包括有轉移到支持器的圖形元件的物體及製造該物體的方法

2023-07-24 23:01:11

專利名稱：包括有轉移到支持器的圖形元件的物體及製造該物體的方法
技術領域：
本發明有關於如同大型物體的物體，例如，寶石、石頭、手錶型物體(例如手錶玻 璃、轉盤或殼底)、行動電子設備(例如窗口或屏幕)或任何其它固體媒體，包括圖形元件、 圖形，例如，裝飾、印刷字符、圖畫或相片，例如，具有微米和/或奈米尺寸。本發明亦有關於 製造該物體的方法。本發明可以應用在各種工業、文化或藝術領域。對於手錶工業，手錶玻璃或殼底可 以依照本發明製造，用來生產非常堅固的圖形或非常高視覺質量的半透明裝飾。本發明亦可以應用在寶石的領域，用來生產包括有裝飾或花紋的具有微米和/或 奈米尺寸的石頭，例如，用來製造墜子、手環或耳環。本發明亦用來以小容量(例如小於2mm的厚度，數cm2的表面積)和具有非常良 好的耐久性(數千年或數百萬年)地儲存大量的信息。
背景技術：
要製造具有微米尺寸的裝飾或圖形的物體時，使用微型技術的技術獲得，例如，對 一個物體進行光刻。然而，製造在物體表面的裝飾的耐久性和機械堅固性很差。用來保護被製造在物體上的圖形的方法被記載在文件FR 2 851 496。在該文件 中，首先利用光刻在透明基體上製造圖形。然後，將基體反轉和利用粘著結合或捲曲固定在 所希望的物體上。此種方法具有一些缺點。實際上用來將基體固定到物體的粘著劑包含具有有限壽 命的有機材料。因此，因而產生的物體具有有限壽命。在另外一方面，該粘著劑的光學性質 在經過一段時間後會劣化，使製造在基體上的圖形的易識性變化。捲曲方法容許基體可以 實體機械組合到物體，但是不能保證物體和其圖形具有良好的積體性，因為所獲得的捲曲 可以被分解而不毀壞該物體，假如希望製造包括有心情圖形的物體時會有問題。

發明內容
本發明的目的是提供包括有一個以上的圖形元件的物體，以及製造該物體的方 法，不會有前面所述的先前技術的缺點。為此，本發明提供一種物體，設有至少為一個的圖形元件，包括有依照圖形元件 的圖案蝕刻的至少一層，所述層的第一面被定位成面對至少部分透明的基體的至少一面， 第二面面對所述層的第一面，所述層的第一面被至少一鈍化層覆蓋，鈍化層利用晶圓結合 (分子粘著)固定到至少一支持器的至少一面，和與支持器形成單石結構。依照圖形元件的圖案蝕刻的所述層可以由至少一金屬組成。另外，依照圖形元件 的圖案蝕刻的所述層可以包括至少在第二面，至少一區域由所述金屬和至少一半導體組 成。因此，具有微米和/或奈米尺寸的圖形元件，以堅固、耐久和積體的方式(不使物體降級就不能拆解)，利用在鈍化層和物體的支持器之間所獲得的晶圓結合的結合，製造在 物體上。因此，由圖形元件形成的圖形或花紋在二個大型固體組件之間被氣密式密封，在 一側的基體和在另外一側的支持器，利用晶圓結合獲得結合。所述氣密式密封對溼氣或任 何其它氣體或液體化學產品(除非所述產品可以毀壞基體或支持器)的擴散形成一個障壁。利用晶圓結合的結合，可以從基體和從物體的支持器形成單石和堅固結構，其中 包圍圖形元件。基體和支持器之間的粘著力大於材料的內聚力。因此，要拆解基體和支持 器會造成物體的完全毀壞。另外，利用晶圓結合的結合，可以使用礦物材料，其光學性質在時間上成為穩定。 因此，所獲得的結構不會因為時間使其光學性質(圖形元件的可視度)發生任何劣化。利用在一側的基體和在另外一側的支持器的全體厚度用來機械保護圖形元件。在 圖形元件被毀壞之前，支持器被完全磨掉或壞掉。因此，通過選擇很硬的材料，例如，使用藍 寶石作為基體，只能被矽碳化物或鑽石刮傷。所述物體可以製造成與圖形元件的圖案的密度無關。當圖形元件以金屬層製造時，圖形或花紋可以以珍貴和非常穩定的材料製造，亦 即使用對腐蝕或長期劣化不敏感者。通過使所述區域由金屬和形成在包括圖形元件的層的半導體組成，可以獲得在包 括圖形元件的層上的鈍化層的非常良好的粘著性，利用所述粘著性可以防止物體的任何劣 化，例如，在形成物體的層的後序切割(切出晶圓)時的劣化。基體可以由至少一非晶形或結晶材料和/或鈍化層組成，鈍化層可以由至少一礦 物材料組成。所述物體可以更包括粘著層，被定位在形成有圖形元件的層的第一面和基體的面 之間。在此種情況，亦可以在粘著層蝕刻圖形元件。粘著層可以由至少一金屬和/或一金屬的氮化物和/或一金屬的氧化物組成。所述物體可以更包括至少為一層的粘著層，被定位在支持器的面和鈍化層之間； 晶圓結合可以形成在粘著層和鈍化層之間。利用在晶圓結合之前迭層在支持器上的粘著層，支持器可以具有任何性質或由任 何材料組成。所述材料可以與能夠增強晶圓結合的退火兼容。所述物體可以為，例如，寶石、手錶或電子裝置。所述層的所述區域可以由矽化物組成。本發明亦有關於一種製造設有至少一圖形元件的物體的方法，至少包括的步驟 有(a)將由至少一金屬組成的至少一層，迭層在至少部分透明的基體的至少一面 上；(b)依照圖形元件的圖案蝕刻所述層；(c)將至少一鈍化層至少迭層在 括蝕刻圖形元件的所述層上，和迭層在未被包 括蝕刻圖形元件的層覆蓋的基體的面的部分上；和
(d)利用晶圓結合將鈍化層固定在至少一支持器的至少一面，用來形成單石結構。本發明亦有關於一種製造設有至少一圖形元件的物體的方法，至少包括的步驟 有(a)將由至少一金屬組成的至少一層，迭層在至少部分透明的基體的至少一面 上；(b)依照圖形元件的圖案蝕刻所述層；(C)至少在與位於所述基體側上的所述層的第一面面對的所述層的第二面，形成 所述層，使至少一區域由所述金屬和至少一半導體組成；(d)將至少一鈍化層迭層在包括蝕刻有圖形元件的所述層上，和迭層在未被包括 蝕刻有圖形元件的所述層覆蓋的基體的面的部分上；和(e)利用晶圓結合將鈍化層固定在至少一支持器的至少一面，用來形成單石結構。所述方法亦可以在迭層所述層的步驟(a)之前，更包括一步驟用來將粘著層迭層 在基體的面上，然後當步驟(a)時將所述層迭層在粘著層上。當步驟(b)時亦在粘著層蝕刻圖形元件。所述方法亦可以在用來迭層鈍化層的步驟(d)和用來固定的固定步驟(e)之間， 更包括一步驟用來在被包含在大約4oo°c和iioo°c之間的溫度，進行退火，使基體包括鈍化層。所述方法亦可以在用來迭層鈍化層的步驟(d)和用來固定的固定步驟(e)之間， 更包括一步驟用來使鈍化層平面化。用來蝕刻圖形元件的步驟(b)的獲得可以經由對所述層和/或對被定位在基體的 面和所述層之間的粘著層施加屏蔽、光刻和蝕刻，或至少一雷射蝕刻步驟直接對所述層和/ 或對被定位在基體的面和所述層之間的粘著層施加。所述方法亦可以在用來固定的固定步驟(e)之前更包括一步驟用來將至少一層 的粘著層迭層在支持器的至少一面上，用來固定的固定步驟(e)的獲得是經由利用所述粘 著層和鈍化層之間的晶圓結合施加結合。所述方法亦可以在用來迭層粘著層的步驟和用來固定的固定步驟(e)之間，更包 括一步驟用來使粘著層平面化。所述方法亦可以在用來迭層粘著層的步驟和固定步驟(e)之間，更包括一步驟用 來在被包含在大約4oo°c和iioo°c之間的溫度，進行退火，使支持器包括粘著層。所述方法亦可以在用來固定的固定步驟(e)之後，更包括一步驟用來進行熱處 理，使物體退火，用來加強晶圓結合。用來形成由所述金屬和半導體組成的區域的步驟(C)的獲得是通過施加用以使 所述層矽化(矽化物化)的步驟。


通過閱讀參照附圖的只純表示而不作限制用的實施例的說明，當可對本發明更加 明白。圖1A-1H表示依照特別實施例的製造物體的方法的步驟，和本發明的物體。以下所述的各圖的相同、相似和同等的部分以相同的元件符號表示，用來易於從一個圖換到另外一個圖。在圖中所示的不同部分，為著使所述圖更加易識，不需要依照相同的比例尺。不同的可能性(變化)宜被了解，所述可能性(變化)不互相排斥而是可以組合
在一起。
具體實施例方式下面聯合圖1A-1H用來說明製造物體100的方法的實例，所述物體100包括轉移 到支持器20上的圖形元件，所述物體例如成為寶石、手錶、或電子設備的大型物體。如圖IA所示，首先在基體2的一平面上迭層粘著層4，基體2為透明或至少部分透 明的基體，由非晶形材料(例如，玻璃)或結晶材料(藍寶石或鑽石)組成，在粘著層4上 迭層層6。基體2的厚度，例如，等於數百微米或被包含在大約IOOym和Imm之間的厚度。 支持器20的厚度(如圖1F-1H所示)可以大於或等於基體2的厚度。層4和6的獲得，例如，可以通過進行PVD型的迭層(蒸著或濺散)。在此處所述 的實施例中，層6由金屬組成，例如金、白金、鎢、鈦、金屬氧化物等組成。層6的材料可以使 用對光不透明者。所述層6的厚度，例如，被包含在大約50nm和IOOnm之間。層6的厚度 可以依照形成層6的材料的性質選擇，所選擇的厚度要足以獲得層6的某些不透明。因此，所製造的圖形元件希望被蝕刻在層6，和所述圖形元件可以經由物體100上 的基體2看到。層6的材料的不透明容許在層6製造的圖形元件可以顯著看到。粘著層4， 例如，由鈦、氮化鈦、氧化鈦、或任何其它材料組成，在層6和基體2之間可以獲得良好的粘 著。粘著層4的性質可以依照基體2和層6的性質選擇。粘著層4的厚度，例如，被包含在 大約Inm和IOnm之間。在另一實施例中，層6可以直接迭層在基體2上，在層6和基體2之間不需要任何 中間的粘著層4。然後，在層6上形成屏蔽8使其圖案對應到要被製作的圖形元件(圖1B)。對於此 點，在層6上，例如，迭層光敏樹脂層。然後，進行一個以上的光刻或蝕刻步驟用來形成屏蔽 8。在此處所述的實施例中，屏蔽8由迭層在層6上的光敏樹脂層的其餘部分形成。光敏樹 脂層直接用來形成蝕刻屏蔽8。在此處所述的實施例中，光敏樹脂為正，圖形元件的圖案由 屏蔽8的一些部分形成。然而，亦可以使用負的光敏樹脂。如圖IC所示，然後通過各向同性或各向異性或化學路徑(電漿模態，反應離子蝕 刻或離子機械加工)對層6以及粘著層4蝕刻。然後除去蝕刻屏蔽8。將圖形元件的圖案 轉移到層6，然後由層6的其餘部分6'和6"形成，以及由粘著層4的其餘部分4'和4" 形成。在另一實施例中，屏蔽8亦可以形成在例如礦物型(例如由二氧化矽組成)的層， 迭層在層6上，然後在其上迭層光敏樹脂層。然後對樹脂層光刻或蝕刻用來形成圖形元件 的圖案。然後利用蝕刻將所述圖案轉移到礦物層。最後，利用蝕刻除去樹脂層的其餘部分。 屏蔽8在此處的情況由礦物層的其餘部分形成。此種方式可以用來製造對某些蝕刻劑(用 來蝕刻層6和/或粘著層4，可能對由樹脂組成的屏蔽造成損害(例如王水))具有抗蝕的 蝕刻屏蔽抗蝕劑。依照要被蝕刻的材料(層6和粘著層4的材料)進行屏蔽的任一實施例 的選擇。
在上述方法的另一實施例中，可以不使用蝕刻屏蔽。在此種情況，圖形元件的圖案 直接製造在層6，假如有粘著層4存在於層6和基體2之間，可以選擇製造在粘著層4，例如 使用可以以飛秒(femtosecond)雷射進行的雷射蝕刻。其次，在被蝕刻的層6的其餘部分(圖IC的部分6'和6")形成由層6和半導 體的金屬組成的區域10。對於此點，例如，進行被蝕刻的層6的部分6'和6"的矽化。所 述矽化的獲得是通過在受控制的大氣下，在被包含在，例如，200°C至450°C之間的溫度，最 好等於大致300°C的溫度，進行矽烷(SiH4或更通常的SinH2n+2型的任何氣體)的分解。使 因而分解的氣體與層6的金屬作用，用來形成區域10。例如，當層6由Pt組成時，在矽化後 獲得的區域10變成由PtSi組成。亦有可能使區域10由矽以外的半導體組成。所述區域 10，例如，可以製造成使其厚度被包含在大約Inm和50nm之間，或假如金屬層6的厚度大於 50nm時，使其厚度被包含在大約Inm和層6的全體厚度之間。在圖ID中，然後例如利用CVD(化學蒸著)或PVD，迭層鈍化層12。所述鈍化層12， 例如，由如同二氧化矽或氮化矽的礦物材料組成。所述鈍化層12的材料的選擇用來在後續 能夠獲得與支持器20的晶圓結合。所述鈍化層12亦用來保證由層6的其餘部分6'、6" 形成的圖案的保護。在另一實施例中亦可以首先獲得將抗反射層和/或其它層迭層在層6的其餘部分 6'、6"上，和迭層在包括所述其餘部分6'、6"的基體2上，然後將鈍化層12迭層在所述 抗反射層和/或其它層上。通過在層6的其餘部分6'、6"的表面設置區域10，可以改良在所述部分6'和 6"上的鈍化層12的粘著性。區域10的形成最好，例如，由一個矽化步驟獲得，可以使用用 以獲得鈍化層12的迭層的設備製造，在用以製造區域10的步驟和迭層鈍化層12的步驟之 間不需要任何其它的步驟，因此，區域10不會曝露到外部環境，因而可以保持區域10對鈍 化層12的粘著性。然後，例如利用機械化學磨光步驟，使鈍化層12平面化，藉以能夠除去由層6的其 餘部分6'、6"和粘著層4'、4"的其餘部分對基體2的表面所形成的間隙，在所述基體2 上製造層6的其餘部分6'、6"和粘著層4的其餘部分4'、4"。因而形成的薄鈍化層12' 具有平坦表面，位於其餘部分6'、6"上(圖1E)。薄鈍化層12'所具有的厚度，例如，可以 被包含在大約IOOnm和1 μ m之間。組合件14因而獲得，在此處其形成是利用基體、層6的其餘部分6'、6"、粘著層 4的其餘部分4'、4"和薄鈍化層12'，包括希望轉移到物體100的支持器20上的圖形元 件的圖案。亦可以使組合件14接受穩定化退火，例如，在被包含於大約400°C和1100°C之間 的溫度進行，當獲得晶圓結合然後在進行所述的製造方法時，用來避免由於存在於組合件 14中的氧化物造成的除氣，因此，可以加強晶圓結合。與組合件14的製造並行地，可以準備支持器20用來接受組合件14的轉移。對於此點，如圖IF所示，迭層粘著層22，例如，利用CVD或PVD型的迭層，迭層在支 持器20的面上用來接受組合件14。所述粘著層22可以由礦物材料組成，例如，二氧化矽 或氮化矽和/或性質與鈍化層12相似者。粘著層22的材料選擇能夠在後續獲得與組合件 14晶圓結合者，尤指能與薄鈍化層12'結合者。亦可以以粘著層22的材料覆蓋支持器20的其它面，當所述方法的後續步驟時用來獲得支持器20的機械保護。亦可以使支持器20和粘著層22接受穩定化退火，例如，在被包含於大約40(TC和 1100°C之間的溫度進行，當獲得晶圓結合然後在進行所述的製造方法時，例如當粘著層22 由二氧化矽組成時，用來避免除氣，因此，可以加強晶圓結合。然後進行粘著層22的表面處理，例如進行粘著層22的表面22'的機械化學磨光， 用來除去可能再度出現在粘著層22的面22'的支持器20的粗度(圖1G)。藉以獲得平坦 面 22'。最後，如圖IH所示，組合件14或組合件14的部分，包括圖形元件，利用晶圓結合 轉移到支持器20上，而不需要供給任何材料。在此處所述的實施例中，在粘著層22和薄鈍 化層12'之間獲得晶圓結合，所述粘著層22和薄鈍化層12'由相同的材料組成。當支持 器20的組成材料利用與薄鈍化層12'的晶圓結合可以獲得粘著性時，則粘著層22可以省 略。由晶圓結合所結合的表面的粗度可以小於大約Inm或0.5nm。然後，進行物體(支持器+轉移組合件)的熱處理的步驟，用來加強所獲得的晶圓 結合。所述熱處理可以在被包含在大約250°C和1200°C之間的溫度，進行退火。所述退火 最好在大於850°C的溫度進行，用來在層12和22 (至少與大塊材料同等)之間獲得最佳的 堅固性。因而獲得的物體100，包括由部分4'、4"、6'、6"形成的圖形元件，可以經由基 體2和/或支持器20看到，和被隱含在因而形成的單石結構。
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權利要求
一種物體(100)，設有至少為一個的圖形元件，其特徵在於，其包括至少由一金屬組成的至少一層(6、6′、6″)，依照圖形元件的圖案被蝕刻，所述層的(6、6′、6″)的第一面被定位成面對至少部分透明的基體(2)的至少一面，第二面面對被至少一鈍化層(2、12′)覆蓋的所述層(6、6′、6″)的第一面，鈍化層(12、12′)利用晶圓結合固定到至少一支持器(20)的至少一面，和與支持器(20)形成單石結構，所述層(6、6′、6″)包括至少在第二面，使至少一區域(10)由所述金屬和至少一半導體組成。
2.如權利要求1所述的物體(100)，其特徵在於，基體(2)由至少一非晶形或結晶材料和/或鈍化層(12、12')組成，鈍化層(12、12') 由至少一礦物材料組成。
3.如上述權利要求的任一項所述的物體(100)，其特徵在於，更包括粘著層(4、4'、4")被定位在形成有圖形元件的層(6、6'、6")的第一面和 基體⑵的面之間。
4.如權利要求3所述的物體(100)，其特徵在於，亦在粘著層(4、4'、4")蝕刻圖形元件。
5.如權利要求3或4的任一項所述的物體(100)，其特徵在於，粘著層(4、4'、4")由至少一金屬和/或一金屬的氮化物和/或一金屬的氧化物組成。
6.如上述權利要求的任一項所述的物體(100)，其特徵在於，更包括至少為一層的粘著層(22)，被定位在支持器(20)的面和鈍化層(12、12')之 間，晶圓結合形成在粘著層(22)和鈍化層(12、12')之間。
7.如上述權利要求的任一項所述的物體(100)，其特徵在於，所述物體(100)為寶石、手錶或電子裝置。
8.如上述權利要求的任一項所述的物體(100)，其特徵在於，層(6、6'、6〃 )的所述區域(10)由矽化物組成。
9.一種製造設有至少一圖形元件的物體(100)的方法，至少包括的步驟有(a)將由至少一金屬組成的至少一層(6、6'、6")，迭層在至少部分透明的基體(2)的 至少一面上；(b)依照圖形元件的圖案蝕刻所述層(6、6'、6")；(c)至少在與位於所述基體(2)側上的所述層(6、6'、6")的第一面面對的所述層 (6,6'、6")的第二面，形成所述層(6、6'、6")，使至少一區域(10)由所述金屬和至少 一半導體組成；(d)將至少一鈍化層(12、12')迭層在包括蝕刻有圖形元件的所述層(6、6'、6") 上，和迭層在未被包括蝕刻有圖形元件的所述層(6、6'、6")覆蓋的基體(2)的面的部分 上；和(e)利用晶圓結合將鈍化層(12、12')固定在至少一支持器(20)的至少一面。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，在迭層層(6、6'、6")的步驟(a)之前，包括一步驟用來將粘著層(4、4'、4")迭層 在基體(2)的面上，然後當步驟(a)時將所述層(6、6'、6")迭層在粘著層(4、4'、4")
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，當步驟(b)時亦在粘著層(4、4'、4")蝕刻圖形元件。
12.如權利要求9至11的任一項所述的方法，其特徵在於，在用來迭層鈍化層(12、12')的步驟(d)和固定步驟(e)之間，更包括一步驟用來在 被包含在大約400°C和1100°C之間的溫度，進行退火，使基體(2)包括鈍化層(12、12')。
13.如權利要求9至12的任一項所述的方法，其特徵在於，在用來迭層鈍化層(12、12')的步驟(d)和固定步驟(e)之間，更包括一步驟用來使 鈍化層(12、12')平面化。
14.如權利要求9至13的任一項所述的方法，其特徵在於，用來蝕刻圖形元件的步驟(b)的獲得是經由對所述層(6、6'、6")和/或對被定位在 基體(2)的面和所述層(6、6'、6")之間的粘著層(4、4'、4")施加屏蔽、光刻和蝕刻， 或至少一雷射蝕刻步驟直接對所述層(6、6'、6")和/或對被定位在基體(2)的面和所述 層(6、6'、6〃 )之間的粘著層(4、4'、4〃 )施加。
15.如權利要求9至14的任一項所述的方法，其特徵在於，在固定步驟(e)之前更包括一步驟用來將至少一層的粘著層(22)迭層在支持器(20) 的至少一面上，固定步驟(e)的獲得是通過利用所述粘著層(22)和鈍化層(12、12')之間 的晶圓結合施加結合。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，在用來迭層粘著層(22)的步驟和固定步驟(e)之間，更包括一步驟用來使粘著層(22) 平面化。
17.如權利要求15或16的任一項所述的方法，其特徵在於，在用來迭層粘著層(22)的步驟和固定步驟(e)之間，更包括一步驟用來在被包含在大 約400°C和1100°C之間的溫度，進行退火，使支持器(20)包括粘著層(22)。
18.如權利要求9至17的任一項所述的方法，其特徵在於，在固定步驟(e)之後，更包括一步驟用來進行熱處理，使物體(100)退火，用來加強晶 圓結合。
19.如權利要求9至18的任一項所述的方法，其特徵在於，用來形成由所述金屬和半導體組成的區域(10)的步驟(C)的獲得是通過施加用以使 所述層(6、6'、6〃 )矽化的步驟。
全文摘要
一種物體(100)，設有至少為一個的圖形元件，包括至少由一金屬組成的至少一層(6′、6″)，依照圖形元件的圖案被蝕刻，所述層的第一面被定位成面對至少部分透明的基體(2))的至少一面，第二面面對被至少一鈍化層(12′)覆蓋的所述層的第一面，鈍化層(12′)利用晶圓結合固定到至少一支持器(20)的至少一面，和與支持器形成單石結構，所述層包括至少在第二面，使至少一區域(10)由所述金屬和至少一半導體組成。
文檔編號A44C17/00GK101951802SQ200980103406
公開日2011年1月19日 申請日期2009年1月23日 優先權日2008年1月25日
發明者克裡斯汀·帝谷, 勞倫特·凡德倫, 艾倫馬塞爾·壘 申請人:法國原子能與替代能委員會