(57)【要約】【課題】直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を容易かつ高精度に折り曲げることが可能なナノ構造体の折曲げ方法及び装置を提供する。【解決手段】  直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部６１を有するナノ構造体４２に対して折曲誘起部材４３を離間配置し、ナノ構造体４２における被折曲げ部６１と、折曲誘起部材４３とを互いに正又は負に帯電させ、ナノ構造体４２における被折曲げ部６１に対して折曲誘起部材４３を近接させることにより、これらの間に帯電させた電荷の反力に基づいて被折曲げ部６１を折曲げる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を有するナノ構造体に対して折曲誘起部材を離間配置し、
上記ナノ構造体における上記被折曲げ部と上記折曲誘起部材とを互いに正又は負に帯電させ、或いは互いに正負異なる電荷に帯電させ、
上記ナノ構造体における上記被折曲げ部に対して上記折曲誘起部材を近接させることにより、これらの間に帯電させた電荷の反力或いは引力に基づいて上記被折曲げ部を折曲げること
を特徴とするナノ構造体の折曲げ方法。
【請求項２】
上記被折曲げ部の折曲げ方向に対応させて傾斜部を形成させた上記折曲誘起部材を近接させること
を特徴とする請求項１記載のナノ構造体の折曲げ方法。
【請求項３】
上記被折曲げ部の長手方向が上記折曲誘起部材の近接離間方向と略同一となるように立設させたナノ構造体を用いること
を特徴とする請求項１又は２記載のナノ構造体の折曲げ方法。
【請求項４】
上記被折曲げ部の折曲方向に応じた方向から上記折曲誘起部材を近接させること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のナノ構造体の折曲げ方法。
【請求項５】
直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を有するナノ構造体が取り付けられる電極と、
上記ナノ構造体に対して離間配置させた上記折曲誘起部材とを備え、
上記電極と上記折曲誘起部材とを互いに正又は負に帯電させ、或いは互いに正負異なる電荷に帯電させ、
上記ナノ構造体における上記被折曲げ部に対して上記折曲誘起部材を近接させることにより、これらの間に帯電させた電荷の反力或いは引力に基づいて上記被折曲げ部を折曲げること
を特徴とするナノ構造体の折曲げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を有するナノ構造体の折曲げ方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン結晶等から構成されるナノデバイスは、携帯電話のディスプレイ、音響素子、さらには近接場光スイッチへの応用が期待されている。特に近年において、半導体微細加工技術の発展により、量子力学的効果が顕著に現れるサイズまでに微細な構造をもつ半導体素子が実現され、また、この量子力学的効果を利用した半導体素子や、ナノメータサイズまで小型化させた偏光素子も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなナノデバイスは、１μｍ以下のナノメータサイズまで小型化されたナノ構造体を組み合わせて構成される場合が多い。特に、近年においてこのナノデバイスの高機能化に伴い、特にこのナノ構造体を３次元的に組み合わせ、或いは加工することにより、様々な複雑形状を作り出す必要性が出てきている。
【特許文献１】特開２００５−１４２４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年においてナノインプリント技術の進展に伴い、ナノオーダの細線等を基板中に作り込むことは可能となっているが、ナノ構造体を所望の角度に高精度に折り曲げる技術が今まで確立されていないため、ナノデバイスの高機能化に対応することは依然として困難であった。
【０００５】
このようなナノ構造体を折り曲げる際に、治具等を介して実行する場合には、ナノオーダの位置合わせ作業が必要となるため過大な労力が必要となり、また最適な折曲げ角となるように荷重を制御することも困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を容易かつ高精度に折り曲げることが可能なナノ構造体の折曲げ方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法は、上述した課題を解決するために、直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を有するナノ構造体に対して折曲誘起部材を離間配置し、上記ナノ構造体における上記被折曲げ部と上記折曲誘起部材とを互いに正又は負に帯電させ、或いは互いに正負異なる電荷に帯電させ、上記ナノ構造体における上記被折曲げ部に対して上記折曲誘起部材を近接させることにより、これらの間に帯電させた電荷の反力或いは引力に基づいて上記被折曲げ部を折曲げることを特徴とする。
【０００８】
本発明を適用したナノ構造体の折曲げ装置は、上述した課題を解決するために、直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を有するナノ構造体が取り付けられる電極と、上記ナノ構造体に対して離間配置させた上記折曲誘起部材とを備え、上記電極と上記折曲誘起部材とを互いに正又は負に帯電させ、或いは互いに正負異なる電荷に帯電させ、上記ナノ構造体における上記被折曲げ部に対して上記折曲誘起部材を近接させることにより、これらの間に帯電させた電荷の反力或いは引力に基づいて上記被折曲げ部を折曲げることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、ナノ構造体における被折曲げ部と、折曲誘起部材とを互いに正（又は負）に帯電させ、或いは互いに正負異なる電荷を帯電させた場合の電荷の反力又は引力に基づいて被折曲げ部を折曲げる。特に、直径１μｍ以下のいわゆるナノメータサイズで構成される被折曲げ部を折曲誘起部材に対して非接触で折り曲げることができる。このため、ナノオーダの位置合わせ作業を行う必要もなくなり、労力を大幅に軽減させることが可能となる。さらに本発明においては、被折曲げ部に対する折曲誘起部材の近接位置を制御するのみで、被折曲げ部における折曲げ角度をナノオーダでコントロールすることができることから、特にナノメータサイズで構成されるナノ構造体をより高精度に折曲げる場合において特に有用となる。特に、このナノ構造体は、近年においてその形状が複雑化しており、ナノ構造体を所望の角度に高精度に折り曲げる必要性が高まっているが、本発明はかかる要請にも対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部を高精度に折り曲げるためのナノ構造体の折曲げ方法について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００１１】
本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法は、図１に示すような折曲げ装置４１により具体化されるものである。
【００１２】
この折曲げ装置４１は、電極５１と、この電極５１に対して導線５５を介して電気的に接続された折曲誘起部材４３とを備えている。
【００１３】
電極５１には、直径１μｍ以下の棒状の被折曲げ部６１を有するナノ構造体４２が取り付けられる。このナノ構造体４２は、例えばＡｌ等の金属材料等からなる基板５７中において埋め込まれた状態とされていてもよい。この基板５７に埋め込まれたナノ構造体４２において被折曲げ部６１の先端近傍のみが上方に向けて突出された状態となる。
【００１４】
折曲誘起部材４３は、ガラス基板５２上にエッジ部材５３を突設させ、さらにこの上層において金属性薄膜５４を積層させることにより構成される。
【００１５】
このような構成からなる折曲げ装置４１において、実際にナノ構造体４２における被折曲げ部６１を折曲げ加工する場合に、先ず電極５１と折曲誘起部材４３とを互いに正に帯電させる。因みに、この電極５１と折曲誘起部材４３に対して互い正負同一の電荷が帯電されていればよく、これらを互いに負に帯電させるようにしてもよい。
【００１６】
実際の帯電方法としては、先ず電極５１を正（又は負）に帯電させる。その結果、この電極５１に取り付けられているナノ構造体４２自体を正（又は負）に帯電させることが可能となり、ひいては被折曲げ部６１の先端に至るまで正（又は負）に帯電させることが可能となる。
【００１７】
また、この電極５１を正（又は負）に帯電させることにより、折曲誘起部材４３における金属製薄膜５４を正（又は負）に帯電させることが可能となる。
【００１８】
次にナノ構造体４２における被折曲げ部６１に対して折曲誘起部材４３を近接させる。以下では、折曲誘起部材４３の近接離間方向を被折曲げ部６１の長手方向に対して略同一とする場合を例にとる。折曲誘起部材４３の表面において積層されている金属性薄膜５４と、被折曲げ部６１とは互いに同一の電荷が帯電している。このため、金属性薄膜５４と被折曲げ部６１との間に帯電させた電荷により互いに反力が作用することになる。このような状態において、折曲誘起部材４３を被折曲げ部６１に対して更に近接させると、かかる反力が増強され、被折曲げ部６１に対して大きな曲げモーメントが負荷されることになり、図２に示すように被折曲げ部６１を折り曲げることができる。
【００１９】
ちなみに、この被折曲げ部６１が折曲げられる方向は、金属性薄膜５４と被折曲げ部６１との間に帯電させた電荷による反力の方向に基づくものとなる。例えば、エッジ部材５３を断面三角形状で構成した場合に、これを被折曲げ部６１に近接させることにより、図２に示す矢印方向の反力が負荷されることになる。被折曲げ部６１は、この矢印方向の反力が負荷され、当該矢印方向に向けて折曲げ変形することになる。
【００２０】
被折曲げ部６１の折曲げ角度は、被折曲げ部６１に対する折曲誘起部材４３の近接位置等に起因することになるが、少なくともこの被折曲げ部６１の長手方向を基板５７表面から略垂直となるように突出させることにより、折り曲げられた被折曲げ部６１が基板５７の表面において突き当たる結果、折曲げ角度を略９０°とすることが可能となる。
【００２１】
因みに、この被折曲げ部６１の折曲げ角度を調整する場合には、被折曲げ部６１に対する折曲誘起部材４３の近接位置等を調整するようにしてもよいし、被折曲げ部６１の長手方向における基板５７表面に対する角度φを調整するようにしてもよい。また、この被折曲げ部６１の折曲げ角度を調整する場合には、エッジ部材５３における傾斜角度を調整するようにしてもよい。
【００２２】
なお、本発明においては、図３に示すようにエッジ部材５３の構成を省略するようにしてもよい。この図３の例においては、平滑な表面を持つガラス基板５２上に金属性薄膜５４を直接的に積層させることにより、折曲誘起部材４３を構成している。このような折曲誘起部材４３を例えば図３に示すように斜めにした状態で被折曲げ部６１に近接させることにより、被折曲げ部６１の全てを一方向（図中矢印方向）に折り曲げることができる。
【００２３】
このようにエッジ部材５３の形状を変更したり、或いはエッジ部材５３の構成を省略し、折曲誘起部材４３の近接離間方向を変更することにより、被折曲げ部６１の折曲げ方向を自在に制御することが可能となる。
【００２４】
特に本発明では、ナノ構造体４２における被折曲げ部６１と、折曲誘起部材４３とを互いに正（又は負）に帯電させ、これらの間に帯電させた電荷の反力に基づいて被折曲げ部６１を折曲げる。特に、直径１μｍ以下のいわゆるナノメータサイズで構成される被折曲げ部６１を折曲誘起部材４３に対して非接触で折り曲げることができる。このため、ナノ構造体４２の折曲げ作業を治具等を介して実行する必要性がなくなることから、ナノオーダの位置合わせ作業を行う必要もなくなり、労力を大幅に軽減させることが可能となる。さらに本発明においては、被折曲げ部６１に対する折曲誘起部材４３の近接位置を制御するのみで、被折曲げ部６１における折曲げ角度をナノオーダでコントロールすることができることから、特にナノメータサイズで構成されるナノ構造体４２をより高精度に折曲げる場合において特に有用となる。特に、このナノ構造体４２は、近年においてその形状が複雑化しており、ナノ構造体４２を所望の角度に高精度に折り曲げる必要性が高まっているが、本発明はかかる要請にも対応することが可能となる。
【００２５】
因みに、本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法は、例えば、量子力学的効果が顕著に現れるナノメータサイズまでに微細な構造をもつ半導体素子等を初めとしたナノデバイスに加え、ナノメータサイズで構成されるあらゆる部品に対して適用するようにしてもよい。
【００２６】
さらに本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法においては、折り曲げ時にナノ構造体４２全体を加熱しても良い。これによりナノ構造体４２がやわらかくなり、折り曲げ容易性を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、上述した実施の形態においては、電極５１と折曲誘起部材４３とを互いに正負異なる電荷を帯電させるようにしてもよい。その結果、金属性薄膜５４と被折曲げ部６１との間に帯電させた電荷により互いに引力が作用させることが可能となる。このような状態において、折曲誘起部材４３を被折曲げ部６１に対して更に近接させると、かかる引力が増強され、被折曲げ部６１に対して大きな曲げモーメントが負荷されることになり、被折曲げ部６１を折り曲げることができる。  
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法を利用し、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板を作成する例について説明をする。この偏光板１は、例えば図４に示すように、ガラス板１１と、このガラス板１１中に配列させた偏光子１２とを備えている。
【００２９】
ガラス板１１は、出射側から入射側にかけて板厚方向に第１層１３、第２層１４、第３層１５に区分されている。第１層１３〜第３層１５はそれぞれ同一の材料で構成されており、これら各層間が離間されているものではない。即ち、一のガラス板を板厚方向に３段に区分する際の一指標としてこれら第１層１３〜第３層１５を定義したものである。ちなみに、これら第１層１３〜第３層１５は、互いに別々に作製した上でこれらを張り合わせて一枚のガラス板１１として構成するようにしてもよい。
【００３０】
偏光子１２は、金属細線で構成されている。この偏光子１２は、ナノレベルでの微視的観察では、図４に示すように複数の直方体ブロックが互いに連結されて、螺旋状に一回転するように構成されている。即ち、この偏光子１２は、いわゆるヘルムホルツコイル類似の形状とされている。この偏光子１２を構成する金属の材質は、例えば、金、銀、アルミニウムまたは銅等である。因みに、ガラス板１１上には、この偏光子１２が縦横方向へ周期的に又はある程度ランダムに配列されている。各偏光子１２の間隔は、入射される光の波長λ以上とされている。
【００３１】
偏光子１２は、ガラス板１１の第１層１３を始端３０として端部３１まで延長されている第１の金属細線２１と、端部３２が第１の金属細線２１の端部３１に第２層１４を介して連結されて第３層１５中に配設される第２の金属細線２２と、端部３４が第２の金属細線２２の端部３３に第２層１４を介して連結されて第１層１３中において終端３５まで延長されている第３の金属細線２３とを有している。
【００３２】
第１の金属細線２１〜第３の金属細線２３は、互いに略平行とされ、また光の一の偏光方向ｘに対して略平行とされている。また始端３０及び終端３５は、偏光方向ｘに対して垂直方向ｙへ互いに離間している。即ち、第１の金属細線２１、第２の金属細線２２、第３の金属細線２３の順に方向ｙへシフトさせて形成されていることになる。
【００３３】
また、第１の金属細線２１の端部３１と第２の金属細線２２の端部３２に至るまでには、第４の金属細線２４と、第５の金属細線２５とが介装されていてもよい。
【００３４】
第４の金属細線２４は、第１の金属細線２１に連結されてなり、第１層１３から第３層１５に至るまで鉛直方向に向けて立設されている。また第５の金属細線２５は、第３層１３中において方向ｙへ向けて延長され、第２の金属細線２２における端部３２へと連結されていることになる。
【００３５】
また、第２の金属細線２２の端部３３と第３の金属細線２３の端部３４に至るまでには、第６の金属細線２６と、第７の金属細線２７とが介装されていてもよい。
【００３６】
第６の金属細線２６は、第３層１３中において方向ｙへ向けて延長されている。また第７の金属細線２７は、第３層１３から第１層１１にかけて鉛直方向に向けて立設されている。
【００３７】
なお、これら第４の金属細線２４〜第７の金属細線２７は、上述した行程を経ることに限定されるものではなく、いかなる行程をとるようにしてもよい。例えば、第１の金属細線２１の端部３１と第２の金属細線２２の端部３２に至るまで直線状に連結されていてもよいし、カーブを描いて連結されていてもよい。
【００３８】
各金属細線２１〜２７は、長軸方向がいずれもナノメータサイズ（１μｍ以下）で構成される。金属細線２１〜２７は互いに別々に作製されていても、また同時に作製されていてもよいが、いずれにしてもこれらは互いに連結してひとつのコイル線を形成するものである。金属細線２１〜２７の長軸方向の長さの上限値は、波長λとされている。
【００３９】
このような構成からなる偏光板１に対して、例えば図５に示すように偏光方向ｙ（光の電場方向はｙであり、光の磁場方向がｘとなる）の光が入射された場合には、その殆どがこの偏光板１を透過していくことになる。
【００４０】
これに対して、偏光方向ｘの光（光の電場方向はｘであり、光の磁場方向がｙとなる）が入射された場合には、偏光子１２はいわゆるコイルとして機能することになる。即ち、磁場方向ｙの光が入射された場合には、このコイルとしての偏光子１２により磁場成分が電流へと変換されることになる。即ち、第２の金属細線２２は、その長軸方向に垂直な磁場方向ｙの光から電流を取り出す。
【００４１】
この第２の金属細線２２により取り出された電流に基づいて、第１の金属細線２１〜第３の金属細線２３に沿って電流が流れることになる。その結果、第１の金属細線２１と上記第３の金属細線２３との間に電位が生じ、矢印方向の電界ｗが作り出されることになる。この電界ｗによって光が出射されることになり、この出射される光の偏光方向は、ｙ方向であり、入射される光の偏光方向ｘに対して垂直となる。即ち、入射される光の偏光方向ｘと略垂直の偏光方向ｙの光が、この偏光子１２から出射されることになる。
【００４２】
即ち、この偏光子１２では、第２の金属細線２２に連結される第１の金属細線２１並びに第３の金属細線２３の始端３０と終端３５とを互いに離間させている。このため、第１の金属細線２１と第３の金属視線２３との間で電界を作り出すことができ、これによって電界方向を回転させることができ、ひいては偏光子１２に入射させた光の偏光方向ｘを偏光方向ｙへと変換することが可能となる。
【００４３】
このように、本発明においては、偏光方向ｘの光が入射された場合には、これをそのまま透過させるとともに、偏光方向ｙの光が入射された場合には、コイルとしての偏光子１２を利用してその偏光方向をｘ方向へ回転させることにより、いわゆる偏光板としての機能を担うことが可能となる。
【００４４】
また、本発明では、偏光子１２そのものをナノメータサイズで構成することができることから、超小型化させることが可能となり、ノートパソコン等を初めとした各種デバイスの超小型化の進展に対応することが可能となる。また、折り曲げ可能な偏光板とすることができることから、様々な用途に利用することが可能となる。
【００４５】
なお、この第１の金属細線２１における始端３０と、上記第３の金属細線２３における終端３５との、方向ｘにおける間隔は、λ／４の範囲内であることが望ましい。即ち、この第１の金属細線２１と、第３の金属細線２３との間で上記方向ｘにおいてある程度重なり領域を持たせることにより、磁界ｚを効果的に発生させることが可能となるからである。
【００４６】
このような構成からなる偏光板１を作製する場合には、図６(a)に示すように、例えば、Ａｌ２Ｏ３、石英、シリコン等からなる基板７１に対して溝７２を形成させる。この基板７１が第２層１４に相当するものとなる。溝７２は、例えばナノインプリント技術を利用して形成させるようにしてもよい。ナノインプリント技術は、金型を用いたプレス工法をナノスケールに応用したものであり、微細な凹凸のあるモールドを被加工材に押し付けて成形するナノスケールの成型加工技術である。ナノインプリント技術は、数十ナノメートル幅のパターン形成が可能であり、電子ビームを用いた同等の加工技術と比較して、非常に安価にかつ大量に成形することができる利点がある。因みに、この図６(a)における工程では、例えば金属細線２２、２５、２６に対応する形状からなる金型をこの基板７１に押し付けることとする。
【００４７】
次に図６(b)に示すように、基板７１に対して基板７３を貼り付ける。この基板７３は、例えばＡｌ等の金属材料等からなるものである。次に、この基板７３を電解液中に浸漬させた上で正の電圧を加えることにより、いわゆる陽極酸化を実行する。その結果、溝７２は、基板７３へ向けて深く掘られていくことになる。
【００４８】
次に図６(c)に示すように、基板７１に対してＡｌめっきを施す。その結果、溝７２はＡｌからなる金属層７４で埋められることになる。
【００４９】
次に基板７１の表面からドライエッチングを施す。これにより、基板７１の表層が削り取られることになり、例えば図７(a)に示すように、金属層７４の厚さを薄くすることができる。
【００５０】
更に、この基板７１を図７(b)に示すように裏返し、基板７３側からドライエッチングを施す。その結果、基板７３は削り取られ、さらに基板７１も同様に削り取られる結果、図７(c)に示すように、金属層７４から被折曲げ部６１を突出させることが可能となる。この図７の例において、被折曲げ部６１の基板７１上面からの突出高さが２００ｎｍであり、隣接する被折曲げ部６１の間隔を４００ｎｍとしている。
【００５１】
このような状態において、図８に示すように、基板７１を電極５１上に載置するとともに、折曲誘起部材４３を被折曲げ部６１から離間させて配置し、電極５１を介して電圧を印加することにより、正の電荷を被折曲げ部６１並びに折曲誘起部材４３に帯電させる。次に、折曲誘起部材４３を被折曲げ部６１に対して近接させる。その結果、電荷の反力に基づいて被折曲げ部６１は折曲げられる。そして、最終的に偏光子１２の形状となるように金属細線を微細加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法を実行するための折曲げ装置を示す図である。
【図２】本発明を適用したナノ構造体の折曲げ方法について説明するための図である。
【図３】エッジ部材の構成を省略した折曲げ装置の例を示す図である。
【図４】偏光板の構成について説明するための斜視図である。
【図５】偏光方向ｙの光が入射された場合の例について示す図である。
【図６】偏光板の作製方法について説明するための図である。
【図７】偏光板の作製方法について説明するための他の図である。
【図８】偏光板における被折曲げ部を折曲誘起部材を介して折り曲げる例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  偏光板
１１  ガラス板
１２  偏光子
２１  第１の金属細線
２２  第２の金属細線
２３  第３の金属細線
４１  折曲げ装置
４２  ナノ構造体
４３  折曲誘起部材
５１  電極
５２  ガラス基板
５３  エッジ部材
５４  金属性薄膜
５５  導線
５７  基板
６１  被折曲げ部
【図１】
2007331069.tif 000003
【図２】
2007331069.tif 000004
【図３】
2007331069.tif 000005
【図４】
2007331069.tif 000006
【図５】
2007331069.tif 000007
【図６】
2007331069.tif 000008
【図７】
2007331069.tif 000009
【図８】
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