JP2009006311A - 微粒子固定装置および微粒子固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材に対して負担の少ない液体環境下において微粒子を固定することができ、幅広い種類の基材の表面に対してパターニングや膜の形成を行う加工などにも適用することができる微粒子固定装置を提供する。
【解決手段】微粒子固定装置は、微粒子Ｐによって薄膜Ｆを形成する基材ＷＫに対向した状態で電極層１２が形成されたプレート部材１１を備えている。電極層１２と基材ＷＫとの間には、微粒子Ｐがコロイド状で存在する水層Ｗが設けられている。微粒子Ｐは、金（Ａｕ）のナノ微粒子で構成されており、水層Ｗは、純水で構成されている。また、微粒子固定装置は、電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加して水層Ｗに電界を形成するための電源装置１５を備えている。電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧が印加されると、水層Ｗ内の微粒子Ｐは、電気泳動により基材ＷＫの表面に引き寄せられるとともに、ファンデルワールス力によって固定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基材の表面に微粒子を固定する微粒子固定装置および微粒子固定方法に関する。

従来から、基材の表面に複数の微粒子を固定することにより、同基材表面に所定形状のパターンを形成するパターニングを行ったり、同基材表面を被覆するコーティングが行われたりしている。例えば、電子デバイス、マイクロマシンまたはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）などの集積回路をパターニングする場合においては、光リソグラフィ技術などを用いて基材表面上に微細なパターンの形成が行われている。また、電子顕微鏡を用いて試料を観察する場合においては、スパッタ法、蒸着法または電気鍍金法などを用いて観察対象である試料の表面に金属膜を形成して観察可能な状態としている。

しかしながら、このような光リソグラフィ技術などのパターニング方法においては、有機金属を蒸着する工程やエッチング工程などの加工工程おいて基材が過酷な加工環境に曝されるため、基材の選択の幅を制限しているという問題がある。また、これらの加工工程のために加工装置の構成を複雑化しているという問題もある。一方、スパッタ法、蒸着法および電気鍍金法などを用いて膜を形成する従来の成膜方法においても、膜の形成過程において膜の形成対象である基材に与える負担が大きいため基材の選択の幅が制限されるという問題がある。例えば、上記電子顕微鏡における観察試料が細胞などの生体試料である場合には、生体試料を真空、乾燥、高温または電界液中などの環境下に曝すため試料本来の性状が変化して正確な観察ができないことがある。

したがって、環境変化に敏感な基材に対して少ない負担でパターニングや膜の形成を行うことができる技術が望まれるが、未だ見出されていない。このような背景から、本発明の発明者は、基材に対して負担の少ない液中においてパターニングや膜の形成に適用できる技術を新たに見出したものである。したがって、記載すべき先行技術文献はない。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、基材に対して負担の少ない液体環境下において微粒子を固定することができ、幅広い種類の基材の表面に対してパターニングや膜の形成を行う加工などにも適用することができる微粒子固定装置および微粒子固定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、基材の表面に微粒子を固定するための微粒子固定装置であって、帯電した状態の微粒子を含んだ液体を介して前記基材に対向して配置した電極部と、電極部に微粒子の帯電極性と同じ極性の電位を形成させるとともに、基材側に微粒子の帯電極性とは逆の極性の電位を形成させて液体内に電界を形成させることにより、液体内に含まれる微粒子を基材に向けて移動させて同微粒子を同基材の表面に固定するための電界形成手段とを備えたことにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、基材の表面に微粒子を固定させる工程は液体内で行われる。この場合、液体は基材と電極部材との間に電界が形成可能であるとともに、同液体内において微粒子の移動が可能なでれば特に限定されるものではない。このため、基材に与える影響の小さい液体を用いることができる。これにより、従来技術のように、基材を過酷な環境下に曝すことがない。この結果、幅広い種類の基材に微粒子を固定することができる。また、微粒子を固定する装置の構成として、従来例のような基材の加工に対して特殊な環境を用意する必要がなく簡単な構成で微粒子を固定することができるため経済的効果、作業性の向上は大きい。

また、このように構成した本発明の他の特徴は、前記微粒子固定装置において、さらに、
不導体的性質と導体的性質とが選択的に変化する電気的特性を備えた物質で構成された基材における前記電気的特性を変化させるための特性変化手段を備え、電界形成手段は、基材に微粒子の帯電極性とは逆の極性の電位を形成させることにある。この場合、前記基材は、例えば、光が照射されることによって不導体的性質から導体的性質に変化する光導電性物質で構成され、性状変化手段は、基材に対して光を照射するための光源を備えるようにするとよい。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、微粒子固定装置は、電気を流さない不導体的性質と電気を流す導体的性質とが選択的に変化する電気的特性を備えた物質で構成された基材における前記電気的特性を変化させるための特性変化手段を備えている。これによれば、前記電気的特性を備えた物質で構成された基材を用いることにより、基材に対して微粒子を固定するときだけ、基材における微粒子を固定する部分の電気的特性を導体的性質に変化させて微粒子を固定することができる。すなわち、不導体からなる基材の表面における任意の位置に微粒子を選択的に固定することができる。

また、このように構成した本発明の他の特徴は、前記微粒子固定装置において、さらに、レーザ光を出射するレーザ光源を有し、同レーザ光源から出射したレーザ光を液体内にて集光させる集光光学手段と、液体内を照らすための光源を有し、同光源によって照らされた液体内の微粒子の状態を観察可能とする微粒子観察手段と、基材と液体内に集光したレーザ光とを相対的に変位させる変位手段とを備えたことにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、微粒子を含む液体内にレーザ光を集光させて微粒子を捕捉するとともに、同集光したレーザ光に対して基材を変位させる機構により捕捉した微粒子を所望する位置に位置決めして基材の表面上に固定させている。これにより、所望する位置に所望する量だけ微粒子を固定することができる。

また、このように構成した本発明の他の特徴は、前記微粒子固定装置において、基材の表面に部材を配置しておき、電界形成手段は、基材の表面に配置された部材とともに、同基材の表面に微粒子を固定することにある。これによれば、基材の表面に配置された部材を基材の表面に固定することができる。すなわち、本発明に係る微粒子固定装置は基材上に部材を固定する装置としても利用できる。

この場合、微粒子を、例えば、粒の大きさが１〜１００ｎｍのナノ粒子で構成するとよい。これによれば、導体・不導体を問わず液体内において容易に帯電した微粒子を得ることができる。これにより、不導体である微粒子を基材の表面に固定することができ、本発明適用範囲が広がる。

また、この場合、微粒子を、例えば、液体中においてコロイド状に存在させるとよい。これによれば、基材の表面に均一な状態で微粒子を固定し易くなる。

また、この場合、前記微粒子固定装置において、液体は、例えば、水、純水または生理食塩水を用いるとよい。これによれば、幅広い種類の基材または微粒子を用いることができる。

また、このように構成した本発明の他の特徴は、微粒子固定装置において、電界形成手段は、基材の表面に複数の微粒子を固定することにより膜を形成するようにしたことにある。これによれば、従来技術のように、パターニングや膜を形成する基材を過酷な環境下に曝すことがないため、基材に与える影響を極めて小さくすることができる。この結果、幅広い種類の基材に膜を形成することができる。また、膜を形成する装置の構成として、従来例のような基材の加工に対して特殊な環境を用意する必要がなく簡単な構成で膜を形成することができるため経済的効果、作業性の向上は大きい。

また、このように構成した本発明の他の特徴は、微粒子固定装置において、電界形成手段は、基材の表面に複数の微粒子を積み重ねることにより立体構造物を形成するようにしたことにある。これによれば、より多様な態様で微粒子を基材ＷＫ上に固定することができ、本発明適用範囲を広げることができる。

また、本発明は装置の発明として実施できるだけでなく、この方法の発明としても実施できるものである。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る微粒子固定装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示した図であり、図２は、複数の微粒子Ｐからなる薄膜Ｆが形成された基材ＷＫを模式的に示した図である。なお、図１（Ａ），（Ｂ）および図２は、本発明に係る微粒子固定装置の構成等を模式的に示したものであり、本発明の理解を容易にするため各構成要素または各構成要素相互の関係を適宜誇張して示している。この微粒子固定装置は、基材ＷＫの表面に複数の微粒子Ｐを固定することによって薄膜Ｆを形成するための装置である。

微粒子固定装置は、プレート部材１１を備えている。プレート部材１１は、透明なガラス材を板状に形成して構成されており、微粒子固定装置の図示しない支持具により水平な状態で支持されている。プレート部材１１における一方の表面（図において下面）には、導電性を有する電極層１２が形成されている。電極層１２は、透明電極材料（例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide））からなる厚さ約６０〜８０μｍの層でありプレート部材１１における一方の表面にスパッタ法により形成されている。この電極層１２は、本発明に係る電極部に相当する。なお、本実施形態においては、プレート部材１１および電極層１２を透明な材料で構成したが、プレート部材１１および電極層１２を不透明な材料で構成してもよい。

プレート部材１１における電極層１２側には、所定の隙間（約１５０μｍ）を介して基材ＷＫが配置されている。基材ＷＫは、微粒子Ｐからなる薄膜Ｆを形成する対象となる部材であり、透明かつ導電性を有するガラス材であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）ガラスで構成されている。この基材ＷＫも微粒子固定装置の図示しない支持具により水平な状態で支持されている。すなわち、プレート部材１１と基材ＷＫとは所定の隙間を介して互いに対向した状態で支持されている。プレート部材１１と基材ＷＫとの間には、水層Ｗが設けられている。水層Ｗは、純水中に基材ＷＫに固定させるための微粒子Ｐを分散した状態（コロイド状）で含む液体である。この水層Ｗは、プレート部材１１と基材ＷＫとの間に表面張力によって保持されている。微粒子Ｐは、基材ＷＫの表面に形成される薄膜Ｆを構成する金（Ａｕ）の微粒子である。この微粒子Ｐは、大きさが約３〜１０ｎｍの所謂ナノ微粒子であり分散媒である水層Ｗの電荷層によりプラス極性またはマイナス極性に帯電している。本実施形態においては、マイナス極性に帯電しているものとする。なお、微粒子Ｐと同様に水層Ｗ内に存在する電極層１２および基材ＷＫの表面もマイナス極性に帯電した状態となっている。

また、プレート部材１１と基材ＷＫとの間における周縁部には、シール１３が設けられている。シール１３は、塩化ビニル製の薄膜（厚さ約１５０μｍ）であり、水層Ｗの周囲を囲んで水層Ｗ内を液密状態に維持している。なお、水層Ｗは表面張力によってプレート部材１１と基材ＷＫとの間に保持されているため、シール１３は必ずしも必要ではない。プレート部材１１の電極層１２および基材ＷＫには、電気配線１４ａ，１４ｂを介して電源装置１５がそれぞれ接続されている。電源装置１５は、作業者による手動操作によって電極層１２と基材ＷＫとの間に所定の電圧を印加して水層Ｗ中に電界を形成させるための電源であり、本発明に係る電界形成手段に相当する。

次に、上記のように構成した微粒子固定装置の作動について説明する。まず、作業者は、薄膜Ｆの形成対象である基材ＷＫを微粒子固定装置にセットする。具体的には、作業者は、基材ＷＫ、微粒子Ｐをコロイド状に含んだ純水およびシール１３をそれぞれ用意する。次に、作業者は、薄膜Ｆを形成する基材ＷＫの表面とプレート部材１１の電極層１２との間に前記純水、すなわち、水層Ｗを存在させた状態で基材ＷＫとプレート部材１１とをシール１３によって貼り合わせる。そして、作業者は、貼り合わせた状態の基材ＷＫとプレート部材１１とを微粒子固定装置の図示しない支持具によって支持させるとともに、電極層１２および基材ＷＫを電気配線１４ａ，１４ｂ介して電源装置１５にそれぞれ接続する（図１（Ａ）参照）。

次に、作業者は、電源装置１５を操作して電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加する。この場合、電極層１２と基材ＷＫとにそれぞれ印加する電圧の極性は、水層Ｗ中を漂う微粒子Ｐが帯電している極性によって設定される。すなわち、図１（Ｂ）に示すように、本第１実施形態においては、水層Ｗ中を漂う微粒子Ｐがマイナス極性に帯電しているため、基材ＷＫにはプラス極性の電圧を印加するとともに、電極層１２にはマイナス極性の電圧を印加する。一方、水層Ｗ中を漂う微粒子Ｐがプラス極性に帯電している場合には、基材ＷＫにはマイナス極性の電圧を印加するとともに、電極層１２にはプラス極性の電圧を印加する。

これにより、電極層１２にはマイナス極性の電位が形成されるとともに基材ＷＫの表面はプラス極性の電位が形成され、電極層１２と基材ＷＫとの間に存在する水層Ｗには電界が形成される。このため、水層Ｗ中を漂う微粒子Ｐは電極層１２と基材ＷＫとの間に生じた電界によって基材ＷＫ側に移動、すなわち、基材ＷＫ側に電気泳動を開始する。このように、電極層１２と基材ＷＫとの間に電界を生じさせた状態を維持することにより、基材ＷＫの表面には微粒子Ｐが次々と引き寄せられ堆積する。この場合、基材ＷＫの表面に引き寄せられた微粒子Ｐは、ファンデルワールス力によって固定される。作業者は、所定の時間、電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加させた後、電源装置１５を操作して同電圧の印加を停止する。これにより、電極層１２と基材ＷＫとの間に生じていた電界が消滅し、微粒子Ｐの電気泳動が停止する。この場合、基材ＷＫの表面に固定された微粒子Ｐは、電極層１２と基材ＷＫとの間に生じていた電界が消滅した後もファンデルワールス力によって基材ＷＫ上に固定された状態を維持し薄膜Ｆを形成する。

次に、作業者は、図２に示すように、基材ＷＫから水層Ｗやシール１３などを除去して薄膜Ｆが形成された基材ＷＫを得る。なお、微粒子Ｐはファンデルワールス力によって強固に基材ＷＫの表面に固定しているため、基材ＷＫから水層Ｗを乾燥させて除去する場合であっても水層Ｗの乾燥過程で生じる気液界面における表面張力によって基材ＷＫの表面に固定している微粒子Ｐが剥がれることはない。

上記作動説明からも理解できるように、上記第１実施形態によれば、基材ＷＫの表面に微粒子Ｐを固定させる工程、すなわち、基材ＷＫの表面に薄膜Ｆを形成する工程は、純水で構成される水層Ｗの中で行われる。このため、従来技術のように、パターニングや膜を形成する基材を過酷な環境下に曝すことがないため、基材ＷＫに与える影響は極めて少ない。この結果、幅広い種類の基材ＷＫに微粒子Ｐを固定して薄膜Ｆを形成することができる。また、膜を形成する装置の構成として、従来例のような基材ＷＫの加工に対して特殊な環境を用意する必要がなく簡単な構成で薄膜Ｆを形成することができるため経済的効果、作業性の向上は大きい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る微粒子固定装置の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。図３は、本発明に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示す全体概略図である。なお、図３は、本発明に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示したものであり、本発明の理解を容易にするため構成要素または各構成要素相互の関係を適宜誇張して示している。また、本第２実施形態においては、上記第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。この微粒子固定装置は、基材ＷＫの表面における所望する位置に１つまたは複数の微粒子Ｐを固定させるための装置である。

微粒子固定装置は、四角板状に形成したベース２１の四隅に各１つの支柱２２を起立した状態で設けて構成したワーク台２３を備えている。ワーク台２３は、４つの支柱２２の上面にて基材ＷＫの底面を支持する支持台である。ワーク台２３におけるベース２１の上面中央部には、反射ミラー２４が設けられている。反射ミラー２４は、水平方向から入射した光を垂直方向に反射して基材ＷＫの底面に導く光学素子である。反射ミラー２４における水平方向の光軸の延長線上にはハロゲンランプ２５が設けられている。ハロゲンランプ２５は、図示しない電源に接続された照明装置であり、反射ミラー２４に向けて光を照射する。

ワーク台２３は、微駆動ステージ２６上に固定されている。微駆動ステージ２６は、その上面にてワーク台２３を支持するとともに、同ワーク台２３を３軸方向にそれぞれ微小変位させる変位機構を備えている。ここで、３軸方向とは、図３に示すように、水平方向において互いに直交する２つの軸方向（Ｘ，Ｙ軸方向）と、同２つの軸方向に直交する１つの垂直軸方向（Ｚ軸）である。微駆動ステージ２６に内蔵される変位機構は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコ酸鉛）などからなる圧電素子によって構成され、後述する微駆動ステージ回路４５から出力される電圧の大きさおよび極性に応じて前記上面を前記３軸方向に微小変位させる。

微駆動ステージ２６は、粗駆動ステージ２７上に固定されている。粗駆動ステージ２７は、その上面にて微駆動ステージ２６を支持するとともに、同微駆動ステージ２６を３軸方向にそれぞれ粗変位させる変位機構を備えている。ここで、３軸方向とは前記３軸方向と同じ向きの方向のである。また、粗変位とは、微駆動ステージ２６による単位時間当たりの変位量よりも大きな変位量である。粗駆動ステージ２７に内蔵される変位機構は、ボールネジ、ナットおよび電動モータなどからなるネジ送り機構であり、後述する粗駆動ステージ回路４６から出力される電圧の大きさおよび極性に応じて前記上面を前記３軸方向に粗変位させる。

ワーク台２３に支持された基材ＷＫの上方には、対物レンズ３１が設けられている。対物レンズ３１は、レーザ光源３２から出射されたレーザ光を水層Ｗ内で集光させるための光学部品である。本実施形態においては、開口率（ＮＡ）＝１.２、倍率＝６０倍の水浸（液浸）タイプの対物レンズを用いる。レーザ光源３２は、５１４.５ｎｍの波長（λ）のアルゴンイオンレーザ光を出射する光学部品であり、後述するレーザ駆動回路４２によって作動が制御される。レーザ光源３２の光軸上にはコリメートレンズ３３およびビームスプリッタ３４が配置されている。コリメートレンズ３３は、入射した光を平行光束に変換する光学部品である。また、ビームスプリッタ３４は、入射した光の一部を透過させるとともに、同入射した光の他の一部を入射方向と直交する方向（図において下方）に反射させて対物レンズ３１に導く光学部品である。すなわち、ビームスプリッタ３４は、レーザ光源３２の光軸と対物レンズ３１の光軸との交点上の配置されている。これらの対物レンズ３１、レーザ光源３２、コリメートレンズ３３およびビームスプリッタ３４が、本発明に係る集光光学手段に相当する。

対物レンズ３１の光軸上には、ビームスプリッタ３４の他に集光レンズ３５、フィルタ３６およびＣＣＤ素子３７がそれぞれ配置されている。集光レンズ３５は入射した光をフィルタ３６を介してＣＣＤ素子３７上に集光する光学部品である。フィルタ３６は、レーザ光源３２から出射されたレーザ光と同一波長の光をカットするとともに、入射した光の光量を適切にするための光学フィルタである。ＣＣＤ素子３７は、集光レンズ３５の集光位置に配置され、受光面に結像した像に応じた電気信号をモニタ装置３８に出力する撮像器である。モニタ装置３８は、ＣＣＤ素子３７によって撮像された像を表示する表示装置である。このモニタ装置３８は、微粒子固定装置の図示しない支持部材により、作業者の視認し易い位置に固定されている。

微粒子固定装置は、コントローラ４１を備えている。コントローラ４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、入力装置４２からの指示に応じて、レーザ駆動回路４３、電圧印加回路４４、微駆動ステージ回路４５および粗駆動ステージ回路４６の作動をそれぞれ制御する。入力装置４２は、複数の押しボタンスイッチからなり、レーザ駆動回路４３、電圧印加回路４４、微駆動ステージ回路４５および粗駆動ステージ回路４６のそれぞれの作動を指示する。レーザ駆動回路４３は、コントローラ４１からの指示に応じて、レーザ光源３２の作動を制御する。電圧印加回路４４は、コントローラ４１からに指示に応じてプレート部材１１と基材ＷＫとの間に所定の電圧を印加する回路であり、上記第１実施形態における電源装置１５に相当する。

微駆動制御回路４５は、コントローラ４１からに指示に応じて微駆動ステージ２６に内蔵される変位機構の作動を制御する回路であり、コントローラ４１から入力した電気信号に応じた電圧の大きさおよび極性の電気信号を微駆動ステージ２６に出力する。粗駆動制御回路４６は、コントローラ４１からに指示に応じて粗駆動ステージ２７に内蔵される変位機構の作動を制御する回路であり、コントローラ４１から入力した電気信号に応じた電圧の大きさおよび極性の電気信号を粗駆動ステージ２７に出力する。

次に、上記のように構成した微粒子固定装置の作動について図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る微粒子固定装置によって微粒子Ｐ’が基材ＷＫ上に固定される様子を模式的に示した図である。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、微粒子固定装置によって微粒子Ｐ’が基材ＷＫ上に固定される様子を模式的に示したものであり、本発明の理解を容易にするため構成要素または各構成要素相互の関係を適宜誇張して示している。

まず、作業者は、微粒子Ｐの固定対象である基材ＷＫを微粒子固定装置にセットする。この工程は、上記第１実施形態におけるセット工程と同様の手順にて行われるため、その説明は省略する。基材ＷＫが微粒子固定装置にセットされた際における水層Ｗ内の微粒子Ｐは、図４（Ａ）に示すように、水層Ｗ内において均一に分散した状態（コロイド状）で浮遊している。この水層Ｗ内における物体表面は、水層Ｗを構成する液体の種類やｐＨなどの状態によりプラス極性またはマイナス極性に帯電した状態となっている。本第２実施形態においては、上記第１実施形態と同様に、微粒子Ｐはマイナス極性に帯電しているものとする。なお、微粒子Ｐと同様に水層Ｗ内に存在する電極層１２および基材ＷＫの表面もマイナス極性に帯電した状態となっている。

次に、作業者は、コントローラ４１、ＣＣＤ素子３７およびモニタ装置３８の図示しない電源スイッチをそれぞれ投入して作動を開始させるとともに、ハロゲンランプ２５を点灯させる。これにより、ハロゲンランプ２５から照射された光は、反射ミラー２４および基材ＷＫを介して水層Ｗ内に導かれるとともに、電極層１２、プレート部材１０、対物レンズ３１、ビームスプリッタ３４、集光レンズ３５およびフィルタ３６を介してＣＣＤ素子３７上に結像する。ＣＣＤ素子３７は、結像状態に応じた電気信号をモニタ装置３８に出力する。モニタ装置３８は、ＣＣＤ素子３７から出力された電気信号に応じた画像、すなわち、水層Ｗ内の様子を表示する。これにより、作業者は、水層Ｗ内の様子、具体的には、水層Ｗ内を浮遊する微粒子Ｐの様子を確認することができる。すなわち、ハロゲンランプ２５、反射ミラー２４、対物レンズ３１、ビームスプリッタ３４、集光レンズ３５、フィルタ３６、ＣＣＤ素子３７およびモニタ装置３８は、本発明に係る微粒子観察手段に相当する。

次に、作業者は、コントローラ４１の入力装置４２を操作してレーザ光源３２からレーザ光を出射させる。これにより、レーザ光源３２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３３、ビームスプリッタ３４および対物レンズ３１を介して水層Ｗ内に集光される。この場合、図４（Ｂ）に示すように、水層Ｗ内に集光したレーザ光Ｌの周辺に浮遊する微粒子Ｐは、集光したレーザ光Ｌの光強度勾配から生じる勾配力（以下、「光強度勾配力」という）によって最も明るい点（焦点）に引き寄せられる。換言すれば、微粒子Ｐは、集光したレーザ光Ｌに捕捉される。これは、微粒子Ｐの大きさがレーザ光Ｌの波長より小さいためである。そして、作業者は、基材ＷＫの表面に固定させたい分量に相当する数の微粒子Ｐをレーザ光Ｌに捕捉させる。本実施形態においては、複数の微粒子Ｐを捕捉させる。

具体的には、作業者は、モニタ装置３８に表示される水層Ｗ内の様子、より具体的には、レーザ光Ｌによって捕捉された微粒子Ｐ’の様子を確認しながら、入力装置４２を操作して微駆動ステージ２６および粗駆動ステージ２７を３軸方向に適宜変位させることにより、水層Ｗ内のレーザ光Ｌの位置を変位させて微粒子Ｐをレーザ光Ｌに捕捉させる。すなわち、これらの微駆動ステージ２６、粗駆動ステージ２７、コントローラ４１、入力装置４２、微駆動ステージ回路４５および粗駆動ステージ回路４６が、本発明に係る変位手段に相当する。次に、作業者は、基材ＷＫにおける微粒子Ｐ’を固定させたい位置の近傍に、レーザ光Ｌによって捕捉した微粒子Ｐ’を位置決めする。この微粒子Ｐ’の位置決め工程も、前記と同様に入力装置４２を操作して微駆動ステージ２６および粗駆動ステージ２７を３軸方向に適宜変位させることにより行う。

この場合、レーザ光Ｌによって捕捉した微粒子Ｐ’を基材ＷＫにおける微粒子Ｐ’を固定させたい位置の近傍に位置決めするのは、捕捉した微粒子Ｐ’がレーザ光Ｌから外れることを防止するためである。すなわち、前記したように、基材ＷＫの表面および微粒子Ｐはマイナス極性に帯電している。このため、基材ＷＫおよび微粒子Ｐの表面周辺部はプラス極性に帯電した状態、すなわち電気二重層が形成された状態となっている。したがって、基材ＷＫの表面に微粒子Ｐ’を近づけた場合、互いの電気二重層が重なって静電気的相互作用により斥力が生じる。一方、レーザ光Ｌが微粒子Ｐ’を捕捉する力は前記斥力より小さい（０.１〜１００ｐＮ程度）ため、レーザ光Ｌによって捕捉した微粒子Ｐ’を基材ＷＫの表面に近づけすぎると、前記斥力によって捕捉した微粒子Ｐ’がレーザ光Ｌから外れてしまうためである。

作業者は、捕捉した微粒子Ｐ’を基材ＷＫにおける微粒子Ｐ’を固定させたい位置の近傍に位置決めした状態で、入力装置４２を操作して電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加する。この場合、電極層１２と基材ＷＫとに印加する電圧の極性は、上記第１実施形態と同様に電極層１２側をマイナス極性とし基材ＷＫ側をプラス極性とする。これにより、電極層１２にはマイナス極性の電位が形成されるとともに基材ＷＫの表面はプラス極性の電位が形成され、電極層１２と基材ＷＫとの間に存在する水層Ｗには電界が形成される。このため、基材ＷＫの表面近傍に位置決めされた微粒子Ｐ’は、水層Ｗに生じた電界によってレーザ光Ｌから離れて基材ＷＫの表面に引き寄せられる。そして、基材ＷＫの表面に引き寄せられた微粒子Ｐ’は、上記第１実施形態と同様にファンデルワールス力によって基材ＷＫの表面に固定される。

作業者は、モニタ装置３８を介して微粒子Ｐ’が基材ＷＫの表面に固定されたことを確認した後、直ちに、入力装置４２を操作して電圧の印加を停止させて電極層１２と基材ＷＫとの間に生じていた電界を消滅させる。これは、電極層１２と基材ＷＫとの間に生じさせた電界によって水層Ｗ内を浮遊する他の微粒子Ｐが電気泳動により基材ＷＫの表面に引き寄せられ固定することを防止するためである。このため、第２実施形態においては、上記第１実施形態より小さい電圧を電極層１２と基材ＷＫとの間に印加している。これにより、図４（Ｃ）に示すように、レーザ光Ｌによって捕捉した微粒子Ｐ’のみを基材ＷＫの所望する位置に固定することができる。また、基材ＷＫ上に固定した微粒子Ｐ’は、電極層１２と基材ＷＫとの間に生じていた電界が消滅した後もファンデルワールス力によって基材ＷＫ上に固定された状態を維持する。作業者は、このような微粒子Ｐを捕捉する工程、微粒子Ｐ’を位置決めする工程および微粒子Ｐ’を基材ＷＫの表面に固定させる工程を適宜繰り返して、基材ＷＫの表面における所望する位置ごとに微粒子Ｐ’を固定させる。

そして、作業者は、上記第１実施形態と同様にして、基材ＷＫから水層Ｗやシール１２などを除去して微粒子Ｐ’が固定した基材ＷＫを得る。なお、微粒子Ｐ’はファンデルワールス力によって強固に基材ＷＫの表面に固定しているため、基材ＷＫから水層Ｗを乾燥させて除去する場合であっても水層Ｗの乾燥過程で生じる気液界面における表面張力によって基材ＷＫの表面に固定している微粒子Ｐ’が剥がれることはない。

上記作動説明からも理解できるように、上記第２実施形態によれば、微粒子Ｐを含む水層Ｗ内にレーザ光を集光させて微粒子Ｐを捕捉するとともに、同集光したレーザ光Ｌに対して基材ＷＫを変位させる機構により捕捉した微粒子Ｐ’を所望する位置に位置決めして基材ＷＫの表面上に固定させている。これにより、作業者は、上記第１実施形態における効果と同様の効果に加えて、所望する位置に所望する量だけ微粒子Ｐを固定することができる。これによれば、例えば、電子回路基板上に配置された互いに異なる電子デバイス間を微粒子Ｐ’によって結ぶ、すなわち、配線することができる。また、電子回路基板における所定の位置に電子デバイスを微粒子Ｐ’の塊によって固定することもできる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る微粒子固定装置の第３実施形態について図面を参照しながら説明する。図５は、本発明に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示す全体概略図である。なお、図５は、本発明に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示したものであり、本発明の理解を容易にするため構成要素または各構成要素相互の関係を適宜誇張して示している。また、本第３実施形態においては、上記第１実施形態および上記第２実施形態における各構成要素と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。この微粒子固定装置は、導体的性質と不導体的性質とが選択的に変化する電気的特性を備えた物質で構成される基材ＷＫの表面における所望する位置に、１つまたは複数の微粒子Ｐを固定させるための装置であり、上記第２実施形態に係る微粒子固定装置と略同様な構成である。

微粒子Ｐが固定される基材ＷＫの表面には、ＰＶＣｚ（ポリビニルカルバゾール）からなる固定層ＷＬが形成されている。ＰＶＣｚは、波長が４８８ｎｍ付近の所謂短波長の光が照射されることによって不導体的性質（電位形成不能な性質）から導体的性質（電位形成可能な性質）に変化する光導電性を有する高分子物質（ポリマー）である。本第３実施形態においては、基材ＷＫの表面上に１０〜３０ｎｍの厚さのＰＶＣｚ膜により固定層ＷＬを構成している。この固定層ＷＬが形成された基材ＷＫは、上記第２実施形態と同様に、ワーク台２３上に着脱自在な状態で保持される。

基材ＷＫに対してレーザ光を照射するレーザ光源３２’は、前記固定層ＷＬの電気的特性を変化させる、具体的には、不導体的性質から導体的性質に変化させる光を出射する光源である。本実施形態においては、波長が４８８ｎｍ付近の短波長の光を出射するアルゴンレーザを用いる。また、基材ＷＫの下方から光を照射するためのハロゲンランプ２５と反射ミラー２４との間には、フィルタ２８が配置されている。フィルタ２８は、ハロゲンランプ２５から出射される光のうち、波長が４８８ｎｍ付近の短波長の光を除くための光学フィルタである。

次に、上記のように構成した微粒子固定装置の作動について図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る微粒子固定装置によって微粒子Ｐが基材ＷＫ上に固定される様子を模式的に示した図である。なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）は、微粒子固定装置によって微粒子Ｐが基材ＷＫ上に固定される様子を模式的に示したものであり、本発明の理解を容易にするため構成要素または各構成要素相互の関係を適宜誇張して示している。

まず、作業者は、上記第２実施形態と同様に、微粒子Ｐの固定対象である基材ＷＫを微粒子固定装置のワーク台２３上にセットする。この場合、基材ＷＫが微粒子固定装置にセットされた際における水層Ｗ内の微粒子Ｐは、図６（Ａ）に示すように、水層Ｗ内において均一に分散した状態（コロイド状）で浮遊した状態で存在している。なお、水層Ｗ内の微粒子Ｐ、電極層１２および基材ＷＫの表面（固定層ＷＬ）は、上記第１実施形態および上記第２実施形態と同様に、マイナス極性に帯電しているものとする。また、基材ＷＫには、短波長の光が照射されていないため、基材ＷＫの表面に形成された固定層ＷＬは不導体の状態である。

次に、作業者は、コントローラ４１、ＣＣＤ素子３７およびモニタ装置３８の図示しない電源スイッチをそれぞれ投入して作動を開始させるとともに、ハロゲンランプ２５を点灯させる。これにより、上記第２実施形態と同様に、モニタ装置３８には、水層Ｗ内の様子が表示され、作業者は、水層Ｗ内の様子、具体的には、水層Ｗ内を浮遊する微粒子Ｐの様子を確認することができる。この場合、ハロゲンランプ２５から出射された光は、基材ＷＫの固定層ＷＬを透過する。しかし、基材ＷＫの固定層ＷＬを透過する光は、ハロゲンランプ２５と反射ミラー２４との間に配置されたフィルタ２８によって短波長成分がカットされている。このため、ハロゲンランプ２５から出射された光によって基材ＷＫの固定層ＷＬの電気的性質が変化することはない。

次に、作業者は、コントローラ４１の入力装置４２を操作してレーザ光源３２’からレーザ光を出射させる。これにより、レーザ光源３２’から出射されたレーザ光は水層Ｗ内に集光する。この場合、水層Ｗ内に集光したレーザ光Ｌの焦点部分には、上記第２実施形態と同様に、レーザ光Ｌの焦点部分の周辺を浮遊する微粒子Ｐが引き寄せられて捕捉される（図４（Ｂ）参照）。そして、作業者は、図６（Ｂ）に示すように、モニタ装置３８に表示される水層Ｗ内の様子を確認しながら、入力装置４２を操作して微駆動ステージ２６および粗駆動ステージ２７を３軸方向に適宜変位させることにより、水層Ｗ内に集光されたレーザ光Ｌの集点を基材ＷＫの固定層ＷＬ上に位置決めする。この場合、レーザ光Ｌの焦点を位置決めする固定層ＷＬ上の位置は、微粒子Ｐの固定を予定する位置である。

基材ＷＫの固定層ＷＬ上においてレーザ光Ｌの焦点が位置決めされた部分は、短波長のレーザ光Ｌが照射されることにより不導体的性質から導体的性質に電気的特性が変化する。すなわち、対物レンズ３１、レーザ光源３２’、コリメートレンズ３３およびビームスプリッタ３４が、本発明に係る特性変化手段に相当する。そして、作業者は、入力装置４２を操作して電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加する。この場合、電極層１２と基材ＷＫとに印加する電圧の極性は、上記第１実施形態および上記第２実施形態と同様に、電極層１２側をマイナス極性とし基材ＷＫ側をプラス極性とする。これにより、電極層１２にはマイナス極性の電位が形成されるとともに、基材ＷＫにはプラス極性の電位が形成される。

この場合、基材ＷＫにおける固定層ＷＬは、レーザ光Ｌが照射された部分のみ導体的性質に変化している。したがって、水層Ｗ内では電極層１２と導体的性質に変化した固定層ＷＬとの間に電界が形成される。このため、基材ＷＫの固定層ＷＬにおけるレーザ光Ｌが照射された部分（導体的性質に変化した部分）には、上記第２実施形態と同様に、レーザ光Ｌによって捕捉された微粒子Ｐ’が引き寄せられてファンデルワールス力によって固定層ＷＫに固定される。本実施形態においては、複数の微粒子Ｐを固定層ＷＫ上に固定する。

次に、作業者は、モニタ装置３８に表示される水層Ｗ内の様子、より具体的には、固定層ＷＬ上におけるレーザ光Ｌの焦点の位置を確認しながら、入力装置４２を操作して微駆動ステージ２６および粗駆動ステージ２７を２軸方向（図示Ｘ−Ｙ平面）に適宜変位させることにより、固定層ＷＬ上におけるレーザ光Ｌの焦点の位置を変化させる。本実施形態においては、図６（Ｃ）に示すように、レーザ光Ｌを図示左側に向けて約２μｍ／ｓの速度で変化させる。これにより、固定層ＷＬ上には、レーザ光Ｌの焦点が通過することによって不導体的性質から導体的性質に変化した部分が連続的に形成される。そして、同連続的に形成された導体的性質に変化した部分に微粒子Ｐ’が連続的に固定される。

この場合、固定層ＷＬにおける導体的性質に変化した部分には、レーザ光Ｌを介して微粒子Ｐ’が連続的に供給される。これは、レーザ光Ｌによって捕捉された微粒子Ｐ’が固定層ＷＬ上に連続的に形成される導体的性質に変化した部分に連続的に引き寄せられ固定される一方で、同レーザ光Ｌの焦点部分に同焦点部分の周辺に浮遊する微粒子Ｐが連続的に引き寄せられて捕捉されるためである。このように、レーザ光Ｌの焦点部分に微粒子Ｐが連続的に引き寄せられるのは、微粒子Ｐがナノ微粒子であることに起因している。

したがって、レーザ光Ｌには、固定層ＷＬに固定されることによって捕捉した微粒子Ｐ’が失われても、レーザ光Ｌの焦点部分の周辺に浮遊する微粒子Ｐが連続的に引き寄せられて捕捉される。このため、作業者は、レーザ光Ｌに微粒子Ｐを敢えて捕捉させることなく、レーザ光Ｌの焦点の位置を変化させるだけで、固定層ＷＬに微粒子Ｐ’を連続的に固定することができる。これにより、固定層ＷＬ上には、レーザ光Ｌの焦点の変位に沿って微粒子Ｐ’が連続的に固定される。なお、このように、敢えてレーザ光Ｌに微粒子Ｐを捕捉させさせなくても、レーザ光Ｌの焦点付近に微粒子Ｐが引き寄せられる現象は、上記実施形態２においても同様に生じているものである。

そして、レーザ光Ｌの焦点が通過した後の固定層ＷＬは、再び、不導体的性質に変化する。このため、レーザ光Ｌの焦点が通過した後において、水層Ｗ内を浮遊する微粒子Ｐが固定層ＷＬに固定されることはない。また、作業者は、入力装置４２を操作してレーザ光Ｌの焦点位置を固定層ＷＬから上方に離す（図示Ｚ方向）とともに、現在位置とは異なる固定層ＷＬ上の位置に位置決めした後、レーザ光Ｌの焦点位置を変位させて固定層ＷＬ上に微粒子Ｐを固定することもできる。すなわち、固定層ＷＬ上において互いに非連続な部分に微粒子Ｐ’を固定することができる。

基材ＷＫの固定層ＷＬにおける所望する位置に微粒子Ｐを固定した場合には、作業者は、入力装置４２を操作して電圧の印加を停止させて電極層１２と基材ＷＫとの間に生じていた電界を消滅させる。この場合、基材ＷＫの固定層ＷＬ上に固定した微粒子Ｐ’は、電極層１２と基材ＷＫとの間に生じていた電界が消滅した後もファンデルワールス力によって固定層ＷＬ上に固定された状態を維持する。そして、作業者は、上記第１実施形態および上記第２実施形態と同様にして、基材ＷＫから水層Ｗやシール１２などを除去して微粒子Ｐ’が固定した基材ＷＫを得る。なお、微粒子Ｐ’はファンデルワールス力によって強固に基材ＷＫの表面に固定しているため、基材ＷＫから水層Ｗを乾燥させて除去する場合であっても水層Ｗの乾燥過程で生じる気液界面における表面張力によって基材ＷＫの表面に固定している微粒子Ｐ’が剥がれることはない。また、この場合においても、基材ＷＫには、短波長の光が照射されていないため、基材ＷＫの表面に形成された固定層ＷＬは不導体の状態である。

上記作動説明からも理解できるように、上記第３実施形態によれば、微粒子固定装置は、電気を流さない不導体的性質と電気を流す導体的性質とが選択的に変化する電気的特性を備えた物質で構成された基材ＷＫにおける前記電気的特性を変化させるためのレーザ光源３２’などからなる特性変化手段を備えている。これによれば、上記第１実施形態における効果と同様の効果に加えて、前記電気的特性を備えた物質で構成された基材ＷＫを用いることにより、基材ＷＫに対して微粒子Ｐ’を固定するときだけ、基材ＷＫにおける微粒子Ｐ’を固定する部分である固定層ＷＬの電気的特性を導体的性質に変化させて微粒子Ｐ’を固定することができる。すなわち、不導体からなる基材ＷＫの表面における任意の位置に微粒子Ｐ’を選択的に固定することができる。したがって、これによれば、例えば、不導体である電子回路基板上における各電子デバイスを電気的に繋げるパターン配線を微粒子Ｐ’を連続的に固定することにより形成することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記第１実施形態ないし第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記第１実施形態ないし第３実施形態においては、電極層１２にプラス極性の電圧を印加するとともに、基材ＷＫにマイナス極性の電圧を印加するように構成した。しかし、印加する電圧の極性は、水層Ｗ中に存在する微粒子Ｐの帯電極性に応じて決定されるものである。したがって、電極層１２および基材ＷＫに印加する電圧の極性は水層Ｗ中に存在する微粒子Ｐが電気泳動によって基材ＷＫ側に移動する極性にそれぞれ設定すればよい。なお、水層Ｗ中に存在する微粒子Ｐの帯電極性は、水層Ｗを構成する液体の種類やｐＨなどの状態により決定される。このため、電極層１２および基材ＷＫに特定の極性の電圧を印加する必要がある場合には、電極層１２および基材ＷＫに印加する電圧の極性に応じた微粒子Ｐの帯電極性とするための液体で水層Ｗを構成すればよい。これによっても上記各実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態においては、基材ＷＫに固定させる微粒子Ｐとして金（Ａｕ）のナノ微粒子を用いた。しかし、基材ＷＫに固定させる微粒子Ｐは、水層Ｗ内においてプラス極性またはマイナス極性に帯電可能な微粒子であれば、これに限定されるものではなく、例えば、金以外の他の金属粒子、高分子粒子、セラミック粒子、バイオ粒子などであってもよい。特に、粒の大きさが概ね１〜１００ｎｍの所謂ナノ粒子は、導体・不導体を問わず容易にプラス極性またはマイナス極性に帯電するため、本発明に用いる微粒子Ｐとしては好適である。すなわち、ナノ粒子を微粒子Ｐとして用いれば、導体物質のみならず不導体物質も基材ＷＫに固定させることができる。これによれば、上記各実施形態と同様な効果が期待できるとともに、本発明の適用分野を一層広げることができる。例えば、導体材料の他、不導体材料を用いて電子回路基板をパターニングすることもできる。

なお、本発明は微粒子Ｐとしてナノ微粒子より大きい大きさの微粒子（例えば、０.１〜５０μｍ程度）を排除するものではない。また、微粒子Ｐの粒の形状も球形以外の形状であってもよい。但し、上記第２実施形態において、微粒子Ｐの大きさが水層Ｗ内に集光させるレーザ光Ｌの波長より大きい場合、レーザ光Ｌによって微粒子Ｐが捕捉できないことがある。すなわち、光放射圧を利用して微小物体を捕捉する光トラップでは、レーザ光の波長より大きい物質を捕捉できないことがある。このような場合、レーザ光Ｌによって微粒子Ｐを捕捉するためには、微粒子Ｐが透明かつ略球体である必要がある。したがって、微粒子Ｐの光の反射率が高い場合や微粒子Ｐの形状が球体以外の形状である場合には、集光したレーザ光Ｌの光放射圧を利用して微粒子Ｐを弾きながら、またはその一部を捕捉して引き摺りながら所望する位置に位置決めすることになる。

なお、この光トラップ技術を用いれば、微粒子Ｐ以外の部材を基材ＷＫの所望する位置に位置決めすることができる。すなわち、基材ＷＫ上に所望する部材を所望する位置に配置して微粒子Ｐ’によって固定することができる。例えば、電子回路基板上における電子デバイスや電子顕微鏡における試料片を光トラップ技術を用いて所定の位置に位置決めした後、微粒子Ｐ’によって固定することができる。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態においては、微粒子Ｐを水層Ｗの中で分散した状態（コロイド状）で存在するように構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、基材ＷＫの表面に均一に微粒子Ｐを固定するためには、微粒子Ｐを水層Ｗの中で分散した状態（コロイド状）で存在するように構成することが好ましいが、微粒子Ｐが水層Ｗの底部に沈殿または水層Ｗの上層に浮遊した状態で存在するように構成してもよい。

例えば、上記第１実施形態において、プレート部材１１および電極層１２を水層Ｗの底部側に配置するとともに、基材ＷＫを水層Ｗの上部側に配置した構成とする。そして、微粒子Ｐを水層Ｗの底部に沈殿させた状態で存在させる。この状態で、電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加すれば、水層Ｗ中に沈殿した微粒子Ｐが上部にある基材ＷＫに向かって電気泳動により移動し固定される。また、上記第２実施形態において、水層Ｗの上層に微粒子Ｐを浮遊させた状態で存在させた場合には、基材ＷＫの表面近傍に微粒子Ｐが存在しないため、集光したレーザ光Ｌによって捕捉した微粒子Ｐ’のみをより正確に基材ＷＫ上に固定することができる。すなわち、微粒子Ｐ’以外の意図しない微粒子Ｐの固定を防止することができる。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態においては、水層Ｗを構成する液体を純水とした。しかし、水層Ｗを構成する液体は、基材ＷＫと電極層１２との間に電界が形成可能であるとともに、水層Ｗ中において微粒子Ｐの移動が可能な液体でれば、純水に限定されるものではない。例えば、水道水などの通常の水や生理食塩水などであってもよい。これによれば、上記各実施形態と同様な効果が期待できるとともに、本発明の適用分野を一層広げることができる。例えば、電子顕微鏡によってバイオ試料を観察する際、水層Ｗを構成する液体に生理食塩水を用いれば、水層Ｗを構成する液体によってバイオ試料を損傷することなくコーティングすることができ、バイオ試料本来の状態を正確に観察することができる。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態においては、水層Ｗに接する状態で電極層１２を設けて構成した。しかし、水層Ｗ内に電界を形成できる構成であれば、水層Ｗ内に電界を形成するための電極を水層Ｗに接する状態で設ける必要はない。例えば、図７（Ａ）に示すように、電極層１２をプレート部材１１（不導体）の上面に形成、すなわち、水層Ｗに接しない状態で形成してもよい。この場合、プレート部材１１は、電極１２と基材ＷＫとの間に印加する電圧によって水層Ｗ内に電界が形成可能な厚さで構成される。

また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、図７（Ｂ）に示すように、不導体で構成されるプレート部材１１と、同不導体の部材で構成される基材ＷＫとを水層Ｗに接した状態で配置するとともに、プレート部材１１および基材ＷＫの外側に電極層１２，１２’をそれぞれ設けて構成してもよい。この場合においても、プレート部材１１および基材ＷＫは、電極１２と基材ＷＫとの間に印加する電圧によって水層Ｗ内に電界が形成可能な厚さで構成される。そして、微粒子Ｐは基材ＷＫ上に電気泳動によって固定される。これらのように、水層Ｗに不導体の部材を介して電界を形成するように構成すれば、水層Ｗ内に電界を形成した際、水層Ｗを構成する液体の電気分解を防止することができ、精度良く微粒子Ｐを基材ＷＫ上に固定することができる。

また、上記第１実施形態ないし上記第３実施形態においては、基材ＷＫの表面に複数の微粒子Ｐ’を平面的または部分的に固定した。しかし、基材ＷＫ上に微粒子Ｐ’を固定する態様は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第２実施形態および第３実施形態において、レーザ光Ｌにより１粒ずつ微粒子Ｐ’を捕捉するとともに、同捕捉した微粒子Ｐ’を１粒ずつ基材ＷＫ上に固定することもできる。

また、上記第２実施形態および第３実施形態において、レーザ光Ｌを図示Ｚ方向に変位させることにより、基材表面ＷＫ上に固定した微粒子Ｐ’上に新たな微粒子Ｐ’を積み重ねて固定して複数の微粒子Ｐ’からなる立体構造物を造形することもできる。なお、上記第３実施形態において、立体構造物を造形する際には、基材ＷＫの固定層ＷＬに常にレーザ光Ｌを照射する必要があるため、固定層ＷＬに照射するためのレーザ光Ｌと、微粒子Ｐ’を捕捉して積み上げるためのレーザ光Ｌとが必要となる。これらによれば、本発明の適用分野を一層広げることができる。

また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、導体である基材ＷＫの表面に微粒子Ｐまたは微粒子Ｐ’を固定するように構成した。しかし、水層Ｗ内に電界が形成されるように構成すれば、不導体の物質上に微粒子Ｐまたは微粒子Ｐ’を固定することもできる。例えば、導体である基材ＷＫ上の表面に水層Ｗ内の電界形成を妨げない程度の不導体（例えば、薄膜）を配置した状態で電極層１２と基材ＷＫとの間に電圧を印加すれば、水層Ｗ内の微粒子Ｐを前記不導体に固定することもできる。これによれば、上記各実施形態と同様の効果が期待できるとともに、本発明の適用分野を一層広げることができる。

また、上記第２実施形態および上記第３実施形態においては、水層Ｗ内に集光するレーザ光Ｌを１つとして構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、水層Ｗ内に集光するレーザ光Ｌを２つ以上として構成してもよい。例えば、上記第２実施形態においてレーザ光源３２から出射されたレーザ光Ｌを光変調器（レーザ分岐素子）を用いて複数のレーザ光Ｌとする。そして、各レーザ光Ｌをそれぞれ水層Ｗ内の所定の位置に集光させる。これによれば、所定の位置に集光させた各レーザ光Ｌによって同時に微粒子Ｐを捕捉することができるとともに、捕捉した各微粒子Ｐ’を同時に固定位置に位置決めすることができる。これにより、微粒子Ｐ’の固定を効率的に行うことができる。

また、上記第２実施形態および上記第３実施形態においては、電極層１２および基材ＷＫに対する電圧の印加、微駆動ステージ２６の駆動制御および粗駆動ステージ２７の駆動制御を、電圧印加装置４４、微駆動ステージ回路４５および粗駆動ステージ回路４６を介してコントローラ４１によって行うように構成した。しかし、これらの制御を作業者自身の手動操作によって行うように構成してもよい。すなわち、電極層１２および基材ＷＫに対する電圧の印加には、電極層１２および基材ＷＫに手動操作により電圧を印加および停止を行うことができる上記第１実施形態における電源装置１５を用いることができる。また、微駆動ステージ２６および粗駆動ステージ２７の各変位機構に手動操作のための操作子を設けることによりワーク台２３を手動操作によって変位させることができる。

また、上記第２実施形態および上記第３実施形態においては、水層Ｗ内に集光させたレーザ光Ｌに対して微駆動ステージ２６および粗駆動ステージ２７により基材ＷＫを変位させるように構成した。しかし、水層Ｗ内に集光させたレーザ光Ｌと基材ＷＫが相対的に変位すうように構成すれば良く、必ずしも基材ＷＫ側を変位させる必要はない。すなわち、水層Ｗ内に集光させたレーザ光Ｌ側を基材ＷＫに対して変位するように構成してもよい。これによっても、上記第２実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記第１実施形態においては、透明電極材料からなる層で構成した電極層１２を水層Ｗ内に電界を生じさせる一方の電極とした。しかし、水層Ｗ中に電界を生じさせることができれば、これに限定されるものではない。例えば、電極層１２に代えて、鉄材やアルミニウム材などの導電性の部材を基材ＷＫに対向して配置してもよい。これによれば、上記第１実施形態と同様の効果が期待できるとともにプレート部材１１は不要となり微粒子固定装置の構成をより簡単にすることができる。なお、第２実施形態においては、モニタ装置３８によって水層Ｗ内の様子（微粒子Ｐや微粒子Ｐ’）を確認する必要があるため、透明かつ導電性を有する部材（例えば、ＩＴＯガラス）を用いれば、プレート部材１１および電極層１２は上記第２実施形態に限定されるものではない。

また、上記第１実施形態においては、基材ＷＫの表面に微粒子Ｐを大量に固定して薄膜Ｆを形成する微粒子固定装置について説明した。しかし、基材ＷＫの表面に固定する微粒子Ｐの量は、電極層１２と基材ＷＫとの間に印加する電圧の大きさおよび時間や水層Ｗ中の微粒子Ｐの数（濃度）によって決定されるものである。すなわち、印加する電圧の大きさや時間、微粒子Ｐの濃度を適宜調節することにより、基材ＷＫの表面に固定する微粒子Ｐの量を減少させれば、基材ＷＫの表面に微粒子Ｐを散乱させた状態（膜には至らない状態）で固定することができる。このような微粒子固定装置の用途としては、例えば、ナノチューブやナノワイヤの作製に用いることができる。具体的には、ナノチューブやナノワイヤを成長（結晶成長）させるための触媒となる金（Ａｕ）やコバルト（Ｃｏ）などのナノ微粒子を基材ＷＫの表面に散乱した状態で固定する装置（または方法）として用いることができる。

一方、印加する電圧の大きさや時間、微粒子Ｐの濃度を適宜調節することにより、基材ＷＫの表面に固定する微粒子Ｐの量を増加させれば、基材ＷＫの表面に形成される薄膜Ｆの厚さが増大し微粒子Ｐの層を形成することができる。これによれば、例えば、基材ＷＫ上に配置した物体（例えば、生体試料）を微粒子Ｐによって埋没させることができる。そして、基材ＷＫ上に堆積した微粒子Ｐの塊を基材ＷＫから剥がすことにより、基材ＷＫ上に配置した物体の形状の転写物（すなわち、型）を得ることができる。すなわち、上記第１実施形態における微粒子固定装置をこのような型の製造に利用すれば、同微粒子固定装置は微小物体の型製造装置と捉えることもできる。

また、上記第１実施形態においては、水層Ｗに接する基材ＷＫの表面全体に微粒子Ｐを固定させ薄膜Ｐを形成するように構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、微粒子Ｐを選択的に固定させることも可能である。例えば、基材ＷＫにおいて微粒子Ｐを固定させたい部分以外の部分を電界を遮蔽可能な部材でマスクすることにより、選択的に微粒子Ｐを固定させることができる。また、基材ＷＫを不導体で構成し、基材ＷＫの表面における微粒子Ｐを固定させたい部分に導体材料を配置またはエッチングし、同微粒子Ｐを固定させたい部分に電圧を印加するように構成してもよい。これらによっても、上記第１実施形態と同様な効果が期待できるとともに、本発明の適用分野を一層広げることができる。例えば、電子回路基板のパターニングに用いることができる。また、電子回路基板上における電子デバイスの固定や、電子顕微鏡における試料片の固定にも用いることもできる。

また、上記第３実施形態においては、波長が４８８ｎｍの短波長のレーザ光Ｌを用いて基材ＷＫにおける固定層ＷＬを不導体性質から導体的性質に変化させた。しかし、固定層ＷＬの電気的性質を変化させるために用いるレーザ光Ｌは、固定層ＷＬを構成する物質の性質に応じて適宜決定されるものであり、上記第３実施形態に限定されるものではない。すなわち、４８８ｎｍ以外の波長のレーザ光Ｌを用いてもよい。これは、基材ＷＫの固定層層ＷＬを構成する物質がＰＶＣｚに限定されないことも意味している。

また、上記第３実施形態においては、レーザ光Ｌの焦点を基材ＷＫの固定層ＷＬ上に位置決めして同固定層ＷＬにおける不導体性質を導体的性質に変化させるように構成した。しかし、基材ＷＫの固定層ＷＬにおける電気的特性を変化できるように光を照射すれば、上記第３実施形態に限定されるものではない。例えば、レーザ光源３２’に代えて投影画像を照射するプロジェクタを用いて固定層ＷＬに光を照射するように構成してもよい。この場合、投影画像として電子回路基板における回路パターンを固定層ＷＬ上に投影すれば、基材ＷＫ上に電子回路をパターニングすることもできる。

また、上記第３実施形態においては、光が照射されることによって固定層ＷＬの電気的特性が変化するように構成した。しかし、固定層ＷＬは、何らかの外的な作用によって電気的特性が変化する物質で構成されれば、上記第３実施形態に限定されるものではない。例えば、熱、磁気、圧力、振動、超音波等によって電気的特性が変化する物質を用いて固定層ＷＬ、すなわち、基材ＷＫを構成することができる。この場合、固定層ＷＬの電気的特性を変化させるための特性変化手段は、固定層ＷＬを構成する物質に応じた構成、例えば、熱、圧力、磁気、振動、超音波等を固定層ＷＬに対して発生させる構成とすればよい。

（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示した一部断面図である。 図１（Ａ），（Ｂ）に示す微粒子固定装置によって複数の微粒子Ｐからなる薄膜Ｆが形成された基材ＷＫを模式的に示した一部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示す全体概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図３に示す微粒子固定装置によって微粒子Ｐ’が基材ＷＫ上に固定される様子を模式的に示した一部断面図である。 本発明の第３実施形態に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示す全体概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図５に示す微粒子固定装置によって微粒子Ｐが基材ＷＫ上に固定される様子を模式的に示した一部断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の変形例に係る微粒子固定装置の構成を模式的に示した一部断面図である。

符号の説明

ＷＫ…基材、ＷＬ…固定層、Ｐ，Ｐ’…微粒子、Ｗ…水層、Ｌ…レーザ光、１１…プレート部材、１２，１２’…電極層、１３…シール、１４ａ，１４ｂ…電気配線、１５…電源装置、２１…ベース、２２…支柱、２３…ワーク台、２４…反射ミラー、２５…ハロゲンランプ、２６…微駆動ステージ、２７…粗駆動ステージ、２８…フィルタ、３１…対物レンズ、３２，３２’…レーザ光源、３４…ビームスプリッタ、３７…ＣＣＤ素子、３８…モニタ装置。

Claims (20)

1. 基材の表面に微粒子を固定するための微粒子固定装置であって、
   帯電した状態の前記微粒子を含んだ液体を介して前記基材に対向して配置した電極部と、
   前記電極部に前記微粒子の帯電極性と同じ極性の電位を形成させるとともに、前記基材側に前記微粒子の帯電極性とは逆の極性の電位を形成させて前記液体内に電界を形成させることにより、前記液体内に含まれる前記微粒子を前記基材に向けて移動させて同微粒子を同基材の表面に固定するための電界形成手段とを備えたことを特徴とする微粒子固定装置。
2. 請求項１に記載した微粒子固定装置において、さらに、
   不導体的性質と導体的性質とが選択的に変化する電気的特性を備えた物質で構成された前記基材における前記電気的特性を変化させるための特性変化手段を備え、
   前記電界形成手段は、前記基材に前記微粒子の帯電極性とは逆の極性の電位を形成させる微粒子固定装置。
3. 請求項２に記載した微粒子固定装置において、
   前記基材は、光が照射されることによって不導体的性質から導体的性質に変化する光導電性物質で構成され、
   前記性状変化手段は、前記基材に対して光を照射するための光源を備える微粒子固定装置。
4. 請求項１または請求項２に記載した微粒子固定装置において、さらに、
   レーザ光を出射するレーザ光源を有し、同レーザ光源から出射したレーザ光を前記液体内にて集光させる集光光学手段と、
   前記液体内を照らすための光源を有し、同光源によって照らされた前記液体内の前記微粒子の状態を観察可能とする微粒子観察手段と、
   前記基材と前記液体内に集光したレーザ光とを相対的に変位させる変位手段とを備える微粒子固定装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定装置において、
   前記基材の表面に部材を配置しておき、
   前記電界形成手段は、前記基材の表面に配置された前記部材とともに、同基材の表面に前記微粒子を固定する微粒子固定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定装置において、
   前記微粒子は、粒の大きさが１〜１００ｎｍのナノ粒子である微粒子固定装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定装置において、
   前記微粒子は、前記液体中においてコロイド状に存在する微粒子固定装置。
8. 請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定装置において、
   前記液体は、水、純水または生理食塩水である微粒子固定装置。
9. 請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定装置において、
   前記電界形成手段は、前記基材の表面に複数の前記微粒子を固定することにより膜を形成する微粒子固定装置。
10. 請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定装置において、
    前記電界形成手段は、前記基材の表面に複数の前記微粒子を積み重ねることにより立体構造物を形成する微粒子固定装置。
11. 基材の表面に微粒子を固定するための微粒子固定方法であって、
    帯電した状態の前記微粒子を含んだ液体を介して前記基材に対向して電極部を配置する電極部配置工程と、
    前記電極部配置工程によって配置された前記電極部に前記微粒子の帯電極性と同じ極性の電位を形成させるとともに、前記基材側に前記微粒子の帯電極性とは逆の極性の電位を形成させて前記液体内に電界を形成させることにより、前記液体内に含まれる前記微粒子を前記基材に向けて移動させて同微粒子を同基材の表面に固定するための電界形成工程とを含むことを特徴とする微粒子固定方法。
12. 請求項１１に記載した微粒子固定方法において、さらに、
    不導体的性質と導体的性質とが選択的に変化する電気的特性を備えた物質で構成された前記基材における前記電気的特性を変化させるための特性変化工程を含み、
    前記電界形成工程は、前記基材に前記微粒子の帯電極性とは逆の極性の電位を形成させる微粒子固定方法。
13. 請求項１２に記載した微粒子固定方法において、
    前記基材は、光が照射されることによって不導体的性質から導体的性質に変化する光導電性物質で構成され、
    前記性状変化工程は、前記基材に対して光を照射して電気的性質を変化させる微粒子固定方法。
14. 請求項１１または請求項１２に記載した微粒子固定方法において、
    レーザ光を出射するレーザ光源を用いて前記液体内にレーザ光を集光させる集光工程と、
    前記液体内を照らすための光源を用いて前記液体内の前記微粒子の状態を表示装置に表示させる液体内表示工程と、
    前記表示装置にて表示される前記微粒子の状態を確認しながら、前記液体内に集光させたレーザ光と、前記基材と前記液体内に集光したレーザ光とを相対的に変位させる変位手段とを用いて、前記液体内に含まれた前記微粒子を前記基材の表面における所定の位置に位置決めさせる位置決め工程とを含む微粒子固定方法。
15. 請求項１１ないし請求項１４のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定方法において、
    前記基材の表面における所定の位置に部材を配置する配置工程を含み、
    前記電界形成工程は、前記基材の表面に配置した前記部材とともに、同基材の表面に前記微粒子を固定させる微粒子固定方法。
16. 請求項１１ないし請求項１５のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定方法において、
    前記微粒子は、粒の大きさが１〜１００ｎｍのナノ粒子である微粒子固定方法。
17. 請求項１１ないし請求項１６のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定方法において、
    前記微粒子は、前記液体中においてコロイド状に存在する微粒子固定方法。
18. 請求項１１ないし請求項１７のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定方法において、
    前記液体は、水、純水または生理食塩水である微粒子固定方法。
19. 請求項１１ないし請求項１８のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定方法において、
    前記電界形成工程は、前記基材の表面に複数の前記微粒子を固定することにより膜を形成する微粒子固定方法。
20. 請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載した微粒子固定方法において、
    前記電界形成手段は、前記基材の表面に複数の前記微粒子を積み重ねることにより立体構造物を形成する微粒子固定方法。

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