JPH11172412A

JPH11172412A - 微小構造体の製造方法

Info

Publication number: JPH11172412A
Application number: JP33679497A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yamada; 高幸山田; Mutsuya Takahashi; 睦也高橋; Masanari Nagata; 真生永田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-06-29
Anticipated expiration: 2017-12-08
Also published as: JP3627482B2

Abstract

(57)【要約】【課題】積層方向の解像度が高く、小さな接合荷重で
も薄膜間の接合強度が高く、機械的強度の大きな微小構
造体を得ることのできる微小構造体の製造方法を提供す
る。【解決手段】基板３１上に表面粗さが１０ｎｍ以下の
複数の薄膜３４を形成する。ｚステージ７を下降させて
ダミー基板６と第１層の薄膜３４とを接触させ、所定の
荷重で押し付ける。これにより、ダミー基板６と第１層
の薄膜３４とが強固に接合される。ｚステージ７を元の
位置に復帰させる。第１層の薄膜３４は薄膜担持体３側
からｚステージ７側に転写される。以下同様に、第２層
の薄膜３４に対し同様に転写することにより、第１層の
薄膜３４の上に第２層の薄膜３４が積層される。これを
繰り返すことにより、複数の薄膜３４からなる微小構造
体が得られる。

Description

【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１
０３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、ｐ１
０３」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「ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＭＥＭＳ９
７，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１４
１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８−１２７０
７３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１７
２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、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、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】一方、微小ギヤのように機械要素として用
いられる微小構造体は、一定の機械的強度が要求され
る。

【００１２】従って、本発明の目的は、積層方向の解像
度が高く、小さな接合荷重でも薄膜間の接合強度が高
く、機械的強度の大きな微小構造体を得ることのできる
微小構造体の製造方法を提供することにある。

【００１３】

【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
膜をステージ上に所定の荷重を加えて順次接合すること
により、前記複数の薄膜を積層してなる前記微小構造体
を製造する方法において、平坦な基板上に、表面が少な
くとも前記所定の荷重と必要とする前記薄膜間の接合強
度とから定まる表面粗さを有するように前記複数の薄膜
を形成する形成工程と、前記基板から前記複数の薄膜を
剥離し、この剥離した前記複数の薄膜を前記ステージ上
に前記所定の荷重を加えて順次接合する接合工程とを含
むことを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
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ステージ上に所定の荷重を
加えて順次接合することにより、前記複数の薄膜を積層
してなる前記微小構造体を製造する方法において、基板
上に、中間層が所定の硬度を有する金属からなり、少な
くとも最上層が前記金属より硬度の低い金属からなる複
数層を積層して薄膜を着膜する着膜工程と、前記着膜工
程によって着膜された前記薄膜を前記微小構造体の断面
形状にパターンニングして前記複数の薄膜を形成するパ
ターニング工程と、前記基板から前記複数の薄膜を剥離
し、この剥離した前記複数の薄膜を前記ステージ上に前
記所定の荷重を加えて順次接合する接合工程とを含むこ
とを特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。

【００１４】

【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、複数の薄膜３４を担持した
薄膜担持体３を上面４ａに固定されるとともに、その薄
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 At
om 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、アルゴ
ン原子ビーム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。

【００１５】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。

【００１６】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、ｚ
ステージ７上に積層された複数の薄膜３４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。後述するようにダミー基板６上に複数
の薄膜３４を積層して微小構造体を形成した後、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。

【００１７】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（例えば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９
Ａ，９Ｂからそれぞれ粒子ビーム８を照射する第１のＦ
ＡＢ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。

【００１８】第１および第２のＦＡＢ処理部１４Ａ，１
４Ｂ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。

【００１９】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を介して複数の薄膜３４を所定の
荷重を加えて順次接合することにより、複数の薄膜３４
を積層してなる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。

【００２０】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。

【００２１】図３(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３４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。な
お、このふっ化処理は、この上に形成される薄膜３４の
剥離を容易にするためのものであるが、必ずしも必要で
はない。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３４ａを着膜する。本実施の形態で
は、インライン型のスパッタリング装置を用い、ターゲ
ットには、高純度Ａｌを使用し、スパッタ圧力０．５Ｐ
ａ、基板３１の温度は室温とした。ターゲットに直流電
圧を印加し、放電領域に基板３１を搬送させると、一度
の通過で厚さ０．５μｍのＡｌ薄膜３４ａが着膜した。
一旦放電を止め、基板３１を最初の位置に戻し、二度目
の放電および搬送を行うことにより、厚さ０．５μｍの
Ａｌ薄膜３４ｂが着膜し、合計膜厚１μｍの２層膜が形
成された。この表面粗さをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で
測定したところ、算術平均粗さＲａを４ｎｍと小さくす
ることができた。薄膜３４の着膜を一旦停止すると、結
晶粒の連続成長が妨げられて最表面の結晶粒が小さくな
るため、薄膜３４を多層に形成することにより、膜厚１
μｍの薄膜３４を連続膜で形成する場合と比べて表面粗
さが小さくなる。なお、薄膜３４は、２層でも、４層以
上でもよい。

【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。基板３１上に、所定のピ
ッチで複数の薄膜３４が形成される。

【００２３】(3) 薄膜担持体３の真空槽２への導入薄膜担持体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に起立してある図示しない３
つの位置決めピンに当接するように薄膜担持体３を配置
する。

【００２４】(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薄膜担持体３のｘ軸方向およびｙ
軸方向とｘ−ｙ−θステージ４のｘ軸方向およびｙ軸方
向とが一致するようにθステージ４２を調整する。そし
て、ダミー基板６の直下に第１層の薄膜３４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。な
お、この工程はｘ−ｙ−θステージ４のｘ軸方向および
ｙ軸方向と薄膜担持体３のｘ軸方向および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。

【００２５】(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。

【００２６】(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Ｆ
ＡＢ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から薄膜３
４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５分間照
射し、表面約５ｎｍの汚染層を除去した。

【００２７】(7) 薄膜転写図４は、薄膜３４の表面粗さと接合強度の関係を示す。
なお、同図において、Ｆ₀はバルク強度を示し、Ｐ₁〜
Ｐ₄は薄膜３４を接合する際の荷重を示す。薄膜３４の
接合強度は、表面粗さが大きくなる程、また、荷重Ｐが
小さい程低下する傾向にある。従って、本実施の形態で
は、接合強度をバルク強度Ｆ₀並みにするため、接合強
度がバルク強度Ｆ₀から下降しはじめる点Ｖ₁〜Ｖ₄に
対応する表面粗さＲａ₁〜Ｒａ₄の薄膜を使用してい
る。これにより、必要最小限の荷重Ｐを用いることがで
き、装置の小型化を図ることができる。

【００２８】図５(a) ，(b) は、転写工程を示す。制御
部１１は、図５(a) 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層の薄膜３４の表面とを接触させ、所
定の荷重（例えば、５０ｋｇｆ／ｃｍ²）を加えて所定
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層の薄膜３４の表面とが強固に接合され
る。その後、図５(b) に示すように、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＞ｆ
₃＞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、図６(a) に示すよう
に、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を所定のピッチ移動させる。これにより、ｚス
テージ７の直下に第２層の薄膜３４が位置する。

【００３０】以下同様に、第２層の薄膜３４に対しＦＡ
Ｂ処理・転写することにより、第１層の薄膜３４の上に
第２層の薄膜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６(b) は、完成した微小構造体を示す。
上述した工程を薄膜３４の数だけ繰り返すことにより、
複数の薄膜３４が積層され、ｚステージ７上のダミー基
板６上に微小構造体３０が完成する。その後、ダミー基
板６を除去することにより、微小構造体３０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１．０μｍの複数の薄膜３４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) 薄膜３４の表面粗さを１０ｎｍ以下にすることによ
り、実効的な接合面積が増加して薄膜３４間の接合強度
を必要十分に大きくすることができるが、上記実施の形
態では５ｎｍ以下にしているので、実効的な接合面積が
より増加するので、小さな接合荷重でも接合強度をバル
クのＡｌ並みにすることができ、機械的強度の高い微小
構造体を製造することができた。

【００３３】図７は、第２の実施の形態に係る製造方法
を示す。この製造方法は、第１の実施の形態とは、薄膜
３４の形成方法が異なり、他は第１の実施の形態と同様
である。本実施の形態では、図３(b) に示す薄膜３４の
着膜工程において、２つのターゲットを装着できるイン
ライン型のスパッタリング装置を用い、一方のターゲッ
トに高純度アルミニウムを用い、他方のターゲットにア
ルミニウム合金（Ａｌ−２％Ｃｕ合金）を用いた。そし
て最初に高純度Ａｌのターゲットだけを放電させ、ここ
に基板３１を搬送させて図７に示すように高純度Ａｌ薄
膜３４０を０．１μｍ着膜させた。放電を一旦停止し、
基板３１を元の位置に戻し、今度はＡｌ−２％Ｃｕ合金
のターゲットだけを放電させ、ここに基板３１を搬送さ
せてＡｌ−Ｃｕ合金薄膜３４１を０．８μｍ着膜させ
た。Ａ−Ｃｕ合金薄膜３４１は、高純度Ａｌ薄膜３４０
に比べ、微量なＣｕ原子の存在により粒径が大きくなり
難いため、膜厚を厚く形成しても表面粗さが大きくなり
難い。また、この着膜の方法も、一度に０．８μｍを着
膜してもよいが、第１の実施の形態と同様に複数回に分
けて０．８μｍのＡｌ−Ｃｕ合金薄膜３４１を形成した
方が表面粗さが小さくなるため、より望ましい。また、
Ａｌ−Ｃｕ合金を用いることにより、剛性が純Ａｌより
も高いため、微小構造体の機械的強度を大きくできる。
次に、再び、高純度Ａｌのターゲットだけを放電させ、
ここに基板３１を搬送させて高純度Ａｌ薄膜３４０を
０．１μｍ着膜させた。このような工程により、最上層
と最下層を高純度Ａｌから形成し、中間層を機械的強度
の高いＡｌ−Ｃｕ合金から形成することができた。この
表面粗さをＡＦＭで測定したところ、Ｒａ＝２ｎｍを得
た。

【００３４】上記構成によれば、この薄膜を微小構造体
の断面形状にパターニングして積層転写したところ、Ａ
ｌ−Ｃｕ合金のバルク並みの強度を有する微小構造体が
得られた。

【００３５】なお、薄膜３４の最上層と最下層を高純度
Ａｌの替わりに金（Ａｕ）を用いてもよい。これによっ
ても同様に機械的強度の大きな微小構造体を形成でき
た。ＡｕはＡｌよりも更に柔らかいため、圧接時に容易
に変形し易く、実効的に広い面積で接合し易いが、Ａｕ
自身の機械的強度が小さいため、膜厚は０．０５μｍと
薄くした。また、Ａｕに限らず、他の比較的柔らかな金
属でも同様の効果がある。また、最上層のみをＡｌある
いはＡｕ等の材料で形成しても機械的強度の大きな微小
構造体を形成できた。その理由は、薄膜パターンを積層
転写した後、表面から露出する面は、それまで離型層３
２の表面に倣って表面粗さが元々小さいからである。ま
た、中間層は、Ａｌ−Ｃｕ合金に限らず、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ合金や他のＡｌ以外を主成分とする金属やＳｉ
Ｏ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁材料でもよい。また、中間層
は、２層以上の多層膜として形成してもよい。連続膜と
して形成する場合と比べ、小さい表面粗さを得る点で有
利である。

【００３６】図８(a) ，(b) は、本発明の第３の実施の
形態に係る製造方法を示す。但し、薄膜の表面は凹凸を
誇張して表している。この製造方法は、第１の実施の形
態とは、薄膜３４の形成方法が異なり、他は第１の実施
の形態と同様である。第１の実施の形態と同様に、基板
３１の上にポリイミド３２を形成し、離型層３３を形成
する。スパッタリング装置によってＡｌの薄膜３４を１
μｍ着膜する。この時の表面粗さはＲａ＝１５ｎｍであ
った。次に、この薄膜３４の表面をＣＭＰ(Chemical Me
chanical Polishing) 装置の研磨パッド１５を用いて数
分間研磨することにより、表面粗さがＲａ＝２ｎｍに改
善された。

【００３７】上記構成によれば、この薄膜を微小構造体
の断面形状にパターニングして積層転写したところ、Ａ
ｌのバルク並みの強度を有する微小構造体が得られた。

【００３８】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３４は、
表面粗さが大きい場合（例えば１０ｎｍを超えている場
合）でも、薄膜３４を複数層から構成し、中間層を硬度
の高い金属から形成し、最上層および最下層を硬度の低
い金属から形成してもよい。この場合に、例えば、中間
層をアルミニウム合金から形成し、最上層および最下層
を高純度アルミニウムから形成してもよく、最上層およ
び最下層を金を主成分とする材料から形成してもよい。
このように構成することにより、最上層および最下層の
表面の突部が接合荷重によって塑性変形し、実効的な接
合面積が増加して薄膜間の接合強度が向上し、機械的強
度の大きな微小構造体を得ることができる。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。

【００３９】

【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。また、表面が所定の表面粗さを有する薄膜を所定
の荷重で接合しているので、小さな接合荷重でも薄膜間
の接合強度が高く、機械的強度の大きな微小構造体を得
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】(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４】Ａｌ薄膜の表面粗さと接合強度の関係を示す図
である。

【図５】(a) ，(b) は転写工程を示す図である。

【図６】(a) は転写工程を示す図、(b) は完成した微小
構造体を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る製造方法を示
す図である。

【図８】(a) ，(b) は本発明の第３の実施の形態に係る
製造方法を示す図である。

【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４ｘ−ｙ−θステージ４ａｘ−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７ｚステージ７ａｚステージの表面７ｂｚ軸モータ７ｃｚ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１５研磨パッド３０微小構造体３１基板３２ポリイミド３３離型層３４，３４ａ，３４ｂＡｌ薄膜３５フォトレジスト４０ｘステージ４０ａｘ軸モータ４０ｂｘ軸位置検出部４１ｙステージ４１ａｙ軸モータ４１ｂｙ軸位置検出部４２ θステージ４２ａ θモータ４２ｂ θ位置検出部３４０高純度Ａｌ薄膜３４１Ａｌ−Ｃｕ合金薄膜Ｆ₀ バルク強度Ｐ₁〜Ｐ₄ 接合荷重Ｒａ₁〜Ｒａ₄ 表面粗さＶ₁〜Ｖ₄ 接合強度がバルク強度から下降しはじめる
点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｈ 55/17 Ｂ２２Ｆ 3/14 ＺＢ２９Ｌ 15:00

Claims

【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
をステージ上に所定の荷重を加えて順次接合することに
より、前記複数の薄膜を積層してなる前記微小構造体を
製造する方法において、平坦な基板上に、表面が少なくとも前記所定の荷重と必
要とする前記薄膜間の接合強度とから定まる表面粗さを
有するように前記複数の薄膜を形成する形成工程と、前記基板から前記複数の薄膜を剥離し、この剥離した前
記複数の薄膜を前記ステージ上に前記所定の荷重を加え
て順次接合する接合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】前記表面粗さは、１０ｎｍ以下である構成
の請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項３】前記形成工程は、前記基板上に薄膜を着膜
する着膜工程と、前記着膜工程によって着膜された前記
薄膜を前記微小構造体の断面形状にパターンニングする
パターニング工程を含む構成の請求項１記載の微小構造
体の製造方法。
【請求項４】前記着膜工程は、複数層の薄膜を積層して
前記薄膜を形成する構成の請求項３記載の微小構造体の
製造方法。
【請求項５】前記複数層の薄膜は、スパッタリングによ
って間欠的に着膜された請求項４記載の微小構造体の製
造方法。
【請求項６】前記複数層の薄膜は、中間層が所定の硬度
を有する金属からなり、少なくとも最上層が前記金属よ
り硬度の低い金属からなる構成の請求項４記載の微小構
造体の製造方法。
【請求項７】前記中間層は、アルミニウム合金からな
り、前記最上層は、高純度アルミニウムからなる構成の
請求項６記載の微小構造体の製造方法。
【請求項８】前記最上層は、金を主成分とする構成の請
求項６記載の微小構造体の製造方法。
【請求項９】前記形成工程は、前記着膜工程によって着
膜された前記薄膜の表面を前記表面粗さを有するように
研磨する研磨工程を含む構成の請求項３記載の微小構造
体の製造方法。
【請求項１０】前記研磨工程は、ＣＭＰ(Chemical Mech
anical Polishing) 法によって研磨する構成の請求項９
記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１１】前記着膜工程は、前記薄膜間の接合強度
より低い接合強度で前記薄膜と接合される離型層を前記
基板上に形成し、前記離型層の上に前記薄膜を着膜する
構成の請求項４記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１２】前記離型層は、その表面が前記表面粗さ
を有するように形成される構成の請求項１１記載の微小
構造体の製造方法。
【請求項１３】微小構造体の断面形状を有する複数の薄
膜をステージ上に所定の荷重を加えて順次接合すること
により、前記複数の薄膜を積層してなる前記微小構造体
を製造する方法において、基板上に、中間層が所定の硬度を有する金属からなり、
少なくとも最上層が前記金属より硬度の低い金属からな
る複数層を積層して薄膜を着膜する着膜工程と、前記着膜工程によって着膜された前記薄膜を前記微小構
造体の断面形状にパターンニングして前記複数の薄膜を
形成するパターニング工程と、前記基板から前記複数の薄膜を剥離し、この剥離した前
記複数の薄膜を前記ステージ上に前記所定の荷重を加え
て順次接合する接合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１４】前記中間層は、アルミニウム合金からな
り、前記最上層は、高純度アルミニウムからなる構成の
請求項１３記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１５】前記最上層は、金を主成分とする構成の
請求項１３記載の微小構造体の製造方法。