JP2017080820A - 流体デバイスの製造方法および流体デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
(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。
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。
にしたがって求めることができる。
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。
− 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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):
にしたがって求めることができる。
(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。
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。
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。
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。
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
Claims (8)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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