JP4024532B2

JP4024532B2 - 微粒子配列膜形成方法

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Publication number: JP4024532B2
Application number: JP2001384767A
Authority: JP
Inventors: 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: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP2003181275A

Description

【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２８２８３８６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、▲１▼微細加工技術によって周期構造体を作る方法と、▲２▼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▲１▼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、▲２▼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。▲２▼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（２０００））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（Si）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１３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前記基板表面に形成すると共に、その周期変調パターンの長手方向が、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と前記基板表面との相対的な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、周期変調パターンの長手方向が、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と前記基板表面との相対的な移動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、微粒子配列膜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相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、微粒子配列膜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１１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、微粒子配列膜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膜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微粒子配列膜相となる。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微粒子配列膜相との界面は、白抜き矢印Ｅ方向に移動してゆくと共に、その微粒子配列膜相／分散液相の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膜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膜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：30nm）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、周期変調パターンの長手方向が、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と前記基板表面との相対的な移動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、微粒子配列膜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相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膜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

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前記基板表面に形成すると共に、
その周期変調パターンの長手方向が、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と前記基板表面との相対的な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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。