JP2017172991A - 精密部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコン単体あるいはシリコンと金属等の材料とが組み合わされた精密部品の製造方法において、被処理物基材としてのシリコンウエハを、ドライエッチングにより加工する際、効率良く安価に加工する方法を提供する。【解決手段】シリコンウエハの少なくとも一面に金属膜を形成し、両面にフォトレジスト層を形成した後、金属層が形成されているフォトレジスト層側をドライエッチングプロセスに際し、装置設置面とすることにより、シリコン貫通後、金属層がレジスト層に残り、これを電気めっきの導電層とすることにより、貫通部をめっき金属で充填することができ、部品として取り外すことにより、シリコンと金属からなる精密部品を提供することができる。【選択図】図２
Description
本発明は、脆性材料を用いた精密部品の製造方法に関する。
シリコンウエハをエッチング法により機械部品形状に加工し、ウエハから切り離し、精密機械部品を作製することが広く行われてきている。特に腕時計に用いる精密機械部品では、シリコンのＤ−ＲＩＥ（Ｄｅｅｐ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれる深堀りシリコンエッチングにより作製されるシリコン製部品が考案されている。
たとえば、特許文献１に記載のシリコン製部品では、その精度の良さや熱膨張率の小ささを利用し、腕時計部品の主要部品であるヒゲぜんまいが考案されている。
このようなシリコン部品では、シリコンウエハを原材料とし、部品となる部分をＤ−ＲＩＥにより完全に切り離す工程を経る必要がある。
このようなシリコン部品では、シリコンウエハを原材料とし、部品となる部分をＤ−ＲＩＥにより完全に切り離す工程を経る必要がある。
一般にＤ−ＲＩＥを施すための装置では、真空中で反応ガスを活性化するために放電プラズマとし、所望とする部分をマスキングした被処理物基板に、このプラズマを照射することによりマスキング以外の部分をエッチング・貫通することとなる。
この処理の際、被処理物基板はプラズマに晒され、多量の熱が流入することとなり、温度上昇が起こることとなり、マスキング材料が侵されたり、被処理物基板自身にダメージを与えることになるため、被処理物基板の裏面側を冷却する必要が生じる。
この冷却の方法には、被処理物基板を冷却ホルダーに搭載するが、真空中であることから、冷却ホルダーと被処理物基板との間にできる間隙のため熱接触が不十分となる。
この冷却の方法には、被処理物基板を冷却ホルダーに搭載するが、真空中であることから、冷却ホルダーと被処理物基板との間にできる間隙のため熱接触が不十分となる。
このため、この間隙に熱伝導が高いヘリウムガス等のガスを流すことにより被処理物基板に流入する熱を冷却ホルダーに移動する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
しかしながら、被処理物ウエハをＤ−ＲＩＥにより貫通すると、この冷却用ヘリウムガス等が貫通した部分より放出されるため、冷却効果が著しく低下してしまいエッチング処理のバラツキや欠陥を生じるという問題を有していた。
この問題を解消するために、被処理物基板を別の支持基板にグリース等で張り合わせた上で、このガスによる冷却を行う方法も提案されている。
この問題を解消するために、被処理物基板を別の支持基板にグリース等で張り合わせた上で、このガスによる冷却を行う方法も提案されている。
一方、シリコン等の脆性材料を用いた精密部品を別部品と嵌合してなる精密部品では、嵌合する際、その脆性から生じる亀裂や破壊のため、嵌合部に延性・展性に富む金属材料を介する方法が提案されている（例えば、特許文献３、４を参照）。
さらに、Ｄ−ＲＩＥにより貫通された貫通孔に金属材料を充填し、この金属材料とともに一体化した二元系材料一体構造物とすることも検討されており、この場合、貫通孔を有する基板と、電気めっき行うための導電層を形成した基板とを接合し一体化した後、電気めっき液中で導電層から電流を供給し、貫通孔に電気めっきを析出することにより貫通孔を金属で充填する方法が提案されている（例えば、特許文献５を参照）。
しかしながら、被処理物基板にＤ−ＲＩＥにより貫通孔を形成する際、支持基板にグリース等で張り合わせる場合、被処理物基板の汚染や支持基板からの分離を行う際、グリースの抵抗により破損する恐れがあった。
また、貫通孔を電気めっき法により金属で充填する際、導電層を形成した基板と完全に一体化した後、電気めっきを行い、その後、不要となるこの基板を除去する必要があり、工程の大幅な煩雑化とそれに伴う最終製造物である精密部品の破損という問題があった。
上記のごとく、Ｄ−ＲＩＥにより被処理物基板に貫通孔を形成する際、グリースで支持基板に固定する方法は好ましいことではなく、被処理物基板をＤ−ＲＩＥ装置内に備えられた冷却ホルダーから冷却ガスの放出を最小限に抑える有効な手段がないという問題があった。
また、貫通孔を電気めっき法により金属で充填する方法として導電性を有する基板を接合するという方法も煩雑さと目的物である精密部品を作製するという点では必ずしも有効な方法であるとは言えず、より効率的な製造方法が望まれていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、シリコン等の脆性材料単体に加え、これらの脆性材料と金属材料の組み合わせからなる精密部品を効率良く製造する精密部品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る精密部品の製造方法は、脆性材料からなる基板の上面及び下面のうち一方の面にフォトレジストをコートするレジスト層形成工程と、前記基板の他方の面にパターニングされた金属またはフォトレジスト層と前記基板が露出された開口部とを形成するパターニング工程と、ドライエッチング法により前記開口部に前記基板を貫通する少なくとも１つの貫通孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
本発明に係る精密部品の製造方法は、脆性材料からなる基板の上面及び下面のうち一方の面にフォトレジストをコートするレジスト層形成工程と、前記基板の他方の面にパターニングされた金属またはフォトレジスト層と前記基板が露出された開口部とを形成するパターニング工程と、ドライエッチング法により前記開口部に前記基板を貫通する少なくとも１つの貫通孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る精密部品の製造方法は、前記レジスト層形成工程および前記エッチング工程より前に、前記基板の一方の面に金属からなる層を形成する金属層形成工程を有することを特徴とする。
また、本発明に係る精密部品の製造方法は、前記金属からなる層を導電層とし、電気めっき法により前記少なくとも１つの貫通孔を金属で埋め込む充填工程を有することを特徴とする。
また、本発明に係る精密部品の製造方法は、前記基板の他方の面側の表面を研削する研削工程を有することを特徴とする。
また、本発明に係る精密部品の製造方法は、前記貫通孔を充填した金属のうち、前記貫通孔の内部または前記貫通孔から外部に出ている部分の少なくとも一部をエッチングする金属エッチング工程を有することを特徴とする。
また、本発明に係る精密部品の製造方法は、前記レジスト層形成工程に使用するフォトレジストの少なくとも一層はフィルム状フォトレジストであることを特徴とする。
本発明によれば、脆性材料または脆性材料と金属が一体化された高精度な小型精密部品を効率よく、安価に提供することができる。
（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１（ａ）は、本実施形態に係る精密部品としてシリコン単結晶からなる腕時計用ヒゲぜんまいの表面上方から見た概略を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示したＡ−Ａ´における断面の概略を示す縦断面図である。
ヒゲぜんまい１０１は、らせん形状をしており、幅十μｍ〜百μｍ程度のシリコン１０２薄体が、数回から数十回らせん状に巻かれている。
本発明に係る第１の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１（ａ）は、本実施形態に係る精密部品としてシリコン単結晶からなる腕時計用ヒゲぜんまいの表面上方から見た概略を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示したＡ−Ａ´における断面の概略を示す縦断面図である。
ヒゲぜんまい１０１は、らせん形状をしており、幅十μｍ〜百μｍ程度のシリコン１０２薄体が、数回から数十回らせん状に巻かれている。
このようなシリコン１０２からなるヒゲぜんまい１０１は、このヒゲぜんまい１０１の厚さと同じ厚みを有する単結晶シリコンウエハから、以下に述べる工程により、まとめて複数個作製されるものである。
このようなシリコン１０２からなるヒゲぜんまい１０１を作製するための工程を図２に示す主要部の縦断面図により説明する。
このようなシリコン１０２からなるヒゲぜんまい１０１を作製するための工程を図２に示す主要部の縦断面図により説明する。
図２（ａ）は、本実施形態に係るシリコンからなるヒゲぜんまいの原料となる厚さ３００μｍのシリコンウエハ２０１を示したものである。尚、シリコンウエハを使ったプロセスでは、複数個の部品をまとめて作製することになるが、以下の図では、一個についてその主要部を代表として図示することで説明する。
図２（ｂ）は、金属層形成工程を示した図であり、シリコンウエハ２０１の両面にアルミニウム膜２０２および２０３を各々１μｍ真空蒸着法により形成した。
図２（ｂ）は、金属層形成工程を示した図であり、シリコンウエハ２０１の両面にアルミニウム膜２０２および２０３を各々１μｍ真空蒸着法により形成した。
図２（ｃ）は、レジスト層形成工程を示した図であるが、同時にエッチング開始面のパターニング用のフォトレジスト層を形成する工程を示した図であり、フォトレジストとして、機械的強度、耐熱性、厚み精度、平坦度等に優れたネガタイプで厚み２５μｍのアクリル系ドライフィルムフォトレジストを用い、ラミネーターにより両面同時に貼付することによりパターニング用フォトレジスト層２０４とレジスト層となるフォトレジスト層２０５を形成する。
図２（ｄ）は、パターニング工程のうち、フォトレジストパターンを形成する工程を示した図であり、まず、図示しない露光装置にてフォトレジスト層２０５を全面露光することにより硬化し、次いで図示しない露光装置とこれに取り付けたフォトマスクを用いて露光した後、現像することにより開口部２０６を有する硬化したフォトレジストからなるマスキング層２０７を形成する。
図２（ｅ）は、パターニング工程のうち、金属層をパターニングする工程を示した図であり、開口部２０６で露出しているアルミニウム膜２０２をリン酸系エッチング液にてエッチング除去することにより、シリコンウエハ２０１が露出された部分を形成する開口部２０８が形成される。
図２（ｆ）は、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）とよばれるドライエッチング法により、シリコンウエハ２０１のうち開口部２０８にシリコンウエハ２０１の厚み方向に貫通孔を開けるエッチング工程を示した図であり、レジスト層２０９をＩＣＰ−ＲＩＥ装置の冷却ホルダー面に密着させることにより、この面からヘリウムガスによる冷却を行い、シリコンウエハ２０１を開口部２０８からドライエッチング法によりエッチングを進めることにより、シリコンウエハ２０１を完全に貫通し、貫通孔２１１を有するシリコン２１０を得る。このエッチング工程終了後も、アルミニウム膜２０３とレジスト層２０９は、エッチングガスによる浸食は殆ど無く、ほぼ完全な形で残存し、エッチング処理中においても、問題となるヘリウムガスのリーク等は生じなかった。
なお、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によるエッチング工程では、シリコンの厚み方向のエッチングとその垂直方向へのエッチングを防ぐためのパッシベーション膜形成を交互に行い垂直度の高い貫通孔の形成を行った。
条件は、以下の通りである。
反応ガス エッチング用ガス ＳＦ6、流量３００（ｓｃｃｍ）、７秒間ＯＮ
パッシーベーションガス Ｃ4Ｆ8、流量１５０（ｓｃｃｍ）、３秒ＯＮ
ＩＣＰプラズマと基板へ高周波電力印加条件等
ＩＣＰ電力 １８００（Ｗ）、基板バイアス電力 １００（Ｗ）ただし、ＯＮ時間１０（ｍｓｅｃ）、ＯＦＦ時間９０（ｍｓｅｃ）
反応ガス圧 ３．８（Ｐａ）、冷却ホルダー温度 ０（℃）、冷却ガス ヘリウム
反応ガス エッチング用ガス ＳＦ6、流量３００（ｓｃｃｍ）、７秒間ＯＮ
パッシーベーションガス Ｃ4Ｆ8、流量１５０（ｓｃｃｍ）、３秒ＯＮ
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ＩＣＰ電力 １８００（Ｗ）、基板バイアス電力 １００（Ｗ）ただし、ＯＮ時間１０（ｍｓｅｃ）、ＯＦＦ時間９０（ｍｓｅｃ）
反応ガス圧 ３．８（Ｐａ）、冷却ホルダー温度 ０（℃）、冷却ガス ヘリウム
図２（ｇ）は、図２（ｆ）のエッチング工程を経た基板を水酸化ナトリウム水溶液にて処理を行うことにより、光硬化したドライフィルムフォトレジスト層からなるマスキング層２０７とレジスト層２０９、さらにアルミニウム層２０２および２０３を溶解除去したものを示した図であるが、これにより、不要部２１２から分離されたシリコンからなるヒゲぜんまい２１３が完成する。
このようにして作製されたヒゲぜんまい２１３は、非常に優れた精度を有しており、腕時計を構成する駆動機構であるムーブメントに組み込むことにより優れた精度の時間を計測することができる。
また、この製造方法によれば、従来のように、支持基板を使わないことに加え、グリースによる固定も行っていないことから、不要部からの分離を破損なく容易に行うことができる上、工程数の大幅な削減と支持基板等を使用しないことから、大幅なコストダウンを図ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図３から図７を参照して説明する。
図３（ａ）は、本実施形態に係る精密部品としてシリコン単結晶と金属からなる腕時計用のてんぷを表面上方からの概略を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示したＢ−Ｂ´における断面の概略を示す縦断面図である。
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図３から図７を参照して説明する。
図３（ａ）は、本実施形態に係る精密部品としてシリコン単結晶と金属からなる腕時計用のてんぷを表面上方からの概略を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示したＢ−Ｂ´における断面の概略を示す縦断面図である。
このてんぷ３０１は、温度補償型てんぷと呼ばれるもので、腕時計の精度を大きく左右する温度変化に対応し、時計の時間制御を行う部品の一つであるてんぷのうち、外周部を熱膨張率の異なる２種類の材料を張り合わせるバイメタル構造とすることにより、温度変化に対する回転モーメントの変化を抑える構造としている。
このバイメタル構造では、てんぷ３０１の厚み方向に異種の材料を張り合わせた構造とする必要があり、一方がシリコン等の脆性材料基板から作り上げる場合、基板の厚み方向に金属を貼り付け、あるいは埋め込む必要がある。
また、てんぷのような回転部品では、回転中心となる軸穴３０２に回転軸を嵌合・打ち込みをすることにより、これと一体化する必要があり、軸穴３０２の周りの軸穴部の材料として延性・展性やバネ性を有する金属材料が望まれている。
本実施形態に係る温度補償型てんぷ３０１は、軸穴３０２、本体部シリコン３０３、金属部３０４、金属軸穴部３０５、錘部３０６とバイメタル部３０７から構成されている。
このような構成・構造からなる温度補償型てんぷ３０１を製作するための工程を図４から図７に示した主要部の縦断面図により説明する。
このような構成・構造からなる温度補償型てんぷ３０１を製作するための工程を図４から図７に示した主要部の縦断面図により説明する。
図４（ａ）は、本実施形態に係る温度補償型てんぷの主要部となるシリコンウエハ４０１を示した図で、厚さ３００μｍを有している。シリコンウエハを使ったプロセスでは、複数個の部品をまとめて作製することになるが、以下の図では、一個についてその主要部を代表として図示することで説明する。
図４（ｂ）は、金属層形成工程を示した図であり、シリコンウエハ４０１の一面にシリコンウエハ側からクロム−銅からなる金属膜４０２を合計１μｍ、真空蒸着法により形成する。
図４（ｃ）は、レジスト層形成工程を示した図であるが、同時にエッチング開始面のパターニング用のフォトレジスト層を形成する工程を示した図であり、フォトレジストとして、機械的強度、耐熱性、厚み精度、平坦度等に優れたネガタイプで厚み２５μｍのアクリル系ドライフィルムフォトレジストを用い、ラミネーターにより両面同時に貼付することによりパターニング用フォトレジスト層４０３とレジスト層となるフォトレジスト層４０４を形成する。
図４（ｄ）は、パターニング工程を示した図であり、図示しない露光装置にてフォトレジスト層４０４を全面露光することにより硬化し、次いで図示しない露光装置とこれに取り付けたフォトマスクを用いてパターニング用フォトレジスト層４０３を露光した後、現像することによりシリコン面が露出する開口部４０５を有する硬化したフォトレジストからなるマスキング層４０６を形成する。
図４（ｅ）は、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）とよばれるドライエッチング法によりシリコンウエハ４０１のうち開口部４０５に貫通孔を開けるエッチング工程を示した図であり、レジスト層４０４をＩＣＰ−ＲＩＥ装置の冷却ホルダー面に密着させることにより、この面からヘリウムガスによる冷却を行い、シリコンウエハ４０１を開口部４０５からドライエッチング法によりエッチングを進めることにより、シリコンウエハ４０１を完全に貫通し、貫通孔４０７を有するシリコンウエハ４０８を得るが、このエッチング工程終了後も、金属膜４０２とレジスト層４０４は、エッチングガスによる浸食は殆ど無く、ほぼ完全な形で残存し、エッチング処理中においても、問題となるヘリウムガスのリーク等は生じなかった。
なお、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によるエッチング工程では、シリコンのエッチングとシリコンの横方向へのエッチングを防ぐためのパッシベーション膜形成を交互に行い垂直度の高い貫通孔の形成を行う。
条件は、以下の通りである。
反応ガス エッチング用ガス ＳＦ6、流量３００（ｓｃｃｍ）、７秒間ＯＮ
パッシーベーションガス Ｃ4Ｆ8、流量１５０（ｓｃｃｍ）、３秒ＯＮ
ＩＣＰプラズマと基板へ高周波電力印加条件等
ＩＣＰ電力 １８００（Ｗ）、基板バイアス電力 １００（Ｗ）ただし、ＯＮ時間１０（ｍｓｅｃ）、ＯＦＦ時間９０（ｍｓｅｃ）
反応ガス圧 ３．８（Ｐａ）、冷却ホルダー温度 ０（℃）、冷却ガス ヘリウム
反応ガス エッチング用ガス ＳＦ6、流量３００（ｓｃｃｍ）、７秒間ＯＮ
パッシーベーションガス Ｃ4Ｆ8、流量１５０（ｓｃｃｍ）、３秒ＯＮ
ＩＣＰプラズマと基板へ高周波電力印加条件等
ＩＣＰ電力 １８００（Ｗ）、基板バイアス電力 １００（Ｗ）ただし、ＯＮ時間１０（ｍｓｅｃ）、ＯＦＦ時間９０（ｍｓｅｃ）
反応ガス圧 ３．８（Ｐａ）、冷却ホルダー温度 ０（℃）、冷却ガス ヘリウム
図５は、貫通したシリコンウエハ４０８の貫通孔４０７のうち必要な部分に電気めっき法により金属を埋め込む充填工程を示した図である。
図５（ａ）は、電気めっき法により金属を埋め込むべき貫通孔を開口し、その他の部分をマスキングするめっきマスキング工程のうち、フォトレジストの貼付を示した図であり、マスキング用フォトレジストとして、機械的強度、耐熱性、厚み精度、平坦度等に優れ、さらに貫通部を埋め込まずに塞ぐことができるネガタイプ厚み２５μｍのアクリル系ドライフィルムフォトレジストを用い、図示しないラミネーターにより両面同時に貼付することによりパターニング用フォトレジスト層５０１とレジスト層となるフォトレジスト層５０２を形成する。
図５（ａ）は、電気めっき法により金属を埋め込むべき貫通孔を開口し、その他の部分をマスキングするめっきマスキング工程のうち、フォトレジストの貼付を示した図であり、マスキング用フォトレジストとして、機械的強度、耐熱性、厚み精度、平坦度等に優れ、さらに貫通部を埋め込まずに塞ぐことができるネガタイプ厚み２５μｍのアクリル系ドライフィルムフォトレジストを用い、図示しないラミネーターにより両面同時に貼付することによりパターニング用フォトレジスト層５０１とレジスト層となるフォトレジスト層５０２を形成する。
図５（ｂ）は、めっきマスキング工程のうち、めっき部を開口する工程を示した図であり、図示しない露光装置にてフォトレジスト層５０２を全面露光することにより硬化し、次いで図示しない露光装置とこれに取り付けたフォトマスクを用いてパターニング用フォトレジスト層５０１を露光した後、現像することにより、未露光部を開口し、貫通孔５０３の底に存在する金属膜５０４面が露出する開口部５０５を有する硬化したフォトレジストからなるめっきマスキング層５０６を形成する。
図５（ｃ）は、電気めっき法により開口している貫通孔５０３に金属を埋め込む充填工程を示した図であり、レジスト層５０７の一面に形成された金属膜５０４による金属層を導電層として、図示しない電気めっき液中で電気めっきすることによりめっきマスキングの開口部５０５が備えられている少なくとも１つの貫通孔５０３を金属５０８により充填する。充填した金属５０８はめっきマスキング層５０６より貫通孔５０３の外部に出るまで行う。なお、本実施形態では、電気めっきとして銅めっきを用いる。
図６（ａ）は、研削工程を示した図であり、電気めっきにより形成された金属５０８のうち、表面に突出した部分をレジスト層６０１の底面部を基準面として、高精度な研削を行い、平行度、平坦度、厚み精度に優れた金属６０２の上面とめっきレジスト６０３の上面を有するウエハ６０７を作製する。尚、本工程は精密部品の精度等によって必要とは限らないため、省略することができる。
図６（ｂ）は、金属エッチング工程を示した図であり、充填した金属６０４である銅を過硫酸アンモニウム１０％水溶液にてエッチングを行うことにより、シリコンウエハ６０９の表面と同じ高さとした。
図６（ｃ）は、剥離工程を示した図であり、水酸化ナトリウム２％水溶液にウエハ６１０を浸漬することによりレジスト層６０１を溶解除去し、次いで、金属膜６０６のうち、まず、銅膜を過硫酸ナトリウム水溶液にてエッチングし、ついで、フェリシアン化カリウムと水酸化カリウム混合水溶液によりクロム膜をエッチング除去することによりウエハ６１１を得る。なお、前者の銅エッチングは、銅膜が充填した金属６０８である銅と比べ非常に薄いが、影響を与えないため慎重に進める必要がある。
図７（ａ）は、精密部品である温度補償型てんぷをシリコンウエハから取り外すための二回目のドライエッチングを行うためのパターニング工程とレジスト層形成工程を行うためのフォトレジスト層形成工程を示した図であり、フォトレジストとして、機械的強度、耐熱性、厚み精度、平坦度等に優れたネガタイプで厚み２５μｍのアクリル系ドライフィルムフォトレジストを用い、ラミネーターにより両面同時にウエハ７０１に貼付することによりパターニング用フォトレジスト層７０２とレジスト層となるフォトレジスト層７０３を形成する。
図７（ｂ）は、パターニング工程を示した図であり、図示しない露光装置にてフォトレジスト層７０３を全面露光することにより硬化し、次いで図示しない露光装置とこれに取り付けたフォトマスクを用いてパターニング用フォトレジスト層７０２を露光した後、現像することによりシリコン面が露出する開口部７０４を有する硬化したフォトレジストからなるマスキング層７０５を形成する。
図７（ｃ）は、二回目のドライエッチング法により、シリコン７０６のうちマスキング層７０５の開口部７０４と金属７０７により開口している部分を開始部として、シリコン７０６の一部に貫通孔を開けるエッチング工程を示した図であり、レジスト層７０３をＩＣＰ−ＲＩＥ装置の冷却ホルダー面に密着させることにより、この面からヘリウムガスによる冷却を行い、シリコン７０６のうちマスキング層７０５の開口部７０４と金属７０７により開口している部分を開始部として、シリコン７０６の一部を貫通することにより、温度補償型てんぷ３０１の外形形状を作り上げる。この際、このエッチング工程終了後も、レジスト層７０３は、エッチングガスによる浸食は殆ど無く、ほぼ完全な形で残存し、エッチング処理中においても、問題となるヘリウムガスのリーク等は生ぜず温度補償型てんぷ３０１を保持した状態である。
図７（ｄ）は、レジスト層７０３とマスキング層７０５を除去する工程を示した図であり、水酸化ナトリウム２％水溶液に浸漬することにより、これらを除去することにより、温度補償型てんぷ７１２と不要なシリコンウエハ７０８が分離されることで、温度補償型てんぷ７１２本体が完成する。
図７(ｅ)は、温度補償てんぷ７１２のうち、耐食性等を向上するために、銅からなる金属７０９の最表面に、無電解めっき法により、表面に金めっき層７１０を形成することにより、温度補償型てんぷ７１１を完成する。なお、無電解めっき法では、図示しない触媒液に浸漬することによりパラジウム触媒を銅からなる金属７０９の表面部の銅と置換することにより付着し、ついで、図示しない、ホウ素系無電解ニッケルめっき液内に浸漬することにより、０．３μｍの厚みのニッケルめっき膜を形成し、さらに、無電解金めっき液にこれを浸漬することにより、金めっき層７１０を０．１μｍ形成する。
このようにして作製されたシリコンと銅からなる温度補償型てんぷ３０１は、優れた温度特性を有しており、高精度な腕時計用部品として使用に耐えうるものである。
また、この温度補償型てんぷ３０１の軸穴３０２には金属軸穴部３０５として、延性・展性に優れた銅を用いているため、鉄からなる軸を取り付ける際、その変形により脆性材料であるシリコン部に影響を与えずに行うことができるので、組み立て性や信頼性に優れたものとすることができる。
また、この温度補償型てんぷ３０１の軸穴３０２には金属軸穴部３０５として、延性・展性に優れた銅を用いているため、鉄からなる軸を取り付ける際、その変形により脆性材料であるシリコン部に影響を与えずに行うことができるので、組み立て性や信頼性に優れたものとすることができる。
また、シリコンウエハのドライエッチングに際して、従来のように、支持基板を使わないことに加え、グリースによる固定も行っていないことから、不要部からの分離を破損なく容易に行うことができる上、工程数の大幅な削減と支持基板等を使用しないことから、大幅なコストダウンを図ることができる。
また、埋め込みに使用した銅めっきのみを研削し、その後、シリコン面から出ている部分をエッチングによりシリコン面と同じ位置とすることにより、シリコンにダメージを与えないため、脆性材料であるシリコンに損傷や破損を起こさいことから、歩留り、品質に優れた異種材用接続を有する精密部品を提供することができる。
以上、上記実施形態では、シリコンウエハ単体精密部品への適用と、シリコンと金属接続部品について例を挙げたが、これらの精密部品に対して、幅広い応用と多大なコスト効果を生み出すことは、明らかであり、さらに、シリコン以外の、その他の脆性材料、たとえば、酸化アルミニウムからなるサファイアやルビーといった材料や高硬度、高温材料である炭化ケイ素を基板として用いることもでき、ドライエッチング用反応ガスとしても、塩素をはじめとする他のガスを使用することができることは言うまでもない。
以上述べたように、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、脆性材料からなる基板の上面及び下面のうち一方の面にフォトレジストをコートするレジスト層形成工程と、前記基板の他方の面にパターニングされた金属またはフォトレジスト層と前記基板が露出された開口部とを形成するパターニング工程と、ドライエッチング法により前記開口部に前記基板を貫通する少なくとも１つの貫通孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
上記実施形態によれば、貫通孔形成を行うためにパターニングされた面とは反対面に形成され、Ｄ−ＲＩＥ装置の冷却ホルダーに搭載される面となるフォトレジストがＤ−ＲＩＥに使用される反応ガスに対して耐性を有していることから、エッチングが進み貫通が終了しても、この部分が貫通することは無く、冷却ガスを放出することなく冷却を継続することができるので安定したエッチング状態を維持することになるので、脆性材料からなる精密部品を効率よく、安価に製造・提供することができる。
また、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、前記レジスト層形成工程および前記エッチング工程より前に、前記基板の一方の面に金属からなる層を形成する金属層形成工程を有することを特徴とする。
上記実施形態によれば、貫通孔形成を行うためにパターニングされた面からエッチングが進行し、被処理物基板の貫通が終了し、反対面に形成された金属層は反応ガスに対して耐性があるため、この部分でエッチングは進行が止まるので、この金属層は別表面に形成されているフォトレジスト層と一体化し、残存することになり、電気めっきのための導電膜としての機能を持つこととなり、電気めっき用の基板を張り合わせる必要が無くなるので、脆性材料と金属材料からなる精密部品を形成するための基材を提供することができる。
また、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、前記金属からなる層を導電層とし、電気めっき法により前記少なくとも１つの貫通孔を金属で埋め込む充填工程を有することを特徴とする。
上記実施形態によれば、貫通孔の底部に金属層を有するフォトレジスト層があるので、この金属層を導電層として、電気めっき法を用いて金属を充填することができる上、貫通孔の開口面側の開口部の一部にフィルム状フォトレジストによりマスキングを行えば、すべてではなく一部の貫通孔に対して、電気めっきを施すことが可能となり、金属で充填した貫通孔と充填していない貫通孔を有する精密部品を提供することができる。
また、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、前記基板の他方の面側の表面を研削する研削工程を有することを特徴とする。
また、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、前記基板の他方の面側の表面を研削する研削工程を有することを特徴とする。
上記実施形態によれば、凹凸やバラツキを有する電気めっき表面を、平坦度を有するこれとは反対面を基準面として研削することにより平坦・平行である面を有する精密部品を提供することができると同時に、平坦化した後、金属の表面をエッチングすることにより、ドライエッチングを施した基板の表面と、金属面を概略同じ面とすることや、任意に定めた段差面とすることができるので、設計値として自由度を有する精密部品を提供することができる。
また、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、前記貫通孔を充填した金属のうち、前記貫通孔の内部または前記貫通孔から外部に出ている部分の少なくとも一部をエッチングする金属エッチング工程を有することを特徴とする。
上記実施形態によれば、金属部をエッチングすることにより、基板との高さ関係を調整することができ、さらに、前記研削工程との組み合わせにより、より平坦・平行度が高い精密部品を提供することができると同時に、ドライエッチングを施した基板の表面と、金属面を概略同じ面とすることや、任意に定めた段差面とすることができるので、設計値として自由度を有する精密部品を提供することができる。
また、上記実施形態に係る精密部品の製造方法は、前記レジスト層形成工程に使用するフォトレジストの少なくとも一層はフィルム状フォトレジストであることを特徴とする。上記実施形態によれば、フォトレジスト層として、強度に優れ、ピンホールが無く、平坦度と厚み精度が高いフィルム状フォトレジストを使用するため、ドライエッチングの際のガス冷却において、装置の冷却ホルダーとの間隙を小さくでき、ガス放出を極力抑えることができるため冷却効率が高くなり、強度の高さから、電気めっき工程において、欠陥なく電気めっきによる金属充填が可能となり、さらに、フィルム状フォトレジストの貼付の特徴である両面貼付が可能となるため、作業効率の各段の向上が図れるので、製造コストを大幅に抑えた精密部品を提供することができる。
１０１、２１３ ヒゲぜんまい
１０２、２１０、７０６ シリコン
２０１、４０１、４０８、６０９、７０８ シリコンウエハ
２０２、２０３ アルミニウム膜
２０４、２０５、４０３、４０４、５０１、５０２、７０２、７０３ フォトレジスト層
２０６、２０８、４０５、５０５、７０４ 開口部
２０７、４０６、５０６ マスキング層
２０９、５０７、６０１ レジスト層
３０１、７１１、７１２ てんぷ
３０２ 軸穴
３０３ 本体部シリコン
３０４ 金属部
３０５ 金属軸穴部
３０６ 錘部
３０７ バイメタル部
２１１、４０７、５０３ 貫通孔
５０４、６０６ 金属膜
５０８、６０２、６０４、６０８、７０７、７０９ 金属
６０３ めっきレジスト
６０７、７０１ ウエハ
１０２、２１０、７０６ シリコン
２０１、４０１、４０８、６０９、７０８ シリコンウエハ
２０２、２０３ アルミニウム膜
２０４、２０５、４０３、４０４、５０１、５０２、７０２、７０３ フォトレジスト層
２０６、２０８、４０５、５０５、７０４ 開口部
２０７、４０６、５０６ マスキング層
２０９、５０７、６０１ レジスト層
３０１、７１１、７１２ てんぷ
３０２ 軸穴
３０３ 本体部シリコン
３０４ 金属部
３０５ 金属軸穴部
３０６ 錘部
３０７ バイメタル部
２１１、４０７、５０３ 貫通孔
５０４、６０６ 金属膜
５０８、６０２、６０４、６０８、７０７、７０９ 金属
６０３ めっきレジスト
６０７、７０１ ウエハ
Claims (6)
- 脆性材料からなる基板の上面及び下面のうち一方の面にフォトレジストをコートするレジスト層形成工程と、
前記基板の他方の面にパターニングされた金属またはフォトレジスト層と前記基板が露出された開口部とを形成するパターニング工程と、
ドライエッチング法により前記開口部に前記基板を貫通する少なくとも１つの貫通孔を形成するエッチング工程とを有することを特徴とする精密部品の製造方法。 - 前記レジスト層形成工程および前記エッチング工程より前に、前記基板の一方の面に金属からなる層を形成する金属層形成工程を有することを特徴とする請求項１に記載の精密部品の製造方法。
- 前記金属からなる層を導電層とし、電気めっき法により前記少なくとも１つの貫通孔を金属で埋め込む充填工程を有することを特徴とする請求項２に記載の精密部品の製造方法。
- 前記基板の他方の面側の表面を研削する研削工程を有することを特徴とする請求項３に記載の精密部品の製造方法。
- 前記貫通孔を充填した金属のうち、前記貫通孔の内部または前記貫通孔から外部に出ている部分の少なくとも一部をエッチングする金属エッチング工程を有することを特徴とする請求項３または４に記載の精密部品の製造方法。
- 前記レジスト層形成工程に使用するフォトレジストの少なくとも一層はフィルム状フォトレジストであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の精密部品の製造方法。
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