JP4559928B2

JP4559928B2 - カンチレバー

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Publication number: JP4559928B2
Application number: JP2005233184A
Authority: JP
Inventors: 尚範濱尾; 修松澤; 寛高橋
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP2007047070A

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡などに使用されるプローブに関する。

現在、試料表面におけるナノメートルオーダの微小な領域を観察するための顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が使われている。このＳＰＭの中でも、先端部にプローブを設けたカンチレバーを走査プローブとして使用する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が、特に注目されている。この原子間力顕微鏡は、カンチレバーのプローブを試料表面に沿って走査し、試料表面とプローブとの間に発生する原子間力（引力または斥力）をカンチレバーの撓み量として検出することにより、試料表面の形状測定が行われる。カンチレバーには、その撓み量の測定方法の違いから光てこ式と自己検知型のものがある。

光てこ式のカンチレバー（以下「光てこ式カンチレバー」と呼ぶ。）では、カンチレバーにレーザ光を照射して、その反射角の変化を計測することによって撓み量を検出する。また、光てこ式カンチレバーには、プローブに導電性を持たせることにより、プローブと試料表面との間に電圧を印加し、プローブと試料表面との間に流れる電流変化またはその電圧印加によって誘起される静電容量に基づいて撓み量の変化を測定するものがある（例えば、非特許文献１参照。）。

また、自己検知型のカンチレバー（以下「自己検知型ＳＰＭプローブ」と呼ぶ。）では、カンチレバーにピエゾ抵抗体を形成し、その抵抗値の変動を計測することによって撓み量を検出する（例えば、特許文献２または３参照。）。

これら原子間力顕微鏡などのプローブ顕微鏡に用いられるプローブとしては、シリコンやシリコンナイトライド（窒化シリコン）から形成されたものが広く用いられている。プローブの製造方法としては、例えば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを用いて、フォトリソグラフィープロセスにより、カンチレバー部と一体にその先端に形成されている（例えば、非特許文献２参照。）。
特開平５−１１６４５８号特開平５−１１６４５８号米国特許第５，３４５，８１５号ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ６５（１）,１ｐ１６４Ｊａｎｕａｒｙ１９８９ＨｉｒｏｓｈｉＴａｋａｈａｓｈｉ，ＫａｚｕｎｏｒｉＡｎｄｏ，ＹｏｓｈｉｈａｒｕＳｈｉｒａｋａｗａｂｅ，Ｓｅｌｆ−ｓｅｎｓｉｎｇｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒａｎｄｉｔｓｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ９１，２００２，ｐ６３−ｐ７２

プローブ顕微鏡には、さまざまな測定モードがあり、代表的なものとしてはコンタクトモード（接触型）ＡＦＭとノンコンタクト（非接触モード）ＡＦＭがあげられる。それぞれの測定モードに応じたプローブの選択が必要とされる。

とりわけ、コンタクトモード（接触型）ＡＦＭは、ＡＦＭの基本になる測定モードであり、硬さ、粘弾性、摩擦力、原子間力、電磁気力など、試料の表面物性の観察や原子像など高分解能の測定に適している。

コンタクトモード（接触型）ＡＦＭは、プローブと試料表面が接触した状態で利用される。試料とプローブ間の距離が近いため、高分解能が期待される。コンタクトモード（接触型）ＡＦＭは、プローブと試料表面が接触した状態で利用されるため、バネ定数が高く硬いカンチレバーでは、試料表面を破壊しながら観察してしまう危険性がある。このため観察された表面構造が実構造とは異なってしまう恐れがあり、例えば有機材料や生体試料など軟質な試料を観察する際には、試料にかかるプローブ荷重を小さくするため、できるだけバネ定数を低くした柔らかいカンチレバーであることが求められる。しかし、生体試料などと比べ硬いサンプルなどの測定においてはバネ定数を低くした柔らかいカンチレバーでは試料表面の硬さなど試料自体の変形特性を測定することが出来ない。また、測定試料の表面の凹凸が激しい場合や、角度が急峻なサンプルの場合にはバネ定数を低くした柔らかいカンチレバーでは、試料の形状に対する追従性が悪いため測定結果がだれてしまうという課題があった。

現在、ＳＰＭによる観察において、使用するプローブの選択は測定するサンプルに応じて、カンチレバーの各特性値により選ばれ、装置のオペレーターの経験よるところが大きかった。つまりプローブの選択には経験やノウハウが必要とされるところに課題があった。また、前述したとおり、測定する試料の硬さに応じてカンチレバーを付替える必要があった。

また、プローブ顕微鏡を用いたナノインデンテーションに応用する場合においては、測定を行う際にカンチレバーに荷重をかけて、プローブを試料に押し込む必要がある。バネ定数が低い、柔らかいカンチレバーを用いると、硬い試料などでは圧痕が試料につかず計測が出来ない恐れがあった。この場合バネ定数が高い、硬いカンチレバーを選択すればよいが、バネ定数が高い、硬いカンチレバーを用いると、測定ポイントの特定などの試料表面観察時に試料を破損してしまう恐れがあった。つまり測定用と観察用にそれぞれバネ定数の違うカンチレバーが必要であり、それらを測定時と観察時で付替える必要があった。

また、例えばフォトリソグラフィーに用いるフォトマスクの黒欠陥修正など、いわゆるナノ加工に用いる場合には、加工速度を早くあるいは粗く加工を行う場合にはプローブに大きな荷重をかけて加工を行うため、バネ定数が高い、硬いカンチレバーを用いる必要がある。しかし、仕上げの加工あるいは試料観察など極力荷重をかけずに試料表面を走査したい場合にはバネ定数を低くした柔らかいカンチレバーを用いる必要がある。つまり加工用と観察用にそれぞれバネ定数の違うカンチレバーが必要であり、それらを測定時と観察時で付替える必要があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、バネ定数を可変できるカンチレバーを提供することを目的とする。

本発明は、先鋭化されたプローブを先端に設けたレバー部と、該レバー部を支持する支持部とからなるカンチレバーであって、レバー部のバネ定数を可変できる構造とした。

また、レバー部と、前記レバー部の一端に設けられたプローブと、前記レバー部の他端を支持する支持部と、前記支持部に基端部が接続され、前記レバー部の両側面に対向配置され、前記レバー部の側面を狭持、または前記レバー部表面を加圧してバネ定数を可変する手段と、を有する。

本発明によれば、試料の種類や状態に合わせてバネ定数が可変できるため測定結果に応じて都度プローブを交換しなければならなかった従来法にくらべ、プローブ交換、測定位置の特定などを行うことなく測定を行うことができる。

また、上記発明においては、レバー部のバネ定数を可変する手段が、レバー部をはさみこむ形に形成したレバー保持機構部を用いて、レバー部の少なくとも一部をはさみこむことでレバー部のバネ定数可変する構造を有することが望ましい。

本発明によれば、例えばコンタクトモード（接触型）測定を行う場合には、レバー部をレバー保持機構部ではさみこまない状態、つまりバネ定数の低いカンチレバーとして測定を行うため、試料表面を破壊しながら観察してしまう危険性がない。このため有機材料や生体試料など軟質な試料を観察する際に観察された表面構造が実構造とは異なってしまうなどのリスクを抑えることを可能にする。

また、測定の結果、試料表面の凹凸が激しい、あるいは角度が急峻なサンプルであった場合には、測定結果がだれてしまうため、レバー部の少なくとも一部をレバー保持機構部ではさみこむ状態に保持する、つまりバネ定数の高いカンチレバーとして、再度測定を行う。レバー部のバネ定数を可変できることからカンチレバーを交換することなしに観察することが可能となる。

さらに、上記発明においては、レバー保持機構部がレバー部をはさみこみ互いに接続する部分が、互いに噛合い嵌合する形状としてもよい。

本発明によれば、レバー保持機構部がレバー部をはさみこんだ形で互いに噛合い嵌合するため、応力がかかった際にもレバー保持機構部とレバー部がはなれにくくバネ定数の高い硬い状態に保つことが可能となる。

さらに、上記発明においては、レバー部のバネ定数を可変する手段がレバー部の側方あるいは上方に形成したレバー保持機構部がレバー部の少なくとも一部にのりあげる形に保持することでレバー部のバネ定数可変できる構造を有することが望ましい。

さらに、上記発明においては、レバー保持機構部がレバー部にのりあげる部分の端面、およびレバー保持機構部の端面と対向するレバー部の、一方あるいは両方がテーパー形状としてもよい。

本発明によれば、レバー保持機構部がレバー部にのりあげる際に、端面のテーパー形状をガイドとしてレバー保持機構部が確実にレバー部にのりあげることを可能とする。

さらに、上記発明においては、レバー保持機構部が電圧印加により変形を生じる圧電素子を駆動源として動作することとしてもよい。

本発明にかかわるレバー保持機構部は、該レバー保持機構部の少なくとも一部に形成された圧電素子に対し、電圧を印加することにより圧電素子に生じる変形を利用して該レバー保持機構部を動作させるものである。

また、上記発明においては、レバー保持機構部が熱印加により変形を生じる材料を駆動源として動作することとしてもよい。

本発明にかかわるレバー保持機構部は、該レバー保持機構部の少なくとも一部に例えば抵抗加熱などにより熱を印加する熱源部分と熱印加により変形を生じる部分を形成し、熱源部分から熱を印加することにより該レバー保持機構部を動作させるものである。

また、上記発明においては、レバー保持機構部が磁気的力を駆動源として動作することとしてもよい。

本発明にかかわるレバー保持機構部は、該レバー保持機構部の少なくとも一部に磁気により吸引力、あるいは反発力を生じる磁気影響部をもうけ、該磁気影響部に対向して設けた磁気的力を生じ、前記磁気影響部に吸引力あるいは反発力を与える磁気的力印加部を設ける。該磁気的力印加部から与えられた磁気的力によりレバー保持機構部を動作させるものである。

また、上記発明においては、前記レバー保持機構部が電圧印加により生じる静電力で駆動する機構部であってもよい。

本発明にかかわるレバー保持機構部は、該レバー保持機構部とレバー部に互いに対向する状態に電極部をもうける。該電極部に電圧を印加することで、電極部間に生じる静電気力により該電極部が互いに吸着力を生じる。この吸着力によりレバー保持機構部を動作させるものである。

本発明によれば、測定モードや試料の表面状態に合わせてカンチレバーのバネ定数が可変できるため測定結果に応じて都度プローブを交換しなければならなかった従来法にくらべ、プローブ交換、測定位置の特定などを行うことなく測定を行うことができる。

以下に、本発明に係るバネ定数可変カンチレバーの実施形態について、図面を参照して説明する。

以下に示す各実施形態では、本発明を、試料表面におけるナノメートルオーダの微小な領域を観察するための原子間力顕微鏡に適用した例を示す。

本発明の実施例１に係るバネ定数可変カンチレバー１について、図１から図９を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例に係るバネ定数可変カンチレバー１の概略を説明する概観図である。

プローブ９の形成されたレバー部８と、該レバー部８をはさみこむ状態に形成されたレバー保持機構部３とからなるカンチレバーである。カンチレバーの製造方法としては、シリコンやシリコンナイトライド（窒化シリコン）から形成されたものが広く用いられている。プローブ９の製造方法としては、例えば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを用いて、フォトリソグラフィープロセスにより、レバー部８と一体にその先端に形成されている。

前記レバー保持機構部３が屈曲することで、該レバー保持機構部３が前記レバー部８をはさみこむ、あるいは前記レバー部８にのりあげることで前記レバー部８のバネ定数が可変できる。

本実施例によれば、コンタクトモード（接触型）測定を行う場合には、前記カンチレバーを前記レバー保持機構部３ではさみこまない状態、つまりバネ定数が低いカンチレバーとして測定を行うため、試料表面を破壊しながら観察してしまう危険性がない。このため有機材料や生体試料など軟質な試料を観察する際に、観察された表面構造が実構造とは異なってしまうなどのリスクを抑えることを可能にする。

また、試料表面の凹凸が激しい、あるいは角度が急峻なサンプルであった場合には、バネ定数が低いカンチレバーではサンプルの凹凸に対する追従性が悪く、観察された表面構造が実構造とは異なってしまうなどのリスクがある。このような場合は、前記カンチレバーの少なくとも一部を前記レバー保持機構部３ではさみこむ状態に保持する、つまりバネ定数の高いカンチレバーとして、再度測定を行うことで、試料の凹凸に対する追従性を向上させることが可能となる。

カンチレバーのレバー部８のバネ定数を可変できることから、従来のように、測定結果に応じてカンチレバーを交換して、再度位置あわせなどを行うことなしに観察することが可能となり、作業性が格段に向上する。

さらには、例えば生体試料など、軟質な試料の表面状態や形状を測定した後、同試料の硬さの評価を行ったり、あるいは内部構造を観察するため試料の一部を加工したりする場合など、同一の試料に対してカンチレバーのバネ定数を変化させて観察、加工行いたい場合などに多大な効果を発揮する。

図２から図３は本実施例のバネ定数可変カンチレバー１の作製プロセスを説明する断面図である
図２（ａ）に示すように、シリコン基板から成る半導体基板３１上に埋め込み酸化層３３を形成し、さらにその埋め込み酸化層３３上にｎ型のＳＯＩシリコン層３５を熱的に貼り合わせたサンドイッチ構造のＳＯＩ基板を形成する。そして、そのＳＯＩ基板の
表面側と裏面側とを熱酸化することにより、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）３７および３２を形成し、シリコン酸化膜３７上に、さらにエッチングマスクとなるフォトレ
ジスト膜３８をパターニングする。つぎに、フォトレジスト膜３８をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてシリコン酸化膜３７を溶液エッチングすることにより、図２（ｂ）に示すように、プローブ３１を形成するためのためのマスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）３７をパターニングする。続いて、パターニングされたシリコン酸化膜３７をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、図２（ｃ）に示すように、マスク３７の下に先鋭化したプローブ３１が形成する。

さらに、図２（ｄ）に示すように、半導体基板３５表面にピエゾ抵抗体を形成する領域を開口させてフォトレジスト膜３９を形成し、その開口部分にイオン注入を行ってｐ＋ピエゾ抵抗領域すなわちピエゾ抵抗体４０を形成する。つぎに、フォトレジスト膜３９を除去するとともに、図３（ｅ）に示すように、カンチレバー形状のフォトレジスト膜４１およびレバー保持機構部形状のフォトレジスト膜５１（図示せず）をＳＯＩシリコン層３５上に形成する。フォトレジスト膜４１、５１をマスクとしてＲＩＥによりＳＯＩシリコン層３５を、埋め込み酸化層３３に達するまでエッチングし、カンチレバーおよびレバー保持機構部３の端部を形成する。

そして、図３（ｆ）に示すように、フォトレジスト膜４１を除去するとともに、裏面側のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）３２の下にエッチングマスクとなる
フォトレジスト膜４２を形成する。フォトレジスト膜４２をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いたバックエッチングを行い、シリコン酸化膜３２をパターニング形成する。

さらに、図３（ｇ）に示すように、ＳＯＩシリコン層３５のピエゾ抵抗体４０の両端部および探針３１以外の部分をシリコン酸化膜３６で被覆して表面を保護するとともに、シリコン酸化膜３６の被覆されていないピエゾ抵抗体４０の両端部にアルミニウム（Ａｌ）等の金属を埋め込んでメタルコンタクト部４５，４６を形成する。さらに、ここで、メタルコンタクト部４５，４６から配線される導電層４３，４４が形成される（図示せず）。

さらに、図３（ｈ）に示すように、図３（ｇ）においてパターニング形成したシリコン酸化膜３２をマスクとして４０％の水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ＋Ｈ2 Ｏ）を用いてバックエッチングを行うことにより、半導体基板３４と埋め込み酸化層３３が部分的に除去され、ピエゾ抵抗体４０を備えたＳＯＩシリコン層３５から成るＳＰＭプローブ３０が形成される。

なお、ここでは、ｎ型のシリコン層１６にｐ＋イオンを注入してｐ＋のピエゾ抵抗体４０を形成したが、逆に、ｐ型のシリコン層を用いた場合は、基板にｎ＋イオンを注入してｎ＋のピエゾ抵抗体が形成される。

図４（ａ）から（ｄ）は本発明にかかわる、レバー保持機構部３がレバー部８をはさみこむ状態とすることでレバー部８のバネ定数を可変する状態を示す概観図である。図４（ａ）に示すように、レバー保持機構部３はレバー部８をはさみこむ状態に対向してもうけられている。このように形成されたレバー保持機構部３が屈曲することで、図４（ｂ）に示すようにレバー保持機構部３がレバー部８をはさみこむことでレバー部８のバネ定数を高くすることが可能となる。また、図４（ｃ）に示したように前記レバー保持機構部３および前記レバー部８の一方あるいは両方の少なくとも一部に嵌合部をもうけることもできる。該嵌合部をもうけることで図４（ｄ）に示したように前記レバー保持機構部３と前記レバー部８が該嵌合部５ａと嵌合部５ｂが嵌合することで、前記レバー保持機構部３と前記レバー部８に応力がかかった際に前記レバー保持機構部３が前記レバー部８からはなれにくく、カンチレバーをバネ定数の高い硬い状態に保つことも可能にする（本実施例では前記レバー保持機構部３および前記レバー部８の両方に形成した例を示した）。

本嵌合部の形成方法としてはガリウムイオンを用いた集束イオンビーム加工（ＦＩＢ加工：ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いることができる
図５（ａ）から（ｄ）は本発明にかかわる、レバー保持機構部３がレバー部８にのりあげた状態とすることでレバー部８のバネ定数を可変する状態を示す概観図である。図５（ａ）に示すように、レバー保持機構部３はレバー部８をはさみこむ状態に対向してもうけられている。また、レバー保持機構部３のレバー部８に対向した面に図示したようにテーパー部７ａを形成することでレバー保持機構部３がレバー部８にのりあげやすい状態に形成することもできる。このように形成されたレバー保持機構部３が屈曲することで、図５（ｂ）に示すようにレバー保持機構部３がレバー部８にのりあげることでレバー部８のバネ定数を高くすることが可能となる。また、図５（ｃ）に示したように前記レバー部８のレバー保持機構部３に対向した面にテーパー部７ｂを形成することもできる。該テーパー部７ａおよび７ｂをもうけることで前記レバー保持機構部３が前記レバー部８にのりあげやすくすることも可能である。

図６（ａ）から（ｄ）は、レバー保持機構部３の動作機構の概略を示した概観図である。図６（ａ）に示したようにレバー部８をはさみこむ状態で対向してもうけられたレバー保持機構部３には圧電材料１４が形成されている。図６（ｂ）は圧電材料形成部の部分拡大図である。この圧電材料１４に電圧を印加すると、圧電材料１４が伸縮することでレバー保持機構部３が屈曲し、最終的には図６（ｃ）に示すようにはさみこんだ状態あるいは図６（ｄ）に示すようにのりあげた状態となり前記レバー部８のバネ定数を可変できる。

本実施例においては、レバー保持機構部３の動作方法として圧電材料を用いたが、例えば熱膨張係数の異なる２種の材料を貼り合せ、これを加熱すると貼り合せた各材料の熱膨張係数の違いから、係数の小さい材料の側にたわむいわゆるバイメタルを利用することもできる。熱の供給源は前記レバー保持機構あるいは前記レバー部８に設けても良いし、外部に熱源を設置しても良い。バイメタルをレバー保持機構あるいは前記レバー部８に設ける場合は熱膨張係数の高い材料には電気抵抗加熱が可能な導電材料を用いることによりヒーターを別途設ける必要がなくなる。

図７は、本実施例におけるレバー保持機構部３の第２の動作機構の概略を示した概観図である。図７（ａ）に示したようにレバー保持機構部３とレバー部８の少なくとも一部を接続する状態に圧電材料からなる可動機構部２がもうけてある。このような状態で前記可動機構部２に電圧を印加すると該可動機構部２が収縮し、図７（ｂ）に示したように前記レバー部８をはさみこむ状態に保持することができる。図７（ｃ）は図７（ａ）の状態のときの、嵌合部の断面の模式図である。また、図７（ｄ）は図７（ｂ）の状態のときの、嵌合部の断面の模式図である。

図８は、本実施例におけるレバー保持機構部３の、第３の動作機構の概略を示した概観図である。図８（ａ）に示したようにレバー保持機構部３とカンチレバー本体の少なくとも一部を接続する状態に圧電材料からなる可動機構部２がもうけてある。このような状態で前記可動機構部２に電圧を印加すると該可動機構部２が収縮し、図８（ｂ）に示したように前記レバー部８をはさみこむ状態に保持することができる。

図９は、本実施例におけるレバー保持機構部３の、第４の動作機構の概略を示した概観図である。図９（ａ）に示したようにレバー保持機構部３と、レバー保持機構部３と少なくとも一部を接続する状態に設けたレバー保持機構支持部１６の接続部分に圧電材料からなる可動機構部２がもうけてある。このような状態で前記可動機構部２に電圧を印加すると該可動機構部２が膨張し、図９（ｂ）に示したように前記レバー部８をはさみこむ状態に保持することができる。

図１０（ａ）から（ｃ）は、本実施例におけるレバー保持機構部３の、第５の動作機構の概略を示した概観図である。図１０（ａ）に示したようにレバー部８をはさみこむ状態で対向してもうけられたレバー保持機構部３の少なくとも一部に磁気影響部１１がもうけられている。また、レバー部８の少なくとも一部には、磁気的力印加部１０がもうけられている。図１０（ｂ）および（ｃ）に示したように前記磁気的力印加部１０から印加された磁気的力が磁気影響部１１を吸引することで、レバー保持機構部３がレバー部８にのりあげ、バネ定数を可変できる。

図１１（ａ）から（ｃ）は、本実施例におけるレバー保持機構部３の、第６の動作機構の概略を示した概観図である。図１１（ａ）に示したようにレバー部８をはさみこむ状態で対向してもうけられたレバー保持機構部３とレバー部８の少なくとも一部にそれぞれ櫛歯状電極１２ａ、１２ｂが、もうけられている。図１１（ｂ）には櫛歯状電極の部分拡大図を示した。前記櫛歯状電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加すると櫛歯状電極間に生じる静電力によりレバー保持機構部３がレバー部８をはさみこむ、あるいはのりあげる状態となり、バネ定数を可変できる。

図１２（ａ）から（ｄ）は、本実施例におけるレバー保持機構部３の、第７の動作機構の概略を示した概観図である。図１２（ａ）に示したようにレバー部８をはさみこむ状態で対向してもうけられたレバー保持機構部３に、圧電材料１４および金属層３１からなるバイモルフ型圧電素子３０を形成してある。図１２（ｂ）は部分拡大図である。図１２（ｃ）はバイモルフ型圧電素子３０の電圧印加前、図１２（ｄ）は電圧印加時のバイモルフ型圧電素子３０の動作原理図である。図１２（ｄ）に示すように、バイモルフ型圧電素子３０に電圧を印加することによりバイモルフ型圧電素子３０およびレバー保持機構部３が屈曲し、レバー部８をはさみこんだ状態あるいは、のりあげた状態となり前記レバー部８のバネ定数を可変できる。

以下、本発明の実施例２について、図１３を用いて説明する。

なお、上述のバネ定数可変カンチレバー１の実施例１における構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

また、本実施例２に係るバネ定数可変カンチレバー２１の動作機構については、上述の実施例１のとおりであるのでその説明は省略する。

図１３は、本発明の第二実施形態に係るバネ定数可変カンチレバー２１の概観図である。図１３（ａ）に示すバネ定数可変カンチレバー２１は、実施例１に示すバネ定数可変カンチレバー１において、プローブ９の少なくとも一部に硬質材料からなる皮膜１７を形成した状態としたものである。

図１３（ｂ）は、プローブのない状態に形成したバネ定数可変カンチレバー２２に、別プロセスで作製した硬質材料からなるプローブ９１を接着あるいは接合することにより（ｃ）に示す状態に形成したものである。

このように構成されるバネ定数可変カンチレバー２１あるいは２２は、フォトリソグラフィによる半導体集積回路の形成に用いるレチクル（フォトマスク）の加工等、ごく微小な加工を行う微小加工装置に用いることができる。

試料観察の際には、前記カンチレバーを前記レバー保持機構部３ではさみこまない状態、つまりバネ定数の低いカンチレバーとして測定を行うため、試料表面を破壊しながら観察してしまう危険性がない。また、加工を行う際には前記カンチレバーの少なくとも一部を前記レバー保持機構部３ではさみこむ状態に保持する、つまりバネ定数の高いカンチレバーとして加工を行う。また、例えば仕上げ加工を行う場合や加工残渣を除去したい場合などにはレチクルの基材を傷つけることの無いように前記カンチレバーを前記レバー保持機構部３ではさみこまない状態、つまりバネ定数の低いカンチレバーとして使用することでより良好な加工を施すことが可能となる。

実施例１のバネ定数可変カンチレバーの概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの作製プロセスを説明する断面図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの作製プロセスを説明する断面図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する概観図である。実施例１のバネ定数可変カンチレバーの動作機構の概略を説明する概観図である。実施例２のバネ定数可変カンチレバーの概略を説明する概観図である。

符号の説明

１バネ定数可変カンチレバー
２支持部
３レバー保持機構部
５ａ嵌合部
５ｂ嵌合部
７ａテーパー部
７ｂテーパー部
８レバー部
９プローブ
１０磁気的力印加部
１１磁気影響部
１２ａ櫛歯状電極
１２ｂ櫛歯状電極

Claims

先鋭化されたプローブを先端に設けたレバー部と、前記レバー部を支持する支持部と、を有するカンチレバーにおいて、
前記レバー部と同一平面上に形成され、前記支持部に接続する２つのレバー保持機構部を有し、
前記プローブは、前記レバー保持機構部と同一平面上に位置する前記レバー部の面上に設けられ、
２つの前記レバー保持機構部は、前記レバー部の前記面から前記面と反対の面に向かって形成された対向する２つの側面と対向する位置にそれぞれ配置され、
２つの前記レバー保持機構部の屈曲により前記レバー部のバネ定数が変化することを特徴とするカンチレバー。
２つの前記レバー保持機構部が屈曲して、前記レバー部の対向する２つの側面をはさみこむことにより前記レバー部のバネ定数が変化する請求項１に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部と前記レバー部の接する部分が、互いに噛合い嵌合する形状である請求項２に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部が屈曲して、前記レバー部の前記面と反対の面の一部にのりあげることにより前記バネ定数が変化する請求項１に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部の前記レバー部にのりあげる部分の端面、または前記レバー部の、前記レバー保持機構部の前記端面と対向する面がテーパー形状である請求項４に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部が電圧印加により変形を生じる圧電素子を駆動源とする請求項１から５のいずれか一項に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部が熱印加により変形を生じる材料を駆動源する請求項１から５のいずれか一項に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部が磁気的力を駆動源とする請求項１から５のいずれか一項に記載のカンチレバー。
前記レバー保持機構部が電圧印加により生じる静電力を駆動源とする請求項１から５のいずれか一項に記載のカンチレバー。