JP5084830B2

JP5084830B2 - ポリマー層の表面をパターニングするための装置および方法

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Publication number: JP5084830B2
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Inventors: デリック、ウルス、ティー; ゴツマン、バーンド、ダブリュ; ノル、アーミン、ダブリュ
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Description

本発明は、高分子層ないし重合体層〈以下、ポリマー層と記載する〉の表面にパターン形成をする（以下、パターニングをすると言う）ための装置および方法に関する。特に、本発明は、ポリマー層の表面上にトポグラフィ的フィーチャ、つまり、構造体（地形的形状）、とりわけ突出部を形成するための装置および方法に関する。

原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に基づくプローブ・タイプのデータ・ストレージ・デバイス（以下、データ記憶装置）は、２０００年３月のＰ．Ｖｅｔｔｉｇｅｒ等による「Ｔｈｅｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−ｍｏｒｅｔｈａｎ１，０００ｔｉｐｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅＡＦＭｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ」、ＩＢＭ社のＪｏｕｒｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．３に開示されている。該記憶装置は、それぞれがチップを有するプローブの配列を備えた、記憶媒体の機械的ｘ、ｙスキャニングに基づく、読み取りおよび書き込み機能を有する。プローブは、動作時に、各プローブが記憶媒体の関連フィールドをスキャニング、つまり走査をするのと並行して動作する。記憶媒体は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）層を備える。それぞれが５ｎｍから４０ｎｍの直径を有するチップ（先端）は、ポリマー層の表面全体にわたって接触モードで移動する。接触モードは、プローブのチップがポリマー層の表面に接触できるように、プローブに力を印加することによって達成される。このためプローブは、その端部にチップを支持するカンチレバー（cantilever）を備える。ビットは、ポリマー層内で、それぞれが論理「１」をエンコードするインデント・マーク、またはそれぞれが論理「０」をエンコードする非インデント・マークによって、表される。カンチレバーは、読み取り／書き込みモードでの装置の動作中に、ポリマー層の表面全体にわたって移動しながら、これらの地形的（構造）変化に応答する。

インデント・マークは、熱機械的レコーディングによって、ポリマー層上に形成される。これは、ポリマー層に対して接触モードで動作する、それぞれのプローブのチップを加熱することによって達成される。チップの加熱は、インデント・マークの書き込み／形成専用のヒータを介して達成される。ポリマー層は、加熱されたチップによって接触されている部分が局所的に柔らかくなる。その結果として、たとえば、その形成で使用されるチップの直径に匹敵するナノスケールの直径を有するインデント・マークが、層上に生成される。インデント・マークの読み取りも熱機械の概念によって実施され、インデント・マークの書き込みに使用されるものと同じプローブを使用して実行することができる。ポリマー層内にインデント・マークを書き込むために使用される機械的応力によって、通常、チップ又は媒体あるいはその両方の磨耗が生じることが予想される可能性がある。

超顕微法（Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）４２〜４４（１９９２年）２６２に記載されたような、以前に提案された他のプローブ・タイプのデータ記憶装置では、データは、電荷注入により、窒化物−二酸化シリコン−シリコン（Nitride-Silicon Dioxide-Silicon）などの絶縁体上にエンコードされ、すなわち、ビットは絶縁体表面上の局在した捕獲電荷（trapped charge）によって表される。したがって、各捕獲電荷は論理「１」を示し、これがない場合は論理「０」を示す。データは、それぞれの局在した捕獲電荷に関連付けられた浮遊電場（electrical stray field）を検出することによって取り出され、この電場は、例えば、およそ１ｎＮの、測定可能であるが比較的小さな相互作用力を発生させる。局在した捕獲電荷の検出において考慮をする必要がある他の問題は、（１）前述の浮遊電場は本質的に長距離であるため、ビット位置の不鮮明化ないしスミア・アウト（smearing out）する可能性があること、（２）局在した捕獲電荷は、通常、例えば、水分子などの極性汚染物によって遮られ、それによって、通常は２４時間以内という短時間内に、およそ電荷注入の大きさだけ、関連付けられた浮遊電場の大きさが減少すること、および（３）前述の相互作用力の大きさが、データ転送速度をＭＨｚではなくおよそｋＨｚに制限する可能性があること、である。

さらに、以前に提案された他のプローブ・タイプのデータ記憶装置では、ビットは、磁気レコーディングに類似した強誘電性メディア内の配向領域として格納される。ある領域に関連付けられた電気双極子配向の検出は、対応する浮遊電場の強さを測定することによって実行可能である。しかしながらこのケースでも、前述の（１）から（３）で列挙された問題を考慮することが必要であろう。別の方法として、電気双極子配向の検出は、それらの検出のために高感度ロックイン機構を必要とする、およそナノメートルの何分の１という精密な極めて局在した表面構造（地形）の変調を誘導する、圧電応答（piezo-electric response）を測定することによって実行することも可能である。この場合、信号の劣化は、電気機械的変換（electromechanical transduction）によって避けられる可能性がある。しかしながら、およそ０．１ｎｍであることから、構造体（地形的形状）は、それらが存在する表面の粗さに匹敵するか、またはそれ以下である可能性がある。さらに、既知の検出器を使用した、寸法がナノメートル以下のこうした特性の検出は、通常、ｋＨｚ範囲内の制限付きデータ転送速度で実行される可能性がある。

ポリマー層の表面は、リソグラフィで使用されるようなインプリントによって、および、プローブ・ストレージ・アプリケーションに関して知られているエンボスによって、パターニングすることが知られている。これらの場合、通常、圧子（indenter）本体がポリマー層の表面上に押し付けられ、機械的圧力が圧子本体に印加され、それによってポリマー層の表面内に圧子本体の構造がインプリント／複製される。印加される機械的圧力と共に、たとえば熱の形の追加エネルギーを使用することができる。

前述の技法を使用すると、圧子本体の特性がポリマー層の表面にインプリントされ、すなわち、それら特性が表面下方向に延在する。これらの技法を使用して、ポリマー層の表面上に、たとえば突出部などの凹凸（asperity）を生成することは困難である。
２０００年３月のＰ．Ｖｅｔｔｉｇｅｒ等による「Ｔｈｅｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−ｍｏｒｅｔｈａｎ１，０００ｔｉｐｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅＡＦＭｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ」、ＩＢＭ社ＪｏｕｒｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．３超顕微法（（Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）４２〜４４（１９９２年）２６２

したがって、ポリマー層の表面上に突出部を形成するための装置および方法を提供することが望まれる。

本発明の第一の側面から見た実施形態に依れば、ポリマー層と、導電体を備える基板であって、その基板上にポリマー層の第１の表面が与えられている基板と、装置の使用時にポリマー層の第２の表面と相互に作用し合う少なくとも１つの電極とを備える、ポリマー層の表面上に構造体（地形的特性）を形成するための装置が提供され、この装置は、使用時に、基板に関して少なくとも１つの電極に第１の電位を印加し、それによってポリマー層の第２の表面上に突出部が形成されるように動作可能である。

本発明を実施化する装置は、ポリマー層を備え、その第１の表面は導電体を備える基板上に設けられ、その第２の表面は少なくとも１つの電極と相互に作用し合うように設けられる。基板に関して少なくとも１つの電極に電位、すなわち第１の電位を印加することによって、ポリマー層の第２の表面上に電荷が注入される。ポリマー材料の第２の表面に注入された電荷は、ポリマー材料が非導電性であることによって、その上に局在したままとなる。ポリマー層の第２の表面上に電荷が注入されると、ポリマー材料は隆起し、突出部が形成される。上部への突出部の形成による、ポリマー層の第２の表面の構造（地形的ランドスケープ）の変形は、（前述のように）形成された構造体が、ポリマー層の表面下方向（ｓｕｂ−ｓｕｒｆａｃｅ）に延在する、ポリマー層表面におけるくぼみであるという、以前に提案された技法とは対照的である。

好ましくは、少なくとも１つの電極は、ポリマー層の第２の表面と接触していることによって、その表面と相互に作用し合う。この場合、少なくとも１つの電極がポリマー層の第２の表面と接触するようになると、好ましくはそれに関してスキャンされるか、又は、少なくとも１つの電極に負荷力（ｌｏａｄｉｎｇｆｏｒｃｅ）が印加される、あるいはその両方である。

ポリマー層の第２の表面と少なくとも１つの電極との間の接触を確立させることによって、ポリマー層の第２の表面上に突出部が形成される、本発明の実施形態では、少なくとも１つの電極に印加される第１の電位の大きさは、ポリマー層の第２の表面と少なくとも１つの電極とが分けられた場合よりも、相対的に小さい。ポリマー層の第２の表面上への突出部の形成は、少なくとも１つの電極のスキャン運動、又は、負荷力の印加に応答した少なくとも１つの電極の垂直衝撃運動、あるいはその両方によって、支援することができる。例を挙げると、少なくとも１つの電極に印加される負荷力は、事前に定義された値とすることが可能であり、したがってその結果、少なくとも１つの電極とポリマー層の第２の表面との間に１ＭＰａから１００ＭＰａの範囲の圧力が生じることになる。

別の方法として、接触しないでいることによって、すなわち、少なくとも１つの電極とポリマー層の第２の表面との間には分離が介在していることによって、少なくとも１つの電極がポリマー層の第２の表面と相互に作用し合うことができる。この場合、少なくとも１つの電極とポリマー層の第２の表面との間の距離は、好ましくは少なくとも１ｎｍである。

この別法の場合、ポリマー層の第２の表面も少なくとも１つの電極も、どちらも磨耗することがない。

好ましくは、装置は、突出部が形成されている領域内でポリマー層の第２の表面と相互に作用し合う少なくとも１つの電極に、第２の電位を印加するように動作可能であり、この第２の電位は、第１の電位とは反対の極性を有する。第２の電位に適切な極性および大きさを選択することによって、ポリマー層の第２の表面上に形成される突出部を増大させたりまたは減少させたりすることが可能であるか、あるいは、ポリマー層の第２の表面が帯電していない中性状態に戻すことさえもできる。さらに、こうした可逆的動作によって、ポリマー層の第２の表面の構造（地形的なランドスケープ）の改変をも逐次実行することが可能である。

好ましくは、装置は、熱、照射、またはそれらの組み合わせをポリマー層に印加するように動作可能である。ポリマー層の第２の表面上に形成された突出部は、たとえば、熱、紫外線照射、あるいは荷電粒子、又はそれらすべての印加、あるいはそれらの組み合わせなどの、好適な形のエネルギーを印加することによって、全体的に除去することができる。このようにして、ポリマー層の第２の表面は、その後、その上に単純かつ時間効率良く新しい突出部を書き込むことができる状態に戻ることができる。この場合、ポリマー層は１００℃から２００℃の温度まで加熱されることが好ましい。注入された電荷の減衰速度は、通常、２０℃の温度変化につき１桁増加するため、本発明の実施形態では、１００℃から２００℃の温度までポリマー層を加熱することによって、おおよそ何秒かのタイムスケールで電荷を中性化することができる。

好ましくは、ポリマー層はポリスチレン−ｒ−ベンゾシクロブテン３０％ランダム共重合体、ＰＳ−３０％−ＢＣＢを備える。

本発明の実施形態では、ポリマー層は、たとえば、ポリスチレン−ｒ−ベンゾシクロブテン３０％ランダム共重合体、ＰＳ−３０％−ＢＣＢなどの、相互リンク可能な非導電性重合体を備える。ポリマー層によって顕示されるこれらの特性によって、ポリマー層の第２の表面上に形成される突出部は、ポリマー層を室温で数日間にわたって保管しても、ほとんど形が失われることなくその上に局在したままである。

好ましくは、少なくとも１つの電極は大幅に延長された構造を有する。

この場合、少なくとも１つの電極とポリマー層の第２の表面との間の接触は、選択的に、およびインプリント・リソグラフィを想起させるような方法で、確立することができる。

好ましくは、少なくとも１つの電極は、パターン化された構造を有する表面を介して、ポリマー層の第２の表面と相互に作用し合う。

この場合、パターン化された構造を有する表面は、ポリマー層の第２の表面との相互作用を確立する際に使用される、少なくとも１つの電極の表面とすることが可能であり、このパターン化された構造は、ポリマー層の第２の表面をどのようにして地形的パターニングが望ましいかに従うものである。パターン化された構造を有する表面は、たとえばマスクとすることもできる。

本発明の対応する方法態様が提供され、本発明の第２の態様の実施形態では、ポリマー層の表面に構造体（地形的特性）を形成するための方法が提供され、該ポリマー層の第一の表面は導電体を備える基板上に設けられ、前記方法は、少なくとも１つの電極とポリマー層の第２の表面とを相互に作用させるステップと、基板に関して少なくとも１つの電極に第１の電位を印加し、それによってポリマー層の第２の表面上に突出部を形成させるステップと、を含む。

本発明の第３の態様の実施形態では、ポリマー層が提供され、その表面は、本発明の第１の側面からの実施形態による装置、又は本発明の第２の側面を実施化する方法を使用して、構造体を備えるようにパターニングされる。

本発明の方法の観点の実施形態には装置の任意の特徴を適用することが可能であり、その逆もまた可能である。発明の一観点の特徴は、他の任意の発明の観点に対して適用することが可能である。開示された任意の実施形態は、図示又は記載した、あるいはその両者の、他の実施形態のうちの１つまたはいくつかと組み合わせることが可能である。これは、諸実施形態の１つまたは複数の特徴についても可能である。

次に、例としての添付の図面を参照する。

図１は、本発明の実施形態の原理を示す概略図である。

ポリマー層１の第１の表面１ａが基板２上に提供される。これは、基板２の上、またはたとえばシリコン酸化膜とすることが可能なスペーサ層の上に、直接提供することができる。ポリマー層１は、ポリスチレン−ｒ−ベンゾシクロブテン３０％ランダム共重合体、ＰＳ−３０％−ＢＣＢを備える。しかしながら本発明は、ＰＳ−３０％−ＢＣＢに限定されるものではなく、非導電性であり、任意選択で相互リンク可能な、任意の他の重合体を使用することができる。基板２は、たとえば１０^１６ｃｍ^−３のｎタイプのドーピング濃度を有するシリコンを備える。もちろん基板２は、シリコンの使用に限定されるものではなく、適切な導電性を有する任意の他の材料を使用することができる。

ポリマー層１の第２の表面１ｂは、接触すること、またはそれに近接すること、すなわちポリマー層１の第２の表面１ｂと少なくとも１つの電極３との間に分離が存在することの、いずれかによって、少なくとも１つの電極３と相互に作用し合うように提供される。電位、すなわち第１の電位Ｐ１を、電気スイッチＳ１を介して基板２に関して少なくとも１つの電極３に印加することによって、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に電荷が注入される。非導電性の材料を備えるポリマー層１によって、ポリマー層１の第２の表面１ｂに注入された電荷は、その表面上に局在したままとなる。ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に電荷が注入された図１の（Ｂ）からわかるように、ポリマー材料は隆起し、突出部４が形成される。

本発明の実施形態では、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に電荷を注入させ、それによってポリマー層１の第２の表面１ｂ上に電荷誘導隆起／突出部を形成させることになる、電気機械的変換、すなわち、少なくとも１つの電極３に印加される電位である電気信号の変換を使用して、ポリマー層１の表面がトポグラフィ的にパターニングされる。その上に突出部４を形成することによる、ポリマー層１の第２の表面１ｂの構造（トポグラフィ的ランドスケープ）の変形は、（前述のように）形成されたトポグラフィ的構造体が、ポリマー層の表面下方向に延在する／表面内のくぼみであるという、以前に提案された技法とは対照的である。

本発明の実施形態に関係する実験結果は、ポリマー層１が特にＰＳ−３０％−ＢＣＢを備える場合、第２の表面１ｂ上に注入された電荷がその表面上に蓄積するだけでなく、ポリマー層１を室温で数日間にわたって保管しても、この電荷がほとんど散逸することなく保持されたままであることを示している。

ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に注入される電荷の極性は、ポリマー層１の第２の表面１ｂと相互に作用し合う場合、第１の電位Ｐ１を少なくとも１つの電極３に印加することによって、逆になる可能性がある。これは好ましくは、電荷が注入された、すなわち突出部４が形成された、第２の表面１ｂ上の領域と相互に作用し合うように、少なくとも１つの電極３を配置構成することによって、および、第１の電位Ｐ１とは極性が逆の第２の電位Ｐ２を少なくとも１つの電極３に印加することによって、実行される。この場合、少なくとも１つの電極３は、たとえば、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上の帯電領域上で再スキャンすることができる。第２の電位Ｐ２に適切な極性および大きさを選択することによって、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に形成される突出部４を増大または減少させることが可能であるか、あるいは、第２の表面１ｂが帯電していない中性状態に戻る可能性さえもある。さらに、こうした可逆的動作によって、ポリマー層１の第２の表面１ｂの構造の修正を逐次実行することが可能である。

前述のように、少なくとも１つの電極３は、以下で接触モード動作と呼ばれる、接触することによって、または、以下で非接触モード動作と呼ばれる、たとえば少なくとも１ｎｍだけ分離してそれに近接していることの、いずれかによって、ポリマー層１の第２の表面１ｂと相互に作用し合う。

非接触モードで動作する場合、少なくとも１つの電極３およびポリマー層１の第２の表面１ｂは、それぞれ接触状態で維持される場合よりも磨耗が少ない。

接触モードで動作する場合、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に注入可能な電荷の量は、少なくとも１つの電極３に印加された第１の電位Ｐ１によって乗算され、電荷担体がポリマー層１内に浸透可能な深さ、すなわち浸透深さによって除算された、およそε_０であり、ここで、ε_０＝８．８４×１０^−１２ＣＶ^−１ｍ^−１であり、この浸透深さはおよそ１ｎｍである。したがって、およそ０．１電子／ｎｍ^２の電荷密度は、１０Ｖ未満の第１の電位Ｐ１を少なくとも１つの電極３に印加することによって達成可能である。これは、非接触モードで動作が実行される場合に実行されるような電界放出による電荷の注入と比較すると、特に有利であり、非接触モードでは、前述の電荷密度を達成するために、少なくとも１つの電極３に印加される第１の電位Ｐ１の大きさがおよそ１００Ｖとなるようにしなければならない。これには、注入された電荷が、接触モードでの動作の場合よりも、ポリマー層１の第２の表面１ｂに深く浸透することになるという、関連する影響もある。

動作が接触モードで実行される場合、ポリマー層１の第２の表面１ｂへの電荷の注入は、少なくとも１つの電極３のスキャン運動、あるいは、それに印加される負荷力に応答した少なくとも１つの電極３の垂直衝撃運動、またはその両方によって、支援することができる。例を挙げると、少なくとも１つの電極３に印加される負荷力は、事前に定義された値とすることが可能であり、したがってその結果、少なくとも１つの電極３とポリマー層１の第２の表面１ｂとの間に１ＭＰａから１００ＭＰａの範囲の圧力が生じることになる。第１の電位Ｐ１が印加される少なくとも１つの電極３は、ポリマー層１の第２の表面１ｂに対して擦り付けられることにより、摩擦電気効果によってその表面に電荷が注入される。

ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に注入される電荷、および、その上に作成される構造体（トポグラフィ的フィーチャ）／突出部４は、たとえば、熱、紫外線照射、あるいは荷電粒子、またはそれらすべての印加、あるいはそれらの組み合わせなどの、好適な形のエネルギーを印加することによって、全体的に除去することができる。注入された電荷の減衰速度は、通常、２０℃の温度変化につき１桁増加するため、１００℃から２００℃の温度までポリマー層１を加熱することによって、何秒かのうちに電荷を中性化することができる。

図１からわかるように、少なくとも１つの電極３は、大幅に延長された構造を有することが可能であり、その結果、ポリマー層１の第２の表面１ｂとの接触は、選択的に、およびインプリント・リソグラフィを想起させるような方法で、確立することができる。

少なくとも１つの電極３は、パターニング構造を有する表面を介して、ポリマー層１の第２の表面１ｂと相互に作用し合うように提供することができる。パターン化された構造を有する表面は、ポリマー層１の第２の表面１ｂとの相互作用を確立する際に使用される、少なくとも１つの電極３の表面とすることが可能であり、このパターン化された構造は、ポリマー層１の第２の表面１ｂのどのようなトポグラフィ的パターニングが望ましいかに従うものである。パターン化された構造を有する表面は、たとえばマスクとすることもできる。

その表面が本発明の実施形態に従ってパターニングされたポリマー層１は、以下で説明するように、リソグラフィ、生体工学、生命科学などのいくつかの異なるナノテクノロジの適用によって、活用することができる。

可逆的接着
２つの表面の接着は、その上の凹凸をそれぞれ結合（インターロック）することによって調節できることが知られている。図２を参照すると、本発明の実施形態が使用可能な可逆的接着の応用例が示されている。ポリマー層１の第２の表面１ｂは、本発明の実施形態に従って、図１を参照しながら前述したように、複数の突出部４がその上に作成されるように構造化される。図２に示される例では、突出部４は関連付けられた負の電荷を有する。

第２の表面１ｂは、カバー表面５と接触させられる。第２の表面１ｂの突出部４は、カバー表面５上の対応する凸凹６とインターロックする。第２の表面１ｂとカバー表面５との間の接着は、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上の突出部４に関連付けられた電荷によって、カバー表面５で誘導されたイメージ分極化相互作用によって、さらに支援される。図２からわかるように、突出部４は関連付けられた負の電荷を有するため、突出部４に対応するカバー表面５の凹凸には、正の電荷が誘導される。このようにして、ポリマー層１の第２の表面１ｂおよびカバー表面５は、併せて保持することができる。それらの間の接着は、システムに対してたとえば熱などのエネルギーを与え、それによってポリマー層１の第２の表面１ｂ上の電荷を中性化することによって解除することが可能であり、その後、その初期の非機能化状態に戻り、カバー表面５から分離される。

サイズ選択接着
ある種の粒子は、それらのサイズに基づいて、具体的に言えばナノメートル・スケールで、分離できることが望ましい。図３を参照すると、ある種の粒子のサイズ選択分離に関して、本発明の実施形態がどのように適用可能であるかが示されている。図３に示された例では、分離される粒子は同様に帯電している。

ポリマー層１の第２の表面１ｂは、本発明の実施形態に従い、図１を参照しながら前述したように、複数の突出部４がその上に作成されるように構造化される。図３に示された例では、突出部４は関連付けられた負の電荷を有する。突出部４は、負に帯電した粒子７の直径よりも小さい、所定の分離を伴って作成され、この粒子７は他の負に帯電した粒子８から遮られていることが望ましい。

図３の（Ａ）からわかるように、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上にある突出部４は、関連付けられた負の電荷を有し、隣接する突出部４の間の分離よりも小さい／分離に対応する直径を有する粒子８は、隣接する突出部４の間の第２の表面１ｂに吸着することになる。負に帯電した粒子８がポリマー層１の第２の表面１ｂに吸着すると、正の電荷が誘導され、その結果、静電引力によって粒子８がその上に接着される。これに対して、図３の（Ｂ）からわかるように、より大きな粒子７は、隣接する突出部４の間の分離よりも大きな直径を有することにより、および、突出部４に関連付けられた負の電荷によって反発されることにより、ポリマー層１の第２の表面１ｂに接着されることができない。

印刷時のインク転写
本発明の実施形態には、図４を参照しながら説明するような、印刷時のインクの転写に関する応用例も見ることができる。単なる例として、この領域における本発明の応用例は、関連付けられた正の電荷を有するインク分子９に関して説明される。同様に、この方法は、双極子、四極子などの高位電荷分布を伴う分子に対しても有効である。またこの方法は、双極静電相互作用を効果的に提供するイメージ電荷効果により、非帯電分子に対しても有効である。

図４の（Ａ）を参照すると、インク分子９は、本発明の実施形態に従ってパターニングされた、ポリマー層１の第２の表面１ｂ上に作成された突出部４上に吸着される。この例では、突出部４は関連付けられた負の電荷を有する。

図４の（Ｂ）からわかるように、その上へのインク分子９の吸着によって修正されたポリマー層１の第２の表面１ｂは、カバー表面５と接触している。

図４の（Ｃ）を参照すると、たとえば加熱などによってポリマー層１にエネルギーが与えられることによって、非機能化状態に戻され、その結果、インク分子９への接着が除去される。このようにして、インク分子９のカバー表面５への転写が実行され、こうした転写は、インク分子９に関連付けられた電荷によって、カバー表面５で誘導されるイメージ分極化相互作用によって、さらに支援される。

所望表面へのインク分子９の付着あるいは転写またはその両方は、トポグラフィおよび電荷の組み合わせを使用して、ナノメートル規模で制御することが可能であるため、従来の印刷方法では非常にしばしば遭遇した縁部漂白効果（edge bleaching effect）を避けることができる。

印刷時のインク転写に関する本発明の実施形態の他の応用例について、図５を参照しながら説明する。

図５の（Ａ）を参照すると、ポリマー層１の第２の表面１ｂは、本発明の実施形態に従ってパターン形成される。具体的に言えば、突出部４の高さは、カバー表面５上に転写されることになるインク分子９の直径よりも大きくなるように選択される。このようにして、インク分子９は、カバー表面５がポリマー層１の第２の表面１ｂと位置合わせされた場合に、擦り取られないように保護される。

さらに突出部４は、所定の分離で形成される。図５の（Ａ）に示された例では、隣接する突出部４の間の所定の分離は固定されるように選択されるため、少なくとも４つのインク分子９が隣接する突出部４の間のくぼみ（trough）内に吸着される。もちろん、１ペアの隣接する突出部４の間の分離はこれに制限されるものではなく、他のペアの隣接する突出部４のそれとは異なるように選択することもできる。このようにして、隣接する突出部４のペア間の所定の分離が、インク分子９の吸着に関するパターンを提供する。突出部４は、境界でのインク分子９の漏れを防ぐような働きもする。

図５の（Ｂ）を参照すると、ポリマー層１にたとえば熱などのエネルギーを提供することによって、ポリマー層１上の表面電荷が除去され、突出部４が水平になる。このレベリングにより、インク分子９は最終的にカバー表面５と接触し、その後、接着によって引き上げられる。接着は、インク分子９に関連付けられた電荷に応答して発生する可能性のある、カバー表面５内の電荷分極化によって強化することができる。こうした接着は、カバー表面５がポリマー層１の第２の表面１ｂと位置合わせされる前に、事前に帯電させることによって、さらに支援することができる。インク粒子９に対して第２の表面１ｂよりも強い接着である好適な界面エネルギーを提供する、カバー表面５に好適な材料を使用することによって、接着を強化することもできる。

図５の（Ｂ）を参照すると、ここに示される構成は、特定のパターンでのインク分子９の移送あるいは格納またはその両方に使用することができる。もちろんこの構成は、インク分子９および他の分子に限定されるものではなく、たとえば、たんぱく質もこのようにして格納あるいは移送することができる。たとえばこれは、医者または患者による分析試料の準備と、遠隔の研究所でのその後の分析との間などの、サンプルの転移時に、環境からたんぱく質を保護する必要がある生物検定の応用例に有用な場合がある。

以上、本発明について単なる例として説明し、細部の修正は本発明の範囲内で実行可能である。

説明ならびに（適切であれば）特許請求の範囲および図面で開示された各特徴は、独立して、または任意の適切な組み合わせで、提供することができる。

本発明の実施形態の原理を示す概略図である。本発明の実施形態が使用可能な可逆的接着の応用例を示す図である。ある種の粒子のサイズ選択分離に関する、本発明の実施形態の応用例を示す概略図である。印刷時のインク転写の方法に関する、本発明の実施形態の応用例を示す概略図である。印刷時のインク転写の他の方法に関する、本発明の実施形態の応用例を示す概略図である。

Claims

ポリマー層の表面上に構造体を形成するための装置であって、
導電体を備える基板と、
前記基板上に第１の表面が設けられたポリマー層と、
前記装置の使用時に、前記ポリマー層の第２の表面と相互に作用し合う少なくとも１つの電極と、を備え、
前記装置の使用時に、前記少なくとも１つの電極に対し前記基板からの第１の電位を印加し、前記ポリマー層の前記第２の表面の少なくとも１つの選択された領域に電荷を注入し、それによって、前記ポリマー層の前記第２の表面上に前記ポリマー層の電荷誘導による突出部が形成されるように動作可能なことを特徴とする装置。
前記少なくとも１つの電極が、前記ポリマー層の前記第２の表面と接触していることによってその表面と相互に作用し合う、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの電極が前記ポリマー層の前記第２の表面と接触するようになると、それが該表面に対して走査されるか、又は前記少なくとも１つの電極に負荷力が印加されるか、あるいはその両方によって、摩擦電気効果により電荷が前記第２の表面の前記少なくとも１つの選択された領域に注入される、請求項２に記載の装置。
接触しないことによって、前記少なくとも１つの電極が前記ポリマー層の前記第２の表面と相互に作用し合う、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの電極と前記ポリマー層の前記第２の表面との間の距離が少なくとも１ｎｍである、請求項４に記載の装置。
前記装置が、前記電荷誘導による突出部が形成されている領域内で前記ポリマー層の前記第２の表面と相互に作用し合っている前記少なくとも１つの電極に、第２の電位を与えるように動作可能であり、前記第２の電位は、前記第１の電位とは反対の極性を有しており、前記第２の表面の前記少なくとも１つの選択された領域を帯電していない中性状態に戻す、前記請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
熱、紫外線照射、又はそれらの組み合わせを前記ポリマー層に印加し、これにより前記電荷誘導による突出部が除去されるように動作可能である、前記請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
前記ポリマー層を１００℃から２００℃の温度まで加熱する手段を備える、請求項７に記載の装置。
前記ポリマー層がポリスチレン−ｒ−ベンゾシクロブテン３０％ランダム共重合体、ＰＳ−３０％−ＢＣＢを備える、前記請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
前記ポリマー層が、架橋性の非導電性重合体を備える、前記請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
前記少なくとも１つの電極が、パターン化された構造を有する表面を介して、前記ポリマー層の前記第２の表面と相互に作用し合し、パターン化された複数の位置で電荷を注入し電荷誘導による突出部を形成することを特徴とする、前記請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
ポリマー層の表面上に構造体を形成するための方法であって、前記ポリマー層の第１の表面が、導電体を備える基板上に設けられており、前記方法は、
少なくとも１つの電極と前記ポリマー層の第２の表面とを相互に作用させるステップと、
前記少なくとも１つの電極に対し前記基板からの第１の電位を印加し、前記ポリマー層の前記第２の表面の少なくとも１つの選択された領域に電荷を注入し、それによって前記ポリマー層の前記第２の表面上に、前記ポリマー層の電荷誘導による突出部を形成させるステップと、
を備えた方法。
前記少なくとも１つの電極が、前記ポリマー層の前記第２の表面と接触していることによってその表面と相互に作用し合う、請求項１２に記載の方法。
前記少なくとも１つの電極が前記ポリマー層の前記第２の表面と接触するようになると、前記ポリマー層の前記第２の表面に対して前記少なくとも１つの電極を走査するステップ又は、前記少なくとも１つの電極に負荷力を印加するステップあるいはその両方をさらに備え、これよって、摩擦電気効果により電荷が前記第２の表面の前記少なくとも１つの選択された領域に注入される、請求項１３に記載の方法。
接触しないことによって、前記少なくとも１つの電極が前記ポリマー層の前記第２の表面と相互に作用し合う、請求項１２に記載の方法。
前記突出部が形成されている領域内で前記ポリマー層の前記第２の表面と相互に作用し合っている、前記少なくとも１つの電極に、第２の電位を印加するステップをさらに備え、前記第２の電位は、前記第１の電位とは反対の極性を有しており、前記第２の表面の前記少なくとも１つの選択された領域を帯電していない中性状態に戻すようにされている、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
熱、紫外線照射、又はそれらの組み合わせを前記ポリマー層に印加し、これにより前記電荷誘導による突出部が除去されるステップを更に備えた、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
前記ポリマー層がポリスチレン−ｒ−ベンゾシクロブテン３０％ランダム共重合体、ＰＳ−３０％−ＢＣＢを備える、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の方法。
前記ポリマー層が、架橋性の非導電性重合体を備える、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの電極が、パターン化された構造を有する表面を介して、前記ポリマー層の前記第２の表面と相互に作用し合し、パターン化された複数の位置で電荷を注入し電荷誘導による突出部を形成することを特徴とする、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の方法。