專利名稱：用于制造微通道板(mcp)的穿孔大型毛坯晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在圖像增強(qiáng)器中的微通道板(MCP)，特別涉及一種使用穿孔(perforated)大型毛坯(mega-boule)晶片制造微通道板的裝置和方法。
背景技術(shù)：
微通道板在圖像增強(qiáng)器中用作電子倍增器。它們是具有貫穿其延伸的通道陣列的薄玻璃板，并且它們位于光電陰極和熒光屏之間。從光電陰極入射的電子進(jìn)入微通道板的輸入側(cè)并撞擊通道壁。當(dāng)電壓施加于微通道板兩端時(shí)，這些入射或初級(jí)電子被放大，產(chǎn)生二次電子。然后二次電子在微通道板的后端離開(kāi)通道，并用于在熒光屏上產(chǎn)生圖像。
一般情況下，微通道板的制造開(kāi)始于纖維拉制工藝，如在1990年3月27日授予Ronald Sink的美國(guó)專利No.4912314中所公開(kāi)的，這里引入這篇文獻(xiàn)的全文作為參考。為了方便起見(jiàn)，這里包括了美國(guó)專利No.4912314中所公開(kāi)的

圖1-4，并在下面進(jìn)行討論。
在圖1中，示出了用于微通道板的起始纖維10。纖維10包括玻璃芯12和包圍玻璃芯的玻璃包層14。芯12由玻璃材料構(gòu)成，并且該玻璃材料可以在合適的刻蝕液中刻蝕。玻璃包層14由玻璃材料構(gòu)成，該玻璃材料具有與玻璃芯基本上相同的軟化溫度。然而，包層14的玻璃材料不同于芯12的玻璃材料的地方在于它具有更高的鉛含量，這使得在用于刻蝕芯材料的相同條件下包層不能被刻蝕。因此，在刻蝕玻璃芯之后，包層14保持不變。合適的包層玻璃是鉛型玻璃，如Corning玻璃8161。
用以下方式形成光學(xué)纖維可刻蝕的玻璃棒和同軸地包圍該棒的包層管垂直地懸掛在拉絲機(jī)(draw machine)中，該拉絲機(jī)并入了區(qū)域(zone)爐。將爐子的溫度升高到玻璃的軟化溫度。棒和管熔和在一起并被拉制成單個(gè)纖維10。將纖維10饋送到牽引機(jī)構(gòu)中，在牽引機(jī)構(gòu)中調(diào)節(jié)速度，直到達(dá)到所希望的纖維直徑為止。然后將纖維10切割成大約18英寸的較短長(zhǎng)度。
然后將幾千個(gè)切割長(zhǎng)度的單個(gè)纖維10堆疊成模子，并在玻璃的軟化溫度下加熱，從而形成六邊形陣列16，如圖2所示。如圖所示，每個(gè)切割長(zhǎng)度的纖維10具有六邊形結(jié)構(gòu)。該六邊形結(jié)構(gòu)提供更好的堆疊設(shè)置。
該六邊形陣列還公知為多組件或捆，其包括幾千個(gè)單個(gè)纖維10，每個(gè)纖維10具有芯12和包層14。捆16垂直地懸掛在拉絲機(jī)中并被拉制，以便再次減小纖維直徑，同時(shí)仍然保持單個(gè)纖維的六邊形結(jié)構(gòu)。然后將捆16切割成大約6英寸的較短長(zhǎng)度。
將幾百個(gè)切割的捆16包裝到精確內(nèi)徑穿孔玻璃管22中，如圖3所示。該玻璃管具有高鉛含量，并由類似于玻璃包層14的玻璃材料構(gòu)成，因此不能被用于刻蝕玻璃芯12的刻蝕工藝來(lái)刻蝕。鉛玻璃管22最終變?yōu)槲⑼ǖ腊宓墓腆w邊緣邊界。
為了保護(hù)每捆16的纖維10，在用于形成微通道板的處理期間，將多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置在玻璃管22中，以便代替形成組件外層的那些捆16。支撐結(jié)構(gòu)可以采取任何材料的六邊形棒的形式，所述材料具有所需的強(qiáng)度以及與玻璃纖維熔合的能力。每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)可以是單個(gè)光學(xué)玻璃纖維24，其具有六邊形形狀和與捆16中的一個(gè)的橫截面面積大致相同的橫截面面積。然而，單個(gè)光學(xué)玻璃纖維具有都是不能被刻蝕的芯和包層。光學(xué)纖維24或支撐棒24示于圖3中，如位于組件30的外圍并包圍多個(gè)捆16。
支撐棒可以由一個(gè)光學(xué)纖維或高達(dá)幾百的任何數(shù)量的纖維形成。一個(gè)支撐棒24的最終幾何結(jié)構(gòu)和外部直徑基本上與一個(gè)捆16相同?？梢杂门c形成捆16相似的方式來(lái)形成多個(gè)纖維支撐棒。
形成管子22中的最外層纖維的每個(gè)捆16被支撐棒24代替。這優(yōu)選通過(guò)如下方式來(lái)完成靠著捆16的一端設(shè)置支撐棒24的一端，然后緊靠著捆16推動(dòng)支撐棒24，直到捆16位于管子22之外為止。當(dāng)所有外圍捆16都已經(jīng)被支撐棒24代替時(shí)形成的組件被稱為毛坯，并且一般在圖3中表示為30。
毛坯30在加熱工藝中被熔合在一起，以制造邊緣(rim)玻璃和光學(xué)纖維的固體毛坯。然后將熔合的毛坯進(jìn)行切片或劃片成薄橫截面的板。對(duì)切片熔合的毛坯的平坦端面進(jìn)行研磨和拋光。
為了形成微通道，通過(guò)用稀釋的鹽酸進(jìn)行刻蝕來(lái)除去光學(xué)纖維10的芯12。刻蝕毛坯之后，高鉛含量玻璃包層14保持下來(lái)，從而形成微通道32，如圖4所示。而且，支撐棒24保持為固體，并提供從管子22的固體邊緣到微通道32的良好過(guò)渡。
附加工藝步驟包括玻璃毛坯的斜切和拋光。在對(duì)板進(jìn)行刻蝕從而除去芯棒之后，對(duì)毛坯中的通道進(jìn)行金屬化和激活。
如上所述，制造MCP的目前的方法包括堆疊多個(gè)捆，然后將堆疊的捆放在邊緣玻璃的外殼內(nèi)。然后使用不可刻蝕纖維的支撐棒填充可刻蝕纖維的捆和邊緣玻璃(管子22)之間的間隙(interstitial space)，從而形成毛坯。然后以一定角度將毛坯切割成薄晶片，從而產(chǎn)生偏置角度。然后對(duì)晶片進(jìn)行刻蝕、氫氣焙燒，以形成導(dǎo)電層，并進(jìn)行金屬化，以提供電接觸。
將毛坯切割成晶片之后，單獨(dú)處理每個(gè)晶片。晶片的典型尺寸大約為1英寸直徑。這遠(yuǎn)小于目前半導(dǎo)體處理工具的晶片尺寸，因此需要使用定制的制造處理工具。單獨(dú)地處理每個(gè)毛坯晶片導(dǎo)致對(duì)粒子污染非常靈敏的部分的大量接觸勞動(dòng)。因此降低了這些晶片的產(chǎn)量。
本發(fā)明旨在解決使用更有效的制造方法來(lái)制造MCP的需求以及受到較少污染和產(chǎn)量降低少的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足這個(gè)和其它需要，并鑒于其目的，本發(fā)明提供一種用于制造微通道板(MCP)時(shí)使用的大型毛坯。大型毛坯包括橫截面表面，其包括島部分、內(nèi)周邊部分和外周邊部分，每個(gè)部分占據(jù)橫截面表面的不同部分。島部分由相對(duì)于橫截面表面橫向地取向的第一多個(gè)光學(xué)纖維形成，每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯。內(nèi)周邊部分由不可刻蝕材料形成，并設(shè)置成包圍島部分。外周邊部分由相對(duì)于橫截面表面橫向地取向的第二多個(gè)光學(xué)纖維形成，每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯，并且外周邊部分被設(shè)置成包圍島部分和內(nèi)周邊部分。大型毛坯還包括占據(jù)橫截面表面的不同部分的至少另一個(gè)部分。該另一部分由不可刻蝕材料形成，并通過(guò)外周邊部分與內(nèi)周邊部分分離。當(dāng)刻蝕島部分時(shí)，島部分的第一多個(gè)光學(xué)纖維形成用于MCP的橫向微通道，并且當(dāng)刻蝕外周邊部分時(shí)，外周邊部分的第二多個(gè)光學(xué)纖維形成穿孔劈面。外周邊部分和島部分形成MCP，并且外周邊部分包括足夠的橫截面寬度，用于形成穿孔劈面，從而使MCP從大型毛坯斷開(kāi)，并用于防止MCP管芯在MCP制造期間意外地?cái)嚅_(kāi)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括制造微通道板(MCP)的方法，包括以下步驟(a)提供多捆光學(xué)纖維，其中每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯；(b)將多個(gè)捆堆疊以形成至少一個(gè)島部分，限定小型毛坯；(c)堆疊不可刻蝕材料，以包圍該小型毛坯并且形成包圍小型毛坯的內(nèi)部分；(d)堆疊可刻蝕材料，以包圍內(nèi)部分，并形成包圍內(nèi)部分的外部分；(e)堆疊附加的不可刻蝕材料，以包圍外部分并形成外表部分；和(f)將小型毛坯、內(nèi)部分、外部分和外表部分熔合在一起，以形成用于制造MCP的大型毛坯。該方法還可包括以下步驟(g)切割大型毛坯，從而形成多個(gè)大型毛坯晶片，每個(gè)大型毛坯晶片限定一批管芯；和(h)激活和金屬化大型毛坯晶片，用于形成MCP。步驟(h)還可包括刻蝕大型毛坯晶片的外部分，以形成穿孔劈面，并使穿孔劈面破裂，從而從大型毛坯晶片抽取出MCP。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括制造微通道板(MCP)的方法，包括以下步驟(a)堆疊可刻蝕和不可刻蝕光學(xué)材料，以形成多個(gè)小型毛坯，該小型毛坯彼此分開(kāi)并沿著橫截面表面形成分離的島；(b)堆疊不可刻蝕光學(xué)材料，從而包圍多個(gè)小型毛坯并沿著橫截面表面形成多個(gè)內(nèi)周邊部分，每個(gè)內(nèi)周邊部分包圍相應(yīng)的小型毛坯；(c)堆疊可刻蝕和不可刻蝕光學(xué)材料，以便包圍多個(gè)內(nèi)周邊部分，并沿著橫截面表面形成多個(gè)外周邊部分，每個(gè)外周邊部分包圍相應(yīng)的內(nèi)周邊部分；和(d)熔融步驟(a)-(c)堆疊的可刻蝕和不可刻蝕光學(xué)材料，從而形成用于制造MCP的大型毛坯。步驟(c)可以包括堆疊附加的不可刻蝕材料，從而包圍多個(gè)外周邊部分并且沿著橫截面表面形成外表部分。步驟(a)可以包括堆疊光學(xué)纖維，每個(gè)光學(xué)纖維具有由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯。步驟(c)可以包括堆疊光學(xué)纖維，每個(gè)光學(xué)纖維具有由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯。該方法還可包括以下步驟(e)刻蝕多個(gè)外周邊部分中的至少一個(gè)外周邊部分，以便在這一個(gè)外周邊部分中形成穿孔劈面，用于使設(shè)置在這一個(gè)外周邊部分內(nèi)的島和內(nèi)周邊部分?jǐn)嚅_(kāi)。
應(yīng)該理解的是，前面的本發(fā)明的一般性說(shuō)明和下面的詳細(xì)說(shuō)明都是示意性的，而不是限制性的。
附圖簡(jiǎn)述從下面參照附圖的詳細(xì)說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明。附圖包括
圖1是根據(jù)本發(fā)明在制造微通道板時(shí)使用的纖維的局部圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明在制造微通道板時(shí)使用的一捆如圖1所示的纖維的局部圖；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包裝毛坯的剖面圖；圖4是微通道板的部分切除的示意圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使用大型毛坯晶片制造微通道板的方法的流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的包括從單片堆疊體上切下來(lái)的大型毛坯的剖面圖的單片堆疊體的剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的4英寸半導(dǎo)體大型毛坯晶片的剖面圖，表示可從一批管芯中提取十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)18mm MCP；圖8是根據(jù)本發(fā)明的4英寸半導(dǎo)體大型毛坯晶片的剖面圖，表示可從一批管芯中提取14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)16mm MCP；圖9是根據(jù)本發(fā)明的4英寸半導(dǎo)體大型毛坯晶片的剖面圖，表示可從一批管芯中提取28個(gè)矩形MCP；圖10A是根據(jù)本發(fā)明的用于將圖6的單片堆疊體按壓成圓形幾何形狀的相對(duì)弓形按壓的示意剖面圖；圖10B是根據(jù)本發(fā)明的用于將圖6的單片堆疊體按壓成矩形幾何形狀的相對(duì)線性按壓的示意剖面圖；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的被切割成多個(gè)大型毛坯晶片的圖6的單片堆疊體的側(cè)視圖。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及通過(guò)使用對(duì)于常規(guī)晶片制造工具可修改的方法來(lái)形成多個(gè)MCP。更具體地說(shuō)，圖5中示出了本發(fā)明的方法的實(shí)施例，并且一般表示為參考標(biāo)記50。如將要解釋的，該方法形成一批管芯，用于由單個(gè)大晶片形成多個(gè)MCP。該單個(gè)大晶片被稱為大型毛坯晶片，調(diào)節(jié)其尺寸，以使得可以被常規(guī)晶片制造工具容納。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖5并開(kāi)始于步驟51，通過(guò)方法50形成玻璃芯和玻璃包層的纖維。起始纖維10示于圖1中并包括玻璃芯12和玻璃包層14。根據(jù)本發(fā)明，芯12由可刻蝕的材料構(gòu)成，因而隨后可以通過(guò)刻蝕大型毛坯晶片來(lái)除去該芯。玻璃包層14由在允許刻蝕芯12的相同條件下不可刻蝕的材料構(gòu)成。因此，在刻蝕工藝之后，每個(gè)包層保持不變，并成為通過(guò)除去相應(yīng)芯形成的微通道的邊界。
如前所述，合適的包層玻璃是鉛型玻璃，如Corning Glass 8161。在本發(fā)明工藝的后來(lái)階段，在大型毛坯晶片上使用常規(guī)制造工具，還原(reduce)氧化鉛，以激活每個(gè)玻璃包層的內(nèi)表面，從而它們能夠發(fā)射二次電子。
如在美國(guó)專利No.4912314中所述的，這里引入該文獻(xiàn)的全文作為參考，用以下方式形成光學(xué)纖維10將可刻蝕玻璃棒和同軸地包圍玻璃棒的包層管垂直地懸掛在拉絲機(jī)中，該拉絲機(jī)并入了區(qū)域爐子。將爐子的溫度升高到玻璃的軟化溫度。該棒和管子熔融在一起并被拉制成單個(gè)纖維10。將該纖維送到牽引機(jī)構(gòu)中，在那里調(diào)節(jié)速度，直到達(dá)到所希望的纖維直徑為止。然后將纖維10切割成大約18英寸的較短長(zhǎng)度。
該方法然后進(jìn)入步驟52并形成纖維10的多個(gè)六邊形陣列，從而限定多個(gè)捆16，如圖2所示。將幾千個(gè)切割長(zhǎng)度的單個(gè)纖維10堆疊成模子并在玻璃的軟化溫度下加熱，以便形成每個(gè)六邊形陣列，其中每個(gè)切割長(zhǎng)度的纖維10具有六邊形結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解的是，六邊形結(jié)構(gòu)提供更好的堆疊設(shè)置。除了六邊形結(jié)構(gòu)，還可以采用其它結(jié)構(gòu)，如三角形結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)。
六邊形陣列16，還被稱為多組件或一捆，包括幾千個(gè)單個(gè)纖維10，每個(gè)具有芯12和包層14。這種捆16被垂直地懸掛在拉絲機(jī)中，并被拉制以便再次減小纖維直徑，同時(shí)仍然保持單獨(dú)纖維的六邊形結(jié)構(gòu)。然后將捆16切割成大約6英寸的較短長(zhǎng)度。
然后通過(guò)本發(fā)明方法的步驟53堆疊幾百個(gè)切割的捆16以形成單獨(dú)的較大的堆疊體，每個(gè)堆疊體具有預(yù)定的橫截面面積。這里，將包含多捆的預(yù)定橫截面面積的每個(gè)較大堆疊體稱為小型毛坯。通過(guò)還堆疊不可刻蝕玻璃(這里還稱為支撐棒)而在步驟54中繼續(xù)進(jìn)行堆疊，從而該不可刻蝕玻璃包圍每個(gè)小型毛坯。多個(gè)小型毛坯可以堆疊在一起，并且多個(gè)支撐棒可以堆疊在小型毛坯之間并且被堆疊成包圍每個(gè)小型毛坯的周邊。通過(guò)這種方式，每個(gè)小型毛坯通過(guò)支撐棒或通過(guò)不可刻蝕玻璃而與每一個(gè)其他小型毛坯分離。
如圖6所示，將小型毛坯66堆疊成具有圓形橫截面面積(例如)。作為另一例子(圖9)，可以將每個(gè)小型毛坯堆疊成矩形橫截面面積。
方法50在步驟54中繼續(xù)進(jìn)行，以堆疊包圍每個(gè)小型毛坯的不可刻蝕玻璃，如支撐棒。通過(guò)這種方式，不可刻蝕玻璃形成包圍每個(gè)小型毛坯的周邊部分。如圖6所示，小型毛坯66是島，并且每個(gè)島被由不可刻蝕的支撐棒24構(gòu)成的內(nèi)周邊部分67包圍。
現(xiàn)在再次參見(jiàn)圖5，步驟55A堆疊包圍堆疊的不可刻蝕玻璃的可刻蝕玻璃，從而形成包圍每個(gè)小型毛坯的另一周邊部分。然后步驟55B堆疊包圍在步驟55A中堆疊的可刻蝕玻璃的不可刻蝕玻璃。如圖6所示，所述堆疊依次地形成小型毛坯66、不可刻蝕支撐棒24的內(nèi)周邊部分67、和可刻蝕玻璃的外周邊部分69。
該方法繼續(xù)在包圍外周邊部分69的部分64中堆疊不可刻蝕支撐棒24，從而形成大型毛坯62。堆疊可以繼續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到預(yù)定尺寸的橫截面面積為止。預(yù)定橫截面尺寸是可以被常規(guī)晶片制造工具所容納的尺寸的函數(shù)。
大型毛坯62包括空隙區(qū)域64和由多個(gè)不可刻蝕支撐棒構(gòu)成的內(nèi)周邊部分67。每個(gè)不可刻蝕支撐棒24具有高鉛含量，并由類似于玻璃包層14的玻璃材料構(gòu)成，因此，它不能被用于刻蝕玻璃芯12的工藝刻蝕。不可刻蝕玻璃具有與纖維10大約相同的膨脹系數(shù)。在完成本發(fā)明的方法之后，支撐棒24的不可刻蝕玻璃最終變?yōu)槊總€(gè)制造的微通道板的固體邊緣邊界(顯示為如圖6中的內(nèi)周邊部分67)。
應(yīng)該理解，不可刻蝕支撐棒提供支撐結(jié)構(gòu)，以便保護(hù)每個(gè)小型毛坯66。每個(gè)支撐棒可采取具有所需強(qiáng)度和與可刻蝕玻璃纖維熔融在一起的能力的任何材料的六邊形棒(例如)的形式。支撐棒的材料具有與可刻蝕玻璃纖維足夠接近的溫度系數(shù)，以便防止可刻蝕玻璃纖維在溫度變化期間變形。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)支撐棒可以是六邊形(例如)且橫截面面積與一個(gè)捆16的橫截面面積大致一樣大的單個(gè)光學(xué)玻璃纖維(圖3和6)。當(dāng)然，單個(gè)光學(xué)纖維可具有在上述條件下都是不可刻蝕的芯和包層。光學(xué)支撐纖維24示意性地示于圖6中。支撐棒24的芯和包層都由與纖維10的玻璃包層14的材料相同的高鉛含量玻璃材料制成。這些支撐棒24形成了在大型毛坯62上形成的每個(gè)小型毛坯66之間的緩沖層和分離空間。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，支撐棒可具有不同于六邊形的橫截面形狀，只要支撐棒的最終形狀不產(chǎn)生填隙空位(interstitial void)即可。例如，具有三角形或菱形的支撐棒很可能不導(dǎo)致填隙空位。因而，還可以采用這些形狀。
將形成支撐棒24的芯和包層的玻璃棒以及管子懸掛在拉制爐子中并加熱，以便將玻璃棒和管子熔融在一起，并且使熔融的棒和管子充分軟化，以形成每個(gè)支撐棒24。然后將如此形成的支撐棒24切割成大約18英寸的長(zhǎng)度并進(jìn)行第二次拉制，以實(shí)現(xiàn)所希望的幾何結(jié)構(gòu)和較小的外部橫截面直徑，該直徑基本上與捆16的外部橫截面直徑相同。支撐棒還可以由一個(gè)光學(xué)纖維形成，或者由高達(dá)幾千個(gè)纖維的任何數(shù)量的光學(xué)纖維形成。一個(gè)支撐棒的最終幾何結(jié)構(gòu)和外部直徑基本上與一個(gè)捆16相同。應(yīng)該理解，支撐棒可以用任何尺寸和形狀的任何其它玻璃棒代替，只要支撐棒是由不可刻蝕的并且能夠通過(guò)加熱而與可刻蝕捆熔融在一起的材料形成的即可。
應(yīng)該理解，小型毛坯66的橫截面面積可以被堆疊成用戶所希望的那樣大，用于提供預(yù)定有效橫截面面積的相應(yīng)單獨(dú)的MCP。還應(yīng)該理解的是，小型毛坯66的橫截面面積可以限定圓形表面，如圖6所示，或者限定不同幾何形狀的橫截面面積，如矩形表面，如圖9所示。
大型毛坯62包括多個(gè)外周邊部分69，一個(gè)外周邊部分69用于一個(gè)小型毛坯66，如圖6所示。每個(gè)外周邊部分69可以由捆16的堆疊體構(gòu)成。每個(gè)捆16包括很多纖維10，每個(gè)纖維具有芯12和包層14。這些捆被切割成大約6英寸的長(zhǎng)度，并在步驟55A中被堆疊，以形成包圍內(nèi)周邊部分67的外周邊部分69。
應(yīng)該理解的是，外周邊部分可以由六邊形且橫截面面積大致等于或大于一個(gè)捆16的很多單個(gè)光學(xué)玻璃纖維構(gòu)成。單個(gè)光學(xué)玻璃纖維可具有可刻蝕玻璃芯和不可刻蝕玻璃包層。
如將要解釋的，當(dāng)進(jìn)行刻蝕工藝時(shí)，每個(gè)外周邊部分69提供穿孔晶片劈面。然后可從大型毛坯62提取單獨(dú)的小型毛坯66和它們周圍的內(nèi)周邊部分67(最終形成MCP)。該提取可以通過(guò)沿著穿孔設(shè)置差分(differential)壓力來(lái)進(jìn)行，從而使單獨(dú)的MCP管芯從大型毛坯脫離。
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明還構(gòu)思形成外周邊部分69的預(yù)定厚度的光學(xué)玻璃纖維的單個(gè)堆疊行。光學(xué)玻璃纖維各自可具有可刻蝕玻璃和不可刻蝕玻璃包層。在刻蝕玻璃芯之后，不可刻蝕玻璃包層提供穿孔晶片劈面(或幾個(gè)面)，從而允許單獨(dú)的MCP從大型毛坯62斷開(kāi)。
本發(fā)明還構(gòu)思形成外周邊部分69的預(yù)定厚度的可刻蝕玻璃棒的堆疊行。在本實(shí)施例中，玻璃棒具有可刻蝕玻璃芯并且沒(méi)有不可刻蝕玻璃包層。在刻蝕玻璃棒之后，單獨(dú)的MCP可從大型毛坯62分離，而不用施加壓力。
在與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的名稱為“Device and Method for Fabricationof MCPs Using a Mega-Boule Wafer”，系列號(hào)No.的另一申請(qǐng)中，其中介紹了用于使單獨(dú)的MCP脫離大大型毛坯的劃割(scribing)工藝。這里引入這個(gè)另外申請(qǐng)的全文作為參考。在本申請(qǐng)中，例如通過(guò)斷開(kāi)劈面來(lái)有利地進(jìn)行劃割工藝，或者提取工藝，而不用激光劃割。
應(yīng)該理解的是，在半導(dǎo)體晶片處理中，單個(gè)晶體晶片具有晶體結(jié)構(gòu)的劈面特性。沿著這些劈面，通過(guò)裂紋傳播可以很容易地?cái)嚅_(kāi)單晶。在大型毛坯晶片中，這些特性劈面不存在，這是因?yàn)槿嗽旖Y(jié)構(gòu)的性質(zhì)。因此，必須從大型毛坯切除單獨(dú)的MCP。本發(fā)明有利地將劈面引入到該結(jié)構(gòu)中。在大型毛坯的堆疊期間，可以將合適小尺寸的附加可刻蝕纖維引入到包圍每個(gè)單獨(dú)MCP的區(qū)域中。在刻蝕工藝期間，這些纖維被刻蝕掉，只留下包圍每個(gè)單獨(dú)MCP的不同圖形的包層玻璃。在完成所有處理之后，可以將大型毛坯放在劈面上，并且從大型毛坯斷開(kāi)單獨(dú)的板。
轉(zhuǎn)到圖5，在堆疊大型毛坯以具有預(yù)定尺寸的橫截面面積之后，在步驟56中將大型毛坯壓成單片堆疊體。在大型毛坯62懸掛在爐子中時(shí)可以進(jìn)行該壓制步驟?？梢栽谏叩臏囟认聦?duì)爐子進(jìn)行加熱，從而使小型毛坯66的捆16、外周邊部分69的捆16(例如)、內(nèi)周邊部分67的支撐棒24以及空隙區(qū)域64的支撐棒24軟化。在大型毛坯62處于其軟化溫度點(diǎn)時(shí)，壓制步驟在使捆16和不可刻蝕棒24熔融在一起并且形成單片堆疊體時(shí)是有效的。
還應(yīng)該理解的是，單片堆疊體的橫截面面積可以是圓形、矩形、或與半導(dǎo)體晶片制造工具兼容的任何其它幾何形狀。例如，大型毛坯62可以被堆疊形成基本上圓形橫截面形狀，然后，通過(guò)相對(duì)弓形壓力101a-101d壓成圓形單片堆疊體100，如圖10A所示。作為另一例子，大型毛坯62可以被堆疊形成基本上矩形橫截面幾何形狀，然后通過(guò)相對(duì)線性壓力106a-106d壓成矩形單片堆疊體105，如圖10B所示。
將大型毛坯壓成單片堆疊體之后，切割壓制過(guò)的單片堆疊體(100或105)，從而形成與半導(dǎo)體晶片制造工具兼容的橫截面尺寸。例如，可以使該單片堆疊體在車床上或者某種其它機(jī)器上旋轉(zhuǎn)，從而形成圓周68的圓形大型毛坯，如圖6所示。
然后在步驟58中將切割的單片堆疊體劃割或切割成多個(gè)大型毛坯晶片，如圖11中示意性示出的。如圖所示，在橫截面方向劃割單片堆疊體110，以產(chǎn)生多個(gè)大型毛坯晶片112?，F(xiàn)在每個(gè)大型毛坯晶片112已經(jīng)準(zhǔn)備好作為含有多個(gè)MCP的大批量管芯來(lái)處理。應(yīng)該理解的是，以與處理單獨(dú)MCP晶片相同的方式來(lái)處理該大批量管芯(大型毛坯晶片112)。然而，有利地，大批量管芯允許以最少的人力控制和污染同時(shí)制造多個(gè)MCP。
然后本發(fā)明的方法采用通過(guò)在步驟58中劃割形成的每個(gè)大型毛坯晶片，用于在步驟59期間進(jìn)一步處理。對(duì)大型毛坯晶片加熱和刻蝕，以除去小型毛坯66的玻璃芯(圖1中的芯12)和外周邊部分69的玻璃芯。由于小型毛坯66的玻璃包層(圖1中的包層14)和外周邊部分69的玻璃包層以及支撐棒具有比玻璃芯更高的鉛含量，因此，在用于刻蝕玻璃芯的相同條件下，它們是不可刻蝕的。因此，玻璃包層和支撐棒保持不變，并成為用于形成在大型毛坯晶片中的微通道(圖4中的微通道32)的邊界和用于提取單獨(dú)MCP的劈面。刻蝕工藝可以通過(guò)使用稀釋的鹽酸來(lái)進(jìn)行。
然后將大型毛坯晶片放置在氫氣氣氛中，由此還原不可刻蝕鉛玻璃的氧化鉛，以使包層14呈現(xiàn)為發(fā)射電子的。通過(guò)這種方式，在每個(gè)玻璃包層中形成半導(dǎo)電層，并且這層從限定每個(gè)微通道32(圖4)的表面向內(nèi)延伸。
由于支撐棒24成為每個(gè)小型毛坯66的邊界，因此減小了每個(gè)微通道板的有效區(qū)域。通過(guò)這種方式，有較少的通道來(lái)除氣。另外，由于每個(gè)MCP必須被形成為預(yù)定外部直徑，因此它可以容納在圖像增強(qiáng)器管子中，不使用沿著每個(gè)MCP的邊緣的區(qū)域。沿著邊緣的區(qū)域被圖像增強(qiáng)器管子中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遮擋。因此，支撐棒24可以形成包圍每個(gè)小型毛坯66的預(yù)定區(qū)域的邊界。這個(gè)邊界可以是沿著每個(gè)MCP的邊緣的區(qū)域，該區(qū)域被圖像增強(qiáng)器管子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遮擋。
采用薄金屬層作為到大型毛坯晶片的每個(gè)平坦端面的電接觸。這允許在每個(gè)MCP上建立電場(chǎng)，并且為該電場(chǎng)激發(fā)的電子提供入口和出口路徑。
在激活和金屬化之后，每個(gè)大型毛坯晶片可以連接到測(cè)試裝置，由此對(duì)于適當(dāng)?shù)牟僮骺梢詫?duì)大型毛坯晶片中的每個(gè)MCP同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。
如果制造每個(gè)MCP需要單獨(dú)的管芯，則在步驟60中可以對(duì)大型毛坯晶片進(jìn)行處理，以便從大型毛坯晶片提取單獨(dú)的MCP。提取可以通過(guò)沿著外周邊部分的劈面斷開(kāi)來(lái)進(jìn)行，從而使每個(gè)MCP與大型毛坯晶片分離。該提取應(yīng)該優(yōu)選不產(chǎn)生粒子，以便使多個(gè)MCP的污染最小。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有很多。單片堆疊體的形狀和尺寸可以取決于可使用的半導(dǎo)體晶片制造工具的類型。從單片堆疊體劃割下來(lái)的大型毛坯晶片的形狀和尺寸也可以取決于可使用的半導(dǎo)體晶片制造工具的類型。因而，可以避免專用的工具。
此外，可以減少控制和粒子缺陷，因?yàn)樘幚砉ぞ咦詣?dòng)化，并限制了人與MCP管芯的相互作用的量?？梢蕴岣弋a(chǎn)量，因?yàn)樵诖笮兔骶峡梢詫?shí)現(xiàn)MCP管芯更高的封裝密度。這增加了批量大小。
而且，很容易解決不同尺寸MCP的工具固定問(wèn)題，因?yàn)榇笮兔骶潜３謫为?dú)MCP管芯的固定設(shè)備。不同MCP格式可以很容易地結(jié)合到生產(chǎn)線中，因?yàn)榇笮兔骶枪潭ㄔO(shè)備，并且不同MCP尺寸可以容納在單個(gè)大型毛坯晶片中。因此可以避免用于每個(gè)MCP尺寸的特殊工具。盡管堆疊步驟和劃割步驟對(duì)于MCP的不同尺寸要求來(lái)說(shuō)可以是不同的，但是，對(duì)于預(yù)定橫截面面積的批量管芯來(lái)說(shuō)，工具與用于處理大型毛坯晶片的工具是相同的。這減少了資本成本。
此外，在完成所有處理之后，大大型毛坯可以被放置在劈面上，并且可以從大型毛坯斷開(kāi)單獨(dú)的MCP，而不用激光切割。
圖7-9表示用于4英寸半導(dǎo)體大型毛坯晶片的不同批量尺寸。圖7示出10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)18mm MCP，一般表示為72，可以適合在大型毛坯晶片70中。表示為74的空隙區(qū)域是在從4英寸大型毛坯晶片70移除希望的10個(gè)MCP之后留下的不可刻蝕玻璃。
圖8示出14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)16mm MCP，一般表示為82，可以適合在4英寸大型毛坯晶片80中。表示為84的空隙區(qū)域是在從4英寸大型毛坯晶片80移除希望的14個(gè)MCP之后留下的不可刻蝕玻璃。
圖9示出在4英寸大型毛坯晶片90內(nèi)致密地封裝矩形MCP的靈活性。如圖所示，批量大小為28個(gè)MCP，其一般表示為92，可以適合在4英寸大型毛坯晶片內(nèi)。除去矩形MCP之后留下的不可刻蝕玻璃表示為94。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于4英寸大型毛坯晶片。也可以使用與半導(dǎo)體制造工具相一致的其它尺寸。
盡管這里參照特定具體實(shí)施例說(shuō)明和介紹了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所示細(xì)節(jié)。相反，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，在權(quán)利要求的等效內(nèi)容的范圍內(nèi)可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種在制造微通道板(MCP)時(shí)使用的大型毛坯，該大型毛坯包括橫截面表面，其包括島部分、內(nèi)周邊部分和外周邊部分，每個(gè)部分占據(jù)該橫截面表面的不同部分，其中該島部分由相對(duì)于該橫截面表面橫向地取向的第一多個(gè)光學(xué)纖維形成，每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯，該內(nèi)周邊部分由不可刻蝕材料形成，并且被設(shè)置成包圍該島部分，并且該外周邊部分由相對(duì)于該橫截面表面橫向地取向的第二多個(gè)光學(xué)纖維形成，每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯，并且該外周邊部分被設(shè)置成包圍該島部分和該內(nèi)周邊部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，還包括占據(jù)所述橫截面表面的不同部分的至少另一部分，其中該另一部分由不可刻蝕材料形成，并通過(guò)所述外周邊部分與所述內(nèi)周邊部分分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的大型毛坯，其中當(dāng)被加熱和壓制時(shí)，所述第一和第二多個(gè)光學(xué)纖維以及所述內(nèi)周邊部分和所述另一部分的不可刻蝕材料形成熔融的單片堆疊體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中所述可刻蝕材料和所述不可刻蝕材料是玻璃，并且所述不可刻蝕材料包括比所述可刻蝕材料更高的鉛含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中所述內(nèi)周邊部分的所述不可刻蝕材料包括相對(duì)于所述橫截面表面橫向地取向的多個(gè)支撐棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中所述內(nèi)周邊部分的所述不可刻蝕材料包括相對(duì)于所述橫截面表面橫向地取向的多個(gè)支撐棒，并且所述島部分的所述第一多個(gè)光學(xué)纖維和所述內(nèi)周邊部分的所述多個(gè)支撐棒被配置為用作MCP。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中所述島部分的所述第一多個(gè)光學(xué)纖維的光學(xué)纖維和所述外周邊部分的所述第二多個(gè)光學(xué)纖維的光學(xué)纖維的橫截面基本上相似。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中當(dāng)刻蝕所述島部分時(shí)，所述島部分的第一多個(gè)光學(xué)纖維形成用于MCP的橫向微通道，并且當(dāng)刻蝕所述外周邊部分時(shí)，所述外周邊部分的第二多個(gè)光學(xué)纖維形成穿孔劈面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中所述島部分、所述內(nèi)周邊部分和所述外周邊部分具有矩形結(jié)構(gòu)和圓形結(jié)構(gòu)中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的大型毛坯，其中所述外周邊部分和所述島部分形成MCP，并且所述外周邊部分包括足夠的橫截面寬度，用于形成穿孔劈面，以便使該MCP從所述大型毛坯斷開(kāi)，并且用于防止所述MCP管芯在MCP制造期間意外地脫離。
11.一種制造微通道板(MCP)的方法，包括以下步驟(a)提供多捆光學(xué)纖維，其中每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯；(b)將多個(gè)所述捆堆疊以形成至少一個(gè)島部分，限定小型毛坯；(c)堆疊不可刻蝕材料，以包圍該小型毛坯并且形成包圍該小型毛坯的內(nèi)部分；(d)堆疊可刻蝕材料，以包圍該內(nèi)部分，并且形成包圍該內(nèi)部分的外部分；(e)堆疊附加的不可刻蝕材料，以包圍該外部分并形成外表部分；以及(f)將該小型毛坯、該內(nèi)部分、該外部分和該外表部分熔合在一起，以形成用于制造MCP的大型毛坯。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括以下步驟(g)切割該大型毛坯，以形成多個(gè)大型毛坯晶片，每個(gè)大型毛坯晶片限定一批管芯；以及(h)激活和金屬化大型毛坯晶片，用于形成MCP。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中步驟(h)包括刻蝕該大型毛坯晶片的外部分以形成穿孔劈面，并且使所述穿孔劈面破裂，以從該大型毛坯晶片抽取MCP。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中步驟(h)包括刻蝕該大型毛坯晶片，以在所述光學(xué)纖維的芯中形成微通道，刻蝕該大型毛坯晶片的所述外部分，以形成穿孔劈面，并且斷開(kāi)所述穿孔劈面，以從該大型毛坯晶片提取MCP。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中刻蝕該大型毛坯晶片以便形成微通道是在刻蝕該大型毛坯晶片的所述外部分以形成穿孔劈面之前進(jìn)行的。
16.一種制造微通道板(MCP)的方法，包括以下步驟(a)堆疊可刻蝕和不可刻蝕光學(xué)材料，以形成多個(gè)小型毛坯，該小型毛坯彼此分開(kāi)并沿著橫截面表面形成分離的島；(b)堆疊不可刻蝕光學(xué)材料，以包圍該多個(gè)小型毛坯并沿著所述橫截面表面形成多個(gè)內(nèi)周邊部分，每個(gè)內(nèi)周邊部分包圍相應(yīng)的小型毛坯；(c)堆疊可刻蝕和不可刻蝕光學(xué)材料，以便包圍所述多個(gè)內(nèi)周邊部分，并沿著所述橫截面表面形成多個(gè)外周邊部分，每個(gè)外周邊部分包圍相應(yīng)的內(nèi)周邊部分；以及(d)熔融步驟(a)-(c)的堆疊的可刻蝕和不可刻蝕光學(xué)材料，以形成用于制造MCP的大型毛坯。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中步驟(c)包括堆疊附加的不可刻蝕材料，以包圍所述多個(gè)外周邊部分并且沿著所述橫截面表面形成外表部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中步驟(a)包括堆疊光學(xué)纖維，每個(gè)光學(xué)纖維具有由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中步驟(c)包括堆疊光學(xué)纖維，每個(gè)光學(xué)纖維具有由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，包括以下步驟(e)刻蝕所述多個(gè)外周邊部分中的至少一個(gè)外周邊部分，以便在這一個(gè)外周邊部分中形成穿孔劈面，用于使設(shè)置在這一個(gè)外周邊部分內(nèi)的島和內(nèi)周邊部分脫離。
全文摘要
在制造微通道板(MCP)時(shí)使用大型毛坯。大型毛坯具有橫截面表面，其包括島部分、內(nèi)周邊部分和外周邊部分，每個(gè)部分占據(jù)橫截面表面的不同部分。島部分由相對(duì)于橫截面表面橫向地取向的第一多個(gè)光學(xué)纖維形成，每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯。內(nèi)周邊部分由不可刻蝕材料形成，并設(shè)置成包圍島部分。外周邊部分由相對(duì)于橫截面表面橫向地取向的第二多個(gè)光學(xué)纖維形成，每個(gè)光學(xué)纖維包括由不可刻蝕材料形成的包層和由可刻蝕材料形成的芯，并且外周邊部分設(shè)置成包圍島部分和內(nèi)周邊部分。當(dāng)刻蝕島部分時(shí)，島部分的第一多個(gè)光學(xué)纖維形成MCP的橫向微通道，并且當(dāng)刻蝕外周邊部分時(shí)，外周邊部分的第二多個(gè)光學(xué)纖維形成穿孔劈面。
文檔編號(hào)H01J9/12GK1938815SQ200480040258
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者托馬斯·N·佩克 申請(qǐng)人:Itt制造企業(yè)公司