(57)【要約】      （修正有）【課題】対向する基板間の位置ずれを簡易な構成で測定することができ、これにより歩留りが低下せずに形状精度の高い微小構造体を製造することができる基板位置測定方法、および微小構造体の製造方法を提供する。【解決手段】この基板位置測定方法は、ノギスの主尺パターン２１が形成されたターゲット基板１３を上部ステージ１１に取り付け、ノギスの副尺パターン２２が形成された相対位置測定用基板１４を上部ステージ１１に対向して配置された下部ステージ１２に取り付ける第１の工程と、上部ステージ１１を下部ステージ１２に対して相対的に移動させて主尺パターン２１と副尺パターン２２とを圧接させ、主尺パターン２１と副尺パターン２２との間で一致する目盛を検出することによりターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との相対的位置を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノギスの主尺パターンが形成された第１の基板を第１のステージに取り付け、前記ノギスの副尺パターンが形成された第２の基板を前記第１のステージに対向して配置された第２のステージに取り付ける第１の工程と、
前記第１のステージを前記第２のステージに対して相対的に移動させて前記主尺パターンと前記副尺パターンとを圧接させ、前記主尺パターンと前記副尺パターンとの間で一致する目盛を検出することにより前記第１および第２の基板の相対的位置を測定する第２の工程とを含むことを特徴とする基板位置測定方法。
【請求項２】
前記第２の工程における前記一致する目盛は、前記主尺パターンまたは前記副尺パターンの圧接痕から検出することを特徴とする請求項１に記載の基板位置測定方法。
【請求項３】
前記第２の工程における前記一致する目盛は、前記主尺パターンまたは前記副尺パターンが前記基板から剥離して前記副尺パターンまたは前記主尺パターンに転写した状態から検出することを特徴とする請求項１に記載の基板位置測定方法。
【請求項４】
前記第２の工程における前記一致する目盛の検出は、前記第１および第２のステージを離間させ、前記第１または第２の基板の前記主尺パターンまたは前記副尺パターンが形成されている面を光学的に観察することにより行うことを特徴とする請求項２または３に記載の基板位置測定方法。
【請求項５】
前記主尺パターンは、前記第１の基板の前記主尺パターンが形成される面内で互いに直交するｘ方向およびｙ方向に沿ってそれぞれ形成されたｘ方向主尺パターン、およびｙ方向主尺パターンからなり、
前記副尺パターンは、前記ｘ方向および前記ｙ方向に沿ってそれぞれ形成されたｘ方向副尺パターンおよびｙ方向副尺パターンからなることを特徴とする請求項１に記載の基板位置測定方法。
【請求項６】
前記主尺パターンおよび前記副尺パターンは、それぞれ幅と間隔とが等しい複数の目盛パターンからなる第１の目盛パターン列と、前記第１の目盛パターン列と１／２ピッチずれて配列され、前記幅および前記間隔と等しい幅および間隔を有する複数の目盛パターンからなる第２の目盛パターン列とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板位置測定方法。
【請求項７】
前記主尺パターンおよび前記副尺パターンは、少なくとも一方が複数の異なる幅を階段状に有する複数の目盛パターンからなることを特徴とする請求項１に記載の基板位置測定方法。
【請求項８】
前記主尺パターンおよび前記副尺パターンは、分割された複数の前記主尺パターンおよび前記副尺パターンを並列して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の基板位置測定方法。
【請求項９】
ノギスの主尺パターンが形成された第１の基板を第１のステージに取り付け、前記ノギスの副尺パターンが形成された第２の基板を前記第１のステージに対向して配置された第２のステージに取り付ける第１の工程と、
前記第１のステージを前記第２のステージに対して相対的に移動させて前記主尺パターンと前記副尺パターンとを圧接させ、前記主尺パターンと前記副尺パターンとの間で一致する目盛を検出することにより前記第１および第２の基板の相対的位置を測定する第２の工程と、
前記第２のステージ上の前記第２の基板を、前記副尺パターンを基準に、複数の薄膜パターンが形成されたドナー基板と交換する第３の工程と、
前記第２のステージを前記第１のステージに対して相対的に移動させて前記第１の基板と前記ドナー基板との位置決め、圧接、離間を繰り返し行い、前記複数の薄膜パターンを前記第１の基板に順次転写して積層された前記複数の薄膜パターンからなる微小構造体を形成する第４の工程とを含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の基板は、前記主尺パターンとともに、前記複数の薄膜パターンが転写される凸部を有することを特徴とする請求項９に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の基板は、前記第１のステージ側の面の中央に凸部を有することを特徴とする請求項９に記載の微小構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流路デバイス、フォトニック結晶光学部品、張り合わせ面発光レーザや、微小部品を成形するための金型・原型等の微小構造体を薄膜パターンの積層により製造する際の基板位置測定出方法、および微小構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の微小構造体の製造方法として、複数の薄膜を常温接合により積層して微小構造体を製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この微小構造体の製造方法では、微小構造体の断面形状に対応した複数の薄膜パターンを基板上に形成したドナー基板を作製し、そのドナー基板を下部ステージ上に取り付け、ターゲット基板を上部ステージに取り付け、下部ステージと上部ステージを相対的に移動させてドナー基板とターゲット基板との位置決め、圧接、離間を繰り返すことにより、ドナー基板上の複数の薄膜パターンを１枚ずつ剥離し、ターゲット基板上に転写して複数の薄膜パターンからなる微小構造体を製造する。また、ドナー基板の位置合せは、複数の薄膜パターンを形成する際にアライメントマークを形成し、上部ステージ側から光学顕微鏡によりアライメントマークを観察し、この観察結果を基に下部ステージを基準位置に移動させることにより行っている。
【特許文献１】特許第３１６１３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の微小構造体の製造方法では、ターゲット基板を上部ステージに取り付けるときに、取り付け誤差を生じる場合があり、取り付け誤差を生じたまま薄膜パターンを積層すると、ドナー基板上の薄膜パターンをターゲット基板上の所望の領域に転写できず、歩留り低下や微小構造体の形状精度の低下を招くおそれがある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、対向する基板間の位置ずれを簡易な構成で測定することができ、これにより歩留りが低下せずに形状精度の高い微小構造体を製造することができる基板位置測定方法、および微小構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の基板位置測定方法、および微小構造体の製造方法を提供する。
【０００７】
［１］ノギスの主尺パターンが形成された第１の基板を第１のステージに取り付け、前記ノギスの副尺パターンが形成された第２の基板を前記第１のステージに対向して配置された第２のステージに取り付ける第１の工程と、前記第１のステージを前記第２のステージに対して相対的に移動させて前記主尺パターンと前記副尺パターンとを圧接させ、前記主尺パターンと前記副尺パターンとの間で一致する目盛を検出することにより前記第１および第２の基板の相対的位置を測定する第２の工程とを含むことを特徴とする基板位置測定方法。
【０００８】
［２］前記第２の工程における前記一致する目盛は、前記主尺パターンまたは前記副尺パターンの圧接痕から検出することを特徴とする前記［１］に記載の基板位置測定方法。
【０００９】
［３］前記第２の工程における前記一致する目盛は、前記主尺パターンまたは前記副尺パターンが前記基板から剥離して前記副尺パターンまたは前記主尺パターンに転写した状態から検出することを特徴とする前記［１］に記載の基板位置測定方法。
【００１０】
［４］前記第２の工程における前記一致する目盛の検出は、前記第１および第２のステージを離間させ、前記第１または第２の基板の前記主尺パターンまたは前記副尺パターンが形成されている面を光学的に観察することにより行うことを特徴とする前記［２］または［３］に記載の基板位置測定方法。
【００１１】
［５］前記主尺パターンは、前記第１の基板の前記主尺パターンが形成される面内で互いに直交するｘ方向およびｙ方向に沿ってそれぞれ形成されたｘ方向主尺パターン、およびｙ方向主尺パターンからなり、前記副尺パターンは、前記ｘ方向および前記ｙ方向に沿ってそれぞれ形成されたｘ方向副尺パターンおよびｙ方向副尺パターンからなることを特徴とする前記［１］に記載の基板位置測定方法。
【００１２】
［６］前記主尺パターンおよび前記副尺パターンは、それぞれ幅と間隔とが等しい複数の目盛パターンからなる第１の目盛パターン列と、前記第１の目盛パターン列と１／２ピッチずれて配列され、前記幅および前記間隔と等しい幅および間隔を有する複数の目盛パターンからなる第２の目盛パターン列とを備えたことを特徴とする前記［１］に記載の基板位置測定方法。
【００１３】
［７］前記主尺パターンおよび前記副尺パターンは、少なくとも一方が階段状に異なる幅を有する複数の目盛パターンからなることを特徴とする前記［１］に記載の基板位置測定方法。
【００１４】
［８］前記主尺パターンおよび前記副尺パターンは、分割された複数の前記主尺パターンおよび前記副尺パターンを並列して配置されたことを特徴とする前記［１］に記載の基板位置測定方法。
【００１５】
［９］ノギスの主尺パターンが形成された第１の基板を第１のステージに取り付け、前記ノギスの副尺パターンが形成された第２の基板を前記第１のステージに対向して配置された第２のステージに取り付ける第１の工程と、前記第１のステージを前記第２のステージに対して相対的に移動させて前記主尺パターンと前記副尺パターンとを圧接させ、前記主尺パターンと前記副尺パターンとの間で一致する目盛を検出することにより前記第１および第２の基板の相対的位置を測定する第２の工程と、前記第２のステージ上の前記第２の基板を、前記副尺パターンを基準に、複数の薄膜パターンが形成されたドナー基板と交換する第３の工程と、前記第２のステージを前記第１のステージに対して相対的に移動させて前記第１の基板と前記ドナー基板との位置決め、圧接、離間を繰り返し行い、前記複数の薄膜パターンを前記第１の基板に順次転写して積層された前記複数の薄膜パターンからなる微小構造体を形成する第４の工程とを含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【００１６】
［１０］前記第１の基板は、前記主尺パターンとともに、前記複数の薄膜パターンが転写される凸部を有することを特徴とする前記［９］に記載の微小構造体の製造方法。
【００１７】
［１１］前記第１の基板は、前記第１のステージ側の面の中央に凸部を有することを特徴とする前記［９］に記載の微小構造体の製造方法。
【００１８】
（主尺と副尺の定義・分解能）
主尺および副尺は一定の等ピッチでメモリが造られており、主尺のピッチと副尺のピッチは必ず異ならなければならない。また、一般的には、主尺のピッチのほうが副尺のピッチよりも若干大きく、主尺のｎピッチ分の距離と副尺のｎ＋１ピッチ分の距離を等しくなるように設計する。このとき、ノギス構造で測定できる分解能は主尺ピッチと副尺ピッチの差となる。たとえば、ｎ＝９とし、主尺のピッチを５．０μｍとすると、副尺のピッチは４．９μｍとなり、その分解能は ０．１μｍとなる。また、ｎを増やすほど分解能は向上し、ｎ＝１９では、主尺のピッチは５．０μｍ、副尺のピッチは４．９５μｍとなり、その分解能は ０．０５μｍ、ｎ＝４９では、主尺のピッチは５．０μｍ、副尺のピッチは４．９９μｍ隣、その分解能は０．０１μｍとなる。また、必ずしも副尺は主尺のｎピッチの距離をｎ＋１とする必要もなく、主尺３９ピッチと副尺２０ピッチを等しいようなロングバーニアを作製しても良い（このとき、主尺のピッチは５．０μｍならば副尺のピッチは９．７５μｍとなり、主尺の２ピッチ分と副尺のピッチの差が、分解能にあたり、０．２５μｍとなる）。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る基板位置測定方法によれば、対向する基板間の位置ずれを光学顕微鏡の解像度以上の精度で測定することができる。
請求項２、３、４に係る基板位置測定方法によれば、対向する基板間の位置ずれを簡易な構成で測定することができる。
請求項５に係る基板位置測定方法によれば、対向する基板間のｘ方向およびｙ方向の位置ずれを測定することができる。
請求項６に係る基板位置測定方法によれば、主尺パターンおよび副尺パターンをエッチングにより形成する場合に、目盛パターンが設定値と異なる幅で形成されても、対向する基板間の位置ずれを高精度に測定することができる。
請求項７に係る基板位置測定方法によれば、主尺パターンおよび副尺パターンの形成時に全体的に大小の変化が生じても、複数の幅のうち測定しやすい幅を選択し、対向する基板間の位置ずれを高精度に測定することができる。
請求項８に係る基板位置測定方法によれば、請求項１の効果に加えて、全長が長くならずに測定範囲を広げることができる。
請求項９に係る微小構造体の製造方法によれば、対向する基板間の位置ずれを光学顕微鏡の解像度以上の精度で測定することができ、これにより歩留りが低下せずに形状精度の高い微小構造体を製造することができる。
請求項１０に係る微小構造体の製造方法によれば、請求項９の効果に加えて、第１の基板とドナー基板の圧接時に、第１の基板が現在転写しようとしている薄膜パターン以外の他の薄膜パターンと干渉するのを防ぐことができる。
請求項１１に係る微小構造体の製造方法によれば、請求項９の効果に加えて、第１の基板とドナー基板の圧接時に、第１のステージの周辺で変形しても、薄膜パターン全体に荷重を均一に付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［第１の実施の形態］
（微小構造体の製造装置）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板位置測定方法および装置が適用された微小構造体の製造装置を示す図である。この製造装置１０は、真空槽内に、対向して配置された上部ステージ（第１のステージ）１１および下部ステージ（第２のステージ）１２と、上部ステージ１１に取り付けられた主尺パターン２１を有するターゲット基板（第１の基板）１３と、下部ステージ１２に取り付けられた副尺パターン２２を有する相対位置測定用基板（第２の基板）１４と、ターゲット基板１３を観察するターゲット基板観察部１５とを備える。
【００２１】
なお、下部ステージ１２上の相対位置測定用基板１４は、ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との相対的位置（位置ずれ）を測定した後、目的とする微小構造体の断面形状に対応した複数の薄膜パターンを担持するドナー基板と交換される。
【００２２】
ターゲット基板観察部１５は、ターゲット基板１３を観察する光学顕微鏡１５ａと、光学顕微鏡１５ａの観察画像を撮像する撮像部１５ｂとから構成されている。
【００２３】
また、製造装置１０は、上部ステージ１１および下部ステージ１２を駆動するステージ駆動部３１と、ターゲット基板観察部１５の撮像部１５ｂによって撮像された画像から主尺パターン２１と副尺パターン２２との間で一致する目盛を検出することによりターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との相対的位置を検出する相対位置検出部３２と、この製造装置１０の各部を制御する制御部３３とを備える。
【００２４】
上部ステージ１１および下部ステージ１２は、相対的に水平方向ｘ，ｙ、および垂直方向ｚに移動可能に構成されており、本実施の形態では、下部ステージ１２が水平方向ｘ，ｙに移動し、上部ステージ１１が垂直方向ｚに移動する。なお、下部ステージ１２は、ｘ，ｙ方向、およびｚ軸回りのθ方向に移動できるものでもよい。
【００２５】
ターゲット基板１３は、下部ステージ１２側の面の中央に形成された、例えば、サイズ１ｍｍ角、高さ２０〜３０μｍの凸部１３ａと、凸部１３ａの周辺に形成された例えば高さ１０μｍのノギスの主尺パターン２１と、上部ステージ１１側の面の中央に形成された、例えば、サイズ１ｍｍ角、高さ２０〜３０μｍの凸部１３ｂとを有する。また、ターゲット基板１３は、圧接痕が形成され易い材料であって、凸部１３ａの頭頂面に薄膜パターンを転写して微小構造体を形成した後、微小構造体からエッチング除去可能な材料、例えば、Ｓｉウェハを用いることができる。ターゲット基板１３の下部ステージ１２側の面に凸部１３ａを設けることにより、ターゲット基板１３とドナー基板との圧接時に、ターゲット基板１３が現在転写しようとしている薄膜パターン以外の他の薄膜パターンと干渉するのを防ぐことができる。また、ターゲット基板１３の上部ステージ１１側の面に凸部１３ｂを設けることにより、ターゲット基板１３とドナー基板との圧接時に、上部ステージ１１の周辺が変形しても、薄膜パターン全体に荷重を均一に付与することができ、歩留り低下を防ぐことができる。
【００２６】
なお、凸部１３ａの頭頂面は平坦面となっているが、薄膜パターンの荷重分布を均一とするため、中央が高い曲面であってもよい。また、圧接時の上部ステージ１１の周辺の変形が少ない場合には、ターゲット基板１３は、上部ステージ１１側に凸部１３ｂを設けなくてもよい。
【００２７】
制御部３３は、この製造装置１０の各部を制御するＣＰＵと、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＨＤＤ等の記憶部とを有して構成され、記憶部に基板位置測定方法や、微小構造体の製造方法を実行するためのＣＰＵのプログラムが格納されている。このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から記憶部に取り込んでもよく、ネットワーク等を介してサーバ等の外部装置から記憶部に取り込んでもよい。
【００２８】
（主尺パターン）
図２は、ターゲット基板１３を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）はｘ方向主尺パターンの拡大図である。ターゲット基板１３には、副尺パターン２２に対応する位置に上記主尺パターン２１が形成されており、主尺パターン２１は、図２（ａ）に示すように、ｘ方向に沿って形成されたｘ方向主尺パターン２１Ａと、ｙ方向に沿って形成されたｙ方向主尺パターン２１Ｂとからなる。ｘ方向主尺パターン２１Ａは、中心に基準目盛パターン２１０を配置し、基準目盛パターン２１０の両側にそれぞれ幅Ｗ１の１０本の目盛パターン２１１を間隔Ｄ１を有して一定のピッチで配列している。ｙ方向主尺パターン２１Ｂもｘ方向主尺パターン２１Ａと同様に構成されている。本実施の形態の場合、Ｗ１＝Ｄ１であるが、Ｗ１＞Ｄ１またはＷ１＜Ｄ１でもよい。
【００２９】
（副尺パターン）
図３は、相対位置測定用基板１４を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）はｘ方向副尺パターンの拡大図である。相対位置測定用基板１４には、例えば高さが５０μｍの上記副尺パターン２２が形成されており、副尺パターン２２は、図３（ａ）に示すように、ｘ方向に沿って形成されたｘ方向副尺パターン２２Ａと、ｙ方向に沿って形成されたｙ方向副尺パターン２２Ｂとからなる。ｘ方向副尺パターン２２Ａは、中心に基準目盛パターン２２０を配置し、基準目盛パターン２２０の両側にそれぞれ幅Ｗ２の１０本の目盛パターン２２１を間隔Ｄ２を有して主尺パターンの目盛パターン２１０，２１１のピッチよりも小さいピッチで配列している。ｙ方向副尺パターン２２Ｂもｘ方向副尺パターン２２Ａと同様に構成されている。本実施の形態では、Ｗ２＝Ｄ２であるが、Ｗ２＞Ｄ２、Ｗ２＜Ｄ２でもよい。
【００３０】
また、相対位置測定用基板１４の副尺パターン２２は、ドナー基板上のアライメントマークと同一の位置に形成されている。すなわちドナー基板上のアライメントマークの中心は、ドナー基板のｘ方向基準面およびｙ方向基準面を基準に座標（ｘ１，ｙ１）に位置している。相対位置測定用基板１４上の副尺パターン２２の中心２２ａもｘ方向基準面１４ａおよびｙ方向基準面１４ｂを基準に座標（ｘ１，ｙ１）に位置している。これにより、相対位置測定用基板１４をｘ方向基準面およびｙ方向基準面を基準にドナー基板と交換したとき、交換の際に改めてドナー基板を光学顕微鏡等により観察しなくてもドナー基板を正しい位置に位置決めすることができる。
【００３１】
ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４とを圧接したとき、主尺パターン２１と副尺パターン２２とが接触するためには、主尺パターン２１の高さと副尺パターン２２の高さの和が、ターゲット基板３の凸部１３ａの高さより大きい必要がある。本実施の形態は、主尺パターン２１の高さを１０μｍ、副尺パターン２２の高さを５０μｍ、凸部１３ａの高さを２０〜３０μｍとしているので、上記高さの関係を満たす。
【００３２】
（ターゲット基板の作製方法）
次に、ターゲット基板の作製方法を図４を参照して説明する。図４Ａ（ａ）〜（ｆ）、および図４Ｂ（ｇ）〜（ｉ）は、ターゲット基板の作製工程を示す断面図である。
【００３３】
ターゲット基板１２の表面を次のように形成する。まず、図４Ａ（ａ）に示すように、熱酸化膜（ＳｉＯ２）１３１付きのＳｉウェハ１３０を用意する。次に、図４Ａ（ｂ）に示すように、Ｓiウェハ１３０の上面の熱酸化膜１３１の凸部１３ａおよび主尺パターン２１に対応する部分を第１のマスク１３２を用いてＢＨＦ（バッファードフッ酸）でパターニングして形成する。次に、図４Ａ（ｃ）に示すように、熱酸化膜１３１をマスクとしてＫＯＨ（水酸化カリウム）による異方性エッチング、またはＣＨＦ３（三フッ化メタン）によるドライエッチングを行い、凸部１３ａおよび主尺パターン２１に対応する部分以外の領域を除去し、マスクとして使用した熱酸化膜１３１をＢＨＦで除去する。
【００３４】
次に、図４Ａ（ｄ）に示すように、Ｓｉウェハ１３０の表面全体に厚膜レジスト１３３を塗布し、図４Ａ（ｅ）に示すように、第２のマスク１３４を用いて凸部１３ａの周辺が残るように厚膜レジスト１３３を露光する。次に、図４Ａ（ｆ）に示すように、再びドライエッチングにより垂直方向にエンチングする。
【００３５】
次に、ターゲット基板１３の裏面を同様に形成する。まず、図４Ｂ（ｇ）に示すように、Ｓｉウェハ１３０の表面に熱酸化膜１３１を形成し、図４Ｂ（ｈ）に示すように、Ｓiウェハ１３０の上面の熱酸化膜１３１の凸部１３ｂに対応する部分を第３のマスク１３５を用いてＢＨＦでパターニングして形成する。次に、図４Ｂ（ｉ）に示すように、熱酸化膜１３１をマスクとしてＫＯＨによる異方性エッチィング、またはＣＨＦ３によるドライエッチングを行い、凸部１３ｂに対応する部分以外の領域を除去し、マスクとして使用した熱酸化膜１３１をＢＨＦで除去する。このようにしてターゲット基板１３が作製される。
【００３６】
（微小構造体の製造方法）
次に、本実施の形態に係る微小構造体の製造方法を図５〜図８を参照して説明する。
【００３７】
（１）ドナー基板の作製
図５は、ドナー基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。まず、Ｓｉウェハからなる基板１７０を準備する。なお、基板１７０として、Ｓｉウェハのほかに、ガラス基板、石英基板等を用いてもよい。
【００３８】
次に、基板１７０上にポリイミドからなる離型層１７１をスパッタ法により例えば５μｍ厚に着膜する。なお、離型層１７１として、上記ポリイミドのほかに、フッ化ポリイミド、酸化シリコン等の公知の材料を用いることができる。なお、離型層として、基板１７０の熱酸化処理を行って形成される例えば０．３μｍ厚の熱酸化膜を用いてもよい。また、離型層１７１の着膜法として、上記スパッタ法のほかに、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を用いることができる。離型層１７１を用いることにより、ドナー基板１７とターゲット基板１３とを圧接して離間したとき、薄膜パターンが離型層１７１から容易に剥離してターゲット基板１３側に転写させることができる。
【００３９】
次に、離型層１７１の表面に微小構造体の構成材料となる薄膜をスパッタ法により例えば０．５μｍ厚に着膜する。微小構造体の構成材料として、例えば、Ａｌ，銅，タンタル，インジウム等の金属や、セラミックス（アルミナ、窒化アルミ、炭化けい素）等の絶縁体等を用いることができる。薄膜の着膜法として、上記スパッタ法のほかに、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を用いることができる。
【００４０】
次に、薄膜をリソグラフィ法によりパターニングして微小構造体の１層目、２層目の薄膜パターン１７２Ａ，１７２Ｂ、およびアライメントマーク１７３を一括して形成し、ドナー基板１７を作製する。アライメントマーク１７３の中心１７３ａは、ｘ方向基準面１７０ａ、ｙ方向基準面１７０ｂを基準に副尺パターン２２の中心２２ａと同じ座標（ｘ１，ｘ２）に位置している。パターニングは、上記リソグラフィ法のほかに、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いることができるが、高い平面形状精度が得られ、量産性が高い点で、リソグラフィ法が好ましい。
【００４１】
（２）ターゲット基板と相対位置測定用基板との相対的位置の測定
図６（ａ）〜（ｄ）は、ターゲット基板と相対位置測定用基板との相対的位置の測定工程を示す。図６（ａ）に示すように、真空槽内の上部ステージ１１上にターゲット基板１３を取り付け、下部ステージ１２に相対位置測定用基板１４をｘ方向基準面１４ａおよびｙ方向基準面１４ｂを基準に取り付ける。このとき、上部ステージ１１および下部ステージ１２は、基準位置に位置している。すなわち、ｘ方向主尺パターン２１Ａの基準目盛パターン２１０とｘ方向副尺パターン２２Ａの基準目盛パターン２２０とが設計上一致し、ｙ方向主尺パターン２１Ｂの基準目盛パターン２２０とｙ方向副尺パターン２２Ｂの基準目盛パターン２２０とが設計上一致する位置である。なお、相対位置測定用基板１４の取り付け前は下部ステージ１２が基準位置から所定の位置にオフセットしていてもよい。この場合は、相対位置測定用基板１４の取り付け後、制御部３３は、ステージ駆動部３１を制御して下部ステージ１２をオフセット位置から基準位置に移動させる。
【００４２】
制御部３３は、図６（ｂ）に示すように、ステージ駆動部３１を制御して上部ステージ１１を下降させてターゲット基板１３の主尺パターン２１と相対位置測定用基板１４の副尺パターン２２とを圧接する。主尺パターン２１には、副尺パターン２２との圧接により圧接痕が形成される。
【００４３】
次に、制御部３３は、図６（ｃ）に示すように、ステージ駆動部３１を制御して上部ステージ１１を上昇させ、図６（ｄ）に示すように、下部ステージ１２を水平方向ｘ，ｙに所定の距離移動させてターゲット基板観察部１５の直上に主尺パターン２１を位置させる。ターゲット基板観察部１５の撮像部１５ｂは、光学顕微鏡１５ａによる主尺パターン２１の観察画像を撮像し、相対位置検出部３２に送る。相対位置検出部３２は、撮像部１５ｂからの画像から圧接痕を基にｘ方向主尺パターン２１Ａとｘ方向副尺パターン２２Ａとの間、ｙ方向主尺パターン２１Ｂとｙ方向副尺パターン２２Ｂで一致している目盛パターン２１１，２２１を検出し、相対位置測定用基板１４に対するターゲット基板１３のｘ方向およびｙ方向の相対的位置を測定し、その測定結果を制御部３３に送る。
【００４４】
制御部３３は、相対的位置に基づいて、ｘ方向主尺パターン２１Ａの基準目盛パターン２１０とｘ方向副尺パターン２２Ａの基準目盛パターン２２０とが一致し、ｙ方向主尺パターン２１Ｂの基準目盛パターン２２０とｙ方向副尺パターン２２Ｂの基準目盛パターン２２０とが一致するように下部ステージ１２の基準位置を補正する。
【００４５】
なお、測定者が撮像部１５ｂによる撮像画像から相対的位置を目視で求め、その相対的位置を制御部３３に入力してもよい。
【００４６】
図７は、ターゲット基板観察部１５の撮像部１５ｂによって撮像された画像の一例を示す。同図では、ｘ方向主尺パターン２１Ａの基準目盛パターン２１０側から２番目の目盛パターン２１１’とｘ方向副尺パターン２２Ａの基準目盛パターン２２０側から２番目の目盛パターン２２１’とが一致している。例えば、主尺パターン２１の幅Ｗ１と間隔Ｄ１をそれぞれ４μｍ、副尺パターン２２の幅Ｗ２と間隔Ｄ２をそれぞれ３．９７５μｍとすると、同図の場合、ターゲット基板１３が相対位置測定用基板１４に対してｘ方向に０．１μｍずれていることが分かる。ｙ方向のテーゲット基板１３の相対位置測定用基板１４に対する相対的位置も同様に求めることができる。
【００４７】
（３）薄膜パターンの積層
図８Ａ（ａ）〜（ｄ）および図８Ｂ（ｅ）〜（ｇ）は、積層工程を示す図である。まず、補正された基準位置に位置する下部ストレージ１２上の相対位置測定用基板１４をｘ方向基準面１７０ａ、ｙ方向基準面１７０ｂを基準にドナー基板１７と交換する。そして、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にする。
【００４８】
次に、図８Ａ（ｂ）に示すように、制御部３３は、ステージ駆動部３１を制御して下部ステージ１２を水平方向に移動させてターゲット基板１３の凸部１３ａの直下にドナー基板１７の１層目の薄膜パターン１７２Ａを位置させる。次に、ターゲット基板１３の表面、および１層目の薄膜パターン１７２Ａの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００４９】
次に、図８Ａ（ｃ）に示すように、上部ステージ１１を下降させ、所定の荷重力（例えば、１０ｋｇｆ／ｍｍ2）でターゲット基板１３とドナー基板１７とを所定の時間（例えば、５分間）押圧し、ターゲット基板１３と１層目の薄膜パターン１７２Ａとを常温接合する。このとき、ターゲット基板１３の下部ステージ１２側に凸部１３ａを設けることにより、ターゲット基板１３が現在転写しようとしている薄膜パターン１７２Ａ以外の薄膜パターン１７２Ｂと干渉するのを防ぐことができる。ここで、「常温接合」とは、被接合物の表面に中性原子ビーム、イオンビームなどを照射して表面を清浄化した後、被接合物を室温で接触させて原子同士を直接接合することをいう。常温接合により薄膜パターンを接合することにより、薄膜パターンの形状や厚みの変化が少なく、高精度な微小構造体が得られる。
【００５０】
次に、図８Ａ（ｄ）に示すように、制御部３３は、ステージ駆動部３１を制御して上部ステージ１１を上昇させると、１層目の薄膜パターン１７２Ａが基板１７０から剥離し、ターゲット基板１３側に転写される。これは、薄膜パターン１７２Ａとターゲット基板１３との密着力が薄膜パターン１７２Ａと基板１７０との密着力よりも大きいからである。
【００５１】
次に、図８Ｂ（ｅ）に示すように、制御部３３は、ステージ駆動部３１を制御して下部ステージ１２を水平方向に移動させ、ターゲット基板１３の直下にドナー基板１７上の２層目の薄膜パターン１７２Ｂとを位置させる。次に、ターゲット基板１３側に転写された薄膜パターン１７２Ａの表面（基板１７０に接触していた面）、および２層目の薄膜パターン１７２Ｂの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００５２】
次に、図８Ｂ（ｆ）に示すように、制御部３３は、ステージ駆動部３１を制御して上部ステージ１１を下降させ、１層目の薄膜パターン１７２Ａと２層目の薄膜パターン１７２Ｂとを接合させ、図８Ｂ（ｇ）に示すように、上部のステージ１１を上昇させると、２層目の薄膜パターン１７２Ｂが基板１７０から剥離し、ターゲット基板１３側に転写される。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１７２Ａ，１７２Ｂがターゲット基板１３上に転写される。ターゲット基板１３上に転写された積層体を上部ステージ１１から取り外すと、薄膜パターン１７２Ａ，１７２Ｂからなる形状精度の高い微小構造体が得られる。
【００５３】
なお、第１の実施の形態では、主尺パターン２１に形成された副尺パターン２２の圧接痕に基づいて一致する目盛パターンを検出していたが、副尺パターン２２に形成された主尺パターン２１の圧接痕により一致する目盛パターンを検出し、ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との相対的位置を測定してもよい。この場合、副尺パターン２２は、圧接痕が形成され易い材料で形成される。また、上部ステージ１１側に相対位置測定用基板を観察する光学顕微鏡、撮像部からなる観察部を配置する。
【００５４】
［第２の実施の形態］
図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係るターゲット基板の位置測定方法を示す。第１の実施の形態では、主尺パターン２１と副尺パターン２２との圧接痕からターゲット基板１３の相対的位置を測定したが、本実施の形態は、主尺パターン２１と副尺パターン２２とを圧接したとき、副尺パターン２２を主尺パターン２１に転写させ、主尺パターン２１と副尺パターン２２との重なり状態からターゲット基板１３の相対的位置を測定するものである。
【００５５】
本実施の形態の相対位置測定用基板１４は、図９（ａ）に示すように、基板１４０と、基板１４０上に離型層１４１を介して副尺パターン２２を形成したものである。
【００５６】
図９（ａ）に示すように、真空槽内の上部ステージ１１上にターゲット基板１３を取り付け、下部ステージ１２に相対位置測定用基板１４をｘ方向基準面１４ａおよびｙ方向基準面１４ｂを基準に取り付ける。このとき、上部ステージ１１および下部ステージ１２は、基準位置に位置している。
【００５７】
制御部３３は、図９（ｂ）に示すように、ステージ駆動部３１を制御して上部ステージ１１を下降させてターゲット基板１３の主尺パターン２１と相対位置測定用基板１４の副尺パターン２２とを圧接する。
【００５８】
ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４とを圧接したとき、主尺パターン２１と副尺パターン２２とが接触するためには、主尺パターン２１の高さと副尺パターン２２の高さ（副尺パターン２２の膜厚と離型層１４１のエッチバック深さの和）の和が、ターゲット基板３の凸部１３ａの高さより大きい必要がある。本実施の形態は、主尺パターン２１の高さを１５μｍ、副尺パターン２２の高さを２μｍ、離型層のエッチバック深さを８μｍ（離型層の厚さは１０μｍ）、凸部１３ａの高さを２０μｍとしているので、上記高さの関係を満たす。また、副尺パターン２２を電鋳などで形成し、膜厚を十分に大きくできる場合（この例では１０μｍ以上）では、離型層のエッチバックは必要でない。
【００５９】
次に、制御部３３は、図９（ｃ）に示すように、ステージ駆動部３１を制御して上部ステージ１１を上昇させると、副尺パターン２２が相対位置測定用基板１４から剥離して主尺パターン２１に転写する。
【００６０】
次に、図９（ｄ）に示すように、下部ステージ１２を水平方向ｘ，ｙに移動させてターゲット基板観察部１５の直上に主尺パターン２１を位置させる。ターゲット基板観察部１５の撮像部１５ｂは、光学顕微鏡１５ａによる主尺パターン２１および副尺パターン２２の観察画像を撮像し、相対位置検出部３２に送る。相対位置検出部３２は、撮像部１５ｂからの画像からｘ方向主尺パターン２１Ａとｘ方向副尺パターン２２Ａとの間、ｙ方向主尺パターン２１Ｂとｙ方向副尺パターン２２Ｂで一致している目盛パターン２１１，２２１を検出し、相対位置測定用基板１４に対するターゲット基板１３のｘ方向およびｙ方向の相対的位置を測定し、その測定結果を制御部３３に送る。
【００６１】
［第３の実施の形態］
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る主尺パターンを示し、（ａ）は、主尺パターンの全体の平面図、（ｂ）は、目盛パターンの幅が設計値通りの場合の要部拡大図、（ｃ）は、目盛パターンの幅が設計値よりも細くなった場合の要部拡大図である。
【００６２】
この主尺パターン２１は、図１０（ｂ）に示すように、幅Ｗ１と間隔Ｄ１とが等しい複数の目盛パターンからなる第１の目盛パターン列２１２Ａと、第１の目盛パターン列２１２Ａと１／２ピッチずれて複数の目盛パターン２１１が配列された第２の目盛パターン列２１２Ｂと、第１および第２の目盛パターン列２１２Ａ，２１２Ｂを連結するパターン列連結部２１３とからなる。副尺パターン２２も図１０に示した主尺パターン２１と同様に構成されている。
【００６３】
エッチングに等方性エッチングを用いた場合はサイドエッチング現象などが発生しやすく、図１０（ｃ）に示すように、目盛パターン２１１の幅Ｗ１’が細くなって、間隔Ｄ１’より小さくなる場合がある。この場合は、第１および第２の目盛パターン列２１２Ａ，２１２Ｂがともに目盛パターン２１１の幅Ｗ１’が細くなるため、第１の目盛パターン列２１２Ａを用いて測定したターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との相対的位置（ずれ量）と第２の目盛パターン列２１２Ｂを用いて測定したずれ量と求め、両者のずれ量の平均値を求めることにより、パターンのエッジを計測に使用した場合でも、精度の高いずれ量を求めることができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
図１１〜図１４は、本発明の第４の実施の形態に関し、図１１は、主尺パターンの平面図、図１２は、図１１の要部拡大図、図１３は、副尺パターンの平面図、図１４は、主尺パターンと副尺パターンとの重なり状態を示す平面図である。
【００６５】
主尺パターン２１は、図１１に示すように、−２．５〜＋２．５μｍの測定範囲を有する中央主尺パターン２１４Ａと、＋２．５〜＋７．５μｍの測定範囲を有する正側主尺パターン２１４Ｂと、−７．５〜ー２．５μｍの測定範囲を有する負側主尺パターン２１４Ｃとに分割されている。中央主尺パターン２１４Ａ、正側主尺パターン２１４Ｂおよび負側主尺パターン２１４Ｃは、並列して配置されており、両側に測定範囲を示す数値もパターンとして形成されている。また、中央主尺パターン２１４Ａ、正側主尺パターン２１４Ｂおよび負側主尺パターン２１４Ｃは、複数の目盛パターン２１１が一定のピッチで形成されている。
【００６６】
中央主尺パターン２１４Ａ、正側主尺パターン２１４Ｂおよび負側主尺パターン２１４Ｃは、図１２に示すように、階段状に異なる幅Ｗ１０、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３を有する複数の目盛パターンからなる。具体例として、Ｗ１０＝５μｍ、Ｗ１１＝１０μｍ、Ｗ１２＝１５μｍ、Ｗ１３＝２０μｍの異なる幅を有する目盛パターン２１１をピッチ３０μｍで形成するものを用いる。
【００６７】
副尺パターン２２は、図１３に示すように、図１１に示す中央主尺パターン２１４Ａ、正側主尺パターン２１４Ｂおよび負側主尺パターン２１４Ｃに対応して配置された中央副尺パターン２２４Ａ、正側副尺パターン２２４Ｂおよび負側副尺パターン２２４Ｃからなる。中央副尺パターン２２４Ａ、正側副尺パターン２２４Ｂおよび負側副尺パターン２２４Ｃは、配列方向の中心に上下に突出した基準目盛パターン２２０Ａが配置され、基準目盛パターン２２０Ａの両側にそれぞれ目盛パターン２２０Ｂ，２２１が配列され、各目盛パターン２２０Ａ，２２０Ｂ，２１１は、幅が長手方向に等しい形状を有する。また、目盛パターン２１１は、３つ置きに下に突出した基準目盛パターン２２０Ｂとしている。本実施の形態では、例えば、幅１２μｍ、ピッチ３０．２５μｍで形成したものを用いる。
【００６８】
本実施の形態において、ターゲット基板１３上に形成された主尺パターン２１と、相対位置測定用基板１４上に形成された副尺パターン２２とを圧接し、副尺パターン２２を主尺パターン２１に転写した後、これを図１４に示すように、ターゲット基板観察部１５により観察して、ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との位置ずれを測定する。エッチングの際にパターンの細りや太りが生じても、主尺パターン２１として、階段状に異なる幅Ｗ１０〜Ｗ１３の目盛パターン２１１を用いることにより、副尺パターン２２の目盛パターン２２１の幅に最も近い幅Ｗ１０〜Ｗ１３を選択し、その幅Ｗ１０〜Ｗ１３の目盛パターン２１１を用いることで、ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との位置ずれを高精度に測定することができる。また、Ｗ１０〜Ｗ１３の各パターンの中心位置を画像処理により算出し、その外挿を各メモリの真の位置とみなすことで、ずれ量を算出してもよい。
【００６９】
［第５の実施の形態］
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る主尺パターン２１および副尺パターン２２の重なり状態を示す平面図である。本実施の形態は、主尺パターン２１の基準目盛パターン２１０および目盛パターン２１１を三角形状とし、副尺パターン２２の基準目盛パターン２２０および目盛パターン２２１を三角形状としたものである。
【００７０】
第５の実施の形態によれば、エッチングの際にパターンの細りや太りが生じても、主尺パターン２１および副尺パターン２２として、三角形状の目盛パターン２１１，２２１を用いることにより、目盛パターン２１１，２２１の三角形状の頂点に注目することで一致する目盛パターン２１１，２２１を検出することができ、ターゲット基板１３と相対位置測定用基板１４との位置ずれを高精度に測定することができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々な変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、半導体プロセスを用いて薄膜パターンを形成したが、電鋳を用いて形成してもよい。この場合は、基板として金属製基板、あるいは非金属製基板上に金属膜を着膜したものを用いる。
【００７２】
また、各実施の形態の構成要素を発明の趣旨を逸脱しない範囲内で任意に組み合わせることができる。例えば、図１５に示す三角形状の目盛パターンを図１１に示す３列の主尺パターン、図１３に示す３列の副尺パターンに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る微小構造体の製造装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るターゲット基板を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）はｘ方向主尺パターンの拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る相対位置測定用基板を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）はｘ方向副尺パターンの拡大図である。
【図４Ａ】（ａ）〜（ｆ）は、ターゲット基板の作製工程を示す断面図である。
【図４Ｂ】（ｇ）〜（ｉ）は、ターゲット基板の作製工程を示す断面図である。
【図５】ドナー基板の作製工程を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、ターゲット基板と相対位置測定用基板との相対的位置の測定工程を示す図である。
【図７】ターゲット基板観察部の撮像部によって撮像された画像を示す図である。
【図８Ａ】（ａ）〜（ｄ）は、積層工程を示す図である。
【図８Ｂ】（ｅ）〜（ｇ）は、積層工程を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係るターゲット基板の相対的位置の測定方法を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る主尺パターンを示し、（ａ）は、主尺パターンの全体の平面図、（ｂ）は、目盛パターンの幅が設計値通りの場合の要部拡大図、（ｃ）は、目盛パターンの幅が設計値よりも細くなった場合の要部拡大図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る主尺パターンの平面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る主尺パターンの要部拡大図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る副尺パターンの平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る主尺パターンと副尺パターンとの重なり状態を示す平面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る主尺パターンと副尺パターンとの重なり状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  製造装置
１１  上部ステージ
１２  下部ステージ
１３  ターゲット基板
１３ａ，１３ｂ  凸部
１４  相対位置測定用基板
１４ａ  ｘ方向基準面
１４ｂ  ｙ方向基準面
１５  ターゲット基板観察部
１５ａ  光学顕微鏡
１５ｂ  撮像部
１７  ドナー基板
２１  主尺パターン
２１Ａ  ｘ方向主尺パターン
２１Ｂ  ｙ方向主尺パターン
２２  副尺パターン
２２Ａ  ｘ方向副尺パターン
２２Ｂ  ｙ方向副尺パターン
２２ａ  中心点
３１  ステージ駆動部
３２  相対位置検出部
３３  制御部
１３０  Ｓｉウェハ
１３１  熱酸化膜
１３２  第１のマスク
１３３  厚膜レジスト
１３４  第２のマスク
１３５  第３のマスク
１４０  基板
１４１  離型層
１７０  基板
１７１  離型層
１７２Ａ，１７２Ｂ  薄膜パターン
１７３  アライメントマーク
２１０  基準目盛パターン
２１１，２２１  目盛パターン
２１２Ａ  第１の目盛パターン列
２１２Ｂ  第２の目盛パターン列
２１３  パターン列連結部
２１４Ａ  中央主尺パターン
２１４Ｂ  正側主尺パターン
２１４Ｃ  負側主尺パターン
２２０，２２０Ａ  基準目盛パターン
２２１  目盛パターン
２２４Ａ  中央副尺パターン
２２４Ｂ  正側副尺パターン
２２４Ｃ  負側副尺パターン
【図１】
2008039414.tif 000003
【図２】
2008039414.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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