加工用カンチレバー

【課題】
曲面を含んだ３次元形状の表面に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用して微細形状を形成するときの加工時間を大幅に短縮することを目的とし、そのために多数の切れ刃となるプローブ（探針）によって多数の微細溝を同時に高精度で加工できる新規な加工用カンチレバーを工夫すること。
【解決手段】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を利用して微細パターンの加工を行うための加工用カンチレバーについて、切れ刃となるプローブ（探針）がカンチレバーの１本のレバー部先端に多数設けられていることであり、上記プローブが共通の基材と一体に形成されていること。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
微細加工をするための原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用した加工法に使用する加工用カンチレバーに関するものであり、微小ピッチの微細溝を極めて高能率でかつ高精度で加工することができ、無電解ニッケル面に微細パターン（例えば５μｍピッチ、溝幅１μｍ）を形成する場合の微細溝加工や、サブμｍ幅のいわゆるサブ波長構造の微細溝加工に利用することができるものである。
【背景技術】
【０００２】
加工用カンチレバーに関する従来の技術として特開２００５−２５８２８５号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
この従来技術はフォトマスクの黒欠陥（凸状欠陥）をプローブ顕微鏡技術を用いて修正する際、プローブとマスクガラス基板間の摩擦による静電気の帯電に起因するマスクパターン間の放電を防止することにより、マスクパターンを破損させることなく修正することを可能にしたものである。これは図２２に示すように、欠陥部を機械的に削りとる（切削する）のに用いられる慣用の加工用カンチレバー、すなわち、カンチレバー保持部（ベース部）１０２から突設した幅狭のレバー部１０１の先端にプローブ１０５が固着された加工用カンチレバーに導電性コート１０３を施して導電性をもたせ（図２２）、これにより、加工時の摩擦によってプローブ１０５に生じた静電気をカンチレバー部１０１、カンチレバー保持部から装置筐体へ逃がすものであって、マスクガラス基板の静電気帯電を防ぎ、マスクパターン間の放電によるパターンの破損を防止しながらマスクパターンを修正することができるものである。
【０００３】
また、カンチレバー型アクチュエータに関する従来の技術として特開平６−３１７４０４号公報（特許文献２）に記載されているものがある。
このものは、走査型探針顕微鏡に用いられるカンチレバー型アクチュエータについて、表面の凹凸が比較的大きな試料を観察する場合にも、探針の接触角の変化や位置ずれを小さくすることができるものであり、図２３に示すように、カンチレバー型アクチュエータの固定電極２１３を有する基板２１１に、固定端側の機械的強度の小さい部分２０１とプローブ（探針）２１７が設けられている自由端側の機械的強度の大きい部分２０２から成るカンチレバー２１６が、支持体２１５により支持されているものである。
【０００４】
また、マルチプローブ及び走査型プローブ顕微鏡に関する従来技術が特開２０００−２６６６５８号公報（特許文献３）に記載されている。
このものは、マルチプローブ及び走査型プローブ顕微鏡についてカンチレバーの切替を簡単にすることができるものであり、図２４に示すように、本体３０２上に複数のカンチレバー３０３，３０４，３０５を設け、カンチレバー３０３，３０４，３０５の幅ｗ１は同一であるが、長さｔ２を異にして、これによってこれらの各共振周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５を互いに異ならせると共に、カンチレバー３０３，３０４，３０５の各試料接触部分であるプローブ（探針）Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５を直線Ｌに沿って略直線状配置とし、加振振動周波数をいずれかの共振周波数に一致させることにより、所要のカンチレバーのみを測定に寄与させることができるものである。
【０００５】
〔従来技術の問題点〕
微細形状を形成するための加工法としてフォトリソグラフィーやエッチング等の半導体プロセスが汎用されているが、一般的には、これは２．５次元の加工であるので、３次元的な形状を加工するのは困難であって不向きである。他方、機械加工法は加工深さの制御性が高いことから、３次元形状の加工においてこの機械加工法が他の加工法に対して有利であるといわれている。すなわち、曲面を含んだ３次元形状の表面に微細形状を形成するための加工法として、機械加工法は期待されている工法である。
【０００６】
超精密に微細形状を形成するための機械加工法としては、ダイヤモンド工具の切れ刃を超精密に形成し、そのダイヤモンド工具を回転させながら加工を行うフライカット工法（ミーリング加工）や、ダイヤモンド工具を回転させないでワークを送ることで加工を行うシェーパー工法（引き切り加工）が代表的である。さらに微細な形状を形成するためにＳＰＭ（走査型探針顕微鏡）の機能を利用した加工法がある。
【０００７】
このＳＰＭは先端を尖らせたプローブを用いて、物質の表面をなぞるように動かして表面状態を観察する顕微鏡のことである。原子間力を利用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が代表的な顕微鏡である。このＡＦＭの原理を図１に示している。図１において、プローブ１が物質の表面をなぞるときに、カンチレバー２の反り量が一定に維持されるように、つまりフォトダイオード３でのレーザー光４の検出位置が一定となるようにピエゾ５の伸縮によってＺ軸が上下動するフィードバック制御がおこなわれる。カンチレバー２の反り量を一定に維持することは、プローブ１と物質（工作物）６との間に働く力を一定に維持することであり、その力は微小であるため原子間力といわれる。この反り量の設定によって原子間力より大きな荷重を発生させることが可能であり、物質（工作物）６を加工することができる。このときカンチレバー２が工具となり、プローブ１の先端部あるいは先端近傍またはプローブ全体が切れ刃として働く。
【０００８】
以上のような加工法においては、発生させた荷重を一定に維持することができるので、深さが一定の溝加工が可能である。加工対象（工作物６の加工表面）が曲面であっても、原理的にはその曲面に対して追従することで深さが一定の溝加工が可能である。ピエゾ５によるフィードバック制御のストロークは数μｍ程度であるため、曲面の加工には図１に示すようなヘッド部を搭載して、３次元的に走査できる装置が必要である。
【０００９】
上記特許文献１にＳＰＭの機能を利用した加工によってフォトマスクの黒欠陥を修正することが記載されている。この従来技術は、加工に使用するための切れ刃となるプローブ１０５は一つであるので、このような加工によって微細形状を直径数十ｍｍの領域全体に形成するときには、非常に長い時間を要する。例えば、サブミクロンレベルの微細形状をサブミクロンレベルのピッチで形成するために、数十日間を要することもある。この問題は、加工に限らず、ＡＦＭによる表面形状計測や情報の記録再生等においても共通する問題である。
【００１０】
また、上記特許文献２に情報記録再生のためにカンチレバーを複数本使用することが記載されている。さらに、上記特許文献３に表面形状計測のためにカンチレバーのレバー部を複数本有するものが記載されている。
この特許文献３には先端に一つのプローブを有する複数カンチレバー（あるいはレバー部）３０３，３０４，３０５を同時に使用して表面加工を行うことは記載されていないが、仮にこれらの複数のプローブを同時に使用して表面加工用に供するとすれば、その場合は複数のカンチレバーをそれぞれ所望の荷重になるように加工中に制御することが必要である。また、レバー部先端のプローブの間の間隔（ピッチ）、つまりレバー部間のピッチを微小にするにはレバー部を微小にする必要があり、このような微小なレバー部ではそれ自体に必要な強度を確保することが極めて困難で強度不足になり、加工に必要な荷重（加工荷重）をレバー部に発生させることができず、結局、所望の加工を行うことはできない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２５８２８５号公報
【特許文献２】特開平６−３１７４０４号公報
【特許文献３】特開２０００−２６６６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この出願の発明は、曲面を含んだ３次元形状の表面にＡＦＭの機能を利用して微細形状を形成するときの加工時間を大幅に短縮することを目的とし、そのために多数の切れ刃となるプローブ（探針）によって多数の微細溝を同時に高精度で加工できる新規な加工用カンチレバーを工夫することをその技術的課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための技術的手段は、上記加工用カンチレバーについて切れ刃となるプローブ（探針）がカンチレバーの１本のレバー部先端に多数設けられていることであり、上記プローブ（以下これを単に「プローブ」という）が共通の基材と一体に形成されていることを特徴とする。
なお、上記の「多数」は少なくとも１０以上を意味するが、その技術的範囲は１０未満の比較的少ない複数を除外するのではない（以下、同じ）。
これにより、一回の走査で多数の微細溝を同時に加工することができる。さらには、カンチレバー（あるいはレバー部）が多数あってそれぞれの先端に一つのプローブを設けた従来技術に比して、プローブ間のピッチを微小にすることが可能であるので、なおいっそう微小ピッチの微細溝を加工することができる。
また、本発明の加工用カンチレバーは切れ刃となる多数のプローブは共通の基材と一体に形成されているものであるから、各プローブがそれぞれ別々に形成されるのではなく、多数のプローブが一定の配列パターンで共通の基材（プローブ基材）と一体に形成されるから、高精度なピッチで配置された多数のプローブが加工用カンチレバーの先端に接着されることになる。
さらには、多数のプローブが共通の基材と一体に形成されているから、各プローブは微小であってもこれらが一体になったもの（プローブ群）は、単独のプローブと比較してはるかに大きいサイズであり、したがって、マニピュレーションしやすい大きさになっている。
【００１４】
また、本発明の加工用カンチレバーは、上記多数のプローブが存在するレバー部を複数有することによって、加工用カンチレバーが複数本となるために、さらに多数のプローブを用いて多数の微細溝を一度の走査で形成することができる。
また、本発明の加工用カンチレバーのレバー部はバネ定数が同じであり、各レバー部の先端に多数のプローブとプローブ基材とによるプローブ群が設けられており、上記プローブ群が同じ配列パターンで多数のプローブを形成したものであり、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が全て異なることを特徴としている。
【００１５】
加工用カンチレバーがその先端に上記プローブ群を有する複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は同じであり、各レバー部の先端に同じプローブ群があるため、各レバー部先端のプローブ群によって多数の微細パターンを加工することが可能である。さらに、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブの位置までの距離がすべて異なるため、一回の走査で同じ微細パターンを多数加工することができる。
【００１６】
また、本発明の加工用カンチレバーは先端に上記プローブ群が設けられた複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は加工時に進行方向前方から後方に順に小さく、カンチレバーの上記レバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであることを特徴としている。
多数のプローブが同じパターンで配列されている上記プローブ群がレバー部先端に設けられており、カンチレバーの上記レバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであるから、各レバーのプローブは加工時の進行方向の前方から後方に順に同じ微細溝をなぞることになり、さらに、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向の前方から後方に順に小さくなるので、プローブにかかる加工荷重は、最初にバネ定数の大きいレバー部によって大きな荷重であり、その後、レバー部のバネ定数が小さくなるから順次小さな荷重になっていく。したがって、一回の走査で粗加工から仕上げ加工までなされる。
なお、以上が請求項１〜請求項４に係る発明の解決手段とその作用である。請求項５〜請求項７に係る発明は下記の実施の形態において開示した範囲内の発明であるので、ここでの説明は省略する。
【発明の効果】
【００１７】
１．請求項１に係る発明の効果
請求項１に係る発明は、加工用カンチレバーについて、プローブが１本のレバー部に多数存在することを特徴としている。これにより、一回の走査で多数の微細溝を加工することができる。さらには、先端に一つのプローブが設けられているカンチレバーを複数寄せ集めたものに比して、プローブ間のピッチを微小にすることが可能となるため、微小ピッチの微細溝を加工することができる。
さらに、請求項１に係る発明は加工用カンチレバーに多数のプローブが共通の基材と一体に形成されていることを特徴としている。これにより、各プローブが配列した状態でプローブ基材と一体に形成されているため、高精度なピッチで多数のプローブが配置された加工用カンチレバーを構成することができる。さらには、各プローブが共通の基材と一体であるため、個々のプローブは微小であっても一体に形成された部分はサイズ的にマニピュレーションするのに容易な大きさとなる。
【００１８】
２．請求項２に係る発明
請求項２に係る発明による加工用カンチレバーは、上記の多数のプローブが設けられたレバー部を複数有することを特徴としている。これにより、一つのカンチレバーにさらに多数のプローブを設けることができ、したがって、さらに多数の微細溝を一度の走査で高精度で加工することができる。
【００１９】
３．請求項３に係る発明の効果
請求項３に係る発明による加工用カンチレバーは、バネ定数が同じ複数のレバー部からなり、各レバー部の先端に同じパターンで配置された多数のプローブとプローブ基材とによる１つのプローブ群が設けられており、カンチレバーの上記レバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が全て異なることを特徴としている。カンチレバーがバネ定数が同じ複数のレバー部からなり、各レバー部の先端に上記のとおりのプローブ群が設けられているので、複数の各レバー部によって多数の同じ微細パターンを同時に加工することができる。さらに、カンチレバーのレバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離がすべて異なるため、一回の走査で多数の同じ微細パターンを同時に加工することができる。
【００２０】
４．請求項４に係る発明の効果
請求項４に係る発明による加工用カンチレバーは先端に上記のプローブ群を備えた複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に小さく、加工用カンチレバーのレバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであることを特徴としている。したがって、加工用カンチレバーは上記プローブ群が先端に設けられた複数のレバー部からなり、当該レバー部がある位置に対して反対側のベース端面から先端がプローブまでの距離が同じであるので、各レバー部のプローブが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に同じ微細溝をなぞることになり、さらに、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向の前方から後方に順に小さくなるので、各プローブにかかる加工荷重は、最初はバネ定数の大きいレバー部による大きな荷重であり、その後、レバー部のバネ定数が小さくなるから順次小さな荷重になっていく。したがって、一回の走査で粗加工から仕上げ加工までなされる。
そして、本発明により、曲面を含んだ３次元形状の表面にＡＦＭの原理を利用して微細形状を形成するときの、加工時間を短縮することが可能となる。
なお、以上が請求項１〜請求項４に係る発明の効果である。請求項５〜請求項７に係る発明は下記の実施形態において開示した範囲内の発明であるので、これらの発明の効果の説明は省略する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次いで、この発明を無電解ニッケル面に微細パターンを形成する微細加工に適用した実施例を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の加工用カンチレバーの例を図２に示している。これはカンチレバーのベース部を省略してレバー部を示しているものであるが、プローブ１が１本のレバー部２ａの先端に多数存在している。
カンチレバーのベース部とレバー部２ａはシリコン製であり、単結晶シリコンをエッチング加工して作製される。すなわち、単結晶シリコンの（１００）面上に、フォトマスクを用いてリソグラフィー技術によって、シリコン酸化膜のパターンを形成して、エッチングマスクを作製し、次にＫＯＨ溶液中で、異方性エッチングを行い、最後にエッチングマスクである酸化膜をフッ酸で除去して、カンチレバーのベース部とレバー部２ａを形成した。
【００２３】
プローブはダイヤモンド製であり、単結晶シリコンをモールドとしてＣＶＤ法（化学気相合成法）でダイヤモンドを形成することで作製する。はじめに、単結晶シリコンの（１００）面にフォトマスクを用いたリソグラフィー技術によって、シリコン酸化膜のエッチングマスクを作製した。エッチングマスクとプローブ形状は図３に示すように、円形状のマスク開口部に外接する正方形を底辺とする四角錘のくぼみが形成される関係となる。次に、ＫＯＨ溶液中で、異方性エッチングを行い、最後にエッチングマスクである酸化膜をフッ酸で除去して、単結晶シリコンからなるモールドを形成し、さらに、モールドに対してＣＶＤ法でダイヤモンドを形成した。形成したダイヤモンドの厚さはプローブの高さ以上となっており一体化している。最後に、単結晶シリコンからなるモールドをアルカリエッチングにより溶かすことで、ダイヤモンドプローブを得た。エッチングマスクの円形状の直径を５μｍとしたので、ピッチ５μｍで配列したプローブを形成することができた。形成したプローブの一部を図４に示す。この例では１５個のプローブ１からなるプローブ群１Ｇがプローブ基材１ｂ上に９個配列して形成されている。これを図５のような形状にレーザーによって切断して、個々のプローブ群１Ｇに分離し、これをカンチレバーの先端に接着する。
【００２４】
各プローブ群１Ｇにおける各プローブ１の配列の位置関係は図６に示すとおりであり、これは５個のプロ−ブの横列（行）が３つ配列されており、各横列におけるプローブの基本ピッチＡ＝５μｍ、つまり加工時の送り方向と直交する方向のプローブ１の切れ刃先端のピッチが５μｍである。横一列目（１行目）に５個のプローブが配列され、横２列目（２行目）は横１列目（１行目）に対してＡ／３、横３列目（３行目）は横２列目（２行目）に対してＡ／３ずらされた配列となっている。
【００２５】
以上の加工用カンチレバーを使用して、無電解ニッケル面に微細パターンを形成した。１つのプローブについて１つの微細溝が形成されるので、縦方向の一回の走査で１５本の微細溝を形成することができる。したがって、従来の一個のプローブ１による場合に比してその加工時間は１／１５に短縮される。また、これら１５本の微細溝は、各プローブ１の位置精度が半導体プロセスにおける精度に相当し、加工中にずれることがないため、非常に高精度なピッチとなっている。
【００２６】
図７はカンチレバーのレバー部２ａに対してプローブの突き出し量が不足して加工用カンチレバーと加工面が干渉してしまう恐れがあるときに、プローブ基材１ｂを厚くしてプローブ１のレバー部２ａ表面からの突き出し量を大きくした例である。
【００２７】
また、図８は本実施例のプローブ群１Ｇのレバー部２ａに対する向きを９０度変え、さらにレバー部２ａに対する加工時の送り方向を９０度変えた例である。また、図９は２５個のプローブ１を配列してプローブ群１Ｇを構成した例であり、プローブ群１Ｇのレバー部に対する向きや、送り方向（パラレルリンク機構等によって加工ヘッドを動かす方向）のレバー部に対する向きは図８の例と違いはなく、加工時の送り方向に直交する方向のプローブ１の先端のピッチがＡ／５となっている点が図８の例と異なる。プローブ１の配置ピッチＡに対する加工溝のピッチがいっそう小さい。
【実施例２】
【００２８】
実施例１と同様の方法で加工用カンチレバーを作製した。図１０のように加工用カンチレバー２のベース部２ｂを階段状としてレバー部２ａを形成している。レバー部２ａは４本とも同じ形状であり、同じバネ定数を持っている。カンチレバー２のベース部２ｂの先端を階段状とすることで、当該ベース部２ｂのレバー２ａがある位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブの位置までの距離がすべて異なるようになっている。
図１１に各レバー部２ａ先端のプローブ部を拡大して示している。プローブ部は各レバー部２ａについてすべて同じであり、２５個のプローブ１を一群とするプローブ群１Ｇである。
なお、この例はプローブ５個の縦列が５列設けられたものであり、隣接する縦列がＡ／５だけ縦方向にずらされている。
図８の例、図９の例と同様に、加工時の送り方向（横方向）と直交する方向（縦列方向）においてすべてのプローブ１の切れ刃先端の縦方向ピッチがＡ／５になっている（図１１）。ただし、この例ではプローブ１のピッチＡを１μｍとしているので、送り方向と直交する方向（縦方向）におけるプローブ先端のピッチ（Ａ／５）は２００ｎｍとなる。
【００２９】
実施例１のようにそれぞれのプローブ群１Ｇを切り離してそれぞれを各レバー部２ａの先端に接着しても良いが、図１２、図１３に示すようにすることもできる。すなわち、２つのプローブ群１Ｇをプローブ基材１ｂ上に形成し（図１２）、これを２つのレバー部２ａ先端に接着して後、レーザーで不要部分を切断する。この図１２の例はプローブ基材１ｂにすべてのプローブ（この例では２つ）が所望の配列になるように形成するものであり、また図１３は全てのプローブ１の位置関係を維持するように必要最小限のプローブ基材部分を残すようにプローブ基材を切断した状態を示している。この状態でレバー部２ａ，２ａの先端にプローブ群１Ｇをそれぞれ接着し（図１４）、その後、図１５のようにプローブ基材１ｂの不要部分を切断する。このようにすることによって、多数のレバー部先端のそれぞれプローブ群１Ｇ間の位置関係の精度を高くし、ひいては全プローブにおける各プローブ間の位置関係の精度を高くすることができる。
【００３０】
実施例２による加工用カンチレバーを使用して、無電解ニッケル面に微細パターンを形成した。１００個（２５個×４プローブ群）のプローブ１を備えているので一回の走査で１００本の微細溝を形成することができ、従来の一個のプローブによる加工に比して溝加工時間が１／１００に短縮される。また、これら１００本の微細溝は、各プローブ群１Ｇのプローブ１の位置精度が半導体プロセスにおける精度と同程度に極めて高く、これらの位置関係が加工中にずれることはないので、非常に高精度なピッチで形成される。
【００３１】
図１６に他の例を示している。この例のカンチレバー２はそのレバー基部２ｂから３つのレバー部２ａを突設してあり、これらのレバー部２ａ−１，２ａ−２，２ａ−３は順に長さが短くてその先端が階段状になっている。そして各レバー部２ａ−１，２ａ−２，２ａ−３の幅を順に狭くして各レバー部のバネ定数を同じ値５００Ｎ／ｍに調整している。上記各レバー部の寸法は次の表１に示すとおりである。
【００３２】
【表１】

【００３３】
カンチレバー２の上記レバー部の長さＬ、厚さｔ、幅ｗとバネ定数ｋとの関係は、レバー部の材料のヤング率をＥとすると次式のような関係がある。
ｋ＝Ｅ×ｗ×ｔ^３／（４×Ｌ^３）
上記式から所望のバネ定数ｋのレバー寸法を決定することができる。この加工用カンチレバーにおいても同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３４】
実施例１と同様の方法でカンチレバー２を作製した。図１７のようにカンチレバーのベース部２ｂを階段状としてレバー部２ａ−１〜２ａ−４の長さを順次違えることで、これらのバネ定数が加工時に送り方向（パラレルリンク機構等によって加工ヘッドを動かす方向）における前方から後方へ順に小さくなっている。つまり図１７において右側のレバー部のバネ定数が大で、左方のバネ定数が小となっている。バネ定数と各レバーの寸法は表２に示すとおりである。
【００３５】
【表２】

【００３６】
実施例３におけるプローブ部分を拡大して図１８に示している。実施例２と同様に２５個のプローブ１で一つのプローブ群１Ｇを構成しており、各レバー部の先端に同じプローブ群１Ｇが固着（具体的には接着）されている。カンチレバーのベース部２ｂのベース端面（レバー部２ａが存在する位置の反対側のベース端面）２ｅから先端のプローブの位置までの距離Ｌａが各レバーにつき同じである。すなわち、加工時の送り方向に加工用カンチレバー２を送ったときに４本のレバー部（２ａ−１〜２ａ−４）のプローブ群１Ｇの送り方向に整列しているプローブ１が順次同じ溝をなぞっていくような関係である。このように各レバー部のバネ定数ｋが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に小さくなっているので、カンチレバーを加工面に押し付けてレバー部に変位を与えたときに、各レバーの変位は同等である。したがって、まずバネ定数が大きいレバー部によって大荷重の加工を行い、これに続いて順に小さい加工荷重で加工がなされる。よって、一本の溝に対して一回の走査で粗加工から仕上げ加工までの加工が行われる。
【００３７】
このような加工用カンチレバーを使用して、光学ガラス面に微細パターンを形成した。一回の走査で２５本の微細溝を形成することができ、従来の一個のプローブを設けた加工用カンチレバーによる場合の１／２５に加工時間を短縮することができる。また、これら２５本の微細溝は、各プローブ１の位置精度が半導体プロセスにおける精度に相当し、加工中にこれらがずれることはないので、非常に高精度なピッチとなっている。さらには、４本のレバー部に存在する複数のプローブによって粗加工から仕上げ加工まで行うので、仕上げ精度の高い微細パターンを形成することができる。
【００３８】
図１９に実施例３の他の例を示している。この例は同じ長さの３つのレバー部２ａ−１〜２ａ−３をベース部２ｂの同じ端面から突設し、その幅を違えて各レバー部のバネ定数ｋを調整した加工用カンチレバーである。この加工用カンチレバーにおいても、各レバー部のバネ定数ｋが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に小さくなっているので、カンチレバーを加工面に押し付けてレバー部に変位を与えたときに、各レバーの変位は同等であるので、まずバネ定数が大きいレバー部によって大荷重の加工を行い、これに続いて順に小さい加工荷重で加工を行う。よって、一本の溝に対して一回の走査で粗加工から仕上げ加工までを行うことができる。実施例３の各レバー部の寸法関係と各レバーのバネ定数の関係は表３に示すとおりである。
【００３９】
【表３】

【実施例４】
【００４０】
この出願の発明の基本的な実施例の加工用カンチレバーは図２に示されているものであり、図２に示す例ではカンチレバー２のベース部２ｂを省略してレバー部２ａとプローブ群１Ｇが示されており、切れ刃となるプローブ１が１つのレバー部２ａに対して多数（具体的には１５）個設けられている。
そして、カンチレバー２のレバー部２ａとベース部２ｂはステンレス製であり、ステンレス板をプレス加工することで作製したものである。
この実施例４のプローブ群１Ｇは実施例１のプローブと同様の方法で作製したものであり、図２０に示すようにシリコンモールドと一体の状態で切断して、これをカンチレバーのレバー部に接着する。その後、単結晶シリコンをアルカリエッチングで除去することで加工用カンチレバーを作製する。
【００４１】
以上のようにして作製した本発明の加工用カンチレバーを使用して、無電解ニッケルからなる曲面に微細パターンを形成した。図１に示すような機構の加工ヘッドを、図２１に示すようなパラレルリンク機構に装着して、曲面の加工を行った。これはパラレルリンク機構によって自在な角度で加工を行える装置であり、パラレルリンク機構によって加工ヘッドを動かすことで、曲面に対してツールパスを発生させ、加工ヘッド部のピエゾを加工荷重が一定となるように制御することによって、曲面の微細パターンの加工が可能となる。本実施例ではパラレルリンク機構を採用したが、５軸または６軸で構成される多軸の加工装置やステージを採用することも可能である。
【００４２】
以上のような加工によって、一回の走査で１５の微細溝を形成することができ、従来の一個のプローブを備えた加工用カンチレバーによる加工に比してその加工時間を１／１５に短縮することができる。また、これら１５の微細溝は、プローブの位置精度が半導体プロセスにおける精度に相当し、加工中にずれることがないので非常に高精度なピッチとなっている。
この実施例では、単結晶シリコンに複数のプローブに相当する四角錐のくぼみを形成したシリコンモールドを使用して、ＣＶＤ法によるダイヤモンドを形成して複数のプローブを作製した。
【００４３】
なお、プローブ１についてはダイヤモンド製に限られるものではなく、例えば、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウムなどの他の基材によるものでも同様の効果が期待される。
また、プローブ基材上に多数のプローブを規則的な配置で高精度で形成することが必要であり、当該プローブをレーザービーム加工技術を利用して形成することが可能であり、この場合は、プローブの共通基材（プローブ基材となるもの）をカンチレバー２のレバー部２ａに接着してから、多数のプローブ１をＦＩＢのようなビーム加工によって形成するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】はＳＰＭ（ＡＦＭ）の原理の説明図
【図２】は実施例１における加工用カンチレバーの基本形を示す斜視図
【図３】は実施例におけるプローブ群の形成方法の説明図
【図４】は図３の形成方法で形成した多数のプローブ群を示す平面図
【図５】（ａ）は図４における多数のプローブ群から分割した一つのプローブ群の平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図
【図６】は各プローブ群１Ｇにおける各プローブ１の配列の位置関係を示す平面図
【図７】（ａ）はプローブ基材１ｂを厚くしてプローブ１のレバー部２ａ表面からの突き出し量を大きくした例の平面図、（ｂ）は側面図
【図８】は実施例１において１５個のプローブ１を配列したプローブ群１Ｇのレバー部２ａに対する向きを９０度変え、さらにレバー部２ａに対する加工時の送り方向を９０度変えた例の平面図
【図９】２５個のプローブ１を配列してプローブ群１Ｇを形成し、プローブ群１Ｇのレバー部に対する向きや、送り方向のレバー部に対する向きが図８の例と同様の例の平面図
【図１０】は実施例２の加工用カンチレバーの平面図
【図１１】は実施例２の加工用カンチレバーの各レバー部２ａの先端部を拡大して示す一部拡大図
【図１２】は実施例２における２つのプローブ群１Ｇの形成方法を示す平面図
【図１３】は図１２の２つのプローブ群をプローブ基材から切り出した状態を示す平面図
【図１４】は図１３の２つのプローブ群を隣接する２つのレバー部先端に接着した状態を示す平面図
【図１５】は図１４の２つのプローブ群のプローブ基材による繋ぎを切除した状態を示す平面図
【図１６】は実施例２の加工用カンチレバーの他の例の平面図
【図１７】は実施例３の加工用カンチレバーの平面図
【図１８】は実施例３の加工用カンチレバーのレバー部先端のプローブ群を拡大して示す、図１７の一部拡大図
【図１９】は実施例３の他の例を示す平面図
【図２０】は実施例４の加工用カンチレバーの説明用断面図
【図２１】はパラレルリンク機構によって自在な角度で加工を行う装置の正面図
【図２２】は従来技術の説明図
【図２３】は他の従来技術の説明図
【図２４】はさらに他の従来技術の説明図
【符号の説明】
【００４５】
１：プローブ
１Ｇ：プローブ群
１ｂ：プローブ基材
２：加工用カンチレバー
２ａ：レバー部
２ｂ：ベース部
２ｅ：ベース端面
３：フォトダイオード
４：レーザー光
５：ピエゾ
６：物質（工作物）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用して微細パターンの加工を行うための加工用カンチレバーにおいて、
切れ刃となるプローブ（探針）が１本のカンチレバーのレバー部先端に多数設けられており、
多数のプローブが共通のプローブ基材と一体に形成されていることを特徴とする加工用カンチレバー。
【請求項２】
多数のプローブが設けられたカンチレバーのレバー部を複数有することを特徴とする請求項１の加工用カンチレバー。
【請求項３】
上記複数のレバー部のバネ定数が同じであり、レバー部先端に多数のプローブとプローブ基材とによるプローブ群が設けられており、
上記プローブ群が同じパターン配置で多数のプローブが形成されているものであり、
カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が全て異なることを特徴とする請求項２の加工用カンチレバー。
【請求項４】
加工用カンチレバーが先端に上記プローブ群が設けられている複数のレバー部からなり、複数のレバー部のバネ定数は加工時の進行方向前方から後方に向かって順に小さく、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであることを特徴とする請求項２の加工用カンチレバー。
【請求項５】
各プローブ群１Ｇにおける各プローブ１が複数列に配列されていることを特徴とする請求項３の加工用カンチレバー。
【請求項６】
各プローブ群１Ｇにおける各プローブ１が複数のｎ列に配列されており、各列におけるプローブのピッチがＡであり、隣接する列間でＡ／ｎだけ列方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項３の加工用カンチレバー。
【請求項７】
上記複数のレバー部の厚さが同じで、長さが加工時の進行方向の前方から後方に向かって順に長く、幅が順に大きくて、全てのレバー部のバネ定数が同じであることを特徴とする請求項３の加工用カンチレバー。
【請求項８】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用して微細パターンの加工を行うための加工用カンチレバーを用いる微細溝の加工方法であって、
上記加工用カンチレバーが先端に多数の切れ刃となるプローブ（探針）を備えており、
各プローブによってそれぞれ溝を切削加工し、一回の送りでプロ−ブ数に相当する溝を同時に形成する微細溝の加工方法。
【請求項９】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用して微細パターンの加工を行うための加工用カンチレバーを用いる微細溝の加工方法であって、
上記加工用カンチレバーが先端に多数の切れ刃となるプローブ（探針）を備えており、
加工用カンチレバーが先端に上記プローブ群が設けられている複数のレバー部からなり、
複数のレバー部のバネ定数が加工時の進行方向前方から後方に向かって順に小さく、カンチレバーのレバー部が存在する位置に対して反対側のベース端面から先端のプローブまでの距離が同じであり、
複数のレバー部の全てのプローブで同時に溝を加工し、
各レバー部の１つのプローブと他のレバー部の１つのプローブが同じ溝を加工して、一回の送りで１つの溝を複数のプローブで繰り返し加工することを特徴とする微細溝の加工方法。

【図１】