高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法
【課題】高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法に関する。
【解決手段】微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを備えた製作プロセスを含む。光の偏光によって流体化方向が決定され、方向性光流体化現象を有する高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが多様な微細構造体を大面積及び平行的方法で製作する。
【解決手段】微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを備えた製作プロセスを含む。光の偏光によって流体化方向が決定され、方向性光流体化現象を有する高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが多様な微細構造体を大面積及び平行的方法で製作する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性流体化性質を有する高分子アレイを型枠として用いた、マイクロ/ナノスケールの微細構造体アレイの製作、及び前記微細構造体アレイを多様な模様と大きさで制御する方法に関し、光の偏光によって流体化方向が決定され、光の照射時間にしたがって流体化による変形程度が変わる性質を用いて高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、このように制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが制御された微細構造体を大面積及び並行的方法で製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、光の偏光によって流体化方向が決定され、光の照射時間にしたがって流体化による変形程度が変わる性質を用いて高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、このように制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが制御された微細構造体を大面積及び並行的方法で製作する。
【０００３】
一般的にマイクロ/ナノスケールの微細構造体は、その光学的、電気的特性が既存の構造体とは異なる性質を示すようになる。例えば、金属微細構造体の場合、光を照射した時、光波が金属微細構造体の表面で大きく励起され、増幅される特性が現われる。このような金属微細構造体の光波増幅現象をプラズモニック現象という。プラズモニック現象は、回折限界を克服した小さなスケールでも光を集めることができ、増幅させることもできるため、量子光学素子及び微細サイズのセンサーのような微細光学素子製作に用いることができる。この時、増幅される光波の波長は、金属微細構造体の大きさの約２倍スケールで現われ、模様にも依存する性質を現す。したがって、微細構造体の模様及び大きさを制御して、微細光学素子の特性を制御することが可能となる。
【０００４】
本発明においては、線、楕円模様とその大きさが制御された微細構造体アレイを製造することによって、微細光学素子特性を調節する方法を提案する。
従来、模様及び大きさが制御された微細構造体の製作方法は、既に多くの研究が行われている。既存に提示された方法としては、直接書込（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｗｒｉｔｉｎｇ）方式と、型枠を用いて転写（Ｐａｔｔｅｒｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｔｅｍｐｌａｔｅ）する方法がある。直接書込方法は、集束イオンビーム(ｆｏｃｕｓｅｄ−ｉｏｎ ｂｅａｍ，ＦＩＢ) 又は電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ）を高分子フィルムの上に照射して消滅させる方法である。したがって、消滅された部分でパターンが形成されることができる（非特許文献１参照）。
【０００５】
直接書込方法は、微細構造体の模様及び大きさを精密に調節することができる長所があるが、直接微細構造体個体を一つずつパターン化させなければならないため、工程時間も非常に長く、コストもかかり過ぎる短所があった。型枠を用いた転写方法は、コロイド粒子配列又はホログラフィック干渉パターンによって製造された高分子型枠を転写する方法であるといえる（非特許文献２参照）。
【０００６】
型枠を用いて転写する方法は、大面積及び並行的工程によって予め製造しておいた型枠を用いて微細構造体を転写する方法であるため、工程コストも低く、工程も早い長所がある。しかし、コロイド粒子及びホログラフィック干渉パターンから形成された高分子型枠は、その模様が円又は線に制限される問題点があった。その他にも、応用化学分野の有名ジャーナルである Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ に発表された論文（非特許文献３参照）によれば、金属膜が含まれたエポキシ樹脂にウルトラマイクロトミング（ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｔｏｍｉｎｇ）技術を用いて薄く切った後、これを基板上に転写する方法を利用すれば、大きさ及び模様制御が可能であると報告している。しかし、この方法は、一般ユーザーの接近が困難であるウルトラマイクロトミングという微細加工技術を利用しなければならない短所がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｏｈｎｏ，Ｔ．；Ｂａｉｎ，Ｊ．Ａ．；Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ，Ｔ．Ｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００７，１０１，０８３１０７ ａｎｄ Ｒｅｃｈｂｅｒｇｅｒ，Ｗ．；Ｈｏｈｅｎａｕ，Ａ．；Ｌｅｉｔｎｅｒ，Ａ．； Ｋｒｅｎｎ，Ｊ．Ｒ．；Ｌａｍｐｒｅｃｈｔ，Ｂ．；Ａｕｓｓｅｎｅｇｇ，Ｆ．Ｒ．Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２００３，２２０，１３７
【非特許文献２】Ｈａｙｎｅｓ，Ｃ．Ｌ．；Ｖａｎ Ｄｕｙａｎｅ，Ｒ．Ｐ．Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ，２００１，１０５，５５９９ ａｎｄ Ｈｅｎｚｉｅ，Ｊ．；Ｌｅｅ，Ｍ．Ｈ．；Ｏｄｏｍ，Ｔ．Ｗ．Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２，５４９
【非特許文献３】Ｘｕ，Ｑ．；Ｂａｏ，ｊ．；Ｃａｐａｓｓｏ，Ｆ．；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｇ．Ｍ．Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００６，４５，３６３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを含む微細構造体アレイの製作方法である。
【０００９】
本発明は、光の偏光によって流体化方向が決定され、光の照射時間にしたがって流体化による変形程度が変わる性質を用いて、高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、このように制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが制御された微細構造体を大面積及び並行的方法で製作することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記のような従来技術の問題を解決するために、アゾベンゼン分子を含む高分子に光を照射した時に現われる方向性光流体化現象を用いて高分子アレイの模様及び大きさを制御し、これを型枠として用いて微細構造体アレイを製造する。方向性流体化現象を用いて微細構造体の模様及び大きさを精密に制御することによって、微細構造体の光学性質を制御する方法を提供することにある。本発明の他の目的は、方向性流体化現象を用いて微細構造体の模様及び大きさを大面積及び並行的に制御して規則的に配列された微細構造体を大量生産することができる方法を提供することにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、高分子アレイの模様及び大きさを制御することによって、微細構造体の光学性質を制御する方法を提供し、微細構造体の模様及び大きさを大面積及び並行的に制御して規則的に配列された微細構造体を大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の微細構造体アレイ製作方法を示す概略図である。
【図２】製作されたポリジメチルシロキサンゴムモールドの走査電子顕微鏡写真であり、スケールバーは１０マイクロメートルを示す。
【図３】製作されたポリディスパースオレンジ３線模様パターンの走査電子顕微鏡写真であり、スケールバーは２.５マイクロメートルを示す。
【図４】照射された光の偏光方向、ポリディスパースオレンジ３線パターン、ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクター、方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンの概要を示す。
【図５】ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに平行な方向に偏光を有する光を照射した時の光の照射時間による方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【図６】ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに垂直な方向に偏光を有する光を３０分間照射した時のパターンの走査電子顕微鏡写真である。
【図７】１次元の干渉パターンの偏光方向、１次元の干渉パターンのグレーティング・ベクター、ポリディスパースオレンジ３線のグレーティング・ベクター、１次元の干渉パターンの照射を用いて誘導された方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３パターン模様の概要を示す。
【図８】１次元の干渉パターンの照射時間による部分的方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【図９】１次元の干渉パターン内での光の強さの変化を示す。この時、矢印の長さは光の強さを示す。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【図１０】光照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンから転写された金線パターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【図１１】１次元の干渉パターンの照射によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真である。
【図１２】１次元の干渉パターンの照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真及び寸法グラフである。
【図１３】大きさの異なる金楕円から散乱され、増幅される光のうち、金楕円の短縮方向に偏光された光の散乱波及び増幅波グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法に関する。
【００１４】
本発明は、微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを備えた微細構造体アレイの製作プロセスを含むことを特徴とする高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法を示す。
【００１５】
前記高分子は、アゾベンゼン分子を含む線形構造を有する高分子又はその組成物或いはその誘導体を使用することができる。
【００１６】
前記アレイは、高分子の方向性流体化現象によって製造された線形又は楕円アレイパターンである。
【００１７】
前記偏光方向及び照射時間により、方向性流体化現象の方向及び程度を制御することができる。
【００１８】
前記ホログラフィック１次元の干渉パターンを照射して部分的に高分子の方向性流体化現象を誘導し、楕円アレイパターンを製作することができる。
【００１９】
前記方向性流体化現象によって構造が制御された高分子線形パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することができる。
【００２０】
前記方向性流体化現象によって構造が制御された高分子楕円パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することができる。
【００２１】
本発明は、前記言及した方法で製造したパターン化された微細構造体を示す。
【００２２】
以下、本発明ついて詳細に説明する。
本発明の模様及び大きさが精密に制御された微細構造体アレイ製作方法は、ゴムモールドと基板の接着によって製作された微細流体素子に高分子溶液を 注入すれば、毛細管現象によって高分子溶液が注入される。その後、高分子溶液の溶媒を全て乾燥させれば、微細流体管の模様によって高分子線アレイが製作される。この時、高分子アレイに光を照射して高分子の方向性光流体化現象を誘導して、単位体を希望する模様及び大きさで大面積及び並行的に変形させる。その後、変形された高分子アレイの上に金属を塗布した後、高分子を取り除けば、高分子がマスク役目をするようになって、高分子模様が金属に転写される。
【００２３】
前記基板は、ガラス、シリコーンウエハー、石英のような物質で作られた硬い基板を使用することができる。また、基板は、柔軟な特性を有する柔軟性高分子フィルム基板を用いることができる。
【００２４】
前記高分子としては、アゾベンゼンを含む分子を有している高分子を用いることができる。
【００２５】
前記高分子パターンを製造するためにディスペンサーを用いた機械的な噴出法やインクジェットプリンティングを用いることができる。
【００２６】
前記高分子アレイのうち、構造体一つの大きさは、数ナノメートルから数百マイクロメートルであり、高分子パターンの高さは、数ナノメートルから数十マイクロメートルである。
【００２７】
前記製造された高分子アレイの全体面積は、数マイクロメートルから数センチメートルである。
【００２８】
前記高分子アレイの方向性流体化を誘導する方法は、遠距離（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）光照射と近距離（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ）光照射を用いることができる。
【００２９】
前記高分子アレイの方向性流体化を誘導するために照射された光の波長帯は、アゾベンゼン分子が吸収する全ての領域帯を用いることができる。
【００３０】
前記方向性流体化の方向は、光の偏光方向に沿って調節することができる。
前記方向性流体化の程度は、光の照射時間及び光の強さによって調節することができる。
前記方向性流体化が発生できる領域は、ホログラフィー干渉パターンのようなパターン化された光を用いることができる。
【００３１】
本発明は、方向性流体化を用いて模様及び大きさが制御された高分子アレイに金属を塗布する段階と高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写する段階とを含む微細構造体アレイの製作方法を示す。
【００３２】
前記金属塗布は、電子ビーム噴射（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）又は熱噴射（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を用いることができる。
【００３３】
前記基板と金属との接触特性を向上させるためにクロム（Ｃｈｒｏｍｉｕｍ）又はチタン（Ｔｉｔａｎｉｕｍ）を用いることができる。
【００３４】
前記高分子除去は、溶媒を用いて高分子を溶かし出す方法を用いることができる。前記高分子除去は、プラズマ又はイオン処理をして除去する方法を用いることができる。
【００３５】
本発明によれば、方向性光流体化性質を有する高分子アレイを用いることによって、微細構造体の模様及び大きさを精密に制御する効果がある。また、微細構造体の模様及び大きさ制御工程が大面積及び並行的工程によって行われるため、大量生産に好適である。さらに、模様及び大きさが精密に調節された微細構造体は、プラズモンのようなナノ光学特性も精密に調節することができるため、微細光学素子としても広く用いることができる。
【００３６】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明は、（ａ）微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、高分子アレイに光の照射によって方向性光流体化を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、（ｂ）方向性光流体化によって構造が制御された高分子の上に金属を塗布した後、選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを含む多様な模様及び大きさの微細構造体の製作方法から構成される（図１参照）。
【００３７】
<微細構造体アレイの模様及び大きさを制御>
前記（ａ）段階のゴムモールドの場合、架橋されたポリジメチルシロキサンとアクリルレート基とを含む架橋された高分子を用いることができ、好ましくは、ポリジメチルシロキサンを含むゴムモールドを用いる。また、前記用いた高分子は、アゾベンゼン分子が含まれ、線形形態の高分子構造であれば、制限なしに使用することができ、高分子溶液の濃度は０.０１から１０ｗｔ％まで用いることができるが、好ましくは１乃至２ｗｔ％を用いる。
【００３８】
<多様な模様及び大きさの微細構造体アレイ製作>
前記（ｂ）段階の光照射は、１０ｍＷ/ｃｍ２から１００Ｗ/ｃｍ２まで利用可能であり、好ましくは３０乃至４０ｍＷ/ｃｍ２を利用する。また、高分子の方向性流体化の方向は、光の偏光方向に平行に生じるため、円形偏光及び線形偏光を含んだ全ての偏光を用いることができ、光の波長はアゾベンゼン分子が吸収する波長であれば、如何なる範囲においても用いることができる。また、金属の場合、全ての金属の使用が可能であり、本発明では金が用いられた。しかし、全ての金属を使用することができる。また、金属塗布の場合、電子ビーム噴射や熱噴射が主に用いられ、本発明においては、電子ビーム噴射が用いられた。しかし、金属を塗布することができる方法は、何れも使用することができる。また、本発明においては、高分子除去の場合、高分子を溶媒に溶かす方法が利用された。しかし、高分子を除去することができる方法は、何れも使用することができる。
【００３９】
前記（ｂ）段階から製造された金属微細構造体の場合、光が照射された時、金属微細構造体の表面で特定波長帯の光が増幅される現象を見せる特徴がある。一方、増幅される光の波長は、大きさが大きくなるほど、その大きさに比例して増加する現象を見せるので、大きさを調節することによって、増幅される光の波長も調節することができる。
【００４０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、下記の実施例は発明の理解を助けるためのものであり、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００４１】
実施例１：高分子アレイ製造
まず、フォトリソグラフィを用いてシリコーン上に線模様のパターンを製造する。その後、ポリジメチルシロキサン前駆体を注入し、熱硬化させてゴムモールドを製作する。製作されたゴムモールドの製作されたポリジメチルシロキサン線パターンの場合、周期が３.８４マイクロメートル（ｕｍ）であり、線一つの幅は１.３０マイクロメートルである。製作されたポリジメチルシロキサンモールドを石英基板上に接着させて微細流体素子を製作する。ディスパースオレンジ３（Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｏｒａｎｇｅ ３）とビスフェノールＡジグリシジルエーテル（Ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ Ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）分子とを互いに縮重合して合成したポリディスパースオレンジ３（分子量４７００（ｗｔ）、ＰＤＩ=１.７４）をメチルピロリドン溶媒に１.０ｗｔ％濃度で溶かして高分子溶液を用意する。ポリディスパースオレンジ３溶液を微細流体素子入口に注入し、毛細管現象を用いて微細流体素子ラインを満たして、常温で２日間乾燥させる。その後、ポリジメチルシロキサンゴムモールドを取り除けば、ポリディスパースオレンジ３線模様パターンを得ることができる。ポリディスパースオレンジ３線模様パターンの全体面積は３.３ミリメートル２乗である。
【００４２】
図２は、製作されたポリジメチルシロキサンゴムモールドの走査電子顕微鏡写真を示す。スケールバーは１０マイクロメートルである。図３は、製作されたポリディスパースオレンジ３線模様パターンの走査電子顕微鏡写真を示す。スケールバーは２.５マイクロメートルである。
【実施例２】
【００４３】
実施例２:方向性光流体化を用いた高分子アレイの構造制御
実施例１で製作されたポリディスパースオレンジ３線模様パターンに線形偏光された光を照射して、方向性光流体化現象を誘導した。この時、線形偏光は、線模様のパターンのグレーティング・ベクターに平行な方向を導入した。導入した光の強さは３５.５ｍＷ/ｃｍ２であり、光の波長は４８８ｎｍであった。初期ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔が２.４５マイクロメートルであり、照射時間が長くなるほど光偏光方向と平行な方向への光流体化現象が持続されて、ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔が減り続けることが確認できた。最終的に２５分間光を照射した後、間隔が２３０ナノメートルに減った。これは、ポリディスパースオレンジ３線パターンが照射された光の偏光方向に広がって現われた結果である。すなわち、ポリディスパースオレンジ３が光の偏光方向に平行な方向に光流体化現象を起こして広がり、その結果ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔が減ったのである。一方、同一の光の強さと波長で線形偏光が線模様のパターンのグレーティング・ベクターに垂直な方向を有する光を照射した場合、ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔は減らなかった。すなわち、方向性光流体化現象が生じなかった。したがって、方向性光流体化現象は照射された光の偏光方向に沿って生じることを示す。
【００４４】
また、実施例１において製作されたポリディスパースオレンジ３線パターンにホログラフィック干渉パターンを照射して、部分的方向性光流体化現象を誘導した。ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに平行な方向を有する２つの光を１箇所で干渉させた。光干渉の際、２つの光は、対称的に光が照射され、入射角は４°であった。この時、発生した１次元の干渉パターンの周期は、３.４９マイクロメートルであった。この時、照射された２つの光の強さは３０.０ｍＷ/ｃｍ２であった。２０分照射した時、１次元の干渉パターンの明るい部分でだけ、照射された光の偏光方向に沿って光流体化が発生して広がる現象が現われた。その結果、バーベル模様のポリディスパースオレンジ３パターンが得られた。このように流線形模様であり、明るい部分でだけ光流体化現象が現われたことは、干渉パターン内で光の強さが周期的に流線形に変わるからである。前記生成された干渉パターンを６０分間照射すれば、明るい部分での光流体化によるポーリディスオレンジ３の広がりは、結局、両ポリディスパースオレンジ３線の集塊現象につながり、その結果、流線形模様を有する楕円の穴が形成される結果につながった。特に、干渉パターンが周期的配列を成しているため、楕円の穴も周期的配列形態を表した。
【００４５】
図４は、照射された光の偏光方向、ポリディスパースオレンジ３線パターン、ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクター、方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンの概要を示す。
【００４６】
図５は、光の照射時間による方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真を示す。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【００４７】
図６は、ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに垂直な方向に偏光を有する光を３０分照射した時のパターンの走査電子顕微鏡写真である。
【００４８】
図７は、１次元の干渉パターンの偏光方向、１次元の干渉パターンのグレーティング・ベクター、ポリディスパースオレンジ３線のグレーティング・ベクター、１次元の干渉パターンの照射を用いて誘導された方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３パターン模様の概要を示す。
【００４９】
図８は、１次元の干渉パターンの照射時間による部分的方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【００５０】
図９は、１次元の干渉パターン内での光の強さの変化を示す。この時、矢印の長さは光の強さを示す。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【実施例３】
【００５１】
実施例３：金属塗布及び選択的高分子除去を用いた方向性光流体化によって構造が制御された高分子型枠の転写
実施例２で製作された方向性光流体化によって構造が変形されたポリディスパースオレンジ３パターンを型枠として用いてパターン転写した。まず、変形されたポリディスパースオレンジ３パターンの上に電子ビーム噴射を用いて、クロムを４ナノメートル塗布し、金を４０ナノメートル塗布した。クロムは、石英基板と金との間の接着特性を向上させるために導入した。その後、金の塗布された変形されたポリディスパースオレンジ３パターンを除去するために、アセトン溶媒に１分間浸した後、直ちにメチルピロリドン溶媒に ５分間入れて放置した。この２回の溶媒処理を通してポリディスパースオレンジ３を全て除去することができた。その結果、変形されたポリディスパースオレンジ３パターンから、金線パターンを得ることができ、金線パターンの幅は変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンの間の間隔と同一であった。同様に１次元の干渉パターンを用いて変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンも金楕円パターンに転写され、転写された金楕円の大きさはポリディスパースオレンジ３楕円と同様の大きさであった。１次元の干渉パターンの照射時間による金楕円の大きさは、１次元の干渉パターンの照射時間が長くなるほど減ることを確認することができたが、その理由は、照射時間が長くなるほど方向性光流体化が進み続け、ポリディスパースオレンジ３楕円の大きさがだんだん小さくなるからである。
【００５２】
図１０は、光照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンから転写された金線パターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【００５３】
図１１は、１次元の干渉パターンの照射によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真である。
【００５４】
図１２は、１次元の干渉パターンの照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真及び寸法グラフである。
【実施例４】
【００５５】
実施例４：金楕円の光波増幅現象調査
実施例３で製作された金楕円アレイの光波増幅現象を評価した。金楕円にハロゲンランプから発生された光を照射した。この時の光の強さは１００Ｗ/ｃｍ２であり、入射角は６０°であった。その後、金楕円から増幅されて散乱される光をスペクトロメーターに送って、光が増幅される波長領域を調べた。この時、金楕円から増幅されて散乱される光を金楕円の短縮方向の偏光版を用いて金楕円の短縮方向の偏光を有する、増幅されて散乱される光だけを選択的に分離して分析した。その結果、金楕円の大きさによって６００乃至１,１５０ナノメートル領域帯で増幅されて散乱されることを確認することができた。
【００５６】
図１３は、大きさの異なる金楕円から散乱され、増幅される光のうち、金楕円の短縮方向に偏光された光の散乱波及び増幅波グラフである。
【００５７】
上述のように、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当の技術分野の熟練された当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から免脱しない範囲内で本発明を種々修正及び変更させることが可能だという点が分かる。
【００５８】
［産業上の利用可能性］
本発明は、方向性光流体化性質を有する高分子アレイを用いることによって、微細構造体の模様及び大きさを精密に制御する效果がある。また、微細構造体の模様及び大きさ制御工程が大面積及び並行的工程によって行われるため、大量生産に好適である。また、模様及び大きさが精密に調節された微細構造体は、プラズモンのようなナノ光学特性も精密に調節することができるので、微細光学素子としても広く利用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性流体化性質を有する高分子アレイを型枠として用いた、マイクロ/ナノスケールの微細構造体アレイの製作、及び前記微細構造体アレイを多様な模様と大きさで制御する方法に関し、光の偏光によって流体化方向が決定され、光の照射時間にしたがって流体化による変形程度が変わる性質を用いて高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、このように制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが制御された微細構造体を大面積及び並行的方法で製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、光の偏光によって流体化方向が決定され、光の照射時間にしたがって流体化による変形程度が変わる性質を用いて高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、このように制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが制御された微細構造体を大面積及び並行的方法で製作する。
【０００３】
一般的にマイクロ/ナノスケールの微細構造体は、その光学的、電気的特性が既存の構造体とは異なる性質を示すようになる。例えば、金属微細構造体の場合、光を照射した時、光波が金属微細構造体の表面で大きく励起され、増幅される特性が現われる。このような金属微細構造体の光波増幅現象をプラズモニック現象という。プラズモニック現象は、回折限界を克服した小さなスケールでも光を集めることができ、増幅させることもできるため、量子光学素子及び微細サイズのセンサーのような微細光学素子製作に用いることができる。この時、増幅される光波の波長は、金属微細構造体の大きさの約２倍スケールで現われ、模様にも依存する性質を現す。したがって、微細構造体の模様及び大きさを制御して、微細光学素子の特性を制御することが可能となる。
【０００４】
本発明においては、線、楕円模様とその大きさが制御された微細構造体アレイを製造することによって、微細光学素子特性を調節する方法を提案する。
従来、模様及び大きさが制御された微細構造体の製作方法は、既に多くの研究が行われている。既存に提示された方法としては、直接書込（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｗｒｉｔｉｎｇ）方式と、型枠を用いて転写（Ｐａｔｔｅｒｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｔｅｍｐｌａｔｅ）する方法がある。直接書込方法は、集束イオンビーム(ｆｏｃｕｓｅｄ−ｉｏｎ ｂｅａｍ，ＦＩＢ) 又は電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ）を高分子フィルムの上に照射して消滅させる方法である。したがって、消滅された部分でパターンが形成されることができる（非特許文献１参照）。
【０００５】
直接書込方法は、微細構造体の模様及び大きさを精密に調節することができる長所があるが、直接微細構造体個体を一つずつパターン化させなければならないため、工程時間も非常に長く、コストもかかり過ぎる短所があった。型枠を用いた転写方法は、コロイド粒子配列又はホログラフィック干渉パターンによって製造された高分子型枠を転写する方法であるといえる（非特許文献２参照）。
【０００６】
型枠を用いて転写する方法は、大面積及び並行的工程によって予め製造しておいた型枠を用いて微細構造体を転写する方法であるため、工程コストも低く、工程も早い長所がある。しかし、コロイド粒子及びホログラフィック干渉パターンから形成された高分子型枠は、その模様が円又は線に制限される問題点があった。その他にも、応用化学分野の有名ジャーナルである Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ に発表された論文（非特許文献３参照）によれば、金属膜が含まれたエポキシ樹脂にウルトラマイクロトミング（ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｔｏｍｉｎｇ）技術を用いて薄く切った後、これを基板上に転写する方法を利用すれば、大きさ及び模様制御が可能であると報告している。しかし、この方法は、一般ユーザーの接近が困難であるウルトラマイクロトミングという微細加工技術を利用しなければならない短所がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｏｈｎｏ，Ｔ．；Ｂａｉｎ，Ｊ．Ａ．；Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ，Ｔ．Ｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００７，１０１，０８３１０７ ａｎｄ Ｒｅｃｈｂｅｒｇｅｒ，Ｗ．；Ｈｏｈｅｎａｕ，Ａ．；Ｌｅｉｔｎｅｒ，Ａ．； Ｋｒｅｎｎ，Ｊ．Ｒ．；Ｌａｍｐｒｅｃｈｔ，Ｂ．；Ａｕｓｓｅｎｅｇｇ，Ｆ．Ｒ．Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２００３，２２０，１３７
【非特許文献２】Ｈａｙｎｅｓ，Ｃ．Ｌ．；Ｖａｎ Ｄｕｙａｎｅ，Ｒ．Ｐ．Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ，２００１，１０５，５５９９ ａｎｄ Ｈｅｎｚｉｅ，Ｊ．；Ｌｅｅ，Ｍ．Ｈ．；Ｏｄｏｍ，Ｔ．Ｗ．Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２，５４９
【非特許文献３】Ｘｕ，Ｑ．；Ｂａｏ，ｊ．；Ｃａｐａｓｓｏ，Ｆ．；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｇ．Ｍ．Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００６，４５，３６３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを含む微細構造体アレイの製作方法である。
【０００９】
本発明は、光の偏光によって流体化方向が決定され、光の照射時間にしたがって流体化による変形程度が変わる性質を用いて、高分子アレイ型枠の模様と大きさを精密に制御し、このように制御された型枠を転写することによって規則的に配列された模様と大きさが制御された微細構造体を大面積及び並行的方法で製作することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記のような従来技術の問題を解決するために、アゾベンゼン分子を含む高分子に光を照射した時に現われる方向性光流体化現象を用いて高分子アレイの模様及び大きさを制御し、これを型枠として用いて微細構造体アレイを製造する。方向性流体化現象を用いて微細構造体の模様及び大きさを精密に制御することによって、微細構造体の光学性質を制御する方法を提供することにある。本発明の他の目的は、方向性流体化現象を用いて微細構造体の模様及び大きさを大面積及び並行的に制御して規則的に配列された微細構造体を大量生産することができる方法を提供することにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、高分子アレイの模様及び大きさを制御することによって、微細構造体の光学性質を制御する方法を提供し、微細構造体の模様及び大きさを大面積及び並行的に制御して規則的に配列された微細構造体を大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の微細構造体アレイ製作方法を示す概略図である。
【図２】製作されたポリジメチルシロキサンゴムモールドの走査電子顕微鏡写真であり、スケールバーは１０マイクロメートルを示す。
【図３】製作されたポリディスパースオレンジ３線模様パターンの走査電子顕微鏡写真であり、スケールバーは２.５マイクロメートルを示す。
【図４】照射された光の偏光方向、ポリディスパースオレンジ３線パターン、ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクター、方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンの概要を示す。
【図５】ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに平行な方向に偏光を有する光を照射した時の光の照射時間による方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【図６】ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに垂直な方向に偏光を有する光を３０分間照射した時のパターンの走査電子顕微鏡写真である。
【図７】１次元の干渉パターンの偏光方向、１次元の干渉パターンのグレーティング・ベクター、ポリディスパースオレンジ３線のグレーティング・ベクター、１次元の干渉パターンの照射を用いて誘導された方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３パターン模様の概要を示す。
【図８】１次元の干渉パターンの照射時間による部分的方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【図９】１次元の干渉パターン内での光の強さの変化を示す。この時、矢印の長さは光の強さを示す。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【図１０】光照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンから転写された金線パターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【図１１】１次元の干渉パターンの照射によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真である。
【図１２】１次元の干渉パターンの照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真及び寸法グラフである。
【図１３】大きさの異なる金楕円から散乱され、増幅される光のうち、金楕円の短縮方向に偏光された光の散乱波及び増幅波グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法に関する。
【００１４】
本発明は、微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを備えた微細構造体アレイの製作プロセスを含むことを特徴とする高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法を示す。
【００１５】
前記高分子は、アゾベンゼン分子を含む線形構造を有する高分子又はその組成物或いはその誘導体を使用することができる。
【００１６】
前記アレイは、高分子の方向性流体化現象によって製造された線形又は楕円アレイパターンである。
【００１７】
前記偏光方向及び照射時間により、方向性流体化現象の方向及び程度を制御することができる。
【００１８】
前記ホログラフィック１次元の干渉パターンを照射して部分的に高分子の方向性流体化現象を誘導し、楕円アレイパターンを製作することができる。
【００１９】
前記方向性流体化現象によって構造が制御された高分子線形パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することができる。
【００２０】
前記方向性流体化現象によって構造が制御された高分子楕円パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することができる。
【００２１】
本発明は、前記言及した方法で製造したパターン化された微細構造体を示す。
【００２２】
以下、本発明ついて詳細に説明する。
本発明の模様及び大きさが精密に制御された微細構造体アレイ製作方法は、ゴムモールドと基板の接着によって製作された微細流体素子に高分子溶液を 注入すれば、毛細管現象によって高分子溶液が注入される。その後、高分子溶液の溶媒を全て乾燥させれば、微細流体管の模様によって高分子線アレイが製作される。この時、高分子アレイに光を照射して高分子の方向性光流体化現象を誘導して、単位体を希望する模様及び大きさで大面積及び並行的に変形させる。その後、変形された高分子アレイの上に金属を塗布した後、高分子を取り除けば、高分子がマスク役目をするようになって、高分子模様が金属に転写される。
【００２３】
前記基板は、ガラス、シリコーンウエハー、石英のような物質で作られた硬い基板を使用することができる。また、基板は、柔軟な特性を有する柔軟性高分子フィルム基板を用いることができる。
【００２４】
前記高分子としては、アゾベンゼンを含む分子を有している高分子を用いることができる。
【００２５】
前記高分子パターンを製造するためにディスペンサーを用いた機械的な噴出法やインクジェットプリンティングを用いることができる。
【００２６】
前記高分子アレイのうち、構造体一つの大きさは、数ナノメートルから数百マイクロメートルであり、高分子パターンの高さは、数ナノメートルから数十マイクロメートルである。
【００２７】
前記製造された高分子アレイの全体面積は、数マイクロメートルから数センチメートルである。
【００２８】
前記高分子アレイの方向性流体化を誘導する方法は、遠距離（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）光照射と近距離（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ）光照射を用いることができる。
【００２９】
前記高分子アレイの方向性流体化を誘導するために照射された光の波長帯は、アゾベンゼン分子が吸収する全ての領域帯を用いることができる。
【００３０】
前記方向性流体化の方向は、光の偏光方向に沿って調節することができる。
前記方向性流体化の程度は、光の照射時間及び光の強さによって調節することができる。
前記方向性流体化が発生できる領域は、ホログラフィー干渉パターンのようなパターン化された光を用いることができる。
【００３１】
本発明は、方向性流体化を用いて模様及び大きさが制御された高分子アレイに金属を塗布する段階と高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写する段階とを含む微細構造体アレイの製作方法を示す。
【００３２】
前記金属塗布は、電子ビーム噴射（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）又は熱噴射（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を用いることができる。
【００３３】
前記基板と金属との接触特性を向上させるためにクロム（Ｃｈｒｏｍｉｕｍ）又はチタン（Ｔｉｔａｎｉｕｍ）を用いることができる。
【００３４】
前記高分子除去は、溶媒を用いて高分子を溶かし出す方法を用いることができる。前記高分子除去は、プラズマ又はイオン処理をして除去する方法を用いることができる。
【００３５】
本発明によれば、方向性光流体化性質を有する高分子アレイを用いることによって、微細構造体の模様及び大きさを精密に制御する効果がある。また、微細構造体の模様及び大きさ制御工程が大面積及び並行的工程によって行われるため、大量生産に好適である。さらに、模様及び大きさが精密に調節された微細構造体は、プラズモンのようなナノ光学特性も精密に調節することができるため、微細光学素子としても広く用いることができる。
【００３６】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明は、（ａ）微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、高分子アレイに光の照射によって方向性光流体化を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、（ｂ）方向性光流体化によって構造が制御された高分子の上に金属を塗布した後、選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを含む多様な模様及び大きさの微細構造体の製作方法から構成される（図１参照）。
【００３７】
<微細構造体アレイの模様及び大きさを制御>
前記（ａ）段階のゴムモールドの場合、架橋されたポリジメチルシロキサンとアクリルレート基とを含む架橋された高分子を用いることができ、好ましくは、ポリジメチルシロキサンを含むゴムモールドを用いる。また、前記用いた高分子は、アゾベンゼン分子が含まれ、線形形態の高分子構造であれば、制限なしに使用することができ、高分子溶液の濃度は０.０１から１０ｗｔ％まで用いることができるが、好ましくは１乃至２ｗｔ％を用いる。
【００３８】
<多様な模様及び大きさの微細構造体アレイ製作>
前記（ｂ）段階の光照射は、１０ｍＷ/ｃｍ２から１００Ｗ/ｃｍ２まで利用可能であり、好ましくは３０乃至４０ｍＷ/ｃｍ２を利用する。また、高分子の方向性流体化の方向は、光の偏光方向に平行に生じるため、円形偏光及び線形偏光を含んだ全ての偏光を用いることができ、光の波長はアゾベンゼン分子が吸収する波長であれば、如何なる範囲においても用いることができる。また、金属の場合、全ての金属の使用が可能であり、本発明では金が用いられた。しかし、全ての金属を使用することができる。また、金属塗布の場合、電子ビーム噴射や熱噴射が主に用いられ、本発明においては、電子ビーム噴射が用いられた。しかし、金属を塗布することができる方法は、何れも使用することができる。また、本発明においては、高分子除去の場合、高分子を溶媒に溶かす方法が利用された。しかし、高分子を除去することができる方法は、何れも使用することができる。
【００３９】
前記（ｂ）段階から製造された金属微細構造体の場合、光が照射された時、金属微細構造体の表面で特定波長帯の光が増幅される現象を見せる特徴がある。一方、増幅される光の波長は、大きさが大きくなるほど、その大きさに比例して増加する現象を見せるので、大きさを調節することによって、増幅される光の波長も調節することができる。
【００４０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、下記の実施例は発明の理解を助けるためのものであり、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００４１】
実施例１：高分子アレイ製造
まず、フォトリソグラフィを用いてシリコーン上に線模様のパターンを製造する。その後、ポリジメチルシロキサン前駆体を注入し、熱硬化させてゴムモールドを製作する。製作されたゴムモールドの製作されたポリジメチルシロキサン線パターンの場合、周期が３.８４マイクロメートル（ｕｍ）であり、線一つの幅は１.３０マイクロメートルである。製作されたポリジメチルシロキサンモールドを石英基板上に接着させて微細流体素子を製作する。ディスパースオレンジ３（Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｏｒａｎｇｅ ３）とビスフェノールＡジグリシジルエーテル（Ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ Ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）分子とを互いに縮重合して合成したポリディスパースオレンジ３（分子量４７００（ｗｔ）、ＰＤＩ=１.７４）をメチルピロリドン溶媒に１.０ｗｔ％濃度で溶かして高分子溶液を用意する。ポリディスパースオレンジ３溶液を微細流体素子入口に注入し、毛細管現象を用いて微細流体素子ラインを満たして、常温で２日間乾燥させる。その後、ポリジメチルシロキサンゴムモールドを取り除けば、ポリディスパースオレンジ３線模様パターンを得ることができる。ポリディスパースオレンジ３線模様パターンの全体面積は３.３ミリメートル２乗である。
【００４２】
図２は、製作されたポリジメチルシロキサンゴムモールドの走査電子顕微鏡写真を示す。スケールバーは１０マイクロメートルである。図３は、製作されたポリディスパースオレンジ３線模様パターンの走査電子顕微鏡写真を示す。スケールバーは２.５マイクロメートルである。
【実施例２】
【００４３】
実施例２:方向性光流体化を用いた高分子アレイの構造制御
実施例１で製作されたポリディスパースオレンジ３線模様パターンに線形偏光された光を照射して、方向性光流体化現象を誘導した。この時、線形偏光は、線模様のパターンのグレーティング・ベクターに平行な方向を導入した。導入した光の強さは３５.５ｍＷ/ｃｍ２であり、光の波長は４８８ｎｍであった。初期ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔が２.４５マイクロメートルであり、照射時間が長くなるほど光偏光方向と平行な方向への光流体化現象が持続されて、ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔が減り続けることが確認できた。最終的に２５分間光を照射した後、間隔が２３０ナノメートルに減った。これは、ポリディスパースオレンジ３線パターンが照射された光の偏光方向に広がって現われた結果である。すなわち、ポリディスパースオレンジ３が光の偏光方向に平行な方向に光流体化現象を起こして広がり、その結果ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔が減ったのである。一方、同一の光の強さと波長で線形偏光が線模様のパターンのグレーティング・ベクターに垂直な方向を有する光を照射した場合、ポリディスパースオレンジ３線の間の間隔は減らなかった。すなわち、方向性光流体化現象が生じなかった。したがって、方向性光流体化現象は照射された光の偏光方向に沿って生じることを示す。
【００４４】
また、実施例１において製作されたポリディスパースオレンジ３線パターンにホログラフィック干渉パターンを照射して、部分的方向性光流体化現象を誘導した。ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに平行な方向を有する２つの光を１箇所で干渉させた。光干渉の際、２つの光は、対称的に光が照射され、入射角は４°であった。この時、発生した１次元の干渉パターンの周期は、３.４９マイクロメートルであった。この時、照射された２つの光の強さは３０.０ｍＷ/ｃｍ２であった。２０分照射した時、１次元の干渉パターンの明るい部分でだけ、照射された光の偏光方向に沿って光流体化が発生して広がる現象が現われた。その結果、バーベル模様のポリディスパースオレンジ３パターンが得られた。このように流線形模様であり、明るい部分でだけ光流体化現象が現われたことは、干渉パターン内で光の強さが周期的に流線形に変わるからである。前記生成された干渉パターンを６０分間照射すれば、明るい部分での光流体化によるポーリディスオレンジ３の広がりは、結局、両ポリディスパースオレンジ３線の集塊現象につながり、その結果、流線形模様を有する楕円の穴が形成される結果につながった。特に、干渉パターンが周期的配列を成しているため、楕円の穴も周期的配列形態を表した。
【００４５】
図４は、照射された光の偏光方向、ポリディスパースオレンジ３線パターン、ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクター、方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンの概要を示す。
【００４６】
図５は、光の照射時間による方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真を示す。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【００４７】
図６は、ポリディスパースオレンジ３線パターンのグレーティング・ベクターに垂直な方向に偏光を有する光を３０分照射した時のパターンの走査電子顕微鏡写真である。
【００４８】
図７は、１次元の干渉パターンの偏光方向、１次元の干渉パターンのグレーティング・ベクター、ポリディスパースオレンジ３線のグレーティング・ベクター、１次元の干渉パターンの照射を用いて誘導された方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３パターン模様の概要を示す。
【００４９】
図８は、１次元の干渉パターンの照射時間による部分的方向性光流体化によって変形されたポリディスパースオレンジ３のパターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【００５０】
図９は、１次元の干渉パターン内での光の強さの変化を示す。この時、矢印の長さは光の強さを示す。スケールバーは５マイクロメートルを示す。
【実施例３】
【００５１】
実施例３：金属塗布及び選択的高分子除去を用いた方向性光流体化によって構造が制御された高分子型枠の転写
実施例２で製作された方向性光流体化によって構造が変形されたポリディスパースオレンジ３パターンを型枠として用いてパターン転写した。まず、変形されたポリディスパースオレンジ３パターンの上に電子ビーム噴射を用いて、クロムを４ナノメートル塗布し、金を４０ナノメートル塗布した。クロムは、石英基板と金との間の接着特性を向上させるために導入した。その後、金の塗布された変形されたポリディスパースオレンジ３パターンを除去するために、アセトン溶媒に１分間浸した後、直ちにメチルピロリドン溶媒に ５分間入れて放置した。この２回の溶媒処理を通してポリディスパースオレンジ３を全て除去することができた。その結果、変形されたポリディスパースオレンジ３パターンから、金線パターンを得ることができ、金線パターンの幅は変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンの間の間隔と同一であった。同様に１次元の干渉パターンを用いて変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンも金楕円パターンに転写され、転写された金楕円の大きさはポリディスパースオレンジ３楕円と同様の大きさであった。１次元の干渉パターンの照射時間による金楕円の大きさは、１次元の干渉パターンの照射時間が長くなるほど減ることを確認することができたが、その理由は、照射時間が長くなるほど方向性光流体化が進み続け、ポリディスパースオレンジ３楕円の大きさがだんだん小さくなるからである。
【００５２】
図１０は、光照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３線パターンから転写された金線パターンの走査電子顕微鏡写真である。スケールバーは２５マイクロメートルを示す。
【００５３】
図１１は、１次元の干渉パターンの照射によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真である。
【００５４】
図１２は、１次元の干渉パターンの照射時間によって変形されたポリディスパースオレンジ３楕円パターンから転写された金楕円パターンの走査電子顕微鏡写真及び寸法グラフである。
【実施例４】
【００５５】
実施例４：金楕円の光波増幅現象調査
実施例３で製作された金楕円アレイの光波増幅現象を評価した。金楕円にハロゲンランプから発生された光を照射した。この時の光の強さは１００Ｗ/ｃｍ２であり、入射角は６０°であった。その後、金楕円から増幅されて散乱される光をスペクトロメーターに送って、光が増幅される波長領域を調べた。この時、金楕円から増幅されて散乱される光を金楕円の短縮方向の偏光版を用いて金楕円の短縮方向の偏光を有する、増幅されて散乱される光だけを選択的に分離して分析した。その結果、金楕円の大きさによって６００乃至１,１５０ナノメートル領域帯で増幅されて散乱されることを確認することができた。
【００５６】
図１３は、大きさの異なる金楕円から散乱され、増幅される光のうち、金楕円の短縮方向に偏光された光の散乱波及び増幅波グラフである。
【００５７】
上述のように、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当の技術分野の熟練された当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から免脱しない範囲内で本発明を種々修正及び変更させることが可能だという点が分かる。
【００５８】
［産業上の利用可能性］
本発明は、方向性光流体化性質を有する高分子アレイを用いることによって、微細構造体の模様及び大きさを精密に制御する效果がある。また、微細構造体の模様及び大きさ制御工程が大面積及び並行的工程によって行われるため、大量生産に好適である。また、模様及び大きさが精密に調節された微細構造体は、プラズモンのようなナノ光学特性も精密に調節することができるので、微細光学素子としても広く利用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、
前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、
高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、
光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、
方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを備えた微細構造体アレイの製作プロセスを含むことを特徴とする高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項２】
高分子は、アゾベンゼン分子を含む線形構造を有する高分子又はその組成物或いはその誘導体であることを特徴とする請求項１に記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項３】
高分子アレイは、高分子の方向性流体化現象によって製造された線形又は楕円アレイパターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項４】
偏光方向及び照射時間により、方向性流体化現象の方向及び程度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項５】
ホログラフィック１次元の干渉パターンを照射して部分的に高分子の方向性流体化現象を誘導し、楕円アレイパターンを製作することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項６】
方向性流体化現象によって構造が制御された高分子線形パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項７】
方向性流体化現象によって構造が制御された高分子楕円パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項８】
請求項１〜７から選択された何れか１項の方法で製造したパターン化された微細構造体。
【請求項１】
微細パターンを有するゴムモールドと基板とを接着させて微細流体素子を製作する段階と、
前記微細流体素子に高分子溶液を注入する段階と、
高分子を乾燥させて微細流体管のパターンによって高分子アレイを製作する段階と、
光の照射によって方向性光流体化現象を誘導して高分子アレイの模様及び大きさを制御する段階と、
方向性光流体化によって構造が制御された高分子アレイの上に金属を塗布し、高分子を選択的に除去して高分子模様を金属に転写する段階、とを備えた微細構造体アレイの製作プロセスを含むことを特徴とする高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項２】
高分子は、アゾベンゼン分子を含む線形構造を有する高分子又はその組成物或いはその誘導体であることを特徴とする請求項１に記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項３】
高分子アレイは、高分子の方向性流体化現象によって製造された線形又は楕円アレイパターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項４】
偏光方向及び照射時間により、方向性流体化現象の方向及び程度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項５】
ホログラフィック１次元の干渉パターンを照射して部分的に高分子の方向性流体化現象を誘導し、楕円アレイパターンを製作することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項６】
方向性流体化現象によって構造が制御された高分子線形パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項７】
方向性流体化現象によって構造が制御された高分子楕円パターンアレイに金属を塗布した後、高分子を選択的に除去してパターンを金属に転写することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高分子の方向性光流体化現象を用いたパターン化された微細構造体の製作方法。
【請求項８】
請求項１〜７から選択された何れか１項の方法で製造したパターン化された微細構造体。
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２５９９７（Ｐ２０１１−１２５９９７Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１３２５（Ｐ２０１０−１３１３２５）
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（５９２１２７１４９）韓国科学技術院 (129)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】３７３−１，Ｇｕｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ，Ｙｕｓｅｏｎｇ−ｋｕ，Ｄａｅｊｅｏｎ ３０５−７０１ ＫＲ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（５９２１２７１４９）韓国科学技術院 (129)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】３７３−１，Ｇｕｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ，Ｙｕｓｅｏｎｇ−ｋｕ，Ｄａｅｊｅｏｎ ３０５−７０１ ＫＲ
【Ｆターム（参考）】
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