KR102391938B1

KR102391938B1 - 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법

Info

Publication number: KR102391938B1
Application number: KR1020197028134A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 데라이; 리사 후나하시; 도모야스 니시미야
Original assignee: 사무코 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2022-04-28
Also published as: JP6945875B2; WO2018159257A1; CN110430996A; EP3590688A1; TWI753120B; US11633924B2; JPWO2018159257A1; CN110430996B; EP3590688A4; US20190381744A1; KR20190117741A; TW201842102A; EP3590688B1

Abstract

본 발명에 따른 시클로올레핀 폴리머(COP)의 접합 방법은, COP인 제1 재료(81)와, 예를 들면 COP, 혹은, 유리인 제2 재료(82)를 접합하는 방법으로서, 적어도 제1 재료(81)의 접합면을 H₂O 플라스마에 노출하는 스텝과, 제1 재료(81)의 접합면과 제2 재료의 접합면을 맞추는 스텝을 포함한다. 이 방법에 의하면, 시클로올레핀 폴리머(COP)를, 큰 압력이나 온도를 부가하지 않고, 또, 광학 특성을 변화시키지 않고, 상대 재료에 접합할 수 있다.

Description

시클로올레핀 폴리머의 접합 방법

본 발명은, 시클로올레핀 폴리머(COP)를 상대 재료에 접합하는 방법에 관한 것이다.

포화 탄화 수소계의 비정질 플라스틱인 시클로올레핀 폴리머(COP)는, 가시광 영역에 대해서 투명하고 복굴절이 작다고 하는 뛰어난 광학 특성을 가지는 데다가, 물에 의한 팽창이 적은 것으로부터, 광학 렌즈에 많이 이용된다. 또, 백그라운드의 형광 강도가 유리에 필적할 만큼 낮은 것으로부터, 형광 검출계의 마이크로 유로 디바이스(마이크로 유로 칩)로의 이용이 생각되고 있다. 추가로는, 재료 내에서의 전기 에너지의 손실의 정도를 나타내는 유전 손실률이 작고, 고주파 특성이 뛰어난 점에 주목하여, 전자재료로서의 응용도 기대되고 있다.

그러나, COP는 소수성 수지이며, 젖음성이나 접착성이 낮은 것으로부터, 마이크로 유로 칩 등의 광학 디바이스를 제조할 때에는 곤란성을 수반한다. 여기서, 엑시머 UV 광의 조사에 의해 COP의 표면을 개질하고, 접착제를 사용하지 않고 COP끼리를 접합하는 것이 보고되고 있다(비특허문헌 1). 또, 산소 플라스마 처리에 의해 COP의 표면을 개질하고, 접착제를 사용하지 않고 COP와 실리콘(혹은 유리)을 접합하는 기술도 제안되고 있다(특허문헌 1).

특허문헌 1: 특개2011-104886호공보

비특허문헌 1: 「광 표면 활성화에 의한 시클로올레핀 폴리머의 접합: 접합 강도 평가와 마이크로 유로에 대한 응용」, 타니구치 요시히사 외, 표면기술 Vol.65 (2014) No.5 p.234-239

상기와 같이 COP의 표면을 엑시머 UV 광의 조사나 산소 플라스마 처리에 의해 개질하는 방법에서는, 개질된 표면을 맞추는 것만으로는 충분한 접합 강도를 얻을 수 없기 때문에, 더욱 가압이나 가열을 할 필요가 있었다. 예를 들면, 엑시머 UV 광의 조사에 의해서 표면을 개질하는 방법의 경우, 3N/cm² 이상의 접합 강도를 얻기 위해서는 3.6 MPa 이상의 가압 및 70℃ 이상의 가열을 필요로 한다고 되어있다(비특허문헌 1). 그러나, 마이크로 유로 칩을 제조하는 경우에는, 이러한 가압이나 가열에 의해서 유로의 패턴이 변형하거나 친수화된 표면이 소수성이 되어 버린다고 하는 문제가 생긴다. 또, 이 방법으로 충분한 접합 강도를 얻기 위해서는, 엑시머 UV 광의 조사 시간을 3분 이상으로 하는 것이 바람직하다고 되어있다(비특허문헌 1). 그러나, 엑시머 UV 광의 조사 시간이 길어짐에 따라 COP의 형광 강도가 높아지기 위해, 형광 검출계의 마이크로 유로 칩의 제조에 있어서 3분 이상의 엑시머 UV 광의 조사는 바람직하지 않다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, COP를, 큰 압력이나 온도를 부가하지 않고, 또, 광학 특성을 변화시키지 않고, 상대 재료에 접합하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명은,

시클로올레핀 폴리머(COP)인 제1 재료와, 제2 재료를 접합하는 방법 로서,

적어도 상기 제1 재료의 접합면을 H₂O 플라스마에 노출하는 스텝과,

상기 제1 재료의 접합면과 상기 제2 재료의 접합면을 맞추는 스텝

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 방법에 있어서, COP와 접합되는 상대 재료(제2 재료)는, COP이어도 되고 COP 이외의 재료이어도 되고, 구체적으로는 예를 들면, COP, 유리, 등이 제2 재료로서 상정된다.

또, 상기의 방법에 있어서, 두 재료의 각각의 접합면은, 그 표면조도가 Ra 10nm 이하인 것이 바람직하다.

또, 적어도 제1 재료의 접합면이 노출되는 H₂O 플라스마의 파워(즉, H₂O 플라스마를 발생시키는 고주파 전력의 파워)가, 10~400 W인 것이 바람직하다. 이러한 H₂O 플라스마이면, 이것에 노출되는 것에 의해서 COP의 광학 특성이 변화하는 것이 없다.

또, 이때의 플라스마의 압력은, 1~200 Pa정도로 하는 것이 바람직하다.

또, 접합면을 플라스마에 노출하는 시간은, 2~600초인 것이 바람직하다.

덧붙여, 여기에서의 「H₂O 플라스마」란, H₂O의 분압이 20% 이상의 플라스마가 좋고, 플라스마 가스 중에 H₂O 이외에 산소(O₂), 질소(N₂), 암모니아(NH₃), 수소(H₂), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 등의 그 외의 가스가 소량 포함되어 있어도 된다.

적어도 제1 재료의 접합면을 H₂O 플라스마에 노출한 후, 제1 재료와 제2 재료의 두 접합면을 맞추는 것으로써, 두 재료는 접합된다. 그 때, 접합면에 압력을 부여할 필요는 거의 없고, 0.2 g정도의 재료의 경우, 그 자중(自重)으로 충분히 강고한 접합이 이루어진다.

상기 본 발명에 따른 접합 방법으로 COP끼리를 접합했을 경우(즉, 제2 재료가 COP인 경우), 단순하게 접합이 기계적으로 강고할 뿐만이 아니라, 그 접합면에 있어서 양측의 재료가 광학적으로도 일체화하고, 접합면이 광학적으로 나타나지 않게 된다. 즉, 접합면에 있어서 광의 굴절이나 반사가 생기지 않고, 광은 접합면을 그대로 직진한다.

또, 상기 본 발명에 따른 접합 방법의 하나의 적용예로서, 상기 마이크로 유로 칩을 들 수 있다. 이 경우, COP제의 하측 기판의 상면과 유로가 형성된 COP제의 중간 기판의 하면, 및, 상기 중간 기판의 상면과 COP제의 상측 기판의 하면을, 상기의 접합 방법으로 접합하는 것으로써, 강고하게 일체화된 COP제 마이크로 유로 칩을 제조할 수 있다.

이 마이크로 유로 칩은, 상기와 같이 접합면, 즉, 유로 이외의 부분에 있어서 광의 굴절이나 반사가 생기지 않기 때문에, 유로에서의 측정 대상 유체의 측정의 정밀도가 오른다.

본 발명에 따른 COP의 접합 방법에서는, COP를, 접합면에 압력을 거의 부여하지 않고, 또, 온도를 올리지 않고, 또, COP의 광학 특성을 변화시키는 것도 없고, 상대 재료에 충분히 강고하게 접합할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 방법으로 COP끼리를 접합했을 경우, 단순하게 접합이 기계적으로 강고할 뿐만이 아니라, 그 접합면에 있어서 양측의 재료가 광학적으로도 일체화한다. 이 때문에, 2개 이상의 부품을 접합해 광학 디바이스로 하는 경우에 적절한 접합 방법이 된다. 또, COP의 고주파 특성에 주목하여, 그것을 전자 부품의 재료로서 이용했을 경우도, 부품을 접합한 면에 있어서 고주파가 반사나 굴절을 일으키는 것이 없기 때문에, 저손실의 전자 부품을 얻을 수 있게 된다.

[도 1] 플라스마 처리 장치의 개략 구성도.
[도 2] 접합 방법의 흐름을 나타낸 도.
[도 3] H₂O 플라스마로 처리되는 전후의 COP 재료의 표면조도의 측정 결과.
[도 4a] 처리 전의 COP 재료의 표면의 분석 결과.
[도 4b] H₂O 플라스마로 처리된 후의 COP 재료의 표면의 분석 결과.
[도 4c] O₂ 플라스마로 처리된 후의 COP 재료의 표면의 분석 결과.
[도 5] H₂O 플라스마 및 O₂ 플라스마의 각각으로 처리된 COP 재료의 표면의 분석 결과를 정리한 표.
[도 6a] 평가 실험에 사용한 샘플의 설명도.
[도 6b] 접합 강도의 측정 방법의 설명도.
[도 7] 실험 1, 2에서의 H₂O 플라스마의 생성 조건 및 접합 평가 결과를 정리한 표.
[도 8] 실험 3의 각 H₂O 플라스마로 처리된 제1 샘플과 제2 샘플의 접합 강도를 정리한 표.
[도 9] 실험 3의 비교 실험의 각 O₂ 플라스마로 처리된 제1 샘플과 제2 샘플의 접합 강도를 정리한 표.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

<1. 장치 구성>

실시 형태와 관련되는 접합 방법에 있어서 이용되는 플라스마 처리 장치에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1에는, 플라스마 처리 장치(100)의 개략 구성이 나타내고 있다. 이 도면으로부터 분명한 것처럼, 플라스마 처리 장치(100)는, 평행 평판형(용량 결합형) 플라스마 처리 장치이다.

플라스마 처리 장치(100)는, 처리해야 할 대상물(81, 82)이 배치되는 처리 공간(V)을 내부에 형성하는 플라스마 처리실(1)과, 처리 공간(V)에 물(구체적으로는, 기체상의 물인 수증기)을 도입하는 물 도입부(2)와, 처리 공간(V)를 배기하는 배기부(3)과, 처리 공간(V)에 대향 배치된 한쌍의 전극(4, 5)과 이들 각 부를 제어하는 제어부(6)를 주로 구비한다.

플라스마 처리실(1)에는, 처리 공간(V) 내에 가스를 도입하는 가스 도입구(11)와 처리 공간(V) 내를 배기하기 위한 배기구(12)가 설치되어 있다. 가스 도입구(11)에는, 후술하는 배관(22)이 접속되어 있다. 또, 배기구(12)에는, 후술하는 배관(32)가 접속되어 있다.

물 도입부(2)는, 일단이 가스 도입구(11)로 접속되고 타단이 물 공급원(21)으로 접속된, 배관(22)를 구비한다. 배관(22)의 도중에는, 밸브(23)와 배관(22)을 흐르는 가스의 유량을 자동 조절하는 매스플로우 컨트롤러(24)와, 도입되는 유체를 기화하는(여기에서는, 물을 기화하여 수증기로 한다) 베이퍼라이저(기화 장치)(25)가 설치되어 있다. 이들 각 부(23, 24, 25)는 제어부(6)와 전기적으로 접속되어 있어, 제어부(6)에 의해서 처리 공간(V)으로의 수증기의 도입 및 정지가 제어된다.

배기부(3)은, 일단이 배기구(12)로 접속되고 타단이 배기 라인에 접속된, 배관(32)을 구비한다. 배관(32)의 도중에는, 밸브(33)와 진공 펌프(34)가 설치되어 있다. 이들 각 부(33, 34)는 제어부(6)와 전기적으로 접속되고 있어 제어부(6)에 의해서 처리 공간(V) 내로부터의 가스의 배기가 제어된다.

플라스마 처리실(1) 내에 대향 배치된 한쌍의 전극(4, 5) 가운데, 한쪽의 전극(4)에는, RF전원(41) 및 콘덴서(42)를 통해서 전력이 공급된다(이하, 이 전극(4)을 「파워 전극(4)」이라고 부른다). 또, 타방의 전극(5)은, 접지된다(이하, 이 전극(5)을 「접지 전극(5)」이라고 부른다). 이 구성에 있어서, 파워 전극(4)에 RF전력이 공급되는 것에 의해서, 처리 공간(V) 내에 도입되고 있는 가스가 플라스마화 된다. 덧붙여, 이 플라스마 처리 장치(100)에서는, 처리해야 할 대상물(81, 82)을, 파워 전극(4) 상에 재치(載置)하는 RIE(Reactive Ion Etching) 모드, 접지 전극(5) 상에 재치하는 PE(Plasma Etching) 모드의 두 개의 모드로부터 선택해 플라스마 처리를 실시할 수 있지만, 본 발명을 실시할 때에는, 어느 쪽의 모드를 이용해도 된다. 도의 예에서는, 예를 들면 PE모드로 플라스마 처리하는 경우가 예시되고 있다.

제어부(6)는, 상기의 각 요소를 제어하고, 일련의 처리를 실행시킨다. 제어부(6)는, 퍼스널 컴퓨터를 하드웨어 자원으로 하고, 상기 퍼스널 컴퓨터에 인스톨된 전용의 제어·처리 소프트웨어를 실행하는 것으로써, 상기 제어에 필요한 각종의 기능 블록이 구현화되는 구성으로 할 수 있다.

<2. 처리의 흐름>

실시 형태와 관련되는 접합 방법으로 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 상기 접합 방법의 흐름을 나타낸 도이다.

스텝 S1: 우선, 접합해야 할 2개의 재료(제1 재료(81) 및 제2 재료(82))를 준비한다. 여기에서는, 제1 재료(81) 및 제2 재료(82)는 모두, 시클로올레핀 폴리머(COP)에 의해 형성된 박판이며, 예를 들면, 마이크로 유로 칩의 하측 기판, 및, 중간 기판(즉, 유로 패턴이 형성된 기판)을 각각 구성하는 부재이다. 이 경우, 하측 기판의 상면, 및, 중간 기판의 하면에 해당하는 각 면이, 각 재료(81, 82)의 접합면이 된다. 다만, 각 재료(81, 82)의 접합면의 표면조도는, 또 Ra 10nm 이하로 되어있다.

스텝 S2: 다음에, 제1 재료(81)의 접합면, 및, 제2 재료(82)의 접합면을, H₂O 플라스마로 처리한다.

스텝 S2의 처리는, 예를 들면, 상술한 플라스마 처리 장치(100)를 이용해 행해진다. 이 경우, 우선, 도시하지 않는 반입구를 통해서 제1 재료(81) 및 제2 재료(82)를 플라스마 처리실(1)로 반입하고, 각 재료(81, 82)를 그 접합면이 위로 향하는 듯한 자세로 접지 전극(5) 상(혹은, 파워 전극(4) 상으로도 좋다)에 재치하고, 정전 지퍼 등으로 고정한다.

이어서, 처리 공간(V)에 H₂O 플라스마를 형성한다. 구체적으로는, 반입구를 폐쇄해 플라스마 처리실(1)을 밀폐한 후, 처리 공간(V)로의 수증기의 도입을 실시하고, 이것과 동시에, 처리 공간(V)의 배기를 실시해서, 처리 공간(V)을 1~200 Pa의 범위 내의 소정의 압력으로 유지한다. 이어서, 파워 전극(4)에 10~400 W의 고주파 전력을 인가한다. 다만, 여기에서는 파워 전극(4)의 면적은 2975cm²로 한다. 그러면, 처리 공간(V) 내에 도입되고 있는 수증기가 플라스마화되어 H₂O 플라스마가 형성되고, 상기 H₂O 플라스마에 노출되어 있는 각 재료(81, 82)의 접합면의 플라스마 처리가 진행한다.

H₂O 플라스마에 의한 처리가 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 밸브(23)를 폐쇄해 수증기의 공급을 정지하는 것과 동시에 고주파 전력의 공급을 정지하고, 처리를 종료한다. 다만, 이 소정 시간(즉, 각 재료(81, 82)의 접합면을 H₂O 플라스마에 노출하는 시간)은, 2~600초의 범위 내의 소정의 시간으로 한다.

이어서, 처리 공간(V)가 대기압으로 돌아가고, 각 재료(81, 82)가 플라스마 처리실(1)로부터 반출된다. 다만, 이 타이밍에 각 재료(81, 82)를 플라스마 처리실(1)로부터 반출하지 않고, 플라스마 처리실(1) 내에서 다음의 스텝 S3를 계속해 가도 된다.

스텝 S3: 이어서, 제1 재료(81)의 접합면과 제2 재료(82)의 접합면을 맞춘다. 그러면, 상기 접합면은, 가열이나 외부로부터의 가압을 하지 않아도, 상온에서 자중(自重)만에 의해 접합된다. 이 스텝 S3는, H₂O 플라스마에 의한 처리가 종료하고 나서 30분 이내에 완료시키는 것이 바람직하다. 다만, 상기 처리 후의 제1 재료(81) 및 제2 재료(82)를, 감압 분위기 하, 혹은, 질소 분위기 하에서 보관해 두면, 상기 처리가 종료하고 나서 2시간 이상 경과해도, 마찬가지로 접합된다.

이상의 처리에 의해서, 제1 재료(81)와 제2 재료(82)가 접합된다. 즉, 마이크로 유로 칩에서의, 하측 기판과 중간 기판이 접합된다. 이 중간 기판(하측 기판이 접합된 중간 기판)과 상측 기판을 준비하고(스텝 S1), 상기 중간 기판의 상면과 상측 기판의 하면을 각각 접합면으로서 상기의 스텝 S2~스텝 S3의 처리를 실시하는 것으로, 3개의 기판이 적층된 마이크로 유로 칩을 얻을 수 있다.

발명자들은, COP로 형성된 재료의 접합면을 H₂O 플라스마로 처리하는 것에 의해서, 다음의 3개의 반응이 생긴다고 고찰했다.

제1에, H₂O 플라스마에 노출해지는 것에 의해서, 접합면에 존재하고 있는 고분자의 일부가 산화되어 이탈한다(즉, 표면이 에칭된다). 또, 접합면에 존재하고 있는 고분자의 주쇄가 절단되어 저분자량화한다. 또, 접합면의 끝의 버가 제거된다. 이것들에 의해, 접합면이 평활화되고(즉, 표면조도가 작아지고), 접합하기 쉬운 상태가 형성된다고 생각할 수 있다. 다만, 이러한 반응이 과도하게 진행되면 반대로 표면조도가 커질 가능성이 있지만, H₂O 플라스마의 파워(즉, 파워 전극(4)에 인가되는 전력)를 작게(구체적으로는 400 W이하) 함으로써, 혹은, 처리 시간을 짧게(구체적으로는 600초 이하) 함으로써, 표면조도가 커지기까지는 이르지 않게 할 수 있는 것이라고 생각할 수 있다.

이 점을 검증할 수 있도록, 발명자들은, COP로 형성된 재료를 샘플로 해, 이것을, 파워 전극(4)에 인가하는 전력 및 처리 시간이 다른 각 처리 조건 1, 2로 H₂O 플라스마 처리했을 경우에, 샘플의 표면조도 Ra가 처리 전후로 어떻게 변화하는지를 측정하는 실험을 실시했다. 다만, 처리 조건 1은, 파워 전극(4)에 인가하는 전력을 100 W, 처리 시간을 20초로 하고, 처리 조건 2는, 파워 전극(4)에 인가하는 전력을 600 W, 처리 시간을 200초로 했다. 또, 표면조도 Ra의 측정은 Bruker 사제 Dektak 3ST Profilometer에 의해 실시했다(Scan length: 500μm, force: 20 mg).

도 3에는 상기 실험의 결과가 정리되어 있다. 여기에 나타나듯이, 파워가 100 W로 비교적 작고, 또한, 처리 시간이 20초로 비교적 짧은 처리 조건 1에 있어서는, 표면조도가 처리 전에 비해 크게 변화하고 있지 않는(즉, 표면이 거칠어지지 않았다) 것에 대하여, 파워가 600 W로 비교적 크고, 또한 처리 시간이 200초로 비교적 긴 처리 조건 2에 있어서는, 표면조도가 처리 전에 비해 커지고 있는(즉, 표면이 거칠어진) 것을 알 수 있다.

제2에, COP는, 환상 구조(지환 구조)를 가지는 포화 탄화수소계 폴리머인 바, 이 환상 구조가 파괴되어 버리면 접합면이 거칠어져 접합이 곤란하게 된다. 또, 환상 구조가 파괴되면, 투명도의 저하라고 하는 광학 특성의 변화도 생길 수 있다. 그러나, H₂O 플라스마의 파워를 작게(구체적으로는 400 W이하) 하면, 환상 구조가 파괴되지 않고 유지된다고 생각할 수 있다.

제3에, H₂O 플라스마에 포함되는 히드록실라디칼, 원자상 수소, 및, 원자상 산소가, 접합면의 계면에 존재하고 있는 고분자의 관능기(OH기, COOH기, C=O기 등)를 수식(修飾)하고, 이것에 의해 접합면이 친수화된다고 생각할 수 있다.

이 점을 검증할 수 있도록, 발명자들은, H₂O 플라스마로 처리된 COP 재료의 표면 상태를 관찰하는 실험을 실시했다. 구체적으로는, 샘플로서 COP를 준비하고, 사무코 사제 플라스마 처리 장치(제품명: AQ-2000)를 이용해 상기 샘플의 표면에 대해서 H₂O 플라스마 처리를 가했다. 다만, 플라스마 처리 조건은, H₂O가스 유량을 20 sccm, 고주파 전력 파워를 100 W(파워 전극의 면적: 2975cm²), 처리 시간 20초로 했다. 그리고, H₂O 플라스마 처리 전후의 각 샘플의 표면을, 알박 사제 주사형 X선 광전자 분광분석 장치(제품명: PHI5000 Versa Probe II)에 의해 분석했다. 얻어진 결과가, 도 4A, 4B에 각각 나타나고 있다.

또, 비교 실험으로서 플라스마를 형성하는 가스를 수증기로부터 산소로 변경하고, 상기와 같은 샘플을 H₂O 플라스마로는 아니고 산소 플라스마로 처리했다. 가스의 종류 이외의 실험 조건은 공통으로 했다. 그리고, 상기와 마찬가지의 방법으로, O₂ 플라스마 처리 후의 샘플의 표면을 분석했다. 얻어진 결과가, 도 4C에 나타나고 있다.

또, 도 4A~도 4C의 각 분석 결과에 대해 얻어진 각 관능기의 피크 높이의 비율(%)이, 도 5의 표에 정리하고 있다.

여기에 나타나듯이, 플라스마 처리 전의 샘플(COP) 표면에서는, 지환 구조에 포함된 -C-C-만이 검출된 것에 대하여, H₂O 플라스마 처리 후의 COP 표면에서는, 카르복시기나 카르보닐기 등의 관능기가 검출되어, 이들 관능기에 의해 COP의 접합면이 친수화되어 있다고 생각할 수 있다. 한편, O₂ 플라스마 처리 후의 COP 표면에도 이것들과 마찬가지의 관능기가 검출되고 있지만, H₂O 플라스마 처리에 비해 카르보닐기나 카르복실기의 비율이 적기 때문에, 친수화의 정도가 낮다고 생각할 수 있다.

이상의 3개의 반응에 의해, COP의 광학 특성을 변화시키지 않고, 접합면이 접합하기 쉬운 상태에 개질되기 때문에, 가압·가열을 하지 않고도, 접합면끼리를 맞추는 것만으로, 접합이 이루어지는 것이라고 생각할 수 있다.

<3. 변형예>

상기에 있어서는, 제1 재료(81) 및 제2 재료(82)의 양방을 H₂O 플라스마로 처리하는 것으로 했지만, 일방의 재료만을 H₂O 플라스마로 처리해도 된다. 이 경우도, 플라스마 처리의 처리 조건은, 상기와 마찬가지의 것으로 할 수 있다.

　상기에 있어서는, 제1 재료(81) 및 제2 재료(82)의 양방이 COP에 의해 형성되는 것으로 했지만, 일방의 재료가 COP 이외의 재료에 의해 형성되어도 된다. 구체적으로는 예를 들면, 제2 재료는, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리실록산, 페놀 수지, 폴리술파이드, 폴리아세탈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리이소프렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리벤조이미다졸, 폴리벤조옥사졸, 폴리벤조티아졸, 폴리옥사디아졸, 폴리트리아졸, 폴리퀴녹살린, 폴리이미다조피롤론, 에폭시 수지, 및 방향족 성분 및 비닐이나 시클로부탄기로부터 선택되는 성분을 포함하는 공중합체와 같은 유기물이어도 되고, 혹은, 유리, 사파이어, 산화 아연, 산화 인듐 주석(ITO)과 같은 무기물 이어도 된다.

제2 재료가 COP 이외의 재료에 의해 형성되는 경우, COP제의 제1 재료와 COP 이외의 제2 재료의 양방을 H₂O 플라스마로 처리해도 되고, COP제의 제1 재료만을 H₂O 플라스마로 처리해도 된다. COP제의 제1 재료에 대한 플라스마 처리의 처리 조건은, 상기와 마찬가지의 것으로 하는 것이 바람직하다. 또, COP 이외의 제2 재료에 대한 플라스마 처리의 처리 조건은, COP제의 제1 재료에 대한 플라스마 처리의 처리 조건과 마찬가지의 것으로 해도 되고, 이것과 다른 것으로도 된다. 예를 들면, 제2 재료가 유리인 경우, 상기 제 2 재료를 400 W 이상의 파워의 H₂O 플라스마로 처리해도 된다.

또, 상기에 있어서는, 각 재료(81, 82)를 H₂O 플라스마로 처리할 때에, 처리 공간(V)에 수증기를 도입하고 있었지만, 액체상(수적상)의 물, 고체상(빙무상)의 물, 혹은, 이들의 혼합물을 처리 공간(V)에 도입해도 된다. 또, 이 때에, 처리 공간(V)에 수증기 이외의 가스(예를 들면, 산소, 질소, 공기, 아르곤, 헬륨, 암모니아, 수소, 등)의 도입을 아울러 실시해도 된다. 다만, 이 경우는, 처리 공간(V) 내의 혼합 가스에서의 H₂O의 분압이 20% 이상이 되도록, 각 가스의 도입 유량 등을 조정하는 것이 바람직하다.

또, 상기에 있어서는, 스텝 S3에서 가열이나 가압을 실시하지 않는다고 했지만, 가압이나 가열이 금지되는 것은 아니고, 제2 재료(82)에 형성되고 있는 유로 패턴이 변형하거나 친수화된 표면이 소수성이 되어 버린다고 하는 사태가 생기지 않는 범위에서, 가압이나 가열을 실시해도 된다.

또, 상기에 있어서, 스텝 S2의 처리(제1 재료(81)의 접합면, 및, 제2 재료(82)의 접합면을 H₂O 플라스마에 노출시키는 처리) 전에, 각 재료(81, 82)의 접합면에 자외선을 조사하는 처리를 실시해도 된다. 또는, 스텝 S2의 처리가 실시되는 동안(즉, 상기 처리와 병행하고), 상기 접합면에 자외선을 조사하는 처리를 실시해도 된다. 자외선을 조사함으로써, 제1 재료(81)와 제2 재료(82)의 접합 강도를 보다 크게 할 수 있다.

또, 상기에 있어서는, 마이크로 유로 칩을 구성하는 기판끼리를 접합하는 경우를 예시했지만, 상기의 방법은, COP제의 부재(COP제의 필름, COP제의 플레이트, 등)를 구성요소로서 가지는 각종의 부재(예를 들면, 유기 EL구조체, 광학 필름, 편광판, 액정 표시 지지체, 편광자, 터치 패널 지지체, 등)의 제조 공정에 있어서, COP제의 부재끼리, 혹은, COP제의 부재와 유리판을 접합하는 방법으로서 이용할 수도 있다.

<4. 평가 실험>

<4-1. 산소 가스에 의한 비교 실험>

실험 1: 제1 샘플(91) 및 제2 샘플(92)로서, COP제의 박판(길이 30mm(L1), 폭 8mm(L2), 두께 1mm, 표면조도 Ra 6.6nm, 질량 0.24g)을 준비했다(도 6A). 양방의 샘플(91, 92)을 H₂O 플라스마로 처리하고, 플라스마에 노출된 측의 주면의 일부분(길이 12.5mm(L3), 폭 8mm(L2)의 부분)를 겹치고, 가열 및 가압을 하지 않고 (자중만으로), 양샘플(91, 92)이 접합되는지 아닌지를 관찰했다. 다만, H₂O 플라스마의 생성 조건은, 도 7에 나타낸 것으로 했다. 접합의 평가(굽힘 접착 시험)는 JIS K 6856에 근거해서 실시했다.

비교 실험: 실험 1에 있어서, 플라스마를 형성하는 가스를 수증기로부터 산소로 변경하고, 각 샘플(91, 92)을 H₂O 플라스마가 아니라 산소 플라스마로 처리했다. 가스의 종류 이외의 실험 조건은 실험 1과 공통으로 했다.

실험 1에 있어서는, 제1 샘플(91)과 제2 샘플(92)은 접합되었지만, 비교 실험에서는, 접합되지 않았다. 즉, H₂O 플라스마로 처리함으로써 COP끼리가 접합되었지만, 산소 플라스마로 처리했을 경우는 접합되지 않았다. 이것은, 산소 플라스마에서는, 100 W라고 하는 저파워(즉, 에칭 등에 의해 표면조도가 커지지 않고, 환상 구조도 파괴하지 않는 처리 조건)에서는, 고분자의 관능기를 충분히 친수화할 수 없기 때문에, 접합되지 않았던 것이라고 생각할 수 있다.

<4-2. COP와 유리판의 접합>

실험 2: 제1 샘플(91)은 실험 1에서으로 이용한 COP제의 박판의 그대로 하고, 제2 샘플(92 a)만을 유리제의 박판(길이 30mm(L1), 폭 8mm(L2), 두께 1mm, 표면조도 Ra 6.6nm, 질량 0.6g)으로 변경했다. 그 이외의 실험 조건은 실험 1과 공통으로 했다.

비교 실험: 실험 2에 있어서, 플라스마를 형성하는 가스를 수증기로부터 산소로 변경하고, 각 샘플(91, 92 a)을 H₂O 플라스마가 아니라 산소 플라스마로 처리했다. 가스의 종류 이외의 실험 조건은 실험 2와 공통으로 했다.

실험 2에 있어서는, 제1 샘플(91)과 제2 샘플(92 a)은 접합되었지만, 비교 실험에서는, 접합되지 않았다. 즉, H₂O 플라스마로 처리함으로써 COP와 유리가 접합되었지만, 산소 플라스마로 처리했을 경우는 접합되지 않았다.

<4-3. 플라스마의 파워>

실험 3: 파워 전극(4)에 인가하는 전력의 크기(RF파워)가, 5W, 10W, 50W, 100W, 200W, 400W, 600W인 각 플라스마 조건으로, 실험 1과 마찬가지의 샘플(91, 92)을 H₂O 플라스마로 처리했을 경우의, 양 샘플(91, 92)의 접합 강도를 측정했다. RF파워 이외의 H₂O 플라스마의 생성 조건은 각 경우에서 공통으로 하고, 모두 실험 1과 같은 것(도 7)으로 했지만, RF파워 600 W에 대해서는, 처리 시간을 200초로 바꾼 조건에 대한 평가도 실시했다. 또, 접합 강도의 측정은, 도 6B에 나타낸 바와 같은 압입 굽힘 시험에 의해 실시했다. 즉, 접합된 제1 샘플(91) 및 제2 샘플(92)을, 그 폭방향으로 소정의 간격 d(=38 mm)를 두고 배치된 한쌍의 지지대 상에 재치하고, 접합면에 하중 G를 가했다. 이 하중 G를 서서히 크게 하고, 접합면이 박리(파단)한다, 혹은, 샘플이 파괴될 때의 최대 하중 G(파괴 하중)를 측정했다(3점 하중 굽힘 시험). 도 8에는, 실험 3의 각 H₂O 플라스마로 처리된 제1 샘플(91)과 제2 샘플(92)의 접합 강도를 정리한 표가 나타내 있다. 다만, 이 표에 있어서, 접합 강도가 「0」이라고 되어 있는 곳은, 접합되지 않았던 것을 나타내고 있다. 또, 이 표에서의 「상태」의 항목은, 상기의 방법으로 접합 강도를 측정했을 때의 샘플(91, 92)의 상태를 나타내고 있고, 측정 시에 샘플 자체가 파괴된 것이 「◎」으로, 측정 시에 샘플 간에 박리가 생긴 것이 「△」으로, 애초 접합되지 않았던 것이 「X」으로, 각각 나타나고 있다.

도 8의 표로부터 알 수 있듯이, 제1 샘플(91)과 제2 샘플(92)은, RF파워가 10~400 W의 각 H₂O 플라스마로 처리했을 경우는 접합되었지만, RF파워가 그러한 범위 외의 각 H₂O 플라스마로 처리했을 경우는 접합되지 않았다. H₂O 플라스마의 파워가 10 W보다 작으면 COP의 표면의 개질이 충분히 진행하지 않기 때문에, 접합되지 않았던 것이라고 생각할 수 있다. 또, H₂O 플라스마의 파워가 400 W보다 크면 에칭 등에 의해 표면조도가 커진다, 혹은, COP의 환상 구조가 파괴된다고 하는 반응이 진행되어 버리고, 그 결과, 접합되지 않았던 것이라고 생각할 수 있다. 한편, RF파워가 10~400 W의 경우는 접합이 이루어지고 있다. 특히, RF파워가 50~200 W의 경우에는, 1.2(N/cm²) 이상의 특히 높은 접합 강도를 얻을 수 있고, 또, 접합 강도를 측정할 때에, 샘플 간의 박리가 생기기 전에 샘플 자체가 파괴되고 있는 것으로부터, COP의 파괴 강도 보다도 강한 접착력이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

비교 실험: 플라스마를 형성하는 가스를 수증기로부터 산소로 변경하고, RF파워가 10W, 100W, 400W, 600W인 각 플라스마 조건으로, 실험 3과 마찬가지의 샘플(91, 92)을 O₂ 플라스마로 처리하고, 각 경우의 양샘플(91, 92)의 접합 강도를 실험 3과 마찬가지의 방법으로 측정했다. 도 9에는, 상기의 비교 실험의 각 O₂ 플라스마로 처리된 제1 샘플(91)과 제2 샘플(92)의 접합 강도를 정리한 표가 나타나 있다.

도 9의 표로부터 알 수 있듯이, O₂ 플라스마로 처리했을 경우는 제1 샘플(91) 및 제2 샘플(92)의 접합이 이루어지는 RF파워의 범위가, 10~100 W이며, H₂O 플라스마의 경우와 비교해서 좁은 것을 알 수 있다. 또, 접합 강도도 대략 0.9N/cm² 이하이며, H₂O 플라스마의 경우와 비교해서 약한 것도 안다. 또, 접합을 이루어진 어느 경우에 대해서도, 접합 강도를 측정할 때에 샘플 간의 박리가 생기고 있는 것으로부터, COP의 파괴 강도보다 약한 접착력 밖에 얻지 못하고 있는 것을 알 수 있다.

100 플라스마 처리 장치
1 플라스마 처리실
11 가스 도입구
12 배기구
2 물 도입부
21 물 공급원
22 배관
23 밸브
24 매스플로우 컨트롤러
3 배기부
32 배관
33 밸브
34 진공 펌프
4 파워 전극
41 RF전원
42 콘덴서
5 접지 전극
6 제어부
81 제1 재료
82 제2 재료
91 제1 샘플
92 제2 샘플

Claims

시클로올레핀 폴리머(COP)인 제1 재료와, 제2 재료를 접합하는 방법으로서,
적어도 상기 제1 재료의 접합면을 H₂O 플라스마에 노출하는 스텝과,
상기 제1 재료의 접합면과 상기 제2 재료의 접합면을 맞추는 스텝
을 포함하고,
상기 H₂O 플라스마를 발생시키는 고주파 전력의 파워가 0.0034∼0.1345 W/㎠인 것인, 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 재료의 접합면 및 상기 제2 재료의 접합면의 표면조도가 공히 Ra 10nm 이하인, 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 H₂O 플라스마에 노출하는 스텝에서의 플라스마의 압력이 1~200 Pa인, 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 H₂O 플라스마에 노출하는 스텝에 있어서 접합면을 플라스마에 노출하는 시간이 2~600초인, 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 H₂O 플라스마에서의 H₂O의 분압이20% 이상인, 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 제2 재료가 시클로올레핀 폴리머 또는 유리인, 시클로올레핀 폴리머의 접합 방법.
시클로올레핀 폴리머제의 하측 기판의 상면, 및, 유로가 형성된 시클로올레핀 폴리머제의 중간 기판의 하면 중 적어도 한쪽을, H₂O 플라스마에 노출하는 스텝과,
상기 하측 기판의 상면과 상기 중간 기판의 하면을 맞추는 스텝과,
상기 중간 기판의 상면, 및, 시클로올레핀 폴리머제의 상측 기판의 하면 중 적어도 한쪽을, H₂O 플라스마에 노출하는 스텝과,
상기 중간 기판의 상면과 상기 상측 기판의 하면을 맞추는 스텝
을 포함하고,
상기 H₂O 플라스마를 발생시키는 고주파 전력의 파워가 0.0034∼0.1345 W/㎠인 것인, 시클로올레핀 폴리머제 마이크로 유로 칩의 제조 방법.
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