JP4494497B2 - 三次元構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元構造体の製造方法に関する。

近年、メムス（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：ＭＥＭＳ）構造やサブ波長構造（Ｓｕｂ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｅｒ： ＳＷＳ）では、三次元構造体を精度良く簡単に製造する需要がある。従来、三次元構造体を製造する方法としては、犠牲層を使用する方法（特許文献１を参照）やウエハ融着法などが知られている。

犠牲層を使用する方法は、基板上に凹凸パターンを有する第１の構造体を形成した後、犠牲層をコートして硬化させる。犠牲層は第１の構造体の凹部を充填すると共に第１の構造体の凸部の表面を覆うように塗布される。その後、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ： ＣＭＰ）などの研磨を行い、第１の構造体の表面を露出させる。その後、凹部に犠牲層が充填された第１の構造体上に第２の構造体を積層し、ドライプロセスにより犠牲層を除去する。これにより、基板上に第１の構造体、第２の構造体が順に積層された三次元構造体を得ることができる。

ウエハ融着法では、基板に凹凸パターンを有する第１の構造体を形成したものを２つ用意するか、基板に第１の構造体を形成したものと基板に第２の構造体を形成したものを用意する。次に、２つの構造体の凸部の表面を親水処理してそれらを重ね合わせた後に加熱処理を行ってパターン同士を融着し、その後、片側の基板を除去する。これにより、犠牲層を使用する方法と同様の三次元構造体を得ることができる。
米国特許４，６６２，７４６号明細書

しかしながら、特許文献１の方法は研磨工程により工数が増加してコストアップを招く。また、第１の構造体の凹部の上と凸部の上を研磨する場合の研磨量は異なるため、面内均一性が悪化して歩留まりが低下するおそれがある。また、ウエハ融着法による三次元構造の製造方法は、高精度な位置合わせが必要であり、また片側の基板を除去するために時間がかかり、大面積の処理が容易でなはなく生産性が低い。

そこで、本発明は、三次元構造体を精度良く容易に製造する方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての方法は、三次元構造体を製造する方法であって、基板の上に凹凸パターンを有する第１の構造体を形成するステップと、前記第１の構造体の上に犠牲層を、前記第１の構造体の凹部が前記犠牲層によって充填されると共に前記第１の構造体の凸部の前記基板と反対側の表面が全て前記犠牲層によって覆われるように形成するステップと、前記犠牲層の上に凹凸パターンを有する第２の構造体を形成するステップと、前記犠牲層を除去するステップと、を有し、前記除去ステップが、前記第１の構造体と前記第２の構造体の間から前記犠牲層を除去することによって、前記第２の構造体が前記第１の構造体の前記表面に接触することを特徴とする。

本発明によれば、三次元構造体を精度良く容易に製造する方法を提供することができる。

図１は、三次元構造体の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１において、「Ｓ」はステップである。図２は、図１の工程図である。

まず、基板１０の上に断面凹凸パターンを有する第１の構造体２０を形成する（Ｓ１１０）。図２（ａ）は、この状態を示す断面図である。Ｚは、重力方向とは反対方向であると共に、基板１０の表面１２に垂直で基板１０から離れる方向（積層方向）である。ここでは、基板１０の上面１２にフォトリソグラフィーで第１の構造体２０を形成する。フォトリソグラフィーによる露光は、露光装置や電子描画装置を使用することができる。フォトリソグラフィーの代わりにナノインプリントを使用してもよい。ナノインプリント法の種類は、熱式、光硬化式、ロールトゥロール式など、特に限定されない。なお、フォトレジストをマスクに高アスペクト比のエッチングをするときに、選択比が問題になる場合がある。このときは、構造体のエッチングをするためのマスクを、多層マスクにして高選択比が得られる構成にすることが望ましい。第１の構造体２０は、凸部２２と凹部２５を有する。但し、基板１０と第１の構造体２０は同一部材でもよい。即ち、Ｓ１１０は、基板上に第１の構造体２０を成膜してもよいし、基板１０を加工して凹凸パターンを形成してもよい。

次に、基板１０の上面１２又は第１の構造体２０の上に犠牲層３０をスピンコートにより塗布（成膜）する（Ｓ１２０）。本実施例では、犠牲層３０は熱硬化樹脂であるが、その種類は限定されない。例えば、犠牲層３０は、フォトレジスト剤、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）、アクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂など酸素でアッシング可能な材料や、Ａｌなどの金属などの材料を使用することもできる。また、犠牲層３０は、ＳｉＯ_２などの酸化物でも構造体をエッチングしない、もしくは選択比が大きいガスや液体で除去可能な材料を使用してもよい。

犠牲層３０の膜厚Ｈは第１の構造体２０の高さｈよりも大きくなければならない。膜厚Ｈや高さｈの方向はＺ方向である。これにより、第１の構造体２０の凹部２５が犠牲層３０によって充填されると共に第１の構造体２０の凸部２２の基板１０と反対側の表面２３が全て犠牲層３０によって覆われるように犠牲層３０は形成される。

次に、犠牲層３０を硬化する（Ｓ１３０）。本実施例では、加熱により犠牲層３０を硬化させるが、硬化の方法は限定されない。図２（ｂ）は、この状態を示す断面図である。犠牲層３０の表面３２は、スピンコートによりほぼ平坦であり、平坦性は維持されている。なお、犠牲層３０の形成はスピンコートに限定されず、他のコーティング技術（例えば、スプレーコート法やスリットコート法）を使用してもよいし、ＣＶＤや蒸着、スパッタリングなどのドライプロセス、ダマシンプロセスのようにメッキ法を用いてもよい。

また、犠牲層３０の表面３２の平坦性を良くするためには犠牲層３０の第１の構造体２０の上面２３からの厚さは厚いほうがよいが、第２の構造体４０を下に落とす際に構造が崩れやすくなる。このため、平坦性が良く可能な限り薄い犠牲層３０が好ましい。

次に、断面凹凸パターンを有する第２の構造体４０を犠牲層３０の表面３２の上に形成する（Ｓ１４０）。図２（ｃ）は、この状態を示す断面図であるが、図２（ａ）とは直交した方向から見た断面図である。本実施例では、犠牲層３０の上面３２に一般的な成膜技術（例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法）で第２の構造体４０を形成する。但し、犠牲層３０が変形、変質しないように、プロセス温度を管理しなければならない。第２の構造体２０は、第１の構造体２０とは、パターンの方向が直交しているが、これは単なる例示である。第２の構造体４０も凸部４２と凹部４５を有する。繰返し層を形成する方法は上記パターニングと同様である。犠牲層３０が表出するまでエッチングをする必要があるが、犠牲層３０がエッチストップ層となるので、若干オーバーエッチ気味にエッチングすればよい。

次に、犠牲層３０を除去する（Ｓ１５０）。本実施例ではドライプロセス（プラズマアッシング）を使用し、圧力が１０Ｐａ未満の場合には異方性が強くなるため、格子の下やパターン外の犠牲層３０を除去しきれなくなってしまうことがある。それに対し圧力を１０Ｐａ以上とすると、等方性であるため、犠牲層除去の点で好ましいと言える。その時の圧力は１０Ｐａ〜大気圧を維持した。犠牲層３０のみを除去できるガス種を用いてドライエッチングにより犠牲層３０を全て除去し、第２の構造体４０を第１の構造体２０の上に落下させ、第１の構造体２０と第２の構造体４０が積層した三次元構造体１を形成する。ガス種は、酸素などを使用することができるが構造体と犠牲層の選択比が大きいものであれば特に限定されない。ドライエッチングの種類は特に限定されない。例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＮＬＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｌｏｏｐ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）などである。図２（ｄ）は、この状態を示す斜視図である。

三次元構造体１は、ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）による構造、ホールによる構造、ドットによる構造などを含み、これらが各層に存在していてもよい。１層目の構造体がドットパターンで２層目の構造体がＬ＆Ｓなど、複数の構造を組み合わせることで、複数の光学特性を有する光学素子をワンチップで構成することが可能となる。

なお、ドライエッチングの代わりに、犠牲層を侵食することなく、所望の構造を獲得できる方法であればウエットプロセスでもよい。また、犠牲層３０の除去は犠牲層のみを溶解する薬剤を用いて超臨界プロセスを用いてもよい。

特許文献１によれば、Ｓ１３０とＳ１４０の間でＣＭＰを行って第１の構造体２０の表面２３を露出させる。除去ステップＳ１５０を行う前に第２の構造体４０は第１の構造体２０の凸部２２の表面２３に接触している。ＣＭＰを行うとコストアップを招くと共に、凸部２２の表面２３の上を研磨する際の研磨量と凹部２５の上を研磨する際の研磨量とは異なるので面均一性が悪化するおそれがある。一方、本実施例では、ＣＭＰを行わないのでコストアップを防止して面均一性を維持することができる。また、除去ステップＳ１５０が、第１の構造体２０と第２の構造体４０の間から犠牲層３０が除去することによって、初めて第２の構造体４０が第１の構造体２０の凸部２２の表面２３に接触する。更に、Ｓ１５０において、第２の構造体４０が第１の構造体２０の上に精度良く（位置ずれなく）落下して両者は結合し、ＣＭＰは不要である。

更に、従来のウエハ融着法では、図２（ａ）に示す構造を２つ用意して、第１の構造体２０が対向すると共に９０度回転した状態で融着した後で片方の基板１０を除去する。本実施例では、基板１０を除去しないのでコストアップを防止することができる。

本実施例によれば、三次元構造体１を精度良く容易に得ることができる。大面積一括加工も可能であり、ＣＭＰなどの時間がかかる工程を省くことができるので、効率的な生産が可能となる。

図３は、第２の構造体４０の上に第３の構造体を更に積層する方法を説明するためのフローチャートである。Ｓ１１０〜Ｓ１５０は図１と同様であるので説明は省略する。図３は、除去ステップＳ１５０の後でＳ１２０〜Ｓ１５０に対応するＳ２２０〜Ｓ２５０を繰り返す。即ち、第２の構造体４０の上に犠牲層４０を、第２の構造体４０の凹部４５が犠牲層４０によって充填されると共に第２の構造体４０の凸部４２の基板１０と反対側の表面４３が全て犠牲層３０によって覆われるように形成する（Ｓ２２０）。次に、犠牲層３０を硬化する（Ｓ２３０）。次に、犠牲層３０の上に凹凸パターンを有する第３の構造体を形成する（Ｓ２４０）。次に、犠牲層３０を除去する（Ｓ２５０）。除去ステップＳ２５０が、第２の構造体４０と第３の構造体の間から犠牲層３０を除去することによって、第３の構造体が第２の構造体４０の凸部４２の表面４３に接触する。

一方、図４は、図３とは異なる方法を説明するためのフローチャートである。Ｓ１１０〜Ｓ１５０は図１と同様であるので説明は省略する。図４は、第２の構造体４０を形成するステップＳ１４０と除去ステップＳ１５０との間で、Ｓ１２０〜Ｓ１４０に対応するＳ３２０〜Ｓ３４０を繰り返し、その後で、犠牲層３０を一括して除去する。即ち、第２の構造体４０の上に犠牲層３０を、第２の構造体４０の凹部４５が犠牲層３０によって充填されると共に第２の構造体４０の凸部４２の基板１０と反対側の表面４３が全て犠牲層３０によって覆われるように形成する（Ｓ３２０）。次に、犠牲層３０を硬化する（Ｓ３３０）。次に、犠牲層３０の上に凹凸パターンを有する第３の構造体を形成する（Ｓ３４０）。そして、除去ステップＳ１５０は複数の犠牲層３０を一括して除去する。この方法で各層間に犠牲層３０を挟んだｎ層（ｎ≧２）の構造体を形成する。図４は、複数の犠牲層３０を一括して除去するために構造体の落下量が大きく位置合わせが崩れる場合があるのでより微細な構造の場合には図３に示す方法を使用することが好ましい。

図３に示す方法と図４に示す方法を組み合わせることもできる。この場合、三次元構造体の第１の複数層の構造体を積層する場合に、除去ステップＳ１５０は複数の犠牲層を一括して除去し、第１の複数層の構造体よりも脆弱な第２の複数層の構造体を積層する場合に前記除去ステップは前記犠牲層を一層ずつ除去する。第２の複数層の構造体は、例えば、高アスペクト比のパターンやピラー形状のパターンである。

図５は、実施例１の三次元構造体１Ａの製造方法を説明する図である。

まず、第１層目のパターニングについて説明する。８インチの石英ウエハ基板１０Ａをパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。その際、パターニングのためのフォトレジスト１５として富士フィルム社製ＧＫＲ−５２０１を用いた。フォトレジスト１５の塗布はスピンコート法を用い、膜厚２００ｎｍとなるようにコーティングを行った（図５（ａ）を参照）。

次に、露光は、キヤノン社製半導体露光機ＦＰＡ−６０００ＥＳ６ａを用いた。露光パターンとしては、２５ｍｍ角エリアに７５ｎｍＬ＆Ｓで露光した。次に、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）の現像液に１分間浸漬した後、純粋でリンスを行い、フォトレジスト１５のラインパターン１６を得た（図５（ｂ）を参照）。

次に、石英ウエハ基板１０Ａのエッチングを行った。平行平板型のＲＩＥ装置で、ＣＨＦ_３をエッチングガスとして圧力２Ｐａ、ＲＦパワー７０Ｗで２０分間エッチングを実施した。更に、残渣レジストをアッシング装置で除去した。そして、格子段差２５０ｎｍの格子形状２０Ａを得た（図５（ｃ）を参照）。

次に、犠牲層３０Ａの埋め込みを行う。犠牲層３０Ａには、日産化学社製ＤＵＶ−４２を用い、３８８５ｒｐｍでスピンコートにより埋め込んだ。これを４回繰り返して埋め込みを行った（図５（ｄ）を参照）。その結果、石英格子パターン上面２３Ａより８０ｎｍ上方に、犠牲層３０Ａの表面３２Ａが平坦に存在した。

次に、第２層目のパターニングを行う。第２層目のパターニングに際し、基板に対してスパッタリング法により、膜厚７０ｎｍの酸化チタンを成膜した。その結果、表面の平坦性が良く連続で一様な酸化チタン層を得ることができた（図５（ｅ）を参照）。

次に、酸化チタン層５０Ａをパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。酸化チタン層も石英ウエハのパターニングと同条件で露光した。次に、酸化チタン層５０Ａを石英ウエハ基板１０Ａと同様に７分エッチングした。そして、格子段差７０ｎｍの酸化チタン格子パターン４０Ａを得た（図５（ｆ）を参照）。なお、このときレジストは格子状に残ったままである。

次に、犠牲層３０Ａ及び残渣レジストのアッシングを行った。犠牲層３０Ａのアッシングは、アッシング装置を用いて酸素ガスにより２分間アッシングを行った。そして、第１層の格子に間に埋め込まれた犠牲層３０Ａを取り除き、第２層を第１層に落とすことで中空構造を得た（図５（ｇ）を参照）。以上のようにして、２層構成の三次元構造体１Ａを得た。パターンを割断して、断面をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、三次元構造が形成されていることが確認された。

実施例２は、実施例１と同様の８インチの石英ウエハ基板１０Ｂを用いた。図６は、実施例２の三次元構造体１Ｂの製造方法を説明する図である。

まず、第１層目のパターニングについて説明する。８インチの石英ウエハ基板１０Ｂに膜厚３００ｎｍの酸化チタンをスパッタリング法により成膜を行い、酸化チタン層５２Ｂを形成した。これにより、第１層目の構造体を形成する層を得た（図６（ａ）を参照）。

次に、酸化チタン層５２Ｂをパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施した。その際、パターニングのためのフォトレジストとして富士フィルム社製ＧＫＲ−５２０１を用いた。フォトレジストはスピンコートにより、膜厚２００ｎｍとなるように塗布した。次に、２５ｍｍ角エリアに７５ｎｍＬ＆Ｓを、キヤノン社製半導体露光機ＦＰＡ−６０００ＥＳ６ａで露光した。

次に、ＴＭＡＨの現像液に１分間浸漬した後、純粋でリンスを行い、レジストのラインパターン５４Ｂを得た（図６（ｂ）を参照）。次に酸化チタン層のエッチングを行った。平行平板型のＲＩＥ装置でＣＨＦ_３をエッチングガスとして圧力２Ｐａ、ＲＦパワー７０Ｗで３０分間エッチングを実施した。更に、残渣レジストをアッシング装置で除去した。そして、格子段差３００ｎｍの格子形状２０Ｂを得た（図６（ｃ）を参照）。

次に、日産化学社製ＤＵＶ−４２を用い、３８８５ｒｐｍでスピンコートを４回繰り返して犠牲層３０Ｂを埋め込んだ（図６（ｄ）を参照）。その結果、酸化チタン格子パターン上面２３Ｂより８０ｎｍ上方に、犠牲層３０Ｂの表面３２Ｂが平坦に存在した。

次に、第２層目のパターニングについて説明する。第２層目のパターニングに際し、基板に対してスパッタリング法により、膜厚７０ｎｍの酸化ケイ素を成膜した。その結果、表面の平坦性が良く、連続で一様な酸化ケイ素層５０Ｂを得ることができた（図６（ｅ）を参照）。次に、酸化ケイ素層５０Ｂをパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。酸化ケイ素層５０Ｂも酸化チタン層のパターニングと同条件で露光した。

次に、酸化ケイ素層を酸化チタン層と同様に５分エッチングした。そして、格子段差７０ｎｍの酸化ケイ素格子パターン４０Ｂを得た（図６（ｆ）を参照）。なお、このときレジストは格子状に残ったままである。

次に、犠牲層３０Ｂ及び残渣レジストのアッシングについて説明する。犠牲層３０Ｂのアッシングは、アッシング装置を用いて酸素ガスにより２分間アッシングを行った。そして、第１層の格子に間に埋め込まれた犠牲層３０Ｂを取り除き、第２層を第１層に落とすことで中空構造を得た（図６（ｇ）を参照）。

以上のようにして、２層構成の三次元構造体１Ｂを得た。パターンを割断して、断面をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、三次元構造体が形成されていることが確認された。

実施例３は、実施例１や実施例２と同様に、８インチの石英ウエハ基板１０Ｃを用いた。図７は、実施例３の三次元構造体１Ｃの製造方法を説明する図である。

まず、第１層目のパターニングについて説明する。８インチの石英ウエハ基板１０Ｃに膜厚２８０ｎｍの酸化チタンをスパッタリング法により成膜を行い、酸化チタン層５２Ｃを形成した。これにより、第１層目の構造体を形成する層を得た（図７（ａ）を参照）。

次に、酸化チタン層をパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。その際、パターニングのためのフォトレジストとして富士フィルム社製ＧＫＲ−５２０１を用いた。フォトレジストはスピンコートにより、膜厚２００ｎｍとなるように塗布した。次に、２５ｍｍ角エリアに７５ｎｍＬ＆Ｓを、キヤノン社製半導体露光機ＦＰＡ−６０００ＥＳ６ａで露光した。

次に、ＴＭＡＨの現像液に１分間浸漬した後、純粋でリンスを行い、レジストのラインパターン５４Ｃを得た（図７（ｂ）を参照）。次に、酸化チタン層のエッチングを行った。ＮＬＤ装置でＣ_３Ｆ_８をエッチングガスとして圧力１Ｐａ、バイアスパワー２００Ｗで１分間エッチングを実施した。更に、残渣レジストをアッシング装置で除去した。そして、格子段差２８０ｎｍの格子形状２０Ｃを得た（図７（ｃ）を参照）。

次に、日産化学社製ＤＵＶ−４２を用い、３８８５ｒｐｍでスピンコートを４回繰り返して犠牲層３０Ｃを埋め込んだ（図７（ｄ）を参照）。その結果、酸化チタン格子パターン上面２３Ｃより１００ｎｍ上方に、犠牲層３０Ｃの表面３２Ｃが平坦に存在した。

次に、第２層目のパターニングについて説明する。第２層目のパターニングに際し、基板に対してスパッタリング法により、膜厚７０ｎｍの酸化チタンを成膜した。その結果、表面の平坦性が良く、連続で一様な酸化チタン層５０Ｃを得ることができた（図７（ｅ）を参照）。次に、酸化チタン層５０Ｃをパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。酸化チタン層５０Ｃも第１層目の酸化チタン層のパターニングと同条件で露光した。

次に、第２層目の酸化チタン層を第１層目と同様に０．４分エッチングした。そして、格子段差７０ｎｍの酸化チタン格子パターン４０Ｃを得た（図７（ｆ）を参照）。なお、このときレジストは格子状に残ったままである。

次に、犠牲層３０Ｃ及び残渣レジストのアッシングについて説明する。犠牲層３０Ｃのアッシングは、アッシング装置を用いて酸素ガスにより２分間アッシングを行った。そして、第１層の格子に間に埋め込まれた犠牲層３０Ｃを取り除き、第２層を第１層に落とすことで中空構造を得た（図７（ｇ）を参照）。

以上のようにして、２層構成の三次元構造体１Ｃを得た。パターンを割断して、断面をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、三次元構造が形成されていることが確認された。

実施例４は、８インチのシリコンウエハ基板１０Ｄを用いた。図８は、実施例４の三次元構造体１Ｄの製造方法を説明する図を示す。

まず、第１層目のパターニングについて説明する。８インチのシリコンウエハ基板１０Ｄに膜厚１００ｎｍのアルミニウムをスパッタリング法により成膜を行い、アルミニウム層５２Ｄを形成した。これにより、第１層目の構造体を形成する層を得た（図８（ａ）を参照）。

次に、アルミニウム層をパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。その際、パターニングのためのフォトレジストとして富士フィルム社製ＧＫＲ−５２０１を用いた。フォトレジストはスピンコートにより、膜厚２００ｎｍとなるように塗布した。次に、１０ｍｍ角エリアに７５ｎｍＬ＆Ｓを、キヤノン社製半導体露光機ＦＰＡ−６０００ＥＳ６ａで露光した。

次に、ＴＭＡＨの現像液に１分間浸漬した後、純粋でリンスを行い、レジストのラインパターン５４Ｄを得た（図８（ｂ）を参照）。次に、アルミニウム層のエッチングを行った。ＮＬＤエッチング装置でＣｌ_２をエッチングガスとして圧力０．５Ｐａ、バイアスパワー２００Ｗで２０秒間エッチングを実施した。更に、残渣レジストをアッシング装置で除去した。そして、格子段差１００ｎｍの格子形状２０Ｄを得た（図８（ｃ）を参照）。

次に、アルミニウム格子をオゾン−ＴＥＯＳ法により格子間を埋め込み、アルミニウム格子パターン上面２３Ｃが表面に出るようにＣＭＰ法でＴＥＯＳ膜６０を研磨した（図８（ｄ）を参照）。次に、日産化学社製ＤＵＶ−４２を用い、３８８５ｒｐｍでスピンコートを行い、５０ｎｍの犠牲層３０Ｄを埋め込んだ（図８（ｅ）を参照）。

次に、第２層目のパターニングについて説明する。第２層目のパターニングに際し、基板に対してスパッタリング法により、膜厚７０ｎｍのシリコンを成膜した。その結果、表面の平坦性が良く、連続で一様なシリコン層５０Ｄを得ることができた（図８（ｆ）を参照）。次に、シリコン層５０Ｄをパターニングするためのフォトリソグラフィー工程を実施する。シリコン層５０Ｄもアルミニウム層のパターニングと同条件で露光した。但し、線幅は５００ｎｍＬ＆Ｓで格子方向は１層目の直交方向とした。

次に、シリコン層５０Ｄを平行平板型のＲＩＥ装置で、ＳＦ_６をエッチングガスとして圧力２Ｐａ、ＲＦパワー７０Ｗで５分間エッチングを実施した。そして、格子段差７０ｎｍのシリコン格子パターン４０Ｄを得た（図８（ｇ）を参照）。なお、このときレジストは格子状に残ったままである。

次に、犠牲層３０Ｄ及び残渣レジストのアッシングについて説明する。犠牲層３０Ｄのアッシングは、アッシング装置を用いて酸素ガスにより２分間アッシングを行った。そして、第１層の格子に間に埋め込まれた犠牲層３０Ｄを取り除き、第２層を第１層に落とすことで三次元構造を得た（図８（ｈ）を参照）。

以上のようにして、２層構成の三次元構造体１Ｄを得た。この技術は半導体のような三次元電子回路に応用可能であり、２層目以降の重ね露光の際に位置ズレが起きても、犠牲層が存在するため、下層にエッチングでダメージを与えることはない。

いずれの実施例においても、材料や構造のＦｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒに依存することなく最上層の上に更に新しい層を形成し、多層の構造体と空隙からなる三次元構造体を容易に形成することができる。このような三次元構造体は、フォトリソグラフィー工程を使用して精密に制御可能であるので超精密な構造とすることが可能であり、ＭＥＭＳのような機械要素としても使用可能であるが、特に光学素子としての用途に優れている。即ち、形状、屈折率、厚さの異なる物質を多層に積層することが可能であり、レンズ、回折光学素子、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、フォトニック結晶として用いることができる。

三次元構造体の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す製造方法の工程図である． ３層以上を有する三次元構造体の製造方法を説明するためのフローチャートである。 ３層以上を有する三次元構造体の別の製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施例１の三次元構造体の製造方法の工程図である。 実施例２の三次元構造体の製造方法の工程図である。 実施例３の三次元構造体の製造方法の工程図である。 実施例４の三次元構造体の製造方法の工程図である。

符号の説明

１、１Ａ−１Ｄ 三次元構造体
１０、１０Ａ−Ｄ 基板
２０、２０Ａ−Ｄ 第１の構造体
３０、３０Ａ−Ｄ 犠牲層
４０、４０Ａ−Ｄ 第２の構造体

Claims (7)

1. 三次元構造体を製造する方法であって、
   基板の上に凹凸パターンを有する第１の構造体を形成するステップと、
   前記第１の構造体の上に犠牲層を、前記第１の構造体の凹部が前記犠牲層によって充填されると共に前記第１の構造体の凸部の前記基板と反対側の表面が全て前記犠牲層によって覆われるように形成するステップと、
   前記犠牲層の上に凹凸パターンを有する第２の構造体を形成するステップと、
   前記犠牲層を除去するステップと、
   を有し、
   前記除去ステップが、前記第１の構造体と前記第２の構造体の間から前記犠牲層を除去することによって、前記第２の構造体が前記第１の構造体の前記表面に接触することを特徴とする方法。
2. 前記基板の上に前記第１の構造体を形成するステップは、前記基板に前記第１の構造体を成膜することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基板の上に前記第１の構造体を形成するステップは、前記基板を加工して凹凸パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記除去ステップの後で、前記第２の構造体の上に前記犠牲層を、前記第２の構造体の凹部が前記犠牲層によって充填されると共に前記第２の構造体の凸部の前記基板と反対側の表面が全て前記犠牲層によって覆われるように形成するステップと、
   前記犠牲層の上に凹凸パターンを有する第３の構造体を形成するステップと、
   前記犠牲層を除去するステップと、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の構造体を形成するステップと前記除去ステップとの間で、
   前記第２の構造体の上に前記犠牲層を、前記第２の構造体の凹部が前記犠牲層によって充填されると共に前記第２の構造体の凸部の前記基板と反対側の表面が全て前記犠牲層によって覆われるように形成するステップと、
   前記犠牲層の上に凹凸パターンを有する第３の構造体を形成するステップと、
   を更に有し、
   前記除去ステップは、複数の犠牲層を一括して除去することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記三次元構造体の第１の複数層の構造体を積層する場合に、前記除去ステップは複数の犠牲層を一括して除去し、前記第１の複数層の構造体よりも脆弱な第２の複数層の構造体を積層する場合に前記除去ステップは前記犠牲層を一層ずつ除去することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記除去ステップは、圧力が１０Ｐａ以上であるドライプロセスを使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。