JP2002323632A - マイクロデバイスの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価に製造することができ、量産に適する、
フォトニック結晶素子等の製造方法及び装置を提供する
こと。 【解決手段】 まず、基板ＳＵ１上に複合層ＣＬを形成
し、複合層ＣＬの上側の樹脂層ＰＬをプレス加工してデ
バイス層ＤＬ１とする。次に、スタッカＳＴ表面に基板
ＳＵ1上の複合層ＣＬを当接させ、犠牲層である金属層
ＭＬを溶解するとともに、デバイス層ＤＬ1をスタッカ
ＳＴ側に付着させるので、所定の立体的形状分布を有し
マイクロデバイスの本体部分となるデバイス層ＤＬ1を
一括してスタッカＳＴ上に付着形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック結晶
素子等の光マイクロデバイスを含む各種マイクロデバイ
スの製造方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトニック結晶の製造方法として、例
えばＥＢ(electron beam)リソグラフィ及びドライエ
ッチングを組み合わせて２次元フォトニック結晶を製造
するもの（Toshihiko Baba, et al., "Nanofabrication
of GaInAsP/InP 2-dimensional photonic crystals by
a methane-based reactive ion beam etching", Physi
ca B, 227, 1996, pp415-418）と、リソグラフィ技術
とともに、ウェハ融着法及び光干渉アライメント技術を
用いて３次元フォトニック結晶を製造するもの（野田、
「半導体３次元フォトニック結晶」、O plus E, vol.2
1, No.12, p.1539）と、超短パルスレーザを用いた光
造形法によって３次元フォトニック結晶を製造するもの
（三澤、「３次元有機フォトニック結晶の新しい形成
法」、O plusE, vol.21, No.12, p.1549）とが存在す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、やの方法
は、リソグラフィプロセスを用いるため、大規模な製造
システムが必要になり、製造コストが高くなる。また、
の方法は、一筆書きの繰り返しになるため、製造のス
ループットに上限があり、量産に向かないという問題が
ある。

【０００４】そこで、本発明は、安価に製造することが
でき、量産に適する、フォトニック結晶素子等の各種マ
イクロデバイスの製造方法及び装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のマイクロデバイスの製造方法は、支持台上
に、所定の条件で溶解する犠牲層を形成する第１工程
と、前記犠牲層に、前記所定の条件で耐溶解性を有する
デバイス材料層を積層する第２工程と、所定の転写パタ
ーンを加工した型部材の押圧により、前記デバイス材料
層に前記所定の転写パターンに対応する所定の立体的形
状分布を付与してデバイス層とする第３工程と、転写台
表面側に、前記デバイス層を接触させ、当該転写台表面
側に付着させる第４工程と、前記所定の条件で犠牲層を
溶解する第５工程とを備える。なお、以上において「所
定の条件で溶解する」とは、所定の溶剤に溶解すること
を含むが、これに限らず、加熱によって溶解することを
含む。また、第４工程と第５工程は、個別に行うものに
限らず、同時並行的に行うことができる。第４工程と第
５工程を並行して行うことで、スループットが向上す
る。

【０００６】上記方法では、第４工程で、転写台表面側
に前記デバイス層を接触させ当該転写台表面側に付着さ
せ、第５工程で、前記所定の条件で裏側の犠牲層を溶解
するので、所定の立体的形状分布を有しマイクロデバイ
スの本体部分となるデバイス層を一括して転写台表面側
に付着形成することができる。この際、型部材の押圧に
よって前記デバイス材料層に所定の立体的形状分布を付
与しているので、リソグラフィプロセス等を用いる場合
に比較して、製造コストを低く抑えることができる。ま
た、このように型部材の押圧を用いるので、比較的簡単
な工程で形状の一括転写が可能になり、製造処理におけ
るスループットを高めることができる。

【０００７】上記方法の具体的な態様では、転写パター
ンが異なる複数の型部材を用いて前記第１工程乃至第５
工程を繰返すことにより、立体的形状分布が異なる複数
のデバイス層を前記転写台表面上に順次積層する。この
場合、複数のデバイス層を積層することによって３次元
的な構造を有するフォトニック結晶素子等のマイクロデ
バイスを簡易に形成することができる。ここで、最初に
形成したデバイス層は、転写台表面に付着し、その後に
形成した各デバイス層は、転写台表面側、すなわちこの
場合は前の工程で形成したデバイスに付着する。

【０００８】なお、「フォトニック結晶素子」とは、フ
ォトニック結晶からなる光マイクロデバイスを意味す
る。ここで「フォトニック結晶」は、伝送対象波長の１
/２程度のピッチで屈折率の周期的構造を有しているこ
とを特徴としており、構造如何によって、一定周波数帯
の光の存在を禁止するフォトニックバンドギャップ（Ｐ
ＢＧ）と呼ばれる現象が出現する。さらに、ＰＢＧが現
れる周期屈折率構造中に一定の「欠陥」を導入すると、
その部分だけ禁制帯効果が失われ、光が存在導波される
ことになる。このようなフォトニック結晶に形成される
導波路は、大きな角度で屈曲させることができる点に特
徴がある。

【０００９】また、上記方法の別の具体的な態様では、
アライメント手段により、前記複数のデバイス層を相互
に位置合わせする。この場合、転写台を基準として精密
な形状精度のマイクロデバイスを形成することができ
る。

【００１０】また、上記方法のさらに別の具体的な態様
では、前記犠牲層が、金属材料からなり、前記第５工程
でエッチングによって除去される。

【００１１】また、上記方法のさらに別の具体的な態様
では、前記デバイス材料層が、樹脂材料からなる。

【００１２】また、上記方法のさらに別の具体的な態様
では、前記第４工程で、前記樹脂材料を加熱することに
よって前記デバイス層を前記転写台表面側に付着させ
る。この場合、デバイス層を転写台表面側に確実に付着
させることができ、デバイス層を構成する構造物が倒壊
することを防止できる。

【００１３】また、本発明に係る別のマイクロデバイス
の製造方法は、支持台上に、所定の厚さを有するバッフ
ァ層を形成する第１工程と、前記バッファ層の上側に、
デバイス材料層を積層する第２工程と、所定の転写パタ
ーンを加工した型部材の押圧により、前記デバイス材料
層に前記所定の転写パターンに対応する所定の立体的形
状分布を付与してデバイス層とする第３工程とを備え
る。

【００１４】上記方法では、第１工程で、支持台上に所
定の厚さを有するバッファ層を形成するので、その後の
第３工程で、前記デバイス材料層からデバイス層を確実
に形成することができる。すなわち、実際の製造工程で
は、型部材の寸法精度や型部材の押圧に際しての傾き等
に起因して前記デバイス材料層に前記型部材の転写パタ
ーンが不均一な深さで押圧される可能性がある。このよ
うな場合にも、型部材の押圧量を上記不均一に対応する
量だけ多くすることで、転写パターンの不均一な深さの
押圧をバッファ層によって吸収させることができるの
で、前記デバイス材料層全体を型部材によって確実に型
押処理することができる。つまり、所定の立体的形状分
布を有しマイクロデバイスの本体部分となるデバイス層
を一括して確実に形成することができる。この際、型部
材の押圧によって前記デバイス材料層に所定の立体的形
状分布を付与しているので、リソグラフィプロセス等を
用いる場合に比較して、製造コストを低く抑えることが
できる。また、このように型部材の押圧を用いるので、
比較的簡単な工程で形状の一括転写が可能になり、製造
処理におけるスループットを高めることができる。

【００１５】また、上記方法の具体的な態様では、前記
バッファ層と前記デバイス層との間に所定の条件で溶解
する犠牲層を形成する工程と、前記第３工程の後に、前
記デバイス層を転写台表面側に接触させて当該転写台表
面側に付着させる工程と、前記所定の条件で犠牲層を溶
解する工程とを更に備える。この場合、デバイス層を一
括して簡易に転写台上に付着形成することができる。

【００１６】また、本発明のマイクロデバイスの製造装
置は、支持台上に、所定の条件で溶解する犠牲層を形成
する犠牲層形成手段と、前記犠牲層に、前記所定の条件
で耐溶解性を有するデバイス材料層を積層するデバイス
材料層形成手段と、所定の転写パターンを加工した型部
材を有し、当該型部材の押圧により、前記デバイス材料
層に前記所定の転写パターンに対応する所定の立体的形
状分布を付与してデバイス層とするデバイス層形成手段
と、転写台表面側に、前記デバイス層を接触させ、当該
転写台表面側に付着させる付着手段と、前記所定の条件
で犠牲層を溶解する溶解手段とを備える。

【００１７】上記装置では、付着手段が、転写台表面側
に前記デバイス層を接触させ当該転写台表面側に付着さ
せ、溶解手段が、前記所定の条件で犠牲層を溶解するの
で、所定の立体的形状分布を有しマイクロデバイスの本
体部分となるデバイス層を一括して転写台表面側に付着
形成することができる。この際、型部材の押圧によって
前記デバイス材料層に所定の立体的形状分布を付与して
いるので、リソグラフィプロセス等を用いる場合に比較
して、製造コストを低く抑えることができる。また、こ
のように型部材の押圧を用いるので、比較的簡単な工程
で形状の一括転写が可能になり、製造処理におけるスル
ープットを高めることができる。

【００１８】また、上記装置の具体的な態様では、前記
デバイス層形成手段は、転写パターンが異なる複数の型
部材を用いて複数の犠牲層から立体的形状分布が異なる
複数のデバイス層を形成し、前記転写手段は、前記複数
のデバイス層を前記転写台表面上に順次積層する。この
場合、複数のデバイス層を積層することによって３次元
的な構造を有するフォトニック結晶素子等のマイクロデ
バイスを簡易に形成することができる。

【００１９】また、上記装置の別の具体的な態様では、
前記デバイス層形成手段が、前記複数の型部材を有する
ディスクを備え、当該ディスクの移動によって前記デバ
イス材料層に形成すべき転写パターンを選択する。この
場合、ディスクの移動によって型部材を送りながら、複
数のデバイス材料層に所望の立体的形状分布を順次付与
することができるので、製造装置の小型化や処理の迅速
化を図ることができる。なお、ディスクの移動は、ディ
スクの回転を含むが、回転に限られるものではなく、デ
ィスクを平行移動させることによって転写パターンを選
択することもできる。

【００２０】また、上記装置のさらに別の具体的な態様
では、前記複数のデバイス層を相互に位置合わせするア
ライメント手段をさらに備える。この場合、精密な形状
精度のマイクロデバイスを形成することができる。

【００２１】また、本発明に係る別のマイクロデバイス
の製造装置は、支持台上に、所定の厚さを有するバッフ
ァ層を形成するバッファ層形成手段と、前記バッファ層
の上側に、デバイス材料層を積層するデバイス材料層形
成手段と、所定の転写パターンを加工した型部材の押圧
により、前記デバイス材料層に前記所定の転写パターン
に対応する所定の立体的形状分布を付与してデバイス層
とするデバイス層形成手段とを備える。

【００２２】上記装置では、バッファ層形成手段が、支
持台上に所定の厚さを有するバッファ層を形成するの
で、その後の第３工程で、前記デバイス材料層に前記型
部材の転写パターンが不均一な深さで押圧される可能性
があっても、型部材の押圧量を上記不均一に対応する量
だけ多くすることで、前記デバイス材料層全体を型部材
によって確実に型押処理することができる。つまり、所
定の立体的形状分布を有しマイクロデバイスの本体部分
となるデバイス層を一括して確実に形成することができ
る。この際、型部材の押圧によって前記デバイス材料層
に所定の立体的形状分布を付与しているので、リソグラ
フィプロセス等を用いる場合に比較して、製造コストを
低く抑えることができる。また、このように型部材の押
圧を用いるので、比較的簡単な工程で形状の一括転写が
可能になり、製造処理におけるスループットを高めるこ
とができる。

【００２３】また、上記装置の具体的な態様では、前記
バッファ層と前記デバイス層との間に所定の条件で溶解
する犠牲層を形成する犠牲層形成手段と、前記デバイス
層を転写台表面側に接触させて当該転写台表面側に付着
させる付着手段と、前記所定の条件で犠牲層を溶解する
溶解手段とを更に備える。この場合、デバイス層を一括
して簡易に転写台上に付着形成することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマイクロデバ
イスの製造装置及び方法の具体的な実施形態について図
面を参照しつつ説明する。

【００２５】〔第１実施形態〕図１は、第１実施形態の
製造装置の全体構成を説明する図である。この製造装置
は、支持台である基板ＳＵを複数収納するカセット部１
０と、カセット部１０から搬出された各基板ＳＵ上に犠
牲層である薄膜状の金属層を形成する第１成膜装置２０
と、第１成膜装置２０で形成された金属層上にデバイス
材料層である薄膜状の樹脂層を積層する第２成膜装置３
０と、各基板ＳＵ上の樹脂層にプレス加工を施すことに
よってデバイス層をそれぞれ形成するスタンプ装置４０
と、プレス加工によって各基板ＳＵ上に形成した各デバ
イス層をスタッカに付着させつつ順次積層するスタック
装置５０と、これらの装置１０、２０、３０、４０、５
０間で基板ＳＵ等を搬送する搬送ロボット６１を有する
搬送装置６０とを備える。

【００２６】カセット部１０は、平板状の基板ＳＵを複
数収容している。各基板ＳＵは、マイクロデバイスを構
成すべく積層される複数のデバイス層に対応して設けら
れており、スタンプ装置４０にてそれぞれにデバイス層
が形成される。なお、基板ＳＵは、ＳＵＳ等で形成され
ているが、ＳＵＳ等の金属材料に代えてＳｉ等の他の耐
食性の材料で形成することもできる。

【００２７】第１成膜装置２０は、例えば蒸着装置等で
構成される犠牲層形成手段であり、カセット部１０から
搬出された各基板ＳＵ上にＡｌ等からなる所望の厚さの
金属層（すなわち犠牲層）を形成することができる。

【００２８】第２成膜装置３０は、デバイス材料層形成
手段であり、高速で回転する基板ＳＵ上に樹脂材料を滴
下するスピンコートによって、基板ＳＵ表面の金属層上
に所望の厚さの樹脂層（すなわちデバイス材料層）を形
成する。この樹脂層は、揮発成分の蒸発等によって硬化
する。

【００２９】スタンプ装置４０は、光マイクロデバイス
を構成する複数のデバイス層に対応して複数の型部材を
形成したディスクを備える。このディスクは、これを回
転させつつスタンピングを行わせる型送りにより、各型
部材に形成された所定の転写パターンに対応する所定の
立体的形状分布を、複数の基板ＳＵ上の樹脂層にそれぞ
れ付与して複数の個別のデバイス層とする。

【００３０】スタック装置５０は、容器状のスタッカを
備え、このスタッカ内に、複数の基板ＳＵ上にそれぞれ
形成した複数のデバイス層をアライメントしつつ積層し
て３次元的な光マイクロデバイスを完成する。

【００３１】搬送装置６０は、まず各基板ＳＵをカセッ
ト部１０から第１成膜装置２０に搬送して、各基板ＳＵ
上に金属層を形成させる。次に搬送装置６０は、各基板
ＳＵを第１成膜装置２０から第２成膜装置３０に搬送し
て金属層上に樹脂層を形成させる。次に搬送装置６０
は、基板ＳＵを第２成膜装置３０からスタンプ装置４０
に搬送して、各基板ＳＵ上の複合層を構成する樹脂層に
デバイス層をそれぞれ形成させる。次に搬送装置６０
は、基板ＳＵをスタンプ装置４０からスタック装置５０
に搬送して、各基板ＳＵ上のデバイス層をスタッカ内に
順次積層させて光マイクロデバイスを完成させる。

【００３２】図２は、デバイス層形成手段であるスタン
プ装置４０の内部構造を説明する図である。このスタン
プ装置４０は、マイクロデバイスを構成する複数のデバ
イス層に対応する複数の型部材４１ａ、４１ｂ、…を形
成したディスク４１と、ディスク４１を水平面内で回転
させる駆動装置４２と、ディスク４１に設けた各型部材
４１ａ、４１ｂ、…に押圧すべき基板ＳＵを保持する基
板ホルダ４３と、基板ＳＵを基板ホルダ４３とともに昇
降移動させる昇降装置４４とを備える。

【００３３】ここで、基板ホルダ４３は、複数の基板Ｓ
Ｕのいずれかを１つを保持することができる。また、デ
ィスク４１は、所望の角度に回転可能になっており、基
板ホルダ４３に保持された基板ＳＵに所望の型部材４１
ａ、４１ｂ、…を対向させることができる。この状態
で、基板ホルダ４３を上昇させると、基板ＳＵ上の複合
層ＣＬに型部材４１ａ、４１ｂ、…の凹凸パターンが転
写され、この凹凸パターンに対応する立体的形状分布が
複合層ＣＬに付与されてここにデバイス層が形成され
る。この際、例えば型部材４１ａ、４１ｂ、…の窪みの
内側面形状と基板ＳＵの外側面形状とを一致させてアラ
イメント手段とすること等により、各型部材４１ａ、４
１ｂ、と基板ＳＵとの精密な位置合わせが可能になる。

【００３４】図３は、ディスク４１の構造を説明する裏
面図である。このディスク４１は、３つの金型部分４１
ａ〜４１ｃを有する。

【００３５】第１プレス型である第１型部材４１ａは、
正方形の窪みにラインアンドスペース・パターンＳＰ1
を有し、光マイクロデバイスを構成する下側の第１デバ
イス層を形成する際の射出成形用の金型となる。ライン
状の凹部ＬＤ1は、フォトニックデバイス層を構成する
周期構造を形成するためのものであり、基板ＳＵ上の複
合層ＣＬに立体的形状分布すなわち周期的な凹凸分布を
付与する。つまり、これらの凹部の間隔や高さは、サブ
μｍから数μｍ程度となっており、プレス成形後の樹脂
層には、２次元的な周期パターンが形成される。

【００３６】第２プレス型である第２型部材４１ｂも、
正方形の窪みにラインアンドスペース・パターンＳＰ2
を有し、光マイクロデバイスを構成する中間の第２デバ
イス層を形成する際のプレス成形用の金型となる。な
お、第２型部材４１ｂのライン状の凹部ＬＤ2は、スタ
ンプに際して、第１型部材４１ａのライン状凹部ＬＤ1
と直交する方向に延びる。

【００３７】第３プレス型である第３型部材４１ｃも、
正方形の窪みにラインアンドスペース・パターンＳＰ3
を有し、光マイクロデバイスを構成する上側の第３デバ
イス層を形成する際のプレス成形用の金型となる。な
お、第３型部材４１ｃのライン状の凹部ＬＤ3は、スタ
ンプ時に第１型部材４１ａのライン状凹部ＬＤ1と平行
に延びる。

【００３８】以上説明した各型部材４１ａ〜４１ｃは、
マイクロマシニング技術を利用した精密加工技術によっ
て形成される。

【００３９】図４は、付着手段及び溶解手段であるスタ
ック装置５０の内部構造を説明する図である。このスタ
ック装置５０は、マイクロデバイスを構成する複数のデ
バイス層を積層するためのスタッカＳＴを保持するスタ
ッカホルダ５１と、スタッカＳＴ内部に挿入される基板
ＳＵを保持する基板ホルダ５２と、基板ＳＵを基板ホル
ダ５２とともに昇降移動させる昇降装置５３と、スタッ
カホルダ５１の近傍に設置されて基板ホルダ５２の上下
位置等を検出するアライメント手段であるセンサ５４
と、センサ５４の出力に基づいて基板ホルダ５２の上下
位置等を監視して昇降装置５３に制御情報を出力するセ
ンサ駆動装置５５とを備える。なお、例えばスタッカＳ
Ｔの内側の側面形状と基板ＳＵの周囲の側面形状とを一
致させてアライメント手段とすること等により、スタッ
カＳＴと基板ＳＵとの水平面内での精密な位置合わせが
可能になる。

【００４０】ここで、基板ホルダ５２は、基板ＳＵを吸
着保持することができる。この基板ＳＵには、基板ＳＵ
上の複合層を加熱するためのヒータＨＥが埋め込まれて
おり、このヒータＨＥは、基板ホルダ５２を介してヒー
タ制御装置５６からの給電を受ける。これにより、基板
ＳＵ上の複合層を所望の温度に加熱することができる。
また、この基板ＳＵには、溶剤供給ポートであるエッチ
ャントの導入口ＩＰとエッチャントの排出口ＯＰとが貫
通孔として形成されており、基板ホルダ５２を介してエ
ッチャント供給装置５７に接続されている。エッチャン
ト供給装置５７からのエッチャントは、導入口ＩＰを介
してスタッカＳＴと基板ＳＵとの隙間の空間に導入さ
れ、この隙間空間の金属Ａｌを溶かす。金属溶解後のエ
ッチャントは、排出口ＯＰを経てエッチャント供給装置
５７に戻される。

【００４１】図５〜図８は、図１の装置を用いた光マイ
クロデバイスの製造方法を説明する図である。

【００４２】まず、図５（ａ）に示すように、第１及び
第２成膜装置２０、３０にて、カセット部１０から搬出
された第１基板ＳＵ1上に、数１０〜数１００ｎｍ（ナ
ノメートル）程度の厚さの金属層ＭＬと、１μｍ程度の
厚さの樹脂層ＰＬとを順次成膜することにより複合層Ｃ
Ｌとする。

【００４３】次に、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、
まずスタンプ装置４０にて、第１基板ＳＵ1上の複合層
ＣＬに周期的なパターンをプレス加工して、第１デバイ
ス層ＤＬ1とする。具体的には、まず第１基板ＳＵ1をス
タンプ装置４０の基板ホルダ４３に固定し、ディスク４
１を回転させて第１型部材４１ａを第１基板ＳＵ1に対
向させる（図５（ｂ）参照）。次に、第１基板ＳＵ1を
第１型部材４１ａに押圧して転写パターンＴＰ1を複合
層ＣＬにプレス形成する（図５（ｃ）参照）。この際、
転写パターンＴＰ1の凸部が樹脂層ＰＬを貫通するよう
にする。次に、第１型部材４１ａから第１基板ＳＵ1を
離間させる。これにより、転写パターンＴＰに対応する
凹凸パターンが樹脂層ＰＬに転写されて第１デバイス層
ＤＬ1が得られる（図５（ｄ）参照）。ここで、転写パ
ターンＴＰ1の凸部が樹脂層ＰＬを貫通するので、第１
デバイス層ＤＬ1は、樹脂層ＰＬを不要な個所で除去し
たような孤立した突起の集合体となる。

【００４４】次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、
スタック装置５０にて、第１基板ＳＵ1上に形成された
第１デバイス層ＤＬ1をスタッカＳＴの底部に付着させ
る。具体的には、まず第１基板ＳＵ1をスタック装置５
０の基板ホルダ５２に固定し、スタッカＳＴの底面ＳＴ
ａと第１基板ＳＵ1上の複合層ＣＬとを当接させる（図
６（ａ）参照）。次に、ヒータＨＥに給電しつつ、第１
基板ＳＵ1上の複合層ＣＬを所望の温度に加熱する。こ
れにより、複合層ＣＬ上部の第１デバイス層ＤＬ1は、
そのガラス転位温度付近まで加熱され、そのままの配置
状態でスタッカＳＴの底面ＳＴａに付着する。これと同
時に、エッチャントの導入口ＩＰからＡｌ用のエッチャ
ントを導入することにより、複合層ＣＬ下部の金属層Ｍ
Ｌを溶解し除去することができる。最後に、第１基板Ｓ
Ｕ1を基板ホルダ５２とともに降下させると、第１基板
ＳＵ1から第１デバイス層ＤＬ1がリリースされる（図６
（ｂ）参照）。つまり、スタッカＳＴの底面ＳＴａ上に
第１デバイス層ＤＬ1のラインアンドスペース・パター
ンが付着する。

【００４５】以上のような第１デバイス層ＤＬ1の形成
と並行して、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、第
１及び第２成膜装置２０、３０にて、カセット部１０か
ら搬出された第２基板ＳＵ2上に、金属層ＭＬ及び樹脂
層ＰＬからなる複合層ＣＬを形成するとともに、スタン
プ装置４０にて、第２基板ＳＵ2上の複合層ＣＬに周期
的なパターンをプレス加工して、第２デバイス層ＤＬ2
とする。具体的には、まず複合層ＣＬ形成後の第２基板
ＳＵ2をスタンプ装置４０の基板ホルダ４３に固定し、
ディスク４１を回転させて第２型部材４１ｂを第２基板
ＳＵ2に対向させる（図７（ａ）参照）。次に、第２基
板ＳＵ2を第２型部材４１ｂに押圧して転写パターンＴ
Ｐ2を複合層ＣＬにプレス形成する（図７（ｂ）参
照）。この際、転写パターンＴＰ2の凸部が樹脂層ＰＬ
を貫通するようにする。次に、第２型部材４１ｂから第
２基板ＳＵ2を離間させる。これにより、転写パターン
ＴＰに対応する凹凸パターンが樹脂層ＰＬに転写されて
第２デバイス層ＤＬ2が得られる（図７（ｃ）参照）。
ここで、転写パターンＴＰ2の凸部は、樹脂層ＰＬを貫
通している。このため、第２デバイス層ＤＬ2は、紙面
に平行な方向に延びていることから図面に明確に表示で
きないが、樹脂層ＰＬを不要な個所で除去したような孤
立した突起の集合体となる。

【００４６】次に、図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、
スタック装置５０にて、第２基板ＳＵ2上に形成された
第２デバイス層ＤＬ2を第１デバイス層ＤＬ１に付着さ
せる。具体的には、まず第２基板ＳＵ2をスタック装置
５０の基板ホルダ５２に固定し、スタッカＳＴの底面Ｓ
Ｔａに既に付着している第１デバイス層ＤＬ1と第２基
板ＳＵ2上の複合層ＣＬとをアライメントしつつ当接さ
せる（図７（ｄ）参照）。次に、ヒータＨＥに給電しつ
つ、第２基板ＳＵ2上の複合層ＣＬを所望の温度に加熱
する。これにより、複合層ＣＬ上部の第２デバイス層Ｄ
Ｌ2は、そのガラス転位温度付近まで加熱され、そのま
まの配置状態で底面ＳＴａ上の第１デバイス層ＤＬ1に
付着する。これと同時に、エッチャントの導入口ＩＰか
らＡｌ用のエッチャントを導入することにより、複合層
ＣＬ下部の金属層ＭＬを溶解し除去することができる。
最後に、第１基板ＳＵ1を基板ホルダ５２とともに降下
させると、第２基板ＳＵ2から第２デバイス層ＤＬ2がリ
リースされる（図７（ｅ）参照）。つまり、スタッカＳ
Ｔの底面ＳＴａ側の第１デバイス層ＤＬ1上に第２デバ
イス層ＤＬ2のラインアンドスペース・パターンが付着
する。

【００４７】以上のような第２デバイス層ＤＬ2の形成
と並行して、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、第
１及び第２成膜装置２０、３０にて、カセット部１０か
ら搬出された第３基板ＳＵ3上に、金属層ＭＬ及び樹脂
層ＰＬからなる複合層ＣＬを形成するとともに、スタン
プ装置４０にて、第３基板ＳＵ3上の複合層ＣＬに周期
的なパターンをプレス加工して、第３デバイス層ＤＬ3
とする。具体的には、まず複合層ＣＬ形成後の第３基板
ＳＵ3をスタンプ装置４０の基板ホルダ４３に固定し、
ディスク４１を回転させて第３型部材４１ｃを第３基板
ＳＵ3に対向させる（図８（ａ）参照）。次に、第３基
板ＳＵ3を第３型部材４１ｃに押圧して転写パターンＴ
Ｐ3を複合層ＣＬにプレス形成する（図８（ｂ）参
照）。この際、転写パターンＴＰ3の凸部が樹脂層ＰＬ
を貫通するようにする。次に、第３型部材４１ｃから第
３基板ＳＵ3を離間させる。これにより、転写パターン
ＴＰに対応する凹凸パターンが樹脂層ＰＬに転写されて
第３デバイス層ＤＬ3が得られる（図８（ｃ）参照）。
ここで、転写パターンＴＰ3の凸部は、樹脂層ＰＬを貫
通している。このため、第３デバイス層ＤＬ3は、樹脂
層ＰＬを不要な個所で除去したような孤立した突起の集
合体となる。

【００４８】次に、図８（ｄ）、（ｅ）に示すように、
スタック装置５０にて、第３基板ＳＵ3上に形成された
第３デバイス層ＤＬ3を第2デバイス層ＤＬ２に付着させ
る。具体的には、まず第３基板ＳＵ3をスタック装置５
０の基板ホルダ５２に固定し、スタッカＳＴの底面ＳＴ
ａに既に付着している第１及び第２デバイス層ＤＬ1、
ＤＬ2と第２基板ＳＵ2上の複合層ＣＬとをアライメント
しつつ当接させる（図８（ｄ）参照）。次に、ヒータＨ
Ｅに給電しつつ、第３基板ＳＵ3上の複合層ＣＬを所望
の温度に加熱する。これにより、複合層ＣＬ上部の第３
デバイス層ＤＬ3は、そのガラス転位温度付近まで加熱
され、そのままの配置状態で底面ＳＴａ上の第２デバイ
ス層ＤＬ2に付着する。これと同時に、エッチャントの
導入口ＩＰからＡｌ用のエッチャントを導入することに
より、複合層ＣＬ下部の金属層ＭＬを溶解し除去するこ
とができる。最後に、第１基板ＳＵ1を基板ホルダ５２
とともに降下させると、第３基板ＳＵ3から第３デバイ
ス層ＤＬ3がリリースされる（図８（ｅ）参照）。つま
り、スタッカＳＴの底面ＳＴａ側の第２デバイス層ＤＬ
2上に第３デバイス層ＤＬ3のラインアンドスペース・パ
ターンが付着する。

【００４９】以上の工程により、スタッカＳＴの底部に
は、複数のデバイス層ＤＬ1〜ＤＬ3を積層した構造の光
マイクロデバイスＭＤが形成される。この光マイクロデ
バイスＭＤは、多数の微少な棒状部材からなる井桁状の
周期的構造を有する。以上の説明では、簡単のため３段
構造の井桁構造としているが、実際は以上のような工程
を繰返すことによって更に多数段の井桁構造とすること
ができる。このような３次元の周期的井桁構造は、３次
元フォトニック結晶となっており、井桁の周期を対象光
の波長の１／２程度のピッチとすることで、対象光に対
してフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を形成する
ことができる。なお、上記実施形態では、簡便のため説
明を省略しているが、周期的井桁構造に適当な配置で連
続する欠陥を導入することにより、その連続する欠陥部
分の配置に対応する任意の形状の導波路や分岐・結合器
等の光素子を形成することができる。さらにこれらの光
素子を集積することにより、光集積回路とすることもで
きる。

【００５０】以上のような集積型の光マイクロデバイス
ＭＤは、波長多重通信(Dense Wavelength Division Mul
tiplexing:ＤＷＤＭ)に応用することができる。ＤＷＤ
Ｍでは、１本の光ファイバ内に多くの波長の異なる信号
を流し、大容量化を図っているが、かかる通信のネット
ワーク化を効率的に進めるためには、局所地域において
も、これら異波長信号の合波、分波、スイッチング等に
必要な各種素子からなる微小サイズの光集積回路を敷設
して行く必要がある。フォトニック結晶から形成した上
記実施形態のような光マイクロデバイスは、光路を大き
く曲げても損失がほとんど生じないので、光素子自体を
コンパクトに形成することができ、さらに、光集積回路
の集積度を高めやすい。つまり、以上の実施形態で説明
した光マイクロデバイスの製造方法により、低コストか
つ高スループットで小型の光集積回路を量産できるの
で、ＤＷＤＭを利用した通信網の局所地域における全光
化を進めることができる。なお、デバイス層ＤＬ1〜Ｄ
Ｌ3の形成に際しては、ＤＷＤＭの各波長に対応する周
期でフォトニック結晶のパターンを形成する。これによ
り、異波長信号の合波、分波、スイッチング等が可能に
なる。

【００５１】〔第２実施形態〕以下、第２実施形態に係
るマイクロデバイスの製造装置及び方法について説明す
る。なお、第２実施形態の装置及び方法は第１実施形態
を変形したものであり同一部分には同一の符号を付して
重複説明を省略する。

【００５２】図９（ａ）は、第２実施形態の製造方法で
基板ＳＵ1（ＳＵ2、ＳＵ3）上に形成する複合層ＣＬの
構造を説明する図である。この場合、金属層ＭＬのさら
に下側に樹脂製の１００μｍ程度の厚さのバッファ層Ｂ
Ｌを設けている。なお、バッファ層ＢＬは、図１の第２
成膜装置３０と同様の成膜装置であるバッファ層形成手
段によって形成することができる。

【００５３】図９（ｂ）、（ｃ）は、バッファ層ＢＬを
設ける理由を説明する図である。スタンプ装置４０の型
部材４１ａ〜４１ｃと基板ＳＵ1〜ＳＵ3とは、スタンピ
ングに際して、型部材４１ａ〜４１ｃの一端（図９
（ａ）参照）から他端（図９（ｂ）参照）にかけて軸方
向位置に関し最大で５０μｍ程度のずれが生じる場合が
ある。そこで、１００μｍ程度のバッファ層ＢＬを設け
ておけば、樹脂層ＰＬを確実に除去でき、所望の分布の
デバイス層ＤＬ1〜ＤＬ3をスタッカＳＴ底部に積層する
ことができる。

【００５４】〔第３実施形態〕図１０は、第３実施形態
の製造方法で用いるスタンプ装置４０のディスク１４１
を説明する図である。この場合、光マイクロデバイスで
はなく、ＤＮＡチップを形成することができる。このた
め、ディスク１４１に形成している型部材１４１ａ〜１
４１ｄも、ＤＮＡチップ等ライフサイエンス応用の微小
液体素子を構成する溝やメッシュ状のパターンとなって
いる。

【００５５】以上、実施形態に即して本発明を説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば上記実施形態では、単一のスタッカＳＴ中に光マ
イクロデバイスを形成しているが、複数のスタッカＳＴ
中にそれぞれ光マイクロデバイスを形成し、各スタッカ
ＳＴを配列したり、光源、スイッチ等を組み込めば多様
な機能のオプティカル・ベンチを実現することができ
る。この際、各スタッカＳＴの配置等を位置センサやア
クチュエータで調節する構成とすることができる。

【００５６】また、上記実施形態で用いた型部材４１ａ
〜４１ｃ、１４１ａ〜１４１ｄは、その立体的な凹凸形
状を変更することにより、フォトニックデバイスやＤＮ
Ａチップ以外の他のマイクロデバイス層とすることもで
きる。すなわち、バイオケミカル分野等における各種分
析・処理を一括して行うラブ・オン・チップ、ガスや流
体の分析を行うマクロ・クロマトグラフィ等を形成する
際に、上記実施形態の型部材４１ａ〜４１ｃと同様の金
型を利用したスタンピング、スタッカＳＴを利用した積
層とリリース等を利用することにより、必要な３次元的
形状を得ることができる。さらに、上記実施形態のよう
な型部材４１ａ〜４１ｃと同様の金型を利用したスタン
ピング、スタッカＳＴを利用した積層とリリース等の組
み合わせは、マイクロ・ポンプ、マイクロ光センサ、各
種パワーＭＥＭＳパーツ等の作製にも活用することがで
きる。

【００５７】また、上記実施形態では、スタッカＳＴと
基板ＳＵ1（ＳＵ2、ＳＵ3）との位置合わせをこれらの
嵌め合わせによるパッシブなアライメントとして行って
いるが、基板ホルダ５２等に位置センサやアクチュエー
タを適宜組み込んで、アクティブなアライメントをイン
ラインで行いつつデバイス層ＤＬ1〜ＤＬ3を積層するこ
ともできる。スタンピングに際し、型部材４１ａ〜４１
ｃと基板ＳＵ1（ＳＵ2、ＳＵ3）との位置合わせも、基
板ホルダ４３等に位置センサやアクチュエータを適宜組
み込んで、アクティブなアライメントをインラインで行
うことができる。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のマイクロデバイスの製造方法及び装置によれば、所定
の立体的形状分布を有しマイクロデバイスの本体部分と
なるデバイス層を一括して転写台表面上に付着形成する
ことができる。この際、型部材の押圧によって前記デバ
イス材料層に所定の立体的形状分布を付与していいるの
で、リソグラフィプロセス等を用いる場合に比較して、
製造コストを低く抑えることができる。また、このよう
に型部材の押圧を用いるので、比較的簡単な工程で形状
の一括転写が可能になり、製造処理におけるスループッ
トを高めることができる。

【００５９】また、本発明の別のマイクロデバイスの製
造方法及び装置によれば、バッファ層形成手段が、支持
台上に所定の厚さを有するバッファ層を形成するので、
所定の立体的形状分布を有しマイクロデバイスの本体部
分となるデバイス層を一括して確実に形成することがで
きる。この際、型部材の押圧によって前記デバイス材料
層に所定の立体的形状分布を付与しているので、リソグ
ラフィプロセス等を用いる場合に比較して、製造コスト
を低く抑えることができる。また、このように型部材の
押圧を用いるので、比較的簡単な工程で形状の一括転写
が可能になり、製造処理におけるスループットを高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る光マイクロデバイスの製造
装置の構成を説明するブロック図である。

【図２】図１の装置のうち、スタンプ装置の内部構造を
説明する図である。

【図３】図１の装置のうち、スタック装置の内部構造を
説明する図である。

【図４】図２の装置で用いられるディスクの構造を説明
する裏面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図１の装置を用いたマイク
ロデバイスの製造方法を説明する図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は、図１の装置を用いたマイクロ
デバイスの製造方法を説明する図である。

【図７】（ａ）〜（ｅ）は、図１の装置を用いたマイク
ロデバイスの製造方法を説明する図である。

【図８】（ａ）〜（ｅ）は、図１の装置を用いたマイク
ロデバイスの製造方法を説明する図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態により得たマ
イクロデバイスの構造を説明する図である。

【図１０】第３実施形態により得たマイクロデバイスの
構造を説明する図である。

【符号の説明】

１０ カセット部 ２０ 第１成膜装置 ３０ 第２成膜装置 ４０ スタンプ装置 ４１ ディスク ４１ａ〜４１ｃ 型部材 ５０ スタック装置 ６０ 搬送装置 ５６ ヒータ制御装置 ５７ エッチャント供給装置 ６０ 搬送装置 ６１ 搬送ロボット ＭＤ 光マイクロデバイス ＤＬ1〜ＤＬ3 デバイス層 ＭＬ 金属層 ＰＬ 樹脂層 ＳＵ1〜ＳＵ3 基板 ＨＥ ヒータ ＩＰ 導入口 ＯＰ 排出口 ＳＴ スタッカ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持台上に、所定の条件で溶解する犠牲
   層を形成する第１工程と、 前記犠牲層に、前記所定の条件で耐溶解性を有するデバ
   イス材料層を積層する第２工程と、 所定の転写パターンを加工した型部材の押圧により、前
   記デバイス材料層に前記所定の転写パターンに対応する
   所定の立体的形状分布を付与してデバイス層とする第３
   工程と、 転写台表面側に、前記デバイス層を接触させ、当該転写
   台表面側に付着させる第４工程と、 前記所定の条件で犠牲層を溶解する第５工程とを備える
   マイクロデバイスの製造方法。
2. 【請求項２】 転写パターンが異なる複数の型部材を用
   いて前記第１工程乃至第５工程を繰返すことにより、立
   体的形状分布が異なる複数のデバイス層を前記転写台表
   面上に順次積層することを特徴とする請求項１記載のマ
   イクロデバイスの製造方法。
3. 【請求項３】 アライメント手段により、前記複数のデ
   バイス層を相互に位置合わせすることを特徴とする請求
   項２記載のマイクロデバイスの製造方法。
4. 【請求項４】 前記犠牲層は、金属材料からなり、前記
   第５工程でエッチングによって除去されることを特徴と
   する請求項１から請求項３のいずれか記載のマイクロデ
   バイスの製造方法。
5. 【請求項５】 前記デバイス材料層は、樹脂材料からな
   ることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記
   載のマイクロデバイスの製造方法。
6. 【請求項６】 前記第４工程で、前記樹脂材料を加熱す
   ることによって前記デバイス層を前記転写台表面側に付
   着させることを特徴とする請求項５記載のマイクロデバ
   イスの製造方法。
7. 【請求項７】 支持台上に、所定の厚さを有するバッフ
   ァ層を形成する第１工程と、 前記バッファ層の上側に、デバイス材料層を積層する第
   ２工程と、 所定の転写パターンを加工した型部材の押圧により、前
   記デバイス材料層に前記所定の転写パターンに対応する
   所定の立体的形状分布を付与してデバイス層とする第３
   工程とを備えるマイクロデバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 前記バッファ層と前記デバイス層との間
   に所定の条件で溶解する犠牲層を形成する工程と、前記
   第３工程の後に、前記デバイス層を転写台表面側に接触
   させて当該転写台表面側に付着させる工程と、前記所定
   の条件で犠牲層を溶解する工程とを更に備えることを特
   徴とする請求項７記載のマイクロデバイスの製造方法。
9. 【請求項９】 支持台上に、所定の条件で溶解する犠牲
   層を形成する犠牲層形成手段と、 前記犠牲層に、前記所定の条件で耐溶解性を有するデバ
   イス材料層を積層するデバイス材料層形成手段と、 所定の転写パターンを加工した型部材を有し、当該型部
   材の押圧により、前記デバイス材料層に前記所定の転写
   パターンに対応する所定の立体的形状分布を付与してデ
   バイス層とするデバイス層形成手段と、 転写台表面側に、前記デバイス層を接触させ、当該転写
   台表面側に付着させる付着手段と、 前記所定の条件で犠牲層を溶解する溶解手段とを備える
   マイクロデバイスの製造装置。
10. 【請求項１０】 前記デバイス層形成手段は、転写パタ
    ーンが異なる複数の型部材を用いて複数の犠牲層から立
    体的形状分布が異なる複数のデバイス層を形成し、前記
    転写手段は、前記複数のデバイス層を前記転写台表面上
    に順次積層することを特徴とする請求項９記載のマイク
    ロデバイスの製造装置。
11. 【請求項１１】 前記デバイス層形成手段は、前記複数
    の型部材を有するディスクを備え、当該ディスクの移動
    によって前記デバイス材料層に形成すべき転写パターン
    を選択することを特徴とする請求項１０記載のマイクロ
    デバイスの製造装置。
12. 【請求項１２】 前記複数のデバイス層を相互に位置合
    わせするアライメント手段をさらに備えることを特徴と
    する請求項１０及び請求項１１のいずれか記載のマイク
    ロデバイスの製造装置。
13. 【請求項１３】 支持台上に、所定の厚さを有するバッ
    ファ層を形成するバッファ層形成手段と、 前記バッファ層の上側に、デバイス材料層を積層するデ
    バイス材料層形成手段と、 所定の転写パターンを加工した型部材の押圧により、前
    記デバイス材料層に前記所定の転写パターンに対応する
    所定の立体的形状分布を付与してデバイス層とするデバ
    イス層形成手段とを備えるマイクロデバイスの製造装
    置。
14. 【請求項１４】 前記バッファ層と前記デバイス層との
    間に所定の条件で溶解する犠牲層を形成する犠牲層形成
    手段と、前記デバイス層を転写台表面側に接触させて当
    該転写台表面側に付着させる付着手段と、前記所定の条
    件で犠牲層を溶解する溶解手段とを更に備えることを特
    徴とする請求項１３記載のマイクロデバイスの製造装
    置。