(57)【要約】【課題】マイクロミラーなどの各種の機能構造体を安価かつ簡便にしかも精度良く製造する。【解決手段】１種類以上の金属を含む層、例えばＡｌ膜のような金属膜１を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層２および第２の層３を常温接合して多層構造体を製造する。第１の層および第２の層はいずれも単結晶材料からなるものであっても、互いに異なる材料からなるものであってもよい。第１の層および第２の層は例えば単結晶Ｓｉ層あるいは単結晶Ｓｉ基板である。この多層構造体を用いて例えばマイクロミラーを製造する。【選択図】        図１
2004207625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層が常温接合されていることを特徴とする多層構造体。
【請求項２】
上記第１の層および上記第２の層が単結晶材料からなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項３】
上記第１の層および上記第２の層が互いに同一の材料からなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項４】
上記第１の層および上記第２の層が互いに異なる材料からなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項５】
上記第１の層および上記第２の層の一方が、Ｓｉ、Ｓｉ1-x Ｇｅx （ただし、０＜ｘ≦１）、ＳｉＣ、ＣまたはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、他方が、Ｓｉ、ガラスまたはセラミックスからなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項６】
上記第１の層および上記第２の層の少なくとも一方が単結晶Ｓｉからなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項７】
上記第１の層および上記第２の層が単結晶Ｓｉからなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項８】
上記第１の層および上記第２の層の少なくとも一方がドライエッチング可能な材料からなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項９】
上記１種類以上の金属を含む層が金属または合金からなることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項１０】
上記１種類以上の金属を含む層が所定の形状にパターンニングされていることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項１１】
上記第１の層および上記第２の層の少なくとも一方と上記１種類以上の金属を含む層との間にエッチングストッパー層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項１２】
上記エッチングストッパー層は絶縁膜であることを特徴とする請求項１１記載の多層構造体。
【請求項１３】
上記第１の層および上記第２の層の少なくとも一方の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の多層構造体。
【請求項１４】
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層を常温接合する工程を有することを特徴とする多層構造体の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の基板および第２の基板を用意し、上記第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成する工程と、
上記第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合する工程とを有することを特徴とする多層構造体の製造方法。
【請求項１６】
上記第２の基板の主面と上記１種類以上の金属を含む層の表面とを超高真空中で清浄化処理し、互いに対向させた状態で圧力を加えることにより上記第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合することを特徴とする請求項１５記載の多層構造体の製造方法。
【請求項１７】
上記常温接合を行った後、上記第１の基板および上記第２の基板の一方を薄層化することを特徴とする請求項１５記載の多層構造体の製造方法。
【請求項１８】
上記第１の基板および上記第２の基板の単結晶材料からなる一方の主面に多孔質層を形成し、この多孔質層上に単結晶層をエピタキシャル成長させておき、上記第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合した後、上記多孔質層の位置で分離を行うことを特徴とする請求項１５記載の多層構造体の製造方法。
【請求項１９】
上記第１の基板および上記第２の基板の単結晶材料からなる一方の主面に水素イオンをイオン注入することにより水素蓄積層を形成しておき、上記第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合した後、上記水素蓄積層の位置で分離を行うことを特徴とする請求項１５記載の多層構造体の製造方法。
【請求項２０】
上記１種類以上の金属を含む層を形成した後、上記常温接合を行う前に、上記１種類以上の金属を含む層を所定の形状にパターンニングすることを特徴とする請求項１５記載の多層構造体の製造方法。
【請求項２１】
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層が常温接合され、
上記１種類以上の金属を含む層、上記第１の層および上記第２の層のうちの少なくとも一つが所定の形状にパターンニングされていることを特徴とする機能構造体。
【請求項２２】
上記１種類以上の金属を含む層、上記第１の層および上記第２の層がそれぞれ所定の形状にパターンニングされていることを特徴とする請求項２１記載の機能構造体。
【請求項２３】
上記機能構造体はマイクロミラーであることを特徴とする請求項２１記載の機能構造体。
【請求項２４】
少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の基板および第２の基板を用意し、上記第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成する工程と、
上記第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合する工程と、
上記１種類以上の金属を含む層、上記第１の基板および上記第２の基板のうちの少なくとも一つを所定の形状にパターンニングする工程とを有することを特徴とする機能構造体の製造方法。
【請求項２５】
上記常温接合を行う前に、上記１種類以上の金属を含む層を所定の形状にパターンニングすることを特徴とする請求項２４記載の機能構造体の製造方法。
【請求項２６】
上記常温接合を行った後に、上記第１の基板および上記第２の基板の一方を所定の形状にパターンニングすることを特徴とする請求項２４記載の機能構造体の製造方法。
【請求項２７】
上記第１の基板および上記第２の基板の少なくとも一方と上記１種類以上の金属を含む層との間にエッチングストッパー層を形成することを特徴とする請求項２４記載の機能構造体の製造方法。
【請求項２８】
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層が常温接合され、
上記１種類以上の金属を含む層と上記第１の層および上記第２の層の少なくとも一方とによりマスクパターンが形成されていることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項２９】
少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の基板および第２の基板を用意し、上記第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成する工程と、
上記第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合する工程と、
上記１種類以上の金属を含む層と上記第１の層および上記第２の層の少なくとも一方とをパターンニングすることによりマスクパターンを形成する工程とを有することを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層構造体およびその製造方法ならびに機能構造体およびその製造方法ならびに電子線露光用マスクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems) 分野においては、従来は、平坦な面を持つ構造、例えばマイクロミラーなどを作製するための基板としてＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板が多用されていた。これは、上下の単結晶シリコン（Ｓｉ）層の間にＢＯＸ層と呼ばれる熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）を有する構造であり、それらの単結晶Ｓｉ層を加工することにより構造を作り込むものである。
【０００３】
上記のＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層の加工には、ディープ（deep）ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法と呼ばれる、高密度プラズマを利用したドライエッチング法が多用されている（例えば、非特許文献１、特許文献１）。
【非特許文献１】
Alexandra Rickard and Mark McNie"Characterisation and optimisation of deep dry etching for MEMS applications"SPIE International Confererence on "Microelectronic & MEMS Technologies",Edinburgh(UK),May 2001
【特許文献１】
特開２００１−１６８０８１号公報
【０００４】
なお、特許文献２には、Ｓｉ基板を多孔質化し、この多孔質化した基板上に非多孔質Ｓｉ単結晶層を形成した後、この非多孔質Ｓｉ単結晶層の表面を金属表面を有する他の基板と貼り合わせた状態で４５０〜９００℃の温度に加熱することにより両Ｓｉ基板を接合する技術が開示されている。また、特許文献３には、第１のＳｉ基板の多結晶Ｓｉ層が形成された面と第２のＳｉ基板とを接触させた状態で１０００℃程度の熱処理を行うことにより両Ｓｉ基板を接合させる技術が開示されている。特許文献４、５には、２枚の基板をそれらの間に金属と金属、半導体などとの反応層を形成することにより接合してＳＯＩ基板を製造する技術が開示されている。
【特許文献２】
特開平５−２１７８２５号公報
【特許文献３】
特開平５−１０９７１１号公報
【特許文献４】
特開平１１−１０３０３５号公報
【特許文献５】
特開平１０−１５０１７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のディープＲＩＥ法でＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工する場合には、単結晶Ｓｉ層のエッチングが終了して下地のＳｉＯ2 膜が露出すると、チャージアップしたＳｉＯ2 膜のためにイオンの軌道が曲げられて単結晶Ｓｉ層の下部が抉られるノッチング現象が発生していた。この現象を抑制するためには、単結晶Ｓｉ層のエッチング終点直前にエッチングプロセスのレシピを切り替えたり、あるいはエッチング装置にチャージアップ防止用の機構を設置したりする対策が必要であった。しかしながら、これらの対策は、前者では手間が掛かる割に正確さに欠け、後者は初期投資が大きい上、未だ完全な制御は困難である点で問題が多い。
【０００６】
また、ＳＯＩ基板を利用した場合は、単結晶Ｓｉ層のＳｉＯ2 膜側の面に電気的配線を作製することは困難であることから、通常は単結晶Ｓｉ層に選択的にドーピングを施してこれを電気的配線としていた。このため、単結晶Ｓｉ層の両面を生かした構造を作製することは困難であった。
【０００７】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、マイクロミラーなどの各種の機能構造体を安価かつ簡便にしかも精度良く製造することができる多層構造体およびその製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、マイクロミラーなどの各種の機能構造体を安価かつ簡便にしかも精度良く製造することができる機能構造体およびその製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする更に他の課題は、電子線露光用マスクを安価かつ簡便にしかも精度良く製造することができる電子線露光用マスクおよびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の第１の発明による多層構造体は、
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層が常温接合されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、単結晶材料には、完全な単結晶のみならず、亜粒界を含むものなど、実質的に単結晶とみなすことができる材料も含まれる。また、第１の層および第２の層の一方が単結晶材料からなるものでない場合、それは具体的には多結晶または非晶質の材料である。典型的な一つの例では、第１の層および第２の層の両者とも単結晶材料からなる。ここで、単結晶材料は、内部応力が極めて少ないことや強靭であり、平坦な層あるいは基板を製造することができることなどにより構造材として優れている。
【００１０】
第１の層および第２の層は、互いに同一の材料からなる場合もあるし、互いに異なる材料からなる場合もある。第１の層および第２の層の材料は、多層構造体の使用目的などに応じて選択可能であり、基本的にはどのような材料を使用することも可能であるが、具体例を挙げると、第１の層および第２の層の一方が、Ｓｉ、Ｓｉ1-x Ｇｅx （ただし、０＜ｘ≦１）、ＳｉＣ、Ｃ（ダイヤモンドなど）、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（例えばＧａＡｓ系半導体、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体、ＧａＮ系半導体など）に代表される化合物半導体などからなり、他方が、Ｓｉ、ガラス（例えば、パイレックス（登録商標）ガラス）、セラミックスなどからなる。第１の層および第２の層の材料として半導体を用いる場合、この半導体はノンドープであっても、ｎ型不純物またはｐ型不純物をドープしたものであってもよい。典型的な一つの例では、第１の層および第２の層の少なくとも一方が単結晶Ｓｉからなり、特に第１の層および第２の層の両者とも単結晶Ｓｉからなる。また、他の典型的な例では、第１の層および第２の層の少なくとも一方が単結晶Ｓｉからなり、他方がガラスまたはセラミックスからなる。第１の層および第２の層の少なくとも一方をドライエッチングにより加工する必要がある場合、その層はドライエッチング可能な材料からなる。このドライエッチング可能な材料としては、使用するドライエッチング法との組み合わせにより種々のものを使用可能であるが、単結晶Ｓｉはこのドライエッチング性に優れた材料の一つである。
【００１１】
第１の層および第２の層のそれぞれは、単一の材料からなる単層構造のものであっても、同一または複数の材料からなる複数層からなる多層構造のものであってもよい。また、第１の層および第２の層は、それらの一方または両方に何らかの構造あるいは素子が形成されたものであってもよい。
【００１２】
第１の層および第２の層の間に挟まれた１種類以上の金属を含む層は、典型的には金属または合金からなる。この金属または合金は、多層構造体の使用目的などに応じて選択可能であり、基本的にはどのようなものも使用可能であるが、ドライエッチング耐性、電気伝導性、熱伝導性などの観点から最適なものが選ばれることが多い。具体例を挙げると、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗなどである。ここで、常温接合を用いるために、Ａｌのような低融点金属の使用も可能となる。また、この１種類以上の金属を含む層は、多層構造体の使用目的などに応じて、所定の形状にパターンニングされる。参考までに、上に例示した金属の熱膨張係数を示すと、Ｓｉが２．４４×１０-6／℃であるのに対して、Ａｌは２．３×１０-5／℃、Ｃｕは１．４×１０-5／℃、Ａｕは１．４２×１０-5／℃、Ｃｒは８．２×１０-6／℃、Ｔａは７×１０-6／℃、Ｗは４×１０-6／℃である。なお、金属とＳｉとの反応により形成されるシリサイドの熱膨張率は、Ｔａシリサイドが８．９×１０-6／℃、Ｔｉシリサイドが１．０５×１０-5／℃、Ｗシリサイドが８．４×１０-6／℃、Ｃｏシリサイドが９．４×１０-6／℃である。
【００１３】
第１の層および第２の層の一方をそれらの間に挟まれた１種類以上の金属を含む層とともにドライエッチングにより加工し、その後に他方をドライエッチングにより加工する場合には、後のドライエッチング時に最初にドライエッチングした層の裏面が露出し、そのままドライエッチングを行うと損傷が生じるおそれがあることから、これを防止するため、好適には、第１の層および第２の層の少なくとも一方と１種類以上の金属を含む層との間にエッチングストッパー層が設けられる。このエッチングストッパー層としては、典型的には絶縁膜（ＳｉＯ2 膜やＳｉ3 Ｎ4 膜など）が用いられる。
【００１４】
第１の層および第２の層は、基板そのものであっても、各種の成膜技術により形成された膜であっても、基板を薄層化したものであってもよい。第１の層および第２の層の少なくとも一方の厚さは、典型的には１００μｍ以下、より典型的には５０μｍ以下、更に典型的には１０μｍ以下である。
以上のことは、その性質に反しない限り、以下の発明についても同様に成立する。
【００１５】
この発明の第２の発明による多層構造体の製造方法は、
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層を常温接合する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明の第３の発明による多層構造体の製造方法は、
少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の基板および第２の基板を用意し、第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成する工程と、
第２の基板と１種類以上の金属を含む層とを常温接合する工程とを有することを特徴とする。
ここで、第１の基板および第２の基板は第１の発明における第１の層および第２の層に対応し、第１の基板を薄層化したもの、成膜技術により成膜したもの、あるいは第１の基板そのものなどが第１の層であり、第２の基板を薄層化したもの、成膜技術により成膜したもの、あるいは第２の基板そのものなどが第２の層である。
【００１７】
第２の基板と１種類以上の金属を含む層との常温接合は、典型的には、第２の基板の主面とその１種類以上の金属を含む層の表面とを超高真空中で清浄化処理し、それらを互いに対向させた状態で圧力を加えることにより行う。
常温接合を行った後には、必要に応じて、第１の基板および第２の基板の一方を例えば裏面研磨などにより薄層化する。薄層化する基板が単結晶材料からなるものである場合、薄層化された基板は単結晶層となる。また、第１の基板および第２の基板の単結晶材料からなる一方の主面に多孔質層を形成し、この多孔質層上に単結晶層をエピタキシャル成長させておき、第２の基板と１種類以上の金属を含む層とを常温接合した後、その多孔質層の位置で分離を行うようにしてもよい。この分離は多孔質層が機械的弱点部となることを利用するものである。多孔質層上にエピタキシャル成長させる単結晶層は、多孔質層を形成する基板と同一の材料からなるが、場合によっては、多孔質層を形成する基板と異なる材料からなるものであってもよい。更に、第１の基板および第２の基板の単結晶材料からなる一方の主面に水素イオンをイオン注入することにより水素蓄積層を形成しておき、第２の基板と１種類以上の金属を含む層とを常温接合した後、水素蓄積層の位置で分離を行うようにしてもよい。この分離は水素蓄積層が機械的弱点部となることを利用するものである。
必要に応じて、第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成した後、第２の基板との常温接合を行う前に、その１種類以上の金属を含む層を所定の形状にパターンニングする。
以上のことは、その性質に反しない限り、以下の発明についても同様に成立する。
【００１８】
この発明の第４の発明による機能構造体は、
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層が常温接合され、
１種類以上の金属を含む層、第１の層および第２の層のうちの少なくとも一つが所定の形状にパターンニングされていることを特徴とする。
【００１９】
典型的には、１種類以上の金属を含む層、第１の層および第２の層がそれぞれ所定の形状にパターンニングされている。これらのパターンニング形状は、機能構造体の使用目的やそれに持たせる機能などに応じて適宜選択される。
機能構造体は、何らかの機能を有する構造体であり、一般的には、例えば機械的、電気的、電気−機械的、光学的、電気光学的な各種部品または素子である。具体例を挙げると、光ディスク装置などにおいてレーザ光の走査に使用されるマイクロミラーである。
以上のことは、その性質に反しない限り、次の第５の発明についても同様に成立する。
【００２０】
この発明の第５の発明による機能構造体の製造方法は、
少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の基板および第２の基板を用意し、第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成する工程と、
第２の基板と１種類以上の金属を含む層とを常温接合する工程と、
１種類以上の金属を含む層、第１の基板および第２の基板のうちの少なくとも一つを所定の形状にパターンニングする工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
典型的には、第２の基板と１種類以上の金属を含む層との常温接合を行う前に、その１種類以上の金属を含む層を所定の形状にパターンニングする。また、典型的には、第２の基板と１種類以上の金属を含む層との常温接合を行った後に、第１の基板および第２の基板の一方を所定の形状にパターンニングする。また、必要に応じて、第１の基板および第２の基板の少なくとも一方と１種類以上の金属を含む層との間にエッチングストッパー層を形成する。
【００２２】
この発明の第６の発明による電子線露光用マスクは、
１種類以上の金属を含む層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層が常温接合され、
１種類以上の金属を含む層と第１の層および第２の層の少なくとも一方とによりマスクパターンが形成されていることを特徴とする。
マスクパターンを形成する、１種類以上の金属を含む層と第１の層および第２の層の少なくとも一方との材料は、電子線を遮る能力が高いものが好適に用いられ、必要に応じて選択される。マスクパターンは、典型的には、１種類以上の金属を含む層と第１の層および第２の層の一方とにより形成され、第１の層および第２の層の他方はそのマスクパターンの部分が完全に除去される。
以上のことは、次の第７の発明についても同様に成立する。
【００２３】
この発明の第７の発明による電子線露光用マスクの製造方法は、
少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の基板および第２の基板を用意し、第１の基板の主面に１種類以上の金属を含む層を形成する工程と、
第２の基板と上記１種類以上の金属を含む層とを常温接合する工程と、
１種類以上の金属を含む層と第１の層および第２の層の少なくとも一方とをパターンニングすることによりマスクパターンを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
上述のように構成されたこの発明によれば、１種類以上の金属を含む層、例えば金属または合金からなる層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層あるいは第１の基板および第２の基板を常温接合することにより、第１の層および第２の層あるいは第１の基板および第２の基板の一方をドライエッチングにより加工する場合、エッチングが終了して下地の１種類以上の金属を含む層が露出しても、この１種類以上の金属を含む層は電気伝導性がＳｉＯ2 膜に比べて十分に高いためチャージアップが生じることがなく、チャージアップによりイオンの軌道が曲げられて被エッチング層の下部が抉られるノッチング現象の発生を防止することができる。このため、エッチングプロセスのレシピを切り替えたり、エッチング装置にチャージアップ防止用の機構を設置したりする対策が不要となり、プロセスが容易となり、対策費用の節減を図ることもできる。また、１種類以上の金属を含む層を形成した後、この層を所定の形状にパターンニングすることにより、電気的配線を容易に形成することができる。
【００２５】
更に、第１の層および第２の層あるいは第１の基板および第２の基板を常温接合することにより、従来のように高温での熱処理を用いて基板を接合する場合と異なり、熱膨張の影響をなくすことができる。すなわち、高温での熱処理を用いて基板を接合する場合には、接合する基板の熱膨張率（線膨張率）が互いに異なるとその熱処理時に基板が大きく反ってしまい、平坦な接合基板を得ることは困難となるため、機能構造体の製造に支障が生じる場合がある。これを防止するためには、接合する基板の材料を同一とせざるを得ず、基板の選択の自由度が著しく低くなる。これに対し、この発明では、第１の層および第２の層あるいは第１の基板および第２の基板を常温接合することから、熱膨張率の影響がないためこの問題は解消され、基板の選択の自由度が高い。このため、例えば、第１の層および第２の層あるいは第１の基板および第２の基板の一方を例えばＡｌＮなどの絶縁物により形成することも可能となる。また、常温接合では、層の界面あるいは基板の界面に反応層が形成されることがない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の第１の実施形態による多層構造体を示す。
図１に示すように、この多層構造体においては、金属膜１の上下を挟んで（１００）単結晶Ｓｉ層２、３が常温接合されて３層構造が形成されている。金属膜１の材料としては、例えばＡｌやＣｕなどを用いることができる。この場合、（１００）単結晶Ｓｉ層２の厚さはその用途にもよるが一般的には１００μｍ以下であり、典型的には５０μｍ以下である。一方、（１００）単結晶Ｓｉ層３は多層構造体の支持体となるもので（１００）単結晶Ｓｉ基板そのものからなり、その厚さは例えば３００μｍ〜１ｍｍである。
【００２７】
この多層構造体の製造方法は次のとおりである。まず、（１００）単結晶Ｓｉ基板からなる（１００）単結晶Ｓｉ層３上にスパッタリング法や真空蒸着法などにより金属膜１を成膜し、この金属膜１を形成した（１００）単結晶Ｓｉ層３を超高真空チャンバー内でもう１枚の（１００）単結晶Ｓｉ基板と間隔を置いて対向させ、それぞれの対向面にＡｒイオンを照射して洗浄した後にそれらを密着させた状態で圧力を加えて常温接合を行う。この後、（１００）単結晶Ｓｉ層３の相手側の（１００）単結晶Ｓｉ基板を裏面研磨により所定の厚さに薄層化して（１００）単結晶Ｓｉ層２とする。以上により、図１に示す多層構造体が製造される。
【００２８】
この第１の実施形態によれば、次のような種々の利点を得ることができる。まず、（１００）単結晶Ｓｉ層２はドライエッチングによる加工性に優れていて構造材としても最適であるため、この（１００）単結晶Ｓｉ層２をドライエッチングにより所望の形状に加工することで様々な機能を有する部品や素子を製造することができる。そしてこの場合、この（１００）単結晶Ｓｉ層２の下地がドライエッチング耐性に優れた金属膜１であるため、この（１００）単結晶Ｓｉ層２を例えばＲＩＥ法によりドライエッチングする時に、この金属膜１がエッチングストッパー層となる。すなわち、（１００）単結晶Ｓｉ層２と金属膜１とのエッチング特性は大きく異なるため、エッチング時の選択比を大きく取ることができ、金属膜１は（１００）単結晶Ｓｉ層２のエッチングストッパー層として有効に働く。それだけでなく、金属膜１の電気伝導性により、ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層をドライエッチングする時に問題となっているＳｉＯ2 膜のチャージアップによる単結晶Ｓｉ層の異常エッチング現象、すなわちノッチング現象の発生を抑制することが可能となり、（１００）単結晶Ｓｉ層２の下部が抉られる問題がない。また、ノッチング現象の発生を抑制するために、エッチングプロセスのレシピを切り替えたり、エッチング装置にチャージアップ防止用の機構を設置したりする必要がないため、プロセスが簡単であり、また、低コストで済む。更に、（１００）単結晶Ｓｉ層２の加工後には、この金属膜１には電流路や熱伝導路としての働きを期待することもできる。また、基板の接合に常温接合を用いるため、金属膜１に用いる金属とＳｉとの熱膨張係数の違いによる基板の反りの心配もなく、金属とＳｉとの反応の恐れもない。
【００２９】
次に、この発明の第２の実施形態によるマイクロミラーについて説明する。
図２はこのマイクロミラーの製造に用いる３層構造の多層構造体を示し、図２Ａは平面図、図２Ｂは図２ＡのＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。
図２に示すように、この多層構造体は、金属膜１１の上下を挟んで（１００）単結晶Ｓｉ層１２、１３が常温接合されて３層構造が形成されていることは第１の実施形態と同様であるが、金属膜１１がマイクロミラーの構造に対応した所定の形状にパターンニングされていることが異なる。なお、図２Ａにおいては、（１００）単結晶Ｓｉ層１２の図示は省略されている。
この多層構造体の製造方法は、金属膜１１の成膜後にこの金属膜１１を所定の形状にパターンニングすることを除いて、第１の実施形態による多層構造体の製造方法と同様である。
【００３０】
図３は図２に示す多層構造体を用いて製造されたマイクロミラーを示し、図３Ａは平面図、第３図Ｂは図３ＡのＹ−Ｙ線に沿っての断面図である。
このマイクロミラーは、図３に示す多層構造体を用いて次のようにして製造される。すなわち、まず、（１００）単結晶Ｓｉ層１２上の所定位置に金属膜からなるミラー面１４および一対の電極パッド１５、１６を形成する。これらのミラー面１４および電極パッド１５、１６は、金属膜を（１００）単結晶Ｓｉ層１２の全面に形成した後、この金属膜をレジストパターンなどをマスクとしてエッチングによりパターンニングする方法により形成することができるほか、リフトオフ法により形成することもできる。次に、（１００）単結晶Ｓｉ層１２の表面を所定の形状を有するレジストパターンによりマスクした状態でドライエッチングにより（１００）単結晶Ｓｉ層１２を途中の深さまでエッチングした後、このレジストパターンを除去し、再び（１００）単結晶Ｓｉ層１２の表面を所定の形状を有するレジストパターンによりマスクした状態でドライエッチングにより（１００）単結晶Ｓｉ層１２を完全にエッチングすることにより、長方形のミラー部１７およびこのミラー部１７を支持するＶ字形状をなす２本のヒンジ部１８、１９を形成する。この後、このレジストパターンを除去した後、（１００）単結晶Ｓｉ層１３の表面を所定の形状を有するレジストパターンによりマスクした状態でドライエッチングによりこの（１００）単結晶Ｓｉ層１３を貫通エッチングする。これによって、ミラー部１７およびヒンジ部１８、１９からなるマイクロミラー２０が形成される。このマイクロミラー２０は、ヒンジ部１８、１９の根元で支持された片持ばりとなる。ここで、ヒンジ部１８、１９の全体およびミラー部１７のヒンジ部１８、１９側の所定部分は（１００）単結晶Ｓｉ層１２と金属膜１１との２層からなるバイモルフ構造を有する。ミラー面１４はミラー部１７の上に形成され、電極パッド１５、１６はそれぞれヒンジ部１８、１９の根元の部分に形成されている。
【００３１】
このようにして製造されたマイクロミラー２０は、電極パッド１５、１６間にパルス電圧を印加することにより発熱したヒンジ部１８、１９が、Ｓｉと金属との熱膨張係数の違いから変形し、その結果上下動が可能である。このマイクロミラー２０は、例えば、光ディスク装置においてレーザー光を走査するためのデバイスとして使用することができる。なお、図２および図３において、マイクロミラー２０の構成に用いられていない金属膜１１の微小なパターンは必要に応じて例えば電気的配線として用いることができる。
【００３２】
以上のように、この第２の実施形態によれば、図２に示す多層構造体を用いてマイクロミラーを容易に製造することができる。すなわち、従来は、このマイクロミラー２０のように裏側に微細な金属パターンを有する薄膜デバイスは、簡単には製造することができなかった。特に、このマイクロミラー２０のように薄膜として単結晶のものを用いる薄膜デバイスは製造が困難であった。これに対し、この第２の実施形態においては、あらかじめ所定の形状にパターンニングされた金属膜１１を（１００）単結晶Ｓｉ層１２、１３の間に形成した多層構造体を用いてマイクロミラー２０を製造しているため、単結晶Ｓｉを用いた薄膜デバイスであるこのマイクロミラー２０の裏側に微細な金属パターンを形成することができる。第１の実施形態と同様な種々の利点を得ることができることは言うまでもない。
【００３３】
次に、この発明の第３の実施形態による多層構造体の製造方法について説明する。この製造方法を図４に示す。
この第３の実施形態においては、まず、図４Ａに示すように、（１００）単結晶Ｓｉ基板２１を用意し、洗浄を行って表面を清浄化する。
次に、図４Ｂに示すように、（１００）単結晶Ｓｉ基板２１上に陽極酸化法により多孔質Ｓｉ層２２を形成した後、その上に（１００）単結晶Ｓｉ層２３をエピタキシャル成長させ、多孔質Ｓｉ層２２上に（１００）単結晶Ｓｉ層２３がある構造を形成する。
【００３４】
次に、図４Ｃに示すように、スパッタリング法により（１００）単結晶Ｓｉ層２３上に金属膜２４を成膜する。
次に、図４Ｄに示すように、あらかじめ洗浄を行って表面を清浄化した（１００）単結晶Ｓｉ基板２５を別途用意し、超高真空中でこの（１００）単結晶Ｓｉ基板２５の表面および単結晶Ｓｉ（１００）基板２１上の金属膜２４の表面をＡｒイオン照射により清浄化した後、それらの表面同士を密着させて圧力を加えることにより常温接合する。これにより、（１００）単結晶Ｓｉ基板２１と（１００）単結晶Ｓｉ基板２５とは強固に接合して１枚の基板となる。
【００３５】
次に、図４Ｅに示すように、（１００）単結晶Ｓｉ基板２１の多孔質Ｓｉ層２２を目がけてウォータージェットを噴射し、多孔質Ｓｉ層２２を境に分離する。
次に、分離した一方の（１００）単結晶Ｓｉ基板２５の最表面に残った多孔質Ｓｉ層２２を化学的に除去する。このようにして、図４Ｆに示すように、（１００）単結晶Ｓｉ基板２５上に金属膜２４および（１００）単結晶Ｓｉ層２７が順次形成された３層構造の多層構造体が製造される。
【００３６】
この第３の実施形態によれば、（１００）単結晶Ｓｉ層２３をエピタキシャル成長により形成するため、その厚さを容易に１μｍ程度もしくはそれ以下に薄くすることができるだけでなく、その厚さの面内分布を高精度に制御することもできる。これに加えて、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３７】
次に、この発明の第４の実施形態による電子線露光用マスクの製造方法について説明する。この製造方法を図５に示す。
この第４の実施形態においては、まず、図５Ａに示すように、例えば第３の実施形態と同様に常温接合法を用いて、（１００）単結晶Ｓｉ基板３１上に金属膜３２および（１００）単結晶Ｓｉ層３３が順次形成された３層構造の多層構造体を製造する。
【００３８】
次に、図５Ｂに示すように、この（１００）単結晶Ｓｉ層３３の表面をマスクパターンに対応した所定の形状の電子線レジストからなるレジストパターン（図示せず）によりマスクした状態でこの（１００）単結晶Ｓｉ層３を金属膜３２が露出するまでドライエッチングする。次に、再びこのレジストパターンを用いて金属膜３２をドライエッチングする。これによって、金属膜３２と（１００）単結晶Ｓｉ層３３との２層構造を有するラインアンドスペース状のマスクパターン３４が形成される。
【００３９】
次に、図５Ｃに示すように、（１００）単結晶Ｓｉ基板３１の裏面にマスクパターン３４に対応する部分が開口した所定の形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして（１００）単結晶Ｓｉ基板３１を裏面側からドライエッチングすることにより貫通孔を形成する。これによって、マスクパターン３４はその末端部を除いて宙に浮いた構造となる。
以上により、目的とする電子線露光用マスクが製造される。
【００４０】
この第４の実施形態によれば、電子線露光用マスクのマスクパターン３４が金属膜３２と（１００）単結晶Ｓｉ層３３との２層構造を有するため、この電子線露光用マスクを用いて半導体ウェハーなどに露光を行う場合、電子線の照射によって加熱された電子線露光用マスクに発生した熱を特に熱伝導性の良好な金属膜３２を熱伝導路として迅速に逃がすことができ、温度上昇によるマスクパターン３４の変形などを有効に防止することができる。このため、マスクパターン３４の形状を忠実に反映した露光を行うことができる。
【００４１】
【実施例】
以下、この発明の具体的な実施例について説明する。
実施例１  第１の実施形態に対応する実施例
図１に示す多層構造体において、（１００）単結晶Ｓｉ層３は直径が５インチで厚さが５００μｍの（１００）単結晶Ｓｉ基板、（１００）単結晶Ｓｉ層２の厚さは２０μｍである。金属膜１としては厚さが１μｍのＡｌ膜を用いた。これら各層は互いに強固に接合されており、４００℃程度までの加熱にも問題なく使用することができる。
【００４２】
この多層構造体は常温接合法により以下のようにして製造した。まず、支持基板となる直径５インチで厚さ５００μｍの（１００）単結晶Ｓｉ基板３上にスパッタリング法によりＡｌ膜を厚さ１μｍ成膜する。一方、同じく直径が５インチで厚さが２００μｍの（１００）単結晶Ｓｉ基板を別途用意し、両方の基板を１×１０-9Ｔｏｒｒのベース圧力を持つ超高真空容器に互いに対向して保持し、１×１０-3Ｔｏｒｒの圧力でＡｒイオンビームを対向したそれぞれの基板に照射してそれらの表面を清浄化した。この時のＡｒイオンの加速電圧は１ｋＶであった。
【００４３】
次に、常温で両基板を密着させて圧力を加えた。加えた圧力は１ＭＰａであった。この結果、表面に金属膜１としてＡｌ膜を有する厚さ５００μｍの（１００）単結晶Ｓｉ基板３と厚さ２００μｍ厚の（１００）単結晶Ｓｉ基板とが常温接合された。続いて、厚さ２００μｍの（１００）単結晶Ｓｉ基板をその裏面側から研磨していき、金属膜１としてのＡｌ膜上に残されるＳｉ層の厚さが２０μｍになるまで薄層化し、（１００）単結晶Ｓｉ層２を形成した。これによって、目的とする多層構造体が製造された。
このようにして製造した多層構造体は、（１００）単結晶Ｓｉ層２のドライエッチ時のノッチング現象を抑制し、優れたエッチング形状の実現に寄与することができる。
【００４４】
実施例２  第２の実施形態に対応する実施例
図２に示す多層構造体の（１００）単結晶Ｓｉ層１３として直径５インチの（１００）単結晶Ｓｉ基板を用いた。この（１００）単結晶Ｓｉ層１３の厚さは５２５μｍ、上側の（１００）単結晶Ｓｉ層１２の厚さは２０μｍである。金属膜１１は厚さ１μｍのＡｌ膜である。
この多層構造体は実施例１と同様な工程で製造することができるが、（１００）単結晶Ｓｉ層１３上に金属膜１１としてＡｌ膜を成膜した後、このＡｌ膜をパターンニングしてから常温接合を行うことが実施例１と異なる。
【００４５】
この多層構造体を用いて図３に示すマイクロミラーを製造した。ミラー面１４および電極パッド１５、１６は、（１００）単結晶Ｓｉ層１２上にスパッタリング法によりＣｒ／Ａｕ膜を成膜した後、これをパターンニングすることにより同時に形成した。次に、（１００）単結晶Ｓｉ層１２をドライエッチングすることによりマイクロミラー２０の基本構造を形成した。なお、（１００）単結晶Ｓｉ層１２は、比抵抗０．０１Ω・ｃｍの低抵抗層であった。
【００４６】
次に、（１００）単結晶Ｓｉ層１３の裏面側からドライエッチングを行い、図３Ｂに示すように、マイクロミラー２０を支持基板である（１００）単結晶Ｓｉ層１３から自由に動けるようにした。マイクロミラー２０のヒンジ部１８、１９は、（１００）単結晶Ｓｉ層１２の下側の部分に金属層１１としてＡｌ膜があらかじめ形成してあり、バイモルフ構造になっている。
【００４７】
なお、（１００）単結晶Ｓｉ層１３をその裏面側からドライエッチングする際には、（１００）単結晶Ｓｉ層１３の貫通後のオーバーエッチングで上側の（１００）単結晶Ｓｉ層１２に損傷が生じることが懸念されるので、多層構造体を製造する際に、（１００）単結晶Ｓｉ層１３上に例えばＳｉＯ2 膜のような絶縁膜を１層形成しておいてからその上に金属膜１１を成膜することにより、この絶縁膜がエッチングストッパー層となって（１００）単結晶Ｓｉ層１２に損傷が発生するのを効果的に防止することができる。この絶縁膜はまた、バイモルフ構造のヒンジ部１８、１９に通電する際に流れる電流値を小さくし、消費電力を低減する働きもある。
【００４８】
実施例３  第３の実施形態に対応する実施例
図４に示す製造方法にしたがって多層構造体を製造した。まず、直径５インチの（１００）単結晶Ｓｉ基板２１、２５を用意する。（１００）単結晶Ｓｉ基板２１の厚さは５２５μｍ、（１００）単結晶Ｓｉ基板２５の厚さは２００μｍとした。次に、（１００）単結晶Ｓｉ基板２１、２５の陽極酸化を行って厚さ０．８μｍの多孔質Ｓｉ層２２を形成し、続いてこの多孔質Ｓｉ層２２上に（１００）単結晶Ｓｉ層２３を厚さ０．６μｍエピタキシャル成長させた。これにより、多孔質Ｓｉ層２２上に（１００）単結晶Ｓｉ層２３がある構造を作製した。
【００４９】
次に、（１００）単結晶Ｓｉ層２３上にスパッタリング法により厚さ１μｍのＡｌ膜を金属膜２２として成膜した。続いて、この金属膜２２まで形成した（１００）単結晶Ｓｉ基板２１および（１００）単結晶Ｓｉ基板２５を超高真空チャンバー内に入れ、それらの表面をＡｒイオンビーム照射による洗浄により清浄化してからそれらを密着させて圧力を加え、常温接合を行った。接合条件は、実施例１と同等とした。これにより、金属膜２２まで形成した（１００）単結晶Ｓｉ基板２１と（１００）単結晶Ｓｉ基板２５とが一体となった複合基板を得た。
【００５０】
次に、この複合基板の多孔質Ｓｉ層２２に目がけてウォータージェットを噴射して複合基板を二つに分離した。その後、一方の（１００）単結晶Ｓｉ基板２５の最表面の多孔質Ｓｉ層２２をＨＦとＨ2 Ｏ2 との混合溶液中で処理することにより除去した。こうして製造された多層構造体は、基板貼り合わせ後に一方の基板を裏面研磨することにより薄層化する製造方法により製造される多層構造体より良好な面内厚さ均一性を持ち、厚さが１μｍ程度の単結晶Ｓｉ層の形成に好適なものである。
【００５１】
実施例４  第４の実施形態に対応する実施例
図５Ａに示す多層構造体において、（１００）単結晶Ｓｉ基板３１の厚さは５２５μｍ、（１００）単結晶Ｓｉ層３３の厚さは０．６μｍである。金属膜３２としては厚さ０．１μｍのＡｌ膜を用いた。
【００５２】
この多層構造体を用いて電子線露光用マスクを以下のようにして製造した。まず、（１００）単結晶Ｓｉ層３３上に電子線レジストを塗布し、この電子線レジストを電子線描画法で所望のパターン形状に露光した後、レジストの現像を行ってレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンを用いてドライエッチングを行うことにより（１００）単結晶Ｓｉ層３３をパターンニングし、所望のパターン形状とする。続いて、このレジストパターンを用いて更に下層の金属膜３２もドライエッチングし、（１００）単結晶Ｓｉ層３３のパターン形状と同じ形状のパターンとする。これによって、マスクパターン３４が形成される。
【００５３】
次に、（１００）単結晶Ｓｉ層３１の裏面側からドライエッチングを行ってマスクパターン３４の直下に開口を形成し、マスクパターン３４が宙に浮いた構造を形成した。
こうして製造された電子線露光用マスクは、マスクパターン３４を構成する（１００）単結晶Ｓｉ層３３が残留応力が殆どない強靱な材料であり、また、マスクパターン３４の下部の金属膜３２は電子線露光用マスクにチャージアップした電荷と露光時の電子線照射による熱とを迅速に逃がす働きをするため、優れた描画能力を示した。
【００５４】
以上、この発明の実施形態および実施例につき具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００５５】
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値（厚さや直径などの寸法）、材料、構造、形状、面方位、プロセスなどはあくまでも例にすぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、材料、構造、形状、面方位、プロセスなどを用いてもよい。
【００５６】
具体的には、実施形態１において、（１００）単結晶Ｓｉ層３の代わりに例えばセラミックス材料を用いてもよい。また、実施形態１の多層構造体の代わりに、セラミックス基板と単結晶Ｓｉ基板との間に金属膜を有する多層構造体を用いることも極めて有用である。更に、支持基板となる側に空洞などの構造をあらかじめ設けておき、これに金属膜を有する基板を接合して同様な構造を製造するようにしてもよい。
【００５７】
また、実施形態３および実施例３においては、分離層として多孔質Ｓｉ層２２を用いたが、（１００）単結晶Ｓｉ基板２１上に多孔質Ｓｉ層２２を形成する代わりに、この（１００）単結晶Ｓｉ基板２１に水素イオンを注入し、それによって形成される水素蓄積層を分離層として用いてもよい。
更に、実施形態４および実施例４において、（１００）単結晶Ｓｉ層３３の代わりに例えばＳｉＣやダイヤモンドなどからなる層を用いてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、１種類以上の金属を含む層、例えば金属または合金からなる層を介して、少なくとも一方が単結晶材料からなる第１の層および第２の層あるいは第１の基板および第２の基板を常温接合することにより、マイクロミラーなどの各種の機能構造体や電子線露光用マスクを安価かつ簡便にしかも精度良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態による多層構造体を示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態によるマイクロミラー製造用多層構造体を示す平面図および断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるマイクロミラーを示す平面図および断面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態による多層構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第４の実施形態による電子線露光用マスクの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２４、３２…金属膜、２、３、１２、１３、２３、３３…（１００）単結晶Ｓｉ層、１４…ミラー面、１７…ミラー部、１８、１９…ヒンジ部、２０…マイクロミラー、２１、３１…（１００）単結晶Ｓｉ基板、３４…マスクパターン
【図１】
2004207625.tif 000003
【図２】
2004207625.tif 000004
【図３】
2004207625.tif 000005
【図４】
2004207625.tif 000006
【図５】
2004207625.tif 000007