(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を、対向するステージ上に順次転写、積層して微小構造体を製造する方法において、
前記基板と前記ステージを互いに対向しない第１の位置に配置し、前記第１の位置で前記基板上の前記薄膜および前記ステージの表面側に粒子ビームを照射し、前記基板と前記ステージを互いに対向する第２の位置に配置し、前記第２の位置で前記基板と前記ステージとの接離動作によって前記基板上の前記薄膜を前記ステージ側に転写する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の位置への配置は、前記基板と前記ステージを、互いに対向する方向においては所定の第１の距離を設けて配置し、かつ、前記対向する方向に直交する方向においては前記第１の距離より大なる第２の距離を設けて配置する構成の請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項３】
基板上に形成された所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を、対向するステージ上に順次転写、積層して微小構造体を製造する装置において、
前記複数の薄膜が形成された前記基板を保持する基板ホルダと、
前記基板ホルダと前記ステージを互いに対向しない第１の位置と互いに対向する第２の位置との間で相対的に移動させる第１の移動手段と、
前記第１の位置で前記基板上の前記薄膜および前記ステージの表面側に粒子ビームを照射する照射手段と、
前記第２の位置で前記基板ホルダと前記ステージとの接離動作を行わせて前記基板上の前記薄膜を前記ステージ側に転写させる第２の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４】
前記第１および第２の移動手段は、前記基板ホルダと前記ステージを、前記第２の位置においては所定の第１の距離を設けて配置し、かつ、前記第１の位置においては前記第１の距離より大なる第２の距離を設けて配置する構成の請求項３記載の微小構造体の製造装置。
【請求項５】
前記第１の移動手段は、前記基板ホルダと前記ステージを互いに対向する方向に直交するＸ方向に相対的に移動させるＸステージと、前記基板ホルダと前記ステージを前記対向する方向に直交するＹ方向に相対的に移動させるＹステージとを備え、前記Ｘステージおよび前記Ｙステージの少なくとも一方が、粗動ステージと、精密ステージとを備えた構成の請求項３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、形状精度が良好な微小構造体を製造することが可能な微小構造体の製造方法および装置する。
【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、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。
【０００３】
このようなニーズに対応する従来の微小構造体の製造方法および装置として、例えば、特開平１０−３０５４８８号公報に示されるものがある。
【０００４】
図９は、その微小構造体の製造方法および装置を示す。まず、同図（ａ）に示すように、基板１としてＳｉウェハを準備し、その基板１の表面に離型層２を０．１μｍ成長させ、その離型層２の上にスパッタリング法によりＡｌ薄膜３を０．５μｍの厚さで着膜する。
【０００５】
次に、同図（ｂ）に示すように、基板１の表面にホトレジスト４を塗布し、通常のフォトリソグラフィ法によりＡｌ薄膜３をエッチングし、所望の微小構造体の第１の断面形状を有する第１のＡｌ薄膜３０を形成する。このように作製した基板をパターン基板と呼ぶ。第１のＡｌ薄膜３０を形成した後、ホトレジスト４を剥離液にて除去する。このようにして形成した第１のＡｌ薄膜３０は、解像度１μｍ以下、精度０．１μｍ以下の微細かつ精密なものとなっている。
【０００６】
次に、同図（ｄ）に示すように、ｚステージ６０によって対向ステージ６を下降させて基板１に接近させ、清浄な対向ステージ６の表面と清浄な第１のＡｌ薄膜３０の表面とを接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ2をかけ５分間押し付けて、対向ステージ６と第１のＡｌ薄膜３０の表面を接合する。
【０００７】
そして、同図（ｅ）に示すように、対向ステージ６と基板１を元の位置に引き離すと、第１のＡｌ薄膜３０と対向ステージ６との接合力の方が、第１のＡｌ薄膜３０と基板１表面の離型層２との密着力よりも大きいため、第１のＡｌ薄膜３０は、基板１から対向ステージ６側に転写される。
【０００８】
同様にして、基板１上に第２のＡｌ薄膜３０を形成し、ＦＡＢ処理を施し、接合転写することにより、第１のＡｌ薄膜３０の上に第２のＡｌ薄膜３０を積層する。最初の工程との違いは、ＦＡＢ処理の工程において、２回目のときは対向ステージ６表面にＦＡＢ処理を施すのではなく、第１のＡｌ薄膜３０の裏面（それまで基板１に接触していた面）に照射し、そこを清浄化することである。第１のＡｌ薄膜３０と第２のＡｌ薄膜３０の相対的な位置出しは、対向ステージ６側あるいは基板１側に設けられているｘ−ｙ（水平）平面内のアライメント機構（図示せず）によって行う。
【０００９】
以上の各工程を繰り返して順にＡｌ薄膜３０を積層することにより、同図（ｆ）に示すように、微小構造体８が製造できる。このような方法により製造した微小構造体８は、Ａｌ製であるが、他の材料で製造するには、基板１上に形成する薄膜を銅、インジウム等の他の金属やセラミックス等の絶縁体（アルミナ、炭化けい素）にすれば良い。これらの微小部品はそれ自身が部品として機能するばかりでなく、射出成形用の型として使用することも可能である。
【００１０】
【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装置によれば、ｚステージ６０を支持するガイド部のがたによってｚステージ６０によって対向ステージ６を上下動させる度にｚステージ６０が上下方向に対して傾く方向に変位して正確な位置決めができず、薄膜の接合位置がずれて断面形状精度が悪くなるという問題がある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、形状精度が良好な微小構造体を製造することが可能な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。
【００１２】
【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、基板上に形成された所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を、対向するステージ上に順次転写、積層して微小構造体を製造する方法において、前記基板と前記ステージを互いに対向しない第１の位置に配置し、前記第１の位置で前記基板上の前記薄膜および前記ステージの表面側に粒子ビームを照射し、前記基板と前記ステージを互いに対向する第２の位置に配置し、前記第２の位置で前記基板と前記ステージとの接離動作によって前記基板上の前記薄膜を前記ステージ側に転写することを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
上記構成によれば、基板上の薄膜とステージの表面側に粒子ビームを照射すると、その表面が清浄化されて薄膜とステージあるいはステージに転写された薄膜との接合強度が増す。基板とステージが対向しない第１の位置で粒子ビームを照射することにより、基板とステージとの接離動作のストロークが短くて済み、接離動作機構におけるガイド部のがたによる位置精度への影響が少なくなる。
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するため、基板上に形成された所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を、対向するステージ上に順次転写、積層して微小構造体を製造する装置において、前記複数の薄膜が形成された前記基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダと前記ステージを互いに対向しない第１の位置と互いに対向する第２の位置との間で相対的に移動させる第１の移動手段と、前記第１の位置で前記基板上の前記薄膜および前記ステージの表面側に粒子ビームを照射する照射手段と、前記第２の位置で前記基板ホルダと前記ステージとの接離動作を行わせて前記基板上の前記薄膜を前記ステージ側に転写させる第２の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。
上記構成によれば、基板上の薄膜とステージ側の表面に粒子ビームを照射すると、その表面が清浄化されて薄膜とステージあるいはステージに転写された薄膜との接合強度が増す。基板ホルダとステージが対向しない第１の位置で粒子ビームを照射することにより、基板ホルダとステージとの接離動作のストロークが短くて済み、第２の移動手段の接離動作機構におけるガイド部のがたによる位置精度への影響が少なくなる。
【００１５】
【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接合装置を示す。この接合装置１０は、真空槽５と、真空槽５内の下方に配置された精密位置決めｘ−ｙ−θステージ９と、ｘ−ｙ−θステージ９をｘ方向に移動させる粗動ステージ１１と、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、および基板１，離型層２，薄膜３０からなるパターン基板３１の両方の面にＡｒガス７をそれぞれ照射するＦＡＢ照射装置７０Ａ，７０Ｂと、ｘ−ｙ−θステージ９のｘ方向の位置を検出するレーザ干渉計１２とを有する。
【００１６】
ｘ−ｙ−θステージ９は、パターン基板３１をｘ方向に移動させるｘステージ９０と、パターン基板３１をｙ方向に移動させるｙステージ９１と、パターン基板３１をｚ軸回りに回転させるθステージ９２とを備える。
【００１７】
対向ステージ６は、ｘ−ｙ面に対し垂直に動くｚステージ６０と、ｚステージ６０をｚ方向に移動可能に真空槽５に支持するｚ軸ガイド部６１とを備える。
【００１８】
図２は、パターニング工程を示す。まず、同図（ａ）に示すように、基板１としてＳｉウェハを準備し、基板１の表面にポリイミドをスピンコート法により塗布し、これを最高温度３５０℃でベークして離型層２を形成する。
【００１９】
次に、同図（ｂ）に示すように、離型層２の上にスパッタリング法によりＡｌ薄膜３を０．５μｍ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０．５Ｐａ、基板１温度は室温とする。着膜中は水晶振動子式膜厚計で常時膜厚をモニターし、０．５μｍに達したところで着膜を終了する。これにより、基板１内の膜厚分布は、０．５±０．０２μｍ以下が得られる。
【００２０】
次に、同図（ｃ）に示すように、基板１表面にフォトレジストを塗布し、通常のフォトリソグラフィー法によりＡｌ薄膜３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３０を得る。フォトレジストにはポジ型を用い、フォトマスクを用いてレジストを露光する。Ａｌ薄膜３をエッチングした後、フォトレジストを剥離液にて除去する。このようにして基板１上に離型層２を介して複数の薄膜３０が形成されたパターン基板３１を作製する。
【００２１】
図３、図４および図５は、接合装置１０による接合転写工程を示す。図３（ａ）に示すように、パターン基板３１を真空槽５内に導入し、ｘ−ｙ−θステージ９のθステージ９２上に固定する。このとき、パターン基板３１と対向ステージ６を、ｚ方向では約１ｃｍの間隔とし、また、両者が対向しないように粗動ステージ１１によって移動させて対向ステージ６の表面に設けた対向基板６２真下からｘ方向にｚ方向の間隔（約１ｃｍ）より大なる距離、例えば、２０ｃｍ程度ずらして配置する。
【００２２】
次に、真空槽５内を１０-6Ｐａ台まで真空に排気する。そして対向基板６２の表面およびＡｌ薄膜３０の表面にＡｒガス７を照射してＦＡＢ処理を施す。ＦＡＢ処理条件は、電圧１．５ｋＶ、電流１５ｍＡ、処理時間１０ｍｉｎである。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、レーザ干渉計１２によりｘ−ｙ−θステージ９のｘ方向の位置を高精度に測定しながら、粗動ステージ１１およびｘ−ｙ−θステージ９を移動させて、対向基板６２とパターン基板３１の第１の薄膜３０が対向するように位置合わせする。
【００２４】
次に、図４（ａ）に示すように、ｚステージ６０によって対向ステージ６を下降させて清浄な対向基板６２の表面と清浄な第１の薄膜３０の表面とを接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ2を懸け５分間押し付けて、対向基板６２と薄膜３０とを強固に接合する。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４（ｂ）に示すように、ｚステージ６０によって対向ステージ６を上昇させて両者を元の位置に引き離すと、第１の薄膜３０と対向ステージ６の接合力の方が第１の薄膜３０と離型層２の密着力よりも大きいため、第１の薄膜３０は基板１側から対向ステージ６側に転写される。
【００２６】
次に、図５に示すように、再び粗動ステージ１１によってｘ−ｙ−θステージ９を対向基板６２真下からｘ方向に２０ｃｍ程度移動させて両者が対向しないように配置する。そして、再びＡｒガス７を照射してＦＡＢ処理を施す。最初のＦＡＢ処理との違いは対向基板６２表面にＡｒガス７を照射するのではなく、第１の薄膜３０の裏面（それまで基板１側に接触していた面）に照射し、そこを清浄化することである。
【００２７】
次に、図３（ｂ）〜図４（ｂ）で行ったのと同様の動作を行い、第２の薄膜３０を対向基板６２上に接合・剥離・転写する。以降は、図３（ｂ）〜図４（ｂ）を繰り返し、微小構造体を製造する。
【００２８】
図６は、この第１の実施の形態の効果を説明するための図である。この第１の実施の形態によれば、パターン基板３１の表面とＺ軸ガイド部６１のパターン基板３１側の端面との距離Ｌを約１ｃｍにできるため、水平方向の位置ズレ量σ（＝２Ｌ×ｔａｎθ）をサブミクロンと従来よりも１桁小さくでき、これにより高精度な微小構造体を製造することができる。製造した微小構造体を測定したところ、形状精度はサブミクロンを達成できた。
【００２９】
図７および図８は、本発明の第２の実施の形態に係る接合装置による接合転写工程を示す。この接合装置１０は、真空槽５と、真空槽５内の下方に配置された精密位置決めｘ−ｙ−θステージ９と、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、対向ステージ６およびパターン基板３１の両方の面にＡｒガス７をそれぞれ照射するＦＡＢ照射装置７０Ａ，７０Ｂとを有する。
【００３０】
次に、この第２の実施の形態における微小構造体の製造方法を説明する。まず、図２（ａ）〜（ｃ）で説明した第１の実施の形態と同様に、パターン基板３１を作製する。
【００３１】
次に、図７（ａ）に示すように、このパターン基板３１を真空槽５内に導入し、ｘ−ｙ−θステージ９のθステージ９２上に固定する。次に、真空槽５内を１０-6Ｐａ台まで真空に排気する。そして対向基板６２の表面およびＡｌ薄膜３０の表面にＡｒガス７を照射してＦＡＢ処理を施す。
【００３２】
次に、図７（ｂ）に示すように、ｚステージ６０によって対向ステージ６をレール６３に沿って下降させ、清浄な対向基板６２の表面と清浄な第１の薄膜３０の表面とを接触させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ2を懸け５分間押し付けて、対向基板６２と第１の薄膜３０とを強固に接合する。
【００３３】
次に、図８（ａ）に示すように、ｚステージ６０によって対向ステージ６を上昇させて両者を元の位置に引き離すと、第１の薄膜３０と対向基板６２の接合力の方が第１の薄膜３０と離型層２の密着力よりも大きいため、第１の薄膜３０は基板１側から対向ステージ６側に転写される。
【００３４】
次に、図８（ｂ）に示すように、対向ステージ６側に転写された第１の薄膜３０と第２の薄膜３０の位置出しをｘ−ｙ−θステージ９によって行った後、図７（ａ）と同様に、再びＡｒガス７を照射する。最初のＡｒガス７の照射との違いは、対向基板６２の表面にＡｒガス７を照射するのではなく、第１の薄膜３０の裏面（それまで基板１側に接触していた面）に照射し、そこを清浄化することである。
【００３５】
次に、図７（ｂ）および図８（ａ）の動作を同様に行い、第２の薄膜３０を対向ステージ６側上に転写する。以降は、図７（ａ）〜図８（ｂ）を繰り返し、微小構造体を製造する。
【００３６】
上記の第２の実施の形態によれば、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。
【００３７】
【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および装置によれば、基板とステージを互いに対向しない位置で粒子ビームを照射することにより、基板とステージとの接離動作のストロークを短くすることができ、接離動作機構におけるガイド部のがたによる位置精度への影響が少なくなるので、形状精度が良好な微小構造体を製造することが可能となる。
また、本発明の微小構造体の製造装置によれば、基板ホルダとステージとの接離動作の際に、基板ホルダあるいはステージを対向する方向に平行に案内することにより、接離手段の接離動作機構におけるガイド部のがたによる位置精度への影響が少なくなるので、形状精度が良好な微小構造体を製造することが可能となる。
【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接合装置を示す図
【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施の形態に係る薄膜の形成工程を示す図
【図３】（ａ），（ｂ）は第１の実施の形態に係る接合装置による接合転写工程を示す図
【図４】（ａ），（ｂ）は第１の実施の形態に係る接合装置による接合転写工程を示す図
【図５】第１の実施の形態に係る接合装置による接合転写工程を示す図
【図６】第１の実施の形態の効果を説明するための図
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る接合装置による接合転写工程を示す図
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る接合装置による接合転写工程を示す図
【図９】（ａ）〜（ｆ）は従来の微小構造体の製造工程を示す図
【符号の説明】
１  基板
２  離型層
３  薄膜
４  ホトレジスト
５  真空槽
６  対向ステージ
７  Ａｒガス
８  微小構造体
９  ｘ−ｙ−θステージ
１０  接合装置
１１  粗動ステージ
１２  レーザ干渉計
３０  薄膜
３１  パターン基板
６０  対向ステージ
６１  軸ガイド部
６２  対向基板
６３  レール
７０Ａ，７０Ｂ  照射装置
９０  ｘステージ
９１  ｙステージ
９２  θステージ
【図１】
0003821200.tif 000002
【図２】
0003821200.tif 000003
【図３】
0003821200.tif 000004
【図４】
0003821200.tif 000005
【図５】
0003821200.tif 000006
【図６】
0003821200.tif 000007
【図７】
0003821200.tif 000008
【図８】
0003821200.tif 000009
【図９】
0003821200.tif 000010