專利名稱：微細構(gòu)造的制作方法以及具備微細構(gòu)造的基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在表面具有原子臺階、特別是具有相互平行的直線狀的原子臺階 的基板上制作出由沿著原子臺階延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造的方法，以及具備這種微 細構(gòu)造的基板。本發(fā)明還涉及在基板表面上制作出含有凸條的微細構(gòu)造的方法，以及具備 這種微細構(gòu)造的基板。
背景技術(shù)：
以往，通過采用朗繆爾-布勞杰特法(Langmuir-Blodgett、簡稱LB法)等方法 使多肽等微小物質(zhì)在基板上有規(guī)則地排列，在基本上制作出微細秩序構(gòu)造的技術(shù)是公知的 (例如參照專利文獻1)。這樣在基板上制作出的微細秩序構(gòu)造例如通過將其用作鑄模而與 物理結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定的原材料、例如上述基板進行負片拷貝，提供能夠適用于各種各樣的產(chǎn)業(yè) 用途上的材料，產(chǎn)業(yè)上的利用性高。但是，在現(xiàn)有的制作出微細秩序構(gòu)造的技術(shù)的情況下，微小物質(zhì)在基板上規(guī)則地 排列的領(lǐng)域大多僅限于基板上的很少一部分。即，在現(xiàn)有技術(shù)中，再現(xiàn)性良好地得到大面積 的微細秩序構(gòu)造并不容易。因此，對于將在基板上制作出的微細秩序構(gòu)造例如負片拷貝在 基板上而得到的微細秩序構(gòu)造，目前再現(xiàn)性良好地得到大面積的微細秩序結(jié)構(gòu)并不容易。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于在基板上制作出由沿著規(guī)定方向高精度地 延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造的方法以及具備這種微細構(gòu)造的基板。而且，本發(fā)明的另 一目的在于提供一種用于在基板表面上制作出含有沿著規(guī)定方向高精度地延伸的凸條的 微細構(gòu)造的方法以及具備這種微細構(gòu)造的基板。為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第1技術(shù)方案中提供一種在基板上制作出微細構(gòu) 造的方法。該方法包括準備表面具有原子臺階的基板的工序；以及通過將線狀要素賦予 基板上，使線狀要素沿著基板表面的原子臺階延伸地取向，從而在基板上形成由沿著原子 臺階延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造的工序。在本發(fā)明的第2技術(shù)方案中提供一種基板，表面具有原子臺階，并且在基板上設(shè) 有由沿著原子臺階延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造。在本發(fā)明的第3技術(shù)方案中提供一種在基板表面上制作出微細構(gòu)造的方法。該方 法包括準備表面具有原子臺階的基板的工序；通過將線狀要素賦予基板上，使線狀要素 在基板上沿著基板表面的原子臺階延伸地取向的工序；通過相對于在其上取向有線狀要素 的基板進行離子照射，在基板表面產(chǎn)生晶格缺陷層的工序，被線狀要素掩蓋的基板表面的 第1部分與未被線狀要素掩蓋的基板表面的第2部分相比，因離子照射所產(chǎn)生的晶格缺陷 層的厚度減?。灰约巴ㄟ^對離子照射后的基板表面進行研磨而除去因離子照射而在基板表 面上產(chǎn)生的晶格缺陷層的工序，通過在基板表面的上述第1部分處與上述第2部分處晶格 缺陷層的厚度不同，在研磨后的基板表面得到由與上述第1部分相對應(yīng)的凸條和與上述第
32部分相對應(yīng)的凹條構(gòu)成的微細構(gòu)造。在本發(fā)明的第4技術(shù)方案中提供一種基板，在基板表面的至少1 μ見方的區(qū)域的 整體上具備重復(fù)的寬度為2 20nm的凸條。


圖1是本發(fā)明的一實施方式中作為單位要素的優(yōu)選例的縮氨酸分子的模式圖。圖2是通過圖1的縮氨酸分子形成逆平行β片狀構(gòu)造而得到的縮氨酸纖維的模 式圖。圖3Α是超平坦化的碳化硅基板Si面的原子力的顯微鏡照片。圖3Β是超平坦化的碳化硅基板C面的原子力的顯微鏡照片。圖4是示意表示在C面上具備由圖2的縮氨酸纖維構(gòu)成的微細構(gòu)造的碳化硅基板 的剖視圖。圖5是從C面一側(cè)觀察圖4的碳化硅基板并進行攝影的原子力的顯微鏡照片。圖6是示意表示相對于圖4的碳化硅基板進行離子照射的樣子的剖視圖。圖7是示意表示相對于圖4的碳化硅基板進行離子照射，然后通過研磨除去了 C 面的晶格缺陷層后的碳化硅基板的剖視圖。圖8是圖7的碳化硅基板研磨后的C面原子力的顯微鏡照片。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的一實施方式進行說明。在本實施方式中，能夠相互會合并線狀生長的單位要素賦予基板上。作為在此使 用的單位要素的典型例子，可列舉出能夠形成β片狀構(gòu)造的縮氨酸分子。這種縮氨酸分子 作用能夠形成β片狀構(gòu)造，則不受氨基酸排列的內(nèi)容、氨基酸殘基的數(shù)量、氨基酸側(cè)鏈的 種類等限定。在β片狀構(gòu)造中，相鄰的縮氨酸分子彼此通過一側(cè)的縮氨酸分子的主鏈的 N-H基的氫原子與另一側(cè)的縮氨酸分子的主鏈的C = O基的氧原子相互氫結(jié)合而相互平行 或者逆平行地結(jié)合。雖然無意特別限定，但圖1中的附圖標記IOa所示的縮氨酸分子是適 用于本實施方式中的縮氨酸分子。根據(jù)圖1可知，縮氨酸分子IOa由化學(xué)式 CH3CO- (Arg-Phe-Asp-Phe) 4_C0NH2表示。在縮氨酸分子IOa的主鏈中，交錯地出現(xiàn)親水性氨 基酸(精氨酸以及天門東酰胺)和疏水性氨基酸(苯基丙氨酸)。由于具有這種氨基酸排 列的縮氨酸分子優(yōu)先形成β片狀構(gòu)造，所以并不僅限于縮氨酸分子10a，也適用于本實施 方式。圖1的縮氨酸分子IOa是長度大約為5. 5nm，粗細為Inm以下。通過圖1的縮氨酸分子IOa形成β片狀構(gòu)造而得到的縮氨酸纖維10示于圖2。 如圖2所示，縮氨酸纖維10的相鄰的縮氨酸分子彼此相互逆平行。由于縮氨酸纖維10是 在C末端具有作為極性基的氨基的縮氨酸分子逆平行地排列而構(gòu)成的，所以具有一樣的極 性。在本實施方式中使用的基板在表面具有原子臺階。這種基板優(yōu)選地是在表面具有 相互平行的直線狀的原子臺階。采用表面具有原子臺階的基板在使形成了 β片狀構(gòu)造的 縮氨酸分子、即作為線狀要素的縮氨酸纖維在基板上沿著特定的方向高精度地延伸地取向是不可或缺的。至少一個理由認為是基板表面的原子臺階端具有高的懸空鍵密度。作為本實施方式中使用的基板的典型例子，可列舉出超平坦化的碳化硅基板、超 平坦化的藍寶石基板、超平坦化的氧化鋅基板。觀察到在這些基板的表面上存在以數(shù)十 數(shù)百nm的間隔相互平行的直線狀原子臺階。作為將應(yīng)在基板表面上得到原子臺階的基板 超平坦化的典型的方法，可列舉出研磨。例如，通過采用膠態(tài)硅石對碳化硅基板的表面進行 研磨，能夠得到適用于本實施方式的基板。作為其一例，分別在圖3A和圖3B中示出了采 用了膠態(tài)硅石漿料的旋轉(zhuǎn)拋光研磨而超平坦化后的碳化硅基板的Si面以及C面的原子力 的顯微鏡照片。根據(jù)該圖可知碳化硅基板的Si面以及C面分別具有相互平行的直線狀的 原子臺階。另外，在圖3A以及圖3B所示的例子中，是將由含有30質(zhì)量％平均粒子直徑為 0. Iym的膠態(tài)硅石、其余為水構(gòu)成的膠態(tài)硅石漿料調(diào)整成pH8后使用的。作為將縮氨酸分子賦予基板上的典型的方法，可列舉出朗繆爾-布勞杰特法(簡 稱LB法)。在通過LB法將縮氨酸分子賦予基板上的情況下，首先使縮氨酸分子在水或者有 機液體的液面上展開并浮游，在液面上形成縮氨酸單分子膜。在水或者有機液體的液面上， 縮氨酸分子通過分子間氫結(jié)合而相互平行或逆平行結(jié)合，形成β片狀構(gòu)造。之后，通過使 基板相對水或者有機液體的液面垂直地穿過，將在水或者有機液體的液面上形成了 β片 狀構(gòu)造的縮氨酸分子、即縮氨酸纖維移取到基板表面。此時，通過在基板表面的原子臺階端 高密度存在的懸空鍵的作用，一部分的縮氨酸纖維分別沿著基板表面的原子臺階延伸地取 向。而且，在剩下的縮氨酸纖維上，分別通過沿著原子臺階延伸的縮氨酸纖維中對應(yīng)的相鄰 一對而受到來自兩端的物理干涉，從而相對于相同的一對平行地取向。這樣一來，在基板上 得到由沿著原子臺階延伸的縮氨酸纖維構(gòu)成的微細構(gòu)造、進一步講是得到了相互平行地排 列的縮氨酸纖維構(gòu)成的微細構(gòu)造。在縮氨酸纖維沿著基板表面的原子臺階延伸地取向時，原子臺階端的極性與原子 臺階端的懸空鍵協(xié)同起作用。即，在基板表面的原子臺階端存在極性的情況下，作用在構(gòu)成 了縮氨酸纖維的縮氨酸分子的C末端或者N末端的極性基與原子臺階端之間的庫侖力也起 到了沿著基板表面的原子臺階延伸地使縮氨酸纖維取向的作用。鑒于這一點，縮氨酸纖維 優(yōu)選地如圖2的縮氨酸纖維10那樣具有一樣的極性。在LB法中，采用水作為用于使縮氨酸分子展開并浮游的液體的情況下，在水面上 展開并浮游的縮氨酸分子中，主鏈中的親水性氨基酸朝向水面一側(cè)，疏水性的氨基酸朝向 大氣一側(cè)。這一點在具有親水性氨基酸與疏水性氨基酸交錯排列的主鏈的圖1的縮氨酸分 子IOa能夠在水面上高效地形成縮氨酸單分子膜上是有利的。而且，在采用圖1的縮氨酸 分子IOa進行LB法時，縮氨酸分子IOa作為疏水性氨基酸而使用了疏水性特別強的苯基丙 氨酸也是有利的。在LB法中，當(dāng)在水面上形成縮氨酸單分子時，縮氨酸分子可靠地浮游在 水面上、即可靠地存在于大氣與水的界面上至關(guān)重要。作為疏水性特強的疏水性氨基酸，除 了苯基丙氨酸之外還可以列舉出亮氨酸。例如，當(dāng)通過LB法或者其他的方法將圖1的縮氨酸分子IOa賦予碳化硅基板的C 面時，由縮氨酸分子IOa構(gòu)成的縮氨酸纖維10的一部分沿著碳化硅基板C面的原子臺階延 伸地取向。該取向不僅通過以高密度存在于C面的原子臺階端的懸空鍵實現(xiàn)，也通過位于C 面的最表面的帶負電的碳原子、特別是存在于C面的原子臺階端的帶負電的碳原子與存在 于縮氨酸分子IOa的C末端的作為極性基的氨基在庫侖力的作用下拉合而實現(xiàn)。圖4中示出了在將圖1的縮氨酸分子IOa賦予碳化硅基板的C面上時得到的、在C面上設(shè)有由縮氨酸 纖維10構(gòu)成的微細構(gòu)造的碳化硅基板的示意剖視圖。而且，圖5中示出了從C面一側(cè)觀察 相同的碳化硅基板并進行攝影的原子力的顯微鏡照片。另外，圖4中的附圖標記20表示碳 化硅基板。圖5表示了與縮氨酸纖維10的粗細(縮氨酸分子IOa的長度)大致匹配的寬 度約為5nm的線條相互大致平行地整理并排列的微細構(gòu)造形成在碳化硅基板上至少500nm 見方區(qū)域的整體上。該微細構(gòu)造能夠形成在碳化硅基板的大致整體上。在本實施方式中，相對于其上取向有縮氨酸纖維的基板進行離子照射。通過朝向 基板表面照射離子，隨著離子的注入在基板表面上產(chǎn)生晶格缺陷層。此時，作為被縮氨酸纖 維掩蓋的基板表面的部分的掩蓋部分與作為未被縮氨酸纖維掩蓋的基板表面的部分的非 掩蓋部分相比，因離子照射產(chǎn)生的晶格缺陷層的厚度減小。這是由于朝向非掩蓋部分照射 的離子直接到達了非掩蓋部分，而朝向掩蓋部分照射的離子在到達掩蓋部分之前必須要經(jīng) 過縮氨酸纖維，相對于掩蓋部分的離子注入速度低于相對于非掩蓋部分的離子注入速度的 緣故。作為對基板照射的離子的典型離子，可列舉出氬離子、氖離子、氮離子。照射的離子 的強度及照射時間等離子照射條件應(yīng)根據(jù)基板以及縮氨酸纖維的種類、晶格缺陷層的所希 望的厚度等適當(dāng)設(shè)定。圖6示出了相對于圖4的碳化硅基板進行離子照射的樣子。另外， 圖6中的附圖標記20a表示晶格缺陷層，附圖標記30表示照射離子。在本實施方式中，通過對離子照射后的基板表面進行研磨，除去基板上的縮氨酸 纖維以及基板表面的晶格缺陷層。其結(jié)果，在研磨后的基板上得到了由與掩蓋部分相對應(yīng) 的凸條和與非掩蓋部分相對應(yīng)的凹條構(gòu)成的微細構(gòu)造。對離子照射后的基板進行研磨的方 法只要是與基板的其他部分相比能夠優(yōu)先除去晶格缺陷層即可，沒有特別的限制。例如，如 果是對碳化硅基板進行研磨的情況，則優(yōu)選地是采用膠態(tài)硅石進行研磨。圖7中示出了相 對于圖4的碳化硅基板進行離子照射，然后通過采用了膠態(tài)硅石漿料的旋轉(zhuǎn)拋光研磨除去 了C面的晶格缺陷層后的碳化硅基板的示意剖視圖。而且，圖8中示出了相同的碳化硅基板 研磨后的C面的原子力的顯微鏡照片。圖8表示了在碳化硅基板表面的至少1 μ m見方的 區(qū)域的整體上形成有與縮氨酸纖維10的粗細(縮氨酸分子IOa的長度)大致匹配的寬度 約為5nm的凸條相互大致平行地排列的微細構(gòu)造。該微細構(gòu)造能夠形成在碳化硅基板表面 的大致整體上。另外，在圖8所示的例子中，是將由含有30質(zhì)量％平均粒子直徑為0. 1 μ m 的膠態(tài)硅石、其余為水構(gòu)成的膠態(tài)硅石漿料調(diào)整成PH8后加以使用的。上述實施方式也能夠如下變更。在將縮氨酸分子賦予基板上時，為了使縮氨酸纖維彼此結(jié)合的目的，也可以將聚 乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、明膠等適當(dāng)?shù)恼澈蟿┡c縮氨酸分子一起賦予基板上。在這種情況 下，即使是通常的重力，也能夠使縮氨酸纖維穩(wěn)定地在基板上相互平行排列。其中，在微小 重力場下，即使不采用粘合劑，也能夠使縮氨酸纖維穩(wěn)定地在基本上相互平行排列。另外，即使在采用了粘合劑的情況下，由于此處使用的粘合劑通常與縮氨酸纖維 相比密度非常低，所以在被縮氨酸纖維掩蓋的基板表面的部分與在相鄰的縮氨酸纖維彼此 之間存在對應(yīng)的粘合劑的基板表面的部分相比，因離子照射所產(chǎn)生的晶格缺陷層減小。因 此，即使在采用了粘合劑的情況下，通過離子照射而在基板表面上也形成與上述實施方式 的情況相同的晶格缺陷層。也可以取代在基本上賦予縮氨酸分子，而在基板上賦予在基板上排列的縮氨酸纖維本身。在這種情況下，也可以將聚乙二醇等適當(dāng)?shù)恼澈蟿┡c縮氨酸纖維一起賦予基板上。或者，也可以將使縮氨酸纖維以外的線狀要素在基板上排列的、縮氨酸纖維以外 的線狀要素本身或者相互會合而能夠形成該線狀要素的單位要素賦予基板上。在這種情況 下，也可以將聚乙二醇等適當(dāng)?shù)恼澈蟿┩瑫r賦予基板上。在此，作為能夠用作單位要素的物 質(zhì)，可列舉出蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸(DNA)、病毒、雙親的嵌段共聚物那樣的縮氨酸分子以外 的表示自組織化的物質(zhì)。在使用了縮氨酸分子的上述實施方式中，能夠與縮氨酸分子的氨 基酸剩余基的數(shù)量相對應(yīng)地制作出由寬度為3 20nm的線條或者凸條重復(fù)構(gòu)成的微細構(gòu) 造。而在采用了蛋白質(zhì)、DNA或者病毒的情況下，能夠制作出由寬度為2 IOnm的線條或 者凸條重復(fù)構(gòu)成的微細構(gòu)造。而且，在采用了雙親嵌段共聚物的情況下，能夠制作出由寬度 為3 20nm的線條或者凸條重復(fù)構(gòu)成的微細構(gòu)造。離子照射后的基板上的縮氨酸纖維能夠通過研磨以外的方法先行除去。作為具體 的方法，可列舉出采用乙醇或硫酸等藥液除去，或激光除去。
權(quán)利要求
一種在基板上制作出微細構(gòu)造的方法，其特征是，包括準備表面具有原子臺階的基板的工序；通過將線狀要素賦予基板上，使線狀要素沿著基板表面的原子臺階延伸地取向，從而在基板上形成由沿著原子臺階延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，將線狀要素賦予基板上的工序是通過將能夠 相互會合而形成線狀要素的單位要素賦予基板上而進行的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，至少在原子臺階端，基板表面是具有極性的。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的方法，其特征是，上述線狀要素具有同樣的極性。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的方法，其特征是，上述原子臺階是相互平行的直線 狀的原子臺階中的一個。
6 一種基板，其特征是，表面具有原子臺階，并且在基板上設(shè)有由沿著原子臺階延伸的 線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造。
7.如權(quán)利要求6所述的基板，其特征是，至少在原子臺階端，基板表面是具有極性的。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征是，上述線狀要素具有同樣的極性。
9.如權(quán)利要求6 8中任一項所述的方法，其特征是，上述原子臺階是相互平行的直線 狀的原子臺階中的一個。
10.一種在基板表面上制作出微細構(gòu)造的方法，其特征是，包括 準備表面具有原子臺階的基板的工序；通過將線狀要素賦予基板上，使線狀要素在基板上沿著基板表面的原子臺階延伸地取 向的工序；通過相對于在其上取向有線狀要素的基板進行離子照射，在基板表面產(chǎn)生晶格缺陷層 的工序，被線狀要素掩蓋的基板表面的第1部分與未被線狀要素掩蓋的基板表面的第2部 分相比，因離子照射所產(chǎn)生的晶格缺陷層的厚度減?。煌ㄟ^對離子照射后的基板表面進行研磨而除去因離子照射而在基板表面上產(chǎn)生的晶 格缺陷層的工序，通過在基板表面的上述第1部分處與上述第2部分處晶格缺陷層的厚度 不同，在研磨后的基板表面得到由與上述第1部分相對應(yīng)的凸條和與上述第2部分相對應(yīng) 的凹條構(gòu)成的微細構(gòu)造。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是，將線狀要素賦予基板上的工序是通過將能 夠相互會合而形成線狀要素的單位要素賦予基板上而進行的。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征是，至少在原子臺階端，基板表面是具有極 性的。
13.如權(quán)利要求10 12中任一項所述的方法，其特征是，上述線狀要素具有同樣的極性。
14.如權(quán)利要求10 13中任一項所述的方法，其特征是，上述原子臺階是相互平行的 直線狀的原子臺階中的一個。
15.一種基板，其特征是，在基板表面的至少 μ見方的區(qū)域的整體上具備重復(fù)的寬度 為2 20nm的凸條。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在表面具有相互平行的直線狀的原子臺階的基板上制作出由沿著上述原子臺階延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造的方法。本發(fā)明的方法包括準備表面具有原子臺階的基板的工序以及將線狀要素賦予上述基板上的工序。使上述線狀要素沿著上述原子臺階延伸地取向，從而在基板上形成由沿著原子臺階延伸的線狀要素構(gòu)成的微細構(gòu)造。能夠通過使碳化硅基板、藍寶石基板或者氧化鋅基板超平坦化來準備上述基板。作為上述線狀要素，能夠使用由形成了β片狀構(gòu)造的縮氨酸分子構(gòu)成的縮氨酸纖維。
文檔編號B82B3/00GK101970341SQ20098010533
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者堀田和利, 木下隆利, 江龍修, 河田研治 申請人:福吉米株式會社