(57)【要約】【課題】  微細な凸凹形状を有して構成される撥水性構造の製造工程数を少なくする。【解決手段】  ＳｉＯ2からなる凸部形成用膜１１の上面に、スパッタ法により、Ａｌを膜厚８０００〜１００００Åに成膜すると、Ａｌの結晶粒子が大きく成長し、表面が荒れて凸凹となり、凸部１２ａを有する表面凸凹層１２が形成される。次に、表面凸凹膜１２および凸部形成用膜１１を、異方性ドライエッチングにより連続してエッチングすると、エッチングされた凸部形成用膜１１の上面側に、表面凸凹膜１２の表面の凸凹形状に応じた形状の凸凹が形成される。この場合、フォトリソグラフィ法と比較して、製造工程数を少なくすることができる。そして、このようにして得られた凸凹の表面に撥水膜を形成すると、微細な凸凹形状の撥水性構造が得られる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に高さが異なる多数の凸部が一体的に形成された凸部支持層と、前記凸部を含む前記凸部支持層の表面に設けられた撥水膜とを具備することを特徴とする撥水性構造。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記凸部を含む前記凸部支持層および前記撥水膜は透明な材料からなることを特徴とする撥水性構造。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記凸部を含む前記凸部支持層および前記撥水膜は絶縁性材料からなることを特徴とする撥水性構造。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、前記凸部を含む前記凸部支持層はＳｉＯ２またはＳｉＮからなることを特徴とする撥水性構造。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、前記凸部支持層は基材上に設けられていることを特徴とする撥水性構造。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記凸部支持層と前記基材との間に電極膜が設けられていることを特徴とする撥水性構造。
【請求項７】
請求項６に記載の発明において、前記電極膜はＩＴＯからなることを特徴とする撥水性構造。
【請求項８】
請求項６に記載の発明において、前記凸部支持層と前記電極膜との間に絶縁膜が設けられていることを特徴とする撥水性構造。
【請求項９】
請求項８に記載の発明において、前記絶縁膜はＡｌ2Ｏ3からなることを特徴とする撥水性構造。
【請求項１０】
基材上部に凸部形成用膜を形成し、
前記凸部形成用膜上に、表面に複数の凸凹部を有する表面凸凹膜を形成し、
前記表面凸凹膜の表面を、異方性ドライエッチングにより前記基材に直交する方向にエッチングし、前記表面凸凹膜の凹部に対応した領域を除去して、前記凸部形成用膜を露出させ、
次いで、前記表面凸凹膜の残部および前記凸部形成用膜を、前記異方性ドライエッチングにより同時にエッチングして、前記凸部形成用膜により、前記表面凸凹膜の表面の凸凹形状に応じた形状を有して、多数の凸部を有する凸部支持層を形成し、
前記凸部を含む前記凸部支持層の表面に撥水膜を形成することを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発明において、前記凸部を有する前記凸部支持層を形成した後に、前記凸部支持層の前記複数の凸部上の一部に残存する前記表面凸凹膜をエッチングして除去することを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の発明において、前記凸部形成用膜はＳｉＯ2またはＳｉＮのいずれかからなり、前記基材上への形成は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法のいずれかによる成膜によって行うことを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の発明において、前記表面凸凹膜はＡｌからなり、前記凸部形成用膜上への形成はスパッタ法によって行うことを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発明において、前記表面凸凹膜の膜厚を８０００〜１００００Åとすることを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の発明において、前記異方性ドライエッチングは、１Ｐａ以下の真空状態でＣＦ4とＯ2の混合プラズマを発生することができるヘリコン式プラズマエッチング装置を用いて行なうことを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の発明において、前記基材上に電極膜を形成し、前記電極膜上に前記凸部形成用膜を形成することを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の発明において、前記電極膜膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に前記凸部形成用膜を形成することを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６及び請求項１７に記載の発明において、前記電極膜はＩＴＯからなることを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の発明において、前記絶縁膜はＡｌ2Ｏ3からなることを特徴とする撥水性構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は撥水性構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタや表示素子の電極表面に撥水性を持たせ、インクとの摩擦抵抗あるいは集滴性を向上する検討がなされている。基材の撥水性、親水性を示す接触角に関して成り立つヤングの式によれば、基材の表面が滑らかでなく微細な凹凸構造を有し、その実表面積が大きくなるとその大きくなった倍率に比例して接触角が増大する。このことは接触角が正（９０度以下）の場合も負（９０度以上）の場合も成立するため、親水性を示す基材はより親水性を増し、撥水性を示す基材はより撥水性を増すようになる。
【０００３】
図７（ａ）において、基材である固体Ｓの表面が滑らかな場合、固体Ｓ上でほぼ半球状となる液滴Ｌはその接触角θが９０度程度であるが、図７（ｂ）に示すように、固体Ｓの表面に微細な凹凸が形成され、表面積がｒ倍とされた固体Ｓ上では、液滴Ｌはその接触角θが大きい、球状に近い状態となり、撥水性の大きいものとなる。このような撥水性の大きい撥水性構造を得る従来の方法として、基材の表面にフォトリソグラフィ法により凸凹を形成し、この凸凹の表面に撥水膜を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２９４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の撥水性構造では、基材の表面にフォトリソグラフィ法により凸凹を形成しているため、パターン形成用マスクを必要とする上、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像、リンス、ポストベーク、エッチング、レジスト剥離などの工程が必要となり、製造工程数が多いという問題があった。
【０００６】
そこで、この発明は、製造工程数を少なくすることができる撥水性構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記目的を達成するため、基材上に凸部形成用膜を形成し、前記凸部形成用膜上に表面に複数の凸凹部を有する表面凸凹膜を形成し、前記表面凸凹膜および前記凸部形成用膜を、異方性ドライエッチングによって連続してエッチングすることにより、前記表面凸凹膜の表面に形成された凸凹形状に応じた形状を有して、多数の凸部を有する凸部支持層を形成し、前記凸部を含む前記凸部支持層の表面に撥水膜を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、凸部形成用膜の上面に形成された表面凸凹膜および凸部形成用膜を、異方性ドライエッチングによって連続してエッチングすることにより、表面凸凹膜の表面の凸凹形状に応じた形状を有して、多数の凸部を有する凸部支持層を形成することができて、従来のフォトリソグラフィ法による場合と比較して、製造工程数を少なくすることができ、比較的容易に低コストで形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての撥水性構造の一部の断面図を示す。この撥水性構造では、基材１の上面にＳｉＯ2からなる凸部支持層２が設けられている。凸部支持層２の上面には多数の凸部３が一体的に形成されている。この場合、凸部３はランダムに配置され、その高さは異なっている。凸部３を含む凸部支持層２の表面には撥水膜４が設けられている。
【００１０】
次に、この撥水性構造の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、基材１の上面に、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により、ＳｉＯ2からなる凸部形成用膜１１を膜厚１０００〜１００００Åに成膜する。次に、凸部形成用膜１１の上面に、スパッタ法により、Ａｌからなる表面凸凹膜１２を形成する。ここで、凸部形成用膜１１の上面にスパッタ法により成膜されるＡｌの膜厚を８０００〜１００００Åとする。スパッタ法により成膜するＡｌの膜厚をこの程度の膜厚に比較的厚く形成すると、Ａｌの結晶粒子が大きく成長し、表面が荒れて凸凹となる。ここで、表面凸凹膜１２の表面の凸部を符号１２ａで示す。この場合、凸部１２ａはランダムに配置され、その高さは異なっている。なお、凸部支持層の材料はＳｉＯ2に限らずＳｉＮ等であってもよい。
【００１１】
次に、１Ｐａ以下の真空状態でＣＦ4とＯ2の混合プラズマを発生することができるヘリコン式プラズマエッチング装置を用い、凸部１２ａを含む表面凸凹膜１２をドライエッチングする。すると、Ａｌは上記プラズマで発生したＦ、Ｏ、Ｃラジカルと反応しないため、Ｆ、Ｏ、ＣイオンもしくはＦ、Ｏ、Ｃ原子との衝突によるスパッタエッチングのみが行なわれて、エッチング方向が主に垂直方向となる異方性ドライエッチングとなる。この場合、エッチングレートは比較的遅く、垂直形状（高アスペク比）の加工が可能となる。
【００１２】
この結果、凸部１２ａを含む表面凸凹膜１２の表面側がその高さ方向の形状をほぼ維持した状態でほぼ均等にエッチングされる。こうして、凸部１２ａ下以外の領域における表面凸凹膜１２が完全に除去される状態までエッチングすると、図３に示すようになる。この状態では、凸部形成用膜１１の上面に図２に示す凸部１２ａに応じた凸部１２ｂが形成され、凸部１２ｂ下以外の領域における凸部形成用膜１１の上面が露出されている。
【００１３】
そして、上記ドライエッチングを続行すると、凸部１２ｂおよび凸部１２ｂ下以外の領域における凸部形成用膜１１がエッチングされる。この場合、上記ヘリコン式プラズマエッチング装置では、高真空状態でプラズマを発生することができるため、原子、イオン等の平均自由行程が長くとれ、且つ、基材１側にバイアスを印加することで、プラズマ内に発生したイオンを被エッチング膜つまり凸部形成用膜１１の露出された表面に当て、その部分を改質しながらラジカルでさらにエッチングを促進するため、ＳｉＯ2からなる凸部形成用膜１１に対してＡｌからなる凸部１２ｂと比べて高速で且つ垂直形状（高アスペク比）の加工が可能となる。また、エッチングによって凸部１２ｂが完全に除去された箇所では、引き続きその下の凸部形成用膜１１がエッチングされる。
【００１４】
そして、更にドライエッチングを続行して、凸部形成用膜１１のエッチング量が５００〜２０００Åとなるまでエッチングする。すると、図４に示すように、基材１の上面に凸部形成用膜１１の一部からなる凸部支持層２が形成され、且つ、凸部支持層２の上面に、表面凸凹膜１２の表面の凸凹形状に応じた形状の凸凹、つまり微細で垂直形状の良好な多数の凸部３が形成される。この状態では、多数の凸部３はランダムに配置され、その高さは異なっている。また、多数の凸部３のうちの最も高い凸部３上にはＡｌが柱状突起１２ｃとして残っている。次に、この残存する柱状突起１２ｃをＮａＯＨ溶液を用いてエッチングして除去する。
【００１５】
次に、図１に示すように、凸部３を含む凸部支持層２の表面に、撥水剤をコーティングして、撥水膜４を形成する。この場合、撥水剤としてシラザンオリゴマー［ＣＦ3（ＣＥ2）7（ＣＨ2）2ＳｉＮＨ3/2］を用いると、透明で高絶縁性の撥水膜４を形成することができる。かくして、図１に示す撥水性構造が得られる。
【００１６】
以上のように、上記製造方法では、凸部形成用膜１１の上面に形成された表面凸凹膜１２および凸部形成用膜１１を連続してエッチングすると、表面凸凹膜１２の表面の凸凹形状に応じた形状の凸凹つまり多数の凸部３を有する凸部支持層２を形成することができる。したがって、従来のフォトリソグラフィ法による場合と比較して、製造工程数を少なくすることができて、比較的容易に形成することができ、またパターン形成用マスク等の部材を必要としないため、製造コストを低減させることができる。
【００１７】
また、ＳｉＯ2からなる凸部３を含む凸部支持層２およびシラザンオリゴマーからなる撥水膜４は透明であるため、基材１をガラス等の透明な材料によって形成すると、図１に示す撥水性構造全体を透明とすることができる。
【００１８】
なお、図４に示すＡｌからなる柱状突起１２ｃを残したままで、柱状突起１２ｃおよび凸部３を含む凸部支持層２の表面に撥水膜４を形成するようにしてもよい。
【００１９】
ここで、具体的な数値の一例について説明する。凸部形成用膜１１の膜厚は２０００Åとし凸部１２ａを含む表面凸凹膜１２の膜厚は８０００Åとし、上記ヘリコン式プラズマエッチング装置を用いてドライエッチングを行なった。エッチング条件は、ソースＲＦ２５０Ｗ、バイアス１５０Ｗ、プロセス圧力０．５Ｐａ、ガス流量ＣＦ4５０ｓｃｃｍ、Ｏ2１０ｓｃｃｍとした。
【００２０】
そして、図２に示す状態から図３に示す状態までの処理時間は１３７分３０秒とした。また、図３に示す状態から図４に示す状態までの処理時間は２分３０秒とし、凸部形成用膜１１のエッチング量を１０００Åとした。また、図４に示す柱状突起１２ｃのエッチングは、ＮａＯＨ：Ｈ2Ｏ＝５ｇ：１０００ｇ、Ｐｈ１２．６４（２５．１℃）を用い、処理時間３０分とした、
【００２１】
（第２実施形態）
図５はこの発明の第２実施形態としての撥水性構造の一部の断面図を示す。この撥水性構造では、マクスウェル応力によるインク等の流体流動に適用するため、基材１と凸部支持層２との間に電極膜２１が設けられている。この場合、電極膜２１をＩＴＯ等の透明導電材料によって形成し、基材１もガラス等の透明な材料によって形成すると、図５に示す撥水性構造全体を透明とすることができる。
【００２２】
（第３実施形態）
図６はこの発明の第３実施形態としての撥水性構造の一部の断面図を示す。マクスウェル応力によるインク等の流体流動では、対向する電極間に電場を印加するが、電池反応を抑えるため、電極を絶縁する必要がある。その際、ＳｉＯ2からなる凸部支持層２のみでは、絶縁性が弱い。そこで、図６に示す撥水性構造では、凸部支持層２と電極膜２１との間に絶縁膜２２が設けられている。この場合、絶縁膜２２をＡｌ2Ｏ3等の透明絶縁材料によって形成し、基材１もガラス等の透明な材料によって形成すると、図６に示す撥水性構造全体を透明とすることができる。Ａｌ2Ｏ3からなる絶縁膜２２の場合には、その膜厚は１０００〜１００００Åである。
【００２３】
（その他の実施形態）
撥水膜を形成するための材料は、シラザンオリゴマーに限らず、長鎖アルキルトリエトキシシラン、フルオルアルキルトリメトキシシラン（ＦＡＳ）等であってもよく、特に、臨界表面張力が２０ｄｙｎ／ｃｍ2以下の撥水剤が好ましい。また、撥水膜は、蒸着法によって形成された撥水膜（有機化合物トリアジンの単重合または共重合処理）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１実施形態としての撥水性構造の一部の断面図。
【図２】図１に示す撥水性構造の製造に際し、当初の工程の断面図。
【図３】図２に続く工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】この発明の第２実施形態としての撥水性構造の一部の断面図。
【図６】この発明の第３実施形態としての撥水性構造の一部の断面図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、滑らかな表面および微細な凹凸が形成された表面を有する基材上に搭載された液滴の接触角の変化を説明するための概念図。
【符号の説明】
【００２５】
１  基材
２  凸部支持層
３  凸部
４  撥水膜
１１  凸部形成用膜
１２  表面凸凹膜
２１  電極膜
２２  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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