JP4212049B2 - Optical element manufacturing method - Google Patents

Description

本発明は、微粒子を用いた光学素子の製造方法に関し、特に、光導波路、光スイッチ、光フィルターなどに応用できる光学素子の基本構造を、微粒子の自己組織化現象を利用したパターニングにより実現する光学素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing an optical element using fine particles, and in particular, an optical that realizes a basic structure of an optical element that can be applied to an optical waveguide, an optical switch, an optical filter, and the like by patterning using a self-organization phenomenon of fine particles. The present invention relates to a method for manufacturing an element.

従来、微粒子を用いて光学素子を形成する技術としては、以下に示すようなものが開示されている。   Conventionally, techniques for forming optical elements using fine particles have been disclosed as follows.

ａ）特開２００１−３０５３５９号公報「フォトニック構造を有する周期構造体の製造方法」（特許文献１）
この技術は、微粒子懸濁液を原料として、受け部を加工した基板に遠心力などのある種の力を利用して３次元に最密充填する技術である。このようにしてできた最密充填構造は、屈折率が周期的に変化する構造であるために、フォトニック結晶としての使用が可能である。 a) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-305359 “Method for manufacturing periodic structure having photonic structure” (Patent Document 1)
This technique is a technique in which a fine particle suspension is used as a raw material and the substrate in which the receiving portion is processed is close-packed three-dimensionally using a certain force such as centrifugal force. The close-packed structure thus formed can be used as a photonic crystal because the refractive index is periodically changed.

ｂ）特開２００１−７４９５６号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」（特許文献２）
この技術は、透明な微小ポリマーを配列した領域を光導波路として用いる技術を提供するものである。導波路領域を微粒子が配列してなる構造を利用するために、曲線状や曲面上といった３次元構造を実現できるものである。 b) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-74956 “Optical Waveguide, Three-Dimensional Optical Waveguide Circuit and Optical System” (Patent Document 2)
This technique provides a technique of using a region in which transparent micropolymers are arranged as an optical waveguide. Since a structure in which fine particles are arranged in the waveguide region is used, a three-dimensional structure such as a curved shape or a curved surface can be realized.

ｃ）特開２００１−１４１９３０号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」（特許文献３）
この技術は、上記特許文献２に記載された発明と類似の発明であるが、上記特許文献２に記載された発明との相違点は、配列する微小球が透明なポリマーではなく、直径が１００μm以下のガラス球体と規定した点である。 c) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-141930 “Optical Waveguide, Three-Dimensional Optical Waveguide Circuit, and Optical System” (Patent Document 3)
This technique is an invention similar to the invention described in Patent Document 2, but the difference from the invention described in Patent Document 2 is that the arranged microspheres are not a transparent polymer and have a diameter of 100 μm. It is the point prescribed | regulated with the following glass spheres.

ｄ）また、ＳＡＭ（Self Assembled Monolayers）を利用して、微粒子を所望のパターンに配列させる技術を紹介した論文としては、Y.masuda，M.Itoh，T.Yonezawa，and K.Koumoto 「Low-Dimensional Arrangement of SiO₂ Particles」 Langmuir 2002, 18, 4155-4159（非特許文献１）がある。 d) Also, Y.masuda, M.Itoh, T.Yonezawa, and K. Koumoto “Low-” is a paper that introduces technology to arrange fine particles in a desired pattern using SAM (Self Assembled Monolayers). Dimensional Arrangement of SiO ₂ Particles ”Langmuir 2002, 18, 4155-4159 (Non-patent Document 1).

特開２００１−３０５３５９号公報「フォトニック構造を有する周期構造体の製造方法」Japanese Patent Laid-Open No. 2001-305359 “Method for Manufacturing Periodic Structure Having Photonic Structure” 特開２００１−７４９５６号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」Japanese Patent Laid-Open No. 2001-79456 “Optical Waveguide, Three-Dimensional Optical Waveguide Circuit, and Optical System” 特開２００１−１４１９３０号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」JP 2001-141930 A "Optical waveguide, three-dimensional optical waveguide circuit and optical system" Y.masuda，M.Itoh，T.Yonezawa，and K.Koumoto 「Low-Dimensional Arrangement of SiO2 Particles」 Langmuir 2002, 18, 4155-4159Y.masuda, M.Itoh, T.Yonezawa, and K.Koumoto “Low-Dimensional Arrangement of SiO2 Particles” Langmuir 2002, 18, 4155-4159

本発明は、微粒子を用いた光学素子の製造方法に関するものであり、特に制御性のよいパターン配列技術を用いて配列した微粒子集積体に対し、選択的な微粒子の除去、異なる物質による置換などの技術を用いることにより、高機能な光学素子を形成する技術を提供するものである。   The present invention relates to a method for producing an optical element using fine particles, and in particular, for fine particle assemblies arranged using a pattern control technique with good controllability, selective removal of fine particles, replacement with a different substance, etc. By using this technique, a technique for forming a high-performance optical element is provided.

近年、材料を微粒子化することにより、バルク形状では得られなかった種々の特性が得られることが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精度良く形成する方法による研究成果が発表され、それらの微粒子を利用した応用技術も積極的に研究されている。   In recent years, it became clear that various characteristics that could not be obtained in bulk shape can be obtained by making the material fine particles, and research results by methods of forming fine particles with high shape and particle size were announced. Application technologies using these fine particles are also being actively researched.

また、光を自在に制御できる可能性がある新規な構造として、フォトニック結晶が提案され、精力的に研究開発がなされている。さらに、このフォトニック結晶を形成する技術として、先に述べた微粒子の規則的配列構造を用いる技術も有力な達成手段の候補の一つである。   In addition, photonic crystals have been proposed as a new structure that can freely control light, and research and development has been actively conducted. Furthermore, as a technique for forming this photonic crystal, the technique using the above-described regular arrangement structure of fine particles is one of the potential achievement means.

例えば、上記特開２００１−３０５３５９号公報（特許文献１）には、微粒子懸濁液を原料として、受け部を加工した基板に遠心力などのある種の力を利用して３次元に最密充填する技術が開示されている。このようにしてできた最密充填構造は、屈折率が周期的に変化する構造であるために、フォトニック結晶としての使用が可能になるというものである。   For example, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-305359 (Patent Document 1), a fine particle suspension is used as a raw material, and a substrate having a receiving part is processed using a certain force such as a centrifugal force to form a three-dimensional closest packing A filling technique is disclosed. Since the close-packed structure thus formed is a structure in which the refractive index changes periodically, it can be used as a photonic crystal.

しかしこの技術では、微粒子を最密充填するのみで所望の欠陥を有するような構造体を形成することはできない。従って光導波路のように高機能な光学素子の製造は不可能な技術であるという問題点を有している。   However, with this technique, it is impossible to form a structure having a desired defect only by closely packing fine particles. Therefore, there is a problem that it is impossible to manufacture a highly functional optical element such as an optical waveguide.

一方、透明な微小ポリマーを配列したものを光導波路として用いるという技術が上記特開２００１−７４９５６号公報（特許文献２）に開示されている。この技術によれば、光の導波する領域は透明な微小ポリマーを配列した構造体で形成されるというものであり、先に述べた従来技術とは異なり、光導波路への適応を実現可能とするものである。   On the other hand, a technique of using an array of transparent micropolymers as an optical waveguide is disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-70956 (Patent Document 2). According to this technology, the region where light is guided is formed by a structure in which transparent micropolymers are arranged. Unlike the above-described conventional technology, adaptation to an optical waveguide can be realized. To do.

しかしながら、透明な微小ポリマーを配列した光導波路領域とそれ以外の領域との光のモレの防止は、「単純な屈折率の差」により実現しているものであり、光ファイバーなどに代表される従来の光導波路と同じメカニズムであるために、光のモレを完全に防止することは不可能であり、伝搬損失が大きくなってしまうという重大な問題がある。   However, the prevention of light leakage between the optical waveguide region in which transparent micropolymers are arranged and other regions is realized by a “simple refractive index difference”. Therefore, it is impossible to completely prevent light leakage, and there is a serious problem that propagation loss increases.

さらに、同様の技術として、上記特開２００１−１４１９３０号公報（特許文献３）には、上記従来技術における透明な微小ポリマーの代わりに透明微小ガラス球体用いて、それを直線状あるいは曲線状に配列しその領域を光導波路とし、このときの透明微小ガラス球体を１００μm以下と規定するという技術が開示されている。   Furthermore, as a similar technique, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-141930 (Patent Document 3) uses transparent fine glass spheres instead of the transparent fine polymer in the above prior art, and arranges them in a straight line or a curved line. However, a technique is disclosed in which the region is an optical waveguide, and the transparent fine glass sphere at this time is defined as 100 μm or less.

しかしながら、この技術においても先の従来技術の問題点として指摘した、光導波路領域とそれ以外の領域との光のモレの防止は、「単純な屈折率の差」により実現していることによる伝搬損失が大きくなってしまうという問題は同様に存在する。   However, also in this technology, the prevention of light leakage between the optical waveguide region and other regions, which was pointed out as a problem of the prior art, is propagated by the fact that it is realized by “simple refractive index difference”. The problem of increased loss is also present.

また、上記Y.masuda,M.Itoh,T.Yonezawa,and K.Koumoto「Low-Dimensional Arrangement of SiO₂ Particles」Langmuir 2002, 18, 4155-4159（非特許文献１）には、ＳＡＭ（Self Assembled Monolayers）を利用して微粒子を所望のパターンに配列させる技術が紹介されているが、この論文においては、所望のパターンに微粒子を配列することについては説明されているものの、それを発展、応用させて、光学素子などの高機能デバイスに結びつける技術についてはなんら言及していない。 Y. masuda, M. Itoh, T. Yonezawa, and K. Koumoto “Low-Dimensional Arrangement of SiO ₂ Particles” Langmuir 2002, 18, 4155-4159 (Non-patent Document 1) include SAM (Self Assembled). Monolayers) has been introduced to arrange fine particles in a desired pattern. This paper describes the arrangement of fine particles in a desired pattern, but it has been developed and applied. No mention is made of any technology associated with high-performance devices such as optical elements.

本発明の目的は、このような問題を解決し、従来の光学素子の性能をはるかに凌駕し、小型化、高性能化が容易に実現できる技術を提供すること、また、その実現に際し、微細なパターンを形成する工程においても高価な製造装置を必要とせず、また、省エネルギープロセスで実現できる技術を提供することである。   The object of the present invention is to solve such problems, provide a technology that far surpasses the performance of conventional optical elements, and can be easily realized in miniaturization and high performance. It is another object of the present invention to provide a technology that does not require an expensive manufacturing apparatus even in a process of forming a simple pattern and can be realized by an energy saving process.

本発明は、上記目的を達成するために、下記の如き構成を有している。以下、請求項毎の特徴とする構成を述べる。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. The characteristic features of each claim will be described below.

ａ）請求項１の構成
請求項１記載の発明は、基板上に、ＳＡＭ（Self Assembled Monolayer）材料としての単分子層からなる有機膜を形成し、前記有機膜が表面に形成された前記基板に対して、光照射を所望のパターンで行うことにより、前記有機膜の表面の疎水性基を前記所望のパターンで解離して親水性のＯＨ基が表面に出た構造とし、この状態で、分散液に分散させた親水性を示す第一の物質からなる第一の微粒子を基板上に展開し、微粒子の自己組織化現象を利用して、ＯＨ基が表面に出た前記所望のパターン領域にのみ親水性を示す前記第一の微粒子を付着させる工程と、基板の、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域を少なくとも含む領域に、光照射を行うことにより、前記有機膜が表面に形成された前記基板の、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域の表面の疎水性基を解離して親水性のＯＨ基が表面に出た構造とし、この状態で、分散液に分散させた親水性を示す、前記第一の物質とは異なる第二の物質からなり前記第一の微粒子とほぼ同じ径を有する第二の微粒子を基板上に展開し、微粒子の自己組織化現象を利用して、ＯＨ基が表面に出た、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域に、親水性を示す前記第二の微粒子を付着させる工程と、前記第一の微粒子および前記第二の微粒子によって形成された空隙に、前記第一の物質および第二の物質のいずれとも異なる第三の物質からなる材料を充填する工程と、さらに、前記第一の微粒子または前記第二の微粒子のいずれか一方を選択的に除去する工程とを含むことを特徴としている。 a) Configuration of Claim 1 The invention according to Claim 1 is a substrate in which an organic film made of a monomolecular layer as a SAM (Self Assembled Monolayer) material is formed on a substrate, and the organic film is formed on the surface. On the other hand, by performing light irradiation in a desired pattern, the hydrophobic group on the surface of the organic film is dissociated in the desired pattern, and a hydrophilic OH group appears on the surface. The desired pattern region in which the first fine particles made of the first substance exhibiting hydrophilicity dispersed in the dispersion liquid are spread on the substrate and the OH groups are exposed on the surface by utilizing the self-organization phenomenon of the fine particles. a step of depositing said first particles exhibits hydrophilicity only, the substrate, the first region microparticles comprising at least a region other than the region where the sequence, by performing light irradiation, the organic film surface The first fine particles of the substrate formed on The structure in which the hydrophobic group on the surface of the region other than the region where the children are arranged is dissociated and a hydrophilic OH group is exposed on the surface, and in this state, the hydrophilicity dispersed in the dispersion liquid is exhibited . A second fine particle consisting of a second substance different from the substance and having the same diameter as the first fine particle is developed on the substrate, and OH groups are exposed on the surface by utilizing the self-organization phenomenon of the fine particle. , in a region other than the first particle is arranged regions, and the step of attaching said second particle indicating the hydrophilicity, the space formed by the first particle and the second particle, the first Filling a material comprising a third substance different from both the first substance and the second substance; and further selectively removing either the first fine particles or the second fine particles; It is characterized by including.

ｂ）請求項２の構成
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、さらに、前記第一の微粒子または前記第二の微粒子の選択的な除去によって形成された空隙に、前記第一の物質および前記第二の物質のいずれとも異なる第三の物質からなる材料を充填する工程とを含むことを特徴としている。 b) the invention according to Structure claim 2 of claim 2 is the method of manufacturing an optical element according to claim 1, further formed by selective removal of the first particle or the second particle Filling the gap with a material made of a third substance different from both the first substance and the second substance.

ｃ）請求項３の構成
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学素子の製造方法において、さらに、前記第一の微粒子または第二の微粒子のうち選択的な除去の対象とはならなかった他方の微粒子を除去する工程をさらに付加したことを特徴としている。 c) the invention according to Structure claim 3 of claim 3 is the method of manufacturing an optical element according to claim 2, further comprising: a target selective removal of the first particle or the second particle It is characterized in that a process for removing the other fine particles that has not been added is further added.

ｄ）請求項４の構成
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造方法において、さらに、前記他方の微粒子を除去する工程により形成された空隙の内壁に、前記第一の物質、前記第二の物質または前記第三の物質とは異なる第四の物質からなる材料を付着させて中空構造の殻部とする工程と、前記第三の物質からなる材料を除去する工程とを含むことを特徴としている。 d) Configuration of Claim 4 According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to the third aspect, the inner wall of the void formed by the step of removing the other fine particles is further provided on the inner wall of the gap. Attaching a material comprising a fourth substance different from the first substance, the second substance or the third substance to form a hollow shell , and removing the material comprising the third substance And a process.

ｅ）請求項５の構成
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、前記微粒子を所望のパターン形状に配列する工程は、微粒子が分散した分散液を基板に供給する工程を含むことを特徴としている。 invention according to Structure claim 5 in e) according to claim 5, in the method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 4, the step of arranging the particles in a desired pattern shape, particle dispersion And a step of supplying the dispersion liquid to the substrate.

ｆ）請求項６の構成
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光学素子の製造方法において、前記微粒子を分散させた分散液の液性を、基板および微粒子に応じて最適化することを特徴としている。 f) The invention according to the configuration of claim 6 according to claim 6, the optimization in the method of manufacturing an optical element according to claim 5, the liquid property of the dispersion liquid obtained by dispersing the fine particles, depending on the substrate and particulate It is characterized by doing.

（１）請求項１における効果
請求項１に記載の発明は、微粒子の自己組織化現象を利用して、基板上に第一の物質からなる第一の微粒子を所望のパターン形状に配列する工程と、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域に、前記第一の物質とは異なる第二の物質からなり前記第一の微粒子とほぼ同じ径を有する第二の微粒子を配列する工程とを含むことを特徴としているために、微粒子の最密充填が容易に得られ、フォトニック結晶の特性を利用した高品質な特性を有する光学素子が得られる。 (1) Effect in Claim 1 The invention described in claim 1 is a process of arranging the first fine particles made of the first substance in a desired pattern shape on the substrate by utilizing the self-organization phenomenon of the fine particles. And, in a region other than the region where the first fine particles are arranged, arranging a second fine particle made of a second substance different from the first substance and having substantially the same diameter as the first fine particles; Therefore, close-packing of fine particles can be easily achieved, and an optical element having high quality characteristics utilizing the characteristics of a photonic crystal can be obtained.

また、前記第一の微粒子および前記第二の微粒子によって形成された空隙に、前記第一の物質および第二の物質のいずれとも異なる第三の物質からなる材料を充填する工程とを含むことを特徴としているために、微粒子のみで形成される場合に比べて機械的強度が飛躍的に向上するためハンドリングがしやすく耐久性に優れた光学素子が得られる。 And filling a void formed by the first fine particles and the second fine particles with a material composed of a third substance different from both the first substance and the second substance. Due to the feature, the mechanical strength is remarkably improved as compared with the case where it is formed only with fine particles, so that an optical element which is easy to handle and excellent in durability can be obtained.

さらに、前記第一の微粒子または前記第二の微粒子のいずれか一方を選択的に除去する工程を付加したことを特徴としているために、導波路部以外をフォトニック結晶、導波路部を空間とする構造が容易に形成できるので容易に高機能な光学素子を得ることができる。 Further, since a step of selectively removing either one of the first fine particles or the second fine particles is added, the photonic crystal other than the waveguide portion and the waveguide portion as a space Therefore, a highly functional optical element can be easily obtained.

（２）請求項２における効果
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、さらに、前記第一の微粒子または前記第二の微粒子の選択的な除去によって形成された空隙に、前記第一の物質および前記第二の物質のいずれとも異なる第三の物質からなる材料を充填する工程とを含むことを特徴としているために、導波路部を構成する材質を、用いる波長に適した光学特性を有する材料へと容易に置換できるために容易に高機能な光学素子を得ることができる。 (2) The invention according to the effect claim 2 in claim 2, formed by the method of manufacturing an optical element according to claim 1, further selective removal of the first particle or the second particle And filling the gap with a material made of a third substance that is different from both the first substance and the second substance. Since it can be easily replaced with a material having optical characteristics suitable for the wavelength to be used, a highly functional optical element can be easily obtained.

（３）請求項３における効果
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学素子の製造方法において、さらに、前記第一の微粒子または第二の微粒子のうち選択的な除去の対象とはならなかった他方の微粒子を除去する工程をさらに付加したことを特徴としているために、導波路部以外の領域をインバースオパール構造とすることができ、より伝達損失の小さい、高効率な光学素子を得ることができる。 (3) The invention according to the effect claim 3 in claim 3, in the method of manufacturing an optical element according to claim 2, further wherein the first particle or the second target selective removal of particulates Since it is characterized by the addition of a process to remove the other fine particles that did not become the same, the area other than the waveguide part can be made an inverse opal structure, and the transmission efficiency is smaller and the optical efficiency is lower. An element can be obtained.

（４）請求項４における効果
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造方法において、さらに、前記他方の微粒子を除去する工程により形成された空隙の内壁に、前記第一の物質、前記第二の物質または前記第三の物質とは異なる第四の物質からなる材料を付着させて中空構造の殻部とする工程と、前記第三の物質からなる材料を除去する工程とを含むことを特徴としているために、導波路部以外の領域を中空構造とすることができ、伝達損失が無く、効率を極限まで高めた光学素子を得ることができる。 (4) Effect in Claim 4 The invention described in claim 4 is the method of manufacturing an optical element according to claim 3, wherein the inner wall of the void formed by the step of removing the other fine particles is A step of attaching a material comprising a fourth substance different from the first substance, the second substance or the third substance to form a hollow shell , and removing the material comprising the third substance Therefore, the region other than the waveguide portion can be made into a hollow structure, and there can be obtained an optical element with no transmission loss and with the highest efficiency.

（５）請求項５における効果
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、前記微粒子を所望のパターン形状に配列する工程は、微粒子が分散した分散液を基板に供給する工程を含むことを特徴としているために、簡単なプロセスで、高精度に配列したパターンが容易に得られる。 (5) The invention according to the effect claim 5 in claim 5 is the method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 4, the step of arranging the particles in a desired pattern shape, the fine particles Since it includes a step of supplying the dispersed liquid to the substrate, a pattern arranged with high accuracy can be easily obtained by a simple process.

（６）請求項６における効果
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光学素子の製造方法において、前記微粒子を分散させた分散液の液性を、基板および微粒子に応じて最適化することを特徴としているので、欠陥が無く高規則性を有するパターン配列が確実に且つ、容易に得ることができる。 (6) The invention according to the effect claim 6 in claim 6 is the method of manufacturing an optical element according to claim 5, the liquid property of the dispersion liquid obtained by dispersing the fine particles, depending on the substrate and particulate optimal Therefore, a pattern arrangement having no defects and having high regularity can be obtained reliably and easily.

最初に、本発明における請求項１から４に対応する図面を提示し概略を説明する。
まず、請求項１により得られる光学素子の基本的な構成について、図１−Ａ、図１−Ｂ、図１−Ｃを用いて、その製造工程に沿って説明する。 First, the outline corresponding to claims 1 to 4 of the present invention will be presented and the outline will be described.
First, the basic structure of the optical element obtained by claim 1 will be described along the manufacturing process with reference to FIGS. 1-A, 1-B, and 1-C.

図１−Ａは、基板（１０１）上に、第一の物質からなる微粒子（１０２）が所望のパターンに配列している様子を示している。このように、所望のパターンに微粒子（１０２）を配列させる技術ついては後で詳細に説明する（図７〜９の説明を参照）。   FIG. 1-A shows a state in which fine particles (102) made of the first substance are arranged in a desired pattern on a substrate (101). A technique for arranging the fine particles (102) in a desired pattern in this way will be described later in detail (see the description of FIGS. 7 to 9).

図１−Ｂは、今後の説明で多用する図として図１−Ａの上面図として示したものである。この図では第一の物質からなる微粒子が「Ｙ分岐」を持つように配列されている様子を示している。   FIG. 1-B is a top view of FIG. 1-A, which is frequently used in the following description. This figure shows a state in which the fine particles made of the first substance are arranged so as to have “Y branch”.

このような構造を形成した後に、微粒子の自己組織化現象を利用して第二の物質からなる微粒子を配列させようとすれば、第一の物質からなる微粒子がすでに基板上に配列しているために、第二の物質からなる微粒子が配列する領域として許容されるのは、第一の物質からなる微粒子が配列している領域以外ということになる。   After forming such a structure, if the fine particles made of the second substance are arranged using the self-organization phenomenon of the fine particles, the fine particles made of the first substance are already arranged on the substrate. For this reason, the region where the fine particles made of the second substance are arranged is allowed except for the region where the fine particles made of the first substance are arranged.

このような配列構造を形成する手段として、例えば、微粒子一つずつをマニュピレーション操作により狙った位置に配列させることも考えられるが、このような手法では、膨大な時間とコストがかかり、実際のデバイス作成の技術としては非現実的である。   As a means for forming such an array structure, for example, it may be possible to arrange fine particles one by one at a target position by a manipulation operation. However, such a method requires enormous time and cost, and requires an actual device. It is unrealistic as a production technique.

そこで、本発明は、このような技術を用いるのではなく、微粒子の自己組織化現象を利用した配列技術を用いることを大きな特徴としている。一般に、微粒子を分散させた分散液を基板に供給、乾燥することによって条件が整えば微粒子が最密充填構造をとることが知られている。   Therefore, the present invention is characterized not by using such a technique but by using an array technique that utilizes the self-organization phenomenon of fine particles. In general, it is known that fine particles have a close-packed structure if conditions are adjusted by supplying and drying a dispersion liquid in which fine particles are dispersed to a substrate.

この現象は、分散液の溶媒が乾燥する際に、微粒子に対して横毛管力が働くためと解釈されている。その結果、横毛管力を受けた微粒子は、乾燥に伴って最密充填構造で配列すると考えられている。   This phenomenon is interpreted as a transverse capillary force acting on the fine particles when the solvent of the dispersion is dried. As a result, it is considered that the fine particles subjected to the transverse capillary force are arranged in a close-packed structure with drying.

本発明では、この現象を積極的に利用し、最初に、基板の化学的親和性の変化に基づいて発現する自己組織化現象を利用して微粒子を所望のパターンに配列させ、次にパターン配列した微粒子の存在する領域以外の部分に、該該微粒子とほぼ同じ径の別の微粒子を配列させる工程も微粒子分散液を用いて、自己組織的に効率よく高品質に配列させるというものである。   In the present invention, this phenomenon is actively used, and first, microparticles are arranged in a desired pattern using a self-organization phenomenon that is expressed based on a change in chemical affinity of the substrate, and then the pattern arrangement. The step of arranging another fine particle having the same diameter as the fine particle in a portion other than the region where the fine particle is present is also efficient and self-organizing with high quality using the fine particle dispersion.

このように、微粒子の自己組織化現象を利用した配列技術を用いれば、先に配列している微粒子を再配列させるほどの力を生じることなく、該微粒子とほぼ同じ径の別の微粒子を配列させることが可能となる。このような技術により、第一の物質からなる微粒子（１０２）が配列した領域以外の領域に、該微粒子（１０２）とほぼ同じ径の第二の物質からなる微粒子（１０３）が配列した様子を図１−Ｃに示している。   In this way, by using an arrangement technique that utilizes the self-organization phenomenon of fine particles, another fine particle having the same diameter as that of the fine particles can be arranged without generating a force that causes rearrangement of the previously arranged fine particles. It becomes possible to make it. By such a technique, the state in which the fine particles (103) made of the second substance having substantially the same diameter as the fine particles (102) are arranged in a region other than the region where the fine particles (102) made of the first substance are arranged. It is shown in FIG.

これらの図では説明を容易にするために２次元配列の様子を示しているが、もちろん３次元配列構造においても、本発明による効果は問題なく得られる。この点は以降の説明においても同様である。 In these figures, the state of a two-dimensional array is shown for ease of explanation. Of course, even in a three-dimensional array structure, the effect of the present invention can be obtained without problems. This is the same in the following description .

図２は、さらに、第一の物質からなる微粒子（２０２）、および該微粒子（１０２）とほぼ同じ径の第二の物質からなる微粒子（２０３）によって形成された空隙に第三の物質からなる材料（２０４）を充填する工程を付加した様子を示した図である。 FIG. 2 further includes a third substance in a void formed by the fine particles (202) made of the first substance and the fine particles (203) made of the second substance having the same diameter as the fine particles (102). It is the figure which showed a mode that the process of filling a material (204) was added.

このとき、第三の物質からなる材料（２０４）として液状の材料を用いれば、前記空隙に容易に充填することができる。このとき、必要に応じて第三の物質からなる材料（２０４）を充填した後に、それを硬化する工程を付加してもよい。   At this time, if a liquid material is used as the material (204) made of the third substance, the gap can be easily filled. At this time, after filling the material (204) made of the third substance, if necessary, a step of curing it may be added.

図３−Ａ、図３−Ｂは、請求項１をさらに説明する図である。
図３−Ａは、上記光学素子の製造方法と同じものである。すなわち、基板（３０１）上に、第一の物質からなる微粒子（３０２）を所望のパターンに配列させる工程と、それ以外の領域に該微粒子（３０２）とほぼ同じ径の第二の物質からなる微粒子（３０３）を配列させる工程を示している。 3A and 3B are diagrams for further explaining claim 1 .
Figure 3-A is the same as the manufacturing method of the optical element. That is, a step of arranging fine particles (302) made of the first substance in a desired pattern on the substrate (301) and a second substance having the same diameter as that of the fine particles (302) in other regions. The process of arranging fine particles (303) is shown.

これらの工程は、上記説明におけるものと同様の工程である。このような工程を経たのち、第一の物質からなる微粒子（３０２）のみを選択的に除去する工程を行い、図３−Ｂに示すような構造を有する光学素子が得られる製造方法を示したものである。 These steps are the same as those in the above description. After such a process, a process for selectively removing only the fine particles (302) made of the first substance was performed, and a manufacturing method for obtaining an optical element having a structure as shown in FIG. Is.

本発明においては、第一の物質からなる微粒子と第二の物質からなる微粒子が異なる物質であるように選択する工程を有することを特徴としているために、エッチングや加熱などの手段により除去対象の微粒子を選択的に、且つ確実に除去できるものである。この点については後に具体例を挙げて説明する。   The present invention is characterized by having a step of selecting so that the fine particles made of the first substance and the fine particles made of the second substance are different substances. Therefore, the object to be removed by means such as etching or heating is used. Fine particles can be selectively and reliably removed. This point will be described later with a specific example.

図４−Ａ、図４−Ｂは、請求項２を説明する図である。
図４−Ａは、請求項１で述べた製造方法によって得られた光学素子と同じものである。 FIG. 4-A and FIG. 4-B are diagrams for explaining claim 2 .
4A is the same as the optical element obtained by the manufacturing method described in the first aspect .

すなわち、すなわち、基板（４０１）上に、第二の物質からなる微粒子（４０３）が所望のパターンに配列しており、当初存在した第一の物質からなる微粒子のみが除去された構造となっている。   That is, the fine particles (403) made of the second substance are arranged in a desired pattern on the substrate (401), and only the fine particles made of the first substance that existed first are removed. Yes.

請求項２においてはこのような構造に対し、第三の物質からなる材料（４０４）を充填し、必要に応じてそれを硬化する工程を付加して図４−Ｂに示すような構造を有する光学素子を得るものである。ここでも、請求項１と同様に第三の物質からなる材料として液状の材料を用いれば、前記空隙に容易に充填することができる。 In claim 2 , such a structure has a structure as shown in FIG. 4-B by adding a step of filling a material (404) made of a third substance and curing it if necessary. An optical element is obtained. In this case as well, if the liquid material is used as the material made of the third substance as in the first aspect , the gap can be easily filled.

図５は、請求項３を説明する図である。
請求項３は請求項２で述べた製造方法によって得られた光学素子に対して、さらに第二の物質からなる微粒子を除去する工程を付加し、それにより、導波路以外の領域をインバースオパール構造とするものである。 FIG. 5 is a diagram for explaining claim 3 .
Against claim 3 optical element obtained by the manufacturing method described in claim 2, further a second step of removing the fine particles of material added, whereby a region other than the waveguide inverse opal structure It is what.

本発明においては、第一の物質からなる微粒子（第一の微粒子）、該第一の微粒子とほぼ同じ径を有する第二の物質からなる微粒子（第二の微粒子）、さらに第三の物質からなる材料をそれぞれ異なる物質からなるものとして選択しているために、他の物質に悪影響を与えることなく、狙った除去対象物質のみを確実に除去できるものである。   In the present invention, the fine particles (first fine particles) made of the first substance, the fine particles (second fine particles) made of the second substance having substantially the same diameter as the first fine particles, and the third substance Since the materials to be selected are made of different substances, only the targeted removal target substance can be reliably removed without adversely affecting other substances.

その様子を示したのもが図５であり、当初存在した第二の物質からなる微粒子が除去されたことにより球状の空隙（５０５）（別名 air sphere とも呼ばれる）が形成されて、結果的に第三の物質からなる材料（５０４）にて構成されたインバースオパール構造が得られるというものである。   This is shown in FIG. 5, and spherical voids (505) (also called air spheres) are formed as a result of the removal of the fine particles consisting of the second substance that originally existed. An inverse opal structure composed of a material (504) made of the above substance is obtained.

図６−Ａ、図６−Ｂは、請求項４を説明する図である。
図６−Ａは、請求項３で述べた製造方法によって得られた光学素子を示している。請求項４においては、請求項３で述べた製造方法に加えてさらに球状の空隙（６０５）に対して、第四の物質からなる材料を充填する工程を有しており、その様子を示した図が図６−Ｂである。 6A and 6B are diagrams for explaining a fourth aspect .
FIG. 6A shows an optical element obtained by the manufacturing method described in claim 3 . In the fourth aspect , in addition to the manufacturing method described in the third aspect , a step of filling the spherical void (605) with a material made of the fourth substance is shown. This is shown in FIG.

この図においては、第三の物質からなる材料（６０４）で形成されたインバースオパール構造における球状の空隙の内壁に対して第四の物質からなる材料（６０６）が付着している様子が示されている。このとき、付着させる第四の物質からなる材料（６０６）で形成される中空構造の殻部の厚さなどは光学特性や、強度の面から適宜設計された寸法に形成される必要がある。   This figure shows a state in which the material (606) made of the fourth substance is attached to the inner wall of the spherical void in the inverse opal structure formed of the material (604) made of the third substance. ing. At this time, the thickness of the shell portion of the hollow structure formed of the material (606) made of the fourth substance to be adhered needs to be appropriately designed in terms of optical characteristics and strength.

請求項４では、図６−Ｂに示すように、さらに第三の物質からなる材料（６０４）を選択的に除去することにより、導波路以外の領域が第四の物質からなる材料（６０６）で形成される中空構造となる構造物が得られる。 In claim 4 , as shown in FIG. 6B, the material (604) made of the third substance is selectively removed, so that the region other than the waveguide is made of the fourth substance (606). A structure having a hollow structure formed by is obtained.

本発明の大きな特徴は、微粒子を所望のパターンに配列させる際に、そのパターンを形成する手段が光エネルギーを用いるものであることである。この様子を図７を用いて説明する。   A major feature of the present invention is that, when the fine particles are arranged in a desired pattern, the means for forming the pattern uses light energy. This will be described with reference to FIG.

基板（７０１）上に公知の手段でＳＡＭ（Self Assembled Monolayers）材料を用いて有機膜（７０２）を形成する。ＳＡＭ材料の例としては、フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）やオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）などが好適である。   An organic film (702) is formed on the substrate (701) using a SAM (Self Assembled Monolayers) material by a known means. As an example of the SAM material, phenyltrichlorosilane (PTCS), octadecyltrichlorosilane (OTS), and the like are preferable.

その後、フォトマスク（７０３）にあるパターンを投影するように露光装置（図示せず）を用いて紫外光を照射する。このような工程の後、第一の物質からなる微粒子または、第二の物質からなる微粒子を基板（７０１）上に展開すると、パターンに応じて微粒子（７０４）が配列する。   Thereafter, ultraviolet light is irradiated using an exposure apparatus (not shown) so as to project a pattern on the photomask (703). After such a process, when the fine particles made of the first substance or the fine particles made of the second substance are developed on the substrate (701), the fine particles (704) are arranged in accordance with the pattern.

このような工程により、最初に、第一の物質からなる微粒子または、第二の物質からなる微粒子のどちらか一方を所望のパターンに配列する。その後、例えば、基板全面に紫外光を照射することによって微粒子の付着する選択性を消滅させた後、第一の物質からなる微粒子または、第二の物質からなる微粒子のどちらか、先にパターン配列を行なわなかったほうの微粒子を基板に配列させる。   By such a process, first, either the fine particles made of the first substance or the fine particles made of the second substance are arranged in a desired pattern. Then, for example, after irradiating the entire surface of the substrate with ultraviolet light, the selectivity to which the fine particles adhere is eliminated, and either the fine particles made of the first substance or the fine particles made of the second substance are first arranged in a pattern. The fine particles not subjected to the above are arranged on the substrate.

このように本発明においては、所望のパターンを光それも波長の短い紫外光を用いて形成するために、非常に微細なパターンを精度よく容易に形成することができる。また、基板の微粒子に対する科学的親和性を選択的に且つ、有効的に利用するので、構成する物質の異なる微粒子を制御性よく配列することができるものである。   As described above, in the present invention, since a desired pattern is formed using light or ultraviolet light having a short wavelength, a very fine pattern can be easily formed with high accuracy. In addition, since the scientific affinity of the substrate with respect to the fine particles is selectively and effectively used, the fine particles having different constituent substances can be arranged with good controllability.

本発明において利用しているＳＡＭを用いたパターン形成、および微粒子の付着メカニズムについて図８を用いてさらに詳細に説明する。   The pattern formation using SAM used in the present invention and the adhesion mechanism of fine particles will be described in more detail with reference to FIG.

図８（ａ）は基板（８０１）上にフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）の膜（８０２）が形成された様子をその分子構造も含めて模式図を用いて示したものである。このようにフェニルトリクロロシラン膜は表面に疎水性のフェニル基が出ている構造になっている。   FIG. 8 (a) shows a state in which a film (802) of phenyltrichlorosilane (PTCS) is formed on a substrate (801) using a schematic diagram including its molecular structure. Thus, the phenyltrichlorosilane film has a structure in which a hydrophobic phenyl group is exposed on the surface.

このような状態の膜に図８（ｂ）に示したようにフォトマスク（８０３）を通して、露光装置（図示せず）を用いて紫外光を照射する。その結果図８（ｃ）に示したように紫外光のエネルギーを吸収したフェニル基が解離し、親水性のOH基が表面に出た構造となる。   The film in such a state is irradiated with ultraviolet light through a photomask (803) as shown in FIG. 8B using an exposure apparatus (not shown). As a result, as shown in FIG. 8C, the phenyl group that has absorbed the energy of ultraviolet light is dissociated, and a hydrophilic OH group appears on the surface.

このような状態で、親水性を示す微粒子を基板上に展開すると、OH基が表面に出た領域にのみ親水性を示す微粒子（８０４）が付着する。そのときの様子を模式的に示したものが図８（ｄ）である。本発明においてはこのように化学構造の変化を利用しているために、微細なパターンに従った微粒子配列が、再現性、安定性に優れたプロセスで容易に得ることができる。   When the hydrophilic fine particles are spread on the substrate in such a state, the hydrophilic fine particles (804) are attached only to the region where the OH group is exposed on the surface. FIG. 8D schematically shows the state at that time. In the present invention, since the change in the chemical structure is used in this way, a fine particle arrangement according to a fine pattern can be easily obtained by a process excellent in reproducibility and stability.

本発明において用いることに適した微粒子とは、その形状が真球に近く、粒径分布の小さい微粒子であることが望ましい。例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、硫化亜鉛などの無機材料からなる微粒子が最適である。また、ポリスチレンなどのような有機材料からなる微粒子も適している。   The fine particles suitable for use in the present invention are desirably fine particles having a shape close to a true sphere and having a small particle size distribution. For example, fine particles made of an inorganic material such as silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum pentoxide, gadolinium oxide, yttrium oxide, and zinc sulfide are optimal. Also suitable are fine particles made of an organic material such as polystyrene.

次に、微粒子や材料などを選択的に除去する方法について説明する。
本発明においては、第一の物質からなる微粒子と第二の物質からなる微粒子を用いることとしている。ここで、例えば第一の物質からなる微粒子として、シリカ微粒子を用いて導波路部以外の領域に配列し、また、第二の物質からなる微粒子としてポリスチレン微粒子を用いて導波路部の領域に配列したとする。 Next, a method for selectively removing fine particles and materials will be described.
In the present invention, fine particles made of the first substance and fine particles made of the second substance are used. Here, for example, the fine particles made of the first substance are arranged in a region other than the waveguide portion using silica fine particles, and the fine particles made of the second material are arranged in the region of the waveguide portion using polystyrene fine particles. Suppose that

このような状態の構造物をフッ酸に浸漬すると、シリカ微粒子のみがエッチングされて結果的に除去される。そして、導波路部は何も存在しない領域となり、導波路以外の領域はポリスチレンによるフォトニック結晶構造となる。   When the structure in such a state is immersed in hydrofluoric acid, only the silica fine particles are etched and consequently removed. The waveguide portion is a region where nothing exists, and the region other than the waveguide has a photonic crystal structure made of polystyrene.

もし、エッチング液としてフッ酸ではなく、トルエンやTHF（テトラヒドロフラン）などの有機溶媒を用いれば、シリカ微粒子を残してポリスチレン微粒子のみを除去することが可能となる。   If an organic solvent such as toluene or THF (tetrahydrofuran) is used as an etchant instead of hydrofluoric acid, it is possible to remove only the polystyrene particles while leaving the silica particles.

ポリスチレン微粒子のみを除去する場合には、加熱による分解という手法も用いることができる。また、このように本発明においては、２種類の微粒子を構成する物質とそれを除去する手段を適切に選ぶことにより、確実に除去対象物質からなる微粒子を選択的に除去できるものである。   When only the polystyrene fine particles are removed, a method of decomposition by heating can also be used. As described above, in the present invention, by appropriately selecting the substances constituting the two kinds of fine particles and the means for removing them, the fine particles made of the substance to be removed can be selectively removed reliably.

また、その除去手段は、高額な真空装置などが必要なドライマエッチング法を用いることなく、安価で、安定したプロセスであるウェットエッチング法や、広く用いられている制御性の良い加熱装置などを用いることができるものである。   In addition, the removal means does not use a dry etching method that requires an expensive vacuum device or the like, and uses a wet etching method that is an inexpensive and stable process, a widely used heating device with good controllability, and the like. It can be used.

本発明における微粒子の配列構造はすべての微粒子がお互いに密接して配列する構造をとる。すなわち、同じ物質からなる材料は、空間的に連結した状態で存在する。   The arrangement structure of the fine particles in the present invention is a structure in which all the fine particles are arranged closely to each other. That is, the material which consists of the same substance exists in the state connected spatially.

そのため、液体状のエッチング液を用いれば、たとえ微細な空間であっても必要な個所に確実にエッチング液が侵入させることができ除去対象物質の確実な除去が可能となる。もちろん環境が許せばドライエッチング法を用いても何ら問題はない。   Therefore, when a liquid etching solution is used, the etching solution can surely enter a necessary portion even in a minute space, and the removal target substance can be surely removed. Of course, there is no problem even if the dry etching method is used if the environment permits.

次に、本発明の大きな特徴である中空構造について説明する。一般に球形微粒子が最密充填で配列した構造では、ある方向に対してはフォトニックバンドギャップが存在するもの、すべての方向に対してフォトニックバンドギャップが開いた状態、すなわち完全フォトニックバンドギャップを実現するのは不可能といわれている。   Next, the hollow structure, which is a major feature of the present invention, will be described. In general, in a structure in which spherical fine particles are arranged in close packing, a photonic band gap exists in a certain direction, a photonic band gap is opened in all directions, that is, a complete photonic band gap is formed. It is said that it is impossible to realize.

球形微粒子が最密充填した構造を基本構造としつつ完全フォトニックバンドギャップを実現する方法の一つとして、規則的な中空構造によるフォトニック結晶が提案されている。単純に１種類の微粒子が最密充填構造で配列したものを基本とする中空構造によるフォトニック結晶は積極的に研究され、提案されている。   A photonic crystal having a regular hollow structure has been proposed as one of methods for realizing a complete photonic band gap while using a structure in which spherical fine particles are closely packed as a basic structure. Photonic crystals having a hollow structure based on simple particles arranged in a close-packed structure have been actively researched and proposed.

例えば"On-chip natural assembly of silicon photonic band gap crystals" Nature, 414, 289 (2001). Yu. A. Vlasov, X. Z. Bo, J. C. Sturm, and D. J. Norris などである。   For example, “On-chip natural assembly of silicon photonic band gap crystals” Nature, 414, 289 (2001). Yu. A. Vlasov, X. Z. Bo, J. C. Sturm, and D. J. Norris.

しかしながら、本発明のごとく、ある所望のパターン形状を反映して、選択した領域のみを中空構造にするという技術は提案されていない。   However, as in the present invention, a technique for reflecting only a desired pattern shape and making only a selected region a hollow structure has not been proposed.

本発明においては、第一の物質からなる微粒子および第二の物質からなる微粒子が配列された構造において生じる各微粒子間の空隙に第三の物質からなる材料を充填することを特徴としている。   The present invention is characterized in that a material made of a third substance is filled in a space between the fine particles formed in a structure in which fine particles made of the first substance and fine particles made of the second substance are arranged.

これにより、微粒子の配列構造の機械的強度が飛躍的に向上し、応用面が広がる上に、信頼性も向上する。また、第三の物質からなる材料を充填する前に、第一の物質からなる微粒子または第二の物質からなる微粒子のどちらかを選択的に除去した後に第三の物質からなる材料を充填するという工程を行なえば、微粒子が配列された構造において生じる各微粒子間の空隙のみならず、当初第一の物質からなる微粒子または、第二の物質からなる微粒子が存在した領域にも第三の物質からなる材料を充填することが可能となる。   Thereby, the mechanical strength of the arrangement structure of the fine particles is remarkably improved, the application surface is expanded, and the reliability is also improved. In addition, before filling the material made of the third substance, either the fine particles made of the first substance or the fine particles made of the second substance is selectively removed, and then the material made of the third substance is filled. If the process is performed, the third substance is not only present in the voids between the fine particles generated in the structure in which the fine particles are arranged, but also in the region where the fine particles made of the first substance or the fine particles made of the second substance were initially present. It is possible to fill a material made of

ここで用いる第三の物質からなる材料について説明する。
第三の物質からなる材料は極微細な空隙にも完全に充填する必要があることから、流動性のある液状材料が適しているといえるが、それ以外にも、例えば、最近材料分野で注目を集めているナノマテリアルと呼ばれる材料、例えば、直径が数ｎｍ程度の金属、あるいは、金属酸化物などを液状分散媒に分散させた状態の材料を用いることもできる。 The material made of the third substance used here will be described.
Since the material consisting of the third substance needs to be completely filled even in extremely fine voids, it can be said that a fluid material with fluidity is suitable. It is also possible to use a material called a nanomaterial, for example, a material in which a metal having a diameter of about several nanometers or a metal oxide is dispersed in a liquid dispersion medium.

このようなナノマテリアルを用いることにより、材料選択の幅が飛躍的に大きくなる。このような構造を形成してから、さらに、先の工程で除去されずに残っていた微粒子を除去すれば、いわゆるインバースオパール構造を得ることができる。   By using such a nanomaterial, the range of material selection is dramatically increased. By forming such a structure and then removing the fine particles remaining without being removed in the previous step, a so-called inverse opal structure can be obtained.

このようなインバースオパール構造でも、単純に微粒子が最密充填構造で配列した構造よりも優れた光の伝搬特性を得ることができるが、本発明では、さらに、この後に、インバースオパール構造の球形の空間（別名 air sphere）の内壁に第四の物質からなる材料で殻を形成し、中空構造を有するフォトニック結晶を得ることを特徴としている。   Even with such an inverse opal structure, it is possible to obtain a light propagation characteristic superior to a structure in which fine particles are simply arranged in a close-packed structure. However, in the present invention, a spherical shape with an inverse opal structure is further obtained thereafter. A photonic crystal having a hollow structure is obtained by forming a shell with a material made of a fourth substance on the inner wall of a space (also called an air sphere).

このような構造を得るために行なう工程は、インバースオパール構造を得た後に、例えば金属のアルコキシドなどの液体状原料などに浸漬することにより、インバースオパール構造の球形の空間（別名 air sphere）の内壁に容易に金属のアルコキシドを付着させることができ、その後加熱などの適切な処理によりその金属の酸化物などを形成することができる。このとき、原料となる金属のアルコキシドの粘度、浸漬する回数などを制御することにより、形成される殻の厚さを制御することができる。   The process performed to obtain such a structure is that after obtaining an inverse opal structure, it is immersed in a liquid raw material such as a metal alkoxide, so that the inner wall of a spherical space (also called an air sphere) of the inverse opal structure is obtained. The metal alkoxide can be easily attached, and the metal oxide can be formed by an appropriate treatment such as heating. At this time, the thickness of the shell to be formed can be controlled by controlling the viscosity of the metal alkoxide as a raw material, the number of times of immersion, and the like.

また、この中空構造を有するフォトニック結晶をのみを残して、先に述べた第三の物質からなる材料を選択的に除去すれば、あたかも、ある程度の厚さの殻を有する中空微粒子が規則的に配列してフォトニック結晶を形成しているような構造が得られる。   Moreover, if the material consisting of the third substance described above is selectively removed leaving only the photonic crystal having this hollow structure, the hollow fine particles having a shell with a certain thickness are regularly formed. A structure in which a photonic crystal is formed by arranging them in the same manner is obtained.

またさらに、本発明は、高品質の微粒子配列を、分散液を用いることにより実現することを特徴のひとつとしている、すなわち、乾燥状態では、凝集しやすくなる超微粒子であっても、分散液という状態の利点を最大限に利用し分散性を向上させることにより凝集を防ぎ、ｐHの制御、例えば添加するイオン種を適切に選択、制御することにより、等電点の関係を利用することができる。その結果、高品質の微粒子配列が得られるものである。   Furthermore, the present invention is characterized in that a high-quality fine particle arrangement is realized by using a dispersion liquid. That is, even in the dry state, ultrafine particles that easily aggregate are referred to as a dispersion liquid. By utilizing the advantages of the state to the maximum to improve dispersibility, aggregation can be prevented, and by controlling the pH, for example, by appropriately selecting and controlling the ion species to be added, the isoelectric point relationship can be utilized. . As a result, a high-quality fine particle array can be obtained.

この点についてさらに詳細に説明する。一般に、例えば金属酸化物からなる微粒子を水中に浸漬すると、微粒子は正または負の電荷を持ち、電界が存在すると対向する電場を有する方向へ移動する。この現象が電気泳動現象である。   This point will be described in more detail. In general, when fine particles made of, for example, a metal oxide are immersed in water, the fine particles have a positive or negative charge, and move in a direction having an opposing electric field when an electric field is present. This phenomenon is an electrophoresis phenomenon.

この電気泳動現象によって、微粒子の水中における荷電すなわち界面電位（ゼータ電位）の存在を知ることができる。この界面電位は微粒子−水系のｐＨによって大きく変化する。   By this electrophoresis phenomenon, it is possible to know the charge of fine particles in water, that is, the presence of an interface potential (zeta potential). This interfacial potential varies greatly depending on the pH of the fine particle-water system.

一般に、横軸に水系のｐＨを、縦軸に界面電位をとると、界面電位は水系のｐＨによって変化し、界面電位「０」を切る点の水系のｐＨを「等電点」と定義される。この現象から、一般的に金属酸化物微粒子表面の界面電位は、酸性側では正、アルカリ側では負の極性を取る。   In general, when the horizontal axis represents the pH of the aqueous system and the vertical axis represents the interfacial potential, the interfacial potential varies depending on the pH of the aqueous system, and the pH of the aqueous system at which the interfacial potential “0” is cut is defined as the “isoelectric point”. The From this phenomenon, the interface potential on the surface of the metal oxide fine particles generally has a positive polarity on the acidic side and a negative polarity on the alkaline side.

しかし、この等電点は材料によって大きく異なり、例えば、コロイダルシリカでは「２.０」、酸化チタン（合成ルチル）では「６.７」、α−アルミナでは「９.０」という値が紹介されている。   However, this isoelectric point varies greatly depending on the material. For example, “2.0” is introduced for colloidal silica, “6.7” for titanium oxide (synthetic rutile), and “9.0” for α-alumina. ing.

つまり、等電点から離れるほど界面電位が大きくなり、酸性側にいくほど界面電位の値は正の大きい方に向かい、また逆に、アルカリ側にいくほど界面電位の値は負の大きい方に向かう。これは、ｐＨで制御することができるものである。   In other words, the greater the distance from the isoelectric point, the greater the interfacial potential, and the closer to the acidic side, the more the interface potential value goes to the positive side, and vice versa. Head. This can be controlled by pH.

ｐＨの制御は、酸やアルカリの添加で、制御性よくコントロールできるものである。本発明では、この現象を積極的に利用するものであり、分散液の状態で微粒子の凝集を効果的に防ぐことができるものである。   The pH can be controlled with good controllability by adding acid or alkali. In the present invention, this phenomenon is actively utilized, and aggregation of fine particles can be effectively prevented in the state of a dispersion.

この結果、分散液を基板に供給した際にも、微粒子が凝集しない状態で存在するために、その後の配列の工程において、高品質の配列状態を容易に実現できるものである。この現象は、乾式プロセスでは得られない利点といえる。   As a result, even when the dispersion is supplied to the substrate, the fine particles are present in a non-aggregated state, so that a high quality array state can be easily realized in the subsequent array process. This phenomenon is an advantage that cannot be obtained by a dry process.

以下、本発明の具体的な実施例をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in more detail.

（実施例１）
（ａ）ＳＡＭ膜の形成
以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：６インチｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ） Example 1
(A) Formation of SAM film A SAM film was formed under the following conditions.
Substrate: 6-inch p-type Si wafer (100)
SAM material: Phenyltrichlorosilane (PTCS)

一般的に用いられている、酸、有機溶剤を用いた方法により洗浄した６インチＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１vol%）に２０分間浸漬した。その後トルエンでリンスし、窒素雰囲気の１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有するＳｉウエハ基板を得た。   A 6-inch Si wafer cleaned by a commonly used method using an acid or an organic solvent was immersed in a PTCS toluene solution (1 vol%) for 20 minutes in an inert gas atmosphere. Thereafter, it was rinsed with toluene, heated in a clean oven at 120 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the remaining solvent, and finally a Si wafer substrate having a PTCS-SAM film on the surface was obtained.

（ｂ）パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、図９に示したフォトマスクと紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。図９に示したフォトマスクを用いることにより、照射部分（９０１）に対応した領域が「Ｙ分岐」を持つ導波路部分、未照射部分（９０２）に対応した領域が導波路部以外の領域となる。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。 (B) Patterning Patterning exposure was performed on the substrate on which the PTCS-SAM film was formed in the above-described process using the photomask shown in FIG. 9 and an exposure apparatus capable of irradiating ultraviolet light. By using the photomask shown in FIG. 9, the region corresponding to the irradiated portion (901) has a “Y-branch” region, and the region corresponding to the unirradiated portion (902) is a region other than the waveguide portion. Become. The wavelength of the ultraviolet light used here is 184.9 nm using a high-pressure mercury lamp as a light source. The exposure time was 4 hours.

（ｃ）第一の物質からなる微粒子の配列
本実施例では、第一の物質からなる微粒子をシリカとして行なった。平均粒径が７５０ｎｍのシリカ微粒子が分散したコロイダルシリカ（１０ｗｔ％、分散媒：純水）をシリカの原料とし、３００ｍｌを分取して容器に入れた。この分散液の中に、上記（ｂ）の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。 (C) Arrangement of Fine Particles Consisting of First Substance In this example, fine particles made of the first substance were used as silica. Colloidal silica (10 wt%, dispersion medium: pure water) in which silica fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed was used as a silica raw material, and 300 ml was fractionated and placed in a container. The substrate after the step (b) was immersed in this dispersion for 50 minutes. Thereafter, the substrate was gently removed from the dispersion and allowed to air dry.

（ｄ）第二の物質からなる微粒子の配列
本実施例では、第二の物質からなる微粒子をポリスチレンとして行なった。ここで用いたポリスチレン微粒子は、標準粒子として一般的に市販されているものであり、平均粒径が７５０ｎｍのポリスチレン微粒子が純水中に１０ｗｔ％の濃度で分散しているものを原料の分散液とした。 (D) Arrangement of Fine Particles Consisting of Second Substance In this example, the fine particles of the second substance were made as polystyrene. The polystyrene fine particles used here are generally commercially available as standard particles, and the raw material dispersion is obtained by dispersing polystyrene fine particles having an average particle diameter of 750 nm at a concentration of 10 wt% in pure water. It was.

ここで、第一の物質からなる微粒子の配列が完了した後に、上記工程（ｂ）のパターニングにおいて用いた紫外光を照射できる露光装置を用いて基板全面に紫外光を照射し、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分をすべて親水性となるようにした。   Here, after the arrangement of the fine particles made of the first substance is completed, the entire surface of the substrate is irradiated with ultraviolet light by using an exposure apparatus that can irradiate the ultraviolet light used in the patterning in the step (b). All the parts other than the region where the fine particles made of were adhered were made hydrophilic.

ポリスチレン分散液の入った容器に、上記工程を経た基板を垂直に保持して浸漬し、移動速度を０.５μｍ/秒として垂直に上方に引き上げた。この後、室温で１０時間放置し乾燥させた。このようにして、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分に第二の物質からなる微粒子を配列させた。   The substrate having undergone the above steps was immersed vertically in a container containing a polystyrene dispersion, and the substrate was pulled upwards vertically at a moving speed of 0.5 μm / second. Then, it was left to dry at room temperature for 10 hours. In this way, the fine particles made of the second substance were arranged in a portion other than the region where the fine particles made of the first substance adhered.

（ｅ）第一の物質からなる微粒子の除去
上記（ｄ）の工程を経たサンプルを５％フッ酸に３０分浸漬し、第一の物質からなる微粒子であるシリカをエッチング、除去した。その後、純水でリンス工程を３回行い、窒素ガスブローにて乾燥させた。 (E) Removal of fine particles made of the first substance The sample having undergone the step (d) was immersed in 5% hydrofluoric acid for 30 minutes, and the silica, which was the fine particles made of the first substance, was etched and removed. Then, the rinse process was performed 3 times with pure water, and it was made to dry with nitrogen gas blow.

（ｆ）特性評価
得られたサンプル形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、当初シリカ微粒子が存在したと思われる領域、すなわち導波路部となるように設計された領域にはなにも存在しておらず、その形状は、パターニング露光で用いたマスクのパターンを忠実に反映していた。 (F) Characteristic evaluation When the obtained sample shape was observed with a scanning electron microscope (SEM), there was no area in the area where the silica fine particles were supposed to be present, that is, the area designed to be the waveguide section. The shape of the mask faithfully reflected the pattern of the mask used in the patterning exposure.

また、導波路以外の領域に存在するポリスチレン微粒子は三角格子を基本構造とした規則的配列をしていることを確認した。これらのことにより、設計どおりの導波路構造が形成されていることを確認した。   Further, it was confirmed that the polystyrene fine particles existing in the region other than the waveguide had a regular arrangement with a triangular lattice as a basic structure. As a result, it was confirmed that the waveguide structure as designed was formed.

（実施例２）
（ａ）ＳＡＭ膜の形成
実施例１と同様に以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：６インチｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ） (Example 2)
(A) Formation of SAM film As in Example 1, a SAM film was formed under the following conditions.
Substrate: 6-inch p-type Si wafer (100)
SAM material: Phenyltrichlorosilane (PTCS)

一般的に用いられている、酸、有機溶剤を用いた方法により洗浄した６インチＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１vol%）に２０分間浸漬した。その後トルエンでリンスし、窒素雰囲気の１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有するＳｉウエハ基板を得た。   A 6-inch Si wafer cleaned by a commonly used method using an acid or an organic solvent was immersed in a PTCS toluene solution (1 vol%) for 20 minutes in an inert gas atmosphere. Thereafter, it was rinsed with toluene, heated in a clean oven at 120 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the remaining solvent, and finally a Si wafer substrate having a PTCS-SAM film on the surface was obtained.

（ｂ）パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、図９に示したフォトマスクと紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。図９に示したフォトマスクを用いることにより、照射部分（９０１）に対応した領域が「Ｙ分岐」を持つ導波路部分、未照射部分（９０２）に対応した領域が導波路部以外の領域となる。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。 (B) Patterning Patterning exposure was performed on the substrate on which the PTCS-SAM film was formed in the above-described process using the photomask shown in FIG. 9 and an exposure apparatus capable of irradiating ultraviolet light. By using the photomask shown in FIG. 9, the region corresponding to the irradiated portion (901) has a “Y-branch” region, and the region corresponding to the unirradiated portion (902) is a region other than the waveguide portion. Become. The wavelength of the ultraviolet light used here is 184.9 nm using a high-pressure mercury lamp as a light source. The exposure time was 4 hours.

（ｃ）第一の物質からなる微粒子の配列
本実施例では実施例１と同様に、第一の物質からなる微粒子をシリカとして行なった。平均粒径が７５０ｎｍのシリカ微粒子が分散したコロイダルシリカ（１０ｗｔ％、分散媒：純水）をシリカの原料とし、３００ｍｌを分取して容器に入れた。この分散液の中に、上記（ｂ）の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。 (C) Arrangement of Fine Particles Consisting of First Substance In this example, as in Example 1, fine particles made of the first substance were used as silica. Colloidal silica (10 wt%, dispersion medium: pure water) in which silica fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed was used as a silica raw material, and 300 ml was fractionated and placed in a container. The substrate after the step (b) was immersed in this dispersion for 50 minutes. Thereafter, the substrate was gently removed from the dispersion and allowed to air dry.

（ｄ）第二の物質からなる微粒子の配列
本実施例では実施例１と同様に、第二の物質からなる微粒子をポリスチレンとして行なった。ここで用いたポリスチレン微粒子は、実施例１と同様に平均粒径が７５０ｎｍのポリスチレン微粒子が純水中に１０ｗｔ％の濃度で分散しているものを原料の分散液とした。 (D) Arrangement of Fine Particles Consisting of Second Substance In this example, as in Example 1, fine particles consisting of the second substance were made as polystyrene. The polystyrene fine particles used here were the same as in Example 1 in which polystyrene fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed in pure water at a concentration of 10 wt% as a raw material dispersion.

ここで、第一の物質からなる微粒子の配列が完了した後に、上記工程（ｂ）のパターニングにおいて用いた紫外光を照射できる露光装置を用いて基板全面に紫外光を照射し、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分をすべて親水性となるようにした。   Here, after the arrangement of the fine particles made of the first substance is completed, the entire surface of the substrate is irradiated with ultraviolet light by using an exposure apparatus that can irradiate the ultraviolet light used in the patterning in the step (b). All the parts other than the region where the fine particles made of were adhered were made hydrophilic.

ポリスチレン分散液の入った容器に、上記工程を経た基板を垂直に保持して浸漬し、移動速度を０.５μｍ/秒として垂直に上方に引き上げた。この後、室温で１０時間放置し乾燥させた。このようにして、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分に第二の物質からなる微粒子を配列させた。   The substrate having undergone the above steps was immersed vertically in a container containing a polystyrene dispersion, and the substrate was pulled upwards vertically at a moving speed of 0.5 μm / second. Then, it was left to dry at room temperature for 10 hours. In this way, the fine particles made of the second substance were arranged in a portion other than the region where the fine particles made of the first substance adhered.

（ｅ）第三の物質からなる材料の充填
本実施例においては、第三の物質からなる材料として、アクリル系の紫外線硬化型樹脂を用いた。用いた紫外線硬化型樹脂の粘度は２０ｍＰａと非常に低粘度であり、事前の実験で、各微粒子間の空隙に問題なく充填されることを確認している。 (E) Filling of Material Consisting of Third Substance In this example, an acrylic ultraviolet curable resin was used as the material of the third substance. The viscosity of the used ultraviolet curable resin is as low as 20 mPa, and it has been confirmed in prior experiments that the voids between the fine particles can be filled without any problem.

上記工程（ｄ）を経たサンプルに対し、紫外線硬化型樹脂を３ｍＬ静かに滴下し、３０分放置後、紫外線照射装置（波長：３１２nm）を用いて、２０分間紫外線の照射を行った。この工程により、微粒子の配列構造の固定化ができた。   3 mL of an ultraviolet curable resin was gently dropped on the sample after the above step (d), left for 30 minutes, and then irradiated with ultraviolet rays for 20 minutes using an ultraviolet irradiation device (wavelength: 312 nm). By this step, the arrangement structure of the fine particles was fixed.

（ｆ）特性評価
得られたサンプル形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、導波路部となるように設計された領域にはシリカ微粒子がパターニング露光で用いたマスクのパターンを忠実に反映した形状で配列していた。 (F) Characteristic evaluation When the obtained sample shape was observed with a scanning electron microscope (SEM), silica fine particles were faithful to the pattern of the mask used for patterning exposure in the region designed to be a waveguide portion. It was arranged in the reflected shape.

また、導波路以外の領域に存在するポリスチレン微粒子も三角格子を基本構造とした規則的配列をしていることを確認した。同時に、各微粒子間の空隙には、紫外線硬化型樹脂と思われる材料が完全に充填されていることも確認できた。これらのことにより、設計どおりの導波路構造が形成されていることを確認した。   In addition, it was confirmed that polystyrene fine particles existing in a region other than the waveguide also have a regular arrangement with a triangular lattice as a basic structure. At the same time, it was also confirmed that the space between the fine particles was completely filled with the material considered to be an ultraviolet curable resin. As a result, it was confirmed that the waveguide structure as designed was formed.

（実施例３）
（ａ）ＳＡＭ膜の形成
これまでの実施例と同様に、６インチｐ型Ｓｉウエハ（１００）に対しフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）によるＳＡＭ膜を形成した。 (Example 3)
(A) Formation of SAM film As in the previous examples, a SAM film made of phenyltrichlorosilane (PTCS) was formed on a 6-inch p-type Si wafer (100).

（ｂ）パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、図９に示したフォトマスクと紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。 (B) Patterning Patterning exposure was performed on the substrate on which the PTCS-SAM film was formed in the above-described process using the photomask shown in FIG. 9 and an exposure apparatus capable of irradiating ultraviolet light.

図９に示したフォトマスクを用いることにより、照射部分（９０１）に対応した領域が「Ｙ分岐」を持つ導波路部分、未照射部分（９０２）に対応した領域が導波路部以外の領域となる。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。   By using the photomask shown in FIG. 9, the region corresponding to the irradiated portion (901) has a “Y-branch” region, and the region corresponding to the unirradiated portion (902) is a region other than the waveguide portion. Become. The wavelength of the ultraviolet light used here is 184.9 nm using a high-pressure mercury lamp as a light source. The exposure time was 4 hours.

（ｃ）第一の物質からなる微粒子の配列
本実施例ではこれまでの実施例と同様に、第一の物質からなる微粒子をシリカとして行なった。平均粒径が７５０ｎｍのシリカ微粒子が分散したコロイダルシリカ（１０ｗｔ％、分散媒：純水）をシリカの原料とし、３００ｍｌを分取して容器に入れた。この分散液の中に、上記（ｂ）の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。 (C) Arrangement of Fine Particles Consisting of First Substance In this example, as in the previous examples, fine particles made of the first substance were used as silica. Colloidal silica (10 wt%, dispersion medium: pure water) in which silica fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed was used as a silica raw material, and 300 ml was fractionated and placed in a container. The substrate after the step (b) was immersed in this dispersion for 50 minutes. Thereafter, the substrate was gently removed from the dispersion and allowed to air dry.

（ｄ）第二の物質からなる微粒子の配列
本実施例では実施例１および２と同様に、第二の物質からなる微粒子をポリスチレンとして行なった。ここで用いたポリスチレン微粒子は、実施例１および２と同様に、平均粒径が７５０ｎｍのポリスチレン微粒子が純水中に１０ｗｔ％の濃度で分散しているものを原料の分散液とした。 (D) Arrangement of Fine Particles Consisting of Second Substance In this example, as in Examples 1 and 2, fine particles consisting of the second substance were made as polystyrene. The polystyrene fine particles used here were the same as in Examples 1 and 2, but were those in which polystyrene fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed at a concentration of 10 wt% in pure water.

ここで、第一の物質からなる微粒子の配列が完了した後に、上記工程（ｂ）のパターニングにおいて用いた紫外光を照射できる露光装置を用いて基板全面に紫外光を照射し、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分をすべて親水性となるようにした。   Here, after the arrangement of the fine particles made of the first substance is completed, the entire surface of the substrate is irradiated with ultraviolet light by using an exposure apparatus that can irradiate the ultraviolet light used in the patterning in the step (b). All the parts other than the region where the fine particles made of were adhered were made hydrophilic.

ポリスチレン分散液の入った容器に、上記工程を経た基板を垂直に保持して浸漬し、移動速度を０.５μｍ/秒として垂直に上方に引き上げた。   The substrate having undergone the above steps was immersed vertically in a container containing a polystyrene dispersion, and the substrate was pulled upwards vertically at a moving speed of 0.5 μm / second.

この後、室温で１０時間放置し乾燥させた。このようにして、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分に第二の物質からなる微粒子を配列させた。   Then, it was left to dry at room temperature for 10 hours. In this way, the fine particles made of the second substance were arranged in a portion other than the region where the fine particles made of the first substance adhered.

（ｅ）第一の物質からなる微粒子の除去
本実施例においては、実施例２とは異なり、第三の物質からなる材料の充填の前に、第一の物質からなる微粒子の除去する工程を行なった。 (E) Removal of fine particles made of the first substance In this embodiment, unlike Example 2, the step of removing fine particles made of the first substance before filling with the material made of the third substance. I did it.

上記（ｄ）の工程を経たサンプルを５％フッ酸に３０分浸漬し、第一の物質からなる微粒子であるシリカをエッチング、除去した。その後、純水でリンス工程を３回行い、窒素ガスブローにて乾燥させた。   The sample having undergone the step (d) was immersed in 5% hydrofluoric acid for 30 minutes, and silica, which is fine particles made of the first substance, was etched and removed. Then, the rinse process was performed 3 times with pure water, and it was made to dry with nitrogen gas blow.

（ｆ）第三の物質からなる材料の充填
本実施例においては、実施例２と同様に、第三の物質からなる材料として、アクリル系の紫外線硬化型樹脂を用いた。 (F) Filling of Material Consisting of Third Substance In this example, as in Example 2, an acrylic ultraviolet curable resin was used as the material of the third substance.

上記工程（ｅ）を経たサンプルに対し、紫外線硬化型樹脂を３ｍＬ静かに滴下し、３０分放置後、紫外線照射装置（波長：３１２nm）を用いて、２０分間紫外線の照射を行った。この工程により、微粒子の配列構造の固定化ができた。   3 mL of an ultraviolet curable resin was gently dropped on the sample that had undergone the above step (e), left for 30 minutes, and then irradiated with ultraviolet rays for 20 minutes using an ultraviolet irradiation device (wavelength: 312 nm). By this step, the arrangement structure of the fine particles was fixed.

（ｇ）特性評価
得られたサンプル形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、当初シリカ微粒子が存在したと思われる領域、すなわち導波路部となるように設計された領域には紫外線硬化型樹脂と思われる材料が充填されており、それ以外にポリスチレン微粒子間の空隙にも樹脂が充填されていることが確認できた。 (G) Characteristic evaluation When the obtained sample shape was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was found that the region where the silica fine particles were originally present, that is, the region designed to become the waveguide portion was cured with ultraviolet rays. It was confirmed that the material considered to be a mold resin was filled, and in addition, the resin was filled in the voids between the polystyrene fine particles.

また、導波路以外の領域に存在するポリスチレン微粒子も三角格子を基本構造とした規則的配列をしていることを確認した。これらのことにより、設計どおりの導波路構造が形成されていることを確認した。   In addition, it was confirmed that polystyrene fine particles existing in a region other than the waveguide also have a regular arrangement with a triangular lattice as a basic structure. As a result, it was confirmed that the waveguide structure as designed was formed.

（実施例４）
（ａ）ＳＡＭ膜の形成
これまでの実施例とは異なるＳＡＭ材料を用いて、以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：６インチｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ） (Example 4)
(A) Formation of SAM film Using a SAM material different from the previous examples, a SAM film was formed under the following conditions.
Substrate: 6-inch p-type Si wafer (100)
SAM material: Octadecyltrichlorosilane (OTS)

洗浄した６インチＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＯＴＳトルエン溶液中（２vol%）に３０分間浸漬した。その後トルエンでリンスし、窒素雰囲気の１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＯＴＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。   The cleaned 6-inch Si wafer was immersed in an OTS toluene solution (2 vol%) in an inert gas atmosphere for 30 minutes. Thereafter, it was rinsed with toluene, heated in a clean oven at 120 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the remaining solvent, and finally a substrate having an OTS-SAM film on the surface was obtained.

（ｂ）パターニング
上記の工程でＯＴＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、図９に示したフォトマスクと紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。 (B) Patterning Patterning exposure was performed on the substrate on which the OTS-SAM film was formed in the above process, using the photomask shown in FIG. 9 and an exposure apparatus capable of irradiating ultraviolet light.

図９に示したフォトマスクを用いることにより、照射部分（９０１）に対応した領域が「Ｙ分岐」を持つ導波路部分、未照射部分（９０２）に対応した領域が導波路部以外の領域となる。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。   By using the photomask shown in FIG. 9, the region corresponding to the irradiated portion (901) has a “Y-branch” region, and the region corresponding to the unirradiated portion (902) is a region other than the waveguide portion. Become. The wavelength of the ultraviolet light used here is 184.9 nm using a high-pressure mercury lamp as a light source. The exposure time was 4 hours.

（ｃ）第一の物質からなる微粒子の配列
本実施例ではこれまでの実施例と同様に、第一の物質からなる微粒子をシリカとして行なった。平均粒径が７５０ｎｍのシリカ微粒子が分散したコロイダルシリカ（１０ｗｔ％、分散媒：純水）をシリカの原料とし、３００ｍｌを分取して容器に入れた。この分散液の中に、上記（ｂ）の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。 (C) Arrangement of Fine Particles Consisting of First Substance In this example, as in the previous examples, fine particles made of the first substance were used as silica. Colloidal silica (10 wt%, dispersion medium: pure water) in which silica fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed was used as a silica raw material, and 300 ml was fractionated and placed in a container. The substrate after the step (b) was immersed in this dispersion for 50 minutes. Thereafter, the substrate was gently removed from the dispersion and allowed to air dry.

（ｄ）第二の物質からなる微粒子の配列
本実施例ではこれまでの実施例と同様に、第二の物質からなる微粒子をポリスチレンとして行なった。ここで用いたポリスチレン微粒子は、これまでの実施例と同様に、平均粒径が７５０ｎｍのポリスチレン微粒子が純水中に１０ｗｔ％の濃度で分散しているものを原料の分散液とした。 (D) Arrangement of Fine Particles Consisting of Second Substance In this example, fine particles made of the second substance were made of polystyrene as in the previous examples. As in the previous examples, the polystyrene fine particles used here were prepared by dispersing polystyrene fine particles having an average particle size of 750 nm in pure water at a concentration of 10 wt%.

ここで、第一の物質からなる微粒子の配列が完了した後に、上記工程（ｂ）のパターニングにおいて用いた紫外光を照射できる露光装置を用いて基板全面に紫外光を照射し、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分をすべて親水性となるようにした。   Here, after the arrangement of the fine particles made of the first substance is completed, the entire surface of the substrate is irradiated with ultraviolet light by using an exposure apparatus that can irradiate the ultraviolet light used in the patterning in the step (b). All the parts other than the region where the fine particles made of were adhered were made hydrophilic.

ポリスチレン分散液の入った容器に、上記工程を経た基板を垂直に保持して浸漬し、移動速度を０.５μｍ/秒として垂直に上方に引き上げた。この後、室温で１０時間放置し乾燥させた。このようにして、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分に第二の物質からなる微粒子を配列させた。   The substrate having undergone the above steps was immersed vertically in a container containing a polystyrene dispersion, and the substrate was pulled upwards vertically at a moving speed of 0.5 μm / second. Then, it was left to dry at room temperature for 10 hours. In this way, the fine particles made of the second substance were arranged in a portion other than the region where the fine particles made of the first substance adhered.

（ｅ）第一の物質からなる微粒子の除去
上記（ｄ）の工程を経たサンプルを５％フッ酸に３０分浸漬し、第一の物質からなる微粒子であるシリカをエッチング、除去した。その後、純水でリンス工程を３回行い、窒素ガスブローにて乾燥させた。 (E) Removal of fine particles made of the first substance The sample having undergone the step (d) was immersed in 5% hydrofluoric acid for 30 minutes, and the silica, which was the fine particles made of the first substance, was etched and removed. Then, the rinse process was performed 3 times with pure water, and it was made to dry with nitrogen gas blow.

（ｆ）第三の物質からなる材料の充填
本実施例においては、第三の物質からなる材料として、チタンのアルコキシド溶液を用いた。濃度はTiO₂換算で５ｗｔ％である。また、粘度は４０ｍＰａのものである。上記（ｅ）の工程を経たサンプルを、先に述べたチタンのアルコキシド溶液に浸漬することによってチタンのアルコキシド溶液を空隙に充填し、その後乾燥させた。 (F) Filling of material consisting of third substance In this example, an alkoxide solution of titanium was used as the material consisting of the third substance. Concentration is 5 wt% in terms of TiO _2. The viscosity is 40 mPa. The sample after the step (e) was immersed in the titanium alkoxide solution described above to fill the gap with the titanium alkoxide solution, and then dried.

（ｇ）第三の物質からなる材料の焼結および第一の物質からなる微粒子の除去
上記（ｆ）の工程を経たサンプルをマッフル炉に入れて加熱しチタンのアルコキシドの焼結と、ポリスチレンの除去を同時に行なった。 (G) Sintering the material comprising the third substance and removing the fine particles comprising the first substance. The sample having undergone the step (f) is placed in a muffle furnace and heated to sinter the titanium alkoxide, Removal was performed simultaneously.

（ｈ）特性評価
得られたサンプル形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、当初シリカ微粒子が存在したと思われる領域、すなわち導波路部となるように設計された領域には酸化チタンが充填されており、当初ポリスチレン微粒子が存在したと思われる領域には球形の空間（air sphere）が連結して規則的に配列している様子が確認できた。 (H) Characteristic evaluation When the obtained sample shape was observed with a scanning electron microscope (SEM), titanium oxide was not formed in a region where silica fine particles were originally present, that is, a region designed to be a waveguide portion. It was confirmed that a spherical space (air sphere) was connected and regularly arranged in an area where polystyrene particles were originally present.

このことから、酸化チタンによるインバースオパール構造が形成されていることを確認した。これらのことにより、設計どおりの導波路構造が形成されていることを確認した。   From this, it was confirmed that an inverse opal structure by titanium oxide was formed. As a result, it was confirmed that the waveguide structure as designed was formed.

（実施例５）
（ａ）ＳＡＭ膜の形成
実施例４と同様に、以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：６インチｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ） (Example 5)
(A) Formation of SAM film As in Example 4, a SAM film was formed under the following conditions.
Substrate: 6-inch p-type Si wafer (100)
SAM material: Octadecyltrichlorosilane (OTS)

洗浄した６インチＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＯＴＳトルエン溶液中（２vol%）に３０分間浸漬した。その後トルエンでリンスし、窒素雰囲気の１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＯＴＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。   The cleaned 6-inch Si wafer was immersed in an OTS toluene solution (2 vol%) in an inert gas atmosphere for 30 minutes. Thereafter, it was rinsed with toluene, heated in a clean oven at 120 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the remaining solvent, and finally a substrate having an OTS-SAM film on the surface was obtained.

（ｂ）パターニング
上記の工程でＯＴＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、図９に示したフォトマスクと紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。 (B) Patterning Patterning exposure was performed on the substrate on which the OTS-SAM film was formed in the above process, using the photomask shown in FIG. 9 and an exposure apparatus capable of irradiating ultraviolet light.

図９に示したフォトマスクを用いることにより、照射部分（９０１）に対応した領域が「Ｙ分岐」を持つ導波路部分、未照射部分（９０２）に対応した領域が導波路部以外の領域となる。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。   By using the photomask shown in FIG. 9, the region corresponding to the irradiated portion (901) has a “Y-branch” region, and the region corresponding to the unirradiated portion (902) is a region other than the waveguide portion. Become. The wavelength of the ultraviolet light used here is 184.9 nm using a high-pressure mercury lamp as a light source. The exposure time was 4 hours.

（ｃ）第一の物質からなる微粒子の配列
本実施例ではこれまでの実施例とは逆に、第一の物質からなる微粒子としてポリスチレン微粒子を用いた。ここで用いたポリスチレン微粒子は、これまでの実施例と同様に、平均粒径が７５０ｎｍのポリスチレン微粒子が純水中に１０ｗｔ％の濃度で分散しているものを原料の分散液とした。 (C) Arrangement of Fine Particles Consisting of First Substance In this example, contrary to the previous examples, polystyrene fine particles were used as fine particles consisting of the first substance. As in the previous examples, the polystyrene fine particles used here were prepared by dispersing polystyrene fine particles having an average particle size of 750 nm in pure water at a concentration of 10 wt%.

このポリスチレン分散液の入った容器に、上記（ｂ）の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。   The substrate having undergone the step (b) was immersed in the container containing the polystyrene dispersion for 50 minutes. Thereafter, the substrate was gently removed from the dispersion and allowed to air dry.

（ｄ）第二の物質からなる微粒子の配列
本実施例ではこれまでの実施例とは逆に、第二の物質からなる微粒子をシリカとして行なった。平均粒径が７５０ｎｍのシリカ微粒子が分散したコロイダルシリカ（１０ｗｔ％、分散媒：純水）をシリカの原料として用いた。 (D) Arrangement of Fine Particles Consisting of Second Substance In this example, contrary to the previous examples, fine particles made of the second substance were used as silica. Colloidal silica (10 wt%, dispersion medium: pure water) in which silica fine particles having an average particle diameter of 750 nm were dispersed was used as a silica raw material.

ここで、第一の物質からなる微粒子の配列が完了した後に、上記工程（ｂ）のパターニングにおいて用いた紫外光を照射できる露光装置を用いて基板全面に紫外光を照射し、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分をすべて親水性となるようにした。   Here, after the arrangement of the fine particles made of the first substance is completed, the entire surface of the substrate is irradiated with ultraviolet light by using an exposure apparatus that can irradiate the ultraviolet light used in the patterning in the step (b). All the parts other than the region where the fine particles made of were adhered were made hydrophilic.

このあと、先に述べたコロイダルシリカ（１０ｗｔ％、分散媒：純水）、３００ｍｌを容器に入れ、この中に上記工程を経た基板を垂直に保持して浸漬し、移動速度を０.５μｍ/秒として垂直に上方に引き上げた。   Thereafter, 300 ml of the colloidal silica described above (10 wt%, dispersion medium: pure water) and 300 ml are put in a container, and the substrate subjected to the above steps is immersed and held in the container, with a moving speed of 0.5 μm / m. Pulled vertically upwards as seconds.

この後、室温で１０時間放置し乾燥させた。このようにして、第一の物質からなる微粒子が付着した領域以外の部分に第二の物質からなる微粒子を配列させた。   Then, it was left to dry at room temperature for 10 hours. In this way, the fine particles made of the second substance were arranged in a portion other than the region where the fine particles made of the first substance adhered.

（ｅ）第一の物質からなる微粒子の除去
上記（ｄ）の工程を経たサンプルをＴＨＦ（テトラヒドロフラン）中に２０分間浸漬して、第一の物質からなる微粒子であるポリスチレン微粒子を溶解、除去した。その後、自然乾燥を行い、サンプル中に残存するＴＨＦをすべて揮発させた。 (E) Removal of fine particles comprising the first substance The sample having undergone the step (d) was immersed in THF (tetrahydrofuran) for 20 minutes to dissolve and remove the polystyrene fine particles, which are fine particles comprising the first substance. . Thereafter, natural drying was performed to volatilize all the THF remaining in the sample.

（ｆ）第三の物質からなる材料の充填
本実施例においては、第三の物質からなる材料としてスチレンモノマーと重合開始剤とを用いた。これらの材料を第二の物質からなる微粒子間の空隙および、当初第一の物質からなる微粒子が存在した領域に充填し、波長１８４.９ｎｍの紫外光を発する高圧水銀ランプを光源として紫外光照射を２０時間行い、スチレンの重合、硬化を行なった。 (F) Filling of Material Consisting of Third Substance In this example, a styrene monomer and a polymerization initiator were used as the material consisting of the third substance. These materials are filled in the gaps between the fine particles made of the second substance and the region where the fine particles made of the first substance are present, and irradiated with ultraviolet light using a high pressure mercury lamp emitting ultraviolet light with a wavelength of 184.9 nm as a light source. For 20 hours to polymerize and cure styrene.

（ｇ）第二の物質からなる微粒子の除去
上記（ｆ）の工程を経たサンプルを５％フッ酸に３０分浸漬し、第二の物質からなる微粒子であるシリカをエッチング、除去した。その後、純水でリンス工程を３回行い、窒素ガスブローにて乾燥させた。 (G) Removal of Fine Particles Consisting of Second Substance The sample having undergone the above step (f) was immersed in 5% hydrofluoric acid for 30 minutes, and silica, which is fine particles of the second substance, was etched and removed. Then, the rinse process was performed 3 times with pure water, and it was made to dry with nitrogen gas blow.

（ｈ）第四の物質からなる材料の充填
本実施例では、第四の物質からなる材料として、チタンのアルコキシド溶液を用いた。濃度はTiO₂換算で５ｗｔ％である。また、粘度は４０ｍＰａのものである。上記（ｇ）の工程を経たサンプルをチタンのアルコキシド溶液に浸漬することによってチタンのアルコキシド溶液を空隙に充填し、その後乾燥させた。 (H) Filling of material consisting of fourth substance In this example, an alkoxide solution of titanium was used as the material consisting of the fourth substance. Concentration is 5 wt% in terms of TiO _2. The viscosity is 40 mPa. The sample after the step (g) was immersed in a titanium alkoxide solution to fill the gap with the titanium alkoxide solution, and then dried.

（ｉ）第四の物質からなる材料の焼結および、第三の物質からなる材料の除去
上記（ｈ）の工程を経たサンプルをマッフル炉に入れて加熱しアルコキシドの焼結と、第三の物質からなる材料であるポリスチレンの除去を同時に行なった。 (I) Sintering of the material comprising the fourth substance and removing the material comprising the third substance. The sample having undergone the step (h) is placed in a muffle furnace and heated to sinter the alkoxide, The removal of polystyrene, which is a material consisting of substances, was performed simultaneously.

（ｊ）特性評価
得られたサンプル形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で断面の観察したところ、当初ポリスチレン微粒子が存在したと思われる領域、すなわち導波路部となるように設計された領域には何も存在しておらず、当初シリカ微粒子が存在したと思われる領域には酸化チタンによって構成された中空の粒子が連結して配列している様子が確認できた。これらのことにより、設計どおりの導波路構造が形成されていることを確認した。 (J) Characteristic evaluation When the cross section of the obtained sample shape was observed with a scanning electron microscope (SEM), the region where polystyrene fine particles were originally present, that is, the region designed to be a waveguide portion, There was nothing, and it was confirmed that hollow particles composed of titanium oxide were connected and arranged in a region where silica fine particles were initially present. As a result, it was confirmed that the waveguide structure as designed was formed.

本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項１；その１）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 1; the 1). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項１；その２）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 1; the 2). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項１；その３）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 1; the 3). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項１；その４）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 1; the 4 ). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項１：その５）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 1 : 5 ). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項１；その６）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 1 ; the 6 ). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項２；その１）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 2 ; the 1). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項２；その２）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 2 ; the 2). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項３）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 3 ). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項４；その１）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 4 ; the 1). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項４；その２）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 4 ; the 2). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（請求項４；その３）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (Claim 4 ; the 3). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（光エネルギーによるパターン形成の説明図）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (description figure of the pattern formation by light energy). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（ＳＡＭ（Self Assembled Monolayers）を用いたパターン形成および微粒子付着メカニズムの説明図）。It is a diagram for explaining a method for manufacturing an optical element according to the present invention (S AM (Self Assembled Monolayers) patterning and illustration of fine particles adhering mechanism using). 本発明に係る光学素子の製造方法を説明するための図である（フォトマスクを示す図）。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention (the figure which shows a photomask).

符号の説明Explanation of symbols

１０１，３０１：基板
１０２，３０２，４０２：第一の物質からなる微粒子（第一の微粒子）
１０３，２０３，３０３，４０３：第二の物質からなる微粒子（第二の微粒子）
２０４，４０４，５０４，６０４：第三の物質からなる材料
５０５，６０５：球状の空隙
６０６：第四の物質からなる材料
７０１，８０１：基板
７０２，８０２：ＳＡＭ（Self Assembled Monolayers）膜
７０３，８０３：フォトマスク
７０４，８０４：微粒子
９０１：光照射部
９０２：光非照射部 101, 301: Substrate 102, 302, 402: Fine particles made of the first substance (first fine particles)
103, 203, 303, 403: Fine particles (second fine particles) made of the second substance
204, 404, 504, 604: Material made of third substance 505, 605: Spherical void 606: Material made of fourth substance 701, 801: Substrate 702, 802: SAM (Self Assembled Monolayers) film 703, 803 : Photomask 704, 804: Fine particles 901: Light irradiation part 902: Light non-irradiation part

Claims (6)

基板上に、ＳＡＭ（Self Assembled Monolayer）材料としての単分子層からなる有機膜を形成し、前記有機膜が表面に形成された前記基板に対して、光照射を所望のパターンで行うことにより、前記有機膜の表面の疎水性基を前記所望のパターンで解離して親水性のＯＨ基が表面に出た構造とし、この状態で、分散液に分散させた親水性を示す第一の物質からなる第一の微粒子を基板上に展開し、微粒子の自己組織化現象を利用して、ＯＨ基が表面に出た前記所望のパターン領域にのみ親水性を示す前記第一の微粒子を付着させる工程と、
基板の、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域を少なくとも含む領域に、光照射を行うことにより、前記有機膜が表面に形成された前記基板の、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域の表面の疎水性基を解離して親水性のＯＨ基が表面に出た構造とし、この状態で、分散液に分散させた親水性を示す、前記第一の物質とは異なる第二の物質からなり前記第一の微粒子とほぼ同じ径を有する第二の微粒子を基板上に展開し、微粒子の自己組織化現象を利用して、ＯＨ基が表面に出た、前記第一の微粒子が配列した領域以外の領域に、親水性を示す前記第二の微粒子を付着させる工程と、
前記第一の微粒子および前記第二の微粒子によって形成された空隙に、前記第一の物質および第二の物質のいずれとも異なる第三の物質からなる材料を充填する工程と、
さらに、前記第一の微粒子または前記第二の微粒子のいずれか一方を選択的に除去する工程とを含むことを特徴とする光学素子の製造方法。 By forming an organic film consisting of a monomolecular layer as a SAM (Self Assembled Monolayer) material on the substrate and performing light irradiation on the substrate on which the organic film is formed in a desired pattern, The hydrophobic group on the surface of the organic film is dissociated in the desired pattern to form a structure in which a hydrophilic OH group appears on the surface. In this state, from the first substance exhibiting hydrophilicity dispersed in the dispersion liquid comprising a first particle developed on a substrate, the step of using a self-organizing phenomenon of the fine particles, OH group to attach the first microparticles exhibits hydrophilicity only in the desired pattern area exposed on the surface When,
A region where the first fine particles are arranged in the substrate on which the organic film is formed by irradiating light to a region including at least a region other than the region where the first fine particles are arranged in the substrate. A structure in which a hydrophobic group on the surface of a region other than the surface is dissociated to expose a hydrophilic OH group on the surface, and in this state, the hydrophilic substance dispersed in the dispersion liquid is different from the first substance. A second fine particle composed of two substances and having substantially the same diameter as the first fine particle is spread on a substrate, and the self-organization phenomenon of the fine particle is used to generate an OH group on the surface. in a region other than the region where fine particles are arranged, a step of attaching said second particles exhibits hydrophilicity,
Filling a void formed by the first fine particles and the second fine particles with a material composed of a third substance different from both the first substance and the second substance;
And a step of selectively removing either the first fine particles or the second fine particles. 請求項１に記載の光学素子の製造方法において、さらに、
前記第一の微粒子または前記第二の微粒子の選択的な除去によって形成された空隙に、前記第一の物質および前記第二の物質のいずれとも異なる第三の物質からなる材料を充填する工程とを含むことを特徴とする光学素子の製造方法。 The method of manufacturing an optical element according to claim 1, further comprising:
Filling a void formed by selective removal of the first fine particles or the second fine particles with a material comprising a third substance different from both the first substance and the second substance; The manufacturing method of the optical element characterized by the above-mentioned. 請求項２に記載の光学素子の製造方法において、さらに、
前記第一の微粒子または第二の微粒子のうち選択的な除去の対象とはならなかった他方の微粒子を除去する工程をさらに付加したことを特徴とする光学素子の製造方法。 The method of manufacturing an optical element according to claim 2, further comprising:
A method for producing an optical element, further comprising the step of removing the other fine particles that have not been selectively removed from the first fine particles or the second fine particles. 請求項３に記載の光学素子の製造方法において、さらに、
前記他方の微粒子を除去する工程により形成された空隙の内壁に、前記第一の物質、前記第二の物質または前記第三の物質とは異なる第四の物質からなる材料を付着させて中空構造の殻部とする工程と、前記第三の物質からなる材料を除去する工程とを含むことを特徴とする光学素子の製造方法。 In the manufacturing method of the optical element according to claim 3, further,
A hollow structure in which a material made of a fourth substance different from the first substance, the second substance or the third substance is attached to the inner wall of the void formed by the step of removing the other fine particles A method for manufacturing an optical element, comprising: a step of forming a shell portion of the first material; and a step of removing a material comprising the third substance. 請求項１から４のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、
前記微粒子を所望のパターン形状に配列する工程は、微粒子が分散した分散液を基板に供給する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。 In the manufacturing method of the optical element in any one of Claim 1 to 4,
The method for producing an optical element, wherein the step of arranging the fine particles in a desired pattern shape includes a step of supplying a dispersion in which the fine particles are dispersed to a substrate. 請求項５に記載の光学素子の製造方法において、
前記微粒子を分散させた分散液において、前記微粒子が凝集しない状態で存在するように前記分散液のｐＨを制御することを特徴とする光学素子の製造方法。 In the manufacturing method of the optical element according to claim 5,
A method for producing an optical element, comprising: controlling a pH of the dispersion so that the fine particles are present in a non-aggregated state in the dispersion in which the fine particles are dispersed.

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