(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部に吸着部を有する複数の微小部材を液体中で泳動させることにより、前記微小部材の前記吸着部同士を結合させ、微細な構造体を作製する構造体の組立方法であって、
前記微小部材の前記吸着部の接合順序を制御するにあたり、
前記液体の温度を調節することによって前記微小部材のイオンバリア層同士の反発力を制御し、
前記吸着部の疎水性を調節することによって、前記微小部材の前記吸着部同士の吸着力を制御する、
ことを特徴とする構造体の組立方法。
【請求項２】
少なくとも一部に吸着部を有する複数の微小部材を液体中で泳動させることにより、前記微小部材の前記吸着部同士を結合させ、微細な構造体を作製する構造体の組立方法であって、
前記微小部材の前記吸着部の接合順序を制御するにあたり、
前記液体中のｐＨ値を調節することによって前記微小部材のイオンバリア層同士の反発力を制御し、
前記吸着部の疎水性を調節することによって、前記微小部材の前記吸着部同士の吸着力を制御する、
ことを特徴とする構造体の組立方法。
【請求項３】
少なくとも一部に吸着部を有する複数の微小部材を液体中で泳動させることにより、前記微小部材の前記吸着部同士を結合させ、微細な構造体を作製する構造体の組立方法であって、
前記微小部材の前記吸着部の接合順序を制御するにあたり、
前記液体中の塩濃度を調節することによって前記微小部材のイオンバリア層同士の反発力を制御し、
前記吸着部の疎水性を調節することによって、前記微小部材の前記吸着部同士の吸着力を制御する、
ことを特徴とする構造体の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な部材を組み合わせて構造体を作成する組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴い、半導体プロセスを用いて作成した微細な電気機械構遺体の産業への応用が広がっている。半導体プロセスは、基本的には平板状の基板の面を加工する２次元加工であるが、加工面の上に別の加工面を積層する２．５次元知工と呼ばれる手法を用いることによって、前記基板面上に擬似的な３次元形状を作成することが行われている。また、基板上に２次元加工で展開図構造を予め作製しておき、前記展開図構造を前記基板から起こして組み立て、薄膜３次元構造を作る技術も開発されている。
【０００３】
一方、個々の微小部材を予め作製しておき、各微小部材を先鋭な先端部を有するガラス棒などを用い、顕微鏡による観察下で前記各微小部材を一つ一つ選択して、手作業で組み立て作業を行う方法も提唱されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような２．５次元加工、あるいは展開図構造を用いた手法では、擬似的な３次元構造、あるいは薄膜３次元構造しか作ることが出来ず、非常に制約が多い。また、上述した手作業による方法では、作業性、生産性の点から非常に効率が悪く、１個の構造体を作ることは可能であるが、一度に数万個もの構造体を作製することはほとんど不可能である。
【０００５】
本発明は、極めて簡易な方法で微細な構造体を作製することができる新規な方法を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明にかかる構造体の組立方法は、
少なくとも一部に吸着部を有する複数の微小部材を泳動させることにより、前記微小部材の前記吸着部同士を結合させ、微細な構造体を作製する構造体の組立方法であって、
前記微小部材の前記吸着部の接合順序を制御するにあたり、
前記液体の温度を調節することによって前記微小部材のイオンバリア層同士の反発力を制御し、
前記吸着部の疎水性を調節することによって、前記微小部材の前記吸着部同士の吸着力を制御する、
ことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明にかかる他の組立方法は、
少なくとも一部に吸着部を有する複数の微小部材を泳動させることにより、前記微小部材の前記吸着部同士を結合させ、微細な構造体を作製する構造体の組立方法であって、
前記微小部材の前記吸着部の接合順序を制御するにあたり、
前記液体中のｐＨ値を調節することによって前記微小部材のイオンバリア層同士の反発力を制御し、
前記吸着部の疎水性を調節することによって、前記微小部材の前記吸着部同士の吸着力を制御する、
ことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明にかかる他の組立方法は、
少なくとも一部に吸着部を有する複数の微小部材を泳動させることにより、前記微小部材の前記吸着部同士を結合させ、微細な構造体を作製する構造体の組立方法であって、
前記微小部材の前記吸着部の接合順序を制御するにあたり、
前記液体中の塩濃度を調節することによって前記微小部材のイオンバリア層同士の反発力を制御し、
前記吸着部の疎水性を調節することによって、前記微小部材の前記吸着部同士の吸着力を制御する、
ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の基本原理を示す図である。図１（ａ）に示すように、微小部材１０１〜１０４は、その表面の一部において吸着部１０５〜１１０を有している。このような微小部材を所定の液体中に配置するか、振動を印加するなどの方法で泳動させると、図１（ｂ）に示すように、吸着部同士が確率的に契合して、例えば微小部材の部分ａ同士、ｂ同士及びｃ同士などが接合して所定の構造体が組立られる。吸着部１０５〜１１０は、契合した際に、目的とする構造体が作製できるように微小部材１０１〜１０４の所定の位置に設けておく。
【００１３】
したがって、微小部材１０１〜１０４を複数準備しておくことにより、これら微小部材の大きさが著しく低減された場合においても、目的とする微細な構造体を簡易かつ短時間で多量に作製することができる。
【００１４】
図２は、微小部材が所定の水溶液中に隣接して配置された状態を示す図である。微小部材２０１及び２０２が例えば酸化シリコンから構成されて、水溶液中に配置されるようになると、微小部材２０１及び２０２は負に帯電する。この結果、微小部材２０１及び２０２の周囲には前記水溶液中の正イオンが集まり、図２に示すようにイオンバリア層２０５及び２０６が形成される。イオンバリア層２０５及び２０６は同極性であるため、これらの層間には反発力２０８が作用するようになる。なお、反発力２０８は、水溶液の温度やｐＨ値、あるいは水溶液中にＮａＣｌなどの塩を含有させておき、その塩濃度を調節することによって制御することができる。
【００１５】
一方、微小部材２０１及び２０２の対向面上には吸着部２０３及び２０４が形成されている。これら吸着部２０３及び２０４を例えば少なくとも一部に疎水性の材料を含むように構成することにより、吸着部２０３及び２０４間には、これらの間に存在する水を排除してエネルギー的に安定となるような吸着力２０７が作用するようになる。
【００１６】
したがって、吸着部２０３及び２０４を結合させて、微小部材２０１及び２０２を組立てるようにするためには、上述したような吸着力２０７と反発力２０８との制御する必要があり、吸着力２０７が反発力２０８よりも大きい場合において、上述した結合及び組立が実行される。このような観点より、実際の組立に際しては、微小部材及び吸着部を構成する材料の種類及び大きさなどを適宜に設定するとともに、水溶液の種類（塩濃度やｐＨ値）や温度などを適宜に設定する。
【００１７】
また、水溶液の種類や温度などを制御するとともに、微小部材及び吸着部を構成する材料の種類や大きさなどを適宜に制御することにより、微小部材の吸着部同士の結合を順序づけることができ、複雑な構造体をも簡易に形成することができるようになる。
【００１８】
具体的には、所定の温度に保持された水溶液中に、吸着部の大きさ及び／又は材料種類を適宜に変化させた微小部材を配置させることにより、前記吸着部間に作用する吸着力の大きさを制御することができ、前記吸着部の結合を順序づけることができるようになる。また、この組立時において前記水溶液の温度やｐＨ値などを変化させるようにすれば、前記吸着部の結合をより確実に順序づけることができるようになる。
【００１９】
なお、微小部材に振動を印加することにより泳動させて構造体を組立てる場合においても、吸着部を異なる材料から形成する、あるいは異なる大きさに形成することによって、前記吸着部間に作用する磁力や静電気力などの吸着力を変化させることにより、吸着部の結合を順序づけることができるようになる。
【００２０】
図３は、微小部材の吸着部の構造を拡大して示す図である。図３（ａ）は、略立方体形状の微小部材３０１の表面において、代表的な帯状の吸着部３０２が形成された状態を示すものである。また、図３（ｂ）は、微小部材３０１の表面において、種々にパターン化された吸着部構造を例示したものである。
【００２１】
本発明の方法においては、図３に示すような種々のパターン構造の吸着部を有する複数の微小部材を、例えば同一の液体中に配置すると、前記吸着部間に作用する吸着力は同一のパターン構造を有する吸着部間で最も大きくなる。したがって、異なるパターン構造の吸着部を有する微小部材を複数準備し、これらを所定の液体中に配置することにより、前記吸着部の結合に選択性を付与することができ、前記微小部材の内から所定のもののみを選択して、異なる構造の構造体を同時に組立てることができるようになる。
【００２２】
図４は、図３同様に微小部材の吸着部の構造を拡大して示す図である。図４（ａ）においては、微小部材４０１の表面に、山型の突起部を有する吸着部４０７が形成された状態と、Ｖ溝を有する吸着部４０８が形成された状態とを示している。図４（ｂ）においては、微小部材４０３の表面に、山型の突起部を二重に有する吸着部４０９が形成された状態と、Ｖ溝を二重に有する吸着部４１０が形成された状態とを示している。図４（ｃ）においては、微小部材４０５の表面に、台形状の突起部を有する吸着部４１１が形成された状態と、台形状の溝部４１２を有する吸着部４１２が形成された状態とを示している。
【００２３】
図４（ａ）〜図４（ｃ）のそれぞれにおいて、左右に記載された微小部材の吸着部は互いに嵌合わせることができるように構成されている。したがって、図４に示すような微小部材を準備し、これらを所定の液体中に配置した場合においては、互いに嵌合わせることができる微小部材同士の間で最も大きな吸着力が作用するようになる。したがって、前記吸着部の結合に選択性を付与することができ、前記微小部材の内から所定のもののみを選択して、異なる構造の構造体を同時に組み立てることができる。
【００２４】
以上、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更を行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、極めて簡易な方法で、２次元あるいは３次元などの微細な構造体を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の基本原理を示す図である。
【図２】  微小部材が所定の水溶液中に隣接して配置された状態を示す図である。
【図３】  微小部材の吸着部の構造を拡大して示す図である。
【図４】  同じく、微小部材の吸着部の構造を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１０１〜１０４  微小部材
１０５〜１１０  吸着部
２０１、２０２  微小部材
２０３〜２０４  吸着部
２０５、２０６  イオンバリア層
２０７  吸着力
２０８  反発力
３０１  微小部材
３０２〜３０８  吸着部
４０１〜４０６  微小部材
４０７〜４１２  吸着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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