JP2004358602A - 積層構造体の製造方法および積層構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を、短時間で歩留まり良く製造することができる積層構造体の製造方法および積層構造体を提供する。
【解決手段】構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材４５−１，２が形成されたドナー基板４６に、ターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を断面パターン部材４５−１，２に位置合わせして圧接したのち離間を行う処理を繰り返す。この処理によって、断面パターン部材４５−１，２をターゲット基板に転写、積層することで接合された積層構造体を製造する際に、本発明では、断面パターン部材４５−１，２を次のように形成する。構造体の断面パターンの反転パターンであるレジストパターン層４４−１〜３の空間に、メッキにより断面パターン部材４５−１，２を形成し、レジストパターン層４４−１〜３を除去することにより形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材４５−１，２が形成されたドナー基板４６に、ターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を断面パターン部材４５−１，２に位置合わせして圧接したのち離間を行う処理を繰り返す。この処理によって、断面パターン部材４５−１，２をターゲット基板に転写、積層することで接合された積層構造体を製造する際に、本発明では、断面パターン部材４５−１，２を次のように形成する。構造体の断面パターンの反転パターンであるレジストパターン層４４−１〜３の空間に、メッキにより断面パターン部材４５−１，２を形成し、レジストパターン層４４−１〜３を除去することにより形成する。
【選択図】 図１
Description
【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光学部品や微小機械部品、あるいは、これらを形成する金型などの微小構造体を製造する積層構造体の製造方法および積層構造体に関し、特に高さが数百ミクロン以上となる積層構造体の製造方法および積層構造体に関する。
【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光学部品や微小機械部品などの微小構造体の製造にも、この方法を適用したいという要求がある。
【０００３】
図９〜図１３を参照して、上記のような積層造形方法を適用した第１の従来例による積層構造体の製造方法を説明する。
【０００４】
図９（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板１１を準備し、ポリイミドによる離型層１２を形成し、続いて積層構造体の構成材料であるＡｌ薄膜１３をスパッタ法、あるいは真空蒸着法などにより０．５μｍ着膜する。離型層１２はＡｌ薄膜１３との密着力を適正に保つ役割をする。
【０００５】
図９（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法によりＡｌ薄膜１３を積層構造体の断面形状に一括してパターニングし、複数の断面パターン部材１３−１，１３−２を形成する。この断面パターン部材１３−１，１３−２が形成された基板全体をドナー基板１５と呼ぶ。
【０００６】
図１０に示すように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板１５を固定する。また、ＸＹθステージ２２上方のＺステージ２３に、断面パターン部材１３−１，１３−２を積層するターゲット基板２４を固定する。そして、真空槽２１内を真空に排気した後、ターゲット基板２４の表面２４ａおよび断面パターン部材１３−１の表面１３−１ａにＡｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）２６をＦＡＢ源２５から照射し、ターゲット基板２４および断面パターン部材１３−１の表面を清浄化する。
【０００７】
図１１に示すように、Ｚステージ２３を下降させ、ターゲット基板２４の表面２４ａと一方の断面パターン部材１３−１を当接させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を掛け、５分間押し付けておくと、ターゲット基板２４と断面パターン部材１３−１が強固に接合する。なお、その接合強度は５０〜１００ＭＰａである。
【０００８】
図１２に示すように、Ｚステージ２３を上昇させると、断面パターン部材１３−１はドナー基板１５からターゲット基板２４に転写される。これは、ドナー基板１５上の断面パターン部材１３−１と、この下の離型層１２の密着力よりも、断面パターン部材１３−１とターゲット基板２４との接合力の方が大きいためである。
【０００９】
図１３に示すように、図１０〜図１２の工程を繰り返してターゲット基板２４に他の断面パターン部材１３−２を転写して積層構造体２７を形成し、最後に積層構造体２７をターゲット基板２４から取り外す（特許文献１参照。）。
【００１０】
図１４， 図１５を参照して、第２の従来例による積層構造体の製造方法を説明する。
【００１１】
図１４（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板３１の上下面に熱酸化膜３２−１，３２−２が形成された支持基板３３を準備する。支持基板３３は、平面度に留意して平面度が数ミクロン程度のものを用いる。
【００１２】
図１４（ｂ）に示すように、支持基板３３の熱酸化膜３２−１の上面に密着力強化剤を塗布した後、フォトレジストをスピン塗布して接着層３４を形成する。密着力強化剤を塗布することにより支持基板３３と接着層３４との間の密着力を、接着層３４と後述する図１４（ｃ）に示す板状部材３５との間の接着力よりも大きくなるようにしている。
【００１３】
図１４（ｃ）に示すように、両面が鏡面研磨され、平面度が数ミクロン程度で、厚さ５００ミクロンのシリコンウエハからなり、上面にだけ酸化膜３６が形成された板状部材３５を準備し、上記接着層３４が乾く前に板状部材３５を貼り付け、その後、１５０℃、３０分間ベイクして、２枚の支持基板３３と板状部材３５を接着する。
【００１４】
図１５（ａ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー法にて板状部材３５の表面の酸化膜３６を、最終的に製造される構造体の各断面形状に一括してパターニングし、酸化膜パターン層３６−１，３６−２を得る。エッチングは図示しないレジストパターンをマスクとし、バッファードフッ酸により行う。
【００１５】
図１５（ｂ）に示すように、その基板全体を図示せぬ誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）エッチング装置に導入し、酸化膜パターン層３６−１，３６−２をマスクとして、板状部材３５が支持基板３３の上面位置まで貫通するようにエッチングし、断面パターン部材３５−１，３５−２を得る。
【００１６】
図１５（ｃ）に示すように、酸化膜パターン層３６−１，３６−２をバッファードフッ酸によりエッチングすることによって、構造体の断面パターン部材３５−１，３５−２が形成されたドナー基板３７を得る。
【００１７】
次に、第１の従来例で説明した図１０〜図１３と同様に、ターゲット基板２４に複数の断面パターン部材３５−１，３５−２を転写して積層構造体を形成し、最後に積層構造体をターゲット基板２４から取り外す。この第２の従来例においては、第１の従来例のように断面パターン部材１３−１，１３−２となるＡｌ薄膜１３を着膜する代わりに、断面パターン部材３５−１、３５−２となる厚い板状部材３５を支持基板３３に貼り付けているため、短時間で厚い断面パターン部材３５−１，３５−２を形成することができる。また、断面パターン部材３５−１，３５−２も厚いので積層数も減らすことができる。従って、短時間で積層構造体を製造することができる（特許文献２参照。）。
【００１８】
【特許文献１】
特許第３１６１３６２号
【特許文献２】
特開２００２−１８７９８号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の特許文献１による積層構造体の製造方法においては、厚さ０．５μｍの薄膜である断面パターン部材１３−１，１３−２を積層して、高さ数１００μｍから数ｍｍの積層構造体２７を製造するため、積層数が非常に多くなり、製造時間が長くなる。積層数を減らすためには、薄膜の厚さを数１０μｍから数１００μｍと厚くすればよいが、スパッタ法や真空蒸着法の着膜速度は０．０５〜０．１μｍ／分程度と遅いため、薄膜の着膜に時間がかかる。このように、薄膜の着膜、あるいは積層に多大な時間がかかるという問題があった。
【００２０】
一方、特許文献２の積層構造体の製造方法においては、支持基板３３に板状部材３５を貼り付けるときの押し付け力を適切な大きさにする必要があり、押し付け力が大きいと硬化前の軟質の接着層３４が両者の間からはみ出して無くなってしまい、逆に押し付け力が小さいと板状部材３５が接着層３４に確実に密着せず接着力が低下する。接着層３４がない部分や密着力が低下した部分は、パターニング工程を経るうちに断面パターン部材３５−１，３５−２が支持基板３３から剥がれてしまう。断面パターン部材３５−１，３５−２が剥がれないようにするためには押し付け力を適切とすればよいが、そのマージンが小さいため適切な押し付け力とすることが難しい。従って、歩留まり良く、断面パターン部材３５−１，３５−２を形成することが難しいため、製造する積層構造体の歩留まりが低下するという問題があった。
【００２１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を、短時間で歩留まり良く製造することができる積層構造体の製造方法および積層構造体を提供することを目的とする。
【００２２】
【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、構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材が形成されたドナー基板に、ターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を前記断面パターン部材に位置合わせして圧接したのち離間を行う処理を繰り返すことによって、前記断面パターン部材を転写、積層して接合された積層構造体の製造方法において、前記断面パターン部材は、前記構造体の断面パターンを反転した反転パターン層を基板上に形成する第１の工程と、前記反転パターン層の間にメッキにより断面パターン部材を形成する第２の工程と、前記反転パターン層を除去する第３の工程とにより形成されることを特徴とする積層構造体の製造方法を提供する。
【００２３】
この方法によれば、着膜速度が速いメッキによって断面パターン部材を形成するようにしたので、厚い断面パターン部材を短時間で形成することができる。
【００２４】
本発明は、上記目的を達成するため、構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材の各々の間に軟質金属からなる層を介して積層された積層構造体を提供する。
【００２５】
この構成によれば、軟質金属からなる層を電極として断面パターン部材をメッキによって形成することができる。軟質金属からなる層は、断面パターン部材同士を圧接したとき、塑性変形するため、断面パターン部材同士の密着性が向上し、接合力が高くなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｄ）に、本発明の第１の実施の形態に係る積層構造体の製造工程を示す。本実施の形態と従来技術との違いはドナー基板の製造方法である。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板４１上に、後述する断面パターン部材との密着力を適切な範囲に制御することができる離型層４２を形成し、この上に後述するメッキ処理を行うための導電層４３を形成する。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、数１０〜数１００ミクロンの膜厚を有する厚いレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を形成する。なお、このレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３は、積層構造体の断面パターンを反転した形状になっている。
【００２９】
図１（ｃ）に示すように、導電層４３を電極として短時間で厚い膜を形成することができるメッキ処理により、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の間に構造体材料を埋め込んで断面パターン部材４５−１，４５−２を形成する。メッキ処理における着膜速度は、数μｍ／分とスパッタのそれに比べて数１０倍早い。
【００３０】
図１（ｄ）に示すように、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を除去し、積層構造体の断面パターン部材４５−１，４５−２をマスクにして導電層４３を、４３−１，４３−２で示すようにエッチングする。これによってドナー基板４６が完成する。
【００３１】
図２に示すように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板４６を固定すると共に、断面パターン部材４５−１，４５−２が積層されるターゲット基板２４をＺステージ２３上に固定し、ターゲット基板２４とドナー基板４６の表面２４ａ，４５−１ａにＦＡＢ源２５からＦＡＢ２６を照射し、両者の表面２４ａ，４５−１ａを清浄化する。
【００３２】
図３に示すように、Ｚステージ２３を下降させてターゲット基板２４とドナー基板４６を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させる。
【００３３】
図４に示すように、ターゲット基板２４に、断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１が転写される。これは、導電層４３−１が接しているのが離型層４２であり、離型層４２と導電層４３−１の密着力が、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１との接合力、および断面パターン部材４５−１と導電層４３−１との密着力よりも弱いためである。
【００３４】
図５に示すように、ＸＹθステージ２２を動かして、ターゲット基板２４に転写済みの断面パターン部材４５−１に密着された導電層４３−１と、断面パターン部材４５−２との位置合わせを行った後、両者４３−１，４５−２の表面４３−１ａ，４５−２ａにＦＡＢ２６を照射して、その表面４３−１ａ，４５−２ａを清浄化する。この後、図３に示したように、Ｚステージ２３を下降させて両者４３−１，４５−２を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させる。
【００３５】
図６に示すように、導電層４３−１に、断面パターン部材４５−２と共に導電層４３−２が転写される。このように、断面パターン部材を繰り返し転写して積層することにより、積層構造体５１を製造する。
【００３６】
このように、第１の実施の形態によれば、着膜速度が速いメッキによって断面パターン部材４５−１，４５−２を形成するようにしたので、厚い断面パターン部材４５−１，４５−２を短時間で形成することができる。このため、断面パターン部材４５−１，４５−２の積層数も減らすことができ、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体５１を短時間で製造することができる。
【００３７】
また、従来の図１４に示したように支持基板３３と板状部材３５とを貼り付けずに、離型層４２の上に断面パターン部材４５−１，４５−２を形成するようにしたので、離型層４２と断面パターン部材４５−１，４５−２との密着力を適正かつ確実に保持することができ、パターニング工程中に断面パターン部材４５−１，４５−２が基板から剥がれてしまうこともない。これによって、歩留まりを向上させることができる。従って、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体５１を、短時間で歩留まり良く製造することができる。
【００３８】
なお、この第１の実施の形態は、次のように様々に変形可能である。
【００３９】
例えば、上記の図１（ｄ）に示した工程では、露出している導電層４３を除去する形態を示したが、必ずしも除去しなくてもよい。しかし、除去した方が次の理由により好ましい。離型層４２と接しているのは導電層４３であるため、断面パターン部材４５−１，４５−２を転写するときに剥がれが生じるのは、導電層４３と離型層４２との界面である。
【００４０】
また、図４に示したように、その剥がれによって断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１も転写される。この際、導電層４３−１と離型層４２との密着力は、両者４３−１と４２が接している面積が小さいほうが低くなる。従って、密着力が低くなって転写しやすくなるように、図１（ｄ）に示すように余分な導電層４３をエッチングして除去することが好ましい。また、導電層４３−１、４３−２は断面パターン部材４５−１、４５−２をマスクにして選択的にエッチングして除去したが、必ずしも選択性がなく、断面パターン部材が同時にエッチングされてもよい。断面パターン部材がエッチングされる場合には、最終的に所定の厚さとなるよう、予め、断面パターン部材のエッチング量分だけ厚く断面パターン部材をメッキにより形成しておくことが好ましい。
【００４１】
また、導電層４３としては、導電性を有する材料であればよく、必要に応じて２層以上としてもよい。上層（断面パターン部材側）をＡｕとすることによりメッキ材料の選択性が広がり、また下層（離型層側）をアルミニウムあるいはアルミニウム合金として離型層をポリイミドとすることにより導電層と離型層の密着力が最も適切となる。また、純Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｕなどの軟質な金属材料で構成することが好ましい。また、この理由を次に述べる。
【００４２】
図４に示したように、断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１が転写されるため、次の断面パターン部材４５−２とは導電層４３−１が接合することになる。断面パターン部材４５−２の接合面には、表面粗さに対応する凸凹が存在するが、導電層４３−１が軟質である方が接合する際に、導電層４３−１が塑性変形して、その接合面の凸凹が埋まって当接面積が広くなり接合強度が増すので断面パターン部材４５−２が転写しやすくなる。従って、導電層４３は軟質である方が好ましい。また、導電層の形成方法は、メッキやスパッタなどの薄膜形成方法ならば何でも良く、導電層の構成などにより適宜選択される。例えば、前述したような、導電層の上層をＡｕ、下層をアルミニウムの２層構造とする場合には、アルミニウムの上にＡｕをメッキで形成することは難しいので、Ａｕはスパッタにより形成することが好ましい。
【００４３】
また、純Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｕなどの軟質な材料を接合面となる断面パターン部材４５−１，４５−２の上（表面）に形成しても、同様に接合強度が増すので好ましい。ただし、軟質な導電層４３が積層構造体５１に含まれて剛性が低下するため、高い剛性を必要とする積層構造体を製造する場合は好ましくない。
【００４４】
次に、このような高い剛性を必要とする積層構造体を製造する第２の実施の形態に係る積層構造体の製造方法を説明する。
【００４５】
図１（ａ）および（ｂ）に示した工程を経た後、図１（ｃ）に示したメッキ処理工程において、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の間に断面パターン部材４５−１，４５−２を形成した後、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３および断面パターン部材４５−１，４５−２全ての上面を研磨することによって、断面パターン部材４５−１，４５−２の接合面の凹凸を無くし、平滑面とする。そして、図１（ｄ）に示したように、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を除去し、断面パターン部材４５−１，４５−２をマスクにして導電層４３を、４３−１，４３−２で示すようにエッチングし、ドナー基板４６を完成させる。
【００４６】
ただし、断面パターン部材４５−１，４５−２の接合面を平滑面とする処理は、図１（ｄ）に示したレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の除去後に行っても良い。
【００４７】
図２に示したように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板４６を固定すると共に、ターゲット基板２４をＺステージ２３上に固定し、ＦＡＢ２６の照射によってターゲット基板２４とドナー基板４６の表面２４ａ，４５−１ａを清浄化する。
【００４８】
図３に示したように、Ｚステージ２３を下降させて両者２４，４６を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させ、図４に示したように、ターゲット基板２４に、断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１を転写する。
【００４９】
図７に示すように、ＸＹθステージ２２を動かして、ターゲット基板２４に転写済みの断面パターン部材４５−１に密着された導電層４３−１（図３参照）と、断面パターン部材４５−２との位置合わせを行った後、次の断面パターン部材４５−２を接合する前の表面清浄化を行う。この際、ＦＡＢ２６の照射により導電層４３−１をエッチングして導電層４３−１を除去する。この後、Ｚステージ２３を下降させて、ターゲット基板２４上の断面パターン部材４５−１とドナー基板４６上の断面パターン部材４５−２を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させる。
【００５０】
図８に示すように、断面パターン部材４５−１に他の断面パターン部材４５−２が転写される。
【００５１】
第２の実施の形態によれば、導電層４３が除去された断面パターン部材を繰り返し転写して積層することにより、導電層４３が間に介在しない高い剛性の積層構造体を製造することができる。断面パターン部材４５−１，４５−２の上面は、平滑面であるので、断面パターン部材同士の接合強度が大きくなる。
【００５２】
ただし、断面パターン部材４５−１と４５−２同士が確実に接合されるように、導電層４３−１，４３−２と離型層４２との密着力が最も適切となるように、導電層４３を純ＡｌあるいはＡｌ−Ｃｕ合金とし、離型層４２をポリイミドとすることが望ましい。
【００５３】
また、図１（ｂ）に示した反転パターンは、その形状精度が良好となるように、厚膜レジストをリソグラフィー法によりパターニングして形成することが好ましい。このようなパターニング方法としては光、あるいはＸ線に感光する厚膜レジストを用いてパターニングする方法があるが、より低コストとなる光に感光する厚膜レジストを用いてパターニングするのが更に好ましい。
【００５４】
【実施例】
以下、このような効果を奏する積層構造体の製造方法によって、実際に積層構造体５１を製造した工程を、上記の図１〜図６を参照して説明する。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板４１を準備し、その基板４１の表面にポリイミドをスピンコート法により塗布し、最高温度３５０℃でベークし、離型層４２を形成した。続いて、厚さ０．５μｍのＡｕをスパッタ法により着膜して導電層４３を形成した。
【００５６】
図１（ｂ）に示すように、導電層４３の上に膜厚５０μｍの厚膜レジストを形成した後、露光・現像を行って、積層構造体の断面パターンを反転した形状のレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を形成した。
【００５７】
図１（ｃ）に示すように、メッキを行って、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の間にＣｕを膜厚５０μｍとなるまで形成することによって、断面パターン部材４５−１，４５−２を形成した。なお、Ｃｕの着膜速度は２μｍ／分であった。なお、断面パターン部材４５−１，４５−２は、Ｎｉであってもよい。
【００５８】
図１（ｄ）に示すように、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３をアッシングして除去した後、断面パターン部材４５−１，４５−２をマスクにして、導電層４３を選択的にエッチングし、ドナー基板４６を製造した。
【００５９】
図２に示すように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板４６を固定し、Ｚステージ２３上にターゲット基板２４を固定し、槽内を５×１０−５Ｐａまで真空排気した。続いて、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１の表面２４ａ，４５−１ａに、ＦＡＢ源２５からＦＡＢ２６照射し、表面活性化処理を施した。ＦＡＢ処理条件は、ＦＡＢ電圧１．５ｋＶ、ＦＡＢ電流１５ｍＡ、処理時間５分とした。
【００６０】
図３に示すように、Ｚステージ２３を下降させ、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１とを当接させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を掛け、５分間押し付けた。この結果、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１とが強固に接合した。なお、その接合強度は５０〜１００ＭＰａである。
【００６１】
図４に示すように、Ｚステージ２３を上昇させると、断面パターン部材４５−１は、ドナー基板４６からターゲット基板２４に転写された。
【００６２】
図５に示すように、ＸＹθステージ２２を動かして、ターゲット基板２４に転写済みの断面パターン部材４５−１に密着された導電層４３−１と、断面パターン部材４５−２との位置合わせを行った後、両者４３−１，４５−２の表面４３−１ａ，４５−２ａにＦＡＢ２６を照射して、その表面４３−１ａ，４５−２ａを清浄化した。この後、図３に示したように、Ｚステージ２３を下降させて両者４３−１，４５−２を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させた。
【００６３】
図６に示すように、導電層４３−１に、断面パターン部材４５−２と共に導電層４３−２が転写される。このように、断面パターン部材を繰り返し転写して積層することにより、積層構造体５１を製造した。このように本実施例によれば、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体５１を、短時間で歩留まり良く製造することができた。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の積層構造体の製造方法によれば、着膜速度が速いメッキによって断面パターン部材を形成するようにしたので、厚い断面パターン部材を短時間で形成することができる。このため、断面パターン部材の積層数も減らすことができ、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を短時間で製造することができる。また、従来のように支持基板と板状部材とを貼り付けずに、離型層の上に断面パターン部材を形成するようにしたので、離型層と断面パターン部材との密着力を適正かつ確実に保持することができ、パターニング工程中に断面パターン部材が基板から剥がれてしまうこともない。これによって、歩留まりを向上させることができる。
【００６５】
本発明の積層構造体によれば、軟質金属からなる層電極として複数断面パターン部材を、着膜速度の速いメッキによって形成できるので、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を、短時間で歩留まり良く製造することができる。
【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積層構造体の製造工程を示し、（ａ）はシリコンウエハ基板上への離型層および導電層の形成工程、（ｂ）は積層構造体の断面の反転パターンであるレジストパターン層の形成工程、（ｃ）はレジストパターン層の間への断面パターン部材形成のためのメッキ処理工程、（ｄ）は断面パターン部材を形成したドナー基板形成のためのエッチング工程を示す図である。
【図２】真空槽中においてドナー基板とターゲット基板との表面を清浄化する工程を示す図である。
【図３】真空槽中においてドナー基板にターゲット基板による荷重を印加する工程を示す図である。
【図４】真空槽中においてターゲット基板に断面パターン部材と共に導電層を転写する工程を示す図である。
【図５】真空槽中においてＸＹθステージを動かして、ターゲット基板に転写済みの断面パターン部材に密着された導電層と、断面パターン部材との位置合わせを行い、両者の表面を清浄化する工程を示す図である。
【図６】真空槽中において断面パターン部材の導電層に、他の断面パターン部材と共に導電層を転写する工程を示す図である。
【図７】真空槽中においてターゲット基板に断面パターン部材と共に導電層を転写した後、その導電層を除去する工程を示す図である。
【図８】真空槽中においてターゲット基板の断面パターン部材に直接、他の断面パターン部材を転写する工程を示す図である。
【図９】第１の従来例における積層構造体の製造工程を示し、（ａ）はシリコンウエハ基板上への離型層およびＡｌ薄膜の形成工程、（ｂ）は断面パターン部材を形成したドナー基板形成のためのエッチング工程を示す図である。
【図１０】第１の従来例において真空槽中でドナー基板とターゲット基板との表面を清浄化する工程を示す図である。
【図１１】第１の従来例において真空槽中でドナー基板にターゲット基板による荷重を印加する工程を示す図である。
【図１２】第１の従来例において真空槽中でターゲット基板に断面パターン部材を転写する工程を示す図である。
【図１３】第１の従来例において真空槽中でターゲット基板の断面パターン部材に他の断面パターン部材を転写する工程を示す図である。
【図１４】第２の従来例における積層構造体の製造工程を示し、（ａ）はシリコンウエハ基板の上下面に熱酸化膜を形成した支持基板の形成工程、（ｂ）は支持基板の熱酸化膜上面への接着層の形成工程、（ｃ）は支持基板に接着層を介して表面に酸化膜が形成された板状部材を接着する工程を示す図である。
【図１５】第２の従来例における積層構造体の製造工程を示し、（ａ）は酸化膜パターン層の形成工程、（ｂ）は酸化膜パターン層をマスクとした断面パターン部材のエッチング工程、（ｃ）は断面パターン部材を形成したドナー基板の形成工程である。
【符号の説明】
１１，３１，４１ シリコンウエハ基板
１２，４２ 離型層
１３ Ａｌ薄膜
１３−１，１３−２ 断面パターン部材
１３−１ａ，４５−１ａ，４５−２ａ 断面パターン部材の表面
１５，３７，４６ ドナー基板
２１ 真空槽
２２ ＸＹθステージ
２３ Ｚステージ
２４ ターゲット基板
２４ａ ターゲット基板の表面
２５ ＦＡＢ源
２６ ＦＡＢ
２７，５１，５２ 積層構造体
３２−１，３２−２ 熱酸化膜
３３ 支持基板
３４ 接着層
３５ 板状部材
３６ 酸化膜
３５−１，３５−２ 断面パターン部材
３６−１，３６−２ 酸化膜パターン層
４３，４３−１，４３−２ 導電層
４３−１ａ 導電層の表面
４４−１，４４−２，４４−３ レジストパターン層
４５−１，４５−２ 断面パターン部材
【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光学部品や微小機械部品、あるいは、これらを形成する金型などの微小構造体を製造する積層構造体の製造方法および積層構造体に関し、特に高さが数百ミクロン以上となる積層構造体の製造方法および積層構造体に関する。
【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光学部品や微小機械部品などの微小構造体の製造にも、この方法を適用したいという要求がある。
【０００３】
図９〜図１３を参照して、上記のような積層造形方法を適用した第１の従来例による積層構造体の製造方法を説明する。
【０００４】
図９（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板１１を準備し、ポリイミドによる離型層１２を形成し、続いて積層構造体の構成材料であるＡｌ薄膜１３をスパッタ法、あるいは真空蒸着法などにより０．５μｍ着膜する。離型層１２はＡｌ薄膜１３との密着力を適正に保つ役割をする。
【０００５】
図９（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法によりＡｌ薄膜１３を積層構造体の断面形状に一括してパターニングし、複数の断面パターン部材１３−１，１３−２を形成する。この断面パターン部材１３−１，１３−２が形成された基板全体をドナー基板１５と呼ぶ。
【０００６】
図１０に示すように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板１５を固定する。また、ＸＹθステージ２２上方のＺステージ２３に、断面パターン部材１３−１，１３−２を積層するターゲット基板２４を固定する。そして、真空槽２１内を真空に排気した後、ターゲット基板２４の表面２４ａおよび断面パターン部材１３−１の表面１３−１ａにＡｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）２６をＦＡＢ源２５から照射し、ターゲット基板２４および断面パターン部材１３−１の表面を清浄化する。
【０００７】
図１１に示すように、Ｚステージ２３を下降させ、ターゲット基板２４の表面２４ａと一方の断面パターン部材１３−１を当接させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を掛け、５分間押し付けておくと、ターゲット基板２４と断面パターン部材１３−１が強固に接合する。なお、その接合強度は５０〜１００ＭＰａである。
【０００８】
図１２に示すように、Ｚステージ２３を上昇させると、断面パターン部材１３−１はドナー基板１５からターゲット基板２４に転写される。これは、ドナー基板１５上の断面パターン部材１３−１と、この下の離型層１２の密着力よりも、断面パターン部材１３−１とターゲット基板２４との接合力の方が大きいためである。
【０００９】
図１３に示すように、図１０〜図１２の工程を繰り返してターゲット基板２４に他の断面パターン部材１３−２を転写して積層構造体２７を形成し、最後に積層構造体２７をターゲット基板２４から取り外す（特許文献１参照。）。
【００１０】
図１４， 図１５を参照して、第２の従来例による積層構造体の製造方法を説明する。
【００１１】
図１４（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板３１の上下面に熱酸化膜３２−１，３２−２が形成された支持基板３３を準備する。支持基板３３は、平面度に留意して平面度が数ミクロン程度のものを用いる。
【００１２】
図１４（ｂ）に示すように、支持基板３３の熱酸化膜３２−１の上面に密着力強化剤を塗布した後、フォトレジストをスピン塗布して接着層３４を形成する。密着力強化剤を塗布することにより支持基板３３と接着層３４との間の密着力を、接着層３４と後述する図１４（ｃ）に示す板状部材３５との間の接着力よりも大きくなるようにしている。
【００１３】
図１４（ｃ）に示すように、両面が鏡面研磨され、平面度が数ミクロン程度で、厚さ５００ミクロンのシリコンウエハからなり、上面にだけ酸化膜３６が形成された板状部材３５を準備し、上記接着層３４が乾く前に板状部材３５を貼り付け、その後、１５０℃、３０分間ベイクして、２枚の支持基板３３と板状部材３５を接着する。
【００１４】
図１５（ａ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー法にて板状部材３５の表面の酸化膜３６を、最終的に製造される構造体の各断面形状に一括してパターニングし、酸化膜パターン層３６−１，３６−２を得る。エッチングは図示しないレジストパターンをマスクとし、バッファードフッ酸により行う。
【００１５】
図１５（ｂ）に示すように、その基板全体を図示せぬ誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）エッチング装置に導入し、酸化膜パターン層３６−１，３６−２をマスクとして、板状部材３５が支持基板３３の上面位置まで貫通するようにエッチングし、断面パターン部材３５−１，３５−２を得る。
【００１６】
図１５（ｃ）に示すように、酸化膜パターン層３６−１，３６−２をバッファードフッ酸によりエッチングすることによって、構造体の断面パターン部材３５−１，３５−２が形成されたドナー基板３７を得る。
【００１７】
次に、第１の従来例で説明した図１０〜図１３と同様に、ターゲット基板２４に複数の断面パターン部材３５−１，３５−２を転写して積層構造体を形成し、最後に積層構造体をターゲット基板２４から取り外す。この第２の従来例においては、第１の従来例のように断面パターン部材１３−１，１３−２となるＡｌ薄膜１３を着膜する代わりに、断面パターン部材３５−１、３５−２となる厚い板状部材３５を支持基板３３に貼り付けているため、短時間で厚い断面パターン部材３５−１，３５−２を形成することができる。また、断面パターン部材３５−１，３５−２も厚いので積層数も減らすことができる。従って、短時間で積層構造体を製造することができる（特許文献２参照。）。
【００１８】
【特許文献１】
特許第３１６１３６２号
【特許文献２】
特開２００２−１８７９８号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の特許文献１による積層構造体の製造方法においては、厚さ０．５μｍの薄膜である断面パターン部材１３−１，１３−２を積層して、高さ数１００μｍから数ｍｍの積層構造体２７を製造するため、積層数が非常に多くなり、製造時間が長くなる。積層数を減らすためには、薄膜の厚さを数１０μｍから数１００μｍと厚くすればよいが、スパッタ法や真空蒸着法の着膜速度は０．０５〜０．１μｍ／分程度と遅いため、薄膜の着膜に時間がかかる。このように、薄膜の着膜、あるいは積層に多大な時間がかかるという問題があった。
【００２０】
一方、特許文献２の積層構造体の製造方法においては、支持基板３３に板状部材３５を貼り付けるときの押し付け力を適切な大きさにする必要があり、押し付け力が大きいと硬化前の軟質の接着層３４が両者の間からはみ出して無くなってしまい、逆に押し付け力が小さいと板状部材３５が接着層３４に確実に密着せず接着力が低下する。接着層３４がない部分や密着力が低下した部分は、パターニング工程を経るうちに断面パターン部材３５−１，３５−２が支持基板３３から剥がれてしまう。断面パターン部材３５−１，３５−２が剥がれないようにするためには押し付け力を適切とすればよいが、そのマージンが小さいため適切な押し付け力とすることが難しい。従って、歩留まり良く、断面パターン部材３５−１，３５−２を形成することが難しいため、製造する積層構造体の歩留まりが低下するという問題があった。
【００２１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を、短時間で歩留まり良く製造することができる積層構造体の製造方法および積層構造体を提供することを目的とする。
【００２２】
【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、構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材が形成されたドナー基板に、ターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を前記断面パターン部材に位置合わせして圧接したのち離間を行う処理を繰り返すことによって、前記断面パターン部材を転写、積層して接合された積層構造体の製造方法において、前記断面パターン部材は、前記構造体の断面パターンを反転した反転パターン層を基板上に形成する第１の工程と、前記反転パターン層の間にメッキにより断面パターン部材を形成する第２の工程と、前記反転パターン層を除去する第３の工程とにより形成されることを特徴とする積層構造体の製造方法を提供する。
【００２３】
この方法によれば、着膜速度が速いメッキによって断面パターン部材を形成するようにしたので、厚い断面パターン部材を短時間で形成することができる。
【００２４】
本発明は、上記目的を達成するため、構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材の各々の間に軟質金属からなる層を介して積層された積層構造体を提供する。
【００２５】
この構成によれば、軟質金属からなる層を電極として断面パターン部材をメッキによって形成することができる。軟質金属からなる層は、断面パターン部材同士を圧接したとき、塑性変形するため、断面パターン部材同士の密着性が向上し、接合力が高くなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｄ）に、本発明の第１の実施の形態に係る積層構造体の製造工程を示す。本実施の形態と従来技術との違いはドナー基板の製造方法である。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板４１上に、後述する断面パターン部材との密着力を適切な範囲に制御することができる離型層４２を形成し、この上に後述するメッキ処理を行うための導電層４３を形成する。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、数１０〜数１００ミクロンの膜厚を有する厚いレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を形成する。なお、このレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３は、積層構造体の断面パターンを反転した形状になっている。
【００２９】
図１（ｃ）に示すように、導電層４３を電極として短時間で厚い膜を形成することができるメッキ処理により、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の間に構造体材料を埋め込んで断面パターン部材４５−１，４５−２を形成する。メッキ処理における着膜速度は、数μｍ／分とスパッタのそれに比べて数１０倍早い。
【００３０】
図１（ｄ）に示すように、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を除去し、積層構造体の断面パターン部材４５−１，４５−２をマスクにして導電層４３を、４３−１，４３−２で示すようにエッチングする。これによってドナー基板４６が完成する。
【００３１】
図２に示すように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板４６を固定すると共に、断面パターン部材４５−１，４５−２が積層されるターゲット基板２４をＺステージ２３上に固定し、ターゲット基板２４とドナー基板４６の表面２４ａ，４５−１ａにＦＡＢ源２５からＦＡＢ２６を照射し、両者の表面２４ａ，４５−１ａを清浄化する。
【００３２】
図３に示すように、Ｚステージ２３を下降させてターゲット基板２４とドナー基板４６を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させる。
【００３３】
図４に示すように、ターゲット基板２４に、断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１が転写される。これは、導電層４３−１が接しているのが離型層４２であり、離型層４２と導電層４３−１の密着力が、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１との接合力、および断面パターン部材４５−１と導電層４３−１との密着力よりも弱いためである。
【００３４】
図５に示すように、ＸＹθステージ２２を動かして、ターゲット基板２４に転写済みの断面パターン部材４５−１に密着された導電層４３−１と、断面パターン部材４５−２との位置合わせを行った後、両者４３−１，４５−２の表面４３−１ａ，４５−２ａにＦＡＢ２６を照射して、その表面４３−１ａ，４５−２ａを清浄化する。この後、図３に示したように、Ｚステージ２３を下降させて両者４３−１，４５−２を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させる。
【００３５】
図６に示すように、導電層４３−１に、断面パターン部材４５−２と共に導電層４３−２が転写される。このように、断面パターン部材を繰り返し転写して積層することにより、積層構造体５１を製造する。
【００３６】
このように、第１の実施の形態によれば、着膜速度が速いメッキによって断面パターン部材４５−１，４５−２を形成するようにしたので、厚い断面パターン部材４５−１，４５−２を短時間で形成することができる。このため、断面パターン部材４５−１，４５−２の積層数も減らすことができ、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体５１を短時間で製造することができる。
【００３７】
また、従来の図１４に示したように支持基板３３と板状部材３５とを貼り付けずに、離型層４２の上に断面パターン部材４５−１，４５−２を形成するようにしたので、離型層４２と断面パターン部材４５−１，４５−２との密着力を適正かつ確実に保持することができ、パターニング工程中に断面パターン部材４５−１，４５−２が基板から剥がれてしまうこともない。これによって、歩留まりを向上させることができる。従って、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体５１を、短時間で歩留まり良く製造することができる。
【００３８】
なお、この第１の実施の形態は、次のように様々に変形可能である。
【００３９】
例えば、上記の図１（ｄ）に示した工程では、露出している導電層４３を除去する形態を示したが、必ずしも除去しなくてもよい。しかし、除去した方が次の理由により好ましい。離型層４２と接しているのは導電層４３であるため、断面パターン部材４５−１，４５−２を転写するときに剥がれが生じるのは、導電層４３と離型層４２との界面である。
【００４０】
また、図４に示したように、その剥がれによって断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１も転写される。この際、導電層４３−１と離型層４２との密着力は、両者４３−１と４２が接している面積が小さいほうが低くなる。従って、密着力が低くなって転写しやすくなるように、図１（ｄ）に示すように余分な導電層４３をエッチングして除去することが好ましい。また、導電層４３−１、４３−２は断面パターン部材４５−１、４５−２をマスクにして選択的にエッチングして除去したが、必ずしも選択性がなく、断面パターン部材が同時にエッチングされてもよい。断面パターン部材がエッチングされる場合には、最終的に所定の厚さとなるよう、予め、断面パターン部材のエッチング量分だけ厚く断面パターン部材をメッキにより形成しておくことが好ましい。
【００４１】
また、導電層４３としては、導電性を有する材料であればよく、必要に応じて２層以上としてもよい。上層（断面パターン部材側）をＡｕとすることによりメッキ材料の選択性が広がり、また下層（離型層側）をアルミニウムあるいはアルミニウム合金として離型層をポリイミドとすることにより導電層と離型層の密着力が最も適切となる。また、純Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｕなどの軟質な金属材料で構成することが好ましい。また、この理由を次に述べる。
【００４２】
図４に示したように、断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１が転写されるため、次の断面パターン部材４５−２とは導電層４３−１が接合することになる。断面パターン部材４５−２の接合面には、表面粗さに対応する凸凹が存在するが、導電層４３−１が軟質である方が接合する際に、導電層４３−１が塑性変形して、その接合面の凸凹が埋まって当接面積が広くなり接合強度が増すので断面パターン部材４５−２が転写しやすくなる。従って、導電層４３は軟質である方が好ましい。また、導電層の形成方法は、メッキやスパッタなどの薄膜形成方法ならば何でも良く、導電層の構成などにより適宜選択される。例えば、前述したような、導電層の上層をＡｕ、下層をアルミニウムの２層構造とする場合には、アルミニウムの上にＡｕをメッキで形成することは難しいので、Ａｕはスパッタにより形成することが好ましい。
【００４３】
また、純Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｕなどの軟質な材料を接合面となる断面パターン部材４５−１，４５−２の上（表面）に形成しても、同様に接合強度が増すので好ましい。ただし、軟質な導電層４３が積層構造体５１に含まれて剛性が低下するため、高い剛性を必要とする積層構造体を製造する場合は好ましくない。
【００４４】
次に、このような高い剛性を必要とする積層構造体を製造する第２の実施の形態に係る積層構造体の製造方法を説明する。
【００４５】
図１（ａ）および（ｂ）に示した工程を経た後、図１（ｃ）に示したメッキ処理工程において、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の間に断面パターン部材４５−１，４５−２を形成した後、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３および断面パターン部材４５−１，４５−２全ての上面を研磨することによって、断面パターン部材４５−１，４５−２の接合面の凹凸を無くし、平滑面とする。そして、図１（ｄ）に示したように、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を除去し、断面パターン部材４５−１，４５−２をマスクにして導電層４３を、４３−１，４３−２で示すようにエッチングし、ドナー基板４６を完成させる。
【００４６】
ただし、断面パターン部材４５−１，４５−２の接合面を平滑面とする処理は、図１（ｄ）に示したレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の除去後に行っても良い。
【００４７】
図２に示したように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板４６を固定すると共に、ターゲット基板２４をＺステージ２３上に固定し、ＦＡＢ２６の照射によってターゲット基板２４とドナー基板４６の表面２４ａ，４５−１ａを清浄化する。
【００４８】
図３に示したように、Ｚステージ２３を下降させて両者２４，４６を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させ、図４に示したように、ターゲット基板２４に、断面パターン部材４５−１と共に導電層４３−１を転写する。
【００４９】
図７に示すように、ＸＹθステージ２２を動かして、ターゲット基板２４に転写済みの断面パターン部材４５−１に密着された導電層４３−１（図３参照）と、断面パターン部材４５−２との位置合わせを行った後、次の断面パターン部材４５−２を接合する前の表面清浄化を行う。この際、ＦＡＢ２６の照射により導電層４３−１をエッチングして導電層４３−１を除去する。この後、Ｚステージ２３を下降させて、ターゲット基板２４上の断面パターン部材４５−１とドナー基板４６上の断面パターン部材４５−２を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させる。
【００５０】
図８に示すように、断面パターン部材４５−１に他の断面パターン部材４５−２が転写される。
【００５１】
第２の実施の形態によれば、導電層４３が除去された断面パターン部材を繰り返し転写して積層することにより、導電層４３が間に介在しない高い剛性の積層構造体を製造することができる。断面パターン部材４５−１，４５−２の上面は、平滑面であるので、断面パターン部材同士の接合強度が大きくなる。
【００５２】
ただし、断面パターン部材４５−１と４５−２同士が確実に接合されるように、導電層４３−１，４３−２と離型層４２との密着力が最も適切となるように、導電層４３を純ＡｌあるいはＡｌ−Ｃｕ合金とし、離型層４２をポリイミドとすることが望ましい。
【００５３】
また、図１（ｂ）に示した反転パターンは、その形状精度が良好となるように、厚膜レジストをリソグラフィー法によりパターニングして形成することが好ましい。このようなパターニング方法としては光、あるいはＸ線に感光する厚膜レジストを用いてパターニングする方法があるが、より低コストとなる光に感光する厚膜レジストを用いてパターニングするのが更に好ましい。
【００５４】
【実施例】
以下、このような効果を奏する積層構造体の製造方法によって、実際に積層構造体５１を製造した工程を、上記の図１〜図６を参照して説明する。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板４１を準備し、その基板４１の表面にポリイミドをスピンコート法により塗布し、最高温度３５０℃でベークし、離型層４２を形成した。続いて、厚さ０．５μｍのＡｕをスパッタ法により着膜して導電層４３を形成した。
【００５６】
図１（ｂ）に示すように、導電層４３の上に膜厚５０μｍの厚膜レジストを形成した後、露光・現像を行って、積層構造体の断面パターンを反転した形状のレジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３を形成した。
【００５７】
図１（ｃ）に示すように、メッキを行って、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３の間にＣｕを膜厚５０μｍとなるまで形成することによって、断面パターン部材４５−１，４５−２を形成した。なお、Ｃｕの着膜速度は２μｍ／分であった。なお、断面パターン部材４５−１，４５−２は、Ｎｉであってもよい。
【００５８】
図１（ｄ）に示すように、レジストパターン層４４−１，４４−２，４４−３をアッシングして除去した後、断面パターン部材４５−１，４５−２をマスクにして、導電層４３を選択的にエッチングし、ドナー基板４６を製造した。
【００５９】
図２に示すように、真空槽２１中のＸＹθステージ２２上にドナー基板４６を固定し、Ｚステージ２３上にターゲット基板２４を固定し、槽内を５×１０−５Ｐａまで真空排気した。続いて、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１の表面２４ａ，４５−１ａに、ＦＡＢ源２５からＦＡＢ２６照射し、表面活性化処理を施した。ＦＡＢ処理条件は、ＦＡＢ電圧１．５ｋＶ、ＦＡＢ電流１５ｍＡ、処理時間５分とした。
【００６０】
図３に示すように、Ｚステージ２３を下降させ、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１とを当接させ、更に荷重として５０ｋｇｆ／ｃｍ２を掛け、５分間押し付けた。この結果、ターゲット基板２４と断面パターン部材４５−１とが強固に接合した。なお、その接合強度は５０〜１００ＭＰａである。
【００６１】
図４に示すように、Ｚステージ２３を上昇させると、断面パターン部材４５−１は、ドナー基板４６からターゲット基板２４に転写された。
【００６２】
図５に示すように、ＸＹθステージ２２を動かして、ターゲット基板２４に転写済みの断面パターン部材４５−１に密着された導電層４３−１と、断面パターン部材４５−２との位置合わせを行った後、両者４３−１，４５−２の表面４３−１ａ，４５−２ａにＦＡＢ２６を照射して、その表面４３−１ａ，４５−２ａを清浄化した。この後、図３に示したように、Ｚステージ２３を下降させて両者４３−１，４５−２を当接させ、荷重を印加した後、Ｚステージ２３を上昇させた。
【００６３】
図６に示すように、導電層４３−１に、断面パターン部材４５−２と共に導電層４３−２が転写される。このように、断面パターン部材を繰り返し転写して積層することにより、積層構造体５１を製造した。このように本実施例によれば、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体５１を、短時間で歩留まり良く製造することができた。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の積層構造体の製造方法によれば、着膜速度が速いメッキによって断面パターン部材を形成するようにしたので、厚い断面パターン部材を短時間で形成することができる。このため、断面パターン部材の積層数も減らすことができ、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を短時間で製造することができる。また、従来のように支持基板と板状部材とを貼り付けずに、離型層の上に断面パターン部材を形成するようにしたので、離型層と断面パターン部材との密着力を適正かつ確実に保持することができ、パターニング工程中に断面パターン部材が基板から剥がれてしまうこともない。これによって、歩留まりを向上させることができる。
【００６５】
本発明の積層構造体によれば、軟質金属からなる層電極として複数断面パターン部材を、着膜速度の速いメッキによって形成できるので、高さが数１００μｍ以上となる積層構造体を、短時間で歩留まり良く製造することができる。
【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積層構造体の製造工程を示し、（ａ）はシリコンウエハ基板上への離型層および導電層の形成工程、（ｂ）は積層構造体の断面の反転パターンであるレジストパターン層の形成工程、（ｃ）はレジストパターン層の間への断面パターン部材形成のためのメッキ処理工程、（ｄ）は断面パターン部材を形成したドナー基板形成のためのエッチング工程を示す図である。
【図２】真空槽中においてドナー基板とターゲット基板との表面を清浄化する工程を示す図である。
【図３】真空槽中においてドナー基板にターゲット基板による荷重を印加する工程を示す図である。
【図４】真空槽中においてターゲット基板に断面パターン部材と共に導電層を転写する工程を示す図である。
【図５】真空槽中においてＸＹθステージを動かして、ターゲット基板に転写済みの断面パターン部材に密着された導電層と、断面パターン部材との位置合わせを行い、両者の表面を清浄化する工程を示す図である。
【図６】真空槽中において断面パターン部材の導電層に、他の断面パターン部材と共に導電層を転写する工程を示す図である。
【図７】真空槽中においてターゲット基板に断面パターン部材と共に導電層を転写した後、その導電層を除去する工程を示す図である。
【図８】真空槽中においてターゲット基板の断面パターン部材に直接、他の断面パターン部材を転写する工程を示す図である。
【図９】第１の従来例における積層構造体の製造工程を示し、（ａ）はシリコンウエハ基板上への離型層およびＡｌ薄膜の形成工程、（ｂ）は断面パターン部材を形成したドナー基板形成のためのエッチング工程を示す図である。
【図１０】第１の従来例において真空槽中でドナー基板とターゲット基板との表面を清浄化する工程を示す図である。
【図１１】第１の従来例において真空槽中でドナー基板にターゲット基板による荷重を印加する工程を示す図である。
【図１２】第１の従来例において真空槽中でターゲット基板に断面パターン部材を転写する工程を示す図である。
【図１３】第１の従来例において真空槽中でターゲット基板の断面パターン部材に他の断面パターン部材を転写する工程を示す図である。
【図１４】第２の従来例における積層構造体の製造工程を示し、（ａ）はシリコンウエハ基板の上下面に熱酸化膜を形成した支持基板の形成工程、（ｂ）は支持基板の熱酸化膜上面への接着層の形成工程、（ｃ）は支持基板に接着層を介して表面に酸化膜が形成された板状部材を接着する工程を示す図である。
【図１５】第２の従来例における積層構造体の製造工程を示し、（ａ）は酸化膜パターン層の形成工程、（ｂ）は酸化膜パターン層をマスクとした断面パターン部材のエッチング工程、（ｃ）は断面パターン部材を形成したドナー基板の形成工程である。
【符号の説明】
１１，３１，４１ シリコンウエハ基板
１２，４２ 離型層
１３ Ａｌ薄膜
１３−１，１３−２ 断面パターン部材
１３−１ａ，４５−１ａ，４５−２ａ 断面パターン部材の表面
１５，３７，４６ ドナー基板
２１ 真空槽
２２ ＸＹθステージ
２３ Ｚステージ
２４ ターゲット基板
２４ａ ターゲット基板の表面
２５ ＦＡＢ源
２６ ＦＡＢ
２７，５１，５２ 積層構造体
３２−１，３２−２ 熱酸化膜
３３ 支持基板
３４ 接着層
３５ 板状部材
３６ 酸化膜
３５−１，３５−２ 断面パターン部材
３６−１，３６−２ 酸化膜パターン層
４３，４３−１，４３−２ 導電層
４３−１ａ 導電層の表面
４４−１，４４−２，４４−３ レジストパターン層
４５−１，４５−２ 断面パターン部材
Claims (14)
- 構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材が形成されたドナー基板を準備し、前記ドナー基板にターゲット基板を対向配置し、このターゲット基板を前記断面パターン部材に位置合わせして圧接したのち離間を行う処理を繰り返すことによって、前記断面パターン部材を転写、積層して接合された積層構造体の製造方法において、
前記ドナー基板の準備は、
前記構造体の断面パターンを反転した反転パターン層を前記ドナー基板上に形成する第１の工程と、
前記反転パターン層の前記構造体の断面パターンに対応する空間部分にメッキにより前記複数の断面パターン部材を形成する第２の工程と、
前記反転パターン層を除去する第３の工程を含む
ことを特徴とする積層構造体の製造方法。 - 前記第１の工程は、厚膜レジストをフォトリソグラフィー法によりパターニングして前記反転パターン層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記第１の工程は、前記ドナー基板上に離型層および導電層を順次形成し、前記反転パターン層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記第３の工程は、前記断面パターン部材をマスクとして、露出している前記導電層を除去する
ことを特徴とする請求項３に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記断面パターン部材の転写は、前記ターゲット基板の上に、前記断面パターン部材と共に前記導電層を転写する
ことを特徴とする請求項３に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記離型層はポリイミドからなり、前記離型層と接する導電層はアルミニウムおよびアルミニウム合金の何れかからなる
ことを特徴とする請求項３に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記導電層は、軟質金属からなる
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の積層構造体の製造方法。 - 前記軟質金属は、アルミニウム、アルミニウム合金および金の何れかである
ことを特徴とする請求項７に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記導電層は、２層以上から構成される
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の積層構造体の製造方法。 - 前記導電層は、上層が金からなり、下層がアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる
ことを特徴とする請求項９に記載の微小構造体の製造方法。 - 前記第２または第３の工程は、前記断面パターン部材の表面を研磨して平滑面とする第４の工程を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記ターゲット基板の上に転写される断面パターン部材が、前記平滑面とされた断面パターン部材である場合は、前記平滑面とされた断面パターン部材と共に転写された導電層を除去し、この導電層が除去された断面パターン部材に、次の断面パターン部材と共に導電層を転写する処理を繰り返して積層構造体を製造する
ことを特徴とする請求項１１に記載の積層構造体の製造方法。 - 構造体の断面パターンに対応する複数の断面パターン部材の各々の間に軟質金属からなる層を介して積層された
ことを特徴とする積層構造体。 - 前記軟質金属は、アルミニウム、アルミニウム合金および金の何れかである
ことを特徴とする請求項１３に記載の積層構造体。
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