(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第１の工程と、
前記基板を前記複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエッチバックして凹部を形成する第２の工程と、
前記複数の薄膜を前記基板上から剥離し、ステージ上に前記複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第３の工程を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程は、前記所定の深さを１〜３μｍに設定して行う請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第３の工程は、前記基板から複数個の前記薄膜を同時に剥離するとともに、前記ステージ上の異なる位置に前記複数個の薄膜を同時に積層することによって行う請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項４】
基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、
前記緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程と、
前記複数の薄膜を前記緩衝層上から剥離し、ステージ上に前記複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第３の工程を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、前記ヤング率を１０ＧＰａ以下に設定して行う請求項４記載の微小構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、前記緩衝層の膜厚が３乃至１０μｍになるように行う請求項４記載の微小構造体の製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程は、フッ素原子を含むガスに晒してフッ素化することにより離型層と兼用した緩衝層を形成する工程を含む請求項４記載の微小構造体の製造方法。
【請求項８】
基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、
前記緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程と、
前記緩衝層を前記複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエッチバックして凹部を形成する第３の工程と、
前記複数の薄膜を前記緩衝層上から剥離し、ステージ上に前記複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第４の工程を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程は、前記ヤング率を１０ＧＰａ以下に設定して行う請求項８記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程は、前記緩衝層の膜厚が３乃至１０μｍになるように行う請求項８記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第３の工程は、前記所定の深さを１〜３μｍに設定して行う請求項８記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第３の工程は、前記緩衝層を深さ方向に一部残して行う請求項８記載の微小構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層造形方法によって微小ギアや微細光学部品、或いはこれらを成形する金型等の微小構造体を製造する微小構造体の製造方法に関し、特に、金属あるいは絶縁体からなる薄膜を微小構造体の断面形状にパターニングし、これらを積層することによって微小構造体を製造する微小構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層造形方法は、コンピュータで設計された複雑な形状の３次元物体を短納期で造形する方法として近年急速に普及している。積層造形方法で作製された３次元物体は、種々の装置の部品のモデル（プロトタイプ）として、部品の動作や形状の良否を調べるために利用される。この方法が適用される部品のサイズは、数ｃｍ以上の比較的大きな部品が多かったが、近年、精密に加工して形成される微小部品、例えば、微小ギアや微細光学部品にもこの方法を適用したいというニーズがある。このようなニーズに対応するものとして、従来より以下の積層造形方法が知られている。
（１）  光造形法
（２）  粉末法
（３）  シート積層法
（４）  薄膜を出発材料として用いる方法
【０００３】
図１４は光造形法を示す。この光造形法は、紫外線等の光照射によって硬化する光硬化性樹脂３００を満たした槽３０１に、上面よりレーザ光３０２を３次元物体の断面形状データに応じて２次元走査を行い、樹脂層３００Ａを硬化させ、ステージ３０３を１層分下げ、この工程を繰り返すことにより複数の樹脂層３００Ａからなる３次元物体を造形するものである。この光造形法として、名古屋大学の生田らによって文献「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（１９９６）Ｎｏ．４、ｐ１０３」に示されるものがある。この光造形法によれば、露光条件の最適化や樹脂特性の最適化等の工夫により平面形状精度５μｍ、積層方向の解像度３μｍを達成することができる。また、大阪大のＫａｗａｔａらによって文献「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＭＥＭＳ  ９７，  ｐ１６９」に示されるものがある。この光造形法によれば、２光子吸収現象という原理を用いることによって平面形状精度０．６２μｍ、積層方向の解像度２．２μｍを達成することができる。
【０００４】
図１５は粉末法を示す。この粉末法は、槽３０１内に粉体３０４を薄く敷き詰め、この薄い層（粉体層）３０４Ａにレーザ光３０２を照射することにより粉体層３０４Ａを所望の形状の薄層に焼結させ、この工程を繰り返すことにより複数の粉体層３０４Ａからなる焼結体の３次元物体を造形するものである。この粉末法によれば、３次元物体として樹脂だけでなく、セラミックスや金属等の造形が可能である。
【０００５】
図１６はシート積層法に係る製造装置を示し、特開平６−１９０９２９号公報に示されているものである。この製造装置において、フィルム供給部３１０からプラスチックフィルム３１１を供給すると、そのプラスチックフィルム３１１は、接着剤塗布部３２０によって下面に光硬化型接着剤３２１が一様に塗布されて接着層が形成され、ネガパターン露光部３３０によって接着層のうち微小構造体の断面形状に対応する領域以外の領域が露光され、硬化部と未硬化部が形成され、光硬化接合部３４０の押えローラ３４１によって下方に押さえられ、線光源３４２からの光線によって未硬化部が硬化し、下側のプラスチックフィルム３１１に接合する。レーザ切断部３５０は、炭酸ガスレーザ源３５１からのレーザによってプラスチックフィルム３１１の後端を切断すると共に、レーザによって最上層のプラスチックフィルム３１１の不要領域の輪郭を除去する。この工程を繰り返して微小構造体が製造される。なお、同図において、３６０は本装置を制御するワークステーションである。このシート積層法によれば、プラスチックシートからなる微小構造体が得られる。
【０００６】
図１７は薄膜を出発材料として用いる製造方法を示し、特開平８−１２７０７３号公報に示されているものである。この製造方法は、同図（ａ）  に示すように、基材３７０に感光性樹脂膜３７１を形成し、同図（ｂ）  に示すように、所望のパターンに露光して露光部３７１Ａを形成する工程と、同図（ｃ）  に示すように、樹脂膜３７１の混合を防止し、下層への露光を妨げる中間膜３７２を形成する工程を繰り返し、同図（ｄ）  に示すように、樹脂膜３７１と中間膜３７２からなる多層構造物を形成した後、樹脂の現像液に浸漬して同図（ｂ）  ，（ｃ）  に示す露光部３７１Ａを選択除去して同図（ｄ）  に示すように、立体形状の微小構造体を得る方法である。この製造方法を用いれば、樹脂膜３７１と中間膜３７２はスピンコート法等が適用できるため、積層方向の解像度をμｍオーダーにできる。
【０００７】
しかし、上記光造形法によれば、微小ギアや微細光学部品の製造に必要な積層方向の解像度１μｍ以下、薄膜精度０．１μｍ以下を達成できないという欠点がある。すなわち、出発材料（光硬化樹脂）を硬化させるために、層に垂直に入射する光を用いているため、垂直入射した光は表面から吸収され、その強度を弱めながら深く進入していき、やがて硬化に必要な閾値レベル以下になる。そこまでの層の厚みが１層の厚みであるが、これは入射光の強度のばらつき，経時変化，出発材料の吸収係数のばらつき等により変化するため、高解像度化は難しい。
【０００８】
また、光硬化樹脂を用いるため、造形後に行われる完全硬化させるためのフルキュア工程で全体が１〜数％収縮するという欠点があり、この工程で大幅に精度を落とすことになる。
【０００９】
更に、作製できる微小構造体は比較的柔らかな光硬化樹脂に限られるため、金属等の固い材料で目的とする微小構造体を製造する場合は、この樹脂を型として電鋳法や射出成形法等により転写するしかなく、転写工程が必要になるという欠点がある。
【００１０】
また、粉末法によれば、光造形法と同様に、層に垂直に入射する光を用いているため、積層方向の解像度が悪く、フルキュア工程における収縮により精度劣化を招くという欠点を有している。
【００１１】
また、シート積層法によれば、積層方向の解像度はシートの厚さで決まり、その下限はシートの取り扱いを考慮すると数十μｍ程度であり、やはり積層方向の解像度１μｍ以下は不可能である。
【００１２】
また、薄膜を出発材料として用いる製造方法によれば、露光の工程でほぼ垂直に入射する光を用いるため、下層への露光を防ぐために中間膜（例えは、Ａｌ）が必要となり、１層当たりの解像度の点で不利になる。また、中間膜を省略するため、感光波長と溶媒の異なる２種類の感光性樹脂を交互に積層し、それぞれを露光し、最後に現像して３次元形状を形成する方法も当該公報に示されているが、溶媒が異なる樹脂同士の密着性に難があり、完成した部品の強度が低いこと、および最後の現像工程で感光性樹脂が膨潤し、寸法精度が悪くなるという欠点がある。更に、感光性樹脂を用いているため、上記の光造形法と同様に金属や絶縁体等の材料には直接適用することは不可能で、転写工程が必要になるという欠点がある。
【００１３】
そこで、本出願人はこのような問題を解決する、微小構造体の製造方法として、特願平９−１１４０７１号を提案している。この微小構造体の製造方法は、微小構造体を構成する複数の断面形状をそれぞれ有する、金属或いは絶縁体からなる複数の薄膜パターンをＳｉウェハ等の基板上に形成し、この基板をステージと対向させた後、ステージの表面に薄膜パターンを所定の荷重で押し付けて接合させ、更に基板をステージから離して基板から薄膜パターンを剥離させてステージ側に転写するといった各工程を繰り返し行って、ステージ上に複数の薄膜パターンを積層することにより微小構造体を形成している。
【００１４】
上記した製造方法においては、各断面形状の薄膜パターンを複数個アレイ状に配置したチップをＳｉウェハ等の基板上に複数個配置したものを使用して、各チップの薄膜パターンを順番に積層して１度に複数個の微小構造体を形成すると、大量生産が可能になり、生産性を向上させることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、提案されている微小構造体の製造方法によると、図１８の（ａ）  に示すように、薄膜パターン１Ａをステージ２０２側に接合する際、基板１００とステージ２０２の間にパーティクルＰが存在すると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、薄膜パターン１Ａをステージ２０２へ接合することが困難になる。パーティクルＰは基板のガラスやＳｉウェハのかけら、或いは金属の剥離片や微粉末など剛性が高くあまり撓まないものが多く、直径が積層すべき薄膜パターン１Ａの膜厚（０．１〜数μｍ程度）と同程度、或いはそれ以上であると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、接合ができなくなる。たとえ直径が１μｍ程度でも接触できない領域（ボイド）は数百μｍ以上に達し、薄膜パターン１Ａのサイズが数〜数百μｍであることから、その領域中に存在する薄膜パターン１Ａの接合は不可能になる。このため、前述したように複数の薄膜パターン１Ａを同時に接合・転写する場合には、転写歩留りを低下させてしまう。また、生産技術上、パーティクルを皆無にすることは非常に困難である。
【００１６】
また、図１８の（ｂ）  に示すように、基板１００の表面に微小なうねり等による起伏部１００Ａが存在した場合、基板１００や薄膜パターン１Ａが剛性の高い材料であることが多いため、薄膜パターン１Ａをステージ２０２側に接合する際、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、接合が困難、或いは不可能になってしまう。また、前述したように複数の薄膜パターン１Ａを同時に接合・転写する場合には、各薄膜パターン１Ａに均等な圧着荷重がかからなくなり、転写歩留りを低下させてしまう。
【００１７】
従って、本発明の目的は薄膜パターンをステージに確実に接合できるようにして転写率を高めることができる微小構造体の製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑み、薄膜パターンをステージに確実に接合できるようにして転写率を高めるため、基板上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第１の工程と、基板を複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエッチバックして異物を収容する凹部を形成する第２の工程と、複数の薄膜を基板上から剥離し、ステージ上に複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第３の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するものである。
【００１９】
また、本発明は上記の目的を達成するため、基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程と、複数の薄膜を緩衝層上から剥離し、ステージ上に複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第３の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するものである。
【００２０】
更に、本発明は上記の目的を達成するため、基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程と、緩衝層を複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエッチバックして異物を収容する凹部を形成する第３の工程と、複数の薄膜を緩衝層上から剥離し、ステージ上に複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第４の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微小構造体の製造方法について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態の微小構造体の製造方法は、着膜工程，パターニング工程，および積層工程から成る。
【００２３】
図１の（ａ）  〜（ｄ）  は着膜工程およびパターニング工程を示す。まず、着膜工程として、図１の（ａ）  に示すように、基板１００としてガラス基板を準備し、その表面にスパッタリング法によってＡｌの薄膜１０１を０．５μｍ着膜する。ターゲットには高純度Ａｌを使用し、スパッタ圧力は０．５Ｐａ、基板１００の温度は室温とする。着膜中は水晶振動子式膜厚計で常時、膜厚をモニターし、膜厚が０．５μｍに達したところで着膜を終了する。この方法で着膜を行うと、基板１００内の膜厚分布は、０．５±０．０２μｍ以下が得られる。なお、この膜厚が最終的に得られる微小構造体の積層方向の分解能を決めるため、膜厚および膜厚分布には十分な配慮が必要となる。
【００２４】
次に、パターニング工程として、図１の（ｂ）  に示すように、通常のフォトリソグラフィー法により微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン１Ａを形成する。すなわち、基板１００上に形成した薄膜１０１の表面にポジ型のフォトレジスト１０２を塗布し、図示しないフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、露光したフォトレジスト１０２の部分を溶剤によって取り去り、露出した薄膜１０１の部分をエッチングする。この後、図１の（ｃ）  に示すように、未露光のフォトレジスト１０２をマスクとして基板１００を約３μｍエッチバックし、薄膜パターン１Ａが形成された領域の部分に突出部１０３Ａを、それ以外の部分に凹部１０３Ｂを形成する。このとき、エッチングにはドライエッチング法を用い、ガスとしてＣＦ４  とＨ２  を用いる。そして、図１の（ｄ）  に示すように、未露光のフォトレジスト１０２を剥離液にて除去し、複数の薄膜パターン１Ａを露出させる。なお、このパターニング工程で基板１００の位置決めのための複数（例えば、３つ）のアライメントマーク１０４も形成しておく。また、図１の（ｃ）  において、直径の大きい薄膜パターン１Ａから順に第１層〜第６層の薄膜パターン１Ａとして説明する。
【００２５】
このようにして着膜工程，およびパターニング工程が終了すると、次に積層工程を行う。
【００２６】
ここで、積層工程を説明する前に積層工程に用いる積層装置の構成について説明する。
【００２７】
図２は積層装置を示し、積層工程が行われる真空槽２００を有し、この真空槽２００の内部に基板１００が載置される基板ホルダ２０１と、基板１００上に形成された薄膜パターン１Ａが転写されるステージ２０２と、このステージ２０２に取り付けられ、ステージ２０２側をＦＡＢ（Ｆａｓｔ  Ａｔｏｍ  Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）処理する第１のＦＡＢ源２０３Ａ、および基板１００側をＦＡＢ処理する第２のＦＡＢ源２０３Ｂと、ＦＡＢ処理後にアーム２０４Ａ，２０４Ｂを約９０°回転させて第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させる第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂと、ステージ２０２に取り付けられ、基板１００上のアライメントマーク１０４を検出する顕微鏡の如きマーク検出部２０６と、真空槽２００内の真空度を検出する真空計２０７と、テスージ２０２を図示しないＸ軸モータによってＸ軸方向に移動させるとともに、図示しないＸ軸位置検出部によってステージ２０２のＸ軸上の位置を検出するＸ軸テーブル２０８と、ステージ２０２を図示しないＹ軸モータによってＹ軸方向に移動させるとともに、図示しないＹ軸位置検出部によってステージ２０２のＹ軸上の位置を検出するＹ軸テーブル２０９とが配設されている。なお、「ＦＡＢ処理」とは、粒子ビームとして、例えば、アルゴンガスを１ｋＶ程度の電圧で加速して材料の表面に照射し、材料表面の酸化膜，不純物等を除去して清浄な表面を形成する処理をいう。
【００２８】
ステージ２０２は、例えば、ステンレス，アルミニウム合金等の金属からなり、ステージ２０２上に積層された複数の薄膜からなる微小構造体をステージ２０２から容易に取り出せるようにするため、予め表面に犠牲層２０２Ａ（図５参照）が形成される。犠牲層の材料は、微小構造体の材料に応じて適宜選択される。すなわち、微小構造体をアルミニウム等の金属で形成する場合、犠牲層の材料として銅あるいはニッケルを選択し、ステージ２０２の表面に銅あるいせニッケルをめっき法により、例えば、約５μｍ着膜する。微小構造体をアルミナ，炭化けい素，シリコン窒化膜等の絶縁体であるセラミックスで形成する場合、犠牲層の材料としてアルミニウムを選択し、ステージ２０２の表面にアルミニウムを真空蒸着法等により形成する。薄膜の積層終了後、犠牲層のみをエッチング除去することにより、微小構造体に外力を加えることなく、微小構造体のみをステージ２０２から容易に分離することができる。
【００２９】
真空層２００の外部には、基板ホルダ２０１を図示しないＺ軸モータによってＺ軸方向に移動させ、薄膜をステージ２０２側に荷重５ｋｇｆ／ｃｍ２  以上で１〜１０分間圧着させるとともに、図示しないＺ軸位置検出部によって基板ホルダ２０１のＺ軸上の位置を検出するＺ軸テーブル２１０と、アライメント調整の際に図示しないθモータによって基板ホルダ２０１をＺ軸回りに回転させるとともに、図示しないθ位置検出部によって基板ホルダ２０１のθ方向の角度位置を検出するθテーブル２１１と、真空槽２００内を真空に排気する真空ポンプ２１２と、アルゴンガスが充填されたアルゴンガスボンベ２１３と、アルゴンガスボンベ２１３から供給されるアルゴンガスの流量を制御して第１および第２の電磁弁２１４Ａ，２１４Ｂを介して対応する第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂにアルゴンガスを供給する第１および第２の流量コントローラ（ＭＦＣ）２１５Ａ，２１５Ｂが設けられている。
【００３０】
以上の構成において、以下のようにして積層工程を行う。
図３の（ａ）  〜（ｃ）  および図４の（ａ）  〜（ｃ）  は以下に説明する積層工程を示す。
【００３１】
（１）  基板１００の真空槽２００内への導入
複数の薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を積層装置２の真空槽２００内の基板ホルダ２０１上に載置する。
【００３２】
（２）  真空槽２００内の排気
オペレータが積層装置２の図示しない起動スイッチを押下すると、図示しない制御部は、真空計２０７の検出値に基づいて真空ポンプ２１２を制御して真空槽２００内を１０−６Ｐａ台まで排気し、真空槽２００内を高真空状態あるいは超高真空状態にする。
【００３３】
（３）  アライメント調整
排気が終了すると、制御部はステージ２０２と基板１００（アライメントマーク１０４）とのアライメント調整を行う。すなわち、制御部はＸ軸モータおよびＹ軸モータを制御してステージ２０２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてマーク検出部２０６からのマーク検出信号を取り込み、このマーク検出信号に基づいて基板１００と基板ホルダ２０１との相対的位置関係を測定し、この相対的位置関係の測定結果に基づいてステージ２０２およびアライメントマーク１０４が原点位置に達するようにＸ軸モータ，Ｙ軸モータ，およびθモータを制御する。ステージ２０２は、Ｘ軸テーブル２０８およびＹ軸テーブル２０９によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し、基板ホルダ２０１はθテーブル２１１によって回転し、ステージ２０２およびアライメントマーク１０４が原点位置に達する。これにより、薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を載置する位置にずれがあっても、ステージ２０２とアライメントマーク１０４の相対的な位置出しが正確に行われる。
【００３４】
（４）  第１層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去
アライメント調整が終了すると、制御部は、図３の（ａ）  に示すように、Ｘ軸位置検出部およびＹ軸位置検出部の検出信号に基づいてＸ軸モータおよびＹ軸モータを駆動して、ステージ２０２を原点位置からＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、第１層の薄膜パターン１Ａ上に位置させる。次に制御部は、第１層の薄膜パターン１Ａを接合する面（ステージ２０２の表面と第１層の薄膜パターン１Ａの表面）にアルゴン原子ビーム２１３ＡでＦＡＢ処理を施す。すなわち、ステージ２０２の表面、および第１層の薄膜パターン１Ａの表面に所定量のアルゴン原子ビーム２１３Ａを１分間照射するように、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３の各駆動部（図示せず）に対する駆動制御，第１および第２の電磁弁２１４Ａ，２１４Ｂに対する開閉制御，および第１および第２のＭＦＣ２１５Ａ，２１５Ｂに対する流量制御を行う。第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂの各駆動部は、制御部の制御により１．５ｋＶの加速電圧を第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂに付与する。アルゴンガスボンベ２１３から圧送されるアルゴンガスは、第１および第２のＭＦＣ２１５Ａ，２１５Ｂによって流量が調整され、第１および第２の電磁弁２１４Ａ，２１４Ｂを介して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂに供給される。第１のＦＡＢ源２０３Ａは、斜め約４５°上方のステージ２０２の表面に向けてアルゴン原子ビーム２１３Ａを１分間照射する。第２のＦＡＢ源２０３Ｂは、斜め約４５°下方の第１層の薄膜パターン１Ａの表面に向けてアルゴン原子ビーム２１３Ａを１分間照射する。これにより、ステージ２０２および第１層の薄膜パターン１Ａの表面の約１０ｎｍの汚染層が除去される。なお、この程度の膜減り量なら本発明が目的とする膜厚精度０．１μｍに比べ１桁小さいので無視できる。
【００３５】
（５）  第１層の薄膜パターン１Ａの接合
第１の層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層を除去すると、次に制御部は、図３の（ｂ）  に示すように、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動してアーム２０４Ａ，２０４Ｂを水平方向に回動させ、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させる。この後、制御部はＺ軸位置検出部の検出信号に基づいてＺ軸モータを制御して基板ホルダ２０１を上昇させ、ステージ２０２の表面に第１層の薄膜パターン１Ａの表面を接触させ、更に５ｋｇｆ／ｃｍ２  の荷重で５分間押し付ける。これによりステージ２０２の表面（犠牲層）に第１層の薄膜パターン１Ａの表面が強固に接合される。このとき、基板１００上の薄膜パターン１Ａの周辺に薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径（例えば、１〜３μｍ程度）のパーティクルＰが存在しても、基板１００は薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分に深さ３μｍの凹部１０３Ｂが形成されているため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。なお、ここまでの製造工程をクリーンルーム内で行っているので、基板１００上に３μｍ以上のパーティクルが存在することはなく、基板１００の凹部１０３Ｂの深さは３μｍ程度で十分対応することができる。また、薄膜パターン１Ａとステージ２０２との接合力を引っ張り試験により評価したところ、５０〜１００ＭＰａが得られている。なお、大きい接合力を得るために、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面粗さは各々１０ｎｍ以下とした。
【００３６】
（６）  第１層の薄膜パターン１Ａの転写
第１層の薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に制御部は、図３の（ｃ）  に示すように、Ｚ軸位置検出部の検出信号に基づいてＺ軸モータを駆動して基板ホルダ２０１を図３の（ａ）  に示す元の位置まで下降させ、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを元の位置に復帰させる。基板ホルダ２０１を下降させると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の犠牲層との接合力の方が薄膜パターン１Ａと基板１００との接合力よりも大きいため、薄膜パターン１Ａは基板１００側から剥離し、ステージ２０２側へ転写される。
【００３７】
（７）  第２層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去
第１層の薄膜パターン１Ａの転写が終了すると、次に制御部は、図４の（ａ）  に示すように、Ｘ軸位置検出部およびＹ軸位置検出部の検出信号に基づいてＸ軸モータおよびＹ軸モータを駆動して、ステージ２０２を原点位置からＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、第２層の薄膜パターン１Ａ上に位置させ、図３の（ａ）  で説明したようにＦＡＢを照射する。ステージ２０２の移動量は各薄膜パターン１Ａピッチに相当する距離である。最初のＦＡＢ照射との違いはステージ２０２の表面にＦＡＢを照射するのではなく、第１層の薄膜パターン１Ａの裏面（それまで基板１００に接触していた面）に照射し、そこを清浄化することである。
【００３８】
（８）  第２層の薄膜パターン１Ａの接合
第２層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去が終了すると、次に制御部は、図４の（ｂ）  に示すように、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させ、基板ホルダ２０１を上昇させ、第１層の薄膜パターン１Ａの裏面に第２層の薄膜パターン１Ａを接合する。
【００３９】
（９）  第２層の薄膜パターン１Ａの転写
第２層の薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に制御部は、図４の（ｃ）  に示すように、Ｚ軸位置検出部の検出信号に基づいてＺ軸モータを駆動して基板ホルダ２０１を下降させ、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを元の位置に復帰させる。基板ホルダ２０１を下降させると、薄膜パターン１Ａ同士の接合力の方が第２層の薄膜パターン１Ａと基板１００との接合力よりも大きいため、第２層の薄膜パターン１Ａは基板１００側から剥離し、第１層の薄膜パターン１Ａの上に転写される。
【００４０】
（１０）犠牲層の除去
図５は全ての薄膜パターン１Ａが積層された状態を示す。上記した薄膜パターン１Ａの接合・転写を繰り返して第３層〜第６層の薄膜パターン１Ａを同様に積層すると、図９に示すように、全ての薄膜パターン１Ａが積層された微小構造体１が得られる。最後にステージ２０２上の犠牲層２０２Ａをエッチングによって除去して微小構造体１をステージ２０２から分離する。
【００４１】
図６は上記のようにして製造された微小構造体１を示し、各断面形状に対応した第１層から第６層の薄膜パターン１Ａを接合した状態で積層されている。
【００４２】
以上述べた第１の実施の形態によると、基板１００を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバックして凹部１０３Ｂを形成し、基板１００の突出部１０３Ａ上の薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させて接合・転写するようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが基板１００上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがなくなる。このため、薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合することができ、転写率を高めることができる。
【００４３】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る微小構造体の製造方法を示す。第１の実施の形態に係る微小構造体の製造方法との違いは、薄膜パターン１Ａを１枚ずつ接合・転写するのではなく、同時に複数の薄膜パターン１Ａを接合・転写することである。
【００４４】
この実施の形態によると、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが基板１００上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、複数の薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがなく、複数の薄膜パターン１Ａを確実に転写させることができ、延いては転写歩留りを向上させることができる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る微小構造体の製造方法を図８の（ａ）  〜（ｄ）  および図９の（ａ）  〜（ｃ）  を参照しながら説明する。
【００４６】
図８の（ａ）  〜（ｄ）  は着膜工程およびパターニング工程を示す。まず、着膜工程として、図８の（ａ）  に示すように、基板１００としてＳｉウェハを準備し、その表面にカップラー剤を塗布した後、ポリイミドをスピンコーティングにより約５μｍ塗布し、最高温度３５０℃でベイクし緩衝層１０５を形成する。緩衝層１０５の材料および膜厚は、想定するパーティクルの直径や柔らかさ（ヤング率）を勘案して決定する。緩衝層１０５のヤング率は、ガラス基板（７０ＧＰａ程度）やＳｉウェハ（１９０ＧＰａ）やＡｌ（７０ＧＰａ）に比べ十分小さいほうがよいため、１０ＧＰａ以下とするのがよい。逆にヤング率が小さすぎると変形が大きくなり位置精度が劣化するので１ＧＰａ以上にするのが望ましい。ポリイミドのヤング率は３ＧＰａ（３×１０９  Ｐａ）程度であり、ガラス基板やＡｌに比べ十分小さいため、緩衝層として好適である。緩衝層１０５の膜厚は、パーティクルの直径よりも十分に大きいこと、厚すぎて位置精度を劣化させないこと、および塗布の容易さを考慮し、３から１０μｍとするのが好適である。本実施の形態では、１回の塗布で均一性よく形成することから５μｍとした。次に、基板１００の表面をフッ素原子を含むガスに晒し、緩衝層１０５をフッ素化して離型層１０６を形成する。具体的には、基板１００を真空装置（ドライエッチング装置）に導入し、ＣＦ４  ガスを用いたプラズマ処理をガス流量１００ｓｃｃｍ，放電パワー５００Ｗ，圧力１０Ｐａ，時間１０分の条件で行って、表面をフッ素化して疏水性にする。この後、真空蒸着法によってＡｌの薄膜１０１を０．５μｍ着膜する。
【００４７】
次に、パターニング工程として、図８の（ｄ）  に示すように、通常のフォトリソグラフィー法により微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン１Ａを形成する。
【００４８】
図９の（ａ）  〜（ｃ）  は積層工程を示す。積層工程では、まず、第１の実施の形態と同様に薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を真空槽（図示せず）内に導入し、薄膜パターン１Ａの表面きステージ２０２の表面にアルゴン原子ビームでＦＡＢ処理を施した後、図９の（ａ）  に示すように、ステージ２０２の表面に薄膜パターン１Ａを接触させ、更に、所定の荷重をかけて数分押し付ける。これによりステージ２０２の表面に薄膜パターン１Ａの表面が強固に接合される。このとき、離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの周辺に薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径（例えば、１〜３μｍ程度）のパーティクルＰが存在しても、図１０の（ａ）  に示すように、基板１００や薄膜パターン１Ａより柔らかい離型層１０６にパーティクルＰが埋まり込むため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。また、図１０の（ｂ）  に示すように、基板１００にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在しても、離型層１０６が起伏部１００Ａの変形を吸収するため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。
【００４９】
薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に、図９の（ｂ）  に示すように、基板１００を下降させて、薄膜パターン１Ａを基板１００側から剥離し、ステージ２０２側へ転写する。以下、第１の実施の形態と同様に上記の工程を繰り返すことにより、図９の（ｃ）  に示すように、薄膜パターン１Ａが積層された微小構造体１が得られる。
【００５０】
以上述べた第３の実施の形態によると、基板１００の表面に離型層１０６を形成し、離型層１０６上に形成された薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させるようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、離型層１０６にパーティクルＰが埋まり込むため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。また、基板１００にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在しても、離型層１０６が起伏部１００Ａの変形を吸収するため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。その結果、薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合させることができ、転写歩留りを向上させることができる。なお、この実施の形態では、同時に２枚の薄膜パターン１Ａを接合・転写するようにしたが、第１の実施の形態のように、薄膜パターン１Ａを１枚ずつ接合・転写する場合でも同様な効果を得ることができる。
【００５１】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る微小構造体の製造方法を図１１の（ａ）  〜（ｃ）  を参照しながら説明する。
【００５２】
図１１の（ａ）  〜（ｃ）  は着膜工程およびパターニング工程を示す。まず、図１１の（ａ）  に示すように、基板１００上の表面に離型層１０６の形成とＡｌの薄膜１０１の着膜を第３の実施の形態の着膜工程と同様な手順で施す。次に、パターニング工程として、図１１の（ｂ）  に示すように、通常のフォトリソグラフィー法により微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン１Ａを形成する。更に、図１１の（ｃ）  に示すように、パターニング工程で使用した未露光のフォトレジスト（図示せず）をマスクとして離型層１０６を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバックし、離型層１０６の薄膜パターン１Ａが形成された領域の部分に突出部１０３Ａを、それ以外の部分に凹部１０３Ｂを形成する。このとき、エッチングにはドライエッチング法を用い、ガスとしてＣＦ４  とＯ２  を用いる。また、図示しているように、離型層１０６は必ずしも全てエッチバックする必要はない。その理由は、パーティクル対策としては３μｍ程度の深さがあれば十分であるからであり、また、全てエッチングすると、基板１００と離型層１０６の密着力が小さい場合には、薄膜パターン１Ａをステージ２０２に転写する時に基板１００と離型層１０６の界面から剥がれやすくなるからである。また、エッチバックの深さは、１〜３μｍ以上が好都合である。これは３μｍ以上にすると、ポリイミドが比較的柔らかいため、接合時に横方向に歪んで接合の位置決め精度を低下させてしまい、１μｍ以下にすると、パーティクル対策としての効果が小さくなるからである。
【００５３】
このようにして離型層１０６をエッチバックすると、次にフォトレジストを剥離し、第１から第３の実施の形態と同様に積層工程を行って微小構造体を形成する。
【００５４】
以上述べた第４の実施の形態によると、離型層１０６を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバックして凹部１０３Ｂを形成し、離型層１０６の突出部１０３Ａ上の薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させて接合・転写するようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在したり、基板１００にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在しても、第３の実施の形態と同様、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。その結果、薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合させることができる。また、図１２に示すように、複数の薄膜パターン１Ａを同時に接合・転写する時に、薄膜パターン１Ａの上にパーティクルＰが乗った場合、その薄膜パターン１Ａは面接触できないが、離型層１０６が変形してパーティクルＰの直径分を吸収するため、他の薄膜パターン１Ａの面接触を妨げることがない。このため、複数の薄膜パターン１Ａを同時に転写する際の転写歩留りを向上させることができる。
【００５５】
図１３の（ａ），（ｂ）  は本発明の第５の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を示す。この実施の形態では、１枚の６インチサイズのＳｉウェハの基板１００に長さＬが１０ｍｍの正方形のチップ１０７を１４８個配置し、各チップ１０７の薄膜パターン１Ａを順番に積層して１度に７０００個の微小構造体を形成するものである。図中、（ｂ）  は第１層の薄膜パターン１Ａが形成されたチップ１０７を示し、直径Ｄが１００μｍの薄膜パターン１Ａが、１２０μｍのピッチＰでアレイ状に７０００個配列している。
【００５６】
以上述べた第５の実施の形態によると、１枚のウェハから一度に７０００個の微小構造体を得ることができ、微小構造体の大量生産が可能になる。この実施の形態に、第１から第４の実施の形態を組み合わせれば、各チップ１０７を順次積層していく際にチップ１０７内の全ての各薄膜パターン１Ａをステージ２０２に面接触させることができ、これによって歩留り良く接合・転写させることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微細構造体の製造方法によると、基板を薄膜パターンが形成された領域以外の部分でエッチバックして凹部を形成し、基板の突出部上に形成された薄膜パターンをステージの表面に接触させる、或いは基板の表面に緩衝層を形成し、緩衝層上に形成された薄膜パターンをステージの表面に接触させるようにしたため、薄膜パターンをステージに確実に接合させることができ、転写率を高めることができる。また、複数の薄膜パターンを同時に接合する場合には、転写歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る着膜工程およびパターニング工程を示す断面図。
【図２】第１の実施の形態に係る積層装置を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態に係る積層工程の手順を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る積層工程の手順を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態に係る積層工程の終了時を示す断面図。
【図６】第１の実施の形態に係る微細構造体を示す説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る着膜工程およびパターニング工程を示す断面図。
【図９】第３の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図１０】第３の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る着膜工程およびパターニング工程を示す断面図。
【図１２】第４の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を示す説明図。
【図１４】従来の光造形法を示す説明図。
【図１５】従来の粉末法を示す説明図。
【図１６】従来のシート積層法に係る製造装置を示す説明図。
【図１７】従来の薄膜を出発材料として用いる積層方法を示す説明図。
【図１８】提案されている微細構造体の製造方法における課題を示す説明図。
【符号の説明】
１      微小構造体
１Ａ    薄膜パターン
２      積層装置
１００  基板
１０１  薄膜
１０２  フォトレジスト
１０３Ａ  突出部
１０３Ｂ  凹部
１０４  アライメントマーク
１０５  緩衝層
１０６  離型層
１０７  チップ
２００  真空槽
２０１  基板ホルダ
２０２  ステージ
２０２Ａ  犠牲層
２０３Ａ  第１のＦＡＢ源
２０３Ｂ  第２のＦＡＢ源
２０４Ａ，２０４Ｂ  アーム
２０５Ａ  第１の退避モータ
２０５Ｂ  第２の退避モータ
２０６  マーク検出部
２０７  真空計
２０８  Ｘ軸テーブル
２０９  Ｙ軸テーブル
２１０  Ｚ軸テーブル
２１１  θテーブル
２１２  真空ポンプ
２１３  アルゴンガスボンベ
２１４Ａ  第１の電磁弁
２１４Ｂ  第２の電磁弁
２１５Ａ  第１の流量コントローラ（ＭＦＣ）
２１５Ｂ  第２の流量コントローラ（ＭＦＣ）
Ｐ      パーティクル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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