JP3612945B2

JP3612945B2 - Manufacturing method of microstructure

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Publication number: JP3612945B2
Application number: JP18285897A
Authority: JP
Inventors: 高幸山田; 睦也高橋; 真生永田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: JPH1128768A

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微小ギアや微細光学部品、或いはこれらを成形する金型等の微小構造体を製造する微小構造体の製造方法に関し、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微小構造体を製造する微小構造体の製造方法に関する。
【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。積層造形方法で作製された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
（２）粉末法
（３）シート積層法
（４）薄膜を出発材料として用いる方法
【０００３】
図１４は光造形法を示す。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３００を満たした槽３０１に、上面よりレーザ光３０２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３００Ａを硬化させ、ステージ３０３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３００Ａ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（１９９６）Ｎｏ．４、ｐ１０３」に示されるものがある。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Ｋａｗａｔａらによって文献「ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＭＥＭＳ９７，ｐ１６９」に示されるものがある。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】
図１５は粉末法を示す。この粉末法は、槽３０１内に粉体３０４を薄く敷き詰め、この薄い層（粉体層）３０４Ａにレーザ光３０２を照射することにより粉体層３０４Ａを所望の形状の薄層に焼結させ、この工程を繰り返すことにより複数の粉体層３０４Ａ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】
図１６はシート積層法に係る製造装置を示し、特開平６−１９０９２９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３１０からプラスチックフィルム３１１を供給すると、そのプラスチックフィルム３１１は、接着剤塗布部３２０によって下面に光硬化型接着剤３２１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３３０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３４０の押えローラ３４１によって下方に押さえられ、線光源３４２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３１１に接合する。レーザ切断部３５０は、炭酸ガスレーザ源３５１からのレーザによってプラスチックフィルム３１１の後端を切断すると共に、レーザによって最上層のプラスチックフィルム３１１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、３６０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】
図１７は薄膜を出発材料として用いる製造方法を示し、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３７０に感光性樹脂膜３７１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３７１Ａを形成する工程と、同図（ｃ）に示すように、樹脂膜３７１の混合を防止し、下層への露光を妨げる中間膜３７２を形成する工程を繰り返し、同図（ｄ）に示すように、樹脂膜３７１と中間膜３７２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３７１Ａ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３７１と中間膜３７２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】
しかし、上記光造形法によれば、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、薄膜精度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。
【０００８】
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。
【０００９】
更に、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、転写工程が必要になるという欠点がある。
【００１０】
また、粉末法によれば、光造形法と同様に、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くという欠点を有している。
【００１１】
また、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。
【００１２】
また、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（例えは、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う欠点がある。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、転写工程が必要になるという欠点がある。
【００１３】
そこで、本出願人はこのような問題を解決する、微小構造体の製造方法として、特願平９−１１４０７１号を提案している。この微小構造体の製造方法は、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、金属或いは絶縁体からなる複数の薄膜パターンをＳｉウェハ等の基板上に形成し、この基板をステージと対向させた後、ステージの表面に薄膜パターンを所定の荷重で押し付けて接合させ、更に基板をステージから離して基板から薄膜パターンを剥離させてステージ側に転写するといった各工程を繰り返し行って、ステージ上に複数の薄膜パターンを積層することにより微小構造体を形成している。
【００１４】
上記した製造方法においては、各断面形状の薄膜パターンを複数個アレイ状に配置したチップをＳｉウェハ等の基板上に複数個配置したものを使用して、各チップの薄膜パターンを順番に積層して１度に複数個の微小構造体を形成すると、大量生産が可能になり、生産性を向上させることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、提案されている微小構造体の製造方法によると、図１８の（ａ）に示すように、薄膜パターン１Ａをステージ２０２側に接合する際、基板１００とステージ２０２の間にパーティクルＰが存在すると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、薄膜パターン１Ａをステージ２０２へ接合することが困難になる。パーティクルＰは基板のガラスやＳｉウェハのかけら、或いは金属の剥離片や微粉末など剛性が高くあまり撓まないものが多く、直径が積層すべき薄膜パターン１Ａの膜厚（０．１〜数μｍ程度）と同程度、或いはそれ以上であると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、接合ができなくなる。たとえ直径が１μｍ程度でも接触できない領域（ボイド）は数百μｍ以上に達し、薄膜パターン１Ａのサイズが数〜数百μｍであることから、その領域中に存在する薄膜パターン１Ａの接合は不可能になる。このため、前述したように複数の薄膜パターン１Ａを同時に接合・転写する場合には、転写歩留りを低下させてしまう。また、生産技術上、パーティクルを皆無にすることは非常に困難である。
【００１６】
また、図１８の（ｂ）に示すように、基板１００の表面に微小なうねり等による起伏部１００Ａが存在した場合、基板１００や薄膜パターン１Ａが剛性の高い材料であることが多いため、薄膜パターン１Ａをステージ２０２側に接合する際、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の面接触が妨げられ、接合が困難、或いは不可能になってしまう。また、前述したように複数の薄膜パターン１Ａを同時に接合・転写する場合には、各薄膜パターン１Ａに均等な圧着荷重がかからなくなり、転写歩留りを低下させてしまう。
【００１７】
従って、本発明の目的は薄膜パターンをステージに確実に接合できるようにして転写率を高めることができる微小構造体の製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑み、薄膜パターンをステージに確実に接合できるようにして転写率を高めるため、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、基板を複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエッチバックして異物を収容する凹部を形成する第２の工程と、複数の薄膜を基板上から剥離し、ステージ上に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３の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するものである。
【００１９】
また、本発明は上記の目的を達成するため、基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程と、複数の薄膜を緩衝層上から剥離し、ステージ上に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３の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するものである。
【００２０】
更に、本発明は上記の目的を達成するため、基板上に当該基板よりヤング率の小さな薄膜からなる緩衝層を形成する第１の工程と、緩衝層上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成する第２の工程と、緩衝層を複数の薄膜が形成された領域以外の部分で所定の深さエッチバックして異物を収容する凹部を形成する第３の工程と、複数の薄膜を緩衝層上から剥離し、ステージ上に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４の工程を含んだ微小構造体の製造方法を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微小構造体の製造方法について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態の微小構造体の製造方法は、着膜工程，パターニング工程，および積層工程から成る。
【００２３】
図１の（ａ）〜（ｄ）は着膜工程およびパターニング工程を示す。まず、着膜工程として、図１の（ａ）に示すように、基板１００としてガラス基板を準備し、その表面にスパッタリング法によってＡｌの薄膜１０１を０．５μｍ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１００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。この方法で着膜を行うと、基板１００内の膜厚分布は、０．５±０．０２μｍ以下が得られる。なお、この膜厚が最終的に得られる微小構造体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となる。
【００２４】
次に、パターニング工程として、図１の（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー法により微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン１Ａを形成する。すなわち、基板１００上に形成した薄膜１０１の表面にポジ型のフォトレジスト１０２を塗布し、図示しないフォトマスク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１０２の部分を溶剤によって取り去り、露出した薄膜１０１の部分をエッチングする。この後、図１の（ｃ）に示すように、未露光のフォトレジスト１０２をマスクとして基板１００を約３μｍエッチバックし、薄膜パターン１Ａが形成された領域の部分に突出部１０３Ａを、それ以外の部分に凹部１０３Ｂを形成する。このとき、エッチングにはドライエッチング法を用い、ガスとしてＣＦ_４とＨ_２を用いる。そして、図１の（ｄ）に示すように、未露光のフォトレジスト１０２を剥離液にて除去し、複数の薄膜パターン１Ａを露出させる。なお、このパターニング工程で基板１００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１０４も形成しておく。また、図１の（ｃ）において、直径の大きい薄膜パターン１Ａから順に第１層〜第６層の薄膜パターン１Ａとして説明する。
【００２５】
このようにして着膜工程，およびパターニング工程が終了すると、次に積層工程を行う。
【００２６】
ここで、積層工程を説明する前に積層工程に用いる積層装置の構成について説明する。
【００２７】
図２は積層装置を示し、積層工程が行われる真空槽２００を有し、この真空槽２００の内部に基板１００が載置される基板ホルダ２０１と、基板１００上に形成された薄膜パターン１Ａが転写されるステージ２０２と、このステージ２０２に取り付けられ、ステージ２０２側をＦＡＢ（ＦａｓｔＡｔｏｍＢｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）処理する第１のＦＡＢ源２０３Ａ、および基板１００側をＦＡＢ処理する第２のＦＡＢ源２０３Ｂと、ＦＡＢ処理後にアーム２０４Ａ，２０４Ｂを約９０°回転させて第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させる第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂと、ステージ２０２に取り付けられ、基板１００上のアライメントマーク１０４を検出する顕微鏡の如きマーク検出部２０６と、真空槽２００内の真空度を検出する真空計２０７と、テスージ２０２を図示しないＸ軸モータによってＸ軸方向に移動させるとともに、図示しないＸ軸位置検出部によってステージ２０２のＸ軸上の位置を検出するＸ軸テーブル２０８と、ステージ２０２を図示しないＹ軸モータによってＹ軸方向に移動させるとともに、図示しないＹ軸位置検出部によってステージ２０２のＹ軸上の位置を検出するＹ軸テーブル２０９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。
【００２８】
ステージ２０２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２０２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２０２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２０２Ａ（図５参照）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適宜選択される。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、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２０２の表面に銅あるいせ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，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、犠牲層の材料としてアルミニウムを選択し、ステージ２０２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２０２から容易に分離することができる。
【００２９】
真空層２００の外部には、基板ホルダ２０１を図示しないＺ軸モータによってＺ軸方向に移動させ、薄膜をステージ２０２側に荷重５ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で１〜１０分間圧着させるとともに、図示しないＺ軸位置検出部によって基板ホルダ２０１のＺ軸上の位置を検出するＺ軸テーブル２１０と、アライメント調整の際に図示しないθモータによって基板ホルダ２０１をＺ軸回りに回転させるとともに、図示しないθ位置検出部によって基板ホルダ２０１のθ方向の角度位置を検出するθテーブル２１１と、真空槽２００内を真空に排気する真空ポンプ２１２と、アルゴンガスが充填されたアルゴンガスボンベ２１３と、アルゴンガスボンベ２１３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２１４Ａ，２１４Ｂを介して対応する第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂにアルゴンガスを供給する第１および第２の流量コントローラ（ＭＦＣ）２１５Ａ，２１５Ｂが設けられている。
【００３０】
以上の構成において、以下のようにして積層工程を行う。
図３の（ａ）〜（ｃ）および図４の（ａ）〜（ｃ）は以下に説明する積層工程を示す。
【００３１】
（１）基板１００の真空槽２００内への導入
複数の薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を積層装置２の真空槽２００内の基板ホルダ２０１上に載置する。
【００３２】
（２）真空槽２００内の排気
オペレータが積層装置２の図示しない起動スイッチを押下すると、図示しない制御部は、真空計２０７の検出値に基づいて真空ポンプ２１２を制御して真空槽２００内を１０^−６Ｐａ台まで排気し、真空槽２００内を高真空状態あるいは超高真空状態にする。
【００３３】
（３）アライメント調整
排気が終了すると、制御部はステージ２０２と基板１００（アライメントマーク１０４）とのアライメント調整を行う。すなわち、制御部はＸ軸モータおよびＹ軸モータを制御してステージ２０２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてマーク検出部２０６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１００と基板ホルダ２０１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２０２およびアライメントマーク１０４が原点位置に達するようにＸ軸モータ，Ｙ軸モータ，およびθモータを制御する。ステージ２０２は、Ｘ軸テーブル２０８およびＹ軸テーブル２０９によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し、基板ホルダ２０１はθテーブル２１１によって回転し、ステージ２０２およびアライメントマーク１０４が原点位置に達する。これにより、薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を載置する位置にずれがあっても、ステージ２０２とアライメントマーク１０４の相対的な位置出しが正確に行われる。
【００３４】
（４）第１層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去
アライメント調整が終了すると、制御部は、図３の（ａ）に示すように、Ｘ軸位置検出部およびＹ軸位置検出部の検出信号に基づいてＸ軸モータおよびＹ軸モータを駆動して、ステージ２０２を原点位置からＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、第１層の薄膜パターン１Ａ上に位置させる。次に制御部は、第１層の薄膜パターン１Ａを接合する面（ステージ２０２の表面と第１層の薄膜パターン１Ａの表面）にアルゴン原子ビーム２１３ＡでＦＡＢ処理を施す。すなわち、ステージ２０２の表面、および第１層の薄膜パターン１Ａの表面に所定量のアルゴン原子ビーム２１３Ａを１分間照射するように、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３の各駆動部（図示せず）に対する駆動制御，第１および第２の電磁弁２１４Ａ，２１４Ｂに対する開閉制御，および第１および第２のＭＦＣ２１５Ａ，２１５Ｂに対する流量制御を行う。第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂの各駆動部は、制御部の制御により１．５ｋＶの加速電圧を第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂに付与する。アルゴンガスボンベ２１３から圧送されるアルゴンガスは、第１および第２のＭＦＣ２１５Ａ，２１５Ｂによって流量が調整され、第１および第２の電磁弁２１４Ａ，２１４Ｂを介して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂに供給される。第１のＦＡＢ源２０３Ａは、斜め約４５°上方のステージ２０２の表面に向けてアルゴン原子ビーム２１３Ａを１分間照射する。第２のＦＡＢ源２０３Ｂは、斜め約４５°下方の第１層の薄膜パターン１Ａの表面に向けてアルゴン原子ビーム２１３Ａを１分間照射する。これにより、ステージ２０２および第１層の薄膜パターン１Ａ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。
【００３５】
（５）第１層の薄膜パターン１Ａの接合
第１の層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層を除去すると、次に制御部は、図３の（ｂ）に示すように、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動してアーム２０４Ａ，２０４Ｂを水平方向に回動させ、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させる。この後、制御部はＺ軸位置検出部の検出信号に基づいてＺ軸モータを制御して基板ホルダ２０１を上昇させ、ステージ２０２の表面に第１層の薄膜パターン１Ａの表面を接触させ、更に５ｋｇｆ／ｃｍ^２の荷重で５分間押し付ける。これによりステージ２０２の表面（犠牲層）に第１層の薄膜パターン１Ａの表面が強固に接合される。このとき、基板１００上の薄膜パターン１Ａの周辺に薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径（例えば、１〜３μｍ程度）のパーティクルＰが存在しても、基板１００は薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分に深さ３μｍの凹部１０３Ｂが形成されているため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。なお、ここまでの製造工程をクリーンルーム内で行っているので、基板１００上に３μｍ以上のパーティクルが存在することはなく、基板１００の凹部１０３Ｂの深さは３μｍ程度で十分対応することができる。また、薄膜パターン１Ａとステージ２０２との接合力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、大きい接合力を得るために、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面粗さは各々１０ｎｍ以下とした。
【００３６】
（６）第１層の薄膜パターン１Ａの転写
第１層の薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に制御部は、図３の（ｃ）に示すように、Ｚ軸位置検出部の検出信号に基づいてＺ軸モータを駆動して基板ホルダ２０１を図３の（ａ）に示す元の位置まで下降させ、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを元の位置に復帰させる。基板ホルダ２０１を下降させると、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の犠牲層との接合力の方が薄膜パターン１Ａと基板１００との接合力よりも大きいため、薄膜パターン１Ａは基板１００側から剥離し、ステージ２０２側へ転写される。
【００３７】
（７）第２層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去
第１層の薄膜パターン１Ａの転写が終了すると、次に制御部は、図４の（ａ）に示すように、Ｘ軸位置検出部およびＹ軸位置検出部の検出信号に基づいてＸ軸モータおよびＹ軸モータを駆動して、ステージ２０２を原点位置からＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、第２層の薄膜パターン１Ａ上に位置させ、図３の（ａ）で説明したようにＦＡＢを照射する。ステージ２０２の移動量は各薄膜パターン１Ａ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２０２の表面にＦＡＢを照射するのではなく、第１層の薄膜パターン１Ａの裏面（それまで基板１００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。
【００３８】
（８）第２層の薄膜パターン１Ａの接合
第２層の薄膜パターン１Ａを接合する面の汚染層の除去が終了すると、次に制御部は、図４の（ｂ）に示すように、第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを退避させ、基板ホルダ２０１を上昇させ、第１層の薄膜パターン１Ａの裏面に第２層の薄膜パターン１Ａを接合する。
【００３９】
（９）第２層の薄膜パターン１Ａの転写
第２層の薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に制御部は、図４の（ｃ）に示すように、Ｚ軸位置検出部の検出信号に基づいてＺ軸モータを駆動して基板ホルダ２０１を下降させ、第１および第２の退避モータ２０５Ａ，２０５Ｂを駆動して第１および第２のＦＡＢ源２０３Ａ，２０３Ｂを元の位置に復帰させる。基板ホルダ２０１を下降させると、薄膜パターン１Ａ同士の接合力の方が第２層の薄膜パターン１Ａと基板１００との接合力よりも大きいため、第２層の薄膜パターン１Ａは基板１００側から剥離し、第１層の薄膜パターン１Ａの上に転写される。
【００４０】
（１０）犠牲層の除去
図５は全ての薄膜パターン１Ａが積層された状態を示す。上記した薄膜パターン１Ａの接合・転写を繰り返して第３層〜第６層の薄膜パターン１Ａを同様に積層すると、図９に示すように、全ての薄膜パターン１Ａが積層された微小構造体１が得られる。最後にステージ２０２上の犠牲層２０２Ａをエッチングによって除去して微小構造体１をステージ２０２から分離する。
【００４１】
図６は上記のようにして製造された微小構造体１を示し、各断面形状に対応した第１層から第６層の薄膜パターン１Ａを接合した状態で積層されている。
【００４２】
以上述べた第１の実施の形態によると、基板１００を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバックして凹部１０３Ｂを形成し、基板１００の突出部１０３Ａ上の薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させて接合・転写するようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが基板１００上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがなくなる。このため、薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合することができ、転写率を高めることができる。
【００４３】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る微小構造体の製造方法を示す。第１の実施の形態に係る微小構造体の製造方法との違いは、薄膜パターン１Ａを１枚ずつ接合・転写するのではなく、同時に複数の薄膜パターン１Ａを接合・転写することである。
【００４４】
この実施の形態によると、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが基板１００上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、複数の薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがなく、複数の薄膜パターン１Ａを確実に転写させることができ、延いては転写歩留りを向上させることができる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る微小構造体の製造方法を図８の（ａ）〜（ｄ）および図９の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４６】
図８の（ａ）〜（ｄ）は着膜工程およびパターニング工程を示す。まず、着膜工程として、図８の（ａ）に示すように、基板１００としてＳｉウェハを準備し、その表面にカップラー剤を塗布した後、ポリイミドをスピンコーティングにより約５μｍ塗布し、最高温度３５０℃でベイクし緩衝層１０５を形成する。緩衝層１０５の材料および膜厚は、想定するパーティクルの直径や柔らかさ（ヤング率）を勘案して決定する。緩衝層１０５のヤング率は、ガラス基板（７０ＧＰａ程度）やＳｉウェハ（１９０ＧＰａ）やＡｌ（７０ＧＰａ）に比べ十分小さいほうがよいため、１０ＧＰａ以下とするのがよい。逆にヤング率が小さすぎると変形が大きくなり位置精度が劣化するので１ＧＰａ以上にするのが望ましい。ポリイミドのヤング率は３ＧＰａ（３×１０^９Ｐａ）程度であり、ガラス基板やＡｌに比べ十分小さいため、緩衝層として好適である。緩衝層１０５の膜厚は、パーティクルの直径よりも十分に大きいこと、厚すぎて位置精度を劣化させないこと、および塗布の容易さを考慮し、３から１０μｍとするのが好適である。本実施の形態では、１回の塗布で均一性よく形成することから５μｍとした。次に、基板１００の表面をフッ素原子を含むガスに晒し、緩衝層１０５をフッ素化して離型層１０６を形成する。具体的には、基板１００を真空装置（ドライエッチング装置）に導入し、ＣＦ_４ガスを用いたプラズマ処理をガス流量１００ｓｃｃｍ，放電パワー５００Ｗ，圧力１０Ｐａ，時間１０分の条件で行って、表面をフッ素化して疏水性にする。この後、真空蒸着法によってＡｌの薄膜１０１を０．５μｍ着膜する。
【００４７】
次に、パターニング工程として、図８の（ｄ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー法により微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン１Ａを形成する。
【００４８】
図９の（ａ）〜（ｃ）は積層工程を示す。積層工程では、まず、第１の実施の形態と同様に薄膜パターン１Ａが形成された基板１００を真空槽（図示せず）内に導入し、薄膜パターン１Ａの表面きステージ２０２の表面にアルゴン原子ビームでＦＡＢ処理を施した後、図９の（ａ）に示すように、ステージ２０２の表面に薄膜パターン１Ａを接触させ、更に、所定の荷重をかけて数分押し付ける。これによりステージ２０２の表面に薄膜パターン１Ａの表面が強固に接合される。このとき、離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの周辺に薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径（例えば、１〜３μｍ程度）のパーティクルＰが存在しても、図１０の（ａ）に示すように、基板１００や薄膜パターン１Ａより柔らかい離型層１０６にパーティクルＰが埋まり込むため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。また、図１０の（ｂ）に示すように、基板１００にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在しても、離型層１０６が起伏部１００Ａの変形を吸収するため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。
【００４９】
薄膜パターン１Ａの接合が終了すると、次に、図９の（ｂ）に示すように、基板１００を下降させて、薄膜パターン１Ａを基板１００側から剥離し、ステージ２０２側へ転写する。以下、第１の実施の形態と同様に上記の工程を繰り返すことにより、図９の（ｃ）に示すように、薄膜パターン１Ａが積層された微小構造体１が得られる。
【００５０】
以上述べた第３の実施の形態によると、基板１００の表面に離型層１０６を形成し、離型層１０６上に形成された薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させるようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在しても、離型層１０６にパーティクルＰが埋まり込むため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。また、基板１００にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在しても、離型層１０６が起伏部１００Ａの変形を吸収するため、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。その結果、薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合させることができ、転写歩留りを向上させることができる。なお、この実施の形態では、同時に２枚の薄膜パターン１Ａを接合・転写するようにしたが、第１の実施の形態のように、薄膜パターン１Ａを１枚ずつ接合・転写する場合でも同様な効果を得ることができる。
【００５１】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る微小構造体の製造方法を図１１の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５２】
図１１の（ａ）〜（ｃ）は着膜工程およびパターニング工程を示す。まず、図１１の（ａ）に示すように、基板１００上の表面に離型層１０６の形成とＡｌの薄膜１０１の着膜を第３の実施の形態の着膜工程と同様な手順で施す。次に、パターニング工程として、図１１の（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー法により微小構造体の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン１Ａを形成する。更に、図１１の（ｃ）に示すように、パターニング工程で使用した未露光のフォトレジスト（図示せず）をマスクとして離型層１０６を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバックし、離型層１０６の薄膜パターン１Ａが形成された領域の部分に突出部１０３Ａを、それ以外の部分に凹部１０３Ｂを形成する。このとき、エッチングにはドライエッチング法を用い、ガスとしてＣＦ_４とＯ_２を用いる。また、図示しているように、離型層１０６は必ずしも全てエッチバックする必要はない。その理由は、パーティクル対策としては３μｍ程度の深さがあれば十分であるからであり、また、全てエッチングすると、基板１００と離型層１０６の密着力が小さい場合には、薄膜パターン１Ａをステージ２０２に転写する時に基板１００と離型層１０６の界面から剥がれやすくなるからである。また、エッチバックの深さは、１〜３μｍ以上が好都合である。これは３μｍ以上にすると、ポリイミドが比較的柔らかいため、接合時に横方向に歪んで接合の位置決め精度を低下させてしまい、１μｍ以下にすると、パーティクル対策としての効果が小さくなるからである。
【００５３】
このようにして離型層１０６をエッチバックすると、次にフォトレジストを剥離し、第１から第３の実施の形態と同様に積層工程を行って微小構造体を形成する。
【００５４】
以上述べた第４の実施の形態によると、離型層１０６を薄膜パターン１Ａが形成された領域以外の部分で３μｍエッチバックして凹部１０３Ｂを形成し、離型層１０６の突出部１０３Ａ上の薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に接触させて接合・転写するようにしたため、薄膜パターン１Ａの膜厚より大なる直径のパーティクルＰが離型層１０６上の薄膜パターン１Ａの周囲に存在したり、基板１００にうねりや反り等による起伏部１００Ａが存在しても、第３の実施の形態と同様、薄膜パターン１Ａとステージ２０２の表面の面接触が妨げられることがない。その結果、薄膜パターン１Ａをステージ２０２の表面に確実に接合させることができる。また、図１２に示すように、複数の薄膜パターン１Ａを同時に接合・転写する時に、薄膜パターン１Ａの上にパーティクルＰが乗った場合、その薄膜パターン１Ａは面接触できないが、離型層１０６が変形してパーティクルＰの直径分を吸収するため、他の薄膜パターン１Ａの面接触を妨げることがない。このため、複数の薄膜パターン１Ａを同時に転写する際の転写歩留りを向上させることができる。
【００５５】
図１３の（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を示す。この実施の形態では、１枚の６インチサイズのＳｉウェハの基板１００に長さＬが１０ｍｍの正方形のチップ１０７を１４８個配置し、各チップ１０７の薄膜パターン１Ａを順番に積層して１度に７０００個の微小構造体を形成するものである。図中、（ｂ）は第１層の薄膜パターン１Ａが形成されたチップ１０７を示し、直径Ｄが１００μｍの薄膜パターン１Ａが、１２０μｍのピッチＰでアレイ状に７０００個配列している。
【００５６】
以上述べた第５の実施の形態によると、１枚のウェハから一度に７０００個の微小構造体を得ることができ、微小構造体の大量生産が可能になる。この実施の形態に、第１から第４の実施の形態を組み合わせれば、各チップ１０７を順次積層していく際にチップ１０７内の全ての各薄膜パターン１Ａをステージ２０２に面接触させることができ、これによって歩留り良く接合・転写させることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微細構造体の製造方法によると、基板を薄膜パターンが形成された領域以外の部分でエッチバックして凹部を形成し、基板の突出部上に形成された薄膜パターンをステージの表面に接触させる、或いは基板の表面に緩衝層を形成し、緩衝層上に形成された薄膜パターンをステージの表面に接触させるようにしたため、薄膜パターンをステージに確実に接合させることができ、転写率を高めることができる。また、複数の薄膜パターンを同時に接合する場合には、転写歩留りを向上させることができる。
【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着膜工程およびパターニング工程を示す断面図。
【図２】第１の実施の形態に係る積層装置を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態に係る積層工程の手順を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る積層工程の手順を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態に係る積層工程の終了時を示す断面図。
【図６】第１の実施の形態に係る微細構造体を示す説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る着膜工程およびパターニング工程を示す断面図。
【図９】第３の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図１０】第３の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る着膜工程およびパターニング工程を示す断面図。
【図１２】第４の実施の形態に係る積層工程を示す断面図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を示す説明図。
【図１４】従来の光造形法を示す説明図。
【図１５】従来の粉末法を示す説明図。
【図１６】従来のシート積層法に係る製造装置を示す説明図。
【図１７】従来の薄膜を出発材料として用いる積層方法を示す説明図。
【図１８】提案されている微細構造体の製造方法における課題を示す説明図。
【符号の説明】
１微小構造体
１Ａ薄膜パターン
２積層装置
１００基板
１０１薄膜
１０２フォトレジスト
１０３Ａ突出部
１０３Ｂ凹部
１０４アライメントマーク
１０５緩衝層
１０６離型層
１０７チップ
２００真空槽
２０１基板ホルダ
２０２ステージ
２０２Ａ犠牲層
２０３Ａ第１のＦＡＢ源
２０３Ｂ第２のＦＡＢ源
２０４Ａ，２０４Ｂアーム
２０５Ａ第１の退避モータ
２０５Ｂ第２の退避モータ
２０６マーク検出部
２０７真空計
２０８Ｘ軸テーブル
２０９Ｙ軸テーブル
２１０Ｚ軸テーブル
２１１ θテーブル
２１２真空ポンプ
２１３アルゴンガスボンベ
２１４Ａ第１の電磁弁
２１４Ｂ第２の電磁弁
２１５Ａ第１の流量コントローラ（ＭＦＣ）
２１５Ｂ第２の流量コントローラ（ＭＦＣ）
Ｐパーティクル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing method of a micro structure for manufacturing micro gears, micro optical components, or micro structures such as a mold for molding these by an additive manufacturing method, and in particular, a thin film made of metal or an insulator is micro structured. The present invention relates to a microstructure manufacturing method in which a microstructure is manufactured by patterning into a cross-sectional shape of a body and laminating them.
[0002]
[Prior art]
The additive manufacturing method is rapidly spreading in recent years as a method of modeling a three-dimensional object having a complicated shape designed by a computer with a short delivery time. A three-dimensional object produced by the additive manufacturing method is used as a model (prototype) of parts of various devices in order to check the quality and the quality of the parts. The size of parts to which this method is applied was relatively large parts of several centimeters or more, but in recent years, this method has also been applied to minute parts formed by precision machining, such as minute gears and minute optical parts. There is a need to apply. Conventionally, the following additive manufacturing methods have been known to meet such needs.
(1) Stereolithography
(2) Powder method
(3) Sheet lamination method
(4) Method of using a thin film as a starting material
[0003]
FIG. 14 shows the stereolithography. In this stereolithography, a tank 301 filled with a photocurable resin 300 that is cured by irradiation with light such as ultraviolet rays is scanned two-dimensionally with a laser beam 302 from the upper surface according to the cross-sectional shape data of the three-dimensional object, and the resin layer 300A is cured, the stage 303 is lowered by one layer, and this process is repeated to form a three-dimensional object composed of a plurality of resin layers 300A. As this stereolithography method, there is a method described in the document “OPTRONICS (1996) No. 4, p103” by Ikuta et al. Of Nagoya University. According to this stereolithography method, it is possible to achieve a planar shape accuracy of 5 μm and a resolution in the stacking direction of 3 μm by means such as optimization of exposure conditions and resin characteristics. Also, there is a document “Proceedings of MEMS 97, p169” by Kawata et al. Of Osaka University. According to this stereolithography method, a plane shape accuracy of 0.62 μm and a resolution in the stacking direction of 2.2 μm can be achieved by using the principle of two-photon absorption phenomenon.
[0004]
FIG. 15 shows the powder method. In this powder method, the powder 304 is thinly spread in the tank 301, and the thin layer (powder layer) 304A is irradiated with the laser beam 302 to sinter the powder layer 304A into a thin layer having a desired shape. By repeating this process, a sintered three-dimensional object composed of a plurality of powder layers 304A is formed. According to this powder method, it is possible to form not only a resin but also a ceramic or a metal as a three-dimensional object.
[0005]
FIG. 16 shows a manufacturing apparatus according to the sheet laminating method, which is disclosed in JP-A-6-190929. In this manufacturing apparatus, when the plastic film 311 is supplied from the film supply unit 310, the plastic film 311 is uniformly coated with the photocurable adhesive 321 on the lower surface by the adhesive application unit 320, and an adhesive layer is formed. The negative pattern exposure unit 330 exposes a region of the adhesive layer other than the region corresponding to the cross-sectional shape of the microstructure to form a cured portion and an uncured portion, and is pressed downward by the press roller 341 of the photocuring bonding portion 340. The uncured portion is cured by the light from the line light source 342 and bonded to the lower plastic film 311. The laser cutting unit 350 cuts the rear end of the plastic film 311 with the laser from the carbon dioxide laser source 351 and removes the outline of the unnecessary region of the uppermost plastic film 311 with the laser. The microstructure is manufactured by repeating this process. In the figure, reference numeral 360 denotes a workstation that controls this apparatus. According to this sheet lamination method, a microstructure formed of a plastic sheet can be obtained.
[0006]
FIG. 17 shows a manufacturing method using a thin film as a starting material, which is disclosed in JP-A-8-127073. In this manufacturing method, a photosensitive resin film 371 is formed on a base material 370 as shown in FIG. 6A, and an exposed portion 371A is formed by exposing to a desired pattern as shown in FIG. And the step of forming an intermediate film 372 that prevents mixing of the resin film 371 and prevents exposure to the lower layer, as shown in FIG. After forming a multilayer structure composed of the film 371 and the intermediate film 372, the exposed portion 371A shown in FIGS. 4B and 4C is selectively removed by dipping in a resin developer, as shown in FIG. Thus, this is a method for obtaining a three-dimensional microstructure. If this manufacturing method is used, a spin coating method or the like can be applied to the resin film 371 and the intermediate film 372, so that the resolution in the stacking direction can be on the order of μm.
[0007]
However, according to the above-mentioned stereolithography, there is a drawback that it is impossible to achieve a resolution in the stacking direction of 1 μm or less and a thin film accuracy of 0.1 μm or less, which are necessary for manufacturing micro gears and micro optical components. That is, in order to cure the starting material (photo-curing resin), light that is perpendicularly incident on the layer is used. Therefore, the light that is perpendicularly incident is absorbed from the surface and enters deeply while decreasing its intensity. Below the threshold level required for curing. The thickness of the layers up to that point is the thickness of one layer. However, since this changes due to variations in the intensity of incident light, changes with time, variations in the absorption coefficient of the starting material, etc., it is difficult to increase the resolution.
[0008]
In addition, since a photo-curing resin is used, there is a disadvantage that the whole shrinks by 1 to several% in a full curing process for complete curing performed after modeling, and the accuracy is greatly reduced in this process.
[0009]
Furthermore, since the microstructures that can be produced are limited to relatively soft photo-curing resins, when producing the desired microstructures with hard materials such as metals, electroforming and injection molding methods using this resin as a mold However, there is a disadvantage that a transfer process is required.
[0010]
Also, according to the powder method, similar to the stereolithography method, since light that is incident perpendicularly to the layer is used, the resolution in the stacking direction is poor, and there is a drawback that accuracy degradation is caused by shrinkage in the full cure process. Yes.
[0011]
According to the sheet laminating method, the resolution in the laminating direction is determined by the thickness of the sheet, and the lower limit thereof is about several tens of μm considering the handling of the sheet, and the resolution in the laminating direction is 1 μm or less.
[0012]
Further, according to the manufacturing method using a thin film as a starting material, since light that is incident substantially perpendicularly is used in the exposure process, an intermediate film (eg, Al) is required to prevent exposure to the lower layer, and per layer. Disadvantageous in terms of resolution. Moreover, in order to omit the intermediate film, a method of alternately stacking two types of photosensitive resins having different photosensitive wavelengths and solvents, exposing each of them, and finally developing to form a three-dimensional shape is also disclosed in the publication. However, there are drawbacks in that the adhesion between resins with different solvents is difficult, the strength of the completed parts is low, and the photosensitive resin swells in the final development step, resulting in poor dimensional accuracy. Further, since a photosensitive resin is used, it is impossible to directly apply to a material such as a metal or an insulator as in the above-described stereolithography, and there is a drawback that a transfer process is required.
[0013]
Therefore, the present applicant has proposed Japanese Patent Application No. 9-114071 as a method of manufacturing a microstructure that solves such problems. In this microstructure manufacturing method, a plurality of thin film patterns each made of a metal or an insulator having a plurality of cross-sectional shapes constituting the microstructure are formed on a substrate such as a Si wafer, and the substrate is opposed to the stage. After that, the thin film pattern is pressed and bonded to the surface of the stage with a predetermined load, and each step of separating the thin film pattern from the substrate by separating the substrate from the stage and transferring it to the stage side is repeatedly performed on the stage. A microstructure is formed by laminating a plurality of thin film patterns.
[0014]
In the manufacturing method described above, a thin film pattern of each chip is laminated in order using a chip in which a plurality of thin film patterns of each cross-sectional shape are arranged in an array on a substrate such as a Si wafer. If a plurality of microstructures are formed at a time, mass production becomes possible and productivity can be improved.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the proposed method for manufacturing a microstructure, particles P are present between the substrate 100 and the stage 202 when the thin film pattern 1A is bonded to the stage 202 side, as shown in FIG. Then, the surface contact between the thin film pattern 1A and the stage 202 is hindered, and it becomes difficult to join the thin film pattern 1A to the stage 202. The particle P is often a glass substrate or a piece of Si wafer, or a metal strip or fine powder that has high rigidity and does not bend very much, and the film thickness of the thin film pattern 1A to be laminated (0.1 to several μm in diameter) If the degree is equal to or higher than that, the surface contact between the thin film pattern 1A and the stage 202 is hindered and bonding cannot be performed. Even if the diameter is about 1 μm, the area (void) that cannot be contacted reaches several hundred μm or more, and since the size of the thin film pattern 1A is several to several hundred μm, it is impossible to join the thin film pattern 1A existing in the area. become. For this reason, as described above, when a plurality of thin film patterns 1A are bonded and transferred simultaneously, the transfer yield is lowered. Also, it is very difficult to eliminate particles from production technology.
[0016]
Further, as shown in FIG. 18B, when the undulating portion 100A due to minute undulation or the like is present on the surface of the substrate 100, the substrate 100 or the thin film pattern 1A is often a highly rigid material. When the pattern 1A is bonded to the stage 202 side, the surface contact between the thin film pattern 1A and the stage 202 is hindered, which makes bonding difficult or impossible. Further, as described above, when a plurality of thin film patterns 1A are bonded and transferred at the same time, an equal pressing load is not applied to each thin film pattern 1A, and the transfer yield is lowered.
[0017]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microstructure capable of increasing a transfer rate by reliably bonding a thin film pattern to a stage.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present invention provides a first step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern on a substrate in order to increase the transfer rate so that the thin film pattern can be reliably bonded to the stage, and the substrate. A second step of etching back a predetermined depth in a portion other than a region where a plurality of thin films are formed to form a recess for accommodating a foreign substance, and peeling the plurality of thin films from the substrate, The present invention provides a method for manufacturing a microstructure including a third step of forming a microstructure by laminating and bonding thin films.
[0019]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first step of forming a buffer layer made of a thin film having a Young's modulus smaller than that of the substrate on the substrate, and a plurality of predetermined two-dimensional patterns on the buffer layer. A microstructure including a second step of forming a thin film and a third step of peeling the plurality of thin films from the buffer layer and stacking and bonding the plurality of thin films on the stage to form a microstructure. The manufacturing method of this is provided.
[0020]
In order to achieve the above object, the present invention further includes a first step of forming a buffer layer made of a thin film having a Young's modulus smaller than that of the substrate on the substrate, and a plurality of a plurality of predetermined two-dimensional patterns on the buffer layer. A second step of forming a thin film; a third step of etching back the buffer layer to a predetermined depth in a portion other than a region where the plurality of thin films are formed; Is provided on the stage, and a plurality of thin films are laminated on the stage and bonded together to form a microstructure.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method for manufacturing a microstructure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0022]
The manufacturing method of the microstructure according to the first embodiment of the present invention includes a film forming process, a patterning process, and a stacking process.
[0023]
FIGS. 1A to 1D show a film forming process and a patterning process. First, as a film forming step, as shown in FIG. 1A, a glass substrate is prepared as the substrate 100, and an Al thin film 101 is deposited on the surface thereof by a sputtering method to a thickness of 0.5 μm. High purity Al is used for the target, the sputtering pressure is 0.5 Pa, and the temperature of the substrate 100 is room temperature. During film deposition, the film thickness is constantly monitored with a crystal oscillator type film thickness meter, and the film deposition is terminated when the film thickness reaches 0.5 μm. When film deposition is performed by this method, the film thickness distribution in the substrate 100 is 0.5 ± 0.02 μm or less. Note that in order to determine the resolution in the stacking direction of the microstructure in which the film thickness is finally obtained, sufficient consideration is required for the film thickness and film thickness distribution.
[0024]
Next, as a patterning step, as shown in FIG. 1B, a plurality of thin film patterns 1A corresponding to each cross-sectional shape of the microstructure are formed by a normal photolithography method. That is, a positive photoresist 102 is applied to the surface of the thin film 101 formed on the substrate 100, the photoresist is exposed using a photomask (not shown), and the exposed portion of the photoresist 102 is removed with a solvent to be exposed. The thin film 101 is etched. Thereafter, as shown in FIG. 1C, the substrate 100 is etched back by about 3 μm using the unexposed photoresist 102 as a mask, and the protrusion 103A is formed in the region where the thin film pattern 1A is formed. A recess 103B is formed in the portion. At this time, a dry etching method is used for etching, and CF is used as a gas. ₄ And H ₂ Is used. Then, as shown in FIG. 1D, the unexposed photoresist 102 is removed with a stripping solution to expose the plurality of thin film patterns 1A. In this patterning step, a plurality of (for example, three) alignment marks 104 for positioning the substrate 100 are also formed. In FIG. 1C, the thin film pattern 1A having the first layer to the sixth layer will be described in order from the thin film pattern 1A having a larger diameter.
[0025]
When the film deposition process and the patterning process are completed in this manner, a stacking process is performed next.
[0026]
Here, the configuration of the laminating apparatus used in the laminating process will be described before the laminating process is described.
[0027]
FIG. 2 shows a stacking apparatus, which has a vacuum chamber 200 in which a stacking process is performed, and a substrate holder 201 on which the substrate 100 is placed, and a thin film pattern 1A formed on the substrate 100. A stage 202 to be transferred, a first FAB source 203A that is attached to the stage 202 and performs FAB (Fast Atom Bombardment) processing on the stage 202 side, a second FAB source 203B that performs FAB processing on the substrate 100 side, and FAB After the processing, the arms 204A and 204B are rotated by about 90 ° to retract the first and second FAB sources 203A and 203B, and the first and second retracting motors 205A and 205B are attached to the stage 202 and mounted on the substrate 100. A mark detection unit 206 such as a microscope for detecting the alignment mark 104, and a vacuum chamber A vacuum gauge 207 for detecting the degree of vacuum in 200 and the stage 202 are moved in the X-axis direction by an X-axis motor (not shown), and an X-axis position detector (not shown) detects the position of the stage 202 on the X-axis. An axis table 208 and a Y axis table 209 that moves the stage 202 in the Y axis direction by a Y axis motor (not shown) and detects the position of the stage 202 on the Y axis by a Y axis position detector (not shown) are arranged. ing. The “FAB treatment” is a particle beam, for example, an argon gas accelerated at a voltage of about 1 kV to irradiate the surface of the material to remove an oxide film, impurities, etc. on the surface of the material to form a clean surface. The process to do.
[0028]
The stage 202 is made of, for example, a metal such as stainless steel or an aluminum alloy, and a sacrificial layer 202 </ b> A (on the surface is previously formed so that a microstructure including a plurality of thin films stacked on the stage 202 can be easily taken out from the stage 202. 5) is formed. The material for the sacrificial layer is appropriately selected according to the material for the microstructure. That is, when the microstructure is formed of a metal such as aluminum, copper or nickel is selected as the material for the sacrificial layer, and the surface of the stage 202 is deposited with, for example, approximately 5 μm of copper nickel by plating. In the case where the microstructure is formed of ceramic which is an insulator such as alumina, silicon carbide, or silicon nitride film, aluminum is selected as a material for the sacrificial layer, and aluminum is formed on the surface of the stage 202 by a vacuum deposition method or the like. By etching and removing only the sacrificial layer after the thin film is laminated, only the microstructure can be easily separated from the stage 202 without applying an external force to the microstructure.
[0029]
Outside the vacuum layer 200, the substrate holder 201 is moved in the Z-axis direction by a Z-axis motor (not shown), and the thin film is loaded on the stage 202 side with a load of 5 kgf / cm. ² The Z-axis table 210 that detects the position of the substrate holder 201 on the Z-axis by a Z-axis position detector (not shown) and the θ motor (not shown) at the time of alignment adjustment are attached by pressure bonding for 1 to 10 minutes. A θ table 211 that rotates around the Z axis and detects the angular position of the substrate holder 201 in the θ direction by a θ position detector (not shown), a vacuum pump 212 that evacuates the vacuum chamber 200 to a vacuum, and filled with argon gas The controlled argon gas cylinder 213 and the flow rate of the argon gas supplied from the argon gas cylinder 213 are controlled to the corresponding first and second FAB sources 203A and 203B via the first and second electromagnetic valves 214A and 214B. First and second flow rate controllers (MFC) 215A, 21 for supplying argon gas B is provided.
[0030]
In the above configuration, the stacking process is performed as follows.
(A) to (c) in FIG. 3 and (a) to (c) in FIG. 4 show the stacking process described below.
[0031]
(1) Introduction of the substrate 100 into the vacuum chamber 200
The substrate 100 on which the plurality of thin film patterns 1A are formed is placed on the substrate holder 201 in the vacuum chamber 200 of the stacking apparatus 2.
[0032]
(2) Exhaust in the vacuum chamber 200
When the operator depresses a start switch (not shown) of the stacking apparatus 2, a control unit (not shown) controls the vacuum pump 212 based on the detection value of the vacuum gauge 207 to move the inside of the vacuum chamber 200. ^-6 The vacuum chamber 200 is evacuated to a level of Pa and the inside of the vacuum chamber 200 is brought into a high vacuum state or an ultrahigh vacuum state.
[0033]
(3) Alignment adjustment
When the exhaust is completed, the control unit performs alignment adjustment between the stage 202 and the substrate 100 (alignment mark 104). That is, the control unit controls the X-axis motor and the Y-axis motor, moves the stage 202 in the X-axis direction and the Y-axis direction, takes in the mark detection signal from the mark detection unit 206, and based on the mark detection signal, the substrate 100 and the substrate holder 201 are measured, and an X-axis motor, a Y-axis motor, and a θ motor are used so that the stage 202 and the alignment mark 104 reach the origin position based on the measurement result of the relative position relationship. To control. The stage 202 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by the X-axis table 208 and the Y-axis table 209, the substrate holder 201 is rotated by the θ table 211, and the stage 202 and the alignment mark 104 reach the origin position. Thereby, even if the position where the substrate 100 on which the thin film pattern 1A is formed is displaced, the relative positioning of the stage 202 and the alignment mark 104 is performed accurately.
[0034]
(4) Removal of the contamination layer on the surface where the first layer thin film pattern 1A is joined
When the alignment adjustment is finished, the control unit drives the X-axis motor and the Y-axis motor based on the detection signals of the X-axis position detection unit and the Y-axis position detection unit, as shown in FIG. The stage 202 is moved from the origin position in the X-axis direction and the Y-axis direction so as to be positioned on the first layer thin film pattern 1A. Next, the controller performs FAB treatment with an argon atom beam 213A on the surfaces (the surface of the stage 202 and the surface of the first thin film pattern 1A) on which the first thin film pattern 1A is bonded. That is, the drive units of the first and second FAB sources 203A and 203 (see FIG. 5) so as to irradiate the surface of the stage 202 and the surface of the first layer thin film pattern 1A with a predetermined amount of argon atom beam 213A for 1 minute. (Not shown), open / close control for the first and second electromagnetic valves 214A and 214B, and flow control for the first and second MFCs 215A and 215B. The drive units of the first and second FAB sources 203A and 203B apply an acceleration voltage of 1.5 kV to the first and second FAB sources 203A and 203B under the control of the control unit. The flow rate of the argon gas pumped from the argon gas cylinder 213 is adjusted by the first and second MFCs 215A and 215B, and the first and second FAB sources 203A, 203B. The first FAB source 203A irradiates the argon atom beam 213A for 1 minute toward the surface of the stage 202 obliquely above about 45 °. The second FAB source 203B irradiates the argon atom beam 213A for 1 minute toward the surface of the thin film pattern 1A of the first layer obliquely below about 45 °. As a result, the contamination layer of about 10 nm on the surface of the stage 202 and the thin film pattern 1A of the first layer is removed. It should be noted that this amount of film reduction can be ignored because it is one digit smaller than the target film thickness accuracy of 0.1 μm of the present invention.
[0035]
(5) Joining the first layer thin film pattern 1A
After removing the contamination layer on the surface to which the thin film pattern 1A of the first layer is bonded, the control unit drives the first and second retracting motors 205A and 205B as shown in FIG. Thus, the arms 204A and 204B are rotated in the horizontal direction to retract the first and second FAB sources 203A and 203B. Thereafter, the control unit controls the Z-axis motor based on the detection signal of the Z-axis position detection unit to raise the substrate holder 201, bring the surface of the first layer thin film pattern 1 </ b> A into contact with the surface of the stage 202, and 5kgf / cm ² Press for 5 minutes. Thereby, the surface of the thin film pattern 1A of the first layer is firmly bonded to the surface (sacrificial layer) of the stage 202. At this time, even if the particle P having a diameter (for example, about 1 to 3 μm) larger than the thickness of the thin film pattern 1A exists around the thin film pattern 1A on the substrate 100, the thin film pattern 1A is formed on the substrate 100. Since the concave portion 103B having a depth of 3 μm is formed in a portion other than the region, the surface contact between the thin film pattern 1A and the surface of the stage 202 is not hindered. Since the manufacturing steps so far are performed in a clean room, particles having a size of 3 μm or more do not exist on the substrate 100, and the depth of the concave portion 103B of the substrate 100 can be sufficiently dealt with by about 3 μm. Moreover, when the joining force between the thin film pattern 1A and the stage 202 was evaluated by a tensile test, 50 to 100 MPa was obtained. In order to obtain a large bonding force, the surface roughness of the thin film pattern 1A and the stage 202 was 10 nm or less, respectively.
[0036]
(6) Transfer of first layer thin film pattern 1A
When the joining of the thin film pattern 1A of the first layer is completed, the control unit then drives the Z-axis motor based on the detection signal of the Z-axis position detection unit as shown in FIG. 201 is lowered to the original position shown in FIG. 3A, and the first and second retraction motors 205A and 205B are driven to return the first and second FAB sources 203A and 203B to their original positions. . When the substrate holder 201 is lowered, since the bonding force between the thin film pattern 1A and the sacrificial layer of the stage 202 is greater than the bonding force between the thin film pattern 1A and the substrate 100, the thin film pattern 1A is peeled from the substrate 100 side, Transferred to the stage 202 side.
[0037]
(7) Removal of contamination layer on the surface where the second layer thin film pattern 1A is bonded
When the transfer of the thin film pattern 1A of the first layer is completed, the control unit next moves the X-axis motor based on the detection signals of the X-axis position detection unit and the Y-axis position detection unit, as shown in FIG. And the Y-axis motor are driven to move the stage 202 from the origin position in the X-axis direction and the Y-axis direction so as to be positioned on the second-layer thin film pattern 1A, as described with reference to FIG. Irradiate FAB. The amount of movement of the stage 202 is a distance corresponding to each thin film pattern 1A pitch. The difference from the first FAB irradiation is not to irradiate the surface of the stage 202 with FAB, but to irradiate the back surface of the first layer thin film pattern 1A (the surface that has been in contact with the substrate 100 until then) to clean it. It is to be.
[0038]
(8) Joining second layer thin film pattern 1A
When the removal of the contaminated layer on the surface to which the second layer thin film pattern 1A is bonded is completed, the control unit then retracts the first and second FAB sources 203A and 203B as shown in FIG. Then, the substrate holder 201 is raised, and the second layer thin film pattern 1A is bonded to the back surface of the first layer thin film pattern 1A.
[0039]
(9) Transfer of second layer thin film pattern 1A
When the bonding of the second layer thin film pattern 1A is completed, the control unit then drives the Z-axis motor based on the detection signal of the Z-axis position detection unit as shown in FIG. 201 is lowered and the first and second retracting motors 205A and 205B are driven to return the first and second FAB sources 203A and 203B to their original positions. When the substrate holder 201 is lowered, the bonding force between the thin film patterns 1A is larger than the bonding force between the second thin film pattern 1A and the substrate 100, so that the second thin film pattern 1A is peeled off from the substrate 100 side. Then, it is transferred onto the thin film pattern 1A of the first layer.
[0040]
(10) Removal of sacrificial layer
FIG. 5 shows a state in which all the thin film patterns 1A are laminated. When the thin film pattern 1A of the third to sixth layers is similarly laminated by repeating the joining and transfer of the thin film pattern 1A, as shown in FIG. 9, the microstructure 1 in which all the thin film patterns 1A are laminated is obtained. can get. Finally, the sacrifice layer 202A on the stage 202 is removed by etching to separate the microstructure 1 from the stage 202.
[0041]
FIG. 6 shows the microstructure 1 manufactured as described above, and the first to sixth thin film patterns 1A corresponding to each cross-sectional shape are laminated in a bonded state.
[0042]
According to the first embodiment described above, the substrate 100 is etched back by 3 μm at a portion other than the region where the thin film pattern 1A is formed to form the concave portion 103B, and the thin film pattern 1A on the protruding portion 103A of the substrate 100 is formed. Since the surface of the stage 202 is brought into contact and bonded and transferred, even if particles P having a diameter larger than the film thickness of the thin film pattern 1A exist around the thin film pattern 1A on the substrate 100, the thin film pattern 1A and the stage The surface contact of the surface of 202 is not hindered. For this reason, the thin film pattern 1A can be reliably bonded to the surface of the stage 202, and the transfer rate can be increased.
[0043]
FIG. 7 shows a microstructure manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. The difference from the manufacturing method of the microstructure according to the first embodiment is not to bond and transfer the thin film patterns 1A one by one but to bond and transfer a plurality of thin film patterns 1A at the same time.
[0044]
According to this embodiment, even if particles P having a diameter larger than the film thickness of the thin film pattern 1A exist around the thin film pattern 1A on the substrate 100, the surface contact between the plurality of thin film patterns 1A and the surface of the stage 202 is caused. Without being hindered, the plurality of thin film patterns 1A can be reliably transferred, and as a result, the transfer yield can be improved.
[0045]
Next, a manufacturing method of the microstructure according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 (a) to (d) and FIGS. 9 (a) to (c).
[0046]
(A)-(d) of FIG. 8 shows the film-forming process and the patterning process. First, as shown in FIG. 8A, as a film forming process, a Si wafer is prepared as a substrate 100, a coupler agent is applied to the surface, and polyimide is applied by spin coating to a maximum temperature of 350 μm. The buffer layer 105 is formed by baking at ° C. The material and film thickness of the buffer layer 105 are determined in consideration of the assumed particle diameter and softness (Young's modulus). The Young's modulus of the buffer layer 105 should be 10 GPa or less because it should be sufficiently smaller than that of a glass substrate (about 70 GPa), Si wafer (190 GPa) or Al (70 GPa). On the other hand, if the Young's modulus is too small, the deformation becomes large and the positional accuracy is deteriorated. The Young's modulus of polyimide is 3 GPa (3 × 10 ⁹ Since it is about Pa) and is sufficiently smaller than a glass substrate or Al, it is suitable as a buffer layer. The thickness of the buffer layer 105 is preferably 3 to 10 μm in consideration of being sufficiently larger than the diameter of the particles, not being too thick to deteriorate the positional accuracy, and ease of application. In this embodiment mode, the thickness is 5 μm because it is formed with good uniformity by one application. Next, the surface of the substrate 100 is exposed to a gas containing fluorine atoms, and the buffer layer 105 is fluorinated to form the release layer 106. Specifically, the substrate 100 is introduced into a vacuum apparatus (dry etching apparatus), and CF ₄ Plasma treatment using gas is performed under the conditions of a gas flow rate of 100 sccm, a discharge power of 500 W, a pressure of 10 Pa, and a time of 10 minutes to fluorinate the surface to make it hydrophobic. Thereafter, an Al thin film 101 is deposited to a thickness of 0.5 μm by vacuum deposition.
[0047]
Next, as a patterning step, as shown in FIG. 8D, a plurality of thin film patterns 1A corresponding to each cross-sectional shape of the microstructure are formed by a normal photolithography method.
[0048]
(A)-(c) of FIG. 9 shows a lamination process. In the laminating step, first, the substrate 100 on which the thin film pattern 1A is formed is introduced into a vacuum chamber (not shown) as in the first embodiment, and argon atoms are formed on the surface 202 of the thin film pattern 1A. After performing the FAB treatment with the beam, as shown in FIG. 9A, the thin film pattern 1A is brought into contact with the surface of the stage 202, and is further pressed for several minutes under a predetermined load. As a result, the surface of the thin film pattern 1A is firmly bonded to the surface of the stage 202. At this time, even if a particle P having a diameter (for example, about 1 to 3 μm) larger than the film thickness of the thin film pattern 1A exists around the thin film pattern 1A on the release layer 106, it is shown in FIG. Thus, since the particles P are embedded in the release layer 106 softer than the substrate 100 and the thin film pattern 1A, the surface contact between the thin film pattern 1A and the surface of the stage 202 is not hindered. Further, as shown in FIG. 10B, even if the substrate 100 has undulations 100A due to waviness or warpage, the release layer 106 absorbs deformation of the undulations 100A, so that the thin film pattern 1A and the stage The surface contact of the surface of 202 is not hindered.
[0049]
When the bonding of the thin film pattern 1A is completed, the substrate 100 is then lowered as shown in FIG. 9B, and the thin film pattern 1A is peeled off from the substrate 100 side and transferred to the stage 202 side. Thereafter, by repeating the above steps in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 9C, the microstructure 1 in which the thin film pattern 1A is laminated is obtained.
[0050]
According to the third embodiment described above, the release layer 106 is formed on the surface of the substrate 100, and the thin film pattern 1A formed on the release layer 106 is brought into contact with the surface of the stage 202. Even if particles P having a diameter larger than the film thickness of the pattern 1A exist around the thin film pattern 1A on the release layer 106, the particles P are embedded in the release layer 106, so that the surface of the thin film pattern 1A and the stage 202 The surface contact is not hindered. Further, even if the substrate 100 has undulations 100A due to undulation, warpage, or the like, the release layer 106 absorbs deformation of the undulations 100A, so that the surface contact between the thin film pattern 1A and the surface of the stage 202 may be prevented. Absent. As a result, the thin film pattern 1A can be reliably bonded to the surface of the stage 202, and the transfer yield can be improved. In this embodiment, two thin film patterns 1A are bonded and transferred at the same time. However, the same applies to the case where thin film patterns 1A are bonded and transferred one by one as in the first embodiment. An effect can be obtained.
[0051]
Next, a manufacturing method of a microstructure according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 (a) to 11 (c).
[0052]
(A)-(c) of FIG. 11 shows the film-forming process and the patterning process. First, as shown in FIG. 11 (a), the release layer 106 and the Al thin film 101 are formed on the surface of the substrate 100 in the same procedure as the film forming step of the third embodiment. . Next, as a patterning step, as shown in FIG. 11B, a plurality of thin film patterns 1A corresponding to each cross-sectional shape of the microstructure are formed by a normal photolithography method. Further, as shown in FIG. 11C, the release layer 106 is etched by 3 μm in a portion other than the region where the thin film pattern 1A is formed using the unexposed photoresist (not shown) used in the patterning process as a mask. The protrusion 103A is formed in the portion of the release layer 106 where the thin film pattern 1A is formed, and the recess 103B is formed in the other portion. At this time, a dry etching method is used for etching, and CF is used as a gas. ₄ And O ₂ Is used. Further, as shown in the figure, it is not always necessary to etch back the release layer 106. The reason is that a depth of about 3 μm is sufficient as a measure against particles, and if all the etching is performed, the thin film pattern 1A is placed on the stage when the adhesion between the substrate 100 and the release layer 106 is small. This is because the film is easily peeled off from the interface between the substrate 100 and the release layer 106 when transferred to 202. Further, the depth of the etch back is advantageously 1 to 3 μm or more. This is because, when the thickness is 3 μm or more, polyimide is relatively soft, so that it is distorted in the lateral direction at the time of bonding, and the positioning accuracy of the bonding is reduced.
[0053]
When the release layer 106 is etched back in this manner, the photoresist is then peeled off, and a microstructure is formed by performing a lamination process in the same manner as in the first to third embodiments.
[0054]
According to the fourth embodiment described above, the release layer 106 is etched back by 3 μm at a portion other than the region where the thin film pattern 1A is formed to form the recess 103B, and the release layer 106 on the protrusion 103A. Since the thin film pattern 1A is brought into contact with the surface of the stage 202 and bonded and transferred, particles P having a diameter larger than the film thickness of the thin film pattern 1A exist around the thin film pattern 1A on the release layer 106, Even if the substrate 100 has undulations 100A due to undulation, warpage, or the like, the surface contact between the thin film pattern 1A and the surface of the stage 202 is not hindered, as in the third embodiment. As a result, the thin film pattern 1A can be reliably bonded to the surface of the stage 202. In addition, as shown in FIG. 12, when a plurality of thin film patterns 1A are bonded and transferred at the same time, when particles P are placed on the thin film pattern 1A, the thin film pattern 1A cannot be in surface contact, but the release layer 106 is Since it deforms and absorbs the diameter of the particle P, the surface contact of the other thin film pattern 1A is not hindered. For this reason, the transfer yield at the time of simultaneously transferring the plurality of thin film patterns 1A can be improved.
[0055]
FIGS. 13A and 13B show a method for manufacturing a fine structure according to the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, 148 square chips 107 having a length L of 10 mm are arranged on one 6-inch Si wafer substrate 100, and the thin film pattern 1A of each chip 107 is sequentially laminated once. 7000 micro-structures are formed. In the figure, (b) shows the chip 107 on which the first layer thin film pattern 1A is formed, and 7000 thin film patterns 1A having a diameter D of 100 μm are arranged in an array at a pitch P of 120 μm.
[0056]
According to the fifth embodiment described above, 7000 microstructures can be obtained from one wafer at a time, and mass production of the microstructures becomes possible. If this embodiment is combined with the first to fourth embodiments, all the thin film patterns 1A in the chip 107 can be brought into surface contact with the stage 202 when the chips 107 are sequentially stacked. This makes it possible to bond and transfer with good yield.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the microstructure manufacturing method of the present invention, the substrate is etched back at a portion other than the region where the thin film pattern is formed to form a recess, and the thin film formed on the protruding portion of the substrate The pattern is brought into contact with the surface of the stage, or a buffer layer is formed on the surface of the substrate, and the thin film pattern formed on the buffer layer is brought into contact with the surface of the stage, so that the thin film pattern is securely bonded to the stage. The transfer rate can be increased. In addition, when a plurality of thin film patterns are bonded simultaneously, the transfer yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a film forming process and a patterning process according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the stacking apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a procedure of a laminating process according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a procedure of a laminating process according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the end of the lamination process according to the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a microstructure according to the first embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a stacking process according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a film forming process and a patterning process according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a lamination process according to the third embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a lamination process according to the third embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a film forming process and a patterning process according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing a stacking process according to the fourth embodiment.
FIG. 13 is an explanatory view showing a microstructure manufacturing method according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory view showing a conventional optical modeling method.
FIG. 15 is an explanatory view showing a conventional powder method.
FIG. 16 is an explanatory view showing a manufacturing apparatus according to a conventional sheet lamination method.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a lamination method using a conventional thin film as a starting material.
FIG. 18 is an explanatory view showing a problem in the proposed method for manufacturing a microstructure.
[Explanation of symbols]
1 Microstructure
1A thin film pattern
2 Laminating equipment
100 substrates
101 thin film
102 photoresist
103A Protrusion
103B recess
104 Alignment mark
105 Buffer layer
106 Release layer
107 chips
200 vacuum chamber
201 Substrate holder
202 stages
202A sacrificial layer
203A First FAB source
203B Second FAB source
204A, 204B Arm
205A first retracting motor
205B second retracting motor
206 Mark detector
207 Vacuum gauge
208 X-axis table
209 Y-axis table
210 Z-axis table
211 θ table
212 Vacuum pump
213 Argon gas cylinder
214A First solenoid valve
214B Second solenoid valve
215A First flow controller (MFC)
215B Second flow controller (MFC)
P particle

Claims

A first step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern on a substrate;
A second step of forming a recess by etching back the substrate to a predetermined depth in a portion other than the region where the plurality of thin films are formed;
A method of manufacturing a microstructure, comprising: a third step of peeling the plurality of thin films from the substrate and stacking and bonding the plurality of thin films on a stage to form a microstructure.

The method of manufacturing a microstructure according to claim 1, wherein the second step is performed by setting the predetermined depth to 1 to 3 μm.

The microstructure according to claim 1, wherein the third step is performed by simultaneously peeling the plurality of thin films from the substrate and simultaneously laminating the plurality of thin films at different positions on the stage. Method.

A first step of forming a buffer layer made of a thin film having a Young's modulus smaller than that of the substrate on the substrate;
A second step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern on the buffer layer;
A method of manufacturing a microstructure, comprising: a third step of peeling the plurality of thin films from the buffer layer and laminating and bonding the plurality of thin films on a stage to form a microstructure. .

The microstructure manufacturing method according to claim 4, wherein the first step is performed by setting the Young's modulus to 10 GPa or less.

The method for manufacturing a microstructure according to claim 4, wherein the first step is performed so that the thickness of the buffer layer is 3 to 10 μm.

5. The method for manufacturing a microstructure according to claim 4, wherein the first step includes a step of forming a buffer layer that also serves as a release layer by fluorination by exposure to a gas containing fluorine atoms.

A first step of forming a buffer layer made of a thin film having a smaller Young's modulus than the substrate on the substrate;
A second step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern on the buffer layer;
A third step of forming a recess by etching back the buffer layer at a predetermined depth in a portion other than the region where the plurality of thin films are formed;
A method of manufacturing a microstructure, comprising: a fourth step of peeling the plurality of thin films from the buffer layer and laminating and bonding the plurality of thin films on a stage to form a microstructure. .

The method for manufacturing a microstructure according to claim 8, wherein the first step is performed with the Young's modulus set to 10 GPa or less.

9. The method for manufacturing a microstructure according to claim 8, wherein the first step is performed so that the thickness of the buffer layer is 3 to 10 [mu] m.

The method of manufacturing a microstructure according to claim 8, wherein the third step is performed by setting the predetermined depth to 1 to 3 μm.

The microstructure manufacturing method according to claim 8, wherein the third step is performed while leaving a part of the buffer layer in a depth direction.