JP2003227955A - 微細周期構造体の製造方法および微細周期構造体の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周期構造に意図しない欠陥を生じさせること
なく製造コストを低減する。 【解決手段】 所定の周期構造を有する周期構造体をＮ
層（Ｎは２以上の自然数）積層してフォトニック結晶を
製造するフォトニック結晶の製造方法であって、所定の
周期構造を反転させたスリットＳａ，Ｓｂが形成されて
周期構造体を成型可能に構成されたモールド１３，１４
をフォトニック結晶成型用の溶液Ｒ中に沈めてモールド
１３，１４に溶液Ｒを含浸させた後に溶液Ｒからモール
ド１３を取り出し、基板２の下面または基板２に成型さ
れている（Ｍ−１）層目（ＭはＮ以下の自然数）の周期
構造体における下面にモールド１３の上面を接触させ、
その状態でスリットＳａ内の溶液Ｒを硬化させてＭ層目
の周期構造体を成型する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の周期構造を
有する周期構造体をＮ層積層して微細周期構造体を製造
する微細周期構造体の製造方法、およびその製造方法に
従って微細周期構造体を製造可能に構成された微細周期
構造体の製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の微細周期構造体の製造方法とし
て、特開２０００−２８４１３６号公報に開示されてい
るフォトニック結晶の製造方法が挙げられる。この場
合、フォトニック結晶は、微細周期構造体の一例であっ
て、屈折率が互いに異なる２種類の光学材料（一方が空
気である場合を含む）を光の波長オーダーで周期的に配
列して構成されている。この製造方法では、まず、基板
（１）の上に第１の屈折率を有する材料Ｒ１によって薄
膜（２）を積層する。この場合、薄膜（２）および後述
する薄膜（３）は、液状の材料Ｒ１，Ｒ２を回転塗布し
た後に熱硬化させることで薄膜状に形成される。次に、
その下面に複数の凸部を市松模様状に形成した型（４）
を薄膜（２）の上面に強く押し付けることにより、薄膜
（２）の厚み程度の深さで市松模様状の凹部を薄膜
（２）に形成する。次いで、この状態の薄膜（２）の上
に、材料Ｒ１とは屈折率が異なる第２の屈折率を有する
材料Ｒ２によって薄膜（３）を積層する。続いて、薄膜
（３）の上面に型（４）を強く押し付けることにより、
薄膜（３）の厚み程度の深さで市松模様状の凹部を薄膜
（３）に形成する。この後、薄膜（２）の積層および型
（４）による凹部の形成と、薄膜（３）の積層および型
（４）による凹部の形成とを所定の回数だけ交互に実行
する。これにより、いずれの方向から見たとしても材料
Ｒ１，Ｒ２が所定のピッチで交互に存在する３次元フォ
トニック結晶が製造される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の微細
周期構造体としてのフォトニック結晶の製造方法には、
以下の問題点がある。すなわち、従来のフォトニック結
晶の製造方法では、薄膜（２，３）を形成した後に型
（４）を強く押し付けることにより、型（４）の下面に
形成された凸部を薄膜（２，３）に転写（刻印）して薄
膜（２，３）の厚み内の２次元周期構造を形成してい
る。この場合、この２次元周期構造の形成ピッチ（すな
わち、薄膜（２，３）に形成される凹部の形成ピッチ）
は、一例として数十μｍ程度と非常に狭い。また、積層
された薄膜（２，３）は、その凹部形成後もその周期構
造を維持できるように、ある程度の硬さを有している必
要がある。したがって、この薄膜（２，３）に型（４）
を押し付けることで微細なピッチを転写（刻印）する製
造方法では、型（４）の摩耗が激しく、結果として、規
則正しい周期構造を繰り返して形成するのが困難とな
る。このため、その製作コストが比較的高い型（４）を
定期的に交換しなくてはならず、フォトニック結晶の製
造コストを高騰させる要因となるという問題点がある。

【０００４】また、従来のフォトニック結晶の製造方法
では、既に凹部を形成した薄膜（２，３）の上に薄膜
（３，２）を形成し、その薄膜（３，２）に対して型
（４）を強く押し付けることによって凹部を形成してい
る。したがって、フォトニック結晶の初期段階で積層さ
れた薄膜（２，３）（すなわち、すなわち、基板（１）
側の薄膜（２，３））には、その後に形成される薄膜
（３，２）に凹部を形成する際に大きな力が何度も加え
られることとなる。このため、この力が加えられること
に起因して、初期段階で積層された薄膜（２，３）の２
次元周期構造が破壊されるため、周期構造に意図しない
欠陥が生じることに起因して、フォトニック結晶の光学
的特性が著しく低下するという問題点がある。

【０００５】この場合、同公報には、薄膜（２，３）を
所定数だけ交互に積層しておき、この積層体に対して一
度だけ型（４）を押し付けることにより、各薄膜に対し
て複数の凹部を同時に形成する方法が開示されている。
この製造方法によれば、型（４）の摩耗を抑え、かつ、
繰り返して力が加えられることに起因する周期構造の破
壊を防止することが可能となる。しかし、この製造方法
では、型（４）が押し当てられた薄膜（２，３）から遠
い側の薄膜（すなわち、基板（１）側の薄膜（２，
３））に、型（４）による力が伝達されないことがあ
る。かかる場合には、所望の深さ（各薄膜（２，３）の
厚み程度の深さ）の凹部を形成することができないた
め、フォトニック結晶の光学的特性が著しく低下すると
いう問題点がある。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、周期構造に意図しない欠陥を生じさせるこ
となく製造コストを低減し得る微細周期構造体の製造方
法、およびその製造方法に従って微細周期構造体を製造
可能な微細周期構造体の製造装置を提供することを主目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の微細周期構造体の製造方法は、所定の周期
構造を有する周期構造体をＮ層（Ｎは２以上の自然数）
積層して微細周期構造体を製造する微細周期構造体の製
造方法であって、前記所定の周期構造を反転させた凹部
が形成されて前記周期構造体を成型可能に構成された型
を微細周期構造体成型用の溶液中に沈めて当該凹部に当
該溶液を含浸させた後に当該溶液から当該型を取り出
し、基板の下面または当該基板に成型されている（Ｍ−
１）層目（ＭはＮ以下の自然数）の前記周期構造体にお
ける下面に前記型の上面を接触させ、その状態で前記凹
部内の前記溶液を硬化させてＭ層目の前記周期構造体を
成型する。

【０００８】請求項２記載の微細周期構造体の製造方法
は、請求項１記載の微細周期構造体の製造方法におい
て、前記凹部を構成する貫通孔が形成された型本体と、
前記貫通孔を閉塞することにより前記凹部の底面を構成
する底板とを前記型として用いて当該型本体および当該
底板を互いに離間させた状態で前記溶液中に沈め、前記
型本体の前記貫通孔に前記溶液を含浸させた後に前記底
板によって前記貫通孔を閉塞し、その状態の当該型本体
および当該底板を当該溶液から取り出して前記Ｍ層目の
周期構造体を成型する。

【０００９】請求項３記載の微細周期構造体の製造装置
は、請求項１記載の微細周期構造体の製造方法に従って
前記微細周期構造体を製造可能に構成された微細周期構
造体の製造装置であって、前記周期構造体を成型可能な
前記型と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記型
を前記溶液中から取り出して前記上面を前記基板の前記
下面または前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前
記下面に接触させる上下動機構と、前記凹部内の前記溶
液を硬化させる溶液硬化手段と、前記上下動機構および
前記溶液硬化手段を制御する制御部とを備え、前記制御
部は、前記上下動機構に対して前記型を前記溶液中に沈
めさせて前記凹部に当該溶液を含浸させた後に、当該上
下動機構に対して当該溶液から当該型を取り出させて前
記基板保持手段によって保持されている前記基板の前記
下面または当該基板に成型されている前記（Ｍ−１）層
目の周期構造体における前記下面に当該型の前記上面を
接触させ、その状態で前記溶液硬化手段に対して前記凹
部内の前記溶液を硬化させて前記Ｍ層目の周期構造体を
成型する。

【００１０】請求項４記載の微細周期構造体の製造装置
は、請求項３記載の微細周期構造体の製造装置におい
て、前記凹部を構成する貫通孔が形成された型本体と、
前記貫通孔を閉塞することにより前記凹部の底面を構成
する底板とで少なくとも構成される前記型を備えると共
に、前記型本体および前記底板のいずれか一方をいずれ
か他方に向けて接離動させる接離動機構を備え、前記制
御部は、前記接離動機構に対して前記型本体および前記
底板を互いに離間させた状態で前記上下動機構に対して
当該型本体および当該底板を前記溶液中に沈めさせて前
記型本体の前記貫通孔に前記溶液を含浸させた後に、前
記接離動機構に対して前記型本体に前記底板を接触させ
て当該貫通孔を閉塞させ、その状態の当該型本体および
当該底板を前記上下動機構に対して当該溶液から取り出
させて前記周期構造体を成型する。

【００１１】請求項５記載の微細周期構造体の製造装置
は、請求項３または４記載の微細周期構造体の製造装置
において、前記Ｎ層の周期構造体のうち奇数層目の周期
構造体を成型するための第１の型と、前記Ｎ層の周期構
造体のうち偶数層目の周期構造体を成型するための第２
の型とを前記型として備え、前記制御部は、前記上下動
機構に対して前記第１の型と前記第２の型とを交互に上
下動させて前記周期構造体を成型する。

【００１２】請求項６記載の微細周期構造体の製造装置
は、請求項３から５のいずれかに記載の微細周期構造体
の製造装置において、前記基板保持機構および前記型の
いずれかを水平方向に沿って９０°回転させる回転機構
を備え、前記制御部は、前記回転機構に対して前記基板
保持機構および前記型のいずれかを水平方向に沿って９
０°回転させた後に、前記上下動機構に対して前記型を
前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に接触さ
せて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する。

【００１３】請求項７記載の微細周期構造体の製造装置
は、請求項３から６のいずれかに記載の微細周期構造体
の製造装置において、前記基板保持機構および前記型の
いずれかを前記周期構造体の周期分だけ水平方向に移動
させる移動機構を備え、前記制御部は、前記移動機構に
対して前記基板保持機構および前記型のいずれかを前記
周期分だけ移動させた後に、前記上下動機構に対して前
記型を前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下
面に接触させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る微細周期構造体の製造方法、およびその製造方
法に従って微細周期構造体を製造する製造装置の好適な
実施の形態について説明する。

【００１５】最初に、本発明に係る微細周期構造体の製
造方法に従って製造されたフォトニック結晶１につい
て、図面を参照して説明する。

【００１６】フォトニック結晶１は、光合分波器、波長
多重合分波器および分光器（回析格子）などの光回路部
品に用いられる超小型光回路としての使用を初めとし
て、フォトルミネッセンスやレーザービーム用の発光素
子または受光素子、各種センサ（ガス、歪み、温度、電
圧および電流などの検出素子）、並びにミリ波およびマ
イクロ波用のシールド材やアンテナとして使用される。
このフォトニック結晶１は、図１に示すように、本発明
における周期構造体に相当する周期構造層３および周期
構造層４が基板２の上に交互に積層されて構成されてい
る。基板２は、フォトニック結晶１の製作時に周期構造
層３，４・・を成型する際の支持体として機能すると共
に、完成後においては、フォトニック結晶１の基部とし
ても機能する。周期構造層３は、本発明における奇数層
目の周期構造体に相当し、一例として小口の一辺が５０
μｍ程度の角柱状の柱状体３ａ，３ａ・・が５０μｍ程
度の等間隔で並設されて構成されている。周期構造層４
は、本発明における偶数層目の周期構造体に相当し、成
型された角柱状の柱状体４ａ，４ａ・・が周期構造層３
の柱状体３ａと同様にして等間隔で並設されて構成され
ている。この場合、周期構造層３の柱状体３ａ，３ａ・
・と、周期構造層４の柱状体４ａ，４ａ・・とは、互い
に直交する向きに配設されている。

【００１７】このフォトニック結晶１は、後述するよう
に、有機系材料溶液、無機系材料溶液および有機無機複
合材料溶液などのフォトニック結晶材料溶液（本発明に
おける微細周期構造体成型用の溶液に相当し、以下、
「溶液」ともいう）Ｒ（図４参照）を硬化させることに
よって成型され、フォトニック結晶１に求められる光学
的特性に応じて、溶液Ｒとして使用する材料や、周期構
造層３，４の高さ、柱状体３ａ，４ａの形状、太さ、並
設ピッチおよび並設本数などが適宜調節される。なお、
本発明の実施の形態では、溶液Ｒの一例として熱硬化性
樹脂を使用する。また、本発明の実施の形態において説
明する図面では、本発明についての理解を容易とするた
めに、柱状体３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ・・の数を少な
くして図示しているが、実際には、さらに多数の柱状体
３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ・・によって周期構造層３，
４が構成されている。また、後述する製造方法において
使用するモールド１３，１４（図３参照）などについて
も、実際には、多数の柱状体３ａ，３ａ・・４ａ，４ａ
・・を成型可能に構成されている。

【００１８】次に、このフォトニック結晶１を製造可能
に構成された微細周期構造体製造装置（以下、「製造装
置」ともいう）１１について、図面を参照して説明す
る。

【００１９】製造装置１１は、図２に示すように、基板
保持部１２、モールド１３，１４、接離動機構１５，１
５、上下動機構１６，１７、ヒータ１８、制御部１９お
よび容器２０を備えている。基板保持部１２は、本発明
における基板保持手段に相当し、前述したフォトニック
結晶１の基板２を保持可能に構成されて上下動機構１２
ａに取り付けられている。この場合、上下動機構１２ａ
は、一例としてエアシリンダで構成され、制御部１９の
制御下で基板保持部１２を下動させることにより、後述
するように、基板保持部１２によって保持されている基
板２をモールド１３，１４の上面に押し付ける。モール
ド１３は、本発明における第１の型に相当し、本発明に
おける型本体に相当するモールド本体１３ａと、モール
ド本体１３ａの下方に配設されて接離動機構１５によっ
てモールド本体１３ａに対して接離動させられる底板１
３ｂとを備えている。モールド１４は、本発明における
第２の型に相当し、本発明における型本体に相当するモ
ールド本体１４ａと、モールド本体１４ａの下方に配設
されて接離動機構１５によってモールド本体１４ａに対
して接離動させられる底板１４ｂとを備えている。

【００２０】この場合、モールド本体１３ａ，１４ａお
よび底板１３ｂ，１４ｂは、ＳｉＯ _２、Ｓｉ、ＳｉＣ、
金属および金属酸化物などの無機系材料や、無機系材料
と有機系材料とを複合化したナノコンポジット材料（ナ
ノサイズの複合材料）で形成されている。また、図３に
示すように、モールド本体１３ａには、本発明における
貫通孔に相当し前述した柱状体３ａ，３ａ・・を成型す
るためのスリットＳａ，Ｓａ・・がその上面から下面に
かけて連通形成されている。このスリットＳａ，Ｓａ・
・は、モールド本体１３ａの下面に底板１３ｂが当接さ
せられることで閉塞され、底板１３ｂの上面と相俟って
本発明における凹部を構成する。また、モールド本体１
４ａには、本発明における貫通孔に相当し前述した柱状
体４ａ，４ａ・・を成型するためのスリットＳｂ，Ｓｂ
・・がその上面から下面にかけて連通形成されている。
このスリットＳｂ，Ｓｂ・・は、モールド本体１４ａの
下面に底板１４ｂが当接させられることで閉塞され、底
板１４ｂの上面と相俟って本発明における凹部を構成す
る。以下、モールド本体１３ａのスリットＳａとモール
ド本体１４ａのスリットＳｂとを区別しないときには、
スリットＳともいう。

【００２１】このスリットＳは、上記した材料で形成し
た平板に対してレーザービーム描画装置、電子線描画装
置および反応性イオンエッチング装置などの微細構造加
工装置を用いて複数の孔（スリット）を所定の配列ピッ
チで形成した後に、ウェットエッチングやドライエッチ
ングによって高精度に加工されている。なお、図４に示
すように、このモールド１３，１４は、スリットＳａ，
Ｓａ・・の延在方向と、スリットＳｂ，Ｓｂ・・の延在
方向とが直交する向きで後述するアーム部１６ａ，１７
ａに取り付けられる。一方、接離動機構１５は、制御部
１９の制御下でモールド本体１３ａ，１４ａに対して底
板１３ｂ，１４ｂを接離動させることにより、モールド
本体１３ａ，１４ａにおけるスリットＳ，Ｓ・・の各下
方開口部位を閉塞または開口する。

【００２２】上下動機構１６，１７は、図４に示すよう
に、容器２０に収容された溶液Ｒの中と、基板保持部１
２によって保持された基板２の下方との間でアーム部１
６ａ，１７ａを介してモールド１３，１４を矢印Ａ，Ｂ
の方向にそれぞれ上下動させる。この場合、アーム部１
６ａ，１７ａは、いわゆるリンク機構を備えて構成さ
れ、モールド１３，１４を水平に保持した状態で上下動
可能に構成されている。ヒータ１８は、本発明における
溶液硬化手段に相当し、制御部１９の制御下でモールド
１３，１４を加熱することにより、スリットＳ，Ｓ・・
内の溶液Ｒを硬化させる。制御部１９は、基板保持部１
２、上下動機構１２ａ、接離動機構１５，１５および上
下動機構１６，１７の駆動を制御すると共に、ヒータ１
８に対する通電を制御してモールド１３，１４を加熱さ
せる。容器２０は、溶液Ｒを収容可能に形成されると共
に、その溶液Ｒ内にモールド１３，１４の双方を沈める
ことが可能な深さに形成されている。

【００２３】次に、この製造装置１１によるフォトニッ
ク結晶１の製造方法について、図面を参照して説明す
る。

【００２４】まず、図４に示すように、容器２０の中に
溶液Ｒを注ぎ入れると共に、基板保持部１２に基板２を
保持させる。この際に、基板２は、図１に示すフォトニ
ック結晶１の状態に対して、上下方向が反転させられた
状態で基板保持部１２によって保持される。次に、制御
部１９は、上下動機構１６，１７を駆動制御してモール
ド１３，１４の双方を容器２０内の溶液Ｒ中に沈め、モ
ールド本体１３ａ，１４ａのスリットＳ，Ｓ・・に溶液
Ｒを含浸させる。この際に、接離動機構１５，１５は、
制御部１９の制御下で、モールド本体１３ａ，１４ａを
底板１３ｂ，１４ｂに対して離間させた状態に保持す
る。したがって、両モールド１３，１４のスリットＳ，
Ｓ・・がモールド本体１３ａ，１４ａの上面および下面
間で連通状態となる結果、スリットＳ，Ｓ・・内の空気
がスムーズに排出されて溶液Ｒが確実に含浸する。次い
で、制御部１９は、モールド１３側の接離動機構１５を
駆動制御することにより、図５に示すように、溶液Ｒ中
においてモールド本体１３ａと底板１３ｂとを密着させ
る。この際には、モールド本体１３ａの下面に底板１３
ｂが密着することにより、スリットＳａ，Ｓａ・・の下
方が閉塞されて複数の溝（本発明における凹部）が形成
される。

【００２５】次に、図６に示すように、制御部１９は、
上下動機構１６に対してモールド１３を上動させて溶液
Ｒの外に取り出させると共に、上下動機構１２ａに対し
て基板２を下動させることにより、基板２の下面にモー
ルド１３の上面（モールド本体１３ａの上面）を密着さ
せる。この際に、モールド１３は、アーム部１６ａのリ
ンク機構によって水平に保持された状態で上動させられ
る。次いで、制御部１９は、この状態のモールド１３を
ヒータ１８（図示せず）に対して所定時間加熱させるこ
とにより、モールド１３を介してスリットＳａ，Ｓａ・
・内の溶液Ｒを熱硬化させる。この際に、上下動機構１
２ａおよび上下動機構１６によって基板２とモールド１
３とが互いに押し付けられた状態で溶液Ｒが硬化させら
れるため、基板２と、スリットＳａ，Ｓａ・・内の溶液
Ｒとが確実に固着する。この後、制御部１９は、ヒータ
１８に対する通電を停止すると共に、上下動機構１６に
対してモールド１３を下動させ、かつ上下動機構１２ａ
に対して基板２を上動させる。これにより、図７に示す
ように、周期構造層３（柱状体３ａ，３ａ・・）が基板
２の下面（同図において下側の面）に成型される。

【００２６】続いて、制御部１９は、モールド１４側の
接離動機構１５を駆動制御することにより、図７に示す
ように、溶液Ｒ中においてモールド本体１４ａと底板１
４ｂとを密着させる。この際に、前述したモールド１３
と同様にして、モールド本体１４ａの下面に底板１４ｂ
が密着することにより、スリットＳｂ，Ｓｂ・・の下方
が閉塞されて複数の溝（本発明における凹部）が形成さ
れる。次に、図８に示すように、制御部１９は、上下動
機構１７に対してモールド１４を上動させて溶液Ｒの外
に取り出させると共に、上下動機構１２ａに対して基板
２を下動させることにより、基板２に既に成型されてい
る周期構造層３（本発明における（Ｍ−１）層目の周期
構造体）の下面にモールド１４の上面（モールド本体１
４ａの上面）を密着させる。この際には、アーム部１７
ａのリンク機構によってモールド１４が水平に保持され
た状態で上動させられる。次いで、制御部１９は、この
状態のモールド１４をヒータ１８に対して所定時間加熱
させることにより、モールド１４を介してスリットＳ
ｂ，Ｓｂ・・内の溶液Ｒを熱硬化させる。この際に、上
下動機構１２ａおよび上下動機構１７によって周期構造
層３とモールド１４とが互いに押し付けられた状態で溶
液Ｒが硬化させられるため、周期構造層３と、スリット
Ｓｂ，Ｓｂ・・内の溶液Ｒ（後に周期構造層４となる溶
液Ｒ）とが確実に固着する。この後、制御部１９は、ヒ
ータ１８に対する通電を停止すると共に上下動機構１７
に対してモールド１４を下動させ、かつ上下動機構１２
ａに対して基板２を上動させる。これにより、周期構造
層３の下面に本発明におけるＭ層目の周期構造体に相当
する周期構造層４（柱状体４ａ，４ａ・・）が成型され
る。

【００２７】この後、制御部１９は、接離動機構１５に
よる溶液Ｒ内でのスリットＳａ，Ｓａ・・の閉塞、上下
動機構１６によるモールド１３の上動、上下動機構１２
ａによる基板２の下動およびヒータ１８によるモールド
１３の加熱（周期構造層３の成型）と、接離動機構１５
による溶液Ｒ内でのスリットＳｂ，Ｓｂ・・の閉塞、上
下動機構１７によるモールド１４の上動、上下動機構１
２ａによる基板２の下動およびヒータ１８によるモール
ド１４の加熱（周期構造層４の成型）とを交互に所定回
数だけ繰り返して実行する。これにより、基板２の下面
に周期構造層３，４が交互に所定数だけ積層され、図１
に示すように、フォトニック結晶１が製造される。な
お、製造されたフォトニック結晶１は、基板保持部１２
によって保持された状態では、同図に示す状態を上下反
転させた姿勢で成型されている。

【００２８】このように、この製造装置１１によるフォ
トニック結晶１の製造方法によれば、制御部１９が、上
下動機構１６，１７に対してモールド１３，１４を溶液
Ｒ中に沈めさせてスリットＳ，Ｓ・・に溶液Ｒを含浸さ
せた後に、溶液Ｒからモールド１３，１４を取り出し、
基板２の下面または基板２の下面に成型されている周期
構造層４，３の下面にモールド１３，１４の上面を接触
させ、その状態でスリットＳ，Ｓ・・内の溶液Ｒをヒー
タ１８によって熱硬化させて周期構造層３，４を成型す
ることにより、薄膜に対して型を強く押し付けることで
微細な凹部を形成する従来のフォトニック結晶の製造方
法とは異なり、モールド１３，１４に対して強い力を加
えることがないため、モールド１３，１４の摩耗を軽減
することができる。したがって、フォトニック結晶１の
製造コストを低減しつつ、規則正しい周期構造（周期構
造層３，４）を繰り返して積層して成型することができ
る。また、モールド１３，１４に対して強い力を加える
ことがないため、モールド１３，１４を形成するための
形成用材料の選択肢を増やすことができる。このため、
例えば、無機系、有機系または無機有機複合系の透明材
料でモールド１３，１４を形成することも可能となり、
これにより、溶液Ｒとして光硬化性材料を採用すること
も可能となる。さらに、形成用材料の選択肢が増えるこ
とで、選択する形成用材料によっては、モールド１３，
１４を容易に形成することが可能となり、加えて材料コ
ストの低減を図ることも可能となる結果、モールド１
３，１４の製作コスト低減、ひいては、フォトニック結
晶１の製造コストを一層低減することができる。また、
この製造方法によれば、製造工程の初期段階で成型した
周期構造層３，４に対しても強い力を加えることがない
ため、従来の製造方法とは異なり、周期構造（周期構造
層３，４）を破壊することなく、光学的特性に優れたフ
ォトニック結晶１を製造することができる。

【００２９】また、この製造装置１１によるフォトニッ
ク結晶１の製造方法によれば、スリットＳ，Ｓ・・が形
成されたモールド本体１３ａ，１４ａと、モールド本体
１３ａ，１４ａに接触させられてスリットＳ，Ｓの下方
開口部位を閉塞することにより柱状体３ａ，３ａ・・４
ａ，４ａ成型用の溝（本発明における凹部）の底面を構
成する底板１３ｂ，１４ｂとからなるモールド１３，１
４を使用して、スリットＳ，Ｓ・・に溶液Ｒを含浸させ
た後に溶液Ｒ中においてモールド本体１３ａ，１４ａと
底板１３ｂ，１４ｂとを接離動機構１５に対して密着さ
せることにより、スリットＳ，Ｓ・・内の空気をスムー
ズに排出することができるため、スリットＳ，Ｓ・・に
溶液Ｒを確実に含浸させることができる。したがって、
例えば高価な真空装置を用いた真空引きを不要としつ
つ、スリットＳ，Ｓ・・から確実に空気を排出させるこ
とができる結果、結晶構造に意図しない欠陥（周期構造
層３，４の部分的欠落など）を生じさせることなく、特
定波長の反射や透過などの動作特性（光学的特性）に優
れたフォトニック結晶１を低コストで製造することがで
きる。

【００３０】さらに、この製造装置１１によるフォトニ
ック結晶１の製造方法によれば、周期構造層３（奇数層
目の周期構造体）を成型するためのモールド１３と、周
期構造層４（偶数層目の周期構造体）を成型するための
モールド１４とを交互に使用してフォトニック結晶１を
成型することにより、モールド１３を上動させている間
にモールド１４のスリットＳｂ，Ｓｂ・・に溶液Ｒを含
浸させ、モールド１４を上動させている間にモールド１
３のスリットＳａ，Ｓａ・・に溶液Ｒを含浸させること
ができる。このため、例えば１つのモールドを使用して
本発明におけるＮ層の周期構造体のすべてを成型するフ
ォトニック結晶の製造方法と比較して、周期構造層３，
４・・を効率よく短時間で積層することができる結果、
フォトニック結晶１の製造に要する作業時間を短縮し
て、その製造コストを低減することができる。

【００３１】なお、本発明は、上記した本発明の実施の
形態に示した構成に限定されない。例えば、本発明の実
施の形態では、モールド１３，１４の２つを使用して周
期構造層３，４を交互に積層するフォトニック結晶１の
製造方法について説明したが、例えば、図９に示す製造
装置３１のように、上下動機構３２ａ〜３２ｄによって
個別的に上下動させられるモールド３３ａ〜３３ｄの４
つを順に使用して、図１０に示すように、周期構造層３
０ａ〜３０ｄを順に積層したフォトニック結晶３０を製
造することもできる。この製造装置３１では、モールド
３３ａ，３３ｃによって本発明における奇数層目の周期
構造体（図１０に示す周期構造層３０ａ，３０ｃ）が成
型され、モールド３３ｂ，３３ｄによって本発明におけ
る偶数層目の周期構造体（周期構造層３０ｂ，３０ｄ）
が成型される。この場合、図９に示すように、モールド
３３ａ〜３３ｄには、前述した製造装置１１におけるモ
ールド１３，１４と同様にして複数のスリットＳ，Ｓ・
・が形成されている。また、モールド３３ｃ，３３ｄに
形成されたスリットＳ，Ｓ・・の数は、モールド３３
ａ，３３ｂに形成されたスリットＳ，Ｓ・・の数よりも
１つずつ少なくなっている。このため、図１０に示すよ
うに、モールド３３ａによって形成される周期構造層３
０ａと、モールド３３ｃによって形成される周期構造層
３０ｃとは、それぞれの柱状体が上下方向で重ならない
位置に成型され、モールド３３ｂによって成型される周
期構造層３０ｂと、モールド３３ｄによって成型される
周期構造層３０ｄとは、それぞれの柱状体が上下方向で
重ならない位置に成型される。したがって、その上下方
向に特定波長の光のみを透過可能な３次元のフォトニッ
ク結晶３０を製造することができる。

【００３２】また、上記した製造装置１１，３１による
フォトニック結晶１，３０の製造方法では、複数（この
場合、２つまたは４つ）のモールドを使用して形状の異
なる周期構造層（柱状体の数および成型位置が異なる周
期構造層）を積層しているが、本発明はこれに限定され
ず、例えば、図１１に示す製造装置４１のように、上下
動機構３２ａによって上下動させられるモールド３３ａ
のみを使用して、図１２に示すように、同一形状の周期
構造層４０ａ，４０ａ・・を順に積層したフォトニック
結晶４０を製造することもできる。この製造装置４１
は、図１１に示すように、上下動機構１２ａ（すなわ
ち、基板保持部１２）を平面方向に沿って回転させるこ
とで基板２を同図のＣ方向に９０°ずつ回転させる回転
機構４４を備えている。この製造装置４１によるフォト
ニック結晶４０の製造方法では、例えばモールド３３ａ
によって１層目の周期構造層４０ａを成型した後に、回
転機構４４に対して基板２をＣ方向に９０°回転させ、
その状態の周期構造層４０ａに対して２層目の周期構造
層４０ａを積層する。この製造方法によれば、モールド
（この場合、モールド３３ａ）を１つ製作するだけでフ
ォトニック結晶４０を製造することができるため、フォ
トニック結晶４０の製造コストをより低減することがで
きる。この場合、この製造方法を実行する際に、製造装
置４１のように基板２を回転させるタイプに限定され
ず、モールド３３ａを９０°ずつ回転させる構成を採用
することもできる。

【００３３】さらに、前述した製造装置３１によるフォ
トニック結晶３０の製造方法では、モールド３３ａ，３
３ｂとはスリットＳの形成数が異なるモールド３３ｃ，
３３ｄを使用することで、周期構造層３０ａ，３０ｃの
双方における柱状体の上下方向での重なりをなくすと共
に、周期構造層３０ｂ，３０ｄの双方における柱状体の
上下方向での重なりをなくした例を説明したが、本発明
はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、
上下動機構３２ａ，３２ｂを移動させることでモールド
３３ａ，３３ｂをスライドさせるスライド機構５５ａ，
５５ｂを有する製造装置５１を使用して、図１４に示す
ように、柱状体の上下方向での重なりをなくしたフォト
ニック結晶５０を製造することもできる。

【００３４】この製造装置５１によるフォトニック結晶
５０の製造方法では、まず、例えばモールド３３ａ，３
３ｂを図１３に実線で示す位置に配置した状態で１層目
の周期構造層５０ａおよび２層目の周期構造層５０ｂを
順次成型する。次に、スライド機構５５ａに対して上下
動機構３２ａをスリットＳの形成ピッチだけスライドさ
せることでモールド３３ａを点線で示す位置に移動さ
せ、その状態のモールド３３ａによって３層目の周期構
造層５０ａを成型する。同様にしてスライド機構５５ｂ
に対して上下動機構３２ｂをスリットＳの形成ピッチだ
けスライドさせることでモールド３３ｂを点線で示す位
置に移動させ、その状態のモールド３３ｂによって４層
目の周期構造層５０ｂを成型する。このように、スライ
ド機構５５ａ，５５ｂに対して上下動機構３２ａ，３２
ｂをスライド（すなわち、モールド３３ａ，３３ｂのス
ライド）させつつ周期構造層５０ａ，５０ｂを交互に成
型することにより、モールド３３ａ，３３ｂの２つのみ
で３次元のフォトニック結晶５０を製造することができ
る。したがって、モールド数を半減させることができる
ため、形状が異なる複数の型を備えた製造装置３１を使
用したフォトニック結晶の製造方法と比較して、３次元
フォトニック結晶の製造コストを一層低減することがで
きる。この場合、この製造方法を実行する際には、製造
装置５１のようにモールド３３ａ，３３ｂを移動させる
タイプに限定されず、基板保持部１２を移動（すなわ
ち、基板２の移動）可能な構成を採用することもでき
る。

【００３５】また、本発明の実施の形態に例示した各柱
状部の大きさ、形および成型位置は、特に限定されず、
製造するフォトニック結晶に求められる光学的特性に応
じて適宜変更することができる。この場合、各周期構造
層内に欠陥部分を形成することで、特定の光のみの透過
や特定の光の導波が可能なフォトニック結晶を製造する
こともできる。この際には、モールドの製作時に、本発
明における凹部の形成位置を適宜調節することで、特定
の光を導波させる部分の周期性を調整して導波路（欠陥
部に相当する）を形成する。さらに、本発明の実施の形
態では、本発明における微細周期構造体成型用の溶液Ｒ
として熱硬化性樹脂を使用した例を説明したが、本発明
はこれに限定されず、樹脂以外の熱硬化性素材や、光硬
化性の各種素材などを使用することができる。また、本
発明に係る微細周期構造体の製造方法および製造装置
は、フォトニック結晶の製造のみならず、各種の微細周
期構造体の製造に適用が可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の微細周期
構造体の製造方法によれば、所定の周期構造を反転させ
た凹部が形成されて周期構造体を成型可能に構成された
型を微細周期構造体成型用の溶液中に沈めて凹部に溶液
を含浸させた後に溶液から型を取り出し、基板の下面ま
たは基板に成型されている（Ｍ−１）層目の周期構造体
における下面に型の上面を接触させ、その状態で凹部内
の溶液を硬化させてＭ層目の周期構造体を成型すること
により、型に対して強い力を加えることがないため、型
の摩耗を軽減することができる。したがって、微細周期
構造体の製造コストを低減しつつ、規則正しい周期構造
体を繰り返して成型することができる。また、型に対し
て強い力を加えることがないため、型を形成するための
形成用材料の選択肢を増やすことができる。このため、
例えば、透明樹脂材料で型を形成することも可能となる
結果、溶液として光硬化性材料を採用することが可能と
なる。さらに、形成用材料の選択肢を増やせることで、
型の製作コストを低減することも可能となる。加えて、
この製造方法によれば、製造工程の初期段階で成型した
周期構造層体に対しても強い力を加えることがないた
め、従来の製造方法とは異なり、加えられた力に起因す
る周期構造体の破壊を防止することができ、これによ
り、意図しない欠陥が周期構造に生じるのを回避するこ
とができる結果、特定波長の反射や透過などの動作特性
に優れた微細周期構造体を成型することができる。

【００３７】また、請求項２記載の微細周期構造体の製
造方法によれば、型本体および底板を互いに離間させた
状態で溶液中に沈め、型本体の貫通孔に溶液を含浸させ
た後に底板によって貫通孔を閉塞し、その状態の型本体
および底板を溶液から取り出してＭ層目の周期構造体を
成型することにより、貫通孔内の空気をスムーズに排出
することができるため、貫通孔内に溶液を確実に含浸さ
せることができる。したがって、微細周期構造体の結晶
構造に意図しない欠陥を生じさせることなく、特定波長
の反射や透過などの動作特性に優れた微細周期構造体を
製造することができる。

【００３８】さらに、請求項３記載の微細周期構造体の
製造装置によれば、制御部が、上下動機構に対して型を
溶液中に沈めさせて凹部に溶液を含浸させた後に、上下
動機構に対して溶液から型を取り出させて基板保持手段
によって保持されている基板の下面または基板に成型さ
れている（Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に型
の上面を接触させ、その状態で溶液硬化手段に対して凹
部内の溶液を硬化させてＭ層目の周期構造体を成型する
ことにより、型に対して強い力を加えることがないた
め、型の摩耗を軽減することができる。したがって、微
細周期構造体の製造コストを低減しつつ、規則正しい周
期構造体を繰り返して成型することができる。さらに、
この製造装置によれば、製造工程の初期段階で成型した
周期構造層体に対しても強い力を加えることがないた
め、従来の製造装置による製造方法とは異なり、加えら
れた力に起因する周期構造体の破壊を防止することがで
きるため、特定波長の反射や透過などの動作特性に優れ
た微細周期構造体を成型することができる。

【００３９】また、請求項４記載の微細周期構造体の製
造装置によれば、制御部が、接離動機構に対して型本体
および底板を互いに離間させた状態で上下動機構に対し
て型本体および底板を溶液中に沈めさせて型本体の貫通
孔に溶液を含浸させた後に、接離動機構に対して型本体
に底板を接触させて貫通孔を閉塞させ、その状態の型本
体および底板を上下動機構に対して溶液から取り出させ
て周期構造体を成型することにより、貫通孔内の空気を
スムーズに排出することができるため、特定波長の反射
や透過などの動作特性に優れた微細周期構造体を製造す
ることができる。

【００４０】さらに、請求項５記載の微細周期構造体の
製造装置によれば、奇数層目の周期構造体を成型するた
めの第１の型と、偶数層目の周期構造体を成型するため
の第２の型とを交互に上下動させて周期構造体を成型す
ることにより、例えば、第１の型を上動させている間に
第２の型の凹部に溶液を含浸させることができるため、
奇数層目の周期構造体と偶数層目の周期構造体とを効率
よく積層することができる結果、微細周期構造体の製造
に要する時間を短縮することができる結果、その製造コ
ストを十分に低減することができる。

【００４１】また、請求項６記載の微細周期構造体の製
造装置によれば、回転機構に対して基板保持機構および
型のいずれかを水平方向に沿って９０°回転させた後
に、上下動機構に対して型を（Ｍ−１）層目の周期構造
体における下面に接触させてＭ層目の周期構造体を成型
することにより、型を１つ使用するだけで微細周期構造
体を製造することができるため、微細周期構造体の製造
コストを十分に低減することができる。

【００４２】さらに、請求項７記載の微細周期構造体の
製造装置によれば、移動機構に対して基板保持機構およ
び型のいずれかを周期分だけ移動させた後に、上下動機
構に対して型を（Ｍ−１）層目の周期構造体における下
面に接触させてＭ層目の周期構造体を成型することによ
り、形状が異なる複数の型を用いて微細周期構造体を製
造する製造装置と比較して、微細周期構造体の製造コス
トを十分に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る微細周期構造体の製
造方法に従って製造されたフォトニック結晶１の外観斜
視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る製造装置１１の構成
を示すブロック図である。

【図３】フォトニック結晶１における周期構造層３，４
を成型するためのモールド１３，１４の外観斜視図であ
る。

【図４】製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造
工程においてモールド１３，１４を溶液Ｒ中に沈めた状
態の側面断面図である。

【図５】製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造
工程においてモールド１３のモールド本体１３ａおよび
底板１３ｂを溶液Ｒ中で密着させた状態の側面断面図で
ある。

【図６】製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造
工程においてスリットＳａ，Ｓａ・・に溶液Ｒを含浸さ
せたモールド１３を基板２の下面に密着させた状態の側
面断面図である。

【図７】製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造
工程においてモールド１４のモールド本体１４ａおよび
底板１４ｂを溶液Ｒ中で密着させた状態の側面断面図で
ある。

【図８】製造装置１１によるフォトニック結晶１の製造
工程においてスリットＳｂ，Ｓｂ・・に溶液Ｒを含浸さ
せたモールド１４を周期構造層３の下面に密着させた状
態の側面断面図である。

【図９】本発明の他の実施の形態に係る製造装置３１の
平面図である。

【図１０】製造装置３１を用いて製造したフォトニック
結晶３０の外観斜視図である。

【図１１】本発明の他の実施の形態に係る製造装置４１
の平面図である。

【図１２】製造装置４１を用いて製造したフォトニック
結晶４０の外観斜視図である。

【図１３】本発明の他の実施の形態に係る製造装置５１
の平面図である。

【図１４】製造装置５１を用いて製造したフォトニック
結晶５０の外観斜視図である。

【符号の説明】

１，３０，４０，５０ フォトニック結晶 ２ 基板 ３，４，３０ａ〜３０ｄ，４０ａ，５０ａ,５０ｂ 周
期構造層 ３ａ，４ａ 柱状体 １１，３１，４１，５１ 製造装置 １２ 基板保持部 １２ａ 上下動機構 １３，１４，３３ａ〜３３ｄ モールド １３ａ，１４ａ モールド本体 １３ｂ，１３ｂ 底板 １５ 接離動機構 １６，１７，３２ａ〜３２ｄ 上下動機構 １６ａ，１７ａ アーム部 １８ ヒータ １９ 制御部 ２０ 容器 ４４ 回転機構 ５５ａ，５５ｂ スライド機構 Ｒ 溶液 Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 彬雄 長野県上田市中央３−14−２−602 (72)発明者 小山 和也 長野県上田市国分1798−３ Ｆターム(参考） 2H047 KA03 LA18 PA00 RA08 TA41

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周期構造を有する周期構造体をＮ
   層（Ｎは２以上の自然数）積層して微細周期構造体を製
   造する微細周期構造体の製造方法であって、 前記所定の周期構造を反転させた凹部が形成されて前記
   周期構造体を成型可能に構成された型を微細周期構造体
   成型用の溶液中に沈めて当該凹部に当該溶液を含浸させ
   た後に当該溶液から当該型を取り出し、基板の下面また
   は当該基板に成型されている（Ｍ−１）層目（ＭはＮ以
   下の自然数）の前記周期構造体における下面に前記型の
   上面を接触させ、その状態で前記凹部内の前記溶液を硬
   化させてＭ層目の前記周期構造体を成型する微細周期構
   造体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記凹部を構成する貫通孔が形成された
   型本体と、前記貫通孔を閉塞することにより前記凹部の
   底面を構成する底板とを前記型として用いて当該型本体
   および当該底板を互いに離間させた状態で前記溶液中に
   沈め、前記型本体の前記貫通孔に前記溶液を含浸させた
   後に前記底板によって前記貫通孔を閉塞し、その状態の
   当該型本体および当該底板を当該溶液から取り出して前
   記Ｍ層目の周期構造体を成型する請求項１記載の微細周
   期構造体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の微細周期構造体の製造方
   法に従って前記微細周期構造体を製造可能に構成された
   微細周期構造体の製造装置であって、 前記周期構造体を成型可能な前記型と、前記基板を保持
   する基板保持手段と、前記型を前記溶液中から取り出し
   て前記上面を前記基板の前記下面または前記（Ｍ−１）
   層目の周期構造体における前記下面に接触させる上下動
   機構と、前記凹部内の前記溶液を硬化させる溶液硬化手
   段と、前記上下動機構および前記溶液硬化手段を制御す
   る制御部とを備え、 前記制御部は、前記上下動機構に対して前記型を前記溶
   液中に沈めさせて前記凹部に当該溶液を含浸させた後
   に、当該上下動機構に対して当該溶液から当該型を取り
   出させて前記基板保持手段によって保持されている前記
   基板の前記下面または当該基板に成型されている前記
   （Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に当該型
   の前記上面を接触させ、その状態で前記溶液硬化手段に
   対して前記凹部内の前記溶液を硬化させて前記Ｍ層目の
   周期構造体を成型する微細周期構造体の製造装置。
4. 【請求項４】 前記凹部を構成する貫通孔が形成された
   型本体と、前記貫通孔を閉塞することにより前記凹部の
   底面を構成する底板とで少なくとも構成される前記型を
   備えると共に、前記型本体および前記底板のいずれか一
   方をいずれか他方に向けて接離動させる接離動機構を備
   え、 前記制御部は、前記接離動機構に対して前記型本体およ
   び前記底板を互いに離間させた状態で前記上下動機構に
   対して当該型本体および当該底板を前記溶液中に沈めさ
   せて前記型本体の前記貫通孔に前記溶液を含浸させた後
   に、前記接離動機構に対して前記型本体に前記底板を接
   触させて当該貫通孔を閉塞させ、その状態の当該型本体
   および当該底板を前記上下動機構に対して当該溶液から
   取り出させて前記周期構造体を成型する請求項３記載の
   微細周期構造体の製造装置。
5. 【請求項５】 前記Ｎ層の周期構造体のうち奇数層目の
   周期構造体を成型するための第１の型と、前記Ｎ層の周
   期構造体のうち偶数層目の周期構造体を成型するための
   第２の型とを前記型として備え、前記制御部は、前記上
   下動機構に対して前記第１の型と前記第２の型とを交互
   に上下動させて前記周期構造体を成型する請求項３また
   は４記載の微細周期構造体の製造装置。
6. 【請求項６】 前記基板保持機構および前記型のいずれ
   かを水平方向に沿って９０°回転させる回転機構を備
   え、前記制御部は、前記回転機構に対して前記基板保持
   機構および前記型のいずれかを水平方向に沿って９０°
   回転させた後に、前記上下動機構に対して前記型を前記
   （Ｍ−１）層目の周期構造体における下面に接触させて
   前記Ｍ層目の周期構造体を成型する請求項３から５のい
   ずれかに記載の微細周期構造体の製造装置。
7. 【請求項７】 前記基板保持機構および前記型のいずれ
   かを前記周期構造体の周期分だけ水平方向に移動させる
   移動機構を備え、前記制御部は、前記移動機構に対して
   前記基板保持機構および前記型のいずれかを前記周期分
   だけ移動させた後に、前記上下動機構に対して前記型を
   前記（Ｍ−１）層目の周期構造体における前記下面に接
   触させて前記Ｍ層目の周期構造体を成型する請求項３か
   ら６のいずれかに記載の微細周期構造体の製造装置。