(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周期構造を有する周期構造体をＮ層（Ｎは２以上の自然数）積層して微細周期構造体を製造する微細周期構造体の製造方法であって、
前記所定の周期構造を反転させた凹部を構成する貫通孔が形成された型本体と、前記貫通孔を閉塞することにより前記凹部の底面を構成する底板とを備えて前記周期構造体を成型可能に構成された型を用いて、当該型本体および当該底板を互いに離間させた状態で微細周期構造体成型用の溶液中に沈め、前記型本体の前記貫通孔に前記溶液を含浸させた後に前記底板によって前記貫通孔を閉塞し、その状態の当該型本体および当該底板を当該溶液から取り出し、基板の下面または当該基板に成型されている（Ｍ−１）層目（ＭはＮ以下の自然数）の前記周期構造体における下面に前記型の上面を接触させ、その状態で前記凹部内の前記溶液を硬化させてＭ層目の前記周期構造体を成型する微細周期構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細周期構造体の製造方法に従って前記微細周期構造体を製造可能に構成された微細周期構造体の製造装置であって、
前記周期構造体を成型可能な前記型と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記型本体および前記底板のいずれか一方をいずれか他方に向けて接離動させる接離動機構と、前記型を前記溶液中から取り出して前記上面を前記基板の前記下面または前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に接触させる上下動機構と、前記凹部内の前記溶液を硬化させる溶液硬化手段と、前記上下動機構および前記溶液硬化手段を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記接離動機構に対して前記型本体および前記底板を互いに離間させた状態で前記上下動機構に対して当該型本体および当該底板を前記溶液中に沈めさせて前記型本体の前記貫通孔に当該溶液を含浸させた後に、前記接離動機構に対して前記型本体に前記底板を接触させて当該貫通孔を閉塞させ、その状態の当該型本体および当該底板を前記上下動機構に対して当該溶液から取り出させて前記基板保持手段によって保持されている前記基板の前記下面または当該基板に成型されている前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に当該型の前記上面を接触させ、その状態で前記溶液硬化手段に対して前記凹部内の前記溶液を硬化させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する微細周期構造体の製造装置。
【請求項３】
前記Ｎ層の周期構造体のうち奇数層目の周期構造体を成型するための第１の型と、前記Ｎ層の周期構造体のうち偶数層目の周期構造体を成型するための第２の型とを前記型として備え、前記制御部は、前記上下動機構に対して前記第１の型と前記第２の型とを交互に上下動させて前記周期構造体を成型する請求項２記載の微細周期構造体の製造装置。
【請求項４】
前記基板保持機構および前記型のいずれかを水平方向に沿って９０°回転させる回転機構を備え、前記制御部は、前記回転機構に対して前記基板保持機構および前記型のいずれかを水平方向に沿って９０°回転させた後に、前記上下動機構に対して前記型を前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に接触させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する請求項２記載の微細周期構造体の製造装置。
【請求項５】
前記基板保持機構および前記型のいずれかを前記貫通孔の形成ピッチの向きに沿って前記周期構造体の（１／２）周期分だけ水平方向に移動させる移動機構を備え、前記制御部は、前記移動機構に対して前記基板保持機構および前記型のいずれかを前記（１／２）周期分だけ移動させた後に、前記上下動機構に対して前記型を前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に接触させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する請求項２または３記載の微細周期構造体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の周期構造を有する周期構造体をＮ層積層して微細周期構造体を製造する微細周期構造体の製造方法、およびその製造方法に従って微細周期構造体を製造可能に構成された微細周期構造体の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の微細周期構造体の製造方法として、特開２０００−２８４１３６号公報に開示されているフォトニック結晶の製造方法が挙げられる。この場合、フォトニック結晶は、微細周期構造体の一例であって、屈折率が互いに異なる２種類の光学材料（一方が空気である場合を含む）を光の波長オーダーで周期的に配列して構成されている。この製造方法では、まず、基板（１）の上に第１の屈折率を有する材料Ｒ１によって薄膜（２）を積層する。この場合、薄膜（２）および後述する薄膜（３）は、液状の材料Ｒ１，Ｒ２を回転塗布した後に熱硬化させることで薄膜状に形成される。次に、その下面に複数の凸部を市松模様状に形成した型（４）を薄膜（２）の上面に強く押し付けることにより、薄膜（２）の厚み程度の深さで市松模様状の凹部を薄膜（２）に形成する。次いで、この状態の薄膜（２）の上に、材料Ｒ１とは屈折率が異なる第２の屈折率を有する材料Ｒ２によって薄膜（３）を積層する。続いて、薄膜（３）の上面に型（４）を強く押し付けることにより、薄膜（３）の厚み程度の深さで市松模様状の凹部を薄膜（３）に形成する。この後、薄膜（２）の積層および型（４）による凹部の形成と、薄膜（３）の積層および型（４）による凹部の形成とを所定の回数だけ交互に実行する。これにより、いずれの方向から見たとしても材料Ｒ１，Ｒ２が所定のピッチで交互に存在する３次元フォトニック結晶が製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の微細周期構造体としてのフォトニック結晶の製造方法には、以下の問題点がある。すなわち、従来のフォトニック結晶の製造方法では、薄膜（２，３）を形成した後に型（４）を強く押し付けることにより、型（４）の下面に形成された凸部を薄膜（２，３）に転写（刻印）して薄膜（２，３）の厚み内の２次元周期構造を形成している。この場合、この２次元周期構造の形成ピッチ（すなわち、薄膜（２，３）に形成される凹部の形成ピッチ）は、一例として数十μｍ程度と非常に狭い。また、積層された薄膜（２，３）は、その凹部形成後もその周期構造を維持できるように、ある程度の硬さを有している必要がある。したがって、この薄膜（２，３）に型（４）を押し付けることで微細なピッチを転写（刻印）する製造方法では、型（４）の摩耗が激しく、結果として、規則正しい周期構造を繰り返して形成するのが困難となる。このため、その製作コストが比較的高い型（４）を定期的に交換しなくてはならず、フォトニック結晶の製造コストを高騰させる要因となるという問題点がある。
【０００４】
また、従来のフォトニック結晶の製造方法では、既に凹部を形成した薄膜（２，３）の上に薄膜（３，２）を形成し、その薄膜（３，２）に対して型（４）を強く押し付けることによって凹部を形成している。したがって、フォトニック結晶の初期段階で積層された薄膜（２，３）（すなわち、すなわち、基板（１）側の薄膜（２，３））には、その後に形成される薄膜（３，２）に凹部を形成する際に大きな力が何度も加えられることとなる。このため、この力が加えられることに起因して、初期段階で積層された薄膜（２，３）の２次元周期構造が破壊されるため、周期構造に意図しない欠陥が生じることに起因して、フォトニック結晶の光学的特性が著しく低下するという問題点がある。
【０００５】
この場合、同公報には、薄膜（２，３）を所定数だけ交互に積層しておき、この積層体に対して一度だけ型（４）を押し付けることにより、各薄膜に対して複数の凹部を同時に形成する方法が開示されている。この製造方法によれば、型（４）の摩耗を抑え、かつ、繰り返して力が加えられることに起因する周期構造の破壊を防止することが可能となる。しかし、この製造方法では、型（４）が押し当てられた薄膜（２，３）から遠い側の薄膜（すなわち、基板（１）側の薄膜（２，３））に、型（４）による力が伝達されないことがある。かかる場合には、所望の深さ（各薄膜（２，３）の厚み程度の深さ）の凹部を形成することができないため、フォトニック結晶の光学的特性が著しく低下するという問題点がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、周期構造に意図しない欠陥を生じさせることなく製造コストを低減し得る微細周期構造体の製造方法、およびその製造方法に従って微細周期構造体を製造可能な微細周期構造体の製造装置を提供することを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の微細周期構造体の製造方法は、所定の周期構造を有する周期構造体をＮ層（Ｎは２以上の自然数）積層して微細周期構造体を製造する微細周期構造体の製造方法であって、前記所定の周期構造を反転させた凹部を構成する貫通孔が形成された型本体と、前記貫通孔を閉塞することにより前記凹部の底面を構成する底板とを備えて前記周期構造体を成型可能に構成された型を用いて、当該型本体および当該底板を互いに離間させた状態で微細周期構造体成型用の溶液中に沈め、前記型本体の前記貫通孔に前記溶液を含浸させた後に前記底板によって前記貫通孔を閉塞し、その状態の当該型本体および当該底板を当該溶液から取り出し、基板の下面または当該基板に成型されている（Ｍ−１）層目（ＭはＮ以下の自然数）の前記周期構造体における下面に前記型の上面を接触させ、その状態で前記凹部内の前記溶液を硬化させてＭ層目の前記周期構造体を成型する。
【０００８】
請求項２記載の微細周期構造体の製造装置は、請求項１記載の微細周期構造体の製造方法に従って前記微細周期構造体を製造可能に構成された微細周期構造体の製造装置であって、前記周期構造体を成型可能な前記型と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記型本体および前記底板のいずれか一方をいずれか他方に向けて接離動させる接離動機構と、前記型を前記溶液中から取り出して前記上面を前記基板の前記下面または前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に接触させる上下動機構と、前記凹部内の前記溶液を硬化させる溶液硬化手段と、前記上下動機構および前記溶液硬化手段を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記接離動機構に対して前記型本体および前記底板を互いに離間させた状態で前記上下動機構に対して当該型本体および当該底板を前記溶液中に沈めさせて前記型本体の前記貫通孔に当該溶液を含浸させた後に、前記接離動機構に対して前記型本体に前記底板を接触させて当該貫通孔を閉塞させ、その状態の当該型本体および当該底板を前記上下動機構に対して当該溶液から取り出させて前記基板保持手段によって保持されている前記基板の前記下面または当該基板に成型されている前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に当該型の前記上面を接触させ、その状態で前記溶液硬化手段に対して前記凹部内の前記溶液を硬化させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する。
【０００９】
請求項３記載の微細周期構造体の製造装置は、請求項２記載の微細周期構造体の製造装置において、前記Ｎ層の周期構造体のうち奇数層目の周期構造体を成型するための第１の型と、前記Ｎ層の周期構造体のうち偶数層目の周期構造体を成型するための第２の型とを前記型として備え、前記制御部は、前記上下動機構に対して前記第１の型と前記第２の型とを交互に上下動させて前記周期構造体を成型する。
【００１０】
請求項４記載の微細周期構造体の製造装置は、請求項２記載の微細周期構造体の製造装置において、前記基板保持機構および前記型のいずれかを水平方向に沿って９０°回転させる回転機構を備え、前記制御部は、前記回転機構に対して前記基板保持機構および前記型のいずれかを水平方向に沿って９０°回転させた後に、前記上下動機構に対して前記型を前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に接触させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する。
【００１１】
請求項５記載の微細周期構造体の製造装置は、請求項２または３記載の微細周期構造体の製造装置において、前記基板保持機構および前記型のいずれかを前記周期構造体の（１／２）周期分だけ水平方向に移動させる移動機構を備え、前記制御部は、前記移動機構に対して前記基板保持機構および前記型のいずれかを前記貫通孔の形成ピッチの向きに沿って前記（１／２）周期分だけ移動させた後に、前記上下動機構に対して前記型を前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に接触させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る微細周期構造体の製造方法、およびその製造方法に従って微細周期構造体を製造する製造装置の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
最初に、本発明に係る微細周期構造体の製造方法に従って製造されたフォトニック結晶１について、図面を参照して説明する。
【００１４】
フォトニック結晶１は、光合分波器、波長多重合分波器および分光器（回析格子）などの光回路部品に用いられる超小型光回路としての使用を初めとして、フォトルミネッセンスやレーザービーム用の発光素子または受光素子、各種センサ（ガス、歪み、温度、電圧および電流などの検出素子）、並びにミリ波およびマイクロ波用のシールド材やアンテナとして使用される。このフォトニック結晶１は、図１に示すように、本発明における周期構造体に相当する周期構造層３および周期構造層４が基板２の上に交互に積層されて構成されている。基板２は、フォトニック結晶１の製作時に周期構造層３，４・・を成型する際の支持体として機能すると共に、完成後においては、フォトニック結晶１の基部としても機能する。周期構造層３は、本発明における奇数層目の周期構造体に相当し、一例として小口の一辺が５０μｍ程度の角柱状の柱状体３ａ，３ａ・・が５０μｍ程度の等間隔で並設されて構成されている。周期構造層４は、本発明における偶数層目の周期構造体に相当し、成型された角柱状の柱状体４ａ，４ａ・・が周期構造層３の柱状体３ａと同様にして等間隔で並設されて構成されている。この場合、周期構造層３の柱状体３ａ，３ａ・・と、周期構造層４の柱状体４ａ，４ａ・・とは、互いに直交する向きに配設されている。
【００１５】
このフォトニック結晶１は、後述するように、有機系材料溶液、無機系材料溶液および有機無機複合材料溶液などのフォトニック結晶材料溶液（本発明における微細周期構造体成型用の溶液に相当し、以下、「溶液」ともいう）Ｒ（図４参照）を硬化させることによって成型され、フォトニック結晶１に求められる光学的特性に応じて、溶液Ｒとして使用する材料や、周期構造層３，４の高さ、柱状体３ａ，４ａの形状、太さ、並設ピッチおよび並設本数などが適宜調節される。なお、本発明の実施の形態では、溶液Ｒの一例として熱硬化性樹脂を使用する。また、本発明の実施の形態において説明する図面では、本発明についての理解を容易とするために、柱状体３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ・・の数を少なくして図示しているが、実際には、さらに多数の柱状体３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ・・によって周期構造層３，４が構成されている。また、後述する製造方法において使用するモールド１３，１４（図３参照）などについても、実際には、多数の柱状体３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ・・を成型可能に構成されている。
【００１６】
次に、このフォトニック結晶１を製造可能に構成された微細周期構造体製造装置（以下、「製造装置」ともいう）１１について、図面を参照して説明する。
【００１７】
製造装置１１は、図２に示すように、基板保持部１２、モールド１３，１４、接離動機構１５，１５、上下動機構１６，１７、ヒータ１８、制御部１９および容器２０を備えている。基板保持部１２は、本発明における基板保持手段に相当し、前述したフォトニック結晶１の基板２を保持可能に構成されて上下動機構１２ａに取り付けられている。この場合、上下動機構１２ａは、一例としてエアシリンダで構成され、制御部１９の制御下で基板保持部１２を下動させることにより、後述するように、基板保持部１２によって保持されている基板２をモールド１３，１４の上面に押し付ける。モールド１３は、本発明における第１の型に相当し、本発明における型本体に相当するモールド本体１３ａと、モールド本体１３ａの下方に配設されて接離動機構１５によってモールド本体１３ａに対して接離動させられる底板１３ｂとを備えている。モールド１４は、本発明における第２の型に相当し、本発明における型本体に相当するモールド本体１４ａと、モールド本体１４ａの下方に配設されて接離動機構１５によってモールド本体１４ａに対して接離動させられる底板１４ｂとを備えている。
【００１８】
この場合、モールド本体１３ａ，１４ａおよび底板１３ｂ，１４ｂは、ＳｉＯ２、Ｓｉ、ＳｉＣ、金属および金属酸化物などの無機系材料や、無機系材料と有機系材料とを複合化したナノコンポジット材料（ナノサイズの複合材料）で形成されている。また、図３に示すように、モールド本体１３ａには、本発明における貫通孔に相当し前述した柱状体３ａ，３ａ・・を成型するためのスリットＳａ，Ｓａ・・がその上面から下面にかけて連通形成されている。このスリットＳａ，Ｓａ・・は、モールド本体１３ａの下面に底板１３ｂが当接させられることで閉塞され、底板１３ｂの上面と相俟って本発明における凹部を構成する。また、モールド本体１４ａには、本発明における貫通孔に相当し前述した柱状体４ａ，４ａ・・を成型するためのスリットＳｂ，Ｓｂ・・がその上面から下面にかけて連通形成されている。このスリットＳｂ，Ｓｂ・・は、モールド本体１４ａの下面に底板１４ｂが当接させられることで閉塞され、底板１４ｂの上面と相俟って本発明における凹部を構成する。以下、モールド本体１３ａのスリットＳａとモールド本体１４ａのスリットＳｂとを区別しないときには、スリットＳともいう。
【００１９】
このスリットＳは、上記した材料で形成した平板に対してレーザービーム描画装置、電子線描画装置および反応性イオンエッチング装置などの微細構造加工装置を用いて複数の孔（スリット）を所定の配列ピッチで形成した後に、ウェットエッチングやドライエッチングによって高精度に加工されている。なお、図４に示すように、このモールド１３，１４は、スリットＳａ，Ｓａ・・の延在方向と、スリットＳｂ，Ｓｂ・・の延在方向とが直交する向きで後述するアーム部１６ａ，１７ａに取り付けられる。一方、接離動機構１５は、制御部１９の制御下でモールド本体１３ａ，１４ａに対して底板１３ｂ，１４ｂを接離動させることにより、モールド本体１３ａ，１４ａにおけるスリットＳ，Ｓ・・の各下方開口部位を閉塞または開口する。
【００２０】
上下動機構１６，１７は、図４に示すように、容器２０に収容された溶液Ｒの中と、基板保持部１２によって保持された基板２の下方との間でアーム部１６ａ，１７ａを介してモールド１３，１４を矢印Ａ，Ｂの方向にそれぞれ上下動させる。この場合、アーム部１６ａ，１７ａは、いわゆるリンク機構を備えて構成され、モールド１３，１４を水平に保持した状態で上下動可能に構成されている。ヒータ１８は、本発明における溶液硬化手段に相当し、制御部１９の制御下でモールド１３，１４を加熱することにより、スリットＳ，Ｓ・・内の溶液Ｒを硬化させる。制御部１９は、基板保持部１２、上下動機構１２ａ、接離動機構１５，１５および上下動機構１６，１７の駆動を制御すると共に、ヒータ１８に対する通電を制御してモールド１３，１４を加熱させる。容器２０は、溶液Ｒを収容可能に形成されると共に、その溶液Ｒ内にモールド１３，１４の双方を沈めることが可能な深さに形成されている。
【００２１】
次に、この製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２２】
まず、図４に示すように、容器２０の中に溶液Ｒを注ぎ入れると共に、基板保持部１２に基板２を保持させる。この際に、基板２は、図１に示すフォトニック結晶１の状態に対して、上下方向が反転させられた状態で基板保持部１２によって保持される。次に、制御部１９は、上下動機構１６，１７を駆動制御してモールド１３，１４の双方を容器２０内の溶液Ｒ中に沈め、モールド本体１３ａ，１４ａのスリットＳ，Ｓ・・に溶液Ｒを含浸させる。この際に、接離動機構１５，１５は、制御部１９の制御下で、モールド本体１３ａ，１４ａを底板１３ｂ，１４ｂに対して離間させた状態に保持する。したがって、両モールド１３，１４のスリットＳ，Ｓ・・がモールド本体１３ａ，１４ａの上面および下面間で連通状態となる結果、スリットＳ，Ｓ・・内の空気がスムーズに排出されて溶液Ｒが確実に含浸する。次いで、制御部１９は、モールド１３側の接離動機構１５を駆動制御することにより、図５に示すように、溶液Ｒ中においてモールド本体１３ａと底板１３ｂとを密着させる。この際には、モールド本体１３ａの下面に底板１３ｂが密着することにより、スリットＳａ，Ｓａ・・の下方が閉塞されて複数の溝（本発明における凹部）が形成される。
【００２３】
次に、図６に示すように、制御部１９は、上下動機構１６に対してモールド１３を上動させて溶液Ｒの外に取り出させると共に、上下動機構１２ａに対して基板２を下動させることにより、基板２の下面にモールド１３の上面（モールド本体１３ａの上面）を密着させる。この際に、モールド１３は、アーム部１６ａのリンク機構によって水平に保持された状態で上動させられる。次いで、制御部１９は、この状態のモールド１３をヒータ１８（図示せず）に対して所定時間加熱させることにより、モールド１３を介してスリットＳａ，Ｓａ・・内の溶液Ｒを熱硬化させる。この際に、上下動機構１２ａおよび上下動機構１６によって基板２とモールド１３とが互いに押し付けられた状態で溶液Ｒが硬化させられるため、基板２と、スリットＳａ，Ｓａ・・内の溶液Ｒとが確実に固着する。この後、制御部１９は、ヒータ１８に対する通電を停止すると共に、上下動機構１６に対してモールド１３を下動させ、かつ上下動機構１２ａに対して基板２を上動させる。これにより、図７に示すように、周期構造層３（柱状体３ａ，３ａ・・）が基板２の下面（同図において下側の面）に成型される。
【００２４】
続いて、制御部１９は、モールド１４側の接離動機構１５を駆動制御することにより、図７に示すように、溶液Ｒ中においてモールド本体１４ａと底板１４ｂとを密着させる。この際に、前述したモールド１３と同様にして、モールド本体１４ａの下面に底板１４ｂが密着することにより、スリットＳｂ，Ｓｂ・・の下方が閉塞されて複数の溝（本発明における凹部）が形成される。次に、図８に示すように、制御部１９は、上下動機構１７に対してモールド１４を上動させて溶液Ｒの外に取り出させると共に、上下動機構１２ａに対して基板２を下動させることにより、基板２に既に成型されている周期構造層３（本発明における（Ｍ−１）層目の周期構造体）の下面にモールド１４の上面（モールド本体１４ａの上面）を密着させる。この際には、アーム部１７ａのリンク機構によってモールド１４が水平に保持された状態で上動させられる。次いで、制御部１９は、この状態のモールド１４をヒータ１８に対して所定時間加熱させることにより、モールド１４を介してスリットＳｂ，Ｓｂ・・内の溶液Ｒを熱硬化させる。この際に、上下動機構１２ａおよび上下動機構１７によって周期構造層３とモールド１４とが互いに押し付けられた状態で溶液Ｒが硬化させられるため、周期構造層３と、スリットＳｂ，Ｓｂ・・内の溶液Ｒ（後に周期構造層４となる溶液Ｒ）とが確実に固着する。この後、制御部１９は、ヒータ１８に対する通電を停止すると共に上下動機構１７に対してモールド１４を下動させ、かつ上下動機構１２ａに対して基板２を上動させる。これにより、周期構造層３の下面に本発明におけるＭ層目の周期構造体に相当する周期構造層４（柱状体４ａ，４ａ・・）が成型される。
【００２５】
この後、制御部１９は、接離動機構１５による溶液Ｒ内でのスリットＳａ，Ｓａ・・の閉塞、上下動機構１６によるモールド１３の上動、上下動機構１２ａによる基板２の下動およびヒータ１８によるモールド１３の加熱（周期構造層３の成型）と、接離動機構１５による溶液Ｒ内でのスリットＳｂ，Ｓｂ・・の閉塞、上下動機構１７によるモールド１４の上動、上下動機構１２ａによる基板２の下動およびヒータ１８によるモールド１４の加熱（周期構造層４の成型）とを交互に所定回数だけ繰り返して実行する。これにより、基板２の下面に周期構造層３，４が交互に所定数だけ積層され、図１に示すように、フォトニック結晶１が製造される。なお、製造されたフォトニック結晶１は、基板保持部１２によって保持された状態では、同図に示す状態を上下反転させた姿勢で成型されている。
【００２６】
このように、この製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造方法によれば、制御部１９が、上下動機構１６，１７に対してモールド１３，１４を溶液Ｒ中に沈めさせてスリットＳ，Ｓ・・に溶液Ｒを含浸させた後に、溶液Ｒからモールド１３，１４を取り出し、基板２の下面または基板２の下面に成型されている周期構造層４，３の下面にモールド１３，１４の上面を接触させ、その状態でスリットＳ，Ｓ・・内の溶液Ｒをヒータ１８によって熱硬化させて周期構造層３，４を成型することにより、薄膜に対して型を強く押し付けることで微細な凹部を形成する従来のフォトニック結晶の製造方法とは異なり、モールド１３，１４に対して強い力を加えることがないため、モールド１３，１４の摩耗を軽減することができる。したがって、フォトニック結晶１の製造コストを低減しつつ、規則正しい周期構造（周期構造層３，４）を繰り返して積層して成型することができる。また、モールド１３，１４に対して強い力を加えることがないため、モールド１３，１４を形成するための形成用材料の選択肢を増やすことができる。このため、例えば、無機系、有機系または無機有機複合系の透明材料でモールド１３，１４を形成することも可能となり、これにより、溶液Ｒとして光硬化性材料を採用することも可能となる。さらに、形成用材料の選択肢が増えることで、選択する形成用材料によっては、モールド１３，１４を容易に形成することが可能となり、加えて材料コストの低減を図ることも可能となる結果、モールド１３，１４の製作コスト低減、ひいては、フォトニック結晶１の製造コストを一層低減することができる。また、この製造方法によれば、製造工程の初期段階で成型した周期構造層３，４に対しても強い力を加えることがないため、従来の製造方法とは異なり、周期構造（周期構造層３，４）を破壊することなく、光学的特性に優れたフォトニック結晶１を製造することができる。
【００２７】
また、この製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造方法によれば、スリットＳ，Ｓ・・が形成されたモールド本体１３ａ，１４ａと、モールド本体１３ａ，１４ａに接触させられてスリットＳ，Ｓの下方開口部位を閉塞することにより柱状体３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ成型用の溝（本発明における凹部）の底面を構成する底板１３ｂ，１４ｂとからなるモールド１３，１４を使用して、スリットＳ，Ｓ・・に溶液Ｒを含浸させた後に溶液Ｒ中においてモールド本体１３ａ，１４ａと底板１３ｂ，１４ｂとを接離動機構１５に対して密着させることにより、スリットＳ，Ｓ・・内の空気をスムーズに排出することができるため、スリットＳ，Ｓ・・に溶液Ｒを確実に含浸させることができる。したがって、例えば高価な真空装置を用いた真空引きを不要としつつ、スリットＳ，Ｓ・・から確実に空気を排出させることができる結果、結晶構造に意図しない欠陥（周期構造層３，４の部分的欠落など）を生じさせることなく、特定波長の反射や透過などの動作特性（光学的特性）に優れたフォトニック結晶１を低コストで製造することができる。
【００２８】
さらに、この製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造方法によれば、周期構造層３（奇数層目の周期構造体）を成型するためのモールド１３と、周期構造層４（偶数層目の周期構造体）を成型するためのモールド１４とを交互に使用してフォトニック結晶１を成型することにより、モールド１３を上動させている間にモールド１４のスリットＳｂ，Ｓｂ・・に溶液Ｒを含浸させ、モールド１４を上動させている間にモールド１３のスリットＳａ，Ｓａ・・に溶液Ｒを含浸させることができる。このため、例えば１つのモールドを使用して本発明におけるＮ層の周期構造体のすべてを成型するフォトニック結晶の製造方法と比較して、周期構造層３，４・・を効率よく短時間で積層することができる結果、フォトニック結晶１の製造に要する作業時間を短縮して、その製造コストを低減することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、モールド１３，１４の２つを使用して周期構造層３，４を交互に積層するフォトニック結晶１の製造方法について説明したが、例えば、図９に示す製造装置３１のように、上下動機構３２ａ〜３２ｄによって個別的に上下動させられるモールド３３ａ〜３３ｄの４つを順に使用して、図１０に示すように、周期構造層３０ａ〜３０ｄを順に積層したフォトニック結晶３０を製造することもできる。この製造装置３１では、モールド３３ａ，３３ｃによって本発明における奇数層目の周期構造体（図１０に示す周期構造層３０ａ，３０ｃ）が成型され、モールド３３ｂ，３３ｄによって本発明における偶数層目の周期構造体（周期構造層３０ｂ，３０ｄ）が成型される。この場合、図９に示すように、モールド３３ａ〜３３ｄには、前述した製造装置１１におけるモールド１３，１４と同様にして複数のスリットＳ，Ｓ・・が形成されている。また、モールド３３ｃ，３３ｄに形成されたスリットＳ，Ｓ・・の数は、モールド３３ａ，３３ｂに形成されたスリットＳ，Ｓ・・の数よりも１つずつ少なくなっている。このため、図１０に示すように、モールド３３ａによって形成される周期構造層３０ａと、モールド３３ｃによって形成される周期構造層３０ｃとは、それぞれの柱状体が上下方向で重ならない位置に成型され、モールド３３ｂによって成型される周期構造層３０ｂと、モールド３３ｄによって成型される周期構造層３０ｄとは、それぞれの柱状体が上下方向で重ならない位置に成型される。したがって、その上下方向に特定波長の光のみを透過可能な３次元のフォトニック結晶３０を製造することができる。
【００３０】
また、上記した製造装置１１，３１によるフォトニック結晶１，３０の製造方法では、複数（この場合、２つまたは４つ）のモールドを使用して形状の異なる周期構造層（柱状体の数および成型位置が異なる周期構造層）を積層しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１１に示す製造装置４１のように、上下動機構３２ａによって上下動させられるモールド３３ａのみを使用して、図１２に示すように、同一形状の周期構造層４０ａ，４０ａ・・を順に積層したフォトニック結晶４０を製造することもできる。この製造装置４１は、図１１に示すように、上下動機構１２ａ（すなわち、基板保持部１２）を平面方向に沿って回転させることで基板２を同図のＣ方向に９０°ずつ回転させる回転機構４４を備えている。この製造装置４１によるフォトニック結晶４０の製造方法では、例えばモールド３３ａによって１層目の周期構造層４０ａを成型した後に、回転機構４４に対して基板２をＣ方向に９０°回転させ、その状態の周期構造層４０ａに対して２層目の周期構造層４０ａを積層する。この製造方法によれば、モールド（この場合、モールド３３ａ）を１つ製作するだけでフォトニック結晶４０を製造することができるため、フォトニック結晶４０の製造コストをより低減することができる。この場合、この製造方法を実行する際に、製造装置４１のように基板２を回転させるタイプに限定されず、モールド３３ａを９０°ずつ回転させる構成を採用することもできる。
【００３１】
さらに、前述した製造装置３１によるフォトニック結晶３０の製造方法では、モールド３３ａ，３３ｂとはスリットＳの形成数が異なるモールド３３ｃ，３３ｄを使用することで、周期構造層３０ａ，３０ｃの双方における柱状体の上下方向での重なりをなくすと共に、周期構造層３０ｂ，３０ｄの双方における柱状体の上下方向での重なりをなくした例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、上下動機構３２ａ，３２ｂを移動させることでモールド３３ａ，３３ｂをスライドさせるスライド機構５５ａ，５５ｂを有する製造装置５１を使用して、図１４に示すように、柱状体の上下方向での重なりをなくしたフォトニック結晶５０を製造することもできる。
【００３２】
この製造装置５１によるフォトニック結晶５０の製造方法では、まず、例えばモールド３３ａ，３３ｂを図１３に実線で示す位置に配置した状態で１層目の周期構造層５０ａおよび２層目の周期構造層５０ｂを順次成型する。次に、スライド機構５５ａに対して上下動機構３２ａをスリットＳの形成ピッチの１／２（本発明における周期構造体の（１／２）周期分）だけスライドさせることでモールド３３ａを点線で示す位置に移動させ（本発明における貫通孔の形成ピッチの向きに沿った方向への移動）、その状態のモールド３３ａによって３層目の周期構造層５０ａを成型する。同様にしてスライド機構５５ｂに対して上下動機構３２ｂをスリットＳの形成ピッチの１／２（本発明における周期構造体の（１／２）周期分）だけスライドさせることでモールド３３ｂを点線で示す位置に移動させ（本発明における貫通孔の形成ピッチの向きに沿った方向への移動）、その状態のモールド３３ｂによって４層目の周期構造層５０ｂを成型する。このように、スライド機構５５ａ，５５ｂに対して上下動機構３２ａ，３２ｂをスライド（すなわち、モールド３３ａ，３３ｂのスライド）させつつ周期構造層５０ａ，５０ｂを交互に成型することにより、モールド３３ａ，３３ｂの２つのみで３次元のフォトニック結晶５０を製造することができる。したがって、モールド数を半減させることができるため、形状が異なる複数の型を備えた製造装置３１を使用したフォトニック結晶の製造方法と比較して、３次元フォトニック結晶の製造コストを一層低減することができる。この場合、この製造方法を実行する際には、製造装置５１のようにモールド３３ａ，３３ｂを移動させるタイプに限定されず、基板保持部１２を移動（すなわち、基板２の移動）可能な構成を採用することもできる。
【００３３】
また、本発明の実施の形態に例示した各柱状部の大きさ、形および成型位置は、特に限定されず、製造するフォトニック結晶に求められる光学的特性に応じて適宜変更することができる。この場合、各周期構造層内に欠陥部分を形成することで、特定の光のみの透過や特定の光の導波が可能なフォトニック結晶を製造することもできる。この際には、モールドの製作時に、本発明における凹部の形成位置を適宜調節することで、特定の光を導波させる部分の周期性を調整して導波路（欠陥部に相当する）を形成する。さらに、本発明の実施の形態では、本発明における微細周期構造体成型用の溶液Ｒとして熱硬化性樹脂を使用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、樹脂以外の熱硬化性素材や、光硬化性の各種素材などを使用することができる。また、本発明に係る微細周期構造体の製造方法および製造装置は、フォトニック結晶の製造のみならず、各種の微細周期構造体の製造に適用が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の微細周期構造体の製造方法によれば、所定の周期構造を反転させた凹部を構成する貫通孔が形成された型本体と、貫通孔を閉塞することにより凹部の底面を構成する底板とを備えて周期構造体を成型可能に構成された型を用いて、型本体および底板を互いに離間させた状態で微細周期構造体成型用の溶液中に沈め、型本体の貫通孔に溶液を含浸させた後に底板によって貫通孔を閉塞し、その状態の型本体および底板を溶液から取り出し、基板の下面または基板に成型されている（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に型の上面を接触させ、その状態で凹部内の溶液を硬化させてＭ層目の周期構造体を成型することにより、型に対して強い力を加えることがないため、型の摩耗を軽減することができる。したがって、微細周期構造体の製造コストを低減しつつ、規則正しい周期構造体を繰り返して成型することができる。また、型に対して強い力を加えることがないため、型を形成するための形成用材料の選択肢を増やすことができる。このため、例えば、透明樹脂材料で型を形成することも可能となる結果、溶液として光硬化性材料を採用することが可能となる。さらに、形成用材料の選択肢を増やせることで、型の製作コストを低減することも可能となる。加えて、この製造方法によれば、製造工程の初期段階で成型した周期構造層体に対しても強い力を加えることがないため、従来の製造方法とは異なり、加えられた力に起因する周期構造体の破壊を防止することができ、これにより、意図しない欠陥が周期構造に生じるのを回避することができる結果、特定波長の反射や透過などの動作特性に優れた微細周期構造体を成型することができる。
【００３５】
また、この製造方法によれば、型本体および底板を互いに離間させた状態で溶液中に沈め、型本体の貫通孔に溶液を含浸させた後に底板によって貫通孔を閉塞し、その状態の型本体および底板を溶液から取り出してＭ層目の周期構造体を成型することにより、貫通孔内の空気をスムーズに排出することができるため、貫通孔内に溶液を確実に含浸させることができる。したがって、微細周期構造体の結晶構造に意図しない欠陥を生じさせることなく、特定波長の反射や透過などの動作特性に優れた微細周期構造体を製造することができる。
【００３６】
さらに、請求項２記載の微細周期構造体の製造装置によれば、制御部が、接離動機構に対して型本体および底板を互いに離間させた状態で上下動機構に対して型本体および底板を溶液中に沈めさせて型本体の貫通孔に溶液を含浸させた後に、接離動機構に対して型本体に前記を接触させて貫通孔を閉塞させ、その状態の型本体および底板を上下動機構に対して溶液から取り出させて基板保持手段によって保持されている基板の下面または基板に成型されている（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に型の上面を接触させ、その状態で溶液硬化手段に対して凹部内の溶液を硬化させてＭ層目の周期構造体を成型することにより、型に対して強い力を加えることがないため、型の摩耗を軽減することができる。したがって、微細周期構造体の製造コストを低減しつつ、規則正しい周期構造体を繰り返して成型することができる。さらに、この製造装置によれば、製造工程の初期段階で成型した周期構造層体に対しても強い力を加えることがないため、従来の製造装置による製造方法とは異なり、加えられた力に起因する周期構造体の破壊を防止することができるため、特定波長の反射や透過などの動作特性に優れた微細周期構造体を成型することができる。
【００３７】
また、この微細周期構造体の製造装置によれば、制御部が、接離動機構に対して型本体および底板を互いに離間させた状態で上下動機構に対して型本体および底板を溶液中に沈めさせて型本体の貫通孔に溶液を含浸させた後に、接離動機構に対して型本体に底板を接触させて貫通孔を閉塞させ、その状態の型本体および底板を上下動機構に対して溶液から取り出させて周期構造体を成型することにより、貫通孔内の空気をスムーズに排出することができるため、特定波長の反射や透過などの動作特性に優れた微細周期構造体を製造することができる。
【００３８】
さらに、請求項３記載の微細周期構造体の製造装置によれば、奇数層目の周期構造体を成型するための第１の型と、偶数層目の周期構造体を成型するための第２の型とを交互に上下動させて周期構造体を成型することにより、例えば、第１の型を上動させている間に第２の型の凹部に溶液を含浸させることができるため、奇数層目の周期構造体と偶数層目の周期構造体とを効率よく積層することができる結果、微細周期構造体の製造に要する時間を短縮することができる結果、その製造コストを十分に低減することができる。
【００３９】
また、請求項４記載の微細周期構造体の製造装置によれば、回転機構に対して基板保持機構および型のいずれかを水平方向に沿って９０°回転させた後に、上下動機構に対して型を（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に接触させてＭ層目の周期構造体を成型することにより、型を１つ使用するだけで微細周期構造体を製造することができるため、微細周期構造体の製造コストを十分に低減することができる。
【００４０】
さらに、請求項５記載の微細周期構造体の製造装置によれば、移動機構に対して基板保持機構および型のいずれかを貫通孔の形成ピッチの向きに沿って周期構造体の（１／２）周期分だけ移動させた後に、上下動機構に対して型を（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に接触させてＭ層目の周期構造体を成型することにより、形状が異なる複数の型を用いて微細周期構造体を製造する製造装置と比較して、微細周期構造体の製造コストを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る微細周期構造体の製造方法に従って製造されたフォトニック結晶１の外観斜視図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係る製造装置１１の構成を示すブロック図である。
【図３】  フォトニック結晶１における周期構造層３，４を成型するためのモールド１３，１４の外観斜視図である。
【図４】  製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造工程においてモールド１３，１４を溶液Ｒ中に沈めた状態の側面断面図である。
【図５】  製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造工程においてモールド１３のモールド本体１３ａおよび底板１３ｂを溶液Ｒ中で密着させた状態の側面断面図である。
【図６】  製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造工程においてスリットＳａ，Ｓａ・・に溶液Ｒを含浸させたモールド１３を基板２の下面に密着させた状態の側面断面図である。
【図７】  製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造工程においてモールド１４のモールド本体１４ａおよび底板１４ｂを溶液Ｒ中で密着させた状態の側面断面図である。
【図８】  製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造工程においてスリットＳｂ，Ｓｂ・・に溶液Ｒを含浸させたモールド１４を周期構造層３の下面に密着させた状態の側面断面図である。
【図９】  本発明の他の実施の形態に係る製造装置３１の平面図である。
【図１０】  製造装置３１を用いて製造したフォトニック結晶３０の外観斜視図である。
【図１１】  本発明の他の実施の形態に係る製造装置４１の平面図である。
【図１２】  製造装置４１を用いて製造したフォトニック結晶４０の外観斜視図である。
【図１３】  本発明の他の実施の形態に係る製造装置５１の平面図である。
【図１４】  製造装置５１を用いて製造したフォトニック結晶５０の外観斜視図である。
【符号の説明】
１，３０，４０，５０  フォトニック結晶
２  基板
３，４，３０ａ〜３０ｄ，４０ａ，５０ａ,５０ｂ  周期構造層
３ａ，４ａ  柱状体
１１，３１，４１，５１  製造装置
１２  基板保持部
１２ａ  上下動機構
１３，１４，３３ａ〜３３ｄ  モールド
１３ａ，１４ａ  モールド本体
１３ｂ，１３ｂ  底板
１５  接離動機構
１６，１７，３２ａ〜３２ｄ  上下動機構
１６ａ，１７ａ  アーム部
１８  ヒータ
１９  制御部
２０  容器
４４  回転機構
５５ａ，５５ｂ  スライド機構
Ｒ  溶液
Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ  スリット
【図１】
0004088449.tif 000002
【図２】
0004088449.tif 000003
【図３】
0004088449.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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