(57)【要約】 【課題】複数のレベルの単結晶又は多結晶のシリコン製の微細機械部品の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の方法は以下のステップを有する。（ａ）化学的手段又は物理的手段あるいはそれらの組合せにより、微細機械部品の第１要素（３）を第１シリコン・ウエハ（１）内に加工するステップ。（ｂ）前記第１要素（３）とは異なる形状の第２要素（４）を加工するために、第２シリコン・ウエハ（２）に対し、前記ステップ（ａ）を繰り返すステップ。（ｃ）位置決め手段（６，７）を用いて、第１と第２の要素（３，４）又は第１と第２のシリコン・ウエハ（１，２）を互いに向かい合うように配置するステップ。（ｄ）前記（ｃ）ステップで形成された組立体に加熱酸化処理を施すステップ。（ｅ）前記微細機械部品（１０）を第１と第２のシリコン・ウエハ（１，２）から分離するステップ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレベルの単結晶又は多結晶のシリコン製の微細機械部品（１０，２０，３０）の製造方法において、
（ａ）化学的手段又は物理的手段あるいはそれらの組合せにより、微細機械部品の第１要素（３）を第１シリコン・ウエハ（１）内に加工するステップと、
（ｂ）前記第１要素（３）とは異なる形状の第２要素（４）を加工するために、第２シリコン・ウエハ（２）に対し、前記ステップ（ａ）を繰り返すステップと、
（ｃ）位置決め手段（６，７）を用いて、第１と第２の要素（３，４）又は第１と第２のシリコン・ウエハ（１，２）を互いに向かい合うように配置するステップと、
（ｄ）前記（ｃ）ステップで形成された組立体に加熱酸化処理を施すステップと、
（ｅ）前記微細機械部品（１０）を第１と第２のシリコン・ウエハ（１，２）から分離するステップと、
を有する
ことを特徴とするシリコン製の微細機械部品の製造方法。
【請求項２】
前記（ｄ）ステップは、炉（８）内で、９００℃−１２００℃の間の温度で酸化ガス（９）の存在下で２−４時間加熱する
ことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
一方のシリコン・ウエハ（１）を他方のシリコン・ウエハ（２）に対し位置決めする手段（６，７）は、第１と第２の要素（３，４）と同時に加工して形成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記要素（３，４）のそれぞれは、ブリッジ（５）により、ウエハ（１，２）に保持される
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記シリコン・ウエハ（１，２）の位置決め手段（６，７）は、少なくとも２個の穴（６）により形成され、前記穴（６）内に位置決め用ピン（１６）が係合する
ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ａ）又は（ｂ）の終了時に、少なくとも１個の要素（３又は４）を支持ウエハ（１又は２）から分離し、水晶製のテンプレート（１８）内に配置し、
前記第２のウエハが、前記テンプレート（１８）のリセス内に配置され、
前記第２のウエハは、スロット（７）をその端部に有し、
前記スロット（７）が、前記テンプレート（１８）の対応するリブ（１７）に係合する
ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）と（ｂ）の終了時に、第１要素（３）と第２要素（４）は、それぞれの第１シリコン・ウエハ（１）と第２シリコン・ウエハ（２）から分離され、２つのレベルでテンプレート（１８）内に配置される
ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）で互いに向かい合って配置される第１シリコン・ウエハ（１）と第２シリコン・ウエハ（２）の表面は、予め酸化処理されている
ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｃ）で互いに向かい合って配置される第１シリコン・ウエハ（１）と第２シリコン・ウエハ（２）の表面は、凹凸状態にする前処理が施される
ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
第３の要素を形成するために、少なくとも第３のウエハを加工するステップをさらに有し、
前記第３の要素は、前記ステップ（ｆ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）で形成された２つの要素と組み立てられ、第３のレベルを形成する
ことを特徴とする請求項１−９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
互いに固定される複数のシリコン層により形成される微細機械部品を有する
ことを特徴とする請求項１−１０のいずれかに記載の方法で得られた部品。
【請求項１２】
前記シリコン層は、シロキサン接着により、固定される
ことを特徴とする請求項１１記載の方法で得られた部品。
【請求項１３】
２つの層を含み、その内の第一の層は、ピボットを収納するよう穴が開けられ、ベアリングのジュエル・ホールを形成する
ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法で得られた部品。
【請求項１４】
軸真を収納するよう穴の開けられた２つの層を有し、
前記２つの層は、伝達歯車セットを形成するために外径に歯を有する
ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法で得られた部品。
【請求項１５】
前記層の外径は、減速歯車セットを形成するために異なるサイズである
ことを特徴とする請求項１４記載の方法で得られた部品。
【請求項１６】
請求項１１によるマルチレベルのシリコン製構成部品を組み込む
ことを特徴とする時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチレベルのシリコン製微細機械部品を製造する方法と、この方法により得られた部品に関し、特に、時計製造業界で使用される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン製微細機械部品を製造する技術により、時計の機構の構成要素として用いられる部品の側面の垂直性を十分に制御しながら、部品を形成できる。しかし、１枚のシリコン・ウエハからマルチレベルの部品を製造することは、現在の技術を以てしても、非常に難しい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Semiconductor devices:physics and technology - editions John Wiley & sons, ISBN 0-471-874-8-01.011985 p.341-355
【０００４】
マルチレベルの部品を製造する改良された方法を、本出願で提案する。この方法は、単一のレベルのシリコン製部品を現在の技術を用いて、マルチレベルのシリコン製部品を如何に得るかを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、市販のシリコン・ウエハからマルチレベルの微細機械部品を製造する簡単で経済的な方法を提供することである。この微細機械部品は、動くか固定されているかを問わず、時計のムーブメントの製造に特に適したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、複数のレベルの単結晶又は多結晶のシリコン製の微細機械部品の製造方法は以下のステップを有する。
（ａ）化学的手段又は物理的手段あるいはそれらの組合せにより、微細機械部品の第１要素を第１シリコン・ウエハ内に加工するステップ。
（ｂ）前記第１要素とは異なる形状の第２要素を加工するために、第２シリコン・ウエハに対し、前記ステップ（ａ）を繰り返すステップ。
（ｃ）位置決め手段を用いて、第１と第２の要素又は第１と第２のシリコン・ウエハを互いに向かい合うように配置するステップ。
（ｄ）前記（ｃ）ステップで形成された組立体に加熱酸化処理を施すステップと、
（ｅ）前記微細機械部品を第１と第２のシリコン・ウエハから分離するステップ。
【０００７】
本発明の方法は、厚さが１ｍｍ以下のウエハに対し確立された技術を用いて、正確に最終部品の各要素を構成することである。
【０００８】
前記ステップ（ｃ）において、様々な位置決め手段により、最終部品を構成する２個の要素を正確に位置決めすることができる。その後、加熱酸化処理を施し、この２個の要素を物理的に接着する。以下の説明においては、位置決め手段の実施例を２つ示す。第１実施例は、部品の構成要素を形成するのと同時に、そしてブリッジ材料によりその後リンクされるよう構成されるマーキング手段を利用する。第２実施例は、ウエハから分離されるそれぞれの部品の上部にウエハを位置決めするテンプレートを用いる。
【０００９】
前記（ｄ）において、ウエハの酸化処理は、乾燥酸素によるドライ方法又は水蒸気によるウエット方法により、行う。これは、たとえば、炉（８）内で、９００℃−１２００℃の間の温度で酸化ガス（９）の存在下で２−４時間加熱することにより、行う。これに関しては、非特許文献１を参照されたい。
【００１０】
この酸化プロセスは、当業者に公知の方法（例、レーザー増幅酸化処理）によっても行うことができる。
【００１１】
３つのレベル以上の部品は、前記のステップ（ｃ）で一体化する第３のシリコン・ウエハを加工するか、又はステップ（ｃ），（ｄ），（ｅ）を繰り返すことにより、ステップ（ｅ）の後に、得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法により、マルチレベルのシリコン製の微細機械部品（例、ベアリング，プレート，スロットの形成されたブリッジ，時計のムーブメント用の減速歯車機構）の製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ジュエル・ホールとエンドストーンを具備したベアリングを製造する方法の各ステップを表す図。
【図２】本発明の方法により得られた他のベアリングを示す図。
【図３】本発明の方法により得られた減速歯車セットを表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、シリコン製のベアリング１０を得る本発明の方法のステップを表す図である。このベアリング１０の第１要素３が「ジュエル・ホール」を形成し、ベアリング１０の第２要素４が「エンドストーン」を形成する。ジュエルの寸法は、厚さが０．１２ｍｍ−０．３５ｍｍであり、直径が０．７０ｍｍ−１．８ｍｍである。
【００１５】
ステップ（ａ）において、第１要素３（好ましくは複数個）を、第１シリコン・ウエハ１内に加工する。市販のシリコン・ウエハ（その直径は７５ｍｍ−３００ｍｍの間である）からスタートすると、直径が２ｍｍ以下の複数の要素を構成できる。このウエハの厚さは、通常１ｍｍ以下であり時計の寸法に適合したものであるが、エッチングすることにより所望の寸法にすることができる。ウエハの一方の表面は研磨しない状態にしておく。ウエハが、このような形で市販されているか、或いは若干の剥離処理を施しているかを問わない。
【００１６】
第１要素３は、第１シリコン・ウエハ１内に公知の方法（例、マスクを通した光リソグラフとエッチング）により形成する。エッチング・ステップは、シリコン加工の分野で公知の様々な方法で実行できる。最適のアスペクト比（即ち、部品の表面に直交して切断した側面の比）を提供する方法は、ＲＩＥ技術（反応性イオンエッチング）である。
【００１７】
この技術と特定の場合に必要な摘要は当業者には公知である。
【００１８】
ステップ（ａ）において、ブリッジ５が、第１要素３を第１シリコン・ウエハ１に連結する。この構成により、第１シリコン・ウエハ１を第２シリコン・ウエハ２に対して固定するための第１シリコン・ウエハ１内に要素を形成する。一例として、位置決め手段は２個の穴６で形成される。スロット７も位置決め要素である。
【００１９】
各ウエハの要素の間のブリッジ５は、使用される配置によっては、必ずしも必要ではない。
【００２０】
ステップ（ｂ）において、ステップ（ａ）と同じプロセスを用いて、第２シリコン・ウエハ２から第２要素４（例、エンドストーン）と位置決め手段６を形成する。この位置決め手段６は、第１シリコン・ウエハ１の位置決め手段６に対応する。この実施例においては、第１要素３と第２要素４は、同一の直径である。
【００２１】
ステップ（ａ），（ｂ）で使用される第１シリコン・ウエハ１と第２シリコン・ウエハ２は、少なくとも一つの非研磨表面を有する場合、第１シリコン・ウエハ１と第２シリコン・ウエハ２は、非研磨表面を互いに当てて配置することにより、表面処理を必要とせずに、組み立てることができる。各ウエハの両面が研磨されている場合には、事前に表面処理を行って、互いに当てて配置される面を、若干粗くするか或いは自然酸化物よりも若干厚い酸化シリコンフィルムで、コーティングするのが好ましい。
【００２２】
ステップ（ｃ）は、図の左側に示すように、ウエハ１の上にウエハ２を配置し、位置決め用ピン１６の手段で固定して、組立体１１を構成する。
【００２３】
図の右側に第２の位置決めの例を示す。第２要素４を第２シリコン・ウエハ２から分離する。これはブリッジ５を破損することにより或いはブリッジ５を用いずに行う。その後、第２要素４を、水晶製のテンプレート１８の対応するスロット内に配置する。その後、第１シリコン・ウエハ１のエッジに加工されたスロット７をテンプレート１８のスナッグ１７に係合させて、組立体１３を形成する。適宜の深さのスロットを有するテンプレート１８を用いて、第１要素３を第１シリコン・ウエハ１から分離し、テンプレート１８内に配置することもできる。
【００２４】
ステップ（ｄ）において、組立体１１又は１３を、搬送装置１５の上に配置して、炉８内に入れて、酸化混合ガス９を循環させながら、９００℃−１２００℃の温度に、２−４時間加熱する。この酸化ステップは、シロキサン型の接着方法により、第１シリコン・ウエハ１と第２シリコン・ウエハ２とを接着（連結）する。これはドライ方法（不活性キャリアガスと乾燥酸素を含む混合ガスを用いる）又はウエット方法（乾燥酸素を水蒸気で置換する方法）で行うことができる。
【００２５】
ステップ（ｄ）が終了すると、搬送装置１５を炉８から取り出す。組立体１１、１３が周囲温度に戻る。その後かくして形成されたベアリング１０を、ブリッジ５を破損することにより、分離する。かくしてベアリング１０を、組立装置１２に搭載し、時計のムーブメントの歯車セットのピボット１４を収納する。
【００２６】
図２は本発明の他の実施例を示す。この実施例においては、ベアリング２０のジュエル（宝石）である第１要素３と第２要素４は、同一の直径を有しない。この場合、テンプレート１８を使用する方法を修正する。前記テンプレート１８は、第１要素３と第２要素４の両方を積み重ねて、互いに位置決めするような多段のステージから、形成される。
【００２７】
図３は、本発明の方法により得られた別の部品３０を示す。これは減速歯車セットである。この減速歯車セットは、第１要素３がピニオンで、第２要素４が歯車で、軸真ホール２９が第１要素３と第２要素４を貫通する組立体により形成される。
【００２８】
上記の実施例は、２つのレベルを有する微細機械の部品の製造に関するが、本発明の方法により、これ以上の数のレベルを有する部品の製造も実施することも可能である。本発明の変形例では、３枚以上のシリコンウエハで開始し、ステップ（ｅ）の終了時に本発明の方法を繰り返す。
【００２９】
本発明は、小さな寸法の部品に限定されるものではなく、より大きな寸法の部品の製造（例、時計のムーブメントのプレート凹部を含むリセス）にも適用可能である。このような部品の厚さは２ｍｍ台であり、これらは市販の１枚のシリコン・ウエハから形成することはできない。
【００３０】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【符号の説明】
【００３１】
１  第１シリコン・ウエハ
２  第２シリコン・ウエハ
３  第１要素
４  第２要素
５  ブリッジ
６  穴
７  スロット
６，７  位置決め手段
８  炉
９  酸化ガス
１０  ベアリング
１１  組立体
１２  組立装置
１３  組立体
１４  ピボット
１５  搬送装置
１６  位置決め用ピン
１７  スナッグ
１８  テンプレート
２０  ベアリング
２９  軸真ホール
３０  部品
【図１ａ）−１ｅ）】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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