JP6544560B2 - Micro-object characteristic measuring apparatus and micro-object characteristic measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、微小物特性計測装置及び微小物特性計測方法に係り、更に詳しくは、微小物の特性を計測する微小物特性計測装置及び微小物特性計測方法に関する。 The present invention relates to a minute object characteristic measuring apparatus and a minute object characteristic measuring method, and more particularly to a minute object characteristic measuring apparatus and a minute object characteristic measuring method for measuring a characteristic of a minute object.
近年、微小物の特性(例えば付着力、鏡像力、帯電極性、電気抵抗、誘電率等)を計測する技術の開発が盛んに行われている。 In recent years, techniques for measuring the properties of minute objects (for example, adhesive force, image force, charge polarity, electrical resistance, dielectric constant, etc.) have been actively developed.
例えば、特許文献1には、狭持部材に狭持された粉体と板状部材とを近接、接触、離間させることにより、粉体の付着力を計測する付着力測定装置が開示されている。
For example,
しかしながら、特許文献1等の従来技術では、計測効率を向上できなかった。
However, in the related art such as
本発明は、微小物をそれぞれが保持可能な複数の保持部材と、前記複数の保持部材を独立に駆動可能な駆動系と、前記複数の保持部材のいずれかに保持された前記微小物に対向するカンチレバーと、前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な駆動装置と、を備え、前記複数の保持部材は、対向するように設けられた2つの保持部材を含み、前記2つの保持部材それぞれは、前記微小物を狭持するための2本のアームを有し、前記2つの保持部材の少なくとも一方は、長手方向に平行な軸周りに回転可能である微小物特性計測装置である。 The present invention is opposed to the plurality of holding members capable of holding a minute object, the driving system capable of independently driving the plurality of holding members, and the minute object held by any of the plurality of holding members. A driving device capable of driving one of the holding member holding the minute object and the cantilever in a direction in which the minute object held by the holding member and the cantilever approach and separate from each other; The plurality of holding members includes two holding members provided to face each other, and each of the two holding members has two arms for holding the minute object, at least one of the two holding members are rotatable der Ru fine fragment characteristic measuring device about the axis parallel to the longitudinal direction.
本発明によれば、計測効率を向上できる。 According to the present invention, measurement efficiency can be improved.
《第1実施形態》(本発明の原理)
以下に、本発明の基本的な原理や仕組みを第1実施形態として、図1〜図4に基づいて説明する。図1には、第1実施形態に係る微小物特性計測装置100の概略構成が示されている。以下では、図1等に示されるZ軸方向を鉛直方向とするXYZ3次元直交座標系を適宜用いて説明する。
First Embodiment (Principle of the Present Invention)
Hereinafter, the basic principle and mechanism of the present invention will be described as a first embodiment based on FIGS. 1 to 4. FIG. 1 shows a schematic configuration of a minute object characteristic measuring
微小物特性計測装置100は、一例として、微小物を保持可能な保持部材10、カンチレバー20(片持ち梁)、レーザ変位計30、固定治具40、微動ステージ50、処理装置60などを備えている。
The minute object characteristic measuring
保持部材10は、微小物を一粒ずつ保持可能な部材である。保持部材としては、図2に示されるような、微小物を両端から挟み込んで保持するマイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットと称されるものや、図3(A)及び図3(B)に示されるような、微小物を吸引することで保持(吸着)するマイクロ/ナノピペットと称されるものを用いることができる。
The
ここで、計測対象として適切な微小物のサイズは、保持部材10で保持可能な最大径が10nm〜1mmの範囲に入るものであり、より好適なサイズとしては最大径が1um〜100umの範囲に入るものである。微小物の具体例としては、複写機に用いられるトナー、医薬品、食料品、電子機器の構成材料に用いられる粉体や電子基板等に付着する微小異物、更には、細胞等の生体物質が考えられる。
Here, the size of the minute object suitable for measurement is such that the maximum diameter that can be held by the
上記粉体としては、トナー粒子の他に、例えば3Dプリンターの構成材料(数um〜数10um程度)、トナー帯電用の鉄粉(30um〜100um程度)、液晶スペーサ(数um程度)等が挙げられる。 Examples of the powder include, in addition to toner particles, constituent materials of a 3D printer (about several um to several tens of um), iron powders for toner charging (about 30 um to 100 um), liquid crystal spacers (about several um), etc. Be
保持部材10は、一例として、保持部材10をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に独立に移動させることが可能なXYZ3次元移動機構(以下では、「3次元移動機構」とも称する)により、微小物群が配置されたサンプリングエリア(例えば微小物が散布されている試料台もしくは微小物が付着した部材)における微小物を採取可能な採取位置(図4(A)参照)と、保持した微小物がカンチレバー20に対向する位置(ここではカンチレバー20の+Z側の位置)である計測位置(図4(B)参照)との間を移動可能となっている。保持部材10によって微小物を保持(採取)する際の保持部材10の操作は、操作部を介して手動で行われる。なお、XYZ3次元移動機構に代えて、例えば保持部材10をチルト回転可能なチルト回転機構と保持部材10をXY平面に沿って移動させるXY2次元移動機構を組み合わせたものであっても良い。XYZ3次元移動機構、チルト回転機構、XY2次元移動機構の動作は、自動でも良いし、手動でも良い。
The
固定治具40は、一例として、XY平面に平行な上面及び下面、YZ平面に平行な一側面(+X側の側面)を有する部材(例えば直方体形状の部材)から成り、微動ステージ50上に設置されている。
カンチレバー20は、一例として、薄い板状部材から成り、固定端側の部分が固定治具40の上面に固定され、自由端側の部分(過半部)が固定治具40上から+X側に張り出し、計測位置に位置する保持部材10に保持された微小物に対向する。
The
カンチレバー20としては、例えば平滑度が非常に高い原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)用のカンチレバーを使用可能であるが、計測内容に応じて、適切なバネ定数及び材質のカンチレバーを選択する必要がある。なお、通常、原子間力顕微鏡用のカンチレバーは自由端に試料をスキャンするチップが設けられているが、ここでは必ずしもチップを設ける必要はない。すなわち、チップレスカンチレバーを用いるか、もしくはチップが設けられているカンチレバーを使用する場合には、チップは微小物側でなくレーザ変位計30側に向くようにカンチレバーを固定する必要がある。なお、カンチレバー20は、平滑度が高いことが好ましく、AFM用以外のものであっても良い。
As the
レーザ変位計30は、固定治具40の+X側の側面に、カンチレバー20に対向するように固定されている。このように、レーザ変位計30は、固定治具40を介してカンチレバー20と一体的に設けられているため、カンチレバー20の変形(反り)による変位を精度良く測定することができる。
The
レーザ変位計30は、必ずしも特定の製品(スペック)に限定されるものではないが、カンチレバー20の変形をモニタリングできるよう、そのスポットサイズがカンチレバー20の幅と同程度、もしくはカンチレバー20の幅よりも小さいことが望ましい。また、カンチレバー20の微小変形を検出できるよう、測定分解能が高いことが望ましく、具体的には1nm程度の分解能が要求される。
The
微動ステージ50は、Z軸方向に微小移動可能な移動台である。微動ステージ50は、nmオーダの位置分解能が必要であり、具体的にはピエゾステージ(ピエゾ素子をアクチュエータとしたステージ)を用いるのが好適である。なお、ピエゾステージに代えて、例えば高精度のステッピングモータ等をアクチュエータとしたステージを用いても良い。
The
そこで、微動ステージ50と固定治具40とを含んで、カンチレバー20をZ軸方向に微小駆動可能な駆動装置が構成されている。なお、カンチレバー20を微動ステージに直接固定し、該微動ステージのみにより駆動装置を構成しても良い。
Therefore, a driving device capable of minutely driving the
処理装置60は、微動ステージ50を制御し、レーザ変位計30の測定結果を取得(収集)し、該測定結果に基づいて微小物の特性を求める。
The
計測開始までの具体的な流れとしては、必要に応じて3次元移動機構を動作させて保持部材をサンプリングエリア上の採取位置に位置させ、保持部材10を手動操作してサンプリングエリアから微小物を採取し(図4(A)参照)、3次元移動機構を動作させて微小物を保持する保持部材10を該微小物がカンチレバー20に対向する計測位置に移動させる(図4(B)参照)。
As a specific flow up to the start of measurement, the three-dimensional moving mechanism is operated as needed to position the holding member at the sampling position on the sampling area, and the holding
なお、3次元移動機構による保持部材の移動に代えて、例えばサンプリングエリアと微動ステージ50にXY平面内での2次元移動機能を担わせて、保持部材10にZ軸方向の1次元移動機能もしくはチルト回転機能を担わせても良い。
Note that, instead of moving the holding member by the three-dimensional moving mechanism, for example, the sampling area and the
また、サンプリングエリアに散布/付着された微小物を保持部材10によって保持する際や、カンチレバー20に微小物を近接、接触させる際の位置合わせのために、観察系(顕微鏡機能)が必要であるが、数umサイズの微小物が認識できれば具体的な手段は制限されず、例えば光学顕微鏡、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡のいずれでも良い。
In addition, an observation system (microscope function) is necessary for holding the minute objects scattered / attached to the sampling area by the holding
以下に、微小物特性計測装置100による具体的な計測例を説明する。
Hereinafter, a specific measurement example by the minute object
〈鏡像力計測〉
微小物の帯電量に依存する鏡像力の計測方法について説明する。ここでは、微小物特性計測装置100は、微小物の特性の1つである「鏡像力」を計測する装置であるため「微小物鏡像力計測装置」と呼んでも良い。
Image force measurement
A method of measuring the image force depending on the charge amount of the minute object will be described. Here, since the minute object
この計測方法では、保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20とを近接させることで、微小物が保有する電荷と逆極性かつ等量の鏡像電荷(誘導電荷)をカンチレバーに誘起させ、微小物とカンチレバー20との間に作用する鏡像力をカンチレバー20の背面側(−Z側)に設置されたレーザ変位計30を用いて計測する。
In this measurement method, by bringing the minute object held by the holding
より具体的には、計測位置に位置された微小物を保持する保持部材を3次元移動機構により−Z方向に移動させて微小物とカンチレバー20とを近接させる。そして、処理装置60が微動ステージ50を+Z方向に微小移動させて微小物とカンチレバー20とをさらに近接させるとともに、レーザ変位計30がカンチレバー20の反り量(変形量)を測定し、その測定値を処理装置60に例えば数ミリsec毎に出力する。なお、処理装置60は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ50の制御、レーザ変位計30からの測定値の取得を開始する。
More specifically, the holding member for holding the minute object located at the measurement position is moved in the −Z direction by the three-dimensional moving mechanism to bring the minute object and the
処理装置60は、微動ステージ50の移動を、微小物とカンチレバー20とが接触するまで行う。処理装置60は、微小物とカンチレバー20が接触したか否かを、レーザ変位計30の測定値(接触時のカンチレバーの変位)によって判断する。計測開始前、すなわち微動ステージ50の移動開始前の微小物とカンチレバー20との距離は、微小物が保有すると考えられる電荷量に応じて最適な値に設定すべきであるが、およそ1〜100umに設定するのが好ましい。
The
微動ステージ50の移動速度は、あまりに低速度の場合は、カンチレバー20がレーザ変位計30からのレーザ光の照射時間が長くなることによりドリフト(サーマルドリフト)して計測値のSN比が悪化し、また、あまりに高速度の場合は、微動ステージ50が速度設定値に追従して移動しない。そこで、微動ステージ50の移動速度は、0.1〜100um/secの範囲に設定するのが好ましい。
When the movement speed of the
カンチレバー20とレーザ変位計30は微小物が保有すると考えられる電荷量に応じて決定すべきであるが、一般的には、後述する付着力計測よりも鏡像力計測の方が、よりバネ定数が低いカンチレバー、かつ、より高分解能のレーザ変位計を用いるのが望ましい。具体的には、カンチレバーのバネ定数は0.05N/m以下、より好適には0.01N/m以下であることが望ましい。レーザ変位計30の分解能は10nm以下、より好適には1nm以下であることが望ましい。さらに、カンチレバーはその表面が導電性であり、かつ、接地される必要がある。
Although the
以上の方法にて、計測した鏡像力は、更に、電荷量(帯電量)に変換することが可能である。具体的には、例えば、従来技術(参考文献:丸山博之, 柚山理恵,
増田弘昭:AFM を用いたスリップ、ノンスリップ接触による粒子の帯電に関する検討, 粉体工学会夏季シンポジウム講演論文集, 41 (2005) pp. 67-69)の手法を用いることで、微小物の電荷量(帯電量)を算出することが可能である。
The image force measured by the above method can be further converted to a charge amount (charge amount). Specifically, for example, conventional techniques (References: Hiroyuki Maruyama, Rie Kiriyama,
Hiroaki Masuda: AFM study of particle electrification by slip and non-slip contact, Proceedings of the Summer Symposium of the Society of Powder Technology, 41 (2005) pp. 67-69) It is possible to calculate (charge amount).
〈帯電極性判別〉
微小物の帯電極性の判別方法について説明する。ここでは、微小物特性計測装置100は、微小物の特性の1つである「帯電極性」を計測する装置であるため「微小物帯電極性計測装置」と呼んでも良い。具体的には、鏡像力計測と同様な手順で計測位置に位置された微小物を保持した保持部材10を3次元移動機構により−Z方向に移動させて微小物とカンチレバー20とを近接させる。そして、処理装置60が微動ステージ50を+Z方向に微小移動させて微小物とカンチレバー20とをさらに近接させるとともに、帯電装置を稼働させてカンチレバー20に電圧を印加する(帯電させる)。処理装置60は、カンチレバー20にプラス電圧を印加(正の電荷を付与)し、カンチレバー20が微小物に引き寄せられる方向に変形した場合は、微小物はマイナス帯電していると判別でき、カンチレバー20が微小物に対して反発する方向に変形した場合は、微小物はプラス帯電していると判別できる。なお、処理装置60は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ50の制御、レーザ変位計30からの測定値の取得を開始する。
<Determining charging polarity>
A method of determining the charge polarity of the minute object will be described. Here, since the minute object
カンチレバー20にマイナス電圧を印加(負の電荷を付与)した場合も同様に判別すれば良く、カンチレバー20が微小物に引き寄せられる方向に変形した場合は、微小物はプラス帯電していると判断でき、カンチレバー20が微小物に対して反発する方向に変形した場合は、微小物はマイナス帯電していると判断できる。カンチレバー20と微小物との距離は、1〜5umに設定するのが好ましい。カンチレバー20への印加電圧は、微小物の電荷量に応じて決定すべきだが、その絶対値でおよそ0.1〜3V程度に設定するのが好ましい。
If a negative voltage is applied to the cantilever 20 (negative charge is applied), the determination may be made similarly. If the
〈付着力計測〉
微小物の付着力の計測方法を、説明する。ここでは、微小物特性計測装置100は、微小物の特性の1つである「付着力」を計測する装置であるため「微小物付着力計測装置」と呼んでも良い。
計測の流れとしては、鏡像力計測と同様な手順で計測位置に位置された微小物を保持する保持部材10を3次元移動機構により−Z方向に移動させて微小物とカンチレバー20とを近接させた後、処理装置60が微動ステージ50を+Z方向に微小移動させて微小物とカンチレバー20とを接触させる。なお、処理装置60は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ50の制御、レーザ変位計30からの測定値の取得を開始する。
<Adhesive force measurement>
A method of measuring the adhesion of a minute object will be described. Here, since the micro thing
As the flow of measurement, the holding
微小物とカンチレバー20が接触したか否かは、レーザ変位計30の測定値(接触時のカンチレバーの変位)によって判断できる。微小物とカンチレバー20を接触させる際の、カンチレバー20の変形量は、カンチレバー20のバネ定数にもよるが、およそ1um以下に設定するのが好適である。
Whether or not the minute object and the
次いで、処理装置60が微動ステージ50を微小物とカンチレバー20とが離間する方向(−Z方向)に微小移動させる。微動ステージ50の移動直後は、微小物とカンチレバー20との間に作用する付着力によって、微小物とカンチレバー20は接触状態を維持しているが、微動ステージ50を移動させ続けると、カンチレバー20の反りで発生する力が、微小物とカンチレバー20との間の付着力よりも大きくなり、微小物とカンチレバー20とが離間する。
Next, the
そこで、処理装置60は、微小物とカンチレバー20とが離間するときにカンチレバー20に作用している力を取得することで、微小物とカンチレバー20との間の付着力を求めることができる。なお、微小物とカンチレバー20とが離間するときは、レーザ変位計30の測定値(カンチレバー20の変形量)が最大になるので、その最大値を取得すれば良い。この最大値とカンチレバー20のばね定数から微小物の付着力を求めることができる。
Therefore, the
微動ステージ50の移動速度は、あまりに低速度の場合は、カンチレバー20がドリフトして計測値のSN比が悪化し、また、あまりに高速度の場合は、微動ステージ50が速度設定値に追従して移動しない。そこで、微動ステージ50の移動速度は、0.1〜100um/secの範囲に設定するのが好ましい。カンチレバー20とレーザ変位計30は微小物の付着力に応じて決定すべきであるが、カンチレバー20のバネ定数は0.01N/mから1N/m以下、レーザ変位計30の分解能は100nm以下であることが望ましい。
If the movement speed of the
ここでは、カンチレバー20の表面材料と微小物との付着力を計測することになる。保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20との間の付着力を相対比較するだけであれば、カンチレバー20の表面材料は限定する必要はないが、微小物がカンチレバー20を帯電させ易いような材料の場合は、カンチレバー20の少なくとも表面に導電性材料を用いて、更に、カンチレバー20を接地した方が良い。繰り返しの計測に対して、カンチレバー20の表面の汚染が懸念されるような材料で構成される微小物を評価する場合は、カンチレバー20の表面を離型性の良好な材料でコートするのが好ましい。
Here, the adhesion between the surface material of the
このように、保持部材10に微小物を保持させ、微動ステージ50を微小移動させたときの微小物と該微小物に対向するカンチレバー20との間に生じる力によるカンチレバー20の変位を測定することで、微小物の各種特性を精度良く計測することが可能となる。
すなわち、計測精度を向上させることができる。
As described above, the minute object is held by the holding
That is, measurement accuracy can be improved.
また、微小物特性計測装置100は、微動ステージ50を含む駆動装置を制御し、レーザ変位計30の測定結果に基づいて微小物の特性を求める処理装置60を更に備えるため、微小物の特性を自動的に計測することができる。
In addition, since the micro object
また、カンチレバー20は導電性を有し、かつ接地され、処理装置60は、保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20とを近接させたときのカンチレバー20の変形量(反り量)から微小物の鏡像力を求める。
この場合、微小物の鏡像力を自動的に高精度で計測することができる。
Further, the
In this case, the image force of the minute object can be automatically measured with high accuracy.
また、処理装置60は、保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20とが接触した状態から微小物とカンチレバー20とを離間させたときのカンチレバーの変形量(反り量)から微小物の付着力を求める。
この場合、微小物の付着力を自動的に高精度で計測することができる。
In addition, the
In this case, the adhesion of the minute object can be measured automatically with high accuracy.
また、カンチレバー20は、導電性を有し、かつ接地されているため、付着力計測において微小物とカンチレバー20との接触を繰り返しても、微小物及びカンチレバー20に電荷が蓄積するのを防止できる。この結果、付着力計測の際に、微小物の鏡像力をほぼゼロにでき、付着力の計測精度の更なる向上を図ることができる。
Further, since the
なお、付着力計測に際して、カンチレバー20が導電性を有し、かつ接地されることに代えて又は加えて、保持部材10が導電性を有し、かつ接地されていても良い。この場合も、付着力計測の際の微小物の鏡像力をほぼゼロにでき、付着力の計測精度の更なる向上を図ることができる。
In the adhesion measurement, the holding
また、微小物特性計測装置100は、カンチレバー20を正又は負に帯電させる帯電装置を更に備え、処理装置60は、保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20とを近接させたときのカンチレバー20の変形方向(反り方向)から、微小物の帯電極性を求める。
この場合、微小物の帯電極性を自動的に高精度で計測(判別)することができる。
The minute object
In this case, it is possible to automatically measure (determine) the charging polarity of the minute object with high accuracy.
また、カンチレバー20の変位を測定する測定装置として、レーザ変位計30を用いているため、距離を実測でき、かつ小型化を図ることができる。
In addition, since the
また、微動ステージ50を含む駆動装置は、カンチレバー20及びレーザ変位計30を前記接近する方向及び前記離間する方向に一体的に駆動可能であるため、カンチレバー20の変形(反り)による変位を精度良く測定することができる。
Further, since the driving device including
また、カンチレバー20及びレーザ変位計30は、固定治具40を介してリジッドな微動ステージ50上に設置されているため、微小かつスムーズに移動可能であり振動等によるノイズを受け難く、カンチレバー20の変形による変位をより精度良く測定することができる。
In addition, since the
また、駆動装置による駆動(微動ステージ50の動作)とレーザ変位計30による測定とを同期させることで、微小物の鏡像力、付着力、帯電極性を短時間で計測可能であり、カンチレバー20のドリフトの影響を低減させることができる。
In addition, by synchronizing the driving by the driving device (the movement of the fine movement stage 50) and the measurement by the
また、微小物特性計測装置100は、微小物がカンチレバー20に対向しない位置(採取位置)で保持部材10に保持(採取)された後に、微小物を保持する保持部材10を該微小物とカンチレバー20とが対向する位置(計測位置)に移動させるための3次元移動機構(移動手段)を更に備えている。
Further, after the minute
この場合、微小物の採取から特性計測にスムーズに移行することができ、微小物の評価を短時間で実現できる。
また、カンチレバー20は、原子間力顕微鏡用のカンチレバーである。
In this case, it is possible to smoothly shift from the collection of the minute object to the characteristic measurement, and the evaluation of the minute object can be realized in a short time.
Also, the
この場合、カンチレバー20の表面は、高い平滑性を持つため、測定毎の微小物とカンチレバーとの接触面積の変化を抑制することができる。また、カンチレバー20の変形量を光学的に計測する際、カンチレバー20に当たった光は散乱することなく直進性を保ったまま検出されるため、計測精度を向上させることができる。
In this case, since the surface of the
また、保持部材10が微小物を把持可能な一対のアームを有する場合には、任意の一の微小物(一粒子)を確実に採取できる。
In addition, in the case where the holding
また、保持部材10は、微小物を吸着可能である場合には、任意の一の微小物(一粒子)を該微小物にかける負荷を小さくした状態で採取できる。
In addition, in the case where the holding
《第2実施形態》(電気抵抗の計測)
以下に、電気抵抗の計測の仕組みについて、第2実施形態を図5に基づいて説明する。第2実施形態の微小物特性計測装置200は、微小物の電気特性(電気抵抗や誘電率)を計測する装置であるため、「微小物電気特性計測装置」と呼んでも良い。
Second Embodiment (Measurement of Electric Resistance)
Below, 2nd Embodiment is demonstrated based on FIG. 5 about the structure of measurement of an electrical resistance. The minute object
図5には、第2実施形態の微小物特性計測装置200を用いて微小物の電気抵抗を計測する構成が模式的に示されている。なお、図5では、微動ステージ50、固定治具40、レーザ変位計30の図示が省略されている。
The structure which measures the electrical resistance of a micro thing using the micro thing
詳述すると、微小物特性計測装置200は、図5に示されるように、導電性を有する保持部材10と、導電性を有するカンチレバー20と、保持部材10とカンチレバー20とが個別に両極に接続され、微小物に直流電圧を印加するための直流電源と、保持部材10とカンチレバー20とが微小物を介して導通しているときに微小物に流れた電流を測定するための電流計とで直列回路を構成している。このように、微小物特性計測装置200では、導電性を有する保持部材10及びカンチレバー20を電極として用いることができる。
More specifically, as shown in FIG. 5, in the microparticle
図5に示される構成以外の測定方法としては、測定回路に基準抵抗を挿入し、電圧計を用いて基準抵抗の電圧降下を測定する方法や、特定の周波数成分のみ抽出するロックインアンプを設けて、交流電圧を印加して電流を測定する方法などがある。 As a measurement method other than the configuration shown in FIG. 5, a method of inserting a reference resistance in the measurement circuit and measuring the voltage drop of the reference resistance using a voltmeter, or a lock-in amplifier for extracting only a specific frequency component is provided. There is a method of measuring the current by applying an alternating voltage.
なお、図5では、保持部材10が電源のhi端子(正極)と接続され、カンチレバー20が電源のlo端子(負極)と接続されているが、その逆であっても良い。
In FIG. 5, the holding
保持部材10は電極として利用するため、少なくとも微小物との接触面から電源との接続箇所までは導通(導電性)が確保されている必要がある。導通に対する具体的な数値として、計測する微小物の抵抗値に対して、1/10以下であることが望ましい。使用する保持部材が標準で導通が得られていない場合(導電性を有していない場合)は、例えば、保持部材を金や銅、タングステン等を用いて表面を成膜する方法や、収束イオンビーム等によるデポジション機能を利用して微小電極を作成する方法によって導通(導電性)を確保する。
In order to use the holding
計測の流れとしては、鏡像力計測と同様な手順で計測位置に位置された微小物を保持する保持部材10を3次元移動機構により−Z方向に移動させて微小物とカンチレバー20とを近接させた後、処理装置60が微動ステージ50を+Z方向に微小移動させて微小物とカンチレバー20とを接触させる。これにより、保持部材10とカンチレバー20とを微小物を介して導通させる回路を速やかに構築することができる。処理装置60は、微小物とカンチレバー20が接触したか否かを、レーザ変位計30の測定値(接触時のカンチレバー20の変形量)によって判断する。微小物とカンチレバー20を接触させる際の、カンチレバー20の変形量は、カンチレバー20のバネ定数にもよるが、およそ1um以下に設定するのが好適である。なお、処理装置60は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ50の制御、レーザ変位計30からの測定値の取得を開始する。
As the flow of measurement, the holding
微小物と電極の接触状態(接触圧)は、一方の電極にカンチレバーを用いることで、精度良く管理できる。精度良く接触状態を管理できる理由として2つ挙げられる。1つ目は、レーザ変位計30によりカンチレバー20の変形量を計測することで、微小物にかかる圧力を管理できるからである。例えば、バネ定数が0.01N/mであるカンチレバー、分解能が10nmであるレーザ変位計30による構成をとれば、0.1nN単位で微小物にかかる圧力を管理できる。2つ目は、カンチレバー20の表面は高い平滑性を有するからである。これにより、測定毎の表面凹凸による微小物との接触面積の変化を最小限に抑えることができる。
The contact state (contact pressure) of the minute object and the electrode can be managed with high accuracy by using a cantilever for one electrode. There are two reasons why the contact state can be managed accurately. The first reason is that by measuring the amount of deformation of the
上述のようにして保持部材10とカンチレバー20とを微小物を介して導通させた後、処理装置60は、直流電源により微小物に電圧を印加して、微小物に流れた電流値を電流計で読み取り、オームの法則より電気抵抗を求めることができる。
As described above, after the holding
微小物に印加する電圧の上限は、電極間の放電を避けるために100V程度とすることが望ましい。電流測定は、入力突入電流の影響を避けるために、電圧印加直後一分程度放置してから読み取りを開始することが望ましい。また、精度の良い計測結果を得るためには、一回の測定の中で印加電圧の値を変化させて、それに伴う電流値の変化を読み取り、オームの法則に対する線形回帰によって抵抗値を得ることが望ましい。 The upper limit of the voltage applied to the minute object is desirably about 100 V in order to avoid discharge between the electrodes. As for current measurement, in order to avoid the influence of input inrush current, it is desirable to stand for about 1 minute immediately after voltage application and start reading. Also, in order to obtain accurate measurement results, change the value of applied voltage in one measurement, read the change in current value accompanying it, and obtain the resistance value by linear regression against Ohm's law. Is desirable.
〈誘電率計測〉
微小物の誘電率を計測する場合は、微小物特性計測装置200の上記電気抵抗を計測する構成において直流電源に代えて交流電源を用いればよい。交流電源を用いることで、微小物に流れた電流の周波数応答を計測し、インピーダンスを求めることができる。更にインピーダンスからキャパシタを求めることで誘電率が得られる。
<Permittivity measurement>
When measuring the dielectric constant of the minute object, an alternating current power supply may be used in place of the direct current power supply in the configuration for measuring the electric resistance of the minute object
図6には、微小物特性計測装置200を用いて微小物の誘電率を計測する構成が示されている。なお、図6では、微動ステージ50、固定治具40、レーザ変位計30の図示が省略されている。図6では、図5に示される構成に対して、直流電源を交流電源に代え、かつ保持部材10とカンチレバー20とを電圧計を介して接続している。そこで、微小物に交流電圧を印加して、微小物に流れた電流と電圧を計測してインピーダンスを計測することができる。また、図6に示される構成では、誘電率に加えて電気抵抗も計測することができる。
FIG. 6 shows a configuration for measuring the dielectric constant of a micro object using the micro object
以上説明した第2実施形態の微小物特性計測装置200は、微小物を保持可能な導電性を有する保持部材10と、保持部材10に保持された微小物に対向する導電性を有するカンチレバー20と、カンチレバー20を、保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20とが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な微動ステージ50を含む駆動装置と、保持部材10及びカンチレバー20に両極が個別に接続された電源と、保持部材10とカンチレバー20とが微小物を介して導通しているときに微小物に流れる電流を計測する電流計と、を備えている。
The minute object
この場合、保持部材10に微小物を保持させ、微動ステージ50を微小移動させ微小物と該微小物に対向するカンチレバー20とを接触させることで、微小物に電流を流し、該電流を計測し、微小物の電気的特性を計測することが可能となる。
In this case, a minute object is held by the holding
この場合、カンチレバー20の弾性力によって、保持部材に保持された微小物とカンチレバー20とを確実に接触させることができる。
この結果、計測精度を向上させることができる。
In this case, due to the elastic force of the
As a result, measurement accuracy can be improved.
また、微小物特性計測装置200は、カンチレバー20の変位を測定するレーザ変位計30を更に備えているため、微小物とカンチレバー20との接触状態(接触圧)を精密に管理できる。
Further, since the micro object
また、微小物特性計測装置200は、保持部材10に保持された微小物とカンチレバー20とが接触しているときの電流計の計測結果から微小物の特性を求める処理装置を更に備えている。
この場合、微小物の特性(電気的特性)を自動的に高精度で計測することができる。
In addition, the micro object
In this case, the characteristics (electrical characteristics) of the minute object can be automatically measured with high accuracy.
また、電源は直流電源であり、微小物特性計測装置200が計測対象とする微小物の特性は、該微小物の電気抵抗であるため、該電気抵抗を簡易かつ迅速に精度良く計測することができる。
Further, since the power source is a direct current power source, and the characteristics of the minute object to be measured by the minute object
また、電源は、交流電源であり、保持部材10とカンチレバー20とが微小物を介して導通しているときに微小物に印加される電圧を計測する電圧計を更に備え、微小物の特性は、該微小物の誘電率及び電気抵抗の少なくとも一方であるため、該誘電率及び該電気抵抗の少なくとも一方を簡易かつ迅速に精度良く計測することができる。
The power source is an AC power source, and further includes a voltmeter for measuring a voltage applied to the micro object when the holding
また、保持部材10とカンチレバー20とで微小物を一粒子だけ狭持して計測を行うことができるため、該一粒子の固有の電気的特性(電気抵抗や誘電率)を安定して高精度に計測することができる。
In addition, since it is possible to perform measurement while holding only one particle between the holding
一方、仮に微小物を複数含む微小物群を一対の電極で狭持して該微小物群の電気的特性の計測を行う場合には、微小物の流動性により微小物群と各電極との接触状態が変化し、安定して高精度な計測を行うことができない。すなわち、この場合、計測精度が微小物の充填率、成形状態等の影響を受けてしまう。 On the other hand, when measuring the electrical characteristics of a group of minute objects by holding the group of minute objects containing a plurality of minute objects between a pair of electrodes, the flowability of the minute objects makes the group of minute objects and each electrode The contact state changes, and stable and high-accuracy measurement can not be performed. That is, in this case, the measurement accuracy is influenced by the filling rate of the minute object, the molding state, and the like.
なお、微小物特性計測装置200は、カンチレバー20の変位を測定するレーザ変位計30を備えているが、備えていなくても良い。この場合、微小物とカンチレバーとを接触させることに関しては顕微鏡等を介した目視に頼らざるを得ないが、微小物の電気的特性(電気抵抗や誘電率)の計測を行うことは、十分に可能である。
The minute object
なお、保持部材10が微小物を把持可能な一対のアームを有している場合には、各アームとカンチレバー20を微小物を介して導通させるようにしても良い。また、一対のアームの一方とカンチレバー20を微小物を介して導通させ、他方とカンチレバー20を微小物を介して導通させないようにしても良い(図5、図6参照)。この場合、微小物の電気抵抗計測に用いないアームへの漏れ電流を低減できるため、計測精度を更に向上させることができる。
When the holding
ところで、研究者、技術者が品質評価や更にはメカニズム解析を進める上では、微小物の一つの特性値の評価では不十分なことが多い。一方、解析内容に応じて、複数の装置を導入するとなると、装置導入コスト、更には、維持コストが膨大になる。また、同一の微小物について、複数の特性計測を試みようとした場合、微小サイズの同一サンプルを複数の計測装置間で移動させなければならないため、高度な位置特定技術が必要になる上、評価が長時間化し易い。 By the way, in order for researchers and engineers to carry out quality evaluation and further mechanism analysis, it is often insufficient to evaluate one characteristic value of a microscopic object. On the other hand, if a plurality of devices are introduced according to the analysis content, the device introduction cost and the maintenance cost become enormous. In addition, when trying to measure multiple characteristics for the same small object, it is necessary to move the same sample of small size between multiple measuring devices, which requires advanced positioning technology and evaluation. Is likely to take longer.
本発明の微小物特性計測装置では、上記第1及び第2実施形態の説明からも分かるように、計測内容に応じて構成を適宜変更することにより、複数の特性(例えば付着力、鏡像力、帯電極性、電気抵抗、誘電率等)が計測可能である。上記第1及び第2実施形態では、1つのカンチレバーを用いて微小物の複数の特性を計測することができるが、計測内容によって適したカンチレバーは異なる。 As can be understood from the description of the first and second embodiments, the minute object characteristic measuring apparatus according to the present invention appropriately changes the configuration according to the contents of measurement to obtain a plurality of characteristics (for example, adhesion force, image force, Charge polarity, electrical resistance, dielectric constant, etc.) can be measured. In the first and second embodiments, one cantilever can be used to measure a plurality of properties of a minute object, but the suitable cantilever differs depending on the measurement content.
そこで、微小物特性計測装置が複数のカンチレバーを保持する構成にすれば、上記複数の特性を、カンチレバーの交換無しに、短時間で計測可能となる。 Therefore, if the minute object characteristic measurement apparatus is configured to hold a plurality of cantilevers, the plurality of characteristics can be measured in a short time without replacing the cantilevers.
《第3実施形態》(複数のカンチレバー)
一例として、図7(A)及び図7(B)に示される第3実施形態の微小物特性計測装置300のように、複数のカンチレバーを保持し、かつ、位置(ここではY軸方向の位置)を変更可能な保持治具(カンチレバーホルダー)を用いることで、より効率良く複数の計測を実施できる。なお、図7(A)及び図7(B)では、微動ステージ50、レーザ変位計30、処理装置60の図示が省略されている。具体的には、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーに対しては、導電性及び接地機能を付与し、電気抵抗/誘電率計測用カンチレバーに対しては、電源、電流計、電圧計を含めて回路を組んだ状態にする。このような保持治具を用いれば、保持治具の位置を変えるだけでカンチレバーの位置を変更でき、短時間で測定内容を変更可能である。
Third Embodiment (a plurality of cantilevers)
As an example, a plurality of cantilevers are held and positions (here, positions in the Y-axis direction) as in the microscopic object
また、第3実施形態の変形例として、微小物の帯電極性を判別可能にするため、帯電量計測用のカンチレバーに対して電圧印加機能(帯電装置)を設けることも有用である。また、保持冶具をY軸方向に移動させる代わりに、保持部材をY軸方向に移動させるようにしても良い。また、電気抵抗のみが計測対象の場合には、図7(A)及び図7(B)において、交流電源に代えて、直流電源を用いても良い。また、各カンチレバーが担う計測内容は、図7(A)及び図7(B)に示される例に限らず、適宜変更可能である。例えば、鏡像力計測と付着力計測を同一のカンチレバーに担わせても良いし、電気抵抗計測と誘電率計測を異なるカンチレバーに担わせても良い。また、帯電極性計測用のカンチレバーを追加しても良い。 Further, as a modification of the third embodiment, it is also useful to provide a voltage application function (charging device) to a cantilever for charge amount measurement in order to make it possible to determine the charge polarity of the minute object. Further, instead of moving the holding jig in the Y-axis direction, the holding member may be moved in the Y-axis direction. When only the electrical resistance is to be measured, a DC power supply may be used instead of the AC power supply in FIGS. 7A and 7B. Moreover, the measurement content which each cantilever bears can be suitably changed not only in the example shown by FIG. 7 (A) and FIG. 7 (B). For example, the image measurement and the adhesion measurement may be carried by the same cantilever, or the electric resistance measurement and the permittivity measurement may be carried by different cantilevers. Also, a cantilever for charge polarity measurement may be added.
以上説明した第3実施形態の微小物特性計測装置300は、微小物を保持可能な保持部材10と、該保持部材10に保持された微小物に個別に対向可能な複数のカンチレバーを一体的に含むカンチレバー装置と、複数のカンチレバーのうち、保持部材10に保持された微小物に対向するカンチレバーの変位を測定するレーザ変位計30と、微小物を保持する保持部材10及びカンチレバー装置の一方を、保持部材10に保持された微小物と複数のカンチレバーのうち任意の一のカンチレバーとが対向する位置に移動させ、保持部材10に保持された微小物と一のカンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な微動ステージ50を含む駆動装置と、を備えている。
The minute object
この場合、計測内容(例えば微小物の鏡像力、付着力、帯電極性)に適したカンチレバーを簡易かつ迅速に選択して用いることができ、複数の特性(計測内容)を計測する際の計測時間の短縮化を図ることができる。 In this case, a cantilever suitable for the measurement content (for example, the image force and adhesion force of the minute object, charging polarity) can be selected simply and quickly and used, and the measurement time for measuring a plurality of characteristics (measurement content) Can be shortened.
一方、同一の微小物について、複数の特性計測を試みようとした場合、微小サイズの同一サンプルを複数の計測装置間で移動させなければならないため、高度な位置特定技術が必要になる上、評価が長時間化し易い。 On the other hand, when trying to measure a plurality of characteristics for the same minute object, it is necessary to move the same sample of a minute size between a plurality of measuring devices, which requires a high-level localization technique, and evaluation Is likely to take longer.
保持部材10は、導電性を有し、複数のカンチレバーは、導電性を有するカンチレバーを含み、保持部材10及び導電性を有するカンチレバーに両極が個別に接続された電源と、導電性を有するカンチレバーと保持部材10とが微小物を介して導通しているときに該カンチレバーと保持部材10との間に流れる電流を計測する電流計と、を更に備えている。
The holding
この場合、計測内容(例えば微小物の電気抵抗)に適したカンチレバーを簡易かつ迅速に選択して用いることができ、計測時間の短縮化を図ることができる。 In this case, a cantilever suitable for the measurement content (for example, the electrical resistance of a minute object) can be selected simply and quickly and the measurement time can be shortened.
また、微小物特性計測装置300は、微動ステージ50を含む駆動装置を制御し、レーザ変位計30の測定結果に基づいて微小物の特性を求めることが可能な処理装置を更に備えているため、必要に応じて微小物の特性(鏡像力、付着力、帯電極性)を自動的に精度良く計測することができる。
In addition, since the micro object
また、微小物特性計測装置300は、保持部材10に保持された微小物と導電性を有するカンチレバー20とが接触しているときの電流計の計測結果に基づいて、微小物の特性を求めることが可能なため、必要に応じて微小物の特性(電気抵抗)を自動的に精度良く計測することができる。
In addition, the minute object
また、電源は交流電源であり、微小物特性計測装置300は、導電性を有するカンチレバー20と保持部材10とが微小物を介して導通しているときに該微小物に印加される電圧を計測する電圧計を更に備え、処理装置60は、保持部材10に保持された微小物と導電性を有するカンチレバー20とが接触しているときの電流計及び電圧計の計測結果に基づいて、微小物の電気的特性を求めることが可能なため、必要に応じて微小物の特性(電気抵抗や誘電率)を自動的に精度良く計測することができる。
Further, the power source is an AC power source, and the minute object
また、処理装置は、カンチレバー毎に接地、電圧印加条件を変更可能であるため、少数のカンチレバーで多くの計測内容に対応することができ、かつ計測内容の変更を迅速に行うことができる。 In addition, since the processing apparatus can change grounding conditions and voltage application conditions for each cantilever, it can cope with many measurement contents with a small number of cantilevers, and can quickly change the measurement contents.
なお、上記第2及び第3実施形態では、微小物を保持部材で保持しているが、これに代えて、微小物を導電性を有する部材に固定(例えば接着)しても良い。そして、導電性を有する部材に固定された微小物とカンチレバーとを接触させて、上記第2及び第3実施形態と同様に、該微小物の電気抵抗や誘電率を計測しても良い。 In the second and third embodiments, the minute object is held by the holding member, but instead, the minute object may be fixed (for example, adhered) to a conductive member. Then, the micro object fixed to the conductive member may be brought into contact with the cantilever, and the electric resistance and the dielectric constant of the micro object may be measured as in the second and third embodiments.
ところで、上記第1実施形態においては、図1に示されるように、微動ステージ50、レーザ変位計30、カンチレバー20を一体的に設けた構成を示した。図1の構成は、振動によるノイズの影響を受けにくい構成ではあるが、例えばコストもしくは作製上の都合で図1の構成を実現できない場合等には、例えば、変形例1の微小物特性計測装置のように保持部材10と微動ステージとを一体的に設け、保持部材10を微動ステージ50と共に微小移動させる構成を採用しても良い。更には、変形例2の微小物特性計測装置のようにレーザ変位計30の固定治具である変位計固定治具とカンチレバー20の固定治具であるカンチレバー固定治具を別々に設けて、カンチレバーとカンチレバー固定治具のみを微動ステージと共に微小移動させる構成を採用しても良い。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
ただし、変形例2の構成の場合、カンチレバー20に力が作用せず変形していない状態でも、微動ステージ50の移動に伴ってカンチレバー20がレーザ変位計30に対して相対的に移動するため、レーザ変位計30の測定値が変化する。したがって、レーザ変位計30の測定値と微動ステージ50の移動量(カンチレバー20の移動量)の差分によってカンチレバーの変形による変位を求めた上で、鏡像力や付着力を求める必要がある。
However, in the case of the configuration of the second modification, the
また、カンチレバーの変位を検出する手段は、必ずしもレーザ変位計のように距離を直接測定するものである必要はない。例えば、微小物特性計測装置は、レーザ光源からのレーザ光をカンチレバーに照射し、その反射光を2つの受光領域を有する2分割ディテクタ(例えば2分割フォトダイオードや2分割フォトトランジスタ)で検出する構成を採用することも可能である。カンチレバー20の変形による反射光の進行角度の変化を、2分割ディテクタ上での反射光位置で検知する方式である。すなわち、カンチレバー20が反ると、2分割ディテクタに当たるレーザ光の中心位置がずれ、2つの受光領域からの出力の差が変化する。この変化からカンチレバーの反り量を算出できる。これは、一般的に原子間力顕微鏡で用いられている光てこ方式と同じであるが、本発明のカンチレバー変位測定においても採用可能である。2分割ディテクタの設置サイズの都合上、高さ(厚さ)寸法が長い固定治具を用いても良いし、微動ステージ、レーザ変位計30、カンチレバー20が一体でない構成を採用しても良いが、必ずしもこれらの構成に限るものではない。
Also, the means for detecting the displacement of the cantilever does not necessarily have to measure the distance directly like a laser displacement meter. For example, a minute object characteristic measuring apparatus irradiates a cantilever with a laser beam from a laser light source, and detects the reflected light with a two-divided detector (for example, a two-divided photodiode or a two-divided phototransistor) having two light receiving regions. It is also possible to adopt This is a method of detecting the change in the advancing angle of the reflected light due to the deformation of the
すなわち、この微小物特性計測装置は、カンチレバーに向けてレーザ光を出射する光源と、該光源から出射され前記カンチレバーで反射された光を検出する2つの受光領域を含む光検出器(ディテクタ)とを含んでいるため、例えばレーザ変位計を用いる場合に比べて計測精度の向上を図ることができる。 That is, this minute object characteristic measuring apparatus includes a light source for emitting laser light toward a cantilever, and a photodetector including two light receiving areas for detecting light emitted from the light source and reflected by the cantilever. Therefore, the measurement accuracy can be improved compared to, for example, the case of using a laser displacement meter.
なお、上述の光検出器として2分割ディテクタが用いられているが、要は、2分割以上の(2つ以上の受光領域を有する)ディテクタ(好ましくはフォトディテクタ)であれば良い。 Although the two-divided detector is used as the above-described light detector, it is essential that the detector (having two or more light-receiving areas) (more preferably, a photodetector) is necessary.
《第4実施形態》
次に、第4実施形態の実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800eを、図8〜図18を参照して説明する。第4実施形態の各実施例の微小物特性計測装置は、微小物を保持可能な保持部材を複数備えている。
Fourth Embodiment
Next, the minute object
〈実施例1〉
実施例1の微小物特性計測装置800aでは、図8に示されるように、観察用レンズとしての光学顕微鏡レンズの下方に、2つの保持部材1、2が水平方向(例えばY軸方向)に対向可能に設けられている。
Example 1
In the minute object
詳述すると、2つの保持部材1、2は、Z軸方向から見て、微小物を保持する先端部同士を向かい合わせにした状態で長手方向がY軸に略平行となるように設けられている。
More specifically, the two holding
保持部材による微小物の保持動作、保持解除動作は、オペレータ(実験者)によって操作部を介して行うことができるようになっている。 The holding operation and the holding releasing operation of the minute object by the holding member can be performed by the operator (experimenter) through the operation unit.
保持部材1は、支持部材1、駆動手段1を含む駆動システム1によって駆動可能である。保持部材2は、支持部材2、駆動手段2を含む駆動システム2によって駆動可能である。
The holding
すなわち、駆動システム1、2によって、2つの保持部材1、2を独立に駆動可能な「駆動系」が構成されている。
That is, the
保持部材1は、支持部材1に駆動手段1を介して支持されている。保持部材2は、支持部材2に駆動手段2を介して支持されている。駆動手段1は、保持部材1を支持部材1に対してZ軸方向(鉛直方向)に駆動可能である。駆動手段2は、保持部材2を支持部材2に対してZ軸方向に駆動可能である。すなわち、駆動手段1、2を作動させることで、保持部材1、2を独立に上下動可能である。
The holding
各駆動手段としては、要は、保持部材を昇降可能なものであれば良く、例えばマイクロメーターヘッドを含む昇降機構、モータを含む昇降機構、ソレノイドを含む昇降機構、ピエゾ素子をアクチュエータとする微動ステージなどを用いることができる。ここでは、各駆動手段は、オペレータによって操作部を介して操作可能となっている。以下では、上記各駆動手段を「昇降用駆動手段」とも呼ぶ。 As each driving means, it is essential that the holding member can be moved up and down. For example, an elevation mechanism including a micrometer head, an elevation mechanism including a motor, an elevation mechanism including a solenoid, and a fine movement stage using a piezo element as an actuator Etc. can be used. Here, each drive means is operable by the operator via the operation unit. Hereinafter, each drive means is also referred to as "lifting drive means".
各保持部材としては、例えば、アーム間の開き幅の異なるマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットが好適である。 As each holding member, for example, micro / nano-grippers with different opening widths between arms and micro / nano-tweezers are suitable.
ここで、通常、微小物のサイズは一定ではなく、ある範囲内でばらつきがある。 Here, usually, the size of the minute object is not constant, but varies within a certain range.
アーム間の開き幅が大きければ、サイズの大きな粒子、異物を保持できるが、アーム間の開き幅の調整が困難なため、サイズの小さい粒子、異物をダメージ無く保持することが難しくなる。 If the opening width between the arms is large, large particles and foreign matter can be held, but since it is difficult to adjust the opening width between the arms, it becomes difficult to hold small particles and foreign matter without damage.
一方、アーム間の開き幅が小さければサイズの小さい粒子、異物を保持できるが、アーム間の開き幅よりも大きい粒子、異物を保持することはできない。 On the other hand, if the opening width between the arms is small, small particles and foreign substances can be held, but particles and foreign substances larger than the opening width between the arms can not be held.
すなわち、単一の保持部材では、微小物のサイズのばらつきに対応できない。そこで、保持部材を微小物のサイズに応じて交換することが考えられるが、これでは、計測効率が低下してしまう。 That is, a single holding member can not cope with variations in the size of minute objects. Then, although it is possible to exchange a holding member according to the size of a minute thing, measurement efficiency will fall by this.
そこで、微小物特性計測装置800aは、保持部材1、2として、アーム間の開き幅の異なるマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットを備えることで、保持部材を交換せずに微小物のサイズのばらつきに対応でき、計測を滞りなく進めることができる。
Therefore, by providing micro / nano-grippers with different opening widths between arms and micro / nano-tweezers as holding
ここでは、保持部材1を開き幅の小さいものとし、保持部材2を開き幅が大きいものとしている。
Here, the holding
図9(A)には、微小物のサイズ分布(微小物のサイズ毎の個数)と保持部材1の開き幅との関係が一例として示されている。図9(A)から、保持部材1は、微小物のサイズ分布の低〜中サイズに対応可能(図9(A)のハッチング領域参照)であることが分かる。
In FIG. 9A, the relationship between the size distribution of the minute objects (the number of minute objects per size) and the opening width of the holding
図9(B)には、微小物のサイズ分布と保持部材1、2の開き幅との関係が一例として示されている。図9(B)から、保持部材2は、微小物のサイズ分布の中〜大サイズに対応可能(図9(B)の右半部のハッチング領域参照)であることが分かる。
In FIG. 9B, the relationship between the size distribution of the minute objects and the opening width of the holding
ここで、微小物特性計測装置に複数の保持部材が搭載される場合、微小物を基板上から採取する際に、微小物採取に使用される保持部材と使用されない保持部材が、微小物が散布されている基板に接触して破損することが懸念される。特に、微小物特性計測装置の場合、ミクロンサイズの微小物を保持・計測することを目的としているため、高倍率の観察系を搭載している。このため、観察視野が狭く、複数の保持部材が同じ視野に入らないことが想定される。この場合、使用されていない保持部材は実験者の視野から外れるため、その状態を確認できなくなり、該保持部材の先端と基板表面が接触し、破損しそうになっても、気付かないおそれがある。 Here, in the case where a plurality of holding members are mounted on the micro object characteristic measuring device, when the micro objects are collected from the substrate, the holding members used for collecting the micro objects and the non-used holding members scatter the micro objects. There is a concern that it may come in contact with the substrate being damaged. In particular, in the case of a minute object characteristic measuring apparatus, since the purpose is to hold and measure micron-sized minute objects, a high magnification observation system is mounted. For this reason, it is assumed that the observation visual field is narrow and the plurality of holding members do not enter the same visual field. In this case, since the holding member which is not used is out of the visual field of the experimenter, the state can not be confirmed, and even if the tip of the holding member contacts the substrate surface and it is likely to be damaged, it may not be noticed.
そこで、微小物を基板上(サンプリングエリア上)から採取する際には、保持部材1、2のうち採取対象の微小物のサイズに適合する一方の保持部材を使用し、他方の保持部材は、基板との接触による破損を防止するために、昇降用駆動手段を用いて基板から離れた高さ位置に退避させることが好ましい。
Therefore, when collecting minute objects from the substrate (on the sampling area), one of the holding
また、保持部材1、2を、表層材料が異なるマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットとしても良い。
In addition, the holding
例えば、保持部材1を電気抵抗・誘電率計測用に表層を導電性材料で形成したマイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットとし、保持部材2を帯電量・付着力計測用に表層を誘電体で形成したマイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットとすることで、マイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットを計測間で交換せずに、一の計測から他の計測にスムーズに移行することができる。
For example, the holding
特に、帯電量計測(鏡像力計測)を含む計測を実施する場合、帯電量は時間とともに減衰するため、このようにマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットの交換時間を発生させないことは非常に有益である。 In particular, when performing measurement including charge amount measurement (image force measurement), the charge amount decays with time, so it is very beneficial not to generate the micro / nano gripper and micro / nano tweezers exchange time in this way It is.
また、各保持部材を、昇降用駆動手段によりZ軸方向に独立に移動可能とすることに加えて、XY平面(水平面)に沿って移動可能かつZ軸周りに回転可能とするとともに、2つの保持部材1、2の少なくとも一方をその長手方向に平行な軸(例えばY軸)周りに回転可能にすると、計測方法のバリエーションを広げることができる。
Further, in addition to enabling each holding member to be independently moved in the Z-axis direction by the elevation driving means, it is possible to move along the XY plane (horizontal plane) and to be rotatable around the Z axis, and By making at least one of the holding
そこで、各駆動システムは、一例として、支持部材に設けられた昇降用駆動手段に加えて、対応する保持部材を支持する支持部材をXY平面に沿って移動可能な水平移動用駆動手段と、該支持部材をZ軸周りに回転可能なZ軸周り回転用駆動手段と、該保持部材をY軸周りに回転可能なY軸周り回転用駆動手段とを有している。 Therefore, as an example, in addition to the elevation driving means provided on the supporting member, each driving system is a horizontal movement driving means capable of moving the supporting member supporting the corresponding holding member along the XY plane, It has a drive means for rotation around the Z axis which can rotate the support member around the Z axis, and a drive means for rotation around the Y axis which can rotate the holding member around the Y axis.
ここで、水平移動用駆動手段の可動部にZ軸周り回転用駆動手段の固定部が取り付けられ、Z軸周り回転用駆動手段の可動部に支持部材が取り付けられても良いし、Z軸周り駆動手段の可動部に水平移動用駆動手段の固定部が取り付けられ、水平移動用駆動手段の可動部に支持部材が取り付けられても良い。 Here, the fixed portion of the Z-axis rotation drive means may be attached to the movable portion of the horizontal movement drive means, and the support member may be attached to the Z-axis rotation drive means, or the Z-axis rotation means. The fixed part of the horizontal movement drive means may be attached to the movable part of the drive means, and the support member may be attached to the movable part of the horizontal movement drive means.
また、昇降用駆動手段の固定部が支持部材に取り付けられ、昇降用駆動手段の可動部にY軸周り回転用駆動手段の固定部が取り付けられ、Y軸周り回転用駆動手段の可動部に保持部材が取り付けられている。 In addition, the fixed part of the elevating drive means is attached to the support member, the fixed part of the drive means for rotation around the Y axis is attached to the movable part of the drive means for elevation, and held by the movable part of the drive means for rotation around the Y axis. A member is attached.
水平移動用駆動手段としては、例えばボールねじやラック&ピニオン機構を含むリニア駆動装置等が挙げられる。Z軸周り回転用駆動手段、Y軸周り回転用駆動手段としては、例えばモータを含む回転駆動装置が挙げられる。 Examples of the horizontal movement drive means include a linear drive including a ball screw and a rack and pinion mechanism. Examples of the drive unit for rotation around the Z axis and the drive unit for rotation around the Y axis include a rotation drive apparatus including a motor.
そして、昇降用駆動手段に加えて、水平移動用駆動手段、Z軸周り回転用駆動手段、Y軸周り回転用駆動手段が、オペレータによって操作部を介して操作可能となっている。すなわち、駆動システム1、2を含む駆動系を、操作部を介して操作可能となっている。なお、駆動系の構成は、適宜変更可能である。
Further, in addition to the lifting and lowering drive means, the horizontal moving drive means, the driving means for rotating around the Z axis, and the driving means for rotating around the Y axis can be operated by the operator via the operation unit. That is, the drive system including the
具体的には、以下の2つの計測方法が可能となる。
1つ目は、同一の微小物について、異なる特性の計測を連続して実施できることである。
Specifically, the following two measurement methods become possible.
The first is that measurements of different characteristics can be continuously performed on the same minute object.
例えば、保持部材1を電気抵抗・誘電率計測用に表層を導電性材料で形成したマイクログリッパー(以下では導電性マイクログリッパーとも呼ぶ)とし、保持部材2を帯電量・付着力計測用に表層を誘電体で形成したマイクログリッパー(以下では絶縁性マイクログリッパーとも呼ぶ)とする。
For example, the holding
そして、図10に示されるように、上記第3実施形態と同様に、カンチレバーホルダに保持された帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバー、電気抵抗/誘電率計測用カンチレバーを配備する。ここでは、保持部材2、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。保持部材1と電気抵抗/誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
Then, as shown in FIG. 10, as in the third embodiment, the charge amount measuring cantilever, the adhesion force measuring cantilever, and the electrical resistance / dielectric constant measurement cantilever held by the cantilever holder are provided. Here, the holding member 2, the charge amount measurement cantilever, and the adhesion force measurement cantilever are grounded. An ammeter and a power source are connected between the holding
この場合、例えば、導電性マイクログリッパーで微小物を保持して電気抵抗や誘電率を計測した後、図11(A)〜図11(E)に示されるように、該微小物を導電性マイクログリッパーから絶縁性マイクログリッパーに持ち替えて、該微小物の帯電量計測、付着力計測を行うことができる。なお、駆動系を操作することで、微小物を保持する導電性マイクログリッパーを該微小物がカンチレバーに対向する位置と該位置から退避する位置との間で移動させることや、導電性マイクログリッパーと絶縁性マイクログリッパーを対向させることができる。 In this case, for example, after holding the minute object with the conductive microgripper and measuring the electric resistance and the dielectric constant, as shown in FIG. 11A to FIG. By switching from the gripper to the insulating microgripper, it is possible to measure the charge amount and the adhesion of the minute object. Note that, by operating the drive system, the conductive micro-gripper holding micro-objects is moved between the position where the micro-objects face the cantilever and the position where the micro-objects retract from the position; Insulating microgrippers can be opposed.
ここで、導電性マイクログリッパーから絶縁性マイクログリッパーへの微小物の持ち替え作業について説明する。この持ち替え作業は、オペレータが光学顕微鏡レンズを上方から覗き込みながら、操作部を介してY軸周り回転用駆動手段、水平移動用駆動手段、マイクログリッパーを適宜操作して行う。 Here, the operation of changing the hand of the minute object from the conductive microgripper to the insulating microgripper will be described. The operator performs the switching operation by appropriately operating the drive unit for rotation around the Y axis, the drive unit for horizontal movement, and the micro gripper through the operation unit while the operator looks into the optical microscope lens from above.
Y軸方向に対向する導電性マイクログリッパー及び絶縁性マイクログリッパーは、当初、いずれもアームの開き方向が水平方向(ここではX軸方向)となる基準状態にある。導電性マイクログリッパーで微小物を保持(狭持)した状態(図11(A)参照)で、絶縁性マイクログリッパーを基準状態から回転させ(図11(B)参照)、導電性マイクログリッパーに保持された微小物と絶縁性マイクログリッパーとをY軸方向に近接させ、該微小物における導電性マイクログリッパーにより狭持された部位とは異なる部位を絶縁性マイクログリッパーで狭持する(図11(C)参照)。この状態で、導電性マイクログリッパーによる微小物の保持を解除し、微小物を狭持する絶縁性マイクログリッパーと導電性マイクログリッパーとをY軸方向に離間させ(図11(D)参照)、微小物を狭持する絶縁性マイクログリッパーを基準状態に戻す(図11(E)参照)。なお、絶縁性マイクログリッパーを回転させることに代え又は加えて、微小物を保持する導電性マイクログリッパーを回転させても良い。 The conductive micro-gripper and the insulating micro-gripper opposite to each other in the Y-axis direction are initially in a reference state in which the opening direction of the arms is horizontal (here, the X-axis direction). In the state (see FIG. 11 (A)) in which the micro thing is held (nipped) by the conductive micro-gripper, the insulating micro-gripper is rotated from the reference state (see FIG. 11 (B)) and held by the conductive micro-gripper The small particle and the insulating micro-gripper are brought close to each other in the Y-axis direction, and the region different from the part of the particle which is held by the conductive micro-gripper is held by the insulating micro-gripper (FIG. 11 (C )reference). In this state, holding of the micro object by the conductive micro gripper is released, and the insulating micro gripper and the conductive micro gripper, which hold the micro object, are separated in the Y-axis direction (see FIG. 11D). The insulating micro-gripper holding the object is returned to the reference state (see FIG. 11E). Note that, instead of or in addition to rotating the insulating micro-gripper, the conductive micro-gripper holding micro objects may be rotated.
なお、帯電量計測や付着力計測を行った後に電気抵抗/誘電率計測を行う際の、絶縁性マイクログリッパーから導電性マイクログリッパーへの微小物の持ち替え作業も同様に行うことができる。 In addition, when the electric resistance / dielectric constant measurement is performed after the charge amount measurement or the adhesive force measurement, the holding work of the minute objects from the insulating microgripper to the conductive microgripper can be performed in the same manner.
2つ目は、凝集した複数の微小物を複数の保持部材を用いて分離し、分離した各微小物について特性計測を実施できることである。 The second is that a plurality of aggregated micro-particles can be separated using a plurality of holding members, and characteristic measurement can be performed on each separated micro-particle.
具体的には、図12(A)〜図12(E)に示されるように、複数(例えば2つ)の微小物が凝集した凝集体(以下では単に「凝集体」とも呼ぶ)を一のマイクログリッパーで採取した後、該一のマイクログリッパーで把持(狭持)された該凝集体の少なくとも1つの微小物を他のマイクログリッパーで把持し、該他のマイクログリッパーを操作することで、凝集体をばらすことができる。このような把持、操作により、凝集体を微小物単位に分離すれば、各微小物について目的に応じた計測を行うことができる。なお、凝集体が3つ以上の微小物で構成される場合は、上記把持、操作を繰り返し行えば良い。 Specifically, as shown in FIGS. 12A to 12E, an aggregate (hereinafter also referred to simply as “aggregate”) in which a plurality of (for example, two) minute substances are aggregated is After sampling with a microgripper, at least one microparticle of the aggregate gripped (nipped) by the one microgripper is gripped by another microgripper, and the other microgripper is operated to coagulate it. You can break up the collection. By separating the aggregates into minute units by such gripping and operation, it is possible to perform measurement according to the purpose for each minute object. In addition, what is necessary is just to repeat the said holding | grip and operation, when an aggregate is comprised with three or more micro things.
凝集体の分離作業について詳しく説明する。この分離作業は、オペレータが光学顕微鏡レンズを上方から覗き込みながら、操作部を介してY軸周り回転用駆動手段、水平移動用駆動手段、マイクログリッパーを適宜操作して行う。ここでは、2つの微小物(一及び他の微小物)が凝集した凝集体を例に挙げて説明する。 The separation operation of the aggregates will be described in detail. This separation operation is performed by appropriately operating the drive unit for rotation around the Y axis, the drive unit for horizontal movement, and the micro gripper through the operation unit while the operator looks into the optical microscope lens from above. Here, an aggregate in which two minute objects (one and the other minute objects) are aggregated will be described as an example.
Y軸方向に対向する一及び他のマイクログリッパーは、当初、いずれもアームの開き方向が水平方向(ここではX軸方向)となる基準状態にある。一のマイクログリッパーで凝集体の一の微小物を狭持した状態(図12(A)参照)で、他のマイクログリッパーを基準状態から回転させ(図12(B)参照)、一のマイクログリッパーに保持された凝集体と他のマイクログリッパーとをY軸方向に近接させ、該凝集体の他の微小物(一のマクログリッパで狭持されていない微小物)を他のマイクログリッパーで狭持する(図12(C)参照)。この状態で、一の微小物を保持する一のマイクログリッパーと他の微小物を保持する他のマイクログリッパーとをY軸方向に離間させて一及び他の微小物を分離し(図12(D)参照)、他の微小物を狭持した他のマイクログリッパーを基準状態に戻す(図12(E)参照)。なお、他のマイクログリッパーを回転させることに代え又は加えて、微小物を保持する一のマイクログリッパーを回転させても良い。 One and the other micro grippers facing in the Y-axis direction are initially in the reference state in which the opening direction of the arm is horizontal (here, the X-axis direction). In a state in which one micro gripper grips one micro object of the aggregate (see FIG. 12A), the other micro gripper is rotated from the reference state (see FIG. 12 B), one micro gripper The aggregate held on top of one another and the other micro grippers are brought close to each other in the Y-axis direction, and the other particles of the aggregates (the particles not held by one macro gripper) are held by the other micro grippers. (See FIG. 12C). In this state, one micro gripper holding one micro object and another micro gripper holding another micro object are separated in the Y-axis direction to separate one and the other micro object (FIG. 12 (D ), Return the other micro grippers holding other micro objects to the reference state (see FIG. 12 (E)). Note that, instead of or in addition to rotating other micro-grippers, one micro-gripper holding micro objects may be rotated.
〈実施例2〉
実施例2の微小物特性計測装置800bでは、図13に示されるように、2つの保持部材1、2は、少なくともZ軸方向から見て、X軸方向に並ぶように設けられている。ここでは、保持部材2、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。保持部材1と電気抵抗/誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
Example 2
In the minute object
詳述すると、2つの保持部材1、2は、微小物を保持する先端部が同じ方向(ここでは−X方向)を向いた状態で長手方向がY軸に略平行となるように少なくともX軸方向に離間して設けられている。
More specifically, the two holding
実施例2も、サイズ分布の広い微小物の特性計測や異なる複数の特性計測を効率良く行うことができるという点で有効である。 The second embodiment is also effective in that the characteristic measurement of a minute object with a wide size distribution and the plurality of different characteristic measurements can be efficiently performed.
そして、上記実施例1のように保持部材1、2を対向するように配置する場合、各保持部材、各駆動システムを設置するためのスペースが大きくなるが、実施例2では、より狭いスペースでも設置が可能となり、装置全体の小型化を図ることができる。
When the holding
また、図14(A)及び図14(B)に示されるように、2つの保持部材1、2で1つの支持部材を共用することによって、部品点数(具体的には、支持部材、該支持部材を水平方向に駆動する駆動手段の数)を減らすことも可能となる。
Further, as shown in FIGS. 14A and 14B, by sharing one supporting member with two holding
〈実施例3〉
実施例3の微小物特性計測装置800cでは、2つの保持部材1、2は、図15に示されるように、少なくともZ軸方向から見て、長手方向に平行な軸が互いに直交する(直角を成す)ように設けられている。ここでは、保持部材2、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。保持部材1と電気抵抗/誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
Example 3
In the minute object
詳述すると、2つの保持部材1、2は、Z軸方向から見て、微小物を保持する先端部をXY平面内の同一箇所に向けた状態で長手方向に平行な軸が略直角を成すように配置されている。
More specifically, when viewed from the Z-axis direction, the two holding
実施例3では、各保持部材、各駆動システムの設置スペースを小さくでき、かつ複数の微小物が凝集した凝集体を微小物単位に分離することも可能である(図16(A)〜図16(C)参照)。なお、図16(A)〜図16(C)それぞれの左図と右図は、同じ状態を異なる方向から見た図である。 In the third embodiment, the installation space of each holding member and each drive system can be reduced, and it is also possible to separate aggregates in which a plurality of minute objects are aggregated into minute units (FIGS. 16A to 16). (C)). The left and right views of FIGS. 16A to 16C are views of the same state viewed from different directions.
実施例3における凝集体の分離作業について説明する。この分離作業は、オペレータが光学顕微鏡レンズを上方から覗き込みながら、水平移動用駆動手段、昇降用駆動手段、マイクログリッパーを適宜操作して行う。ここでは、2つの微小物(一及び他の微小物)が凝集した凝集体を例に挙げて説明する。 The separation operation of aggregates in Example 3 will be described. This separation operation is performed by appropriately operating the horizontal movement drive means, the elevation drive means, and the micro gripper while the operator looks into the optical microscope lens from above. Here, an aggregate in which two minute objects (one and the other minute objects) are aggregated will be described as an example.
長手方向に平行な軸が互いに直交する一及び他のマイクログリッパーは、当初、いずれもアームの開き方向が水平となる基準状態にある。一のマイクログリッパーに一の微小物が挟持された凝集体と他のマイクログリッパーの先端部とを上下の位置関係とし(16(A)参照)、該凝集体の他の微小物(一のマイクログリッパーに挟持されていない微小物)と他のマイクログリッパーとをZ軸方向に近接させ、該他のマイクログリッパーで他の微小物を挟持する(図16(B)参照)。そして、一の微小物を挟持する一のマイクログリッパーと他の微小物を挟持する他のマイクログリッパーとをZ軸方向に離間させる(図16(C)参照)。 One and the other micro grippers whose axes parallel to the longitudinal direction are orthogonal to each other are initially in the reference state in which the opening direction of the arm is horizontal. The aggregate in which one micro gripper is held by one micro gripper and the tip of the other micro gripper is positioned at the top and bottom (see 16 (A)), and the other microparticles of the aggregate (one micro The micro object (not held by the gripper) and the other micro gripper are brought close to each other in the Z-axis direction, and the other micro gripper holds the other object (see FIG. 16B). Then, one micro gripper for holding one micro object and another micro gripper for holding another micro object are separated in the Z-axis direction (see FIG. 16C).
〈実施例4〉
実施例4の微小物特性計測装置800dは、図17に示されるように、微小物をそれぞれが保持可能な3つのマイクログリッパー1〜3を備えている。ここでは、マイクログリッパー1、2、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。マイクログリッパー3と電気抵抗/誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
Example 4
As shown in FIG. 17, the micro object
詳述すると、微小物特性計測装置800dは、帯電量・付着力計測用の開き幅の異なる2つの絶縁性マイクログリッパー1、2と、電気抵抗・誘電率計測用の導電性マイクログリッパー3とを備えている。
More specifically, the minute object
ここでは、絶縁性マイクログリッパー1と導電性マイクログリッパー3がY軸方向に対向するように設けられ、絶縁性マイクログリッパー2がY軸方向に関して絶縁性マイクログリッパー1と導電性マイクログリッパー3との間でX軸方向に略平行になるように設けられている。
Here, the insulating
この場合、絶縁性マイクログリッパー1、2を用いて又は絶縁性マイクログリッパー2と導電性マイクログリッパー3を用いて実施例3の要領で凝集体の分離を行うことができ、絶縁性マイクログリッパー1と導電性マイクログリッパー3を用いて実施例1の要領で微小物の持ち替えを行うことができ、絶縁性マイクログリッパー1と導電性マイクログリッパー3を用いて実施例1の要領で凝集体の分離を行うことができる。
In this case, the aggregates can be separated in the same manner as in Example 3 using the insulating
この結果、サイズ分布の広い複数の微小物が凝集している凝集体に対しても、微小物毎に帯電量・付着力計測と電気抵抗・誘電率計測を連続して実施することが可能となる。 As a result, it is possible to continuously carry out measurement of charge amount / adhesion and electric resistance / dielectric constant measurement for each minute object even for an aggregate in which a plurality of minute objects with a wide size distribution are aggregated. Become.
〈実施例5〉
実施例5の微小物特性計測装置800eは、図18に示されるように、微小物をそれぞれが保持可能な4つのマイクログリッパー1〜4を備えている。
Example 5
As shown in FIG. 18, the micro object
マイクログリッパー1、2は、開き幅の異なる2つの絶縁性マイクログリッパー1、2と、開き幅の異なる2つの導電性マイクログリッパー3、4とを備えている。
The
ここでは、絶縁性マイクログリッパー1と導電性マイクログリッパー4がY軸方向に対向するように設けられ、絶縁性マイクログリッパー2と導電性マイクログリッパー3がY軸方向に並ぶようにするように設けられている。
Here, the insulating
この場合、マイクログリッパー1、2を用いて又はマイクログリッパー3、4を用いて実施例3の要領で凝集体の分離を行うことができ、マイクログリッパー1、4を用いて実施例1の要領で微小物の持ち替えを行うことができ、マイクログリッパー1、4を用いて実施例1の要領で凝集体の分離を行うことができる。また、マイクログリッパー2、3を実施例2のように用いることもできる。
In this case, the aggregates can be separated in the same manner as in Example 3 by using
この結果、サイズ分布の広い複数の微小物が凝集している凝集体に対しても、微小物毎に帯電量・付着力計測と電気抵抗・誘電率計測を連続して実施することが可能となる。 As a result, it is possible to continuously carry out measurement of charge amount / adhesion and electric resistance / dielectric constant measurement for each minute object even for an aggregate in which a plurality of minute objects with a wide size distribution are aggregated. Become.
なお、第4実施形態でも、複数の保持部材を用いること以外の一連の計測動作は、上記各実施形態及び各変形例と同様にして行うことができる。 Also in the fourth embodiment, a series of measurement operations other than using a plurality of holding members can be performed in the same manner as each of the embodiments and the modifications.
以上説明した第4実施形態では、保持部材の数やレイアウト(配置)を複数の計測内容を考慮して設定することで、計測効率の向上や装置の小型化を図ることができる。なお、上記実施例1〜5は、一例であって、保持部材の数やレイアウトは、適宜変更可能である。例えば保持部材の数は、5個以上であっても良いし、複数の保持部材をZ軸方向に並ぶように設けても良い。 In the fourth embodiment described above, the measurement efficiency can be improved and the device can be miniaturized by setting the number and the layout (arrangement) of the holding members in consideration of a plurality of measurement contents. In addition, the said Examples 1-5 are an example, Comprising: The number and layout of a holding member are changeable suitably. For example, the number of holding members may be five or more, and a plurality of holding members may be arranged in the Z-axis direction.
また、第4実施形態では、主に保持部材としてのマイクログリッパーを例に挙げて説明したが、マイクログリッパー以外の保持部材(例えば微小物を吸引可能な保持部材等)についても実施例1〜5と同様に設置、使用することで、同様の効果を得ることができる。 Further, in the fourth embodiment, the micro-gripper as the holding member is mainly described as an example, but the holding members other than the micro-gripper (for example, the holding member capable of suctioning a minute object etc.) are also Examples 1-5. The same effect can be obtained by installing and using in the same manner.
また、第4実施形態では、微小物の帯電極性の計測(判別)について触れていないが、実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800eを用いて上記第1実施形態で説明した要領で微小物の帯電極性の計測を行うこともできる。
In the fourth embodiment, the measurement (determination) of the charging polarity of the minute object is not mentioned, but the procedure described in the first embodiment using the minute object
以上説明した第4実施形態の実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800e(以下これらを適宜「微小物特性計測装置800」と総称する)は、微小物をそれぞれが保持可能な複数の保持部材と、該複数の保持部材を独立に駆動可能な駆動系と、複数の保持部材のいずれかに保持された微小物に対向するカンチレバーと、微小物を保持する保持部材及びカンチレバーの一方を、保持部材に保持された微小物とカンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な駆動装置と、を備えている。
The minute object
第4実施形態の実施例1〜5の微小物特性計測方法は、駆動系により独立に駆動可能な複数の保持部材のうち一の保持部材に微小物を保持させる工程と、前記駆動系を用いて、前記一の保持部材に保持された前記微小物とカンチレバーとを対向させる工程と、前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動する工程と、を含む。 In the method of measuring minute object characteristics according to the first to fifth embodiments of the fourth embodiment, a minute object is held by one holding member of a plurality of holding members that can be independently driven by a driving system, and the driving system is used. And the step of causing the minute object held by the one holding member to face the cantilever, and one of the holding member holding the minute object and the cantilever, the minute object held by the holding member Driving in a direction toward and away from the cantilever.
第4実施形態の微小物特性計測装置800及び微小物特性計測方法によれば、例えばサイズ分布の広い微小物の計測や異なる複数の計測を連続して実施するときでも、複数の保持部材から計測に適した保持部材を速やかに選択使用できる。この結果、計測効率を向上できる。 According to the minute object characteristic measuring apparatus 800 and the minute object characteristic measuring method of the fourth embodiment, for example, even when the measurement of a minute object with a wide size distribution or a plurality of different measurements are continuously performed, measurement is performed from a plurality of holding members. It is possible to quickly select and use a suitable holding member for the As a result, measurement efficiency can be improved.
一方、仮に微小物特性計測装置が単一の保持部材を備える場合には、計測に適した保持部材に交換する必要が生じ、交換に手間がかかるため、計測効率を向上できない。 On the other hand, if the minute object characteristic measuring apparatus is provided with a single holding member, it is necessary to replace the holding member with a member suitable for measurement, and the replacement takes time, so that the measurement efficiency can not be improved.
また、微小物特性計測装置800は、複数の微小物の特性計測を連続して効率良く行うことができるため、例えば帯電量のように経時変化し易い特性の計測を連続的に行う場合でも計測精度を向上できる。 In addition, since the minute object characteristic measuring apparatus 800 can continuously and efficiently measure the characteristics of a plurality of minute objects, for example, even in the case of continuously measuring the characteristic that easily changes with time, such as the charge amount. Accuracy can be improved.
また、実施例1、3〜5の微小物特性計測装置800a、c〜eは、複数の微小物が凝集していても、複数の保持部材を用いて分離することで、微小物毎に特性計測を行うことができる。
Further, the minute object
また、実施例1、4、5の微小物特性計測装置800a、800d、800eは、複数の保持部材が、対向するように設けられた2つの保持部材を含むため、異なる計測内容に適した保持部材間での微小物の持ち替え作業や、凝集した微小物の分離作業をスムーズに行うことができる。
In addition, the minute object
また、対向するように設けられた2つの保持部材それぞれは、微小物を狭持するための2本のアームを有し、2つの保持部材の少なくとも一方は、長手方向に平行な軸周りに回転可能であるため、保持部材間での微小物の持ち替えや凝集した微小物の分離を保持部材間の干渉を抑制しつつ行うことができる。 In addition, each of the two holding members provided opposite to each other has two arms for holding a minute object, and at least one of the two holding members is rotated about an axis parallel to the longitudinal direction. Since this is possible, it is possible to carry out the change of holding of the minute objects between the holding members and the separation of the aggregated minute objects while suppressing the interference between the holding members.
また、実施例3〜5の微小物特性計測装置800c〜800eは、複数の保持部材が、Z軸方向から見て長手方向に平行な軸が直角を成すように設けられた2つの保持部材を含む。
In the minute object
この場合、2つの保持部材を対向するように設けるよりも、設置スペースを小さくでき、かつ複数の微小物が凝集している場合にその凝集状態によっては分離することもできる。なお、少なくとも一方向から見て複数の保持部材の長手方向に平行な軸が直角に限らず、要は、角度を成していれば良い。 In this case, the installation space can be made smaller than providing two holding members opposite to each other, and in the case where a plurality of minute objects are aggregated, they can be separated depending on the aggregation state. The axis parallel to the longitudinal direction of the plurality of holding members when viewed from at least one direction is not limited to a right angle, and it is only necessary to form an angle.
また、実施例2の微小物特性計測装置800bは、複数の保持部材が、長手方向に平行な軸が略平行となるように設けられた2つの保持部材を含む。
The minute object
この場合、2つの保持部材を対向するように設けるよりも、設置スペースを小さくできる。 In this case, the installation space can be made smaller than providing two holding members so as to face each other.
また、実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800eは、2つの保持部材それぞれが、微小物を狭持するための2本のアームを有するため、任意の微小物を部品上から確実に採取できる。
Further, in the minute object
また、2つの保持部材の2本のアームの開き幅が異なるため、保持可能な微小物のサイズの範囲が広くなり、保持部材を交換せずに、様々なサイズの微小物の特性を計測できる。 In addition, since the opening widths of the two arms of the two holding members are different, the range of sizes of the small objects that can be held is broadened, and the characteristics of the various objects of various sizes can be measured without replacing the holding members. .
また、実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800eは、複数の保持部材が導電性を有する保持部材を含むため、該保持部材で微小物を保持することで、電気抵抗/誘電率計測を行うことができる。
Further, in the minute object
また、実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800eは、複数の保持部材が絶縁性を有する保持部材を含むため、該保持部材で微小物を保持することで、付着力/帯電量計測を行うことができる。
Further, in the minute object
結果として、実施例1〜5の微小物特性計測装置800a〜800eでは、保持部材を交換せずに付着力/帯電量計測と電気抵抗/誘電率計測を連続して実施できる。
As a result, in the minute object
また、複数の保持部材は、撥水性を有する保持部材を含むことが好ましい。撥水性を有しない保持部材を汚染させ易い微小物を、撥水性を有する保持部材で保持することで、該保持部材の汚染を抑制できる。なお、全ての保持部材を撥水処理するにはコストがかかるため、一部の保持部材のみに撥水処理を施し、保持部材を汚染させ難い微小物に対しては、残りの撥水処理が施されていない保持部材を用いるようにすることが好ましい。 Preferably, the plurality of holding members include a holding member having water repellency. Contamination of the holding member can be suppressed by holding the minute member that easily contaminates the holding member not having water repellency by the holding member having water repellency. In addition, since it is expensive to treat all the holding members with water repellant, only some of the holding members are treated with water repellant, and the remaining water repellant treatment is applied to the minute objects that are difficult to contaminate the holding members. It is preferable to use a non-applied holding member.
なお、測定装置は、上記各実施形態及び各変形例で説明したものに限らず、カンチレバー20の変位を測定できるものであれば、他のものでも良い。要は、光波、音波、電波等をカンチレバー20に向けて出射し、その反射波を受ける構成を有するものであることが好ましい。
The measuring apparatus is not limited to those described in the above-described embodiments and the modifications, and may be any other apparatus that can measure the displacement of the
また、上記各実施形態及び各変形例では、微小物特性計測装置が有する保持部材として、微小物を挟み込むものや微小物を吸着するものを例に挙げたが、これに限らず、要は、微小物を保持可能(好ましくは一粒子ずつ保持可能)なものであれば良い。 In each of the embodiments and the modifications described above, the holding member included in the minute object characteristic measuring device is exemplified by one holding a minute object or one adsorbing a minute object as an example, but the present invention is not limited to this. It may be any one capable of holding minute objects (preferably, capable of holding one particle at a time).
また、上記各実施形態及び各変形例では、微小物特性計測装置は、処理装置60を備えているが、備えていなくても良い。この場合、処理装置60が行う制御(例えば微動ステージ50の微小移動)を手動(マニュアル)で行うようにしても良いし、処理装置60が行う演算を人が行っても良い。また、微小物特性計測装置が処理装置60を備えている場合であっても、微動ステージ50の微小移動を手動で行っても良いし、処理装置60が行う演算を人が行っても良い。
Further, in the above-described each embodiment and each modification, although the minute object characteristic measuring device includes the
以下に、本発明の発明者らが上記各実施形態及び各変形例を発案するに至った経緯を説明する。 The circumstances under which the inventors of the present invention have proposed the above embodiments and modifications will be described below.
現在、様々な工業製品や医薬品、食料品でミクロン粒子が扱われている。複写機・レーザープリンターで用いられるトナーは小径化が進み、業界最小クラスで粒子径は約5umとなっている。液晶パネル間のスペーサー用シリカ粒子もおよそ5umである。医薬品や小麦粉等の食料品もミクロン粒子は、一般的に用いられている。急激に市場が拡大している3Dプリンターにおいて有力な技術の一つに粉末積層方式があるが、この方式で採用される粉末も小さいもので、10um以下のサイズの粒子も含まれるようになってきている。 At present, micron particles are treated in various industrial products, medicines and food products. As toners used in copiers and laser printers are becoming smaller in diameter, the smallest particle in the industry has a particle size of about 5 um. The spacer silica particles between the liquid crystal panels are also about 5 um. Pharmaceutical products and food products such as wheat flour are also commonly used in micron particles. One of the leading technologies in the rapidly expanding 3D printer market is the powder lamination method, but the powder adopted by this method is also small, and particles of 10 um or less in size are also included. ing.
このようにミクロな粒子を取り扱う分野が拡大するにつれ、これらの粒子を、より確実で精度の良いハンドリングできるよう、付着性、帯電特性、電気抵抗、誘電率等の様々な特性を正確に評価する手段が求められている。近年、ナノテクノロジーと称される微小物体の操作・計測技術が発展しているのにともない、これらのミクロン粒子についても1粒子単位でその特性を評価する手法が開発されつつある。 As the field of handling micro particles expands in this way, various characteristics such as adhesion, charging characteristics, electrical resistance, dielectric constant, etc. are accurately evaluated so that these particles can be handled more reliably and accurately. Means are needed. In recent years, with the development of manipulation and measurement technology for minute objects called nanotechnology, a method of evaluating the properties of these micron particles in units of one particle is being developed.
上記のような工業分野に限らず、人体細胞も数から数十umの大きさであり、その挙動を明らかにするために、付着特性等の計測が実現できることが望まれている。 Not limited to the industrial field as described above, human cells are several to several tens of um in size, and in order to clarify their behavior, it is desirable that measurements such as adhesion characteristics can be realized.
このようなニーズに対応する代表的な手法として原子間力顕微鏡(AFM)を用いた手法がある。より具体的には、シリコン製の微小な片持ち梁(カンチレバー)先端に接着剤を介して粒子を固定し、その粒子に作用する力を計測する手法である。例えば、参考文献1、参考文献2においては、カンチレバー先端に固定した粒子と部材の離間、接触、離間を連続しておこない、カンチレバー先端の粒子と部材表面との離間の瞬間のカンチレバーのたわみ量から、カンチレバーと試料表面の付着力を測定している。参考文献3においては、カンチレバー先端の粒子の帯電状態を評価している。より具体的には、接地した金属板とカンチレバー先端の粒子を近接させることで、粒子が保持する電荷で発生する鏡像力をカンチレバーの反り量から求めている。更に、参考文献4においては、カンチレバー先端の粒子を電圧印加されている電極間に挿入し、その際のカンチレバー反り量を計測することで、粒子の帯電量を評価している。また、原子間力顕微鏡とは異なる方法として、参考文献5においては、スプリングを内蔵した粒子捕獲針を用いて、1粒子の付着力を計測している。更に、参考文献6においては、粒子の両端に微小電極を押し当てて、粒子の電気抵抗を計測している。
There is an atomic force microscope (AFM) as a representative method to meet such needs. More specifically, the particles are fixed to the tip of a silicon micro cantilever (cantilever) via an adhesive, and the force acting on the particles is measured. For example, in
参考文献1:特開2003−330264号公報、
参考文献2:水口由紀子, 宮本賢人:原子間力顕微鏡による固体表面―粒子間の付着力測定と解析, Konica Minolta Technical Report, Vol.1 (2004), pp. 19-22、
参考文献3:丸山博之, 柚山理恵, 増田弘昭:AFM を用いたスリップ、ノンスリップ接触による粒子の帯電に関する検討, 粉体工学会夏季シンポジウム講演論文集, 41 (2005) pp. 67-69
参考文献4:J. W. Kwek, I. U. Vakarelski, W. K. Ng, J.Y.Y. Heng, and R. B. H.
Tan: Colloids and Surfaces A: Physicocheme. Eng. 385 (2011) pp. 206-212
参考文献5:特許4649564号公報
参考文献6:特許3600674号公報
Reference 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-330264,
Reference 2: Yukiko Mizuguchi, Kento Miyamoto: Measurement and analysis of adhesion between solid surface and particle by atomic force microscopy, Konica Minolta Technical Report, Vol. 1 (2004), pp. 19-22,
Reference 3: Hiroyuki Maruyama, Rie Tsujiyama, Hiroaki Masuda: AFM study on charging of particles by slip and non-slip contact, Proceedings of the Summer Symposium of the Institute of Powder Technology, 41 (2005) pp. 67-69
Reference 4: JW Kwek, IU Vakarelski, WK Ng, JYY Heng, and RBH
Tan: Colloids and Surfaces A: Physicocheme. Eng. 385 (2011) pp. 206-212
Reference 5: Patent 4649564 Publication Reference 6: Patent 3600674
上記のように、ミクロンサイズの1粒子について、特性を計測する手法は様々な方法が提案されている。一方で、これらの手法に共通する課題として、部品・部材上に付着している任意の1粒子について、評価精度と効率を両立させて、計測することが困難なことが挙げられる。参考文献1〜4記載の原子間力顕微鏡を用いた手法では、カンチレバーへ粒子を固定する作業が計測効率向上のボトルネックとなる。一般的には、エポキシ接着剤を用いてカンチレバーへ粒子を固定するが、カンチレバーへの接着剤塗布、粒子のカンチレバー先端への接触、接着剤の硬化をおこなうと、トータルの作業時間は数時間に及ぶ。参考文献1〜4の手法でも、部材上の任意粒子の付着力については、原理的には、計測できるが、例えば、10粒子について付着力計測を試みた場合、数十時間かかり現実的ではない。更に、帯電量を計測しようとした場合、カンチレバーへの固定中に帯電状態が変化してしまう可能性が高く、こちらは原理的にも計測困難である。参考文献6の電気抵抗を計測する手法についても、そもそも電極上に粒子を配置するために、専用のマニピュレータを準備する必要がある。参考文献6の手法単独で任意粒子の電気抵抗を計測することは困難であり、別途用意すべきマニピュレータと組み合わせた評価を実施するとなると計測効率の低下は避けられない。参考文献5の手法は、任意粒子について付着力を計測できるが、計測精度が課題である。すなわち、参考文献5の手法は計測対象の2物体が離間する際の振動数をモニタリングすることで付着力を算出するが、粒子を保持しながら離脱させる際の振動状態をモニタリングするという機構上、計測値が装置全体の振動の影響を受け易い。参考文献1〜4のように、原子間力顕微鏡を用いる手法に比べて、確実に計測精度は劣る。
As described above, various methods have been proposed for measuring the characteristics of one micron-sized particle. On the other hand, as a problem common to these methods, it is difficult to simultaneously measure evaluation accuracy and efficiency for any one particle attached on a part or member. In the method using the atomic force microscope described in the
以上のような問題(以下では問題1とする)を解決するために、本発明者らは、微小物を保持できる保持部材と片持ち梁を接触、もしくは近接させた状態で片持ち梁に作用する力を計測することで、微小物の付着力や帯電量(鏡像力)を計測する上記第1及び第3実施形態、変形例1及び2の微小物特性計測装置を開発した。これらの微小物特性計測装置を用いれば、任意の微小物を採取・保持した上で、更に、微小物に作用する力計測を高精度に実現できる。特に、微小物の保持機能と力計測機能を、別々の部品に担わせたことがこれらの微小物特性計測装置の特徴である。具体的には、保持機能はマイクログリッパーやマイクロピペット、ピンセットに担わせて、力計測は原子間力顕微鏡用のカンチレバーに担わせる。このように微小物の保持と力計測の機能を分離したことで、参考文献1〜4の手法と同等レベルの精度で、かつ、効率の良い計測を実現できる。更には、片持ち梁と保持部材に電極機能を担わせることで、上記第2及び第3実施形態のように電気抵抗や誘電率等、微小物の電気特性の計測も可能になる。
In order to solve the above problems (hereinafter referred to as problem 1), the present inventors act on the cantilever in a state where the holding member capable of holding a minute object and the cantilever are in contact or in proximity to each other. By measuring the force to be measured, the minute object characteristic measuring device of the first and third embodiments and the modified examples 1 and 2 for measuring the adhesion force and the charge amount (image force) of the minute object was developed. If these minute object characteristic measuring devices are used, it is possible to realize force measurement acting on the minute objects with high accuracy after collecting and holding an arbitrary minute object. In particular, it is a feature of these minute object characteristic measuring devices that the holding function of the minute objects and the force measuring function are carried by different parts. Specifically, the holding function is carried by a microgripper, micropipette or tweezers, and the force measurement is carried by a cantilever for an atomic force microscope. As described above, by separating the function of holding the minute object and the force measurement, it is possible to realize efficient measurement with the same level of accuracy as the methods of the
更に、上記第3実施形態のように複数の片持ち梁を保持する構成とすることで、複数の計測項目をカバーできることが挙げられる。研究者・技術者が品質評価や更にはメカニズム解析を進める上では、一つの特性値の評価では不十分なことが多い。一方、解析内容に応じて、複数の装置を導入するとなると、装置導入コスト、更には、維持コストが膨大になる。また、同一の微小物について、複数の特性計測を試みようとした場合、微小サイズの同一サンプルを複数の計測装置間で移動させなければならない為、高度な位置特定技術が必要になる上、評価が長時間化し易い。上記第3実施形態によれば、一つの装置で、カンチレバーの交換無しに短時間で、付着力、帯電量(鏡像力)、電気抵抗、誘電率が計測可能である。 Furthermore, as in the third embodiment, the configuration in which the plurality of cantilevers are held can cover a plurality of measurement items. In order for researchers and engineers to proceed with quality evaluation and further mechanism analysis, it is often not sufficient to evaluate one characteristic value. On the other hand, if a plurality of devices are introduced according to the analysis content, the device introduction cost and the maintenance cost become enormous. In addition, when trying to measure multiple characteristics for the same small object, it is necessary to move the same sample of small size between multiple measuring devices, so advanced positioning technology is required and evaluation Is likely to take longer. According to the third embodiment, it is possible to measure the adhesion, the charge amount (image force), the electric resistance, and the dielectric constant in a short time without replacing the cantilever with one device.
このように従来の微小物特性計測装置では困難であった問題1を、上記第1〜第3実施形態、変形例1及び2よって解決したが、一方で、別な問題(以下では問題2とする)も残っている。具体的には、評価対象や目的によっては、保持部材の交換無しに、全ての評価を実施できないことである。
As described above, the
例えば、微小物のサイズの分布が広い場合に、問題2が発生し得る。2本のアームを含んで構成され、そのアームで微小物を両端から把持するマイクログリッパー、ナノ/マイクロピンセットと称される保持部材の場合、アーム間の開き幅が大きい方が、サイズの大きい物体を保持できるが、アーム間の微小動作が困難である為、把持対象を損傷させ易く、特に、把持対象が小さいと、その表面形状を維持して把持できないことがある。逆に、アーム間の開き幅が小さいと、把持対象を損傷させにくくなるが、当然、開き幅よりも大きい物体は把持できなくなる。 For example, problem 2 can occur when the distribution of the size of the microscopic object is wide. In the case of a micro gripper including two arms and holding micro objects at both ends by the arms, and a holding member called nano / micro tweezers, the larger the opening width between the arms, the larger the size of the object However, because the minute movement between the arms is difficult, the object to be grasped is easily damaged, and in particular, if the object to be grasped is small, the surface shape may be maintained and the object may not be grasped. Conversely, if the opening width between the arms is small, it becomes difficult to damage the object to be grasped, but of course, an object larger than the opening width can not be grasped.
また、内容の異なる計測(帯電量or付着力or電気抵抗)を連続して実施する場合にも、問題2が発生し得る。例えば、帯電量計測の場合は、保持部材の表面は絶縁性である方が、微小物の電荷リークを抑え、正確に計測しやすくなるが、電気抵抗計測の場合は、保持部材は電極機能を担うため、その表面は導電性でなければならない。したがって、帯電量計測と電気抵抗計測を連続して実施する場合は、計測毎に、内容に適した保持部材に交換する必要性が出てくる。 In addition, problem 2 can also occur when performing measurement with different contents (charge amount or adhesion or electrical resistance) continuously. For example, in the case of charge amount measurement, if the surface of the holding member is insulating, the charge leak of minute objects is suppressed and it becomes easier to accurately measure, but in the case of electric resistance measurement, the holding member has an electrode function. In order to be responsible, the surface must be electrically conductive. Therefore, in the case where the charge amount measurement and the electric resistance measurement are carried out successively, it becomes necessary to replace the holding member with a suitable one for each content.
当然、1回の計測毎に、微小物のサイズ、もしくは計測項目に適した保持部材に交換すれば、それぞれの計測は実施可能だが、評価途中に保持部材を交換すると、評価時間が長くなり、実験者の作業負荷も増大する。 Naturally, each measurement can be performed if it is replaced with a holding member suitable for the size of a minute object or a measurement item for each measurement, but if the holding member is replaced during evaluation, the evaluation time becomes longer, The workload of the experimenter also increases.
更に、問題2は評価の長時間化だけでなく、評価の正確性、具体的には、帯電量・付着力計測の正確性を低下させる場合がある。物体が帯電している場合、その帯電量は時間経過とともに減衰する。したがって、帯電量を計測する場合、短い時間で評価を終えることが重要であり、保持部材の交換は避けたい。付着力計測の場合でも、帯電量が減衰するとは静電的付着力が減衰する為、結果として付着力の計測値も減少する。 Further, the problem 2 may not only increase the evaluation time but also reduce the accuracy of the evaluation, specifically, the accuracy of the charge amount / adhesion measurement. When an object is charged, its charge amount decays with time. Therefore, when measuring the amount of charge, it is important to finish the evaluation in a short time, and it is desirable to avoid replacing the holding member. Even in the case of adhesive force measurement, when the charge amount is attenuated, the electrostatic adhesive force is attenuated, and as a result, the measured value of the adhesive force also decreases.
また、測定対象の微小物が凝集している場合も、評価が困難になる。帯電量(鏡像力)を計測する場合であれば、近接した微小物の電荷が全て片持ち梁(カンチレバー)に作用する為、一つ一つの微小物の帯電量(鏡像力)は評価できない。電気特性計測においても、微小物が凝集した状態のままでは、当然、凝集体を構成している一つ一つの微小物の電気抵抗や誘電率は評価できない。 Moreover, also when the micro thing to be measured is aggregated, the evaluation becomes difficult. In the case of measuring the charge amount (image force), the charge amount (image force) of each minute object can not be evaluated because the charges of the adjacent minute objects all act on the cantilever. Also in the measurement of the electrical characteristics, the electric resistance and the dielectric constant of each of the minute objects constituting the aggregate can not be evaluated, as it is, in the state where the minute objects are aggregated.
そこで、発明者らは、計測精度と計測効率を両立すべく、上記第4実施形態を発案した。 Therefore, the inventors proposed the fourth embodiment in order to achieve both measurement accuracy and measurement efficiency.
10…保持部材、20…カンチレバー、30…レーザ変位計、40…固定治具(駆動装置の一部)、50…微動ステージ(駆動装置の一部)、60…処理装置、100、200、300、400、500、600、700、800、800a〜800e…微小物特性計測装置。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の保持部材を独立に駆動可能な駆動系と、
前記複数の保持部材のいずれかに保持された前記微小物に対向するカンチレバーと、
前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な駆動装置と、を備え、
前記複数の保持部材は、対向するように設けられた2つの保持部材を含み、
前記2つの保持部材それぞれは、前記微小物を狭持するための2本のアームを有し、
前記2つの保持部材の少なくとも一方は、長手方向に平行な軸周りに回転可能である微小物特性計測装置。 A plurality of holding members each capable of holding a minute object;
A drive system capable of independently driving the plurality of holding members;
A cantilever facing the minute object held by any of the plurality of holding members;
And a driving device capable of driving one of the holding member holding the minute object and the cantilever in a direction in which the minute object held by the holding member and the cantilever approach and away from each other ,
The plurality of holding members include two holding members provided to face each other,
Each of the two holding members has two arms for holding the minute object,
At least one is rotatably der Ru fine fragment characteristic measurement apparatus about an axis parallel to the longitudinal direction of the two holding members.
駆動系により独立に駆動可能な複数の保持部材のうち一の保持部材に微小物を保持させる工程と、
前記駆動系を用いて、前記一の保持部材に保持された前記微小物とカンチレバーとを対向させる工程と、
前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動する工程と、を含む微小物特性計測方法。
A method of measuring a minute object characteristic using the minute object characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 9,
Holding a minute object on one of a plurality of holding members that can be independently driven by a drive system;
Causing the minute object held by the one holding member to face the cantilever using the drive system;
Driving one of the holding member holding the minute object and the cantilever in a direction in which the minute object held by the holding member and the cantilever approach and separate from each other Method.
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