(57)【要約】【課題】極めて薄い膜を高い転写率で積層することができる微小構造体の製造方法および装置を提供すること。【解決手段】３個所でドナー基板１２とターゲット基板１６との距離測定と角度調整を行う。距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃは、ドナー基板１２とターゲット基板１６との距離を測定し、角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃはターゲット基板１６を保持する基板ホルダ４の接続された基板ホルダ５と６の間の距離を調整することで、ドナー基板１２とターゲット基板１６のなす角度を調整する。距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃと角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、各々制御部１１に接続され、制御部１１は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃからの測定値に基づき、ドナー基板１２とターゲット基板１６のなす角度が０度となるよう角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃを制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜が形成されたドナー基板を、前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板に位置決め・圧接・離間工程を繰り返して前記ターゲット基板上に前記複数の薄膜を積層して接合された微小構造体を製造する微小構造体の製造方法において、
前記位置決め工程は、前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面と、前記ドナー基板表面または前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程と、
前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整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２】
前記角度測定工程は、前記ターゲット基板表面と、前記ドナー基板表面または前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程とを含み、
前記角度調整工程は、前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項３】
前記角度測定工程は、前記ターゲット基板表面と前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程と、前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面と、前記ドナー基板表面または前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程を含み、
前記角度調整工程は、前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項４】
前記角度測定工程は、前記ドナー基板表面と前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程と、前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面と、前記ターゲット基板表面または前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程とを含み、
前記角度調整工程は、前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項５】
前記角度測定工程は、前記ターゲット基板表面と前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程と、前記ドナー基板表面と前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程と、前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面と、前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程とを含み、
前記角度調整工程は、前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項６】
前記角度測定工程は、複数の位置で前記ドナー基板と前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面との間の複数の距離を測定する距離測定工程を含み、
前記角度調整工程は、前記複数の距離に基づいて前記角度調整を行うことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項７】
前記ドナー基板は、前記複数の薄膜の前記ドナー基板側から前記ターゲット基板側への転写を容易にする離型層を介して前記複数の薄膜が形成され、
前記圧接工程は、前記薄膜の前記離型層への沈み込み量を測定し、その値が所定の値を越えたとき、前記圧接工程を中止することを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項８】
前記離間工程は、前記圧接工程において圧接された前記ドナー基板と前記ターゲット基板の角度を所定の角度に変えてから離間処理を行うことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項９】
前記角度測定工程において、前記ターゲット基板表面とは、前記ドナー基板から圧接・離間を経て前記ターゲット基板上に接合された微小構造体の表面であり、
前記角度調整工程は、前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記角度測定工程において、前記ドナー基板表面とは、前記離形層の表面であり、
前記角度調整工程は、前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする請求項７記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１１】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜が形成されたドナー基板を、前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板に位置決め・圧接・離間を繰り返して前記ターゲット基板上に前記複数の薄膜を積層して接合された微小構造体を製造する微小構造体の製造装置において、
前記ターゲット基板表面を測定する第４の角度測定手段、および、または前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面を測定する第１の角度測定手段と、前記ドナー基板表面を測定する第２の角度測定手段、および、または前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面を測定する第３の角度測定手段と、
前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面を調整する第１の角度調整手段と、前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面を調整する第３の角度調整手段を備え、
前記第４およびまたは第１、および、前記第２およびまたは第３の角度測定手段によって測定された、前記第４およびまたは第１、および、前記第２およびまたは第３の角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように前記角度調整手段の調整制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項１２】
前記角度測定手段は、複数の位置で前記ドナー基板と前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面との間の複数の距離を測定する距離測定手段を備え、
前記制御手段は、前記複数の距離に基づいて前記調整制御を行うことを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１３】
前記距離測定手段は、３つ以上の位置で前記ドナー基板と前記第１の基準面との間の３つ以上の距離を測定する３つ以上のセンサを備えたことを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１４】
前記距離測定手段は、発光部と受光部を有する光反射方式のセンサであることを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１５】
前記距離測定手段は、光を発する複数本の光ファイバと光を受ける複数本の光ファイバを束ねた光ファイバ方式のセンサであることを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１６】
前記距離測定手段は、超音波の発信部と受信部を有する超音波反射方式のセンサであることを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１７】
前記距離測定手段は、近接する帯電体によって誘導される電荷量によって前記距離を測定する静電容量方式のセンサであることを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１８】
前記距離測定手段は、接触により変化する稼動部の位置によって前記距離を測定する接触方式のセンサであることを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１９】
前記距離測定手段は、測定範囲または測定精度の異なる複数の距離測定手段を組み合わせて用いることを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２０】
前記角度調整手段は、２個所以上に設けられ、前記ドナー基板と前記ターゲット基板のなす角度を調整可能とする２つ以上の可動部材を備えたことを特徴とする請求項１１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２１】
前記可動部材は、圧電素子であることを特徴とする請求項２０記載の微小構造体の製造装置。
【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製造される微小ギアや微細光学部品、あるいはこれらを成形する金型等の微小構造体の製造方法および装置に関し、特に、極めて薄い膜を高い転写率で積層することができる微小構造体の製造方法および装置に関する。
【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。積層造形方法により造形された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。この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】
特開２０００−２３８０００号公報
【特許文献２】
特開２００１−１１５２７５号公報（図６，図７）
【特許文献３】
特開２００１−２２５２４４号公報
【特許文献４】
特開２００１−２９５０７７号公報（図７，図８）
【０００３】
図８〜図１０は、特許文献１の微小構造体の製造方法を説明する図である。図８（ａ）に示すように、初めに、Ｓｉウェハからなる基板２０１を準備し、この基板２０１の表面にポリイミド（日立化成製ポリイミドＰＩＸ３４００）からなる離型層２０２をスピンコーティング法により５μｍ形成する。
【０００４】
次に、図８（ｂ）に示すように、離型層２０２の上にスパッタリング法によりＡｌ薄膜２０３を０．５μｍ着膜し、図８（ｃ）に示すように、基板表面にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、通常のリソグラフィー法によりＡ１薄膜２０３をエッチングし、所望の微小構造体の断面形状にパターニングして、複数の薄膜パターン２０５と位置合わせマーク２０４を形成する。この基板をドナー基板２０６と呼ぶ。
【０００５】
次に、図９（ａ）に示すように、真空槽２１４内のｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸回りのθ方向にそれぞれ移動させるｘｙθステージ２０７上にドナー基板２０６を固定し、ｚ軸方向に移動するｚステージ２０８上にターゲット基板２０９を固定する。次に、ｘｙθステージ２０７側のドナー基板２０６およびｚステージ２０８側のターゲット基板２０９のそれぞれの表面にＡｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Ｆａｓｔ  ＡｔｏｍＢｅａｍ）２１２を粒子ビーム出射端２１３から照射して、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させる。
【０００６】
次に、図９（ｂ）に示すように、ｚステージ２０８を降下させ、第一の薄膜パターン２０５に接近させながら、光学顕微鏡２１０、２１１により位置合わせマーク２０４を拡大観察してｘｙθステージ２０７を調整し、第１の薄膜パターン２０５の位置合わせを行う。続いてターゲット基板２０９の表面と、第１の薄膜パターン２０５表面を接触させ、荷重５０ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間押し付けておくと、ターゲット基板２０９と第１の薄膜パターン２０５が強固に接合される。引っ張り試験で測定した接合強度は、５０から１００ＭＰａである。
【０００７】
次に、図１０に示すように、ｚステージ２０８を上昇させると、ドナー基板２０６上の第１の薄膜パターン２０５とその下の離型層２０２の密着力よりも、ターゲット基板２０９と第１の薄膜パターン２０５の接合力の方が大きいため、第１の薄膜パターン２０５はドナー基板２０６からターゲット基板２０９側に転写される。
【０００８】
次に、ｘｙθステージ２０７を所定のピッチ移動させ、第１の薄膜パターン２０５の位置決めと同様にして、第２の薄膜パターン２０５の位置決めを図９（ａ）、（ｂ）、図１０と同様に行い、位置決め・ＦＡＢ照射・転写の各工程を繰り返すことにより、徴小構造体が完成する。その後、ｚステージ２０８からターゲット基板２０９を取り外し、ターゲット基板２０９を除去することにより、必要な微小構造体が得られる。
【０００９】
特許文献２は、平行度を確保するための微小構造体の製造装置であり、特許文献２は、特許文献２の図６に示すように、下ステージ２および上ステージ３にパターン基板２０および対向基板３０を取り付けない状態で支持機構６０のロック機構６３を緩め、上ステージ３を降下させ、上ステージ３を下ステージ２に押し付けてステージ同士が完全に密着して両者の平面が一致した状態にしたままでロック機構６３を締め、シャフト６１と把持部６２ａ、６２ｂを固定する操作により、上ステージ３、下ステージ２の平行度を理想的な状態に保つ。
【００１０】
また、特許文献２は、特許文献２の図７の（ｂ）、（ｃ）に示すように、対向基板３０と上基板ホルダ１９の間、またはパターン基板２０と基板吸着機構１０の間にチッピング３１、３２が介在し、隙間が生じているような場合、上基板ホルダ１９よりサイズの小さい上基板ホルダ７１、またはサイズを小さくした基板吸着機構１０′を用いてチッピング３１上に上基板ホルダ７１、またはパターン基板２０と基板吸着機構１０′との間にチッピングが介在しないようにして平行度が悪化するのを防止している。
【００１１】
特許文献３は、板バネ４にひずみゲージを取りつけて加工工具軸方向の加工圧力をひずみ量に変換し、回路１０で増幅、フィルタリングされたアナログ信号を制御用パソコンにフィードバックすることにより、加工工具軸方向圧力を一定に保つことによって、ワーク表面から一定の深さのマイクロレンズアレイが形成可能となった導光体の反射面加工装置を示す。
【００１２】
特許文献４の図７から図８には、真空槽５内の上方に配置された対向ステージ６と、対向ステージ６を複数のレール６３に沿って昇降させるｚステージ６０と、レール６３によって対向ステージ６が平行を保ちながらｚ方向に移動できる構造としたため、軸ぶれはほとんどなくなり、サブミクロンの形状精度を有する微小構造体を製造することができる微小構造体の製造装置が示される。
【００１３】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１では、ターゲット基板とドナー基板との平行度を確保することが困難であったため、ターゲット基板とドナー基板が斜めに当たってしまい、強く当たった側の薄膜パターンには強い圧接応力がかかることによって接合に成功するが、弱く当たったかまたは当たらない側の薄膜パターンにおいては圧接応力が不十分かまたはゼロであるため接合に失敗していた。
この傾向は、薄膜パターンの厚みが薄くなればなるほど顕著に現れ、例えば、８μｍの薄膜パターンと転写率は、略１００％であるが、０．２μｍの薄膜パターンになるの転写率は２％に落ちる。
【００１４】
特許文献２では、接合作業の度に手間のかかる角度調整手段を繰り返さなければならない。しかし、接合作業を繰り返すことによってドナー基板とターゲット基板の平行度は確実に劣化していくので、平行度を確保するために再び角度調整手段を採らざるを得ない状況であった。
【００１５】
特許文献３では、ｚ軸方向の高さは分かるが、各基板の平行度を測定することはできず、接合目的のパターン近傍まで圧力センサを近接させることは不可能であるため高精度の平行度測定および補正はできないという問題がある。
【００１６】
特許文献４は、レール６３が十分に並行であっても、各基板を設置する際の平行度が不十分な場合は、平行が実現できないという問題がある。
【００１７】
従って、本発明の目的は、極めて薄い膜を高い転写率で積層することができる微小構造体の製造方法および装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記目的を達成するため、所定の２次元パターンを有する複数の薄膜が形成されたドナー基板を、前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板に位置決め・圧接・離間工程を繰り返して前記ターゲット基板上に前記複数の薄膜を積層して接合された微小構造体を製造する微小構造体の製造方法において、
前記位置決め工程は、前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面と、前記ドナー基板表面または前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面とのなす角度を測定する角度測定工程と、
前記角度測定工程で測定した前記角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように角度調整を行う角度調整工程とを含むことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
【００１９】
第２の発明は、上記目的を達成するため、所定の２次元パターンを有する複数の薄膜が形成されたドナー基板を、前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板に位置決め・圧接・離間を繰り返して前記ターゲット基板上に前記複数の薄膜を積層して接合された微小構造体を製造する微小構造体の製造装置において、
前記ターゲット基板表面を測定する第４の角度測定手段、および、または前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面を測定する第１の角度測定手段と、前記ドナー基板表面を測定する第２の角度測定手段、および、または前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面を測定する第３の角度測定手段と、
前記ターゲット基板が取り付けられた第１の基準面を調整する第１の角度調整手段と、前記ドナー基板が取り付けられた第２の基準面を調整する第３の角度調整手段を備え、
前記第４およびまたは第１、および、前記第２およびまたは第３の角度測定手段によって測定された、前記第４およびまたは第１、および、前記第２およびまたは第３の角度に基づいて前記ドナー基板と前記ターゲット基板の互いに接合する面同士のなす角度が０度となるように前記角度調整手段の調整制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする微小構造体の製造装置を提供する。
上記第１および第２の発明によれば、ドナー基板とターゲット基板との互いに接合する面同士のなす角度を０度に調整することにより、ドナー基板とターゲット基板を平行に圧接できるので、ドナー基板とターゲット基板の接合面に十分な圧接応力が均等に加わる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る微小構造体の製造装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。この微小構造体の製造装置１は、図１（ａ）に示すように、真空槽２と、真空槽２内の底部に配設されたドナー基板１２を保持するｘｙθステージ３と、真空槽２内の上方に配設され、メサ台地１７を有するターゲット基板１６を保持する第１，第２および第３の基板ホルダ４，５，６と、第１，第２および第３の基板ホルダ４，５，６を上下動させるｚステージ７と、真空槽２内に配設され、ＦＡＢを放射するＦＡＢ装置８と、第２の基板ホルダ５に取りつけられ、ドナー基板１２までの距離を測定する距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃと、第２の基板ホルダ５の角度を調整する角度調整部１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃによる測定結果に基いて角度調整部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを制御して第２の基板ホルダ５の角度の調整制御を行う制御部１１とを有して構成されている。
【００２１】
ｘｙθステージ３は、真空中で使用可能なものであり、ドナー基板１２をｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させ、ｚ軸周りに回転させるｘステージ、ｙステージおよびθステージから構成されている。
【００２２】
第１の基板ホルダ４は、第２の基板ホルダ５に取り付けられ、第２の基板ホルダ５は、角度調整部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを介して第３の基板ホルダ６に取り付けられている。
【００２３】
ドナー基板１２は、図８（ｃ）のドナー基板２０６と同じもので、Ｓｉウェハからなる基板１５と、基板１５上に形成された５μｍの厚さのポリイミドからなるの離型層１４と、離型層１４上に形成された極薄の例えば０．２μｍの厚さのＡｌ薄膜からなる複数の薄膜パターン１３とからなる。
【００２４】
角度調整部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、ターゲット基板１６を保持する第１の基板ホルダ４の接続された第２の基板ホルダ５と第３の基板ホルダ６との間の距離を調整することで、ドナー基板１２とターゲット基板１６のなす角度を調整するものである。
【００２５】
距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃは、第２の基板ホルダ５に取り付けられ、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの先端からドナー基板１２までの距離を測定するものである。なお、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの設置位置は、図１（ａ）のように、第２の基板ホルダ５から突出させてもよいし、第２の基板ホルダ５表面に埋め込んでもよい。また、各々の距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの先端の位置を、第２の基板ホルダ５から同じ距離となるように設置するのが好ましい。そうすることにより、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの先端の位置ずれを考慮しなくて済む。
【００２６】
距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃおよび角度調整部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、図１（ｂ）に示すように、ｘｙ面上の３つの位置で距離測定と角度調整を行うようになっている。図１（ｂ）では距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃと角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置関係を重ねて書いてあるが、実際は基板ホルダ５の上下に位置している。図１（ｂ）のように距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃによって得られた距離の差から得られた補正量を上から見て同じ位置にある角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃの高さの変化量とするという位置関係が望ましい。
【００２７】
制御部１１は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃからの測定値に基づき、ドナー基板１２とターゲット基板１６のなす角度を演算して求め、その角度が０度となるよう角度調整部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを制御するものである。各距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの先端の位置が第２の基板ホルダ５から同じ距離に設置されていない場合は、第２の基板ホルダ５から各距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの先端の位置までの距離をそれぞれ測定しておき、制御部１１は、それらの測定値に、距離距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃで測定された距離を加えて第２の基板ホルダ５からドナー基板１２までの距離を求め、ドナー基板１２とターゲット基板１６のなす角度を演算して求める。
【００２８】
図２は、ターゲット基板１６を示し、（ａ）は本実施の形態のターゲット基板１６の正面図、（ｂ）は本実施の形態のターゲット基板１６の平面図、（ｃ）は従来のターゲット基板の問題点を説明するための図である。本実施の形態のターゲット基板１６は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば、１０ｍｍ角の矩形状を有し、その中央には、１ｍｍ角以下のサイズの薄膜パターン１３を積層するための１ｍｍ角のメサ台地１７が設けられている。一方、従来のターゲット基板１６’は、図２（ｃ）に示すように、メサ台地を有していない１０ｍｍ角の矩形状を有している。従来のターゲット基板１６’を用いて１ｍｍ角の薄膜パターン１３を圧接すると薄膜パターン１３の縁には大きな圧接応力がかかるが、薄膜パターン１３の中央付近の圧接応力は小さく、中央付近が接合されないことがある。本実施の形態のターゲット基板１６は、中央に薄膜パターン１３と略同じ大きさのメサ台地１７を設けたので、薄膜パターン１３の全接合面に亘って均一な圧接応力を得ることができる。
【００２９】
本実施の形態の微小構造体の製造方法および装置によれば、薄膜パターン１３の接合時、薄膜パターン１３とターゲット基板１６の距離を距離測定手段９ａ，９ｂ，９ｃで測定し、距離測定手段９ａ，９ｂ，９ｃの測定値によって角度調整手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃで薄膜パターン１３とターゲット基板１６のなす角度を調整するので、薄膜パターン１３を有するドナー基板１２とターゲット基板１６の平行を高精度に保ち、薄膜パターン１３とターゲット基板１６の接合面に均等に十分な圧接応力を与えることのできるので、０．２μｍの厚さの薄膜パターンを積層した微小構造体を製造できる。
【００３０】
なお、本実施の形態の距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃは、上記実施の形態に限定されず、種々変形実施が可能である。例えば、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃによって測定する面は、３箇所が同じ条件の表面であれば、ドナー基板１２の薄膜パターン１３の表面、ドナー基板１２の離型層１４表面、またはｘｙθステージ３の表面でもよいが、理想的には、距離を測定した直後に接合する薄膜パターン１３の表面に合わせて１回毎に測定することが望ましい。
【００３１】
距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃによって測定する面をドナー基板１２の離型層１４表面、またはｘｙθステージ３の表面とする場合は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃまたは他の測定方法でドナー基板１２の離型層１４表面、またはｘｙθステージ３の表面とドナー基板１２の薄膜パターン１３の表面の平行度のずれ量を測定し、角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃによってそのずれを補正する。
【００３２】
更に、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃで、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃの先端からドナー基板１２までの距離を測定して基板ホルダ５とドナー基板１２までの距離の差を角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで調整しても、基板ホルダ５とターゲット基板１６のメサ台地１７の表面の平行度のずれは測定解消されることはなくそのまま残ってしまうので、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃをドナー基板側に設けて距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃまたは他の測定方法で基板ホルダ５とターゲット基板１６のメサ台地１７の表面の平行度のずれ量を測定し、基板ホルダ５とドナー基板１２までの距離の差に基板ホルダ５とターゲット基板１６のメサ台地１７の表面の平行度のずれ量を加えて、角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃを調整する。
【００３３】
また、図１では距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃ、と角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃをターゲット基板１６側に設けたが、ドナー基板１２側に設けてもよいし、それぞれ分割して設けてもよい。
【００３４】
また、移動手段となるｘｙθステージ３をドナー基板１２側に設けたが、ターゲット基板１６側に設けてもよい。
【実施例】
以下実施例について説明する。
【００３５】
＜実施例１＞
図３は、本発明の実施例１に係る距離測定部の三角測距式の測定原理を示す。この実施例１は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃとして三角測距式を採用したＬＣ−２４２０（キーエンス製）を用いたものである。この測定方式は光学方式のセンサの発光素子２０から発する光がドナー基板１２の表面１２ｄ、または１２ｅで反射され、その反射光を受光素子２１のｄ’、またはｅ’のどの位置で受光したかによって、センサ２０、２１とドナー基板１２の表面１２との距離ｄ、またはｅを測定するものである。この距離測定部によれば、２００μｍという広範囲に渡り距離精度１０ｎｍという高精度の測定が可能である。
【００３６】
＜実施例２＞
図４は、本発明の実施例２に係る距離測定部の光ファイバを束ねたフォトニックセンサの測定原理を示し、（ａ）は、光ファイバを束ねたフォトニックセンサ３０の測定原理を説明する図である。この実施例２は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃとして光ファイバを束ねたフォトニックセンサとしてのＭＴ１２０００（マイクロン製）を用いたものである。フォトニックセンサ３０は光学方式のセンサで、光を発する複数本の光ファイバ３１の束とドナー基板１２の表面で反射された光の反射光を受光する複数本の光ファイバ３２の束とからなり、受光した光を光電変換器（図示せず）によって電圧Ｖに変換し、フォトニックセンサ３０とドナー基板１２の表面の距離Ｌを測定するものである。このフォトニックセンサ３０は、１ｎｍ以下の高精度の距離測定が可能である。
【００３７】
図４の（ｂ）、（ｃ）は、光を発する複数本の光ファイバ３１の束とドナー基板１２の表面で反射された光を受光する複数本の光ファイバ３２の束の配列方法を示す図である。光出射用の光ファイバ３１，３２の配列は、図４（ｂ）に示すように、発光用の光ファイバ３１と受光用の光ファイバ３２を１本毎に交互に並べてもよく、図４（ｃ）に示すように、発光用の光ファイバ３１と受光用の光ファイバ３２を１列毎に交互に並べてもよい。図４の（ｄ）は、受光した光を光電変換器によって変換した電圧Ｖと距離Ｌの関係を示す図である。フォトニックセンサ３０では、電圧Ｖｆに対して距離Ｌ１、Ｌ２の２つの距離が与えられるが、測定対象であるドナー基板１２表面を少し離すまたは近づける等をすれば、電圧の変化によって距離Ｌ１、Ｌ２のいずれかを区別することができるので、ドナー基板１２の表面との距離Ｌを求めることができる。
【００３８】
＜実施例３＞
本発明の実施例３は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃとして超音波反射方式のＵＤ−５００（キーエンス製）を用いたものである。超音波反射方式はドナー基板１２の表面で超音波が反射するとき逆位相となって反射する。そのため発した超音波と反射された超音波の位相のずれによってドナー基板１２の表面との距離を測定するものであり、測定精度は０．１ｍｍ程度であるが、測定範囲は超音波の波長の長さによって８０〜３００ｍｍに及ぶので、ドナー基板１２とターゲット基板１６が近づいていく際の距離を測定することができる。
【００３９】
＜実施例４＞
本発明の実施例４は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃとして静電容量方式を用いたものである。静電容量方式のセンサは、近接する帯電体によって誘導される電荷量によって距離を計測するものである。
【００４０】
＜実施例５＞
本発明の実施例５は、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃとして接触方式のＡＴ３（キーエンス製）を用いたものである。接触方式のセンサは、接触により変化する稼動部の位置によって距離を測定するものである。測定精度は０．２μｍで、測定範囲は±０．５ｍｍである。接触方式においてはドナー基板１２とターゲット基板１６の表面が接触する前に測定可能な範囲に入っていることが望ましい。
【００４１】
＜実施例６＞
図５は、本発明の実施例６に係る角度調整部のピエゾ素子の角度の変更原理を示す。この実施例６は、角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０としてピエゾ素子４０を用いたものである。ピエゾ素子４０は電圧を加えると反りが生じる圧電素子の１つで、電圧によってピエゾ素子４０の反り具合が異なるので、ピエゾ素子４０を第２の基板ホルダ５と第３の基板ホルダ６の間に配置して加える電圧を変えれば、第２の基板ホルダ５と第３の基板ホルダ６の間の距離を図５（ａ）に示すｇから図５（ｂ）に示すｇ‘というように極微小に変化させることができる。ピエゾ素子４０を図１の（ｂ）ａ、ｂ、ｃのように３箇所以上に配置すれば、第３の基板ホルダ６がｚステージ７に固定されているので第２の基板ホルダ５とドナー基板１２のなす角度を調整することができる。
【００４２】
＜実施例７＞
図６は、本発明の実施例７において、ドナー基板１２をターゲット基板１６に圧接するとき接合面の状態を示す図である。ドナー基板１２を荷重５０ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間圧接する。図６（ａ）は、ドナー基板１２の薄膜パターン１３表面の位置ｈ上の距離ｉの位置にターゲット基板１６のメサ台地１７の表面が近接した図である。図６（ｂ）は、ドナー基板１２とターゲット基板１６が接触し、ターゲット基板１６のメサ台地１７の表面がドナー基板１２の薄膜パターン１３の表面の位置ｈよりも低い−ｉ‘の位置に沈み込んだ状態を示す図である。ドナー基板１２の薄膜パターン１３は、厚さが０．２μｍであるため、荷重５０ｋｇｆ／ｃｍ２で圧接すると、薄膜パターン１３の下の離型層１４が十分な弾性を有していない場合、離型層１４が薄膜パターン１３の周囲でせり上がり、そのせり上がった部分がメサ台地１７あるいはターゲット基板１６に接触して薄膜パターン１３に十分な圧接応力が加わらないおそれがある。
【００４３】
図６（ｃ）は、ドナー基板１２をターゲット基板１６に圧接するときドナー基板１２の薄膜パターン１３の表面とターゲット基板１６のメサ台地１７の表面との距離ｉの時間的変化を示した図である。ドナー基板１２の薄膜パターン１３の表面とターゲット基板１６のメサ台地１７の表面が接触する薄膜パターン１３の表面とのメサ台地１７の表面の距離ｉが「０」となるｊ点（接合面が薄膜パターン１３の表面の位置ｈにあるとき）を過ぎて圧接が始まると、０．２μｍの薄膜パターン１３を下から支える離型層１４に５０ｋｇｆ／ｃｍ２の押圧に耐えうる十分な弾性があれば、ドナー基板１２の表面は、−０．１５μｍ以上には沈み込まないので、接合に十分な圧接応力が得られる。逆に−０．１５μｍ以上沈み込む場合、薄膜パターン１３を下から支える離型層１４に５０ｋｇｆ／ｃｍ２の押圧に耐えうる十分な弾性がないので、十分な圧接応力が発生しない。その場合、薄膜パターン１３の転写に失敗したものとする。
【００４４】
図７は、ドナー基板１２をターゲット基板１６に圧接する工程の処理を示すフローチャートである。圧接工程の初めに距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃを用いて、ドナー基板１２の薄膜パターン１３の表面とターゲット基板１６のメサ台地１７の表面との距離ｉを測定する（ステップ１００）。ドナー基板１２とターゲット基板１６を荷重５０ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間圧接し（ステップ１０１）、薄膜パターン１３の表面とメサ台地１７の表面との距離ｉが−０．１５μｍ以上沈み込まなければ（ステップ１０２）、微小構造体の積層が終了するまで（ステップ１０３）、ステップ１００に戻って、新たな薄膜パターン１３を圧接する。ステップ１０３で、必要な薄膜パターン１３を積層し終われば、転写は成功し（ステップ１０４）、微小構造体が完成する。
【００４５】
ステップ１０２で薄膜パターン１３の表面とメサ台地１７の表面との距離ｉが−０．１５μｍ以上沈み込めば、ターゲット基板１６を廃棄して（ステップ１０５）微小構造体の製造を中止する。
【００４６】
このような実施例７によれば、薄膜パターン１３を１枚転写するごとに薄膜パターン１３の表面とメサ台地１７の表面との距離ｉを測定し、十分な圧接応力が得られているかをドナー基板１２の表面の沈み込みがないかで確認してから次の薄膜パターン１３を接合する。このようにすると、接合に失敗した場合のロスが少ない。
【００４７】
＜実施例８＞
ドナー基板１２の薄膜パターン１３とターゲット基板１６のメサ台地１７を接合後離間させる工程においてドナー基板１２とターゲット基板１６がまだ接触している段階で、角度調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃの１つを動かし平行となっていた角度をあえてずらし、ドナー基板１２からターゲット基板１６側に転写された薄膜パターン１３をその一方から剥がす。薄膜パターン１３をその一方から剥がすと容易に剥がれるため転写を円滑に行うことができる。
【００４８】
＜実施例９＞
前記距離測定部は固定して設置するものではなく、移動することによって各部を測定する方式でも構わない。また、ドナー基板１２の角度とターゲット基板１６の角度との両方を同時に測定する手段を用いることもできる。この場合の測定手段は距離測定部を上下に向けて設置することが望ましい。図では省略する。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施の形態、実施例に限定されず、種々変形実施が可能である。例えば、距離測定部９ａ，９ｂ，９ｃは、１つのセンサを単独で用いるのではなく、必要に応じて複数の精度のセンサを組み合わせて用いることが望ましい。例えば、ドナー基板１２から遠い位置で測定範囲が広く、測定精度が高くないセンサを用いて粗く平行度を調整し、次にドナー基板１２に近接したところで、測定範囲が狭く測定精度の高いセンサを用いて平行度の微調整を行えば、容易に平行度を高く保つことができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の微小構造体の製造方法および装置によれば、ドナー基板とターゲット基板のなす角度を０度に調整した後、ドナー基板とターゲット基板を平行に圧接しているので、薄膜とターゲット基板の接合面に均等に十分な圧接応力を与えることのでき、極めて薄い膜を高い転写率で積層することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る微小構造体の製造装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態に係るターゲット基板の正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は従来のターゲット基板の問題点を示す図
【図３】本発明の実施例１における三角測距式の測定原理を示す図
【図４】（ａ）は本発明の実施例２における光ファイバを束ねたフォトニックセンサの測定原理を示す図、（ｂ），（ｃ）は光ファイバの束の配列方法を示す図、（ｄ）は受光した光を光電変換器によって変換した電圧Ｖと距離Ｌの関係を示す図
【図５】（ａ），  （ｂ）は、本発明の実施例６におけるピエゾ素子の角度の変更原理を示す図
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施例７におけるドナー基板をターゲット基板に圧接するとき接合面の状態を示す図
【図７】本発明の実施例７におけるドナー基板をターゲット基板に圧接する工程の処理を示すフローチャート
【図８】（ａ）〜（ｃ）は従来の微小構造体の製造方法を説明する図
【図９】（ａ）、（ｂ）は従来の微小構造体の製造方法を説明する図
【図１０】従来の微小構造体の製造方法を説明する図
【符号の説明】
１………微小構造体の製造装置
２、２１４………真空槽
３、２０７………ｘｙθステージ
４、５、６………基板ホルダ
７、２０８………ｚステージ
８………ＦＡＢ装置
９………距離測定部
１０………角度調整部
１１………制御部
１２、２０６………ドナー基板
１３、２０５………薄膜パターン
１４、２０２…………離型層
１５、２０１…………基板
１６、１６’、２０９………ターゲット基板
１７………メサ台地
２０………発光素子
２１………受光素子
３０………フォトニックセンサ
３１………光を発する光ファイバ
３２………反射光を受光する光ファイバ
４０………ピエゾ素子
２０４………位置合わせマーク
２１０、２１１………光学顕微鏡
２１２………ＦＡＢ
２１３………粒子ビーム出射端
【図１】
2004292916.tif 000003
【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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