(57)【要約】【課題】  対象を室温下においてもナノオーダで高精度加工できるナノ構造プローブを用いたアクチュエータシステムを提供する。【解決手段】  ナノ構造プローブ１１を備え、ナノ構造プローブの所定領域に押接制御用レーザ光Ｂを照射することにより針１１１の対象への押接を制御するアクチュエータシステム１であり、押接制御用レーザ光Ｂの照射により粒径が変化する材料により前記所定領域が構成されたナノ構造プローブ１１と、押接制御用レーザ光Ｂを前記所定領域に照射する光学系１２と、押接制御用レーザ光の前記所定領域への照射を制御するレーザ光照射制御装置（コントローラ１３）とを備える。【選択図】  図１
2008044044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造プローブを備え、当該ナノ構造プローブの所定領域に押接制御用レーザ光を照射することにより針の対象への押接を制御するアクチュエータシステムであって、
前記押接制御用レーザ光の照射により粒径が変化する材料により前記所定領域が構成された前記ナノ構造プローブと、
前記押接制御用レーザ光を前記所定領域に照射する光学系と、
前記押接制御用レーザ光の前記所定領域への照射を制御するレーザ光照射制御装置と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータシステム。
【請求項２】
前記ナノ構造プローブは、対象表面の加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータシステム。
【請求項３】
前記ナノ構造プローブの前記針が形成された部位が前記所定領域であることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータシステム。
【請求項４】
前記ナノ構造プローブがカンチレバーであり、当該カンチレバーの少なくともアーム部がシリコン結晶により構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のアクチュエータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造プローブの所定領域（針，アーム等の適宜領域）に押接制御用レーザ光を照射することにより針の対象への押接を制御するアクチュエータシステムに関し、具体的には対象を室温下においてもナノオーダで高精度加工できるアクチュエータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィでは、使用される光の波長により加工寸法が制限されるため、フォトリソグラフィで微細加工を行う場合には波長の短い、ＵＶ（紫外），ＤＵＶ（深紫外），ＥＵＶ（極紫外）等が使われている。
【０００３】
フォトリソグラフィにおけるよりも更に細密な加工寸法を得たい場合には、ナノ構造プローブを用いた機械的リソグラフィ技術が適用される。たとえば、表面計測用のカンチレバーの１０００倍程度の剛性を持ち、ダイヤモンドを先端に備えた加工用カンチレバー（ナノ構造プローブ）を用いて、対象表面をナノ精度で加工することができる。
【０００４】
この種の加工では、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の技術が用いられる。ナノ構造プローブは、シリコン等の基板上に作成することができ、これを用いることで導電性微細パターンを形成できるし（特許文献１参照）、絶縁層を含む基板上にナノメートルオーダーの微細加工を行うこともできる（特許文献２）。
【０００５】
図１１に、ＤＦＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｏｄｅ（タッピングモード））によるリソグラフィプロセスを示す。まず、ＧａＡｓ基板の上にフォトレジストを塗布した後、通常の観察モードにより試料表面を観察し、加工位置まで針を移動させる。次に、針をＧａＡｓ基板に近づけて機械的なリソグラフィを行った後、ウェットエッチングを行い、アセトンによるレジスト除去をすることで、ＧａＡｓ基板にｎｍオーダーの微細加工を行うことができる。
【０００６】
また、針と試料の間にレーザを照射させることにより、金薄膜上に微細幅、微細深さの溝を形成することができる。この加工のメカニズムは、現時点では明らかではない。レーザ照射による針が熱膨張することによりエッチングされるとも考えられているし、またはレーザ照射によって針がアンテナの機能を持ち電場が増強されることによりエッチングされるとも考えられている。この方法では、金薄膜上に幅１０ｎｍ深さ３．５ｎｍの溝を形成することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３４０７００号公報
【特許文献２】特開平０８−０８３７８９号公報
【非特許文献１】安丸尚樹，宮崎建造，木内淳介，”  レーザーによる硬質薄膜表面の周期的ナノ構造の形成と制御”，レーザー学会第１３６研究報告，Ｎｏ.ＲＴＭ−０３−３６，ｐｐ．３１−３５，（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記の微細加工では、理論上は原子ひとつひとつを動かすこともできるが、超真空、極低温下でないと操作ができない。また、原子や分子をモニターするための画像を得るのには時間がかかるため、室温下で加工速度を高くすることはできない。さらにまた、接触荷重の微細な制御ができないため、高精度な加工（特に立体的な加工）が容易にできない（深い孔や深い溝を高精度かつ容易に形成できない）。
【０００９】
なお、ＴｉＮおよびＤＬＣ薄膜にアブレーション閾値近傍の低フルエンスのフェムト秒レーザを照射することにより、薄膜表面に非常に小さい周期的微細構造を形成する研究結果も報告されている。この超微細構造は、レーザの偏光を制御することにより直線状からドット状の構造までパターンを変化させることが可能である。そのサイズは、レーザ波長やレーザフルエンスに比例して変化し増減可能であるが（非特許文献１参照）、やはり加工精度がフェムト秒レーザの波長に制限される等、上記の問題の解決には至っていない。
【００１０】
本発明の目的は、加工対象に対するナノ構造プローブ（カンチレバー等）の接触荷重を室温下においても高精度で制御でき、深さ方向の加工精度を出すことができ、また深い孔や溝を高精度かつ容易に形成することができるアクチュエータシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、ある種の金属粒子組織に所定特性のエキシマレーザを照射すると、金属粒子径がフルエンスに応じて変化することに着目し（たとえば、非特許文献１参照）、この原理をナノ構造機械素子の針（シリコンの連続分子固体）に応用できれば、当該針の構成材料の結晶粒径を動的に変化させることが可能となり、これにより針の処理対象への押接を自在に制御できるとの知見を得て本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、本発明のアクチュエータシステムは、（１）〜（４）を要旨とする。
（１）「ナノ構造プローブを備え、当該ナノ構造プローブの所定領域に押接制御用レーザ光を照射することにより針の対象への押接を制御する（押接強度を変化させる）アクチュエータシステムであって、
前記押接制御用レーザ光の照射により粒径が変化（結晶粒子径が増大）する材料により前記所定領域（ナノ構造プローブの少なくとも一部であって粒径変化したときに針の対象への押接状態が変化する領域）が構成された前記ナノ構造プローブと、
前記押接制御用レーザ光を前記所定領域に照射する光学系と、
前記押接制御用レーザ光の前記所定領域への照射を制御（強度制御，照射位置制御）するレーザ光照射制御装置と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータシステム。」
【００１３】
（２）「前記ナノ構造プローブは、対象表面の加工を行うことを特徴とする（１）に記載のアクチュエータシステム。」
【００１４】
（３）「前記ナノ構造プローブの前記針が形成された部位が前記所定領域であることを特徴とする（１）または（２）に記載のアクチュエータシステム。」
【００１５】
（４）「前記ナノ構造プローブがカンチレバーであり、当該カンチレバーの少なくともアーム部がシリコン結晶により構成されていることを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載のアクチュエータシステム。」
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、針（プローブチップ）と処理対象との表面分子間の原子間力に加えて、当該原子間力の数倍以上の押接制御用レーザ光の励振による軸方向の力が作用する。これらの力の合力により、表面分子の分子間結合力を超えた力が対象表面に働き、表面分子を捕捉・除去・再配列することが可能となる。
【００１７】
たとえば、本発明は、シリコンウェハ上での高精度かつ微細な加工、すなわちナノオーダの電気素子等の製造に応用でき、マイクロマシーニング、バイオテクノロジーの分野での実用ができる。
具体的には、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）機構を用いてカンチレバーに偏光レーザ（ｐ偏光波）を照射することによってナノ加工を行うことができる。たとえば、ＳＰＭで使用されるカンチレバーアレイを用いてＤＮＡのハイブリダイゼーション反応の検出、食品素材の解析やＤＮＡの解析などを行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１により、本発明のアクチュエータシステムの一実施形態を説明する。
図１において、アクチュエータシステム１は、ナノ構造プローブ１１と、光学系１２と、コントローラ１３とステージ制御機構１４と、処理対象８がセットされたステージ１５とを備えている。
【００１９】
図１において、コントローラ１３とステージ制御機構１４とが、本発明におけるレーザ光照射制御装置を構成している。ナノ構造プローブ１１は、本実施形態ではカンチレバーであり、全体（針１１１およびアーム１１２）がＳｉ単結晶または化合物により構成されている。
Ｓｉ結晶は、後述する押接制御用レーザ光Ｂの照射を受けることにより粒径が変化（結晶粒子径が増大）する。
【００２０】
後述するように、針１１１の形状は適宜設計できる。また、本実施形態では、針１１１の材料は、アーム１１２と同じＳｉ結晶または化合物（Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣ等）であるがこの材料も適宜選択することができる。
【００２１】
光学系１２は、レーザ光源１２１と、光源側ミラーＭ１，Ｍ２と、シャッターＳＴと、スペイシャルフィルタＳＦと、グランレーザプリズムＧＬＰと、１／２波長板ＨＷＰと、試料側ミラーＭ３と、照射レンズＣＬとにより構成されている。
レーザ光源１２１は、ピコ秒ＵＶレーザの押接制御用レーザ光Ｂ０を生成する。本実施形態では、この押接制御用レーザ光Ｂ０は、後述するように変調された所定周期のパルスである。後述するように、Ｓｉカンチレバーにピコ秒ＵＶレーザを照射することにより、粒径が変化する。
【００２２】
スペイシャルフィルタＳＦは、コントローラ１３からのオンオフ信号により駆動する。スペイシャルフィルタＳＦは、入射される押接制御用レーザ光Ｂ０からノイズを除去する。これにより、空気中の微小粒子による散乱成分が取り除かれる。グランレーザプリズムＧＬＰは、入射される押接制御用レーザ光Ｂ０から、一方向の偏光成分（ここではｐ偏光）のみを通過させることができる。１／２波長板ＨＷＰは、直線偏光を回転させることができる。照射レンズＣＬは、ナノ構造プローブ１１の所定領域（本実施形態ではアーム１１２の上面）に押接制御用レーザ光Ｂ（ｐ偏光）を照射する。
【００２３】
コントローラ１３は、ステージ制御機構１４とシャッターＳＴに制御信号を送出する。ステージ制御機構１４は、ＸＹ制御機構１４１とＺ制御機構１４２とからなりナノ構造プローブ１１に対して移動するすることができる。
【００２４】
ナノ構造プローブ１１の先端に押接制御用レーザ光Ｂが照射されると、照射領域のＳｉの粒径が変化（増大）し、針１１１の処理対象８への押接力が変化する（ナノメートルのレンジで励振する）。
押接制御用レーザ光Ｂは、可逆的に上記の粒径変化が生じるような強度に設定され、押接制御用レーザ光Ｂが照射されないときには粒径はもとの大きさに戻り、励振はなくなる。
これにより、針１１１（プローブチップ）と処理対象８の表面分子との間には、原子間力に加えて押接制御用レーザ光Ｂの照射による励振による力（原子間力の数倍の垂直方向の力）が発生する。すなわち、処理対象８の分子間結合力を超えた力が処理対象８に働き、結果として処理対象８の表面の分子が捕捉・除去・再配列される。押接制御用レーザ光Ｂが照射されていないときの様子を図２（Ａ）に、照射されているときの様子を図２（Ｂ）にそれぞれ模式的に示す。
【００２５】
図１において、押接制御用レーザ光Ｂの強度を調節し、あるいは偏光を変化させることにより、処理状態（接触・押接等の状態）を変えることができる。すなわち、処理対象に、深さを適宜変えたライン状の溝を形成することができるし、また、適宜深さの穴を穿設することもできる。
【００２６】
《カンチレバーの態様》
（ａ）第１仕様
針：高さ９〜１９μｍ，半径１０μｍ未満、角度３５度未満
アーム（レバー）：厚さ２．８（±０．８）μｍ
針，アームともシリコンとし、全体をアルミニウムでコーティングした。共振周波数は５０〜９０ｋＨｚ、ばね定数は０．７〜３．８Ｎ／ｍである。
【００２７】
（ｂ）第２仕様
針：高さ２．９μｍ，半径２０μｍ未満、角度７０度未満
アーム：厚さ０．８μｍ、長さ１００（２００）μｍ
針，アームとも窒化シリコンとし、全体を金とクロムでコーティングした。共振周波数は７３（２４）ｋＨｚ、ばね定数は０．５７（０．１５）Ｎ／ｍである。
【００２８】
《押接制御用レーザ光の強度》
本実施形態では、レーザ光源１２１からのレーザ光は、周期的なパルスである。
レーザフルエンスＦ（すなわちパルスエネルギーＥを集光面積Ｓで除したエネルギー）が高いほど粒径変化が大きい（加工レートが高い）が、高くしすぎると結晶構造が非可逆的になったり、粒径変化が飽和する恐れがある。
【００２９】
（ａ）〜（ｅ）にＳｉカンチレバーに照射するレーザフルエンスおよび照射後の粒径を以下に示す。
（ａ）０．００ｍＪ／ｃｍ2          ６０〜８０ｎｍ
（ｂ）０．１９ｍＪ／ｃｍ2          ７０〜９０ｎｍ
（ｃ）０．３８ｍＪ／ｃｍ2          ７０〜１００ｎｍ
（ｄ）１．９２ｍＪ／ｃｍ2          １００〜１５０ｎｍ
（ｅ）３．８５ｍＪ／ｃｍ2          １１０〜３００ｎｍ
【００３０】
前述したようにＳｉカンチレバーでは、ピコ秒ＵＶレーザを照射することにより粒径が変化し、またレーザフルエンスを増加させれば粒径も増大する。
（ｃ）の０．３８ｍＪ／ｃｍ2までは粒径にほとんど変化がなかった。これにより、レーザフルエンスが（ｃ）の０．３８ｍＪ／ｃｍ2以下ではレーザ照射されても、粒子は大きくなるがほぼもとに戻る。（ｃ）の０．３８ｍＪ／ｃｍ2付近では粒径変化は数ｎｍ〜数十ｎｍであり、これをＡＦＭに適用することにより数ｎｍの加工ができる。
しかし、（ｄ）の１．９２ｍＪ／ｃｍ2以上のレーザフルエンスでは、５０ｎｍ〜１００ｎｍくらいの粒径変化が起きるが、粒子は元に戻らなくなってしまうので、レーザフルエンスは、０．３８ｍＪ／ｃｍ2とすることが好ましい。
【００３１】
《偏光依存性》
偏光の違いにより、加工形状が変化する。すなわち、レーザが試料基板に照射されると、基板の凸凹によりレーザが散乱され表面散乱光が生じる。
ｐ偏光成分のみのレーザを基板に入射すると、その表面に反った散乱光の干渉が起こり、入射光のレーザフルエンスが加工閾値近傍の場合、入射光と表面に沿った散乱光の干渉部分だけがアブレーション(除去)される。レーザ照射を繰り返すと、波長オーダーの間隔を持つナノ構造が偏光方向に直交で形成される。
【実施例】
【００３２】
以下の物性を有する表面の面方位（１１０）のウエハ単結晶Ｓｉについて加工実験を行った。
長さＸ                      ５．０００μｍ
長さＹ                      ５．０００μｍ
算術平均粗さ（Ｒａ）        ０．１０９ｎｍ
最大高さ（Ｒｙ）            １９．９１９ｎｍ
十点平均粗さ（Ｒｚ）        ４．４７１ｎｍ
自乗平均粗さ（Ｒｍｓ）      ０．１５４ｎｍ
平均線深さ（Ｒｐ）          １８．３１６ｎｍ
平均線高さ（Ｒｖ）          １．６０３ｎｍ
【００３３】
また、使用したシリコンの物性を以下に示す。
密度（ｇ／ｃｍ3）          ２．３３
融点（℃）                  １４１４
沸点（℃）                  ２３５５
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）      １６０
平均熱膨張（ｐｐｍ／Ｋ）    ３．４３
比熱（Ｊ／Ｋ・ｇ）          ０．７４
曲げ強度（ＭＰａ）          ７８．３
ヤング率（ＧＰａ）          １９３
硬度                        ７
結晶構造                    ダイヤモンド
格子定数（Å）              ａ＝５．４３
結合エネルギー（ｅＶ）      １．１２
飽和電子（ｃｍ／ｓ）        １．０×１０7
絶縁破壊電解（Ｖ／ｃｍ）    ３×１０5
【００３４】
２つ目の被削材として分子線エピタキシャル法により、Ｓｉウエハ上に単結晶ＳｉＣ薄膜層を創生した試料を用いた。
以下に粗さのデータ、ＳｉＣ薄膜の電気特性を示す。
長さＸ                      ５．０００μｍ
長さＹ                      ５．０００μｍ
算術平均粗さ（Ｒａ）        ３．５５ｎｍ
最大高さ（Ｒｙ）            ５１．２０ｎｍ
十点平均粗さ（Ｒｚ）        ２１．９３ｎｍ
自乗平均粗さ（Ｒｍｓ）      ４．５１ｎｍ
平均線深さ（Ｒｐ）          ３５．８１ｎｍ
平均線高さ（Ｒｖ）          １５．３９ｎｍ
結晶構造                  閃亜鉛鉱
格子定数（Å）            ａ＝４．３６
結合エネルギー（ｅＶ）    ２．２３
飽和電子（ｃｍ／ｓ）      ２．７×１０7
絶縁破壊電解（Ｖ／ｃｍ）  ４×１０6
【００３５】
３つ目の被削材は、Ｓｉウエハ上に金を蒸着させた金薄膜を使用する。
カンチレバーを被削材の１０μｍ上まで近づける。
シャッターを開きレーザをカンチレバーに照射する。レーザ位置調整ミラーを使用して、レーザをカンチレバーのレバー先端部分に照射するように微調整を行い、レーザの照射の位置決めをしてシャッターを閉じる。
レーザ位置決めを終えてから、ＡＦＭをコンタクトモードで走査させる。画像は１ラインごとにできるので、加工したいラインにきたら、シャッターを開き、溝加工を行い、加工後にシャッターを閉じる。
この後、ＡＦＭの走査角度を９０度ずらして、形成された溝の観察を行い、集光レンズ、レーザフルエンス、照射時間、走査速度、オペレーティングポイント（押し込み強さ）、偏光方向、カンチレバー、被削材などを変えて、溝の深さ、幅の評価を行った。
【００３６】
深さ３〜１２ｎｍ、幅９〜１６ｎｍの溝の加工に成功した。被削材金薄膜、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバー、走査速度２０００ｎｍ／ｓ、走査範囲５００ｎｍ×５００ｎｍ、照射時間１ｓ、オペレーティングポイント２Ｖ、ｐ偏光の条件の下、レーザ出力を変えて測定を行った。図３に測定結果をグラフで示す。
レーザフルエンスを増加させると深さ、幅ともに２次関数のように大幅に増大した。これよりレーザ照射の違いにより、同じパラメーターでも大きな誤差が生じると考えられる。
【００３７】
レーザフルエンスが増加すると、カンチレバーの粒径も増加するので、加工形状も大きくなったものと考えられる。また、レバーに当たらなかったレーザ光が回折して、加工に影響を及ぼしたものと考えられる。
さらに深さ、幅を大きくするにはレーザフルエンスを増加させれば成功すると考えられるが、高いレーザフルエンスで行った時ＡＦＭから焦げたような臭いがしてきたので、より高いフルエンスではＡＦＭが故障する恐れがある。この実験用のＡＦＭが開発されればさらに大きい加工が望める。
被削材金薄膜、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバー、走査速度２０００ｎｍ／ｓ、走査範囲５００ｎｍ×５００ｎｍ、レーザフルエンス９．７μＪ／ｃｍ2、オペレーティングポイント２Ｖ、ｐ偏光の条件の下、照射時間を変えて測定を行った。
【００３８】
図４に測定結果のグラフを示す。照射時間（ｓ）を増加させることにより、幅、深さともに比例して増大した。幅の増大は、照射時間が多いと加工するライン数も多くなるため増加したものと考えられる。深さの増大は加工したラインの隣のラインで加工したので増加した、あるいは照射時間が長いとカンチレバーの温度が上昇して粒径も増大したためと考えられる。しかし、照射時間による変化はフルエンスによる変化より小さかった。この結果よりパルスエネルギーを増加させるほうが、照射時間増加による温度上昇より粒径を増大させる、あるいは回折による影響が大きいということが予測される。
【００３９】
被削材金薄膜、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバー、走査範囲６００ｎｍ×６００ｎｍ走査ライン１ライン、レーザフルエンス９．７μＪ／ｃｍ２、オペレーティングポイント２Ｖ、ｐ偏光の条件の下、走査速度を変えて測定を行った。図５に測定結果をグラフで示す。
通常の切削加工の現象で見られるように、走査速度の増加により幅、深さともに減少した。また、この加工方法には別の要因として、走査速度が減少すると照射時間が増加することによりカンチレバーの温度が上昇して、カンチレバーの粒径が増大し、深さ、幅が増大したとも考えられる。
【００４０】
また、遅い速度で加工を行いたいときは、通常は高速で走査させ、加工ライン近傍になったら、速度を遅くすればよいので短時間で低速加工ができるので、工業的応用に向いていると思われる。
オペレーティングポイントとは、試料にカンチレバーを押し付ける度合いである。この値が大きいほど押し付ける力が強くなる。
被削材金薄膜、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバー、走査速度２０００ｎｍ／ｓ、走査範囲５００ｎｍ×５００ｎｍ、レーザフルエンス９．７μＪ／ｃｍ2、照射時間１ｓ、ｐ偏光の条件の下、オペレーティングポイントを変えて測定を行った。図６に測定結果をグラフで示す。
【００４１】
押し込み強さが増加することにより深さ、幅ともに増大した。この結果より、試料と探針の間の原子間力もこの加工方法の加工要因の１つと考えられる。
被削材金薄膜、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバー、走査速度２０００ｎｍ／ｓ、走査範囲５００ｎｍ×５００ｎｍ、レーザフルエンス９．７μＪ／ｃｍ2、照射時間１ｓ、オペレーティングポイント２Ｖの条件の下、偏光方向を変えて測定を行った。図７に測定結果をグラフで示す。図７から、ｓ偏光に比べてｐ偏光のほうが加工形状が大きくなり、またｐ偏光に近い角度のほうがｓ偏光に近い角度のほうより大きくなることがわかる。これは、ｐ偏光は粒子の形状がプローブ軸方向に変化し、ｓ偏光はその方向と直角に変化したからであると考えられる。
【００４２】
被削材金薄膜、走査速度２０００ｎｍ／ｓ、走査範囲５００ｎｍ×５００ｎｍ、照射時間１ｓ、オペレーティングポイント２Ｖ、ｐ偏光の条件の下、カンチレバーはＳｉカンチレバーを使用し、フルエンスを変化させて加工を行った。図８にＳｉカンチレバーとＳｉ3Ｎ4カンチレバーにより加工結果をグラフで示す。
Ｓｉ3Ｎ4カンチレバーはレーザフルエンスが９．７μｍＪ／ｃｍ2から加工できたのに対し、Ｓｉカンチレバーはでは１４．６μＪ／ｃｍ2から加工できるようになった。
【００４３】
図９（Ａ），（Ｂ）に最小フルエンスでのレーザ照射の模式図を示す。また、Ｓｉ3Ｎ4の物性値を以下に示す。
密度〔ｇ／ｃｍ3〕                        ３．２
融点〔℃〕                                １９００
熱伝導率〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕                ２９．３
平均熱膨張〔ｐｐｍ／Ｋ〕              ３．１/
比熱〔Ｊ／Ｋ・ｇ〕                    ０．７１
曲げ強度〔ＭＰａ〕                      ９００
ヤング率  ＧＰａ  ２７
【００４４】
Ｓｉカンチレバーは細くレーザ照射が困難であった。Ｓｉカンチレバーはレーザ照射面積が小さいため、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバーに比べて１．５倍ものレーザフルエンスが必要であったが、レバーに伝わるレーザエネルギーは両方ともほぼ等しかった。しかし加工形状は、深さ、幅ともにＳｉカンチレバーのほうが小さかった。これはＳｉカンチレバーのほうがＳｉ3Ｎ4カンチレバーより探針が長いためエネルギーの減衰が生じ、探針先端での粒径変化が小さかったためと考えられる。また、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバーのほうがＳｉカンチレバーより硬いため、多くの金原子を除去できたものと考えられる。
被削材Ｓｉウエハ、Ｓｉ3Ｎ4カンチレバー、走査速度２０００ｎｍ／ｓ、走査範囲５００ｎｍ×５００ｎｍ、オペレーティングポイント２Ｖ、ｐ偏光の条件の下、レーザフルエンスを変えて実験を行った。
【００４５】
図１０にＳｉカンチレバーの実測結果をグラフで示す。幅は金薄膜の時とほぼ等しい値となるが、深さが数Åｍの値となった。これは、Ｓｉ原子の大きさが２．３４Åｍであるので、Ｓｉ原子数個除去したからである。
スパッタリングで形成された金の結合エネルギーよりＳｉ原子同士の結合エネルギーのほうが高いので、Ｓｉウエハ加工では数個のＳｉ原子を除去するだけの力がカンチレバーに働き、結果として数Åｍの加工になったものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のアクチュエータシステムの一実施形態の説明図である。
【図２】（Ａ）は押接制御用レーザ光が照射されていないときの結晶の模式図、（Ｂ）は押接制御用レーザ光が照射されたときの結晶の模式図である。
【図３】照射時間等を一定にしてレーザ出力を変えたときの評価を示すグラフである。
【図４】レーザ出力等を一定にして照射時間を変えたときの評価を示すグラフである。
【図５】照射時間、レーザ出力等を一定にして走査速度を変えたときの評価を示すグラフである。
【図６】照射時間、レーザ出力、走査速度等を一定にしてオペレーティングポイントを変えたときの評価を示すグラフである。
【図７】照射時間、レーザ出力、走査速度等を一定にして偏光方向を変えたときの評価を示すグラフである。
【図８】照射時間、レーザ出力、走査速度等を一定にしてフルエンスを変てたときの評価を示すグラフである。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本実施例で用いられるカンチレバーの模式図である。
【図１０】Ｓｉカンチレバーについてレーザフルエンスを変えたときの評価を示すグラフである。
【図１１】ＤＦＭによるリソグラフィプロセスを示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  アクチュエータシステム
８  処理対象。
１１  ナノ構造プローブ
１２  光学系
１３  コントローラ
１４  ステージ制御機構
１５  ステージ
１１１  針
１１２  アーム
【図１】
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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２】
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