(57)【要約】【課題】簡便なプロセスで、精度良く微粒子を規則的に配列する技術を提供すること。【解決手段】障壁（１０２）を有する基材（１０１）を一般的なスピンナーの基材ステージ（１０３）に保持する。一般的にこの保持は真空ポンプを用いた真空チャックにより行なわれる。次に、基材（１０１）上に微粒子分散液（１０４）を滴下する。次に、微粒子分散液（１０４）を滴下した基材（１０１）を所定の回転数プログラムでモーターを用いて回転させる。滴下した微粒子分散液中の微粒子は、遠心力の作用により外周方向へと移動し、障壁（１０２）により飛散を妨げられた微粒子のみが、基材（１０１）上に残り、遠心力の作用を受けて、最密充填に配列する。【選択図】　　　図１
2004114170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を分散させた分散液を原料とするスピンコート法による微粒子配列物製造方法において、
微粒子が配列される微粒子の飛散を防止する障壁を設けられている基材を用い、該基材上に前記分散液を導入し、該基材に回転運動を与えることを特徴とする微粒子配列物製造方法。
【請求項２】
前記障壁の高さをｈｎ、前記微粒子の直径をＲとしたときに以下の関係式が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列物製造方法。
｛（ｎ−１）（√（３）＋１｝Ｒ＜ｈｎ≦｛（ｎ−１）　（√（３）＋２｝Ｒ
ただし、ｎは微粒子の積層数
【請求項３】
前記障壁に分散液の溶液成分のみが通過できる流路があることを特徴とする請求項１または２記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項４】
前記障壁の全体形状が正六角形であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項５】
前記障壁の高さを、順次高くしながら、スピンコート法による形成方法を繰り返すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項６】
前記微粒子が、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、またはポリスチレンのうちのひとつであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項７】
基材上に形成した配列微粒子を樹脂を用いて固定化することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項８】
前記固定化に用いる樹脂が熱硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項９】
前記固定化に用いる樹脂が光硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項１０】
複数の固定化した配列微粒子を積層して新たな微粒子配列物とすることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【請求項１１】
前記微粒子を分散させた分散液の液性を、基材および微粒子に応じて制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の微粒子配列物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高品質で、欠陥のない微粒子配列物の製造方法に関するものであり、高密度記録媒体、光学素子、表示装置などに利用可能な微粒子配列物の製造に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
スピンコート法を用いて微粒子を基板上に配列することに関する技術としては以下に示すようなものが開示されている。
【０００３】
特開２０００−１７３９４８号公報（特許文献１）に記載されたものは、基板に滴下された分散液をスピンコーターにより膜形成している最中に、該分散液の一部をスピンコーターに設けたブラシにより取り除き、または移動することにより、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の微細な凹部内を分散液で完全に埋め込む技術である。
【０００４】
特開平０５−２０５２５５号公報（特許文献２）に記載されたものは、磁気記録ディスクのアルミニウム合金基板の表面側には、鏡面加工されたＮｉ−Ｐ層，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｉ磁性層，保護層が積層され、この保護層の表面には凸凹が方向性なく均一に分布している。保護層は、シリコン酸化物粒子およびテトラヒドロキシシランを混合した塗布液をＣｏ−Ｃｒ−Ｎｉ磁性層の表面側に相対湿度６０％の雰囲気中で塗布した後、加熱形成した層であり、内部にシリコン酸化物粒子が分散するポリ珪酸膜からなるという技術である。
【０００５】
特開平０８−２１１２０２号公報（特許文献３）に記載されたものは、基板上に、多数のＳｎＯ２超微粒子からなる帯電防止膜が形成され、更にその帯電防止膜上に、多数のＳｉＯ２超微粒子からなる反射防止膜が形成されている。そして、ＳｉＯ２超微粒子の表面には撥水撥油処理層が形成されている。撥水撥油処理層は、ＳｉＯ２超微粒子表面にフッ素含有のシラン化合物を複合させることにより構成されている。また、ＳｉＯ２超微粒子とＳｎＯ２超微粒子はバインダによって結合されているという技術である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７３９４８号公報
【特許文献２】
特開平０５−２０５２５５号公報
【特許文献３】
特開平０８−２１１２０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は微粒子配列物製造方法に関わるものであり、特に比重の重い微粒子やあるいは重力のみでは自然沈降しない超微粒子であっても制御しやすく、かつ簡便なプロセスを用いて２次元又は３次元構造で高密度でかつ規則的に微粒子を配列できる技術を提供するものである。
【０００８】
また、基本的に遠心力を有効に利用して、微粒子を２次元又は３次元構造で高密度でかつ規則的に配列する技術を提供するものであるが、一部で提案されているように、遠心分離装置などの高価で大掛かりな装置を必要とせず、安価な装置そして単純なプロセスを用いて高品質な微粒子配列を容易に実現するための技術を提供するものである。
【０００９】
近年、材料を微粒子化することにより、バルク形状では得られなかった種々の特性が得られることが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精度良く形成する方法による研究成果が発表され、その応用面も積極的に研究されている。
当然、微粒子材料を微粒子そのままの形態で利用する提案も行われているが、さらに微粒子の特性を活かすために、微粒子を規則正しく配列し、その結果得られる性能を利用する応用研究も盛んである。
【００１０】
例えば、上記特許文献１には、基板に滴下された微粒子分散液をスピンコーターにより膜形成している最中に、分散液の一部をスピンコーターに設けたブラシにより取り除き、または移動することにより、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の微細な凹部内を分散液で完全に埋め込む技術が開示されている。しかし、この技術は、微細な凹部内に分散液を導入することを目的としているために、ブラシなどによる機械的な力を加えているものであり、本発明が目的とする、微粒子の規則的配列には応用できないものである。
【００１１】
また、上記特許文献２に開示されている技術では、磁気記録ディスクのアルミニウム合金基板の表面側に、鏡面加工されたＮｉ−Ｐ層，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｉ磁性層，保護層が積層され、この保護層の表面には凸凹が方向性なく均一に分布している。保護層は、シリコン酸化物粒子およびテトラヒドロキシシランを混合した塗布液をＣｏ−Ｃｒ−Ｎｉ磁性層の表面側に相対湿度６０％の雰囲気中で塗布した後、加熱形成した層であり、内部にシリコン酸化物粒子が分散するポリ珪酸膜からなるという技術がある。しかし、この技術は、シリコン酸化物粒子が分散するポリ珪酸膜をスピンコートで作成する技術ではあるが、表面形状の凹凸化をねらいとしているために、必ずしも規則的に微粒子が分散するような技術ではない。
【００１２】
さらに、上記特許文献３に開示されている技術では、基板上に、多数のＳｎＯ２超微粒子からなる帯電防止膜が形成され、更にその帯電防止膜上に、多数のＳｉＯ２超微粒子からなる反射防止膜が塗布法により形成されている。そして、ＳｉＯ２超微粒子の表面にはやはり塗布法により撥水撥油処理層が形成されている技術である。しかし、単純な塗布法を用いているために、超微粒子の配列はランダムにならざるを得ず、高規則性の配列は望めるものではない。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡便なプロセスで、精度良く微粒子を規則的に配列する技術を提供することを目的とするものである。
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、２枚の支持体によって形成された空隙を持つ密閉性容器を用いて、基板面に平行な回転運動を与えるようにしたことを基本とする。以下、請求項毎の構成を述べる。
【００１５】
ａ）請求項１記載の発明は、微粒子を分散させた分散液を原料とするスピンコート法による微粒子配列物製造方法において、微粒子が配列される微粒子の飛散を防止する障壁を設けられている基材を用い、該基材上に前記分散液を導入し、該基材に回転運動を与えることを特徴としている。
【００１６】
ｂ）請求項２記載の発明は、障壁の高さをｈｎ、前記微粒子の直径をＲとしたときに、以下の関係式が成り立つことを特徴としている。
｛（ｎ−１）（√（３）＋１｝Ｒ＜ｈｎ≦｛（ｎ−１）　（√（３）＋２｝Ｒ
ただし、ｎは微粒子の積層数
【００１７】
ｃ）請求項３記載の発明は、障壁に分散液の溶液成分のみが通過できる流路を設けたことを、請求項４記載の発明は、障壁の全体形状を正六角形にしたことを、請求項５記載の発明は、障壁の高さを、順次高くしながら、スピンコート法による形成方法を繰り返すことを特徴としている。
【００１８】
ｄ）請求項６記載の発明は、前記微粒子が、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、またはポリスチレンのうちのひとつであることを特徴としている。
【００１９】
ｅ）請求項７記載の発明は、基材上に形成した配列微粒子を樹脂を用いて固定化することを、請求項８記載の発明は、固定化に用いる樹脂が熱硬化型樹脂であることを、請求項９記載の発明は、固定化に用いる樹脂が光硬化型樹脂であることを、請求項１０記載の発明は、複数の固定化した配列微粒子を積層して新たな微粒子配列物とすることを特徴としている。
【００２０】
ｆ）請求項１１記載の発明は、微粒子を分散させた分散液の液性を、基材および微粒子に応じて制御することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（概要）本発明は、外周部に障壁を設けるという簡便な技術要素を付加することで微粒子を規則的に分散、配列させることのできる技術であり、さらに、外周部に設ける障壁の高さを制御することにより、精度よく高規則性を有して微粒子を配列させる技術を提供する。また、配列の際に溶液成分のみを円周方向に除去する技術を付加することにより、簡便なプロセスで、精度良く微粒子を規則的に配列する技術を提供する。
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｂ）は、本発明による微粒子配列物製造方法を模式的に示したものである。
【００２３】
以下、本発明にかかる微粒子配列物製造方法のプロセスについて説明する。
図１（ａ）に示すように、障壁（１０２）を有する基材（１０１）を一般的なスピンナーの基材ステージ（１０３）に保持する。一般的にこの保持は真空ポンプを用いた真空チャックにより行なわれる。次に、基材（１０１）上に微粒子分散液（１０４）を滴下する。
【００２４】
次に、微粒子分散液（１０４）を滴下した基材（１０１）を所定の回転数プログラムでモーターを用いて回転させる。この時の様子を模式的に示したものが、図１（ｂ）である。滴下した微粒子分散液中の微粒子は、遠心力の作用により外周方向へと移動し、障壁（１０２）により飛散を妨げられた微粒子のみが、基材（１０１）上に残り、遠心力の作用を受けて、最密充填に配列する。
【００２５】
このときの様子を上面から見た様子を模式的に示したものが図２である。図２からわかるように、障壁（２０２）の全体形状を正六角形とした様子を示してある。このようにすることにより、微粒子の配列状態を制御することができ、最密充填の配列状態を精度よく得ることができる。なぜならば、微粒子が最密充填で配列するということは、一つの微粒子の周りに、６個の微粒子が取り囲む配列となることであり、その結果、取り囲んだ微粒子の中心を結んだ線は正六角形を形成することとなるためである。このように基本構造が六角形であることを考慮して、障壁（２０２）の全体形状を六角形にすることにより、欠陥の発生を防止しつつ、高品質の最密充填構造を有する微粒子配列が得られることになる。
【００２６】
本発明の特徴は、基材（２０１）上に障壁（２０２）を設けることにより、微粒子の飛散を防止しつつ遠心力の作用で障壁側に「掃き寄せる」という現象を利用して、微粒子を最密充填で配列させるというものである。このように障壁側に「掃き寄せる」ために、障壁（２０２）の全体形状が微粒子配列の良否に大きな影響を与える。したがって、先に述べたような理由により、障壁（２０２）の全体形状を正六角形にすることは非常に有効でかつ意味のあることであり、より高品質の配列構造を得ることができるという効果のあるものである。
【００２７】
一般に、障壁のない基材に対しては、微粒子分散液を原料とするスピンコート法を用いた微粒子の配列方法では、微粒子に働く遠心力と微粒子と基材との付着エネルギーの均衡によって基材上に残る微粒子のみが配列する。このとき、容易に想像できるように、配列する微粒子は、必ずしも最密充填で規則性をもって配列するわけではない。ある程度の微粒子が残るような条件（回転数など）では、確率的に欠陥が生じることは避けられず、高密度、高規則性の最密充填配列は実現できない。
【００２８】
それに対し、本発明においては、基材に微粒子の飛散を防止する障壁（２０２）があるために、微粒子と基材との付着エネルギーよりも大きな遠心力が微粒子に作用するような条件を適切に選べば、微粒子は障壁（２０２）により飛散を押さえ込まれた微粒子が規則正しく配列する。当然、微粒子分散液として滴下された微粒子のすべてが配列するわけではなく、当然飛散するものもある。
【００２９】
本発明においては、以下の点が大きな利点となってくる。つまり、付着エネルギーよりも大きな遠心力が微粒子に作用するような条件を満たすためには、過剰な遠心力が発生する条件であってもほとんど問題ない。それは、障壁（２０２）に掃き寄せられた微粒子は、遠心力で外周方向の力を受けるが、障壁が物理的に飛散を防止するので、障壁（２０２）が破壊されるような極端な条件でなければ、過剰の遠心力は許容できるという特徴を有する。
【００３０】
ここで重要になってくるのは、微粒子の径と障壁の高さである。
図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、微粒子の径と障壁の高さの関係について説明する。図３（ａ）に示したように、障壁の高さｈ１を微粒子の直径（２Ｒ）に比べて、半径（Ｒ）より大きく、直径（２Ｒ）以下であることとすることにより、配列する微粒子（３０５）は１層のみが配列可能となる。この点が本発明の特徴である。この条件を式で表すと以下のようになる。
Ｒ＜ｈ１≦２Ｒ
【００３１】
次に、２層配列する条件について説明する。２層が最密充填で配列するということは、図３（ｂ）に示したように、１層目の微粒子の間を埋める形で配列することになる。つまり、２層が最密充填で配列した様子を真横から見ることを想定すると、１層目と２層目の微粒子の中心点を結んだ直線は、正三角形を形成することになるの。この場合の障壁高さｈ２を考えてみると、２層配列した微粒子の高さを考慮すれば、以下の条件を満足すればよいことになる。
｛（√（３）＋１｝Ｒ＜ｈ２≦｛（√（３）＋２｝Ｒ
【００３２】
さらに、図３（ｃ）に示したように微粒子が３層の配列を形成する場合を考える。この条件を満足する障壁高さｈ３はこれまでの考えと同様に、以下の条件を満足すればよいことになる。
｛２（√（３）＋１｝Ｒ＜ｈ３≦｛２（√（３）＋２｝Ｒ
【００３３】
以上のことから、ｎ層配列するための障壁高さｈｎは以下の一般式で表される高さを満足すればよいことになる。
｛（ｎ−１）（√（３）＋１｝Ｒ＜ｈｎ≦｛（ｎ−１）（√（３）＋２｝Ｒ
ただし、ｎは微粒子の積層数
【００３４】
本発明の更なる特徴は、これまで説明してきた障壁に、分散液の溶液成分のみが通過できる流路があることを特徴とすることである。基材上への微粒子の供給に際しては必要となる分散液の溶液成分も、ひとたび微粒子が配列したのちは、そのまま存在を許すと、溶液成分の乾燥の局面において、配列した微粒子の規則性を乱す原因となる。したがって、このような溶液成分は、微粒子の配列と同時に速やかに除去されることが最も望ましい。
【００３５】
本発明の特徴である分散液の溶液成分のみが通過できる流路があるということは、まさにこの目的を達成するのに適しているものである。つまり、スピンコートにおいて発生する遠心力は、微粒子のみならず溶液成分にも作用する。このとき、溶液成分のみが通過できる流路が障壁にあることにより、微粒子の配列と同時に溶液成分が流路を通って外周方向へと除去される。このことにより、配列した微粒子の規則性を乱す要因は取り除かれ、乾燥後も高規則性を維持できるものである。これらの様子を模式的に示したのが図４（ａ）〜（ｃ）である。
【００３６】
ここでいう「流路」とは、障壁に加工を施して流路を形成してもよいし、障壁に多孔質の物質を用いることでも同様の効果が期待できる。ただし、この際の多孔質物質の微細な穴が、微粒子の通過を許すほどの大きさであっては、効果をなさないことは言うまでもない。
【００３７】
また、形成された微粒子配列を、紫外線硬化あるいは熱硬化型の樹脂を用いて固定化するようにすれば、フォトニック結晶などの光学部品やその他の応用部品が容易に実現できる。
【００３８】
また、本発明は、高規則性の微粒子配列物を、溶液系を用いることにより実現することを特徴のひとつとしている、すなわち、乾燥状態では、凝集しやすくなる超微粒子であっても、溶液系という状態の利点を最大限に利用し分散性を向上させることにより凝集を防ぎ、ｐＨの制御、例えば添加するイオン種を適切に選択、制御することにより、等電点の関係を利用することができる。その結果、高規則性の微粒子配列が得られるものである。
【００３９】
この点についてさらに詳細に説明する。
一般に、例えば金属酸化物からなる微粒子を水中に浸漬すると、微粒子は正または負の電荷を持ち、電界が存在すると対向する電場を有する方向へ移動する。この現象が電気泳動現象である。
【００４０】
この電気泳動現象によって、微粒子の水中における荷電すなわち界面電位（ゼータ電位）の存在を知ることができる。この界面電位は微粒子−水系のｐＨによって大きく変化する。一般に横軸に水系のｐＨを、縦軸に界面電位をとると、界面電位は水系のｐＨによって変化し、界面電位「０」を切る点の水系のｐＨを「等電点」と定義される。この現象から、一般的に金属酸化物微粒子表面の界面電位は、酸性側では正、アルカリ側では負の極性を取る。
【００４１】
しかし、この等電点は材料によって大きく異なり、例えば、コロイダルシリカでは「２．０」、α−アルミナでは「９．０」、ヘマタイトでは「６．７」という値が紹介されている。つまり、等電点から離れるほど界面電位が大きくなり、酸性側にいくほど界面電位の値は正の大きい方に向かい、また逆に、アルカリ側にいくほど界面電位の値は負の大きい方に向かう。これはｐＨで制御することができるものである。ｐＨの制御は、酸やアルカリの添加で、制御性よくコントロールできるものである。
【００４２】
本発明では、この現象を積極的に利用するものであり、分散液の状態で微粒子の凝集を効果的に防ぐことができるものである。この結果、分散液を基材に滴下した際にも、微粒子が凝集しない状態で存在するために、その後の配列の工程において、高品質の配列状態を容易に実現できるものである。この現象は、乾式プロセスでは得られない利点といえる。
【００４３】
以下、実施例を用いて更に詳細に説明する。
（実施例１）
▲１▼　障壁の形成
４インチの熱酸化膜付き単結晶シリコンウエハを基材として用いた。この基材に対し、公知の手段で、フォトレジストのパターンを形成した。パターン形状は図２に示したようなものであり、詳細に説明すると断面形状が長方形で、幅が５μｍ、高さが０．７μｍの、全体として正六角形を成すものである。この正六角形の対角の寸法は８ｃｍとなるように設計したマスクを用いた。
【００４４】
▲２▼微粒子分散液の作製
純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ　４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００４５】
▲３▼微粒子配列装置の形成
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記▲１▼で形成したパターン付きの基材を真空チャックにより保持した。その後、▲２▼で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、基材の中央部に静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。
2004114170.tif 000003
【００４６】
▲４▼微粒子配列装置の評価
得られた２次元の微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行ったところ、欠陥がほとんど無く、ほぼ最密充填構造になっていることが確認された。
【００４７】
（実施例２）
▲１▼障壁の形成
４インチの熱酸化膜付き単結晶シリコンウエハを基材として用いた。この基材に対し、公知の手段で、フォトレジストのパターンを形成した。障壁の断面形状は、実施例１と異なり、図５に示したような、上辺が０．８７μｍ、底辺が１．７４μｍ、高さが１．５μｍの台形のパターンとした。台形の底角は６０°とし、微粒子の配列が面心立方（ｆｃｃ）となるのに都合がいいようにした。また、実施例１と同様にパターン全体の形状は、正六角形で、対角の寸法は８ｃｍとなるように設計したマスクを用いた。また、レジストパターンの斜面を形成するために、公知の手段である濃度変調マスクを用いた。
【００４８】
▲２▼微粒子分散液の作製
実施例１と同様に、純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ　４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００４９】
▲３▼微粒子配列装置の形成
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記▲１▼で形成したパターン付きの基材を真空チャックにより保持した。その後、▲２▼で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、基材の中央部に静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。障壁の形状が実施例１とは異なりテーパー形状になっているために、実施例１に比べて、回転数を以下のように若干小さくした。
2004114170.tif 000004
【００５０】
▲４▼微粒子配列装置の評価
得られた２次元の微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行ったところ、欠陥がほとんど無く、どの領域も２層の配列を形成しており、ほぼ最密充填構造になっていることが確認された。
【００５１】
（実施例３）
▲１▼障壁の形成
４インチの熱酸化膜付き単結晶シリコンウエハを基材として用いた。この基材に対し、公知の手段で、フォトレジストのパターンを形成した。障壁の形状は、実施１および２とは異なり、図６に示したような、微細なスリットがあるように作成した。このスリットを有する障壁は、分散液のみが外周方向へと飛散することを許し、微粒子の飛散を防止する機能があれば、図６に示した形状である必要はない。また、これまでの実施例と同様にパターン全体の形状は、正六角形で、対角の寸法は８ｃｍとなるように設計したマスクを用いた。
【００５２】
▲２▼微粒子分散液の作製
実施例１と同様に、純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ　４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００５３】
▲３▼微粒子配列装置の形成
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記▲１▼で形成したパターン付きの基材を真空チャックにより保持した。その後、▲２▼で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、基材の中央部に静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。障壁の形状が実施例１及び２とは異なり、回転数を以下のように設定した。
回転数　０→３５００ｒｐｍ　　設定時間：６０秒３５００ｒｐｍ　保持　設定時間：３００秒
【００５４】
▲４▼微粒子配列装置の評価
得られた２次元の微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行ったところ、欠陥がほとんど無く、ほぼ最密充填構造になっていることが確認された。
【００５５】
（実施例４）
▲１▼障壁の形成
実施例２と同様の手段で、断面形状が、上辺が０．８７μｍ、底辺が１．７４μｍ、高さが１．５μｍの台形のパターンを形成した。台形の底角は６０°とし、微粒子の配列が面心立方（ｆｃｃ）となるのに都合がいいようにした。
【００５６】
▲２▼微粒子分散液の作製
実施例１と同様に、純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ　４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００５７】
▲３▼微粒子配列装置の形成
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記▲１▼で形成したパターン付きの基材を真空チャックにより保持した。その後、▲２▼で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、基材の中央部に静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。障壁の形状が実施例１とは異なりテーパー形状になっているために、実施例１に比べて、回転数を以下のように若干小さくした。
2004114170.tif 000005
【００５８】
▲４▼樹脂による硬化
上記の工程により微粒子配列装置が得られた後に、紫外線硬化樹脂（一液性紫外線硬化樹脂）を５ｍＬ静かに滴下した。その後、以下の条件で、スピンコートを行なった。
2004114170.tif 000006
【００５９】
その後、紫外線照射装置（波長：３１２ｎｍ）を用いて、１０分間紫外線の照射を行った。これにより、固定化された微粒子配列装置が得られた。
【００６０】
▲５▼微粒子配列装置の評価
得られた２次元の微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行ったところ、欠陥がほとんど無く、どの領域も２層の配列を形成しており、ほぼ最密充填構造になっていることが確認された。
【００６１】
（実施例５）
▲１▼障壁の形成
実施例２と同様の手段で、断面形状が、上辺が０．８７μｍ、底辺が１．７４μｍ、高さが１．５μｍの台形のパターンを形成した。台形の底角は６０°とし、微粒子の配列が面心立方（ｆｃｃ）となるのに都合がいいようにした。
【００６２】
▲２▼微粒子分散液の作製
本実施例では、これまでの実施例とは異なり、微粒子としてアルミナを用い、かつ分散液を酸性とした。以下に詳細に説明する。純水１００ｍＬにアルミナ微粒子（平均粒径＝１μｍ）を５ｍｇ液中に分散させ、更に液性を酸性に制御するために、塩酸（関東化学社製　ＪＩＳ　特級　３５．０−３７．０％）を２００μＬ添加した。分散液のｐＨは「２．５５」であった。
【００６３】
このようにする理由は、以下のことによる。つまり、アルミナ微粒子の等電点は一般的に「９．０」といわれているので、純水のように、中性（ｐＨ＝７．０）の溶液では界面電位がそれほど大きくはない。従って、アルミナ微粒子を制御性良くマイグレーションさせるには、液性を酸性側にして、界面電位を大きくすることが有効である。本発明のごとく、溶液系を用いることにより、液性も制御が可能となり、幅広い材料への応用が可能となるものである。
【００６４】
▲３▼微粒子配列装置の形成
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記▲１▼で形成したパターン付きの基材を真空チャックにより保持した。その後、▲２▼で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、基材の中央部に静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。障壁の形状が実施例１とは異なりテーパー形状になっているために、実施例１に比べて、回転数を以下のように若干小さくした。
2004114170.tif 000007
【００６５】
▲４▼微粒子配列装置の評価
得られた２次元の微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行ったところ、欠陥がほとんど無く、どの領域も２層の配列を形成しており、ほぼ最密充填構造になっていることが確認された。
【００６６】
【発明の効果】
（１）請求項１に対応する作用効果
請求項１においては、スピンコート法による微粒子配列装置の製造方法で微粒子が配列される基材上に微粒子の飛散を防止する障壁が設けられていることを特徴としているために、遠心力による微粒子の飛散を防止しつつ、最密充填で微粒子を制御性よく配列することができる。
【００６７】
（２）請求項２に対応する作用効果
請求項２においては、障壁の高さをｈｎ、微粒子の直径をＲとしたときに以下の関係式が成り立つことを特徴しているために、積層する微粒子の層数を精度良く制御できる
｛（ｎ−１）（√（３）＋１｝Ｒ＜ｈｎ≦｛（ｎ−１）　（√（３）＋２｝Ｒ
ただし、ｎは微粒子の積層数
【００６８】
（３）請求項３に対応する作用効果
請求項３においては、障壁部に分散液の溶液成分のみが通過できる流路があることを特徴としているために、確実に溶液成分のみを除去し、微粒子の配列装置を容易に得ることができる。
【００６９】
（４）請求項４に対応する作用効果
請求項４においては、障壁の全体形状が正六角形であることを特徴としているために、欠陥のない最密充填配列を容易にかつ確実に得ることができる。
【００７０】
（５）請求項５に対応する作用効果
請求項５においては、障壁の高さを、順次高くしながら、スピンコート法による形成方法を繰り返すことを特徴としているために、１層ごと、あるいは、複数層ごとに精度良く積層構造を形成することができる。
【００７１】
（６）請求項６に対応する作用効果
請求項６においては、微粒子が、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、またはポリスチレンのうちのひとつであることを特徴としているために球状粒子が入手しやすく、取り扱いが容易であるため、安全に高品質の人工結晶体を得ることができる。
【００７２】
（７）請求項７，８、９に対応する作用効果
請求項７，８，９においては、配列した微粒子を紫外線硬化あるいは熱硬化型の樹脂を用いて固定化するために、フォトニック結晶などの光学部品、その他の応用が容易に可能となる。
【００７３】
（８）請求項１０に対応する作用効果
請求項１０においては、複数の固定化した配列微粒子を積層して新たな微粒子配列装置とすることを特徴とするために、フォトニック結晶などの光学部品、その他の応用が容易に可能となる。
【００７４】
（９）請求項１１に対応する作用効果
請求項１１においては、微粒子を分散させた液体の液性を、基材および微粒子に応じて制御するために、欠陥がなく微細でかつ高規則性を持った配列微粒子を有する装置が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による微粒子配列物製造方法を模式的に示したものである。
【図２】基材上に正六角形のパターン形状の障壁を設けた場合の様子を示す図である。
【図３】微粒子の径と障壁の高さの関係を説明するための図である。
【図４】図３の障壁に分散液の溶液成分のみが通過できる流路を設けた様子を示す図である。
【図５】障壁の断面形状を説明するための図である。
【図６】障壁の形状を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１：基材
１０２，２０２，３０２：障壁
１０３：基材ステージ
１０４：微粒子分散液
１０５，２０５，３０５：配列した微粒子
３０６：流路
【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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