JP3161362B2 - 微小構造体、その製造方法、その製造装置、基板および成形型 - Google Patents
微小構造体、その製造方法、その製造装置、基板および成形型Info
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Description
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、およびその製造方法
および装置に関し、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
を積層することによって得られる微小構造体、およびそ
の製造方法および装置に関する。
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。)
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、199
6、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Kaw
ata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。
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。
積層法に係る製造装置を示す図であり、特開平6−19
0929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14
2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。
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。
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、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、転写工程が必要と
なるという欠点がある。
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き、金属等の固い材料の微小構造体
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。
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。
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。
く、特に、積層方向の高解像度化が可能な微小構造体、
その製造方法、その製造装置、基板および成形型を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、直接金属
あるいはセラミックス等の絶縁体で造形することが可能
な微小構造体、その製造方法、その製造装置、基板およ
び成形型を提供することにある。また、本発明の他の目
的は、複数の構造体要素が組み立てられた状態で一括し
て造形することが可能な微小構造体、その製造方法、そ
の製造装置、基板および成形型を提供することにある。
成するため、所定の2次元パターンに金属、セラミック
スあるいはシリコンから形成された複数の薄膜の面同士
が直接接触して接合した状態で積層されてなる微小構造
体を提供する。
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、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2の工程を含むことを
特徴とする微小構造体の製造方法を提供する。
め、基板上に所定の2次元パターンを有する複数の第1
の薄膜を形成するとともに、前記複数の第1の薄膜の周
囲に前記第1の薄膜とは異なる材料からなり、かつ、前
記第1の薄膜と同一膜厚の複数の第2の薄膜を形成して
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜からなる複数の複
合薄膜を形成する第1の工程と、前記複数の複合薄膜を
前記基板上から剥離し、ステージ上に前記複数の複合薄
膜を積層して接合させて微小構造体を含む積層体を形成
する第2の工程と、前記積層体のうち前記第1の薄膜あ
るいは前記第2の薄膜を除去して前記微小構造体を得る
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
法を提供する。
め、複数の基板上に薄膜をそれぞれ着膜し、前記複数の
基板上に着膜した前記薄膜に所定の2次元パターンを有
する複数の潜像を前記基板毎に形成する第1の工程と、
前記潜像が形成された前記薄膜同士を接合する第2の工
程と、前記薄膜同士が接合された一対の前記基板のうち
一方の前記基板を除去する第3の工程と、前記第2の工
程と前記第3の工程を繰り返して複数の薄膜を積層する
第4の工程と、積層された前記複数の薄膜のうち前記潜
像を現像する第5の工程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。
め、真空槽内に配置され、所定の2次元パターンを有す
る複数の薄膜が形成され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立体構造物を
支持するステージと、前記基板ホルダと前記ステージの
少なくとも一方を移動させて前記ステージを前記複数の
薄膜上に順々に位置させる移動手段と、前記複数の薄膜
を前記基板上から剥離し、前記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ように
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。本発明は、上記
目的を達成するため、複数の薄膜を積層してなる微小構
造体の製造方法であって、前記微小構造体の断面形状に
対応した2次元パターンを有する前記複数の薄膜を形成
する工程と、積層時に隣接する前記複数の薄膜の互いに
対向する面を清浄化する工程と、前記複数の薄膜の清浄
化された面同士を接触させて接合する工程と、を備えた
微小構造体の製造方法を提供する。 本発明は、上記目的
を達成するため、複数の薄膜が表面に形成されてなる基
板において、前記複数の薄膜は、前記基板側との間に、
表面が清浄化された後相手部材と接合されたとき、その
接合力より小なる密着力を有することを特徴とする基板
を提供する。 本発明は、上記目的を達成するため、所定
の2次元パターンに形成された複数の薄膜が接合した状
態で積層されてなる成形型を提供する。
態に係る微小構造体の製造システムを示す。この製造シ
ステム1は、基板上に薄膜を着膜する着膜装置2Aと、
着膜装置2Aによって着膜された薄膜を目的とする微小
構造体の各断面形状に対応してパターニングするパター
ニング装置2Bと、パターニングされた複数の薄膜を常
温接合によって積層する積層装置3とを有して構成され
ている。
ガラス基板(Corning 7059等)等の基板の上にサブμm
〜数μmの範囲で膜厚制御性が良好で、基板全体に亘っ
て膜厚均一性に優れた着膜方法、例えば、電子ビーム加
熱蒸着法,抵抗加熱蒸着法,スパッタリング法および化
学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition )法等の
真空蒸着法、あるいはスピンコート法によって薄膜を着
膜するものである。真空蒸着法やスピンコート法を用い
ることによって、0.1〜10μm程度の目標薄膜をそ
の薄膜の1/10以下の膜厚精度で着膜することができ
る。
に基板の表面に離型性の良い離型層を予め形成するよう
になっている。離型層としては、基板表面に熱酸化膜や
フッ素系樹脂等のフッ素を含む薄膜を蒸着あるいは塗布
して形成してもよく、基板表面をフッ素原子を含むガス
の放電に晒し、基板表面をフッ素化して形成してもよ
い。フッ素を含む薄膜の形成やフッ素化により、離型性
を更に高めることができる。
m以下の平面形状精度を有するパターニング方法、例え
ば、フォトリソグラフィー法、集束イオンビーム(FI
B)法、電子ビーム直接描画法等を用いて微小構造体の
各断面形状に対応する複数の薄膜を不要部分あるいは境
界線の除去により一括して形成するものである。フォト
リソグラフィー法によれば、サブμmの平面形状精度が
得られ、量産性が向上する。また、FIB法および電子
ビーム直接描画法を用いることにより、サブμmの平面
形状精度が得られ、また、ビーム走査により任意の形状
が描画できるため、フォトマスクを用いないでパターニ
ングできることから、フォトマスク作成のための納期が
短縮できる。なお、電子ビーム直接描画法を用いる場合
は、レジストとして電子線に感度のある電子線レジスト
を用いる。この第1の実施の形態では、フォトリソグラ
フィー法を用いて不要部分を除去した。
層装置3は、積層工程が行われる真空槽300を有し、
この真空槽300の内部に、基板400が載置される基
板ホルダ301と、基板400上に形成された薄膜が転
写されるステージ302と、このステージ302に取り
付けられ、ステージ302側をFAB(Fast Atom Bomba
rdment) 処理する第1のFAB源303A、および基板
400側をFAB処理する第2のFAB源303Bと、
FAB処理後にアーム304A,304Bを約90°回
動させて第1および第2のFAB源303A,303B
を退避させる第1および第2の退避モータ305A,3
05Bと、ステージ302に取り付けられ、基板400
上のアライメントマークを検出する顕微鏡の如きマーク
検出部306と、真空槽300内の真空度を検出する真
空計307と、ステージ302をX軸モータ(図3参
照)311によってX軸方向(図2において左右方向)
に移動させるとともに、X軸位置検出部(図3参照)3
12によってステージ302のX軸上の位置を検出する
X軸テーブル310と、ステージ302をY軸モータ
(図3参照)321によってY軸方向(図2において紙
面に垂直な方向)に移動させるとともに、Y軸位置検出
部(図3参照)322によってステージ302のY軸上
の位置を検出するY軸テーブル320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。本実施の形態では、F
AB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。
アルミニウム合金等の金属からなり、ステージ302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
302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、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302の表面
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、犠牲層の材料としてアルミニウムを選
択し、ステージ302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302から容
易に分離することができる。
に、基板ホルダ301をZ軸モータ(図3参照)331
によってZ軸方向(図2において上下方向)に移動さ
せ、薄膜をステージ302側に荷重5kgf/cm2 以
上で1〜10分間圧着させるとともに、Z軸位置検出部
(図3参照)332によって基板ホルダ301のZ軸上
の位置を検出するZ軸テーブル330と、アライメント
調整の際にθモータ341によって基板ホルダ301を
Z軸回りに回転させるとともに、θ位置検出部(図3参
照)342によって基板ホルダ301のθ方向の角度位
置を検出するθテーブル340と、真空槽300内を真
空に排気する真空ポンプ350と、アルゴンガスが充填
されたアルゴンガスボンベ351と、アルゴンガスボン
ベ351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352A,352Bを介して対
応する第1および第2のFAB源303A,303Bに
供給する第1および第2の流量コントローラ(MFC)
353A,353Bとを具備している。
装置3は、本装置3全体の制御を司る制御部360を有
し、この制御部360に、制御部360のプログラムを
含む各種の情報を記憶するメモリ361、第1のFAB
源駆動部362Aを介して第1のFAB源303A、第
2のFAB源駆動部362B介して第2のFAB源30
3B、第1および第2の退避モータ305A,305
B、マーク検出部306、真空計307、X軸モータ3
11、X軸位置検出部312、Y軸モータ321、Y軸
位置検出部322、Z軸モータ331、Z軸位置検出部
332、θモータ341、θ位置検出部342、真空ポ
ンプ350、第1および第2の電磁弁352A,352
B、第1および第2のMFC353A,353Bを各々
接続している。
22およびθ位置検出部342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によって実現する
ことができる。
A,362Bは、1〜1.5kVの加速電圧を対応する
第1および第2のFAB源303A,303Bに付与す
るものである。
プログラムに基づいて、基板400上に離型層を介して
形成された薄膜をステージ302の表面に犠牲層を介し
て接合し、この薄膜に基板から剥離して複数の薄膜を順
次接合して積層し、微小構造体を形成するように積層装
置3の各部を制御するようになっている。
の関係を説明するための図である。離型層401と薄膜
4aとの接合力をf1 、薄膜4a,4a同士の接合力を
f2、薄膜4aと犠牲層370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犠牲層
370、離型層401および薄膜4aの材料を選択す
る。これにより、基板400上に離型層401を介して
形成された薄膜4aがステージ302上の犠牲層370
あるいは既にステージ302上に転写された薄膜4aと
十分な強度で接合され、かつ、基板400から剥離して
ステージ302側に移ることができる。
ム1の動作を図5および図6を参照して説明する。な
お、ステージ302上には予め犠牲層370が形成され
ているとする。図5は、第1の実施の形態が目的とする
微小構造体の一例を示す。この微小構造体4は、各断面
形状に対応した複数の薄膜4aから構成されている。図
6(a) 〜(c) は、着膜工程およびパターニング工程を示
す。
準備し、着膜装置2Aを用いて、基板400の表面に離
型層401として熱酸化膜を0.1μm成長させ、その
上にスパッタリング法によりAl薄膜402を0.5μ
m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400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400上の膜厚分布は、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4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。
用いて、フォトリソグラフィー法により図5に示す微小
構造体4の各断面形状に対応した複数の薄膜4aを形成
する。すなわち、基板400上に形成したAl薄膜40
2の表面にポジ型のフォトレジストを塗布し、フォトマ
スク(図示省略)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の部分を溶剤によって取り去り、
露出した薄膜402の部分をエッチングし、未露光のフ
ォトレジストを剥離液にて除去して複数の薄膜4aを残
す。なお、図6(c) に示すように、このパターニング工
程で基板400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403も形成しておく。また、図
6(b) ,(c) において、直径の大きい薄膜4aから順に
第1層〜第6層の薄膜4aとして説明する。
以下に説明する積層工程を示す。なお、図7および図8
において、離型層401および犠牲層370は図示を省
略する。
真空槽300内の基板ホルダ301上に載置する。
押下すると、制御部360は、メモリ361が記憶する
プログラムに従い、以下に説明する工程を実行する。ま
ず、制御部360は、真空計307の検出値に基づいて
真空ポンプ350を制御して真空槽300内を10-6P
a台まで排気し、真空槽300内を高真空状態あるいは
超高真空状態にする。
基板400(アライメントマーク403)とのアライメ
ント調整を行う。すなわち、制御部360は、X軸モー
タ311およびY軸モータ321を制御してステージ3
02をX方向およびY方向に移動してマーク検出部30
6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400と基板ホルダ301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302およびアライメントマーク403
が原点位置に達するようにX軸モータ311、Y軸モー
タ321およびθモータ341を制御する。ステージ3
02は、X軸モータ311およびY軸モータ321によ
ってX方向およびY方向に移動し、基板ホルダ301
は、θモータ341によって回転し、ステージ302お
よびアライメントマーク403が原点位置に達する。こ
れにより、薄膜4aが形成された基板400を載置する
位置にずれがあっても、ステージ302とアライメント
マーク403の相対的な位置出しが正確に行われる。
層の除去 図7(a) に示すように、制御部360は、X軸位置検出
部312およびY軸位置検出部322の検出信号に基づ
いてX軸モータ311およびY軸モータ321を駆動
し、ステージ302を原点位置からX方向およびY方向
に移動させて第1層の薄膜4a上に位置させる。次に、
制御部360は、第1層の薄膜4aを接合する面(ステ
ージ302の表面と第1層の薄膜4aの表面)にアルゴ
ン原子ビーム351aでFAB処理を施す。すなわち、
制御部360は、ステージ302の表面、および第1層
の薄膜4aの表面に所定量のアルゴン原子ビーム351
aを所定時間(例えば5分間)照射するように、第1お
よび第2のFAB源駆動部362A,362Bに対する
駆動制御、第1および第2の電磁弁352A,352B
に対する開閉制御、および第1および第2のMFC35
3A,353Bに対する流量制御を行う。第1および第
2のFAB源駆動部362A,362Bは、制御部36
0の制御により、例えば、1.5kVの加速電圧を第1
および第2のFAB源303A,303Bに付与する。
アルゴンガスボンベ351から圧送されるアルゴンガス
は、第1および第2のMFC353A,353Bによっ
て流量が調整され、第1および第2の電磁弁352A,
352Bを介して第1および第2のFAB源303A,
303Bに供給される。第1のFAB源303Aは、斜
め約45°上方のステージ302の表面に向けてアルゴ
ン原子ビーム351aを5分間照射する。第2のFAB
源303Bは、斜め約45°下方の第1層の薄膜4aの
表面に向けてアルゴン原子ビーム351aを5分間照射
する。これにより、ステージ302および第1層の薄膜
4a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。
よび第2の退避モータ305A,305Bを駆動してア
ーム304A,304Bを水平方向に回動させ、第1お
よび第2のFAB源303A,303Bを退避させる。
制御部360は、Z軸位置検出部332の検出信号に基
づいてZ軸モータ331を制御して基板ホルダ301を
上昇させ、ステージ302の表面に第1層の薄膜4aの
表面を接触させ、所定の荷重(例えば50kgf/cm
2 )で所定の時間(例えば5分間)押し付ける。これに
より、ステージ302の表面(犠牲層370)に第1層
の薄膜4aの表面が強固に接合される。薄膜402と犠
牲層370との接合力f3を引っ張り試験により評価し
たところ、50〜100MPaが得られている。なお、
大きい接合力f3 を得るために、薄膜4aとステージ3
02の表面粗さは各々10nm程度とした。
置検出部332の検出信号に基づいてZ軸モータ331
を駆動して基板ホルダ301を図7(a) に示す元に位置
まで下降させ、第1および第2の退避モータ305A,
305Bを駆動して第1および第2のFAB源303
A,303Bを元の位置に復帰させる。基板ホルダ30
1を下降させると、薄膜4aとステージ302上の犠牲
層との接合力f3 の方が薄膜4aと離型層との接合力f
1 よりも大きいため、薄膜4aは基板400側から剥離
し、ステージ302側に転写される。
層の除去 次に、図8(d) に示すように、制御部360は、X軸モ
ータ311およびY軸モータ321を制御してステージ
302を第2層の薄膜4aの上に移動し、図7(a) で説
明したように再びFABを照射する。ステージ302の
移動量は各薄膜4aピッチに相当する距離である。最初
のFAB照射との違いはステージ302の表面にFAB
を照射するのではなく、第1層の薄膜4aの裏面(それ
まで基板400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。
よび第2のFAB源303A,303Bを退避させ、基
板ホルダ301を上昇させ、第1層の薄膜4aに第2層
の薄膜4aを接合する。
ルダ301を下降させ、第1および第2のFAB源30
3A,303Bを元の位置に復帰させ、基板ホルダ30
1を下降させる。基板ホルダ301を下降させると、薄
膜4a同士の接合力f2 の方が薄膜4aと離型層401
との接合力f1 よりも大きいため、第2の薄膜4aは基
板400側から剥離し、第1の薄膜4aの上に転写され
る。
薄膜4aの接合・転写を繰り返して第3層〜第6層の薄
膜4aを同様に積層すると、図9に示すように、全ての
薄膜4aが積層された微小構造体4が得られる。最後
に、犠牲層370をエッチング除去して微小構造体4を
ステージ302から分離する。
説明する。 (イ) 着膜とパターニングにより微小構造体4を構成する
複数の薄膜4aを一括して形成しているので、後は接合
と転写の工程だけを繰り返せば複数の薄膜4aを積層で
きることから、生産性が大幅に向上する。また、真空槽
300内を一旦真空引きしてしまえば真空を破らずにF
ABの照射、接合、転写の各工程を連続して繰り返し行
うことが可能であるため、効率良く微小構造体を生産す
ることができる。 (ロ) 微小構造体の各断面形状に対応する複数の薄膜を一
度の着膜とパターニングで形成できるので、全行程に要
する時間を大幅に節約することが可能になる。 (ハ) 得られた微小構造体4を型として用い、プラスチッ
ク等を射出成形することにより、光学レンズ等の微小光
学部品を大量生産できる。 (ニ) 常温接合により、ステージ302側に薄膜4aを接
合しているので、接着剤を用いたり、材料を溶かす必要
がないことから、接合により薄膜4aの形状や厚みが変
化することがなく、高精度を維持できる。
温接合により行ったが、接着剤による接合や加熱による
拡散接合等によってもよい。また、本実施の形態では、
薄膜を着膜した後に、パターニングを行ったが、着膜と
パターニングを同時に行う方法、例えば、メタルマスク
を用いる方法、あるいは選択CVD法を用いてもよい。
また、本実施の形態では、スパッタリング法によりAl
薄膜を形成したが、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム加熱蒸
着法によりAl薄膜を形成してもよい。また、薄膜は、
Alに限らず、タンタル(Ta)、銅、インジウム等の
他の金属でもよく、またアルミナ、窒化アルミ、炭化け
い素、シリコン窒化膜等のセラミックスでもよい。ま
た、本実施の形態では、基板ホルダ301がZ方向に移
動し、ステージ302がX方向およびY方向に移動する
場合を示したが、基板ホルダ301とステージ302の
両方が共にZ方向に移動する機構でもよく、基板ホルダ
301がX方向およびY方向に移動し、ステージ302
がZ方向に移動する機構でもよく、基板ホルダ301と
ステージ302の両方が同様の機構を有していてもよ
い。また、各薄膜4a毎に着膜、パターニング、接合、
転写の各工程を繰り返してもよい。
造システムを説明する。この製造システムは、第1の実
施の形態と同様に、着膜装置と、パターニング装置と、
積層装置とを備えているが、着膜装置およびパターニン
グ装置は、リフトオフ法によって微小構造体の各断面形
状に対応した複数の第1の薄膜を形成するように構成さ
れており、さらに、第1の薄膜の周辺に第1の薄膜と異
なる材料で、かつ同一厚さの第2の薄膜を形成するため
に、基板の表面をCMP(Chemical MechanicalPolishin
g) 法によって研磨する図示しない研磨装置を備えてい
る。
ムの動作を図10および図11を参照して説明する。図
10は、第2の実施の形態が目的とする微小構造体4と
しての微小プーリを示し、同図(a) は分解斜視図、同図
(b) は縦断面図である。同図に示す微小構造体4は、第
1層〜第20層のアルミナ薄膜4aからなり、両側にフ
ランジ40,40を備えた軸41を、両側に鍔42,4
2を備えたプーリ43の開口部43a内に組み込んだ構
造を有している。図11は、着膜・パターニング工程を
示す図である。
てSiウェハを準備し、着膜装置を用いて、基板400
の表面に離型層401として熱酸化膜を0.1μm成長
させる。次に、パターニング装置を用いて、離型層40
1の上にフォトレジスト404を全面に塗布し、露光と
現像のパターニングにより微小構造体4の各断面形状に
対応するフォトレジスト404の部分を剥離し、着膜装
置を用いて表面全体にアルミナ(Al2 O3 )の第1の
薄膜402Aを1μm着膜する。
ォトレジスト404をその上に着膜している第1の薄膜
402Aとともに剥離する(リフトオフ法)。残った第
1の薄膜402Aが微小構造体4を構成する薄膜4aと
なる。
を用いてスパッタリング法によりアルミニウム(Al)
からなる第2の薄膜402Bを1.1μm着膜する。こ
の状態では、第1の薄膜402Aは第2の薄膜402B
で完全に覆われている。本実施の形態で、第1の薄膜4
02Aと第2の薄膜402Bとの組合せをAl2 O3と
Alとの組合せとしたのは、これらの材料は常温接合で
互いに接合しやすく、選択除去可能な組み合わせだから
である。
を用いて第2の薄膜402Bの表面をCMP法により研
磨し、第1の薄膜402A(4a)が現れるところまで
第2の薄膜402Bを除去する。これにより、Al2 O
3 の薄膜4aとAlの薄膜402Bが共に膜厚1μmと
なる。なお、Al2 O3 の薄膜4aの表面粗さは、ステ
ージ302と同様に10nm程度とした。これにより、
薄膜4a,402B同士の大きい接合力f2 が得られ
る。
ある。図12のパターン形成時に複数(例えば3つ)の
アライメントマーク403も形成しておく。
ング装置を用いて各層間の第2の薄膜402Bを通常の
フォトリソグラフィー法またはダイシングにより除去し
て分離溝405を形成し、各断面要素4bを分離してお
く。
ある。微小構造体4を構成する薄膜4aと第2の薄膜4
02Bが同一膜厚で配置されたことになる。本実施の形
態では、1つの微小構造体4を構成する各断面要素4b
が縦横に規則正しく並ぶよう配置した。
薄膜4aが形成された基板400を積層装置の真空槽内
に導入し、真空槽内の排気、アライメント調整、汚染層
の除去、薄膜の接合・転写の各工程を行う。
bが積層された状態を示す。同図において、斜線部分は
Al2 O3 からなる薄膜4aを示し、白抜きの部分はA
lからなる第2の薄膜402Bを示す。上記の工程を繰
り返すことにより、図14に示すように、第1層〜第2
0層の断面要素4bが犠牲層370を介してステージ3
02上に積層される。積層が完了した時点では、外見は
Alの直方体の姿をしており、内部にAl2 O3 からな
るプーリ43と軸41が埋め込まれた状態になってい
る。最後に、このAlの直方体をAlのエッチング液に
浸漬しAlの第2の薄膜402Bのみを除去し、犠牲層
370をエッチング除去すると、Al2 O 3 からなる微
小プーリ43が軸41と組みあがった状態で完成する。
果が得られる。 (イ) 図10に示すように、複数の部品が複雑に組み合わ
さった状態で微小構造体を製造することが可能になる。
Al2 O3 の薄膜4aとAlの第2の薄膜402Bを同
一膜厚で同時に積層しているので、微小構造体4のオー
バーハング部(図10(b) のA)や宙に浮く部分(図1
0(b) のB)があっても正しく積層でき、また軸41と
プーリ43のギャップ(図10(b) のG)も正確に維持
できる。(ロ) 微小構造体として複雑な微小ギヤも製造す
ることができる。 図15は、その微小ギヤを示し、同図(a) は分解斜視
図、同図(b) は縦断面図である。同図に示す微小構造体
4は、第1層〜第20層の薄膜4aからなり、両側にフ
ランジ40,40を備えた軸41を、微小ギヤ44の開
口部43a内に組み込んだ構造を有している。 (ハ) 微小構造部が金属や絶縁体等の材料で直接形成でき
るばかりでなく、複数の微小構造部が複雑に組み合わさ
った状態で製造することが可能であり、微小構造部の組
立工数を大幅に改善する効果がある。
てAl2 O3 、第2の薄膜としてAlを用いてセラミッ
クスと金属の組合せの場合について説明したが、それぞ
れAlとAl2 O3 の如く金属とセラミックス、Taと
Alの如く金属同士、アルミナとシリコン窒化膜の如く
セラミックス同士の組合せ等でもよい。また、本実施の
形態では、CMP法を用いたが、膜厚を精密に制御しな
がら着膜し、フォトリソグラフィーを2回行うパターニ
ングにより同一膜厚の排他的パターンを形成してもよ
い。また、本実施の形態では、全ての断面要素4bが積
層された後、第2の薄膜をエッチング除去したが、第1
の薄膜をエッチング除去容易な材料で構成し、第1の薄
膜の方をエッチング除去してもよい。これにより、目的
の微小構造体と相補的な内面形状を有する第2の薄膜か
らなる型が得られるので、この型を用いて射出成形,注
型成形,プレス成形等の成形によりプラスチック等から
なる微小構造体を量産することができる。
に係る薄膜形成基板を示す。第2の実施の形態では、第
1層〜第20層の薄膜4aを基板400上に連続的に分
散して形成したが、この第3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400に10mm角
のチップCを148個形成し、各チップCに同一の層の
約7000個の薄膜4aをピッチ120μmで2次元に
配列している。図16においてC1 ,C2 ,C19,C20
で示すチップは、図17(a) に示すパターンが形成さ
れ、C3 ,C18で示すチップは、図17(b) に示すパタ
ーンが形成され、C4 ,C5 ,C6 ,C15,C16,C17
で示すチップは、図17(c) に示すパターンが形成さ
れ、C7 〜C14で示すチップは、図17(d) に示すパタ
ーンが形成される。
積層された状態を示す。チップC内の第2の薄膜402
Bを除去し、犠牲層370をエッチング除去することに
より、図10に示す微小構造体4が一度に7000個製
造することができ、1枚のウェハから49000個の微
小構造体4が得られるので、微小構造体4の大量生産が
可能になる。なお、本実施の形態では、チップ内に1種
類の微小構造体を配置した形態を示したが、フランジ径
やプーリ径等が異なる複数種類の微小構造体を配置して
もよい。
るパターニング装置2Bを示す。この第4の実施の形態
は、第1の実施の形態とはパターニング装置2Bが異な
り、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。こ
のパターニング装置2Bは、真空槽20を有し、この真
空槽20内にイオンビーム21を出射するイオンビーム
発生部22と、イオンビーム発生部22から出射された
イオンビーム21を微小構造体のスライスデータに基づ
いて偏向する偏向電極23とを備え、図19に示すよう
に、基板400上に離型層401を介して薄膜402を
着膜した後、薄膜402が着膜された基板400を真空
槽20に入れ、集束イオンビーム(FIB)法により薄
膜402の不要部分あるいは境界線を選択的に除去する
ものである。本実施の形態では、境界線を除去した。
「FIB法」とは、一般にガリウム(Ga)の蒸気を電
界で加速し、細いビーム状に絞り偏向電極に電圧を印加
してビームを走査し、対象物の所望の場所に照射するも
ので、試料の分析、観察に使われたり、本実施の形態の
ように微細加工に用いられている。
参照して説明する。図20は、第4の実施の形態が目的
とする微小構造体4を示す。この微小構造体4は、第1
層〜第n層の薄膜4aからなる太鼓状を有している。ま
ず、第1の実施の形態と同様に、基板400上に離型層
401を形成し、この上にAl薄膜402を0.5μm
着膜する。次に、この基板400を図19に示すように
真空槽20内に入れ、FIB法によりAl薄膜402を
選択的に除去する。FIB法で除去加工を行うと、エッ
チング量の深さ方向制御が微妙なためAlのみならず若
干基板400表面も削ってしまうことになるが、下層に
積層中の微小部品があるわけではないので特に支障はな
い。
ある。同図において、405がFIB法で形成された分
離溝である。パターニングの形状は、微小構造体4の断
面形状を有する領域S1 ,S2 ,S3 ,S4 ,…が、断
面要素4b中に隙間を隔てて配置されるようにした。断
面要素4bは、製造すべき微小構造体4の最大断面積よ
りも一回り大きな任意の形状を有し、本実施の形態では
矩形とした。製造すべき微小構造体の各断面パターンが
断面要素4bに収まった形で基板400全面に2次元に
並んでいる。
に、複数の断面要素4bが形成された基板400を積層
装置3の真空槽300内に導入し、接合と転写の工程を
繰り返すことにより、複数の断面要素4bが積層された
状態で微小構造体4が完成する。
が積層された状態を示す。犠牲層370をエッチング除
去することで、断面要素4bの中央部分の領域S1 ,S
2 ,S3 ,S4 ,…からなる微小構造体4を取り出すこ
とができる。
によって薄膜をパターニングしているので、薄膜のパタ
ーニングに際し、フォトマスクが不要となるため、製造
の納期が短縮できる。また、各断面要素4bの面積がほ
とんど同一であるため、薄膜を積層する際の加圧力を一
定にすることができる。FIB法で各断面要素4bを分
離するための格子部分と、各断面要素4b内の境界部分
だけを除去しているので、加工に要する時間が節約でき
る。描画精度も0.1μm程度が得られるため、微小構
造体の高精度化が達成できる。なお、上記第4の実施の
形態ではFIBを用いたが、電子ビームを用いてもよ
い。
る微小構造体の製造システムを示す。この製造システム
1は、基板上に薄膜を着膜する着膜装置2Aと、着膜装
置2Aによって着膜された薄膜のうち目的とする微小構
造体の各断面形状に対応する領域にイオンを注入するイ
オン注入装置2Cと、イオンが注入された複数の領域を
真空槽内でFAB照射しつつ、常温接合して積層する積
層装置3とを有して構成されている。
ム1の動作を図24および図25を参照して説明する。
図24(a) 〜(d) および図25(e) 〜(h) は、第5の実
施の形態に係る製造工程を示す図である。
0としてSiウェハを準備し、着膜装置2Aを用いて、
基板400の表面に離型層401としてSiO2 膜を形
成し、その上に減圧気相堆積(LPCVD:Low Pressu
re Chemical Vapor Deposition)法によりノンドープ多
結晶Si薄膜410を形成する。なお、最表面の多結晶
Si薄膜410が最終的な微小構造体を構成するので、
膜厚およびその分布には十分な配慮が必要であり、本実
施の形態では1.0±0.02μmの多結晶Si薄膜4
10を着膜した。また、このように基板400の上にS
iO2 膜と多結晶Si薄膜410を形成する代わりに、
SOIウェハ(Silicon On Insulator)基板を用いても
よい。次に、多結晶Si薄膜410の表面にLPCVD
法によりシリコン窒化膜411を0.5μm形成し、微
小構造体の第1層の断面形状に対応する窓411aを開
ける。
入装置2Cに基板40を導入し、ボロン(B)を高濃
度、例えば3×10E19〔cm-3〕以上で注入する。
そして、注入マスクを除去した後、窒素雰囲気中でアニ
ールを行い、イオン注入領域を潜像としての不純物拡散
領域、すなわち高濃度のp+ Si領域410aにする。
小構造体の構成部分がp+ Si領域410a、周辺部分
がノンドープのSi領域410となった基板400が完
成する。
対応する薄膜にも適用し、微小構造体を形成するのに必
要な枚数の図24(c) に示す基板400を準備する。
断面形状に対応するp+ Si領域410aが形成された
基板400と、第2層の断面形状に対応するp+ Si領
域410aが形成された基板400とを接合する。具体
的には、2枚の基板400,400を積層装置3の真空
槽内に導入し、第1の実施の形態と同様に、FABを照
射して表面を清浄化し、2枚の基板400,400の位
置合せをした後、両者を圧着し、基板400,400同
士を常温接合する。なお、常温接合以外の方法として従
来よりよく知られているウェハボンディング法も適用可
能である。この「ウェハボンディング法」は、2枚のS
iウェハ同士を十分洗浄して表面を親水性にした後、貼
り合わせ、その後、1000℃程度の熱処理を行うこと
により、強固に結合させる方法である。この方法では、
高温の熱処理により、イオン注入で形成した領域が再拡
散により不純物分布が変化し、ひいては微小構造体の形
状が変化するため、その分を予め注入マスクパターンに
補正しておく必要がある。従って、その必要がないFA
Bによる常温接合の方が望ましい。
断面形状に対応したp+ Si領域410aが形成された
基板400の裏面をSiO2 膜の離型層401が露出す
るまで研磨する。研磨は、離型層401が現れたところ
で検出可能なので、接合界面のSi薄膜410まで深く
削り過ぎてしまうことはない。
ードフッ酸により離型層401をエッチング除去し、S
i薄膜410が2層重なった状態が完成する。
し、図25(g) のように必要な枚数のSi薄膜410を
積層する。
としてp+ Si領域410aの周辺のSi薄膜410を
KOH溶液あるいはEDP(エチレンジアミンピロカテ
コール)溶液でエッチング除去する。これらの溶液は、
ノンドープのSiとドーピングされたSiとのエッチン
グレートの比が非常に大きいため、ノンドープのSiの
みを選択的に除去することが可能である。なお、図には
示していないが、基板400の裏面は、シリコン窒化膜
等で保護しておけばよい。最後に基板400上の離型層
401をバッファードフッ酸によりエッチング除去すれ
ば、完成した微小構造体4を基板400から取り出すこ
とがきる。
ピングされた微小構造体の構成部分とその周辺にあるノ
ンドープの領域が同一膜厚で存在しており、周囲の部分
はサポートとして機能できるため、オーバーハングがあ
ったり、複雑な形状を有する部品がアセンブリされた状
態で形成することができる。また、イオン注入された領
域が潜像として形成されており、積層完了後にEDP溶
液により現像されたと考えることができるが、これ以外
の潜像形成と現像方法、例えば、フォトレジストへの選
択的露光と現像液による現像処理でもよい。なお、本実
施の形態では、イオン注入工程における注入マスクとし
てシリコン窒化膜411を用いたが、シリコン酸化膜や
フォレジストを用いてもよい。
説明する。
硝子社製サイトップ)を用いることにより、基板上にス
ピンコート法で薄層を形成でき、表面エネルギーが非常
に小さい(一般に水を弾きやすい)ため、表面に形成し
た膜の密着力も非常に小さく(1MPa台)、離型層と
して適している。Siウェハ又はガラス基板上にカップ
ラー剤(基板との密着力を強化するため)をスピン塗布
後、フッ素樹脂(旭硝子社製サイトップ)を同じくスピ
ン塗布により約2μm塗布し、最高温度300℃でベイ
クして離型層を形成した。
ミド(日立化成社製OPI−N1005)を用いること
により、スピンコート法で形成でき、ポリイミドは実施
例1のフッ素樹脂(サイトップ)よりもガラス転移温度
が高いため、薄膜の着膜やパターン形成工程の最高温度
を高くできる効果がある。基板にカップラー剤塗布後、
フッ素化ポリイミド(日立化成社製OPI−N100
5)をスピンコーティングにより約5μm塗布し、最高
温度350℃でベイクして離型層とした。
ガスに晒し、表面層をフッ素化した場合、同様の効果を
実現できることも確認した。具体的には、Siウェハ若
しくは酸化膜を形成したSiウェハ若しくはガラス基板
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(ガス流量100sccm、
放電パワー500W、圧力10Pa、時間10分)を行
うことにより、同様に薄膜との接合力を下げることがで
きた。同様の処理はSF6 ガスを用いても効果があっ
た。
膜を出発材料として用い、複数の薄膜を接合により積層
しているので、形状精度が高く、特に積層方向の高解像
度化が可能になる。また、金属あるいは絶縁体からなる
複数の薄膜から微小構造体を構成できるので、微小構造
体を直接金属あるいはセラミックス等の絶縁体で造形す
ることが可能になる。また、第1の薄膜と第2の薄膜を
同一膜厚で形成し、これを複数層積層した後に、第1の
薄膜あるいは第2の薄膜を除去することで、複数の構造
体要素が組み立てられた状態で一括して造形することが
可能になり、微小構造体の作製および組立工数を大幅に
改善することができる。
を示すブロック図である。
である。
すブロック図である。
間の接合力の関係を説明するための図である。
視図である。
(b) ,(c) は第1の実施の形態に係るパターニング工程
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
示す断面図である。
斜視図、(b) はその縦断面図である。
パターニング工程を示す図である。
示す基板の平面図である。
示す基板の平面図である。
断面要素が積層された状態を示す断面図である。
ヤの分解斜視図、(b) はその縦断面図である。
板を示す平面図である。
る薄膜形成基板を示す平面図である。
チップが積層された状態を示す断面図である。
グ装置の概略構成図である。
斜視図である。
示す基板の平面図である。
面要素が積層された状態を示す断面図である。
ムを示すブロック図である。
法を示す図である。
法を示す図である。
す図である。
て用いる製造方法を示す図である。
Claims (43)
- 【請求項1】所定の2次元パターンに金属、セラミック
スあるいはシリコンから形成された複数の薄膜の面同士
が直接接触して接合した状態で積層されてなる微小構造
体。 - 【請求項2】前記複数の薄膜は、常温接合により接合さ
れてなることを特徴とする請求項1記載の微小構造体。 - 【請求項3】前記微小構造体全体が、前記複数の薄膜を
構成する成分のみで構成されてなる請求項1記載の微小
構造体。 - 【請求項4】前記微小構造体は、相対的に移動可能で、
かつ、分離不可能な状態で組み合わさった複数の構造体
要素から構成されたことを特徴とする請求項1記載の微
小構造体。 - 【請求項5】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2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6】前記第1の工程では、前記複数の薄膜を前
記基板上に間隔を有して形成することを特徴とする請求
項5記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項7】前記第2の工程では、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
を特徴とする請求項5記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項8】前記第1の工程では、同一の2次元パター
ンを有する薄膜を前記基板上に間隔を有して複数個ずつ
形成し、 前記第2の工程において、前記同一の2次元パターンを
有する薄膜を複数個同時に剥離することを特徴とする請
求項5記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項9】前記第1の工程では、前記基板上に前記2
次元パターンを有する薄膜の周囲に間隔を隔ててサポー
ト用薄膜を形成するとともに、 前記第2の工程においては、前記複数の薄膜と前記サポ
ート用薄膜を同時に前記基板から剥離するとともに、前
記複数の薄膜と前記サポート用薄膜を同時に前記ステー
ジ上に積層し、 さらに、前記第2の工程の後に、前記微小構造体の周囲
を前記サポート用薄膜が積層して形成されてなる支持体
を除去する第3の工程を備えることを特徴とする請求項
5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、前記基板上に真空蒸
着法あるいはスピンコート法によって薄膜を形成し、前
記薄膜を前記所定の2次元パターンにパターニングして
前記複数の薄膜を形成する工程である請求項5記載の微
小構造体の製造方法。 - 【請求項11】前記パターニングの工程は、集束イオン
ビームあるいは電子ビームの照射により前記2次元パタ
ーンの境界線、あるいは前記2次元パターン以外の不要
部分を除去する工程である請求項10記載の微小構造体
の製造方法。 - 【請求項12】前記パターニングの工程は、レジストパ
ターンの形成、エッチングを含むフォトリソグラフィー
法の工程である請求項10記載の微小構造体の製造方
法。 - 【請求項13】前記第2の工程では、前記複数の薄膜を
常温接合により接合することを特徴とする請求項5記載
の微小構造体の製造方法。 - 【請求項14】前記第2の工程は、前記ステージおよび
前記複数の薄膜の接合面を真空槽内で清浄化する工程を
含む請求項5記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項15】前記清浄化する工程は、前記接合面に粒
子ビームを照射して行う工程である請求項14記載の微
小構造体の製造方法。 - 【請求項16】前記薄膜と前記ステージの界面として前
記ステージ表面に、前記複数の薄膜を積層して前記微小
構造体を形成した後に選択除去可能な犠牲層を予め形成
する構成の請求項5記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項17】前記基板と前記薄膜の界面として前記基
板表面に、予め離型層を形成する構成の請求項5記載の
微小構造体の製造方法。 - 【請求項18】前記離型層は、フッ素を含む薄膜を蒸着
あるいは塗布して形成するか、あるいは前記基板表面を
フッ素原子を有するガスの放電に晒し基板表面をフッ素
化して形成する構成の請求項17記載の微小構造体の製
造方法。 - 【請求項19】基板上に所定の2次元パターンを有する
複数の第1の薄膜を形成するとともに、前記複数の第1
の薄膜の周囲に前記第1の薄膜とは異なる材料からな
り、かつ、前記第1の薄膜と同一膜厚の複数の第2の薄
膜を形成して前記第1の薄膜および前記第2の薄膜から
なる複数の複合薄膜を形成する第1の工程と、 前記複数の複合薄膜を前記基板上から剥離し、ステージ
上に前記複数の複合薄膜を積層して接合させて微小構造
体を含む積層体を形成する第2の工程と、 前記積層体のうち前記第1の薄膜あるいは前記第2の薄
膜を除去して前記微小構造体を得る第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20】前記第1の工程では、前記複数の第1の
薄膜を前記基板上に間隔を有して形成することを特徴と
する請求項19記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項21】前記第2の工程では、前記基板から複数
個の前記複合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複合薄膜を同時に積
層することを特徴とする請求項19記載の微小構造体の
製造方法。 - 【請求項22】前記第1の工程では、同一の2次元パタ
ーンを有する複合薄膜を前記基板上に間隔を有して複数
個ずつ形成し、 前記第2の工程において、前記同一の2次元パターンを
有する複合薄膜を複数個同時に剥離することを特徴とす
る請求項21記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項23】前記第1の工程は、前記基板上に真空蒸
着法あるいはスピンコート法によって薄膜を形成し、前
記薄膜を前記所定の2次元パターンにパターニングして
前記複数の第1の薄膜を形成する工程を含む請求項19
記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項24】前記パターニングの工程は、集束イオン
ビームあるいは電子ビームの照射により前記2次元パタ
ーンの境界線、あるいは前記2次元パターン以外の不要
部分を除去する工程である請求項23記載の微小構造体
の製造方法。 - 【請求項25】前記パターニングの工程は、レジストパ
ターンの形成、エッチングを含むフォトリソグラフィー
法の工程である請求項23記載の微小構造体の製造方
法。 - 【請求項26】前記第1の工程は、前記複数の第1の薄
膜および前記複数の第1の薄膜が形成されていない前記
基板の上に前記第2の薄膜を着膜し、前記第1の薄膜お
よび前記第2の薄膜が同一の膜厚になるまで表面を研磨
することにって前記第1の薄膜と前記第2の薄膜の膜厚
を同一とする工程を含む請求項19記載の微小構造体の
製造方法。 - 【請求項27】前記第2の工程では、前記複数の複合薄
膜を常温接合により接合することを特徴とする請求項1
9記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項28】前記第2の工程は、前記ステージおよび
前記複数の複合薄膜の接合面を真空槽内で清浄化する工
程を含む請求項19記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項29】前記清浄化する工程は、前記接合面に粒
子ビームを照射して行う工程である請求項28記載の微
小構造体の製造方法。 - 【請求項30】前記複合薄膜と前記ステージの界面とし
て前記ステージ表面に、前記複数の複合薄膜を積層して
前記積層体を形成した後に選択除去可能な犠牲層を予め
形成する構成の請求項19記載の微小構造体の製造方
法。 - 【請求項31】前記基板と前記複合薄膜の界面として前
記基板表面に、予め離型層を形成する構成の請求項19
記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項32】前記離型層は、フッ素を含む薄膜を蒸着
あるいは塗布して形成するか、あるいは前記基板表面を
フッ素原子を有するガスの放電に晒し基板表面をフッ素
化して形成する構成の請求項31記載の微小構造体の製
造方法。 - 【請求項33】前記微小構造体は、複数の独立した構造
体要素から構成されるとともに、前記第1の工程では、
前記第2の工程における前記複数の複合薄膜の積層完了
後に、前記複数の構造体要素が前記微小構造体として組
み立てられた状態で前記積層体中に含まれるように前記
複数の第1の薄膜を形成したこと特徴とする請求項20
記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項34】複数の基板上に薄膜をそれぞれ着膜し、
前記複数の基板上に着膜した前記薄膜に所定の2次元パ
ターンを有する複数の潜像を前記基板毎に形成する第1
の工程と、 前記潜像が形成された前記薄膜同士を接合する第2の工
程と、 前記薄膜同士が接合された一対の前記基板のうち一方の
前記基板を除去する第3の工程と、 前記第2の工程と前記第3の工程を繰り返して複数の薄
膜を積層する第4の工程と、 積層された前記複数の薄膜のうち前記潜像を現像する第
5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35】前記潜像の形成は、前記基板に不純物を
拡散させる構成の請求項34記載の微小構造体の製造方
法。 - 【請求項36】真空槽内に配置され、所定の2次元パタ
ーンを有する複数の薄膜が形成され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立体構造物を支持す
るステージと、 前記基板ホルダと前記ステージの少なくとも一方を移動
させて前記ステージを前記複数の薄膜上に順々に位置さ
せる移動手段と、 前記複数の薄膜を前記基板上から剥離し、前記ステージ
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
形成するように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37】前記移動手段は、前記基板ホルダおよび
前記ステージを少なくとも相対的に3軸方向に移動させ
る移動機構を備えた構成の請求項36記載の微小構造体
の製造装置。 - 【請求項38】前記真空槽は、接合する前記ステージあ
るいは前記薄膜の表面に原子ビームあるいはイオンビー
ムを照射して清浄化する照射手段を備えた構成の請求項
36記載の微小構造体の製造装置。 - 【請求項39】 複数の薄膜を積層してなる微小構造体の
製造方法であって、 前記微小構造体の断面形状に対応した2次元パターンを
有する前記複数の薄膜を形成する工程と、 積層時に隣接する前記複数の薄膜の互いに対向する面を
清浄化する工程と、 前記複数の薄膜の清浄化された面同士を接触させて接合
する工程と、を備えた微小構造体の製造方法。 - 【請求項40】 前記複数の薄膜を形成する工程におい
て、同一基板上に前記複数の薄膜を形成することを特徴
とする請求項39記載の微小構造体の製造方法。 - 【請求項41】 前記複数の薄膜の周辺に前記薄膜と同一
膜厚であって前記微小構造体の積層後除去される第2の
薄膜を設けることを特徴とする請求項39記載の微小構
造体の製造方法。 - 【請求項42】 複数の薄膜が表面に形成されてなる基板
において、 前記複数の薄膜は、前記基板側との間に、表面が清浄化
された後相手部材と接合されたとき、その接合力より小
なる密着力を有することを特徴とする基板。 - 【請求項43】 所定の2次元パターンに形成された複数
の薄膜が接合した状態で積層されてなる成形型。
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