JP4466074B2 - 微細金属構造体とその製造方法、並びに微細金型とデバイス - Google Patents
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Description
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)。
(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。
(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。
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。
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。
(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。
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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
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。
(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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
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。
+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。
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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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表面に有する微細金属構造体の製造方法であって、
表面に微細な凸凹パターンを有する基板の表面に、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付与し、前記基板の表面に触媒分子が吸着した触媒層を形成し、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、前記金属層の表面に支持層を形成し、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1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1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1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。
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