(57)【要約】【課題】  高い形状精度を有する微小構造体の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】  所定の位置決め精度を有し、大ストローク長の粗動ステージ５１上に、粗動ステージ５１より高精度の位置決め精度を有し、小ストローク長の微動ステージ５２を設置する。まず、粗動ステージ５１を所望の位置へ移動する。レーザ測長器６４と微動ステージ５２上に配置されたミラー５５とを用いて、微動ステージ５２上の薄膜部材２５の現在の位置を高精度に測定する。レーザ測長器６４の測定値をステージ制御装置６１にフィードバックし、誤差補正部６３にて現在の位置と目標位置との差分を算出して、誤差補正指令値を生成し、誤差補正指令値により微動ステージ５２を目標位置へ移動して、粗動ステージ５１の誤差を補正する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の２次元パターン乃至３次元パターンを備えた複数の薄膜部材を有する被圧接部材と前記被圧接部材に対向して配置された圧接対象部材の互いの接合部分を正対させる位置決め工程と、
前記圧接対象部材へ前記薄膜部材を圧接離間手段により圧接する圧接工程と、
前記圧接離間手段により前記圧接対象部材側へ前記薄膜部材を離間させる離間工程とを有し、
前記位置決め工程、前記圧接工程及び前記離間工程を繰り返すことで、前記薄膜部材を前記圧接対象部材側に順次積層する微小構造体の製造方法であって、
前記位置決め工程は、
前記被圧接部材と前記圧接対象部材とが互いの対向面全面に渡って移動可能なストロークを有する第１ステージを用いて、前記被圧接部材又は前記圧接対象部材を目標位置へ移動する移動工程と、
前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を、高精度で測定可能な測定手段により測定し、測定された位置と目標位置との差分から誤差補正値を算出する計測工程と、
前記第１ステージの位置決め精度の範囲と同等以上のストロークを有する第２ステージを、算出された前記誤差補正値を用いて目標位置へ移動させ、前記第１ステージの位置決め誤差を補正する誤差補正工程とを有することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の微小構造体の製造方法において、
前記誤差補正工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の少なくとも一方を移動可能に配設された前記第２ステージを用いて、前記第１ステージの位置決め誤差を補正することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の微小構造体の製造方法において、
前記誤差補正工程は、
前記第２ステージの可動部を駆動する圧電素子と、前記可動部を案内する弾性案内とを用いて、前記第２ステージを移動させることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の微小構造体の製造方法において、
前記誤差補正工程は、
前記第２ステージをインチワーム駆動により駆動することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記計測工程は、
レーザ光により測長を行なうレーザ測長器と、前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に追従して移動するミラーとを用い、前記ミラーまでの測長を行なうことで、前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を計測することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の微小構造体の製造方法において、
前記計測工程は、
前記被圧接部材の積層前又は積層時に、前記ミラーの平面の平坦度の測定を行ない、前記ミラーの理想平面に対する前記ミラーの平坦度から平坦度補正値を求め、前記平坦度補正値を用いて前記誤差補正値を補正することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記位置決め工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材を保持する前記圧接離間手段の位置を測定し、
積層時に、前回の積層時の前記圧接離間手段の位置とのずれ量から積層補正値を算出し、前記積層補正値を用いて前記誤差補正値を補正することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記位置決め工程は、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの位置決めの基準位置に対する前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の設置位置を測定し、前記設置位置を前記基準位置に補正する基準位置補正値を算出するアライメント工程を有することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の微小構造体の製造方法において、
前記アライメント工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に形成されたアライメントマークを検出し、前記アライメントマークの検出された位置から前記設置位置を求めることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の微小構造体の製造方法において、
前記アライメント工程は、
フォトリソグラフィ技術により形成された微細な成膜パターンを前記アライメントマークとして用いると共に、
前記アライメントマークを任意のサイズに拡大投影可能な光学系と、前記光学系を介して前記アライメントマークを撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像から前記アライメントマークの検出位置を算出する画像処理手段とを用いることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記圧接対象部材として、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板を用いることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記被圧接部材として、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板を用いることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の少なくとも一方を交換可能とすることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の微小構造体の製造方法において、
前記圧接工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材のいずれか一方を保持する圧接軸と、前記圧接軸の圧接方向に垂直な方向の動きを抑制するように、前記圧接軸の圧接方向に並列に配置された単数又は複数の直動ガイド機構からなる案内手段とを用いて、圧接軸の動作精度を確保することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項１５】
任意の２次元パターン乃至３次元パターンを備えた複数の薄膜部材を有する被圧接部材と、前記被圧接部材に対向して配置された圧接対象部材とを圧接すると共に、前記圧接対象部材側へ前記薄膜部材を離間させる圧接離間手段と、
前記被圧接部材と前記圧接対象部材との位置決めを行なう位置決め手段とを有し、
前記位置決め手段により前記圧接対象部材と前記薄膜部材の互いの接合部分を正対させ、前記圧接離間手段により前記圧接対象部材へ前記薄膜部材を圧接すると共に離間して、前記薄膜部材を前記圧接対象部材側へ積層する微小構造体の製造装置であって、
前記位置決め手段は、
前記被圧接部材と前記圧接対象部材とが互いの対向面全面に渡って移動可能なストロークを有する第１ステージと、
前記第１ステージの位置決め精度の範囲と同等以上のストロークを有する第２ステージと、
前記被圧接部材及び前記圧接対象部材、又は、前記被圧接部材若しくは前記圧接対象部材の位置を高精度で測定可能な測定手段と、
前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を前記測定手段により測定し、測定された位置と目標位置との差分から誤差補正値を算出し、算出された前記誤差補正値を用いて前記第２ステージを目標位置へ移動させ、前記第１ステージの位置決め誤差を補正する位置決め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１６】
請求項１５記載の微小構造体の製造装置において、
前記第２ステージは、前記被圧接部材側又は前記圧接対象部材側の少なくとも一方を移動可能に配設されたことを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項１７】
請求項１５又は請求項１６に記載の微小構造体の製造装置において、
前記第２ステージは、前記第２ステージの可動部を駆動する圧電素子と、前記可動部を案内する弾性案内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１８】
請求項１７記載の微小構造体の製造装置において、
前記第２ステージは、インチワーム駆動により駆動されるものであることを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項１９】
請求項１５乃至請求項１８のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記測定手段は、レーザ光により測長を行なうレーザ測長器と、前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に追従して移動するミラーとを備え、前記ミラーまでの測長を行なうことで、前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を測定するものであることを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の微小構造体の製造装置において、
前記測定手段は、
前記被圧接部材の積層前又は積層時に、前記ミラーの平面の平坦度の測定を行なうと共に、前記ミラーの理想平面に対する前記ミラーの平坦度から平坦度補正値を求め、前記平坦度補正値を用いて前記誤差補正値を補正するミラー補正手段を有することを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２１】
請求項１５乃至請求項２０のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記位置決め手段は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材を保持する前記圧接離間手段の位置を、前記測定手段により測定すると共に、積層時に、前回の積層時の前記圧接離間手段の位置とのずれ量から積層補正値を算出し、前記積層補正値を用いて前記誤差補正値を補正する積層補正手段を有することを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２２】
請求項１５乃至請求項２１のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記位置決め手段は、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの位置決めの基準位置に対する前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の設置位置を測定すると共に、前記設置位置を前記基準位置に補正する基準位置補正値を算出するアライメント手段を有することを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の微小構造体の製造装置において、
前記アライメント手段は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に形成されたアライメントマークを検出すると共に、前記アライメントマークの検出位置から前記設置位置を求めるものであることを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の微小構造体の製造装置において、
前記アライメントマークがフォトリソグラフィ技術により微細な成膜パターンとして形成されると共に、
前記アライメント手段は、
前記アライメントマークを任意のサイズに拡大投影可能な光学系と、前記光学系を介して前記アライメントマークを撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像から前記アライメントマークの検出位置を算出する画像処理手段とを有することを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２５】
請求項１５乃至請求項２４のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記被圧接部材を、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板としたことを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２６】
請求項１５乃至請求項２５のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記圧接対象部材を、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板としたことを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２７】
請求項１５乃至請求項２６のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の少なくとも一方を交換可能としたことを特徴とする微小構造体の製造装置。
【請求項２８】
請求項１５乃至請求項２７のいずれかに記載の微小構造体の製造装置において、
前記圧接離間手段は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材のいずれか一方を保持する圧接軸と、
前記圧接軸の圧接方向に垂直な方向の動きを抑制するように、前記圧接軸の圧接方向に並列に配置された単数又は複数の直動ガイド機構からなる案内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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜部材を積層することで形成される微小構造体の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の微細加工技術の発展にともない、３次元形状の微小構造体を作製する製造方法が多く開発されており、中でも、常温接合法を用いて、基板上に転写、積層する積層造形方法が注目されている。これは、半導体の製造プロセスを用いて、微小構造体の積層方向の各断面形状を薄膜部材として基板上に一括形成し、各断面形状、即ち、各薄膜部材を基板上から剥離すると共に常温接合法を用いて接合し、この剥離、接合を繰り返すことで、薄膜部材を転写、積層して、３次元形状の微小構造体を製造する方法である（特許文献１参照）。
ここで、常温接合法とは、真空中でイオンビーム等の照射により、材料表面の酸化物や不純物等が除去されると、清浄な原子面同士の材料表面が室温においても化学結合する現象を利用した接合方法である。この常温接合法によれば、接着剤を用いることなく、材料のバルクと同等の結合の強さを得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１６１３６２号公報（第７−９頁、第６−９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記積層造形方法において、微小構造体の形状精度の向上を図ると共に、積層方向の各断面形状となる薄膜部材の積層数を増加させることは、今後の大きな課題であり、具体的な対応技術が求められている。具体的には、上記積層造形方法により作製された微小構造体においては、積層方向の各薄膜部材の位置精度は、積層時の各薄膜部材間の位置決め精度により決定され、これは、積層される薄膜部材の接合面に平行な平面内を移動し、薄膜部材の位置合わせを行なうステージの位置決め精度に大きく影響される。従って、薄膜部材の位置決めを行なうステージとしては、ｎｍオーダーの高精度の位置決め精度が要求される。
【０００５】
一方、微小構造体の積層方向の各断面形状を構成する薄膜部材は、例えば基板等の上に平面配置されるものであり、多層積層あるいは多品種、大量生産を行なうためには、薄膜部材が配置される配置面積が大きくなることから、その配置面積の大きさに応じて、ステージの必要移動量も大きくなる、従って、位置決めを行なうステージとしては、大きいストロークの移動性能が要求される。
【０００６】
つまり、上記積層造形方法においては、薄膜部材の位置合わせを行なうステージが、薄膜部材の接合面に平行な平面において、高精度の位置決め精度を有すると共に、大ストロークの移動性能を備える必要がある。更に、上記積層造形方法は、高真空中で行われるため、ステージは高真空対応である必要が有り、加えて、各薄膜部材の接合時に所定の圧接力にて圧接するため、高い耐荷重性も求められる。例えば、具体的な要求仕様としては、位置決め精度としてｎｍレベルの高精度性、移動ストロークとして数１０ｍｍ〜数１００ｍｍのストローク、真空度として１０-6Ｐａ程度の高真空性、耐荷重として数ｔｏｎ程度の高耐荷重性の全てを満たす性能が、ステージに要求される。
【０００７】
現在、高精度の位置精度を有するステージとしては、以下に示すものが存在するが、上記積層造形方法に適用するためには、各々以下に示す問題点を有している。
１）リニアモータ駆動方式
位置決め精度を得るためには、エアスライドガイドを用いる必要があり、接合雰囲気である真空中では利用不可能。
２）超音波モータ駆動方式
推力（許容搭載重量）が小さい。又、摩擦駆動部に摩耗を生じ、接合雰囲気の汚染源となる。
３）圧電素子／インチワーム駆動方式
ストロークが小さい。又、移動速度が低い。
つまり、現実的には、高精度、大ストロークであり、かつ、高真空対応、高耐荷重の仕様を満たし、簡便に適用可能な位置決めステージは存在しなかった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高い形状精度を有する微小構造体の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る微小構造体の製造方法は、
任意の２次元パターン乃至３次元パターンを備えた複数の薄膜部材を有する被圧接部材と前記被圧接部材に対向して配置された圧接対象部材の互いの接合部分を正対させる位置決め工程と、
前記圧接対象部材へ前記薄膜部材を圧接離間手段により圧接する圧接工程と、
前記圧接離間手段により前記圧接対象部材側へ前記薄膜部材を離間させる離間工程とを有し、
前記位置決め工程、前記圧接工程及び前記離間工程を繰り返すことで、前記薄膜部材を前記圧接対象部材側に順次積層する微小構造体の製造方法であって、
前記位置決め工程は、
前記被圧接部材と前記圧接対象部材とが互いの対向面全面に渡って移動可能なストロークを有する第１ステージを用いて、前記被圧接部材又は前記圧接対象部材を目標位置へ移動する移動工程と、
前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を、高精度で測定可能な測定手段により測定し、測定された位置と目標位置との差分から誤差補正値を算出する計測工程と、
前記第１ステージの位置決め精度の範囲と同等以上のストロークを有する第２ステージを、算出された前記誤差補正値を用いて目標位置へ移動させ、前記第１ステージの位置決め誤差を補正する誤差補正工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記誤差補正工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の少なくとも一方を移動可能に配設された前記第２ステージを用いて、前記第１ステージの位置決め誤差を補正することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記誤差補正工程は、
前記第２ステージの可動部分を駆動するアクチュエータとなる圧電素子と、前記可動部分を案内する弾性案内とを用いて、前記第２ステージを移動させることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記誤差補正工程は、
前記第２ステージをインチワーム駆動により駆動することを特徴とし、その駆動方法により精密な位置決めが行われる。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記計測工程は、
レーザ光により測長を行なうレーザ測長器と、前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に追従して移動するミラーとを用い、前記ミラーまでの測長を行なうことで、前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を計測することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記計測工程は、
前記被圧接部材の積層前又は積層時に、前記ミラーの平面の平坦度の測定を行ない、前記ミラーの理想平面に対する前記ミラーの平坦度から平坦度補正値を求め、前記平坦度補正値を用いて前記誤差補正値を補正することを特徴し、その補正により、前記ミラーの形状精度に起因する層間位置ずれを防止する。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記位置決め工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材を保持する前記圧接手段の位置を測定し、
積層時に、前回の積層時の前記圧接手段の位置とのずれ量から積層補正値を算出し、前記積層補正値を用いて前記誤差補正値を補正することを特徴とし、圧接手段の繰り返し位置精度に起因する層間位置ずれを防止する。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記位置決め工程は、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの位置決めの基準位置に対する前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の設置位置を測定し、前記設置位置を前記基準位置に補正する基準位置補正値を算出するアライメント工程を有することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記アライメント工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に形成されたアライメントマークを検出し、前記アライメントマークの検出位置から前記設置位置を求めることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の請求項１０に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記アライメント工程は、
フォトリソグラフィ技術により形成された微細な成膜パターンを前記アライメントマークとして用いると共に、
前記アライメントマークを任意のサイズに拡大投影可能な光学系と、前記光学系を介して前記アライメントマークを撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像から前記アライメントマークの検出位置を認識する画像処理手段とを用いることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する本発明の請求項１１に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記圧接対象部材として、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板を用いることを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する本発明の請求項１２に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記被圧接部材として、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板を用いることを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する本発明の請求項１３に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記被圧接部材及び前記圧接対象部材、又は、前記被圧接部材若しくは前記圧接対象部材を交換可能することを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明の請求項１４に係る微小構造体の製造方法は、
上記微小構造体の製造方法において、
前記圧接工程は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材のいずれか一方を保持する圧接軸と、前記圧接軸の圧接方向に垂直な方向の動きを抑制するように、前記圧接軸の圧接方向に並列に配置された単数又は複数の直動ガイド機構からなる案内手段とを用いて、圧接軸の動作精度を確保することを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する本発明の請求項１５に係る微小構造体の製造装置は、
任意の２次元パターン乃至３次元パターンを備えた複数の薄膜部材を有する被圧接部材と、前記被圧接部材に対向して配置された圧接対象部材とを圧接すると共に、前記圧接対象部材側へ前記薄膜部材を離間させる圧接離間手段と、
前記被圧接部材と前記圧接対象部材との位置決めを行なう位置決め手段とを有し、
前記位置決め手段により前記圧接対象部材と前記薄膜部材の互いの接合部分を正対させ、前記圧接離間手段により前記圧接対象部材へ前記薄膜部材を圧接すると共に離間して、前記薄膜部材を前記圧接対象部材側へ積層する微小構造体の製造装置であって、
前記位置決め手段は、
前記被圧接部材と前記圧接対象部材とが互いの対向面全面に渡って移動可能なストロークを有する第１ステージと、
前記第１ステージの位置決め精度の範囲と同等以上のストロークを有する第２ステージと、
前記被圧接部材及び前記圧接対象部材、又は、前記被圧接部材若しくは前記圧接対象部材の位置を高精度で測定可能な測定手段と、
前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を前記測定手段により測定し、測定された位置と目標位置との差分から誤差補正値を算出し、算出された前記誤差補正値を用いて前記第２ステージを目標位置へ移動させ、前記第１ステージの位置決め誤差を補正する位置決め制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する本発明の請求項１６に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記第２ステージは、前記被圧接部材側又は前記圧接対象部材側の少なくとも一方を移動可能に配設されたことを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する本発明の請求項１７に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記第２ステージは、前記第２ステージの可動部分を駆動する圧電素子と、前記可動部分を案内する弾性案内とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する本発明の請求項１８に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記第２ステージは、インチワーム駆動により駆動されるものであることを特徴とする。
【００２７】
上記課題を解決する本発明の請求項１９に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記測定手段は、レーザ光により測長を行なうレーザ測長器と、前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に追従して移動するミラーとを備え、前記ミラーまでの測長を行なうことで、前記第１ステージにより移動された前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の位置を測定するものであることを特徴とする。
【００２８】
上記課題を解決する本発明の請求項２０に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記測定手段は、
前記被圧接部材の積層前又は積層時に、前記ミラーの平面の平坦度の測定を行なうと共に、前記ミラーの理想平面に対する前記ミラーの平坦度から平坦度補正値を求め、前記平坦度補正値を用いて前記誤差補正値を補正することを特徴とする。
【００２９】
上記課題を解決する本発明の請求項２１に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記位置決め手段は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材を保持する前記圧接離間手段の位置を、前記測定手段により測定すると共に、積層時に、前回の積層時の前記圧接手段の位置とのずれ量から積層補正値を算出し、前記積層補正値を用いて前記誤差補正値を補正する積層補正手段を有することを特徴とする。
【００３０】
上記課題を解決する本発明の請求項２２に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの位置決めの基準位置に対する前記被圧接部材又は前記圧接対象部材の設置位置を測定すると共に、前記設置位置を前記基準位置に補正する基準位置補正値を算出するアライメント手段を有することを特徴とする。
【００３１】
上記課題を解決する本発明の請求項２３に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記アライメント手段は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材に形成されたアライメントマークを検出すると共に、前記アライメントマークの検出位置から前記設置位置を求めるものであることを特徴とする。
【００３２】
上記課題を解決する本発明の請求項２４に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記アライメントマークがフォトリソグラフィ技術により微細な成膜パターンとして形成されると共に、
前記アライメント手段は、
前記アライメントマークを任意のサイズに拡大投影可能な光学系と、前記光学系を介して前記アライメントマークを撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像から前記アライメントマークの検出位置を認識する画像処理手段とを有することを特徴とする。
【００３３】
上記課題を解決する本発明の請求項２５に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記被圧接部材を、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板としたことを特徴とする。
【００３４】
上記課題を解決する本発明の請求項２６に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記圧接対象部材を、任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板としたことを特徴とする。
【００３５】
上記課題を解決する本発明の請求項２７に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記被圧接部材及び前記圧接対象部材、又は、前記被圧接部材若しくは前記圧接対象部材を交換可能としたことを特徴とする。
【００３６】
上記課題を解決する本発明の請求項２８に係る微小構造体の製造装置は、
上記微小構造体の製造装置において、
前記圧接離間手段は、
前記被圧接部材又は前記圧接対象部材のいずれか一方を保持する圧接軸と、
前記圧接軸の圧接方向に垂直な方向の動きを抑制するように、前記圧接軸の圧接方向に並列に配置された単数又は複数の直動ガイド機構からなる案内手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、微小構造体を構成する複数の薄膜部材（被圧接部材）を搭載したステージ装置（位置決め手段）が、高耐荷重、高真空対応、高精度、大ストロークの全てを満たす性能を有し、簡便に適用可能であるので、大きな移動ストロークを維持したまま、高い位置決め精度で制御可能であり、薄膜部材の積層接合によって形成される微小構造体を、ｎｍオーダーの高い形状精度で、任意の３次元形状に形成できると共に、多層化、多品種生産、大量生産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明に係る微小構造体の製造装置は、任意の２次元パターン乃至３次元パターンを有する複数の薄膜部材や任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板等（被圧接部材）を、これに対向配置される圧接対象部材に対して位置決めを行ない、そして、圧接、離間を行ない、これらの工程を繰り返すことで、複数の薄膜部材等を接合、積層して微小構造体を製造するものである。
【００３９】
本発明に係る微小構造体の製造装置では、大ストローク、且つ、高精度の位置決め精度を得るために、所定の位置決め精度を有する大ストロークの粗動ステージ（第１ステージ）上に、粗動ステージより高精度の位置決め精度を有する小ストロークの微動ステージ（第２ステージ）が設置されたステージ装置を用いる。
【００４０】
微小構造体の積層方向の各断面形状となる薄膜部材を接合する際には、まず、粗動ステージを目標位置へ移動する。しかし、粗動ステージは、所定の移動速度、大きなストロークを確保するため、その駆動制御系の位置決め精度には限界があり、作製しようとする微小構造体に要求されるｎｍオーダーの位置決め精度を満足させることができなかった。そこで、本発明では、高精度の位置決め精度を有する微動ステージを組み合わせ、目標位置に対する粗動ステージの位置決め誤差を補正するように、微動ステージを目標位置へ移動させることで、大ストローク、且つ、高精度の位置決め精度を得るようにした。この場合、微動ステージは、少なくとも、粗動ステージの位置決め誤差を補正するだけのストローク、即ち、粗動ステージの位置決め精度の範囲と同等若しくはそれ以上のストロークを備えていればよい。上記特徴を有するステージ装置を用いた微小構造体の製造装置を、図１〜図５を用いて、その詳細を説明する。
【実施例１】
【００４１】
図１は、本発明に係る微小構造体の製造装置の実施形態の一例を示す概略の構成図である。
【００４２】
本発明に係る微小構造体の製造装置は、図１に示すように、主な構成として、製造装置の基部である支持台部１と、支持台部１の上部に支持されたチャンバ部２と、チャンバ部２へ圧接対象部材２４、被圧接部材２５の搬送を行なう搬送部３と、チャンバ部２へ搬送された圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合を行なうための圧接機構部４（圧接離間手段）と、チャンバ部２へ搬送された被圧接部材２５を保持するステージ装置５と、ステージ装置５の位置を制御するステージ制御部６（位置決め手段）とを有する。
【００４３】
本実施例においては、一例として、圧接機構部４側に圧接対象部材２４を保持し、ステージ装置５側に被圧接部材２５を保持して、互いに対向する配置の構成としたが、圧接対象部材２４、被圧接部材２５を逆に保持する配置としてもよい。又、本実施例の場合、被圧接部材２５としては、任意の２次元パターン乃至３次元パターンの薄膜部材が複数平面配置されたものや任意の２次元パターン乃至３次元パターンが複数形成された基板等が最適である。加えて、圧接対象部材２４は、１つの部材でもよいが、複数の部材が平面配置されたもの等でもよい。
【００４４】
支持台部１は、外部からの振動の影響を排除するための複数の除振機構１１と、複数の除振機構１１に支持され、チャンバ部２の設置位置の基準となる剛性の高い定盤１２と、チャンバ部２を構成する真空容器２１の底部を、定盤１２の裏面から細かいピッチで定盤１２に締結する複数のボルト１３とを有する。細かいピッチで真空容器２１の底面を定盤１２に締結することで、真空排気時の真空容器２１の底面の変形を抑制して、真空容器２１の底面に支持される積層造形法に必要な機器、例えばステージ装置５等の変位も抑制し、高精度な位置決めに影響を与えないようにしている。
【００４５】
チャンバ部２は、図示しない真空ポンプにより高真空度（１０-6Ｐａ程度）まで到達可能な真空容器２１を有し、その内部に、積層造形法に必要な機器、例えば、圧接機構部４の一部、被圧接部材２５を保持するステージ装置５、圧接対象部材２４及び薄膜部材２５の接合表面を清浄にし、活性化するためのＦＡＢ（Fast Atom Bombardment：高速原子衝撃）装置２２ａ、２２ｂ等を備える。
【００４６】
ステージ装置５は、真空容器２１内部の下部側に設けられる。詳細には、真空容器２１内の底面に設けられ、大きいストロークを有し、ＸＹ平面方向に移動可能な粗動ステージ５１と、粗動ステージ５１上に設けられ、ｎｍオーダーの高精度の位置精度を有し、ＸＹ平面方向に移動可能な微動ステージ５２と、微動ステージ５２上に設けられ、θ方向（ＸＹ平面内の回転方向）に移動可能なθステージ５３と、θステージ上に設けられ被圧接部材２５を保持するための静電チャック５４とを有する。微動ステージ５２上には、表面の平坦度が高いミラー５５がＸＹ方向に延設されており、被圧接部材２５の位置を測定する際に用いる。
【００４７】
粗動ステージ５１は、真空容器２１の外部に配置され、駆動力を発生させるモータと、モータ５６の駆動力を粗動ステージ５１へ伝達するボールネジと、粗動ステージ５１を駆動方向に案内するクロスローラガイド等を有し、複数の薄膜部材が平面配置された被圧接部材２５の表面全面に渡って、圧接対象部材２４と対向させることが可能な大きなストロークを持ち、モータ５６により、所定値以上の速度でＸＹ方向に駆動される。これらの粗動ステージ５１、微動ステージ５２、θステージ５３等は、共に、高真空対応であり、且つ、高剛性（高耐荷重性）であり、高い圧接力に抗しうるものである。なお、本実施例では、微動ステージ５２を粗動ステージ５１上に設けると共に、微動ステージ５２側に被圧接部材２５を設置する構成としたが、本発明はこのような構成に限定されること無く、例えば、圧接対象部材２４側にいずれか一方のステージを設けるようにしてもよいし、両ステージを設けるようにしてもよい。
【００４８】
静電チャック５４が被圧接部材２５を保持する保持面は、高い平面度に形成されており、静電チャック５４を用いて保持することで、その保持面に倣うように被圧接部材２５が吸着され、被圧接部材２５の表面も高い平面度を保つことができる。なお、被圧接部材２５を、磁力に吸着される金属材料等に高い平面度を保って取付けることで、静電チャックに替わってマグネットチャックを使用することも可能である。
【００４９】
被圧接部材２５は、ステージ装置５（粗動ステージ５１、微動ステージ５２、θステージ５３）側の駆動座標の基準位置（例えば、駆動座標の原点やミラー５５の位置等）を基準として静電チャック５４上に設置される。しかし、実際の被圧接部材２５の設置位置は、定められた所定の設置位置に対してずれが生じるおそれがある上、本発明に係る微小構造体の製造装置では、ｎｍオーダーの高精度の位置決め精度が要求されるため、被圧接部材２５の設置位置を補正する手段が必要となる。
【００５０】
そこで、本発明に係る微小構造体の製造装置には、アライメント機構２３（アライメント手段）が設けられる。アライメント機構２３は、ステージ装置５上を拡大して投影可能に設けられた光学系２３ａと、光学系を介してステージ装置５上を撮影するＣＣＤカメラ２３ｂ（撮影手段）と、ＣＣＤカメラ２３ｂにより撮影された画像を認識して演算処理を行なう画像処理装置（画像処理手段）から構成される。アライメント機構２３は、被圧接部材２５の表面に設けられたアライメントマークをＣＣＤカメラ２３ｂにより撮影し、その撮影画像からアライメントマークを認識し、アライメントマークの位置を検出することで、被圧接部材２５の設置位置を算出する。そして、ステージ装置５側の駆動座標の基準位置に対して、被圧接部材２５の設置位置のＸ、Ｙ、θ方向のずれ量を測定し、ずれ量に応じて基準位置補正値を算出して補正を行い、被圧接部材２５の設置位置をステージ装置５側の駆動座標に適合させることで、被圧接部材２５のアライメントを行なうことになる。又、上記基準位置補正値に応じて、被圧接部材２５自体を正しい設置位置に設置しなおしてもよい。従って、被圧接部材２５の設置位置がずれた場合でも、上記アライメント機構２３により、被圧接部材２５を目標位置に高精度に位置決めすることが可能となる。
【００５１】
なお、アライメントマークは、フォトリソグラフィ技術を用いて形成された微細な成膜パターンからなるものであり、その形状精度及び位置精度が、薄膜部材の配置位置に対して高精度に形成することが可能である。又、ステージ装置５上にも同様なアライメントマークを設け、これをステージ装置５の駆動座標の基準位置としてもよい。
【００５２】
搬送部３は、図示しない真空ポンプにより真空容器２１と同程度の真空度まで到達可能なロードロック室３１と、ロードロック室３１内部に設置した被圧接部材を、真空容器２１内のステージ装置５上に搬送する搬送機構３２と、ロードロック室３１と大気との間の開閉ドアであり、閉時にはロードロック室３１を封止して、真空度を維持するロードロックドア３３と、真空容器２１とロードロック室３１との間に配置され、被圧接部材の搬送時にはドアを開け、ロードロック室３１を真空容器２１に連通すると共に被圧接部材の搬送を許容し、ロードロック室３１を大気に開放する際には、ドアを閉じて真空容器２１の真空度を維持するゲートドア３４とを有する。
【００５３】
搬送機構３２は、複数の関節部により伸縮可能なアーム３５を備えており、アーム３５を伸縮することで、被圧接部材を保持する先端部をＸＹＺ−θ方向に移動可能である。例えば、待機状態、つまり、搬送機構３２が動作していないときは、図１のアーム３５に示すように、アーム部分を折り畳んだ状態で待機している。又、被圧接部材を真空容器２１内のステージ装置５上に設置するときは、図１のアーム３５ａ（点線）に示すように、アーム３５をステージ装置５側へ伸ばすように動作する。又、例えば、複数の薄膜部材を形成した基板を、ロードロック室３１に複数枚設置することで、各基板を真空容器２１内へ順次搬送し、各基板を交換しながら各基板の薄膜部材を順次積層することで、ロードロック室３１の真空度を大気に戻すことなく、複数枚の基板の薄膜部材の積層を連続して行なうことが可能であり、微小構造体の多層化、多品種生産、大量生産が可能となる。又、被圧接部材だけではなく、圧接対象部材も搬送機構３２により搬送可能に構成し、複数の圧接対象部材を交換可能なようにしてもよい。
【００５４】
圧接機構部４は、チャンバ部２の上方及び真空容器２１内部の上部に配置される。具体的には、チャンバ部２の上方には、真空容器２１の天板部分に支持され、圧接力を発生させる圧接駆動機構４１と、圧接駆動機構４１に接続方向自在に接続され、圧接力を鉛直方向下方側へ伝達するユニバーサルジョイント４２と、ユニバーサルジョイント４２に接続されると共に、真空容器２１の天板を貫通して、その内部から外部側へ延設され、上下動可能な押付ロッド４４（圧接軸）とを備える。圧接時には、図１の矢印Ａ方向に圧接力を発生させて、圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合を行なう。又、押付ロッド４４が貫通する真空容器２１の天板の貫通孔部分と押付ロッド４４との間にはベローズ４３が設けられ、真空容器２１内の真空を維持できる構造である。
【００５５】
又、真空容器２１内部の上部側には、複数の支柱により真空容器２１の底部に固定され、押付ロッド４４を案内する案内機構４５（案内手段）と、押付ロッド４４のステージ装置５側への圧接力を測定する圧電式の動力計４６と、押付ロッド４４の先端部に接続され、圧接対象部材２４の接合面を、ステージ装置５側に保持される被圧接部材２５の接合面に平行にさせるための角度調整機構４７と、角度調整機構４７の先端部に設けられ、圧接対象部材２４を保持するホルダ４９を取付けるマグネットチャック４８とを備える。案内機構４５は、押付ロッド４４に並列に配置された単数又は複数の直動ガイド機構により構成され、押付ロッド４４の動作を案内機構４５により案内することで、圧接方向Ａに対し垂直な面方向の動きを抑制し、押付ロッド４４の動作精度を確保する。直動ガイド機構としては、例えば、真空仕様のガイドポスト型精密リニアガイドを用い、高剛性、かつ、高精度を実現できるものである。なお、圧接機構部４の各構成要素の配置は、同等の機能を有するものであれば、上記配置に限定する必要はない。
【００５６】
なお、圧接駆動機構４１は、ユニバーサルジョイント４２により押付ロッド４４に接続されるロッド取付治具４１ａと、圧接、離間させる駆動力を与えるアクチュエータである圧接離間モータと、圧接離間モータの駆動力をロッド取付治具４１ａへ伝達するボールネジと、ロッド取付治具４１ａの駆動方向の案内をするクロスローラガイド４１ｂとを有するものである（一部を省略して図示）。例えば、真空容器２１は、真空排気により真空容器２１自体が変形するおそれがあり、その変形に起因して、真空容器２１側の押付ロッド４４の位置が変位するおそれがある。又、圧接機構部４の組立て誤差、具体的には、案内機構４５に案内される押付ロッド４４と、クロスローラガイド４１ｂに案内されるロッド取付治具４１ａとの間で生じる機械的な組立誤差によっても、真空容器２１側の押付ロッド４４の位置が変位するおそれがある。そこで、本発明では、ユニバーサルジョイント４２によって、ロッド取付治具４１ａと押付ロッド４４との間のずれ量を吸収し、ずれ発生時に押し付けロッド４４に伝達される水平方向力をキャンセルすることにより、高精度の位置決め精度を保つ構成とした。
【００５７】
ステージ制御部６は、ステージ装置５の位置決め制御を行なうステージ制御装置６１を有し、ステージ制御装置６１は、主に、ステージ装置５の粗動ステージ５１、θステージ５３、静電チャック５４等を制御する主制御部６２と、微動ステージ５２を制御する誤差補正部６３から構成される。粗動ステージ５１を移動させる場合、主制御部６２から移動位置指令がモータ５６へ与えられて粗動ステージ５１が移動される。この際、モータ５６のロータリエンコーダにて移動位置が監視されて、移動位置まで粗動ステージ５１が移動される。これに対して、微動ステージ５２は異なる経路を用いて、その移動位置が制御される。
【００５８】
具体的には、真空容器２１の側面のＸＹ方向に２つのレーザ測長器６４（測定手段）が設けられ、レーザ測長器６４から照射されるレーザ光を、微動ステージ５２上に設けたミラー５５に照射することで、ミラー５５の現在の位置を高精度に測定できる。なお、高精度の測長を行うには、例えば、レーザ光の干渉を利用して測長する干渉式のレーザ測長器等を用いることが望ましい。測定されたミラー５５の位置は誤差補正部６３へフィードバックされ、そのフィードバックに基づいて、移動位置指令が微動ステージ５１側へ与えられて微動ステージ５１が目標位置へ移動する。ここで、ミラー５５の位置は微動ステージ５２に対して常に一定であり、ステージ装置５の駆動座標に対する被圧接部材２５の設置位置は、アライメント装置２３を用いて算出できるため、ミラー５５の現在の位置を測定することで、被圧接部材２５の位置が算出できる。従って、被圧接部材２５の現在の位置と目標位置との差分（つまり、第１ステージ５１の位置決め誤差である。）を算出し、この差分に基づいて目標位置へ移動するための誤差補正値を算出することができ、この誤差補正値を微動ステージ５１に与えることで、被圧接部材２５が目標位置へ移動することとなる。
【００５９】
又、真空容器２１の側面のＸＹ方向には、押付ロッド４４の先端部分の水平方向の変位量を測定する２つのレーザ測長器６５が設けられている。これは、被圧接部材２５の１層目の薄膜部材を圧接する際、押付ロッド４４の水平方向の位置を測定しておき、被圧接部材２５の２層目以降の薄膜部材を圧接する際には、前回圧接したときの押付ロッド４４の位置と現在の押付ロッド４４の位置とを比較し、そのずれ量から積層される薄膜部材間のずれを補正する積層補正値を算出し、微動ステージ５１に対する誤差補正値に加味して、微動ステージ５２の移動位置を補正するようにする。この場合、ホルダユニット４９等のＸＹ方向の面、つまり、２つのレーザ測長器６５に対向する面に、微動ステージ５２と同様なミラーを設け、ミラーの位置を測定することで、押付ロッド４４の先端部分の位置を測定する。押付ロッド４４の先端部分の位置を測定することは、換言すれば、押付ロッド４４の先端部の所定位置に取付けられる圧接対象部材２４の位置を測定することであり、圧接時に圧接対象部材２４側の位置を常に監視することで、押付ロッド４４自体の繰り返しの位置精度に起因する層間位置ずれを排除することができる。
【００６０】
次に、図２を参照して、微動ステージ５２の構成を更に詳細に説明する。
なお、図２は、微動ステージ５２を上方から見た図であり、理解し易いように、θステージ５３、静電チャック５４等は省略して図示した。
【００６１】
微動ステージ５２は、粗動ステージ５１に固定されたフレーム５２ａ（固定部）と、周囲をフレーム５２ａに囲まれ、可動に配置されたテーブル５２ｂ（可動部）と、テーブル５２ｂの４角に配置され、テーブル５２ｂを可動に支持する複数のヒンジ部５２ｃと、Ｘ方向に延設され、一方の端部がフレーム５２ａへ他方の端部がテーブル５２ｂへ接続された２つの圧電素子５２ｄ、５２ｅと、Ｙ方向に延設され、一方の端部がフレーム５２ａへ他方の端部がテーブル５２ｂへ接続された圧電素子５２ｆとを有し、又、互いに直角に配置された２つの平面からなるミラー５５をテーブル５２ｂ上に備える。圧電素子５２ｄ、５２ｅ、５２ｆは、フレーム５２ａに設けられた縦長の溝部に配置され、この溝部が圧電素子５２ｄ、５２ｅ、５２ｆの案内として機能する。
【００６２】
例えば、Ｘ方向にテーブル５２ｂを移動する場合には、圧電素子５２ｄ、５２ｅに同期して電圧を与え、又、Ｙ方向にテーブル５２ｂを移動する場合には、圧電素子５２ｆに電圧を与え、アクチュエータとして動作する圧電素子５２ｄ、５３ｅ、５２ｆを伸縮させることでテーブル５２ｂを移動させる。これらの圧電素子５２ｄ、５２ｅ、５２ｆは、所謂、インチワーム駆動するように構成してもよく、伸縮後の位置を精度よく保持できる構成とすることができる。なお、テーブル５２ｂが移動する際には、ＸＹ方向に沿って配置された２つのレーザ測長器６４ａ、６４ｂによって、その位置が精度よく監視される。
【００６３】
ヒンジ部５２ｃは、拡大図Ｂに示すように、弾性案内である切り欠きばね（図２（ｂ）参照）を複数組み合わせた独特な形状をしており、円弧状の切り欠き部を複数設けることで、異なる方向に独立して変形可能、つまり、テーブル５２ｂのＸ方向移動、Ｙ方向移動が互いに影響を与えることなく変形可能な構成である。又、圧電素子５２ｄ、５２ｅに独立して各々異なる電圧を与えることで、θ方向に微小に傾けることも可能である。ヒンジ部５２ｃは低熱膨張性合金で形成することで、熱膨張の影響を抑え、高精度の位置精度を有する微動ステージ５２とすることができる。
【００６４】
又、ヒンジ部５２ｃは、切り欠きばねの剛性により、圧接機構部４による圧接力に対向する方向に、テーブル５２ｂを支持する。テーブル５２ｂに所定値以上の圧接力が作用した場合、テーブル５２ｂの底面側である粗動ステージ５１の上面と接触させることで、ヒンジ部５２ｃの切り欠きばねの剛性分の変形を拘束するように構成してあり、上記構成により、圧接対象部材２４と被圧接部材２５の薄膜部材の接合面間の傾きを抑えることができる。
【００６５】
ミラー５５は、微動ステージ５２のテーブル５２ｂ上に、被圧接部材２５が設置される領域の大きさより大きい２つの平面を、各々Ｘ方向、Ｙ方向に有する。従って、ミラー５５の表面におけるレーザ測長器６４ａ、６４ｂの測定位置は、粗動ステージ５１や微動ステージ５２の移動位置に応じて変化する。ここで、ミラー５５自体の移動位置を高精度に測定するためには、ミラー５５の２つの平面の平面度を考慮しなければならない。そこで、本発明では、積層前（オフプロセス）又は積層時（インプロセス）に、ミラー５５の２つの平面の平坦度を測定し、ミラー５５の２つの平面の理想平面に対するミラー５５の２つの平面の平坦度から平坦度補正値を算出し、微動ステージ５１に対する誤差補正値に加味して、微動ステージ５２の移動位置を補正するようにする。従って、上記補正により、ミラー５５自体の形状精度に起因する層間位置ずれを補正することが可能となる。
【００６６】
次に、上記製造装置を用いた微小構造体の製造方法を、図３、図４に示した粗動ステージ５１及び微動ステージ５２の制御方法（位置決め工程）を含めて説明する。
【００６７】
（１）被圧接部材、圧接対象部材の作製工程
上記製造装置において微小構造体を製造する前に、事前に、圧接対象部材２４、被圧接部材２５が作製される。具体的には、所望の３次元構造の微小構造体を、３次元ＣＡＤ(Computer-Aided Design)等を用いて、積層方向の複数の断面形状に分解し、これらの各断面形状を平面配置してパターニングされたマスクを作製する。そして、所望の材料を用いて基板上に成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスクにパターニングされた形状に成膜を加工することで、平面配置された複数の薄膜部材が基板上に一括形成される。ここで、薄膜部材の下部には、薄膜部材が剥離し易いように、ポリイミド等からなる離型層を形成しておく。又、圧接対象部材は、所望の材料を用いて、凸状のメサ形状部が形成されたものである。圧接対象部材のメサ形状部に薄膜部材が複数積層されることで、微小構造体が形成される。
【００６８】
なお、圧接による接合強度は、圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合面の表面粗さに影響されるため、ＣＭＰ(Chemical-Mechanical Polish)等により、表面を表面粗さRa=1nm程度まで平坦化することで、接合境界にボイドが存在せず、より強い接合強度を得ることができる。又、薄膜部材の厚さをより薄くすることで、ＸＹ軸方向だけで無く、Ｚ軸方向の解像度、つまり、３次元形状の微小構造体の高さ（積層）方向の形状の解像度もより高精度にすることができる。この場合、薄膜部材の下層側には、ポリイミド等の柔らかい離型層が存在するため、薄い薄膜部材を圧接する際に、薄い薄膜部材が離型層に埋没してしまい、転写性が低下するおそれがある。そこで、このような場合には、上部に薄膜部材が存在しない離型層を反応性ガス等でエッチングして、薄膜部材の下部の離型層に下駄を履かせるような形状とすることで、薄膜部材が離型層に埋没することを防止するようにする。このように、微小構造体においてｎｍオーダーの微細な形状精度を得るためには、被圧接部材、圧接対象部材の作製方法として、微細加工が容易な半導体製造技術を用いることが望ましいが、形状精度によっては、他の製造方法を用いてもよい。
【００６９】
（２）被圧接部材、圧接対象部材の搬送工程
複数の薄膜部材を有する被圧接部材２５は、上記製造装置の搬送部３を用いて、ステージ装置５上に設置される。又、圧接対象部材２４は、上記製造装置の搬送部３を用いて、押付ロッド４４の先端部のホルダ４９に取付けるようにしてもよいし、予め、ホルダ４９に取付けておいてもよい。
【００７０】
（３）被圧接部材が有する薄膜部材の位置決め工程
（ａ）アライメント工程
ステージ装置５上に設置された被圧接部材２５は、アライメント機構２３を用いて、被圧接部材２５の設置位置をステージ装置５側の駆動座標に適合させることで、被圧接部材２５のアライメントを行なう。
【００７１】
アライメント後、圧接対象部材２４と被圧接部材２５が有する薄膜部材の接合を高精度の位置精度で行なうため、ステージ装置５及びステージ制御部６は、図３に示すような制御方法、図４に示すような制御ブロックにより制御される。具体的には、粗動ステージ５１は、ステージ制御部６主制御部６２を構成するモータ制御ボード７１、モータドライバ７２により、モータ５６に内蔵されたロータリエンコーダ７３からのフィードバック信号を用いて、セミクローズドで制御される。又、微動ステージ５２は、ステージ制御部６の誤差補正部６３を構成するホスト微動制御ブロック７４、ＤＡコンバータボード７５、ＰＺＴアンプ７６により、レーザ測長器６４により測定され、カウンタボード７７により算出された計測値を用いて、フィードバック制御される。
【００７２】
（ｂ）移動工程
ステージ制御装置６からステージ位置指令（目標位置）が送られると、モータ制御ボード７１、モータドライバ７２を介してモータ５６が駆動され、粗動ステージ５１が移動される。このとき、粗動ステージ５１はロータリエンコーダ７３にて、その移動位置が測定されると共に、レーザ測長器６４においても、その移動位置が測定される。粗動ステージ５１が移動しているときは、微動ステージ５２を制御する誤差補正部６３には０Ｖの信号、つまり、何の信号も送られず、現状の位置を維持する。そして、粗動ステージ５１が目標位置の範囲内(in-position状態)、つまり、被圧接部材２５が目標座標に対して粗動ステージ５１の位置決め精度の範囲内に移動されたと判断されれば、粗動ステージ５１の位置決めが完了したことになり、ブレーキがＯＮ状態にされて、粗動ステージ５１の駆動軸が固定される。
【００７３】
（ｃ）計測工程、誤差補正工程
そして、ステージ制御装置６からのステージ位置指令（目標位置）が誤差補正部６３側へスイッチされることで、微動ステージ５２の制御モードへ移行する。誤差補正部６３では、粗動ステージ５１により移動された被圧接部材２５の位置がレーザ測長器６４により測定され、レーザ測長器６４からフィードバックされた測定値とステージ位置指令（目標位置）との比較により差分を求め、この差分に基づく誤差補正値を算出し、この誤差補正値を、ホスト微動制御ブロック７４、Ｄ／Ａコンバータボード７５、ＰＺＴアンプ７６を経て微動ステージ５２の圧電素子へ与えることで、微動ステージ５２を目標座標へ移動させて、粗動ステージ５１で生じた位置決め誤差を補正して、高精度の位置決めを行なうこととなる。
【００７４】
つまり、粗動ステージ５１で生じた位置決め誤差分だけ微動ステージ５２を移動することで、粗動ステージ５１の位置決め誤差を補正して、被圧接部材２５の目標位置への位置決めが完了することとなる。又、上記誤差補正値に、ミラー５５の平坦度補正値、押付ロッド４４側の積層補正値、被圧接部材２５の設置位置の基準位置補正値等を考慮して補正することで、より高精度の位置決めを行うことができる。上記位置決め方法により、粗動ステージ５１による大きなストローク、早い移動速度を得ることができ、かつ、微動ステージ５２等による高精度の位置決め精度を得ることができるので、微小構造体の製造時において、広範囲の移動範囲にわたり被圧接部材２５の薄膜部材の位置決め精度を向上させて、薄膜部材を多層積層することで構成される微小構造体の形状の高精度化を図ると共に、作製効率の向上を図ることが可能である。
【００７５】
（４）被圧接部材、圧接対象部材の表面清浄化工程
圧接対象部材２４、被圧接部材２５の位置決めが完了すると、次に、圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合面の清浄化が行われる。通常、接合面の表面には、大気中の酸素等との反応による酸化膜やフォトリソグラフィ工程中のエッチング材料の残渣やその他の不純物が存在する。そこで、本発明に係る微小構造体の製造装置では、高真空中（１×１０-6Pa以下）において、ＦＡＢ装置２２ａ、２２ｂにより中性原子ビーム、イオンビーム等を接合面表面に照射し、これらの不純物を接合面表面から排除して、接合面表面を清浄にすると共に接合面表面にダングリングボンドが存在する状態、つまり、接合面表面が活性化された状態にして、圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合面同士を圧接して接合させる。これは常温接合法と呼ばれ、常温接合法により接合を行なうことで、接合面同士が互いのダングリングボンド同士で結合を行なうことになり、強い結合強度を得ることが可能となる。又、室温において接合可能であるため、熱による歪みがなく、高精度、かつ、高効率の生産性にも寄与する。
【００７６】
（５）被圧接部材、圧接対象部材の転写（圧接、離間）工程
圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合面の清浄化が完了すると、圧接対象部材２４、被圧接部材２５の接合面の圧接、離間が行われる。本実施例では、被圧接部材２５のＺ軸の位置を固定し、圧接機構部４を用いて、圧接対象部材２４をＺ軸方向下方に移動することで、圧接が行われる。圧接時には動力計４６により圧接力が計測され、圧接対象部材２４、被圧接部材２５を構成する材料に最適な圧接力で圧接が行われ、圧接対象部材２４、被圧接部材２５接合面同士が接合される。そして、圧接対象部材２４をＺ軸方向上方に移動すると、被圧接部材２５上の薄膜部材が被圧接部材２５から剥離、離間され、圧接対象部材２４側に転写されることとなる。
【００７７】
（６）繰り返し工程
被圧接部材２５上の複数の薄膜部材各々に対して、上述した位置決め工程（３）、清浄化工程（４）、転写工程（５）を繰り返すことで、圧接対象部材２４側に複数の薄膜部材が転写、積層されて、最終的には、所望の３次元形状の微小構造体が形成されることとなる。
【００７８】
なお、本発明に係る微小構造体の製造装置では、１つの微小構造体を構成する薄膜部材を１枚の基板上に複数個分形成したもの、異なる微小構造体を構成する薄膜部材を１枚の基板上に各々形成したもの等を被圧接部材として用い、これに応じて、メサ形状部（接合部分）が複数個形成された圧接対象部材を用い、圧接対象部材の複数の接合部分に、複数の薄膜部材を同時に転写するようにしてもよい（バッチプロセス）。
【００７９】
図５に、本発明に係る微小構造体の製造装置を用いた場合の位置決め精度のヒストグラムを図示する。
これは、粗動ステージ５１で２００ｍｍのストロークを移動すると共に微動ステージ５２で誤差補正を行なう動作を、１００回繰り返した時の結果である。図５からわかるように、大きなストロークを移動しても、高精度な位置精度を有しており、本実験においては、平均偏差e=-4.28nm、標準偏差σ=26.2/3=8.73nmという高精度の結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係る微小構造体の製造方法及び製造装置においては、常温接合法を用いているため、微小構造体を形成するための積層材料の選択肢が広い。例えば、純金属や合金等の金属材料等に限らず、誘電体や絶縁体、そして、プラスチック等の樹脂材料等、様々な材料を用いることが可能である。又、微小構造体の３次元形状としても、オーバーハング構造や中空構造等、複雑な構造を形成することが可能である。そのため、微小構造体としても、微小ギア等の微小機械部品に留まらず、微細金型、マイクロ流路素子等の微小システムのような複雑な形状のもの、所謂、マイクロマシンと呼ばれるものや、３次元フォトニック結晶や回折光学素子等の微小光学デバイス等、多岐に渡って適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る微小構造体の製造装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示した微小構造体の製造装置における微動ステージの構成図である。
【図３】図１に示した微小構造体の製造装置における粗動ステージ、微動ステージの動作を説明する図である。
【図４】図１に示した微小構造体の製造装置における粗動ステージ、微動ステージの制御のブロック図である。
【図５】本発明に係る製造方法による微小構造体の位置決め誤差のヒストグラムである。
【符号の説明】
【００８２】
１    支持台部
２    チャンバ部
３    搬送部
４    圧接機構部
５    ステージ装置
６    ステージ制御部
【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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