JP5520097B2 - 微小構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は微小構造体の製造方法に係り、特に、電気的接続を行うためのバンプ、流体を通すための流路構造物、各種デバイスなど、マイクロメートル（μｍ）オーダ乃至ナノメートル（ｎｍ）オーダの高さを有する微小構造体の製造に好適なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術並びに基板構造体構造に関する。

特許文献１では、ウエハ上の半導体素子の電極パッドに設けられるバンプ（微小構造体に相当）を形成するにあたり、そのバンプの高さ方向の位置精度を高めるために、バンプの内部に高さ位置決め台座が芯材として設けられている。芯材として用いられる高さ位置決め台座は、バンプ材（Ｐｂ−Ｓｎ60wt％）の融点では不溶の材料で構成されており、半導体素子と回路基板との接続時にバンプ材料が溶融した際に高さ位置決め題材が高さ方向のスペーサーとして働き、所定の寸法に保持される。

特許文献２では、半導体チップ上に形成された複数のバンプの高さばらつきによる接触不良を低減するために、平坦な加圧面を有する加圧ツールによってバンプの上面を一旦加圧し、各バンプの高さを均一にしてから、基板上に半導体チップを実装する方法を提案している。

特許文献３では、硬度のばらつきが少なく且つ適当な軟らかさの硬度を有するバンプを形成できる金属ペーストの構成と、その金属ペーストを用いたバンプ形成方法が提案されている。同文献３によれば、ガラスフリットを含有しない金属ペーストを用い、焼結密度を変えてフレキシブルなバンプ（必要な硬度を有する範囲でできるだけ軟らかいバンプ）を作製している。

特許文献４では、基板上に形成された微細なバンプの高さを揃えるために、バイトを用いた切削加工を行うことが提案されている。

特開平６−７７２２９号公報 特開平６−２０９０２８号公報 特開２００５−２１６５０８号公報 国際公開第２００４／０６１９３５号公報

特許文献１では、材料の物性として、内材（高さ位置決め台座）の融点と、外材（バンプ材料）の融点の関係のみ記載している。しかしながら、他の因子についての関係は規定されておらず、内材と外材の硬さの違いによっては、十分にフラットにすることができない。

特許文献２の方法は、バンプ高さを一定にするために加圧ツールが必要となり、製造工程が煩雑である。また、加圧のされ方によっても高さのムラ（ばらつき）が十分に解消できない場合がある。

特許文献３の方法の場合、焼結密度が小さいバンプを作製すると、一つ一つの柱（バンプ）の強度が弱いなどの問題がある。また、同文献３では、バンプの高さを揃える方法について言及しておらず、基板同士を押圧して接着した場合、平行に接着できない場合があり得る。

特許文献４の方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）に代えて、バイトを用いた切削加工を採用し、各バンプの表面と絶縁膜（レジストマスク）の表面が連続して平坦となるように平坦化処理した後に、絶縁膜を除去する。しかし、この方法は工程が煩雑であり、研磨屑などが生じ、コンタミ（コンタミネーション）の原因となる。

特許文献１〜４で説明されているバンプに限らず、様々な微小構造体について、その高さが比較的高いときに、その上に他の基板等を接着すると、高さのムラ（不均一性）が問題となる。また、微小構造体の幅が細く、高さが高いときに、押圧して接着すると、微小構造体の柱部が途中で曲がったり、折れたりし、精度良く接着できない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、基板内で高さの均一な複数の微小構造体を作製し、安定した接着性を実現することができる微小構造体の製造方法並びに基板構造体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板上に、第１の高さを有する第１の構造体を形成する工程と、前記第１の構造体の上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をパターニングする工程と、前記パターニングされた前記レジスト層の凹部に、第２の構造体の材料を充填し、仮焼成を行う工程と、前記仮焼成を行った前記材料の表面をエッチング、或いは研磨する工程と、前記エッチング、或いは研磨の後に前記レジスト層を除去し、前記第１の基板上に、前記第１の構造体よりも高い第２の高さを有するポーラス構造体である前記第２の構造体を形成する工程と、前記第１の基板とは別の第２の基板を前記第１の基板に重ね、前記第１の基板と前記第２の基板とを押圧接触させて、加熱を行うことにより、これら基板間に挟まれた前記第２の構造体を高さ方向に収縮させ、前記第２の構造体を、当該基板間に介在する前記第１の構造体により規定される高さの構造体に変形させた状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着する工程と、を備えることを特徴とする。
前記目的を達成するために以下の発明態様を提供する。

（発明１）：発明１に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板上に、第１の高さを有する第１の構造体と、前記第１の構造体よりも高い第２の高さを有する第２の構造体とが設けられ、前記第１の基板とは別の第２の基板を前記第１の基板に重ね、これら基板間に挟まれた前記第２の構造体を高さ方向に収縮させ、前記第２の構造体を、当該基板間に介在する前記第１の構造体により規定される高さの構造体に変形させた状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着することを特徴とする。

本発明によれば、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる前の状態で、第１の構造体の高さ（ｈ１）に比べて第２の構造体の高さ（ｈ２）が高い（ｈ２＞ｈ１）。第１の基板と第２の基板を貼り合わせる際に第２の構造体が高さ方向に収縮し、基板間に介在する第１の構造体によって、その高さが決定される。すなわち、第２の構造体の収縮による高さ方向の変形量は、第１の構造体の高さにより制限される。このため、収縮変形後の状態として基板間に形成される構造体の高さを一定の高さ（第１の構造体により規定される高さ）に確保することができる。

第１の構造体は、基板間に形成される微小構造体の高さを規定する高さ調整用の構造体として機能する。第２の構造体は、その調整された高さを持つ構造体（微小構造体）を構成する。第1の構造体及び第２の構造体は、同一基板上に複数設けることができる。接着前の状態で複数の第２の構造体について高さのバラツキがあっても、第１の構造体の高さ精度で良好に接着することができる。

また、本発明によれば、基板の反りに影響されずに、一定の高さ（基板間距離）を確保して基板同士を接着することができる。

（発明２）：発明２に係る微小構造体の製造方法は、発明１において、前記第２の構造体はポーラス構造体であり、前記接着時に前記第１の基板と前記第２の基板とを押圧接触させることを特徴とする。

ポーラス（多孔質の）構造体は、押し圧が加わることによって変形（収縮）する。この発明によれば、押し圧を付与して基板同士を接着するときに、当該基板間に高さ調整用の第１の構造体が介在しているため、均一な加圧が可能であり、ポーラス構造体が途中で曲がったり、折れたりするなどの異常変形を防止することができる。

（発明３）：発明３に係る微小構造体の製造方法は、発明１又は２において、前記接着前の状態における前記第２の構造体の密度は、接着後の状態の密度よりも低いことを特徴とする。

第１の構造体の高さ（ｈ１）よりも高い第２の構造体は、収縮によって密度が高まる（空隙率が低下すると表現することもできる）。

（発明４）：発明４に係る微小構造体の製造方法は、発明１乃至３のいずれか１項において、前記第２の構造体は、前記接着時に前記基板間に付与される押し圧によって高さ方向に収縮し、前記第１の構造体は、同じ押し圧による変形量が前記第２の構造体よりも小さい材料で構成されていることを特徴とする。

特に、基板接着時に押し圧を付与する場合には、高さ調整の基準となる第１の構造体の変形量が第２の構造体の変形量に比して十分に小さいことが好ましい。

構造体の変形率に関しては、概ね材料のヤング率にて比較することが可能である。

応力が印加された時の材料の歪εは、ヤング率をE、応力をσとすると、ε＝σ/Eで表すことができる。すなわち、材料の物性値であるヤング率が大きいほど歪が小さい。本発明においては、第１の構造体のヤング率は１ＧＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは、２ＧＰａ以上が好ましい。１ＧＰａ未満であると、押し圧時に大きく変形してしまい、高さ調整層としての役割を果たさないことがある。一方で第２の構造体に関しては、圧縮前であれば第１の構造体の１/２程度以下のヤング率であればよい。第２の構造体のヤング率が第１の構造体のヤング率の１/２より大きければ、圧縮時に第１の構造体と第２の構造体が同時に変形してしまう可能性があるためである。なお、圧縮や乾燥あるいは焼成後のヤング率は第１の構造体と第２の構造体のヤング率の大小はどのような関係にあってもかまわない。

（発明５）：発明５に係る微小構造体の製造方法は、発明１乃至４のいずれか１項において、前記第２の構造体は、金属粒子を含む材料で構成されることを特徴とする。

例えば、金属粒子を有機溶剤などの分散媒に分散させた金属ペーストを用い、これを乾燥させるなどの方法により、第２の構造体を得ることができる。

（発明６）：発明６に係る微小構造体の製造方法は、発明１乃至５のいずれか１項において、前記第１の構造体は、光硬化性樹脂で構成されることを特徴とする。

かかる態様によれば、フォトリソグラフィの技術を利用して、高精度に第１の構造体を形成することができる。

材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などを成分とするものを用いることができる。さらには、これらの材料にフィラーを含有させることにより、より高ヤング率にすることも可能である。特に、具体的な材料としてＳＵ−８（化薬マイクロケム株式会社）、ＴＭＭＲ Ｓ−２０００（東京応化工業株式会社）、ＡＺ４９０３（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社）などを用いることができる。

なお、第１の構造体の作製方法及び材料に関して、発明６の態様以外に、メッキ法や気相成長法によって作製した第１の構造体もあり得る。例えば、メッキ法によりＮｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｓｎなどの金属、さらにはこれらの合金などで第１の構造体を作製することができる。また、スパッタ法などの気相成長法にて金属を形成し、その後リソグラフィーによりパターン化したものを用いることも可能である。

（発明７）：発明７に係る微小構造体の製造方法は、発明１乃至６のいずれか１項において、前記接着後の状態における第２の構造体の充填率が４０％以上であることを特徴とする。

接着後の充填率は高い方が好ましい。上限は特にないが、下限としては４０％程度必要である。より好ましくは、６０％以上、さらに好ましくは８０％以上である。接着後の充填率が４０％未満であると、十分な接着強度が得られなかったり、横方向の力によってズレが生じてしまったりする可能性があるからである。さらには本構造体を導電体とし、電気を流して上下間の配線機能を持たせる場合においては、より密度の高い、すなわち充填率が大きい方が、電気抵抗が低くなるため好ましい。

（発明８）：発明８に係る微小構造体の製造方法は、発明１乃至７のいずれか１項において、前記第１の基板に前記第２の基板を接着する前の状態で、前記第１の構造体と前記第２の構造体は、互いに接触することなく前記第１の基板上に形成されていることを特徴とする。

接着前の状態で第１の基板上における第１の構造体と第２の構造体は、互いに間隔をあけて（所定の隙間を隔てて）基板上に配置される態様が好ましい。接着時に第２の構造体を押し潰して変形させた際に、その隙間の範囲で横方向（高さ方向と直交する面内方向）への変形を許容でき、第１の構造体に対して不要な応力が加わることを防止できる。

（発明９）：発明９に係る微小構造体の製造方法は、発明１乃至８のいずれか１項において、前記第２の基板上に、第３の高さを有する第３の構造体と、前記第３の構造体よりも高い第４の高さを有する第４の構造体とが設けられ、前記第１の構造体と前記第３の構造体とを対向させるとともに前記第２の構造体と前記第４の構造体とを対向させて前記第１基板に前記第２基板を重ね、これら基板間に挟まれて前記第２の構造体及び前記第４の構造体を高さ方向に収縮させ、前記第２の構造体及び第４の構造体を、当該基板間に介在する前記第１の構造体及び前記第３の構造体により規定される高さの構造体に変形させた状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着することを特徴とする。

第２の基板として、表面が平坦な基板を用いてもよいし、表面に凹凸の有る構造体を備えた基板を用いてもよい。発明９の態様は、第２の基板として、第１の基板と同一、又は類似する構造を備えた基板構造体を用いる。第１の構造体の高さ（ｈ１）と第３の構造体の高さ（ｈ３）は同じでもよいし、異なっていてもよい。第２の構造体の高さ（ｈ２）と第４の構造体の高さ（ｈ４）は同じでもよいし、異なっていてもよい。

このような同一又は類似する構造体を有する２枚の基板を互いに向かい合わせて貼り合わせることにより、比較的高さの高い微小構造体を良好に作製することが可能である。

（発明１０）：発明１０に係る基板構造体は、基板上に、第１の高さを有する第１の構造体と、前記第１の構造体よりも高い第２の高さを有する第２の構造体とが設けられ、前記第２の構造体はポーラス構造体で構成され、高さ方向から加わる押し圧によって空隙率が低下して高さ方向に収縮するものであり、前記第１の構造体は、同じ押し圧による変形量が前記第２の構造体よりも少ない材料で構成されていることを特徴とする。

発明１０の基板構造体は、発明１〜９の製造方法に用いることができる。

（発明１１）：発明１１に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板上に、第１の高さを有する第１の構造体が設けられ、前記第１の基板とは別の第２の基板上に、前記第１の高さよりも高い第２の高さを有する第２の構造体が設けられ、前記第１の基板の前記第１の構造体が設けられた面と前記第２の基板の前記第２の構造体が設けられた面とを向かい合わせて前記第１の基板に前記第２の基板を重ね、これら基板間に挟まれた前記第２の構造体を高さ方向に収縮させ、前記第２の構造体を、当該基板間に介在する前記第１の構造体により規定される高さの構造体に変形させた状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着することを特徴とする。

かかる態様によっても、発明１と同様の作用効果が得られる。なお、発明１１に対して、発明２〜９に記載の特徴を付加する態様も可能である。

本発明によれば、基板内で一定の高さの構造体を作製することができる。また、本発明によれば、基板の反りに影響されずに、均一の高さで基板同士を接着することができ、接着安定性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る基板構造体の要部構成を示す図 本発明の実施形態に係る微小構造体の製造方法を示す模式図 本発明の実施例に係る微小構造体の製造プロセスを示す工程図 図３の製造プロセスで作製された構造体の模式図 比較例の説明図 本発明の第２実施形態の要部構成を示す図 本発明の第３実施形態の要部構成を示す図 本発明の第４実施形態を示す模式図 本発明の第５実施形態を示す模式図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る基板構造体の例を示す図である。図１（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図（１ｂ−１ｂ線に沿う断面図）である。なお、図１において、各部材のサイズ（幅や高さなど）のディメンジョンは、説明の便宜上、適宜修正しており、実際の大きさや寸法比率を反映したものではない。

図１に示した基板構造体１０は、シリコン（Ｓｉ）のウエハ１２上に、高さ調整用の構造体１４（以下、「高さ調整構造体」という。）と、柱状のポーラス構造体（以下、「ポーラス柱」という。）１６とが形成されている。

ウエハ１２上には複数の高さ調整構造体１４と、複数のポーラス柱１６が設けられるが、図１では、１対の高さ調整構造体１４とポーラス柱１６のみを示した。高さ調整構造体１４は、ウエハ１２表面上における高さｈ１が一定の構造体である。一方、ウエハ１２上におけるポーラス柱１６の高さｈ２は、高さ調整構造体１４の高さｈ１よりも高いものとなっている（ｈ２＞ｈ１）。また、ポーラス柱１６は、高さ調整構造体１４のエッジから距離（隙間）Δｄ（Δｄ＞０）を隔てて立設されている。

なお、本例の高さ調整構造体１４は、ポーラス柱１６の周囲を囲むリング(円環)型の形状を有しているが、高さ調整構造体１４の形状は特に限定されない。所定の高さｈ１を有する平坦な高さ調整面（高さ調整構造体１４の上端面）を有していれば、本発明で意図する高さ調整の機能を果たすことができるため、高さ調整構造体の平面視の形状は様々な形態があり得る。

図１において、ウエハ１２は「第１の基板」或いは「基板」に相当し、高さ調整構造体１４は「第１の構造体」に相当する。ポーラス柱１６は「第２の構造体」に相当する。

高さ調整構造体１４は、後述の基板貼り合わせ時に（図２参照）、貼り合せ力を加えたときに大きく変形しないことが好ましい。貼り合わせ時の押し圧にもよるが、一般的な貼り合わせに付与される荷重を考慮すると、高さ調整構造体１４のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましい。高さ調整構造体１４のヤング率が１ＧＰａ未満であると、高さ調整構造体が変形してしまい、均一にウエハ面内に圧力をかけることができなくなることが想定される。

半導体製造の分野で広く利用されている光硬化性樹脂（例えば、化薬マイクロケム株式会社商品名「ＳＵ−８」など）は、硬化後のヤング率が約２ＧＰａ程度である。したがって、このような光硬化性樹脂によって高さ調整構造体１４を構成することができる。

高さ調整構造体１４の材質は、上記したＳＵ−８のような有機材料でもよいし、Ｓｉをエッチングして作製したような無機材料でもかまわない。ただし、高さ調整構造体１４が高さ調整の機能を果たして、基板同士を均一に接着するためには、基板上における複数の高さ調整構造体１４の高さのバラツキが、貼り合せる材料の面内で±１０％以下であることが好ましく、より好ましくは±５％以下である。ＭＥＭＳ分野で利用されている一般的なフォトレジストを用いた場合の６インチウエハ内の膜厚（高さ）均一性は、概ね±５％以下に収まる精度である。

ポーラス柱１６の材質は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属、或いはＣｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｚｎその他の金属の単体、或いは、これらの複数の組み合わせ、合金などを用いることができる。さらには、ナノワイヤー状の材料を用いることも可能である。

図２は、本発明の実施形態に係る微小構造体の製造方法を示す模式図である。ここでは、図１で説明した構成から成る同一構造の基板構造体１０Ａ、１０Ｂを２つ貼り合わせる例を示した。図２において各部材を示す符号の末尾に「Ａ」、「Ｂ」を付して、基板の違いを表した。図２の例では、ウエハ１２Ａが「第１の基板」、高さ調整構造体１４Ａが「第１の構造体」、ポーラス柱１６Ａが「第２の構造体」に相当する。ウエハ１２Ｂが「第２の基板」に相当し、高さ調整構造体１４Ｂが「第３の構造体」、ポーラス柱１６Ｂが「第４の構造体」に相当する。なお、基板構造体１０Ｂの全体を「第２の基板」として解釈することもできる。

図２（ａ）に示したように、第１の基板構造体１０Ａと、第２の基板構造体１０Ｂとを用意し、これらの高さ調整構造体１４Ａ，１４Ｂ、ポーラス柱１６Ａ，１６Ｂの位置を合わせて両者を重ね、圧力を加えて貼り合わせる。このとき、ポーラス柱１６Ａ，１６Ｂは、高さ調整構造体１４Ａ，１４Ｂの高さまで潰れながら接着される（図２（ｂ）参照）。

すなわち、ポーラス柱１６Ａ，１６Ｂは、押し圧によって高さ方向に潰れ（収縮し）、基板間には高さ調整構造体１４Ａ，１４Ｂによって規定される高さＨの構造体１８が形成される。この符号１８で示した構造体は、ポーラス柱１６Ａ、１６Ｂが変形して得られたものである。

金属を含んだ構造体１８は、例えば、配線用の電極として利用することができる。或いはまた、ポーラス柱１６Ａ，１６Ｂとして、中空構造の管状のポーラス柱を用いることにより、流体（液体や気体）を通す管状の構造体（流路構造物）を形成することが可能である。

構造体１８の高さＨとしては、マイクロメートル（μｍ）オーダ乃至ナノメートル（ｎｍ）オーダを対象としており、本明細書では、この程度のサイズの構造体を「微小構造体」と呼んでいる。

図２で示した製造方法の具体的な実施例を以下に説明する。なお、図２に示した部材との対応関係を括弧付きの符号で示す。

＜実施例１＞
（工程１）：６インチウエハ（１２Ａ）上に、光硬化性樹脂（商品名：ＳＵ−８；マイクロケム社製）により、高さ調整構造体（１４Ａ）を高さｈ１＝５μｍ、幅ｗ１＝１００μｍで形成した。このサイズの高さ調整構造体（１４Ａ）をウエハ面内に２０００個形成した。

（工程２）：次に、金（Ａｕ）の微粒子からなる金属ペーストを用いて、高さ調整構造体（１４Ａ）の間に、高さｈ２＝約７μｍ、直径Ｄ２＝３００μｍで円柱形状のポーラス柱（１６Ａ）を形成した。このときのポーラス柱１６Ａの溶媒を乾燥させたときの密度は、バルクＡｕの７０％程度であった。

上記構成からなる基板構造体（１０Ａ）と同じ構成の基板構造体（１０Ｂ）をもう一つ作った。すなわち、同一構造を持つ２つの基板構造体（１０Ａ、１０Ｂ）を作成した。

（工程３）：手順２で得られた２つのウエハ（基板構造体１０Ａ、１０Ｂ）をアライナーにて位置合わせしながら、互いの高さ調整構造体（１４Ａ，１４Ｂ）及びポーラス柱（１６Ａ，１６Ｂ）を対向させて両者を貼り合わせ、圧力を印加しながら２００℃にて焼成した（図２（ｂ））。

（工程４）：これより、高さ調整構造体（１４Ａ，１４Ｂ）同士が接合するまでポーラス柱（１６Ａ，１６Ｂ）は適度に密度が向上して、Ｓｉウエハ（１２Ａ，１２Ｂ）同士が貼り合わさった。

（工程５）：こうして接合されたウエハ（１２Ａ，１２Ｂ）は、６インチ面内で均一かつ良好に張り合わされていた。すなわち、ポーラス柱（１６Ａ，１６Ｂ）同士が接着され、その高さが高さ調整構造体（１４Ａ，１４Ｂ）で制限されている状態となっている。

なお、ポーラス柱（１６Ａ，１６Ｂ）による接着機能に加え、高さ調整構造体（１４Ａ，１４Ｂ）の上端面（接合面）にＡｕ−Ｓｎなどの共晶接合材料を形成して、高さ調整構造体（１４Ａ，１４Ｂ）自身も接着機能を持たせてよい。

上記実施例は同じ構造をもったＳｉウエハを二枚貼り合せたが、異なる構造のウエハを貼り合せても良い。また、貼り合せる材料は半導体チップでもかまわない（特許文献２参照）。

＜実施例２＞
次に、より詳細な製造プロセスの例を説明する。

図３は第２の実施例を示す工程図である。

［工程１］：光硬化性樹脂塗布工程（図３（ａ））
図３（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ基板３２上に、第１の構造体３４としてのＳＵ-８（商品名）を塗布する。ここでは、第１の構造体としてＳＵ-８を用いているが、メッキのようなもので形成してもよいし、気相成長で作製した膜でもよく、更には、ゾルゲル法など化学溶液堆積法（ＣＳＤ）で成膜したものでもよい。

［工程２］：光硬化性樹脂層のパターン化及び硬化工程（図３（ｂ））
次に、図３（ｂ）に示すように、塗布した光硬化性樹脂層を所望の形状にパターニングした後、２００度にて硬化させる。なお、材料によってパターン化の方法、条件や硬化や焼成の条件は適宜選ぶことができる。

第１の構造体３４はウエハ面内で均一の高さであることが重要である。厚み（高さ方向）のバラツキは、面内にて±１０％以下であること、好ましくは±５％以下であること、さらに好ましくは±３％以下であることが望まれる。本実施形態では、第２の構造体（ポーラス柱４６）がバッファーとなり高さ調整と確実な接着を可能とするが、第１の構造体３４で最終的な高さ調整を行うため、第１の構造体３４の高さ精度は高い方が好ましい。また、第１の構造体３４の上にＡｕやＡｕ-Ｓｎなどの接着層を設けてもかまわない。

［工程３］：パターン上にレジストを塗布する工程（図３（ｃ））
次に、図３（ｃ）に示すように、第１の構造体３４のパターン上にレジスト３５を塗布する。すなわち、第１の構造体３４の上に、次のパターン化を行うための材料となるレジスト層を形成する。

［工程４］：パターニング工程（図３（ｄ））
次に、図３（ｄ）に示すように、上記塗布されたレジスト層をパターニングする。これは、次の工程のポーラス構造体を作るためのパターンである。なお、パターン化が行えるものであれば、レジスト塗布に限らず、メッキ法やゾルゲル法、気相成長法などのいずれの方法を採用してもよい。これらの材料であれば、形成後に再度フォトレジスト等によってパターン化、エッチング或いはリフトオフが必要となる。

［工程５］：ポーラス構造体塗布及び仮焼成工程（図３（ｅ））
次に、上記パターニングされたレジスト層のパターン部（凹部３６）にポーラス構造体を作るための材料４４を塗布する（図３（ｅ）参照）。この塗布工程は凹部３６に材料４４を良好に入れるために、減圧雰囲気で行ってもよい。上記材料４４を塗布した後、８０℃で仮焼成を行う。

ポーラス構造体の材料４４は金属粒子（例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎなどのいかなるものでもよい）を含んでおり、更に、金属酸化物や窒化物、更にはそれらの混合体でもかまわない。粒子のサイズは、ナノサイズであってもよいし、ミクロンサイズでもかまわない。更に、粒子の形状においても、略球形であってもよいし、ワイヤー状であってもよい。

[工程６]：研磨工程（図３（ｆ））
上記の工程５にて、ポーラス構造を形成後、図３（ｆ）に示すように、その表面をある程度エッチング、或いは研磨して、ウエハ面内の高さを均一にした。なお、この研磨工程を省略することも可能であるが、研磨工程がある方がパターン後のリフトオフが容易にできるという利点がある。また、研磨によってウエハ面内の構造体の高さの均一性は±１０％以下、より好ましくは±５％以下にすることが好ましい。１０％以上の凹凸バラツキがあると貼り合わせ時に均一性が出ない可能性がある。

[工程７]：リフトオフ工程（図３（ｇ））
次に、リフトオフによってポーラス構造体をパターン化した。このパターン化によって、ポーラス柱４６（「第２の構造体」に相当）が得られる。なお、パターン化はリフトオフ以外の方法で可能であれば方法を選ばない。

[工程８]：アライメント及び貼り合わせ工程（図３（ｈ））
上記工程１〜７を経て得られたＳｉウエハ（基板構造体３０Ａ）と、別途用意したＳｉウエハ（ここでは、上記工程１〜７で得た同一構造の基板構造体３０Ｂとした）とをアライメント装置にて配置を合わせて、仮貼り付けを行った（図３（ｈ）参照）。別途用意するウエハは、同様のパターンが施されていてもかまわないし、他の構造でもかまわない。

［工程９］：加熱及び加圧工程（図３（ｉ））
上記仮貼り付け後、加熱圧縮にてポーラス柱４６を押し潰しながら、貼り合わせを行った（図３（ｉ）参照）。圧縮はＳＵ-８（第１の構造体３４）自身が大きく変形しない程度に行った。このときの加熱温度は１００℃以上が好ましく、３０℃度以下が好ましい。１００℃以下であれば接着強度が弱くなる。一方、３００℃以上であれば、第１の構造体３４が変形したり、それぞれの材料の熱膨張係数差による応力にてクラックや反りが発生し得る。

工程９の加熱・加圧工程を経て、最終的に、第１の構造体３４Ａ，３４Ｂによって高さが調整された構造体４８が形成される。図４に示したように、ウエハ間の全てのポーラス柱が同様に変形して、一定の高さの構造体４８が多数形成される。こうして、高さが均一で、反りなくウエハを貼り合わせることができる。

ポーラス構造体は貼り合わせによって収縮するが、その膜厚方向の寸法収縮率（「貼り合わせ前後の長さの変化量（収縮量）」の「貼り合わせ前の長さ」に対する比を百分率で表す。次式参照）は、３０％以上であることが好ましい。
［寸法収縮率］
＝｛|（貼り合わせ後の長さ）−（貼り合わせ前の長さ）|／（貼り合わせ前の長さ）}×１００[％]
膜厚方向の寸法収縮率が３０％未満であると貼り合わせ時の接着が十分でなくなる可能性や、上下基板間の凹凸のムラを十分に吸収できない可能性があるからである。

本実施形態によれば、接着前のポーラス柱４６に高さのばらつきがあっても、良好に接着できる。また、ポーラス体を用いた微小構造体の接着において、押圧して接着するときに微小構造体が大きく変形する（途中で曲がったり、折れたりする）のを防ぐことができる。

＜比較例＞
図５は比較例を示す図である。実施例１と同様に、６インチウエハ７２上に、ポーラス柱７６を複数本形成した（図５（ａ）参照）。ただし、この比較例では、高さ調整構造体１４に相当する構造体を備えていない。ポーラス柱７６が形成されたウエハ７２に、別の６インチウエハ８２を重ね、荷重をかけながら、２００℃で貼り合わせた。この場合、図５（ｂ）に示すように、ポーラス柱７６の変形量にばらつきが生じ、ウエハ面内で貼り合わせにムラがあった（ウエハ８２が傾斜したような状況であった）。

＜第２実施形態＞
図１では、平面視でリング状の高さ調整構造体１４の内側にポーラス柱１６を立設した構成を説明したが、本発明の実施に際して、高さ調整構造体とポーラス柱の各形状、及び配置形態は、これに限定されず、様々な態様があり得る。以下、いくつかの変形例を説明する。

図６に第２実施形態を示す。図６において、図１で説明した例と同一、又は類似する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は６ｂ−６ｂ線に沿う断面図である。図６に示す基板構造体６０は、ウエハ１２上に形成された複数の高さ調整構造体１４，１４の間に複数のポーラス柱１６が配置されている。

このような形態であっても、貼り合わせ時にポーラス柱１６、１６が押し潰されたときに、その高さは、高さ調整構造体１４，１４によって決定される。

＜第３実施形態＞
図７に第３実施形態を示す。図７において、図１で説明した例と同一、又は類似する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図７は平面図である。図７に示す基板構造体７０は、ウエハ１２の中心部と、上下左右の外周部の５箇所に高さ調整構造体１４、１４、１４，１４、１４が配置され、それ以外のウエハ面内に多数のポーラス柱１６が設けられている。 ポーラス柱１６の個数と高さ調整構造体１４の個数の対応関係は必ずしも一対一の関係でなくてもよく、２枚の基板を貼り合わせたときの平行性（高さの均一性）が確保できる範囲で、高さ調整構造体１４の個数や形状、配置形態を設計することができる。

＜第４実施形態＞
図８に第４実施形態を示す。図８において、図２で説明した例と同一、又は類似する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図８では、図２の基板構造体１０Ｂに代えて、単純なＳｉウエハ（基板１２Ｂ）を貼り合わせる例を示している。

図８の構成によっても、貼り合わせ時におけるポーラス柱１６の変形量を高さ調整構造体１４によって制限することができるため、均一な高さの構造体１８Ａを得ることができる。

＜第５実施形態＞
図９に第５実施形態を示す。図９において、図２、図８で説明した例と同一、又は類似する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図９では、一方のウエハ１２Ａ上にポーラス柱１６Ａが形成され、他方のウエハ１２Ｂ上に高さ調整構造体１４Ｂが形成されている。このように、ポーラス柱１６Ａと、高さ調整構造体１４Ｂを別々のウエハ１２Ａ，１２Ｂに形成した構成であっても（図９(ａ)参照）、これらを貼り合わせることにより、図８で説明した例と同様の作用効果が得られる（図９（ｂ）参照）。

＜本発明の応用例＞
本発明による微小構造体の製造方法は、配線用の電極として利用される微小構造体（バンプや部材内を貫通する貫通電極など）の形成に好適である。また、本発明による微小構造体の製造方法は、インク等の流路となる管路として利用される構造体の形成に好適である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…基板構造体、１２，１２Ａ，１２Ｂ…ウエハ、１４，１４Ａ，１４Ｂ…高さ調整構造体、１６，１６Ａ，１６Ｂ…ポーラス柱、１８…構造体、３４…第１の構造体、４６…ポーラス柱、７０…基板構造体

Claims (9)

1. 第１の基板上に、第１の高さを有する第１の構造体を形成する工程と、
   前記第１の構造体の上にレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をパターニングする工程と、
   前記パターニングされた前記レジスト層の凹部に、第２の構造体の材料を充填し、仮焼成を行う工程と、
   前記仮焼成を行った前記材料の表面をエッチング、或いは研磨する工程と、
   前記エッチング、或いは研磨の後に前記レジスト層を除去し、前記第１の基板上に、前記第１の構造体よりも高い第２の高さを有するポーラス構造体である前記第２の構造体を形成する工程と、
   前記第１の基板とは別の第２の基板を前記第１の基板に重ね、前記第１の基板と前記第２の基板とを押圧接触させて、加熱を行うことにより、これら基板間に挟まれた前記第２の構造体を高さ方向に収縮させ、前記第２の構造体を、当該基板間に介在する前記第１の構造体により規定される高さの構造体に変形させた状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着する工程と、を備えることを特徴とする微小構造体の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記第１の構造体の上端面に共晶接合材料を形成し、前記第１の構造体に接着機能を持たせることを特徴とする微小構造体の製造方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記接着前の状態における前記第２の構造体の密度は、接着後の状態の密度よりも低いことを特徴とする微小構造体の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記第２の構造体は、前記接着時に前記基板間に付与される押し圧によって高さ方向に収縮し、前記第１の構造体は、同じ押し圧による変形量が前記第２の構造体よりも小さい材料で構成されていることを特徴とする微小構造体の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、
   前記第２の構造体は、金属粒子を含む材料で構成されることを特徴とする微小構造体の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   前記第１の構造体は、光硬化性樹脂で構成されることを特徴とする微小構造体の製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項において、
   前記接着後の状態における第２の構造体の充填率が４０％以上であることを特徴とする微小構造体の製造方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項において、
   前記第１の基板に前記第２の基板を接着する前の状態で、前記第１の構造体と前記第２の構造体は、互いに接触することなく前記第１の基板上に形成されていることを特徴とする微小構造体の製造方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項において、
   前記第２の基板上に、第３の高さを有する第３の構造体と、前記第３の構造体よりも高い第４の高さを有する第４の構造体とが設けられ、
   前記第１の構造体と前記第３の構造体とを対向させるとともに前記第２の構造体と前記第４の構造体とを対向させて前記第１基板に前記第２基板を重ね、これら基板間に挟まれて前記第２の構造体及び前記第４の構造体を高さ方向に収縮させ、前記第２の構造体及び第４の構造体を、当該基板間に介在する前記第１の構造体及び前記第３の構造体により規定される高さの構造体に変形させた状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着することを特徴とする微小構造体の製造方法。

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