(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に高分子化合物薄膜を形成する工程と、マスクラビング法を用いて該高分子化合物薄膜の任意の複数領域に任意の方向の配向規制力を持たせる工程と、ラビング処理を施した前記基板をケイ素アルコキシドを含む酸性の界面活性剤水溶液中に保持し、該基板上に細孔方向の制御されたシリカメソ構造体の薄膜を作成する工程と、該シリカメソ構造体薄膜を微細加工技術により基板上の任意の位置に任意の形状に成形する工程を含むことを特徴とする一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたシリカメソ構造体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記微細加工技術がリソグラフィ技術を利用したものである請求項１に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたシリカメソ構造体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記微細加工技術が集束イオンビーム加工技術を利用したものである請求項１に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたシリカメソ構造体薄膜の製造方法。
【請求項４】
基板上に形成された高分子化合物が、繰り返し構造単位中に２つ以上の連続したメチレン基を含むことを特徴とする請求項１に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたシリカメソ構造体薄膜の製造方法。
【請求項５】
基板表面に高分子化合物薄膜を形成する工程と、マスクラビング法を用いて該高分子化合物薄膜の任意の複数領域に任意の方向の配向規制力を持たせる工程と、ラビング処理を施した前記基板をケイ素アルコキシドを含む酸性の界面活性剤水溶液中に保持し、該基板上に細孔方向の制御されたシリカメソ構造体の薄膜を作成する工程と、該シリカメソ構造体薄膜を微細加工技術により基板上の任意の位置に任意の形状に成形する工程と、基板上に形成されたシリカメソ構造体薄膜中から界面活性剤を除去する工程を含むことを特徴とする一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記微細加工技術がリソグラフィ技術を利用したものである請求項５に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記微細加工技術が集束イオンビーム加工技術を利用したものである請求項５に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記界面活性剤を除去する方法が焼成である請求項５に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記界面活性剤を除去する方法が有機溶剤による抽出である請求項５に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記基板上に形成された高分子化合物が、繰り返し構造単位中に２つ以上の連続したメチレン基を含むことを特徴とする請求項５に記載の一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターニングされたシリカメソ構造体薄膜及びメソポーラスシリカ薄膜の製造方法に関し、特に触媒や吸着剤などに用いられる無機酸化物多孔体の光学素子などの機能性デバイスへの応用に関連し、より詳しくは所望の方向に管状細孔の配向方向が制御されたシリカメソ構造体の薄膜を、基板上の所望の位置において所望の形状にパターニングする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に一軸配向性の細孔構造を持つメソポーラス構造体薄膜を析出させる方法としては、例えば“Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ”第１２１巻、７６１８ページに記載されているようなＳｉ（１１０）を基板に用いた方法、“Ｎａｔｕｒｅ”第３７９巻、７０３ページに記載されているようなグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）を基板に用いた方法、“Ｓｃｉｅｎｃｅ”第２７３巻、８９２ページに記載されているようなマイカ（Ｍｉｃａ）を基板に用いた方法がある。
【０００３】
シリカメソ構造体薄膜を任意の形状にパターニングする方法としては、”Ｓｃｉｅｎｃｅ”第２８７巻、４６５ページに記載されているような、ソフトリソグラフィを用いて容易にシリカメソ構造体薄膜をパターニングする方法がある。
【０００４】
任意の方向に一軸配向性を持ったメソポーラス構造体を作成する方法としては、“Ｓｃｉｅｎｃｅ”第２８８巻、６５２ページに記載されているような、磁場を用い一軸配向性の細孔構造を持つメソポーラス構造体の形成方法がある。さらに、基板上の任意の位置の任意の方向に一軸配向性の細孔構造を持つメソポーラス構造体の形成方法として、“Ｎａｔｕｒｅ”第３９０巻、６７４ページに記載されているような、基板上の任意の位置の任意の方向にマイクロキャピラリを形成し、キャピラリ方向に電界を印加することで、その方向に一軸配向したメソポーラス構造体を形成する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一軸配向性を持つメソポーラス構造体を導電性ポリマーなどのホストとして利用してフォトルミネッセンスの偏光制御を行うなどの光学素子やその他機能性デバイスへ応用するには、基板上の任意の位置に任意の方向にメソポア方向が揃ったメソポーラス構造体薄膜を任意形状に形成する技術が重要であり、従来の技術では以下のような問題点があった。
【０００６】
Ｓｉ（１１０）等の基板上に析出させる方法では、形成される膜の基板依存性が大きく、原子レベルでの秩序性のある基板に限られており、さらに同一基板内でのメソポア方向の任意制御性に問題がある。また、ソフトリソグラフィを用いてシリカメソ構造体を容易にパターニングさせる方法では、一軸配向性を持ったシリカメソ構造体薄膜を作成することが出来ない。
【０００７】
そして、磁場による一軸配向性の細孔構造を持つメソポーラス構造体の形成方法では、強磁場を発生させるために装置が大掛りとなり、基板の大きさに対する制限や任意の位置における形成に問題があった。さらに、マイクロキャピラリを用い一軸配向性を持つメソポーラス構造体の形成方法では、マイクロキャピラリの使用により、任意の形状にパターニングされた薄膜の作製が困難で、更に作成工程が複雑という問題点があった。
【０００８】
このためシリカメソ構造体薄膜の機能性デバイスへの応用に対して、一軸配向性を有するシリカメソ構造体薄膜を任意の基板上に任意の形状にパターニングし、且つ個々にパターニングされた該薄膜の一軸配向性が任意の方向に制御することが望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、基板上の任意の位置に任意の方向に一軸配向性の細孔構造を有する任意の形状のシリカメソ構造体薄膜及びメソポーラスシリカ薄膜の製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板表面に高分子化合物薄膜を形成する工程と、マスクラビング法を用いて該高分子化合物薄膜の任意の複数領域に任意の方向の配向規制力を持たせる工程と、ラビング処理を施した前記基板をケイ素アルコキシドを含む酸性の界面活性剤水溶液中に保持し、該基板上に細孔方向の制御されたシリカメソ構造体の薄膜を作成する工程と、該シリカメソ構造体薄膜を微細加工技術により基板上の任意の位置に任意の形状に成形する工程を含むことを特徴とする一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたシリカメソ構造体薄膜の製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、基板表面に高分子化合物薄膜を形成する工程と、マスクラビング法を用いて該高分子化合物薄膜の任意の複数領域に任意の方向の配向規制力を持たせる工程と、ラビング処理を施した前記基板をケイ素アルコキシドを含む酸性の界面活性剤水溶液中に保持し、該基板上に細孔方向の制御されたシリカメソ構造体の薄膜を作成する工程と、該シリカメソ構造体薄膜を微細加工技術により基板上の任意の位置に任意の形状に成形する工程と、基板上に形成されたシリカメソ構造体薄膜中から界面活性剤を除去する工程を含むことを特徴とする一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のシリカメソ構造体薄膜は、基板上に形成された高分子化合物薄膜上の任意の位置に配置されたシリカメソ構造体薄膜であって、該薄膜中の管状の細孔の配向方向が一軸方向に揃っているシリカメソ構造体薄膜であって、さらに該薄膜が所望の形状にパターニングされており、且つパターニングされた該薄膜の複数の領域の少なくとも一つ以上の領域の細孔の配向方向が異なっていることを特徴とする一軸配向性の細孔構造を有するシリカメソ構造体薄膜である。
【００１６】
また、本発明のシリカメソ構造体薄膜の製造方法は、基板表面に高分子化合物薄膜を形成する工程と、該高分子化合物薄膜の配向性の付与にマスクラビング法を用いて任意の複数領域に任意の配向性を持たせる工程と、ケイ素アルコキシドを含む酸性の界面活性剤水溶液中に保持し、該基板上にシリカメソ構造体の薄膜を作成する工程と、該シリカメソ構造体薄膜をリソグラフィ技術或いは集束イオンビーム加工技術などの微細加工技術により基板上の任意の位置、任意の形状に成形する工程を含むことを特徴とする、一軸配向性の細孔を有するパターニングされたシリカメソ構造体薄膜の製造方法である。
【００１７】
さらに本発明では、上記のシリカメソ構造体薄膜及び、上記の方法で作成されたシリカメソ構造体薄膜の細孔中の界面活性剤を、焼成或いは有機溶剤による抽出により除去することで、一軸配向性の細孔構造を有するパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜を得ることが出来る。
【００１８】
以下に、実施態様を説明する。
本発明のシリカメソ構造体薄膜の形成に用いる反応容器は、例えば図１の様な構成のものである。
反応容器の材質は、薬品、特に酸に対する耐性を有するものであれば特に限定はなく、ポリプロピレンやテフロンのようなものを用いることができる。反応容器内には、耐酸性の材質の基板ホルダー１３が例えば図１の様に置かれており、基板１５はこれを用いて保持される。図１は基板を水平に保持する例を示してあるが、基板の保持は水平に限定されるものではない。
【００１９】
また、基板２３は、図２（Ａ）の様に反応溶液２２中に保持するのが一般的だが、図２（Ｂ）の様に基板２３の配向処理の施された側の表面を反応溶液２２の表面に接するように保持した場合にも同様の薄膜を形成することができる。また、図２（Ｃ）に示すように、反応中に基板の表面を対流から保護するために、スペーサ２４を介してカバー２５を用いた場合に、形成されるメソポーラスシリカ薄膜の均一性が向上する傾向がある。反応容器は、反応中に圧力がかかっても破壊されないように、さらにステンレスのような剛性の高い材質の密閉容器に入れることもある。
【００２０】
この図において、反応溶液は界面活性剤水溶液に塩酸等の酸を混合し、ＳｉＯ2 の等電点であるｐＨ＝２以下に調整したものに、テトラエトキシシランの様なケイ素のアルコキシドを混合したものである。界面活性剤は、４級アルキルアンモニウムのようなカチオン性界面活性剤、アルキルアミンやポリエチレンオキシドのような非イオン性界面活性剤等の中から適宜選択される。使用する界面活性剤分子の長さは、目的のメソ構造の細孔径に応じて決められる。また、界面活性剤ミセルの径を大きくするために、メシチレンのような添加物を加えても良い。基板は、その表面に高分子化合物薄膜が形成されていて、さらにこれに対してラビング処理を施したものを用いる。高分子化合物薄膜を形成する基板の材質に特に限定はないが、酸性条件に対して安定なものが好ましい。例示すると、石英ガラス、セラミクス、樹脂等が使用可能である。ラビング処理は、一般的に基板上に液晶を配向させる為の手法としてよく用いられており、スピンコート等の手法により基板上にポリマーのコーティングを施し、これを布でラビングする方法が主に用いられている。通常、ラビング布はローラーに巻き付けられていて、回転するローラーを基板表面に接触させてラビングを行う。
【００２１】
本発明ではパターニングされた複数領域のシリカメソ構造体薄膜に任意の方向に一軸配向性を持たせる為、その高分子化合物膜への任意位置、任意配向性の付与を目的として、マスクラビング法による多重ラビングを行う。基本的なプロセスは、一般的な液晶を配向させる基板を作成する場合と同様で、高分子化合物膜へのラビング処理とマスク形成とを繰り返し、最後にマスクを除去するものであり、マスクには、リソグラフィ技術により形成したレジストパターンを用いる。
【００２２】
マスクラビング法による多重ラビングの一例として、基板上の高分子化合物膜に２つの領域に異なる方向の配向性付与の方法について説明する。先ず、図３（ａ）のように高分子化合物膜を形成した基板全面に所望の方向にラビング処理し、第１の方向の配向性Ｘを付与する。次に、図３（ｂ）のように第１の方向の配向性を保存したい部分のマスクとして、リソグラフィ技術によりレジストパターンを形成する。そして、図３（ｃ）のように更に所望の別方向に同様なラビング処理を施し、第２の方向の配向性Ｙを付与する。この時、レジストによりマスクされていない部分は、第１の方向に付与した配向性は失われ、第２の方向のラビング処理による配向性が付与される。最後にマスクとして使用したレジストパターンを除去することで、図３（ｄ）のように配向性の異なる２つの領域を形成することが可能である。そして、以下に説明する方法によって、図３（ｅ）のように異なる一軸配向性を持つシリカメソ構造体薄膜を作成することが出来る。
【００２３】
表面に形成する高分子化合物薄膜は、その繰り返し構造単位中に２つ以上の連続したメチレン基を含んでいるものを用いる。繰り返し構造単位中のメチレン基の数が、２以上２０以下である場合に特に一軸配向性の良好なシリカメソ構造体薄膜が得られ、それ以上大きくなる場合には一軸配向性が低下する傾向があり、これは以下に述べるシリカメソ構造体薄膜の析出時に反応温度を上げた際に、ラビングによって付与された高分子の配向性が失われてしまうためであると考えられている。
【００２４】
この様な条件で基板上にシリカのメソ構造体を析出させることができる。析出させる際の温度には特に制約はなく、室温〜１００℃程度の温度領域において選択される。反応時間は数時間〜数ヶ月程度で、時間が短いほど薄い膜が形成される。そして、この様にして基板上に形成された膜は、純水で洗浄した後に空気中で自然乾燥させ、シリカメソ構造体薄膜が得られる。
【００２５】
このシリカメソ複合体からテンプレートの界面活性剤ミセルを除去することでメソポーラスシリカ薄膜を作成することができる。界面活性剤の除去には、焼成や溶剤による抽出等が用いられる。例えば、空気中、５５０℃で１０時間焼成することによって、メソ構造及びその一軸配向性を殆ど破壊することなくメソ構造体薄膜から完全に界面活性剤を除去することができる。また、溶剤抽出を用いると、１００％の界面活性剤の除去は困難ではあるものの、焼成に耐えられない材質の基板上にメソポーラス薄膜を形成することが可能である。
【００２６】
このようにして作成した一軸配向性を有するシリカメソ構造体薄膜及びメソポーラスシリカ薄膜を、ＵＶなどの光やＸ線、電子線、イオンビームを用いたリソグラフィ技術、及び集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工技術によりパターニングすることが可能である。リソグラフィ技術を用いた方法では、幾つかのプロセスが必要であるものの一度に広い領域のパターニングに有効であり、一方、ＦＩＢ加工では、リソグラフィ技術による微細加工に比べ一度に広い領域をパターニングすることは出来ないものの、複雑なプロセスを必要とすることなく容易にパターニングが可能である。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例を用いて詳細に本発明を説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、材料、反応条件等は、同様な構造のシリカメソ構造体薄膜が得られる範囲で自由に変えることが可能である。また、シリカメソ構造体薄膜及びメソポーラスシリカ薄膜のパターン形成、任意配向性付与についても、以下に説明する実施例に限定されない。
【００２８】
実施例１
本実施例では、マスクラビング法により基板上に形成した高分子化合物薄膜への任意位置、任意方向の配向性付与を行うことで、異なる方向に一軸配向性を有するシリカメソ構造体薄膜の形成と、フォトリソグラフィによる微細技術により、任意の位置に任意の形状にパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜を形成し、これを光学素子に応用した一例である。これを図４〜図９を用いて説明する。
【００２９】
２０ｍｍ角の石英ガラス基板上に、前駆体であるポリアミック酸ＡのＮＭＰ溶液をスピンコートにより塗布し、２００℃で一時間焼成して、以下の構造を有するポリイミドＡの薄膜を形成した。
【００３０】
【化１】
0004652544.tif 000002
【００３１】
【表１】
0004652544.tif 000003
【００３２】
これに対して、マスクラビング処理を施した基板を作成した。まず、図４（ａ）に示すように基板４１の全体に、表１の条件で第１の方向のラビング処理を施した後、基板全面にネガ型レジスト４３を塗布しマスク露光と現像処理により、図４（ｂ）のように第１の方向Ｘのラビングの効果を残したい基板上に、第１の方向と垂直な方向の幅２ｍｍのストライプ状のレジストパターンを２ｍｍ間隔で形成した。尚、マスクとなるレジストパターンの側面は逆テーパー状にならない条件で作成した。
【００３３】
次に、図４（ｃ）に示すように第１の方向のラビング処理と同じ条件でのラビング処理を第１の方向に対して垂直な方向に施した。尚、レジストパターンを形成していない部分への第２の方向Ｙのラビング処理では、第１の方向のラビング効果は失われ第２の方向のラビング効果が付与されることになる。そして、マスクラビング処理のマスクとして形成したレジストパターンを除去することで、図４（ｄ）に示すように、石英ガラス基板上のポリイミドＡに任意の複数の位置に配向規制力を与えた基板を作成し、これをシリカメソ構造体薄膜を析出させるための基板とした。
【００３４】
反応溶液は、先ずセチルトリメチルアンモニウム塩化物２．８２ｇを１０８ｍｌの純水に溶解し、３６％塩酸を４８．１ｍｌ添加して２時間攪拌し、界面活性剤の酸性溶液とした。そしてこの溶液にテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）１．７８ｍｌを加え、２分３０秒攪拌し、作成した。
【００３５】
上記基板を、図１の構成のテフロン容器中の基板保持のための基板ホルダに入れ、基板を溶液中に保持し、図４（ｅ）のように基板上の任意位置に行ったラビング方向に対応する一軸配向性を有するシリカメソ構造体を析出させた。基板の表面は約０．２ｍｍの厚さのスペーサを介して石英ガラスのカバーで覆い、対流の影響が配向に悪影響が及ばないようにした。最終的な溶液組成はモル比で、Ｈ2 Ｏ＝１００：ＨＣｌ＝７：セチルトリメチルアンモニウム塩化物＝０．１１：ＴＥＯＳ＝０．１０である。この容器に蓋をし、さらにステンレス製の密閉容器に入れた後に８０℃に保ったオーブン中に保持した。保持時間は４８時間とした。
【００３６】
所定の時間反応溶液と接触させた基板は、容器から取り出し、純水で十分に洗浄した後に、この基板を空気中で乾燥させた。基板表面を光学顕微鏡で観察したところ、各ラビング方向に対応したテクスチャーが見られた。さらに、ラビング処理の異なる各領域のシリカメソ構造体薄膜について、１００ｋＶの電子線による断面ＴＥＭ像の観察を行ったところ、ラビング方向に対して垂直な方向に一軸配向性を持ったメソチャンネルが形成されていることが確認された。図５（ａ）のように一軸配向性を持つ細孔構造の配向方向が領域によって異なるシリカメソ構造体薄膜が全面に形成されていることが確認された。さらに、メソチャンネルは石英ガラス基板から表面まで一様にヘキサゴナル構造を形成していることも確認された。
【００３７】
このように基板上に形成した一軸配向性を持つシリカメソ構造体薄膜を、フォトリソグラフィにより図５（ｂ）のようなパターニングを行った。パターニングにより、一軸配向性を持つ細孔構造の配向方向が互いに異なる２つの面積の等しい領域を作成した。先ず、作成基板の全面にネガ型レジストを塗布後、該薄膜を残したい部分にＵＶ光によるマスク露光を行い、所望のレジストパターンを形成した。次に、フッ酸の緩衝溶液（ＮＨ4 Ｆ−ＨＦ：ｐＨ４．５）により、該薄膜のエッチングを行った。そして、純水洗浄を行った後にレジストパターンを除去し、パターニングされたシリカメソ構造体薄膜を得た。
【００３８】
このパターニングされたシリカメソ構造体薄膜中から界面活性剤を除去する為、該パターニングされた薄膜をマッフル炉に入れ、１℃／分の昇温速度で５５０℃まで上昇させ、空気中で１０時間焼成した。焼成によって界面活性剤の除去し、パターニングされたメソポーラスシリカ薄膜を得た。
【００３９】
以上のように基板上に作成されたシリカメソ構造体薄膜を光学素子への応用を試みた。パターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の細孔中に半導体ポリマーＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］：ｐｏｌｙ［２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２’−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ］）を導入した。ＭＥＨ−ＰＰＶの導入は、ＭＥＨ−ＰＰＶを溶かしたクロロベンゼン溶液中に、該薄膜を浸すことによって行い、後に乾燥させることでＭＥＨ−ＰＰＶを導入したメソポーラスシリカ薄膜を得た。
【００４０】
次に、図６（ｃ）及び図７（ｄ）のように、一軸配向性を有する細孔構造の配向方向の異なる２つの領域に白色光（５００ｍＷ）を各領域に照射し、ＭＥＨ−ＰＰＶからのフォトルミネッセンス光の偏光の強度を測定した。尚、測定ではメソポーラスシリカの構造体からの散乱を抑えるために、該薄膜をグリセロールとプロパノールの混合溶液中に浸して行った。
【００４１】
図６（ｃ）のように、偏光フィルターの方向を領域Ｂのメソチャンネルの配向方向と同じ方向にセットし、フォトルミネッセンス光の偏光強度を測定した場合、領域Ｂからのフォトルミネッセンス光の偏光は領域Ａのそれに対して、約５倍程度の強度が得られた。
【００４２】
一方、図７（ｄ）に示すように、偏光フィルターの方向を領域Ａのメソチャンネルの配向方向と同じ方向にセットし、フォトルミネッセンス光の偏光強度を測定した場合、領域Ａからのフォトルミネッセンス光の偏光は領域Ｂのそれに対して、約５倍程度の強度が得られた。
【００４３】
そこで、図８（ｅ）及び図８（ｆ）のように該薄膜がパターニングされ基板を左右に振動させ、白色光入射する領域を変化させた。その時の領域Ａ及び領域Ｂの該薄膜のＭＥＨ−ＰＰＶからのフォトルミネッセンス光の偏光の強度を、領域Ａの該薄膜のメソチャンネル方向と平行な偏光フィルターをセットした場合と、領域Ｂの該薄膜のメソチャンネル方向と平行な偏光フィルターをセットした場合で測定したところ、図９（ｇ）に示すように、変調のある偏光が得られ、偏波変調素子として利用できる光学素子を作成することが出来た。
【００４４】
実施例２
本実施例は、実施例１と同じ条件の下で作成した２０ｍｍ角の石英ガラス基板上のシリカメソ構造体薄膜を用い、同様にこれを光学素子に応用した一例である。図４〜図９を用いて説明する。
【００４５】
先ず、２０ｍｍ角の石英ガラス基板上にポリイミドＡの薄膜を形成した後、実施例１と同じ条件及びプロセスで、基板上のポリイミドＡにラビング処理方向の異なる２つの領域を形成し、一軸配向性を有する細孔構造を有するシリカメソ構造体薄膜を析出させる基板とした。
【００４６】
次に、この基板を実施例１と同じ条件で反応溶液中に保持することによって、該基板上にシリカメソ構造体薄膜を形成した。前記基板は反応容器から取り出した後、純水で十分に洗浄した後に空気中で乾燥させた後、基板表面を光学顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様に各ラビング方向に対応したテクスチャーが見られた。さらに、実施例１と同様の断面ＴＥＭ観察により、ラビング方向に対して垂直な方向に一軸配向性を持ったメソチャンネルが形成されていることを確認し、図５（ａ）のように一軸配向性を持つ細孔構造の配向方向が領域によって異なるシリカメソ構造体薄膜が全面に形成されていることを確認した。
【００４７】
このように一軸配向性を持つシリカメソ構造体薄膜を形成した基板を、ダイシングソーにより５ｍｍ角に切り出した後、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置により、図５（ｂ）のようなパターニングされた該薄膜を１５０μｍ×３００μｍの大きさで作成した。先ず、ダイシングソーで５ｍｍ角に切り出した該基板は、試料ホルダに固定し、ＦＩＢ加工装置の真空チャンバ内に導入した。次に、削除する薄膜領域に集束イオンビームを照射し、前記薄膜領域をスパッタリングすることで削除し、パターニングされたメソポーラスシリカ薄膜を得た。尚、ＦＩＢ加工に用いたイオンビームは、３０ｋｅＶのＧａ+ イオンで、基板に照射された加工ビームの電流量は約１０ｎＡで、イオンビームの照射領域を予めプログラムしておくことが出来る。
【００４８】
このパターニングされたシリカメソ構造体薄膜中から界面活性剤を除去する為、該パターニングされた薄膜を７０℃のエタノールに２回程浸し、界面活性剤を溶剤抽出により除去した。
【００４９】
以上のように基板上に作成されたシリカメソ構造体薄膜を光学素子への応用を、実施例１と同じ条件で試みた。先ず、実施例１と同じ方法で半導体ポリマー（ＭＥＨ−ＰＰＶ）をパターニングされたメソポーラスシリカ薄膜の細孔中に導入し、乾燥させることでＭＥＨ−ＰＰＶを導入したメソポーラスシリカ薄膜を得た。次に、図６（ｃ）及び図７（ｄ）のように実施例1 と同じ測定を行ったところ、同様にメソチャンネルの方向に対応したフォトルミネッセンス光の偏光が得られた。さらに、実施例１と同様に図８（ｅ）及び図８（ｆ）のように該薄膜がパターニングされ基板を左右に振動させ、白色光入射する領域を変化させ、ＭＥＨ−ＰＰＶからのフォトルミネッセンス光の異なる２つの偏光強度を測定したところ、同様に変調のある偏光が得られ、偏波変調素子として利用できる光学素子を作成することが出来た。
【００５０】
【発明の効果】
本発明では、前記で説明したように、マスクラビング法やリソグラフィ技術を組み合わせることで、任意方向に一軸配向性を持つ任意位置に任意形状にパターニングされたシリカメソ構造体薄膜を得ることが出来、任意方向に一軸配向性を有する薄膜を同時に作成することにより、機能性デバイスとして光学素子などへの応用が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、シリカメソ構造体薄膜を形成するための反応容器を示す概略図である。
【図２】本発明において、反応溶液中における基板の保持方法を説明するための説明図である。
【図３】本発明において、基板上に形成した高分子化合物に施すマスクラビング法を説明する為の施す説明図である。
【図４】本発明の実施例１において、マスクラビング法により複数領域に異なる一軸配向性を持つメソポーラスシリカ薄膜の作成方法を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施例１及び実施例２において、作成した複数領域に異なる一軸配向性を持つメソポーラス構造体薄膜に半導体ポリマーを導入し、光学素子への応用を説明する図である。
【図６】本発明の実施例１及び実施例２において、作成した複数領域に異なる一軸配向性を持つメソポーラス構造体薄膜に半導体ポリマーを導入し、光学素子への応用を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１及び実施例２において、作成した複数領域に異なる一軸配向性を持つメソポーラス構造体薄膜に半導体ポリマーを導入し、光学素子への応用を説明する図である。
【図８】本発明の実施例１及び実施例２において、作成した複数領域に異なる一軸配向性を持つメソポーラス構造体薄膜に半導体ポリマーを導入し、光学素子への応用を説明する図である。
【図９】本発明の実施例１及び実施例２において、作成した複数領域に異なる一軸配向性を持つメソポーラス構造体薄膜に半導体ポリマーを導入し、光学素子への応用を説明する図である。
【符号の説明】
１１  テフロン容器
１２  テフロン蓋
１３  テフロン製基板ホルダー
１４  シール（Ｏリング）
１５  基板
２１  反応容器
２２  反応溶液
２３  基板
２４  スペーサ
２５  カバー
３１  石英ガラス基板
３２  ラビングを施した配向膜
３３  レジスト
３４  界面活性剤ロッド状ミセル（紙面に垂直）
３５  界面活性剤ロッド状ミセル（紙面に平行）
４１  石英ガラス基板
４２  ポリイミドＡ
４３  ネガ型レジスト
４４  界面活性剤ロッド状ミセル
５１  シリカメソ構造体薄膜
５２  石英ガラス基板
５３ａ，５３ｂ  偏光フィルター
５４  検出器
５５  白色光
５６  フォトルミネッセンス光
【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８】
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【図９】
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