JP2003149401A - Particulate structure and its manufacturing method - Google Patents

Particulate structure and its manufacturing method

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JP2003149401A JP2001400534A JP2001400534A JP2003149401A JP 2003149401 A JP2003149401 A JP 2003149401A JP 2001400534 A JP2001400534 A JP 2001400534A JP 2001400534 A JP2001400534 A JP 2001400534A JP 2003149401 A JP2003149401 A JP 2003149401A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide particulate structures having respectively different periodical structures and formed on the same substrate and a method for manufacturing these particulate structures. SOLUTION: First and second particulate structures are formed on the same substrate, the 1st particulate structure has uniform particulate size and periodical structure of particulate arrangement positions and the 2nd particulate structure has uniform particulate size and periodical structure different from that of the 1st particulate structure. The 1st and 2nd particulate structures are respectively patterned as optional shapes. The particulate structure manufacturing method includes a process for applying and developing a dispersion solution of particulate having the uniform particulate size to the surface of the substrate having a recessed pattern on its surface and drying the developed solution to form a particulate film and a process for peeling the particulate film by using an adsorbing tool having a function capable of adsorbing fine particles and laminating respective particulate films to form the particulate structure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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)微粒子構造体並びにその製造方法に関するも
のである。また、本発明の微粒子構造体は、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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fine particle structure (fine particle array film) in which fine particles are two-dimensionally and regularly arranged on a substrate, and fine particles are three-dimensionally arranged on a substrate (third order). Originally, the present invention relates to a fine particle structure and a manufacturing method thereof. Further, the fine particle structure of the present invention can be applied to all fields in which the effect of the structure in which the fine particles are periodically arranged is utilized, and for example, it is unique in that the structure in which the fine particles are periodically arranged is adopted. It can be used for optical parts, optical integrated circuits, etc. obtained by processing the structure into a desired shape by utilizing the optical characteristics. The structure in which the fine particles are periodically arranged as described herein also includes so-called photonic crystals.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art At present, a structure (fine particle array structure) manufactured by regularly arranging fine particles is used in various fields. For example, in the field of optical information recording media, a fine particle array structure is used as an information recording material. Also,
In the field of optical integrated circuits, optical fine particles are used to form a two-dimensional circuit pattern. Further, in the electronic integrated circuit, a small-scale electronic circuit arranges the fine particles formed on the surface and inside of the fine particles, thereby exhibiting a larger scale and a higher function. Further, a fine catalytic reactor formed by arranging fine particle catalysts two-dimensionally is also known.

【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278348
7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282
8374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。
The following is a conventional technique relating to the fine particle array structure. Patent No. 278348
No. 7: This is a method in which a solution of nanometer particles having a particle diameter of 200 nm or less is filled inside a millimeter-sized circular cell, and the solvent is evaporated under a controlled atmosphere such as air or oxygen to make the nanometer particles a solid surface. Above is a patent for a method of two-dimensional crystallization. Patent No. 282
No. 8374: This relates to a method of two-dimensionally aggregating fine particles by supplying a liquid dispersion medium of fine particles onto a flat surface substrate to form a liquid thin film and controlling the liquid thickness of the liquid dispersion medium by evaporation or the like. It is a patent.

【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。
Japanese Patent No. 2828375: This realizes a meniscus shape on the liquid surface from a cell structure 2 for accumulating a liquid dispersion medium of fine particles on a substrate, and covering the cell structure with a hermetically sealed container hood, This is a patent for a two-dimensional agglomeration forming apparatus for fine particles, which controls the liquid film thickness of a fine particle-dispersed liquid by controlling the evaporation amount of the liquid to form two-dimensional agglomeration of fine particles. Patent No. 2828384: This is a method in which a liquid film 2 is disposed on a supporting substrate, and then a particle dispersion liquid 1 is spread on the liquid film 2 without being mixed with the liquid film 2 to obtain a dispersion medium and a liquid film 2. It is a patent regarding a method for forming a particle thin film on the supporting substrate 3 by evaporating and.

【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。
Japanese Patent No. 2828386: This involves contacting a substrate with a dispersion suspension of fine particles, moving and sweeping the atmosphere, the meniscus tip at the three-phase contact line of the substrate and the suspension, and moving it. The present invention relates to a method for controlling the particle density and the number of particle layers of a particle thin film by using the moving speed (Vc) of the meniscus tip portion, the particle volume fraction, and the liquid evaporation rate (je) as parameters in manufacturing a particle film by the accumulation of particles. It is a patent. Patent No. 2834416
No .: This is a coefficient in which the volume fraction φ of the fine particles depends on the evaporation rate of the liquid medium, the viscosity coefficient of the liquid medium, etc., the average particle velocity divided by the average liquid molecular velocity, the fine particle film already formed. And the number of molecules per unit time that evaporate from the surface of the wetting film, the effective volume of the liquid medium, the film thickness of the wetting film, the viscosity of the mixed fluid, a method of making it larger than the value calculated by the effective density of the contact line, and This is a patent on a method of feedback controlling the pulling rate of a substrate.

【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。
Japanese Patent No. 2885587: This is a liquid containing fine particles or a liquid which forms fine particles by a reaction is once spread on the surface of a high density liquid to control the spread thickness of the liquid as a raw material for the fine particles. Is a patent for a method for forming a fine particle film by two-dimensionally aggregating fine particles and contacting and fixing the agglomerated two-dimensional particle thin film on the surface of a solid substrate. Patent No. 2912562: This is patterned by directly changing the solubility and the melting degree of particles according to a predetermined pattern by directly acting an energy ray on a single-particle film or a multi-particle film of submicron fine particles. This is a patent for a method for obtaining a single particle film or a multi-particle film.

【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8−22
9474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。
Patent No. 2915812: This is a solid 2
A method of forming a fine particle film that forms a hydrophobic surface by activating or hydrophobizing the surface of the next substrate by irradiating with energy rays, or disposing a specific binding ligand film on the surface of the solid secondary substrate, Alternatively, a method of forming a fine particle film in which a denatured protein is generated by adsorbing a thiol group to transfer and attach the fine particle film, or a method of forming a fine particle film in which ultrafine particles are irradiated with energy rays to generate active radicals to transfer and adhere Is a patent on JP-A-8-22
No. 9474: In this publication, an LB film or an interface film made of a polymer is used as a binder layer to form a particle thin film in the formation of a single particle film or a multi-particle film of fine particles having a particle size of nanometer order by advection integration. The invention of a method of forming a particle film by controlling the formation and fixing it on a transfer substrate is described.

【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。
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-92617: In this publication, the potential energy for charged particles in an electrolyte liquid film is secondarily minimized by controlling ionic strength to form a nanoscale secondary thin film, on which a nanoscale secondary thin film is formed. The invention of a method of confining and accumulating scale particles is described.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-123886: In this publication, fine particles are selectively arranged in a plane by utilizing a trapping force of a laser beam, and then an in-plane pattern arrangement of the fine particles is frozen or an ultraviolet curable resin is used. The invention of a method for controlling the arrangement of fine particles to be fixed by means of is described.

【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。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 6-212409: In this publication, a structure in which a fine particle is used as a raw material is to irradiate a position where a fine particle is to be grown with an electron beam and to charge the part to attract the fine particle from the surroundings. The invention of a method of making a body is described. The fine particles used as the raw material include
Assuming carbon particles. Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-82939: This publication describes an invention of a fine structure element in which fine particles are arranged in concave portions of a substrate and a manufacturing method thereof. As a method of depositing fine particles, we describe a method of exciting the surface selectively by applying energy to a target position on the substrate surface with heat, light, ultrasonic waves, particle beams, microprobes, etc. to selectively deposit fine particles. ing. The problem to be solved by the present invention is to form an element having uniform characteristics in a finer region than that of a conventional fine processing technique, and regarding the combination of functions exhibited by the periodic structure of particles, , Neither described nor suggested.

【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。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-102243: This publication describes an invention of an ultrafine structure in which ultrafine particles are arranged. Ultrafine particles are formed by irradiating a target with a high-energy beam. As can be seen from the manufacturing method, the present invention does not describe or suggest the effect of the fine particles having a periodic structure. Japanese Patent Laid-Open No. 10-173181: This publication describes an invention of an electronic device using a three-dimensional quantum dot array using fine particles. Specifically, a memory element is assumed as the electronic element. In the present invention, it can be said that the characteristics of the periodic structure of the fine particles are utilized in the three-dimensional quantum dot array, but no description or suggestion is made on the point of utilizing those having different periodic structures at the same time.

【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285947
7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。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-189601: This publication describes an invention of a method for producing a fine structure using fine particles as a mask. Although the present invention utilizes the feature of having a hexagonal close-packed structure when arranging the fine particles to be a mask, it does not positively utilize the characteristics due to the periodicity of the fine particles. Patent No. 285947
No. 7: This patent relates to a method of regularly arranging ultrafine particles, in which a quartz substrate is immersed in a bicarbonate buffer mixed with photoreactive biotin, and then light is selectively passed through the substrate through a photomask. Irradiation to form a biotin binding region on the light-irradiated portion of the substrate, and at the same time, prepare colloid avidin in which ultrafine particles are bound to avidin, and dip the substrate in a phosphate buffer containing this colloid avidin. By doing so, the ultrafine particles are bound to biotin via avidin to arrange the ultrafine particles. This invention also does not positively utilize the characteristics due to the periodicity of the fine particles.

【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265342
4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。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-167387: This publication describes an invention of a method of precisely arranging minute particles one by one on a substrate.
A charged spot is formed by a focused ion beam or the like, and a minute object is attracted and attached to that position.
This invention also does not positively utilize the characteristics due to the periodicity of the fine particles. Patent No. 265342
No. 4: This patent relates to a method for manufacturing a micro component / micro structure by manipulating, bonding, and processing a metal micro object with a microprobe.

【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。
Japanese Patent No. 2967198: This patent relates to a three-dimensional precise arraying method of minute objects, in which minute objects are arrayed by facing electrodes, and protrusions are formed on the surface of one of the electrodes. The structure is such that the electric field is concentrated, and the space between the opposed electrodes is filled with a solution in which microscopic particles or fibrous substances are dispersed in a solvent, and an electric field is applied to the chain, which consists of microscopic particles on the protrusions. It is to grow the shape. This invention also does not positively utilize the characteristics due to the periodicity of the fine particles. Patent No. 3069579: This patent relates to a dipole electrode probe for handling microscopic objects.

【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2
00nm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6−2775
01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。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-279199: In this publication, a particle size of 2 is provided inside a millimeter-sized circular cell.
The invention describes that nanometer particles are two-dimensionally crystallized on a solid surface by filling a solution of nanometer particles of 00 nm or less and evaporating a solvent under a controlled atmosphere such as air or oxygen. JP-A-6-2775
No. 01 gazette: In this gazette, a liquid dispersion medium of fine particles is supplied onto a flat surface substrate to form a liquid thin film, and the liquid thickness of the liquid dispersion medium is controlled by evaporation or the like to agglomerate the fine particles two-dimensionally. The invention is described.

【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。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-210158: In this publication, a meniscus shape of the liquid surface is realized by a cell structure for accumulating a liquid dispersion medium of fine particles on a substrate, and the cell structure is a hermetic container hood. The invention describes that the liquid film thickness of the fine particle-dispersed liquid is controlled by forming a two-dimensional agglomeration of fine particles by controlling the liquid evaporation amount of the liquid by controlling the liquid evaporation amount of the fine particles. Japanese Patent Laid-Open No. 6-339625: In this publication, a liquid film is provided on a supporting substrate, a particle dispersion liquid is developed on the liquid film without mixing with the liquid film, and then a dispersion medium is formed. An invention is described in which a liquid film is evaporated to form a particle thin film on a supporting substrate.

【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。
Japanese Patent Laid-Open No. 7-116502: In this publication, a substrate is brought into contact with a dispersion suspension of fine particles, and the tip of the meniscus at the three-phase contact line between the atmosphere and the substrate is swept developed. The invention has been described in which a fine particle film is produced by moving the particles and accumulating them. And at this time,
The particle density and the number of particle layers of the particle thin film are controlled by using the moving speed (Vc) of the tip portion of the meniscus, the volume fraction of the particles and the liquid evaporation rate (je) as parameters. Japanese Patent Laid-Open No. 8-155378: In this publication, the volume fraction φ of fine particles is a coefficient that depends on the evaporation rate of the liquid medium, the viscosity of the liquid medium, etc., and the average particle velocity divided by the average liquid molecular velocity. Calculated from the number of molecules per unit time that evaporates from the surface of the fine particle film and the wet film that have already been generated, the effective volume of the liquid medium, the film thickness of the wet film, the viscosity of the mixed fluid, and the effective density of the contact line. An invention is described in which the quality of the fine particle film is improved by increasing the value larger than the value. This publication also describes that the quality of the fine particle film is improved by feedback-controlling the pulling rate of the substrate.

【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。
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-185311: In this publication, a liquid containing fine particles or a liquid forming fine particles by a reaction is once spread on the surface of a high density liquid, and a liquid as a raw material for the fine particles is spread. An invention is described in which a fine particle film is formed by two-dimensionally agglomerating fine particles while controlling the thickness, and bringing the agglomerated two-dimensional particle thin film into contact with the surface of a solid substrate to transfer and fix it. JP-A-8-234450
Publication: In this publication, by directly acting an energy ray on a single-particle film or a multi-particle film of submicron fine particles, the solubility and the melting degree of particles are locally changed according to a predetermined pattern, and patterned. The invention of forming a mono-particle film or a multi-particle film is described.

【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。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-155379: This publication describes an invention of a method for forming a fine particle film in which the surface of a solid secondary substrate is activated or hydrophobized by irradiation with energy rays to form a hydrophobic surface. ing. In addition, a denatured protein is produced by disposing a specific binding ligand film on the surface of the solid secondary substrate or by adsorbing a thiol group,
The invention of a method for forming a fine particle film in which a fine particle film is transferred and attached or a method for forming a fine particle film in which ultrafine particles are irradiated with an energy ray to generate active radicals and transferred and adhered is described.

【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。
According to the conventional technique described above, it is possible to regularly agglomerate one particle layer made of particles having a spherical shape and a low specific gravity so as to be uniformly arranged. Further, even with respect to fine particles having a high specific gravity, which has been conventionally said to be difficult, the inventor of the present invention has made it possible to arrange the fine particles in a desired region by utilizing the unevenness of the substrate previously invented. However, although these conventional techniques can form a fine particle film in which fine particles are arranged on one surface or fine particles are arranged in a predetermined region, they cannot construct a flexible structure of fine particles. .

【0020】[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。
Optical components such as photonic crystals are used in the ones utilizing the physical properties exhibited by the periodic repeating structure of fine particles or fine structures.
Alternatively, there is an optical integrated circuit in which it is integrated. Such a periodic structure is roughly classified and produced by the following two methods. (1) A method using a fine processing technique. (2) A method in which fine particles having a uniform shape are aggregated or arranged.

【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。
The features of each method will be briefly described. The method (1) utilizing the fine processing technique is basically two-dimensional processing, although it has an advantage of good integration with the device process. However, it is difficult to form a three-dimensional structure, and the period of the periodic structure needs to be about half of that of the light used. Therefore, there is a drawback that a very fine processing technique is required to manufacture a light for short wavelength light. However, due to the above advantages, application to optical integrated circuits and the like at present is limited to this method. On the other hand, the method (2) in which fine particles having a uniform morphology are aggregated or arranged allows a crystal body of fine particles to be produced, so that three-dimensionalization is easy and sophisticated fine processing technology is required. Although it has the advantage of not doing so, it takes a long time to manufacture, and problems such as patterning when making it into a device have not been solved,
There is no example applied to optical integrated circuits.

【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。
Looking at the optical recording drive, a combo drive in which a CD system and a DVD system are mounted on the same machine is beginning to appear on the market, and even here, light of different wavelengths is used by the same machine. Therefore, the advantage of being able to integrate the optical system is great. Further, even if optical interconnection and optical multiplexing techniques are advanced in the future, there is a great advantage that materials and devices in which optical components using different wavelengths are mounted on the same substrate can be used. Furthermore, even if only one type of light is used,
Considering the case where a waveguide and other optical components are integrated on the same substrate, a fine particle structure is selected depending on whether a periodic structure of fine particles is used as a waveguide or optical characteristics such as a super prism and a super lens are used. Since the required period is different, fine particle structures having different periodic structures are required on the same substrate.

【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、粒子径が均一な微粒子からなる
周期構造を有する微粒子構造体とその製造方法、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提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and is a fine particle structure having a periodic structure composed of fine particles having a uniform particle diameter, a method for producing the same, and
It is intended to provide the applied article (optical component such as an optical integrated circuit). Further, another object of the present invention is to provide a fine particle structure having a periodic structure and a free shape, which utilizes a fine particle array film made of metal oxide fine particles having a uniform particle diameter.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記課題は、次の1)〜
16)の発明(以下、本発明1〜16という)によって
解決される。 1) 粒子径の均一な微粒子からなり、互いに異なる周
期構造を有すると共に任意の形状にパターニングされて
いる、第一の微粒子構造体と第二の微粒子構造体とが同
一基板上に形成されていることを特徴とする微粒子構造
体。 2) 第一及び第二の微粒子構造体が、球形の微粒子で
構成されていることを特徴とする1)記載の微粒子構造
体。 3) 第一及び第二の微粒子構造体が、同一組成の微粒
子で構成されていることを特徴とする1)又は2)記載
の微粒子構造体。 4) 第一及び第二の微粒子構造体が、互いに異なる組
成の微粒子で構成されていることを特徴とする1)又は
2)記載の微粒子構造体。 5) 第一及び第二の微粒子構造体が、互いに異なる粒
径の微粒子で構成されていることを特徴とする1)〜
4)の何れかに記載の微粒子構造体。 6) 第一及び/又は第二の微粒子構造体を構成する微
粒子間が、該微粒子とは異なる材料からなる物質により
充填されていることを特徴とする1)〜5)の何れかに
記載の微粒子構造体。 7) 第一及び第二の微粒子構造体を構成する微粒子並
びに基板の材料が、何れも金属酸化物であることを特徴
とする請求項1〜6の何れかに記載の微粒子構造体。 8) 請求項1〜7の何れかに記載の微粒子構造体を用
い、第一及び第二の微粒子構造体の形状パターニングに
より光回路が構築されていることを特徴とする光集積回
路。 9) 粒子径の均一な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。 10) 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9)記載の微粒子構造体の製造
方法。 11) 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1
0)記載の微粒子構造体の製造方法。 12) 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9)〜11)の何れかに
記載の微粒子構造体の製造方法。 13) 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9)〜12)の何れかに記載
の微粒子構造体の製造方法。 14) 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9)〜1
3)の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。 15) 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9)〜14)の何れかに記
載の微粒子構造体の製造方法。 16) 前記微粒子が金属酸化物の微粒子である9)〜
15)の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
[Means for Solving the Problems] The above problems are solved in the following 1) to
It is solved by the invention of 16) (hereinafter referred to as the inventions 1 to 16). 1) A first fine particle structure and a second fine particle structure, which are composed of fine particles having a uniform particle diameter and have different periodic structures and are patterned in an arbitrary shape, are formed on the same substrate. A fine particle structure characterized by the above. 2) The fine particle structure according to 1), wherein the first and second fine particle structures are composed of spherical fine particles. 3) The fine particle structure according to 1) or 2), wherein the first and second fine particle structures are composed of fine particles having the same composition. 4) The fine particle structure according to 1) or 2), wherein the first and second fine particle structures are composed of fine particles having different compositions. 5) The first and second fine particle structures are composed of fine particles having different particle sizes from each other 1) to
The fine particle structure according to any one of 4). 6) The space between the fine particles forming the first and / or the second fine particle structure is filled with a substance made of a material different from the fine particles, according to any one of 1) to 5). Fine particle structure. 7) The fine particles constituting the first and second fine particle structures and the material of the substrate are both metal oxides, and the fine particle structure according to any one of claims 1 to 6. 8) An optical integrated circuit comprising the fine particle structure according to any one of claims 1 to 7, wherein an optical circuit is constructed by patterning the shapes of the first and second fine particle structures. 9) A fine particle film is formed on the concave pattern by applying and spreading a fine particle dispersion liquid in which fine particles having a uniform particle size are dispersed in a dispersion medium on a substrate having a concave pattern on the surface and drying. Fine particle film forming step, and fine particle structure forming step of forming a fine particle structure by stacking a plurality of fine particle films after peeling the fine particle film from the substrate using an adsorption device having a function of adsorbing a fine article A method for producing a fine particle structure, comprising: 10) The concave-shaped pattern formed on the substrate comprises a first concave-shaped pattern and a second concave-shaped pattern formed on the bottom of the inner surface of the first concave-shaped pattern. Is a first fine particle arranging step of arranging the first fine particles in the second concave pattern by applying and spreading a dispersion liquid of the first fine particles on the substrate and drying the dispersion liquid; A dispersion liquid of second fine particles having a particle diameter smaller than that of the first fine particles and the second fine particles, by coating and spreading the liquid on the substrate on which the dispersion liquid of the first fine particles is coated and spread, and drying. A mixed fine particle film forming step of forming a mixed fine particle film composed of the fine particles of
9. The method for producing a fine particle structure according to 9), which comprises: 11) The second concave-shaped pattern is composed of a set of concave-shaped portions formed at a constant period. 1
0) The method for producing a fine particle structure as described above. 12) A coating process of coating a coating layer that can be dissolved and removed on the substrate on which the concave-shaped pattern is formed; The method for producing a fine particle structure according to any one of 9) to 11), further comprising a coating layer removing step of dissolving and removing the layer. 13) Manufacturing of the fine particle structure according to any one of 9) to 12), which comprises a fine particle film electric pulse applying step of applying an electric pulse to the fine particle film formed on the concave pattern. Method. 14) A laminated fine particle film electric pulse applying step of applying an electric pulse to the fine particle films stacked in the fine particle structure forming step, 9) to 1)
3. The method for producing a fine particle structure according to any one of 3). 15) A fine particle film formed on the concave pattern,
15. The method for producing a fine particle structure according to any one of 9) to 14), comprising a hydrogen reduction step of exposing at least one of the fine particle films stacked in the fine particle structure forming step to a hydrogen reducing atmosphere. 16) The fine particles are metal oxide fine particles 9) to
15. The method for producing a fine particle structure according to any one of 15).

【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、本発明にお
ける周期構造とは、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。本発明における“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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, the fine particles forming the first and second fine particle structures must have uniform particle diameters. Here, the particle diameter being uniform means that the distribution of the particle diameter is within 5%, preferably within 2% from the average value. In other words, it means that the variation with respect to the standard particle diameter is within 5%, preferably within 2%. Examples of such fine particles include fine particles of metal oxides (metal oxide monodisperse particles) which have a particle size distribution that has been remarkably advanced in recent years. Further, the periodic structure in the present invention means a structure in which a large number of fine particles are arranged regularly and periodically. The periodic structure of such fine particles includes types such as "hexagonal close-packed structure" and "face-centered cubic structure" according to the properties of the space group, similar to the ordinary crystal system. The "different periodic structure" in the present invention includes two meanings that the crystal systems are different and that the crystal lattice lengths are different due to the different particle diameters. This is also shown in Examples described later.

【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。
In the method for producing a fine particle structure of the present invention, first, a fine particle (arrangement) film having a two-dimensional pattern (two-dimensional pattern) is formed using a substrate having a concave pattern on the surface. The formation of this fine particle film is performed by applying / spreading a dispersion liquid containing fine particles having a uniform particle diameter onto a substrate and drying. The two-dimensional pattern is formed to use the fine particle film as a part of the three-dimensional fine particle structure. That is, by repeating the work of peeling off the fine particle film from the substrate with microtweezers, moving it to another fine particle film that was peeled off earlier, and stacking it.
A three-dimensional fine particle structure is formed.

【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。
The above-mentioned method for producing a three-dimensional fine particle structure has the following advantages. (1) Since it is a method of stacking necessary fine parts, the material can be saved more than machining (cutting) performed by a micromachine or the like. (2) By adopting a method of stacking components, it is possible to easily form a shape that is difficult to perform by machining. For example, a shape of an overhang that protrudes upward from the substrate can be easily formed by the method of stacking components. (3) The conventional method for forming a fine particle film utilizing the cohesive force between fine particles can only obtain a fine particle structure having a close-packed structure. However, according to the method for producing a fine particle structure of the present invention, since the position of the fine particles can be controlled by the unevenness of the substrate,
It becomes possible to control various periodic structures.
This is a great advantage when the fine particle structure is used in the optical field. Further, since the position of the fine particles can be controlled by the unevenness, if fine particle films having different periodic structures are made as parts, it becomes possible to simultaneously make three-dimensional fine particle structures having different periodic structures.

【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、TiO
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TiO微粒子膜105を形成し、次に、TiO
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、TiO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。
Next, referring to the drawings, preferred embodiments 1 to 6 relating to the method for producing the fine particle structure will be described. <First Embodiment> First, a first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the first embodiment. In the first embodiment, TiO 2
A glass substrate 101 having a concave pattern 101a on a surface of a dispersion liquid 102 in which fine particles 103 are dispersed in a dispersion medium.
Recessed pattern 101a is applied and spread on the surface and dried.
A TiO 2 fine particle film 105 is formed on the TiO 2 fine particle film 105, and then TiO 2
The fine particle film 105 is peeled from the glass substrate 101 using the microtweezers 104, and then the TiO 2 fine particle films 105 are stacked to form a three-dimensional fine particle structure 106.

【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10
1の表面に、粒子径が約800nmの球状のTiO
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TiO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、TiO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、TiO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)〕。
That is, first, the concave pattern 101a is formed on the glass substrate 101 by using the photolithography technique. Then, the patterned glass substrate 10
A dispersion liquid (a water dispersion liquid) 102 of spherical TiO 2 fine particles 103 having a particle diameter of about 800 nm is applied (dropped) and spread on the surface of No. 1 [FIG. 1 (a)]. At this time, the TiO 2 fine particles 103, which are fine particles of metal oxide, have a large specific gravity, so after being dropped and spread, they settle on the surface of the glass substrate 101 at a relatively early stage. Here, by appropriately adjusting the liquidity of the dispersion liquid 102, the TiO 2 fine particles 103 can continue the Brownian motion even on the surface of the glass substrate 101, and as a result, the TiO 2 fine particles 103 have the concave pattern 101a. It falls into the concave surface [Fig. 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TiO微粒子膜105を形成する。
この場合、球形のTiO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TiO微粒子膜10
5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)〕。
By drying the dispersion liquid 102 and the glass substrate 101 shown in FIG. 1B, a TiO 2 fine particle film 105 is formed on the bottom surface of the concave pattern 101a.
In this case, using spherical TiO 2 fine particles,
Since the bottom of the concave pattern 101a is flat, the TiO 2 fine particle film 10 obtained by the concave pattern 101a is obtained.
No. 5 has a close-packed structure due to the agglomeration effect of fine particles when the dispersion is dried [FIG. 1 (c)].

【0031】次に、以上述べた工程によって形成された
TiO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TiO
微粒子膜105を、他の凹形状パターン101aで形
成されたTiO微粒子膜105の上に移動し、積み重
ねる〔図1(e)〕。このTiO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1
04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。
Next, the TiO 2 fine particle film 105 formed by the steps described above is attached to the microtweezers 104.
It is adsorbed by and is peeled off from the glass substrate 101 [Fig. 1
(D)]. TiO adsorbed by microtweezers 104
The 2 fine particle film 105 is moved and stacked on the TiO 2 fine particle film 105 formed with another concave pattern 101a [FIG. 1 (e)]. The three-dimensional fine particle structure 106 is formed by repeating the step of stacking the TiO 2 fine particle films 105. Micro tweezers 1
Although 04 refers to a microprobe used in an atomic force microscope, a tunnel microscope, or the like, for handling a minute substance, it is not the gist of the present invention, and a description thereof will be omitted. Although microtweezers are used in the description of the embodiments, as long as it is an adsorption device having a function of adsorbing a fine article such as the fine particle film of the present invention,
Others may be used.

【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、101
c、101dを備えている。そして、凹形状パターン1
01b、101c、101dにおいては、各パターン形
状に応じたTiO微粒子膜105が形成されている
〔図2(a)〕。次に、TiO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)〕。
2A to 2C are other diagrams for explaining the steps of the first embodiment. As shown in the figure, the glass substrate 101 has a plurality of types of concave-shaped patterns 101b, 101 for forming a component for forming a fine particle structure.
c, 101d. And the concave pattern 1
In 01b, 101c, and 101d, the TiO 2 fine particle film 105 corresponding to each pattern shape is formed [FIG. 2 (a)]. Next, the TiO 2 fine particle films 105 are respectively adsorbed by the microtweezers 104 [FIG.
(B)], The particles are stacked according to the three-dimensional shape of the fine particle structure [FIG. 2 (c)].

【0033】以上述べた実施の形態1によれば、TiO
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。
According to the first embodiment described above, TiO
Since the fine particle structure is formed by stacking the two fine particle films 105, the material can be saved more than the machining (cutting) performed by a normal micromachine or the like. Further, it is relatively easy to form a shape of an overhang that is difficult to perform by machining, for example, the shape of the overhang protruding as it goes up from the substrate.

【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、TiO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TiO微粒子1
03を配置する。次に、TiO微粒子103よりも粒
子径が小さいAl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TiO微粒子103とAl微粒子302とか
ら構成される微粒子膜304を形成する。
<Second Embodiment> Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the second embodiment. In addition, among the illustrated configurations, the same configurations as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
In the second embodiment, the glass substrate 301 has a pattern including a first concave pattern 301a and a second concave pattern 301b formed on the bottom of the inner surface thereof.
This substrate 301, by applying and expanded drying a dispersion 102 obtained by dispersing TiO 2 particles 103 in a dispersion medium, TiO 2 fine particles to the second concave pattern 301b 1
Place 03. Next, a dispersion liquid 303 in which Al 2 O 3 fine particles 302 having a particle diameter smaller than that of the TiO 2 fine particles 103 is dispersed in a dispersion medium is applied and spread on a substrate 301 on which the dispersion liquid 102 is applied and spread, and then dried. By doing so, a fine particle film 304 composed of the TiO 2 fine particles 103 and the Al 2 O 3 fine particles 302 is formed.

【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30
1a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、TiO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、TiO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)。
That is, first, the first concave pattern 30 is formed on the glass substrate 301 by using the photolithography technique.
1a is formed, and then a second concave pattern 301b is formed on the inner bottom surface of the first concave pattern 301a by a photolithography technique. The first concave pattern 301a has a pattern shape suitable as a component shape of the final three-dimensional fine particle structure. Further, the second concave pattern 301b is a pattern composed of a set of concave portions formed at a constant cycle, and is for controlling the position where the TiO 2 fine particles 103 are seated, so the diameter of the concave portion is The particle diameter is made substantially the same as that of the TiO 2 particles 103 (about 800 nm in the second embodiment).

【0036】また実施の形態2では、TiO微粒子1
03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、TiO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30
1a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。
In the second embodiment, the TiO 2 fine particles 1 are used.
The position where 03 is seated can be controlled by the shape of the recess of the second recessed pattern 301b. Therefore, by making the shape of the recesses have repeating periodicity, the arrangement of the TiO 2 particles 103 can have periodicity other than the closest packing. In the second embodiment, in the same first concave pattern 301a, the repeating cycle of the concave shape is one type. This is the same first concave pattern 30.
This is to prevent the arrangement of particles from being disturbed due to the presence of concave shapes having a plurality of periods in 1a.

【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TiO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、TiO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、TiO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TiO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TiO微粒子
103が着座する位置を規制するため、TiO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、TiO微粒子103間に
は隙間がある)。
In the second embodiment, a dispersion liquid (which is an aqueous dispersion liquid) 102 of spherical TiO 2 fine particles 103 having a particle diameter of about 800 nm is dropped and spread on the surface of a glass substrate 301 [FIG. 3 (a)]. . At this time, the TiO 2 particles 103 can continue the Brownian motion even on the surface of the glass substrate 301 by appropriately adjusting the liquidity of the dispersion liquid 102. As a result, the TiO 2 particles 103 are
The concave pattern 301b falls into the concave portion and is seated in the concave position [FIG. 3 (b)]. Then, the glass substrate 301 and the dispersion liquid 102 shown in FIG. 3B are dried to obtain a state in which the TiO 2 fine particles 103 are seated in the concave portions of the second concave pattern 301b [FIG. )]. In this case, the recessed shape regulates the position where the TiO 2 particles 103 are seated, so that the TiO 2 particles 103 do not have a close-packed structure and do not form a self-supporting film (that is, the TiO 2 particles 103). There is a gap between them).

【0038】次に、ガラス基板301の表面に、粒子径
おおよそ10nmのAl微粒子302の分散液3
03を滴下・展開する〔図3(d)〕。分散液303中
のAl微粒子302は、沈降してTiO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、
TiO微粒子103の間にAl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、T
iO微粒子103とAl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。
Next, on the surface of the glass substrate 301, a dispersion liquid 3 of Al 2 O 3 fine particles 302 having a particle diameter of about 10 nm is prepared.
03 is dropped and developed [FIG. 3 (d)]. The Al 2 O 3 fine particles 302 in the dispersion liquid 303 settle and fill the gaps between the TiO 2 fine particles 103 [FIG. 3 (e)]. When the substrate 301 and the dispersion liquid 303 shown in FIG. 3E are dried,
Since the Al 2 O 3 fine particles 302 are filled between the TiO 2 fine particles 103, an aggregating effect between the fine particles is obtained, and T
A fine particle film 304 composed of iO 2 fine particles 103 and Al 2 O 3 fine particles 302 is obtained [FIG. 3 (f)]. Figure 3
The state shown in (f) is enlarged and shown in FIG. The fine particle film 304 is adsorbed by the microtweezers 104 and peeled off from the glass substrate 301 [FIG. 3 (g)]. The fine particle film 304 adsorbed by the microtweezers 104 is moved and stacked on the fine particle film 304 formed in another concave portion [FIG. 3 (h)]. By repeating the process of stacking the fine particle films 304, the three-dimensional fine particle structure 305 is formed.

【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。
According to the second embodiment described above, of the fine particles used, the position of the fine particles having a larger particle diameter can be controlled by the second concave pattern. Therefore, in addition to the close-packed structure, it is possible to form a fine particle film in which fine particles are arranged in various cycles. This is a great advantage when the fine particle structure is used in the optical field. Furthermore, if fine particle films having different periodic structures are formed as parts, it becomes possible to simultaneously form three-dimensional fine particle structures having different periodic structures.

【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。
<Third Embodiment> Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the third embodiment. In addition, among the illustrated configurations, the same configurations as those of the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the third embodiment, after forming the concave pattern, the glass substrate is further coated with a coating layer capable of being dissolved and removed. In addition, the coating layer is dissolved and removed with a solvent as a pretreatment for peeling the fine particle film from the substrate. Therefore,
It will be described as an additional step of coating the coating layer and dissolving and removing the coating layer to the method for producing the fine particle structure of the second embodiment described above.

【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301
a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
TiO 微粒子103の分散液(水分散液である)10
2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、TiO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、TiO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)〕。
That is, first, the photolithography is performed on the glass substrate 301.
First concave pattern 301 using the technique of sography
a is formed, and then by the technique of photolithography
A second concave pattern is formed on the bottom of the inner surface of the first concave pattern 301a.
Form turn 301b. Then, the first concave putter
On the surface of the second concave pattern 301b.
The styrene layer 501 is coated. Next, the glass base
The surface of the plate 301 has a spherical shape with a particle diameter of approximately 800 nm.
TiO TwoDispersion of fine particles 103 (which is an aqueous dispersion) 10
2 is dropped and spread [FIG. 5 (a)]. At this time, the dispersion
By adjusting the liquidity of 102, the glass substrate
Even on the surface of 301, TiOTwoFine particles 103 are brown luck
The movement can be continued. As a result, TiOTwoFine particles
103 falls in the concave portion of the second concave pattern 301b.
And then sit down in the concave position [Fig. 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TiO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TiO微粒子103が着座する位置を規制
するため、TiO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、
TiO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Al
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Al微粒子3
02は、沈降してTiO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、TiO微粒子103
の間にAl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、TiO微粒子103と
Al微粒子302とからなる微粒子膜304が得
られる〔図5(f)〕。
By drying the glass substrate 301 and the dispersion liquid 102 shown in FIG. 5B, a state in which the TiO 2 fine particles 103 are seated in the concave portions of the second concave pattern 301b is obtained [FIG. c)]. In this case, since the recessed shape regulates the position where the TiO 2 fine particles 103 are seated, the TiO 2 fine particles 103 do not have a close-packed structure, and do not form a self-supporting film (that is,
(There is a gap between the TiO 2 particles 103). Next, on the surface of the glass substrate 301, Al having a particle diameter of about 10 nm was used.
A dispersion liquid 303 of 2 O 3 fine particles 302 is dropped and spread [FIG. 5 (d)]. Al 2 O 3 fine particles 3 in the dispersion liquid 303
02 sediments to fill the gaps between the TiO 2 particles 103 [FIG. 5 (e)]. When the substrate 301 and the dispersion liquid 303 shown in FIG. 5E are dried, the TiO 2 fine particles 103
Since the Al 2 O 3 fine particles 302 are filled between them, an aggregating effect between the fine particles is obtained, and a fine particle film 304 composed of the TiO 2 fine particles 103 and the Al 2 O 3 fine particles 302 is obtained [FIG. )].

【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。
Next, in order to easily peel off the fine particle film 304 from the substrate, the polystyrene layer 501 on the surface of the glass substrate 301 is removed with toluene [FIG. 5 (g)]. After removing the polystyrene layer 501, the fine particle film 304 is adsorbed by the microtweezers 104 and peeled off from the glass substrate 301 [FIG. 5 (h)]. The fine particle film 304 adsorbed by the microtweezers 104 is moved and stacked on the fine particle film 304 formed in another concave portion [FIG.
(I)]. By repeating the process of stacking the fine particle films 304, the three-dimensional fine particle structure 305 is formed.

【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。
According to the third embodiment described above, the fine particle film can be easily peeled off from the substrate, and the fine particle film can be prevented from being damaged in the step of peeling from the substrate. As a result, the quality of the fine particle film can be improved. It is possible to improve the quality of the fine particle structure.

【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。
<Fourth Embodiment> Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the fourth embodiment. Note that among the illustrated configurations, the same configurations as those of the first to third embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The fourth embodiment further includes a step of applying an electric pulse to the fine particle film formed on the concave pattern.

【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TiO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)〕。TiO
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Ti
微粒子膜105が形成される〔図6(c)〕。
That is, first, the concave pattern 101a is formed on the glass substrate 101 by using the photolithography technique, and then the polystyrene layer 501 is coated on the surface. Next, a dispersion liquid (which is an aqueous dispersion liquid) 102 of spherical TiO 2 fine particles 103 having a particle diameter of about 800 nm is dropped and spread thereon (FIG. 6A). TiO 2
The fine particles 103 settle on the surface of the glass substrate 101, then continue the Brownian motion and fall into the concave portions of the concave pattern 101a [FIG. 6 (b)]. By drying the glass substrate 101 and the dispersion liquid 102 in the state shown in FIG. 6B, Ti in the concave portion of the concave-shaped pattern 101a is formed.
An O 2 fine particle film 105 is formed [FIG. 6 (c)].

【0047】次に、マイクロピンセット104のプロー
ブを利用し、TiO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Ti
微粒子膜105の微粒子同士の結着力が高められ
る。また、TiO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、TiO微粒子膜105をマイクロピンセット10
4で吸着し、ガラス基板101から剥がす〔図6
(f)〕。吸着されたTiO微粒子膜105を、凹形
状パターン101aの凹部分で形成されたTiO微粒
子膜105上に移動して積み重ねる〔図6(g)〕。こ
のTiO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。
Next, an electric pulse is applied to the TiO 2 fine particle film 105 using the probe of the microtweezers 104 [FIG. 6 (d)]. By applying an electric pulse, Ti
The binding force between the fine particles of the O 2 fine particle film 105 is increased. Further, the TiO 2 fine particle film 105 is formed on the glass substrate 101.
The polystyrene layer 501 on the surface of the substrate is removed with toluene to facilitate peeling from the substrate [FIG. 6 (e)]. Then, the TiO 2 fine particle film 105 is attached to the microtweezers 10.
Adsorb at 4 and peel from the glass substrate 101 [Fig.
(F)]. The TiO 2 fine particle film 105 is adsorbed, stacked and moved on to the concave pattern 101a TiO 2 fine particle film 105 formed in the concave portion of [shown in FIG. 6 (g)]. The three-dimensional fine particle structure 106 is formed by repeating the step of stacking the TiO 2 fine particle films 105.

【0048】以上述べた実施の形態4によれば、TiO
微粒子膜105に電気パルスを印加することによっ
て、TiO微粒子膜105を構成するTiO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。
According to the fourth embodiment described above, TiO
By applying electrical pulses to 2 fine particle film 105 to increase the binding force between the TiO 2 particles 103 constituting the TiO 2 fine particle film 105, it is possible to improve the workability in the subsequent step.

【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。
<Fifth Embodiment> Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the fifth embodiment. In addition, among the illustrated configurations, the same configurations as those of the first to fourth embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The fifth embodiment further includes the step of applying an electric pulse to the stacked fine particle films.

【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TiO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)〕。TiO
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T
iO微粒子膜105が形成される〔図7(c)〕。
That is, first, the concave pattern 101a is formed on the glass substrate 101 by using the photolithography technique, and then the surface is coated with the polystyrene layer 501. Next, a dispersion liquid (which is an aqueous dispersion liquid) 102 of spherical TiO 2 fine particles 103 having a particle diameter of about 800 nm is dropped and spread thereon (FIG. 7A). TiO 2
The fine particles 103 settle on the surface of the glass substrate 101, continue the Brownian motion, and fall into the concave portions of the concave pattern 101a [FIG. 7 (b)]. By drying the glass substrate 101 and the dispersion liquid 102 in the state shown in FIG.
An iO 2 fine particle film 105 is formed [FIG. 7 (c)].

【0051】次に、マイクロピンセット104のプロー
ブを利用し、TiO微粒子膜105に電気パルスを印
加する〔図7(d)〕。また、TiO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、TiO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TiO微粒子膜10
5を、凹形状パターン101aの凹部分で形成されたT
iO微粒子膜105上に移動して積み重ねる。このT
iO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。
Next, an electric pulse is applied to the TiO 2 fine particle film 105 using the probe of the microtweezers 104 (FIG. 7D). In addition, the TiO 2 fine particle film 105
In order to make it easy to peel off the glass substrate 101, the polystyrene layer 501 on the substrate surface is removed with toluene [FIG. 7 (e)]. Next, the TiO 2 fine particle film 105 is adsorbed by the microtweezers 104 and peeled off from the glass substrate 101 [FIG. 7 (f)]. Adsorbed TiO 2 particle film 10
5 is a T formed by the concave portion of the concave pattern 101a.
The particles are moved and stacked on the iO 2 fine particle film 105. This T
By repeating the step of stacking the iO 2 fine particle films 105, the three-dimensional fine particle structure 106 is formed.

【0052】更に、実施の形態5では、TiO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1
06を壊れ難くすることができる。
Further, in the fifth embodiment, after stacking the TiO 2 fine particle films 105, an electric pulse is applied to the fine particle structure 106 using the probe of the microtweezers 104 (FIG. 7 (g)). By applying an electric pulse, the binding force between the fine particle films is strengthened, and the fine particle structure 1
It can make 06 hard to break.

【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。
<Sixth Embodiment> Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the sixth embodiment. In addition, among the illustrated configurations, the same configurations as those of the first to fifth embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The sixth embodiment further includes a hydrogen reduction step of exposing at least one of the fine particle film formed on the concave pattern and the stacked fine particle film to a hydrogen reducing atmosphere.

【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−F
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H
が排気されながら導入されており、微粒子構造体80
2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−Fe微粒子は、水素還元されて
Fe微粒子へと転換される。従って、α−Fe
微粒子からなる微粒子構造体802は、Fe
微粒子からなる微粒子構造体805になる〔図8
(c)〕。
That is, α-F as metal oxide fine particles is formed on the concave pattern 801a formed on the glass substrate 801.
A three-dimensional fine particle structure 802 using e 2 O 3 fine particles is formed [FIG. 8 (a)]. The method for forming the fine particle structure 802 is the same as that of the fine particle structure 106 described in Embodiment Mode 1.
It is the same as the forming method. Next, the fine particle structure 802
Are placed in a chamber 803 equipped with a heating stage 804. The chamber 803 is filled with H to create a hydrogen reducing atmosphere.
2 is introduced while being exhausted, and the fine particle structure 80
2 is exposed to a hydrogen reducing atmosphere while being heated to 400 ° C. by the heating stage 804 [FIG. 8 (b)]. By this treatment, the α-Fe 2 O 3 fine particles are reduced with hydrogen and converted into Fe 3 O 4 fine particles. Therefore, α-Fe 2
The fine particle structure 802 composed of O 3 fine particles is made of Fe 3 O 4
It becomes a fine particle structure 805 composed of fine particles [FIG.
(C)].

【0055】ところで、Fe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−Fe
粒子の状態で三次元微粒子構造体を形成した後、Fe
微粒子へと転換すれば、簡易にFe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−Fe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−Fe
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。
By the way, since the Fe 3 O 4 fine particles have spontaneous magnetization, it is difficult to directly arrange or arrange them. However, as described above, the state of the α-Fe 2 O 3 fine particles is as described above. After forming a three-dimensional fine particle structure with Fe 3
If converted into O 4 fine particles, it is possible to obtain a three-dimensional fine structure of Fe 3 O 4 fine particles easily. Further, the present invention is not limited to the configuration in which the α-Fe 2 O 3 fine particles in the state of the three-dimensional fine particle structure are hydrogen-reduced as in the sixth embodiment, and α in the state of a fine particle film is used. -Fe 2
The O 3 fine particles may be reduced with hydrogen. Furthermore, since metal fine particles generally have high activity and tend to aggregate,
The method for producing a three-dimensional fine particle structure of the sixth embodiment is also effective when forming a structure of metal fine particles.

【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Ti
、Al、α−Fe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。
The fine particles that can be used in the present invention are Ti particles described in the first to sixth embodiments.
It is not limited to O 2 , Al 2 O 3 , α-Fe 2 O 3, and the like. When using fine particles of a material different from these materials, a stable dispersion can be formed, and the liquidity may be adjusted so that the fine particles can move on the substrate surface. This is the principle of isoelectric point etc. Can be appropriately determined based on.

【0057】[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。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0058】実施例1 第一及び第二の微粒子として球形のSiO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2
90nm、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。
Example 1 Spherical SiO 2 fine particles were used as the first and second fine particles, and the particle size of the fine particles constituting the first fine particle structure was 2
90 nm, and the particle diameter of the fine particles forming the second fine particle structure was 300 nm (see FIG. 9). Both the first and second fine particle structures were produced so as to be the closest packed by utilizing the aggregation phenomenon of fine particles. The outline of the manufacturing method is as follows. That is, a fine particle dispersion liquid in which fine particles are dispersed in water is spread on a substrate and allowed to stand until a colloidal crystal in which the fine particles are regularly arranged is formed in the liquid. Next, hydrochloric acid is added to the liquid to lower the pH to strengthen the coagulation between the fine particles, and then the liquid is dried to obtain a fine particle structure. Since the method for producing the fine particle structure described here utilizes the agglomeration phenomenon of fine particles, both the first and second fine particle structures have a periodic structure of the fine particle structure that is different depending on the particle size of the fine particles used. It has been decided. The center of the photonic bandgap of the first fine particle structure is about 650 nm, and the center of the photonic bandgap of the second fine particle structure is about 700 nm. Therefore, using this fact, the same glass substrate is used. A waveguide structure made of the first fine particle structure and a supercollimator made of a photonic crystal made of the second fine particle structure were formed on the top (see FIG. 10).
In FIG. 10, a two-dimensional case is shown for ease of illustration, but it is also possible to integrate optical components in a three-dimensional manner by stacking the fine particle array films with the above-described microprobe. As described above, an optical integrated circuit for light having a wavelength of 650 nm having the waveguide structure and the supercollimator could be formed.

【0059】実施例2 第一の微粒子構造体は、粒径265nmの球形のSiO
微粒子を使用し、微粒子の間をTiO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TiO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650
nmの光用の光集積回路を形成できた。
Example 2 The first fine particle structure was spherical SiO 2 having a particle size of 265 nm.
Two fine particles were used, and the spaces between the fine particles were filled with TiO 2 fine particles, and the periodic structure of the fine particles was a face-centered cubic structure with a lattice spacing of 290 nm. This first fine particle structure was produced by using the above-described fine processing on the substrate and macro tweezers. The second fine particle structure has a particle size of 265 nm.
Spherical TiO 2 fine particles were used, and the periodic structure was made to be the most dense packing. Therefore, the periodic structure of the second fine particle structure is determined by the particle size of the fine particles used. The first and second fine particle structures were formed on the same silicon substrate with an oxide film (see FIG. 11). The center of the photonic bandgap of the first fine particle structure is about 650 nm, and the center of the photonic bandgap of the second fine particle structure is about 600 nm. , A superprism made of a photonic crystal composed of a first fine particle structure and a second fine particle structure was formed (see FIG. 12). In FIG. 12, a two-dimensional case is shown for ease of illustration, but a three-dimensional structure is also possible. As described above, the wavelength 650 having the waveguide structure and the super prism
An optical integrated circuit for nm light could be formed.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明1によれば、同一基板上で、第一
の微粒子構造体が発現する現象と第二の微粒子構造体が
発現する現象を同時に利用することが可能となり、同一
基板上でのデバイスの集積化、多機能化、集積デバイス
のコンパクト化を実現できる。本発明2によれば、球形
の微粒子を用いることにより、微粒子が分散された原料
液の分散性を良好にすることができ、第一又は第二の微
粒子構造体を細密充填構造で作る場合に、微粒子の凝集
力を利用して微粒子構造体を作ることができる。本発明
3によれば、第一及び第二の微粒子構造体を同一組成の
微粒子で構成することにより、第一及び第二の微粒子構
造体を作製する際に、微粒子を分散した原料液の分散条
件を共通化でき、また、微粒子を基板に沈降・固定する
条件も共通化できる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention 1, it is possible to simultaneously utilize the phenomenon of the first fine particle structure and the phenomenon of the second fine particle structure on the same substrate. It is possible to realize device integration, multifunctionalization, and downsizing of integrated devices. According to the second aspect of the present invention, by using spherical fine particles, the dispersibility of the raw material liquid in which the fine particles are dispersed can be improved, and when the first or second fine particle structure is formed with a close-packed structure. It is possible to make a fine particle structure by utilizing the cohesive force of fine particles. According to the third aspect of the present invention, by forming the first and second fine particle structures with fine particles having the same composition, the dispersion of the raw material liquid in which the fine particles are dispersed is produced when the first and second fine particle structures are produced. The conditions can be made common, and the conditions for settling and fixing fine particles on the substrate can also be made common.

【0061】本発明4によれば、第一及び第二の微粒子
構造体を互いに異なる組成の微粒子で構成することによ
り、微粒子構造体をフォトニック結晶として利用する際
に、バンドギャップ領域では光を透過しないという性質
を用いた素子(例えば、導波路や共振器ミラー)とバン
ドギャップ領域以外の光波長領域での特殊な光学的な性
質を利用した素子(例えば、スーパ−プリズムやスーパ
ーコリメータ、スーパーレンズなど)のそれぞれに適し
た組成のものを使用することが可能になる。また、同一
基板上で、異なった波長の光に対する回路を形成する際
にも、異なった波長域のそれぞれに適した組成のものを
使用することが可能になる。本発明5によれば、第一及
び第二の微粒子構造体を互いに異なる粒径の微粒子で構
成することにより、第一及び第二の微粒子構造体を微粒
子の凝集現象を利用して最密充填構造で作製する場合
に、微粒子の粒径の違いにより、第一の微粒子構造体と
第二の微粒子構造体で異なった周期構造を実現すること
が可能になる。
According to the fourth aspect of the present invention, the first and second fine particle structures are composed of fine particles having different compositions, so that when the fine particle structure is used as a photonic crystal, light is emitted in the band gap region. Elements that use non-transmissive properties (for example, waveguides and resonator mirrors) and elements that use special optical properties in the light wavelength region other than the bandgap region (for example, super prism, super collimator, super It is possible to use a material having a composition suitable for each of the lenses). Further, even when circuits for light of different wavelengths are formed on the same substrate, it becomes possible to use a composition having a composition suitable for each of different wavelength regions. According to the fifth aspect of the present invention, the first and second fine particle structures are formed of fine particles having different particle sizes, so that the first and second fine particle structures are closely packed by utilizing the aggregation phenomenon of the fine particles. When manufactured with a structure, it becomes possible to realize different periodic structures in the first fine particle structure and the second fine particle structure due to the difference in particle size of the fine particles.

【0062】本発明6によれば、第一及び/又は第二の
微粒子構造体を構成する微粒子間が該微粒子とは異なる
組成の物質により充填されており、微粒子構造体中の微
粒子の周期構造と微粒子間の物質により発現する現象の
多様性を図ることができる。本発明7によれば、基板並
びに第一及び第二の微粒子構造体が金属酸化物からなる
ので、微粒子構造体を製造する際に、微粒子が分散され
た原料液の分散性の改善や微粒子の凝集、基板への固定
に、原料分散液のpHを利用することが可能になる。本
発明8によれば、第一及び第二の微粒子構造体により、
異なった周期構造を有する回折格子素子及びフォトニッ
ク結晶を同一基板上に形成することができ、しかも、微
粒子構造体がパターニングされて集積されていることか
ら、従来の光集積回路よりも高度な処理・演算が可能に
なり、同一基板上に複数の波長域に対する回路を構築で
きる。
According to the present invention 6, the fine particles constituting the first and / or the second fine particle structure are filled with a substance having a composition different from that of the fine particles, and the periodic structure of the fine particles in the fine particle structure. It is possible to increase the variety of phenomena that are caused by the substance between the fine particles. According to the present invention 7, since the substrate and the first and second fine particle structures are made of a metal oxide, when the fine particle structure is manufactured, the dispersibility of the raw material liquid in which the fine particles are dispersed and the dispersion of the fine particles can be improved. The pH of the raw material dispersion liquid can be used for aggregation and fixing to the substrate. According to the present invention 8, by the first and second fine particle structures,
Diffraction grating elements and photonic crystals having different periodic structures can be formed on the same substrate, and since the fine particle structures are patterned and integrated, a higher level of processing than conventional optical integrated circuits can be achieved.・ Calculation is possible, and circuits for multiple wavelength bands can be built on the same substrate.

【0063】本発明9によれば、粒子径の均一な微粒子
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。
According to the present invention 9, since fine particles having a uniform particle size are used, it is possible to obtain a high-quality fine particle film having regularity in the particle arrangement, and thus a fine particle structure composed of the fine particle film. The field of application can be expanded to fields such as optics. Further, by stacking fine particle films to be fine parts, the material for producing the three-dimensional fine particle structure can be saved, and the three-dimensional fine particle structure having a shape difficult to form by machining can be relatively easily produced. Further, by using the fine particle array film as a component, a fine particle structure having a free structure can be manufactured.

【0064】本発明10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11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。
According to the tenth aspect of the present invention, the position where the fine particles are seated is controlled by the second concave pattern so that the second concave pattern has a repetitive periodicity, so that the periodicity other than the closest packing is obtained. Can be used as a part of the fine particle structure. Therefore, more diverse fine particle structures can be manufactured. According to the present invention 11, the first
The second concave-shaped pattern formed in the concave-shaped pattern is composed of a set of concave-shaped portions formed at a constant period, so that the quality of the periodicity of the particle film is improved and, by extension, the fine particle film is used. It is possible to improve the quality of the fine particle structure.

【0065】本発明12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13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。
According to the twelfth aspect of the present invention, a step of peeling the fine particle film from the substrate by microtweezers (probes) by forming a coating layer on the surface of the substrate and dissolving and removing the coating layer before peeling the fine particle film. Can be facilitated. Therefore, it is possible to prevent the fine particle film from being damaged when the fine particle film is peeled off from the substrate, and to improve the quality of the fine particle structure composed of the fine particle film. According to the thirteenth aspect of the present invention, by applying an electric pulse to the fine particle film, the binding force between the fine particles in the fine particle film can be strengthened, which facilitates the subsequent handling of the fine particle film with the microtweezers (probe). It is possible to prevent damage to the fine particle film. Therefore, the quality of the fine particle structure formed by the fine particle film can be improved.

【0066】本発明14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15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16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。
According to the fourteenth aspect of the present invention, by applying an electric pulse to the stacked fine particle films, the binding force between the particle films can be strengthened. Therefore, it is possible to strengthen the fine particle structure constituted by the fine particle film and improve the quality of the fine particle structure. According to the fifteenth aspect of the present invention, when fine particles made of a material having high activity and easy to aggregate, such as magnetic particles or metal particles, are used by exposing the fine particle film or the fine particle structure formed of the fine particle film to a hydrogen reducing atmosphere. In addition, the fine particle structure can be manufactured relatively easily. According to the sixteenth aspect of the present invention, it is possible to manufacture a fine particle structure utilizing the characteristics of the metal oxide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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TiO微粒子103の分散液10
2を塗布(滴下)・展開する工程を示す。 (b) TiO微粒子103が凹形状パターン101
a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10
1aの底面にTiO微粒子膜105を形成する工程を
示す。 (d) TiO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TiO
微粒子膜105を、他の凹形状パターン101aで形成
されたTiO微粒子膜105の上に移動し、積み重ね
る工程を示す。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of manufacturing a fine particle structure according to a first embodiment. (A) A concave pattern 101a is formed on the glass substrate 101 using a photolithography technique, and then,
On its surface, a dispersion liquid 10 of spherical TiO 2 fine particles 103
The process of applying (dropping) and developing 2 is shown. (B) The TiO 2 fine particles 103 are the concave pattern 101
The state which fell in the concave surface of a is shown. (C) The concave pattern 10 is formed by drying the dispersion liquid 102 and the glass substrate 101 shown in FIG.
A process of forming the TiO 2 fine particle film 105 on the bottom surface of 1a will be described. (D) A step of adsorbing the TiO 2 fine particle film 105 with the microtweezers 104 and peeling it from the glass substrate 101 is shown. (E) TiO 2 adsorbed by the microtweezers 104
A step of moving and stacking the fine particle film 105 on the TiO 2 fine particle film 105 formed with another concave pattern 101a will be described.

【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101
b、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TiO 微粒子
膜105が形成されている状態を示す。 (b) TiO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。
FIG. 2 illustrates a method for manufacturing the fine particle structure shown in FIG.
It is another figure for. (A) The glass substrate 101 constitutes a fine particle structure.
Plural types of concave shape patterns 101 for creating parts for
b, 101c, 101d, and the concave pattern
In each case, TiO corresponding to each pattern shapeTwo Fine particles
The state where the film 105 is formed is shown. (B) TiOTwoThe fine particle film 105 is
The process of adsorbing with the tweezers 104 is shown. (C) Stacking according to the three-dimensional shape of the fine particle structure
The following shows the process.

【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TiO
粒子103の分散液102を滴下・展開する工程を示
す。 (b) TiO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1
02を乾燥させることにより、第2凹形状パターン30
1bの凹形状部分にTiO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、Al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Al微粒子302が、
沈降してTiO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、TiO微粒子103とAl微粒子3
02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。
FIG. 3 is a drawing for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the second embodiment. (A) A step of dropping and spreading the dispersion liquid 102 of spherical TiO 2 particles 103 on the surface of the glass substrate 301 is shown. (B) A step in which the TiO 2 fine particles 103 fall into the concave portion of the second concave pattern 301b and are seated in the concave position. (C) Glass substrate 301 and dispersion 1 shown in (b)
By drying 02, the second concave pattern 30
The state where the TiO 2 fine particles 103 are seated on the concave portion of 1b is shown. (D) A step of dropping and spreading the dispersion liquid 303 of Al 2 O 3 fine particles 302 on the surface of the glass substrate 301 is shown. (E) Al 2 O 3 fine particles 302 in the dispersion liquid 303
A step of settling and filling the gaps between the TiO 2 fine particles 103 is shown. (F) The substrate 301 and the dispersion liquid 303 shown in (e) are dried to obtain TiO 2 fine particles 103 and Al 2 O 3 fine particles 3.
A process of obtaining a fine particle film 304 composed of No. 02 is shown. (G) A step of adsorbing the fine particle film 304 to the microtweezers 104 and peeling it from the glass substrate 301 is shown. (H) A step of moving and stacking the fine particle film 304 adsorbed by the microtweezers 104 onto the fine particle film 304 formed in another concave portion is shown.

【図4】図3(f)を拡大して示す図である。FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 3 (f).

【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TiO微粒子103の分散液102を滴下・展開す
る工程を示す。 (b) TiO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1
02を乾燥させることにより、第2凹形状パターン30
1bの凹形状部分にTiO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、Al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Al微粒子302が、
沈降してTiO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、TiO微粒子103とAl微粒子3
02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30
4の上に移動して積み重ねる工程を示す。
FIG. 5 is a drawing for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the third embodiment. (A) After forming a first concave-shaped pattern 301a and a second concave-shaped pattern 301b on a glass substrate 301 using a photolithography technique, a polystyrene layer 501 is coated on the surface thereof, and then a spherical surface is formed on the surface. A step of dropping and developing the dispersion liquid 102 of TiO 2 fine particles 103 will be described. (B) A step in which the TiO 2 fine particles 103 fall into the concave portion of the second concave pattern 301b and are seated in the concave position. (C) Glass substrate 301 and dispersion 1 shown in (b)
By drying 02, the second concave pattern 30
The state where the TiO 2 fine particles 103 are seated on the concave portion of 1b is shown. (D) A step of dropping and spreading the dispersion liquid 303 of Al 2 O 3 fine particles 302 on the surface of the glass substrate 301 is shown. (E) Al 2 O 3 fine particles 302 in the dispersion liquid 303
A step of settling and filling the gaps between the TiO 2 fine particles 103 is shown. (F) The substrate 301 and the dispersion liquid 303 shown in (e) are dried to obtain TiO 2 fine particles 103 and Al 2 O 3 fine particles 3.
A process of obtaining a fine particle film 304 composed of No. 02 is shown. (G) Polystyrene layer 501 on the surface of the glass substrate 301
The step of removing the is shown. (H) The fine particle film 304 is attached to the microtweezers 104.
A step of adsorbing the glass substrate and peeling it from the glass substrate 301 is shown. (I) The fine particle film 304 adsorbed by the microtweezers 104 is replaced by the fine particle film 30 formed in another concave portion.
4 shows the step of moving to and stacking on top of 4.

【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TiO微粒子103の分散液102を
滴下・展開する工程を示す。 (b) TiO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TiO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、TiO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) TiO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TiO微粒子膜105を、凹形状
パターン101aの凹部分で形成されたTiO微粒子
膜105上に移動して積み重ねる工程を示す。
FIG. 6 is a drawing for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the fourth embodiment. (A) After forming a concave pattern 101a on the glass substrate 101 using a photolithography technique, a polystyrene layer 501 is coated on the surface, and then a dispersion liquid 102 of spherical TiO 2 fine particles 103 is dripped on it.・ Show the process of development. (B) A step in which the TiO 2 fine particles 103 settle on the surface of the glass substrate 101 and then fall into the concave portions of the concave pattern 101a is shown. (C) A step of drying the glass substrate 101 and the dispersion liquid 102 in the state shown in (b) to form the TiO 2 fine particle film 105 in the concave portions of the concave pattern 101a is shown. (D) A step of applying an electric pulse to the TiO 2 fine particle film 105 using the probe of the microtweezers 104 is shown. (E) A step of removing the polystyrene layer 501 on the surface of the substrate is shown. (F) A step of adsorbing the TiO 2 fine particle film 105 with the microtweezers 104 and peeling it from the glass substrate 101 is shown. (G) showing the step of stacking and moving the TiO 2 fine particle film 105 adsorbed, on the TiO 2 fine particle film 105 formed in the concave portion of the concave pattern 101a.

【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TiO微粒子103の分散液102を
滴下・展開する工程を示す。 (b) TiO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TiO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、TiO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) TiO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TiO微粒子膜105を、凹形状
パターン101aの凹部分で形成されたTiO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。
FIG. 7 is a drawing for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the fifth embodiment. (A) After forming a concave pattern 101a on the glass substrate 101 using a photolithography technique, a polystyrene layer 501 is coated on the surface, and then a dispersion liquid 102 of spherical TiO 2 fine particles 103 is dripped on it.・ Show the process of development. (B) A step in which the TiO 2 fine particles 103 settle on the surface of the glass substrate 101 and then fall into the concave portions of the concave pattern 101a is shown. (C) A step of drying the glass substrate 101 and the dispersion liquid 102 in the state shown in (b) to form the TiO 2 fine particle film 105 in the concave portions of the concave pattern 101a is shown. (D) A step of applying an electric pulse to the TiO 2 fine particle film 105 using the probe of the microtweezers 104 is shown. (E) A step of removing the polystyrene layer 501 on the surface of the substrate is shown. (F) A step of adsorbing the TiO 2 fine particle film 105 with the microtweezers 104 and peeling it from the glass substrate 101 is shown. The TiO 2 fine particle film 105 which is (g) adsorption, after stacking moved onto the TiO 2 fine particle film 105 formed in the concave portion of the concave pattern 101a, by using the probe of micro forceps 104, fine structure A process of applying an electric pulse to the body 106 is shown.

【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−Fe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) Fe微粒子からなる微粒子構造体805
を示す。
FIG. 8 is a drawing for explaining the method of manufacturing the fine particle structure according to the sixth embodiment. (A) A step of forming a three-dimensional fine particle structure 802 using α-Fe 2 O 3 fine particles on the concave pattern 801a formed on the glass substrate 801 is shown. (B) A step of placing the fine particle structure 802 in a chamber 803 equipped with a heating stage 804 and exposing it to a hydrogen reducing atmosphere is shown. (C) Fine particle structure 805 made of Fe 3 O 4 fine particles
Indicates.

【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。
FIG. 9 is an explanatory diagram of first and second fine particle structures according to the first embodiment.

【図10】実施例1に係る光集積回路の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of the optical integrated circuit according to the first embodiment.

【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。
FIG. 11 is an explanatory diagram of first and second fine particle structures according to the second embodiment.

【図12】実施例2に係る光集積回路の説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram of an optical integrated circuit according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 TiO微粒子 104 マイクロピンセット 105 TiO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 Al微粒子 303 分散液 304 微粒子膜(TiO+Al) 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101 glass substrate 101a concave pattern 101b concave pattern 101c concave pattern 101d concave pattern 102 dispersion 103 TiO 2 fine particles 104 microtweezers 105 TiO 2 fine particle film 106 fine particle structure 301 glass substrate 301a first concave pattern 301b second Recessed pattern 302 Al 2 O 3 fine particles 303 Dispersion 304 Fine particle film (TiO 2 + Al 2 O 3 ) 305 Fine particle structure 501 Polystyrene layer 801 Glass substrate 801a Recessed pattern 802 Fine particle structure 803 Chamber 804 Heating stage 805 Fine particle structure

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粒子径の均一な微粒子からなり、互いに
異なる周期構造を有すると共に任意の形状にパターニン
グされている、第一の微粒子構造体と第二の微粒子構造
体とが同一基板上に形成されていることを特徴とする微
粒子構造体。
1. A first fine particle structure and a second fine particle structure, which are composed of fine particles having a uniform particle size, have periodic structures different from each other and are patterned in an arbitrary shape, are formed on the same substrate. A fine particle structure characterized by being provided.
【請求項2】 第一及び第二の微粒子構造体が、球形の
微粒子で構成されていることを特徴とする請求項1記載
の微粒子構造体。
2. The fine particle structure according to claim 1, wherein the first and second fine particle structures are composed of spherical fine particles.
【請求項3】 第一及び第二の微粒子構造体が、同一組
成の微粒子で構成されていることを特徴とする請求項1
又は2記載の微粒子構造体。
3. The first and second fine particle structures are composed of fine particles having the same composition.
Or the fine particle structure described in 2.
【請求項4】 第一及び第二の微粒子構造体が、互いに
異なる組成の微粒子で構成されていることを特徴とする
請求項1又は2記載の微粒子構造体。
4. The fine particle structure according to claim 1 or 2, wherein the first and second fine particle structures are composed of fine particles having different compositions.
【請求項5】 第一及び第二の微粒子構造体が、互いに
異なる粒径の微粒子で構成されていることを特徴とする
請求項1〜4の何れかに記載の微粒子構造体。
5. The fine particle structure according to claim 1, wherein the first and second fine particle structures are constituted by fine particles having different particle sizes.
【請求項6】 第一及び/又は第二の微粒子構造体を構
成する微粒子間が、該微粒子とは異なる材料からなる物
質により充填されている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。
6. The material of the first and / or second fine particle structure is filled with a substance made of a material different from that of the fine particles, between the fine particles.
5. The fine particle structure according to any one of 1.
【請求項7】 第一及び第二の微粒子構造体を構成する
微粒子並びに基板の材料が、何れも金属酸化物であるこ
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。
7. The fine particle structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the material of the fine particles constituting the first and second fine particle structures and the substrate are both metal oxides. .
【請求項8】 請求項1〜7の何れかに記載の微粒子構
造体を用い、第一及び第二の微粒子構造体の形状パター
ニングにより光回路が構築されていることを特徴とする
光集積回路。
8. An optical integrated circuit comprising the fine particle structure according to claim 1 and an optical circuit constructed by patterning the shapes of the first and second fine particle structures. .
【請求項9】 粒子径の均一な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。
9. A fine particle film on the concave pattern by applying and spreading a fine particle dispersion liquid, in which fine particles having a uniform particle diameter are dispersed in a dispersion medium, on a substrate having a concave pattern on the surface thereof. And a fine particle structure for forming a fine particle structure by stacking a plurality of fine particle films after peeling the fine particle film from a substrate using an adsorption device having a function of adsorbing a fine article. A method of manufacturing a fine particle structure, comprising a body forming step.
【請求項10】 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9記載の微粒子
構造体の製造方法。
10. The concave pattern formed on the substrate comprises a first concave pattern and a second concave pattern formed on a bottom portion of an inner surface of the first concave pattern, wherein the fine particles are formed. The film forming step includes a first fine particle arranging step of arranging the first fine particles in the second concave pattern by applying and developing a dispersion liquid of the first fine particles on the substrate and drying the dispersion liquid. The first fine particles are obtained by applying and spreading a dispersion liquid of second fine particles having a particle diameter smaller than that of the first fine particles on a substrate on which the dispersion liquid of the first fine particles is coated and spread, and drying. 10. The method for producing a fine particle structure according to claim 9, further comprising: a mixed fine particle film forming step of forming a mixed fine particle film composed of the second fine particles.
【請求項11】 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10記載の微粒子構造体の製造方法。
11. The method of manufacturing a fine particle structure according to claim 10, wherein the second concave-shaped pattern is composed of a set of concave-shaped portions formed at a constant period.
【請求項12】 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9〜11
の何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
12. A coating step of coating a dissolution-removable coating layer on the substrate on which the concave pattern is formed, and a solvent as a pretreatment for peeling the fine particle film from the substrate in the fine particle structure forming step. A coating layer removing step of dissolving and removing the coating layer according to claim 9 to 11.
5. The method for producing a fine particle structure according to any one of 1.
【請求項13】 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9〜12の何
れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
13. The fine particle structure according to claim 9, further comprising a fine particle film electric pulse applying step of applying an electric pulse to the fine particle film formed on the concave pattern. Body manufacturing method.
【請求項14】 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9〜13の何れかに記載の微粒子構造体の製造方
法。
14. The laminated fine particle film electric pulse applying step of applying an electric pulse to the fine particle films stacked in the fine particle structure forming step, according to claim 9. Method of manufacturing fine particle structure.
【請求項15】 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9〜14の
何れかに記載の微粒子構造体の製造方法。
15. A hydrogen reduction step of exposing at least one of the fine particle film formed on the concave pattern and the fine particle film stacked in the fine particle structure forming step to a hydrogen reducing atmosphere. 15. The method for producing a fine particle structure according to any one of 9 to 14.
【請求項16】 前記微粒子が金属酸化物の微粒子であ
る請求項9〜15の何れかに記載の微粒子構造体の製造
方法。
16. The method for producing a fine particle structure according to claim 9, wherein the fine particles are metal oxide fine particles.
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