CH716593B1 - Méthode de fabrication d'un composant en diament - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une méthode de fabrication d'un composant en diamant (9), comprenant les étapes suivantes: a) réalisation d'une découpe d'une pièce, correspondant à la forme désirée dudit composant, dans une plaquette en diamant, par une méthode de découpe laser, ladite pièce présentant au moins un flanc (93), b) graver ledit au moins un flanc (93) à l'aide d'une méthode de gravure par plasma, et/ou RIE, et/ou thermique, en utilisant un mélange de gaz comprenant un gaz oxydant et au moins un autre gaz choisi parmi les gaz rares, les gaz halogénés, l'azote, l'hydrogène, jusqu'à l'obtention d'une rugosité Ra dudit au moins un flanc inférieure à 100nm, de préférence en dessous de 50 nm et plus préférablement à 20nm afin de lisser la surface dudit flanc.

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention concerne le domaine général de la microtechnique et notamment la fabrication de pièces en diamant en utilisant une combinaison de laser pulsé et de gravure plasma. L'invention concerne plus particulièrement une méthode qui permet à l'aide de ces deux techniques, utilisées successivement ou simultanément, de fabriquer des composants en diamant monocristallin ou polycristallin, qui présent un niveau de précision et de finition de très bonne qualité (faible rugosité et excellent rapport de forme)

[0002] L'invention concerne également des microcomposants tels que des pièces d'horlogerie réalisés par les procédés de l'invention

[0003] Les composants de l'invention trouvent une application particulière dans l'industrie horlogère, notamment pour la fabrication de composants de mouvements ou d'éléments décoratifs de montres.

Etat de la technique

[0004] Les composants micromécaniques sont connus et utilisés depuis des décennies dans l'horlogerie ou dans le domaine des capteurs.

[0005] Dans une grande majorité de cas, les composants horlogers sont fabriqués en acier ou dans des alliages de type laiton et sont produits par des méthodes telles que l'usinage, l'emboutissage ou d'autres méthodes classiques de découpe. Il existe également des dispositifs électromécaniques (MEMS), qui sont la plupart du temps fabriqués à partir de substrats de silicium et de méthodes classiques de photolithographie.

[0006] Dans le cas où les composants micromécaniques doivent glisser l'une sur l'autre, un lubrifiant est ajouté pour améliorer les conditions de frottement et éviter une usure prématurée des composants. Les lubrifiants ont tendance au cours du temps à perdre leurs propriétés et les microsystèmes dans lesquels ils sont utilisés nécessitent donc une maintenance non voulue.

[0007] Une solution alternative à l'utilisation des lubrifiants est de déposer une couche à base de carbone sur le substrat. Les solutions proposées consistent en l'utilisation de couches de carbone amorphe, DLC déposés sur acier, ou de diamant nanocristallin sur des pièces en silicium. Dans les deux cas, les couches de carbone peuvent s'user avec le temps et donc entraîner également des opérations de maintenance.

[0008] Le document Le brevet EP 1622826 B1 décrit un procédé de fabrication d'un composant micromécanique consistant en la séparation d'une première couche de diamant sur un matériau de substrat, la structuration d'une arête formant un flanc par au moins une étape de gravure en utilisant un masque de gravure sur une première surface, qui est attaquée séparément ou simultanément à la première couche, et dans lequel le rapport des vitesses de gravure de la première couche et du masque de gravure est ajusté de telle sorte qu'une arête essentiellement rectangulaire est formée. Cependant ce procédé ne permet absolument pas d'obtenir des rugosités inférieures à 100nm pour des épaisseurs des pièces de plus de 100µm, ce qui rend son utilisation très limitée. Dans le domaine de l'horlogerie par exemple, l'épaisseur des pièces est typiquement plus grande que 100µm, voir plus grande que 300µm.

[0009] La meilleure solution est donc d'utiliser directement une pièce massive en carbone et plus particulière sous sa forme diamant. En effet, le diamant présente des propriétés mécaniques et d'autolubrification exceptionnelles et il constitue donc un matériau idéal pour ce type d'applications.

[0010] Cependant la mise en forme de pièces de diamant est relativement complexe notamment pour obtenir des pièces de petites dimensions avec précisions micrométriques et des flancs avec une précision angulaire inférieur au degré. Il faut également que les zones en contact présentent des rugosités moyenne de surface inférieures à 50 nm et idéalement de 10 à 20nm, pour minimiser le coefficient de frottement et le taux d'usure des pièces.

[0011] L'utilisation des méthodes de type photolithographie et gravure, largement utilisées pour la fabrication des MEMS en silicium, est une méthode possible Elle permet d'obtenir des pièces de grandes précisions dimensionnelles, mais il est souvent observé une dérive de la pente des flancs pendant la gravure, notamment pour des épaisseurs de pièces supérieure à 100µm. De plus, cette méthode nécessite l'utilisation de nombreux équipements très onéreux installés dans un environnement ultra-propre, ce qui est peu compatible avec les exigences industrielles.

[0012] La découpe par laser est une méthode très versatile. Elle est très utilisée pour découper du diamant pour la joaillerie ou pour des outils de haute précision. Les machines de découpe laser de dernière génération permettent de réaliser des pièces avec des précisions compatibles avec les exigences demandées. Cependant l'état de surface après découpe laser n'est pas suffisamment bon (rugosité élevée) pour permettre l'utilisation immédiate des pièces ainsi découpées. Une étape supplémentaire est donc indispensable pour rendre la surface de la pièce découpée propre et exempte de toutes particules générées pendant la découpe laser, mais aussi pour obtenir une surface lisse notamment sur les zones en frottement.

[0013] La forme du faisceau laser est souvent conique, ce qui rend difficile l'obtention de flancs avec une grande précision angulaire. Il existe des dispositifs mécaniques (tête gyroscopique) permettant de compenser la forme du faisceau laser, mais ces dispositifs s'avèrent souvent insuffisants dans le cas de pièces de géométrie complexe.

[0014] Des systèmes de découpe qui utilisent des laser guidés par jet d'eau permettent quant à eux, grâce à un faisceau non divergent, d'obtenir des flancs droits sur des épaisseurs de plusieurs millimètres, mais les surfaces obtenues n'ont en aucun cas des rugosités inférieures à 100nm.

Objet de l'invention

[0015] La présente invention propose une méthode pour réaliser des pièces de microtechniques en diamant, tel que des composants d'horlogerie. La méthode de l'invention permet des réaliser des microcomposants qui ont une épaisseur plus grande que 100µm et présentant une rugosité inférieure à 100nm, voir inférieur à 50nm et idéalement comprise entre 10 et 20nm, sur toute les surfaces des microcomposants, plus particulièrement sur les flancs.

[0016] Un autre but de l'invention est de procurer des composants réalisés par le procédé de l'invention.

[0017] Ainsi, la présente invention a pour objet un procédé et une pièce en diamant comprenant les caractéristiques énoncées aux revendications indépendantes 1 et 12.

Descriptifs des figures

[0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles:

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La figure 1 présente un diamant brut;

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La figure 2 présente la découpe dans un diamant brut d'une plaquette ayant deux faces parallèles;

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La figure 3 présente une plaquette brute après découpe d'un diamant brut;

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La figure 4 présente une plaquette polie sur au moins une de ses deux faces inférieure et supérieure, et d'épaisseur contrôlée;

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La figure 5 présente un substrat sur lequel une couche de diamant polycristallin est déposée par CVD;

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La figure 6 présente une couche de diamant polycristallin autosupportée après que son substrat a été retiré

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La figure 7 présente une couche de diamant polycristallin résultant du polissage d'au moins une des deux faces parallèles supérieure et inférieure de la couche de diamant polycristallin autosupportée. Un substrat de diamant polycristallin est ainsi obtenu;

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La figure 8 représente une plaquette de diamant dans laquelle un composant est découpé par laser;

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La figure 9 représente un composant micromécanique brut obtenu après découpe laser;

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La figure 10 représente un composant micromécanique lisse après post-traitement. Le composant est délimité par sa face supérieure et inférieure, et toutes ses faces latérales;

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La figures 11 A et 11B présentent des étapes de procédé pour obtenir une plaque polie sur laquelle une couche mince a été déposée au moins sur sa face supérieure. La figure 11A montre une vue de ¾ supérieur et la figure 11B une vue en coupe. Une plaquette revêtue obtenue est illustrée;

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La figure 12 représente une plaquette revêtue après découpe laser et une tranche découpée. Une plaquette revêtue et découpée obtenue est illustrée;

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La figure 13 montre une pièce après gravure du diamant et sa tranche gravée;

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La figure 14 montre une pièce après gravure d'une couche mince. Une plaquette découpée obtenue est illustrée;

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Les figure 15a,b montre une pièce découpée comportant un revêtement,. La figure 15c montre un agrandissement du flanc de la pièce de la Figure 15b illustrant une couche qui couvre un flanc rugueux. La figure 15c montre également une profondeur d'une gravure pour lisser le flanc de la pièce.

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La figure 16 montre le flanc d'une pièce finie, après gravure selon la figure 15c.

Description de modes de réalisation de l'invention

[0019] La présente invention se rapporte à une méthode de fabrication des composants micromécanique en diamant.

[0020] La méthode de fabrication des composants micromécaniques en diamant se décompose suivant les étapes de fabrication suivantes:

Les étapes essentielles de la méthode de fabrication de l'invention sont les suivantes (ad) :

a.

réalisation d'une découpe dans une plaquette en diamant 3,4,7,8 par une méthode de découpe laser;

b.

réalisation du lissage des flancs de la pièce découpée dans la plaquette, à l'aide d'une méthode de gravure par plasma, et/ou RIE, et/ou thermique ou tout autre méthode de gravure sèche, en utilisant au moins un gaz parmi les gaz rares (hélium, Néon, Argon, Krypton or Xénon), les gaz oxydants, les gaz halogénés, l'azote, l'hydrogène ou une combinaison de ces gaz.

Le gaz oxydant peut être l'oxygène. Le gaz halogéné peut être un gaz halogéné carboné tel que par exemple CF4, C2F6. Le gaz halogéné peut être également non carboné tel que par exemple SF6. Tout autre gaz peut être utilisé permettant de graver le diamant pour lisser sa surface jusqu'à obtention d'une rugosité Ra inférieure à 100nm, de préférence en dessous de 50 nm et idéalement inférieure à 20nm.

[0021] Dans un mode de réalisation préféré, l'étape (b) qui consiste dans la réalisation d'un lissage des flancs 93 de la pièce découpée 9, est réalisée à l'aide d'une méthode de gravure ou de tout autre moyen autre qu'un polissage mécanique.

[0022] Dans un mode de réalisation une étape (c) est effectuée consistant en un nettoyage des flancs bruts de découpe de la pièce découpée 9. Ce nettoyage est fait préférablement à l'aide de solutions chimiques ou de tout autre moyen adapté;

[0023] Dans un mode de réalisation une étape (d) de gravure des flancs de découpe de la pièce découpée 9 est réalisé. Cette gravure est faite préférablement par une méthode sèche dans un four ou un réacteur plasma ou de tout autre moyen adapté;

[0024] Dans un mode de réalisation un dépôt d'une couche mince de protection 111 sur au moins une des deux surface 41 ou 42 est réalisé;

[0025] Dans un mode de réalisation ladite première surface 41 et ladite deuxième surface 42 sont polies, pas forcément avec le même degré de polissage Dans un tel cas, le polissage des première et deuxième faces 41, 42 doit être réalisé sur la plaquette initiale avant la découpe laser.

[0026] Dans un mode de réalisation une seule des faces 41,42 est polie.

[0027] Dans un mode de réalisation aucune des faces 41,42 n'est polie.

[0028] Il est compris qu'une pièce de l'invention peut comporter plus que deux faces, par exemple dans le cas d'une pièce de base qui a une section hexagonale, et qu'au moins une des faces de la pièce de forme hexagonale peut subir un traitement de lissage. Dans d'autres variantes une pièce peut comprendre une ouverture centrale et la surface de cette ouverture centrale peut subir un traitement lissage tel que décrit dans l'invention. Ceci peut être utile afin de réaliser une pièce en diamant dans laquelle un axe doit être inséré.

[0029] La matière première pour réaliser le microcomposant est une plaquette en diamant. Cette plaquette peut-être soit en diamant monocristallin, soit en diamant polycristallin, comme décrit maintenant

[0030] Une méthode préférée d'obtention de plaquette en diamant monocristallin est décrite ci-après.

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La matière première est un diamant brut 1 (Figure 1). Le diamant brut peut être naturel ou synthétique. Dans le cas du diamant synthétique, la fabrication se fait par exemple par croissance HPHT (High Pressure High Temperature) ou CVD (Chemical Vapor Deposition).

–

Le diamant brut est ensuite découpé 2 suivant deux faces parallèles 21 et 22 par laser (Figure 2). Une plaquette brute 3 (Figure 3) est ainsi obtenue.

- La plaquette brute 3 peut ensuite être polie par des méthodes standards sur au moins une des deux faces supérieure 41 et inférieure 42. Une plaquette polie 4 est obtenue. Elle est définie par son épaisseur t contrôlée (± 1 à 5 µm) et sa rugosité moyenne de surface sur les surfaces polies 41 et 42 d'une valeur comprise entre 0.1 et 200nm (Figure 4).

[0031] Une méthode avantageuse d'obtention de plaquette en diamant polycristallin est décrite ci-après.

–

La matière première est une couche de diamant polycristallin 6 déposée sur un substrat 5 par CVD (Figure 5). Le substrat peut être du silicium ou un de ses composés (Si-N, Si-C) ou un métal réfractaire.

–

La couche de diamant est ensuite libérée du substrat soit par gravure chimique soit par des méthodes mécaniques. Une couche de diamant polycristallin autosupportée 7 est ainsi obtenue. Le terme autosupporté veut dire que la pièce en diamant ne nécessite pas de support ou de substrat et peut être manipulé librement, soit par un automate ou manuellement, par exemple par des brucelles.

–

La couche de diamant 7 peut-être ensuite polie par des méthodes standards sur au moins une des deux faces supérieure 71 et inférieure 72. Une plaquette polie 8 en diamant polycristallin est obtenue. Elle est définie par son épaisseur t contrôlée (± 1 à 5 µm) et sa rugosité moyenne de surface sur les deux surfaces polies 81, 82 d'une valeur comprise entre 0.1 et 200nm (Figure 7).

[0032] Dans une variante de la méthode, la plaquette brute 3,7,(Figures 3, 6) va ensuite subir une série de traitements préférés afin d'être transformée en pièce micromécanique prête à être utilisée.

[0033] Dans une variante, la plaquette polie 4,8, (Figures 4, 7) va ensuite subir une série de traitements préférés afin d'être transformée en pièce micromécanique prête à être utilisée.

[0034] Le premier mode de réalisation de la méthode proposée comprend les étapes suivantes :

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Dépôt d'une couche mince 111 sur toutes les faces d'une plaquette 3,4,7,8 afin d'obtenir une plaquette revêtue 11 (Figure 11). Cette couche mince 111 peut par exemple être composée de matériaux du type nickel, aluminium ou de tout autre matériau se gravant avec une vitesse beaucoup plus lente que le diamant (au moins un rapport 2 entre les vitesses de gravure). Cette étape est optionnelle.

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Découpe de la plaquette 3,4,7,8,11 avec une méthode de découpe laser sur toute l'épaisseur de la plaquette (Figures 8, 9). Le faisceau laser utilisé est préférentiellement pulsé sur des très courtes périodes (femto ou nanoseconde). Le laser utilisé peut-être un laser ultra-violet, visible ou infrarouge, le laser peut être guidé par un jet d'eau. Un composant découpé 9 est ainsi obtenu (Figure 9).

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Nettoyage du composant découpé 9 (exemple Figure 9) pour enlever les résidus de découpe. Cette étape de nettoyage se fera préférentiellement par voie humide dans une solution adaptée comme par exemple un mélange acide nitrique et eau oxygénée, appelé par l'homme du métier, solution Piranha. D'autres solutions de nettoyage à base d'acides, bases ou solvants peuvent aussi être utilisées. Un bain à ultrasons pourra aussi être utilisé avantageusement pour faciliter le décollement des particules collées à la surface de la pièce découpée.-Une pièce exempte de résidus de découpe est obtenue. Cette étape est optionnelle.

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Gravure de toute couche de carbone non-diamant provenant de l'interaction entre le laser et la surface du diamant. La gravure se fera préférentiellement par des méthodes sèches dans un four ou dans un réacteur plasma en utilisant des mélanges gazeux gravant préférentiellement les phases non-diamant du diamant, comme par exemple l'hydrogène ou l'oxygène. Une pièce sans couche de carbone non-diamant est obtenue. Cette étape est optionnelle.

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Lissage des flancs de la pièce découpée 9,11 pour réduire leur rugosité de surface. Une pièce propre 13 est ainsi obtenue (Figure 10) avec des surfaces lisses 131, 132, 133. Plusieurs méthodes de lissages sont possibles (exemples ci-après).

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Gravure la couche mince 111 par une méthode recommandée pour le type de matériau utilisé dans la couche mince, afin de totalement retirer la couche mince. Cette étape est uniquement réalisée dans le cas où l'étape de dépôt de la couche mince 111 est réalisée.

[0035] Les méthodes de lissage possibles sont préférablement les suivantes:

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Traitement thermique dans un four conventionnel dans une atmosphère contrôlée avec un mélange gazeux permettant de graver le diamant comme par exemple l'oxygène.

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Gravure chimique dans un réacteur plasma dans laquelle principalement des neutres et des radicaux sont créés à partir d'un mélange gazeux permettant de graver le diamant pour lisser sa surface (O2, Ar, CF4, SF6...)

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Gravure plasma dans un réacteur plasma de type RIE (Reactive Ion Etching) dans laquelle des ions sont créés en plus des neutres et des radicaux, un bombardement ionique est ajouté aux réactions chimiques des neutres et radicaux en polarisant la pièce découpée. Des mélanges gazeux permettant de graver le diamant pour lisser sa surface (O2, Ar, CF4, SF6.) seront préférentiellement utilisés.

[0036] Selon une variante de la méthode et afin d'obtenir une rugosité plus faible, la méthode avantageuses comprend les étapes suivantes, illustrée dans les Figures 15a-c

–

Dépôt d'une couche de lissage 15a sur un composant découpé 9,11 créées par la découpe laser et se graver à la même vitesse que le diamant. Cette couche de lissage peut être soit organique (résine de photolithographie, par exemple), soit inorganique (couche de nitrure ou d'oxyde), et doit pouvoir se déposer facilement sur les flancs.

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Gravure complète de la couche de lissage et partielle du diamant sur une profondeur p au moins supérieure à la hauteur totale du profil de rugosité des flancs de la pièce découpée, Rt, définie par l'écart vertical entre la hauteur maximale des pics et la profondeur maximale des vallées sur la longueur de mesure.

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Nettoyage de la pièce avec un procédé pour enlever tous résidus de gravure. Après cette étape l'état de la pièce finale 18 est celle montrée en Figure 16.

[0037] Selon une variante de la méthode afin d'obtenir des flancs de découpe avec la plus grande précision angulaire, la méthode comprend les étapes suivantes, illustrée dans les figures 11A,B-14.:

–

Dépôt d'une couche mince 111 sur une plaquette polie 3,4,7,8 afin d'obtenir une plaquette revêtue 11 (Figures 11A, 11B). Cette couche mince 111 peut par exemple être composée de matériaux du type nickel, aluminium ou de tout autre matériau se gravant avec une vitesse beaucoup plus lente que le diamant (au moins un rapport 2 entre les vitesses de gravure).

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Découpe de la plaquette 11 par laser afin d'obtenir une plaquette découpée 14. La face découpée 141 présente un angle non conforme aux spécifications de la pièce finale (Figure 12).

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Gravure par plasma de la plaquette 14 afin d'obtenir une pièce 15 dont la face 151 présente un angle conforme aux spécifications de la pièce finale (Figure 13).

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Gravure la couche mince 111 par une méthode recommandée pour le type de matériau utilisé dans la couche mince, afin de totalement retirer la couche mince (Figure 14).

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Obtention d'une pièce en diamant 16 qui peut être utilisée telle quelle.

[0038] L'invention est également réalisée par un réacteur comprenant une enceinte à vide, un système pour réaliser un plasma dans cette enceinte ainsi qu'un laser d'usinage. Dans des variantes le laser est arrangé dehors de l'enceinte à vide et la paroi de l'enceinte comprend au moins une fenêtre agencée pour faire passer le rayon layer qui est dirigé sur la pièce en diamant à usiner. Dans une autre variante au moins une partie du laser est arrangé dans l'enceinte à vide. Le faisceau laser, qui peut être dehors ou dedans le réacteur, utilisé est préférentiellement pulsé sur des très courtes périodes (femto ou nanoseconde). Le laser utilisé peut-être un laser ultra-violet, visible ou infrarouge.

[0039] Pour des composants d'horlogerie la qualité des flancs des pièces est particulièrement importante. Il convient donc de prévoir dans certains cas des étapes de procédé additionnelles. Par exemple, dans une variante de la méthode, au moins une étape de mesure de rugosité peut être implémentée. Cette étape peut être suivi par des étapes de gravure ou d'usinage laser afin d'améliorer encore la rugosité. Par exemple après une série d'étapes de gravure et traitement par laser une image du flanc de la pièce est réalisé et sa rugosité déterminée. Si la rugosité sur au moins une portion du flanc n'est suffisante, un faisceau laser est dirigé sur cette zone afin de réduire encore sa rugosité.

[0040] Dans une variante, d'autres faisceaux laser ou des passages additionnels avec le même faisceau laser peuvent être utilisé pour améliorer la rugosité des flancs. Ceci peut être réalisé par un faisceau laser qui est dirigé et focalisé sur les zones des flancs de la pièce. Ceci permet d'obtenir des flancs très lisses, par exemple typiquement ayant une rugosité de moins de 20nm.

[0041] Il est compris que dans tous les modes de réalisation les paramètres peuvent varier, à savoir:

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longueur d'onde du laser entre 200nm et 15µm

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utilisation de laser en mode cw (continuous wave) ou pulsé

–

composition de un ou plusieurs gaz

–

pression des gaz entre 0.001 - 100 mbar

Exemples de réalisation

[0042] Les dimensions et formes des pièces typiques décrites ci-dessous sont des exemples typiques de réalisation et ne sont pas limitatives et peuvent donc être variés d'au moins d'un ordre de grandeur, cad plus petits ou plus grands. En principe les pièces ont une dimension typique plus petite que 10mm dans leur dimension maximale mais il n'y a pas de suite quant à la forme ni dimension des pièces de l'invention.

[0043] Dans un premier exemple,

1.

Une plaque polie est obtenue à partir d'un diamant CVD suivant les étapes de transformation décrites dans les figures 1 à 4. Elle a une épaisseur initiale de 505µm

2.

Ensuite un ressort spiral de mouvement horloger est découpé en utilisant un laser nanoseconde visible (515nm) suivant le procédé décrit dans la figure 8.

3.

La pièce découpée est ensuite gravée dans un réacteur de gravure plasma de type ICP avec les conditions de gravure suivante

–

Puissance du plasma = 1000W, Polarisation du substrat = 300W.Le terme „Polarisation“ ici signifie polarisation du substrat par application d'une différence de potentiel d'une puissance donnée entre le substrat et le réacteur

–

O2 = 100 sccm (standard cubic centimeter per minute), Ar = 100 sccm

–

Pression des gaz = 5 mbar

4.

Une pièce finale d'une épaisseur finale de 500µm et d'une rugosité moyenne sur les flancs de 0.2µm est ainsi obtenue.

[0044] Dans des variantes avantageuses dudit premier exemple de réalisation les paramètres suivants peuvent être varié comme suite :

–

Longueur l'onde du laser entre 400nm-690nm

–

Puissances du plasma entre 100W et 2000W

–

Polarisation du substrat : entre 10 W et 500W

–

Pression des gaz entre 1 mbar et 50mbar

[0045] Dans un deuxième exemple,

1.

Une plaque polie est obtenue à partir d'un diamant HPHT suivant les étapes de transformation décrites dans les figures 1 à 4. Elle a une épaisseur initiale de 122µm

2.

Ensuite une roue d'échappement d'un mouvement horloger est découpée en utilisant un laser femto-seconde UV (343nm) suivant le procédé décrit dans la figure 8.

3.

La pièce est ensuite nettoyée dans un mélange Piranha (proportion der HNO3:H2O2 égal à 3:1) dans un bain à ultrasons pendant 30 min. à 60°C.

4.

Les phases non-diamant présentes sur les flancs découpés sont gravées dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 5 min. dans un mélange gazeux 1% O2 dans H2.

5.

La pièce découpée et propre est ensuite gravée dans un réacteur plasma RF de type délaqueur avec les conditions de procédé suivantes :

–

Puissance RF = 200W

–

O2 = 20 sccm,

–

Pression = 2 mbar

6.

Une pièce avec une épaisseur finale de 120µm et une rugosité moyenne sur les flancs de 0.1µm et ainsi obtenu après l'étape de gravure.

[0046] Dans des variantes avantageuses dudit deuxième exemple de réalisation les dimensions des pièces peuvent être différentes et les paramètres suivants peuvent être varié comme suite :

–

Longueur l'onde du laser entre 250nm-450nm

–

Puissance RF entre 100 et 500W

–

Flux de O2: entre 5 et 50 sccm

–

Pression des gaz entre 1 et 20 mbar

–

Gravure dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 1 à 10 min. dans un mélange gazeux entre 0.01 et 10% O2 dans H2.

[0047] Dans un troisième exemple,

1.

Une plaque polie est obtenue à partir d'un diamant naturel suivant les étapes de transformation décrites dans les figures 1 à 4. Elle a une épaisseur initiale de 390µm.

2.

Une couche de nickel de 1µm d'épais est déposée sur sa face supérieure par un procédé galvanique suivant le procédé décrit en figure 11.

3.

Ensuite une levée d'ancre d'un mouvement horloger est découpée en utilisant un laser nanoseconde visible (515nm) guidé par un jet d'eau suivant le procédé décrit dans la figure 8.

4.

La pièce est ensuite nettoyée dans un mélange Piranha (HNO3:H2O2 3:1) dans un bain à ultrasons pendant 30 min. à 60°C.

5.

La pièce découpée est ensuite gravée suivant le procédé décrit par les figures 12 à 15 dans un réacteur de gravure plasma de type ICP avec les conditions de gravure suivante

–

Puissance du plasma = 1000W, Polarisation du substrat = 300W

–

O2 = 50 sccm, Ar = 100 sccm, C2F6 = 20 sccm

–

Pression = 10 mbar

6.

La couche de nickel est gravée chimiquement dans un bain d'eau régale.

7.

Une pièce avec une épaisseur finale de 390µm, une rugosité moyenne sur les flancs de 0.05µm et une verticalité des flancs de 89.5° et ainsi obtenue.

[0048] Dans un tel exemple il n'y a pas de diminution de l'épaisseur pendant le process car car la couche de nickel empêche de graver la couche supérieure.

[0049] Dans des variantes avantageuses dudit troisième exemple de réalisation les paramètres suivants peuvent être varié comme suite:

–

Longueur l'onde du laser entre 250nm-450nm

–

Puissance du plasma entre 100 et 500W

–

Puissance de polarisation du substrat entre 0 et 500W

–

Flux de O2 : entre 5 et 200 sccm, Ar entre 0 et 200sccm, C2F6 entre 0 et 100sccm

–

Pression des gaz entre 1 et 20 mbar

–

Gravure dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 1 à 10 min. dans un mélange gazeux entre 0.01 et 10% O2 dans H2.

[0050] Dans un quatrième exemple,

1.

Une plaque polie est obtenue à partir d'un diamant polycristallin CVD dopé au bore déposé sur un substrat de silicium suivant les étapes de transformation décrites dans les figures 5 à 7. Elle a une épaisseur initiale de 90µm.

2.

Une couche de titane de 0.5µm d'épaisseur est déposée sur sa face supérieure par un procédé de pulvérisation cathodique suivant le procédé décrit en figure 11.

3.

Un implant pour l'oreille interne est découpé en utilisant un laser femto-seconde visible (515nm) suivant le procédé décrit dans la figure 8

4.

La pièce est ensuite nettoyée dans un bain à ultrasons pendant 30 min. avec de l'acétone à température ambiante

5.

Les phases non-diamant présentes sur les flancs découpés sont gravées dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 15 min. dans H2 pur.

6.

La pièce découpée et propre est ensuite gravée dans un réacteur plasma MW de type délaqueur avec les conditions de procédé suivantes :

–

Puissance MW = 500W

–

O2 = 20 sccm, CF4 = 30 sccm

–

Pression = 1 mbar

7.

La couche de titane est gravée chimiquement dans un bain d'acide chlorhydrique.

8.

Une pièce avec une épaisseur finale de 90µm et une rugosité moyenne sur les flancs de 0.1µm et une verticalité des flancs de 89° et ainsi obtenue à la fin du procédé.

[0051] Dans des variantes avantageuses dudit quatrième exemple de réalisation les dimensions des pièces peuvent être différentes et les paramètres suivants peuvent être varié comme suite:

–

Longueur l'onde du laser entre 200nm-690nm

–

Puissance MW entre 100 et 2000W

–

Flux de O2: entre 5 et 200 sccm, Ar entre 0 et 200sccm, C2F6 entre 0 et 100sccm

–

Pression des gaz entre 1 et 20 mbar

–

Gravure dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 1 à 10 min. dans un mélange gazeux entre 0.01 et 10% O2 dans H2.

–

Nettoyage de la pièce dans un bain à ultrasons pendant 1 min. à 90min avec de l'acétone à température ambiante, ou une température entre 20 et 50°C

–

Gravure des phases non-diamant présentes sur les flancs découpés dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 1 min à 30min. dans H2 pur ou 0.01 et 10% O2 dans H2.

[0052] Dans un cinquième exemple,

1.

Une plaque polie est obtenue à partir d'un diamant CVD suivant les étapes de transformation décrites dans les figures 1 à 4. Elle a une épaisseur initiale de 300µm

2.

Ensuite une roue d'échappement d'un mouvement horloger est découpée en utilisant un laser femto-seconde UV (343nm) suivant le procédé décrit dans la figure 8.

3.

La pièce est ensuite nettoyée dans un mélange Piranha (HNO3:H2O2 3:1) dans un bain à ultrasons pendant 30 min. à 60°C.

4.

Un résine de photolithographie de type SU-8 est appliquée sur la pièce découpée dans un spin-coater.

5.

La pièce découpée est ensuite gravée dans un réacteur de gravure plasma de type ICP avec les conditions de gravure suivante

Puissance du plasma = 1000W, Polarisation du substrat = 300W

O2 = 50 sccm, Ar = 100 sccm, C2F6 = 20 sccm

Pression = 10 mbar

6.

La pièce traitée est nettoyée dans un bain de PM Acetate.

7.

Une pièce avec une épaisseur finale de 280µm et une rugosité moyenne sur les flancs de 0.05µm et une verticalité des flancs de 89.5° est ainsi obtenue.

[0053] Dans des variantes avantageuses dudit cinquième exemple de réalisation les dimensions des pièces peuvent être différentes et les paramètres suivants peuvent être varié comme suite :

–

Longueur l'onde du laser entre 200nm-690nm

–

Puissance plasma entre 100 et 2000W

–

Puissance de polarisation du substrat entre 0 et 500W

–

Flux de O2: entre 5 et 200 sccm, Ar entre 0 et 200sccm, C2F6 entre 0 et 100sccm

–

Pression des gaz entre 1 et 50 mbar

–

La couche de résine peut être enlevé par d'autres solvants adaptés comme le toluène.

[0054] Dans un sixième exemple,

1.

Une plaque polie est obtenue à partir d'un diamant CVD suivant les étapes de transformation décrites dans les figures 1 à 4. Elle a une épaisseur initiale de 150µm

2.

Ensuite un engrenage de micromoteur est découpé en utilisant un laser femto-seconde VIS (633nm) suivant le procédé décrit dans la figure 8.

3.

La pièce est ensuite nettoyée dans un bain à ultrasons pendant 30 min. avec de l'acétone à température ambiante

4.

Les phases non-diamant présentes sur les flancs découpés sont gravées dans un réacteur plasma-micro-onde pendant 5 min. dans un mélange gazeux 1% O2 dans H2.

5.

Une couche de dioxyde de silicium est déposée par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) sur la pièce découpée et propre.

6.

La pièce est ensuite gravée dans un réacteur de gravure plasma de type ICP avec les conditions de gravure suivante

Puissance du plasma = 600W, Polarisation du substrat = 200W

O2 = 50 sccm, SF6 = 20 sccm

Pression = 2mbar

7.

La pièce traitée est nettoyée dans un bain d'acide fluorhydrique pour éliminer les résidus de la couche de de dioxyde de silicium.

8.

Une pièce avec une épaisseur finale de 145µm et une rugosité moyenne sur les flancs de 0.03µm et une verticalité des flancs de 89.5° est ainsi obtenue.

[0055] Dans des variantes avantageuses dudit sixième exemple de réalisation les dimensions des pièces peuvent être différentes et les paramètres suivants peuvent être varié comme suite :

–

Longueur l'onde du laser entre 400nm-1500nm

–

Puissance plasma entre 100 et 2000W

–

Puissance de polarisation du substrat entre 0 et 500W

–

Flux de O2 entre 1 et 200 sccm, SF6 entre 0 et 100sccm

–

Pression des gaz entre 0.1 et 50 mbar

–

La couche de SiO2 peut être également déposée par pulvérisation cathodique.

[0056] Bien qu'une application privilégiée de l'invention concerne le domaine de l'horlogerie, elle n'est pas limitée à l'horlogerie. Par exemple, des composants en diamant qui sont destinés aux domaines du médical ou des instruments, des machines industrielles ou encore des senseurs ou actuateurs, peuvent également être réalisés. D'autres applications sont également possibles.

Claims (14)

1. Méthode de fabrication d'un composant en diamant synthétique ou naturel comprenant les étapes suivantes: a) réalisation d'une découpe d'une pièce, correspondant à la forme désirée dudit composant, dans une plaquette en diamant (3,4,7,8), par une méthode de découpe laser, ladite pièce présentant au moins un flanc (93); b) graver ledit au moins un flanc (93) en diamant à l'aide d'une méthode de gravure par plasma, et/ou RIE, et/ou thermique, en utilisant un mélange de gaz comprenant un gaz oxydant et au moins un autre gaz choisi parmi: – un gaz rare, – un gaz halogéné, – l'azote, – l'hydrogène, jusqu'à l'obtention d'une rugosité Ra dudit au moins un flanc inférieure à 100nm, de préférence en dessous de 50 nm et plus préférablement à 20nm afin de lisser la surface dudit flanc.

2. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle ledit gaz oxydant est l'oxygène.

3. Méthode selon la revendication 1 ou 2 comprenant, entre ladite étape a) et ladite étape b), une étape c) de réalisation de nettoyage des flancs bruts de découpe de la pièce découpée dans ladite pièce en diamant (3,4,7,8) à l'aide de solutions chimiques.

4. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant entre ladite étape a) et ladite étape b), une étape d) d'élimination par gravure, dans un four ou réacteur plasma, de toute couche de carbone non-diamant qui se trouve sur les flancs de la pièce découpée dans ladite pièce en diamant (3,4,7,8), ladite couche provenant de l'interaction entre le laser et la surface du diamant.

5. Méthode selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant la combinaison simultanée de ladite étape de découpe par laser et de ladite étape de lissage des flancs.

6. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la plaquette de diamant (3,4,7,8) est une plaquette de diamant monocristallin naturel.

7. Méthode selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle ladite plaquette de diamant (3, 4, 7, 8) est un diamant synthétique produit par méthode CVD ou HPHT.

8. Méthode selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle ladite plaquette de diamant (3, 4, 7,8) est un diamant polycristallin produit par méthode CVD.

9. Méthode selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que au moins une des surfaces de la plaquette en diamant (3,4,7,8) est polie.

10. Méthode selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle la plaquette utilisée à l'étape a) est une plaquette polie revêtue d'une couche mince, l'étape a) consistant à découper la plaquette polie revêtue (11) par laser afin d'obtenir une pièce découpée (14) comprenant au moins une face découpée (141) présentant un angle; et dans laquelle l'étape b) consiste à réaliser une gravure par plasma de la pièce découpée (14) afin d'obtenir une pièce (15) dont au moins une face (151) présente un angle prédéfini du composant ; et dans laquelle, après l'étape b), une étape de gravure de la partie restante de ladite couche mince (111) est réalisée afin de retirer totalement la partie restante de ladite couche mince (11) et obtenir ainsi le composant final (16) propre.

11. Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite couche mince (111) est composée de matériaux du type nickel, aluminium ou de tout autre matériau se gravant avec une vitesse au moins deux fois plus lente que le diamant.

12. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle les étapes suivantes sont mises en oeuvre: – i) après la découpe selon ladite étape a), application d'une couche de lissage (171), qui est conçue pour être gravée à la même vitesse que le diamant et qui est organique ou inorganique, sur la pièce découpée pour qu'elle remplisse les aspérités créées par la découpe laser; – l'étape b) appliquée après l'étape i), comprenant, dans une seule et même opération de gravure, la gravure complète de ladite couche de lissage et la gravure du diamant sur une profondeur (p) au moins supérieure à la hauteur totale du profil de rugosité dudit au moins un flanc de la pièce découpée; – k) nettoyage dudit au moins un flanc de la pièce obtenue à l'étape b) par un procédé adapté pour enlever tous résidus de gravure.

13. Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite couche de lissage (171) est une couche organique, préférablement une couche de résine de photolithographie.

14. Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite couche de lissage (171) est une couche inorganique, préférablement une couche de nitrure ou d'oxyde.