JP7393120B2 - クロックまたは小型時計部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細加工可能な素材から開始して実施されるクロック（ｃｌｏｃｋ）または小型時計部品の製造方法に関する。

シリコンといった微細加工可能な素材から開始して、微細加工技術を用いた、とりわけ乾式エッチング、例えば深掘り反応性エッチング（ＤＲＩＥ）、または湿式化学エッチングを用いた、クロック及び小型時計部品の製造は既知である。

図１に示す、従来技術からの当該種類の製造方法は、厚さが約１０から２００ミクロン程度であって最終部品の厚みに対応し、加工されて部品を形成することが意図される、微細加工可能な素材、例えばシリコンの第１スライス２からなる、ウエハ１を提供する第１ステップＥ１（図１ａ）を含む。第１スライス２は、約０．５ｍｍの厚さであって、支持部の機能を果たすことが意図され、例えばシリコン製の第２スライス４に対して、酸化ケイ素の中間層３を介して取付けられる。当該種類のウエハ１は、一般的に、「絶縁体上のウエハシリコン」を意味する「ウエハＳＯＩ」と呼ばれる。第２スライス４と中間層３は、このようにウエハ１全体を堅固に維持し、リスクなく取扱い可能にし、クロックまたは小型時計部品の製造中に簡単に操作可能な、支持部を形成する。

この製造方法は、続いて、ウエハ１の可視面上に樹脂５の層を堆積し（ステップＥ２、図１ｂ）、フォトリソグラフィー技術で樹脂を部分的に除去することで、除去区域６が形成された（ステップＥ３、図１ｃ）マスクを追加することからなるステップを含む。ここで一般用語「ウエハ」は、スライスまたはスライスの集合、及びまたは任意で追加層を含む、ステップＥ２に対応するマスキングステップから開始する少なくとも１つのエッチング作業を含む製造方法に用いられるものを意味するために用いられる。当該ウエハは、２つの面を含む。慣例により上側面とも呼ばれる、エッチングされる可視面と、下側面である。

先行ステップで形成されたマスクは、ウエハ１の第１スライス２の樹脂除去区域６内をエッチングする（ステップＥ４、図１ｄ）ことで、少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品の形成を可能にする。このように、予め形成されたマスクで規定される形状に応じて、単数または複数の部品が形成される。

最後に、残りの樹脂が除去され（ステップＥ５、図１ｅ）、その後、解放ステップＥ６において第１スライス２を第２スライス４から分離することで、図１ｆに図示する少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品９が得られる。当該解放ステップは、第１スライス２でエッチングされたクロックまたは小型時計部品または複数の部品を中間層３からのみではなく、第２スライス４を構成する微細加工可能な素材からも分離する効果がある。当該解放ステップＥ６は複雑なステップである。解放ステップは、ウエハ１の上側面から開始することにより、より詳細にはウエハ１の第１スライス２に設けられたエッチング７から開始することにより、中間層３を完全に溶解することで実施されてもよいが、これは非常に長い継続時間がかかるという欠点を有する。変形例として、ウエハ１の下側面と第２スライス４から開始して、上下逆にしたウエハに上述のステップＥ２からＥ５に類似の製造ステップを行うことで、中間層３に到達容易にして分解を促進することで、形成されたクロックまたは小型時計部品の下に位置する空隙を選択的に開放することができる。全ての場合において、解放ステップＥ６は長時間であって、複雑な製造機械を必要とし、これは従来技術の解決策において重要な欠点である。

本発明の目的の１つは、従来技術の方法を改善するクロックまたは小型時計部品の製造方法を提案することである。

より具体的には、本発明の目的は、クロックまたは小型時計部品の簡略化された製造方法を提案することである。

この目的のため、本発明は、
－部品の素材、とりわけシリコン、ダイヤモンド、水晶またはセラミックを含むスライスを有するウエハを提供するステップと、
－任意で、最初に当該スライスの下側面を下側層でコーティングするステップと、
－少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品を形成するために、前記ウエハの前記スライスを、上側面から開始してエッチングするステップと、
－エッチング用マスクの役割を果たす層を除去することにより、少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品を露出するステップと、
－任意で、前記下側層を除去することにより、前記スライスと前記少なくとも１つのエッチングされたクロックまたは小型時計部品とを解放するステップ
を含む、クロックまたは小型時計部品の製造方法に基づく。

ウエハを提供することからなる前記ステップは、製造されるべき前記クロックまたは小型時計部品の最大厚さにおおよそ等しい厚さのウエハを提供することからなるステップを含んでもよい。

方法は、前記部品の前記素材を前記ウエハに存在する前記部品の前記素材の全体の全厚さにわたり、及びまたは前記ウエハの前記部品の前記素材を含む単一スライスの全厚さにわたり、エッチングするステップを含んでもよい。

本発明は、より詳細には、各請求項で定義される。

本発明の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関する特定の非限定的な実施形態についての、以下の説明で詳細に提示される。

図１は、従来技術にかかるクロックまたは小型時計部品の製造のステップの模式図である。図１ａから１ｆまでのそれぞれは、従来技術に係る製造ステップをより詳細に示す。 図２は、本発明の第１実施形態にかかるクロックまたは小型時計部品の製造のステップの模式図である。図２ａから２ｄと２ｆのそれぞれは、本発明の第１実施形態に係る製造ステップをより詳細に示す。 図３は、本発明の第２実施形態にかかるクロックまたは小型時計部品の製造のステップの模式図である。図３ａから３ｆのそれぞれは、本発明の第２実施形態に係る製造ステップをより詳細に示す。

本発明の実施形態によれば、クロックまたは小型時計部品の製造方法は、上述の解放ステップＥ６を簡略化するまたは除外することで、従来技術の方法の終わりを著しく簡略化する点で、改善されている。慣例により、上述のように、上側という形容詞を、第１エッチングがなされるウエハの面側の表面を示すために、また下側という形容詞を、反対側の表面を指すために、用いる。

図２は、本発明の第１実施形態にかかるクロックまたは小型時計部品の製造方法を示す。

上述の従来技術の方法同様、当該種類の製造方法は、微細加工可能な素材、例えばシリコン製のウエハ１１を提供することからなる第１ステップＥ１１（図２ａ）を含む。当該実施形態によれば、当該種類のウエハ１１は、クロックまたは小型時計部品を形成するために加工されることが意図される、単一スライス１２を含む。当該単一スライス１２は、好ましくは、１００ミクロン以上の、または１２０ミクロン以上の厚さを有する。当該厚さは、とりわけ１００または１２０ミクロンから３００ミクロンの間、または５００ミクロンまでであってもよい。

製造方法はその後、樹脂１５の層を堆積し（ステップＥ１２、図２ｂ）、フォトリソグラフィー技術を採用して樹脂を部分的に除去することで除去区域１６が形成される（ステップＥ１３、図２ｃ）ことにより、ウエハ１１の上側面にマスクを追加することからなるステップを含む。

直前のステップで形成されたマスクは、樹脂マスクの除去区域１６を通してウエハ１１をエッチング（ステップＥ１４、図２ｄ）することにより、少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品の形成を許可する。このように、単数または複数の部品は、予め形成されたマスクで決定される形状に従って形成される。好ましくは、ウエハ１１への単数または複数の部品の接続を維持するため、接続部が設けられる。

最後に、単数または複数のクロックまたは小型時計部品１９を含む加工されたスライス１２を直接得るために、展開ステップ（ステップＥ１５、図２ｆ）において溶解を行うことにより、残余の樹脂が除去される。

ステップＥ１２からＥ１５は、従来技術の解決策のステップＥ２からＥ５におおよそ対応し、このため詳細には説明しない。とりわけエッチングは、従来通り、フォトリソグラフィー及びＤＲＩＥで行われる。当該本発明の第１実施形態の大きな利点は、ウエハの第２支持スライスが除去され、このため中間層３の溶解による従来技術の解放ステップＥ６を除去することを可能にしたことである。

代替策として、微細加工可能な素材製のウエハ１１は、いくつかの重畳された層の形態であってもよく、及びまたはいくつかの素材製であってもよい。本実施形態の重要な特徴は、ウエハが支持部を形成するという機能に限定されたいかなる層も含まない点、またウエハがその全厚さにおいてエッチングされる点である。換言すれば、得られたクロックまたは小型時計部品は、使用されたウエハ１１の厚さに、すなわちスライス１２の厚さに、およそ等しい最大最終厚さを有する。

このため上述の実施形態は、確実にクロックまたは小型時計部品の製造方法を、相当に簡素化することを可能とする。これは主として、微細加工可能な素材製のウエハ１１から全ての支持部を除去することと、支持部を含まないスライスから開始してクロックまたは小型時計部品を製造することが可能であるという予期せぬ発見とに基づくものである。

図３は、本発明の第２実施形態にかかるクロックまたは小型時計部品の製造方法を示す。

当該種類の製造方法は、微細加工可能な素材、例えばシリコンからなるウエハ２１を提供することからなる第１ステップＥ２１（図３ａ）を含む。当該第２実施形態によれば、当該種類のウエハ２１は、クロックまたは小型時計部品の素材に対応し、１００ミクロン以上の、または１２０ミクロン以上の厚さの、クロックまたは小型時計部品を形成するために加工されることが意図される微細加工可能な素材製のスライス２２を含む。ウエハ２１はまた、下側の、好ましくは金属製の、層２４を含む。

このため第２実施形態は、ウエハ２１を形成するために、微細加工可能な素材製のスライス２２へ金属製下側層２４を堆積または組み立てることからなる、図示しない準備ステップを含む。第１実施形態によれば、この準備ステップは、微細加工可能な素材製スライスの表面を、物理蒸着（ＰＶＤ）技術で堆積される金属の層でコーティングすることからなる。例として、当該種類の金属製下側層は、２ミクロンの純アルミニウムの層であってもよい。変形例として、当該下側層は、他の厚さ、好ましくは０．５ミクロン以上５ミクロン以下の厚さを有してもよい。代替的に、純金属及びまたは合金を堆積する全ての技術を、微細加工可能な素材製のスライスの下側面を金属製層でコーティングするために用いてよい。好ましくは、堆積される金属は、アルミニウム、金、または白金である。加えて、金属製下側層の接着を改善するために、微細加工可能な素材製スライス上に、事前に、例えばチタンまたはクロム製のキーイングコートを堆積することも可能である。変形例として、微細加工可能な素材製のスライスの表面にコーティングを形成する金属製下側層の堆積または組立に関する全ての技術を用いることができる（例えば、電解成長、化学蒸着、シートの糊付け、など）。

製造方法は、その後、樹脂２５の層を堆積し（ステップＥ２２、図３ｂ）、フォトリソグラフィー技術で樹脂を部分的に除去することにより除去区域２６が形成される（ステップＥ２３、図３ｃ）ことで、ウエハ２１の上側面にマスクを追加することからなるステップを含む。

直前のステップで形成されたマスクは、樹脂マスクの除去区域２６を通してウエハ２１をエッチング（ステップＥ２４、図３ｄ）することにより、少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品の形成を可能とする。このように、単数または複数の部品は、予め形成されたマスクで決定される形状に従って形成される。

最後に、展開ステップ（ステップＥ２５、図３ｅ）において溶解により、残余の樹脂が除去される。ステップＥ２２からＥ２５は、ステップＥ２からＥ５とＥ１２からＥ１５におおよそ対応する。

当該第２実施形態にかかる方法は、その後、金属製下側層２４を除去することからなる解放ステップＥ２６（図３ｆ）を有する。当該解放ステップＥ２６は、非常に簡単で迅速である。ステップは、例えばアルミニウムをエッチングする酸浴（ＨＮＯ_３、Ｈ_３ＰＯ_４、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、Ｈ_２Ｏの混合物）内で、金属を溶解することにより行われる。浴槽内の組成は、当業者に既知の態様で、下側層の金属を溶解可能にするよう、下側層の金属に適合されなければならない。このため、下側層の素材は完全に溶解される。上述した従来技術の解決策においては、酸化ケイ素の中間層３のみが溶解され、その後、シリコン製の第２下側スライス４が、部品を支持する上部スライスから分離される。

クロックまたは小型時計部品２９の最終的な分離は、一実施形態によれば金属製支持層の形状で存在する下側層と樹脂といった製造残留物を除外することにより、従来技術の方法に比べて大幅に簡素化された解放ステップＥ２６を有することから、当該第２実施形態もまた非常に単純である。従来技術の方法では、２つの部分からなる支持部を使用し、その１つの部分は部品の素材に対応し、追加層によって第１スライスにエッチングされた部品を最初に保護しない限り、化学的に溶解することができない。

このため、上述の第２実施形態は、クロックまたは小型時計部品の製造方法の相当な簡素化を確実に可能にする。これは主として、微細加工可能な素材からなるスライス用の金属製支持部の使用と、微細加工可能な素材の単一スライスと従来技術の微細加工可能な素材製の支持部と比べて非常に薄い金属製下側層とを含むウエハから開始してクロックまたは小型時計部品を製造することが可能であるという予期せぬ発見とに基づくものである。当業者であれば、金属が微細加工可能な素材内に拡散し、その性質を変更することをとりわけ考慮することにより、当該解決策に対して否定的な先入観を有する。また当業者であれば、処理装置は正確性と頑健性を保証するためにある程度の剛性を有するウエハ用に一般的に設計されていることから、当該製造方法の実行可能性に関して否定的な先入観を有する。

第１実施形態と比較して、第２実施形態で用いられる金属製下側層は、以下の追加の利点を提供することに留意すべきである。
－ エッチングステップＥ２４において、バリアー層として機能し、スライスホルダーがエッチングの最後でイオン衝撃へ曝されることを防ぐことにより、スライスホルダーを保護する、
－ エッチング最中に構造内で生成される熱を除去する（発熱化学反応＋イオン衝撃）、
－ エッチングの基部に時折出現する、しばしば「ノッチング」と呼ばれる欠陥を防止することができる、
－ 微細加工可能な素材製の層、すなわちスライスの、下側面を保護し、その全面でエッチングされた部品を保持し、エッチング作業中の柔軟構造の変形を防止する。

当該第２実施形態は、金属の下側層を基に説明された。変形例として、微細加工可能な素材製のスライスの下側面に、とりわけ金属製層と同様の硬化機能を有する酸化ケイ素ＳｉＯ_２またはポリマーの、例えばパリレンの名でよく知られるポリ－ｐ－キシリレンのポリマーフィルムの層を、堆積または成長してもよい。解放ステップＥ２６は、単純に、ＳｉＯ_２またはポリマーの層を、フッ化水素酸を基にした混合物といった酸を用いてまたは酸素プラズマ処理によって溶解することからなる。

最後に、上述した本発明の２つの実施形態が実施したコンセプトは、支持部として微細加工可能な素材の使用を回避することで、複雑で時間のかかる微細加工可能な素材製の支持部の解放ステップを排除する、クロックまたは小型時計部品の製造方法を提案することからなる。換言すれば、ウエハに存在する微細加工可能な素材の厚さの全てが、支持機能なくして、クロックまたは小型時計部品の形成に使用される。このため、支持機能のみに用いられる微細加工可能な素材のスライスを含まない。ウエハ１１、２１に存在する微細加工可能な素材の単一スライスは、エッチングにより少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品を形成することが意図される。このため、前述の実施形態において、方法は解放ステップＥ６を容易にするためのウエハの下側面の微細加工可能な素材のエッチングを含まず、上側面のエッチングのみを含む。得られたクロックまたは小型時計部品は、好ましくは、製造に供されるウエハに最初に存在する微細加工可能な素材全体の厚さ（多層スライスの場合には微細加工可能な素材製の全ての層の厚さの合計に対応する）におおよそ対応する最大厚さを有する。

変形例として、クロックまたは小型時計部品の製造方法は、樹脂及びまたは金属製支持部からの部品解放の前または後に実施される、微細加工可能な素材のスライスまたは部品の薄肉化、機械式またはレーザービーム再加工、コーティング、酸化の熱処理、洗浄／脱脂、などといった追加の処理ステップを含んでもよい。

明らかに本発明の方法は、非常に多くのクロックまたは小型時計部品の製造に適用されうる。クロックまたは小型時計部品は、ムーブメントへの搭載準備が整っている物（例えば、レバー、ばね、等）またはムーブメントの１以上の他の部品に取付けられることが意図される部品（例えば、天真へのひげぜんまい、心棒への歯車板、アンクル真（または心棒）へのアンクル、天真への天輪、等）であってもよい。代替的に、クロックまたは小型時計部品は、針といった外部部品であってもよい。当該方法は、１００μｍ以上の厚さの、単純なクロックまたは小型時計部品の２．５Ｄ（２．５次元）の製造に特に適している。第２実施形態は、破損の危険性のある、薄い構造を有するより脆弱な部品、または渦巻きぜんまいといった、エッチングステップで変形する危険性のある、より柔軟な部品、またはとりわけ１００ミクロン以下の厚さの、最薄の部品について好適である。第１実施形態は、歯車といった、それほど脆弱ではない、とりわけホイール等のより大きな部品、及び厳密に１００μｍ以上の厚さを有する部品について好適である。にもかかわらず、両実施形態は、これら全てのクロックまたは小型時計部品の製造に適している。

上述の実施形態の例において、エッチング用マスクの役割を果たす堆積層は、感光性樹脂製である。感光性樹脂の層は、ＤＲＩＥ型のエッチングに対してマスクの役割を果たすことができる他の層、例えば酸化ケイ素や窒化ケイ素の層、金属製層、などに替えることができる。当業者であれば、自身のニーズに最適な層を選択することができよう。

上述の実施形態において、「微細加工可能な素材」は、とりわけマスクを介して指向的にエッチング可能なあらゆる素材を含む、微細加工に適したあらゆる素材を意味する。更に、微細加工は、マイクロメートルの寸法の構造をマスクを介して素材内に製造可能な、例えば化学エッチングまたはフォトリソグラフィーといった、全ての技術を意味する。上述の実施形態の例において用いられた微細加工可能な素材はシリコンであるが、ドープシリコン、多孔質シリコン、なども代わりに使用することができる。もちろん、例えばダイヤモンド、クオーツ、サファイア、及びセラミックといった、他の微細加工可能な素材を用いることもできる。ハイブリッド素材であってもよい。微細加工可能な素材はまた、操作可能な程度に十分に堅い、あらゆる微細構造可能な素材であってよい。このため本発明は、より一般には、マスクを介して切削することができる「部品の素材」と呼ばれる素材からなるまたは含むクロックまたは小型時計部品の製造に適している。有利には、当該部品の素材は、上述の実施形態で説明したように、ウエハ内に配置された１００μｍ以上の厚さのスライスから開始して加工される、またはより一般的には、１以上の部品の素材を含む層を含み、好ましくは１００μｍ以上の全体厚さを有するウエハの全体をエッチングして部品が形成される。更にこの種類のウエハは、任意で、部品の素材と異なりかつ部品の素材と両立可能な、すなわち上述のエッチングステップＥ１４、Ｅ２４の実施など部品の素材のエッチング中に影響を受けない、支持部の素材と呼ばれる他の素材、とりわけ金属または金属合金内に支持部を有する。有利には、任意の支持部の厚さは非常に小さく、１０μｍ以下、または５μｍ以下、または３μｍ以下である。更に、当該厚さは好ましくは０．５μｍ以上である。そのためこの厚さは、部品の素材のスライスの厚さ、ウエハの厚さ、及び製造されるクロックまたは小型時計部品の厚さと比べて無視可能と見做される。

１１ ウエハ
１２ スライス
１５ 樹脂層
１６ 除去区域
１９ クロックまたは小型時計部品
２１ ウエハ
２２ スライス
２４ 下側層
２５ 樹脂層
２６ 除去区域
２９ クロックまたは小型時計部品

Claims (14)

1. 部品の素材を含む、単一スライス（２２）を含むウエハ（２１）を提供する（Ｅ２１）ステップと、
   最初に当該スライス（２２）の下側面を金属の下側層（２４）のみでコーティングするステップと、
   少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品を形成するために、前記ウエハ（２１）の前記スライス（２２）を、上側面から開始してエッチングする（Ｅ２２からＥ２４）ステップと、
   エッチング用マスクの役割を果たす層を除去することにより、少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品（２９）を露出する（Ｅ２５）ステップと、
   前記下側層（２４）を除去することにより、前記スライスと前記少なくとも１つのエッチングされたクロックまたは小型時計部品とを解放する（Ｅ２６）ステップ
   を含む、クロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
2. 前記コーティングステップは、前記スライス（２２）の前記下側面を前記スライス（２２）に堆積された、または前記スライスに取付けられた、金属の下側層（２４）でコーティングすることを含む、
   請求項１に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
3. 前記コーティングステップは、前記スライス（２２）の前記下側面を、１０μｍ以下の、または５μｍ以下の、または３μｍ以下の、及びまたは０．５μｍ以上の厚さの下側層（２４）でコーティングすることを含む、
   請求項１または２に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
4. 前記ウエハ（２２）から前記部品の前記素材の前記下側層（２４）を除去することからなる解放ステップ（Ｅ２６）を含む、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
5. 前記解放ステップ（Ｅ２６）は、前記下側層（２４）を溶解することからなる、
   請求項４に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
6. ウエハ（２１）を提供することからなる前記ステップは、製造されるべき前記クロックまたは小型時計部品（２９）の最大厚さにおおよそ等しい厚さのウエハ（２１）を提供することからなるステップを含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
7. 前記スライス（２２）の前記部品の前記素材を前記ウエハ（２１）に存在する前記部品の前記素材の全体の全厚さにわたり、及びまたは前記ウエハ（２１）の前記スライス（２２）の全厚さにわたり、エッチングする（Ｅ２２からＥ２４）ステップを含む、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
8. ウエハ（２１）を提供する（Ｅ２１）ことからなる前記ステップは、前記部品の前記素材内で前記スライス（２２）単独からなるウエハ（２１）を提供することからなる、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
9. 前記スライス（２２）は、１００μ以上の、または１２０μ以上の厚みを含む、
   請求項８に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
10. 前記ウエハ（２１）の前記スライス（２２）は、３００μ以下の、または５００μ以下の厚さを有する、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
11. 前記少なくとも１つのクロックまたは小型時計部品の酸化の熱処理及びまたは洗浄／脱脂の後続ステップを含む、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
12. レバーまたはぜんまい、ひげぜんまい、歯車板、アンクルまたはてん輪といったクロックまたは小型時計ムーブメント用の構成要素を製造すること、または針といったカバー部品用の構成要素を製造することを含む、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
13. 前記部品の前記素材は、シリコン、ダイヤモンド、水晶またはセラミックを含む、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。
14. 前記ウエハ（２１）の前記スライス（２２）をエッチングするステップは、少なくとも１つのエッチングされたクロックまたは小型時計部品を、それがエッチングされる前記スライス（２２）上への一時的な保持を可能とする留め具の製造を含む、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載のクロックまたは小型時計部品（２９）の製造方法。