JP2009006471A - Nano tweezers and gripping method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide nano tweezers capable of sensibly detecting that an arm contacts an object. <P>SOLUTION: Nano tweezers comprise a pair of openable and closable arms, an electrostatic actuator 6, to which an opening/closing drive voltage is applied and which drives at least one of the pair of the arms to be opened and closed, an amplifier 91 for self-oscillating by using an electric equivalent circuit of the electrostatic actuator 6 as a feedback circuit and vibrating the arms by the self-oscillation, and a vibrations change detection part 93 for detecting the change of the vibration caused by the contact of the arm to an object. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、微小なワークをハンドリングするためのナノピンセット、および、そのナノピンセットによる把持方法に関する。   The present invention relates to a nanotweezers for handling a minute work and a gripping method using the nanotweezers.

微小なワークをハンドリングするナノピンセットにおいて、櫛歯アクチュエータの容量変化を利用して試料の把持検出を行う装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In nano tweezers for handling minute workpieces, there is known an apparatus for detecting gripping of a sample by utilizing a change in the capacitance of a comb actuator (for example, see Patent Document 1).

特開2006−210566号公報JP 2006-210566 A

しかしながら、上述した装置では、アクチュエータの容量変化を検出して把持したか否かを判定しているので、検出感度や検出の安定性などに問題があった。   However, since the apparatus described above determines whether or not the actuator has been grasped by detecting a change in the capacity of the actuator, there has been a problem in detection sensitivity, detection stability, and the like.

請求項1の発明によるナノピンセットは、開閉自在な一対のアームと、開閉駆動電圧が印加され、一対のアームの少なくとも一方を開閉駆動する静電アクチュエータと、静電アクチュエータが有する電気的等価回路を帰還回路として用いることにより自励発振させ、その自励発振によりアームを振動させる増幅器と、アームの物体への接触による振動状態の変化を検出する振動状態検出部とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明によるナノピンセットは、開閉動作する第1のアームと、静電アクチュエータを備えた第2のアームと、静電アクチュエータが有する電気的等価回路を帰還回路として用いることにより自励発振させ、その自励発振により第2のアームを振動させる増幅器と、第2のアームの物体への接触による振動状態の変化を検出する振動状態検出部とを備え、第1及び第2のアームにより試料を把持することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のナノピンセットにおいて、自励発振により振動するアームの振幅が非接触時に一定となるように、増幅器の利得を調整する利得調整手段を備えたことを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、振動状態検出部で検出された振動状態の変化に基づき、アームによる試料の把持を検出する把持検出手段をさらに備えたものである。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、振動状態の変化を、アームの物体への接触による共振振動の振幅の変化、周波数の変化および位相の変化のいずれか一つとしたものである。
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、静電アクチュエータは、静止櫛歯電極部と、アームに連結されて該アームを駆動する可動櫛歯電極部とを有することを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1に記載のナノピンセットによる試料の把持方法であって、振動変化検出部により振動の変化が検出されるまで、ナノピンセットを試料が載置された載置部の方向へ移動し、振動変化検出部により振動の変化が検出されたならば、ナノピンセットを載置部の方向と逆の方向に所定移動量だけ移動し、移動の後に静電アクチュエータによりアームを閉駆動し、振動変化検出部により振動の変化が検出されたならば、静電アクチュエータによるアームの閉駆動を停止することを特徴とする。
The nanotweezers according to the invention of claim 1 includes a pair of arms that can be opened and closed, an electrostatic actuator that is applied with an opening and closing drive voltage to drive at least one of the pair of arms, and an electrical equivalent circuit that the electrostatic actuator has. A self-excited oscillation by using as a feedback circuit, and an amplifier that vibrates the arm by the self-excited oscillation, and a vibration state detection unit that detects a change in the vibration state due to the contact of the arm with an object. .
The nanotweezers according to the invention of claim 2 are self-excited by using a first arm that opens and closes, a second arm that includes an electrostatic actuator, and an electrical equivalent circuit of the electrostatic actuator as a feedback circuit. And an amplifier that vibrates the second arm by the self-excited oscillation, and a vibration state detection unit that detects a change in the vibration state due to the contact of the second arm with the object. The first and second arms It is characterized by holding a sample.
According to a third aspect of the present invention, in the nanotweezers according to the first or second aspect of the present invention, the nanotweezers include gain adjusting means for adjusting the gain of the amplifier so that the amplitude of the arm oscillated by self-oscillation is constant when not in contact. It is characterized by that.
According to a fourth aspect of the present invention, in the nanotweezers according to any one of the first to third aspects, the gripping detection means for detecting gripping of the sample by the arm based on a change in the vibration state detected by the vibration state detection unit. Is further provided.
According to a fifth aspect of the present invention, in the nanotweezers according to any one of the first to fourth aspects, the change in the vibration state is caused by changing the amplitude of the resonance vibration, the change in the frequency, and the phase due to the contact of the arm with the object. One of the changes.
The invention according to claim 6 is the nanotweezers according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrostatic actuator includes a stationary comb electrode part and a movable comb electrode connected to the arm and driving the arm. Part.
The invention of claim 7 is a method for gripping a sample by the nano tweezers according to claim 1, wherein the sample is placed on the nano tweezers until a change in vibration is detected by the vibration change detecting unit. If the change in vibration is detected by the vibration change detection unit, the nano tweezers are moved by a predetermined amount in the direction opposite to the direction of the placement unit, and the arm is moved by the electrostatic actuator after the movement. When the vibration is detected by the vibration change detection unit, the arm drive by the electrostatic actuator is stopped.

本発明によれば、振動の変化を検出することにより、アームによる把持を感度良く検出することができる。   According to the present invention, gripping by an arm can be detected with high sensitivity by detecting a change in vibration.

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明によるナノピンセットの一実施の形態を示す図である。ナノピンセット1は、後述するように、半導体プロセス技術を応用したマイクロマシニング技術を利用して半導体基板上に形成される。ナノピンセット1はXYZステージ等の移動機構に装着して用いられ、ミクロンオーダーの試料のハンドリングに使用される。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of nanotweezers according to the present invention. As will be described later, the nanotweezers 1 are formed on a semiconductor substrate by using a micromachining technique to which a semiconductor process technique is applied. The nanotweezers 1 are used by being mounted on a moving mechanism such as an XYZ stage, and are used for handling a micron order sample.

台座7上には、試料を把持するためのアーム3A,3B、アーム3A,3Bを左右に開閉するための静電アクチュエータ6A,6Bが形成されている。ミクロンオーダーの試料は、アーム3A,3Bの先端に形成されたグリップ部30によって把持される。後述するように、静電アクチュエータ6A,6Bは駆動回路部9によって駆動制御される。   On the pedestal 7, arms 3A and 3B for holding the sample and electrostatic actuators 6A and 6B for opening and closing the arms 3A and 3B to the left and right are formed. A micron-order sample is gripped by the grip portion 30 formed at the tip of the arms 3A and 3B. As will be described later, the electrostatic actuators 6A and 6B are driven and controlled by the drive circuit unit 9.

図2はグリップ部30の詳細を示す拡大図であり、アーム3A,3Bの先端部分の厚さを階段状に薄くすることによってグリップ部30が形成される。ミクロンオーダーの試料を把持するグリップ部30の幅Wおよび厚さtは、W=1〜30μm、t=1〜25μmのように試料と同程度の寸法に設定される。グリップ部30の長さLは100μm程度と試料よりもやや長く設定される。   FIG. 2 is an enlarged view showing details of the grip portion 30, and the grip portion 30 is formed by thinning the tip portions of the arms 3 </ b> A and 3 </ b> B in a stepped manner. The width W and thickness t of the grip portion 30 that holds a micron-order sample are set to the same size as the sample, such that W = 1 to 30 μm and t = 1 to 25 μm. The length L of the grip part 30 is set to about 100 μm, which is slightly longer than the sample.

図1の左側のアーム3Aを駆動する静電アクチュエータ6Aは、台座7上に固定された固定電極60aと、アーム3Aに連結された可動電極61aとを備えている。同様に、右側のアーム3Bを駆動する静電アクチュエータ6Bは、台座7上に固定された固定電極60bと、アーム3Bに連結された可動電極61bとを備えている。図示上下方向に延在する固定電極60a,60bと可動電極61a,61bとの各対向面は後述するように櫛歯形状となっている。   The electrostatic actuator 6A for driving the left arm 3A in FIG. 1 includes a fixed electrode 60a fixed on the base 7 and a movable electrode 61a connected to the arm 3A. Similarly, the electrostatic actuator 6B that drives the right arm 3B includes a fixed electrode 60b fixed on the pedestal 7 and a movable electrode 61b connected to the arm 3B. The opposing surfaces of the fixed electrodes 60a and 60b and the movable electrodes 61a and 61b extending in the vertical direction in the figure are comb-shaped as will be described later.

静電アクチュエータ6A,6Bの可動電極61a,61bは、それぞれ支持部62によって台座7に弾性的に固定されている。そして、固定電極60aの電極端子80と可動電極61aの電極端子81との間、および、固定電極60bの電極端子82と可動電極61bの電極端子83との間には、アーム開閉電圧がそれぞれ印加される。アーム開閉電圧が印加されると、静電力によって可動電極61aは図示右方向に、可動電極61bは図示左方向にそれぞれ移動する。その結果、アーム3A,3Bが閉じる。   The movable electrodes 61a and 61b of the electrostatic actuators 6A and 6B are elastically fixed to the pedestal 7 by the support portions 62, respectively. An arm switching voltage is applied between the electrode terminal 80 of the fixed electrode 60a and the electrode terminal 81 of the movable electrode 61a, and between the electrode terminal 82 of the fixed electrode 60b and the electrode terminal 83 of the movable electrode 61b. Is done. When the arm opening / closing voltage is applied, the movable electrode 61a moves in the right direction in the figure and the movable electrode 61b moves in the left direction in the figure by electrostatic force. As a result, the arms 3A and 3B are closed.

アーム3A,3Bは支持部63を介して台座7に弾性的に固定されている。アーム3A,3Bには支持部63を介して電極端子84が接続されており、電極端子84を利用してアーム3A,3Bに電気的な操作を加えたり、電気的な測定を行ったりすることができる。左側のアーム3Aは、アーム3Aの下部に設けられた連結部材8によって左側の可動電極61aに連結されている。同様に、右側のアーム3Bは、連結部材8によって右側の可動電極61bに連結されている。その結果、左右のグリップ部30により試料が把持される。   The arms 3 </ b> A and 3 </ b> B are elastically fixed to the pedestal 7 via the support portion 63. An electrode terminal 84 is connected to the arms 3A and 3B via a support portion 63, and the arm 3A and 3B are electrically operated and an electrical measurement is performed using the electrode terminal 84. Can do. The left arm 3A is connected to the left movable electrode 61a by a connecting member 8 provided at the lower portion of the arm 3A. Similarly, the right arm 3B is connected to the right movable electrode 61b by the connecting member 8. As a result, the sample is gripped by the left and right grip portions 30.

図3は左側のアーム3Aと可動電極61aとの連結部分を示す拡大図であり、アーム3Aは連結部材8を介して可動電極61aに連結されている。なお、アーム3Aと連結部材8との間、および可動電極61aと連結部材8との間にはそれぞれ絶縁層102が形成されている。可動電極61aが静電力により図示右側に移動すると、その動きに連動してアーム3Aも右側に移動する。右側のアーム3B、固定電極60b、可動電極61bに関しても左右反転している以外は全く同様の構造となっている。   FIG. 3 is an enlarged view showing a connecting portion between the left arm 3A and the movable electrode 61a. The arm 3A is connected to the movable electrode 61a via the connecting member 8. FIG. Insulating layers 102 are formed between the arm 3A and the connecting member 8 and between the movable electrode 61a and the connecting member 8, respectively. When the movable electrode 61a moves to the right side in the figure by electrostatic force, the arm 3A also moves to the right side in conjunction with the movement. The right arm 3B, the fixed electrode 60b, and the movable electrode 61b have the same structure except that they are horizontally reversed.

図4はナノピンセット1の断面形状を示す図であり、図1のA−A’断面,B−B’断面,C−C’断面およびD−D’断面を示したものである。A−A’断面,B−B’断面およびC−C’断面に示すように、台座7には貫通孔7a,7bが形成されており、アーム3A,3Bおよび静電アクチュエータ6A,6Bはこれら貫通孔7a,7b上に架け渡されるように形成されている。   FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of the nanotweezers 1, and shows the A-A ′ cross section, the B-B ′ cross section, the C-C ′ cross section, and the D-D ′ cross section of FIG. 1. As shown in the AA ′ cross section, the BB ′ cross section, and the CC ′ cross section, the pedestal 7 is formed with through holes 7a and 7b. The arms 3A and 3B and the electrostatic actuators 6A and 6B are formed of these through holes 7a and 7b. It is formed so as to be bridged over the through holes 7a and 7b.

静電アクチュエータ6A,6Bは、絶縁層102を介して台座7上に形成されている。同様に、連結部材8により連結されたアーム3A,3Bも絶縁層102を介して台座7上に形成されている。D−D’断面は図1の電極端子80〜84の部分を断面したものであり、電極端子80〜84も絶縁層102を介して台座7上に形成されている。このように、ナノピンセット1は絶縁層を挟んだ上下2つのシリコン層からなる3層構造の基板、例えばSOI(silicon on insulator)基板に形成される。そして、アーム3A,3B,静電アクチュエータ6A,6Bおよび電極端子80〜84は同一シリコン層を用いて形成される。なお、ナノピンセット1の製造方法については後述する。   The electrostatic actuators 6A and 6B are formed on the base 7 via the insulating layer 102. Similarly, the arms 3 </ b> A and 3 </ b> B connected by the connecting member 8 are also formed on the base 7 through the insulating layer 102. The D-D ′ cross section is a cross section of the electrode terminals 80 to 84 in FIG. 1, and the electrode terminals 80 to 84 are also formed on the base 7 via the insulating layer 102. As described above, the nanotweezers 1 is formed on a three-layered substrate composed of two upper and lower silicon layers sandwiching an insulating layer, for example, an SOI (silicon on insulator) substrate. The arms 3A and 3B, the electrostatic actuators 6A and 6B, and the electrode terminals 80 to 84 are formed using the same silicon layer. In addition, the manufacturing method of the nano tweezers 1 is mentioned later.

《動作説明》
本実施の形態のナノピンセット1では、上述したように静電アクチュエータ6A,6Bに直流電圧を印加し、その電圧値を制御することでアーム3A,3Bの開閉動作を行うようにした。さらに、静電アクチュエータ6A,6Bを自励発振させてアーム3A,3Bを微小振動させ、試料を把持した際の微小振動の変化によりアーム3A,3Bによる把持を検出するようにした。
<Operation description>
In the nanotweezers 1 of the present embodiment, as described above, a DC voltage is applied to the electrostatic actuators 6A and 6B, and the voltage values are controlled to perform the opening and closing operations of the arms 3A and 3B. Furthermore, the electrostatic actuators 6A and 6B are self-excited to vibrate the arms 3A and 3B, and the gripping by the arms 3A and 3B is detected by a change in the minute vibration when the sample is gripped.

まず、アーム開閉電圧により電気系と機械系とが結合された各静電アクチュエータ6A,6Bが、交流電圧を印加することにより所定の振動数で発振すること、すなわち、各静電アクチュエータ6A,6Bが振動子として機能することを説明する。   First, the electrostatic actuators 6A and 6B in which the electrical system and the mechanical system are coupled by the arm opening / closing voltage oscillate at a predetermined frequency by applying an alternating voltage, that is, the electrostatic actuators 6A and 6B. Will function as a vibrator.

図5(a)は、静電アクチュエータ6Aの固定電極60aおよび可動電極61aの構造を示す拡大図であり、図5(b)は、静電アクチュエータ6Aにおける電気・機械結合系の等価回路を示す図である。なお、静電アクチュエータ6Bも同様なので、以下では静電アクチュエータ6Aを例に説明する。一般に、電気・機械結合系においては、電気的エネルギーおよび機械的エネルギーの保存則が成立し、ここでは、アーム開閉電圧が小さく、可動電極の変位量や電荷量の変動は小さいとしてモデル化して考える。   FIG. 5A is an enlarged view showing the structure of the fixed electrode 60a and the movable electrode 61a of the electrostatic actuator 6A, and FIG. 5B shows an equivalent circuit of the electromechanical coupling system in the electrostatic actuator 6A. FIG. Since the electrostatic actuator 6B is the same, the electrostatic actuator 6A will be described below as an example. In general, in the electrical / mechanical coupled system, the conservation law of electrical energy and mechanical energy is established, and here, it is modeled on the assumption that the arm switching voltage is small and the displacement of the movable electrode and the fluctuation of the charge amount are small. .

固定電極60aと可動電極61aとの対向部は櫛歯形状になっており、固定電極60aに形成された櫛歯600と可動電極61aに形成された櫛歯610とは、互い違いに相手方に入り込んでいる。櫛歯600,610間には静電容量Cが生じる。この静電容量Cは、凹凸が多数形成された櫛歯600,610間におけるトータルの静電容量を表している。また、mは可動部(アーム3Aおよび可動電極61a)の質量、kはバネ定数、rfは機械抵抗、vは可動部12の振動速度を表している。Aは、アーム開閉電圧Eを印加することによる機械系と電気系との間の結合係数である。振動を励起するための交流電圧を印加すると、電気系に電流i2が流れて静電アクチュエータ6Aが駆動される。 The opposing part of the fixed electrode 60a and the movable electrode 61a has a comb-tooth shape, and the comb teeth 600 formed on the fixed electrode 60a and the comb teeth 610 formed on the movable electrode 61a alternately enter the other party. Yes. A capacitance C 0 is generated between the comb teeth 600 and 610. This electrostatic capacity C 0 represents the total electrostatic capacity between the comb teeth 600 and 610 on which many irregularities are formed. Further, m is the mass of the movable part (arm 3A and movable electrode 61a), k is the spring constant, rf is the mechanical resistance, and v is the vibration speed of the movable part 12. A is a coupling coefficient between the mechanical system and the electrical system by applying the arm switching voltage E 0. When an AC voltage for exciting vibration is applied, a current i2 flows through the electric system, and the electrostatic actuator 6A is driven.

図5(b)の等価回路で示される静電アクチュエータ6Aに関して、線形近似基本方程式は式(1),(2)のように表される。なお、Cは浮遊容量であり、図5(b)の等価回路のCをC+Cと置き換えて式を立てた。
=jω(C+C)e+(E/X)ν (1)
=jωmν+rν+kν/jω+E/X (2)
但し、iは交流電流値、eは入力交流電圧の振幅、νは可動部の振動速度であり、fは可動部に作用する外力を表している。また、Xは初期状態の櫛歯間距離である。
With respect to the electrostatic actuator 6A shown by the equivalent circuit in FIG. 5B, the linear approximation basic equation is expressed as in the equations (1) and (2). Note that C S is a stray capacitance, and an equation was established by replacing C 0 of the equivalent circuit of FIG. 5B with C 0 + C S.
i 1 = jω (C 0 + C S ) e 1 + (E 0 C 0 / X 0 ) ν 1 (1)
f 1 = jωmν 1 + r f v 1 + kν 1 / jω + E 0 C 0 e 1 / X 0 (2)
However, i 1 is an alternating current value, e 1 is the amplitude of the input AC voltage, ν 1 is the vibration speed of the movable part, and f 1 is an external force acting on the movable part. X 0 is the inter-comb distance in the initial state.

式(1),(2)より、外力が零の場合、静電アクチュエータ6Aのアドミッタンスの絶対値|Y|と角周波数ωとの関係は式(3)のように表すことができる。ここで、A=E/Xである。

Figure 2009006471
From Expressions (1) and (2), when the external force is zero, the relationship between the absolute value | Y | of the admittance of the electrostatic actuator 6A and the angular frequency ω can be expressed as Expression (3). Here, A = E 0 C 0 / X 0 .
Figure 2009006471

図6は、アドミッタンス値|Y|の角周波数依存性を表すアドミッタンス曲線を示したものである。このアドミッタンス曲線は、電気・機械結合系の特性曲線になっている。一方、|Y|=ω(C+C)で表される直線(破線)は、機械系がない電気系のみの場合の特性曲線であり、式(3)において次式(4)が成り立つ場合の特性曲線を表している。
−2ω(C+C)(ωm−k/ω)=0 (4)
FIG. 6 shows an admittance curve representing the angular frequency dependence of the admittance value | Y |. This admittance curve is a characteristic curve of an electrical / mechanical coupling system. On the other hand, a straight line (broken line) represented by | Y | = ω (C 0 + C S ) is a characteristic curve in the case of only an electric system without a mechanical system, and the following expression (4) is established in expression (3). The characteristic curve in the case is shown.
A 2 −2ω (C 0 + C S ) (ωm−k / ω) = 0 (4)

式(4)を満たす角周波数ωを発振角周波数ω1と呼ぶと、発振角周波数ωは、アドミッタンス曲線と|Y|=ω(C+C)で表される直線との交点における角周波数である。発振角周波数ωは共振角周波数ωに近い値であり、発振角周波数ωで静電アクチュエータ6Aを駆動すると、上述したように機械系の特性がキャンセルされ、電気系のみのアドミッタンス計測が可能となる。 When the angular frequency ω that satisfies Equation (4) is referred to as the oscillation angular frequency ω1, the oscillation angular frequency ω 1 is the angular frequency at the intersection of the admittance curve and the straight line represented by | Y | = ω (C 0 + C S ). It is. The oscillation angular frequency ω 1 is a value close to the resonance angular frequency ω 0 , and when the electrostatic actuator 6A is driven at the oscillation angular frequency ω 1 , the characteristics of the mechanical system are canceled as described above, and the admittance measurement only for the electric system is performed. It becomes possible.

なお、共振角周波数ωは、アドミッタンス曲線のピーク角周波数をωより僅かに高いところに位置しており、アドミッタンス曲線のピーク角周波数をω、凹カーブを示す部分のボトムの角周波数をωとすれば、共振角周波数ωと発振角周波数ωとの関係は、式(5)で表すことができる。

Figure 2009006471
The resonance angular frequency omega 0 is the peak angular frequency of admittance curve is located at slightly higher than omega p, a peak angular frequency omega p of the admittance curve, the bottom of the angular frequency of the portion showing a concave curve Assuming ω b , the relationship between the resonance angular frequency ω 0 and the oscillation angular frequency ω 1 can be expressed by equation (5).
Figure 2009006471

このように、静電アクチュエータ6Aは共振回路として機能することが解った。そこで、本実施の形態では、静電アクチュエータ6Aと増幅器とを用いて自励発振駆動機構を構成するようにした。   Thus, it was found that the electrostatic actuator 6A functions as a resonance circuit. Therefore, in this embodiment, the self-excited oscillation drive mechanism is configured using the electrostatic actuator 6A and the amplifier.

図7は、静電アクチュエータ6を駆動するための駆動回路部9を示したブロック図である。本図において、静電アクチュエータ6は、櫛歯ドライブ(COMB-DRIVE)が本来的に有しているL,C,R共振回路に基づいて描いてある。すなわち、櫛歯ドライブ(COMB-DRIVE)を受動2端子素子とみなして駆動回路9を示したのが図7である。   FIG. 7 is a block diagram showing a drive circuit unit 9 for driving the electrostatic actuator 6. In this figure, the electrostatic actuator 6 is drawn based on the L, C, R resonance circuit which the comb drive (COMB-DRIVE) originally has. That is, FIG. 7 shows the drive circuit 9 with the comb drive (COMB-DRIVE) regarded as a passive two-terminal element.

駆動回路部9は、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6を帰還回路として有する増幅器91と、増幅器91の出力電圧Vを基準電圧Vrと比較してゲイン制御電圧Vcを発生するAGC(自動ゲイン制御)回路95と、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6に対してバイアス直流電圧Eを印加するDC電源92を含んでいる。このバイアス印加用DC電源92は、静電アクチュエータの機能に着目した場合、「アーム開閉用DC電源」と呼ぶことができる。 The drive circuit unit 9 includes an amplifier 91 having a comb drive (electrostatic actuator) 6 as a feedback circuit, and an AGC (automatic gain) that generates a gain control voltage Vc by comparing the output voltage V 0 of the amplifier 91 with a reference voltage Vr. A control) circuit 95 and a DC power source 92 for applying a bias DC voltage E 0 to the comb drive (electrostatic actuator) 6. The bias applying DC power source 92 can be referred to as an “arm opening / closing DC power source” when focusing on the function of the electrostatic actuator.

櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6を増幅器91の帰還回路に挿入する際、本実施の形態では、以下の点に注意を払っている。   When the comb drive (electrostatic actuator) 6 is inserted into the feedback circuit of the amplifier 91, the present embodiment pays attention to the following points.

第1に、バイアス直流電圧Eを印加するDC電源92の内部抵抗は非常に小さいので、帰還信号がDC電源92側を通過しないようにする必要がある。そこで、本実施の形態では、高抵抗RhighをDC電源と直列に挿入してある。このことにより、バイアス用DC電源92が帰還パスに影響を与えないようにしている。 First, since the internal resistance of the DC power source 92 to which the bias DC voltage E 0 is applied is very small, it is necessary to prevent the feedback signal from passing through the DC power source 92 side. Therefore, in this embodiment, the high resistance R high is inserted in series with the DC power source. This prevents the bias DC power source 92 from affecting the feedback path.

第2に、バイアス印加用DC電源92が、増幅器91を含んだ回路系統からDC回路としてフローティング状態にすると同時に、増幅器91の端子(出力端子&入力端子)にDC電圧が直接印加されないよう、ブロッキング・コンデンサCを挿入してある。 Second, the DC power source 92 for bias application is in a floating state as a DC circuit from the circuit system including the amplifier 91, and at the same time, blocking is performed so that a DC voltage is not directly applied to the terminal (output terminal & input terminal) of the amplifier 91. - a capacitor C B are inserted.

次に、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6における各端子の電圧V,Vについて説明する。電圧Vは、増幅器91におけるDCバイアス回路の設計値により得られる値であり、一般的に、片電源電圧(+B)のみを用いる場合には、V=+B/2とする。他方、両電源電圧(±B)を用いる場合には、V=0とする。 Next, the voltages V 1 and V 2 of each terminal in the comb drive (electrostatic actuator) 6 will be described. The voltage V 1 is a value obtained from the design value of the DC bias circuit in the amplifier 91. Generally, when only the single power supply voltage (+ B) is used, V 1 = + B / 2. On the other hand, when using both power supply voltages (± B), V 1 = 0.

電圧V2は、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6の等価回路から明らかなようにDC電流を通過させないので、V=Eとなる。ここでEは、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6に対して印加されているバイアス直流電圧Eである。このようにして設定された電圧Vと電圧Vとの差に従って、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6が開閉される。換言すると、櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6を開閉するために必要な端子間電位差は、|V−V|である。 As apparent from the equivalent circuit of the comb drive (electrostatic actuator) 6, the voltage V < b > 2 does not pass a DC current, so V 2 = E 0 . Here, E 0 is a bias DC voltage E 0 applied to the comb drive (electrostatic actuator) 6. The comb drive (electrostatic actuator) 6 is opened and closed according to the difference between the voltage V 1 and the voltage V 2 set in this way. In other words, the potential difference between terminals necessary to open and close the comb drive (electrostatic actuator) 6 is | V 1 −V 2 |.

静電アクチュエータ6Aの電極60a,61aには、アーム開閉用DC電源92によりアーム開閉電圧Eが印加される。このアーム開閉電圧Eを制御することで、アーム3A,3Bの開閉動作が行われる。増幅器91からの出力信号は、接触/把持検出回路93に供給される。接触/把持検出回路93は、試料の接触状態あるいは把持状態を検出するために、例えば電圧コンパレータあるいは周波数コンパレータを内蔵している(図示せず)。すなわち、電圧コンパレータを用いて増幅器91の出力電圧値をモニタすることにより、試料の接触/把持を検出する。周波数コンパレータを用いた場合には、増幅器91から出力される信号の周波数をモニタすることにより、試料の接触/把持を検出する。 Electrodes 60a of the electrostatic actuator 6A, the 61a, arm switching voltage E 0 is applied by the arm opening and closing DC supply 92. The arm switching voltage by controlling the E 0, arms 3A, the opening and closing operation of 3B is performed. An output signal from the amplifier 91 is supplied to the contact / gripping detection circuit 93. The contact / gripping detection circuit 93 includes, for example, a voltage comparator or a frequency comparator (not shown) in order to detect the contact state or gripping state of the sample. That is, the contact / gripping of the sample is detected by monitoring the output voltage value of the amplifier 91 using a voltage comparator. When the frequency comparator is used, the contact / gripping of the sample is detected by monitoring the frequency of the signal output from the amplifier 91.

増幅器91と櫛歯ドライブ(静電アクチュエータ)6とで発振回路を構成することにより、静電アクチュエータ6Aに電圧を印加するとアーム3A,3Bは共振周波数で振動することになる。この振動しているアーム3A,3Bが試料や他の物に接触すると等価回路のR,C,Lが変化し、振動の振幅および周波数が変化する。本実施の形態では、この振動・周波数の変化を接触/把持検出回路93で検出することにより、アーム3A,3Bによる試料の把持や、試料が載置されている基板面等へのアーム3A,3Bの接触を検出するようにした。   By configuring an oscillation circuit with the amplifier 91 and the comb drive (electrostatic actuator) 6, when a voltage is applied to the electrostatic actuator 6A, the arms 3A and 3B vibrate at the resonance frequency. When the vibrating arms 3A and 3B come into contact with a sample or other object, R, C, and L of the equivalent circuit change, and the amplitude and frequency of vibration change. In the present embodiment, the vibration / frequency change is detected by the contact / gripping detection circuit 93, whereby the arm 3A, 3B grips the sample, and the arm 3A, 3B contact was detected.

しかしながら、アーム開閉電圧を変えてアーム3A,3Bの開閉動作を行うと、アーム開閉電圧の大きさによって、すなわち、アーム3A,3Bの開き具合によって振動の振幅および周波数が変化することが分かった。また、十分な接触検出の精度を得るためには、アーム3A,3Bの振幅を100nm程度まで小さくする必要がある。しかし、振幅が小さくなると空気の粘性等が原因して振動が不安定になり、不安定から振幅が小さくなった場合でも把持と誤判定してしまうおそれがあった。   However, it has been found that when the arm 3A, 3B is opened / closed by changing the arm opening / closing voltage, the amplitude and frequency of vibration change depending on the magnitude of the arm opening / closing voltage, that is, depending on how the arms 3A, 3B are opened. In order to obtain sufficient contact detection accuracy, it is necessary to reduce the amplitude of the arms 3A and 3B to about 100 nm. However, if the amplitude becomes small, the vibration becomes unstable due to the viscosity of the air, etc., and even if the amplitude becomes small due to instability, there is a possibility that it is erroneously determined as gripping.

そこで、本実施の形態では、AGC回路95により増幅器91の利得を調整することで、アーム開閉によって入力Vが変化しても、増幅器91からの出力電圧Vが一定となるようにした。そのため、アーム3A,3Bが何も把持していないフリーな状態では、アーム3A,3Bは一定の振幅で振動するようになる。但し、接触/把持検出回路93により上記接触あるいは把持の状態を検出可能とするために、AGC回路95が有しているゲイン制御機能は、予め適切な値に設定しておく。このゲイン設定については、設計事項であるので詳細な記載は省略する。 Therefore, in the present embodiment, the gain of the amplifier 91 is adjusted by the AGC circuit 95 so that the output voltage V 0 from the amplifier 91 becomes constant even when the input V 1 changes due to opening and closing of the arm. Therefore, in a free state where the arms 3A and 3B are not holding anything, the arms 3A and 3B vibrate with a constant amplitude. However, in order to enable the contact / gripping detection circuit 93 to detect the contact or gripping state, the gain control function of the AGC circuit 95 is set to an appropriate value in advance. Since this gain setting is a design matter, detailed description thereof is omitted.

図7では、増幅器91に電圧制御型可変利得増幅器を使用し、出力レベル検出器(図示せず)、誤差検出回路(図示せず)および制御回路(図示せず)によりAGC回路95を構成するようにした。すなわち、増幅器91の出力電圧Vを出力レベル検出器(図示せず)で監視し、出力レベル検出器(図示せず)から出力される直流電圧と予め設定されている基準電圧Vrとを誤差検出回路(図示せず)で比較する。誤差検出回路(図示せず)は、比較結果として誤差信号kを制御回路(図示せず)に出力する。制御回路(図示せず)は、誤差信号k(図示せず)がゼロとなるようなゲイン制御電圧Vcを増幅器91の制御端子に供給する。増幅器91は、入力されたゲイン制御電圧Vcに応じた利得で入力電圧V1を増幅し、出力電圧Vを出力する。本実施の形態では、出力電圧Vの増加に伴ってゲイン制御電圧Vcを大きくし、増幅器91の利得が小さくなるように制御して出力電圧Vが一定になるように制御する。 In FIG. 7, a voltage-controlled variable gain amplifier is used as the amplifier 91, and an AGC circuit 95 is constituted by an output level detector (not shown), an error detection circuit (not shown), and a control circuit (not shown). I did it. That is, the error of the reference voltage Vr which is previously set DC voltage to monitor the output voltage V 0 which amplifier 91 at the output level detector (not shown), is output from the output level detector (not shown) Comparison is made by a detection circuit (not shown). An error detection circuit (not shown) outputs an error signal k as a comparison result to a control circuit (not shown). A control circuit (not shown) supplies a gain control voltage Vc such that the error signal k (not shown) becomes zero to the control terminal of the amplifier 91. Amplifier 91 amplifies the input voltage V1 at a gain corresponding to the input gain control voltage Vc, and outputs an output voltage V 0. In the present embodiment, the gain control voltage Vc is increased as the output voltage V 0 increases, and the gain of the amplifier 91 is controlled to decrease, thereby controlling the output voltage V 0 to be constant.

図8は、AGC回路95の一例を示したものである。増幅器91の出力電圧Vは全波整流され、後段のオペアンプからは全波整流した電圧と基準電圧−Vrとを比較した結果ゲイン制御電圧Vcが出力される。ゲイン制御電圧VcはFET97のゲートに入力され、ゲート電圧を変化させることで増幅器91の利得を変化させる。ゲイン制御電圧Vcは誤差信号kがゼロになるように制御されるので、一定振幅の出力電圧Vが得られることになる。 FIG. 8 shows an example of the AGC circuit 95. The output voltage V 0 of the amplifier 91 is full-wave rectified, and the gain control voltage Vc is output as a result of comparing the full-wave rectified voltage with the reference voltage −Vr from the subsequent operational amplifier. The gain control voltage Vc is input to the gate of the FET 97, and the gain of the amplifier 91 is changed by changing the gate voltage. Since the gain control voltage Vc is controlled such that the error signal k becomes zero, an output voltage V 0 having a constant amplitude is obtained.

図9はAGC機能を説明する図であり、アーム開閉電圧Eおよびゲイン制御電圧Vcを変えたときのアーム3A,3Bの振幅を、レーザードップラー振動計を用いて測定したデータである。縦軸は振幅、横軸はゲイン制御電圧Vcを示しており、4種類の開閉電圧16,18,20,22Vに対して曲線L1〜L4が得られた。例えば、ゲイン制御電圧VcをVc=1Vに固定してAGC機能を働かせなかった場合、開閉電圧を16Vに設定するとアーム3A,3Bの振幅は約3μmとなり、開閉電圧を18Vに増加してアーム3A,3Bを閉じると振動の振幅は約7μmに増加する。 Figure 9 is a diagram illustrating the AGC function, the arms 3A when changing arm switching voltage E 0 and the gain control voltage Vc, the amplitude of 3B, is data measured using a laser Doppler vibrometer. The vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents gain control voltage Vc. Curves L1 to L4 were obtained for four types of switching voltages 16, 18, 20, and 22V. For example, when the gain control voltage Vc is fixed to Vc = 1V and the AGC function is not activated, when the switching voltage is set to 16V, the amplitude of the arms 3A and 3B becomes about 3 μm, the switching voltage is increased to 18V, and the arm 3A , 3B is closed, the amplitude of vibration increases to about 7 μm.

そこで、アーム開閉に関わらず振幅を一定に保つためには、開閉電圧の変化に同期してゲイン制御電圧Vcを変化させれば良い。例えば、開閉電圧を16V、18V、20Vと変化させてアームを閉じる場合に、その変化に同期させてゲイン制御電圧Vcを1V、1.2V、1.3Vと変化させることで、振幅を約3μmに保持することができる。   Therefore, in order to keep the amplitude constant regardless of the opening / closing of the arm, the gain control voltage Vc may be changed in synchronization with the change of the opening / closing voltage. For example, when the arm is closed by changing the switching voltage to 16V, 18V, or 20V, the amplitude is about 3 μm by changing the gain control voltage Vc to 1V, 1.2V, or 1.3V in synchronization with the change. Can be held in.

アーム3A,3Bが振動しながら試料や他の物に接触したり、アーム3A,3Bで試料を把持したり、アーム3A,3B同士が接触するまで閉じたりすると、等価回路のR,C,Lが変化して振動の振幅や周波数が変化するので、その変化を接触/把持検出回路93で検出する。例えば、接触前後において、出力電圧Vは図10(a)の状態から図10(b)に示す状態へと変化する。この出力電圧Vを直流信号に変換してその大きさを基準値と比較し、基準値以下となったならば接触状態や把持状態となったと判断する。 If the arm 3A, 3B comes into contact with a sample or another object while vibrating, the sample is gripped by the arms 3A, 3B, or is closed until the arms 3A, 3B come into contact with each other, the equivalent circuit R, C, L Changes to change the amplitude and frequency of vibration, and the change is detected by the contact / gripping detection circuit 93. For example, before and after contact, the output voltage V 0 changes from the state shown in FIG. 10A to the state shown in FIG. The output voltage V 0 is converted into a DC signal is compared in size to a reference value, it is determined that a contact state or the grip state if equal to or less than the reference value.

また、アーム3A,3Bが試料に接触したり、試料を把持したりすると、アーム3A,3Bの振幅を所定値に維持しようとAGC回路95が働き、増幅器91の制御端子に供給されるゲイン制御電圧Vcが変化する。そこで、増幅器91に供給されるゲイン制御電圧Vcの変化から振動の変化を検出し、それによって接触を検出するようにしても良い。ゲイン制御電圧Vcの変化は振幅や周波数の変化に先立って検出されるので、より高感度な接触検出ができる。   When the arms 3A and 3B come into contact with the sample or hold the sample, the AGC circuit 95 operates to maintain the amplitude of the arms 3A and 3B at a predetermined value, and gain control supplied to the control terminal of the amplifier 91 is performed. The voltage Vc changes. Therefore, a change in vibration may be detected from a change in the gain control voltage Vc supplied to the amplifier 91, thereby detecting contact. Since the change in the gain control voltage Vc is detected prior to the change in amplitude or frequency, contact detection with higher sensitivity can be performed.

上述したように、本実施の形態のナノピンセット1では、静電アクチュエータ6A,6Bを発振させてアーム3A,3Bを微小振動させ、アーム3A,3Bが試料等に接触したときの振動の変化を検出して接触や把持を検出するようにした。また、AGC回路95を用いて振動の振幅を一定に保持するようにした。そのため、従来のように静電アクチュエータの容量変化を検出する方法と比べて、検出感度、検出精度の安定性に優れている。本実施の形態の場合、検出感度は固有振動のQ値によってきまり、容量変化を利用した場合に比べて10〜100倍の感度向上が期待できる。また、静電アクチュエータを振動子として用いた自励発振を利用しているので、回路の簡素化に関しても優れている。   As described above, in the nanotweezers 1 of the present embodiment, the electrostatic actuators 6A and 6B are oscillated to cause the arms 3A and 3B to vibrate slightly, and the change in vibration when the arms 3A and 3B come into contact with the sample or the like. Detecting contact and gripping. Further, the AGC circuit 95 is used to keep the vibration amplitude constant. Therefore, compared with the conventional method of detecting the capacitance change of the electrostatic actuator, the stability of detection sensitivity and detection accuracy is excellent. In the case of the present embodiment, the detection sensitivity is determined by the Q value of the natural vibration, and a sensitivity improvement of 10 to 100 times can be expected as compared with the case where the capacitance change is used. Further, since self-excited oscillation using an electrostatic actuator as a vibrator is used, the circuit is excellent in terms of simplification.

なお、上述した実施の形態ではアーム3A,3Bの両方を振動させたが、一方だけを振動させて、振動している方のアームにより接触検出や把持検出を行わせるものであっても良い。また、一方のアームだけを開閉動作および振動動作させるものであっても構わない。   In the above-described embodiment, both the arms 3A and 3B are vibrated. However, only one of them may be vibrated and contact detection and grip detection may be performed by the vibrating arm. Further, only one of the arms may be opened / closed and oscillated.

さらに、一方のアームを静電方式に変わる他の方式のアクチュエータで開閉駆動し、他方のアームを静電アクチュエータで振動のみさせて、そのアームにより接触検出や把持検出を行わせても良い。他の方式のアクチュエータとしては、熱膨張によってアームを駆動させる熱アクチュエータなどがある。この場合には、振動する方のアームは開閉動作を行わないのでAGC回路95を省略しても良いが、アームを微小振幅で安定的に振動させるためにはAGC回路95を用いる方が好ましい。   Furthermore, one arm may be driven to open and close by another type of actuator that changes to the electrostatic method, and the other arm may be caused to vibrate only by the electrostatic actuator, and contact detection or grip detection may be performed by that arm. As another type of actuator, there is a thermal actuator that drives an arm by thermal expansion. In this case, the AGC circuit 95 may be omitted because the vibrating arm does not perform the opening / closing operation, but it is preferable to use the AGC circuit 95 in order to vibrate the arm stably with a minute amplitude.

《製造工程の説明》
次に、SOI(silicon on insulator)基板を用いてナノピンセット1を形成する場合の、製造方法について説明する。なお、以下ではアーム3A,3Bや静電アクチュエータ6A,6Bの部分の形成方法について説明し、駆動回路部9については説明および図示を省略する。駆動回路部9はアーム3A,3Bや静電アクチュエータ6A,6Bを構成するものと同一のシリコン層に半導体プロセス技術によって形成しても良いし、別に作成した回路素子を台座7上に配置するようにしても良い。
<< Description of manufacturing process >>
Next, a manufacturing method in the case where the nanotweezers 1 are formed using an SOI (silicon on insulator) substrate will be described. In the following, a method for forming the arms 3A and 3B and the electrostatic actuators 6A and 6B will be described, and the description and illustration of the drive circuit unit 9 will be omitted. The drive circuit unit 9 may be formed on the same silicon layer as that constituting the arms 3A and 3B and the electrostatic actuators 6A and 6B by a semiconductor process technique, or a circuit element created separately may be arranged on the pedestal 7. Anyway.

ナノピンセット1の形成に用いる基板100としては、図11(a)に示すように<110>方位の単結晶シリコンから成るベース層101、酸化シリコンから成る絶縁層102、<110>方位の単結晶シリコンから成るシリコン層103が順に積層されたシリコン基板が用いられる。シリコン基板100には、SOI基板だけでなく、ガラス基板上に単結晶シリコン層を有する基板や、アモルファスシリコン基板やポリシリコン基板上にSOI層を有する基板なども用いることができる。すなわち、最上層が<110>方位を有するシリコン層103であって、このシリコン層103の下層に絶縁層102が形成されているような層構造を有するシリコン基板であれば、ベース層101を多層構造としてもかまわない。   As shown in FIG. 11A, the substrate 100 used for forming the nanotweezers 1 includes a base layer 101 made of <110> -oriented single crystal silicon, an insulating layer 102 made of silicon oxide, and a <110> -oriented single crystal. A silicon substrate in which silicon layers 103 made of silicon are sequentially stacked is used. As the silicon substrate 100, not only an SOI substrate but also a substrate having a single crystal silicon layer on a glass substrate, a substrate having an SOI layer on an amorphous silicon substrate or a polysilicon substrate, or the like can be used. That is, if the uppermost layer is the silicon layer 103 having the <110> orientation and the silicon substrate has a layer structure in which the insulating layer 102 is formed below the silicon layer 103, the base layer 101 is formed in multiple layers. It does not matter as a structure.

シリコン基板100の各層の厚さの一例を述べると、シリコン層103は25μm、絶
縁層102は1μm、ベース層101は300μmである。また、シリコン基板100上における1つのナノピンセットを形成する領域は縦、横ともに数mmの矩形状をしている。図11(a)に示す工程では、スパッタリング法や真空蒸着法などにより、厚さ約50nmのアルミ層104をシリコン層103の表面に形成する。
An example of the thickness of each layer of the silicon substrate 100 will be described. The silicon layer 103 is 25 μm, the insulating layer 102 is 1 μm, and the base layer 101 is 300 μm. In addition, a region for forming one nanotweezers on the silicon substrate 100 has a rectangular shape of several mm in both length and width. In the step shown in FIG. 11A, an aluminum layer 104 having a thickness of about 50 nm is formed on the surface of the silicon layer 103 by sputtering or vacuum deposition.

次に、図11(b)のようにアルミ層104の表面にレジスト105を約2μmの厚さで形成し、フォトリソグラフィによりレジスト105を露光・現像することにより、図11(c)に示すレジストパターン105aを形成する。図14はシリコン基板100の斜視図であり、アルミ層104の上面に、アーム3A,3B,静電アクチュエータ6A,6B等に対応するレジストパターン105aが形成されている。なお、図11(c)は図7のF−F’断面を示したものである。   Next, as shown in FIG. 11B, a resist 105 having a thickness of about 2 μm is formed on the surface of the aluminum layer 104, and the resist 105 is exposed and developed by photolithography to thereby form the resist shown in FIG. 11C. A pattern 105a is formed. FIG. 14 is a perspective view of the silicon substrate 100. On the upper surface of the aluminum layer 104, resist patterns 105a corresponding to the arms 3A and 3B, the electrostatic actuators 6A and 6B, and the like are formed. In addition, FIG.11 (c) shows the F-F 'cross section of FIG.

次に、図11(d)に示すように、このレジストパターン105aをマスクとして混酸
液によりアルミ層104をエッチングし、シリコン層103を露出させる。その後、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によりシリコン層103を垂直方向に異方性エッチングする。このエッチングは絶縁層102が露出するまで行われ、エッチング終了後、硫酸・過酸化水素混合液によりレジストパターン105aおよびアルミ層104を除去する(図12(a)参照)。
Next, as shown in FIG. 11D, the aluminum layer 104 is etched with a mixed acid solution using the resist pattern 105a as a mask to expose the silicon layer 103. Next, as shown in FIG. Thereafter, the silicon layer 103 is anisotropically etched in the vertical direction by ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching). This etching is performed until the insulating layer 102 is exposed. After the etching is completed, the resist pattern 105a and the aluminum layer 104 are removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixed solution (see FIG. 12A).

図15は、レジストパターン105aおよびアルミ層104を除去した後の基板100を示す斜視図である。絶縁層102上には、同一シリコン層103により立体構造体が形成される。その立体構造体は、アーム3A,3Bを構成する部分103aと、静電アクチュエータ6A,6Bを構成する部分103bと、電極端子80〜84を構成する部分103cと、後述するガード4を構成する部分103dとから成る。   FIG. 15 is a perspective view showing the substrate 100 after the resist pattern 105a and the aluminum layer 104 are removed. A three-dimensional structure is formed on the insulating layer 102 by the same silicon layer 103. The three-dimensional structure includes a portion 103a constituting the arms 3A and 3B, a portion 103b constituting the electrostatic actuators 6A and 6B, a portion 103c constituting the electrode terminals 80 to 84, and a portion constituting the guard 4 described later. 103d.

次いで、露出した絶縁層102およびシリコン層103(103a〜103d)を覆う
ようにレジスト106を塗布する(図12(b)参照)。レジスト106の塗布厚さは10μm程度とする。その後、フォトリソグラフィによりレジスト106にマスクパターンを転写して現像することにより、図16に示すようにアーム構成部103aの先端部分におけるレジスト106が矩形状に除去されたレジストパターン106aを形成する。そして、レジストパターン106aをマスクとしてICP−RIEや通常のRIEなどを行い、アーム構成部103aの先端部分をナノピンセットの把持対象に合わせた形状および大きさに加工する。
Next, a resist 106 is applied so as to cover the exposed insulating layer 102 and silicon layers 103 (103a to 103d) (see FIG. 12B). The coating thickness of the resist 106 is about 10 μm. Thereafter, the mask pattern is transferred to the resist 106 by photolithography and developed, thereby forming a resist pattern 106a in which the resist 106 at the tip of the arm constituent portion 103a is removed in a rectangular shape as shown in FIG. Then, ICP-RIE, normal RIE, or the like is performed using the resist pattern 106a as a mask, and the tip portion of the arm constituent portion 103a is processed into a shape and size that match the gripping target of the nanotweezers.

次に、図12(c)に示すように基板100を表裏反転させて、スパッタリング法や真空蒸着法によりベース層101の表面にアルミ層107を形成する。アルミ層107の厚さは、約50nmとする。そして、アルミ層107の上にレジスト108を約2μmの厚さに形成した後にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、そのレジスト108をマスクに用いてアルミ層107を混酸液によりエッチングする(図13(a)参照)。   Next, as shown in FIG. 12C, the substrate 100 is turned upside down, and an aluminum layer 107 is formed on the surface of the base layer 101 by sputtering or vacuum evaporation. The thickness of the aluminum layer 107 is about 50 nm. Then, after forming a resist 108 on the aluminum layer 107 to a thickness of about 2 μm, a resist pattern is formed by photolithography, and the aluminum layer 107 is etched with a mixed acid solution using the resist 108 as a mask (FIG. 13 ( a)).

図17は、レジスト108およびアルミ層107の形状を示す斜視図である。図13(
a)は図17のG−G’断面を示したものであり、絶縁層102の図示下側(表面側)にはシリコン層103によるアーム部103aの断面が図示されている。図17から判るように、レジスト108は、後述するガード4および連結部5に対応する部分R1,R2、台座7に対応する部分R3および図4の連結部材8に対応する部分R4が残っており、逆に図4に示した貫通孔7a,7bに対応する部分が除去されてベース層101が露出している。
FIG. 17 is a perspective view showing the shapes of the resist 108 and the aluminum layer 107. FIG.
FIG. 17A is a cross-sectional view taken along the line GG ′ of FIG. 17, and a cross section of the arm portion 103 a formed of the silicon layer 103 is illustrated on the lower side (surface side) of the insulating layer 102. As can be seen from FIG. 17, the resist 108 has portions R1 and R2 corresponding to the guard 4 and the connecting portion 5 described later, a portion R3 corresponding to the base 7 and a portion R4 corresponding to the connecting member 8 of FIG. Conversely, portions corresponding to the through holes 7a and 7b shown in FIG. 4 are removed, and the base layer 101 is exposed.

その後、ベース層101の上に形成されたレジスト108およびアルミ層107をマスクとして、ベース層101をICP−RIEによりエッチングする。ベース層101は異方性エッチングにより垂直方向にエッチングされ、エッチングは絶縁層102が露出するまで行われる。エッチング終了後に、硫酸・過酸化水素混液によりレジスト108,106およびアルミ層107を除去する(図13(b)参照)。   Thereafter, the base layer 101 is etched by ICP-RIE using the resist 108 and the aluminum layer 107 formed on the base layer 101 as a mask. The base layer 101 is etched in the vertical direction by anisotropic etching, and the etching is performed until the insulating layer 102 is exposed. After the etching is completed, the resists 108 and 106 and the aluminum layer 107 are removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixed solution (see FIG. 13B).

図18は、図13(b)に示すベース層101の裏面側を示す図である。エッチングに
より、ベース層101には貫通孔7a,7bを有する台座7やガード4,連絡部5および連結部材8が形成される。基板100上には、ガード4が形成されたナノピンセット1が複数形成される。次いで、台座上に露出している酸化シリコンから成る絶縁層102を、緩衝フッ化水素溶液を用いてエッチングする。その結果、シリコン層103とベース層101とで挟まれた領域を除いて、絶縁層102が除去される(図13(c)参照)。
FIG. 18 is a diagram showing the back side of the base layer 101 shown in FIG. Etching forms the base 7 having the through holes 7a and 7b, the guard 4, the connecting portion 5 and the connecting member 8 in the base layer 101. On the substrate 100, a plurality of nanotweezers 1 on which guards 4 are formed are formed. Next, the insulating layer 102 made of silicon oxide exposed on the pedestal is etched using a buffered hydrogen fluoride solution. As a result, the insulating layer 102 is removed except for a region sandwiched between the silicon layer 103 and the base layer 101 (see FIG. 13C).

図19はベース層101の表面側を示す斜視図であり、図13(c)は図19のH−H’断面を示したものである。電極部103とベース部101との間には絶縁層102が介在している。その後、図13(d)に示すように、露出しているベース層101の上および各構造体を構成するシリコン層103の上に、真空蒸着法等によりアルミ等からなる導体膜109を形成する。導体膜109の厚さは500nm以下とする。   FIG. 19 is a perspective view showing the surface side of the base layer 101, and FIG. 13C shows the H-H 'cross section of FIG. An insulating layer 102 is interposed between the electrode portion 103 and the base portion 101. Thereafter, as shown in FIG. 13D, a conductor film 109 made of aluminum or the like is formed on the exposed base layer 101 and on the silicon layer 103 constituting each structure by a vacuum deposition method or the like. . The thickness of the conductor film 109 is 500 nm or less.

このようにして、ガード4を備えたナノピンセット1が形成される。なお、把持対象に
よってはFIBなどの加工装置によりグリップ部3aをさらに追加工しても良い。ガード4はナノピンセット1のアーム3A,3Bを保護するものであり、連結部5により台座7に連結されている。ナノピンセット1を使用する際には、連結部5の部分を折って、ガード4をナノピンセット1から外して用いる。
In this way, the nano tweezers 1 including the guard 4 is formed. Depending on the object to be gripped, the grip portion 3a may be further machined by a processing apparatus such as FIB. The guard 4 protects the arms 3 </ b> A and 3 </ b> B of the nanotweezers 1 and is connected to the pedestal 7 by a connecting portion 5. When using the nano tweezers 1, the connecting portion 5 is folded and the guard 4 is removed from the nano tweezers 1.

[変形例]
図20は、熱アクチュエータを用いたナノピンセットの一例を示す図である。開閉動作するアーム3Aには、駆動レバー23,24から成る熱アクチュエータが設けられている。一方、静電アクチュエータ6Bが設けられたアーム3Bは、開閉動作は行わず振動動作のみを行う。駆動レバー23,24は、それぞれの梁部23a,梁部24aがアーム3Aに接続されている。梁部24aのX方向の幅は、梁部23aよりも狭く作製されている。
[Modification]
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of nanotweezers using a thermal actuator. The arm 3 </ b> A that opens and closes is provided with a thermal actuator including drive levers 23 and 24. On the other hand, the arm 3 </ b> B provided with the electrostatic actuator 6 </ b> B does not perform an opening / closing operation but only performs a vibration operation. As for the drive levers 23 and 24, each beam part 23a and beam part 24a are connected to arm 3A. The width in the X direction of the beam portion 24a is made narrower than that of the beam portion 23a.

熱アクチュエータの駆動レバー23,24は電源部200に接続されている。電源部200は、直列に接続された2つの可変電源200a,200bを有し、可変電源200aのマイナス側が駆動レバー23に接続され、可変電源200bのプラス側が駆動レバー24に接続されている。可変電源200aと200bの接続点はアース電位とされる。   The drive levers 23 and 24 of the thermal actuator are connected to the power supply unit 200. The power supply unit 200 includes two variable power supplies 200 a and 200 b connected in series. The minus side of the variable power supply 200 a is connected to the drive lever 23, and the plus side of the variable power supply 200 b is connected to the drive lever 24. The connection point between the variable power supplies 200a and 200b is set to the ground potential.

梁部24aの抵抗値は梁部23aよりも大きく設定されており、電源部200から駆動レバー23,24へ電力が供給されると、ジュール熱の発生が大きな梁部24aの方が梁部23aよりも大きく熱膨張する。その結果、根元部分の幅が狭くなった部分20aを支点として、アーム3Aが傾くように閉じる。なお、アーム3B側の振動駆動に関しては、上述したナノピンセットと同様であるので説明を省略するが、上述した実施の形態と同様の効果を奏することができる。   The resistance value of the beam portion 24a is set to be larger than that of the beam portion 23a. When electric power is supplied from the power source unit 200 to the drive levers 23 and 24, the beam portion 24a that generates a large amount of Joule heat is larger. Thermal expansion is greater than As a result, the arm 3A is closed so that the arm 3A is inclined with the portion 20a where the width of the root portion is narrowed as a fulcrum. The vibration drive on the arm 3B side is the same as that of the nanotweezers described above and will not be described. However, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

《把持動作の説明》
最後に、ナノピンセット1による把持動作の一例を図21,22を参照しながら説明する。前述したように、ナノピンセット1は、XYZステージ等によって3次元方向に移動することができる。まず、図21(a)に示すように、アーム3A,3Bを開いた状態で、ナノピンセット1をZ軸方向に移動してアーム3A,3Bを試料300の方向へと近づける。この段階では、アーム6A,3Bは自由な状態なので、自励発振により所定の振幅で振動している。
<Description of gripping action>
Finally, an example of the gripping operation by the nano tweezers 1 will be described with reference to FIGS. As described above, the nanotweezers 1 can be moved in a three-dimensional direction by an XYZ stage or the like. First, as shown in FIG. 21A, with the arms 3A and 3B opened, the nanotweezers 1 are moved in the Z-axis direction to bring the arms 3A and 3B closer to the sample 300. At this stage, since the arms 6A and 3B are in a free state, they vibrate with a predetermined amplitude by self-excited oscillation.

次に、図21(b)に示すように、試料300が載置されている台302に接触すると、接触した際にアーム3A,3Bの振動が小さくなる。接触による拘束力が非常に小さければAGC回路95によって振幅を所定値に維持できるが、拘束力が振幅を所定値に維持できる範囲を越えると振幅が所定値よりも小さくなる。そして、アーム3A,3Bを台302に押しつける力が増して拘束力がさらに大きくなると、振幅を一定に保てなくなりアーム3A,3Bの振動が停止する。図21(b)では、振動が停止した状態を示した。   Next, as shown in FIG. 21B, when the sample 300 is brought into contact with the stage 302 on which the sample 300 is placed, the vibrations of the arms 3A and 3B are reduced when the sample 300 is brought into contact. If the restraining force due to contact is very small, the AGC circuit 95 can maintain the amplitude at a predetermined value. However, if the restraining force exceeds a range where the amplitude can be maintained at the predetermined value, the amplitude becomes smaller than the predetermined value. When the force pressing the arms 3A and 3B against the base 302 increases and the restraining force further increases, the amplitude cannot be kept constant, and the vibrations of the arms 3A and 3B stop. FIG. 21B shows a state where the vibration is stopped.

この場合、アーム3A,3Bの台302への接触は、上述したように周波数の変化、振幅の変化、制御電圧Vcの変化のいずれかにより検出することができる。例えば、振幅が基準値よりも小さくなった場合に、アーム3A,3Bが台302に接触したと判断する。   In this case, the contact of the arms 3A and 3B with the table 302 can be detected by any one of a change in frequency, a change in amplitude, and a change in control voltage Vc as described above. For example, when the amplitude becomes smaller than the reference value, it is determined that the arms 3A and 3B are in contact with the table 302.

図21(c)では、把持動作に移行するために、アーム3A,3Bを微少量だけ上昇させる。その結果、アーム3A,3Bが再び振動することになる。アーム3A,3Bを台302から微少量上昇させたならば、アーム開閉電圧を上げて、図22(a)に示すようにアーム3A,3Bの閉動作を開始する。そして、図22(b)に示すようにアーム3A,3Bが試料300を把持すると、把持力によってアーム3A,3Bの振動が停止する。アーム3A,3Bの振動の停止は、図7の接触・把持検出回路93により検出される。把持が検出されたならば、アーム開閉電圧の上昇を停止して把持検出時の電圧に保持する。その後、XYZステージを駆動して、図22(c)に示すように試料300を把持した状態でナノピンセット1を移動し、試料300を所望の位置へと搬送する。   In FIG. 21C, the arms 3A and 3B are lifted by a small amount in order to shift to the gripping operation. As a result, the arms 3A and 3B vibrate again. When the arms 3A and 3B are slightly raised from the table 302, the arm opening / closing voltage is increased and the closing operation of the arms 3A and 3B is started as shown in FIG. When the arms 3A and 3B grip the sample 300 as shown in FIG. 22B, the vibration of the arms 3A and 3B is stopped by the gripping force. The stop of the vibration of the arms 3A and 3B is detected by the contact / gripping detection circuit 93 of FIG. If gripping is detected, the increase in arm open / close voltage is stopped and held at the voltage at the time of gripping detection. Thereafter, the XYZ stage is driven to move the nanotweezers 1 while holding the sample 300 as shown in FIG. 22C, and transport the sample 300 to a desired position.

図7に示した駆動回路部9および接触/把持検出回路93は、振動振幅を検出することにより櫛歯ドライブの接触・把持状態を検出するものである。しかし、櫛歯ドライブの接触・把持状態を検出するためには、周波数検出に基づいて接触・把持状態を検出すること、あるいは位相検出に基づいて接触・把持状態を検出することも可能である。以下、周波数検出系を備えた接触・把持検出回路、および、位相検出系を備えた接触・把持検出回路について説明する。   The drive circuit unit 9 and the contact / grip detection circuit 93 shown in FIG. 7 detect the contact / grip state of the comb drive by detecting the vibration amplitude. However, in order to detect the contact / gripping state of the comb drive, it is also possible to detect the contact / gripping state based on frequency detection or to detect the contact / gripping state based on phase detection. Hereinafter, a contact / gripping detection circuit including a frequency detection system and a contact / gripping detection circuit including a phase detection system will be described.

図23は、振動周波数検出系を備えた接触・把持検出回路である。本図において、図7と同様の構成要素には、図7と同様の符号を付してある。本図では、図7と異なり、増幅器91の正帰還路中にバンドパスフィルタBPFおよび位相シフタPSを含んでいる。位相シフタPSを調整することにより、発振周波数の微調整を行うことができる。FMデモジュレータFMDMは、基準周波数fに対する周波数シフト量を検出して周波数偏差信号を出力する。この周波数偏差信号は接触/把持検出回路93Aに入力され、図示されていない閾値回路による判定結果に基づいて、試料との接触あるいは把持状態が検出される。 FIG. 23 shows a contact / gripping detection circuit including a vibration frequency detection system. In this figure, components similar to those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this figure, unlike FIG. 7, the positive feedback path of the amplifier 91 includes a bandpass filter BPF and a phase shifter PS. The oscillation frequency can be finely adjusted by adjusting the phase shifter PS. FM demodulator FMDM outputs the frequency deviation signal by detecting the frequency shift amount with respect to the reference frequency f 0. The frequency deviation signal is input to the contact / gripping detection circuit 93A, and based on a determination result by a threshold circuit (not shown), the contact with the sample or the gripping state is detected.

図24は、位相検出系を備えた接触・把持検出回路である。本図において、図7と同様の構成要素には、図7と同様の符号を付してある。本図では、上記図23の場合と同様、増幅器91の正帰還路中にバンドパスフィルタBPFおよび位相シフタPSを含んでいる。位相シフタPSを調整することにより、発振周波数の微調整を行うことができる。本図では、位相検出器PHDETを備えており、予め調整した任意の位相(フリー状態の位相を用いる)を零位相として、位相シフト量を電圧に変換する。位相検出器PHDETの出力信号は接触/把持検出回路93Bに入力され、図示されていない閾値回路による判定結果に基づいて、試料との接触あるいは把持状態が検出される。   FIG. 24 shows a contact / gripping detection circuit including a phase detection system. In this figure, components similar to those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this figure, the band-pass filter BPF and the phase shifter PS are included in the positive feedback path of the amplifier 91 as in the case of FIG. The oscillation frequency can be finely adjusted by adjusting the phase shifter PS. In this figure, a phase detector PHDET is provided, and a phase shift amount is converted into a voltage with an arbitrary phase (using a free state phase) adjusted in advance as a zero phase. The output signal of the phase detector PHDET is input to the contact / gripping detection circuit 93B, and the contact or gripping state with the sample is detected based on the determination result by a threshold circuit not shown.

上述した実施の形態では、シリコン基板を加工してナノピンセットを形成したが、このような形成方法に限らず、種々の形成方法によりナノピンセットを形成しても良い。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the nanotweezers are formed by processing the silicon substrate. However, the present invention is not limited to such a forming method, and nanotweezers may be formed by various forming methods. In addition, the above description is an example to the last, and this invention is not limited to the said embodiment at all unless the characteristic of this invention is impaired.

本発明によるナノピンセットの一実施の形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the nanotweezers by this invention. グリップ部30の詳細を示す拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view showing details of a grip part 30. アーム3Aと可動電極61aとの連結部分を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the connection part of arm 3A and the movable electrode 61a. ナノピンセットの断面形状を示す図であり、図1のA−A’断面,B−B’断面,C−C’断面およびD−D’断面をそれぞれ示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of nano tweezers, and is a figure which each shows the A-A 'cross section, B-B' cross section, C-C 'cross section, and D-D' cross section of FIG. (a)は静電アクチュエータ6Aの固定電極60aおよび可動電極61aの構造を示す拡大図であり、(b)は静電アクチュエータ6Aにおける電気・機械結合系の等価回路を示す図である。(A) is an enlarged view showing the structure of the fixed electrode 60a and the movable electrode 61a of the electrostatic actuator 6A, and (b) is a diagram showing an equivalent circuit of an electromechanical coupling system in the electrostatic actuator 6A. アドミッタンス値|Y|の角周波数依存性を表すアドミッタンス曲線を示す図である。It is a figure which shows the admittance curve showing the angular frequency dependence of admittance value | Y |. 駆動回路部9を説明するブロック図である。3 is a block diagram illustrating a drive circuit unit 9. FIG. AGC回路95の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of an AGC circuit 95. FIG. 開閉電圧およびゲイン制御電圧Vcを変えたときのアーム3A,3Bの振幅の測定データを示す図である。It is a figure which shows the measurement data of the amplitude of arms 3A and 3B when changing the switching voltage and the gain control voltage Vc. 接触前後における出力電圧Vの一例を示す図であり、(a)は接触前の信号を、(b)は接触後の信号をそれぞれ示す。Is a diagram showing an example of the output voltage V 0 before and after contact, showing (a) is a signal before contact, (b), each signal after contact. ナノピンセットの製造手順を説明する図であり、(a)〜(d)の順に工程が進む。It is a figure explaining the manufacture procedure of nano tweezers, and a process progresses in order of (a)-(d). 図11の工程に続く工程を示す図であり、(a)〜(c)の順に工程が進む。It is a figure which shows the process following the process of FIG. 11, and a process progresses in order of (a)-(c). 図12の工程に続く工程を示す図であり、(a)〜(d)の順に工程が進む。It is a figure which shows the process following the process of FIG. 12, and a process progresses in order of (a)-(d). 図11(c)のシリコン基板100の斜視図である。It is a perspective view of the silicon substrate 100 of FIG.11 (c). レジストパターン105aおよびアルミ層104を除去した後の基板100を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the board | substrate 100 after removing the resist pattern 105a and the aluminum layer 104. FIG. レジストパターン106aを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the resist pattern 106a. 図13(a)のレジスト108およびアルミ層107の形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of the resist 108 and the aluminum layer 107 of Fig.13 (a). 図13(b)に示すベース層101の裏面側を示す図である。It is a figure which shows the back surface side of the base layer 101 shown in FIG.13 (b). 図13(c)のベース層101の表面側を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the surface side of the base layer 101 of FIG.13 (c). 熱アクチュエータを用いたナノピンセットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the nano tweezers using a thermal actuator. ナノピンセット1による把持動作を説明する図であり、(a)〜(c)の順に動作が行われる。It is a figure explaining the holding | grip operation | movement by the nano tweezers 1, and operation | movement is performed in order of (a)-(c). 図21に示す把持動作に続く手順を示す図であり、(a)〜(c)の順に動作が行われる。It is a figure which shows the procedure following the holding | grip operation | movement shown in FIG. 21, and operation | movement is performed in order of (a)-(c). 振動周波数検出系を備えた接触・把持検出回路を示す図である。It is a figure which shows the contact and holding | grip detection circuit provided with the vibration frequency detection system. 位相検出系を備えた接触・把持検出回路を示す図である。It is a figure which shows the contact and holding | grip detection circuit provided with the phase detection system.

符号の説明Explanation of symbols

1:ナノピンセット、3A,3B:アーム、6A,6B:静電アクチュエータ、8:連結部材、9:駆動回路部、11:共振回路、23,24:駆動レバー、60a,60b:固定電極、61a,61a:可動電極、91:増幅器、92:DC電源、93:接触/把持検出回路、95:AGC回路、600,610:櫛歯、300:試料   1: Nano tweezers, 3A, 3B: Arm, 6A, 6B: Electrostatic actuator, 8: Connecting member, 9: Drive circuit section, 11: Resonance circuit, 23, 24: Drive lever, 60a, 60b: Fixed electrode, 61a 61a: movable electrode, 91: amplifier, 92: DC power supply, 93: contact / gripping detection circuit, 95: AGC circuit, 600, 610: comb teeth, 300: sample

Claims (7)

開閉自在な一対のアームと、
開閉駆動電圧が印加され、前記一対のアームの少なくとも一方を開閉駆動する静電アクチュエータと、
前記静電アクチュエータが有する電気的等価回路を帰還回路として用いることにより自励発振させ、その自励発振により前記アームを振動させる増幅器と、
前記アームの物体への接触による振動状態の変化を検出する振動状態検出部とを備えたことを特徴とするナノピンセット。
A pair of arms that can be opened and closed;
An electrostatic actuator to which an open / close drive voltage is applied and which drives to open / close at least one of the pair of arms;
An amplifier that self-oscillates by using an electrical equivalent circuit of the electrostatic actuator as a feedback circuit, and vibrates the arm by the self-excited oscillation;
A nanotweezers comprising: a vibration state detection unit that detects a change in vibration state due to contact of the arm with an object.
開閉動作する第1のアームと、
静電アクチュエータを備えた第2のアームと、
前記静電アクチュエータが有する電気的等価回路を帰還回路として用いることにより自励発振させ、その自励発振により前記第2のアームを振動させる増幅器と、
前記第2のアームの物体への接触による振動状態の変化を検出する振動状態検出部とを備え、
前記第1及び第2のアームにより試料を把持することを特徴とするナノピンセット。
A first arm that opens and closes;
A second arm with an electrostatic actuator;
An amplifier that self-oscillates by using an electrical equivalent circuit of the electrostatic actuator as a feedback circuit, and vibrates the second arm by the self-excited oscillation;
A vibration state detection unit that detects a change in vibration state due to contact of the second arm with an object;
A nanotweezers characterized in that a sample is gripped by the first and second arms.
請求項1または2に記載のナノピンセットにおいて、
前記自励発振により振動する前記アームの振幅が非接触時に一定となるように、前記増幅器の利得を調整する利得調整手段を備えたことを特徴とするナノピンセット。
The nanotweezers according to claim 1 or 2,
Nano tweezers comprising gain adjusting means for adjusting the gain of the amplifier so that the amplitude of the arm oscillating by the self-oscillation is constant when not in contact.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、
前記振動状態検出部で検出された前記振動状態の変化に基づき、前記アームによる試料の把持を検出する把持検出手段をさらに備えたことを特徴とするナノピンセット。
In the nanotweezers according to any one of claims 1 to 3,
The nanotweezers further comprising gripping detection means for detecting gripping of the sample by the arm based on the change in the vibration state detected by the vibration state detection unit.
請求項1〜4のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、
前記振動状態の変化は、前記アームの物体への接触による共振振動の振幅の変化、周波数の変化および位相の変化のいずれか一つであることを特徴とするナノピンセット。
In the nanotweezers according to any one of claims 1 to 4,
The change in the vibration state is any one of a change in amplitude, a change in frequency, and a change in phase due to contact of the arm with the object.
請求項1〜5のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、
前記静電アクチュエータは、静止櫛歯電極部と、前記アームに連結されて該アームを駆動する可動櫛歯電極部とを有することを特徴とするナノピンセット。
In the nanotweezers according to any one of claims 1 to 5,
The electrostatic actuator has a stationary comb electrode part and a movable comb electrode part connected to the arm and driving the arm.
請求項1に記載のナノピンセットによる試料の把持方法であって、
前記振動変化検出部により前記振動の変化が検出されるまで、前記ナノピンセットを前記試料が載置された載置部の方向へ移動し、
前記振動変化検出部により前記振動の変化が検出されたならば、前記ナノピンセットを前記載置部の方向と逆の方向に所定移動量だけ移動し、
前記移動の後に前記静電アクチュエータにより前記アームを閉駆動し、
前記振動変化検出部により前記振動の変化が検出されたならば、前記静電アクチュエータによる前記アームの閉駆動を停止することを特徴とする把持方法。
A method for gripping a sample with the nanotweezers according to claim 1,
Move the nanotweezers in the direction of the placement part on which the sample is placed, until the vibration change is detected by the vibration change detection part,
If the vibration change is detected by the vibration change detection unit, the nanotweezers are moved by a predetermined movement amount in a direction opposite to the direction of the placement unit,
After the movement, the arm is closed by the electrostatic actuator,
When the vibration change is detected by the vibration change detection unit, the holding operation of the arm by the electrostatic actuator is stopped.
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