(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の薄膜パターンが形成されているパターン基板を位置決めする平面を有する第１のステージと、前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンが順次転写される対向基板を位置決めする平面を有する第２のステージを３次元の方向に相対的に移動させることにより、前記パターン基板と前記対向基板の位置決め・圧接・離間を繰り返して前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンを前記対向基板上に順次積層および接合して微小構造体を製造する微小構造体の製造方法において、
前記第１および第２のステージのそれぞれの前記平面を面接触させて前記第１および第２のステージの前記平面を所定の平行度に設定する工程と、
前記第１および第２のステージの前記平面を前記所定の平行度に保持した状態で前記第１および第２のステージを離間させる工程と、
静電的な基板吸着手段または磁気的な基板吸着手段を用いて前記パターン基板と前記対向基板をそれぞれ前記第１および第２のステージの前記所定の平行度に保持されている前記平面に固定する工程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】
前記第１および第２のステージの前記平面に固定する工程は、前記磁気的な基板吸着手段を用いるとき、前記パターン基板または前記対向基板を接着剤またはワックスを用いて磁性ホルダに接着し、前記磁性ホルダを前記第１および第２のステージの前記平面に固定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３】
前記第１および第２のステージの前記平面に固定する工程は、前記静電的な基板吸着手段を用いるとき、前記パターン基板または前記対向基板をその導電性に基づいて直接前記第１および第２のステージの前記平面に固定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４】
複数のパターン薄膜が形成されているパターン基板を平面に前記パターン基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記パターン基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動する第１のステージと、
前記パターン基板上の前記複数の薄膜が順次転写される対向基板を平面に前記対向基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記対向基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動し、前記第１のステージとの連携により前記パターン基板と前記対向基板の位置決め・圧接・離間を繰り返して前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンを前記対向基板上に順次積層および接合させる第２のステージと、
前記第１のステージおよび前記第２のステージを収容して前記複数の薄膜の積層および接合によって微小構造体を製造する真空チャンバと、を備え、
前記第１のステージまたは前記第２のステージは、前記第２のステージまたは前記第１のステージとそれぞれの前記平面が面接触できるように任意の角度で固定系に支持される首振り機構と、前記それぞれの平面が面接触したとき、その姿勢を保持するように前記首振り機構を固定する固定機構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５】
前記第１のステージおよび前記第２のステージの前記平面は、平面度が１μｍ以下に加工され、
前記磁性ホルダは、平面度が１μｍ以下に加工され、前記平面と吸着する被吸着面を有することを特徴とする請求項４記載の微小構造体の製造装置。
【請求項６】
前記磁性ホルダは、接着される前記パターン基板または前記対向基板のエッジより内側に位置するエッジを有する形状に構成されることを特徴とする請求項１または５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項７】
複数のパターン薄膜が形成されているパターン基板を平面に前記パターン基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記パターン基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動する第１のステージと、
前記パターン基板上の前記複数の薄膜が順次転写される対向基板を平面に前記対向基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記対向基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動し、前記第１のステージとの連携により前記パターン基板と前記対向基板の位置決め・圧接・離間を繰り返して前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンを前記対向基板上に順次積層および接合させる第２のステージと、
前記第１のステージおよび前記第２のステージを収容して前記複数の薄膜の積層および接合によって微小構造体を製造する接合室、前記接合室に隣接して設置され、複数のパターン基板と複数の対向基板が交替備品として保管される予備室、および前記接合室と前記予備室を必要時に連通させる仕切り部を備えた真空チャンバと、を備え、
前記第１のステージまたは前記第２のステージは、前記第２のステージまたは前記第１のステージとそれぞれの前記平面が面接触できるように任意の角度で固定系に支持される首振り機構と、前記それぞれの平面が面接触したとき、その姿勢を保持するように前記首振り機構を固定する固定機構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８】
前記予備室は、保管されている前記パターン基板または前記対向基板を前記接合室へ搬入して前記第１あるいは第２のステージの前記平面に吸着させ、前記第１あるいは第２のステージに吸着されている前記パターン基板または前記対向基板を取り外して搬出する搬送手段を備えることを特徴とする請求項７記載の微小構造体の製造装置。
【請求項９】
前記搬送手段は、ロボットアームであることを特徴とする請求項８記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１０】
前記第１のステージおよび前記第２のステージの前記平面は、平面度が１μｍ以下に加工された吸着面を有し、
前記磁性ホルダは、平面度が１μｍ以下に加工され、前記平面と吸着する被吸着面を有することを特徴とする請求項８記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１１】
前記磁性ホルダは、接着される前記パターン基板または前記対向基板のエッジより内側に位置するエッジを有する形状に構成されることを特徴とする請求項８または１０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、微小構造体の製造方法および製造装置に関し、特に、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、或いは、これらを形成する金型の原型等の微小構造体を製造するための微小構造体の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、部品製造においては、積層造形方法がコンピュータで設計された複雑な形状の３次元物体を短期間で形成する方法として急速に普及している。この積層造形方法で作製された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ている。この積層造形方法は、サイズが数ｃｍ以上の比較的大きな部品に適用されることが多かったが、近年においては、精密に加工して形成される微小構造体、例えば、微小ギアや微細光学部品にもこの方法が適用されている。
【０００３】
図１４は、積層造形方法による従来の微小構造体の製造方法を示す。図１４において、まず、基板としてＳｉウェハ５０１を準備し、その表面に熱酸化膜５０６を１μｍの厚さに成長させる。ついで、スパッタリング法により、熱酸化膜５０６上にＡ１薄膜５０２を１μｍの厚さに着膜する（図１４の（ａ））。
【０００４】
次に、Ａ１薄膜５０２の表面にフォトレジスト５０７を塗布した後、フォトリソグラフィ法によりＡｌ薄膜５０２をエッチングし、所望の微小構造体の断面形状を有する複数の薄膜パターン５０３ａ，５０３ｂ（ここでは、２つとしたが実際には任意数）を一括して形成する（図１４の（ｂ））。その後、フォトレジスト５０７を剥離液を用いて除去する。このようにして形成した複数のＡｌ薄膜パターン５０３ａ，５０３ｂは、それぞれ解像度１μｍ以下、精度０．１μｍ以下の微細かつ精密なものとなる。Ｓｉウェハ５０１上に熱酸化膜５０６を介してＡｌ薄膜パターン５０３ａ，５０３ｂが形成されたものが、パターン基板５１９となる。
【０００５】
次に、図１４の（ｃ）に示すように、パターン基板５１９を真空槽５０９へ搬入し、真空槽５０９内の図示しない下ステージに取り付ける。そして、不図示の位置決め機構を用いてパターン基板５１９と上ステージ５０４を位置合わせした後、真空槽５０９内を約１０-5Ｐａ程度にまで真空排気する。ついで、不図示のＦＡＢ（Ｆａｓｔ  Ａｔｏｍ  Ｂｅａｍ）装置を用いて、上ステージ５０４の表面及びＡｌ薄膜パターン５０３ａの各表面を清浄化する。このＦＡＢ処理は、Ａｒガス５０８を１０００ボルト程度の電圧で加速してＡｌ薄膜パターン５０３ａ及び上ステージ５０４の表面に照射し、これらの表面の酸化膜、不純物等を除去し、表面を清浄にするものである。
【０００６】
次に、真空槽５０９内の上ステージ５０４とパターン基板５１９を接近させ、上ステージ５０４の表面にＡｌ薄膜パターン５０３ａの表面を接触させる。この後、５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の荷重を付与して５分間押圧し、上ステージ５０４の表面とＡｌ薄膜パターン５０３ａの表面を接合する（図１４の（ｄ））。この後、上ステージ５０４とパターン基板５１９を離間させれば、Ａｌ薄膜パターン５０３ａと上ステージ５０４との接合力が、Ａｌ薄膜パターン５０３ａとＳｉウェハ５０１の表面の熱酸化膜５０６との密着力を上回るため、Ａｌ薄膜パターン５０３ａはパターン基板５１９側からステージ５０４側へ転写・接合される（図１４の（ｅ））。
【０００７】
更に、Ａｌ薄膜パターン５０３ａ上に、図１４の（ｂ）までの工程で作製したＡｌ薄膜パターン５０３ｂを積層する。上ステージ５０４に転写済みのＡｌ薄膜パターン５０３ａの真下にＡｌ薄膜パターン５０３ｂを位置決めし、図１４の（ｃ）と同様にＡｌ薄膜パターン５０３ａの表面とＡｌ薄膜パターン５０３ｂの表面をＦＡＢ装置を用いてＦＡＢ処理する。この後、図１４の（ｄ）に示したようにＡｌ薄膜パターン５０３ａ上にＡｌ薄膜パターン５０３ｂを転写・接合する。これにより、Ａｌ薄膜パターン５０３ａの上にＡｌ薄膜パターン５０３ｂが積層される。なお、Ａｌ薄膜パターン５０３ａとＡｌ薄膜パターン５０３ｂの相対的な位置出しは、上ステージ５０４側又はパターン基板５１９側に設けられたアライメント機構（図示せず）を用いて行われる。
【０００８】
Ａｌ薄膜パターン５０３ｂの上に更に第３層以上のＡｌ薄膜パターンを形成する場合には、以上説明した各工程を繰り返し実施し、図１４の（ｆ）のように、Ａｌ薄膜パターン５０３ｃ，５０３ｄを順次積層すれば、微小構造体５０５を製造することができる。図１４においては、Ａｌ薄膜を用いて微小構造体５０５を形成したが、Ａｌ以外の他の材料で製造する場合には、Ａｌ薄膜に代えて、他の金属（銅、インジウムなど）やセラミックスなどの絶縁体（アルミナ、炭化けい素）をＳｉウェハ５０１上に形成すればよい。
【０００９】
図１５は、従来の微小構造体の製造装置の構成を示す。図１５の（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）は上ステージの詳細を示す。真空槽５０９内の底部には下ステージ５１１が配設され、この下ステージ５１１の上方には上ステージ５０４が配設されている。上ステージ５０４は、支持部材５１２に保持されている。下ステージ５１１はパターン基板５１９を載置する。真空槽５０９内には、パターン基板５１９および上ステージ５０４に照射方向を向けてＦＡＢ照射装置５１３，５１４が設置されている。下ステージ５１１は、ｘステージ５１１ａ、ｙステージ５１１ｂ、θステージ５１１ｃ、およびパターン基板５１９を保持するチャック５１１ｄを備えて構成されている。ｘステージ５１１ａおよびｙステージ５１１ｂはパターン基板５１９を水平移動させ、θステージ５１１ｃはパターン基板５１９を回転させるために用いられる。
【００１０】
図１５の（ｂ）に示すように、上ステージ５０４は、ステージ本体５１５と基板ホルダ５１６を備えて構成され、基板ホルダ５１６は、ネジ５１７を用いてステージ本体５１５に取り付けられる。基板ホルダ５１６の表面には、ステージ本体５１５に取り付ける前に、予め対向基板５１８が接着材等を用いて接着されている。この対向基板５１８の膨出面に上記したＡｌ薄膜パターン５０３ｃ，５０３ｄが転写される。また、パターン基板５１９は、下ステージ５１１上のチャック５１１ｄにネジ止め等により固定される。
【００１１】
【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および製造装置によると、ネジ止めによりパターン基板５１９および対向基板５１８を各ステージに精度良く取り付けることが難しく、かつ、人の作業を要するために煩わしく、また、生産性が劣るという問題がある。
【００１２】
対向基板５１８に積層する薄膜パターンの枚数が多くなると、パターン基板５１９上のＡｌ薄膜パターンを対向基板５１８に均一に圧接しなければ形崩れ等が生じる。そのため、両基板の接触面同士が平行である必要がある。しかし、両基板の接触面の平行度は、複数の部品からなる下ステージ５１１自体の平行度、上ステージ５０４自体の平行度、上ステージ５０４を駆動するＺ軸の直角度などの誤差の累積によって決まる。このため、上記した個々の平行度を全てサブミクロンの加工精度で準備したとしても、最終的に組み上げられた接触面の精度をサブミクロンにするのは困難である。
【００１３】
さらに、微小構造体の生産性を向上させるためには、パターン基板５１９や対向基板５１８、上下のステージ等をそれぞれ複数用意して、真空槽内で自動交換できることが望ましい。この自動化を実現するためには、ネジ止めなどの効率の悪い方法は極力避けることが必要である。また、平行度を容易に確保できるような基板取り付け方法が要求される。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、一対のステージにセットされるパターン基板および対向基板の着脱が容易で、かつ、互いの平行度を高い精度で維持することが可能な微小構造体の製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、自動化を図り、微小構造体の生産性を向上させることが可能な微小構造体の製造製造装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、第１の特徴として、複数の薄膜パターンが形成されているパターン基板を位置決めする平面を有する第１のステージと、前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンが順次転写される対向基板を位置決めする平面を有する第２のステージを３次元の方向に相対的に移動させることにより、前記パターン基板と前記対向基板の位置決め・圧接・離間を繰り返して前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンを前記対向基板上に順次積層および接合して微小構造体を製造する微小構造体の製造方法において、前記第１および第２のステージのそれぞれの前記平面を面接触させて前記第１および第２のステージの前記平面を所定の平行度に設定する工程と、前記第１および第２のステージの前記平面を前記所定の平行度に保持した状態で前記第１および第２のステージを離間させる工程と、静電的な基板吸着手段または磁気的な基板吸着手段を用いて前記パターン基板と前記対向基板をそれぞれ前記第１および第２のステージの前記所定の平行度に保持されている前記平面に固定する工程を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【００１７】
この方法によれば、第１および第２のステージを接近させて平面同士を圧接することにより、ステージの平面同士の平行出しが行われる。この後、静電チャックまたはマグネットチャックを用いて、パターン基板および対向基板が第１および第２のステージのそれぞれの平面に装着される。したがって、ステージの平面同士の平行出しが簡単かつ高精度に行え、パターン基板上の薄膜パターンを対向基板に均一に圧接させることができる。また、静電チャックまたはマグネットチャックの制御または操作によってパターン基板および対向基板を簡単かつ短時間に着脱することができる。したがって、微小構造体の生産性の向上も可能になる。
【００１８】
本発明は、上記の目的を達成するため、第２の特徴として、複数のパターン薄膜が形成されているパターン基板を平面に前記パターン基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記パターン基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動する第１のステージと、前記パターン基板上の前記複数の薄膜が順次転写される対向基板を平面に前記対向基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記対向基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動し、前記第１のステージとの連携により前記パターン基板と前記対向基板の位置決め・圧接・離間を繰り返して前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンを前記対向基板上に順次積層および接合させる第２のステージと、前記第１のステージおよび前記第２のステージを収容して前記複数の薄膜の積層および接合によって微小構造体を製造する真空チャンバと、を備え、前記第１のステージまたは前記第２のステージは、前記第２のステージまたは前記第１のステージとそれぞれの前記平面が面接触できるように任意の角度で固定系に支持される首振り機構と、前記それぞれの平面が面接触したとき、その姿勢を保持するように前記首振り機構を固定する固定機構を有することを特徴とする微小構造体の製造装置を提供する。
【００１９】
この構成によれば、パターン基板を移動させる第１のステージおよび対向基板を移動させる第２のステージのステージのそれぞれが、静電チャックまたはマグネットチャックを備えているため、静電チャックを用いた場合にはパターン基板または対向基板が静電力により吸着され、また、マグネットチャックを用いた場合には磁性ホルダが磁気的に吸着される。第１および第２のステージの平面同士を面接触させ、かつ、静電チャックまたはマグネットチャックの使用により、パターン基板および対向基板をネジ止めする必要がないので、パターン基板と対向基板の平行度を高い精度で出すことができ、パターン基板および対向基板を簡単に着脱することが可能になる。これにより、微小構造体の生産性を向上させることができる。
【００２０】
本発明は、上記の目的を達成するため、第３の特徴として、複数のパターン薄膜が形成されているパターン基板を平面に前記パターン基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記パターン基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動する第１のステージと、前記パターン基板上の前記複数の薄膜が順次転写される対向基板を平面に前記対向基板の導電性に基づいて静電的に吸着する静電チャックまたは磁性ホルダを介して磁気的に吸着するマグネットチャックを備え、前記対向基板を前記平面に吸着して所定の方向に移動し、前記第１のステージとの連携により前記パターン基板と前記対向基板の位置決め・圧接・離間を繰り返して前記パターン基板上の前記複数の薄膜パターンを前記対向基板上に順次積層および接合させる第２のステージと、前記第１のステージおよび前記第２のステージを収容して前記複数の薄膜の積層および接合によって微小構造体を製造する接合室、前記接合室に隣接して設置され、複数のパターン基板と複数の対向基板が交替備品として保管される予備室、および前記接合室と前記予備室を必要時に連通させる仕切り部を備えた真空チャンバと、を備え、前記第１のステージまたは前記第２のステージは、前記第２のステージまたは前記第１のステージとそれぞれの前記平面が面接触できるように任意の角度で固定系に支持される首振り機構と、前記それぞれの平面が面接触したとき、その姿勢を保持するように前記首振り機構を固定する固定機構を有することを特徴とする微小構造体の製造装置を提供する。
【００２１】
この構成によれば、パターン基板を移動させる第１のステージおよび対向基板を移動させる第２のステージのステージのそれぞれが、静電チャックまたはマグネットチャックを備えているため、静電チャックを用いた場合にはパターン基板または対向基板が静電力により吸着され、また、マグネットチャックを用いた場合には磁性ホルダを介してパターン基板または対向基板が磁気的に吸着される。また、真空チャンバに設けられた予備室には、交替備品としての複数枚のパターン基板および複数枚の対向基板が保管され、接合室内の真空状態を解くことなく、仕切り部を通して予備室から別のパターン基板および対向基板を接合室へ搬入し、或いは接合室から予備室へ搬出することができる。第１および第２のステージの平面同士を面接触させ、かつ、静電チャックまたはマグネットチャックの使用により、パターン基板と対向基板の平行度を高い精度で出すことができるとともにパターン基板および対向基板の着脱が簡単にできる。そして、予備室内の基板との交換が迅速に行えるため、自動化が可能になり、生産性を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の微小構造体の製造装置の第１の実施の形態を示す。
微小構造体の製造装置は、真空チャンバ１、該真空チャンバ１内の底部に配設された下ステージ２、該下ステージ２の上方に配設された上ステージ３、該上ステージ３を上下動させるｚステージ４、真空チャンバ１内に配設され、ＦＡＢを放射するＦＡＢ装置５ａ，５ｂ、および下ステージ２および上ステージ３の後述する基板吸着機構を制御するための制御部６を備えて構成されている。
【００２３】
真空チャンバ１は、真空ポンプ、排気管、真空計等（いずれも図示を省略）を備えて構成されている。下ステージ２は、ｘステージ７、ｙステージ８、θステージ９、および静電チャック１１を内蔵した基板吸着機構１０を備え、基板吸着機構１０上には後述するパターン基板２０が吸着される。上ステージ３は、基板吸着機構１２と、該基板吸着機構１２に内蔵された静電チャック１３を備えて構成されている。基板吸着機構１２の下面には、対向基板３０が吸着される。また、基板吸着機構１０の上面には、パターン基板２０が吸着される。そして、静電チャック１１，１３は、制御部６によりオン／オフ制御される。
【００２４】
図２は静電チャックの詳細構成を示す。（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は電極面の平面図である。静電チャック１１，１３は同一構成であり、吸着対象のＳｉウェハのサイズに応じて最適な吸着エネルギーを持つものが選択される。ここでは、静電チャック１３についてのみ説明する。
円板状に加工された絶縁体１４（例えば、セラミック）内には、櫛形の電極１５ａ，１５ｂが埋設されている。電極１５ａ，１５ｂは、櫛歯の部分が噛合するように配設され、電極間に制御部６内の直流電源６ａが接続されている。静電チャック１３の表面を基板吸着機構１２の表面にした場合、静電チヤック１３は緻密なセラミックスが接触面となる。セラミックスの表面は精密研磨によって平面度１μｍ以下にすることが可能であり、この研磨面に対向基板３０を吸着することにより、対向基板３０に多少反りがあっても基板表面の平面度を１μｍ以下に矯正することができる。また、予め基板吸着機構１０，１２の表面を平行に調整しておくことにより、パターン基板２０と対向基板３０の接合面を精度良く平行にセットすることが可能になる。
【００２５】
基板吸着機構１２にＳｉウェハによる対向基板３０が装着（ここでは、絶縁体１４と対向基板３０の間の介在物の図示を省略）されているとき、電極１５ａに直流電源６ａの出力電圧（数百Ｖ）の＋側を接続し、電極１５ｂに−側を接続すると、絶縁体１４の電極１５ａの周囲は−に荷電され、絶縁体１４の電極１５ｂの周囲は＋に荷電される。そして、対向基板３０の電極１５ａに面した部分は＋に荷電され、電極１５ｂに面した部分は−に荷電される。この結果、絶縁体１４と対向基板３０の間には静電気による吸引力が生じ、対向基板３０は基板吸着機構１２の表面に強固に吸着される。なお、基板吸着機構１２から対向基板３０を取り外すときには、電極１５ａ，１５ｂ間に印加していた電圧をオフにすればよい。
以上は対向基板３０を基板吸着機構１２に装着する場合であるが、パターン基板２０も同様にして基板吸着機構１０に装着される。
【００２６】
図３は本発明の製造装置の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、後述するマグネットチャック４１を内蔵した基板吸着機構１６を下ステージ２に設け、同様にマグネットチャック４２を内蔵した基板吸着機構１７を上ステージ３に設けた構成に特徴がある。パターン基板２０は、磁性材料による下基板ホルダ１８に取り付けられた状態で基板吸着機構１７に取り付けられ、同様に、対向基板３０は磁性材料による上基板ホルダ１９に取り付けられた状態で基板吸着機構１７に取り付けられる。上基板ホルダ１９は、その両面の平面度と平行度のそれぞれを容易に１μｍ以下にすることができる。マグネットチャック４１，４２を操作することにより、下基板ホルダ１８および上基板ホルダ１９に対して選択的に磁気回路を形成することができ、下基板ホルダ１８および上基板ホルダ１９がマグネットチャック４１，４２に磁気吸着され、これによりパターン基板２０および対向基板３０が強固に固定される。
【００２７】
図４はマグネットチャック４１，４２の詳細構成を示す。マグネットチャック４１と４２は同一構成であるので、ここでは、マグネットチャック４２についてのみ説明する。
回転自在で円柱状をなし、ＮとＳの磁極が形成されたマグネット５１、このマグネット５１を中心にして対向するように配設された鉄などの磁性体５２，５３、磁性体５２と磁性体５３の間を設けられ、磁性体５２，５３およびマグネット５１の支持部材となる非磁性体５４を備えて構成される。非磁性体５４には、非磁性金属やプラスチック等を用いることができる。マグネット５１には、図示しないハンドルが連結されており、このハンドルの回転操作によって回転する。
【００２８】
図４の（ａ）に示すように、マグネット５１の磁極Ｎ，Ｓが磁性体５２，５３に対向する位置にあれば、マグネット５１のＮ極→磁性体５３→上基板ホルダ１９→磁性体５２→マグネット５１のＳ極経路による磁気回路が形成される。したがって、マグネット５１と上基板ホルダ１９の間には磁気吸引力が生じ、対向基板３０が取り付けられた上基板ホルダ１９は、マグネット５１に強固に保持および固定される。次に、図４の（ｂ）に示すように、マグネット５１を９０度回転させると、マグネット５１の磁極Ｎ，Ｓは非磁性体５４に対向する位置になる。この状態では、マグネット５１から磁性体５２，５３へは磁力が及ばない。したがって、上基板ホルダ１９には磁気吸引する力が及ばず、それまで基板吸着機構１７に吸着されていた上基板ホルダ１９を取り外すことができる。
なお、図４ではマグネットチャックの吸着原理説明のため、磁極ギャップが一対のもので説明したが、実際には磁極ギャップが細かく複数のチャックを用いることにより、強力な吸着力を得ることができる。
以上、基板吸着機構１７の動作について説明したが、基板吸着機構１６も同様に動作し、マグネット５１の回転操作により、下基板ホルダ１８を磁気吸引し、あるいは吸引状態を開放する。
【００２９】
マグネットチャックは、一般に、静電チャックよりも強い力で基板を吸着することができる。そして、マグネットチャックの表面は、精密研磨により、平面度を１μｍ以下にすることができる。また、予め上、下ステージの面を平行に調整しておくことにより、パターン基板と対向基板の接合面を精度良く平行にセットすることが可能となる。なお、パターン基板２０と下基板ホルダ１８、および対向基板３０と上基板ホルダ１９との接着は、接着剤やワックスを用いて行う。そ際、接着剤やワックスが完全に固化する前に、基板と基板ホルダの平行性を出すようにする。この接着は基板と基板ホルダの２枚で単独に行えるため、作業は容易である。
【００３０】
図５は本発明の製造装置の第３および第４の実施の形態を示す。これら実施の形態は、一方のステージに静電チャックを用いたとき、他方のステージにマグネットチャックを用いるように静電チャックとマグネットチャックを組み合わせた構成にしたものである。
図５の（ａ）は、上ステージ側が図１に示した静電チャック１３を備え、下ステージ側が図３に示したマグネットチャック４１を備えて構成されている。また、図５の（ｂ）は、上ステージ側が図３に示したマグネットチャック４２を備え、下ステージ側が図１に示した静電チャック１１を備えて構成されている。図５に示した実施の形態は、いずれも、パターン基板２０および対向基板３０の着脱が容易であり、接合面の平行度を高精度に維持することができる。
【００３１】
図６は図１に示した下ステージと上ステージの平行度を出すための手段を示す。ここでは、図５の（ｂ）のチャックの組み合わせによる構成について説明するが、他の組み合わせにおいても同様である。
上ステージ３は、支持機構６０に取り付けられている。支持機構６０は、基板吸着機構１７に立設して取付けられ、半球状に加工された頂部６１ａを有するシャフト６１、このシャフト６１の頂部６１ａを把持する一対の把持部６２ａ，６２ｂ、把持部６２ａ，６２ｂの締め付け力を調整し、かつシャフト６１との係合状態を設定するためのロック機構６３、把持部６２ａ，６２ｂを保持するとともに真空チャンバ１に固定されるマウント６４を備えて構成されている。
【００３２】
まず、下ステージ２および上ステージ３には、パターン基板２０および対向基板３０を取り付けない。この状態で、支持機構６０のロック機構６３を緩め、図６に示すように、上ステージ３を降下させ、上ステージ３を下ステージ２に押し付ける。こうしてステージ同士が完全に密着し、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。この操作により、上、下ステージの平行度は理想的な状態に保たれる。
【００３３】
図７は、上基板ホルダ１９および基板吸着機構１０の変形例を示す。ここでは、図５の（ｂ）のチャックの組み合わせによる構成について説明するが、基板ホルダを用いた他の構成についても同様である。図７の（ａ）に示すように、上基板ホルダ７１は、上記各実施の形態で示した上基板ホルダ１９よりも、外形を小さくしてある。この理由は、図７の（ｂ）の拡大図に示すように、対向基板３０を切断した際に周辺に生じたチッピング３１が接触面に介在するのを防止するためである。図７の（ｂ）に示すように、チッピング３１は、対向基板３０の厚み方向に形成される。したがって、対向基板３０の大きさが同じ上基板ホルダ１９を用いると、対向基板３０と上基板ホルダ１９の間にチッピング３１が介在し、隙間が生じる。そこで、上基板ホルダ１９よりサイズの小さい上基板ホルダ７１を用い、チッピング３１上に上基板ホルダ７１が介在しないようにし、平行度が悪化するのを防止している。
【００３４】
パターン基板２０においても、切断した際に周辺に生じたチッピング（不図示）が、図７の（ｂ）のように生じる。そこで、図７の（ｃ）のように、基板吸着機構１０のサイズを小さくした基板吸着機構１０′を用いることにより、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することができる。
【００３５】
次に、パターン基板の製造方法について説明する。
図８は、パターン基板２０の製造工程を示す。図８の（ａ）のように、基板としてＳｉウェハ１０１を準備し、この表面にポリイミドをスピンコーティング法にて５μｍ塗布し、これを硬化させ、更に表面にフッ化処理を施し雛型層１０２を形成する。次に、この雛型層１０２上にスパッタリング法によりＡｌ薄膜１０３を１μｍの厚さに着膜する。なお、膜厚は、着膜中に水晶振動子をセンサにして監視することができるので、所望の膜厚値にすることができる。
【００３６】
次に、図８の（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ法を用いてＡｌ薄膜１０３をパターニングして構造体の各層のパターン１０４ａ，１０４ｂを一括して形成する。Ａｌのエッチングは、湿式エッチングよりもドライエッチングがよく、望ましくは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）がパターンの角が丸まらず基板表面に対して端面が垂直になるので好ましい。
【００３７】
図９は、パターン基板２０の製造過程におけるチッピングの生成の様子と、その対策例を示す。
雛型層１０２を形成する際、そのスピンコーティング時にＳｉウェハ１０１の裏面にポリイミドが回り込んで異物１０５を生じることがある（図９の（ａ））。また、パターン基板２０を大きなＳｉウェハから所望の大きさに切断した際、図９の（ｂ）に示すように、チッピング３２が生じる。チッピング３２や異物１０５は、高さが１μｍ〜１０μｍ程度あるので、これらがＳｉウェハ１０１の裏面に存在すると、パターン基板２０を下ステージ２に載せたときにパターン基板２０に傾きが生じ、パターン１０４ａ，１０４ｂを対向基板３０に良好に接合することが困難になる。
【００３８】
そこで、図７に示したように、パターン基板２０よりもサイズを小さくした基板吸着機構１０′を用いて、異物１０５が生じたパターン基板２０は図９の（ｃ）に示すように、接着剤又はワックスを用いて下基板ホルダ１８または基板吸着機構１０′に貼着し、同様に、チッピング３２が生じたパターン基板２０は図９の（ｄ）に示すように、接着剤又はワックスを用いて貼着する。なお、貼着時には、接着剤又はワックスが完全に固化する前にパターン基板２０と基板ホルダまたは基板吸着機構１０′とを十分に圧着して平行になるようにする。
【００３９】
次に、対向基板の製造方法について説明する。
図１０は対向基板の製造工程を示す。まず、基板としてＳｉウェハ２０１を用意し、高温度の酸化性雰囲気中で表面を酸化し、ＳｉＯ2 膜２０２を１μｍの厚さに形成する。次に、この表面に通常のフォトリソグラフィ法によってメサ領域に相当する１〜数ｍｍ角のレジストパターン２０３を形成する（図１０の（ａ））。次に、図１０の（ｂ）に示すように、レジストパターンをマスクにＳｉＯ2 膜２０２をエッチングして、所望の形状のＳｉＯ2 膜パターン２０４を形成する。更に、ＳｉＯ2 膜パターン２０４をマスクにして、水酸化ナトリウム溶液を用いてＳｉウェハ２０１を深さ１０μｍ以上にエッチングする（或いは、ドライエッチング法を用いてもよい）。これにより、Ｓｉウェハ２０１上にメサ領域２０５が形成される（図１０の（ｃ））。次に、スパッタリング法により、Ｓｉウェハ２０１の表面にＡｌ薄膜２０６を０．１ミクロン程度に着膜する。この後、Ｓｉウェハ２０１を１０ｍｍ〜数十ｍｍ角程度のサイズにダイシングすることによって、対向基板３０が完成する。このダイシングの際、対向基板３０の周囲には高さ数ミクロン程度のチッピング３１が発生するが、メサ領域２０５の高さは１０μｍ以上あるので、メサ領域２０５の面接触がチッピングによって妨げられることはない。
【００４０】
しかし、対向基板３０の裏面に発生したチッピング３１は、上ステージ３に取り付けた際、平行度を損なう原因になる。そこで、図７の（ａ）に示した上基板ホルダ７１を用い、図１０の（ｄ）に示すように、接着剤又はワックスを用いて対向基板３０を貼着する。この上基板ホルダ７１は、平行度が１μｍ以下の磁性材料でできており、対向基板よりも一回り小さい。このため、基板裏面周囲にチッピングがあっても、この影響を受けずに良好な平面度を維持した状態でセットできる。なお、接着時には、接着剤又はワックスが完全に固化する前に基板と基板ホルダを十分に圧着して平行となるようにする。
【００４１】
図１０の（ｄ）は、マグネットチャック４２を用いて対向基板３０を取り付ける場合であり、静電チャック１３を用いる場合にはこの工程は不要である。また、対向基板３０として磁性材料を用いる場合には、対向基板３０よりも一回り小さな（基板よりも直径又は一辺の長さが１ｍｍから十数ｍｍ小さな）マグネットチャックを用いることができるので、上基板ホルダ７１が不要になり、したがって、接着剤又はワックスによる貼着工程も不要になる。
【００４２】
図１１は、本発明の微小構造体の製造装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態は、真空チャンバの真空状態を維持したまま対向基板またはパターン基板を交換してパターン接合が行えるようにしたものである。例えば、パターン基板に焦点距離の異なる複数種のレンズ用パターンが形成されおり、かつ１枚の対向基板に１つのレンズが形成されればよいという場合、１つの対向基板へのレンズ用パターンの転写が終了すれば、パターン基板の交換は必要ないが、対向基板は交換の必要がある。そこで、図１１に示すように、接合室８１と予備室８２を有する真空チャンバ８０とし、接合室８１と予備室８２の間は仕切り壁８３で仕切り、この仕切り壁８３に仕切りバルブ８４を設け、この仕切りバルブ８４の開閉により接合室８１と予備室８２の間をパターン基板２０および対向基板３０の搬入／搬出を自由に行えるようにしている。また、仕切りバルブ８４に対向する位置の真空チャンバ側壁には仕切りバルブ８５が設けられ、外部から予備室８２へパターン基板２０および対向基板３０を搬入し、或いは搬出が行えるようにしている。
【００４３】
接合室８１は、図１に示した構成をそのまま流用しているが、基板表面の清浄化処理と接合転写処理を行う部屋であるため、予備室８２よりも良好な真空度を保たれるように構成されている。予備室８２には、複数枚のパターン基板２０ａ，２０ｂ，２０ｃと複数枚の対向基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを収納し、仕切りバルブ８４に面した場所には、ロボットアーム８６が設置され、パターン基板２０および対向基板３０を外部から予備室８２へ、予備室８２から外部へ、予備室８２から接合室８１へ、接合室８１から予備室８２への搬送が行われる。ロボットアーム８６は、制御装置にコンピュータを用いれば、動作手順をプログラミングできるため、容易に自動化することができる。
【００４４】
なお、図１１の製造装置においても、図６に示した支持機構６０を備えた構成を採用することができる。また、図７に示したチッピング対策のための上基板ホルダ７１および基板吸着機構１０′を用いることができる。
【００４５】
図１２および図１３は、図１１の製造装置により、複数枚のパターン基板２０と複数枚の対向基板３０を用いて接合転写処理を行う場合の処理を示す。なお、図１１においては、すでに下ステージ２にパターン基板２０が装着され、上ステージ３に対向基板３０が装着された状態に図示されているが、以下においてはパターン基板２０および対向基板３０が末装着の状態にあるとして説明する。
【００４６】
まず、図８に示した方法により複数枚のパターン基板２０を作製し（ステップ３０１）、さらに、図１０に示した方法により複数枚の対向基板３０を作製する（ステップ３０２）。次に、仕切りバルブ８４を閉じて接合室８１を真空排気した後、仕切りバルブ８５を開け、パターン基板２０および対向基板３０の保管場所から、対向基板３０および必要とするパターンが形成されているパターン基板２０を予備室８２へ必要な枚数を搬入する（ステップ３０３）。この搬入は、ロボットアーム８６を用いてあるいはオペレータによって行われる。次に、仕切りバルブ８５を閉じ、予備室８２を真空排気する（ステップ３０４）。ついで、仕切りバルブ８４を開け（ステップ３０５）、ロボットアーム８６を用いて接合室８１へパターン基板２０を搬入し、静電チャック１１をオンにして下ステージ２上にセットする（ステップ３０６）。さらに、対向基板３０を接合室８１へ搬入し、静電チャック１３をオンにして上ステージ３に装着する（ステップ３０７）。
【００４７】
次に、仕切りバルブ８４を閉じる（ステップ３０８）。ここで、図示しないパターン観察手段を用いてパターンを観察し、ｘステージ７、ｙステージ８、およびθステージ９を用いてパターン基板２０上のパターン１０４ａと対向基板３０を位置合わせする（ステップ３０９）。次に、パターン基板２０および対向基板３０に照射装置５ａ，５ｂからＦＡＢ照射をし、基板表面を清浄化した後、ｚステージ４を駆動し、パターン基板２０上のパターン１０４ａを対向基板３０に圧接する（ステップ３１０）。ついで、ｚステージ４を駆動し、パターン基板２０と対向基板３０を引き離すと、パターン１０４ａが対向基板３０側に転写される。これは離型層１０３とパターン１０４ａの密着力が接合力よりも小さいことによる。ステップ３０９，３１０の処理が必要な回数、繰り返し実行され、必要な層数のパターンが積層される。対向基板３０へのパターンの積層の終了が判定されると（ステップ３１１）、図１３のＣへ処理を移行する。
【００４８】
仕切りバルブ８４を開け（ステップ４０１）、ロボットアーム８６を接合室８１へ入れ、その把持部で対向基板３０を把持した後、静電チャック１３への通電を断ち、対向基板３０が取り外せる状態にする。ここで、ロボットアーム８６を駆動し、対向基板３０を予備室８２へ移動し、所定の場所に保管する（ステップ４０２）。ここで、次の対向基板を搬入する必要が有るか否かが判定される（ステップ４０３）。次の対向基板を搬入する必要有りと判定された場合、処理は図１２のステップ３０７に戻され、ロボットアーム８６により次の対向基板（ここでは、対向基板３０ａとする）が接合室８１へ搬入され、上ステージ３に装着される。以後、ステップ４０２までの処理が再実行される。パターンの接合が対向基板３０と３０ａで終わりであるとすると、ステップ４０３でその旨が判定される。この結果、パターン基板２０はロボットアーム８６により接合室８１から予備室８２へ戻される（ステップ４０４）。ここで、次のパターン基板を搬入する必要が有るか否かが判定される（ステップ４０５）。必要無しが判定されれば、全ての処理を終了し、次のパターン基板（例えば、パターン基板２０ａ）を搬入する必要有りが判定された場合にはステップ３０６に処理を戻し、パターン基板２０ａを接合室８１へ搬入し、また、パターン基板２０ａに対応した新たな対向基板の搬入を接合室８１へ搬入する。そして、ステップ３０８以降の処理を繰り返し実行する。
【００４９】
図１１の構成によれば、予め平行度の良いパターン基板及び対向基板を複数予備室に一時保管しているため、パターン基板及び対向基板を交換しても、一々真空状態を解除する必要が無く、生産性が大幅に向上する。また、上、下ステージ及び基板または基板ホルダの平行度は予め良好にセットされているため、ロボットアーム８６による着脱を行っても接合面の平行度が容易に高い精度に維持される。
【００５０】
なお、上記実施の形態においては、マグネットチャック４１，４２として、永久磁石を用いた構成を示したが、永久磁石に代えて電磁石を用い、通電のオン／オフによって磁気吸着を制御する構成にしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の微小構造体の製造方法によれば、ステージの平面同士の平行出しが簡単にしかも高精度に行え、パターン基板上のパターンを対向基板に均一な加圧力で接合することができる。かつ、静電チャックまたはマグネットチャックの制御または操作によってパターン基板および対向基板を簡単に着脱することができる。また、微小構造体の生産性を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の微小構造体の製造装置によれば、ステージの平面同士の平行出しが簡単にしかも高精度に行え、パターン基板と対向基板の平行度を高い精度で出すことができ、パターン基板上のパターンは均一な加圧力で対向基板に転写される。さらに、静電チャックまたはマグネットチャックの使用により、パターン基板および対向基板を簡単かつ短時間に着脱することが可能になる。また、微小構造体の生産性を向上させることができる。
【００５３】
さらに、本発明の微小構造体の製造装置によれば、上記の製造装置の構成の真空チャンバに複数枚のパターン基板と複数枚の対向基板を保管可能な予備室を設けたことにより、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく、パターン基板と対向基板を交換することが可能になる。したがって、静電チャックまたはマグネットチャックの使用により、パターン基板と対向基板の平行度を高い精度で出せ、かつ、パターン基板と対向基板の着脱が簡単に行えるので、パターン積層の自動化が可能になり、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微小構造体の製造装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した静電チャックの詳細構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は電極面の平面図である。
【図３】本発明の製造装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図４】図３に示したマグネットチャックの詳細構成を示す側面図である。
【図５】本発明の製造装置の第３および第４の実施の形態を示す構成図である。
【図６】図１に示した下ステージと上ステージの平行度を出すための手段を示す正面断面図である。
【図７】本発明の上基板ホルダおよび基板吸着機構の変形例を示す構成図である。
【図８】本発明のパターン基板の製造工程を示す説明図である。
【図９】パターン基板の製造過程におけるチッピングの生成の様子、およびチッピングの対策例を示す説明図である。
【図１０】本発明の対向基板の製造工程を示す説明図である。
【図１１】本発明の微小構造体の製造装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図１２】図１１の製造装置により、複数枚のパターン基板と複数枚の対向基板を用いて接合転写処理を行う場合の処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の処理に続く処理を示すフローチャートである。
【図１４】積層造形方法による従来の微小構造体の製造方法を示す説明図である。
【図１５】従来の微小構造体の製造装置の構成を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は上ステージの詳細を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  下ステージ
３  上ステージ
４  ｚステージ
６  制御部
７  ｘステージ
８  ｙステージ
９  θステージ
１０，１２，１６  基板吸着機構
１１，１３  静電チャック
１８  下基板ホルダ
１９  上基板ホルダ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  パターン基板
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  対向基板
４１，４２  マグネットチャック
６０  支持機構
６１  シャフト
６２ａ，６２ｂ  把持部
６３  ロック機構
６４  マウント
８１  接合室
８２  予備室
８４  仕切りバルブ
８５  仕切りバルブ
８６  ロボットアーム
１０１  Ｓｉウェハ
１０４ａ，１０４ｂ  パターン
【図１】
0003870628.tif 000002
【図２】
0003870628.tif 000003
【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】
0003870628.tif 000009
【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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