JP5478498B2 - シリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素およびこれを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素およびこれを製造する方法に関する。

シリコンは、その低摩擦係数に関して、摩擦学において知られている。機械式時計製造の分野でシリコンを適用することは、とりわけ脱進装置について、さらに具体的にはガンギ車のカナにおいて有利である。しかし、シリコンは、その塑性変形域が低いことで、機械工学において知られている。シリコンは、このように脆性であるため、シリコンを、軸に対する駆動部品の通常の技術に対して適合させることは困難である。

本発明の１つの目的は、殆どの時計用途に容易に適合し得る複合体マイクロメカニカル構成要素を有利に製造することが可能な製造方法を提案することによって、前述の欠点の全てまたは一部を解消することである。

したがって、本発明は、シリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素を製造する方法であって、
ａ）間に中間シリコン酸化物層が延在する、上部シリコン層および下部シリコン層を備える基板を採用するステップと、
ｂ）前記構成要素のシリコン部のパターンを画定するために、上部層中に少なくとも１つの空洞部を選択的にエッチングするステップと、
ｃ）中間層中への前記少なくとも１つの空洞部のエッチングを継続するステップと
を含む方法において、
ｄ）破壊応力から前記マイクロメカニカル構成要素のシリコン部を断絶させるために、前記構成要素の厚さ部分中に金属部を形成するために、前記少なくとも１つの空洞部の少なくとも一部分から金属層を成長させるステップと、
ｅ）基板からシリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素を放出するステップと
をさらに含むことを特徴とする、方法に関する。

この方法は、シリコンの摩擦特性と、金属の機械特性とを有する、単体構成要素を提供する点において、有利である。

本発明の他の有利な特徴によれば、
− ステップｄ）は、
− 感光性樹脂により基板の上部を覆うステップと
− 金属部の所定のパターンにしたがって、前記樹脂を光造形するために、感光性樹脂に対して光造形を選択的に実施するステップと、
− 前記少なくとも１つの空洞部に対して垂直方向に位置する下部層の導電性上面から開始して、前記パターンに応じて金属部を形成するために光造形樹脂と中間層または上部層とのそれぞれの間に層を底部から前記少なくとも１つの空洞部中に成長させることにより、金属層を電気めっきによって堆積させるステップと
を含み、
− ステップｅ）は、光造形樹脂を除去することによって達成される。
− 前記少なくとも１つの空洞部に対して垂直方向に位置する下部層の前記導電性上面は、下部層をドーピングすることによって、および／または、導電性層の堆積によって、導電性になされ、
− 光造形ステップの際に、光造形樹脂は、基板の上部層から突出し、それにより、この層は、シリコン部の上方にマイクロメカニカル構成要素の第２の金属部を形成するために、光造形樹脂の少なくとも前記突出部分間に電気めっきを施すことによって、成長を継続させることが可能であり、
− この方法は、ステップｄ）の後に、金属層を前記光造形樹脂の上端部と同一の高さにするように、基板の上面を機械加工するステップを含み、
− 金属層は、ニッケルを含み、
− この方法は、放出ステップの前に、所定の厚さおよび形状にしたがってマイクロメカニカル構成要素中に第２のシリコン部を形成するために、基板の下部層中に少なくとも１つの空洞部を機械加工するステップおよびエッチングするステップを含み、
− この方法は、下部基板層を機械加工するステップと下部基板層をエッチングするステップとの間に、下部層の厚さ部分中に少なくとも１つの追加の金属部を形成するように、下部層の前記少なくとも１つの空洞部の少なくとも一部分中に電気めっきを施すことにより、第２の金属層を成長させるステップを含む。
− 成長ステップは、
− 感光性樹脂で基板の下部を覆うステップと、
− 金属部の所定のパターンにしたがって樹脂を光造形するために、感光性樹脂に対してフォトリソグラフィを選択的に実施するステップと、
− 前記パターンにしたがって金属部を形成するために、下部から金属層を成長させることにより、前記少なくとも１つの空洞部の底部から、電気めっきによってこの金属層を堆積させるステップと
− フォトリソグラフィ・ステップの際に、光造形樹脂が、基板の下部層から突出し、それによりこの層は、第２のシリコン部の下方にマイクロメカニカル構成要素の第２の追加金属部を形成するように、電気めっきによる成長を継続することが可能となる、ステップと、
− 放出ステップの前に、この方法は、金属部を前記光造形樹脂の下端部と同一の高さにするために、基板の下部表面を機械加工するステップを含む、ステップと、
− 第２の電気めっきされた金属層は、ニッケルを含む、ステップと、
− 複数のマイクロメカニカル構成要素が、同一の基板中において製造される、ステップと
を含む。

さらに、本発明は、シリコン層へと形成される一部を含むシリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素において、前記シリコン部は、歯車またはカナを形成するための歯と、歯の厚さの少なくとも一部分にわたって、破壊応力からシリコン部を断絶させる６ミクロンを上回る厚さを有する金属部とを備えることを特徴とする、マイクロメカニカル構成要素に関する。

したがって、単体構成要素は、シリコンの摩擦特性と、金属の機械特性とを有する。

本発明の他の有利な特徴によれば、
− 金属部は、前記シリコン部の周囲壁部を覆うスリーブを形成し、
− 金属部は、中において駆動される枢動軸を受けるための、シリコン部中に作製された空洞部内にスリーブを形成し、
− 各スリーブは、ブリッジ状材料によってシリコン部の壁部に連結され、
− 各金属部は、シリコン部から突出する第２の金属部を、金属部の延在部分中に備え、
− 第２の金属部は、歯車またはカナを形成するための歯を備え、
− 各金属部は、ニッケルを備え、
− この構成要素は、第２の層から形成された第２のシリコン部を備え、
− この第２のシリコン部は、破壊応力から第２のシリコン部を断絶させるための追加の金属部を、第２のシリコン部の厚さ部分の少なくとも一部分にわたって備え
− 追加の金属部は、中において駆動される枢動軸を受けるための、第２のシリコン部中に作製された空洞部内にスリーブを形成し、
− 前記スリーブは、ブリッジ状材料によって前記空洞部の壁部に連結され、
− 追加の金属部は、第２のシリコン部から突出する第２の追加の金属部を、追加の金属部の延在部分中に備え、
− この第２の追加の金属部は、歯車またはカナを形成するための歯を備え、
− 第２のシリコン部は、中間シリコン酸化物層を介してシリコン部の上に設置され、
− 第２のシリコン部は、歯車またはカナを形成するための歯を備える。

最後に、本発明は、計時器であって、先述の変形形態の中の１つによる少なくとも１つの複合体マイクロメカニカル構成要素を備えることを特徴とする計時器に関する。

添付の図面を参照とすることにより、非限定的な例示として提示される以下の説明から、他の特徴および利点が明らかになろう。

本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 図１の斜視図である。 本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 本発明による製造方法の一局面における複合体マイクロメカニカル構成要素の断面図である。 本発明の方法による最終ステップの第１の例の図である。 本発明による最終ステップの第２の例の図である。 本発明による製造方法の流れ図である。 本発明による歯車列の斜視図である。 本発明により得られた針の上面図である。

本発明は、シリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素５１を製造する方法１に関する。図１から図７に図示されるように、方法１は、少なくとも１つの構成要素５１、５１’、５１’’、５１’’’を形成するための一連のステップを含む。これら構成要素５１、５１’、５１’’、５１’’’は、複合的なものであってよく、および／または、複数層にわたって、および／または複数の材料によって形成されてよい。方法１の目的は、少なくとも１つのシリコン部と、少なくとも１つの金属部とを含む、最少でも１つの構成要素を提供することからなる。

第１のステップ１１は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板３を得ることからなる。基板３は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンから作製される上部層５および下部層７を含む。アモルファス・シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）から形成される中間層９が、上部層５と下部層７との間に延在する。

ステップ１１においては、基板３は、好ましくは、図１に図示されるように、上部層５および中間層９の高さが、最終のマイクロメカニカル構成要素５１の一部分５３の最終高さと合致するように、選択される。

第２のステップ１３においては、図１および図１ｂに図示されるように、空洞部３７、４５が、例えば上部シリコン層５中に、深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）法などにより選択的にエッチングされる。これら２つの空洞部３７および４５は、マイクロメカニカル構成要素５１のシリコン部分５３の内方輪郭および外方輪郭を画定するパターンを形成する。

図１に図示される例においては、空洞部３７は、空洞部４５の各側部に存在する。これは、図１ｂに図示されるように、空洞部３７が、実質的に環状であり、空洞部４５を囲むためである。空洞部３７の近位壁部は、好ましくは、部分５３の周囲端部上に歯５５を形成するように選択的にエッチングされる。空洞部４５は、実質的には円盤形状断面を有するシリンダ形状であり、環状空洞部３７と同軸である。

第３のステップ１５においては、ウェット化学エッチングおよびドライ化学エッチングを実施して、中間層９中に空洞部３７および４５を延在させ、それにより、部分５３は、下部層７が部分的に露出されるまで、中間層９中に同一のパターンにしたがって形成される。

本発明による方法１は、次いで、ＬＩＧＡプロセス１９の実施を含み、これは、光造形樹脂を使用して基板３の上面上にある特定の形状にて金属を電気めっきするための一連のステップ（１７、２１、および２３）を含む。

第４のステップ１７においては、感光性樹脂５７の層が、図２に図示されるように、基板３の上面上に堆積される。ステップ１７は、鋳型鋳造法を利用して達成することが可能である。感光性樹脂５７は、好ましくは、例えばＭｉｃｒｏｃｈｅｍ Ｃｏｒｐ社の「ｎａｎｏ（商標）Ｓｕ−８」製品などの、Ｓｕ−８タイプのものである。

第５のステップ２１においては、フォトリソグラフィが実施され、すなわち、例えば図２に図示されるように、部分的に穿孔されたマスクＭなどを使用して、放射線Ｒに対する選択的露光により前記樹脂中に跡が残される。次に樹脂５７が現像され、すなわち、放射線Ｒに露光されなかった樹脂５７部分が全て、除去される。このようにして光造形された樹脂７１、７３、および７５は、所定の形状にしたがって、金属層を形成する。

図３の例においては、光造形樹脂は、下部リング７１、上部リング７３、およびシリンダ７５を備える。図３の例においては、下部リング７１の形状は、空洞部３７の形状に合致する。上部リング７３は、下部リング７１を覆い、基板３の上部層５を部分的に覆う。最後に、シリンダ７５の高さが、リング７１および７３のスタックの厚さと実質的に均一になり、シリンダは、空洞部４５内の中心に配置される。図１から図７に図示される例においては、上部リング７３の内径は、歯５９を備える。

第６のステップ２９においては、導電性固定層６１が、好ましくは、図４に図示されるように、基板３の上面上に堆積される。このステップは、例えば、真空カソード・スパッタリングを利用して従来の金属被覆方法などにより達成されてよい。好ましくは、層６１は、金を含み、すなわち、純金または金合金を含む。層６１の厚さは、１０から１００ｎｍの間から構成されてよい。

第７のステップ２３においては、基板３の上面を電気めっきすることにより、金属層の開始部分が作製され、すなわち金属層６３が成長されて、マイクロメカニカル構成要素５１の上に少なくとも１つの金属部分４１が形成される。図５に図示される例においては、層６３は、空洞部４５によって露出された下部層７の上面上において実質的に起点となる。

光造形樹脂シリンダ７５の存在によって、金属層６３が、シリンダ７５と中間層９との間の連続環状リング内にて成長し、次いで、シリンダ７５と基板３の上部層５との間にて成長する。この第１の電気めっき局面により、空洞部４５の少なくとも一部分内に第１の金属部４１が形成される。

したがって、ここにおいて、マイクロメカニカル構成要素５１が、シリコン／シリコン酸化部分５３を含む層の上に形成されており、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分が、金属部４１を含むことが、この第１の局面２３より明らかである。

図５に図示される例においては、電気めっきが継続されて、空洞部４５内と言うのでなく基板３の上部層５の一部の上方さらにはその上に、層が形成される。次いで、これらの連続層が、もっぱら上部リング７３と光造形樹脂シリンダ７５との間のみに形成される。これにより、第２の局面において形成された層３９が、実質的に環状の形状であること、および、前記層の外径部分が、光造形樹脂上部リング７３の歯５９のリバースである歯を備えることが、明らかである。ステップ２３の終了時に、金属層６３が、図５において分かるように、基板３の上面全体を覆って得られる場合もある。

層６３、すなわち特に金属部３９および４１は、好ましくは、ニッケルを含み、すなわちニッケルまたはニッケル合金を含む。電気めっきステップ２３において必要な基板３の電位差は、好ましくは、基板３の下面上および／または上面上の接触部により実現される。

第８のステップ２５においては、基板３の上面が、例えばラッピングなどによって機械加工されて、ステップ２３の前記第２の局面の際に得られた金属部３９の高さを、図６に図示されるように光造形樹脂の上部リング７３およびシリンダ７５の厚さと水平にする。これにより、リバース歯（以降においては５９として参照する）を備える第２の金属部３９を、正確に画成することが可能となる。

したがって、このステップ２５においては、マイクロメカニカル構成要素５１は、２つの層にわたって形成されていることが明らかである。この第１の層は、シリコン／シリコン酸化物部５３を備え、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分が、金属部４１を備える。この第１の層の上方に形成された第２の層は、第２の金属部３９を備える。

図１０における二重線によって示されるように、第９のステップ２７および第１０のステップ３１においては、第２のシリコン部６５が、基板３の下部層７中に形成される。ステップ２７の際に、基板３の下面が機械加工されて、その厚さが、所望の最終下部層７の値になされる。ステップ３１の際に、空洞部４７、４９が、例えばＤＲＩＥ法などによって、下部シリコン層７中にエッチングされる。ステップ１３および１５におけるように、これら２つの空洞部４７および４９は、マイクロメカニカル構成要素５１の第２のシリコン部６５の形状を画定するパターンを形成する。

図７に図示される例においては、空洞部４９は、空洞部４７の両側に存在する。これは、空洞部４９が、実質的に環状であり、空洞部４７を囲むためである。空洞部４９の近位壁部は、好ましくは、第２の部分６５の周囲端部上に歯６７を形成するように、選択的にエッチングされる。空洞部４７は、円盤形状断面を有する実質的にシリンダ形状であり、環状空洞部４９と同軸である。

ステップ２７から３１については好ましい順序はなく、したがって、これらのステップは、任意の順で実施されてよい。機械加工ステップ２７は、好ましくは、化学的摩耗によるラッピングなどのメカノケミカルポリシングからなる。

したがって、ステップ２７および３１の後には、マイクロメカニカル構成要素５１は、３つの層にわたって形成されていることが明らかである。第１の層は、１つのシリコン／シリコン酸化物部５３を備え、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分が、金属部４１を備える。第１の層の上方の第２の層が、第２の金属部３９により形成される。第１の層の下方の第３の層は、第２のシリコン部６５によって形成される。

さらに、本発明による方法１は、図１０において三重線により示されるように、光造形樹脂を使用して、基板３の下部層の上にある特定の形状で金属を電気めっきするための一連のステップ（１７’、２１’、および２３’）を含む、新たなＬＩＧＡプロセス１９’の実施を含む。

第１１のステップ１７’においては、感光性樹脂の層が、例えば鋳型鋳造法などを利用して、基板３の下面上に堆積される。第１２のステップ２１’においては、フォトリソグラフィが実施されて、さらなる電気めっき用の成長パターンが作製される。

第１３のステップ２９’においては、固定層が、好ましくは基板３の上に堆積される。このステップは、例えば、上述のように純金層または金合金層の真空蒸着などによって、達成され得る。

第１４のステップ２３’においては、金属層が、基板３の下面の上に電気めっきされて、空洞部４７の少なくとも一部分中にマイクロメカニカル構成要素５１の少なくとも１つの追加金属部４１’が形成される。

したがって、この段階においては、マイクロメカニカル構成要素５１は、依然として３つの層にわたって形成されることが明らかである。第１の層は、シリコン／シリコン酸化物部５３を備え、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分が、金属部４１を備える。第１の層の上方の第２の層は、第２の金属部３９によって形成される。第１の層の下方の第３の層は、第２のシリコン部６５によって形成され、空洞部４７の中の１つの少なくとも一部分が、追加の金属部４１’を備える。

電気めっきステップ２３’が継続されて、空洞部４７中にではなく空洞部４７の下方に、および可能な場合には基板３の下面７の一部を覆って層を形成することが可能である。次いで、連続層が、もっぱらステップ２１’の際に光造形された樹脂間のみに、第２の追加の金属部３９’中に形成される。

電気めっきされた金属層、すなわち追加の金属部３９’および４１’は、好ましくはニッケルを含み、すなわち、純ニッケルまたはニッケル合金を含む。

第１５のステップ２５’においては、基板３の下面が例えばラッピングなどによって機械加工されて、第２の追加の金属部３９’を正確に画成する。第２の部分３９と同様の態様において、第２の追加の金属部３９’もやはり、歯５９’を備えることが可能である。

したがって、この段階においては、マイクロメカニカル構成要素５１が４つの層にわたって形成されていることが明らかである。第１の層は、シリコン／シリコン酸化物部５３を備え、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分が、金属部４１を備える。第１の層の上方の第２の層は、第２の金属部３９によって形成される。第１の層の下方の第３の層は、第２のシリコン部６５によって形成され、空洞部４７の中の１つの少なくとも一部分が、追加の金属部４１’を備える。第３の層の下方の第４の層は、第２の追加の金属層３９’によって形成される。

当然ながら、この方法の利点は、この方法により、同一の基板３の上に複数のマイクロメカニカル構成要素５１を作製することが可能となりやはり有利である点である。さらに、上述の説明、ならびに図１０の単一線、二重線、および三重線の補助より、方法１は、その全てを実施すべきでないという点を、すなわち、製造されることとなるマイクロメカニカル構成要素５１の複雑さに応じて、この構成要素は、例えばステップ２５、３１、または２５’の後に完全に構築され得る点を、理解されたい。しかし、全ての構築変形形態に関して、方法１は、基板３からマイクロメカニカル構成要素５１を放出することからなる最終ステップ３３を含む。次に、例として、方法１の複数の実施形態および／またはマイクロメカニカル構成要素５１を、説明する。

第１の実施形態においては、方法１の放出ステップ３３は、図１０における単一線により表されるように、シリコン部５３中に金属部４１を構築するステップ２５の後に行われる。このとき、放出ステップ３３は、光造形樹脂および下部層７、または下部層７および中間層９の除去からなる。このようにして製造されたマイクロメカニカル構成要素５１’’は、基板３の残りの部分から解放される。この構成要素は、図１２に図示されるように、針の本体を形成するシリコン、またはシリコン／シリコン酸化物部５３’’を含む単一層を含み、空洞部４５’’の中の１つの少なくとも一部分が、スリーブを形成する金属部４１’’を有する。図８に図示される第２の実施形態においては、例えば、方法１の放出ステップ３３が、図１０において二重線により示される第２のシリコン部６５を構築するステップ３１の後に実施されることが明らかである。このとき、放出ステップ３３は、例えばエッチングおよび／または剥取りなどによって、光造形樹脂部７１、７３、および７５を除去することからなる。このようにして製造されたマイクロメカニカル構成要素５１は、基板３の残りの部分から解放される。したがって、マイクロメカニカル構成要素５１は、３つの積層にわたって、第２の金属部３９、シリコン／シリコン酸化物部５３を備え、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分が、金属部４１および第２のシリコン部６５を備える。

上記で説明された、および、図１から図８および図１０を参照とする、方法１の第２の実施形態により得られたマイクロメカニカル構成要素５１は、歯５９、５５、および６７を備える連続スタックの３つの歯車部分３９、５３、および６５をそれぞれ、実質的に備える。この構成要素５１は、好ましくは、同軸脱進機アンクルと協働するためのガンギ車を形成するように構成される。シリコン製歯５５および６７は、有利には、前記脱進機アンクルのツメ石と協働するための駆動歯を形成するために使用される。したがって、金属製歯５９は、マイクロメカニカル構成要素５１が属する計時器のムーブメントを調整するためのガンギ・カナとして使用される。

図９に図示される第３の実施形態においては、例えば、方法１の放出ステップ３３が、図１０における三重線によって表される第２の追加の金属部３９’を構築するステップ２５’の後に行われることが分かる。このとき、放出ステップ３３は、基板３の上部全体から光造形樹脂部７１、７３、および７５を除去することだけでなく、前記基板の下部層の上に存在するものを除去することからなる。このように製造されたマイクロメカニカル構成要素５１’は、基板３の残りの部分から解放される。

このようにして、マイクロメカニカル構成要素５１’は、図１１に図示されるように、４つの積層にわたって、第２の金属部３９、シリコン／シリコン酸化物部５３を備え、空洞部４５の中の１つの少なくとも一部分は、金属部４１、第２のシリコン部６５を備え、空洞部４７の中の１つの少なくとも一部分は、追加の金属部４１’および第２の追加の金属部３９’を備える。

上記で図１から図７および図９から図１１を参照として説明された方法１の第３の実施形態により得られたマイクロメカニカル構成要素５１’は、歯５９、５５、６７、および５９を備える連続スタックの４つの歯車層３９、５３、６５、および３９’をそれぞれ実質的に備える。

これらの実施形態の全てにおいて、マイクロメカニカル構成要素５１、５１’、５１’’は、シリコン部分５３および６５上において直接的に駆動されるのではなく、金属部３９、３９’、４１、４１’上において駆動される点において、有利である。金属部４１の厚さは、好ましくは、金属部４１がシリコン部５３を十分に断絶するように、６ミクロンを上回る。実際に、この厚さを上回り、および理想的には１０ミクロンから始まり、例えばニッケルなどの金属が、シリコン上に応力を進ませることなく、弾性的にまたは塑性的に応力を吸収することが可能である。

図面のマイクロメカニカル構成要素５１、５１’、５１’’が、単に例示の実施形態であり、これらは、方法１が、過度の複雑さを伴うことなく最大で４つの層（２つの層が金属を含み、２つの層がシリコンおよび金属を含む）のスタックを形成することが可能であることを実証するものであることを、上述の説明を読まれることから理解されたい。したがって、第１の実施形態の構成は、最も単純なマイクロメカニカル構成要素を構築することが可能であり、第３の実施形態は、高度に複合的な構成要素を構築することが可能である。

図１０における破線において表される変形形態では、ステップ２１と２３との間に行われ固定層６１を堆積することからなるステップ２９を、ステップ１５と１７との間に移動させることが可能であり、すなわち、中間層９のエッチングと、感光性樹脂層５７の堆積との間に移動させることが可能である。この第１の変形形態においては、２つのシリコン層５および７は、好ましくはドーピングされることとなる。

当然ながら、本発明は、図示される例に限定されず、当業者には明らかであろう種々の変形および変更をなすことが可能である。とりわけ、例えば金、アルミニウム、クロム、またはそれらの中の任意の合金など、他の金属層６３を予期することが可能である。同様に、ガルバニック成長層６３のために選択された金属に対して導電性であり、好ましくは接着される、他の固定層６１を予期することが可能である。しかし、層６１を堆積するステップ２９は、シリコン層５および７が共にドーピングされる場合には、ガルバニック成長を適切に生じさせるために必須ではない点に留意されたい。

同様に、フックまたはクリックなど、歯５５、５９、５９’、および６７とは異なるパターンをエッチングすることが可能である。さらに、例えば、歯５５、５９、５９’、および６７などの前記エッチングパターンに対して層６３を作製することが可能である点に留意されたい。

同様に、当然ながら、フォトリソグラフィにより、使用される光造形樹脂に応じて、または予期される用途に応じて、ネガ構造部およびポジ構造部を形成することが可能である。スプレー・コーティング法により、樹脂層５７を堆積させることも可能である。

最後に、金属層６３は、シリコン部５３および６５の少なくとも一方の周囲壁部上におけるのと同様に、空洞部４５の内方壁部部分上にも同様に作製されてよい。層６３は、ブリッジ状材料を介して前記シリコン壁部に連結されるように構築されてもよい。

５１ マイクロメカニカル構成要素；
５５、６７ シリコン製歯； ５９ 金属製歯。

Claims (32)

1. シリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素（５１、５１'、５１''）を製造する方法であって、
   ａ）シリコン酸化物中間層（９）が相互間に延在する、上部シリコン層（５）および下部シリコン層（７）を備える基板（３）を採用するステップ（１１）と、
   ｂ）前記構成要素のシリコン部（５３、５３''）のパターンを画定するために、前記上部シリコン層（５）中に少なくとも１つの空洞部（３７、４５、４５''）を選択的にエッチングするステップ（１３）と、
   ｃ）前記シリコン酸化物中間層（９）中への前記少なくとも１つの空洞部（３７、４５、４５''）のエッチングを継続するステップ（１５）とを備え、さらに、
   ｄ）破壊応力から前記マイクロメカニカル構成要素の前記シリコン部（５３、５３''）を断絶させるために、前記構成要素中に金属部（４１、４１'、４１''）を形成するために、前記少なくとも１つの空洞部（３７、４５、４５''）の少なくとも一部分から金属層（６３）を成長させるステップ（１７、２１、２３）と、
   ｅ）前記基板（３）から前記シリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素（５１、５１'、５１''）を放出するステップ（３３）とを備える、ことを特徴とする製造方法。
2. 前記ステップｄ）は、
   感光性樹脂（５７）により前記基板（３）の前記上部を覆うステップ（１７）と 前記金属部（３９、４１）の所定のパターンにしたがって、前記樹脂を光造形する（７１、７３、７５）ために、前記感光性樹脂（５７）に対して光造形を選択的に実施する光造形ステップ（２１）と、
   前記パターンに応じて前記金属部（４１、４１'、４１''）を形成するために、前記光造形樹脂（７５）と前記シリコン酸化物中間層（９）または前記上部シリコン層（５）とのそれぞれの間に前記金属層（６３）を前記少なくとも１つの空洞部（３７、４５、４５''）の底部から成長させることにより、前記少なくとも１つの空洞部（３７、４５、４５''）に対して垂直方向に位置する前記下部シリコン層（７）の上部導電性面から開始して、電気めっきによって金属層（６３）を堆積させるステップ（２３）とを含み、
   前記ステップｅ）は、前記光造形樹脂（７１、７３、７５）を除去すること（３３）によって行われることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記少なくとも１つの空洞部（３７、４５、４５''）に対して垂直方向に位置する前記下部シリコン層（７）の前記上部導電性面は、前記下部シリコン層（７）をドーピングすることによって、および／または、導電性層（６１）の堆積（２９）によって、導電性になされることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記光造形ステップ（２１）の際に、前記光造形樹脂（７１、７３、７５）は、前記基板（３）の前記上部シリコン層（５）から突出した突出部分（７３、７５）を形成し、それにより、前記金属層（６３）は、前記シリコン部（５３）の上方に前記マイクロメカニカル構成要素（５１、５１'）の第２の金属部（３９）を形成するために、前記光造形樹脂（７３、７５）の少なくとも前記突出部分間に電気めっきを施す（２３）ことによって、成長を継続させることが可能であることを特徴とする、請求項２または３に記載の製造方法。
5. 前記ステップｄ）の後に、前記光造形樹脂（７３、７５）の上端部と同一の高さにまで前記金属層（６３）を水平にさせるように、前記基板（３）の上面を機械加工するステップ（２５）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
6. 前記金属層（６３、３９、３９'、４１、４１'、４１''）は、ニッケルを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
7. 前記放出ステップ（３３）の前に、所定の形状および厚さにしたがって前記マイクロメカニカル構成要素（５１、５１'）中に第２のシリコン部（６５）を形成するために、前記基板（３）の前記下部シリコン層（７）中に少なくとも１つの空洞部（４７、４９）を機械加工するステップ（２７）およびエッチングするステップ（３１）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の製造方法。
8. 前記基板（３）の前記下部シリコン層（７）を機械加工するステップ（２７）と前記基板（３）の前記下部シリコン層（７）をエッチングするステップ（３１）との間に、放出ステップ（３３）と、前記下部シリコン層（７）の厚さ部分中に少なくとも１つの追加の金属部（４１'）を形成するように、前記下部層（７）の前記少なくとも１つの空洞部（４７）の少なくとも１つの部分中に電気めっきを施すことにより、第２の金属層（４１'）を成長させるステップ（１７'、２１'、２３'）とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記成長ステップは、
   感光性樹脂で前記基板（３）の下部を覆うステップ（１７'）と、
   前記金属部（４１'）の所定のパターンにしたがって前記樹脂を光造形するために、前記感光性樹脂に対してフォトリソグラフィを選択的に実施するステップ（２１'）と、
   前記パターンにしたがって前記金属部（４１'）を形成するために、前記下部から前記少なくとも１つの空洞部（４７）中に金属層を成長させることにより、前記少なくとも１つの空洞部（４７）の底部から開始して電気めっきによって前記金属層を堆積させるステップ（２３'）とを含むことを特徴等する、請求項８に記載の製造方法。
10. 前記フォトリソグラフィ・ステップ（２１'）の際に、前記光造形樹脂が、前記基板（３）の前記下部シリコン層（７）から突出し、それにより前記層は、前記第２のシリコン部（６５）の下方に前記マイクロメカニカル構成要素（５１'）の第２の追加金属部（３９'）を形成するように、電気めっき（２３'）による成長を継続することが可能となることを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記放出ステップ（３３）の前に、前記光造形樹脂の下端部と同一の高さにまで前記金属部（３９’）を水平にするために、前記基板（３）の下部表面（３）を機械加工するステップ（２５'）を含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の製造方法。
12. 前記第２の金属層（３９'、４１'）は、ニッケルを含むことを特徴とする、請求項８から１１のいずれかに記載の製造方法。
13. 複数のマイクロメカニカル構成要素（５１、５１'、５１''）が、同一の基板（３）中において製造されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の製造方法。
14. シリコン層（５）へと形成される一部（５３、５３''）を含むシリコン／金属複合体マイクロメカニカル構成要素（５１、５１'、５１''）において、前記シリコン部は、歯車またはカナを形成するための歯（５５）と、前記歯（５５）の少なくとも一部分にわたって、破壊応力からシリコン部（５３、５３''）を断絶させるために６ミクロンを上回る厚さを有する金属部（３９、４１、４１''）とを備えることを特徴とする、マイクロメカニカル構成要素。
15. 前記金属部は、前記シリコン部の周囲壁部を覆うスリーブを形成することを特徴とする、請求項１４に記載のマイクロメカニカル構成要素。
16. 前記スリーブは、ブリッジ状材料により前記周囲壁部に連結されることを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロメカニカル構成要素。
17. 前記金属部は、前記シリコン部から突出する第２の金属部を、前記金属部の延在部分中に備えることを特徴とする、請求項１５または１６に記載のマイクロメカニカル構成要素。
18. 前記金属部は、中において駆動される枢動軸を受容するように、前記シリコン部（５３、５３''）中に作製された空洞部（４５、４５'’）内にスリーブ（４１、４１''）を形成することを特徴とする、請求項１４に記載のマイクロメカニカル構成要素。
19. 前記スリーブは、ブリッジ状材料により前記空洞部の壁部に連結されることを特徴とする、請求項１８に記載のマイクロメカニカル構成要素。
20. 前記金属部（４１）は、前記シリコン部（５３）から突出する第２の金属部（３９）を備えることを特徴とする、請求項１８または１９に記載のマイクロメカニカル構成要素。
21. 前記第２の金属部（３９）は、歯車またはカナを形成するための歯（５９）を備えることを特徴とする、請求項２０に記載のマイクロメカニカル構成要素。
22. 各金属部（６３、３９、４１、４１''）は、ニッケルを含むことを特徴とする、請求項１４から２１のいずれかに記載のマイクロメカニカル構成要素。
23. 第２のシリコン層（７）から形成された第２のシリコン部（６５）を備えることを特徴とする、請求項１４から２２のいずれかに記載のマイクロメカニカル構成要素。
24. 前記第２のシリコン部（６５）は、破壊応力から前記第２のシリコン部（６５）を断絶させるための追加の金属部（４１'）を、前記第２のシリコン部（６５）の厚さ部分の少なくとも一部分にわたって備えることを特徴とする、請求項２３に記載のマイクロメカニカル構成要素。
25. 前記追加の金属部は、中において駆動される枢動軸を受けるための前記第２のシリコン部（６５）中に作製された空洞部（４７）内にスリーブ（４１'）を形成することを特徴とする、請求項２４に記載のマイクロメカニカル構成要素。
26. 前記スリーブは、ブリッジ状材料によって前記空洞部の前記壁部に連結されることを特徴とする、請求項２５に記載のマイクロメカニカル構成要素。
27. 前記追加の金属部（４１'）は、前記第２のシリコン部（６５）から突出する第２の追加の金属部（３９'）を備えることを特徴とする、請求項２４から２６のいずれかに記載のマイクロメカニカル構成要素。
28. 前記第２の追加の金属部（３９'）は、歯車またはカナを形成するための歯（５９'）を備えることを特徴とする、請求項２７に記載のマイクロメカニカル構成要素。
29. 各金属部（３９'、４１'）は、ニッケルを含むことを特徴とする、請求項２４から２８のいずれかに記載のマイクロメカニカル構成要素。
30. 前記第２のシリコン部（６５）は、シリコン酸化物中間層（９）を介して前記シリコン部（５３）の上に設置されることを特徴とする、請求項２４から２９のいずれかに記載のマイクロメカニカル構成要素。
31. 前記第２のシリコン部（６５）は、歯車またはカナを形成するための歯（６７）を備えることを特徴とする、請求項２４から３０のいずれかに記載のマイクロメカニカル構成要素。
32. 請求項１４から３１のいずれかに記載の少なくとも１つのマイクロメカニカル構成要素（５１、５１'、５１''）を備えることを特徴とする、時計。

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