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WO2023017801A1 - 基板をパターニングする方法、基板上に微細構造を形成する方法、及び流体デバイスを製造する方法。 - Google Patents

基板をパターニングする方法、基板上に微細構造を形成する方法、及び流体デバイスを製造する方法。 Download PDF

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WO2023017801A1
WO2023017801A1 PCT/JP2022/030233 JP2022030233W WO2023017801A1 WO 2023017801 A1 WO2023017801 A1 WO 2023017801A1 JP 2022030233 W JP2022030233 W JP 2022030233W WO 2023017801 A1 WO2023017801 A1 WO 2023017801A1
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WO
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substrate
target material
patterning
hydrophobic film
forming
Prior art date
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PCT/JP2022/030233
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佳周 津田
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Craif Inc
Original Assignee
Craif Inc
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Publication date
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Priority to EP22855863.1A priority patent/EP4386484A4/en
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05—Microfluidics
    • B81B2201/058—Microfluidics not provided for in B81B2201/051 - B81B2201/054
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    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/05—Arrays
    • B81B2207/056—Arrays of static structures

Definitions

  • the present disclosure relates to methods of patterning substrates, methods of forming microstructures on substrates, and methods of manufacturing fluidic devices.
  • microstructures or structures are formed on the surface of substrates such as wafers. Such structures are formed partially or discretely on the substrate surface. Other substrate surfaces are not microstructured and are substantially exposed.
  • the effects of micro-fabrication or its working processes leave undesired structures on the exposed substrate surface, such as processing debris, particles or chemical contaminants, and the growth or formation of non-specific materials. Or substances are formed or attached.
  • the surface of the substrate (which may be the surface of the original substrate or the surface of a film or layer formed on the surface of the original substrate) on which the microstructure is not formed is It is desired to be maintained or restored as clean as possible.
  • a fluidic device that contains a microstructure in a flow channel.
  • the microstructures are formed on the surface of the substrate and the cover is adhered to the surface of the substrate.
  • the cover is adhered to the surface of the substrate.
  • the presence of undesired, erroneously formed microstructures, contaminants such as particles, and the like can interfere with the intimate contact between the substrate surface and the cover, thereby impairing the tightness of the fluid contained therein.
  • a method of patterning a substrate comprises patterning a hydrophobic film formed on a surface of a substrate, applying a target material, and oxidizing at least the surface of the applied target material.
  • the method further comprises removing the hydrophobic film from the substrate.
  • substrate generally refers to any substrate or material surface formed on a substrate on which film processing is performed during the manufacturing process.
  • substrate surfaces that can be processed include materials such as silicon (Si), silicon oxide ( SiO2 ), silicon on insulator (SOI), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), glass, sapphire, and the like.
  • the substrate surface comprises semiconductor material or materials commonly used in semiconductor processing.
  • Substrate surfaces include other materials such as metals, metal oxides, metal alloys, and other conductive materials, depending on the application.
  • the substrate surface comprises polymeric material. On the substrate surface, oxides, fat components, etc. may be present at the atomic or micro level.
  • Substrates include, but are not limited to, semiconductor wafers such as silicon wafers, glass wafers, and polymeric films.
  • the substrate may be subjected to pretreatment processes to polish, etch, reduce, oxidize, hydroxylate, anneal, clean, and/or bake the substrate surface.
  • Substrate surfaces have these materials as their basic constituents and may have impurities or surface layers when handled, for example, in an atmospheric or clean room environment.
  • the substrate surface may be partially or wholly hydrophobic. In some embodiments, the substrate surface may be partially or wholly hydrophilic.
  • the surface of the substrate may be substantially flat.
  • the surface of the substrate may have a flat surface.
  • the surface of the substrate may be flat after at least the hydrophobic film is removed.
  • the surface of the substrate can be adhered to a member defining a channel to fluidly seal the channel.
  • the substrate surface is 5, 4, 3, 2, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0 . It may have a surface roughness of any or less than 5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1 nmRa, and the like.
  • the substrate surface may have the surface roughness of commercially available or industrially used substrates. For example, commercially available silicon substrates, glass substrates, or polymeric substrates or films may be used.
  • hydrophobic film refers to a film made of a material having hydrophobicity (hydrophobic material, hereinafter the same) or having a material having hydrophobicity on its surface.
  • the hydrophobic membrane may contain a fluorine compound or resin.
  • the hydrophobic membrane may be a so-called fluororesin membrane.
  • Hydrophobic materials may be selected from the group consisting of fluorinated polymers, perfluorinated polymers, silicone polymers, and mixtures thereof.
  • hydrophobic materials include amorphous fluoropolymers (commercial examples include the CYTOP® series from AGC Chemicals having one of the following terminal functional groups.
  • one of the following terminal functional groups Polytetrafluoroethylene (commercial examples include TEFLON® from Chemours).
  • fluorinated hydrocarbons fluoroacrylic copolymers (commercial examples include FLUOROPEL® from Cytonix); fluorosilanes such as trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl perfluorodecyltrichlorosilane (FDTS); plasma deposited fluorocarbons; polydimethylsiloxanes; other siloxanes; hydrophobic hydrocarbons such as 1-heptadecine, or mixtures thereof.
  • fluorosilanes such as trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl perfluorodecyltrichlorosilane (FDTS)
  • FDTS fluororosilanes
  • plasma deposited fluorocarbons polydimethylsiloxanes; other siloxanes
  • hydrophobic hydrocarbons such as 1-heptadecine, or mixtures thereof.
  • the hydrophobic material may be applied to at least part of or the entire substrate surface.
  • the hydrophobic material may be applied to the substrate surface by dry or wet techniques. For example, the hydrophobic material may be dropped and spin-coated onto the substrate surface in the form of a solution. It may then be dried, heat treated, or baked.
  • the hydrophobic film formed on the substrate surface is patterned.
  • the hydrophobic membrane may be patterned using photolithographic techniques. A resist is applied to the surface of the plastic film by spin coater or spray, prebaked, exposed and developed. The resist is thereby patterned. The hydrophobic film is exposed where the resist is removed. After development, treatments such as rinsing and post-baking may be performed.
  • patterning may comprise etching with a hard mask (eg, metal mask).
  • a hard mask eg, metal mask
  • the exposed surface of the hydrophobic membrane is etched.
  • the hydrophobic film is patterned corresponding to the pattern of the resist.
  • Etching of the hydrophobic film is not particularly limited, but may be, for example, oxygen etching. This exposes the substrate surface.
  • the exposed substrate surface is coated with the target material.
  • the target material may be applied to the entire substrate, ie the surface of the resist.
  • a membrane may be formed that includes or consists essentially of the material of interest.
  • Target materials include, for example, gold, platinum, aluminum, copper, iron, cobalt, silver, tin, indium, zinc, gallium, chromium, and oxides thereof.
  • the target material may be an oxidizable material.
  • the target material may be chromium (Cr).
  • the target material may be zinc oxide (ZnO).
  • the photoresist may be removed after application of the target material. At that time, the target material applied to the surface of the photoresist may be removed together. This process may be called liftoff. Upon lift-off, the hydrophobic film and patterned target material may remain on the substrate surface.
  • the applied target material may be treated.
  • the treatment may be treatment of the surface of the target material.
  • the treatment may be heating. Heating may include heating the substrate in a furnace, irradiating the target material or substrate with a laser, and the like.
  • the treatment may be oxidation of at least the surface, or part or all of the volume of the target material. Examples of oxidation include heating in an oxidizing atmosphere, plasma treatment, and the like.
  • the target material may be processed or treated.
  • microstructures may be formed on the surface of the target material.
  • Microstructures may be formed by etching the target material.
  • microstructures may be formed on the surface of the target material.
  • a member that forms a microstructure may be grown on the surface of the target material.
  • nanowires may be formed on the surface of the target material.
  • particles or a catalyst for growing nanowires may be applied to the surface of a target material, and nanowires may be grown starting from the surface.
  • the material of interest may be a material that can catalyze or initiate nanowire growth.
  • Particles or seed layers for forming nanowires include, for example, ZnO, CrO.
  • ZnO-based nanowires can be grown on the surface of these seed materials using hydrothermal synthesis methods.
  • ZnO is first applied to the surface of the substrate (the surface of the target material).
  • the substrate is immersed in a precursor solution in which zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O) and hexamethylenetetramine (C 6 H 12 N 4 ) are dissolved in deionized water.
  • ZnO nanowires grow on the surface of the target material.
  • ZnO zinc nitrate hexahydrate
  • C 6 H 12 N 4 hexamethylenetetramine
  • catalysts for nanowire production include gold, platinum, aluminum, copper, iron, cobalt, silver, tin, indium, zinc, gallium, chromium, and titanium.
  • a nanowire using a catalyst can be produced by the following procedure. (a) depositing a catalyst on the surface of the target material; (b) SiO2 , Li2O, MgO, Al2O3 , CaO, TiO2 , Mn2O3 , Fe2O3 , CoO , NiO, CuO, ZnO, Ga2O3 , SrO, In2O 3 , SnO 2 , Sm 2 O 3 , EuO, etc., and physical vapor deposition methods such as pulsed laser deposition and VLS (Vapor-Liquid-Solid) methods are used to form nanowires.
  • the nanowires produced using the catalyst may be nanowires having no branched chains or nanowires having branched chains.
  • a coating layer may be formed on the surface of the nanowires.
  • the coating layer can be formed using vapor deposition methods such as sputtering, EB (Electron Beam) vapor deposition, PVD (Physical Vapor Deposition), and atomic layer deposition (ALD).
  • the coating layer may be a material with high thermal conductivity.
  • a nanowire device with such a coating layer can be used for heat treatment of samples.
  • the coating layer may be a material that binds peptides and/or nucleic acids and has high thermal conductivity. This allows the surface of the nanowires to be modified with peptides and/or nucleic acids. Modified nanowires have the ability to efficiently capture or separate biomolecules from other substances. These are examples, and the material used for the coating layer is not limited to these.
  • the hydrophobic film may be removed after processing the target material, for example, after processing such as heating, oxidizing, or microstructuring the target material.
  • the hydrophobic membrane may be removed by liftoff.
  • a hydrophobic film that has undergone heating or oxidation treatment is generally brittle. By immersing the substrate in water and heating at a predetermined temperature, the hydrophobic film is peeled off from the substrate. At that time, the removal of the hydrophobic film may be accelerated by ultrasonic cleaning or the like.
  • the target material (or additionally microstructures) patterned on the surface of the substrate and the surface of the substrate free of the target material are prepared.
  • the surface of the substrate thus exposed with patterning is substantially free of target material or microstructures.
  • it has substantially the flatness or normality (eg, particle free) of the surface of the original substrate.
  • a clean substrate surface can be bonded to another substrate or member to form a fluid tight bonding surface. This makes it possible to manufacture a channel or fluidic device with high hermeticity.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of patterning a substrate according to an embodiment
  • a substrate 101 is prepared and a hydrophobic film 102 is formed on its surface.
  • the substrate 101 is typically a silicon substrate or glass substrate used in semiconductor processes.
  • Substrate 1101 may be pre-cleaned. Surface contaminants or particles can thereby be removed.
  • the hydrophobic film 102 can be formed by spin coating. The applied hydrophobic film 102 is baked. Cytop (registered trademark, manufactured by AGC Co., Ltd.) was used as the hydrophobic membrane 102 in the examples.
  • a photoresist 103 is applied to the surface of the hydrophobic film 102 as shown in FIG. 1B.
  • materials used in semiconductor processes can be used.
  • AZ4903 manufactured by Merck Performance Materials GmbH was used.
  • the photoresist 103 is patterned as shown in FIG. 1C.
  • the photoresist 103 is pre-baked.
  • the exposure is carried out in such a way that it corresponds to the pattern in which the target material will later be formed.
  • development is performed.
  • NMD-3 manufactured by TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD.
  • the substrate is rinsed with pure water and dried by blowing nitrogen.
  • photoresist 103 is post-baked. Thereby, the photoresist 103 was patterned.
  • etching is performed on the portion of the hydrophobic film 102 that is opened or exposed in FIG. 1C.
  • Oxygen etching may be performed on the hydrophobic film 102 .
  • the etching apparatus may be an apparatus used for general semiconductor processes.
  • an RF plasma device, TEP-01C2 manufactured by TATEYAMA MACHINE CO., LTD. was used.
  • TEP-01C2 manufactured by TATEYAMA MACHINE CO., LTD.
  • a target material 104 is applied or deposited to cover the entire substrate 101, ie, the surface of the photoresist 103, including the surface of the substrate 101 exposed in FIG. 1D.
  • the target material 104 chromium (Cr) was deposited by sputter deposition to a thickness greater than 100 nm.
  • the photoresist 103 and the target material 104 formed on the photoresist 103 are removed by lift-off.
  • the entire substrate 101 was impregnated in heated 2-propanol for a predetermined time. After that, ultrasonic cleaning was performed.
  • the target material 104 chromium
  • the target material 104 was patterned on the substrate 101 and the rest of the surface of the substrate 101 was covered with the hydrophobic film 102 .
  • the target material 104 is annealed.
  • the chromium of target material 104 was held at 400° C. in an air atmosphere and oxidized. Atmospheric atmosphere contains a sufficient amount of oxygen to oxidize chromium.
  • the atmosphere during heating may be an oxidizing atmosphere.
  • the surface of chromium may be oxidized by plasma treatment.
  • ZnO nanowires 105 were grown as a microstructure on the surface of the oxidized target material 104 (chromium).
  • the ZnO nanowires 105 are formed by hydrothermal synthesis. If the hydrophobic film 102 does not cover the surface of the substrate 101 , the nanowires 105 may also grow non-specifically on the surface of the substrate 101 . As shown in FIG. 1H, the nanowires 105 can only grow on the surface of the patterned target material 104 because the hydrophobic film 102 covers the surface of the substrate 101 .
  • the hydrophobic film 102 is removed or lifted off.
  • the substrate 101 has microstructures 105 (nanowires) formed on its surface at the locations of the target material 104 defined by the patterning.
  • microstructures 105 are present on the surface of the substrate 101 where the target material 104 is absent.
  • the target material can be used as a seed layer or a starting point to form a fine structure only in that portion.
  • the fluidic device 100 including the fine structure 105 formed in this manner is manufactured.
  • the fluidic device 100 mainly includes a substrate 101 and a cover (substrate) 111 bonded thereto.
  • This substrate 101 is the substrate 101 also shown in FIG. 1I.
  • the cover 111 has a frame 112 and an internal space 120 surrounded by the frame 112 so as to cover the target material 104 and the microstructure 105 of the substrate 101 .
  • the cover 111 is in intimate contact with the exposed surface of the substrate 101 free of the microstructures 105 at the frame 112 to form a bonding interface 130 .
  • the joint interface 130 has a high fluid tightness. This is because the surface of the substrate 101 forming the bonding interface 130 has no non-specific growth such as the fine structure 105 and has a flat plane substantially the same as the initial one.
  • the fluidic device 100 shown in FIG. 1J includes a substrate 101 having a target material 104 and a microstructure 105 on its surface, and a cover 111 in close contact with the substrate 101 so as to enclose the microstructure 105. .
  • the substrate 101 and the cover 111 are in close contact at the bonding interface 130 to form an internal space or channel 120 containing the microstructure 105 therein.
  • channel 120 may have multiple target material pattern portions 104 and/or microstructures 105, for example, as shown in FIG. 1J.
  • each channel may have a single target material pattern and/or microstructure.
  • a single target material pattern 104 and/or microstructure may be formed on the surface of the substrate. A cover having a single interior space may be bonded to the substrate.
  • a fluidic device 200 shown in FIG. 2 includes a substrate 201 having a plurality of microstructures 204 and nanowires 205 formed thereon, and a cover 211 adhered to the substrate 201 in close contact.
  • the cover 211 has a plurality of flow paths or internal spaces 220-1, 220-2, 220-3, and is adhered to the substrate 201 at bonding surfaces surrounding them to form a contact surface 230.
  • Channels 220-1, 220-2, 220-3 are formed to contain microstructures 204 and nanowires 205, respectively.
  • the fluidic device 200 shown in FIG. 2 has a plurality of channels 220-1, 220-2, 220-3.
  • the fluidic device 200 may be cut along the boundaries 240-1, 240-2 of the channels 220-1, 220-2, 220-3. As a result, multiple discrete fluidic devices 200-1, 200-2, 200-3 may be manufactured. In some embodiments, cutting may include a blade or laser dicing process.
  • a cover may be adhered to each individual substrate to manufacture an individual fluidic device (not shown).
  • FIG. 2 shows the formation or fabrication of three individual flow paths 220-1, 220-2, 220-3 and three individual fluidic devices 200-1, 200-2, 200-3
  • the present disclosure is not limited to this.
  • multiple channels and/or fluidic devices may be fabricated from a single substrate. The number may be other than three.
  • the cover may have multiple internal spaces and multiple frames surrounding each (not shown).
  • a cover having a plurality of internal spaces and a plurality of target material pattern portions and/or microstructures may be brought into close contact, and the joined body of the substrate and the cover may be cut or separated according to each internal space.
  • a "flow path" used in the present disclosure generally refers to a space containing a fluid. Flow path may also be used interchangeably with terms such as fluid chamber, fluid reservoir, and the like.
  • the flow path may have an inlet for introducing fluid into it and/or an outlet for discharging fluid therefrom.
  • the fluid may flow within the channel or may be introduced into the channel and substantially stopped.
  • a so-called chaotic mixer or a structure that induces non-linear and/or three-dimensional flow in the fluid flowing through the channel may be placed in the channel.
  • Such structures may include, for example, steps in the channel, changes in cross-sectional area, changes in the orientation of the channel, and the like.
  • a chaotic mixer having herringbone-shaped unevenness may be arranged on the inner wall surface of the flow path (the surface of the substrate or the surface of the cover). These can promote the nonlinear flow of the fluid. As a result, more of the target substance in the solution can be exemplarily guided to the microstructures (eg, nanowires) arranged on the plurality of inner wall surfaces or curved inner wall surfaces.
  • the fluidic device may detect, measure, analyze, modify, process, and/or capture substances contained in the fluid introduced into the flow path.
  • the fluidic device may have nanowires.
  • a fluidic device may use nanowires to trap substances contained within a fluid.
  • a fluidic device may capture biomolecules in bodily fluids with nanowires disposed within its flow path.
  • the fluid introduced into the channel may be body fluid.
  • Body fluid means a bodily fluid obtained from a subject or a sample derived from such bodily fluid.
  • the body fluid may be, without limitation, blood, serum, plasma, lymph, tissue fluid such as interstitial fluid (interstitial fluid), intercellular fluid, body cavity fluid, serous fluid, pleural fluid. , ascites, pericardial fluid, cerebrospinal fluid (cerebrospinal fluid), synovial fluid (synovial fluid), aqueous humor (aqueous humor).
  • the bodily fluid may be a digestive fluid such as saliva, gastric juice, bile, pancreatic juice, intestinal juice, sweat, tears, runny nose, urine, semen, vaginal fluid, amniotic fluid, milk.
  • the bodily fluid may be an animal bodily fluid or a human bodily fluid.
  • a biomolecule may be an organelle or a vesicle.
  • Vesicles may be, without limitation, vacuoles, lysosomes, transport vesicles, secretory, gas vesicles, extracellular matrix vesicles, extracellular vesicles, etc., and may include a plurality thereof.
  • Extracellular vesicles can be, without limitation, exosomes, exotomes, shedding microvesicles, microvesicles, membrane particles, plasma membranes, apoptotic bullae, and the like.
  • a vesicle may contain a nucleic acid.
  • a biomolecule may be, but is not limited to, a cell or may contain a cell.
  • Cells may be red blood cells, white blood cells, immune cells, and the like.
  • a biomolecule may be a virus, a bacterium, or the like.
  • the solution may be a bodily fluid or a liquid derived from the bodily fluid (diluted solution, treatment solution, etc.).
  • the solution may be a solution that is not a bodily fluid (derived from a non-bodily fluid), an artificially prepared liquid, or a mixture of a bodily fluid or a bodily fluid-derived solution and a non-bodily fluid-derived solution.
  • the solution may be the solution used for sample measurements or the solution used for calibration measurements.
  • the solution may be a standard solution or a calibrator solution.
  • the sample to be measured may be a specimen.
  • the solution may contain a physiological buffer such as phosphate buffered saline (PBS) or N-tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethanesulfonic acid buffer (TES) containing the material to be recovered. good.
  • PBS phosphate buffered saline
  • TES N-tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethanesulfonic acid buffer
  • a method of patterning a target material of a substrate comprising: providing a substrate; forming a hydrophobic film on the surface of the substrate; patterning the hydrophobic film to expose a portion of the surface of the substrate; applying an oxidizable target material to the portion of the surface of the substrate exposed by the patterning; and heating or on the substrate having the oxidizable target material and the hydrophobic film. oxidizing the target material of How to prepare.
  • a method of patterning a target material of a substrate comprising: providing a substrate; forming a hydrophobic film on the surface of the substrate; patterning the hydrophobic film to expose a portion of the surface of the substrate; applying a target material to the portion of the surface of the substrate exposed by the patterning; and performing a surface treatment on the substrate having the target material and the hydrophobic film; How to prepare.
  • A011 The method of embodiment A001 or any embodiment, wherein The method further comprising removing the hydrophobic film after heating the substrate or oxidizing the target material.
  • removing the hydrophobic film comprises forming the patterned target material on the surface of the substrate; Method.
  • A022 The method of embodiment A021 or any embodiment, wherein Forming the flow channel on the substrate includes bringing a flow channel member in which at least part of the flow channel is formed into close contact with the surface of the substrate, Method.
  • A023 The method of embodiment A022 or any embodiment, wherein: the channel member defining the channel and the surface of the substrate are in close contact with each other; Method.
  • A031 The method of any one of embodiments A001 through A033 or any embodiment, wherein the substrate has a semiconductor, glass, metal, or polymer on at least its surface; Method.
  • A041 The method of any one of embodiments A011 through A031 or any embodiment, wherein The method further comprising treating the surface of the target material prior to removing the hydrophobic film.
  • A042 The method of any one of embodiments A011 through A031 or any embodiment, wherein The method further comprising forming a microstructure on the surface of the target material prior to removing the hydrophobic film.
  • A043 The method of embodiment A042 or any embodiment, wherein: the microstructures are nanowires, Method.
  • A044 The method of Embodiment A042 or A043 or any embodiment, wherein said microstructure has the ability to trap biomolecules, Method.
  • A051 The method of any one of embodiments A001 through A044 or any embodiment, wherein the target material is a metal, Method.
  • A052 The method of Embodiment A051 or any embodiment, wherein the target material is chromium; Method.
  • A053 The method of Embodiment A043 or any embodiment, wherein The target material is chromium, forming a microstructure on the surface of the target material comprises forming nanowires comprising ZnO on the oxidized chromium surface; Method.
  • A061 The method of any one of embodiments A001 through A053 or any embodiment, wherein patterning the hydrophobic film to expose a portion of the surface of the substrate comprises applying a photomask over the hydrophobic film and patterning the photomask; Applying an oxidizable target material to the portion of the surface of the substrate exposed by the patterning comprises applying the target material over the applied patterned photomask, applying the target material to the photomask and removing the target material; Method.
  • A062 The method of Embodiment A061 or any embodiment, wherein Removing the photomask and the target material is removing the photomask and the target material by lift-off, Method.

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Abstract

本開示の一実施形態によれば、基板をパターニングする方法が提供される。いくつかの実施形態では、方法は、基板の表面に形成された疎水性膜をパターニングすること、対象材料を塗布すること、及び、塗布された対象材料の少なくとも表面を酸化させることを備える。いくつかの実施形態では、方法は更に、疎水性膜を基板から除去することを備える。

Description

基板をパターニングする方法、基板上に微細構造を形成する方法、及び流体デバイスを製造する方法。
　本開示は、基板をパターニングする方法、基板上に微細構造を形成する方法、及び流体デバイスを製造する方法に関する。
　バイオテクノロジー及び半導体を含む微細加工技術を使う分野において、ウェーハなどの基板の表面に微細構造又は構造が形成される。このような構造は、基板表面に部分的に又は離散的に形成される。その他の基板表面は、微細構造が形成されず、実質的に基板の表面が露出する。
　しかし多くの場合、微細加工又はその作業工程の影響で、露出した基板表面には、加工のデブリ、粒子又は化学的な汚染物、非特異的な物質の成長又は形成など、必ずしも望まれない構造又は物質が形成又は付着している。いくつかの場合では、微細構造が形成されていない基板の表面（元の基板の表面であってもよく、元の基板の表面に形成された膜又は層の表面であってもよい）は、なるべく清浄に維持され又は回復されることが望まれる。
　一例として、流路内に微細構造を内包する流体デバイスがある。流路内に微細構造を配置するため、基板の表面に微細構造を形成し、カバーをこの基板の表面に密着させる。ここで、カバーが密着される基板表面に、微細構造があってはならない。望まない、誤って形成された微細構造、粒子などの汚染物質などが存在すると、基板表面とカバーとの密着を阻害し、内部に収容する流体の密閉性が損なわれ得る。
　基板にパターニング、微細構造の形成などのプロセスを行う際に、加工のデブリ、粒子又は化学的な汚染物、非特異的な物質の成長又は形成など、必ずしも望まれない構造又は物質が形成又は付着を回避する方法が望まれている。
　本開示の一実施形態によれば、基板をパターニングする方法が提供される。いくつかの実施形態では、方法は、基板の表面に形成された疎水性膜をパターニングすること、対象材料を塗布すること、及び、塗布された対象材料の少なくとも表面を酸化させることを備える。
　いくつかの実施形態では、方法は更に、疎水性膜を基板から除去することを備える。
＜基板＞
　本明細書で使用される「基板」は、一般に、任意の基板、又は製造プロセス中にフィルム処理が実行される基板上に形成された材料表面を指す。例えば、処理を行うことができる基板表面は、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガラス、サファイアなどの材料を含む。基板表面は、半導体材料又は一般に半導体プロセスに使用される材料を含む。基板表面は、用途に応じて、金属、金属酸化物、金属合金、およびその他の導電性材料などの他の材料を含む。基板表面は、高分子材料を含む。基板表面には、原子又はミクロレベルでは、酸化物、脂成分などが存在していてもよい。基板は、シリコンウェーハなどの半導体ウェーハ、ガラスウェーハ、高分子フィルムを含むが、これに限定されない。基板は、前処理プロセスにさらされて、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニーリング、洗浄、および／またはベークされてもよい。基板表面は、それらの材料を基本的な構成材料として有していて、例えば大気中又はクリーンルーム環境下で取り扱われる際の不純物又は表面層を有していてもよい。
　いくつかの実施形態では、基板表面は、一部又は全体で、疎水性を有していてもよい。いくつかの実施形態では、基板表面は、一部又は全体で、親水性を有していてもよい。
　基板の表面は、実質的に平面であってもよい。基板の表面は、平坦面を有していてもよい。少なくとも疎水性膜が除去された後、基板の表面は、平坦であってもよい。前記基板の表面は、流路を規定する部材と接着し、前記流路を流体的に密閉できる。
　基板表面は、５、４、３、２、０．５，０．４，０．３，０．２，０．１，０．９，０．８，０．７，０．６，０．５，０．４，０．３，０．２，０．１ｎｍＲａなどのいずれか又は未満の表面粗さを有していてもよい。基板表面は、市販されていている又は産業的に用いられている基板の表面粗さを有していてもよい。例えば、市販のシリコン基板、ガラス基板、又は高分子基板又はフィルムが用いられてもよい。
＜疎水性膜＞
　本明細書で使用される「疎水性膜」は、疎水性を有する材料（疎水性材料、以下同様。）からなり、又は疎水性を有する材料を表面に有する膜を指す。疎水性膜は、フッ素化合物又は樹脂を含んでいてもよい。疎水性膜は、いわゆるフッ素樹脂膜であってもよい。
　疎水性材料は、フッ素化ポリマー、過フッ素化ポリマー、シリコンポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択されてもよい。例えば、疎水性材料は、アモルファスフルオロポリマー（市販の例は、以下の末端官能基の１つを有する、ＡＧＣケミカル製のＣＹＴＯＰ（登録商標）シリーズを含む。例えば以下の末端官能基の１つを有する：Ａタイプ：－ＣＯＯＮ、Ｍタイプ：－ＣＯＮＨ－Ｓｉ（ＯＲ）、又はＳタイプ：－ＣＦ３）；ポリテトラフルオロエチレン（市販の例は、Ｃｈｅｍｏｕｒｓ社製のＴＥＦＬＯＮ（登録商標）を含む。）；パリレン；フッ素化炭化水素；フルオロアクリルコポリマー（市販の例は、Ｃｙｔｏｎｉｘ社製のＦＬＵＯＲＯＰＥＬ（登録商標）を含む。）；フルオロシラン（例えば、トリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－パーフルオロオクチル）シラン（ＰＦＯＴＳ）；パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）など）；プラズマ堆積フルオロカーボン；ポリジメチルシロキサン；その他のシロキサン；１－ヘプタデシンなどの疎水性炭化水素、またはそれらの混合物、を含む。
　疎水性材料は、基板表面の少なくとも一部又は全体に塗布されてもよい。疎水性材料は、ドライ又はウェットの手法により基板表面に塗布されてもよい。例えば、疎水性材料は、溶液の状態で、基板表面に滴下されスピンコートされてもよい。その後乾燥され、熱処理され、又はベークされてもよい。
　いくつかの実施形態では、基板表面に形成された疎水性膜は、パターニングされる。いくつかの実施形態では、疎水性膜を、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしてもよい。レジストを、スピンコータ又は吹き付けにより塑性膜の表面に塗布し、プリベークし、露光し、及び現像する。これにより、レジストは、パターニングされる。レジストが除去された箇所で、疎水性膜は露出する。現像の後に、リンス、ポストベークなどの処理を行ってもよい。
　いくつかの実施形態では、パターニングは、ハードマスク（例えばメタルマスク）を用いてエッチングを行うことを備えていてもよい。
＜エッチング＞
　いくつかの実施形態では、露出した疎水性膜の表面に対して、エッチング処理を行う。これにより、レジストのパターンに対応して、疎水性膜がパターニングされる。疎水性膜のエッチングは、特に限定されないが、例えば酸素エッチングであってもよい。これにより、基板表面が露出される。
　いくつかの実施形態では、露出された基板表面に、対象材料を塗布する。対象材料は、基板全体、すなわちレジストの表面に塗布されてもよい。対象材料を含む又は実質的に対象材料からなる膜を形成してもよい。
＜対象材料＞
　対象材料は、例えば、金、プラチナ、アルミニウム、銅、鉄、コバルト、銀、錫、インジウム、亜鉛、ガリウム、クロム、および、それらの酸化物等が挙げられる。対象材料は、酸化可能な材料であってもよい。対象材料は、クロム（Ｃｒ）であってもよい。対象材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。
＜フォトレジストの除去＞
　いくつかの実施形態では、対象材料の塗布の後に、フォトレジストを除去してもよい。その際、フォトレジストの表面に塗布された対象材料を一緒に除去してもよい。このプロセスは、リフトオフと呼んでもよい。リフトオフの際に、疎水性膜と、パターニングされて形成された対象材料とは、基板表面に残ってもよい。
＜対象材料の処理＞
　いくつかの実施形態では、塗布された対象材料に対して、処理を行ってもよい。処理は、対象材料の表面に対する処理であってもよい。処理は、加熱であってもよい。加熱は、加熱炉内で基板を加熱すること、レーザーを対象材料又は基板をレーザーで照射することなどを含んでいてもよい。処理は、対象材料の少なくとも表面、若しくは体積の一部又は全体の酸化であってもよい。酸化の例は、酸化雰囲気中での加熱、プラズマ処理などを含む。
　いくつかの実施形態では、対象材料に対して加工又は処理を行ってもよい。例えば、対象材料の表面に微細構造を形成してもよい。微細構造は、対象材料に対してエッチングを行うことで形成してもよい。いくつかの実施形態では、微細構造は、対象材料の表面に形成されてもよい。例えば、対象材料の表面に、微細構造を形成する部材を成長させてもよい。
＜ナノワイヤ＞
　いくつかの実施形態では、対象材料の表面に、ナノワイヤを形成してもよい。
　例えば、ナノワイヤを成長させるための粒子又は触媒を、対象材料の表面に塗布し、その表面を起点としてナノワイヤを成長させてもよい。いくつかの実施形態では、対象材料は、ナノワイヤ成長の触媒又は成長の起点となりうる材料であってもよい。
　ナノワイヤを形成するための粒子又はシード層としては、例えば、ＺｎＯ、ＣｒＯが挙げられる。ＺｎＯを用いたナノワイヤは、これらのシード材料の表面に、水熱合成方法を用いて成長させることができる。一例では、先ず、ＺｎＯを基板の表面（対象材料の表面）に塗布する。次いで、硝酸亜鉛六水和物（Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）、ヘキサメチレンテトラミン（Ｃ６Ｈ１２Ｎ４）を脱イオン水に溶解した前駆体溶液に、基板を浸漬させる。これにより、対象材料の表面にＺｎＯナノワイヤを成長させることができる。なお、対象材料としてＺｎＯを用いた場合は、これがナノワイヤ形成用粒子の役割をする。そのため、別途ＺｎＯを対象材料の表面に塗布する必要は無い。
　ナノワイヤ作製用の触媒としては、例えば、金、プラチナ、アルミニウム、銅、鉄、コバルト、銀、錫、インジウム、亜鉛、ガリウム、クロム、チタン等が挙げられる。
　触媒を用いたナノワイヤは、次の手順で作製することができる。
（ａ）触媒を対象材料の表面に堆積させる。
（ｂ）ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＥｕＯ等の材料を用い、パルスレーザーデポジション、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ－Ｌｉｑｕｉｄ－Ｓｏｌｉｄ）法等の物理蒸着法を用いて、ナノワイヤを形成する。なお、触媒を用いて作製するナノワイヤは、分岐鎖を有しないナノワイヤであってもよく、分岐鎖を有するナノワイヤであってもよい。
　いくつかの実施形態では、ナノワイヤの表面に、被覆層を形成してもよい。被覆層は、スパッタリング、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層堆積装置（ＡＬＤ装置：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の蒸着法を用いて形成することができる。
　いくつかの態様では、被覆層は、高い熱伝導率を有する材料であってもよい。例えばそのような被覆層を有するナノワイヤのデバイスは、サンプルの加熱処理用に用いることができる。いくつかの態様では、被覆層は、ペプチド及び／又は核酸と結合性があり、かつ高い熱伝導率を有する材料であってもよい。これにより、ナノワイヤの表面を、ペプチド及び／又は核酸で修飾することができる。修飾されたナノワイヤは、生体分子を効率よく捕捉、又は他の物質から分離する能力を有する。これらは例示であり、被覆層に用いる材料は、これらに限定されない。
＜リフトオフ＞
　いくつかの実施形態では、疎水性膜は、対象材料の処理の後、例えば対象材料の加熱、酸化、又は微細構造の形成などの処理の後に、除去されてもよい。疎水性膜は、リフトオフによって除去されてもよい。
　加熱又は酸化処理を経た疎水性膜は、一般に、脆くなっている。基板を水に含浸させ、所定の温度で熱することで、疎水性膜は、基板からはがれる。その際、超音波洗浄などで、疎水性膜の除去を早めてもよい。
　疎水性膜を除去した後、基板の表面にパターニングされた対象材料（又はそれに加え微細構造）と、対象材料のない基板の表面とが準備される。このようにパターニングとともに露出された、基板の表面は、対象材料又は微細構造などが実質的に存在しない。したがって、対象材料に関連した非特異的な処理表面又は微細構造の形成が、抑制又は回避される。または、実質的に当初の基板の表面の平坦性又は正常性（例えば粒子フリー）を有している。例えば、このような清浄な基板表面は、他の基板又は部材と接合され、流体的に密閉した接合面を形成することができる。これにより、高い密閉性を有する流路又は流体デバイスを製造することができる。
　本開示のさらなる態様および利点は、本開示の例示的な実施形態のみが示され説明される以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、本開示から逸脱することなく、様々な明白な点で修正が可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。
ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。 ある実施形態に係る基板のパターニング方法を説明するための、基板の断面図を示す。
　図１Ａから図１Ｋを参照して、本開示の一実施形態に係る、基板をパターニングする方法、基板上に微細構造を形成する方法、及び流体デバイスを製造する方法を説明する。本実施形態では、ＺｎＯのナノワイヤをパターニングされた領域に成長させ、そのナノワイヤを有する流路デバイスを製造する。これは一例であり、本開示はこの実施形態に限定して解釈されるべきではない。
　図１Ａに示すように、基板１０１を用意し、その表面に疎水性膜１０２を形成する。基板１０１は、典型的には半導体プロセスに用いられるシリコン基板又はガラス基板である。基板１１０１は、予め洗浄してもよい。それにより表面の、汚染物質又は粒子を除去することができる。疎水性膜１０２は、スピンコーティングにより形成することができる。塗布された疎水性膜１０２は、ベークされる。疎水性膜１０２は、実施例では、Ｃｙｔｏｐ（登録商標、ＡＧＣ株式会社製）を用いた。
　図１Ｂに示すように、疎水性膜１０２の表面にフォトレジスト１０３を塗布する。フォトレジスト１０３は、半導体プロセスに用いられる材料を用いることができる。実施例では、ＡＺ４９０３　（Ｍｅｒｃｋ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ＧｍｂＨ社製）を用いた。
　図１Ｃに示すように、フォトレジスト１０３をパターニングする。フォトレジスト１０３を、プリベークする。後で対象材料が形成されるパターンに対応するように、露光を行う。その後、現像を行う。現像には、一例としてＮＭＤ－３　（ＴＯＫＹＯ　ＯＨＫＡ　ＫＯＧＹＯ　ＣＯ．，　ＬＴＤ．社製）を用いてもよい。続いて、基板を、純水でリンスし、窒素ブローで乾燥させる。最後に、フォトレジスト１０３はポストベークされる。これにより、フォトレジスト１０３はパターニングされた。
　図１Ｄに示すように、図１Ｃで開口又は露出された疎水性膜１０２の部分に対して、エッチングを行う。疎水性膜１０２に対して、酸素エッチングを行ってもよい。例えば、エッチング装置は、一般の半導体プロセスに用いられる装置であってもよい。実施例では、ＲＦプラズマ装置、ＴＥＰ－０１Ｃ２（ＴＡＴＥＹＡＭＡ　ＭＡＣＨＩＮＥ　ＣＯ．，　ＬＴＤ．社製）を用いた。これにより、フォトレジスト１０３の開口部で規定された部分において、疎水性膜１０２は除去され、基板１０１の表面が露出された。
　図１Ｅに示すように、図１Ｄで露出された基板１０１の表面を含み、基板１０１全体、すなわちフォトレジスト１０３の表面を覆うように、対象材料１０４を塗布又は堆積させる。本実施形態では、対象材料１０４としてクロム（Ｃｒ）を、スパッタ蒸着により１００ｎｍ超の厚さに堆積させた。
　図１Ｆに示すように、フォトレジスト１０３とフォトレジスト１０３上に形成された対象材料１０４とを、リフトオフにより除去する。本実施形態では、基板１０１全体を、加熱された２-プロパノール内に所定時間含侵させた。その後超音波洗浄を行った。これにより、対象材料１０４（クロム）が基板１０１にパターニングされ、その他の基板１０１の表面は疎水性膜１０２によって覆われているように構成された。
　図１Ｇに示すように、対象材料１０４は、アニールされる。本実施形態では、対象材料１０４のクロムは、大気雰囲気内で４００℃に保持され、酸化された。大気雰囲気は、クロムの酸化に十分な量の酸素を含んでいる。加熱中の雰囲気を酸化雰囲気にしてもよい。また、プラズマ処理によりクロムの表面を酸化してもよい。
　図１Ｈに示すように、酸化された対象材料１０４（クロム）の表面に、微細構造としてＺｎＯのナノワイヤ１０５を成長させた。本実施形態では、ＺｎＯのナノワイヤ１０５は、水熱合成法を用いた。疎水性膜１０２が基板１０１の表面を覆っていないと、ナノワイヤ１０５は基板１０１の表面にも非特異的に成長する可能性がある。図１Ｈに示すように、疎水性膜１０２が基板１０１の表面を覆っているので、ナノワイヤ１０５はパターニングされた対象材料１０４の表面にのみ成長することができる。
　次に、疎水性膜１０２を除去又はリフトオフする。これにより、図１Ｉに示すように、基板１０１は、その表面に、パターニングにより規定された対象材料１０４の位置に形成された微細構造１０５（ナノワイヤ）を有する。対象材料１０４が存在しない基板１０１の表面には、微細構造１０５（ナノワイヤ）は実質的に存在していない。このように、対象材料をシード層或いは起点として、その部分にのみ微細構造を形成することができる。
　本実施形態では、このように形成した微細構造１０５を内包する流体デバイス１００を製造した。図１Ｊに示すように、流体デバイス１００は、主に基板１０１とそれに接合されたカバー（基板）１１１とを備える。この基板１０１は、図１Ｉにも示した基板１０１である。カバー１１１は、基板１０１の対象材料１０４及び微細構造１０５を覆うように、枠１１２と、枠１１２に囲まれた内部空間１２０とを有している。カバー１１１は、枠１１２で、基板１０１の微細構造１０５が存在しない露出表面と密に接触し、接合界面１３０を形成している。接合界面１３０は、流体的に高い密閉性を有している。接合界面１３０を形成する基板１０１の表面は、微細構造１０５などの非特異成長がなく、ほぼ当初と同様の平坦な平面を有しているためである。
　言い換えれば、図１Ｊに示す流体デバイス１００は、対象材料１０４と微細構造１０５とをその表面に有する基板１０１と、その微細構造１０５を内包するように基板１０１と密着しているカバー１１１とを備える。あるいは、基板１０１とカバー１１１とは、接合界面１３０において密着し、内部に微細構造１０５を内包する内部空間又は流路１２０を形成する。
　いくつかの実施形態では、例えば図１Ｊに示すように、流路１２０は、複数の対象材料パターン部１０４及び／又は微細構造１０５を有していてもよい。　いくつかの実施形態では、各流路は、単一の対象材料パターン部及び／又は微細構造を有していてもよい。いくつかの実施形態では、基板の表面に、単一の対象材料パターン部１０４及び／又は微細構造を形成してもよい。その基板に対して、単一の内部空間を有するカバーを接合してもよい。
　いくつかの実施形態では、基板の表面に、複数の対象材料パターン部及び／又は微細構造を有していてもよい。図２に示す流体デバイス２００は、複数の微細構造２０４及びそれらの表面に形成されたナノワイヤ２０５を表面に有する基板２０１と、基板２０１に密着して接着されたカバー２１１とを備える。カバー２１１は、複数の流路又は内部空間２２０―１，２２０－２，２２０－３を有し、それらを囲む接合面で基板２０１と接着され、密着面２３０を形成している。流路２２０―１，２２０－２，２２０－３は、それぞれが対応する、微細構造２０４及びナノワイヤ２０５を内包するように形成されている。このように、図２に示す流体デバイス２００は、複数の流路２２０―１，２２０－２，２２０－３を有している。
　いくつかの実施形態では、流体デバイス２００は、流路２２０―１，２２０－２，２２０－３の境界２４０－１，２４０－２に沿って切断されてもよい。その結果、複数の個別流体デバイス２００－１，２００－２，２００－３が製造されてもよい。いくつかの実施形態では、切断は、ブレード又はレーザーダイシング工程を含んでいてもよい。
　いくつかの実施形態では、基板２０１を切断した後に、各々の個別基板に対して、カバーを密着させ、個別流体デバイスを製造してもよい（不図示）。
　図２の例では、３つの個別流路２２０―１，２２０－２，２２０－３及び３つの個別流体デバイス２００－１，２００－２，２００－３の形成又は製造を示したが、本開示はこれに限られない。例えば、一つの基板から、複数の流路及び／又は流体デバイスが製造されてもよい。その数は、３以外であってもよい。
　いくつかの実施形態では、カバーは、複数の内部空間とそれぞれを囲む複数の枠を有していてもよい（不図示）。複数の内部空間を有するカバーと、複数の対象材料パターン部及び／又は微細構造とを密着させ、各内部空間に応じて、基板とカバーの接合体を切断又は分離してもよい。
　本開示で用いられる「流路」は、一般に、流体を収容する空間をさす。流路は、流体チャンバ、流体収容器などの用語とも交換可能に使用し得る。流路は、それに流体を導入するためのインレット及び／又はそれから流体を排出するアウトレットを有していてもよい。流体は、流路内で流れてもよく、流路内に導入されて実質的に停止してもよい。
　いくつかの実施形態では、流路内にいわゆるカオティックミキサ（カオス混合器）又は、流路を流れる流体に対して、非線形的及び／又は３次元的流動を起こさせる構造が配置されていてもよい。そのような構造は、例えば、流路内に段差や断面積の変化、流路の向きの変更などを有していてもよい。
　流路の内壁面（基板表面又はカバーの表面）にヘリングボーン形状の凹凸を有するカオティックミキサが配置されていてもよい。これらにより、流体の非線形流動を促進することができる。これにより例示的に、複数の内壁面又は曲面の内壁面に配置された微細構造（例えばナノワイヤ）に対して、より多くの溶液中の対象物質を導くことができる。
　流体デバイスは、流路に導入される流体に含まれる物質を、検出、測定、分析、改変、処理、及び／又は捕捉してもよい。流体デバイスは、ナノワイヤを有していてもよい。流体デバイスは、ナノワイヤを用いて、流体内に含まれる物質を捕捉してもよい。例えば、流体デバイスは、その流路内に配置されたナノワイヤで、体液内の生体分子を捕捉してもよい。
　本開示において、流路に導入される流体は体液であってもよい。「体液」は、対象から得られる体液または当該体液に由来する試料を意味する。体液は、非限定的に、血液、血清、血漿、リンパ液であってもよく、組織間液（間質液）、細胞間液などの組織液であってもよく、体腔液、漿膜腔液、胸水、腹水、心嚢液、脳脊髄液（髄液）、関節液（滑液）、眼房水（房水）であってもよい。体液は、唾液、胃液、胆汁、膵液、腸液などの消化液であってもよく、汗、涙、鼻水、尿、精液、膣液、羊水、乳汁であってもよい。体液は、動物の体液であってもよく、ヒトの体液であってもよい。
　生体分子は、細胞小器官であってもよく、小胞であってもよい。小胞は、非限定的に、液胞、リソソーム、輸送小胞、分泌、ガス小胞、細胞外マトリックス小胞、細胞外小胞などであってもよく、それらの複数を含んでいてもよい。細胞外小胞は、非限定的に、エクソソーム、エクソトーム、シェディングマイクロベシクル、微小小胞体、膜粒子、原形質膜、ポトーシス性水疱などであってもよい。小胞は、核酸を内容していてもよい。
　生体分子は、非限定的に、細胞であってもよく、細胞を含んでいてもよい。細胞は、赤血球、白血球、免疫細胞などであってもよい。生体分子は、ウィルス、細菌などであってもよい。
　溶液は、体液、体液由来の液体（希釈液、処理液など）であってもよい。溶液は、体液でない（非体液由来）溶液でもよく、人工的に準備された液体でもよく、体液又は体液由来の溶液と非体液由来の溶液の混合液であってもよい。溶液は、サンプル測定に使用される溶液であってもよく、校正用の測定に使用される溶液であってもよい。例えば、溶液は、標準液や校正液であってもよい。測定対象となる試料は、検体であってもよい。溶液は、回収される物質を含む、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）やＮ－トリス（ヒドロキシメチル）メチル－２－アミノエタンスルホン酸緩衝液（ＴＥＳ）などの生理緩衝液を含んでいてもよい。
　本開示は、以下の実施形態も提供する：
Ａ００１
　基板の対象材料をパターニングする方法であって、
　基板を提供すること；
　前記基板の表面に疎水性膜を形成すること；
　前記疎水性膜をパターニングし、前記基板の前記表面の一部を露出させること；
　前記パターニングより露出した前記基板の前記表面の前記一部に、酸化可能な対象材料を塗布すること；及び
　前記酸化可能な対象材料及び前記疎水性膜を有する前記基板を加熱すること又は前記基板上の対象材料を酸化させること、
を備える方法。
Ａ００１ｂ
　基板の対象材料をパターニングする方法であって、
　基板を提供すること；
　前記基板の表面に疎水性膜を形成すること；
　前記疎水性膜をパターニングし、前記基板の前記表面の一部を露出させること；
　前記パターニングより露出した前記基板の前記表面の前記一部に、対象材料を塗布すること；及び
　前記対象材料及び前記疎水性膜を有する前記基板に対して表面処理を行うこと、
を備える方法。
Ａ０１１
　実施形態Ａ００１又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記基板を加熱すること又は前記対象材料を酸化させることの後に、前記疎水性膜を除去すること
を更に備える方法。
Ａ０１２
　実施形態Ａ０１１又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜を除去することは、パターニングされた前記対象材料を前記基板の前記表面に形成することを備える、
方法。
Ａ０１３
　実施形態Ａ０１１又はＡ０１２又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜を除去することは、前記対象材料が塗布されていない、前記基板の前記表面の部分を露出させることを備える、
方法。
Ａ０１５
　実施形態Ａ００１からＡ０１３のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜は、フッ素化合物で形成されている、
方法。
Ａ０１６
　実施形態Ａ０１５又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜を除去することは、前記加熱又は酸化された前記フッ素化合物を、超音波洗を用いて除去することを備える、
Ａ０２１
　実施形態Ａ００１２、又は実施形態Ａ０１２を引用するＡ０１３からＡ０１６のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　パターニングされた前記対象材料を内部に含むように、前記基板上に流路を形成すること
を更に備える方法。
Ａ０２２
　実施形態Ａ０２１又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記基板上に前記流路を形成することは、前記基板の前記表面に対して、前記流路の少なくとも一部が形成された流路部材を密着させることを備える、
方法。
Ａ０２３
　実施形態Ａ０２２又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記流路を画定する前記流路部材と前記基板の表面とは、互いに密着している、
方法。
Ａ０３１
実施形態Ａ００１からＡ０３３のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記基板は、少なくともその表面に、半導体、ガラス、金属、又は高分子を有する、
方法。
Ａ０４１
　実施形態Ａ０１１からＡ０３１のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜を除去することの前に、前記対象材料の表面に対して処理を行うこと
を更に備える方法。
Ａ０４２
　実施形態Ａ０１１からＡ０３１のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜を除去することの前に、前記対象材料の表面に微細構造を形成すること
を更に備える方法。
Ａ０４３
　実施形態Ａ０４２又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記微細構造は、ナノワイヤである、
方法。
Ａ０４４
　実施形態Ａ０４２又はＡ０４３又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記微細構造は、生体分子を捕捉する能力を有する、
方法。
Ａ０５１
　実施形態Ａ００１からＡ０４４のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記対象材料は、金属である、
方法。
Ａ０５２
　実施形態Ａ０５１又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記対象材料は、クロムである、
方法。
Ａ０５３
　実施形態Ａ０４３又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記対象材料は、クロムであって、
　前記対象材料の表面に微細構造を形成することは、前記酸化されたクロム表面上に、ＺｎＯを含むナノワイヤを形成することを備える、
方法。
Ａ０６１
　実施形態Ａ００１からＡ０５３のいずれか一項又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記疎水性膜をパターニングし、前記基板の前記表面の一部を露出させることは、前記疎水性膜の上にフォトマスクを塗布し、前記フォトマスクをパターニングすることを備え、
　前記パターニングより露出した前記基板の前記表面の前記一部に、酸化可能な対象材料を塗布することは、前記塗布したパターニングした前記フォトマスクの上に、前記対象材料を塗布し、前記フォトマスク及び前記対象材料を除去することを備える、
方法。
Ａ０６２
　実施形態Ａ０６１又はいずれかの実施形態に記載の方法であって、
　前記前記フォトマスク及び前記対象材料を除去することは、前記フォトマスク及び前記対象材料をリフトオフにより除去することである、
方法。
　本発明の好ましい実施形態を本明細書に示し、説明してきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。本発明が、明細書内で提供される特定の例によって限定されることは意図されていない。本発明は、前述の明細書を参照して説明されてきたが、本明細書の実施形態の説明および図解は、限定的な意味で解釈されることを意味するものではない。当業者は、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換を思いつくであろう。さらに、本発明のすべての態様は、様々な条件および変数に依存する、本明細書に記載された特定の描写、構成または相対的比率に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載されている本発明の実施形態の様々な代替形態が、本発明を実施する際に使用され得ることを理解されたい。したがって、本発明は、そのような代替、変更、変形、または同等物もカバーするものとすることが企図されている。本願の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの均等物がそれによってカバーされることが意図されている。

Claims (15)

  1. 　基板の対象材料をパターニングする方法であって、
    　基板を提供すること；
    　前記基板の表面に疎水性膜を形成すること；
    　前記疎水性膜をパターニングし、前記基板の前記表面の一部を露出させること；
    　前記パターニングより露出した前記基板の前記表面の前記一部に、対象材料を塗布すること；及び
    　前記基板上の対象材料を酸化させること、
    を備える方法。
  2. 　請求項１に記載の方法であって、
    　は前記対象材料を酸化させることの後に、前記疎水性膜を除去すること、
    を更に備える方法。
  3. 　請求項２に記載の方法であって、
    　前記疎水性膜を除去することは、前記対象材料が塗布されていない、前記基板の前記表面の部分を露出させることを備える、
    方法。
  4. 　前記請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、
    　前記疎水性膜は、フッ素化合物で形成されている、
    方法。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、
    　パターニングされた前記対象材料を内部に含むように、前記基板上に流路を形成すること
    を更に備える方法。
  6. 　請求項５に記載の方法であって、
    　前記基板上に前記流路を形成することは、前記基板の前記表面に対して、前記流路の少なくとも一部が形成された流路部材を密着させることを備える、
    方法。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記基板は、少なくともその表面に、半導体、ガラス、金属、又は高分子を有する、
    方法。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載の方法であって、
    　前記疎水性膜を除去することの前に、前記対象材料の表面に対して処理を行うこと
    を更に備える方法。
  9. 　請求項１から８のいずれか一項に記載の方法であって、
    　前記疎水性膜を除去することの前に、前記対象材料の表面に微細構造を形成すること
    を更に備える方法。
  10. 　請求項９に記載の方法であって、
    　前記微細構造は、ナノワイヤである、
    方法。
  11. 　請求項９又は１０に記載の方法であって、
    　前記微細構造は、生体分子を捕捉する能力を有する、
    方法。
  12. 　請求項Ａ０５１に記載の方法であって、
    　前記対象材料は、クロムである、
    方法。
  13. 　請求項９に記載の方法であって、
    　前記対象材料は、クロムであって、
    　前記対象材料の表面に微細構造を形成することは、前記酸化されたクロム表面上に、ＺｎＯを含むナノワイヤを形成することを備える、
    方法。
  14. 　請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法であって、
    　前記疎水性膜をパターニングし、前記基板の前記表面の一部を露出させることは、前記疎水性膜の上にフォトマスクを塗布し、前記フォトマスクをパターニングすることを備え、
    　前記パターニングより露出した前記基板の前記表面の前記一部に、酸化可能な対象材料を塗布することは、前記塗布したパターニングした前記フォトマスクの上に、前記対象材料を塗布し、前記フォトマスク及び前記対象材料を除去することを備える、
    方法。
  15. 　請求項１４に記載の方法であって、
    　前記前記フォトマスク及び前記対象材料を除去することは、前記フォトマスク及び前記対象材料をリフトオフにより除去することである、
    方法。
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