CH711247B1 - Micromechanical part with a reduced contact surface and its manufacturing method. - Google Patents

Micromechanical part with a reduced contact surface and its manufacturing method. Download PDF

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CH711247B1 CH00916/15A CH9162015A CH711247B1 CH 711247 B1 CH711247 B1 CH 711247B1 CH 00916/15 A CH00916/15 A CH 00916/15A CH 9162015 A CH9162015 A CH 9162015A CH 711247 B1 CH711247 B1 CH 711247B1
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Abstract

L’invention se rapporte à une pièce de micromécanique (51) à base de silicium, telle qu’une roue d’une pièce d’horlogerie, avec au moins une surface de contact diminuée (54) formée à partir d’un procédé de fabrication combinant au moins une étape de gravage de flancs obliques (37) avec une étape de gravage ionique réactif profond de flancs verticaux. Ce procédé permet notamment l’amélioration tribologique de pièces formées par microusinage d’une plaquette à base de silicium.The invention relates to a micromechanical component (51) based on silicon, such as a wheel of a timepiece, with at least one reduced contact surface (54) formed from a process of manufacture combining at least one oblique flank etch step (37) with a deep vertical flank reactive ion etch step. This method makes it possible in particular tribological improvement of parts formed by microusinage of a wafer based on silicon.

Description

DescriptionDescription

Domaine de l’invention [0001] L’invention se rapporte à une pièce de micromécanique avec une surface de contact diminuée et son procédé de fabrication. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à une telle pièce formée par microusinage d’une plaquette de matière.Field of the invention The invention relates to a micromechanical part with a reduced contact surface and its manufacturing process. More particularly, the invention relates to such a part formed by micro-machining of a material plate.

Arrière-plan de l’invention [0002] Le document CH 698 837 divulgue la fabrication d’un composant horloger par micro-usinage d’une plaquette en matériau amorphe ou cristallin tel que du silicium sous forme cristalline ou polycristalline.Background of the invention [0002] The document CH 698 837 discloses the manufacture of a timepiece component by micromachining of a wafer made of amorphous or crystalline material such as silicon in crystalline or polycrystalline form.

[0003] Un tel micro-usinage est généralement obtenu à partir d’un gravage ionique réactif profond (connu également sous l’abréviation anglaise «DRIE»). Comme illustré aux fig. 1 à 3, un micro-usinage connu consiste en une structuration d’un masque 1 sur un substrat 3 (cf. fig. 1, étape A) suivi d’un gravage ionique réactif profond du type «Bosch» combinant successivement une phase d’attaque (cf. fig. 1, étapes B, D, E) suivie d’une phase de passivation (cf. fig. 1, étape C, couche 4) pour obtenir, à partir du motif du masque 1, d’une gravure anisotrope 5, c’est-à-dire sensiblement verticale, dans la plaquette (cf. fig. 2).Such micromachining is generally obtained from deep reactive ion etching (also known by the French abbreviation "DRIE"). As illustrated in fig. 1 to 3, a known micromachining consists in structuring a mask 1 on a substrate 3 (cf. fig. 1, step A) followed by a deep reactive ion etching of the "Bosch" type successively combining a phase d attack (cf. fig. 1, steps B, D, E) followed by a passivation phase (cf. fig. 1, step C, layer 4) to obtain, from the pattern of mask 1, a anisotropic etching 5, that is to say substantially vertical, in the plate (cf. fig. 2).

[0004] Comme illustré à la fig. 3, un exemple de gravage ionique réactif profond du type «Bosch» est représenté avec, en trait plein, le flux en SCCM de SF6 en fonction du temps en secondes permettant le gravage d’une plaquette en silicium et, en trait interrompu, le flux en SCCM de C4F8 en fonction du temps en secondes permettant la passivation, c’est-à-dire la protection, de la plaquette en silicium. On peut ainsi très bien voir que les phases sont strictement consécutives et comportent un flux et un temps qui leur sont propres.As illustrated in FIG. 3, an example of deep reactive ionic etching of the "Bosch" type is shown with, in solid lines, the flow in SCCM of SF6 as a function of time in seconds allowing the etching of a silicon wafer and, in broken lines, the flux in SCCM of C 4 F 8 as a function of time in seconds allowing the passivation, that is to say the protection, of the silicon wafer. It is thus very easy to see that the phases are strictly consecutive and have their own flow and time.

[0005] Dans l’exemple de la fig. 3, une première phase de gravage est représentée avec un flux de SF6 à 300 SCCM pendant 7 secondes, suivie par une première phase de passivation avec un flux de C4F8 à 200 SCCM pendant 2 secondes, suivie d’une deuxième phase de gravage avec un flux de SF6 à 300 SCCM à nouveau pendant 7 secondes et, enfin, suivie d’une deuxième phase de passivation avec un flux de C4F8 à 200 SCCM pendant 2 secondes. On remarque donc qu’un certain nombre de paramètres permet de faire varier le gravage ionique réactif profond du type «Bosch» pour avoir une ondulation plus ou moins marquée de la paroi de la gravure verticale 5.In the example of FIG. 3, a first etching phase is represented with a flow of SF 6 at 300 SCCM for 7 seconds, followed by a first passivation phase with a flow of C 4 F 8 at 200 SCCM for 2 seconds, followed by a second phase of etching with a flow of SF 6 at 300 SCCM again for 7 seconds and, finally, followed by a second passivation phase with a flow of C 4 F 8 at 200 SCCM for 2 seconds. It is therefore noted that a certain number of parameters makes it possible to vary the deep reactive ion etching of the "Bosch" type in order to have a more or less marked undulation of the wall of the vertical etching 5.

[0006] Après plusieurs années de fabrication, il s’est avéré que ces gravures 5 verticales n’étaient pas totalement satisfaisantes notamment au niveau tribologique.After several years of manufacture, it turned out that these vertical engravings 5 were not completely satisfactory, particularly at the tribological level.

Résumé de l’invention [0007] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un nouveau type de pièce de micromécanique et un nouveau type de procédé de fabrication permettant notamment l’amélioration tribologique de pièces formées par micro-usinage d’une plaquette de matière.Summary of the invention The aim of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks mentioned above by proposing a new type of micromechanical part and a new type of manufacturing process allowing in particular the tribological improvement of formed parts. by micro-machining a material plate.

[0008] A cet effet, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce de micromécanique à base de silicium comportant les étapes suivantes:To this end, the invention relates to a process for manufacturing a micromechanical part based on silicon, comprising the following steps:

a) se munir d’un substrat à base de silicium;a) be provided with a silicon-based substrate;

b) former un masque muni d’ajourages sur une partie horizontale du substrat;b) form a mask provided with openings on a horizontal part of the substrate;

c) graver, dans une chambre de gravage, selon des parois sensiblement verticales, dans au moins une partie de l’épaisseur du substrat à partir d’ajourages du masque afin de former des parois périphériques de la pièce de micromécanique;c) etching, in an etching chamber, along substantially vertical walls, in at least part of the thickness of the substrate from openings in the mask in order to form peripheral walls of the micromechanical part;

d) former une couche de protection sur les parois verticales en laissant le fond de gravure de l’étape c) sans couche de protection;d) form a protective layer on the vertical walls, leaving the etching base of step c) without a protective layer;

e) graver, dans la chambre de gravage, selon des parois obliques, dans le reste de l’épaisseur du substrat à partir du fond sans couche de protection afin de former des surfaces inférieures obliques sous les parois périphériques de la pièce de micromécanique.e) etching, in the etching chamber, along oblique walls, in the rest of the thickness of the substrate from the bottom without a protective layer in order to form oblique lower surfaces under the peripheral walls of the micromechanical part.

f) libérer la pièce de micromécanique du masque et du substrat.f) releasing the micromechanical part from the mask and the substrate.

[0009] On comprend que, dans la même chambre de gravage, deux types distincts de gravage sont obtenus. On comprend immédiatement que le gravage oblique de l’étape e) permet de former une deuxième surface sensiblement oblique pour former plusieurs pièces de micromécanique sur le même substrat ayant une paroi périphérique à surface de contact réduite. On peut également s’apercevoir que, grâce à la couche de protection uniquement sur les parois verticales, le gravage oblique de l’étape e) autorise un angle largement plus ouvert et une direction de gravure sensiblement rectiligneIt is understood that, in the same etching chamber, two different types of etching are obtained. It is immediately understood that the oblique etching of step e) makes it possible to form a second substantially oblique surface to form several pieces of micromechanics on the same substrate having a peripheral wall with reduced contact surface. We can also see that, thanks to the protective layer only on the vertical walls, the oblique etching of step e) allows a much more open angle and a substantially rectilinear etching direction.

CH 711 247 B1 qui évite d’être limité par les paramètres d’un gravage ionique réactif profond du type «Bosch» qui est, en revanche, utilisé lors de l’étape c) selon ses paramètres optimisés de gravure verticale.CH 711 247 B1 which avoids being limited by the parameters of a deep reactive ion etching of the "Bosch" type which, on the other hand, is used during step c) according to its optimized vertical etching parameters.

[0010] Conformément à d’autres variantes avantageuses de l’invention:[0010] In accordance with other advantageous variants of the invention:

- l’étape c) est réalisée en alternant un flux de gaz de gravage et un flux de gaz de passivation dans la chambre de gravage afin de former des parois sensiblement verticales;- step c) is carried out by alternating a flow of etching gas and a flow of passivation gas in the etching chamber in order to form substantially vertical walls;

- l’étape d) comporte les phases d1): oxyder la gravure obtenue lors de l’étape c) pour former la couche de protection en oxyde de silicium et d2): graver de manière directionnelle la couche de protection afin de retirer sélectivement la partie de couche de protection uniquement au niveau du fond de la gravure de l’étape c);step d) comprises phases d1): oxidizing the etching obtained during step c) to form the protective layer of silicon oxide and d2): etching the protective layer in a directional manner in order to selectively remove the protective layer part only at the bottom of the etching of step c);

- l’étape e) est réalisée en mélangeant du gaz de gravage et du gaz de passivation dans la chambre de gravage afin de former des parois obliques;- step e) is carried out by mixing etching gas and passivation gas in the etching chamber in order to form oblique walls;

- lors de l’étape e), les flux de gaz de gravage et de passivation sont continûment puisés afin de favoriser le gravage en fond de cavité.- during step e), the etching and passivation gas flows are continuously pulsed in order to promote etching at the bottom of the cavity.

[0011] De plus, l’invention se rapporte à une pièce de micromécanique obtenue à partir du procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un corps à base de silicium dont la paroi périphérique comporte une première surface sensiblement verticale et une deuxième surface oblique permettant de diminuer la surface de contact de la paroi périphérique.In addition, the invention relates to a micromechanical part obtained from the method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a silicon-based body whose peripheral wall has a first surface substantially vertical and a second oblique surface making it possible to reduce the contact surface of the peripheral wall.

[0012] Avantageusement selon l’invention, on comprend que la paroi périphérique ou interne verticale de la pièce de micromécanique offre une réduction de sa surface de contact ou quant à l’entrée d’un organe le long d’une paroi interne de la pièce de micromécanique permettant d’apporter une amélioration quant à la tribologie contre une autre pièce.Advantageously according to the invention, it is understood that the vertical peripheral or internal wall of the micromechanical part offers a reduction in its contact surface or as for the entry of an organ along an internal wall of the micromechanical part allowing to bring an improvement as for the tribology against another part.

[0013] Conformément à d’autres variantes avantageuses de l’invention:[0013] In accordance with other advantageous variants of the invention:

- la pièce de micromécanique comporte en outre au moins une cavité comportant une paroi interne comprenant également une première surface sensiblement verticale et une deuxième surface sensiblement oblique;- The micromechanical part further comprises at least one cavity comprising an internal wall also comprising a first substantially vertical surface and a second substantially oblique surface;

- la pièce de micromécanique forme tout ou partie d’un organe de mouvement ou d’habillage d’une pièce d’horlogerie.- the micromechanical part forms all or part of a movement or covering member of a timepiece.

Description sommaire des dessins [0014] D’autres particularités et avantages assortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:Summary description of the drawings [0014] Other particularities and advantages will clearly match the description given below, by way of indication and in no way limitative, with reference to the attached drawings, in which:

les fig. 1 à 3 fig. 1 to 3 sont des représentations destinées à expliquer le gravage ionique réactif profond du type «Bosch» utilisé dans le cadre de l’invention; are representations intended to explain the deep reactive ion etching of the "Bosch" type used in the context of the invention; les fig. 4 à 10 fig. 4 to 10 sont des représentations d’étapes de fabrication d’une pièce de micromécanique selon un mode de réalisation de l’invention; are representations of steps in the manufacture of a micromechanical part according to an embodiment of the invention; la fig. 11 fig. 11 est une représentation d’une pièce de micromécanique selon un mode de réalisation de l’invention; is a representation of a micromechanical part according to an embodiment of the invention; la fig. 12 fig. 12 est un schéma fonctionnel du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention. is a block diagram of the manufacturing process according to an embodiment of the invention.

Description détaillée des modes de réalisation préférés [0015] L’invention se rapporte à un procédé 11 de fabrication d’une pièce de micromécanique à base de silicium. Comme illustré à la fig. 12, le procédé 11 comporte une première étape 13 destinée à se munir d’un substrat à base de silicium.Detailed description of the preferred embodiments The invention relates to a method 11 for manufacturing a micromechanical part based on silicon. As illustrated in fig. 12, the method 11 comprises a first step 13 intended to be provided with a silicon-based substrate.

[0016] Les termes à base de silicium signifient un matériau comportant du silicium monocristallin, du silicium monocristallin dopé, du silicium polycristallin, du silicium polycristallin dopé, du silicium poreux, de l’oxyde de silicium, du quartz, de la silice, du nitrure de silicium ou du carbure de silicium. Bien entendu, quand le matériau à base de silicium est sous phase cristalline, n’importe quelle orientation cristalline peut être utilisée.The terms based on silicon mean a material comprising monocrystalline silicon, doped monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, doped polycrystalline silicon, porous silicon, silicon oxide, quartz, silica, silicon nitride or silicon carbide. Of course, when the silicon-based material is in the crystalline phase, any crystalline orientation can be used.

[0017] Typiquement, comme illustré à la fig. 4, le substrat 31 à base de silicium peut être du silicium sur isolant (également connu sous l’abréviation anglaise «SOI») comportant une couche supérieure 30 en silicium et une couche inférieure 34 en silicium reliées par une couche intermédiaire 32 en oxyde de silicium. Toutefois, alternativement, le substrat pourrait comporter une couche de silicium rapportée sur une autre type de base comme, par exemple, en métal.Typically, as illustrated in FIG. 4, the silicon-based substrate 31 can be silicon on insulator (also known by the abbreviation “SOI”) comprising an upper layer 30 of silicon and a lower layer 34 of silicon connected by an intermediate layer 32 of oxide of silicon. However, alternatively, the substrate could comprise a layer of silicon added onto another type of base such as, for example, metal.

[0018] Le procédé se poursuit avec l’étape 15 destinée à former un masque 33 muni d’ajourages 35 sur une partie horizontale du substrat 31. Dans l’exemple de la fig. 4, le masque 33 est formé sur la partie supérieure de la couche supérieure 30 en silicium. Le masque 33 est formé à partir d’un matériau capable de résister aux futures étapes de gravage du procédé 11. A ce titre, le masque 33 peut être formé à partir de nitrure de silicium ou d’oxyde de silicium. Dans l’exemple de la fig. 4, le masque 33 est formé à partir d’oxyde de silicium.The process continues with step 15 intended to form a mask 33 provided with openings 35 on a horizontal part of the substrate 31. In the example of FIG. 4, the mask 33 is formed on the upper part of the upper layer 30 of silicon. The mask 33 is formed from a material capable of withstanding the future etching steps of the method 11. As such, the mask 33 can be formed from silicon nitride or silicon oxide. In the example of fig. 4, the mask 33 is formed from silicon oxide.

[0019] Avantageusement selon l’invention, le procédé 11 se poursuit avec une étape 17 destinée à graver, dans une chambre de gravage, selon des parois 36 sensiblement verticales, dans au moins une partie de l’épaisseur du substrat 31 à partir des ajourages 35 du masque 33 afin de former des parois périphériques ou internes de la pièce de micromécanique.Advantageously according to the invention, the method 11 continues with a step 17 intended to engrave, in an etching chamber, according to substantially vertical walls 36, in at least part of the thickness of the substrate 31 from the openings 35 of the mask 33 in order to form peripheral or internal walls of the micromechanical part.

CH 711 247 B1 [0020] L’étape 17 de gravage sensiblement vertical est typiquement un gravage ionique réactif profond du type «Bosch» décrit ci-dessus, c’est-à-dire en alternant un flux de gaz de gravage et un flux de gaz de passivation dans la chambre de gravage afin de former des parois sensiblement verticales.CH 711 247 B1 [0020] The substantially vertical etching step 17 is typically a deep reactive ion etching of the “Bosch” type described above, that is to say by alternating a flow of etching gas and a flow passivation gas in the etching chamber to form substantially vertical walls.

[0021] En effet, l’étape 17 autorise une direction de gravure sensiblement verticale par rapport au masque 33 comme visible à la fig. 5. On obtient ainsi une gravure 39 dont la section, visible à la fig. 5, est sensiblement sous forme d’un quadrilatère droit. Bien entendu, suivant la forme des ajourages 35, la forme du volume enlevé lors du gravage varie. Ainsi, un ajourage circulaire donnera une gravure cylindrique et un ajourage carré, un cube ou un parallélépipède rectangle.In fact, step 17 authorizes a direction of etching that is substantially vertical with respect to the mask 33 as shown in FIG. 5. An etching 39 is thus obtained, the section of which, visible in FIG. 5, is substantially in the form of a right quadrilateral. Of course, depending on the shape of the openings 35, the shape of the volume removed during engraving varies. Thus, a circular perforation will give a cylindrical engraving and a square perforation, a cube or a rectangular parallelepiped.

[0022] Le procédé 11 se poursuit avec l’étape 19 destinée à former une couche de protection 42 sur les parois verticales 36 en laissant le fond 38 de gravure 39 sans couche de protection comme visible à la fig. 7.The method 11 continues with step 19 intended to form a protective layer 42 on the vertical walls 36, leaving the etching base 38 without protective layer as visible in FIG. 7.

[0023] Préférentiellement, la couche de protection 42 est formée en oxyde de silicium. En effet, comme visible aux fig. 6 et 7, l’étape 19 peut alors comporter une première phase 18 destinée à oxyder tout le dessus du substrat 31, c’est-à-dire le masque 33 et les parois 36, 38 formées par la gravure 39 pour former une surépaisseur sur le masque 33 et une épaisseur sur les parois verticales 36 et le fond 38 de la gravure 39 pour former la couche de protection 42 en oxyde de silicium.Preferably, the protective layer 42 is formed of silicon oxide. Indeed, as visible in fig. 6 and 7, step 19 may then include a first phase 18 intended to oxidize the entire top of the substrate 31, that is to say the mask 33 and the walls 36, 38 formed by etching 39 to form an additional thickness on the mask 33 and a thickness on the vertical walls 36 and the bottom 38 of the etching 39 to form the protective layer 42 of silicon oxide.

[0024] La deuxième phase 20 pourrait alors consister à graver, de manière directionnelle, la couche de protection 42 afin de retirer sélectivement les surfaces horizontales en oxyde de silicium d’une partie du masque 33 et de la totalité de la partie de couche de protection 42 uniquement au niveau du fond 38 de la gravure 39 comme visible à la fig. 7.The second phase 20 could then consist of etching, in a directional manner, the protective layer 42 in order to selectively remove the horizontal silicon oxide surfaces from part of the mask 33 and all of the layer part. protection 42 only at the bottom 38 of the engraving 39 as visible in FIG. 7.

[0025] Le procédé 11 peut alors se poursuivre avec l’étape 21 destinée à graver, dans la même chambre de gravage, mais selon des parois obliques 37, dans le reste de l’épaisseur du substrat 31 à partir du fond 38 sans couche de protection 42 afin de former des surfaces inférieures obliques sous les parois périphériques de la pièce de micromécanique.The method 11 can then continue with step 21 intended to engrave, in the same etching chamber, but along oblique walls 37, in the rest of the thickness of the substrate 31 from the bottom 38 without layer of protection 42 in order to form oblique lower surfaces under the peripheral walls of the micromechanical part.

[0026] L’étape 21 de gravage oblique n’est pas un gravage ionique réactif profond du type «Bosch» décrit ci-dessus. En effet, l’étape 21 autorise, grâce à la couche de protection 42, un angle largement plus ouvert et une direction de gravure sensiblement rectiligne qui évitent d’être limités par les paramètres d’un gravage ionique réactif profond du type «Bosch». En effet, on estime généralement que, même en modifiant les paramètres d’un gravage ionique réactif profond du type «Bosch», l’angle d’ouverture ne peut excéder 10 degrés en ayant une direction de gravure courbe.The oblique etching step 21 is not a deep reactive ion etching of the "Bosch" type described above. Indeed, step 21 allows, thanks to the protective layer 42, a much more open angle and a substantially rectilinear etching direction which avoid being limited by the parameters of a deep reactive ion etching of the “Bosch” type. . Indeed, it is generally estimated that, even by modifying the parameters of a deep reactive ion etching of the "Bosch" type, the opening angle cannot exceed 10 degrees by having a curved etching direction.

[0027] Avantageusement selon l’invention, l’étape 21 est réalisée, préférentiellement, en mélangeant du gaz SF6 de gravage et du gaz C4F8 de passivation dans la chambre de gravage afin de former les parois 37 obliques. Plus précisément, les flux de gaz SF6 de gravage et de passivation C4F8 sont continûment puisés afin de favoriser le gravage en fond de cavité. [0028] On comprend donc l’étape 21 autorise un angle largement plus ouvert typiquement autour de 45 degrés dans l’exemple de la fig. 8 au lieu des 10 degrés obtenus au mieux par un gravage ionique réactif profond du type «Bosch» avec une modification optimisée des paramètres. De plus, la pulsation des flux continus autorise une meilleure directivité de gravure, voire obtenir des parois en tronc de cônes parfaits, et non sphériques (parfois appelés gravures isotropes) comme avec un gravage humide ou un gravage sec comme, par exemple, avec du gaz SF6 seul.Advantageously according to the invention, step 21 is preferably carried out by mixing gas SF 6 for etching and gas C 4 F 8 for passivation in the etching chamber in order to form the oblique walls 37. More precisely, the flows of gas SF 6 for etching and passivation C 4 F 8 are continuously pulsed in order to promote etching at the bottom of the cavity. We therefore understand step 21 allows a largely open angle typically around 45 degrees in the example of FIG. 8 instead of the 10 degrees best obtained by deep reactive ion etching of the “Bosch” type with an optimized modification of the parameters. In addition, the pulsation of continuous flows allows better directivity of etching, even obtaining walls in trunk of perfect cones, and not spherical (sometimes called isotropic etchings) as with a wet etching or a dry etching as, for example, with SF 6 gas only.

[0029] Pour obtenir la forme de parois 37 de la fig. 8, on peut par exemple appliquer une séquence pouvant comporter une première phase avec un flux de SF6 mélangé avec un flux de C4F8 pendant une première durée, suivie par une deuxième phase avec un flux augmenté de SF6 mélangé avec un flux diminué de C4F8 pendant une deuxième durée, puis à nouveau les première et deuxième phases et ainsi de suite.To obtain the shape of walls 37 of FIG. 8, it is for example possible to apply a sequence which may comprise a first phase with a flow of SF 6 mixed with a flow of C 4 F 8 for a first duration, followed by a second phase with a flow increased by SF 6 mixed with a flow decreased by C 4 F 8 for a second duration, then again the first and second phases and so on.

[0030] A titre d’exemple, cette séquence pourrait comporter une première phase avec un flux de SF6à500SCCM mélangé avec un flux de C4F8 à 150 SCCM pendant 1,2 seconde, suivie par une deuxième phase représentée avec un flux de SF6 à 600 SCCM mélangé avec un flux de C4F8 à 100 SCCM pendant 0,8 seconde, suivie d’une troisième phase avec, à nouveau, un flux de SF6 à 500 SCCM mélangé avec un flux de C4F8 à 150 SCCM pendant 1,2 seconde et suivie d’une quatrième phase avec un flux de SF6 à 600 SCCM mélangé avec un flux de C4F8 à 100 SCCM pendant 0,8 seconde et ainsi de suite.For example, this sequence could include a first phase with a flow of SF 6 to 500SCCM mixed with a flow of C 4 F 8 to 150 SCCM for 1.2 seconds, followed by a second phase represented with a flow of SF 6 at 600 SCCM mixed with a flow of C 4 F 8 at 100 SCCM for 0.8 seconds, followed by a third phase with, again, a flow of SF 6 at 500 SCCM mixed with a flow of C 4 F 8 at 150 SCCM for 1.2 seconds and followed by a fourth phase with a flow of SF 6 at 600 SCCM mixed with a flow of C 4 F 8 at 100 SCCM for 0.8 seconds and so on.

[0031] On remarque donc que cette pulsation des flux continus favorise le gravage en fond de cavité ce qui va élargir, au fur et à mesure de l’étape 21, l’ouverture possible de la gravure 41 en fonction de sa profondeur et, incidemment, une ouverture de gravure 41 plus large au niveau de la partie inférieure de la couche supérieure 30 jusqu’à commencer à obtenir une ouverture de gravure 41 plus large que l’ajourage 35 du masque ou du fond 38 de gravure 39 en début d’étape 21 comme visible lors du passage de la fig. 7 à la fig. 8.We therefore note that this pulsation of continuous flows promotes etching at the bottom of the cavity which will widen, as step 21, the possible opening of etching 41 as a function of its depth and, incidentally, a wider etching opening 41 at the lower part of the upper layer 30 until starting to obtain an etching opening 41 wider than the opening 35 of the mask or the etching base 38 at the start of 'step 21 as visible when passing from fig. 7 in fig. 8.

[0032] Le procédé 11 se finit avec l’étape 23 destinée à libérer la pièce de micromécanique du substrat 31 et du masque 33. Plus précisément, dans l’exemple présenté aux fig. 9 et 12, l’étape 23 peut comporter une phase 24 de désoxydation permettant de retirer le masque 33 en oxyde de silicium et, éventuellement, tout ou partie de la couche intermédiaire 32 en oxyde de silicium puis une phase 25 de libération du substrat 31 à l’aide, par exemple, d’une attaque chimique sélective.The method 11 ends with step 23 intended to release the micromechanical part from the substrate 31 and from the mask 33. More specifically, in the example presented in FIGS. 9 and 12, step 23 may include a deoxidation phase 24 making it possible to remove the mask 33 of silicon oxide and, optionally, all or part of the intermediate layer 32 of silicon oxide and then a phase 25 of release of the substrate 31 using, for example, a selective chemical attack.

[0033] Le procédé 11 illustré en trait simple à la fig. 12 permet, dans une même chambre de gravage, deux types distincts de gravage. On peut également s’apercevoir que le gravage oblique de l’étape 21 autorise un angle largement plus ouvert et une direction de gravure sensiblement rectiligne qui évitent d’être limités par les paramètres d’un gravage ionique réactif profond du type «Bosch» et d’utiliser ce dernier, lors de l’étape 17, selon ses paramètres optimisés de gravure verticale.The method 11 illustrated in single lines in FIG. 12 allows, in the same etching chamber, two different types of etching. It can also be seen that the oblique etching of step 21 allows a much more open angle and a substantially rectilinear etching direction which avoid being limited by the parameters of a deep reactive ion etching of the “Bosch” type and to use the latter, during step 17, according to its optimized vertical etching parameters.

CH 711 247 B1 [0034] Avantageusement selon l’invention, la pièce de micromécanique 51 formant une roue dans l’exemple de la fig. 11 comporte une paroi périphérique 54 formant une denture qui comporte une surface de contact réduite.CH 711 247 B1 Advantageously according to the invention, the micromechanical part 51 forming a wheel in the example of FIG. 11 has a peripheral wall 54 forming a toothing which has a reduced contact surface.

[0035] Comme mieux visible à la fig. 10 qui est une vue agrandie sur une partie de la pièce 51, la pièce de micromécanique 51 comporte ainsi un corps 61 à base de silicium dont la paroi périphérique 54 borde une surface supérieure horizontale et une inférieure horizontale 55 et comporte une première surface 56 sensiblement verticale et une deuxième surface 57 oblique.As best seen in FIG. 10 which is an enlarged view on a part of the part 51, the micromechanical part 51 thus comprises a body 61 based on silicon, the peripheral wall 54 of which borders a horizontal upper surface and a horizontal lower 55 and comprises a first surface 56 substantially vertical and a second oblique surface 57.

[0036] On comprend donc que la deuxième surface oblique 57 sensiblement rectiligne apporte à la paroi périphérique formant denture, une diminution de la surface de contact permettant une amélioration quant à sa tribologie contre une autre pièce. On comprend également que la paroi interne 60 peut également recevoir plus facilement un organe.It is therefore understood that the second oblique surface 57 substantially rectilinear brings to the peripheral wall forming toothing, a decrease in the contact surface allowing an improvement as to its tribology against another part. It is also understood that the internal wall 60 can also more easily receive a member.

[0037] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art. En particulier, une étape d’oxydation 22 destinée à lisser les parois en silicium peut être exécutée entre les étapes 21 et 23.Of course, the present invention is not limited to the illustrated example but is susceptible to various variants and modifications which will appear to those skilled in the art. In particular, an oxidation step 22 intended to smooth the silicon walls can be carried out between steps 21 and 23.

[0038] De plus, une partie en métal ou en alliage métallique pourrait être déposée dans la gravure 41, lors d’une étape optionnelle entre les phases 24 et 25, de sorte à former une chemise 59 dans un trou 60 de la pièce de micromécanique 51 comme illustré à la fig. 11.In addition, a metal or metal alloy part could be deposited in the etching 41, during an optional step between phases 24 and 25, so as to form a jacket 59 in a hole 60 of the workpiece. micromechanics 51 as illustrated in fig. 11.

[0039] Cette partie en métal ou en alliage métallique pourrait même déborder au-dessus de la gravure 41 afin de former un niveau fonctionnel supplémentaire de la pièce de micromécanique composite 51 uniquement formé en métal.This metal or metal alloy part could even overflow above the etching 41 in order to form an additional functional level of the composite micromechanical part 51 formed only of metal.

[0040] Ainsi, après la phase 24 désoxydant le substrat 31, le procédé 11 pourrait se poursuivre avec une étape destinée à remplir sélectivement une cavité formée lors des gravages 17 et 21, d’un métal ou d’un alliage métallique afin d’offrir une attache à la pièce de micromécanique.Thus, after phase 24 deoxidizing the substrate 31, the process 11 could continue with a step intended to selectively fill a cavity formed during etchings 17 and 21, with a metal or a metal alloy in order to offer a fastening to the micromechanical part.

[0041] A titre d’exemple, préférentiellement, la couche inférieure 34 du substrat 31 pourrait alors être fortement dopée et utilisée comme base directe ou indirecte pour un remplissage par galvanoplastie. Ainsi, une première phase pourrait être destinée à former un moule, par exemple en résine photosensible, sur le dessus du masque 33 et dans une partie de la gravure 41. Une deuxième phase pourrait consister à électroformer une partie métallique, à partir de la couche inférieure 34, au moins entre la pièce de micromécanique en silicium et une partie du moule formé dans la gravure 41. Enfin, une troisième phase pourrait consister à retirer le moule formé lors de la première phase. Le procédé se finirait avec la phase 25 de libération de la pièce de micromécanique composite du substrat 31 par une attaque chimique sélective.As an example, preferably, the lower layer 34 of the substrate 31 could then be heavily doped and used as a direct or indirect base for filling by electroplating. Thus, a first phase could be intended to form a mold, for example in photosensitive resin, on the top of the mask 33 and in part of the etching 41. A second phase could consist in electroforming a metal part, starting from the layer bottom 34, at least between the silicon micromechanical part and a part of the mold formed in the etching 41. Finally, a third phase could consist in removing the mold formed during the first phase. The process would end with the phase 25 of release of the composite micromechanical part from the substrate 31 by a selective chemical attack.

[0042] Avantageusement selon l’invention, on comprend alors que le dépôt galvanique 59 est, par les formes de la première surface sensiblement verticale 56 et une deuxième surface oblique 57, plus difficile à retirer qu’avec une surface essentiellement verticale et bénéficie d’une meilleure résistance au cisaillement.Advantageously according to the invention, it is then understood that the galvanic deposition 59 is, by the shapes of the first substantially vertical surface 56 and a second oblique surface 57, more difficult to remove than with an essentially vertical surface and benefits from '' better shear strength.

[0043] De plus, ladite au moins une cavité 60 qui est au moins partiellement remplie d’un métal ou d’un alliage métallique 59 permet d’offrir une attache à la pièce de micromécanique composite 51. Ainsi, dans l’exemple de la fig. 11, la cavité 60 pourrait laisser un évidement cylindrique 62 apte à permettre le chassage de la pièce de micromécanique composite 51 sur un arbre avec une bonne résistance mécanique lors du dudgeonnage de la partie en métal ou en alliage métallique 59 grâce aux formes de la paroi périphérique 54.In addition, said at least one cavity 60 which is at least partially filled with a metal or a metal alloy 59 makes it possible to offer an attachment to the composite micromechanical part 51. Thus, in the example of fig. 11, the cavity 60 could leave a cylindrical recess 62 capable of allowing the chase of the composite micromechanical part 51 on a shaft with good mechanical resistance during the expansion of the metal or metal alloy part 59 thanks to the shapes of the wall device 54.

[0044] Enfin, la pièce de micromécanique 51 ne saurait se limiter à l’application d’une roue comme visible à la fig. 11. Ainsi, la pièce de micromécanique 51 peut former tout ou partie d’un organe de mouvement ou d’habillage d’une pièce d’horlogerie.Finally, the micromechanical part 51 cannot be limited to the application of a wheel as shown in FIG. 11. Thus, the micromechanical part 51 can form all or part of a movement or covering member of a timepiece.

[0045] A titre d’exemples nullement limitatifs, la pièce de micromécanique 51 peut ainsi former tout ou partie d’un spiral, d’une cheville, d’un balancier, d’un axe, d’un plateau, d’une ancre comme une tige, une baguette, une fourchette, une palette et un dard, d’un mobile comme une roue, un arbre et un pignon, d’un pont, d’une platine, d’une masse oscillante, d’une tige de remontoir, d’un coussinet, d’un boîtier comme la carrure et les cornes, d’un cadran, d’un réhaut, d’une lunette, d’un poussoir, d’une couronne, d’un fond de boîtier, d’une aiguille, d’un bracelet comme un maillon, d’un décor, d’une applique, d’une glace, d’un fermoir, d’un pied de cadran, d’une tige de couronne ou d’une tige de poussoir.By way of non-limiting examples, the micromechanical part 51 can thus form all or part of a hairspring, an ankle, a pendulum, an axis, a plate, a anchor like a rod, a rod, a fork, a pallet and a stinger, a mobile like a wheel, a tree and a pinion, a bridge, a plate, an oscillating mass, a winding stem, a cushion, a case like the middle and the horns, a dial, a flange, a bezel, a push-piece, a crown, a case back case, needle, bracelet like a link, decoration, applique, crystal, clasp, dial base, crown stem or d 'a push rod.

Revendicationsclaims

Claims (8)

1. Procédé (11) de fabrication d’une pièce de micromécanique (51) à base de silicium comportant les étapes suivantes:1. Method (11) for manufacturing a micromechanical part (51) based on silicon comprising the following steps: a) se munir d’un substrat (30) à base de silicium;a) providing a substrate (30) based on silicon; b) former un masque (33) muni d’ajourages (35) sur une partie horizontale du substrat (30);b) forming a mask (33) provided with openings (35) on a horizontal part of the substrate (30); c) graver, dans une chambre de gravage, selon des parois (36) sensiblement verticales, dans une partie de l’épaisseur du substrat (30), à partir d’ajourages (35) du masque (33), afin de former des parois périphériques (54) de la pièce de micromécanique (51);c) etching, in an etching chamber, along substantially vertical walls (36), in part of the thickness of the substrate (30), from openings (35) of the mask (33), in order to form peripheral walls (54) of the micromechanical part (51); d) former une couche (42) de protection sur les parois (36) verticales en laissant le fond (38) de gravure (39) de l’étape c) sans couche de protection;d) forming a protective layer (42) on the vertical walls (36) leaving the etching base (38) (39) of step c) without a protective layer; CH 711 247 B1CH 711 247 B1 e) graver, dans la chambre de gravage, selon des parois (37) obliques, dans le reste de l’épaisseur du substrat (30) à partir du fond (38) sans couche de protection afin de former des surfaces inférieures (57) obliques sous les parois périphériques (54) de la pièce de micromécanique, afin de réduire la surface de contact;e) etching, in the etching chamber, according to oblique walls (37), in the rest of the thickness of the substrate (30) from the bottom (38) without protective layer in order to form lower surfaces (57) oblique under the peripheral walls (54) of the micromechanical part, in order to reduce the contact surface; f) libérer la pièce de micromécanique (51) du masque (33) et du substrat (30).f) releasing the micromechanical part (51) from the mask (33) and from the substrate (30). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape c) est réalisée en alternant un flux de gaz de gravage et un flux de gaz de passivation dans la chambre de gravage afin de former des parois (36) sensiblement verticales.2. Method according to the preceding claim, characterized in that step c) is carried out by alternating a flow of etching gas and a flow of passivation gas in the etching chamber in order to form substantially vertical walls (36). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’étape d) comporte les phases suivantes:3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that step d) comprises the following phases: d1) oxyder la gravure (39) obtenue lors de l’étape c) pour former la couche (42) de protection en oxyde de silicium; d2) graver de manière directionnelle la couche (42) de protection afin de retirer sélectivement la partie de couche (42) de protection uniquement au niveau du fond (38) de la gravure (39) de l’étape c).d1) oxidize the etching (39) obtained during step c) to form the protective layer (42) of silicon oxide; d2) etching the protective layer (42) in a directional manner in order to selectively remove the protective layer part (42) only at the bottom (38) of the etching (39) of step c). 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape e) est réalisée en mélangeant du gaz de gravage et du gaz de passivation dans la chambre de gravage afin de former des parois (37) obliques.4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that step e) is carried out by mixing etching gas and passivation gas in the etching chamber in order to form oblique walls (37). 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors de l’étape e), les flux de gaz de gravage et de passivation sont continûment puisés afin de favoriser le gravage en fond de cavité.5. Method according to the preceding claim, characterized in that, during step e), the etching and passivation gas flows are continuously pulsed in order to promote etching at the bottom of the cavity. 6. Pièce de micromécanique (51) obtenue à partir du procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un corps (61) à base de silicium dont la paroi périphérique (54) comporte une première surface (56) sensiblement verticale et une deuxième surface (57) oblique permettant de diminuer la surface de contact de la paroi périphérique (54).6. micromechanical part (51) obtained from the method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a body (61) based on silicon, the peripheral wall (54) of which has a first surface (56 ) substantially vertical and a second oblique surface (57) making it possible to reduce the contact surface of the peripheral wall (54). 7. Pièce de micromécanique (51) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comporte, en outre, au moins une cavité (62) comportant une paroi interne comprenant également une première surface (56) sensiblement verticale et une deuxième surface (57) sensiblement oblique.7. micromechanical part (51) according to the preceding claim, characterized in that it further comprises at least one cavity (62) comprising an internal wall also comprising a substantially vertical first surface (56) and a second surface ( 57) substantially oblique. 8. Pièce de micromécanique (51) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un organe ou d’une partie d’un organe de mouvement ou d’habillage d’une pièce d’horlogerie.8. micromechanical part (51) according to claim 6 or 7, characterized in that it is a member or part of a movement member or covering a timepiece .
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