JP2015179013A - Manufacturing method of balance spring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、時計用のひげぜんまいに関し、特にシリコンを主成分とするひげぜんまいの製造方法に関する。 The present invention relates to a hairspring for a watch, and more particularly to a method for manufacturing a hairspring having silicon as a main component.
従来の機械式時計においては、機械の運転を規則正しく一定の速度に保つために、ひげぜんまいとてん輪(てん真付)とで構成される調速機(てんぷ)が使われている。等時性のあるひげぜんまいの伸縮によりてん輪が規則正しく往復回転運動を行う。 In a conventional mechanical timepiece, a speed governor (balance balance) composed of a hairspring and a balance wheel (with a balance spring) is used in order to keep the operation of the machine regularly at a constant speed. The balance wheel regularly reciprocates by the expansion and contraction of the isochronous balance spring.
てんぷには、がんぎ車とアンクルとで構成される脱進機という機構が接続されており、ぜんまいからエネルギーが伝達されて、振動を持続するようになっている。 The balance with the escapement composed of escape wheel and ankle is connected to the balance with the balance, and the energy is transmitted from the mainspring to maintain the vibration.
知られているひげぜんまいは、金属を加工して形成する場合が多い。このため、その加工精度のばらつきや金属が有する内部応力の影響などによって、設計通りの形状が得られない場合がある。 Known balance springs are often formed by processing metal. For this reason, the shape as designed may not be obtained due to variations in processing accuracy or the influence of internal stress of the metal.
ひげぜんまいは規則的にてんぷを振動させる必要があるから、設計通りの形状が得られないとてん輪も等時性のある運動ができなくなり、時計の歩度ずれが生じてしまう。時計の歩度とは、一日あたりの時計の進み又は遅れの程度を示すものである。 Since the balance spring needs to regularly vibrate the balance with the balance, if the shape as designed is not obtained, the balance wheel also cannot move isochronously, resulting in a deviation in the rate of the watch. The rate of the watch indicates the degree of advance or delay of the watch per day.
ところで近年、シリコン基板をエッチング加工することによって時計部品を製造する試みがなされている。従来の金属部品を用いる時計部品の製造に比べ軽量にできるという利点と、安価で大量生産ができる利点とがあると言われている。これにより、小型軽量の時計を製造することができると期待されている。 In recent years, attempts have been made to manufacture timepiece parts by etching a silicon substrate. It is said that it has the advantage that it can be made lighter than the manufacture of watch parts using conventional metal parts, and the advantage that it can be mass-produced at low cost. Thereby, it is expected that a small and lightweight watch can be manufactured.
シリコン基板をエッチングする際、近年ではドライエッチング技術である反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)技術が進歩してきた。中でも、深堀りRIE(Deep RIE)技術が開発され、アスペクト比が高いエッチングが可能になってきた。 When etching a silicon substrate, a reactive ion etching (RIE) technique, which is a dry etching technique, has recently progressed. Among them, deep RIE (Deep RIE) technology has been developed, and etching with a high aspect ratio has become possible.
この技術によると、エッチングがフォトレジストなどでマスクした部分の下に回り込まないために、垂直深さ方向にマスクパターンを忠実に再現できるようになり、シリコン基板をエッチングする際に、時計部品を設計通りの形状で精度よく製造することが可能となってきた(例えば、特許文献1参照。)。 According to this technology, since the etching does not go under the part masked with photoresist, the mask pattern can be faithfully reproduced in the vertical depth direction, and the watch part is designed when etching the silicon substrate. It has become possible to manufacture accurately with a street shape (for example, refer to Patent Document 1).
そもそもシリコンは、金属よりも温度特性が良い。従来のひげぜんまいの材料として用いられる金属よりも環境温度に対して変形しにくいという特徴がある。このことから、時計の調速機構にもこの技術を応用することが考えられている。 In the first place, silicon has better temperature characteristics than metal. It has a feature that it is less likely to be deformed with respect to ambient temperature than a metal used as a material for a conventional hairspring. For this reason, it is considered to apply this technique to a speed control mechanism of a timepiece.
特許文献1に示した従来技術に代表されるような、シリコンを深堀りRIE技術を用いてエッチングし、ひげぜんまいを形成すると、形状が設計通りにならないという問題が発
生することが判明した。
It has been found that when silicon is deeply etched and etched using the RIE technique, as represented by the prior art disclosed in
本来は、深堀りRIE技術を用いてシリコンをエッチングすると、設計通り、すなわち、マスクパターン通りにひげぜんまいができ上がるのである。
しかし、エッチングしてなる対象物がひげぜんまいの場合、そうならず、局所的なオーバーエッチングが生じてしまうのである。すなわち、マスクパターン通りにエッチングされる箇所と、マスクパターンより細くエッチングされてしまう箇所とがある。
Originally, when silicon is etched using the deep RIE technique, a balance spring is created as designed, that is, according to the mask pattern.
However, when the object to be etched is a hairspring, local over-etching occurs instead. That is, there are a portion etched according to the mask pattern and a portion etched more narrowly than the mask pattern.
その理由はひげぜんまいの形状にある。ひげぜんまいは、一端をひげ玉に接続し、他端をひげ持に接続したぜんまい腕を、ひげ玉に巻回する形状である。なお、巻回されているぜんまい腕をぜんまい部と称する。
このため、平面的にみて、隣接する部分があるところと、そうではないところとがある。このような状態を、形状の密度に粗密があると称する。
The reason is the shape of the hairspring. A hairspring is a shape in which a mainspring arm having one end connected to a whisker and the other end connected to a whisker is wound around the whistleball. In addition, the mainspring arm currently wound is called a mainspring part.
For this reason, when viewed in plan, there are places where there are adjacent parts and places where they are not. Such a state is referred to as having a density of shape.
例えば、ぜんまい部においては、ひげ玉の近傍は形状的に間隔が空いており、形状の密度が粗い状態である。順次巻回されているぜんまい部は隣接する他のぜんまい腕との間隔が狭く、形状の密度が狭い状態、つまり密である。 For example, in the mainspring portion, the vicinity of the whiskers is spaced in shape, and the shape density is rough. The spirally wound mainspring portion is in a state where the distance between the adjacent mainspring arms is narrow and the shape density is narrow, that is, dense.
深堀りRIEでエッチング加工してなるひげぜんまいは、その形状通りのマスクパターンを用いる。ひげぜんまいの形状的な粗密は、マスクパターンの粗密でもある。 The hairspring that is etched by deep RIE uses a mask pattern according to its shape. The shape density of the hairspring is also the density of the mask pattern.
このため、このマスクパターンの粗密により、パターンが粗い部分にサイドエッチングが発生し、ひげぜんまいがエッチング加工し終わったときに、サイドエッチングが生じた部分のみ、マスクパターンよりも形状が細く加工されてしまうのである。 For this reason, due to the density of the mask pattern, side etching occurs in the portion where the pattern is rough, and when the hairspring is finished being etched, only the portion where the side etching occurs is processed to be thinner than the mask pattern. It ends up.
これは、深堀りRIEでのエッチングの際に、隣接するマスクパターンとの距離が遠いと(パターンの形状の密度が粗いと)、エッチングの最中に、プラズマ環境下で発生したイオンやラジカルがマスクパターンの横方向からも到来してしまい、サイドエッチングが進行してしまうことが原因である。 This is because ions and radicals generated in a plasma environment are generated during etching when the distance from the adjacent mask pattern is long (when the density of the pattern shape is rough) during etching by deep RIE. This is because the mask pattern also comes from the lateral direction, and side etching proceeds.
ちなみに、隣接するマスクパターンとの距離が近いと(パターンの形状の密度が密であると)、横方向から到来するイオンやラジカルは、その隣接するパターンが妨げになり、サイドエッチングが進行してしまうことはない。 By the way, when the distance to the adjacent mask pattern is short (when the density of the pattern shape is dense), ions and radicals coming from the lateral direction interfere with the adjacent pattern, and side etching proceeds. There is no end.
すでに説明したように、マスクパターンはひげぜんまいの形状に由来するものであるから、自由にマスクパターンの粗密を変えることはできない。 As already described, since the mask pattern is derived from the shape of the hairspring, the density of the mask pattern cannot be freely changed.
このため、特許文献1に代表される従来技術では、設計通りの形状にひげぜんまいが加工できず、これを組み込んだ機械式時計は、歩度ずれを起こしてしまうのである。
For this reason, in the prior art represented by
この問題を解決する案としては、マスクパターンの密度が粗い部分は、エッチングを2回に分けて行う方法が知られている。
すなわち、まず設計よりも細い溝幅で第1回目のエッチングを行って垂直性を出した後に、再度マスクパターンを形成し、設計通りの広い溝幅で第2回目のエッチングを行うという方法である。
As a proposal for solving this problem, a method is known in which etching is performed twice in a portion where the mask pattern has a high density.
That is, the first etching is performed with a narrower groove width than the design to obtain perpendicularity, and then a mask pattern is formed again, and the second etching is performed with a wide groove width as designed. .
しかしながら、この方法は、エッチングを行う作業工程が2回必要になって大変手間のかかる作業になっていた。更に、2回目のエッチング工程では、1回目で形成した形状との正確な位置合わせが必要である。このため、不良率も高く、製造コストも高かった。 However, this method requires a work process for performing etching twice, which is very laborious. Further, in the second etching step, accurate alignment with the shape formed in the first time is necessary. For this reason, the defect rate was high and the manufacturing cost was also high.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、精度よくひげぜんまい製造できる製造方法を提供するものである。 This invention is made | formed in view of said subject, and provides the manufacturing method which can manufacture a hairspring accurately.
上記の課題を解決するための手段として、本発明のひげぜんまいの製造方法は、以下の通りである。 As means for solving the above-described problems, the method for manufacturing a hairspring of the present invention is as follows.
回転軸体と嵌合するための貫通孔を有するひげ玉と、このひげ玉と接続し、貫通孔を中心にしてひげ玉に巻回されるコイル形状のぜんまい部と、ぜんまい部の端部に設けるひげ持とを有する、シリコンを主成分とするひげぜんまいの製造方法であって、シリコンを主成分とするベース層と、シリコン酸化膜層と、シリコンを主成分とする活性層と、を順次積層してなるSOI基板の活性層の上部に、ひげぜんまいの形状に対応する第1のマスクパターンと、この第1のマスクパターンの配置が、粗になるところに対応して配置される第2のマスクパターンと、を形成するマスクパターン形成工程と、第1、第2のマスクパターンにそれぞれ対応した形状に活性層をエッチング加工するエッチング工程と、シリコン酸化膜層を除去し、ひげぜんまいをベース層から切り離すリフトオフ工程と、を有することを特徴とするものである。 A whisker having a through hole for fitting with the rotating shaft body, a coil-shaped mainspring part connected to the whistle ball and wound around the whisker ball around the through hole, and an end of the mainspring part A method of manufacturing a hairspring having silicon as a main component and having a whiskers to be provided, wherein a base layer having silicon as a main component, a silicon oxide film layer, and an active layer having silicon as a main component are sequentially formed A first mask pattern corresponding to the shape of the hairspring and a second mask pattern arranged on the active layer of the laminated SOI substrate and corresponding to a rough place. A mask pattern forming step for forming the mask pattern, an etching step for etching the active layer into a shape corresponding to each of the first and second mask patterns, and removing the silicon oxide film layer, Is characterized in that it has a, a lift-off process to separate from the base layer to have.
このような製造方法をとることにより、第1のマスクパターンと第2のマスクパターンとの間の配置間隔に粗密のない均一な配置間隔が得られる。これによって、サイドエッチングが進行せず、ひげぜんまいの厚みや垂直性において寸法精度の良いひげぜんまいが得られる。 By adopting such a manufacturing method, a uniform arrangement interval without coarseness can be obtained in the arrangement interval between the first mask pattern and the second mask pattern. As a result, the side etching does not proceed, and a hairspring with good dimensional accuracy can be obtained in the thickness and verticality of the hairspring.
また、本発明のひげぜんまいの製造方法は、第2のマスクパターンが形成される箇所は、ひげ玉の周囲、ぜんまい部の外周又はひげ持の周囲であるのが好ましい。 In the hairspring manufacturing method of the present invention, it is preferable that the portion where the second mask pattern is formed is around the hairball, the outer periphery of the mainspring portion, or the periphery of the hairspring.
ひげ玉の周囲、ぜんまい部の外周又はひげ持の周囲は第1のマスクパターンが粗なる分布をなす。そのため、その部分に第2のマスクパターンを設けると、全体的に均一に分布するマスクパターンが得られる。 The first mask pattern has a rough distribution around the beard ball, the outer periphery of the mainspring portion, or the periphery of the beard. Therefore, when a second mask pattern is provided in that portion, a mask pattern that is uniformly distributed as a whole is obtained.
また、本発明のひげぜんまいの製造方法は、第2のマスクパターンは、第1のマスクパターンと第2のマスクパターンとの距離よりも小さいスリットを有する形状であるのが好ましい。 In the hairspring manufacturing method of the present invention, it is preferable that the second mask pattern has a shape having a slit smaller than the distance between the first mask pattern and the second mask pattern.
第2のマスクパターンに小さいスリットがあることによって、リフトオフ工程において、第2のマスクパターンの下で形成される形状品がスリットの部分で複数に分割されて分離する。従って、第2のマスクパターンの下で形成される形状品は取り出し易くなる。スリットの幅が第1のマスクパターンと第2のマスクパターンとの距離よりも小さいことにより、スリットのある部位でのエッチング幅は他の部位のエッチング幅とあまり変わらず、エッチングの影響は非常に小さいものとなって寸法精度の良いひげぜんまいが得られる。 By having a small slit in the second mask pattern, the shaped product formed under the second mask pattern is divided into a plurality of slits and separated in the lift-off process. Therefore, it becomes easy to take out a shaped product formed under the second mask pattern. Since the width of the slit is smaller than the distance between the first mask pattern and the second mask pattern, the etching width at the portion where the slit is present is not much different from the etching width at the other portion, and the influence of etching is very much It becomes small and a balance spring with good dimensional accuracy can be obtained.
また、本発明のひげぜんまいの製造方法は、マスクパターン形成工程は、ひげぜんまいの一部と接続部で接続する枠の形状に対応する第3のマスクパターンを形成する工程をさらに備え、リフトオフ工程の後に、接続部を破壊することで枠とひげぜんまいとを離断する離断工程を有するのが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a hairspring of the present invention, the mask pattern forming step further includes a step of forming a third mask pattern corresponding to a shape of a frame connected to a part of the hairspring at the connection portion, and a lift-off step After this, it is preferable to have a disconnecting step of disconnecting the frame and the hairspring by destroying the connecting portion.
枠の形状に対応する第3のマスクパターンを形成することにより、枠の一部に接続したひげぜんまいが得られる。そうすると、リフトオフ工程でひげぜんまいがエッチング液槽に落下することがない。その後、枠との接続部でひげぜんまいを離断する離断工程を設け
ると、ひげぜんまいを取り出す時にひげぜんまいに傷などの損傷を与えることなく外観的に綺麗な状態のひげぜんまいが得られる。
By forming the third mask pattern corresponding to the shape of the frame, a hairspring connected to a part of the frame is obtained. Then, the hairspring does not fall into the etching solution tank in the lift-off process. Thereafter, if a cutting step for cutting the hairspring is provided at the connection portion with the frame, the hairspring having a beautiful appearance can be obtained without damaging the hairspring when the hairspring is taken out.
本発明によれば、ひげぜんまいの厚み寸法や垂直性に精度の良い品質特性が得られる。そして、ひげぜんまいの調速性能を高める効果を生む。 According to the present invention, an accurate quality characteristic can be obtained in the thickness dimension and verticality of the hairspring. And the effect which improves the speed control performance of a hairspring is produced.
本発明のひげぜんまいの製造方法は、ひげぜんまいを製造する際に用いる、ひげぜんまいの形状に対応する第1のマスクパターンの粗密を解消するために、第2のマスクパターンを設けている点が特徴である。
これにより、第1のマスクパターンのパターンの密度が粗い場所でもサイドエッチングが発生せず、マスクパターン通りにひげぜんまいをエッチングできるのである。
The hairspring manufacturing method of the present invention is characterized in that a second mask pattern is provided in order to eliminate the density of the first mask pattern corresponding to the shape of the hairspring used when manufacturing the hairspring. It is a feature.
Thereby, side etching does not occur even in a place where the pattern density of the first mask pattern is rough, and the hairspring can be etched according to the mask pattern.
また、ひげぜんまいの周囲に枠の形状の第3のマスクパターンを設けることで、リフトオフ工程でのひげぜんまいのエッチング液槽への落下を防ぎ、作業性を向上させることができる。 Further, by providing a third mask pattern in the shape of a frame around the hairspring, it is possible to prevent the hairspring from dropping into the etching solution tank in the lift-off process and improve workability.
以下、本発明のひげぜんまいの製造方法を、図1〜図7を用いて説明する。説明にあって用いる図面は模式図とし、発明に関係のない部分は省略するか簡素化して記載する。そして、同一の構成には同一の番号を付与し、詳細な説明は省略する。 Hereinafter, the method for manufacturing a hairspring of the present invention will be described with reference to FIGS. The drawings used in the description are schematic diagrams, and portions not related to the invention are omitted or simplified. The same number is assigned to the same configuration, and detailed description is omitted.
[ひげぜんまいの形状説明:図1]
まず、図1を用いてひげぜんまい11の形状を説明する。
ひげぜんまい11は、シリコンを主成分とする基板から後述する手法で加工される。その形状は、中心部に図示しない回転軸体を嵌合させるための貫通孔11a1を有するひげ玉11aを有する。ひげ玉11aに一端を接続し、このひげ玉11aの貫通孔11a1の中心を基準点にして複数巻回されるコイル形状のぜんまい腕からなるぜんまい部11bを有する。そして、ぜんまい部11bの他端に接続するひげ持11cで構成している。これらひげ玉11a、ぜんまい部11b、ひげ持11cは一体で形成されている。
[Shape description of hairspring: Fig. 1]
First, the shape of the
The
[ひげぜんまいのマスクパターンの説明:図1、図2]
次に、図1及び図2を用いてひげぜんまい11を製造するためのマスクパターンを説明する。
図2は図1に示すひげぜんまい11を形成するためのマスクパターンである。図2に示すマスクパターンは、ひげぜんまいの形状に対応する第1のマスクパターン10と、この第1のマスクパターン10の配置に粗密がなくなるような形状を有する第2のマスクパターン20とから構成している。
[Description of mask pattern of hairspring: FIGS. 1 and 2]
Next, a mask pattern for manufacturing the
FIG. 2 shows a mask pattern for forming the
すでに説明したように、ひげぜんまい11の形状は、平面的に隙間の広い部分と狭い部分があって、形状に粗密さがある。図2に示す第1のマスクパターン10は、図1に示すひげぜんまい11と形状が同一であるから、もちろん、図2に示す第1のマスクパターン10の形状にも粗密がある。
As already described, the shape of the
図1に示すひげぜんまい11で、形状の密度が粗い(平面的に隙間の広い)部分は、ひげ玉11aの貫通孔11a1の内周部12a1、ひげ玉11aの外周部12a、ぜんまい部11bの外周部12cである。特に、外周部12cは、ぜんまい部11bとひげ持11cとの間は、広く開いている。これに対し、形状が密な(平面的に隙間が狭い部分)部分は、ぜんまい部11bを構成するぜんまい腕が整然と巻回されている巻回部12bである。
In the
図2に示すように、このひげ玉11aの貫通孔11a1の内周部12a1に対応するマスクパターンと、ひげ玉11aの外周部12aに対応するマスクパターンと、ぜんまい部11bの外周部12cに対応するマスクパターンとには、それぞれ第2のマスクパターン20を設けている。
As shown in FIG. 2, it corresponds to the mask pattern corresponding to the inner peripheral portion 12a1 of the through hole 11a1 of the
この第2のマスクパターン20は、図2にはそれぞれ第2のマスクパターン20a1、第2のマスクパターン20a、第2のマスクパターン20cの符号を付与している。
The
この第2のマスクパターン20を有することにより、第1のマスクパターン10の形状に粗密な部分がなくなり、隣接する部位との間隔が一定になる。
すでに説明したように、隣接するマスクパターンが近くなると(マスクパターンが密になると)、その隣接するマスクパターンが横方向から到来するイオンやラジカルの遮蔽物となり、サイドエッチングの発生を防止することができるのである。そうすると、第1のマスクパターン10の形状通りのひげぜんまい11を作ることができる。
By having the
As already explained, when the adjacent mask pattern is close (when the mask pattern is dense), the adjacent mask pattern becomes a shield for ions and radicals coming from the lateral direction, and side etching can be prevented. It can be done. Then, the
図2にしめす第2のマスクパターン20は、第1のマスクパターン10を構成するマスクパターン、例えば、ぜんまい腕に相当するマスクパターン部位と同じ太さの細長形状としてもよい。第2のマスクパターン20は、ひげぜんまいの形状に鑑みて自由に変更できる。
The
[製造方法の説明:図2〜図5]
次に、上記の形状をなすひげぜんまい11の製造方法を図2〜図5を用いて説明する。
図3は、製造工程を説明するために、図2の平面図の一部を抜き出し模式的に示した断面図であって、ひげぜんまい11の中心部にあるひげ玉11aとそれに連結するゼンマイ部11bの一部領域を取り出して描いた図である。
[Description of Manufacturing Method: FIGS. 2 to 5]
Next, a method of manufacturing the
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a part of the plan view of FIG. 2 in order to explain the manufacturing process, in which the
図3(a)に示すように、SOI(Silicon on insulator)基板を準備する。SOI基板1は、シリコン(Si)を主成分とする、例えば厚み400〜500μmのベース層2上に、厚み1〜3μmのからなるシリコン酸化膜層(SiO2層)3を形成し、更に、シリコン酸化膜層3の上にシリコン(Si)を主成分とする活性層4を形成してなる3層構造である。
As shown in FIG. 3A, an SOI (Silicon on Insulator) substrate is prepared. The
活性層4は、ひげぜんまい11を構成する層であるので、その厚みは製造するひげぜんまいによって決める。なお、ひげぜんまい11の生産性を考慮に入れれば、ひげぜんまい11が多数個取り出せる大きさのSOI基板1である方が好ましい。
Since the active layer 4 is a layer constituting the
次に、図3(b)に示すように、SOI基板1の活性層4上に、所定の膜厚のレジスト膜5をスピンコート法などの公知の手法で形成する。
レジスト膜5を形成するためのレジスト液には、ポジ型とネガ型があり、用いるマスクフィルムと共に適宜に選択する。本発明の実施形態の説明においては、ポジ型のレジスト液を用いる例で説明する。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist
Resist liquids for forming the resist
レジスト膜5を塗布した後は、例えば80〜100°Cの温度でプリベーク処理を行ってレジスト液に含まれる有機溶剤を蒸発させ、レジスト膜5を活性層4に密着させる。
After applying the resist
次に、図3(c)に示すように、公知の技術を用いて第1のマスクパターン10と第2のマスクパターン20とを形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a
レジスト膜5へのマスクパターンの形成は、例えば、次に示す手法を用いる。
まず、図示しない所定のガラス表面に、クロム(Cr)などを主成分とする第1のマスクパターンに相当する第1のクロムパターンと、第2のマスクパターンに相当する第2のクロムパターンとを有するガラスマスクを用意する。
For example, the following method is used to form the mask pattern on the resist
First, on a predetermined glass surface (not shown), a first chromium pattern corresponding to a first mask pattern mainly composed of chromium (Cr) or the like and a second chromium pattern corresponding to a second mask pattern are provided. A glass mask is prepared.
次に、ガラスマスクを公知の露光装置に載置し、このガラスマスクを通してSOI基板1の表面のレジスト膜5に所定の波長の紫外線を照射してレジスト膜5を露光させる。後に露光した部分を現像して、第1のマスクパターン10と第2のマスクパターン20とを転写する。
Next, a glass mask is placed on a known exposure apparatus, and the resist
次に、図3(d)に示すように、図3(c)に示す第1のマスクパターン10及び第2のマスクパターン20の形状通りに、活性層4をエッチングする。活性層4のエッチングは、深堀りRIE技術を用いてドライエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 3D, the active layer 4 is etched according to the shapes of the
深堀りRIEによるエッチングの最中にあっては、第1のマスクパターン10の横方向から侵入しようとするイオンやラジカルが、第2のマスクパターン20により遮蔽されるので、第1のマスクパターン10の下部の活性層にはサイドエッチングが抑制され、第1のマスクパターン10の形状通りに活性層がエッチングされる。
During etching by deep RIE, ions and radicals that are about to enter from the lateral direction of the
ところで、第2のマスクパターン20は、第1のマスクパターン10に対するサイドエッチングの防壁となるが、第2のマスクパターン20自体の下部の活性層は、部分的にサイドエッチングが起きてしまう。しかし、この第2のマスクパターン20によりエッチングされる活性層は、そもそもひげぜんまいの形状に関するものではないので、問題はない。
By the way, the
ここで、エッチングされた活性層には、説明しやすいように、それぞれ名称を付与する。第1のマスクパターン10に対応する活性層、すなわち、ひげぜんまいを構成する活性層は、第1の活性層形状10a、10bとする。第2のマスクパターン20に対応する活性層、すなわち、サイドエッチングを防止するための防壁となった活性層は、第2の活性層形状20a、20bとする。
Here, a name is given to each of the etched active layers for easy explanation. The active layer corresponding to the
次に、図3(e)に示すように、レジスト層である第1のマスクパターン10と第2のマスクパターン20とを、例えば、アセトンなどの有機溶剤を用いて剥離する。
これにより、第1の活性層形状10a、10bと第2の活性層形状20a、20bとが露出する。
Next, as shown in FIG. 3E, the
As a result, the first active layer shapes 10a and 10b and the second active layer shapes 20a and 20b are exposed.
次に、図3(f)に示すように、第1の活性層形状10a、10b及び第2の活性層形状20a、20bをベース層2から切り離す。この工程は、公知のリフトオフと呼ばれる技術を用いて行う。リフトオフ工程は、シリコン層には耐性がありシリコン酸化膜は溶解する薬剤、例えば、フッ酸(フッ化水素酸)を入れた液槽を用意し、これにSOI基板1
を浸漬してなる。
Next, as shown in FIG. 3 (f), the first active layer shapes 10 a and 10 b and the second active layer shapes 20 a and 20 b are separated from the
Soaked.
このリフトオフ工程により、シリコン酸化膜層3のみが溶解するので、第1の活性層形状10a、10b及び第2の活性層形状20a、20bは、ベース層2と分離するのである。
Since only the silicon
第1の活性層形状10a、10b及び第2の活性層形状20a、20bは、リフトオフ工程で、フッ酸の液槽の底部に向かい漂いながら落下してしまうが、その液槽にシリコン製などの網形状のフィルタを設けておけば、液槽の底部までの落下を防止できる。そうすれば、第1の活性層形状10a、10b、つまり、ひげぜんまいのみ掬うことができる。 In the lift-off process, the first active layer shapes 10a and 10b and the second active layer shapes 20a and 20b fall while drifting toward the bottom of the hydrofluoric acid liquid tank. If a net-like filter is provided, it is possible to prevent the liquid tank from dropping to the bottom. Then, only the first active layer shapes 10a and 10b, that is, the hairspring can be obtained.
このとき、当該フィルタは、第2の活性層形状20a、20bは通過させ、ひげぜんまい11のみを通過させないような大きさの網目や穴形状にすれば、ひげぜんまい11と第2の活性層形状20a、20bとを簡単に選別することができる。
At this time, if the filter has a mesh or a hole size that allows the second active layer shapes 20a and 20b to pass but not the
もちろん、リフトオフ工程で、ひげぜんまい11をフッ酸の液槽に落下させないようにすることもできる。以下、図4及び図5を用いて説明する。
Of course, it is possible to prevent the
[第3のマスクパターンの説明:図4、図5]
図4は、図2に対応するマスクパターンを示す平面図であり、第3のマスクパターン30を説明する図である。
図4に示すように、第3のマスクパターン30は、枠の形状で第1のマスクパターン10及び第2のマスクパターン20の周囲を囲うと共に、ひげぜんまい11の一部、例えば、ひげ持11cの端部部分と接続部35にて接続している。なお、第3のマスクパターン30は、第2のマスクパターン20とは接していない。
[Description of Third Mask Pattern: FIGS. 4 and 5]
FIG. 4 is a plan view showing the mask pattern corresponding to FIG. 2, and is a diagram for explaining the
As shown in FIG. 4, the
第3のマスクパターン30は、図3(c)に示すように、第1のマスクパターン10及び第2のマスクパターン20を形成した後に、これらのマスクパターンと同様な手法を用いて第3のマスクパターン30をレジスト膜5の上部に設ける。
As shown in FIG. 3C, after the
または、すでに説明した図示しないガラスマスクに予め第3のマスクパターン30に対応する第3のクロムパターンを形成しておいてもよい。
そうすると、第1のマスクパターン10及び第2のマスクパターン20のレジスト膜5へのマスクパターンの転写の際に、第3のマスクパターン30も転写できる。レジスト膜5へのマスクパターンの転写が1度で済むので便利である。
Alternatively, a third chromium pattern corresponding to the
Then, when the mask pattern is transferred to the resist
このようにしてレジスト膜5を第1から第3のマスクパターンの形状に形成した後、深堀りRIE技術を用いて活性層をエッチングする。そして、レジスト膜5を剥離する。
その後、リフトオフ工程を経てベース層2から活性層を分離すると、その活性層は、図5に示すような形状となる。ここで、第3のマスクパターン30に対応する活性層、すなわち、ひげぜんまいの周囲を囲う枠形状の活性層は、第3の活性層形状30aとする。
After forming the resist
Thereafter, when the active layer is separated from the
すでに説明したように、第1のマスクパターン10のひげ持11cの一部と、第3のマスクパターン30の接続部35で接続しているから、第2のマスクパターン20は、リフトオフ工程により取れ落ちてしまうが、第1のマスクパターン10は、接続部35に相当する第3の活性層形状30aの接続部35aの部分で接続され、そのまま残るのである。
これにより、ひげぜんまい11に対応する第1のマスクパターン10と第2の活性層形状である第2のマスクパターン20とを選別することができる。
As already described, since the part of the
Thereby, the
その後、図5に示す状態から、図1に示すひげぜんまい11を取り出すには、接続部3
5aの部分を破断することでなす。
この破断は、例えば、ピンセットによる手動での破断や、ダイシングソーのような機械による破断を用いることができる。
Thereafter, in order to take out the
This is done by breaking the portion 5a.
For example, manual breakage by tweezers or breakage by a machine such as a dicing saw can be used for the breakage.
なお、ひげぜんまい11の生産性を考慮に入れ、ひげぜんまい11が多数個取り出せる大きさのSOI基板1を用いたときは、複数のひげぜんまいの周囲に設ける第3のマスクパターン30同士を接続しておけば、深堀りRIE技術によるドライエッチングの後、第3の活性層形状35aを把持すれば、複数のひげぜんまいを一度に搬送できて便利である。
In consideration of the productivity of the
以上、このような製造工程によって、図1に示すひげぜんまい11が形成される。
大切なことは、図2、図3(c)で示したように、第1のマスクパターン10と第2のマスクパターン20との間は、ほぼ均一であるという点である。
As described above, the
What is important is that the space between the
以上説明した例は、第2のマスクパターン20は、第1のマスクパターン10の粗密を解消するために、場所に合ったパターンの太さを有していたが、それに限定されない。
ひげぜんまい11の形状にもよるが、第1のマスクパターン10の粗密が均一になるのであれば、第2のマスクパターン20は、つまり第1のマスクパターン11と同じ太さにしてもよいのである。
In the example described above, the
Although depending on the shape of the
[第2のマスクパターンにスリットを設ける構成の説明:図6、図7]
次に、第2のマスクパターン20に、スリットを設ける例を説明する。
図6は、第2のマスクパターン20に設けるスリット22を説明する平面図である。スリット22の大きさと第1のマスクパターン10との距離の関係を示している。図7は、スリット22の異なる形状を説明する平面図である。
[Description of the configuration in which slits are provided in the second mask pattern: FIGS. 6 and 7]
Next, an example in which a slit is provided in the
FIG. 6 is a plan view for explaining the
すでに説明している通り、リフトオフ工程により、活性層のひげぜんまい11の形状である第1の活性層形状10a、10bと同じく第2のマスクパターン20の形状である第2の活性層形状20a、20bとは、ベース層2と分離する。このとき、第2の活性層形状20a、20bは、第1の活性層形状10a、10bと干渉せずに分離することが好ましい。このため、第2の活性層形状20a、20bを小形状にするために、第2のマスクパターン20にスリット22を設けるのである。
As already explained, the second
図6に示すように、第2のマスクパターン20に設けるスリット22の幅mは、第2のマスクパターン20と第1のマスクパターン10との距離wよりも小さくするのが望ましい。なぜなら、スリット22の幅mが距離wより大きくなると、第2のマスクパターン20を設けない場合と同様に、スリット22と平面的に対向する第1のマスクパターン10の部分にサイドエッチングが発生してしまうためである。
As shown in FIG. 6, the width m of the
第2のマスクパターン20に設けるスリット22は、図6に示す形状に限定されない。例えば、図7(a)に示すように、平面的に曲線で形成してもよい。また、図7(b)に示すように複数の直線を組み合わせてもよい。
The
また、図6及び図7を用いて説明したスリット22は、第2のマスクパターン20に1つ設ける例であるが、スリット22は第2の活性層形状20a、20bを小形状にするために設けるものであるから、所定の間隔で複数設けることが好ましい。
Moreover, although the
以上説明したひげぜんまいの製造方法は、もちろんこれに限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
例えば、第1のマスクパターン10と第3のマスクパターン30との接続部は、ひげぜ
んまいのひげ持部分を例示したが、もちろんこの部位に限定しない。また、接続部を複数設けたり、ダイシングソーのような機械による破断を容易にするために、隣接するひげぜんまいと接続部が直線状に並ぶように配置するようなマスクパターンとしてもよい。
Of course, the method of manufacturing the hairspring described above is not limited to this, and can be modified without departing from the spirit of the invention.
For example, although the connection part between the
この発明によれば、シリコンを主成分とするひげぜんまいをマスクパターン通りに形成できるから、歩度がずれない精度の良い機械式時計に好適である。 According to the present invention, since the hairspring having silicon as a main component can be formed according to the mask pattern, it is suitable for a mechanical timepiece having a high accuracy in which the rate does not shift.
1 SOI基板
2 ベース層
3 シリコン酸化膜層
4 活性層
5 レジスト膜
10 第1のマスクパターン
10a、10b 第1の活性層形状
11 ひげぜんまい
11a ひげ玉
11a1 貫通孔
11b ぜんまい部
11c ひげ持
20 第2のマスクパターン
20a、20b 第2の活性層形状
22 スリット
30 第3のマスクパターン
30a 第3の活性層形状
35 接続部
35a 第3の活性層形状30aにおける接続部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
シリコンを主成分とするベース層と、シリコン酸化膜層と、シリコンを主成分とする活性層と、を順次積層してなるSOI基板の前記活性層の上部に、
前記ひげぜんまいの形状に対応する第1のマスクパターンと、
前記第1のマスクパターンの配置が、粗になるところに対応して配置される第2のマスクパターンと、
を形成するマスクパターン形成工程と、
前記第1、第2のマスクパターンにそれぞれ対応した形状に前記活性層をエッチング加工するエッチング工程と、
前記シリコン酸化膜層を除去し、前記ひげぜんまいを前記ベース層から切り離すリフトオフ工程と、
を有することを特徴とするひげぜんまいの製造方法。 A hair ball having a through hole for fitting with a rotating shaft body, a coil-shaped mainspring portion connected to the whisker ball and wound around the hair ball around the through hole, and A method for producing a hairspring having a main component of silicon having a beard provided at an end portion,
Above the active layer of the SOI substrate formed by sequentially laminating a base layer mainly composed of silicon, a silicon oxide film layer, and an active layer mainly composed of silicon,
A first mask pattern corresponding to the shape of the hairspring;
A second mask pattern arranged corresponding to a rough arrangement of the first mask pattern;
Forming a mask pattern, and
An etching step of etching the active layer into a shape corresponding to each of the first and second mask patterns;
A lift-off step of removing the silicon oxide film layer and separating the hairspring from the base layer;
A method of manufacturing a hairspring.
ことを特徴とする請求項1に記載のひげぜんまいの製造方法。 The method of manufacturing a hairspring according to claim 1, wherein the portion where the second mask pattern is formed is around the hairball, the outer periphery of the mainspring portion, or the circumference of the hairspring.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のひげぜんまいの製造方法。 The hairspring according to claim 1 or 2, wherein the second mask pattern has a shape having a slit smaller than a distance between the first mask pattern and the second mask pattern. Method.
前記ひげぜんまいの一部と接続部で接続する枠の形状に対応する第3のマスクパターンを形成する工程をさらに備え、
前記リフトオフ工程の後に、前記接続部を破壊することで前記枠と前記ひげぜんまいとを離断する離断工程と、
を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のひげぜんまいの製造方法。 The mask pattern forming step includes
Forming a third mask pattern corresponding to a shape of a frame connected to a part of the hairspring at a connection portion;
After the lift-off process, a disconnecting process of disconnecting the frame and the balance spring by destroying the connection portion;
The method for manufacturing a hairspring according to any one of claims 1 to 3, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021518548A (en) * | 2018-03-20 | 2021-08-02 | パテック フィリップ ソシエテ アノニム ジュネーブ | Manufacturing method of components for manufacturing silicon watches |
-
2014
- 2014-03-19 JP JP2014056432A patent/JP2015179013A/en active Pending
Cited By (2)
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| US11880165B2 (en) | 2018-03-20 | 2024-01-23 | Patek Philippe Sa Geneve | Method for manufacturing silicon timepiece components |
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