JPH07156082A

JPH07156082A - マニピュレータ及びその操作方法

Info

Publication number: JPH07156082A
Application number: JP5299356A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Hiruma; 健之比留間; Masamitsu Yazawa; 正光矢沢; Keiichi Haraguchi; 恵一原口; Toshio Katsuyama; 俊夫勝山; Akisada Watanabe; 明禎渡辺; Toshihiko Sato; 俊彦佐藤; Juichi Shimada; 寿一嶋田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-20

Abstract

(57)【要約】【目的】０．１ミクロン程度から１００ミクロン程度の
物質を空間的に移動したり操作するためのマニピュレー
タを提供すること。【構成】基板１上に、所望の間隔をおいて配置された、
少なくとも二本の弾性変形し得る細線結晶２、３からな
るマニピュレータ。このマニピュレータは、細線結晶の
表面の一部に金属を配置することができる。マニピュレ
ータな操作は細線結晶を光のエネルギーや電気的な力に
より、弾性変形させて行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学物質の製造、半導
体素子製造、微生物組織の合成及び変換操作又は精密機
械の構成部品の製造等の過程において用いられる或いは
精密機械として利用されるマニピュレータ及びその操作
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物質を構成する原子を物質の表面から一
つ或いは数十から数百個のオーダーで除去したり、ま
た、物質の表面に異種の原子を一個ずつ或いは数百個の
オーダーで付着させたりする手法として、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いた方法が現在盛んに研究され
ている。ＳＴＭを用いて、金の基板表面上に金の原子複
数個からなる粒（クラスター）を付着させた例として、
フィジカルレビュウレターズ第６５巻、２４１８
頁〜２４２１頁、１９９０年（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅ
ｔｔ．ｖｏｌ．６５，ｐｐ．２４１８〜２４２１（１９
９０））がある。

【０００３】この報告には、図２に模式的に示すよう
に、金の基板６０の上に金製のＳＴＭプローブ６１の先
端部を数ナノメートルのオーダーで接近させ、基板に対
してＳＴＭプローブ側を瞬間的にプラス電位にしてＳＴ
Ｍプローブ６１の先端部の金の原子の集団６２の一部を
基板側に飛ばして、基板表面に２０ナノメートル程度の
金の原子の集団（クラスタ）６３を形成する手法が述べ
られている。

【０００４】また、基板表面上に付着した原子一個又は
複数個を基板表面上で移動させる手法が、ネイチャー
第３４４巻、５２４頁、１９９０年（Ｎａｔｕｒｅｖ
ｏｌ．３４４，ｐｐ．５２４（１９９０））に報告さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＳＴＭを用
いた技術は、物質又は原子の微細な操作を一本の探針を
用いて行なっていたため、扱うことのできる寸法の範囲
は１ミクロン以下、望ましくは１から１０ナノメートル
の程度であるという問題があった。また、通常のピンセ
ットにて扱える物質は約１００ミクロン以上の寸法を有
するものである。従って、０．１ミクロン程度から１０
０ミクロン程度、特に１ミクロン程度から１００ミクロ
ン程度の物質を空間的に移動したり操作する手法が現状
では見当らない。

【０００６】本発明の第１の目的は、０．１ミクロン程
度から１００ミクロン程度の物質を空間的に移動したり
操作するためのマニピュレータを提供することにある。
本発明の第２の目的は、そのようなマニピュレータの操
作方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のマニピュレータは、基板上に、所望
の間隔をおいて配置された、少なくとも二本の弾性変形
し得る細線結晶から構成したものである。このマニピュ
レータは、細線結晶の表面の一部に金属を配置すること
ができる。また、細線結晶を弾性変形させるための手段
を設けることが好ましい。このような手段としては、例
えば、細線結晶の側面を照射するための光源を設ければ
よい。

【０００８】二本の細線結晶の間隔は、０．５ミクロン
から１ミリの範囲とすることが好ましい。また、細線結
晶の長さは、５から２０ミクロンの範囲とすることが好
ましい。このような細線結晶の材料としては、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳ
ｅ、ＺｎＳ等が好ましい。これらの材料から細線結晶は
容易に製造することができる。

【０００９】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明のマニピュレータの操作方法は、基板上に、所望
の間隔をおいて配置された少なくとも二本の細線結晶を
有するマニピュレータを被処理試料に近接させ、細線結
晶を弾性変形させ、被処理試料を処理するようにしたも
のである。

【００１０】ここで用いるマニピュレータとして、細線
結晶の表面の一部に金属を配置したもの等、上記記載の
ものを用いることができる。また、細線結晶を弾性変形
させるには、光のエネルギーや電気的な力を用いること
ができる。

【００１１】

【作用】二本の細線結晶がそれぞれ曲がることにより、
その間隔をさらに小さくすることで物質をつかんだり、
付着させたりして目的物質の操作がなされる。

【００１２】

【実施例】

〈実施例１〉本発明のマニピュレータの第１の実施例を
図１により説明する。図１（ａ）は基板１に形成した二
本の細線結晶２、３を示す模式図である。細線結晶の形
成には有機金属の熱分解を利用した半導体結晶の成長方
法を用いる。まず、ＧａＡｓからなる基板１上に、ＳＴ
Ｍプローブを用いて、幅１０ナノメートルのＡｕの粒を
二個所付着させておく。Ａｕの粒の間隔は３ミクロンと
する。つぎに、基板温度を５００℃にして、ＧａとＡｓ
の原料ガスであるトリメチルガリウムとアルシンを基板
表面に供給すると、はじめにＡｕ粒を付着した場所から
ＧａＡｓの細線が成長する。

【００１３】図１（ｂ）は、細線結晶２、３にそれぞれ
両者の外側から光を照射して細線結晶が曲がった様子を
示す図である。このとき、光が照射された細線結晶の側
面は、光の熱エネルギーを吸収して温度が上昇する。そ
して、温度が上昇した部分は膨張し、その結果、細線結
晶は曲がることになる。図１（ｂ）には、曲がった細線
結晶４、５が示してあり、曲がった細線結晶４、５の先
端部では細線結晶の間隔が狭くなるので、ここで物質を
挾むことができる。細線結晶の直径は１ミクロン、長さ
は１０ミクロンである。細線結晶の側面に光を照射し、
その部分の温度を光が照射されない部分の温度よりも１
００℃高くすると、熱膨張による細線結晶の曲がりによ
る先端部の変位は約０．３ミクロンとなり、細線結晶の
間隔は約２．４ミクロンとなることが分かった。

【００１４】次に、このマニピュレータを用いてＬＳＩ
製造工程におけるウエファー上のゴミの除去を行なっ
た。図３に、ＬＳＩ基板上に付着したゴミとそのゴミを
除去する工程を模式的に示す。図３（ａ）は、ＬＳＩが
形成された基板６の上のゴミ７に、基板９及び細線結晶
８からなるマニピュレータ２０が接近している様子を示
す図である。目標とするゴミに接近した状態で、マニピ
ュレータの左右側面から光を照射すると、細線結晶８は
わん曲して、わん曲した二本の細線結晶の間にゴミが挾
まれる。

【００１５】図３（ｂ）は、ＬＳＩ基板６上のゴミ１３
をマニピュレータ２０にて除去している過程を示す図で
ある。細線結晶の長さ、間隔等を適宜選ぶことにより、
このような操作で、０．１ミクロンから１００ミクロン
程度の範囲を中心とする寸法のゴミを基板から除去でき
る。このような大きさのゴミの除去は、従来の基板洗浄
工程や、ＳＴＭを用いた原子単位の直接的な物質操作で
は不充分であり、そのためＬＳＩの製造歩留まりは低か
った。本発明のマニピュレータをＬＳＩ製造工程に適用
した結果、製造歩留まりを大幅に改善することができ
た。

【００１６】〈実施例２〉マニピュレータを構成する細
線結晶のわん曲方法として、光を使わずに電気的に操作
する方法を本実施例にて説明する。図４（ａ）は、基板
上で正に帯電したゴミに接近するマニピュレータ２０を
示す図である。マニピュレータ２０は、実施例１と同じ
方法で製造したもので、二本の細線結晶８の間隔、その
長さ等も実施例１のそれと同じである。図４（ａ）で基
板６とマニピュレータ２０を構成する基板９とは電源１
５及び抵抗１４を通して電気的に接続され、３ボルトの
電圧が印加されている。いま、基板６に正の電圧を、マ
ニピュレータ２０に負の電圧を印加すると、静電現象に
より、基板上のゴミ７が非導電体の場合にはその表面に
負の電荷１１が、また、マニピュレータ２０に形成した
細線結晶８が非導電体の場合にはその先端部に正の電荷
１０が帯電する。

【００１７】この状態でマニピュレータ２０を基板上の
ゴミ７に接近させると、正と負の電荷の静電引力によ
り、基板上のゴミ７はマニピュレータの先端部に付着
し、静電引力により曲がった細線結晶１２に挟まれる。
その後、図４（ｂ）に示すように、マニピュレータ２０
を基板６から引き離すことにより、ゴミ１３を基板上か
ら除去できる。この操作を繰り返すことにより、例え
ば、流水洗浄や超音波洗浄等では除去し難いＬＳＩ基板
上のゴミや異物を簡単に取り除くことができる。

【００１８】〈実施例３〉実施例１に示したマニピュレ
ータは光により、細線結晶をわん曲させる方式を採っ
た。ここで、わん曲させる細線結晶の構造（形状）につ
いては、細線の側面に金属を付着させた構造を採用して
も良い。これを、図５に示す。図５（ａ）に示すよう
に、基板２１上に細線結晶２４、２５が形成され、それ
ぞれの細線結晶の側面には金属２２、２３が付着してい
る。細線結晶２４、２５は、実施例１と同じ方法で製造
したものであり、また、金属２２、２３は、二本の細線
結晶の外側から真空蒸着により、細線結晶とほぼ同じ厚
みにＡｌを付着したものである。金属２２、２３は、細
線結晶２４、２５よりもそれぞれ熱膨張係数が大きいも
のを使用すればよく、Ｍｏ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ等を用いる
ことができる。

【００１９】図５（ｂ）は、細線結晶２４、２５の金属
２２、２３が付着している側面にそれぞれ光を当てる
と、金属が光を吸収して熱膨張することにより、二本の
細線結晶の先端部が互いに接近する様子を模式的に示し
た図である。曲がった細線結晶２６、２７の先端部の変
位量は、実施例１とほぼ同じである。

【００２０】〈実施例４〉電気的に細線結晶をわん曲さ
せるマニピュレータの例を図６に示す。このマニピュレ
ータは、図６（ａ）に示すように、基板３０上の細線結
晶３１、３２の側面の金属３３、３４に、電極３５、３
６を形成した構造である。細線結晶３１、３２や金属３
３、３４は実施例３と同じ方法で製造した。これらの電
極３５、３６に、電源３７と抵抗３８を通して２ボルト
の直流電圧を印加すると、互いに向いあった細線結晶の
表面にはそれぞれ正及び負の電荷４１、４２が誘起され
る。誘起された正負の電荷は静電引力により互いに引き
合うため、細線結晶３１、３２は互いにわん曲して先端
部が接近し、マニピュレータとして作動する。

【００２１】〈実施例５〉図７は、基板５０上に一定の
間隔に並んだ細線結晶５１と、それぞれの細線結晶に付
着した金属５２と、これら金属間の配線５３と、これら
に電圧を印加するための電源５４、抵抗５５とを連結し
た構成をとるマニピュレータの模式図である。これらの
細線結晶や金属は、実施例４と同様にして形成した。た
だし、細線結晶の長さは、５ミクロンとした。ここで、
細線結晶間の距離Ｓは３ミクロン、Ｔは１０ミクロンで
ある。図７のような構成をとることにより、幅１ミクロ
ン、長さ２０から５０ミクロン程度の物質の採取や空間
移動が可能であった。

【００２２】本実施例の構造からなるマニピュレータは
ＬＳＩ基板上のゴミや異物を除去するために利用できる
ばかりでなく、金属配線パタン形成用エッチング工程に
おけるエッチング不良を修復してパタンの修正をした
り、パタンを付加したりする用途にも使用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上の実施例で説明したように、本発明
のマニピュレータを用いることにより、基板上の微細物
質を簡便に除去したり、付加したりできる。そのため、
ＬＳＩや光素子製造工程における歩留まりが大幅に向上
する等の効果がある。また、蛋白質等の高分子、微生
物、微生物の細胞等を処理することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のマニピュレータの構成を示
す模式図。

【図２】従来のＳＴＭを用いた物質操作の模式図。

【図３】本発明の実施例１のマニピュレータの動作を示
す模式図。

【図４】本発明の実施例２のマニピュレータの動作を示
す模式図。

【図５】本発明の実施例３のマニピュレータの動作を示
す模式図。

【図６】本発明の実施例４のマニピュレータの動作を示
す模式図。

【図７】本発明の実施例５のマニピュレータの動作を示
す模式図。

【符号の説明】

１、６、９、２１、３０、５０、６０…基板２、３、８、２４、２５、３１、３２、５１…細線結晶４、５、１２、２６、２７、３９、４０…曲がった細線
結晶７、１３…ゴミ１０、４１…正の電荷１１、４２…負の電荷１４、３８、５５…抵抗１５、３７、５４…電源２０…マニピュレータ２２、２３、３３、３４、５２…金属３５、３６…電極５３…配線６１…ＳＴＭプローブ６２、６３…原子の集団

フロントページの続き (72)発明者勝山俊夫東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者渡辺明禎東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者佐藤俊彦東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者嶋田寿一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、所望の間隔をおいて配置され
た、少なくとも二本の弾性変形し得る細線結晶からなる
ことを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】請求項１記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶を弾性変形させるための手段を有すること
を特徴とするマニピュレータ。
【請求項３】請求項２記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶を弾性変形させるための手段は、細線結晶
の側面を照射するための光源であることを特徴とするマ
ニピュレータ。
【請求項４】請求項２記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶を弾性変形させるための手段は、細線結晶
と被処理試料との間に電圧を印加するための手段である
ことを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】請求項１記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶の表面の一部に金属が配置されたことを特
徴とするマニピュレータ。
【請求項６】請求項５記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶を弾性変形させるための手段を有すること
を特徴とするマニピュレータ。
【請求項７】請求項６記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶を弾性変形させるための手段は、上記金属
を照射するための光源であることを特徴とするマニピュ
レータ。
【請求項８】請求項６記載のマニピュレータにおいて、
上記細線結晶を弾性変形させるための手段は、相対して
配置された一組の上記細線結晶の表面の金属に、電圧を
印加するための手段であることを特徴とするマニピュレ
ータ。
【請求項９】基板上に、所望の間隔をおいて配置された
少なくとも二本の細線結晶を有するマニピュレータを被
処理試料に近接させる工程、細線結晶を弾性変形させる
工程により、被処理試料を処理することを特徴とするマ
ニピュレータの操作方法。
【請求項１０】請求項９記載のマニピュレータの操作方
法において、上記細線結晶を弾性変形させる工程は、光
の照射により行なうことを特徴とするマニピュレータの
操作方法。
【請求項１１】請求項９記載のマニピュレータの操作方
法において、上記細線結晶を弾性変形させる工程は、上
記細線結晶と被処理試料との間に電圧を印加することに
より行なうことを特徴とするマニピュレータの操作方
法。
【請求項１２】基板上に、所望の間隔をおいて配置され
た少なくとも二本の細線結晶と該細線結晶の表面の一部
に配置された金属とを有するマニピュレータを被処理試
料に近接させる工程、細線結晶を弾性変形させる工程に
より、被処理試料を処理することを特徴とするマニピュ
レータの操作方法。
【請求項１３】請求項１２記載のマニピュレータの操作
方法において、上記細線結晶を弾性変形させる工程は、
光の照射により行なうことを特徴とするマニピュレータ
の操作方法。
【請求項１４】請求項１２記載のマニピュレータの操作
方法において、上記細線結晶を弾性変形させる工程は、
相対して配置された一組の上記細線結晶の表面の金属
に、電圧を印加することにより行なうことを特徴とする
マニピュレータの操作方法。