JPH1128768A

JPH1128768A - 微小構造体の製造方法

Info

Publication number: JPH1128768A
Application number: JP9182858A
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: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-02-02
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: JP3612945B2

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜パターンをステージに確実に接合させる
ことができ、転写率を高めることができる微小構造体の
製造方法を提供すること。【解決手段】基板１００を薄膜パターン１Ａが形成さ
れた領域以外の部分でエッチバックして凹部１０３Ｂを
形成し、基板１００の突出部１０３Ａ上に形成された薄
膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させる、
或いは基板１００の表面に緩衝層（離型層）１０６を形
成し、緩衝層（離型層）１０６上に形成された薄膜パタ
ーン１Ａをステージ２０２の表面に接触させるようにし
た。

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
って微小ギアや微細光学部品、或いはこれらを成形する
金型等の微小構造体を製造する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、これらを積層するこ
とによって微小構造体を製造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 (2) 粉末法 (3) シート積層法 (4) 薄膜を出発材料として用いる方法

【０００３】図１４は光造形法を示す。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３
００を満たした槽３０１に、上面よりレーザ光３０２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３００Ａを硬化させ、ステージ３０３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３
００Ａ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「Ｏ
ＰＴＲＯＮＩＣＳ（１９９６）Ｎｏ．４、ｐ１０３」に
示されるものがある。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「Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＭＥＭＳ９７，ｐ１
６９」に示されるものがある。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１５は粉末法を示す。この粉末法は、槽
３０１内に粉体３０４を薄く敷き詰め、この薄い層（粉
体層）３０４Ａにレーザ光３０２を照射することにより
粉体層３０４Ａを所望の形状の薄層に焼結させ、この工
程を繰り返すことにより複数の粉体層３０４Ａ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１６はシート積層法に係る製造装置を示
し、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３１０
からプラスチックフィルム３１１を供給すると、そのプ
ラスチックフィルム３１１は、接着剤塗布部３２０によ
って下面に光硬化型接着剤３２１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３３０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３４０の押えローラ３４１によって下方に押さえ
られ、線光源３４２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３１１に接合する。レ
ーザ切断部３５０は、炭酸ガスレーザ源３５１からのレ
ーザによってプラスチックフィルム３１１の後端を切断
すると共に、レーザによって最上層のプラスチックフィ
ルム３１１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、３６０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１７は薄膜を出発材料として用いる製造
方法を示し、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３７０に感光性樹脂膜３７１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３
７１Ａを形成する工程と、同図(c) に示すように、樹脂
膜３７１の混合を防止し、下層への露光を妨げる中間膜
３７２を形成する工程を繰り返し、同図(d) に示すよう
に、樹脂膜３７１と中間膜３７２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３７１Ａ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３７１と中間膜３７２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】しかし、上記光造形法によれば、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、薄膜精度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。

【０００８】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。

【０００９】更に、作製できる微小構造体は比較的柔ら
かな光硬化樹脂に限られるため、金属等の固い材料で目
的とする微小構造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
写工程が必要になるという欠点がある。

【００１０】また、粉末法によれば、光造形法と同様
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
度劣化を招くという欠点を有している。

【００１１】また、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。

【００１２】また、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（例えは、Ａ
ｌ）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
るという欠点がある。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、転写工程が必要になると
いう欠点がある。

【００１３】そこで、本出願人はこのような問題を解決
する、微小構造体の製造方法として、特願平９−１１４
０７１号を提案している。この微小構造体の製造方法
は、微小構造体を構成する複数の断面形状をそれぞれ有
する、金属或いは絶縁体からなる複数の薄膜パターンを
Ｓｉウェハ等の基板上に形成し、この基板をステージと
対向させた後、ステージの表面に薄膜パターンを所定の
荷重で押し付けて接合させ、更に基板をステージから離
して基板から薄膜パターンを剥離させてステージ側に転
写するといった各工程を繰り返し行って、ステージ上に
複数の薄膜パターンを積層することにより微小構造体を
形成している。

【００１４】上記した製造方法においては、各断面形状
の薄膜パターンを複数個アレイ状に配置したチップをＳ
ｉウェハ等の基板上に複数個配置したものを使用して、
各チップの薄膜パターンを順番に積層して１度に複数個
の微小構造体を形成すると、大量生産が可能になり、生
産性を向上させることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、提案されてい
る微小構造体の製造方法によると、図１８の(a) に示す
ように、薄膜パターン１Ａをステージ２０２側に接合す
る際、基板１００とステージ２０２の間にパーティクル
Ｐが存在すると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の
面接触が妨げられ、薄膜パターン１Ａをステージ２０２
へ接合することが困難になる。パーティクルＰは基板の
ガラスやＳｉウェハのかけら、或いは金属の剥離片や微
粉末など剛性が高くあまり撓まないものが多く、直径が
積層すべき薄膜パターン１Ａの膜厚（０．１〜数μｍ程
度）と同程度、或いはそれ以上であると、薄膜パターン
１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、接合ができ
なくなる。たとえ直径が１μｍ程度でも接触できない領
域（ボイド）は数百μｍ以上に達し、薄膜パターン１Ａ
のサイズが数〜数百μｍであることから、その領域中に
存在する薄膜パターン１Ａの接合は不可能になる。この
ため、前述したように複数の薄膜パターン１Ａを同時に
接合・転写する場合には、転写歩留りを低下させてしま
う。また、生産技術上、パーティクルを皆無にすること
は非常に困難である。

【００１６】また、図１８の(b) に示すように、基板１
００の表面に微小なうねり等による起伏部１００Ａが存
在した場合、基板１００や薄膜パターン１Ａが剛性の高
い材料であることが多いため、薄膜パターン１Ａをステ
ージ２０２側に接合する際、薄膜パターン１Ａとステー
ジ２０２の面接触が妨げられ、接合が困難、或いは不可
能になってしまう。また、前述したように複数の薄膜パ
ターン１Ａを同時に接合・転写する場合には、各薄膜パ
ターン１Ａに均等な圧着荷重がかからなくなり、転写歩
留りを低下させてしまう。

【００１７】従って、本発明の目的は薄膜パターンをス
テージに確実に接合できるようにして転写率を高めるこ
とができる微小構造体の製造方法を提供することであ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、薄膜パターンをステージに確実に接合できるように
して転写率を高めるため、基板上に所定の２次元パター
ンを有する複数の薄膜を形成する第１の工程と、基板を
複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエ
ッチバックして異物を収容する凹部を形成する第２の工
程と、複数の薄膜を基板上から剥離し、ステージ上に複
数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第
３の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するもの
である。

【００１９】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からな
る緩衝層を形成する第１の工程と、緩衝層上に所定の２
次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程
と、複数の薄膜を緩衝層上から剥離し、ステージ上に複
数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成する第
３の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するもの
である。

【００２０】更に、本発明は上記の目的を達成するた
め、基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からな
る緩衝層を形成する第１の工程と、緩衝層上に所定の２
次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程
と、緩衝層を複数の薄膜が形成された領域以外の部分で
所定の深さエッチバックして異物を収容する凹部を形成
する第３の工程と、複数の薄膜を緩衝層上から剥離し、
ステージ上に複数の薄膜を積層して接合させて微小構造
体を形成する第４の工程を含んだ微小構造体の製造方法
を提供するものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の微小構造体の製造
方法について添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２２】本発明の第１の実施の形態の微小構造体の
製造方法は、着膜工程，パターニング工程，および積層
工程から成る。

【００２３】図１の(a) 〜(d) は着膜工程およびパター
ニング工程を示す。まず、着膜工程として、図１の(a)
に示すように、基板１００としてガラス基板を準備し、
その表面にスパッタリング法によってＡｌの薄膜１０１
を０．５μｍ着膜する。ターゲットには高純度Ａｌを使
用し、スパッタ圧力は０．５Ｐａ、基板１００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。この方法で着膜を行うと、基板１００内の
膜厚分布は、０．５±０．０２μｍ以下が得られる。な
お、この膜厚が最終的に得られる微小構造体の積層方向
の分解能を決めるため、膜厚および膜厚分布には十分な
配慮が必要となる。

【００２４】次に、パターニング工程として、図１の
(b) に示すように、通常のフォトリソグラフィー法によ
り微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パター
ン１Ａを形成する。すなわち、基板１００上に形成した
薄膜１０１の表面にポジ型のフォトレジスト１０２を塗
布し、図示しないフォトマスクを用いてフォトレジスト
を露光し、露光したフォトレジスト１０２の部分を溶剤
によって取り去り、露出した薄膜１０１の部分をエッチ
ングする。この後、図１の(c) に示すように、未露光の
フォトレジスト１０２をマスクとして基板１００を約３
μｍエッチバックし、薄膜パターン１Ａが形成された領
域の部分に突出部１０３Ａを、それ以外の部分に凹部１
０３Ｂを形成する。このとき、エッチングにはドライエ
ッチング法を用い、ガスとしてＣＦ₄とＨ₂を用いる。
そして、図１の(d) に示すように、未露光のフォトレジ
スト１０２を剥離液にて除去し、複数の薄膜パターン１
Ａを露出させる。なお、このパターニング工程で基板１
００の位置決めのための複数（例えば、３つ）のアライ
メントマーク１０４も形成しておく。また、図１の(c)
において、直径の大きい薄膜パターン１Ａから順に第１
層〜第６層の薄膜パターン１Ａとして説明する。

【００２５】このようにして着膜工程，およびパターニ
ング工程が終了すると、次に積層工程を行う。

【００２６】ここで、積層工程を説明する前に積層工程
に用いる積層装置の構成について説明する。

【００２７】図２は積層装置を示し、積層工程が行われ
る真空槽２００を有し、この真空槽２００の内部に基板
１００が載置される基板ホルダ２０１と、基板１００上
に形成された薄膜パターン１Ａが転写されるステージ２
０２と、このステージ２０２に取り付けられ、ステージ
２０２側をＦＡＢ（ＦａｓｔＡｔｏｍＢｏｍｂａｒ
ｄｍｅｎｔ）処理する第１のＦＡＢ源２０３Ａ、および
基板１００側をＦＡＢ処理する第２のＦＡＢ源２０３Ｂ
と、ＦＡＢ処理後にアーム２０４Ａ，２０４Ｂを約９０
°回転させて第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０
３Ｂを退避させる第１および第２の退避モータ２０５
Ａ，２０５Ｂと、ステージ２０２に取り付けられ、基板
１００上のアライメントマーク１０４を検出する顕微鏡
の如きマーク検出部２０６と、真空槽２００内の真空度
を検出する真空計２０７と、テスージ２０２を図示しな
いＸ軸モータによってＸ軸方向に移動させるとともに、
図示しないＸ軸位置検出部によってステージ２０２のＸ
軸上の位置を検出するＸ軸テーブル２０８と、ステージ
２０２を図示しないＹ軸モータによってＹ軸方向に移動
させるとともに、図示しないＹ軸位置検出部によってス
テージ２０２のＹ軸上の位置を検出するＹ軸テーブル２
０９とが配設されている。なお、「ＦＡＢ処理」とは、
粒子ビームとして、例えば、アルゴンガスを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。

【００２８】ステージ２０２は、例えば、ステンレス，
アルミニウム合金等の金属からなり、ステージ２０２上
に積層された複数の薄膜からなる微小構造体をステージ
２０２から容易に取り出せるようにするため、予め表面
に犠牲層２０２Ａ（図５参照）が形成される。犠牲層の
材料は、微小構造体の材料に応じて適宜選択される。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、犠牲層の材料として銅あるいはニッケルを選択
し、ステージ２０２の表面に銅あるいせニッケルをめっ
き法により、例えば、約５μｍ着膜する。微小構造体を
アルミナ，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、犠牲層の材料としてア
ルミニウムを選択し、ステージ２０２の表面にアルミニ
ウムを真空蒸着法等により形成する。薄膜の積層終了
後、犠牲層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、微小構造体のみをステ
ージ２０２から容易に分離することができる。

【００２９】真空層２００の外部には、基板ホルダ２０
１を図示しないＺ軸モータによってＺ軸方向に移動さ
せ、薄膜をステージ２０２側に荷重５ｋｇｆ／ｃｍ²以
上で１〜１０分間圧着させるとともに、図示しないＺ軸
位置検出部によって基板ホルダ２０１のＺ軸上の位置を
検出するＺ軸テーブル２１０と、アライメント調整の際
に図示しないθモータによって基板ホルダ２０１をＺ軸
回りに回転させるとともに、図示しないθ位置検出部に
よって基板ホルダ２０１のθ方向の角度位置を検出する
θテーブル２１１と、真空槽２００内を真空に排気する
真空ポンプ２１２と、アルゴンガスが充填されたアルゴ
ンガスボンベ２１３と、アルゴンガスボンベ２１３から
供給されるアルゴンガスの流量を制御して第１および第
２の電磁弁２１４Ａ，２１４Ｂを介して対応する第１お
よび第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂにアルゴンガス
を供給する第１および第２の流量コントローラ（ＭＦ
Ｃ）２１５Ａ，２１５Ｂが設けられている。

【００３０】以上の構成において、以下のようにして積
層工程を行う。図３の(a) 〜(c) および図４の(a) 〜
(c) は以下に説明する積層工程を示す。

【００３１】(1) 基板１００の真空槽２００内への導入複数の薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を積層
装置２の真空槽２００内の基板ホルダ２０１上に載置す
る。

【００３２】(2) 真空槽２００内の排気オペレータが積層装置２の図示しない起動スイッチを押
下すると、図示しない制御部は、真空計２０７の検出値
に基づいて真空ポンプ２１２を制御して真空槽２００内
を１０^-6Ｐａ台まで排気し、真空槽２００内を高真空状
態あるいは超高真空状態にする。

【００３３】(3) アライメント調整排気が終了すると、制御部はステージ２０２と基板１０
０（アライメントマーク１０４）とのアライメント調整
を行う。すなわち、制御部はＸ軸モータおよびＹ軸モー
タを制御してステージ２０２をＸ軸方向およびＹ軸方向
に移動させてマーク検出部２０６からのマーク検出信号
を取り込み、このマーク検出信号に基づいて基板１００
と基板ホルダ２０１との相対的位置関係を測定し、この
相対的位置関係の測定結果に基づいてステージ２０２お
よびアライメントマーク１０４が原点位置に達するよう
にＸ軸モータ，Ｙ軸モータ，およびθモータを制御す
る。ステージ２０２は、Ｘ軸テーブル２０８およびＹ軸
テーブル２０９によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動
し、基板ホルダ２０１はθテーブル２１１によって回転
し、ステージ２０２およびアライメントマーク１０４が
原点位置に達する。これにより、薄膜パターン１Ａが形
成された基板１００を載置する位置にずれがあっても、
ステージ２０２とアライメントマーク１０４の相対的な
位置出しが正確に行われる。

【００３４】(4) 第１層の薄膜パターン１Ａを接合する
面の汚染層の除去アライメント調整が終了すると、制御部は、図３の(a)
に示すように、Ｘ軸位置検出部およびＹ軸位置検出部の
検出信号に基づいてＸ軸モータおよびＹ軸モータを駆動
して、ステージ２０２を原点位置からＸ軸方向およびＹ
軸方向に移動させて、第１層の薄膜パターン１Ａ上に位
置させる。次に制御部は、第１層の薄膜パターン１Ａを
接合する面（ステージ２０２の表面と第１層の薄膜パタ
ーン１Ａの表面）にアルゴン原子ビーム２１３ＡでＦＡ
Ｂ処理を施す。すなわち、ステージ２０２の表面、およ
び第１層の薄膜パターン１Ａの表面に所定量のアルゴン
原子ビーム２１３Ａを１分間照射するように、第１およ
び第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３の各駆動部（図示せ
ず）に対する駆動制御，第１および第２の電磁弁２１４
Ａ，２１４Ｂに対する開閉制御，および第１および第２
のＭＦＣ２１５Ａ，２１５Ｂに対する流量制御を行う。
第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂの各駆動
部は、制御部の制御により１．５ｋＶの加速電圧を第１
および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂに付与する。
アルゴンガスボンベ２１３から圧送されるアルゴンガス
は、第１および第２のＭＦＣ２１５Ａ，２１５Ｂによっ
て流量が調整され、第１および第２の電磁弁２１４Ａ，
２１４Ｂを介して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，
２０３Ｂに供給される。第１のＦＡＢ源２０３Ａは、斜
め約４５°上方のステージ２０２の表面に向けてアルゴ
ン原子ビーム２１３Ａを１分間照射する。第２のＦＡＢ
源２０３Ｂは、斜め約４５°下方の第１層の薄膜パター
ン１Ａの表面に向けてアルゴン原子ビーム２１３Ａを１
分間照射する。これにより、ステージ２０２および第１
層の薄膜パターン１Ａの表面の約１０ｎｍの汚染層が除
去される。なお、この程度の膜減り量なら本発明が目的
とする膜厚精度０．１μｍに比べ１桁小さいので無視で
きる。

【００３５】(5) 第１層の薄膜パターン１Ａの接合第１の層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層を除
去すると、次に制御部は、図３の(b) に示すように、第
１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動し
てアーム２０４Ａ，２０４Ｂを水平方向に回動させ、第
１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させ
る。この後、制御部はＺ軸位置検出部の検出信号に基づ
いてＺ軸モータを制御して基板ホルダ２０１を上昇さ
せ、ステージ２０２の表面に第１層の薄膜パターン１Ａ
の表面を接触させ、更に５ｋｇｆ／ｃｍ²の荷重で５分
間押し付ける。これによりステージ２０２の表面（犠牲
層）に第１層の薄膜パターン１Ａの表面が強固に接合さ
れる。このとき、基板１００上の薄膜パターン１Ａの周
辺に薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径（例えば、
１〜３μｍ程度）のパーティクルＰが存在しても、基板
１００は薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分
に深さ３μｍの凹部１０３Ｂが形成されているため、薄
膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げ
られることがない。なお、ここまでの製造工程をクリー
ンルーム内で行っているので、基板１００上に３μｍ以
上のパーティクルが存在することはなく、基板１００の
凹部１０３Ｂの深さは３μｍ程度で十分対応することが
できる。また、薄膜パターン１Ａとステージ２０２との
接合力を引っ張り試験により評価したところ、５０〜１
００ＭＰａが得られている。なお、大きい接合力を得る
ために、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面粗さ
は各々１０ｎｍ以下とした。

【００３６】(6) 第１層の薄膜パターン１Ａの転写第１層の薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に制
御部は、図３の(c) に示すように、Ｚ軸位置検出部の検
出信号に基づいてＺ軸モータを駆動して基板ホルダ２０
１を図３の(a) に示す元の位置まで下降させ、第１およ
び第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動して第１
および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを元の位置に
復帰させる。基板ホルダ２０１を下降させると、薄膜パ
ターン１Ａとステージ２０２の犠牲層との接合力の方が
薄膜パターン１Ａと基板１００との接合力よりも大きい
ため、薄膜パターン１Ａは基板１００側から剥離し、ス
テージ２０２側へ転写される。

【００３７】(7) 第２層の薄膜パターン１Ａを接合する
面の汚染層の除去第１層の薄膜パターン１Ａの転写が終了すると、次に制
御部は、図４の(a) に示すように、Ｘ軸位置検出部およ
びＹ軸位置検出部の検出信号に基づいてＸ軸モータおよ
びＹ軸モータを駆動して、ステージ２０２を原点位置か
らＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、第２層の薄膜
パターン１Ａ上に位置させ、図３の(a)で説明したよう
にＦＡＢを照射する。ステージ２０２の移動量は各薄膜
パターン１Ａピッチに相当する距離である。最初のＦＡ
Ｂ照射との違いはステージ２０２の表面にＦＡＢを照射
するのではなく、第１層の薄膜パターン１Ａの裏面（そ
れまで基板１００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。

【００３８】(8) 第２層の薄膜パターン１Ａの接合第２層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去
が終了すると、次に制御部は、図４の(b) に示すよう
に、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退
避させ、基板ホルダ２０１を上昇させ、第１層の薄膜パ
ターン１Ａの裏面に第２層の薄膜パターン１Ａを接合す
る。

【００３９】(9) 第２層の薄膜パターン１Ａの転写第２層の薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に制
御部は、図４の(c) に示すように、Ｚ軸位置検出部の検
出信号に基づいてＺ軸モータを駆動して基板ホルダ２０
１を下降させ、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，
２０５Ｂを駆動して第１および第２のＦＡＢ源２０３
Ａ，２０３Ｂを元の位置に復帰させる。基板ホルダ２０
１を下降させると、薄膜パターン１Ａ同士の接合力の方
が第２層の薄膜パターン１Ａと基板１００との接合力よ
りも大きいため、第２層の薄膜パターン１Ａは基板１０
０側から剥離し、第１層の薄膜パターン１Ａの上に転写
される。

【００４０】(10)犠牲層の除去図５は全ての薄膜パターン１Ａが積層された状態を示
す。上記した薄膜パターン１Ａの接合・転写を繰り返し
て第３層〜第６層の薄膜パターン１Ａを同様に積層する
と、図９に示すように、全ての薄膜パターン１Ａが積層
された微小構造体１が得られる。最後にステージ２０２
上の犠牲層２０２Ａをエッチングによって除去して微小
構造体１をステージ２０２から分離する。

【００４１】図６は上記のようにして製造された微小構
造体１を示し、各断面形状に対応した第１層から第６層
の薄膜パターン１Ａを接合した状態で積層されている。

【００４２】以上述べた第１の実施の形態によると、基
板１００を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部
分で３μｍエッチバックして凹部１０３Ｂを形成し、基
板１００の突出部１０３Ａ上の薄膜パターン１Ａをステ
ージ２０２の表面に接触させて接合・転写するようにし
たため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパー
ティクルＰが基板１００上の薄膜パターン１Ａの周囲に
存在しても、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面
の面接触が妨げられることがなくなる。このため、薄膜
パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合する
ことができ、転写率を高めることができる。

【００４３】図７は本発明の第２の実施の形態に係る微
小構造体の製造方法を示す。第１の実施の形態に係る微
小構造体の製造方法との違いは、薄膜パターン１Ａを１
枚ずつ接合・転写するのではなく、同時に複数の薄膜パ
ターン１Ａを接合・転写することである。

【００４４】この実施の形態によると、薄膜パターン１
Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが基板１００
上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、複数の薄膜
パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げら
れることがなく、複数の薄膜パターン１Ａを確実に転写
させることができ、延いては転写歩留りを向上させるこ
とができる。

【００４５】次に、本発明の第３の実施の形態に係る微
小構造体の製造方法を図８の(a) 〜(d) および図９の
(a) 〜(c) を参照しながら説明する。

【００４６】図８の(a) 〜(d) は着膜工程およびパター
ニング工程を示す。まず、着膜工程として、図８の(a)
に示すように、基板１００としてＳｉウェハを準備し、
その表面にカップラー剤を塗布した後、ポリイミドをス
ピンコーティングにより約５μｍ塗布し、最高温度３５
０℃でベイクし緩衝層１０５を形成する。緩衝層１０５
の材料および膜厚は、想定するパーティクルの直径や柔
らかさ（ヤング率）を勘案して決定する。緩衝層１０５
のヤング率は、ガラス基板（７０ＧＰａ程度）やＳｉウ
ェハ（１９０ＧＰａ）やＡｌ（７０ＧＰａ）に比べ十分
小さいほうがよいため、１０ＧＰａ以下とするのがよ
い。逆にヤング率が小さすぎると変形が大きくなり位置
精度が劣化するので１ＧＰａ以上にするのが望ましい。
ポリイミドのヤング率は３ＧＰａ（３×１０⁹Ｐａ）程
度であり、ガラス基板やＡｌに比べ十分小さいため、緩
衝層として好適である。緩衝層１０５の膜厚は、パーテ
ィクルの直径よりも十分に大きいこと、厚すぎて位置精
度を劣化させないこと、および塗布の容易さを考慮し、
３から１０μｍとするのが好適である。本実施の形態で
は、１回の塗布で均一性よく形成することから５μｍと
した。次に、基板１００の表面をフッ素原子を含むガス
に晒し、緩衝層１０５をフッ素化して離型層１０６を形
成する。具体的には、基板１００を真空装置（ドライエ
ッチング装置）に導入し、ＣＦ₄ガスを用いたプラズマ
処理をガス流量１００ｓｃｃｍ，放電パワー５００Ｗ，
圧力１０Ｐａ，時間１０分の条件で行って、表面をフッ
素化して疏水性にする。この後、真空蒸着法によってＡ
ｌの薄膜１０１を０．５μｍ着膜する。

【００４７】次に、パターニング工程として、図８の
(d) に示すように、通常のフォトリソグラフィー法によ
り微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パター
ン１Ａを形成する。

【００４８】図９の(a) 〜(c) は積層工程を示す。積層
工程では、まず、第１の実施の形態と同様に薄膜パター
ン１Ａが形成された基板１００を真空槽（図示せず）内
に導入し、薄膜パターン１Ａの表面きステージ２０２の
表面にアルゴン原子ビームでＦＡＢ処理を施した後、図
９の(a) に示すように、ステージ２０２の表面に薄膜パ
ターン１Ａを接触させ、更に、所定の荷重をかけて数分
押し付ける。これによりステージ２０２の表面に薄膜パ
ターン１Ａの表面が強固に接合される。このとき、離型
層１０６上の薄膜パターン１Ａの周辺に薄膜パターン１
Ａの膜厚より大なる直径（例えば、１〜３μｍ程度）の
パーティクルＰが存在しても、図１０の(a) に示すよう
に、基板１００や薄膜パターン１Ａより柔らかい離型層
１０６にパーティクルＰが埋まり込むため、薄膜パター
ン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられるこ
とがない。また、図１０の(b) に示すように、基板１０
０にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在して
も、離型層１０６が起伏部１００Ａの変形を吸収するた
め、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触
が妨げられることがない。

【００４９】薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次
に、図９の(b) に示すように、基板１００を下降させ
て、薄膜パターン１Ａを基板１００側から剥離し、ステ
ージ２０２側へ転写する。以下、第１の実施の形態と同
様に上記の工程を繰り返すことにより、図９の(c) に示
すように、薄膜パターン１Ａが積層された微小構造体１
が得られる。

【００５０】以上述べた第３の実施の形態によると、基
板１００の表面に離型層１０６を形成し、離型層１０６
上に形成された薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表
面に接触させるようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜
厚より大なる直径のパーティクルＰが離型層１０６上の
薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、離型層１０６に
パーティクルＰが埋まり込むため、薄膜パターン１Ａと
ステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがな
い。また、基板１００にうねりや反り等による起伏部１
００Ａが存在しても、離型層１０６が起伏部１００Ａの
変形を吸収するため、薄膜パターン１Ａとステージ２０
２の表面の面接触が妨げられることがない。その結果、
薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合
させることができ、転写歩留りを向上させることができ
る。なお、この実施の形態では、同時に２枚の薄膜パタ
ーン１Ａを接合・転写するようにしたが、第１の実施の
形態のように、薄膜パターン１Ａを１枚ずつ接合・転写
する場合でも同様な効果を得ることができる。

【００５１】次に、本発明の第４の実施の形態に係る微
小構造体の製造方法を図１１の(a)〜(c) を参照しなが
ら説明する。

【００５２】図１１の(a) 〜(c) は着膜工程およびパタ
ーニング工程を示す。まず、図１１の(a) に示すよう
に、基板１００上の表面に離型層１０６の形成とＡｌの
薄膜１０１の着膜を第３の実施の形態の着膜工程と同様
な手順で施す。次に、パターニング工程として、図１１
の(b) に示すように、通常のフォトリソグラフィー法に
より微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パタ
ーン１Ａを形成する。更に、図１１の(c) に示すよう
に、パターニング工程で使用した未露光のフォトレジス
ト（図示せず）をマスクとして離型層１０６を薄膜パタ
ーン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバ
ックし、離型層１０６の薄膜パターン１Ａが形成された
領域の部分に突出部１０３Ａを、それ以外の部分に凹部
１０３Ｂを形成する。このとき、エッチングにはドライ
エッチング法を用い、ガスとしてＣＦ ₄とＯ₂を用い
る。また、図示しているように、離型層１０６は必ずし
も全てエッチバックする必要はない。その理由は、パー
ティクル対策としては３μｍ程度の深さがあれば十分で
あるからであり、また、全てエッチングすると、基板１
００と離型層１０６の密着力が小さい場合には、薄膜パ
ターン１Ａをステージ２０２に転写する時に基板１００
と離型層１０６の界面から剥がれやすくなるからであ
る。また、エッチバックの深さは、１〜３μｍ以上が好
都合である。これは３μｍ以上にすると、ポリイミドが
比較的柔らかいため、接合時に横方向に歪んで接合の位
置決め精度を低下させてしまい、１μｍ以下にすると、
パーティクル対策としての効果が小さくなるからであ
る。

【００５３】このようにして離型層１０６をエッチバッ
クすると、次にフォトレジストを剥離し、第１から第３
の実施の形態と同様に積層工程を行って微小構造体を形
成する。

【００５４】以上述べた第４の実施の形態によると、離
型層１０６を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の
部分で３μｍエッチバックして凹部１０３Ｂを形成し、
離型層１０６の突出部１０３Ａ上の薄膜パターン１Ａを
ステージ２０２の表面に接触させて接合・転写するよう
にしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径の
パーティクルＰが離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの
周囲に存在したり、基板１００にうねりや反り等による
起伏部１００Ａが存在しても、第３の実施の形態と同
様、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触
が妨げられることがない。その結果、薄膜パターン１Ａ
をステージ２０２の表面に確実に接合させることができ
る。また、図１２に示すように、複数の薄膜パターン１
Ａを同時に接合・転写する時に、薄膜パターン１Ａの上
にパーティクルＰが乗った場合、その薄膜パターン１Ａ
は面接触できないが、離型層１０６が変形してパーティ
クルＰの直径分を吸収するため、他の薄膜パターン１Ａ
の面接触を妨げることがない。このため、複数の薄膜パ
ターン１Ａを同時に転写する際の転写歩留りを向上させ
ることができる。

【００５５】図１３の(a),(b) は本発明の第５の実施の
形態に係る微細構造体の製造方法を示す。この実施の形
態では、１枚の６インチサイズのＳｉウェハの基板１０
０に長さＬが１０ｍｍの正方形のチップ１０７を１４８
個配置し、各チップ１０７の薄膜パターン１Ａを順番に
積層して１度に７０００個の微小構造体を形成するもの
である。図中、(b) は第１層の薄膜パターン１Ａが形成
されたチップ１０７を示し、直径Ｄが１００μｍの薄膜
パターン１Ａが、１２０μｍのピッチＰでアレイ状に７
０００個配列している。

【００５６】以上述べた第５の実施の形態によると、１
枚のウェハから一度に７０００個の微小構造体を得るこ
とができ、微小構造体の大量生産が可能になる。この実
施の形態に、第１から第４の実施の形態を組み合わせれ
ば、各チップ１０７を順次積層していく際にチップ１０
７内の全ての各薄膜パターン１Ａをステージ２０２に面
接触させることができ、これによって歩留り良く接合・
転写させることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の微細構造
体の製造方法によると、基板を薄膜パターンが形成され
た領域以外の部分でエッチバックして凹部を形成し、基
板の突出部上に形成された薄膜パターンをステージの表
面に接触させる、或いは基板の表面に緩衝層を形成し、
緩衝層上に形成された薄膜パターンをステージの表面に
接触させるようにしたため、薄膜パターンをステージに
確実に接合させることができ、転写率を高めることがで
きる。また、複数の薄膜パターンを同時に接合する場合
には、転写歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る着膜工程およ
びパターニング工程を示す断面図。

【図２】第１の実施の形態に係る積層装置を示す断面
図。

【図３】第１の実施の形態に係る積層工程の手順を示す
断面図。

【図４】第１の実施の形態に係る積層工程の手順を示す
断面図。

【図５】第１の実施の形態に係る積層工程の終了時を示
す断面図。

【図６】第１の実施の形態に係る微細構造体を示す説明
図。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る積層工程を示
す断面図。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る着膜工程およ
びパターニング工程を示す断面図。

【図９】第３の実施の形態に係る積層工程を示す断面
図。

【図１０】第３の実施の形態に係る積層工程を示す断面
図。

【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る着膜工程お
よびパターニング工程を示す断面図。

【図１２】第４の実施の形態に係る積層工程を示す断面
図。

【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る微細構造体
の製造方法を示す説明図。

【図１４】従来の光造形法を示す説明図。

【図１５】従来の粉末法を示す説明図。

【図１６】従来のシート積層法に係る製造装置を示す説
明図。

【図１７】従来の薄膜を出発材料として用いる積層方法
を示す説明図。

【図１８】提案されている微細構造体の製造方法におけ
る課題を示す説明図。

【符号の説明】

１微小構造体１Ａ薄膜パターン２積層装置１００基板１０１薄膜１０２フォトレジスト１０３Ａ突出部１０３Ｂ凹部１０４アライメントマーク１０５緩衝層１０６離型層１０７チップ２００真空槽２０１基板ホルダ２０２ステージ２０２Ａ犠牲層２０３Ａ第１のＦＡＢ源２０３Ｂ第２のＦＡＢ源２０４Ａ，２０４Ｂアーム２０５Ａ第１の退避モータ２０５Ｂ第２の退避モータ２０６マーク検出部２０７真空計２０８Ｘ軸テーブル２０９Ｙ軸テーブル２１０Ｚ軸テーブル２１１ θテーブル２１２真空ポンプ２１３アルゴンガスボンベ２１４Ａ第１の電磁弁２１４Ｂ第２の電磁弁２１５Ａ第１の流量コントローラ（ＭＦＣ）２１５Ｂ第２の流量コントローラ（ＭＦＣ）Ｐパーティクル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に所定の２次元パターンを有する
複数の薄膜を形成する第１の工程と、前記基板を前記複数の薄膜が形成された領域以外の部分
で所定の深さエッチバックして凹部を形成する第２の工
程と、前記複数の薄膜を前記基板上から剥離し、ステージ上に
前記複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形成
する第３の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２の工程は、前記所定の深さを１
〜３μｍに設定して行う請求項１記載の微小構造体の製
造方法。
【請求項３】前記第３の工程は、前記基板から複数個
の前記薄膜を同時に剥離するとともに、前記ステージ上
の異なる位置に前記複数個の薄膜を同時に積層すること
によって行う請求項１記載の微小構造体の製造方法。
【請求項４】基板上に当該基板よりヤング率の小さな
薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、前記緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄
膜を形成する第２の工程と、前記複数の薄膜を前記緩衝層上から剥離し、ステージ上
に前記複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形
成する第３の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５】前記第１の工程は、前記ヤング率を１０
ＧＰａ以下に設定して行う請求項４記載の微小構造体の
製造方法。
【請求項６】前記第１の工程は、前記緩衝層の膜厚が
３乃至１０μｍになるように行う請求項４記載の微小構
造体の製造方法。
【請求項７】前記第１の工程は、フッ素原子を含むガ
スに晒してフッ素化することにより離型層と兼用した緩
衝層を形成する工程を含む請求項４記載の微小構造体の
製造方法。
【請求項８】基板上に当該基板よりヤング率の小さな
薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、前記緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄
膜を形成する第２の工程と、前記緩衝層を前記複数の薄膜が形成された領域以外の部
分で所定の深さエッチバックして凹部を形成する第３の
工程と、前記複数の薄膜を前記緩衝層上から剥離し、ステージ上
に前記複数の薄膜を積層して接合させて微小構造体を形
成する第４の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９】前記第１の工程は、前記ヤング率を１０
ＧＰａ以下に設定して行う請求項８記載の微小構造体の
製造方法。
【請求項１０】前記第１の工程は、前記緩衝層の膜厚
が３乃至１０μｍになるように行う請求項８記載の微小
構造体の製造方法。
【請求項１１】前記第３の工程は、前記所定の深さを
１〜３μｍに設定して行う請求項８記載の微小構造体の
製造方法。
【請求項１２】前記第３の工程は、前記緩衝層を深さ
方向に一部残して行う請求項８記載の微小構造体の製造
方法。