(57)【要約】【課題】形状精度が良好な微小構造体の製造方法および装置を提供する．【解決手段】この製造工程は、精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で走査させながらドナー基板４上の位置合わせマーク６に電子ビーム照射装置９から電子ビームを照射し、位置合わせマーク６から放出された２次電子の発生量を電子発生量検出装置１０により測定して複数の位置合わせマーク６の相対的な位置を検出することにより位置合わせを行う工程、圧接・離間を行って薄膜パターン５をターゲット基板７に転写する工程、これらの位置合わせ・圧接・離間の工程を繰り返して薄膜パターン５を積層する工程からなる。【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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、
前記位置合わせは、数１０ｎｍ以下の分解能を有する観察手段を用いて行うことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項２】
前記位置合わせ・圧接・離間は、前記ターゲット基板を固定し、前記ドナー基板をＸＹＺ方向に移動することにより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３】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、
前記位置合わせは、前記位置合わせマークに電子ビームを照射し、前記位置合わせマークから放出された２次電子の発生量を測定して前記複数の位置合わせマークの相対的な位置を検出することにより行うことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項４】
前記複数の位置合わせマークは、電気的に接地されることを特徴とする請求項３記載の微小構造体の製造方法。
【請求項５】
前記複数の位置合わせマークは、互いに接続されることを特徴とする請求項４記載の微小構造体の製造方法。
【請求項６】
前記位置合わせマークへの前記電子ビームの照射は、電界放出型の電子ビーム発生源を用いることを特徴とする請求項３記載の微小構造体の製造方法。
【請求項７】
前記位置合わせマークに前記電子ビームを照射するときに前記ドナー基板をＸＹ方向に移動することを特徴とする請求項３記載の微小構造体の製造方法。
【請求項８】
前記位置合わせマークへの前記電子ビームの照射は、前記電子ビーム照射源を備えた前記ターゲット基板を用いることを特徴とする請求項６記載の微小構造体の製造方法。
【請求項９】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、
前記位置合わせは、前記位置合わせマーク上で微小プローブを走査して、前記位置合わせマークと前記微小プローブとの間の相互作用情報から前記複数の位置合わせマークの相対的な位置を検出することにより行うことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記相互作用情報は、原子間力あるいはトンネル電流であることを特徴とする請求項９記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記原子間力により撓む前記微小プローブの変位を光てこ法により検出することを特徴とする請求項１０記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記ドナー基板と前記ターゲット基板とを圧接したとき、前記微小プローブ先端は、前記ドナー基板に形成された弾性体上に位置していることを特徴とする請求項９記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記微小プローブは、前記ターゲット基板に形成されたことを特徴とする請求項９記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記微小プローブの裏面が薄片化されたことを特徴とする請求項１３記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１５】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、
前記位置合わせは、前記位置合わせマークに発光素子から光を照射し、その反射光強度を受光素子により測定して前記複数の位置合わせマークの相対的な位置を検出することにより行うことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記受光素子は、分割された複数の分割型受光素子を備え、前記複数の分割型受光素子の出力比を測定して前記位置合わせマークの位置を検出することを特徴とする請求項１５記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記ドナー基板は、前記発光素子の発光波長に応じて所定のピッチ、高さおよび反射率を有する前記複数の位置合わせマークが形成されたことを特徴とする請求項１５記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１８】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、
前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、
前記ドナー基板を保持するステージと、
前記ターゲット基板上の前記位置合わせマークを数１０ｎｍ以下の分解能を有して観察する観察手段と、
前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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１９】
前記移動手段は、前記ステージ側に設置されていることを特徴とする請求項１８記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２０】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、
前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、
前記ドナー基板を保持するステージと、
前記ターゲット基板上の前記位置合わせマークに電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、
前記位置合わせマークから放出された２次電子の発生量を検出する電子発生量検出手段と、
前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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２１】
前記複数の位置合わせマークは、電気的に接地されてい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。
【請求項２２】
前記複数の位置合わせマークは、互いに接続されていることを特徴とする請求項２１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２３】
前記電子ビーム照射手段は、電界放出型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。
【請求項２４】
前記ターゲット基板は、前記電子ビーム照射手段を備えた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。
【請求項２５】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、
前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、
前記ドナー基板を保持するステージと、
前記位置合わせマーク上との間で相互作用情報を発生させる微小プローブと、
前記微小ブローブを前記位置合わせマーク上を走査させる走査手段と、
前記相互作用情報を検出する検出手段と、
前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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２６】
前記検出手段は、前記位置合わせマークと前記微小プローブの間の原子間力、あるいはトンネル電流を検出することを特徴とする請求項２５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２７】
前記検出手段は、発光素子と受光素子から構成されることを特徴とする請求項２５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２８】
前記微小プローブは、弾性体を介して前記ドナー基板と対峙することを特徴とする請求項２５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項２９】
前記微小プローブは、薄片化されることによって弾性を有することを特徴とする請求項２５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項３０】
前記ターゲット基板は、微小プローブを備え、
前記走査手段は、前記移動手段であることを特徴とする請求項２５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項３１】
所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、
前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、
前記ドナー基板を保持するステージと、
前記ドナー基板上の前記位置合わせマークに光を照射する発光素子と、
前記位置合わせマークからの反射光の強度を検出する受光素子と、
前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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３２】
前記受光素子は、分割されたことを特徴とする請求項３１記載の微小構造体の製造装置。
【請求項３３】
前記ドナー基板は、前記発光素子の発光波長に応じて所定のピッチ、高さおよび反射率を有する前記複数の位置合わせマークが形成されたことを特徴とする請求項３１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、積層造形方法によって作製される微小光学部品や微小機械部品、あるいはこれらを形成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、形状精度が高い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形成する方法として近年急速に普及している。積層造形方法で作成された３次元物体は、種々の装置の部品モデル（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、精密に加工して形成される微小光学部品や微小機械部品等の微小構造体の作製にもこの方法を適用したいという要求がある。
【０００３】
このような積層造形方法による従来の微小構造体の製造方法として、例えば、特開２０００−２３８０００号公報に示されるものがある。
【０００４】
図１３〜図１５は、その微小構造体の製造方法を示す。この製造方法では、まず、図１３（ａ）に示すように、基板４０としてＳｉウエハを準備し、表面に離型層４１となるポリイミドをスピンコーティング法により５μｍ形成する。次に、図１３（ｂ）に示すように、離型層４１の上にスパッタリング法によりＡｌ薄膜４２を０．５μｍ着膜する。次に、図１３（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、周知のフォトリソグラフィー法によりＡｌ薄膜４２をエッチングし、所望の微小構造体の断面形状を有する薄膜パターン５と共に位置合わせマーク６を形成する。以下、この基板をドナー基板４という。
【０００５】
次に、図１４（ａ）に示すように、真空槽１中のＸＹθステージ２Ｂ上にドナー基板４を、薄膜パターン５が積層されるターゲット基板７をＺステージ２Ｃ上に固定する。次に、真空槽１内を真空に排気した後、ターゲット基板７の表面、および薄膜パターン５の表面にＡｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Ｆａｓｔ　Ａｔｏｍ　Ｂｅａｍ）１２を照射し、両者の表面を清浄化する。なお、図１４において、３１、３２は位置合わせマーク６を観察するための光学顕微鏡、１１Ａ、１１ＢはＦＡＢ源である。次に、図１４（ｂ）に示すように、Ｚステージ２Ｃを下降させ、薄膜パターン５のうちの第１の薄膜パターン５ａに接近させながら、光学顕微鏡３１、３２により位置合わせマーク６を拡大観察してＸＹθステージ２Ｂを調整し、第１の薄膜パターン５ａの位置合わせを行う。続いてターゲット基板７の表面と第１の薄膜パターン５ａの表面を接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を懸け５分間押し付けておくと、ターゲット基板７と第１の薄膜パターン５ａが強固に接合する。なお、その接合強度は５０〜１００ＭＰａである。
【０００６】
次に、図１５に示すように、Ｚステージ２Ｃを上昇させると、第１の薄膜パターン５ａはドナー基板４からターゲット基板７側に転写される。これは、ドナー基板４上の第１の薄膜パターン５ａとその下の離型層４１の密着力よりも、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７との接合力の方が大きいためである。
【０００７】
次に、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５に示す工程を繰り返してターゲット基板７に複数の薄膜パターン５を転写して微小構造体を形成し、最後に微小構造体をターゲット基板７から取り外して目的とする微小構造体が完成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の微小構造体の製造方法では、ドナー基板上の位置合わせマーク６の観察を分解能が低い光学顕微鏡により行っているため、位置合わせ精度が低く、数１０ｎｍの形状精度が要求される微小構造体を作製できないという問題があった。また、他の方法として、薄膜パターン毎に位置合わせを行わずに、予めドナー基板上の薄膜パターンのピッチを測定しておき、ピッチ分だけ高精度ＸＹステージを移動させて積層してゆく方法も考えられる。しかし、この方法でも、薄膜パターン毎に位置合わせを行っておらず、また高精度ＸＹステージを用いても繰り返し位置精度は数１０ｎｍには達しないため、数１０ｎｍの位置合わせ精度を実現できなかった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、形状精度が良好な微小構造体の製造方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、前記位置合わせは、数１０ｎｍ以下の分解能を有する観察手段を用いて行うことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
この構成によれば、位置合わせを数１０ｎｍ以下の分解能を有する観察手段を用いて行うことにより、形状精度が数１０ｎｍ以上の微小構造体を製造することができる。
【００１１】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、前記位置合わせは、前記位置合わせマークに電子ビームを照射し、前記位置合わせマークから放出された２次電子の発生量を測定して前記複数の位置合わせマークの相対的な位置を検出することにより行うことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
この構成によれば、電子ビームを位置合わせマークに照射してその位置合わせマークから放出された２次電子の発生量を測定する、いわゆる電子顕微鏡により位置合わせを行うことにより、薄膜パターンの高精度な位置合わせを行うことができる。
【００１２】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、前記位置合わせは、前記位置合わせマーク上で微小プローブを走査して、前記位置合わせマークと前記微小プローブとの間の相互作用情報から前記複数の位置合わせマークの相対的な位置を検出することにより行うことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
この構成によれば、微小プローブを用いた、いわゆる微小プローブ顕微鏡により位置合わせを行うことにより、薄膜パターンの高精度な位置合わせを行うことができる。
【００１３】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、前記位置合わせは、前記位置合わせマークに発光素子から光を照射し、その反射光強度を受光素子により測定して前記複数の位置合わせマークの相対的な位置を検出することにより行うことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
この構成によれば、発光素子および受光素子を用いた、いわゆる光ディスクのトラッキング機構により位置合わせを行うことにより、薄膜パターンの高精度な位置合わせを行うことができる。
【００１４】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、前記ドナー基板を保持するステージと、前記ターゲット基板上の前記位置合わせマークを数１０ｎｍ以下の分解能を有して観察する観察手段と、前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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。
この構成によれば、位置合わせを数１０ｎｍ以下の分解能を有する観察手段を用いて行うことにより、形状精度が数１０ｎｍ以上の微小構造体を製造することができる。
【００１５】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、前記ドナー基板を保持するステージと、前記ターゲット基板上の前記位置合わせマークに電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記位置合わせマークから放出された２次電子の発生量を検出する電子発生量検出手段と、前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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。
この構成によれば、電子ビームを位置合わせマークに照射してその位置合わせマークから放出された２次電子の発生量を測定する、いわゆる電子顕微鏡により位置合わせを行うことにより、薄膜パターンの高精度な位置合わせを行うことができる。
【００１６】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、前記ドナー基板を保持するステージと、前記位置合わせマーク上との間で相互作用情報を発生させる微小プローブと、前記微小ブローブを前記位置合わせマーク上を走査させる走査手段と、前記相互作用情報を検出する検出手段と、前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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。この構成によれば、微小プローブを用いた、いわゆる微小プローブ顕微鏡により位置合わせを行うことにより、薄膜パターンの高精度な位置合わせを行うことができる。いわゆる電子顕微鏡を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明は、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パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・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パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する装置において、前記ターゲット基板を保持する基板ホルダと、前記ドナー基板を保持するステージと、前記ドナー基板上の前記位置合わせマークに光を照射する発光素子と、前記位置合わせマークからの反射光の強度を検出する受光素子と、前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に移動させる移動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。
この構成によれば、発光素子および受光素子を用いた、いわゆる光ディスクのトラッキング機構により位置合わせを行うことにより、薄膜パターンの高精度な位置合わせを行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る製造装置を示す。この第１の実施の形態の製造装置は、真空槽１と、所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン５、および複数の薄膜パターン５に対応した複数の位置合わせマーク６が形成されたドナー基板４を保持する精密ＸＹＺステージ２Ａと、複数の薄膜パターン５が積層されるメサ台地８を有するターゲット基板７を保持する基板ホルダ３と、ドナー基板４上の位置合わせマーク６に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置９、および位置合わせマーク６から放出された２次電子の発生量を検出する電子発生量検出装置１０からなる観察手段と、後述する接合面にＡｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Ｆａｓｔ　Ａｔｏｍ　Ｂｅａｍ）を照射してその表面に活性化処理を施すＦＡＢ源１１Ａ，１１Ｂとを備える。
【００１９】
電子ビーム照射装置９としては、例えば、ヘアピン型のフィラメントに通電して熱電子を発生させる熱電子放出型のもの、あるいは先端を尖らせたチップと複数の電極の間に印加された電圧によりチップから電子を引き出して加速する電界放出型のものを用いることができる。熱電子放出型よりも小型で、分解能が高い電界放出型を用いることが好ましい。
【００２０】
図２は、ドナー基板４上に形成された薄膜パターン５と位置合わせマーク６を示す。ドナー基板４上には、複数の薄膜パターン５（第１の薄膜パターン５ａ、第２の薄膜パターン５ｂ、第３の薄膜パターン５ｃ…）が形成され、各薄膜パターン５に対応して複数の位置合わせマーク６が形成される。電子照射時に位置合わせマーク６がチャージアップしないように、各位置合わせマーク６は、同図に示すように、互いに電気的に接続されて接地される。
【００２１】
この第１の実施の形態の製造装置による製造工程は、精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で走査させながらドナー基板４上の位置合わせマーク６に電子ビームを照射し、位置合わせマーク６から放出された２次電子の発生量を測定して複数の位置合わせマーク６の相対的な位置を検出することにより位置合わせを行う工程、圧接・離間を行って薄膜パターン５をターゲット基板７に転写する工程、これらの位置合わせ・圧接・離間の工程を繰り返して薄膜パターン５を積層する工程からなる。以下、その工程を図面を参照して説明する。
【００２２】
図３は、ドナー基板４上に複数の位置合わせマーク６と複数の薄膜パターン５を形成する工程を示す。まず、図３（ａ）に示すように、基板４０としてＳｉウェハを準備し、基板４０表面にポリイミドをスピンコート法により塗布し、最高温度３５０℃でベークし、離型層４１を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、離型層４１の上にスパッタ法によりＡｌ薄膜４２を１μｍ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０．７Ｐａ、基板温度は室温とする。次に、図３（ｃ）に示すように、基板表面にフォトレジストを塗布し、周知のフォトリソグラフィー法とエッチング技術によりＡｌ薄膜４２をパターニングし、複数の位置合わせマーク６と複数の薄膜パターン５を有するドナー基板４を作製する。複数の位置合わせマーク６は、図２に示すように、互いに接続する。
【００２３】
次に、図４（ａ）に示すように、ドナー基板４を真空槽１中の精密ＸＹＺステージ２Ａ上に固定する。このとき、位置合わせマーク６は、接地端子に接続する。また、微小構造体が形成されるメサ台地８を有するターゲット基板７としてＳｉウエハを真空槽１に固定された基板ホルダ３上に固定し、真空槽１内を５×１０−５Ｐａまで真空排気する。次に、電界放出型の電子ビーム照射装置９から位置合わせマーク６に電子ビームが照射されるように精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で移動させて走査し、位置合わせマーク６から放出された２次電子の発生量を電子発生量検出装置１０により検出して位置合わせマーク６の位置を検出し、精密ＸＹＺステージ２Ａを移動させてドナー基板４を所定の位置に位置合わせする。続いて、ドナー基板４およびターゲット基板７の表面にＦＡＢ１２をＦＡＢ源１１Ａ，１１Ｂから照射し、表面活性化処理を施す。ＦＡＢ処理条件は、ＦＡＢ電圧１．５ｋＶ、ＦＡＢ電流１５ｍＡ、処理時間５ｍｉｎとする。
【００２４】
次に、図４（ｂ）に示すように、精密ＸＹＺステージ２Ａを上げて、ドナー基板４の第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７を接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を印加し、５分間押し付けて、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７を強固に接合させる。なお、接合強度を引っ張り試験により評価したところ、５０〜１００ＭＰａであった。
【００２５】
次に、図５に示すように、精密ＸＹＺステージ２Ａを下げると、ターゲット基板７に第１の薄膜パターン５ａが転写される。これは、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７の接合力の方が、第１の薄膜パターン５ａと離型層４１の密着力よりも大きいためである。
【００２６】
次に、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５に示す工程を繰り返してターゲット基板７に複数の薄膜パターン５を転写して微小構造体を形成し、最後に微小構造体をターゲット基板７から取り外す。
【００２７】
この第１の実施の形態の製造装置によれば、位置合わせ用として、従来用いていた光学顕微鏡よりも桁違いに高い分解能（数ｎｍ）の電子ビーム照射装置９および電子発生量検出装置１０からなるいわゆる電子顕微鏡を用いているので、微小構造体は、数ｎｍの高い形状精度を有する。また、薄膜パターン５を転写する度に位置合わせを行うため、高い形状精度を有する微小構造体を作製することができる。
【００２８】
なお、図２のようにドナー基板４上の複数の位置合わせマーク６を互いに接続して接地したが、各位置合わせマーク６をそれぞれ接地してもよい。但し、前者はドナー基板４外の接地端子への接続が簡単になるため後者よりも好ましい。また、移動手段となる精密ＸＹＺステージ２Ａをドナー基板４側に設けたが、ターゲット基板７側に設けても良く、それぞれの側に分割して設けても良い。これらの中で、ドナー基板４に電子ビームを照射するための電子ビーム照射装置９は対向する基板ホルダ３側に設置されるが、大掛かりで重量のある電子ビーム照射装置９を移動することは難しいので、移動機構を全てドナー基板４側に設けるのが望ましい。更に、既存の半導体プロセス技術を利用してターゲット基板７に電界放出チップを作り込むと、以下のような利点があり好ましい。半導体プロセスを利用すると、電解放出チップと薄膜パターン５が転写されるメサ台地８を高精度に所定の平面内位置に作製することができる。同様にドナー基板４も半導体プロセスを用いて作製されるため位置合わせマーク６と薄膜パターン５を高精度に所定の平面内位置に作製できる。従って、電解放出チップとメサ台地８のピッチと、位置合わせマーク６と薄膜パターン５のピッチを簡単に同一とすることができるため、メサ台地８と薄膜パターン５の位置決め精度が向上する。また、電子ビーム照射装置９が不要となるため、装置を小型化・低コストすることが可能となる。また、精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で走査させて位置合わせマーク６に電子ビームを照射したが、別に設けた走査コイルにより電子ビームを走査してもよく、これらを組み合わせてもよい。これらの中で、精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で走査する方法は、走査コイルが不要となり、装置を小型化することができるため好ましい。
【００２９】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微小構造体の製造装置を示す。この第２の実施の形態の製造装置は、第１の実施の形態とは、ターゲット基板７および観察手段が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。ターゲット基板７は、メサ台地８の他に微小プローブ１３を有し、観察手段は、微小プローブ１３と位置合わせマーク６の間に生じた原子間力を相互作用情報として利用し、原子間力を受けて撓んだ微小プローブ１３の変位を検出するための発光素子１４と受光素子１５とを備えている。
【００３０】
この第２の実施の形態の製造装置による製造工程は、ドナー基板４の位置合わせマーク６上で微小プローブ１３を走査させて、位置合わせマーク６と微小プローブ１３の原子間力から複数の位置合わせマーク６の相対的な位置を検出して位置合わせを行う工程、圧接・離間を行って薄膜パターン５をターゲット基板７に転写する工程、これらの位置合わせ・圧接・離間の工程を繰り返して薄膜パターン５を積層する工程からなる。以下、その製造工程を図面を参照して説明する。
【００３１】
まず、図３（ａ）〜（ｃ）と同様にドナー基板４を作製する。次に、図６（ａ）に示すように、ドナー基板４を真空槽１中の精密ＸＹＺステージ２Ａ上に、微小構造体が形成されるメサ台地８と微小プローブ１３を有するターゲット基板７としてＳｉウエハを基板ホルダ３上に固定し、真空槽１内を５×１０−５Ｐａまで真空排気する。なお、基板ホルダ３は真空槽１に固定し、ターゲット基板７は周知の半導体プロセスを利用して作製する。次に、図６（ｂ）に示すように、ドナー基板４を載せた精密ＸＹＺステージ２Ａを上げ、ターゲット基板７の微小プローブ１３と位置合わせマーク６を接触させた後、精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で走査させて位置合わせマーク６の位置を検出し、精密ＸＹＺステージ２Ａを移動させてドナー基板４を所定の位置に高精度に位置決めする。なお、この位置決めでは位置合わせマーク６の中央のポリイミド上に微小プローブ１３が位置する。
【００３２】
次に、図７（ａ）に示すように、精密ＸＹＺステージ２Ａを下げた後、ドナー基板４およびターゲット基板７の表面にＦＡＢ１２をＦＡＢ源１１Ａ，１１Ｂから照射し、表面活性化処理を施す。ＦＡＢ処理条件は、ＦＡＢ電圧１．５ｋＶ、ＦＡＢ電流１５ｍＡ、処理時間５ｍｉｎとする。次に、図７（ｂ）に示すように、精密ＸＹＺステージ２Ａを上げて、ドナー基板４の第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７を接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を印加し、５分間押し付けて、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７を強固に接合させる。なお、接合強度を引っ張り試験により評価したところ、５０〜１００ＭＰａであった。また、接合するときに微小プローブ１３は弾性体としてのポリイミドからなる離型層４１上に接触するため、微小プローブ１３先端が変形することはなかった。
【００３３】
次に、図８に示すように、精密ＸＹＺステージ２Ａを下げると、ターゲット基板７に第１の薄膜パターン５ａが転写される。これは、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７の接合力の方が、第１の薄膜パターン５ａと離型層４１の密着力よりも大きいためである。
【００３４】
次に、図７（ａ）、（ｂ）、図８に示す工程を繰り返してターゲット基板７に複数の薄膜パターン５を転写して微小構造体を形成し、最後に微小構造体をターゲット基板７から取り外す。
【００３５】
この第２の実施の形態の製造装置によれば、位置合わせ用として、従来用いていた光学顕微鏡よりも桁違いに高い分解能（数ｎｍ）の微小プローブ１３、発光素子１４および受光素子１５からなるいわゆる微小プローブ顕微鏡を用いているので、微小構造体は、数ｎｍの高い形状精度を有する。また、薄膜パターン５を転写する度に位置合わせを行うため、高い形状精度を有する微小構造体を作製できる。
【００３６】
なお、第２の実施の形態は、この形態に限らず、以下のように様々に変形可能である。位置合わせ用マーク６と微小プローブ１３の相互作用情報には、原子間力以外にトンネル電流、エバネッセント光波などがある。これらの中で、位置合わせマーク６を接地する必要がなく、また構成が簡単な原子間力を測定する方法が好適である。また、原子間力を受けて撓んだ微小プローブ１３の変位の検出方法としては、上述したような微小プローブ１３の背面に照射した光の反射光の位置変化を測定する光てこ法以外に、微小プローブ１３の背面に照射した光の反射光と参照光との干渉縞の変化を測定する光干渉法などがあるが、高感度で扱いやすい光てこ法が好ましい。また、圧接時には微小プローブ１３がドナー基板４上に作製された弾性体上に接触するのが望ましい。これは、以下の理由による。図６（ｂ）に示されるように、位置合わせマーク６と微小プローブ１３が接触するためには微小プローブ１３先端の方がメサ台地８よりも高くなっている（突き出ている）必要がある。従って、圧接時に、図７（ｂ）に示すように、微小プローブ１３はドナー基板４に強く押し付けられてしまうが、弾性体上に位置していれば微小プローブ１３先端の変形を防止できる。微小プローブ１３は、図３に示したように既存の半導体プロセス技術を利用してターゲット基板７に一体にして作りこんでも良いし、別の微小プローブを設けてもよいが、一体化することが好ましい。半導体プロセス技術を利用して一体化すると、第１の実施の形態でターゲット基板７に電解放出チップを作りこんだ場合と同様に、メサ台地８と薄膜パターン５の位置決め精度が向上するためである。また、位置合わせマーク６を確実に測定し、かつ圧接時に撓みが生じすぎて微小プローブ１３が折れないようにするためには、微小プローブ１３の高さとメサ台地８の高さを高精度に制御する必要があるが、半導体プロセスを用いれば両者の高さを容易に制御可能である。更に、別の微小プローブが不要になるので低コスト化することが可能となり、また毎回新しいプローブを使えるので高感度に位置を測定可能となる。また、微小プローブ１３の裏面をエッチングなどにより薄く（薄片化）して弾性を持たせておくと、位置合わせマーク６と接触したときに微小プローブ１３が撓みやすく高感度に微小プローブ１３の変位を検出することができるので大変好ましい。
【００３７】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る微小構造体の製造装置を示す。この第３の実施の形態の製造装置は、第１の実施の形態とは、位置合わせマーク６および観察手段が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。観察手段は、ドナー基板４に光を照射する発光素子１５と、位置合わせマーク６からの反射光の強度をハーフミラー１７を介して検出する分割型受光素子１８とを備える。なお、図９には、発光素子１５と分割型受光素子１８が１組しか示されていないが、実際にはＸ方向とＹ方向の２方向の位置合わせを行えるように２組備えられている。
【００３８】
図１０は、ドナー基板４上に形成された複数の薄膜パターン５とＸ方向及びＹ方向の位置合わせマーク６ｘ、６ｙを示す。各薄膜パターン５には、Ｘ方向の複数の位置合わせマーク６ｘとＹ方向の複数の位置合わせマーク６ｙが形成される。
【００３９】
この第３の実施の形態の製造装置による製造工程は、位置合わせマーク６に発光素子１５から光を照射し、その反射光の強度を分割型受光素子１８により測定して位置合わせマーク６の相対的な位置を検出することにより位置合わせを行う工程、圧接・離間を行って薄膜パターン５をターゲット基板７に転写する工程、これらの位置合わせ・圧接・離間の工程を繰り返して薄膜パターン５を積層する工程からなる。以下、その製造工程を図面を参照して説明する。
【００４０】
まず、図３（ａ）〜（ｃ）と同様にドナー基板４を作製する。次に、図１１（ａ）に示すように、ドナー基板４を真空槽１中の精密ＸＹＺステージ２Ａ上に、微小構造体が形成されるメサ台地８を有するターゲット基板７としてＳｉウエハを基板ホルダ３上に固定し、真空槽１内を５×１０−５Ｐａまで真空排気した。なお、基板ホルダ３は真空槽１に固定する。次に、位置合わせマーク６に発光素子１６からの光が照射されるように精密ＸＹＺステージ２ＡをＸＹ面内で移動させて走査し、その反射光の強度を分割型受光素子１８により測定して複数の位置合わせマーク６の相対的な位置を検出し、ドナー基板４を所定の位置に位置合わせする。続いて、ドナー基板４およびターゲット基板７の表面にＦＡＢ１２をＦＡＢ源１１Ａ，１１Ｂから照射し、表面活性化処理を施す。ＦＡＢ処理条件は、ＦＡＢ電圧１．５ｋＶ、ＦＡＢ電流１５ｍＡ、処理時間５ｍｉｎとする。なお、図１１では発光素子１６、分割型受光素子１８が１組しか示されていないが、これらはＸ方向、及びＹ方向の位置合わせを行えるように２組備えられている。
【００４１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ドナー基板４を載せた精密ＸＹＺステージ２Ａを上げて、ドナー基板４の第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７を接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を印加し、５分間押し付けて、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７を強固に接合させる。なお、接合強度を引っ張り試験により評価したところ、５０〜１００ＭＰａであった。
【００４２】
次に、図１２に示すように、精密ＸＹＺステージ２Ａを下げると、ターゲット基板７に第１の薄膜パターン５ａが転写される。これは、第１の薄膜パターン５ａとターゲット基板７の接合力の方が、第１の薄膜パターン５ａと離型層４１の密着力よりも大きいためである。
【００４３】
次に、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２に示す工程を繰り返してターゲット基板７に複数の薄膜パターン５を転写し、微小構造体をターゲット基板７上に形成し、最後に微小構造体をターゲット基板７から取り外す。
【００４４】
この第３の実施の形態の製造装置によれば、位置合わせ用として、従来用いていた光学顕微鏡よりも桁違いに高い分解能（数１０ｎｍ）の発光素子１５および分割型受光素子１８からなるいわゆる光ディスクのトラッキング機構を用いているので、微小構造体は、数１０ｎｍの高い形状精度を有する。また、薄膜パターン５を転写する度に位置合わせを行うため、高い形状精度を有する微小構造体を作製できる。
【００４５】
なお、第３の実施の形態は、この形態に限らず、以下のように様々に変形可能である。受光素子には、分割型や位置検出型などがあるが、低コストである分割型受光素子を用いるのが望ましい。また、ドナー基板４上の位置合わせマーク６から光が適切に反射されて高感度にドナー基板４の位置を検出できるように、光源波長に合わせて位置合わせマーク６が適切なピッチ、高さ、反射率を有していることが望ましい。
【００４６】
本発明は、上記各実施の形態に限定されずに色々変形実施が可能である。例えば、オペレータが観察手段を用いて位置合わせマークを観察し、その結果に基づいてオペレータがステージを操作してもよく、また、観察手段により位置合わせマークの位置を自動認識し、その結果に基づいてステージを自動制御してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、高精度に薄膜パターンの位置合わせを行うことができるため、形状精度の高い微小構造体の製造方法および装置を提供することができる。
【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ドナー基板上に形成された薄膜パターンと位置合わせマークを示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせマークおよび薄膜パターンの形成工程を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図９】本発明の第３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１０】本発明の第３の実施の形態に係るドナー基板上に形成された薄膜パターンとＸ方向及びＹ方向位置合わせマークを示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る微小構造体の製造工程を示す図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来の微小構造体の製造工程を示す図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、従来の微小構造体の製造工程を示す図である。
【図１５】従来の微小構造体の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１　真空槽
２Ａ　精密ＸＹＺステージ
２Ｂ　ＸＹθステージ
２Ｃ　Ｚステージ
３　基板ホルダ
４　ドナー基板
５、５ａ　薄膜パターン
６、６ｘ、６ｙ　位置合わせマーク
７　ターゲット基板
８　メサ台地
９　電子ビーム照射装置
１０　電子発生量検出装置
１１Ａ，１１Ｂ　ＦＢＡ源
１２　ＦＢＡ
１３　微小プローブ
１４　発光素子
１５　受光素子
１６　発光素子
１７　ハーフミラー
１８　分割型受光素子
３１、３２　光学顕微鏡
４０　基板
４１　離型層
４２　Ａｌ薄膜
【図１】
2004042224.tif 000003
【図２】
2004042224.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004042224.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004042224.tif 000008
【図７】
2004042224.tif 000009
【図８】
2004042224.tif 000010
【図９】
2004042224.tif 000011
【図１０】
2004042224.tif 000012
【図１１】
2004042224.tif 000013
【図１２】
2004042224.tif 000014
【図１３】
2004042224.tif 000015
【図１４】
2004042224.tif 000016
【図１５】
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