TW200914366A - Process for producing columnar structure having two-stage hierarchical structure - Google Patents

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200914366 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有兩段階層之柱狀構造體之製造方法、 以及藉由該製造方法而獲得之具有兩段階層之柱狀構造 體。具體而言，本發明係關於用作黏著部件之構造體之製 造方法，，亦#，因料面具有特殊之微細構造而發揮黏著 特！·生之構造體之製造方法’以及藉由該製造方法而獲得之 具有兩段階層之柱狀構造體。

【先前技術】 '目前正在進行研究，以將具有顯示出高黏著性之壁虎腳 掌上可見之微細之兩段階層的構造體應用於膠帶等黏著部 件。具有壁虎腳掌上可見之微細之兩段階層之構造體的表 面係纖維狀。因此，眾所周知的是：上述具有兩段階層之 構造體與由楊式模數高之材料構成之粗輪面的凹凸相吻人 地與該粗糖面接觸，且與該面之間表現出凡得瓦耳力，2 而上述構造體可有效地黏著於上述粗糙面。因此，已提出 有以下方案··人工地製作出模仿上述具有微細之兩段階芦 之構造體而成之構造體，藉此可獲得具有高黏著特性之‘ 造體（參照專利文獻1以及專利文獻2)。 專利文獻1以及專利文獻2中揭示有如下人工製 為獲得上述具有高黏著特性之構造體之方法，例如實際上 根據壁虎之活體而採用具有兩段階層構造之硬毛二 方法；使用鑄模來贺株目士工 （seta)之 独來裏作具有兩段階層之構造體之方沬笙 然而，所揭示之人τ制&士 L &寻。 I作方法均需要繁瑣之作業且難度較 128975.doc 200914366 面故而實際上難以葬由气莖十在ii 乂猎由该#方法來製作具有兩段階層之 構造體。 專利文獻1 :美國專利第6,737，160號 專利文獻2:美國專利第6,872,439號 【發明内容】 . 發明所欲解決之問題 - 本&月之課題在於提供—種人卫地簡便且容易地製造如 (、 冓^體之方去，该構造體係模仿壁虎腳掌上可見之具有 微細之兩段階層之構造體。 解決問題之技術手段 本發明者等人為了解決上述問題而進行了銳意研究。結 果發現’藉由組合運用特殊之微米尺寸之微細構造製作技 術、以及特殊之奈米尺寸之微細構造製作技術， 可完全解 決上述問題，從而完成了本發明。 本發明之具有兩段階層之柱狀構造體之製造方法包括以 (J 下步驟·步驟（1)’於基材上多孔膜之孔内填充樹脂；步驟 (2) ’使該樹脂硬化而形成柱狀構造部；步驟，對該柱 狀構le部之端部進行電漿蝕刻處理，形成具有兩段階層之 柱狀構造部；以及步驟（4)，自該基材除去該多孔膜。 - 於較佳實施形態中’上述樹脂含有選自由聚醯亞胺系樹 脂、聚酯系樹脂、氟系樹脂、（甲基）丙烯酸系樹脂、聚烯 fe系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、以及乙烯-乙酸乙烯酯共聚 物（EVA ’ Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)系樹脂所組成 之群十之至少一種樹脂β 128975.doc 200914366 於較佳實施形態中，上述具有兩段階層之柱狀構造部之 上段之柱狀構造部的直徑為5〇 nm以下。 根據本發明之其他方面，提供__種具有兩段階層之柱狀 構造體。該具有兩段階層之柱狀構造體係藉由上述之製造 方法而獲得。 於杈佳實施形態中，上述具有兩段階層之柱狀構造體係 黏著部件。 發明之效果

本么明之效果在於提供一種人工地簡便且容易地製造如 下構造體之方法，該構造體係模仿壁虎腳掌上可見之具有 之兩& (¾層之構造體。冑由該方法而獲得之構造體可 較好地用作黏著部件。 【實施方式】 A.具有兩段階層之柱狀構造體之製造方法 本發明之具有兩段階層之柱狀構造體之製造方法包括以 下步驟：步驟⑴’於基材上多孔膜之孔内填充樹脂；步驟 Ο使該树月曰硬化而形成柱狀構造部；步驟（3)，對該柱 狀構w 之端部進行電漿#刻處理，形成具有兩段階層之 桎狀構k邛，以及步驟⑷，自該基材除去該多孔膜。使用 多孔膜來製作微半p 卞尺寸之U細構造，並藉由電漿蝕刻處理 來製作奈米尺寸之κ Λ 了之破細構造，藉此，可簡便地製作出如壁 虎腳掌上可見之、目士/ /、有微細之兩段階層之柱狀構造體。 Α-1.步驟（1) 《基材》 128975.doc 200914366 關於本發明中所使用之基材，於可達成本發明之目的之 範圍内，可使用任意適當之基材，作為基材之材料，可= 舉例如工程塑膠或超級工程塑膠之薄膜。作為工程塑膠以 及超級工程塑膠之具體例，可列舉聚醯亞胺、聚乙烯 對本二甲酸乙二酯、乙醯纖維素'聚碳酸酯、聚丙烯、二 醯胺。關於分子量等各物性，於可達成本發明之目的之範 圍内，可採用任意適當之物性。關於基材之成形方法，^ 可達成本發明之目的之範圍内，可採用任意適當之方法。 又，基材可為半導體晶圓（例如，石夕曰曰曰圓），咖咖 =ystaI Display，液晶顯示器）、pDp ⑺㈣ ’電漿顯示面板）等平板顯示器用基板，光碟，繼 (Magneto Resistive，磁阻）頭等之形態。 關於基材之厚度，可根據需要而㈣適當之值。 、亦可對基材表面實施下述之任意適當之塗敷，以提 狀構造部與基材之接著性。 ° 《多孔膜》 膜關2發Γ中所使用之多孔膜，可使用任意適當之多孔 成之二=二使用由能夠容易地自基材除去之材料所形 =^°關_材料之具體例，可列舉例如聚碳酸西旨 糸樹月曰、亂糸化合物、石々备 夕系化0物、聚醯亞胺系樹脂、氧 化銘。該等材料可僅使用1種，亦可併用2種以上。 …見Γ.1〜5 _。當孔徑處於該範圍内時，樹脂藉由毛 象而可容易地填充至多孔膜之孔内，並且可形成且 128975.doc 200914366 有所需直徑之柱狀構造部。 多孔膜之厚度較好為5〜200 um，更好為8〜180 μιη，進而 好為10〜150 μηι。當膜厚處於該範圍内時，可形成具有所 需高度之柱狀構造部。 《樹脂》

作為本發明中可使用之樹脂，可使用任意適當之樹脂。 例如’溶解於溶劑中之樹脂、加熱融解之樹脂等，因可容 易地填充至多孔膜之孔内，故而可被較好地使用。 作為上述樹脂之具體例，較好的是含有聚醯亞胺系樹 脂、聚酯系樹脂、氟系樹脂、（甲基)丙烯酸系樹脂、聚烯 烴系樹脂（例如、$乙烯系樹脂）、聚氯乙烯系樹脂、乙歸_ 乙酸乙烯醋共聚物（EVA)系樹脂等高分子樹脂中之至幻 種。其中，因聚醯亞胺系樹脂具有優異之财熱性，故而當 於高溫環境下使用本發明之構造體時，聚醯亞胺系樹脂： 佳。 作為上述溶劑，只要是能夠轉所使収樹脂之溶劑， 則可使用任意適當之溶劑。可僅使用工種溶劑，亦可併用2 種以上之溶劑。 於此夠達成本發明之目 上述樹脂可進而含 韦任思適當之添加劑0柞盔 乍為添加劑之具體例，可列舉界面 /生悧、塑化劑、抗氧化劑、導雷性_ H 劑、光η 賦予劑、紫外線吸收 量，可獾俨且士1 吏用之添加劑之種類及/或 且右盥s狂狀構梃體，該兩段階層 ，、有，、目的相對應之所需之特性。 128975.doc -10· 200914366 《填充方法》 作為多孔膜之孔内填充樹脂之方法，可使用任意適當之 方法例如’可使用.將藉由溶解於溶劑巾、或者進行加 熱融解而成為液體狀態之樹脂，塗敷至配置於基材上之多 \上的方法，於已塗敷至基材上之該樹脂上配置多孔膜 之方法等。該等方法因可藉由毛細管現象而容易地將樹脂 真充至夕孔膜之孔中’且操作性優異，故而可被較好地使

成柱狀構造部時，可分別對於基 方法。於一實施形態中，多孔膜 當於基材之兩個面上形 材之兩個面應用上述填充 與基材相密著。 A-2.步驟（2) 《硬化方法》 於樹脂之硬化方法，可使用任意μ 田冷切丄a，丄一， $ 田〜刀忒。例如， 二:：溶解於溶劑中之樹脂時，藉由乾燥處理等而除去溶 r硬：夕使用已加熱融解之樹脂時，降低溫度而使該樹 二吏用二X，當使用光硬化性樹脂時，照射光即可， ^性樹=線硬化性樹脂時，照射紫外線即可，#使用熱 化，=時’進行加熱即可。使^種方法來使樹脂硬 戶 斤二材上之多孔膜之孔中形成柱狀構造部。 0 05〜10之柱狀構造部之直徑較好為_〜15 _，更好為 更好二_。又，該柱狀構造部之高度較好為5〜震_， 更好為8〜18〇μηι。 Η 再者，本發明中’術語「柱狀構造」不僅包括嚴格之柱 128975.doc 200914366 =造’亦包括大致呈柱狀之構造。例如，圓柱狀構造、 柱狀構造、圓錐狀構造、纖維狀構造㈣可稱作柱 狀構造。又，上述「妇壯德、土 妨 ^柱狀構造」部之剖面形狀可整體均 勻’亦可不均勻。 A-3.步驟（3) 《電聚钱刻處理》 對㈣⑺中所得之柱狀構造部之端部進行電襞敍刻處 王，=此使該柱狀構造部具#兩段階層。作為電漿钱刻處 理之處理條件，於能夠達成本發明之目的之範圍内，可採 用任意適當之條件。具體而言，例如如下所述。 關於所使用之氣體，於能夠達成本發明之目的之範圍 内’可採用任意適當之氣體。可列舉例如氧氣、氫氣、氮 规、氬氣、及氧氣與水蒸氣之混合氣體等。尤 用氧氣。 仗 關於氣體流量’於能夠達成本發明之目的之範圍 C. ,/ 採用任意適當之氣體流量。例如，氣體流量之下限較好為 以上，更好為1 SCC喊上。又，例如，考慮到操 作性等方面，氣體流量之上限較好為3⑽咖⑽下。、 關於真空度氣體壓力，於能夠達成本發明之目的之範圍 内，可採用任意適當之真空度裔許厭 度轧體壓力。例如，真空度氣 體壓力之上限較好為100Pa以下，更好為5〇pa以下。又 例如，考慮到操作性等方面’真空度氣體麗力之下限較好 為 l_〇xl〇-2 Pa以上。 f 關於電锻㈣處理條件，於能約達成本發明之目的之範 128975.doc -12- 200914366 圍内，可採用任意適當之條件。例如，以放電電力密度與 處理時間之乘積所表示之放電電力能源較好為1〇〇 c/cm以上，更好為25 0 W.sec/cm2以上。電極間距離 較好為0.1 mm以上且1 m以下。電源較好為RF(Radi〇 Freqency，射頻）電源。放電電力密度較好為〇〇i w/cm2以 上’更好為0.1 W/cm2以上。處理時間較好為6〇秒以上， 更好為3 0 〇秒以上。 於藉由上述電漿蝕刻處理而形成之具有兩段階層之柱狀 構造部中，下段（基材側）之柱狀構造部的直徑較好為15 μηι以下，更好為〇 〇1〜15 μπι，進而好為〇 ㈣，進而 更好為0.1〜5 μιη。當該直徑處於上述範圍内時，具有兩段 階層之柱狀構造部可與物體表面之凹凸相吻合地與該物體 表面接觸，從而良好地表現出凡得瓦耳力。 下段之柱狀構造部之高度較好為5〜2〇〇 ，更好為 8〜180 μηι，進而好為10〜15〇 μΓη。 下段之柱狀構造部之縱橫比較好為3以上，更好為 3〜1〇〇。當縱橫比處於上述範圍内時，具有兩段階層之柱 狀構造部可與物體表面之凹凸相吻合地與該物體表面接 觸’從而可良好地表現出凡得瓦耳力。 再者’本说明書中，所謂「縱橫比」，係表示柱狀構造 部之最粗部分之直徑（Α)與柱狀構造部之長度（Β)之比（縱橫 比=(Β)/(Α)，·其中，（Α)與（Β)之單位相同）。當柱狀構造部 係扭曲而形成時，將該柱狀構造部中，自基材表面至於垂 直方向上最遠離該基材表面之部分為止的長度作為高度。 128975.doc -13- 200914366 於具有兩段階層之柱狀構造部中’上段之柱狀構造部之 直徑較好為50 nm以下，更好為2〜30 nm，進而好為3〜2〇 nm。當該直徑處於上述範圍内時，具有兩段階層之柱狀構 造部可與物體表面之凹凸相吻合地與該物體表面接觸，從 而可良好地表現出凡得瓦耳力。 上段之柱狀構造部之高度較好為〇1〜5〇() nm，更好為 1〜300 nm，進而好為1〇〜2〇〇 nrn。 上段之柱狀構造部之縱橫比較好為5以上，更好為 5 5 0，進而好為丨〇〜3 〇。當縱橫比處於上述範圍内時，具 有兩段階層之柱狀構造部與物體表面之凹凸相吻合地與該 物體表面接觸，從而可良好地表現出凡得瓦耳力。 上述具有兩段階層之柱狀構造部中，於丨根下段之柱狀 構以部之端部形成有丨根以上之上段之柱狀構造部，較好 的是形成有複數根上段之柱狀構造部。 一藉由任思適當之測定方法來測定柱狀構造部之直徑或者 1即可。考慮到測定之容易度等方自，較好的是使用利 scanning electron microscope) 來進行測定之方法。 A-4.步驟（4) 《除去多孔膜之方法》 ，；自基材除去多孔膜之方法，於上述具有兩段階層之 去、冓k 口P可Λ際上維持其形狀之範圍Θ，可使用任意適 法可列舉例如使上述多孔膜溶解於溶劑之方法、 ’由餘刻液來進行氧化颠刻等。利用此種方法來除去多孔 128975.doc 14 200914366 膜，藉此可形成具有兩段階層之柱狀構造體。 上述方法中’可根據多孔膜之材質、樹脂之種類、其材 之材質等’而適宜且適當地選擇所使用之溶劑或❹^之 種類、處理條件等。 A-5.其他 根據需S，本#明之具有兩段階層之柱狀構造體之製造 方法，可冑一步具有使上段及/或下段之##^簡 之步驟、及製作抹刀構造之步驟等之步驟。再者，本說明 書中，所謂抹刀構造，係指端部具有與柱狀構造不同之形 狀’可列舉刮刀狀、球狀、半球狀等之構造作為示例。 B.具有兩段階層之柱狀構造體 圖1或者圖2係藉由上述Aq〜A_5項中所說明之製造方法 而獲得之具有兩段階層之柱狀構造體的較佳形態之概略剖 面圖（為了明確地表示各構成部分而未準確地記載縮尺卜 具有兩段階層之柱狀構造體1〇〇，於基材丨丨上設有具有兩 段階層之柱狀構造部21。 基材上之具有兩段階層之柱狀構造部2丨之密度較好為 1〇5〜1〇12根/cm2’更好為106〜10π根/cm、當該密度處於 上述範圍内時’可獲得提高具有兩段階層之柱狀構造體之 黏著特性的效果。 具有兩段階層之柱狀構造部2丨之整體高度較好為5 μηι〜200 μηι’更好為8〜180 μηι。當該高度處於上述範圍内 時’可獲得提高具有兩段階層之柱狀構造體之黏著特性之 效果。又’形成具有兩段階層之柱狀構造部2 1之下段之柱 128975.doc -15- 200914366 狀構造部、 所述。 以及上段之柱狀構造部的形狀 如上述A-3.項中 具有兩段階層之柱狀構造部21與基材u表面所成之角 ^，只要於可達成本發明之目的之範圍内，則可採用任意 、當之角《。例如，可為具有兩段階層之柱狀構造部川 基材此表面大致垂直地突出之形態，亦可為傾斜地突出 之形態。

藉由本發明之製造方法而獲得之具有兩段階層之柱狀構 :體因具有高黏著特性’故而可較好地用作黏著部件。黏 考部件可為永久接著型者，亦可為非永久接著型者。具體 而言’該#占著部件例如可較好地用m接著型或非永久 接著型膠帶。 亦可藉由任意適當之支持體來支持μ具有兩段階層之 柱狀構造體。a 了提高與基材之密著性、保持性等，可對 支持體之表面實施常用之表面處理，例如鉻酸處理、臭氧 暴露、火焰暴露、高壓電擊暴露、離子化放射線處理等化 學性或者物理性處理、及利用底塗劑而進行之塗佈處理。 再者，支持體可為單層體，亦可為多層體。 以下，根據實施例來對本發明進行說明，但本發明並不 限定於該等實施例。 [實施例1 ] 藉由旋塗而將聚醯亞胺清漆（Hitachi Chemical DuPc)nt Micr〇Systems，Ltd.製，產品編號：pi26ii)塗佈至矽晶圓 上。於所塗佈之聚醯亞胺清漆上覆蓋聚碳酸酯製之濾膜 128975.doc -16 - 200914366 (MUlipore公司製，孔徑：2 μιη)，於濾膜之孔内填充聚醯 亞胺清漆。繼而，將該濾膜放入乾燥機中並以15〇它加熱 30分鐘，進而以27rc加熱3〇分鐘，使聚醯亞胺清漆乾燥 且使其硬化，藉此，於濾膜之孔中形成柱狀構造部。對所 得之柱狀構造部之端部進行下述之[電漿蝕刻處理丨]，藉此 ，成具有兩段階層之柱狀構造部。繼而’將渡膜浸潰於二 氯甲烧中10分鐘而使其溶解，藉此自基材除去該據膜。藉 此’獲得具有兩段階層之柱狀構造體。具有兩段階層之柱 狀構&部之下段之柱狀構造部的直徑為2〇 pm，高度為 μηι。又，上段之柱狀構造部之直徑為i〇 ,高度為1㈧ nm。圖3及圖4表示所得之具有兩段階層之柱狀構造體之放 大照片。 [電漿蝕刻處理1] 於以下條件下進行電漿蝕刻處理1。

氣體種類：氧氣 氣體流量：300 seem 電源：RF 放電電力密度：0.78 W/cm2 處理時間：300秒 放電電力能源：234 Wsec/cm2 電漿產生裝置之電極間距離：em [實施例2] 使用孔徑為1·2 μηι之聚碳酸酯製濾膜（MilUp〇re公司製） 作為多孔膜，此以外’以與實施相同之方式而獲得 128975.doc -17- 200914366 具有兩段階層之柱狀構造體。具有兩段階層之柱狀構造部 之下段之柱狀構造部的直徑為丨2 μηι，高度為。 又，上段之柱狀構造部之直徑為1〇 nm，高度為1〇〇 ^爪。 圖5及圖6表示所得之具有兩段階層之柱狀構造體之放大昭 片。 [比較例1] . &了不進行[電聚钱刻處理1]以外，以與實施例2相同之 _ 方式而獲得具有直徑為以_、高度為2() μπι之柱狀構造 料柱狀構造體。圖7及_ 8表示所得之柱狀構造體之放大 照片。 產業上之可利用性 根據本發明之製造方法，能夠簡便且容易地提供一種可 較好地用作黏著部件之具有兩段階層之柱狀構造體。 【圖式簡單說明】 圖1係藉由本發明之較"施形態而獲得之具有兩段階 f 層之柱狀構造體的概略剖面圖。 ^ 圖2係藉由本發明之較佳實施形態而獲得之具有兩段階 層之柱狀構造體的概略剖面圖。 • S3係實施例丨中所獲得之具有兩段階層之柱狀構造體之 •放大照片。 圖4係實施例1中所獲得之具有兩段階層之柱狀構造體之 放大照片。 圖5係實施例2中所獲得之具有兩段階層之柱狀構造體之 放大照片。 128975.doc -18- 200914366 圖6係實施例2中所獲得之具有兩段階層之柱狀構造體之 放大照片。 圖7係比較例1中所獲得之柱狀構造體之放大照片。 圖8係比較例1中所獲得之柱狀構造體之放大照片。 【主要元件符號說明】 11 基材 21 具有兩段階層之柱狀構造部 ' 100 具有兩段階層之柱狀構造體 128975.doc -19-

Claims (1)

1. 200914366 十、申請專利範圍： 1， 一種具有兩段階層之柱狀構造體之製造方法，其包括以 下步驟： 步驟（1)，於基材上多孔膜之孔内填充樹脂； 步驟（2)，使上述樹脂硬化而形成柱狀構造部； 步驟（3)，對上述柱狀構造部之端部進行電漿蝕刻處 理，形成具有兩段階層之柱狀構造部；以及 步驟（4)，自上述基材除去上述多孔膜。 2. 如請求項1之製造方法，其中 上述樹脂包含選自由聚醯亞胺系樹脂、聚酯系樹脂、 氟系樹脂、（甲基）丙烯酸系樹脂、聚烯烴系樹脂、聚氯 乙烯系樹脂、以及乙烯·•乙酸乙烯酯共聚物系樹脂所組成 之群中之至少一種樹脂。 3. 如請求項1或2之製造方法，其中 上述具有兩段階層之柱狀構造部之上段之柱狀構造部 的直徑為5 0 nm以下。 4. 一種具有兩段階層之柱狀構造體，其係藉由如請求項】 至3中任一項之製造方法而得。 5·如請求項4之具有兩段階層之柱狀構造體，其係黏著 件。 128975.doc