(57)【要約】【課題】  表面に、高強度で精度が高くアスペクト比の大きな微小突起物を有する、微細金属構造体および前記微細構造体を欠陥無く製造する方法を提供すること。【解決手段】  表面に微小突起物を有する微細金属構造体にあって、微小突起物の最小厚みあるいは最小直径が１０ナノメートルから１０マイクロメートルであり、前記微小突起物の高さ(Ｈ)に対する、前記微小突起物の最小厚みあるいは最小直径（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）が１より大きいことを特徴とする。また、表面に微細な凸凹パターンを有する基板の表面に、分子性無電解めっき触媒を付与し、その後に無電解めっきを施すことにより少なくとも前記凸凹パターンが充填された金属層を形成し、さらに、前記金属層を前記基板から剥離することにより前記凸凹パターンが反転転写された表面を有する微細金属構造体を得ることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に微小突起物を有する微細金属構造体にあって、厚みあるいは相当直径が１０ナノメートルから１０マイクロメートルであり、高さ（Ｈ）に対する、相当直径（Ｄ）の比
（Ｈ／Ｄ）が１より大きい微小突起物を有していることを特徴とする微細金属構造体。
【請求項２】
前記微小突起物が、非金属元素を副成分として含有する合金であることを特徴とする請求項１に記載の微細金属構造体。
【請求項３】
前記非金属元素がホウ素であることを特徴とする請求項２に記載の微細金属構造体。
【請求項４】
前記微小突起物の表面の少なくとも一部分が、少なくとも一層の被覆層により被覆されていることを特徴とする請求項２に記載の微細金属構造体。
【請求項５】
前記微小突起物の表面に直接あるいは間接的に抗原，抗体，タンパク，塩基，糖鎖及び表面改質剤のうち少なくとも一種類の有機物が固定化されていることを特徴とする請求項２に記載の微細金属構造体。
【請求項６】
表面に微小突起物を有する微細金属構造体であって、微細な凹凸パターンを有する基板の表面に分子性無電解触媒を付与し、無電解めっきにより形成された金属層を該基板から剥離し該凹凸パターンを反転転写することにより得られたことを特徴とする微細金属構造体。
【請求項７】
厚みあるいは相当直径が１０ナノメートルから１０マイクロメートルである微小突起物を有することを特徴とする請求項６に記載の微細金属構造体。
【請求項８】
前記微小突起物の高さ（Ｈ）に対する、前記微小突起物の相当直径(Ｄ)の比（Ｈ／Ｄ）が１より大きいことを特徴とする請求項７に記載の微細金属構造体。
【請求項９】
前記微小突起物が、非金属元素を副成分として含有する合金であることを特徴とする請求項７に記載の微細金属構造体。
【請求項１０】
前記微小突起物の表面の少なくとも一部分が、少なくとも一層の被覆層により被覆されていることを特徴とする請求項７に記載の微細金属構造体。
【請求項１１】
前記微小突起物の表面に直接あるいは間接的に抗原，抗体，タンパク，塩基，糖鎖及び表面改質剤のうち少なくとも一種類の有機物が固定化されていることを特徴とする請求項７に記載の微細金属構造体。
【請求項１２】
表面に微小突起物を有する微細金属構造体にあって、前記微小突起物の表面の少なくとも一部分が、前記微小突起物を構成している成分と異なる成分からなる、少なくとも一層の被覆層により被覆されていることを特徴とする微細金属構造体。
【請求項１３】
前記微小突起物の厚みあるいは相当直径が１０ナノメートルから１０マイクロメートルの部分を有していることを特徴とする請求項１２に記載の微細金属構造体。
【請求項１４】
前記微小突起物の高さ（Ｈ）に対する、前記微小突起物の相当直径（Ｄ）の比(Ｈ／Ｄ)が１より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の微細金属構造体。
【請求項１５】
前記微小突起物が、非金属元素を副成分として含有する合金であることを特徴とする請求項１２に記載の微細金属構造体。
【請求項１６】
前記被覆層の表面に抗原，抗体，タンパク，塩基，糖鎖及び表面改質剤のうち少なくとも一種類の有機物が固定化されていることを特徴とする請求項１２に記載の微細金属構造体。
【請求項１７】
前記被覆層を構成する材料が金であることを特徴とする請求項１２に記載の微細金属構造体。
【請求項１８】
表面に微細な凸凹パターンを有する基板の表面に、分子性無電解めっき触媒を付与し、その後に無電解めっきを施すことにより少なくとも前記凸凹パターンが充填された金属層を形成し、さらに、前記金属層を前記基板から剥離することにより前記凸凹パターンが反転転写された表面を有する微細金属構造体を得ることを特徴とする微細金属構造体の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の製造方法で微小金属構造体を製造した後に、前記微小金属構造体の表面に、前記微小金属構造体を構成している成分と異なる成分からなる、少なくとも一層の被覆層を形成することを特徴とする微細金属構造体の製造方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の製造方法で微小金属構造体を製造した後に、前記金表面の少なくとも一部分に抗原，抗体，タンパク，塩基，糖鎖及び表面改質剤のうち少なくとも一種類の有機物を固定化することを特徴とする微細金属構造体の製造方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の微細金属構造体の製造方法にあって、前記微細構造体の凹凸表面形状の少なくとも一部が柱状構造からなり、前記柱状構造の直径あるいは一辺が１０ナノメートルから１０マイクロメートルあり、かつ柱状構造の高さ（Ｈ）に対する直径あるいは一辺の長さ（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）が１より大きいことを特徴とする、微細金属構造体の製造方法。
【請求項２２】
樹脂や無機物を加圧成形するのに用いる金型にあって、前記金型の表面が請求項１に記載された微細金属構造体であることを特徴とする金型。
【請求項２３】
微細金型を用いて樹脂や無機物を加圧成形するナノインプリント装置にあって、前記微細金型の表面が請求項１に記載された微細金属構造体であることを特徴とするナノインプリント装置。
【請求項２４】
電気化学反応により物質を変換，製造あるいは検出する電極にあって、前記電極の少なくとも表面の一部が、請求項１に記載された微細金属構造体からなることを特徴とする電極。
【請求項２５】
検体の検出部に微細な凸凹形状を有するマイクロチップにあって、前記検出部に請求項１に記載された微細金属構造体を用いたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２６】
基板の表面に検体と相互作用を及ぼしあう物質が固定化されたマイクロチップにあって、前記基板として請求項１に記載された微細金属構造体を用いたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２７】
基板の表面に多種類のＤＮＡが固定化されたＤＮＡチップにあって、前記基板として請求項１に記載された微細金属構造体を用いたことを特徴とするＤＮＡチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に微小突起物を有する微細構造体およびその製造方法に関する。また、本発明は、上記微細構造体を用いた装置とデバイス、特に樹脂や無機物を加圧成形するナノインプリントに用いる微細金型およびナノインプリント装置，電気化学反応により物質を変換，製造あるいは検出するための電極，マイクロチップおよびＤＮＡチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来一般的に適用されている表面に微小突起物を有する微細構造体およびその製造方法を詳述する。
【０００３】
まず、第一の表面に微小突起物を有する微細構造体およびその製造方法は、シリコン等の無機物やニッケル等の金属、あるいはポリスチレンやレジスト等の有機物を、マスクを用いたリソグラフィーや異方エッチング等の微細加工技術により直接加工し、得られた加工品を直接、金型やマイクロデバイス等の部材として用いるものである(特許文献１参照)。
【０００４】
第二の表面に微小突起物を有する微細構造体およびその製造方法は、上述の第一の従来技術と同様の方法で形成した微細構造体を金型として、ポリスチレン等の樹脂を加圧成型した後に、成型品を金型から剥離し微細構造体して利用するものである(特許文献２参照)。
【０００５】
第三の表面に微小突起物を有する微細構造体およびその製造方法は、第一の従来技術と同様の方法で形成した微細構造体を鋳型として、その内部を電気めっきにより埋め込み、その後、得られためっき膜を鋳型から剥離し微細構造体として利用するものである（特許文献３参照）。
【０００６】
また、第三の方法に関し、スタンパの表面に高い硬度が要求されるような場合には、
ＮｉＰによる無電解めっきのみでスタンパを作製し、得られたスタンパを４００℃程度の温度で４時間熱処理することにより、ＨＶ硬度を１０００以上にすることができることが開示されている（特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０７３９８号公報
【特許文献２】米国特許５,７７２,９０５号公報
【特許文献３】特許第２６３３０８８号公報
【特許文献４】特開２００３−２２５８５号公報（〔００４０〕段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の方法により得られる微細構造体は一般的に高精度であり、また金属やシリコン等を用いた場合十分な強度を有することがある。しかしながら、多数の工程を必要とする微細加工により直接部材を形成するため製造コストが高く、安価な部材を大量に量産する工程に適用することは困難である。
【０００９】
特許文献２に記載の手法は、一般的にナノインプリント技術と総称されている手法であり、第一の方法で形成した微細構造体の形状を低コストで複製し微細構造を有する部材を製造できる。しかしながら、加圧成型により微細構造体を製造するため、微細構造体として用いる材料は比較的強度の低い材料に限られ、得られた微細構造体の強度および信頼性が低いことが懸念される。さらに、成型品を金型から離型する場合に、成型品が変形する場合があり、得られた微細構造体の精度にも問題が存在する。
【００１０】
特許文献３に記載の手法は電鋳と称され、デジタルビデオディスク製造に用いるスタンパの製造等に適用されている。本手法によると、アスペクト比の大きな微小突起物を本手法により製造するためには、微細で深い穴やトレンチ状の形状を有する鋳型内部を電気めっき法により埋め込む必要があがる。しかしながら、微細で深い穴やトレンチ状の形状の中心部にボイドやシーム等の欠陥を形成することなく完全に微細で深い形状を埋め込むことは困難である。さらに、電気めっき法により得られる金属は、一般的にその強度が低く、そのため、得られる微細構造体の信頼性に問題点を有する場合があるだけではなく、アスペクト比の大きな微小突起物を作成する場合、鋳型からめっき膜を剥離する際、微小突起物が破損する場合がある。
【００１１】
特許文献４に記載の手法では、硬度を高くできることが記載されているが、微細で深い穴やトレンチ状の形状を有する鋳型内部へボイドやシーム等の欠陥を形成することなく完全に微細で深い形状を埋め込む手法については、具体的に開示されていない。
【００１２】
以上のように、従来の技術では、表面に高強度で精度が高くアスペクト比の大きな微小突起物を有する微細金属構造体、および微細構造体を欠陥無く製造する方法を提供することは困難である。
【００１３】
本発明の目的は、表面に高強度で精度が高くアスペクト比の大きな微小突起物を有する微細金属構造体、および前記微細構造体を欠陥無く製造する方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明のさらなる目的は、前記微細金属構造体を用い、高精度で信頼の高い装置やデバイス、特に樹脂や無機物を加圧成形するナノインプリントに用いる微細金型およびナノインプリント装置，電気化学反応により物質を変換，製造あるいは検出するための電極，マイクロチップおよびＤＮＡチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、表面に微小突起物を有する微細金属構造体にあって、厚みあるいは相当直径が１０ナノメートルから１０マイクロメートルであり、アスペクト比が１より大きい微小突起物を有していることを特徴とする。ここで、アスペクト比とは、微小突起物の高さ（Ｈ）に対する、前記微小突起物の厚みあるいは相当直径（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）で定義される値である。なお、相当直径という語を用いたのは、微小突起物の断面が必ずしも円形ではなく、楕円，多角形，非対称形などの場合があるためで、本発明ではこれらを全て包含するために相当直径を用いている。また、本発明において、微小突起物の厚みは、微小突起物の断面が長方形などのように細長い形状の場合に、その厚みの薄い部分の長さとする。また、微小突起物が、非金属元素を副成分とする合金であることを特徴とする。
【００１６】
また、微細な凹凸パターンを有する基板の表面に分子性無電解触媒を付与し、無電解めっきにより形成された金属層を該基板から剥離し該凹凸パターンを反転転写することにより得られた微細金属構造体であること特徴とする。
【００１７】
また、目的に応じて、微小突起物の表面の少なくとも一部分が、少なくとも一層の被覆層により被覆されていてもよい。また、微小突起物の表面に直接あるいは間接的に抗原，抗体，タンパク，塩基，糖鎖及び離型剤等の表面改質のための表面改質剤のうち少なくとも一種類の有機物が固定化されていてもよい。
【００１８】
また、微細金属構造体の製造方法として、表面に微細な凸凹パターンを有する基板の表面に、分子性無電解めっき触媒を付与し、その後に無電解めっきを施すことにより少なくとも前記凸凹パターンが充填された金属層を形成し、さらに、前記金属層を前記基板から剥離することにより前記凸凹パターンが反転転写された表面を有する微細金属構造体を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を用いると、表面に、高強度で精度が高くアスペクト比の大きな微小突起物を有する、微細金属構造体および前記微細構造体を欠陥無く製造する方法を提供できる。また、上記微細構造体を用い高精度で高信頼性の装置あるいはデバイス、特に樹脂や無機物を加圧成形するナノインプリントに用いる微細金型およびナノインプリント装置，電気化学反応により物質を変換，製造あるいは検出するための電極，マイクロチップおよびＤＮＡチップを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、表面に非金属元素を副成分とする金属合金からなる微小突起物を形成した微細金属構造体を発明するに至った。さらに、微細な凸凹パターンを有する基板の表面に、分子性無電解めっき触媒を付与し、その後に無電解めっきを施すことにより、少なくとも前記凸凹パターンが充填された金属層を形成し、さらに、前記金属層を前記基板から剥離することにより前記凸凹パターンが反転転写された表面を有する微細金属構造体を欠陥なく製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２１】
さらに、本発明者らは、上記微細金属構造体およびその製造方法を応用し、高強度で耐久性に優れた高精度のナノインプリント用微細金型やナノインプリント装置を完成するに至った。また、上記微細金属構造体の表面を有機物，無機物あるいは金属からなる層で被覆し、高性能な電極，マイクロチップおよびＤＮＡチップを完成するに至った。特に、上記微細金属構造体の表面を金で被覆し、さらに、その表面に生体由来物質、特に抗原・抗体，タンパク，塩基，糖鎖を固定化できることを見出し、マイクロチップへ応用することで耐久性に優れた各種デバイスを安価に量産することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
図１に本発明において完成した、表面に微小突起物を有する微細金属構造体の形状の例を模式的に示す。本発明において微小突起物は円柱状１０１,角柱状１０２,平板状１０３等の形状を有している。微細金属構造体はこれらの微小突起物が基板１０４表面に一種または複数種類の形状で配列した構造あるいは分布した構造を有する。また、本発明は、微小突起物が基板表面から突出した形状のみではなく、基板表面に微小トレンチあるいは微小孔等の凹状構造を有する微細金属構造体や、基板表面に微小突起物と微小トレンチあるいは微小孔が混在するものも含有する。本発明において得られる微小金属構造体は、微粒子や生物由来分子等を物理的・化学的に吸着あるいは選別する用途や、フォトニックバンドギャップ現象や散乱，屈折，電子放出等の原理を応用して光デバイス等に用いることが可能である。また、平坦な表面と比較し、本発明において完成した微細構造体表面の表面積は非常に大きくなることから、高感度の電極やＤＮＡチップ等の基板に適用することが可能である。そのため、微小突起物の大きさは、最小厚みあるいは最小直径が１０ナノメートルから１０マイクロメートルであることが望ましい。また、微小突起物の高さ（Ｈ）に対する、前記微小突起物の最小厚みあるいは最小直径（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）が１より大きいことが望ましい。
【００２３】
我々は、表面に、高強度で、かつ、アスペクト比の大きな微小突起物を有する微小金属構造体を構築するためには、非金属元素、特に、リンまたはホウ素を副成分として含有する金属合金で微細構造体を構築すると良いことを見出した。この種の金属合金としてはニッケルを主成分としたニッケルリン合金やニッケルホウ素合金が高強度で特に望ましが、特定の元素である必要はなく、コバルトやその他の金属を主成分とする合金や、さらに多種の金属からなる合金であっても良い。これらの合金は、その主成分のみからなる純金属より一般的に強度が高い。これは、リンやホウ素等の非金属元素が合金中で偏析するためであると考えられている。今回、我々は、この偏析が、微細な構造中では特に有効であることを見出して本発明を完成するに至った。この理由としては現時点では明確ではないが、微細な構造中における非金属元素の偏析構造がバルク中のそれとは異なっていることが一因であると考えられる。ここで、金属合金中に含まれる非金属元素の濃度は特に規定するものではないが、一般的に非金属元素がリンの場合２重量％から１５重量％、非金属元素がホウ素の場合０.１ 重量％から８重量％の範囲内であることが得られる微細金属構造体の強度の点で望ましい。非金属元素の濃度が上記濃度範囲より小さい場合、十分な強度向上効果が認められない。また非金属元素の濃度が上記濃度範囲より大きい場合、得られる金属微細構造体が脆化し実用に供することが困難となる。
【００２４】
このように、非金属元素、特にリンまたはホウ素を副成分として含有する金属合金で構築した微細構造体は優れた強度を示し、特に、微細金属構造体表面に存在する微小突起物が微細柱状構造からなり、その柱状構造の高さ（Ｈ）に対する直径あるいは一辺の長さ
（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）が１より大きい構造、つまり細く高い構造を構築した場合において特に、優れた特性を示す。従来、これらの細く高い微細突起物を樹脂または金属で作成した場合、その強度が低く、例えば、微細金属構造体をナノインプリント用の微細金型として用いた場合には数回の使用で破損し、また、微細構造体をＤＮＡチップの基板として適用した場合、ＤＮＡ溶液のスポッティング時に微小構造表面の微小突起物の破損が観察されたが、本発明を適用した場合、そのような不具合が発現する頻度は大幅に削減された。
【００２５】
次に、表面に微小突起物を有する微細金属構造体を、欠陥無く製造する方法について図２を用いて説明する。本製造方法は、微細な凸凹パターンを有する微細鋳型２０１表面に、分子性無電解めっき触媒を付与することにより分子性無電解めっき触媒層２０２を付与し、前記型２０１を無電解めっき液に浸漬することにより、微細鋳型２０１表面に存在する凸凹形状を完全に無電解めっき膜２０３により充填し、その後に、無電解めっき膜203を微細鋳型２０１から剥離することにより凸凹パターンが反転転写された微細金属構造体を製造することを特徴とする。本製造方法を適用すると、高強度で精度の高いのアスペクト比の大きな微小突起物を表面に有する微細金属構造体を欠陥なく量産できる。なお、微細鋳型２０１からめっき膜２０３を剥離する際、めっき膜２０３そのものを剥離しても良いが、めっき膜２０３の強度を向上させ、取り扱いを簡便にする目的で、めっき膜の裏面に支持層２０４を積層することが望ましい。ここで、支持層２０４の材質は特に限定するものではなく、ニッケル，銅等の金属，ガラス，酸化チタン等の無機物、ポリスチレン，ポリエチレンテレフタレート等の有機物等を用いることができる。また、支持層２０４の製膜方法としては、電気めっき法，スパッタ法，ゾルゲル法，溶媒キャスト法等、支持膜の材質に応じて適宜選択できる。また、図２(ｅ)においては微細鋳型２０１からめっき膜２０３を剥離する際、分子性無電解めっき触媒層が無電解めっき膜２０３とともに微細鋳型２０１から剥離されるよう図示した。しかしながら、分子性無電解めっき触媒層２０２は、鋳型からの剥離時、その一部または全部が微細鋳型２０１の表面に残留し、もって、剥離後の無電解めっき膜２０３表面が分子性無電解めっき触媒層で被覆されていない部分があってもよい。
【００２６】
本製造方法を適用した場合、無電解めっきに用いる還元剤や添加剤の選択により、リンまたはホウ素等の非金属元素を無電解めっき膜２０３中に析出させることが可能であり、高強度の微細金属構造体を製造することができる。これは、本製造方法の大きな特徴であり、従来用いられている電鋳法の問題点を大きく改善できる点である。なお、無電解めっき膜の主成分はニッケル，金，銀，白金，パラジューム，コバルト，スズ，銅等が挙げられ、特に限定するものではないが、得られる微細構造体の強度の点から、ニッケルを主成分とすることが望ましい。
【００２７】
また、本製造方法のさらなる特徴としては、従来用いられている電鋳法では一般的に製造することが困難な、アスペクト比が大きな形状を有する微小突起物を簡便に製造できる点が上げられる。アスペクト比が大きな形状を有する微小突起物を製造する場合、深い凹形状を有する鋳型内に金属を析出させ、凹形状を埋め込む必要がある。この際、電鋳法では以下の２点の問題点が存在し高品質な微細構造体を製造することが困難である。まず、１点目は電鋳法においては、電気めっき法により鋳型内を充填するため、電気めっきに先立ち、微細鋳型表面に給電層を形成する必要がある。給電層作成には一般的にスパッタや蒸着等の手法が適用されるが、深い凹形状を有する微細金型内に均一に給電層を形成することは困難である。さらに、２点目として、電気めっき法を用いた場合、凹形状底部周辺に比べて、凹形状表面近傍でより速くめっき膜の析出が起こり、その結果、凹形状内部が完全に充填される前に、凹形状表面近傍に析出しためっき膜で凹形状が閉じてしまう。その結果、得られる微小突起物内部にボイドやシームが生成し高品質な微小金属構造体を得ることができない。
【００２８】
我々は、上記問題点を解決するため、めっき膜が均一に成長する特徴を有すると考えられている無電解めっき法により凹形状内部を充填する検討を行った。その結果、無電解めっき反応の起点となる触媒として、通常用いられているコロイド状の触媒ではなく、触媒原子が錯体あるいは塩の状態で溶液中に溶解した分子性無電解めっき触媒を用いた場合にのみ深い凹形状を欠陥なく充填し、微細で高アスペクトな金属微細構造体を高精度に製造できることを見出し、本発明を達成するに至った。
【００２９】
以下、上記現象が発現する理由を、凹形状内部に付与された触媒を基点としためっき成長過程の観点から推定した結果を図３を用いて詳述する。まず、図３（ａ）に通常一般的に用いられるコロイド状無電解めっき用触媒液に表面に微細な凸凹形状を有する基板を浸漬することによりコロイド状触媒粒子３０１を付与した微細鋳型の凹形状部分３０２を拡大した模式図を示す。コロイド状触媒粒子３０１は物理的吸着あるいは化学的吸着により凹形状内部表面に吸着する。ここで、コロイド状触媒粒子３０１の粒径は触媒を付与する凹形状の空隙の大きさより十分小さいことが必要なのは述べるまでもないが、粒径が十分小さな粒子を用いた場合においても、凹形状内部には触媒粒子が離散的に吸着した状態となる。この状態で微細金型を無電解めっき液に導入し、めっき反応を開始すると、図３
（ｂ）に模式的に図示するように、めっき膜３０３はコロイド状触媒粒子３０１を中心として一定の析出速度で成長する。そのため、凹内部が完全にめっき膜により充填する以前に、図３（ｃ）に模式的に図示するように、一部で触媒を中心として成長しためっき膜が接触し凹形状が詰まった状態になる場合がある。このような現象は凹形状が深く細い場合において特に顕著に発現し、凹内部にボイドやシーム等の欠陥３０４が生じる。
【００３０】
他方、図３（ｄ）に示すように、分子性触媒を用いた場合、凹内部に触媒分子が均一に吸着した分子性触媒層３０５が形成する。そのため、図３（ｅ）および図３（ｆ）に模式的図示するように、触媒を中心として成長するめっき膜３０３は凹内部表面に対してほぼ平行に均一に成長し、その結果、コロイド状触媒を用いた場合に欠陥無く充填することが困難な、深く細い凹形状もボイドやシーム等の欠陥無く充填することが可能となる。
【００３１】
本発明により得られる高アスペクト比の金属微細構造体はその強度，精度および形状からナノインプリントに用いる微細金型，電気化学反応により物質を変換・製造あるいは検出するための電極，ＤＮＡチップや免疫分析チップ等の各種バイオデバイス，ＭＥＭＳ，光または磁気ストレージ，導波路や回折格子等の光デバイス，フォトニック結晶，ＦＥＤディスプレイ等に用いる電子放出源等、種々の製品，デバイス，部品等に広く適用することが可能である。その際、上述した金属微細構造体およびその製造方法をそのままの形で適用しても良いが、より好ましくは、目的に応じて金属微細構造体の表面を有機物，無機物あるいは金属等で被覆して用いることが適当である。被覆に用いる有機物，無機物あるいは金属等を限定するものではないが、例えば、微細成形体を電極等として用いる場合には金，銀，白金属金属等を、微細金型として用いる場合にはフッソ系の離型剤等その利用目的に応じて選択することが適当である。
【００３２】
さらに、本発明でなされた微細構造体を生体分子や微量化学物質等の物質の検出や分離に用いるマイクロチップやセンサ等に適用する場合においては、検出や分離の対象物質と相互作用を及ぼし合う、抗原，抗体，タンパク，塩基や糖鎖などの生体由来分子や有機分子で被覆するとよい。この場合、微細構造体表面に直接、生体由来分子や有機分子を物理吸着等の手法により被覆しても良いが、より望ましくは、化学結合を用いて固定化する方が望ましい。微細構造体表面に生体分子や有機分子を化学的に固定する方法としては例えばシランカップリングや金−チオール結合が適用できる。特に、金−チオール結合は生体由来物質や有機分子を簡便に固定化することができる点で望ましい。すなわち、本発明で得られた微細金属構造体表面に金を被覆し、その後にチオール基を導入した生体由来物質や有機分子と金表面を反応させることにより、微細構造体表面に生体由来物質や有機分子を安定的に導入することが可能となる。なお、微細構造体表面を金で被覆する際には、置換めっき法を用いると簡便に行うことができ望ましい。
【００３３】
以下、本発明の詳細な実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３４】
微小ニッケルリン合金構造体
本発明の一実施例として、リンを副成分として含有しニッケルを主成分とした微小金属構造体に関して説明する。図４は本実施例で作製したリンを副成分として含有しニッケルを主成分とした微小金属構造体の表面部分の走査型電子顕微鏡写真である。微小金属構造体はニッケルを主成分としリンを副成分とする複数の微小柱状突起物４０１および金属薄膜４０２から成る。微小柱状突起物４０１および金属薄膜４０２は一体であり同一の組成のニッケルリン合金からなる。また、図４には示されていないが、金属薄膜４０２の裏面には、微小金属構造体を支持するために厚み５０マイクロメートルのポリスチレン層が存在する。ここで、微小柱状突起物４０１の高さは２マイクロメートル、直径は底部で240ナノメートル、先端部で２２０ナノメートルであり、柱状微小突起物の高さ（Ｈ）に対する、最小直径少（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）であるアスペクト比はＨ／Ｄ＝９.１ と非常に大きな値となっている。また、微小突起物の中心間距離は４８０ナノメートルである。
【００３５】
上述の微小金属構造体は以下に述べる方法で作製した。図５は微小金属構造体の製造工程である。まず、結晶方位（１００）、直径１００ミリメートルのシリコンウエハ基板
５０１の表面にレジスト層５０２を形成し、電子ビームリソグラフィーにより適切なマスパターン層５０３を形成し、その後にドライエッチングを行うことによりシリコンウエハ基板５０１をエッチング加工し、微小金属構造体の表面構造が反転した構造を有する微細鋳型５０４を作成した。ここで、基板にパターンを形成する方法は特に制限されない。例えば、電子ビームリソグラフィーに替えてフォトリソグラフィー等、所望する加工精度に応じて選択すればよい。また、基板のエッチングもドライエッチングの他、エッチング溶液を用いたウエットエッチング等の手法を適用しても良い。さらに、基板の材料としては、シリコンウエハ，各種金属材料，ガラス，セラミック，プラスチック等、強度と要求される精度の加工性を有するものであれば良い。具体的には、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，多結晶Ｓｉ，ガラス，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ、及びこれらを１種以上含むものが好ましく例示される。
【００３６】
次に、微細鋳型５０４表面に無電解めっき用分子性触媒層５０５を以下に詳述する方法により付与した。まず、微細鋳型５０４を硫酸／過酸化水素水の７０％／３０％混合溶液に７０℃において３０分間浸漬することにより洗浄した。得られた型を純水で十分に洗浄の後、触媒の付与を促進するためのクリーナー溶液（アトテックジャパン製セキュリガント９０２）に３０℃において５分間浸漬を用いて型の表面を調整した。次に、得られた微細鋳型５０２を純水で十分に洗浄し、触媒液の汚染を防止する目的でプレディップ溶液
（アトテックジャパン社製ネオガントＢ）に室温で１分間浸漬した。次に、得られた微細鋳型５０４を触媒溶液（アトテックジャパン社製ネオガント８３４）液に５０℃において５分間浸漬することにより、微細鋳型５０４表面にパラジウムを付与した。ここで用いた触媒はパラジウム錯体分子が溶液中に溶解したタイプであった。触媒付与後、型を純水に浸漬することにより洗浄し、アトテックジャパン社製ネオガントＷ液を用いて付与したパラジウムを核として活性化した。最後に、得られた微細鋳型５０４を純水で洗浄することにより、分子性触媒層５０５を付与した微細鋳型５０４を得た。なお、本実施例ではアトテックジャパン社製のパラジューム触媒プロセスを適用したが、用いる触媒は、分子性触媒であれば特に本実施例で適用したものに限定するものではない。
【００３７】
次に、触媒の付与を行った微細鋳型５０４を無電解ニッケルめっき液に浸漬することにより、微細孔内部および型表面にニッケルを主成分とする合金膜５０６を析出させた。ここで用いた無電解ニッケルめっき液の組成およびめっき条件を表１に示す。本実施例では合金の副成分としてリンを共析させる目的で、還元剤としてホスフィン酸ナトリウムを用いた。なお、めっき液のｐＨはアンモニア水溶液を用いて調整した。
【００３８】
（表１）
表１  無電解ニッケルめっき液の組成および条件
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
塩化ニッケル            ２０ｇ・ｄｍ-3
次亜リン酸ナトリウム    ２０ｇ・ｄｍ-3
塩化アンモニウム        ３５ｇ・ｄｍ-3
クエン酸ナトリウム      １０ｇ・ｄｍ-3
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
めっき温度              ８０℃
めっき液ｐＨ            ８.５
めっき時間              ６０分
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００３９】
次に、得られた無電解めっき膜５０６表面にポリスチレンの溶液（濃度５重量％）を、バーコータを用いて塗布し、乾燥機を用いて７０℃で乾燥することによりポロスチレン支持膜５０７を製膜した。
【００４０】
最後に、ポリスチレン支持膜５０７によりサポートされた無電解めっき膜５０６を微細鋳型５０４から剥離し、リンを副成分として含有しニッケルを主成分とした微小金属構造体を得た。得られた微小金属構造体の成分を蛍光Ｘ線測定により分析したところ、副成分であるリンの含有率は４.５ 重量％であった。また、得られた微細ニッケル合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細ニッケル合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物は欠陥無く形成できていることが確認できた。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察し、柱状微小突起物内部にはシームやボイド等の欠陥が存在しないことを確認した。
【００４１】
つぎに、分子性無電解めっき触媒の代わりにコロイド状無電解めっき触媒である日立化成工業社製ＨＳ２０２Ｂを用いた以外は上記方法と同様の方法に従い、微細金属構造体の試作を行った。得られた微細ニッケル合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細ニッケル合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物に一部欠損が確認された。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察した結果、柱状微小突起物内部に多数のシームやボイド等の欠陥が存在することが明らかとなった。以上より、分子性無電解めっき触媒を適用した場合にのみ欠陥のない微細金属構造体が製造できることが明らかとなった。
【実施例２】
【００４２】
ニッケルホウ素合金構造体
無電解めっき液およびめっき条件を表２に示すものに変えた以外は実施例１と同様の手法により、実施例１で示した微小金属構造体と同様の構造を有するニッケルホウ素合金からなる微小金属構造体を作成した。
【００４３】
（表２）
表２  無電解ニッケルめっき液の組成
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
硫酸ニッケル            ３０ｇ・ｄｍ-3
ジメチルアミンボラン    ３.４ｇ・ｄｍ-3
塩化アンモニウム        ３０ｇ・ｄｍ-3
コハク酸ナトリウム      ５５ｇ・ｄｍ-3
ホウ酸                  ３０ｇ・ｄｍ-3
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
めっき温度              ６０℃
めっき液ｐＨ            ６.０
めっき時間              ６０分
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００４４】
得られた微小金属構造体の成分を蛍光Ｘ線測定により分析したところ、副成分であるホウ素の含有率は３.０ 重量％であった。また、得られた微細ニッケル合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物および微小板状突起物は欠陥無く形成できていることが確認できた。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物および微小板状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察し、柱状微小突起物および微小板状突起物内部にはシームやボイド等の欠陥が存在しないことを確認した。
【００４５】
さらに、実施例１と同様に、分子性無電解めっき触媒の代わりにコロイド状無電解めっき触媒である日立化成工業社製ＨＳ２０２Ｂを用いた以外は上記方法と同様の方法に従い、微細金属構造体の試作を行った。得られた微細合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細ニッケル合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物に一部欠損が確認された。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察した結果、柱状微小突起物内部に多数のシームやボイド等の欠陥が存在することが明らかとなった。以上より、分子性無電解めっき触媒を適用した場合にのみ欠陥のない微細金属構造体が製造できることが明らかとなった。
【実施例３】
【００４６】
コバルトリン合金構造体
無電解めっき液およびめっき条件を表３に示すものに変えた以外は実施例１と同様の手法により、実施例１で示した微小金属構造体と同様の構造を有するコバルト離リン合金からなる微小金属構造体を作成した。
【００４７】
（表３）
表３  無電解コバルトめっき液の組成
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
硫酸コバルト            ５.０×１０-2mol・ｄｍ-3
次亜リン酸ナトリウム    ２.０×１０-1mol・ｄｍ-3
コハク酸ナトリウム      ５.０×１０-1mol・ｄｍ-3
ホウ酸                  ５.０×１０-1mol・ｄｍ-3
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
めっき温度              ６０℃
めっき液ｐＨ            １０.０
めっき時間              ９０分
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００４８】
得られた微小金属構造体の成分を蛍光Ｘ線測定により分析したところ、副成分であるリンの含有率は５.２ 重量％であった。また、得られた微細コバルト合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細ニッケル合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物および微小板状突起物は欠陥無く形成できていることが確認できた。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物および微小板状突起物を上部から
１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察し、柱状微小突起物および微小板状突起物内部にはシームやボイド等の欠陥が存在しないことを確認した。
【００４９】
さらに、実施例１と同様に、分子性無電解めっき触媒の代わりにコロイド状無電解めっき触媒である日立化成工業社製ＨＳ２０２Ｂを用いた以外は上記方法と同様の方法に従い、微細金属構造体の試作を行った。得られた微細合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細コバルト合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物に一部欠損が確認された。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察した結果、柱状微小突起物内部に多数のシームやボイド等の欠陥が存在することが明らかとなった。以上より、分子性無電解めっき触媒を適用した場合にのみ欠陥のない微細金属構造体が製造できることが明らかとなった。
【実施例４】
【００５０】
パラジウムリン合金構造体
無電解めっき液およびめっき条件を表４に示すものに変えた以外は実施例１と同様の手法により、実施例１で示した微小金属構造体と同様の構造を有するコバルト離リン合金からなる微小金属構造体を作成した。
【００５１】
（表４）
表４  無電解パラジウムめっき液の組成
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
塩化パラジウム          １.０×１０-2mol・ｄｍ-3
次亜リン酸ナトリウム    ６.０×１０-2mol・ｄｍ-3
エチレンジアミン        ８.０×１０-2mol・ｄｍ-3
チオジグリコール酸      １.６×１０-4mol・ｍ-3
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
めっき温度              ５０℃
めっき液ｐＨ            ６.５
めっき時間              ９０分
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００５２】
得られた微小金属構造体の成分を蛍光Ｘ線測定により分析したところ、副成分であるリンの含有率は４.１ 重量％であった。また、得られた微細パラジウム合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細ニッケル合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物および微小板状突起物は欠陥無く形成できていることが確認できた。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物および微小板状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察し、柱状微小突起物および微小板状突起物内部にはシームやボイド等の欠陥が存在しないことを確認した。
【００５３】
さらに、実施例１と同様に、分子性無電解めっき触媒の代わりにコロイド状無電解めっき触媒である日立化成工業社製ＨＳ２０２Ｂを用いた以外は上記方法と同様の方法に従い、微細金属構造体の試作を行った。得られた微細合金構造体の表面を走査型電子顕微鏡により詳細に観察した結果、微細パラジューム合金構造体の表面に存在する微小柱状突起物に一部欠損が確認された。さらに、収束イオンビーム加工装置を用いて微小柱状突起物を上部から１００ｎｍ間隔で切削し、その断面を走査型電子顕微鏡により逐次観察した結果、柱状微小突起物内部に多数のシームやボイド等の欠陥が存在することが明らかとなった。以上より、分子性無電解めっき触媒を適用した場合にのみ欠陥のない微細金属構造体が製造できることが明らかとなった。
【実施例５】
【００５４】
金被覆微小ニッケルホウ素合金構造体
本実施例では表面が金である微小金属構造体を得る方法を開示する。まず、実施例１および実施例２で開示した方法により、図４に示した微小ニッケルリン合金構造体と同様の構造を有する微小ニッケルホウ素合金構造体と微小ニッケルリン合金構造体を製造した。次に、各々微小ニッケル合金構造体を、上村工業（株）社製の置換金めっき液エリアル
ＴＭＡ液に１０分間浸漬することにより、ニッケル合金表面を金に置換し、表面が金である微小ニッケルホウ素合金構造体および微小ニッケルリン合金構造体を得た。この際、めっき液の温度は７５℃，ｐＨは７.２とした。
【００５５】
得られた構造体はどちらも金光沢を有し、走査型電子顕微鏡により観察したところ、両者ともに置換金めっき前と後ではその構造に明確な相違は観察されなかった。
【実施例６】
【００５６】
微細電極
本実施例では金被覆ニッケルリン合金からなるナノピラーを表面に有する微小金属構造体を微量金属イオンの分析手法であるアノードストリッピング法の高感度金電極として適用した例を説明する。
【００５７】
本実施例で試作した高感度金電極の作成方法を図６に模式的を示す。まず、実施例５に開示した方法と同等の方法により、微小円柱状突起物を表面に有し、ポリスチレン膜で支持された金被覆ニッケルリン合金薄膜６０１(縦１０ミリメートル，横１０ミリメートル)を得た。ここで、形成した微小円柱状突起物の形状は底部直径１８０ナノメートル，上部直径１６０ナノメートル，高さ１マイクロメートルであり、柱状微小突起物の中心間のピッチは３００ナノメートルであった。次に、金被覆ニッケルリン合金薄膜６０１を縦１５ミリメートル，横３０ミリメートルのガラス基板６０２に接着し、金被覆ニッケルリン合金薄膜６０１の周辺部に銅導電テープ６０３を用いて給電線を作成した。次に、微小円柱状突起物を有する表面の中心部分（５ミリメートル×５ミリメートル）を除き、ガラス基板表面および金被覆ニッケルリン合金薄膜表面をマニュキュア膜を塗布することによりシール６０４を作成し高感度金電極を得た。
【００５８】
次に、上記方法で作成した高感度金電極を用いて水溶液中に含まれる微量銅イオンをアノードストリッピング法により分析した。アノードストリッピング法は電極上に溶液中に含まれる金属イオンを還元濃縮し、次に電極をアノード分極して酸化溶出させ、その際の電位や流れる電気量から溶液中のイオンを同定する方法である。まず、銅イオン濃度が１×１０-8mol／ｌ，１×１０-9mol／ｌ，１×１０-10mol／ｌ，１×１０-11mol／ｌの４種類の硫酸銅水溶液を超純水を用いて調製した。次に、各々の硫酸銅水溶液について高感度金電極と、比較例として、ガラス基板表面に金を蒸着することにより作成した平滑な金表面を有する基板を電極として用いて、アノードストリッピング法による測定を行った。測定にはガラス製のビーカーを用い、また、対極には白金電極、参照電極には飽和カロメル電極を用いた。ビーカーに硫酸銅水溶液を３０cc導入し、電極，対極および参照電極を浸漬した後、アルゴンガスでパージした。次に、電極に−０.４Ｖ vs. ＳＣＥの電位を１５分間印加し、電極表面に銅を析出させた後に、電極の電位を−０.１Ｖ vs. ＳＣＥから
＋１.０Ｖ vs. ＳＣＥまで０.１Ｖ／分 で掃引することにより電極表面に析出した銅を溶解し、その際の電位，電流を記録した。得られた結果を表５に示す。微小突起物を有する電極と微小突起物を有さない電極で観察された銅溶解電荷量の比は銅イオン濃度によらず１０〜１５となり、微小突起物を有する電極を有する電極を用いた場合、微小突起物を有さない電極を用いた場合と比較して高精度・高感度に測定を行うことができることが判明した。この原因としては電極表面に微小突起物を形成することにより、電極の表面積か電極表面に微小突起物を有さない場合と比較して飛躍的に増大し、電極表面に析出する銅の量が増大したためであると考えられる。
【００５９】
（表５）
表５  アノードストリッピング測定結果
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
銅イオン濃度              微小突起物を有する電極と微小突起物を有さない
電極で観察された銅溶解電荷量の比
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
１×１０-8mol・ｄｍ-3                     １０.５
１×１０-9mol・ｄｍ-3                     １１.０
１×１０-10mol・ｄｍ-3                    １３.５
１×１０-11mol・ｄｍ-3                    １４.２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【実施例７】
【００６０】
ナノ金型
本実施例では、本発明により作成した微小突起物を有する金属構造体をナノインプリント法のスタンパとして用いた例を説明する。まず、図７に試作したニッケルホウ素合金製のスタンパ７０１の模式図を示す。スタンパの外寸は６インチφ、厚みは１００マイクロメートルであった。スタンパ７０１は表面に微細な凸凹形状を有するニッケルホウ素合金製構造体７０２と電気ニッケルめっきにより作成した支持層７０３からなる。ニッケルホウ素合金製構造体７０２の表面には、微細柱状突起物７０４と微細孔７０５が形成されている。微小突起物７０４の高さは１マイクロメーター、直径は底部で２４０ナノメートル、先端部で２２０ナノメートルであった。また、微小孔７０５は孔径が表面で２４０ナノメートル、底部で２０ナノメートル、深さ１マイクロメートルであった。また、微細柱状突起物７０４および微小孔７０５の中心間距離は３６０ナノメートルであった。
【００６１】
スタンパ７０１は実施例２で詳述したのと同等の方法により作成した。すなわち、６インチシリコン基板をドライエッチングにより加工し、ニッケルホウ素合金製構造体７０２の表面構造の反転構造を有する鋳型を作成し、その後に、鋳型表面に分子性無電解めっき触媒を付与し、無電解ニッケルホウ素合金めっきを施し表面の凸凹形状を完全に充填した。その後、得られたニッケルホウ素合金めっき膜の裏面に電気ニッケルめっきを施し、厚み９０マイクロメートルのニッケル支持層７０３を形成した。最後に、得られためっき膜を鋳型から剥離し、スタンパ７０１を得た。
【００６２】
次に、図８にスタンパ７０１を用いて試作したナノプリント装置の模式図を示す。図８（ａ）はスタンパ７０１の凸凹部表面に剥離層７２０を形成するための装置である。図８（ｂ）は基板にスタンパ７０１の微細凹凸を転写するための装置である。図８（ａ），
（ｂ）それぞれに対してスタンパ７０１の表面近傍の拡大図を示したものが図９（ａ）
（ｂ）である。
【００６３】
ここで、プロセス手順を説明する。まず、図９を用いてスタンパ７０１の表面に、樹脂成形時に、離型を容易にするために剥離剤７１３をコートする過程を説明する。図９(ａ)のように表面が平滑なガラス基板７１４にシリコーン（ポリジメチルシロキサン）系剥離剤７１３をスピンコートし２００ナノメートル厚みに塗布した。この剥離剤付き基板を図８（ａ）ステージ７０８上に置き、真空チャックで固定した。さらにこの上にスタンパ
７０１と緩衝材７１２（５インチφ厚さ３mm）とを配した。加圧機構７１０を用いて２
ＭＰａの圧力でプレスすることにより、スタンプ表面７０１に剥離剤層７２０を形成した。緩衝材７１２は基板７１４のうねりにスタンパを沿わせるために用いたものである。スタンパ７０１のパターン深さより剥離剤７１３の厚みを薄くしておくことによってスタンプ７０１の凸凹部表面にのみ剥離層７２０を形成することができる。次に、圧力を解放し、ステージを上昇させることにより表面が剥離剤でコートされたスタンパ７０１を得た。
【００６４】
次に、剥離剤をコートしたスタンパ７０１を用いて、樹脂を成形するプロセスを説明する。まず、Ｓｉ基板７２１(６インチφ厚さ０.５mm)に樹脂７２２（ポリスチレン６７９，エイアンドエム製）を厚さ６００ｎｍになるようにスピンコートした。剥離剤でコートされたスタンパ７０１を位置決めして組み合わせた後、図８（ｂ）のステージ７１８上にセットした。図８（ｂ）の微細構造転写装置は図８（ａ）の剥離材形成装置と異なり、真空チャンバ７１７を有し、ステージ７１８は加熱機構を備えている。これを、０.１Torr以下に減圧し、２５０℃に加熱した上で、１２ＭＰａで１０分間保持して加圧した。次に、１００℃以下になるまで放冷後、大気解放を行った。室温にてスタンパ裏面に剥離治具を接着固定し、０.１mm／ｓ で鉛直方向に引き上げたところ、樹脂表面にスタンパ表面の形状が転写された。
【００６５】
次に、同一の剥離剤でコートされたスタンパ７０１を用いて上記樹脂成形プロセスを
１００回繰り返し、スタンパ表面の形状が転写された成形体を１００個得た。次に、上記プロセスを１００回実施した後のスタンパ表面をＳＥＭにより詳細に観察したところ、表面の微細構造体には損傷が認められず、本発明により作成した微小金属構造体はナノ金型として十分な強度を有することが判明した。
【実施例８】
【００６６】
フッソ分子固定ナノ金型
本実施例では、微細金属構造体の表面を金により被覆し、その表面にフッソを含有する分子を共有結合することにより、ナノインプリント処理時に剥離剤でコートすること無く、成形した樹脂が容易に剥離するスタンパを作成した例を示す。
【００６７】
まず、実施例７と同様な方法により図７で示したものと同じ構造を有するニッケルホウ素合金製のスタンパを作成した。次に、実施例５に示した方法によりスタンパ表面に金の置換めっきを施し、金の被覆層を形成した。次に、金で被覆したスタンパを、化合物１に化学構造式を示した１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフロオロデカンチオール（英国アポロサイエンス社製）のエタノール溶液（濃度１.０×１０-4mol／ｌ）に室温において１時間浸漬することにより、スタンパ表面の金原子と１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフロオロデカンチオールのイオウ原子を化学的に結合し、スタンパ表面に化合物１が密に固定化された層を有するスタンパを得た。なお、本実施例用いるフッソを含有する分子はフルオロカーボン鎖にチオール基が結合した化合物であればよく、化合物１に特に限定されるものではない。
【００６８】
（化合物１）          ＣＦ3−(ＣＦ2)7−(ＣＨ2)2−ＳＨ
【００６９】
次に、表面に化合物１層を形成したスタンパを用いて、スタンパ表面に剥離層を形成するプロセスを省略した以外は実施例７で示したプロセスに従い、ポリスチレン樹脂のナノインプリント処理を１００回繰り返して実施した。その結果、すべてのナノインプリント処理にいて樹脂表面からスタンパは容易に剥離し、樹脂表面にスタンパ表面の形状が正確に転写された。また、ナノインプリント処理を１００回繰り返した後に、スタンパをSEMにより詳細に観察したところ、表面に微細構造体には損傷が認められず、本発明により作成した微小金属構造体は十分な樹脂剥離性能と強度を有することが判明した。
【実施例９】
【００７０】
ＤＮＡ固定Ｎｉナノピラー
本実施例では、金により被覆された微細金属構造体表面にＤＮＡプローブを固定化し、高感度ＤＮＡチップとして適用した例を示す。
【００７１】
ＤＮＡチップの原理は以下の通りである。先ず、解析対象のＤＮＡターゲットを標識化する。基板上に固定化されたＤＮＡプローブに、標識化したＤＮＡターゲットをハイブリダイズさせる。ＤＮＡターゲットは、固定化された複数のＤＮＡプローブのうち、当該
ＤＮＡターゲットと相補的な塩基配列を持つＤＮＡプローブと特異的にハイブリダイズする。この後、ＤＮＡプローブにハイブリダイズしているＤＮＡターゲットから発せられるシグナルを測定する。シグナルを測定することによって、ＤＮＡターゲットがハイブリダイズしているＤＮＡプローブを同定するとともに、ハイブリダイズしているＤＮＡターゲット量を測定することができる。例えば、蛍光標識されたＤＮＡターゲットを用いる場合は、ハイブリダイズしている領域の蛍光シグナル値からハイブリダイズしていない領域のシグナル値であるバックグランドを差し引いた値が検出量となるため、ハイブリダイズしている領域の蛍光シグナル値を高め、且つ、バックグランド値を低くすることで検出感度を高めることができる。バックグラウンド値に対する蛍光シグナル値を向上する方法として、ＤＮＡプローブを固定化する基板の表面積を増大することが効果的である。そこで本実施例では、平板と比較して、飛躍的に表面積を増大させた基板として表面が金で被覆された微小ニッケルホウ素合金構造体を適用した例を示す。
【００７２】
本実施例で試作したＤＮＡ固定化基板を図１０に模式的を示す。まず、実施例５に開示した方法と同等に方法により、微小円柱状突起物を表面に有し、ポリスチレン支持膜1003で支持され金層１００１で被覆されたニッケルリン合金薄膜１００２（縦２０ミリメートル，横４０ミリメートル）を得た（図１０（ａ））。ここで、形成した微小円柱状突起物の形状は底部直径１８０ナノメートル、上部直径１６０ナノメートル、高さ１.５ マイクロメートルであり、柱状微小突起物の中心間のピッチは３００ナノメートルであった。次に、ポリスチレン支持膜１００３をスライドガラス基板１００４に接着し、微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板とした。
【００７３】
次に、自動ＤＮＡ合成機（Applied Biosystem社製，model 394 DNA synthesizer）を用いて配列番号１に示す、チオール基が導入されたＤＮＡプローブ１００５を合成した。
【００７４】
（配列番号１）
ＨＳ−(ＣＨ2)6−Ｏ−ＰＯ2−Ｏ−５′−ccctttttgtcccccaacttgagatgtatgaaggctttt
ggtctccctgggagtgggtggaggcagccagggcttacctgtacactgacttgagaccagttgaataaaagtgcac
acctta−３′
得られたＤＮＡプローブ１００５は高速液体クロマトグラフィで精製した。次に、濃度２μＭのＤＮＡプローブ１００５を１μｌとＨＥＰＥＳ緩衝溶液（Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ，−２−エタンスルホン酸；１０ｍＭ，ｐＨ６.５）４μｌ と添加剤（エチレングリコール）５μｌとを混合してスポッティング溶液を調製した。このスポッティング溶液をスポッタ（日立ソフト社製  ＳＰＢＩＯ  ２０００）を用いてＤＮＡ固定化用基板表面の金層１００１の任意の点にスポッティングした後、室温で２時間放置して、金層１００１とＤＮＡプローブ１００５のチオール基を結合し、微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板にＤＮＡプローブ１００５を固定化した（図１０(ｂ)）。ＤＮＡのスポッティングはスポッティング溶液を先端に付与した金属製の針を基板表面に押し当てて行う。そのため、一般に高アスペクトの微小円柱を表面に有する基板をＤＮＡ固定化用基板として用いた場合、スポッティング過程において微小円柱が破損する懸念がある。しかしながら、本発明を適用して製造した微小円柱を表面に有する基板を用いた場合、十分な強度の微小円柱状を得ることができ、スポッティング後に微小円柱に破損は認められなかった。
【００７５】
ＤＮＡ自動合成機を用いてＤＮＡプローブ１００５相補的な塩基配列を持ち、５′末端がテキサスレッドで蛍光標識されたＤＮＡターゲットを合成した。次に、濃度０.１μＭのＤＮＡターゲット８μｌと２０×ＳＳＣ（和光純薬社製）１.７μｌ と１０％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液（ライフテック  オリエンタル社製）０.３μｌ とを混合してハイブリダイゼーション溶液を調整した。その後、ＤＮＡプローブ１００５を固定化した微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板に、ハイブリダイゼーション溶液を滴下し、カバーガラスを乗せた後、４０℃の恒温槽内に１２時間放置してハイブリダイゼーション反応を行った。ハイブリダイゼーション反応後、２０×ＳＳＣの１０倍希釈液と１０％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液の３００倍希釈液との混合液中にスライドガラスを浸してカバーガラスをはずした後、２０×ＳＳＣの１００倍希釈液でスライドガラスを洗浄した。最後に、マイクロタイタープレート用遠心機を用いて基板上の水分を除いた後、マイクロアレイ用スキャナー（GSI Lumonics社製 Scan Array 5000）を用いてＤＮＡプローブ１００５が固定化された領域の蛍光強度（ハイブリダイゼーションシグナル）とＤＮＡプローブ１００５が固定化されていない領域の蛍光強度（バックグランドシグナル）を測定した。
【００７６】
次に、微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板に変えて、表面が平滑な金薄膜を有するスライドガラス基板を用いた以外は上記方法と同様の方法で実験を行いDNAプローブ１００５が固定化された領域の蛍光強度（ハイブリダイゼーションシグナル）とＤＮＡプローブ１００５が固定化されていない領域の蛍光強度(バックグランドシグナル)を測定した。ここで表面が平滑な金薄膜を有するスライドガラス基板は、スライドガラスに金を１００ナノメートル蒸着することにより作成した。
【００７７】
表６に微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板と平滑な金表面を有するスライドガラス基板を用いて、ハイブリダゼーションを行い、それぞれＤＮＡプローブ1005が固定化されていない領域の蛍光強度に対するＤＮＡプローブ１００５が固定化されている領域の蛍光光強度の比を測定した結果を示す。
【００７８】
（表６）
表６  ＤＮＡプローブが固定化されていない領域の蛍光強度に対するＤＮＡプロ
ーブが固定化されている領域の蛍光光強度の比
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
基板                                  蛍光強度比
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
平滑な金表面を有するスライドガラス基板                    ８０
微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板        ７８０
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００７９】
表６の結果より、本発明により得られる微細金属構造体をＤＮＡ固定化用基板として適用すると、高感度にＤＮＡを検出できることが判明した。
【実施例１０】
【００８０】
ＤＮＡチップ
実施例９に示した方法を用いて、スライドガラス１枚あたりに２００種類の一本鎖DNAプローブがアレイ状に固定化されたＤＮＡチップを作成した。なお、ＤＮＡプローブとして実施例９に示した方法で合成した末端がチオール基で修飾された２５塩基長の一本鎖
ＤＮＡプローブを用いた。また、２００種類のＤＮＡプローブが持つそれぞれの塩基配列として、表７〜１４に示した２００種類の各遺伝子断片がそれぞれ持つ固有の連続した
２５塩基配列を用いた。
【００８１】
次に、以下の方法でハイブリダイゼーション溶液を作成した。ディッシュ内に約２×
１０6個のすい臓ガン細胞（American Type Culture Collection社製，ＣＦＰＡＣ１）と１０ｍｌの培地を加え、二日に一度培地を交換しながら３７℃で一週間細胞を培養した。なお、培地としてＤ−ＭＥＭ（ライフテック  オリエンタル社製）とFetal Bovine Serum,Qualified（ライフテック  オリエンタル社製）の９：１混合液を用いた。培養後、ディッシュから培地を取り除き、さらにＧＴＣ溶液（グアニジンチオシアネート；４Ｍ，トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン；０.１Ｍ ，２−メルカプトエタノール；１％，
ｐＨ７.５ ）を加え培養細胞を溶解した。次に、Ｎ−ラウロイルサルコシン酸ナトリウムを最終濃度が０.５％ なるように加えた後、５０００r.p.m.で１０分間遠心してから上清液を取り出した。得られた上清液に５.７Ｍ の塩化セシウム溶液を上清液と塩化セシウム溶液の比が７：３になるように加えた後、さらに適量の軽質流動パラフィンを加え35000
r.p.m.で１２時間遠心した。遠心後、下層に沈殿しているＲＮＡペレットを取り出した。得られたＲＮＡペレットを適量のＴＥＳ溶液（トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン；１０ｍＭ，エチレンジアミン四酢酸；５ｍＭ，ドデシル硫酸ナトリウム；１％，ｐＨ
７.４ ）に溶解した後、エタノール沈殿を行ってＲＮＡペレットを濃縮・精製した。次に、精製されたＲＮＡペレットをＤＥＰＣ溶液（二酸化ジエチル；０.１％ ）に溶解した後、ｍ−ＲＮＡ精製キット(Invitrogen社製、Micro−Fast Track２.０ Kit)を用いてＲＮＡペレットからｍＲＮＡを取り出した。得られたｍＲＮＡを１ｕｇ／ｕｌに希釈した後、希釈液１ｕｌに０.５ｕｇ／ｕｌのOligo dTプライマ（ライフテック  オリエンタル社製）１ｕｌとＤＥＰＣ溶液５ｕｌを加え７０℃で５分間保温した。次に、得られた溶液５μｌにSuper Script II  バッファー（ライフテック  オリエンタル社製，Super Script II 
Reverse Transcriptase）５μｌ,dNTP mixture (２ｍＭ  ｄＵＴＰ，５ｍＭ  ｄＡＴＰ，５ｍＭ  ｄＧＴＰ，５ｍＭ  ｄＣＴＰ)２ｕｌ，１００ｍＭ  ＤＴＴ（Dithiothreitol ）２μｌ，４０Ｕ Rnasin（ＴＯＹＯＢＯ社製 Rnase Inhibitor）２.５ｕｌ,１ｍＭ Fluori
Link dUTP（アマシャムファルマシア社製，Fluoro Link Cy5-dUTP ）２ｕｌ、及びＳＳII（ライフテック  オリエンタル社製,Super Script II Reverse Transcriptase）１ｕｌを混合した後、４２℃で３０分間保温した。その後、さらにＳＳII（ライフテック  オリエンタル社製,Super Script II Reverse Transcriptase）を１ｕｌ加え再び４２℃で３０分保温した。保温後の溶液にＤＥＰＣ溶液２０ｕｌ，０.５Ｍ エチレンジアミン四酢酸５
ｕｌ、及び１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液１０ｕｌを加え６５℃で６０分保温した後、１Ｍのトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン緩衝溶液(ｐＨ７.５) を２５ｕｌ加え中和した。その後、中和したサンプル溶液をMicrocon−３０（Amicon社製）に入れ８０００
r.p.m.で４分間遠心した後１０〜２０ｕｌに濃縮して未反応のｄＮＴＰを除去した。得られた溶液、２０×Denhardt,s soution（ＳＩＧＭＡ社製），２０×ＳＳＣ、及びドデシル硫酸ナトリウムを適量混合し、最終濃度が１００ｐｇ／μｌＤＮＡターゲット，２×
Denhardt,s soution，４×ＳＳＣ，０.２％ドデシル硫酸ナトリウムとなるようなハイブリダイゼーション溶液２４.５μｌを作成した。
【００８２】
次に、前述の方法で得られたＤＮＡチップとハイブリダイゼーション溶液を用いて以下のようなハイブリダイゼーション反応を行った。
【００８３】
ハイブリダイゼーション溶液を９５℃で一分間熱変性した後、スライドガラス上にハイブリダイゼーション溶液を滴下しカバーガラスを乗せた。その後、スライドガラスを４０℃の恒温槽内に１２時間放置してハイブリダイゼーション反応を行った。ハイブリダイゼーション反応後、２０×ＳＳＣの１０倍希釈液と１０％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液の３００倍希釈液との混合液中にスライドガラスを浸漬してカバーガラスをはずした後、
２０×ＳＳＣの１００倍希釈液でスライドガラスを洗浄した。次に、マイクロタイタープレート用遠心機を用いてスライドガラス上の水分を除いた後、マイクロアレイ用スキャナー（GSI Lumonics社製 Scan Array 5000）を用いて２００点のスポットの蛍光強度（ハイブリダイゼーションシグナル）とＤＮＡプローブが固定化されていない領域の蛍光強度
（バックグランドシグナル）を測定した。各スポットについて、得られたハイブリダイゼーションシグナルからバックグランドシグナルを差し引いて２００点の発現量を求めた。上記ハイブリダイゼーション反応を合計２回行い、各点についてそれぞれ１回目の発現量を横軸に、また２回目の発現量を縦軸取って、図１１に示すようなスキャッチャードプロットを得た。
【００８４】
次に、微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板に変えて、表面が平滑な金薄膜を有するスライドガラス基板を用いた以外は上記方法と同様の方法でＤＮＡチップを作成し、ハイブリダゼーションを行い、図１２に示すスキャッチャードプロットを得た。
【００８５】
微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板を用いたＤＮＡチップは表面積が大きくＤＮＡターゲットの検出感度が向上しており、図１１と図１２を比較すれば明らかなように、微小円柱上突起物を表面に有するＤＮＡ固定化用基板を用いると、平滑な表面を有する基板を用いた場合と比較して、蛍光強度のダイナミックレンジが拡大し、かつ測定の再現性のばらつきを抑制することができた。
【００８６】
【表７】
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【００８７】
【表８】
2005189128.tif 000004
【００８８】
【表９】
2005189128.tif 000005
【００８９】
【表１０】
2005189128.tif 000006
【００９０】
【表１１】
2005189128.tif 000007
【００９１】
【表１２】
2005189128.tif 000008
【００９２】
【表１３】
2005189128.tif 000009
【００９３】
【表１４】
2005189128.tif 000010
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明によると、表面に、高強度で精度が高くアスペクト比の大きな微小突起物を有する、微細金属構造体および前記微細構造体を欠陥無く製造する方法を提供できる。また、上記微細構造体を用い高精度で高信頼性の装置あるいはデバイス、特に樹脂や無機物を加圧成形するナノインプリントに用いる微細金型およびナノインプリント装置，電気化学反応により物質を変換，製造あるいは検出するための電極、およびＤＮＡチップ等を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】表面に微小突起物を有する微細金属構造体の形状を例示した模式図。
【図２】表面に微小突起物を有する微細金属構造体を製造するための工程図。
【図３】触媒を基点としためっき成長過程を示す模式図。
【図４】微小金属構造体表面の走査型電子顕微鏡写真。
【図５】微小金属構造体の製造工程図。
【図６】高感度金電極の製造工程図。
【図７】スタンパの模式図。
【図８】図８（ａ）はスタンパの凸部表面に剥離材を形成するための装置、図８(ｂ)は基板にスタンパの微細凹凸を転写するための装置。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、図８（ａ），（ｂ）それぞれに対するスタンパの表面近傍の拡大図。
【図１０】図１０（ａ）ＤＮＡ固定化基板の模式図、図１０（ｂ）はＤＮＡ固定化基板表面にＤＮＡプローブが固定化された状態を示す模式図。
【図１１】表面に微小突起物を有するＤＮＡ固定化基板を用いて、ハイブリダイゼーション実験を行った結果を示したスキャッチャードプロット。
【図１２】平滑な表面を有するＤＮＡ固定化基板を用いて、ハイブリダイゼーション実験を行った結果を示したスキャッチャードプロット。
【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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