(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子径の均一なブラウン運動を生じうるコロイド粒子の大きさの微粒子を分散媒に分散させた微粒子分散液を、表面に凹形状パターンを有する基板上に塗布・展開し乾燥させることによって、前記凹形状パターン上に微粒子膜を形成する微粒子膜形成工程と、該微粒子膜を、微細物品を吸着し得る機能を有する吸着器具を用いて基板から剥がした後、複数の微粒子膜を積み重ねることにより微粒子構造体を形成する微粒子構造体形成工程とを含むことを特徴とする微粒子構造体の製造方法。
【請求項２】
前記基板上に形成される凹形状パターンが、第１の凹形状パターンと該第１の凹形状パターンの内面底部に形成される第２の凹形状パターンとからなり、前記微粒子膜形成工程は、第１の微粒子の分散液を前記基板に塗布・展開し乾燥させることによって、前記第２の凹形状パターンに前記第１の微粒子を配置する第１微粒子配置工程と、前記第１の微粒子よりも粒子径が小さい第２の微粒子の分散液を、前記第１の微粒子の分散液が塗布・展開されている基板上に塗布・展開し乾燥させることによって、前記第１の微粒子と第２の微粒子で構成される混合微粒子膜を形成する混合微粒子膜形成工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の微粒子構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の凹形状パターンは、一定の周期で形成された凹形状部の集合からなることを特徴とする請求項２記載の微粒子構造体の製造方法。
【請求項４】
前記凹形状パターンが形成された基板上に、溶解除去可能なコーティング層をコーティングするコーティング工程と、前記微粒子構造体形成工程において、前記微粒子膜を基板から剥がす前処理として、溶剤により前記コーティング層を溶解除去するコーティング層除去工程とを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
【請求項５】
前記凹形状パターン上に形成された微粒子膜に対して電気パルスを印加する微粒子膜電気パルス印加工程を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
【請求項６】
前記微粒子構造体形成工程において積み重ねられた微粒子膜に対して電気パルスを印加する積層微粒子膜電気パルス印加工程を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
【請求項７】
前記凹形状パターン上に形成された微粒子膜、前記微粒子構造体形成工程において積み重ねられた微粒子膜の少なくとも一方を水素還元雰囲気に曝す水素還元工程を含むことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
【請求項８】
前記微粒子が金属酸化物の微粒子である請求項１〜７の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に微粒子を二次元的かつ規則的に配置させた微粒子構造体（微粒子配列膜）、及び基板上に微粒子を三次元的に配置させた（三次元）微粒子構造体の製造方法に関するものである。
また、本発明に係る微粒子構造体は、微粒子が周期的に配列された構造による効果を利用した全ての分野に応用可能であり、例えば、微粒子が周期的に配列された構造を採ることによる特有の光学特性を利用し、該構造体を所望の形状に加工することによって得られる光学部品、光集積回路などに利用できる。
ここで述べる微粒子が周期的に配列された構造とは、いわゆるフォトニクス結晶なども含む。
【０００２】
【従来の技術】
現在、微粒子を規則的に配置して製造される構造体（微粒子配列構造体）が、様々な分野で利用されている。例えば、光情報記録媒体の分野では、微粒子配列構造体を、情報記録材として用いている。また、光集積回路の分野では、光学的な微粒子を用いて２次元的な回路パターンを形成している。また、電子集積回路においては、小規模電子回路が微粒子の表面及び内部に形成された微粒子を配列させることにより、より大規模で高度な機能を発揮させている。更に微粒子触媒を２次元的に配列させることにより形成される微細触媒反応器も知られている。
【０００３】
微粒子配列構造体に関する従来技術としては、次のようなものが挙げられる。特許第２７８３４８７号：これは、ミリメートルサイズの円形セルの内部に粒子径２００ｎｍ以下のナノメートル粒子の溶液を満たして、空気又は酸素等の制御雰囲気下で溶媒を蒸発させることにより、ナノメートル粒子を固体表面上に二次元的に結晶化する方法に関する特許である。
特許第２８２８３７４号：これは、微粒子の液状分散媒体を表面平坦基板上に供給して液体薄膜を形成し、液状分散媒体の液厚を蒸発等により制御することにより、微粒子を２次元で凝集させる方法に関する特許である。
【０００４】
特許第２８２８３７５号：これは、微粒子の液状分散媒体を基板上で溜めるためのセル構造体２より液面のメニスカス形状を実現し、このセル構造体を密閉性容器体フードで覆い、液の蒸発量を制御することにより微粒子分散液体の液膜厚を制御し、微粒子の２次元凝集を形成する、微粒子の２次元凝集形成装置に関する特許である。
特許第２８２８３８４号：これは、担持用基板上に液体膜２を配設した後に、この液体膜２上に粒子分散液１を液体膜２と混合することなく展開し、分散媒と液体膜２とを蒸発させて担持用基板３上に粒子薄膜を形成する方法に関する特許である。
【０００５】
特許第２８２８３８６号：これは、基板を、微粒子の分散懸濁液と接触させ、雰囲気、基板及び懸濁液の３相接触線にあるメニスカス先端部を掃引展開して移動させ、微粒子の集積により微粒子膜を製造するに当たり、メニスカス先端部の移動速度（Ｖｃ）、微粒子の体積分率、及び液体蒸発速度（ｊｅ）をパラメーターとして微粒子薄膜の微粒子密度及び微粒子層数を制御する方法に関する特許である。
特許第２８３４４１６号：これは、微粒子の体積分率φが、液媒体の蒸発速度、液媒体の粘性率等に依存する係数、平均粒子速度を平均液分子速度で割った数、既に生成されている微粒子膜とぬれ膜の表面から蒸発する単位時間あたりの分子数、液媒体の有効体積、ぬれ膜の膜厚、混合流体の粘性率、接触線の実効密度により算出する値よりも大きくする方法、及び、基板の引き上げ速度を帰還制御する方法に関する特許である。
【０００６】
特許第２８８５５８７号：これは、微粒子を含有している液体、又は、反応により微粒子を形成する液体を高密度液体表面に一旦展開し、微粒子の原料となる液体の展開厚みを制御して微粒子を２次元凝集させ、凝集形成された２次元粒子薄膜を固体基板表面に接触させて転写固定することにより微粒子膜を形成する方法に関する特許である。
特許第２９１２５６２号：これは、サブミクロンの微粒子の単粒子膜や多粒子膜上にエネルギー線を直接作用させることにより、所定パターンに従い局所的に粒子の溶解度、融解度を変化させ、パターン化した単粒子膜や多粒子膜を得る方法に関する特許である。
【０００７】
特許第２９１５８１２号：これは、固体２次基板の表面をエネルギー線照射により活性化又は疎水化処理することにより、疎水面を生成したりする微粒子膜の形成方法、固体２次基板の表面に特異的結合リガンド膜を配設するか、又はチオール基を吸着させることにより変性蛋白質を生成させて微粒子膜を転写付着させる微粒子膜の形成方法、若しくは、超微粒子にエネルギー線を照射し活性ラジカルを生成させて転写付着させる微粒子膜の形成方法に関する特許である。
特開平８−２２９４７４号公報：この公報には、移流集積による粒径がナノメートルオーダーの微粒子の単粒子膜や多粒子膜の形成において、高分子からなるＬＢ膜又は界面膜をバインダー層として用い、粒子薄膜の形成を制御すると共に転写基板に固定することにより粒子膜を形成する方法の発明が記載されている。
【０００８】
特開平９−９２６１７号公報：この公報には、イオン強度の制御によって電解質液膜中の荷電粒子に対するポテンシャルエネルギーを２次極小化してナノスケールの２次薄膜を形成し、これにナノスケール微粒子を閉じ込めて集積する方法の発明が記載されている。
特開平６−１２３８８６号公報：この公報には、レーザー光のトラップ力を利用して、面内に微粒子を選択的に配列させた後、この微粒子の面内パターン配列を凍結や紫外線硬化樹脂などで固定する微粒子の配列制御方法の発明が記載されている。
【０００９】
特開平６−２１２４０９号公報：この公報には、微粒子を成長させるべき位置に電子ビームを照射し、その部位を帯電させることにより、周囲から微粒子を引き付けるという、微粒子を原料とする構造体の製造方法の発明が記載されている。原料とする微粒子には、カーボン粒子を想定している。
特開平９−８２９３９号公報：この公報には、基板の凹部に微粒子が配置された微細構造素子と、その製造方法の発明が記載されている。微粒子を堆積させる方法としては、熱、光、超音波、粒子線、微小プローブなどにより基板表面の狙った位置にエネルギーを与えることにより、表面励起し、選択的に微粒子を堆積させるという方法について述べている。この発明の解決しようとしている課題は、従来の微細加工技術よりもより微細な領域において、特性の揃った素子を形成しようとするものであって、粒子の周期構造によって発現する機能の組み合わせについては、記載も示唆もされていない。
【００１０】
特開平１０−１０２２４３号公報：この公報には、超微粒子が配置された超微細構造体の発明が記載されている。超微粒子は、高エネルギーのビームをターゲットに照射することによって形成する。製法からも分るように、この発明では、微粒子が周期構造を採ることによる効果については記載も示唆もされていない。特開平１０−１７３１８１号公報：この公報には、微粒子を用いた三次元量子ドットアレイによる電子素子の発明が記載されている。電子素子としては、具体的にはメモリ素子を想定している。この発明では、三次元量子ドットアレイということで、微粒子の周期構造による特性を活用していると言えるが、周期構造の異なるものを同時に活用するという視点については記載も示唆もされていない。
【００１１】
特開平１０−１８９６０１号公報：この公報には、微粒子をマスクとして用いた微細構造の製造方法の発明が記載されている。この発明ではマスクとなる微粒子を配列させる際に六方最密構造となる特徴を利用しているが、微粒子が周期的であることによる特性を積極的に利用しているものではない。
特許第２８５９４７７号：この特許は、超微粒子を規則的に配列させる方法に関するもので、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し、この後、基板にホトマスクを通して光を選択的に照射して、基板の光照射部分にビオチンの結合領域を形成させておき、同時に、超微粒子をアビジンに結合させたコロイドアビジンを調製しておき、このコロイドアビジン含むリン酸バッファ中に基板を浸漬させることにより、ビオチンにアビジンを介して超微粒子を結合させ、超微粒子配列させるというものである。この発明も、微粒子が周期的であることによる特性を積極的に利用しているものではない。
【００１２】
特開平２０００−１６７３８７号公報：この公報には、粒子微小物を１個づつ基板上に精密配置する方法の発明が記載されており、絶縁性等の基板上に、集束イオンビーム等によって帯電スポットを形成し、その位置に微小物を誘引・付着させるというものである。この発明も、微粒子が周期的であることによる特性を積極的に利用しているものではない。
特許第２６５３４２４号：この特許は、マイクロプローブにより金属微小物を操作、接合、加工して、微小部品・微小構造物を作製する方法に関するものである。
【００１３】
特許第２９６７１９８号：この特許は、微小物の３次元精密配列法に関するものであり、微小物の配列は対向させた電極で行い、片方の電極の表面に突起を作り、この部分で電界が集中する構成としておき、対抗させた電極間を、溶媒中に粒子状又は繊維状の微小物が分散している溶液で満たして、電界をかけることにより、突起部に微小物からなる鎖状体を成長させるというものである。この発明も、微粒子が周期的であることによる特性を積極的に利用しているものではない。
特許第３０６９５７９号：この特許は、微小物をハンドリングするための双極子電極プローブに関するものである。
【００１４】
特開平６−２７９１９９号公報：この公報には、ミリメートルサイズの円形セルの内部に粒子径２００ｎｍ以下のナノメートル粒子の溶液を満たし、空気又は酸素等の制御雰囲気下において溶媒を蒸発させることにより、ナノメートル粒子を固体表面上に二次元的に結晶化する発明が記載されている。
特開平６−２７７５０１号公報：この公報には、微粒子の液状分散媒体を表面平坦基板上に供給して液体薄膜を形成し、液状分散媒体の液厚を蒸発等により制御して、微粒子を２次元で凝集させる発明が記載されている。
【００１５】
特開平６−２１０１５８号公報：この公報には、微粒子の液状分散媒体を基板上で溜めるためのセル構造体により液面のメニスカス形状を実現し、セル構造体を密閉性容器体フードで覆い、液の蒸発量を制御することにより、微粒子分散液体の液膜厚を制御し、微粒子の２次元凝集を形成する発明が記載されている。
特開平６−３３９６２５号公報：この公報には、担持用基板上に液体膜を配設した後、該液体膜上に粒子分散液を液体膜と混合することなく展開し、次いで、分散媒と液体膜とを蒸発させ、担持用基板上に粒子薄膜を形成する発明が記載されている。
【００１６】
特開平７−１１６５０２号公報：この公報には、基板を、微粒子の分散懸濁液と接触させ、雰囲気、基板及び懸濁液の三相接触線にあるメニスカス先端部を掃引展開して移動させ、微粒子の集積により微粒子膜を製造する発明が記載されている。そして、この際、メニスカス先端部の移動速度（Ｖｃ）、微粒子の体積分率及び液体蒸発速度（ｊｅ）をパラメーターとして微粒子薄膜の微粒子密度及び微粒子層数を制御している。
特開平８−１５５３７８号公報：この公報には、微粒子の体積分率φを、液媒体の蒸発速度、液媒体の粘性率等に依存する係数、平均粒子速度を平均液分子速度で割った数、既に生成されている微粒子膜と濡れ膜の表面から蒸発する単位時間当りの分子数、液媒体の有効体積、濡れ膜の膜厚、混合流体の粘性率、接触線の実効密度により算出される値よりも大きくすることによって、微粒子膜の品質を高める発明が記載されている。また、この公報には、基板の引き上げ速度を帰還制御することによって微粒子膜の品質を高めることも記載されている。
【００１７】
特開平７−１８５３１１号公報：この公報には、微粒子を含有している液体、又は反応により微粒子を形成する液体を高密度液体表面に一旦展開し、微粒子の原料となる液体の展開厚みを制御して微粒子を２次元凝集させ、凝集形成された２次元粒子薄膜を固体基板表面に接触させて転写固定することにより微粒子膜を形成する発明が記載されている。
特開平８−２３４４５０号公報：この公報には、サブミクロンの微粒子の単粒子膜や多粒子膜上にエネルギー線を直接作用させることにより、所定パターンに従い局所的に粒子の溶解度、融解度を変化させ、パターン化した単粒子膜や多粒子膜を形成する発明が記載されている。
【００１８】
特開平８−１５５３７９号公報：この公報には、固体２次基板の表面をエネルギー線照射により活性化又は疎水化処理して疎水面を生成する微粒子膜の形成方法の発明が記載されている。また、固体２次基板の表面に特異的結合リガンド膜を配設するか、又はチオール基を吸着させることによって変性蛋白質を生成させ、微粒子膜を転写付着させる微粒子膜の形成方法、若しくは、超微粒子にエネルギー線を照射して活性ラジカルを生成させて転写付着させる微粒子膜の形成方法の発明が記載されている。
【００１９】
以上述べた従来技術は、球形状で、かつ比重の軽い粒子でなる１粒子層を規則正しく凝集させて一様に並べることは可能である。また、従来難しいと言われていた比重の重い微粒子についても、本発明の発明者が先に発明した基板の凹凸を利用することによって微粒子を所望の領域に配列させることが可能となった。
しかしながら、これらの従来技術は、ただ一面に微粒子が配列するか又は所定の領域に微粒子が配置された微粒子膜を形成することはできるものの、微粒子による自在な構造物を構築することはできなかった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
微粒子又は微細な構造体の周期的な繰り返し構造により発現する物性を利用したものには、フォトニック結晶を始めとする光学部品、或いは、それを集積させた光集積回路などがある。
こうした周期構造体は大きく分けて次の二つの方法により作製される。
（１）微細加工技術を利用する方法。
（２）形態の揃った微粒子を凝集又は配置させて作る方法。
【００２１】
それぞれの方法の特徴を簡単に説明すると、（１）の微細加工技術を利用する方法は、デバイスプロセスとの融合性が良いという利点はあるものの、基本的に二次元加工であるため、三次元化が難しかったり、周期構造の周期を利用光の半分程度とする必要があるため、短波長光用のものを作製するにはかなり微細な加工技術が必要であるという欠点もある。しかし、上記利点から、現時点での光集積回路などへの応用はこの方法に限られている。
一方、（２）の形態の揃った微粒子を凝集又は配置させて作る方法は、微粒子の結晶体を作製することができるため、三次元化が容易であり、かつ高度な微細加工技術を必要としないなどの利点があるものの、製造にかなり時間がかかるし、デバイス化する際のパターニングなどの問題点も解決されていないため、光集積回路などに応用した例はない。
【００２２】
ところで、光記録ドライブをみると、現在、ＣＤ系及びＤＶＤ系が同一機に搭載されたコンボドライブが市場に出始めているが、ここでも、異なった波長の光を同一機で使用しており、その光学系を一体化できることのメリットは大きい。また、今後、光インターコネクションや光多重化の技術が進んで行った場合にも、こうした異なった波長を用いる光学部品が同一基板上に乗っている素材やデバイスが利用できるというメリットは大きい。更に、使用する光が一種類の場合でも、同一基板上に導波路と他の光学部品が集積された場合を考えると、微粒子の周期構造体を導波路として用いるか、スーパープリズムやスーパーレンズなどの光学的特性を用いるかによって微粒子構造体に要求される周期は異なってくるため、同一基板上に異なった周期構造を持つ微粒子構造体が必要になる。
【００２３】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、粒子径が均一なブラウン運動を生じうるコロイド粒子の大きさの微粒子からなる周期構造を有する微粒子構造体の製造方法、及び、その応用物品（光集積回路などの光学部品）の提供を目的とする。
更には、粒子径が均一なブラウン運動を生じうるコロイド粒子の大きさの金属酸化物微粒子からなる微粒子配列膜を利用した、周期構造及び自在な形状を有する微粒子構造体の製造方法の提供を目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は次の１）〜８）の発明（以下、本発明１〜８という）によって解決される。
１）  粒子径の均一なブラウン運動を生じうるコロイド粒子の大きさの微粒子を分散媒に分散させた微粒子分散液を、表面に凹形状パターンを有する基板上に塗布・展開し乾燥させることによって、前記凹形状パターン上に微粒子膜を形成する微粒子膜形成工程と、該微粒子膜を、微細物品を吸着し得る機能を有する吸着器具を用いて基板から剥がした後、複数の微粒子膜を積み重ねることにより微粒子構造体を形成する微粒子構造体形成工程とを含むことを特徴とする微粒子構造体の製造方法。
２）  前記基板上に形成される凹形状パターンが、第１の凹形状パターンと該第１の凹形状パターンの内面底部に形成される第２の凹形状パターンとからなり、前記微粒子膜形成工程は、第１の微粒子の分散液を前記基板に塗布・展開し乾燥させることによって、前記第２の凹形状パターンに前記第１の微粒子を配置する第１微粒子配置工程と、前記第１の微粒子よりも粒子径が小さい第２の微粒子の分散液を、前記第１の微粒子の分散液が塗布・展開されている基板上に塗布・展開し乾燥させることによって、前記第１の微粒子と第２の微粒子で構成される混合微粒子膜を形成する混合微粒子膜形成工程と、を含むことを特徴とする１）記載の微粒子構造体の製造方法。
３）  前記第２の凹形状パターンは、一定の周期で形成された凹形状部の集合からなることを特徴とする２）記載の微粒子構造体の製造方法。
４）  前記凹形状パターンが形成された基板上に、溶解除去可能なコーティング層をコーティングするコーティング工程と、前記微粒子構造体形成工程において、前記微粒子膜を基板から剥がす前処理として、溶剤により前記コーティング層を溶解除去するコーティング層除去工程とを含むことを特徴とする１）〜３）の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
５）  前記凹形状パターン上に形成された微粒子膜に対して電気パルスを印加する微粒子膜電気パルス印加工程を含むことを特徴とする１）〜４）の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
６）  前記微粒子構造体形成工程において積み重ねられた微粒子膜に対して電気パルスを印加する積層微粒子膜電気パルス印加工程を含むことを特徴とする１）〜５）の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
７）  前記凹形状パターン上に形成された微粒子膜、前記微粒子構造体形成工程において積み重ねられた微粒子膜の少なくとも一方を水素還元雰囲気に曝す水素還元工程を含むことを特徴とする１）〜６）の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
８）  前記微粒子が金属酸化物の微粒子である１）〜７）の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
【００２５】
以下、上記本発明について詳しく説明する。
本発明において、第一及び第二の微粒子構造体を構成する微粒子は、何れもその粒子径が均一でブラウン運動を生じうるコロイド粒子の大きさでなければならない。ここで、粒子径が均一であるとは、粒子径の分布が平均値から５％以内、好ましくは２％以内にあることを意味する。別の表現をすれば、標準的な粒子径に対するバラツキが５％以内、好ましくは２％以内であることを意味する。このような微粒子の例としては、近年進展の著しい粒子径分布が良好な金属酸化物の微粒子（金属酸化物単分散粒子）が挙げられる。
また、本発明に係る周期構造とは、多数の微粒子が規則的・周期的に配列している構造を意味している。こうした微粒子の周期構造には、空間群の性質に従い、通常の結晶系と同様に「六方最密充填構造」や「面心立方構造」などの種類がある。本発明に係る“異なる周期構造”とは、こうした結晶系が異なっているという意味と粒子径が異なっているために結晶の格子長が異なっているという二つの意味を含んでいる。このことは、後述する実施例においても示した。
【００２６】
本発明の微粒子構造体の製造方法では、先ず、表面に凹形状パターンを有する基板を利用して、二次元のパターン（二次元パターン）を有する微粒子（配列）膜を形成する。この微粒子膜の形成は、粒子径が均一な微粒子を含む分散液を基板上に塗布・展開し乾燥させることによって行う。
二次元パターンは、微粒子膜を三次元微粒子構造体の部品として用いるために形成するものである。即ち、微粒子膜をマイクロピンセットで基板から剥して持ち上げ、先に剥がした別の微粒子膜の上まで移動して積み重ねるという作業の繰り返しにより、三次元微粒子構造体を形成する。
【００２７】
上記三次元微粒子構造体の製造方法は、以下に挙げる利点を有する。
（１）必要な微細部品を積み重ねていくという方法であるため、マイクロマシンなどで行われているマシニング（削る）よりも材料を節約することができる。
（２）部品を積み重ねていくという方法を採ることにより、マシニングでは難しい形状でも容易に形成することができる。例えば、基板から上に行く程、せり出しているようなオーバーハングの形状も、部品を積み重ねる方法によれば、容易に形成することができる。
（３）微粒子同士の凝集力を利用する従来の微粒子膜形成法では、最密重点構造の微粒子構造体しか得られない。しかし、本発明の微粒子構造体の製造方法によれば、微粒子の位置を基板の凹凸により制御できるため、様々な周期構造について、制御することが可能になる。このことは、微粒子構造体を光学分野に用いる場合には大きな利点となる。更に、凹凸により微粒子の位置制御ができるため、異なる周期構造の微粒子膜を部品として作っておけば、異なった周期構造を持つ三次元微粒子構造体を同時に作ることが可能となる。
【００２８】
次に、図面を参照しつつ、上記微粒子構造体の製造方法に係る好適な実施の形態１〜６について説明する。
＜実施の形態１＞
まず、実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。実施の形態１では、ＴｉＯ２微粒子１０３を分散媒に分散させた分散液１０２を、表面に凹形状パターン１０１ａを有するガラス基板１０１上に塗布・展開し乾燥させて、凹形状パターン１０１ａ上にＴｉＯ２微粒子膜１０５を形成し、次に、ＴｉＯ２微粒子膜１０５を、マイクロピンセット１０４を用いてガラス基板１０１から剥がし、次いで、ＴｉＯ２微粒子膜１０５同士を積み重ねることにより三次元の微粒子構造体１０６を形成する。
【００２９】
即ち、先ず、ガラス基板１０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて凹形状パターン１０１ａを形成する。次いで、パターニングされたガラス基板１０１の表面に、粒子径が約８００ｎｍの球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液（水分散液である）１０２を塗布（滴下）・展開する〔図１（ａ）〕。
このとき、金属酸化物微粒子であるＴｉＯ２微粒子１０３は、比重が大きいために滴下・展開された後、比較的早い段階でガラス基板１０１の表面に沈降する。ここで、分散液１０２の液性を適当に調整することにより、ガラス基板１０１の表面でも、ＴｉＯ２微粒子１０３はブラウン運動を継続することができ、その結果、ＴｉＯ２微粒子１０３は凹形状パターン１０１ａの凹面に落ち込んでいく〔図１（ｂ）〕。
【００３０】
図１（ｂ）に示した分散液１０２及びガラス基板１０１を乾燥させることにより、凹形状パターン１０１ａの底面にＴｉＯ２微粒子膜１０５を形成する。
この場合、球形のＴｉＯ２微粒子を用いていることと、凹形状パターン１０１ａの底が平坦であることから、凹形状パターン１０１ａで得られるＴｉＯ２微粒子膜１０５は、分散液が乾燥していく際の微粒子の凝集効果によって最密充填構造をとる〔図１（ｃ）〕。
【００３１】
次に、以上述べた工程によって形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５を、マイクロピンセット１０４で吸着してガラス基板１０１から剥がす〔図１（ｄ）〕。
マイクロピンセット１０４で吸着したＴｉＯ２微粒子膜１０５を、他の凹形状パターン１０１ａで形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５の上に移動し、積み重ねる〔図１（ｅ）〕。
このＴｉＯ２微粒子膜１０５を積み重ねる工程を繰り返すことにより、三次元の微粒子構造体１０６が形成される。
なお、マイクロピンセット１０４とは、原子間力顕微鏡やトンネル顕微鏡などに用いられているマイクロプローブを微小物質のハンドリングに用いたものを指しているが、本発明の主旨ではないので、説明は省略する。
なお、実施の形態の説明ではマイクロピンセットを用いたが、本発明の微粒子膜のような微細物品を吸着し得る機能を有する吸着器具であれば、他のものを用いてもよい。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の工程を説明するための別の図である。図示したように、ガラス基板１０１は、微粒子構造体を構成するための部品を作成する複数種の凹形状パターン１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを備えている。そして、凹形状パターン１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄにおいては、各パターン形状に応じたＴｉＯ２微粒子膜１０５が形成されている〔図２（ａ）〕。
次に、ＴｉＯ２微粒子膜１０５を、それぞれマイクロピンセット１０４によって吸着し〔図２（ｂ）〕、微粒子構造体の三次元形状に合わせて積み重ねる〔図２（ｃ）〕。
【００３３】
以上述べた実施の形態１によれば、ＴｉＯ２微粒子膜１０５を積み重ねていくことによって微粒子構造体を形成するので、通常のマイクロマシンなどで行われているマシニング（削る）よりも材料を節約することができる。
また、マシニングでは難しい、例えば、基板から上に行く程、せり出しているようなオーバーハングの形状も、比較的容易に形成することができる。
【００３４】
＜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。
図３は、実施の形態２の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。なお、図示した構成のうち、先に説明した実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付して示し、説明を省略する。
実施の形態２では、ガラス基板３０１は、第１凹形状パターン３０１ａと、その内面底部に形成された第２凹形状パターン３０１ｂとからなるパターンを有している。この基板３０１に、ＴｉＯ２微粒子１０３を分散媒に分散させた分散液１０２を塗布・展開し乾燥させることにより、第２凹形状パターン３０１ｂにＴｉＯ２微粒子１０３を配置する。
次に、ＴｉＯ２微粒子１０３よりも粒子径が小さいＡｌ２Ｏ３微粒子３０２を分散媒に分散させた分散液３０３を、分散液１０２が塗布・展開されている基板３０１上に塗布・展開し乾燥させることによってＴｉＯ２微粒子１０３とＡｌ２Ｏ３微粒子３０２とから構成される微粒子膜３０４を形成する。
【００３５】
即ち、先ず、ガラス基板３０１に、フォトリソグラフィーの技術を用いて第１凹形状パターン３０１ａを形成し、次いで、フォトリソグラフィーの技術により第１凹形状パターン３０１ａの内面底部に、第２凹形状パターン３０１ｂを形成する。
第１凹形状パターン３０１ａは、最終の三次元微粒子構造体の部品形状として適切なパターン形状とする。
また、第２凹形状パターン３０１ｂは、一定の周期で形成された凹形状部分の集合から成るパターンであり、ＴｉＯ２微粒子１０３が着座する位置を制御するためのものなので、その凹部の径は、ＴｉＯ２微粒子１０３の粒子径とほぼ同じにする（実施の形態２では約８００ｎｍ）。
【００３６】
また実施の形態２では、ＴｉＯ２微粒子１０３が着座する位置を、第２凹形状パターン３０１ｂの凹部の形状により制御できる。このため、凹部の形状に繰り返し周期性を持たせることにより、ＴｉＯ２微粒子１０３の配置に最密充填以外の周期性を持たせることができる。
なお、実施の形態２では、同一の第１凹形状パターン３０１ａにおいて、凹部の形状の繰り返し周期は一種類とする。これは、同一の第１凹形状パターン３０１ａにおいて複数の周期を持つ凹形状が存在することにより粒子の配置に乱れが生じることを防ぐためである。
【００３７】
実施の形態２では、ガラス基板３０１の表面に、粒子径おおよそ８００ｎｍの球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液（水分散液である）１０２を滴下・展開する〔図３（ａ）〕。
このとき、分散液１０２の液性を適当に調整することによりガラス基板３０１の表面でも、ＴｉＯ２微粒子１０３はブラウン運動を継続することができる。
その結果、ＴｉＯ２微粒子１０３は、第２凹形状パターン３０１ｂの凹部分に落ち込み、凹形状の位置に着座する〔図３（ｂ）〕。
次いで、図３（ｂ）に示したガラス基板３０１及び分散液１０２を乾燥させることにより、第２凹形状パターン３０１ｂの凹形状部分にＴｉＯ２微粒子１０３が着座した状態が得られる〔図３（ｃ）〕。
この場合、凹形状によってＴｉＯ２微粒子１０３が着座する位置を規制するため、ＴｉＯ２微粒子１０３同士は最密充填構造を取っておらず、自立した膜にはなっていない（つまり、ＴｉＯ２微粒子１０３間には隙間がある）。
【００３８】
次に、ガラス基板３０１の表面に、粒子径おおよそ１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３０２の分散液３０３を滴下・展開する〔図３（ｄ）〕。
分散液３０３中のＡｌ２Ｏ３微粒子３０２は、沈降してＴｉＯ２微粒子１０３間の隙間を埋める〔図３（ｅ）〕。
図３（ｅ）に示した基板３０１及び分散液３０３を乾燥させた場合、ＴｉＯ２微粒子１０３の間にＡｌ２Ｏ３微粒子３０２が充填されているために微粒子間の凝集効果が得られ、ＴｉＯ２微粒子１０３とＡｌ２Ｏ３微粒子３０２とからなる微粒子膜３０４が得られる〔図３（ｆ）〕。
図３（ｆ）に示した状態を、拡大して図４に示す。
微粒子膜３０４は、マイクロピンセット１０４に吸着され、ガラス基板３０１から剥がされる〔図３（ｇ）〕。
マイクロピンセット１０４により吸着された微粒子膜３０４を他の凹形状部分で形成された微粒子膜３０４の上に移動して積み重ねる〔図３（ｈ）〕。
この微粒子膜３０４を積み重ねる工程を繰り返すことにより、三次元の微粒子構造体３０５が形成される。
【００３９】
以上述べた実施の形態２によれば、使用される微粒子のうち、より粒子径の大きい微粒子の位置を第２凹形状パターンによって制御できる。このため、最密重点構造以外に、様々な周期で微粒子が配置された微粒子膜を形成することができる。この点は、微粒子構造体を光学分野に用いる場合には、大きな利点となる。更に、異なる周期構造の微粒子膜を部品として作っておけば、周期構造が異なる三次元微粒子構造体を同時に作ることが可能となる。
【００４０】
＜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。
図５は、実施の形態３の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。なお、図示した構成のうち、先に説明した実施の形態１、２と同じ構成については同じ符号を付して示し、説明を省略する。
実施の形態３では、凹形状パターンの形成後、更にガラス基板に溶解除去可能なコーティング層をコーティングする。また、微粒子膜を基板から剥がす前処理としてコーティング層を溶剤により溶解除去する。
従って、前述した実施の形態２の微粒子構造体の製造方法に、コーティング層をコーティングする工程、コーティング層を溶解除去する工程を追加するものとして説明する。
【００４１】
即ち、先ず、ガラス基板３０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて第１凹形状パターン３０１ａを形成し、次に、フォトリソグラフィーの技術により第１凹形状パターン３０１ａの内面底部に第２凹形状パターン３０１ｂを形成する。次いで、第１凹形状パターン３０１ａ、第２凹形状パターン３０１ｂの表面にポリスチレン層５０１をコーティングする。
次に、ガラス基板３０１の表面に、粒子径おおよそ８００ｎｍの球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液（水分散液である）１０２を滴下・展開する〔図５（ａ）〕。このとき、分散液１０２の液性を適当に調整することにより、ガラス基板３０１の表面でも、ＴｉＯ２微粒子１０３はブラウン運動を継続することができる。
その結果、ＴｉＯ２微粒子１０３は、第２凹形状パターン３０１ｂの凹部分に落ち込み、凹形状の位置に着座する〔図５（ｂ）〕。
【００４２】
図５（ｂ）に示したガラス基板３０１及び分散液１０２を乾燥させることにより、第２凹形状パターン３０１ｂの凹形状部分にＴｉＯ２微粒子１０３が着座した状態が得られる〔図５（ｃ）〕。
この場合、凹形状によってＴｉＯ２微粒子１０３が着座する位置を規制するため、ＴｉＯ２微粒子１０３同士は最密充填構造を取っておらず、自立した膜にはなっていない（つまり、ＴｉＯ２微粒子１０３間には隙間がある）。
次に、ガラス基板３０１の表面に、粒子径おおよそ１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３０２の分散液３０３を滴下・展開する〔図５（ｄ）〕。
分散液３０３中のＡｌ２Ｏ３微粒子３０２は、沈降してＴｉＯ２微粒子１０３間の隙間を埋める〔図５（ｅ）〕。
図５（ｅ）に示した基板３０１及び分散液３０３を乾燥させた場合、ＴｉＯ２微粒子１０３の間にＡｌ２Ｏ３微粒子３０２が充填されているために微粒子間の凝集効果が得られ、ＴｉＯ２微粒子１０３とＡｌ２Ｏ３微粒子３０２とからなる微粒子膜３０４が得られる〔図５（ｆ）〕。
【００４３】
次に、微粒子膜３０４を基板から剥がし易くするため、トルエンによりガラス基板３０１表面のポリスチレン層５０１を除去する〔図５（ｇ）〕。
ポリスチレン層５０１を除去した後、微粒子膜３０４を、マイクロピンセット１０４で吸着し、ガラス基板３０１から剥がす〔図５（ｈ）〕。
マイクロピンセット１０４で吸着させた微粒子膜３０４を、他の凹形状部分で形成された微粒子膜３０４の上に移動して積み重ねる〔図５（ｉ）〕。
この微粒子膜３０４を積み重ねる工程を繰り返すことにより、三次元の微粒子構造体３０５が形成される。
【００４４】
以上述べた実施の形態３によれば、基板から微粒子膜を容易に剥がすことができ、基板からの剥離工程において微粒子膜の損傷を防ぐことができ、その結果、微粒子膜の品質を高め、ひいては微粒子構造体の品質を高めることができる。
【００４５】
＜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。
図６は、実施の形態４の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。なお、図示した構成のうち、先に説明した実施の形態１〜３と同じ構成については同じ符号を付して示し、説明を省略する。
実施の形態４では、更に、凹形状パターン上に形成された微粒子膜に対して電気パルスを印加する工程を含む。
【００４６】
即ち、先ず、ガラス基板１０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて凹形状パターン１０１ａを形成し、次いで、表面にポリスチレン層５０１をコーティングする。
次に、その上に、粒子径が約８００ｎｍの球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液（水分散液である）１０２を滴下・展開する〔図６（ａ）〕。
ＴｉＯ２微粒子１０３は、ガラス基板１０１の表面に沈降した後、ブラウン運動を継続し凹形状パターン１０１ａの凹部分に落ち込んでいく〔図６（ｂ）〕。図６（ｂ）に示した状態のガラス基板１０１、分散液１０２を乾燥させることにより、凹形状パターン１０１ａの凹部分にＴｉＯ２微粒子膜１０５が形成される〔図６（ｃ）〕。
【００４７】
次に、マイクロピンセット１０４のプローブを利用し、ＴｉＯ２微粒子膜１０５に電気パルスを印加する〔図６（ｄ）〕。
電気パルスの印加によってＴｉＯ２微粒子膜１０５の微粒子同士の結着力が高められる。
また、ＴｉＯ２微粒子膜１０５をガラス基板１０１から剥がし易くするため、トルエンにより基板表面のポリスチレン層５０１を除去する〔図６（ｅ）〕。
次いで、ＴｉＯ２微粒子膜１０５をマイクロピンセット１０４で吸着し、ガラス基板１０１から剥がす〔図６（ｆ）〕。
吸着されたＴｉＯ２微粒子膜１０５を、凹形状パターン１０１ａの凹部分で形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５上に移動して積み重ねる〔図６（ｇ）〕。
このＴｉＯ２微粒子膜１０５を積み重ねる工程を繰り返すことにより、三次元の微粒子構造体１０６が形成される。
【００４８】
以上述べた実施の形態４によれば、ＴｉＯ２微粒子膜１０５に電気パルスを印加することによって、ＴｉＯ２微粒子膜１０５を構成するＴｉＯ２微粒子１０３同士の結着力を高め、後工程での作業性を向上させることができる。
【００４９】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
図７は、実施の形態５の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。なお、図示した構成のうち、先に説明した実施の形態１〜４と同じ構成については同じ符号を付して示し、説明を省略する。
実施の形態５では、更に、積み重ねられた微粒子膜に対して電気パルスを印加する工程を含む。
【００５０】
即ち、先ず、ガラス基板１０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて凹形状パターン１０１ａを形成し、次いで、表面にポリスチレン層５０１をコーティングする。
次に、その上に、粒子径が約８００ｎｍの球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液（水分散液である）１０２を滴下・展開する〔図７（ａ）〕。
ＴｉＯ２微粒子１０３は、ガラス基板１０１の表面に沈降した後、ブラウン運動を継続し、凹形状パターン１０１ａの凹部分に落ち込んでいく〔図７（ｂ）〕。
図７（ｂ）に示した状態のガラス基板１０１、分散液１０２を乾燥させることにより、凹形状パターン１０１ａの凹部分にＴｉＯ２微粒子膜１０５が形成される〔図７（ｃ）〕。
【００５１】
次に、マイクロピンセット１０４のプローブを利用し、ＴｉＯ２微粒子膜１０５に電気パルスを印加する〔図７（ｄ）〕。
また、ＴｉＯ２微粒子膜１０５をガラス基板１０１から剥がし易くするため、トルエンにより基板表面のポリスチレン層５０１を除去する〔図７（ｅ）〕。
次いで、ＴｉＯ２微粒子膜１０５をマイクロピンセット１０４で吸着し、ガラス基板１０１から剥がす〔図７（ｆ）〕。
吸着されたＴｉＯ２微粒子膜１０５を、凹形状パターン１０１ａの凹部分で形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５上に移動して積み重ねる。
このＴｉＯ２微粒子膜１０５を積み重ねる工程を繰り返すことにより、三次元の微粒子構造体１０６が形成される。
【００５２】
更に、実施の形態５では、ＴｉＯ２微粒子膜１０５を積み重ねた後、マイクロピンセット１０４のプローブを利用して、微粒子構造体１０６に電気パルスを印加する〔図７（ｇ）〕。
電気パルスを印加することにより、微粒子膜間の結着力を強くし、微粒子構造体１０６を壊れ難くすることができる。
【００５３】
＜実施の形態６＞
次に、本発明の実施の形態６について説明する。
図８は、実施の形態６の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。なお、図示した構成のうち、先に説明した実施の形態１〜５と同じ構成については同じ符号を付して示し、説明を省略する。
実施の形態６では、更に、凹形状パターン上に形成された微粒子膜と積み重ねられた微粒子膜の少なくとも一方を水素還元雰囲気に曝す水素還元工程を含む。
【００５４】
即ち、ガラス基板８０１に形成された凹形状パターン８０１ａ上に金属酸化物微粒子としてα−Ｆｅ２Ｏ３微粒子を用いた三次元の微粒子構造体８０２を形成する〔図８（ａ）〕。
なお、微粒子構造体８０２の形成方法は、実施の形態１で述べた微粒子構造体１０６の形成方法と同様である。
次に、微粒子構造体８０２を、加熱ステージ８０４を備えたチャンバ８０３中に入れる。チャンバ８０３には水素還元雰囲気にするためＨ２が排気されながら導入されており、微粒子構造体８０２は、加熱ステージ８０４によって４００℃に加熱されながら水素還元雰囲気に曝される〔図８（ｂ）〕。
この処理により、α−Ｆｅ２Ｏ３微粒子は、水素還元されてＦｅ３Ｏ４微粒子へと転換される。従って、α−Ｆｅ２Ｏ３微粒子からなる微粒子構造体８０２は、Ｆｅ３Ｏ４微粒子からなる微粒子構造体８０５になる〔図８（ｃ）〕。
【００５５】
ところで、Ｆｅ３Ｏ４微粒子は、自発磁化を有しているので、直接配列させたり配置させたりすることは困難であるが、上記のように、α−Ｆｅ２Ｏ３微粒子の状態で三次元微粒子構造体を形成した後、Ｆｅ３Ｏ４微粒子へと転換すれば、簡易にＦｅ３Ｏ４微粒子の三次元微粒子構造体を得ることができる。
また、本発明は、実施の形態６のように、三次元微粒子構造体の状態にあるα−Ｆｅ２Ｏ３微粒子を水素還元する構成に限定されるものではなく、微粒子膜の状態にあるα−Ｆｅ２Ｏ３微粒子を水素還元してもよい。
更に、一般に金属の微粒子は活性が高く凝集し易い性質を持っているので、実施の形態６の三次元微粒子構造体の製造方法は、金属微粒子の構造体を形成する場合にも有効である。
【００５６】
なお、本発明で用いることができる微粒子は、以上述べた実施の形態１〜６で取り上げたＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、α−Ｆｅ２Ｏ３などに限られるものではない。
これらの材料と異なる材料の微粒子を用いる場合には、安定な分散液を形成することができ、基板表面で微粒子が動けるように液性の調整をすればよく、これは等電点などの原理に基づいて適宜決定することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００５８】
実施例１
第一及び第二の微粒子として球形のＳｉＯ２微粒子を使用し、第一の微粒子構造体を構成する微粒子の粒径を２９０ｎｍ、第二の微粒子構造体を構成する微粒子の粒径を３００ｎｍとした（図９参照）。
第一及び第二の微粒子構造体のどちらも、微粒子の凝集現象を利用して、最密充填となるように作製した。作製方法の概要は以下の通りである。
即ち、微粒子を水に分散させた微粒子分散液を基板上に展開し、液中で微粒子が規則的に配列するコロイド結晶を形成するまで静置する。次いで、液に塩酸を加え、ｐＨを下げることにより微粒子間の凝固を強くした後、液を乾燥させて微粒子構造体を得る。
ここで述べた微粒子構造体の作製方法は、微粒子の凝集現象を利用しているため、第一及び第二の微粒子構造体のどちらも、微粒子構造体の周期構造が使用した微粒子の粒径により決定されている。
第一の微粒子構造体のフォトニックバンドギャップの中心は６５０ｎｍ程度になり、第二の微粒子構造体のフォトニックバンドギャップの中心は７００ｎｍ程度になるので、このことを利用して、同一のガラス基板上に、第一の微粒子構造体からなる導波構造と、第二の微粒子構造体からなるフォトニック結晶によるスーパーコリメータを形成した（図１０参照）。
図１０では、図示し易くするために二次元の場合を示したが、前述のマイクロプローブにより微粒子配列膜を積み上げていく方法により、三次元で光部品を集積させていくこともできる。
以上のようにして、導波構造とスーパーコリメーターを有する波長６５０ｎｍの光用の光集積回路を形成できた。
【００５９】
実施例２
第一の微粒子構造体は、粒径２６５ｎｍの球形のＳｉＯ２微粒子を使用し、微粒子の間をＴｉＯ２微粒子により充填し、微粒子の周期構造は、格子間隔２９０ｎｍの面心立方構造とした。
この第一の微粒子構造体は、前述した基板への微細加工とマクロピンセットを用いることにより作製した。
第二の微粒子構造体は、粒径２６５ｎｍの球形のＴｉＯ２微粒子を使用し、周期構造は最蜜充填となるようにした。従って、第二の微粒子構造体の周期構造は、使用した微粒子の粒径により決定される。
第一及び第二の微粒子構造体は、同一の酸化膜付きシリコン基板上に形成した（図１１参照）。
第一の微粒子構造体のフォトニックバンドギャップの中心は６５０ｎｍ程度になり、第二の微粒子構造体のフォトニックバンドギャップの中心は６００ｎｍ程度になるので、このことを利用して、同一基板上に、第一の微粒子構造体からなる導波構造と第二の微粒子構造体からなるフォトニック結晶によるスーパープリズムを形成した（図１２参照）。
図１２では、図示し易くするため二次元の場合を示したが、三次元で構成することも可能である。
以上のようにして、導波構造とスーパープリズムを有する波長６５０ｎｍの光用の光集積回路を形成できた。
【００６３】
【発明の効果】
本発明１によれば、粒子径の均一なブラウン運動を生じうるコロイド粒子の大きさの微粒子を用いるため、粒子配列に規則性を持たせた良質な微粒子膜を得ることができ、ひいては微粒子膜によって構成される微粒子構造体の応用分野を光学などの分野に広げることができる。
また、微細部品となる微粒子膜を積み重ねることにより、三次元微粒子構造体を製造するための材料を節約し、マシニングで形成することが難しい形状の三次元微粒子構造体を比較的容易に製造できる。
また、微粒子配列膜を部品として使用することにより、自在な構造を持つ微粒子構造体を製造できる。
【００６４】
本発明２によれば、微粒子が着座する位置を第２の凹形状パターンにより制御して、第２の凹形状パターンに繰り返し周期性を持たせることにより、最密充填以外の周期性を持つ微粒子膜を微粒子構造体の部品として使用することができる。そのため、より多様な微粒子構造体を製造できる。
本発明３によれば、第１凹形状パターン内に形成されている第２凹形状パターンが、一定の周期で形成された凹形状部の集合から成るため、粒子膜の周期性の品質を良好にし、ひいては、微粒子膜によって構成される微粒子構造体の品質を高めることができる。
【００６５】
本発明４によれば、基板の表面にコーティング層を成膜すると共に微粒子膜を剥離する前にコーティング層を溶解除去することにより、マイクロピンセット（プローブ）により微粒子膜を基板から剥がす工程を容易にすることができる。
従って、微粒子膜を基板から剥離する際の微粒子膜の損傷を防止し、ひいては微粒子膜によって構成される微粒子構造体の品質を高めることができる。
本発明５によれば、微粒子膜に電気パルスを印加することにより、微粒子膜中の微粒子同士の結着力を強くできるため、後に行われる微粒子膜のマイクロピンセット（プローブ）によるハンドリングが容易になり、微粒子膜の損傷を防止できる。このため、微粒子膜によって構成される微粒子構造体の品質を高めることができる。
【００６６】
本発明６によれば、積み重ねられた微粒子膜に電気パルスを印加することにより、粒子膜間の結着力を強くすることができる。
従って、微粒子膜によって構成される微粒子構造体を強固にし、微粒子構造体の品質を高めることができる。
本発明７によれば、微粒子膜、又は微粒子膜によって構成された微粒子構造体を水素還元雰囲気に曝すことにより、例えば磁性粒子や金属粒子といった活性が高く凝集し易い材料からなる微粒子を使った場合にも比較的簡易に微粒子構造体を製造することができる。
本発明８によれば、金属酸化物の特性を生かした微粒子構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。
（ａ）  ガラス基板１０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて凹形状パターン１０１ａを形成し、次いで、その表面に、球状のＴｉＯ２微粒子
１０３の分散液１０２を塗布（滴下）・展開する工程を示す。
（ｂ）  ＴｉＯ２微粒子１０３が凹形状パターン１０１ａの凹面に落ち込んだ
状態を示す。
（ｃ）  図１（ｂ）に示した分散液１０２及びガラス基板１０１を乾燥させることにより、凹形状パターン１０１ａの底面にＴｉＯ２微粒子膜１０
５を形成する工程を示す。
（ｄ）  ＴｉＯ２微粒子膜１０５を、マイクロピンセット１０４で吸着してガ
ラス基板１０１から剥がす工程を示す。
（ｅ）  マイクロピンセット１０４で吸着したＴｉＯ２微粒子膜１０５を、
他の凹形状パターン１０１ａで形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５の
上に移動し、積み重ねる工程を示す。
【図２】図１に示した微粒子構造体の製造方法を説明するための別の図である。
（ａ）  ガラス基板１０１が、微粒子構造体を構成するための部品を作成する
複数種の凹形状パターン１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを備えてお
り、該凹形状パターンにおいては、各パターン形状に応じたＴｉＯ２微粒子膜１０５が形成されている状態を示す。
（ｂ）  ＴｉＯ２微粒子膜１０５を、それぞれマイクロピンセット１０４によ
って吸着する工程を示す。
（ｃ）  微粒子構造体の三次元形状に合わせて積み重ねる工程を示す。
【図３】実施の形態２の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。
（ａ）  ガラス基板３０１の表面に、球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液
１０２を滴下・展開する工程を示す。
（ｂ）  ＴｉＯ２微粒子１０３が、第２凹形状パターン３０１ｂの凹部分に落ち込み、凹形状の位置に着座する工程を示す。
（ｃ）  （ｂ）に示したガラス基板３０１及び分散液１０２を乾燥させることにより、第２凹形状パターン３０１ｂの凹形状部分にＴｉＯ２微粒子
１０３が着座した状態を示す。
（ｄ）  ガラス基板３０１の表面に、Ａｌ２Ｏ３微粒子３０２の分散液３０３
を滴下・展開する工程を示す。
（ｅ）  分散液３０３中のＡｌ２Ｏ３微粒子３０２が、沈降してＴｉＯ２微粒
子１０３間の隙間を埋める工程を示す。
（ｆ）  （ｅ）に示した基板３０１及び分散液３０３を乾燥させ、ＴｉＯ２微粒子１０３とＡｌ２Ｏ３微粒子３０２とからなる微粒子膜３０４を得
る工程を示す。
（ｇ）  微粒子膜３０４をマイクロピンセット１０４に吸着させ、ガラス基板
３０１から剥がす工程を示す。
（ｈ）  マイクロピンセット１０４により吸着された微粒子膜３０４を、他の
凹形状部分で形成された微粒子膜３０４の上に移動して積み重ねる
工程を示す。
【図４】図３（ｆ）を拡大して示す図である。
【図５】実施の形態３の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。
（ａ）  ガラス基板３０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて第１凹形状パターン３０１ａと第２凹形状パターン３０１ｂを形成した後、その
表面にポリスチレン層５０１をコーティングし、次いで、その表面
に、球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液１０２を滴下・展開する
工程を示す。
（ｂ）  ＴｉＯ２微粒子１０３が、第２凹形状パターン３０１ｂの凹部分に落
ち込み、凹形状の位置に着座する工程を示す。
（ｃ）  （ｂ）に示したガラス基板３０１及び分散液１０２を乾燥させることにより、第２凹形状パターン３０１ｂの凹形状部分にＴｉＯ２微粒子１０３が着座した状態を示す。
（ｄ）  ガラス基板３０１の表面に、Ａｌ２Ｏ３微粒子３０２の分散液３０３
を滴下・展開する工程を示す。
（ｅ）  分散液３０３中のＡｌ２Ｏ３微粒子３０２が、沈降してＴｉＯ２微粒
子１０３間の隙間を埋める工程を示す。
（ｆ）  （ｅ）に示した基板３０１及び分散液３０３を乾燥させ、ＴｉＯ２微粒子１０３とＡｌ２Ｏ３微粒子３０２とからなる微粒子膜３０４を得
る工程を示す。
（ｇ）  ガラス基板３０１表面のポリスチレン層５０１を除去する工程を示
す。
（ｈ）  微粒子膜３０４を、マイクロピンセット１０４で吸着し、ガラス基板
３０１から剥がす工程を示す。
（ｉ）  マイクロピンセット１０４で吸着させた微粒子膜３０４を、他の凹形状部分で形成された微粒子膜３０４の上に移動して積み重ねる工程を
示す。
【図６】実施の形態４の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。
（ａ）  ガラス基板１０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて凹形状パターン１０１ａを形成した後、表面にポリスチレン層５０１をコーティ
ングし、次いで、その上に、球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液
１０２を滴下・展開する工程を示す。
（ｂ）  ＴｉＯ２微粒子１０３が、ガラス基板１０１の表面に沈降した後、
凹形状パターン１０１ａの凹部分に落ち込んでいく工程を示す。
（ｃ）  （ｂ）に示した状態のガラス基板１０１、分散液１０２を乾燥させ、凹形状パターン１０１ａの凹部分にＴｉＯ２微粒子膜１０５を形成す
る工程を示す。
（ｄ）  マイクロピンセット１０４のプローブを利用し、ＴｉＯ２微粒子膜
１０５に電気パルスを印加する工程を示す。
（ｅ）  基板表面のポリスチレン層５０１を除去する工程を示す。
（ｆ）  ＴｉＯ２微粒子膜１０５をマイクロピンセット１０４で吸着し、ガラ
ス基板１０１から剥がす工程を示す。
（ｇ）  吸着されたＴｉＯ２微粒子膜１０５を、凹形状パターン１０１ａの凹部分で形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５上に移動して積み重ねる工
程を示す。
【図７】実施の形態５の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。
（ａ）  ガラス基板１０１にフォトリソグラフィーの技術を用いて凹形状パターン１０１ａを形成した後、表面にポリスチレン層５０１をコーティ
ングし、次いで、その上に、球状のＴｉＯ２微粒子１０３の分散液
１０２を滴下・展開する工程を示す。
（ｂ）  ＴｉＯ２微粒子１０３が、ガラス基板１０１の表面に沈降した後、
凹形状パターン１０１ａの凹部分に落ち込んでいく工程を示す。
（ｃ）  （ｂ）に示した状態のガラス基板１０１、分散液１０２を乾燥させ、凹形状パターン１０１ａの凹部分にＴｉＯ２微粒子膜１０５を形成す
る工程を示す。
（ｄ）  マイクロピンセット１０４のプローブを利用し、ＴｉＯ２微粒子膜
１０５に電気パルスを印加する工程を示す。
（ｅ）  基板表面のポリスチレン層５０１を除去する工程を示す。
（ｆ）  ＴｉＯ２微粒子膜１０５をマイクロピンセット１０４で吸着し、ガラ
ス基板１０１から剥がす工程を示す。
（ｇ）  吸着されたＴｉＯ２微粒子膜１０５を、凹形状パターン１０１ａの
凹部分で形成されたＴｉＯ２微粒子膜１０５上に移動して積み重ね
た後、マイクロピンセット１０４のプローブを利用して、微粒子構
造体１０６に電気パルスを印加する工程を示す。
【図８】実施の形態６の微粒子構造体の製造方法を説明するための図である。
（ａ）  ガラス基板８０１に形成された凹形状パターン８０１ａ上にα−Ｆｅ２Ｏ３微粒子を用いた三次元の微粒子構造体８０２を形成する工程を示す。
（ｂ）  微粒子構造体８０２を、加熱ステージ８０４を備えたチャンバ８０３
中に入れ、水素還元雰囲気に曝す工程を示す。
（ｃ）  Ｆｅ３Ｏ４微粒子からなる微粒子構造体８０５を示す。
【図９】実施例１に係る第一及び第二の微粒子構造体の説明図。
【図１０】実施例１に係る光集積回路の説明図。
【図１１】実施例２に係る第一及び第二の微粒子構造体の説明図。
【図１２】実施例２に係る光集積回路の説明図。
【符号の説明】
１０１  ガラス基板
１０１ａ  凹形状パターン
１０１ｂ  凹形状パターン
１０１ｃ  凹形状パターン
１０１ｄ  凹形状パターン
１０２  分散液
１０３  ＴｉＯ２微粒子
１０４  マイクロピンセット
１０５  ＴｉＯ２微粒子膜
１０６  微粒子構造体
３０１  ガラス基板
３０１ａ  第１凹形状パターン
３０１ｂ  第２凹形状パターン
３０２  Ａｌ２Ｏ３微粒子
３０３  分散液
３０４  微粒子膜（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）
３０５  微粒子構造体
５０１  ポリスチレン層
８０１  ガラス基板
８０１ａ  凹形状パターン
８０２  微粒子構造体
８０３  チャンバ
８０４  加熱ステージ
８０５  微粒子構造体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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