对完全获释的微元件进行约束的系统和方法

专利名称：对完全获释的微元件进行约束的系统和方法
相关技术本申请与下列一些美国专利申请是相关的发明名称为“用于自复制平台的方法及系统”的、申请序列号为09/569330的美国申请；名称为“用于联接微元件的系统和方法”的第09/570170的美国申请；以及名称为“与微型元件配套使用的夹钳及互补手柄”的第09/569329号美国申请，上述这些申请均未审结，且本申请人也是这些申请的受让人，这些申请所公开的内容结合到本文中作为参考资料。
下面将结合附

图1A-1E对现有技术中制造过程的一典型示例进行描述，参见图1A，设置了一衬底102(例如为一晶片)，并在该衬底上沉淀了一牺牲去除层106(例如为二氧化硅)。如图1B所示，然后对牺牲去除层106进行蚀刻(或布图)而形成所需的形状。如图1B所示，一般的作法是在牺牲去除层106上进行蚀刻而形成一个孔洞，从该孔洞可通向衬底102。之后，如图1C所示那样，沉淀一层多晶硅108(“P1”)。在牺牲去除层106上被蚀刻出通向衬底102的孔洞处，P1108填入到该孔洞中，从而形成一锚桩104，其将结构锚固到衬底102上。如图1D所示，然后对P1层108进行蚀刻(或布图)而形成所需的结构形状。还可以按照类似的方式在该衬底上添加其它的多晶层和牺牲去除层。另外，还可以添加导电层(例如用金)和电绝缘层(例如为氮化硅)，从而制成一具有导电性和/或绝缘性的微元件。最后，通过将牺牲去除层(例如为层106)暴露于一种释放剂中而将该牺牲去除层去掉，从而就能如图1E所示那样，形成一个固定(或“锚固”)到晶片上的微元件，其中的释放剂例如为氢氟酸(HF)。
在现有技术中，对于大多数方面，将微元件固定(或锚固)到其衬底上都是有利的。例如，如果在去除牺牲层(例如为层106)的过程中，微元件没有被锚固到衬底上，则微元件就会丢失、错位，或者就是很难进行搬运。例如，为了去除掉牺牲层，一般要将衬底放置到一个HF槽中。因而，如果微元件没有被锚固到衬底上，则微元件就将在HF槽中漂浮不定。另外，微元件可能会在HF槽中发生错位(例如以不合适的方式在衬底上定位)和/或难于进行搬运。但是，现在还出现了许多这样的情形在这些情形中，希望能将微元件从其衬底上完全释放下来。例如，为了用释放出的微元件完成组装操作—例如为了将该释放出微元件与其它微元件组装到一起，就希望将微元件从其衬底上释放下来。相应地，现有技术中已发展出了一些初步的技术来用于将微元件从其锚固的衬底上脱离出来。
下面将参照图2来对现有技术中的一第一示例进行描述。如图所示，可利用锚桩204将微元件208锚固到晶片202上。如对上文的示例性制造过程所描述的那样锚桩204可以是一多晶硅层，且微元件208中可包括任意数目的附加层。从图中可看出可通过破坏锚桩204而使微元件208与晶片202脱离。但是，由于如下几方面的原因，这种粗放的微元件脱离形式通常并不理想。首先，这样来破坏锚桩204会在限定微元件208的形状方面带来困难。例如，微元件208上可能会仍然连接着一部分破坏后的锚桩204。此外，破坏后锚桩204的这些残留连接部分例如可能为突刺或尖钉的形式，如微元件208上带有这样的特征，则将是不利的。另外，对锚桩204的破坏将会产生一些硅颗粒，硅颗粒的出现也是不利的。例如，这些颗粒可能会落到微元件208或其它微元件上，并干扰这些元件的工作。同时，如这些颗粒被人体吸入，则就会影响人的健康。
下面将结合图3对现有技术中用于将微元件从衬底上脱离的第二示例进行描述。如图3所示，微元件308被固定到一个系栓304上，该系栓通过锚桩306锚固到晶片302上。如上文对图1A-1E的示例性制造过程所描述的那样，锚桩306可以是一多晶硅层，且微元件308可另外包括任意数目的层。另外，系栓304例如还可以是固定到微元件上的任一层结构。可以看出通过将系栓304破坏就能使微元件308与晶片302脱离。在由Chris Keller在1998年所著的“Microfabricated HighAspect Ratio Silicon Flexures”一文中公开了这种技术的一个示例。更具体来讲，Keller公开了一种光致抗蚀剂系栓，其将一多晶硅杆梁(微元件)支撑到一多晶硅锚桩上，然后，再将该系栓破坏而释放多晶硅梁状元件(例如参见该文献中的图4.59和4.60以及对应的描述)。但是，如上所述，这种粗放式的微元件脱离方法常常并不理想，并存在与上述图2中锚桩204的破坏方法同样的问题。更具体来讲，这样对系栓304进行破坏会造成难于确定微元件308的形状。另外，破坏会使系栓304的连接部分例如会以突刺或尖钉的形式存在，如微元件308上带有这样的特征，则将是不利的。此外，对系栓304的破坏将会产生一些颗粒，颗粒的出现是不利的。例如，这些颗粒可能会落到微元件308或其它微元件上，并干扰这些元件的工作，如这些颗粒被人体吸入，则就会损害人体的健康。
近来的技术发展已能制出“完全获释”的微元件(例如与衬底完全脱离的孤立微元件)。例如，可用如下专利文件中公开的方法来制造完全获释的微元件授予Muller等人的、发明名称为“微机械元件及其制造方法”的第4740410号美国专利；授予Chris Keller的、发明名称为“用于制造高垂直方向纵横比的薄膜结构的方法”的第5660680号美国专利；以及授予Chris Keller的、发明名称为“多层高垂直方向纵横比薄膜结构”的第5645684号美国专利。作为另外一个示例，用发明名称为“用于自复制平台的系统和方法”的、申请序列号为09/569330号的美国专利申请中所公开的制造方法也能制出完全获释的微元件，上述的申请是与本申请共同提交的，且都转让于本申请人。另外，这样的制造方法还能制造出电绝缘的微元件。此外，将来还可能会发展出其它一些制造方法，这些方法也将能制造出完全获释的微元件。
但是，需要解决的难题是如何来约束(例如限制或束缚)完全获释的微元件。例如，在将衬底暴露于释放剂中、从而使一微元件从其衬底上完全脱离下来时，这些微元件会丢失、错位，或者是难于进行搬运。举例来说，如果在处于一HF槽中的过程中，当微元件被从其衬底上完全脱离下来时，微元件就会在该HF槽中四处漂浮。因而，就需要能有一种用于对完全获释的微元件进行约束(例如为限制或束缚)的系统、方法和装置(例如将微元件约束到某些类型的基底上)。另一个需求是希望能有用于对完全获释的微元件进行搬运的系统、方法和装置。例如，希望能有这样的系统、方法和装置其能以一定的方式对完全获释的微元件进行搬运，从而减小了这些微元件发生丢失、错位、损坏和/或对其误操作的可能性。由于通常的情况是希望以某种方式来搬运完全获释的微元件—例如运输这样的完全获释微元件，所以需要某种能有助于对完全获释微元件进行搬运的系统、方法和装置。
作为另一个举例，一优选实施例提供了这样的约束构件其适于对完全获释的微元件进行约束，从而可在制造出微元件之后对其进行处理。例如，在将完全获释的微元件运送给顾客的过程中，这样的约束构件可将完全获释的微元件保持在一基底(例如为其衬底)上。最为优选的是，可将约束构件设计成有助于保持完全获释微元件的理想位置/定向，从而就可以对这些微元件执行定位组装操作。
为了进一步便于在制成之后对完全获释的微元件进行处理，本发明的一优选实施例被设计为一种“托盘”，在该托盘上约束了一个或多个微元件。例如，可将一托盘设计成这样其上约束了多个完全获释的微元件。另外，这样的托盘也可以是嵌套式的，其中，一第一微元件(或基底)被约束到一第二微元件(或基底)上，而第二微元件反过来又可被约束于一基底(例如为一衬底)上。例如，可按照一种理想的方式在托盘上设置多个微元件，从而能对这些微元件执行定位组装。
约束构件的一种最为优选实施方式可包括垂直约束构件，其被用来限制一完全获释微元件相对于一基底的垂直移动。举例来讲，垂直约束构件可包括一个或多个搭片，其悬伸和/或下垂着完全获释微元件的至少一部分。另外，约束构件的一最为优选实施方式还可包括水平约束构件，其被用来对一完全获释微元件相对于一基底的横向移动进行约束。另外，在一最为优选的实施例中，可这样来设计约束构件使得完全获释的微元件能根据需要脱离这些约束件，但却能防止完全获释的微元件在无意中逃脱这些约束件。举例来说，在一实施例中，约束构件被设计为可动构件，可移动该结构部件来将完全获释微元件从其基底上解除约束。
因而，一优选实施例可按照一定的方式将一完全获释微元件约束到一基底上，使该微元件不能在无意中脱离所述基底，但却允许人员有意地将微元件从这些约束件上脱离下来。
上文勾勒出了本发明的特征和技术优点，但却是相当宽泛的，为此，下文将对本发明作详细的描述，以便于更好地理解本发明。下文将对本发明的其他特征和优点进行描述，这些特征和优点构成了本发明权利要求的保护主题。本领域普通技术人员可以理解可用本文所公开的概念和具体实施例作为基底，而设计或改型出其它能同样实现本发明目的的结构。本领域技术人员应当认识到这样的等效结构并不悖离在所附权利要求书中限定的本发明设计思想和保护范围。通过结合附图对下文的描述进行阅读，可对作为本发明区别特征的新颖特征其它的目的、以及本发明的优点有更好的理解，其中，所述的新颖特征既涉及本发明的组织结构，也涉及本发明的工作方法。但不难理解各个附图的目的只是用作示例和描述，而不用于对本发明的范围作出限定。
如图4E所示，随后对牺牲去除层410作布图设计，然后再沉淀一多晶硅层(即“P1”层)412。然后，如图4F所示那样，再对新沉淀的P1层412进行布图设计，这样的加工例如将形成相互分离的P1元件412A、412B和412C。从图4F还可以看出，之后还沉淀了另外一牺牲释放层414(例如为二氧化硅)。如图4G所示，然后对牺牲去除层414进行布图设计，且可在随后沉淀另一多晶硅层(即“P2”层)，对该多晶硅层进行布图设计而形成一些元件，在图中，以元件416A和416B作为这些元件的代表。从图4G还可以看出可沉淀一层具有良好导电性的材料(例如为金)，并对该材料作布图设计，从而例如形成金层418A和418B。当然，可以按照类似的方式形成任意多个连续的层。最后，通过将牺牲去除层404、410和414暴露于一种释放剂中，而将元件脱离下来，其中的释放剂例如为氢氟酸(HF)。因而，如图4H所示那样，用这种方法制出的微元件将与晶片402完全脱离。另外，这种制造方法还使微元件具有电绝缘性。应当认识到本发明并不仅限于上述的制造方法，而上述的制造方法只是作为一个举例，该举例所公开的内容对于其它许多能制出完全获释微元件的制造过程都是可能的。因而，目前已知的、或以后将发展出的任何制造方法都应处于本发明的范围之内。
假如这样的制造方法能使得微元件与衬底完全脱离，则就出现了这样的情况希望能约束这些完全获释的微元件。也就是说，希望能将这些完全获释的微元件限制或束缚到一基底上。例如，在将衬底暴露于释放剂的过程中，当微元件与其衬底完全脱离开时，该微元件会丢失、错位，或者是很难进行处理。例如，如果微元件在一HF槽中与衬底完全脱离开，则微元件就会在HF槽中四处漂荡，或者是很难对其进行搬运。因而，本发明的一优选实施例提供了一种用于约束(例如限制或束缚))完全获释微元件的系统、方法及装置，且与将微元件约束到另一微元件、衬底本身、还是其它任何类型的合适表面上无关。
一优选实施例提供了一个或多个约束元件(这些元件在下文中将被成为约束构件或约束件)，这些约束元件能将完全获释微元件限制或束缚到一基底上。在一最为优选的实施例中，一个或多个约束构件被设计成一完全获释微元件上的悬伸部分，这样的悬伸部分用于保持该微元件。参见图5，图中表示了本发明优选实施例的一种示例性设计方案。如图所示，设置了约束构件504、506、508和510来将完全获释微元件502约束到一基底上，该基底例如是一个衬底500(例如为晶片)。在图5所示的示例性设计方案中，约束构件504、506、508和510各包括数个搭片(在本文中，此搭片也可被称为“凸伸片”)，搭片是悬于完全获释微元件502的一个部分之上。更具体来讲，在该示例性实施方案中，约束构件504包括悬伸搭片504A和504B，约束构件506包括悬伸搭片506A和506B，约束构件508包括悬伸搭片508A、508B，且约束构件510包括悬伸搭片510A和510B。因而，如下文中详细介绍的那样，图5中示例性实施方式中的约束构件504、506、508和510的作用在于将完全获释微元件502约束于基底500上。
在图5所示的示例性实施方式中，完全获释微元件502被制成一P1层(即第一层多晶硅)，且约束构件504、506、508和510被制为一P2层(即第二层多晶硅)，这样，各约束构件上的对应搭片就悬于完全获释微元件502的一部分之上。当然，应当认识到可将完全获释微元件设计成具有任意多层，且将约束构件设计成这样使得其能将这样的微元件约束于衬底500上。例如，可将约束构件设计成如图5中示例性设计方案中的形式，这些约束构件悬伸在完全获释微元件的一部分之上，从而将该微元件约束于衬底上。举例来讲，可将约束构件设置在完全获释微元件502上方的某一层中(或至少是高于微元件502上某一部分的所在的层)，约束构件的搭片就悬于微元件502的一部分之上。举例来讲，例如假定微元件502的中央部分被设计成具有两层多晶硅(或者是其它的材料，例如为导电材料和/或绝缘材料)，但微元件504的各个拐角则被设计成只有一层(例如，只是一层多晶硅)。因而，在此情况下，微元件的顶面层将为P2层(也就是说在微元件的中央部位)，而微元件拐角部分则为P1层。可将约束构件设计为P2层，从而就使得这些约束构件的搭片悬于微元件502拐角的上方。因而，并不需要将约束构件502设计成为高于微元件502顶面层的一层结构，优选的是将约束构件设计成高于微元件502上至少一部分的层结构。
在图5的示例性设计方案中，微元件502上至少拐角部分被设计为P1层，约束构件504、506、508和510则被设计为P2层。从图5还可以看出，各个约束构件被锚固到衬底500上。更具体来讲，约束构件504通过锚固件505固定到衬底500上，约束构件506利用锚固件507固定到衬底500，约束构件508通过锚固件509固定到衬底500上，且约束构件510通过锚固件511固定到衬底500上。如图5所示，约束构件504、506、508、510的作用是在垂直于(或正交于)衬底500表面的方向上限制完全获释的微元件502。因而，这样的约束构件可被称为“垂直约束构件”。
还可以设置其它的约束构件，用于在衬底500表面的水平方向(或横向方向)上对完全获释微元件进行约束。例如，图5中的示例性设计方案中包括有约束构件(或缓冲止挡)512、514、516和518，这些约束构件的作用在于在衬底500表面的水平表面上约束微元件502的移动。因而，这样的约束构件在本文中可被称为“水平约束构件”或“横向约束构件”。这些水平约束构件最好是被设计成与微元件502为同一层结构，从而使得这些水平约束构件能约束微元件502相对于衬底500表面的横向移动。如图5所示，水平约束构件512、514、516和518被设计成P1层。因而，如微元件502沿衬底500表面的方向在横向上移动，则微元件502最终将与一个或多个约束构件512、514、516和518相接合。
从图5还可以看出，水平约束构件512、514、516和518最好还包括一种凹窝结构，用于减小约束构件与微元件502接触时的表面积。更具体来讲，约束构件512、514、516和518例如分别包括凹窝512A、512B、514A、514B、516A、516B、518A和518B。通常，希望能减小约束构件与完全获释微元件之间的接触表面积，以将二者之间产生的粘附效应减到很小的程度上。当然，在某些实施方式中，可能会希望约束构件和完全获释微元件之间的接触面具有较大的表面积，此时的粘附效应将有助于对微元件进行约束，且这样的实施方式也应当是在本发明的范围内。
如上文结合图5所描述的那样，在一最为优选的实施例中，设置了垂直约束构件(例如约束构件504、506、508和510)，这些约束构件能将完全获释微元件502限制或束缚于衬底500上。应当理解的是可以不将这些垂直约束构件设计为将完全获释微元件502刚性地压紧在衬底500的表面上，而是将这些垂直约束构件设计成能允许微元件502相对于衬底500的表面具有一可接受的垂直位移量(或“游隙”)，但同时却能防止完全获释微元件502在无意中脱离衬底500。作为一个举例，在一最为优选的实施例中，垂直约束构件包括搭片(或凸耳)，如图5所示那样，搭片悬于完全获释微元件502的至少一部分之上，且当微元件502落座在衬底500的表面上时，微元件502的上表面与搭片之间的间隔距离约为1微米(μm)。当然，可将垂直约束构件与完全获释微元件之间的间隔距离设计成任意值，从而形成在垂直方向上带有一可接受位移量的约束件，且任何这样的设计方案都应当是在本发明的范围内。另外，可将垂直约束构件设计成这样其与完全获释微元件502相接合，并将该微元件502保持在平贴于衬底500表面上的状态。
参见图5还可以看出在一最为优选的实施例中，设置了水平约束构件(例如为约束构件512、514、516和518)，这些约束构件限制或束缚了完全获释微元件502沿衬底500表面的移动。应当理解的是并不需要将这些水平约束构件一定设计为刚性固定着完全获释微元件502的形式，而是可设计成这样的水平约束构件其允许微元件502沿衬底500的表面具有一可接受的横向移动量(或“游隙”)。作为一种举例，在一最为优选的实施例中，各个水平约束构件被布置成这样当微元件502在衬底500上处于其最理想位置上时(例如，位于衬底500的中央位置)，微元件502侧边与这些水平约束构件之间具有约1微米(μm)的间隙。因而，这样的水平约束构件的作用在于以1μm的定位误差将完全获释微元件502约束到一最为理想的位置上。当然，可将水平约束构件与完全获释微元件之间的间隔距离设计为任意值，从而形成在水平方向上具有一可接受位移量的约束件，且任何这样的设计方案都应当是在本发明的范围内。另外，还可将水平约束构件设计成这样其与完全获释微元件502相接合，并将微元件502保持在刚性较大的定位状态下(也就是说，只有很小的定位误差或没有任何定位误差)。
应当能认识到可在一最为优选的实施例中，设置多个约束构件(既有垂直方向的、也有水平方向的)，以便于将完全获释微元件保持在一理想的位置上。例如，垂直约束构件和水平约束构件能确保一完全获释微元件定位在理想的位置上，且其定位误差在一可接受限度内。如上所述，在一最为优选的实施例中，约束构件可将完全获释微元件的移动限制成在垂直方向上相对于衬底有约1μm的移动量，在横向上相对于衬底也有约1μm的移动量。因而，该最为优选的实施例能确保完全获释微元件相对于一理想位置的定位误差在约1μm的范围内。另外，还可以利用这些约束构件来对完全获释微元件相对于衬底的定向进行约束。例如，水平约束构件的一最为优选实施方式可被设置成不但能限制完全获释微元件在衬底横向上的平动，而且被设置成能约束完全获释微元件在衬底横向上的转动运动。例如，如果需要按照只需很少反馈信息的方式来执行定位组装操作，则就需要上述的定位精度。举例来讲，可用一优选实施例中的完全获释微元件来执行自复制组装操作，这样的操作公开在发明名称为“用于自复制平台的系统和方法”的、申请序列号为09/569330号的美国专利申请中，上述的申请与本申请均未审结，且都转让于本申请人。
因而，一优选实施例提供了这样的约束构件可用其来限制或束缚一完全获释微元件相对于一基底(例如为一衬底)的移动量。优选的是，该约束构件能防止一完全获释的微元件在无意中脱离(或者是与其完全分离)基底。但是，在某些时候，人们通常希望能将完全获释微元件从一基底上取走，其中的基底例如是该微元件所对应的衬底。因而，希望能以这样的形式来设计一优选实施方式的约束构件使得人员可移动、脱开、撤除或者是环绕(bypass)由约束构件形成的约束件，以便于将完全获释的微元件从其基底上取走。一最为优选的实施例提供了一种约束构件其能防止完全获释的微元件在无意中脱离其衬底(或者是变为与其衬底完全分离)，同时还能允许在需要的时候将这些约束件解除或环绕，从而能将一微元件从其对应的衬底上取下。
可以利用多种设计方案来实现这样的约束构件其能防止完全获释的微元件在无意中脱离(或者是变为完全分离)其基底(例如为衬底)，同时还能允许在需要的时候将这些约束件解除或环绕，从而能将一微元件从其对应的衬底上取下。作为一个举例，可将一个或多个约束构件与一致动器相联接，该致动器在执行动作时可移动这些约束构件，从而允许被约束的微元件离开其对应的基底。举例来讲，可将垂直约束构件504、506、508和510中的一个或多个构件联接到一致动器上，从而一旦该致动器开始动作，则悬伸的搭片就会发生移动，从而不再悬于微元件502的一部分之上，这样就允许人员将微元件502从这些约束件中取走。
参见图6，图中表示了约束构件600的另一种实施方式。在图6所示的实施方式中，设置了多个示例性的水平约束构件620，用于约束完全获释微元件502相对于其对应基底(例如为衬底)的横向运动。另外，还设置了一个示例性的垂直约束构件600，其包括一搭片(或凸耳)602，该搭片悬于完全获释微元件502的一部分上方。例如，完全获释微元件502上的至少一部分被设计成为P1层，而搭片602则被设计成P2层，从而至少能悬于微元件502上为P1层的那一部分之上。搭片602可被联接(例如利用通路630进行联接)到P1层601上，P1层601上制有凹切(或楔形口)604和605。从图中还可以看出，约束构件600还可包括悬臂部分606和608，它们分别具有倒钩形的端部606A和608A。优选的是，这些悬臂部分被设计成与凹切604和605位于同一层(例如为P1层)，且如图6所示，这些悬臂部分606、608被锚固到衬底上。约束构件600还包括搭片610和612，这两搭片最好是悬于P1层601上方，用于限制搭片602相对于衬底的垂直运动。例如，可将搭片610和612设计成P2层，从而悬于P1层601上方，而在P1层601上则联接着搭片602。如图6所示，搭片610和612最好被锚固到衬底上。
图6所示的示例性设计方案使得约束构件600的搭片602能在基底(例如为衬底)的横向上移动，从而能使搭片602不再悬伸于微元件502的上方。更具体来讲，搭片602可在基底的横向方向上移动，从而不再悬于微元件502上方，在此状态时，倒钩形的端部606A和608A将与凹切604和605接合，从而将搭片502锁止在一位置上，在该位置上，搭片未悬伸在微元件502的上方。在图6所示的示例性实施方式中，在P1层601上例如设置了一个“手柄”603，该“手柄”可以是一个孔眼或其它合适型式的插座。可用一横销(或其它型式的机构)来与该手柄603相接合，然后再施加作用力，使得横销再远离微元件502的方向上移动，从而可移动搭片602，使其不再悬于微元件502上方。任何适于以上述方式移动搭片的手柄和横销都应当是在本发明的范围内。例如，可采用在发明名称为“用于微元件的抓持器及互补手柄”的、申请序列号为09/569329号的美国专利申请中所公开的手柄和抓持器(或横销)，该申请与本申请一样均未审结，且都转让于本申请人。应当认识到约束构件600可被设计成带有任何合适类型的联接或锁止机构，用于将搭片602锁止于而不悬于微元件502上方的位置上，因而，锁止机构并不仅限于图6所示的悬臂部分和凹切结构。作为一个举例，可采用如下专利申请中所公开的任何合适类型联接机构其发明名称为“用于联接微元件的系统和方法”，申请序列号为09/570170号的美国专利申请，该申请与本申请一样均未审结，且都转让于本申请人。
考虑到上述的内容，一预选实施例提供了这样的约束构件其能防止完全获释的微元件在无意中逃脱(或变为完全分离)其基底(例如为衬底)，同时还能解除这些约束件(例如将约束件移开而使其不再约束微元件)，从而能在需要时将一微元件从其对应的基底上取下。在某些情况下，不会像图6中示例性设计方案那样将约束件从完全获释的微元件上移开，而是希望将约束件保留在完全获释的微元件上，直到有人抓持住了该微元件、并将微元件从基底上移走时为止。举例来讲，一旦垂直约束件—例如是图6所示的垂直约束件600(其包括悬伸的搭片602)被移动到不再对微元件502构成约束的位置时，将没有任何结构阻碍微元件相对于基底(例如为衬底)产生垂直方向移动。因而，如果该微元件未被抓持着，则微元件例如就会“跳”离基底。例如，静电电荷就能使得在垂直方向上不再受约束的完全获释微元件“跳”离衬底。当然，可以在移走由约束构件600构成的垂直约束件之前，抓持住完全获释的微元件。另外，在下文中还提供其它一些示例性的设计方案，可用这些设计方案来约束住一完全获释的微元件，直到该微元件被抓持住、并被从约束其的基底上取走为止。
参见图7，从图中可看出，可用一垂直约束构件的示例性设计结构来约束一完全获释的微元件502，直到该微元件502被抓持住、并被从基底(例如为衬底)500上移走为止。如图7所示，可设计出这样一种垂直约束构件其具有一搭片706，该搭片的一部分悬于微元件502上的至少一个部分之上。如本文中所公开的各种其它实施方式的约束构件，搭片706上可设置一凹窝706A，用于减小微元件502与搭片706接合时的接触面积。从图7还可以看出，完全获释微元件502上也制有凹窝502A，用于减小微元件502与基底500之间的接触面积。也就是说，如图7所示，完全获释微元件502可倚靠在基底500的表面上，基底500的表面上可覆盖一绝缘层508，且可通过设置凹窝502A来减小微元件502与基底500(或绝缘层508)之间的接触面积。如要将粘附效应减弱到很小的程度，就希望能减小接触面积。图7还表示出如本文所公开的各种示例性约束构件一样，当微元件落座于基底500上时，搭片706可与微元件502的顶面分开一段距离702。如上文讨论的那样，该间隔距离702最好是约为1μm，但也可以是任何合适的数值(例如，大于或小于1μm)。
在图7中还设置了一示例性的水平约束构件714。从图7还可以看出如本文所公开的其它各种示例性约束构件一样，当微元件位于其最佳位置(例如位于基底500的中央处)上时，水平约束构件714与微元件502的侧边离开一段距离704。如上文讨论的那样，该间隔距离704最好是约为1μm，但也可以是任何合适的数值。在图7所示的示例性设计方案中，搭片706最好是用多晶硅(例如P2层)构成的，并被制成较长的长度710。搭片706的长度710使得搭片706在垂直于基底500的方向上具有较大的柔性。但是，该搭片706最好是具有足够大的刚性，以避免微元件502在无意中脱离基底500。例如，长度710可以约为50μm。当然，在各种实施方式中，搭片706可具有各种合适的长度710，且任何的长度都应当是在本发明的范围内。因而，在图7中示例性实施方式的优选操作过程中，可将微元件502抓持住，并在远离基底500的方向上施加足够大的垂直方向的力，以使得搭片706发生挠曲(或弯曲)，由此使微元件502能根据需要与其对应的基底500脱离。
参见图8，图中表示了垂直约束构件的另一优选实施方式，可用该约束构件来约束住一完全获释微元件502，直到微元件502被抓持住、并在远离其对应基底500的方向上被移走为止。如图8所示，可将一垂直约束构件设计成带有一搭片800，该搭片的一部分悬于完全获释微元件502的至少一部分上方。如图7所示的示例性实施方式那样，完全获释微元件502可落座在基底500的表面上，基底的表面上可覆盖一绝缘层508，且微元件502上可带有凹窝，以减小微元件502与基底500(或绝缘层508)之间的接触面积。在图8的示例性实施方式中，搭片800被设计成“铰接”的形式。更具体来讲，搭片800被设计成包括三个区段，分别为图8中的802、804和806。区段802和806最好是用多晶硅(例如P2层)制成的，且中间区段804最好是用柔性(或韧性)更大的材料制成的，该材料例如为金。结果就是，柔性更大的中间区段804构成了一种“铰链”，该铰链使得搭片800在垂直于基底500的方向上具有较大的柔性。但是，该搭片800最好具有足够大的刚性，以防止微元件502在无意中脱离基底500。因而，在图8所示的示例性实施方式的优选操作过程中，可抓持住微元件502，并在远离基底500的方向上施加足够大的垂直方向力，使得搭片800发生挠曲(或弯曲)，由此使微元件502可根据需要与其对应的基底500分离。
参见图9，图中表示了垂直约束构件的另一示例性实施方式，可用该约束构件来约束住一完全获释微元件502，直到微元件502被抓持住、并在远离其对应基底500的方向上被移走为止。如图7和图8中的示例性实施方式那样，完全获释微元件502落座在基底500的表面上，基底的表面上覆盖了一绝缘层508，微元件502上设置有凹窝，用于减小微元件502与基底500(或绝缘层508)之间的接触面积。如图9所示，一垂直约束构件可被设计成带有一搭片900，该搭片的一部分悬于完全获释微元件502的至少一部分之上。在图9中的示例性实施方式中，搭片900是用韧性较好的材料制成的，该材料例如为金。更具体来讲，可在P2层上沉淀一金层而形成金搭片900，使得搭片900在垂直于衬底500的方向上具有较大的柔性，其中的P2层在图9中为904。但是，该搭片900最好具有足够大的刚性，从而能防止微元件502在无意中脱离基底500。因而，在图9示例性实施方式的优选操作过程中，可抓持住微元件502，并在远离基底500的方向上施加足够大的垂直方向力，使得搭片800发生挠曲(或弯曲)，由此使微元件502可根据需要与其对应的基底500分离。
鉴于上述的内容，一优选实施例提供了这样的约束构件其能将一完全获释的微元件约束到其对应的基底(例如为衬底)上，直到想要将该完全获释微元件从该约束件中取出时为止。例如在制造完全获释微元件的过程中，就需要采用这样的优选实施例。例如，约束构件可被设计成当将微元件暴露于一种释放剂时(例如在将完全获释微元件放置于HF槽中的过程)，约束构件能将一微元件定位到其对应衬底上。因而，一优选实施例将有助于以这样的方式制造出完全获释的微元件不再需要对锚桩或系栓等元件执行物理性的破坏。结果就是，可消除由于对这些元件进行物理破坏而产生的尘埃颗粒。另外，也可以更精确地限定所形成的完全获释微元件的形状。例如，可去掉完全获释微元件上的不需要部分(例如，锚桩或系栓上的被破坏部分)。这样，就可以使制出的完全获释微元件具有精确的预定形状。
另外，一优选实施例有助于对完全获释的微元件执行制出后的搬运。例如，在一优选实施例中，可制出完全获释的微元件，并用约束构件来将该完全获释微元件约束到其对应的衬底上，以便于在制出后对其进行搬运，该搬运过程例如包括将完全获释微元件运送到顾客手中。为了能进一步便于在制出后对完全获释微元件进行搬运，本发明的一优选实施例被设计成“托盘”的形式，在该“托盘”上约束了一个或多个微元件。参见图10，图中表示了一个示例性的托盘1000。托盘上约束着多个完全获释的微元件，其中的微元件例如为1002和1004。如图所示，分别通过约束构件1003和1005将完全获释微元件1002和1004约束到托盘1000上。从图10中还可以看出，在托盘1000内可按照嵌套的形式设置完全获释微元件。例如，完全获释微元件1006通过约束构件1007被约束到微元件1004上，而微元件1004反过来再被约束于托盘1000上。当然，其中的微元件1004例如也可以在实际上是一衬底，在该衬底上约束着一个或多个其它的衬底或微元件—例如是微元件1006。托盘1000上可包括任意数目个这样的基底(例如为衬底和/或微元件)，且这些基底以理想的方式布置在托盘1000上。例如，可通过合适的方式将微元件1002和1004布置到托盘1000上，以便于对其执行定位组装。举例来讲，在发明名称为“用于自复制平台的系统和方法”的、申请序列号为09/569330号的美国专利申请中就公开了这样的自复制组装操作，上述的申请与本申请均未审结，且都转让于本申请人。
在一最佳实施例中，托盘100的尺寸约为1厘米见方。但是，托盘1000可被设计成具有任何所需的尺寸，且任何这样的设计都应当是在本发明的范围内。这样的托盘将有助于对其所约束的一个或多个微元件进行搬运。例如，在托盘1000上可设计出一“手柄”，这样的“手柄”例如公开在发明名称为“用于微元件的抓持器以及互补手柄”的、申请序列号为09/569329号的美国专利申请中，该申请与本申请均未审结，且都转让于本申请人，其中，所述手柄使得工作人员可利用一抓持装置(例如为镊子)夹持住该手柄，以便于用托盘1000执行拾取—放置操作。举例来讲，可将某些完全获释微元件—例如微元件1002和1004设计成不带有手柄，而是将手柄设置在托盘1000上，从而，通过使抓持装置能抓持住该托盘1000上的手柄，以便于根据需要抓起一放下托盘1000，就能便于对所述微元件进行搬运。这样，由于微元件上未设置有这样的手柄，所以整个微元件—例如微元件1002和1004的尺寸就可以小于“手柄”，且设置在托盘1000上的手柄将有助于抓持和搬运该托盘1000。
另外，托盘1000上的约束构件可被设计为可重复利用的。例如，这样的约束构件可被设计成平面(in-plane)挤压连接器的形式，这种连接器公开在发明名称为“用于联接微元件的系统和方法”、申请序列号为09/570170号的美国专利申请中，该申请与本申请均未审结，且都转让于本申请人，其中，所述约束构件可被移动到一位置上而解除约束件对微元件的约束，且所述约束件可在随后移回到实现约束的位置上。因而，托盘1000最好是能重复使用的，用于对其上所约束的完全获释微元件进行搬运。举例来讲，托盘1000上可约束着第一组完全获释微元件。可对这些微元件解除约束(例如，通过移走由托盘上约束构件形成的约束件)，从而将这组微元件从托盘1000上取走(例如可用这组微元件执行组装操作)。之后，可在托盘1000上约束一第二组完全获释微元件。也就是说，可在由移走的第一组完全获释微元件所留下的空位上设置第二组完全获释微元件，并对约束构件进行定位来将该第二组微元件约束到托盘1000上。这种对托盘的重复利用是有利的例如能以很低的成本实现其所约束的微元件在定位布置上的一致性。
考虑到上述内容，一托盘—例如为托盘1000将有助于对制出后的完全获释微元件进行处理，其处理方式能减少这些微元件被丢失、错位、损坏和/或误搬运的可能性。例如可用一托盘将完全获释的微元件运送到顾客手中，其中，这些微元件是按照理想的方式预先设置/预先定位在该托盘上的，微元件的设置/定位方式例如便于用这些微元件执行定位组装操作。另外，该托盘可被设计成带有可重复使用的约束件，从而能低成本地实现定位的一致性。
尽管上文对本发明及其优点作了详细的描述，但可以理解在不悖离本发明设计思想和保护范围的前提下，可对本发明的内容作多种形式的改动、替换和变更，其中，本发明的保护范围由所附的权利要求书限定。另外，本申请的范围并不仅限于本说明书中所描述的过程、机构、制造、事件组成、装置、方法以及步骤的特定实施例。本领域普通技术人员从本发明的公开内容很容易认识到根据本发明，可利用目前存在的、或以后要发展出的过程、机构、制造、事件组成、装置、方法以及步骤，以此来实现与本文所述对应实施例基本相同的功能或达到基本相同的技术效果。因此，所附权利要求的范围应当涵盖这些过程、机构、制造、事件组成、装置、方法以及步骤。
权利要求
1.一种处理微元件的方法，所述方法包括步骤制出至少一个微元件，其从一衬底获得释放；以及对所述至少一个获释后的微元件进行约束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述制造至少一个脱离衬底的微元件的过程不包括破坏所述至少一个微元件与所述衬底之间物理联接的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述约束步骤包括将所述至少一个获释微元件限制到某一预定区域的过程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述约束步骤包括将所述至少一个获释微元件约束于一基底的过程。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述基底是一衬底。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述基底是另一个微元件。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述基底是一托盘。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述约束步骤还包括步骤将一垂直约束构件的至少一部分悬于所述至少一个获释微元件的上方，用以限制所述至少一个获释微元件相对于所述基底的垂直方向运动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述垂直约束构件的至少一部分包括至少一个搭片，该搭片悬于所述至少一个获释微元件的上方。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述约束步骤还包括步骤设置至少一个水平约束构件，用于限制所述至少一个获释微元件相对于所述基底的横向移动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述至少一个水平约束构件限制所述至少一个获释微元件相对于所述基底的横向平动。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述至少一个水平约束构件限制了所述至少一个获释微元件相对于所述基底的横向转动。
13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述约束步骤允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底有一定的容许移动量。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述约束步骤允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有约1μm的垂直方向移动量。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述约束步骤允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有约1μm的横向移动量。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述约束步骤包括在所述制造步骤中，对所述至少一个微元件进行约束。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述约束步骤还包括在将所述至少一个微元件暴露于一种释放剂中、从而使所述微元件脱离所述衬底的过程中，对所述至少一个微元件进行约束。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤解除对所述至少一个获释微元件的约束。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述解除约束的步骤包括移动所述至少一个约束构件，以使所述至少一个获释微元件能脱离所述至少一个约束构件对其的约束。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述解除约束步骤包括向所述至少一个约束构件施加足够大的作用力，以使所述至少一个约束构件发生挠曲，从而能使所述至少一个获释微元件脱离所述至少一个约束构件对其的约束。
21.一种用于搬运微元件的装置，所述装置包括一基底，至少有一个微元件从该基底获得释放；以及至少一个约束构件，用于将所述至少一个获释微元件约束到所述基底上。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件包括至少一个垂直约束构件，其被设置成这样所述垂直约束构件上的至少一个部分悬于所述至少一个微元件的上方，用于限制所述至少一个微元件相对于所述基底的垂直方向移动。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于所述垂直约束构件上的所述至少一个部分包括至少一个搭片，其悬于所述至少一个微元件上方。
24.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件包括至少一个水平约束构件，其被用来限制所述至少一个微元件相对于所述基底的横向移动。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于所述至少一个水平约束构件限制所述至少一个微元件相对于所述基底的横向平动。
26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于所述至少一个水平约束构件限制所述至少一个微元件相对于所述基底的横向转动。
27.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件被设置成在所述至少一个微元件从一衬底释放出来的过程中，其可对所述至少一个微元件进行约束。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件被设置成在将所述至少一个微元件暴露于一种释放剂、从而使所述微元件脱离所述衬底的过程中，其可对所述至少一个微元件进行约束。
29.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件被设置成在需要时允许解除对所述至少一个获释微元件的约束。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件是可动的。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件可被移动到某一位置，在该位置上可解除所述基底对所述至少一个获释微元件的约束。
32.根据权利要求29所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件是柔性的。
33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件可挠曲变形到某一状态，在该状态下，可解除所述基底对所述至少一个获释微元件的约束。
34.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件被设置成可将所述至少一个获释微元件约束于某一预定区域上。
35.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述基底是一衬底。
36.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述基底是另一微元件。
37.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述基底是一托盘。
38.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个微元件被设置成允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底有一定的容许移动量。
39.根据权利要求38所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件被设置成允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有约1μm的垂直方向移动量。
40.根据权利要求38所述的装置，其特征在于所述至少一个约束构件被设置成允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有约1μm的横向移动量。
41.一种系统，其包括至少一个微元件，该微元件从一衬底获得释放；以及用于将所述微元件约束到一基底上的装置。
42.根据权利要求41所述的系统，其特征在于用于实现约束的所述装置包括至少一个垂直约束构件，其被用来限制所述至少一个微元件相对于所述基底的垂直方向移动。
43.根据权利要求41所述的系统，其特征在于用于实现约束的所述装置包括至少一个水平约束构件，其被用来限制所述至少一个微元件相对于所述基底的横向移动。
44.根据权利要求43所述的系统，其特征在于所述至少一个水平约束构件可限制所述至少一个微元件相对于所述基底的横向平动。
45.根据权利要求43所述的系统，其特征在于所述至少一个水平约束构件可限制所述至少一个微元件相对于所述基底的横向转动。
46.根据权利要求41所述的系统，其特征在于所述约束装置被设置成在所述至少一个微元件从一衬底释放出来的过程中，其可对所述至少一个微元件进行约束。
47.根据权利要求46所述的系统，其特征在于所述约束装置被设置成在将所述至少一个微元件暴露于一种释放剂、从而使所述微元件完全脱离所述衬底的过程中，其可对所述至少一个微元件进行约束。
48.根据权利要求41所述的系统，其特征在于所述约束装置是可动的。
49.根据权利要求48所述的系统，其特征在于所述约束装置可被移动到某一位置，在该位置上可解除所述基底与所述至少一个完全获释微元件的约束。
50.根据权利要求41所述的系统，其特征在于用于实现约束的所述装置被设置成将所述至少一个获释微元件约束到某一预定区域上。
51.根据权利要求41所述的系统，其特征在于所述基底是一衬底。
52.根据权利要求41所述的系统，其特征在于所述基底是另一微元件。
53.根据权利要求41所述的系统，其特征在于所述基底是一托盘。
54.根据权利要求41所述的系统，其特征在于用于实现约束的所述装置被设置成允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有一容许的移动量。
55.根据权利要求54所述的系统，其特征在于用于实现约束的所述装置被设置成允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有约1μm的垂直方向移动量。
56.根据权利要求54所述的系统，其特征在于用于实现约束的所述装置被设置成允许所述至少一个获释微元件相对于所述基底具有约1μm的横向移动量。
全文摘要
本发明公开一种对与一衬底完全脱离的微元件进行约束的系统和方法，对完全获释微元件进行处理。其设置了一些约束构件，构件能将微元件约束到衬底上，微元件就是从衬底上完全脱离出来的。在制造过程中，约束构件有助于在微元件从其衬底相分离时将微元件保持在衬底上。另外，其还可设置一些约束构件，适于将完全获释微元件约束到基底上，在微元件的制造完全之后对其处理。为了能进一步便于对完全获释微元件制出后处理，可将一优选实施例设计成“托盘”的形式，其上约束着一个或多个微元件。另外，一优选实施例中的约束构件能使得完全获释的微元件在需要时能脱离所述的约束件，但却能防止完全获释的微元件在无意中脱离所述约束件。
文档编号B81B3/00GK1441749SQ01812786
公开日2003年9月10日 申请日期2001年7月12日 优先权日2000年7月14日
发明者马修·D·艾利斯, 埃里克·G·帕克, 乔治·D·斯基德莫尔 申请人:奇维克斯公司