JP4855467B2

JP4855467B2 - 濡れヒステリシスが低い疎水性表面被覆、その堆積方法、微細要素および使用

Info

Publication number: JP4855467B2
Application number: JP2008518891A
Authority: JP
Inventors: マルク、プリソニエ; フレデリック、ガイヤール; イブ、フーイユ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2009500519A; EP1899048A1; EP1899048B1; WO2007003720A1; DE602005011870D1; US20090142564A1; US7989056B2

Description

発明の背景

本発明は、疎水性表面被覆に関する。

本発明は、疎水性表面被覆を堆積させる方法、少なくとも一個の、電極列を備えた基材を含んでなり、液滴を受け取るように設計された表面を有する微細要素(microcomponent)、およびそのような微細要素の使用に関する。

技術水準

水溶液の分析が関与する多くの分野、例えば化学的、生物学的、生物化学的および環境分析の分野、医学分野または品質管理においては、微小技術の開発により、labs-on-chipを形成する微細要素が達成されている。そのようなlabs-on-chipにより、分析すべき液体の量を小さくし、同時に、測定の速度および感度を上げることができる。これらの微細要素は、一般的に溝または空隙を含むが、これらの溝または空隙が、溶質と、溝または空隙の壁との間の相互作用、および反応物を吸収する現象を引き起こし、反応効率を制限するか、または汚染物の源を形成することがある。

そのため、溝や空隙を無くし、それによって、微細要素の自由表面上に置かれた各液滴が独立した微小反応器を形成し、自由表面のある地点から他の地点へ自由に移動することができる、微細要素を製造する試みがなされている。滴の移動および／または取扱方法の一つは、例えばelectrowetting-on-dielectric (EWOD)の原理を使用する。

electrowetting-on-dielectricの原理は、第一電極列を含み、疎水性絶縁被覆を施した基材上に滴を堆積させることからなる。第二電極列を第一電極列に対向させて、滴の上に配置し、第一および第二列の二電極間に電圧を局所的に印加する。被覆区域の、電圧が印加された表面はさらにキャパシタンスが形成されて帯電し、滴を引き寄せ、滴を移動または発散させる力が生じる。次いで、段階的に、液体を移動させ、それらを混合することができる。electrowetting原理は、溝または空隙を含んでなる微細要素にも使用され、例えば溝の内側で液体の移動を容易にする。

しかしながら、electrowetting原理には、滴を載せる自由表面が非常に疎水性であることが必要である。表面の疎水性は、表面と、その表面上に位置する水滴のメニスカスとの間の接触角により定義される。初期状態、すなわち移動または発散力が作用する前における接触角と、力が作用した時の接触角との差が大きい程、移動は大きい。さらに、初期状態における接触角が大きい程、滴を移動または発散させるのに必要な力が小さい。したがって、大きく移動させるには、一般的に１００°以上の接触角を得る必要がある。

滴の移動、取扱または変形は、可逆的であるか、またはほとんど可逆的である必要がある。すなわち、滴の移動または変形を引き起こす力が、もはや作用しない場合、疎水性表面およびその表面上に配置された滴により形成される系は、初期状態にできるだけ近い状態にある必要がある。この可逆性は、濡れヒステリシスと呼ばれる現象に実質的に依存しており、それ自体が、表面の密度、厚さの均一性、粗さおよび化学的均質性によって異なる。表面の濡れヒステリシスは、事実、発散または移動力が加えられた後の系の状態を決定し、第二の発散または移動が行われ得るか否かを決定することができる。しかし、疎水性および濡れヒステリシスパラメータは関連しているので、表面の疎水性が高い程、滴の移動に対する濡れヒステリシスの影響は小さい。

表面の濡れヒステリシスまたは濡れ−脱濡れヒステリシスは、事実、滴が乾燥した表面上を横滑りする時に、その表面を濡らすこと拒むことに対応し、この現象は、滴が進行する側における、進行角度θ_ａとも呼ばれる接触角の増加となって現れる。同様に、以前に濡れた表面は、その滴を維持する傾向があり、滴が後退する側における、後退角度θ_ｒとも呼ばれる接触角が小さくなる。例示のために、進行角度θ_ａおよび後退角度θ_ｒを図１に示すが、そこでは、傾斜した基材１が疎水性表面被覆２を含み、その上に滴３が配置されている。表面被覆２の濡れヒステリシスは、最大進行角度θ_ａと最小後退角度θ_ｒとの差を測定することにより決定される。この差が大きい程、その表面被覆の濡れヒステリシスは大きく、その水滴の移動はより困難である。一般的に言って、electrowetting-on-dielectricの分野では、濡れヒステリシスが１５°以下である疎水性表面被覆を得ることが望ましい。

electrowetting on dielectricに好適な微細要素の自由表面を形成するのに使用される疎水性被覆は、一般的に、液体フッ素化重合体、例えばデュポンカンパニーから市販のテフロン（登録商標）を含んでなる。しかし、テフロン（登録商標）は、接触角が１１０°で疎水性は非常に高いが、その相対的比誘電率は約２であり、低い絶縁破壊係数を与える。低い絶縁破壊係数を緩和するために、テフロン（登録商標）表面被覆は、一般的に厚く、滴を移動させるのに必要な電圧が高い。さらに、テフロン（登録商標）被覆と微細要素表面との間に薄い誘電層を配置し、テフロン（登録商標）の低い比誘電率を補償する。最後に、テフロン（登録商標）は一般的にスピンコーティングされるという欠点がある。この技術は、完全に平らな表面にしか適用できず、これが、electrowetting-on-dielectricの分野におけるテフロン（登録商標）被覆の使用を制限している。

テフロン（登録商標）をParyleneで置き換えることが提案されているが、これは、Paryleneを真空蒸発により堆積させることができるためである。事実、この技術は、それを適用する表面の幾何学的構造に関係なく、比較的均一な厚さを得ることができる。Paryleneは、十分な比誘電率および良好な絶縁破壊強度を有する。しかし、疎水性が十分ではなく、接触角は９０°であり、濡れヒステリシスが高すぎて、electrowetting-on-dielectric現象を使用するデバイスには使用できない。

発明の目的

本発明の目的の一つは、上記の欠点を無くした、より詳しくは、好ましくは１５°未満の比較的低い濡れヒステリシスを有し、良好な疎水性および高い相対的比誘電率を有する疎水性表面被覆を得ることである。

本発明により、この目的は、疎水性表面被覆が、ｘが１．４〜２であり、ｙが０．８〜１．４であるＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈ、およびｘ’が１．２〜１．４であり、ｙ’が０．６〜０．８であるＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された化合物により形成された、少なくとも一つの上側層を含んでなる、濡れヒステリシスが低い自由表面を得ることにより達成される。

本発明の別の態様においては、上側層の厚さが１マイクロメートル以下である。

好ましい実施態様においては、表面被覆が誘電体下側薄層を含んでなる。

本発明の別の態様によれば、下側薄層の相対的比誘電率が２以上である。

本発明のもう一つの目的は、そのような表面被覆を微細要素の面上に堆積させるための方法であって、容易に実行でき、微細要素の幾何学的構造に関係なく、一定の厚さを有する表面被覆を得ることができる、方法を提供することである。

本発明により、この目的は、堆積方法が、少なくとも、微細要素の面上に化学蒸着を行い、ｘが１．４〜２であり、ｙが０．８〜１．４であるＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈ、およびｘ’が１．２〜１．４であり、ｙ’が０．６〜０．８であるＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された化合物からなる上側層を形成することからなり、化学蒸着が、オルガノシランから選択された前駆物質により行われることにより達成される。

本発明の別の態様においては、化学蒸着は、好ましくはパルスモードで行われるプラズマ強化化学蒸着である。

本発明の別の目的は、少なくとも一個の、電極列を備えた基材を含んでなり、少なくとも一つの液滴を受け取るように設計された表面を有する微細要素を提供することであり、液滴は、微細要素の表面上で容易に且つ急速に、移動および／または変形することができる。

本発明により、この目的は、微細要素が本発明の表面被覆を含んでなり、表面被覆が、被覆の自由表面が滴を受け取るように、微細要素の面上に配置されていることにより、達成される。

そのような微細要素は、異なった電極に順次電圧を印加し、被覆の自由表面上に配置された滴を移動させることにより、使用することができる。

他の利点および特徴は、下記の、本発明の特別な実施態様の説明から、より明らかになるが、これら実施態様は、非限定的な例としてのみ記載するものであり、添付の図面に示される。

個別実施態様の説明

本発明により、疎水性表面被覆は、ｘが１．４〜２であり、ｙが０．８〜１．４であり、ｘ’が１．２〜１．４であり、ｙ’が０．６〜０．８である、ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：ＨおよびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された化合物からなる、少なくとも一つの上側層を含んでなる。

ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈは、炭素ドーピングされた無定形水素化ケイ素酸化物から選択された化合物を意味し、炭素の原子比率と酸素の原子比率はｘ／ｙに対応する。

ＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈは、炭素ドーピングされた無定形水素化ケイ素窒化物から選択された化合物を意味し、炭素の原子比率と窒素の原子比率はｘ’／ｙ’に対応する。

そのような、疎水性表面の上側層を形成することができる化合物の選択は、これらの化合物中に存在する化学結合の性質により決定される。ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：ＨおよびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈは、事実、Ｓｉ−ＣＨ_３型の化学結合、すなわちケイ素原子とＣＨ_３基との間に存在する化学結合、をそれぞれ含んでなる。しかし、Ｓｉ−ＣＨ_３結合は、上側層の自由表面をとりわけ疎水性にし、低い濡れヒステリシスを与える。その上、化合物中に存在する酸素原子および窒素原子が薄層に、好ましくは２以上の高い相対的比誘電率および良好な絶縁破壊強度を与える。さらに、ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：ＨおよびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された化合物は、生物適合性があり、そのような化合物から形成された薄層は、医学的または生物学的分野で使用する微細要素に好適である。

特別な実施態様においては、表面被覆を微細要素の表面上に堆積させ、微細要素の表面上に少なくとも上側薄層を形成する。上側薄層の形成は、オルガノシランから選択された前駆物質を使用して化学蒸着により行われる。化学蒸着は、好ましくはＰＥＣＶＤとも呼ばれるプラズマ強化化学蒸着であり、特にパルスモードで行う。パルスモードでＰＥＣＶＤを行うことにより、実際、表面の粗さを変えることができ、したがって、表面の濡れヒステリシスを大きく低下させることができる。ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈから製造される上側薄層では、オルガノシラン前駆物質は、例えばオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）であり、これをヘリウムと混合する。ＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから製造される上側薄層では、オルガノシラン前駆物質は、例えば窒素と混合したテトラメチルシラン（ＴＭＳ）である。

例えば、真空蒸着装置中に配置された微細要素の表面上に上側薄層を堆積させる。真空蒸着装置は、例えば１３．５６ＭＨｚの容量放電(capacitive discharge)で励起されたプラズマにより強化された化学蒸着を行うチャンバーである。低周波数または無線周波数発生装置により、プラズマ放電を微細要素の近くで行うことができ、ヘリウムまたは窒素と混合した前駆物質をチャンバー中に減圧下で注入する。

そのような表面被覆を行うことにより、特にマイクロエレクトロニクス技術と互換性のある技術を使用することができ、非常に大きな表面上に被覆を堆積させることができ、electrowetting-on-dielectricに好適な微細要素の製造工程を少なくすることができる。さらに、化学蒸着により、特にＳｉ−ＣＨ_３型化学結合を形成することにより、上側薄層の化合物を特別な化学構造にすることができる。その上、上側薄層を形成する化合物の選択により、液体置換(liquid displacement)に使用する他の化合物、例えばテフロン（登録商標）とは異なり、容易に実行できる堆積方法を使用することができ、微細要素の幾何学的構造に関係なく、一定の厚さを有する表面被覆を達成することができる。これは、厚さ数百マイクロメートルの深さを有する空隙または溝を含んでなる微細要素にとりわけ好適である。

比較のため、それぞれ下記のように形成された表面被覆に関して、濡れ角度および濡れヒステリシスを測定した（図４〜７）。
・スピンコーティングにより堆積させたテフロン（登録商標）の薄層（図４）、
・ＰＥＣＶＤにより堆積させたテフロン（登録商標）の薄層（図５）、
・ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ化合物の構造または化学構造Ａを得ることができる環状オルガノシラン前駆物質を使用することにより、ＰＥＣＶＤにより堆積させたＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈの薄層、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）と記載（図６）
・およびＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ化合物の構造または化学構造Ａを得ることができる環状オルガノシラン前駆物質を使用することにより、ＰＥＣＶＤにより堆積させたＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈの薄層、構造Ａと異なり、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）と記載（図７）。

ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物に関して、堆積は、例えばＯＭＣＴＳとヘリウムとの混合物を堆積チャンバー中に注入することにより行う。この混合物は、予め、６０℃に加熱された瓶の中で、流量約０．２リットル／分のヘリウム発泡系を使用して製造する。次いで、ヘリウムを流量０．６３２ｃｍ^３／分でチャンバー中に注入しながら、ＯＭＣＴＳ／Ｈｅ混合物を希釈する。プラズマを発生する電極に印加する電力は、０．０２Ｗ／ｃｍ^２であり、電極間の間隔は３０ｍｍであり、チャンバー内側の圧力は、薄層の堆積中、０．２ミリバールに維持する。

ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）化合物に関して、堆積は、例えばＯＭＣＴＳとヘリウムとの混合物を堆積チャンバー中に注入することにより行う。この混合物は、予め、６０℃に加熱された瓶の中で、流量約０．４リットル／分のヘリウム発泡系を使用して製造する。次いで、ヘリウムを流量０．２７３ｃｍ^３／分でチャンバー中に注入しながら、ＯＭＣＴＳ／Ｈｅ混合物を希釈する。プラズマを発生する電極に印加する電力は、０．８１Ｗ／ｃｍ^２であり、電極間の間隔は１５ｍｍであり、チャンバー内側の圧力は、薄層の堆積中、０．２ミリバールに維持する。

ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）およびＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）の薄層は、厚さが１マイクロメートルである。

ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈの構造ＡおよびＢは、図２および３にそれぞれ例示する、赤外分光法（ＦＴＩＲ）により決定される。赤外線スペクトルの解析により、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）およびＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）化合物中に存在する化学結合の性質に関する定性的および半定量的情報が得られる。各ＩＲスペクトル吸収ピークは、実際、特定の化学結合固有の振動様式に対応する波数にあらわれる。下記の表１は、図２および３の各吸収ピークに対応する振動様式を示す。

図２において、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物の赤外スペクトルは、−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２および−Ｓｉ（ＣＨ_３）_３基中に含まれる−Ｓｉ−ＣＨ_３結合に対応する２個のピーク１および７を含むことが観察できる。さらに、このスペクトルは、−Ｓｉ−Ｏ−化学結合に対応するピーク４、５および６を含む。表１により、−Ｓｉ−Ｏ−化学結合の５８．６％は、化学蒸着を行うために使用する前駆物質の環状構造に対応する環状−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−形態（ピーク５）で存在し、−Ｓｉ−Ｏ−化学結合の２１．２％は、前駆物質環状化合物の開環に対応する線状−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−形態で存在し（ピーク４）、−Ｓｉ−Ｏ−化学結合の２０．２％は、−Ｓｉ−Ｏ−ＣＨ_３基の−Ｓｉ−Ｏ−Ｃの形態で存在する（ピーク６）。

図３において、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）化合物は、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物よりもはるかに架橋しており、−ＣＨ_３基（ピーク１および７）の数は、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物におけるよりも小さいことが観察できる。基ＣＨ_３の代わりに、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）化合物は、Ｃ_ｘＨ_ｙ型の基を含む（ピーク２および３）。その上、−Ｓｉ−Ｏ−結合の構造的分布は、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物のそれとは非常に異なっている。例えば、−Ｓｉ−Ｏ−結合の３９．７％は、線状−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−形態で存在し（ピーク４）、３６．１５％は環状−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−形態にあり（ピーク５）、２４．１５％は、−Ｓｉ−Ｏ−ＣＨ_３基に含まれる−Ｓｉ−Ｏ−Ｃの形態にある。ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）化合物は、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物には存在しない−Ｓｉ−Ｈ基（ピーク３および８）も含む。

図４〜７は、４種類の対応する被覆の表面上に堆積させた水滴の接触角（θｃ°）と直径（ｍｍ）との関係を測定したグラフを示す。接触角は、被覆の表面上にある水滴の堆積系を使用し、カメラを使用して測定する。例えば、使用する装置は、Kruss CompanyからDrop Shape Analysis システムDSA 10mk2の名称で市販されている、自動化された装置であり、滴の体積を増加および減少させることにより、接触角のみならず、濡れヒステリシスも測定できる。これによって、各種の被覆（テフロン（登録商標）、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）およびＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ））に関して、一連の測定により、濡れヒステリシス現象を視覚化することができ、疎水性を特徴付ける接触角および濡れヒステリシスを各被覆に対して決定することができる。結果を下記の表２に示す。

したがって、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）およびＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）の疎水性は、テフロン（登録商標）被覆のそれよりも僅かに低いが、それでも高いままであり、接触角は１００°を超えている。他方、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）およびＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）の濡れヒステリシスは、テフロン（登録商標）被覆のそれよりもはるかに低い。さらに、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ａ）化合物は、ＳｉＣ_１．６Ｏ_１．２：Ｈ（Ｂ）化合物よりも、electrowetting-on-dielectricの分野により好適な疎水性および濡れヒステリシスを与える。

同様に、ＳｉＣ_１．３Ｎ_０．７：Ｈ化合物の濡れ角度および濡れヒステリシスを測定した。濡れ角度は約９２°であり、ヒステリシスは９°である。ＳｉＣ_１．３Ｎ_０．７：Ｈ化合物に関して、堆積は、例えばＴＭＳを流量２ｃｍ^３／分で、流量１リットル／分の窒素で希釈し、堆積チャンバー中に注入することにより行う。プラズマを発生する電極に印加する電力は３００Ｗであり、チャンバー内側の圧力は、堆積工程中、０．５ミリバールに維持する。

そのような表面被覆は、微細要素の表面上に配置することができる。例えば、図８に示す特別な実施態様においては、微細要素は基材１を含んでなり、基材の一面は、少なくとも１滴の液体を受け取るように設計されている。基材１は、基材中に埋め込まれた電極列４および空隙５を備えている。この基材は、ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：ＨおよびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された化合物により形成された上側薄層６により形成された表面被覆で覆われている。上側薄層６の自由表面は、液滴を受け取り、その液滴を、例えば被覆の、空隙５を覆う区域から被覆の別の区域に移動させるように設計されている。

表面被覆の相対的比誘電率を増加するために、図９に示すように、誘電体の下側薄層７を上側薄層６の下に配置することができる。下側薄層７は、好ましくは上側薄層６を堆積させる前に、プラズマ強化化学蒸着(ＰＥＣＶＤ)またはマグネトロンスパッタリングにより、微細要素の表面上に堆積させる。下側薄層７は、厚さが好ましくは５マイクロメートル以下であり、相対的比誘電率が好ましくは２以上である。より詳しくは、下側薄層７は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、Ｔａ２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、およびＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３を含んでなる群から選択された化合物から形成する。例えば、下側薄層のＰＥＣＶＤは、無線周波数（ＲＦ）励起の下で、ＳｉＨ_４／Ｎ_２Ｏ型の前駆物質で行うのに対し、マグネトロンスパッタリングは、Ｓｉ_３Ｎ_４ターゲットで行うことができる。そのような下側薄層７は、表面被覆の相対的比誘電率を強化し、絶縁破壊強度をさらに増加させる。

図１０〜１６に示す特別な実施態様においては、微細要素は、図１０に示すように基材１から得られ、例えば絶縁層（例えば酸化ケイ素）で覆われたガラス、シリカ、ポリカーボネートまたはシリコンを含んでなる。次いで、基材１の表面上に金属薄層９(図１１)を予め堆積させ、次いで写真平版印刷により金属薄層をパターン形成することにより、パッド８に接続された電極列４を基材１の表面上に形成する(図１２)。金属薄層９は、例えば金、アルミニウム、チタン、白金またはイリジウムおよび酸化スズから製造することができ、その厚さは、好ましくは約０．１μｍ〜２μｍである。

そのような微細要素は、異なる電極に順次電圧を印加することにより、被覆の自由表面上に置いた滴を移動させるのに使用することができる。

次いで、電極列４を備えた基材１を下側薄層７(図１３)、例えば厚さ０．１μｍ〜５μｍの酸化ケイ素層または窒化ケイ素層で被覆する。次いで、下側薄層７を、パッド８のレベルで局所的にエッチングし、電気接点(図１４)を達成する。局所的エッチングにより、パッド８の表面の一部だけを選択的に露出し、微細要素の自由表面の、パッド８の露出されていない区域により形成される残りの部分、基材１の自由表面、および電極列は、下側薄層７により覆われたままである。

次いで、フォトレジスト，例えばSU8樹脂の層を微細要素の自由表面上に堆積させ、写真平版印刷によりパターン形成し、微細要素中の溝または空隙の壁として使用できる壁(またはパターン)１０(図１５)を形成する。壁(またはパターン)１０は、例えば厚さが数十マイクロメートル〜数百マイクロメートルである。

次いで、厚さが０．１μｍ〜５μｍ、厚さ１μｍが有利である上側薄層６を微細要素の自由表面全体の上にＰＥＣＶＤにより堆積させる(図１６)。上側薄層は、ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：ＨおよびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された材料により形成する。したがって、疎水性表面被覆を形成し、低いヒステリシスを有する上側薄層６は、下側薄層７およびパッド８の自由表面ならびに壁１０全部を完全に被覆する。次いで、基材を切断し、電気的に接続される個別のチップを形成することができる。

図１７に示す別の実施態様においては、図１６に示す微細要素が壁１０の上に位置し、溝または空隙を形成するカバー１１を含むことができる。カバー１１は、疎水性薄層１２、導電性層１３および例えばポリカーボネート、ガラスまたはシリコン製の保護層１４を含んでなる。疎水性薄層１２は、好ましくはＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：ＨおよびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから選択された化合物により形成され、導電性層１３は、金、アルミニウム、チタン、白金またはイリジウム、および酸化スズから製造することができる。その際、疎水性層１２は、溝または空隙の上壁を限定する第二表面被覆を形成するので、溝または空隙の壁全体が疎水性になり、低い濡れヒステリシスを有する。

本発明により、表面被覆の上側薄層は、ｘが１．４〜２であり、ｙが０．８〜１．４であるＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈ、およびｘ’が１．２〜１．４であり、ｙ’が０．６〜０．８であるＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから特別に選択された化合物により形成される。この選択により、他のすでに公知の化合物とは異なり、疎水性と低い濡れヒステリシスの両方を有する被覆が得られる。例えば、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０２８９４０２号は、一般的に、ＳｉＣ_ｘＮ_ｙＯ_ｚＨ_ｔ型の、ｘが０〜５、特に０．３〜１であり、ｙが０〜０．８、特に０．５〜０．８であり、ｚが０〜２．５、特に１．３〜２であり、ｔが０〜１．２、特に０．６〜１である無機化合物から製造された保護被覆を記載している。この無機化合物は、プラズマ処理により得られ、特にガラスパネル、スクリーンまたは光学支持体を機械的および帯電防止保護するために、透明重合体基材を覆うように設計されている。本発明の表面被覆の上側層を形成するために選択された化合物は、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０２８９４０２号に記載されている被覆とは、本発明による炭素、酸素または窒素および水素の比率範囲が、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０２８９４０２号に記載されている比率範囲と比較して狭い点で、異なっている。この範囲は、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０２８９４０２号に記載されている好ましい実施態様からもほど遠い。酸素または窒素および炭素の比率の選択は、任意の様式においてではなく、濡れヒステリシスが低い疎水性被覆を得る目的で行われる。

さらに、文献「プラズマ重合されたヘキサメチルジシロキサン被覆における、シリカ状表面変性による硬度の改良(Improvement of hardness in plasma polymerized hexamethyldisiloxane coatings by silica-like surface modification)」(Thin Solid Films 377-378 (2000) 109-114)において、F. Benitezらは、プラズマにより重合させたヘキサメチルジシロキサン系（ＨＭＤＳＯ）被覆（ＰＰＨＭＤＳＯ）を、アルミニウムの層で覆われたガラス基材の耐食性を改良する目的で研究している。研究されている被覆は、ＨＭＤＳＯモノマーの蒸気および酸素から構成されるガスの様々な混合物から、または純粋モノマーを堆積させ、堆積の後に酸化させることにより、プラズマ処理により得られており、これらの異なった条件下で得たフィルムの接触角の測定を報告している。接触角が１００°を超えるのは、相対的酸素圧がゼロである場合のみである。その上、−ＣＨ_３基に関連するＩＲピークの解析は、プラズマ中の酸素が３５％を超えると、−ＣＨ_３結合は残らないことを示している。しかし、F. Benitezらは、疎水性であるのみならず、低い濡れヒステリシスも有する被覆を得るために使用する必要がある、炭素含有量あるいは酸素または窒素と水素の特別な比率については記載していない。

表面被覆を含んでなり、その上に滴が配置された、傾斜した基材を断面で示す。それぞれ構造Ａおよび構造Ｂにある、２種類のＳｉＣ１．６Ｏ１．２：Ｈ化合物の赤外線スペクトルを示す。それぞれ構造Ａおよび構造Ｂにある、２種類のＳｉＣ１．６Ｏ１．２：Ｈ化合物の赤外線スペクトルを示す。それぞれスピンコーティングおよびＰＥＣＶＤにより堆積させた２種類の表面被覆化合物Teflon（登録商標）の濡れヒステリシスを示すグラフである。それぞれスピンコーティングおよびＰＥＣＶＤにより堆積させた２種類の表面被覆化合物Teflon（登録商標）の濡れヒステリシスを示すグラフである。それぞれ構造ＡおよびＢ構造にある、ＰＥＣＶＤにより堆積させた２種類の表面被覆化合物ＳｉＣ１．６Ｏ１．２：Ｈの濡れヒステリシスを示すグラフである。それぞれ構造ＡおよびＢ構造にある、ＰＥＣＶＤにより堆積させた２種類の表面被覆化合物ＳｉＣ１．６Ｏ１．２：Ｈの濡れヒステリシスを示すグラフである。微細要素上に配置された本発明の第一および第二疎水性表面被覆をそれぞれ断面で図式的に示す。微細要素上に配置された本発明の第一および第二疎水性表面被覆をそれぞれ断面で図式的に示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。本発明の微細要素の様々な製造工程を示す。

Claims

ＳｉＣ _ｘＯ _ｙ：Ｈ（式中、ｘが１．４〜２であり、ｙが０．８〜１．４である）、およびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈ（式中、ｘ’が１．２〜１．４であり、ｙ’が０．６〜０．８である）から選択された化合物により形成された、少なくとも一つの上側薄層(６、１２)を含んでなり、濡れヒステリシスが１５°未満の自由表面が得られることを特徴とする、疎水性表面被覆。
前記上側薄層(６、１２)の厚さが１マイクロメートル以下である、請求項１に記載の表面被覆。
前記表面被覆が誘電体下側薄層（７）を含んでなる、請求項１または２に記載の表面被覆。
前記下側薄層（７）の厚さが５マイクロメートル以下である、請求項３に記載の表面被覆。
前記下側薄層（７）の相対的比誘電率が２以上である、請求項３または４に記載の表面被覆。
前記下側薄層（７）が、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、Ｔａ２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３およびＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３を含んでなる群から選択された化合物から形成される、請求項３〜５のいずれか一項に記載の表面被覆。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面被覆を微細要素の表面上に堆積させる方法であって、少なくとも、前記微細要素の前記表面上に化学蒸着を行い、ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈ（式中、ｘが１．４〜２であり、ｙが０．８〜１．４である）、およびＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈ（式中、ｘ’が１．２〜１．４であり、ｙ’が０．６〜０．８である）から選択された化合物から形成された上側薄層(６、１２)を形成することからなり、前記化学蒸着が、オルガノシランから選択された前駆物質により行われる、ことを特徴とする、方法。
前記化学蒸着がプラズマ強化化学蒸着である、請求項７に記載の堆積方法。
前記プラズマ強化化学蒸着がパルスモードで行われる、請求項８に記載の堆積方法。
前記上側薄層(６、１２)がＳｉＣ_ｘＯ_ｙ：Ｈから製造され、前記オルガノシラン前駆物質が、オクタメチルシクロテトラシロキサンから形成され、ヘリウムと混合される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の堆積方法。
前記上側薄層(６、１２)がＳｉＣ_ｘ’Ｎ_ｙ’：Ｈから製造され、前記オルガノシラン前駆物質が、テトラメチルシランから形成され、窒素と混合される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の堆積方法。
前記上側薄層（６、１２）を形成する前に、誘電体の下側薄層（７）を、前記微細要素の表面上に、プラズマ強化化学蒸着またはマグネトロンスパッタリングにより堆積させる、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の堆積方法。
少なくとも一個の、電極列（４）を備えた基材（１）を含んでなり、少なくとも一個の液滴を受け取るように設計された表面を有する微細要素であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面被覆を含んでなり、前記被覆の自由表面が前記滴を受け取るように、前記表面被覆が前記微細要素の前記表面上に配置されている、ことを特徴とする、微細要素。
請求項１３に記載の微細要素の使用であって、異なった前記電極に順次電圧を印加し、前記被覆の前記自由表面上に配置された前記滴を移動させる、使用。