(57)【要約】【課題】微細な立体構造を有する流路を有する流体デバイスを得ることができる流体デバイスの製造方法および流体デバイスを提供する。【解決手段】基材に、毛細管現象によって流体を流通可能な流路に対応する溝部を形成させ、溝部における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなる第１層を物理的蒸着法によって形成させ、第１層の表面上に、撥水性を有する第２層を形成させて基板を得る。【選択図】図３
2017080820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面中空形状を有する流路を含む流体デバイスを製造する方法であって
（Ａ）基材に前記流路に対応する溝部を形成させる工程、
（Ｂ）前記溝部における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなる第１層を物理的蒸着法によって形成させる工程、および
（Ｃ）前記第１層の表面上に、撥水性を有する第２層を形成させる工程
を含む流体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質が、酸化チタンである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記物理的蒸着法が、スパッタリング法、レーザーアブレーション法またはイオンプレーティング法であることである請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）との間に、第１層の表面をフッ素終端化する表面処理を行なう工程をさらに含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
基材に、光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面中空形状を有する流路が形成された基板を含む流体デバイスであって、
前記基材は、流路における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、第１層と、前記第１層の表面上に設けられ、撥水性を有する第２層とを有しており、
前記第１層は、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなるスパッタ膜からなることを特徴とする流体デバイス。
【請求項６】
前記流路の光照射側には、光を透過可能な光透過部が設けられている請求項５に記載の流体デバイス。
【請求項７】
基材に、光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面中空形状を有する流路が形成された基板を含む流体デバイスであって、
前記基材は、流路における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、第１層と、前記第１層の表面上に設けられ、撥水性を有する第２層とを有しており、
前記第１層は、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなり、かつ粗表面を有する膜からなることを特徴とする流体デバイス。
【請求項８】
前記流路の光照射側には、光を透過可能な光透過部が設けられている請求項７に記載の流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体デバイスの製造方法および流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタンは、光照射により濡れ性が変換されることが知られている。そこで、ゾル−ゲル法によって形成された二酸化チタン膜を有するマイクロチャネルが提案されている（例えば、非特許文献１などを参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】リュウ（Ｎ．Ｌｉｕ）ら、「微小流体用途のためのＴｉＯ２修飾マイクロチャネルの研究（Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ＴｉＯ２  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、マテリアルズ・レターズ（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第８９巻、２０１２年１２月１５日、ｐ．２４７−２５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ゾルゲル法による二酸化チタン膜の形成には、微細な立体構造を有する流路が形成し難いという欠点がある。
【０００５】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、微細な立体構造を有する流路を有する流体デバイスを得ることができる流体デバイスの製造方法および流体デバイス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】
【０００６】
本発明は、１つの側面では、光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面中空形状を有する流路を含む流体デバイスを製造する方法であって
（Ａ）基材に前記流路に対応する溝部を形成させる工程、
（Ｂ）前記溝部における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなる第１層を物理的蒸着法によって形成させる工程、および
（Ｃ）前記第１層の表面上に、撥水性を有する第２層を形成させる工程
を含む流体デバイスの製造方法に関する。本発明の流体デバイスの製造方法では、前記第１層の形成を物理的蒸着法によって行なわれている。そのため、微細な立体構造を維持したまま、前記流路を形成させることができる。したがって、本発明の流体デバイスの製造方法によれば、微細な立体構造を有する流路を有する流体デバイスを得ることができる。
【０００７】
前記光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質は、酸化チタンであることが好ましい。
【０００８】
前記物理的蒸着法が、スパッタリング法、レーザーアブレーション法またはイオンプレーティング法であることが好ましい。
【０００９】
前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）との間に、第１層の表面をフッ素終端化する表面処理を行なう工程をさらに含むことが好ましい。
【００１０】
本発明は、他の側面では、基材に、光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面中空形状を有する流路が形成された基板を含む流体デバイスであって、前記基材は、流路における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、第１層と、前記第１層の表面上に設けられ、撥水性を有する第２層とを有しており、前記第１層は、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなるスパッタ膜からなることを特徴とする流体デバイスに関する。また、本発明は、別の側面では、基材に、光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面中空形状を有する流路が形成された基板を含む流体デバイスであって、前記基材は、流路における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、第１層と、前記第１層の表面上に設けられ、撥水性を有する第２層とを有しており、前記第１層は、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなり、かつ粗表面を有する膜からなることを特徴とする流体デバイスに関する。
【００１１】
本発明の流体デバイスにおいては、前記基材は、前記流路における流体の流れ方向の所定の区間の内表面に、前記第１層と、前記第２層とを有している。したがって、前記流路における前記所定の区間の内表面において、光照射前後の前記内表面における撥水性と親水性との間の変化を利用した流体の流通に際して、毛細管効果を十分に利用することができる。
【００１２】
前記流路の光照射側には、光を透過可能な光透過部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、微細な立体構造を有する流路を有する流体デバイスを得ることができる流体デバイスの製造方法および流体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体デバイスを模式的に示す概略説明図、（ｂ）は図１（ａ）に示される流体デバイスの流路の溝部の一部拡大説明図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体デバイスの光照射前後における流路内の水の状態を示す概略説明図、（Ｂ）は、光照射前後における対水接触角の変化を示す概略説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る流体デバイスの流路を構成する溝部の形状の変形例を示す概略説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る流体デバイスの製造方法の処理手順の一例を示す工程図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る流体デバイスの製造方法の流路パターン形成工程の一例における処理手順を示す工程図である。
【図６】試験例１において、光照射時間と対水接触角との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図７】試験例２において、実験例１〜３の試験片の層形成面の対水接触角の変化幅を調べた結果を示すグラフである。
【図８】試験例３において、表面粗度と対水接触角との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図９】（Ａ）は、光照射前の流体デバイスの流路における水の状態を模式的に示す概略説明図、（Ｂ）は、光照射後の流体デバイスの流路における水の状態を模式的に示す概略説明図である。
【図１０】（Ａ）は、参考例１において、流路の高さが０．１ｍｍおよび対水接触角が１４０°であるときの流路の幅と毛細管圧力との関係を調べた結果を示すグラフ、（Ｂ）は、参考例１において、流路の高さが０．１ｍｍおよび対水接触角が５°であるときの流路の幅と毛細管圧力との関係を調べた結果を示すグラフ、（Ｃ）参考例１において、流路の幅が１ｍｍおよび対水接触角が１４０°であるときの流路の高さと毛細管圧力との関係を調べた結果を示すグラフ、（Ｄ）は、参考例１において、流路の幅が１ｍｍおよび対水接触角が５°であるときの流路の高さと毛細管圧力との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１１】試験例４において、対水接触角と毛細管圧力との関係を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［流体デバイス］
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る流体デバイスを詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体デバイス１の概略説明図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示される流体デバイス１の流路２の溝部１１の一部拡大説明図である。
【００１６】
流体デバイス１は、光照射および毛細管現象によって流体を流通可能な断面四角中空形状を有する流路２を含む流体デバイスである。流体デバイス１は、第１の基板１ａと第２の基板１ｂとを含む。流路２は、毛細管現象によって流体を流通可能な程度の微細な立体構造を有する流路である。
【００１７】
第１の基板１ａは、上面に開口部を有する溝部１０，１１，１２を有している。また、第２の基板１ｂは、第１の基板１ａと接合されることにより、溝部１０，１１，１２の開口部を塞ぎ、断面中空形状を有する流路２を形成するように構成されている。
【００１８】
第１の基板１ａを構成する材料としては、例えば、石英ガラス、シリコン系基板、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラスなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００１９】
第２の基板１ｂは、溝部１０，１１，１２それぞれの一方の端部に対応する位置に、流体を貯留可能なチャンバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有している。本実施形態において、第２の基板１ｂは、照射される光を透過する材料（以下、「光透過性材料」ともいう）からなる。したがって第２の基板１ｂは、流路２が配置されている部分では、光を透過可能な光透過部として機能する。
【００２０】
光透過性材料は、照射される光の種類によって異なることから、光の種類に応じて適宜選択することが好ましい。光が紫外線である場合、光透過性材料としては、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラスなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００２１】
溝部１０において、チャンバー１３ａと接触する端部に対して、逆方向に位置する端部は、溝部１１と溝部１２とに連結されている。
【００２２】
溝部１１は、基材１０１と、基材１０１の表面に形成された第１層１０２と、第２層の表面に形成された第２層１０３とを含む。
【００２３】
第１層１０２は、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなる膜からなる。
【００２４】
前記「光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質」としては、例えば、酸化チタン、アニオンドープ酸化チタンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタンなどが挙げられる。これらの「光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質」のなかでは、光触媒作用により、高い光酸化効果を確保することができることから、酸化チタンが好ましく、アナターゼ型酸化チタンがより好ましい。なお、前記「光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質」として、ルチル型酸化チタンを用いた場合、濡れ性の変化を可逆的に行なうことできる。アニオンドープ酸化チタンとしては、例えば、窒素ドープ酸化チタン、ニオブドープ酸化チタン、硫黄ドープ酸化チタンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００２５】
第１層１０２を構成する膜は、１つの側面では、物理的蒸着法によって形成された膜（例えば、スパッタ膜など）であってもよい。また、第１層１０２を構成する膜は、他の側面では、粗表面を有する膜であってもよい。第１層１０２の厚さは、流体デバイス１の用途、流体デバイスの大きさ、流路２の大きさ（溝部１０，１１，１２の幅および高さ）などによって異なることから、流体デバイス１の用途、流体デバイスの大きさ、流路２の大きさ（溝部１０，１１，１２の幅および高さ）などに応じて適宜決定することができる。
【００２６】
第２層１０３は、撥水性を有する。第２層１０３を構成する物質としては、例えば、オクタデシルホスホン酸などの炭素数２〜１８のアルキルホスホン酸；アルキルトリアルコキシシラン（例えば、オクタデシルトリエトキシシランなど）などのシラン化合物；炭素数１０〜１８のアルカンチオールなどが挙げられるが、本発明は、特に限定されるものではない。第２層の厚さは、流体デバイス１の用途、流体デバイス１の大きさ、流路２の大きさ（溝部１０，１１，１２の幅および高さ）などによって異なることから、流体デバイス１の用途、流体デバイス１の大きさ、流路２の大きさ（溝部１０，１１，１２の幅および高さ）などに応じて適宜決定することができる。
【００２７】
溝部１１では、光照射前には、第２層１０３に起因する撥水性が発現し、溝部１１における対水接触角θが９０°以上となる〔図２（Ａ）および（Ｂ）の「光照射前」参照〕。また、溝部１１では、光照射により、第１層１０２を構成する前記物質が光触媒作用を発現する。これにより、第２層１０３が光酸化され、分解される〔図２（Ａ）の「光照射」参照〕。さらに、溝部１１では、光照射後には、第１層１０２に起因する対水接触角を低下させる性質（親水性）が発現し、溝部１１の対水接触角θが９０°未満以上となる〔図２（Ａ）および（Ｂ）の「光照射後」参照〕。本実施形態に係る流体デバイス１では、流路２における溝部１１に対応する区間の内表面において、撥水性と親水性との間の変化を利用して、水Ａの排出および吸引が可能であることから、流体の流通に際して、毛細管効果を十分に利用することができる。さらに、溝部１１における第１層１０２および第２層１０３が形成された側の表面（以下、「層形成面」ともいう）が、図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、微細な凹凸を有する粗表面である場合、撥水性がより一層高まるため、本実施形態の流体デバイス１における撥水性と親水性との間の変化幅をより大きくすることができる。溝部１１における層形成面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）は、撥水性と親水性との間の変化幅を十分に大きくする観点から、好ましくは２０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。なお、溝部１１における層形成面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）の上限は、第１層１０２および第２層１０３の凹凸により溝部１１を閉塞させない範囲であればよく、通常、流路の高さおよび幅のうちの小さい寸法の値の１／２以下であることが望ましい。
【００２８】
ここで、本明細書において、「撥水性」とは、対水接触角が少なくとも６０°、好ましくは９０°以上、より好ましくは１２０°以上であることをいう。また、「対水接触角」とは、図２において、水Ａの接線Ｌと基板１ａの上面Ｍとがなす接触角θをいう。
【００２９】
溝部１０，１１，１２の幅および高さは、用いられる流体に応じた表面張力の大きさなどによって異なることから、用いられる流体に応じた表面張力の大きさなどに応じて適宜決定することが好ましい。溝部１０，１１，１２の幅および高さは、式（Ｉ）：
【００３０】
【数１】
2017080820.tif 000003
【００３１】
（式中、γは流体（液体）の表面張力、ｈは流路の高さ、ｗは流路の幅、αｔは図９における流路の上面の層形成面の対水接触角、αｂは図９における流路の底面の層形成面の対水接触角、αｌは図９における流路の左側壁面の層形成面の対水接触角、αｒは図９における流路の右側壁面の層形成面の対水接触角を示す）
にしたがって求めることができる。
【００３２】
溝部１０，１１，１２の断面形状は、四角中空形状に限定されるものではなく、断面円弧形状〔図３（Ａ）参照〕であってもよく、断面Ｖ字形状〔図３（Ｂ）参照〕であってもよい。
【００３３】
［流体デバイスの製造方法］
本発明の一実施形態に係る流体デバイスの製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）は、
（Ａ）基材に前記流路に対応する溝部を形成させる工程、
（Ｂ）前記溝部における流体の流れ方向の所定の区間の内表面上に、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなる第１層を物理的蒸着法によって形成させる工程、および
（Ｃ）前記第１層の表面上に、撥水性を有する第２層を形成させる工程
を含むことを特徴とする。なお、流体デバイスの使用時に、光触媒作用による第２層の分解効果を十分に発揮させる観点から、前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）との間に、第１層の表面をフッ素終端化する表面処理を行なう工程をさらに含むことが好ましい。前記工程（Ｂ）においては、物理的蒸着法によって第１層を形成させる際に、第１層の表面を粗表面化させてもよい。また、前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）との間に、第１層の表面を粗面化させる工程をさらに含んでもよい。
【００３４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る流体デバイスの製造方法の処理手順の一例を示す工程図、図５は、流路パターン形成工程における処理手順の一例を示す工程図である。なお、以下においては、「光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質」として、アナターゼ型二酸化チタンを用い、第２の基板１ｂとして、紫外線を透過する光透過性材料である石英ガラスからなる板状の基板を用いる場合を例として挙げて説明する。
【００３５】
本実施形態に係る製造方法では、まず、基材１０１に流路パターンが形成された中間基板Ｗ１を得る〔図４、「流路パターン形成工程Ｓ１−１」〕。本実施形態に係る製造方法では、流路パターン形成工程Ｓ１−１は、図５に示される各工程を含む。
【００３６】
流路パターン形成工程Ｓ１−１では、図５に示されるように、まず、基材１０１を洗浄する（「洗浄工程Ｓ１０１」）。基材１０１の洗浄は、例えば、水、エタノール、イソプロピルアルコールなどを用いることによって行なうことができる。なお、洗浄工程Ｓ１０１の後には、必要に応じて、洗浄後の基材１０１を乾燥させることができる。
【００３７】
つぎに、洗浄後の基材１０１の一方の表面に、エッチングマスク２１０を形成させる（「エッチングマスク形成工程Ｓ１０２」）。エッチングマスク２１０は、例えば、蒸着などによって形成させることができる。
【００３８】
エッチングマスク２１０に用いられる物質としては、例えば、クロム、アルミニウム、ニッケルなどの金属；酸化ケイ素、窒化ケイ素などのケイ素化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００３９】
なお、基材１０１がシリコンからなる場合、エッチングマスク２１０として、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜などを用いることができる。
【００４０】
つぎに、エッチングマスク２１０の表面に、流路パターンに対応するように、フォトレジスト２０２からなるレジストパターンを形成するフォトリソグラフィーを行なう（「フォトリソグラフィー工程Ｓ１０３」）。
【００４１】
フォトレジスト２０２としては、ポジ型フォトレジストおよびネガ型フォトレジストが挙げられる。フォトレジスト２０２は、微細な流路パターンを形成させる観点から、好ましくはポジ型フォトレジストである。レジストパターンの形状は、用いられるフォトレジストの種類によって異なることから、フォトレジストの種類に応じて適宜決定することが好ましい。
【００４２】
フォトリソグラフィーは、フォトレジスト２０２の塗布、塗布されたフォトレジスト２０２への流路パターンに対応するパターンの転写（露光）、現像および未固化のフォトレジスト２０２の除去を含むプロセスによって行なうことができる。
【００４３】
つぎに、エッチングマスク２１０において、流路２に対応する開口部２５１を形成する（「開口部形成工程Ｓ１０４」）。開口部２５１の形成は、エッチング液を、レジストパターンを有する基材１０１と接触させることによって行なうことができる。エッチング液は、エッチングマスク２１０に用いられた物質の種類によって異なることから、エッチングマスク２１０に用いられた物質の種類に応じて適宜決定することが好ましい。
【００４４】
つぎに、開口部形成工程Ｓ１０４で形成させたエッチングマスク２１０の開口部２５１から露出した基材１０１の部分のエッチングを行なう（「エッチング工程Ｓ１０５」）。エッチングの手法としては、例えば、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ドライエッチングには、例えば、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、トリフルオロメタンなどを成分として含むエッチングガスを用いることができるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００４５】
なお、流路パターン形成工程Ｓ−１において、流路パターンの形成は、基材に流路を形成する際に用いられる他の方法によって行なってもよい。
【００４６】
図４に戻り、本実施形態に係る製造方法では、つぎに、中間基板Ｗ１の流路２の所定の区間の溝部１１ａの内表面に第１層１０２を形成させる（「第１層形成工程Ｓ１−２」）。これにより、第１層１０２を表面に有する溝部１１ｂを有する中間基板Ｗ２が得られる。第１層１０２の形成は、物理蒸着法によって行なわれる。したがって、微細な立体構造を維持したまま、流路を形成させることができる。
【００４７】
前記物理的蒸着法としては、高周波スパッタリング法、反応性スパッタリング法などのスパッタリング法；レーザーアブレーション法；イオンプレーティング法などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの物理的蒸着法のなかでは、標的とする箇所に選択的に第１層１０２を形成させることが容易であることから、スパッタリング法、レーザーアブレーション法およびイオンプレーティング法が好ましく、スパッタリング法がより好ましい。物理的蒸着法がスパッタリング法である場合、例えば、
−  不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気中において、中間基板Ｗ１の流路２の所定区間の溝部１１ａの内表面付近にチタンからなるターゲットを配置し、中間基板Ｗ１を加熱しながらスパッタリングを行なうこと（「方法Ａ」ともいう）
などによって中間基板Ｗ１の流路２の所定区間の溝部１１ａの内表面に第１層を形成させることができる。なお、第１層１０２を構成する物質が、例えば、窒素ドープ酸化チタンである場合、不活性ガスと窒素との混合ガス雰囲気中において、中間基板Ｗ１の流路２の所定区間の溝部１１ａの内表面付近に酸化チタンからなるターゲットを配置し、中間基板Ｗ１を加熱しながらスパッタリングを行なってもよい。窒素ドープ酸化チタンは、酸化チタンよりもバンドギャップが小さくなるため、酸化チタンよりも長波長（可視光に近い）光での光応答性を得ることができる。
【００４８】
前記方法Ａにおいては、中間基板Ｗ１の加熱温度は、アナターゼ型二酸化チタンの結晶構造を優先的に成長させる観点から、好ましくは２００℃以上、より好ましくは２５０℃以上であり、アナターゼ型二酸化チタンに対するルチル型二酸化チタンの割合の増加を抑制する観点から、好ましくは４５０℃以下、より好ましくは４００℃以下である。
【００４９】
また、前記方法Ａに用いられる不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガスなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。スパッタチャンバの残存ガスによる不純物混入防止の観点から、不活性ガス分圧は、好ましくは０．０９Ｐａ以下、より好ましくは０．０８５Ｐａ以下である。混合ガス雰囲気においてルチル型の結晶構造の割合を少なくするための実験的に求めた不活性ガス／酸素ガスの分圧比の実績から、不活性ガス分圧は好ましくは０．０７Ｐａ以上、より好ましくは０．０７５Ｐａ以上であり、酸素分圧は、好ましくは０．１５Ｐａ以上、より好ましくは０．２Ｐａ以上であり、かつ好ましくは０．３Ｐａ以下、より好ましくは０．２５Ｐａ以下である。
【００５０】
前記方法において、スパッタ圧は、ルチル型二酸化チタンの割合よりもアナターゼ型二酸化チタンの割合を優勢とするべく膜成長のための活性種の密度を多くする観点から、好ましくは３Ｐａ以上、より好ましくは６Ｐａ以上であり、成膜可能な放電限界の観点から、好ましくは９Ｐａ以下、より好ましくは７Ｐａ以下である。
【００５１】
なお、本発明においては、第１層１０２を構成する物質は、アナターゼ型二酸化チタン以外の「光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質」であってもよい。この場合、混合ガス雰囲気の組成は、第１層１０２を構成する物質の種類に応じて適宜決定することができる。また、第１層１０２を構成する物質がアナターゼ型二酸化チタン以外の「光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質」である場合、スパッタ圧は、第１層１０２を構成する物質の種類に応じて適宜決定することができる。
【００５２】
第１層１０２を構成する物質が、例えば、ルチル型二酸化チタンである場合、不活性ガス分圧および酸素分圧は、第１層１０２を構成する物質がアナターゼ型二酸化チタンである場合の不活性ガス分圧および酸素分圧と同様である。この場合、スパッタ圧を、アナターゼ型二酸化チタンである場合のスパッタ圧よりも低いスパッタ圧とするか、あるいは、中間基板Ｗ１の加熱温度を４００℃以上にすることが望ましい。また、当該物質がルチル型二酸化チタンである場合、スパッタ圧は、高抵抗な酸化チタンのための安定的なプラズマ放電限界の観点から、０．７Ｐａ以上、より好ましくは０．９Ｐａ以上であり、アナターゼ型二酸化チタンの割合よりもルチル型二酸化チタンの割合を多くすべく、膜成長のための活性種の密度を少なくする観点から、好ましくは２Ｐａ以下、より好ましくは１Ｐａ以下である。
【００５３】
つぎに、中間基板Ｗ２の第１層１０２の表面にフッ素終端化などの表面処理を施す（「表面処理工程Ｓ１−３」）。これにより、第１層１０２の表面の少なくとも一部に表面改質部１０２ａが形成された中間基板Ｗ３が得られる。表面処理としては、例えば、ＣＦ４プラズマエッチング処理によるフッ素終端化、フッ酸蒸気への暴露によるフッ素終端化などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ＣＦ４プラズマエッチング処理によるフッ素終端化を行なった場合、流体デバイスの使用時における光触媒作用による第２層１０３の分解効果の向上が期待できる。なお、本発明においては、流体デバイスの用途に応じて、表面処理工程Ｓ−３を省略してもよい。
【００５４】
つぎに、中間基板Ｗ３の第１層１０２の表面上に第２層１０３を形成させる（「第２層形成工程Ｓ１−４」）。これにより、第１の基板１ａが得られる。第２層１０３の形成は、第２層１０３を構成する物質に応じて手法によって行うことができる。第２層１０３を構成する物質が、例えば、オクタデシルホスホン酸である場合、中間基板Ｗ２をオクタデシルホスホン酸とヘプタンとイソプロピルアルコールとの混合溶液中に浸漬させることによって、第２層１０３を形成させることができる。
【００５５】
その後、第１の基板１ａと第２の基板１ｂとを接合させる（「接合工程Ｓ１−５」）。これにより、流体デバイス１が得られる。第１の基板１ａと第２の基板１ｂとの接合は、第１の基板１ａの接合させる側の表面（接合面１０１ａ）および第２の基板１ｂの接合させる側の表面（接合面１ｂ１）に表面活性化処理、アミノシラン化処理などを施した後、第１の基板１ａの接合面１０１ａと第２の基板１ｂの接合面１ｂ１とを圧縮方向に押しつけることなどによって行なうことができる。
【００５６】
なお、前述の実施形態では、第２の基板１ｂとして、紫外線を透過する光透過性材料である石英ガラスからなる板状の基板が用いられているが、第１の基板１ａと同様に流路２が形成された基板を用いてもよい。この場合、第１の基板１ａおよび第２の基板１ｂそれぞれにおける接合面の表面層全体が第１層と第２層とからなるものであってもよい。
【実施例】
【００５７】
つぎに、実施例などに基づいて本発明の効果を検証する。
【００５８】
（実験例１）
ガラス基材（松波硝子工業（株）製、商品名：Ｓ１１１１、サイズ７６×２６ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を洗浄した。つぎに、スパッタリング装置〔（株）サンバック製、商品名：ＳＶ−９８６３〕を用い、アルゴンガス−酸素混合ガス雰囲気（アルゴンガス分圧：０．０８Ｐａおよび酸素分圧：０．２Ｐａ）中、基板温度：３５０℃およびスパッタ圧：６Ｐａの条件下に、アナターゼ型二酸化チタンからなる第１層（厚さ：５００ｎｍ）を前記ガラス基材の片面に形成させた。その後、フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを用い、前記第１層の表面にＣＦ４プラズマエッチング処理を２分間施して当該表面をフッ素終端化させた。フッ素終端化第１層を有するガラス基材を、表面処理剤に室温環境で２４時間浸漬させ、窒素ブローによって乾燥させ、試験片を得た。なお、前記表面処理剤は、ヘプタン−イソプロピルアルコール混合溶液〔組成：９９．３体積％ヘプタンおよび０．７体積％イソプロピルアルコール〕１００ｍＬにオクタデシルホスホン酸０．０１６８ｇを添加することによって調製した試薬である。得られた試験片は、ガラス基材の表面上に、粗表面を有するアナターゼ型二酸化チタン膜からなる第１層と、撥水性を有する第２層とを有していた。第２層の表面は、第１層と同様の粗表面であった。前記粗表面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）を、原子間力顕微鏡〔アサイラムリサーチ社製、商品名：ＭＦＰ−３Ｄ〕を用いて測定した。その結果、前記粗表面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）は、５７．２ｎｍであった。
【００５９】
（実験例２）
実験例１において、スパッタ圧を６Ｐａに設定する代わりに、スパッタ圧を１Ｐａに設定したことを除き、実験例１と同様の操作を行ない、試験片を得た。得られた試験片は、ガラス基材の表面上に、平坦な表面を有するアナターゼ型二酸化チタン膜からなる第１層と、撥水性を有する第２層とを有していた。第２層の表面は、第１層と同様の平坦な表面であった。前記平坦な表面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）を、実験例１と同様の手法により測定した。その結果、前記平坦な表面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）は、５ｎｍ未満であった。
【００６０】
（実験例３）
ガラス基材（松波硝子工業（株）製、商品名：Ｓ１１１１、サイズ７６×２６ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を洗浄した。つぎに、スパッタリング装置〔（株）サンバック製、商品名：ＳＶ−９８６３〕を用い、アルゴンガス−酸素混合ガス雰囲気（アルゴンガス分圧：０．０８Ｐａおよび酸素分圧：０．２Ｐａ）中、基板温度：３５０℃およびスパッタ圧：６Ｐａの条件下に、アナターゼ型二酸化チタンからなる層（厚さ：５００ｎｍ）を前記ガラス基材の片面に形成させることにより、試験片を得た。得られた試験片は、ガラス基材の表面上に、平坦な表面を有するアナターゼ型二酸化チタン膜からなる層を有していた。前記平坦な表面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）は、実験例２の試験片における平坦な表面の算術平均表面粗さ（ＲＭＳ）と同様であった。
【００６１】
（試験例１）
紫外線照射装置〔エヌエスライティング（株）製、商品名：ＵＬＥＤＮ−１０２ＣＴ〕を用い、実験例１および２の試験片における第１層および第２層が形成された側の表面（層形成面）に光（波長：３６５ｎｍ、強度：１２ｍＪ／ｃｍ２の紫外線）を照射した。経時的に試験片の層形成面の対水接触角を測定した。
【００６２】
試験例１において、光照射時間と対水接触角との関係を調べた結果を図６に示す。
【００６３】
図６に示された結果から、光照射時間の経過に伴い、対水接触角が低下していることがわかる。かかる結果から、光照射時間の経過に伴い、アナターゼ型二酸化チタンの光触媒作用による第２層の分解が進行し、層形成面における性質が撥水性から親水性に変化していることがわかる。また、図６に示された結果から、実験例１の試験片の対水接触角の最大値は、実験例２の試験片の対水接触角の最大値よりも大きいことがわかる。また、実験例１の試験片の対水接触角の最小値は、実験例２の試験片の対水接触角の最小値よりも小さいことがわかる。これらの結果から、実験例１の試験片における撥水性と親水性との間の変化幅は、実験例２の試験片における撥水性と親水性との間の変化幅よりも大きいことがわかる。
【００６４】
（試験例２）
試験例１において、実験例１および２の試験片に加え、実験例３の試験片を用い、試験例１と同様の操作を行ない、実験例１〜３の試験片の層形成面の対水接触角の変化幅を調べた。
【００６５】
試験例２において、実験例１〜３の試験片の層形成面の対水接触角の変化幅を調べた結果を図７に示す。図中、レーン１は実験例１の試験片の層形成面の対水接触角の変化幅、レーン２は実験例２の試験片の層形成面の対水接触角の変化幅、レーン３は実験例３の試験片の層形成面の対水接触角の変化幅を示す。
【００６６】
図７に示された結果から、層形成面の対水接触角の変化幅は、実験例１の試験片、実験例２の試験片および実験例３の試験片の順で大きいことがわかる。したがって、これらの結果から、光照射によって対水接触角を低下させるとともに光触媒作用を発現する物質からなる膜からなる第１層と、前記第１層の表面上に設けられ、撥水性を有する第２層とを併用することにより、対水接触角の変化幅を大きくすることができることがわかる。また、第１層が粗表面を有する場合、対水接触角の変化幅をより一層大きくすることができることがわかる。
【００６７】
（実験例４〜７）
実験例１において、スパッタ圧を１Ｐａに設定し、かつ第１層の表面にＣＦ４プラズマエッチング処理を施さなかったこと（実験例４）、スパッタ圧を１Ｐａに設定し、かつ第１層の表面にＣＦ４プラズマエッチング処理を２分間施したこと（実験例５）、スパッタ圧を６Ｐａに設定し、かつ第１層の表面にＣＦ４プラズマエッチング処理を施さなかったこと（実験例６）またはスパッタ圧を６Ｐａに設定し、かつ第１層の表面にＣＦ４プラズマエッチング処理を２分間施したこと（実験例７）を除き、実験例１と同様の操作を行ない、ガラス基材の表面に、粗表面を有するアナターゼ型二酸化チタン膜からなる第１層と、撥水性を有する第２層とを形成させることにより、実験例４〜７の試験片を得た。
【００６８】
（試験例３）
試験例１において、実験例１および２の試験片を用いる代わりに、実験例４〜７の試験を用いたことを除き、試験例１と同様の操作を行ない、対水接触角を測定した。
【００６９】
また、原子間力顕微鏡〔アサイラムリサーチ社製、商品名：ＭＦＰ−３Ｄ〕を用いて実験例４〜７の試験片の第１層および第２層の表面積を測定した。さらに、実験例４〜７の試験片の第１層および第２層の投影面積を算出した。
【００７０】
各試験片の層形成面の投影面積および表面積を用い、式（ＩＩ）：
［表面粗度（％）］
＝［（表面積−投影面積）／投影面積］×１００                            （ＩＩ）
にしたがって層形成面の表面粗度を求めた。
【００７１】
実験例４〜７の試験片の層形成面の表面粗度と、対水接触角とを、ｘ軸が表面粗度であり、ｙ軸が対水接触角である２次元座標上にプロットした。試験例３において、表面粗度と対水接触角との関係を調べた結果を図８に示す。
【００７２】
対水接触角が１００°以上である場合、撥水性と親水性との間の変化幅を十分に確保することができると考えられる。図８に示された結果から、表面粗度が好ましくは３％以上である場合、対水接触角が１２０°以上であり、撥水性と親水性との間の変化幅を十分に確保することができることが示唆される。
【００７３】
（参考例１）
実験例１で得られた試験片の層形成面の対水接触角は、光（波長：３６５ｎｍ、強度：１２ｍＪ／ｃｍ２の紫外線）の照射の前後において、１４１°から５°まで変化した。そこで、かかる対水接触角の変化幅を有する場合について、光照射により流路内への流体の吸引と流路からの流体の排出とを切り替えるための流路の幅および高さの範囲を求めた。なお、以下においては、四方形の流路断面形状を有する流路において、当該流路内の底面に層形成面を有する基板を用いることを想定した。流路における毛細管圧力ΔＰは、式（Ｉ）：
【００７４】
【数２】
2017080820.tif 000004
【００７５】
（式中、γは流体（液体）の表面張力、ｈは流路の高さ、ｗは流路の幅、αｔは図９における流路の上面の層形成面の対水接触角、αｂは図９における流路の底面の層形成面の対水接触角、αｌは図９における流路の左側壁面の層形成面の対水接触角、αｒは図９における流路の右側壁面の層形成面の対水接触角を示す）
にしたがって求めることができる。
【００７６】
そこで、かかる式（Ｉ）を用い、ｈ（流路の高さ）が一定（０．１ｍｍ）および対水接触角が１４０°であるときのｗ（流路の幅）と毛細管圧力との関係、ｈ（流路の高さ）が一定（０．１ｍｍ）および対水接触角が５°であるときのｗ（流路の幅）と毛細管圧力との関係、ｗ（流路の幅）が一定（１ｍｍ）および対水接触角が１４０°であるときのｈ（流路の高さ）と毛細管圧力との関係、ｗ（流路の幅）が一定（１ｍｍ）および対水接触角が５°であるときのｈ（流路の高さ）と毛細管圧力との関係を調べた。
【００７７】
流路の高さが０．１ｍｍおよび対水接触角が１４０°であるときの流路の幅と毛細管圧力との関係を調べた結果を図１０（Ａ）、流路の高さが０．１ｍｍおよび対水接触角が５°であるときの流路の幅と毛細管圧力との関係を調べた結果を図１０（Ｂ）、流路の幅が１ｍｍおよび対水接触角が１４０°であるときの流路の高さと毛細管圧力との関係を調べた結果を図１０（Ｃ）、流路の幅が１ｍｍおよび対水接触角が５°であるときの流路の高さと毛細管圧力との関係を調べた結果を図１０（Ｄ）に示す。図中、実線ａは流体が水（γ＝７２ｄｙｎｅ／ｃｍ）である場合の結果、破線ｂは流体が血液（γ＝５０ｄｙｎｅ／ｃｍ）である場合の結果、一点鎖線は流体がエタノールである場合の結果を示す。
【００７８】
流路の高さが０．１ｍｍおよび対水接触角が１４０°である場合、層形成面が撥水状態であり、図９（Ａ）に示されるように流路１１内に流体Ａが吸引されないようにするためには、毛細管圧力が大気圧よりも高い陽圧であることが求められる。この場合、図１０（Ａ）に示された結果から、流路の幅は、好ましくは０．８ｍｍ以下であることが示唆される。また、流路の高さが０．１ｍｍおよび対水接触角が５°である場合、層形成面が親水状態であり、図９（Ｂ）に示されるように流路１１内に流体Ａが吸引されるようにするためには、毛細管圧力が大気圧よりも低い陽圧または陰圧であることが求められる。この場合、図１０（Ｂ）に示された結果から、流路の幅は、好ましくは０．０５ｍｍ以上であることが示唆される。
【００７９】
一方、流路の幅が１ｍｍおよび対水接触角が１４０°である場合、層形成面が撥水状態であり、図９（Ａ）に示されるように流路１１内に流体Ａが吸引されないようにするためには、毛細管圧力が大気圧よりも高い陽圧であることが求められる。この場合、図１０（Ｃ）に示された結果から、流路の高さは、好ましくは０．０８ｍｍ以下であることが示唆される。流路の幅が１ｍｍおよび対水接触角が５°である場合、図１０（Ｄ）に示された結果から、流路の高さが０．０８ｍｍ以下であれば、陰圧となり、図９（Ｂ）に示されるように流路１１内に流体Ａが吸引されることがわかった。
【００８０】
これらの結果から、毛細管現象によって流体を流通可能な溝部を含む流路を有する基板を実験例１と同様の方法によって製造する場合、流路の幅ｗは、好ましくは０．０５〜０．８ｍｍであり、流路の高さｈは、好ましくは０．０８ｍｍ以下であることが望ましいことが示唆される。
【００８１】
（実施例１）
（１）基板の作製
ガラス基材〔松波硝子工業（株）製、商品名：Ｓ１１１１、サイズ７６×２６ｍｍ、厚さ１ｍｍ〕を洗浄した。つぎに、洗浄後のガラス基材の片面にクロムフォトマスクを形成させる。スピンコーターを用い、前記クロムフォトマスク上にフォトレジスト〔ＡＺエレクトロニック・マテリアルズ（Ａｚ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）社製、商品名：ＡＺ−Ｐ４６２０〕を２００ｒｐｍで３０秒間塗布することにより、レジスト塗布基材を得る。前記レジスト塗布基材を１００℃で２分間加熱して前記レジスト塗布基材のフォトレジストを固化させる。その後、前記レジスト塗布基材のフォトレジストに対し、溝部に対応する開口部のパターンを露光する。目視でレジストパターンの感光部が十分に除去できるまで、露光後の基材をレジスト現像液〔東京応化工業（株）製、商品名：NMD-3〕に２５℃で浸漬させることにより、現像を行なう。現像後の基材を水で洗浄した後、乾燥させ、レジストパターンを有する基材を得る。レジストパターンを有する基材のレジストパターン形成面にクロムエッチング液〔佐々木化学薬品（株）製、商品名：クロム用エッチング液〕を接触させることにより、クロムフォトマスクにおいて、流路の溝部に対応する開口部を形成させる。開口部が形成されたクロムフォトマスクを有する基材をＣＦ４ガス雰囲気下に１５０ＷのＲＦパワーで１５分間エッチングし、溝部を有する第１の中間基板を得る。
【００８２】
つぎに、スパッタリング装置〔（株）サンバック製、商品名：ＳＶ−９８６３〕を用い、アルゴンガス−酸素混合ガス雰囲気（アルゴンガス分圧：０．０８Ｐａおよび酸素分圧：０．２Ｐａ）中、基板温度：３５０℃およびスパッタ圧：６Ｐａの条件下に、アナターゼ型二酸化チタンからなる第１層を（厚さ：５００ｎｍ）前記第１の中間基板の溝部の底面、左側壁面および右側壁面に形成させる。その後、ＣＦ４ガスを用いて第１層の表面にＣＦ４プラズマエッチング処理を施して当該表面をフッ素終端化させる。得られた第２の中間基板を、実験例１で用いられた表面処理剤と同じ表面処理剤に２５℃で２４時間浸漬させる。浸漬後の中間基板を室温で窒素ブローによって乾燥させ、撥水性を有する第２層を形成させることにより、基板を得る。なお、前記と同様の操作を行なうことにより、同様の基板を得る。
【００８３】
（２）流体デバイスの作製
２つの基板それぞれの流路の溝部が対向するように配置させ、当該２つの基板を接合し、流体デバイスを得る。なお、接合は、アミノシラン処理によって行なう。得られた流体デバイスは、四方形の流路断面形状を有する流路（幅：１ｍｍおよび高さ：０．１ｍｍ）を有しており、当該流路内のすべての面に層形成面を有している。
【００８４】
（比較例１）
実施例１において、アナターゼ型二酸化チタンからなる第１層を前記第１の中間基板の溝部の底面、左側壁面および右側壁面に形成させる代わりに、アナターゼ型二酸化チタンからなる第１層を前記第１の中間基板の溝部の底面のみに形成させることを除き、実施例１と同様に操作を行ない、流体デバイスを得る。
【００８５】
（試験例４）
実施例１および比較例１の流体デバイスを用いることを想定し、実施例１および比較例１の流体デバイスそれぞれの流路の層形成面の対水接触角と、毛細管圧力との関係を調べた。実施例１の流体デバイスの場合、流路の上面、底面、左側壁面および右側壁面のすべての対水接触角が同時に変化するものと仮定して毛細管圧力を算出した。また、比較例１の流体デバイスの場合、流路の上面、左側壁面および右側壁面それぞれの対水接触角が一定（１０１°）であり、かつ流路の底面の対水接触角のみが変化するものと仮定して毛細管圧力を算出した。
【００８６】
試験例１において、対水接触角と毛細管圧力の関係を調べた結果を図１１に示す。図中、実線は実施例１の流体デバイスの場合の結果、破線は比較例１の流体デバイスの場合の結果を示す。
【００８７】
図１１に示された結果から、実施例１の流体デバイスの場合、毛細管圧力は１２４８Ｐａから−１５５９Ｐａまでの範囲で変化することがわかる。また、比較例１の流体デバイスの場合、毛細管圧力は７８４Ｐａから−７２０Ｐａまでの範囲で変化することがわかる。
【符号の説明】
【００８８】
１  流体デバイス
１ａ  第１の基板
１ｂ  第２の基板
２  流路
１０，１１，１２  溝部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  チャンバー
１０１  基材
１０２  第１層
１０２ａ  表面改質部
１０３  第２層
２０２  フォトレジスト
２１０  エッチングマスク
【図１】
2017080820.tif 000005
【図２】
2017080820.tif 000006
【図３】
2017080820.tif 000007
【図４】
2017080820.tif 000008
【図５】
2017080820.tif 000009
【図６】
2017080820.tif 000010
【図７】
2017080820.tif 000011
【図８】
2017080820.tif 000012
【図９】
2017080820.tif 000013
【図１０】
2017080820.tif 000014
【図１１】
2017080820.tif 000015