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JP2007044804A - Nano tweezers device and method for gripping micro sample - Google Patents

Nano tweezers device and method for gripping micro sample Download PDF

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JP2007044804A
JP2007044804A JP2005231377A JP2005231377A JP2007044804A JP 2007044804 A JP2007044804 A JP 2007044804A JP 2005231377 A JP2005231377 A JP 2005231377A JP 2005231377 A JP2005231377 A JP 2005231377A JP 2007044804 A JP2007044804 A JP 2007044804A
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arms
electrostatic actuator
pair
voltage
comb
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JP2005231377A
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Takashi Konno
隆 今野
Koki Hayashi
宏樹 林
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Aoi Electronics Co Ltd
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Aoi Electronics Co Ltd
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Abstract

【課題】 微小物体を正確に把持したり解放したりすることができるナノピンセット装置を提供すること。
【解決手段】 ナノピンセット1の静電アクチュエータ4a,4bを構成する固定電極5a,5bおよび可動電極6a,6bは、いずれも櫛歯形状を呈しており、相互に複数の櫛歯が噛み合うように対向配置されている。固定電極5a,5bは台座10に固定され、可動電極6a,6bは細いビーム状の支持部7によって台座10に弾性的に固定されている。電源回路2により固定電極5a,5bと可動電極6a,6bとの間に直流電圧を印加すると、クーロン力により可動電極6a,6bが移動してアーム3を駆動する。ナノピンセット装置50では、静電アクチュエータ4a,4bをロック状態とすることにより、微小物体を確実に把持することができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nano tweezer device capable of accurately grasping and releasing a minute object.
SOLUTION: The fixed electrodes 5a and 5b and the movable electrodes 6a and 6b constituting the electrostatic actuators 4a and 4b of the nanotweezers 1 each have a comb shape so that a plurality of comb teeth mesh with each other. Opposed. The fixed electrodes 5 a and 5 b are fixed to the pedestal 10, and the movable electrodes 6 a and 6 b are elastically fixed to the pedestal 10 by a thin beam-shaped support portion 7. When a DC voltage is applied between the fixed electrodes 5a, 5b and the movable electrodes 6a, 6b by the power supply circuit 2, the movable electrodes 6a, 6b move by the Coulomb force to drive the arm 3. In the nano tweezer device 50, the electrostatic actuators 4a and 4b are locked, so that a minute object can be reliably gripped.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、静電力を利用して微小物体を把持、解放するナノピンセット装置、および、微小試料の把持方法に関する。   The present invention relates to a nanotweezers device that grips and releases a micro object using an electrostatic force, and a micro sample gripping method.

ナノピンセットは、一対のアームの先端部の開閉動作により、ナノオーダーあるいはミクロンオーダーサイズの微小物体を把持し、移送し、解放する機能を有する。従来、一対のアームの開閉を行わせるためのアクチュエータとしては、静電方式、熱方式、圧電方式など種々のものが提案されている。その中で、静電方式のアクチュエータとしては、噛合する2つの櫛歯電極を用いる方式のものが知られており、電極間に印加される電圧をオン・オフ制御することによりアームを開閉させている(例えば、特許文献1参照)。さらに、特許文献1に記載の装置では、往復運動する搬送子を用いてアームを所定量ずつ開閉させるようにしている。   The nano tweezers has a function of gripping, transferring, and releasing a nano-sized or micron-sized micro object by opening and closing operations of the tip portions of a pair of arms. Conventionally, various actuators such as an electrostatic system, a thermal system, and a piezoelectric system have been proposed as actuators for opening and closing a pair of arms. Among them, electrostatic actuators that use two interdigitated electrodes are known, and the arm is opened and closed by on / off control of the voltage applied between the electrodes. (For example, refer to Patent Document 1). Furthermore, in the apparatus described in Patent Document 1, the arm is opened and closed by a predetermined amount using a reciprocating carrier.

特開平7−52072号公報JP-A-7-52072

しかしながら、特許文献1に記載の装置では、微小物体を把持する際に、その微小物体を正しく把持したか否かの判断が難しい。また、把持している微小物体を解放する際に、把持状態から解放状態への移行過程をチェックできないので、解放動作を正確に行うのが難しいという問題がある。   However, in the apparatus described in Patent Document 1, it is difficult to determine whether or not the minute object has been correctly grasped when grasping the minute object. Further, when releasing a grasped minute object, there is a problem that it is difficult to accurately perform the releasing operation because the transition process from the grasping state to the releasing state cannot be checked.

(1)請求項1の発明に係るナノピンセット装置は、開閉自在な一対のアームと、一対のアームをクーロン力で開閉駆動する静電アクチュエータと、静電アクチュエータに所定の駆動電圧を印加する制御手段とを備え、制御手段は、一対のアームが対象物を把持したのち、静電アクチュエータで発生するクーロン力が、対象物を把持する際にアームが変形することによって生じる最大弾性力を上回るように決定されるロック駆動電圧を静電アクチュエータへ印加することを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のナノピンセット装置において、制御手段は、ロック駆動電圧により一対のアームが対象物を把持したのち、静電アクチュエータで発生するクーロン力が弾性力と釣り合うように決定されるアンロック駆動電圧を静電アクチュエータへ印加するものである。
(3)請求項3の発明は、請求項1または2に記載のナノピンセット装置において、制御手段は、開放されている一対のアームで対象物を把持させる際に、一対のアームが所定の把持力で対称物を把持するように決定されるグリップ駆動電圧を静電アクチュエータへ印加する。
(4)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のナノピンセット装置において、ロック駆動電圧の印加を指令するロックスイッチと、アンロック駆動電圧を指令するアンロックスイッチと、グリップ駆動電圧を指令するグリップスイッチとが操作者に操作されるように配設されている操作盤を備える。
(5)請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のナノピンセット装置において、静電アクチュエータは、櫛歯型の固定電極と、その固定電極に所定の間隔を開けて噛合する櫛歯型の可動電極とを有するものである。
(6)請求項6の発明は、請求項5に記載のナノピンセット装置において、固定電極の櫛歯と可動電極の櫛歯の少なくとも一方の噛合する対向面に、絶縁層が設けられている。
(7)請求項7の発明による微小試料の把持方法は、クーロン力で開閉駆動する静電アクチュエータにより一対のアームが対象物を把持したのち、クーロン力が、対象物を把持する際に変形するアームによる弾性力を上回るように、静電アクチュエータへ駆動電圧を印加することを特徴とする。
(1) A nanotweezer device according to an invention of claim 1 is a pair of arms that can be opened and closed, an electrostatic actuator that opens and closes the pair of arms with Coulomb force, and a control that applies a predetermined drive voltage to the electrostatic actuator. The control means is configured such that after the pair of arms grips the object, the Coulomb force generated by the electrostatic actuator exceeds the maximum elastic force generated by the deformation of the arm when gripping the object. The lock driving voltage determined in (1) is applied to the electrostatic actuator.
(2) The invention according to claim 2 is the nanotweezer device according to claim 1, wherein the control means is configured such that the Coulomb force generated by the electrostatic actuator is elastic after the pair of arms grips the object by the lock driving voltage. An unlock driving voltage determined so as to balance the force is applied to the electrostatic actuator.
(3) A third aspect of the present invention is the nanotweezer device according to the first or second aspect, wherein when the control means grips the object with the pair of open arms, the pair of arms holds the predetermined grip. A grip driving voltage determined to grip a symmetrical object with force is applied to the electrostatic actuator.
(4) The invention of claim 4 is the nanotweezer device according to any one of claims 1 to 3, wherein a lock switch for instructing application of a lock drive voltage and an unlock switch for instructing an unlock drive voltage And a grip switch for instructing a grip driving voltage is provided with an operation panel arranged to be operated by an operator.
(5) The invention according to claim 5 is the nanotweezer device according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrostatic actuator includes a comb-shaped fixed electrode and a predetermined interval between the fixed electrode. And a comb-shaped movable electrode that meshes with each other.
(6) A sixth aspect of the present invention is the nanotweezer device according to the fifth aspect, wherein an insulating layer is provided on an opposing surface of at least one of the comb teeth of the fixed electrode and the comb teeth of the movable electrode.
(7) In the method of gripping a micro sample according to the invention of claim 7, the Coulomb force is deformed when the object is gripped after the pair of arms grips the object by the electrostatic actuator that is opened and closed by the Coulomb force. A drive voltage is applied to the electrostatic actuator so as to exceed the elastic force of the arm.

本発明によるナノピンセット装置によれば、静電アクチュエータにロック駆動電圧を印加することにより、微小物体を確実に把持することができる。   According to the nanotweezer device of the present invention, a minute object can be reliably gripped by applying a lock driving voltage to the electrostatic actuator.

以下、本発明の実施の形態によるナノピンセット装置について図を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるナノピンセット装置全体の概略を示す構成図である。ナノピンセット装置50は、ナノピンセット1と、電源回路2とを備えており、ナノピンセット1は、後述するようにSOI(Silicon on Insulator)ウエハから一体で作製される。SOIウエハは、2枚のSi単結晶板の一方にSiO層を形成し、SiO層を介して貼り合わせたものである。
Hereinafter, a nanotweezer device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the entire nanotweezers according to an embodiment of the present invention. The nano tweezers device 50 includes a nano tweezers 1 and a power supply circuit 2. The nano tweezers 1 are integrally manufactured from an SOI (Silicon on Insulator) wafer as will be described later. The SOI wafer is obtained by forming a SiO 2 layer on one of two Si single crystal plates and bonding them together via the SiO 2 layer.

図1に示すように、ナノピンセット1は、一対のアーム3a,3bと、一対の静電アクチュエータ4a,4bと、一対の支持部7a,7bと、一対の連結部8a,8bと、一対のアーム支持部9a,9bと、台座10とを備える。静電アクチュエータ4aには、固定電極5aおよび可動電極6aが設けられ、静電アクチュエータ4bには固定電極5bおよび可動電極6bが設けられている。台座10は、不図示のホルダに着脱可能に取り付けられ、そのホルダは、不図示の移動機構により3次元方向に移動可能であり、これにより、ナノピンセット1全体が3次元方向に移動可能となっている。   As shown in FIG. 1, the nanotweezers 1 includes a pair of arms 3a and 3b, a pair of electrostatic actuators 4a and 4b, a pair of support portions 7a and 7b, a pair of connecting portions 8a and 8b, and a pair of Arm support portions 9a and 9b and a pedestal 10 are provided. The electrostatic actuator 4a is provided with a fixed electrode 5a and a movable electrode 6a, and the electrostatic actuator 4b is provided with a fixed electrode 5b and a movable electrode 6b. The pedestal 10 is detachably attached to a holder (not shown), and the holder can be moved in a three-dimensional direction by a moving mechanism (not shown), whereby the entire nanotweezers 1 can be moved in a three-dimensional direction. ing.

図2を参照しながら、ナノピンセット1の構造を詳しく説明する。図2は、図1に示すナノピンセット1を拡大して示す平面図である。図2以下では、ナノピンセット1の左右対称に設けられる構成部品については、主として左側についてのみ説明する。固定電極5aおよび可動電極6aは、いずれも櫛歯形状を呈しており、相互に複数の櫛歯が噛み合うように対向配置されている。固定電極5aは台座10に固定されているが、可動電極6aは、細いビーム状の支持部7aによって台座10に弾性的に固定されている。アーム3a,3bは、それぞれ細いビーム状のアーム支持部9a,9bを介して台座10に弾性的に固定されている。アーム3aと可動電極6aとは連結部8aによって連結され、アーム3bと可動電極6bとは連結部8bによって連結されている。   The structure of the nanotweezers 1 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged plan view showing the nanotweezers 1 shown in FIG. In FIG. 2 and subsequent figures, the components provided symmetrically of the nanotweezers 1 will be described mainly only on the left side. Both the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a have a comb-teeth shape, and are arranged to face each other so that a plurality of comb teeth are engaged with each other. Although the fixed electrode 5a is fixed to the pedestal 10, the movable electrode 6a is elastically fixed to the pedestal 10 by a thin beam-like support portion 7a. The arms 3a and 3b are elastically fixed to the pedestal 10 via thin beam-like arm support portions 9a and 9b, respectively. The arm 3a and the movable electrode 6a are connected by a connecting portion 8a, and the arm 3b and the movable electrode 6b are connected by a connecting portion 8b.

図1および図2を参照すると、ナノピンセット1には、左側電極端子2a、左側電極端子2b、左アーム用電極端子2c、右アーム用電極端子2d、右側電極端子2e、右側電極端子2fおよびアース電極端子2gが形成されている。左側電極端子2aは固定電極5aに接続され、左側電極端子2bは可動電極6aに接続され、左アーム用電極端子2cはアーム3aに接続されている。右アーム用電極端子2dはアーム3bに接続され、右側電極端子2eは可動電極6bに接続され、右側電極端子2fは固定電極5bに接続され、アース電極端子2gは台座10に接続されている。これら7つの電極端子2a〜2gと電源回路2の7つの端子2a〜2gとが、対応する符号同士接続されている。   1 and 2, the nano tweezers 1 includes a left electrode terminal 2a, a left electrode terminal 2b, a left arm electrode terminal 2c, a right arm electrode terminal 2d, a right electrode terminal 2e, a right electrode terminal 2f and a ground. An electrode terminal 2g is formed. The left electrode terminal 2a is connected to the fixed electrode 5a, the left electrode terminal 2b is connected to the movable electrode 6a, and the left arm electrode terminal 2c is connected to the arm 3a. The right arm electrode terminal 2d is connected to the arm 3b, the right electrode terminal 2e is connected to the movable electrode 6b, the right electrode terminal 2f is connected to the fixed electrode 5b, and the ground electrode terminal 2g is connected to the base 10. These seven electrode terminals 2a to 2g and the seven terminals 2a to 2g of the power supply circuit 2 are connected to each other with corresponding signs.

左側電極2a,2bの間にはDC電源20aが接続され、右側電極2e,2fの間にはDC電源20bが接続されている。左側電極2a,2b間に直流電圧を印加することにより、固定電極5aと可動電極6aとの間にクーロン力による静電引力を発生させ、可動電極6aを固定電極5aに対して動かすことができる。右側の固定電極5b,可動電極6bについても同様に動作する。200はDC電源20a,20bを制御するコントローラであり、詳細は後述する。   A DC power source 20a is connected between the left electrodes 2a and 2b, and a DC power source 20b is connected between the right electrodes 2e and 2f. By applying a DC voltage between the left electrodes 2a and 2b, an electrostatic attractive force due to Coulomb force can be generated between the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a, and the movable electrode 6a can be moved with respect to the fixed electrode 5a. . The same operation is performed for the right fixed electrode 5b and the movable electrode 6b. Reference numeral 200 denotes a controller that controls the DC power sources 20a and 20b, which will be described in detail later.

左アーム用電極端子2cと右アーム用電極端子2dは、アーム3a,3b間に作用する電気量などを検出するために設けられている。そのため、アーム3a,3bは、それぞれ可動電極6a,6bとは絶縁されている。アース電極端子2gは、台座10が浮遊電極になるのを防ぐために設けられている。また、チップ抵抗R1〜R6は、ナノピンセット1に人体が接触したり、ナノピンセット1と電源回路2とを結ぶケーブルが電磁波を受けたりしてノイズが混じるのを防ぐために設けられている。   The left arm electrode terminal 2c and the right arm electrode terminal 2d are provided to detect the amount of electricity acting between the arms 3a and 3b. Therefore, the arms 3a and 3b are insulated from the movable electrodes 6a and 6b, respectively. The ground electrode terminal 2g is provided to prevent the base 10 from becoming a floating electrode. The chip resistors R <b> 1 to R <b> 6 are provided in order to prevent noise from being mixed due to contact of the human body with the nanotweezers 1 or reception of electromagnetic waves from the cable connecting the nanotweezers 1 and the power supply circuit 2.

図3は、図1に示すナノピンセット1の要部を示す平面図である。可動電極6aと固定電極5aとの間に電圧を印加すると、可動電極6aが固定電極5aに対して、図3の右方向(x方向)に動くことにより、アーム3aがx方向に駆動される。電圧印加を解除すると、アーム3aは元の位置、つまり図3に示す位置へ復帰する。右側については動作が反転するだけであり、同様に、可動電極6bが固定電極5bに対して、図中、左方向に動くことにより、アーム3bが左方向に駆動される。したがって、アーム間隔Dを変えることができ、微小物体を把持したり解放することができる。   FIG. 3 is a plan view showing a main part of the nanotweezers 1 shown in FIG. When a voltage is applied between the movable electrode 6a and the fixed electrode 5a, the movable electrode 6a moves in the right direction (x direction) in FIG. 3 with respect to the fixed electrode 5a, thereby driving the arm 3a in the x direction. . When the voltage application is released, the arm 3a returns to the original position, that is, the position shown in FIG. The operation is only reversed on the right side. Similarly, the movable electrode 6b moves leftward in the figure with respect to the fixed electrode 5b, whereby the arm 3b is driven leftward. Therefore, the arm interval D can be changed, and a minute object can be grasped or released.

ここで、静電アクチュエータ4aの動作原理を説明する。
図4は、ナノピンセット1の固定電極5aおよび可動電極6aの一部を模式的に示す斜視図である。印加電圧V=0の初期状態におけるアーム間隔DをDとする。櫛歯型静電アクチュエータの典型的なモデルでは、固定電極5aと可動電極6aとの間に生じる静電容量Ccomb(x)は、可動電極6aの初期位置からの移動距離xの関数として式(1)で与えられる。但し、式(1)において、εは真空の誘電率、wは櫛歯の幅、lは櫛歯先端と対向する電極の壁面との初期間隔、lは櫛歯の長さ、gは櫛歯間のギャップ、bは櫛歯の厚み、Vは印加電圧、Nは櫛歯の本数であり、これらは図4に対比させて示されている。

Figure 2007044804
Here, the operation principle of the electrostatic actuator 4a will be described.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a part of the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a of the nanotweezers 1. FIG. The arm spacing D in the initial state of the applied voltage V = 0 and D 0. In a typical model of comb teeth type electrostatic actuator, the electrostatic capacitance C comb (x) generated between the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a of the formula as a function of the moving distance x from the initial position of the movable electrode 6a It is given by (1). However, in Formula (1), ε 0 is the dielectric constant of vacuum, w is the width of the comb teeth, l 0 is the initial distance between the tip of the comb teeth and the wall of the electrode facing, l is the length of the comb teeth, and g is The gap between the comb teeth, b is the thickness of the comb teeth, V is the applied voltage, and N is the number of comb teeth, which are shown in comparison with FIG.
Figure 2007044804

このとき、可動電極6a,固定電極5a間に蓄えられるエネルギーはCcomb(x)V/2なので、電極間に発生するクーロン力(静電気力)Fcomb(x)は式(2)で与えられる。

Figure 2007044804
At this time, the movable electrode 6a, the energy stored between the fixed electrodes 5a is because C comb (x) V 2/2, Coulomb force generated between the electrodes (electrostatic force) F comb (x) is given by Equation (2) It is done.
Figure 2007044804

次に、アーム3aが初期位置から閉じるように移動した場合の弾性力について説明する。図2に示すようにアーム3aと可動電極6aとは連結部8により一体とされ、それらは支持部7aおよびアーム支持部9aにより弾性的に支持されている。ただし、支持部7aの弾性力に対してアーム支持部9aの弾性力は比較的小さいので、以下ではアーム支持部9aの弾性力を無視して説明する。   Next, the elastic force when the arm 3a moves so as to close from the initial position will be described. As shown in FIG. 2, the arm 3a and the movable electrode 6a are integrated by a connecting portion 8, and they are elastically supported by a support portion 7a and an arm support portion 9a. However, since the elastic force of the arm support portion 9a is relatively small with respect to the elastic force of the support portion 7a, the following description will be made ignoring the elastic force of the arm support portion 9a.

可動電極6aに設けられた一対の支持部7aを片持ち梁とみなして、モールの定理により導かれる応力の一般式を用いると、支持部7aの弾性力Fel(x)は、可動電極6aの移動距離xの関数として式(3)のように表される。式(3)において、Lは支持部7aの長さ、Bは支持部7aの幅、hは支持部7aの厚さ、E(GPa)はシリコンの横弾性係数、Nは支持部7aの数である。

Figure 2007044804
When the pair of support portions 7a provided on the movable electrode 6a is regarded as a cantilever beam and the general formula of the stress derived from the Mole's theorem is used, the elastic force F el (x) of the support portion 7a is expressed by the movable electrode 6a. As a function of the movement distance x of In the formula (3), L is the length of the support portion 7a, B the width of the support portion 7a, h is the thickness of the support portion 7a, E (GPa) is a modulus of transverse elasticity of the silicon, N s is the support portion 7a Is a number.
Figure 2007044804

左右のアーム3a,3bが互いに接触してアーム間隔Dが0となったときの可動電極6aの移動距離をxdとすると、式(3)で表される支持部7aの弾性力Fe l (x)は、0≦x<xdの範囲で成り立つ。アーム間隔Dが0となった後に、さらに可動電極6aが移動してアーム3a,3bが変形すると、アーム3aと3bの変形による弾性力が上記Fe l (x)に加算されることになる。このとき、アーム3a,3bをアーム先端から連結部8の力点までを片持ち梁状構造体(バネ定数をkとする)と仮定すると、アーム3a,3bの変形による弾性力はk(x−xd)にて表され、xd ≦x<lの範囲では、式(4)のように表される。lは櫛歯の先端と谷部との隙間の初期値であり、x=lのとき隙間はゼロとなる。

Figure 2007044804
If the moving distance of the movable electrode 6a when the left and right arms 3a and 3b contact each other and the arm interval D becomes 0 is xd, the elastic force F e l ( x) holds in the range of 0 ≦ x <xd. When the movable electrode 6a further moves and the arms 3a and 3b are deformed after the arm interval D becomes 0, the elastic force due to the deformation of the arms 3a and 3b is added to the F e l (x). . At this time, assuming that the arms 3a and 3b are cantilever structures (spring constant is k) from the arm tip to the force point of the connecting portion 8, the elastic force due to the deformation of the arms 3a and 3b is k (x− xd), and in the range of xd ≦ x < 10 , it is expressed as in equation (4). l 0 is the initial value of the gap between the tip of the comb teeth and the valley, and when x = l 0 , the gap is zero.
Figure 2007044804

図5は、式(2)で表されるクーロン力Fcomb(x)と、式(3)、(4)で表される弾性力Fe l (x)を、可動電極6aの移動距離である櫛歯移動距離xに関して示したものである。図5において、縦軸はクーロン力または弾性力を、横軸は櫛歯移動距離xをそれぞれ表している。 Figure 5 is a Coulomb force F comb (x) represented by the formula (2), Equation (3), the elastic force represented by (4) F e l (x), in the moving distance of the movable electrode 6a This is shown for a certain comb tooth movement distance x. In FIG. 5, the vertical axis represents the Coulomb force or the elastic force, and the horizontal axis represents the comb tooth movement distance x.

曲線C1,C2は印加電圧がV1,V2(V2>V1)の場合のクーロン力を示し、直線部E1は式(3)による弾性力を、直線部E2は式(4)による弾性力をそれぞれ示している。上述したようにxdはアーム3a,3bが互いに接触した時の移動距離であり、x>xdではアーム3a,3bの変形による弾性力が加わるため、直線部E2の傾きは直線部E1の傾きよりも大きくなっている。   Curves C1 and C2 indicate the Coulomb force when the applied voltage is V1, V2 (V2> V1), the straight line portion E1 indicates the elastic force according to the equation (3), and the straight line portion E2 indicates the elastic force according to the equation (4). Show. As described above, xd is the moving distance when the arms 3a and 3b are in contact with each other. When x> xd, the elastic force due to the deformation of the arms 3a and 3b is applied. Is also getting bigger.

《動作説明》
次に、ナノピンセット1の開閉動作について説明する。上述したように、連結部8aにより一体となった可動電極6aおよびアーム3aは、支持部7aおよびアーム支持部9aにより弾性支持されている。そのため、電極5a,6aに電圧を印加すると、電極間に働くクーロン力(式(2)参照)によるアーム3aを閉じようとする力と、そのクーロン力に反してアーム3aを初期位置に戻そうとする弾性力とが釣り合う位置でまで可動電極6aおよびアーム3aが移動することになる。ただし、ここでは、上述したようにアーム支持部9aの弾性力は無視して考える。
<Operation description>
Next, the opening / closing operation of the nanotweezers 1 will be described. As described above, the movable electrode 6a and the arm 3a integrated by the connecting portion 8a are elastically supported by the support portion 7a and the arm support portion 9a. Therefore, when a voltage is applied to the electrodes 5a and 6a, the arm 3a is forced to close by the Coulomb force (see formula (2)) acting between the electrodes, and the arm 3a is returned to the initial position against the Coulomb force. The movable electrode 6a and the arm 3a are moved to a position where the elastic force is balanced. However, here, as described above, the elastic force of the arm support portion 9a is ignored.

そして、印加電圧を大きくする程この櫛歯移動距離xは大きくなり、アーム間隔D(図3参照)が小さくなる。図5における曲線C1と直線部E1との交点は、印加電圧がV1のときにクーロン力と弾性力とが釣り合う位置を表しており、図17(a)に示すように櫛歯移動距離はxaでアーム間隔は(D−2xa)となる。なお、Dは、櫛歯移動距離xがx=0のときのアーム間隔初期値である。 As the applied voltage increases, the comb tooth movement distance x increases and the arm interval D (see FIG. 3) decreases. The intersection of the curve C1 and the straight line portion E1 in FIG. 5 represents the position where the Coulomb force and the elastic force are balanced when the applied voltage is V1, and the comb tooth movement distance is xa as shown in FIG. Thus, the arm interval is (D 0 -2xa). D 0 is an initial value of the arm interval when the comb tooth movement distance x is x = 0.

図6は、印加電圧Vと櫛歯移動距離xとの関係を示す図である。印加電圧Vを0から徐々に大きくすると、曲線F1上を左端から右方向へと移動して櫛歯移動距離xが大きくなる。上述したように、印加電圧V1では櫛歯移動距離はxaとなり、印加電圧をV3に増加すると櫛歯移動距離がxdとなって図17(b)に示すようにアーム3a,3b同士が接触する。さらに印加電圧を増加させると、図18(a)に示すように可動電極6a,6bはアーム3a,3bを変形させつつ移動する。このとき、アーム3a,3bの変形による弾性力が加わるため、電圧変化に対する移動距離変化傾向がx=xdの前後で変化する。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the applied voltage V and the comb movement distance x. When the applied voltage V is gradually increased from 0, the comb tooth movement distance x is increased by moving from the left end to the right direction on the curve F1. As described above, the comb tooth movement distance becomes xa at the applied voltage V1, and when the applied voltage is increased to V3, the comb tooth movement distance becomes xd and the arms 3a and 3b come into contact with each other as shown in FIG. . When the applied voltage is further increased, the movable electrodes 6a and 6b move while deforming the arms 3a and 3b as shown in FIG. At this time, since an elastic force is applied due to the deformation of the arms 3a and 3b, the movement distance change tendency with respect to the voltage change changes before and after x = xd.

図5において、印加電圧を徐々に大きくすると、クーロン力を示す曲線は右上がりの傾向が大きくなると共に全体的に図示上方へと移動する。そのため、クーロン力の曲線と弾性力に関する直線部E1,E2との交点は右方向へ移動する。すなわち、印加電圧Vの増加に伴う交点の右方向への移動が、図6の曲線F1上における右方向への移動に対応している。   In FIG. 5, when the applied voltage is gradually increased, the curve indicating the Coulomb force increases toward the right and moves upward in the figure. Therefore, the intersection between the curve of the Coulomb force and the straight line portions E1 and E2 related to the elastic force moves to the right. That is, the rightward movement of the intersection as the applied voltage V increases corresponds to the rightward movement on the curve F1 in FIG.

(プルインに関する説明)
ところで、印加電圧をさらに増加させてV2とすると、図5の曲線C2のように直線部E1,E2よりも常に上側となる。すなわち、どのような櫛歯移動距離xであってもクーロン力が常に弾性力を上回る状態(クーロン力>弾性力)となり、印加電圧をそれ以上増加させなくても可動電極6が固定電極5aに引き寄せられて図18(b)に示すような密着状態となる。このような現象のことを、プルイン(Pull-in)現象と呼ぶ。
(Explanation about pull-in)
By the way, when the applied voltage is further increased to V2, it is always above the straight line portions E1 and E2 as shown by a curve C2 in FIG. That is, the Coulomb force always exceeds the elastic force at any comb tooth movement distance x (Coulomb force> elastic force), and the movable electrode 6 becomes the fixed electrode 5a without further increasing the applied voltage. It is brought into close contact as shown in FIG. Such a phenomenon is called a pull-in phenomenon.

このようなプルイン現象が発生する電圧は、クーロン力の曲線と弾性力の直線部E1,E2との接点が無くなる電圧Vであって、ここでは電圧Vをロック電圧と呼ぶことにする。なお、本実施の形態では、プルイン時に固定電極5aと可動電極6aとが短絡するのを防止するために、70nm程度の厚さの絶縁層が固定電極5aおよび可動電極6aの表面に形成されている。この場合、固定電極5aと可動電極6aとは140nm程度の距離でプルイン状態となっている。このときに働くクーロン力は、式(2)における真空の誘電率εの代わりに、絶縁層(例えば、シリコン酸化膜)の誘電率を用いて求めることができる。シリコン酸化膜の比誘電率は約4.2である。 The voltage at which such a pull-in phenomenon occurs is a voltage V p at which the contact between the curve of the Coulomb force and the linear portions E1 and E2 of the elastic force disappears. Here, the voltage V p is referred to as a lock voltage. In the present embodiment, in order to prevent short circuit between fixed electrode 5a and movable electrode 6a during pull-in, an insulating layer having a thickness of about 70 nm is formed on the surfaces of fixed electrode 5a and movable electrode 6a. Yes. In this case, the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a are in a pull-in state at a distance of about 140 nm. The Coulomb force acting at this time can be obtained by using the dielectric constant of an insulating layer (for example, a silicon oxide film) instead of the vacuum dielectric constant ε 0 in Equation (2). The relative dielectric constant of the silicon oxide film is about 4.2.

図6において、印加電圧VをV3からVへと徐々に増加させると、櫛歯移動距離xはxdからxbへと移動する。そして、印加電圧がロック電圧Vに達すると、xbからxpまで急激に移動して可動電極6aが固定電極5aに密着する。なお、プルイン状態における移動距離xpは櫛歯電極の初期間隔lに等しい。 6, when gradually increased to V p applied voltage V from V3, comb teeth travel x moves to xb from xd. When the applied voltage reaches the lock voltage V p, the movable electrode 6a is brought into close contact with the fixed electrode 5a rapidly moved from xb to xp. The movement distance xp of pull state is equal to the initial distance l 0 of comb electrodes.

印加電圧がVとなる直前におけるアーム3a,3bの把持力は、アーム変形量(xb−xd)に対応した弾性力であるが、プルイン状態(V=V)になるとアーム変形量(xp−xd)に対応した弾性力へと増加するので、その弾性力増分はアーム3a,3bをさらに(xp−xb)だけ変形させるのに要する力に等しい。すなわち、わずかな電圧増加で把持力を大きく増加させることができる。アーム3a,3bが変形することによって生じる弾性力には構造上、上限があり、印加電圧Vのとき、クーロン力は、その上限値(アーム3a,3bが変形することによって生じる最大弾性力)を上回っている。なお、上述した把持力は、図18(b)に示すようにアーム3a,3b間に試料を把持していない場合の値であり、試料を把持した場合には試料の寸法に応じて異なる。 Arms 3a immediately before the applied voltage is V p, the gripping force of 3b, the arms deformation amount is a resilient force corresponding to (xb-xd), arm deformation amount becomes a pull state (V = V p) (xp -Xd), the increase in elastic force is equal to the force required to further deform the arms 3a, 3b by (xp-xb). That is, the gripping force can be greatly increased with a slight voltage increase. Arms 3a, the structure is elastic force caused by 3b is deformed, there is an upper limit, when the applied voltage V p, the Coulomb force, the upper limit value (maximum elastic force generated by the arm 3a, 3b are deformed) Is over. The gripping force described above is a value when the sample is not gripped between the arms 3a and 3b as shown in FIG. 18B, and when the sample is gripped, it varies depending on the size of the sample.

このように、プルイン状態では大きなクーロン力によって可動電極6aが固定電極5aに密着して固定状態となっているため、電極5a,6a同士が一体になっているとみなすことができる。その結果、ナノピンセット1に対して、搬送に伴う振動が加わったり、外部衝撃が加わったりしても、安定して試料を把持し続けることができ、試料搬送の信頼性を著しく向上させることができる。また、一旦、プルイン状態となると、可動電極6aと固定電極5aとの間に摩擦が生じることにより、櫛歯の突出方向と垂直な方向にも動き難くなる。   In this way, in the pull-in state, the movable electrode 6a is in close contact with the fixed electrode 5a by a large Coulomb force and is in a fixed state. Therefore, it can be considered that the electrodes 5a and 6a are integrated. As a result, the nanotweezers 1 can continue to hold the sample stably even if vibrations accompanying conveyance or external impacts are applied, and the reliability of sample conveyance can be remarkably improved. it can. Further, once in the pull-in state, friction is generated between the movable electrode 6a and the fixed electrode 5a, so that it is difficult to move in the direction perpendicular to the protruding direction of the comb teeth.

(プルアウトに関する説明)
次に、プルイン状態の解除動作について説明する。プルイン状態を解除するためには、ロック電圧Vとなっている印加電圧を減少させれば良い。実際に印加電圧をVから減少させると、図6の直線F2に示すように印加電圧がVとなるまでプルイン状態が継続され、可動電極6aは固定電極5aに密着したままである。そして、印加電圧がVとなったときにプルイン状態が解除され、弾性力と印加電圧Vにおけるクーロン力とが釣り合う櫛歯移動距離xrまで可動電極6aが移動する。図6に示す例では、xr<xdとなっているので、アーム3a,3bが開くことになる。ここでは、電圧Vをアンロック電圧と呼ぶことにする。
(Explanation about pull-out)
Next, the pull-in state release operation will be described. To release the pull condition, it is sufficient to decrease the applied voltage which is a lock voltage V p. When the actually decrease the applied voltage from V p, the applied voltage as shown in the straight line F2 in FIG. 6 is continued pull state until V r, the movable electrode 6a is kept in close contact with the fixed electrode 5a. When the applied voltage becomes V r , the pull-in state is released, and the movable electrode 6a moves to the comb movement distance xr where the elastic force and the Coulomb force at the applied voltage V r are balanced. In the example shown in FIG. 6, since xr <xd, the arms 3a and 3b are opened. In this case, it will be referred to as the voltage V r and unlock voltage.

このように、プルイン状態となる電圧(ロック電圧V)とプルイン状態が解除される電圧(アンロック電圧V)とが異なる原因として、次のような理由が考えられる。図7はアンロック電圧Vを説明する図であり、クーロン力または弾性力と櫛歯移動距離xとの関係を示したものである。なお、図7では、櫛歯移動距離xが小さい領域については、説明に必要ない領域であるので図示を省略した。 As described above, the following reasons can be considered as a cause of the difference between the voltage (lock voltage V p ) at which the pull-in state is established and the voltage (unlock voltage V r ) at which the pull-in state is released. Figure 7 is a diagram for explaining the unlocking voltage V r, shows the relationship between the Coulomb force or the elastic force and the comb moving distance x. In FIG. 7, the region where the comb tooth movement distance x is small is not shown because it is not necessary for the description.

図7において、曲線C(V)は印加電圧がロック電圧Vのときのクーロン力を示しており、曲線C(V)は印加電圧がアンロック電圧Vのときのクーロン力を示している。曲線C(V)は、櫛歯移動距離xrで直線部E1と交わっている。また、曲線C(V4)は印加電圧V4のときのクーロン力を示しており、V>V4>Vである。 In FIG. 7, curve C (V p ) shows the Coulomb force when the applied voltage is the lock voltage V p , and curve C (V r ) shows the Coulomb force when the applied voltage is the unlock voltage V r. ing. The curve C (V r ) intersects the straight line portion E1 at the comb tooth movement distance xr. Curve C (V4) shows the Coulomb force when the applied voltage V4, a V p>V4> V r.

前述したように、固定電極5aおよび可動電極6aには、プルイン状態のときに電極5a,6a同士が短絡しないように表面に絶縁層が形成されている。また、電極5a,6aの接触面は理想的な平面ではなく微少な凹凸が有るため、プルイン状態のときに電極5a,6a間の距離は厳密にはゼロになっていない。そのため、プルイン状態となっていても、電極5a,6a間には絶縁層の厚さΔx0に相当する隙間が形成されている。すなわち、プルイン状態の時の櫛歯移動距離xpはxp=l−Δx0となっている。 As described above, the insulating layer is formed on the surface of the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a so that the electrodes 5a and 6a are not short-circuited in the pull-in state. Further, since the contact surfaces of the electrodes 5a and 6a are not ideal planes and have minute irregularities, the distance between the electrodes 5a and 6a is not strictly zero in the pull-in state. For this reason, even in the pull-in state, a gap corresponding to the thickness Δx0 of the insulating layer is formed between the electrodes 5a and 6a. That is, the comb tooth movement distance xp in the pull-in state is xp = l 0 −Δx 0 .

仮に、絶縁層が無く、固定電極5aと可動電極6aとが厳密に密着していた場合、櫛歯移動距離xはx=lとなるので、電極5a,6aに僅かでも電圧が印加されていれば、プルイン状態のx=lではクーロン力が無限大となる。しかし、実際には接触面に凹凸や自然酸化膜があったり、上述したように絶縁層が形成されていたりするため、プルイン状態となっていてもクーロン力が無限大になることはない。 If there is no insulating layer and the fixed electrode 5a and the movable electrode 6a are in close contact with each other, the comb tooth movement distance x is x = 10 , so that even a slight voltage is applied to the electrodes 5a and 6a. Thus, the coulomb force becomes infinite at x = l 0 in the pull-in state. However, in actuality, there are irregularities and natural oxide films on the contact surface, and the insulating layer is formed as described above, so the Coulomb force does not become infinite even in the pull-in state.

例えば、図7に示す例では厚さΔx0の絶縁層が形成されているので、プルイン状態(x=xp)であっても、曲線C(V),C(V4),C(V)で示したクーロン力は無限大になっていない。このとき、ロック電圧Vのプルイン状態から印加電圧VをV4まで減少させた場合を考えると、図7のクーロン力曲線C(V4)からも分かるように、櫛歯移動距離xpにおいてはクーロン力>弾性力となっている。そのため、可動電極6aが固定電極5aから離れることはなく、プルイン状態が維持される。 For example, in the example shown in FIG. 7, since an insulating layer having a thickness Δx0 is formed, even in the pull-in state (x = xp), curves C (V p ), C (V 4), C (V r ) The Coulomb force shown by is not infinite. At this time, considering the case where reduced from pull state of the lock voltage V p applied voltage V to V4, as can be seen from the Coulomb force curve C in FIG. 7 (V4), Coulomb force in comb tooth movement distance xp > It is elastic force. Therefore, the movable electrode 6a is not separated from the fixed electrode 5a, and the pull-in state is maintained.

ところが、さらに印加電圧Vを下げてV=Vとすると、櫛歯移動距離xpにおけるクーロン力曲線C(V)の位置が弾性力を表す直線部E2よりも下側となって、クーロン力<弾性力となる。その結果、弾性力によりアーム3a,3bは開く方向に駆動されて櫛歯移動距離xrまで戻り、その位置でクーロン力と弾性力とが釣り合う。すなわち、可動電極6aのプルイン状態が解除されてアンロック状態となり、アーム3a,3bが開いた状態となる。 However, further lowering the applied voltage V and V = V r, the position of the Coulomb force curve C (V r) in comb tooth movement distance xp is a lower than the linear portion E2 which represents the elastic force, Coulomb force <It becomes elastic force. As a result, the arms 3a and 3b are driven by the elastic force in the opening direction to return to the comb movement distance xr, and the Coulomb force and the elastic force are balanced at that position. That is, the pull-in state of the movable electrode 6a is released and the unlocked state is established, and the arms 3a and 3b are opened.

このように、印加電圧Vを制御することにより、アーム3a,3bの開閉、プルインおよびプルイン解除を行うことができる。ところで、図6に示すように、プルインの際の可動電極6aの移動量は(xp−xb)であり、絶縁層の膜厚Δx0を調整することによりプルイン時の把持力増分を調整することができる。また、絶縁層の膜厚Δx0を大きくすることにより、プルイン解除時の可動電極6aの移動量(xp−xr)を小さくすることも可能である。   In this way, by controlling the applied voltage V, the arms 3a and 3b can be opened / closed, pulled in and released. By the way, as shown in FIG. 6, the moving amount of the movable electrode 6a at the time of pull-in is (xp-xb), and the gripping force increment at the time of pull-in can be adjusted by adjusting the film thickness Δx0 of the insulating layer. it can. Further, by increasing the film thickness Δx0 of the insulating layer, it is possible to reduce the moving amount (xp−xr) of the movable electrode 6a when pull-in is canceled.

例えば、図7において絶縁層膜厚を(l−xc)のように大きくした場合、プルイン時のアーム3a,3bの変形量増加(xp−xc)は、膜厚Δx0の場合の変形増加量=xp−xdよりも小さくなる。その結果、プルイン状態における把持力の増加を小さくすることができ、例えば、生物試料のような強く把持したくない試料に好適である。 For example, when the thickness of the insulating layer in FIG. 7 is increased as (l 0 −xc), the deformation increase (xp−xc) of the arms 3a and 3b during pull-in is the deformation increase in the case of the film thickness Δx0. = Smaller than xp-xd. As a result, the increase in gripping force in the pull-in state can be reduced, and it is suitable for samples that do not want to be gripped strongly, such as biological samples.

印加電圧をロック電圧VからV=V4へと減少させると、クーロン力曲線C(V4)の位置が弾性力を表す直線部E2よりも下側となって、クーロン力<弾性力となる。その結果、弾性力によりアーム3a,3bは開く方向に駆動されて櫛歯移動距離xeまで戻り、その位置でクーロン力と弾性力とが釣り合う。上述した膜厚=l−xpの場合には、印加電圧をVまで下げないとプルインを解除できなかったが、膜厚=l−xc(>l−xp)の場合にプルイン解除に必要な印加電圧減少量を小さくできる。さらに、プルイン解除時の可動電極移動量を小さくすることができ、図7の場合にはxe>xdであるためアーム3a,3bは開かない。 Decreasing the applied voltage and the lock voltage V p to V = V4, the position of the Coulomb force curve C (V4) becomes the lower side of the linear portion E2 which represents the elastic force, the coulomb force <elastic force. As a result, the arms 3a and 3b are driven in the opening direction by the elastic force and returned to the comb movement distance xe, and the Coulomb force and the elastic force are balanced at that position. In the case of film thickness = l 0 −xp described above, pull-in cannot be canceled unless the applied voltage is lowered to V r , but in the case of film thickness = l 0 −xc (> l 0 −xp) The amount of applied voltage reduction required for the above can be reduced. Furthermore, the amount of movement of the movable electrode when pull-in is released can be reduced. In the case of FIG. 7, since xe> xd, the arms 3a and 3b are not opened.

上述した例では、絶縁層の膜厚を大きくすることにより、より高い印加電圧でプルイン解除ができるようにしたが、複数ある櫛歯の一部にストッパー構造を設けて、プルイン時に実際に接触する櫛歯(すなわち、プルイン状態の櫛歯)の数を減らすようにしても良い。図19はそのような櫛歯アクチュエータの例を示したものであり、台形状の固定電極25aおよび可動電極26aを示したものである。プルイン時において、固定電極25aに形成された櫛歯250は可動電極26aの谷部に設けられたストッパー部260と密着してプルイン状態となり、他の櫛歯251は可動電極26aの谷部との間に隙間が生じることになる。可動電極26aの谷部に絶縁層、例えば酸化シリコンを形成することにより、ストッパー部260を設けてもよいし、可動電極26aの谷部に外部から構造体を挿入することにより、ストッパー部260を設けてもよい。   In the above-described example, the pull-in release can be performed with a higher applied voltage by increasing the film thickness of the insulating layer. However, a stopper structure is provided on a part of the plurality of comb teeth to actually make contact when pulling in. The number of comb teeth (ie, pull-in comb teeth) may be reduced. FIG. 19 shows an example of such a comb-tooth actuator, and shows a trapezoidal fixed electrode 25a and a movable electrode 26a. At the time of pull-in, the comb teeth 250 formed on the fixed electrode 25a are in close contact with the stopper portion 260 provided at the valley of the movable electrode 26a, and the other comb teeth 251 are in contact with the valley of the movable electrode 26a. There will be a gap between them. The stopper portion 260 may be provided by forming an insulating layer, for example, silicon oxide, in the valley portion of the movable electrode 26a, or the stopper portion 260 may be formed by inserting a structure from the outside into the valley portion of the movable electrode 26a. It may be provided.

ストッパー部260の溝深さ方向厚さをt2とすると、櫛歯251の隙間寸法もt2となる。櫛歯は台形状をしているので可動電極26aが移動すると櫛歯側面の間隔である櫛歯間隔gも変化し、櫛歯間隔gは櫛歯移動距離xの関数g(x)となる。ここで、プルイン状態における櫛歯間隔をgx3とし、印加電圧オフ時の櫛歯間隔をg0とすると、関数g(x)は次式(5)で与えられる。

Figure 2007044804
If the thickness of the stopper portion 260 in the groove depth direction is t2, the gap dimension of the comb teeth 251 is also t2. Since the comb teeth have a trapezoidal shape, when the movable electrode 26a moves, the comb tooth interval g, which is the interval between the side surfaces of the comb teeth, also changes, and the comb tooth interval g becomes a function g (x) of the comb tooth movement distance x. Here, when the comb tooth interval in the pull-in state is gx3 and the comb tooth interval when the applied voltage is off is g0, the function g (x) is given by the following equation (5).
Figure 2007044804

櫛歯250の数をN1、櫛歯251の数をN2とすると、クーロン力Fcom2(x)は次式(6)で与えられる。式(6)において、w2は台形状櫛歯の先端部の幅であり、θは櫛歯側面の傾斜角である(図19参照)。式(6)においてθ=0、g0=gx3とおけば、矩形状の櫛歯に対する式となる。

Figure 2007044804
When the number of comb teeth 250 is N1, and the number of comb teeth 251 is N2, the Coulomb force Fcom2 (x) is given by the following equation (6). In equation (6), w2 is the width of the tip of the trapezoidal comb teeth, and θ is the inclination angle of the side surfaces of the comb teeth (see FIG. 19). If θ = 0 and g0 = gx3 in equation (6), the equation for a rectangular comb tooth is obtained.
Figure 2007044804

台形状櫛歯の場合、実際にクーロン力に寄与する櫛の先端部の幅w2は、面積、初期ギャップ、櫛歯長、櫛歯間隔に関して同一条件で形成した矩形状の櫛歯の幅wに比べて小さくなる。しかし、移動距離が大きくなるほど櫛歯のギャップgが狭くなり、かつ、傾斜角θがあるため櫛歯のオーバラップを大きくすることができ、w2が小さくなることによるクーロン力の低下を補うことが可能となる。   In the case of trapezoidal comb teeth, the width w2 of the tip of the comb that actually contributes to the Coulomb force is the width w of the rectangular comb teeth formed under the same conditions with respect to area, initial gap, comb tooth length, and comb tooth spacing. Smaller than that. However, as the moving distance increases, the comb tooth gap g becomes narrower and the inclination angle θ increases, so that the overlap of the comb teeth can be increased and the decrease in Coulomb force due to the decrease of w2 can be compensated. It becomes possible.

また、図20に示すように固定電極35aおよび可動電極36aの櫛歯先端を山形状にして、プルイン状態における接触面積を小さくするようにしても良い。図20の例では、段付の櫛歯にすることで、櫛歯移動とともに入れ子状態となってギャップgが狭くなる。この場合、ギャップの変化率が櫛歯移動距離xの変化に対して一様でないため、クーロン力の変化も入れ子状態になる前と後とでは大きく変化する。   Further, as shown in FIG. 20, the tips of the comb teeth of the fixed electrode 35a and the movable electrode 36a may be mountain-shaped to reduce the contact area in the pull-in state. In the example of FIG. 20, by making the stepped comb teeth, the gap g becomes narrower as the comb teeth move and become nested. In this case, since the rate of change of the gap is not uniform with respect to the change of the comb tooth movement distance x, the change of the Coulomb force changes greatly before and after the nested state.

なお、上述した開閉動作の際の印加電圧Vの変更は手動で行っても良いが、本実施の形態では図1に示したコントローラ200に設けられたスイッチを操作することによりアーム開閉やプルイン、プルイン解除に必要な電圧変更を自動で行わせることにより、操作性の向上を図ることができる。図21はコントローラ200の操作パネルを示す図であり、201は電源スイッチ、202はオープンスイッチ、203はロック・アンロックスイッチ、204はグリップスイッチであり、205は電圧調整ダイアルである。   Note that the change of the applied voltage V during the above-described opening / closing operation may be performed manually, but in this embodiment, by operating a switch provided in the controller 200 shown in FIG. The operability can be improved by automatically changing the voltage necessary for releasing the pull-in. FIG. 21 is a diagram showing an operation panel of the controller 200, in which 201 is a power switch, 202 is an open switch, 203 is a lock / unlock switch, 204 is a grip switch, and 205 is a voltage adjustment dial.

オープンスイッチ202を操作すると印加電圧Vがオープン電圧とされ、アーム3a,3bが開状態となる。初期状態ではオープン電圧はゼロボルトに設定されているので、全開状態となる。通常は、対象とする試料の大きさに合わせて開状態が設定され、全開状態から電圧調整ダイアル205により印加電圧を調整して適切なオープン状態となるようにする。一旦、オープン電圧Vopの調整を行えば、次回からは、オープンスイッチ202を操作すると印加電圧はオープン電圧Vopとされ、所定のオープン状態となる。   When the open switch 202 is operated, the applied voltage V is set to the open voltage, and the arms 3a and 3b are opened. Since the open voltage is set to zero volts in the initial state, it is in a fully open state. Normally, the open state is set according to the size of the target sample, and the applied voltage is adjusted by the voltage adjustment dial 205 from the fully open state so that an appropriate open state is obtained. Once the open voltage Vop is adjusted, when the open switch 202 is operated from the next time, the applied voltage is set to the open voltage Vop and a predetermined open state is established.

また、ロック・アンロックスイッチ203は電源オン後に、最初に操作されるとロック動作が行われてプルイン(ロック)状態となり、再度操作するとアンロック動作が行われてプルイン解除状態となる。また、プルイン状態でオープンスイッチ202が操作されると、ロック・アンロックスイッチ203は電源オン直後の初期状態となる。すなわち、再びロック・アンロックスイッチ203を操作すれば、ロック動作が行われる状態となる。   Further, when the lock / unlock switch 203 is operated for the first time after the power is turned on, a lock operation is performed and a pull-in (locked) state is established. When the lock / unlock switch 203 is operated again, an unlock operation is performed and a pull-in release state is established. When the open switch 202 is operated in the pull-in state, the lock / unlock switch 203 is in an initial state immediately after the power is turned on. That is, when the lock / unlock switch 203 is operated again, the lock operation is performed.

オープンスイッチ202を操作した後にグリップスイッチ204を操作すると、アーム3a,3bが閉じられて試料が把持される。この場合、所定の把持力で試料が把持されるように、グリップ電圧Vgはアーム間隔が試料寸法と同じになる印加電圧よりもやや大きく設定される。そして、ロック・アンロックスイッチ203を操作してロック電圧Vを印加してプルイン状態とする。 When the grip switch 204 is operated after operating the open switch 202, the arms 3a and 3b are closed and the sample is gripped. In this case, the grip voltage Vg is set slightly higher than the applied voltage at which the arm interval is the same as the sample size so that the sample is gripped with a predetermined gripping force. Then, the pull-in state by applying a lock voltage V p by operating the lock-unlock switch 203.

その後、ナノピンセット1による試料搬送を行って試料を所定位置に移動したならば、ロック・アンロックスイッチ203を操作してプルイン状態を解除し、さらにオープンスイッチ202を操作してアーム3a,3bをオープン状態とし、試料把持を解除する。上述したように、プルイン状態では可動電極6aが固定電極5aに強固に密着しているので、搬送中に振動等によって試料を落とすようなおそれがない。   After that, when the sample is transferred to a predetermined position by carrying the sample with the nano tweezers 1, the lock / unlock switch 203 is operated to release the pull-in state, and the open switch 202 is further operated to move the arms 3a and 3b. Open the sample and release the sample grip. As described above, in the pull-in state, the movable electrode 6a is firmly attached to the fixed electrode 5a, so that there is no possibility of dropping the sample due to vibration or the like during conveyance.

このように、コントローラ200の各スイッチを操作することにより、オープン状態、グリップ状態、プルイン状態(ロック状態)、プルイン解除状態(アンロック状態)との間の移行をスムーズに行わせることができる。   As described above, by operating each switch of the controller 200, the transition between the open state, the grip state, the pull-in state (lock state), and the pull-in release state (unlock state) can be smoothly performed.

次に、図8〜図16を参照して、SOI基板を用いてナノピンセット1を形成する場合の製造方法について説明する。SOI基板100としては、図8(a)に示すように<110>方位の単結晶シリコンから成るベース層101、SiOから成る絶縁層102、<110>方位の単結晶シリコンから成るシリコン層103が順に積層された基板が用いられる。 Next, with reference to FIGS. 8-16, the manufacturing method in the case of forming the nanotweezers 1 using an SOI substrate is demonstrated. The SOI substrate 100, the base layer 101, made of SiO 2 insulating layer 102 made of <110> orientation of the single crystal silicon, as shown in FIG. 8 (a), the silicon layer 103 of monocrystalline silicon in the <110> orientation Are used in this order.

ナノピンセット1を形成する材料には、SOI基板だけでなく、ガラス基板上に単結晶シリコン層を有する基板、アモルファスシリコン基板、ポリシリコン基板上にSOI層を有する基板なども用いることができる。すなわち、最上層が<110>方位を有するシリコン層103であって、このシリコン層103の下層に絶縁層102が形成されているような層構造を有する基板であれば、ベース層101を多層構造としてもかまわない。   As a material for forming the nanotweezers 1, not only an SOI substrate but also a substrate having a single crystal silicon layer on a glass substrate, an amorphous silicon substrate, a substrate having an SOI layer on a polysilicon substrate, or the like can be used. That is, if the uppermost layer is the silicon layer 103 having the <110> orientation and the substrate has a layer structure in which the insulating layer 102 is formed below the silicon layer 103, the base layer 101 is formed in a multilayer structure. It doesn't matter.

SOI基板100の各層の厚さの一例を述べると、シリコン層103は25μm、絶縁層102は1μm、ベース層101は300μmである。また、SOI基板100上で1つのナノピンセット1を形成する領域は、縦、横ともに数mmの矩形状をしている。図8(a)に示す工程では、スパッタリング法や真空蒸着法などにより、厚さ約50nmのアルミ層104をシリコン層103の表面に形成する。   An example of the thickness of each layer of the SOI substrate 100 will be described. The silicon layer 103 is 25 μm, the insulating layer 102 is 1 μm, and the base layer 101 is 300 μm. In addition, the region where one nanotweezer 1 is formed on the SOI substrate 100 has a rectangular shape of several millimeters both vertically and horizontally. In the step shown in FIG. 8A, an aluminum layer 104 having a thickness of about 50 nm is formed on the surface of the silicon layer 103 by sputtering or vacuum deposition.

次に、図8(b)に示すように、アルミ層104の表面にレジスト層105を約2μmの厚さで形成し、フォトリソグラフィによりレジスト層105を露光・現像することにより、図8(c)に示すレジストパターン105aを形成する。図11は、SOI基板100の斜視図であり、アルミ層104の上面に、アーム3、静電アクチュエータ4等に対応するレジストパターン105aが形成されている。なお、図8(c)は、図11のI−I断面を示したものである。   Next, as shown in FIG. 8B, a resist layer 105 having a thickness of about 2 μm is formed on the surface of the aluminum layer 104, and the resist layer 105 is exposed and developed by photolithography to obtain FIG. The resist pattern 105a shown in FIG. FIG. 11 is a perspective view of the SOI substrate 100, and a resist pattern 105 a corresponding to the arm 3, the electrostatic actuator 4, and the like is formed on the upper surface of the aluminum layer 104. In addition, FIG.8 (c) shows the II cross section of FIG.

図8(d)に示すように、このレジストパターン105aをマスクとして混酸液によりアルミ層104をエッチングし、シリコン層103を露出させる。その後、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によりシリコン層103を垂直方向に異方性エッチングする。このエッチングは絶縁層102が露出するまで行われ、エッチング終了後、硫酸・過酸化水素混合液によりレジストパターン105aおよびアルミ層104を除去する(図9(a)参照)。   As shown in FIG. 8D, the aluminum layer 104 is etched with a mixed acid solution using the resist pattern 105a as a mask to expose the silicon layer 103. Thereafter, the silicon layer 103 is anisotropically etched in the vertical direction by ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching). This etching is performed until the insulating layer 102 is exposed. After the etching is completed, the resist pattern 105a and the aluminum layer 104 are removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixed solution (see FIG. 9A).

図12は、レジストパターン105aおよびアルミ層104を除去した後のSOI基板100を示す斜視図である。絶縁層102上には、シリコン層103による立体構造体が形成される。その立体構造体は、アーム3を構成する部分103aと、静電アクチュエータ4を構成する部分103bと、電極端子2a〜2fを構成する部分103cと、ガードを構成する部分103dとから成る。なお、ガードは、製造時にアーム3を損傷から防護するものであり、ナノピンセット1の構成部品ではないので、以下、その形成過程については説明を省略する。   FIG. 12 is a perspective view showing the SOI substrate 100 after the resist pattern 105a and the aluminum layer 104 are removed. A three-dimensional structure including the silicon layer 103 is formed on the insulating layer 102. The three-dimensional structure includes a portion 103a constituting the arm 3, a portion 103b constituting the electrostatic actuator 4, a portion 103c constituting the electrode terminals 2a to 2f, and a portion 103d constituting the guard. In addition, since a guard protects the arm 3 from damage at the time of manufacture and is not a component part of the nanotweezers 1, description of the formation process will be omitted below.

図9(b)に示すように、露出した絶縁層102およびシリコン層103(103a〜103c)を覆うようにレジスト106を塗布する。レジスト106の塗布厚さは10μm程度とする。その後、フォトリソグラフィによりレジスト106にマスクパターンを転写して現像することにより、図13に示すように、アーム構成部103aの先端部分におけるレジスト106が矩形状に除去されたレジストパターン106aを形成する。そして、レジストパターン106aをマスクとしてICP−RIEや通常のRIEなどを行い、アーム構成部103aの先端部分を所定の形状と寸法に加工する。また、ダイシングなどの機械的な切削加工によりその部分を所定の形状と寸法に加工することも可能である。   As shown in FIG. 9B, a resist 106 is applied so as to cover the exposed insulating layer 102 and silicon layers 103 (103a to 103c). The coating thickness of the resist 106 is about 10 μm. Thereafter, the mask pattern is transferred to the resist 106 by photolithography and developed, thereby forming a resist pattern 106a from which the resist 106 at the tip of the arm constituent portion 103a is removed in a rectangular shape, as shown in FIG. Then, ICP-RIE, normal RIE, or the like is performed using the resist pattern 106a as a mask, and the tip portion of the arm component 103a is processed into a predetermined shape and size. It is also possible to machine the part into a predetermined shape and dimensions by mechanical cutting such as dicing.

次に、図9(c)に示すように、SOI基板100を表裏反転させて、スパッタリング法や真空蒸着法によりベース層101の表面にアルミ層107を形成する。アルミ層107の厚さは、約50nmとする。そして、アルミ層107の上にレジスト108を約2μmの厚さに形成した後に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、そのレジスト108をマスクに用いてアルミ層107を混酸液によりエッチングする(図10(a)参照)。   Next, as shown in FIG. 9C, the SOI substrate 100 is turned upside down, and an aluminum layer 107 is formed on the surface of the base layer 101 by sputtering or vacuum deposition. The thickness of the aluminum layer 107 is about 50 nm. Then, after forming a resist 108 on the aluminum layer 107 to a thickness of about 2 μm, a resist pattern is formed by photolithography, and the aluminum layer 107 is etched with a mixed acid solution using the resist 108 as a mask (FIG. 10). (See (a)).

図14は、レジスト108およびアルミ層107の形状を示す斜視図である。図10(a)は、図14のII−II断面を示すものであり、絶縁層102の図示下側(表面側)にはシリコン層103によるアーム部103aの断面が図示されている。レジスト108は、連結部8に対応する部分111や台座10に対応する部分112などが残っており、逆に、アーム3の周辺領域が除去されてベース層101が露出している。   FIG. 14 is a perspective view showing the shapes of the resist 108 and the aluminum layer 107. FIG. 10A shows a cross section taken along the line II-II in FIG. 14, and a cross section of the arm portion 103 a formed of the silicon layer 103 is shown on the lower side (surface side) of the insulating layer 102. In the resist 108, a portion 111 corresponding to the connecting portion 8 and a portion 112 corresponding to the base 10 remain, and conversely, the peripheral region of the arm 3 is removed and the base layer 101 is exposed.

その後、ベース層101の上に形成されたレジスト108およびアルミ層107をマスクとして、ベース層101をICP−RIEによりエッチングする。ベース層101は異方性エッチングにより垂直方向にエッチングされ、エッチングは絶縁層102が露出するまで行われる。図10(b)も図14のII−II断面を示すものであり、エッチング終了後に、硫酸・過酸化水素混液によりレジスト108,106およびアルミ層107を除去する。   Thereafter, the base layer 101 is etched by ICP-RIE using the resist 108 and the aluminum layer 107 formed on the base layer 101 as a mask. The base layer 101 is etched in the vertical direction by anisotropic etching, and the etching is performed until the insulating layer 102 is exposed. FIG. 10B also shows the II-II cross section of FIG. 14, and after the etching is completed, the resists 108 and 106 and the aluminum layer 107 are removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

図15は、図10(b)に示すベース層101の裏面側を示す図である。エッチングにより、ベース層101には台座10、連絡部8などが形成される。次いで、台座10上に露出している酸化シリコンから成る絶縁層102を、緩衝フッ化水素溶液を用いてエッチングする。その結果、シリコン層103とベース層101とで挟まれた領域を除いて、絶縁層102が除去される(図10(c)参照)。   FIG. 15 is a view showing the back side of the base layer 101 shown in FIG. Etching forms the base 10, the connecting portion 8, and the like on the base layer 101. Next, the insulating layer 102 made of silicon oxide exposed on the pedestal 10 is etched using a buffered hydrogen fluoride solution. As a result, the insulating layer 102 is removed except for a region sandwiched between the silicon layer 103 and the base layer 101 (see FIG. 10C).

図16は、ベース層101の表面側を示す斜視図であり、図10(c)は図16のIII−III断面を示したものである。上述したように、シリコン層103とベース層101との間には絶縁層102が介在している。その後、図10(d)に示すように、露出しているベース層101の上および各構造体を構成するシリコン層103の上に、真空蒸着法等によりアルミ等からなる導体膜109を形成する。導体膜109の厚さは500nm以下とする。このようにして、ナノピンセット1が完成するが、把持対象によってはFIBなどの加工装置によりアーム3を追加工しても良い。   FIG. 16 is a perspective view showing the surface side of the base layer 101, and FIG. 10C shows a III-III cross section of FIG. As described above, the insulating layer 102 is interposed between the silicon layer 103 and the base layer 101. After that, as shown in FIG. 10D, a conductor film 109 made of aluminum or the like is formed on the exposed base layer 101 and on the silicon layer 103 constituting each structure by a vacuum deposition method or the like. . The thickness of the conductor film 109 is 500 nm or less. In this way, the nanotweezers 1 are completed, but the arm 3 may be additionally processed by a processing apparatus such as FIB depending on the object to be grasped.

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、電源回路2は制御手段を構成する。なお、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。   In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the power supply circuit 2 constitutes a control means. The present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the characteristics are not impaired.

本発明の実施の形態に係るナノピンセット装置全体の概略を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing the outline of the whole nano tweezers device concerning an embodiment of the invention. 図1に示すナノピンセット1を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the nanotweezers 1 shown in FIG. 図1に示すナノピンセット1の要部を示す平面図である。It is a top view which shows the principal part of the nano tweezers 1 shown in FIG. ナノピンセット1の固定電極5aおよび可動電極6aの一部を模式的に示す斜視図である。2 is a perspective view schematically showing a part of a fixed electrode 5a and a movable electrode 6a of the nanotweezers 1. FIG. 実施の形態に係るナノピンセット装置におけるクーロン力および弾性力の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the Coulomb force and elastic force in the nano tweezers device concerning an embodiment. 実施の形態に係るナノピンセット装置における印加電圧Vと可動電極6aの移動距離xとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the applied voltage V and the movement distance x of the movable electrode 6a in the nano tweezers which concern on embodiment. アンロック電圧Vを説明する図である。It is a figure explaining unlock voltage Vr . 実施の形態に係るナノピンセット1の製造工程を説明する図であり、図8(a)〜図8(d)の順に工程が進む。It is a figure explaining the manufacturing process of the nano tweezers 1 concerning an embodiment, and a process progresses in order of Drawing 8 (a)-Drawing 8 (d). 図8に続く工程を示す図であり、図9(a)〜図9(c)の順に工程が進む。It is a figure which shows the process following FIG. 8, and a process progresses in order of Fig.9 (a)-FIG.9 (c). 図9に続く工程を示す図であり、図10(a)〜図10(d)の順に工程が進む。It is a figure which shows the process following FIG. 9, and a process progresses in order of Fig.10 (a)-FIG.10 (d). 図8(c)に示すSOI基板100の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of the SOI substrate 100 shown in FIG. 図11に示すレジストパターン105aおよびアルミ層104を除去した後のSOI基板100の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of SOI substrate 100 after removing resist pattern 105a and aluminum layer 104 shown in FIG. レジストパターン106aの形状を示すSOI基板100の斜視図である。It is a perspective view of the SOI substrate 100 which shows the shape of the resist pattern 106a. 図10(a)に示すレジストパターン108およびアルミ層107の形状を示すSOI基板100の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of an SOI substrate 100 showing the shapes of a resist pattern 108 and an aluminum layer 107 shown in FIG. 図10(b)に示すベース層101の裏面側を示すSOI基板100の斜視図である。It is a perspective view of the SOI substrate 100 which shows the back surface side of the base layer 101 shown in FIG.10 (b). 図10(c)に示すベース層101の表面側を示すSOI基板100の斜視図である。It is a perspective view of the SOI substrate 100 which shows the surface side of the base layer 101 shown in FIG.10 (c). 櫛歯移動距離とアーム3a,3bとの関係を示す図であり、(a)はアーム3a,3bが開いている場合を示し、(b)アーム3a,3bが閉じている状態を示す。It is a figure which shows the relationship between the comb tooth movement distance and arms 3a and 3b, (a) shows the case where arms 3a and 3b are open, and (b) shows the state where arms 3a and 3b are closed. 櫛歯移動距離とアーム3a,3bとの関係を示す図であり、(a)はプルイン前の状態を示し、(b)プルイン状態を示す。It is a figure which shows the relationship between the comb tooth movement distance and arm 3a, 3b, (a) shows the state before a pull-in, (b) shows the pull-in state. 電極の歯形状を台形状櫛歯とした場合の固定電極25aおよび可動電極26aを示す図である。It is a figure which shows the fixed electrode 25a and the movable electrode 26a at the time of making the tooth | gear shape of an electrode into a trapezoid comb. 電極の歯形状を段付きとした場合の固定電極35aおよび可動電極36aを示す図である。It is a figure which shows the fixed electrode 35a at the time of setting the tooth | gear shape of an electrode to a step, and the movable electrode 36a. コントローラ200を示す図である。2 is a diagram illustrating a controller 200. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:ナノピンセット 2:電源回路
3a,3b:アーム 4a,4b:静電アクチュエータ
5a,5b:固定電極 6a,6b:可動電極
7a,7b:支持部 8a,8b:連結部
9a,9b:アーム支持部 10:台座
50:ナノピンセット装置 100:SOIウエハ
101:ベース層 102:絶縁層
103:シリコン層 200:コントローラ
203:ロック・アンロックスイッチ
204:グリップスイッチ
1: Nano tweezers 2: Power supply circuit 3a, 3b: Arm 4a, 4b: Electrostatic actuator 5a, 5b: Fixed electrode 6a, 6b: Movable electrode 7a, 7b: Support part 8a, 8b: Connection part 9a, 9b: Arm support Part 10: Pedestal 50: Nano tweezers 100: SOI wafer 101: Base layer 102: Insulating layer 103: Silicon layer 200: Controller 203: Lock / unlock switch 204: Grip switch

Claims (7)

開閉自在な一対のアームと、
前記一対のアームをクーロン力で開閉駆動する静電アクチュエータと、
前記静電アクチュエータに所定の駆動電圧を印加する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記一対のアームが対象物を把持したのち、前記静電アクチュエータで発生するクーロン力が、前記対象物を把持する際に前記アームが変形することによって生じる最大弾性力を上回るように決定されるロック駆動電圧を前記静電アクチュエータへ印加することを特徴とするナノピンセット装置。
A pair of arms that can be opened and closed;
An electrostatic actuator that opens and closes the pair of arms with Coulomb force;
Control means for applying a predetermined drive voltage to the electrostatic actuator,
The control means is configured so that after the pair of arms grips the object, a Coulomb force generated by the electrostatic actuator exceeds a maximum elastic force generated by the deformation of the arms when the object is gripped. A nano-tweezers device that applies a lock driving voltage determined in (1) to the electrostatic actuator.
請求項1に記載のナノピンセット装置において、
前記制御手段は、前記ロック駆動電圧により前記一対のアームが対象物を把持したのち、前記静電アクチュエータで発生するクーロン力が前記弾性力と釣り合うように決定されるアンロック駆動電圧を前記静電アクチュエータへ印加することを特徴とするナノピンセット装置。
The nanotweezer device according to claim 1,
The control means applies an unlock driving voltage determined so that a Coulomb force generated by the electrostatic actuator is balanced with the elastic force after the pair of arms grips the object by the lock driving voltage. A nanotweezer device characterized by being applied to an actuator.
請求項1または2に記載のナノピンセット装置において、
前記制御手段は、開放されている前記一対のアームで対象物を把持させる際に、前記一対のアームが所定の把持力で対称物を把持するように決定されるグリップ駆動電圧を前記静電アクチュエータへ印加することを特徴とするナノピンセット装置。
The nanotweezer device according to claim 1 or 2,
The control means applies a grip driving voltage determined so that the pair of arms grips a symmetrical object with a predetermined gripping force when the target is gripped by the pair of open arms. Nanotweezers characterized by being applied to
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のナノピンセット装置において、
前記ロック駆動電圧の印加を指令するロックスイッチと、前記アンロック駆動電圧を指令するアンロックスイッチと、前記グリップ駆動電圧を指令するグリップスイッチとが操作者に操作されるように配設されている操作盤を備えることを特徴とするナノピンセット装置。
In the nano tweezers device according to any one of claims 1 to 3,
A lock switch for instructing application of the lock drive voltage, an unlock switch for instructing the unlock drive voltage, and a grip switch for instructing the grip drive voltage are arranged to be operated by an operator. A nanotweezer device comprising an operation panel.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のナノピンセット装置において、
前記静電アクチュエータは、櫛歯型の固定電極と、その固定電極に所定の間隔を開けて噛合する櫛歯型の可動電極とを有することを特徴とするナノピンセット装置。
The nanotweezer device according to any one of claims 1 to 4,
The electrostatic actuator includes a comb-shaped fixed electrode and a comb-shaped movable electrode that meshes with the fixed electrode at a predetermined interval.
請求項5に記載のナノピンセット装置において、
前記固定電極の櫛歯と可動電極の櫛歯の少なくとも一方の噛合する対向面に、絶縁層が設けられていることを特徴とするナノピンセット装置。
The nanotweezer device according to claim 5,
An nano-tweezer device, wherein an insulating layer is provided on an opposing surface of at least one of the fixed electrode comb teeth and the movable electrode comb teeth.
クーロン力で開閉駆動する静電アクチュエータにより前記一対のアームが対象物を把持したのち、前記クーロン力が、前記対象物を把持する際に変形するアームによる弾性力を上回るように、前記静電アクチュエータへ駆動電圧を印加することを特徴とする微小試料の把持方法。
The electrostatic actuator such that after the pair of arms grips the object by an electrostatic actuator that is opened and closed by a Coulomb force, the Coulomb force exceeds an elastic force by the arm that deforms when the object is gripped. A method of gripping a micro sample, wherein a driving voltage is applied to the micro sample.
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