日本名古屋大學的研發小組開發出了一種新的表面加工方法，向利用超微細噴墨描繪的高分子膜照射紫外光，即可按照描繪的形狀產生馬蘭戈尼對流，並形成溝槽。
在半導體製造中，光刻等表面形狀加工技術是極爲重要的技術。此前採用的方法是，用光掩模等在局部進行圖案曝光，以改變聚合物的特性，然後用溶劑顯影。而名古屋大學的研發小組發現，只需用微細噴墨在想要形成溝槽的部分描繪圖形，然後向整個膜照射紫外光，膜材料就會自發地大幅行程，噴墨描繪的部分就會「裂開」而形成溝槽。
關於微流路的製作，目前採用的光刻法要進行圖案曝光和顯影，但此次開發的方法只需進行噴墨描繪即可，無需利用溶劑顯影，有望實施新的圖形化加工工藝。
相關論文已於2019年2月22日發表在英國科學雜誌《科學報告》（Scientific Reports）的網路版上。
馬蘭戈尼對流效應是流體的表面張力在不同位置產生差異（表面溫度不均勻形成表面張力差），從而形成對流的現象。這種對流會造成麻煩的技術問題，比如製作硅晶體時難以得到均勻的晶體，塗覆時有些許異物就會在表面形成很大的凹凸，無法實施平滑的塗覆等。
本次研究提出的表面微細加工新方法，將這種麻煩的現象應用於按照設計加工的高分子膜。利用超微細噴墨在側鏈擁有偶氮基苯的液晶聚合體膜上進行局部印刷後，印刷的位置會產生表面張力差。在這種狀態下不會產生對流，但照射紫外光後膜會迅速軟化，產生馬蘭戈尼對流並形成溝槽，同時材料行程，使溝槽深度達到高分子膜的底部，從而發生變形。停止照射紫外光後，這種動作會立即停止。光刻是利用圖形曝光和溶劑顯影來加工表面形態，而此次的方法利用噴墨描繪法取代圖形曝光，無需使用溶劑顯影，只需照射紫外光即可進行表面形狀加工，是一種應用新原理的表面微細加工方法。這項研究成果利用紫外光的開和關來控制馬蘭哥尼效應，確立了技術應用的路綫。
圖1：本次研究提出的表面加工工藝。透過微細噴墨在側鏈擁有偶氮基苯的液晶聚合體（PAz）薄膜上描繪表面張力不同的嵌段共聚體（PBMA-b-PAz）。然後照射波長爲365nm的紫外光，透過馬蘭哥尼效應促進物質行程，自發形成溝槽。
圖2：照射紫外光後出現馬蘭戈尼對流，從而形成溝槽。（A）塗布描繪的模式圖，（B）照射紫外光前的白色干涉顯微鏡影像（下圖爲截面圖，兩處小突起爲印刷部分），（C）照射紫外光20秒後的顯微鏡影像以及與B爲同一個位置的截面圖。
圖3：照射紫外光前的PAz液晶聚合體的變化模式圖。照射紫外光之前，偶氮基苯爲條狀液晶結構（黃色條型）。照射紫外光後會產生順式（Cis）偶氮基苯（粉色星型），液晶結構消失，粘性大幅降低。照射可見光後基本會恢復爲反式（Trans）。
圖4：（A）透過各種噴墨描繪形成溝槽（白色干涉顯微鏡影像，左：照射紫外光之前，右：照射紫外光之後）。（B）向透過噴墨印刷描繪的「N」和「U」的各部分照射紫外光時選擇性地形成溝槽。僅向紫色八邊形部分照射紫外光，只在該部分的印刷位置形成溝槽。
圖5：交替照射紫外光和可見光時，溝槽的寬度擴大。照射紫外光（白色部分），溝槽擴展，照射可見光（藍色部分），溝槽停止擴展。能夠可逆控制。
圖6：溝槽的形狀和利用TOF-SIMS觀測的墨水中所含的硅的分佈。（A）利用白色干涉顯微鏡觀測到的形狀，（B）墨水中所含的硅（Si）的擴散映射圖，（C）重疊二者後的高度圖及相當於Si含量的計數比較。
文 JST客觀日本編輯部
