KR20100132463A - 복합 마이크로기계 부품 및 이의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 마이크로기계 부품(41, 41') 제작방법(1)에 관한 것으로서, 상기 제작방법은:
a)수평 상부층(21)과 수평 바닥층(23)을 포함하는 기판(9, 9')을 제공하는 단계(10)를 포함하고, 상부층(21)과 바닥층(23)은 전기 전도성 마이크로기계가공 재료로 제조되며 전기 절연 수평 중간층(22)에 의해 서로 고정되고;
b)기판(9, 9') 내에 하나 이상의 공동(25)을 형성하여 마이크로기계가공 재료로 제조된 복합 부품의 하나 이상의 부분(21, 23)을 형성하기 위하여, 중간층(22)을 통해 상부층(21) 내에 하나 이상의 패턴(26)을 에칭하는 단계를 포함하며;
c)전기 절연 코팅(30)으로 기판의 상측 부분을 코팅하는 단계(16)를 포함하고;
d)상부층(21) 내에 형성된 각각의 수직벽(51, 52)에서만 층이 존재하는 것을 제한하기 위하여 코팅과 중간층에 방향 에칭하는 단계(18)를 포함하며;
e)복합 부품의 하나 이상의 금속 부분(33, 43, 43')을 형성하기 위해 기판(9, 9')의 전도성 바닥층(23)에 전극을 연결함으로써 전기증착을 수행하는 단계(5)를 포함하고;
f)기판(9, 9')으로부터 복합 부품(41, 41')을 구속해제하는 단계를 포함한다.
본 발명은 마이크로기계 부품, 특히 시계 무브먼트용 마이크로기계 부품 분야에 관한 것이다.

Description

복합 마이크로기계 부품 및 이의 제작방법{COMPOSITE MICROMECHANICAL COMPONENT AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 복합 마이크로기계 부품과 이의 제작방법에 관한 것으로서, 상기 복합 마이크로기계 부품의 하나 이상의 표면은 낮은 마찰계수를 가진다.

EP 특허번호 2 060 534호는, 감광성 수지를 사용하는 포토리소그라피, 실리콘 에칭 및 갈바니 성장(galvanic growth)으로부터 수득된, 실리콘-금속 복합 마이크로기계 부품 제작방법을 기술한다. 하지만, 이 방법은 어떤 레벨(level) 위로 금속 부분들을 배치하기가 복잡하며 실리콘의 마찰적 성질을 향상시키기 위해 최종적으로 코팅 단계들이 제공되어야 한다.

게다가, 이러한 유형의 제작방법은 예를 들어 12% 인을 포함하는 니켈-인과 같은 재료가 박리되려 할 때 높은 세장비(slenderness ratio)를 가진 마이크로기계 부품들에는 적합하지 않다. 이러한 유형의 갈바니 증착 부품은 증착된 니켈-인 내의 내부 응력으로 인해 박리된다.

본 발명의 목적은, 여러 부분들이 종래의 마이크로기계가공 재료보다 마찰적으로 더 우수한 재료로 코팅된 복합 마이크로기계 부품과 상대적으로 더 적은 단계들을 포함하는 마이크로기계 부품 제작방법을 제안함으로써, 위에서 언급한 결점들 중 일부 또는 모든 결점들을 해결하는 것이다.

따라서 본 발명은 복합 마이크로기계 부품 제작방법에 관한 것으로서, 상기 제작방법은:

a)수평 상부층과 수평 바닥층을 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함하고, 상부층과 바닥층은 전기 전도성 마이크로기계가공 재료(micromachinable material)로 제조되며 전기 절연 수평 중간층에 의해 서로 고정되고;

b)기판 내에 하나 이상의 공동을 형성하여 마이크로기계가공 재료로 제조된 복합 부품의 하나 이상의 부분을 형성하기 위하여, 중간층을 통해 상부층 내에 하나 이상의 패턴을 에칭하는 단계를 포함하며;

c)전기 절연 코팅으로 기판의 상측 부분을 코팅하는 단계를 포함하고;

d)상부층 내에 형성된 각각의 수직벽에서만 층이 존재하도록 제한하기 위하여 코팅과 중간층을 방향 에칭(directionally etching)하는 단계를 포함하며;

e)복합 부품의 하나 이상의 금속 부분을 형성하기 위해 기판의 전도성 바닥층에 전극을 연결함으로써 전기증착(electrodeposition)을 수행하는 단계를 포함하고;

f)기판으로부터 복합 부품을 구속해제하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명의 유리한 특징에 따르면, 마이크로기계가공 재료보다 마찰적으로 더 우수한 층을 증착시키는 단계는 마이크로기계 부품을 제작한 후에 수행되지 않고 제작방법에 전체적으로 통합된다.

본 발명의 그 외의 유리한 특징들에 따르면:

-d)단계 후에, 마이크로기계 부품의 제 2 레벨을 형성하도록 하나 이상의 공동과 소통하는 하나 이상의 리세스를 형성하기 위하여 상부층 위에 한 부분이 조립되고;

-e)단계 전에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법은: g)추후의 복합 부품 내에 홀을 형성하기 위해 하나 이상의 공동 내에 핀을 조립하는 단계를 포함하며;

-b)단계는: h)전도성 상부층 위에 하나 이상의 보호 마스크를 구성하는 단계, i)하나 이상의 보호 마스크에 의해 보호되지 않는 부분들에 걸쳐 상부층의 비등방 에칭(anisotropic etching)을 수행하는 단계, 및 j)하나 이상의 보호 마스크를 제거하는 단계를 포함하고;

-f)단계 전에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법은: b')기판 내에서 하나 이상의 제 2 공동을 형성하기 위해 금속 부분을 통해 바닥층 내에 패턴을 에칭하는 단계, c')제 2 전기 절연 코팅으로 기판의 바닥 부분을 코팅하는 단계, 및 e')부품의 금속 부분들을 형성하는 것을 종료하기 위해 기판의 전도성 바닥층에 전극을 연결함으로써 전기증착을 수행하는 단계를 포함하며;

-c')단계 후에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법은: d')바닥층의 바닥이 나타날 때까지 제 2 코팅을 방향 에칭하는 단계를 포함하고;

-d')단계 후에, 부품에 추가적인 제 2층을 제공하는 하나 이상의 제 2 공동과 소통하는 하나 이상의 리세스를 형성하기 위해 한 부분이 조립되며;

-e')단계 전에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법은: g')추후의 복합 부품 내에 홀을 형성하기 위해 바닥층의 하나 이상의 제 2 공동 내에 핀을 조립하는 단계를 포함하고;

-b')단계는: h')전도성 바닥층 위에 하나 이상의 보호 마스크를 구성하는 단계, i')하나 이상의 보호 마스크에 의해 보호되지 않는 부분들 내에 바닥층의 비등방 에칭을 수행하는 단계, 및 j')보호 마스크를 제거하는 단계를 포함하며;

-몇몇 복합 마이크로기계 부품들은 동일한 기판 위에 제작되고;

-전도성 층들은 도프처리된(doped) 실리콘계 재료를 포함한다.

본 발명은 금속 부분을 수용하는 홀을 포함하는, 수평 실리콘 부분을 포함하는 복합 마이크로기계 부품에 관한 것으로서, 이 실리콘 부분은 도프처리된 실리콘에 의해 형성되며 상기 도프처리된 실리콘의 마찰적 품질(tribological quality)을 향상시키기 위해 이산화 실리콘으로 코팅되고 기계적 힘을 전달하기 위한 하나 이상의 수직 부분을 포함한다. 이 부품은 예를 들어 금속 부분에서 내부로 밀려서 이산화 실리콘으로 코팅된 실리콘 부분을 거쳐 힘들을 전달하기 위해 사용되는 것이 유리하다.

본 발명의 그 외의 다른 유리한 특징들에 따르면:

-금속 부분은 실리콘 부분 위로 특정 금속 레벨을 형성하기 위해 상기 실리콘 부분으로부터 돌출하는 한 부분을 포함하고;

-실리콘 부분은 이산화 실리콘층을 거쳐 제 2 실리콘 부분과 협력하며;

-제 2 실리콘 부분은 도프처리된 실리콘에 의해 형성되며 상기 도프처리된 실리콘의 마찰적 품질을 향상시키기 위해 이산화 실리콘 수직벽들을 포함하고;

-제 2 실리콘 부분은 제 2 금속 부분을 수용하기 위해 하나 이상의 홀을 포함하며;

-제 2 금속 부분은 제 2 실리콘 부분 밑으로 특정 금속 레벨을 형성하기 위해 제 2 실리콘 부분으로부터 돌출하는 한 부분을 포함하고;

-각각의 금속 부분은 상기 부품을 피벗에 대해 밀어내기 위하여 한 홀을 포함한다.

또한, 본 발명은 앞서 언급한 변형예들 중 한 변형예에 따른 복합 마이크로기계 부품을 포함하는 시계에 관한 것으로서, 여기서 하나 이상의 실리콘 부분은 휠 또는 이스케이프먼트 팔레트를 형성한다.

그 외의 특징들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예에 의해 하기 설명에서 명확하게 나타날 것이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제 1 구체예에 따른 마이크로기계 부품 제작방법의 일련의 단계들을 도시한 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 제 1 구체예에 따른 마이크로기계 부품을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 제 2 구체예에 따른 마이크로기계 부품 제작방법의 일련의 단계들을 도시한 다이어그램이다.
도 14는 본 발명에 따른 제 2 구체예에 따른 마이크로기계 부품 제작방법을 도시한 플로차트이다.

도 14에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 복합 마이크로기계 부품(41, 41') 제작방법(1)에 관한 것이다. 이 제작방법(1)은 준비방법(3)과 그 뒤 전기주조(galvanoplasty) 단계(5)와 이렇게 형성된 복합 부품(41, 41')을 구속해제하는 단계(7)를 포함하는 것이 바람직하다.

준비방법(3)은 바람직하게는 실리콘계 재료들과 같이 적어도 부분적으로 마이크로기계가공 재료(micromachinable material)로 제조된 기판(9, 9')을 준비하기 위한 일련의 단계들을 포함한다. 준비방법(3)은 갈바니 증착(galvanic deposition) 단계(5)의 수용과 성장을 용이하게 하기 위함이다.

도 1에 예시된 바와 같이, 준비방법(3)의 제 1 단계(10)는 상부층(21)과 바닥층(23)을 포함하는 기판(9)을 제공하는 단계로 구성되는데, 상부층(21)과 바닥층(23)은 전기 전도성 마이크로기계가공 재료로 제조되며 전기 절연 중간층(22)에 의해 서로 고정된다.

기판(9)은 실리콘 온 인슐레이터(Silicon On Insulator; S.O.I.)인 것이 바람직하다. 따라서, 중간층(22)은 이산화 실리콘으로 제조되는 것이 바람직하다. 게다가, 상부층(21)과 바닥층(23)은 전기 전도성이 될 수 있도록 상기 층들에 대해 충분히 도프처리된(doped) 결정질 실리콘으로 제조된다.

본 발명에 따르면, 준비방법(3)은 도 1에 예시된 바와 같이 전도성 상부층(21) 위에 하나 이상의 보호 마스크(24)를 구성하는 단계로 이루어진 제 2 단계(11)를 포함한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 마스크(24)는 상부층(21)을 덮지 않는 하나 이상의 패턴(26)을 가진다. 이 마스크(24)는 예를 들어 포지티브형 또는 네가티브형 감광성 수지를 사용하는 포토리소그라피(photolithography)에 의해 수득될 수 있다.

제 3 단계(12)에서, 상부층(21)은 중간층(22)이 나타날 때까지 에칭된다(etched). 본 발명에 따르면, 에칭 단계(12)는 DRIE 타입의 비등방 건식 에칭(anisotropic dry etching)을 포함하는 것이 바람직하다. 비등방 에칭은 마스크(24)의 패턴(26)에 따라 상부층(21)에서 수행된다.

제 4 단계(14)에서 마스크(24)가 제거된다. 따라서, 도 2에서 볼 수 있듯이, 제 4 단계(14)의 끝부분에서, 상부층(21)은 하나 이상의 공동(25)과 함께 상부층의 전체 두께에 걸쳐 에칭되며, 이에 따라 최종 복합 부품(41, 41') 중 하나 이상의 실리콘 부분을 형성한다.

제 5 단계(16)에서, 전기 절연 코팅(30)이 증착되어, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(9)의 상부 전체를 코팅한다. 코팅(30)은 중간층(22) 및, 에칭된 상부층(21)의 상부를 산화시킴으로써 수득되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 중간층(22)과 상부층(21)의 상부 위와 상부층(21)의 수직벽(51, 52) 위에 이산화 실리콘 층이 수득된다.

제 6 단계(18)에 따르면, 중간층(22)과 코팅(30) 위에 방향 에칭(directional etching)이 수행된다. 이 단계(18)는, 상부층(21)에 형성된 각각의 수직벽 위에만 즉 하나 이상의 공동(25)과 추후의 복합 부품(41, 41') 외부의 각각의 벽(51, 52) 위에만 절연층이 존재하도록 제한하기 위함이다. 본 발명에 따르면, 방향 에칭 또는 비등방 에칭 동안, 에칭된 수직 부품은 반응 이온 타입의 에칭 리액터(etch reactor) 내에서 예를 들어 챔버압력을 변조시킴으로써(매우 낮은 압력 작업) 수평 부품에 비해 유리하게 된다. 상기 에칭은 예를 들어 "이온 밀링(ion milling)" 또는 "스퍼터 에칭(sputter etching)"일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단계(18)가 수행될 때, 공동(25)의 바닥은 전기 전도성 바닥층(23)에 의해 형성되며 기판(9)의 상부는 전도성인 상부층(21)에 의해 형성되는 것은 자명하다.

전기주조 단계(5)에서 점착성을 향상시키기 위해, 각각의 공동(25)의 바닥 위에 및/또는 상부층(21)의 상부 위에 점착층(adhesion layer)이 제공될 수 있다. 이 점착층은 합금 CrAu과 같은 금속으로 구성될 수 있다.

제 6 단계(18)에서, 전기주조 단계(5)에서 복합 마이크로기계 부품(41, 41')에 대해 일직선으로 이격된 아버 홀(42, 42')을 형성하기 위해 핀(29)이 조립되는 것이 바람직하다. 이는, 전기주조가 완료되고 나면 부품(41, 41')들이 기계가공될 필요가 없다는 의미일 뿐만 아니라, 균일하거나 또는 균일하지 않건 간에 홀(42, 42')의 상부 전체에 걸쳐 임의의 형태의 내부 단면이 형성될 수 있다는 의미를 갖는 이점을 가진다. 핀(29)은 예를 들어 감광성 수지를 사용하는 포토리소그라피에 의해 수득되는 것이 바람직하다.

이 단계(18) 후에, 준비방법(3)이 종료되고 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1)은 전기주조 단계(5)와 상기 마이크로기계 부품 구속해제 단계(7)로 계속된다.

공동(25) 내에 전기분해 증착부(electrolytic deposition, 33)를 성장시키기 위해 증착 전극(deposition electrode)을 바닥층(23)에 연결함으로써 전기주조 단계(5)가 수행된다.

제작방법(1)은 단계(7)로 종료되는데, 이 단계(7)에서 부품은 상부층(21)에 의해 형성되고 공동(25) 내에 증착된 금속 부분은 기판(9)의 나머지 부분으로부터 즉 바닥층(23)과 핀(29)으로부터 구속해제된다. 이 구체예에 따르면, 수득된 마이크로기계 부품은 아버 홀을 포함할 수 있는 부품의 전체 두께에 걸쳐 동일한 형태의 단일 레벨을 가진다.

이 마이크로기계 부품은 예를 들어 이스케이프 휠(escape wheel), 이스케이프먼트 팔레트(escapement pallet) 또는 심지어 마이크로기계 부품이 내부로 밀릴 수 있게 하는 아버 홀에서 금속 부분을 포함하는 피니언일 수 있다. 게다가, 실리콘 부분의 외부벽은 실리콘 부분(21)보다 더 유리한 특징들을 가진 이산화 실리콘층을 가져서, 마이크로미터 수준의 기하학적 정밀도를 제공한다.

도 14에서 이중선에 의해 예시된, 상기 구체예에 대한 한 대안예에 따르면, 단계(18) 후에, 준비방법(3)은, 도 5에 예시된 바와 같이, 금속 부분(43, 43')의 적어도 제 2 레벨(45, 45')을 형성하기 위해 추가 단계(20)를 포함한다. 따라서, 제 2 레벨(45, 45')은 한 부분(27)을 장착시킴으로써 형성되는데, 상부층(21) 위의 전기 절연벽(32)은 단계(12) 동안 에칭되지 않았다.

추가된 부분(27)은 예를 들어 감광성 수지를 사용하는 포토리소그라피법에 의해 패턴(26)에 따라서 제거된 부분들보다 더 큰 단면을 가진 하나 이상의 리세스(28)를 형성한다. 하지만, 이 부분(27)은 사전-에칭되고(pre-etched) 그 뒤 전도층(21)에 고정된 실리콘계 재료를 포함할 수 있다.

위의 구체예에 대한 대안예에 따르면, 단계(20) 후에 준비방법(3)이 종료되고 복합 마이크로기계 부품(41) 제작방법(1)은 전기주조 단계(5)와 기판(9)으로부터 상기 부품을 구속해제하는 단계(7)로 계속된다.

전기주조 단계(5)는 우선 공동(25) 내에 전기분해 증착부를 성장시키고, 도 5에 예시된 바와 같이 그 뒤 오직 리세스(28) 내에 전기분해 증착부를 성장시키기 위해 바닥층(23)에 증착 전극을 연결시킴으로써 수행된다.

사실, 본 발명에 따른 유리한 구체예에 의하면, 전기분해 증착부가 공동(25)의 상측 부분과 수평으로 배열될 때, 전기분해 증착부는 상부층(21)에 (또는, 가능하다면, 상부층의 점착층에) 전기적으로 연결되어, 이에 따라 전체 리세스(28) 내에서 증착부가 수평으로 균질하게 성장하게 할 수 있다. 따라서 본 발명은 상부층(21)과 동일한 두께 위에 제 1 금속 부분(43) 및 돌출된 제 2 금속 부분(45)을 가진 복합 부품(41)을 제공한다.

제 2 금속 부분(45)은 높은 세장비를 가질 수 있는 것이 유리한데, 이는 즉 공동(25)의 단면이 리세스(28)의 단면보다 훨씬 더 작을 수 있다는 의미이다. 사실상, 제작방법(1)으로 인해, 상기 제 2 금속 부분(45)은 심지어 예를 들어 12% 인을 함유하는 니켈-인과 같은 증착된 재료로 어떠한 박리(peeling off) 문제도 일으키지 않고 제작된다. 이 유리한 효과는, 부분적으로는, 전도층(21, 23) (및 이들의 점착층도 가능함)으로서 실리콘을 사용하기 때문이며, 이에 따라 경계면에서 박리 현상을 감소시킨다.

위의 구체예에 대한 대안예에 따르면, 제작방법(1)은 단계(7)로 종료되는데, 형성된 부품(41)은 구속해제되고 즉 부분(27)과 핀(29)이 제거되며 부품(41)은 기판(9)의 층(22, 23)으로부터 제거된다.

도 6과 도 7에 예시된 바와 같이, 수득된 복합 마이크로기계 부품(41)은 두 개의 레벨을 가지는 것이 자명한데, 이들 각각은 완전히 독립적인 두께 위에 서로 다른 형태를 가지며 단일의 아버 홀(42)을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 레벨은 상부층(21)을 포함하며, 이 제 1 레벨의 수직벽(51, 52)들은 이산화 실리콘으로 코팅되고 제 1 레벨의 내부 공동(25)은 갈바니 증착의 제 1 부분(43)을 수용한다. 제 2 레벨은 제 1 부분(43)의 연장부로서 연장되고 상부층(21)으로부터 돌출하는 제 2 금속 부분(45)에 의해서만 형성된다. 도 6과 도 7에 예시된 예에서, 제 2 부분(45)은 상부층(21)과 부분적으로 중첩되는 것을 유의해야 한다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로기계 부품(41)은 단계(20)를 포함하지 않는 구체예에 의해 수득된 것과 동일한 제 1 레벨을 가지며, 따라서 마이크로미터 수준의 기하학적 정밀도를 가질 뿐만 아니라 이상적인 기준(ideal referencing) 즉 두 레벨 사이에서 완벽한 위치배열을 가진다. 마이크로기계 부품(41)은 예를 들어 이스케이프 휠과 같은 피니언(4)과 톱니형 휠(2)을 포함하는 휠 세트를 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 수득된 마이크로기계 부품은 휠 세트에만 제한되지 않는다. 한 변형예에서, 다트(dart, 4)를 포함하며 이산화 실리콘으로 코팅된 단일의 블록 팔레트 스톤(block pallet stone)을 가진 팔레트(2)를 수득하는 것을 고려하는 것도 물론 가능하다.

제작방법(1)의 제 2 구체예(도 14에서 이중 점선들로 예시됨)에 따르면, 이미 기술한 구체예를 부분적으로 연이어 설명한다. 도 8 내지 도 13에 예시된 바와 같이, 마이크로기계 부품에 하나 이상의 또는 두 개 이상의 다른 추가 레벨을 추가하기 위하여, 바닥층(23)에도 상기 방법(3)을 적용하는 것이 가능하다. 도면에서는, 단일의 예가 위에서 상세하게 설명되었으나, 대안예를 포함하거나 혹은 대안예 없이 바닥층(23)도 위에서 설명한 구체예에 따라 변형될 수 있음은 자명하다.

제 2 구체예의 단계들은, 단계(18 또는 20)와 같이, 위에서 기술된 제작방법(1)과 동일하거나 또는 이와 유사하다. 도 8 내지 도 13에 예시된 예에서, 제작방법(1)과 같이, 도 5에 예시된 대안의 단계(20)를 포함하는 구체예를 예로 들 것이다.

제 2 구체예에 따르면, 하나 이상의 제 2 공동(35)을 형성하기 위해 바닥층(23)이 에칭되는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 도 5 내지 도 8에서 두 번째 전기주조를 위해 시작층(start layer)을 제공하도록 제 1 공동(25)의 한 부분 내에 증착부(33)가 수행된다. 이 증착부(33)는 시작 단계(5)에 의해 사전결정된 두께까지 수행되는 것이 바람직하다. 하지만 상기 증착부(33)는 또 다른 방법에 따라서도 수행될 수 있다.

도 8 내지 도 13 및 도 14에서 이중 점선들에 의해 예시된 바와 같이, 제작방법(1)의 제 2 구체예는 바닥층(23)에 대해 위에서 설명된 바와 같이 방법(3)의 제 1 구체예의 단계(11, 12, 14, 16 및 18)에 적용된다.

따라서, 제 2 구체예에 따르면, 방법(3)은 새로운 단계(11)를 포함하는데, 이 새로운 단계(11)는 도 9에 예시된 바와 같이 기판(9')의 전도성 바닥층(23) 위에 하나 이상의 마스크(34)를 구성하는 단계로 이루어져 있다. 또한 도 9에 도시된 바와 같이, 마스크(34)는 바닥층(23)을 덮지 않는 하나 이상의 패턴(36 및 31)을 가진다. 상기 마스크(34)는 예를 들어 감광성 수지를 사용하는 포토리소그라피에 의해 수득될 수 있다.

다음으로, 새로운 단계(12)에서, 층(23)은 전기 전도성 증착부(33)와 중간층(22)이 나타날 때까지 패턴(36 및 31)들에 따라 에칭된다. 그 뒤, 보호 마스크(34)는 새로운 단계(14)에서 제거된다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 이 새로운 단계(14)의 끝부분에서, 바닥층(23)은 하나 이상의 공동(35 및 39)과 함께 전체 두께에 걸쳐 에칭된다.

한 새로운 단계(16)에서, 전기 절연 코팅(38)이 증착되어, 도 11에 예시된 바와 같이, 기판(9')의 바닥 전체를 덮게 된다. 코팅(38)은, 예를 들어, 기상 증착(vapor phase deposition)을 사용하여 바닥층(23)의 바닥 위에 이산화 실리콘을 증착시킴으로써 수득되는 것이 바람직하다.

도 8 내지 도 13의 예에서, 하나 이상의 공동(35)의 바닥에 존재하는 산화층을 제거하기 위하여 새로운 단계(18)가 수행되는 것이 바람직하다. 하지만, 제 2 레벨을 원하는 경우, 코팅(38)의 모든 수평 부분들 위에 방향 에칭이 수행된다. 상기 새로운 단계(18)는 바닥층(23) 내에 형성된 각각의 수직벽(53, 54) 즉 하나 이상의 공동(35)과 추후의 부품(41')의 외측의 벽들에서만 절연층이 존재하도록 제한하기 위한 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 새로운 단계(18)에서, 위에서 언급한 이점들과 동일한 이점들을 이용하여 전기주조 단계(5)에서 바로 마이크로기계 부품(41') 내에 아버 홀(42')을 형성하기 위해 핀(37)이 조립될 수 있다.

제작방법(1)의 제 2 구체예에서, 단계(18) 후에, 준비방법(3)이 종료되고 마이크로기계 부품 제작방법(1)은 전기주조 단계(5)와 복합 부품(41') 구속해제 단계(7)로 계속된다. 핀(29 및 37)들이 각각 공동(25 및 35) 내에 형성되면 이 핀들은 나란하게 정렬되는 것이 바람직하다. 게다가, 핀(37)은 감광성 수지를 사용하는 포토리소그라피법에 의해 수득되는 것이 바람직하다.

새로운 단계(18)(또는 20) 후에, 공동(35) 내에 전기분해 증착부를 성장시키고 공동(25) 내에 그리고, 도 12에 예시된 바와 같이, 그 뒤 오직 리세스(28) 내에 증착부를 성장시키는 것을 지속하기 위해 바닥층(23)에 증착 전극을 연결시킴으로써 전기주조 단계(5)가 수행된다. 도 12에 예시된 예의 경우에서, 상기 전극에 연결하기 위해, 전극에 접근하기 위하여 예를 들어 상측 표면(23) 밑에 포함된 이산화 실리콘층(38)의 한 부분을 에칭하는 것도 가능하다. 증착부(33)에 직접 연결시키는 것도 고려해 볼 수 있다.

제 2 구체예에 따른 제작방법(1)은 부품(41')이 구속해제되는 즉 부분(27)과 핀(29, 37)들이 제거되고 부품(41')이 기판(9')으로부터 철회되는 단계(7)로 종료된다.

이 제 2 구체예에 따르면, 도 13에 예시된 바와 같이, 수득된 복합 마이크로기계 부품(41')은 세 개 이상의 레벨을 가지는데, 이들은 각각 완전히 독립적인 두께에 걸쳐 서로 다른 형태를 가지고 단일의 아버 홀(42')을 포함할 수 있다. 제 1 레벨은 상부층(21)을 포함하며, 내부벽(51, 52)들은 이산화 실리콘으로 코팅되고 내부 공동(25)은 갈바니 증착의 제 1 부분(43')을 수용한다. 제 2 레벨은 상부층(21)으로부터의 돌출 부분으로서 그리고 제 1 부분(43')의 연장부로서 연장되는 제 2 금속 부분(45')에 의해서만 형성된다. 제 3 층은 바닥층(23)에 의해 형성되는데, 수직벽(53, 54)들은 이산화 실리콘으로 코팅되고 내부 공동(35)은 갈바니 증착의 제 3 부분(47')을 수용한다.

마이크로기계 부품(41')은 단계(20)를 포함하는 제 1 구체예에 의해 수득된 것과 같은 동일한 두 개의 제 1 레벨을 가질 수 있다. 이 마이크로기계 부품(41')은 예를 들어 피니언(45')을 포함하는 동축 구성의 이스케이프 휠(21-52, 23-54) 또는 마이크로미터 수준의 기하학적 정밀도를 가질 뿐만 아니라 이상적인 기준 즉 상기 레벨들 사이에서 완벽한 위치배열을 가지는 톱니(21-52, 23-54, 45')들의 세 개의 층들을 가진 휠 세트일 수 있다.

물론 본 발명은 예시된 예에만 제한되지 않고 다양한 변형예들과 개조예들을 가질 수 있는데, 이들은 해당 업계의 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서 몇몇 복합 마이크로기계 부품(41, 41')들은 마이크로기계 부품(41, 41')들의 대량생산을 구현하기 위해 동일한 기판(9, 9') 위에서 제작될 수 있는데, 이 마이크로기계 부품들은 서로 반드시 동일할 필요는 없다. 이와 유사하게, 실리콘계 재료들을 결정질 알루미나 또는 결정질 실리카 또는 실리콘 카바이드 용도로 변경시키는 것도 고려해 볼 수 있다. 또한 성질상 서로 다른 절연 증착부(30 및/또는 38) 및/또는 이들을 각각 위에서 설명한 것과 상이한 방법들에 의해 증착시키는 것도 고려해 볼 수 있다.

Claims (21)

1. 복합 마이크로기계 부품(41, 41') 제작방법(1)에 있어서, 상기 제작방법은:
   a)수평 상부층(21)과 수평 바닥층(23)을 포함하는 기판(9, 9')을 제공하는 단계(10)를 포함하고, 상부층(21)과 바닥층(23)은 전기 전도성 마이크로기계가공 재료(micromachinable material)로 제조되며 전기 절연 수평 중간층(22)에 의해 서로 고정되고;
   b)기판(9, 9') 내에 하나 이상의 공동(25)을 형성하여 마이크로기계가공 재료로 제조된 복합 부품의 하나 이상의 부분(21, 23)을 형성하기 위하여, 중간층(22)을 통해 상부층(21) 내에 하나 이상의 패턴(26)을 에칭하는 단계를 포함하며;
   c)전기 절연 코팅(30)으로 기판의 상측 부분을 코팅하는 단계(16)를 포함하고;
   d)상부층(21) 내에 형성된 각각의 수직벽(51, 52)에서만 층이 존재하도록 제한하기 위하여 코팅과 중간층을 방향 에칭(directionally etching)하는 단계(18)를 포함하며;
   e)복합 부품의 하나 이상의 금속 부분(33, 43, 43')을 형성하기 위해 기판(9, 9')의 전도성 바닥층(23)에 전극을 연결함으로써 전기증착(electrodeposition)을 수행하는 단계(5)를 포함하고;
   f)기판(9, 9')으로부터 복합 부품(41, 41')을 구속해제하는 단계를 포함하는 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1).
2. 제 1항에 있어서,
   d)단계 후에, 마이크로기계 부품의 제 2 레벨(45, 45')을 형성하도록 하나 이상의 공동(cavity)과 소통하는 하나 이상의 리세스(28)를 형성하기 위하여 상부층(21) 위에 한 부분(27)이 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1).
3. 제 1항에 있어서,
   e)단계 전에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1)은:
   g)추후의 복합 부품(41, 41') 내에 홀(42, 42')을 형성하기 위해 하나 이상의 공동 내에 핀(29)을 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
4. 제 1항에 있어서,
   b)단계는:
   h)전도성 상부층(21) 위에 하나 이상의 보호 마스크(24)를 구성하는 단계(11);
   i)하나 이상의 보호 마스크에 의해 덮히지 않는 부분(26)들 내에 상부층의 비등방 에칭(anisotropic etching)을 수행하는 단계(12);
   j)하나 이상의 보호 마스크(24)를 제거하는 단계(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
5. 제 1항에 있어서,
   f)단계 전에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1)은:
   b')기판 내에서 하나 이상의 제 2 공동(35)을 형성하기 위해 금속 부분(33, 43, 43')을 통해 바닥층(23) 내에 패턴(36, 31)을 에칭하는 단계;
   c')제 2 전기 절연 코팅(38)으로 기판의 바닥 부분(23)을 코팅하는 단계;
   e')부품의 금속 부분(33, 43', 45' 47')들을 형성하는 것을 종료하기 위해 기판(9')의 전도성 바닥층(23)에 전극을 연결함으로써 전기증착을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
6. 제 5항에 있어서,
   c')단계 후에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1)은:
   d')바닥층(23)의 바닥이 나타날 때까지 제 2 코팅을 방향 에칭하는 단계(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
7. 제 6항에 있어서,
   d')단계 후에, 부품에 추가적인 제 2 레벨을 제공하는 하나 이상의 제 2 공동과 소통하는 하나 이상의 리세스를 형성하기 위해 한 부분이 조립되는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
8. 제 5항에 있어서,
   e')단계 전에, 복합 마이크로기계 부품 제작방법(1)은:
   g')추후의 복합 부품(41') 내에 홀(42')을 형성하기 위해 바닥층(23) 내의 하나 이상의 제 2 공동(35) 내에 핀(37)을 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
9. 제 5항에 있어서,
   b')단계는:
   h')전도성 바닥층(23) 위에 하나 이상의 보호 마스크(24)를 구성하는 단계;
   i')하나 이상의 보호 마스크에 의해 덮히지 않는 부분(36, 31)들 내에 바닥층의 비등방 에칭을 수행하는 단계;
   j')보호 마스크(34)를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
10. 제 1항에 있어서,
    몇몇 복합 마이크로기계 부품(41, 41')들은 동일한 기판(9, 9') 위에 제작되는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    전도성 층(21, 23)들은 도프처리된(doped) 실리콘계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 제작방법(1).
12. 금속 부분(43, 43')을 수용하는 홀(25)을 포함하는, 수평 실리콘 부분(21)을 포함하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41')에 있어서,
    실리콘 부분(21)은 도프처리된 실리콘에 의해 형성되며 하나 이상의 수직 부분(51, 52)을 포함하는데, 이 수직 부분(51, 52)은 기계적 힘을 전달하기 위한 것이며 도프처리된 실리콘의 마찰적 품질(tribological quality)을 향상시키기 위해 이산화 실리콘으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
13. 제 12항에 있어서,
    금속 부분(43, 43')은 실리콘 부분(21) 위로 특정 금속 레벨을 형성하기 위해 실리콘 부분으로부터 돌출하는 한 부분(45, 45')을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
14. 제 12항에 있어서,
    실리콘 부분은 이산화 실리콘층(22)을 거쳐 수평 제 2 실리콘 부분(23)과 협력하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
15. 제 14항에 있어서,
    제 2 실리콘 부분(23)은 도프처리된 실리콘에 의해 형성되며 상기 도프처리된 실리콘의 마찰적 품질을 향상시키기 위해 이산화 실리콘 수직 부분(53, 54)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
16. 제 14항에 있어서,
    제 2 실리콘 부분(23)은 제 2 금속 부분(47')을 수용하는 하나 이상의 홀(35)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
17. 제 16항에 있어서,
    제 2 금속 부분은 제 2 실리콘 부분(23) 밑으로 특정 금속 레벨을 형성하기 위해 제 2 실리콘 부분으로부터 돌출하는 한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
18. 제 12항에 있어서,
    각각의 금속 부분(43, 43', 45, 45', 47')은 상기 부품을 피벗에 대해 밀어내기 위하여 한 홀(42, 42')을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 마이크로기계 부품(41, 41').
19. 제 12항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 복합 마이크로기계 부품을 포함하는 시계.
20. 제 19항에 있어서,
    마이크로기계 부품의 하나 이상의 실리콘 부분은 이스케이프 휠(escape wheel)을 형성하는 것을 특징으로 하는 시계.
21. 제 19항에 있어서,
    마이크로기계 부품의 하나 이상의 실리콘 부분은 이스케이프먼트 팔레트(escapement pallet)를 형성하는 것을 특징으로 하는 시계.

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