(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小構造体の断面形状を有する複数の薄膜を順次積層して前記微小構造体を製造する方法において、
基板上にそれぞれが複数の前記薄膜を含む複数のセルが設定され、前記セルの間隔が所定のピッチとなるように前記複数の薄膜を形成する第１の工程と、
前記基板と前記複数の薄膜が積層されるステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させつつ、前記基板から前記セルに含まれる複数の前記薄膜を同時に剥離し、この剥離した前記セルに含まれる複数の前記薄膜を前記ステージ上に同時に積層して接合させ、前記ステージ上に前記微小構造体を形成する第２の工程と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】
微小構造体の断面形状を有するＮ個の薄膜を順次積層してＭ個の前記微小構造体を同時に製造する方法において、
基板上にＮ個のセルを所定のピッチで設定し、一つの前記セル内に同一の層のＭ個の前記薄膜を形成する第１の工程と、
前記基板とＭ×Ｎ個の前記薄膜が積層されるステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させつつ、前記基板上の一つの前記セルから前記Ｍ個の薄膜を剥離し、この剥離した前記Ｍ個の薄膜を前記ステージ上に積層して接合させ、前記ステージ上にＭ個の前記微小構造体を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項３】
前記Ｍ個の微小構造体は、同一形状のものからなる構成の請求項２記載の微小構造体の製造方法。
【請求項４】
前記Ｍ個の微小構造体は、異形状のものを含む構成の請求項２記載の微小構造体の製造方法。
【請求項５】
微小構造体の断面形状を有する複数の薄膜を順次積層して前記微小構造体を製造する装置において、
真空槽内に配置され、前記複数の薄膜を所定のピッチで形成した基板を載置する基板ホルダと、
前記真空槽内で前記基板ホルダに対向して配置され、前記複数の薄膜を積層して形成される前記微小構造体を支持するステージと、
積層する前記薄膜と前記ステージとが対向する位置で前記基板から前記薄膜を剥離し、この剥離した前記薄膜を前記ステージ上に積層して接合させる積層手段と、
前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させ、次に積層する前記薄膜上に前記ステージを位置させる移動手段と、
前記基板から前記複数の薄膜を順次剥離し、この剥離した前記複数の薄膜を前記ステージ上に順次積層し接合させて前記微小構造体を形成するように前記積層手段および前記移動手段を制御する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６】
前記移動手段は、前記基板ホルダおよび前記ステージを相対的に前記基板の面に平行なｘ軸方向およびｙ軸方向、前記基板に垂直なｚ軸方向、およびｚ軸周りのθ方向に移動させる移動機構を備えた構成の請求項５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記複数の薄膜が形成された前記基板の画像を撮像する撮像手段を備え、
前記制御手段は、前記撮像手段によって撮像された前記画像に基づいて、前記移動機構を制御して初期位置調整を行う構成の請求項６記載の微小構造体の製造装置。
【請求項８】
微小構造体の断面形状を有するＮ個の薄膜を順次積層してＭ個の前記微小構造体を同時に製造する装置において、
真空槽内に配置され、Ｎ個のセルが所定のピッチで設定され、一つの前記セル内に同一の層のＭ個の前記薄膜を形成した基板を載置する基板ホルダと、
前記真空槽内で前記基板ホルダに対向して配置され、前記Ｎ個の薄膜を積層して形成される前記Ｍ個の微小構造体を支持するステージと、
積層する前記Ｍ個の薄膜と前記ステージとが対向する位置で前記基板上の一つの前記セルから前記Ｍ個の薄膜を剥離し、この剥離した前記Ｍ個の薄膜を前記ステージ上に積層して接合させる積層手段と、
前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させ、次に積層する前記セル内の前記Ｍ個の薄膜上に前記ステージを位置させる移動手段と、
前記基板上の前記Ｎ個のセルから前記Ｍ個の薄膜を順次剥離し、この剥離した前記Ｍ個の薄膜を前記ステージ上に順次積層し接合させて前記Ｍ個の微小構造体を形成するように前記積層手段および前記移動手段を制御する制御手段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９】
前記Ｍ個の微小構造体は、同一形状のものからなる構成の請求項８記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１０】
前記Ｍ個の微小構造体は、異形状のものを含む構成の請求項８記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１１】
前記移動手段は、前記基板ホルダおよび前記ステージを相対的に前記基板の面に平行なｘ軸方向およびｙ軸方向、前記基板に垂直なｚ軸方向、およびｚ軸周りのθ方向に移動させる移動機構を備えた構成の請求項５記載の微小構造体の製造装置。
【請求項１２】
前記移動手段は、前記Ｎ個のセル内に前記Ｍ個の薄膜がそれぞれ形成された前記基板の画像を撮像する撮像手段を備え、
前記制御手段は、前記撮像手段によって撮像された前記画像に基づいて、前記移動機構を制御して初期位置調整を行う構成の請求項１１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、あるいはこれらを成形する金型等の微小構造体の製造方法および製造装置に関し、特に、金属あるいは絶縁体からなる薄膜を微小構造体の断面形状にパターニングし、これらを積層して微小構造体を形成する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】
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造形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、近年、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。このようなニーズに対応するものとして、従来より以下の積層造形方法が知られている。
(1) 光造形法（以下「従来例１」という。）
(2) 粉末法（以下「従来例２」という。）
(3) シート積層法（以下「従来例３」という。）
(4) 薄膜を出発材料として用いる方法（以下「従来例４」という。）
【０００３】
図９は、従来例１の光造形法を示す。この「光造形法」は、紫外線等の光照射によって硬化する光硬化性樹脂１００を満たした槽１０１に、上面よりレーザ光１０２を３次元物体の断面形状データに応じて２次元走査を行い、樹脂層１００ａを硬化させ、ステージ１０３を１層分下げ、この工程を繰り返すことにより複数の樹脂層１００ａからなる３次元物体を造形するものである。この光造形法として、名古屋大学の生田らによって文献「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ、１９９６、Ｎｏ４、ｐ１０３」に示されたものがある。この光造形法によれば、露光条件の最適化や樹脂特性の最適化等の工夫により平面形状精度５μｍ、積層方向の解像度３μｍを達成することができる。また、大阪大のＫａｗａｔａらによって文献「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＭＥＭＳ  ９７，  ｐ１６９」に示されたものがある。この光造形法によれば、２光子吸収現象という原理を用いることによって平面形状精度０．６２μｍ、積層方向の解像度２．２μｍを達成することができる。
【０００４】
図１０は、従来例２の粉末法を示す。この「粉末法」は、槽１０１内に粉体１０４を薄く敷き詰め、この薄い層（粉体層）１０４ａにレーザ光１０２を照射することにより粉体層１０４ａを所望の形状の薄層に焼結し、この工程を繰り返すことにより、複数の粉体層１０４ａからなる焼結体の３次元物体を造形するものである。この粉末法によれば、３次元物体として樹脂だけでなく、セラミックスや金属等の造形が可能である。
【０００５】
図１１は、従来例３のシート積層法に係る製造装置を示す図であり、特開平６−１９０９２９号公報に示されているものである。この製造装置において、フィルム供給部１１０からプラスチックフィルム１１１を供給すると、そのプラスチックフィルム１１１は、接着剤塗布部１２０によって下面に光硬化型接着剤１２１が一様に塗布されて接着層が形成され、ネガパターン露光部１３０によって接着層のうち微小構造体の断面形状に対応する領域以外の領域が露光され、硬化部と未硬化部が形成され、光硬化接合部１４０の押さえローラ１４１によって下方に押さえられ、線光源１４２からの光線によって未硬化部が硬化し、下側のプラスチックフィルム１１１に接合する。レーザ切断部１５０は、炭酸ガスレーザ源１５１からのレーザによってプラスチックフィルム１１１の後端を切断するとともに、レーザによって最上層のプラスチックフィルム１１１の不要領域の輪郭を除去する。この工程を繰り返して微小構造体が製造される。なお、同図において、１６０は、本装置を制御するワークステーションである。このシート積層法によれば、プラスチックシートからなる微小構造体が得られる。
【０００６】
図１２は、従来例４の薄膜を出発材料として用いる製造方法を示す図であり、特開平８−１２７０７３号公報に示されているものである。この製造方法は、同図(a) に示すように、基材１７０に感光性樹脂膜１７１を形成し、同図(b) に示すように、所望のパターンに露光して露光部１７１ａを形成する工程と、同図(c) に示すように、樹脂膜１７１の混合を防止し、下層への露光を妨げる中間膜１７２を形成する工程を繰り返し、同図(d) に示すように、樹脂膜１７１と中間膜１７２からなる多層構造物を形成した後、樹脂の現像液に浸漬して同図(b) ，(c) に示す露光部１７１ａを選択除去して同図(d) に示すように、立体形状の微小構造体を得る方法である。この製造方法を用いれば、樹脂膜１７１と中間膜１７２はスピンコート法等が適用できるため、積層方向の解像度をμｍオーダーにできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例１の光造形法によれば、微小ギアや微細光学部品の製造に必要な積層方向の解像度１μｍ以下、膜厚精度０．１μｍ以下を達成できないという欠点がある。すなわち、出発材料（光硬化樹脂）を硬化させるために、層に垂直に入射する光を用いているため、垂直入射した光は表面から吸収されその強度を弱めながら深く進入していき、やがて硬化に必要な閾値レベル以下になる。そこまでの層の厚みが１層の厚みであるが、これは入射光の強度のばらつき、経時変化、出発材料の吸収係数のばらつき等により変化するため、高解像度化は難しい。
また、光硬化樹脂を用いるため、造形後に行われる完全硬化させるためのフルキュア工程で全体が１％〜数％収縮するという欠点があり、この工程で大幅に精度を落とすことになる。
また、レーザ光の２次元走査によって樹脂層を硬化させて３次元物体を造形しているため、多数の３次元物体を製造する場合は、時間がかかるという欠点がある。
また、製造できる３次元物体は比較的柔らかな光硬化樹脂に限られるため、金属等の固い材料で目的とする３次元物体を製造する場合は、この樹脂を型として電鋳法や射出成形法等により転写するしかなく、転写工程が必要となるという欠点がある。
【０００８】
また、従来例２の粉末法によれば、従来例１と同様に、層に垂直に入射する光を用いているため、積層方向の解像度が悪く、フルキュア工程における収縮により精度劣化を招く。また、レーザ光の２次元走査を用いているので、従来例１と同様に、多数個を製造する場合に時間がかかる。また、金属等の固い材料の３次元物体を製造する場合は、転写工程を要するという欠点を有している。
【０００９】
また、従来例３のシート積層法によれば、積層方向の解像度はシートの厚さで決まり、その下限はシートの取り扱いを考慮すると数十μｍ程度であり、やはり積層方向の解像度１μｍ以下は不可能である。
【００１０】
また、従来例４の薄膜を出発材料として用いる製造方法によれば、露光の工程でほぼ垂直に入射する光を用いるため、下層への露光を防ぐために中間膜（例えばＡｌ）が必要となり、１層当たりの解像度の点で不利になる。また、中間膜を省略するため、感光波長と溶媒の異なる２種類の感光性樹脂を交互に積層し、それぞれを露光し、最後に現像して３次元形状を形成する方法も当該公報に示されているが、溶媒が異なる樹脂同士の密着性に難があり、完成した部品の強度が低いこと、および最後の現像工程で感光性樹脂が膨潤し、寸法精度が悪くなるといった欠点がある。更に、感光性樹脂を用いているため、上記の光造形法と同様に金属や絶縁体等の材料には直接適用することは不可能で、型として使うしかなかった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、積層方向の解像度が高く、積層時間の短縮化を図った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。
【００１２】
【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、微小構造体の断面形状を有する複数の薄膜を順次積層して前記微小構造体を製造する方法において、基板上にそれぞれが複数の前記薄膜を含む複数のセルが設定され、前記セルの間隔が所定のピッチとなるように前記複数の薄膜を形成する第１の工程と、前記基板と前記複数の薄膜が積層されるステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させつつ、前記基板から前記セルに含まれる複数の前記薄膜を同時に剥離し、この剥離した前記セルに含まれる複数の前記薄膜を前記ステージ上に同時に積層して接合させ、前記ステージ上に前記微小構造体を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、微小構造体の断面形状を有するＮ個の薄膜を順次積層してＭ個の前記微小構造体を同時に製造する方法において、基板上にＮ個のセルを所定のピッチで設定し、一つの前記セル内に同一の層のＭ個の前記薄膜を形成する第１の工程と、前記基板とＭ×Ｎ個の前記薄膜が積層されるステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させつつ、前記基板上の一つの前記セルから前記Ｍ個の薄膜を剥離し、この剥離した前記Ｍ個の薄膜を前記ステージ上に積層して接合させ、前記ステージ上にＭ個の前記微小構造体を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、微小構造体の断面形状を有する複数の薄膜を順次積層して前記微小構造体を製造する装置において、真空槽内に配置され、前記複数の薄膜を所定のピッチで形成した基板を載置する基板ホルダと、前記真空槽内で前記基板ホルダに対向して配置され、前記複数の薄膜を積層して形成される前記微小構造体を支持するステージと、積層する前記薄膜と前記ステージとが対向する位置で前記基板から前記薄膜を剥離し、この剥離した前記薄膜を前記ステージ上に積層して接合させる積層手段と、前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させ、次に積層する前記薄膜上に前記ステージを位置させる移動手段と、前記基板から前記複数の薄膜を順次剥離し、この剥離した前記複数の薄膜を前記ステージ上に順次積層し接合させて前記微小構造体を形成するように前記積層手段および前記移動手段を制御する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を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、微小構造体の断面形状を有するＮ個の薄膜を順次積層してＭ個の前記微小構造体を同時に製造する装置において、真空槽内に配置され、Ｎ個のセルが所定のピッチで設定され、一つの前記セル内に同一の層のＭ個の前記薄膜を形成した基板を載置する基板ホルダと、前記真空槽内で前記基板ホルダに対向して配置され、前記Ｎ個の薄膜を積層して形成される前記Ｍ個の微小構造体を支持するステージと、積層する前記Ｍ個の薄膜と前記ステージとが対向する位置で前記基板上の一つの前記セルから前記Ｍ個の薄膜を剥離し、この剥離した前記Ｍ個の薄膜を前記ステージ上に積層して接合させる積層手段と、前記基板ホルダと前記ステージとを相対的に前記所定のピッチで移動させ、次に積層する前記セル内の前記Ｍ個の薄膜上に前記ステージを位置させる移動手段と、前記基板上の前記Ｎ個のセルから前記Ｍ個の薄膜を順次剥離し、この剥離した前記Ｍ個の薄膜を前記ステージ上に順次積層し接合させて前記Ｍ個の微小構造体を形成するように前記積層手段および前記移動手段を制御する制御手段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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る積層装置を示す。この積層装置１は、真空槽２を有し、この真空槽２の内部に、上面４ａに固定された薄膜担持体３をｘ軸方向，ｙ軸方向およびｚ軸周りのθ方向にそれぞれ移動させるｘ−ｙ−θステージ４と、薄膜担持体３のアライメント状態を検出する例えばＣＣＤカメラの如きアライメント検出部５と、ダミー基板６が表面７ａに形成されるとともに、ｚ軸方向に移動するｚステージ７と、ｘ−ｙ−θステージ４側およびｚステージ７側に粒子ビーム８をそれぞれ照射してＦＡＢ(Fast Atom Bombardment) 処理する第１の粒子ビーム出射端９Ａおよび第２の粒子ビーム出射端９Ｂと、真空槽２内の真空度を検出する真空計１０とを配設している。なお、「ＦＡＢ処理」とは、粒子ビームとして例えばアルゴン原子ビームを１ｋＶ程度の電圧で加速して材料の表面に照射し、材料表面の酸化膜，不純物等を除去して清浄な表面を形成する処理をいう。本実施の形態では、ＦＡＢの照射条件を処理対象の材料に応じて加速電圧１〜１．５ｋＶ、照射時間１〜１０分の範囲で変更するようにしている。
【００１４】
ｘ−ｙ−θステージ４は、真空中で使用可能なものであり、薄膜担持体３をｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ移動させるｘステージ４０およびｙステージ４１と、ｚ軸周りに回転するθステージ４２とを備える。
【００１５】
ｚステージ７は、例えば、ステンレス，アルミニウム合金等の金属からなる。ダミー基板６は、１０ｍｍ角からなり、ｚステージ７上に積層された複数の薄膜からなる微小構造体をｚステージ７から容易に取り出せるようにするため、予め、ｚステージ７の表面７ａに形成される。ダミー基板６の材料は、微小構造体の材料に応じて選択する。すなわち、微小構造体をアルミニウム等の金属で形成する場合は、ダミー基板６の材料として銅あるいはニッケルを選択し、ｚステージ７の表面７ａに銅あるいはニッケルをめっき法により例えば約５μｍ着膜する。微小構造体をアルミナ、窒化アルミ、炭化けい素、シリコン窒化膜等の絶縁体であるセラミックスで形成する場合は、ダミー基板６の材料としてアルミニウムを選択し、ｚステージ７の表面７ａにアルミニウムを真空蒸着法等により形成する。薄膜の積層終了後、ダミー基板６のみをエッチング除去することにより、微小構造体に外力を加えることなく、微小構造体のみをｚステージ７から容易に分離することができる。
【００１６】
図２は、積層装置１の制御系を示す。積層装置１は、本装置１全体の制御を司る制御部１１を有し、この制御部１１に、制御部１１のプログラムを含む各種の情報（ｘ−ｙ−θステージ４の移動ピッチ情報）を記憶するメモリ１２、真空槽２内を真空にする真空ポンプ１３、第１および第２の粒子ビーム出射端９Ａ，９Ｂからそれぞれ粒子ビーム８を照射する第１のＦＡＢ処理部１４Ａおよび第２のＦＡＢ処理部１４Ｂ、ｘステージ４０を構成するｘ軸モータ４０ａおよびｘ軸位置検出部４０ｂ、ｙステージ４１を構成するｙ軸モータ４１ａおよびｙ軸位置検出部４１ｂ、θステージ４２を構成するθモータ４２ａおよびθ位置検出部４２ｂ、ｚステージ７を構成するｚ軸モータ７ｂおよびｚ軸位置検出部７ｃ、上記アライメント検出部５、および上記真空計１０を各々接続している。ｘ軸位置検出部４０ｂ，ｙ軸位置検出部４１ｂ，θ位置検出部４２ｂおよびｚ軸位置検出部７ｃは、例えば、レーザー干渉計やガラススケール等を用いることができる。これらを用いることにより、サブμｍの移動精度を実現できる。
【００１７】
第１および第２のＦＡＢ処理部１４Ａ，１４Ｂは、１〜１．５ｋＶの加速電圧を対応する第１および第２の粒子ビーム出射端１１Ａ，１１Ｂに付与するものである。
【００１８】
制御部１１は、メモリ１２が記憶するプログラムおよびｘ−ｙ−θステージ４の移動ピッチ情報に基づいて、薄膜担持体３が載置されたｘ−ｙ−θステージ４を所定のピッチ（例えば１０．１ｍｍ）で移動させつつ、ｚステージ７の表面７ａにダミー基板６を介して順次積層して接合させることにより微小構造体を形成するように積層装置１の各部を制御するようになっている。
【００１９】
次に、上記構成の積層装置１を用いた微小構造体の製造方法を説明する。
【００２０】
図３は、目的とする微小構造体を示す。この微小構造体３０は、１６層からなるものであり、大径円柱からなる３つの第１の微小構造体３０Ａと、小径円柱からなる４つの第２の微小構造体３０Ｂと、正方形四角柱からなる１つの第３の微小構造体３０Ｃと、長方形四角柱からなる２つの第４の微小構造体３０Ｄを製造する場合について説明する。
【００２１】
図４(a) 〜(d) は、着膜工程およびパターンニング工程を示す。
(1) 着膜
まず、同図(a) に示すように、基板３１としてシリコンウェハを準備し、この基板３１の上にポリイミド３２を８μｍスピンコーティング法により形成する。そして真空処理装置内に導入し、ＣＦ4 ガスによるプラズマ処理を施し、ポリイミド３２の表面をふっ化する。この工程により、この上に形成される薄膜が接合後容易に剥離できるようにするための離型層３３が形成される。
次に、同図(b) に示すように、スパッタリング法によりＡｌ薄膜３４を０．５μｍ着膜する。なお、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３１の温度は室温とする。着膜中は水晶振動子式膜厚計で常時膜厚をモニターし、膜厚が０．５μｍに達したところで着膜を終了する。この結果、基板３１上のＡｌ薄膜３４の膜厚分布は、０．５±０．０２μｍ以下が得られた。なお、この膜厚が最終的に得られる微小構造体３０の積層方向の分解能を決めるため、膜厚および膜厚分布には十分な配慮が必要である。
【００２２】
(2) パターンニング
次に、同図(c) に示すように、基板３１上に形成したＡｌ薄膜３４の表面にフォトレジスト３５を塗布し、通常のフォトリソグラフィー法によりフォトマスクを用いてＡｌ薄膜３４をエッチングし、微小構造体３０の断面形状のパターン（断面パターン）を一括して形成する。本実施の形態ではドライエッチング法を用いた。引き続き、同じフォトマスクを用いてポリイミド３２を約３μｍエッチバックする。エッチングにはＡｌのエッチングと同様にドライエッチング法を用い、ガスとしてＣＦ4 とＯ2 を用いた。その後、同図(d) に示すように、レジスト３５を剥離して薄膜担持体３を得る。
【００２３】
図５(a) ，(b) は、パターンニング後の基板３１表面を示す。１つのセルＣｎには、同図(a) に示すように、第１〜第４の微小構造体３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの第ｎ層のＡｌ薄膜３４が形成されている。基板３１上には、同図(b) に示すように、同層の断面パターンのＡｌ薄膜３４を形成した所定のサイズのセルＣが予め定められた配列方法で配列されている。本実施の形態の場合は、１０×１０ｍｍのサイズを有する１６個の第１層〜第１６層のセルＣ1 ，Ｃ2 , Ｃ3 , …，Ｃ16が、ｘ方向およびｙ方向にピッチ１０．１ｍｍで４×４の２次元状に配列されている。基板３１には、アライメント調整に必要な位置決め面３１ａが形成されている。なお、配列方法は、１×１６のような１次元状の配列でもよい。重要なことは、いずれの配列においてもセルＣのピッチは、設計時に正確に定義しておくことである。
【００２４】
(3) 薄膜担持体３の真空槽２への導入
図６は、薄膜担持体３の真空槽２への導入状態を示す。同図に示すように、薄膜担持体３を真空槽２内の下部にあるｘ−ｙ−θステージ４の上面４ａに固定する。このとき、ｘ−ｙ−θステージ４のθステージ４２に起立してある３つの位置決めピン４ｂに当接するように薄膜担持体３を配置する。すなわち、基板３１の位置決め面３１ａを２つの位置決めピン４ｂに当接させ、基板３１の円周面３１ｂを他の１つの位置決めピン４ｂに当接させる。
【００２５】
(4) アライメント調整
オペレータは、アライメント検出部５で薄膜担持体３を拡大観察しながら、ｘステージ４０を往復させ、薄膜担持体３上のｘ軸方向に平行なラインがｙ軸方向に移動しないよう、θステージ４２を調整する。すなわち、制御部１１は、オペレータの操作に基づいて、ｘ軸モータ４０ａを駆動してｘステージ４０を往復させ、θモータ４２ａを駆動してθステージ４２を回転させる。ｘ軸方向に平行なラインとしては、四角柱の第３および第４の微小構造体３０Ｃ，３０ＤのＡｌ薄膜３４の辺３４ｘを用いることができる。この調整により、薄膜担持体３内のセルＣのｘ軸方向とｘ−ｙ−θステージ４のｘ軸方向とが一致する。このとき、ｙ軸方向も同様に一致する。そして、ダミー基板６の直下に第１層のセルＣ1 が概略位置するようにｘ−ｙ−θステージ４を位置決めする。このときの位置決め精度は、セルＣの大きさに対してセルＣの配列ピッチに余裕があるため、０．１ｍｍ以下ならよく、高精度なアライメントは不必要である。なお、この工程はｘ−ｙ−θステージ４のｘ軸方向（ｙ軸方向）とセルＣのｘ軸方向（ｙ軸方向）とを合わせる作業なので、特に真空槽２内で行う必要はなく、ステージ４を真空槽２の外に取り出して普通の顕微鏡を用いて行ってもよい。
【００２６】
(5) 真空槽２内の排気
オペレータが、積層装置１の図示しない排気スイッチを押下すると、制御部１１は、真空計１０の検出値に基づいて真空ポンプ１３を制御して真空槽２内を１０-6Ｐａ台まで排気し、真空槽２内を高真空状態あるいは超高真空状態にする。
【００２７】
(6) ＦＡＢ処理
制御部１１は、図１に示すように、第１および第２のＦＡＢ処理部１４Ａ，１４Ｂを制御して第１の粒子ビーム出射端９Ａからダミー基板６の表面にアルゴン原子ビーム８を照射し、第２の粒子ビーム出射端９ＢからＡｌ薄膜３４の表面にアルゴン原子ビーム８を照射してＦＡＢ処理を施す。本実施の形態では、アルゴン原子ビーム８を１．５ｋＶの加速電圧で斜め４５度の角度から１分間照射し、表面約５ｎｍの汚染層を除去した。
【００２８】
(7) 薄膜転写
図７は、転写工程を示す。制御部１１は、図７に示すように、ｚ軸位置検出部７ｃの検出信号に基づいてｚ軸モータ７ｂを制御してｚステージ７を下降させてダミー基板６をｘ−ｙ−θステージ４上の薄膜担持体３に接近させ、清浄なダミー基板６の表面と清浄な第１層のセルＣ1 内の薄膜３４の表面とを接触させ、所定の荷重（例えば、５０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）で所定の時間（例えば５分間）押し付ける。これにより、ダミー基板６と第１層のセルＣ1 内の１０個の薄膜３４の表面とが強固に接合される。その後、ｚステージ７を元の位置に復帰させる。離型層３３と薄膜３４との接合力をｆ1 、薄膜３４，３４同士の接合力をｆ2 、薄膜３４とダミー基板６との接合力をｆ3 としたとき、ｆ2 ＞ｆ3 ＞ｆ1 の大小関係となるようにダミー基板６、離型層３３および薄膜３４の材料を選択している。従って、薄膜３４は薄膜担持体３側からｚステージ７側に転写される。
【００２９】
次に、制御部１１は、メモリ１１が記憶するプログラムおよびｘ−ｙ−θステージ４の移動ピッチ情報に基づいて、ｘ−ｙ−θステージ４を所定のピッチ、例えば、−ｘ軸方向に１０．１００ｍｍだけ移動させる。これにより、ｚステージ７の直下に第２層のセルＣ2 が位置する。このとき、第２層のセルＣ2 のパターンを観察してアライメントすることは不要である。すなわち、設計で定義したセルＣのピッチ１０．１ｍｍとステージ４の移動量１０．１ｍｍを正確に一致させることにより、ｚステージ７の直下に第２層のセルＣ2 が位置することになる。
【００３０】
以下同様に、第２層のセルＣ2 内のＡｌ薄膜３４に対しＦＡＢ処理・転写することにより、第１層のセルＣ1 内のＡｌ薄膜３４の上に第２層のセルＣ2 のＡｌ薄膜３４が積層される。最初の工程との唯一の違いは、ＦＡＢ処理工程において、２回目のときはｚステージ７上のダミー基板６の表面にアルゴン原子ビーム８を照射するのではなく、第１層の薄膜３４の裏面（それまで基板３１に離型層３３を介して接触していた面）に照射し、そこを清浄化することである。
【００３１】
図８は、完成した微小構造体を示す。上述した工程をＮ個（１６個）のセルＣ1 〜Ｃ16の数だけ繰り返すことにより、Ｎ個のセルＣ内のＡｌ薄膜３４がＮ層に積層され、図８に示すように、ｚステージ７上のダミー基板６上にＭ個（１０個）の微小構造体３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが一括して完成する。その後、ダミー基板６を除去することにより、微小構造体３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが得られる。
【００３２】
上記の構成によれば、以下の効果が得られる。
(イ) 膜厚０．５μｍの複数の薄膜を順次積層して微小構造体３０を製造しているので、積層方向の高解像度化が可能になる。
(ロ) 各層の積層時に各層間の相対的な位置出しを行うためのアライメントマークのパターン認識が不要となるので、位置調整の時間を省略でき、積層時間の短縮を図ることができる。
(ハ) 微小構造体３０の各断面パターンを１０ｍｍのセルＣ内に複数個アレイ状に配置し、各セルＣ毎に順次積層しているので、各種の微小構造体３０を大量に一括して製造することができる。
(ニ) 各セルＣ内に各層間の相対的な位置出しを行うためのアライメントマークを配置する必要がないため、シリコンフェハの利用効率の向上を図ることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々な変形が可能である。例えば、薄膜は、銅、インジウム等の他の金属やアルミナ，炭化けい素等のセラミックス等の絶縁体にしてもよい。これらの材料を用いることにより、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。
また、断面パターンのＡｌ薄膜を形成する際に、アライメント調整用のラインをＡｌ薄膜で形成し、このラインをアライメント検出部５によって検出し、これに基づいてアライメント調整を行ってもよい。
また、上記実施の形態では、基板上への薄膜の着膜方法として、スパッタリング法について説明したが、電子ビーム加熱蒸着法，抵抗加熱蒸着法，化学蒸着法等の他の真空蒸着法やスピンコート法を用いてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、膜厚制御性が良好で基板全体に渡って膜厚均一性に優れたスパッタリング法等の着膜方法を用いて基板上に複数の薄膜を形成できるので、積層方向の高解像度化が可能になる。
基板上に形成された薄膜のピッチに対応して基板あるいはステージを移動させているので、アライメントマークを用いたパターン認識を行なわずに積層できるため、積層時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る積層装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る積層装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】目的とする微小構造体を示す斜視図である。
【図４】  (a) 〜(d) は着膜工程およびパターンニング工程を示す図である。
【図５】  (a) ，(b) はパターンニング後の基板表面を示す図である。
【図６】薄膜担持体の真空槽への導入状態を示す平面図である。
【図７】積層工程を示す積層装置の側面図である。
【図８】ダミー基板上に完成された微小構造体を示す斜視図である。
【図９】従来例１の光造形法を示す模式図である。
【図１０】従来例２の粉末法を示す模式図である。
【図１１】従来例３のシート積層法に係る製造装置を示す図である。
【図１２】  (a) 〜(d) は従来例４の薄膜を出発材料として用いる製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１  積層装置
２  真空槽
３  薄膜担持体
４  ｘ−ｙ−θステージ
４ａ  ｘ−ｙ−θステージの上面
４ｂ  位置決めピン
５  アライメント検出部
６  ダミー基板
７  ｚステージ
７ａ  ｚステージの表面
７ｂ  ｚ軸モータ
７ｃ  ｚ軸位置検出部
８  粒子ビーム
９Ａ  第１の粒子ビーム出射端
９Ｂ  第２の粒子ビーム出射端
１０  真空計
１１  制御部
１２  メモリ
１３  真空ポンプ
１４Ａ  第１のＦＡＢ処理部
１４Ｂ  第２のＦＡＢ処理部
３０  微小構造体
３０Ａ  第１の微小構造体
３０Ｂ  第２の微小構造体
３０Ｃ  第３の微小構造体
３０Ｄ  第４の微小構造体
３１  基板
３２  ポリイミド
３３  離型層
３４  Ａｌ薄膜
３５  フォトレジスト
４０  ｘステージ
４０ａ  ｘ軸モータ
４０ｂ  ｘ軸位置検出部
４１  ｙステージ
４１ａ  ｙ軸モータ
４１ｂ  ｙ軸位置検出部
４２  θステージ
４２ａ  θモータ
４２ｂ  θ位置検出部
Ｃ，Ｃ1 〜Ｃ16  セル
Ｃｘ  辺
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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