用于制造硅钟表部件的方法技术

根据本发明专利技术的方法包括以下步骤：a)提供衬底(1)，该衬底(1)包括第一硅层(2)、第二硅层(3)以及在第一硅层(2)和第二硅层(3)之间的中间氧化硅层(4)；b)蚀刻第一硅层(2)以在其中形成钟表部件；c)从衬底(1)释放至少由经蚀刻的第一硅层(2)的全部或部分形成的、并包括钟表部件的晶圆；d)对钟表部件进行热氧化然后脱氧；e)在钟表部件上通过热氧化或沉积形成氧化硅层；f)从晶圆(8)中分离钟表部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造硅钟表部件的方法
本专利技术涉及一种用于制造由硅制成的诸如游丝、擒纵叉、轮、指针、摇杆、杠杆、弹簧或摆轮的钟表部件的方法。
技术介绍
尤其在文献EP0732635、EP1422436、EP2215531和EP3181938中已经描述制造硅钟表部件的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于制造高质量硅钟表部件的方法。为此，提供根据权利要求1或2所述的方法及其从属权利要求。本专利技术进一步提出一种支撑构件，该支撑构件有助于实现该方法，并且更普遍地有助于实现晶圆的热处理。该支撑构件由权利要求18及其从属权利要求来限定。附图说明阅读以下参照附图的详细描述，本专利技术的其他特征和优点将显现，其中：图1至图11示意性地示出根据本专利技术的特定实施例的方法的连续步骤；图12和图13分别是根据本专利技术的特定实施例的方法中用于在硅晶圆的热氧化处理期间支撑硅晶圆的支撑构件的透视图和侧视图；图14和图15示意性地示出根据本专利技术的特定实施例的方法的步骤，其中从复合衬底中释放经蚀刻的硅晶圆；图16示出可以实施根据本专利技术的另一实施例的方法的复合衬底。具体实施方式根据本专利技术的特定实施例，制造尤其是用于腕表的硅钟表部件的方法包括图1至图11所示的连续步骤。在第一步骤(图1)，提供绝缘体上硅(SOI)型衬底1。衬底1包括上部硅层2、下部硅层3以及在上部硅层2和下部硅层3之间的中间氧化硅层4。硅是单晶质、多晶质或非晶质的。它可以掺杂也可以不掺杂。根据待生产的部件的厚度来选择上部硅层2的厚度。下部硅层3用于赋予衬底1足够的刚度，以有助于将在下文中描述的对衬底1的处理和操作的实施。在第二步骤中(图2)，在上部硅层2上沉积光刻胶层5，并且该层5通过光刻形成。更准确地说，光刻胶层5通过通常由玻璃或石英制成的掩模6而暴露于紫外线下，掩模6支承待转移的结构7，结构7通常由铬制成。然后显影并固化光刻胶层5(图3)。在这些操作结束时，光刻胶层5具有与结构7相同的形状，并且转而构成掩模，该形状对应于待制造的一批钟表部件的形状。在随后的步骤(图4)中，通过深反应离子蚀刻(DRIE)经由光刻胶掩模5来蚀刻上部硅层2，以在该层2中形成钟表部件。蚀刻被中间氧化硅层4阻止，从而允许为钟表部件限定精确的厚度。可以根据部件来调整刻蚀参数，以获得例如粗糙度或侧面角(flankangle)方面的特定特性。形成在上部硅层2中的钟表部件优选地是相同的，但是可以可替代地分成几个组，每个组对应于一种部件类型。例如，钟表部件包括以下类型的部件中的至少一种：游丝、擒纵叉、轮，尤其是擒纵轮、指针、摇杆、杠杆、弹簧、摆轮或这些部件的一部分。根据本专利技术的方法特别适用于调节装置部件(regulatingorgancomponent)，并且更普遍地适用于要求低质量和/或低惯性的钟表运动部件。然后，通过化学蚀刻或等离子蚀刻去除光刻胶掩模5(图5)。在随后的步骤(图6)中，由至少全部或部分的蚀刻的上部硅层2形成的晶圆8以稍后将描述的方式从衬底1释放。该晶圆8包括基本结构和通过蚀刻期间留下的材料桥来附接到基本结构的钟表部件。然后将晶圆8放入氧化炉中以经受通常在600℃和1300℃之间的热处理，氧化钟表部件的整个外表面(图7)。随后覆盖晶圆8且特别是钟表部件的氧化硅(SiO2)层9是通过消耗来自晶圆8的硅而形成的，这使得硅和氧化硅之间的界面后退并削弱硅的表面缺陷。随后，通过湿法蚀刻、蒸汽蚀刻或干法蚀刻来去除氧化硅(图8)，获得具有良好表面光洁度的钟表部件。特别地，由于DRIE蚀刻而产生的侧面粗糙度和表面晶体缺陷大大降低。在本方法的这个阶段，可以测量钟表部件或钟表部件中的一部分的物理特性，特别是它们的尺寸。由于之前的氧化-脱氧步骤，这些物理特性被良好地限定，并且因此这些物理特性的测量因不受表面缺陷的干扰而可以是精确。对于游丝，可以确定它们的刚度。对于给定的游丝，当该游丝仍然附接到晶圆8上或从晶圆8上分离时，通过将游丝与预定惯性的摆轮连接，测量摆轮-游丝组件的频率并通过计算从该测量中推导出游丝的刚度，可以确定刚度。更具体地，可以实施专利申请EP3181938中描述的方法，即确定游丝的刚度、计算待从游丝中去除的材料厚度以获得所期望的刚度、然后去除该材料厚度以获得所期望的刚度的游丝。为了去除该材料厚度，晶圆8及其钟表部件可以按照与上述参照图7和图8相同的方式进行热氧化(图9)然后脱氧(图10)。如有必要，可重复确定刚度、计算待去除的厚度以及通过氧化-脱氧来去除该厚度的操作，以提高游丝的尺寸精度。在本方法的另一步骤中(图11)，例如通过热氧化或通过化学或物理气相沉积(CVD、PVD)在晶圆8及其钟表部件上形成氧化硅(SiO2)层10。涂覆钟表部件的该氧化硅层10增加了钟表部件的机械强度。对于游丝来说，如专利EP1422436和EP2215531所描述的，氧化硅层10具有使其能够补偿硅芯的弹性模量随温度的变化、以及游丝拟配备至的摆轮的惯性矩随温度的变化的厚度，使得摆轮-游丝振荡器的频率对温度不敏感。最后一步，将钟表部件与晶圆8的底部结构分离。在氧化步骤期间(图7和图9，以及图11(如果适用))，如图12和图13所示，晶圆8优选地由支撑板11水平支撑，该支撑板可手动或由机器人操作。该支撑板11由与氧化处理兼容的材料制成，例如石英、硅或碳化硅。为了允许晶圆8的均匀氧化，晶圆8相对于支撑板11被垫片12垫起，垫片12在不包含任何部件(尤其是在部件之间)的区域支撑晶圆8。通过与晶圆8的外围边缘配合的保持元件13来防止晶圆8水平移动。垫片12和保持元件13通常为圆柱形。它们相对于支撑板11固定，例如通过卡口式连接附接至支撑板11。垫片12和保持元件13例如由石英或碳化硅制成，并且可以由相同的材料或不同的材料制成。在优选实施例中，支撑板11由硅制成，垫片和保持元件12、13由石英制成。当图11中的步骤包括CVD或PVD沉积操作时，在该步骤期间也可使用这种支撑板11及其垫片12和保持元件13。优选地，在图9的氧化处理期间，晶圆8以相对于图7的氧化处理反向的位置放置在支撑板11上。同样地，在图11的氧化或沉积处理期间，晶圆8以相对于图9的氧化处理反向的位置放置在支撑板11上。这防止或至少限制钟表部件在重力和热作用下的永久变形。通过以化学蚀刻或等离子蚀刻去除整个下部硅层3及整个中间氧化硅层4，可以实施从衬底1(图6)释放晶圆8的步骤。可替代地，下部硅层3和中间氧化硅层4只能在部件或部件组的背面去除，由此晶圆8保留这些层3、4中的一部分。然而，这些操作既耗时又昂贵。在本专利技术中，优选地，晶圆8由上部硅层2的一部分形成，并且以下文描述且图14和图15所示的方式执行从衬底1上释放晶圆8。如图5所示的经蚀刻的衬底1被固定在封闭腔室15中的加热元件14上(图14)，其中上部硅层2朝下，而因此朝上的下部硅层3抵靠加热元件14。将衬底1固定在加热元件14上的方法可以是静电(通过施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造钟表部件的方法，包括以下步骤：/na)提供衬底(1)，所述衬底(1)包括第一硅层(2)、第二硅层(3)以及在所述第一硅层(2)和所述第二硅层(3)之间的中间氧化硅层(4)，/nb)蚀刻所述第一硅层(2)以在其中形成所述钟表部件，/nc)从所述衬底(1)释放至少由经蚀刻的所述第一硅层(2)的全部或部分形成的、并包括所述钟表部件的晶圆(8)，/nd)对所述钟表部件进行热氧化然后脱氧，/ne)在所述钟表部件上通过热氧化或沉积来形成氧化硅层(10)，以及/nf)从所述晶圆(8)上分离所述钟表部件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180320 EP 18162729.01.一种制造钟表部件的方法，包括以下步骤：
a)提供衬底(1)，所述衬底(1)包括第一硅层(2)、第二硅层(3)以及在所述第一硅层(2)和所述第二硅层(3)之间的中间氧化硅层(4)，
b)蚀刻所述第一硅层(2)以在其中形成所述钟表部件，
c)从所述衬底(1)释放至少由经蚀刻的所述第一硅层(2)的全部或部分形成的、并包括所述钟表部件的晶圆(8)，
d)对所述钟表部件进行热氧化然后脱氧，
e)在所述钟表部件上通过热氧化或沉积来形成氧化硅层(10)，以及
f)从所述晶圆(8)上分离所述钟表部件。


2.一种制造钟表部件的方法，包括以下步骤：
a)提供包括与氧化硅层交错排列的硅层的衬底(20)，
b)蚀刻所述衬底的一组层以在其中形成所述钟表部件，
c)从所述衬底上释放至少由一组层的全部或部分形成的、并包括所述钟表部件的晶圆，
d)对所述钟表部件进行热氧化然后脱氧，
e)在所述钟表部件上通过热氧化或沉积来形成氧化硅层，以及
f)从所述晶圆上分离所述钟表部件。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤b)中的蚀刻包括深反应离子蚀刻。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在步骤d)和步骤e)之间包括附加步骤，所述附加步骤包括对所述钟表部件进行热氧化然后脱氧。


5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤d)用于改善所述钟表部件的表面光洁度，并且所述附加步骤用于调整构成所述钟表部件的游丝的刚度。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在所述附加步骤的热氧化操作期间，所述晶圆(8)相对于步骤d)的热氧化操作处于反向位置。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中在步骤e)期间，所述晶圆(8)相对于所述附加步骤的热氧化操作处于反向位置。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在所述高温氧化操作期间，所述晶圆(8)由支撑构件(11、12、13)支撑，所述支撑构件包括支撑板(11)、以及由所述支撑板(11)承载的垫片(12)和保持元件(13)，所述垫片(12)保持所述晶圆(8)和所述支撑板(11)之间的间隙，所述保持元件(13)防止晶圆(8)水平移动。


9.根据权利要求8所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔万·让纳雷，
申请(专利权)人：百达翡丽日内瓦公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH