(57)【要約】　　【課題】　ナノメートル又はマイクロメートルの寸法の三次元構造を作るための方法を提供する。　　【解決手段】　上記方法は、離隔して配向可能なナノ粒子を含む光重合体又はＵＶの混合物Ｍの得るステップと、それぞれの基板３０上に混合物Ｍの層を堆積するステップと、層Ｍを紫外線Ｆ１に露光し、その屈折率の変化によって混合物の重合を制御するステップと、ナノ粒子を所望の位置に位置決めするために、混合物Ｍの層から表面突起Ｒを成長させるために、磁場及び／又は電場を印加するステップと、混合物Ｍを重合するステップとを備える。【選択図】　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　離隔して配向可能なナノ粒子を含む光重合体又はＵＶの混合物（Ｍ）を得るステップと、
　各基板（１５；３０）上に混合物（Ｍ）の層を堆積するステップと、
　上記層（Ｍ）を紫外線（Ｆ；Ｆ１）に露光し、屈折率を変化させることにより重合を制御するステップと、
　層（Ｍ）から表面突起（Ｒ）を成長させるために、所望の配向を生成するか、ナノ粒子を位置決めすることのできる、磁場及び／又は電場を印加するステップと、
　混合物（Ｍ）を重合するステップと、を備えることを特徴とする、一定の幾何学的形状に従って整列配置された５００ミクロン以内の高さを有する突起Ｒが表面から突出するナノメートル又はマイクロメートルの寸法の三次元構造を作成する方法。
【請求項２】
　層（Ｍ）を紫外線（Ｆ；Ｆ１）に露光するステップは、磁場及び／又は電場を印加するステップが付随していることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
　層（Ｍ）を紫外線（Ｆ；Ｆ１）に露光するステップ及び磁場及び／又は電場を印加するステップが、酸素がないという不活性な環境（２１）下で行われることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
　紫外線（Ｆ；Ｆ１）は、表面突起（Ｒ）を作らなければならない領域に局在化されていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
　紫外線（Ｆ；Ｆ１）は、２値のマスクまたはハーフトーン・マスク（１５）によって局在化されていることを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
　層（Ｍ）は不均一の紫外線（Ｆ）に露光され、その結果、紫外線（Ｆ）で最も照明された層の領域と、紫外線（Ｆ）で最も照明されていない層の領域との間で高分子の格子の形成が不均一であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項７】
　異なった架橋度を備えた領域において層（Ｍ）の屈折率の変化と、磁場又は電場の強度の必然的変更とを制御するステップを備えることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
　層（Ｍ）を紫外線（Ｆ１）に露光するステップは、混合物を液状からゼラチン状に変化させるように、混合物を前重合するステップを得るために設けられていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項９】
　混合物（Ｍ）の層の近傍にある複数の軸（ｘ、ｙ、ｚ）で位置決め可能な磁場先端（３１）によって局所的磁場を印加するステップを備えることを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
　先端（３１）はナノメートルの寸法であり、シリコンで作られており、磁場フィルムで覆われることを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
　混合物の重合は、磁場及び／又は電場を印加しない状態で、紫外線（Ｆ；Ｆ１）に露光することによって得られることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
　混合物の重合は、磁場及び／又は電場を印加しない状態で、突起（Ｒ）を紫外線（Ｆ２）に局所的に露光することによって得られることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
　先端自体によって予め形成された突起（Ｒ）の架橋を可能にするために先端（３１）の近傍に紫外線（Ｆ２）のビームの焦点を合わせるための手段（３３）を設けることを特徴とする、請求項９および１２記載の方法。
【請求項１４】
　光重合体又はＵＶの混合物はアクリル酸塩のオリゴマーおよびモノマーを備えることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
　配向可能なナノ粒子は、鉄流動体、電気流動体材料、液晶および磁気流動体材料からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
　１つ以上の表面を有し、その表面には、一定の幾何学的形状に従って整列配置された５００ミクロン以内の高さを有している突起（Ｒ）が形成され、請求項１〜１５の少なくとも１項の方法に従って得られたことを特徴とする、ナノメートル又はマイクロメートルの寸法の三次元の表面構造を有する固体の構成要素。
【請求項１７】
　少なくとも１つの表面を有し、その表面から、一定の幾何学的形状に従って整列配置された５００ミクロン以内の高さを有している突起（Ｒ）が突出した固体の構成要素であって、磁場及び／又は電場によって離隔して配向可能なナノ粒子が添加された光重合体を用いることによって、少なくとも部分的に作られ、配向可能なナノ粒子の濃度は突起（Ｒ）で大きいことを特徴とする固体の構成要素。
【請求項１８】
　光重合体はオリゴマー及びモノマーをベースにしていることを特徴とする、請求項１７記載の構成要素。
【請求項１９】
　配向可能なナノ粒子は、鉄流動体、電気流動体材料、液晶および磁気流動体材料からなる群から選択されていることを特徴とする、請求項１７記載の構成要素。
【請求項２０】
　請求項１〜１５の少なくとも１項の方法を実行するための及び／又は請求項１６〜１９の少なくとも１項の構成要素を得るための装置。
【請求項２１】
　離隔して配向可能なナノ粒子を含む光重合体又はＵＶの混合物（Ｍ）の層を堆積するための支持体（１５；３０）と、
　紫外線（Ｆ；Ｆ１）に層を露光するための手段（１０〜１４；３３）と、
　その屈折率の変化によって混合物（Ｍ）の重合を制御するための手段（１５；３０）と、
　層（Ｍ）からの表面突起（Ｒ）の成長を引き起こすために、所望の配向を生成するか、混合物（Ｍ）のナノ粒子を位置決めすることのできる磁場及び／又は電場を印加するための手段（１８；３１）と、
　混合物（Ｍ）の重合を行うための手段とを備えることを特徴とする、請求項２０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、ナノメートル又はマイクロメートルの寸法の三次元構造の作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　ある技術領域では、例えばチャンネルを形成するために、一定の幾何学的形状にしたがって整列配置された５００ミクロン以内の高さを有する表面突起を備えた構成要素が現在使用されている。
【０００３】
　示された種類の三次元の表面構造によって特徴づけられた構成要素は、照明デバイス、マイクロメカニカルデバイスおよびマイクロ流体デバイスを作成するために、例えば、回折光学デバイス、医療デバイス、マイクロタービンなどを作成するために、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）で典型的に用いられる。
【０００４】
　最先端技術では、あらかじめ形成されたパターンに従って整列配置されたナノメートル又はマイクロメートルの寸法の突起を備えた前述の表面は、機械加工のプロセスによって入手することができない。前記の三次元構造を得るために、多かれ少なかれ従来の写真平版技術は、所望の突起の高さおよびタイプに従って用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　この目的のために用いられた写真平版プロセスは、非常に複雑で高価である。写真平版プロセスの他の欠点は、それらが、突起の高さと近傍の突起からの距離との比率として理解された高いアスペクト比を備えた三次元構造を得ることを可能にしないということである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明の目的は、写真平版の技術を用いて、入手可能なものに類似した特徴を有しているが、コストおよび複雑さを大きく低下させる三次元のナノメートル又はマイクロメートルの構造の作成を可能にする新方式を開示することである。
【０００７】
　本発明によれば、上記及び他の目的は、ナノメートル又はマイクロメートルの寸法の三次元構造、特に一定の幾何学的形状に従って整列配置された５００ミクロン以内の高さを有する突起が表面から突出する、三次元構造を作成する方法によって達成される。その方法は、
　離隔して配向可能なナノ粒子を含む光重合体又はＵＶの混合物を得るステップと、
　各基板上に混合物の層を堆積するステップと、
　上記層を紫外線に露光し、重合状態をリアルタイムで制御するステップと、
　磁場及び／又は電場を印加して、層から表面突起を成長させるために、ナノ粒子を所望の配向又は位置決めをさせることを可能にするステップと、
　混合物を重合するステップと、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
　本発明に係る方法の好ましい特徴は、不可欠な部分を形成するものとして理解される添付の請求項に開示されている。
【０００９】
　本発明のさらなる目的、特徴および利点は、説明のためのものであって非限定的な例として単に提供された詳細な説明及び添付図面から明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
　前に述べたように、本発明の基礎となる考えは、三次元のナノメートル又はマイクロメートルの構造を作成するために、磁場又は電場によって、離隔して配向可能なナノ粒子と結合された光重合体を用いるということである。
【００１１】
　本発明によれば、光重合体又はＵＶの混合物において、１つ以上の配向可能な物質が導入されており、配向可能な物質は混合物自身を外力、特に電場または磁場の働きに敏感にさせるものである。前記の外部場は、所望の表面突起の高さへの成長を可能にし、かつそれらの幾何学的な様相の制御を改善するために、システムの外部で適切に調整される。
【００１２】
　本発明の実施のために用いられたＵＶ混合物は、それ自身知られたタイプのものであり、アクリル酸塩のオリゴマーおよびモノマーによって構成されている。他方では、電場または磁場がある状態での配向可能性という特徴を備えた物質は、それ自身知られている、鉄流動体、電気流動体材料、液晶または磁気流動体材料によって構成される。
【００１３】
　本発明が基にしている原理を模式的に説明するために、図１は、本発明に係る方法の中で用いられる混合物の光重合体のマトリックスにおけるマイクロ粒子１の模式図である。マイクロ粒子１は、配向可能なナノ粒子２（それらは本願でナノ磁石であると仮定される）を含んでいる。図２では、ナノ粒子１を含む光重合体の混合物Ｍは磁場のない状態で模式的に表わされる一方、図３では、同じ混合物Ｍが磁場のある状態で表わされている。図２と３との比較から明らかなように、適切に分極化された磁場を印加することによって、ナノ粒子１の所望の配向が、ナノ磁石２の存在によって得られる。
【００１４】
　本発明によれば、２つの異なった操作方法が、得ようとしている表面突起のナノメートル又はマイクロメートルの寸法によれば、特に、およそ５０からおよそ５００ミクロンまでの突起の寸法を持ったマイクロメートルの構造を形成するために、およびおよそ５０ナノメートルから１ミクロンまでの突起の寸法を持ったナノメートルの構造を形成するために、使用可能であると考えられいる。
【００１５】
　本発明に係る高いアスペクト比を備えた三次元のマイクロメートルの構造を生成するために用いられた方法は、次のステップを考えている。すなわち、
１）光重合体又はＵＶの混合物の中に配向可能なナノ粒子を可溶化するステップと、
２）粘稠液フィルムの形で２値のマスクまたはハーフトーン・マスク上にＵＶ混合物を堆積するステップと、
３）前述のマスクを通して混合物を紫外線に露光し、電場及び／又は磁場がある状態で、表面突起の所望の成長を決定するために、混合物の重合の状態を制御するステップと、
４）混合物を最終的に重合するステップと、
を備える。
【００１６】
　操作のステップ１）および２）は、それ自身知られた技術を用いて実行され、本願には記載されていない。ステップ２で言及したマスクの作成についても同様である。
【００１７】
　図４は、ステップ３を実行するために使用可能な装置の実施形態を示している。
【００１８】
　図４では、参照符号１０は、紫外線ランプのような紫外線の一般的なソースを示す。その下流には、１１で示された赤外フィルタが設けられている。
【００１９】
　参照符号１２、１３および１４は、それぞれ、第一のダイクロイックミラー、第二のダイクロイックミラーおよび黒いスクリーンを示している。構成要素１２、１３および１４は、１５で示された２値のマスクまたはハーフトーン・マスクであり、ランプ１０によって生成された紫外線のビームＦを方向づけるために用いられる。粘稠液フィルムの形の混合物Ｍが、それ自体知られた様相でマスク上に堆積される。
【００２０】
　パソコン１６が、ランプ１０に加えて、電磁石１８の電源１７を制御するために操作され、電磁石１８の電源１７は、紫外線露光の間に混合物Ｍに電場または磁場を印加するためのものである。
【００２１】
　紫外線によって混合物Ｍを重合させる制御システムは、異なった架橋度の領域で液体混合物Ｍの屈折率の変化と、電磁石１８によって生成された場の強度の変更をリアルタイムで与える。この目的のために、レーザー１９によって、マスク上に存在する格子の、および重合ステップでＵＶ混合物から成る格子の重ね合せに起因する回折の次数での強度の分布をリアルタイムで制御することが可能である。回折の次数の強度の前記の分布は、テレビカメラ２０によって検出され、マスク１５からの数センチメートルのところに位置している。
【００２２】
　紫外線Ｆがマスク１５の格子を通り抜けて、光重合体の混合物Ｍの屈折率をやがて変化させるように、紫外線Ｆが調整される。この調整は、異なった強度によって照明された領域によって達成された架橋の異なった状態にリンクされる。
【００２３】
　混合物Ｍは、酸素の抑止的な行動を防止するために、不活性な環境下で、紫外線Ｆと、電磁石１８によって生成された外部の磁場又は電場とに同時にさらされる。図４の例では、前記の不活性な環境は窒素を含むチャンバー２１によって提供される。
【００２４】
　電磁石１８によって生成された外部場と、ビームＦおよびマスク１５の力線の整列配置による紫外線との組合せは、高いアスペクト比を備えた三次元構造を得ることができる。
【００２５】
　図５は、紫外線と磁場の結合した効果を備えた三次元構造を形成するために用いられたマスクの場合の模式的な例示である。前記図では、番号１５は２値のマスクを示し、文字Ｍは光重合体と磁場ナノ粒子との混合物を示す。図５において、突起Ｒが形成されている。参照符号１８Ａは上部の磁場支持体を示す。また、Ｆは、紫外線のビームを示す。この場合、磁場支持体１８Ａは、図４の電磁石１８の機能を果たしている。
【００２６】
　図６の場合には、その代りに、電場が、例えば電気流動体材料または液晶から成る混合物Ｍのナノ粒子の配向を得るために用いられる。この場合、２値のマスク１５と混合物Ｍとの間で、突起Ｒが形成され、ナノ粒子の配向に必要な電場を印加するために導電性のフィルム２２が設けられていることは注目されるべきである。
【００２７】
　印加された外部場のタイプに関係なく、本願で提案された方法において、不均一な紫外線への露光によって、例えば、特別のあらかじめ形成されたパターンにしたがって入射強度の一部を吸収することができるハーフトーン・マスク１５の使用によって、高分子フィルムＭのいくつかの領域の最初の「膨潤」が得られる。
【００２８】
　屈折率の変化をリアルタイムで制御することを結合された上記のタイプの照射は、暗い領域から明るい領域への材料の移動現象により突起Ｒを最初に成長させることで、最も明るい領域（つまり最も照明された領域）と最も暗い領域（つまり最も照明されていない領域）との間で高分子の格子の形成の際に不均一性を作成することができる。
【００２９】
　突起Ｒに対する所望の高さおよび幾何学的な様相を達成するために、電場または磁場の印加によって、前述の照射領域がさらに「成長」することができる。上記方法で突起Ｒを形成した後に、混合物の最終的な重合を得るために、フィルムＭは十分な紫外線にさらされる。実施された実際的なテストから、紫外線と外部の磁場及び／又は電場のと組合せは、入手可能な突起の高さについての、そして三次元構造のアスペクト比についての明白な効果を作り出すことが分かっている。
【００３０】
　その代りに、三次元のナノメートルの構造を生成するために用いられた方法は、
１）光重合体の混合物の中に配向可能なナノ粒子を可溶化するステップと、
２）透明基板上に、液体膜の形で混合物を堆積するステップと、
３）混合物を前重合するステップ、つまり紫外線への露光により液体混合物からゲルに変化させるステップと、
４）ナノメートルの先端によって、突起を成長させるステップと、
５）混合物を最終的に重合するステップとを備える。
【００３１】
　この場合でも、操作のステップ１）および２）は、それ自身知られた技術を用いて実行され、従って本願中には記載されていない。ステップ２で言及された透明基板の作成についても同様である。
【００３２】
　図７は、本発明に係る三次元のナノメートルの構造を形成するために用いられた装置の動作原理の模式図である。
【００３３】
　図７では、参照符号３０は透明基板を示し、ナノ磁石を含む光重合体の混合物Ｍのフィルムがその上に堆積されている。前記堆積に続いて、紫外線のビームＦ１が生成される。図７の上部のａ）に記載されているように、それは透明基板３０を横断してフィルムＭに突き当たる。混合物を前重合すること、つまり液状からゼラチン状に変化することが得られる。
【００３４】
　一旦、混合物がゲルに変化したならば、図７の中央部分のｂ）に記載されているように、磁場先端３１がフィルムＭの近傍に位置決めされる。ナノメートルの寸法（最終直径が２０〜３０ｎｍである）の先端３１は、シリコンで作ることができ、磁場フィルムで覆うことができる。各可動スライド３２に支持された先端３１の位置決めは、突起Ｒの生成のために、ソフトウェア（例えばパソコン）で制御される。このように、前記の原理に類似した原理にしたがって混合物Ｍの一部を形成するナノ磁石を上方へ引き寄せるために、フィルムＭは、パターンにしたがって、先端３１によって生成された磁場に局所的にさらされる。この場合でも、突起ＲがフィルムＭから先端３１の方向に成長していることが視認されている。
【００３５】
　最後に、図７の下部のｃ）に記載されているように、先端自体の近傍に、ＵＶビームＦ２の焦点を合わせて、前に形成された三次元構造を架橋する、つまり、その最終的な重合を得るために、光ファイバー３３が先端３１を支えるアームに結び付けられている。
【００３６】
　上述したことから、適切な方法でスライド３２を制御して先端３１及び光ファイバー３３を位置決めすることによって、様々なタイプの突起Ｒをどのように作成することができることは明白である。
【００３７】
　図８〜１１は、単なる例として、上記方法で入手可能な突起Ｒのいくつかの可能な形態を表わしている。特に図８および９では、ポイント状の突起Ｒの場合が示される一方、図１０および１１では、連続的な突起Ｒの場合が示される。
【００３８】
　上記説明から、本発明の特徴および利点が明らかになる。特に、電場または磁場と結び付けられて紫外線の影響下の架橋することのできる配向可能なナノ含有物を備えた特別の光重合体の混合物を利用することにより、ナノメートル又はマイクロメートルの寸法の三次元構造を作り出すための新しい方法が記載されている。
【００３９】
　重合の状態を制御するための装置（それは本発明の不可欠な部分を形成する）は、ハイレベルな、高さ、精度、および得られた突起のアスペクト比の再現性を可能にする。
【００４０】
　もちろん、本発明の原理を損なうことなく、構成の詳細および実施形態は、単に例として本願に記載され図示されるものを参照して変形される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る方法の中で用いられる光重合体の混合物のマイクロ粒子の模式図である。
【図２】外部磁場がない状態での、図１に示されたタイプのマイクロ粒子の挙動の模式図である。
【図３】外部磁場がある状態での、図１に示されたタイプのマイクロ粒子の挙動の模式図である。
【図４】本発明に係る三次元のマイクロメートルの構造を形成するために用いられた装置の模式図である。
【図５】図４の装置の一部分の第一の実施形態の模式図である。
【図６】図４の装置の一部分の第二の実施形態の模式図である。
【図７】本発明に係る三次元のナノメートルの構造を形成するために用いられた装置の動作原理の模式図である。
【図８】図７の装置を用いた第一例の模式平面図である。
【図９】図７の装置を用いた第一例の模式側面図である。
【図１０】図７の装置を用いた第二例の模式平面図である。
【図１１】図７の装置を用いた第二例の模式平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
　　１　ナノ粒子
　　２　ナノ磁石
　１０　ランプ
　１５　マスク
　１７　電源
　１８　電磁石
　１９　レーザー
１８Ａ　磁場支持体
　２１　チャンバー
　３０　透明基板
　３１　先端部
　３２　スライド
　３３　光ファイバー
　　Ｆ　ビーム
　　Ｍ　高分子フィルム
　　Ｒ　突起
【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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