JPH06307851A - カンチレバーおよびこのカンチレバーを用いた微細加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料とチップ間に作用力が生じても、試料に
対しチップ角を所定角度に保持できるカンチレバーおよ
びそのカンチレバーを用いた微細加工装置の提供。 【構成】 ベース平板８ａと一体的に設けられる上側レ
バー２と、ベース平板８ｂと一体的に設けられ中央部近
傍に空洞部１２を有する下側レバー１と、これら２個の
レバーを平行に設置することにより形成されるレバー本
体１４と、このレバー本体１４の先端部近傍に支柱４を
介して支持される尖鋭なチップ３とから構成され、試料
とチップ３との間に作用力が生じた場合、下側レバー１
の空洞部１２ａ，１２ｂ部を支点として両レバー１，２
がそれぞれ平行に２箇所で同一量だけ撓み、これにより
試料とチップ間に作用力が生じても、試料に対するチッ
プの角度を所定角に保つことができる。この角度保持機
能を利用し、チップ３により試料に対する加工を行うこ
ともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば原子間力顕微鏡
等に用いられるカンチレバー、および、尖鋭なチップに
よって試料表面を微細加工する微細加工装置に係り、特
に、平行平板によってレバー本体を形成したカンチレバ
ー、および、このカンチレバーを用いた微細加工装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のカンチレバーは原子間力
顕微鏡等に用いられ、例えば、特開平４−７２５０４号
公報に開示されている。この従来技術によるカンチレバ
ーの概略構造を図１２に示す。同図に示すように、カン
チレバー１０３は一枚の板からなるレバー本体１００の
先端部近傍に尖鋭なチップ１０１を設けた構造となって
いる。そして、レバー本体１００を取付けたステージ１
０２によって、同図に示す直交３軸ｘ，ｙ，ｚ方向へ動
作する。

【０００３】このような構造からなるカンチレバー１０
３を備えた原子間力顕微鏡では、ステージ１０２により
カンチレバー１０３を同図に示すｚ軸方向に移動させて
チップ１０１を試料１０に接近させると、チップ１０１
と試料１０との間には、両者の近接状況に応じた原子間
力が生じ、レバー本体１００が変位する。このレバー本
体１００の変位量は図示しない歪センサによって検出
し、レバー本体１００の変位量が所定値になるようにス
テージ１０２をｚ軸方向に駆動し、このｚ軸方向移動量
を求めることにより、試料１０表面の形状（凹凸）を検
出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した単板
からなるカンチレバーでは、試料とチップとの間に生じ
る原子間力によって、レバー本体が一方向に撓み、試料
とチップとの相対角度が変化するため、試料に対するチ
ップ先端位置が変化する。これにより、試料上の測定箇
所が原子レベルの大きさでずれるため、必ずしも正確な
形状測定を行うことができない。

【０００５】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的は、試料とチップとの間
に作用力が生じても、試料に対するチップの角度を所定
の設定角度に保つことができるカンチレバーの提供、お
よび、このカンチレバーを用いた微細加工装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、レバー本体
と、このレバー本体の先端近傍に設けられたチップとを
備え、前記チップが試料に接近したときに両者の間に生
じる作用力によって変位するカンチレバーに適用される
ものである。

【０００７】そして、上記目的は、前記レバー本体を平
行に設けた複数枚の平板によって形成した平行平板構造
とすることによって達成される。

【０００８】また、他の目的は、尖鋭なチップを有する
加工手段と、前記チップを直交する３軸方向に駆動する
駆動手段と、この駆動手段の動作を制御する制御手段と
を備えた微細加工装置において、前記加工手段を、複数
枚の平行な平板からなる平行平板構造を有するレバー本
体を備えたカンチレバーとすることにより達成される。

【０００９】

【作用】本発明は上記のように構成されており、カンチ
レバーを形成するレバー本体の複数枚の平板がそれぞれ
チップを上下方向に対し支持しているため、チップによ
って一体化された平行平板構造となっている。このた
め、チップと試料とが接近し、チップに対し押付力が作
用すると、各平板は一端を支点として撓もうとする。と
ころが、各平板が平行に一方向に撓んだ場合には、上方
に設けられた平板と下方に設けられた平板とでは撓みに
よる曲率半径に差が生じ、各平板の長さに差が生ずるこ
とになる。このため、実際には、各平板が元の状態に戻
ろうとする反力が、チップへの押付力による撓みとは逆
方向へ撓ませるように作用し、前記各平板の支点近傍
と、チップへの押付力作用点近傍との２箇所で、それぞ
れ逆方向に撓みが生じる。その際、各箇所での変形量は
ほぼ等しくなるため、試料に対しチップは押付力が作用
する前の角度、すなわち、所定の設定角度を保持する。

【００１０】また、このような平行平板構造を有するカ
ンチレバーを駆動手段によって試料に押し付けると、上
述した理由によりレバー本体がチップと試料との角度を
所定の設定角度に保持しながら撓む。これによりレバー
本体の長手方向の長さが短くなるが、制御手段によって
押付量に対応する長手方向への変位量を演算し、この演
算結果に基づき駆動手段を動作させカンチレバーを長手
方向に移動させることにより、チップを試料上の所定箇
所に保持しながら押し付けることができる。この状態
で、必要な方向にカンチレバーを移動させることによ
り、試料表面をこじることなく加工することができる。

【００１１】したがって、本発明によれば、チップと試
料との間に作用力が生じても、試料に対しチップを所定
の設定角度に保持することができる。また、チップを試
料に押し付けた状態でカンチレバーを移動させても、所
定の設定角度の状態が保持されるため、試料表面をこじ
ることなく精度良く加工することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

【００１３】図１〜図３は本発明のカンチレバーの第１
の実施例の説明図で、図１はこの実施例のカンチレバー
の斜視図、図２はカンチレバーを原子間力顕微鏡に適用
した際の要部側面図、図３はカンチレバーを試料に接近
させた状態を示す側面図である。

【００１４】この第１の実施例におけるカンチレバー
は、図１に示すようにサンドイッチ部材７によって２枚
の平板が平行に一体化されたベース８と、一端が上側の
ベース平板８ｂと一体的に形成された上側レバー２およ
び一端が下側のベース平板８ａと一体的に形成された下
側レバー１からなるレバー本体１４と、このレバー本体
１４のベース８側とは逆の他端近傍に設けられ上側レバ
ー２と下側レバー１によって支柱４を介して支持された
チップ３とから構成されている。そして、下側レバー１
には長方形状の空洞部１２を設け、この空洞部１２の四
隅近傍に４枚の変位検出手段、例えば半導体歪ゲージ５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。また、チップ
３は支柱４を有し、上下のレバー２，１はこの支柱４を
支持するようになっている。

【００１５】なお、例えば、上側ベース平板８ｂおよび
上側レバー２は酸化珪素によって、下側ベース平板８ａ
および下側レバー１は窒化珪素によって、サンドイッチ
部材７は硬化性樹脂であるＰＩＱ樹脂によって形成さ
れ、化学エッジング処理によって生成される。また、半
導体歪ゲージ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄはＡｕ蒸着膜によ
る配線６によって接続され、サンドイッチ部材７および
上側ベース平板８ｂに図示しないコンタクトホールを設
けることにより外部に設けられる電源および信号処理部
と接続される。

【００１６】一方、図２に示すように、ベース８は直交
する３軸ｘ，ｙ，ｚ方向に駆動可能な駆動手段、例えば
３次元ステージ９に固定されている。また、この３次元
ステージ９がフレーム１１に固定されていて、チップ
３、支柱４、ベース８およびレバー本体１４より成るカ
ンチレバー１５は３次元ステージ９によって３軸方向に
動作するようになっている。

【００１７】このように構成された第１の実施例による
カンチレバー１５を、図３に示すように３次元ステージ
９によってｚ軸方向に移動させ試料１０と接近させる
と、チップ３と試料１０との間には原子間力が生じ、カ
ンチレバー１５に対しｚ軸方向へ押付力が作用し、この
押付力によってカンチレバー１５が変形する。その際、
この第１の実施例では、下側レバー１に空洞部１２を設
けているため、空洞部１２のベース８側端部１２ａを支
点としてレバー本体１４が上方に変形し、空洞部１２の
他方の端部１２ｂを支点として下方に変形する。これ
は、端部１２ａ，１２ｂで下側レバー１の幅方向の厚み
が急激に薄くなるため、この部分に応力が集中するため
である。すなわち、ｚ軸方向への押付力により端部１２
ａを支点としてレバー本体１４が撓むが、上側レバー２
と下側レバー１とはチップ３によって一体化されている
ため、曲率半径の相違により両レバーの撓み反力に差が
生じ、特に上側レバー２の反力が大きくなる。この反力
による応力が端部１２ｂに集中し、端部１２ｂを支点と
して、端部１２ａにおける撓み方向とは逆の方向に撓
む。その際、端部１２ａでの上向きの撓み量と、端部１
２ｂでの下向きの撓み量とはほぼ等しくなるために、チ
ップ３と試料１０間に原子間力が作用したときでも、試
料１０に対するチップ３の角度は所定の設定角度に保持
される。

【００１８】そして、空洞部１２の四隅に設けた４枚の
半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄによって検出される歪量が予
め設定した所定値となるように、３次元ステージ９をｚ
軸方向に駆動し、そのときの３次元ステージ９のｚ軸方
向移動量を測定することにより、その位置における試料
１０の表面状態（表面の凹凸）を検出できる。さらに、
３次元ステージ９によりｘ，ｙ軸方向に走査させなが
ら、半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄにより検出される歪量が
一定となるｚ軸方向の移動量を測定していくことによ
り、試料１０の表面全体、あるいは、所定範囲内の表面
形状を検出することができる。なお、当然のことなが
ら、ｘ，ｙ軸方向に走査し、各測定箇所での原子間力に
差が生じた場合でも、上記した理由によりチップ３は試
料１０に対し所定の設定角度に保持される。

【００１９】したがって、この第１の実施例によれば、
原子間力の大小によらずチップ３が試料１０に対し常に
垂直に保持されるため、精度良く試料１０の表面形状を
検出することができる。さらに、この第１の実施例によ
るカンチレバー１５は、平行平板構造とすることにより
カンチレバー１５の剛性が高くなり、高速で移動させて
も位置決めが容易に行えるという特徴も有している。

【００２０】図４はカンチレバーの第２の実施例の説明
図で、カンチレバー１５の構成を示す。図１と同一部分
には同一の符号を付しており、その説明は省略する。こ
の第２の実施例によるカンチレバー１５は、ベース部８
に対し、複数のレバー本体１４ｌ，１４ｍ，１４ｎを設
けている。そして、それぞれチップ３ｌ，３ｍ，３ｎを
有している。

【００２１】このように構成した第２の実施例によるカ
ンチレバー１５では、１度に複数箇所の試料表面とチッ
プ３ｌ，３ｍ，３ｎとの作用力、あるいは、試料の表面
形状を測定でき、測定時間を短縮することができる。

【００２２】また、これらの実施例によるカンチレバー
１５は、例えばチップ３を試料１０表面に押付けても、
チップ３を試料１０に対し垂直に保持することができる
ため、表面形状の測定だけではなく、例えば高密度メモ
リ作製等の微細加工にも適用することができる。

【００２３】このような微細加工に際し、例えば前述し
た従来技術による単板からなるカンチレバーを微細加工
手段として用いた場合には、次のような問題がある。す
なわち、図１３に示すように、試料１０にカンチレバー
１０３のチップ１０１を所定の力で押し付けると、レバ
ー本体１００が一方向に撓み、試料１０に対するチップ
１０１の接触角度が変化し、常時一定角度で押し付ける
ことができなくなる。これに伴い、チップ１０１の先端
によって試料１０がこじられるため、この状態で例えば
同図ｙ方向に移動させると、試料１０はこじられた状態
で加工され、こじられた痕がそのまま加工面に残り加工
精度の悪いものとなる。

【００２４】また、尖鋭なチップの位置を制御し、試料
表面を微細に加工する微細加工システムが、電子顕微鏡
による３次元超微細加工システム（応用機械工学：１９
９２、ＶＯＬ．３３、ＮＯ．６、１１７〜１２３頁）に
開示されている。この微細加工システムは、ロボットの
先端近傍に圧電アクチュエータによって駆動されるチッ
プを設け、ＳＥＭ（電子顕微鏡）内にロボットの先端部
と試料とを設置し、ＳＥＭ像によって試料とチップ先端
との位置関係を観察しながら、試料表面を加工するもの
である。この微細加工システムによれば、ＳＥＭ像によ
って極めて微小な領域を拡大モニタし、試料とチップと
の位置関係を正確に把握できるため、精度良く微細加工
を行うことができる。しかし、この文献に開示される微
細加工システムによっても、試料に対しチップを垂直に
押し付けた状態で平面内を移動させると、反力によって
チップ自身が変形する恐れがあり、上記同様の問題を包
含している。

【００２５】これに対し、上述した各実施例によるカン
チレバー１５は、平行平板構造によって試料１０に対し
チップ３が垂直に保持されるため、上記従来技術による
不具合が解消される。

【００２６】以下、図５〜図１１を用い、さきの実施例
に示したカンチレバーを微細加工装置に適用した実施例
を説明する。図５はチップを試料に押し付けたときの状
況を示す側面図、図６はチップに加わる荷重と各半導体
歪ゲージの変形状態の対応を示す斜視図、図７は半導体
歪ゲージの状態を説明する図、図８は移動に伴うチップ
への作用力による変形の一例を示す斜視図、図９は微細
加工装置の制御回路を示すブロック図、図１０はカンチ
レバーの初期位置決め時の処理の流れを示すフローチャ
ート、図１１は加工時の処理の流れを示すフローチャー
トである。なお、上記カンチレバーの実施例の構成を示
す図１と対応する部分には同一の符号を付しており、そ
の説明を省略する。この実施例による微細加工装置は、
図５に示すようにカンチレバー１５およびこのカンチレ
バー１５を駆動するための３次元ステージ９について
は、上記したカンチレバーの第１の実施例と同様の構成
となっている。そして、３次元ステージ９は、図９に示
す制御回路２０によってその動作が制御される。

【００２７】この制御回路２０は、押付力設定用キーボ
ード３２からの信号を入力し、試料１０の表面を加工す
る際の押付力を記憶する押付力記憶部２１と、この押付
力をカンチレバー１５の目標となる歪量δz0に変換する
歪量変換回路２２と、各半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄから
の信号を入力し実際のカンチレバー１５のｙ，ｚ軸方向
の歪量δy，δzを検出する歪検出回路２９と、この歪検
出回路２９により検出された実際の歪量δzと上記した
目標となる歪量δz0とを比較する比較回路２３と、この
比較回路２３からの信号△δz0に応じて３次元ステージ
９のｚ軸方向の移動量を算出する補正回路２４と、加工
を行う際、実際の歪量δy，δzおよび目標となる歪量δ
z0とを入力し３次元ステージ９の補正量△ｙ，△ｚを演
算する歪補正演算回路３０と、３次元ステージ９のｘ，
ｙ軸方向の移動軌跡を設定する軌跡設定用キーボード３
５からの信号を入力し、この軌跡を記憶する軌跡記憶部
２８と、加工時に軌跡記憶部２８より順次目標位置（ｘ
0，ｙ0）を読み込む目標位置読込み回路２６と、この目
標位置（ｘ0，ｙ0）と補正量△ｙ，△ｚとを入力し、３
次元ステージ９の各移動速度を算出する目標位置演算回
路２７と、加工前の初期位置決め時には補正回路２４か
らの信号に基づき、一方、加工時には目標位置演算回路
からの信号に基づき３次元ステージ９の各移動速度ｖ
x，ｖy，ｖzを算出し、結果を３次元ステージ９に出力
する３次元ステージ駆動回路２５と、実際のｚ方向の歪
量δzを押付力に変換する歪押付力変換回路３１とを備
えている。

【００２８】なお、初期位置決め制御はスイッチ３３か
らの信号によって開始され、加工はスイッチ３４からの
信号により開始される。また、歪押付力変換回路３１に
よって変換されたｚ方向の押付力はモニタ３６に表示さ
れる。

【００２９】以上のように構成された微細加工装置で
は、図５に示すように試料１０に対しチップ３を押付け
るとカンチレバー１５のレバー本体１４が変形する。こ
の変形に際しては、上記カンチレバーの実施例で説明し
た理由によりチップ３は試料１０に対し垂直状態を保持
する。この状態で、例えば３次元ステージ９をｙ軸方向
に駆動すると、図６に示すようにチップ３にはｚ軸方向
の力イと、ｙ軸方向の力ロまたはハが作用する。そし
て、例えばイの方向（ｚ軸方向）にのみ力が作用した場
合には、カンチレバーの第１の実施例で説明したように
下側レバー１の空洞部１２の端部１２ａおよび１２ｂを
支点として２箇所で撓み、図７の下方に示す表「イ」の
ように、半導体歪ゲージ５ａ，５ｃが伸び、半導体歪ゲ
ージ５ｂ，５ｄが縮む。

【００３０】また、「ロ」の方向（ｙ軸負方向）に荷重
が作用すると、図８に示すように変形する。すなわち、
ロ方向の力によって、下側レバー１の板幅方向の中心を
境として、下側レバー１の部分１ａ側はｚ軸正側に撓む
変形（図４と同様の変形）と、ｙ軸負側へのせん断変形
が合成された変形となる。表面に設けた各半導体歪ゲー
ジ５ａ〜５ｄはせん断変形には感知しないため、半導体
歪ゲージ５ａが伸び、半導体歪ゲージ５ｂが縮む。同様
に、下側レバー１の部分１ｂ側はｚ軸負側に撓む変形
と、ｙ軸負側へのせん断変形が合成された変形となり、
半導体歪ゲージ５ｃは縮み、半導体歪ゲージ５ｄは伸び
る。このように、各半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄの各歪量
を検出することによって、チップ３に作用する力の方向
を検出することができる。検出する力の方向が「ハ」の
場合も「ロ」の場合に準じる。

【００３１】なお、上述したｚ軸方向の力のみがチップ
３に作用した場合、ｘ軸方向およびｙ軸方向に対称な位
置に半導体ゲージ５ａ〜５ｄをそれぞれ設けているの
で、各半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄの歪量の絶対値は全て
等しくなり、力の作用方向に応じて符号が異なるだけと
なる。このため、ｚ軸方向の力とｙ軸方向の力が同時に
作用した場合でも、各半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄによる
検出値に基づきｚ軸方向の力とｙ軸方向の力とを分離算
出することができる。また、上述のような方向の力がチ
ップ３に作用した場合でも、試料１０に対しチップ３が
垂直を保持することはいうまでもない。

【００３２】以下、図１０、図１１により微細加工装置
の制御処理内容について説明する。図１０は、加工前の
チップ３の位置決め制御に関するフローチャートで、歪
補正演算回路３０は手順Ｓ１により位置決め制御開始を
指示するスイッチ３３からの信号を入力すると、次のス
テップＳ２で加工時のカンチレバー１５の目標となる歪
量δz0を、歪量変換回路２２より読み込む。次に、手順
Ｓ３に移行し、歪検出回路２９からその時点でのカンチ
レバー１５の歪量δzを読み込む。

【００３３】手順Ｓ４では、目標となる歪量δz0と実際
の歪量δzとの差を求め、この差の絶対値が△δz0以下
かどうかを判定する。もし、差の絶対値が△δz0よりも
大きい場合には、カンチレバー１５の変形に伴う縮小量
に応じたｘ軸方向の補正移動量△ｘと、目標となる歪量
δz0を達成するためのｚ軸方向の移動量△ｚを、それぞ
れ手順Ｓ５，Ｓ６によって算出する。

【００３４】次に、目標位置演算回路３０は手順Ｓ７に
よりｘ軸方向の補正量△ｘおよびｚ軸方向の補正量△ｚ
に応じた３次元ステージ９のｘ軸およびｙ軸方向の移動
速度ｖx，ｖyを演算する。３次元ステージ移動回路２５
は、次の手順Ｓ８で、速度信号ｖx，ｖyをこれに応じた
電流信号ｉx，ｉyに変換し、３次元ステージ９に出力
し、手順Ｓ３に移行する。

【００３５】このような処理を実行することにより、カ
ンチレバー１５の歪量δzが目標となる歪量δz0に近づ
き、その差が手順Ｓ４によって、△δz0以下となったと
き、この位置決め制御が終了し、加工時の軌跡制御に移
行する。

【００３６】図１１は加工時の軌跡制御を行う際のフロ
ーチャートであり、目標位置読込み回路２６は最初に加
工開始を指示するスイッチ３４からの信号が入力される
と、手順Ｓ１０で軌跡記憶部２８から目標となる位置
（ｘ0，ｙ0）を読み込む。

【００３７】歪補正演算回路３０は、スイッチ３４から
の信号を入力すると、手順Ｓ１１により、歪検出回路２
９からカンチレバー１５の歪量を読み込み、目標となる
歪量δz0との差に基づき補正すべき移動量△ｙ,△ｚを
算出する。

【００３８】次に、目標位置演算回路２７は手順Ｓ１２
で、補正すべき移動量が所定値△Ｍ以下かどうかを判別
し、Ｙｅｓの場合には手順Ｓ１６に、Ｎｏの場合には手
順Ｓ１３に移行する。手順Ｓ１２の結果がＮｏの場合、
手順Ｓ１３では、目標位置（ｘ0，ｙ0）および補正量△
ｙ，△ｚに基づき３次元ステージ９の移動速度ｖx，ｖ
y，ｖzを演算し、３次元ステージ駆動回路２５は次の手
順Ｓ１４により速度信号を電流信号ｉx，ｉy，ｉzに変
換し、手順Ｓ１５によって３次元ステージ９に出力し、
手順Ｓ１１に戻る。

【００３９】一方、目標位置演算回路２７は手順Ｓ１２
でｙおよびｚ軸方向の補正量△ｙ，△ｚが所定量△Ｍ以
下と判定された場合には、手順Ｓ１６により、目標位置
（ｘ0，ｙ0）が最終目標位置（ｘn，ｙn）かどうか判別
する。もし、この手順Ｓ１６の判別結果がＹｅｓの場合
には移動速度を０にして軌跡制御を終了し、３次元ステ
ージ駆動回路２５に対し手順Ｓ１７でカンチレバー１５
をｚ軸方向に移動させる指令を出力し加工を終了する。
逆に、手順Ｓ１６での判別結果がＮｏの場合、手順Ｓ１
０に移行し、上述の処理を再度実行する。

【００４０】したがって、この実施例によれば、加工時
にチップ３を試料１０に押し付けた状態でｘ，ｙ方向に
移動させても、チップ３を試料１０に対し所定の設定角
度を保持させることができ、さらに、下側レバー１に設
けた半導体歪ゲージ５ａ〜５ｄによって押付力を所定値
に制御できるため、こじり等を生じることがなく精度良
く試料１０表面を加工することができる。さらに、カン
チレバーの第１の実施例に述べたように、カンチレバー
１５の剛性が高くなるため高速に移動させることがで
き、単板からなる従来のカンチレバーを用いた場合に比
べると加工時間を短縮することができる。

【００４１】なお、上記各実施例では、本発明によるカ
ンチレバー１５を原子力間顕微鏡に適用した例と微細加
工装置に適用した例を示したが、この２つに限定される
ものではなく、例えば、試料表面の摩擦特性を検出する
摩擦力顕微鏡等に適用することもできる。また、例えば
歪一定の制御を行わず、一方向の移動に伴う歪出力変化
のみを記録することにより表面形状を測定することもで
きる。さらに、各実施例では変位検出手段として半導体
歪ゲージ５ａ〜５ｄを用いたが、これに限定されるもの
ではなく、他に主として銅・ニッケル合金を用いた珀歪
ゲージや線歪ゲージ、あるいは、静電容量型変位計、レ
ーザ変位計等を用いても良い。

【００４２】また、上記各実施例ではカンチレバーを３
次元ステージ９に１個だけ設けた構成としたが、３次元
ステージに対し複数個設ける構成としても良く、これに
より測定あるいは加工時間を短縮することができる。

【００４３】また、３次元ステージ９に対しカンチレバ
ー１５を着脱可能に設けることにより、チップ３先端の
摩耗時、容易に交換することができ、加工精度のさらな
る向上、加工時間の短縮をはかることができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、尖鋭なチップと試料間
に作用力が生じても、平行平板構造により試料に対しチ
ップを所定の設定角度に保持させることができるため、
この作用力を精度良く検出できる。また、カンチレバー
の剛性が高くなるため、高速で動作させることができ
る。さらに、ベース部に対しレバー本体を複数個設ける
ことにより、一度に複数箇所測定することができ測定時
間を短縮することができる。

【００４５】また、このカンチレバーを微細加工装置に
適用することにより、ｘ，ｙ，ｚ方向の作用力を制御で
き、常時試料に対しチップが所定の設定角度に保持され
るため、精度良く加工することができる。さらに、カン
チレバーを高速で動かすことができるため、従来技術に
よるカンチレバーを用いた場合よりも加工時間を短縮す
ることができる。さらに、駆動手段に対しカンチレバー
を複数設けることにより、さらに加工時間を短縮でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るカンチレバーの斜
視図である。

【図２】図１に示すカンチレバーを原子間力顕微鏡に適
用した際の要部側面図である。

【図３】図１に示すカンチレバーを試料に接近させた状
態を示す側面図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係るカンチレバーの斜
視図である。

【図５】本発明の実施例に係る微細加工装置の加工状態
の側面図である。

【図６】図５に示すカンチレバーの斜視図である。

【図７】図６に示す各半導体歪ゲージの変形状態の説明
図である。

【図８】図１に示す下側レバーの変形の一例を示す斜視
図である。

【図９】図５に示す微細加工装置の制御回路を示すブロ
ック図である。

【図１０】図５に示す微細加工装置のカンチレバーの初
期位置決め時の処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【図１１】図５に示す微細加工装置の加工時の処理の流
れを示すフローチャートである。

【図１２】従来のカンチレバーの側面図である。

【図１３】従来のカンチレバーの側面図である。

【符号の説明】

１ 下側レバー（平板） ２ 上側レバー（平板） ３ チップ ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 半導体歪ゲージ（歪検出手
段） ９ ３次元ステージ（駆動手段） １０ 試料 １２ 空洞部 １４ レバー本体 １５ カンチレバー ２０ 制御回路（制御手段）

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レバー本体と、このレバー本体の先端近
   傍に設けられたチップとを備え、前記チップが試料に接
   近したときに両者の間に生じる作用力によって変位する
   カンチレバーにおいて、前記レバー本体は平行に設けら
   れた複数枚の平板からなる平行平板構造であることを特
   徴とするカンチレバー。
2. 【請求項２】 前記カンチレバーは、レバー本体を形成
   する複数枚の平板を一体化するベース部を有することを
   特徴とする請求項１に記載のカンチレバー。
3. 【請求項３】 前記レバー本体を形成する複数枚の平板
   のうちの少なくとも１枚に変位検出手段を設け、前記チ
   ップへの作用力を検出することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のカンチレバー。
4. 【請求項４】 前記レバー本体を形成する複数枚の平板
   のうち少なくとも１枚の平板に空洞部を少なくとも１個
   設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
   のカンチレバー。
5. 【請求項５】 変位検出手段を、前記空洞部の端部近傍
   に設けたことを特徴とする請求項４に記載のカンチレバ
   ー。
6. 【請求項６】 前記カンチレバーは、レバー本体がベー
   ス部に対し複数設けられることを特徴とする請求項２〜
   ５のいずれかに記載のカンチレバー。
7. 【請求項７】 前記変位検出手段が歪ゲージであること
   を特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のカンチレ
   バー。
8. 【請求項８】 前記変位検出手段が静電容量形変位計で
   あることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の
   カンチレバー。
9. 【請求項９】 尖鋭なチップを有する加工手段と、前記
   チップを直交する３軸方向に駆動する駆動手段と、この
   駆動手段の動作を制御する制御手段とを備えた微細加工
   装置において、前記加工手段は、平行に設けられた複数
   枚の平板からなる平行平板構造を有するレバー本体を備
   えたカンチレバーであることを特徴とするカンチレバー
   を用いた微細加工装置。
10. 【請求項１０】 前記カンチレバーは、レバー本体を形
    成する複数枚の平板を一体化するベース部を有すること
    を特徴とする請求項９に記載のカンチレバーを用いた微
    細加工装置。
11. 【請求項１１】 前記レバー本体を形成する複数枚の平
    板のうちの少なくとも１枚に変位検出手段を設け、前記
    制御手段は前記変位検出手段からの変位信号を入力し、
    この変位信号に応じて前記チップの移動量および移動方
    向を演算出力することを特徴とする請求項９または１０
    に記載のカンチレバーを用いた微細加工装置。
12. 【請求項１２】 前記レバー本体を形成する複数枚の平
    板のうち少なくとも１枚の平板に空洞部を少なくとも１
    個設けたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに
    記載のカンチレバーを用いた微細加工装置。
13. 【請求項１３】 変位検出手段を、前記空洞部の端部近
    傍に設けたことを特徴とする請求項１２に記載のカンチ
    レバー。
14. 【請求項１４】 前記カンチレバーが、前記駆動手段に
    対し着脱可能に設けられることを特徴とする請求項９〜
    １３のいずれかに記載のカンチレバーを用いた微細加工
    装置。
15. 【請求項１５】 前記カンチレバーが、前記駆動手段に
    対し複数設けられることを特徴とする請求項９〜１４の
    いずれかに記載の微細加工装置。
16. 【請求項１６】 前記カンチレバーは、レバー本体がベ
    ース部に対し複数設けられることを特徴とする請求項１
    ０〜１４のいずれかに記載の微細加工装置。
17. 【請求項１７】 前記変位検出手段が歪ゲージであるこ
    とを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載のカ
    ンチレバー。
18. 【請求項１８】 前記変位検出手段が静電容量形変位計
    であることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに
    記載のカンチレバー。