制造钟或表的部件的方法与流程

本发明涉及一种从可微加工的材料开始执行的制造钟或表的部件的方法。

背景技术：

从诸如硅的可微加工的材料开始通过微加工技术、特别是通过干刻蚀(例如通过深反应离子刻蚀(drie))或通过化学湿刻蚀进行的钟或表的部件的制造是已知的。

图1所示的现有技术中的这种制造方法包括第一步骤e1(图1a)，该步骤包括提供基片1，该基片1包括可微加工的材料(例如，硅)的第一薄片2，该第一薄片2的厚度与最终部件的约为10-200微米的厚度对应并且用于被加工以形成所述部件。该第一薄片2通过氧化硅的中间层3组装在用作支撑部并且例如也由硅制成的第二薄片4上，该第二薄片4具有约为0.5mm的厚度。这种基片1通常被称为“soi基片”，即“绝缘体上硅(silicononinsulator)基片”。因此，第二薄片4和中间层3形成支撑部，以使整个基片1保持刚性，从而允许在无风险的情况下处理基片1，并且在钟或表的部件的制造期间容易地操纵基片1。

然后，制造方法包括通过沉积树脂层5而在基片1的可视面上添加掩模的步骤(步骤e2，图1b)，通过光刻技术在树脂层5中部分地去除树脂而形成空白区6(步骤e3，图1c)。注意，通用术语“基片”将用于表示在从对应于步骤e2的掩模步骤开始的、包括至少一种刻蚀操作的制造方法中使用的薄片或多个薄片的组件，和/或可选地包括附加层。该基片包括两个面：将要被刻蚀的可视面，按照惯例其也应被称为上表面；以及下表面。

然后，在前述步骤中形成的掩模允许通过在无树脂区6中刻蚀基片1的第一薄片2(步骤e4，图1d)来形成至少一个钟或表的部件。因此，根据由先前形成的掩模所确定的几何形状形成该部件(多个部件)。

最后，去除剩下的树脂(步骤e5，图1e)，然后通过在分离步骤e6中将第一薄片2与第二薄片4分离来获得图1f中所示的至少一个钟或表的部件9。因此，该分离步骤具有将在第一薄片2中刻蚀的钟或表的部件或多个部件与中间层3分离而且还与构成第二薄片4的可微加工的材料分离的效果。该分离步骤e6是一个复杂的步骤。它可以通过从基片1的上表面开始、更确切地说从在基片1的第一薄片2中形成的刻蚀部7开始使中间层3的材料完全溶解来进行，这具有步骤持续时间很长的缺点。作为变型，可以从基片1的下表面开始并且在第二薄片4中通过在已经被翻转的基片上执行类似于上述步骤e2至e5的制造步骤而选择性地分离位于所形成的钟或表的部件下方的空间，以使中间层3更容易接近并加速其溶解。在所有例子中，分离步骤e6时间长并且需要复杂的制造设备，这是现有技术方案的重大缺点。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提出一种制造钟或表的部件的方法，其改进了现有技术的方法。

更具体地，本发明的目的是提出一种简化的制造钟或表的部件的方法。

为了该目的，本发明基于一种制造钟或表的部件的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

-提供基片，该基片包括薄片，该薄片包括部件材料，特别是硅、金刚石、石英或陶瓷；

-可选地首先用下层涂覆薄片的下表面；

-从基片的薄片的上表面开始刻蚀该薄片，以形成至少一个钟或表的部件；

-通过去除用作刻蚀掩模的层而露出至少一个钟或表的部件；以及

-可选地通过去除下层而分离薄片和经刻蚀的至少一个钟或表的部件。

提供基片的步骤可包括提供厚度大约等于要制造的钟或表的部件的最大厚度的基片的步骤。

该方法可包括在基片中存在的全部部件材料的整个厚度上和/或在包括基片的部件材料的单个薄片的整个厚度上刻蚀部件材料的步骤。

本发明更确切地由权利要求限定。

附图说明

本发明的这些目的、特征和优点将在下面有关附图的特定的、非限制性的实施方式的描述中更详细地给出，在附图中：

图1是根据现有技术的制造钟或表的部件的步骤的示意性表示。

图1a至图1f各自更确切地示出了根据现有技术的制造步骤。

图2是根据本发明的第一实施方式的制造钟或表的部件的步骤的示意性表示。

图2a至图2d和图2f各自更确切地示出了根据本发明的第一实施方式的制造步骤。

图3是根据本发明的第二实施方式的制造钟或表的部件的步骤的示意性表示。

图3a至图3f各自更确切地示出了根据本发明的第二实施方式的制造步骤。

具体实施方式

根据本发明的实施方式，制造钟或表的部件的方法的改进在于，其通过简化或消除上述分离步骤e6大大简化了现有技术方法的结束。按照惯例，如上所述，形容词“上”应用于表示将经受第一刻蚀的、基片的面部侧的表面，并且形容词“下”应用于表示相对侧的表面。

图2示出了根据本发明的第一实施方式的制造钟或表的部件的方法。

与上述现有技术的方法一样，这种制造方法包括提供由可微加工的材料(例如硅)制成的基片11的第一步骤e11(图2a)。根据该实施方式，这种基片包括用于被加工以形成钟或表的部件的单个薄片12。该单个薄片12的厚度优选大于或等于100微米，或大于或等于120微米。该厚度可以特别地在100或120微米和300微米之间，或达到500微米。

然后，制造方法包括通过沉积树脂层15而在基片11的上表面上添加掩模的步骤(步骤e12，图2b)，通过光刻技术在树脂层15中部分地去除树脂而形成空白区16(步骤e13，图2c)。

然后，在前述步骤中形成的掩模允许通过穿过树脂掩模的空白区16刻蚀基片11而形成至少一个钟或表的部件(步骤e14，图2d)。因此，该部件(多个部件)根据由先前形成的掩模所确定的几何形状形成。优选地，设置附接部以保持部件(多个部件)附接至基片11。

最后，在显影步骤中通过溶解去除剩下的树脂(步骤e15，图2f)，以直接获得包括钟或表的部件(多个部件)19的、经加工的薄片12。

步骤e12至e15大致对应于现有技术方案的步骤e2至e5，因此不作详细描述。特别地，通过光刻和drie传统地进行刻蚀。本发明的该第一实施方式的突出优点是已经消除了基片的第二支撑薄片，使得可以通过中间层3的溶解消除现有技术的繁琐的分离步骤e6。

作为变型，由可微加工的材料制成的基片11可以是多个重叠的层的形式，和/或由多种材料制成。该实施方式的重要特征是基片不包括功能限于形成支撑部并且在其整个厚度上被刻蚀的任何层。换言之，所获得的钟或表的部件的最终最大厚度约等于所用基片11的厚度，即约等于薄片12的厚度。

因此，上述实施方式确实地允许大大简化制造钟或表的部件的方法。这主要基于消除了基片11中由可微加工的材料制成的任何支撑部，并且基于意外地发现可以从不包括支撑部的薄片开始制造钟或表的部件。

图3示出了根据本发明的第二实施方式的制造钟或表的部件的方法。

这种制造方法包括提供基片21的第一步骤e21(图3a)，基片21包括可微加工的材料，例如硅。根据该第二实施方式，这种基片21包括由对应于钟或表的部件的材料的可微加工的材料制成的、用于被加工以形成钟或表的部件的薄片22，薄片22的厚度大于或等于100微米或大于或等于120微米。基片21还包括优选为金属的下层24。

因此，该第二实施方式包括没有示出的初始步骤，其包括在由可微加工的材料制成的薄片22上沉积或组装金属的下层24，以形成基片21。根据第一实施方式，该初始步骤包括用通过物理气相沉积(pvd)技术沉积的金属层涂覆由可微加工的材料制成的薄片的表面。例如，这种金属的下层可以是2微米的纯铝层。作为变型，该下层可以具有任何其他厚度，优选在0.5和5微米之间，包括0.5微米和5微米。可替代地，任何用于沉积纯金属和/或合金的技术都可以用于用金属层来涂覆由可微加工的材料制成的薄片的下表面。优选地，沉积的金属是铝、金或铂。另外，可以预先在由可微加工的材料制成的薄片上沉积键合涂层，例如钛或铬，以改善金属下层的粘附性。作为变型，可以使用在由可微加工的材料制成的薄片的表面上沉积或组装形成涂层的金属下层的任何其他技术(例如，电解生长、化学气相沉积、粘合片材等)。

然后，制造步骤包括通过沉积树脂层25而在基片21的上表面上添加掩模的步骤(步骤e22，图3b)，通过光刻技术在树脂层25中部分地去除树脂而形成空白区26(步骤e23，图3c)。

然后，在前述步骤中形成的掩模允许通过穿过树脂掩模的空白区26刻蚀基片21而形成至少一个钟或表的部件(步骤e24，图3d)。因此，该部件(多个部件)根据由先前形成的掩模所确定的几何形状形成。

最后，在显影步骤中通过溶解去除剩下的树脂(步骤e25，图3e)。步骤e22至e25大致对应于步骤e2至e5和e12至e15。

然后，根据该第二实施方式的方法包括分离步骤e26(图3f)，其包括去除金属的下层24。该分离步骤e26非常简单且快速：例如通过在铝刻蚀酸(hno3、h3po4、ch3cooh、h2o的混合物)浴槽中溶解金属来进行。浴槽的组合物必须适于下层的金属，以使其通过本领域技术人员已知的方式溶解。因此，下层的材料完全溶解。在上述现有技术的方案中，只有氧化硅中间层3被溶解，然后下部的第二硅薄片4与承载部件的上部薄片分离。

因此，该第二实施方式仍然非常简便，因为通过消除诸如树脂的制造残余物和下层(根据一个实施方式为金属支撑层的形式)而进行的钟或表的部件29的最终分离步骤包括与现有技术的方法相比大大简化的分离步骤e26，现有技术的方法使用的支撑部由两部分组成，其中一个部分对应于部件材料，并且在不先用附加层对第一薄片中刻蚀的部件施加保护的情况下这两部分不能由此进行化学溶解。

因此，上述第二实施方式确实地允许大大简化制造钟或表的部件的方法。这基于将金属支撑部用于由可微加工的材料构成的薄片，并且基于意外地发现可以从包括可微加工的材料的单个薄片和薄的金属下层的基片开始制造钟或表的部件，所述薄的金属层比现有技术的也是由可微加工的材料制成的支撑部薄得多。特别是考虑到金属会在可微加工的材料中扩散从而改变其性能，本领域技术人员会对这种方案产生消极偏见。由于处理设备通常被设计为用于具有确保精度和坚固性的一定刚度的基片，因此本领域技术人员还会对这种制造方法的可行性存在消极偏见。

注意，相对于第一实施方式，在该第二实施方式中使用的金属下层还提供下述另外的优点：

-它在刻蚀步骤e24中用作屏蔽层，并通过防止薄片保持部在刻蚀结束时暴露于离子轰击来保护薄片保持部；

-它可以去除刻蚀期间(放热化学反应和离子轰击)在结构中产生的热量；

-它还可以避免有时可能出现在刻蚀部底部的缺陷，通常称为“切口(notching)”；

-它保护由可微加工的材料制成的层(即，薄片)的下表面，并将经刻蚀的部件保持在它们的整个表面上，从而防止柔性结构在刻蚀操作期间变形。

已经基于金属的下层描述了该第二实施方式。作为变型，也可以在由可微加工的材料制成的薄片的下表面上沉积或生长一层氧化硅sio2或聚合物(例如聚对二甲苯的聚合物膜，更广为人知的名称是parylene)，这特别是实现了与金属层相同的加强功能。分离步骤e26将简单地包括通过酸(例如基于氢氟酸的混合物)或通过氧等离子处理使sio2层或聚合物层溶解。

最后，在本发明的上述两个实施方式中实现的概念包括提出一种制造钟或表的部件的方法，该方法通过避免使用可微加工的材料作为支撑部而免去了复杂且耗时的、分离由可微加工的材料制成的支撑部的步骤。换言之，基片中存在的可微加工的材料的整个厚度用于形成钟或表的部件，但没有任何支撑功能。因此，它不包括仅用于支撑功能的可微加工的材料的薄片：基片11、21中存在的可微加工的材料的单个薄片用于通过刻蚀形成至少一个钟或表的部件。因此，在前述实施方式中，该方法不包括通过刻蚀基片的下表面上的可微加工的材料来帮助分离步骤e6，而是仅在上表面上刻蚀。所获得的钟或表的部件优选具有的最大厚度大致对应于用于其制造的基片中最初存在的全部可微加工的材料的厚度(在多层薄片的情况下对应于由可微加工的材料制成的所有层的厚度的总和)。

作为变型，制造钟或表的部件的方法还可以包括在从树脂和/或从金属支撑部上分离部件之前或之后进行的附加处理步骤，例如削薄可微加工的材料的薄片或部件、机械再加工或激光束再加工、涂覆、氧化热处理、清洁/脱脂等。

很明显，本发明的方法适用于制造大量的钟或表的部件。钟或表的部件可以是准备安装在机芯中的实体(例如杆、弹簧等)或者用于组装在机芯的一个或多个其他部件上的部件(例如，摆轴上的摆轮游丝、其心轴上的轮盘、擒纵叉轴(或心轴)上的擒纵叉、摆轴上的摆轮等)。可替代地，钟或表的部件可以是外部部件，例如指针。该方法特别适用于制造厚度大于或等于100微米的简单的2.5d(两个半维度)的钟或表的部件。对于有可能被打破的具有较薄结构的较易碎的部件或者在刻蚀步骤期间有可能变形的较具柔性的部件(例如，螺旋弹簧)或者特别是厚度小于100微米的最薄的部件，第二实施方式将是优选的。对于较不易碎、特别是较重的部件(例如轮)以及厚度严格大于100微米的部件，第一实施方式将是优选的。然而，两个实施方式仍都适用于制造所有这些钟或表的部件。

在上述实施方式的例子中，用作刻蚀掩模的沉积层由光敏树脂制成。可以用可用作针对drie型刻蚀的掩模的任何其他层(例如氧化硅、氮化硅、金属层等)代替该光敏树脂层。本领域技术人员将选择适合其需要的层。

在本发明的上述实施方式中，“可微加工的材料”是指适用于微加工的任何材料，特别是包括可以穿过掩模定向刻蚀的任何材料。此外，微加工是指所有允许穿过掩模在材料中产生微米尺寸的结构的技术，例如化学刻蚀或光刻。在上述实施方式的例子中使用的可微加工的材料是硅，但也可以替代地使用掺杂硅、多孔硅等。当然可以使用其他可微加工的材料，例如金刚石、石英、蓝宝石和陶瓷。它也可以是杂化材料。可微加工的材料也可以是具有足以被控制的刚性的任何可微结构化的材料。因此，本发明更一般地适用于制造钟或表的部件，该钟或表的部件由可穿过掩模切割的称为“部件材料”的材料构成或包括该材料。有利地，这种部件材料将从厚度大于或等于100微米的薄片开始加工，该薄片如所描述的实施方式中所说明的那样设置在基片内，或者更一般地设置在包括包含一种或多种部件材料的层的基片中，该部件材料的整个厚度优选大于或等于100微米，并将被刻蚀以形成部件。此外，这种基片可以可选地包括另一种材料、特别是金属或金属合金的支撑部，称为支撑部材料，该支撑部材料不同于部件材料并且与其相容，即在部件材料的刻蚀期间(例如，执行上述刻蚀步骤e14、e24)不受影响。有利地，可选的支撑部的厚度非常小，其小于或等于10微米，或小于或等于5微米，或小于或等于3微米。此外，该厚度优选大于或等于0.5微米。因此，该厚度相对于部件材料的薄片、基片和制造的钟或表的部件的厚度可以忽略不计。