JP2021523303A - 計時器構成要素を製造する方法およびこの方法で得られる構成要素 - Google Patents
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Abstract
本発明は、金属製の計時器構成要素を製造する方法であって、ＵＶ−ＬＩＧＡの類の方法を用いて多階層フォトレジスト型を形成する工程、および実質的にフォトレジストの上面に達するブロックを形成するように少なくとも２つの導電層から始まる少なくとも１つの金属層をガルバニック堆積する工程を含むことを特徴とする方法に関する。
【選択図】図１１
【選択図】図１１
Description
本発明は、ＬＩＧＡ技術を用いる多階層金属構造を製造する方法に関する。本発明はさらに、この方法で得られるそのような金属構造、特に計時器構成要素の金属構造に関する。
上記の定義に該当する方法はすでに知られている。特に、Ａ．Ｂ．Ｆｒａｚｉｅｒらによる「Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｍｏｌｄｓ」と題する、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ（１９９３年６月２日、第２巻、Ｎ ｄｅｇ．）に公開された記事には、フォトレジスト層のフォトリソグラフィによって作製したポリイミド型でのガルバニック成長によって多階層金属構造を製造する方法が記載されている。これには、
−後続のガルバニック成長工程のために犠牲金属層および下塗り層を基板上に設ける工程、
−感光性ポリイミド層を塗布する工程、
−得られる予定の構造の一階層の外形に合致するマスクを通してポリイミド層に紫外線を照射する工程、
−ポリイミド型を得られるように非照射部分を溶解することによってポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって型にニッケルを型の高さまで充填し、実質的に平坦な上面を得る工程、
−真空めっきによって上面全体の上にクロムの薄層を堆積させる工程、
−クロム層上に新たなフォトレジスト層を堆積させる工程、
−得られる予定の構造の次の階層の外形に合致する新たなマスクを通してフォトレジスト層に照射する工程、
−新たな型を得られるようにポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって新たな型にニッケルを型の高さまで充填する工程、
−多階層構造およびポリイミド型を犠牲層および基板から分離する工程、
−多階層構造をポリイミド型から分離する工程
が含まれている。
−後続のガルバニック成長工程のために犠牲金属層および下塗り層を基板上に設ける工程、
−感光性ポリイミド層を塗布する工程、
−得られる予定の構造の一階層の外形に合致するマスクを通してポリイミド層に紫外線を照射する工程、
−ポリイミド型を得られるように非照射部分を溶解することによってポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって型にニッケルを型の高さまで充填し、実質的に平坦な上面を得る工程、
−真空めっきによって上面全体の上にクロムの薄層を堆積させる工程、
−クロム層上に新たなフォトレジスト層を堆積させる工程、
−得られる予定の構造の次の階層の外形に合致する新たなマスクを通してフォトレジスト層に照射する工程、
−新たな型を得られるようにポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって新たな型にニッケルを型の高さまで充填する工程、
−多階層構造およびポリイミド型を犠牲層および基板から分離する工程、
−多階層構造をポリイミド型から分離する工程
が含まれている。
上記の方法は、原則として、３階層以上ある金属構造を得るために繰り返し実施できることが理解される。この方法の１つの欠点は、各ガルバニック堆積工程で実質的に平坦な上面を得る必要がある点である。
国際公開第２０１０／０２０５１５号には、部品の金属を型の中でガルバニック堆積させる工程の前に、得られる予定の最終部品と合致する完全なフォトレジスト型を作製することによる多階層部品の製造が記載されている。階層の投影が互いの内側にある多階層部品のみがこの方法を用いて作製できる。この方法にも特定の欠点がある。特に、ガルバニック成長はどこからでも始まり、成長の最前線が合わさって望ましくない介在物が生じる。
欧州特許出願公開第２４０５３０１号明細書にはさらに、少なくとも２つの階層を含み、基板に形成された階層には滑らかな鉛直方向の側部しかないというフォトレジスト型が開示されている。このような方法の欠点は、第２の階層を充填するために相当な余分の成長が必要になることであり、それによって同じく型の角に望ましくない介在物ができるおそれがある。
本発明の目的は、ＬＩＧＡ技術を用いて多階層で金属製の計時器構成要素を製造する方法であって、多階層構成要素の第２の階層の長さと高さとの比率が中から高である場合に、各階層に対して導電層がフォトレジスト層と接続していて確実なガルバニック成長を可能にする方法を提供することによって、上記の欠点およびその他の欠点を克服することである。
本発明の別の目的は、１つ以上の導電層の堆積過程で側部が金属被覆されるのを防止するような方法を提供することである。
そのために、本発明は、
ａ）基板を用意し、その上に第１の導電層を堆積させ、第１のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｂ）構成要素の第１の階層を画定するマスクを通して第１のフォトレジスト層に照射し、フォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の導電層をその場に暴露させる工程、
ｃ）第１のフォトレジスト層の照射領域に第２の導電層を局所的に堆積させる工程、
ｄ）工程ｃ）で作製した構造を覆う第２のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｅ）構成要素の第２の階層を画定するマスクを通して第２のフォトレジスト層に照射し、第２のフォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の階層と第２の階層からなる型を形成し、第１の導電層および第２の導電層をその場に暴露させる工程、
ｆ）第１の層および第２の層からできた型内に電鋳によって金属層を堆積させて構成要素を形成し、層は、実質的に第２のフォトレジスト層の上面に達する工程、
ｇ）機械的方法を用いて金属層を機械加工して所定の厚みにする工程、
ｈ）構成要素の上面にウエハの形態で追加形状（面取り、座ぐりなど）を機械的な加工によって施す工程、
ｉ）基板、導電層およびフォトレジストを順次除去して構成要素を解放する工程
を含む、計時器構成要素を製造する方法に関する。
ａ）基板を用意し、その上に第１の導電層を堆積させ、第１のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｂ）構成要素の第１の階層を画定するマスクを通して第１のフォトレジスト層に照射し、フォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の導電層をその場に暴露させる工程、
ｃ）第１のフォトレジスト層の照射領域に第２の導電層を局所的に堆積させる工程、
ｄ）工程ｃ）で作製した構造を覆う第２のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｅ）構成要素の第２の階層を画定するマスクを通して第２のフォトレジスト層に照射し、第２のフォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の階層と第２の階層からなる型を形成し、第１の導電層および第２の導電層をその場に暴露させる工程、
ｆ）第１の層および第２の層からできた型内に電鋳によって金属層を堆積させて構成要素を形成し、層は、実質的に第２のフォトレジスト層の上面に達する工程、
ｇ）機械的方法を用いて金属層を機械加工して所定の厚みにする工程、
ｈ）構成要素の上面にウエハの形態で追加形状（面取り、座ぐりなど）を機械的な加工によって施す工程、
ｉ）基板、導電層およびフォトレジストを順次除去して構成要素を解放する工程
を含む、計時器構成要素を製造する方法に関する。
よってこの方法によって多階層部分を作製することが可能になる。
本発明の他の有利な代替実施形態によれば、
−第２の導電層は、ステンシルマスクを通して堆積され、
−第２の導電層は、（側部を含めて）露出面すべてに包括的に堆積させることによって実現され、その後、スタンピングによって堆積されたレジストで保護されていた第１のフォトレジスト層の上面を除いて完全に除去され、
−第２の導電層は、インクまたは導電性樹脂をプリントすることによって堆積され、
−前記第１の層および前記第２の導電層は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、
−基板はシリコン製であり、
−第１の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−第２の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−工程ａ）の後、および工程ｄ）の後、機械的な加工作業によってフォトレジストに厚み調整作業が実行され、このように厚み調整を受けたフォトレジストは、熱処理される。
−第２の導電層は、ステンシルマスクを通して堆積され、
−第２の導電層は、（側部を含めて）露出面すべてに包括的に堆積させることによって実現され、その後、スタンピングによって堆積されたレジストで保護されていた第１のフォトレジスト層の上面を除いて完全に除去され、
−第２の導電層は、インクまたは導電性樹脂をプリントすることによって堆積され、
−前記第１の層および前記第２の導電層は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、
−基板はシリコン製であり、
−第１の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−第２の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−工程ａ）の後、および工程ｄ）の後、機械的な加工作業によってフォトレジストに厚み調整作業が実行され、このように厚み調整を受けたフォトレジストは、熱処理される。
最後に、本発明は、本発明による方法によって得られる、例えばアンクルレバーまたはガンギ車などの計時器構成要素に関する。
よって、本発明の方法は、計時器構成要素の製造に特に有利な用途を有することが理解される。
本発明のその他の特徴および利点は、本発明による方法の１つの例である実施形態の以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。この例は、添付の図面を参照して例示目的で挙げたにすぎず、本発明の範囲を限定する意図はない。
本発明による方法の工程ａ）で使用する基板１は、例えばシリコン基板で形成される。本方法の第１の工程ａ）では、第１の導電層２、すなわち、ガルバニック法、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）によって金属堆積を始める能力のある層が堆積される。通常、第１の導電層２は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層（図１）、またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、厚みは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。例えば、第１の導電層２は、金または銅の層で覆われたクロムまたはチタンの下位層で形成され得る。
この方法で使用するフォトレジスト３は、紫外線の作用で重合するように設計された、Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍから製品番号ＳＵ−８で入手可能なネガ型の八官能性エポキシ系フォトレジストであることが好ましい。
本発明の１つの特定の実施形態によれば、フォトレジストは乾燥フィルムの形態であり、よってフォトレジストは、基板１上に積層することで塗布される。
これに代えて、フォトレジストは、紫外線の作用で分解するように設計されたポジ型フォトレジストであってもよい。本発明は、いくつかの特定の種類のフォトレジストに限定されるものではないことが理解される。当業者は、ＵＶフォトリソグラフィに適したあらゆる公知のフォトレジストの中から自分のニーズに合ったフォトレジストを選択することができるであろう。
第１のフォトレジスト層３は、任意の適切な手段、スピンコーティング、コーティング機、または所望の厚みに噴霧することによって基板１上に堆積される。通常、フォトレジストの厚みは、１０μｍ〜１０００μｍの範囲内、好ましくは３０μｍ〜３００μｍの範囲内である。所望の厚みおよび用いる堆積技術に応じて、第１のフォトレジスト層３は、１つ以上の工程で堆積される。
次に、第１のフォトレジスト層３は、堆積された厚みによって異なる継続時間にわたって通常９０〜１２０℃で加熱されて溶媒を除去する（プリベーク工程）。この加熱でフォトレジストは乾燥し、硬化する。
本方法の任意選択の工程によれば、第１のフォトレジスト層３は、フォトレジストを機械加工する厚み調整工程に通される。機械加工による痕跡をすべて除去して完全に平坦な表面を得るために、フォトレジストは、その表面が「ピンと張る」ように再加熱される。
図２に示した次の工程ｂ）は、紫外線による第１のフォトレジスト層３への照射を、形成する構成要素の第１の階層を画定するマスク４を通して行うことで光重合領域３ａおよび非光重合領域３ｂができることからなる。
紫外線によって誘発される光重合を第１のフォトレジスト層３が完了するために、アニーリング工程（ポストベーク工程）が必要であってよい。このアニーリング工程は、９０℃〜９５℃で実行されることが好ましい。光重合領域３ａは、かなり大部分の溶媒に対して反応しなくなる。しかし、非光重合領域は、のちに溶媒によって溶解する可能性がある。
次に、第１のフォトレジスト層３の非光重合領域３ｂを溶解して基板１の第１の導電層２をその場に暴露させる。この操作は、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）などの適切な溶媒を用いて非光重合領域３ｂを溶解することによって実行される。構成要素の第１の階層を画定する光重合させたフォトレジストの型３ａは、このように製造される。
図４に示した次の工程ｃ）は、前工程で光重合させた領域３ａ上に第２の導電層５を堆積させることからなる。この第２の導電層５は、第１の導電層２と同じ特性を有することができる、すなわちＡｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、厚みは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。
本発明の好適な実施形態によれば、ステンシルマスクが使用され、ステンシルマスクは、光学系の位置合わせ装置を介して配置される。このような設備を使用するのは、マスクと基板上にある光重合領域３ａの立体構成との良好な位置合わせを確実にし、それによって第１の導電層２の上面に一回で確実に堆積させると同時に、マスクが基板１のできる限り近くに保持されるという理由から光重合フォトレジスト３ａの側部に堆積するのを防止するためである。
本発明の代替実施形態によれば、第２の導電層は、（側部を含めて）露出面すべてに包括的に堆積させることによって実現され、その後、スタンピングによって堆積されたレジストで保護されていた第１のフォトレジスト層の上面を除いて完全に除去される。
当業者は、第２の導電層５を堆積させるのに３Ｄ印刷プロセスを実施することも可能である。
このような解決策により、第２の導電層５の堆積を選択して一層正確に行うことが可能になり、それによって光重合フォトレジスト３ａの側部への堆積がなくなる。
図５に示した次の工程ｄ）は、前工程で作製された構造を覆う第２のフォトレジスト層６を堆積させることからなる。この工程では同じフォトレジストが使用され、厚みは、工程ａ）で堆積した厚みよりも大きい。一般に、厚みは、得られる予定の構成要素の立体構成に応じて変化する。
本方法の任意選択の工程によれば、第２のフォトレジスト層６は、フォトレジストを機械的に加工する厚み調整工程に通される。機械加工による痕跡をすべて除去して完全に平坦な表面を得るために、フォトレジストは、その表面が「ピンと張る」ように再加熱される。
図６に示した次の工程ｅ）は、構成要素の第２の階層を画定するマスク４”を通して第２のフォトレジスト層６に照射し、第２のフォトレジスト層６の非照射領域６ｂを溶解することからなる。この工程の終わりに（図７）、第１の階層と第２の階層からなる型が得られ、第１の導電層２および第２の導電層５がその場に暴露される。
図８に示した次の工程ｆ）は、電鋳またはガルバニック堆積によって型内に、第１の導電層２および第２の導電層５から金属の層７を堆積させ、好ましくは型の高さよりも低い高さに達するブロックを形成するまで続け、後続の機械加工のために向上した機械強度を達成することからなる。言うまでもなく、この文脈での「金属」という用語は、金属合金を含む。通常、金属は、ニッケル、銅、金または銀、および、合金として、金−銅、ニッケル−コバルト、ニッケル−鉄、ニッケル−リン、さらにはニッケル−タングステンを含む群の中から選択される。一般に、多層金属構造は、全体的に同じ合金または金属で作製される。ただし、性質の異なる層を少なくとも２層含む金属構造を得るために、金属または合金は、ガルバニック堆積工程で変更することも可能である。
電鋳条件、特に浴の組成、システムの立体構成、ならびに電圧および電流密度は、電鋳分野で公知の技術に従って電着する金属または合金ごとに設定される。
図９に示した次の工程ｇ）は、金属層７を機械的方法で加工して、作製予定の構成要素の厚みによって規定される厚みにすることからなる。
図１０に示した次の工程ｈ）は、例えば構成要素の見えている面の縁の面取り、あるいは構成要素へのねじ立てや座ぐりなど、機械的な加工作業を実行することからなる。もちろん、作業は、得られる予定の最終構成要素の立体構成によって異なってくる。
工程ｉ）は、一連の湿式または乾式のエッチング工程によって基板、導電層またはフォトレジスト層を除去することによって構成要素を解放することからなり、この作業は当業者に公知のものである。
例えば、第１の導電層２および基板１は、湿式エッチングによって除去され、これによって構成要素を損傷せずに基板１から解放することが可能になる。公知の方法では、シリコン基板は水酸カリウム系水溶液（ＫＯＨ）でエッチングできる。
この第１の一連の流れの終わりに、第１のフォトレジスト層および第２のフォトレジスト層にセットされた構成要素が得られ、第２の導電層５もその場に残っている。
第２の一連の流れは、中間金属層の湿式エッチングによって離れている第１のフォトレジスト層３および第２のフォトレジスト層６を酸素プラズマエッチングによって除去することからなる。
この工程の終わりに、得られた構成要素を洗浄し、任意選択で工作機械で再加工して機械加工作業または見た目の仕上げ作業を実行することができる。この段階で、部品を直接使用してもよいし、様々な装飾的かつ／または機能的処理、通常は物理蒸着または化学蒸着を施してもよい。
任意選択の工程によれば、工程ａ）および工程ｄ）の後に、各フォトレジスト層３、６を機械加工することによって厚み調整作業を実行する。有利には、この作業により、部品の立体構成を基板１（ウエハ）のスケールで正確に制御することが可能になる。厚み調整がフォトレジスト上で実行されると、熱処理が実行されて機械加工作業のあらゆる痕跡が除去される。
本発明の方法は、ばね、アンクルレバーおよび歯車などの計時器構成要素の製造に特に有利な用途を有する。この方法により、信頼性の高い立体構成を有する頑丈な構成要素を得ることができる。
本発明は、ＬＩＧＡ技術を用いる多階層金属構造を製造する方法に関する。本発明はさらに、この方法で得られるそのような金属構造、特に計時器構成要素の金属構造に関する。
上記の定義に該当する方法はすでに知られている。特に、Ａ．Ｂ．Ｆｒａｚｉｅｒらによる「Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｍｏｌｄｓ」と題する、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ（１９９３年６月２日、第２巻、Ｎ ｄｅｇ．）に公開された記事には、フォトレジスト層のフォトリソグラフィによって作製したポリイミド型でのガルバニック成長によって多階層金属構造を製造する方法が記載されている。これには、
−後続のガルバニック成長工程のために犠牲金属層および下塗り層を基板上に設ける工程、
−感光性ポリイミド層を塗布する工程、
−得られる予定の構造の一階層の外形に合致するマスクを通してポリイミド層に紫外線を照射する工程、
−ポリイミド型を得られるように非照射部分を溶解することによってポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって型にニッケルを型の高さまで充填し、実質的に平坦な上面を得る工程、
−真空めっきによって上面全体の上にクロムの薄層を堆積させる工程、
−クロム層上に新たなフォトレジスト層を堆積させる工程、
−得られる予定の構造の次の階層の外形に合致する新たなマスクを通してフォトレジスト層に照射する工程、
−新たな型を得られるようにポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって新たな型にニッケルを型の高さまで充填する工程、
−多階層構造およびポリイミド型を犠牲層および基板から分離する工程、
−多階層構造をポリイミド型から分離する工程
が含まれている。
−後続のガルバニック成長工程のために犠牲金属層および下塗り層を基板上に設ける工程、
−感光性ポリイミド層を塗布する工程、
−得られる予定の構造の一階層の外形に合致するマスクを通してポリイミド層に紫外線を照射する工程、
−ポリイミド型を得られるように非照射部分を溶解することによってポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって型にニッケルを型の高さまで充填し、実質的に平坦な上面を得る工程、
−真空めっきによって上面全体の上にクロムの薄層を堆積させる工程、
−クロム層上に新たなフォトレジスト層を堆積させる工程、
−得られる予定の構造の次の階層の外形に合致する新たなマスクを通してフォトレジスト層に照射する工程、
−新たな型を得られるようにポリイミド層を現像する工程、
−ガルバニック成長によって新たな型にニッケルを型の高さまで充填する工程、
−多階層構造およびポリイミド型を犠牲層および基板から分離する工程、
−多階層構造をポリイミド型から分離する工程
が含まれている。
上記の方法は、原則として、３階層以上ある金属構造を得るために繰り返し実施できることが理解される。この方法の１つの欠点は、各ガルバニック堆積工程で実質的に平坦な上面を得る必要がある点である。
国際公開第２０１０／０２０５１５号には、部品の金属を型の中でガルバニック堆積させる工程の前に、得られる予定の最終部品と合致する完全なフォトレジスト型を作製することによる多階層部品の製造が記載されている。階層の投影が互いの内側にある多階層部品のみがこの方法を用いて作製できる。この方法にも特定の欠点がある。特に、ガルバニック成長はどこからでも始まり、成長の最前線が合わさって望ましくない介在物が生じる。
欧州特許出願公開第２４０５３０１号明細書にはさらに、少なくとも２つの階層を含み、基板に形成された階層には滑らかな鉛直方向の側部しかないというフォトレジスト型が開示されている。このような方法の欠点は、第２の階層を充填するために相当な余分の成長が必要になることであり、それによって同じく型の角に望ましくない介在物ができるおそれがある。
本発明の目的は、ＬＩＧＡ技術を用いて多階層で金属製の計時器構成要素を製造する方法であって、多階層構成要素の第２の階層の長さと高さとの比率が中から高である場合に、各階層に対して導電層がフォトレジスト層と接続していて確実なガルバニック成長を可能にする方法を提供することによって、上記の欠点およびその他の欠点を克服することである。
本発明の別の目的は、１つ以上の導電層の堆積過程で側部が金属被覆されるのを防止するような方法を提供することである。
そのために、本発明は、
ａ）基板を用意し、その上に第１の導電層を堆積させ、第１のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｂ）構成要素の第１の階層を画定するマスクを通して第１のフォトレジスト層に照射し、フォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の導電層をその場に暴露させる工程、
ｃ）第１のフォトレジスト層の照射領域に第２の導電層を局所的に堆積させ、第２の導電層は、ステンシルマスクを通して、またはインクもしくは導電性樹脂をプリントすることによって堆積される工程、
ｄ）工程ｃ）で作製した構造を覆う第２のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｅ）構成要素の第２の階層を画定するマスクを通して第２のフォトレジスト層に照射し、第２のフォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の階層と第２の階層からなる型を形成し、第１の導電層および第２の導電層をその場に暴露させる工程、
ｆ）第１の層および第２の層からできた型内に電鋳によって金属層を堆積させて構成要素を形成し、層は、実質的に第２のフォトレジスト層の上面に達する工程、
ｇ）機械的方法を用いて金属層を機械加工して所定の厚みにする工程、
ｈ）構成要素の上面にウエハの形態で追加形状（面取り、座ぐりなど）を機械的な加工によって施す工程、
ｉ）基板、導電層およびフォトレジストを順次除去して構成要素を解放する工程
を含む、計時器構成要素を製造する方法に関する。
ａ）基板を用意し、その上に第１の導電層を堆積させ、第１のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｂ）構成要素の第１の階層を画定するマスクを通して第１のフォトレジスト層に照射し、フォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の導電層をその場に暴露させる工程、
ｃ）第１のフォトレジスト層の照射領域に第２の導電層を局所的に堆積させ、第２の導電層は、ステンシルマスクを通して、またはインクもしくは導電性樹脂をプリントすることによって堆積される工程、
ｄ）工程ｃ）で作製した構造を覆う第２のフォトレジスト層を塗布する工程、
ｅ）構成要素の第２の階層を画定するマスクを通して第２のフォトレジスト層に照射し、第２のフォトレジスト層の非照射領域を溶解して第１の階層と第２の階層からなる型を形成し、第１の導電層および第２の導電層をその場に暴露させる工程、
ｆ）第１の層および第２の層からできた型内に電鋳によって金属層を堆積させて構成要素を形成し、層は、実質的に第２のフォトレジスト層の上面に達する工程、
ｇ）機械的方法を用いて金属層を機械加工して所定の厚みにする工程、
ｈ）構成要素の上面にウエハの形態で追加形状（面取り、座ぐりなど）を機械的な加工によって施す工程、
ｉ）基板、導電層およびフォトレジストを順次除去して構成要素を解放する工程
を含む、計時器構成要素を製造する方法に関する。
よってこの方法によって多階層部分を作製することが可能になる。
本発明の他の有利な代替実施形態によれば、
−第２の導電層は、ステンシルマスクを通して堆積され、
−第２の導電層は、インクまたは導電性樹脂をプリントすることによって堆積され、
−前記第１の層および前記第２の導電層は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、
−基板はシリコン製であり、
−第１の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−第２の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−工程ａ）の後、および工程ｄ）の後、機械的な加工作業によってフォトレジストに厚み調整作業が実行され、このように厚み調整を受けたフォトレジストは、熱処理される。
−第２の導電層は、ステンシルマスクを通して堆積され、
−第２の導電層は、インクまたは導電性樹脂をプリントすることによって堆積され、
−前記第１の層および前記第２の導電層は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、
−基板はシリコン製であり、
−第１の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−第２の導電層の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、
−工程ａ）の後、および工程ｄ）の後、機械的な加工作業によってフォトレジストに厚み調整作業が実行され、このように厚み調整を受けたフォトレジストは、熱処理される。
最後に、本発明は、本発明による方法によって得られる、例えばアンクルレバーまたはガンギ車などの計時器構成要素に関する。
よって、本発明の方法は、計時器構成要素の製造に特に有利な用途を有することが理解される。
本発明のその他の特徴および利点は、本発明による方法の１つの例である実施形態の以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。この例は、添付の図面を参照して例示目的で挙げたにすぎず、本発明の範囲を限定する意図はない。
本発明による方法の工程ａ）で使用する基板１は、例えばシリコン基板で形成される。本方法の第１の工程ａ）では、第１の導電層２、すなわち、ガルバニック法、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）によって金属堆積を始める能力のある層が堆積される。通常、第１の導電層２は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層（図１）、またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、厚みは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。例えば、第１の導電層２は、金または銅の層で覆われたクロムまたはチタンの下位層で形成され得る。
この方法で使用するフォトレジスト３は、紫外線の作用で重合するように設計された、Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍから製品番号ＳＵ−８で入手可能なネガ型の八官能性エポキシ系フォトレジストであることが好ましい。
本発明の１つの特定の実施形態によれば、フォトレジストは乾燥フィルムの形態であり、よってフォトレジストは、基板１上に積層することで塗布される。
これに代えて、フォトレジストは、紫外線の作用で分解するように設計されたポジ型フォトレジストであってもよい。本発明は、いくつかの特定の種類のフォトレジストに限定されるものではないことが理解される。当業者は、ＵＶフォトリソグラフィに適したあらゆる公知のフォトレジストの中から自分のニーズに合ったフォトレジストを選択することができるであろう。
第１のフォトレジスト層３は、任意の適切な手段、スピンコーティング、コーティング機、または所望の厚みに噴霧することによって基板１上に堆積される。通常、フォトレジストの厚みは、１０μｍ〜１０００μｍの範囲内、好ましくは３０μｍ〜３００μｍの範囲内である。所望の厚みおよび用いる堆積技術に応じて、第１のフォトレジスト層３は、１つ以上の工程で堆積される。
次に、第１のフォトレジスト層３は、堆積された厚みによって異なる継続時間にわたって通常９０〜１２０℃で加熱されて溶媒を除去する（プリベーク工程）。この加熱でフォトレジストは乾燥し、硬化する。
本方法の任意選択の工程によれば、第１のフォトレジスト層３は、フォトレジストを機械加工する厚み調整工程に通される。機械加工による痕跡をすべて除去して完全に平坦な表面を得るために、フォトレジストは、その表面が「ピンと張る」ように再加熱される。
図２に示した次の工程ｂ）は、紫外線による第１のフォトレジスト層３への照射を、形成する構成要素の第１の階層を画定するマスク４を通して行うことで光重合領域３ａおよび非光重合領域３ｂができることからなる。
紫外線によって誘発される光重合を第１のフォトレジスト層３が完了するために、アニーリング工程（ポストベーク工程）が必要であってよい。このアニーリング工程は、９０℃〜９５℃で実行されることが好ましい。光重合領域３ａは、かなり大部分の溶媒に対して反応しなくなる。しかし、非光重合領域は、のちに溶媒によって溶解する可能性がある。
次に、第１のフォトレジスト層３の非光重合領域３ｂを溶解して基板１の第１の導電層２をその場に暴露させる。この操作は、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）などの適切な溶媒を用いて非光重合領域３ｂを溶解することによって実行される。構成要素の第１の階層を画定する光重合させたフォトレジストの型３ａは、このように製造される。
図４に示した次の工程ｃ）は、前工程で光重合させた領域３ａ上に第２の導電層５を堆積させることからなる。この第２の導電層５は、第１の導電層２と同じ特性を有することができる、すなわちＡｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層またはこれらの材料のうちの少なくとも２つからなる堆積物であり、厚みは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。
本発明の好適な実施形態によれば、ステンシルマスクが使用され、ステンシルマスクは、光学系の位置合わせ装置を介して配置される。このような設備を使用するのは、マスクと基板上にある光重合領域３ａの立体構成との良好な位置合わせを確実にし、それによって光重合フォトレジスト３ａの上面に一回で確実に堆積させると同時に、マスクが基板１のできる限り近くに保持されるという理由から光重合フォトレジスト３ａの側部に堆積するのを防止するためである。
本発明の代替実施形態によれば、第２の導電層は、（側部を含めて）露出面すべてに包括的に堆積させることによって実現され、その後、スタンピングによって堆積されたレジストで保護されていた第１のフォトレジスト層の上面を除いて完全に除去される。
当業者は、第２の導電層５を堆積させるのに３Ｄ印刷プロセスを実施することも可能である。
このような解決策により、第２の導電層５の堆積を選択して一層正確に行うことが可能になり、それによって光重合フォトレジスト３ａの側部への堆積がなくなる。
図５に示した次の工程ｄ）は、前工程で作製された構造を覆う第２のフォトレジスト層６を堆積させることからなる。この工程では同じフォトレジストが使用され、厚みは、工程ａ）で堆積した厚みよりも大きい。一般に、厚みは、得られる予定の構成要素の立体構成に応じて変化する。
本方法の任意選択の工程によれば、第２のフォトレジスト層６は、フォトレジストを機械的に加工する厚み調整工程に通される。機械加工による痕跡をすべて除去して完全に平坦な表面を得るために、フォトレジストは、その表面が「ピンと張る」ように再加熱される。
図６に示した次の工程ｅ）は、構成要素の第２の階層を画定するマスク４”を通して第２のフォトレジスト層６に照射し、第２のフォトレジスト層６の非照射領域６ｂを溶解することからなる。この工程の終わりに（図７）、第１の階層と第２の階層からなる型が得られ、第１の導電層２および第２の導電層５がその場に暴露される。
図８に示した次の工程ｆ）は、電鋳またはガルバニック堆積によって型内に、第１の導電層２および第２の導電層５から金属の層７を堆積させ、好ましくは型の高さよりも低い高さに達するブロックを形成するまで続け、後続の機械加工のために向上した機械強度を達成することからなる。言うまでもなく、この文脈での「金属」という用語は、金属合金を含む。通常、金属は、ニッケル、銅、金または銀、および、合金として、金−銅、ニッケル−コバルト、ニッケル−鉄、ニッケル−リン、さらにはニッケル−タングステンを含む群の中から選択される。一般に、多層金属構造は、全体的に同じ合金または金属で作製される。ただし、性質の異なる層を少なくとも２層含む金属構造を得るために、金属または合金は、ガルバニック堆積工程で変更することも可能である。
電鋳条件、特に浴の組成、システムの立体構成、ならびに電圧および電流密度は、電鋳分野で公知の技術に従って電着する金属または合金ごとに設定される。
図９に示した次の工程ｇ）は、金属層７を機械的方法で加工して、作製予定の構成要素の厚みによって規定される厚みにすることからなる。
図１０に示した次の工程ｈ）は、例えば構成要素の見えている面の縁の面取り、あるいは構成要素へのねじ立てや座ぐりなど、機械的な加工作業を実行することからなる。もちろん、作業は、得られる予定の最終構成要素の立体構成によって異なってくる。
工程ｉ）は、一連の湿式または乾式のエッチング工程によって基板、導電層またはフォトレジスト層を除去することによって構成要素を解放することからなり、この作業は当業者に公知のものである。
例えば、第１の導電層２および基板１は、湿式エッチングによって除去され、これによって構成要素を損傷せずに基板１から解放することが可能になる。公知の方法では、シリコン基板は水酸カリウム系水溶液（ＫＯＨ）でエッチングできる。
この第１の一連の流れの終わりに、第１のフォトレジスト層および第２のフォトレジスト層にセットされた構成要素が得られ、第２の導電層５もその場に残っている。
第２の一連の流れは、中間金属層の湿式エッチングによって離れている第１のフォトレジスト層３および第２のフォトレジスト層６を酸素プラズマエッチングによって除去することからなる。
この工程の終わりに、得られた構成要素を洗浄し、任意選択で工作機械で再加工して機械加工作業または見た目の仕上げ作業を実行することができる。この段階で、部品を直接使用してもよいし、様々な装飾的かつ／または機能的処理、通常は物理蒸着または化学蒸着を施してもよい。
任意選択の工程によれば、工程ａ）および工程ｄ）の後に、各フォトレジスト層３、６を機械加工することによって厚み調整作業を実行する。有利には、この作業により、部品の立体構成を基板１（ウエハ）のスケールで正確に制御することが可能になる。厚み調整がフォトレジスト上で実行されると、熱処理が実行されて機械加工作業のあらゆる痕跡が除去される。
本発明の方法は、ばね、アンクルレバーおよび歯車などの計時器構成要素の製造に特に有利な用途を有する。この方法により、信頼性の高い立体構成を有する頑丈な構成要素を得ることができる。
Claims (10)
- 計時器構成要素を製造する方法であって、
ａ）基板（１）を用意し、前記基板の上に第１の導電層（２）を堆積させ、第１のフォトレジスト層（３）を塗布する工程、
ｂ）前記構成要素の第１の階層を画定するマスク（４）を通して前記第１のフォトレジスト層（３）に照射し、前記フォトレジスト層（３）の非照射領域（３ｂ）を溶解して前記第１の導電層（２）をその場に暴露させる工程、
ｃ）前記第１のフォトレジスト層（３）の前記照射領域（３ａ）に第２の導電層（５）を局所的に堆積させる工程、
ｄ）工程ｃ）で作製した前記構造を覆う第２のフォトレジスト層（６）を塗布する工程、
ｅ）前記構成要素の第２の階層を画定するマスク（４”）を通して前記第２のフォトレジスト層（６）に照射し、前記第２のフォトレジスト層（６）の前記非照射領域（６ｂ）を溶解して第１の階層と第２の階層からなる型を形成し、前記第１の導電層（２）および前記第２の導電層（５）をその場に暴露させる工程、
ｆ）前記第１の層（２）および前記第２の層（５）からできた前記型内に電鋳によって金属層（７）を堆積させて前記構成要素を形成し、前記層（７）は、実質的に前記第２のフォトレジスト層（６）の上面に達する工程、
ｇ）機械的方法を用いて前記金属層（７）を機械加工して所定の厚みにする工程、
ｈ）前記構成要素の上面にウエハの形態で追加形状（面取り、座ぐりなど）を機械的な加工によって施す工程、
ｉ）前記基板、前記導電層および前記フォトレジストを順次除去して前記構成要素を解放する工程
を含む、計時器構成要素を製造する方法。 - 前記第２の導電層（５）は、ステンシルマスク（４’）を通して堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 工程ｃ）で、前記第２の導電層（５）は、（側部を含めて）露出面すべてに包括的に堆積させることによって実現され、その後、スタンピングによって堆積されたレジストで保護されていた前記第１のフォトレジスト層の前記上面を除いて完全に除去されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 工程ｃ）で、前記第２の導電層（５）は、インクまたは導電性樹脂をプリントすることによって堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の層（２）および前記第２の導電層（５）は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒまたはＰｄの類の層であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板（１）はシリコン製であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１の導電層（２）の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２の導電層（５）の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
- −工程ａ）の後、および工程ｄ）の後、機械的な加工作業によって前記フォトレジストに厚み調整作業が実行されること、
−前記厚み調整を受けた前記フォトレジストは、熱処理されること
を特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。 - 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって得られる計時器構成要素。
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