專利名稱：手術(shù)和非手術(shù)應(yīng)用的硅刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及眼科及其它類型的手術(shù)和非手術(shù)應(yīng)用的刀片。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉 及用硅及其它結(jié)晶材料制造的眼科、顯微手術(shù)和非手術(shù)刀片。相關(guān)技術(shù)的描述現(xiàn)有的手術(shù)刀片是經(jīng)過幾種不同方法制造的，每種方法具有其自身特有的優(yōu)點(diǎn)和 缺陷。最常用的制造方法是，機(jī)械磨削不銹鋼。然后對(duì)刀片進(jìn)行細(xì)磨(通過各種不同的方 法，例如超聲制漿、機(jī)械磨蝕和研磨)或電化學(xué)拋光，以產(chǎn)生銳邊。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是，它們 被證實(shí)是大批量制造一次性刀片的經(jīng)濟(jì)方法。這些方法的最大缺陷是，銳邊的質(zhì)量不穩(wěn)定， 因此獲得優(yōu)質(zhì)的銳度一致性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。這主要是由于方法自身固有的局限性。刀片 緣的半徑在30nm-IOOOnm的范圍內(nèi)。一種相對(duì)新的刀片制造方法采用不銹鋼的模壓代替磨削。隨后對(duì)刀片進(jìn)行電化學(xué) 拋光，以產(chǎn)生銳邊。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此方法比磨削方法更經(jīng)濟(jì)。還發(fā)現(xiàn)，它能夠產(chǎn)生具有更好的 銳度一致性的刀片。此方法的缺點(diǎn)是，銳度一致性仍然小于用金剛石刀片制造方法獲得的 刀片。在軟組織手術(shù)中使用金屬刀片在當(dāng)今是普遍流行的，因?yàn)樗鼈兙哂械土某杀竞透?進(jìn)的質(zhì)量。金剛石刀片在許多手術(shù)市場(chǎng)、尤其是在眼科手術(shù)市場(chǎng)，是銳度的金標(biāo)準(zhǔn)。已知，金 剛石刀片能夠以最小的組織阻力清晰地切割軟組織。金剛石刀片的使用很理想的另一個(gè) 原因是，它們?cè)诜磸?fù)切割后仍具有一致的銳度。大多數(shù)高手術(shù)量的外科醫(yī)生將使用金剛石 刀片，因?yàn)榻饘俚镀淖畲箐J度和銳度的可變性都劣于金剛石刀片。用來(lái)生產(chǎn)金剛石刀片 的制造方法采用研磨工藝來(lái)獲得銳利的刀鋒和一致的棱角半徑。所產(chǎn)生刀片的棱角半徑在 5nm-30nm的范圍內(nèi)。此工藝的缺陷是過程漫長(zhǎng)，并且直接造成的結(jié)果是，制造這樣的金剛 石刀片的成本在500美金-5000美金。因此，這些刀片是為了重復(fù)應(yīng)用而出售的。此工藝 目前用在其它硬度小的材料(例如紅寶石和藍(lán)寶石)上，以便以較低的成本獲得相同的銳 度。然而，雖然紅寶石和/或藍(lán)寶石手術(shù)品質(zhì)的刀片比金剛石的便宜，但是它們?nèi)匀痪哂兄?造成本相當(dāng)高(在50美金-500美金之間)的缺陷，并且它們的銳邊僅持續(xù)應(yīng)用約200例 手術(shù)。因此，這些刀片是為了重復(fù)和有限重復(fù)應(yīng)用而出售的。已經(jīng)有一些利用硅制造手術(shù)刀片的提議。然而，在一種又一種的形式中，這些方 法在制造不同構(gòu)造和低成本刀片的方面都有局限。許多已有的提議都是基于硅的各向異 性蝕刻。各向異性蝕刻工藝是一種具有較高方向性，并且在不同方向具有不同的蝕刻速度
7的蝕刻工藝。這種工藝能夠產(chǎn)生尖銳的切削刃。然而，由于工藝的性質(zhì)，其受能夠獲得的 刀片形狀和內(nèi)含斜角的限制。濕體各向異性蝕刻工藝?yán)绮捎脷溲趸?Κ0Η)、乙二胺/ pyrcatechol (EDP)和三甲基_2_羥乙基銨氫氧化物(TMAH)浴的那些工藝，沿特定的結(jié)晶 面進(jìn)行蝕刻，以獲得尖銳的銳邊。此面，在硅<100>中一般是(111)面，與硅晶片的表面呈 54.7°角。這樣產(chǎn)生了具有54. 7°內(nèi)含斜角的刀片，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這在大多數(shù)手術(shù)應(yīng)用中是臨 床上不可接受的，因?yàn)樘g了。這種應(yīng)用在用來(lái)制造雙斜面刀片時(shí)，甚至更糟，因?yàn)閮?nèi)含斜 角是109.4°。該工藝進(jìn)一步局限于能夠產(chǎn)生的刀片輪廓。蝕刻面在晶片中彼此設(shè)置成 90°。因此，僅僅能夠生產(chǎn)具有矩形輪廓的刀片。由此，需要制造克服上述方法的缺陷的刀片。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠以不銹鋼 方法的低廉成本制造具有金剛石刀片銳度的刀片。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠大批量 地生產(chǎn)刀片，并具有嚴(yán)密的工藝控制。而且，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠生產(chǎn)具有線性和非線 性刀片斜面的手術(shù)刀片和多種其它類型的刀片。發(fā)明概述通過利用涉及一種用結(jié)晶或多晶材料(例如硅)制造手術(shù)刀片的系統(tǒng)和方法的本 發(fā)明，上述缺陷得以克服，并且許多優(yōu)點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明以任何所需的斜角或刀片構(gòu)造， 利用多種裝置在晶片或多晶晶片上進(jìn)行溝槽加工。所加工的結(jié)晶或多晶晶片然后浸漬在均 勻地除去一層又一層晶片材料分子的各向同性蝕刻溶液中，以便形成具有均勻半徑和足夠 軟組織手術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量的切削刃。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了一種非常廉價(jià)的用于制造這 些高質(zhì)量手術(shù)刀片的方式。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種用于制造手術(shù)刀片的方法，包括以下步驟 將硅或其它結(jié)晶或多晶晶片安裝到安裝組件上；用刻紋機(jī)在結(jié)晶或多晶晶片的第一側(cè)面上 加工一個(gè)或多個(gè)溝槽，以形成線性或非線性溝槽；蝕刻結(jié)晶或多晶晶片的第一側(cè)面，以形成 一個(gè)或多個(gè)手術(shù)刀片；將多個(gè)手術(shù)刀片分成單個(gè)的；以及組裝手術(shù)刀片。本發(fā)明的又一個(gè)目的是，提供一種用于制造手術(shù)刀片的方法，包括以下步驟將結(jié) 晶或多晶晶片安裝到安裝組件上；用刻紋機(jī)在結(jié)晶或多晶晶片的第一側(cè)面上加工一個(gè)或多 個(gè)溝槽，以形成線性或非線性溝槽；用涂料涂布結(jié)晶或多晶晶片的第一側(cè)面；將結(jié)晶或多 晶晶片從安裝組件上拆卸下來(lái)，并將結(jié)晶或多晶晶片重新安裝到安裝組件上；加工結(jié)晶或 多晶晶片的第二側(cè)面；蝕刻結(jié)晶或多晶晶片的第二側(cè)面，以形成一個(gè)或多個(gè)手術(shù)刀片；將 多個(gè)手術(shù)刀片分成單個(gè)的；以及組裝手術(shù)刀片。本發(fā)明的再一個(gè)目的是，提供一種用于制造手術(shù)刀片的方法，包括以下步驟將結(jié) 晶或多晶晶片安裝到安裝組件上；用刻紋機(jī)在結(jié)晶或多晶晶片的第一側(cè)面上加工一個(gè)或多 個(gè)溝槽，以形成線性或非線性溝槽；將結(jié)晶或多晶晶片從安裝組件上拆卸下來(lái)，并將結(jié)晶或 多晶晶片的第一側(cè)面重新安裝到安裝組件上；用刻紋機(jī)加工結(jié)晶或多晶晶片的第二側(cè)面， 以形成線性或非線性溝槽；蝕刻結(jié)晶或多晶晶片的第二側(cè)面，以形成一個(gè)或多個(gè)手術(shù)刀片； 轉(zhuǎn)化結(jié)晶或多晶材料層，以形成硬化表面；將多個(gè)手術(shù)刀片分成單個(gè)的；以及組裝手術(shù)刀 片。本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供按照本文所述方法制造的用于眼科、顯微手術(shù)、心 臟、眼、耳、腦、重構(gòu)和美容手術(shù)以及生物應(yīng)用、還有多種非醫(yī)學(xué)或非生物應(yīng)用的手術(shù)刀片的 若干示范性實(shí)施方案。
附圖簡(jiǎn)述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過參照下面的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明的新穎特 性和優(yōu)點(diǎn)將得到最佳理解，其中

圖1是按照本發(fā)明第一實(shí)施方案、用硅制造雙斜面手術(shù)刀片的方法的流程圖；圖2是按照本發(fā)明第二實(shí)施方案、用硅制造單斜面手術(shù)刀片的方法的流程圖；圖3是按照本發(fā)明第三實(shí)施方案、用硅制造單斜面手術(shù)刀片的替換型方法的流程 圖；圖4是安裝在安裝組件上的硅晶片的頂視圖；圖5是用帶子安裝在安裝組件上的硅晶片的側(cè)視圖；圖6表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，利用激光噴水器預(yù)先切割硅晶片，以有助 于在硅晶片上加工溝槽；圖7A-7D表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上加工溝槽的切割鋸條 的構(gòu)造；圖8表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、切割鋸條通過安裝在支撐底板上的硅晶片 的操作；圖8A-8C表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在利用切割鋸條于硅晶片上加工溝槽 時(shí)槽縫的用途；圖9是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在帶安裝的硅晶片上加工溝槽的切割鋸條的剖 面圖；圖IOA和IOB分別表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的、具有單斜面切削刃的 硅手術(shù)刀片和具有雙斜面切削刃的硅手術(shù)刀片；圖11是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上加工溝槽的激光系統(tǒng)的方框 圖；圖12是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上加工溝槽的超聲加工系統(tǒng)的 方框圖；圖13是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上形成溝槽的熱鍛系統(tǒng)的附圖；圖14表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的硅晶片，其中在兩側(cè)面上加工了溝槽，并 且涂層施加在其中一個(gè)加工的側(cè)面上；圖15是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在帶安裝的硅晶片上加工第二溝槽的切割鋸 條的剖面圖；圖16是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、已經(jīng)在兩側(cè)面上加工了溝槽的硅晶片的剖面 圖象；圖17A和17B表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在兩側(cè)面上加工了溝槽的硅晶片 上實(shí)施的各向同性蝕刻工藝；圖18A和18B表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在兩側(cè)面上加工了溝槽并且在一 側(cè)面上具有涂層的硅晶片上實(shí)施的各向同性蝕刻工藝；圖19表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的、在一側(cè)面上具有涂層的雙斜面硅 手術(shù)刀片的形成的切削刃；圖20A-20G表示出能夠按照本發(fā)明方法制造的手術(shù)刀片的多個(gè)不同實(shí)施例；
圖21A和21B分別是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的硅手術(shù)刀片和不銹鋼刀片的 刀片緣的放大5，000倍的側(cè)視圖；圖22A和22B分別是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的硅手術(shù)刀片和不銹鋼刀片的 刀片緣的放大10，000倍的頂視圖；圖23A和23B表示出按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方案、在一側(cè)面上具有加工溝槽、相反 側(cè)面上具有涂層的硅晶片上實(shí)施的各向同性蝕刻工藝；圖24表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的手柄和手術(shù)刀片的后槽縫 (post-slot)組件；圖25A和25B是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用結(jié)晶材料制成的刀片緣和用包括層 轉(zhuǎn)化工藝的結(jié)晶材料制成的刀片緣的輪廓透視圖；圖26-29表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、利用刻紋機(jī)在結(jié)晶材料上加工線性或 非線性溝槽的步驟；圖30是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在結(jié)晶材料上刻劃線性或非線性溝槽的方法 的流程圖；圖31A-31C表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的雙斜面多刻面刀片；圖32A-32D表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的不同雙斜面刀片；圖33A-33D表示出按照本發(fā)明方法制造的可用于眼科及其它顯微手術(shù)的手術(shù)刀 片的第一實(shí)施例第一和第二實(shí)施方案；圖34A-34C表示出按照本發(fā)明方法制造的可用于眼科及其它顯微手術(shù)的手術(shù)刀 片的第二實(shí)施例；圖35A-35C表示出按照本發(fā)明方法制造的可用于眼科及其它顯微手術(shù)的手術(shù)刀 片的第三實(shí)施例；圖36A-36C表示出按照本發(fā)明方法制造的用于眼科及其它顯微手術(shù)的手術(shù)刀片 的第四實(shí)施例；圖37A-37C表示出按照本發(fā)明實(shí)施方案制造的手術(shù)刀片的多個(gè)不同制造參數(shù)；圖38A和38B表示出按照本發(fā)明方法制造的手術(shù)刀片的附加制造參數(shù)；圖39表示出按照本發(fā)明的實(shí)施方案、用金屬制造的刀片和用硅制造的刀片的棱 角半徑范圍的比較結(jié)果。優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述現(xiàn)在將參照附圖來(lái)描述優(yōu)選實(shí)施方案的多個(gè)特性，其中相似的部分用相同的附圖 標(biāo)記來(lái)表示。對(duì)目前預(yù)期的實(shí)踐本發(fā)明的最佳方式的以下描述并不具有限定意義，而僅僅 是用于描述本發(fā)明的一般原理。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供用于制造切割軟組織的手術(shù)刀片的制造。雖然所示出的 優(yōu)選實(shí)施方案是手術(shù)刀片，但是許多切割裝置也能夠按照以下詳細(xì)描述的方法來(lái)制造。因 此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，雖然在這些論述中，參考的是“手術(shù)刀片”，但是許 多其它類型的手術(shù)刀片也能夠制造，包括諸如醫(yī)用剃刀、柳葉刀、皮下針頭、樣品收集導(dǎo)管 和其它醫(yī)用銳器。此外，按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法制造的刀片可在其它非醫(yī)學(xué)用途(包括 諸如刮剃和實(shí)驗(yàn)室用途(即組織取樣))中用作刀片。此外，雖然在下面的論述中參考的是 眼科用途，但是許多其它類型的醫(yī)學(xué)用途包括但不限于眼、心臟、耳、腦、美容和重構(gòu)手術(shù)。
雖然術(shù)語(yǔ)“單斜面”、“雙斜面”和“刻面”是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的，但是也應(yīng) 該作出定義?！皢涡泵妗笔侵傅镀系囊粋€(gè)斜面，其中所產(chǎn)生的尖銳切削刃是在與刀片的主 面相同的平面上。參見，例如，以下更詳細(xì)討論的圖10A?！半p斜面”是指刀片上的兩個(gè)斜面， 其中所產(chǎn)生的尖銳切削刃是在與貫穿刀片的中心線基本相同的平面上(如圖10B、20A和 31C所示)。刻面是斜面上存在的平刃(flat edge)。在任一刀片上，每個(gè)斜面上可存在一 個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)刻面。由此，在任一刀片上，可以有多個(gè)銳邊(或者，即，多組斜面)，并且每 個(gè)斜面可以有一個(gè)或多個(gè)刻面。制造刀片的優(yōu)選基本材料是，具有優(yōu)選的晶體取向的結(jié)晶硅。然而，硅的其它取向 也是合適的，還有能夠各向同性地進(jìn)行蝕刻的其它材料也是合適的。例如，也可采用具有取 向<110>和<111>的硅晶片，和以不同電阻系數(shù)和氧含量摻雜的硅晶片。而且，可以采用由 其它材料制成的晶片，例如氮化硅和砷化鎵。晶片形式是基本材料的優(yōu)選形式。除了結(jié)晶 材料之外，也可以用多晶材料制造手術(shù)刀片。多晶材料的實(shí)施例包括多晶硅。應(yīng)該理解，如 本文所用的術(shù)語(yǔ)“結(jié)晶”，是用來(lái)指結(jié)晶和多晶材料。因此，對(duì)本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，雖然在這些論述中參考的是“硅 晶片”，但是按照本發(fā)明的不同實(shí)施方案，可以采用具有不同取向的上述材料的任意組合形 式，以及或許有用的其它適當(dāng)材料和取向。圖1是按照本發(fā)明第一實(shí)施方案、用硅制造雙斜面手術(shù)刀片的方法的流程圖。圖 1、2和3的方法總體上描述了能夠用來(lái)按照本發(fā)明制造硅手術(shù)刀片的工藝。然而，圖1、2和 3中所示方法的步驟順序可以改變，以產(chǎn)生不同標(biāo)準(zhǔn)，或者滿足不同的制造環(huán)境的硅手術(shù)刀 片。例如，雖然圖1如以下所示和描述的，表示出按照本發(fā)明第一實(shí)施方案制造雙斜 面手術(shù)刀片的方法，但是此方法也能夠用來(lái)在每個(gè)切削刃上制造多個(gè)(即三個(gè)或更多個(gè)) 刻面。圖31A-C表示出這樣的刀片，并且將在下面更詳細(xì)地描述。而且，如所示出和所描述 的方法也可以用來(lái)制造不同的雙斜面刀片(如圖32所示)。圖32也將在下面更詳細(xì)地描 述。此外，作為具有兩個(gè)(或更多個(gè))切削面(具有兩個(gè)或(更多個(gè))斜角)的單刀片的 進(jìn)一步實(shí)施例，圖20B和20D所示的刀片能夠用本文所示和所述的方法來(lái)制造，這些刀片具 有用于多個(gè)刀片緣的不同斜角。如此，圖1、2和3的方法是代表按照本發(fā)明方法的一般實(shí) 施方案，其中有許多包括相同步驟的不同變型，這些步驟能夠制造出按照本發(fā)明精髓和范 圍的手術(shù)刀片。圖1的方法按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案、優(yōu)選地利用結(jié)晶材料(例如硅)制造雙 斜面手術(shù)刀片，并且從步驟1002開始。在步驟1002，硅晶片安裝在安裝組件204上。在圖 4中，硅晶片202被示出安裝在晶片架/UV帶組件(安裝組件)204上。安裝組件204是一 種在半導(dǎo)體業(yè)中處理硅晶片材料的通用方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，將硅(結(jié)晶) 晶片202安裝到晶片安裝組件204上，這對(duì)于按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的手術(shù)刀片的制造 并不是必需的。圖5表示出安裝在相同安裝組件204上的相同硅晶片202，但這是側(cè)視圖(左或 右；是對(duì)稱的，盡管不必是這種情況)。在圖5中，硅晶片202安裝在帶308上，帶308然后 安裝在安裝組件204上。硅晶片202具有第一側(cè)面304和第二側(cè)面306。再參照?qǐng)D1，步驟1002之后是決定步驟1004。決定步驟1004決定，是否在步驟1006，于硅晶片202上實(shí)施任選的預(yù)切割(如果需要的話)。此預(yù)切割可以用激光噴水器 402(如圖6所示)來(lái)實(shí)施。在圖6中，激光噴水器402被示出將激光束404引導(dǎo)到安裝在 安裝組件204上的硅晶片202上。正如在圖6中所看到的，激光束404與硅晶片202碰撞 的結(jié)果是，在硅晶片202上可產(chǎn)生各種預(yù)切割孔(或通孔基準(zhǔn))406。硅晶片202被硅晶片202上的激光束404所燒蝕。激光束404燒蝕硅晶片202的 能力與激光的波長(zhǎng)λ有關(guān)。在采用硅晶片的優(yōu)選實(shí)施方案中，產(chǎn)生最佳結(jié)果的波長(zhǎng)是一般 由YaG激光器提供的1064nm，盡管也可以采用其它類型的激光器。如果采用不同的結(jié)晶或 多晶材料，那么其它波長(zhǎng)和激光器類型將更合適。所得到的通孔基準(zhǔn)406(以這種方式能夠切割多個(gè)孔)可用作加工溝槽的向?qū)?(將在下面的步驟1008中詳細(xì)討論)，特別是如果利用切割鋸條加工溝槽的話。通孔基準(zhǔn) 406為了相同的目的也可用任何激光束(例如準(zhǔn)分子激光器或激光噴水器402)來(lái)切割。預(yù) 切割的通孔基準(zhǔn)一般被切成加號(hào)“ + ”或圓形。然而，通孔基準(zhǔn)形狀的選擇由具體的制造工 具和環(huán)境來(lái)指導(dǎo)，并由此不必局限于以上剛剛提到的兩種形狀。除了用激光束預(yù)切割通孔基準(zhǔn)之外，還可以用其它機(jī)械加工方法。這些工具包括 諸如(但不限于)鉆具、機(jī)械磨削工具和超聲加工工具100。雖然這些設(shè)備的使用就本發(fā)明 優(yōu)選實(shí)施方案而言是新穎的，但是這些設(shè)備及其通常用途對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，是 眾所周知的。為了使硅晶片202在蝕刻工藝過程中保持其完整性并且不崩潰，可在加工溝槽之 前對(duì)硅晶片202實(shí)施預(yù)切割。激光束(例如激光噴水器402或準(zhǔn)分子激光器)可用來(lái)在橢 圓形通孔槽中卷繞，以便使切割刀片502 (參照?qǐng)D7A-7C詳細(xì)討論)在硅晶片202的周長(zhǎng)范 圍內(nèi)在硅晶片202上加工溝槽。用來(lái)產(chǎn)生通孔基準(zhǔn)的機(jī)械加工設(shè)備和方法(以上所述)也 可用來(lái)產(chǎn)生通孔槽。再參照?qǐng)D1，下一個(gè)步驟是步驟1008，步驟1008可以在步驟1006之后(如果通孔 基準(zhǔn)406被切成硅晶片202的話)，或者在步驟1002和1004之后(“步驟” 1004不是物理 制造步驟；包括這些確定步驟是為了示出總的制造過程及其差異)，是硅晶片的安裝步驟； 在步驟1008，在硅晶片202的第一側(cè)面304上加工溝槽。根據(jù)硅手術(shù)刀片成品的制造條件 和所需設(shè)計(jì)，有幾個(gè)用來(lái)加工溝槽的方法。這些加工方法可采用切割鋸條、激光系統(tǒng)、超聲加工工具、熱鍛工藝或刻紋機(jī)。也 可以采用其它加工方法。將依次描述每種方法。用這些方法的任一種加工的溝槽提供了手 術(shù)刀片的角度(斜角)。當(dāng)溝槽機(jī)器在硅晶片202上操作時(shí)，硅材料就被除去一塊切割鋸條 的形狀，或者按手術(shù)刀片預(yù)先形成的所需形狀，用準(zhǔn)分子激光器或超聲加工工具形成一定 圖形。在切割鋸條的情形中，硅外科刀片僅具有直的刀峰；而在后兩種方法中，刀片實(shí)質(zhì)上 可以是所需的任何形狀。在熱鍛工藝中，將硅晶片加熱，以使其具有可鍛性，然后壓在兩個(gè) 模具之間，每個(gè)模具具有待模制到熱可鍛化硅晶片內(nèi)的所需溝槽的三維形式。為了便于論 述，“加工”溝槽包括在硅晶片中制造溝槽的所有方法，包括具體提到的那些方法，而無(wú)論是 采用切割鋸條、準(zhǔn)分子激光器、超聲器、刻紋機(jī)還是采用熱鍛工藝的方法，以及沒提到的等 同方法都可?，F(xiàn)在詳細(xì)論述這些加工溝槽的方法。圖7A-7D表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上加工溝槽的切割鋸條 的構(gòu)造。在圖7A中，第一切割鋸條502展現(xiàn)出角度Φ，此角度實(shí)質(zhì)上是整個(gè)制造工藝完成之后手術(shù)刀片的最后角度。圖7B表示出第二切割鋸條504，其具有兩個(gè)成角度的切割面，每 個(gè)面展現(xiàn)出切割角度Φ。圖7C表示出第三切割鋸條506，它也具有切割角度Φ，但具有與 第一切割鋸條502稍稍不同的構(gòu)造。圖7D表示出第四切割鋸條508，它具有與圖7Β類似的 兩個(gè)成角度的切割面，每個(gè)面展現(xiàn)出角度Φ。雖然圖7A-7D示出的每個(gè)切割鋸條502，504，506和508具有相同的切割角度Φ， 但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，該切割角度可隨著硅基手術(shù)刀片的用途不同而不 同。此外，正如下面所論述的，單硅手術(shù)刀片可具有其內(nèi)包含了不同角度的不同切削刃。第 二切割鋸條504可用來(lái)增大具體設(shè)計(jì)的硅基手術(shù)刀片的制造產(chǎn)量，或者產(chǎn)生具有兩個(gè)或三 個(gè)切削刃的硅手術(shù)刀片。刀片設(shè)計(jì)的多個(gè)不同實(shí)施例將參照?qǐng)D20A-20G進(jìn)行詳細(xì)論述。在 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，切割鋸條是金剛石砂粒鋸條。具體的切割鋸條用來(lái)在硅晶片202的第一側(cè)面304上加工通道。具體選擇切割鋸 條的組成，以便提供最佳的最終表面光潔度，同時(shí)保持可接受的耐磨壽命。使切割鋸條的刀 鋒成型為硅晶片202上的最終通道所成型的輪廓。此形狀與最終刀片的斜面構(gòu)造相關(guān)。例 如，手術(shù)刀片一般具有15° -45° (對(duì)單斜面刀片而言)的內(nèi)含斜角和15° -45° (對(duì)雙 斜面刀片而言)的半內(nèi)含斜角。結(jié)合蝕刻條件選擇切割鋸條，能夠?qū)π苯沁M(jìn)行精確的控制。圖8表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、切割鋸條穿過安裝在支撐底板上的硅晶片 的操作。圖8表示出正在硅晶片202的第一側(cè)面304上加工溝槽的切割鋸條機(jī)的操作。在 此實(shí)施例中，圖7A-7D的任一個(gè)切割鋸條(502，504，506或508)都可用來(lái)產(chǎn)生硅基手術(shù)刀 片的刀峰。還應(yīng)該理解，圖7A-7D的刀片構(gòu)造不只是所能夠產(chǎn)生的切割鋸條的可能構(gòu)造。圖 9是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，顯示在帶安裝的硅晶片上加工溝槽的切割鋸條的剖面圖。 圖9是實(shí)際上刺穿硅晶片202的圖8所示同一切割鋸條組件的近視剖面圖?？煽吹?，切割 鋸條502沒有從頭到尾刺穿硅晶片202，但是對(duì)于單斜面切割來(lái)說(shuō)，刺穿硅晶片202的大約 50-90%的厚度。這一點(diǎn)可應(yīng)用到用于加工(或模制，經(jīng)過熱鍛)單斜面溝槽的任何方法 中。對(duì)于采用任何切割鋸條或任何加工方法的雙斜面切割來(lái)說(shuō)，在硅晶片202的每個(gè)側(cè)面 上將切掉(或模制)硅晶片202的大約25-49%的厚度。圖IOA和IOB分別表示出按照本 發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的、具有單斜面切削刃的硅手術(shù)刀片和具有雙斜面切削刃的硅手術(shù) 刀片。如上所討論的，也能夠在硅晶片202內(nèi)切割出槽縫，特別是如果利用切割鋸條加 工溝槽的話。槽縫能夠以與通孔基準(zhǔn)類似的方式即利用激光噴水器或準(zhǔn)分子激光器，而在 硅晶片202內(nèi)切割出來(lái)，但是用作非常不同的目的?；貞洠谆鶞?zhǔn)是供溝槽加工機(jī)器使 用，以便將硅晶片202準(zhǔn)確地定位在溝槽加工機(jī)器上。這在制造雙斜面刀片時(shí)是特別有用 的，因?yàn)楸仨殰?zhǔn)確地定位第二加工(在硅晶片202的相反側(cè)面上)，以確保正確制造雙斜 面刀片。然而，槽縫是用于不同的目的。槽縫允許切割鋸條從遠(yuǎn)離刀峰處開始切割硅晶片 202 (如圖8所示)，而無(wú)需將硅晶片202劈開或斷開。這是優(yōu)選的實(shí)施方案，如圖8Α所示。 參照?qǐng)D8，顯然，如果不使用槽縫，并且如圖所示加工溝槽，那么所加工的硅晶片202就容易 沿所加工的溝槽斷裂，因?yàn)楣杈谀切﹨^(qū)域明顯更薄，所以較小的應(yīng)力就能夠?qū)е缕鋽?裂。也就是說(shuō)，圖8所示的加工的硅晶片缺乏結(jié)構(gòu)剛性。將其與圖8C的硅晶片進(jìn)行比較。 圖8C的所加工的硅晶片202要硬得多，并導(dǎo)致產(chǎn)量提高。按照?qǐng)D8C加工的硅晶片202比 圖8的斷裂的少。如圖8Α和8Β所示，槽縫做得比切割鋸條寬，并且長(zhǎng)得足以使切割鋸條插入到槽縫內(nèi)，從而在適當(dāng)?shù)纳疃乳_始加工。因此，切割鋸條沒有試圖切割硅晶片202，而是向 下移動(dòng)，從而導(dǎo)致劈開和斷裂；切割鋸條在其以水平方式移動(dòng)時(shí)開始切割，正如它的設(shè)計(jì)一 樣。圖8C表示出在硅晶片202的第一側(cè)面上的一組槽縫和所加工的溝槽。圖11是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上加工溝槽的激光系統(tǒng)的方框 圖。溝槽也可如參照?qǐng)D12所述的(下面將詳細(xì)論述)，是超聲加工的。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn) 是，所制造的刀片能夠具有非線性、復(fù)雜的切削刃輪廓，例如新月形刀、勺形刀片和鞏膜刀 片。圖11表示出簡(jiǎn)化的激光器組件900。激光器組件900包括發(fā)射激光束904的激光器 902，和位于基座908上的多軸控制機(jī)構(gòu)906。當(dāng)然，激光器組件900也可包括計(jì)算機(jī)，并且 可能是網(wǎng)絡(luò)接口(為了清楚起見已經(jīng)省略)。當(dāng)用激光器組件900加工溝槽時(shí)，硅晶片202就安裝在也適合由多軸控制機(jī)構(gòu)906 來(lái)操縱的安裝組件204上。通過使用激光器組件900和多種不同的光束掩蔽技術(shù)，能夠加 工刀片輪廓陣列。光束掩模位于激光器902內(nèi)部，并且通過仔細(xì)設(shè)計(jì)，可避免激光器902燒 蝕不打算燒蝕的硅材料。對(duì)于雙斜面刀片，利用預(yù)切斜面206A，206B或用于對(duì)準(zhǔn)的基準(zhǔn)406 在相反側(cè)面上以相同方式加工。激光器902在濕各向同性蝕刻步驟(參照?qǐng)D1步驟1018詳細(xì)論述)的準(zhǔn)備中，用 來(lái)在硅晶片202的第一側(cè)面304或第二側(cè)面306內(nèi)準(zhǔn)確并精確地加工溝槽圖案(參照激光 器的使用，也稱作“燒蝕輪廓”)。多軸控制和內(nèi)激光束掩模的使用，可用來(lái)掃描硅晶片202 上的上述燒蝕輪廓。結(jié)果，獲得具有與手術(shù)刀片產(chǎn)品所需對(duì)應(yīng)的淺傾斜斜率的等高溝槽。經(jīng) 由這個(gè)工藝，能夠獲得多個(gè)不同的曲線輪廓圖案。有幾種激光器可用于此加工步驟。例如， 可采用準(zhǔn)分子激光器或激光噴水器402。準(zhǔn)分子激光器902的波長(zhǎng)在157nm-248nm之間。 其它實(shí)施例包括YaG激光器和具有355nm波長(zhǎng)的激光器。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理 解，具有一定波長(zhǎng)(150nm-ll，OOOnm)的激光束可用來(lái)加工溝槽圖案。圖12是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上加工溝槽的超聲系統(tǒng)的方框 圖。通過利用進(jìn)行精確加工的超聲工具104，來(lái)實(shí)施超聲加工，超聲工具104然后利用磨漿 102，來(lái)加工硅晶片202的第一側(cè)面304或第二側(cè)面306。此加工一次針對(duì)一個(gè)側(cè)面進(jìn)行。 對(duì)于雙斜面刀片，利用用于對(duì)準(zhǔn)的通孔基準(zhǔn)406以相同方式加工相反側(cè)面。超聲加工在濕各向同性蝕刻步驟的準(zhǔn)備中，用來(lái)在硅晶片202內(nèi)準(zhǔn)確并精確地加 工溝槽圖案。超聲加工通過超聲振動(dòng)心軸/工具104來(lái)實(shí)施。工具104不接觸硅晶片202， 但是距離硅晶片202非常近，并且通過由工具104發(fā)出超聲波的操作，來(lái)激發(fā)磨漿102。工 具104發(fā)出的超聲波迫使磨漿102在硅晶片202上腐蝕生在工具104上加工的相應(yīng)圖案。工具104經(jīng)磨削、研磨或靜電放電加工(EDM)進(jìn)行加工，以便產(chǎn)生溝槽圖案。在加 工硅晶片202上生成的圖案對(duì)應(yīng)于在工具104上加工的圖案。采用超聲加工方法與采用準(zhǔn) 分子激光器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，硅晶片202的整個(gè)側(cè)面具有同時(shí)超聲加工的許多刀片溝槽 圖案。由此，此工藝快速并且相當(dāng)廉價(jià)。而且，與準(zhǔn)分子激光器加工工藝類似，經(jīng)此工藝可 獲得多種不同的曲線輪廓圖案。圖13是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、用來(lái)在硅晶片上形成溝槽的熱鍛系統(tǒng)的附圖。 溝槽構(gòu)造也能夠熱鍛在晶片表面內(nèi)。此工藝將晶片加熱到可鍛狀態(tài)。隨后將晶片表面壓在 兩個(gè)模具之間，從而將該負(fù)片圖案合并到所生成的溝槽圖案中。硅晶片202在加熱室中進(jìn)行預(yù)熱，或者通過硅晶片202落座之后熱基座部件1054的操作來(lái)進(jìn)行完全加熱。在高溫處經(jīng)過足夠的時(shí)間之后，硅晶片202將變成可鍛化的。然 后，利用足夠的壓力將熱模具1052向下壓迫到硅晶片202上，以便將熱模具1052的負(fù)片圖 象印到硅晶片202的第一側(cè)面304內(nèi)。模具1052的設(shè)計(jì)可以是這樣，使其上形成許多具有 不同斜角、深度、長(zhǎng)度和輪廓的溝槽，以便實(shí)際產(chǎn)生任何想象到的刀片設(shè)計(jì)。圖13所示的附 圖是大大簡(jiǎn)化和夸大的，以便清楚地示出熱鍛工藝的有關(guān)特性。圖26-29表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、利用刻紋機(jī)在結(jié)晶材料上加工線性或 非線性溝槽的步驟。在圖26中，已經(jīng)在硅晶片202上鉆出通孔622。在本發(fā)明的此優(yōu)選實(shí) 施方案中，通孔622是避免微斷裂所必需的。如上所述，通孔622能夠利用若干不同方法之 一制作在硅晶片202上，所述方法包括鉆具的使用、超聲加工、激光器或激光噴水器等。通 孔622的數(shù)目取決于硅晶片202上待形成的刀片的量。通常，每個(gè)刀片需要至少兩個(gè)通孔 622 (刻紋起點(diǎn)和終點(diǎn))，然而，本發(fā)明的此實(shí)施方案并不局限于任何數(shù)目的通孔622。在硅晶片202上已經(jīng)鉆出所有所需的通孔622之后，刻紋機(jī)620 (正如從上方所看 到的，是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))在達(dá)到一定旋轉(zhuǎn)速度之后下降到通孔622內(nèi)?？碳y機(jī)620按照軟件 的控制下降到所需深度并沿所需方向移動(dòng)。參見圖27，軟件控制刻紋機(jī)620下降(以及在 刻紋完成時(shí)上升)的深度、刻紋機(jī)620在硅晶片202上行進(jìn)的X-Y方向、以及在X-Y方向上 移動(dòng)的速度?？碳y機(jī)620的幾何形狀由將來(lái)刀片形狀所要求的斜角來(lái)驅(qū)動(dòng)。例如，用于具 體目的的手術(shù)刀片需要具體內(nèi)含角和具體設(shè)計(jì)的刀片。圖28表示出刻紋機(jī)620在刻劃硅 晶片202時(shí)產(chǎn)生的斜率。例如，如果雙斜面刀片需要30°的封閉角，那么刻紋機(jī)的角度就應(yīng) 該是150°?？碳y機(jī)620的使用為在硅晶片202上產(chǎn)生線性和非線性溝槽提供了相當(dāng)廉價(jià)的裝 置。如圖29所示，單刀片可以具有線性和非線性兩部分。利用單個(gè)廉價(jià)工具產(chǎn)生溝槽，這 在刀片的制造工藝中能夠節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，借此減少制造和銷售成本。圖30是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在結(jié)晶材料上刻劃線性或非線性溝槽的方法 的流程圖。在步驟604，一個(gè)單獨(dú)的加工工藝在硅晶片202上提供了所需數(shù)目的通孔622。 在步驟606，當(dāng)刻紋機(jī)620達(dá)到所需的旋轉(zhuǎn)速度之后，將其插入到第一通孔622內(nèi)達(dá)所需 的深度。然后進(jìn)行軟件控制，以便按照預(yù)定圖案移動(dòng)刻紋機(jī)620，從而產(chǎn)生所需斜角和設(shè)計(jì) 的溝槽(步驟608)。當(dāng)刻紋機(jī)遇到最后一個(gè)通孔622時(shí)，軟件控制能夠使刻紋機(jī)620縮回 (步驟610)。此工藝可重復(fù)的次數(shù)與所需的一樣多，從而在硅晶片202上產(chǎn)生最佳量的刀 片(步驟612)。在討論了用于加工溝槽的若干方法之后，再重新關(guān)注圖1。步驟1008(在硅晶片 202的第一側(cè)面304內(nèi)加工溝槽)之后，在決定步驟2001必需決定是否涂布硅晶片202。圖 14表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、兩個(gè)側(cè)面上具有加工溝槽且其中一個(gè)加工側(cè)面上施加 有涂層的硅晶片。如果施加涂層，那么涂層1102就按照本發(fā)明領(lǐng)域技術(shù)人員公知的許多方 法之一，在步驟2002施加到硅晶片202的第一側(cè)面304上。提供涂層1102是為了使蝕刻 控制容易并使所產(chǎn)生的刀峰具有額外強(qiáng)度。硅晶片202位于沉積室中，在此處，硅晶片202 的整個(gè)第一側(cè)面304 (包括平坦區(qū)域和溝槽區(qū)域)用氮化硅(Si3N4)薄層涂布。所生成的涂 層1102的厚度可以為10ηπι-2μπι。涂層1102可以用比硅(結(jié)晶)晶片202硬的任何材料 組成。具體地說(shuō)，涂層1102也可用氮化鈦(TiN)、氮化鈦鋁(AlTiN)、二氧化硅(SiO2)、碳化 硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、氮化硼(BN)或金剛石樣晶體(DLC)組成。雙斜面手術(shù)刀片的涂層將在下面參照?qǐng)D18A和18B再進(jìn)行更詳細(xì)的論述。在任選的步驟2002施加涂層1102之后，下一個(gè)步驟是2003，即拆卸和重新安裝步 驟(如果不施加涂層，步驟2003也可以在步驟1008之后)。在步驟2003，利用相同的標(biāo)準(zhǔn) 安裝機(jī)器，將硅晶片202從帶308上拆卸下來(lái)。通過將紫外(UV)線照射到UV敏感帶308 上以減小其厚度，機(jī)器將硅晶片202拆卸下來(lái)。低粘接或熱釋放帶也可用于代替UV敏感帶 308。在充分的UV線暴露之后，硅晶片202能夠容易地從帶安裝中提起。在準(zhǔn)備加工第二 側(cè)面306的溝槽時(shí)，硅晶片202然后重新進(jìn)行安裝，并且第二側(cè)面306朝上。然后在硅晶片202上實(shí)施步驟2004。在步驟2004，與步驟1008中進(jìn)行的一樣，在 硅晶片202的第二側(cè)面306內(nèi)加工溝槽，以便產(chǎn)生雙斜面硅基手術(shù)刀片。圖15是按照本發(fā) 明一個(gè)實(shí)施方案、在帶安裝的硅晶片202上加工第二溝槽的切割鋸條502的剖視圖。當(dāng)然， 準(zhǔn)分子激光器902、超聲加工工具100或熱鍛工藝也可以用來(lái)在硅晶片202上加工第二溝 槽。在圖15中，切割鋸條502被示出在硅晶片202的第二側(cè)面306上加工第二溝槽。涂層 1102被示出在步驟2002任選地進(jìn)行施加。圖IOA和IOB分別表示出所產(chǎn)生的單和雙斜面 切削。在圖IOA中，在硅晶片202上制成單切削刃，在單刀片組件中產(chǎn)生切削角度Φ。在圖 IOB中，以與第一溝槽相同的角度，在硅晶片202內(nèi)加工第二溝槽(通過上述任一種溝槽加 工工藝)。結(jié)果是，產(chǎn)生雙斜面硅基手術(shù)刀片，并且每個(gè)切削刀峰展現(xiàn)出Φ切削角度，從而 產(chǎn)生2Φ雙斜角。圖16表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在兩個(gè)側(cè)面上加工溝槽的硅晶片 的剖面圖象。圖31A-31C表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的雙斜面多刻面刀片。在31Α中， 用頂透視圖示出雙斜面多刻面刀片700。雙斜面多刻面刀片700是按照本文所述方法制造 的四重刻面刀片。角度θ 1表示第一組刻面704a，704b的內(nèi)含斜角，角度θ 2表示第二組刻 面704c和704d的內(nèi)含斜角。所示出的雙斜面多刻面刀片700中的斜面和刻面，可以用上述任一種開槽方法來(lái) 制造。例如，可利用激光束904加工溝槽，以便在雙斜面多刻面刀片700中形成斜面。激光 束904能夠產(chǎn)生第一通路、在晶片的第一側(cè)面上加工第一溝槽、加工第一溝槽、并產(chǎn)生適當(dāng) 間隔開的第二通路，以便加工第二溝槽。同樣，第一多斜面刀片700也能夠用參照?qǐng)D13更 詳細(xì)描述的熱鍛工藝來(lái)制造。而且，上述任一種用于加工溝槽的方法都能夠用來(lái)加工多個(gè) 溝槽，以便形成如圖31A-31C所示的雙斜面多刻面刀片700。圖32A-32D表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的不同的雙斜面刀片。在圖32A 中，用頂透視圖示出這種不同的雙斜面刀片702。這種不同的雙斜面刀片702可以按照本 文所述的方法制造。角度θ 4在刀尖開始鈍化，然后向肩部變得更銳利，從而產(chǎn)生角度θ3。 這種設(shè)計(jì)使雙斜面刀片702的尖端加強(qiáng)。所示出的這種不同的雙斜面刀片702中的斜面，可以用上述任一種開槽方法來(lái)制 造。例如，利用激光束904加工溝槽，以便在可變的雙斜面刀片702中形成斜面。調(diào)整激光 束904，以便通過按照軟件程序控制加工結(jié)晶材料而產(chǎn)生不同的斜面。同樣，第一多斜面刀 片700也能夠用參照?qǐng)D13更詳細(xì)描述的熱鍛工藝來(lái)制造。而且，上述任一種用于加工溝槽 的方法都能夠用來(lái)加工多個(gè)溝槽，以便形成如圖32A-32D所示的雙斜面刀片702。圖32Β和 32C是雙斜面刀片702的兩個(gè)側(cè)透視圖，表示出斜角。3和Φ4是如何根據(jù)與刀尖的距離而 在雙斜面刀片702上改變的。圖32D是截面圖C-C，即雙斜面刀片702的前視圖。圖32D表示出第一、第二、第三和第四刻面706a-d，以及第一和第二切削刃708a，b。圖20B和20D也是顯示能夠制造的具有多個(gè)斜角的多個(gè)切削刃刀片的頂部透視 圖。本文所述的方法能夠制造諸如圖20B和20D所示的那些刀片，其中每個(gè)切削刃具有不 同的斜角。在圖20B和20D中，有四個(gè)切削刃，并且每個(gè)刃具有不同的單或雙斜角。此外， 每個(gè)斜角可具有一個(gè)或多個(gè)刻面(如上所述)。這些僅僅是為了解釋目的而示出的，并沒有 限定本文所述實(shí)施方案的意思。在加工溝槽步驟2004之后，必須在決定步驟2005決定，是在步驟1018蝕刻雙加 工開槽的硅晶片202，還是在步驟1016切割雙加工開槽的硅晶片202。切割步驟1016可以 用切割鋸條、激光束(例如準(zhǔn)分子激光器或激光噴水器402)來(lái)實(shí)施。切割將所生成的待蝕 刻的條帶(在步驟1018)置于代替晶片船(wafer boat)的定制的固定器上(以下詳細(xì)論 述)O圖17A和17B表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案、在兩個(gè)側(cè)面上具有加工溝槽的硅 晶片上實(shí)施的各向同性蝕刻工藝。在蝕刻步驟1018，將所加工的硅晶片202從帶308上 拆卸下來(lái)。然后將硅晶片202放置到晶片船中并浸漬到各向同性酸浴1400中?？刂莆g刻 劑1402的溫度、濃度和攪動(dòng)，以便使蝕刻工藝的均勻性最大。所用的優(yōu)選各向同性蝕刻劑 1402是由氫氟酸、硝酸和醋酸(HNA)組成的。其它組合及濃度也可用來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的目的。 例如，水與醋酸互換?？梢杂脟婌F蝕刻、各向同性二氟化氙氣體蝕刻和電解蝕刻替代浸漬蝕 刻來(lái)獲得相同的結(jié)果。可用于氣體蝕刻的另一化合物實(shí)施例是，六氟化硫或其它類似的氟 化氣體。蝕刻工藝均勻地蝕刻硅晶片202的兩個(gè)側(cè)面及其各自的溝槽，直到對(duì)置的溝槽輪 廓互相交叉為止。一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，硅晶片202就立即從蝕刻劑1402中取出并進(jìn)行漂洗。 通過此工藝獲得的預(yù)期切削刃的半徑為5nm-500nm。各向同性化學(xué)蝕刻是一種用來(lái)以均勻方式除去硅的工藝。在按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施 方案的制造工藝中，通過上述加工產(chǎn)生的晶片表面輪廓，均勻地與晶片的相反側(cè)面上的輪 廓互相交叉(如果需要單斜面刀片，那么未加工的相反硅晶片表面將發(fā)生交叉)。各向同性 蝕刻的使用是為了在保持刀片角度的同時(shí)獲得所需的刀片銳度。只通過加工使晶片輪廓交 叉的嘗試失敗了，這是因?yàn)樗璧牡斗鍘缀涡螤钐嗳酰灾劣诓荒艹惺芗庸C(jī)械力和熱 力。各向同性蝕刻劑1402的每個(gè)酸性成分在各向同性酸浴1400中都具有具體作用。首先， 硝酸氧化暴露的硅，其次，氫氟酸除去被氧化的硅。醋酸在此工藝過程中用作稀釋劑。對(duì)組 成、溫度和攪動(dòng)的精確控制是獲得可重復(fù)結(jié)果所必需的。在圖17A中，將沒有涂層1102的硅晶片202放置到各向同性蝕刻浴1400中。注 意，每個(gè)手術(shù)刀片，即第一手術(shù)刀片1404、第二手術(shù)刀片1406和第三手術(shù)刀片1408，彼此 相連。當(dāng)蝕刻劑1402對(duì)硅起作用時(shí)，一層又一層的分子隨著時(shí)間的流逝而被除去，從而減 小了硅(即手術(shù)刀片)的寬度，直到兩個(gè)角度1410和1412 (第一手術(shù)刀片1404的)在與 下一個(gè)手術(shù)刀片(第二手術(shù)刀片1406)接合的那一點(diǎn)相交。結(jié)果是，形成若干個(gè)手術(shù)刀片 (1404，1406和1408)。注意，在整個(gè)各向同性蝕刻工藝中保持相同的角度，只是極少有硅材 料保留下來(lái)，因?yàn)樗呀?jīng)被蝕刻劑1402溶解了。圖18A和18B表示出按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案、在兩個(gè)側(cè)面上具有加工溝槽并 且一個(gè)側(cè)面上具有涂層的硅晶片上的各向同性蝕刻工藝。在圖18A和18B中，帶308和涂層1102已經(jīng)留在硅晶片202上，從而蝕刻工藝僅對(duì)硅晶片202的第二側(cè)面306起作用。晶 片在蝕刻工藝過程中被安裝在帶上是不必要的；這僅僅是一種制造的選擇。再者，各向同性 蝕刻材料1402只對(duì)暴露的硅晶片202起作用，從而除去硅材料(一層又一層地)，但保持相 同的角度(正如在步驟2004中加工的一樣)(因?yàn)檫@是第二側(cè)面306)。結(jié)果，在圖18B中， 硅基手術(shù)刀片1504，1506和1508在第一側(cè)面304由于帶308和任選涂層1102而具有相同 角度(正如在步驟1008和2004中加工的)，在第二側(cè)面306由于各向同性蝕刻劑1402沿 加工溝槽表面除去均勻?qū)拥墓璺肿佣哂邢嗤嵌取９杈?02的第一側(cè)面304根本沒有 進(jìn)行蝕刻，從而使最終的硅基手術(shù)刀片具有額外強(qiáng)度。采用任選步驟2002 (即將涂層1102施加到硅晶片202的第一側(cè)面304上)的另 一個(gè)益處是，切削刃(第一加工溝槽側(cè)面)由具有比基礎(chǔ)硅材料更強(qiáng)的材料特性的涂層 1102 (優(yōu)選地由氮化硅層組成)組成。因此，施加涂層1102的工藝導(dǎo)致更強(qiáng)和更耐用的切 削刃的生成。涂層1102還使刀片表面具有磨損屏障，這對(duì)于在機(jī)電往復(fù)式槳葉裝置中與鋼 接觸的刀片來(lái)說(shuō)是所需要的。表I示出了沒有涂層1102(硅)和有涂層1102(氮化硅)的 所制造的硅基手術(shù)刀片的一般強(qiáng)度指示規(guī)格。表 I 楊氏模量(也稱作彈性模量)是材料固有硬度的測(cè)量值。模數(shù)越高，材料越硬。屈 服強(qiáng)度是材料在負(fù)荷下從彈性過渡到塑性形變的那一點(diǎn)。換言之，就是材料不再伸縮而將 持久彎曲或斷裂的那一點(diǎn)。蝕刻之后(有或沒有涂層1102)，將所蝕刻的硅晶片202徹底漂 洗和清潔，以除去所有殘余的蝕刻劑化學(xué)物質(zhì)1402。圖19表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的一個(gè)側(cè)面上具有涂層的雙斜面硅手 術(shù)刀片的所得切削刃。切削刃1602 —般具有5-500nm的半徑，這與金剛石手術(shù)刀片類似，但 是制造成本卻低得多。在步驟1018的蝕刻工藝實(shí)施之后，硅基手術(shù)刀片能夠按照步驟1020 進(jìn)行安裝，這與安裝步驟1002和步驟2003相同。安裝步驟1020之后，硅基手術(shù)刀片(硅刀片)在步驟1022分成單個(gè)的，S卩，通 過利用切割鋸條、激光束(例如激光噴水器402或準(zhǔn)分子激光器)或其它適當(dāng)裝置將每 個(gè)硅刀片切開，而將硅刀片彼此分開。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的，也可以使用具有 150nm-ll, OOOnm內(nèi)一定波長(zhǎng)的激光器。此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光器實(shí)施例是準(zhǔn)分子激光器。激 光噴水器(YAG激光器)的獨(dú)特性是，它能夠在晶片上卷繞出曲線形的中斷圖案。這使得制 造商具有實(shí)際上制作非限定數(shù)目的非切削刃刀片輪廓的靈活性。激光噴水器利用水流作為 使激光象條鋸那樣切割的波導(dǎo)。這不能用本領(lǐng)域的目前切割機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些切割機(jī)器如 上所述僅能切割成連續(xù)的直線圖案。在步驟1024，按照消費(fèi)者的具體需要，將分成單個(gè)的手術(shù)硅刀片拾起并放置到刀 片柄組件上。然而，在實(shí)際的“拾起和放置”之前，在晶片安裝機(jī)器中用紫外(UV)線照射所蝕刻的硅晶片202 (安裝在帶和架上或者帶/晶片架上)，以減小帶308的粘度。還在“粘 度減小的”帶和架上或帶/晶片架上的硅晶片202，然后被裝載到商業(yè)上購(gòu)得的模片固定組 件系統(tǒng)內(nèi)?；貞浺陨喜襟E，某些步驟的順序可以按照不同的制造環(huán)境來(lái)互換。一個(gè)這樣的 實(shí)施例是分成單個(gè)和用UV線照射的步驟這些步驟如果需要的話是可以互換的。模片固定組件系統(tǒng)將從“粘度減小的”帶和晶片或帶/晶片架上取下各個(gè)蝕刻的 硅手術(shù)刀片，并在期望限度內(nèi)將硅手術(shù)刀片固定到它們各自的保持器上。利用環(huán)氧化物或 粘合劑來(lái)安裝這兩個(gè)部件。其它組裝方法也可用來(lái)將硅手術(shù)刀片固定到其各自的基板上， 包括熱鉚接、超聲鉚接、超聲焊接、激光焊接或低共熔粘結(jié)。最后在步驟1026，包裝完全組裝 好的帶有手柄的硅手術(shù)刀片，以確保無(wú)菌和安全，并進(jìn)行運(yùn)輸，以便按照硅手術(shù)刀片的設(shè)計(jì) 來(lái)使用。用來(lái)將手術(shù)刀片安裝到其保持器上的另一種組裝方法包括槽縫的另一種使用。槽 縫，如上所述，是用激光噴水器或準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的，并且用來(lái)為切割鋸條提供開口，以 便在加工溝槽時(shí)嚙合硅晶片202。槽縫的附加使用是為了在刀片上提供保持器上的一個(gè)或 多個(gè)支柱的接收器。圖24表示出這樣的設(shè)置。在圖24中，最終的手術(shù)刀片2402具有在其 保持器的界面區(qū)域2406產(chǎn)生的兩個(gè)槽縫2404a，2404b。這些槽縫與刀片保持器2410的支 柱2408a，2408b接合。槽縫可在制造工藝中的任何時(shí)刻被切到硅晶片202內(nèi)，但是優(yōu)選在 手術(shù)刀片分成單個(gè)的之前進(jìn)行。在接合之前，可將粘合劑施加到適當(dāng)區(qū)域，從而確保緊密固 定。然后，如圖所示，粘貼蓋帽2412，以便使最終產(chǎn)品具有成品外觀。實(shí)施后槽縫組裝的目 的是，給刀片2402提供針對(duì)切割過程中遇到的任何拉力的額外抗力。在描述了雙斜面硅基手術(shù)刀片的制造工藝之后，將注意力轉(zhuǎn)到圖2，該圖是按照本 發(fā)明第二實(shí)施方案、用硅制造單斜面手術(shù)刀片的方法的流程圖。圖1的步驟1002，1004， 1006，1008與圖2所示的方法相同，因此不用重復(fù)。然而，制造單斜面手術(shù)刀片的方法在下 一個(gè)步驟1010不同于制造雙斜面刀片的方法，因此將詳細(xì)論述。在步驟1008之后，決定步驟1010決定，是否將所加工的硅晶片202從硅晶片安裝 組件204上拆卸下來(lái)。如果單溝槽硅晶片202要拆卸下來(lái)(在步驟1012)，那么進(jìn)一步的選 擇是，在步驟1016切割單溝槽晶片。在任選的拆卸步驟1012，利用相同的標(biāo)準(zhǔn)安裝機(jī)器將 硅晶片202從帶308上拆卸下來(lái)。如果硅晶片202在步驟1012拆卸下來(lái)，那么任選地硅晶片202可在步驟1016進(jìn) 行切割(即，硅晶片202被切成若干條帶)。切割步驟1016可以用切割片、準(zhǔn)分子激光器 902或激光噴水器402來(lái)實(shí)施。切割將待蝕刻的(在步驟1018)所生成的條帶置于定制固 定器上而不是放在晶片船(以下詳細(xì)討論)。在切割步驟1016、拆卸步驟1012或加工溝槽 步驟1008之后，在制造單斜面硅基手術(shù)刀片的方法中下一個(gè)步驟是，步驟1018。步驟1018 是蝕刻步驟，該步驟在上面已經(jīng)詳細(xì)論述過。其后，接著是步驟1020，1022，1024和1026，這 些步驟在上面已經(jīng)參照雙斜面硅基手術(shù)刀片的制造詳細(xì)描述過，因此無(wú)需再論述。圖3是按照本發(fā)明第三實(shí)施方案用硅制造單斜面手術(shù)刀片的替換型方法的流程 圖。圖3所示的方法在步驟1002，1004，1006，1008與圖2所示的相同。然而，在圖3的步 驟1008之后，有涂布步驟2002。涂布步驟2002在上面參照?qǐng)D1描述過，因此無(wú)需再詳細(xì)論 述。涂布步驟的結(jié)果與前述相同硅晶片202的加工面上具有層1102。在涂布步驟2002之后，在步驟2003拆卸和重新安裝硅晶片202。此步驟也與前面
19參照?qǐng)D1(步驟2003)論述的相同。結(jié)果是，硅晶片202的涂布側(cè)面在安裝組件2004上面 朝下。其后，步驟1018，1020，1022，1024和1026發(fā)生，所有這些步驟在上面已經(jīng)詳細(xì)描述 過。純粹的結(jié)果是，單斜面手術(shù)刀片的產(chǎn)生，并且第一側(cè)面304(加工側(cè)面)配有涂層1102， 從而改善了手術(shù)刀片的強(qiáng)度和耐用性。圖23A和23B更詳細(xì)地示出和描述了單斜面涂布的 手術(shù)刀片。圖23A和23B表示出按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方案、在一側(cè)具有加工溝槽并且在相 反側(cè)具有涂層的硅晶片上的各向同性蝕刻工藝。如上所述，硅晶片202具有施加到第一側(cè) 面304上的涂層1102，第一側(cè)面304然后安裝到帶308上，由此與其緊密接觸(如圖23A所 示)。硅晶片202然后放置到含有蝕刻劑1402的浴1400中(如上詳細(xì)論述的)。蝕刻劑 1402開始蝕刻硅晶片202的第二側(cè)面306 ( “頂側(cè)”)，從而除去一層又一層的硅分子。一段 時(shí)間之后，硅晶片202具有被蝕刻劑1402減少的厚度，直到第二側(cè)面306與第一側(cè)面304和 涂層1102接觸為止。結(jié)果是，氮化硅涂布的單斜面硅基手術(shù)刀片的產(chǎn)生。具有氮化硅(或 涂布的)刀峰的所有上述優(yōu)點(diǎn)都等同地賦予這種類型的刀片(如參照?qǐng)D18A、18B和19所 示和論述的)。圖20A-20G表示出能夠按照本發(fā)明方法制造的硅基手術(shù)刀片的不同實(shí)施方案。采 用此工藝能夠制造不同設(shè)計(jì)的刀片。能夠產(chǎn)生具有單斜面、對(duì)稱和不對(duì)稱雙斜面、和曲線切 削刃的刀片。對(duì)于單斜面，加工僅僅在晶片的一側(cè)面上實(shí)施?？尚纬刹煌牡镀喞?單刀峰鑿子(圖20A)、三刀峰鑿子(圖20B)、狹縫式二刀峰銳器(圖20C)、狹縫式四刀峰銳 器(圖20D)、刺式一刀峰銳器(圖20E)、角膜式一刀峰銳器(圖20F)和月牙形曲線尖刀峰 (圖20G)。齒廓角、寬度、長(zhǎng)度、厚度和斜角可以隨著此工藝而改變。此工藝能夠與傳統(tǒng)的 光刻技術(shù)組合，以便產(chǎn)生更多的變型和特性。圖21A和21B分別是放大5，000倍的、按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的硅手術(shù)刀 片和不銹鋼手術(shù)刀片的側(cè)視圖。注意圖21A與21B之間的差別。圖21A更光滑、更均勻。圖 22A和22B分別是放大10，000倍的按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的硅手術(shù)刀片和不銹鋼刀 片的刀峰的頂視圖。再者，圖22A與22B之間的差別是，前者即按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的 方法的結(jié)果，比圖22B的不銹鋼刀片更光滑、更均勻。圖25A和25B是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案用結(jié)晶材料制成的刀峰和用包括層轉(zhuǎn)化 工藝的結(jié)晶材料制成的刀峰的輪廓透視圖。在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，在蝕刻硅晶片之 后，基底材料表面可能化學(xué)轉(zhuǎn)變成新材料2504。這個(gè)步驟也稱作“熱氧化、氮化物轉(zhuǎn)化”或 “硅表面的碳化硅轉(zhuǎn)化”步驟。根據(jù)允許哪些元素與基底/刀片材料相互作用，可產(chǎn)生其它 化合物。將刀片表面轉(zhuǎn)化成基底材料化合物的益處是，能夠選擇新的材料/表面(或轉(zhuǎn)化 層)，以便產(chǎn)生更硬的切削刃。但是與涂層不同，刀片的切削刃保持后蝕刻步驟的幾何形狀 和銳度。注意，在圖25A和25B中，硅刀片的深度由于轉(zhuǎn)化工藝而沒有改變；“D1” (只有硅 的刀片的深度)等于“D2” (具有轉(zhuǎn)化層2504的硅刀片的深度)。圖33A-36C表示出可用于眼科目的并且按照本發(fā)明方法制造的手術(shù)刀片的若干 實(shí)施例。圖33A-33D表示出按照本發(fā)明方法制造的用于眼科及其它顯微手術(shù)目的的手術(shù)刀 片的第一實(shí)施例的第一和第二實(shí)施方案。圖33A-C表示出可用于眼科白內(nèi)障手術(shù)目的的狹 縫式刀片/刀720。狹縫式刀片/刀720具有第一斜面組722a和第二斜面組722b。第一 和第二斜面組722a，722b每個(gè)可以是具有相同或不同角度的單斜面、具有相同或不同角度的雙斜面，或者每個(gè)斜面組722a，722b可以是多斜面和一個(gè)或多個(gè)刻面。斜角、刀片角度、 厚度和刻面數(shù)目的組合，是能夠根據(jù)狹縫式刀片/刀720的特定用途來(lái)改變并根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施方案按照本文公開的方法來(lái)制造的所有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。圖33B是狹縫式刀片/刀720的頂 視圖，表示出第一和第二單斜面722a，b、第一和第二切削刃714a，b、中心線712和頂點(diǎn)715。 圖33D表示出狹縫式刀片/刀720的第二實(shí)施方案。此圖，與圖33C類似，表示出第一切削 刃714a和第一及第三斜面722a，c。第一和第二斜面被表示成特征716a，b。圖34A-34C表示出按照本發(fā)明方法制造的可用于眼科及其它顯微手術(shù)目的的手 術(shù)刀片的第二實(shí)施例。圖34A-34C表示出用于屈光(LASIK )眼科手術(shù)的微角膜刀片724。 微角膜刀片724具有一個(gè)斜面726，此斜面可以是帶有一個(gè)或多個(gè)刻面的單或雙斜面。斜 角、刻面以及它們的設(shè)置和布置的組合，對(duì)于圖33A-36C、還有別處所示的手術(shù)刀片來(lái)說(shuō)，實(shí) 質(zhì)上沒有限定。微角膜刀片724表示出雙斜面726 (第一斜面726a和第二斜面726b)?？?728a和728b可用于將微角膜刀片724安裝在刀手柄上(如上所述)。圖34B和34C表示 出微角膜刀片724的切削刃718、以及第一和第二側(cè)面719a，b。圖35A-35C表示出按照本發(fā)明方法制造的可用于眼科及其它顯微手術(shù)目的的手 術(shù)刀片的第三實(shí)施例。圖35A-35C表示出用于白內(nèi)障眼科手術(shù)的小型刀片/刀730。圖 35A-35C所示的小型刀片/刀730具有單個(gè)的、基本上為圓形的刀片。圓形是優(yōu)選的，但不 是必需的；其它曲線形狀(例如橢圓形)也可以使用。刀片可以是單、雙或多斜面刀片或 者它們的任意組合(如上所述)。正如在圖35B和35C中所看到的，斜面742形成切削刃 732。通過以弧度為θ的基本上恒定的半徑748 (在圓形刀片的情形中)將結(jié)晶材料從第 一點(diǎn)744a到第二點(diǎn)744b進(jìn)行加工，而形成斜面。通常，小型刀片/刀730是對(duì)稱的，從而 圍繞中點(diǎn)746和中心線750形成斜面。圖36A-36C表示出按照本發(fā)明方法制造的可用于眼科及其它顯微手術(shù)目的的手 術(shù)刀片的第四實(shí)施例。圖36A-36C表示出可用于白內(nèi)障眼科手術(shù)的月牙型刀片/刀734。 圖36A-36C所示的月牙型刀片/刀734具有單個(gè)的卵形刀片。再者，卵形是優(yōu)選的，但不是 必需的。月牙形刀片/刀734優(yōu)選地具有單斜角刀片，但是刀片可以是單或雙斜面刀片或 者它們的任意組合，并且每個(gè)斜面具有一個(gè)或多個(gè)刻面(如上所述)。正如在圖36B和36C 中所看到的，通過加工(以及隨后蝕刻)斜面752而形成切削刃736。將斜面752以與中心 線754成θ角度從第一點(diǎn)756a到第二點(diǎn)756b加工一段第一距離。在第二點(diǎn)756b，斜面基 本上變成具有固定半徑的圓形，并且以角度Φ (在此情形中大約為180度)加工到第三點(diǎn) 756c。其后，斜面繼續(xù)以線性方式以角度θ (相對(duì)于中心線754)加工一段第一距離到達(dá)第 四點(diǎn)756d。再者，與圖33A-C中的刀片一樣，月牙形刀片/刀734基本上是對(duì)稱的，因此從 第一點(diǎn)到第二點(diǎn)的距離與從第三點(diǎn)到第四點(diǎn)的距離基本上相等。參照?qǐng)D1，在步驟1018之后，決定轉(zhuǎn)化表面(決定步驟1019)。如果加入轉(zhuǎn)化層 (在決定步驟1019是“是”的路線)，就在步驟1021加入轉(zhuǎn)化層。該方法然后進(jìn)行到步驟 1020。如果不加入轉(zhuǎn)化層(在決定步驟1019是“否”的路線)，方法就進(jìn)行到步驟1020。轉(zhuǎn) 化工藝需要擴(kuò)散或高溫爐?；自谡婵障禄蚨栊原h(huán)境中被加熱到超過500°C的溫度。所選 擇的氣體以濃度受控的方式計(jì)量進(jìn)入爐內(nèi)，并且由于高度它們擴(kuò)散到硅內(nèi)。當(dāng)氣體擴(kuò)散到 硅內(nèi)時(shí)，它們就與硅發(fā)生反應(yīng)，從而形成新化合物。由于新材料是通過擴(kuò)散并與基底發(fā)生化 合物反應(yīng)而產(chǎn)生的，不是通過施加涂層產(chǎn)生的，因此硅刀片的原始幾何形狀(銳度)得以保留。轉(zhuǎn)化工藝的額外好處是，轉(zhuǎn)化層的光學(xué)折射系數(shù)與基底不同，因此刀片顯現(xiàn)出顏色。該 顏色取決于轉(zhuǎn)化材料的組成及其厚度。已經(jīng)在表面轉(zhuǎn)化的單晶體基底材料與未轉(zhuǎn)化刀片相比，也具有優(yōu)良的抗碎性和耐 磨性。通過將表面變成更硬的材料，基底沿結(jié)晶面形成裂紋啟動(dòng)位點(diǎn)并裂開的傾向得以減 小。能夠具有一些互換性地實(shí)施的制造步驟的另一實(shí)施例是糙面精整步驟。經(jīng)常地， 尤其是在手術(shù)刀片的優(yōu)選實(shí)施方案的制造中，刀片的硅表面具有高反射率。如果刀片在具 有照明源的顯微鏡下使用，那么這一點(diǎn)可能分散外科醫(yī)生的注意力。因此，刀片表面配有擴(kuò) 散入射光(諸如，在手術(shù)過程中從所用的高強(qiáng)度燈中發(fā)出)，從而使其變暗(與光亮相反) 的糙面精整。通過用合適的激光器照射刀片表面以便按照具體圖案和密度燒蝕刀片表面上 的區(qū)域，而產(chǎn)生糙面精整。燒蝕區(qū)域被制成圓形，因?yàn)檫@通常是發(fā)出的激光束的形狀，盡管 無(wú)需是這種情形。圓形燒蝕區(qū)域的尺寸為，直徑在25-50 μ m之間，并且這也取決于制造商 和所用的激光器種類。圓形燒蝕區(qū)域的深度在10-25 μ m范圍。圓形燒蝕區(qū)域的“密度”稱作被圓形燒蝕區(qū)域覆蓋的總百分表面積。約5%的“燒 蝕區(qū)域密度”就使刀片從其正常的光滑、鏡樣外觀明顯變暗。然而，共同定位所有的燒蝕區(qū) 域并不影響刀片其余的鏡樣效果。因此，圓形燒蝕區(qū)域橫貫刀片的表面積但以隨機(jī)的方式 來(lái)施加。實(shí)踐中，可產(chǎn)生隨機(jī)定位凹陷但獲得具體燒蝕區(qū)域密度和圖案隨機(jī)性的所需效果 的圖形文件。此圖象文件可人工產(chǎn)生，或者利用計(jì)算機(jī)中的程序自動(dòng)產(chǎn)生。能夠執(zhí)行的另 一個(gè)特征是，在刀片自身上銘刻系列號(hào)、制造商的理念或手術(shù)醫(yī)生或醫(yī)院的名字。一般，高架激光器可用來(lái)在刀片上產(chǎn)生糙面精整，或者是檢流計(jì)頭(galvo-head) 激光器也可以如此。前者較慢，但相當(dāng)準(zhǔn)確，而后者較快，但不如高架激光器準(zhǔn)確。由于整體 準(zhǔn)確度不是很關(guān)鍵，并且制造速度直接影響成本，因此檢流計(jì)頭激光器是優(yōu)選工具。此工具 每秒鐘能夠移動(dòng)上千毫米，因此對(duì)于一般的手術(shù)刀片，使整個(gè)燒蝕區(qū)域的蝕刻時(shí)間大約為5 秒鐘。圖37A-37C是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的手術(shù)刀片340的另外幾個(gè)視圖。在 圖37A中，表示出手術(shù)刀片的幾個(gè)不同參數(shù)。例如，側(cè)切削長(zhǎng)度、頂-肩長(zhǎng)度和齒廓角都示 出了。每個(gè)參數(shù)值隨著刀片的設(shè)計(jì)和預(yù)期用途的不同而不同。然而，由于制造手術(shù)和非手 術(shù)刀片的方法的益處(如下所述)，按照這些方法制造的某些手術(shù)刀片的齒廓角比一般遇 到的要小些。僅僅為了圖示目的，并且不具有限定意義，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的特定刀 片輪廓具有約60°的齒廓角。圖37B和37C表示出上述的另外幾個(gè)參數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它工業(yè)術(shù)語(yǔ)和參數(shù)是，刀片的棱角半徑?！扒邢靼霃健被?“棱角半徑”是切割皮膚、眼睛(在眼科使用的情形中)或其它材料/物質(zhì)的銳邊的半徑。如 果諸如手術(shù)醫(yī)生用刀片切或割病人的眼睛，那么非常重要的是(如果不是關(guān)鍵的話)，所用 的刀片盡可能地銳。圖38A和38B表示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造的手術(shù)刀片的棱角 半徑。圖38B是沿圖38A的刀片350的A-A線所作的視圖。按照本文如下所述的本發(fā)明實(shí) 施方案制造的刀片(手術(shù)或非手術(shù)的)，可具有約30nm-60nm的棱角半徑，并且在本發(fā)明一 個(gè)實(shí)施方案中，可具有約40nm的棱角半徑。表II和表III示出了在金屬刀片棱角半徑和 按照本文如下所述的本發(fā)明實(shí)施方案制造的硅刀片棱角半徑的測(cè)定中匯集的原始數(shù)據(jù)。此 數(shù)據(jù)在圖39中由第一曲線362匯總，該曲線表示出，按照本文所述的本發(fā)明實(shí)施方案制造的刀片棱角半徑范圍，比金屬刀片棱角半徑范圍(如圖39的第二曲線364所示)小得多。 越小的棱角半徑產(chǎn)生越銳的刀片。表II棱角半徑-金屬刀片 表III棱角半徑-硅刀片 如上所述，轉(zhuǎn)化步驟(在圖1中表示為步驟1021)，將基底材料變成新化合物(參 見圖25A和25B)?？捎糜谵D(zhuǎn)化工藝的元素及化合物包括氧或H20(如果基底材料是硅， 那么其將產(chǎn)生二氧化硅(SiO2))、氨或氮(產(chǎn)生氮化硅(SiN3))或任何碳基化合物(產(chǎn)生 碳化硅(SiC))。其它元素也可以與硅或其它基底材料一起使用，這正如半導(dǎo)體業(yè)所公知的。轉(zhuǎn)化層(被轉(zhuǎn)化成新化合物的那部分基底材料)與刀片相比相對(duì)薄。實(shí)際厚度為約 0. 1 μ m-10. 0 μ m。用本文所述的任何方法產(chǎn)生的任何刀片都能夠承受轉(zhuǎn)化工藝，以產(chǎn)生轉(zhuǎn) 化層。此方法步驟也可加入到上述用基底材料制造刀片的任何方法中。
上面已經(jīng)參照本發(fā)明的某些示范性實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。然而，對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以用除上述示范性實(shí)施方案之外的具體形式表達(dá)本發(fā)明。 這并不脫離本發(fā)明的精髓和范圍。示范性實(shí)施方案僅僅是為了圖示說(shuō)明，而決不應(yīng)該視為 具有限定意義。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物來(lái)定義，而不是由前面的描 述來(lái)定義。
權(quán)利要求
一種利用結(jié)晶材料晶片制造至少一個(gè)切削裝置的方法，包括在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工第一刀片輪廓，其中所述第一刀片輪廓包括第一刻面，所述第一刻面包括所述至少一個(gè)切削裝置的切削刃，所述第一刀片輪廓還包括毗鄰第一刻面的第二刻面；在結(jié)晶材料晶片的第二側(cè)面上加工第二刀片輪廓，其中所述第二刀片輪廓包括第三刻面，所述第三刻面與所述第一刻面一同包括所述至少一個(gè)切削裝置的切削刃，所述第二刀片輪廓還包括毗鄰第三刻面的第四刻面；以及蝕刻結(jié)晶材料晶片，以形成至少一個(gè)切削裝置；其中所述蝕刻包括各向同性地蝕刻所述結(jié)晶材料的至少第一側(cè)面，以形成包括至少第一刀片輪廓的至少一部分的至少一個(gè)切削裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 將所述至少一個(gè)切削裝置分成單個(gè)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻步驟包括 形成第一內(nèi)含角，所述第一內(nèi)含角包括第一斜面的第一角度；以及 形成第二內(nèi)含角，所述第二內(nèi)含角包括第二斜面的第二角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工 第一刀片輪廓的步驟包括以第一角度加工第一刻面；以及以第二角度加工第二刻面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述結(jié)晶材料晶片的第二側(cè)面上加工 第二刀片輪廓的步驟包括以第一角度加工第三刻面；以及 以第二角度加工第四刻面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在加工結(jié)晶材料晶片的步驟之后涂布結(jié)晶材料晶片的所述第一側(cè)面；以及 在蝕刻步驟之前安裝涂布所述第一側(cè)面后的結(jié)晶材料晶片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所形成的結(jié)晶材料晶片的所述第一側(cè)面氮化硅、氮 化鈦、氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶材料包括硅。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制造的切削裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在所述至少一個(gè)切削裝置的表面上形成轉(zhuǎn)化層。
13.一種利用結(jié)晶材料晶片制造至少一個(gè)切削裝置的方法，包括在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工第一可變刀片輪廓，其中所述第一可變刀片輪廓包 括第一刻面，所述第一刻面包括所述切削裝置的第一切削刃，并且其從所述切削裝置頂點(diǎn) 的第一角度變?yōu)榫嚯x所述切削裝置頂點(diǎn)一段第一距離的第二角度，并且其中通過以與所述 切削裝置中心線所成的第三角度，從所述切削裝置頂點(diǎn)加工所述第一刀片輪廓而形成所述 第一切削刃；在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工第二可變刀片輪廓，其中所述第二可變刀片輪廓包 括第二刻面，所述第二刻面包括所述切削裝置的第二切削刃，并且其從所述切削裝置頂點(diǎn) 的第一角度變?yōu)榫嚯x所述切削裝置頂點(diǎn)一段第一距離的第二角度，并且其中通過以與所述 切削裝置中心線所成的第三角度，從所述切削裝置頂點(diǎn)到與第一刀片輪廓終止點(diǎn)直接相對(duì) 的一點(diǎn)加工所述第二可變刀片輪廓，而形成所述第二切削刃；在結(jié)晶材料晶片的第二側(cè)面上加工第三可變刀片輪廓，其中所述第三可變刀片輪廓包 括第三刻面，所述第三刻面包括所述切削裝置的第一切削刃，并且其從所述切削裝置頂點(diǎn) 的第一角度變?yōu)榫嚯x所述切削裝置頂點(diǎn)一段第一距離的第二角度，并且其中通過以與所述 切削裝置中心線所成的第三角度，從所述切削裝置頂點(diǎn)到直接在第一可變刀片輪廓終止點(diǎn) 之下的一點(diǎn)，加工所述第三可變刀片輪廓而形成所述第一切削刃；在結(jié)晶材料晶片的第二側(cè)面上加工第四可變刀片輪廓，其中所述第四可變刀片輪廓包 括第四刻面，所述第四刻面包括所述切削裝置的第二切削刃，并且其從所述切削裝置頂點(diǎn) 的第一角度變?yōu)榫嚯x所述切削裝置頂點(diǎn)一段第一距離的第二角度，并且其中通過以與所述 切削裝置中心線所成的第三角度，從所述切削裝置頂點(diǎn)到直接在第二可變刀片輪廓終止點(diǎn) 之下的一點(diǎn)，加工所述第四可變刀片輪廓而形成所述第二切削刃；以及蝕刻結(jié)晶材料晶片，以形成至少一個(gè)切削裝置；其中所述蝕刻包括各向同性地蝕刻所述結(jié)晶材料的至少第一側(cè)面，以形成包括至少第 一刀片輪廓的至少一部分的至少一個(gè)切削裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述至少一個(gè)切削裝置分成單個(gè)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在加工結(jié)晶材料晶片的步驟之后涂布結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面；以及在蝕刻步驟之前安裝涂布所述第一側(cè)面后的結(jié)晶材料晶片。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所形成的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶材料包括硅。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述方法制造的切削裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述至少一個(gè)切削裝置的表面上形成轉(zhuǎn)化層。
22. 一種利用結(jié)晶材料晶片制造至少一個(gè)切削裝置的方法，包括在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工第一彎曲的刀片輪廓，其中所述第一彎曲的刀片 輪廓包括第一刻面，所述第一刻面包括所述切削裝置的第一切削刃，并且通過以與所述切 削裝置中心線所成的第一角度，從所述切削裝置頂點(diǎn)將所述第一刀片輪廓加工一段第一距 離，而形成所述第一切削刃；在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工第二彎曲的刀片輪廓，其中所述第二彎曲的刀片 輪廓包括第二刻面，所述第二刻面包括所述切削裝置的第二切削刃，并且通過以與所述切 削裝置中心線所成的第一角度，從所述切削裝置頂點(diǎn)將所述第一刀片輪廓加工一段第一距 離，而形成所述第二切削刃；以及蝕刻結(jié)晶材料晶片，以形成至少一個(gè)切削裝置；其中所述蝕刻包括各向同性地蝕刻所述結(jié)晶材料的至少第一側(cè)面，以形成包括至少第 一刀片輪廓的至少一部分的至少一個(gè)切削裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括 將所述至少一個(gè)切削裝置分成單個(gè)的。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在加工結(jié)晶材料晶片的步驟之后涂布結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面；以及 在蝕刻步驟之前安裝涂布所述第一側(cè)面后的結(jié)晶材料晶片。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所形成的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶材料包括硅。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述方法制造的切削裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 在所述至少一個(gè)切削裝置的表面上形成轉(zhuǎn)化層。
31.利用結(jié)晶材料晶片制造至少一個(gè)切削裝置的方法，包括在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工第一斜面，其中所述第一斜面包括所述至少一個(gè)切 削裝置的第一切削刃；在結(jié)晶材料晶片的第二側(cè)面上加工第二斜面，其中所述第二斜面與所述第一斜面共同 包括所述至少一個(gè)切削裝置的切削刃；以及 涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面； 蝕刻結(jié)晶材料晶片，以形成至少一個(gè)切削裝置；其中所述蝕刻包括各向同性地蝕刻所述結(jié)晶材料的至少第一側(cè)面，以形成包括至少第 一刀片輪廓的至少一部分的至少一個(gè)切削裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，還包括 將所述至少一個(gè)切削裝置分成單個(gè)的。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括在加工結(jié)晶材料晶片的步驟之后涂布結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面；以及 在蝕刻步驟之前安裝涂布所述第一側(cè)面后的結(jié)晶材料晶片。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所形成的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶材料包括硅。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述方法制造的切削裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括 在所述至少一個(gè)切削裝置的表面上形成轉(zhuǎn)化層。
39.一種利用結(jié)晶材料晶片制造至少一個(gè)切削裝置的方法，包括在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工斜面，其中所述斜面包括至少一個(gè)切削裝置的切削 刃，所述加工始于第一點(diǎn)，并以恒定的半徑沿弧度繼續(xù)一段為圓形的第一角距離而到達(dá)第 二點(diǎn)；以及蝕刻結(jié)晶材料晶片，以形成至少一個(gè)切削裝置；其中所述蝕刻包括各向同性地蝕刻所述結(jié)晶材料的至少第一側(cè)面，以形成包括至少第 一刀片輪廓的至少一部分的至少一個(gè)切削裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括 將所述至少一個(gè)切削裝置分成單個(gè)的。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括 涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括在加工結(jié)晶材料晶片的步驟之后涂布結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面；以及 在蝕刻步驟之前安裝涂布所述第一側(cè)面后的結(jié)晶材料晶片。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所形成的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶材料包括硅。
46.根據(jù)權(quán)利要求39所述方法制造的切削裝置。
47.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括 在所述至少一個(gè)切削裝置的表面上形成轉(zhuǎn)化層。
48.一種利用結(jié)晶材料晶片制造至少一個(gè)切削裝置的方法，包括在結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面上加工斜面，其中所述斜面包括所述至少一個(gè)切削裝置的 切削刃；所述加工始于與所述切削裝置中心線成第一角度的第一點(diǎn)，并以線性方式繼續(xù)一 段第一距離到達(dá)第二點(diǎn)，然后以恒定的半徑沿弧度從第二點(diǎn)繼續(xù)一段為圓形的第一角距離 而到達(dá)第三點(diǎn)，以線性方式以第一角度從第三點(diǎn)繼續(xù)第一距離到達(dá)第四點(diǎn)；以及蝕刻結(jié)晶材料晶片，以形成至少一個(gè)切削裝置；其中所述蝕刻包括各向同性地蝕刻所述結(jié)晶材料的至少第一側(cè)面，以形成包括至少第 一刀片輪廓的至少一部分的至少一個(gè)切削裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括將所述至少一個(gè)料切削裝置分成單個(gè)的。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所加工的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，還包括在加工結(jié)晶材料晶片的步驟之后涂布結(jié)晶材料晶片的所述第一側(cè)面；以及在蝕刻步驟之前安裝涂布所述第一側(cè)面后的結(jié)晶材料晶片。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，所述涂布步驟包括用選自以下物質(zhì)的一層材料涂布所形成的結(jié)晶材料晶片的第一側(cè)面氮化硅、氮化鈦、 氮化鈦鋁、二氧化硅、碳化硅、碳化鈦、氮化硼和金剛石樣晶體。
54.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶材料包括硅。
55.根據(jù)權(quán)利要求48所述方法制造的切削裝置。
56.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括在所述至少一個(gè)切削裝置的表面上形成轉(zhuǎn)化層。
全文摘要
眼科手術(shù)刀片(734)是用優(yōu)選為晶片形式的結(jié)晶或多晶材料制造的。該方法包括通過安裝晶片并在晶片內(nèi)加工溝槽，來(lái)準(zhǔn)備結(jié)晶或多晶晶片。形成斜面刀片表面(752)的溝槽的加工方法包括金剛石條鋸、激光系統(tǒng)、超聲器、熱鍛壓和刻紋機(jī)。然后將晶片置于蝕刻劑溶液中，該溶液以均勻的方式各向同性地蝕刻晶片，從而使多層結(jié)晶或多晶材料被均勻地除去，因此產(chǎn)生單、雙或多斜面刀片(734)。顯然，任何斜角都能夠加工到晶片內(nèi)，并在蝕刻之后保留。刀峰的最終半徑為5-500nm，即口徑與金剛石刀峰的刀片相同，但制造成本卻是其一小部分。這種眼科手術(shù)刀片可用于白內(nèi)障和屈光手術(shù)，以及顯微手術(shù)、生物和非醫(yī)學(xué)、非生物目的。
文檔編號(hào)C23F1/00GK101904766SQ201010205949
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者A·N·基斯, J·F·基南, J·J·休斯, S·M·查維斯, V·M·達(dá)斯卡爾 申請(qǐng)人:貝克頓·迪金森公司