CN107215846A - 具有至少一个视错觉图案的硅基部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提供经刻面和/或斜切过的错觉的形状简单的一件式、硅基部件的制造方法，所述硅基部件用于形成钟表外部部分的全部或一部分。

Description

具有至少一个视错觉图案的硅基部件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有平整表面的硅基部件的制造方法，所述平整表面包括至少一个视错觉图案，更具体地，包括使得平整表面看上去不平整和/或包含两种类型的材料的至少一个图案。
背景技术
已知形成上表面经刻面和/或斜切过的外部部件以便改善钟表的美观性。专利EP1722281公开了一种用于在不需要进行精加工步骤的情况下制造经刻面的硅部件的方法。
发明内容
本发明的目标在于通过提出一种既不需要进行刻面也不需要进行精加工的制造方法来获得一种提供经刻面和/或斜切过的和/或复合部件的错觉的更简单的硅基部件，从而克服上述缺陷中的全部或一部分。
为此，本发明涉及一种具有至少一个视错觉图案的至少一个硅基部件的制造方法，该方法包括如下步骤：
a)形成包括硅基层的衬底；
b)贯穿所述硅基层的厚度蚀刻至少一个孔以形成所述至少一个硅基部件的轮廓，并且在所述硅基层的厚度中蚀刻盲凹部以形成具有平整表面的所述至少一个硅基部件，所述平整表面包括使得所述表面看上去不平整的至少一个视错觉图案；
c)释放由衬底由此形成的所述至少一个部件。
由此应当理解，作为硅基层的平整度的结果，所述制造方法允许部件形成为具有平整表面，而不再需要随后进行刻面或者更普遍地随后进行精加工。
此外，所述制造方法提供了极高精度的尺寸以及同一衬底上的同一类型的一件式硅基部件或多个不同的一件式硅基部件的极高再现性。
最后有利地根据本发明，所述制造方法的极高精度与极高再现性使得能够获得设置有至少一个非常精细且易于再制造的图案的极简单的部件，所述图案使得平整表面即使例如通过切斜边或斜切而进行加工后仍然看上去不平整。
根据本发明的其它有利变型：
-根据第一实施例，所述盲凹部形成由平行部段构成的至少两个组，第一组平行部段以10°至170°的角度接合第二组平行部段，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面包括形成边缘的两个倾斜表面的错觉；
-根据第二实施例，所述盲凹部形成至少一组弯曲部段，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面呈穹顶形的错觉；
-根据第三实施例，所述盲凹部形成彼此对称布置的至少一组凹部，所述至少一组凹部毗邻其中所述至少一个硅基部件的上表面不具有凹部的部分地形成，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面包括形成边缘的两个倾斜表面的错觉；
-根据第四实施例，所述盲凹部布置在所述至少一个硅基部件的外周并且形成至少两组平行部段，第一组的平行部段与第二组的平行部段垂直并且以一定角度接合，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面被斜切过的错觉；
-根据第五实施例，所述盲凹部形成彼此对称布置的至少一组凹部，所述至少一组凹部由所述至少一个硅基部件的不具有凹部的表面分界，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面鲜明地由两种不同材料制成的错觉；
-所述盲凹部的深度介于2与100μm之间；
-该方法进一步包括在步骤b)与步骤c)之间的步骤d)：
在所述衬底的其余部分的厚度中形成至少一个通孔，以形成具有紧固装置的所述至少一个部件；
-所述硅基层具有50到500μm的厚度；
-根据第一方案，步骤b)包括以下阶段：e)在所述硅基层上形成具有开口的掩膜，用于形成所述至少一个通孔的开口比用于形成所述盲凹部的开口更宽；f)通过各向异性刻蚀经由所述掩膜中的开口对硅基层进行蚀刻；以及g)除去所述掩膜；
-根据第二方案，步骤b)包括以下阶段：h)形成具有呈所述至少一个通孔的和所述盲凹部的形状的开口的第一掩膜；i)在所述第一掩膜上形成具有仅呈所述至少一个通孔的形状的至少一个开口的第二掩膜；j)通过第一各向异性刻蚀经由所述第二掩膜中的所述至少一个开口而对所述硅基层局部地蚀刻；k)除去所述第二掩膜；l)通过第二各向异性刻蚀经由所述第一掩膜中的开口而对所述硅基层进行蚀刻，以得到所述至少一个通孔和所述盲凹部；和m)除去所述第一掩膜；
-所述至少一个硅基部件包含单晶硅、有掺杂的单晶硅、非晶硅、多孔硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、石英或二氧化硅；
-在同一硅基层上形成有多个部件；
-所述至少一个硅基部件形成表盘、视窗装饰、凸缘、表圈、按销、表冠、表壳后盖、指针、表链或表带、链节、表扣、装饰、自动锤或嵌花的全部或一部分。
本发明还涉及包括通过根据前述任何变型的方法得到的硅基部件的钟表的外部部分，其中，所述部件具有基本上平整的表面，所述基本上平整的表面具有使得所述基本上平整的表面看上去不平整的至少一个视错觉图案。
附图说明
根据参考附图以非限制性方式给出的如下说明，其它特征和优点将变得清楚，在所述附图中：
-图1至图5表示出了根据本发明的方法的步骤；
-图6至图11表示出根据本发明得到的指针的示例；
-图12至图18表示出根据本发明得到的小时标记的示例；
-图19表示出根据本发明得到的视窗装饰的示例。
具体实施方式
本发明涉及一种提供经刻面和/或斜切过的错觉的形状简单的一件式硅基部件的制造方法，所述硅基部件用于形成钟表外部部分的全部或一部分。作为非限制性示例，该部件由此可形成表盘、视窗装饰、凸缘、表圈、按销、表冠、表壳后盖、自动锤、指针、表链或表带、链节、表扣、装饰或嵌花的全部或一部分。
自然，这种部件并不限于钟表学领域。作为非限制性示例，代替地这种部件可以形成珠宝零件的全部或一部分。
该方法用于制造至少一个硅基部件。术语“硅基”指的是部件的组合物中可能出现单独的硅或硅的化合物形式。因此，作为非限制性示例，所述部件可例如由任意晶向的单晶硅，任意晶向的有掺杂的单晶硅，任意晶向的非晶硅、多孔硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、石英，或二氧化硅形成。
有利地，根据本发明，通过该方法得到的每个硅基部件包括至少一个视错觉图案。更具体地，有利地，每个部件包括具有至少一个视错觉图案的基本上平整的表面，所述至少一个视错觉图案使得所述基本上平整的表面看上去不平整，这允许获得例如提供经刻面和/或斜切过的和/或复合部件的错觉的简单部件。
出于简化的目的，所给出的附图表示出在衬底上制造仅一个部件。然而，有利地，根据本发明，该方法也能够在相同衬底上形成多个相同或不同的部件。
如图1中所见，根据本发明的方法包括第一步骤：a)形成包括厚度介于50至500μm之间的硅基层1的衬底10。在图1中所示的示例中，值得注意的是，衬底10还包括用于接纳硅基层1的支承层2。根据下文阐述的变型，支承层2可就所使用的材料来选择，或者支承层2的特性无关紧要。
如图2中所示，该方法继续执行第二步骤：b)贯穿硅基层1的厚度的蚀刻至少一个孔6以形成部件11的本体7。这意味着取决于待形成的部件11，可形成一个或多个通孔6。第二步骤b)也用于在硅基层1的厚度中蚀刻盲凹部5，以形成具有这样的平整表面的所述至少一个部件11，即所述平整表面包括所述至少一个视错觉图案14，使得所述平面看上去不平整。
下文将进一步阐述所述至少一个视错觉图案14的大体形状。为了更清楚地理解，在图2中，盲凹部5用虚线由硅基层1的上表面3上的三个孔洞示意性地表示。
此外，层1中形成的盲凹部5可从硅基层1的上表面3延伸至2到100μm的深度。
如图2中所示，在第一优选方案中，步骤b)包括三个阶段e)至g)。步骤b)包括用于在硅基层1上形成具有开口4、8的掩膜(mask)M的第一阶段e)。优选地，用于形成所述至少一个通孔6的开口8比用于形成盲凹部5的开口4更宽。该阶段e)可例如通过光敏树脂的光刻技术、通过构建层(例如二氧化硅)或通过金属层或氮化硅的选择性淀积来实现。当然，用于形成掩膜的其它方法和/或用于掩膜的其它材料也是可能的。
该第一优选方案继续第二阶段f)，该第二阶段f)用于通过各向异性刻蚀经由掩膜M中的开口4、8对硅基层1进行蚀刻。由此应理解的是，各向异性刻蚀——例如深度反应离子刻蚀——将去除在比内部开口4更宽的所述至少一个开口8内侧的更深处的硅基材料。蚀刻速度方面的这种差异有利地使得能够在同一刻蚀中在硅胶层1中形成所述至少一个通孔6和盲凹部5。
最后，根据第一优选方案，步骤b)以用于去除掩膜M的第三阶段g)结束。该第三阶段g)通常通过用于掩膜M的材料的选择性化学蚀刻来完成。
根据第一方案的变型，对应于未来的盲凹部5的形状的开口4被分成小几倍的开口，如图5中所示。作为示例，要小几倍的开口可具有由3到5μm的无开口宽度间隔开的2到3μm的宽度。
然后，在阶段g)之后，步骤b)包括用于使硅基层1氧化的阶段，以完全氧化图5中所示的最薄的壁部，该最薄的壁部仅在所希望的未来的盲凹部5中形成。最后，步骤b)以对硅基层1进行还原以形成盲凹部5结束。该变型在要求盲凹部5比所述至少一个通孔6浅得多的时候尤其有用。
根据第二方案(未示出)，步骤b)包括六个阶段h)至m)。因此，步骤b)包括用于形成第一掩膜的第一阶段h)，所述第一掩膜具有呈所述至少一个通孔6和盲凹部5的形状的开口4、8。第二方案继续用于在所述第一掩膜上形成第二掩膜的第二阶段i)，所述第二掩膜具有仅呈所述至少一个通孔6的形状的开口8。由此应理解，第一掩膜中的开口4被第二掩膜遮蔽。
第二方案然后包括通过第一各向异性刻蚀经由第一和第二掩膜中的所述至少一个通孔8而对硅基层1进行局部地蚀刻——即，仅在一部分厚度中蚀刻——的第三阶段j)。在第四阶段k)，第二掩膜被除去，然后第五阶段l)用于通过第二各向异性刻蚀经由第一掩膜中的开口4、8而对硅基层1进行蚀刻，以得到所述至少一个通孔6和盲凹部5。最后，第二方案以用于除去第一掩膜的阶段m)结束。虽然未示出，然而应当理解该第二方案能够实现与第一方案相同的结果，而不受限于开口4和8之间将观察到的宽度方面的任何差异。
根据第三方案(未示出)，步骤b)包括对所述至少一个通孔6和盲凹部5进行蚀刻的相继阶段，即，要么首先对所述至少一个通孔6进行蚀刻然后对盲凹部5进行蚀刻，要么相反。作为示例，根据第三方案的步骤b)可由此包括两个过程，这两个过程包括与第一方案的阶段e)至g)类似的阶段，每个过程用于对所述至少一个通孔6或盲凹部5进行蚀刻。因此，应当理解的是，该第三方案也可实现与第一和第二方案相同的结果。
有利地根据本发明，作为步骤b)中所使用的非常精确的光刻技术的结果，该方法可产生具有能够满足钟表学领域中的部件所需的极高容差的高精度的外部以及可能的内部尺寸的硅基本体7。“内部尺寸”指的是除了限定本体7的轮廓外，所述至少一个通孔6还可在步骤b)中所限定的本体7中形成例如用于随后接纳其内的部件的空腔。由此应理解的是，除了盲凹部5以外，还形成有多个通孔6。
最后，该方法以第三和最后的步骤c)结束，该步骤c)用于释放由此由衬底10形成的部件11。因此，步骤c)可包括对支承层2进行选择性蚀刻。
根据图4中所示的该方法的另一变型，该方法在步骤b)与步骤c)之间还可包括可选的步骤d)，所述步骤d)为在衬底10的其余部分的厚度中形成通孔，以形成具有紧固装置9的部件11'。
由于每个本体7在衬底10上的精确定位，因此在步骤d)中，可以尺寸精确的方式对衬底10的层2进行蚀刻。在该变型中，支承层2优选为基于硅的，以便采用与上文所述的步骤b)中相同类型的蚀刻。有利地根据本发明，该步骤d)使得能够得到如下文参考图18描述的部件611'。
由此应理解的是，除了平整表面3和形成所述至少一个视错觉图案14'、614'的凹部5以外，部件11'、611'还包括用于附接部件11'、611'的至少一个紧固装置9、609'。紧固装置9、609'因此可呈支脚或管的形式。
图6至图19表示出了通过该方法得到的部件的示例，以更好地说明根据本发明的视错觉图案。作为非限制性示例，阐述了视错觉图案的四个实施例。
根据第一实施例，图6、7、12及16的视错觉图案114、214、514及714由此形成由平行部段119、121、219、221、519、521、719、721构成的至少两个组118、120、218、220、518、520、718、720。优选地，根据第一实施例，由平行部段119、219、519、719构成的第一组118、218、518、718与由平行部段121、221、521、721构成的第二组120、220、520、720以10°至170°的角度接合，从而使得部件111、211、511、711在可视表面平整时给出该可视表面具有形成边缘的两个倾斜表面的错觉。作为示例，图6、7、12及16的视错觉图案114、214、514及714可包括具有由30到35μm的无开口宽度间隔开的35至45μm的宽度的开口。
根据第二实施例，图8、13及15的视错觉图案314、814及1114由此形成由弯曲部段319、321、819、821、1119构成的至少一个组318、320、818、820、1118，从而使得部件311、811、1111在可视表面平整时给出所述可视表面呈穹顶形的错觉。根据图8和13中所见的第二实施例的变型，由弯曲部段319、819构成的第一组318、818与由弯曲部段321、821构成的第二组320、820以10°至170°的角度接合，从而使得部件311、811在可视表面平整时给出该可视表面包括两个形成槽的穹顶形表面的错觉。作为示例，图8、13及15的视错觉图案314、814及1114可包括具有由30到35μm的无开口宽度间隔开的35至45μm的宽度的开口。
根据第三实施例，图9和17的视错觉图案414和614由此形成彼此对称地布置的由凹部419、619构成的至少一个组418、618。优选地，根据第三实施例，所述由凹部构成的至少一个组418、618毗邻其中部件411、611的表面不具有视错觉图案的部分432、632地形成，使得部件411、611在可视表面平整时给出所述可视表面包括形成边缘的两个倾斜表面的错觉。作为示例，图9和17的视错觉图案可包括覆盖所述图案414、614的表面的40％到60％的凹部419、619。优选地，所述由凹部419、619构成的至少一个组418、618与和其毗邻地形成的其中部件411、611的表面不具有视错觉图案的部分432、632彼此对称地布置。
如图9和17中所见，凹部419、619具有圆形截面并且彼此间隔固定距离。当然，在不脱离本发明的范围的情况下，凹部419、619的几何结构与布置可根据所希望的效果而不同。
根据第四实施例，图14和19的视错觉图案914和1014布置在部件911、1011的外周，并且由此形成由平行部段919、921、923、1019、1021、1023、1025构成的至少两个组918、920、922、1018、1020、1022、1024，第一组918、922、1018、1022的平行部段919、923、1019、1023与第二组920、1020、1024的平行部段921、1021、1025垂直并且以90°接合，从而使得部件911、1011在可视表面平整时给出所述可视表面被斜切过并且包围其中部件911、1011的表面不具有视错觉图案的部分932、1032的错觉。作为示例，图14和19的视错觉图案914和1014可包括具有由30到35μm的无开口宽度间隔开的35至45μm的宽度的开口。
优选选择90°的角度是因为部件911、1011的外侧在每个拐角处具有类似或相同的角度。这意味着90°的角度可随着每个拐角的角度变大或变小，以形成可视表面被斜切过的错觉。
根据图10和11中所示的第五实施例，视错觉图案1214形成彼此对称地布置的由凹部1219构成的至少一个组1218，如图10中更清楚地可见。所述由凹部构成的至少一个组1218由部件1211的没有凹部的表面1232分界，从而如图11中所见，当可视表面是平整的且部件1211仅由一种硅基材料组成时，可视表面黑暗并且由另一色光的材料分界。应理解，事实上，不同于表面1232，视错觉图案1214表现的像是限制反射的遮光结构。作为示例，图17和18的视错觉图案1214可包括具有由5到9μm的无开口宽度间隔开的2至3μm的宽度的开口。
根据第五实施例的一变型，部件1211还涂覆有反射层，例如铬基层，从而进一步提高由视错觉图案1214形成的黑暗区域与无图案表面1232之间的对比度。
当然，本发明并不限于所示出的实施例，而是包括本领域技术人员所能够想到的各种变型和修改。特别地，视错觉图案14、114、214、314、414、514、614、714、814、914、1014、1114并不限于上文所描述的那些。因此，在不脱离本发明的范围的情况下，也可存在其它实施例。
因此，在图18中所示的第三实施例的特殊变型中，视错觉图案614'形成彼此对称布置的由凹部619'构成的至少一个组618'。如图18中所见，所述由凹部构成的至少一个组618'毗邻其中部件611'的表面不具有视错觉图案的部分632'地形成，从而使得所述部件在可视表面平整时给出所述可视表面包括形成边缘的两个倾斜表面的错觉。优选地，所述由凹部619'构成的至少一个组618'与和其毗邻地形成的其中部件611'的表面不具有视错觉图案的部分632'彼此对称地布置。
凹部619'具有截头方椎体体积并且彼此以定距离隔开。该特殊方案利用(100)晶向的单晶硅层1来获取。此外，步骤b)利用氢氧化钾(KOH)湿蚀刻来形成其侧面是倾斜的而不是如图1至3中所示的是竖直的刻蚀。实际上，即使利用提供盘形开口的蚀刻掩膜，湿蚀刻也跟随(100)晶向的单晶硅层1的晶体结构的晶胞，而给出方椎体刻蚀。
此外，如图18中所见，衬底10为绝缘体上硅(SOI)类型，也是由单晶硅制成的层2也被蚀刻(例如也通过湿蚀刻或干蚀刻进行蚀刻)，以获取用于附接部件611'的多个支脚609'。
最后，上文提出的五个实施例能够彼此结合，即，在同一部件上可出现多个不同的图案。

Claims (14)

1.具有至少一个视错觉图案(14、114、214、314、414、514、614、614’、714、814、914、1014、1114、1214)的至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a)形成包括硅基层(1)的衬底(10)；
b)贯穿所述硅基层(1)的厚度蚀刻至少一个孔(6)以形成所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)的轮廓，并且在所述硅基层(1)的厚度中蚀刻盲凹部(5)以形成具有平整表面的至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)，所述平整表面包括使得所述平整表面看上去不平整的所述至少一个视错觉图案(14、114、214、314、414、514、614、614’、714、814、914、1014、1114、1214)；
c)释放由衬底(10)由此形成的所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲凹部(5)形成至少两组平行部段，由平行部段(119、219、519、719)构成的第一组(118、218、518、718)以10°至170°的角度接合由平行部段(121、221、521、721)构成的第二组(120、220、520、720)，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面包括形成边缘的两个倾斜表面的错觉。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲凹部(5)形成由弯曲部段(319、321、819、821、1119)构成的至少一个组(318、320、818、820、1118)，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面呈穹顶形的错觉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲凹部(5)形成彼此对称布置的由凹部(419、619)构成的至少一个组(418、618)，所述由凹部构成的至少一个组毗邻其中所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)的平整表面不具有凹部的部分(432、632)地形成，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面包括形成边缘的两个倾斜表面的错觉。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲凹部(5)布置在所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)的外周并且形成至少两组平行部段，第一组(918、922、1018、1022)的平行部段(919、923、1019、1023)与第二组(920、1020、1024)的平行部段(921、1021、1025)垂直并且以一角度接合，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面被斜切过的错觉。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲凹部(5)形成彼此对称地布置的由凹部(1219)构成的至少一个组(1218)，所述由凹部构成的至少一个组由所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)的不具有凹部的表面(1232)分界，使得所述至少一个硅基部件给出所述平整表面鲜明地由两种不同材料形成的错觉。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲凹部(5)的深度介于2与100μm之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在步骤b)与步骤c)之间的如下步骤：
d)在所述衬底的其余部分的厚度中形成至少一个通孔，以形成具有紧固装置(9、609’)的所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅基层(1)具有50到500μm的厚度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括以下阶段：
e)在所述硅基层(1)上形成具有开口(4、8)的掩膜(M)，用于形成所述至少一个通孔(6)的开口(8)比用于形成所述盲凹部(5)的开口(4)更宽；
f)通过各向异性刻蚀经由所述掩膜(M)中的开口(4、8)对硅基层进行蚀刻；
g)除去所述掩膜(M)。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括以下阶段：
h)形成具有呈所述至少一个通孔和所述盲凹部的形状的开口的第一掩膜；
i)在所述第一掩膜上形成具有仅呈所述至少一个通孔的形状的至少一个开口的第二掩膜；
j)通过第一各向异性刻蚀经由所述第二掩膜中的所述至少一个开口而对所述硅基层局部地蚀刻；
k)除去所述第二掩膜；
l)所述第二各向异性刻蚀经由所述第一掩膜中的开口而对所述硅基层进行蚀刻，以得到所述至少一个通孔和所述盲凹部；
m)除去所述第一掩膜。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)包含单晶硅、有掺杂的单晶硅、非晶硅、多孔硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、石英或二氧化硅。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在同一硅基层(1)上形成多个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个硅基部件(11、111、211、311、411、511、611、611’、711、811、911、1011、1111、1211)形成表盘、视窗装饰、凸缘、表圈、按销、表冠、表壳后盖、指针、表链或表带、链节、表扣、装饰、自动锤或嵌花的全部或一部分。
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