(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成し、その表面から波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させることを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法。
【請求項２】
基体上に高分子膜を介して透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造を形成し、その表面から波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させることを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法。
【請求項３】
基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成し、その表面から予め波長１９０ｎｍ以下の光を照射してシリカガラス層を形成した後、波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記シリカガラス層が形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させることを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法。
【請求項４】
基体上に高分子膜を介して透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造を形成し、その表面から波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させ、その後、前記透明性材料膜のみをエッチングすることを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法。
【請求項５】
基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成し、その表面から予め波長１９０ｎｍ以下の光を照射してシリカガラス層を形成した後、波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記シリカガラス層が形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させ、さらにその後、前記シリカガラス層のみを化学エッチングすることを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５記載の凹凸構造の形成法による凹凸構造を備えるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の微細加工法に係り、とくに任意の基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成した場合の凹凸構造の形成法及びそれを用いたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気電子工学、光工学あるいは医用・生体工学の分野において、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への微細加工法の確立は重要である。現在、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の微細加工は、モールディング法に依ることが多い。しかし、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の膜厚が薄く、加工サイズも小さくなるにつれて、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物上に透明性材料が形成されている場合など、モールディング法では困難な場面もあり、他の新規微細加工法の確立が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は、シリカガラス（ＳｉＯ２）を代表とする透明性材料が予め形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面に、膜厚変化を誘起せず、モールディング法では困難な微細凹凸構造を形成する手法の確立を課題とする。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は、予めシリカガラス（ＳｉＯ２）を代表とする透明性材料が形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面に、膜厚変化を誘起せずに、微細な凹凸構造を得ることが可能な、凹凸構造の形成法及びその形成法を用いたデバイスを提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のその他の目的や新規の特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法は、基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成し、その表面から波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る第２の態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法は、基体上に高分子膜を介して透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造を形成し、その表面から波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る第３の態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法は、基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成し、その表面から予め波長１９０ｎｍ以下の光を照射してシリカガラス層を形成した後、波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記シリカガラス層が形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る第４の態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法は、基体上に高分子膜を介して透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造を形成し、その表面から波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させ、その後、前記透明性材料膜のみをエッチングすることを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る第５の態様のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法は、基体上に高分子膜を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜を形成し、その表面から予め波長１９０ｎｍ以下の光を照射してシリカガラス層を形成した後、波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下の光を照射することにより、前記シリカガラス層が形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみを沈下させ、さらにその後、前記シリカガラス層のみを化学エッチングすることを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る第６の態様のデバイスは、前記第１，２，３，４又は５の態様による凹凸構造を備えることを特徴としている。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面乃至は、シリカガラスを代表とする透明性材料が予め形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物表面に、膜厚変化を誘起せず、微細凹凸構造を形成することにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基礎とした新規デバイスが確立でき、電気電子工学、光工学あるいは医用・生体工学分野での材料開発ならびにデバイス作製の基盤技術として必要不可欠な技術となる。また本発明は、これら分野にとどまらず、今後Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基にして発展する材料科学の分野に多大に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法の第１の実施の形態であって、（Ａ）は凹凸構造の形成前、（Ｂ）は凹凸構造の形成後をそれぞれ示す構成図である。
【図２】本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法の第２の実施の形態であって、（Ａ）は凹凸構造の形成前、（Ｂ）は凹凸構造の形成後をそれぞれ示す構成図である。
【図３】本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法の第３の実施の形態であって、（Ａ）は凹凸構造の形成後で化学エッチング前、（Ｂ）は化学エッチング後をそれぞれ示す構成図である。
【図４】本発明の実施例２において凹凸構造を形成した場合の写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
図１は本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法の第１の実施の形態であって、実験概略構成を示す。この第１の実施の形態においては、任意の基体１上に高分子プライマー２を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３を形成した試料を用意し、波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下のレーザー光４をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３表面から照射する。図１（Ａ）はレーザー光照射前、同図（Ｂ）はレーザー光照射後であり、同図（Ｂ）のようにレーザー光照射によってＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３自体には、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみをマイクロ/ナノオーダーで沈下させることができる。
【００１７】
その際、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３上に予めマスクを置いてレーザー光４を位置選択的に照射しても良い。また、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３上でレーザー光を結像させたり、あるいは干渉させたりして位置選択的に照射を行っても良い。
【００１８】
ここで、基体１は任意の材質であり、ポリカーボネート等の有機材料やガラス等の無機材料が使用可能である。高分子製プライマー２はＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３の付着性を良好とするために基体１上に形成される高分子膜であり、その膜厚は例えば１００μｍから数μｍである。高分子製プライマー２は汎用プラスチック又はエンジニアリング・プラスチックのいずれでもよく、例えばアクリル系樹脂、ポリイミド樹脂等である。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３は例えばシリコーン樹脂、シリコーンゴム等である。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３の表面に照射するレーザ光の波長は、波長１９０ｎｍより短い場合にはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３がＳｉＯ２に改質される現象が発生しやすくなるため、好ましくない。また、波長４００ｎｍより長い場合には沈下させる作用が無くなってしまう。
【００１９】
前記露光部分の沈下量は、例えば高分子製プライマー２の膜厚が１００μｍ程度であるとき、最大５０μｍである。
【００２０】
この第１の実施の形態によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３に膜厚変化を与えることなく、レーザー光４の露光部分のみをマイクロ/ナノオーダー（例えば５０μｍから数ｎｍ）で沈下させることができる。
【００２１】
図２は本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法の第２の実施の形態である。第２の実施の形態においては、任意の基体１上に高分子プライマー２を介して、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３及び透明性材料膜５の積層構造を形成した試料を用意し、波長１９０ｎｍより長く４００ｎｍ以下のレーザー光４を透明性材料膜５の表面から照射する。図２（Ａ）はレーザー光照射前、同図（Ｂ）はレーザー光照射後であり、同図（Ｂ）のようにレーザー光照射によってＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３及び透明性材料膜５の積層構造自体には、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみをマイクロ/ナノオーダーで沈下させることができる。
【００２２】
その際、前記積層構造の透明性材料膜５上に予めマスクを置いてレーザー光４を位置選択的に照射しても良い。また、透明性材料膜５上でレーザー光を結像させたり、あるいは干渉させたりして位置選択的に照射を行っても良い。
【００２３】
前記透明性材料膜５の材質は、ガラス、酸化アルミニウムの透明膜等の無機材料のほか、レーザ光照射により変質しないものであれは、透明な有機材料の使用も可能である。
【００２４】
さらに、基体１上に高分子プライマー２を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３を形成し、この表面に予め波長１９０ｎｍ以下の光（例えば波長１５７ｎｍのＦ２レーザー光）を照射して固体化合物膜３の表面をシリカガラス層に改質し、このシリカガラス層を透明性材料膜５として利用することも可能である。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物のシリカガラスへの改質については特開２００４−１２３８１６の技術が利用可能である。
【００２５】
この第２の実施の形態によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３及び透明性材料膜５の積層構造に、膜厚変化を与えることなく、レーザー光４の露光部分のみをマイクロ/ナノオーダーで沈下させることができる。
【００２６】
図３は本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法の第３の実施の形態である。この場合、図３（Ａ）は第２の実施の形態の図２（Ｂ）のレーザー光照射後の状態であり、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３及び透明性材料膜５の積層構造自体には、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみをマイクロ/ナノオーダーで沈下させている。その後、図３（Ａ）の透明性材料膜５のみをエッチングし、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３を表面とする凹凸構造を形成している。
【００２７】
このとき、透明性材料膜５のエッチングはマスキングにより部分的に行っても良く、凹凸構造の表面が透明性材料膜５の部分とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３の部分とが共存する場合もある。
【００２８】
なお、固体化合物膜３の表面に、予め波長１９０ｎｍ以下の光を照射してシリカガラス層に改質し、このシリカガラス層を透明性材料膜５とした場合、シリカガラス層を化学エッチングで除去可能である。
【００２９】
この第３の実施の形態によれば、透明性材料膜５のみがエッチングされ、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３を表面とする微細な凹凸構造が形成できる。また凹凸構造の表面を、透明性材料膜５の部分とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３の部分とが共存した形にすることもできる。
【００３０】
上記第１、第２又は第３の実施の形態に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法で得られた微細な凹凸構造を有するデバイスは、例えば基体１及びその上の積層膜（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜３のみ、あるいは固体化合物膜３及び透明性材料膜５の両者）を所要の大きさに切断することにより作製され、凹凸構造を利用したバイオチップ等の用途に使用できる。また、微細凹凸構造の撥水性を利用した撥水性デバイスとしての応用も可能である。
【００３１】
以下、本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物への凹凸構造の形成法を実施例で詳述する。
【実施例１】
【００３２】
ポリカーボネート基体上に、アクリル系プライマー（膜厚４μｍ）を介して、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物（シリコーン樹脂）膜（膜厚３．７μｍ）を形成した。その後、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を、エネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２、繰り返し周波数１０Ｈｚ、照射時間６０秒で照射した。その際、シリコーン樹脂膜上にＮｉ製マスク（開口５０μｍ角メッシュ）を設置し、レーザー光照射を位置選択的に行った。その結果、シリコーン樹脂表面に７０ｎｍの深さで凹凸構造を形成することができた。この凹凸構造の深さは、レーザーアブレーションが発生しない範囲でレーザー光のエネルギー密度及び照射時間を変えることで、変化させることができた。
【００３３】
上記の凹凸構造は、ポリカーボネート基体上にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物（シリコーン樹脂）膜を直接形成した場合には認められなかった。また、ポリカーボネート基体上にアクリル系プライマー（膜厚４μｍ）を介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物（シリコーン樹脂）膜（膜厚３．７μｍ）を形成した試料において、アクリル系プライマーをレーザーアブレーションにより除去した場合、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物（シリコーン樹脂）膜の剥離が起こり、上記凹凸構造は形成されなかった。
【実施例２】
【００３４】
ポリカーボネート基体上にアクリル系プライマーを介してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物（シリコーン樹脂）膜（膜厚３．７μｍ）を形成し、その表面から予め波長１５７ｎｍのフッ素レーザー光を、エネルギー密度１４ｍＪ／ｃｍ２、繰り返し周波数１０Ｈｚ、照射時間３０秒で照射しシリカガラス（ＳｉＯ２）層（膜厚０．５μｍ）を形成した。その後、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を、エネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２、繰り返し周波数１０Ｈｚ、照射時間６０秒で照射した。その際、シリコーン樹脂膜上にＮｉ製マスク（開口５０μｍ角メッシュ）を設置し、レーザー光照射を位置選択的に行った。その結果、シリコーン樹脂表面に７０ｎｍの深さで凹凸構造を形成することができた（図４の写真図参照）。この凹凸構造の深さは、レーザーアブレーションが発生しない範囲でレーザー光のエネルギー密度及び照射時間を変えることで、変化させることができた。
【００３５】
上記で形成した凹凸構造は、予め形成したシリカガラス（ＳｉＯ２）層が、レーザー光によりアブレーションされたことによるものではないことが赤外分光分析により判明した。また、この凹凸構造形成において、シリカガラス（ＳｉＯ２）層にクラックが発生することはなかった（図４の写真図参照）。
【００３６】
上記試料を、１重量％のフッ酸水溶液で６０秒間化学エッチングを行うと、予め形成したシリカガラス（ＳｉＯ２）層（膜厚０．５μｍ）のみが除去され、シリコーン樹脂を表面とした凹凸構造が形成できた。また、マスキングにより化学エッチング部分を限定することにより、シリカガラス（ＳｉＯ２）の部分とシリコーン樹脂の部分とが共存した形とすることもできた。
【００３７】
上記各実施例で述べたように、本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜あるいは、透明性材料膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物膜の積層構造に、膜厚変化を与えることなく、露光部分のみをマイクロ/ナノオーダーで凹凸構造を形成することにより、モールディング法では困難な場合の新規微細加工法が確立できるようになる。この結果は、電気電子工学、光工学あるいは医用・生体工学分野での材料開発ならびにデバイス作製に適用可能になるなど、その用途はあらゆる分野で有用である。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００３９】
１  基体
２  高分子製プライマー
３  Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む固体化合物膜
４  レーザー光
５  透明性材料膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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