(57)【要約】より有効なトレイキャリアのクリーニングおよび乾燥を促進するための超撥水性表面を備えるトレイキャリアである。本発明では、トレイキャリアの表面全体または表面の一部が超撥水性にされる。トレイキャリアの超撥水性表面により、クリーニングで使用される場合に表面と接触する液体は、液膜またはかなりの量の液滴を残さずに、急速かつ容易に「転がり落ちる」。その結果、表面の乾燥に費やされる時間や労力は少なくなり、再付着する残留物が最小となる。それにより、全体的な処理の質を向上させるとともに、トレイキャリアの経済的な再利用を容易にする。そのうえ、超撥水性表面は、汚染物質が液体または蒸気の形の場合、汚染物質の初期付着に耐性がある。
2006524615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品のためのトレイキャリアであって、
表面を備える基板部分を有する本体を有し、前記表面の少なくとも一部分は実質的に均一な形状の複数の突出部を上に有して超撥水性表面を形成し、各突出部は基板部分に対して共通の突出部立上り角を有し、突出部は、超撥水性表面が、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した接触線密度を、下式により決定される接触線密度値「ΛＬ」以上に定めるように配置され、
2006524615.tif 000019
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値であり、超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すトレイキャリア。
【請求項２】
本体は複数のポケットを有し、各ポケットは部品を収容するようになっている請求項１のトレイキャリア。
【請求項３】
突出部は凸部である請求項１のキャリア。
【請求項４】
突出部は多面体の形状である請求項３のキャリア。
【請求項５】
各突出部は実質的に正方形横断面を有する請求項３のキャリア。
【請求項６】
突出部は円柱または類円柱形状である請求項３のキャリア。
【請求項７】
突出部は基板に形成された凹部である請求項１のキャリア。
【請求項８】
突出部は実質的に均一なアレイで配置される請求項１のキャリア。
【請求項９】
突出部は長方形アレイで配置される請求項８のキャリア。
【請求項１０】
突出部は基板部分に対して実質的に均一な突出部高さを有し、突出部高さは下式により決定されるメートル単位の臨界突出部高さ値「Ｚｃ」よりも高く、
2006524615.tif 000020
ここで、ｄは隣接する突出部の間のメートル単位の距離、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、およびωは度単位の突出部立上り角である請求項１のキャリア。
【請求項１１】
超撥水性表面部分を備えるトレイキャリアを製造するプロセスであって、
外表面を有する基板を有するトレイキャリアを設けることを有し、および
実質的に均一な形状の複数の突出部を前記基板の前記外表面に形成することを有し、
各突出部は基板部分に対して共通の突出部立上り角を有し、突出部は下式により決定される接触線密度値「ΛＬ」以上となる、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した接触線密度を表面が有するように配置され、
2006524615.tif 000021
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値であり、超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すプロセス。
【請求項１２】
突出部はフォトリソグラフィにより形成される請求項１１のプロセス。
【請求項１３】
突出部は、ナノマシニング、マイクロスタンピング、マイクロコンタクトプリンティング、自己組織化金属コロイド単分子層、原子間力顕微鏡ナノマシニング、ゾル・ゲル成形、自己組織化単分子層指向性パターニング、化学エッチング、ゾル・ゲルスタンピング、コロイドインクによるプリンティング、および平行カーボンナノチューブの層を基板に配置することから構成されるグループから選択されるプロセスにより形成される請求項１１のプロセス。
【請求項１４】
所定圧力値までの液圧において超撥水性を備える表面を有するキャリアを製造するためのプロセスであって、
突出部立上り角を選択することを有し、
以下の式により臨界接触線密度「ΛＬ」を決定することを有し、
2006524615.tif 000022
ここで、Ｐは所定圧力値、γは液体の表面張力、θａ，０は、実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは突出部立上り角であり、
基板部分を備えるキャリアを設けることを有し、および
表面が臨界接触線密度以上の実際の接触線密度を有するように基板部分に複数の突出部を形成することを有するプロセス。
【請求項１５】
突出部はフォトリソグラフィを用いて形成される請求項１４のプロセス。
【請求項１６】
突出部は、ナノマシニング、マイクロスタンピング、マイクロコンタクトプリンティング、自己組織化金属コロイド単分子層、原子間力顕微鏡ナノマシニング、ゾル・ゲル成形、自己組織化単分子層指向性パターニング、化学エッチング、ゾル・ゲルスタンピング、コロイドインクによるプリンティングを用いて、または、平行カーボンナノチューブの層を基板に配置することにより形成される請求項１４のプロセス。
【請求項１７】
突出部に対して幾何学形状を選択する段階をさらに有する請求項１４のプロセス。
【請求項１８】
突出部に対してアレイパターンを選択する段階をさらに有する請求項１４のプロセス。
【請求項１９】
突出部に対して少なくとも一つの寸法を選択する段階、および接触線密度のための等式を用いて突出部に対して少なくとも一つの他の寸法を決定する段階を有する請求項１４のプロセス。
【請求項２０】
メートル単位の臨界突出部高さ値「Ｚｃ」を下式により決定する段階をさらに有し、
2006524615.tif 000023
ここで、ｄは隣接する突出部の間のメートル単位の距離、θａ，０は表面上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角である請求項１４のプロセス。
【請求項２１】
製品のためのトレイキャリアであって、
表面に基板およびポリマー外層基板を有する本体を有し、外層は液体と接触するための超撥水性表面を形成する複数の突出部を上に備える表面を有し、突出部は表面が臨界接触線密度値以上の平均接触線密度を有するように分散され、および超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すトレイキャリア。
【請求項２２】
臨界接触線密度値「ΛＬ」は下式により決定され、
2006524615.tif 000024
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値である請求項２１のキャリア。
【請求項２３】
表面と接触する液体は液滴の形であり、および臨界接触線密度「ΛＬ」は下式により決定され、
2006524615.tif 000025
ここで、Ｖは液滴の立方メートル単位の体積、ｇは液体のキログラム／立方メートル単位の密度（ρ）、（ｇ）は重力によるメートル／秒２単位の加速度、（ｈ）は液体のメートル単位の深さ、（γ）は液体のニュートン／メートル単位の表面張力、ωは基板に対する突出部の側面の度単位の平均立上り角、θａは表面上の液滴の見かけの前進接触角、および（θａ，０）は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角である請求項２１のキャリア。
【請求項２４】
ポリマー外層はフルオロポリマーを有する請求項２１のキャリア。
【請求項２５】
ポリマー外層はアルキルケトン二量体を有する請求項２１のキャリア。
【請求項２６】
超撥水性表面部分を備えるトレイキャリアを製造するプロセスであって、
外表面を有する基板を有するトレイキャリアを設けることを有し、および
化学蒸着プロセスを用いて外表面にポリマー材料の層を付着させることにより超撥水性表面を形成することを有し、
ポリマー材料の層は複数の突出部を備える外表面を有し、突出部は臨界接触線密度値以上となる、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した接触線密度を超撥水表面が有するように分散され、超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すプロセス。
【請求項２７】
臨界接触線密度値「ΛＬ」は下式により決定され、
2006524615.tif 000026
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値である請求項２６のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、本明細書で全面的に文献援用される、２００３年６月３日に出願された米国実用特許出願番号第１０／４５４，７４０号、および２００３年４月１５日に出願された「高圧液体のための超撥水性表面」という名称の米国仮特許出願第６０／４６２９６３号の利益を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般的には精密電子部品のためのトレイキャリア、より詳しくは超撥水性または超撥液性の表面が形成されたトレイキャリアに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
マイクロエレクトロニクス産業においてトレイは、半導体チップ、フェライトヘッド、磁気共鳴読取りヘッド、薄膜ヘッド、ベアダイ、バンプダイ、基板、光学デバイス、レーザダイオード、予備的成形品、並びにばねおよびレンズのような雑多な機械製品のような、しかしこれらに限定されない、小型部品を保管、運搬、製造、および概ね保持するために使用される。
【０００４】
半導体チップ（チップ）は、上記部品の取扱いに関連する具体例である。半導体チップは非常に小型の電子デバイスであり、これは経済および規模の理由から大型の半導体ウェーハ（ウェーハ）から一斉に製造される。典型的には、単一のウェーハから数十または数百のチップが産出される。大抵は、ウェーハが個々のチップに細分された後の追加処理が必要となる。このため、複数のチップを一つのワークステーションから別のワークステーションへ運搬して専用の装置で処理することが必要となる。
【０００５】
チップの大規模な処理を容易にするため、マトリックストレイ（トレイ）と呼ばれる専用のキャリアが開発されている。これらのトレイは、マトリックスまたは格子に配列された個々の処理セルまたはポケットに複数のチップを保持するように設計されている。マトリックスまたは格子の大きさは、処理されるチップの大きさにより、２００から数百までの範囲となる。専用チップキャリアの例は、本発明の所有者に譲渡され、ゆえに全面的に本明細書に援用されている特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００６】
電子デバイス製造プロセスは、半導体が関わる場合には特に、汚染に対してきわめて敏感であることが多い。汚染および汚染物質は、多様な形で発生し得る。例えば、粒子は、ウェーハが処理される際にウェーハによって機械的に発生したり、または様々な処理流体に反応して化学的に発生する。汚染はまた、化学的製造プロセスからのガス放出の結果でり、または人間の行為による本質的に生物学的な場合もある。
【０００７】
トレイキャリアは製造プロセスを通じて使用されるので、概していくらかの量の汚染物質を蓄積させる。使用後に、キャリアは廃棄またはリサイクルされるか、または汚染物質が除去されてキャリアが再利用される。過去には、新しいトレイキャリアが比較的低コストであるとともに、汚染されたトレイキャリアのクリーニングおよび再利用が比較的高コストで困難であることから、トレイキャリアのクリーニングは不経済であると考えられることが多かった。
【０００８】
従来、トレイキャリアのクリーニングが比較的困難で費用がかかっていたのは、水または他の溶剤によるクリーニング後にトレイを乾燥させる必要があるためであった。トレイキャリアは、乾燥が困難である複雑な構成の表面を有する。そのうえ、クリーニング段階の後に、クリーニング流体の残留量が、フィルムとして、または複数の細かい液滴でキャリアの表面に付着することがある。残留クリーニング流体に保持された汚染物質は、液体が乾燥する際に表面に再付着して、キャリアが再利用される際のキャリーオーバー汚染物質となる。その結果、プロセスの効率および有効性が全体として低下する。トレイキャリアの再利用への意欲はくじかれて、環境的に望ましくない固体廃棄物の増加につながる。
【０００９】
業界で依然として必要とされるのは、トレイキャリアのさらに効果的なクリーニングおよび乾燥を促進してプロセス汚染物質の残留レベルを低下させる特徴を有するトレイキャリアである。
【特許文献１】米国特許第６，０７９，５６５号
【特許文献２】米国特許第５，７９１，４８６号
【特許文献３】米国特許第５，７８８，３０４号
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、トレイキャリアのより効果的なクリーニングおよび乾燥を促進するための超撥水性表面を備えるキャリアを含む。本発明では、キャリアの表面全体または表面の一部が超撥水性にされる。キャリアの超撥水性表面により、クリーニングで使用される場合に表面と接触する液体は、液膜またはかなりの数の液滴を残さずに、急速かつ容易に「転がり落ちる」。その結果、表面の乾燥に費やされる時間や労力は少なくなり、再付着する残留物が最小となる。それにより、全体的な処理の質を向上させる。そのうえ、超撥水性表面は、汚染物質が液体または蒸気の形の場合、汚染物質の初期付着に耐性がある。
【００１１】
本発明の特に好適な実施例では、超撥水性表面は、基板に形成された緊密な間隔のマイクロ規模からナノ規模の複数の突出部を含む。本出願では、「マイクロ規模」は概ね１００マイクロメートル未満の寸法を指し、「ナノ規模」は概ね１００ナノメートル未満の寸法を指す。表面は、ある所定の圧力値まで超撥水性を維持するように設計される。突出部は、下式により決定される接触線密度値「ΛＬ」以上となる、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した所定の接触線密度を表面が有するように配置される。
2006524615.tif 000003
ここで、Ｐは所定圧力値、γは液体の表面張力、θａ，０は度単位で実験測定された突出部材料上の液体の真の前進接触角、ωは突出部立上り角である。所定圧力値は、キャリアのクリーニングまたは使用中に発生することが予測される予想液圧よりも高くなるように選択される。
【００１２】
突出部は、基板材料自体中もしくはその表面上に、または基板表面に配置された１層以上の材料に形成される。突出部は、規則的もしくは不規則的な形状の三次元固体または凹部であり、何らかの規則的な幾何学パターンで、またはランダムに配置される。突出部は、フォトリソグラフィを用いて、またはナノマシニング、マイクロスタンピング、マイクロコンタクトプリンティング、自己組織化金属コロイド単分子層、原子間力顕微鏡ナノマシニング、ゾル・ゲル成形、自己組織化単分子層指向性パターニング、化学エッチング、ゾル・ゲルスタンピング、コロイドインクによるプリンティングを用いて、または平行なカーボンナノチューブの層を基板に配置することによって形成される。
【００１３】
あるいは、化学蒸着法（ＣＶＤ）を含めた様々な周知のプロセスのいずれかにより、ランダムなパターンの表面が製造されてもよい。
【００１４】
本発明はまた、所定圧力値までの液圧において超撥水性を有する表面を備えるキャリアを製造するためのプロセスを含む。プロセスは、突出部立上り角を選択する段階；下式により臨界接触線密度「ΛＬ」値を決定する段階、
2006524615.tif 000004
ここで、Ｐは所定圧力値、γは液体の表面張力、θａ，０は度単位で実験測定される突出部材料上の液体の真の前進接触角、ωは突出部立上り角である；表面部分を備えるキャリアを設ける段階；および表面が臨界接触線密度以上の実際の接触線密度を有するように表面部分に複数の突出部を形成する段階を含む。
【００１５】
プロセスは、下式によりメートル単位の臨界突出部高さ値「Ｚｃ」を決定する段階をさらに含む。
2006524615.tif 000005
ここで、ｄは隣接する突出部の間のメートル単位の距離、θａ，０は表面における液体の度単位の真の前進接触角であり、ωは度単位の突出部立上り角である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好ましい実施例の詳細な説明
図１ａ，１ｂ，１ｃを参照すると、半導体チップのような複数の電子デバイスを処理および運搬するためのトレイキャリアの例が示され、全体が数字１００で表されている。トレイ１００は、第１端部１０４と第２端部１０６と側端１０８，１１０とを有する第１周縁フレーム１０２を含む。側端１０８，１１０は、レール１１２，１１４と、それぞれレール１１２，１１４の端部に配置された切欠き１１６，１１８，１２０，１２２とを含む。フランジ（不図示）と係合するため、タブ１２４，１２６，１２８，１３０が切欠き１１６，１１８，１２０，１２２へ突出している。なお、タブ１２４，１２６，１２８，１３０はトレイ１００に対して同じ方向に突出している。また、第１端部１０４と第２端部１０６とレール１１２，１１４とは、チップ支持面１３２の実質的に周縁に延在している。チップ支持表面１３２は従来設計であり、個々のチップを保持するポケットまたはセル１３６を画定するランド１３４のマトリックスとして描かれている。図１ｂを参照すると、周縁フレーム１０２は、チップ支持表面１３２に対して垂直方向に偏位した（offset）支持基部を形成している。これにより、処理を容易にするためのスペースまたはプレナムがチップの下に生じる。
【００１７】
液体による浸潤に対して耐性を備える表面は、液体が水である場合には撥水性、他の液体については撥液性として言及される。表面が一般に超撥水性または超撥液性表面と言及されるのは以下の場合である。すなわち、低い接触角ヒステリシス値（約２０度未満）と組み合わされた、表面に対する液滴の非常に高い前進接触角（約１２０度を超える）；著しく低い表面の液滴保持傾向；または表面が液体に完全に浸漬された際の表面における液体・気体・固体界面の存在、のいずれかまたはすべてを特徴とする程度まで表面が浸潤に抵抗する場合である。本出願では、超撥水性表面と超撥液性表面との両方を指すのにまとめて超撥水性の語が用いられる。
【００１８】
図１ａ〜ｃに描かれているように、超疎水性表面２０は、トレイキャリア１００の外面全体に形成されている。超疎水性表面２０は、多様な構成のいずれかで、および後述する多様なプロセスを用いて形成される。言うまでもなく、超疎水性表面２０がトレイキャリア１００の任意の所望部分上に選択的に形成されてもよいことは理解できるだろう。例えば、所望であれば超疎水性表面２０がチップ支持表面１３２のみを被覆してもよい。
【００１９】
ここではマトリックストレイが描かれているが、本発明が、単一の電気または機械製品に対してであろうと複数の機械製品に対してであろうと、超疎水性表面を上に備える電子または機械製品のための任意のトレイキャリアを含むことは理解できるだろう。
【００２０】
本発明による超疎水性表面２０の好適な一実施例の非常に拡大された図が図１ｄに描かれている。表面２０は一般に、複数の突出部２４を備える基板２２を有する。各突出部２４は複数の側面２６および上面２８を有する。各突出部２４は、図では「ｘ」で示された幅寸法と、図では「ｚ」で示された高さ寸法とを有する。
【００２１】
図１ｄ〜３に描かれているように、突出部２４は規則的な長方形アレイで配置され、各突出部は、図で「ｙ」と示された間隔寸法により隣接の突出部から離間している。突出部２４の上面エッジ３０により定められる角度はφで示され、基板２２に対する突出部２４の側面２６の立上り角はωで示されている。角度φとωとの和は１８０度である。
【００２２】
一般には、液体・固体・気体界面が表面に維持される時に、表面２０は超撥水性を呈する。図７に描かれているように、液体３２が上面２８と、突出部２４の上面エッジ３０に近接する側面２６の一部分とにのみ接触しており、突出部の間の空間３４が空気または他の気体が充填されたままである場合には、必要な液体・固体・気体界面が存在する。液体は、突出部２４の上と、突出部２４の上面エッジ３０の間に「懸架」されていると言える。
【００２３】
以下で開示されるように、液体・固体・気体界面の形成は、突出部２４の所定の相関的な幾何学パラメータと、液体の性質とに左右される。本発明によれば、表面２０が所望の液圧で超撥水性を示すように突出部２４の幾何学的な性質が選択される。
【００２４】
図１ｄ〜３の長方形アレイを参照すると、表面２０は、点線を境界線として描かれた、各突出部２４を取り囲む均一エリア３６に分割される。各均一エリア３６における突出部の面密度（δ）は以下の等式で表される。
2006524615.tif 000006
ここで、ｙはメートル単位で測定された突出部間の間隔である。
【００２５】
図１ｄ〜３に描かれた正方形断面の突出部２４については、上面エッジ３０における上面２８の周の長さ（ｐ）は、
2006524615.tif 000007
であり、ここで、ｘはメートル単位の突出部の幅である。
【００２６】
周ｐは、液体・固体・気体界面の箇所を画定する「接触線」と呼ばれる。表面の接触線密度（Λ）すなわち表面の単位面積あたりの接触線の長さは、周（ｐ）と突出部の面密度（δ）との積であるため、
2006524615.tif 000008
となる。
【００２７】
図１ｄ〜３に描かれた正方形突出部の長方形アレイについては、
2006524615.tif 000009
となる。
【００２８】
液体に作用する重力による体積力（Ｆ）が突出部の接触線に作用する表面力（ｆ）より小さい場合には、突出部２４の上に一定量の液体が懸架される。重力に関連する体積力（Ｆ）は、以下の式により決定される。
2006524615.tif 000010
ここで、ｇは液体の密度（Ｐ）、（ｇ）は重力による加速度、および（ｈ）は液体の深さである。ゆえに、例えばおよそ１０００ｋｇ／ｍ３の密度を持つ水の１０メートルの柱では、体積力（Ｆ）は、
2006524615.tif 000011
となる。
【００２９】
他方、表面力（ｆ）は、液体の表面張力（γ）、垂線に対する突出部２４の側面２６の見かけの接触角θｓ、突出部の接触線密度（Λ）、および液体の見かけの接触面積（Α）に依存し、
2006524615.tif 000012
となる。
【００３０】
所定の固体材料上の液体の真の前進接触角（θａ，０）は、本質的に突出部を持たない材料表面上の液体の最大の実験測定静止接触角として定義される。真の前進接触角は、当該技術で周知の技術によって容易に測定可能である。
【００３１】
突出部を備える表面の上の懸架滴は、突出部の側面において真の前進接触角値（θａ，０）を示す。突出部の側面における垂線に対する接触角（θｓ）は、以下のように、φまたはωにより真の前進接触角（θａ，０）に関係付けられる。
2006524615.tif 000013
【００３２】
Ｆとｆとを等しくして接触線密度Λを求めることにより、表面における超撥水性を予想するための臨界接触線密度パラメータΛＬは以下のように決められる。
2006524615.tif 000014
ここで、ｇは液体の密度（ρ）、（ｇ）は重力による加速度、（ｈ）は液体の深さ、液体の表面張力（γ）、ωは基板に対する突出部の側面の度単位の立上り角、および（θａ，０）は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角である。
【００３３】
Λ＞ΛＬの場合、液体は突出部２４の上に懸架されて超撥水性表面が形成される。また、Λ＜ΛＬの場合には、液体は突出部から落下して、表面上の接触界面は超撥水性を持たない単なる液体／固体となる。
【００３４】
上述の等式の分子に適切な値を代入することにより、所望する量の圧力で超撥水性を保持する表面を設計するように臨界接触線密度の値が決定されることは理解できるだろう。等式は以下のように一般化される。
2006524615.tif 000015
ここで、Ｐは、表面が超撥水性を必ず示すキログラム／平方メートル単位の最高圧力、γは液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は、実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、およびωは度単位の突出部立上り角である。
【００３５】
上記の関係にしたがって形成された表面２０が、上の等式（９）で使用されたＰの値までのおよびＰの値を含む液圧値において超撥水性を示すことは概ね予想されるだろう。表面が浸漬されても、液体のジェットまたはスプレーを受けても、または個々の液滴に衝突されても、超撥水性が示される。使用中またはクリーニング中にキャリアが受けるであろう最高予想液体・蒸気圧力よりも高くなるように圧力値Ｐが選択されることは、容易に理解されるだろう。
【００３６】
予想よりも瞬間的または局所的に高い圧力、公差の変動による表面の不連続性、およびその他のこのような因子からなる所定の安全因子を与えるように、Ｐの値が選択されるべきであることは、概ね理解できるだろう。
【００３７】
表面２０が、液体接触が表面上の液滴の形となる非常に低いPの値になるように意図される場合、Ｐの値は、均一な液体層と比較して小さい、液滴の見かけの接触面積からなるように選択されなければならない。一般に、表面上の細かい液滴の平方メートル単位の見かけの接触面積（Ａ）は以下の関係によって求められる。
2006524615.tif 000016
ここで、Ｖは液滴の立方メートル単位の体積、およびθａは表面上の液滴の見かけの前進接触角である。液滴を表面上に懸架するための臨界接触線密度ΛＬパラメータは以下のようになる。
2006524615.tif 000017
ここで、Ｖは液滴の立方メートル単位の体積、ｇは液体の密度（ρ）、（ｇ）は重力による加速度、（ｈ）は液体の深さ、液体の表面張力（γ）、ωは基板に対する突出部の側面の度単位の立上り角、θａは表面上の液滴の見かけの前進接触角、および（θａ，０）は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角である。等式１１は、Ｐの値が、表面が確実に液滴を懸架するような低圧の超撥水性表面に対して選択されたことをチェックするのに有益である。
【００３８】
臨界接触線密度の値が決定されると、接触線密度についての等式で与えられるｘとｙとの関係にしたがって、突出部の幾何学形状の残りの詳細が決定される。言い換えると、接触線等式でｘまたはｙのいずれかの値を選択して他の変数を求めることにより、表面の幾何学形状が決定される。
【００３９】
図６に描かれているように、液体界面は、隣接する突出部の間で量Ｄ１だけ下方へ撓む。量Ｄ１が突出部２４の高さ（ｚ）よりも大きい場合には、突出部２４の間の点で液体は基板２２と接触する。これが起こると、液体は空間３４へ引き寄せられて突出部から落下し、表面の超撥水性が損なわれる。Ｄ１の値は臨界突出部高さ（Ｚｃ）を表し、以下の式により決定することができる。
2006524615.tif 000018
ここで、（ｄ）は隣接する突出部の間の距離、ωは突出部立上り角、θａ，０は、実験測定による突出部材料上の液体の真の前進接触角である。突出部２４の高さ（ｚ）は、臨界突出部高さ（Ｚｃ）に少なくとも等しいか、望ましくはこれより高い。
【００４０】
図１ｄ〜３では、突出部立上り角ωは９０度であるが、他の突出部幾何学形状も可能である。例えば、ωは図９に描かれているような鋭角でも、図１０に描かれているような鈍角でもよい。一般に、ωは８０度と１３０度との間であることが望ましい。
【００４１】
本発明の範囲内で様々な突出部形状および配列が可能であることも理解できるだろう。例えば、突出部は多面体、図１１〜１２に描かれた円柱、類円柱、他の適当な三次元形状でよい。そのうえ、突出部の接触線密度を最大にするために様々な戦略を利用できる。図１４と１５に描かれているように、突出部２４は基部３８と頭部４０とを備えるように形成されてもよい。上面エッジ３０における頭部４０の周が長くなると、表面の接触線密度が高くなる。また、図１６に描かれているように、くぼみ４２のような特徴を突出部２４に形成して、上面エッジ３０での周を長くすることで接触線密度を高めてもよい。突出部は、基板に形成された凹部でもよい。
【００４２】
突出部は、上述したような長方形アレイ、図４〜５に描かれた六角形アレイのような多角形アレイ、または円形や卵形配列で構成されてもよい。臨界接触線密度が維持される限り突出部はランダムに分散されてもよいが、このようなランダム構成は超撥水性の予想可能性が低いため、あまり望ましくない。このような突出部のランダム構成では、臨界接触線密度と他の関連パラメータは、その表面の平均値として概念化できる。図１３の表には、様々な別の突出部形状や配列に対して接触線密度を計算するための式が挙げられている。
【００４３】
一般に、基板材料は、マイクロまたはナノ規模の突出部が適切に形成されるとともに、キャリアが使用される処理環境での使用に適した材料でよい。突出部は、フォトリソグラフィまたは様々な適切な方法のいずれかにより、基板材料自体に、または、基板材料上に付着された１層以上の他の材料に直接形成される。マイクロ・ナノ規模の突出部を形成するのに適したフォトリソグラフィ法は、ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ０２／０８４３４０号に開示されており、本明細書に全面的に文献援用される。
【００４４】
所望の形状と間隔の突出部を形成するのに適した他の方法は、米国特許出願公開第２００２／００３３４８７９号に開示されたナノマシニング、米国特許第５，７２５，７８８号に開示されたマイクロスタンピング、米国特許第５，９００，１６０号に開示されたマイクロコンタクトプリンティング法、米国特許第５，６０９，９０７号に開示された自己組織化金属コロイド単分子層、米国特許第６，４４４，２５４号に開示されたマイクロスタンピング、米国特許第５，２５２，８３５号に開示された原子間力顕微鏡ナノマシニング、米国特許第６，４０３，３８８号に開示されたナノマシニング、米国特許第６，５３０，５５４号に開示されたゾル・ゲル成形、米国特許第６，５１８，１６８号に開示された表面の自己組織化単分子層指向性パターニング、米国特許第６，５４１，３８９号に開示された化学エッチング、または米国公開特許出願第２００３／００４７８２２号に開示されたゾル・ゲルスタンピングを含み、これらすべてが本明細書に全面的に文献援用される。カーボンナノチューブ構造も所望の突出部形状を形成するために使用可能である。カーボンナノチューブ構造の例は、米国公開特許出願第２００２／００９８１３５号および第２００２／０１３６６８３号に開示されており、これらも本明細書に全面的に文献援用される。また、コロイドインクによる周知のプリンティングを用いて適当な突出部構造が形成される。言うまでもなく、マイクロ・ナノ規模の突出部が必要な精度で形成される他の任意の方法も使用されることは理解できるだろう。
【００４５】
ある用途では、特に、キャリアが高い流体圧力を受けない場合、または表面に沈殿または凝結する液滴を表面がはじくように意図される場合には、超撥水性表面２０は、周知の化学蒸着技術を用いて適用されるポリマー材料のコーティングによって形成されてもよい。例えば、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、または他のポリマー材料の薄層が、気相重合を用いてキャリアのポリカーボネート表面に適用されてもよい。結果として得られる超撥水性表面２０は、ＰＦＡ材料で形成されたランダムな形状および配列の突出部が一般的な特徴であり、低い流体圧力において超撥水性である。
【００４６】
流体圧力の低い用途のための別の実施例では、基板の上の材料層としてフラクタル超撥水性表面が形成される。このような実施例の一つでは、アルキルケトン二量体（ＡＫＤ）または同様の材料の層がポリマー基板に溶融されるか注入されて、窒素ガス雰囲気で硬化する。ＡＫＤ表面を形成する適当な方法の一つは、「超撥水性フラクタル表面」という名称の論文（Ｌａｎｇｍｕｉｒ第１２巻Ｎｏ．９，１９９６年５月１日）の２１２５ページにおいて、Ｔ．Ｏｎｄａ，ｅｔ  ａｌ．によりさらに詳しく記載されており、この論文は本明細書に全面的に文献援用されている。
【００４７】
流体圧力の低い用途に適した別の実施例では、ポリプロピレンのようなポリマー材料が、ｐ‐キシレンのような溶剤に溶解される。所定量のメチルエチルケトンのような非溶剤が溶液に追加され、溶液が部品のキャリア基板上に付着する。溶剤が蒸発すると、多孔性のゲル状超撥水性表面構造が結果的に得られる。
【００４８】
上述したポリマー層の各々では、結果として得られる表面は一般的に、ランダムな形状および配列のマイクロメートル規模の突出部を特徴とする。このような表面の実際の接触線密度および臨界接触線密度の値は、個々の突出部のばらつきのため決定が困難だが、これらの表面は、表面の接触線密度が表面の臨界接触線密度と等しいかまたは越える場合には超撥水性を示す。このような表面では、実際の接触線密度は、個々の突出部の寸法および幾何学形状の変動性ゆえに、必然的に表面の平均値となる。そのうえ、等式９および１１の突出部立上り角ωは、表面の平均値となる。
【００４９】
本発明は、その趣旨または本質的な性質から逸脱せずに他の特定形状で具体化してもよく、そのため、本実施例は、あらゆる点で例示的であって限定的ではないと考えられることが望まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１ａ】本発明に係る超撥水性表面を上に備えるトレイキャリアの一実施例の斜視図である。
【図１ｂ】図１ａのトレイキャリアの側面図である。
【図１ｃ】図１ａのトレイキャリアの部分断面図である。
【図１ｄ】複数のナノ／マイクロ規模の突出部が長方形アレイで配列された、本発明に係る超撥水性表面の拡大斜視図である。
【図２】図１の表面の一部分の平面図である。
【図３】図２に描かれた表面部分の側面図である。
【図４】突出部が六角形アレイで配列された、本発明の代替実施例の部分平面図である。
【図５】図４の代替実施例の側面図である。
【図６】突出部間に懸架された液体の撓みを示す側面図である。
【図７】突出部の上に懸架された所定量の液体を示す側面図である。
【図８】突出部の間の空間の底面と接触する液体を示す側面図である。
【図９】突出部立上り角が鋭角である、本発明の代替実施例の単一突出部の側面図である。
【図１０】突出部立上り角が鈍角である、本発明の代替実施例の単一突出部の側面図である。
【図１１】突出部が円柱であり長方形アレイで配列された、本発明の代替実施例の部分平面図である。
【図１２】図１１の代替実施例の側面図である。
【図１３】様々な突出部形状および配列に対する接触線密度の式を挙げた表である。
【図１４】本発明の代替実施例の側面図である。
【図１５】図１４の代替実施例の平面図である。
【図１６】本発明の代替実施例の単一突出部の平面図である。
2006524615.tif 000027
2006524615.tif 000028
【図２】
2006524615.tif 000029
【図３】
2006524615.tif 000030
【図４】
2006524615.tif 000031
【図５】
2006524615.tif 000032
【図６】
2006524615.tif 000033
【図７】
2006524615.tif 000034
【図８】
2006524615.tif 000035
【図９】
2006524615.tif 000036
【図１０】
2006524615.tif 000037
【図１１】
2006524615.tif 000038
【図１２】
2006524615.tif 000039
【図１３】
2006524615.tif 000040
【図１４】
2006524615.tif 000041
【図１５】
2006524615.tif 000042
【図１６】
2006524615.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月16日(2005.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品のためのトレイキャリアであって、
表面を備える基板部分を有する本体を有し、前記表面の少なくとも一部分は実質的に均一な形状の複数の突出部を上に有して超撥水性表面を形成し、各突出部は基板部分に対して共通の突出部立上り角を有し、突出部は、超撥水性表面が、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した接触線密度を、下式により決定される接触線密度値「ΛＬ」以上に定めるように配置され、
2006524615.tif 000044
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値であり、超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すトレイキャリア。
【請求項２】
本体は複数のポケットを有し、各ポケットは部品を収容するようになっている請求項１のトレイキャリア。
【請求項３】
突出部は凸部である請求項１のキャリア。
【請求項４】
突出部は多面体の形状である請求項３のキャリア。
【請求項５】
各突出部は実質的に正方形横断面を有する請求項３のキャリア。
【請求項６】
突出部は円柱または類円柱形状である請求項３のキャリア。
【請求項７】
突出部は基板に形成された凹部である請求項１のキャリア。
【請求項８】
突出部は実質的に均一なアレイで配置される請求項１のキャリア。
【請求項９】
突出部は長方形アレイで配置される請求項８のキャリア。
【請求項１０】
突出部は基板部分に対して実質的に均一な突出部高さを有し、突出部高さは下式により決定されるメートル単位の臨界突出部高さ値「Ｚｃ」よりも高く、
2006524615.tif 000045
ここで、ｄは隣接する突出部の間のメートル単位の距離、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、およびωは度単位の突出部立上り角である請求項１のキャリア。
【請求項１１】
超撥水性表面部分を備えるトレイキャリアを製造するプロセスであって、
外表面を有する基板を有するトレイキャリアを設けることを有し、および
実質的に均一な形状の複数の突出部を前記基板の前記外表面に形成することを有し、
各突出部は基板部分に対して共通の突出部立上り角を有し、突出部は下式により決定される接触線密度値「ΛＬ」以上となる、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した接触線密度を表面が有するように配置され、
2006524615.tif 000046
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値であり、超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すプロセス。
【請求項１２】
突出部はフォトリソグラフィにより形成される請求項１１のプロセス。
【請求項１３】
突出部は、ナノマシニング、マイクロスタンピング、マイクロコンタクトプリンティング、自己組織化金属コロイド単分子層、原子間力顕微鏡ナノマシニング、ゾル・ゲル成形、自己組織化単分子層指向性パターニング、化学エッチング、ゾル・ゲルスタンピング、コロイドインクによるプリンティング、および平行カーボンナノチューブの層を基板に配置することから構成されるグループから選択されるプロセスにより形成される請求項１１のプロセス。
【請求項１４】
所定圧力値までの液圧において超撥水性を備える表面を有するキャリアを製造するためのプロセスであって、
突出部立上り角を選択することを有し、
以下の式により臨界接触線密度「ΛＬ」を決定することを有し、
2006524615.tif 000047
ここで、Ｐは所定圧力値、γは液体の表面張力、θａ，０は、実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは突出部立上り角であり、
基板部分を備えるキャリアを設けることを有し、および
表面が臨界接触線密度以上の実際の接触線密度を有するように基板部分に複数の突出部を形成することを有するプロセス。
【請求項１５】
突出部はフォトリソグラフィを用いて形成される請求項１４のプロセス。
【請求項１６】
突出部は、ナノマシニング、マイクロスタンピング、マイクロコンタクトプリンティング、自己組織化金属コロイド単分子層、原子間力顕微鏡ナノマシニング、ゾル・ゲル成形、自己組織化単分子層指向性パターニング、化学エッチング、ゾル・ゲルスタンピング、コロイドインクによるプリンティングを用いて、または、平行カーボンナノチューブの層を基板に配置することにより形成される請求項１４のプロセス。
【請求項１７】
突出部に対して幾何学形状を選択する段階をさらに有する請求項１４のプロセス。
【請求項１８】
突出部に対してアレイパターンを選択する段階をさらに有する請求項１４のプロセス。
【請求項１９】
突出部に対して少なくとも一つの寸法を選択する段階、および接触線密度のための等式を用いて突出部に対して少なくとも一つの他の寸法を決定する段階を有する請求項１４のプロセス。
【請求項２０】
メートル単位の臨界突出部高さ値「Ｚｃ」を下式により決定する段階をさらに有し、
2006524615.tif 000048
ここで、ｄは隣接する突出部の間のメートル単位の距離、θａ，０は表面上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角である請求項１４のプロセス。
【請求項２１】
製品のためのトレイキャリアであって、
表面に基板およびポリマー外層基板を有する本体を有し、外層は液体と接触するための超撥水性表面を形成する複数の突出部を上に備える表面を有し、突出部は表面が下式により決定される臨界接触線密度値ΛＬ以上の平均接触線密度を有するように分散され、
2006524615.tif 000049
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値であり、および超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すトレイキャリア。
【請求項２２】
記載なし
【請求項２３】
製品のためのトレイキャリアであって、
表面に基板およびポリマー外層基板を有する本体を有し、外層は液滴の形の液体と接触するための超撥水性表面を形成する複数の突出部を上に備える表面を有し、突出部は表面が下式により決定される臨界接触線密度値ΛＬ以上の平均接触線密度を有するように分散され、
2006524615.tif 000050
ここで、Ｖは液滴の立方メートル単位の体積、ｇは液体のキログラム／立方メートル単位の密度（ρ）、（ｇ）は重力によるメートル／秒２単位の加速度、（ｈ）は液体のメートル単位の深さ、（γ）は液体のニュートン／メートル単位の表面張力、ωは基板に対する突出部の側面の度単位の平均立上り角、θａは表面上の液滴の見かけの前進接触角、および（θａ，０）は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角である請求項２１のキャリア。
【請求項２４】
ポリマー外層はフルオロポリマーを有する請求項２１のキャリア。
【請求項２５】
ポリマー外層はアルキルケトン二量体を有する請求項２１のキャリア。
【請求項２６】
超撥水性表面部分を備えるトレイキャリアを製造するプロセスであって、
外表面を有する基板を有するトレイキャリアを設けることを有し、および
化学蒸着プロセスを用いて外表面にポリマー材料の層を付着させることにより超撥水性表面を形成することを有し、
ポリマー材料の層は複数の突出部を備える外表面を有し、突出部は、下式により決定される臨界接触線密度値「ΛＬ」以上となる、表面積の平方メートルあたりの接触線をメートル単位で測定した接触線密度を超撥水表面が有するように分散され、
2006524615.tif 000051
ここで、γは表面と接触する液体のニュートン／メートル単位の表面張力、θａ，０は実験測定による突出部材料上の液体の度単位の真の前進接触角、ωは度単位の突出部立上り角、およびＰはキログラム／メートル単位の所定液圧値であり、超撥水性表面は所定液圧値までのおよびその値を含む液圧において液体との液体・固体・気体界面を示すプロセス。
【請求項２７】
記載なし
【国際調査報告】
2006524615.tif 000052