(57)【要約】【課題】ナノメートルオーダの飛躍的な力や質量変化の検出分解能を有する安定で感度の高いナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置を提供する。【解決手段】シリコン基板１０１上に酸化シリコン膜１０２とシリコン膜を順次形成する。そのシリコン膜を異方性エッチングにより、四面体状のシリコン１０３Ａに加工する。次に、四面体状のシリコン１０３Ａをマスクに用いて基板法線方向にエッチングを行い、柱状の酸化シリコン１０２Ａを作製する。次に、シリコンやクロムをシリコン基板１０１に対して斜めに蒸着する。その際、四面体状（三角錐）シリコン１０３Ａの一面が蒸着源に対向するようにする。これにより、四面体状シリコン１０３Ａの一面と、柱状の酸化シリコン１０２Ａの一面にシリコンやクロムが蒸着される。次に、柱状の酸化シリコン１０２Ａをフッ酸で除去する。【選択図】図１
2006153886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）シリコン基板上に酸化シリコン膜とシリコン膜を順次形成し、
（ｂ）前記シリコン膜を異方性エッチングにより、四面体状のシリコンを形成し、
（ｃ）前記四面体状のシリコンをマスクに用いて基板法線方向にエッチングを行い、柱状の酸化シリコンを形成し、
（ｄ）シリコンや金属を前記シリコン基板に対して斜めに蒸着して蒸着膜を形成し、
（ｅ）前記柱状の酸化シリコンをフッ酸で除去し、四面体状の探針を前記蒸着膜からなる平板状のシリコンや金属の弾性部で支持した頸部を形成することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノメートルオーダの機械振動子の製造方法において、前記頸部は２枚の平板状のシリコンや金属の蒸着膜からなることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子の製造方法。
【請求項３】
第１層はピエゾ性基板からなり、表面弾性波発生装置を備え、第２層は基部から突出する探針を有する多数アレイ状に並んだカンチレバーが設けられ、前記第１層と第２層が重ねられて、前記ピエゾ性基板に表面弾性波を面内２方向に発生させ、各探針を順次試料の測定可能領域まで近接させる素子を具備することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項４】
（ａ）振動装置を有する基板に多数アレイ状に並んだナノメートルオーダのカンチレバーを備え、
（ｂ）試料台上に載置された試料に前記カンチレバーを対応させ、
（ｃ）前記カンチレバーの背面に配置されるレンズ系と、
（ｄ）該レンズ系にハーフミラーを介して光を照射する光学系と、
（ｅ）前記ハーフミラーの背後に配置される撮像装置と、
（ｆ）該撮像装置に接続される表示装置とを備え、
（ｇ）前記カンチレバーの作用により試料の像を表示することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子を用いた測定装置。
【請求項５】
ピエゾ性基板の外側４辺に表面弾性波発生装置を配置し、中央部に多数アレイ状に並んだカンチレバーを備えることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項６】
アクチェータを有する基板にナノメートルオーダのカンチレバーを備え、該カンチレバーの長さを可変にする手段を具備することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項７】
請求項６記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記アクチェータは表面弾性波発生装置であることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項８】
ベースから突出し、その軸方向を横切る方向で磁化した磁性粉末を有するプラスチックを主材とするカンチレバーを備えることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項９】
ベースから突出し、その軸方向に整列したウイスカ結晶を含有する、プラスチックを主材とするカンチレバーを備えることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１０】
ベースから突出するカンチレバーの付け根のベース部に弾性表面波素子を有することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１１】
ベースから突出するカンチレバーの付け根のベース部に弾性表面波素子を有するとともに、前記カンチレバーの長さを可変にする手段を具備することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１２】
半導体基板上の絶縁膜上にオーバーハング状に外方に突出する３角錐形状の探針を有することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１３】
請求項１２記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記３角錐形状の探針を半導体チップの先端部に１個もしくは多数個形成してなることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１４】
請求項１０記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記カンチレバーは外方に突出する３角錐形状の探針を有することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１５】
請求項１０記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記カンチレバーは３角錐形状の探針を半導体チップの先端部に多数形成してなることを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１６】
半導体基板上にオーバーハング状に内方に突出し連結される２個の３角錐形状の探針を有する平行バネ支持部を具備することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１７】
半導体基板上に突出される三角柱状の探針を有する平行バネ支持部を具備することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【請求項１８】
半導体基板上に形成される四角錐台状のマスを有する平行バネ支持部を具備することを特徴とするナノメートルオーダの機械振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術としては、以下に示すようなものがあった。
【０００３】
走査型力顕微鏡は、Ｇｅｒｄ  Ｂｉｎｎｉｇらにより、１９８６年頃発明された（非特許文献１）。その後、１９８０年代後半、主にＴ．Ａｌｂｒｅｃｈｔ、Ｃａｌｖｉｎ  Ｑｕａｔｅらにより、長さ数１００ミクロンの短冊形のカンチレバーで、先端に高さ３μｍ程度の探針を有するものが実現された。カンチレバーはシリコンや窒化シリコンから作製されていた。１９８０年代後半から、同形態のカンチレバーが市販され、現在に至っている。
【０００４】
微弱な力を測る試みとして、特に薄く、長いカンチレバーがＤａｎ  Ｒｕｇａｒらによって発表されている（非特許文献２）。また、カンチレバーの固有振動数を高め、観察時間の短縮を測る目的で、長さが１μｍから１０μｍオーダの、それまでの１００μｍオーダのものより短いカンチレバーがＰａｕｌ  Ｈａｎｓｍａらにより発表されている（非特許文献３）。ただし、上記２例は、何れも短冊形のカンチレバーで、１９８０年代に発表されたものの延長線上にある。
【０００５】
一方、ナノメートルオーダの機械振動子としては、Ｖｕ．Ｔｈｉｅｎ  Ｂｉｎｈ，Ｎ．Ｇａｒｃｉａらが鋭利な金属探針を真空中で加熱することにより、こけし状の振動子が作製可能であることを示している（非特許文献４）。
【０００６】
そして、機械振動子の振幅や固有振動数の変化を測定することにより、振動子の質量の変化や、振動子の置かれた場の変化を検出することが可能である。
【非特許文献１】Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ，Ｃ．Ｇｅｒｂｅｒ，ａｎｄ  Ｃ．Ｆ．Ｑｕａｔｅ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．５６（１９８６）９３０．
【非特許文献２】Ｔ．Ｄ．Ｓｔｏｗｅ，Ｋ．Ｙａｓｕｍｕｒａ，Ｔ．Ｗ．Ｋｅｎｎｙ，Ｄ．Ｂｏｔｋｉｎ，Ｋ．Ｗａｇｏ  ａｎｄ  Ｄ．Ｒｕｇａｒ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１（１９９７）２８８．
【非特許文献３】Ｄ．Ａ．Ｗａｌｔｅｒｓ，Ｊ．Ｐ．Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ  Ｎ．Ｈ．Ｔｈｏｍｓｏｎ，Ｐ．Ｋ．Ｈａｎｓｍａ，Ｍ．Ａ．Ｗｅｎｄｍａｎ，Ｇ．Ｇｕｒｌｅｙ  ａｎｄ  Ｖ．Ｅｌｉｎｇｓ：Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６７（１９９６）３５８３．
【非特許文献４】Ｖｕ．Ｔｈｉｅｎ  Ｂｉｎｈ，Ｎ．Ｇａｒｃｉａ  ａｎｄ  Ａ．Ｌ．Ｌｅｖａｎｕｙｋ：Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．Ｌｅｔｔ．３０１（１９９４）Ｌ２２４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
機械振動子を用いた場合の力検出分解能は、その固有振動数、Ｑ値が高く、バネ定数、温度が低いと向上する。機械振動子がバネマス系としてモデル化できる場合、振動子を小型化することが感度向上に有利に働く。
【０００８】
それは、マスを小さくすることにより、バネ定数を変えることなく固有振動数を高くすることが可能だからである。
【０００９】
本発明では、上記状況に鑑みて、ナノメートルオーダの飛躍的な力や質量変化の検出分解能を有する安定で感度の高いナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ナノメートルオーダの機械振動子の製造方法において、シリコン基板上に酸化シリコン膜とシリコン膜を順次形成し、前記シリコン膜を異方性エッチングにより、四面体状のシリコンを形成し、前記四面体状のシリコンをマスクに用いて基板法線方向にエッチングを行い、柱状の酸化シリコンを形成し、シリコンや金属を前記シリコン基板に対して斜めに蒸着して蒸着膜を形成し、前記柱状の酸化シリコンをフッ酸で除去し、四面体状の探針を前記蒸着膜からなる平板状のシリコンや金属の弾性部で支持した頸部を形成することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載のナノメートルオーダの機械振動子の製造方法において、前記頸部は２枚の平板状のシリコンや金属の蒸着膜からなることを特徴とする。
【００１２】
〔３〕ナノメートルオーダの機械振動子において、第１層はピエゾ性基板からなり、表面弾性波発生装置を備え、第２層は基部から突出する探針を有する多数アレイ状に並んだカンチレバーが設けられ、前記第１層と第２層が重ねられて、前記ピエゾ性基板に表面弾性波を面内２方向に発生させ、各探針を順次試料の測定可能領域まで近接させる素子を具備することを特徴とする。
【００１３】
〔４〕ナノメートルオーダの機械振動子を用いた測定装置において、振動装置を有する基板に多数アレイ状に並んだナノメートルオーダのカンチレバーを備え、試料台上に載置された試料に前記カンチレバーを対応させ、前記カンチレバーの背面に配置されるレンズ系と、このレンズ系にハーフミラーを介して光を照射する光学系と、前記ハーフミラーの背後に配置される撮像装置と、この撮像装置に接続される表示装置とを備え、前記カンチレバーの作用により試料の像を表示することを特徴とする。
【００１４】
〔５〕ナノメートルオーダの機械振動子において、ピエゾ性基板の外側４辺に表面弾性波発生装置を配置し、中央部に多数アレイ状に並んだカンチレバーを備えることを特徴とする。
【００１５】
〔６〕ナノメートルオーダの機械振動子において、アクチェータを有する基板にナノメートルオーダのカンチレバーを備え、このカンチレバーの長さを可変にする手段を具備することを特徴とする。
【００１６】
〔７〕上記〔６〕記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記アクチェータは表面弾性波発生装置であることを特徴とする。
【００１７】
〔８〕ナノメートルオーダの機械振動子において、ベースから突出し、その軸方向を横切る方向で磁化した磁性粉末を有するプラスチックを主材とするカンチレバーを備えることを特徴とする。
【００１８】
〔９〕ナノメートルオーダの機械振動子において、ベースから突出し、その軸方向に整列したウイスカ結晶を含有する、プラスチックを主材とするカンチレバーを備えることを特徴とする。
【００１９】
〔１０〕ナノメートルオーダの機械振動子において、ベースから突出するカンチレバーの付け根のベース部に弾性表面波素子を有することを特徴とする。
【００２０】
〔１１〕ナノメートルオーダの機械振動子において、ベースから突出するカンチレバーの付け根のベース部に弾性表面波素子を有するとともに、前記カンチレバーの長さを可変にする手段を具備することを特徴とする。
【００２１】
〔１２〕ナノメートルオーダの機械振動子において、半導体基板上の絶縁膜上にオーバーハング状に外方に突出する３角錐形状の探針を有することを特徴とする。
【００２２】
〔１３〕上記〔１２〕記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記３角錐形状の探針を半導体チップの先端部に１個もしくは多数個形成してなることを特徴とする。
【００２３】
〔１４〕上記〔１０〕記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記カンチレバーは外方に突出する３角錐形状の探針を有することを特徴とする。
【００２４】
〔１５〕上記〔１０〕記載のナノメートルオーダの機械振動子において、前記カンチレバーは３角錐形状の探針を半導体チップの先端部に多数形成してなることを特徴とする。
【００２５】
〔１６〕ナノメートルオーダの機械振動子において、半導体基板上にオーバーハング状に内方に突出し連結される２個の３角錐形状の探針を有する平行バネ支持部を具備することを特徴とする。
【００２６】
〔１７〕ナノメートルオーダの機械振動子において、半導体基板上に突出される三角柱状の探針を有する平行バネ支持部を具備することを特徴とする。
【００２７】
〔１８〕ナノメートルオーダの機械振動子において、半導体基板上に形成される四角錐台状のマスを有する平行バネ支持部を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００２９】
（１）ナノメートルオーダの飛躍的な力や質量変化の検出分解能を有する安定で感度の高いナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置を提供することができる。
【００３０】
（２）得られた機械振動子の静・動的特性を評価し、検出可能な力や質量の分解能を求めることができる。
【００３１】
（３）作製した振動子をプローブとする走査型力顕微鏡を実現し、原子を一個及びクラスターで走査し、それに伴う振動子型プローブの固有振動数変化を検出することができる。
【００３２】
（４）ナノ振動子によって得られる飛躍的力検出感度を用いることにより、ナノカーボンチューブやウイスカ結晶などの、ナノメートルオーダの微細なチューブやウイスカ結晶を探針として用い、しかもその微細な探針を破壊することなく、表面の走査や物質の操作を行うことができる。
【００３３】
（５）振動子を振子として用いない場合でも、マスが非常に小さいために、粒子がマスに衝突すると、大きな変位を生じ、それを測定することが可能となる。
【００３４】
（６）多数並んだカンチレバー個々に駆動用素子や変位検出用素子を組み込むことは容易なことではなく、また仮にそのようなものが作製可能であっても、多数のカンチレバーから得られる信号を高速で処理することは困難である。
【００３５】
本発明によれば、多数並んだカンチレバーの振動を、カンチレバー先端が静的状態で接している面やカンチレバーの付け根に伝搬させる表面弾性波によって励起することによって、カンチレバーの試料に向いた面に固定した探針を試料に近接させ、探針が試料に接する位置を、カンチレバー背面と、第１層下面とのなすレーザ干渉キャビティから得られる輝度の平均として測定する。これにより、多数のカンチレバーを、カンチレバー配列の端部や軸後方に作製した表面弾性波発生装置により順次振動させることが可能になり、また多数のカンチレバーが試料に接する位置を各カンチレバー毎に構成されるレーザ干渉キャビティの輝度として測定できる。各レーザ干渉キャビティの輝度は、ビデオモニターの各ピクセルに対応させたり、試料をカンチレバー配列に対して試料面方向に走査することによって各干渉キャビティが数ピクセルの輝度を与えることが可能となる。なお、表面弾性波としては、連続波やバースト波を用いる。バースト波の周期によって、カンチレバーの振動の様々なモードを優先的に選択して振動励起することが可能であり、試料が探針の振動周波数によって異なる挙動を示すことを用いて、試料内の材料特性の分布を可視化することが可能となる。なお、本発明は、試料の測定と、試料の加工の両方に用いることができる。
【００３６】
（７）ナノメートルオーダの機械振動子の固定されているベースに、表面弾性波や、ラム波を発生させることにより、各機械振動子を順次試料に近接させ、測定や加工を行うことが可能となる。
【００３７】
（８）カンチレバー内部に特定の方向や模様に磁化した磁性粉末を含有させることにより、外部の交番磁界によってカンチレバーの高次振動を優先的に励起することが可能となる。
【００３８】
（９）カンチレバー内部に特定の方向や模様でウイスカ結晶を含有させることにより、カンチレバーに、一定材料からなるカンチレバーでは得られないような機械特性や電気特性の異方性を持たせることが可能である。
【００３９】
（１０）走査型力顕微鏡で、長さが一定のカンチレバーを用いて試料の観察を行った場合、試料の材料特性の分布を、カンチレバーの振動の高次モードの出方から調べることが可能である。しかし、カンチレバーの長さが一定の場合、離散的な周波数での測定しか可能ではなかった。長さが可変のカンチレバーを実現することにより、カンチレバーの振動周波数の連続的、もしくは幅広い周波数帯域での掃引が可能になり、試料特性のより精密な測定、今まで観察ができなかった試料内の材料特性の小さい分布の可視化が可能となる。
【００４０】
（１１）現在、カンチレバーの高次モードの振動の励起には、カンチレバーの付け根に貼り付けたピエゾ素子等の振動素子を用いている。本発明は、容易に高周波振動の励起が可能な表面弾性波素子をカンチレバーの付け根に作製し、表面弾性波をカンチレバー中に伝搬させることにより探針を所定の周波数で振動させるものである。これにより、周波数によって異なる試料の特性を検出することが可能となる。
【００４１】
（１２）カンチレバーの長さが可変の場合、その基本振動周波数と高次モードを掃引することが可能となる。そのようなカンチレバーの付け根に表面弾性波発生素子を作製することにより、基本周波数と高次モードを広い周波数帯域で掃引することが可能となる。
【００４２】
（１３）半導体基板上の絶縁膜上にオーバーハング状に外方に突出する三角錐形状の探針を形成することにより、単結晶シリコンの結晶性によりナノメートルオーダーの振動子が形状と寸法精度よく作製可能である。この場合、カンチレバーは基板と平行なため、光学的振動励起や検出、表面弾性波などの良好なカップリングが期待できる。
【００４３】
（１４）半導体基板上にオーバーハング状に内方に突出し連結される２個の３角錐形状の探針や、突出される三角柱状の探針や、四角錐台状のマスを有する平行バネ支持部を設けることにより、正確な並進変位が実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明のナノメートルオーダの機械振動子の製造方法は、シリコン基板上に酸化シリコン膜とシリコン膜を順次形成し、前記シリコン膜を異方性エッチングにより、四面体状のシリコンを形成し、前記四面体状のシリコンをマスクに用いて基板法線方向にエッチングを行い、柱状の酸化シリコンを形成し、シリコンや金属を前記シリコン基板に対して斜めに蒸着して蒸着膜を形成し、前記柱状の酸化シリコンをフッ酸で除去し、四面体状の探針を前記蒸着膜からなる平板状のシリコンや金属の弾性部で支持した頸部を形成する。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４６】
図１は本発明の第１実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程断面図、図２はそのナノメートルオーダの機械振動子の拡大斜視図であり、図２（ａ）は略正面から見た図、図２（ｂ）は略側面から見た図、図３はマイクロカプセルの斜視図であり、図３（ａ）は略正面から見た図、図３（ｂ）は略側面から見た図である。
【００４７】
（１）まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上に酸化シリコン膜１０２とシリコン膜を順次形成する。そのシリコン膜を異方性エッチングにより、四面体状のシリコン１０３Ａに加工する。
【００４８】
（２）次に、図１（ｂ）に示すように、四面体状のシリコン１０３Ａをマスクに用いて基板法線方向にエッチングを行い、柱状の酸化シリコン１０２Ａを作製する。
【００４９】
（３）次いで、図１（ｃ）に示すように、シリコンやクロムをシリコン基板１０１に対して斜めに蒸着する。その際、四面体状（三角錐）シリコン１０３Ａの一面が蒸着源に対向するようにする。これにより、四面体状シリコン１０３Ａの一面と、柱状の酸化シリコン１０２Ａの一面にシリコンやクロムが蒸着される。なお、蒸着面を一面としたが、二面とするようにしてもよい。
【００５０】
（４）次に、図１（ｄ）に示すように、柱状の酸化シリコン１０２Ａをフッ酸で除去する。これにより、図２に示すように、四面体状の探針を一枚の平板状のシリコンやクロムの弾性部で支持した頸部１０４が得られる。その大きさは異方性エッチングにより得られる四面体シリコン１０３Ａの厚さから規定される。このようにして、１００ｎｍ台の機械振動子を安定して作製可能である。また、蒸着面を一面としたが、二面とすると、図３に示すような、マイクロカプセルや微小開口１０５を持つ、光学応用プローブや試料捕捉カプセルとなる。
【００５１】
従来、光近接場の発生用開口部は鋭利な光ファイバを金属でコーティングし、先端部の金属を除去するといった方法が採られていたが、この実施例によれば、異方性エッチングによって、大きさのばらつきが極めて少なく作製されるシリコンと酸化シリコンによる構造体を核とし、その周りにシリコンや金属を蒸着し、次に、酸化シリコンを除去するため、開口部の大きさが正確に制御されたものが一個、もしくは多数個同時に作製可能である。
【００５２】
このような、斜めに蒸着した薄膜弾性部（頸部）で支持された四面体状探針は、探針の頂点や、支持部から遠い側の角を走査型力顕微鏡の探針として用いることができる。
【００５３】
また、図３に示した微小開口１０５を持つｎｍオーダのカプセルは、１００ｎｍからμｍオーダのものが作製可能であり、試料の捕捉や光近接場の発生用開口として用いることができる。
【００５４】
図４は本発明の第２実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図であり、図４（ａ）はその第１層上面図、図４（ｂ）はその第２層上面図、図４（ｃ）はその全体の前面図、図４（ｄ）はその全体の側面図である。
【００５５】
これらの図において、第１層１１１〔図４（ａ）〕は、ピエゾ性基板１１２と、表面弾性波発生装置（裏面に形成されている）１１３と、さらにピエゾ性基板１１２には探針を有する多数アレイ状に並んだカンチレバーに対応する箇所に凹部１１４とを有している。
【００５６】
図４（ｂ）に示すように、第２層１１５は、基部１１６から突出する、探針１１８を有する多数アレイ状に並んだカンチレバー１１７が設けられている。
【００５７】
そこで、第１層１１１と第２層１１５が重ねられて、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示される、ピエゾ性基板１１２に表面弾性波を面内２方向に発生させ、各探針を順次試料の測定可能領域まで近接させる素子１１０を得ることができる。
【００５８】
図５は図４によって作製された探針を有する多数アレイ状に並んだカンチレバーを備える素子による試料の測定システムの構成図である。
【００５９】
この図において、１２１は試料台、１２２は試料台１２１に載置された試料であり、上記した探針１１８を有する多数アレイ状に並んだカンチレバー１１７を備える素子１１０を順次試料１２２の測定可能領域まで近接させて測定する。その測定システムは、レンズ系１２３と、レーザ１２４と、ハーフミラー１２５と、ＣＣＤカメラ１２６と、このＣＣＤカメラ１２６に接続される表示装置としてのビデオディスプレー１２７を具備している。
【００６０】
図６は本発明の第２実施例の変形例を示す多数アレイ状に並んだカンチレバーを備える素子の基板の上面図である。
【００６１】
この図において、この素子１３０は、ピエゾ性基板１３１の外側４辺に表面弾性波発生装置（裏面に形成されている）１３２、１３３、１３４、１３５を配置し、その中央部に多数アレイ状に並んだカンチレバー１３６を備える。ここでは、２次元的にカンチレバーが５×１０個並ぶようにしたものの例である。
【００６２】
図６に示す２次元的に多数のカンチレバーが並んでいるものを用いて、試料の観察を行った場合、各カンチレバーに対応した干渉キャビティが一画素の輝度を与え、全体として、試料の形状や特徴を可視化できることが、図７の説明図から明らかである。
【００６３】
図８は本発明の第３実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の模式図である。
【００６４】
この図において、ナノメートルオーダの機械振動子１４２が多数アレイ状に並んでおり、基板１４１としてはピエゾ性材料を用い、表面弾性波を面内２方向に伝搬させ、伝搬波もしくは定在波により各探針１４３を順次試料の測定可能範囲まで近接させることができる。
【００６５】
多数並んだ機械振動子１４２個々に駆動用素子や変位検出用素子を組み込むことは容易なことではなく、また仮にそのようなものが作製可能であっても、多数のカンチレバーから得られる信号を高速で処理することは困難である。
【００６６】
上記実施例によれば、多数並んだカンチレバーの振動を、カンチレバー先端が静的状態で接している面に伝搬させる表面弾性波により励起することによって、カンチレバーの試料に向いた面に固定した探針を試料に近接させ、探針が試料に接する位置を、カンチレバー背面と、第１層下面とのなすレーザ干渉キャビティから得られる輝度の平均として測定する。
【００６７】
これにより、多数のカンチレバーを、カンチレバー配列の端部に作製した表面弾性波発生装置により順次振動させることが可能になり、また多数のカンチレバーが試料に接する位置を各カンチレバー毎に構成されるレーザ干渉キャビティの輝度として測定できる。各干渉キャビティの輝度は、ビデオモニターの各ピクセルに対応させたり、試料をカンチレバー配列に対して試料面方向に走査することによって各干渉キャビティが数ピクセルの輝度を与えることが可能となる。なお、表面弾性波としては、連続波やバースト波を用いる。バースト波の周期によって、カンチレバーの振動の様々なモードを優先的に選択して振動励起することが可能であり、試料が探針の振動周波数によって異なる挙動を示すことを用いて、試料内の材料特性の分布を可視化することが可能となる。なお、本発明は、試料の測定と、デジタルデータの読み書きを含む加工の両方に用いることができる。
【００６８】
また、ナノメートルオーダの機械振動子の固定されているベースに、表面弾性波や、ラム波を発生させることにより、各機械振動子を順次試料に近接させ、測定や加工を行うことが可能となる。
【００６９】
図９は本発明の第４実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【００７０】
この図に示すように、このナノメートルオーダの機械振動子１５０は、ベース１５１に、プラスチックからなるカンチレバー１５２の先端に探針１５３を付けたもので、カンチレバー１５２には縞模様状に磁化した磁性体粉末を含有する。つまり、カンチレバー１５２はその軸方向を横切る方向で磁化した磁性粉末を含有するプラスチックを主材としている。
【００７１】
この実施例によれば、カンチレバー内部に特定の方向や模様に磁化した磁性粉末を含有させることにより、外部の交番磁界によってカンチレバーの高次振動を優先的に励起することが可能となる。
【００７２】
図１０は本発明の第５実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【００７３】
この図に示すように、このナノメートルオーダの機械振動子１６０は、ベース１６１に、プラスチックからなるカンチレバー１６２の先端に探針１６３を付けたもので、カンチレバー１６２はウイスカ結晶を特定の方向や模様で含有する。つまり、カンチレバー１６２はその軸方向に整列したウイスカ結晶を含有するプラスチックを主材としている。
【００７４】
この実施例によれば、カンチレバー内部に特定の方向や模様でウイスカ結晶を含有させることにより、カンチレバーに、一定材料からなるカンチレバーでは得られないような機械特性や電気特性の異方性を持たせることが可能である。
【００７５】
図１１は本発明の第６実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【００７６】
この図に示すように、このナノメートルオーダの機械振動子１７０は、ベース１７１に配置されるカンチレバー１７４の先端に探針（裏側）１７５を付けたもので、そのカンチレバー１７４はガイド１７３によって案内され、ベース１７１に配置されるアクチュエータとしての表面弾性波発生装置１７２と１７６を２個配置することにより、カンチレバー１７４を変位可能であり、そのカンチレバー１７４の実効長を変化させることができる。
【００７７】
この実施例によれば、走査型力顕微鏡で、長さが一定のカンチレバーを用いて試料の観察を行った場合、試料の材料特性の分布を、カンチレバーの振動の高次モードの出方から調べることが可能である。しかし、カンチレバーの長さが一定の場合、離散的な周波数での測定しか可能ではなかった。長さが可変のカンチレバーを実現することにより、カンチレバーの振動周波数の連続的、もしくは幅広い周波数帯域での掃引が可能になり、試料特性のより精密な測定、今まで観察ができなかった試料内の材料特性の小さい分布の可視化が可能となる。
【００７８】
図１２は本発明の第７実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【００７９】
この図に示すように、このナノメートルオーダの機械振動子１８０は、ベース１８１に配置されるカンチレバー１８３の一端部に静電吸着が可能な吸着用電極列１８２を配置し、カンチレバー１８３のどこをベース１８１に吸着させるかを選択することにより、そのカンチレバー１８３を変位可能であり、そのカンチレバー１８３の実効長を変化させることができる。なお、１８４は探針、１８５はガイド、１８６は表面弾性波発生装置である。
【００８０】
また、カンチレバーの長さが可変の場合、その基本振動周波数と高次モードを掃引することが可能となる。そのようなカンチレバーの付け根に表面弾性波発生素子を作製することにより、基本周波数と高次モードを広い周波数帯域で掃引することが可能となる。
【００８１】
図１３〜図１６は本発明の第８実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程図である。
【００８２】
（１）まず、図１３（ａ）に示すような、Ｓｉ層２０３（膜厚１〜３μｍ）／ＳｉＯ2 層２０２／Ｓｉ層２０１、の三層からなるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用意する。Ｓｉ層２０３の膜厚は１〜３μｍで、これがカンチレバーの質量となる三角錐２０３Ｆ（後述の図１６参照）の大きさを決める。
【００８３】
（２）次に、図１３（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤによりＳｉ3 Ｎ4 膜２０４（膜厚２０ｎｍ）を堆積する。
【００８４】
（３）次に、図１３（ｃ）に示すように、（１００）方向に長方形レジストを塗布し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）でＳｉ3 Ｎ4 膜２０４をパターニングし、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａとする。
【００８５】
（４）次いで、図１３（ｄ）に示すように、パターニングされたＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａをマスクとして、ＫＯＨまたはＲＩＥで上部Ｓｉ層２０３をエッチングする。このときエッチング時間に注意して上部Ｓｉ層２０３を１００〜２００ｎｍほど残す。このとき残されたＳｉ層２０３Ｂの膜厚がカンチレバーのバネの厚さを決める。ただし、後で述べる（５）、（８）のそれぞれの熱酸化によりＳｉ層２０３Ｂの膜厚が３０ｎｍ、つまり２回で膜厚６０ｎｍほど減ることを考慮する。
【００８６】
（５）次に、図１４（ａ）に示すように、Ｓｉ局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によるＳｉ熱酸化を行い、Ｓｉ酸化膜２０３Ｄを形成する。
【００８７】
（６）次に、図１４（ｂ）に示すように、（０１０）方向に長方形レジストを塗布し、ＲＩＥでＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａをパターニングし、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂとする。
【００８８】
（７）次に、図１４（ｃ）に示すようにＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂと図１４（ａ）で形成したＳｉ酸化膜２０３ＤをマスクとしてＫＯＨにより上部Ｓｉ層２０３の異方性エッチングをする。Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂの四隅を横切る｛１１１｝面が露出すると下部のＳｉＯ2 層（中間酸化膜）２０２が現れる。更にＫＯＨによる異方性エッチングを進ませ、Ｓｉ層２０３ＢのＡの部分を（０１０）方向にエッチングする。これがカンチレバーのバネの長さを決める。このエッチングの際、｛１１１｝面はエッチングが進まないため、カンチレバーの質量となる三角錐２０３Ｆ（後述の図１６参照）の位置、大きさに影響を与えない。
【００８９】
（８）次に、図１５（ａ）に示すように、Ｓｉ局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によるＳｉ熱酸化を行う。
【００９０】
（９）次に、図１５（ｂ）に示すように、Ｈ3 ＰＯ4 によりＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂを除去し、Ｓｉ層２０３Ｅの上部を露出させる。
【００９１】
（１０）次に、図１５（ｃ）に示すように、図１４（ａ）と図１５（ａ）で形成した酸化膜をマスクとして、ＫＯＨによるＳｉ層２０３Ｅの異方性エッチングを行う。これにより、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂの四隅を起点とする｛１１１｝面が形成される。これらは図１４（ｃ）で形成された｛１１１｝面に対して９０°回転した向きになっている。また、下部のＳｉＯ2 層２０２が現れる。さらにＫＯＨによる異方性エッチングを進ませ、Ｓｉ層２０３ＢのＣの部分を（０１０）方向にエッチングする。図１４（ｃ）で形成した部分Ａと等しい長さになるようにエッチングする。これがカンチレバーのバネの長さを決める。このエッチングの際、｛１１１｝面はエッチングが進まないため、カンチレバーの質量となるＳｉ三角錐２０３Ｆ（後述の図１６参照）の位置、大きさに影響を与えない。
【００９２】
（１１）次に、図１６（ａ）に示すように、図１４（ａ）と図１５（ａ）で形成して、図１４（ｃ）と図１５（ｃ）でのＫＯＨ異方性エッチングのマスクとして機能した酸化膜（ＬＯＣＯＳ）を除去する。
【００９３】
（１２）最後に、図１６（ｂ）に示すように、（１００）方向に平行にパターニングしてＳｉＯ2 層２０２をＢＨＦでエッチングをして、Ｓｉ三角錐２０３Ｆを質量としてＳｉ層２０３Ｂで支えられたカンチレバー形状をオーバーハング状に形成する。
【００９４】
なお、この行程（１２）を図１７、図１８を用いて詳細に説明する。
【００９５】
（ａ）まず、図１７（ａ）および、図１８（ａ）に示すように、Ｓｉ三角錐２０３ＦがＳｉ層２０３Ｂで支えられた状態が形成される。
【００９６】
（ｂ）次に、図１７（ｂ）に示すように、Ｃｒ膜２０５などのＢＨＦに耐えられて、後で選択的に除去できるものをスパッタなどで成膜する。
【００９７】
（ｃ）次いで、図１７（ｃ）に示すように、（１００）方向に平行にＣｒ膜２０５をパターニングする。
【００９８】
（ｄ）次に、図１７（ｄ）および、図１８（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 層２０２をＲＩＥで垂直にエッチングする。
【００９９】
（ｅ）次に、図１７（ｅ）に示すように、ＢＨＦでＳｉＯ2 層２０２を横方向にエッチングしカンチレバー形状をオーバーハング状に形成する。
【０１００】
（ｆ）次いで、図１７（ｆ）および、図１８（ｃ）に示すように、Ｃｒ膜２０５をＨＹで除去する。
【０１０１】
図１９は本発明の第９実施例を示すチップの最先端部に三角錐探針の振動子を有するカンチレバーアレーを示す図である。
【０１０２】
この図に示すように、シリコンのＫＯＨによる異方性エッチングを用いて、ミリメートルオーダのピンセット等によるハンドリング可能なチップの最先端部３０１に、三角錐探針を有する振動子３０２を１個配置することが可能である。つまり、多数の三角錐探針を有するカンチレバーアレー３０３を形成することが可能である。これにより最先端部１個を試料と作用させることが可能である。
【０１０３】
図２０〜図２３は本発明の第１０実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図である。
【０１０４】
（１）まず、図２０（ａ）に示すような、Ｓｉ層２０３（膜厚１〜３μｍ）／ＳｉＯ2 層２０２／Ｓｉ層２０１の三層からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用意する。Ｓｉ層２０３の膜厚は１〜３μｍで、これが平行バネ支持振動子の質量となる連結三角錘の大きさを決める。
【０１０５】
（２）次に、図２０（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤによりＳｉ3 Ｎ4 膜２０４（膜厚２０ｎｍ）を堆積する。
【０１０６】
（３）次に、図２０（ｃ）に示すように、（１００）方向に長方形レジストを塗布し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）でＳｉ3 Ｎ4 膜２０４をパターニングし、Ｓｉ3 Ｎ4 膜パターン２０４Ａを形成する。
【０１０７】
（４）次に、図２０（ｄ）に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４ＡをマスクとしてＫＯＨまたはＲＩＥで上部Ｓｉ層２０３をエッチングする。このときエッチング時間に注意して上部Ｓｉ層２０３を（０１０）方向にエッチングする。このとき残されたＳｉ層２０３Ｂの幅が平行バネ支持振動子の質量となる連結三角錘の幅を決める。このとき残されたＳｉ層２０３Ｂの幅が十分に狭くないと、質量となる連結三角錘が分かれてしまい、最終段階で平行バネ支持振動子にはならないので注意を要する。
【０１０８】
（５）次に、図２１（ａ）に示すように、Ｓｉ局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によるＳｉ熱酸化を行い、Ｓｉ酸化膜２０３Ｄを形成する。
【０１０９】
（６）次に、図２１（ｂ）に示すように、（０１０）方向に長方形レジストを塗布し、ＲＩＥでＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａ〔図２１（ａ）〕をパターニングし、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂを形成する。
【０１１０】
（７）次いで、図２１（ｃ）に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂと図２１（ａ）で形成したＳｉ酸化膜２０３ＤをマスクとしてＫＯＨにより上部Ｓｉ層２０３の異方性エッチングをする。ＫＯＨでのＳｉのエッチングではＳｉ｛１１１｝面はエッチングされないのでＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂの四隅を横切るＳｉ｛１１１｝面が露出する。下部のＳｉＯ2 層２０２が現れる。
【０１１１】
（８）次に、図２１（ｄ）に示すように、Ｓｉ局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によるＳｉ熱酸化を行う。
【０１１２】
（９）次に、図２２（ａ）に示すように、Ｈ3 ＰＯ4 によりＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂを除去し、Ｓｉ層２０３Ｅの上部を露出させる。
【０１１３】
（１０）次に、図２２（ｂ）に示すように、図２１（ａ）と図２１（ｄ）で形成した酸化膜をマスクとして、ＫＯＨによるＳｉ層２０３Ｅの異方性エッチングを行う。Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ｂの四隅を起点とする｛１１１｝面が形成される。これらは図２１（ｃ）で形成された｛１１１｝面に対して９０°回転した向きになっている。下部のＳｉＯ2 層２０２が現れる。これで平行バネ支持振動子の質量になる連結三角錘２０３Ｆが形成される。
【０１１４】
（１１）次に、図２２（ｃ）に示すように、図２１（ａ）と図２１（ｄ）で形成して、図２１（ｃ）と図２２（ｂ）でのＫＯＨ異方性エッチングのマスクとして機能した酸化膜（ＬＯＣＯＳ）を除去する。
【０１１５】
（１２）次に、図２２（ｄ）に示すように、連結三角錘２０３ＦをマスクとしてＲＩＥ（ＣＨＦ3 ガス）によりＳｉＯ2 層２０２をエッチングする。中間酸化膜２０２は連結三角錘２０３Ｆの上面形状と等しい断面図を持つＳｉＯ2 コラム２０２Ａにエッチングされる。
【０１１６】
（１３）次に、図２３（ａ）に示すように、連結三角錘２０３ＦとＳｉＯ2 コラム２０２Ａに（０１０）方向に平行にＰｏｌｙ−Ｓｉなど、バネとしての良い機械特性を持ち、ＢＨＦのエッチングに耐えられるＣｒ膜２０５をスパッタや真空蒸着などで斜め蒸着する。連結三角錘２０３ＦとＳｉＯ2 コラム２０２Ａには膜２０５の部分２０５Ａのみ堆積して、これが平行バネ支持振動子のバネになる。
【０１１７】
（１４）次に、図２３（ｂ）に示すように、連結三角錘２０３ＦとＳｉＯ2 コラム２０２Ａに（０１０）方向に平行に図２３（ａ）に示したのと逆向きに同じ物質を同じ膜厚に斜め蒸着した膜２０６を形成する。連結三角錘２０３ＦとＳｉＯ2 コラム２０２Ａには膜２０６の部分２０６Ａのみ堆積してこれが平行バネ支持振動子のもう一方のバネになる。
【０１１８】
（１５）最後に、図２３（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2 コラム２０２ＡをＢＨＦで除去する。これで連結三角錘２０３Ｆを質量、図２３（ａ）、図２３（ｂ）で蒸着した膜の部分２０５Ａ，２０６Ａをバネとする平行バネ支持振動子が出来上がる。
【０１１９】
図２４〜図２７は本発明の第１１実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図である。
【０１２０】
（１）まず、図２４（ａ）に示すような、Ｓｉ層２０３（膜厚１〜３μｍ）／ＳｉＯ2 層２０２／Ｓｉ層２０１の三層からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用意する。Ｓｉ層２０３の膜厚は１〜３μｍで、これが平行バネ支持振動子の質量となる連結三角錘の大きさを決める。次いで、ＬＰＣＶＤによりＳｉ3 Ｎ4 膜２０４（膜厚２０ｎｍ）を堆積する。
【０１２１】
（２）次に、図２４（ｂ）に示すように、（１００）方向に長方形レジストを塗布し、ＲＩＥでＳｉ3 Ｎ4 膜２０４をパターニングし、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａを形成する。
【０１２２】
（３）次に、図２４（ｃ）に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２０４ＡをマスクとしてＫＯＨで上部Ｓｉ層２０３をエッチングする。ＫＯＨでのＳｉのエッチングではＳｉ｛１１１｝面はエッチングされないのでパターニングされたＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａに平行にＳｉ｛１１１｝面が露出し、下部のＳｉＯ2 層２０２が現れる。
【０１２３】
（４）次に、図２４（ｄ）に示すように、Ｓｉ局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によるＳｉ熱酸化を行う。図２４（ｄ）で露出したＳｉ｛１１１｝面の表層のみが酸化されＳｉＯ2 膜２０３Ｂになる。
【０１２４】
（５）次に、図２５（ａ）に示すように、Ｈ3 ＰＯ4 によりＳｉ3 Ｎ4 膜２０４Ａを除去する。Ｓｉ層２０３Ａの上部を露出させる。
【０１２５】
（６）次に、図２５（ｂ）に示すように、図２４（ｄ）で形成したＳｉ酸化膜をマスクとして、ＫＯＨにより上部Ｓｉ層２０３Ａの異方性エッチングを行う。ＫＯＨでのＳｉのエッチングではＳｉ｛１１１｝面はエッチングされないので、図２４（ｃ）で形成されたＳｉ｛１１１｝面と反対向きのＳｉ｛１１１｝面を持つＳｉワイヤ２０３Ｃが形成される。
【０１２６】
（７）次に、図２５（ｃ）に示すように、Ｓｉ局部酸化（ＬＯＣＯＳ）によるＳｉ熱酸化を行う。図２５（ｂ）で露出したＳｉ｛１１１｝面の表層のみが酸化されＳｉ酸化膜２０３Ｄになる。
【０１２７】
（８）次に、図２５（ｄ）に示すように、図２５（ｂ）で形成されたＳｉワイヤ２０３Ｃに垂直にレジスト２０５Ｂを塗布する。この幅が平行バネ支持振動子の質量の長さを決める。
【０１２８】
（９）次に、図２６（ａ）に示すように、図２５（ｄ）で塗布したレジスト２０５Ｂで酸化膜２０３Ｂ、２０３Ｄをパターニングする。
【０１２９】
（１０）次に、図２６（ｂ）に示すように、図２６（ａ）で露出したＳｉワイヤ２０３Ｃを、酸化膜２０３Ｅ、２０３ＦをマスクとしてＫＯＨでエッチングする。Ｓｉワイヤ２０４Ｃと垂直な向きのＳｉ｛１１１｝面が露出する。
【０１３０】
（１１）次に、図２６（ｃ）に示すように、図２４（ｄ）と図２５（ｃ）で形成した酸化膜を除去する。
【０１３１】
（１２）次に、図２６（ｄ）に示すように、４つのＳｉ｛１１１｝面で囲まれた立体２０３ＧをマスクとしてＲＩＥ（ＣＨＦ3 ガス）によりＳｉＯ2 層２０２をエッチングする。中間酸化膜２０２は２０４Ｇの上面形状と等しい断面図を持つＳｉＯ2 コラム２０２Ａにエッチングされる。
【０１３２】
（１３）次に、図２７（ａ）に示すように、Ｓｉの立体２０３ＧとＳｉＯ2 コラム２０２Ａに（１１０）方向に平行にＰｏｌｙ−Ｓｉなど、バネとしての良い機械特性を持ち、ＢＨＦのエッチングに耐えられる膜２０６をスパッタや真空蒸着などで斜め蒸着する。Ｓｉの立体２０３ＧとＳｉＯ2 コラム２０２Ａには２０６Ａの部分のみ堆積して、これが平行バネ支持振動子のバネになる。
【０１３３】
（１４）次に、図２７（ｂ）に示すように、Ｓｉの立体２０３ＧとＳｉＯ2 コラム２０２Ａに（１１０）方向に平行に図２７（ａ）に示したのと逆向きに同じ物質を同じ膜厚に斜め蒸着する膜２０７を形成する。Ｓｉの立体２０３ＧとＳｉＯ2 コラム２０２Ａには２０７Ａの部分のみ堆積して、これが平行バネ支持振動子のもう一方のバネになる。
【０１３４】
（１５）最後に、図２７（ｃ）、図２７（ｄ）に示すように、ＳｉＯ2 コラム２０２ＡをＢＨＦで除去する。これでＳｉの立体２０３Ｇを質量、図２７（ａ）、図２７（ｂ）で蒸着した膜２０６Ａ、２０７Ａをバネとする平行バネ支持振動子が出来上がる。
【０１３５】
（１６）なお、図２７（ｃ）、図２７（ｄ）に示すような、平行バネ支持振動子の質量Ｓｉの立体２０３Ｇの上部が四角錐台状になるものの作製も可能である。
【０１３６】
上記した第１０、第１１実施例に示すように、斜め蒸着を１８０°対向する方向から行い、２本の平バネからなる平行バネで探針マスや平面を有するマスを支持することができる。
【０１３７】
このように構成することにより、厳密な並進変位を生じることのできる探針や立方体の支持機構を実現することができる。また、多層基板を用い、平行バネが互いに直交する構造を作製することにより、１自由度の並進変位のみならず、多自由度の並進変位機構が実現可能である。これにより、ナノ領域からマイクロ領域における、超精密位置決めや動きの自由度を拘束した物性実験が可能となる。  上記したように、本発明によれば、走査型力顕微鏡において、飛躍的な力や質量変化の検出分解能を向上させることができる。つまり、安定したナノメートルオーダの機械振動子を有するプローブを作製することができる。
【０１３８】
更に、得られた機械振動子の静・動的特性を評価し、検出可能な力や質量の分解能を求めることができる。
【０１３９】
また、作製した振動子をプローブとする走査型力顕微鏡を実現し、原子を一個及びクラスターで走査し、それに伴う振動子型プローブの固有振動数変化を検出することができ、原子同定の可能性を調べることができる。更に、通常の走査型力顕微鏡としての性能を評価することができる。
【０１４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明のナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置は、振動子の質量の変化や、振動子の置かれた場の変化を検出するツールとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程断面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の拡大斜視図である。
【図３】本発明の第１実施例を示すマイクロカプセルの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【図５】図４によって作製された探針を有する多数アレイ状に並んだカンチレバーを備える素子による試料の測定システムの構成図である。
【図６】本発明の第２実施例の変形例を示す多数アレイ状に並んだカンチレバーを備える素子の基板の上面図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す測定装置を用いて、試料の形状や特徴を可視化できることの説明図である。
【図８】本発明の第３実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の模式図である。
【図９】本発明の第４実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【図１０】本発明の第５実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【図１１】本発明の第６実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【図１２】本発明の第７実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の構成図である。
【図１３】本発明の第８実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程図（その１）である。
【図１４】本発明の第８実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程図（その２）である。
【図１５】本発明の第８実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程図（その３）である。
【図１６】本発明の第８実施例を示すナノメートルオーダの機械振動子の製造工程図（その４）である。
【図１７】本発明の第８実施例を示す第１２工程の製造工程断面図である。
【図１８】本発明の第８実施例を示す第１２工程の製造工程上面図である。
【図１９】本発明の第９実施例を示すチップの最先端部に三角錐探針の振動子を有するカンチレバーアレーを示す図である。
【図２０】本発明の第１０実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その１）である。
【図２１】本発明の第１０実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その２）である。
【図２２】本発明の第１０実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その３）である。
【図２３】本発明の第１０実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その４）である。
【図２４】本発明の第１１実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その１）である。
【図２５】本発明の第１１実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その２）である。
【図２６】本発明の第１１実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その３）である。
【図２７】本発明の第１１実施例を示す平行バネ支持振動子の製造工程図（その４）である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０１    シリコン基板（シリコン・サブストレート）
１０２    酸化シリコン膜
１０２Ａ    柱状の酸化シリコン
１０３Ａ    四面体状のシリコン
１０４    頸部
１０５    マイクロカプセルや微小開口
１１０，１３０    素子
１１１    第１層
１１２，１３１，１４１    ピエゾ性基板
１１３，１３２，１３３，１３４，１３５，１７２，１７６，１８６    表面弾性波発生装置
１１４    凹部
１１５    第２層
１１６    基部
１１７，１３６    多数アレイ状に並んだカンチレバー
１１８，１４３，１５３，１６３，１７５，１８４    探針
１２１    試料台
１２２    試料
１２３    レンズ系
１２４    レーザ
１２５    ハーフミラー
１２６    ＣＣＤカメラ
１２７    ビデオディスプレー
１４２，１５０，１６０，１７０，１８０    ナノメートルオーダの機械振動子
１５１，１６１，１７１，１８１    ベース
１５２，１６２，１７４，１８３    カンチレバー
１７３，１８５    ガイド
１８２    吸着用電極列
２０１，２０３，２０３Ｂ，２０３Ｅ    Ｓｉ層
２０２    ＳｉＯ2 層
２０２Ａ    ＳｉＯ2 コラム
２０３Ｃ    Ｓｉワイヤ
２０３Ｄ    Ｓｉ酸化膜
２０３Ｆ    連結三角錐
２０３Ｇ    Ｓｉの立体
２０４，２０４Ａ，２０４Ｂ    Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２０５    Ｃｒ膜
２０６，２０７    膜
２０５Ａ，２０６Ａ，２０７Ａ    膜の部分
２０５Ｂ    レジスト
３０１    チップの最先端部
３０２    振動子
３０３    三角錐探針を有するカンチレバーアレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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