an jedem der
vier Stirnflächen aufweist,
und Elektrodenanschlüsse 47 zum
Erfassen einer elektrischen Ladung, die im Sensorbereich 46 durch
Ablenkung erzeugt worden ist, so daß eine elektrische Ladung erzeugt
wird als Antwort auf die Verschiebung des Kristalls in der X-Kristallachsenrichtung.
Bei dieser in einer Ebene ausgebildeten Kristallplatte wird ein
Sensorbereich 42 in vertikaler Richtung gebogen, wobei
der mittige Sensorbereich 43 als Referenz dient, und ein
weiterer Sensorbereich 44 wird um 90° in der horizontalen Richtung
gebogen, wie in 8(b) gezeigt,
wodurch ein dreidimensionaler Beschleunigungssensor 40 hergestellt werden
kann. Dieser dreidimensionale Beschleunigungssensor 40 kann
auch angebracht werden auf einem Siliziumsubstrat, welches ausgebildet
ist mit einer Treiberschaltung gemäß dem bei der oben bereits
beschriebenen Ausführungsform
verwendeten Arbeitsverfahren. Zum Verdrahten eines jeden Beschleunigungssensors
kann ebenfalls ein Verfahren verwendet werden, bei dem, nachdem
Drähte
in einer Ebene durch ein Drahtbondingverfahren angeschlossen worden
sind, eine Biegeoperation durchgeführt wird.
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9 zeigt
einen typischen Aufbau eines elektrostatischen Motors 50,
bei welchem das Bearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird. Wie in 9(a) gezeigt,
umfaßt
der elektrostatische Motor einen Läufer 51, ein oberes
Lager 52 und ein unteres Lager 54. Der Läufer 51 wird
hergestellt durch Schmelzschweißen
einer Kapillare aus einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt in der
Mitte einer Quarzfaser mit einem Durchmesser von ungefähr 60 Mikrometer,
und eine Elektrode 53 wird abgeschieden auf einer Seitenfläche, um
elektrische Ladungen nur auf eine Seite des Läufers 51 zu geben.
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Das obere Lager 52, welches
aus einem Kristallsubstrat besteht, ist ausgebildet mit vier Durchbohrungen
56, um Säulen 55 auf
dem unteren Lagersubstrat 54 dadurch hindurchtreten zu
lassen, und ist auch ausgebildet mit einem Loch, um den Läufer 51 in
der Mitte hiervon durchtreten zu lassen. Das Loch in der Mitte ist
ausgebildet mit einer Elektrode 57 in einem Teil, welcher
durch Schraffur gekennzeichnet ist, um eine elektrische Verbindung
mit dem Läufer 51 bereitzustellen.
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Das untere Lagersubstrat 54,
welches ebenfalls aus einem Kristallsubstrat besteht, ist mit einem Loch
ausgebildet, damit der Läufer 51 in
der Mitte hiervon hindurchtritt, und ist auch mit acht Säulen 55 versehen,
welche mit Elektroden ausgebildet sind, um den Läufer 51 zu drehen,
und zwar mittels der Biegetechnologie in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung. Von diesen Säulen
sind vier Säulen
lang, und vier Säulen
sind kurz. Die kurzen Säulen
stützen
das obere Lagersubstrat 52. Die langen Säulen treten
durch das obere Lagersubstrat 52 hindurch, und die Spitzen
der Säulen,
die durch das obere Lager hindurchgetreten sind, werden geschmolzen,
um das obere und untere Lager zusammenzufügen. Für die Welle des Läufers 51 werden beide
Enden geschmolzen, so daß der
Läufer
gedreht werden kann.
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9(b) ist
ein Querschnitt des so zusammengebauten elektrostatischen Motors.
Positive oder negative elektrische Ladungen werden auf den Läufer 51 gegeben,
und die auf die Säulen 55 gegebenen
elektrischen Ladungen werden nacheinander geändert, wodurch der Läufer gedreht
werden kann. Der so gebildete elektrostatische Motor kann eine größere Länge in axialer
Richtung aufweisen als ein elektrostatischer Motor, bei dem die
Läuferlänge ausgebildet
wird durch Ätzen
eines herkömmlichen
Substrats, so daß ein
höheres
Drehmoment erreicht werden kann.
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Wie oben beschrieben, wird ein winziger
Aufbau, der ausgebildet wird durch Anwenden von Photolithographie
und anisotropen Ätztechnologien
auf ein monokristallines Substrat, lokal erwärmt mittels Erwärmungsmitteln,
um eine plastische Verformung zu erzielen, wodurch eine dreidimensionale
Struktur gebildet werden kann. Die zu bearbeitende Struktur ist
nicht beschränkt
auf ein monokristallines Substrat, und ein mittels eines Lasers
geschnittenes Glassubstrat und andere Substrate können ebenfalls
verwendet werden.
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In den oben genannten Ausführungsformen wird
ein Kohlendioxidlaser als Erwärmungsmittel
verwendet. Weiterhin können
verschiedene Laser verwendet werden, wie zum Beispiel ein Kohlenmonoxidlaser,
Excimelaser, YAG Laser und Argonionenlaser. Zu diesem Zeitpunkt
ist es notwendig, die Intensität
des eingestrahlten Strahls in Übereinstimmung mit
dem Energieabsorptionskoeffizienten eines Laserstrahls auf dem Werkstück zu ändern. Um
einen Silikonsubstrat-Kragarm von 100 nm Durchmesser unter Verwendung
eines Kohlendi-oxidlasers zu biegen, wird ein Laser mit einer Ausgabeintensität von ungefähr 1 bis
10 W benötigt.
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Jedoch sind die Erwärmungsmittel,
die für die
vorliegende Erfindung verwendet werden, nicht auf die oben erläuterten
Laser beschränkt,
und jede elektromagnetische Welle mit einer durch eine zu bearbeitende
Probe absorbierten Wellenlänge
kann verwendet werden. Bei den oben genannten Ausführungsformen
ist ein Laserstrahl verwendet worden, welcher typisch ist für solche
elektromagnetischen Wellen.
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Bei den oben genannten Ausführungsformen wurde
eine Bearbeitung durchgeführt
durch Bündeln eines
Laserstrahls mittels einer Linse. In diesem Falle hat ein Kohlendioxidlaser
eine Arbeitsauflösung von
ungefähr
10 Mikrometer auf Grund der Beschränkung der Wellenlänge. In
dem Falle, wo winzigere Bearbeitungen notwendig sind, sollte ein
Wellenleiter verwendet werden. Für
den Kohlendioxidlaser können
Silberhalogenide (Silberchlorid, Silberbromid) polykristalline Fasern,
auf Chalkogenelemente (S, Se, Te) basierende Glasfasern usw. als Wellenleiter
verwendet werden.
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Wie in 10 gezeigt,
kann man, wenn man einen mit einer angespitzten Spitze versehenen
Wellenleiter überall
außer
an der Spitze mit einem elektromagnetische Wellen reflektierenden Material 61 beschichtet,
einen Laserstrahl auf einen Bereich von ungefähr 1 Mikrometer einstrahlen.
In diesem Falle wird eine Bearbeitung durchgeführt durch Bewegen des Wellenleiters
in horizontaler Richtung auf so eine Weise, daß es nahe am Werkstück 62 ist.
Durch Regeln des Abstands zwischen der Spitze des Wellenleiters 60 und
dem Werkstück 62 kann
eine genauere Bearbeitung erzielt werden.
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11 zeigt
einen typischen Aufbau eines Mechanismus zum Steuern des Abstands
zwischen einer Wellenleitersonde 63 und dem Werkstück 62.
In 11 wird die kragarmförmig ausgebildete
Wellenleitersonde 63, welche Elastizität aufweist, nahe an das Werkstück 62 gebracht,
und durch Erfassen einer elastischen Ablenkung der Wellenleitersonde 63 unter
Verwendung von Verschiebungserfassungsmitteln 64 wird die
Spitze der Wellenleitersonde 63 in Kontakt gebracht mit
dem Werkstück 62 mittels
einer schwachen Kraft. Z-Achsen-Verschiebungsmittel 65 werden
verwendet für
diese Abstandsregelung, wobei die Bewegung in der ebenen Richtung
herbeigeführt
wird durch XY-Abtastmittel 66. Diese Mittel werden geregelt
durch einen Regler 67. Gemäß diesem Verfahren kann eine Überwachung
durchgeführt
werden durch Abtasten der Form des Werkstücks mittels der Spitze der
Wellenleitersonde 63, so daß eine genauere Bearbeitung
durchgeführt
werden kann.
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Die vorliegende Erfindung, welche
gemäß den oben
erläuterten
Ausführungsformen
ausgeführt wird,
erzielt die unten erläuterten
Effekte. Durch lokales Erwärmen
einer winzigen Struktur unter Verwendung von Erwärmungsmitteln, um eine plastische Verformung
herbeizuführen,
wird ein Biegen einer winzigen Struktur und Verformen eines winzigen
spitzen Endes bewirkt, was schwierig gewesen war bei Verwendung
der herkömmlichen
Bearbeitungstechnologie, und nun ermöglicht werden. Weiterhin wird ein
Zusammenfügen
von winzigen Strukturen ermöglicht,
was schwierig gewesen war bei Verwendung der herkömmlichen
Herstellungsverfahren, und die Bildung einer dreidimensionalen Struktur
wird ermöglicht.