(57)【要約】【課題】液体の種類に限定されずに、容易且つ確実に液中で金属膜を成膜することができる共に微小物質等の試料の固定に応用すること。【解決手段】液中にて被成膜基板２上に金属膜３を成膜する装置であって、被成膜基板上に液体Ｗを介在させた状態で対向配置され、対向面４ａに予め金属層５が形成された対向基板４と、被成膜基板と金属層との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層から金属微粒子５ａを被成膜基板に向けて電気泳動により移動させると共に、金属微粒子を被成膜基板上に堆積させることで金属膜を成膜する電圧印加手段とを備えている成膜装置を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中にて被成膜基板上に金属膜を成膜する成膜装置であって、
前記被成膜基板上に液体を介在させた状態で対向配置され、対向面に予め金属層が形成された対向基板と、
前記被成膜基板と前記金属層との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層から金属微粒子を被成膜基板に向けて電気泳動により移動させると共に、金属微粒子を被成膜基板上に堆積させることで前記金属膜を成膜する電圧印加手段とを備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置において、
前記対向基板が、導電性基板であることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の成膜装置において、
前記金属層は、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に予め形成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置において、
レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記液体内に予め投入された微小物質を光放射圧によって捕捉する光学系と、
光源を有し、該光源から照射された光を利用して前記液体内に投入された前記微小物質を観察する観察系と、
前記被成膜基板を、前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に移動させ、捕捉された前記微小物質を被成膜基板上の所定位置に近接させる移動手段と、
前記微小物質が前記被成膜基板上の所定位置に近接したときに一旦前記所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧印加を行わせて、微小物質を被成膜基板上に引き寄せて固定させ、その後、電圧値を所定電圧値以上に上げた状態で電圧印加を行わせて、微小物質が固定された被成膜基板上に前記金属膜を成膜させるように前記電圧印加手段を制御する制御部とを備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
請求項４に記載の成膜装置において、  
前記制御部は、前記所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧印加を行わせるときと、所定電圧値以上の電圧値で電圧印加を行わせるときとで、極性が逆になるように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の成膜装置において、
前記制御部は、前記光学系、前記移動手段及び前記電圧印加手段を制御して、前記金属膜を成膜させる前に、前記被成膜基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項に記載の成膜装置において、
前記光学系は、前記レーザ光を複数の光束に分岐させるレーザ分岐素子を備え、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉することを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか１項に記載の成膜装置において、
前記制御部は、所定時間以上の間、前記所定電圧以上の電圧値で電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御して、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
液中にて被成膜基板上に金属膜を成膜する成膜方法であって、
対向面に予め金属層が形成された対向基板を、液体を間に介在させた状態で前記被成膜基板上に対向配置させるセット工程と、
該セット工程後、前記被成膜基板と前記金属層との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層から金属微粒子を被成膜基板に向けて電気泳動により移動させると共に、金属微粒子を被成膜基板上に堆積させることで前記金属膜を成膜する電圧印加工程とを備えていることを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の成膜方法において、
前記対向基板が、導電性基板であることを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の成膜方法において、
前記金属層は、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に予め形成されていることを特徴とする成膜方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の成膜方法において、
前記セット工程時に前記液体内に微小物質を投入する投入工程と、
該投入工程及び前記セット工程後、レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記微小物質を光放射圧によって捕捉する捕捉工程と、
該捕捉工程後、前記被成膜基板を前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に適宜移動させて、捕捉された前記微小物質を被成膜基板上の所定位置に近接させる位置調整工程と、
該位置調整工程後、前記被成膜基板と前記金属層との間に前記所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧を印加して、捕捉された前記微小物質を被成膜基板上に引き寄せて固定させる固定工程とを備え、
該固定工程後に、前記電圧印加工程を行って、前記微小物質が固定された前記被成膜基板上に前記金属膜を成膜させることを特徴とする成膜方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の成膜方法において、
前記電圧印加工程の際、前記固定工程時の逆の極性で電圧を印加することを特徴とする成膜方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の成膜方法において、
前記電圧印加工程前に、前記捕捉工程、前記位置調整工程及び前記固定工程を繰り返し行って、前記被成膜基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させることを特徴とする成膜方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の成膜方法において、
前記捕捉工程の際、前記レーザ光を複数の光束に分岐させた後、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉することを特徴とする成膜方法。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれか１項に記載の成膜方法において、
前記電圧印加工程の際、所定時間以上の間電圧印加を行って、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させることを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中にて基板上に金属膜を成膜させる成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に金属膜を成膜させる方法は、従来からスパッタ法や蒸着法や電気めっき法等の様々な方法が知られており、用途に応じて使い分けがなされている。また、この成膜技術は、各種の分野で様々な用途に応用されている。その１つとして、電子顕微鏡を利用して基板上の試料を観察する場合に、金属膜の成膜技術が用いられている。これは、電子顕微鏡を利用した観察は電子線を照射して観察する必要があるためである。一般的には真空スパッタ法や真空蒸着法等により、導電性物質や導電性膜を試料上に成膜（コーティング）している（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】麻蒔  立男著、「超微細加工の基礎−電子デバイスプロセス技術」、日刊工業新聞社、第８章（蒸着とイオンプレーティング）、第９章（スパッタ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の方法では以下の課題が残されている。
即ち、観察対象である試料がバイオ試料等の場合には、成膜に必要な真空環境にさらされてしまうと、細胞が破壊されたり、水分が蒸発して構造が変形したりする恐れがあった。そのため、本来の形状や組織等から大きく異なったものとなってしまい、正確な観察を行うことができない不都合があった。
【０００４】
よってこのような不都合をなくすために、バイオ試料等の場合には、バッファー溶液等の液中内で成膜されることが望まれている。これは、液中内で成膜することができれば、バイオ試料を生に近い状態で観察することができるためである。
このような液中内で成膜する方法としては、電気めっき法が知られているが、この電気めっき法では液体が電解液に限定されるうえ、バイオ試料が電解液の影響を受けてしまう欠点があった。そのため電気めっき法は、バイオ試料の成膜には不向きな方法であった。また、電気化学反応が生じる点もバイオ試料には不向きな原因の１つであった。
ところが電気めっき法以外の方法によって、液中内で金属膜を成膜する方法はいまだ有効な手立ては知られていない。つまり現時点においては、液体の種類の限定されずに液中内で成膜を行う技術はまだ見出されていない。
【０００５】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、液体の種類に限定されずに、容易且つ確実に液中で金属膜を成膜することができる共に、微小物質等の試料の固定に応用することができる金属膜の成膜装置及び成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、液中にて被成膜基板上に金属膜を成膜する成膜装置であって、前記被成膜基板上に液体を介在させた状態で対向配置され、対向面に予め金属層が形成された対向基板と、前記被成膜基板と前記金属層との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層から金属微粒子を被成膜基板に向けて電気泳動により移動させると共に、金属微粒子を被成膜基板上に堆積させることで前記金属膜を成膜する電圧印加手段とを備えている成膜装置を提供する。
【０００７】
また、請求項９に係る発明は、液中にて被成膜基板上に金属膜を成膜する成膜方法であって、対向面に予め金属層が形成された対向基板を、液体を間に介在させた状態で前記被成膜基板上に対向配置させるセット工程と、該セット工程後、前記被成膜基板と前記金属層との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層から金属微粒子を被成膜基板に向けて電気泳動により移動させると共に、金属微粒子を被成膜基板上に堆積させることで前記金属膜を成膜する電圧印加工程とを備えている成膜方法を提供する。
【０００８】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、まず、被成膜基板上に純水等何らかの液体を介在させた状態で、対向面を被成膜基板の表面に向けて対向基板を配置するセット工程を行う。この際、対向基板の対向面には、金属微粒子からなる金属層が予め形成されている。なお、この金属層は、スパッタや蒸着等どのような方法で形成されていても構わない。
このセット工程が終了した後、電圧印加手段により、被成膜基板と金属層との間に電圧を印加すると、金属層がチャージされ、極性に応じてプラス若しくはマイナスに帯電した状態となる。つまり、対向面に形成された金属層を構成する金属微粒子が、徐々にプラス若しくはマイナスの電荷を帯びてくる。一方、被成膜基板も同様にチャージされ、金属層とは反対の極性に帯電した状態となる。そのため、両基板の間に介在された液体には電界が形成される。
【０００９】
そして、所定電圧値以上の電圧を印加する電圧印加工程を行うと、上述した状態からさらにチャージが進み、帯電した金属微粒子が異なる極性に帯電された被成膜基板に引き寄せられて対向面から剥離すると共に、液中に浮遊した状態となる。なお、この浮遊した金属微粒子は、依然として帯電した状態となっている。そのため、金属微粒子は、液中に浮遊したと同時に、金属層と被成膜基板との間に形成された電界によって電気泳動により液体内を被成膜基板に向かって移動し始める。そして、移動した金属微粒子は、被成膜基板の表面全体に次々と付着して堆積する。
【００１０】
このように電圧印加工程を行うことで、対向基板の対向面に予め形成した金属層の金属微粒子を電気泳動により被成膜基板に向けて移動させると共に、被成膜基板の表面全体に次々と堆積させることで金属膜を成膜することができる。また、被成膜基板に付着した金属微粒子は、帯電した状態が解かれると同時にファンデルワールス力によって強固に固定される。
なお、電圧印加工程を行う際、極性に影響されることはない。即ち、被成膜基板がプラスに帯電されようと、マイナスに帯電されようと、上述した作用効果を同様に奏することができる。
【００１１】
その結果、液中にて被成膜基板上に金属膜を成膜（コーティング）することができる。特に、電圧を印加して金属微粒子を対向基板から剥離させると共に、剥離した金属微粒子を電気泳動により移動させて金属膜を成膜するので、電界が形成できれば液体は何でも構わない。よって、電気めっき法等とは異なり、液体の種類に関係なく成膜を行えるので、汎用性が高く、様々な分野への応用を期待することができる。例えば、従来では困難であったバイオ試料の固定等にも好適に応用することができる。また、真空スパッタ法のように、周囲の環境を真空にする等の特殊な環境にする必要がなく、単に液中環境にするだけで成膜を行うことができるので、低コスト化及び作業性の容易化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の成膜装置において、前記対向基板が、導電性基板である成膜装置を提供する。
【００１３】
また、請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の成膜方法において、前記対向基板が、導電性基板である成膜方法を提供する。
【００１４】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、対向基板として導電性基板を用いているので、対向面に形成された金属層に電圧を印加した際に、基板自体に電流を流して金属層に電圧を印加することができる。よって、より効率良く且つ金属層全体に均等に電圧を印加でき、成膜をより円滑にムラなく行うことができる。また、金属微粒子の剥離によって、仮に金属層が途中で分断されてしまったとしても、導電性基板を介して電流が流れるので、まだ剥離していない残りの金属層に電圧を確実に印加することができる。よって、この点からもムラのない成膜を行うことができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の成膜装置において、前記金属層が、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に予め形成されている成膜装置を提供する。
【００１６】
また、請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に記載の成膜方法において、前記金属層が、スパッタ法又は蒸着法により前記対向面に予め形成されている成膜方法を提供する。
【００１７】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、対向面に金属層がスパッタ法又は蒸着法により形成された対向基板を用いるので、金属層に電圧を印加したときに、金属微粒子を対向面から剥離させ易い。従って、より効率良く成膜を行うことができ、成膜時間を短縮することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置において、レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記液体内に予め投入された微小物質を光放射圧によって捕捉する光学系と、光源を有し、該光源から照射された光を利用して前記液体内に投入された前記微小物質を観察する観察系と、前記被成膜基板を、前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に移動させ、捕捉された前記微小物質を被成膜基板上の所定位置に近接させる移動手段と、前記微小物質が前記被成膜基板上の所定位置に近接したときに一旦前記所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧印加を行わせて、微小物質を被成膜基板上に引き寄せて固定させ、その後、電圧値を所定電圧値以上に上げた状態で電圧印加を行わせて、微小物質が固定された被成膜基板上に前記金属膜を成膜させるように前記電圧印加手段を制御する制御部と、
を備えている成膜装置を提供する。
【００１９】
また、請求項１２に係る発明は、請求項９から１１のいずれか１項に記載の成膜方法において、前記セット工程時に前記液体内に微小物質を投入する投入工程と、該投入工程及び前記セット工程後、レーザ光を照射すると共に照射したレーザ光を前記液体内でスポットとして集光させ、前記微小物質を光放射圧によって捕捉する捕捉工程と、該捕捉工程後、前記被成膜基板を前記対向面に平行なＸＹ方向及び対向面に垂直なＺ方向の３方向に適宜移動させて、捕捉された前記微小物質を被成膜基板上の所定位置に近接させる位置調整工程と、該位置調整工程後、前記被成膜基板と前記金属層との間に前記所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧を印加して、捕捉された前記微小物質を被成膜基板上に引き寄せて固定させる固定工程とを備え、該固定工程後に、前記電圧印加工程を行って、前記微小物質が固定された前記被成膜基板上に前記金属膜を成膜させる成膜方法を提供する。
【００２０】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、液体内に予め投入された微小物質（例えば、直径１μｍ程度のポリスチレン微粒子等の高分子粒子や、バイオ試料等）を被成膜基板上に固定させた後、該微小物質を金属膜でコーティングすることができる。しかもこの際、金属膜によって微小物質をより強固に被成膜基板上に固定することができる。
【００２１】
まず、セット工程を行う際に、液体内に予め所望する微小物質を投入する投入工程を行う。この投入工程後、対向基板をセットするセット工程を行う。そしてセット工程が終了した後、光源から照射された光を利用して液体内の状態を観察系によって光学的に観察する。この際、複数の微小物質は、液中に浮遊している状態となっている。
ここで、液中環境下におかれた物体表面は、液体の種類やｐＨ等の状況によりプラス若しくはマイナスに帯電した状態となっている。なお、説明を判り易くするため、ここでは物体表面がマイナスに帯電している場合を例に挙げて以下に説明する。
【００２２】
そのため、液体内に投入された微小物質の表面、並びに、金属層及び被成膜基板の表面についても同様に、マイナスに帯電した状態となっている。一方、物体表面の近傍は、帯電したマイナスを打ち消すようにプラスに帯電した状態となっている。そのため、微小物質の表面近傍、並びに、金属層及び被成膜基板の表面近傍は、プラスに帯電した状態となっている。つまり、電気二重層が形成されている。よって、液中に浮遊している微小物質が被成膜基板に接近すると、互いの電気二重層が重なり合うので静電気的相互作用によって斥力が働く。従って、微小物質は、被成膜基板から離れてしまう。  
このように、液体内に投入された微小物質は、被成膜基板や金属層に付着することなく、液中を浮遊した状態となっている。
【００２３】
次いで、観察系によって液中内の状態を確認しながら、光学系によって液体内にレーザ光をスポットとして集光させる。これにより、液中内を浮遊している微小物質を１つだけ光放射圧を利用して捕捉することができる。この捕捉工程後、制御部は移動手段を制御して被成膜基板をＸＹ方向及びＺ方向の３方向に適宜移動させ、被成膜基板上の所定位置に捕捉した微小物質を近接させる位置調整工程を行う。この際、微小物質を捕捉して近づける力よりも、上述した斥力の方が強いので、これ以上微小物質を被成膜基板に近づけることができない。
【００２４】
そこで制御部は、微小物質が被成膜基板上の所定位置に近接したときに、上述した所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧を印加するように電圧印加手段を作動させる。なおこの際、被成膜基板がプラスに帯電するように電圧を印加させる。これにより被成膜基板は、微小物質と異なるプラスに帯電するので電気二重層の重なりによる斥力がなくなる。よって微小物質は、被成膜基板に引き寄せられるように移動して、該被成膜基板上の所定位置に固定される。特に、微小物質と被成膜基板との距離が近接した状態になると、両者の間にファンデルワールス力が強く作用するので、微小物質は一層引き寄せられた後固定される。この固定工程によって、浮遊している複数の微小物質の中から、先ほど捕捉した微小物質のみを被成膜基板上に確実に固定させることができる。
【００２５】
そして、微小物質を固定させた後、制御部は、電圧値を所定電圧値以上に上げた状態で電圧印加するように電圧印加手段を作動させる。この電圧印加工程を行うことで、対向面に形成された金属層の金属微粒子を電気泳動により被成膜基板に向けて移動させ、微小物質が固定された被成膜基板上に堆積させることができる。これにより、微小物質を金属膜でコーティングすることができる。特に、被成膜基板上に固定している微小物質の周囲に金属微粒子が堆積するので、微小物質をさらに強固に固定することができる。このように、被成膜基板上を単に金属膜で成膜するだけでなく、この金属膜を利用して微小物質を液中で強固に固定することができる。
【００２６】
特に、金属微粒子を利用して微小物質を強固に固定しているので、被成膜基板を液中から大気中に取り出して乾燥させたとしても、液体の乾燥過程で生じる気液界面における表面張力の影響を受けることがない。つまり、乾燥過程で気液界面が移動したとしても、微小物質は被成膜基板の表面全体に堆積している金属微粒子によって周囲が囲まれているので、気液界面につられて移動したり、変形したりする恐れがない。よって、液中内で被成膜基板上に固定させた微小物質を、そのままの状態で大気中に取り出すことができる。
従って、マイクロスケールの微粒子の組み立てや、ＭＥＭＳ等の微小デバイス等の組み立てを容易に行うことができる。また、微小物質がバイオ試料である場合には、従来困難であった生に近い状態で固定して大気中に取り出すことができる。しかも、大気中に取り出された微小物質は、金属膜によってコーティングされているので、直ちに電子顕微鏡により観察することもできる。
【００２７】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の成膜装置において、前記制御部が、前記所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧印加を行わせるときと、所定電圧値以上の電圧値で電圧印加を行わせるときとで、極性が逆になるように前記電圧印加手段を制御する成膜装置を提供する。
【００２８】
また、請求項１３に係る発明は、請求項１２に記載の成膜方法において、前記電圧印加工程の際、前記固定工程時の逆の極性で電圧を印加する成膜方法を提供する。
【００２９】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、微小物質を被成膜基板上に固定させる固定工程時と、固定した微小物質を金属微粒子でより強固に固定する電圧印加工程時とで、極性が逆になるように電圧を印加する。
例えば、液中に浮遊している微小物質がマイナスに帯電している場合には、固定工程時に被成膜基板がプラスとなるように電圧を印加する。これにより、微小物質は被成膜基板に引き寄せられて固定される。次いで、電圧印加工程時には、被成膜基板がマイナスとなるように電圧を印加する。このように極性を変えることで、液中に浮遊している残りの微小物質（マイナスに帯電している）を被成膜基板側に引き寄せることなく、金属微粒子だけを被成膜基板に向けて電気泳動により移動させて堆積させることができる。従って、被成膜基板上に固定させた微小物質だけを確実に固定することができる。
なお、液中に浮遊している微小物質がプラスに帯電している場合には、固定工程時に被成膜基板がマイナスとなるように電圧を印加すると共に、電圧印加工程時に被成膜基板がプラスとなるように電圧を印加すれば良い。この場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
また、請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の成膜装置において、前記制御部が、前記光学系、前記移動手段及び前記電圧印加手段を制御して、前記金属膜を成膜させる前に、前記被成膜基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させる成膜装置を提供する。
【００３１】
また、請求項１４に係る発明は、請求項１２又は１３に記載の成膜方法において、前記電圧印加工程前に、前記捕捉工程、前記位置調整工程及び前記固定工程を繰り返し行って、前記被成膜基板上に前記微小物質を任意のパターンで複数固定させる成膜方法を提供する。
【００３２】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、電圧印加工程を行う前に、捕捉工程、位置調整工程及び固定工程を繰り返し行って、被成膜基板上に微小物質を任意のパターンで複数固定させる。その後、電圧印加工程を行って、複数の微小物質を一度に金属微粒子によって強固に固定する。このように固定された複数の微小物質は、大気中に取り出されて乾燥されたとしても、気液界面の移動によって移動しないのでそのままのパターンで取り出される。従って、液中で任意のパターンに並べた微小物質を、そのままのパターンで確実に大気中に取り出すことができる。また、予め複数の微小物質を任意のパターンで並べることができるので、効率よく短時間で作業を行うことができる。
【００３３】
また、請求項７に係る発明は、請求項４から６のいずれか１項に記載の成膜装置において、前記光学系が、前記レーザ光を複数の光束に分岐させるレーザ分岐素子を備え、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉する成膜装置を提供する。
【００３４】
また、請求項１５に係る発明は、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の成膜方法において、前記捕捉工程の際、前記レーザ光を複数の光束に分岐させた後、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、前記微小物質を一度に複数捕捉する成膜方法を提供する。
【００３５】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、捕捉工程の際、レーザ分岐素子によりレーザ光を複数の光束に分岐させた後、これら複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットして液中に集光させる。これにより、複数の微小物質を任意の配列に並ばせた状態で一度に捕捉することができる。その後、固定工程によってこれら複数の微小物質を一度に被成膜基板上に固定させることができる。
特に、１つ１つ微小物質を固定させることなく、一度に複数の微小物質を所望する配列で固定させることができるので、作業時間をより短縮することができると共に使い易さが向上する。
【００３６】
また、請求項８に係る発明は、請求項４から７のいずれか１項に記載の成膜装置において、前記制御部が、所定時間以上の間、前記所定電圧以上の電圧値で電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御して、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させる成膜装置を提供する。
【００３７】
また、請求項１６に係る発明は、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の成膜方法において、前記電圧印加工程の際、所定時間以上の間電圧印加を行って、前記微小物質を埋没させるように前記金属膜を成膜させる成膜方法を提供する。
【００３８】
この発明に係る成膜装置及び成膜方法においては、電圧印加工程を行う際に所定時間以上の間電圧を印加して、金属微粒子を被成膜基板上に堆積させ続ける。これにより、微小物質をコーティングする金属膜の膜厚が徐々に厚くなり、微小物質を埋没させることができる。このように金属膜を厚く成膜することで、微小物質の鋳型を作ることができる。つまり、厚く成膜した金属膜を被成膜基板から剥すことで、微小物質の外表面形状が転写した金属膜を得ることができる。よって、この鋳型となった金属膜を観察することで、微小物質の観察を行うことができる。即ち、レプリカ法で観察することができる。特に、液中における微小物質の状態を金属膜に転写できるので、液中に存在している状態で微小物質を観察することができる。そのため微小物質がバイオ試料の場合には、観察に特に好適な方法である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る成膜装置及び成膜方法によれば、液体の種類に関係なく成膜を行えるので、汎用性が高く、様々な分野への応用を期待することができる。また、単に液中環境にするだけで成膜を行うことができるので、低コスト化及び作業性の容易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る成膜装置及び成膜方法の第１実施形態を、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態の成膜装置１は、液中にてＩＴＯガラス２上に金属膜３を成膜する装置であって、図１に示すように、ＩＴＯガラス（被成膜基板）２上に純水（液体）Ｗを介在させた状態で対向配置され、対向面４ａに予め金属層５が形成されたカバーガラス（対向基板）４と、ＩＴＯガラス２と金属層５との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層５から金微粒子（金属微粒子）５ａをＩＴＯガラス２に向けて電気泳動により移動させると共に、金微粒子５ａをＩＴＯガラス２上に堆積させることで金属膜３を成膜する電圧印加手段６とを備えている。
【００４１】
上記ＩＴＯガラス２及びカバーガラス４は、図示しない架台によって微小な隙間を空けた状態でそれぞれ支持されており、ＩＴＯガラス２とカバーガラス４との間に純水Ｗが表面張力等によって保持されている。なお、本実施形態では、ＩＴＯ基板２とカバーガラス４との間に塩化ビニル薄膜（厚さが約２０μｍ〜５０μｍ）７が形成されており、該塩化ビニル薄膜７によって純水Ｗの周囲を囲んでいる。但し、この塩化ビニル薄膜７を用いずに、表面張力だけによって純水Ｗを保持して構わない。
また、本実施形態の金属層５は、予めカバーガラス４の対向面４ａに金（Ａｕ）をスパッタ法によって形成したものである。
【００４２】
この金属層５には、電圧印加部６ａに接続された一方の電気配線６ｂが電気的に接続されている。また、ＩＴＯガラス２にも同様に、電圧印加部６ａに接続された他方の電気配線６ｂが電気的に接続されている。これにより、ＩＴＯガラス２と金属層５との間に電圧を印加できるようになっている。即ち、これら電圧印加部６ａ及び電気配線６ｂは、上記電圧印加手段６を構成している。特にこの電圧印加部６ａは、印加する電圧値を自在に調整できるようになっている。
【００４３】
次に、このように構成された成膜装置１を利用して、ＩＴＯガラス２上に金属膜３を成膜する成膜方法について説明する。
本実施形態の成膜方法は、対向面４ａに予め金属層５が形成されたカバーガラス４を、純水Ｗを間に介在させた状態でＩＴＯガラス２上に対向配置させるセット工程と、該セット工程後、ＩＴＯガラス２と金属層５との間に所定電圧値以上の電圧を印加して、金属層５から金微粒子５ａをＩＴＯガラス２に向けて電気泳動により移動させると共に、金微粒子５ａをＩＴＯガラス２上に堆積させることで金属膜３を成膜する電圧印加工程とを備えている。これら各工程について、以下に詳細に説明する。  
【００４４】
まず、対向面４ａに予め金属層５を形成したカバーガラス４を用意した後、ＩＴＯガラス２上に純水Ｗを介在させた状態でカバーガラス４を配置するセット工程を行う。この際、金属層５が形成された対向面４ａがＩＴＯガラス２の表面に対向するように、カバーガラス４をセットする。
【００４５】
このセット工程が終了した後、図２に示すように、電圧印加手段６によりＩＴＯガラス２と金属層５との間に電圧を印加する。この際本実施形態では、金属層５側がプラス、ＩＴＯガラス２側がマイナスとなるように電圧を印加する。この電圧印加によって、金属層５はチャージされてプラスに帯電した状態となる。つまり、金属層５を構成する金微粒子５ａが、徐々にプラスの電荷を帯びてくる。
一方、ＩＴＯガラス２も同様にチャージされて金属層５とは反対の極性であるマイナスに帯電した状態となる。そのため、ＩＴＯガラス２とカバーガラス４との間に介在された純水Ｗには、電界が形成される。
【００４６】
そして、電圧印加部６ａが所定電圧値以上の電圧を印加すると、上述した状態からさらにチャージが進み、帯電した金微粒子５ａが図３に示すように、異なる極性に帯電されたＩＴＯガラス２に引き寄せられて対向面４ａから剥離すると共に、液中に浮遊した状態となる。なお、この浮遊した金微粒子５ａは、依然として帯電した状態となっている。そのため金微粒子５ａは、液中に浮遊したと同時に、金属層５とＩＴＯガラス２との間に形成された電界によって電気泳動により純水Ｗ内をＩＴＯガラス２に向かって移動し始める。そして、移動した金微粒子５ａは、図４に示すように、ＩＴＯガラス２の表面全体に次々と固定して堆積する。
【００４７】
このように電圧印加工程を行うことで、カバーガラス４の対向面４ａに予め形成した金属層５の金微粒子５ａを電気泳動によりＩＴＯガラス２に向けて移動させると共に、ＩＴＯガラス２の表面全体に次々と堆積させることで金属膜３を成膜することができる。また、ＩＴＯガラス２に付着した金微粒子５ａは、帯電した状態が解かれると同時に、ファンデルワールス力によって強固に固定される。その結果、液中にてＩＴＯガラス２上に金属膜３を成膜（コーティング）することができる。
特に、この方法は、電圧印加して金微粒子５ａをカバーガラス４から剥離させると共に、剥離した金微粒子５ａを電気泳動により移動させて金属膜３を成膜する方法であるので、電界が形成できれば液体は純水Ｗに限られず何でも構わない。例えば、生理食塩水等を利用しても構わない。よって、従来の電気めっき法とは異なり、液体の種類に関係なく成膜を行えるので、汎用性が高く、様々な分野への応用を期待することができる。
【００４８】
また、液体としてバッファー溶液を用いたとしても成膜を行えるので、従来では困難であったバイオ試料の固定等にもこの方法を好適に応用することができる。また、真空スパッタ法のように、周囲の環境を真空にする等の特殊な環境にする必要がなく、単に液中環境にするだけで成膜を行うことができる。つまり、真空環境でしか成し遂げられなかった金属スパッタを、液中環境にて行うことができる。そのため、極端な低コスト化及び作業性の容易化を図ることができる。
特に、本実施形態では、スパッタ法によって金属層５が形成されたカバーガラス４を用いているので、電圧を印加したときに金微粒子５ａを対向面４ａから剥離させ易い。従って、効率良く成膜を行うことができ、成膜時間を短縮することができる。但し、スパッタ法に限られず、蒸着法やその他の方法によって金属層５を形成しても構わない。特に、蒸着法を利用することで、スパッタ法と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、金属層５側がプラス、ＩＴＯガラス２側がマイナスとなるように電圧を印加したが、この場合に限られず極性に影響されることはない。即ち、ＩＴＯガラス２側がプラスに帯電されようとマイナスに帯電されようと、上述した作用効果を同様に奏することができる。
【００５０】
また、上記実施形態において、対向基板としてカバーガラス４を用いたが、カバーガラス４に代えて、ＩＴＯガラス２等の導電性基板を用いても構わない。このように導電性基板を用いることで、金属層５に電圧を印加した際に、導電性基板自体に電流を流して金属層５に電圧を印加することができる。よって、より効率良く且つ金属層５全体に均等に電圧を印加でき、成膜をより円滑にムラなく行うことができる。また、金微粒子５ａの剥離によって、仮に金属層５が途中で分断されてしまったとしても、導電性基板を介して電流が流れるので、まだ剥離していない残りの金属層５に電圧を確実に印加することができる。よって、この点からもムラのない成膜を行うことができる。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る成膜装置及び成膜方法の第２実施形態を、図５から図１６を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ＩＴＯガラス２に金属膜３を単に成膜しただけであったのに対し、第２実施形態では、ＩＴＯガラス２上に直径１μｍ程度のポリスチレン微粒子（微小物質）Ｐを任意のパターンに並べた固定した後成膜を行って、ポリスチレン微粒子Ｐを金属膜３でコーティングしながら強固に固定することができる点である。
【００５２】
即ち、本実施形態の成膜装置１０は、図５に示すように、上述した構成に加えさらに、レーザ光Ｌを照射すると共に照射したレーザ光Ｌを純水Ｗ内でスポットして集光させ、純水Ｗ内に予め投入されたポリスチレン微粒子Ｐを光放射圧によって捕捉する光学系１１と、ハロゲンランプ（光源）２３を有し、該ハロゲンランプ２３から照射された光を利用して純水Ｗ内に投入されたポリスチレン微粒子Ｐを観察する観察系１２と、ＩＴＯガラス２を対向面４ａに平行なＸＹ方向及び対向面４ａに垂直なＺ方向の３方向に移動させて、捕捉されたポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上の所定位置に近接させる移動手段１３と、これら各構成品を総合的に制御する制御部１４とを備えている。
【００５３】
本実施形態のＩＴＯガラス２は、フレーム２０に支持された状態でステージ２１上に隙間を空けて固定されている。そして、このステージ２１とＩＴＯガラス２との間の隙間に、ミラー２２が配置されている。このミラー２２は、ステージ２１の近傍に配置されたハロゲンランプ２３から照射された光をＩＴＯガラス２に向けて反射している。
ステージ２１は、Ｚステージ２５上に固定されたＸＹステージ２６上に固定されている。これらＸＹステージ２６及びＺステージ２５は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる圧電素子であり、ドライブ回路２７から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じて、ＸＹ方向及びＺ方向の３方向に対して微小移動するようになっている。つまり、ＸＹステージ２６及びＺステージ２５は、微動ステージとして機能する。
【００５４】
また、上記Ｚステージ２５は、ＸＹＺステージ２８上に固定されている。このＸＹＺステージ２８は、ボールネジの駆動によって３方向に移動するものであり、上記ＸＹステージ２６、Ｚステージ２５及びステージ２１を一体的に粗動移動させるようになっている。つまり、ＸＹＺステージ２８は、粗動ステージとして機能する。
このように、ＩＴＯガラス２は、ＸＹＺステージ２８による粗動移動と、ＸＹステージ２６及びＺステージ２５による微動移動とによって、３方向に移動させられるようになっている。即ち、これらＸＹステージ２６、Ｚステージ２５、ＸＹＺステージ２８及びドライブ回路２７は、上記移動手段１３を構成している。
【００５５】
上記光学系１１は、レーザ光Ｌ（例えば、波長５００ｎｍ程度のアルゴンイオンレーザ）を照射するレーザ光源３０と、照射されたレーザ光Ｌをカバーガラス４の上方から対向面４ａに対して略直角に入射させるように反射するミラー３１と、該ミラー３１で反射されたレーザ光Ｌを純水Ｗ内でスポットとして集光させる対物レンズ（例えば、ＮＡ＝１．２５、倍率１００倍）３２とを備えている。これにより、純水Ｗ内に投入されているポリスチレン微粒子Ｐを、光放射圧を利用して捕捉することが可能とされている。これについては、後に詳細に説明する。
【００５６】
また、レーザ光源３０とミラー３１との間におけるレーザ光Ｌの光路上には、ハーフミラー３３が配置されている。これにより、レーザ光源３０から照射されたレーザ光Ｌは、一部がハーフミラー３３を通過した後、ミラー３１に入射するようになっている。
【００５７】
またハーフミラー３３の近傍には、ハロゲンランプ２３から照射された光を利用してポリスチレン微粒子Ｐを観察するための集光レンズ３５と、レーザ光Ｌをカットするフィルタ３６と、ＣＣＤ等の撮像素子３７と、モニタ３８とが配置されている。
つまり、ミラー２２によってＩＴＯガラス２に向けて反射されたハロゲンランプ２３からの光は、ＩＴＯガラス２を透過した後、純水Ｗに入射してポリスチレン微粒子Ｐに当たり散乱している。この散乱光は、対物レンズ３２を通過した後、ミラー３１で反射されてハーフミラー３３に入射する。そして、その一部がハーフミラー３３によって反射した後、集光レンズ３５に入射する。なおこの集光レンズ３５は、撮像素子３７に焦点が合うように調整されている。そして、集光レンズ３５で集光された光は、フィルタ３６を通過した後、撮像素子３７によって撮像される。この際、フィルタ３６はレーザ光Ｌと同じ波長を有する光をカットしているので、ポリスチレン微粒子Ｐに当たって散乱した光だけを撮像素子３７で撮像できるようになっている。そして、撮像素子３７で撮像された画像は、モニタ３８に表示される。
【００５８】
これにより、純水Ｗに投入されたポリスチレン微粒子Ｐをモニタ３８で観察することができるようになっている。即ち、上述したハーフミラー３３、集光レンズ３５、フィルタ３６、撮像素子３７及びモニタ３８は、上記観察系１２を構成している。
【００５９】
上記制御部１４は、光学系１１で捕捉されたポリスチレン微粒子ＰがＩＴＯガラス上の所定位置に近接したときに、一旦所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧印加を行わせて、ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に引き寄せて固定させ、その後、電圧値を所定電圧値以上に上げた状態で電圧印加を行わせて、ポリスチレン微粒子Ｐが固定されたＩＴＯガラス２上に金属膜３を成膜させるように電圧印加手段６の制御を行っている。
また本実施形態では、制御部１４が所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧印加を行わせるときと、所定電圧値以上の電圧値で電圧印加を行わせるときとで、印加する電圧の極性が逆になるように電圧印加手段６を制御する場合を例にして説明する。但し、この場合に限定されず、同じ極性となるように電圧を印加しても構わない。
【００６０】
次に、このように構成された成膜装置１０を利用して、ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に任意のパターンで並べて固定した後、成膜を行ってポリスチレン微粒子Ｐを金属膜３で強固に固定しながらコーティングする成膜方法について説明する。  
本実施形態の成膜方法は、セット工程と電圧印加工程との間に、投入工程と、捕捉工程と、位置調整工程と、固定工程とを行う方法である。
投入工程は、セット工程時に純水Ｗ内にポリスチレン微粒子Ｐを投入する工程である。また、捕捉工程は、レーザ光Ｌを照射すると共に照射したレーザ光Ｌを純水Ｗ内でスポットとして集光させ、ポリスチレン微粒子Ｐを光放射圧によって捕捉する工程である。位置調整工程は、ＩＴＯガラス２をＸＹ方向及びＺ方向の３方向に適宜移動させて、捕捉されたポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上の所定位置に近接させる工程である。また、固定工程は、ＩＴＯガラス２と金属層５との間に所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧を印加して、捕捉されたポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に引き寄せて固定させる工程である。
これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【００６１】
まず、セット工程を行う際に、純水Ｗ内に予め複数のポリスチレン微粒子Ｐを投入する投入工程を行う。この投入工程後、カバーガラス４をセットするセット工程を行う。これにより、図６に示すように、カバーガラス４とＩＴＯガラス２との間に、ポリスチレン微粒子Ｐが投入された純水Ｗを密閉することができる。
【００６２】
そしてセット工程が終了した後、図５に示すように、ハロゲンランプ２３を点灯させると共に、ハロゲンランプ２３から照射された光を利用して純水Ｗ内のポリスチレン微粒子Ｐの状態を観察系１２により光学的に観察する。この際、複数のポリスチレン微粒子Ｐは、純水Ｗ内で浮遊している状態となっている。この様子は、モニタ３８に表示された画像により確認することができる。
【００６３】
ここで、液中環境下におかれた物体表面は、液体の種類やｐＨ等の状況によりプラス若しくはマイナスに帯電した状態となっているが、本実施形態では、物体表面がマイナスに帯電されてる場合を例に挙げて説明する。
そのため、純水Ｗ内に投入されたポリスチレン微粒子Ｐの表面、並びに、ＩＴＯガラス２の表面についても同様に、図７に示すように、マイナスに帯電した状態となっている。一方、物体表面の近傍は、帯電したマイナスを打ち消すようにプラスに帯電した状態となっている。そのため、ポリスチレン微粒子Ｐの表面近傍、並びに、ＩＴＯガラス２の表面近傍は、プラスに帯電した状態となっている。つまり、マイナスに帯電した層とプラスに帯電した層とが重なった電気二重層が形成されている。
【００６４】
よって、液中に浮遊しているポリスチレン微粒子ＰがＩＴＯガラス２に接近すると、互いの電気二重層が重なり合うので、静電気的相互作用によって斥力が働く。従って、ポリスチレン微粒子Ｐは、ＩＴＯガラス２から離れてしまう。また、金属層５及び他のポリスチレン微粒子Ｐに関しても同様である。従って、純水Ｗ内に投入されたポリスチレン微粒子Ｐは、ＩＴＯガラス２や金属層５や他のポリスチレン微粒子Ｐに付着することなく、液中を浮遊した状態となっている。
【００６５】
次いで、観察系１２によって液中内の状態を確認しながら、光学系１１によってレーザ光Ｌを純水Ｗ内にスポットとして集光させる。これにより、図８に示すように、液中内を浮遊しているポリスチレン微粒子Ｐを１つだけ光放射圧を利用して捕捉（トラップ）することができる。具体的には、図９（ａ）に示すように、ポリスチレン微粒子Ｐにレーザ光Ｌをスポットとして集光させると、該レーザ光Ｌは媒質等の違いから屈折し、光の運動量がＰａ、Ｐｂだけ変化する。このときポリスチレン微粒子Ｐには、運動量を保存しようと、図９（ｂ）に示すように、Ｐａ、Ｐｂと逆向きの力Ｆａ、Ｆｂの合力Ｆが作用する。その結果、ポリスチレン微粒子Ｐは、焦点に向かって移動するので捕捉される。このように光の放射圧を利用してポリスチレン微粒子Ｐを捕捉することができる。
【００６６】
この捕捉工程後、制御部１４はＸＹＺステージ２８を適宜移動させてＩＴＯガラス２を粗動移動させると共に、ドライブ回路２７に指示を出してＸＹステージ２６及びＺステージ２５をＸＹＺの３方向に適宜微小移動させて、図８に示すように、ＩＴＯガラス２上の所定位置に捕捉したポリスチレン微粒子Ｐを近接させる位置調整工程を行う。ところが、ポリスチレン微粒子Ｐを捕捉して近づける力よりも上述した斥力の方が強いので、図１０に示すように、これ以上ポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２に近づけることができない。
【００６７】
そこで制御部１４は、ポリスチレン微粒子Ｐが上述したようにＩＴＯガラス２上の所定位置に近接したときに、図１１に示すように、所定電圧値よりも小さい電圧値で電圧を印加するように電圧印加手段６を作動させる。なおこの際、ＩＴＯガラス２がプラスに帯電するように電圧を印加させる。
これによりＩＴＯガラス２は、ポリスチレン微粒子Ｐと異なるプラスに帯電するので電気二重層の重なりによる斥力がなくなる。よってポリスチレン微粒子Ｐは、ＩＴＯガラス２に引き寄せられるように移動して、図１２に示すように、ＩＴＯガラス２上に固定される。特に、ポリスチレン微粒子ＰとＩＴＯガラス２との距離が近接した状態になると、両者の間にファンデルワールス力が強く作用するので、ポリスチレン微粒子Ｐは一層引き寄せられた後、固定される。この固定工程によって、浮遊している複数のポリスチレン微粒子Ｐの中から、先ほど捕捉したポリスチレン微粒子ＰのみをＩＴＯガラス２上の所定位置に確実に固定させることができる。
【００６８】
ここで、次に行う電圧印加工程を行う前に、上述した捕捉工程、位置調整工程及び固定工程を繰り返し行って、図１３に示すように、ＩＴＯガラス２上にポリスチレン微粒子Ｐを任意のパターンで複数固定させる。なお、この図１３では、４個のポリスチレン微粒子Ｐを密着させた状態で固定した例を示している。
【００６９】
このようにポリスチレン微粒子Ｐを任意のパターンで固定させた後、制御部１４は、電圧値を所定電圧値以上に上げた状態で電圧印加するように電圧印加手段６を作動させる。この際、本実施形態では、図１４に示すように固定工程時の逆の極性で電圧を印加する。
この電圧印加工程を行うことで、第１実施形態で説明したように、カバーガラス４の対向面４ａに形成された金属層５の金微粒子５ａを電気泳動によりＩＴＯガラス２に向けて移動させ、ポリスチレン微粒子Ｐガ固定されたＩＴＯガラス２上の全体に堆積させることができる。これにより、ポリスチレン微粒子Ｐを金属膜３でコーティングすることができる。特に、図１５に示すように、ＩＴＯガラス２上に固定しているポリスチレン微粒子Ｐの周囲に金微粒子５ａが堆積するので、ポリスチレン微粒子Ｐをさらに強固に固定することができる。このように、ＩＴＯガラス２上に単に金属膜３を成膜するだけでなく、ポリスチレン微粒子Ｐを液中で強固に固定することができる。
【００７０】
しかも、本実施形態では、電圧印加固定を行う際に、固定工程時と極性が異なるように電圧を印加している。そのため、液中に浮遊している残りのポリスチレン微粒子Ｐ（マイナスに帯電している）をＩＴＯガラス２側に引き寄せることなく、金微粒子５ａだけをＩＴＯガラス２に向けて電気泳動により移動させて堆積させることができる。従って、図１５に示すように、ＩＴＯガラス２上に固定させたポリスチレン微粒子Ｐだけを確実に固定することができる。
【００７１】
特に、金微粒子５ａを利用してポリスチレン微粒子Ｐを強固に固定しているので、ＩＴＯガラス２を液中から取り出して乾燥させたとしても、純水Ｗの乾燥過程で生じる気液界面における表面張力の影響を受けることがない。通常、単にポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上に固定させただけでは、図１６に示すように、純水Ｗを乾燥させた際に気液界面の移動に伴ってポリスチレン微粒子Ｐも移動してしまう。
ところが本実施形態では、乾燥過程で気液界面が移動したとしても、ポリスチレン微粒子ＰはＩＴＯガラス２の表面全体に堆積している金微粒子５ａによって周囲が囲まれているので、気相界面につられて移動したり、変形したりする恐れがない。よって、液中内で任意のパターンで固定させたポリスチレン微粒子Ｐをそのままのパターンで大気中に取り出すことができる。
【００７２】
従って、マイクロスケールの微粒子の組み立てやＭＥＭＳ等の微小デバイス等の組み立てに応用することができる。しかも、大気中に取り出されたポリスチレン微粒子Ｐは、金微粒子５ａによってコーティングされているので、直ちに電子顕微鏡により観察を行うことができる。
【００７３】
ここで、液体を超臨界状態で乾燥させる装置が従来から知られている。これは、超臨界乾燥方法と呼ばれ、気相と液相との境界面が存在せず、表面張力が作用しない状態で乾燥を行う方法である。この方法によれば、同様に、液中内で任意のパターンで固定させたポリスチレン微粒子Ｐをそのままの状態で大気中に取り出すことができる。ところがこの方法は、装置自体が高価なものであるので、かなりの高コストになってしまい、安易に使用できるものではなかった。
これに対して、本実施形態の成膜装置１０及び成膜方法によれば、上述したように特殊な構成が不要であり、容易且つ低コストでポリスチレン微粒子Ｐを大気中に取り出すことができる。
【００７４】
また、従来の超臨界乾燥方法は、高温且つ高圧環境下で乾燥を行う方法であるので、環境条件が厳しくなってしまう。例えば、水を乾燥させる場合には、臨界温度が３７３．９５℃、臨界圧力が２２．０６４ＭＰａ、臨界密度が３２２ｋｇ／ｍ３という厳しい条件となってしまう。特に、微小物質として、上述したポリスチレン微粒子Ｐではなくバイオ試料を用いた場合には、超臨界乾燥を行う従来の装置では、厳しい臨界条件ためのバイオ試料がダメージを受けてしまい、使用することができなかった。
これに対して、本実施形態の成膜装置１０及び成膜方法によれば、単に液中で行うだけの簡単な方法であるので、バイオ試料に何ら影響を与えることなく、生に近い状態で容易に大気中に取り出すことができる。従って、生体細胞や微生物等を基板に配列固定させる際に本発明を利用することができ、顕微鏡観察や標本作製への応用も可能である。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る成膜装置及び成膜方法の第３実施形態を、図１７を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。  
第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、ポリスチレン微粒子Ｐを任意のパターンでＩＴＯガラス２に固定させる際に、捕捉工程、位置調整工程及び固定工程を繰り返し行ったが、第３実施形態では一度で行うことができる点である。
【００７６】
即ち本実施形態の光学系４１は、レーザ光Ｌを複数の光束に分岐させる光変調器（レーザ分岐素子）４２を備えており、分岐された複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして集光させて、ポリスチレン微粒子Ｐを一度に複数捕捉することができるように構成されている。
具体的に本実施形態の光学系４１は、レーザ光源３０とハーフミラー３３との間に、レーザ光源３０側から順に、ビームエキスパンダ４３、偏光板４４、上記光変調器４２及びレンズ系４５を備えている。ビームエキスパンダ４３は、レーザ光源３０から照射されたレーザ光Ｌのビーム径を拡大させている。偏光板４４は、ビーム系が拡大されたレーザ光Ｌが有する偏光成分のうち、決められた成分（例えば、Ｐ成分）の直線偏光の光を透過させている。光変調器４２は、光の位相を制御するデバイスであって、偏光板４４を透過してきたレーザ光Ｌを、予め入力された配列パターンにしたがって光束を複数に分岐させている。レンズ系４５は、複数の光束に分岐された光束をそれぞれ元のビーム径に集光させている。
【００７７】
このように構成された光学系４１を有する成膜装置４０によれば、捕捉工程の際、光変調器４２によりレーザ光Ｌを複数の光束に分岐させた後、これら複数の光束を任意の配列で並んだ複数のスポットとして液中に集光させることができる。これにより、複数のポリスチレン微粒子Ｐを任意の配列に並ばせた状態で一度に捕捉することができる。その後、固定工程によってこれら複数のポリスチレン微粒子Ｐを一度にＩＴＯガラス２に固定させることができる。
特に、１つ１つポリスチレン微粒子Ｐを固定させることなく、一度に複数のポリスチレン微粒子Ｐを所望する配列パターンで固定させることができるので、作業時間をより短縮することができると共に使い易さが向上する。
【００７８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７９】
例えば、上記各実施形態では、被成膜基板の一例としてＩＴＯガラス２を例に挙げて説明したが、ＩＴＯガラス２に限定されるものではない。また、カバーガラス４の対向面４ａにスパッタ法で金属層５を形成したが、スパッタ法に限られず、蒸着法等により金属層５を形成しても構わない。また、金属層５は、金に限られるものではない。
【００８０】
また、上記第２実施形態及び第３実施形態では、純水Ｗに投入する微小物質をポリスチレン微粒子Ｐとしたが、これに限られず、その他の高分子粒子やバイオ試料等でも構わない。
【００８１】
また、上記第２実施形態及び第３実施形態では、固定工程の際に、ＩＴＯガラス２側がプラスに帯電するように電圧を印加したが、純水Ｗ内に微小物質を投入したときに、該微小物質がプラスに帯電するような処理を施したような場合には、ＩＴＯガラス２側がマイナスに帯電するように電圧を印加すれば良い。この場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。
また、上記第２実施形態及び第３実施形態では、固定工程時と電圧印加工程時とで極性が異なるように電圧を印加したが、この場合に限定されず、同じ極性となるように電圧を印加しても構わない。
【００８２】
更に、上記第２実施形態及び第３実施形態において電圧印加工程を行う際に、所定時間以上の間電圧印加を行って、ポリスチレン微粒子Ｐを埋没させるように金微粒子５ａを堆積させて金属膜３をコーティングしても構わない。
即ち、所定時間以上の間電圧を印加し続け、ＩＴＯガラス２上に金微粒子５ａを堆積させ続ける。これにより、ポリスチレン微粒子Ｐをコーティングする金属膜３の膜厚が徐々に厚くなり、ＩＴＯガラス２上に固定していたポリスチレン微粒子Ｐを埋没させることができる。このように金属膜３を厚く成膜することで、ポリスチレン微粒子Ｐの鋳型を作ることができる。つまり、厚く成膜した金属膜３をＩＴＯガラス２から剥すことで、ポリスチレン微粒子Ｐの外表面形形状が転写した金属膜３を得ることができる。よって、この鋳型となった金属膜３を観察することで、ポリスチレン微粒子Ｐの観察を行うことができる。即ち、レプリカ法で観察することができる。
特に、液中におけるポリスチレン微粒子Ｐの状態を金属膜３に転写できるので、液中に存在している状態でポリスチレン微粒子Ｐを観察することができる。特に、微小物質としてポリスチレン微粒子Ｐではなくバイオ試料を採用した場合には、観察に好適な方法である。
【００８３】
（実施例）
次に、上記第２実施形態に基づいて、実際に実験を行った実施例について説明する。なお、以下の条件で実験を行った。
まず、微小物質として直径１μｍのポリスチレン微粒子Ｐを用いた。また、波長λ＝５１４ｎｍのアルゴンイオンレーザを照射するレーザ光源３０を用いると共に、その出力を６０ｍＷとした。また、固定工程時の印加電圧を２Ｖとした。この際、ＩＴＯガラス２がプラスに帯電するように電圧を印加した。また、ＩＴＯガラス２とカバーカラス４との間隔を、スペーサ等を利用して６０μｍに調整した。
【００８４】
この条件のもと、複数のポリスチレン微粒子ＰをＩＴＯガラス２上にパターニングして固定させた。その結果、図１８に示すように、ポリスチレン微粒子Ｐを「静」の文字となるようにきれいにパターニングできたことを確認した。また、図１９に示すように、「ＳＵ」の文字となるようにパターニングできたことも確認できた。
【００８５】
次に、ＩＴＯガラス２がマイナスに帯電するように極性を変えて電圧印加工程を行い、金微粒子５ａをＩＴＯガラス２上に堆積させてコーティングを行った。この際、印加電圧は８Ｖであり、電圧印加時間を１分とした。
電圧印加工程後、ＩＴＯガラス２を大気中に取り出して乾燥させ、電子顕微鏡で観察したところ図１８及び図１９に示すパターンのまま、ポリスチレン微粒子ＰがＩＴＯガラス２上に固定されていることを確認できた。
【００８６】
一方、上述した固定工程後、電圧印加工程を行わずに、「ＳＵ」のパターンでポリスチレン微粒子Ｐを固定させたＩＴＯガラス２を大気中に取り出して乾燥させた場合には、図２０に示すように、配列が崩れてしまったポリスチレン微粒子Ｐが確認された。これは、乾燥に伴う気相界面の移動によって、ポリスチレン微粒子Ｐも移動してしまったことが原因と考えられる。
【００８７】
これらの結果から、本発明に係る成膜装置１０及び成膜方法の効果が確認でき、簡単な構成且つ低コストで、液中で任意のパターンに配列したポリスチレン微粒子Ｐをそのままの状態で大気中に取り出すことができるという、従来にはない特別な効果を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る成膜装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す金属層とＩＴＯガラスとの間に電圧を印加した状態を示す図である。
【図３】図２に示す電圧印加によって、金属層の金微粒子が電気泳動によりＩＴＯガラスに向けて移動すると共に、ＩＴＯガラス上に堆積し始めている状態を示す図である。
【図４】ＩＴＯガラス上に金微粒子が次々と堆積して、金属膜が成膜された状態を示す図である。
【図５】本発明に係る成膜装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図６】図５に示す成膜装置の一部拡大図であって、純水内にポリスチレン微粒子が浮遊している状態を示す図である。
【図７】純水内に浮遊しているポリスチレン微粒子に作用する静電気的相互作用エネルギを説明するための図である。
【図８】純水内に浮遊しているポリスチレン微粒子にレーザ光を集光させて、光放射圧により捕捉した状態を示す図である。
【図９】光放射圧によってポリスチレン微粒子を捕捉する原理を示す図であって、（ａ）はポリスチレン微粒子にレーザ光を集光させた図であり、（ｂ）はポリスチレン微粒子に作用する力のベクトル図である。
【図１０】図８に示す状態の後、ポリスチレン微粒子をＩＴＯガラスに近づけた状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態の後、金属層とＩＴＯガラスとの間に電圧を印加させた状態を示す図である。
【図１２】電圧を印加した結果、捕捉したポリスチレン微粒子をＩＴＯガラスに固定させた状態を示す図である。
【図１３】ＩＴＯガラス上に複数のポリスチレン微粒子を固定させた状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す状態の後、再び金属層とＩＴＯガラスとの間に電圧を印加させて、ＩＴＯガラス上に金微粒子を堆積させている状態を示す図である。
【図１５】ＩＴＯガラス上に金微粒子が堆積して、ポリスチレン微粒子が強固に固定された状態で金属膜によりコーティングされた状態を示す図である。
【図１６】従来の方法を説明するための図であって、ＩＴＯガラス上にポリスチレン微粒子を単に固定させた状態で、液体を乾燥させている状態を示す図である。
【図１７】本発明に係る成膜装置の第３実施形態を示す構成図である。
【図１８】本発明に係る成膜装置の第２実施形態に基づいて実際に実験を行った実施例を説明するための図であって、ＩＴＯガラス上に複数のポリスチレン微粒子を「静」の文字となるようにパターニングした状態で固定させた図である。
【図１９】本発明に係る成膜装置の第２実施形態に基づいて実際に実験を行った実施例を説明するための図であって、ＩＴＯガラス上に複数のポリスチレン微粒子を「ＳＵ」の文字となるようにパターニングした状態で固定させた図である。
【図２０】従来の方法で実際に実験を行った実施例を説明するための図であって、図１９に示すＩＴＯガラスを、大気中に取り出して乾燥させた後の状態のポリスチレン微粒子を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
Ｌ    レーザ光  
Ｐ    ポリスチレン微粒子（微小物質）
Ｗ    純水（液体）
１、１０、４０    成膜装置
２    ＩＴＯガラス（被成膜基板）
３    金属膜
４ａ    対向面
４    カバーガラス（対向基板）
５    金属層
５ａ    金微粒子（金属微粒子）
６    電圧印加手段  
１１、４１    光学系
１２    観察系
１３    移動手段
１４    制御部
４２    光変調器（レーザ分岐素子）
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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