JPH10305488A - 微小構造体、およびその製造方法および装置 - Google Patents

微小構造体、およびその製造方法および装置

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JPH10305488A
JPH10305488A JP9114071A JP11407197A JPH10305488A JP H10305488 A JPH10305488 A JP H10305488A JP 9114071 A JP9114071 A JP 9114071A JP 11407197 A JP11407197 A JP 11407197A JP H10305488 A JPH10305488 A JP H10305488A
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thin film
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高幸 山田
Mutsuya Takahashi
睦也 高橋
Masanari Nagata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状精度が高く、特に、積層方向の高解像度
化が可能で、直接金属あるいはセラミックス等の絶縁体
で造形でき、さらに、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、お
よびその製造方法および装置を提供する。 【解決手段】 微小構造体を構成する複数の断面形状を
それぞれ有する複数の薄膜が形成された基板４００を基
板ホルダ３０１に載置し、基板ホルダ３０１を上昇させ
て基板４００上に形成された薄膜をステージ３０２の表
面に接合させ、基板ホルダ３０１を下降させると、薄膜
が基板４００から剥離してステージ３０２側に転写され
る。この転写を繰り返すことにより、ステージ３０２上
に複数の薄膜が積層され、微小構造体が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層造形方法によ
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。
【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。）
【０００３】（従来例１）図２６は、従来例１の光造形
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。
【０００４】（従来例２）図２７は、従来例２の粉末法
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。
【０００５】（従来例３）図２８は、従来例３のシート
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。
【０００６】（従来例４）図２９は、従来例４の薄膜を
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１の光
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、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。
【０００８】また、従来例２の粉末法によれば、従来例
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。
【０００９】また、従来例３の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。
【００１０】また、従来例４の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。
【００１１】従って、本発明の目的は、形状精度が高
く、特に、積層方向の高解像度化が可能な微小構造体、
およびその製造方法および装置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、お
よびその製造方法および装置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、およびその製造方法および装置を提供することにあ
る。
【００１２】
【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、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微小構造体を提供
する。
【００１３】また、本発明は、上記目的を達成するた
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、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。
【００１４】また、本発明は、上記目的を達成するた
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。
【００１５】また、本発明は、上記目的を達成するた
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。
【００１６】また、本発明は、上記目的を達成するた
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。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
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。
【００１８】着膜装置２Ａは、Ｓｉウェハ、石英基板、
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。
【００１９】また、着膜装置２Ａは、薄膜を着膜する前
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。
【００２０】パターニング装置２Ｂは、薄膜を０．１μ
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。
【００２１】図２は、積層装置３の概略構成を示す。積
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。
【００２２】ステージ３０２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。
【００２３】また、積層装置３は、真空槽３００の外部
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。
【００２４】図３は、積層装置３の制御系を示す。積層
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。
【００２５】Ｘ軸位置検出部３１２、Ｙ軸位置検出部３
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。
【００２６】第１および第２のＦＡＢ源駆動部３６２
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。
【００２７】制御部３６０は、メモリ３６１が記憶する
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。
【００２８】図４は、犠牲層、薄膜、離型層間の接合力
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。
【００２９】次に、第１の実施の形態に係る製造システ
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。
【００３０】(1) 着膜 図６(a) に示すように、基板４００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。
【００３１】(2) パターニング 図６(b) ，(c) に示すように、パターニング装置２Ｂを
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。
【００３２】図７(a) 〜(c) および図８(d) 〜(f) は、
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。
【００３３】(3) 基板４００の真空槽３００内への導入 複数の薄膜４ａが形成された基板４００を積層装置３の
真空槽３００内の基板ホルダ３０１上に載置する。
【００３４】(4) 真空槽３００内の排気 オペレータが、積層装置３の図示しない起動スイッチを
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。
【００３５】(5) アライメント調整 排気が終了すると、制御部３６０は、ステージ３０２と
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。
【００３６】(6) 第１層の薄膜４ａを接合する面の汚染
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。
【００３７】(7) 第１層の薄膜４ａの接合 次に、図７(b) に示すように、制御部３６０は、第１お
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。
【００３８】(8) 第１層の薄膜４ａの転写 次に、図７(c) に示すように、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。
【００３９】(9) 第２層の薄膜４ａを接合する面の汚染
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。
【００４０】(10)第２層の薄膜４ａの接合 次に、図８(e) に示すように、制御部３６０は、第１お
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。
【００４１】(11)第２層の薄膜４ａの転写 次に、図８(f) に示すように、制御部３６０は、基板ホ
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。
【００４２】(12)犠牲層３７０の除去 図９は、全ての薄膜４ａが積層された状態を示す。上記
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。
【００４３】次に、上述した第１の実施の形態の効果を
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。
【００４４】なお、本実施の形態では、薄膜の積層を常
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。
【００４５】次に、本発明の第２の実施の形態に係る製
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。
【００４６】次に、第２の実施の形態に係る製造システ
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。
【００４７】図１１(a) に示すように、基板４００とし
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。
【００４８】次に、図１１(b) に示すように、残りのフ
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。
【００４９】次に、図１１(c) に示すように、着膜装置
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。
【００５０】次に、図１１(d) に示すように、研磨装置
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。
【００５１】図１２は、図１１(d) に対応する平面図で
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。
【００５２】更に、図１１(e) に示すように、パターニ
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。
【００５３】図１３は、図１１(e) に対応する平面図で
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。
【００５４】次に、第１の実施の形態と同様に、複数の
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。
【００５５】図１４は、第１層〜第２０層の断面要素４
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。
【００５６】上記第２の実施の形態によれば、以下の効
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。
【００５７】なお、本実施の形態では、第１の薄膜とし
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。
【００５８】図１６および図１７は、第３の実施の形態
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。
【００５９】図１８は、第１層〜第２０層のチップＣが
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。
【００６０】図１９は、本発明の第４の実施の形態に係
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。
【００６１】次に、第４の実施の形態の動作を図２０を
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。
【００６２】図２１は、パターニング後を示す平面図で
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。
【００６３】以下の工程は、第１の実施の形態と同様
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。
【００６４】図２２は、第１層〜第ｎ層の断面要素４ｂ
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。
【００６５】上記第４の実施の形態によれば、ＦＩＢ法
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。
【００６６】図２３は、本発明の第５の実施の形態に係
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。
【００６７】次に、第５の実施の形態に係る製造システ
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。
【００６８】図２４(a) に示すように、まず、基板４０
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。
【００６９】次に、図２４(b) に示すように、イオン注
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。
【００７０】これにより、図２４(c) に示すように、微
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。
【００７１】上記の工程の微小構造体の他の断面形状に
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。
【００７２】次に、図２４(d) に示すように、第１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、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。
【００７３】次に、図２５(e) に示すように、第２層の
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。
【００７４】次に、図２５(f) に示すように、バッファ
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。
【００７５】以下は、上記(d) 〜(f) の工程を繰り返
し、図２５(g) のように必要な枚数のＳｉ薄膜４１０を
積層する。
【００７６】次に、図２５(h) に示すように、現像工程
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。
【００７７】上述した第５の実施の形態によれば、ドー
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。
【００７８】
【実施例】以下、基板表面に形成する離型層の実施例を
説明する。
【００７９】（実施例１）離型層としてフッ素樹脂（旭
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。
【００８０】（実施例２）離型層としてフッ素化ポリイ
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。
【００８１】（実施例３）基板表面をフッ素原子を含む
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。
【００８２】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、薄
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。
【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製造システム
を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る積層装置の概略構成図
である。
【図３】第１の実施の形態に係る積層装置の制御系を示
すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態に係る犠牲層、薄膜、離型層
間の接合力の関係を説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態が目的とする微小構造体の斜
視図である。
【図６】(a) は第１の実施の形態に係る薄膜形成工程、
(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。
【図７】(a) 〜(c) は第１の実施の形態に係る積層工程
を示す図である。
【図８】(d) 〜(f) は第１の実施の形態に係る積層工程
を示す図である。
【図９】第１の実施の形態に係る積層工程の完了状態を
示す断面図である。
【図１０】(a) は微小構造体としての微小プーリの分解
斜視図、(b) はその縦断面図である。
【図１１】(a) 〜(e) は第２の実施の形態に係る着膜・
パターニング工程を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るパターニング工程を
示す基板の平面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係るパターニング工程を
示す基板の平面図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る第１層〜第２０層の
断面要素が積層された状態を示す断面図である。
【図１５】(a) は第２の実施の形態が目的とする微小ギ
ヤの分解斜視図、(b) はその縦断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る薄膜形成基
板を示す平面図である。
【図１７】(a) 〜(d) は本発明の第３の実施の形態に係
る薄膜形成基板を示す平面図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る第１層〜第２０層の
チップが積層された状態を示す断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係るパターニン
グ装置の概略構成図である。
【図２０】第４の実施の形態が目的とする微小構造体の
斜視図である。
【図２１】第４の実施の形態に係るパターニング工程を
示す基板の平面図である。
【図２２】第４の実施の形態に係る第１層〜第ｎ層の断
面要素が積層された状態を示す断面図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係る製造システ
ムを示すブロック図である。
【図２４】(a) 〜(d) は第５の実施の形態に係る製造方
法を示す図である。
【図２５】(e) 〜(h) は第５の実施の形態に係る製造方
法を示す図である。
【図２６】従来例１の光造形法を示す模式図である。
【図２７】従来例２の粉末法を示す模式図である。
【図２８】従来例３のシート積層法に係る製造装置を示
す図である。
【図２９】(a) 〜(d) は従来例４の薄膜を出発材料とし
て用いる製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 製造システム ２Ａ 着膜装置 ２Ｂ パターニング装置 ２Ｃ イオン注入装置 ３ 積層装置 ４ 微小構造体 ４ａ 薄膜 ４ｂ 断面要素 ２０ 真空槽 ２１ イオンビーム ２２ イオンビーム発生部 ２３ 偏向電極 ４０ フランジ ４１ 軸 ４２ 鍔 ４３ プーリ ４３ａ 開口部 ４４ 微小ギヤ ３００ 真空槽 ３０１ 基板ホルダ ３０２ ステージ ３０３Ａ 第１のＦＡＢ源 ３０３Ｂ 第２のＦＡＢ源 ３０４Ａ，３０４Ｂ アーム ３０５Ａ 第１の退避モータ ３０５Ｂ 第２の退避モータ ３０６ マーク検出部 ３０７ 真空計 ３１０ Ｘ軸テーブル ３１１ Ｘ軸モータ ３１２ Ｘ軸位置検出部 ３２０ Ｙ軸テーブル ３２１ Ｙ軸モータ ３２２ Ｙ軸位置検出部 ３３０ Ｚ軸テーブル ３３１ Ｚ軸モータ ３３２ Ｚ軸位置検出部 ３４０ θテーブル ３４１ θモータ ３４２ θ位置検出部 ３５０ 真空ポンプ ３５１ アルゴンガスボンベ ３５１ａ アルゴン原子ビーム ３５２Ａ 第１の電磁弁 ３５２Ｂ 第２の電磁弁 ３５３Ａ 第１の流量コントローラ（ＭＦＣ） ３５３Ｂ 第２の流量コントローラ（ＭＦＣ） ３６０ 制御部 ３６１ メモリ ３６２Ａ 第１のＦＡＢ源駆動部 ３６２Ｂ 第２のＦＡＢ源駆動部 ３７０ 犠牲層 ４００ 基板 ４０１ 離型層 ４０２ 薄膜 ４０２Ａ 第１の薄膜 ４０２Ｂ 第２の薄膜 ４０３ アライメントマーク ４０４ ホトレジスト ４０５ 分離溝 ４１０ Ｓｉ薄膜 ４１０ａ ｐ+ Ｓｉ領域 ４１１ シリコン窒化膜 ４１１ａ 窓 ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 接合力 Ｃ，Ｃ1 〜Ｃ20 チップ

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】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微小構造体。
  2. 【請求項２】前記複数の薄膜の面同士が直接接触して接
    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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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。
  11. 【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。
  12. 【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。
  13. 【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。
  14. 【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。
  15. 【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。
  16. 【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。
  17. 【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。
  18. 【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。
  19. 【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。
  20. 【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。
  21. 【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。
  22. 【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。
  23. 【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。
  24. 【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。
  25. 【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。
  26. 【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。
  27. 【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。
  28. 【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。
  29. 【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。
  30. 【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。
  31. 【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。
  32. 【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。
  33. 【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。
  34. 【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。
  35. 【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。
  36. 【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。
  37. 【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。
  38. 【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。
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