DE69506050T2

DE69506050T2 - Mikro-Greifer

Info

Publication number: DE69506050T2
Application number: DE69506050T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Suzuki
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: DE69506050D1; EP0696497B1; EP0696497A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine

Mikrogreifeinrichtung, die zum Greifen eines Mikroobjektes beabsichtigt ist, wie beispielsweise eine mikromechanische Komponente, ein Organismus, usw..
Der naheste Stand der Technik JP-A-05 253870 beschreibt eine Mikrogreifeinrichtung, die ein Halteelement umfaßt; zwei aneinander gegenüberliegende flexible Finger, die durch das Halteelement gehalten werden, wobei die flexiblen Finger Greifenden aufweisen, um dazwischen ein Objekt zu halten; und Öffnungs-/Schließantriebseinrichtungen zum Greifbetrieb der zwei Finger.
Eine weitere Greifeinrichtung ist in WO 89/10243 beschrieben. Mit dem Fortschritt in der Halbleiterherstellungstechnologie wird es möglich, kleine mechanische Elemente oder kleine Maschinen wie Getriebe, elektrostatische Motoren, Mikropumpen usw. unter Verwendung der Technologie zu erhalten. Die Erfinder offenbarten eine Mikrogreifeinrichtung, die fähig ist, eine große Antriebsverschiebung mit Niederspannungsantrieb zu erhalten, unter Verwendung der Halbleiterherstellungstechnologie, in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 5-253870, und haben sie verwendet für feine Arbeiten, wie beispielsweise Greifen, Bewegen, Zusammensetzen, Zellenfusion usw. von Protists oder feinen mechanischen Elementen, unter einem Mikroskop verwendet. Dieser Mikrogreifer ist so angeordnet, daß flexible Platten, die jeweils eine Metallspule aufweisen, als Finger vorgesehen sind, welche einem externen magnetischen Feld ausgesetzt werden, und ein elektrischer Strom wird durch jede Fingerspule zugeführt, um ein Öffnen/Schließen der flexiblen Platten oder Finger mit einer dadurch erzeugten Lorentzkraft zu bewirken. Bei der tatsächlichen Arbeit wird der Mikrogreifer an ein entferntes Ende eines dreidimensionalen, hydraulisch arbeitenden Manipulators gesetzt, eine Fingerantriebshaupteingabevorrichtung, die durch einen menschlichen Finger (Bediener) angetrieben wird, ist an eine Haupteingabevorrichtung (joy stick) des hydraulisch arbeitenden Manipulators angeschlossen, und der Bediener führt den Betrieb durch, während ein gegriffenes Objekt und die zwei Finger des Mikrogreifers unter dem Mikroskop oder auf einem Fernsehbildschirm, der ein mikroskopisches Bild davon zeigt, beobachtet werden.
Die beschriebene Technologie stellte einen Durchbruch und eine effektive Erfindung dar, sie konnte aber nicht auf Fälle angewendet werden, bei denen der durch den Mikrogreifer zu greifenden Gegenstand ein magnetischer Körper ist, da das magnetische Feld an die flexiblen Finger angelegt werden muß.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrogreifeinrichtung zu schaffen, die das Merkmal hat, daß sie ein Objekt greifen kann, das magnetischen Feldern nicht ausgesetzt werden sollte, wie beispielsweise ein magnetischer Körper, und eine Vielzahl anderer Merkmale. Gemäß der Erfindung ist eine Mikrogreifeinrichtung vorgesehen, umfassend ein Halteelement; zwei einander gegenüberliegende flexible Finger, die durch das Halteelement gehalten werden, wobei die flexiblen Finger Greifenden aufweisen, um dazwischen ein Objekt zu halten; und Öffnungs-/Schließantriebseinrichtungen zum Greifbetrieb der zwei Finger, gekennzeichnet durch einen thermischen Mechanismus, der an mindestens einem der Greifenden vorgesehen ist und zum Erwärmen des durch die Greifenden gehaltenen Objekts oder zum Messen einer Temperatur des durch die Greifenden gehaltenen Objekts; und eine Elektrode, die an mindestens einem der zwei Finger vorgesehen ist und mit dem thermischen Mechanismus verbunden ist, wobei die Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den thermischen Mechanismus oder zum Leiten eines Stromes von dem thermischen Mechanismus vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung wird deutlicher verstanden von der nachstehenden detaillierten Beschreibung und der begleitenden Abbildungen, die nur illustrativ dargestellt sind, und sind somit nicht zu betrachten als die Erfindung einzuschränken.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird von der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, nur illustrativ gegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Umfangs der Ansprüche für einen Fachmann in der Technik von dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich sind, unter Bezugnahme auf die Abbildungen, in denen zeigt:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Mikrogreifers gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform, die als Ausführungsform 1 bezeichnet wird;
Fig. 2 eine Antriebseinrichtung eines Mikrogreifers gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform, die als Ausführungsform 2 bezeichnet wird;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Mikrogreifers gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform, die als Ausführungsform 3 bezeichnet wird;
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht zum Zeigen des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 3;
Fig. 5 und Fig. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht und einen schematischen Querschnitt zum Zeigen eines Mikrogreifers gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform, die als Ausführungsform 4 bezeichnet wird;
Fig. 7A bis 7E Abbildungen, um Schritte zum Herstellen des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 4 zu zeigen;
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt zum Zeigen eines Mikrogreifers gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform, die als Ausführungsform 5 bezeichnet wird;
Fig. 9A bis 9F Abbildungen, um Schritte zum Herstellen des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 5 zu zeigen;
Fig. 10 eine schematische, perspektivische Ansicht zum Zeigen eines Mikrogreifers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die als Ausführungsform 6 bezeichnet wird;
Fig. 11A bis 11E schematische Querschnitte zum Illustrieren von Prozeduren zum Herstellen des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 6;
Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf einen Mikrogreifer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die als Ausführungsform 7 bezeichnet wird;
Fig. 13 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie B- B in Fig. 12;
Fig. 14A bis 14D schematische Querschnitte zum Zeigen eines Beispiels der Schritte zum Herstellen des in Fig. 12 und 13 gezeigten Mikrogreifers;
Fig. 15A bis 15D schematische Querschnitte zum Zeigen der Schritte zum Herstellen eines Fingerkörpers, der zum Aufbauen eines Mikrogreifers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bezeichnet als Ausführungsform 8, verwendet wird;
Fig. 16A bis 16D schematische Querschnitte zum Zeigen von Schritten zur Herstellung eines Fingerkörpers, der zum Aufbauen eines Mikrogreifers gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung, bezeichnet als Ausführungsform 9, verwendet wird;
Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf einen Fingerkörper, der zum Aufbau eines Mikrogreifers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, bezeichnet als Ausführungsform 10, verwendet wird;
Fig. 18 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie C- C in Fig. 17;
Fig. 19A und 19B schematische Querschnitte zum Zeigen eines Beispiels der Schritte zum Herstellen des in Fig. 17 und 18 gezeigten Fingerkörpers;
Fig. 20 eine schematische Draufsicht auf einen Fingerkörper, der zum Aufbau eines Mikrogreifers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, bezeichnet als Ausführungsform 11, verwendet wird;
Fig. 21 einen schematischen Querschnitt entlang Linie D-D in Fig. 20; und
Fig. 22A bis 22C schematische Querschnitte zum Zeigen eines Beispiels der Schritte zum Herstellen des in Fig. 20 und 21 gezeigten Fingerkörpers.
Verschiedene erläuternde Ausführungsformen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Abbildungen beschrieben.
Eine Vielzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen (ein Haltebereich zum Aufnehmen) sind an entfernten Enden der zwei Finger vorgesehen, wodurch das gehaltene Objekt (feiner Körper), der dadurch gehalten wird, wahrscheinlich nicht rutscht.
Die Kapazität wird zwischen einem Metallplattenpaar erfaßt, das in den zwei jeweiligen Fingern des Mikrogreifers vorgesehen ist, wodurch ein Raum zwischen den zwei Fingern oder ein Zustand des gegriffenen Objekts (feiner Körper) bezüglich der Finger (gegriffener Zustand) erfaßt werden kann. Dies ist aufgrund dessen, da die Kapazität zwischen den Metallplatten proportional zu einer Fläche der Metallplatten ist und einer dielektrischen Konstante eines Mediums, in welchem der Mikrogreifer angeordnet ist (ein Medium zwischen den Metallplatten), ist aber umgekehrt proportional zur Entfernung d zwischen den Metallplatten, d. h. dem Raum zwischen den zwei Fingern.
Ferner können Antriebssignale der Finger geändert werden, entsprechend der Kapazität (Signal), die sich abhängend von einem offene/geschlossenen Zustand der Finger ändert.
Da z. B. die Kapazität (das Signal) größer wird (nämlich sowie sich die zwei Finger annähern), kann ein Verstärkungsfaktor der Antriebssignale kleiner eingestellt werden. Dies kann verhindern, daß ein übermäßig großes Antriebssignal dem Mikrogreifer zugeführt wird, sogar wenn ein Mann (Bediener) übermäßig ein Schließsignal (ein Signal zum Schließen der zwei Finger) gibt. Deswegen können die zwei Finger vor einem gegenseitigen harten Kollidieren und vor einem Greifen des gegriffenen Objektes (feiner Körper) mit zu großer Kraft geschützt werden.
Ferner, abhängend von dem Betrag der Kapazität (des Signals), kann eine Stimme (z. B. ein Summton usw.) erzeugt werden, wenn sich die Frequenz, die Amplitude oder sowohl die Frequenz als auch die Amplitude ändert. Durch diese Anordnung kann eine Greifarbeit durchgeführt werden, während auf den Klang gehört wird, abhängend vom Öffnungs- /Schließzustand der Finger des Mikrogreifers, welcher die Arbeit realitätsnah realisieren kann, und was dem Bediener zu beurteilen erlaubt, ob der Greifer das gegriffene Objekt (feiner Körper) richtig greift oder nicht.
Ferner, abhängend von dem Betrag der Kapazität (des Signals), kann eine reaktive Kraft in der Öffnungs- /Schließeingabevorrichtung, die durch den Mann (Bediener) betrieben wird, erzeugt werden. Diese Öffnungs- /Schließeingabevorrichtung dient zum Öffnen und Schließen der Finger. Die reaktive Kraft kann durch Ändern des Reibungswiderstandes gegen eine Öffnungs-/Schließaktion der Öffnungs-/Schließeingabevorrichtung erzeugt werden, unter Verwendung eines Generators für eine reaktive Kraft, wie beispielsweise eine elektromagnetische Bremse oder eine Drahtbremse, usw.. Wenn die Finger z. B. das gegriffene Objekte (feinen Körper) mit einer starken Kraft greifen, kann eine größere Reaktionskraft in der Öffnungs- /Schließeingabevorrichtung, die durch den Mann (Bediener) betätigt wird, erzeugt werden. Dies ermöglicht dem Mann so zu empfinden, als ob der Mann direkt den gegriffenen Körper der eine Größenordnung von Mikrons aufweist, greift, was eine völlig reale Arbeit erlaubt, was zuvor niemals realisiert worden ist und was dem Bediener ermöglicht zu beurteilen, ob das gegriffene Objekt (feiner Körper) richtig gegriffen ist oder nicht.
Wenn die Finger flexible Finger sind, können die Metallplatten durch Widerstände ersetzt werden, und der Widerstand davon, der sich abhängend von der Auslenkung der flexiblen Finger ändert, kann erfaßt werden, was den gleichen Effekt bewirkt wie in dem Fall eines Verwendens der Kapazität.

Ausführungsform 1

Die Finger des zuvor beschriebenen Mikrogreifers, gezeigt in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 5-253870, wie zuvor beschrieben, sind zwei flexible Finger, die jeweils eine flexible Platte sind, die mit einer Metallspule versehen sind. Wenn die zwei flexiblen Finger einem externen magnetischen Feld ausgesetzt werden, und wenn ein elektrischer Strom durch die Metallspulen in den flexiblen Fingern geflossen werden läßt, werden die flexiblen Finger der Lorentzkraft ausgesetzt, um ausgelenkt zu werden. Die zwei flexiblen Finger werden durch diese Auslenkung geöffnet und geschlossen, um einen feinen Körper usw. (gegriffenes Objekt) zu greifen.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 1.
Eine Metallspule 2 und eine Metallplatte 3 sind auf einer flexiblen Platte 1 vorgesehen, die von einem Halteelement 5 hervorsteht, so daß ein flexibler Finger 4 aus der flexiblen Platte 1, der Metallspule 2 und der Metallplatte 3 zusammengesetzt ist. Die Metallspule 2 ist zum Öffnen und Schließen der flexiblen Finger 4 vorgesehen (als Öffnungs- /Schließeinrichtung), aber wenn ein anderer Öffnungs- /Schließeinrichtungstyp verwendet wird, kann auf diese Spule 2 verzichtet werden.
Die Metallspule 2 ist entlang der Außenseite der flexiblen Platte 1 ausgebildet. Ferner ist die Metallspule 2 elektrisch mit den Antriebssignalelektroden, die nicht dargestellt sind, über Antriebssignalleitungen 9 verbunden.
Die Metallplatte 3 ist mit einer Kapazitätserfassungselektrode 6 über eine Kapazitätserfassungssignalleitung 8 verbunden.
Die Metallspule 2, die Metallplatte 3, die Kapazitätserfassungselektrode 6, die Kapazitätserfassungssignalleitung 8 und die Antriebsleitungen 9 sind auf jeder der beiden Außenoberflächen des Mikrogreifers ausgebildet. Die Antriebssignalelektroden (nicht dargestellt) und die Kapazitätserfassungselektrode 6 sind mit einer externen Antriebsenergieversorgung und einem Kapazitätssensor verbunden, unter Verwendung von Metalldrähten.
Eine Vielzahl von Vorsprüngen 7 (Haltebereich zum Aufnehmen) sind an dem entfernten Ende der flexiblen Platte 1 ausgebildet, um so nicht rutschig zu sein, wenn das gegriffene Objekt (feiner Körper) gegriffen wird. Die Vielzahl von Vorsprüngen 7 (Haltebereiche zum Aufnehmen) können in einer Form ausgebildet sein, die mit dem gegriffenen Objekt (feinem Körper) übereinstimmt. Auf die Vielzahl von Vorsprüngen 7 (Haltebereich zum Aufnehmen) kann verzichtet werden.
An nächster Stelle wird ein Verfahren zum Herstellen des Mikrogreifers beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird die flexible Platte aus einem Siliziumnitridfilm gebildet und die Halteplatte 5 aus Silizium.
Der Siliziumnitridfilm ist mit einer Dicke von 250 nm ausgebildet, von den Rohmaterialien Dichlorsilan und Ammoniumgas, durch das
Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren auf einem n-Typ Siliziumsubstrat, das einen Durchmesser von 7,6 cm (3 inches), eine Dicke von 250 nm und eine (100)-Orientierung aufweist.
Als nächstes wird der Siliziumnitridfilm auf dem Substrat teilweise durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß entfernt, um den Aufnahmehaltebereich in dem flexiblen Finger 4 auszubilden. Es wird beabsichtigt 5 bis 15 Vorsprünge an dem entfernten Ende des Fingers zu erzeugen, wobei jeder eine Form von ungefähr 5 um mal 10 um im Quadrat nach einem Entfernen aufweist. Die Form, Größe und Anzahl dieser Vorsprünge kann beliebig bestimmt werden, um so mit einem zu greifenden Objekt übereinzustimmen. Danach wird dieses Substrat in eine Siliziumätzlösung eingetaucht, wie beispielsweise eine Kaliumhydroxid-Lösung (im nachfolgenden als KOH bezeichnet) oder eine Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung (nachfolgend als TMAH bezeichnet), um belichtete Siliziumbereiche in eine viereckige Pyramidenform zu ätzen, wodurch eine Vielzahl von Vorsprüngen ausgebildet wird. Dann wird ein Siliziumnitridfilm wieder ausgebildet, mit einer Dicke von 250 nm über der gesamten Oberfläche des Substrates, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren. Der Siliziumnitridfilm weist Vorsprünge auf, die den Vertiefungsabschnitten des Siliziums entsprechen. Auf diese Weise wird der Aufnahmehaltebereich (Vorsprünge 7) in einer konvexen Form auf der flexiblen Platte 1 ausgebildet. Unter Verwendung des gleichen Verfahrens kann der Aufnahmehaltebereich auch in einer konkaven Form ausgebildet werden.
Dieses Substrat wird dem Trockenätzprozeß ausgesetzt, mit einem Fotolackfilm als Schutzschicht, um so unnötige Bereiche des Siliziumnitridfilmes zu entfernen, wodurch der flexible Finger 4 in einer Länge von 600 um und einer Breite von 120 um in hohler Form ausgebildet wird. In diesem Fall muß die Form des flexiblen Fingers 4 nicht die hohle Form sein, sondern kann jegliche beliebige Form haben.
Als nächstes werden Metallstrukturen in Bereichen ausgebildet, die der Metallplatte 3, der Spule 2, der Antriebssignalleitung 4, der Kapazitätserfassungssignalleitung 8, der Kapazitätserfassungselektrode 6 und nicht dargestellten Antriebssignalelektroden entsprechen.
Zuerst wird ein Fotolackfilm mit einer Dicke von 1 um durch den photolithographischen Prozeß ausgebildet und ein Strukturieren in Formen der Metallplatte 3, der Spule 2, der Antriebssignalleitung 4, der Kapazitätserfassungssignalleitung 8, der Kapazitätserfassungselektrode 6 und den nicht dargestellten Antriebssignalelektroden wird durchgeführt. Danach wird ein NiCr-Film von 1 nm ausgebildet, unter Verwendung des Vakuumdampfdepositionsverfahrens, und dann wird Au mit 49 nm über der gesamten Oberfläche ausgebildet. Der Grund warum hier die Zweischichtfilme ausgebildet werden ist der, daß Au eine schwache Anhaftung an Siliziumnitrid aufweist, der NiCr-Film, der eine starke Anhaftung an Siliziumnitrid aufweist, wird zuerst ausgebildet. Obwohl Ausführungsform 1 die Zweischichtfilme verwendet, ist ein Einzelschichtfilm auch anwendbar. Des weiteren ist die Einrichtung nicht auf die in Ausführungsform 1 verwendeten Filme beschränkt. Die darin verwendeten Filme bestehen vorzugsweise aus den Materialien, die eine starke Anhaftung an dem Material (Siliziumnitrid) der flexiblen Platte 1 aufweisen, einen kleinen elektrischen Widerstand und einen hohen Alkaliwiderstand aufweisen. Dies ist aufgrund dessen, da ein Film mit schwacher Anhaftung sehr wahrscheinlich abblättert, da ein Film mit großem elektrischen Widerstand den elektrischen Stromfluß reduziert, und da ein Film mit niedrigem Alkaliwiderstand auch geätzt wird, zusammen mit dem Material (Silizium) des Halteelementes 5 nach dessen Ätzen. Als nächstes wird diese Probe in Atzeton in einem Ultraschallreiniger eingetaucht, um unnötige Fotolackbereiche und Metallfilmbereiche zu entfernen, wodurch die notwendigen Metallstrukturen erhalten werden.
Der Siliziumnitridfilm in dem Rückoberflächenbereich des Substrats wird nach den obigen Behandlungen geätzt, um teilweise (in dem Bereich wo die flexiblen Finger 4 zu bilden sind) entfernt zu werden; die ganze Probe wird dann in eine Siliziumätzlösung eingetaucht, wie beispielsweise KOH, TMAH usw., um Silizium teilweise aufzulösen (in dem Bereich wo der flexible Finger 4 auszubilden ist), wodurch eine Struktur erhalten wird, die einen flexiblen Finger zusammen mit dem Halteelement 5 aus Silizium aufweist.
Zwei solche Strukturen werden hergestellt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel oder durch das Anodenkoppelverfahren zwischen Oberflächen, die Metallstrukturen usw. der zwei Strukturen nicht aufweisen, wodurch der Mikrogreifer erzeugt wird, der mit der Metallplatte 3 an dem entfernten Ende jedes Fingers versehen ist, wie in Fig. 1 gezeigt.
Der Mikrogreifer kann durch Bilden von Fingerbereichen, Spitzen, Spulen und Metallplatten auf beiden Seiten eines einzelnen Substrats erhalten werden, dann wird ein unnötiger Teil des Substrates durch den Ätzprozeß entfernt.
Ausführungsform 1 hat Siliziumnitrid als Material für die flexible Platte 1 verwendet, aber andere Materialien können verwendet werden.
Z. B. kann Polyimid verwendet werden, um den Film auf dem Siliziumsubstrat zu bilden, durch das Drehauftrageverfahren, als die flexible Platte, wodurch ein ähnlicher Mikrogreifer erhalten wird.
Ferner ist das Substrat nicht auf das n-Typ Silizium begrenzt, sondern kann p-Typ Silizium sein oder irgendein anderes Material als Silizium.
Da die Metallplatte 3 in jedem der zwei flexiblen Finger 4 in der beschriebenen Weise ausgebildet ist, kann eine Kapazität zwischen den Metallplatten 3 erfaßt werden, abhängend von dem Zustand der flexiblen Finger 4. Wenn ein Widerstand anstelle der Metallplatte 3 vorgesehen ist, kann eine Widerstandsänderung abhängend von der Ablenkung des flexiblen Fingers 4 (ein Zustand des flexiblen Fingers 4) erfaßt werden.

Ausführungsform 2

Fig. 2 zeigt eine Antriebsvorrichtung für einen Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 2.
Der Mikrogreifer, der in Ausführungsform 1 verwendet wurde, wird unter der in Fig. 2 dargestellten Systemanordnung verwendet.
Der Mikrogreifer 21 ist nämlich unterhalb einer Beobachtungsvorrichtung 24 installiert, die aus einem Mikroskop besteht, das mit einer CCD-Kamera versehen ist, und ein mikroskopisches Bild, das von der CCD-Kamera aufgenommen wird, wird angeordnet, um auf einem Fernsehbildschirm 28 beobachtet zu werden.
Ein magnetisches Feld wird an den Mikrogreifer 21 durch eine magnetische Felderzeugungseinrichtung 30 angelegt. Diese magnetische Felderzeugungseinrichtung 30 ist eine Einrichtung, die ein magnetisches Feld erzeugen kann, wie beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet.
Ein Öffnen/Schließen der flexiblen Finger wird unter Verwendung der Magnetfelderzeugungseinrichtung 30 und Spulen 20 (Öffnungs-/Schließeinrichtung) bewirkt.
Der Mikrogreifer 21 wird auf einen hydraulischen Manipulator 31 (Bewegungseinrichtung) gesetzt, um so dreidimensional bewegbar zu sein.
Eine Positionsbewegung des Mikrogreifers 21 und ein Öffnen/Schließen der Finger des Mikrogreifers 21 wird unter Verwendung einer Haupteingabeeinrichtung 29 durchgeführt, die aus einem joy stick 29a, zum Antreiben des dreidimensionalen, hydraulischen Manipulators, auf welchem der Mikrogreifer 21 gesetzt ist, und einer Öffnungs- /Schließeingabeeinrichtung 29b besteht, die in einem Stück mit dem joy stick 29a ausgebildet ist.
Das Öffnen/Schließen der zwei Finger des Mikrogreifers wird durchgeführt, wenn ein menschlicher Bediener die Öffnungs- /Schließeingabevorrichtung 29b in der Haupteingabeeinrichtung 29 bedient. Mit diesem Öffnungs- /Schließbetrieb wird ein elektrisches Signal erzeugt, abhängend von dem Öffnungs-/Schließbetrieb, durch eine Verschiebungsspannungs-Transformationseinrichtung, wie beispielsweise einem Verschlüssler oder einem Differenzialtransformator, wie in der Öffnungs- /Schließeingabeeinrichtung 29B eingestellt. Dieses elektrische Signal wird einem Computer 26 eingegeben, und dieser Computer 26 führt eine Signalbearbeitung durch, wie beispielsweise eine Multiplikation durch einen beliebigen Versstärkungsfaktor. Dieses signalbearbeitete elektrische Signal wird zum Steuern einer Signalamplitude eines Antriebssignals 22 verwendet, das von einer Antriebsenergieversorgung 25 erzeugt wird, und das Öffnen/Schließen der flexiblen Finger des Mikrogreifers 21 wird unter Verwendung dieses Antriebssignals 22 gesteuert.
In solch einer Antriebsvorrichtung für einen Mikrogreifer erfaßt ein Kapazitätssensor 27 eine Änderung eines Kapazitätssignals 23, abhängend von dem Öffnungs- /Schließzustand der flexiblen Finger oder einem Zustand zwischen den Fingern und dem gegriffenen Objekt (feinem Körper) (welcher ein gegriffener Zustand ist) usw., und das erfaßte Signal kann in den Computer 26 eingegeben werden. Dann kann der Computer solch eine Einstellung durchführen, daß der Verstärkungsfaktor des Antriebsignals 22 in dem Computer abnimmt, wenn das Kapazitätssignal 23 größer wird, d. h. wenn die zwei Finger sich nähern. Entsprechend dieser Einstellung, sogar wenn die Öffnungs- /Schließeingabeeinrichtung 29b in der Haupteingabeeinrichtung 29 ein übermäßiges Schließsignal (ein Signal zum Schließen der flexiblen Finger) erzeugt, kann das von der Antriebsenergieversorgung 25 erzeugte Antriebssignal 22 in ein Signal mit moderater Amplitude angepaßt werden, wodurch das Eintreten eines Problems verhindert wird, daß das gegriffenen Objekt (feiner Körper) mit einer übermäßigen Kraft gegriffen wird.
Ferner erzeugt der Computer 26 ein Stimmensignal, das Frequenz oder Amplituden modifiziert, oder sowohl Frequenz als auch Amplitudenmodifiziert ist, abhängend von dem Betrag des Kapazitätssignals 23, um eine Stimmenerzeugungsvorrichtung 2a zu veranlassen, eine Stimme zu erzeugen, wodurch der Bediener die Greifarbeit durchführen kann, während er auf die Stimme hört, abhängend von dem Öffnungs-/Schließzustand der Finger des Mikrogreifers, wodurch die Arbeit realitätsnah realisiert wird und wodurch der Bediener beurteilen kann, ob das gegriffene Objekt (feiner Körper) richtig gegriffen ist.
Ferner wird der Betrag eines Reibungswiderstandes oder einer reaktiven Kraft gegen die Öffnungs-/Schließbewegung der Öffnungs-/Schließeingabeeinrichtung 29b geändert, abhängend von dem Betrag eines Kapazitätssignals 23, wodurch eine größerer reaktive Kraft in der Öffnungs- /Schließeingabeeinrichtung erzeugt werden kann, die durch den Mann (Bediener) betätigt wird, wenn das gegriffene Objekt mit einer stärkeren Kraft gegriffen wird. Diese reaktive Kraft, wird geändert, unter Verwendung einer Erzeugungseinrichtung für eine reagierende Kraf wie beispielsweise eine elektromagnetische Bremse oder Drahtbremse, die nicht dargestellt ist. Diese Anordnung vermittelt dem Bediener den Eindruck als ob er das gegriffenen Objekt (feiner Körper), das eine Größenordnung von Mikron aufweist, direkt greift, wodurch die Arbeit realitätsnah ermöglicht wird, was zuvor niemals erreicht worden ist und ermöglicht dem Bediener zu beurteilen, ob das gegriffene Objekt (feiner Körper) richtig gegriffen ist oder nicht.
Der gleiche Betrieb, ähnlich wie in Ausführungsform 1, ist durch solch eine Anordnung möglich, daß ein Widerstand die Metallplatte 3 ersetzt, um eine Widerstandsänderung abhängend von einer Ablenkung des flexiblen Fingers 4 zu erfassen, und wird der Widerstand anstelle der Kapazität verwendet.
Obwohl Ausführungsform 2 so angeordnet ist, daß der Bediener den gegriffenen Zustand erfassen kann, der den Zustand der flexiblen Finger (gegriffener Zustand) auf den Klang oder die reaktive Kraft der Öffnungs-/Schließeingabevorrichtung 29b anwendet, ist die vorliegende Offenbarung in keinster Weise auf diese Anordnung begrenzt, sondern kann irgendwelche Mittel um ihn zu erfassen verwenden. Z. B. kann ein Wert gemäß der Kapazität oder des Widerstandes auf einem Bildschirm angezeigt werden.

Ausführungform 3

Ausführungsform 3 wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, welche einen Querschnitt eines Mikrogreifers zeigt.
Der Mikrogreifer ist in solch einer Weise hergestellt, daß zwei Strukturen, die jeweils aus einem Halteelement 42 und einem flexiblen Finger 41 bestehen, der aus einem flexiblen Dünnfilm 41b und einem flexiblen Dünnfilm 41a hergestellt ist, erzeugt werden, und daß die zwei Trägerelemente 42 aneinander gebondet sind, durch das Anodenkopplungsverfahren oder durch einen Haftstoff. In dieser Anordnung steht der flexible Dünnfilm 41b über das Halteelement 42 und die flexiblen Dünnfilme 41a, 41b weisen zueinander verschiedene thermische Expansionskoeffizienten auf. Wenn Wärme in dem flexiblem Finger 41 erzeugt wird, mit einer Energiebestrahlung, wie beispielsweise Licht von der Außenseite auf den flexiblen Finger 41, wird der flexible Finger 41 ausgelenkt, aufgrund eines thermischen Expansionsunterschiedes zwischen den Dünnfilmen 41a, 41b, die den flexiblen Finger 41 bilden, wodurch der Greifbetrieb erreicht wird.
In diesem Fall, wenn die zwei gegenüberliegenden flexiblen Finger 41 einander nähern sollen oder in Richtung A in Fig. 3 ausgelenkt werden sollen, sollte der flexible Dünnfilm 41b auf der Halteelementseite aus einem Material mit kleinerem thermischen Expansionskoeffizienten als der des flexiblen Dünnfilmes 41a hergestellt werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, um den Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird als nächstes detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
Zuerst wird der Mikrogreifer unter Verwendung der Halbleiterherstellungstechnologie hergestellt. Die Herstellungsabläufe des Mikrogreifers werden im folgenden einzeln aufgeführt. Ein Siliziumnitridfilm 42b wird mit einer Dicke von 500 nm auf einem n-Typ Siliziumsubstrat mit einem Durchmesser von 3 Inches, einer Dicke von 250 um und einer (100)-Orientierung aus Rohmaterials Dichlorsilan und Ammoniumgas durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren ausgebildet. Danach wird ein Strukturieren durchgeführt, um einen Aluminiumdünnfilm 42a mit einer Dicke von 200 nm über der Oberseite dieses Substrates durch den Lift-Off Prozeß auszubilden. Siliziumnitrid ist ein Material, das einen kleineren thermischen Expansionskoeffizient als der des Aluminiums aufweist. Es sein angemerkt, daß die Dünnfilmmaterialien, die den flexiblen Finger bilden, nicht immer in der gleichen Form in den zwei Schichten ausgebildet sein müssen.
Als nächstes wird dieses Substrat dem Trockenätzverfahren ausgesetzt, mit einem Fotolackfilm als Schutzschicht, um unnötige Bereiche der Siliziumnitridschicht zu entfernen, wodurch ein Finger ausgebildet wird, der wie in Fig. 4 gezeigt, mit einer Länge von 200 um bis 1 mm und einer Breite von 40 um bis 200 um ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Fingerform nicht auf die in Fig. 4 gezeigte beschränkt, sondern kann eine beliebige Form aufweisen. Die Siliziumnitridschicht in dem Rückseitenbereich der so behandelten Probe wird teilweise geätzt, um entfernt zu werden, und die gesamte Probe wird dann in eine Siliziumätzlösung, wie beispielsweise KOH, TMAH usw. eingetaucht, um Silizium teilweise aufzulösen, wodurch eine Struktur erlangt wird, die einen Finger mit dem Trägerelement 42 aus Silizium aufweist. Zwei solch Strukturen werden hergestellt und die Siliziumnitridfilmoberflächen ohne Struktur werden aneinandergebondet, durch einen Haftstoff oder durch das Anodenkopplungsverfahren, wodurch der Mikrogreifer, der mit den flexiblen Fingern versehen ist, wie in Fig. 4 gezeigt, erhalten wird.
Während der so erhaltene Mikrogreifer in Wasser gehalten wird, wurde ein Laserpulslicht mit einer Wellenlänge von 633 nm auf die flexiblen Fingerbereiche eingestrahlt, um diese zu betätigen. Bei dieser Gelegenheit wurde die Menge eines Öffnens/Schließens der flexiblen Finger gesteuert, durch Ändern der Zeitintervalle zwischen Einstrahlungspulsen des eingestrahlten Laserlichtes. Das Laserlicht mit kürzeren Pulsintervallen wurde nämlich eingestrahlt, um die flexiblen Finger mehr auszulenken.
Obwohl Ausführungsform 3 Siliziumnitrid und Aluminium als Materialien mit verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten verwendet hat, können sie durch andere Materialien ersetzt werden. Wenn jedoch beabsichtigt wird, die flexiblen Finger in die Schließrichtungen zu bewegen, sollte das Material auf der Seite wo die zwei flexiblen Finger einander gegenüberliegen, einen kleineren thermischen Expansionskoeffizienten aufweisen. Die Dünnfilme, die den flexiblen Finger bilden, müssen nicht aus zwei Schichten bestehen, sondern sie können Vielschichten der Dünnfilme sein.
Obwohl Ausführungsform 3 eine Bestrahlung mit Laserpulsen verwendet hat, um die Wärme auf die flexiblen Fingerbereiche zuzuführen, kann eine Wärmeeinrichtung jegliche Einrichtung sein, die die Wärme, wie beispielsweise Joulsche Wärme, an die flexiblen Fingerbereiche zuführen kann.
Auf die Beschreibung der Vorrichtung zum Antreiben des Mikrogreifers in Ausführungsform 3 wurde verzichtet, da sie die gleiche ist wie die zuvor beschriebene. Der Mikrogreifer ist nämlich auf dem hydraulischen Manipulator befestigt, und die Position des Mikrogreifers kann in X, Y, Z-Richtungen durch den hydraulischen Manipulator bewegt werden. Ein joy stick kann vorgesehen werden, um ein Signal zum Bewegen des Mikrogreifers an den hydraulischen Manipulator zu senden. Das Öffnen/Schließen der flexiblen Finger kann angetrieben werden durch Steuern der Wärmemenge (z. B. durch Ändern der Zeitintervalle der Laserpulse), die den flexiblen Fingern durch die Wärmeinrichtung zugeführt wird (z. B. die Vorrichtung zum Erzeugen der Laserpulse), in Übereinstimmung mit einem Signal von der Öffnungs-/Schließeinrichtung zum Öffnen/Schließen der flexiblen Finger.

Ausführungsform 4

Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, um einen Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 4 zu zeigen, und Fig. 6 stellt dessen schematischen Querschnitt dar.
Der Mikrogreifer gemäß Ausführung 4 ist mit einem Halteelement 51 versehen, zwei flexiblen Fingern 52, Fühlern 53, die an entfernten Enden der zwei flexiblen Finger 52 ausgebildet sind und völlig aus Metall (Leiter) hergestellt sind, Mikrospulen 54, die in den zwei jeweiligen flexiblen Fingern 52 vorgesehen sind, Metalldrähten 55, die mit den entsprechenden Fühlern 53 verbunden sind, und Elektrodenschichten 56, die elektrisch mit den entsprechenden Metalldrähten 55 verbunden sind. Die zwei Elektrodenschichten 56, die auf der Oberseite und auf der Unterseite des Halteelements 51 vorgesehen sind, sind elektrisch mit einer Messeinrichtung 57 zum Messen einer elektrischen Eigenschaft des gegriffenen Objekts (Fig. 6) verbunden. Eine Energieversorgung (nicht dargestellt) ist mit den zwei Mikrospulen 54 verbunden, um einen elektrischen Strom an die Mikrospulen 54 zuzuführen.
Das Verfahren zum Greifen des gegriffenen Objekts mit dem Mikrogreifer kann eines sein, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 5-253870, wie zuvor beschrieben, offenbart ist, bei der ein magnetisches Feld parallel zur Längsrichtung der flexiblen Finger 52 angelegt wird, und der elektrische Strom, der durch die Mikrospulen 54 fließt, wird betrags- und richtungsmäßig gesteuert.
Um die elektrische Eigenschaft des gegriffenen Objekts 58 zu messen, mißt die Messeinrichtung 57 die elektrische Eigenschaft, wie beispielsweise den Widerstand, nachdem das gegriffene Objekt 58 durch das obige Verfahren gegriffen wird, wie in Fig. 6 gezeigt.
Das Verfahren zum Herstellendes Mikrogreifers von Fig. 5 wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 7A bis 7E beschrieben. Zuerst wird ein Einkristallsiliziumsubstrat 59 mit (100)-Orientierung vorbereitet. Dann werden Dichlorsilan (SiH&sub2;Cl&sub2;) und Ammoniumgas (NH&sub3;) als Rohmaterialgase in eine CVD-Vorrichtung eingeführt und ein Siliziumnitrid (SiNX)-Film 60 wird mit einer Dicke von 0,1 bis 2,0 um auf beiden Oberflächen des Substrats 59 durch das Dampfphasenwachstumsverfahren ausgebildet. In Ausführungsform 4 wird dieser Siliziumnitridfilm 60 der flexible Finger 52 von Fig. 5 und 6. Ein Isoliermaterial, das Silizium (z. B. SiOX oder SiOXNY, usw.) enthält, kann anstelle von Siliziumnitrid verwendet werden. Danach wird ein Teil des Siliziumnitridfilms 60 im wesentlichen in quadratischer Form durch das Trockenätzverfahren entfernt, unter der Verwendung eines Gases wie beispielsweise CF&sub4;, SF&sub6;, usw., wodurch ein exponierter Bereich gebildet wird, wo die Oberfläche des Siliziumsubstrat 59 exponiert ist. Ferner wird ein anisotropes Ätzen unter Verwendung der KOH-Lösung usw. verwendet, mit dem Siliziumnitridfilm 60 als Maske, wodurch eine Vertiefung mit quadratischer Pyramidenform in dem Siliziumsubstrat 95 (Fig. 7A) gebildet wird.
Als nächstes wird ein Wolframhexaflourid (WF&sub6;)-Gas als Rohmaterialgas in die CVD-Vorrichtung eingeführt, und dem Wolfram (W) 61 wird erlaubt nur in dem Bereich niederzuschlagen, wo Silizium des Substrats 59 durch das selektive CVD-Verfahren belichtet wird (der Vertiefungsbereich), unter Verwendung einer Reduktionsreaktion von Silizium (Fig. 7B). In Ausführungsform 4 wird dieses viereckige, pyramidale Wolfram 61, die Fühler 53 in Fig. 5 und 6. Die Fühler 53 ist ungefähr 5 um im Quadrat und ungefähr 3,5 um hoch ausgebildet. Nur ein Fühler 53 ist in Ausführungsform 4 ausgebildet, aber die Form, Größe und die Anzahl des Fühlers 53 kann beliebig bestimmt werden, in Übereinstimmung mit dem zu greifenden Objekt.
Ferner wird ein Fotolack auf den Siliziumnitridfilm 60 aufgetragen und eine Strukturierung wird in der vorbestimmten Drahtform durchgeführt. Dann wird ein dünner Aluminiumfilm über dem Lack ausgebildet und danach wird der Lack entfernt (durch das sog. Lift-Off-Verfahren), um Verdrahtung 62 des dünnen Aluminiumfilms mit der Dicke von 200 nm (Fig. 7C) auszubilden. Diese Verdrahtung 62 bildet die Mikrospule 64, Leitung 55 und Elektrodenschicht 56, wie in Fig. 5 zu diesem Zeitpunkt gezeigt ist.
Danach werden unnötige Bereiche des Siliziumnitridfilms 60 durch ein Trockenätzen entfernt, unter Verwendung eines Gases wie beispielsweise CF&sub4;, SF&sub6; usw., in Übereinstimmung mit der gewünschten Form (Fig. 5) der flexiblen Platte 52 (Fig. 7D).
Dann werden die belichteten Siliziumbereiche in der KOH- Lösung usw. aufgelöst, wodurch eine Struktur erzeugt wird, die den flexiblen Finger 53 aufweist (Fig. 7E).
Zwei solche Strukturen werden erzeugt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel oder durch das Anodenkopplungsverfahren zwischen deren Oberflächen, die die Metallstrukturen usw. nicht aufweisen (Oberflächen des Halteelements 51). Der in Fig. 5 und 6 dargestellte Mikrogreifer wird somit auf diese Weise hergestellt.
Der so erhaltene Mikrogreifer wurde zum Greifen eines "Protozoa" verwendet, wie beispielsweise "Vorticella", in Kontakt mit den Fühlern 53, und Widerstandsmessungen wurden durchgeführt. Es wurde bestätigt, daß der Widerstand von Vorticella gemessen werden konnte. Es muß nicht erwähnt werden, daß eine Vielfalt von elektrischen Messungen des gegriffenen Objekts gemacht werden können, nicht nur die Widerstandsmessung einschließend, sondern auch eine Kapazitätsmessung zwischen den Fühlern 53 usw.

Ausführungsform 5

Fig. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt, um einen Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 5 zu zeigen, welche im wesentlichen die Gleiche wie Ausführungsform 4 ist, außer daß die Form der Fühler von der in Ausführungsform 4 verschieden ist. Da der Öffnungs-/Schließbetrieb der flexiblen Finger in der gleichen Weise wie in Ausführungsform 4 durchgeführt werden kann, wird auf die gleiche Beschreibung wie in Ausführungsform 4 verzichtet.
In Ausführungsform 5 ist die Form der Fühler 65 so definiert, daß ein Leiter (Metall) nicht nur an dem entfernten Ende hervorsteht, sondern daß der andere Teil mit einem Isolator bedeckt ist.
Das Verfahren zum Herstellen des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 5 wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 9A bis 9F beschrieben.
Ein Siliziumnitridfilm 70 ist mit einer Dicke von 700 nm auf einem n-Typ Siliziumsubstrat 69 ausgebildet, das einen Durchmesser von 7,6 cm (3 Inches), eine Dicke von 250 um und eine (100)-Orientierung aufweist, aus Rohmaterialien, Dichlorsilan und Ammoniumgas, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren. Ferner wird der Siliziumnitridfilm 70 auf dem Substrat 69 teilweise durch den Photolithographieprozeß und den Trockenätzprozeß entfernt. Die Form des entfernten Teils ist ein Quadrat, wobei jede Seite ungefähr 5 um bis ungefähr 10 um beträgt. Die Strukturform, Größe und Anzahl davon kann beliebig eingestellt werden, um mit dem gegriffenen Objekt übereinzustimmen. Danach wird dieses Substrat 69 in eine Siliziumätzlösung, wie beispielsweise die KOH-Lösung oder die TMAH-Lösung eingetaucht, und ein belichteter Siliziumbereich wird in eine viereckige Pyramidenform geätzt, um eine Vertiefung zu bilden (Fig. 9A).
Danach wird das Substrat 69 in einen elektrischen Ofen gelegt und ein Siliziumdioxidfilm 71 wird in der belichteten Siliziumvertiefung gelassen aufzuwachsen (Fig. 9B). Wie wohl bekannt ist, ist eine Wachstumsgeschwindigkeit eines Siliziumdioxidfilmes 71 in einem flachen Bereich schnell, aber in einem Eckbereich langsam. Somit wird der Querschnitt des in der Vertiefung gewachsenen Siliziumdioxidfilmes so wie in Fig. 9 gezeigt, so daß der Bodenbereich dünn ist.
Danach wird die Oberfläche des auf der oberen Oberflächenseite des Substrates ausgebildeten Siliziumnitridfilmes 70 in die Form des flexiblen Fingers strukturiert, und die Oberfläche des Siliziumnitridfilms 70, der auf der Rückoberflächenseite des Substrates ausgebildet ist, wird in die Form des Halteelements strukturiert. Ferner wird ein Strukturieren eines Metallfilmes 72 aus Gold, Platin, NiCr, Ti, Cr usw. durch das Lift-Off-Verfahren auf der oberen Oberflächenseite des Substrates durchgeführt, wodurch eine Mikrospule zum Antreiben und eine Metalleitung 72 zu einem Zeitpunkt ausgebildet werden (Fig. 9D).
Danach wird die Probe in TMAH eingetaucht, um nur unnötige Siliziumbereiche aufzulösen, wodurch eine Struktur ausgebildet wird, die einen flexiblen Finger in einem Auslegerzustand (Fig. 9E) aufweist.
Diese Probe wird dann in die KOH-Lösung eingetaucht, um einen kleinen Teil des Siliziumdioxidfilmes in dem Fühlerbereich zu ätzen, wodurch ein Fühler ausgebildet wird, wo das Metall vom spitzen Ende des Siliziumdioxidfilmes 71 (Fig. 9F) exponiert ist.
Zwei solche Strukturen werden erzeugt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel oder durch das Anodenkopplungsverfahren zwischen deren Oberflächen, die die Metalleitungen usw. nicht aufweisen. In dieser Weise kann der Mikrogreifer fertig, mit einem Fühler hergestellt werden, der ein Metall aufweist, das von dem spitzen Ende des Silciumdioxidfilmes exponiert ist.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform 4 besteht die gesamte Fühler 53 aus einem Leiter und dann, wenn das gegriffene Objekt weich ist, kann die Eindringtiefe nicht konstant sein, die als eine Tiefe definiert ist, in welche der Fühler 53 in das gegriffene Objekt eindringt. Da die Kontaktfläche zwischen dem gegriffenen Objekt und der Metallprobe 53 nicht konstant sein kann, gibt es Fälle, wo die elektrische Eigenschaft eines gleichen gegriffenen Objekts nicht auf einer stabilen Basis erfaßt werden kann. Dementsprechend kann, für weiche gegriffene Objekte deren elektrische Eigenschaft auf einer stabilen Basis erfaßt werden, unter Verwendung des Mikrogreifers mit dem Fühler, der den Leiter nur an dem spitzen Bereich, wie in Ausführungsform 5, aufweist, da die Kontaktfläche zwischen dem Leiterbereich und dem gegriffenen Objekt konstant ist.
Der so erhaltene Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 5 wurde zum Greifen eines "Protozoa", wie beispielsweise Vorticella, in Kontakt mit den Fühlerbereichen verwendet, und eine Widerstandsmessung wurde wiederholt. Es wurde bestätigt, daß Meßschwankungen auf die Hälfte reduziert werden konnten.
In Ausführungsformen 4 und 5 wurde die Öffnungs- /Schließantriebseinrichtung zum Öffnen und Schließen der flexiblen Finger aus den Mikrospulen konstruiert, und ein elektrischer Strom durch die Mikrospulen wurde gesteuert. Die anderen Einrichtungen können natürlich dafür verwendet werden. Eine derartige Einrichtung ist z. B. in solch einer Weise angeordnet, daß zwei Metallschichten mit verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten auf einer Außenoberfläche oder einer Innenoberfläche des flexiblen Fingers vorgesehen sind (was Bimetall- oder Bimorphstruktur genannt wird), und die den zwei Metallschichten zugeführte Wärme wird gesteuert.

Ausführungsform 6

Ausführungsform 6, welche eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird als nächste unter Bezugnahme auf Fig. 10 und Fig. 11A-11E detailliert beschrieben.
Fig. 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, um einen Mikrogreifer gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zu zeigen.
Dieser Mikrogreifer weist ein Haltetelement 92 auf, ein flexibles Plattenpaar 93, die durch das Halteelement 92 an dessen einem Ende gehalten werden und einander mit konstantem Abstand dazwischen gegenüberliegen, Spulenschichten 91, die jeweils auf einer Außenoberfläche jeder flexiblen Platte 93 ausgebildet sind, Thermokoppler 94, die jeweils in einem Bereich zum Greifen einer Probe und an dem entfernten Ende jeder flexiblen Platte 93 ausgebildet sind, eine Energieversorgung 95, die elektrisch mit den Spulenschichten 91 verbunden ist, Metallfilme 83, 84, die elektrisch mit den zwei jeweiligen Thermokopplern verbunden sind, einen Detektor 96 zum Messen einer thermoelektrorotorischen Kraft, und Leiter 85, 86, 87 zum elektrischen Verbinden der Detektoren 96 mit den Metallfilmen 83, 84.
Das Verfahren zum Herstellen des Mikrogreifers der vorliegenden Erfindung wird als nächstes beschrieben.
Fig. 11A bis 11E zeigen schematische Querschnitte, um Herstellungsabläufe des Mikrogreifers der vorliegenden Ausführungform darzustellen.
Zuerst wird ein Siliziumnitridfilm 81 mit einer Dicke von 700 nm auf einem n-Typ Siliziumsubstrat 80 ausgebildet, das einen Durchmesser von 7,6 cm (3 Inches), eine Dicke von 250 um und eine (100)-Orientierung aufweist, bedeckt mit einer spontanen Oxidschicht, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorsilan und Ammoniumgas. Ferner wird der Siliziumnitridfilm auf dem Substrat teilweise durch den Photolithographieprozeß und durch den Trockenätzprozeß entfernt. Die Form des entfernten Bereiches beträgt ungefähr 5 um bis ungefähr 10 um im Quadrat. Die Form und Größe der Struktur kann beliebig bestimmt werden. Danach wird das Substrat in eine Siliziumätzlösung, wie beispielsweise die KOH-Lösung oder die TMAH-Lösung, eingetaucht, um den belichteten Siliziumbereich in viereckige Pyramidenform zu ätzen, wodurch eine Vertiefung 88 ausgebildet wird (Fig. 11A).
Danach wird die Probe in einen elektrischen Ofen gelegt, um einen Siliziumdioxidfilm 82 in einem belichteten Bereich der Vertiefung 88 wachsen zu lassen. Wie wohl bekannt ist, ist eine Aufwachsgeschwindigkeit des Siliziumdioxidfilms in einem flachen Bereich schnell, aber langsam in einem Eckenbereich. Somit wird ein Querschnitt des so in der Vertiefung 88 aufgewachsenen Siliziumfilm wie in Fig. 11B gezeigt, wobei die Dicke des Bodenteils extrem dünn ist. Ein Strukturieren eines Metallfilmes 83, z. B. aus Gold, Platin, Nichrom, Chromel, Alumel, Platin-Rhodium oder Nickel wird auf der Oberseite der Probe durch das Lift-Off-Verfahren durchgeführt, um einen bildenden Teil des Thermokopplers und eines Dünnfilmelementes zum Antreiben (Spulenschicht 91) an einem Zeitpunkt auszubilden (Fig. 11B).
Dann wird diese Probe einem Strukturieren unterworfen, in der Form einer flexiblen Platte in dem Siliziumnitridfilm auf der Oberseite des Substrats, und in die Form eines Halteelementes auf der Rückoberfläche des Substrats. Als nächstes wird die Probe in die TMAH-Lösung eingetaucht, die eine Konzentration von 20 bis 25 wt% bei einer Erwärmung auf 80º aufweist, um nur unnötige Siliziumbereiche aufzulösen (Fig. 11C).
Dann wird die Probe in die KOH-Lösung eingetaucht, die eine Konzentration von 40 wt% bei einer Erwärmung auf 85º für ungefähr 30 Minuten aufweist, um die ganze Siliziumdioxidschicht des Fühlerbereiches in eine vernachlässigbare Dicke zu ätzen, wodurch der Metallfilm 83 ein wenig an dem Fühlerspitzenteil exponiert wird, wo die Dicke der Siliziumdioxidschicht am dünsten ist. Danach wird ein Metallfilm 84, der von dem zuvor ausgebildeten Metallfilm 83 verschieden ist, auf der Rückoberfläche des Substrates ausgebildet. Der obige Prozeß schafft einen Finger, der aus dem Halteelement zum Halten der flexiblen Platte besteht, wobei die flexible Platte, über das Haltelelement übersteht, dem Dünnfilmelement zum Antreiben der im Fühler besteht, der mit dem Paar verschiedener Metallfilme versehen ist, d. h. einem Thermokoppler an dem Spitzenteil an der entfernten Endregion der flexiblen Platte.
Zwei solche Finger werden in der obigen Weise hergestellt. Die zwei so hergestellten Finger weisen unterschiedliche Längen der Haltelelemente auf, wobei das kleinere Haltelement eine Breite von 2 mm und eine Länge von 4 mm aufweist, während das Größere eine Breite von 2 mm und eine Länge von 8 mm aufweist.
Die zwei so hergestellten Finger mit unterschiedlichen Größen von Halteelementen sind aneinandergebondet mit einem leitenden Haftstoff, der Silber als Hauptbestandteil enthält, auf der Seite der zwei Halteelemente, und Leiter 85-87 zum Verbinden der Metallfilme 83, 84 mit dem Detektor, um thermoelektromotorische Kräfte Va und Vb zu messen, sind an die Metallfilme 83 und 84 gebondet. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist der Metallfilm 84 eine gemeinsame Elektrode für die zwei Thermokoppler.
Als nächstes wird der Betrieb des Mikrogreifers gemäß Ausführungsform 6 beschrieben.
Da der Öffnungs-/Schließbetrieb der flexiblen Platten dieses Mikrogreifers im wesentlichen der Gleiche ist wie der des in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 5-253870 beschriebenen Mikrogreifers, wie zuvor beschrieben, wird auf die detaillierte Beschreibung davon verzichtet, wird aber im folgenden kurz beschrieben.
Ein magnetisches Feld wird an den Mikrogreifer angelegt, so daß eine Richtung des magnetischen Feldes mit der longitudinalen Richtung der flexiblen Platte 93 übereinstimmt. Dann wird ein elektrischer Strom von der Energieversorgung 95 in unabhängiger Weise an die Spulenschichten 91 zugeführt, die jeweils auf der Außenoberfläche der flexiblen Platte 93 ausgebildet sind. Dann empfängt jede flexible Platte 93 eine Lorentzkraft, abhängend von der Richtung des elektrischen Stromes und der Richtung des Magnetfeldes, wodurch der Öffnungs- /Schließbetrieb des Mikrogreifers durchgeführt werden kann. In diesem Fall, da die Richtung eines elektrischen Stromes, der an jede Spulenschicht 91 angelegt wird, unabhängig voneinander ausgewählt wird, kann der Öffnungs- /Schließbetrieb jeder flexiblen Platte 93 unabhängig durchgeführt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Messen der Temperatur des durch den Mikrogreifer von Ausführungsform 6 gegriffenen Objektes beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, erzeugt der Thermokoppler verschiedene elektromotorische Kräfte in den jeweiligen Leitern, abhängend von der Kontakttemperatur (Seebeck- Effekt). Entsprechend kann die Temperatur des gegriffenen Objektes durch Messen, unter Verwendung des Detektors 96 einer thermoelektromotorischen Kraft, die zwischen den Metallfilm 83 und 84 erzeugt wird, gemessen werden, wenn der Mikrogreifer das gegriffene Objekt greift. Da die vorliegende Erfindung zwei Thermokoppler 94 umfaßt, die in den zwei jeweiligen flexiblen Platten 93 vorgesehen sind, kann eine Temperaturmessung durch die entsprechenden Thermokoppler unabhängig voneinander durchgeführt werden.
Eine Messung wurde durchgeführt, unter Verwendung des so erhaltenen Mikrogreifers. Während der erzeugte Mikrogreifer ein Seeigelei mit einem Durchmesser von 100 um gegriffen hat, wurde YAG-Laserlicht auf das Ei eingestrahlt. Es wurde bestätigt, daß die Temperatur der Probe sich gleichzeitig mit der Bestrahlung des Laserlichtes erhöht. Es wurde so geprüft, daß eine Temperaturmessung einer gegriffenen Substanz möglich wurde, was niemals zuvor realisiert worden ist. Obwohl die vorliegende Ausführungsform so angeordnet wurde, daß die Thermokoppler an jedem der entfernten Enden von jeder der zwei flexiblen Platten in dem Mikrogreifer vorgesehen wurden, ist anzumerken, daß die Temperatur der Probe gemessen werden kann, solange zumindest ein Thermokoppler vorgesehen ist.
Ferner wurde die vorliegende Ausführungsform so angeordnet, daß die Größen der oberen und unteren Halteelemente voneinander verschieden waren, um die elektromotorischen Kräfte von den Thermokopplern zu messen, sie können jedoch in gleicher Größe ausgebildet werden, solange die elektromotorischen Kräfte von den Thermokopplern gemessen werden können.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform die Lorentzkraft durch Bereitstellen der Spulenschichten verwendet hat, um den Öffnungs-/Schließbetrieb der flexiblen Platten durchzuführen, kann der Öffnungs-/Schließbetrieb unter Verwendung eines anderen Verfahrens durchgeführt werden. Z. B. kann der Öffnungswert-/Schließbetrieb beispielsweise in solch einer Weise durchgeführt werden, daß die flexiblen Platten aus zwei Arten von Materialien mit verschiedenen thermischen Expansionkoeffizienten ausgebildet werden, und daß die Wärme an die flexiblen Platten zugeführt wird, um einen thermischen Antrieb zu bewirken.

Ausführungsform 7

Ein Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 7, eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 12, 13 und 14A bis 14D beschrieben.
Fig. 12 zeigt eine schematische Draufsicht des Mikrogreifers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 13 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Linie B-B der Fig. 12.
Dieser Mikrogreifer weist, wie in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigt, ein Haltelement 101 auf, ein Fingerpaar 102, das durch das Halteelement 101 an dessen einem Ende gehalten wird und mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen einander gegenüberliegt, Spulenschichten 103 (Dünnfilmelemente zum Antrieb), die jeweils auf einer Außenoberfläche jedes Fingers 102 als Öffnungs-/Schließeinrichtung zum Öffnen und Schließen des Fingerpaares 102 ausgebildet sind, und Heizwiderstände 104 zum Heizen mindestens einer Region, wo das Fingerpaar 102 ein gegriffenes Objekt greift.
In der vorliegenden Ausführungsform weißt jeder Finger 102 einen Vorsprung 105 auf, als eine Region zum Greifen des gegriffenen Objekts, und der jeweilige Heizwiderstand 104 ist in dem Vorsprungsbereich 105 ausgebildet. Das Material für die Heizwiderstände 104 kann z. B. aus hochresistiven Metallfilmen aus Ta, Nichrom, Nickel usw., und inorganischen Materialien, wie beispielsweise Tantalumpentoxid usw., ausgewählt werden. Jeder Finger 102 besteht aus einer flexiblen Platte, und insbesondere aus doppelten Schichten aus Siliziumnitridfilmen 109, 110. Das Haltelement 101 besteht aus den Siliziumnitridfilmen 109, 110, der Siliziumschicht 111 und den Siliziumnitridschichten 112, 113. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß die Struktur jedes Fingers 109 und des Halteelements 101 nicht auf die obige Struktur begrenzt ist.
Verdrahtungsstrukturen 106, die elektrisch mit dem Heizwiderstand 104 verbunden sind, sind beabstandet zur Spulenschicht 103 auf einer Außenoberfläche jedes Fingers ausgebildet. Die Verdrahtungsstrukturen 106 erstrecken sich auch auf das Halteelement 101, um mit den Elektrodenstrukturen 107 verbunden zu werden, die auf dem Halteelement 101 ausgebildet sind, zur elektrischen Verbindung mit der Außenseite. In ähnlicher Weise erstreckt sich die Spulenschicht 103 auch auf das Halteelement 101, um mit den Elektrodenstrukturen 108 verbunden zu werden, die auf dem Halteelement 101 ausgebildet sind, zur elektrischen Verbindung mit der Außenseite.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des in Fig. 12 und 13 gezeigten Mikrogreifers wird als nächstes unter Bezugnahme auf 14A bis 14D beschrieben. Fig. 14 bis 14D zeigen schematische Querschnitte, um ein Beispiel der Herstellungsschritte des in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Mikrogreifers zu zeigen. In Fig. 14A bis 14D sind die Elemente, die mit denen in Fig. 12 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Zuerst werden Siliziumnitridfilme 110, 112 mit einer Dicke von 400 nm auf eine der Oberflächen eines n-Typ Siliziumsubstrates 111 ausgebildet, das einen Durchmesser von 7,6 cm (3 Inches), eine Dicke von 250 um und eine (100)- Orientierung aufweist, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorsilan und Ammoniumgas. Ferner wird der Siliziumfilm 110 auf der Oberseite des Substrates 111 einer Strukturierung unterworfen, durch den photolithographischen Prozeß und das Trockenätzverfahren, wodurch eine quadratische Öffnung 110a mit einer Seite von ungefähr 5 um bis 10 um ausgebildet wird, wenn die Oberfläche des Substrates 111 an einem vorbestimmten Bereich des Siliziumnitridfilmes 110 auf der Oberseite des Substrates 111 belichtet wird. Die Strukturform, Größe und die Anzahl der Öffnungen 110a kann beliebig bestimmt werden. Danach wird diese Struktur in eine Siliziumätzlösung, wie beispielsweise die KOH-Lösung oder die TMAH-Lösung, eingetaucht, um den Bereich des Substrates 111 zu ätzen, der durch die Öffnung 110a belichtet wurde, in eine viereckige Pyramidenform, mit einer Maske aus den Siliziumnitridfilmen 110, 112, wodurch ein viereckiger pyramidaler Graben 111a ausgebildet wird, der durchgehend mit der Öffnung 110a in dem Siliziumnitridfilm 110 (Fig. 14A) verbunden ist. Da das Substrat 111 eine (100)-Orientierung aufweist, hört das Ätzen automatisch an der (111)-Kristallfläche des Siliziums auf, wie wohl bekannt ist, wodurch die Oberfläche des Grabens 111a unter einem Winkel von 54,7º spitz zuläuft.
Danach werden die Siliziumnitridfilm 109, 113 mit einer Dicke von 300 nm auf beiden Seiten des Substrates in dem in Fig. 14A gezeigten Zustand ausgebildet, durch das Niederdruckdamphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorsilan und Ammoniumgas (Fig. 14B).
Als nächstes wird ein Strukturieren eines Films aus einem hochresistiven Metallmaterial, wie beispielsweise Ta, Nichrom, Nickel usw., oder aus einem anorganischen Material, wie beispielsweise Tantalum-Pentoxid, auf der Oberseite des Substrates in dem in Fig. 14B gezeigten Zustand durchgeführt, durch das lift-off-Verfahren usw., wodurch ein Heizwiderstand 107 in rechteckiger Form in und um den Bereich des Grabens 109a in dem Siliziumnitridfilm 109 ausgebildet wird. Ferner wird ein Strukturieren einer Metallschicht, z. B. aus Gold, Aluminium, Kupfer usw., auf der Oberseite des Siliziumnitridfilmes 109 durchgeführt, durch das lift-off-Verfahren, wodurch eine Spulenschicht 103, Verdrahtungsstrukturen 106 und Elektrodenstrukturen 107, 108 (Fig. 12) ausgebildet werden. Danach werden die Siliziumnitridschichten 109, 110, 112, 113 auf beiden Seiten des Substrats 111 einer Strukturierung unterworfen, durch den photolithographischen Prozesses und des Trockenätzprozesses, um so mit der gewünschten Form der Finger 102 und der gewünschten Form des Halteelementes 101 übereinzustimmen (Fig. 14C).
Dann wird das Substrat in dem in Fig. 14C gezeigten Zustand in die TMAH-Lösung eingetaucht, die eine Konzentration von 20 bis 25 wt% bei 80ºC aufweist, oder in die KOH-Lösung, die eine Konzentration von 40wt% bei 85ºC aufweist, wobei nur unnötige Siliziumbereiche, die durch das Strukturieren belichtet wurden, aufgelöst werden. Dies vervollständigt einen Fingerkörper in dem wie in Fig. 14D gezeigten Auslegerzustand.
Zwei solche Fingerkörper, die in Fig. 14D gezeigt sind, werden hergestellt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel usw. zwischen Bereichen, um das Halteelement 101 zu bilden. Dies vervollständigt den in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Mikrogreifer.
Als nächstes wird der Betrieb des in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Mikrogreifers beschrieben.
Zum Verwenden des Mikrogreifers, wie in Fig. 12 gezeigt, verbindet Leiter 123, 124 jede Elektrodenstruktur 107 mit einer Heizenergieversorgung 121, und Leiter 125, 126 verbindet jede Elektrodenstruktur 108 mit einer Antriebsenergieversorgung 122. Dieser Mikrogreifer wird in einem externen magnetischen Feld angeordnet.
Da der Öffnungs-/Schließbetrieb der Finger in dem Mikrogreifer der gleiche ist wie in Ausführungsform 6, wird somit hier auf dessen Beschreibung verzichtet.
Bei der tatsächlichen Arbeit wird z. B. der Mikrogreifer auf einem kommerziell erwerbbaren Manipulator befestigt, der hydraulisch in drei Dimensionen angetrieben werden kann, wodurch eine Substanz als ein gegriffenes Objekt auf einem Mikroskopträger gegriffen werden kann, auf welchem ein Permanentmagnet zum Bereitstellen des externen magnetischen Feldes befestigt ist.
Wenn ein elektrischer Strom von der Wärmeleistungsversorgung 121 an den Heizwiderstand 104 zugeführt wird, erzeugt der Heizwiderstand 104 Joulsche Wärme, um den Vorsprung 105 als eine Region zum Greifen des gegriffenen Objekts zu heizen. Bei dieser Gelegenheit können die Heizwiderstände 104 der jeweiligen Finger 102 simultan eingeschaltet werden oder nur einer der Widerstände 104 kann eingeschaltet werden.
Unter Verwendung des in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Mikrogreifers kann somit an dem Moment da das gegriffene Objekt gegriffen wird, das gegriffene Objekt lokal durch den Vorsprung 105 geheizt werden, der durch den Heizwiderstand 104 geheizt wird. Deswegen kann der Mikrogreifer eine thermische Leitungsanalyse in einer Mikroregion für gegriffene Objekte, wie beispielsweise feine mechanische Komponenten, realisieren, und eine biochemische Inspektion und eine Bewertung für gegriffene Objekte, wie z. B. lebende Proben.
Der Mikrogreifer kann z. B. zum Greifen eines Seeigeleis verwendet werden, dessen Durchmesser ungefähr 100 um beträgt, und zum Heizen in einer lokalen Region zur gleichen Zeit. Wenn die Temperatur solch eines Eies gleichzeitig durch ein Thermometer gemessen wurden, unter Verwendung von Infrarotstrahlen, ist erkannt worden, daß die Temperatur des Eies erhöht wurde, abhängend von dem Betrag des elektrischen Stromes, der an den Heizwiderstand 104 zugeführt wird.

Ausführungsform 8

Ein Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 8, der eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 14A bis 14D beschrieben.
Fig. 12A bis 12D zeigen schematische Querschnitte, um Herstellschritte eines Fingerkörpers zu zeigen, die zum Bilden des Mikrogreifers gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden und jeweils Fig. 14A bis 14D entsprechen.
Beschreibt man die Herstellungsschritte, die in Fig. 15A bis 15D gezeigt sind, werden zuerst Siliziumnitridfilme 132, 133 auf beiden Oberflächen eines Siliziumsubstrates 131 durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorosilan Ammoniumgas ausgebildet. Ferner wird der Siliziumnitridfilm 132 auf der Oberseite des Substrats 131 einer Strukturierung durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß ausgesetzt, wodurch eine kreisförmige Öffnung 132a, die die Oberfläche des Substrates 131 freilegt, in einem vorbestimmten Bereich des Siliziumnitridfilmes 132 auf der Oberseite des Substrates 131 ausgebildet wird. Die Strukturform, Größe und die Anzahl von Öffnungen 132a kann beliebig bestimmt werden. Dann wird dieses Substrat in einen elektrischen Ofen gelegt, um darin erwärmt zu werden, wodurch ein Siliziumdioxidfilm 134 durch thermische Oxidation in dem exponierten Bereich des Substrates 131 durch die Öffnung 132a aufgewachsen wird (Fig. 15A). Wie wohl bekannt ist, ist die Wachstumsgeschwindigkeit eines Siliziumdioxidfilmes in einem flachen Bereich groß, aber klein in einem Eckbereich, und dadurch wird der Querschnitt des so aufgewachsenen Siliziumoxidfilmes 134 ungefähr oval, wie in Fig. 15A gezeigt.
Danach werden die Siliziumnitridfilme 135, 136 auf beiden Oberflächen des Substrates in dem in Fig. 15A gezeigten Zustand ausgebildet, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorosilan und Ammoniumgas (Fig. 15B).
Als nächstes wird eine Strukturierung eines Filmes z. B. aus einem hochresistiven Metallmaterial, wie beispielsweise Ta, Nichrom, Nickel usw., oder einem anorganischen Material, wie beispielsweise Tantalum-Pentoxid, durchgeführt, durch das lift-off-Verfahren usw., auf der Oberseite des Substrates in dem in Fig. 15B gezeigten Zustand, wodurch ein Heizwiderstand 137 in kreisförmiger Form oberhalb und um den Siliziumdioxidfilm 134 herum ausgebildet wird. Ferner wird eine Strukturierung einer Metallschicht, wie beispielsweise Gold, Aluminium, Kupfer usw., durchgeführt, durch das lift off-Verfahren auf der Oberseite der Siliziumnitridschicht 135, wodurch eine Spulenschicht 138 ausgebildet wird, die der Spulenschicht 103 in Fig. 12 entspricht, Verdrahtungsstrukturen (nicht dargestellt), die den Verdrahtungsstrukturen 106 in Fig. 12 entsprechen, und Elektrodenstrukturen (nicht dargestellt), den Elektrodenstrukturen 107, 108 in Fig. 12 entsprechen. Danach wird eine Strukturierung für die Siliziumnitridfilme 132, 133, 135, 136 durchgeführt, auf beiden Oberflächen des Substrates 131, durch den Photolithographieprozeß und den Trockenätzprozeß, um so mit der gewünschten Form des Fingers und der gewünschten Form des Halteelementes übereinzustimmen (Fig. 15C).
Dann wird das Substrat in dem in Fig. 15C gezeigten Zustand in die starke Alkalilösung eingetaucht, wie beispielsweise die KOH-Lösung, um unnötige Siliziumbereiche und den durch das Strukturieren belichteten Siliziumdioxidfilm 134 aufzulösen. Dies vervollständigt einen Fingerkörper in einem Auslegerzustand, der in Fig. 15D gezeigt ist.
Dann werden zwei solche Fingerkörper, die in Fig. 15D gezeigt sind, hergestellt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel usw. zwischen den Bereichen, um die Halteelemente zu bilden, ähnlich wie beim Bonden der zwei Fingerkörper, die in Fig. 14D gezeigt sind. Dies vervollständigt den Mikrogreifer (nicht dargestellt) gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In dem Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist jeder Finger einen sphärischen, konkaven Bereich 139 (Fig. 15D) als eine Region zum Greifen des gegriffenen Objektes auf, und ein Heizwiderstand 137 ist in dem Bereich des konkaven Bereichs 139 ausgebildet.
Verwendet man den Mikrogreifer gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann zum gleichen Zeitpunkt wie das gegriffene Objekt gegriffen wird, lokal erwärmt werden, durch den konkaven Bereich 139, der durch den Heizwiderstand 137 erwärmt wird.

Ausführungsform 9

Ein Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 9, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 16A bis 16D beschrieben.
Fig. 16A bis 16D zeigen schematische Querschnittsansichten, um Herstellungsschritte eines Fingerkörpers zu zeigen, die zum Aufbauen des Mikrogreifers gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden und jeweils Fig. 14A bis 14D entsprechen.
Beschreibt man die in Fig. 16A bis 16D gezeigten Herstellungsschritte, wird eine kreisförmige Maske 142 zuerst in einem vorbestimmtem Bereich auf der Oberseite des Siliziumsubstrates 141 ausgebildet (Fig. 16A). Die Strukturform, Größe und die Anzahl der Maske 142 kann beliebig bestimmt werden.
Danach wird dieses Substrat in eine Flourwasserstoffsäurelösung eingetaucht, um Silizium isotrop zu ätzen, wodurch das Siliziumsubstrat 141 in eine flache Form geformt wird, die einen kegelförmigen Vorsprung 141a auf dessen Oberseite aufweist. Dieses Ätzen entfernt die Maske 142 von dem Siliziumsubstrat 141.
Siliziumnitridschichten 143, 144 werden auf beiden Oberflächen des Siliziumsubstrates 141 in diesem Zustand ausgebildet, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorosilan und Ammoniumgas (Fig. 16B).
Als nächstes wird ein Strukturieren eines Filmes z. B. eines hochresistiven Metallmaterials, wie beispielsweise Ta, Nichrom, Nickel usw. oder einem anorganischen Material, wie beispielsweise Tantalum-Pentoxid, durch das lift-off- Verfahren ausgeführt, auf der Oberseite des Substrates in dem in Fig. 16B gezeigten Zustand, wodurch ein Heizwiderstand 145 in kreisförmiger Form oberhalb und um den Vorsprung 141a herum ausgebildet wird. Ferner wird ein Strukturieren eines Metallfilmes wie beispielsweise Gold, Aluminium, Kupfer usw. durchgeführt, durch das lift-off- Verfahren auf der Oberseite des Siliziumnitridfilmes 143, wodurch eine Spulenschicht 146, die der Spulenschicht 103 in Fig. 12 entspricht, Verdrahtungsstrukturen(nicht dargestellt), die den Verdrahtungsstrukturen 106 in Fig. 12 entsprechen, und Elektrodenstrukturen (nicht dargestellt) ausgebildet werden, die den Elektrodenstrukturen 107, 108 in Fig. 12 entsprechen. Danach wird ein Strukturieren für die Siliziumnitridschichten 143, 144 auf beiden Oberflächen des Substrates 141 durch den Photolithographieprozeß und den Trockenätzprozeß durchgeführt, um so mit der gewünschten Form des Fingers und der gewünschten Form des Halteelementes übereinzustimmen (Fig. 16C).
Dann wird das Substrat in dem in Fig. 16C gezeigten Zustand in die TMAH-Lösung oder die KOH-Lösung eingetaucht, um unnötige Siliziumbereiche, die durch das Strukturieren belichtet wurden, aufzulösen. Dies vervollständigt einen Fingerkörper in einem Auslegerzustand, der in Fig. 16D gezeigt ist.
Dann werden zwei solche Fingerkörper, die in Fig. 16D gezeigt sind, hergestellt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel usw. zwischen den Bereichen, um die Halteelemente zu bilden, ähnlich wie das Bonden zwischen den zwei Fingerkörpern, die in Fig. 14D gezeigt sind. Dies vervollständigt den Mikrogreifer (nicht dargestellt) gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In dem Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist jeder Finger einen kegelförmigen, konkaven Bereich 147 (Fig. 16D) als eine Region zum Greifen des gegriffenen Objektes auf, und ein Heizwiderstand 145 ist in dem Bereich des konkaven Bereichs 147 ausgebildet.
Verwendet man ferner den Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zum gleichen Zeitpunkt da das gegriffene Objekt gegriffen wird lokal erwärmt werden, durch den konkaven Bereich 147, der durch den Heizwiderstand 145 geheizt wird.

Ausführungsform 10

Ein Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 10, die eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 17, 18, 19A und 19B beschrieben.
Fig. 17 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Fingerkörper, der zum Aufbau des Mikrogreifers gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Fig. 18 zeigt einen Querschnitt entlang Linie C-C in Fig. 17. Fig. 19A und 19B zeigen schematische Querschnitte, um ein Beispiel der Herstellungsschritte des in Fig. 17 und Fig. 18 gezeigten Fingerkörpers zu zeigen.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Fingerkörpers wird unter Bezugnahme auf Fig. 17, 18, 19A und 19B beschrieben.
Zuerst werden Siliziumnitridfilme 152, 153 auf beiden Oberflächen eines n-Typ Siliziumsubstrates 151 ausgebildet, das eine (100)-Orientierung aufweist, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren, aus Rohmaterialien Dichlorosilan und Ammoniumgas. Ferner wird ein Strukturieren durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß für den Siliziumnitridfilm 152 auf der Oberseite des Substrates 151 durchgeführt, wodurch eine rechteckige Öffnung 152, die die Oberfläche des Substrates 151 freilegt, in einem vorbestimmten Bereich des Siliziumnitridfilmes 152 auf der oberen Oberfläche des Substrates 151 ausgebildet. Die Strukturform, Größe und die Anzahl von Öffnungen 152a kann beliebig bestimmt werden. Danach wird dieses Substrat in eine Siliziumätzlösung wie beispielsweise die KOH-Lösung oder die TMAH-Läsung eingetaucht, um den belichteten Bereich des Substrates 151 durch die Öffnung 152 in eine viereckige, Pyramidenform zu ätzen, wodurch ein viereckiger, pyramidaler Graben 151a kontinuierlich zu der Öffnung 152a in dem Siliziumnitridfilm 152 ausgebildet wird (Fig. 19A).
Danach wird das Substrat in dem in Fig. 19A gezeigten Zustand in einen elektrischen Ofen gelegt, um erwärmt zu werden, wodurch ein Siliziumdioxidfilm 154 durch thermische Oxidation im freigelegten Bereich des Grabens 151a auf dem Substrat 151 aufwächst. Wie wohl bekannt ist, ist die Wachstumsgeschwindigkeit des Siliziumdioxidfilmes in einem flachen Bereich schnell, aber langsam in einem Eckenbereich. Somit wird ein Querschnitt des in dem Bereich des Grabens 151a aufgewachsenen Siliziumdioxidfilmes 154 wie in Fig. 19B gezeigt, wo die Dicke des Bodenbereiches wesentlich dünner ist, als die anderen Bereiche. Danach wird ein Strukturieren eines Metallfilmes wie beispielsweise Gold, Platin, Nichrom, Chrom, Platinrodium, Nickel usw. durchgeführt, durch einen wohlbekannten Ablauf, auf der Oberseite des Substrates, wodurch ein bildender Bereich 159 aus Thermokoppler 155 (Fig. 18), eine Elektrodenstruktur 156 für den Thermokoppler, eine Spulenschicht 157, die der Spulenschicht 3 in Fig. 12 entspricht, und Elektrodenstrukturen 158 (Fig. 17), die den Elektrodenstrukturen 108 in Fig. 12 entsprechen, ausgebildet werden. Ein Vorsprung 159a (ein Bereich des bildenden Bereiches 159), der in dem Bereich eines Grabens in der Siliziumdioxidschicht 154 durch das Strukturen des Metallfilmes ausgebildet ist, wird ein Verbindungsbereich zwischen zwei verschiedenen Materialien in dem Thermokoppler 155, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgehen wird. Als nächstes wird eine Strukturierung durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß für die Siliziumnitridfilmes 152, 153 auf beiden Oberflächen des Substrates 151 durchgeführt, um somit mit der gewünschten Form des Fingers und der gewünschten Form des Halteelementes übereinzustimmen (Fig. 19B).
Dann wird das Substrat in die TMAH-Lösung eingetaucht, um nur unnötige Siliziumbereiche, die durch das Strukturieren belichtet wurden, aufzulösen. Des weiteren wird dieses Substrat in die KOH-Lösung eingetaucht (diese Lösung ätzt den Siliziumdioxidfilm mit niedriger Geschwindigkeit), um eine kleine Menge des Siliziumdioxidfilmes 154 isotrop zu ätzen, wodurch der Vorsprung 159a hergestellt wird, der etwas von dem oberen Bereich (der dem dünnsten Bereich vor einem Ätzen entspricht) des Siliziumdioxidfilmes 154 nach dem Ätzen übersteht. Danach wird ein Metallfilm 160, der von dem zuvor ausgebildeten Metallfilm verschieden ist (nämlich verschieden von dem Material für den Vorsprung 159a), auf der Rückoberfläche des Substrates ausgebildet. Dies vervollständigt einen Fingerkörper, der in Fig. 17 und Fig. 18 gezeigt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der in Fig. 17 und Fig. 18 gezeigte Fingerkörper an den anderen in Fig. 14D, Fig. 15D oder Fig. 16D gezeigten Fingerkörper gebondet, durch ein Haftmittel usw. zwischen Bereichen, um die Halteelemente zu bilden, ähnlich wie bei dem Bonden der zwei in Fig. 14D gezeigten Fingerkörper. Dies vervollständigt den Mikrogreifer (nicht dargestellt) gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In dem Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Thermokoppler 155 in einem nicht durch den Heizwiderstand erwärmten Bereich vorgesehen, und in einer Region wo die paarweisen Finger ein gegriffenes Objekt greifen. Unter Verwendung des Mikrogreifers wird eine elektromotorische Kraft, die zwischen der Elektrodenstruktur 156 und dem Metallfilm 160 auftritt, als ein Temperaturerfassungssignal an einen Detektor (nicht dargestellt) zugeführt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zum selben Zeitpunkt da das gegriffene Objekt gegriffen wird, das gegriffene Objekt lokal erwärmt werden, durch die Region, die durch den Heizwiderstand erwärmt wird. Zusätzlich kann die Temperatur des gegriffenen Objektes gemessen werden. Deswegen kann die thermische Leitungsanalyse usw. des gegriffenen Objektes akkurat durchgeführt werden, und eine lokale Region des gegriffenen Objektes kann auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden, durch Steuerung eines elektrischen Strombetrages (folglich ein Heizbetrag des Wärmewiderstandes) an den Heizwiderstand, abhängend von einer gemessenen Temperatur.

Ausführungsform 11

Ein Mikrogreifer gemäß Ausführungsform 11, die eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 20, 21 und 22A bis 22C beschrieben.
Fig. 20 zeigt eine schematisch Draufsicht auf einen Fingerkörper, der zum Bilden des Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Fig. 21 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang Linie D-D in Fig. 20. Fig. 22A bis 22C zeigen schematisch Querschnitte, um ein Beispiel von Herstellungsschritten des in Fig. 20 und Fig. 21 dargestellten Fingerkörpers zu zeigen.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen dieses Fingerkörpers wird unter Bezugnahme auf Fig. 20, 21 und 22A bis 22C beschrieben.
Zuerst werden Siliziumnitridfilm 172, 173 auf beiden Oberfläche eines n-Typ Siliziumsubstrates 171 ausgebildet, das eine (100)-Orientierung aufweist, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorosilan und Ammoniumgas. Ferner wird der Siliziumfilm 172 auf der Oberseite des Substrates 171 einer Strukturierung unterworfen, durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß, wodurch eine quadratische Öffnung 172a, die die Oberfläche des Substrates 171 freilegt, in einem vorbestimmten Bereich des Siliziumnitridfilmes 172 auf der Oberseite des Substrates 171 ausgebildet wird. Die Strukturform, Größe und die Anzahl von Öffnungen 172a kann beliebig bestimmt werden. Danach wird dieses Substrat in eine Siliziumätzlösung wie beispielsweise die KOH-Lösung oder die TMAH-Lösung eingetaucht, um den belichteten Bereich des Substrates 171 durch die Öffnung 172a in viereckiger Pyramidenform mit einer Maske aus den Siliziumnitridfilmen 172, 173 zu ätzen, wodurch ein viereckiger, pyramidalen Graben 171a kontinuierlich zur Öffnung 172 in dem Siliziumnitridfilm 172 ausgebildet wird (Fig. 22A).
Danach werden Siliziumnitridfilm 174, 175 auf beiden Oberflächen des Substrates in dem in Fig. 22A gezeigten Zustand ausgebildet, durch das Niederdruckdampfphasenwachstumsverfahren aus Rohmaterialien Dichlorosilan und Ammoniumgas. Als nächstes wird ein Strukturieren durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß für die Siliziumnitridfilme 172, 174 auf der oberen Oberfläche des Substrates 171 durchgeführt, wodurch quadratische Öffnungen 172b, 174b, die die Oberfläche des Substrates 171 freilegen, in vorbestimmten Bereichen der Siliziumnitridfilme 172, 174 auf der oberen Oberfläche des Substrates 171 ausgebildet werden. Die Strukturform, Größe und die Anzahl von Öffnungen 172b, 174b kann beliebig bestimmt werden. Danach wird dieses Substrat in eine Siliziumätzlösung wie beispielsweise die KOH-Lösung oder die TMAH-Lösung eingetaucht, um den belichteten Bereich des Substrates 171 durch die Öffnungen 171b, 174b in eine viereckige, Pyramidenform mit einer Maske aus den Siliziumnitridfilmen 174, 175 zu ätzen, wodurch ein viereckiger, pyramidaler Graben 171b kontinuierlich zu den Öffnungen 172b, 174b ausgebildet wird (Fig. 22B).
Dann wird das Substrat in dem in Fig. 22B gezeigten Zustand in einen elektrischen Ofen gelegt, um darin erwärmt zu werden, so daß ein Siliziumdioxidfilm 176 durch thermische Oxidation in dem belichteten Bereich des Grabens 171b in dem Substrat 171 aufwächst. Wie wohl bekannt ist, ist die Wachstumsgeschwindigkeit des Siliziumdioxidfilmes in einem flachen Bereich groß, aber klein in einem Eckbereich. Somit wird ein Querschnitt des in dem Bereich des Grabens 171b aufgewachsenen Siliziumdioxidfilmes 176 wie in Fig. 22C gezeigt, wobei die Dicke des Bodenbereiches viel kleiner als die anderen Bereiche ist. Als nächstes wird ein Strukturieren eines Filmes, z. B. eines hochresistiven Metallfilmes, wie beispielsweise Ta, Nichrom, Nickel usw. oder einem inorganischen Material wie beispielsweise Tantalum-Pentoxid, durch das lift-off-Verfahren usw. auf der Oberseite des Substrates durchgeführt, wodurch ein rechteckiger Heizwiderstand 177 in und um den Bereich des Grabens 174a in dem Siliziumnitridfilm 174 ausgebildet wird. Ferner wird ein Strukturieren eines Metallfilmes wie beispielsweise Gold, Platin, Nichrom, Chrom, Platinrodium, Nickel usw. durch ein wohlbekanntes Verfahren wie beispielsweise das lift-off-Verfahren auf der Oberseite des Substrates durchgeführt, wodurch ein bildender Bereich 179 eines Thermokopplers 178 ausgebildet wird (Fig. 21), eine Elektrodenstruktur 180 für Thermokoppler, eine Spulenschicht 181, die der Spulenschicht 103 in Fig. 12 entspricht, Elektrodenstrukturen 182, die den Elektrodenstrukturen 108 in Fig. 12 entsprechen, Verdrahtungsstrukturen 182, die den Verdrahtungsstrukturen 106 in Fig. 12 entsprechen, und Elektrodenstrukturen 184 (Fig. 20), die den Elektrodenstrukturen 107 in Fig. 12 entsprechen. Der Vorsprung 179a (ein Teil des bildenden Bereiches 179), der in dem Bereich des Grabens in dem Siliziumdioxidfilm 176 ausgebildet ist, durch das Strukturieren des Metallfilmes, wird ein Verbindungsbereich zwischen den verschiedenen Materialien in dem Thermokoppler 178, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgehen wird. Als nächstes werden die Siliziumnitridfilme 172-175 auf beiden Oberflächen des Substrates 171 einer Strukturierung durch den photolithographischen Prozeß und den Trockenätzprozeß unterworfen, um somit mit der gewünschten Form des Fingers und der gewünschten Form des Halteelementes übereinzustimmen (Fig. 22C).
Dann wird dieses Substrat in die TMAH-Lösung eingetaucht, um nur unnötige Siliziumbereiche, die durch das Strukturieren belichtet wurden, aufzulösen. Ferner wird dieses Substrat in die KOH-Lösung (welche den Siliziumdioxidfilm mit niedriger Geschwindigkeit ätzt) eingetaucht, um eine sehr kleine Menge des Siliziumdioxidfilmes 176 isotrop zu ätzen, wodurch der Vorsprung 179a ausgebildet wird, der etwas von dem oberen Teil (der dem dünnsten Bereich vor dem Ätzen entspricht) des Siliziumdioxidfilmes 176 nach dem Ätzen übersteht. Als nächstes wird ein Metallfilm 185 von unterschiedlicher Art als der zuvor ausgebildete Metallfilm (d. h. verschieden von dem Material des Vorsprungs 179a) auf der Rückoberfläche des Substrates ausgebildet. Dies vervollständigt einen Fingerkörper, der in Fig. 21 und Fig. 22A bis 22C gezeigt ist.
Dann werden die zwei in Fig. 20 und Fig. 21 dargestellten Fingerkörper hergestellt und aneinandergebondet, durch ein Haftmittel usw. zwischen Bereichen, um die Halteelemente zu bilden.
Dies vervollständigt den Mikrogreifer (nicht dargestellt) gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In dem Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Thermokoppler 178 in einem Bereich vorgesehen, der nicht durch den Heizwiderstand erwärmt wird, und in einer Region wo die gleichen Finger ein gegriffenes Objekt greifen. Zum Verwenden dieses Mikrogreifers wird eine elekromotorische Kraft, die zwischen der Elektrodenstruktur 180 und dem Metallfilm 185 erzeugt wird, als ein Temperaturerfassungssignal an einen nicht dargestellten Detektor zugeführt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zum gleichen Zeitpunkt da das gegriffene Objekt gegriffen wird, das gegriffene Objekt lokal erwärmt werden, durch die Region, die durch den Heizwiderstand erwärmt wird. Zusätzlich kann die Temperatur des gegriffenen Objektes auch gemessen werden. Somit kann die thermische Leitungsanalyse usw. des gegriffenen Objektes auch weiter akkurat durchgeführt werden, und ein lokaler Bereich des gegriffenen Objektes kann auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden, durch steuern einer Zuführstrommenge an den Heizwiderstand (somit eine Wärmemenge des Heizwiderstandes), abhängend von einer gemessenen Temperatur.
Da der Mikrogreifer gemäß der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet ist, daß der Heizwiderstand 177 und der Thermokoppler 178 in dem gleichen Finger vorgesehen sind, kann die Entfernung zwischen dem Heizwiderstand 177 und dem Thermokoppler 178 bei einem bekanntem Wert konstant gehalten werden, was ferner zum Durchführen der thermischen Leitungsanalyse usw. praktisch ist.
Verschieden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zuvor in Einzelheiten beschrieben, aber es sollte erwähnt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Z. B. erlaubt die Erfindung auch, daß der Siliziumnitridfilm 143 als perfekt flach ausgebildet wird, ohne Bilden des konkaven Bereichs 177 in dem Siliziumnitridfilm 143 in dem Fingerkörper von Fig. 16D. Wenn jedoch die Finger die konvexen Bereiche oder konkaven Bereiche als eine Region zum Greifen des gegriffenen Objektes aufweisen, und wenn die Heizwiderstände die konvexen Bereiche oder konkaven Bereiche erwärmen, kann ein Heizbereich für das gegriffene Objekt bereits bestimmt sein, was somit vorteilhaft ist.
In der vorliegenden Erfindung kann der Mikrogreifer in irgendeiner Kombination zwischen den beschriebenen Fingerkörpern aufgebaut werden. Ferner gibt es keine Begrenzung der Anzahl von Heizwiderständen und der Anzahl von Thermokopplern. Der Heizwiderstand kann auf jedem Fingerpaar vorgesehen sein, oder nur auf einem von ihnen. Der Heizwiderstand kann über der gesamten Fläche der Finger vorgesehen sein, zum Greifen des gegriffenen Objektes, oder nur in einem Teil der Region.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen verwenden die Lorentzkraft von der Spulenschicht, die in jedem der Finger vorgesehen ist, zum Durchführen des Öffnungs- /Schließbetriebes der Finger, aber der Öffnungs- /Schließbetrieb der Finger kann durch ein anderes Verfahren durchgeführt werden. Z. B. kann der Öffnungs-/Schließbetrieb durch thermischen Antrieb in solch einer Weise bewirkt werden, daß die flexible Platte, die den Finger bildet, aus zwei Arten von Materialien hergestellt wird, mit verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten, und diese Wärme wird an die flexible Platte zugeführt. In jeder zuvor beschriebenen Ausführungsform verwendet der thermische Antrieb möglicherweise einen Unterschied des thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Spulenschicht (Dünnfilmelement zum Antrieb) und dem Siliziumnitridfilm als ein Fingermaterial ohne zusätzliche Modifikation.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch auf elektrostatische Mikrogreifer, Mikrogreifer, die eine piezoelektrische Einrichtung usw. verwenden, angewendet werden.
Wenn jeder der zwei Finger mit einer Metallplatte versehen ist, und wenn eine elektrische Kapazität zwischen den Metallplatten erfaßt wird, kann ein gegriffener Zustand usw. erfaßt werden, durch eine Änderung der Kapazität. Somit kann akkurat beurteilt werden, ob das gegriffene Objekt gegriffen ist oder nicht.
Ein Mikrogreifer der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei Finger und ein Halteelement zum Halten der zwei Finger, als mit einem Abstand einander gegenüberliegend, wobei jeder der Finger mit einer Metallplatte versehen ist.
Ferner, wenn jeder Finger mit einem Widerstand anstelle der Metallplatte versehen ist, und wenn ein Widerstand des Widerstandes abhängend von einer Änderung der Auslenkung des Fingers erfaßt wird, kann der gegriffene Zustand usw. auch von durch eine Änderung des Widerstandes erfaßt werden. Somit umfaßt ein anderer Mikrogreifer der vorliegenden Erfindung zwei Finger und ein Halteelement zum Halten der zwei Finger als einander mit einem Abstand gegenüberliegend, wobei die zwei Finger zwei flexible Finger sind, und mindestens einer der zwei flexiblen Finger mit einem Widerstand versehen ist.
Vorzugsweise sind mindestens zwei flexible Finger mit einem konkaven oder konvexen Aufnahmehaltebereich zum Aufnehmen des gegriffenen Objektes vorgesehen.
Eine Mikrogreiferantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt den Mikrogreifer, Bewegungseinrichtungen zum Bewegen des Mikrogreifers, Öffnungs- /Schließeinrichtungen zum Öffnen und Schließen der zwei Finger und Erfassungseinrichtungen zum Erfassen der Kapazität zwischen den Metallplatten.
Eine weitere Mikrogreifantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt den Mikrogreifer, Bewegungseinrichtungen zum Bewegen des Mikrogreifers, Öffnungs- /Schließeinrichtungen zum Öffnen und Schließen der zwei Finger und Erfassungseinrichtungen zum Erfassen des Widerstandes.
Die Mikrogreiferantriebseinrichtung der vorliegenden Erfindung kann Antriebssignalsteuereinrichtungen zum Ändern eines Antriebssignals des Mikrogreifers umfassen, abhängend von der Kapazität zwischen den Metallplatten.
Die Mikrogreiferantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann Antriebssignalsteuereinrichtungen zum Ändern des Antriebssignales des Mikrogreifers umfassen, abhängend von dem Widerstand des Widerstandes.
Übrigens kann ein Öffnen/Schließen des flexiblen Fingers bewirkt werden, wenn er aus Dünnfilmen in mindestens zwei Schichten mit verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten ausgebildet ist, und wenn Wärme an den flexiblen Finger zugeführt wird.
Somit umfaßt ein weiterer Mikrogreifer der vorliegenden Erfindung flexible Finger, die jeweils aus Dünnfilmen in mindestens zwei Schichten mit verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten bestehen, und einem Halteelement zum Halten der flexiblen Finger.
Ein weiterer Mikrogreifer der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei flexible Finger, ein Halteelement zum Halten der zwei flexiblen Finger als einander mit einem Abstand gegenüberliegend und Öffnungs-/Schließantriebseinrichtungen zum Öffnen und Schließen der flexiblen Finger, wobei ein Fühler eines Leiters an dem entfernten Ende des flexiblen Fingers vorgesehen ist.
Der Fühler ist vorzugsweise aus einem Isolator und einem Leiter aufgebaut, der nur an einem oberen Teil des Isolators freiliegt. In diesem Fall ist der Isolator vorzugsweise Siliziumnitrid und der Leiter ist vorzugsweise ein Metall.
Die Öffnungs-/Schließantriebseinrichtung ist vorzugsweise eine Mikrospule, die in jedem der zwei flexiblen Finger ausgebildet ist.
Alternativ bestehen die Öffnungs- /Schließantriebseinrichtungen vorzugsweise aus mindestens zwei Metallschichten, die in jedem der zwei flexiblen Finger vorgesehen sind, und die mindestens zwei Metallschichten haben vorzugsweise verschiedene thermische Expansionskoeffizienten.
Ein weiterer Mikrogreifer umfaßt ein Halteelement, ein Paar flexibler Platten, die durch das Halteelement an dessen einem Ende gehalten werden, und Öffnungs- /Schließeinrichtungen zum Öffnen und Schließen des flexiblen Plattenpaares, wobei ein Thermokoppler in einer Region vorgesehen ist, zum Greifen des gegriffenen Objektes, aus mindestens einem der flexiblen Plattenpaare.
Wenn ein elektrischer Strom durch die Spulenschicht in jeder der flexiblen Platte unter dem magnetischen Feld fließt, ist die Spulenschicht einer Lorentzkraft ausgesetzt, aufgrund des magnetischen Feldes, wodurch die flexible Platte verformt wird. Wo ein Thermokoppler in der Region an dem entfernten Ende der flexiblen Platte vorgesehen ist, kann die Temperatur zur gleichen Zeit da das gegriffene Objekt gegriffen wird gemessen werden.
Wie wohl bekannt ist, wird der Thermokoppler durch Bonden zweier verschiedener Arten von Leitern (hauptsächlich Metallen) an dessen Bereichen aufgebaut, und unterschiedliche elektromotorische Kräfte treten in den jeweiligen Leitern auf, abhängend von der Temperatur des Kontaktes (Seebeck-Effekt).
Ein weiterer Mikrogreifer umfaßt ein Halteelement, ein Fingerpaar, das durch das Halteelement an dessen einem Ende gehalten wird, und Öffnungs-/Schließeinrichtungen zum Öffnen und Schließen des Fingerpaares, welches mit einem Heizwiderstand versehen ist, zum Heizen mindestens eines Teils einer Region zum Greifen des gegriffenen Objektes von mindestens einem der Fingerpaare.
Der Thermokoppler kann vorgesehen werden an einem Bereich, der nicht durch den Heizwiderstand erwärmt wird, und der mindestens ein Teil der Region zum Greifen des gegriffenen Objektes ist, des mindestens einem Fingerpaar.
Der Heizwiderstand und der Thermokoppler werden vorzugsweise auf dem gleichen Finger angebracht.
Die Region wo die Finger das gegriffene Objekt greifen kann einen konvexen Bereich oder einen konkaven Bereich haben, und der Heizwiderstand kann den konvexen Bereich oder den konkaven Bereich erwärmen.
Ferner kann die Region wo die Finger das gegriffene Objekt greifen, einen flachen Bereich haben, und der Heizwiderstand kann den flachen Bereich erwärmen.

Claims

1. Eine Mikrogreifeinrichtung, umfassend:

ein Halteelement (5);

zwei einander gegenüberliegende flexible Finger (4), die durch das Halteelement (5) gehalten werden, wobei die flexiblen Finger Greifenden aufweisen, um dazwischen ein Objekt zu halten; und

Öffnungs-/Schließantriebseinrichtungen (2) zum Greifbetrieb der zwei Finger,

gekennzeichnet durch,

einen thermischen Mechanismus (92, 104, 137, 145, 155, 177, 178), der an mindestens einem der Greifenden vorgesehen ist und zum Erwärmen des durch die Greifenden gehaltenen Objektes oder zum Messen einer Temperatur des durch die Greifenden gehaltenen Objekts; und

eine Elektrode (83, 107, 156, 180, 184), die an mindestens einem der zwei Finger (4) vorgesehen ist und mit dem thermischen Mechanismus verbunden ist, wobei die Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den thermischen Mechanismus oder zum Leiten eines Stromes von dem thermischen Mechanismus vorgesehen ist.

2. Eine Mikrogreifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Mechanismus ein Wärmekoppler (94, 155, 178) ist, der an mindestens einer Seite der Greifenden angeordnet ist, und der Wärmekoppler berührt das Objekt berührt, wenn das Objekt von den Fingern gehalten wird.

3. Eine Mikrogreifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Mechanismus ein Wärmegenerator (104, 137, 145, 177) ist, zum Erzeugen von Wärme und zum Anlegen der erzeugten Wärme an das von den Fingern gehaltene Objekt.

4. Eine Mikrogreifeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs-/Schließantriebseinrichtung eine Mikrospule (91, 103) umfaßt, die in mindestens einem der zwei Finger ausgebildet ist, so daß mindestens einer der Finger durch Anlegen eines Stromes an die Mikrospule bewegt wird, wenn die Mikrospule in einem magnetischen Feld ist.

5. Eine Mikrogreifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs-/Schließantriebsvorrichtung einen dünnen Film an dem Finger befestigt aufweist, wobei mindestens eine Schicht einen von dem Material des Fingers verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist.

6. Mikrogreifvorrichtung, umfassend:

eine Mikrogreifeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche; und

Bewegungseinrichtungen (31) zum Bewegen des Halteelementes (5).