(57)【要約】【課題】  基板との密着性を犠牲にすることなく、構造規則性が高くかつ大きな構造周期を有する配向性メソ構造体を提供する。【解決手段】  基材と、該基材の表面に存在し、シリンダー形状部と該シリンダー形状部を取り囲む壁部とから成るメソ構造部とを有する構造体であって、  前記基材の表面が、周期的に存在する複数の溝を有し、  前記溝が、溝底面を含む平面と溝側面を含む平面が直交する形状を有し、  前記構造体のうちの、前記複数の溝を埋めて平坦な形状にしたと仮定した場合の基材の仮想表面に対して基材と反対側に形成された領域における前記シリンダー形状部が、前記溝の長手方向と垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向していることを特徴とする構造体。【選択図】  図１
2014208339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に存在し、シリンダー形状部と該シリンダー形状部を取り囲む壁部とから成るメソ構造部とを有する構造体であって、
前記基材の表面が、周期的に存在する複数の溝を有し、
前記溝が、溝底面を含む平面と溝側面を含む平面が直交する形状を有し、
前記構造体のうちの、前記複数の溝を埋めて平坦な形状にしたと仮定した場合の基材の仮想表面に対して基材と反対側に形成された領域における前記シリンダー形状部が、前記溝の長手方向と垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向していることを特徴とする構造体。
【請求項２】
溝底面を含む平面と溝側面を含む平面のなす角度が８５°以上１００°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記溝が、前記溝底面と前記溝側面の連結部が屈曲した形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
【請求項４】
前記溝が、前記溝底面と前記溝側面が直交する形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
【請求項５】
前記複数の溝のうちの少なくとも一部の溝が有する２つの溝側面の高さが異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
前記溝の幅をＴｗ、溝の深さをＴｄとした時に、下記の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造体。
２≧Ｔｗ／Ｔｄ≧０．５      式（１）
ただし１０ｎｍ＜Ｔｗ＜１μｍ、１０ｎｍ＜Ｔｄ＜１μｍ
【請求項７】
隣接する前記溝間の距離が２μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項８】
前記複数の溝が、前記基材が有する主面全体に存在していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項９】
前記シリンダー形状部の面外方向の構造周期が９ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記シリンダー形状部の面外方向の構造周期が１５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１１】
前記シリンダー形状部を取り囲む壁部が、シリカ、チタニア、もしくはそれらの混合物からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１２】
前記基材のうち溝を形成する部分がシリカからなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１３】
前記シリンダー形状部が空隙であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１４】
前記シリンダー形状部がポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシドのジブロックコポリマーからなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１５】
前記シリンダー形状部が二次元ヘキサゴナル構造をなして配置していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、発光素子、担体材料、化学反応場材料、センサーなどに用いることができるメソ構造を有する構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、二次元ヘキサゴナル構造を有するメソ構造体膜の作製において、シリンダー状ミセルの配向方向を制御する方法として、ラビング処理を施したポリイミド層の配向規制力を用いる方法が記載されている。
【０００３】
また、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３では、基板上にマイクロトレンチを形成し、マイクロトレンチの空間内でシリンダー状ミセルの配向が制御されたメソ構造体を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４５８３１
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４６，５３６４（２００７年）
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，９１，０２３１０４（２００７年）
【非特許文献３】Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２５，１１２２１（２００９年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のラビング処理を施したポリイミド層を利用した配向制御方法においては、基材とメソ構造体膜の間に有機層が存在するため、メソ構造体膜の基板に対する密着性が不十分になる恐れがあった。
【０００７】
一方、非特許文献１に記載のマイクロトレンチを利用した配向制御方法においては、配向制御の可能な領域はマイクロトレンチ内部に限られており、連続した膜の全体に渡って配向が制御されたメソ構造体を得ることは困難であるという問題がある。また、マイクロトレンチ内部においても、配向規制力は両側面及び底面の三つの界面から及ぼされるため、得られたメソ構造体の面外方向の構造規則性が低いという問題があった。
【０００８】
また、非特許文献２においては、微小なグレーティング構造を表面に有する基板を用いた、メソ構造体の配向制御方法が記述されている。しかし、非特許文献１と同様に、配向制御される領域はグレーティング構造内部に限定されている。実際に、グレーティング構造の高さよりも高い領域までメソ構造体を形成した場合には、配向が制御されていなかったとの記述がある。
【０００９】
非特許文献３においても非特許文献１と同様にマイクロトレンチを利用した配向制御方法に関する記述があるが、やはり配向制御可能な領域はマイクロトレンチ内部に限定されている。また、特定の条件でマイクロトレンチの長手方向と垂直な方向に配向する現象についても報告されているが、これは溝内部において液表面形状が変形することが原因とされる。そのため、非特許文献３に記載の手法では、マイクロトレンチの上部を完全に覆うように形成された連続的なメソ構造体膜に対して、配向規制力を及ぼす手段として用いることはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明では、
基材と、該基材の表面に存在し、シリンダー形状部と該シリンダー形状部を取り囲む壁部とから成るメソ構造部とを有する構造体であって、
前記基材の表面が、周期的に存在する複数の溝を有し、
前記溝が、溝底面を含む平面と溝側面を含む平面が直交する形状を有し、
前記構造体のうちの、前記複数の溝を埋めて平坦な形状にしたと仮定した場合の基材の仮想表面に対して基材と反対側に形成された領域における前記シリンダー形状部が、前記溝の長手方向と垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向していることを特徴とする構造体を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板との密着性を犠牲にすることなく、構造規則性が高くかつ大きな構造周期を有する配向性メソ構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一および第二の実施形態の構造体例の模式図
【図２】第一および第二の実施形態の構造体例の模式断面図
【図３】第一および第二の実施形態で用いられる基材の例の模式図
【図４】第一および第二の実施形態で用いられる基材の例の模式断面図
【図５】第一および第二の実施形態で用いられる基材の例の模式断面図
【図６】第一および第二の実施形態の基材の溝の長手方向とシリンダー形状部の配向方向の関係を示す図
【図７】第一および第二の実施形態の基材の、溝の形状、溝の長手方向、およびシリンダー形状部の配向方向の関係を示す図
【図８】実施例１の配向性メソ構造体膜の表面ＳＥＭ写真
【図９】実施例１の配向性メソ構造体膜の断面ＳＥＭ写真
【図１０】実施例１の配向性メソ構造体膜の断面ＳＥＭ写真
【図１１】実施例１の配向性メソ構造体膜のＸ線ピーク強度のφスキャン結果
【図１２】実施例３の配向性メソ構造体膜の断面ＳＥＭ写真
【図１３】実施例４の配向性メソ構造体膜の断面ＳＥＭ写真
【図１４】実施例７の配向性メソ構造体膜の断面ＳＥＭ写真
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について、以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
＜第一の実施形態＞
本実施形態の構造体の模式図を、図１に示す。
【００１５】
本実施形態の構造体は、基材と、該基材の表面に存在し、シリンダー形状部と該シリンダー形状部を取り囲む壁部とから成るメソ構造部とを有する構造体であって、前記基材の表面が、周期的に存在する複数の溝を有し、前記溝が、溝底面を含む平面と溝側面を含む平面が直交する形状を有し、前記構造体のうちの、前記複数の溝を埋めて平坦な形状にしたと仮定した場合の基材の仮想表面に対して基材と反対側に形成された領域における前記シリンダー形状部が、前記溝の長手方向と垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向している構造体である。
【００１６】
本実施形態の構造体１１は、基材１２と、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３、及び、溝の内部に存在するメソ構造部１４とから構成される。これらの各構造部の範囲について、図２を用いてより詳細に説明する。基材１２の表面に周期的に存在する複数の溝の深さが、実質的に均一な場合の模式図を図２（ａ）に示す。この時、本実施形態および本発明において、これらの溝を埋めて平坦な形状にしたと仮定した場合の、基材の仮想表面２１に対して基材と反対側に形成された領域に存在するメソ構造部１３を、「基材１２の表面に存在するメソ構造部」と以降の記載では表現する場合がある。また、基材１２の表面に周期的に存在する複数の溝１４の深さが均一でない部分を含む場合、すなわち、溝が有する２つの溝側面の高さが異なる場合、上記の基材の仮想表面２１は図２（ｂ）に示すように、範囲内におけるすべての溝が埋められるような位置に設定される。この様な場合には、溝の内部に存在するメソ構造部１４は、複数の溝にまたがった構成となっていてもよい。なお、このように、溝が有する２つの溝側面の高さが異なる場合、複数の溝のうちの少なくとも一部の溝が溝側面の高さが異なる溝であれば良く、全ての溝が溝側面の高さが異なる溝であっても良いし、一部の溝のみが溝側面の高さが異なっていても良い。
【００１７】
以下、図１において、上記により定義される、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３において、そのシリンダー形状部１５の配向方向を、一つの方向に制御する技術に関して説明する。このような配向制御を達成するための、基材１２についてはじめに説明する。
【００１８】
（溝の形状に関する説明）
基材１２は、図３（ａ）に示すように、基材１２の表面に周期的に存在する複数の溝３１を有する。溝３１の長手方向６１に垂直な方向で基材１２を切断した断面の模式図を図４（ａ）に示す。
【００１９】
溝の底面４１を含む平面と、溝の側面４２を含む平面は直交する。より具体的には、底面４１を含む平面と側面４２を含む平面がなす角４３が直角である。ただし、ここでいう直角とは、厳密な９０°に限定されず、本発明の配向規制力が発現する範囲であればよく、より具体的には８５°以上１００°以下であることが好ましい。
【００２０】
溝の底面４１は平坦であることが好ましいが、溝構造を形成する過程において、底面４１の表面に、高さが５ｎｍ未満のわずかな表面粗さが残っていてもよい。このようなわずかな表面粗さの存在は、本発明の配向制御においてはほとんど影響がないため、無視することができる。なお、ここで記載する「平坦」とは、図４（ａ）に示す断面図において、底面４１が直線により近似されることを意味する。
【００２１】
図４（ａ）では、底面４１と側面４２が直交する形状を溝が有しているが、底面４１と側面４２の連結部（底面４１と側面４２の接する箇所）は、若干の丸みを帯びた、言い換えれば屈曲した形状を有していたとしても、メソ構造部の配向規制力は発現する。この様な場合を図４（ｂ）に示す模式図で説明する。本発明における平坦な底面４１と側面４２との接する箇所は、厳密な境界線には限定されず、わずかな丸みを帯びた連結部４４により、二つの面が連続的につながっている場合も含まれる。この場合には、図４（ｂ）中で点線で示されるような、平坦な底面４１と側面４２とを仮想的に延長した場合に交差する箇所において、それぞれの面がなす角度４３が８５°以上１００°以下を満たしていればよい。
【００２２】
なお、図４（ａ）のように、底面４１と側面４２が直交する形状を溝が有している場合には、構造体を、基材と、該基材の表面に存在しシリンダー形状部と該シリンダー形状部を取り囲む壁部とからなるメソ構造部と、を有する構造体であって、前記基材の表面が、規則的に存在する複数の溝を有し、前記溝の長手方向に垂直な方向で前記基材を切断した断面の前記メソ構造部との接触部分が矩形形状の凹部および矩形形状の凸部を有し、前記複数の溝内に存在する前記メソ構造部の領域Ａと、前記基材のうち前記溝に隣接しかつ前記基材の表面の一部を構成する領域Ｂと、からなる領域Ｃを基準として、前記基材とは反対側に存在する前記メソ構造部の領域Ｄにおける、前記シリンダー形状部が、前記溝の長手方向と垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向していることを特徴とする構造体と記載することもできる。
【００２３】
基材が、このような断面形状を有する溝をその表面に有することにより、基材表面に存在するメソ構造体部の形成段階において、溝の長手方向と垂直な方向±１０°の範囲の分布でシリンダー状ミセルが配向するような配向規制力が働くと考えられる。
【００２４】
（溝の大きさに関する説明）
次に、図４（ａ）を用いて、配向規制力を発現するために必要な、溝の大きさの条件について、詳細に説明する。
【００２５】
基材１２が有する溝３１の深さをＴｄ、溝の幅をＴｗとした時に、
ＴｄおよびＴｗは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
２≧Ｔｗ／Ｔｄ≧０．５・・・（１）
ただし、１０ｎｍ＜Ｔｗ＜１μｍ、１０ｎｍ＜Ｔｄ＜１μｍ
【００２６】
この理由は以下である。
【００２７】
Ｔｗ／Ｔｄが０．５未満の場合は、溝の深さに対して、溝の幅が相対的に狭すぎる場合を意味する。この場合は、図１において、溝内部に存在するメソ構造部１４中のシリンダー形状部に対して、溝の側面１６から溝の中心方向に向かって発生する配向規制力が大きく作用する。その結果、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３におけるシリンダー形状部１５の配向方向の制御が、十分に達成されない場合がある。
【００２８】
また、Ｔｗ／Ｔｄが２よりも大きい場合は、溝の深さに対して、溝の幅が相対的に広すぎる場合を意味する。この場合は、図１において、溝内部に存在するメソ構造部１４中のシリンダー形状部に対して、溝の底面１７から溝の中心方向に向かって発生する配向規制力が大きく作用する。その結果、溝内部において、溝の底面１７と平行に、配向制御されていないメソ構造が形成される。そのため、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３におけるシリンダー形状部１５の配向方向の制御が、十分に達成されない場合がある。
【００２９】
Ｔｗ、Ｔｄの各々の値は、１μｍ未満であることが望ましい。いずれかが１μｍ以上である場合、メソ構造体部が形成される際に、図１の、溝の内部に存在するメソ構造部１４において、溝の側面１６、及び溝の底面１７のいずれかの面からの配向規制力が大きく作用する。これらの面から作用する配向規制力は、シリンダー形状部に対して、面内で一つの方向へ配向を制御する駆動力とならない。そのため、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３において、シリンダー形状部１５の配向方向の制御が十分に達成されない場合がある。
【００３０】
隣接する溝同士の距離（溝間の距離）をＴｐとすると、Ｔｐは２μｍ以下であることが望ましい。Ｔｐが２μｍよりも大きい場合、図１の、基材表面に存在するメソ構造部１３中のシリンダー形状部１５の配向方向の制御が、十分に達成されない場合がある。
【００３１】
（溝と溝の間部分に関する説明）
本実施形態の溝は、その断面形状が上述の条件を満たしていれば、溝と溝の間部分の形状に関しては、特に限定されない。図５に、本実施形態の基材の断面形状の例を模式図で示す。図５（ａ）は溝と溝の間部分５１が、平坦な面から構成されている例を示す。図５（ｂ）は、溝と溝の間部分５１が、傾斜面５２により溝の側面４２と連続している例を示す。また、図５（ｃ）は、溝と溝の間部分５１が曲面状の形状で、溝の側面４２と連続している例を示す。これらの形状において、図４（ａ）に示す溝の深さＴｄは、溝と溝の間部分５１における最上面と、平坦な底面との高さの差を示すものとする。
【００３２】
（基材の構成に関する説明）
次に、周期的に存在する複数の溝を表面に有する本発明の基材の構成に関して、図３（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００３３】
基材１２は、図３（ａ）に示すように一層で構成されていても良く、又、積層構造を有していても良い。積層構造を有する場合、例えば、図３（ｂ）に示すように、複数の溝を有する第一の層３２と、第一の層の表面に存在し第一の層が有する溝の形状に起因する溝を表面に有する第二の層３３とからなる構造であっても良く、図３（ｃ）に示すように、溝を有さない第一の層３４の表面に、複数の溝を有する第二の層３５が存在する構造であっても良い。また、図３（ｄ）のように、溝を有さない第一の層３４と、溝を有さない第一の層３４の表面に存在する複数の柱体３６からなり、複数の柱体３６の長手方向の側面のうちの一つが、溝を有さない第一の層３４の表面に接触して存在することで溝を形成する構造であっても良い。
【００３４】
基材１２が図３（ａ）のような構造である場合、基材１２を構成する材料は、メソ構造部の良好な面内配向性を達成しうるように選択することが好ましく、例えばシリカまたはシリコンなどとすることができる。基材１２が図３（ｂ）のような構造である場合、シリコンからなる凹凸を有する第一の層３２上に、シリカからなる第二の層３３が存在する形状などとすることができる。基材１２が図３（ｃ）のような構造である場合、基材１２の第一の層３４を構成する材料に制限はなく、例えば、シリコン等の無機材料、金属材料、ガラス、ポリエチレンテレフタレートなどとすることができ、第二の層３５はシリカまたはシリコンなどとすることができる。基材１２が図３（ｄ）のような構造である場合、シリカまたはシリコンなどからなる第一の層３４上に、シリカからなる柱体３６が存在する構造等とすることが出来る。
【００３５】
基材の形状は、周期的に存在する複数の溝を表面に有し、かつ基材表面にメソ構造体を形成する上で支障のない形状である限りは特に制限はなく、例えば板状、曲面上、レンズ状等であっても良い。
【００３６】
上記の周期的に存在する複数の溝は、例えば、フォトリソグラフィーもしくは電子線描画によるパターニングとドライエッチングからなるプロセスなど既存の手法により形成することができる。
【００３７】
（基材表面に存在するメソ構造部に関する説明）
次に、本実施形態の配向方向が制御されたメソ構造部について、図１を用いて説明する。基材１２の表面に存在するメソ構造部１３は、シリンダー形状部１５と該シリンダー形状部を取り囲む壁部１８とからなる。この時、該シリンダー形状部をとり囲む壁部１８は、必ずしも個々のシリンダー形状部１５の周囲を完全に埋め尽くす必要はなく、壁部１８に２ｎｍ以下の直径のマイクロ孔が存在して、シリンダー形状部１５同士の一部が連結した構造になっていてもよい。
【００３８】
シリンダー形状部１５は、溝の長手方向６１と垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向している。基材１２の表面に存在するメソ構造部１３におけるシリンダー形状部の配向方向６２と、基材１２が表面に有する溝の長手方向６１との関係を図６及び図７に示す。なお、図６及び図７は、図１において構造体１１を上方から俯瞰した図であり、図１と同様、６１は基材表面に周期的に存在する複数の溝の長手方向を、６２は基材１２の表面に存在するメソ構造部におけるシリンダー形状部の配向方向を示す。
【００３９】
図１におけるシリンダー形状部１５が、溝の長手方向６１と垂直な方向±１０°の範囲で分布して配向していれば、図７（ａ）のように、基材１２の主面全体に渡って、複数の直線状の溝が同方向に配置されていても良い。なお、図７中の点線は溝の形状を模式的に示している。
【００４０】
また、図７（ｂ）のように、複数の直線状の溝が方向ａに平行に配置されている７１で示す領域Ｓと、複数の直線状の溝が方向ａとは異なる方向ｂに平行に配置されている７２に示す領域Ｔとで基材が構成されていても良い。基材の表面に配された複数の溝が図７（ｂ）のような配置である場合、７１に示す基材の領域Ｓと接触して基材の表面に存在するメソ構造部におけるシリンダー形状部は、方向ａに垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向し、７２で示す領域Ｔと接触して基材の表面に存在するメソ構造部におけるシリンダー形状部は、方向ｂに垂直な方向±１０°の範囲の分布で配向する。また、基材は図７（ｃ）のように、基材が有する主面の一部にのみ周期的な複数の溝が配されていても良い。このような場合、溝が存在する領域に対応する基材の主面の一部においてのみ、基材の表面に存在するメソ構造部においてシリンダー形状部が溝の長手方向６１と垂直な方向±１０°の方向に配向する。さらに、図７（ｄ）のように、複数の溝は基材の表面に曲線状に配されていても良い。このような場合、曲線の中心７３を中心として、放射状にシリンダー形状部が配向する。
【００４１】
また、基材の表面に存在する、配向方向が制御されたメソ構造部は、基材の表面付近のある有限の厚さの領域であっても良く、基材の表面付近からメソ構造部と気体との界面付近までの領域全体であっても良い。
【００４２】
（メソ構造部を形成する材料の説明）
図１において、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３中の、シリンダー形状部１５を形成する材料としては、有機材料が好ましい。有機材料の例としては、両親媒性分子が挙げられ、両親媒性分子の例としては、ポリエチレンオキシド‐ポリプロピレンオキシド（以下ＰＥＯ−ＰＰＯ）のジブロックコポリマー、ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド（以下ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ）のトリブロックコポリマーが挙げられる。
【００４３】
ＰＥＯ−ＰＰＯの構造を有するジブロックコポリマーを用いる場合は、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドとも、各々の繰り返し数は１０以上５００以下であることが好ましい。このようなＰＥＯ−ＰＰＯの例としては、ＰＥＯ６８−ＰＰＯ６０、ＰＥＯ９８−ＰＰＯ６０が挙げられる。ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯの構造を有するトリブロックコポリマーを用いる場合は、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドとも、各々の繰り返し数は１０以上２００以下が好ましい。このようなＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯの例としては、ＰＥＯ２０−ＰＰＯ７０−ＰＥＯ２０、ＰＥＯ１０６−ＰＰＯ７０−ＰＥＯ１０６が挙げられる。
【００４４】
図１において、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３中の、壁部１８を形成する材料としては、無機酸化物が好ましく、特にシリカ、チタニア、及び、それらの混合物が望ましい。
【００４５】
シリンダー形状部１５は、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３において、二次元ヘキサゴナル構造を形成するように配列していることが望ましい。ここで記載する二次元ヘキサゴナル構造とは、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３を、シリンダー形状部１５の配向方向６２に対して垂直な面で切断した場合の断面において、シリンダー形状部１５の円形である断面が、壁部１８をマトリクスとした上で、六方最密状に配列していることを指す。このような二次元ヘキサゴナル構造を有することにより、基材１２の表面に存在するメソ構造部１３の内部において、高い構造規則性が達成できる。シリンダー形状部１５は、面外方向の構造周期が５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは９ｎｍ以上、最も好ましくは１５ｎｍ以上である。なお、ここで記載する面外方向とは、基材の主面に対して垂直な方向を指す。
【００４６】
次に、周期的に存在する複数の溝を有する基材１２の表面に、シリンダー形状部の配向方向が制御されたメソ構造部１３を形成する方法について説明する。
【００４７】
基材１２の表面に存在するメソ構造部１３は、たとえば、以下の工程により形成することができる。
（ｉ）周期的に存在する複数の溝を表面に有する基材の前記表面に、両親媒性分子と、無機酸化物の前駆体と、触媒とを含む溶液を塗布する工程
（ｉｉ）無機酸化物の前駆体から無機酸化物を生成する工程
【００４８】
（ｉ）の工程について
基材としては、前述した周期的に存在する複数の溝を表面に有する基材を用いる。ここで記載する複数の溝は、溝の幅が１０ｎｍ以上であることが好ましい。このような基材の表面に、両親媒性分子と、無機酸化物の前駆体と、触媒とを含む溶液を塗布する。
【００４９】
両親媒性分子としては、その集合体がメソ構造体の形成において鋳型として使用することができるものであれば、特に限定されるものではなく、メソ構造体の求める構造周期に応じたサイズのシリンダー状ミセルを形成し得るものを適宜選択する。
【００５０】
このような両親媒性分子としては、シリンダー状ミセルを形成するためには、親水基と疎水基の親疎水コントラストが比較的小さい分子を選択することが好ましい。このような両親媒性分子としては、先述したＰＥＯ−ＰＰＯジブロックコポリマー、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯトリブロックコポリマー等が好ましい。
【００５１】
また、両親媒性分子と、無機酸化物の前駆体と、触媒とを含む溶液には、構造周期を調整するための添加物が含まれていても良い。このような構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質を用いることができる。疎水性物質の例としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物等が挙げられ、より具体的にはオクタン、トリメチルベンゼン等を用いることができる。
【００５２】
無機酸化物の前駆体としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイドやハロゲン化物等を用いることができる。アルコキサイドとしては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものを用いることができる。具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシチタン等を用いることができる。ハロゲン化物としては、例えば塩化物等を用いることができる。また、これらの無機酸化物の骨格中に、有機基を含有しうるような前駆体物質を用いることにより、有機無機ハイブリッド材料から成る壁部としてもよい。
【００５３】
両親媒性分子と、無機酸化物の前駆体と、触媒とを含む溶液を、基材の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スプレーコート法等の塗布方法を用いることができる。
【００５４】
これらの中でも、塗布方法としては特に、基材の引き上げ速度が１００μｍ／ｓ未満のディップコート法、もしくはキャスト法が好ましい。このように長い時間をかけてメソ構造部の形成が進行するプロセスを用いることにより、本発明に記載の周期的に存在する複数の溝を表面に有する基材からの配向規制力が十分に作用し、シリンダー状ミセルの一軸配向が促進され、基材の表面に存在するメソ構造部において、高い面内配向性を有する構造を再現よく形成することが可能となる。
【００５５】
＜第二の実施形態＞
本実施形態の構造体は、メソ構造部が有するシリンダー形状部が空隙、もしくは内壁表面が有機物などにより化学修飾された空隙である。この点以外は第一の実施形態と同じである。
【００５６】
本実施形態の構造体は、例えば、第一の実施形態の構造体の製造例の工程（ｉ）（ｉｉ）に加えて、工程（ｉｉｉ）として、両親媒性分子を焼成や抽出等により除去する工程、及び必要に応じて工程（ｉｖ）として、シリンダー状の空隙の内壁表面を化学修飾する工程、により製造することが可能である。ここでいう化学修飾の例としては、アルキル基、アルキルフルオロ基、メルカプト基、カルボキシル基等、付与する機能に応じた有機基を有するシランカップリング剤による内壁表面処理が挙げられる。
【実施例】
【００５７】
（実施例１）
シリコンの表面に熱酸化膜を形成してシリカ層とし、このシリカ層上にＴｄ、Ｔｗ、Ｔｐがいずれも５００ｎｍであるような溝パターンを形成して、基材とした。
【００５８】
テトラエトキシシラン、ＰＥＯ２０−ＰＰＯ７０−ＰＥＯ２０の構造を有するトリブロックコポリマー、エタノール、塩酸、水を混合して作製した溶液を、ディップコート法により上記基材上に塗布し、メソ構造部であるシリカメソ構造体膜を得た。ディップコートの際の基材引き上げ速度は２０μｍ／ｓとした。
【００５９】
得られたシリカメソ構造体膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、面外方向の構造周期を示すｄ値が９ｎｍで、シリンダー形状部であるシリンダー状ミセルが、溝の長手方向に対して直交する方向に配向制御され、かつ二次元ヘキサゴナル構造で形成されていた。この配向制御された二次元ヘキサゴナル構造は、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上に渡って維持されていた。これらの点について以下、走査型電子線写真像（以下ＳＥＭ像）を用いて説明する。
【００６０】
本実施例のシリカメソ構造体膜について、膜表面側から観察した表面ＳＥＭ像を、観察方向の模式図とともに図８に示す。なお、表面ＳＥＭ像中に示す矢印６１は、図６同様に、基材表面に存在する溝の、長手方向を示す。これより、シリンダー状ミセルが、溝の長手方向６１に対してほぼ直交する方向で、一軸方向に配向制御されていることが確認できる。
【００６１】
また、溝の長手方向に対して垂直な面で膜を切断した際の断面ＳＥＭ像を、観察方向の模式図とともに図９に示す。図中で層状に見えるのは、シリンダー状ミセルが、溝と溝の間部分の頂面及び溝の平坦な底面に対して平行な面内で、かつ溝の長手方向に対して垂直な方向に配向している様子を示している。また、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上の領域にわたって、シリンダー状ミセルの面内配向性が維持されていることが確認できる。
【００６２】
さらに、溝の長手方向に対して平行な面で膜を切断した際の断面ＳＥＭ像を、観察方向の模式図とともに図１０に示す。これより、先述のシリンダー状ミセルは、二次元ヘキサゴナル構造を形成するように配置されていることが確認できる。
【００６３】
得られたシリカメソ構造体膜におけるメソ構造の面内配向性の評価として、面内方向におけるＸ線回折ピーク強度をφスキャンした結果を図１１に示す。この時、溝の長手方向を０°とした。メソ構造に由来するＸ線回折ピークは、―９０°及び＋９０°の位置に存在し、各々の半値幅は１０°以下であることから、良好な一軸配向が達成されていることが確認できる。
【００６４】
（実施例２）
実施例１により得られたシリカメソ構造体膜について、８０℃の条件下、エタノールを用いた溶媒抽出法を用いることにより、鋳型であるトリブロックコポリマーを抽出除去し、メソポーラスシリカ膜を得た。
【００６５】
得られたメソポーラスシリカ膜は、トリブロックコポリマーが除去されてシリンダー状の空隙が形成された点を除いては、実施例１に示される特性が維持された膜であることが確認された。
【００６６】
（実施例３）
基材表面の溝パターンの形状について、Ｔｄ、Ｔｗ、Ｔｐがいずれも２５０ｎｍである点を除いては、実施例１と同じ手法によりシリカメソ構造体膜を作製した。
【００６７】
得られたシリカメソ構造体膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、面外方向の構造周期を示すｄ値が９ｎｍで、実施例１と同様に、シリンダー状ミセルが溝の長手方向に対して直交する方向に配向制御され、かつ二次元ヘキサゴナル構造で形成されていた。この配向制御された二次元ヘキサゴナル構造は、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上に渡って維持されていた。代表して、溝の長手方向に対して垂直な方向に膜を切断した際の断面ＳＥＭ像を、観察方向の模式図とともに図１２に示す。
【００６８】
（実施例４）
シリコンの表面に熱酸化膜を形成してシリカ層とし、このシリカ層上にＴｄ、Ｔｗ、Ｔｐがいずれも２５０ｎｍであるような溝パターンを形成して、基材とした。
【００６９】
テトラエトキシシラン、ＰＥＯ９８−ＰＰＯ６０の構造を有するジブロックコポリマー、エタノール、塩酸、水を混合して作製した溶液を、ディップコート法により上記基材上に塗布し、メソ構造部であるシリカメソ構造体膜を得た。ディップコートの際の基材引き上げ速度は２０μｍ／ｓとした。
【００７０】
得られたシリカメソ構造体膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、面外方向の構造周期を示すｄ値が１６ｎｍで、シリンダー状ミセルが、溝の長手方向に対して直交する方向に配向制御され、かつ二次元ヘキサゴナル構造で形成されていた。この配向制御された二次元ヘキサゴナル構造は、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上に渡って維持されていた。代表して、溝の長手方向に対して垂直な方向に膜を切断した際の断面ＳＥＭ像を、観察方向の模式図とともに図１３に示す。
【００７１】
（実施例５）
用いるジブロックコポリマーがＰＥＯ６８−ＰＰＯ６０である点を除いては、実施例４と同じ手法によりシリカメソ構造体膜を作製した。
【００７２】
得られたシリカメソ構造体膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、面外方向の構造周期を示すｄ値が１４ｎｍで、シリンダー状ミセルが、溝の長手方向に対してほぼ直交する方向に配向制御され、かつ二次元ヘキサゴナル構造で形成されていた。この配向制御された二次元ヘキサゴナル構造は、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上に渡って維持されていた。
【００７３】
（実施例６）
シリコンの表面に熱酸化膜を形成してシリカ層とし、このシリカ層上にＴｄ、Ｔｗ、Ｔｐがいずれも５００ｎｍであるような溝パターンを形成して、基材とした。
【００７４】
チタン酸テトライソプロピル、ＰＥＯ２０−ＰＰＯ７０−ＰＥＯ２０の構造を有するトリブロックコポリマー、１−ブタノール、塩酸、水を混合して作製した溶液を、ディップコート法により上記基材上に塗布し、配向性チタニアメソ構造体膜を得た。ディップコートの際の基板引き上げ速度は２０μｍ／ｓとした。
【００７５】
得られたチタニアメソ構造体膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、面外方向の構造周期を示すｄ値が９ｎｍで、シリンダー状ミセルが、溝の長手方向に対してほぼ直交する方向に配向制御され、かつ二次元ヘキサゴナル構造で形成されていた。この配向制御された二次元ヘキサゴナル構造は、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上に渡って維持されていた。
【００７６】
（実施例７）
実施例１に記載の溝パターンを表面に有する基板に対して、Ａｒガスを用いたプラズマエッチング処理を３３３秒の処理時間で施すことにより、溝と溝の間部分の形状を変化させて基材とした以外は、実施例１と同様の工程によりシリカメソ構造体薄膜を形成した。この時、プラズマエッチング処理に伴い、溝と溝の間部分の頂面が、傾斜面を介して溝の側面と連続した構造となっていた。
【００７７】
得られたシリカメソ構造体膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、面外方向の構造周期を示すｄ値が９ｎｍで、実施例１と同様に、シリンダー状ミセルが溝の長手方向に対して直交する方向に配向制御され、かつ二次元ヘキサゴナル構造で形成されていた。この配向制御された二次元ヘキサゴナル構造は、溝と溝の間部分の頂面から膜厚方向に５００ｎｍ以上に渡って維持されていた。代表して、溝の長手方向に対して垂直な方向に膜を切断した際の断面ＳＥＭ像を、図１４に示す。本実施例より、溝と溝の間部分が必ずしも単一の平面である必要はなく、少なくとも溝の平坦な底面と側面の関係が本発明の要件を満たしていれば、配向制御は十分に達成されることが示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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