(57)【要約】      （修正有）【課題】１００μｍ以下の微小異物を付着していた基板などから精度よくスピーディにピックアップするための分析サンプル前処理ツールを提供する。【解決手段】固定櫛歯４８は支持用シリコン基板４２に固定されたボンディングパッド５４ａに接続される。可動櫛歯４９は、可動櫛歯固定梁５０に固定され、可動櫛歯固定梁５０はその両端に接続されたばね用梁５１ａ、５１ｂを介して支持用シリコン基板４２に固定されたボンディングパッド５４ｂと接続される。可動櫛歯４９は固定櫛歯４８と交互に噛み合って配置される。また、ホルダー５２は、その基部５２ａが可動櫛歯固定梁５０のほぼ中央に形成され、その先端にはプローブ状のピックアップ部５３が形成される。可動櫛歯４９と固定櫛歯４８間には印加した電圧に応じて静電気力が作用し、それによってバネ用梁５１ａ、５１ｂが撓みピックアップ部５３を駆動する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に形成された櫛歯型アクチュエータであって櫛歯の先端部分が交互に噛み合った固定櫛歯と可動櫛歯、又は可動櫛歯と可動櫛歯とが対になって配置されており、可動櫛歯固定梁の一部分にピックアップ部を有する微細物用ピックアップ治具。
【請求項２】
可動櫛歯固定梁の中央部にピックアップ部を有し、該ピックアップ部が対向する櫛歯に対向して直線的に移動することを特徴とする請求項１記載の微細物用ピックアップ治具。
【請求項３】
可動櫛歯固定梁の一端にピックアップ部を有し、該ピックアップ部が対向する櫛歯固定梁の一端と近接することが可能な請求項１記載の微細物用ピックアップ治具。
【請求項４】
ピックアップ部材の先端部に絶縁膜を有する請求項１、２又は３記載の微細物用ピックアップ治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上の微小異物分析の際に、その前処理方法として基板上から異物を採取するために用いる微細物用ピックアップ治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、微細物を掴むあるいは採取するには、先端の細いピンセットまたはプローブが用いられる。一般的なピンセットを使って、微細物を掴んだりする場合には指の力加減が難しいため、バイモルフ圧電素子を利用したピンセットなどが開示されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１５５３１８号公報（第２−３頁、第１図）
【０００４】
図４はバイモルフ素子を利用したピンセットの一例を示す図である。図４においてスイッチ３１と３４をオンすると低速で掴むための指令信号がインターフェース回路２２を介して制御回路２１に与えられて、制御回路２１は緩やかに立ち上がる波形信号をインターフェイス回路２２に与える。インターフェース回路２２はその波形に応じた電圧を圧電素子２，３とシム材４とからなるバイモルフ素子に与え、その圧電波形に応じて変位させる。その変位によってアタッチメント７がピンセット先端部８との間で微細物１５を挟む。スイッチ３１，３３をオフするとバイモルフ素子に印加されている電圧が緩やかに低下し、アタッチメント７が元の位置に戻る。スイッチ３２をオンすると、バイモルフ素子が振動し、ピンセット先端部が振動して微細物１５がピンセットから離れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の微細物用ピンセットは、図４に示すように圧電素子２，３やシム材４、ピンセット本体１などいくつかの部材を使って構成されており、ピンセットの大きさは１０数ｍｍに及ぶ。容易にピックアップできる微細物の大きさの下限は数１００μｍ程度であり、それより小さい微細物をピックアップすることは極めて困難である。また、ピンセットを更に微細化することを考えた場合、ピンセットを構成する各部品の微小加工、接着固定技術も極めて困難となる。
【０００６】
また、バイモルフ素子を利用したピンセットの場合、電圧を印加することによって素子に電荷が充電され、この電荷を放電する回路が設けられていないと電荷を放電するのに時間が掛かり、つまりは、ピンセットのアタッチメント７が復帰する動作が遅れ、スピーディな動作ができないという欠点がある。
【０００７】
本発明の主たる目的は、製造工程などで発生する１００μｍ以下の微小異物を付着していた基板などから精度よくスピーディにピックアップするための分析サンプル前処理ツールであり、従来のものより更に微小化したピックアップ治具を提供するものである。微小異物を定性分析する場合には、専用の分析サンプルホルダーあるいは組成既知の基板上で分析することにより、異物が付着していた下地成分の影響が除かれ、精度よく分析することが可能となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はシリコン部材から形成した櫛歯型アクチュエータの静電力を駆動力として微細物をピックアップする治具であって、櫛歯型アクチュエータに印加する電圧値の変化によって、ピックアップ治具を動作させるものである。具体的手段としては以下に示す通りである。
【０００９】
シリコン基板上に形成された櫛歯型アクチュエータであって櫛歯の先端部分が交互に噛み合った固定櫛歯と可動櫛歯、又は可動櫛歯と可動櫛歯とが対になって配置されており、可動櫛歯固定梁の一部分にピックアップ部を有する微細物用ピックアップ治具とする。
【００１０】
可動櫛歯固定梁の中央部にピックアップ部を有し、該ピックアップ部が対向する櫛歯に対向して直線的に移動することを特徴とする前記微細物用ピックアップ治具とする。
【００１１】
可動櫛歯固定梁の一端にピックアップ部を有し、該ピックアップ部が対向する櫛歯固定梁の一端と近接することが可能な前記微細物用ピックアップ治具とする。
【００１２】
ピックアップ部材の先端部に絶縁膜を有する前記微細物用ピックアップ治具とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
従来から、シリコン基板を加工し、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を形成することはよく知られている。本発明はＭＥＭＳ技術を利用してシリコンの一体型ピックアップ治具を製作している。以下に添付図面を参照して、本発明に関わるシリコンの櫛歯型アクチュエータの詳細な説明と該アクチュエータを応用した微細物用ピックアップ治具の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１であるプローブ状の微細物用ピックアップ治具について説明する。図１は実施の形態１である微細物用ピックアップ治具の平面図である。図２は図１に示した微細物用ピックアップ治具の加工工程を説明する部分断面図である。なお、この実施の形態１ではＳＯＩウエハを用いて微細物用ピックアップ治具を製造している。
【００１５】
ここで、サンドウィッチ状ウエハであるＳＯＩウエハ４１は、図２に示すように単結晶シリコンで形成された支持用シリコン基板４２と、この支持用シリコン基板４２上に形成された非晶質二酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって形成された絶縁体の中間層４３と、この中間層上に形成された構造体用シリコン基板４４とからなる。ＳＯＩウエハは厚さ４００μｍの支持用シリコン基板４２、厚さ２μｍの中間層４３、および厚さ５０μｍの構造体用シリコン基板４４が用いられている。
【００１６】
図１において、微細物用ピックアップ治具は、ＳＯＩウエハ４１の構造体用シリコン基板４４から形成された固定櫛歯４８、可動櫛歯４９、可動櫛歯固定梁５０、ばね用梁５１ａ、５１ｂ、ホルダー５２、ピックアップ部５３、ボンディングパッド５４ａ、５４ｂの構造体を有する。固定櫛歯４８は支持用シリコン基板４２に固定されたボンディングパッド５４ａに接続される。可動櫛歯４９は、可動櫛歯固定梁５０に固定され、可動櫛歯固定梁５０はその両端に接続されたばね用梁５１ａ、５１ｂを介して支持用シリコン基板４２に固定されたボンディングパッド５４ｂと接続される。可動櫛歯４９は固定櫛歯４８と交互に噛み合って配置される。また、ホルダー５２は、その基部５２ａが可動櫛歯固定梁５０のほぼ中央に形成され、その先端にはプローブ状のピックアップ部５３が形成される。ここで、可動櫛歯４９、可動櫛歯固定梁５０、ばね用梁５１ａ、５１ｂ、ホルダー５２、基部５２ａは支持用シリコン基板４２とは直接固定されていないため、支持用シリコン基板４２に固定されたボンディングパッド５４ｂに支持された状態で可動可能となっている。
【００１７】
次に、本発明の微細物用ピックアップ治具の動作について説明する。ボンディングパッド５４ａ、５４ｂに電圧を印加すると、固定櫛歯４８、可動櫛歯４９の間に電圧に応じた静電力が発生する。ここで、ばね用梁５１ａ、５１ｂが、ボンディングパッド５４ａ、５４ｂとばね用梁５１ａ、５１ｂの接続部を支点として弾性変形することで固定櫛歯４８、可動櫛歯４９の櫛歯の噛み合い量が変化し、それに伴いホルダー５２、ピックアップ部５３が固定櫛歯４８に対して矢印方向５５に相対的に移動する。櫛歯間の電圧の印加を解除すると、ばね用梁５１ａ、５１ｂはばね力によってもとの形状（電圧印加前の形状）に戻るため、それに伴い可動櫛歯固定梁５０やピックアップ部５３なども電圧印加前のもとの位置に戻る。このように電圧の印加量の操作により、ピックアップ部５３の移動量を操作することが可能であり、ピックアップ部５３と異物間の分子間力を利用し異物をピックアップすることでプローブとしての機能を果たす。
【００１８】
次に、実施の形態１のピックアップ治具の製造方法について説明する。
構造体用シリコン基板４４の表面は図１に示した櫛歯やばね用梁、ホルダー、ボンディングパッド等の構造体４６に相当する位置にマスク４５が形成される（図２（ａ））。マスク４５によってマスキングされていないシリコン基板４４の露出領域は、深異方性の反応性イオンエッチング法によって、中間層４３の表面が露出するまで深さ方向にエッチングされる（図２（ｂ））。
【００１９】
その後、中間層４３のみを選択的にエッチングする液体あるいは気体によってエッチングを行う。このエッチングは図２に示した幅の狭い構造体５６と支持基板４２との間に介在する中間層４３に対しては、完全に除去することができる。これに対し、幅の広い構造体４７と支持用シリコン基板４２との間に介在する中間層４３に対しては、図２に示すように部分的に残るエッチングがなされる。この結果、幅の広い構造体４７は支持用シリコン基板４２に支持されることになる（図２（ｃ））。
【００２０】
ここで言う幅の狭い構造体５６とは、図１に示した可動櫛歯４９、可動櫛歯固定梁５０、ばね用梁５１ａ、５１ｂ、ホルダー５２、ピックアップ部５３、固定櫛歯４８である。
【００２１】
その後、エッチングによって形成された凹部（エッチングにより構造体用シリコン基板４４、中間層４３が除去された箇所）に充填剤５７を充填し、さらに支持用シリコン基板４２の表面であって、ピックアップ部５３を形成した領域に対向する領域以外の一部分にマスク５８でマスキングをする（図２（ｅ））。なお、充填剤は充填しなくても構わない。
【００２２】
その後、このマスキングされた支持用シリコン基板４２の露出領域のシリコンを充填剤５７が露出するまで深異方性の反応性イオンエッチング法によりエッチングする（図２（ｆ））。なお、充填部材５７およびマスク４５、５８はエッチング後除去される（図２（ｇ））。
【００２３】
その後、ピックアップ部５３の先端部について、乾式あるいは湿式成膜法により絶縁膜５９（例えばＳｉＯ２）を形成する。なお、この工程は、上記中間層４３を除去した後に行ってもよい。
【００２４】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２について説明する。実施の形態１ではプローブ状の微細物用ピックアップ治具を説明したが、この実施の形態２ではピンセット状の微細物用ピックアップ治具について説明する。なお、実施の形態２ではＳＯＩウエハを用いている。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態２である微細物用ピックアップ治具の平面図である。図３において、微細物用ピックアップ治具は、ＳＯＩウエハ４１の構造体用シリコン基板４４から形成される可動櫛歯６０ａ、６０ｂ、可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂ、ピックアップ部６２ａ、６２ｂを有する。可動櫛歯６０ａ、６０ｂはそれぞれ可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂに固定され、可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂの一端は支持用シリコン基板４２に固定される。可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂのもう一端はピックアップ部６２ａ、６２ｂを有する。
【００２６】
櫛歯の先端部分が噛み合った可動櫛歯６０ａ、６０ｂにおいて、それぞれのボンディングパッド６３ａ、６３ｂを介して電圧を印加すると、この電圧に応じた静電力によって櫛歯の噛み合い量が変化し、可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂの一端であるピックアップ部６２ａ、６２ｂ同士が近接する。また、電圧の印加を解除することによって櫛歯間の静電力がなくなり、可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂのばね力によって、可動櫛歯固定梁６１ａ、６１ｂが電圧印加前のもとの位置に戻る。このように櫛歯の噛み合い量により、ピックアップ部６２ａ、６２ｂの移動量を操作することが可能であり、ピックアップ部６２ａ、６２ｂによって、異物を掴むことができる。
【００２７】
実施の形態２のピックアップ治具の製造方法は、図２にあるように実施の形態１と同様である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＥＭＳ技術によりピックアップ治具全体をシリコン部材から一体形成する事で、従来の構造のように各部品の接着固定が不要となり、さらに微小加工が可能なため従来より微小な異物を扱えるピックアップ治具が実現される。
【００２９】
櫛歯型アクチュエータの静電力を駆動力とし、櫛歯型アクチュエータに印加する電圧値の変化によって、ピックアップ治具を動作させることが可能であり、高精度の微細物操作が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるピックアップ治具の平面図
【図２】本発明のピックアップ治具の加工工程を示す部分断面図
【図３】本発明の実施の形態２であるピックアップ治具の平面図
【図４】従来のバイモルフ素子を利用したピンセットの一例を示す図
【符号の説明】
１    ピンセット本体
２    圧電素子
３    圧電素子
４    シム材
７    アタッチメント
８    ピンセット先端部
１５    微細物
２１    制御回路
２２    インターフェイス回路
３１    スイッチ
３２    スイッチ
３３    スイッチ
３４    スイッチ
４１    ＳＯＩウエハ（シリコン基板本体）
４２    支持用シリコン基板
４３    中間層
４４    構造体用シリコン基板
４５    マスク
４６    構造体
４７    幅の広い構造体
４８    固定櫛歯
４９    可動櫛歯
５０    可動櫛歯固定梁
５１ａ  ばね用梁
５１ｂ  ばね用梁
５２    ホルダー
５２ａ  基部
５３    ピックアップ部
５４ａ  ボンディングパッド
５４ｂ  ボンディングパッド
５５    矢印
５６    幅の狭い構造体
５７    充填剤
５８    マスク
５９    絶縁膜
６０ａ  可動櫛歯
６０ｂ  可動櫛歯
６１ａ  可動櫛歯固定梁
６１ｂ  可動櫛歯固定梁
６２ａ  ピックアップ部
６２ｂ  ピックアップ部
６３ａ  ボンディングパッド
６３ｂ  ボンディングパッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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