(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階層化構造物の製造方法において、
（ａ）第１母材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に第１基地（ｍａｔｒｉｘ）を形成する段階；（ｂ）前記第１基地上にナノ（ｎａｎｏ）スケール領域の特性長さを有する少なくとも１つ以上のナノオブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）を第１パターンで配列する段階；
（ｃ）前記（ｂ）段階の第１パターン上に第２基地を形成する段階；
（ｄ）前記第１母材を分離して第１ブロックを形成する段階；
（ｅ）第２母材上に少なくとも１つ以上の前記第１ブロックを第２パターンで配列する段階；
（ｆ）前記（ｅ）段階の第２パターン上に第３基地を形成する段階；および
（ｇ）前記第２母材を分離して第２ブロックを形成する段階を含む階層化構造物の製造方法。
【請求項２】
前記第１基地または第２基地はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）または金属であることを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項３】
前記特性長さは１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に属することを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項４】
前記ナノオブジェクトは、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）、ナノスフェア（ｎａｎｏ  ｓｐｈｅｒｅ）、ナノ粒子（ｎａｎｏ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）、ナノチューブ（ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ）、ナノワイヤー（ｎａｎｏ  ｗｉｒｅ）、およびナノスケール領域の線パターン（ｌｉｎｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項５】
前記第１パターンは、光学リソグラフィ（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ソフトリソグラフィ、ホログラフィック（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ）リソグラフィ、ナノインプリント（ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ）、シャドーマスク（ｓｈａｄｏｗ  ｍａｓｋ）、および金属トランスファプリンティング（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方法のうちのいずれか１つの方法によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項６】
前記（ａ）段階は、
（ａ１）前記第１基地を形成する前に前記第１母材上に犠牲層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項７】
前記（ｄ）段階は、
（ｄ１）前記第２基地上にフォトレジストパターンまたは無機物パターンを形成した後にエッチングする段階；および
（ｄ２）前記フォトレジストパターンまたは無機物パターンを除去する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項８】
前記フォトレジストパターンまたは無機物パターンは光学リソグラフィまたはインプリントリソグラフィ方法を用いて形成することを特徴とする請求項７に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項９】
前記（ｅ）段階は、
前記第１ブロックをチャック（ｃｈｕｃｋ）を用いて前記第２母材上に付着する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項１０】
前記（ｅ）段階は、
前記第１ブロックを配列する前に前記第２母材上に粘着強化層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項１１】
前記粘着強化層は自己組織化単分子層（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）またはポリマー接着剤層であることを特徴とする請求項１０に記載の階層化構造物の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ブロックの大きさは前記第１ブロックの大きさよりも５倍〜１００倍大きいことを特徴とする請求項１に記載の階層化構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は階層化構造物およびその製造方法に関し、より詳細には、階層化構造物の形状、その形状による階層化構造物の工学的効果、その工学的効果の増大方法、新規素材または部品に対する階層化構造物の応用方法、階層化構造物の大量製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代に走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が発明されて以来、１００ｎｍ以下の特性長さを有するナノスケール領域で発生する特異な現象を測定するナノ測定技術が急激な発展を重ねている。現在、ナノ測定技術は、ナノスケール領域で発生する特異な機械的、電磁気的、光学的、化学的、または熱的物性の測定に活発に適用されている。
ナノ測定技術の発展により、ナノスケール領域では既存の巨視的なスケール領域とは異なる自然現象が発生するという事実が明らかになり、現在までもナノスケール領域における新たな自然現象が持続して報告されている。
さらに、Ｌｉｊｉｍａの１９９１年度の論文によって炭素ナノチューブが本格的に注目され始めて以来、現在では各種金属と半導体から構成された多様なナノ素材、すなわちナノワイヤー（Ｎａｎｏ  Ｗｉｒｅ）、ナノロッド（Ｎａｎｏ  Ｒｏｄ）、ナノストライプ、または量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ)などを実生活に応用するナノ素材技術が活発に研究されている。
一方、現在水準の半導体工程技術において、半導体工程の特性領域（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は一部素子の場合には既に１００ｎｍ以下に進入した。このような半導体工程技術はナノスケールの構造物をより自由かつ低廉に製造することができる方法を提供し、これによってナノ技術の結果物を実生活に適用することができる無限の可能性が到来した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上述したような技術的背景に基づいて本発明者の惜しみない努力によって持続的な研究開発を行った結果として完成したものであって、本発明は、ナノスケール領域で発生する優れた特性を巨視的なスケール領域の構造物に実現することができる階層化構造物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態に係る階層化構造物は、第１ブロック内部の第１基地にナノ（ｎａｎｏ）スケール領域の特性長さを有する少なくとも１つ以上のナノオブジェクト（Ｏｂｊｅｃｔ）が第１パターンによって配列され、第２ブロック（ｂｌｏｃｋ）の第２基地（ｍａｔｒｉｘ）に少なくとも１つ以上の第１ブロックが第２パターン（ｐａｔｔｅｒｎ）で配列されてもよい。
【０００５】
前記第１基地または第２基地はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）または金属からなってもよい。
前記特性長さは１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に属してもよい。
前記ナノオブジェクトは、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）、ナノスフェア（ｎａｎｏ  ｓｐｈｅｒｅ）、ナノ粒子（ｎａｎｏ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）、ナノチューブ（ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ）、ナノワイヤー（ｎａｎｏ  ｗｉｒｅ）、およびナノスケール領域の線パターン（ｌｉｎｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）のうちより選択されたいずれか１つであってもよい。
【０００６】
前記第１パターンは、光学リソグラフィ（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ソフト（ｓｏｆｔ）リソグラフィ、ホログラフィック（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ）リソグラフィ、ナノインプリント（ｉｍｐｒｉｎｔ）、シャドーマスク（ｓｈａｄｏｗ  ｍａｓｋ）、および金属トランスファプリンティング（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方法のうちより選択されたいずれか１つの方法によって形成されてもよい。
【０００７】
前記第２ブロックの大きさは、前記第１ブロックの大きさよりも５倍〜１００倍大きく形成されてもよい。
【０００８】
一方、本発明の他の実施形態に係る階層化構造物は、少なくとも１つ以上の第３ブロック（ｂｌｏｃｋ）が互いに結合した第１構造物の外部にナノ（ｎａｎｏ）スケール領域の特性長さを有する少なくとも１つ以上の第４ブロックが結合したものであってもよい。
【０００９】
前記特性長さは１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に属してもよい。
一方、本発明の他の実施形態に係る階層化構造物の製造方法は、（ａ）第１母材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に第１基地（ｍａｔｒｉｘ）を形成する段階と、（ｂ）前記第１基地上にナノ（ｎａｎｏ）スケール領域の特性長さを有する少なくとも１つ以上のナノオブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）を第１パターンで配列する段階と、（ｃ）前記（ｂ）段階の第１パターン上に第２基地を形成する段階と、（ｄ）前記第１母材を分離して第１ブロックを形成する段階と、（ｅ）第２母材上に少なくとも１つ以上の前記第１ブロックを第２パターンで配列する段階と、（ｆ）前記（ｅ）段階の第２パターン上に第３基地を形成する段階と、（ｇ）前記第２母材を分離して第２ブロックを形成する段階とを含む。
【００１０】
前記第１基地または第２基地はポリマーまたは金属からなってもよい。
前記特性長さは１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に属してもよい。
前記ナノオブジェクトは、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）、ナノスフェア（ｎａｎｏ  ｓｐｈｅｒｅ）、ナノ粒子（ｎａｎｏ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）、ナノチューブ（ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ）、ナノワイヤー（ｎａｎｏ  ｗｉｒｅ）、およびナノスケール領域の線パターン（ｌｉｎｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）のうちより選択されたいずれか１つであってもよい。
【００１１】
前記パターンは、光学リソグラフィ（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ソフト（ｓｏｆｔ）リソグラフィ、ホログラフィック（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ）リソグラフィ、ナノインプリント（ｉｍｐｒｉｎｔ）、シャドーマスク（ｓｈａｄｏｗ  ｍａｓｋ）、および金属トランスファプリンティング（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方法のうちより選択されたいずれか１つの方法によって形成されてもよい。
【００１２】
前記（ａ）段階は、（ａ１）前記第１基地を形成する前に前記第１母材上に犠牲層を形成する段階をさらに含んでもよい。
前記（ｄ）段階は、（ｄ１）前記第２基地上にフォトレジストパターンまたは無機物パターンを形成した後にエッチングする段階と、（ｄ２）前記フォトレジストパターンまたは無機物パターンを除去する段階とを含んでもよい。
前記フォトレジストパターンまたは無機物パターンは光学リソグラフィまたはインプリントリソグラフィ方法を用いて形成してもよい。
前記（ｅ）段階は、前記第１ブロックをチャック（ｃｈｕｃｋ）を用いて前記第２母材上に付着する段階を含んでもよい。
前記（ｅ）段階は、前記第１ブロックを配列する前に前記第２母材上に粘着強化層を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００１３】
前記粘着強化層は自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）またはポリマー接着剤層が適用されてもよい。
前記第２ブロックの大きさは前記第１ブロックの大きさよりも５倍〜１００倍大きく形成されてもよい。
【００１４】
一方、本発明の他の実施形態に係る階層化構造物の製造方法は、（Ａ）ナノスケール領域の特性長さを有する少なくとも１つ以上の第３ブロックおよび前記第３ブロックの大きさよりも大きい少なくとも１つ以上の第４ブロックを形成する段階と、（Ｂ）第３母材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に前記第４ブロックを付着し、前記第４ブロック上に前記第３ブロックを付着する段階と、（Ｃ）前記第３母材を分離する段階とを含む。
【００１５】
前記第４ブロックの大きさは前記第３ブロックの大きさよりも５倍〜１００倍大きく形成されてもよい。
前記（Ｂ）段階は、前記第４ブロックまたは第３ブロックをチャック（ｃｈｕｃｋ）を用いて前記第３母材または第４ブロック上に付着する段階を含んでもよい。
前記（Ｂ）段階は、前記第４ブロックを付着する前に前記第３母材上に粘着強化層を形成する段階を含んでもよい。
前記粘着強化層は自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）またはポリマー接着剤層が適用されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施形態による効果は、大きく３つに区分することができる。
第１に、ナノスケール領域で発生する優れた特性を巨視的なスケール領域の構造物でも活用することができる方法を提供する。第２に、スケールの大きさが互いに異なる構造物を相違したスケールの大きさに関係なく容易に連係（Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｏｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）することができる方法を提供する。第３に、従来技術では製造することが困難であった３次元的な形状を含む部品を容易に製造することができる方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】人間の腱で発見される階層構造の例を示す模式図である。
【図２】ヤモリ（Ｇｅｃｋｏ）トカゲの足裏に形成された階層構造の例を示す写真である。
【図３】本発明の一実施形態によって製造される構造に関する例示図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造工程を説明するための模式図である。
【図５】図４のレベル１工程において基地（ｍａｔｒｉｘ）内に配列されるナノオブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）の多様な例を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る階層化構造物を概略的に示す模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程を示す工程図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程後のレベル１ブロックを製造する工程を示す工程図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル２工程を示す工程図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る階層化構造物の製造工程を示す工程図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程を示す工程図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程後のレベル１ブロックを製造する工程を示す工程図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル２工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための具体的な内容を説明するに先立ち、本発明の技術的要旨と直接に関連のない構成については、本発明の技術的要旨を乱さない範囲内で省略した。
また、本明細書および特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、発明者が自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立脚し、本発明の技術的な思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００１９】
ナノスケール領域で発生する優れた特性を巨視的な構造物に実現することができるという可能性は、最近の自然構造物に対する研究によっても証明された。
図１は、人間の腱で観察される階層構造の例を示す模式図である。
図１に示すような階層構造により、人間の腱（ｔｅｎｄｏｎ）は優れた強度を示しながらも、外部から印加される極めて大きい変形率を支えることができる。人間の腱だけではなく動物の骨からもこれと類似した階層構造が観察され、これによって動物の骨も極めて優れた破壊靭性を示す。
【００２０】
このような優れた破壊靭性は、人間の腱または動物の骨の内部に存在し得る欠陥にかかわらずに階層構造が外部の衝撃を弱化させるためであるという事実が明らかになり、このような階層構造は、図１に示したように、ナノスケール領域の基本構造が６段階または７段階まで連続して積層された構造である。
【００２１】
階層構造によって優れた特性が発現する他の例として、ヤモリ（Ｇｅｃｋｏ）トカゲの足裏に形成された階層構造の例を図２に示した。
【００２２】
ヤモリトカゲは、図２に示すような階層構造を用いてナノスケール領域で発生するファンデルワールス力を巨視的なスケール領域まで増幅させる。これにより、ヤモリトカゲは、建物の天井やガラス窓などでも自由に往来することができる粘着力を得る。
【００２３】
ナノスケール領域におけるファンデルワールス（Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ）力による粘着力の大きさは極めて小さいが、階層構造によって巨視的なスケール領域に拡張されることによって粘着力の大きさを幾何級数的に増加することができる。これにより、体重が数百グラムに過ぎないヤモリトカゲが建物の天井やガラス窓などに自分の体を付着させる粘着力が発生する。
【００２４】
従来にはこのような階層構造を人工的に製造する技術が存在しなかったが、本発明の実施形態によれば優れた特性、すなわち優れた破壊靭性または粘着力を実現する人工的な階層構造を製造することができる。
【００２５】
また、本発明の実施形態は、スケールが互いに異なる構造物をスケールに関係なく容易に連係することができる方法を提供する。
【００２６】
ナノ技術の発展に伴ってナノスケール領域の構造物、すなわちナノチューブまたはナノワイヤーなどを用いてナノスケール領域のトランジスタまたは各種ＮＥＭＳ（Ｎａｎｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）などを実現する技術が開発されているが、ナノスケール領域の構造物を巨視的なスケール領域の構造物と連係する技術はまったく存在しない実情にある。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、このようなナノスケール領域の構造物を日常生活で使用する製品と連係することができる。
【００２８】
例えば、本発明の実施形態に係る階層化構造物を用いて図３に示す構造を製造してもよい。すなわち、図３において、数十マイクロメータ以上のスケール領域に該当する上段のシリコンＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）と、数マイクロメータ以下のスケール領域に該当する中央の金属導線（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｌｉｎｅ）と、極めて高い測定敏感度を示して数十ナノメートル水準のスケール領域に該当する下段のナノワイヤーセンサとを連係した製品を製造してもよい。
【００２９】
図３において、各レベル間の電気的な連結のために、粘着力増加層の素材を慎重に選択してもよく、粘着力増加層を用いなくてもよい。粘着力増加層を用いなければ、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理技術などの表面処理技術を適用して粘着力を増加させることができる。これについては詳しく後述する。
【００３０】
一方、本発明の実施形態は、従来技術では製造することが困難であった３次元的な形状を含む部品を容易に製造することができる方法を提供する。
３次元部品を製造する方式は大きく、Ａｄｄｉｔｉｖｅ方式とＳｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ方式に分類してもよい。Ａｄｄｉｔｉｖｅ方式は基本ブロックを積層したり組み立てて３次元部品を製造する方式であって、ステレオリソグラフィ（ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）またはレーザ焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）などを例示してもよい。この反面、Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ方式は巨大構造物を段階的に切削して所望する形状を実現する方式であって、ミリング加工、ダイ加工、放電加工、または光学リソグラフィなどを例示してもよい。
【００３１】
本発明の実施形態は、従来のＡｄｄｉｔｉｖｅ方式とは異なる概念のＡｄｄｉｔｉｖｅ方式の製造方法であって、図３に示すように、レベル別に構造物を積層したり組み立てて３次元部品を製造する方法を提供する。本発明の実施形態に係る製造方法を用いれば、従来のＡｄｄｉｔｉｖｅ方式では製造することができなかった構造物、例えばＣｏｎｆｏｒｍａｌ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｍｏｌｄのように内部に複雑な流動チャネルを含む構造物を製造することができ、多様なスケール領域のブロックを用いることによって従来のＡｄｄｉｔｉｖｅ方式よりも生産性を向上させながら、パターン分解能も向上させることができる。
【００３２】
従来のＡｄｄｉｔｉｖｅ方式は一定の大きさの基本構造物を積層する方式であって、基本構造物の大きさが増加することによって生産速度は基本構造物の体積、すなわち基本構造物の大きさの３乗に比例して増加する。この反面、本発明の実施形態によって階層化されたレベル別に基本ブロックを積層する場合、微細なパターン変化がない部分はスケールが大きい基本ブロックを用いて構造物を製造し、微細なパターン変化がある部分はスケールが小さい基本ブロックを用いることによって生産速度を大きく向上させることができる。
【００３３】
さらに、従来のＡｄｄｉｔｉｖｅ方式の大部分は表面分解能が良くなく、後処理（研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または仕上げ機械加工）工程を含むが、本発明の実施形態によれば、最小スケール領域の基本ブロックの大きさを減少させて構造物の加工分解能を向上させることができ、後処理工程を最少化したり省略することができる。
【００３４】
以下、本発明の多様な実施形態に係る階層化構造物およびその製造方法について、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３５】
図４は、本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造工程を説明するための模式図である。
図４を参照すれば、レベル１工程では、母材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１２上に基地（ｍａｔｒｉｘ）１４と共にナノスケール領域の特性長さ（例えば、Ｗｌ）を有するナノオブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）１６を配列する。
【００３６】
ナノオブジェクト１６は、図５に示すように、０次元、１次元、または２次元のナノオブジェクトであってもよい。ナノオブジェクト１６が主に点、線、または面のうちのいずれの観点によって規定されるかにより、便宜上、０次元、１次元、または２次元ナノオブジェクトに区分することにする。図５の（ａ）を参照すれば、０次元ナノオブジェクト１６０としては、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）、ナノスフェア（ｎａｎｏ  ｓｐｈｅｒｅ）、またはナノ粒子（ｎａｎｏ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）などがある。図５の（ｂ）を参照すれば、１次元ナノオブジェクト１６１としては、ナノチューブ（ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ）、ナノワイヤー（ｎａｎｏ  ｗｉｒｅ）、またはナノスケール領域の線パターン（ｌｉｎｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）などがある。図５の（ｃ）を参照すれば、２次元ナノオブジェクト１６２は、ナノスケール領域で意味のある厚さを有するナノオブジェクトを意味する。
【００３７】
ナノオブジェクト１６、１６０、１６１、１６２を配列する方法は、ナノオブジェクト１６、１６０、１６１、１６２が任意的な（ｒａｎｄｏｍｌｙ）分布を有するように基地１４内に分散させる方法と、ナノオブジェクト１６、１６０、１６１、１６２が３次元空間で周期的なパターンを有するようにしたり予め設定された位置に分布するように配列する方法とに分類してもよい。任意的な分布を有するように分散させるためには、通常の方法、すなわちナノ粒子基盤の複合材を製造する方法などを用いることができ、周期的なパターンを有するようにしたり予め設定された位置に分布するように配列する方法については詳しく後述する。
【００３８】
図４を参照するとき、レベル２工程では、一定の形態と大きさを有するように形成されたナノスケール領域のレベル１ブロック１０を３次元空間内に配列してレベル２ブロック２０を実現する。レベル３工程では、一定の形態と大きさを有するレベル２ブロック２０を３次元空間内に配列してレベル３ブロック３０を実現する。必要な場合、同じ方法によってレベル４ブロック、レベル５ブロックなどを段階的に実現してもよいことはもちろんだ。
【００３９】
レベル２ブロック２０のスケール領域（Ｗｌｌｌ）はレベル１ブロック１０のスケール領域（Ｗｌｌ）よりも極めて大きく、レベル２ブロック２０のスケール領域（Ｗｌｌｌ）がレベル１ブロック１０のスケール領域（Ｗｌｌ）の５倍〜１００倍よりも大きく形成されてもよい。これは、レベル３ブロック３０とレベル２ブロック２０の間においても同じであり、これにより、レベルが増加することによってレベル別のブロックの大きさは次第に増加し、最終的に巨視的なスケール領域の構造物を構成することが容易となる。
【００４０】
図６は、本発明の第２実施形態に係る階層化構造物を概略的に示す模式図である。
本発明の第２実施形態に係る階層化構造物は、図６に示すように、最もスケールが大きいレベル（図６ではレベル４）のブロックを先ず組み立て、次第にスケールが小さいレベルのブロックを組み立てる方式によって製造してもよい。図６において、レベル４は１個のレベル４ブロック１４０で構成され、レベル３は４個のレベル３ブロック１３０で構成され、レベル２は１２個のレベル２ブロック１２０で構成され、レベル１は４８個のレベル１ブロック１１０で構成されることが確認される。もちろん、本発明がこのような個数に限定されるものではない。
【００４１】
図６のレベル１では、図４と同じように、図５に示すような多様なナノオブジェクトをそれぞれのレベル１ブロック１１０の基地内に配列してもよい。図６に示すような階層化構造物を製造する詳細な工程については後述して説明する。
【００４２】
以下、図４に示すような本発明の第１実施形態に係る階層化構造物を製造する方法について説明する。便宜上、ナノオブジェクト１６は金属ナノパターンであり、基地１４はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）であるものと設定して説明するが、本発明がこれに限定されるものではない。一例として、基地１４としてはポリマーだけではなく金属を用いることもでき、図１１〜図１３には基地とナノオブジェクトの素材として互いに異なる種類の異種金属を用いた階層化構造物の製造工程を示した。
【００４３】
図７は、本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程を示す工程図である。
先ず、母材１２に犠牲層１３を蒸着する（Ｓ１１）。段階Ｓ１１の犠牲層１３の機能は、完成したレベル１ブロック１０が以後にエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）によって母材１２から円滑に分離するようにするものである。犠牲層１３の素材は、エッチング感度（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）が基地１４であるポリマーよりも大きい素材であることが好ましい。
【００４４】
次に、前記犠牲層１３上に基地１４としてポリマーをスピンコーティングする（Ｓ１２）。段階Ｓ１２の基地１４のポリマーの種類はスピンコーティングが可能なものであれば問題なく、通常はスピンコーティング条件に応じて厚さを精巧に制御してもよい。
【００４５】
次に、前記ポリマー基地１４上にナノオブジェクト１６である金属ナノパターンを形成する（Ｓ１３）。段階Ｓ１３において、ナノオブジェクト１６である金属ナノパターンは通常の方法を用いて形成してもよい。例えば、光学リソグラフィを用いる方法、ナノインプリント（Ｉｍｐｒｉｎｔ）またはソフトリソグラフィ（Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を用いる方法、シャドーマスク（Ｓｈａｄｏｗ  Ｍａｓｋ）方法、または金属トランスファプリンティング（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方法などを用いることができる。
【００４６】
その他に、ホログラフィックリソグラフィ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法を用いれば、ナノオブジェクト１６である金属ナノパターンの積層工程がなくてもレベル１工程を容易に実行することができ、多様な形状のナノオブジェクト１６を３次元的にさらに周期的に配列してもよい。しかしながら、この場合、最小構造物、すなわちレベル１ブロック１０の大きさは１００ｎｍ以上でなければならず、使用可能な素材に制約がある。
【００４７】
次に、前記形成されたナノオブジェクト１６を覆うようにポリマー基地１４をスピンコーティングし（Ｓ１４）、その上に金属ナノパターンを形成し（Ｓ１５）、このように形成された金属ナノパターンを覆うように再びポリマー基地１４をスピンコーティングによって形成する（Ｓ１６）。
【００４８】
所望する個数のナノオブジェクト１６層を形成するために前記段階Ｓ１３と段階Ｓ１４を反復してもよく（Ｓ１７）、これによってレベル１工程が完了する（Ｓ１８）。
一方、図１１は、本発明の第３実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程を示す工程図である。
【００４９】
図１１では、レベル１ブロック１１の基地１５としてポリマーの代わりに異種金属を用いる場合を示しており、基地１５がナノオブジェクト１７とは異種の金属であるという点を除いては図７に示す工程と全体的に類似している。
【００５０】
図８は、本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程後のレベル１ブロックを製造する工程を示す工程図である。
図８を参照すれば、先ずレベル１工程で製作されたパターンを準備し（Ｓ２１）、前記パターンにフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）５１コーティングを行った後（Ｓ２２）、リソグラフィ工程を行う（Ｓ２３）。段階Ｓ２３のリソグラフィは通常の光学リソグラフィまたはインプリントリソグラフィなどであってもよい。
【００５１】
次に、段階Ｓ２３によって形成されたフォトレジスト５１パターンを用いてポリマー基地１４をエッチングし（Ｓ２４）、ポリマー基地１４の種類に応じてフォトレジスト５１パターンの代わりに無機物パターンをエッチングマスク（ｅｔｃｈ  ｍａｓｋ）で形成してエッチングすることもできる。フォトレジスト５１パターンの代わりに無機物パターンをエッチングマスクに用いる場合には、段階Ｓ２２のフォトレジスト５１スピンコーティングの代わりに金属（ＷまたはＴｉなど）または酸化物（ＳｉＯ２など）などの無機物層蒸着工程が必要となり、段階Ｓ２３のリソグラフィによって無機物層にパターンを形成する。
【００５２】
追加的に、段階Ｓ２３は、レイヤー（ｌａｙｅｒ）蒸着、パターニング、またはエッチングなどの工程を含むことができる。このような追加的な工程は、半導体製造に関連する技術分野において通常の知識を有する者であれば容易に把握することができるため、詳細な説明は省略する。
【００５３】
最終的に、フォトレジスト５１パターンまたは無機物パターンと犠牲層１３を除去するようになれば（Ｓ２５）、レベル１ブロック１０が得られる（Ｓ２６）。
【００５４】
前記レベル１ブロック１０と母材１２の間の犠牲層１３素材は、段階Ｓ２２のフォトレジスト５１または無機物層と同じであってもよく、相違してもよい。同じ素材である場合には１つの工程でフォトレジスト５１と犠牲層１３を除去することができるため、相違する素材である場合よりもエッチング工程が単純である。
【００５５】
一方、図１２は、本発明の第３実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル１工程後のレベル１ブロックを製造する工程を示す工程図である。
図１２では、レベル１ブロック１１の基地１５としてポリマーの代わりに異種金属を用いることを示しており、基地１５がナノオブジェクト１７とは異種の金属であるという点を除いては図８に示す工程と全体的に類似している。
【００５６】
図９は、本発明の第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル２工程を示す工程図である。
図９を参照すれば、先ずダミー（ｄｕｍｍｙ）母材２２上に製造されたレベル１ブロック１０を準備し（Ｓ３１）、チャック（ｃｈｕｃｋ）４５を用いて前記レベル１ブロック１０を一括的に引き離す（Ｓ３２）。前記チャック４５としては半導体関連工程で通常用いる静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｈｕｃｋ）またはポリマーチャックなどを用いることができる。
【００５７】
レベル１ブロック１０とダミー母材２２の間の酸化物層が既にエッチングされた状態であるため、レベル１ブロック１０とダミー母材２２の間の粘着力は極めて低い。したがって、チャック４５を用いてレベル１ブロック１０を比較的に容易に引き離すことができる。
【００５８】
次に、引き離したレベル１ブロック１０を目標母材（ｔａｒｇｅｔ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）３２上に移送する（Ｓ３３）。
このとき、チャック４５とレベル１ブロック１０の間の粘着力は能動的に制御することが好ましい。すなわち、レベル１ブロック１０をダミー母材２２から引き離すときには、チャック４５とレベル１ブロック１０の間の粘着力が増加しなければならず、レベル１ブロック１０を目標母材３２上に移送するときには、チャック４５とレベル１ブロック１０の間の粘着力が減少することが好ましい。
【００５９】
静電チャックを用いる場合には、チャック４５に加えられる電圧を制御することによって粘着力を制御することができ、ポリマーチャックを用いる場合には、チャック４５の変形速度を制御することによって粘着力を制御することができる。
【００６０】
チャック４５の粘着力を制御することだけでレベル１ブロック１０を目標母材３２上に付着することが困難であれば、粘着強化層を段階Ｓ３３前に目標母材３２上に形成してもよい。粘着強化層としてはＧｙｃｉｄｏｘｙｐｒｏｐｙｌ  Ｔｒｉｍｅｔｈｏｒｙ  Ｓｉｌａｎｅ（ＧＰＴ）、Ａｃｒｙｌｏｘｙｐｒｏｐｙｌ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｄｉｃｈｌｏｒｏ  Ｓｉｌａｎｅ（ＡＰＭＤＳ）、またはＡｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ  Ｔｒｉｅｔｈｏｘｙ  Ｓｉｌａｎｅ（ＡＰＴＳ）などの自己組織化単分子層（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）、またはナノスケール領域の厚さを有するポリマー接着剤層などを用いてもよい。
【００６１】
次に、ポリマー層２４を前記レベル１ブロック１０を覆うようにスピンコーティングし（Ｓ３４）、さらに他のレベル１ブロック１０’を前記ポリマー層２４上に付着する（Ｓ３５）。段階Ｓ３５は段階Ｓ３３と同じようにチャック４５を用いて実行してもよい。必要に応じて段階Ｓ３４と段階Ｓ３５を一定の回数だけ反復してもよく（Ｓ３６）、これによってレベル２工程を完了する（Ｓ３７）。
【００６２】
前記レベル２工程後のレベル２ブロック２０を製造する工程は、図８に示すレベル１ブロック１０製造工程と類似している。ただし、レベル１ブロック１０に比べてレベル２ブロック２０はその大きさが極めて大きいという点が相違している。製造されたレベル２ブロック２０を用いたレベル３工程は、図９に示すレベル２工程と類似している。
【００６３】
図１３は、本発明の第３実施形態に係る階層化構造物の製造方法のうちのレベル２工程を示す工程図である。
図１３では、レベル１ブロック１１の基地２５としてポリマーの代わりに異種金属を用いることを示しており、基地２５が異種金属であるという点を除いては図９に示す工程と全体的に類似している。
【００６４】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る階層化構造物の製造工程を示す工程図である。図１０を参照しながら、図６に示す本発明の第２実施形態に係る階層化構造物を製造する方法について説明する。
【００６５】
上述のように、図４に示す第１実施形態に係る階層化構造物を製造する工程では、スケールが小さいブロックからそれよりもスケールが大きいブロックに順に製造する反面、以下の第２実施形態に係る階層化構造物の製造方法は、スケールが大きいブロックから先に目標母材上に形成し、順にそれよりも小さいブロックを大きいブロック上に形成するという点において相違している。また、上述した第１実施形態に係る階層化構造物の製造方法は、スケールが小さいブロックを製造した後に次第にそれよりも大きいブロックを順に製造しなければならない反面、以下の図６に示す第２実施形態に係る階層化構造物の製造方法は、階層別の基本ブロック間の製造順序には制約がない。
【００６６】
図６に示す第２実施形態に係る階層化構造物を製造するために、先ず階層別の基本ブロック１１０、１２０、１３０をそれぞれのダミー母材２１０、２２０、２３０上に形成する（Ｓ４１）。このとき、階層別の基本ブロック１１０、１２０、１３０は生産工程に対して依存性がないため、個別的にそれぞれの階層別基本ブロック１１０、１２０、１３０を製造してもよい。この反面、第１実施形態に係る階層化構造物の製造工程では、階層別の基本ブロックはその以前工程の基本ブロックを用いて製造されるため、階層別にそれぞれの基本ブロックを製造するためには順に工程を進行しなければならない。
【００６７】
本実施形態において、階層別の基本ブロック１１０、１２０、１３０の製造には上述した光学またはインプリントリソグラフィ技術を用いてもよく、シャドーマスク方法や金属トランスファプリンティング方法を適用してもよい。
【００６８】
次に、階層別に製造された基本ブロック１１０、１２０、１３０のうちで最も大きさが大きいブロック（ブロック１３０）をダミー母材２３０から引き離す（Ｓ４２）。段階Ｓ４２で用いるチャック４５は図９の場合と同じである。
【００６９】
ダミー母材２１０、２２０、２３０から引き離したブロックを目標母材２３５上に付着するために、粘着強化層を蒸着してもよい（Ｓ４３）。同じように、図９の段階Ｓ３３前に蒸着する粘着強化層を用いてもよい。
【００７０】
この後、チャック４５に付着したブロック１３０を粘着強化層が蒸着した目標母材２３５と接触させて目標母材２３５上に付着させる（Ｓ４４）。
その後、段階Ｓ４２〜段階Ｓ４４と類似するように、それよりも小さい大きさのブロック１１０、１２０を目標母材２３５上に移送して付着させる（Ｓ４５、Ｓ４６）。必要に応じて同じレベルのブロックを積層する段階を何度か反復して進行してもよい。
【００７１】
以上、本発明の技術的な思想を例示するための好ましい実施形態と関連して説明して図示したが、本発明はこのように図示されて説明されたそのままの構成および作用にのみ限定されるものではなく、技術的思想の範疇を逸脱せずに本発明に対して多数の変更および修正が可能であることを当業者はよく理解できるはずである。したがって、このようなすべての適切な変更および修正と均等物も本発明の範囲に属するものと見なさなければならない。
【符号の説明】
【００７２】
１０、１１、１１０：  レベル１ブロック
１２：  母材
１３：  犠牲層
１４、１５、２５：  基地
１６、１７、１６０、１６１、１６２：  ナノオブジェクト
２０、１２０：  レベル２ブロック
２４：  ポリマー層
３０、１３０：  レベル３ブロック
４５：  チャック
５１：  フォトレジスト
１４０：  レベル４ブロック
２２、２１０、２２０、２３０：  ダミー母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
0005575766.tif 000006
【図５（ｂ）】
0005575766.tif 000007
【図５（ｃ）】
0005575766.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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