制造强化的钟表组件的方法和相应的钟表组件和钟表的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及由可微加工材料，例如硅，来制造钟表组件的方法。
【背景技术】
[0002]就制造钟表组件而言，硅是有许多优势的材料。一方面，其使得以微米级精度同时制造大量小零件。另一方面，其具有低密度和抗磁特征。但是，该材料具有个缺点:其塑性变形区域小或不存在，从而使得其是相对易碎的材料。机械应变或机械冲击可导致组件裂化。所以，处理由硅制造的钟表组件，尤其在它们制造和它们安装期间，成为一种特别棘手的工作。
[0003]用于从硅基材上切割钟表组件的技术，例如一般是深蚀刻技术、深反应离子蚀刻(DRIE)加重了这些硅钟表组件的脆性。该类型的蚀刻的特殊性在于其形成开口，其具有稍微有条纹的侧壁，在它们的表面上包含为如它们在本领域已知的子波或“扇贝”形式的平面度缺陷。结果，蚀刻的侧壁具有一定的粗糙度，其降低了组件的机械强度。此外，平面度缺陷可作为裂纹起始源，尤其在机械应变下，并且导致组件破裂。
[0004]为了改善由硅制造的钟表组件的机械特性，已经提出了许多方法。
[0005]第一个方法，描述在文档EP 2 277 822中，其由通过在包括900°C和1200°C之间的温度下热氧化硅形成二氧化硅层组成。形成的氧化物层源自组件表面上的硅转化成二氧化硅。二氧化硅然后溶解。二氧化硅层的形成和其溶解使得去除潜在地包括缺陷和/或裂纹起始源的硅的表面部分。
[0006]第二个方法，描述在文档CH 703 445中，由向蚀刻之后获得的硅零件(即钟表组件坯料)在约100tC温度下还原气氛中施加退火处理。根据该文档，退火处理造成硅原子迀移，这些原子从凸角(比如扇贝和边缘的尖端)迀移并且积聚在凹角，从而降低了侧壁和圆边缘的粗糙度。
【发明内容】
[0007]本发明提出了之前建议的方法的替代性方案。
[0008]对于该目的，本发明涉及制造钟表组件的方法，其中形成钟表组件的坯料的零件由可微加工材料产生，所述零件包括至少一个具有初始粗糙度的表面，其中包括在蚀刻流体中对零件进行机械强化的步骤，旨在降低所述表面的粗糙度的。
[0009]术语“流体”在本文必须理解为物理意义上的术语。物理学上，“流体”形成包括液体、气体和等离子体(并且某些程度上包括某些塑料固体)的物质相的子集。
[0010]有利地，在蚀刻流体中对零件进行机械强化的步骤是各向同性类型的。
[0011]本发明的方法具有不需要使用高温的优势。
[0012]在一种具体的实施方式中，该方法包括下述步骤:
[0013].提供所述可微加工材料的基材；
[0014].用包含至少一个开口的保护涂层至少部分覆盖基材；
[0015].通过保护涂层中的开口来蚀刻基材并因此获得蚀刻的表面；
[0016].通过保护涂层中的开口对所述蚀刻表面施加机械强化处理；和
[0017]?然后去除保护涂层。
[0018]现有技术的两个方法的目的是减少硅零件侧壁上的表面缺陷，但是伴随着潜在的所不期望的效果:零件的尺寸基本上被第一方法改变而边缘被第二方法变圆。
[0019]根据本发明，可在零件上仍存在有保护涂层的情况下由蚀刻流体进行处理。基于这样的优点，仅仅蚀刻的表面被选择性地处理并变光滑，被保护涂层覆盖的表面保持未蚀亥IJ。该选择性机械强化处理的实施简单，因为不需要另外的步骤，而再利用已经产生的用于蚀刻的保护涂层。因此，用于蚀刻而被保护的表面(例如硅片的顶面和底面，其可被抛光并且具有抛光的镜面磨光)在该处理中不被蚀刻并且因此没有被后者损伤的风险。此外，根据本发明，边缘不因该处理而变圆。
[0020]机械强化处理可以是等离子体处理或液体化学蚀刻剂中的处理。等离子体可由包含卤素的气体和尤其包含氟或氯的气体形成。在该情况下，有利地，组件坯料在等离子体处理期间被电偏压。基于这样的优点，等离子体蚀刻会集中在电场最高的点，换句话说在从零件表面突出的尖端和凸起上。这具有使表面的粗糙度平滑的作用。
[0021]有利地，该方法包括所有或一些下述另外的特征:
[0022]-等离子体由包含卤素的气体且尤其包含氟或氯的气体形成；
[0023]-零件在等离子体处理期间被电偏压；
[0024]-液体化学蚀刻剂包括酸或碱，尤其氢氧化钾或氢氟酸、硝酸和/或乙酸的混合物；
[0025]-蚀刻开口以穿过基材，并向基材中所述开口的侧壁施加蚀刻处理；
[0026]-通过深蚀刻，尤其通过深反应离子蚀刻(DRIE)来蚀刻该基材；
[0027]-保护涂层由光刻胶或二氧化硅构成；和/或
[0028]-使用LIGA技术或使用激光器切割技术来制备组件坯料。
[0029]本发明也涉及通过上述限定的制造方法所获得的钟表组件，并涉及包含该钟表组件的钟表组件。
【附图说明】
[0030]通过参考附图显示的制造根据本发明的钟表组件的方法的一种【具体实施方式】，和其变型实施方式的下述说明，将更好地理解本发明，其中:
[0031]-图1显示根据一种具体的实施方式的处理钟表组件的工具，其用于实施本发明的方法；和
[0032]-图2显示该方法步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0033]本发明的方法使得具有强化的机械特性的钟表组件由可微加工材料制造。通过示意性和非限制性实施例，这些组件可以是齿轮、擒纵轮、曲柄、冲击销、棘爪或弹簧，尤其回位弹簧或游丝(螺旋弹簧)。
[0034]图2显示了根据本发明的第一实施方式制造钟表组件的各步骤的流程图。
[0035]根据该第一实施方式，方法包括初始步骤E0，其由提供由可微加工材料构成的基材组成。基材是例如硅片，标记为S1-WF。作为一种变型，可替换使用由石英、金刚石或适于制造钟表组件的任何其他可微加工材料构成的基材。
[0036]在下面步骤El中，晶片S1-WF的整个表面且尤其其两侧(前侧和后侧)，在这里用保护涂层覆盖。作为一种变型，仅仅两侧中的一个，例如前侧可用保护涂层覆盖。保护涂层R在这里由前侧上的光刻胶构成。
[0037]然后，本方法继续至在保护涂层R中形成抗蚀剂图案的步骤E2。通过经光刻胶层R形成开口来产生抗蚀剂图案。包含开口的保护涂层R形成保护掩模M。可将抗蚀剂通过掩模来曝光，然后显影抗蚀剂(即使用显影剂来溶解，抗蚀剂的曝光或非曝光部分取决于是否抗蚀剂是阳性或阴性的)以产生开口。作为一种变型，可使用激光器烧蚀技术或通过显影之后施加电子束去除抗蚀剂。
[0038]步骤E2随后是通过保护掩模M蚀刻硅片的步骤E3，在这里通过深反应离子蚀刻(DRIE)。在蚀刻步骤E3中，在与掩模M中一个或多个开口垂直的硅S1-WF中蚀刻一个或多个开口或孔T。蚀刻孔T优选地刚刚穿过晶片S1-WF。但是，可蚀刻一个或多个不透孔。
[0039]DRIE蚀刻技术是定向的。其通过施加交替轮的等离子体蚀刻，以蚀刻每个孔T的底部，并将保护层沉积在新蚀刻的侧壁上来起作用。基于这样的优点，使硅的蚀刻定向，以产生仅仅垂直每个开口而延伸的孔T，穿过保护掩模M而不是在掩模下延伸。这样的交替的等离子体蚀刻和在侧壁上沉积保护层，在后者的表面上产生称为“扇贝”形式的平面度缺陷，使得表面粗糙。
[0040]蚀刻步骤E3随后是对蚀刻之后获得的硅零件进行机械强化的步骤E4，该零件形成钟表组件坯料。机械强化处理由这样的处理组成:其中前面步骤E3中蚀刻的表面(在该情况下是通过蚀刻产生的孔的侧壁)在流体中被处理(特别地被再蚀刻)。
[0041]在本文描述的实施方式中，侧壁上使用的处理是等离子体处理。等离子体可由包含卤素的气体比如包含氟的气体(例如NF3XF4S SF6)或包含氯的气体形成。其也可包括非活性稀释剂气体比如氦或氩。
[0042]此外，在等离子体处理期间，硅基材在这里被电偏压。使硅偏压从而使得等离子体蚀刻集中在电场更强的点，换句话说在从零件表面突出的尖端和凸起上。
[0043]例如，等离子体处理的条件和参数，由包含气体形成的等离子体，可以是如下:
[0044]-气体包含按体积计10%至85 %的SF6;
[0045]-气体流的流速为I至200sccm；
[0046]-腔室中的气压为0.