CN1206263C

CN1206263C - 表面处理方法

Info

Publication number: CN1206263C
Application number: CNB021218811A
Authority: CN
Inventors: 小出纯
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: CA2383628C; US20020187279A1; AU784070B2; JP2003171488A; EP1254725A3; SG102679A1; AU3702602A; TW559575B; KR100504314B1; KR20020083512A; JP4261811B2; CN1384133A; CA2383628A1; EP1254725A2; US6645570B2

Abstract

本发明涉及一种通过用光照射相互接触的待处理材料和介体材料的方式而对待处理材料的表面进行处理的表面处理方法，介体材料自身在光照期间基本上不发生相互作用。待处理材料的表面通过提供一个化学反应场来进行处理，在该化学反应场中，通过光照，通过采用待处理材料与介体材料之间的接触界面和光照区的逻辑产物，待处理材料的取代基和介体材料的原子团中的原子同时通过激发而被诱导，由此引起并进行键合状态转变。

Description

表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种在固体材料表面上进行诸如改性、沉积或蚀刻之类处理的方法以及用该方法处理过的材料，更具体地，涉及一种使固体材料表面产生斥液性的方法以及用该方法处理过的材料。

更具体地，本发明涉及一种通过从固体材料表面离解出氢原子，同时用氟化碳C_nF_m(n＝1，2，3...，m＝2n，2n+1)基团进行取代，从而仅使包含着侧链上带有碳原子-氢原子单键基团的聚合物的固体材料表面产生斥液性的方法以及用该方法处理过的材料。

背景技术

通常，官能固体材料被设计得使其自身的物理性能可以得到有效的利用。但是，在设备应用等方面需要各种不同的物理性能，因此，任何单一的整体材料变得越来越难以良好地满足所需的性能和特点。具体地，通过利用氟树脂的由低表面能所产生的特性，如惰性、斥水性、斥油性和耐划伤性，可将氟树脂用于各种目的。例如，氟树脂被单独模塑成各种形状的部件或产品，或以薄膜的形式使用。而且还将带有一个亲水性表面的氟树脂薄膜用于覆盖各种形状的部件。此外，氟树脂还被溶解在溶剂中并以涂膜的形式使用。这样，氟树脂被广泛地用在各种应用中并因此而被认为是一种非常有用的材料。

然而，即使当这种氟树脂呈薄膜形式时，如果薄膜中存在某种尺寸的块状区，该块状区也会出现只有氟树脂才有的物理性能。例如，低硬度降低了耐切割性，因而薄膜容易用刀切割。在模塑情况下，高的玻璃化转变点降低了流动性，这使精细模塑难以进行。而且，在溶剂涂覆的情况下，材料被限制为溶解在溶剂中的氟聚合物，因此惰性、斥水性、斥油性和耐划伤性均达不到PTFE的性能。此外，高的固化温度限制了可被涂覆的基材。另外，氟树脂的固有物理性能也存在问题：大的线膨胀系数导致其在高温环境中变形，大的可充电性限制了其在电荷载体附近的使用。

因此，如果可能，则不对氟树脂材料自身进行处理，而是代之以将氟树脂的性能仅赋予其表面区域，同时充分利用由有机材料或有机-无机复合材料制成的基材所固有的大部分物理性能，就可以获得更多的功能。

作为这样的方法，日本专利申请公开6-340759公开了一种用激发光对带有C-H键的塑料材料进行改性的方法。即，该现有技术参考文献阐述了一种方法，靠这种方法，在含有一种对氢原子的键能为80.6kcal/mol或更高的第一原子和一种对第一原子的键能小于激发光光能的第二原子或原子团的化合物或混合物的气氛中，塑料材料与化合物或混合物之间的界面被直接或间接地用光子能量为80.6kcal/mol或更高的紫外光照射。用这种方法，塑料材料借助第一原子而脱氢，并被第二原子或原子团所取代。作为这种化合物或混合物，实施例11、27和31中存在氟化合物的例子。

发明内容

然而，在上述的日本专利申请公开6-340759的框架内，生产条件的变化使接触角性能因取代机理而产生了很大变化。由于该方法需要严格控制生产条件，因此难以高度稳定地形成高产率的经表面处理的样品。

也就是说，本发明人用日本专利申请公开6-340759的实施例2中的方法进行了实验。结果，在使样品与一种由2g硼酸(H₃BO₃)溶解在50cc水中所制成的水溶液紧密接触的同时用ArF激光照射样品时，硼酸水溶液在ArF照射期间吸收光，这有损于取代反应的效率。另外，在取代反应中，硼酸水溶液的稠度有时会发生改变。

因此，本发明人对一种用以有效地进行取代反应而硼酸水溶液或其类似物的稠度不发生任何改变的取代机理进行了研究，并发现了一种新的取代机理，由此衍生出一种表面处理稳定方法。具体地，本发明人发现了一种方法，该方法以一种将高斥液性赋予表层带有C-H键的塑料材料表面的方式，使物理性能不可逆过程在逻辑上得以保持。

本发明的目的是提供一种表面处理方法，该方法能够通过保持表面性能和整体性能两者而扩大应用范围，并能同时达到高斥液性和高生产率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种通过用光照射相互接触的待处理材料和介体材料的方式而对待处理材料的表面进行处理的表面处理方法，其特征在于介体材料自身在光照期间基本上不发生相互作用，待处理材料的表面通过提供一个化学反应场来进行处理，在该化学反应场中，通过光照，通过采用待处理材料与介体材料之间的接触界面和光照区的逻辑产物，待处理材料的取代基和介体材料的原子团中的原子同时通过激发而被诱导，由此引起并进行键合状态转变。

该方法的特征还在于，在化学反应场，使来自待处理材料的因激发而被诱导的取代基经受俘获转变而被来自介体材料的因激发而被诱导的原子或原子团键合所需的键能，大于以下两种键能中较大的一个，其一是待处理材料的取代基与基体原子之间的键能，其二是介体材料的原子或原子团与基体原子之间的键能。

该方法的特征还还在于，照射待处理材料和介体材料的光具有光子能量比以下两种键能中较大的一个大的波长，其一是待处理材料的取代基与基体原子之间的键能，其二是介体材料的原子或原子团与基体原子之间的键能。

而且，用以达到以上目的的本发明是一种表面上带有碳原子-氢原子单键基团的待处理材料的表面处理方法，其特征在于，在待处理材料与下述液态介体材料接触的同时，所述的液态介体材料是一种聚合物的聚集体，该聚合物的主链上带有醚键基团和氟化碳C_nF_m(n＝1，2，3...，m＝2n或2n+1)基团，用波长为221.4-351.6nm的紫外辐射线照射待处理材料与介体材料之间的接触界面，从而用介体材料中的氟化碳基团取代待处理材料表面上的碳原子-氢原子单键基团中的氢原子，并改进待处理材料的表面。

附图说明

图1是用来进行本发明的固体材料表面处理的装置的示意图；

图2是展示某一实施方案的斥水性的图；

图3是展示对比例的斥水性的图；

图4是展示该实施方案中待处理材料表面的处理机理的图；

图5是展示对比例中待处理材料表面的处理机理的图；

图6A、6B和6C是展示实施方案和对比例中待处理材料的表面条件的示意图；以及

图7是用来进行本发明的固体材料表面处理的另一装置的示意图。

具体实施方式

下面将详细阐述本发明的特点。

本发明的这种特点是通过提供一个化学反应场来进行表面处理，在该化学反应场，通过用光照射相互接触的待处理材料和介体材料，通过采用待处理材料与介体材料之间的接触界面和光照区的逻辑产物，待处理材料的取代基通过激发而被诱导，同时，介体材料的原子团中的原子通过激发而被诱导，所述的介体材料在单独使用时在光照期间基本上不发生相互作用，由此引起并进行键合状态转变。

本发明中，用单独使用时在光照期间基本上不发生相互作用的材料作为介体材料。因此，光照所获得的能量没有被用于激发介体材料的转变。

因此，取代反应没有因介体材料与待处理材料接触时的稠度而发生变化。这样，取代反应可以更有效地进行。

而且，待处理材料中的取代基因激发而被诱导以及介体材料中的原子团或原子因激发而被诱导同时发生的化学反应场，是由待处理材料与介体材料之间的接触界面提供的。这改善了键合状态转变的效率，并使有效取代成为可能。

下面将参照图4详细地阐述本发明的仅处理待处理材料表面的机理。

该实施方案涉及这样一个例子，其中，用下述的液态介体材料作为单独使用时在光照期间基本上不发生相互作用的介体材料，所述的液态介体材料是一种聚合物的聚集体，该聚合物的主链上带有醚键基团和氟化碳C_nF_m(n＝1，2，3，...，m＝2n或2n+1)基团，并用表面上带有碳原子-氢原子单键基团的材料作为待处理材料。

图4是用来解释本发明的待处理材料表面处理机理的图。参照图4，(1)代表液态介体材料区；(2)代表液态介体材料与侧链上带有C-H基团的待处理材料之间的界面区；(3)代表待处理材料区。在用紫外辐射线照射这些区时，(1)中的(a)-(c)，(2)中的(a)-(e)，以及(3)中的(a)-(c)示意性地代表相应区的光化学反应。

本发明中，用一种经过曝光和显影的含有脂环族环氧树脂作为其主要成分的负性光敏树脂作为待处理材料。另外，用全氟醚(化学名称：全氟聚氧杂环丁烷，商品名称：DEMNUM，由DAIKIN INDUSTRIES，LTD.生产)作为介体材料。

用一种由紫外线激光振荡器发射的、光波长为248.4nm的氪氟激元激光束(114kcal/mol)照射作为介体材料的用下式表示的全氟聚醚。

全氟聚醚的化学式为

F-(CF₂CF₂CF₂O)_nCF₂CF₃ (n：整数)

发射出的紫外辐射线(激元激光)透射过全氟聚醚而没有发生光吸收，并到达待处理固体材料7的表面。但是，就量子光学而论，紫外线光子的通过严格地指没有发生光子能量吸收；如果存在因吸收光子而转化成的能级，光子的吸收就会导致产生一种作用。也就是说，通过提供一种能量稳定的能级，就可以在局部发生光化学反应。

在液态介体材料中，如(1)-(a)所示，超过碳原子-氧原子单键键能的势垒的能量为76kcal/mol。当紫外线的波长约为357nm或更低时，光子能量约为76kcal/mol或更高，因而该能量超过了碳原子-作为醚基团的氧原子单键键能的势垒。因此，如(1)-(b)所示，氧原子能够以离子形式与碳原子分离。但是，单独的氧原子是不稳定的，因而单独氧原子的寿命短。因此，就在氧原子以离子形式与碳原子分离时，氧原子立刻辐射出具有与返回原始能级所需能量相同的能量的光子((1)-(c))。也就是说，当从外部观察时，这等同于诱导辐射；辐射出一种具有相同相位、相同偏振光、相同波长和相同传播方向的光子，因此观察结果表明没有发生变化。也就是说，这等同于什么也没有发生。

另一方面，在待处理材料中，如(3)-(a)所示，超过碳原子-氢原子单键键能的势垒的能量为80.6kcal/mol。当紫外线的波长为351.6nm或更低时，光子能量为80.6kcal/mol或更高，因而该能量超过了碳原子-氢原子单键键能的势垒。因此，如(3)-(b)所示，氢原子能够以离子形式与碳原子分离。但是，单独的氢原子是不稳定的，因而单独氢原子的寿命短。因此，就在氢原子以离子形式与碳原子分离时，氢原子立刻辐射出具有与返回原始能级所需能量相同的能量的光子((3)-(c))。也就是说，当从外部观察时，这等同于没有发生变化，类似于以上情况。

但是，通过提供一种能俘获以离子形式分离的氧原子的新能级(即通常所说的施主能级或受主能级)，发生了紫外线光子吸收，这就可以引发光化学反应。本发明中，这种俘获能级产生在待处理固体材料的表面上，即，产生在液态介体材料与侧链上带有C-H基团的待处理材料之间的接触界面上。这点将在下面进行解释。待处理固体材料的表面上形成了一种有机材料，而且碳原子-氢原子单键存在于有机材料聚合物的侧链上(图6A)。另一方面，氧原子-碳原子单键存在于与固体材料接触的液态介体材料中。如(2)-(a)所示，超过碳原子-氧原子单键键能的势垒的能量为76kcal/mol。而且，位于有机聚合物侧链上的碳原子-氢原子单键的势垒能量为80.6kcal/mol。当紫外线的波长为351.6nm或更低时，光子能量为80.6kcal/mol或更高。该能量超过了碳原子-氧原子单键键能的势垒，也超过了碳原子-氢原子单键键能的势垒。也就是说，该能量使氧原子和氢原子分离出来。因此，如(2)-(b)所示，氧原子和氢原子以离子形式与碳原子分离。

氧原子-氢原子单键键能约为109kcal/mol，即，它大于碳原子-作为醚基团的氧原子单键的势垒能量76kcal/mol，它也大于有机聚合物侧链上的碳原子-氢原子单键的势垒能量80.6kcal/mol。因此，当氧原子和碳原子形成单键时，能级势降至深度稳定的能级。更具体地说，对于分离出的氧原子和分离出的氢原子而言，转变-稳定能级产生在待处理固体材料表面与作为液态介体材料的全氟聚醚之间的接触界面上。

如(2)-(c)所示，氧原子和氢原子辐射出能量约为109kcal/mol的光子，产生了这些氧原子与氢原子的单键。

实际上，氢H与氧O的稳定态是纯水H₂O，因而至此所说的光化学反应靠消耗4个351.6nm或更低的紫外线光子而发生。

如果紫外线光子能量等于或大于作为氧原子-氢原子单键键能的约109kcal/mol，氧原子和氢原子自然可以以离子形式分离出来，如(2)-(d)所示。但是，单独的氧原子和氢原子是不稳定的，因而单独的氧原子寿命短。因此，就在氧原子以离子形式分离出来时，氧原子立刻辐射出具有与返回原始能级所需能量相同的能量的光子((2)-(e))。也就是说，当从外部观察时，这等同于没有发生变化。而且，严格地说，根据Heisenberg测不准原理，在非常短的时间内观察离子分离过程是不可能的；一种合适的解释是按照量子理论将该过程表示为“未知”。

同时，作为液态介体材料的全氟聚醚失去其主链上的醚基团，因而留下氟化碳基团(C₃F₆或C₃F₇)。另一方面，碳活性基团留在待处理固体材料的表面上，这就形成了一种氟化碳基团不可避免地与固体材料表面上的碳活性基团化学键合的环境。因此，固体材料表面被氟化而产生了斥水性(图6B)。

作为一种补充说明，碳原子的单键键能约为84kcal/mol。因此，当用波长约为336nm或更低的紫外线作为要发射的紫外辐射线时，碳原子在分离与键合之间不稳定地转变，氟化碳以最稳定的状态化学键合到固体材料的表面，在所述的最稳定状态中，该氟化碳被分解或化合成任何C_nF_m(n＝1，2，3...，m＝2n或2n+1)基团的形式。

作为另一种补充说明，碳原子的单键键能约为84kcal/mol。因此，当用波长约为336nm或更低的紫外线作为紫外辐射线时，碳原子按照熵升高的方向在分离与键合之间不稳定地转变，氟化碳通过以最稳定的状态形成网络而化学键合到固体材料的表面，在所述的最稳定状态中，该氟化碳被分解或再化合成任何C_nF_m(n＝1，2，3...，m＝2n或2n+1)基团的形式，而且Gibbs自由能是最小值。

(对比例)

图5是展示对比例中待处理材料表面的处理机理的图。(1)代表液态介体材料区；(2)代表液态介体材料与侧链上带有C-H基团的待处理材料之间的界面区；(3)代表待处理材料区。图5示意性地表达了当用紫外光照射这些区时发生在其中的光化学反应。

除了紫外线激光振荡器1发射出一种光波长为193nm的氩氟激元激光束(147kcal/mol)之外，该对比例与上述实施方案相同。

(1)和(3)中发生的反应与上述实施方案中的相同。

(2)中发生的反应中，氧原子用以俘获以离子形式分离的氢原子的能级，即，发生紫外线光子吸收而引发光化学反应的能级，是由待处理固体材料的表面提供的，就象上述实施方案中的一样。

但是，该对比例中使用紫外线波长为221.4nm或更低的光，即，使用光子能量约为128kcal/mol或更高的光，致使光化学反应不稳定。由于光波长为193nm的氩氟激元激光束的光子能量为147kcal/mol，该激光束的光子能量大于以上所述的128kcal/mol。

也就是说，该能量大于作为碳原子-氟原子单键键能的约128kcal/mol。另外，作为碳原子-氟原子单键键能的约136kcal/mol大于作为氧原子-氢原子单键键能的约109kcal/mol，因此前一能量降低为一种深度势能级，并变得更加稳定。因此，一个氟原子俘获了一个氢原子，如图5之(2)所示。由于这种原因，失去转变态的醚基团被俘获并化学键合到固体材料表面上，从而按照增加亲水性的方向改变其性能。

该性能不饱和但根据照射脉冲的数量而显示出峰值，估计可能是因为该性能的出现过程因碳-氟单键分离能量的势垒高于醚基团的碳-氧单键分离能量的势垒而被推迟。

当这样与对比例对比时，上述实施方案的要点如下。为了可靠地对待处理固体材料的表面赋予斥水性，必须发出其波长所产生的光子能量比作为待处理材料取代基的氢原子与碳原子分离所需的能量80.6kcal/mol大，并且比作为介体材料的原子或原子团的氧原子与碳原子分离所需的能量76kcal/mol大的光(光子能量约为80.6kcal/mol或更高的光)。这就能可靠地以待处理材料分离出氢原子，并由介体材料分离出氧原子，并发出光子能量低于碳原子-氟原子分离能量的光(光子能量约为128kcal/mol或更低的光)，从而防止氟原子俘获氢原子。

也就是说，该实施方案的要点是通过将有待发射的紫外光的波长设定在221.4-351.6nm范围内，以防止发生对比例的过程。

在该实施方案中，用下述液体材料作为介体材料，所述液体材料是一种聚合物的聚集体，该聚合物的主链上带有醚基团和氟化碳C_nF_m(n＝1，2，3...，m＝2n或2n+1)基团，并用表面上带有碳原子-氢原子单键的材料作为待处理材料。但是，也可以用含有一种侧链上带有碳原子-氢原子单键的聚合物的有机材料的聚集体作为待处理材料，或用无机材料与含有一种侧链上带有碳原子-氢原子单键的聚合物的有机材料的混合物作为待处理材料。

其中当待处理材料包含以碳原子单键为主链的聚合物作为其主要成分时，用于紫外线照射的紫外线剂量在紫外线波长为221.4nm的处理中不低于16mJ/cm²，在紫外线波长为351.6nm的处理中不低于10mJ/cm²。

其中利用光掩膜用紫外辐射线从介体材料一侧经光掩模对待处理材料的表面进行照射，该光掩模是通过在一种紫外线波长可穿透的基材上将金属膜制作成预定的图形而形成的，其中光掩模的基材是选自合成石英、水晶、氟化钙、氟化镁、蓝宝石和金刚石的材料。

介体材料的一个优选例子是由-C_nF_2n-O-构成的聚合物。

而且，可以采用诸如KrF、XeCl、XeF、XeBr或XeI的激元光源作为发射这种紫外辐射线的紫外光源。

在该实施方案中，在待处理材料与液态介体材料接触的同时发射光。但是，如果介体材料的分子量低，如图7所示，也可以通过在待处理材料与室11中呈气态的介体材料接触的同时穿过窗12发射光来进行表面处理。

(实施例1)

图1是用本发明的氟化方法对固体材料表面赋予斥液性的装置的示意图。

它表示的是对待处理固体材料7的一个表面赋予斥液性。通过垫片6使固体材料7与窗3表面的间距约为20-100μm。用一个重100g的压件8压住固体材料7以防止其移动。

使用图1所示的这种装置，用一种经曝光、显影的包含脂环族环氧树脂作为其主要成分的负性光敏材料(其主要成分阐述在表1中)作为固体材料7，并用全氟聚醚(商品名称为DEMNUM，由DAIKIN INDUSTRIES，LTD.生产)作为有待由液态介体材料供给装置4供入到固体材料7和窗3之间的液态介体材料5。另外，用光波长为248.4nm的氪氟激元激光束作为要发射的紫外辐射线，该紫外辐射线是由光发射装置1发出、并被反射片2反射到固体材料7与液态介体材料5之间的界面处的光10。图2展示了这种情况下的斥水性。

表1

项目	产品名称	重量份
项目	产品名称	重量份	脂环族环氧树脂	EHPE(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES，LDT.)	100
附加的树脂	1，4-HFAB(Central Glass Co.，Ltd.)	20	脂环族环氧树脂	EHPE(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES，LDT.)	100
附加的树脂	1，4-HFAB(Central Glass Co.，Ltd.)	20	硅烷偶联剂	A-187(Nihon Uniker K.K.)	5
阳离子光聚合催化剂	SP170(ASAHI DENKA KOGYO K.K.)	2	硅烷偶联剂	A-187(Nihon Uniker K.K.)	5

该实施方案中，用Lambdaphysics生产的NOVALine KrF激光设备作为激光设备。

正如可从图2看到的，当激光照射流量为20-12mJ/cm²/脉冲时，纯水的接触角随照射曝光量而增加到较大的斥水性。该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。尽管没有绘制在图2的图表中，但当流量为40mJ/cm²/脉冲时，通过约8000激光照射脉冲获得了约为120°的纯水接触角；当流量为20mJ/cm/脉冲时，通过约50,000激光照射脉冲获得了约为120°的纯水接触角。

(实施例2)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用聚苯乙烯作为待处理材料7，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(实施例3)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用聚酰亚胺作为待处理材料7，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(实施例4)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用聚砜作为待处理材料7，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(实施例5)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用一种经曝光、显影的以含有硅填料的脂环族环氧树脂作为其主要成分的负性光敏树脂(其主要成分阐述在表1中)作为待处理材料7，它是无机材料与含有一种侧链上带有碳原子-氢原子单键的聚合物的有机材料的混合物，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(实施例6)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用含有玻璃填料的聚苯乙烯作为待处理材料7，它是无机材料与含有一种侧链上带有碳原子-氢原子单键的聚合物的有机材料的混合物，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(实施例7)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用含有玻璃填料的聚酰亚胺作为待处理材料7，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(实施例8)

类似于实施例1，在与实施例1中相同的条件下，用含有玻璃填料的聚砜作为待处理材料7，用图1中阐明的装置进行表面处理。结果，纯水的接触角增加到较大的斥水性，该纯水接触角在约120°时饱和，并且即使在曝光量增加后也不再升高或降低。

(对比例)

象实施例1中那样采用图1所示的装置，用一种经曝光和显影的以脂环族环氧树脂作为其主要成分的负性光敏材料(其主要成分阐述在表1中)作为待处理材料7，并用全氟聚醚(商品名称为DEMNUM，由DAIKIN INDUSTRIES，LTD.生产)作为液态介体材料5，用光波长为193nm的氩氟激元激光束(光子能量＝约147kcal/mol)作为要发射的紫外辐射线。图3展示了这种情况下的斥水性。

正如可从图3看到的，当激光照射流量为20-120mJ/cm²/脉冲时，纯水的接触角曾经随着照射曝光量而增加到较大的斥水性并达到约120°。但是，当曝光量继续增加时，接触角降低。尽管没有绘制在图3的图表中，但当流量为20mJ/cm²/脉冲时，在激光照射脉冲数量约为10,000时达到了纯水接触角的峰值约120°，在激光照射脉冲数量约为20,000时接触角降低。

在上述的每一个实施例和对比例中，连续形成500个样品并测量其接触角。结果，接触角为120°或更高的样品在每个实施例中占98％，在对比例中占75％。

其原因估计可能是连续处理引起了激元激光振荡器的气体变质，致使紫外线辐射剂量下降。但是，每个本发明实施例均具有一个能进行性能稳定的、与辐射剂量变化无关的表面处理的区域。

用ESCA分析这种情况下的表面状况。结果，在每个本发明实施例中，表面如图6B所示，而在对比例中，某些表面如图6C所示。从这些表面状况显然可以看出，对比例的表面上具有无氟原子的部分，与本发明的实施例相比，斥水性仅在这部分被破坏。应注意，图6A是展示取代之前待处理材料表面状况的示意图。

还应注意，当将用诸如铬膜的金属膜制作的、或用介电质干涉反射膜制作的光掩模被用作窗3时，仅有待处理固体材料7表面上的预定部分可被赋予斥液性。

正如以上所说明的，本发明人对取代机理进行了研究并发现了一种新的取代机理，由此衍生出一种表面处理稳定方法，它能有效地进行取代，具有以上构型，不会因与待处理材料接触的介体材料的稠度而使表面处理发生任何变化。尤其是，本发明人发现了一种方法，该方法通过给表层带有C-H键的塑料材料表面添加高斥液性的方式，从逻辑上保持了物理性能不可逆反应过程。另外，通过保持表面性能和整体性能两者，使应用范围得到扩展。

Claims

1.一种通过用光照射相互接触的待处理材料和介体材料的方式而对待处理材料的表面进行处理的表面处理方法，

其中介体材料自身在光照期间基本上不发生相互作用，待处理材料的表面通过提供一个化学反应场来进行处理，在该化学反应场中，通过光照，通过采用待处理材料与介体材料之间的接触界面和光照区的逻辑产物，待处理材料的取代基和介体材料的原子团中的原子同时通过激发而被诱导，由此引起并进行键合状态转变，其中在待处理材料与所述介体材料接触的同时，用波长为221.4-351.6nm的紫外辐射线照射待处理材料与介体材料之间的接触界面，从而用介体材料中的氟化碳基团取代待处理材料表面上的碳原子-氢原子单键基团中的氢原子，并改进等处理材料的表面，其中所述介体材料是一种液态聚合物聚集体，该聚合物的主链上带有醚键基团和氟化碳C_nF_m基团，其中n＝1，2，3...，m＝2n或2n+1。

2.权利要求1的方法，其中来自待处理材料的因激发而被诱导的取代基在化学反应场中经受俘获转变而被来自介体材料的因激发而被诱导的原子或原子团键合所需的键能大于以下两种键能中较大的一个，其一是待处理材料的取代基与基体原子之间的键能，其二是介体材料的原子或原子团与基体原子之间的键能。

3.权利要求1的方法，其中照射待处理材料和介体材料的光具有光子能量比以下两种键能中较大的一个大的波长，其一是待处理材料的取代基与基体原于之间的键能，其二是介体材料的原子或原子团与基体原子之间的键能。

4.权利要求1的方法，其中待处理材料是含有一种侧链上带有碳原子-氢原子单键基团的聚合物的有机材料的聚集体。

5.权利要求1的方法，其中待处理材料是无机材料与含有一种侧链上带有碳原子-氢原子单键的聚合物的有机材料的混合物。

6.权利要求1的方法，其中介体材料是由C_nF_2n-O-构成的聚合物。

7.权利要求1的方法，其中介体材料是用下式表示的全氟聚醚：F-(CF₂CF₂CF₂O)_nCF₂CF₃，其中n为整数。

8.权利要求1的方法，其中用于紫外线照射的紫外光源是选自KrF、XeCl、XeF、XeBr和XeI的激元光源。

9.权利要求1的方法，其中当待处理材料包含以碳原子单键为主链的聚合物作为其主要成分时，用于紫外线照射的紫外线剂量在紫外线波长为221.4nm的处理中不低于16mJ/cm²，在紫外线波长为351.6nm的处理中不低于10mJ/cm²。

10.权利要求1的方法，其中用紫外辐射线从介体材料一侧经光掩模对待处理材料的表面进行照射，该光掩模是通过在一种紫外线波长可穿透的基材上将金属膜制作成预定的图形而形成的。

11.权利要求10的方法，其中光掩模的基材是选自合成石英、水晶、氟化钙、氟化镁、蓝宝石和金刚石的材料。