CN101951802A - 包括有转移到支持器的图形元件的物体及制造该物体的方法 - Google Patents

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CN101951802A CN200980103406XA CN200980103406A CN101951802A CN 101951802 A CN101951802 A CN 101951802A CN 200980103406X A CN200980103406X A CN 200980103406XA CN 200980103406 A CN200980103406 A CN 200980103406A CN 101951802 A CN101951802 A CN 101951802A
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Abstract

一种物体(100)，设有至少为一个的图形元件，包括至少由一金属组成的至少一层(6′、6″)，依照图形元件的图案被蚀刻，所述层的第一面被定位成面对至少部分透明的基体(2))的至少一面，第二面面对被至少一钝化层(12′)覆盖的所述层的第一面，钝化层(12′)利用晶圆结合固定到至少一支持器(20)的至少一面，和与支持器形成单石结构，所述层包括至少在第二面，使至少一区域(10)由所述金属和至少一半导体组成。

Description

包括有转移到支持器的图形元件的物体及制造该物体的方法
技术领域
本发明有关于如同大型物体的物体，例如，宝石、石头、手表型物体(例如手表玻璃、转盘或壳底)、行动电子设备(例如窗口或屏幕)或任何其它固体媒体，包括图形元件、图形，例如，装饰、印刷字符、图画或相片，例如，具有微米和/或奈米尺寸。本发明亦有关于制造该物体的方法。
本发明可以应用在各种工业、文化或艺术领域。对于手表工业，手表玻璃或壳底可以依照本发明制造，用来生产非常坚固的图形或非常高视觉质量的半透明装饰。
本发明亦可以应用在宝石的领域，用来生产包括有装饰或花纹的具有微米和/或奈米尺寸的石头，例如，用来制造坠子、手环或耳环。
本发明亦用来以小容量(例如小于2mm的厚度，数cm2的表面积)和具有非常良好的耐久性(数千年或数百万年)地储存大量的信息。
背景技术
要制造具有微米尺寸的装饰或图形的物体时，使用微型技术的技术获得，例如，对一个物体进行光刻。然而，制造在物体表面的装饰的耐久性和机械坚固性很差。
用来保护被制造在物体上的图形的方法被记载在文件FR 2 851 496。在该文件中，首先利用光刻在透明基体上制造图形。然后，将基体反转和利用粘着结合或卷曲固定在所希望的物体上。
此种方法具有一些缺点。实际上用来将基体固定到物体的粘着剂包含具有有限寿命的有机材料。因此，因而产生的物体具有有限寿命。在另外一方面，该粘着剂的光学性质在经过一段时间后会劣化，使制造在基体上的图形的易识性变化。卷曲方法容许基体可以实体机械组合到物体，但是不能保证物体和其图形具有良好的积体性，因为所获得的卷曲可以被分解而不毁坏该物体，假如希望制造包括有心情图形的物体时会有问题。
发明内容
本发明的目的是提供包括有一个以上的图形元件的物体，以及制造该物体的方法，不会有前面所述的先前技术的缺点。
为此，本发明提供一种物体，设有至少为一个的图形元件，包括有依照图形元件的图案蚀刻的至少一层，所述层的第一面被定位成面对至少部分透明的基体的至少一面，第二面面对所述层的第一面，所述层的第一面被至少一钝化层覆盖，钝化层利用晶圆结合(分子粘着)固定到至少一支持器的至少一面，和与支持器形成单石结构。
依照图形元件的图案蚀刻的所述层可以由至少一金属组成。另外，依照图形元件的图案蚀刻的所述层可以包括至少在第二面，至少一区域由所述金属和至少一半导体组成。
因此，具有微米和/或奈米尺寸的图形元件，以坚固、耐久和积体的方式(不使物体降级就不能拆解)，利用在钝化层和物体的支持器之间所获得的晶圆结合的结合，制造在物体上。
因此，由图形元件形成的图形或花纹在二个大型固体组件之间被气密式密封，在一侧的基体和在另外一侧的支持器，利用晶圆结合获得结合。所述气密式密封对湿气或任何其它气体或液体化学产品(除非所述产品可以毁坏基体或支持器)的扩散形成一个障壁。
利用晶圆结合的结合，可以从基体和从物体的支持器形成单石和坚固结构，其中包围图形元件。基体和支持器之间的粘着力大于材料的内聚力。因此，要拆解基体和支持器会造成物体的完全毁坏。
另外，利用晶圆结合的结合，可以使用矿物材料，其光学性质在时间上成为稳定。因此，所获得的结构不会因为时间使其光学性质(图形元件的可视度)发生任何劣化。
利用在一侧的基体和在另外一侧的支持器的全体厚度用来机械保护图形元件。在图形元件被毁坏之前，支持器被完全磨掉或坏掉。因此，通过选择很硬的材料，例如，使用蓝宝石作为基体，只能被硅碳化物或钻石刮伤。
所述物体可以制造成与图形元件的图案的密度无关。
当图形元件以金属层制造时，图形或花纹可以以珍贵和非常稳定的材料制造，亦即使用对腐蚀或长期劣化不敏感者。
通过使所述区域由金属和形成在包括图形元件的层的半导体组成，可以获得在包括图形元件的层上的钝化层的非常良好的粘着性，利用所述粘着性可以防止物体的任何劣化，例如，在形成物体的层的后序切割(切出晶圆)时的劣化。
基体可以由至少一非晶形或结晶材料和/或钝化层组成，钝化层可以由至少一矿物材料组成。
所述物体可以更包括粘着层，被定位在形成有图形元件的层的第一面和基体的面之间。
在此种情况，亦可以在粘着层蚀刻图形元件。
粘着层可以由至少一金属和/或一金属的氮化物和/或一金属的氧化物组成。
所述物体可以更包括至少为一层的粘着层，被定位在支持器的面和钝化层之间；晶圆结合可以形成在粘着层和钝化层之间。
利用在晶圆结合之前迭层在支持器上的粘着层，支持器可以具有任何性质或由任何材料组成。所述材料可以与能够增强晶圆结合的退火兼容。
所述物体可以为，例如，宝石、手表或电子装置。
所述层的所述区域可以由硅化物组成。
本发明亦有关于一种制造设有至少一图形元件的物体的方法，至少包括的步骤有：
(a)将由至少一金属组成的至少一层，迭层在至少部分透明的基体的至少一面上；
(b)依照图形元件的图案蚀刻所述层；
(c)将至少一钝化层至少迭层在包括蚀刻图形元件的所述层上，和迭层在未被包括蚀刻图形元件的层覆盖的基体的面的部分上；和
(d)利用晶圆结合将钝化层固定在至少一支持器的至少一面，用来形成单石结构。
本发明亦有关于一种制造设有至少一图形元件的物体的方法，至少包括的步骤有：
(a)将由至少一金属组成的至少一层，迭层在至少部分透明的基体的至少一面上；
(b)依照图形元件的图案蚀刻所述层；
(c)至少在与位于所述基体侧上的所述层的第一面面对的所述层的第二面，形成所述层，使至少一区域由所述金属和至少一半导体组成；
(d)将至少一钝化层迭层在包括蚀刻有图形元件的所述层上，和迭层在未被包括蚀刻有图形元件的所述层覆盖的基体的面的部分上；和
(e)利用晶圆结合将钝化层固定在至少一支持器的至少一面，用来形成单石结构。
所述方法亦可以在迭层所述层的步骤(a)之前，更包括一步骤用来将粘着层迭层在基体的面上，然后当步骤(a)时将所述层迭层在粘着层上。
当步骤(b)时亦在粘着层蚀刻图形元件。
所述方法亦可以在用来迭层钝化层的步骤(d)和用来固定的固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来在被包含在大约400℃和1100℃之间的温度，进行退火，使基体包括钝化层。
所述方法亦可以在用来迭层钝化层的步骤(d)和用来固定的固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来使钝化层平面化。
用来蚀刻图形元件的步骤(b)的获得可以经由对所述层和/或对被定位在基体的面和所述层之间的粘着层施加屏蔽、光刻和蚀刻，或至少一激光蚀刻步骤直接对所述层和/或对被定位在基体的面和所述层之间的粘着层施加。
所述方法亦可以在用来固定的固定步骤(e)之前更包括一步骤用来将至少一层的粘着层迭层在支持器的至少一面上，用来固定的固定步骤(e)的获得是经由利用所述粘着层和钝化层之间的晶圆结合施加结合。
所述方法亦可以在用来迭层粘着层的步骤和用来固定的固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来使粘着层平面化。
所述方法亦可以在用来迭层粘着层的步骤和固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来在被包含在大约400℃和1100℃之间的温度，进行退火，使支持器包括粘着层。
所述方法亦可以在用来固定的固定步骤(e)之后，更包括一步骤用来进行热处理，使物体退火，用来加强晶圆结合。
用来形成由所述金属和半导体组成的区域的步骤(c)的获得是通过施加用以使所述层硅化(硅化物化)的步骤。
附图说明
通过阅读参照附图的只纯表示而不作限制用的实施例的说明，当可对本发明更加明白。
图1A-1H表示依照特别实施例的制造物体的方法的步骤，和本发明的物体。
以下所述的各图的相同、相似和同等的部分以相同的元件符号表示，用来易于从一个图换到另外一个图。
在图中所示的不同部分，为着使所述图更加易识，不需要依照相同的比例尺。
不同的可能性(变化)宜被了解，所述可能性(变化)不互相排斥而是可以组合在一起。
具体实施方式
下面联合图1A-1H用来说明制造物体100的方法的实例，所述物体100包括转移到支持器20上的图形元件，所述物体例如成为宝石、手表、或电子设备的大型物体。
如图1A所示，首先在基体2的一平面上迭层粘着层4，基体2为透明或至少部分透明的基体，由非晶形材料(例如，玻璃)或结晶材料(蓝宝石或钻石)组成，在粘着层4上迭层层6。基体2的厚度，例如，等于数百微米或被包含在大约100μm和1mm之间的厚度。支持器20的厚度(如图1F-1H所示)可以大于或等于基体2的厚度。
层4和6的获得，例如，可以通过进行PVD型的迭层(蒸着或溅散)。在此处所述的实施例中，层6由金属组成，例如金、白金、钨、钛、金属氧化物等组成。层6的材料可以使用对光不透明者。所述层6的厚度，例如，被包含在大约50nm和100nm之间。层6的厚度可以依照形成层6的材料的性质选择，所选择的厚度要足以获得层6的某些不透明。
因此，所制造的图形元件希望被蚀刻在层6，和所述图形元件可以经由物体100上的基体2看到。层6的材料的不透明容许在层6制造的图形元件可以显著看到。粘着层4，例如，由钛、氮化钛、氧化钛、或任何其它材料组成，在层6和基体2之间可以获得良好的粘着。粘着层4的性质可以依照基体2和层6的性质选择。粘着层4的厚度，例如，被包含在大约1nm和10nm之间。
在另一实施例中，层6可以直接迭层在基体2上，在层6和基体2之间不需要任何中间的粘着层4。
然后，在层6上形成屏蔽8使其图案对应到要被制作的图形元件(图1B)。对于此点，在层6上，例如，迭层光敏树脂层。然后，进行一个以上的光刻或蚀刻步骤用来形成屏蔽8。在此处所述的实施例中，屏蔽8由迭层在层6上的光敏树脂层的其余部分形成。光敏树脂层直接用来形成蚀刻屏蔽8。在此处所述的实施例中，光敏树脂为正，图形元件的图案由屏蔽8的一些部分形成。然而，亦可以使用负的光敏树脂。
如图1C所示，然后通过各向同性或各向异性或化学路径(电浆模态，反应离子蚀刻或离子机械加工)对层6以及粘着层4蚀刻。然后除去蚀刻屏蔽8。将图形元件的图案转移到层6，然后由层6的其余部分6′和6″形成，以及由粘着层4的其余部分4′和4″形成。
在另一实施例中，屏蔽8亦可以形成在例如矿物型(例如由二氧化硅组成)的层，迭层在层6上，然后在其上迭层光敏树脂层。然后对树脂层光刻或蚀刻用来形成图形元件的图案。然后利用蚀刻将所述图案转移到矿物层。最后，利用蚀刻除去树脂层的其余部分。屏蔽8在此处的情况由矿物层的其余部分形成。此种方式可以用来制造对某些蚀刻剂(用来蚀刻层6和/或粘着层4，可能对由树脂组成的屏蔽造成损害(例如王水))具有抗蚀的蚀刻屏蔽抗蚀剂。依照要被蚀刻的材料(层6和粘着层4的材料)进行屏蔽的任一实施例的选择。
在上述方法的另一实施例中，可以不使用蚀刻屏蔽。在此种情况，图形元件的图案直接制造在层6，假如有粘着层4存在于层6和基体2之间，可以选择制造在粘着层4，例如使用可以以飞秒(femtosecond)激光进行的激光蚀刻。
其次，在被蚀刻的层6的其余部分(图1C的部分6′和6″)形成由层6和半导体的金属组成的区域10。对于此点，例如，进行被蚀刻的层6的部分6′和6″的硅化。所述硅化的获得是通过在受控制的大气下，在被包含在，例如，200℃至450℃之间的温度，最好等于大致300℃的温度，进行硅烷(SiH4或更通常的SinH2n+2型的任何气体)的分解。使因而分解的气体与层6的金属作用，用来形成区域10。例如，当层6由Pt组成时，在硅化后获得的区域10变成由PtSi组成。亦有可能使区域10由硅以外的半导体组成。所述区域10，例如，可以制造成使其厚度被包含在大约1nm和50nm之间，或假如金属层6的厚度大于50nm时，使其厚度被包含在大约1nm和层6的全体厚度之间。
在图1D中，然后例如利用CVD(化学蒸着)或PVD，迭层钝化层12。所述钝化层12，例如，由如同二氧化硅或氮化硅的矿物材料组成。所述钝化层12的材料的选择用来在后续能够获得与支持器20的晶圆结合。所述钝化层12亦用来保证由层6的其余部分6′、6″形成的图案的保护。
在另一实施例中亦可以首先获得将抗反射层和/或其它层迭层在层6的其余部分6′、6″上，和迭层在包括所述其余部分6′、6″的基体2上，然后将钝化层12迭层在所述抗反射层和/或其它层上。
通过在层6的其余部分6′、6″的表面设置区域10，可以改良在所述部分6′和6″上的钝化层12的粘着性。区域10的形成最好，例如，由一个硅化步骤获得，可以使用用以获得钝化层12的迭层的设备制造，在用以制造区域10的步骤和迭层钝化层12的步骤之间不需要任何其它的步骤，因此，区域10不会曝露到外部环境，因而可以保持区域10对钝化层12的粘着性。
然后，例如利用机械化学磨光步骤，使钝化层12平面化，藉以能够除去由层6的其余部分6′、6″和粘着层4′、4″的其余部分对基体2的表面所形成的间隙，在所述基体2上制造层6的其余部分6′、6″和粘着层4的其余部分4′、4″。因而形成的薄钝化层12′具有平坦表面，位于其余部分6′、6″上(图1E)。薄钝化层12′所具有的厚度，例如，可以被包含在大约100nm和1μm之间。
组合件14因而获得，在此处其形成是利用基体、层6的其余部分6′、6″、粘着层4的其余部分4′、4″和薄钝化层12′，包括希望转移到物体100的支持器20上的图形元件的图案。
亦可以使组合件14接受稳定化退火，例如，在被包含于大约400℃和1100℃之间的温度进行，当获得晶圆结合然后在进行所述的制造方法时，用来避免由于存在于组合件14中的氧化物造成的除气，因此，可以加强晶圆结合。
与组合件14的制造并行地，可以准备支持器20用来接受组合件14的转移。
对于此点，如图1F所示，迭层粘着层22，例如，利用CVD或PVD型的迭层，迭层在支持器20的面上用来接受组合件14。所述粘着层22可以由矿物材料组成，例如，二氧化硅或氮化硅和/或性质与钝化层12相似者。粘着层22的材料选择能够在后续获得与组合件14晶圆结合者，尤指能与薄钝化层12′结合者。亦可以以粘着层22的材料覆盖支持器20的其它面，当所述方法的后续步骤时用来获得支持器20的机械保护。
亦可以使支持器20和粘着层22接受稳定化退火，例如，在被包含于大约400℃和1100℃之间的温度进行，当获得晶圆结合然后在进行所述的制造方法时，例如当粘着层22由二氧化硅组成时，用来避免除气，因此，可以加强晶圆结合。
然后进行粘着层22的表面处理，例如进行粘着层22的表面22′的机械化学磨光，用来除去可能再度出现在粘着层22的面22′的支持器20的粗度(图1G)。藉以获得平坦面22′。
最后，如图1H所示，组合件14或组合件14的部分，包括图形元件，利用晶圆结合转移到支持器20上，而不需要供给任何材料。在此处所述的实施例中，在粘着层22和薄钝化层12′之间获得晶圆结合，所述粘着层22和薄钝化层12′由相同的材料组成。当支持器20的组成材料利用与薄钝化层12′的晶圆结合可以获得粘着性时，则粘着层22可以省略。由晶圆结合所结合的表面的粗度可以小于大约1nm或0.5nm。
然后，进行物体(支持器+转移组合件)的热处理的步骤，用来加强所获得的晶圆结合。所述热处理可以在被包含在大约250℃和1200℃之间的温度，进行退火。所述退火最好在大于850℃的温度进行，用来在层12和22(至少与大块材料同等)之间获得最佳的坚固性。
因而获得的物体100，包括由部分4′、4″、6′、6″形成的图形元件，可以经由基体2和/或支持器20看到，和被隐含在因而形成的单石结构。

Claims (19)

1.一种物体(100)，设有至少为一个的图形元件，其特征在于，其包括至少由一金属组成的至少一层(6、6′、6″)，依照图形元件的图案被蚀刻，所述层的(6、6′、6″)的第一面被定位成面对至少部分透明的基体(2)的至少一面，第二面面对被至少一钝化层(2、12′)覆盖的所述层(6、6′、6″)的第一面，钝化层(12、12′)利用晶圆结合固定到至少一支持器(20)的至少一面，和与支持器(20)形成单石结构，所述层(6、6′、6″)包括至少在第二面，使至少一区域(10)由所述金属和至少一半导体组成。
2.如权利要求1所述的物体(100)，其特征在于，
基体(2)由至少一非晶形或结晶材料和/或钝化层(12、12′)组成，钝化层(12、12′)由至少一矿物材料组成。
3.如上述权利要求的任一项所述的物体(100)，其特征在于，
更包括粘着层(4、4′、4″)被定位在形成有图形元件的层(6、6′、6″)的第一面和基体(2)的面之间。
4.如权利要求3所述的物体(100)，其特征在于，
亦在粘着层(4、4′、4″)蚀刻图形元件。
5.如权利要求3或4的任一项所述的物体(100)，其特征在于，
粘着层(4、4′、4″)由至少一金属和/或一金属的氮化物和/或一金属的氧化物组成。
6.如上述权利要求的任一项所述的物体(100)，其特征在于，
更包括至少为一层的粘着层(22)，被定位在支持器(20)的面和钝化层(12、12′)之间，晶圆结合形成在粘着层(22)和钝化层(12、12′)之间。
7.如上述权利要求的任一项所述的物体(100)，其特征在于，
所述物体(100)为宝石、手表或电子装置。
8.如上述权利要求的任一项所述的物体(100)，其特征在于，
层(6、6′、6″)的所述区域(10)由硅化物组成。
9.一种制造设有至少一图形元件的物体(100)的方法，至少包括的步骤有：
(a)将由至少一金属组成的至少一层(6、6′、6″)，迭层在至少部分透明的基体(2)的至少一面上；
(b)依照图形元件的图案蚀刻所述层(6、6′、6″)；
(c)至少在与位于所述基体(2)侧上的所述层(6、6′、6″)的第一面面对的所述层(6、6′、6″)的第二面，形成所述层(6、6′、6″)，使至少一区域(10)由所述金属和至少一半导体组成；
(d)将至少一钝化层(12、12′)迭层在包括蚀刻有图形元件的所述层(6、6′、6″)上，和迭层在未被包括蚀刻有图形元件的所述层(6、6′、6″)覆盖的基体(2)的面的部分上；和
(e)利用晶圆结合将钝化层(12、12′)固定在至少一支持器(20)的至少一面。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
在迭层层(6、6′、6″)的步骤(a)之前，包括一步骤用来将粘着层(4、4′、4″)迭层在基体(2)的面上，然后当步骤(a)时将所述层(6、6′、6″)迭层在粘着层(4、4′、4″)上。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，
当步骤(b)时亦在粘着层(4、4′、4″)蚀刻图形元件。
12.如权利要求9至11的任一项所述的方法，其特征在于，
在用来迭层钝化层(12、12′)的步骤(d)和固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来在被包含在大约400℃和1100℃之间的温度，进行退火，使基体(2)包括钝化层(12、12′)。
13.如权利要求9至12的任一项所述的方法，其特征在于，
在用来迭层钝化层(12、12′)的步骤(d)和固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来使钝化层(12、12′)平面化。
14.如权利要求9至13的任一项所述的方法，其特征在于，
用来蚀刻图形元件的步骤(b)的获得是经由对所述层(6、6′、6″)和/或对被定位在基体(2)的面和所述层(6、6′、6″)之间的粘着层(4、4′、4″)施加屏蔽、光刻和蚀刻，或至少一激光蚀刻步骤直接对所述层(6、6′、6″)和/或对被定位在基体(2)的面和所述层(6、6′、6″)之间的粘着层(4、4′、4″)施加。
15.如权利要求9至14的任一项所述的方法，其特征在于，
在固定步骤(e)之前更包括一步骤用来将至少一层的粘着层(22)迭层在支持器(20)的至少一面上，固定步骤(e)的获得是通过利用所述粘着层(22)和钝化层(12、12′)之间的晶圆结合施加结合。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
在用来迭层粘着层(22)的步骤和固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来使粘着层(22)平面化。
17.如权利要求15或16的任一项所述的方法，其特征在于，
在用来迭层粘着层(22)的步骤和固定步骤(e)之间，更包括一步骤用来在被包含在大约400℃和1100℃之间的温度，进行退火，使支持器(20)包括粘着层(22)。
18.如权利要求9至17的任一项所述的方法，其特征在于，
在固定步骤(e)之后，更包括一步骤用来进行热处理，使物体(100)退火，用来加强晶圆结合。
19.如权利要求9至18的任一项所述的方法，其特征在于，
用来形成由所述金属和半导体组成的区域(10)的步骤(c)的获得是通过施加用以使所述层(6、6′、6″)硅化的步骤。
CN200980103406.XA 2008-01-25 2009-01-23 包括有转移到支持器的图形元件的物体及制造该物体的方法 Active CN101951802B (zh)

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