WO2006054771A1 - ナノピンセットおよびこれを備える走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Description

明 細 書

ナノピンセットおよびこれを備える走査型プローブ顕微鏡

技術分野

[0001] 試料表面の観察と微小物体の把持を行うナノピンセットおよびこれを備える走査型 プローブ顕微鏡に関する。 背景技術

[0002] 走査型プローブ顕微鏡 (SPM： Scanning Probe Microscope)では、カンチレバーの 探針を試料に対して原子径レベルの距離まで近接させ、探針を試料表面に対して 2 次元走査する。それによつて、例えば、試料と探針との相互作用に基づく力を検出し 、検出した力に基づいて試料表面の凹凸などを観察する。また、ナノピンセットは、先 端部の開閉動作により、ナノオーダーサイズの微小物体を把持したりするものである 。また、このような観察機能と把持機能とを併せ持つナノピンセットも知られている (例 えば、特許文献 1参照)。その装置では、原子間力顕微鏡のカンチレバーの先端に 2 本のカーボンナノチューブを固定し、一方のカーボンナノチューブを探針として微小 物体の観察に用いるとともに、 2本のカーボンナノチューブの先端部を静電力などに より開閉させて、微少試料の把持'解放を行わせている。

[0003] 特許文献 1 :米国特許明細書第 4, 927, 254号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 1に記載のナノピンセットでは、従来のナノピンセットの製造 方法と比較して、カンチレバーの先端に 2本のカーボンナノチューブを固定すると ヽ う難しい製造工程がさらに必要となる。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明の第 1の態様によるナノピンセットは、支持体と、支持体から突出して試料の 表面を観察する観察プローブと、支持体力 突出した観察プローブと並んで配設さ れ、観察プローブとの間で試料を把持解放するために開閉する可動アームと、観察 プローブとの間で可動アームを開閉駆動する駆動機構とを備え、支持体、観察プロ ーブおよび可動アームのそれぞれは、半導体ウェハをフォトリソグラフィープロセスに より加工して製作されるものである。

本発明の第 2の態様によるナノピンセットは、支持体と、支持体から所定方向に延 在し、試料表面観察用の探針部と試料把持用の第 1の把持部が設けられた観察プロ ーブと、支持体力 所定方向に延在するように観察プローブと並設され、第 1の把持 部に対して所定方向に沿って対向する第 2の把持部が形成された可動アームと、第 1および第 2の把持部間に試料が把持されるように、可動アームをその延在方向に駆 動する駆動機構とを備え、支持体、観察プローブおよび可動アームのそれぞれは、 半導体ウェハをフォトリソグラフィープロセスにより加工して製作されるものである。 なお、第 1の把持部は観察プローブ力 試料面方向に突出する突部であって、所 定方向と直交する第 1の把持面と突出先端に形成された探針部とを有し、第 2の把持 部は、第 1の把持面との間で試料を把持する第 2の把持面を有するようにしても良い し、さらに、第 1および第 2の把持面が、所定方向に対して直交するように形成されて いても良い。

半導体ウェハは、 SiO層を一対の Si層で挟持した SOIウェハであって、観察プロ

2

ーブおよび可動アームを、前記一対の Si層内の一方の層に所定間隔で並設して形 成し、第 1の把持部、第 2の把持部および探針部は、それぞれ観察プローブ力 並設 の方向に突出して形成されていても良いし、第 1の把持部、第 2の把持部および探針 部は、並設の方向に直交する方向に、それぞ^察プローブ力 突出して形成され ていても良い。

また、観察プローブを、所定方向に延在するスリット空間が形成された馬蹄形状の 梁とし、可動アームを、スリット空間において所定方向にスライド自在に配設するよう にしても良い。

さらにまた、駆動機構を、通電によって発生する熱による熱変形で可動アームを駆 動する構成としても良い。

本発明の第 3の態様による走査型プローブ顕微鏡は、上述したいずれかのナノピン セットと、観察プローブと試料表面との相互作用に基づく変位を検出する検出部と、 駆動機構の駆動動作を制御する制御部と、検出部で検出した変位に基づ 、て試料 の表面の物理的および zまたは化学的状態を演算する演算部と、観察プローブを試 料表面に対して走査移動させる走査手段とを備えるものである。なお、演算部の演算 結果を可視化する表示部をさらに備えるようにしても良 、。

また、検出部は、観察プローブに光を照射する光源と、観察プローブで反射された 光を検出する受光部とを備え、演算部は、受光部力 の検出信号に基づいて試料の 表面形状を演算するようにしても良 ヽ。

さらに、タッピングモードにより前記試料を観察するために、観察プローブをその共 振周波数で試料方向に振動させる励振部を備え、可動アームは、その共振周波数 が観察プローブの共振周波数力 離れた値となるように構成されるようにしても良い。 本発明の第 4の態様によるナノピンセットの製造方法は、上述したナノピンセットの 製造方法であって、半導体ウェハを SOIウェハとし、 SOIウェハの一方のシリコン層 を部分除去することにより、観察プローブおよび可動アームの原型となる 2本の帯状 突起を形成する工程と、観察プローブの原型となる帯状突起の先端部分に、試料に 近接または接触する尖鋭部を形成する工程と、 SOIウェハの他方のシリコン層と酸ィ匕 シリコン層を部分除去することにより、 2本の帯状突起から、観察プローブおよび可動 アームを形成するとともに、除去しない部分を支持体として形成する工程とを有するこ とを特徴とする。

本発明の第 5の態様によるナノピンセットは、支持体と、支持体力 延在するように 並設され、試料把持用の把持部が各々設けられた一対のアームと、一対のアームの 少なくとも一方に形成された試料表面観察用の探針部と、一対のアームの把持部が 互いに接触するように、一対のアームを閉方向へとそれぞれ付勢する付勢機構と、 付勢機構による付勢力に抗して、一対のアームを開方向へと駆動する駆動機構とを 備えるものである。

なお、支持体、一対のアーム、付勢機構および駆動機構のそれぞれは、半導体ゥ ェハをフォトリソグラフィープロセスにより加工して製作されても良い。

また、付勢機構および駆動機構の機能を兼ねる熱ァクチユエータを備え、熱ァクチ ユエータは、 Si層にボロンをドープしてァニール処理した部材であって、通電用の電 極を有するようにしても良 、。 本発明の第 6の態様によるナノピンセットの製造方法は、半導体ウェハとして SiO

2 層を一対の Si層で挟持した SOIウェハを用い、 SOIウェハの一方の Si層をエツチン グして、一対のアーム、付勢機構および駆動機構を形成する第 1の工程と、付勢機構 を構成する Si層にボロンをドープする第 2の工程と、ボロンがドープされた Si層をァ- ール処理して、一対のアームを閉方向に駆動するための収縮応力を付勢機構に与 える第 3の工程とを有するものである。

なお、第 1の工程では、一対のアームは所定の間隔で並設されるように形成され、 第 3の工程では、付勢機構に収縮応力を与えて一対のアームを閉状態にさせるよう にしても良い。

本発明の第 7の態様による走査型プローブ顕微鏡は、上述したナノピンセットと、ァ ームと試料表面との相互作用に基づく変位を検出する検出部と、駆動機構の駆動動 作を制御する制御部と、検出部で検出した変位に基づ 、て試料の表面の物理的お よび Zまたは化学的状態を演算する演算部と、アームの先端を試料表面に対して走 查移動させる走査手段とを備えるものである。

さらに、演算部の演算結果を可視化する表示部を備えるようにしても良 、。 発明の効果

[0006] 本発明によれば、支持体、観察プローブ、可動アームおよび把持アームなどのナノ ピンセットを構成する要素を、半導体ウェハを素材としてフォトリソグラフィ一により作 製したので、寸法精度が高ぐ正確な試料の観察と確実な試料の把持が可能となる。 また、従来例のようなカーボンナノチューブが固定されたナノピンセットに比べて、製 造コストを低減することができる。さらに、可動アームの把持部を観察プローブの把持 部に向けて直線移動させて両把持部間で試料を把持するので、確実な把持を容易 に行うことができる。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]本発明による走査型プローブ顕微鏡の第 1の実施の形態を示す図である。

[図 2]ナノピンセット 1の主要部を示す図であり、 (a)は観察プローブ 10と可動アーム 2 0とを示し、（b)は観察プローブ 10の探針部を示す。

[図 3]観察プローブの共振周波数を説明する図である。 [図 4]観察プローブ 10,可動アーム 20,駆動レバー 23, 24および電源部 6の拡大図 である。

[図 5] (al) , (a2)は工程 aを説明する図であり、 (bl) , (b2)は工程 bを説明する図で あり、 (cl) , (c2)は工程 cを説明する図である。

[図 6]マスク Aを示す平面図である。

[図 7] (a) , (b)は、工程 dを説明する図である。

[図 8]工程 dにおけるエッチング前後のウェハ 30の断面を示したものであり、 (a)は図 7の II II断面図で、（b)は図 7の I I断面図である。

[図 9]マスク Bを示す平面図である。

圆 10]工程 eを説明する図であり、（a)は I-I断面図、（b)は Π— II断面図である。 圆 11]工程 fを説明する図であり、（a)は I-I断面図、（b)は Π— II断面図である。

[図 12]工程 fの処理後のウェハ 30を示す斜視図である。

[図 13] (al) , (a2)は工程 gを説明する図であり、（bl)は工程 hを説明する図である。

[図 14] (a)はマスク Cの平面図、（b)はマスク Dの平面図である。

圆 15]第 2の実施形態による AFM装置の全体構成を、模式的に示す図である。

[図 16] (a)は観察プローブ 10および可動アーム 20の配置関係を示す図であり、 (b) は先端部分の拡大図である。

圆 17] (a)は観察動作を説明する図であり、 (b) , (c)は把持動作を説明する図である

[図 18] (al) , (a2)は工程 aを説明する図であり、 (bl) , (b2)は工程 bを説明する図 であり、 (cl)〜（c3)は工程 cを説明する図である。

[図 19] (al) , (a2)は工程 dを説明する図であり、（bl)〜 (b3)は工程 eを説明する図 であり、 (cl) , (c2)は工程 fを説明する図である。

圆 20] (al) , (a2)は工程 gを説明する図であり、 (bl) , (b 2)は工程 hを説明する図 であり、 (cl)〜（c3)は工程 iを説明する図である。

圆 21]第 3の実施の形態によるナノピンセットの構造を模式的に示す図であり、 (a)は 駆動機構 80の非駆動状態を示し、（b)は駆動機構 80の駆動状態を示し、（c)はナノ ピンセットの部分拡大図である。 [図 22]ナノピンセット 51の主要部の構造を示す模式図である。

[図 23]ナノピンセット 51を用いた観察 ·把持動作を説明する図であり、（al)〜(b2)は 観察動作を示し、（cl)、（c2)は把持動作を示す。

[図 24] (al)〜(a3)は工程 aを説明する図であり、 (bl) , (b2)は工程 bを説明する図 である。

[図 25] (al)〜(a3)は工程 cを説明する図であり、 (bl) , (b 2)は工程 dを説明する図 である。

[図 26] (al) , (a2)は工程 eを説明する図であり、 (bl) , (b 2)は工程 fを説明する図で ある。

[図 27] (al) , (a2)は工程 gを説明する図であり、 (bl) , (b 2)は工程 hを説明する図 である。

[図 28] (al)〜 (a3)は工程 iを説明する図であり、 (bl)〜 (b3)は工程 jを説明する図 である。

[図 29]第 4の実施形態を説明する図であり、 (a)はナノピンセット 1の試料面側を示す 平面図であり、（b)、（c)はナノピンセット 1の先端部 Rの構造を説明する拡大図であ る。

[図 30]アーム 201 , 202による試料 Sの把持動作を説明する図であり、（a)は開状態、 (b)は閉状態を示す。

[図 31] (a)は SOIウエノ、から分離されたナノピンセット 1を示す図であり、 (b)はァニー ル処理後のナノピンセット 1を示す図である。

[図 32]第 4の実施形態におけるナノピンセット 1の変形例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

〔第 1の実施形態〕

図 1は、本発明による走査型プローブ顕微鏡の第 1の実施の形態を示す図であり、 原子間力顕微鏡装置 (以下、 AFM装置と言う）の構成を模式的に示す図である。図 2は、図 1の AFM装置 100に設けられたナノピンセット 1の主要部を示す図であり、 (a )は観察プローブ 10と可動アーム 20とを示し、 (b)は観察プローブ 10の探針部を示 している。

[0009] 図 1に示すように、 AFM装置 100は、ナノピンセット 1と、レーザ光源 2と、 2分割フォ トダイオード 3と、演算部 4と、励振部 5と、電源部 6とを備えている。ナノピンセット 1は 、支持体 25に一体に形成された観察プローブ 10および可動アーム 20を有し、後述 するように、 SOIウェハをフォトリソグラフィー技術を用いて加工することにより形成さ れる。

[0010] 観察プローブ 10は、図の X方向に延在するレバー 11と、レバー 11の先端から X方 向に延在する探針部 12とを有して 、る。観察プローブ 10と並設されて 、る可動ァー ム 20は、 X方向に延在するレバー 21とレバー 21の先端力 X方向に延在する把持 部 22とを有している。ほぼ平行に延在する探針部 12と把持部 22とは、距離 dを隔て て設けられている。支持体 25と一体に設けられている駆動レバー 23, 24は、可動ァ ーム 20を駆動するための熱ァクチユエータとして機能するものである。駆動レバー 23 , 24は、それぞれの端部が可動アーム 20に接続され、リンク機構を形成している。熱 ァクチユエータとして機能する駆動レバー 23, 24には、電源部 6から電力が供給され る。

[0011] 支持体 25は、 AFM装置 100に設けられたホルダー（不図示）に着脱可能に保持さ れている。なお、図 1では、支持体 25の一部のみが図示されている。図示していない 力 AFM装置 100は 3次元ステージを備えており、支持体 25が保持されるホルダー はこの 3次元ステージに固定される。その 3次元ステージを駆動することにより、ナノピ ンセット 1全体を 3次元方向に移動させることができる。支持体 25のホルダーへの装 着方法としては、例えば、ホルダーに形成された溝部または凹部に支持体 25をスラ イドさせて嵌め込んだり、ホルダーに取り付けられた板パネで支持体 25を挟持するな ど、種々の方法がある。

[0012] 2分割フォトダイオード 3からの検出信号は、演算部 4に入力される。演算部 4は、検 出信号に基づいて観察プローブ 10の振幅を算出し、試料 Sの表面形状を演算する。 演算結果はモニタ 7に表示される。励振部 5は、ナノピンセット 1全体を振動させて観 察プローブ 10を共振させるためのピエゾ素子 (不図示）と、その駆動回路とを備えて いる。 [0013] 図 2に示すように、観察プローブ 10のレバー 11および可動アーム 20のレバー 21は YZ断面の形状が矩形となっており、 X方向の長さと Z方向の厚さは等しく設定され、 Y方向の幅についてはレバー 11の方が大きく設定されている。また、観察プローブ 1 0の探針部 12と可動アーム 20の把持部 22は、 X方向の長さ、 Y方向の幅、 Z方向の 高さのすべてが等しく設定されている。探針部 12および把持部 22は、— Z方向に先 細りとなったゥエッジ型形状をしており、それぞれの YZ断面の形状は直角三角形に なっている。距離 dを隔てて配置された探針部 12および把持部 22の断面形状は、 Z 軸に関して対称となっている。探針部 12および把持部 22の対向する面（以下では、 直交面と呼ぶ） 12a, 22aは、互いに平行となっている。探針部 12の直交面 12aと斜 面 12bが交わる稜線 12cと、把持部 22の直交面 22aと斜面 22bが交わる稜線 22cと は、それぞれ X軸に対して平行に延在しており、これらは試料 Sに近接または接触す る先鋭部 (刃先)として機能する部分である。

[0014] 図 1, 2を参照しながら試料の観察方法について説明する。本実施の形態では、励 振部 5に設けられた不図示のピエゾ素子を駆動して、観察プローブ 10を図 2の矢印 Vで示す方向（Z方向）に橈み振動させつつナノピンセット 1を XY方向に走査し、試 料 Sの表面形状を計測する。この方式は、一般にタッピングモードと呼ばれる。このと き、観察プローブ 10の探針部 12を試料表面に原子径レベルで近接させた上で、 Z 方向に振動させながら 2次元的に試料表面を走査する。試料表面の凹凸により、探 針部 12の先端と試料 Sとの距離 (探針部 12は振動しているので平均距離)が変化す ると、試料表面および探針部 12間の相互作用の変化によってレバー 11の振幅が変 化する。この振幅の変化量をレーザ光源 2と 2分割フォトダイオードとを利用した光て こ方式の計測方法により測定する。

[0015] 光てこ方式の計測方法では、レーザ光源 2からのレーザ光 L1をレバー 11の上面に 入射させ、レバー 11の上面からの反射光 L2を受光部である 2分割フォトダイオード 3 で受光する。 2分割フォトダイオード 3は、その受光位置に応じた検出信号を演算部 4 へ送出する。演算部 4は、 2分割フォトダイオード 3からの検出信号に基づいてレバー 11の振幅の変化量を算出し、さらに、振幅変化量に基づいて試料 Sの表面形状を演 算する。この表面形状はモニタ 7に表示される。 [0016] 上述したタッピングモードによる観察では、ピエゾ素子で支持体 25全体を Z方向に 振動して観察プローブ 10を共振させる必要がある。そのため、上述したように観察プ ローブ 10のレバー 11の幅を可動アーム 20のレバー 21の幅よりも広くして、観察プロ ーブ 10の厚さ方向の振動の共振周波数を可動アーム 20の共振周波数よりも高くな るように設計する。そして、励振部 5により観察プローブ 10の共振周波数で支持体 25 全体を振動させると、観察プローブ 10のみが共振して Z方向に振動する。

[0017] 図 3は、観察プローブ 10の共振周波数を説明する図であり、縦軸は振幅を、横軸 は周波数をそれぞれ表している。図 3において、 VIは観察プローブ 10の振動曲線 であり、 V2は可動アーム 20の振動曲線である。励振部 5により加える振動の周波数 が flのときに、観察プローブ 10は共振して振幅のピークが発生する。この周波数 fl が観察プローブ 10の共振周波数である。一方、可動アーム 20の共振周波数は f2で あり、周波数 f2に振幅のピークが現れる。周波数が f2よりも高くなると振幅は急激に 小さくなり、可動アーム 20の周波数 flにおける振幅量 kは観察プローブ 10の振幅に 比べてはるかに小さい値となる。このように、観察プローブ 10の共振周波数 flが可動 アーム 20の共振周波数 f2よりも高くなるように、レバー 11、 21の幅を設定することに より、観察プローブ 10のみを振動させることができる。

[0018] また、レバー 11、 21の幅を調整して共振周波数を設定する代わりに、レバー 11、 2 1の厚さを調整することで共振周波数を設定してもよい。この場合、観察プローブ 10 のレバー 11の厚さを可動アーム 20のレバー 21の厚さよりも厚く設定すればよい。共 振周波数は厚さの 3乗で変化するので、厚さをわずかに変えるだけで共振周波数を 変ィ匕させることができる。

[0019] 次に、図 1, 4を参照しながら可動アーム 20を駆動する熱ァクチユエータについて 説明する。図 4は、図 1に示した観察プローブ 10,可動アーム 20,駆動レバー 23, 2 4および電源部 6を拡大して模式的に示したものである。熱ァクチユエータは駆動レ バー 23, 24と電源部 6とで構成され、駆動レバー 23の梁部 23aと駆動レバー 24の 梁部 24aとが可動アーム 20にそれぞれ接続されている。梁部 23a, 24aの Z方向の 厚さは同一である力 梁部 24aの X方向の幅は梁部 23aのそれよりも狭く設定されて いる。電源部 6は直列に接続された 2つの可変電源 6a, 6bを有し、可変電源 6aの負 極は駆動レバー 23に、可変電源 6bの正極は駆動レバー 24に接続されている。可変 電源 6aと可変電源 6bとの接続点、および可動アーム 20は接地電位とされて 、る。

[0020] 上述したように、梁部 24aの X方向の幅は梁部 23aのそれよりも狭く設定されている ので、断面積のより小さな梁部 24aの抵抗値は梁部 23aの抵抗値よりも大きい。その ため、電源部 6から梁部 23a, 24aへ電力が供給されると、梁部 23aに比べて梁部 24 aの方が発生するジュール熱が大きく、梁部 24aの熱膨張は梁部 23aのそれよりも大 きくなる。その結果、駆動レバー 23, 24は、概ね、可動アーム 20の幅が狭くなつてい る狭隘部 20aを支点として、可動アーム 20を Y軸と平行な H方向に橈ませることにな る。可動アーム 20の橈み量は、電源部 6から梁部 23a, 24aへ印加する電圧をフィー ドバック制御することにより調節する。なお、可動アーム 20の領域 21aがグランドレべ ルになるように、可変電源 6a, 6bの電圧を調整する。

[0021] このように、可動アーム 20の領域 21aの電位をグランドレベルに制御することにより 、観察プローブ 20と可動アーム 10をともに接地電位に制御できるので、把持する試 料 Sに不要な電圧が印加されるのを防止できる。

[0022] このような熱ァクチユエータ機構を備えたナノピンセット 1で試料 Sを把持する場合に は、以下のような動作を行わせる。先ず、ナノピンセット 1を試料表面に沿って 3次元 的に移動させ、観察プローブ 10で試料表面の形状を観察することにより、把持したい 試料 Sを探す。試料 Sが検出されたならば、探針部 12と把持部 22との間に試料 Sが 位置するように、ナノピンセット 1を移動する。そして、観察プローブ 10のタッピング動 作を停止した後に、駆動レバー 23, 24を駆動して可動アーム 20を図の H方向に橈 ませることにより把持部 22を探針部 12へ接近させ、試料 Sを把持部 22と探針部 12の 間に挟み込む。このとき、可動アーム 20だけが駆動レバー 23, 24により橈み、観察 プローブ 10は動かない。

[0023] 具体的な把持手順は、まず、試料 Sに観察プローブ 10の探針部 12の直交面 12a ( 図 2 (b)参照）を接触させる。その後、可動アーム 20を橈ませて把持部 22の直交面 2 2a (図 2 (b)参照）を試料 Sに接近させ、直交面 22aが試料 Sに適切な押圧力で接触 するように可変電源 6a, 6bを調節する。その結果、試料 Sがナノピンセット 1により把 持される。 [0024] 直交面 12a, 22aは平行状態で互いに対向するように構成されているので、試料 S は平行な面 12a, 22により確実に把持される。試料 Sを把持した後は、 3次元ステー ジを駆動することにより、試料 Sを 3次元的に移動させることができる。また、把持した 試料 Sを解放するときには、電源部 6による印加電圧を零にして、把持部 22と探針部 12との間隔を元の距離 dに戻せばよい。このような動作により、観察プローブ 10と可 動アーム 20とを有するナノピンセット 1は、試料 Sの観察と把持の両方を行うことがで きる。

[0025] 次に、本実施の形態のナノピンセット 1の製造方法について説明する。ナノピンセッ ト 1は、 SOKSilicon on Insulator)ウェハから一体で作製される。 SOIウェハは、 2枚の Si単結晶板の一方に SiO層を形成し、その SiO層を挟むように貼り合わせたもので

2 2

ある。図 1に示されるように、支持体 25は、 SOIウェハを構成する上部 Si層 31、 SiO

2 層 32および下部 Si層 33で形成されている。また、観察プローブ 10、可動アーム 20 および駆動レバー 23, 24は、電源部 6を接続するための電極などを除くと上部 Si層 31で形成されている。本実施の形態では、各層 31, 32, 33の厚さ力順に 6 m, 1 m, 300 /z mである SOIウェハが用いられている力 このような寸法組み合わせに 限定されるものではない。

[0026] 図 5〜14は、本実施の形態のナノピンセット 1の製造工程を示す図であり、工程 aか ら hまで順に処理される。図 5の（al) , (a2)は工程 aを説明する図であり、（al)は斜 視図、（a2)は断面図である。工程 aでは、上部 Si層 31、 SiO層 32および下部 Si層 3

2

3から成る SOIウェハ 30を用意し、上部 Si層 31の上に厚さ 50nmの窒化珪素（SiN) 膜 34を形成する。なお、 SOIウェハ 30の上部 Si層 31は、表面が Si単結晶の主面（0 01)となるように構成されて！、る。

[0027] 図 5の（bl)および (b2)は工程 bを説明する図であり、（bl)は斜視図、（b2)は I I 断面図である。工程 bでは、図 6に示すマスク Aを用いて、 C Fによる RIEで SiN膜 3

2 6

4を部分的にエッチング除去し、上部 Si層 31の一部（白抜きの領域 Al, A2)を露出 させる。 SiN膜 34がエッチング除去された領域 A1は、概略、観察プローブ 10の先端 および可動アーム 20の先端が形成される領域である。一方、領域 A2は、観察プロ一 ブ 10および可動アーム 20の基端側と駆動レバー 23, 24が形成される領域である。 観察プローブ 10および可動アーム 20が延在する方向には、すなわち、細長い領域

Aの伸延方向には、上部 Si層 31の < 110>方向を選ぶ。

[0028] なお、図 6に示したマスク Aは支持体 25も含めたマスクとなっており、図 1や図 5 (bl

)に示す部分は、図 6の R1— R1線よりも上側の領域が関係している。以下の説明で は、 Rl—R1線よりも上側の領域にっ 、て説明する。

[0029] 図 5の（cl) , (c2)に示す工程 cでは、領域 A1および A2の上部 Si層 31の表面に厚 さ 0. 1 mの酸化膜 35を形成する。酸化方法は水蒸気酸化であり、酸素ガスと水素 ガスを高温で反応させて生成した水蒸気を用いて、上部 Si層 31の露出面を酸ィ匕す る。

[0030] 図 7の（a) , (b)は、工程 dを説明する図である。工程 dでは、図 9に示すマスク Bを用 ヽて、 ICP— RIE nductively coupled plasma - reactive ion etching;【こよりエッテン グを行う。図 9に示すように、マスク Bには、図 7 (cl)の領域 A1を覆う部分である先端 遮蔽領域 B1が形成されている。その先端遮蔽領域 B1には、図示上下方向（上部 Si 層 31の < 110>方向）に延在するスリット SL1が形成されている。また、スリット SL2, SL3は、駆動レバー 23, 24を作製するためのものである。なお、図 9に示すマスク B の R2— R2線より上部領域力 図 7 (a) , (b)に示した部分に対応している。

[0031] 図 7 (a)の破線は、図 6 (cl)で形成されたウェハ 30上にマスク Bを配置して示したも のである。図 7 (a)において、マスク Bで覆われていない部分は、 ICP— RIEにより、 Si O層 32までエッチングされる。この ICP— RIEでは、エッチングは SiO層 32で停止

2 2

するので、観察プローブ 10および可動アーム 20の厚さを均一かつ高精度に形成す ることがでさる。

[0032] 図 7 (b)はエッチング後のウェハ 30を示したものである。マスク Bのスリット SL1の部 分からのエッチングにより、く 110>方向に延在するスリット溝 40が形成される。スリ ット溝 40の両側面は、 SiN膜 34の表面に対して垂直になっており、スリット溝 40の深 さは、 SiN膜 34と上部 Si層 31の厚さの和に相当する。スリット溝 40の両側面は、ナノ ピンセット 1の完成段階で、探針部 12の直交面 12aと把持部 22の直交面 22a (図 2参 照）となる。

[0033] 図 8は、エッチング前後のウェハ 30の断面を示したものであり、（a)は図 7の II II 断面図で、（b)は図 7の I I断面図である。マスク Bで覆われていない部分では、窒 化珪素（SiN)膜 34,酸化膜 35, Si層 31がエッチングされている。その結果、エッチ ングされた部分では、 SiO層 32の表面および Si層 31の側面が露出することになる。

2

[0034] 図 10は工程 eを説明する図であり、（a)は図 7の I I断面と同様の断面を示す図で あり、（b)は図 7の II II断面同様の断面を示す図である。工程 eでは、工程 dのエツ チングにより露出した上部 Si層 31の側面に、表面保護のための酸ィ匕膜 36を形成す る。この酸化処理は、工程 (c)と同様の水蒸気酸化である。

[0035] 図 11は工程 fを説明する図であり、（a)は図 10 (a)と同様の I I断面図であり、 (b) は図 10 (b)と同様の Π— II断面図である。工程 fでは、 C Fを用いた RIEにより SiN

2 6

膜 34をエッチング除去する。その結果、図 11 (a) , (b)に示すように、上部 Si層 31の 上面が露出する。この RIE処理はマスクを用いずに行われる力 C Fのガス圧力を

2 6

高めることによって、 SiN膜 34を酸ィ匕膜 35, 36よりも大きいエッチングレートで除去 できるようなエッチング条件に設定し、 SiN膜 34だけを除去する。そのため、上部 Si 層 31上の酸ィ匕膜 35および上部 Si層 31側面の酸ィ匕膜 36はエッチングされずに残る ことになる。図 12は処理後のウェハ 30を示す斜視図であり、ドットのハッチングを施し た部分が酸化膜 35, 36の部分である。

[0036] 図 13において、（al) , (a2)は工程 gを説明する図であり、（bl)は工程 hを説明す る図である。図 13 (a2)は、図 13 (al)の III— III断面図である。工程 gでは、 30%KO Η水溶液を用いて上部 Si層 31を異方性エッチングする。この場合、図 11に示すよう に、上部 Si層 31は酸ィ匕膜 35, 36が形成されていない上面部分のみが露出している ので、上部 Si層 31はその部分から異方性エッチングされ、斜面 l lb、 21b、 12b、 22 bが形成される。前述したように、上部 Si層 31の表面を単結晶 Siの主面（001)に選 んでいるので、異方性エッチングによって形成される斜面 12b、 22bは単結晶 Siの { 1 11 }面になっている。

[0037] なお、前述した共振周波数の設定のために、観察プローブ 10のレバー 11の厚さを 可動アーム 20のレバー 21の厚さよりも厚く形成する場合は、レバー 21の領域以外を レジストで保護して、レバー 21の領域のみを所定厚さになるまで熱酸ィ匕あるいはエツ チングすればよい。 [0038] 次いで、図 14 (a)に示すマスク Cを用いて ICP— RIEにより、観察プローブ 10およ び可動アーム 20の原型が形成されている周辺領域に残存する上部 Si層 31を、 SiO

2 層 32の表面が露出するまで厚さ方向にエッチング除去する。その後、酸化膜 35, 36 をエッチング除去する。このマスク Cを用いたエッチングにより、探針部 12および把持 部 22の長さを調節することができる。また、端面 12e, 22eが探針部 12および把持部 22の延在方向と位置を揃えて垂直になるので、試料 Sの把持をより一層確実に行う ことができる。

[0039] 図 13 (bl)に示す工程 hでは、図 14 (b)に示すマスク Dを用いて SOIウェハ 30の裏 面から、下部 Si層 33側の不要部分を ICP—RIEによりエッチング除去する。このエツ チングは、 SiO層 32で停止する。そして、フッ酸溶液により SiO層 32の不要部分を

2 2

除去すればナノピンセット 1の形状となる。なお、工程 hで除去された部分は、図 13 (b 1)に示すように二点鎖線で示した部分である。なお、図 13で示した部分の処理には 、マスク C、 Dの R3— R3線より上部領域が対応している。

[0040] 以上により、支持体 25と一体に観察プローブ 10および可動アーム 20が同一方向 に延在するナノピンセット 1が完成する。このとき、駆動レバー 23, 24も、観察プロ一 ブ 10および可動アーム 20の製造工程中で同様の手法により作製される。

[0041] 上記の製造工程では、 1個のナノピンセット 1についての一連の作製手順を説明し た力 実際の製造工程は、 SOIウェハ単位で行われる、いわゆるバッチ処理である。 このバッチ処理では、フォトリソグラフィ一法により、 1枚の SOIウェハから多数のナノ ピンセット 1を一括で作製することができ、大幅な製造コストの削減をもたらすものであ る。

[0042] 以上説明したように、本実施の形態によるナノピンセット 1は、 AFM装置に搭載する ことにより、次のような作用効果を奏する。

(l) SOIウェハ力もフォトリソグラフィ一法により観察プローブ 10と可動アーム 20とを 一体で作製するので、低コストでナノピンセットを作製できるとともに、寸法精度が高 いので、観察プローブ 10と可動アーム 20による試料 Sの把持を確実に行うことができ る。

[0043] (2)観察プローブ 10の共振周波数 flが可動アーム 20の共振周波数 f2よりも高くな るように、レバー 11、 21の幅または厚さを設定しているので、タッピングモードで観察 プローブ 10を励振する際の共振周波数を、観察プローブ 10の共振周波数とすれば 、観察プローブ 10だけを試料 Sに近接させて振動させることができ、可動アーム 20が 並設されて 、ても観察に支障をきたすことがな 、。

(3)可動アーム 20を熱ァクチユエータで駆動するように構成するので、可動アーム 20自体には電圧が印加されず、導電性試料でも生物試料でも容易に把持すること ができる。

(4)熱ァクチユエータで可動アーム 20を駆動する際、可動アーム 20と観察プロ一 ブ 10とをほぼ接地電位になるように電圧をフィードバックした。この結果、把持する試 料 Sに不所望な電位が印加されることが抑制される。

[0044] 〔第 2の実施形態〕

図 15は、第 2の実施形態による AFM装置の構成を模式的に示す全体構成図であ る。なお、上述した第 1の実施形態と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明 については省略する。可動アーム 20は、駆動機構 300により M方向（X方向）に駆動 される。駆動機構 300には、電極 301、熱変形部 302、梃子部 303、連結部 304およ び梁部 305が、それぞれ一対ずつ設けられている。第 1の実施形態と同様に、ナノピ ンセット 1の支持体 25は不図示のホルダーに着脱可能に保持され、そのホルダーは 、不図示の 3次元ステージにより 3次元方向に移動することができる。

[0045] 熱変形部 302には電極 301が接続され、熱変形部 302の先端は梃子部 303に当 接している。梃子部 303は連結部 304を介して梁部 305と接続され、梁部 305は可 動アーム 20の基部に接続されている。一対の電極 301は電源部 6に接続されており 、電源部 6から電極 301を介して熱変形部 302に電力が供給できるようになつている 。熱変形部 302に電力が供給されると、ジュール熱により熱変形部 302が長手方向 に熱膨張し、可動アーム 20を +X方向に直線移動させる。したがって、熱膨張ァクチ ユエータとしての駆動機構 300に供給する電力を調整することにより、すなわち、熱 変形部 32に流す電流値を調節することにより、可動アーム 20に X方向への往復運動 Mを行わせることができる。

[0046] 上述した第 1の実施形態では、観察プローブ 10および可動アーム 20は Y方向に並 設され、熱ァクチユエータにより可動アーム 20を Y方向に駆動するような構成とした。 一方、第 2の実施形態では、観察プローブ 10および可動アーム 20を Ζ方向に上下に 重なるように並設し、駆動機構 300により可動アーム 20を X方向にスライド移動させる ような構成としている。

[0047] 図 16において、（a)は観察プローブ 10および可動アーム 20の配置関係を示す図 であり、（b)は先端部分の拡大図である。なお、図 16では、駆動機構 300に関しては 、模式的に簡略化して示した。観察プローブ 10は、 X方向に延在するレバー 11と、レ バー 11の先端に設けられて Z方向に突出する把持部 12と、把持部 12の先端部分に 設けられた探針部 13とを有している。この観察プローブ 10は、ナノピンセット 1の支持 体 25と一体に形成されている。一方、可動アーム 20も、 X方向に延在するレバー 21 と、レバー 21の先端に設けられて Z方向に突出する把持部 22とを有している。可動 アーム 20の基部には、駆動機構 300が連結されている。

[0048] レバー 11の支持体 25からの突出長さは、レバー 21の突出長さよりも長く設定され ている。また、レバー 11の Y方向の幅とレバー 21の Y方向の幅は等しぐ所定間隔で Z方向に並設されている。

[0049] 図 16 (b)の拡大図に示したように、把持部 12と把持部 22とは X方向に沿って配置 されており、把持部 12および 22の互いの対向する部分は平面状に形成されている。 それらの対向面 12a, 22aは X軸に直交する面となっており、互いに平行に配置され ている。対向面 12a, 22a間の距離 dは可動アーム 20を M方向に移動することにより 、変ィ匕させることができる。

[0050] 探針部 13と把持部 22の先端 22bは、いずれも先鋭であり、探針部 13と把持部 22 の先端 22bとを結ぶ線は X軸にほぼ平行となっている。従って、可動アーム 20を直線 移動させて、対向面 12aと 22aを接触させたときには、探針部 13と把持部 22の先端 2 2bとが合致する。

[0051] 図 17を参照しながら、ナノピンセット 1による試料表面の観察動作と、把持動作につ いて説明する。最初に、観察動作について説明する。第 2の実施形態においても、 第 1の実施形態と同様のタッピングモードにより試料表面の観察を行う。この場合も、 ナノピンセット 1の支持体 25を励振部 5により Z方向に振動させて、観察プローブ 10 を共振振動させる。

[0052] まず、ナノピンセット 1を保持する不図示のホルダーを 3次元的に移動させ、図 17 (a )に示すように、ナノピンセット 1を試料表面 Pに対して所定角度だけ傾斜させてアブ ローチする。観察動作を行う際には駆動機構 300を動作させず、観察プローブ 10の 把持部 12と可動アーム 20の把持部 22との間隔 dを最大間隔 dOに設定しておく。そ して、観察プローブ 10の探針部 13を試料表面 Pに原子径レベルで近接させ、第 1の 実施形態と同様の方法により試料表面の観察を行う。ここでは、詳しい説明は省略す る。

[0053] 観察プローブ 10を用いてタッピングモードによる試料表面 Pまたは微小試料 Sの観 察を行う場合、観察プローブ 10の探針部 13を可動アーム 20の先端 22bよりも大きい 振幅で振動させて、試料表面 Pまたは微小試料 Sに近接させる必要がある。そこで、 観察プローブ 10のレバー 11の厚さを可動アーム 20のレバー 21の厚さよりも厚くし、 第 1の実施形態と同様にレバー 11の厚さ方向の振動の共振周波数をレバー 21の共 振周波数よりも高くなるように設計する。励振部 5によりナノピンセット 1の支持体 25を その共振周波数で振動させると、レバー 11のみが共振して Z方向に大きく振動する。 その結果、可動アーム 20が観察の障害となることなぐ観察プローブ 10による AFM 観察を行うことができる。

[0054] 図 17 (b)に示すように、微小試料 Sが把持部 12, 22間となる位置にナノピンセット 1 を移動したならば、駆動機構 300を動作させて微小試料 Sの把持動作を行わせる。 把持動作を行う場合には、励振部 5による振動動作を停止する。ナノピンセット 1は、 間隔 dを dOに保った状態で微小試料 Sへと移動させる。駆動機構 300の熱変形部 30 2に電流を流すと、熱変形部 302はジュール熱の発生により熱膨張し、熱膨張による +X方向への変位量は梃子部 303により拡大される。そして、連結部 304を介して、 梁部 305および可動アーム 20が +X方向に駆動される。

[0055] このような動作により、微小試料 Sを把持部 22と把持部 12との間に挟み込むことに より、微小試料 Sは互いに平行な面 12a, 22aの間に把持されることになる。このとき、 熱変形部 302への電流値を調節することにより、適切な把持力で微小試料 Sを把持 することができる。把持中の把持部 12と把持部 22との間隔 dは、微小試料 Sの大きさ dl (dK dO)となる。

[0056] その後、図 17 (c)に示すように、ナノピンセット 1を保持するホルダーを不図示の 3 次元ステージにより 3次元方向に移動することによって、微小試料 Sを 3次元的に移 動することができる。本実施の形態のナノピンセット 1においても、観察プローブ 10と 可動アーム 20とを有することにより、試料面 Pや微小試料 Sの観察と、微小試料 Sの 把持とを行うことができる。また、把持部 12, 22の対抗面 12a, 22aを平行に保持した 状態で微小試料 Sを把持することができるので、把持部が円弧状に移動して開閉動 作を行う従来のナノピンセットと比べて、確実に微小試料 Sを把持することができる。 そのため、本実施の形態のナノピンセット 1は、円筒状のカーボンナノチューブや球 状のフラーレンといった球面を有する微小物体の把持に好適である。なお、ナノピン セット 1による微小試料 Sの把持を解除する場合には、電源部 6による印加電圧を低 下させる力零とすることにより、把持部 22と把持部 12との間隔 dを拡げればょ 、。

[0057] 次に、第 2の実施形態におけるナノピンセット 1の製造工程について説明する。ここ では、工程 aから工程 iの 9つの工程に分けて順に説明する。図 18の（al)および (a2 )は工程 aを説明する図であり、（al)は平面図、（a2)は断面図である。工程 aでは、 S OIウェハ 400を用意する。本実施の形態では、 SOIウエノ、 400は、厚さ 50 /z mの上 部 Si層 401と、厚さ 1 mの SiO層 402と、厚さ 400 μ mの下部 Si層 403と力ら成る

2

。上部 Si層 401は、その表面が単結晶 Siの主面（001)となるように形成されており、 図の左右方向がく 100 >方向になっている。

[0058] 図 18の（bl) , (b2)は工程 bを説明する図であり、（bl)は平面図、（b2)は断面図 である。工程 bでは、酸素ガスと水素ガスを高温で反応させて生成する水蒸気を用い た水蒸気酸化（ウエット酸化）により、上部 Si層 401の表面を酸ィ匕して厚さ 0. の 酸化膜 404を全面に形成する。

[0059] 図 18の（cl) , (c2) , (c3)は工程 cを説明する図であり、（cl)は平面図、（c2)は断 面図、（c3)は工程 cで用いるマスク MAの平面図である。マスク MAは、フォトリソグラ フィ一で形成したレジストマスクである。工程 cでは、マスク MAを用いた BHFによるェ ツチングを行って、酸ィ匕膜 404の一部を除去する。

[0060] 図 19の（al) , (a2)は工程 dを説明する図であり、（al)は平面図、（a2)は断面図 である。工程 dでは、酸化膜 404上および露出した上部 Si層 401上に、 LPCVDによ り、厚さ 0. 05 mのシリコン窒化膜 (Si3N4膜や SiN膜)を形成する。

[0061] 図 19の（bl) , (b2) , (b3)は工程 eを説明する図であり、 (bl)は平面図、（b2)は I A— IA断面図、（b3)は工程 eで用いるマスク MBの平面図である。工程 eでは、マス ク MBを形成した後に、 RIEにより SiN膜 405をエッチングし、その後、エッチングによ り露出した酸ィ匕膜 404を BHFを用いてエッチング除去する。そして、 BHFによるエツ チングにより露出した部分の上部 Si層 401を、 ICP—RIE (inductively coupled plasm a - reactive ion etching)によりエッチングする。この ICP—RIE〖こよるエッチングは、 厚さ方向にほぼ垂直に進行し、 SiO層 402で停止する。その結果、図 19 (b2)に示

2

すように、上部 Si層 401の厚さに等しい深さ 50 /z mの溝 B11が形成される。なお、こ の溝 B11はマスク Bの非遮蔽部分 B12からのエッチングによって形成される。

[0062] 図 19の（cl) , (c2)は工程 fを説明する図であり、（cl)は平面図、（c2)は IA— IA 断面図である。工程 fでは、水蒸気酸ィ匕により上部 Si層 401の露出面を酸ィ匕して、厚 さ 0. 3 /z mの酸ィ匕膜 406を形成する。この酸ィ匕膜 406は、後述する異方性エツチン グの際に、溝 Bl 1の内壁などがエッチングされるのを防止するための保護膜として機 能する。

[0063] 図 20の（al) , (a2)は工程 gを説明する図であり、（al)は平面図、（a2)は IA— IA 断面図である。工程 gでは、 RIEにより SiN膜 405を除去する。その結果、除去前の S iN膜 45が形成されていた領域 A10の上部 Si層 41が露出することになる。図 20 (bl ) , (b2)は工程 hを説明する図であり、（bl)は平面図、（b2)は IA— IA断面図である 。工程 hでは、 TMAH (tetra methyl ammonium hydroxide)溶液を用いて領域 A10の 上部 Si層 401の異方性エッチングを行う。酸ィ匕膜 404, 406は TMAHにエッチング され難ぐこの異方性エッチングの停止層として働く。この異方性エッチングの結果、 上部 Si層 401から成り斜面 Cl, C2, C3を有する 3つの三角錐が形成される。斜面 C 1, C2, C3は、エッチングレートが小さい（111)面である。なお、この工程 hでは、 T MAH溶液の代わりに KOH溶液を使用してもよ 、。

[0064] 図 20の（cl) , (c2) , (c3)は工程 iを説明する図であり、（cl)は平面図、（c2)は IA — IA断面図、（c3)は工程 iで用いられるマスク MCである。工程 iでは、図 20 (c3)に 示すマスク MCを用いて SOIウェハ 400の裏面から、すなわち下部 Si層 403側から、 下部 Si層 403の不要部分をエッチング除去し、さらに残った SiO層 402も除去する。

2

その結果、マスク MCの遮蔽部分 A13により遮蔽された領域 A12の部分の下部 Si層 403は、図 20 (c2)に示すように、支持体 25の部分としてエッチングされずに残る。ま た、 SiO層 402のエッチング除去により、可動アーム 20および駆動機構 300の熱変

2

形部から梁部までの部分においては、 Si層 401と下部 Si層 403との間の SiO層 402

2 は、上述したエッチング除去処理の際に除去されて支持体 25から浮いた状態となり、 熱変形による動きが可能となる。

[0065] 上記の製造方法では、観察プローブ 10および可動アーム 20の幅寸法は、上部 Si 層 401の厚さ（例えば、上述した例では 50 m)で規制される力 長さ方向と厚さ方 向の寸法は、フォトリソグラフィ一により自由に設計することができる。従って、観察プ ローブ 10および可動アーム 20の長さ寸法や厚さ寸法につ!、ては、タッピングモード の振動の共振周波数に適した寸法にすることは容易である。また、把持部 12と把持 部 22の間隔 dも任意に設定することができる。

[0066] 上記の製造工程では、 1個のナノピンセット 1についての一連の作製手順を説明し た力 実際の製造工程は、 SOIウェハ単位で行われる、いわゆるバッチ処理である。 このバッチ処理では、フォトリソグラフィ一法により、 1枚の SOIウェハから多数のナノ ピンセット 1を一括で作製することができ、大幅な製造コストの削減をもたらすものであ る。

[0067] 以上説明したように、本実施の形態によるナノピンセット 1は、 AFM装置に搭載する ことにより、次のような作用効果を奏する。

(1) SOIウェハ力もフォトリソグラフィ一法により観察プローブ 10と可動アーム 20とを 一体で作製するので、低コストであり、また、寸法精度が高ぐ観察プローブ 10と可動 アーム 20による微小試料 Sの把持を確実に行うことができる。

(2)可動アーム 20の把持部 22を観察プローブ 10の把持部 12に向けて直線的に スライド移動させて両把持部間で微小試料 Sを把持するので、把持動作を容易に行 うことができる。

(3)可動アーム 20を熱ァクチユエータで駆動するように構成するので、可動アーム 20自体には電圧が印加されず、導電性試料でも生物試料でも容易に把持すること ができる。

(4)観察プローブ 10の共振周波数が可動アーム 20の共振周波数よりも高くなるよ うに、レバー 11、 21の厚さを設定しているので、観察プローブ 10のみを試料表面 P に近接させて振動させることができ、可動アーム 20が観察に支障をきたすことはない

[0068] 〈第 3の実施の形態〉

図 21は、第 3の実施の形態によるナノピンセットの構造を模式的に示す平面図であ り、図 21 (a)は、駆動機構 80の非駆動状態、図 21 (b)は、駆動機構 80の駆動状態 を示し、図 21 (c)は、図 21 (a) , (b)のナノピンセットの部分拡大図である。図 21 (a) に示すように、ナノピンセット 51は、観察プローブ 60、可動アーム 70、支持体 75およ び駆動機構 80を有する。観察プローブ 60は支持体 75と一体に設けられており、 X方 向に延在する U字型 (馬蹄形状)のレバー 61と、レバー 61の先端付近に Z方向に突 出する把持部 62と、把持部 62の先端部分に配置される探針部 63とを有して ヽる。

[0069] 探針部 63は把持部 62の先端に設けられている。可動アーム 70は、レバー 61によ つて形成される U字型空間内にスライド可能に配設されている。可動アーム 70の X方 向に延在するレバー 71の先端には、 Z方向に突出する把持部 72が形成されて 、る。 レバー 61とレバー 71とは同一面にあり、レバー 61およびレバー 71の Z方向の厚さは 等しぐ探針部 63および把持部 72の Z方向の高さ位置も等しい。

[0070] 図 22は、第 3の実施の形態によるナノピンセット 51の主要部の構造を模式的に示し たものである。把持部 62の対向面 62aと把持部 72の対向面 72aは互いに平行に形 成されている。また、探針部 63と把持部 72の先端 72bはいずれも先鋭に形成されて おり、探針部 63と把持部 72の先端 72bとを結ぶ線は、レバー 71のスライド方向 Mに 対してほぼ平行となるように配設されている。ナノピンセット 51により微小試料が把持 する際には、これらの対向面 62a, 72aの間に微少試料が把持され、試料表面を AF M観察する場合には探針部 63を用いて観察が行われる。

[0071] 可動アーム 70の基部は駆動機構 80に連結されており、可動アーム 70は駆動機構 80によって M方向にスライド駆動される。駆動機構 80の構成は第 2の実施の形態の 駆動機構 300と同様であり、詳細説明は省略する。また、第 3の実施の形態のナノピ ンセット 51の場合も、第 1の実施の形態のナノピンセット 1と同様に、図 15の AFM装 置 100に搭載して試料表面の AFM観察や微小試料の把持を行う。

[0072] 図 23はナノピンセット 51を用いた観察動作を説明する図であり、図 23 (al) , (a2) に示すように、ナノピンセット 51を試料表面 Pに対して所定角度だけ傾斜させてアブ ローチする。このときは、観察プローブ 60の把持部 62と可動アーム 70の把持部 72と の間隔 dは最大間隔 dOに保持される。なお、 L1はレーザ光源 2からの光であり、光 L 1は観察プローブ 60の上面に照射される。観察プローブ 60の上面で反射された光 L 2は、 2分割フォトダイオード 3に入射する。

[0073] 次いで、図 23 (bl) , (b2)に示すように、対向面 62a, 72a間の間隔 dを dOに保持 した状態で、探針部 63を試料表面 Pに原子径レベルで近接させ、タッピングモードに よる観察を行う。第 3の実施の形態のナノピンセット 51の場合には、観察プローブ 60 のレバー 61の幅を可動アーム 70のレバー 71の幅よりも広く設定することにより、レバ 一 61のみを共振させて大きな振幅で振動させる。

[0074] 図 23の（cl)、 (c2)は、ナノピンセット 51による微小試料 Sの把持動作を説明する 図である。ナノピンセット 51の場合にも、第 2の実施形態のナノピンセット 31と同様に 、間隔 dOに保持された把持部 72と把持部 62との間に微小試料 Sが位置するように ナノピンセット 51を移動する。その後、可動アーム 70を +X方向にスライド移動させる ことにより、微小試料 Sを把持部 72と把持部 62の間に挟み込むようにする。本実施の 形態の場合も、微小試料 Sを把持している対向面 62a, 72aが互いに平行となってい るので、微小試料 Sを確実に把持することができる。

[0075] 次に、ナノピンセット 51の製造工程について説明する。図 24の（al)〜（a3)は工程 aを説明する図であり、（al)は平面図、（a2)は ΠΑ— ΠΑ断面図、（a3)は工程 aで用 いられるマスク MEを示す図である。まず、先ず、上部 Si層 91 (厚さ 10 μ m)、 SiO層

2

92 (厚さ 1 μ m)および下部 Si層 93 (厚さ 400 μ m)力も成る SOIウェハ 90を用意し、 その上部 Si層 91上に、厚さ 0. 05 /z mのシリコン窒化膜 (Si N膜や SiN膜） 94を LP

3 4

CVDにより形成する。

[0076] その後、図 24 (a3)に示すマスク MEを用いた RIEにより、マスク MEの開口 D2に対 応する領域 Dlの SiN膜 94をエッチング除去し、さらに、 ICP— RIEを用いて上部 Si 層 91を厚さ方向にエッチングする。 ICP— RIEによるエッチングは SiO層 92で停止

2

するので、図 24 (a2)に示すように、上部 Si層 91の厚さに等しい深さ 10 /z mの溝 D1 が形成される。図 24 (bl) , (b2)に示す工程 bでは、上部 Si層 91の露出部分 (溝 Dl の内壁）に水蒸気酸化により厚さ 0. 3 mの酸化膜 95を形成する。

[0077] 図 25の（al)〜（a3)は工程 cを説明する図であり、 (al)は平面図、（a2)は ΠΑ— II A断面図、（a3)はマスク MFを示す図である。図 25 (al) , (a2)に示す工程 cでは、 図 24 (a3)に示すマスク MFを用いて、 ΠΑ—ΠΑ線の左側領域 E1の SiN膜 94を領 域 F1だけエッチング除去し、上部 Si層 91を露出させる。領域 F1はマスク MFの非遮 蔽部分 F2に対応する。

[0078] 図 25の（bl) , (b2)は工程 dを説明する図であり、（bl)は平面図、（b2)は ΠΑ— II A断面図である。工程 dでは、 KOH溶液を用いて領域 F1の上部 Si層 91の異方性ェ ツチングを行う。この場合、例えば、エッチング深さが上部 Si層 91の厚さの半分の 5 /z mになった時点でエッチングを中止すると、溝 D1を挟んで斜面 Gl, G2を有する 高さ 5 mの 2つの三角錐が形成される。斜面 Gl, G2は Si結晶の（111)面であり、 基板面に平行な（001)面に比べてエッチングレートが小さい。なお、この工程 dでは 、 KOH溶液の代わりに TMAH溶液を使用してもよい。

[0079] 図 26の（al) , (a2)は工程 eを説明する図であり、（al)は平面図、（a2)は ΠΑ— II A断面図である。工程 eでは、上部 Si層 91の露出面 (領域 F1)に酸ィ匕膜 96を形成す る。図 26の（bl) , (b2)工程 fを説明する図であり、（bl)は平面図、（b2)は ΠΑ— ΠΑ 断面図である。工程 fでは、 RIEにより残存する SiN膜 94をすベて除去する。従って、 IIA - ΠΑ線の右側領域 E2でも上部 Si層 91が露出する。

[0080] 図 27の（al) , (a2)は工程 gを説明する図であり、（al)は平面図、（a2)は ΠΑ— II A断面図である。工程 gは、図 27 (bl) , (b2)に示す工程 dと同様の工程であり、領域 E2の上部 Si層 91の異方性エッチングを行う。領域 E2の異方性エッチングでも、エツ チング深さが 5 /z mになった時点でエッチングを中止する。その結果、 ΠΑ—ΠΑ線を 挟んで斜面 G3, G4を有する 2つの三角錐が新たに形成される。斜面 G3, G4も、斜 面 Gl, G2と同じく（111)面である。 [0081] 図 27の（bl) , (b2)は工程 hを説明する図であり、（bl)は平面図、（b2)は ΠΑ— II A断面図である。工程 hでは、領域 F1を保護するために形成した酸ィ匕膜 96をエッチ ング除去する。斜面 G1を有する三角錐と斜面 G3を有する三角錐とが合体した三角 錐が把持部 62、探針部 63となり、斜面 G2を有する三角錐と斜面 G4を有する三角錐 とが合体した三角錐が把持部 72となる。領域 D1は矩形状に形成されているので、把 持部 62と把持部 72の対向する面は平行となっている。

[0082] 図 28の（al)〜（a3)は工程 iを説明する図であり、 (al)は平面図、（a2)は ΠΙΑ— II IA断面図、（a3)はマスク MGを示す図である。また、図 28の（bl)〜（b3)は工程 jを 説明する図であり、（bl)は平面図、（b2)、（a3)は形成された観察プローブ 60およ び可動アーム 70を示す平面図および斜視図である。なお、図 28 (al) , (a3) , (bl) , (b3)では、図 24〜27で示した領域よりも広域を示している。

[0083] 図 28 (al) , (a2)に示す工程 iでは、マスク MGを用いた ICP— RIEにより、観察プ ローブ 60および可動アーム 70の外形を形作るためのエッチングを行う。このエツチン グで支持体 75の外形の一部も同時に形成される。図 28 (al)に示されるように、観察 プローブ 60と可動アーム 70の境界および周辺領域の上部 Si層 91が除去されたこと により、観察プローブ 60および可動アーム 70の原型が上部 Si層 91から作製される。 もちろん、上部 Si層 91が除去された部分には、 SiO層 92が露出している。

2

[0084] 図 28 (bl) , (b2)に示す工程 jでは、マスク MHを用いた ICP— RIEにより、観察プ ローブ 60および可動アーム 70の分離および支持体 75の外形を形作るためのエッチ ングを行う。この工程 jでは、 SOIウェハ 90の裏面から、すなわち下部 Si層 93側から 下部 Si層 93と SiO層 92の不要部分を除去する。以上により、支持体 75と一体に観

2

察プローブ 60および可動アーム 70が同一方向に延在するナノピンセット 51が完成 する。また、駆動機構 80も、観察プローブ 60および可動アーム 70の製造工程中で 同様の手法により同時に作製される。駆動機構 80も、観察プローブ 60および可動ァ ーム 70と同様に上部 Si層 91から作製される。

[0085] 上記の製造方法では、観察プローブ 60および可動アーム 70の長さ (X方向）、幅（ Y方向）、厚さ (Z方向）の各寸法は、フォトリソグラフィ一により自由に設計し、製造す ることができる。長さと幅の寸法は、マスクの寸法で決まるものであり、観察プローブ 6 0のレバー 61の幅をタッピングモードの振動の共振周波数に適した寸法とすることも 容易である。また、把持部 62と把持部 72の間隔 d (=最大間隔 dO)も任意に設定す ることができる。一方、レバー部 61, 71の厚さ寸法、および探針部 63を併せた把持 部 62、把持部 72の高さ寸法は、上部 Si層 91のエッチング量で決まるものであるから 、製造工程で管理する。

[0086] この第 3の実施の形態によるナノピンセット 51は、 AFM装置に搭載することにより、 第 2の実施の形態によるナノピンセットと同じ効果を奏する。但し、上述したように、タ ッビングモードの振動の共振周波数に適した寸法とする場合、観察プローブ 60のレ バー 61の幅寸法を調節する方が厚さ寸法を調節するよりも精度が高い。

[0087] 〈第 4の実施の形態〉

図 29は第 4の実施形態を説明する図であり、 (a)はナノピンセット 1の試料面側を示 す平面図であり、（b)、（c)はナノピンセット 1の先端部 Rの構造を説明する拡大図で ある。支持体 25にはアーム 201, 202力形成されている。 203, 204は、アーム 201, 202を図の矢印方向に開閉駆動する駆動部である。駆動部 203, 204はジュール熱 によって膨張動作を行う熱膨張ァクチ ータであり、電源 209からの電力によって動 作する。 205, 206ίま馬区動咅 203, 204の電極であり、電源 209力 ^接続されて!/、る。

[0088] アーム 201、 202の先端部 Rの構造としては、図 29 (b)に示すような構造としても良 いし、図 29 (c)に示すような構造としても良い。なお、図 29 (b) , (c)では、先端部の 構造が分力りやすいように、アームが開いた状態で図示している。図 29 (b)では、上 述した第 1の実施形態のナノピンセットと同様の構造を有しており、直角三角形の断 面形状を有する把持部 201a, 202aが形成されている。一方、図 29 (c)に示す先端 構造は、第 3の実施形態のナノピンセットの場合と同様に、アーム 201, 202の試料 側平面上に角錐形状の突部 201b, 202bが形成されている。

[0089] 図 30はアーム 201, 202による試料 Sの把持動作を説明する図である。電源 209が オフ状態では、図 29 (a)に示すようにアーム 201, 202は閉じている。本実施の形態 では、駆動部 203, 204のシリコン層にはボロンがドーピングされていて、電源 209力 S オフの状態では、図 20の上下方向の矢印で示すように駆動部 203, 204が収縮する 方向に応力が働いている。 [0090] 試料 Sの把持を行う場合には、ナノピンセット 1を閉じた状態で試料 Sの近傍まで移 動する。次に、電源 209を才ンして電極 205, 206に電圧を印カロすると、電極 205→ 駆動部 203→アーム 201→アーム 202→駆動部 204→電極 206のように電流が流 れる。断面積が小さくなつている駆動部 203, 204ではジュール熱の発生が大きぐ 駆動部 203, 204は図 30 (a)の矢印方向（図示上下方向）に熱膨張する。その結果 、アーム 201 ίま右方向【こ、アーム 202ίま左方向【こそれぞれ移動し、アーム 201, 202 力 いた状態となる。

[0091] 図 30 (a)のようにアーム 201, 202が開状態となったならば、アーム 201, 202間に 試料 Sが位置するようにナノピンセット 1を移動する。ところで、アーム 201, 202が開 状態となると、アーム 201とアーム 202との接触が解除され電流が流れなくなる。その 結果、駆動部 203, 204の温度が降下し、膨張していた駆動部 203, 204が元の状 態に戻ろうとする。温度降下とともにアーム 201, 202は閉じる方向に移動し、図 30 ( b)に示すように試料 Sを把持することになる。そして、駆動部 203, 204が収縮しようと する応力によって、試料 Sを把持する把持力が発生する。なお、アーム 201, 202が 開状態となったならば電源 209をオフし、電源オフ状態で試料 Sを把持する。

[0092] また、ナノピンセット 1を AFM装置の観察プローブとして用いる場合には、電源 209 をオフにして図 29 (a)のようにアームを閉じた状態とし、支持体 25を AFM装置の励 振部により振動させる。レーザ光はアーム 201, 202のいずれに照射しても良い。こ の場合、アーム 201, 202の先端部分、すなわち、図 29 (a)に示した把持部 201a, 2 02aの先端や、図 29 (b)に示した突部 201b, 202bの先端が探針部として機能する

[0093] ナノピンセット 1の製造工程については、ボロンをドーピングする工程やボロンドーピ ングされた駆動部 203, 204をァニールして応力を発生させる工程が加わる他は、第 1または第 3の実施の形態と同様の製造方法が適用される。駆動部 203, 204は、第 1及び第 3の実施の形態と同様に SOIウェハの上部 Si層 31 (図 1参照）から形成され る。

[0094] そこで、用意された SOIウェハの上部 Si層 31上にマスクパターンを形成し、駆動部 203, 204が形成される領域にボロンのドーピングを行う。具体的には、イオン注入装 置を用いて駆動部領域にボロンイオンをイオン注入する。その後、第 1または第 3の 実施の形態と同様の製造方法により、ナノピンセット 1を構成する支持部 25、アーム 2 01, 202、馬区動咅 204等を形成する。 SOIウエノヽ上にナノピンセット 1力 ^形成さ れたならば、エッチングにより SOIウエノ、からナノピンセット 1を分離し、熱処理を施す ことにより馬区動咅 204のアニーリングを行う。

[0095] 図 31の（a)は SOIウェハから分離されたナノピンセット 1を示したものであり、この段 階ではアーム 201, 202は開いた状態となっている。すなわち、アーム 201, 202を エッチングにより形成する際には、開いた状態の形状にエッチングする。その後、ァ ニーリングすることによって、注入されたボロンが Siの格子サイトに置換される。ボロン の原子半径は Siに比べて小さ 、ので、ボロンを格子サイトに置換すると圧縮方向に 応力が働く。その結果、熱処理後は、図 31 (b)に示すように駆動部 203, 204が収縮 してアーム 201, 202の先端が閉じた状態となる。なお、駆動部 203, 204のボロンド 一ビングは、ナノピンセット 1の構造をエッチングした後にレジストでマスクをかけて行 つても良い。

[0096] 図 32は、図 29に示したナノピンセット 1の変形例を示す図である。この変形例では 、アーム 201, 202の基咅に電極 207, 208を設け、電極 205, 207間に電源 209A を接続し、電極 206, 208間に電源 209Bをそれぞれ設けた。そのため、アーム 201 、 202毎に開閉駆動を行うことができるとともに、試料を把持している間も駆動部 203 , 204に電流を流すことにより、把持力を調整することが可能となる。もちろん、試料 把持中に、電源 209A, 209Bをオフ状態としても力まわない。なお、変形例に示す ナノピンセット 1であっても、電極 205, 206間のみに電源を接続することにより、図 29 , 30に示したナノピンセットと同様の開閉動作を行わせることができる。

[0097] 図 30, 32に示すナノピンセットでは、駆動部 203, 204に電流を流して駆動部 203 , 204を熱膨張させてアーム 201, 202を開いた力 ボロンがドープされた駆動部 20 3, 204とは別に、アーム 201, 202を開方向に駆動する駆動機構をさらに設けるよう にしても良い。この場合、駆動部 203, 204はアーム 201, 202に閉方向の付勢力を 与える付勢機構としてのみ機能する。一方、図 30, 32に示したナノピンセットは、駆 動部 203, 204が付勢機構と駆動機構とを兼ねている。駆動機構としては、熱膨張を 利用した熱ァクチエータでも良 ヽし、静電力を利用した静電ァクチユエータ等でも良 い。また、付勢機構と駆動機構とを別構成とした場合、アニーリングを行う前のアーム

201, 202の間隔をゼロと見なせるくらい狭くしても、駆動機構によりアーム 201, 202 を開状態とすることが可能である。

[0098] 上述した第 1〜第 4の実施形態では、ナノピンセットに形成された把持部や突部の 先端を試料観察時の探針部として使用したが、第 4の実施の形態のナノピンセットの ようにノーマリークローズタイプのナノピンセットの場合、電源オフ状態で試料をァー ム 201, 202間に把持することができるので、探針部材を把持して試料観察を行うこと も可能である。この場合、図 29 (c)に示すような突部 201b, 202bを形成する必要が ない。

[0099] このように、第 4の実施形態のナノピンセットでは、電源オフ時に閉状態となるため、 電源にオフにしたまま試料の把持状態を保持することができる。そのため、ノーマリー オープンタイプの第 1〜3の実施形態のナノピンセットに比べて、電力消費を低減す ることができる。なお、第 4の実施形態では、左右に開閉するタイプのナノピンセットに 関して、ノーマリークローズ型の構成を説明したが、上述した第 2および第 3の実施形 態に示したようなスライドタイプのナノピンセットに関しても、同様にノーマリークローズ 型を構成することができる。

[0100] なお、上述した実施の形態では、 SOIウェハを用いた力 単結晶の Siウェハを用い ることもできる。 Siウェハを用いる場合は、 ICP— RIEのエッチング作用を停止させる 働きをもつ SiO層 32が存在しないので、 ICP— RIEの条件を制御する必要がある。

2

Siウェハの {100}面に対して、 5 mのエッチング深さを得るには、例えば、反応ガス として（SF +C F )混合ガスを用い、高周波出力 600Wで約 1. 7分の処理を行う。

6 4 8

Siウェハは、 SOIウェハよりも安価であり、上述した ICP— RIEの工程のみを変更す るだけで、他の総ての工程は上述した実施の形態と同様であるので、更なる製造コス トの削減が可能となる。

[0101] 本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定され ない。例えば、観察プローブの振幅の変化量を光てこ方式で計測した力 静電容量 の変化等種々の計測方法を用いることができる。本実施の形態のナノピンセットは、 AFM装置に限らず、例えば、静電力や摩擦力を検出する走査型プローブ顕微鏡装 置（SPM装置）にも適用できる。また、可動アーム 20, 70およびアーム 201, 202の 駆動には、熱ァクチユエータに限らず、静電力または圧電膜の伸縮を利用してもよい 。また、可動アーム 20の把持部 22、可動アーム 70の把持部 72、アーム 201, 202の 把持部 201a, 201aや突部 201b、 202bに関しては様々な形状が考えられ、さらに は突起状に形成しなくともよい。さらに、観察プローブ 10, 60およびアーム 201, 20 2を用いた観察には、タッピングモードに限らず、コンタクトモードを採用してもよい。 また、観察プローブ 10, 60に対して、観察だけではなぐ可動アーム 20, 70のような 試料を把持するための移動機能を追加してもよ ヽ。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。

日本国特許出願 2004年第 337842号（2004年 11月 22日出願）

日本国特許出願 2005年第 42883号（2005年 2月 18日出願）

Claims

請求の範囲

[1] ナノピンセットは、

支持体と、

前記支持体から突出して試料の表面を観察する観察プローブと、

前記支持体から突出した前記観察プローブと並んで配設され、前記観察プローブ との間で前記試料を把持解放するために開閉する可動アームと、

前記観察プローブとの間で前記可動アームを開閉駆動する駆動機構とを備え、 前記支持体、前記観察プローブおよび前記可動アームのそれぞれは、半導体ゥェ ハをフォトリソグラフィープロセスにより加工して製作される。

[2] ナノピンセットは、

支持体と、

前記支持体から所定方向に延在し、試料表面観察用の探針部と試料把持用の第 1の把持部が設けられた観察プローブと、

前記支持体から前記所定方向に延在し、前記観察プローブと並設され、前記第 1 の把持部に対して前記所定方向に沿って対向する第 2の把持部が形成された可動 アームと、

前記第 1および第 2の把持部間に試料が把持されるように、前記可動アームをその 延在方向に駆動する駆動機構とを備え、

前記支持体、観察プローブおよび可動アームのそれぞれは、半導体ウェハをフォト リソグラフィープロセスにより加工して製作される。

[3] 請求項 2に記載のナノピンセットにおいて、

前記第 1の把持部は前記観察プローブ力 試料面方向に突出する突部であって、 前記所定方向と直交する第 1の把持面と突出先端に形成された前記探針部とを有し 前記第 2の把持部は、前記第 1の把持面との間で前記試料を把持する第 2の把持 面を有する。

[4] 請求項 3に記載のナノピンセットにおいて、

前記第 1および第 2の把持面は、前記所定方向に対して直交するように形成されて いる。

[5] 請求項 2〜4のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、

前記半導体ウェハは、 SiO層を一対の Si層で挟持した SOIウェハであって、

2

前記観察プローブおよび可動アームを、前記一対の Si層内の一方の層に所定間 隔で並設して形成し、

前記第 1の把持部、第 2の把持部および前記探針部は、それぞれ前記観察プロ一 ブから前記並設の方向に突出して形成されて ヽる。

[6] 請求項 2〜4のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、

前記半導体ウェハは、 SiO層を一対の Si層で挟持した SOIウェハであって、

2

前記観察プローブおよび可動アームは、前記一対の Si層内の一方の層に所定間 隔で並設して形成され、

前記第 1の把持部、第 2の把持部および前記探針部は、前記並設の方向に直交す る方向に、それぞれ前記観察プローブ力も突出して形成されている。

[7] 請求項 6に記載のナノピンセットにおいて、

前記観察プローブは、前記所定方向に延在するスリット空間が形成された馬蹄形 状の梁であって、

前記可動アームは、前記スリット空間にお！ヽて前記所定方向にスライド自在に配設 される。

[8] 請求項 1〜7のいずれか一項に記載のナノピンセットにおいて、

前記駆動機構は、通電によって発生する熱による熱変形で前記可動アームを駆動 する。

[9] 走査型プローブ顕微鏡は、

請求項 1〜8のいずれか一項に記載のナノピンセットと、

前記観察プローブと試料表面との相互作用に基づく変位を検出する検出部と、 前記駆動機構の駆動動作を制御する制御部と、

前記検出部で検出した変位に基づいて前記試料の表面の物理的および Zまたは 化学的状態を演算する演算部と、

前記観察プローブを前記試料表面に対して走査移動させる走査手段とを備える。

[10] 請求項 9に記載の走査型プローブ顕微鏡において、

前記演算部の演算結果を可視化する表示部をさらに備える。

[11] 請求項 9または 10に記載の走査型プローブ顕微鏡において、

前記検出部は、前記観察プローブに光を照射する光源と、前記観察プローブで反 射された前記光を検出する受光部とを備え、

前記演算部は、前記受光部からの検出信号に基づいて前記試料の表面形状を演 算する。

[12] 請求項 9〜： L 1の 、ずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡にお!、て、

タッピングモードにより前記試料を観察するために、前記観察プローブをその共振 周波数で試料方向に振動させる励振部をさらに備え、

前記可動アームは、その共振周波数が前記観察プローブの共振周波数力も離れ た値となるように構成される。

[13] 請求項 1に記載のナノピンセットの製造方法であって、

前記半導体ウェハを SOIウェハとし、

前記 SOIウェハの一方のシリコン層を部分除去することにより、前記観察プローブ および前記可動アームの原型となる 2本の帯状突起を形成する工程と、

前記観察プローブの原型となる帯状突起の先端部分に、前記試料に近接または接 触する尖鋭部を形成する工程と、

前記 SOIウェハの他方のシリコン層と酸ィ匕シリコン層を部分除去することにより、前 記 2本の帯状突起から、前記観察プローブおよび前記可動アームを形成するとともに 、除去しな!ヽ部分を前記支持体として形成する工程とを有する。

[14] ナノピンセットは、

支持体と、

前記支持体から延在するように並設され、試料把持用の把持部が各々設けられた 一対のアームと、

前記一対のアームの少なくとも一方に形成された試料表面観察用の探針部と、 前記一対のアームの把持部が互いに接触するように、前記一対のアームを閉方向 へとそれぞれ付勢する付勢機構と、 前記付勢機構による付勢力に杭して、前記一対のアームを開方向へと駆動する駆 動機構とを備える。

[15] 請求項 14に記載のナノピンセットにおいて、

前記支持体、前記一対のアーム、前記付勢機構および前記駆動機構のそれぞれ は、半導体ウェハをフォトリソグラフィープロセスにより加工して製作される。

[16] 請求項 15に記載のナノピンセットにおいて、

前記付勢機構および前記駆動機構の機能を兼ねる熱ァクチユエータを備え、 前記熱ァクチユエータは、前記 Si層にボロンをドープしてァニール処理した部材で あって、通電用の電極を有する。

[17] 請求項 15に記載のナノピンセットの製造方法であって、

前記半導体ウェハとして SiO層を一対の Si層で挟持した SOIウェハを用い、

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前記 SOIウェハの一方の Si層をエッチングして、前記一対のアーム、前記付勢機 構および前記駆動機構を形成する第 1の工程と、

前記付勢機構を構成する Si層にボロンをドープする第 2の工程と、

前記ボロンがドープされた Si層をァニール処理して、前記一対のアームを閉方向に 駆動するための収縮応力を前記付勢機構に与える第 3の工程とを有する。

[18] 請求項 17に記載のナノピンセットの製造方法において、

前記第 1の工程では、前記一対のアームは所定の間隔で並設されるように形成さ れ、

前記第 3の工程では、前記付勢機構に前記収縮応力を与えて前記一対のアーム を閉状態にさせる。

[19] 走査型プローブ顕微鏡は、

請求項 14〜16のいずれか一項に記載のナノピンセットと、

前記アームと試料表面との相互作用に基づく変位を検出する検出部と、 前記駆動機構の駆動動作を制御する制御部と、

前記検出部で検出した変位に基づいて前記試料の表面の物理的および Zまたは 化学的状態を演算する演算部と、

前記アームの先端を前記試料表面に対して走査移動させる走査手段とを備える。 請求項 19に記載の走査型プローブ顕微鏡において、 前記演算部の演算結果を可視化する表示部をさらに備える。