(57)【要約】【課題】  マイクロ技術デバイスに関し、例えば接着や溶接といったような従来技術における脱ガスというリスクを導入することがないようにして、組立を行うこと。【解決手段】  本発明は、少なくとも２つの部材（３２，４０）を具備してなるマイクロ技術デバイスに関するものであって、各部材が、磁界生成手段（３４，４２）を備え、部材どうしが、それらの磁界生成手段の間の磁気的相互作用によって、互いに直接的に固定されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの部材（１４，１８；３２，４０）を具備してなるマイクロ技術デバイスであって、
前記各部材が、磁界生成手段（１０，２０；３４，４２）を備え、
前記部材どうしが、それらの磁界生成手段の間の磁気的相互作用によって、互いに直接的に固定されていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
少なくとも一方の部材の前記磁界生成手段（１０，２０；３４，４２）が、この部材（１４，１８；３２，４０）のうちの、固定すべき他方の部材に対して接触することとなる表面上に、配置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項２記載のデバイスにおいて、
前記磁界生成手段（１０，２０；３４，４２）の各々が、対応する部材（１４，１８；３２，４０）のうちの、固定すべき他方の部材に対して接触することとなる表面上に、配置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
前記磁界生成手段（１０，２０；３４，４２）が、少なくとも１つの磁化可能材料を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項４記載のデバイスにおいて、
前記磁化可能材料が、サマリウム−コバルト、アルミニウム−ニッケル−コバルト、ネオジウム−鉄−ホウ素、コバルト−白金−リン、コバルト−白金、または、ニッケル−鉄、というタイプの磁気的合金であることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
前記磁界生成手段（１０，２０；３４，４２）が、電磁石を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
第１部材（１４，１８；３２，４０）が、第１手段を備え、
この第１手段が、磁界を生成し得る組成物（１２）からなる第１マトリクス（１０，２０；３４，４２）を有していることを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項７記載のデバイスにおいて、
第２部材（１４，１８；３２，４０）が、第２手段を備え、
この第２手段が、磁界を生成し得る組成物（１２）からなる第２マトリクス（１０，２０；３４，４２）を有していることを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項８記載のデバイスにおいて、
前記第１マトリクスと前記第２マトリクスとが、互いに重ね合わせ可能なものとされていることを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
請求項８または９記載のデバイスにおいて、
前記第２手段が、第３マトリクス（３６，４４）を有していることを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
前記部材が、基板ウェハ（１４，３２，５６）を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載のデバイスにおいて、
前記基板ウェハ（５６）に対して、互いに異なる複数のマイクロ技術素子（５２，５４）が設置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
請求項１１記載のデバイスにおいて、
前記基板ウェハ（１６，３２）に対して、前記第１部材上に重ね合わせ可能とされたマイクロ技術素子ウェハ（１８，４０）が設置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
２つの部材（１４，１８；３２，４０；５６，５２，５４）を具備してなるマイクロ技術デバイスの組立方法であって、
前記各部材に、磁界生成手段を形成し、
前記磁界生成手段どうしの間の磁気的相互作用によって、前記２つの部材を、組み立てることを特徴とする組立方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の組立方法において、
前記部材（１４，１８；３２，４０；５６）を、平面を有するものとし、
前記磁界生成手段を、磁気材料の成膜によって形成することを特徴とする組立方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載の組立方法において、
前記部材（１４，１８；３２，４０；５６）を、平面を有するものとし、
前記磁界生成手段を、電磁石をなす複数層の成膜によって形成することを特徴とする組立方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記磁界生成手段を、前記部材（１４，１８；３２，４０；５６，５２，５４）上への磁気素子の搬送によってあるいは電磁石の搬送によって、形成することを特徴とする組立方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の組立方法において、
第１部材（３２）の第１手段を、組成物からなる第１マトリクス（３４）を備えたものとし、
第２部材（４０）の第２手段を、組成物からなる第２マトリクス（４２）を備えたものとし、
前記第１マトリクス（３４）と前記第２マトリクス（４２）とを、互いに重ね合わせ可能なものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の組立方法において、
前記第１手段を、前記第２マトリクス（４２）上に重ね合わせ可能なものとされた組成物からなる第３マトリクス（３６）を備えたものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の組立方法において、
さらに、前記第１マトリクス（３４）と前記第２マトリクス（４２）との相互作用によって、前記２つの部材（３２，４０）の位置合わせを行うことを特徴とする組立方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の組立方法において、
前記第１マトリクス（３４）と前記第３マトリクス（３６）との一方をなす組成物を電磁石とし、
この電磁石の制御によって、前記部材（３２，４０）の動的な位置合わせを行うことを特徴とする組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にマイクロ技術に基づくような、小型化デバイスの組立および取付に関するものである。本発明の１つの特別の応用は、様々な光学素子や電気素子や機械素子やオプトエレクトロニクス素子の位置合わせである。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの様々な素子は、通常、支持体または基板上において、機械的固定技術や接着技術や溶接技術を使用して、組み立てられる。これら３つの技術は、マイクロ技術に基づくような光学素子や電気素子や機械素子の小型化に際して、様々な欠点を有している。
【０００３】
例えば、接着は、広く使用されている技術である。特に、光によって架橋するような接着剤を使用した接着は、広く使用されている技術である。なぜなら、素子どうしを固定する前に、素子どうしを位置合わせし得るからである。しかしながら、接着プロセスは、外因性組成物を追加することのために、素子の信頼性を低減させる。例えば、特にエポキシ系樹脂の場合のように、接着剤からの脱ガスが、レーザーダイオードの近傍において起こった場合には、問題は深刻である。というのは、光源の発光表面上に、脱ガスによって発生した物質が、付着してしまうからである。
【０００４】
また、溶接が、広く使用されている。特に、溶接においては、『フリップチップ』技術の場合には、素子を自己位置合わせすることができる。その場合、溶融可能なボールが、複数のメタライズ領域からなるマトリクス上に配置され、加熱される。溶融したボールの表面張力が、素子上においておよび支持体上において、マトリクスどうしの重ね合わせを引き起こす。他方、溶接技術においては、液体流またはガス流の使用が必要とされる。このことは、また、素子の信頼性を低減させる。さらに、溶接の場合には、デバイスは、１００℃以上にまで加熱されなければならない。このことは、ある種の素子を劣化させる。
【０００５】
機械的固定技術は、マイクロ技術素子の性質を変更しない。しかしながら、付加的な嵩高い部材を挿入する必要がある。このことは、デバイスの支持領域を増大させる。このような挿入は、必ずしも可能なものではない。特に、様々な素子を互いに近接させて配置するような場合には、可能ではない。さらに、このタイプの組立であると、事前的な位置合わせを正確に行うことができない。
【０００６】
米国特許第６，０４９，９４７号明細書には、位置合わせを容易なものとするための磁石を含有したツールが開示されている。しかしながら、この構造は、長尺のものであるとともに、実施に際して高価なものである。
【特許文献１】米国特許第６，０４９，９４７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、公知技術における様々な欠点をもたらすことなく、マイクロ技術に基づく様々な小型化素子を、組み立てたり位置合わせしたり（あるいは、自己位置合わせしたり）固定したりするのに使用し得るような方法を探求するものである。
【０００８】
本発明の一見地においては、本発明は、手段または構造の磁気的相互作用によって互いに固定されて組み立てられた複数の部材を具備してなるマイクロ技術デバイスに関するものである。このような取付特性の選択に基づき、本発明においては、固定時に部材の特性を変化させることなく、部材どうしを互いに位置合わせすることができる。
【０００９】
部材は、マイクロ技術において公知であるような様々な部材とすることができる。とりわけ、部材は、素子ウェハに対して固定されることとなる基板とすることができる、あるいは、１つまたは複数の素子に対して固定されることとなる基板とすることができる。
【００１０】
また、様々な素子どうしを互いに固定することができる。『素子』とは、例えば、レンズや、レーザーチップや、エミッタや、光ファイバやオプトエレクトロニクス支持体等の機械的素子、を意味している。
【００１１】
磁気的相互作用手段は、磁化可能材料や、磁化した合金や、電磁石、とすることができる。磁気的相互作用手段は、例えば個別組成物の成膜や搬送によって、固定されるべき部材の表面に配置された構造とすることができる。磁気的相互作用手段は、形状という観点から、あるいは、構成部材の性質という観点から、あるいは、全体的形状という観点から、互いに同じ性質のものとも、また、相補的な性質のものとも、することができる。
【００１２】
磁気的相互作用手段は、好ましくは、磁界を生成し得る複数の組成物からなるマトリクスを備えている。これにより、正確な位置合わせを行うことができる。マトリクスどうしを重ね合わせることができる。他の実施形態においては、構造は、さらに、電磁石からなる第２マトリクスを備えている。これにより、動的な位置合わせを行うことができる。
【００１３】
本発明は、また、マイクロ技術デバイスをなす各部材の磁気的相互作用によって組立を行うための方法に関するものである。組立は、好ましくは、部材どうしの受動的なあるいは動的な位置合わせによって、達成される。
【００１４】
有利には、部材上に磁化可能な手段または磁化された手段を形成するというステップを行った後に、磁気的相互作用による組立ステップが行われる。磁気的相互作用手段は、磁化された合金または電磁石をなす複数の層を成膜することによって、あるいは、個別組成物を搬送することによって、形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面は、本発明を明瞭に理解することを補助するであろう。しかしながら、添付図面は、単なる例示のためのものであって、本発明を何ら限定するものではない。
【００１６】
本発明は、例えば支持体上において、組立対象をなす各部材内に備えられた磁化可能手段どうしの間の磁気的相互作用によって、組立対象をなす部材どうしの位置合わせと固定とを提供する。
【００１７】
いくつかの技術を使用することにより、組み立てるべき複数の部材に対して、十分に強力な磁界を生成し得る手段を一体化させることができ、これにより、部材どうしを固定することができる。このようにして形成された構造のサイズは、マイクロ技術に適合したままである。
【００１８】
よって、本発明のある好ましい実施形態においては、磁化した領域または磁化可能な領域または電磁石を有した領域が、基板上に、あるいは、他の任意の電子的なまたは光学的なまたはオプトエレクトロニクス的なまたはマイクロ機械的な素子上に、あるいは、マイクロ技術において従来から使用されている他の任意の素子上に、形成される。これにより、位置合わせを改良することができる。これは、個々の組成物の搬送によって、あるいは、材料層の成膜によって、あるいは、基板上におけるエッチングといったようなリソグラフィー的機械加工技術によって、行うことができる。
【００１９】
１）例えば、組成物ユニットは、サマリウム−コバルトまたはアルミニウム−ニッケル−コバルトまたはネオジウム−鉄−ホウ素といったようなタイプの磁気的合金内において、機械加工される。これら金属は、磁気的なものと称される。それは、それら金属が、磁界を経験した後においては、強い磁化を維持するからである。組成物は、適切な形状（円形、正方形ウェハ、長尺ストリップ、等）でもって形成され、その後、可能であれば一様な配置パターンでもって、固定されるべき部材上へと、配置される。組成物は、例えば接着や分子接着や熱圧縮や溶接やレーザー溶接や電子ビーム溶接といったような公知技術を使用して、（部材に対して）固定される。
【００２０】
２）例えば、個々の電磁石は、非常に細い銅ワイヤ（典型的には、５０μｍという程度の直径）を巻回することによって、形成される。このような組成物は、例えばプリント回路基板やメタライズされたセラミック回路といったような基板上へと、搬送することができる。電磁石は、さらに、導電性トラックを介して制御システムに対して、接続することができる。同じ配置システムを、上記１）の場合と同様にして、構築することができる。
【００２１】
３）また、コバルト−白金−リンやコバルト−白金やニッケル−鉄といったようなタイプの磁気材料を、電解成膜や気相蒸気プラズマ成膜（ＰＶＤ）によって、固定されるべき部材上において直接的に形成することができる。このようにして形成された磁化領域は、例えばエッチングといったようなマイクロエレクトロニクスに基づくリソグラフィー技術によって、幾何形状を構築することができる。このタイプのプロセスは、数μｍという厚さのものを形成することができる。
【００２２】
４）また、粉末の磁気材料を含有した樹脂を、マイクロ技術素子の表面上に、成膜することができる。これにより、数十μｍという厚さでもって、パターンを形成することができる（例えば、Cho HJ 氏および Ahn CH 氏による“Microscale resin-bonded permanent  magnets for magnetic micro-electro-mechanical systems applications”, Journal of Applied Physics 2003; 93(10): 8674-76 という文献を参照されたい）。
【００２３】
５）複数層電磁石からなる成膜は、リソグラフィー技術を使用して形成することができる。これにより、例えば銅といったような材料からなるコイルと同様の形状を得ることができる。この構成においては、電磁石と制御システムとを接続する導電性トラックは、通常、同じ技術を使用して、基板上に形成される。
【００２４】
６）『マイクロ磁石』の厚さを増大させることが好ましい場合には、他のプロセスを考慮することができる。例えば、パルス型レーザーによるＮｄ−Ｆｅ−Ｂの成膜は、４０〜５０μｍという厚さをもたらすことができる（Nakano M 氏他による“Fabrication of     Nd-Fe-B thick film magnets by high speed PLD method”, IEEE Transaction on      Magnetic 2003; 39(5): 2863-65 という文献を参照されたい）。
【００２５】
上述した様々な製造手法を使用することにより、磁界を生成し得る小さな領域を得ることができる。ただし、面積が小さいけれども、そのような領域による磁気力は、マイクロ技術素子を所定位置に維持し得るに十分な程度に、強力なものである。より詳細には、搬送技術（上記手法１）および２））を使用して得られた磁石は、従来と同様に、１ｍｍ２ という程度の面積と０．５ｍｍという高さとを有することができ、１ｍｍという程度のピッチでもって容易に所定に配置することができる。マイクロエレクトロニクス技術の場合には、例えば、０．５×０．５ｍｍ２ よりも小さな表面積を有した磁石が可能であり、その場合の高さは、５〜５０μｍであり、ピッチは、１００μｍである。
【００２６】
例えば、電解成膜によってＣｏＰｔを成膜することにより、約１００μｍ２ という面積でもって５μｍ厚さの磁石を形成することができ、数Ｎすなわち数ｍｇ／ｍｍ２ という力を形成することができる。このような力は、小型化素子にとっては、十分に大きなものである。小型化素子は、典型的には、０．５ｍｍ厚さのシリコンピースであり、面積が１ｍｍ２ であるとともに、質量は、約１ｍｇである。
【００２７】
好ましくは、このように形成された領域は、図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示すように、マトリクスの形態でもって、磁気的手段または磁気的構造を形成する。特に、マトリクス１０は、複数の正方形磁石１２ａからなるストリップから構成することができる（図１Ａ）。あるいは、支持体１４上に延在する互いに平行なストリップ１２ｂからなる配列から構成することができる（図１Ｂ）。あるいは、固定されるべき部材１４の表面１６上において複数の円形磁石１２ｃからなる規則的メッシュから構成することができる（図１Ｃ）。複数の磁石は、表面上に設置することも、また、図１Ｄに示すように『埋設』することも、できる。言い換えれば、複数の磁石１２ｄは、支持体１４内に埋設することができる。これにより、支持体の表面１６を、フラットなものとすることができる。
【００２８】
好ましくは、素子１８が、基板１４上に固定される場合には、各部材（すなわち、素子および基板）の磁気手段１０，２０は、互いに重ね合わせ可能とされかつ互いに逆極性とされたマトリクスから構成することができる。これにより、図１Ａおよび図１Ｂに概略的に示すように、互いに引き付けあうものとすることができる。
【００２９】
２つの部材１４，１８の組立時には、マトリクス１０，２０が概略的に重なり合うように非常に粗い位置合わせを行うだけで、互いに接触させるべき表面１６，２２どうしを十分に近接させて、生成した磁気力によって、マトリクス１０，２０をより正確に位置合わせすることができる。すなわち、基板１４上に素子１８を自己位置合わせすることができる。これにより、１μｍよりも良好な精度でもって、位置合わせを行うことができる。表面１６，２２を互いに接触させることにより、磁気的引力を最大化させることができ、これにより、素子１８を所定位置に維持することができて、位置合わせを維持することができる。
【００３０】
図示された磁石の厚さが、実際のスケールとは異なることは、明らかである。また、用途に応じて、マトリクスは、部材の表面から浮き上がったものとされる。あるいは、マトリクスは、埋設することができ（図１Ｄ）、表面１６を面一なもの（フラットなもの）とすることができる。つまり、部材１４，１８間のクリアランスは、調節可能である。
【００３１】
マトリクス１０，２０の磁気要素１２の形状は、互いに同一のものとすることができる。しかしながら、組み立てるべき面上におけるサイズ的制約に応じて、わずかに異なるものとすることもできる。例えば、図１Ｃを参照されたい。すなわち、円形磁石１２ｃからなるマトリクス１０を、正方形磁石１２ａからなるマトリクス２０上に重ね合わせることができる。また、自己位置合わせ性能を向上させ得るよう、互いに相補的な形状を選択することもできる。例えば、一方の部材上において、環状の磁石を使用することができる。
【００３２】
この例においては、『磁気要素』という用語が、まず最初に磁石を示していること、さらには、上述したような様々な他の可能性をも包含していることは、明瞭である。特に、マトリクス１０，２０の一方または双方は、部分的にまたは全体的に電磁石から構成することができる。これにより、磁気的引力を、電気的制御によって制御することができる。
【００３３】
図２に示すデバイス３０は、このタイプの構成の特別の一例を形成している。有利にはウェハの形態とされた素子３２は、例えば基板であって、複数の電磁石３４からなる第１マトリクスを備えている。接触させるべき表面３８上には、オフセットマトリクス３６が設けられている。この構成を使用することにより、基板３２上に素子４０を成膜する際にまたは成膜した後に、複数の電磁石からなるマトリクス３４，３６の一方または双方を起動することによって、電気的にかつ動的に制御された位置合わせを行うことができる。よって、基板３２上における素子４０の位置は、成膜中にまたは成膜後に、修正することができる。
【００３４】
また、図２には、必須ではないものの追加的な構成として、素子４０上に、２組をなす磁石４２，４４を設けることが示されている。互いに固定すべき２つの部材３２，４０の一方を変更することができる。すなわち、２つの異なる位置合わせの可能性をもたらしている。
【００３５】
このタイプの動的位置合わせにおいては、また、磁気的手段の性質を組み合わせることができ、受動性と能動性とを組み合わせた位置合わせシステムを形成することができる。これにより、微細な位置合わせ修正を行うことができる。例えば、磁化組成物からなるマトリクスによって、電磁石３４，３６または４２，４４からなるマトリクスの一方を交換することにより、微細な位置合わせ修正を行うことができる。
【００３６】
上述した位置合わせ技術および組立技術は、任意の種類の部材に対して適用することができる。例えばマイクロレーザーチップやレンズやエミッタといったような光学的素子や、例えば光ファイバ支持体といったような機械的素子を、基板に対して関連づけることができる、あるいは、互いに対して関連づけることができる。あるいは、オプトエレクトロニクス素子を、検出器マトリクスに対して関連づけることができる。
【００３７】
磁石の形状と組み合わせることにより、また、同じ支持体上に、様々な性質を有した組成物どうしを組み立てることができる。図３に示すデバイス５０を参照されたい。デバイス５０においては、互いに異なるマトリクス５８，６０を有した磁化手段を使用することによって、様々なマトリクス５８，６０上において、レンズ５２とレーザーチップ５４とを組み立てることが示されている。
【００３８】
例えば、本発明による方法によって、以下の組成物を固定することができる。すなわち、直径が５００μｍの球形マイクロレンズや、１ｍｍ３ という体積のマイクロレーザーチップや、１ｍｍ幅のマイクロミラーおよびマイクロプリズムや、１ｍｍ×２００μｍという面積のダイオードタイプのレーザー源や、０．５ｍｍ２ という面積のＶＥＣＳＥＬタイプのレーザー源、等を固定することができる。同様に、１〜３０ｃｍという側辺長さを有した５００μｍ厚さの素子ウェハ（特に、マイクロエレクトロニクスにおいて使用されるタイプのシリコン基板）を、固定的に位置決めすることができた。１００μｍ〜１ｍｍというピッチを有した磁石マトリクスを、様々な製品に関して、使用することができる。
【００３９】
本発明による位置合わせ方法および組立方法は、以下のようなものも含めて、複数の利点を有している。
−接着や溶接とは異なり、磁気力によって素子どうしを組み付けることのために、液体流やガス流を一切使用する必要がなく、また、加熱を使用する必要もない。そのため、脱ガスというリスクを導入することがなく、素子の信頼性を低下させてしまうことがない。
−磁気的『フリップチップ』の場合と同様に、支持体上における素子の自己位置合わせを行うことができる。
−電気的制御によって、必要な時点で、あるいは、遅延を使用しつつ、磁気力を活性化させることができる。
−素子を、支持体上において動的に位置合わせすることができ、支持体上における素子の位置を修正することができる。
−磁界を形成し得る手段に基づく金属／金属接触によって、マイクロ技術デバイス内における熱伝導および電気伝導を、改良することができる。
−同じ基板上において、複数の素子を、正確に位置決めして固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明によるデバイスを示す図であって、２つの部材が、互いに離間している。
【図１Ｂ】本発明によるデバイスを示す図であって、２つの部材が、互いに離間している。
【図１Ｃ】本発明によるデバイスを示す図であって、２つの部材が、互いに離間している。
【図１Ｄ】本発明によるデバイスを示す図であって、２つの部材が、互いに離間している。
【図２】動的位置合わせを行い得るような本発明の一実施形態によるデバイスに関し、磁気的手段の構成を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるデバイスを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  磁界生成手段
１４  部材
１８  部材
２０  磁界生成手段
３２  部材
３４  磁界生成手段
４０  部材
４２  磁界生成手段
５２  マイクロ技術素子
５４  マイクロ技術素子
【図１Ａ】
2006041534.tif 000003
【図１Ｂ】
2006041534.tif 000004
【図１Ｃ】
2006041534.tif 000005
【図１Ｄ】
2006041534.tif 000006
【図２】
2006041534.tif 000007
【図３】
2006041534.tif 000008
【外国語明細書】
2006041534.tif 000009
2006041534.tif 000010
2006041534.tif 000011
2006041534.tif 000012
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