(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程によって形成された膜を前記基板表面に沿う線状に除去し、線状のパターンを形成するパターニング工程と、
前記パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、
基板上の前記膜を除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が線状に配列する線状微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、
前記膜が除去された基板上に微粒子の分散液を展開し、前記線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積し、微粒子構造体膜を作成する微粒子構造体膜作成工程と、
を含むことを特徴とする微粒子構造体の作成方法。
【請求項２】
前記微粒子構造体膜上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第１の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項３】
微粒子の分散液に前記微粒子構造体膜を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記微粒子構造体膜上に微粒子構造体膜を積層し、第２の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項４】
前記第２の微粒子構造体上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第３の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項５】
微粒子の分散液に前記第３の微粒子構造体を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記第３の微粒子構造体上に微粒子構造体膜を積層し、第４の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項６】
前記微粒子構造体膜上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第１の微粒子構造体、微粒子の分散液に前記微粒子構造体膜を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記微粒子構造体膜上に微粒子構造体膜を積層して作成された第２の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程によって形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程と、
前記パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、
前記膜をすべて除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、
前記微粒子配列パターンが形成された前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板とし、該基板表面で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第５の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項７】
前記第５の微粒子構造体を基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第５の微粒子構造体の表面に堆積させることによって第６の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項８】
前記微粒子構造体膜上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第１の微粒子構造体、微粒子の分散液に前記微粒子構造体膜を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記微粒子構造体膜上に微粒子構造体膜を積層して作成された第２の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程によって形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程と、
前記パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、
前記膜をすべて除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、
前記微粒子配列パターンが形成された前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つの表面に堆積させることによって第７の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項９】
前記微粒子は、少なくとも表面にシリコン酸化物を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の微粒子構造体の作成方法。
【請求項１０】
前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体、前記第５の微粒子構造体、微粒子の分散液に前記第３の微粒子構造体を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第３の微粒子構造体上に堆積させることによって前記第３の微粒子構造体上に微粒子構造体膜を積層して作成された第４の微粒子構造体、前記第５の微粒子構造体を基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第５の微粒子構造体の表面に堆積させることによって作成された第６の微粒子構造体、前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として膜を形成し、形成された膜の一部を除去してパターンを形成し、膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させ、前記膜をすべて除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成し、微粒子配列パターンが形成された前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つの表面に堆積させることによって作成される第７の微粒子構造体を構成する微粒子が少なくとも２種類の微粒子を含むと共に該微粒子のうちの少なくとも１種類が酸化物を含み、前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体、前記第４の微粒子構造体、前記第５の微粒子構造体、前記第６の微粒子構造体、前記第７の微粒子構造体のいずれか一つを母材とし、該母材に含まれる微粒子のうち少なくとも１種類の微粒子の酸化物部分を選択的に除去する酸化物除去工程と、
酸化物の除去によって形成された空間に前記酸化物と異なる材料を充填する充填工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の微粒子構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶などに使用される微粒子構造体の作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、屈折率の違う物質を光の波長程度の周期で組み合わせることによってまったく伝搬されない光のエネルギー領域（フォトニックバンドギャップ）を持つ微粒子構造体が開発されている。このような微粒子構造体は、フォトニック結晶とも呼ばれ、光デバイスや電磁波フィルターに応用できる材料として注目されている。また、自然界ではオパールが一種のフォトニック結晶となっていることが知られており、微粒子が高度に規則配列して結晶構造を形成する（高い周期で配列する）微粒子構造体をオパール結晶ともいう。
【０００３】
従来の高周期で微粒子が配列する微粒子構造体の作成方法は、横方向堆積法と縦方向堆積法の２つに大きく分けられる。横方向堆積法とは、微粒子の分散液を微粒子膜を基板面に沿って二次元的に成長させてくものであり、特に１微粒子層から数微粒子層の比較的膜厚の薄い微粒子構造体（微粒子構造体膜）を作成することに適している。また、縦方向堆積法は、微粒子の分散液中に基板を静置して基板上に沈降・堆積した微粒子によって微粒子構造体を作成するものであり、横方向堆積法に比べて膜厚が厚く、大型の微粒子構造体を作成することに適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光デバイスなどの使用する微粒子構造体には、欠陥の少ない高い品質が要求される。また、一般的にフォトニック結晶には微粒子構造体の結晶方位に依存した特性が用いられるため、微粒子構造体の作成方法としては、面内の結晶学的な方位（面内方位）を制御して所望の方位が得られることが望ましい。しかしながら、上記した横方向堆積法、縦方向堆積法は、いずれも面内方位を制御すること、フォトニック結晶として利用することに充分な低欠陥の微粒子構造体ができなかった。
【０００５】
ここで、横方向堆積法、縦方向堆積法が面内方位を制御することができないこと、低欠陥の微粒子構造体を作成することができない理由について説明する。なお、本明細書では、横方向堆積法の語句を引き上げ法と同様の意味で使うものとする。
【０００６】
図１７は、横方向堆積法を説明するための図である。横方向堆積法において、微粒子構造体の原料となる粒子１７０４を含む分散液１７０３は、基板１７０１上を矢線Ａの方向に移動する原料分散液供給部１７０２によって基板１７０１上に供給される。供給された分散液の溶媒は分散液が供給されている間にも基板１７０１上で乾燥し、微粒子構造体原料は一部が液体、一部が固体の状態で基板１７０１上に存在することになる。このとき、液体である分散液（分散液相）と溶媒が蒸発して個体となった微粒子膜（固相）との境界が、矢線Ｂの方向に移動する。このとき、分散液相に含まれる微粒子は、矢線Ｃに示す微粒子膜方向に移動する。
【０００７】
横方向堆積法は、微粒子膜層の形成開始時に効率的に分散媒が蒸発する微粒子１７０４の配列が得られた場合、矢線Ｃの方向に移動する微粒子１７０４も微粒子膜方向に引き寄せられて配列のそろった微粒子膜を形成することができる。このような横方向堆積法は、縦方向堆積法よりも液相から固相になる際に微粒子間に強い凝集力が働く。このため、比較的欠陥の少ない微粒子構造体が得られる微粒子構造体の作成方法であるとされている。ただし、形成開始時に好適な微粒子の配列が得られなかった場合には、矢線Ｃの方向の微粒子の移動に支障が出ることがある。
【０００８】
図１８（ａ）は、図１７において微粒子１７０４の移動に支障が出た状態を示すものであって、微粒子の移動を矢線Ｃよりも短いベクトルで表される矢線Ｃ’で表している。図１８（ｂ）は、微粒子１７０４の移動に支障が出た場合に形成される微粒子膜を説明するための図である。微粒子膜が形成されるべき領域１８０１において、微粒子膜１８０２ａ、ｂ、ｃ…が形成される領域と形成されていない領域とが生じている。また、微粒子膜１８０２ａ、ｂ、ｃ…中においても、それぞれの微粒子膜は、形成開始の位置と共に状態が制御されていないためにそれぞれ面内方位も異なることがある（例えば微粒子膜１８０２ｂと微粒子膜１８０２ｃ）。
【０００９】
次に、縦方向堆積法が面内方位を制御することができないこと、低欠陥の微粒子構造体を作成することができない理由について説明する。図１９（ａ）〜（ｃ）は、縦方向堆積法を説明するための図である。縦方向堆積法では、先ず、（ａ）に示すように、球形の微粒子１９０３を水や有機溶媒に分散させた微粒子の分散液１９０２を容器１９０４に満たす。そして、容器１９０４中に基板１９０１を静置する。
【００１０】
分散液１９０２中の微粒子１９０３は、分散液１９０２中で次第に沈降し（矢線で示す）、基板１９０１上に堆積する（図１９（ｂ））。このとき、微粒子１９０３は、互いの間に生じる斥力によって規則的に配列する。また、微粒子１９０３は、分散液系から見た境界条件を定める基板１９０１上で二次元的な最密充填構造をとる性質がある。そして、以降に積層される微粒子の層は、最密充填をとった１層目の微粒子層上に順次液相中で積み重ねられていく。このようにして形成された結晶構造は、面心立方晶形となる。結晶構造の分散液を蒸発させた後、結晶構造を持つ微粒子構造体１９０５となる（図１９（ｃ））。
【００１１】
以上述べた縦方向堆積法で形成された微粒子構造体１９０５は、基板１９０１上の複数の箇所で微粒子構造体の形成が開始されるため、例えば図２０に示すような複数のドメインｄ１、ｄ２、ｄ３…を含むマルチドメインになるおそれがある。
【００１２】
さらに、上記した横方向堆積法、縦方向堆積法とは別に、単分子自己組織膜を形成する性質を持った薬品を使って基板の表面に単分子組織化膜を形成し、単分子自己組織膜を除去するなどして基板に微粒子が付着しやすい状態の領域を部分的に形成するものがある。このような技術によれば、基板上で微粒子構造体が形成される領域を制御することができる。ただし、この作成方法は、微粒子が比較的短時間のうちに基板に付着していくため、比較的広い領域に欠陥の少ない微粒子構造体を形成することには適していない。
【００１３】
また、微粒子構造体における面内方位の制御のための技術としては、例えば、特開平６−１２３８８６号公報に記載された発明が挙げられる。特開平６−１２３８８６号公報に記載された発明は、レーザ光のトラップ力を利用して基板に微粒子を選択的に配列させた後、微粒子の基板面内のパターン配列を凍結あるいは紫外線硬化樹脂によって固定するものである。
【００１４】
また、超微粒子をアビジンに結合させたコロイドアビジンを使って微粒子を規則的に配列する発明もある。この発明では、光反応性ビオチンを混合した重炭酸バッファ中に石英基板を浸漬する。そして、この基板にフォトマスクを通して光を選択的に照射することによって照射部分をビオチンの結合領域とし、コロイドアビジンを含むリン酸バッファ中に基板を浸漬する。超微粒子はアビジンを介して基板に結合し、規則的な配列を持つ微粒子構造体を作成する。
【００１５】
ただし、近年では、さらなるフォトニック結晶の多様化に対応すべく、微粒子が二次元的に配列された微粒子膜上に三次元的に微粒子を堆積する三次元微粒子構造体、あるいは積層の微粒子構造体を作成する要求がある。また、微粒子構造体の中に他のパターンの微粒子構造体を形成することやインバースオパールを形成することも要求されている。上記した２つの発明は、このような要求に応えることができない。
【００１６】
本発明は、上述の問題点を解決してフォトニック結晶として利用するのに好適な微粒子構造体を作成するために成されたものであり、その第１の目的は、面内方位の制御が可能であり、しかも比較的広い範囲に高品質の微粒子構造体を作成することによってフォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成する微粒子構造体の作成方法を提供することである。
【００１７】
また、本発明の第２の目的は、微粒子構造体を基板（テンプレート）として用い、微粒子膜上に三次元的に微粒子を堆積する三次元微粒子構造体、あるいは積層の微粒子構造体を作成することによってフォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成する微粒子構造体の作成方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、基板上に膜を形成する膜形成工程と、前記膜形成工程によって形成された膜を前記基板表面に沿う線状に除去し、線状のパターンを形成するパターニング工程と、前記パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、基板上の前記膜を除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が線状に配列する線状微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、前記膜が除去された基板上に微粒子の分散液を展開し、前記線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積し、微粒子構造体膜を作成する微粒子構造体膜作成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
この請求項１に記載の発明によれば、線状のパターンの部分にのみ微粒子を付着させることによって面内方位がそろった線状微粒子配列パターンを形成することができる。そして、この線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積することにより、面内方位が一定の微粒子構造体膜を形成することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、請求項１に記載の発明において、さらに、前記微粒子構造体膜上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第１の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程を含むことを特徴とする。
【００２１】
この請求項２に記載の発明によれば、微粒子の面内方位が一定の微粒子構造体膜上で微粒子構造体膜を積層するため、面内方位がそろった微粒子構造体を作成することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、請求項１に記載の発明において、さらに、微粒子の分散液に前記微粒子構造体膜を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記微粒子構造体膜上に微粒子構造体膜を積層し、第２の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
この請求項３に記載の発明によれば、微粒子の面内方位が一定の微粒子構造体膜上に微粒子を堆積するため、面内方位がそろった第２の微粒子構造体を作成することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、請求項３に記載の発明において、さらに、前記第２の微粒子構造体上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第３の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程を含むことを特徴とする。
【００２５】
この請求項４に記載の発明によれば、面内方位がそろった第２の微粒子構造体上で微粒子構造体膜を積層するため、面内方位がそろった第３の微粒子構造体を作成することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、請求項４に記載の発明において、さらに、微粒子の分散液に前記第３の微粒子構造体を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記第３の微粒子構造体上に微粒子構造体膜を積層し、第４の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする。
【００２７】
この請求項５に記載の発明によれば、面内方位がそろった第３の微粒子構造体上に微粒子を堆積することによって、微粒子がさらに三次元方向に配列された（膜厚の厚い）、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成することができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、前記微粒子構造体膜上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第１の微粒子構造体、微粒子の分散液に前記微粒子構造体膜を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記微粒子構造体膜上に微粒子構造体膜を積層して作成された第２の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として膜を形成する膜形成工程と、前記膜形成工程によって形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程と、前記パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、前記膜をすべて除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、前記微粒子配列パターンが形成された前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板とし、該基板表面で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第５の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程を含むことを特徴とする。
【００２９】
この請求項６に記載の発明によれば、線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積することによって面内方位が一定の微粒子構造体膜を形成し、この微粒子構造体膜上にさらに微粒子構造体膜を積層して得られる微粒子構造体を基板とすることによって、三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成し、この微粒子構造体構造体上で線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法を使って微粒子構造体膜を複数層堆積することにより、三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、前記第５の微粒子構造体を基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第５の微粒子構造体の表面に堆積させることによって第６の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする。
【００３１】
この請求項７に記載の発明によれば、線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積することによって面内方位が一定の微粒子構造体膜を形成し、この微粒子構造体膜上にさらに微粒子構造体膜を積層して得られる微粒子構造体を基板とすることによって、三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成し、この微粒子構造体上で微粒子を堆積することによって三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、前記微粒子構造体膜上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第１の微粒子構造体、微粒子の分散液に前記微粒子構造体膜を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記微粒子構造体膜上に堆積させることによって前記微粒子構造体膜上に微粒子構造体膜を積層して作成された第２の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層して作成された第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として膜を形成する膜形成工程と、前記膜形成工程によって形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程と、前記パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、前記膜をすべて除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、前記微粒子配列パターンが形成された前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つの表面に堆積させることによって第７の微粒子構造体を作成する堆積法積層工程を含むことを特徴とする。
【００３３】
この請求項８に記載の発明によれば、線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積することによって面内方位が一定の微粒子構造体膜を形成し、この微粒子構造体膜上にさらに微粒子構造体膜を積層して得られる微粒子構造体を基板とすることによって、三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成し、この微粒子構造体上で微粒子構造体膜を複数積層し、さらに微粒子を堆積することによって三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体を作成することができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明にかかる微粒子構造体の作成方法は、請求項１〜８のいずれか一つに記載の発明において、前記微粒子は、少なくとも表面にシリコン酸化物を有することを特徴とする。
【００３５】
この請求項９に記載の発明によれば、微粒子構造体を構成する微粒子を酸化物とし、微粒子と基板あるいは微粒子同士の固着力を高めることができる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明にかかる微粒子構造体の形成方法は、請求項６に記載の発明において、前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体、前記第５の微粒子構造体、微粒子の分散液に前記第３の微粒子構造体を浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第３の微粒子構造体上に堆積させることによって前記第３の微粒子構造体上に微粒子構造体膜を積層して作成された第４の微粒子構造体、前記第５の微粒子構造体を基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第５の微粒子構造体の表面に堆積させることによって作成された第６の微粒子構造体、前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として膜を形成し、形成された膜の一部を除去してパターンを形成し、膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させ、前記膜をすべて除去し、前記微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成し、微粒子配列パターンが形成された前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つを基板として微粒子の分散液に浸漬し、前記分散液中の微粒子を前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体のいずれか一つの表面に堆積させることによって作成される第７の微粒子構造体を構成する微粒子が少なくとも２種類の微粒子を含むと共に該微粒子のうちの少なくとも１種類が酸化物を含み、前記第１の微粒子構造体、前記第２の微粒子構造体、前記第３の微粒子構造体、前記第４の微粒子構造体、前記第５の微粒子構造体、前記第６の微粒子構造体、前記第７の微粒子構造体のいずれか一つを母材とし、該母材に含まれる微粒子のうち少なくとも１種類の微粒子の酸化物部分を選択的に除去する酸化物除去工程と、酸化物の除去によって形成された空間に前記酸化物と異なる材料を充填する充填工程とを含むことを特徴とする。
【００３７】
この請求項１０に記載の発明によれば、面内方位がそろった微粒子構造体を使用し、微粒子構造体の粒子の酸化物部分を他の部材に置換することができる。このため、面内方位がそろった、いわゆる逆オパール結晶の構造を持つ微粒子構造体を作成することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる微粒子構造体の作成方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１の微粒子構造体の作成方法は、基板上に膜を形成する膜形成工程と、形成された膜を基板表面に沿って線状に除去し、線状のパターンを形成するパターニング工程と、パターニング工程によって膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程と、基板上の膜を除去し、微粒子付着工程によって付着した微粒子が線状に配列する線状微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程と、膜が除去された基板上に線状微粒子配列パターンを形成する微粒子と同種の微粒子の分散液を展開し、線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子を堆積し、微粒子構造体の膜を作成する膜作成工程と、を含む。
【００４０】
なお、実施の形態１では、表面が酸化ＳｉであるＳｉウェハを用い、球状の微粒子を表面が酸化物であるシリカとした。表面が酸化物であるＳｉウェハと表面が酸化物であるシリカを用いる実施の形態１は、基板のＳｉと微粒子のＳｉとの付着力を高めることができる。
【００４１】
図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施の形態１の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態１では、先ず、表面が酸化ＳｉであるＳｉウェハ１０１を洗浄する。そして、フェルニトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）をトルエンで溶かした溶液１０２を満たした容器１０３に洗浄されたＳｉウェハ１０１を静置し、溶液１０２に浸漬する（ａ）。次に、Ｓｉウェハ１０１を溶液１０２から引き上げ、乾燥、仮ベークする。乾燥、仮ベークによって、Ｓｉウェハ１０１上にフェルニトリクロロシランの自己組織化単分子層（Self-Assembly-monolayer:SAM）１０４が形成される（ｂ）。なお、以上の工程は、窒素雰囲気中でなされるが、以下の工程は、通常雰囲気中で行ってもよい。
【００４２】
次に、自己組織化単分子層１０４が形成されたＳｉウェハ１０１は、マスク１０５を介して紫外光の照射を受ける。マスク１０５は、自己組織化単分子層１０４表面に対して紫外光を線状に照射するためのパターンを有している。自己組織化単分子層１０４のうちの紫外光を照射された部分は、紫外光によって分解し、Ｓｉウェハ１０１上から除去される。なお、本実施の形態では、紫外光の波長を１９２ｎｍとした（ｃ）。
【００４３】
フェニルトリクロロシランの自己組織化単分子層１０４は、一般的に疎水性を持っていて、表面が酸化されたＳｉウェハ１０１は親水性を持つ。このため、Ｓｉウェハ１０１表面には、紫外光の照射によって濡れ性の異なる線状のパターンが形成されることになる。
【００４４】
パターンが形成された自己組織化単分子層１０４は、Ｓｉウェハ１０１と共に分散液１０８中に静置される。分散液１０８は、シリカ微粒子１０７（粒径３１０ｎｍ）、塩酸、純水からなる。このとき、Ｓｉウェハ１０１上の自己組織化単分子層１０４が除去されたパターンにだけシリカ微粒子１０７が付着する（ｄ）。
【００４５】
分散液１０８への浸漬後、Ｓｉウェハ１０１は、アセトンによってリンスされる。リンスによって線状の線状微粒子配列パターン１０９にシリカ微粒子１０７が配列する（ｅ）。このとき、シリカ微粒子１０７は、パターンの辺にそって配列し、常に一定の面内方位にシリカ微粒子１０７を配列させることができる。図２は、このときのシリカ微粒子１０７の配列をＳｉウェハ１０１の上面から見た状態を示す図である。図示するように、シリカ微粒子１０７は、幅方向に３個程度並んで配列した線状の線状微粒子配列パターン１０９を形成する。このため、自己組織化単分子層１０４に形成されるパターンは、微粒子構造体の作成に使用される微粒子径の３個分程度が適切である。
【００４６】
次に、実施の形態１では、（ｅ）で示した状態のウェハ１０１の全面に波長１９２ｎｍの紫外光を照射する。紫外光の照射によって、自己組織化単分子層１０４が分解、除去される（ｆ）。この工程により、Ｓｉウェハ１０１上に線状微粒子配列パターン１０９だけが残り、Ｓｉウェハ１０１に対して以降の横方向堆積法による微粒子構造体の作成が可能になる。
【００４７】
次に、線状微粒子配列パターン１０９を成長の開始点とし、横方向堆積法によって微粒子構造体を作成する（ｇ）。実施の形態１では、微粒子が二次元に配列した微粒子構造体（微粒子構造体膜ともいう）である二次元微粒子配列膜１１０が形成される（ｈ）。一定の面内方位を持って配列したシリカ微粒子１０７でなる線状微粒子配列パターン１０９を開始点とすることにより、実施の形態１は、図３に示すように、欠陥の少ない高品質の微粒子構造体を比較的広い範囲に作成することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記した実施の形態１に限定されるものでなく、例えば、以下のようにして微粒子構造体を作成するものであってもよい。すなわち、実施の形態１ではフェニルトリクロロシランに紫外光を照射してパターンを形成しているが、疎水性の自己組織化単分子層を形成し、親水性の基板表面を露出できるものであればどのような自己組織化単分子層、光の組み合わせを使ってもよい。フェニルトリクロロシラン以外の自己組織化単分子層の他の材料としては、例えば、ＯＴＳ（octadecyltrichlorosilane）、ＴＣＥＳ（trichlorocyanoethylsilane）、ＡＰＴＳ（aminopropyltriethoxysilane）、金オチールが考えられる。
【００４９】
さらに、自己組織化単分子層は、例えばマイクロコンタクトプリントと呼ばれる方法によって凹凸の版を利用し、基板に転写して形成するものであってもよい。
【００５０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２の微粒子構造体の作成方法は、実施の形態１で作成された二次元微粒子配列膜１１０を基板として使用するものである。
【００５１】
図４は、実施の形態２の微粒子構造体の作成方法を説明するための図であって、実施の形態２の微粒子構造体の作成に使用される、表面にシリコン酸化膜を持つ微粒子である酸化物コーティング微粒子４０１を示している。酸化物コーティング微粒子４０１は、直径が２６０ｎｍのチタニア４０１ａと、チタニア４０１ａの周囲のシリカ４０１ｂとでなり、全体の直径は３１０ｎｍである。
【００５２】
図５（ａ）〜（ｇ）は、実施の形態２の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態２では、先ず、実施の形態１で述べた二次元微粒子配列膜１１０をＳｉウェハ１０１上に作成する（ａ）。そして、二次元微粒子配列膜１１０上に酸化物コーティング微粒子４０１を含む分散液５０３を、分散液５０３の供給部５０２を矢線Ａの方向に移動させながら供給する。供給された分散液５０３は、二次元微粒子配列膜１１０上に展開し、展開中に一部から乾燥する。この結果、実施の形態１で述べた二次元微粒子配列膜１１０上に酸化物コーティング微粒子４０１の二次元微粒子配列膜が形成される（ｂ）。
【００５３】
この際、二次元微粒子配列膜５０１の酸化物コーティング微粒子４０１は、二次元微粒子配列膜１１０のシリカ微粒子１０７間に生じる凹部に位置するため、シリカ微粒子１０７の配向も一定になる（ｃ）。したがって、実施の形態２によれば、二次元微粒子配列膜１１０上に面内方位が一定であって、欠陥の少ない高品質の二次元微粒子配列膜５０１を形成することができる。なお、二次元微粒子配列膜を基板として使用することによって基板上に設けられた二次元微粒子配列膜の面内方位が一定になることを、テンプレート効果という。
【００５４】
さらに、実施の形態２では、（ｂ）に示した引き上げ方法と同様の方法で二次元微粒子配列膜５０１上にシリカ微粒子１０７の分散液を展開して二次元微粒子配列膜１１０を形成する（ｄ）。このときも、テンプレート効果によって二次元微粒子配列膜５０１上の二次元微粒子配列膜１１０の面内方位が一定になる（ｅ）。以上の工程を任意の回数繰り返すことにより（ｆ）、（ｇ）に示す二次元微粒子配列膜１１０と二次元微粒子配列膜５０１との積層構造を持つ微粒子構造体５０４が作成できる。
【００５５】
以上述べた実施の形態２は、微粒子構造体をテンプレートとした横方向堆積法によって微粒子構造体を作成することによってフォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができる。
【００５６】
なお、実施の形態２で使用される酸化物コーティング微粒子は、上記したチタニアを芯にするものに限定されるものではない。球状の微粒子の表面に酸化シリコン膜を形成することは比較的容易であり、芯として使用できる粒子の材質としては、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｕｌｌｉｔｅ、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、ＣｄＳ、希土類金属酸化物などを使用することができる。
【００５７】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３の微粒子構造体は、実施の形態１で作成された二次元微粒子配列膜１１０を酸化物コーティング微粒子の分散液に浸漬し、分散液中の微粒子を堆積させることによって二次元微粒子配列膜１１０上に微粒子構造体膜を積層する堆積法積層工程を含む。
【００５８】
図６（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態３では、先ず、シリカ微粒子１０７（粒径３１０ｎｍ）の分散液１０８が入った容器１０３の底に二次元微粒子配列膜１１０を静置する。このとき、分散液１０８中のシリカ微粒子１０７は、沈降して二次元微粒子配列膜１１０上に堆積する（ａ）。堆積したシリカ微粒子１０７は、テンプレート効果によって二次元微粒子配列膜１１０間の凹部分に位置し、面内方位が一定の微粒子構造体を作成する。実施の形態３では、三次元方向に所望の高さのシリカ微粒子１０７でなる微粒子構造体を堆積した後、堆積された微粒子構造体を乾燥し（ｂ）、微粒子構造体６０１を作成する（ｃ）。
【００５９】
以上述べた実施の形態３は、微粒子構造体をテンプレートとした縦方向堆積法によって微粒子構造体を作成することによってフォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができる。
【００６０】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４は、実施の形態３で述べた微粒子構造体６０１上で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、微粒子構造体を作成する。
【００６１】
図７（ａ）〜（ｇ）は、実施の形態４の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態４では、実施の形態３で述べた微粒子構造体６０１を基板として使用し、微粒子構造体を作成する（ａ）。すなわち、微粒子構造体６０１の表面に酸化物コーティング微粒子４０１を含む分散液５０３を、分散液５０３の供給部５０２を矢線Ａの方向に移動させながら供給する。供給された分散液５０３は、微粒子構造体６０１上に展開し、展開中に一部から乾燥する（ｂ）。この結果、実施の形態３で述べた微粒子構造体６０１上に酸化物コーティング微粒子４０１の二次元微粒子配列膜５０１が形成される（ｃ）。
【００６２】
次に、実施の形態４では、シリカのシリカ微粒子１０７と純水とでなる分散液７０１を二次元微粒子配列膜５０１に分散液７０１の供給部７０２を矢線Ａの方向に移動させながら供給する。供給された分散液７０１は、二次元微粒子配列膜５０１上に展開し、展開中に一部から乾燥する（ｄ）。乾燥した分散液７０１は、二次元微粒子配列膜５０１上にシリカ微粒子１０７でなる二次元微粒子配列膜１１０となる（ｅ）。以上の工程を任意の回数繰り返すことにより（ｆ）、（ｇ）に示す微粒子構造体６０１上に二次元微粒子配列膜１１０と二次元微粒子配列膜５０１との積層構造を持つ微粒子構造体７０３が作成できる。
【００６３】
以上述べた実施の形態４の微粒子構造体の作成方法は、一定の面内方位を持つ微粒子構造体６０１を基板としたため、テンプレート効果によって微粒子構造体６０１上の二次元微粒子配列膜の面内方位を一定にすることができる。このため、実施の形態４によれば、面内方位が一定であって、欠陥の少ない高品質の微粒子構造体７０３を形成することができる。
【００６４】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５の微粒子構造体の作成方法について説明する。実施の形態５の微粒子構造体の作成方法は、実施の形態４で述べた微粒子構造体７０３を酸化物コーティング微粒子４０１の分散液１０８に浸漬し、分散液８０１中の酸化物コーティング微粒子４０１を微粒子構造体７０３上に堆積させることによって微粒子構造体７０３上に微粒子構造体膜を積層し、微粒子構造体を作成する。
【００６５】
図８（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態５の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態５の微粒子構造体の作成方法では、微粒子構造体７０３をシリカ微粒子１０７の分散液１０８が入った容器１０３中に静置する。このとき、分散液１０８中のシリカ微粒子１０７は、沈降して微粒子構造体７０３上に堆積する（ａ）。そして、テンプレート効果によって微粒子構造体７０３表面の微粒子間の凹部分に位置し、面内方位が一定の微粒子構造体を作成する。実施の形態５では、三次元方向に所望の高さのシリカ微粒子１０７でなる微粒子構造体を堆積した後（ｂ）、堆積された微粒子構造体を乾燥し、微粒子構造体８０２を作成する（ｃ）。
【００６６】
（実施の形態６）
実施の形態６の微粒子構造体の作成方法は、実施の形態２で述べた微粒子構造体５０４、実施の形態３で述べた微粒子構造体６０１、実施の形態４で述べた微粒子構造体７０３のいずれか一つの表面に微粒子構造体膜を任意の数積層し、微粒子構造体を作成するものである。そして、特に実施の形態６では、微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つの上に膜を形成する膜形成工程、形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程、膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程、膜形成工程で形成された膜をすべて除去し、微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程、膜が除去された微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つの表面で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層する引き上げ法積層工程を含む。
【００６７】
図９（ａ）〜（ｋ）は、本発明の実施の形態６の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態６では、実施の形態４で述べた微粒子構造体７０３を基板にし、微粒子構造体を作成するものとする。
【００６８】
図９に示した工程では、フェルニトリクロロシランをトルエンで溶かした溶液１０２を満たした容器１０３に微粒子構造体７０３を静置し、溶液１０２に浸漬する（ａ）。次に、微粒子構造体７０３を溶液１０２から引き上げ、乾燥、仮ベークする。乾燥、仮ベークによって、微粒子構造体７０３上にフェルニトリクロロシランの自己組織化単分子層１０４が形成される（ｂ）。なお、以上の工程は、窒素雰囲気中でなされるが、以下の工程は、通常雰囲気中で行ってもよい。
【００６９】
次に、自己組織化単分子層１０４が形成された微粒子構造体７０３は、マスク１０５を介して紫外光の照射を受ける。マスク１０５は、自己組織化単分子層１０４表面に対して紫外光を部分的に照射するためのパターンを有している。自己組織化単分子層１０４のうちの紫外光を照射された部分は、紫外光（波長１９２ｎｍ）によって分解し、微粒子構造体７０３上から除去される（ｃ）。
【００７０】
フェニルトリクロロシランの自己組織化単分子層１０４は、一般的に疎水性を持っていて、表面がシリカの二次元微粒子配列膜１１０である微粒子構造体７０３は親水性を持つ。このため、微粒子構造体７０３の表面には、紫外線の照射によって濡れ性の異なるパターンが形成されることになる。パターンが形成された自己組織化単分子層１０４は、微粒子構造体７０３と共に分散液１０８中に静置される。このとき、微粒子構造体７０３上の自己組織化単分子層１０４が除去された部分にだけ酸化物コーティング微粒子４０１が付着する（ｄ）。
【００７１】
分散液１０８への浸漬後、微粒子構造体７０３は、アセトンによってリンスされる。リンスによって線状微粒子配列パターン９０１に酸化物コーティング微粒子４０１が配列する（ｅ）。次に、実施の形態６では、（ｅ）で示した状態の微粒子構造体７０３の全面に波長１９２ｎｍの紫外線を照射する。紫外線の照射によって、自己組織化単分子層１０４が分解、除去される（ｆ）。この工程により、微粒子構造体７０３上に線状微粒子配列パターン９０１だけが残る。
【００７２】
次に、実施の形態６では、シリカ微粒子１０７の分散液を微粒子構造体７０３上に展開し（ｇ）、横方向堆積法によって二次元微粒子配列膜１１０を作成する（ｈ）。そして、さらに二次元微粒子配列膜１１０の上から酸化物コーティング微粒子４０１を展開し、横方向堆積法によって二次元微粒子配列膜５０１を作成する（ｉ）。以上述べた工程（ｇ）〜（ｉ）を繰り返すことにより、シリカ微粒子１０７の二次元微粒子配列膜１１０、酸化物コーティング微粒子４０１の二次元微粒子配列膜５０１が積層されて構成される微粒子構造体９０２が得られる（ｊ）、（ｋ）。二次元微粒子配列膜の面内方位を制御することに有効な線状微粒子配列パターン９０１の例を、図１０に示す（図１０では、微粒子構造体７０３を構成する微粒子の図示を略している）。
【００７３】
図１１は、微粒子構造体９０２をより詳細に説明するための図である。実施の形態６で作成された微粒子構造体９０２は、Ｓｉウェハ１０１上にシリカ微粒子１０７を三次元方向に配列した微粒子構造体の部分Ｄ、シリカ微粒子１０７の二次元微粒子配列膜１１０と酸化物コーティング微粒子４０１の二次元微粒子配列膜５０１との積層部分Ｅ（部分Ｄ、Ｅが微粒子構造体７０３）、線状微粒子配列パターン９０１のある部分、さらに線状微粒子配列パターン９０１上の二次元微粒子配列膜１１０、二次元微粒子配列膜５０１との積層部分Ｆから構成される。
【００７４】
（実施の形態７）
次に、実施の形態の微粒子構造体の作成方法について説明する。実施の形態７の微粒子構造体の作成方法は、微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つの上に膜を形成する膜形成工程、形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程、膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程、膜形成工程で形成された膜をすべて除去し、微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程、膜が除去された微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つを微粒子の分散液に浸漬し、分散液中の微粒子を微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つの表面に堆積させる堆積法積層工程を含む。
【００７５】
図１２（ａ）〜（ｉ）は、実施の形態７の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態７では、図１２（ａ）〜（ｆ）に示した工程を図９（ａ）〜（ｆ）に示した工程と同様に行い、微粒子構造体７０３上に酸化物コーティング微粒子４０１でなる線状微粒子配列パターン９０１を作成する。そして、次に、線状微粒子配列パターン９０１が作成された微粒子構造体７０３を、シリカ微粒子１０７と純水と塩酸とでなる分散液１０８が入った容器１０３の底に静置する（ｇ）。分散液１０８中のシリカ微粒子１０７は、沈降して微粒子構造体７０３上に堆積する。
【００７６】
このとき、堆積したシリカ微粒子１０７は、面内方位が一定の微粒子構造体７０３表面に堆積すること、さらに、線状微粒子配列パターン９０１によって面内方位が制御されることによって一定の面内方位を持つ。堆積されたシリカ微粒子１０７は、乾燥され（ｈ）、微粒子構造体１２０１になる（ｉ）。
【００７７】
図１３は、微粒子構造体１２０１をより詳細に説明するための図である。実施の形態７で作成された微粒子構造体１２０１は、Ｓｉウェハ１０１上にシリカ微粒子１０７を三次元方向に配列した微粒子構造体の部分Ｇ、シリカ微粒子の二次元微粒子配列膜１１０と酸化物コーティング微粒子の二次元微粒子配列膜５０１との積層部分Ｈ（部分Ｇ、Ｈが微粒子構造体７０３）、線状微粒子配列パターン９０１のある部分、さらに線状微粒子配列パターン９０１上のシリカ微粒子を三次元方向に配列した微粒子構造体の部分Ｉから構成される。
【００７８】
（実施の形態８）
次に、実施の形態８の微粒子構造体の作成方法について説明する。実施の形態８の微粒子構造体の作成方法は、微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つの上に膜を形成する膜形成工程、形成された膜の一部を除去し、パターンを形成するパターニング工程、膜が除去された部分に球状の微粒子を付着させる微粒子付着工程、膜形成工程で形成された膜をすべて除去し、微粒子付着工程によって付着した微粒子が配列する微粒子配列パターンを形成する微粒子パターン形成工程、膜が除去された微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３のいずれか一つの表面で微粒子の分散液の展開と展開された分散液の乾燥とを任意の回数行うことによって微粒子構造体膜を積層し、第５の微粒子構造体を作成する引き上げ法積層工程により作成された微粒子構造体を微粒子の分散液に浸漬し、分散液中の微粒子を表面に堆積させる堆積法積層工程を含む。
【００７９】
図１４（ａ）〜（ｎ）は、実施の形態８の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。実施の形態８では、図１４（ａ）〜（ｋ）に示した工程を図９（ａ）〜（ｋ）に示した工程と同様に行い、微粒子構造体９０２を作成する。そして、作成された微粒子構造体９０２を、シリカ微粒子１０７を含む分散液１０８が入った容器１０３の底に静置する。分散液１０８中のシリカ微粒子１０７は、分散液１０８中で沈降して微粒子構造体９０２上に堆積する（ｌ）。シリカ微粒子１０７の堆積後、分散液１０８を乾燥し（ｍ）、微粒子構造体１４０１が作成される。
【００８０】
図１５は、微粒子構造体１４０１をより詳細に説明するための図である。微粒子構造体１４０１は、Ｓｉウェハ１０１上にシリカ微粒子１０７を三次元方向に配列した微粒子構造体の部分Ｊ、シリカ微粒子１０７の二次元微粒子配列膜１１０と酸化物コーティング微粒子の二次元微粒子配列膜５０１との積層部分Ｋ（部分Ｊ、Ｋが微粒子構造体７０３）、線状微粒子配列パターン９０１のある部分、線状微粒子配列パターン９０１上のシリカ微粒子１０７を三次元方向に配列した微粒子構造体の部分Ｌ、さらに部分Ｌ上のシリカ微粒子１０７を三次元方向に配列した微粒子構造体の部分Ｍから構成される。
【００８１】
以上述べた実施の形態６〜８は、いずれも、面内方位が一定に制御された微粒子構造体上に二次元微粒子配列膜を積層することによって三次元方向にさらに微粒子を配列した微粒子構造体を作成することができる。また、微粒子構造体上に線状微粒子配列パターン９０１を形成して二次元微粒子配列膜を作成することによって二次元微粒子配列膜の面内方位をより高精度に制御することができ、より欠陥の少ない高品質の微粒子構造体を比較的広い範囲に作成することができる。
【００８２】
（実施の形態９）
次に、本発明の実施の形態９の微粒子構造体の作成方法を説明する。実施の形態９の微粒子構造体の作成方法は、微粒子構造体５０４、微粒子構造体６０１、微粒子構造体７０３、微粒子構造体８０２、微粒子構造体９０２、微粒子構造体１２０１、微粒子構造体１４０１のいずれか一つの酸化部分を除去する酸化物除去工程、酸化物部分除去によって生じた空間に、除去された酸化物とは異なる部材を充填する充填工程を含む。なお、実施の形態９は、実施の形態５で述べた微粒子構造体８０２を用いた例を示すものとする。
【００８３】
図１６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態９の微粒子構造体を作成する方法を説明するための図である。実施の形態９では、微粒子構造体８０２をポリマー溶液１６０１が入った容器１０３の底に静置する。ポリマー溶液１６０１は、微粒子構造体８０２を構成するシリカ微粒子１０７同士、酸化物コーティング微粒子４０１同士、あるいはシリカ微粒子１０７と酸化物コーティング微粒子４０１との間隙に浸潤する（ａ）。微粒子構造体８０２に浸潤したポリマー溶液１６０１は、乾燥され、固化してポリマー樹脂１６０２になる（ｂ）。（ｂ）の工程により、微粒子構造体８０２がポリマー樹脂１６０２に封入され、シリカ微粒子１０７、酸化物コーティング微粒子４０１の各微粒子がポリマー樹脂１６０２によって固化時の位置に固定されることになる。
【００８４】
次に、実施の形態９では、ポリマー樹脂１６０２に封入された微粒子構造体８０２をフッ酸で処理する。フッ酸による処理により、シリカ微粒子１０７、酸化物コーティング微粒子４０１のシリカ４０１ｂが除去され、微粒子構造体８０２のうちのシリカ微粒子１０７があった位置と酸化物コーティング微粒子４０１のシリカ４０１ｂの部分に間隙が生じる。間隙には、大気中の空気１６０３が入り込む（ｃ）。すなわち、（ｃ）に示した処理は、微粒子構造体８０２の酸化物の部分を空気に置換し、いわゆるインバースオパール構造を作成することができる。
【００８５】
以上述べた実施の形態９は、前記した実施の形態２ないし８で作成された面内方位が一定の微粒子構造体を使用して高品質なインバースオパールを作成することができる。
【００８６】
なお、本発明でインバースオパール構造の微粒子構造体を作成する方法は、以上述べた実施の形態９に限定されるものではない。例えば、微粒子構造体を封入するのに使用できる部剤はポリマー樹脂に限定されるものでなく、封入される微粒子構造体を構成する微粒子よりも粒径の小さい超微粒子を微粒子間に充填してもよい。また、充填の方法は、ＣＶＤを用いる方法や、ゾル、あるいはゲルを用いる方法が考えられる。
【００８７】
また、以上述べた実施の形態は、いずれもＳｉウェハを基板にし、基板と微粒子との固着性を高めるために少なくとも表面が酸化物である微粒子を使用している。しかし、本発明は少なくとも表面が酸化した微粒子を使用することに限定されるものでなく、表面の酸化がない微粒子を使用することもできる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、面内方位がそろった線状微粒子配列パターンを形成し、成長の開始点とするため、面内方位の制御が可能であり、しかも比較的広い範囲に高品質の微粒子構造体を作成することによってフォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００８９】
請求項２に記載の発明は、微粒子の面内方位が一定の微粒子構造体膜上で微粒子構造体膜を積層するため、微粒子膜上に三次元的に微粒子を堆積する三次元微粒子構造体、あるいは積層の微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９０】
請求項３に記載の発明は、微粒子膜上に三次元的に微粒子を堆積する三次元微粒子構造体、あるいは積層の微粒子構造体を作成し、構造体上で微粒子構造体膜を積層するため、微粒子膜上に積層の微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９１】
請求項４に記載の発明は、面内方位がそろった第２の微粒子構造体上で微粒子構造体膜を積層するため、微粒子膜上に積層の微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９２】
この請求項５に記載の発明によれば、面内方位がそろった第３の微粒子構造体上に微粒子を堆積することによって、微粒子膜上に三次元的に微粒子を堆積する三次元微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９３】
請求項６に記載の発明は、微粒子構造体上で線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子構造体膜を複数層堆積するため、積層された微粒子膜上に微粒子構造体膜をさらに積層した微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９４】
請求項７に記載の発明は、微粒子構造体上で線状微粒子配列パターンを成長の開始点とする引き上げ方法によって微粒子構造体膜を複数層堆積するため、積層された微粒子膜上に微粒子をさらに堆積した微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９５】
請求項８に記載の発明は、三次元方向にさらに微粒子が配列され、しかも面内方位がそろった微粒子構造体上で微粒子構造体膜を複数積層し、さらに微粒子を堆積するため、積層された微粒子膜上に三次元的に微粒子を積層する三次元微粒子構造体を作成し、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９６】
請求項９に記載の発明は、微粒子と基板あるいは微粒子同士の固着力を高めることができるため、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【００９７】
請求項１０に記載の発明は、面内方位がそろった微粒子構造体を使用して逆オパール結晶の構造を持つ微粒子構造体を作成するため、フォトニック結晶として利用するのに好適な高品質の逆オパールの微粒子構造体を作成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図２】図１（ｅ）のシリカ微粒子の配列を説明するための図である。
【図３】実施の形態１で作成された微粒子構造体膜を説明するための図である。
【図４】実施の形態２で使用される酸化物コーティング微粒子を説明するための図である。
【図５】実施の形態２の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態３の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図７】実施の形態４の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態５の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図９】実施の形態６の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図１０】二次元微粒子配列膜の面内方位を制御することに有効なパターンの例を示す図である。
【図１１】実施の形態６の微粒子構造体をより詳細に説明するための図である。
【図１２】実施の形態７の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図１３】実施の形態７の微粒子構造体をより詳細に説明するための図である。
【図１４】実施の形態８の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図１５】実施の形態８の微粒子構造体をより詳細に説明するための図である。
【図１６】実施の形態９の微粒子構造体の作成方法を説明するための図である。
【図１７】一般的な横方向堆積法を説明するための図である。
【図１８】横方向堆積法において微粒子の移動に支障が出た状態を示す図である。
【図１９】一般的な縦方向堆積法を説明するための図である。
【図２０】マルチドメインの状態にある微粒子構造体を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１  Ｓｉウェハ
１０２  溶液
１０３  容器
１０４  自己組織化単分子層
１０５  マスク
１０７  シリカ微粒子
１０８，５０３，７０１，８０１   分散液
１０９，９０１  線状微粒子配列パターン
１１０，５０１  二次元微粒子配列膜
４０１  酸化物コーティング微粒子
４０１ａ  チタニア
４０１ｂ  シリカ
５０４，６０１，７０３，８０２，９０２，１２０１，１４０１  微粒子構造体
１６０１  ポリマー溶液
１６０２  ポリマー樹脂
１６０３  空気
【図１】
0004024575.tif 000002
【図２】
0004024575.tif 000003
【図３】
0004024575.tif 000004
【図４】
0004024575.tif 000005
【図５】
0004024575.tif 000006
【図６】
0004024575.tif 000007
【図７】
0004024575.tif 000008
【図８】
0004024575.tif 000009
【図９】
0004024575.tif 000010
【図１０】
0004024575.tif 000011
【図１１】
0004024575.tif 000012
【図１２】
0004024575.tif 000013
【図１３】
0004024575.tif 000014
【図１４】
0004024575.tif 000015
【図１５】
0004024575.tif 000016
【図１６】
0004024575.tif 000017
【図１７】
0004024575.tif 000018
【図１８】
0004024575.tif 000019
【図１９】
0004024575.tif 000020
【図２０】
0004024575.tif 000021