JP2010058222A - Cantilever for processing - Google Patents
Cantilever for processing Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010058222A JP2010058222A JP2008226272A JP2008226272A JP2010058222A JP 2010058222 A JP2010058222 A JP 2010058222A JP 2008226272 A JP2008226272 A JP 2008226272A JP 2008226272 A JP2008226272 A JP 2008226272A JP 2010058222 A JP2010058222 A JP 2010058222A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- processing
- probe
- cantilever
- lever
- probes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Abstract
Description
微細加工をするための原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用した加工法に使用する加工用カンチレバーに関するものであり、微小ピッチの微細溝を極めて高能率でかつ高精度で加工することができ、無電解ニッケル面に微細パターン（例えば５μｍピッチ、溝幅１μｍ）を形成する場合の微細溝加工や、サブμｍ幅のいわゆるサブ波長構造の微細溝加工に利用することができるものである。 It relates to a processing cantilever used in a processing method that uses the function of an atomic force microscope (AFM) for micro processing, and can process micro grooves with extremely high efficiency and high accuracy. It can be used for fine groove processing when a fine pattern (for example, 5 μm pitch and groove width 1 μm) is formed on the electroless nickel surface, or for so-called sub-wavelength structure fine groove processing with a sub-μm width.
加工用カンチレバーに関する従来の技術として特開２００５−２５８２８５号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
この従来技術はフォトマスクの黒欠陥（凸状欠陥）をプローブ顕微鏡技術を用いて修正する際、プローブとマスクガラス基板間の摩擦による静電気の帯電に起因するマスクパターン間の放電を防止することにより、マスクパターンを破損させることなく修正することを可能にしたものである。これは図２２に示すように、欠陥部を機械的に削りとる（切削する）のに用いられる慣用の加工用カンチレバー、すなわち、カンチレバー保持部（ベース部）１０２から突設した幅狭のレバー部１０１の先端にプローブ１０５が固着された加工用カンチレバーに導電性コート１０３を施して導電性をもたせ（図２２）、これにより、加工時の摩擦によってプローブ１０５に生じた静電気をカンチレバー部１０１、カンチレバー保持部から装置筐体へ逃がすものであって、マスクガラス基板の静電気帯電を防ぎ、マスクパターン間の放電によるパターンの破損を防止しながらマスクパターンを修正することができるものである。
As a conventional technique related to a processing cantilever, there is one described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-258285 (Patent Document 1).
This conventional technology prevents discharge between mask patterns caused by electrostatic charging due to friction between the probe and the mask glass substrate when correcting black defects (convex defects) of the photomask using probe microscope technology. The mask pattern can be corrected without being damaged. As shown in FIG. 22, this is a conventional processing cantilever used for mechanically cutting (cutting) a defective portion, that is, a narrow lever portion protruding from a cantilever holding portion (base portion) 102. The processing cantilever with the probe 105 fixed to the tip of 101 is made conductive by applying a conductive coat 103 (FIG. 22), and thereby the static electricity generated in the probe 105 due to friction during processing can be transferred to the cantilever portion 101 and the cantilever. The escape is from the holding unit to the apparatus housing, and the mask glass substrate can be corrected while preventing electrostatic charging of the mask glass substrate and preventing damage to the pattern due to discharge between the mask patterns.
また、カンチレバー型アクチュエータに関する従来の技術として特開平６−３１７４０４号公報（特許文献２）に記載されているものがある。
このものは、走査型探針顕微鏡に用いられるカンチレバー型アクチュエータについて、表面の凹凸が比較的大きな試料を観察する場合にも、探針の接触角の変化や位置ずれを小さくすることができるものであり、図２３に示すように、カンチレバー型アクチュエータの固定電極２１３を有する基板２１１に、固定端側の機械的強度の小さい部分２０１とプローブ（探針）２１７が設けられている自由端側の機械的強度の大きい部分２０２から成るカンチレバー２１６が、支持体２１５により支持されているものである。
Further, as a conventional technique related to a cantilever actuator, there is one described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-317404 (Patent Document 2).
This is a cantilever actuator used in a scanning probe microscope, which can reduce changes in the contact angle and displacement of the probe even when observing a sample with relatively large surface irregularities. 23, as shown in FIG. 23, a free-end-side machine in which a substrate 211 having a fixed electrode 213 of a cantilever actuator is provided with a portion 201 having a low mechanical strength on the fixed end side and a probe (probe) 217 is provided. A cantilever 216 composed of a portion 202 having a high strength is supported by a support 215.
また、マルチプローブ及び走査型プローブ顕微鏡に関する従来技術が特開２０００−２６６６５８号公報（特許文献３）に記載されている。
このものは、マルチプローブ及び走査型プローブ顕微鏡についてカンチレバーの切替を簡単にすることができるものであり、図２４に示すように、本体３０２上に複数のカンチレバー３０３，３０４，３０５を設け、カンチレバー３０３，３０４，３０５の幅ｗ１は同一であるが、長さｔ２を異にして、これによってこれらの各共振周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５を互いに異ならせると共に、カンチレバー３０３，３０４，３０５の各試料接触部分であるプローブ（探針）Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５を直線Ｌに沿って略直線状配置とし、加振振動周波数をいずれかの共振周波数に一致させることにより、所要のカンチレバーのみを測定に寄与させることができるものである。
Moreover, the prior art regarding a multiprobe and a scanning probe microscope is described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-266658 (patent document 3).
This can easily switch cantilevers for a multi-probe and a scanning probe microscope. As shown in FIG. 24, a plurality of cantilevers 303, 304, and 305 are provided on a main body 302. 304, 305 have the same width w1, but different length t2, thereby making these resonance frequencies f3, f4, f5 different from each other, and each sample contact portion of the cantilever 303, 304, 305 The probes (probes) D3, D4, and D5 are substantially linearly arranged along the straight line L, and the excitation vibration frequency is made to coincide with one of the resonance frequencies, so that only the required cantilever contributes to the measurement. It is something that can be done.
〔従来技術の問題点〕
微細形状を形成するための加工法としてフォトリソグラフィーやエッチング等の半導体プロセスが汎用されているが、一般的には、これは２．５次元の加工であるので、３次元的な形状を加工するのは困難であって不向きである。他方、機械加工法は加工深さの制御性が高いことから、３次元形状の加工においてこの機械加工法が他の加工法に対して有利であるといわれている。すなわち、曲面を含んだ３次元形状の表面に微細形状を形成するための加工法として、機械加工法は期待されている工法である。
[Problems of the prior art]
A semiconductor process such as photolithography or etching is widely used as a processing method for forming a fine shape. Generally, this is a 2.5-dimensional processing, so that a 3-dimensional shape is processed. It is difficult and unsuitable. On the other hand, since the machining method has high controllability of the machining depth, it is said that this machining method is advantageous over other machining methods in machining a three-dimensional shape. That is, the machining method is expected as a processing method for forming a fine shape on a three-dimensional surface including a curved surface.
超精密に微細形状を形成するための機械加工法としては、ダイヤモンド工具の切れ刃を超精密に形成し、そのダイヤモンド工具を回転させながら加工を行うフライカット工法（ミーリング加工）や、ダイヤモンド工具を回転させないでワークを送ることで加工を行うシェーパー工法（引き切り加工）が代表的である。さらに微細な形状を形成するためにＳＰＭ（走査型探針顕微鏡）の機能を利用した加工法がある。 As a machining method to form a fine shape with high precision, a fly cutting method (milling process), in which the cutting edge of a diamond tool is formed with high precision and the diamond tool is rotated, is used. A typical example is a shaper method (drawing process) in which a workpiece is processed without being rotated. Further, there is a processing method using the function of SPM (scanning probe microscope) to form a finer shape.
このＳＰＭは先端を尖らせたプローブを用いて、物質の表面をなぞるように動かして表面状態を観察する顕微鏡のことである。原子間力を利用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が代表的な顕微鏡である。このＡＦＭの原理を図１に示している。図１において、プローブ１が物質の表面をなぞるときに、カンチレバー２の反り量が一定に維持されるように、つまりフォトダイオード３でのレーザー光４の検出位置が一定となるようにピエゾ５の伸縮によってＺ軸が上下動するフィードバック制御がおこなわれる。カンチレバー２の反り量を一定に維持することは、プローブ１と物質（工作物）６との間に働く力を一定に維持することであり、その力は微小であるため原子間力といわれる。この反り量の設定によって原子間力より大きな荷重を発生させることが可能であり、物質（工作物）６を加工することができる。このときカンチレバー２が工具となり、プローブ１の先端部あるいは先端近傍またはプローブ全体が切れ刃として働く。 This SPM is a microscope that uses a probe with a sharp tip to move the surface of a substance so as to trace the surface state. An atomic force microscope (AFM) using atomic force is a typical microscope. The principle of this AFM is shown in FIG. In FIG. 1, when the probe 1 traces the surface of a substance, the amount of warpage of the cantilever 2 is maintained constant, that is, the detection position of the laser beam 4 at the photodiode 3 is constant. Feedback control is performed in which the Z axis moves up and down by expansion and contraction. Maintaining the amount of warping of the cantilever 2 to be constant is to keep the force acting between the probe 1 and the substance (workpiece) 6 constant, and since the force is minute, it is called an interatomic force. By setting the amount of warp, a load larger than the atomic force can be generated, and the substance (workpiece) 6 can be processed. At this time, the cantilever 2 becomes a tool, and the tip of the probe 1 or the vicinity of the tip or the entire probe works as a cutting edge.
以上のような加工法においては、発生させた荷重を一定に維持することができるので、深さが一定の溝加工が可能である。加工対象（工作物６の加工表面）が曲面であっても、原理的にはその曲面に対して追従することで深さが一定の溝加工が可能である。ピエゾ５によるフィードバック制御のストロークは数μｍ程度であるため、曲面の加工には図１に示すようなヘッド部を搭載して、３次元的に走査できる装置が必要である。 In the above processing method, since the generated load can be maintained constant, groove processing with a constant depth is possible. Even if the object to be machined (the machined surface of the workpiece 6) is a curved surface, in principle, groove processing with a constant depth is possible by following the curved surface. Since the stroke of the feedback control by the piezo 5 is about several μm, a device capable of three-dimensional scanning is necessary for processing a curved surface by mounting a head portion as shown in FIG.
上記特許文献１にＳＰＭの機能を利用した加工によってフォトマスクの黒欠陥を修正することが記載されている。この従来技術は、加工に使用するための切れ刃となるプローブ１０５は一つであるので、このような加工によって微細形状を直径数十ｍｍの領域全体に形成するときには、非常に長い時間を要する。例えば、サブミクロンレベルの微細形状をサブミクロンレベルのピッチで形成するために、数十日間を要することもある。この問題は、加工に限らず、ＡＦＭによる表面形状計測や情報の記録再生等においても共通する問題である。 Patent Document 1 describes that a black defect of a photomask is corrected by processing using the SPM function. In this prior art, since there is one probe 105 serving as a cutting edge for use in processing, it takes a very long time to form a fine shape over the entire region having a diameter of several tens of millimeters by such processing. . For example, it may take several tens of days to form a submicron level fine shape with a submicron level pitch. This problem is not limited to processing, but is a common problem in surface shape measurement by AFM, information recording / reproduction, and the like.
また、上記特許文献２に情報記録再生のためにカンチレバーを複数本使用することが記載されている。さらに、上記特許文献３に表面形状計測のためにカンチレバーのレバー部を複数本有するものが記載されている。
この特許文献３には先端に一つのプローブを有する複数カンチレバー（あるいはレバー部）３０３，３０４，３０５を同時に使用して表面加工を行うことは記載されていないが、仮にこれらの複数のプローブを同時に使用して表面加工用に供するとすれば、その場合は複数のカンチレバーをそれぞれ所望の荷重になるように加工中に制御することが必要である。また、レバー部先端のプローブの間の間隔（ピッチ）、つまりレバー部間のピッチを微小にするにはレバー部を微小にする必要があり、このような微小なレバー部ではそれ自体に必要な強度を確保することが極めて困難で強度不足になり、加工に必要な荷重（加工荷重）をレバー部に発生させることができず、結局、所望の加工を行うことはできない。
Patent Document 2 describes that a plurality of cantilevers are used for information recording / reproduction. Further, Patent Document 3 describes a device having a plurality of cantilever lever portions for surface shape measurement.
Although Patent Document 3 does not describe performing surface processing using a plurality of cantilevers (or lever portions) 303, 304, and 305 having one probe at the tip at the same time, it is assumed that these plural probes are simultaneously used. If used for surface processing, in that case, it is necessary to control a plurality of cantilevers during processing so that each can have a desired load. Further, in order to make the interval (pitch) between the probes at the tip of the lever portion, that is, the pitch between the lever portions, the lever portion needs to be minute, and such a minute lever portion is necessary for itself. It is extremely difficult to ensure the strength and the strength is insufficient, and a load necessary for processing (processing load) cannot be generated in the lever portion, so that desired processing cannot be performed after all.
そこで、この出願の発明は、曲面を含んだ３次元形状の表面にＡＦＭの機能を利用して微細形状を形成するときの加工時間を大幅に短縮することを目的とし、そのために多数の切れ刃となるプローブ（探針）によって多数の微細溝を同時に高精度で加工できる新規な加工用カンチレバーを工夫することをその技術的課題とするものである。 Accordingly, the invention of this application aims to greatly shorten the processing time when forming a fine shape on the surface of a three-dimensional shape including a curved surface by utilizing the function of the AFM. The technical problem is to devise a novel processing cantilever that can simultaneously process a large number of fine grooves with a high-precision probe (probe).
上記課題を解決するための技術的手段は、上記加工用カンチレバーについて切れ刃となるプローブ（探針）がカンチレバーの１本のレバー部先端に多数設けられていることであり、上記プローブ（以下これを単に「プローブ」という）が共通の基材と一体に形成されていることを特徴とする。
なお、上記の「多数」は少なくとも１０以上を意味するが、その技術的範囲は１０未満の比較的少ない複数を除外するのではない（以下、同じ）。
これにより、一回の走査で多数の微細溝を同時に加工することができる。さらには、カンチレバー（あるいはレバー部）が多数あってそれぞれの先端に一つのプローブを設けた従来技術に比して、プローブ間のピッチを微小にすることが可能であるので、なおいっそう微小ピッチの微細溝を加工することができる。
また、本発明の加工用カンチレバーは切れ刃となる多数のプローブは共通の基材と一体に形成されているものであるから、各プローブがそれぞれ別々に形成されるのではなく、多数のプローブが一定の配列パターンで共通の基材（プローブ基材）と一体に形成されるから、高精度なピッチで配置された多数のプローブが加工用カンチレバーの先端に接着されることになる。
さらには、多数のプローブが共通の基材と一体に形成されているから、各プローブは微小であってもこれらが一体になったもの（プローブ群）は、単独のプローブと比較してはるかに大きいサイズであり、したがって、マニピュレーションしやすい大きさになっている。
The technical means for solving the above-mentioned problem is that a large number of probes (probes) serving as cutting edges for the machining cantilever are provided at the tip of one lever portion of the cantilever. Is simply formed with a common base material.
The above-mentioned “many” means at least 10 or more, but the technical scope does not exclude a relatively small number of less than 10 (hereinafter the same).
Thereby, a large number of fine grooves can be processed simultaneously by one scanning. Furthermore, the pitch between the probes can be made smaller than in the prior art in which there are a large number of cantilevers (or lever portions) and one probe is provided at the tip of each cantilever. Fine grooves can be processed.
In addition, since the processing cantilever of the present invention has a large number of probes as cutting edges formed integrally with a common base material, each probe is not formed separately, but a large number of probes are formed. Since they are integrally formed with a common base material (probe base material) with a fixed arrangement pattern, a large number of probes arranged at a high-precision pitch are bonded to the tip of the processing cantilever.
Furthermore, since a large number of probes are integrally formed with a common base material, even if each probe is minute, the one (probe group) in which they are integrated is far more than a single probe. It is a large size and is therefore easy to manipulate.
また、本発明の加工用カンチレバーは、上記多数のプローブが存在するレバー部を複数有することによって、加工用カンチレバーが複数本となるために、さらに多数のプローブを用いて多数の微細溝を一度の走査で形成することができる。
また、本発明の加工用カンチレバーのレバー部はバネ定数が同じであり、各レバー部の先端に多数のプローブとプローブ基材とによるプローブ群が設けられており、上記プローブ群が同じ配列パターンで多数のプローブを形成したものであり、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が全て異なることを特徴としている。
In addition, since the machining cantilever of the present invention has a plurality of lever portions in which a large number of probes are present, the machining cantilever becomes a plurality of machining cantilevers. It can be formed by scanning.
Further, the lever portions of the processing cantilever of the present invention have the same spring constant, and a probe group consisting of a large number of probes and a probe base is provided at the tip of each lever portion, and the probe groups have the same arrangement pattern. A large number of probes are formed, and the distances from the base end surface on the opposite side to the position where the lever portion of the cantilever exists are all different.
加工用カンチレバーがその先端に上記プローブ群を有する複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は同じであり、各レバー部の先端に同じプローブ群があるため、各レバー部先端のプローブ群によって多数の微細パターンを加工することが可能である。さらに、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブの位置までの距離がすべて異なるため、一回の走査で同じ微細パターンを多数加工することができる。 The processing cantilever is composed of a plurality of lever portions having the probe group at the tip thereof, and the spring constants of the plurality of lever portions are the same, and the probe group at the tip of each lever portion has the same probe group at the tip of each lever portion. It is possible to process a large number of fine patterns depending on the group. Furthermore, since the distance from the base end surface on the opposite side to the position where the lever portion of the cantilever exists is all different, a large number of the same fine patterns can be processed in one scan.
また、本発明の加工用カンチレバーは先端に上記プローブ群が設けられた複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は加工時に進行方向前方から後方に順に小さく、カンチレバーの上記レバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであることを特徴としている。
多数のプローブが同じパターンで配列されている上記プローブ群がレバー部先端に設けられており、カンチレバーの上記レバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであるから、各レバーのプローブは加工時の進行方向の前方から後方に順に同じ微細溝をなぞることになり、さらに、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向の前方から後方に順に小さくなるので、プローブにかかる加工荷重は、最初にバネ定数の大きいレバー部によって大きな荷重であり、その後、レバー部のバネ定数が小さくなるから順次小さな荷重になっていく。したがって、一回の走査で粗加工から仕上げ加工までなされる。
なお、以上が請求項１〜請求項４に係る発明の解決手段とその作用である。請求項５〜請求項７に係る発明は下記の実施の形態において開示した範囲内の発明であるので、ここでの説明は省略する。
Further, the processing cantilever of the present invention comprises a plurality of lever portions provided with the probe group at the tip thereof, and the spring constant of the plurality of lever portions decreases in order from the front to the back in the traveling direction during processing, and the lever portion of the cantilever is The distance from the base end surface opposite to the existing position to the probe at the tip is the same.
The probe group in which a large number of probes are arranged in the same pattern is provided at the tip of the lever, and the distance from the base end surface opposite to the position where the lever of the cantilever exists to the probe at the tip is the same. Therefore, the probe of each lever will trace the same fine groove in order from the front to the rear in the processing direction during processing, and the spring constant of the plurality of lever parts will be sequentially from the front to the rear in the processing direction during processing. Therefore, the processing load applied to the probe is initially a large load due to the lever portion having a large spring constant, and then gradually decreases as the spring constant of the lever portion decreases. Therefore, the roughing process to the finishing process is performed in one scan.
In addition, the above is the solving means of the invention which concerns on Claims 1-4, and its effect | action. Since the inventions according to claims 5 to 7 are inventions within the scope disclosed in the following embodiments, description thereof is omitted here.
１．請求項１に係る発明の効果
請求項１に係る発明は、加工用カンチレバーについて、プローブが１本のレバー部に多数存在することを特徴としている。これにより、一回の走査で多数の微細溝を加工することができる。さらには、先端に一つのプローブが設けられているカンチレバーを複数寄せ集めたものに比して、プローブ間のピッチを微小にすることが可能となるため、微小ピッチの微細溝を加工することができる。
さらに、請求項１に係る発明は加工用カンチレバーに多数のプローブが共通の基材と一体に形成されていることを特徴としている。これにより、各プローブが配列した状態でプローブ基材と一体に形成されているため、高精度なピッチで多数のプローブが配置された加工用カンチレバーを構成することができる。さらには、各プローブが共通の基材と一体であるため、個々のプローブは微小であっても一体に形成された部分はサイズ的にマニピュレーションするのに容易な大きさとなる。
1. Effects of the Invention of Claim 1
The invention according to claim 1 is characterized in that a large number of probes exist in one lever portion of the processing cantilever. Thereby, a large number of fine grooves can be processed by one scanning. Furthermore, the pitch between the probes can be made minute compared to a collection of multiple cantilevers with a single probe at the tip, so it is possible to machine fine grooves with a fine pitch. it can.
Further, the invention according to claim 1 is characterized in that a large number of probes are integrally formed with a common substrate in the processing cantilever. As a result, since the probes are integrally formed with the probe base material in a state where the probes are arranged, it is possible to configure a processing cantilever in which a large number of probes are arranged at a high-precision pitch. Furthermore, since each probe is integral with a common base material, even if the individual probes are minute, the integrally formed portion has a size that can be easily manipulated in size.
２．請求項２に係る発明
請求項２に係る発明による加工用カンチレバーは、上記の多数のプローブが設けられたレバー部を複数有することを特徴としている。これにより、一つのカンチレバーにさらに多数のプローブを設けることができ、したがって、さらに多数の微細溝を一度の走査で高精度で加工することができる。
2. The invention according to claim 2 The processing cantilever according to the invention according to claim 2 is characterized in that it has a plurality of lever portions provided with the above-mentioned multiple probes. Accordingly, a larger number of probes can be provided on one cantilever, and therefore a larger number of fine grooves can be processed with high accuracy by one scanning.
３．請求項３に係る発明の効果
請求項３に係る発明による加工用カンチレバーは、バネ定数が同じ複数のレバー部からなり、各レバー部の先端に同じパターンで配置された多数のプローブとプローブ基材とによる１つのプローブ群が設けられており、カンチレバーの上記レバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が全て異なることを特徴としている。カンチレバーがバネ定数が同じ複数のレバー部からなり、各レバー部の先端に上記のとおりのプローブ群が設けられているので、複数の各レバー部によって多数の同じ微細パターンを同時に加工することができる。さらに、カンチレバーのレバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離がすべて異なるため、一回の走査で多数の同じ微細パターンを同時に加工することができる。
3. Advantageous Effects of Invention According to Claim 3 A processing cantilever according to the invention of claim 3 is composed of a plurality of lever portions having the same spring constant, and a large number of probes and probe base materials arranged in the same pattern at the tip of each lever portion. One probe group is provided, and the distances from the base end surface on the opposite side to the position where the lever portion of the cantilever is located are all different from each other. Since the cantilever is composed of a plurality of lever portions having the same spring constant, and the probe group as described above is provided at the tip of each lever portion, a plurality of the same fine patterns can be processed simultaneously by the plurality of lever portions. . Furthermore, since the distance from the base end surface opposite to the position where the lever portion of the cantilever is located to the probe at the tip is all different, a large number of the same fine patterns can be processed simultaneously in one scan.
４．請求項４に係る発明の効果
請求項４に係る発明による加工用カンチレバーは先端に上記のプローブ群を備えた複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に小さく、加工用カンチレバーのレバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであることを特徴としている。したがって、加工用カンチレバーは上記プローブ群が先端に設けられた複数のレバー部からなり、当該レバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端がプローブまでの距離が同じであるので、各レバー部のプローブが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に同じ微細溝をなぞることになり、さらに、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向の前方から後方に順に小さくなるので、各プローブにかかる加工荷重は、最初はバネ定数の大きいレバー部による大きな荷重であり、その後、レバー部のバネ定数が小さくなるから順次小さな荷重になっていく。したがって、一回の走査で粗加工から仕上げ加工までなされる。
そして、本発明により、曲面を含んだ３次元形状の表面にＡＦＭの原理を利用して微細形状を形成するときの、加工時間を短縮することが可能となる。
なお、以上が請求項１〜請求項４に係る発明の効果である。請求項５〜請求項７に係る発明は下記の実施形態において開示した範囲内の発明であるので、これらの発明の効果の説明は省略する。
4). Advantages of the Invention According to Claim 4 The processing cantilever according to the invention according to claim 4 comprises a plurality of lever portions each having the above-described probe group at the tip, and the spring constants of the plurality of lever portions are forward in the direction of travel during processing. The distance from the base end surface on the opposite side to the position where the lever portion of the processing cantilever is located is the same in order from the rear to the rear. Therefore, the processing cantilever is composed of a plurality of lever portions with the probe group provided at the tip, and the distance from the base end surface opposite to the position where the lever portion is located to the probe is the same. The probe of the lever part will trace the same fine groove in order from the front to the back in the direction of travel during processing, and the spring constant of the plurality of lever parts will decrease in order from the front to the back in the direction of travel during processing. Therefore, the processing load applied to each probe is initially a large load due to the lever portion having a large spring constant, and then gradually decreases as the spring constant of the lever portion decreases. Therefore, the roughing process to the finishing process is performed in one scan.
According to the present invention, it is possible to reduce the processing time when forming a fine shape on the surface of a three-dimensional shape including a curved surface using the principle of AFM.
In addition, the above is an effect of the invention which concerns on Claims 1-4. Since the inventions according to claims 5 to 7 are inventions within the scope disclosed in the following embodiments, description of the effects of these inventions is omitted.
次いで、この発明を無電解ニッケル面に微細パターンを形成する微細加工に適用した実施例を、図面を参照しながら説明する。 Next, an embodiment in which the present invention is applied to fine processing for forming a fine pattern on an electroless nickel surface will be described with reference to the drawings.
本発明の加工用カンチレバーの例を図２に示している。これはカンチレバーのベース部を省略してレバー部を示しているものであるが、プローブ１が１本のレバー部２ａの先端に多数存在している。
カンチレバーのベース部とレバー部２ａはシリコン製であり、単結晶シリコンをエッチング加工して作製される。すなわち、単結晶シリコンの（１００）面上に、フォトマスクを用いてリソグラフィー技術によって、シリコン酸化膜のパターンを形成して、エッチングマスクを作製し、次にＫＯＨ溶液中で、異方性エッチングを行い、最後にエッチングマスクである酸化膜をフッ酸で除去して、カンチレバーのベース部とレバー部２ａを形成した。
An example of the processing cantilever of the present invention is shown in FIG. This shows the lever portion with the base portion of the cantilever omitted, but there are a large number of probes 1 at the tip of one lever portion 2a.
The base portion of the cantilever and the lever portion 2a are made of silicon, and are manufactured by etching single crystal silicon. That is, a silicon oxide film pattern is formed on a (100) surface of single crystal silicon by lithography using a photomask to produce an etching mask, and then anisotropic etching is performed in a KOH solution. Finally, the oxide film as an etching mask was removed with hydrofluoric acid to form a cantilever base and a lever 2a.
プローブはダイヤモンド製であり、単結晶シリコンをモールドとしてＣＶＤ法（化学気相合成法）でダイヤモンドを形成することで作製する。はじめに、単結晶シリコンの（１００）面にフォトマスクを用いたリソグラフィー技術によって、シリコン酸化膜のエッチングマスクを作製した。エッチングマスクとプローブ形状は図３に示すように、円形状のマスク開口部に外接する正方形を底辺とする四角錘のくぼみが形成される関係となる。次に、ＫＯＨ溶液中で、異方性エッチングを行い、最後にエッチングマスクである酸化膜をフッ酸で除去して、単結晶シリコンからなるモールドを形成し、さらに、モールドに対してＣＶＤ法でダイヤモンドを形成した。形成したダイヤモンドの厚さはプローブの高さ以上となっており一体化している。最後に、単結晶シリコンからなるモールドをアルカリエッチングにより溶かすことで、ダイヤモンドプローブを得た。エッチングマスクの円形状の直径を５μｍとしたので、ピッチ５μｍで配列したプローブを形成することができた。形成したプローブの一部を図４に示す。この例では１５個のプローブ１からなるプローブ群１Ｇがプローブ基材１ｂ上に９個配列して形成されている。これを図５のような形状にレーザーによって切断して、個々のプローブ群１Ｇに分離し、これをカンチレバーの先端に接着する。 The probe is made of diamond, and is produced by forming diamond by CVD (chemical vapor synthesis) using single crystal silicon as a mold. First, an etching mask for a silicon oxide film was produced by lithography using a photomask on the (100) plane of single crystal silicon. As shown in FIG. 3, the etching mask and the probe shape have a relationship in which a depression of a square pyramid having a square circumscribing a circular mask opening is formed. Next, anisotropic etching is performed in a KOH solution, and finally the oxide film as an etching mask is removed with hydrofluoric acid to form a mold made of single crystal silicon. Diamond was formed. The thickness of the formed diamond is equal to or greater than the height of the probe and is integrated. Finally, a diamond probe was obtained by melting a mold made of single crystal silicon by alkali etching. Since the circular diameter of the etching mask was 5 μm, it was possible to form probes arranged with a pitch of 5 μm. A part of the formed probe is shown in FIG. In this example, nine probe groups 1G made up of 15 probes 1 are formed on the probe base 1b. This is cut into a shape as shown in FIG. 5 by a laser, separated into individual probe groups 1G, and this is bonded to the tip of the cantilever.
各プローブ群１Ｇにおける各プローブ１の配列の位置関係は図６に示すとおりであり、これは５個のプロ−ブの横列（行）が３つ配列されており、各横列におけるプローブの基本ピッチＡ＝５μｍ、つまり加工時の送り方向と直交する方向のプローブ１の切れ刃先端のピッチが５μｍである。横一列目（１行目）に５個のプローブが配列され、横２列目（２行目）は横１列目（１行目）に対してＡ／３、横３列目（３行目）は横２列目（２行目）に対してＡ／３ずらされた配列となっている。 The positional relationship of the arrangement of each probe 1 in each probe group 1G is as shown in FIG. 6, in which three rows (rows) of five probes are arranged, and the basic pitch of the probe in each row A = 5 μm, that is, the pitch of the tip of the cutting edge of the probe 1 in the direction orthogonal to the feed direction during processing is 5 μm. Five probes are arranged in the first horizontal row (first row). The second horizontal row (second row) is A / 3 with respect to the first horizontal row (first row), and the third horizontal row (three rows). Eye) is an array shifted by A / 3 with respect to the second horizontal column (second row).
以上の加工用カンチレバーを使用して、無電解ニッケル面に微細パターンを形成した。１つのプローブについて１つの微細溝が形成されるので、縦方向の一回の走査で１５本の微細溝を形成することができる。したがって、従来の一個のプローブ１による場合に比してその加工時間は１／１５に短縮される。また、これら１５本の微細溝は、各プローブ１の位置精度が半導体プロセスにおける精度に相当し、加工中にずれることがないため、非常に高精度なピッチとなっている。 Using the above cantilever for processing, a fine pattern was formed on the electroless nickel surface. Since one fine groove is formed for one probe, 15 fine grooves can be formed by one scanning in the vertical direction. Therefore, the processing time is shortened to 1/15 compared with the case of using a single conventional probe 1. The fifteen fine grooves have a very high-precision pitch because the positional accuracy of each probe 1 corresponds to the accuracy in the semiconductor process and does not shift during processing.
図７はカンチレバーのレバー部２ａに対してプローブの突き出し量が不足して加工用カンチレバーと加工面が干渉してしまう恐れがあるときに、プローブ基材１ｂを厚くしてプローブ１のレバー部２ａ表面からの突き出し量を大きくした例である。 FIG. 7 shows that the probe base 1b is made thicker and the lever portion 2a of the probe 1 when there is a risk that the processing cantilever and the processing surface may interfere with each other due to insufficient protrusion of the probe with respect to the lever portion 2a of the cantilever. This is an example in which the protruding amount from the surface is increased.
また、図８は本実施例のプローブ群１Ｇのレバー部２ａに対する向きを９０度変え、さらにレバー部２ａに対する加工時の送り方向を９０度変えた例である。また、図９は２５個のプローブ１を配列してプローブ群１Ｇを構成した例であり、プローブ群１Ｇのレバー部に対する向きや、送り方向（パラレルリンク機構等によって加工ヘッドを動かす方向）のレバー部に対する向きは図８の例と違いはなく、加工時の送り方向に直交する方向のプローブ１の先端のピッチがＡ／５となっている点が図８の例と異なる。プローブ１の配置ピッチＡに対する加工溝のピッチがいっそう小さい。 FIG. 8 shows an example in which the orientation of the probe group 1G of the present embodiment with respect to the lever portion 2a is changed by 90 degrees, and the feeding direction during processing with respect to the lever portion 2a is changed by 90 degrees. FIG. 9 shows an example in which 25 probes 1 are arranged to form a probe group 1G, and the lever of the probe group 1G with respect to the lever portion and the feed direction (direction in which the machining head is moved by a parallel link mechanism or the like). The direction with respect to the part is not different from the example of FIG. 8, and is different from the example of FIG. 8 in that the tip pitch of the probe 1 in the direction orthogonal to the feed direction during processing is A / 5. The pitch of the machining groove with respect to the arrangement pitch A of the probe 1 is even smaller.
実施例１と同様の方法で加工用カンチレバーを作製した。図１０のように加工用カンチレバー２のベース部２ｂを階段状としてレバー部２ａを形成している。レバー部２ａは４本とも同じ形状であり、同じバネ定数を持っている。カンチレバー２のベース部２ｂの先端を階段状とすることで、当該ベース部２ｂのレバー２ａがある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブの位置までの距離がすべて異なるようになっている。
図１１に各レバー部２ａ先端のプローブ部を拡大して示している。プローブ部は各レバー部２ａについてすべて同じであり、２５個のプローブ１を一群とするプローブ群１Ｇである。
なお、この例はプローブ５個の縦列が５列設けられたものであり、隣接する縦列がＡ／５だけ縦方向にずらされている。
図８の例、図９の例と同様に、加工時の送り方向（横方向）と直交する方向（縦列方向）においてすべてのプローブ１の切れ刃先端の縦方向ピッチがＡ／５になっている（図１１）。ただし、この例ではプローブ１のピッチＡを１μｍとしているので、送り方向と直交する方向（縦方向）におけるプローブ先端のピッチ（Ａ／５）は２００ｎｍとなる。
A processing cantilever was produced in the same manner as in Example 1. As shown in FIG. 10, the lever portion 2a is formed by forming the base portion 2b of the processing cantilever 2 in a step shape. The four lever portions 2a have the same shape and the same spring constant. By making the tip of the base portion 2b of the cantilever 2 stepped, all the distances from the base end surface on the opposite side to the position of the lever 2a of the base portion 2b to the position of the tip probe are all different. Yes.
FIG. 11 shows an enlarged view of the probe portion at the tip of each lever portion 2a. The probe part is the same for each lever part 2a, and is a probe group 1G in which 25 probes 1 are a group.
In this example, five columns of five probes are provided, and adjacent columns are shifted in the vertical direction by A / 5.
As in the example of FIG. 8 and the example of FIG. 9, the vertical pitch of the cutting edge tips of all the probes 1 becomes A / 5 in the direction (vertical direction) orthogonal to the feeding direction (horizontal direction) during processing. (FIG. 11). However, in this example, since the pitch A of the probe 1 is 1 μm, the pitch (A / 5) of the probe tip in the direction (vertical direction) orthogonal to the feed direction is 200 nm.
実施例１のようにそれぞれのプローブ群１Ｇを切り離してそれぞれを各レバー部２ａの先端に接着しても良いが、図１２、図１３に示すようにすることもできる。すなわち、２つのプローブ群１Ｇをプローブ基材１ｂ上に形成し（図１２）、これを２つのレバー部２ａ先端に接着して後、レーザーで不要部分を切断する。この図１２の例はプローブ基材１ｂにすべてのプローブ（この例では２つ）が所望の配列になるように形成するものであり、また図１３は全てのプローブ１の位置関係を維持するように必要最小限のプローブ基材部分を残すようにプローブ基材を切断した状態を示している。この状態でレバー部２ａ，２ａの先端にプローブ群１Ｇをそれぞれ接着し（図１４）、その後、図１５のようにプローブ基材１ｂの不要部分を切断する。このようにすることによって、多数のレバー部先端のそれぞれプローブ群１Ｇ間の位置関係の精度を高くし、ひいては全プローブにおける各プローブ間の位置関係の精度を高くすることができる。 Although each probe group 1G may be cut off and bonded to the tip of each lever portion 2a as in the first embodiment, it may be as shown in FIGS. That is, two probe groups 1G are formed on the probe base 1b (FIG. 12), and these are bonded to the tips of the two lever portions 2a, and then unnecessary portions are cut with a laser. In the example of FIG. 12, all the probes (two in this example) are formed on the probe base 1b so as to have a desired arrangement, and FIG. 13 maintains the positional relationship of all the probes 1. FIG. 2 shows a state in which the probe base material is cut so as to leave the minimum necessary probe base material portion. In this state, the probe groups 1G are respectively bonded to the tips of the lever portions 2a and 2a (FIG. 14), and then unnecessary portions of the probe base material 1b are cut as shown in FIG. By doing so, it is possible to increase the accuracy of the positional relationship between the probe groups 1G at the tips of a large number of lever portions, and thus to increase the accuracy of the positional relationship between the probes in all the probes.
実施例２による加工用カンチレバーを使用して、無電解ニッケル面に微細パターンを形成した。１００個（２５個×４プローブ群）のプローブ１を備えているので一回の走査で１００本の微細溝を形成することができ、従来の一個のプローブによる加工に比して溝加工時間が１／１００に短縮される。また、これら１００本の微細溝は、各プローブ群１Ｇのプローブ１の位置精度が半導体プロセスにおける精度と同程度に極めて高く、これらの位置関係が加工中にずれることはないので、非常に高精度なピッチで形成される。 Using the processing cantilever according to Example 2, a fine pattern was formed on the electroless nickel surface. Since 100 (25 × 4 probe groups) probes 1 are provided, 100 fine grooves can be formed by one scan, and the groove processing time is longer than that required by processing with one conventional probe. Reduced to 1/100. Further, these 100 fine grooves have extremely high positional accuracy of the probes 1 of each probe group 1G as high as the accuracy in the semiconductor process, and their positional relationship does not shift during processing. It is formed with a simple pitch.
図１６に他の例を示している。この例のカンチレバー２はそのレバー基部２ｂから３つのレバー部２ａを突設してあり、これらのレバー部２ａ−１，２ａ−２，２ａ−３は順に長さが短くてその先端が階段状になっている。そして各レバー部２ａ−１，２ａ−２，２ａ−３の幅を順に狭くして各レバー部のバネ定数を同じ値５００Ｎ／ｍに調整している。上記各レバー部の寸法は次の表１に示すとおりである。 FIG. 16 shows another example. The cantilever 2 of this example has three lever portions 2a protruding from the lever base portion 2b, and these lever portions 2a-1, 2a-2, 2a-3 are shorter in length in order and their tips are stepped. It has become. And the spring constant of each lever part is adjusted to the same value 500 N / m by narrowing the width | variety of each lever part 2a-1, 2a-2, 2a-3 in order. The dimensions of the lever portions are as shown in Table 1 below.
カンチレバー２の上記レバー部の長さＬ、厚さｔ、幅ｗとバネ定数ｋとの関係は、レバー部の材料のヤング率をＥとすると次式のような関係がある。
ｋ＝Ｅ×ｗ×ｔ３／（４×Ｌ３）
上記式から所望のバネ定数ｋのレバー寸法を決定することができる。この加工用カンチレバーにおいても同様の効果を得ることができる。
The relationship between the length L, thickness t, width w and spring constant k of the lever portion of the cantilever 2 has the following relationship, where E is the Young's modulus of the material of the lever portion.
k = E × w × t 3 / (4 × L 3 )
From the above equation, the lever size of the desired spring constant k can be determined. Similar effects can be obtained with this processing cantilever.
実施例１と同様の方法でカンチレバー２を作製した。図１７のようにカンチレバーのベース部２ｂを階段状としてレバー部２ａ−１〜２ａ−４の長さを順次違えることで、これらのバネ定数が加工時に送り方向（パラレルリンク機構等によって加工ヘッドを動かす方向）における前方から後方へ順に小さくなっている。つまり図１７において右側のレバー部のバネ定数が大で、左方のバネ定数が小となっている。バネ定数と各レバーの寸法は表２に示すとおりである。 A cantilever 2 was produced in the same manner as in Example 1. As shown in FIG. 17, the base portion 2b of the cantilever is stepped and the lengths of the lever portions 2a-1 to 2a-4 are sequentially changed. In the direction of movement) in order from the front to the rear. That is, in FIG. 17, the spring constant of the right lever portion is large and the spring constant of the left side is small. Table 2 shows the spring constant and dimensions of each lever.
実施例３におけるプローブ部分を拡大して図１８に示している。実施例２と同様に２５個のプローブ１で一つのプローブ群１Ｇを構成しており、各レバー部の先端に同じプローブ群１Ｇが固着（具体的には接着）されている。カンチレバーのベース部２ｂのベース端面（レバー部２ａが存在する位置の反対側のベース端面）２ｅから先端のプローブの位置までの距離Ｌａが各レバーにつき同じである。すなわち、加工時の送り方向に加工用カンチレバー２を送ったときに４本のレバー部（２ａ−１〜２ａ−４）のプローブ群１Ｇの送り方向に整列しているプローブ１が順次同じ溝をなぞっていくような関係である。このように各レバー部のバネ定数ｋが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に小さくなっているので、カンチレバーを加工面に押し付けてレバー部に変位を与えたときに、各レバーの変位は同等である。したがって、まずバネ定数が大きいレバー部によって大荷重の加工を行い、これに続いて順に小さい加工荷重で加工がなされる。よって、一本の溝に対して一回の走査で粗加工から仕上げ加工までの加工が行われる。 The probe part in Example 3 is enlarged and shown in FIG. Similarly to the second embodiment, 25 probes 1 constitute one probe group 1G, and the same probe group 1G is fixed (specifically, bonded) to the tip of each lever portion. The distance La from the base end surface (base end surface opposite to the position where the lever portion 2a exists) 2e of the cantilever base portion 2b to the probe position at the tip is the same for each lever. That is, when the machining cantilever 2 is fed in the feeding direction at the time of machining, the probes 1 aligned in the feeding direction of the probe group 1G of the four lever portions (2a-1 to 2a-4) sequentially have the same groove. The relationship is like tracing. As described above, the spring constant k of each lever portion decreases in order from the front to the rear in the processing direction during processing. Therefore, when the cantilever is pressed against the processing surface and the lever portion is displaced, The displacement is equivalent. Therefore, first, a large load is processed by the lever portion having a large spring constant, and subsequently, processing is performed in order with a small processing load. Therefore, processing from roughing to finishing is performed with one scan for one groove.
このような加工用カンチレバーを使用して、光学ガラス面に微細パターンを形成した。一回の走査で２５本の微細溝を形成することができ、従来の一個のプローブを設けた加工用カンチレバーによる場合の１／２５に加工時間を短縮することができる。また、これら２５本の微細溝は、各プローブ１の位置精度が半導体プロセスにおける精度に相当し、加工中にこれらがずれることはないので、非常に高精度なピッチとなっている。さらには、４本のレバー部に存在する複数のプローブによって粗加工から仕上げ加工まで行うので、仕上げ精度の高い微細パターンを形成することができる。 Using such a processing cantilever, a fine pattern was formed on the optical glass surface. Twenty-five fine grooves can be formed by one scan, and the processing time can be shortened to 1/25 in the case of a conventional cantilever provided with a single probe. Further, these 25 fine grooves have a very high-precision pitch because the positional accuracy of each probe 1 corresponds to the accuracy in the semiconductor process and does not shift during processing. Furthermore, since a plurality of probes existing in the four lever portions are used for roughing to finishing, a fine pattern with high finishing accuracy can be formed.
図１９に実施例３の他の例を示している。この例は同じ長さの３つのレバー部２ａ−１〜２ａ−３をベース部２ｂの同じ端面から突設し、その幅を違えて各レバー部のバネ定数ｋを調整した加工用カンチレバーである。この加工用カンチレバーにおいても、各レバー部のバネ定数ｋが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に小さくなっているので、カンチレバーを加工面に押し付けてレバー部に変位を与えたときに、各レバーの変位は同等であるので、まずバネ定数が大きいレバー部によって大荷重の加工を行い、これに続いて順に小さい加工荷重で加工を行う。よって、一本の溝に対して一回の走査で粗加工から仕上げ加工までを行うことができる。実施例３の各レバー部の寸法関係と各レバーのバネ定数の関係は表３に示すとおりである。 FIG. 19 shows another example of the third embodiment. This example is a processing cantilever in which three lever portions 2a-1 to 2a-3 having the same length protrude from the same end surface of the base portion 2b, and the spring constant k of each lever portion is adjusted by changing the width. . Also in this cantilever for processing, the spring constant k of each lever portion decreases in order from the front to the rear in the processing direction during processing, so when the cantilever is pressed against the processing surface and the lever portion is displaced. Since the displacement of each lever is the same, a large load is first processed by the lever portion having a large spring constant, and subsequently, the processing is sequentially performed with a small processing load. Therefore, it is possible to perform from roughing to finishing with one scan for one groove. Table 3 shows the relationship between the dimensions of the lever portions of Example 3 and the spring constants of the levers.
この出願の発明の基本的な実施例の加工用カンチレバーは図２に示されているものであり、図２に示す例ではカンチレバー２のベース部２ｂを省略してレバー部２ａとプローブ群１Ｇが示されており、切れ刃となるプローブ１が１つのレバー部２ａに対して多数（具体的には１５）個設けられている。
そして、カンチレバー２のレバー部２ａとベース部２ｂはステンレス製であり、ステンレス板をプレス加工することで作製したものである。
この実施例４のプローブ群１Ｇは実施例１のプローブと同様の方法で作製したものであり、図２０に示すようにシリコンモールドと一体の状態で切断して、これをカンチレバーのレバー部に接着する。その後、単結晶シリコンをアルカリエッチングで除去することで加工用カンチレバーを作製する。
The processing cantilever of the basic embodiment of the invention of this application is shown in FIG. 2, and in the example shown in FIG. 2, the base portion 2b of the cantilever 2 is omitted and the lever portion 2a and the probe group 1G are provided. As shown, a large number (specifically, 15) of probes 1 serving as cutting edges are provided for one lever portion 2a.
The lever portion 2a and the base portion 2b of the cantilever 2 are made of stainless steel, and are produced by pressing a stainless steel plate.
The probe group 1G of the fourth embodiment is manufactured by the same method as that of the probe of the first embodiment. As shown in FIG. 20, the probe group 1G is cut integrally with the silicon mold and bonded to the lever portion of the cantilever. To do. Thereafter, the single crystal silicon is removed by alkaline etching to produce a processing cantilever.
以上のようにして作製した本発明の加工用カンチレバーを使用して、無電解ニッケルからなる曲面に微細パターンを形成した。図１に示すような機構の加工ヘッドを、図２１に示すようなパラレルリンク機構に装着して、曲面の加工を行った。これはパラレルリンク機構によって自在な角度で加工を行える装置であり、パラレルリンク機構によって加工ヘッドを動かすことで、曲面に対してツールパスを発生させ、加工ヘッド部のピエゾを加工荷重が一定となるように制御することによって、曲面の微細パターンの加工が可能となる。本実施例ではパラレルリンク機構を採用したが、５軸または６軸で構成される多軸の加工装置やステージを採用することも可能である。 Using the processing cantilever of the present invention produced as described above, a fine pattern was formed on a curved surface made of electroless nickel. A machining head having a mechanism as shown in FIG. 1 was mounted on a parallel link mechanism as shown in FIG. 21 to process a curved surface. This is a device that can perform machining at any angle by the parallel link mechanism. By moving the machining head by the parallel link mechanism, a tool path is generated on the curved surface, and the machining load of the piezo of the machining head is constant. By controlling in this way, it is possible to process a curved fine pattern. In the present embodiment, the parallel link mechanism is adopted, but a multi-axis machining apparatus or stage composed of five or six axes can also be adopted.
以上のような加工によって、一回の走査で１５の微細溝を形成することができ、従来の一個のプローブを備えた加工用カンチレバーによる加工に比してその加工時間を１／１５に短縮することができる。また、これら１５の微細溝は、プローブの位置精度が半導体プロセスにおける精度に相当し、加工中にずれることがないので非常に高精度なピッチとなっている。
この実施例では、単結晶シリコンに複数のプローブに相当する四角錐のくぼみを形成したシリコンモールドを使用して、ＣＶＤ法によるダイヤモンドを形成して複数のプローブを作製した。
By the above processing, 15 fine grooves can be formed by one scan, and the processing time is shortened to 1/15 compared to the processing by the conventional processing cantilever provided with one probe. be able to. Further, these 15 fine grooves have a very high-precision pitch because the positional accuracy of the probe corresponds to the accuracy in the semiconductor process and does not shift during processing.
In this example, a plurality of probes were manufactured by forming diamond by CVD using a silicon mold in which quadrangular pyramid depressions corresponding to a plurality of probes were formed in single crystal silicon.
なお、プローブ１についてはダイヤモンド製に限られるものではなく、例えば、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウムなどの他の基材によるものでも同様の効果が期待される。
また、プローブ基材上に多数のプローブを規則的な配置で高精度で形成することが必要であり、当該プローブをレーザービーム加工技術を利用して形成することが可能であり、この場合は、プローブの共通基材（プローブ基材となるもの）をカンチレバー２のレバー部２ａに接着してから、多数のプローブ１をＦＩＢのようなビーム加工によって形成するようにすればよい。
Note that the probe 1 is not limited to being made of diamond, and the same effect can be expected by using other base materials such as silicon nitride, silicon carbide, and aluminum oxide.
In addition, it is necessary to form a large number of probes on a probe base material with high accuracy in a regular arrangement, and it is possible to form the probe using a laser beam processing technique. A plurality of probes 1 may be formed by beam processing such as FIB after adhering a common substrate of probes (to be a probe substrate) to the lever portion 2a of the cantilever 2.
１：プローブ
１Ｇ：プローブ群
１ｂ：プローブ基材
２：加工用カンチレバー
２ａ：レバー部
２ｂ：ベース部
２ｅ：ベース端面
３：フォトダイオード
４：レーザー光
５：ピエゾ
６：物質（工作物）
1: Probe 1G: Probe group 1b: Probe base material 2: Processing cantilever 2a: Lever part 2b: Base part 2e: Base end face 3: Photo diode 4: Laser beam 5: Piezo 6: Material (workpiece)
Claims (9)
切れ刃となるプローブ（探針）が１本のカンチレバーのレバー部先端に多数設けられており、
多数のプローブが共通のプローブ基材と一体に形成されていることを特徴とする加工用カンチレバー。 In a processing cantilever for processing a fine pattern using the function of an atomic force microscope (AFM),
Many probes (probes) that serve as cutting edges are provided at the tip of the lever part of one cantilever.
A cantilever for processing, wherein a large number of probes are integrally formed with a common probe base material.
上記プローブ群が同じパターン配置で多数のプローブが形成されているものであり、
カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が全て異なることを特徴とする請求項２の加工用カンチレバー。 The spring constants of the plurality of lever portions are the same, and a probe group including a large number of probes and a probe base material is provided at the end of the lever portion,
A number of probes are formed with the same pattern arrangement in the probe group,
3. The working cantilever according to claim 2, wherein the distance from the base end surface on the opposite side to the position where the lever portion of the cantilever exists is all different.
上記加工用カンチレバーが先端に多数の切れ刃となるプローブ（探針）を備えており、
各プローブによってそれぞれ溝を切削加工し、一回の送りでプロ−ブ数に相当する溝を同時に形成する微細溝の加工方法。 A method of processing a fine groove using a processing cantilever for processing a fine pattern using a function of an atomic force microscope (AFM),
The processing cantilever is equipped with a probe (probe) that has a number of cutting edges at the tip.
A fine groove machining method in which grooves are cut by each probe, and grooves corresponding to the number of probes are simultaneously formed by a single feed.
上記加工用カンチレバーが先端に多数の切れ刃となるプローブ（探針）を備えており、
加工用カンチレバーが先端に上記プローブ群が設けられている複数のレバー部からなり、
複数のレバー部のバネ定数が加工時の進行方向前方から後方に向かって順に小さく、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであり、
複数のレバー部の全てのプローブで同時に溝を加工し、
各レバー部の１つのプローブと他のレバー部の１つのプローブが同じ溝を加工して、一回の送りで１つの溝を複数のプローブで繰り返し加工することを特徴とする微細溝の加工方法。 A method of processing a fine groove using a processing cantilever for processing a fine pattern using a function of an atomic force microscope (AFM),
The processing cantilever is equipped with a probe (probe) that has a number of cutting edges at the tip.
The processing cantilever is composed of a plurality of lever portions provided with the probe group at the tip,
The spring constants of the plurality of lever parts are smaller in order from the front to the rear in the direction of travel during processing, and the distance from the base end face on the opposite side to the position where the lever part of the cantilever exists is the same,
Process the groove at the same time with all the probes of multiple lever parts,
A micro-groove processing method, wherein one probe of each lever portion and one probe of another lever portion process the same groove, and one groove is repeatedly processed by a plurality of probes in one feed. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008226272A JP5548914B2 (en) | 2008-09-03 | 2008-09-03 | Cantilever for processing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008226272A JP5548914B2 (en) | 2008-09-03 | 2008-09-03 | Cantilever for processing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010058222A true JP2010058222A (en) | 2010-03-18 |
| JP5548914B2 JP5548914B2 (en) | 2014-07-16 |
Family
ID=42185614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008226272A Expired - Fee Related JP5548914B2 (en) | 2008-09-03 | 2008-09-03 | Cantilever for processing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5548914B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2645437C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-02-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Scanning probe nanotomograph with optical analysis module |
| KR20200018680A (en) * | 2017-07-21 | 2020-02-19 | 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 | Method and apparatus for disposal of excess material in photolithography mask |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09251947A (en) * | 1996-03-18 | 1997-09-22 | Nikon Corp | Finely machining apparatus |
| JP2000090872A (en) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Seiko Epson Corp | Fine working device, fine working method and manufacture of fine working device |
| JP2000100370A (en) * | 1998-09-28 | 2000-04-07 | Seiko Epson Corp | Probe array, manufacture thereof and fine micromachining device therefor |
| JP2000162114A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Hitachi Cable Ltd | Scanning probe device |
| JP2001062791A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-13 | Hitachi Ltd | Probe for drawing and manufacture of the same |
| JP2006007382A (en) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Canon Inc | Method for removing fine particles |
| JP2006239843A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Fujitsu Ltd | Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing equipment |
| JP2006284599A (en) * | 2006-05-29 | 2006-10-19 | Sii Nanotechnology Inc | Device for acquiring information on sample face using cantilever |
| WO2007126689A1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-11-08 | Northwestern University | Article for parallel lithography with two-dimensional pen arrays |
-
2008
- 2008-09-03 JP JP2008226272A patent/JP5548914B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09251947A (en) * | 1996-03-18 | 1997-09-22 | Nikon Corp | Finely machining apparatus |
| JP2000090872A (en) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Seiko Epson Corp | Fine working device, fine working method and manufacture of fine working device |
| JP2000100370A (en) * | 1998-09-28 | 2000-04-07 | Seiko Epson Corp | Probe array, manufacture thereof and fine micromachining device therefor |
| JP2000162114A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Hitachi Cable Ltd | Scanning probe device |
| JP2001062791A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-13 | Hitachi Ltd | Probe for drawing and manufacture of the same |
| JP2006007382A (en) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Canon Inc | Method for removing fine particles |
| JP2006239843A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Fujitsu Ltd | Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing equipment |
| WO2007126689A1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-11-08 | Northwestern University | Article for parallel lithography with two-dimensional pen arrays |
| JP2006284599A (en) * | 2006-05-29 | 2006-10-19 | Sii Nanotechnology Inc | Device for acquiring information on sample face using cantilever |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2645437C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-02-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Scanning probe nanotomograph with optical analysis module |
| KR20200018680A (en) * | 2017-07-21 | 2020-02-19 | 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 | Method and apparatus for disposal of excess material in photolithography mask |
| CN110892324A (en) * | 2017-07-21 | 2020-03-17 | 卡尔蔡司Smt有限责任公司 | Method and apparatus for processing excess material of a lithographic mask |
| KR102370458B1 (en) * | 2017-07-21 | 2022-03-04 | 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 | Method and apparatus for disposal of excess material of a photolithography mask |
| KR20220031139A (en) * | 2017-07-21 | 2022-03-11 | 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 | Method and apparatuses for disposing of excess material of a photolithographic mask |
| KR102512164B1 (en) | 2017-07-21 | 2023-03-21 | 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 | Method and apparatuses for disposing of excess material of a photolithographic mask |
| US11874598B2 (en) | 2017-07-21 | 2024-01-16 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method and apparatuses for disposing of excess material of a photolithographic mask |
| CN110892324B (en) * | 2017-07-21 | 2024-04-02 | 卡尔蔡司Smt有限责任公司 | Method and apparatus for processing excess material of a lithographic mask |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5548914B2 (en) | 2014-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5248515B2 (en) | Probe assembly for scanning probe microscope | |
| US20060254347A1 (en) | Scanning probe device and processing method by scanning probe | |
| TWI596341B (en) | Apparatus and method for analyzing and modifying a specimen surface | |
| CN101802588A (en) | The method that is used for the probe unit and the processing probe unit of gauging instrument | |
| JP5548914B2 (en) | Cantilever for processing | |
| US8857247B2 (en) | Probe for a scanning probe microscope and method of manufacture | |
| US7388199B2 (en) | Probe manufacturing method, probe, and scanning probe microscope | |
| JP2005345400A (en) | Fine pattern forming apparatus and fine pattern inspection device | |
| JP2007320017A (en) | Working method using atomic force microscope fine working device | |
| JP4739121B2 (en) | Scanning probe microscope | |
| CN101846760A (en) | Method for making nano-grating | |
| US20100051056A1 (en) | Foreign object removal method and method for manufacturing semiconductor device | |
| US10042263B1 (en) | In-plane scanning probe microscopy tips and tools for wafers and substrates with diverse designs on one wafer or substrate | |
| TWI407107B (en) | Probe | |
| JP3762091B2 (en) | Near-field photolithography method | |
| US9423693B1 (en) | In-plane scanning probe microscopy tips and tools for wafers and substrates with diverse designs on one wafer or substrate | |
| JP4990721B2 (en) | Tool for micro grooving | |
| WO2017079375A1 (en) | Metrology devices and methods for independently controlling a plurality of sensing probes | |
| TWI410635B (en) | Probe | |
| JP4535706B2 (en) | Cantilever for scanning probe microscope and manufacturing method thereof | |
| JP2004306197A (en) | Multi-probe and microprocessing method using it | |
| CN113511627A (en) | Method for processing nano structure by using structured probe with convex array | |
| JP2012071464A (en) | Micromachining apparatus | |
| US10712364B2 (en) | Metrology devices for rapid specimen setup | |
| Watanabe et al. | Diamond tip arrays for parallel lithography and data storage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110901 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20110901 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130819 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20131004 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131018 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20131024 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20131030 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140328 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140425 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5548914 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |