(57)【要約】  マイクロ／ナノスケール物体を格子又はトラス構造にアセンブリする方法。
2018526237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ／ナノスケール物体を三次元構造にアセンブリする方法であって、
基板の表面上に第一機能性部分のパターンを形成することと、
第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において前記第一機能性部分と相補的な第二機能性部分で機能化され、且つ第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上において第三機能性部分で機能化された第一マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第一懸濁液に前記基板の表面を接触させることと、
前記第一懸濁液中の前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記基板の表面に対して整列させることと、
前記基板の表面上に前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを形成するように前記第二機能性部分を前記第一機能性部分に結合させることを促進することと、
マイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第一部分上において前記第三機能性部分と相補的な第四機能性部分で機能化され、且つマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第二部分上において第五機能性部分で機能化されたマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素を含む第二懸濁液に前記基板の表面上の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを接触させることと、
前記第二懸濁液中の前記マイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第一部分を第一組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に対して整列させることと、
前記基板の表面上にマイクロ／ナノスケール物体の第二メソ構造を形成するように前記第四機能性部分を前記第三機能性部分に結合させることを促進することと、
第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において前記第五機能性部分と相補的な第六機能性部分で機能化され、且つ第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上において第七機能性部分で機能化された第二マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第三懸濁液に前記基板の表面上のマイクロ／ナノスケール原料要素の第二メソ構造パターンを接触させることと、
前記第三懸濁液中の前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第一組のマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第二部分に対して整列させることと、
前記第三懸濁液中の前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二組のマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第二部分に対して整列させることと、
前記基板の表面上にマイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を形成するように前記第六機能性部分及び前記第七機能性部分を前記第五機能性部分に結合させることを促進することと、を備える方法。
【請求項２】
前記第四機能性部分を前記第三機能性部分に結合させることを促進すること及び前記第六機能性部分及び前記第七機能性部分を前記第五機能性部分に結合させることを促進することが、前記第四機能性部分と前記第五機能性部分と前記第六機能性部分と前記第七機能性部分のうち少なくとも一つの一部を未結合のままにすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第三マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第三懸濁液に前記マイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を接触させることと、
前記第三懸濁液中の前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることと、
前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に結合させることを促進することと、を更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分が、相補的なクリック化学基によって他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分が、相補的なＤＮＡ鎖によって他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることが、電気泳動力及び／又は誘電泳動力を生じさせる電場によって、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることが、前記第三懸濁液中の流体の流れを用いて、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることが、磁場を用いて、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることが、光トラップを用いて、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素とのうち一つ以上が、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上が、炭素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子と、ホウ素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子と、これらの組み合わせとのうち一つを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上が、相補的なクリック化学基によって他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上が、相補的なＤＮＡ鎖によって他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
炭素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることが、電気泳動力及び／又は誘電泳動力を生じさせる電場によって、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
（ｉ）前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記基板に結合させることと、（ｉｉ）前記第一組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分に結合させることと、（ｉｉｉ）前記第二組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に結合させること、（ｉｖ）前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に結合させることと、（ｖ）前記ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合させることとのうち少なくとも二つを同時に行う請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記第三機能性部分が前記第一機能性部分と同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第四機能性部分が前記第二機能性部分と同じである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第三機能性部分が前記第二機能性部分と同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第四機能性部分が前記第一機能性部分と同じである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
相補的な機能性部分間の結合を促進することが、前記相補的な機能性部分に熱エネルギーを印加すること、前記相補的な機能性部分に放射線を印加すること、前記相補的な機能性部分を化学触媒に晒すこと、及び／又は、前記相補的な機能性部分が浸漬される懸濁液のｐＨを変化させることとのうち一つによって前記相補的な機能性部分間の結合を生じさせることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板の表面上に前記第一機能性部分のパターンを形成するようにリンカー分子を有する前記第一機能性部分を前記基板の表面に結合された接着要素に結合させることを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記接着要素が金属とシリコンと二酸化シリコンとのうち一つ以上を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
リンカー分子を有する機能性部分をマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合された接着要素に結合させることを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
複数のマイクロ／ナノスケール原料要素を単一の他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合させることを促進することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
複数の第一マイクロ／ナノスケール原料要素を基板の表面上の第一機能性部分を含む個々の結合サイトに結合させることを促進することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第二機能性部分を前記第一機能性部分に結合させることを促進することが、第一クリック化学基を相補的なクリック化学基に結合させることを促進することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第二機能性部分を前記第一機能性部分に結合させることを促進することが、第一ＤＮＡ鎖を相補的なＤＮＡ鎖に結合させることを促進することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
追加の結合機構によって、前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素を前記基板の表面に結合させることを更に備える請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ブロックコポリマーの領域の逐次浸透合成によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
多層基板の上層の上又は中に画定された領域に液相のブロックコポリマーを堆積させることと、
前記ブロックコポリマーを複数の整列したポリマー領域に分離することを促進するように前記ブロックコポリマーをアニーリングすることと、
前記ポリマー領域のうち一つを除去することと、
残留しているポリマー領域を前記多層基板の上層中までエッチングすることと、
前記多層基板の上層のエッチングされた部分を前記多層基板の第二層から分離することによって、マイクロ／ナノスケール原料要素を得ることと
を備える方法によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
多層基板の上層の上又は中に画定された領域に液相のブロックコポリマーを堆積させることと、
前記ブロックコポリマーを複数の整列したポリマー領域に分離することを促進するように前記ブロックコポリマーをアニーリングすることと、
逐次浸透合成を用いて、前記ポリマー領域のうち一つを無機物質に変換することと、
前記無機物質をエッチングマスクとして用いて、前記ポリマー領域のうち他の一つを前記多層基板の上層中までエッチングすることと、
前記多層基板の上層のエッチングされた部分を前記多層基板の第二層から分離することによって、マイクロ／ナノスケール原料要素を得ることと
を備える方法によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記多層基板の上層のエッチングされた部分を前記多層基板の第二層から分離することの前に、
マイクロ／ナノスケール原料要素上にフォトレジストの層を堆積させ、前記マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を露出するように前記フォトレジストの層をパターン化することと、
前記マイクロ／ナノスケール原料要素の露出された部分をエッチングすることによって、前記マイクロ／ナノスケール原料要素の長さを定めることと、
前記フォトレジスト中に埋め込まれている前記マイクロ／ナノスケール原料要素の露出された端部を機能化させることと、
前記フォトレジストを除去することと、を更に備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することが、略５ｎｍから略３０ｎｍまでの間の少なくとも一つの寸法を有するマイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを含む、請求項２９から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
マイクロ／ナノスケール原料要素の部分上に第一結合物質を堆積させることと、
前記第一結合物質に親和性を有する化学基を含む多官能性クリック化学物質に前記第一結合物質を晒すことと
を含む方法によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を機能性部分で機能化させることを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記マイクロ／ナノスケール原料要素の部分上に第一結合物質を堆積させることが、前記マイクロ／ナノスケール原料要素の部分上に金とシリコンと二酸化シリコンとのうち一つを堆積させることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記多官能性クリック化学物質に前記第一結合物質を晒すことが、前記第一結合物質に親和性を有する化学基と、前記第一結合物質に親和性を有する化学基に結合された中間化学基と、第二結合物質に親和性を有する更なる化学基とを含む化学物質に前記第一結合物質を晒すことを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記中間化学基がポリマー鎖を備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
マイクロ／ナノスケール物体を三次元格子又はトラス構造にアセンブリする方法であって、
第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において第一機能性部分で機能化された第一マイクロ／ナノスケール原料要素と、リンカー要素の第一部分上の前記第一機能性部分と相補的な第二機能性部分及びリンカー要素の第二部分上の第三機能性部分を含むリンカー要素とを含む第一懸濁液を形成することと、
前記第一懸濁液中の前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記リンカー要素の第一部分に対して整列させることと、
前記リンカー要素を前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分に結合させるように前記第二機能性部分を前記第一機能性部分に結合させることを促進することと、
第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分及び第二部分上において前記第三機能性部分と相補的な第四機能性部分で機能化された第二マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第二懸濁液に前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素及び前記リンカー要素を接触させることと、
前記第二懸濁液中の前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第一組のリンカー要素の第二部分に対して整列させることと、
前記第二懸濁液中の前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二組のリンカー要素の第二部分に対して整列させることと、
三次元格子又はトラス構造を形成するように前記第四機能性部分を前記第三機能性部分に結合させることを促進することと、を備える方法。
【請求項３９】
第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において、前記リンカー要素のうち少なくとも一部の第三部分上の第六機能性部分と相補的な第五機能性部分で機能化された第三マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第三懸濁液に前記三次元格子又はトラス構造を接触させることと、
前記第三懸濁液中の前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記リンカー要素のうち少なくとも一部の第三部分に対して整列させることと、
前記第五機能性部分を前記第六機能性部分に結合させることを促進することと、を更に備える請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素とをオーゼティックトラス構造に整列させることを備える請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
マイクロ／ナノスケール物体の三次元格子又はトラス構造体であって、
リンカー要素の第一部分に結合した第一部分を有する複数の第一マイクロ／ナノスケール原料要素と、
前記リンカー要素の第二部分に結合した第一部分と、前記リンカー要素の第三部分に結合した第二部分とを有する複数の第二マイクロ／ナノスケール原料要素と、を備える構造体。
【請求項４２】
前記複数の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分が、クリック化学結合によって前記リンカー要素の第一部分に結合している、請求項４１に記載の構造体。
【請求項４３】
前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素のうち一方の少なくとも一部が、少なくとも略２０：１の長さ：幅アスペクト比を有する、請求項４１に記載の構造体。
【請求項４４】
各第一マイクロ／ナノスケール原料要素に結合した複数の第二マイクロ／ナノスケール原料要素を更に備える請求項４１に記載の構造体。
【請求項４５】
前記リンカー要素の第四部分に結合した第一部分を有する複数の第三マイクロ／ナノスケール原料要素を更に備える請求項４１に記載の構造体。
【請求項４６】
前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分がクリック化学結合によって前記リンカー要素の第四部分に結合している、請求項４５に記載の構造体。
【請求項４７】
前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素と前記第三マイクロ／ナノスケール原料要素とがオーゼティックトラスで配置されている、請求項４５に記載の構造体。
【請求項４８】
各第二マイクロ／ナノスケール原料要素に結合した複数の第三マイクロ／ナノスケール原料要素を更に備える請求項４１に記載の構造体。
【請求項４９】
マイクロ／ナノスケール原料要素を三次元構造にアセンブリする方法であって、
基板の表面上に第一機能性部分のパターンを形成することと、
第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において前記第一機能性部分と相補的な第二機能性部分で機能化され、且つ第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上において第三機能性部分で機能化された第一マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第一懸濁液と前記基板の表面を接触させることと、
前記第一懸濁液中の前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を前記基板の表面に対して整列させることと、
前記基板の表面上に前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを形成するように前記第二機能性部分を前記第一機能性部分に結合させることを促進することと、
第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分及び第二部分上において前記第三機能性部分と相補的な第四機能性部分で機能化された第二マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第二懸濁液と前記基板の表面上の前記第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを接触させることと、
前記第二懸濁液中の前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第一組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に対して整列させることと、
前記第二懸濁液中の前記第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に対して整列させることと、
前記基板の表面上にマイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を形成するように前記第四機能性部分を前記第三機能性部分に結合させることを促進することとを備える方法。
【請求項５０】
前記第四機能性部分を前記第三機能性部分に結合させることを促進することが、前記第四機能性部分をリンカー要素に結合させることを促進することと、前記リンカー要素を前記第三機能性部分に結合させることを促進することとを含む、請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１５年６月８日に出願された「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＡＳＳＥＭＢＬＩＮＧ  ＮＡＮＯＳＣＡＬＥ  ＡＮＤ  ＭＩＣＲＯＳＣＡＬＥ  ＯＢＪＥＣＴＥＳ」との米国仮出願第６２／１７２３１５号の優先権を主張し、その全体はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
最近の物質科学の一つの目標として、マイクロメートル又はナノメートルのオーダの寸法を有するマイクロスケール要素からマクロスケール構造を生成することが挙げられる。このような構造は、従来の製造方法を用いては得ることができない新規の機械的特性、電気的特性及び光学的特性を有するように調整され得る。例えば半導体産業で用いられているような従来のマイクロスケール製造プロセスは、マイクロスケール要素からマクロスケール構造を製造することができない。例えば、従来の半導体製造設備及びプロセスは、略５０：１や略１００：１よりもはるかに大きなアスペクト比を有するマイクロスケール要素を製造することができない。従来のアディティブ・マニュファクチャリング設備及びプロセス（「３Ｄプリンティング」と称されることも多い）は、マイクロメートル又はナノメートルのオーダの寸法を有する物体を生成することができず、また、マイクロスケール要素からマクロスケール構造を高速生成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２９８６２４１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一態様によると、マイクロ／ナノスケール原料要素を三次元構造にアセンブリする方法が提供される。本方法は、基板の表面上に第一機能性部分（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｍｏｉｅｔｙ）のパターンを形成することと、第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において第一機能性部分と相補的な第二機能性部分で機能化され、且つ第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上において第三機能性部分で機能化された第一マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第一懸濁液に基板の表面を接触させることと、第一懸濁液中の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を基板の表面に対して整列させることと、基板の表面上に第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを形成するように第二機能性部分を第一機能性部分に結合させることを促進することとを備える。本方法は、マイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第一部分上において第三機能性部分と相補的な第四機能性部分で機能化され、且つマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第二部分上において第五機能性部分で機能化されたマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素を含む第二懸濁液に基板の表面上の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを接触させることと、第二懸濁液中のマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第一部分を第一組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分と整列させることと、基板の表面上にマイクロ／ナノスケール物体の第二メソ構造を形成するように第四機能性部分を第三機能性部分に結合させることを促進することとを更に備える。本方法は、第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において第五機能性部分と相補的な第六機能性部分で機能化され、且つ第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上において第七機能性部分で機能化された第二マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第三懸濁液に基板の表面上のマイクロ／ナノスケール原料要素の第二メソ構造パターンを接触させることと、第三懸濁液中の第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第一組のマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第二部分に対して整列させることと、第三懸濁液中の第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二組のマイクロ／ナノスケールリンカー原料要素の第二部分に対して整列させることと、基板の表面上にマイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を形成するように第六及び第七機能性部分を第五機能性部分に結合させることを促進することとを更に備える。
【０００５】
一部実施形態では、第四機能性部分を第三機能性部分に結合させることを促進すること、及び、第六及び第七機能性部分を第五機能性部分に結合させることを促進することは、第四、第五、第六、第七機能性部分のうち少なくとも一つの一部を未結合のままにすることを含む。
【０００６】
一部実施形態では、本方法は、第三マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第三懸濁液にマイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を接触させることと、第三懸濁液中の第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列させることと、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロナノスケール原料要素の第三部分に結合させることを促進することとを更に備える。
【０００７】
一部実施形態では、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分は、相補的なクリック化学基によって第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に結合される。
【０００８】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分は、相補的なクリック化学基によって他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される。
【０００９】
一部実施形態では、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分は、相補的なＤＮＡ鎖によって第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に結合される。
【００１０】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分は、相補的なＤＮＡ鎖によって他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される。
【００１１】
一部実施形態では、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることは、電気泳動力及び／又は誘電泳動力を生じさせる電場によって、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１２】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることは、電気泳動力及び／又は誘電泳動力を生じさせる電場によって、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１３】
一部実施形態では、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることは、第三懸濁液中の流体の流れを用いて、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１４】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることは、第三懸濁液中の流体の流れを用いて、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１５】
一部実施形態では、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることは、磁場を用いて、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１６】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることは、磁場を用いて、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１７】
一部実施形態では、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることは、光トラップを用いて、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１８】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることは、光トラップを用いて、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００１９】
一部実施形態では、本方法は、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を含む第四懸濁液にマイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を接触させることと、第四懸濁液中のナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の第一部分を第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に対して整列させることと、相補的な化学基、例えば相補的なクリック化学基及び／又は相補的なＤＮＡ鎖によって、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に結合させることとを更に備える。
【００２０】
一部実施形態では、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち一つ以上は、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を含む。
【００２１】
一部実施形態では、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上は、炭素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子、ホウ素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子、これらの組み合わせのうち一つを備える。
【００２２】
一部実施形態では、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上は、相補的なクリック化学基によって、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に結合される。
【００２３】
一部実施形態では、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上は、相補的なクリック化学基によって、他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される。
【００２４】
一部実施形態では、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上は、相補的なＤＮＡ鎖によって、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に結合される。
【００２５】
一部実施形態では、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上は、相補的なＤＮＡ鎖によって、他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合される。
【００２６】
一部実施形態では、炭素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の第一部分を第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に対して整列及び位置決めすることは、電気泳動力及び／又は誘電泳動力を生じさせる電場によって、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の第一部分を第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００２７】
一部実施形態では、炭素のナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることは、電気泳動力及び／又は誘電泳動力を生じさせる電場によって、ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上の部分を他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に対して整列及び位置決めすることを含む。
【００２８】
一部実施形態では、本方法は更に、（ｉ）第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を基板に結合させることと、（ｉｉ）第一組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分に結合させることと、（ｉｉｉ）第二組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に結合させることと、（ｉｖ）第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に結合させることと、（ｖ）ナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第三部分に結合させること又はナノチューブとナノロッドとナノ粒子とのうち一つ以上を他のマイクロ／ナノスケール原料要素に結合させることとのうち二つ以上を同時に行う。
【００２９】
一部実施形態では、第三機能性部分は第一機能性部分と同じである。
【００３０】
一部実施形態では、第四機能性部分は第二機能性部分と同じである。
【００３１】
一部実施形態では、第三機能性部分は第二機能性部分と同じである。
【００３２】
一部実施形態では、第四機能性部分は第一機能性部分と同じである。
【００３３】
一部実施形態では、第二機能性部分を第一機能性部分に結合させることを促進することは、第二機能性部分及び／又は第一機能性部分に熱エネルギーを印加すること、第二機能性部分及び／又は第一機能性部分に放射線を印加すること、第二機能性部分及び／又は第一機能性部分を化学触媒に晒すこと、及び／又は、第一機能性部分と第二機能性部分との間の結合を促進するように第一懸濁液のｐＨを変化させることのうち一つによって、第二機能性部分と第一機能性部分との間の結合を生じさせることを含む。
【００３４】
一部実施形態では、相補的な機能性部分間の結合を促進することは、相補的な機能性部分に熱エネルギーを印加すること、相補的な機能性部分に放射線を印加すること、相補的な機能性部分を化学触媒に晒すこと、及び／又は、相補的な機能性部分が浸漬される懸濁液のｐＨを変化させることとのうち一つによって、相補的な機能性部分間の結合を生じさせることを含む。
【００３５】
一部実施形態では、本方法は、基板の表面上に第一機能性部分のパターンを形成するようにリンカー分子を有する第一機能性部分を基板の表面上に結合された接着要素に結合させることを更に備える。
【００３６】
一部実施形態では、接着要素は、金属とシリコンと二酸化シリコンとのうち一つ以上を備える。
【００３７】
一部実施形態では、本方法は、リンカー分子を有する第二機能性部分を第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分に結合した接着要素に結合させることを更に備える。
【００３８】
一部実施形態では、本方法は、リンカー分子を有する機能性部分をマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合した接着要素に結合させることを更に備える。
【００３９】
一部実施形態では、本方法は、複数の第二マイクロ／ナノスケール原料要素を各第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分に結合させることを促進することを更に備える。
【００４０】
一部実施形態では、本方法は、複数のマイクロ／ナノスケール原料要素を単一の他のマイクロ／ナノスケール原料要素の部分に結合させることを促進することを更に備える。
【００４１】
一部実施形態では、本方法は、複数の第一マイクロ／ナノスケール原料要素を基板の表面上の第一機能性部分を含む個々の結合サイトに結合させることを促進することを更に備える。
【００４２】
一部実施形態では、第二機能性部分を第一機能性部分に結合させることを促進することは、第一クリック化学基を相補的なクリック化学基に結合させることを促進することを含む。
【００４３】
一部実施形態では、第二機能性部分を第一機能性部分に結合させることを促進することは、第一ＤＮＡ鎖を相補的なＤＮＡ鎖に結合させることを促進することを含む。
【００４４】
一部実施形態では、本方法は、追加の結合機構によって第一マイクロ／ナノスケール原料要素を基板の表面に結合させることを更に備える。
【００４５】
一部実施形態では、本方法は、ブロックコポリマーの領域の逐次浸透合成によって、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを形成することを更に備える。
【００４６】
一部実施形態では、本方法は、ブロックコポリマーの領域の逐次浸透合成によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを更に備える。
【００４７】
一部実施形態では、本方法は、以下のことを備える方法によって、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを形成することを更に備え、その方法は、多層基板の上層の上又は中に画定された領域に液相のブロックコポリマーを堆積させることと、ブロックコポリマーを複数の整列したポリマー領域に分離することを促進するようにブロックコポリマーをアニーリングすることと、ポリマー領域のうち一つを除去することと、残留しているポリマー領域を多層基板の上層中までエッチングすることと、多層基板の上層のエッチングされた部分を多層基板の第二層から分離することによって、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを得ることとを備える。
【００４８】
一部実施形態では、本方法は、以下のことを備える方法によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを更に備え、その方法は、多層基板の上層の上又は中に画定された領域に液相のブロックコポリマーを堆積させることと、ブロックコポリマーを複数の整列したポリマー領域に分離することを促進するようにブロックコポリマーをアニーリングすることと、ポリマー領域のうち一つを除去することと、残留しているポリマー領域を多層基板の上層中までエッチングすることと、多層基板の上層のエッチングされた部分を多層基板の第二層から分離することによって、マイクロ／ナノスケール原料要素を得ることとを備える。
【００４９】
一部実施形態では、本方法は、以下のことを備える方法によって、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを形成することを更に備え、その方法は、多層基板の上層の上又は中に画定された領域に液相のブロックコポリマーを堆積させることと、ブロックコポリマーを複数の整列したポリマー領域に分離することを促進するようにブロックコポリマーをアニーリングすることと、逐次浸透合成を用いてポリマー領域のうち一つを無機物質に変換することと、ポリマー領域のうち一つを除去することと、無機物質をエッチングマスクとして用いて、ポリマー領域のうち他の一つを多層基板の上層中までエッチングすることと、多層基板の上層のエッチングされた部分を多層基板の第二層から分離することによって、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを得ることとを備える。
【００５０】
一部実施形態では、本方法は、以下のことを備える方法によって、マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを形成することを更に備え、その方法は、多層基板の上層の上又は中に画定された領域に液相のブロックコポリマーを堆積させることと、ブロックコポリマーを複数の整列したポリマー領域に分離することを促進するようにブロックコポリマーをアニーリングすることと、逐次浸透合成を用いてポリマー領域のうち一つを無機物質に変換することと、無機物質をエッチングマスクとして用いて、ポリマー領域のうち他の一つを多層基板の上層中までエッチングすることと、多層基板の上層のエッチングされた部分を多層基板の第二層から分離することによって、マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを得ることとを備える。
【００５１】
一部実施形態では、本方法は、多層基板の上層のエッチングされた部分を多層基板の第二層から分離することの前に、マイクロ／ナノスケール原料要素の上にフォトレジストの層を堆積させ、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分を露出させるようにフォトレジストの層をパターン化することと、マイクロ／ナノスケール原料要素の露出された部分をエッチングすることによって、マイクロ／ナノスケール原料要素の長さを定めることと、フォトレジスト中に埋め込まれたマイクロ／ナノスケール原料要素の露出された端部を機能化させることと、フォトレジストを除去することとを更に備える。
【００５２】
一部実施形態では、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを形成することは、略５０ｎｍ未満の少なくとも一つの寸法を有する少なくとも一つの第一マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを含む。
【００５３】
一部実施形態では、第一、第二、第三マイクロ／ナノスケール原料要素のうち少なくとも一つを形成することは、略５ｎｍ未満の少なくとも一つの寸法を有する少なくとも一つの第一マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを含む。
【００５４】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素を形成することは、略５ｎｍから略５０ｎｍまでの間の少なくとも一つの寸法を有するマイクロ／ナノスケール原料要素を形成することを含む。
【００５５】
一部実施形態では、本方法は、以下のことを含む方法によって、第一マイクロ／ナノスケール原料要素を第二機能性部分で機能化させることを更に備え、その方法は、第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上に第一結合物質を堆積させることと、第一結合物質に親和性を有する化学基を含む多官能性クリック化学物質に第一結合物質を晒すこととを含む。
【００５６】
一部実施形態では、本方法は、以下のことを含む方法によって、マイクロ／ナノスケール原料要素を機能性部分で機能化させることを更に備え、その方法は、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分上に第一結合物質を堆積させることと、第一結合物質に親和性を有する化学基を含む多官能性クリック化学物質に第一結合物質を晒すこととを含む。
【００５７】
一部実施形態では、第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上に第一結合物質を堆積させることは、第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上に金とシリコンと二酸化シリコンとのうち一つを堆積させることを含む。
【００５８】
一部実施形態では、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分上に第一結合物質を堆積させることは、マイクロ／ナノスケール原料要素の部分上に金とシリコンと二酸化シリコンとのうち一つを堆積させることを含む。
【００５９】
一部実施形態では、多官能性クリック化学物質に第一結合物質を晒すことは、第一結合物質に親和性を有する化学基と、第一結合物質に親和性を有する化学基に結合した中間化学基と、第二結合物質に親和性を有する更なる化学基とを含む化学物質に第一結合物質を晒すことを含む。
【００６０】
一部実施形態では、中間化学基はポリマー鎖を備える。
【００６１】
他の態様によると、マイクロ／ナノスケール物体を三次元格子又はトラス構造にアセンブリする方法が提供される。本方法は、第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において第一機能性部分で機能化された第一マイクロ／ナノスケール原料要素と、リンカー要素の第一部分上の第一機能性部分と相補的な第二機能性部分及びリンカー要素の第二部分上の第三機能性部分を含むリンカー要素とを含む第一懸濁液を形成することと、第一懸濁液中の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分をリンカー要素の第一部分に対して整列させることと、リンカー要素を第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分に結合させるように第二機能性部分を第一機能性部分に結合させることを促進することと、第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分及び第二部分上において第三機能性部分と相補的な第四機能性部分で機能化された第二マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第二懸濁液に第一マイクロ／ナノスケール原料要素及びリンカー要素を接触させることと、第二懸濁液中の第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第一組のリンカー要素の第二部分に対して整列させることと、第二懸濁液中の第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二組のリンカー要素の第二部分に対して整列させることと、三次元格子又はトラス構造を形成するように第四機能性部分を第三機能性部分に結合させることを促進することとを備える。
【００６２】
一部実施形態では、本方法は、第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において、リンカー要素のうち少なくとも一部の第三部分上の第六機能性部分と相補的な第五機能性部分で機能化された第三マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第三懸濁液に三次元格子又はトラス構造を接触させることと、第三懸濁液中の第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分をリンカー要素のうち少なくとも一部の第三部分に対して整列させることと、第五機能性部分を第六機能性部分に結合させることを促進することとを更に備える。
【００６３】
一部実施形態では、本方法は、第一、第二、及び第三マイクロ／ナノスケール原料要素をオーゼティックトラス構造に整列させることを備える。
【００６４】
他の態様によると、マイクロ／ナノスケール物体の三次元格子又はトラス構造体が提供される。本構造体は、リンカー要素の第一部分に結合した第一部分を有する複数の第一マイクロ／ナノスケール原料要素と、リンカー要素の第二部分に結合した第一部分とリンカー要素の第三部分に結合した第二部分とを有する複数の第二マイクロ／ナノスケール原料要素とを備える。
【００６５】
一部実施形態では、複数の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分は、クリック化学結合によってリンカー要素の第一部分に結合される。
【００６６】
一部実施形態では、第一マイクロ／ナノスケール原料要素と第二マイクロ／ナノスケール原料要素とのうち一方の少なくとも一部は、少なくとも略２０：１の長さ：幅アスペクト比を有する。
【００６７】
一部実施形態では、本構造体は、各第一マイクロ／ナノスケール原料要素に結合した複数の第二マイクロ／ナノスケール原料要素を更に備える。
【００６８】
一部実施形態では、本構造体は、リンカー要素の第四部分に結合した第一部分を有する複数の第三マイクロ／ナノスケール原料要素を更に備える。
【００６９】
一部実施形態では、複数の第三マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分は、クリック化学結合によってリンカー要素の第四部分に結合される。
【００７０】
一部実施形態では、第一、第二、及び第三マイクロ／ナノスケール原料要素はオーゼティックトラスに配置される。
【００７１】
一部実施形態では、本構造体は、各第二マイクロ／ナノスケール原料要素に結合した複数の第三マイクロ／ナノスケール原料要素を更に備える。
【００７２】
他の態様によると、マイクロ／ナノスケール物体を三次元構造にアセンブリする方法が提供される。本方法は、基板の表面上に第一機能性部分のパターンを形成することと、第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分上において第一機能性部分と相補的な第二機能性部分で機能化され、且つ第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分上において第三機能性部分で機能化された第一マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第一懸濁液に基板の表面を接触させることと、第一懸濁液中の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を基板の表面に対して整列させることと、基板の表面上に第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを形成するように第二機能性部分を第一機能性部分に結合させることを促進することと、第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分及び第二部分上において第三機能性部分と相補的な第四機能性部分で機能化された第二マイクロ／ナノスケール原料要素を含む第二懸濁液に基板の表面上の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第一メソ構造パターンを接触させることと、第二懸濁液中の第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第一部分を第一組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分と整列させることと、第二懸濁液中の第二マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分を第二組の第一マイクロ／ナノスケール原料要素の第二部分と整列させることと、基板の表面上にマイクロ／ナノスケール物体の三次元構造を形成するように第四機能性部分を第三機能性部分に結合させることを促進することとを備える。
【００７３】
一部実施形態では、第四機能性部分を第三機能性部分に結合させることを促進することは、第四機能性部分をリンカー要素に結合させることを促進することと、リンカー要素を第三機能性部分に結合させることを促進することとを含む。
【００７４】
添付図面は縮尺どおりではない。図面において、複数の図に示される同一又はほぼ同一の構成要素は同様の番号で表される。明確性のため、全ての構成要素について全ての図面において番号が付されてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】第一組のクリック化学基でパターン化された基板を示す。
【図１Ｂ】基板上でパターン化されたクリック化学基と相補的なクリック化学基で機能化（官能化）された複数の第一マイクロスケール原料要素を含む溶液と、その溶液と接触している基板とを示す。
【図１Ｃ】クリック化学基によって基板に結合されている複数の第一マイクロスケール原料要素を示す。
【図１Ｄ】結合した複数の第一マイクロスケール原料要素を有する基板に適用された複数の第二マイクロスケール原料要素を含む溶液を示す。
【図１Ｅ】クリック化学基によって複数の第一マイクロスケール原料要素に結合されている複数の第二マイクロスケール原料要素を示す。
【図１Ｆ】基板と、複数の第一マイクロスケール原料要素と、複数の第二マイクロスケール原料要素と、複数の第二マイクロスケール原料要素に結合した複数の第三マイクロスケール原料要素とから形成された構造を示す。
【図２】図１Ｆの構造を形成する方法の一実施形態のフローチャートである。
【図３Ａ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された構造を示す。
【図３Ｂ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｃ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｄ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｄ１】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｅ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｆ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｇ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｈ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｉ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図３Ｊ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図４】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の一実施形態のフローチャートである。
【図５Ａ】複数のマイクロスケール原料要素を形成するためのモールドを形成するのに用いられる構造の立面図である。
【図５Ａ１】図５Ａの構造の平面図である。
【図５Ｂ】複数のマイクロスケール原料要素を形成するためのモールドを形成するのに用いられる他の構造の立面図である。
【図５Ｂ１】図５Ｂの構造の平面図である。
【図５Ｃ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された構造を示す。
【図５Ｄ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図５Ｅ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図５Ｆ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図５Ｇ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図５Ｈ】複数のマイクロスケール原料要素を形成する方法の実施中に形成された他の構造を示す。
【図６】複数のマイクロスケール原料要素を形成するための方法の一実施形態のフローチャートである。
【図７Ａ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する方法の一段階を示す。
【図７Ｂ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する方法の他の段階を示す。
【図７Ｃ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する方法の他の段階を示す。
【図７Ｄ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する方法の他の段階を示す。
【図７Ｅ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する方法の他の段階を示す。
【図７Ｆ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する方法の他の段階を示す。
【図７Ｇ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する他の方法の他の段階を示す。
【図７Ｈ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する他の方法の他の段階を示す。
【図７Ｉ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する他の方法の他の段階を示す。
【図８Ａ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する他の方法の一段階を示す。
【図８Ｂ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する他の方法の他の段階を示す。
【図８Ｃ】ブロックコポリマーを用いてマイクロスケール又はナノスケール原料要素を形成する他の方法の他の段階を示す。
【図９】分離され整列されたポリマー領域を示すブロックコポリマーを示す。
【図１０】相補的なＤＮＡで機能化された基板と接触している溶液中のＤＮＡ機能化マイクロスケール原料要素を示す。
【図１１】マイクロスケール又はナノスケール原料要素で形成されたオクテットトラスを示す。
【図１２】多様な分類の物質の熱抵抗率対降伏力の図である。
【図１３Ａ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から格子又はトラス構造を形成する方法の一段階を示す。
【図１３Ｂ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から格子又はトラス構造を形成する方法の他の段階を示す。
【図１３Ｃ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から格子又はトラス構造を形成する方法の他の段階を示す。
【図１３Ｄ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から格子又はトラス構造を形成する方法の他の段階を示す。
【図１４Ａ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素からインダクタ構造を形成する方法の一段階を示す。
【図１４Ｂ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素からインダクタ構造を形成する方法の他の段階を示す。
【図１４Ｃ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素からインダクタ構造を形成する方法の他の段階を示す。
【図１４Ｄ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素からインダクタ構造を形成する方法の他の段階を示す。
【図１４Ｅ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成されたインダクタ構造の導電性部分を示す。
【図１５Ａ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成されたオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１５Ｂ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１５Ｃ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１５Ｄ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１５Ｅ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１６Ａ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１６Ｂ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１６Ｃ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１６Ｄ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１６Ｅ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１６Ｆ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１７Ａ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１７Ｂ】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【図１８】マイクロスケール又はナノスケール原料要素から形成された他のオーゼティック物質格子構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
本開示の態様及び実施形態は、以下の説明で与えられる又は図面に示される構成要素の構成や配置の詳細に限られるものではない。本開示の態様及び実施形態は、多様な方法で実現又は実施可能である。また、本願で用いられる用語は、説明目的のものであり、限定的なものではない。「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」やそのバリエーションの使用は、その記載後に挙げられている物、その均等物、更には追加物を含むことを意味する。
【００７７】
本開示の態様及び実施形態は、一般的には、マイクロメートル又はナノメートルのオーダの寸法を有するマイクロスケール又はナノスケール要素から新規のマクロスケール構造を形成することを対象とする。本開示のマクロスケール構造は、従来の製造方法を用いては得ることができない機械的特性、電気的特性、熱的特性及び／又は光学的特性を有する。本開示の態様及び実施形態は、指向性流体アセンブリ、「クリック」ケミストリー及び／又はＤＮＡ選択性アセンブリ法の組み合わせを用いてマイクロスケール又はナノスケール要素からマクロスケール物体を形成することを含む。「マイクロスケール要素」との用語が本願では用いられているが、本願で説明される原料要素や他の構造は、１マイクロメートル以上の寸法を有するものに限定されないことを理解されたい。「マイクロスケール要素」との用語は、１マイクロメートルよりも小さな、例えば１ナノメートルよりも小さな特徴寸法（長さ、幅等）を有する原料要素や他の構造も含む。「マイクロスケール要素」との用語及びそのバリエーションは、「マイクロ／ナノスケール要素」との用語及びそのバリエーションと同義に用いられる。
【００７８】
［指向性流体アセンブリ（ＤＦＡ）］
指向性流体アセンブリ（ＤＦＡ，ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｆｌｕｉｄｉｃ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、異なる複数の方法を互いに組み合わせることによって構造を作ることを可能にするアセンブリ方法であり、プレーナ型マイクロ／ナノ製造、マイクロ機械加工、３Ｄプリンティング、他の製造法と組み合わせ可能である。ＤＦＡは、基板上に又は他の原料要素に均一又は不均一な原料を制御された位置及び向きで高速配置することを提供する。ＤＦＡの利点は、個々のマイクロ／ナノ構成要素を製造するのに最適な方法を用い、それらを永続的に結合された機能的な機械的、電気的、熱的、流体的及び／又は熱的システムにアセンブリすることができる点である。一部実施形態では、ＤＦＡアセンブリは高速であり、即ち、２分間のアセンブリ時間での１００ｍｍウェーハにわたる５μｍの原料間隔は、毎秒２．５百万個の結合物体の割合に相当する。より小型の原料は更に高速でアセンブリされる。
【００７９】
本開示の態様及び実施形態は、サブミクロンから数十マイクロスケールの物体（原料）をミリメートルスケール以上の構造（マクロスケール構造）に指向性流体アセンブリするためのＤＦＡ法を用いる。一部実施形態では、高アスペクト比でマイクロ／ナノ製造された同じ又は異なる長さスケールの複数の原料構造を、基板平面において製造し、リリースし、ＤＦＡによって基板に垂直に高いアスペクト比を有する多重スケール構造、三次元格子、又はトラス構造に組み合わせる。一部実施形態では、原料要素に対する結合及び原料要素同士の結合は永続的であり、アセンブリされるシステムの要求に応じて、電気伝導性、熱伝導性及び／又は光透過性を与える。
【００８０】
一部実施形態では、マイクロスケール要素を大きな複合構造にアセンブリするためのＤＦＡ法は、製造中にマイクロスケール要素を方向決め及び位置決めするために、誘電泳動、電気泳動、指向性流体流、対流、毛細管力、磁場、拡散、光トラップ、又はこれらの組み合わせを利用する方法を含む。粒子及び他のマイクロ及びナノ構成ブロックを導電性又は絶縁性の表面又は構造上にアセンブリするために多くの方法が用いられてきた。アセンブリの制御及び速度は多くのパラメータ、例えば、粒子サイズ、濃度、電荷、流れの速度及び方向、電圧、周波数、誘電定数等に依存する。流体の力、毛細管力、又は他の力に依存するアセンブリ機構を用いる場合、アセンブリ力は、誘電泳動（ＤＥＰ，ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）や電気泳動（ＥＰ，ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）に基づいてアセンブリのように、制御することができるが、（オンデマンドで）オン及びオフにすることができない。電気泳動は、高速アセンブリのための指向性アセンブリ法であるが、製造プロセス中に配向されるマイクロスケール要素が電荷を有することを要する。ＤＥＰアセンブリ力は、粒子又は原料の誘電定数のみに依存するので、帯電していない原料をアセンブリするための使用により適している。ＤＥＰアセンブリを用いて、ナノ及びマイクロスケールの粒子、ロッド、バー、及び／又はナノチューブ束を所望の位置における正確な整列で大面積にわたって秒単位で二次元及び三次元構造にアセンブリすることができる。原料溶液の希釈及び印加電場の強度に基づいて、アセンブリ速度を制御することができる。ＤＥＰ力は原料を分極させるので、アセンブリ中に原料を整列させて、原料を配向させる。アセンブリ中のナノ物質及びナノスケール原料の指向性は、印加電場の電気力線／勾配を制御することによって効果的に制御可能である。ＤＥＰアセンブリ力はナノ又はマイクロスケールで効果的に印加可能である。
【００８１】
二層のマイクロスケール要素から物体のアレイを製造するためのＤＦＡプロセス２００の一実施形態が図１Ａ〜図１Ｅに概略的に示されていて、またはそのフローチャートが図２に示されている。図２の段階２０５では、図１Ａに示されるように、基板物質１０、例えばシリコンウェーハを第一組の機能性部分（ｆｕｎｃｉｔｏｎａｌ  ｍｏｉｅｔｙ）Ａ（本願では「クリック化学物質」とも称される）でパターン化する。機能性部分Ａが基板１０の表面１５上の領域（マイクロスケール原料要素を基板１０に接続させたい領域）に存在するように基板１０がパターン化させる。例えば、電子線リソグラフィ及びリフトオフによって、又は当該分野において既知の他のパターン化方法によって、基板１０を金（Ａｕ）でパターン化し得る。一端がチオールであり他端がアジド（クリック反応のＡ側）である二官能性分子を基板と共に溶液中に入れ得る。そうすると、チオールがパターン化金表面に結合して、後続ステップにおけるアルキン（クリック反応のＡ’側）官能化原料に対する後続アセンブリのためにアジドが露出される。
【００８２】
図２の段階２１０では、図１Ｂに示されるように、基板１０の表面１５上に存在するクリック化学物質Ａと相補的なクリック化学物質Ａ’で機能化（官能化）されたマイクロスケール原料要素Ｌ１を含有する流体２０（例えば、水、緩衝溶液、イオン液体、有機溶媒）中に、パターン化基板１０を入れる。本願において、「相補的」な化学基、部分又は構造とは、互いに特異的に結合する化学基、部分又は構造のことである。マイクロスケール原料要素Ｌ１は、マイクロスケールのロッド、バー又はシリンダーの形状であって、そのロッド、バー、又はシリンダーの一端又は両端に存在するクリック化学物質Ａ’を有し得る。一例では、原料要素Ｌ１（又は以下で言及するＬ２やＬ３）は二次元アレイに並べられた表面（例えば、シリコンウェーハ）上に配設して製造される。ウェーハは、指向性蒸着源に対して急傾斜で電子線蒸着器内に置かれて、全ての原料要素の一端が蒸着金属（例えば、金）に晒され、金属薄膜がそれら一端のみに堆積する。次いで、ウェーハを１８０度回転させて、他端の面上に金属（金である場合も他の金属や誘電体である場合もある）を堆積させる。次いで、下方の層をエッチング除去することによって、原料要素を基板からリリースする。一端がチオールであり他端がアルキン（クリック反応のＡ’側）である二官能性分子を有する溶液中に原料要素を入れる。チオールは金に結合して、次の原料要素上のアジドに対する後続アセンブリのために、アルキンを露出させる。
【００８３】
図１Ｂは、マイクロスケール原料要素Ｌ１の均一な集団を示すが、他の実施形態では、流体２０は、サイズ及び／又は形状が異なるマイクロスケール原料要素の不均一な集団を含み得る。一部実施形態では、異なる複数のクリック化学物質が基板１０の異なる複数の領域上にパターン化され得る。流体２０中の異なるサイズ及び／又は形状のマイクロスケール原料要素は、基板１０上にパターン化された異なる複数のクリック化学物質と相補的な異なる複数のクリック化学物質を備え得て、異なるサイズ及び／又は形状のマイクロスケール原料要素が一回のプロセスで基板１０の異なる領域に結合されるようにし得る。
【００８４】
図２の段階２１５では、図１Ｃに示されるように、マイクロスケール原料要素Ｌ１を基板１０の表面１５に配向及び配置させる。多様な実施形態において、誘電泳動、電気泳動、流れ、対流、毛細管力、磁場、拡散、又はこれらの組み合わせのうち一つ以上を用いて、基板上に原料を配向（向き決め）及び配置（位置決め）する。一部実施形態では、基板物質１０は導電性（例えば、高濃度ドープシリコン）であり、及び／又は、導電性薄膜（例えば、金属、インジウム錫酸化物、又は他の導電性物質）でコーティングされて、基板１０の表面にわたる電荷の広がりを促進して、マイクロスケール原料要素Ｌ１を基板１０の表面１５上の適所に整列、配向及び／又は移動させるための電場生成に役立てる。マイクロスケール原料要素Ｌ１が適所に存在すると、クリックケミストリーでは、クリック化学物質ＡとＡ’との間に共有結合を形成することによって、マイクロスケール原料要素Ｌ１が適所に固定される。他の実施形態では、以下でより完全に説明するように、相補的なクリック化学物質の代わりに又は追加して、相補的なＤＮＡ鎖を使用して、基板１０の表面１５上に原料要素Ｌ１を結合させ、及び／又は異なる原料要素を互いに結合させ得る。一部実施形態では、クリック化学物質ＡとＡ’との間の共有結合を、エネルギー（例えば、熱や紫外線）及び／又は化学的開始剤を加えることによって発生開始させる（図２の段階２２０）。機能性部分Ａでパターン化された基板上の領域は、原料要素Ｌ１の直径よりも顕著に大きな面積を有し得て、例えば、機能性部分Ａでパターン化された基板上の領域は、略１０ｎｍ２から略１μｍ２程度の面積を有し得る一方で、原料要素Ｌ１の直径は略１ｎｍから略５０ｎｍ程度であり得る。他の実施形態では、機能性部分Ａでパターン化された基板上の領域は、基板に結合する原料要素Ｌ１の部分の断面積の略２倍から略１０倍の間の面積を有し得る。従って、複数の原料要素Ｌ１が、機能性部分Ａでパターン化された基板上の複数又は各領域に結合し得る。従って、図面における個々の原料要素の図示は、図示されている各原料要素に対する代表的な複数の原料要素とみなされるものである。
【００８５】
図２の段階２２５では、図１Ｄに示されるように、マイクロスケール原料要素Ｌ１が結合した基板１０を、第二層のマイクロスケール原料要素Ｌ２を含む第二液体３０と接触させる。マイクロスケール原料要素Ｌ１の自由端２５は、マイクロスケール原料要素Ｌ２の端部に存在するクリック化学物質と相補的な他のクリック化学物質で機能化（官能化）される。一部実施形態では、マイクロスケール原料要素Ｌ１の自由端２５は、基板に結合する端部に含まれるのと同じクリック化学物質Ａ’で機能化（官能化）され、マイクロスケール原料要素Ｌ２は、基板の表面１５上にパターン化されたものであるクリック化学物質Ａで機能化（官能化）される。他の実施形態では、異なるクリック化学物質対Ｂ‐Ｂ’を用いて、第一層のマイクロスケール原料要素Ｌ１と第二層のマイクロスケール原料要素Ｌ２を結合させる。一部実施形態では、液体３０は液体２５と同じ液体であり、基板１０に対するマイクロスケール原料要素Ｌ１の結合は、マイクロスケール原料要素Ｌ１に対するマイクロスケール原料要素Ｌ２の結合と同時に生じ得る。一部実施形態では、異なるトリガー、例えば異なる種類又はレベルのエネルギーや異なる化学的開始剤を用いて、基板１０に対するマイクロスケール原料要素Ｌ１の結合と、マイクロスケール原料要素Ｌ１に対するマイクロスケール原料要素Ｌ２の結合とを発生開始させる。
【００８６】
図２の段階２３０では、図１Ｅに示されるように、マイクロスケール原料要素Ｌ２をマイクロスケール原料要素Ｌ１上に配向及び配置させる（例えば、末端間構成で）。他の実施形態では、以下で詳細に説明するように、マイクロスケール原料要素Ｌ２を角度をもたせてマイクロスケール原料要素Ｌ１上に配向及び配置し、例えば、マイクロスケール原料要素Ｌ２の長手方向軸は、マイクロスケール原料要素Ｌ１の長手方向軸に対して実質的に垂直を向く。多様な実施形態において、ＤＥＰ、拡散及び／又は対流のうちいずれか一つ以上を用いて、マイクロスケール原料要素Ｌ１上にマイクロスケール原料要素Ｌ２を配向及び配置する。クリックケミストリーでは、マイクロスケール原料要素Ｌ２が適所に存在すると、クリック化学物質ＡとＡ’との間の共有結合の形成によって、マイクロスケール原料要素Ｌ２がマイクロスケール原料要素Ｌ１上の適所に固定される。一部実施形態では、クリック化学物質ＡとＡ’との間の共有結合を、エネルギー（例えば熱や紫外線）及び／又は化学的開始剤を加えることによって、発生開始させる（図２の段階２３５）。一部実施形態では、原料要素Ｌ１の機能化領域は、原料要素Ｌ２の直径よりも大きくなり得て、複数の原料要素Ｌ２が原料要素Ｌ１の個々の機能化領域に結合し得る。
【００８７】
プロセス２００によると、所望のマクロスケール物体を形成するのに所望の数の層に達するまで、これまでに結合したマイクロスケール原料要素に追加層の原料要素を加え得る（図２の段階２４０）。例えば、基板１０と三層のマイクロスケール原料要素Ｌ１、Ｌ２及びＬ３とを含む構造４０が図１Ｆに示されている。一部実施形態では、マイクロスケール原料要素Ｌ１、Ｌ２及びＬ３、また、要素Ｌ３に直接又は間接に接続した追加のマイクロスケール原料要素のうち一種以上は、基板１０に対して実質的に垂直に、又は基板に対してゼロ度から略４５度までの間の角度で接続され得る。一部実施形態では、マイクロスケール原料要素Ｌ１、Ｌ２及びＬ３、また、要素Ｌ３に直接又は間接に接続した追加のマイクロスケール原料要素のうち一種以上は、他の原料要素のうち一種以上に対して実質的に一直線上に、又は他の原料要素のうち一種以上に対してゼロ度から略４５度までの間の角度で接続され得る。一部実施形態では、マイクロスケール原料要素Ｌ１は、略１００マイクロメートル（μｍ）×略５μｍの寸法を有するロッド、バー又はシリンダーであり得て、マイクロスケール原料要素Ｌ２は、略１０μｍ×略０．５μｍの寸法を有するロッド、バー又はシリンダーであり得て、マイクロスケール原料要素Ｌ３は、略１μｍ×略０．１μｍの寸法を有するロッド、バー又はシリンダーであり得る。これら寸法は単に例であって、本開示を限定するものではない。方法２００は３層のマイクロスケール原料要素に限定されるものではなく、あらゆる層数の同様の又は異なる形状及びサイズのマイクロスケール原料要素を接続して、本願で開示されるようなマクロ構造を形成することができる。一部実施形態では、１マイクロメートル未満の長さ及び／又は幅を有する単層若しくは多層カーボンナノチューブ又は金属、ポリマー若しくは誘電体のナノロッド若しくはナノ粒子が利用可能である。
【００８８】
基板、及びクリック化学物質を有する原料の面又は端部をパターン化することによって、２Ｄ構造又は３Ｄ構造を形成することができる。原料の面、端部、又は側部の一部上の特定の箇所の上にクリック化学物質をパターン化することによって、異なる層の原料要素を互いに所望の向きで配向させ得る。ＤＦＡはその並列性のため高速で拡張可能な製造方法である。しかしながら、より低速なピックアンドプレース製造方法の一部と比較すると、ＤＦＡには欠陥の問題があるので、欠陥に耐性のある応用に最も適し得る。あまり欠陥に耐性のない構造については、ＤＦＡにエラーチェック及び／又はピックアンドプレース補正法を組み合わせて、高製造速度で低欠陥レベルを達成することができる。
【００８９】
［マイクロスケール要素の製造］
本開示の２Ｄ及び３Ｄ構造を形成するのに利用されるマイクロスケール原料要素は、例えば、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、タングステン、ＳＵ‐８フォトレジスト又は他の有機若しくは無機ポリマー、生物学的な物質（例えば、キトサン）、又は、例えば所望の機械的、熱的、光学的、電気的、磁気的及び／又は化学的特性に基づいて選択された他の物質を含む物質から形成され得る。
【００９０】
本開示の２Ｄ及び３Ｄ構造を形成するのに利用されるマイクロスケール原料要素は、半導体産業における電子デバイス及び／又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ，ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）デバイスの製造において用いられているものと同様のプロセスを用いて形成され得る。本開示の２Ｄ及び３Ｄ構造を形成するのに利用されるマイクロスケール原料要素を形成するための方法４００の一例が、図４のフローチャート及び図３Ａ〜図３Ｊの概略図に示されている。
【００９１】
段階４０５では、基板、例えば、シリコンウェーハ３０５（又は代わりに、サファイア、ガラスウェーハ、圧電体、石英若しくは他の絶縁体、又は特定の実施に望ましい他の基板物質）を提供し、誘電体３１０の犠牲層、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４（ＳｉＯ２から原料要素を形成する際に利用され得る））を、化学気相堆積（ＣＶＤ，ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は半導体製造において知られているような拡散炉中での拡散プロセスを用いて、シリコンウェーハ３０５の面上に成長させる（図３Ａを参照、ウェーハ３０５の一部と誘電体３１０の層が示されているが、縮尺通りではない）。誘電体３１０の層は、略１００ｎｍから略５０μｍまでの間の厚さであり得るが、この範囲は単に一例であって限定的なものではない。以下で説明するように、一部実施形態では、犠牲ポリマー層、例えば、フォトレジストやポリビニルアルコール（ＰＶＡ，ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ）を誘電体３１０に追加して、又は代わりに用い得る。
【００９２】
段階４１０（図３Ｂ）では、所望の原料物質の層３１５を誘電体３１０の層の上に堆積させる。堆積方法は原料物質の種類に依存する。例えば、原料物質がＳｉ、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４の場合、原料物質をＣＶＤプロセス、スピンオングラスプロセスを用いて堆積させ、又は拡散炉中で成長させ得る。原料物質が金属の場合には、電気メッキプロセスや物理気相堆積プロセス（スパッタリングや蒸着等）を用いて堆積させ得る。誘電体３１０の層の上へのフォトレジスト又は他のポリマーの堆積には、スピンオンプロセスを用い得て、これに任意で、焼成プロセスが続いて、フォトレジスト又は他のポリマーから揮発性溶媒を除去する。ウェーハ上の誘電体３１０の層の上に多様な物質を堆積させるためのこれら及び他のプロセスは半導体製造分野において周知であるので、本願では詳細に説明しない。原料物質の層３１５は略０．１μｍから略１００μｍまでの間の厚さであり得るが、この範囲は単に一例であって限定的なものではない。
【００９３】
段階４１５では、原料物質の層３１５をパターン化する。原料物質の層３１５のパターン化は、半導体ウェーハ上に特徴部（フィーチャ）をパターン化する既知の方法を用いて達成可能である。例えば、フォトレジスト３２０の層を、原料物質の層３１５の上にスピンコーティングによってコンフォーマルに堆積させ、プレ焼成して余分なフォトレジスト溶媒を除く（図３Ｃ）。次いで、フォトレジスト３２０の層を、フォトマスクを通して架橋用放射線（ネガ型フォトレジストの場合）、例えば、紫外線に暴露して、マイクロスケール原料要素にとって望ましい寸法を有するフォトレジスト３２０の架橋層中のパターンを画定し、任意で暴露後焼成に晒して、架橋用放射線の弱め合う干渉パターン及び強め合う干渉パターンによって生じる定常波現象を減らすのに役立てる。次いで、現像剤化学物質、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム等の現像剤に晒すことによる現像プロセスによって、架橋していないフォトレジストを除去し、任意で、硬焼きして、残留しているフォトレジストを硬化させる。架橋していないフォトレジストの除去は、原料物質の層３１５の部分を露出させ（図３Ｄ、ウェーハの一部分の拡大平面図を示す、残留フォトレジスト３２０によって覆われた層３１５の部分のアスペクト比は縮尺通りではない）、次いで、原料物質の種類に応じた乾式及び／又は湿式エッチングプロセスによってエッチングして、層３１５から所望の寸法を有するマイクロスケール原料要素３２５を形成する。次いで、残留している架橋フォトレジスト３２０を、化学的レジストストリッピング及び／又はアッシング（灰化）プロセスでの熱分解によって除去し、ウェーハ３０５を例えば半導体製造分野において知られているような硫酸／過酸化水素溶液中でクリーニングし得る。一部実施形態では、例えば、図３Ｄ１に示されるように（図１Ｆの原料要素Ｌ１にも示される）、マイクロスケール原料要素３２５の一端又は両端３２５Ａ、３２５Ｂを、原料要素３２５の長手方向軸Ｌに対する或る角度（例えば、０から略４５度までの間）でパターン化して、基板又は他の原料要素に対する或る角度での原料要素３２５の取り付けを促進し得る。
【００９４】
段階４２０では、フォトレジスト３３０の第二層をマイクロスケール原料要素３２５の上に堆積させ、パターン化して、機能化させたい原料要素３２５の部分のみを露出する（図３Ｅ）。一部実施形態では、フォトレジスト３３０の第二層のパターン化後に、露出された原料要素３２５の端部をエッチング除去して、マイクロスケール原料要素３２５の端面３３５のみが露出されるようにする。
【００９５】
段階４２５では、接着物質３４０（これにクリック化学基及び関連するバインダ分子が後に結合する）を原料要素３２５の露出部分の上に堆積させる（図３Ｆ）。一部実施形態では、バインダ分子が露出された原料に直接付着する一方で、原料の残部はフォトレジスト下で保護される。一部実施形態では、物質３４０は、金属又は半導体を含むか又はこれで構成され、例えば、金、シリコン、二酸化ケイ素、鉄、酸化鉄、ニッケル、又は有機ポリマーが挙げられる。一部実施形態では、物質３４０を、ＣＶＤ又は蒸着プロセスによってコンフォーマルに堆積させる。他の実施形態では、原料要素３２５の露出部分をその上面において露出させ、又は、ウェーハ３０５をスパッタリングツールの堆積室内において、マイクロスケール原料要素３２５の露出部分をスパッタリング物質ターゲットに向かう方向に露出させるような向きにして、スパッタリングプロセスを用いて物質３４０を堆積させ得る。次いで、フォトレジスト３３０の第二層を、例えば湿式化学エッチングによって除去し、フォトレジスト上にスパッタリングされた物質も除去して、原料要素の端部を、スパッタ物質でコーティングされたままにする。一部実施形態では、段階４２５を繰り返して、マイクロスケール原料要素３２５の異なる部分上に異なる物質３４０、３４０Ａを堆積させ、例えば、原料要素３２５の異なる端部３２５Ａ、３２５Ｂに異なる物質を堆積させるが、原料要素３２５の異なる端部３２５Ａ、３２５Ｂの各々に同じ物質を堆積させてもよい。更に、図３Ｆに示されるように、マイクロスケール要素３２５の上面及び／又は側面の部分３２５Ｃをリソグラフィによるフォトレジストパターン化によって露出させ、物質３４０、３４０Ａ以外のクリック化学部分に結合し得る同様の又は異なる物質３４０Ｂを、マイクロスケール原料要素３２５の上面及び／又は側面の部分３２５Ｃの上に堆積させ得る。一部実施形態では、図３Ｆに示されるように、物質３４０（及び任意で物質３４０Ａ）は原料要素３２５の露出部分上に選択的に堆積する。代替実施形態では、接着物質３４０の代わりに、マスキング物質を用いて、クリック化学基及び関連するバインダ分子が後に結合しないようにするマイクロスケール原料要素３２５の領域を画定する。
【００９６】
他の実施形態では、物質３４０は、フォトレジスト３３０の第二層、原料要素３２５の露出部分、及び誘電体層３１０の露出面の上にコンフォーマルに堆積して、この場合、物質３４０を堆積させた原料要素３２５の部分を覆うように更なるフォトレジスト層を堆積させ、物質３４０が堆積させた誘電体層３１０の表面を露出させ得て、例えば、乾式エッチングによって、物質３４０を堆積させた誘電体層３１０の表面から物質３４０を除去し得る。次いで、フォトレジストの更なる層を除去する。代替的に又は追加的に、誘電体層３１０の露出面上に堆積させた物質３４０を異方性乾式エッチング（例えば、アルゴンプラズマエッチング）によって除去し得て、この場合、物質３４０を堆積させた原料要素３２５の端部を保護するフォトレジストの層を設けても設けなくてもよい（図３Ｇを参照、複数の原料要素のうち一つの一部分及び隣接構造を通る概略的断面図）。
【００９７】
段階４３０では、フォトレジスト３３０の第二層を、例えば、熱分解及び／又は化学的溶解によって除去する。フォトレジスト３３０の第二層に接着した物質３４０の部分もこの段階において除去され得て、誘電体３１０の層の上に残る原料要素に付着した物質３４０を含む原料要素層３１５をもたらす（図３Ｈ）。
【００９８】
段階４３５では、湿式エッチング剤３４５、例えば誘電体層３１０がＳｉＯ２の場合にはフッ化水素酸、誘電体層３１０がＳｉ３Ｎ４の場合にはリン酸、又は誘電体層３１０の物質に応じて選択された他の適切なエッチング剤に晒すことによって、誘電体層３１０を溶解又はエッチング除去して、マイクロスケール原料要素３２５をウェーハ３０５からリリースする。段階４３５では、リリースに用いられたエッチング剤３４５を濾過することによって、リリースされたマイクロスケール原料要素３２５を収集し、任意で洗浄して、エッチング剤を中和する。
【００９９】
上記プロセスには多様な修正を行い得る。例えば、誘電体３１０の層をシリコンウェーハ３０５上に堆積させ、次いで化学的エッチングによって除去する代わりに、半導体製造分野において知られているように、ポリマー、例えば、フォトレジスト、ポリイミド、又は他のポリマーの層をシリコンウェーハ３０５上に堆積させ、次いで、例えば、溶媒（エチレングリコール、ガンマブチロラクトン、シクロペンタノン、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリドン、又は他の既知の溶媒）に晒すこと、及び／又は、熱分解によって除去し得て、形成されたマイクロスケール原料要素をリリースする。代わりに、水溶性であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ，ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）を層３１０として用い、後に段階４３５において水に晒すことによって除去することができる。フォトレジスト３２０はポジ型であり得て、フォトマスクを介して放射線に晒されると可溶性になり、マイクロスケール原料要素３２５用の所望の形状を有する領域以外の領域が露出される。一部実施形態では、原料要素３２５が形成される層３１５はそれ自体が光イメージング可能なポリマー、例えばＳＵ‐８であり得て、この場合、第一フォトレジスト層２２０は必要でなくなり得て、パターン化放射線及び現像液中での現像を受けることによって、層３１５が直接パターン化され得る。一部実施形態では、異なるサイズ及び／又は形状のマイクロスケール原料要素を同じウェーハ上に同時に形成し得て、一方、他の実施形態では、同じ寸法を有するマイクロスケール原料要素のみを単一のウェーハ上に形成する。
【０１００】
更なる実施形態では、例えば、ロッド又はバー状のマイクロスケール原料要素３２５を形成する代わりに、ブロック又はキューブ状の要素として原料要素３２５を形成し得る。例えば、図３Ｊを図３Ｄと比較すると、図３Ｄに示されるようなロッドやバーの代わりに、図３Ｊに示されるフォトレジスト３２０は、実質的に正方形にリソグラフィでパターン化され得る。次いで、層３１５をエッチングして、ブロック又はキューブ状の原料要素３２５を形成し得る。ブロック又はキューブ状の原料要素３２５は、上述のようなロッド又はバー状のマイクロスケール原料要素３２５と同様に処理可能であり、異なるクリック化学基が結合し得るブロック又はキューブ状の原料要素３２５の異なる面上に異なる物質を堆積させ得る。ロッド又はバー状のマイクロスケール原料要素３２５と同様に、ブロック又はキューブ状の原料要素３２５は、多様な所望の物質、例えば、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、タングステン、ＳＵ‐８フォトレジスト又は他の有機若しくは無機ポリマー、生物学的な物質（例えば、キトサン）、又は、例えば、所望の機械的、熱的、光学的、電気的、磁気的、及び／又は化学的特性に基づいて選択された他の物質のうち一種以上で形成され得る。代わりに、原料要素３２５は、ブロックやキューブ以外の三次元の規則的な又は不規則な角柱、例えば、四角柱、三角柱、五角柱、五角柱等として形成され、異なる側部がその上に堆積させた同じ又は異なる物質を有し、それに同じ又は異なるクリック化学基が結合し得る。
【０１０１】
一部実施形態では、以下で説明するように、ブロック又はキューブ状の原料要素、又は多様な三次元形状、例えば、球や、ブロックやキューブ以外の規則的若しくは不規則な角柱を有する要素を、リンカー要素１１３５として利用し得て、これは、他の原料要素に結合するための（又は原料要素を基板に結合させるための）中間要素として用いられ得る。リンカー要素１１３５は、色々な形状、例えば、リンカー要素１１３５に結合した原料要素を所定の所望角度で結合させるような互いに対する所望の角度で配される壁を有して形成され得る。リンカー要素１１３５は、所定数の原料要素、例えば１個から略１０個以上の原料要素をリンカー要素１１３５の側部に結合させることを可能にするサイズを有する側部、又はその機能化部分を備えて形成され得る。原料要素の所定数は、リンカー要素１１３５の側部やその機能化部分のサイズに対するその所定数の原料要素の結合領域のサイズによって定められ得る。
【０１０２】
マイクロスケール原料要素３２５を形成するための他の実施形態のプロセス６００を、図５Ａ〜５Ｈと、図６のフローチャートとを参照して説明する。段階６０５では、物質、例えば、半導体ウェーハ５０５をパターン化して、形成したい所望のマイクロスケール原料要素３２５と実質的に同様の寸法を有する構造５１０のアレイを呈するようにする。一部実施形態では、図５Ａ及び図５Ａ１に示されるように、構造は半導体ウェーハ５０５の表面５１５に垂直に向けられ得る。他の実施形態では、図５Ｂ及び図５Ｂ１に示されるように、構造は、半導体ウェーハ５０５の表面５１５上に平行に向けられて配置され得る。構造５１０は実質的にシリンダー状のもの、断面が実質的に矩形のもの、又は他の形状のものであり得て、マイクロスケール原料要素３２５にとって望ましい寸法を有する。例えば、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ａ１及び図５Ｂ１では高アスペクト比のシリンダーやロッドとして示されているが、構造５１０は、低アスペクト比を有し得て、例えば、パック（ｐｕｃｋ，平円盤）、ブロック、キューブ、又は他の規則的若しくは不規則な角柱の形状であり得る。
【０１０３】
段階６１０では、モールド物質（型物質）、例えば、ワックス、シリコーン、エポキシ系物質、又は他当該分野において知られている他のモールド物質を構造のアレイの上に堆積させて、硬化させ、モールド（型）５２０を形成する（図５Ｃ）。一部実施形態では、モールド物質の堆積の前に、リリース剤（離型剤）を堆積させる。リリース剤の例として、例えば、ＧＥヘルスケアライフサイエンス社製のＰｌｕｓＯｎｅ（登録商標）Ｒｅｐｅｌ‐Ｓｉｌａｎｅ  ＥＳとして入手可能な気相堆積ジメチルジクロロシラン、又は気相堆積ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
【０１０４】
段階６１５では、硬化したモールド５２０を半導体ウェーハ５０５及び構造５１０のアレイから取り外す（図５Ｄ）。
【０１０５】
段階６２０では、液状又はスラリー状の所望の物質５２５を、構造５１０のアレイによって形成されたモールド５２０中の跡５３０の中に堆積させ、余分な物質５２５を、例えば、モールドの表面５４０から除去する（図５Ｅ）。物質５２５は固化又は硬化可能である。熱及び／又は放射線、例えば、紫外線、化学線、又は他の形態の放射線を物質５２５に印加して、固化又は硬化を促進及び／又は加速し得る。
【０１０６】
段階６２５では、接着物質３４０、例えば、上述の接着物質３４０のうち一種以上の層を、固化物質５２５の所望の部分、例えば、モールド５２０の跡５３０内に露出された端部５４５の上に堆積させる（図５Ｆ）。一部実施形態では、一種以上の接着物質３４０を、物理的堆積法、例えば、スパッタリングや蒸着によって堆積させる。他の実施形態では、一種以上の接着物質３４０をスクリーン印刷や他の堆積法によって堆積させる。
【０１０７】
一部実施形態では、固化物質５５の追加部分の上に一種以上の接着物質３４０を堆積させることが望まれ、モールド５２０を切断して、その追加部分、例えば、固化物質５２５の他方の端部５５０を露出させ得る（図５Ｇ、任意の段階６３０）。次いで、上述の第一所望部分の上に一種以上の接着物質３４０を堆積させたのと同様の方法を用いて、一種以上の接着物質３４０を追加部分上に堆積させ得る（図５Ｈ、任意の段階６３５）。一部実施形態では、異なる種類の接着物質３４０、例えば、異なる及び／又は相補的なクリック化学基に結合する物質を固化物質５２５の異なる部分上に堆積させ得る。
【０１０８】
段階６４０では、接着物質３４０を堆積させた固化物質５２５をモールド５２０から取り外すが、これは、例えばモールド物質の融解、モールドの物質の溶媒中での溶解、モールドからの固化物質５２５の切断、又は当該分野において知られている他の方法によって行われ、複数の自由なマイクロスケール原料要素３２５がもたらされ、次いで、後の使用のために収集される。
【０１０９】
本願で開示される一部実施形態では、構造は、マイクロスケール原料要素としてナノチューブを含んで形成される。ナノチューブは、本願で開示されるいずれの原料要素にも利用可能である。ナノチューブは、炭素、ホウ素又は他の元素を含むか又はそれから成り得る。カーボンナノチューブは数ナノメートルという小さな直径を有し得る。カーボンナノチューブはＣＶＤプロセスによって形成可能であり、カーボンナノチューブは、金属触媒粒子、例えば、ニッケル、コバルト、鉄、又はこれらの組み合わせの粒子の上に成長する。その成長中において、触媒粒子は、成長しているナノチューブの先端に留まるか、又は成長中のナノチューブの底に残り得る。多様な供給業者から入手可能なカーボンナノチューブからは、触媒粒子が除去されていることが多い。しかしながら、一部実施形態では、触媒粒子をカーボンナノチューブに残して、接着物質３４０として利用し得て、その接着物質にクリック化学物質及び関連するバインダ分子が接着して、カーボンナノチューブを他のマイクロスケール原料要素に付着させることを促進し得る。他の実施形態では、欠陥、例えば、カルボン酸をカーボンナノチューブの端部に優先的に発生させて、接着物質例えば、基板又は他の原料要素に結合したアミド基に対する結合を促進し得る。
【０１１０】
［ブロックコポリマーを利用する方法を用いて製造されるナノスケール原料］
一部実施形態では、従来のリソグラフィプロセスで達成可能なものよりも小さな寸法を有するマイクロ又はマクロスケール構造の製造用の原料要素、例えば、略２０ｎｍ以下の幅や直径を有するロッド、バー、シリンダーや角柱を形成することが望まれ得る。そのようなナノスケール原料要素をシリコン、二酸化シリコン、二酸化チタン、酸化亜鉛、タングステン、又は所望の物理的、化学的、光学的、電気的又は磁気的特性を有する他の物質から形成することが望まれ得る。一部実施形態では、そのようなナノスケール原料要素を形成する方法において、ナノスケール構造に自己組織化する多様な種類のジブロックコポリマーやマルチブロックコポリマーの性能を利用し得る。
【０１１１】
ブロックコポリマーの自己組織化の具体的な一例では、７０％のポリスチレン（ＰＳ，ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）と３０％のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ，ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））から成るジブロックコポリマー（ポリ（スチレン‐ｂ‐メチルメタクリレート））、以下７０：３０ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡと称する）を６４ｋｇ／ｍｏｌの総モル重量で、基板（例えば、シリコンや二酸化シリコン）の表面にエッチングした略１００ｎｍから略６００ｎｍまでの幅を有するトレンチ中に堆積させる。７０：３０ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡは、ＰＳのマトリクス中に直径２０ｎｍのシリンダー状ＰＭＭＡ領域の六方格子を自然に形成する。ＰＭＭＡを、酢酸への浸漬によってシリンダー状領域から除去して、幅２０ｎｍのトレンチのパターンを残し得て、そこから、ナノスケール原料要素を形成し得る。
【０１１２】
７０：３０ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡを用いるナノスケール原料アセンブリ方法の一例が図７Ａ〜図７Ｉに示されている。図７Ａでは、リソグラフィ的に画定されたトレンチ７１０が、基板７０５の上面に形成される。図示されている実施形態では、基板７０５は多層基板であり、例えばシリコンの下層７０５Ａと、酸化シリコン又は窒化シリコンの中間層７０５Ｂと、例えばシリコン又は酸化シリコンの上層７０５Ｃとを含む。上層７０５Ｃが下層７０５Ａに対して選択的にエッチングされ得る実施形態では、中間層７０５Ｂが省かれ得る。上層７０５Ｃは、例えば、厚さ略２０ｎｍのもの、又は、以下で説明するようにエッチングマスクとして機能するジブロックコポリマー領域の直径の対応する厚さのものであり得る。トレンチ７１０は、例えば略４０ｎｍ又はジブロックコポリマーパターンの略自然周期の深さと、例えば略５００ｎｍの幅と、数マイクロメートルからトレンチが形成されるチップ又は半導体ウェーハの幅（最大数百ｍｍ）までとなり得る長さとを有し得る。トレンチをエッチングする代わりに、トレンチと同様の寸法を有する領域を、基板７０５の上面の上にフォトレジスト又は他の物質の壁を堆積及びパターン化することによって画定することもできることを理解されたい。
【０１１３】
図７Ｂでは、液相の７０：３０ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマー７１５を、例えばスピン堆積を用いて、基板７０５の上に堆積させて、トレンチ７０５を充填する。次いで、堆積させた７０：３０ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマー７１５を、例えば略２５０℃で略８時間にわたってアニーリングし、次いで室温に冷却して、アニーリングされたコポリマー中に自己組織化したＰＭＭＡパターンを得る。トレンチ７０５の壁７１０が、７０：３０ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマー中のポリマー領域の組織化を開始させて、図７Ｃに示されるように、トレンチ７０５中のＰＳマトリクス７２５にＰＭＭＡ半シリンダー７２０を形成する。次いで、基板７０５を酢酸に浸漬することによって、ＰＭＭＡ半シリンダーを除去して、凹部７３０を残す（図７Ｄ）。短期のＯ２プラズマエッチングで、凹部７３０の下のＰＳを除去して、残留ＰＳのアイランド７３５間に層７０５Ｃの表面を露出する（図７Ｅ）。例えば、ＳＦ６＋Ｏ２プラズマを用いる第二プラズマエッチングで、ＰＳアイランド７３５によってマスキングされていない層７０５Ｃを全て除去して、層７０５Ｃの物質のナノロッド７４０、例えばシリコンナノロッドを形成する。次いで、例えば図３Ｅを参照して上述したような原料要素３２５と同様の方法で、ナノロッド７４０をパターン化フォトレジストで覆い得て、そして、図３Ｆ〜図３Ｈを参照して上述したように端部及び／又は側部の部分に堆積させたクリック化学結合物質を有するようにし得る。
【０１１４】
代わりに、図７Ｃから始めて、逐次浸透合成によって、ＰＭＭＡシリンダーを無機物質、例えばアルミナに変換することができる。アルミナロッドは、ナノロッドがパターン化される層７０５Ｃを露出するためのＰＳマトリクスに対するエッチングマスクとして機能し、また、ナノロッド層７０５Ｃ中にナノロッド７４０を形成するためのエッチングマスクとして機能することができる（図７Ｇを参照）。エッチングによってナノロッド７４０が画定されると、例えば熱アッシング及び／又は溶媒を用いて、ＰＳマトリクス及び変換ＰＭＭＡシリンダーを除去し、また、適切なリソグラフィパターン化及びエッチングによって、層７０５Ｃの余分な部分を除去し得る（図７Ｈ）。ナノロッド７４０が形成されると、ナノロッド７４０の層を、ナノロッド７４０の長手方向軸に直交する方向にリソグラフィでパターン化し、次いで、以下で説明しまた図８Ｃに示されるようにナノロッドの長さを設定するためにエッチングし得る。ナノロッド７４０は、その長さを設定した後においてフォトレジストマトリクス中に埋め込まれていて、その端部のみが露出されているので、リリース前に端部のみを選択的に機能化させることができる。
【０１１５】
次いで、既知のフォトレジストストリッピング法を用いて残留しているフォトレジストを除去し、湿式エッチング剤、例えば、層７０５ＢがＳｉＯ２の場合にはフッ化水素酸、層７０５ＢがＳｉ３Ｎ４の場合にはリン酸、又は層７０５Ｂの物質に応じて選択された他の適切なエッチング剤に晒すことで層７０５を溶解又はエッチング除去することによって、ナノロッド７０５を基板７０５の残部からリリースし得る。下方の基板７０５Ａがシリコンであり、中間層が存在しない場合には、乾式のＸｅＦ２エッチングや湿式のＫＯＨ又はＴＭＡＨエッチングでナノロッド７４０をリリースすることができる。例えば、リリースに用いられたエッチング剤を濾過することによって、リリースされたナノロッド７４０を収集し、任意で洗浄してエッチング剤を中和し得る。
【０１１６】
上記プロセスには多様な修正を行い得る。例えば、層７０５Ｂが酸化シリコン又は窒化シリコンであることに代えて、層７０５Ｂは、ポリマー、例えば、フォトレジスト、ポリイミド、他のポリマーの層であり得て、層７０５Ａの上に堆積され、次いで、半導体製造分野において知られているように、例えば、溶媒（エチレングリコール、ガンマブチロラクトン、シクロペンタノン、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリドン、又は他の既知の溶媒）に晒すこと及び／又は熱分解によって除去されて、形成されたナノロッド７４０をリリースし得る。代わりに、水溶性であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を層７０５Ｂとして用い、後に水に晒すことによって除去して、形成されたナノロッド７４０をリリースし得る。更に、ＰＭＭＡ領域、つまりはこのプロセスで形成されるナノロッド７４０の直径を、ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマー中のＰＭＭＡに対するＰＳの量等の因子を調整することによって、調整し得る。上述の例よりも多いパーセンテージのＰＭＭＡはより大きな直径のＰＭＭＡ領域をもたらし、より少ないパーセンテージのＰＭＭＡはより小さな直径のＰＭＭＡ領域をもたらし得る。一部実施形態では、ＰＭＭＡ領域の直径は略５ｎｍから略５０ｎｍまでで異なり得る。
【０１１７】
トレンチ７１０の深さを調整することによって、ＰＭＭＡ領域の形状を調整し得る。上述のように、略２５ｎｍの深さを有するトレンチでは、ＰＭＭＡの半シリンダー領域が７０：３０ＰＳ‐ｂ‐コポリマーを用いて形成される。トレンチの深さを増大させる及び／又はＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマー中のＰＭＭＡのパーセンテージを減少させると、ＰＳマトリクス中に完全に埋め込まれたＰＭＭＡ領域の完全なシリンダーが形成され得る。
【０１１８】
ブロックコポリマーを用いてナノスケール原料要素、例えば、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、又はタングステンのうち一種以上を含むがこれらに限定されない物質のナノロッドを形成する他の方法は、ブロックコポリマー中に自己組織化される領域の逐次浸透合成（ＳＩＳ，ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）を含む。この方法の一例が図８Ａ〜図８Ｃに示されている。
【０１１９】
図８Ａは、基板、例えばシリコン基板の一部分を示し、その上にナノスケール原料要素が形成される。基板８１５の上面に、フォトレジスト８１０のパターン化ラインによって、膜受容領域８０５を画定する。液体ブロックコポリマー、例えばＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーを、例えばスピン堆積によって、基板８１５上に堆積させて、膜受容領域８０５の少なくとも一部分を充填する。ブロックコポリマーをアニーリングして、個別のポリマー領域、例えば、図８Ｂに示されるようなＰＳのマトリクス８２５中のＰＭＭＡロッド８２０を形成する。ＰＭＭＡロッドは、略１０ｎｍから略１０ｎｍまでの寸法を有し得るが、これら寸法は限定的なものではない。
【０１２０】
膜受容領域８０５は、基板８１５で形成されたウェーハ８３０の幅の全体又は実質的に全体にわたって延在し得る（図８Ｃ）。ウェーハ上のフォトレジスト８３５をパターン化し、例えばＯ２プラズマエッチングでのエッチングによってアニーリングされたブロックコポリマーの露出領域を除去し、次いでフォトレジスト８３５を除去することによって、アニーリングされたブロックコポリマーから形成されるナノスケール原料要素の長さを定め得る。代わりに、このエッチングを、以下のＳＩＳステップの後によって行い、この方法によって形成されるナノロッド７４０の長さを定めることもできる。
【０１２１】
例えば、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、タングステンのうち一種を備える、から成る又は実質的に成るナノスケール原料要素を、ＳＩＳによって、アニーリングされたブロックコポリマーのＰＭＭＡロッド８２０から形成し得る。ＳＩＳプロセスでは、まず、金属前駆体、例えば、ＴｉＣｌ４、ＡｌＣｌ３、Ａｌ（ＣＨ３）３のうち一種、又は、ＰＳマトリクスに拡散し且つＰＭＭＡ領域中のカルボニル基と反応する他の既知の金属前駆体を含む蒸気に、アニーリングされたブロックコポリマーを晒す。例えば高純度Ｎ２でのパージステップによって、配位していない余分な金属前駆体を、アニーリングされたブロックコポリマーから除去し得る。ＰＭＭＡのカルボニル基に結合している金属前駆体の第一モノマーが反応サイトを与え、その反応サイトに、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ，ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスでアニーリングされたブロックコポリマーに蒸気状で導入される物質が結合する。例えば、Ａｌ２Ｏ３ナノロッドを形成するため、ＡＬＤ堆積装置中において、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーがＡｌ（ＣＨ３）３／Ｈ２Ｏ蒸気に晒される。Ａｌ（ＣＨ３）３とＰＭＭＡのカルボキシル基との間で配位反応が生じ、これにＨ２Ｏ加水分解が続いて、ＰＭＭＡ領域中にＡｌ‐ＯＨ種の第一モノマーを形成する。後続のＡｌ（ＣＨ３）３／Ｈ２Ｏ暴露のＡＬＤサイクル（例えば、サイクル毎に３００秒のＮ２パージと６０秒のＡｌ（ＣＨ３）３／Ｈ２Ｏ暴露）が、Ａｌ２Ｏ３の形成及びＡｌ‐ＯＨ種の第一モノマーへの結合と、ＰＭＭＡ領域中のＡｌ２Ｏ３シリンダーの層毎の構築をもたらす。行われるＡＬＤのサイクル数は、Ａｌ２Ｏ３シリンダーが所望の直径に成長するものとされ得る。例えば、１０回のＡＬＤサイクル後には、略３０ｎｍの直径を有するＡｌ２Ｏ３シリンダーが形成されている。
【０１２２】
Ａｌ２Ｏ３シリンダーが所望の直径にまで成長した後、Ａｌ２Ｏ３シリンダーを、クリック化学基が結合することになる物質で機能化（官能化）させ、又は所望のクリック化学基で直接機能化（官能化）させ得る。一実施形態では、形成されたＡｌ２Ｏ３シリンダーを含むＰＳマトリクスの端面を、例えばＯ２プラズマエッチングを用いてエッチングして、Ａｌ２Ｏ３シリンダーの端部を露出させ得る。例えばスパッタリングやＣＶＤによって、所望の物質をＡｌ２Ｏ３シリンダーの端部上に堆積させ得る。異なる物質をＡｌ２Ｏ３シリンダーの異なる端部に堆積させて、異なる又は相補的なクリック化学基をＡｌ２Ｏ３シリンダーの両端に結合させ得る。
【０１２３】
次いで、例えば適切な溶媒中でのＰＳの溶解によって、ＰＳマトリクスを除去して、Ａｌ２Ｏ３ナノスケール原料要素をリリースする。次いで、ＰＳを溶解させるのに用いされた溶媒を濾過することによって、リリースされたＡｌ２Ｏ３ナノスケール原料要素を収集する。
【０１２４】
同様の方法を用いて、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーからＴｉＯ２シリンダーナノスケール原料要素が形成される。ＴｉＯ２シリンダーナノスケール原料要素を形成するため、ＡＬＤ堆積装置中で、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーをＴｉＣｌ４／Ｈ２Ｏ蒸気に晒し得る。ＴｉＣｌ４が、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーのＰＭＭＡ領域のカルボニル基と配位して、加水分解して、Ｔｉ‐ＯＨを形成する。Ｔｉ‐ＯＨ種は、後続のＴｉＣｌ４／Ｈ２Ｏ  ＡＬＤ堆積サイクルで反応サイトとして機能し、ＴｉＯ２シリンダーナノスケール原料要素を構築する。
【０１２５】
ＳｉＯ２シリンダーナノスケール原料要素は、Ａｌ触媒ＳｉＯ２  ＡＬＤによって、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーから形成され得る。まず、ＡＬＤ堆積装置中で、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーをＡｌ（ＣＨ３）３／Ｈ２Ｏ蒸気に晒す。Ａｌ（ＣＨ３）３とＰＭＭＡのカルボニル基との間で配位反応が生じ、これにＨ２Ｏ加水分解が続いて、ＰＭＭＡ領域中にＡｌ‐ＯＨ種が形成される。シラノール蒸気及びＮ２パージを用いた後続のＡＬＤプロセス（例えば、４００秒のシラノール暴露と１２００秒のＮ２パージとを交互で行う）で、シラノールがＡｌ‐ＯＨ種と反応して、ＳｉＯ２を形成する。
【０１２６】
ＺｎＯシリンダーナノスケール原料要素は、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーから、Ａｌ触媒ＺｎＯ  ＡＬＤによって形成され得て、これは、まず、Ａｌ（ＣＨ３）３／Ｈ２Ｏ  ＡＬＤによって、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡのＰＭＭＡ領域にＡｌ‐ＯＨを形成することと、後続のジエチル亜鉛ＡＬＤサイクル（例えば、３００秒のジエチル亜鉛暴露と３００秒のＮ２パージとを交互に行うこと）を含む。タングステンシリンダーナノスケール原料要素は、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーから、Ａｌ触媒Ｗ  ＡＬＤによって形成され得て、これは、まず、Ａｌ（ＣＨ３）３／Ｈ２Ｏ  ＡＬＤによって、アニーリングされたＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡコポリマーのＰＭＭＡ領域にＡｌ‐ＯＨ種を形成することと、後続のＳｉ２Ｈ６種とＷＦ６種とに対する交互のＡＬＤ暴露とを含む。
【０１２７】
上述のＳＩＳプロセスに多様な修正を行い得ることは理解されたい。ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡブロックコポリマーは、ナノスケール原料要素を形成するの利用可能なように異なるポリマー領域中に自己組織化するブロックコポリマーの単に一例である。ＳＩＳプロセスによってナノスケール原料要素を形成するのに適した他の多様な既知のブロックコポリマーとして、例えば、ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）‐ｂ‐ペリレンジイミドアクリレート、ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）‐ｂ‐ビニルピリジン、ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）‐ｂ‐ラクチド、ポリスチレン‐ｂ‐ポリエチレンオキシド、ポリ（スチレン‐ｂ‐イソプレン）、ポリ（スチレン‐ｂ‐ブタジエン‐ｂ‐メチルメタクリレート）、ポリ（スチレン‐ｂ‐（エチレン‐コ‐ブチレン）‐ｂ‐メチルメタクリレート）、ポリ（スチレン‐ｂ‐４‐ビニルピリジン）、ポリ（イソプレン‐ｂ‐エチレンオキシド）、ポリ（スチレン‐ｂ‐エチレンオキシド）、ポリ（スチレン‐ｂ‐２‐ビニルピリジン）、ポリ（スチレン‐ｂ‐ヒドロキシスチレン）、ポリ（スチレン‐ｂ‐ｎ‐ブチルメタクリレート）、ポリ（スチレン‐ｂ‐フェロセニルジメチルシラン）、ポリ（スチレン‐ｂ‐ジメチルシロキサン）、ポリ［スチレン‐ｂ‐（エチレン‐ａｌｔ‐プロピレン）］、ポリ（スチレン‐ｂ‐エチレンブチレン‐ｂ‐スチレン）、ポリ（スチレン‐ｂ‐ブタジエン）を挙げることができる。これらブロックコポリマーのうち一部は、シリンダー状のロッド形状領域ではなくて、矩形のバー状領域１０００（図９を参照）に自己組織化し得て、バー状のナノスケール原料要素が形成される。
【０１２８】
ＰＳ‐ｂ‐ＰＭＭＡブロックコポリマーのＰＭＭＡ領域中のカルボニル基と金属前駆体を反応させることに代えて又は加えて、他の金属前駆体を用いて、例えば、金属と配位子との配位、共有結合、又は他の相互作用によって、異なるブロックコポリマーのブロックコポリマー領域中の異なるポリマー単位と結合させ得る。例えば、ポリビニルピリジン（多くのブロックコポリマーにおいて一般的なブロック）のピリジン基は、例えば、Ａｌ（ＣＨ３）３、ＡｌＣｌ３、ＺｎＣｌ２、ＣｄＣｌ２等の金属化合物と選択的に結合することができる。ポリアクリル酸（多くのブロックコポリマーにおいて一般的な他のブロック）のヒドロキシル基は、Ａｌ（ＣＨ３）３、ＴｉＣｌ４、又はＺｎ（Ｃ２Ｈ５）２と反応して、共有結合を形成することができる。これら金属前駆体はいずれも、例えば上述のようなＡＬＤプロセスを用いて、ブロックコポリマーのブロック領域中の多様な物質の成長用の前駆体として使用可能である。
【０１２９】
上述の原料要素を形成する方法のうちいずれにおいても、原料要素の機能化部分は一つ以上の長鎖分子（例えば、ポリエチレングリコール、ポリマー鎖、又はペプチド鎖）を含み得て、その長鎖分子は、原料要素の本体と、その原料要素に接続したクリック化学分子又はクリック化学基との間において、原料要素に結合される。長鎖分子は、クリック化学分子に対する柔軟性、及び／又は、クリック化学分子の異なる端部を異なる方向に向けて他の要素を異なる向きで原料要素に結合させる性能を与え得る。
【０１３０】
「クリック」ケミストリー
「クリック」ケミストリーは、小ユニットを互いに結合させることによって素早く且つ確実に物質を生成するのに用いられる一種の化学合成を表す用語である。クリックケミストリーは、自然界の例に従う生成物を生成し、また小さなモジュールユニットを結合させることによって物質を生成する方法を記述する。この用語は、Ｋ．バリー・シャープレスによって１９９８年に作られ、スクリプス研究所のシャープレス、ハートマス・コルブ、Ｍ．Ｇ．フィンによって２００１年に初めて完全に説明された。
【０１３１】
一部実施形態では、「クリックケミストリー」反応を用いて、マイクロスケール又はナノスケール原料要素を基板及び／又は他のマイクロスケール又はナノスケール原料要素に結合させて、本願で開示される実施形態の構造を形成する。結合される原料の面又は側部（及び／又は結合される原料の面と基板の領域）を、相補的な化学基でパターン化し、本願では、Ａ‐Ａ’対、Ｂ‐Ｂ’対、Ｃ‐Ｃ’対等と称し（ここで、ＡはＡ’に結合するが、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’には結合せず、ＢはＢ’には結合するが、Ａ、Ａ’、Ｃ、Ｃ’には結合しないといったようになる）、これらは互いに共有結合性の永続的なクリック反応で結合する。このような共有結合は、脱水、温度及び溶液条件の変動に対して安定であり、階層的構造アセンブリに対して高度にロバストな方法となる。
【０１３２】
本願で開示されるアセンブリ方法及び構造の実施形態においては、多様な「クリック」反応を用い得る。一例では、アルキン（又はシクロオクチン）とアジド官能基が、このようなＡ‐Ａ’対を表し、ヒュスゲン１，３‐双極性環状付加として知られている最も効率的で選択的で多用なクリック反応の一つを示す。他の例では、代替的なＡ‐Ａ’対として、アルケン（つまり、マレイミド）に対するチオールのマイケル付加を用い得る。オキシムを形成するアルコキシアミンとアルデヒドの反応は、直交型反応である第三のＡ‐Ａ’対を与える。アニシジン誘導体に対する置換フェノールの酸化カップリングは、第四のＡ‐Ａ’対を与えるものとして用いられ得る。ビオチンとストレプトアビジン官能基も他のＡ‐Ａ’対を表す。多様な他のＡ‐Ａ’クリック化学対が当該分野において知られている。
【０１３３】
クリック活性機能性部分の高い反応性は、大抵の従来のリソグラフィパターン化法とは相容れない。この制限を解消するため、一部実施形態は、従来のマイクロ製造法を含み、基板又はマイクロスケール若しくはナノスケール原料要素にクリック化学基及び／又はリンカー分子及びクリック化学基を結合させるのに用いられる基板又はマイクロスケール若しくはナノスケール原料要素の部分に中間物質を結合させる。一部実施形態では、基板の表面を、クリック化学物質に結合する前駆体が選択的に機能化（官能化）させる物質でパターン化する（例えば、金表面にはチオールが結合し、シリコン表面にはシランが結合し、酸化鉄や他の金属にはカルボキシル基が結合する）。マイクロスケール又はナノスケール原料要素が上述のようなモールドやテンプレートで製造される場合（例えば、モールド中の電気めっきピラーや、ポリマーマトリクス中でＳＩＳで形成された原料要素）、機能化（官能化）は、モールドからの取り外し前に、露出面において生じる。
【０１３４】
構成ブロックのマイクロ製造及び化学的に異なる表面での機能化の後に、関連する「クリック」前駆体基を基板及び／又は原料の表面に移植して、所望の機能性を有する表面を生成する。クリック反応の特異性は、多数の反応を同時に行い、最終的なアセンブリプロセスの設計における最大限の多用性を与える可能性がある。一部実施形態では、全ての「クリック」反応を、自発的になるような条件下で行い得て、二つの表面が接触すると、直ちに反応して強力で永続的な結合を形成するようにし得る。他の実施形態では、例えば、高速反応が許容不可なレベルの欠陥をもたらす場合、触媒の添加（アジド‐アルキンの場合にはＣｕ、チオール‐マレイミドの場合にはチオール還元剤、オキシム化学構造の場合にはアニリン、フェノール酸化結合の場合には酸化剤）を利用して、粒子が正しい構成にアニーリングされた場合のみに共有結合を生じさせる。この場合、弱い非共有結合性の相互作用、例えば、水素結合ドナー／アクセプタや静電相互作用を用いて、共有結合の形成前に、基板又は他の原料上における原料の適切な配向を促進することができる。
【０１３５】
一部実施形態では、リンカーを用いて、クリック化学基を、基板上の金属パターン及び／又は原料要素に結合させることができる。リンカーは、表面機能化（つまりチオール）とクリックケミストリーとの間のスペーサと考えられ得る。リンカーの例として、アルキル、アリール、ヘテロ原子置換型アルキル鎖（溶解度、間隔及び又は機械的剛性を可変にする）が挙げられる。
【０１３６】
［ＤＮＡ選択的アセンブリ］
医療診断の分野では、ＤＮＡ選択性センサが開発されていて、流体サンプル中の一種以上の病原体（例えば、ウィルスやバクテリア）の存在の検出を、その一種以上の病原菌に特有なＤＮＡ鎖の存在を感知することによって可能にしている。多様なＤＮＡ選択性センサは、センサ要素、例えば、対象の病原体のＤＮＡと相補的なＤＮＡの鎖の一部分が付着した金細線又は他のナノ構造を含む。センサ要素に付着したＤＮＡ鎖と相補的な塩基（Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔ）の配列を有する病原体のＤＮＡ鎖が、センサ要素に付着したＤＮＡ鎖と接触すると、二つのＤＮＡ鎖が互いに結合して、センサ要素の機械的又は電気的な変化を生じさせ、それが検出されて、病原体の存在を示し得る。
【０１３７】
一部実施形態では、互いに選択的に結合する相補的ＤＮＡ鎖の性能を利用して、本願で開示されるようなマイクロスケール又はナノスケール原料要素の結合方法を提供し得る。例えば、一部実施形態では、第一ＤＮＡ鎖を、第一マイクロスケール原料要素を付着させたい箇所において基板に結合させる。第一ＤＮＡ鎖と相補的なＤＮＡ鎖を、基板に結合させたい第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素の領域に結合させる。図１０に示されるように、第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１を溶液７１０中に入れて、基板７０５を溶液７１０に晒す。ＤＦＡプロセスを介して、例えば上述のような誘電泳動を用いて、第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１を基板７０５上に整列及び配置する。第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１のうち一つの上のＤＮＡ鎖７１５が基板７０４上の相補的なＤＮＡ鎖７２０に近接すると、二つのＤＮＡ鎖が互いに引き合って、第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１を基板７０５に結合させる。
【０１３８】
一部実施形態では、相補的なＤＮＡ鎖を用いて第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１を基板７０５に結合させることに加えて、追加の結合機構７２５を提供する。例えば、相補的なＤＮＡ鎖に加えて、基板７０５とマイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１とのうち一方又は両方に追加の結合機構７２５を所望の結合箇所において与える。追加の結合機構７２５として、例えば、熱によって活性化可能な接着剤（ワックス、熱溶融接着剤等）又は一種以上の放射線（紫外線、化学線等）に晒されることによって活性化可能な接着剤、及び／又ははんだ物質（例えば、インジウム／金や鉛／錫の共晶合金）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。相補的なＤＮＡ鎖によって第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１が基板７０５に結合された後で、追加の結合機構を熱又は放射線の印加によって活性化させて、第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１と基板７０５との間の結合を形成し得て、その結合は、相補的なＤＮＡ鎖同士の間の結合よりも強力であり得て、また、相補的なＤＮＡ鎖同士の間の結合よりも乾燥環境中においてロバストであり得る。
【０１３９】
追加のマイクロスケール又はナノスケール原料要素を、第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１上の所望の領域に結合された他のＤＮＡ鎖と相補的なＤＮＡ鎖で機能化させて、第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１を基板７０５に結合させるのと同様にして、追加のマイクロスケール原料要素を第一マイクロスケール又はナノスケール原料要素Ｌ１に結合させ得る。このＤＮＡでアシストされる結合プロセスは、複数レベルのマイクロスケール又はナノスケール原料要素を所望の構造に結合させるように拡張可能である。
【０１４０】
［ナノスケール原料から形成される三次元格子構造］
マイクロ及びナノスケール原料要素を本開示の方法で結合させて、特性、従来のエンジニアリング物質では得ることができない特性、例えば、強度対重量比、比重エネルギー吸収、剛性、強度対密度比、他の物理的、光学的、電気的、又は磁気的特性を有する格子構造を含むメタマテリアルを形成し得る。構造エアロゲルの具体的な例では、メタマテリアルエアロゲルを、本開示の方法に従って形成された直径３０ｎｍ×長さ５００ｎｍのＳｉＯ２支柱から形成し、本開示の結合方法を用いてオクテットトラス構造に組み立て得る。図１１を参照。このメタマテリアルエアロゲルの計算された物理的及び機械的特性が、従来のシリカエアロゲルのものと比較して以下の表１に示されている：
【０１４１】
【表１】
2018526237.tif 000003
【０１４２】
オクテットトラス構造は、従来のシリカエアロゲルのランダムなネットワークよりも高い熱抵抗を示すので、構造エアロゲルはより高い断熱性（より小さな熱伝導率）も示す。構造エアロゲルは、従来のエンジニアリング物質と比較して、断熱性と機械的強度の特異な組み合わせを示す（図１２を参照）。こうした特性により、構造エアロゲルは、例えば航空機や宇宙船における断熱材用に望ましい物質となる。
【０１４３】
マイクロ又はナノスケール原料要素から形成された他の格子構造は、従来の発泡体、エラストマーやハニカム構造と比較して、比重エネルギー吸収を１０倍以上改善し、また、大幅に減少して伝わるインパルス及び接触応力を保証し得る。マイクロ又はナノスケール原料要素から形成された格子構造の動的なエネルギー吸収の改善は、調整可能な格子設計（例えば、物質、トポロジー、層化の選択）、非常に優れた格子支柱長さ、及び、相対密度を大幅に減少させる性能によるものであり、応力下での「緻密化」の発現を遅らせる。従って、マイクロ又はナノスケール原料要素から形成された格子構造は、例えば、個人用保護具（ヘルメット等の運動用具や軍用装甲）、車両衝突保護（脊椎損傷を低減するような速度変化緩衝体として機能するような座席におけるものや衝突表面におけるもの）、人、車両及び構造用のエアブラスト保護、人及び設備用の水中衝撃保護を含む実施形態において望ましいものとなり得る。
【０１４４】
マイクロ又はナノスケール原料要素から三次元格子を形成する方法の一例が図１３Ａ〜図１３Ｄに示されている。この例では、異なる要素間の結合は相補的なクリック化学基を介して行われるものとして説明されるが、異なる要素上の相補的なＤＮＡ鎖を追加的又は代替的に用いて異なる要素を結合させることができることを理解されたい。
【０１４５】
図１３Ａは、画定されたパターンにおいてクリック化学基１１０５で機能化（官能化）された基板１１００を示す。例えば、基板は、金ドットのアレイでパターン化され得て、それに、二官能性クリック化学分子の第一側、例えばチオール側が結合し得て、又は、露出されたシリコンアイランドのパターンを含み得て、それに、二官能性クリック化学分子のシラン側が結合し得る。二官能性クリック化学分子の第二側は、クリック化学基１１０５、例えばアジドや、上述の他のクリック化学基のうち一種を含み得る。他の実施形態では、クリック化学分子の第一側及び第二側の両方が同じ種のクリック化学基で機能化（官能化）され得る。一部実施形態では、クリック化学分子は、長鎖分子（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ，ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ）、ポリマー鎖、ペプチド鎖）に接続された一種以上の化学基を含み得る。長鎖分子は、クリック化学分子に対する柔軟性、及び／又は、クリック化学分子の異なる端部を異なる方向に向ける性能を与え得る。
【０１４６】
一部実施形態では、基板１１００は導電性であり（例えば、高濃度ドープシリコン）、及び／又は、導電性薄膜、例えば、金属、インジウム錫酸化物又は他の導電性物質でコーティングされて、基板１１００の表面にわたる電荷の広がりを促進し、基板１１００の表面上の適所にマイクロスケール原料要素を整列、配向及び／又は移動させる電場の生成に役立てる。
【０１４７】
第一組の原料要素１１１０、例えば、基板１１００上のクリック化学基１１０５と相補的なクリック化学基１１２０で機能化（官能化）させた第一端１１１５を有するマイクロ又はナノスケールのロッド又はバーを含む流体に基板を晒す。例えば、第一組の原料要素１１１０の第一端１１１５はＳｉＯ２でコーティングされ得て（又は、第一組の原料要素１１１０がＳｉＯ２から形成され得る）、それに、分子の第二側上のアルキン基を有する二官能性クリック化学分子のシラン側が結合する。二官能性クリック化学分子（及び／又は、基板、リンカー要素、又は本開示の他の原料要素に結合したクリック化学分子）は、第一クリック化学基と第二クリック化学基との間（例えば、シランクリック化学基とアルキンクリック化学基）に結合した中間化学基、例えば、ＰＥＧ、ポリマー鎖、ペプチド鎖も含み得る。マイクロ又はナノスケールのロッド又はバーは、第一端１１１５と同じクリック化学基１１２０、基板１１００と同じクリック化学基１１０５、又は異なるクリック化学基１１３０のいずれかで機能化（官能化）された第二端１１２５を有する。例えば、マイクロ又はナノスケールのロッド又はバーの第二端１１２５は、金でコーティングされ得て、それに、アジドを含む第二側を有する二官能性クリック化学分子のチオール側が結合する。代わりに、マイクロ又はナノスケールのロッド又はバーの第二端１１２５は、ＳｉＯ２でコーティングされるか、又はＳｉＯ２から形成され得て、それに、アルキン基を含む第二端を有する二官能性クリック化学分子のシラン側が結合する。
【０１４８】
第一組の原料要素１１１０は、上述の指向性流体アセンブリ方法のうち一つを用いて基板１１００上に整列され、又は、第一端１１１５上のクリック化学基１１２０が、基板１１００に結合したクリック化学分子上のクリック化学基１１０５と接触するまで流体中で拡散される。例えば、クリック化学分子の自由端を、基板が浸漬される流体のブラウン運動によって生じる力に晒して、第一組の原料要素１１１０の自由端１１１５上のクリック化学基１１２０と接触するまで移動させ得る。クリック化学基１１０５と１１２０とが互いに結合して、所定のパターン及び向きで第一組の原料要素１１１０を基板１１００に結合させる。一部実施形態では、基板１１００上の異なる結合点は異なるクリック化学基を含み、第一組の原料要素１１１０のうち異なる要素が、第一組の原料要素１１１０のうち他のものと相補的なクリック化学基有し得て、また、異なる物質を含み得て、又は異なるサイズや形状を有し得る。異なる特性を有する第一組の原料要素１１１０のうち異なる要素は、基板１１００上の異なる所定のスポットに結合し得る。
【０１４９】
基板１１００の機能化領域は、基板の機能化領域に結合する原料要素１１１０の部分（例えば、原料要素の端部の領域）の面積よりも大きな面積を有し得る。従って、複数の原料要素が、基板の個々の機能化領域に結合し得る。
【０１５０】
次いで、例えば、結合した第一の組の原料要素１１１０を含む基板をリンカー要素１１３５を含む他の流体に浸漬することによって、第一組の原料要素１１１０の第二端１１２５がリンカー要素１１３５に晒される。リンカー要素１１３５は、第一組の原料要素１１１０の第二端１１２５上のクリック化学基１１３０と相補的なクリック化学基１１４０で機能化（官能化）された少なくとも一つの部分又は側を含む。リンカー要素１１３５は、球、又は所望の数の辺を有する三次元角柱、例えばキューブ（立方体）であり得る。一部実施形態では、リンカー要素１１３５は、長鎖分子（例えば、ポリエチレングリコール、ポリマー鎖、ペプチド鎖）に接続した一つ以上のクリック化学基を含み得る。長鎖分子の第一端の化学基は、リンカー要素１１３５の本体に結合し得て、一方、長鎖分子の他の側又は部分に結合したクリック化学基は、第一組の原料要素１１１０の第二端１１２５上のクリック化学基１１３０と相補的なクリック化学基１１４０を含み得る。長鎖分子は、リンカー要素１１３５に対する柔軟性、及び／又は、リンカー要素１１３５の異なる側又は部分上のクリック化学基が異なる方向を向く性能を与え得る。リンカー要素１１３５（又は関連する長鎖分子）の異なる側又は部分は、同じ又は異なるクリック化学基１１４０、１１４５で機能化（官能化）され得て、そのクリック化学基は、一部実施形態では、基板１１００又は第一組の原料要素１１１０の第一端若しくは第二端に結合したのと同じクリック化学基１１０５であり得る。
【０１５１】
リンカー要素１１３５は、リンカー要素１１３５に結合する異なる原料要素同士、又はその基同士の間の配位及び／又は相対角度を設定するようなサイズ及び／又は形状にされ得る。例えば、図１３Ｃに示されるリンカー要素１１３５については、リンカー要素（この例では球として示される）が、六つの原料要素ロッドがその上に適合するようなサイズにされ得て、図１３Ｄに示されるような所望の格子構造を形成することが望まれる。リンカー要素１１３５が大き過ぎる場合には、余分で不必要で更には望ましくないものとなり得る原料要素ロッドがリンカー要素１１３５に結合し得る。リンカー要素１１３５が小さ過ぎる場合には、所望の格子構造を形成するには不十分な数の原料要素がリンカー要素１１３５に付着し得る。リンカー要素１１３５の配位及び原料要素ロッドの接続長さの両方を適切に設定することを含む方法によって、所望の種類の格子又はトラス構造を作ることができる。
【０１５２】
一部実施形態では、リンカー要素１１３５と原料要素との間の結合強度を制御し得て、特定の原料要素種間の結合、及び／又はリンカー要素１１３５の特定の側に対する結合が異なる強度を有し得る。例えば、特定の結合は簡単に曲がり得て（例えば、要素間のピン継手を模倣するように）、他の結合はより硬くなり得る。リンカー要素１１３５の異なる側、及び／又は異なるリンカー要素１１３５、及び／又は異なる原料要素に結合したクリック化学分子のクリック化学基間に配置された長鎖分子の長さ、物質又は他の特性を調整することによって、異なる結合強度を調整することができる。一部実施形態では、リンカー要素１１３５の異なる側、及び／又は異なるリンカー要素１１３５、及び／又は異なる原料要素のみに選択的に結合したクリック化学分子のクリック化学基間に長鎖分子が配置され得る。
【０１５３】
上述の指向性流体アセンブリ方法のうち一つを用いて、拡散によって、又は、基板を浸漬させる流体の分子のブラウン運動の影響下において、リンカー要素１１３５を第一組の原料要素１１１０の第二端１１２５に接触させ、リンカー要素１１３５のクリック化学基１１４０が、第一組の原料要素１１１０の第二端１１２５上のクリック化学基１１３０に結合し、リンカー要素１１３５を第一組の原料要素１１１０の第二端１１２５に結合させる。一部実施形態では、異なるクリック化学基及び／又は異なる形状若しくは他の特性を有する異なるリンカー要素１１３５が、第一組の原料要素１１１０のうち異なる原料要素に結合し得る。
【０１５４】
次いで、例えば、結合した第一組の原料要素１１１０及びリンカー要素１１３５を含む基板１１００を第二組の原料要素１１５０を含む他の流体に浸漬することによって、リンカー要素１１３５の自由側が第二組の原料要素１１５０に晒される。第二組の原料要素１１５０は、第一組の原料要素１１１０と同じ又は異なる物質製のロッド又はバーであり得る。第二組の原料要素１１５０は、クリック化学基１１６０で機能化（官能化）させた第一端１１５５と、クリック化学基１１７０で機能化（官能化）させた第二端１１６５とを含む。クリック化学基１１６０及び１１７０は、一部実施形態において、同じ化学基であり、また、第一組の原料要素１１１０の第一端及び第二端に結合したクリック化学基１１２０、１１３０と同じ又は異なるものであり得る。第二組の原料要素１１５０の第一端１１５５及び第二端１１６５のクリック化学基１１６０、１１７０は、リンカー要素１１３５の自由側上のクリック化学基１１４０、１１４５と相補的である。一部実施形態では、クリック化学基１１６０、１１７０は、一以上の長鎖分子、例えば、ポリエチレングリコール、一以上のポリマー鎖を介して、第二組の原料要素１１５０の第一端１１５５及び第二端１１６５に結合される。
【０１５５】
上述の指向性流体アセンブリ方法のうち一つを用いて、又は拡散によって、第二組の原料要素１１５０の第一端１１５５及び第二端１１６５をリンカー要素１１３５と接触させると、リンカー要素１１３５のクリック化学基１１４０、１１４５が、第二組の原料要素１１５０の第一端１１５５及び第二端１１６５上のクリック化学基１１６０、１１７０に結合し、第二組の原料要素１１５０の第一端１１５５及び第二端１１６５をリンカー要素１１３５に結合させ、その延長線上として第一組の原料要素１１１０に結合させる。第二組の原料要素１１５０のうち異なる要素は異なる特性、例えば、物質及び／又は形状及び／又はサイズを有し得て、異なるクリック化学基を有し得て、また、異なるリンカー要素１１３５及び第一組の原料要素１１１０の異なる原料要素に結合し得る。
【０１５６】
第二組の原料要素１１５０は、リンカー要素１１３５を介して第一組の原料要素１１１０に結合し得て、第二組の原料要素１１５０の長手方向軸が第一組の原料要素１１１０の長手方向軸に実質的に垂直になるようにし得る。第一原料要素１１１０及び第二原料要素１１５０は互いに格子構造で結合され得る。第一原料要素１１１０及び第二原料要素１１５０は、形成したい格子又はトラス構造の種類に応じた異なる角度で互いに結合され得る。第一原料要素１１１０と第二原料要素１１５０との間の結合の角度は、第一原料要素１１１０及び第二原料要素１１５０の端面の角度、及び／又は、第一原料要素１１１０及び／又は第二原料要素１１５０の端部上のクリック化学基の向き、及び／又は、リンカー要素１１３５の形状、及び／又は、リンカー要素１１３５上のクリック化学基の向きによって、決定され得る。異なるクリック化学基間の結合角度は、第一原料要素１１１０と第二原料要素１１５０との間の結合の向きにも影響し得る。第二組の原料要素１１５０のうち複数の原料要素が、このようにして第一組の原料要素１１１０のうち各々の各端部に結合し得る。第一原料要素１１１０及び第二原料要素１１５０の結合パターンはメソ構造パターン、つまり、ナノスケールの寸法領域とマイクロスケールの寸法領域との間のメソスケール領域において、特徴寸法、例えば、結合した原料要素の繰り返しパターンの寸法を有するパターンとみなされ得る。
【０１５７】
少なくともいくつかのリンカー要素１１３５の少なくとも一つの追加側は自由なままとされ、クリック化学基１１４５を含み、それに追加の原料要素が結合し得る。リンカー要素１１３５の追加側は、基板１１００に結合したクリック化学基と同じ機能を果たし得て、結合させたい第一原料要素、第二原料要素及びリンカー要素の追加層を与える。次いで、第一原料要素、第二原料要素及びリンカー要素の追加層が結合され得て、所望のサイズを有する格子又はトラス構造を構築し得る。例えば、上述の方法に従って原料要素の複数層を結合させて、図１１に示されるようなオクテットトラスを形成し得る。
【０１５８】
一部実施形態では、リンカー要素と、リンカー要素間に結合した原料要素と、開放クリック結合とを有するメソ構造ユニットセルを、上述のようにしてアセンブリして、次いで、上述のような層で基板上にアセンブリすること、又は基板無しで上部構造にアセンブリすることができる。
【０１５９】
一部実施形態では、リンカー要素１１３５を省いて、多様な原料要素を互いに直接結合させて、格子又はトラス構造を形成し得ることを理解されたい。原料要素の異なる部分及び／又は側を異なるクリック化学基で機能化（官能化）させて、結合した原料要素の向きを制御し得る。一組の原料要素のうち複数の原料要素が、第二組の原料要素の個々の原料要素の個々の機能化部分に結合し得る。
【０１６０】
基板１１０は全ての実施形態において必要なものではない。一部実施形態では、異なる原料要素が溶液中に同時に導入され得て、相補的なクリック化学基（及び／又は相補的なＤＮＡ鎖）を介して互いに結合し、原料要素を基板上に支持する必要なく、格子又はトラス構造を形成し得る。第二組の原料要素は、溶液中で第一組の原料要素の第一端及び第二端の両方（又は、第一組の原料要素の第一端及び第二端上のリンカー要素）に結合し、三次元格子又はトラス構造の少なくとも一部分を形成し得る。追加の原料要素は第一原料要素又は第二原料要素のリンカー要素の他の部分に結合して、格子又はトラス構造を構築し得る。このプロセスは、格子又は格子構造が所望のサイズになるまで繰り返され得る。
【０１６１】
更に、クリック化学基を含む結合サイトは、格子又はトラス構造を形成するのに用いられる原料要素の端部上だけではなく、原料要素の中間部分又は側部上にも存在し得て、原料要素が端部上の第一部分及び第二部分だけではなくて、それら端部から外れた第三部分においても互いに結合し得るようになることを理解されたい。
【０１６２】
他の態様では、マイクロ又はナノサイズの角柱を用いて、有用な特性を有する三次元構造、例えば電子的構造を形成し得る。具体的な一例では、本開示の方法に従って製造された矩形の角柱、ブロック、又はキューブ状の原料要素を用いて、インダクタを形成し得る。インダクタは、異なる二種類の原料要素、即ち、絶縁体、例えばＳｉＯ２を備える又はから成る原料要素と、導体、例えば銅やアルミニウムを備える又はから成る原料要素とから形成される。原料要素は、高さ、長さ、及び幅が略１μｍのものとなり得るが、より小さな寸法も利用可能であり、また、原料要素は必ずしも等しい、高さ、長さ及び幅の寸法を有する必要なない。原料要素は、異なる面上の異なるクリック化学基で機能化（官能化）され、他の原料要素のうちどれが結合するのかを制御するようにする。図１４Ａに示されるように、第一層の原料要素は互いに結合して、インダクタの第一層を形成し得る。原料要素は絶縁性原料要素１１５５と導電性原料要素１１６０とを含む。一実施形態では、原料要素を流体媒体中に導入し、上述の指向性流体アセンブリ方法のうち一つによって互いに接触するように動かし、又は異なる原料要素の面上の相補的なクリック化学基が互いに接触して原料要素を互いに結合するまで流体中で拡散させ得る。追加層の原料要素を加えて、図１４Ｂ〜図１４Ｄに示されるように一層ずつインダクタを構築し得る。最終的なインダクタ構造は図１４Ｅに示されているが、図１４Ｅでは明確性のため導電性原料要素１１６０のみが示されている。他のマイクロ又はナノスケールの電気又は電子デバイス、例えば、抵抗器、キャパシタ、トランジスタを同様の方法で製造し、更には、本開示の指向性流体アセンブリ及びクリック化学結合を用いて互いに接触させて三次元電気回路を形成し得る。一部実施形態では、アセンブリされたマイクロ又はナノスケールの電気又は電子デバイスを、相補的なクリック化学物質（又は相補的なＤＮＡ鎖）を用いたアセンブリ後にアニーリングして、原料要素間の結合強度及び／又は導電率を増加させ得る。
【０１６３】
多数の異なる種類の格子又はトラス構造を、本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成し得る。格子又はトラス構造の種類は、因子、例えば、利用可能な異なるマイクロ又はナノスケール原料要素の形状及びサイズ、マイクロ又はナノスケール原料要素上のクリック化学基の配向、リンカー要素の形状及びサイズ、リンカー要素上の異なるクリック化学基の配向を含む因子に基づいて決定され得る。
【０１６４】
本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成可能な格子の種類の一つは、オクテットトラス構造である。オクテットトラスは、図１１に示されるようなユニットセルＡを有する。オクテットトラス構造は、リチャード・フラーによって１９６１年に特許文献１において建築構造として初めて説明された。その構造は、面心立方（ｆｃｃ，ｆａｃｅ‐ｃｅｎｔｅｒｅｄ  ｃｕｂｉｃ）格子を有し、八面体コアの面上に分布した八つの四面体を有する。各ユニットセル又はノード（節）は１２個の支柱を有する。オクテットトラス構造は、多くの他の格子又はトラス構造のものよりも顕著に高い剛性対密度比を示す。
【０１６５】
本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成可能な他の種類の格子は、オーゼティック（ａｕｘｅｔｉｃ）物質格子を含む。オーゼティック物質は、負のポアソン比を有し、図１５Ａに示されるように、長さ方向に引っ張ると幅方向に膨らむ物質である。図１５Ａに示される構造は、リエントラント（ｒｅ‐ｅｎｔｒａｎｔ）型構造に分類される。本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成可能な多様なリエントラント型オーゼティック物質格子が図１５Ａ〜図１５Ｅに示されている。これらの構造は、図示を簡単にするため二次元で図示されている。
【０１６６】
本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成可能なオーゼティック物質格子は、キラル物質格子を含み得る。キラル構造中のキラルユニットは、回転対称性を有してノードに取り付いたリガメントを含む。その構造は左巻き又は右巻きであり得る。ノードがリガメントの両側に存在する場合、その構造はキラルであるとみなされる。ノードがリガメントの同じ側に存在する場合、その構造はアンチキラル（ラセミ）であるとみなされる。「メタキラル」構造は、ノードに取り付いたリガメントを含むが、回転対称性の次数が、各ノードに取り付いたリガメントの数と異なるものである。トリキラル構造の一例が図１６Ａに示されている。テトラキラル構造の一例が図１６Ｂに示されている。ヘキサキラル構造の一例が図１６Ｃに示されている。アンチトリキラル構造の一例が図１６Ｄに示されている。アンチテトラキラル構造の一例が図１６Ｅに示されている。これら構造は、図示を簡単にするため二次元で示されている。製造を簡単にするため、本開示のキラル物質格子の円形部分を、例えば図１６Ｆに示されるように、矩形又は他の多角形に置き換えてもよい。
【０１６７】
本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成可能なオーゼティック物質格子は回転ユニットを含み得る。マイクロ又はナノスケールユニットは回転結合を有して結合されて、図１７Ａ及び図１７Ｂに示されるように歪みを印加するとユニットが回転するようにし得る。
【０１６８】
本開示のマイクロ又はナノスケール原料要素から形成可能な更なるオーゼティック構造は、繊維によって結合されたノジュールを含み得る。図１８に示されるように、ノジュールが長さ方向に引っ張られると、繊維が幅方向においてノジュールを互いに離す。
【０１６９】
本発明の少なくとも一つの実施形態の複数の態様について説明してきたが、多様な変更、修正及び改良が当業者に容易に思い浮かぶことは理解されたい。そのような変更、修正及び改良は本開示の一部であり、本発明の要旨及び範囲内にあるものである。従って、上記説明及び図面は単に例示的なものである。
【図１Ａ】
2018526237.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３Ａ】
2018526237.tif 000011
【図３Ｂ】
2018526237.tif 000012
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｄ１】
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【図３Ｅ】
2018526237.tif 000016
【図３Ｆ】
2018526237.tif 000017
【図３Ｇ】
2018526237.tif 000018
【図３Ｈ】
2018526237.tif 000019
【図３Ｉ】
2018526237.tif 000020
【図３Ｊ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2018526237.tif 000023
【図５Ａ１】
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【図５Ｂ】
2018526237.tif 000025
【図５Ｂ１】
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【図５Ｃ】
2018526237.tif 000027
【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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【図７Ａ】
2018526237.tif 000034
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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