JP2003181275A

JP2003181275A - 微粒子配列膜形成方法

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Publication number: JP2003181275A
Application number: JP2001384767A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hino; 威日野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-02
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP4024532B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に微粒子配列膜を形成する際に、欠陥
の発生位置を所定の位置に制御可能とし、その他の位置
では欠陥の無い高品質の微粒子配列膜を得ることができ
るようにする。【解決手段】シリコンウェハ１を洗浄し、窒素雰囲気
中でフェニルトリクロロシランを溶かしたトルエンに浸
漬した後、シリコンウェハを引き上げ、乾燥・ベークす
ることによりフェニルトリクロロシランの自己組織化単
分子層を形成する。そのシリコンウェハ表面に紫外光を
櫛状にパターン照射すると、照射された表面は親水性と
なり、照射されない表面は疎水性を示すパターンが形成
される。このシリコンウェハ１をシリカ微粒子を分散さ
せた微粒子分散液５に漬け、周期パターンの方向とほぼ
平行に引き上げて微粒子配列膜６を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粒子配列膜形成
方法に係り、より詳しくは、基板表面に微粒子分散液を
展開し、任意の方向から微粒子分散液の分散媒を乾燥さ
せて微粒子配列膜を得る微粒子配列膜形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学部品や光集積回路などの
ように、基板上に形成する微粒子配列膜、あるいは、微
粒子をはじめとする微小物の構造体構築に関する様々な
研究が行われており、これらをフォトニック結晶や光導
波路に応用している。

【０００３】例えば、特許第２６２８３８６号の公報
は、大面積かつ安定して微粒子薄膜の層数制御を行うこ
とができ、大量生産が可能な微粒子薄膜を形成する方法
に関する発明である。具体的には、基板を微粒子を含む
分散懸濁液と接触させて、気相雰囲気、基板、および、
懸濁液の３相接触線に形成されるメニスカスの先端部を
掃引展開することによって移動させ、微粒子の集積現象
を利用して微粒子膜を形成する際に、メニスカス先端部
の移動速度、微粒子の体積分率、および液体蒸発速度を
パラメータとして微粒子薄膜の微粒子密度および微粒子
層数の制御を行っている。

【０００４】また、特許第２８３４４１６号の公報は、
均一で高品質な微粒子膜を形成する方法に関する発明で
あり、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こと、及
び、基板の引き上げ速度を帰還制御することによって、
均一で高品質な微粒子膜を形成している。

【０００５】さらに、特許第２９０５７１２号の公報
は、微粒子懸濁液中に基板を浸した後、基板を引上げて
基板上に微粒子単層膜を移流集積させ、ミクロンオーダ
微粒子の最密充填六方格子単層微粒子膜を形成すること
によって、オパール様回折発色膜を得る方法に関する発
明である。

【０００６】また、特許第２９１５８１２号の公報は、
固体２次基板の表面をエネルギー線照射による活性化、
あるいは、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、または、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、もしくは、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、
転写付着させる微粒子膜の形成方法に関する発明であ
る。

【０００７】さらに、特開２０００−１６７３８７号の
公報は、粒子微小物を１個づつ基板上に精密配置する方
法に関する発明であり、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・付着させている。

【０００８】また、特許第２６０００９７号の公報は、
粒子を利用して微細な部品を形成する方法に関する発明
であり、基板の任意の位置に荷電粒子線を照射すること
によって基板の一部を帯電させ、その後、基板の帯電と
は逆の極性を帯びた微粒子を基板の帯電位置に付着させ
て任意の形状の二次元および三次元粒子の構造体を得た
後、必要に応じて圧着、燒結、融結などを行うことによ
り微小部品を得るようにしている。

【０００９】上記例の他、微粒子を用いて二次元および
三次元の配列膜や構造体の製法に関する先願として、例
えば、特開平６−１２３８８６号の公報は、微粒子の配
列制御方法に関する発明であり、レーザ光のトラップ力
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について述べている。

【００１０】また、特許第２８５９４７７号の公報は、
超微粒子を規則的に配列させる方法に関する発明であ
り、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、その後、基板にホトマスクを通して光
を選択的に照射し、基板の光照射部分にビオチンの結合
領域を形成すると同時に、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ようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の微粒子配列膜形成方法にあっては、基板上で
フォトニック結晶などに利用できるようにするため、高
品質の微粒子配列膜や微粒子構造体を形成する必要があ
るが、未だ十分に高品質の微粒子配列膜を得るまでに至
っていないという問題点があった。

【００１２】例えば、基板上でフォトニック結晶を作る
方法としては、大きく分けて以下の二つの方法があり、
微細加工技術によって周期構造体を作る方法と、形
態の揃った微粒子を凝集、あるいは、配置させて周期構
造体を作る方法とがある。

【００１３】上記の微細加工を利用した方法では、デ
バイスプロセスとの融合性は良いという利点はあるが、
基本的に二次元加工であるため、三次元化が難しい上、
周期構造の周期が利用光の半分程度であることを要する
ことから、短波長光用にはかなり微細な加工技術が必要
になってくるという問題点があった。しかし、最初に述
べた利点から、現時点では、光集積回路などへの応用は
この方法に限られている。

【００１４】一方、の形態の揃った微粒子を凝集、あ
るいは、配置させて周期構造体を作る方法では、微粒子
の結晶体として作れるため、三次元化が容易であり、高
度な微細加工技術が必要ないなどの利点がある反面、い
くつかの課題が解決されていないことから、光集積回路
などのデバイスに応用された例はなかった。の方法に
おける大きな課題の一つは、膜中に発生する欠陥がなか
なか制御できないという問題点があった。

【００１５】また、形態の揃った微粒子を凝集・配置さ
せて微粒子配列膜（周期構造体）を作る方法としては、
様々な呼称やヴァリエーションがあり、堆積現象から大
きく分けて（１）横方向堆積法と（２）縦方向堆積法と
に分けることができる。

【００１６】（１）の横方向堆積法は、基板面に添って
二次元的に微粒子膜を成長させていく方法であり"引き
上げ法"とも称される。本明細書中では、"横方向堆積
法"と"引き上げ法"とを同義で用いているため、以下、"
引き上げ法"で用語を統一することにする。

【００１７】この"引き上げ法"に関する特許は、上記公
報例に示したように、いくつかの特許が出願されてお
り、大面積の高品質膜が得られる条件などについても記
述がある。しかしながら、依然として、大面積の高品質
膜を得ることは難しいという問題点があった。

【００１８】例えば、図９は、従来の粒子配列中に乱れ
が生じた状態を示す図であり、ほとんどの粒子５０は規
則正しく配列されているが、大面積の微粒子配列膜を形
成しようとすると、部分的に配列が乱れて隙間５１が生
じ、高品質膜が得られないという問題点があった。

【００１９】また、図１０は、従来の膜中に発生したク
ラックを示す図であり、巨視的に見て膜中にクラックが
発生してしまうことが多々あり、その場合も高品質膜が
得られなくなるという問題点があった。

【００２０】次に、（２）の縦方向堆積法は、種々のヴ
ァリエーションとなる手法はあるが、基本的に微粒子分
散液を静置し、微粒子を下方に沈降・堆積させることに
よって微粒子配列膜および微粒子構造体を得るという手
法である。この方法も、現状では、いくつかの課題を抱
えており、例えば、形成時間が非常に長くかかる上、形
成する際に転移や欠陥が数多く発生して、マルチドメイ
ン構造になるという問題点があった。

【００２１】図１１は、マルチドメイン構造を説明する
概念図であり、微粒子の集合体である微粒子人工結晶体
５４の中に、結晶方位の異なる、あるいは、結晶構造の
異なるブロック５５の集まりによって構成されている。
こうしたマルチドメイン構造の課題は、最近の文献（例
えば、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ６１，５７８４（２００
０））などでも議論されているように、依然として解決
されていない問題点であることがわかる。

【００２２】さらに、通常の結晶成長では、原料の液相
と固相の界面を安定化したり、液相と固相の界面の形状
を人為的に操作して、結晶欠陥を所定の位置に掃き寄せ
るといった技術は、周知のものとなっている。例えば、
SiO₂などの絶縁性基板上に、ほぼ単結晶のシリコン（S
i）薄膜を形成する場合は、基板上に多結晶Si薄膜を形
成しておき、次に、その多結晶Si薄膜を帯状に溶融さ
せ、その溶融位置を移動させていくことにより、順次再
結晶化させ、ほぼ単結晶のシリコン薄膜を得る方法があ
る（帯状溶融再結晶化法、ＺＭＲ法などと呼称され
る）。この場合、どのように結晶欠陥の掃き寄せが行わ
れているのかについて簡単に説明する。

【００２３】図１２は、シリコンの溶融再結晶化法に用
いる試料構成を説明する断面図であり、SiO₂基板５６上
に、多結晶Si層５７とSiO₂-cap層５８（融液安定化のた
め通常形成される）とが積層形成され、試料６０が構成
される。

【００２４】図１３は、図１２の試料を用いてシリコン
の溶融再結晶化法を実施する場合の斜視図である。図１
３に示すように、薄膜が積層された試料６０の上からス
トリップヒータ６３などで矢印Ｇ方向に移動しながら加
熱していくと、多結晶Si層５７のうち、まだ溶融してい
ない多結晶Si領域６２に帯状の溶融領域６４が形成さ
れ、その溶融領域６４が矢印Ｇ方向に移動した後、冷え
て再結晶化Si領域６５となり、ほぼ単結晶に近いシリコ
ン膜が得られる。

【００２５】ところが、図１３に示されるように、再結
晶化Si領域６５には、枝分かれ形状（直線状の欠陥が入
る場合もある）のサブグレインバンダリ（結晶亜粒界）
６６が発生してしまい、シリコン膜の品質を劣化させて
いた。

【００２６】そこで、従来は、こうしたサブグレインバ
ンダリのような欠陥を以下のような方法を用いて所定の
位置に掃き寄せていた。すなわち、図１４に示すよう
に、SiO₂基板５６上に、多結晶Si層５７とSiO₂-cap層を
形成するまでは、図１２と同様であるが、図１４のSiO₂
-cap層５９の表面には凹凸が形成されている。このよう
に形成された試料６１を用いて、図１５に示すように、
試料６１の上からストリップヒータ６３などで多結晶Si
層を帯状に溶融させ、その溶融領域６４を移動させてい
くと、上記したSiO₂-cap層５９に形成された凹凸形状の
ため、熱的な変調がかけられ、欠陥６７を所定の位置に
掃き寄せることができる。こうした手法は、掃き寄せ
法、あるいは、エントレイメント法と呼ばれている。

【００２７】しかしながら、このような従来の掃き寄せ
法では、膜中に発生する欠陥位置まではなかなか制御す
ることができないという問題点があった。

【００２８】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たものであり、基板上に微粒子配列膜を形成する際に、
欠陥の発生位置を所定の位置に制御可能とし、その他の
位置では欠陥の無い高品質の微粒子配列膜を得ることが
できる微粒子配列膜形成方法を提供することを目的とし
ている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る微粒子配列膜形成方法は、基板表面に微粒子分散液
を展開し、任意の方向から前記微粒子分散液の分散媒を
乾燥させて微粒子配列膜を得る微粒子配列膜形成方法で
あって、前記基板表面と前記分散媒との親和性が周期的
に異なるような周期変調パターンを形成すると共に、そ
の周期方向が微粒子配列膜相と分散液相とによって形成
される固相液相界面の移動方向とほぼ平行になっている
ことを特徴とする。

【００３０】この請求項１に記載の発明によれば、基板
表面と分散媒との親和性に周期モジュレーションを導入
し、周期方向とほぼ平行な方向に分散媒を乾燥させてい
くことにより、微粒子配列相と分散液相の界面の形状に
周期モジュレーションを形成することができるようにな
り、微粒子配列工程中に発生する欠陥を狙った箇所に集
めることが可能となる。

【００３１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の微粒子配列膜形成方法において、前記基板表面の表面
性を周期的に異ならせることによって、前記基板表面と
前記分散媒との親和性の周期変調パターンを形成するこ
とを特徴とする。

【００３２】この請求項２に記載の発明によれば、基板
表面の表面性を周期的に異ならせることにより、微粒子
配列膜相と分散液により形成される固相液相界面の形状
をベンディングすることが可能となる。

【００３３】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の微粒子配列膜形成方法において、前記基板表面と前記
分散媒との親和性の周期変調パターンを形成する際に、
自己組織化単分子層を用いることを特徴とする。

【００３４】この請求項３に記載の発明によれば、自己
組織化単分子層のパターニングによって、基板表面の周
期パターンを形成することが可能となる。

【００３５】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の微粒子配列膜形成方法において、前記基板表面と前記
分散媒との親和性の周期変調パターンを形成する際に、
前記基板表面に対してエネルギー線照射を行うことを特
徴とする。

【００３６】この請求項４に記載の発明によれば、基板
表面へのエネルギー線照射によって、基板表面の周期パ
ターンを形成することが可能となる。

【００３７】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の微粒子配列膜形成方法において、原料となる前記微粒
子分散液中の微粒子は、粒子径の異なる少なくとも２種
類の微粒子を含んでいることを特徴とする。

【００３８】この請求項５に記載の発明によれば、原料
分散液中に粒子径の異なる少なくとも２種類の微粒子が
含まれているため、粒子径の小さい粒子が欠陥掃き寄せ
位置に集積されることとなり、狙った位置での欠陥発生
を確実に行うことが可能となる。

【００３９】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の微粒子配列膜形成方法において、前記基板表面と前記
分散媒との親和性の周期変調パターンには、分岐パター
ンおよび合流パターンが含まれていることを特徴とす
る。

【００４０】この請求項６に記載の発明によれば、基板
表面と分散媒との親和性のパターンが分岐パターンおよ
び合流パターンを含むようにしたため、欠陥の合流・分
岐が可能となる。このことによって、本発明の微粒子配
列膜形成方法によって得られた微粒子配列膜の線状の欠
陥を光導波路として利用する場合などに、導光の回路パ
ターン形成上の自在性を提供することができる。

【００４１】請求項７に記載の発明は、前記請求項１に
記載の微粒子配列膜形成方法を用いて得られた微粒子配
列膜を、さらに原料となる微粒子分散液中に静置し、前
記基板表面に形成された微粒子配列膜の上にさらに微粒
子を堆積させることを特徴とする。

【００４２】この請求項７に記載の発明によれば、本発
明の引き上げ法によって得られる高品質微粒子配列膜を
テンプレートに利用することにより、従来の沈降堆積法
で難しかった微粒子構造体（配列膜）中の欠陥発生の制
御が可能となり、厚膜で、且つ、高品質な微粒子配列膜
（微粒子構造体）を得ることが可能となる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明に係る微粒子配列膜形成方法の好適な実施の形態を詳
細に説明する。本実施の形態では、基板上に微粒子を二
次元的あるいは三次元的に微粒子配列膜や微粒子構造体
に配置させ、フォトニック結晶や光導光路などに利用で
きるようにしたものである。

【００４４】（実施の形態１）図１は、本実施の形態１
にかかるシリコンウェハ表面に形成された濡れ性の異な
る櫛状周期パターンを示した斜視図である。この濡れ性
の異なる櫛状周期パターンを形成するための物質とし
て、ここではフェニルトリクロロシラン（PTCS）を使用
しているが、自己組織化単分子層を形成し、表面性のモ
ジュレーションが形成できる物質であれば、金チオール
などのような一般的な物質を用いることも可能である。

【００４５】そこで、図１に示すようなシリコンウェハ
１を洗浄し、窒素雰囲気中でフェニルトリクロロシラン
（PTCS）を溶かしたトルエンに浸漬した後、シリコンウ
ェハを引き上げ、乾燥・ベークすることによりフェニル
トリクロロシラン（PTCS）の自己組織化単分子層（Self
-Assembly Monolayer：SAM）を形成する。

【００４６】この後の工程は、通常雰囲気中で行うこと
ができる。上記のように、フェニルトリクロロシランの
自己組織化単分子層が形成されたシリコンウェハ表面
に、250nm 以下の波長を含む紫外光を櫛状にパターン照
射する。すると、フェニルトリクロロシランの自己組織
化単分子層が形成されたそのままの表面は、疎水性を示
すが（疎水性表面３）、紫外光の照射によって表面性を
親水性に転じることができる（親水性表面２）。

【００４７】以上の工程により、実際に目視で確認する
ことはできないが、シリコンウェハ１の表面には、図１
に模式的に示したように、櫛状の濡れ性が異なる親水性
表面２と疎水性表面３とから成る周期パターンを形成す
ることができる。

【００４８】図２は、図１の櫛状周期パターンが形成さ
れたシリコンウェハに微粒子配列膜を形成する引き上げ
法の説明図である。図２に示すように、周期パターンが
形成されたシリコンウェハ１を、シリカ微粒子（粒径：
310nm ）を分散させた微粒子分散液５に漬け、周期パタ
ーンの方向とほぼ平行な白抜き矢印Ａ方向にシリコンウ
ェハ（基板）１を引き上げ、微粒子配列膜６を得るよう
にする。

【００４９】このシリコンウェハ１を引き上げる際は、
シリコンウェハ１の表面に形成された周期パターンの効
果によって、微粒子配列相と分散液相の界面（固相液相
界面２０）の形状には周期変調がかけられる。こうして
得られた微粒子配列膜は、シリコンウェハ１の表面に形
成されたパターンに従って、欠陥７は、疎水性表面３の
ラインに沿って櫛型の直線的なものに掃き寄せられ、こ
の直線状の欠陥７の間の微粒子配列膜６を無欠陥とする
ことができる。

【００５０】図３は、図２の引き上げ法によって微粒子
配列膜が形成されたシリコンウェハを説明する斜視図で
あり、直線状に掃き寄せられた欠陥７の部分を拡大する
と、規則正しく配列された微粒子であるシリカ粒子８の
間に、隙間９が開いて粒子配列が乱れていることがわか
る。また、隣接する欠陥７の間に形成された微粒子配列
膜６は、微粒子が規則正しく配列された無欠陥領域とな
っている。

【００５１】このように、本実施の形態１では、微粒子
分散液を基板上で展開し、微粒子を凝集させる際に、基
板表面と分散媒との親和性に周期的な変調を導入し、周
期変調の方向と分散媒の乾燥方向をほぼ平行にすること
によって、微粒子配列膜中に発生する欠陥を所定の位置
に掃き寄せることができるようになった。このため、シ
リコンウェハなどの基板表面の微粒子配列膜形成工程中
に発生する結晶欠陥を、狙った位置に集めることが可能
となり、それ以外の領域を無欠陥領域とすることができ
る。

【００５２】なお、本実施の形態１では、シリコンウェ
ハ１の表面の周期パターンを形成する際に、フェニルト
リクロロシランの紫外線照射効果を利用したが、自己組
織化単分子膜のパターニングをすることが可能な技術で
あれば、どのようなものでも良く、例えば、図４に示す
ようなマイクロコンタクトプリント法の技術を用いて周
期パターンを形成するようにしてもよい。

【００５３】図４（ａ）〜（ｄ）は、マイクロコンタク
トプリント法を説明する工程断面図である。まず、図４
（ａ）では、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）など
のエストラマーを用いて版１１を形成し、同図（ｂ）に
おいて、版１１の表面に自己組織化膜（ＳＡＭ）１２を
形成し、同図（ｃ）に示すように、周期パターンを形成
する基板（例えば、シリコンウェハ）１３の表面に版１
１を押し付けることにより、基板１３の表面に自己組織
化膜１２のパターンを転写することができる。

【００５４】このように、マイクロコンタクトプリント
法を用いた場合でも、版１１のパターン形状を変えるだ
けで、基板表面に形成される微粒子配列膜の欠陥を狙っ
た位置に集めることが可能となり、それ以外の領域を無
欠陥領域とすることができる。

【００５５】また、上述したように、本明細書中で使用
する"引き上げ法"という言葉は、基板の表面に平行に、
微粒子配列膜を二次元的に成膜するという意味で用いて
おり、上記実施の形態１で示したような、上方に基板を
引き上げる方法に限定する趣旨ではなく、微粒子配列相
と分散液相の界面を横方向に移動していく方法であって
も勿論よい。

【００５６】図５は、基板表面に微粒子配列膜を形成す
る際に微粒子配列相と分散液相の界面を横方向に移動し
ていく方法を説明する断面図である。図５に示すよう
に、基板１３の表面に沿って原料分散液供給機構１４を
少しずつ白抜き矢印Ｂ方向に移動させながら、微粒子分
散液を塗布してゆく。

【００５７】その際、基板表面に塗布された微粒子分散
液１５は、矢印Ｄのように分散媒が蒸発してゆくため粒
子膜相となる。このため、原料分散液供給機構１４から
供給される分散液相と粒子膜相との界面は、白抜き矢印
Ｅ方向に移動してゆくと共に、その粒子膜相／分散液相
界面に対しては原料分散液供給機構１４から供給される
粒子が白抜き矢印Ｃ方向に移動してゆくことが連続して
行われる。

【００５８】このように、基板表面に微粒子配列膜を二
次元的に成膜する際に、図５のように微粒子配列相と分
散液相の界面を横方向に移動して形成することも可能で
ある。

【００５９】（実施の形態２）本実施の形態２では、基
板であるシリコンウェハを洗浄した後、フッ酸により表
面のシリコン酸化膜を除去する。その後、シリコンウェ
ハ表面に対して櫛型形状にプラズマのパターン照射を行
う。

【００６０】その結果、プラズマのパターン照射を受け
なかったシリコンウェハそのままの表面は疎水性を示す
が、プラズマ照射を受けた部分では表面性を親水性に転
じることができる。この場合も上記実施の形態１と同様
に、目視では確認することができないが、シリコンウェ
ハの表面には、櫛状の濡れ性が異なる周期パターンを形
成することができる。

【００６１】そして、上記のように周期パターンが形成
されたシリコンウェハ表面に微粒子分散液を展開する。
ここでは、上記実施の形態１の図５で説明した微粒子配
列相と分散液相の界面を横方向に移動するという引き上
げ法を用いてシリコンウェハ上に微粒子配列膜を得るよ
うにした。

【００６２】こうして得られた微粒子配列膜は、シリコ
ンウェハ表面に形成された周期パターンに従い、図３と
同様に欠陥７が櫛型の直線的なものとして形成され、そ
の直線状の欠陥７の間の微粒子配列膜６は無欠陥とする
ことができる。

【００６３】（実施の形態３）本実施の形態３では、上
記実施の形態１で説明した微粒子配列膜形成方法を基本
としているが、粒子径の異なる２種類のシリカ粒子（粒
子径：310nm ）８、および、シリカ粒子（粒子径：30n
m）１０とを含む微粒子分散液を原料として用いる点が
異なっている。

【００６４】図６は、実施の形態３により得られた微粒
子配列膜が形成されたシリコンウェハを説明する斜視図
である。このように、粒子径の異なる２種類のシリカ粒
子を含む微粒子分散液を用いて得られた微粒子配列膜
は、パターンにより掃き寄せられた欠陥１６部分の拡大
図を見ると、粒子径の大きなシリカ粒子８の間に生じた
隙間９に粒子径の小さなシリカ粒子１０が集積されてい
る。そして、隣接する欠陥１６同士の間には、シリカ粒
子８により構成される無欠陥の微粒子配列膜６を形成す
ることができる。

【００６５】このように、本実施の形態３によれば、粒
子径の小さな粒子１０が掃き寄せられた欠陥１６位置に
集積されるため、狙った位置での欠陥の発生を確実に行
うことができる。

【００６６】特に、本実施の形態３に示す方法は、単に
ある程度の面積で無欠陥の微粒子配列膜が得られるだけ
ではだめで、無欠陥領域の周りが確実に欠陥で囲まれて
いる必要がある場合、あるいは、欠陥が途切れることな
く線状に連続している必要があるような場合、すなわ
ち、無欠陥領域を光の閉じ込めに利用したり、あるい
は、逆に線状の欠陥を光導波路として利用したい場合な
どの製造上において有効な方法となる。

【００６７】（実施の形態４）本実施の形態４の場合
も、上記実施の形態１で説明した微粒子配列膜形成方法
を基本として説明する。本実施の形態４の特徴は、シリ
コンウェハの表面に形成されるパターン形状が、上記し
た実施の形態１〜３の場合のように単なる直線の構成で
はなく、分岐パターンや合流パターンを含んでいるとい
う点である。

【００６８】図７は、本実施の形態４にかかる分岐パタ
ーンや合流パターンに掃き寄せられた欠陥が形成された
シリコンウェハの斜視図である。図７に示すように、シ
リコンウェハ１の表面に形成される周期パターンが、分
岐パターンや合流パターンを含んでいたとしても、引き
上げ法を用いて微粒子配列膜を形成する際に生じる欠陥
は形成されたパターン形状に従うことになる。このた
め、得られる微粒子配列膜は、図７のように掃き寄せら
れた欠陥１７がシリコンウェハ１の表面に形成されたパ
ターンを反映して、分岐パターン、あるいは、合流パタ
ーンを含んだものとなり、また、欠陥１７の間の微粒子
配列膜６は上記実施の形態と同様に無欠陥とすることが
できる。

【００６９】この実施の形態４の場合は、掃き寄せられ
た欠陥１７を光導波路などに利用する場合に特に有効で
あり、導光の回路パターンを形成する上での自在性を提
供することができる。

【００７０】（実施の形態５）本実施の形態５では、例
えば上記実施の形態４で得られた微粒子配列膜を用いて
実施することにする。図８は、実施の形態５にかかる厚
膜の微粒子配列膜を基板上に形成する場合の方法を説明
する図である。図８に示すように、上記実施の形態４で
微粒子配列膜が形成されたシリコンウェハ１を、容器４
の底付近に配置し、容器４内には微粒子配列膜を形成す
る原料となる微粒子分散液５を満たして、静置する。

【００７１】このまま適当な時間放置すると、シリコン
ウェハ１上に既に形成されている微粒子配列膜の上に、
さらに微粒子１８が堆積してゆき、厚膜の微粒子配列膜
１９を得ることができる。従来の沈降堆積法を用いた場
合は、微粒子構造体（配列膜）中の欠陥の発生位置を制
御するのは難しかったが、本実施の形態５のように、欠
陥の発生位置が制御された微粒子配列膜を堆積用の基板
として用いるため、この上から順次沈降・堆積していく
微粒子配列膜も、基板となる微粒子配列膜の規則性と欠
陥とをそれぞれ反映して成長が行われるため、厚膜であ
って、且つ、高品質な微粒子配列膜（微粒子構造体）を
得ることが可能となる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、基板表面と分散媒との親和性に周期モジ
ュレーションを導入し、周期方向とほぼ平行な方向に分
散媒を乾燥させていくことにより、微粒子配列相と分散
液相の界面の形状に周期モジュレーションを形成するこ
とができるようになり、微粒子配列工程中に発生する欠
陥を狙った箇所に集めることが可能となる。

【００７３】請求項２に記載の発明によれば、基板表面
の表面性を周期的に異ならせることにより、微粒子配列
膜相と分散液により形成される固相液相界面の形状をベ
ンディングすることが可能となる。

【００７４】請求項３に記載の発明によれば、自己組織
化単分子層のパターニングによって、基板表面の周期パ
ターンを形成することが可能となる。

【００７５】請求項４に記載の発明によれば、基板表面
へのエネルギー線照射によって、基板表面の周期パター
ンを形成することが可能となる。

【００７６】請求項５に記載の発明によれば、原料分散
液中に粒子径の異なる少なくとも２種類の微粒子が含ま
れているので、粒子径の小さい粒子が欠陥掃き寄せ位置
に集積されることとなり、狙った位置での欠陥発生を確
実に行うことが可能となる。

【００７７】請求項６に記載の発明によれば、基板表面
と分散媒との親和性のパターンが分岐パターンおよび合
流パターンを含むようにしたので、欠陥の合流・分岐が
可能となる。このことによって、本発明の微粒子配列膜
形成方法によって得られた微粒子配列膜の線状の欠陥を
光導波路として利用する場合などに、導光の回路パター
ン形成上の自在性を提供することができる。

【００７８】請求項７に記載の発明によれば、本発明の
引き上げ法によって得られる高品質微粒子配列膜をテン
プレートに利用することにより、従来の沈降堆積法で難
しかった微粒子構造体（配列膜）中の欠陥発生の制御が
可能となり、厚膜で、且つ、高品質な微粒子配列膜（微
粒子構造体）を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態１にかかるシリコンウェハ表面に
形成された濡れ性の異なる櫛状周期パターンを示した斜
視図である。

【図２】図１の櫛状周期パターンが形成されたシリコン
ウェハに微粒子配列膜を形成する引き上げ法の説明図で
ある。

【図３】図２の引き上げ法によって微粒子配列膜が形成
されたシリコンウェハを説明する斜視図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、マイクロコンタクトプリン
ト法を説明する工程断面図である。

【図５】基板表面に微粒子配列膜を形成する際に微粒子
配列相と分散液相の界面を横方向に移動していく方法を
説明する断面図である。

【図６】実施の形態３により得られた微粒子配列膜が形
成されたシリコンウェハを説明する斜視図である。

【図７】本実施の形態４にかかる分岐パターンや合流パ
ターンに掃き寄せられた欠陥が形成されたシリコンウェ
ハの斜視図である。

【図８】実施の形態５にかかる厚膜の微粒子配列膜を基
板上に形成する場合の方法を説明する図である。

【図９】従来の粒子配列中に乱れが生じた状態を示す図
である。

【図１０】従来の膜中に発生したクラックを示す図であ
る。

【図１１】マルチドメイン構造を説明する概念図であ
る。

【図１２】シリコンの溶融再結晶化法に用いる試料構成
を説明する断面図である。

【図１３】図１２の試料を用いてシリコンの溶融再結晶
化法を実施する場合の斜視図である。

【図１４】シリコンの溶融再結晶化法で掃き寄せ法を用
いる場合の試料構成を説明する断面図である。

【図１５】図１４の試料を用いてシリコンの溶融再結晶
化法で掃き寄せ法を実施する場合の斜視図である。

【符号の説明】

１シリコンウェハ２親水性表面３疎水性表面４容器５微粒子分散液６微粒子配列膜７欠陥８シリカ粒子９隙間１０シリカ粒子１１版１２自己組織化膜（ＳＡＭ）１３基板１４原料分散液供給機構１５微粒子分散液１６欠陥１７欠陥１８微粒子１９微粒子配列膜２０固相液相界面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面に微粒子分散液を展開し、任意
の方向から前記微粒子分散液の分散媒を乾燥させて微粒
子配列膜を得る微粒子配列膜形成方法であって、前記基板表面と前記分散媒との親和性が周期的に異なる
ような周期変調パターンを形成すると共に、その周期方向が微粒子配列膜相と分散液相とによって形
成される固相液相界面の移動方向とほぼ平行になってい
ることを特徴とする微粒子配列膜形成方法。
【請求項２】前記基板表面の表面性を周期的に異なら
せることによって、前記基板表面と前記分散媒との親和
性の周期変調パターンを形成することを特徴とする請求
項１に記載の微粒子配列膜形成方法。
【請求項３】前記基板表面と前記分散媒との親和性の
周期変調パターンを形成する際に、自己組織化単分子層
を用いることを特徴とする請求項２に記載の微粒子配列
膜形成方法。
【請求項４】前記基板表面と前記分散媒との親和性の
周期変調パターンを形成する際に、前記基板表面に対し
てエネルギー線照射を行うことを特徴とする請求項２に
記載の微粒子配列膜形成方法。
【請求項５】原料となる前記微粒子分散液中の微粒子
は、粒子径の異なる少なくとも２種類の微粒子を含んで
いることを特徴とする請求項２に記載の微粒子配列膜形
成方法。
【請求項６】前記基板表面と前記分散媒との親和性の
周期変調パターンには、分岐パターンおよび合流パター
ンが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の微
粒子配列膜形成方法。
【請求項７】前記請求項１に記載の微粒子配列膜形成
方法を用いて得られた微粒子配列膜を、さらに原料とな
る微粒子分散液中に静置し、前記基板表面に形成された微粒子配列膜の上にさらに微
粒子を堆積させることを特徴とする微粒子配列膜形成方
法。