JP2005254637A - Water-repellent structure and its production process - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は撥水性構造およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a water-repellent structure and a method for producing the same.
インクジェットプリンタや表示素子の電極表面に撥水性を持たせ、インクとの摩擦抵抗あるいは集滴性を向上する検討がなされている。基材の撥水性、親水性を示す接触角に関して成り立つヤングの式によれば、基材の表面が滑らかでなく微細な凹凸構造を有し、その実表面積が大きくなるとその大きくなった倍率に比例して接触角が増大する。このことは接触角が正(90度以下)の場合も負(90度以上)の場合も成立するため、親水性を示す基材はより親水性を増し、撥水性を示す基材はより撥水性を増すようになる。 Studies have been made to provide water repellency to the electrode surfaces of ink jet printers and display elements to improve frictional resistance with ink or droplet collection. According to Young's formula, which is related to the contact angle indicating the water repellency and hydrophilicity of the base material, the surface of the base material is not smooth but has a fine concavo-convex structure. The contact angle increases. This is true regardless of whether the contact angle is positive (90 degrees or less) or negative (90 degrees or more). Therefore, a hydrophilic substrate is more hydrophilic and a water-repellent substrate is more repellent. Increases aqueousness.
図7(a)において、基材である固体Sの表面が滑らかな場合、固体S上でほぼ半球状となる液滴Lはその接触角θが90度程度であるが、図7(b)に示すように、固体Sの表面に微細な凹凸が形成され、表面積がr倍とされた固体S上では、液滴Lはその接触角θが大きい、球状に近い状態となり、撥水性の大きいものとなる。このような撥水性の大きい撥水性構造を得る従来の方法として、基材の表面にフォトリソグラフィ法により凸凹を形成し、この凸凹の表面に撥水膜を形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。 In FIG. 7A, when the surface of the solid S that is the base material is smooth, the droplet L that is substantially hemispherical on the solid S has a contact angle θ of about 90 degrees, but FIG. As shown in FIG. 4, on the solid S where the surface of the solid S has fine irregularities and the surface area is r times, the droplet L has a large contact angle θ and is in a nearly spherical state, and has a high water repellency. It will be a thing. As a conventional method for obtaining such a water-repellent structure having a large water repellency, there is a method in which irregularities are formed on the surface of a substrate by photolithography, and a water-repellent film is formed on the irregular surface (for example, Patent Documents). 1).
上記従来の撥水性構造では、基材の表面にフォトリソグラフィ法により凸凹を形成しているため、パターン形成用マスクを必要とする上、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像、リンス、ポストベーク、エッチング、レジスト剥離などの工程が必要となり、製造工程数が多いという問題があった。 In the above conventional water-repellent structure, since the surface of the substrate is uneven by photolithography, a mask for pattern formation is required, and resist coating, pre-baking, exposure, development, rinsing, post-baking, and etching are required. There is a problem that a process such as resist stripping is required and the number of manufacturing processes is large.
そこで、この発明は、製造工程数を少なくすることができる撥水性構造およびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a water-repellent structure capable of reducing the number of manufacturing steps and a method for manufacturing the same.
この発明は、上記目的を達成するため、基材上に凸部形成用膜を形成し、前記凸部形成用膜上に表面に複数の凸凹部を有する表面凸凹膜を形成し、前記表面凸凹膜および前記凸部形成用膜を、異方性ドライエッチングによって連続してエッチングすることにより、前記表面凸凹膜の表面に形成された凸凹形状に応じた形状を有して、多数の凸部を有する凸部支持層を形成し、前記凸部を含む前記凸部支持層の表面に撥水膜を形成することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention forms a convex-forming film on a substrate, forms a surface-concave film having a plurality of convex-concave portions on the surface, and forms the convex-concave film on the surface. By continuously etching the film and the film for forming the convex part by anisotropic dry etching, the film has a shape corresponding to the concave and convex shape formed on the surface of the surface uneven film, and a large number of convex parts are formed. And a water repellent film is formed on the surface of the convex portion support layer including the convex portion.
この発明によれば、凸部形成用膜の上面に形成された表面凸凹膜および凸部形成用膜を、異方性ドライエッチングによって連続してエッチングすることにより、表面凸凹膜の表面の凸凹形状に応じた形状を有して、多数の凸部を有する凸部支持層を形成することができて、従来のフォトリソグラフィ法による場合と比較して、製造工程数を少なくすることができ、比較的容易に低コストで形成することができる。 According to the present invention, the surface irregularity film formed on the upper surface of the convexity-forming film and the convexity-forming film are continuously etched by anisotropic dry etching, so that the irregularity of the surface of the surface irregularity film is obtained. It is possible to form a convex support layer having a large number of convex portions, and to reduce the number of manufacturing steps as compared with the conventional photolithography method. It can be formed easily and at low cost.
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての撥水性構造の一部の断面図を示す。この撥水性構造では、基材1の上面にSiO2からなる凸部支持層2が設けられている。凸部支持層2の上面には多数の凸部3が一体的に形成されている。この場合、凸部3はランダムに配置され、その高さは異なっている。凸部3を含む凸部支持層2の表面には撥水膜4が設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a water-repellent structure as a first embodiment of the present invention. In the water-repellent structures,
次に、この撥水性構造の製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すように、基材1の上面に、蒸着法、スパッタ法、CVD法等により、SiO2からなる凸部形成用膜11を膜厚1000〜10000Åに成膜する。次に、凸部形成用膜11の上面に、スパッタ法により、Alからなる表面凸凹膜12を形成する。ここで、凸部形成用膜11の上面にスパッタ法により成膜されるAlの膜厚を8000〜10000Åとする。スパッタ法により成膜するAlの膜厚をこの程度の膜厚に比較的厚く形成すると、Alの結晶粒子が大きく成長し、表面が荒れて凸凹となる。ここで、表面凸凹膜12の表面の凸部を符号12aで示す。この場合、凸部12aはランダムに配置され、その高さは異なっている。なお、凸部支持層の材料はSiO2に限らずSiN等であってもよい。
Next, an example of a method for producing this water-repellent structure will be described. First, as shown in FIG. 2, a convex
次に、1Pa以下の真空状態でCF4とO2の混合プラズマを発生することができるヘリコン式プラズマエッチング装置を用い、凸部12aを含む表面凸凹膜12をドライエッチングする。すると、Alは上記プラズマで発生したF、O、Cラジカルと反応しないため、F、O、CイオンもしくはF、O、C原子との衝突によるスパッタエッチングのみが行なわれて、エッチング方向が主に垂直方向となる異方性ドライエッチングとなる。この場合、エッチングレートは比較的遅く、垂直形状(高アスペク比)の加工が可能となる。
Next, using the helicon plasma etching apparatus capable of generating a mixed plasma of CF 4 and O 2 in a vacuum state of 1 Pa or less, the surface
この結果、凸部12aを含む表面凸凹膜12の表面側がその高さ方向の形状をほぼ維持した状態でほぼ均等にエッチングされる。こうして、凸部12a下以外の領域における表面凸凹膜12が完全に除去される状態までエッチングすると、図3に示すようになる。この状態では、凸部形成用膜11の上面に図2に示す凸部12aに応じた凸部12bが形成され、凸部12b下以外の領域における凸部形成用膜11の上面が露出されている。
As a result, the surface of the surface
そして、上記ドライエッチングを続行すると、凸部12bおよび凸部12b下以外の領域における凸部形成用膜11がエッチングされる。この場合、上記ヘリコン式プラズマエッチング装置では、高真空状態でプラズマを発生することができるため、原子、イオン等の平均自由行程が長くとれ、且つ、基材1側にバイアスを印加することで、プラズマ内に発生したイオンを被エッチング膜つまり凸部形成用膜11の露出された表面に当て、その部分を改質しながらラジカルでさらにエッチングを促進するため、SiO2からなる凸部形成用膜11に対してAlからなる凸部12bと比べて高速で且つ垂直形状(高アスペク比)の加工が可能となる。また、エッチングによって凸部12bが完全に除去された箇所では、引き続きその下の凸部形成用膜11がエッチングされる。
When the dry etching is continued, the
そして、更にドライエッチングを続行して、凸部形成用膜11のエッチング量が500〜2000Åとなるまでエッチングする。すると、図4に示すように、基材1の上面に凸部形成用膜11の一部からなる凸部支持層2が形成され、且つ、凸部支持層2の上面に、表面凸凹膜12の表面の凸凹形状に応じた形状の凸凹、つまり微細で垂直形状の良好な多数の凸部3が形成される。この状態では、多数の凸部3はランダムに配置され、その高さは異なっている。また、多数の凸部3のうちの最も高い凸部3上にはAlが柱状突起12cとして残っている。次に、この残存する柱状突起12cをNaOH溶液を用いてエッチングして除去する。
Further, dry etching is further continued until the etching amount of the
次に、図1に示すように、凸部3を含む凸部支持層2の表面に、撥水剤をコーティングして、撥水膜4を形成する。この場合、撥水剤としてシラザンオリゴマー[CF3(CE2)7(CH2)2SiNH3/2]を用いると、透明で高絶縁性の撥水膜4を形成することができる。かくして、図1に示す撥水性構造が得られる。
Next, as shown in FIG. 1, a water repellent film 4 is formed by coating the surface of the
以上のように、上記製造方法では、凸部形成用膜11の上面に形成された表面凸凹膜12および凸部形成用膜11を連続してエッチングすると、表面凸凹膜12の表面の凸凹形状に応じた形状の凸凹つまり多数の凸部3を有する凸部支持層2を形成することができる。したがって、従来のフォトリソグラフィ法による場合と比較して、製造工程数を少なくすることができて、比較的容易に形成することができ、またパターン形成用マスク等の部材を必要としないため、製造コストを低減させることができる。
As described above, in the above manufacturing method, when the surface
また、SiO2からなる凸部3を含む凸部支持層2およびシラザンオリゴマーからなる撥水膜4は透明であるため、基材1をガラス等の透明な材料によって形成すると、図1に示す撥水性構造全体を透明とすることができる。
Further, since the
なお、図4に示すAlからなる柱状突起12cを残したままで、柱状突起12cおよび凸部3を含む凸部支持層2の表面に撥水膜4を形成するようにしてもよい。
Note that the water-repellent film 4 may be formed on the surface of the
ここで、具体的な数値の一例について説明する。凸部形成用膜11の膜厚は2000Åとし凸部12aを含む表面凸凹膜12の膜厚は8000Åとし、上記ヘリコン式プラズマエッチング装置を用いてドライエッチングを行なった。エッチング条件は、ソースRF250W、バイアス150W、プロセス圧力0.5Pa、ガス流量CF450sccm、O210sccmとした。
Here, an example of specific numerical values will be described. The thickness of the convex forming
そして、図2に示す状態から図3に示す状態までの処理時間は137分30秒とした。また、図3に示す状態から図4に示す状態までの処理時間は2分30秒とし、凸部形成用膜11のエッチング量を1000Åとした。また、図4に示す柱状突起12cのエッチングは、NaOH:H2O=5g:1000g、Ph12.64(25.1℃)を用い、処理時間30分とした、
The processing time from the state shown in FIG. 2 to the state shown in FIG. 3 was 137 minutes 30 seconds. Further, the processing time from the state shown in FIG. 3 to the state shown in FIG. 4 was 2 minutes and 30 seconds, and the etching amount of the
(第2実施形態)
図5はこの発明の第2実施形態としての撥水性構造の一部の断面図を示す。この撥水性構造では、マクスウェル応力によるインク等の流体流動に適用するため、基材1と凸部支持層2との間に電極膜21が設けられている。この場合、電極膜21をITO等の透明導電材料によって形成し、基材1もガラス等の透明な材料によって形成すると、図5に示す撥水性構造全体を透明とすることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a partial cross-sectional view of a water-repellent structure as a second embodiment of the present invention. In this water-repellent structure, an
(第3実施形態)
図6はこの発明の第3実施形態としての撥水性構造の一部の断面図を示す。マクスウェル応力によるインク等の流体流動では、対向する電極間に電場を印加するが、電池反応を抑えるため、電極を絶縁する必要がある。その際、SiO2からなる凸部支持層2のみでは、絶縁性が弱い。そこで、図6に示す撥水性構造では、凸部支持層2と電極膜21との間に絶縁膜22が設けられている。この場合、絶縁膜22をAl2O3等の透明絶縁材料によって形成し、基材1もガラス等の透明な材料によって形成すると、図6に示す撥水性構造全体を透明とすることができる。Al2O3からなる絶縁膜22の場合には、その膜厚は1000〜10000Åである。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a partial cross-sectional view of a water-repellent structure as a third embodiment of the present invention. In fluid flow of ink or the like due to Maxwell stress, an electric field is applied between opposing electrodes, but it is necessary to insulate the electrodes in order to suppress the battery reaction. At that time, the insulating property is weak only with the
(その他の実施形態)
撥水膜を形成するための材料は、シラザンオリゴマーに限らず、長鎖アルキルトリエトキシシラン、フルオルアルキルトリメトキシシラン(FAS)等であってもよく、特に、臨界表面張力が20dyn/cm2以下の撥水剤が好ましい。また、撥水膜は、蒸着法によって形成された撥水膜(有機化合物トリアジンの単重合または共重合処理)であってもよい。
(Other embodiments)
The material for forming the water repellent film is not limited to a silazane oligomer, but may be a long-chain alkyltriethoxysilane, fluoroalkyltrimethoxysilane (FAS), or the like, and in particular, the critical surface tension is 20 dyn / cm 2. The following water repellents are preferred. Further, the water repellent film may be a water repellent film (monopolymerization or copolymerization treatment of an organic compound triazine) formed by a vapor deposition method.
1 基材
2 凸部支持層
3 凸部
4 撥水膜
11 凸部形成用膜
12 表面凸凹膜
21 電極膜
22 絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記凸部形成用膜上に、表面に複数の凸凹部を有する表面凸凹膜を形成し、
前記表面凸凹膜の表面を、異方性ドライエッチングにより前記基材に直交する方向にエッチングし、前記表面凸凹膜の凹部に対応した領域を除去して、前記凸部形成用膜を露出させ、
次いで、前記表面凸凹膜の残部および前記凸部形成用膜を、前記異方性ドライエッチングにより同時にエッチングして、前記凸部形成用膜により、前記表面凸凹膜の表面の凸凹形状に応じた形状を有して、多数の凸部を有する凸部支持層を形成し、
前記凸部を含む前記凸部支持層の表面に撥水膜を形成することを特徴とする撥水性構造の製造方法。 Forming a convex forming film on the base material,
On the convex forming film, a surface irregular film having a plurality of convex concaves on the surface is formed,
Etching the surface of the surface uneven film in a direction perpendicular to the substrate by anisotropic dry etching, removing a region corresponding to the recess of the surface uneven film, exposing the protrusion forming film,
Next, the remaining portion of the surface uneven film and the film for forming the convex portion are simultaneously etched by the anisotropic dry etching, and the shape corresponding to the uneven shape of the surface of the surface uneven film is formed by the film for forming the convex portion. And forming a convex support layer having a large number of convex parts,
A method for producing a water-repellent structure, comprising forming a water-repellent film on the surface of the convex support layer including the convex.
18. The method for manufacturing a water-repellent structure according to claim 17, wherein the insulating film is made of Al 2 O 3 .
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