(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の材料をある特定の領域に選択的に固定化する工程であって、
前記特定の材料を表面に-OH基が結合しているカプセル中に封入する工程と、
基板上の材料を固定化したい領域のみに、チオール基と化学結合する金属材料で被覆する工程と、
前記カプセルの表面に、
化学式１  HS-R1-Si(O-R2)nH3-n
ただし  R1は、(CH2)m  (m≧1)
R2はCH3、あるいは、(CH2)l CH3  (l≧1)
1≦n≦3
であらわされる材料を化学結合させる工程と、
前記化学式１であらわされる材料を化学結合した前記カプセルを、前記チオール基と化学結合する金属材料で被覆した領域のみに選択的に化学結合させる工程を含むことを特徴とする機能材料の固定化方法。
【請求項２】
前記カプセルの表面に、前記化学式１であらわされる材料を化学結合させる工程が、前記カプセル表面に結合している-OH基と、前記化学式１であらわされる材料中の-Si(O-R2)nH3-n基との反応による化学結合を利用した工程である請求項１記載の機能材料の固定化方法。
【請求項３】
前記化学式１であらわされる材料を化学結合した前記カプセルを、前記金属材料で被覆した領域のみに選択的に化学結合させる工程が、前記金属材料表面の金属原子と、前記化学式１であらわされる材料に含まれる-SH基との化学結合による請求項２記載の機能材料の固定化方法。
【請求項４】
特定の材料をある特定の領域に選択的に固定化する工程であって、
前記特定の材料を表面が酸化シリコン、酸化チタンのいずれかで形成されているカプセル中に封入する工程と、
基板上の材料を固定化したい領域のみに、チオール基と化学結合する金属材料で被覆する工程と、
前記カプセルの表面に、
化学式１  HS-R1-Si(O-R2)nH3-n
ただし  R1は、(CH2)m (m≧1)
R2はCH3、あるいは、(CH2)l CH3 (l≧1)
1≦n≦3
であらわされる材料を化学結合させる工程と、
前記化学式１であらわされる材料を化学結合した前記カプセルを、前記チオール基と化学結合する金属材料で被覆した領域のみに選択的に化学結合させる工程を含むことを特徴とする機能材料の固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属工業、化学工業、電子工業、機械工業、ならびに微小電気機械技術分野、精密加工技術分野等において、機能性材料を特定の領域に選択的に固定化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特定の機能材料をある特定の領域のみに選択的に固定化する方法としてはいくつかの方法が用いられてきた。まず、特定の領域のみに選択的に固定化する方法としては、フォトリソグラフィによりフォトレジストでマスクを形成しておき、その後、固定化したい機能材料をレジストパターンのない部分のみを選択的に付着させ、その後レジストを除去するリフトオフという方法が用いられる。また、基材の全面に機能性材料を付着させた後、その上面にフォトリソグラフィプロセスでフォトレジストをパターニングし、マスクでパターン形成をした後、不要な領域にある機能性材料を選択的に除去するという方法もよく用いられる。
【０００３】
一方、固定化方法としては、接着剤や粘着剤を使用する方法や、機能材料と固定化する領域と直接化学結合させることにより固定化する方法がよく用いられる。また、化学結合ではなく静電的な吸着によって材料を固定化する方法が用いられることもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の機能材料の固定化方法にはいくつかの課題がある。まず、特定の領域のみに選択的に固定化する方法として、フォトリソグラフィプロセスを用いる場合は、レジストの現像やリムーブをするために一般的には有機溶剤が用いられるため、有機溶剤によって化学的に変性する材料の固定化に用いることができないという課題がある。
【０００５】
また、固定化方法として、接着剤や粘着剤を使用する場合は、材料を固定化したい領域が微小な領域であった場合には、精度よく固定化を行うことが困難である、材料の厚み等や分布を均一に固定化を行うことが困難であるという課題がある。機能材料と基材とを直接、化学結合によって固定化する場合には、基材および機能材料の種類によって、化学結合させることが不可能な場合があるなど、使用できる範囲が限定されるという課題がある。さらに、静電的な吸着によって固定化する場合には、その保持力がそれほど大きくないという課題もある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の機能材料の固定化方法では、次のような方法を用いる。まず、固定化しようとする材料を表面が親水性を有するカプセル中に封入する。続いて、基板上の材料を固定化したい領域のみを、金、銀等のチオール基が化学結合しやすい材料で被覆する。次に先ほどの機能材料を封入したカプセルの表面に、チオール基(-SH基)と、シラノール基(-Si(O-R2)nH3-n基、1≦n≦3)の両方を含む材料を化学結合させる。ここでは、カプセル表面が親水性であるために、-OH基とシラノール基が化学反応することで結合が生成される。
【０００７】
最後に、このカプセルを固定化したい領域のみに化学結合させる。カプセルの表面には、この前の工程により、チオール基が存在しているため、金属とチオール基が化学結合することでカプセルが固定化される。金、銀等のチオール基との化学結合を形成しやすい金属材料が存在しない領域には、カプセルは固定されないため、金属材料の有無で選択性をもたせることが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、シリカカプセルを使用して表面に金層を形成した基板材料に固定化する方法について図1に基づいて説明する。
【０００９】
まず、基板104上に固定化したい機能材料102をシリカカプセル101中に内包させる。この機能材料102をシリカカプセル101に内包させる方法としては、機能材料102を含む溶液中で、シリカカプセル101を形成することにより、カプセル形成時に機能材料102が含まれるようにする方法と、シリカカプセル101を多孔質にしておき、カプセル形成後に機能材料102を含浸させる方法があるが、そのいずれの方法を用いてもかまわない。
【００１０】
次に、このシリカカプセル101を3-メルカプトプロピルトリメトキシシランを含む適切な溶媒中に浸漬し、適切な温度で一定時間放置することにより、シリカカプセル101の表面に結合している-OH基と3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン中のシラノール基を反応させて両者を化学的に結合させ、シリカカプセル101の表面にチオール基を導入する(図1(1))。この反応を起こさせる溶媒としては、トルエン、エタノール、アセトンなどを使用することができるが、これ以外の溶媒でも使用可能である。また、温度は室温〜80℃の範囲で行われるのが一般的であるが、この範囲に限定されるものではない。
【００１１】
一方、固定化する対象となる基板104は、固定化したい領域のみに選択的に金層105を形成しておく(図1(2))。金層105を選択的に形成する方法としては、真空蒸着、スパッタリング、CVD、メッキなどの薄膜形成技術により、基板104の全体に金層105を形成した後、フォトリソグラフィーによりフォトレジストで金層105を残したい部分のみを被覆して、不要な金層105をエッチングする工程を利用することができる。また、これとは逆に、基板104の表面を、あらかじめフォトリソグラフィーによりフォトレジストで金層105を形成したくない部分のみを被覆しておき、その後、真空蒸着、スパッタリング、CVD、メッキなどの薄膜形成技術により金を堆積させ、最後にフォトレジストを除去するという工程を用いることもできる。
【００１２】
最後に金層105をパターニングした基板104を、チオール基を導入したシリカカプセル103を含む適切な溶媒中に浸漬し、適切な温度で一定時間放置することにより、基板104上の金層105にチオール基を導入したシリカカプセル103の表面に存在するチオール基を化学結合させる。その後、基板104を取り出し洗浄することで結合していないカプセルを除去する。
【００１３】
以上の工程により、基板104の金層105上のみに選択的に、シリカカプセル101に含まれる機能性材料102を固定化することが可能となる。なお、本実施の形態では、カプセルの材料としては酸化シリコンを使用しているが、親水性で表面に-OH基が結合している状態にある材料であれば、酸化シリコン以外の材料（例えば、酸化チタン）を用いることも可能である。また、カプセル上に化学結合させる材料としては、
化学式１  HS-R1-Si(O-R2)nH3-n
ただし  R1は、(CH2)m  (m≧1)
R2はCH3、あるいは、(CH2)l CH3  (l≧1)
1≦n≦3
を満たすものであれば、3-メルカプトトリメトキシシラン以外の材料を用いてもかまわない。さらに、基板上の固定化したい領域を被覆する材料としては、チオール基と化学結合しやすい材料であれば、金以外の材料を用いることも可能である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の機能材料の固定化方法を用いることにより、あらかじめ基板上の固定化したい領域にあらかじめ金属材料のパターニングしておくことで、機能材料を直接フォトリソグラフィプロセスによりパターニングする必要がなくなる。これにより、有機溶剤によって化学的に変性する材料の固定化も行えるようになる。
【００１５】
また、カプセル中に機能材料を内包させ、カプセルと基板とを化学的に結合させるため、固定化可能であるかどうかは、材料の種類に依存しない。また、静電的な結合と異なり、化学的結合により固定化するため、保持力を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる機能材料の固定化方法の手順を示す模式図である。
【符号の説明】
101  シリカカプセル
102  機能材料
103  チオール基を導入したシリカカプセル
104  基板
105  金層
【図１】
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