JP2007150015A - パターン形成方法、及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出する液滴の粘度等に左右されにくい、液滴吐出法によるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】基体にパターンを形成するための材料Ｃを有する機能液Ｂからなる液滴Ａを、前記基体上のパターンを形成すべき第１の領域内に向けて吐出する第１の工程と、前記基体上に着弾した液滴Ａの状態を変化させて、前記基体上にパターンを形成する第２の工程と、前記基体上に着弾した液滴Ａが自然に広がる領域である第２の領域とその周辺領域から、前記第１の領域を除いた領域である第３の領域にレーザ光を照射する第３の工程と、を含む。前記レーザ光との相互作用により液滴Ａが広がることを停止させられるので、液滴Ａが自然に広がった後に溶媒（分散媒）Ｄを除去してパターンを形成する方法に比べて精度良いパターンの形成が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出装置を用いたパターン形成方法、及び液滴吐出装置に関する。

近年、ガラス等の基板上に導電配線等のパターンを形成する手段として、パターン形成材料である溶質と、溶媒と、からなる液滴を前記基板の被吐出面に吐出し、前記液滴が被吐出面上を広がった後に前記液滴を乾燥させ、前記溶媒を気化させて除去することにより前記溶質からなるパターンを形成する、液滴吐出装置を用いたパターン形成方法が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−２７４６７１号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の液滴吐出法は、吐出された前記液滴が前記被吐出面上に自然に広がった後に前記溶媒を除去してパターンを形成するため、得られるパターンの寸法や形状は、前記被吐出面の形状や濡れ性の分布、及び前記液滴の粘度や最小吐出量等に左右されることとなり、精度良いパターンの形成が難しいという課題があった。

前記課題を解決するために、本発明に係るパターン形成方法は、基体にパターンを形成するための材料を有する機能液からなる液滴を、前記基体上のパターンを形成すべき第１の領域内に吐出する第１の工程と、前記基体上に着弾した前記液滴の状態を変化させて、前記基体上にパターンを形成する第２の工程と、前記基体上に着弾した前記液滴が濡れ広がる第２の領域、または前記第２の領域を含む周辺領域から前記第１の領域を除いた第３の領域に第１のレーザ光を照射する第３の工程と、を含む。

本発明に係るパターン形成方法によれば、前記第３の工程で、前記液滴とレーザ光との相互作用によって前記液滴が広がることを抑制させることができるレーザ光の照射を、前記第３の領域における前記液滴に行うことから、前記第１の領域と前記第３の領域が接している線上で前記着弾した液滴の広がりを停止し、もしくは前記第１の領域と前記第３の領域が接している線上まで後退させることができる。換言すれば、前記着弾した液滴が、前記第１の領域内に広がることを許容し、かつ、前記第１の領域外へ広がることを抑制することができる。これにより、従来のような、吐出された前記液滴が前記被吐出面上に広がった後に前記溶媒を除去してパターンを形成する方法に比べてより一層精度良いパターンの形成が可能となる。

ここで、液滴とレーザ光との相互作用とは、例えば、部分的光照射により生じた温度差による対流および物質移動、部分的気化（蒸発・沸騰）により生じる液滴を押し戻す力、光圧による液滴の運動量変化等を利用すること等が挙げられる。

また、機能液とは、パターンを形成するための材料を含む溶質と溶媒、またはパターンを形成するための材料を含む分散質と分散媒を含む液体のことである。機能液としては、例えば、導電材料、バンク材料、絶縁材料、抵抗材料、誘電体材料、液体シリコン材料、エッチング材料、マーキング材料、接着材料、スペーサー材料、カラーフィルタ材料、光学レンズ材料、各種有機ＥＬ材料、チタニア分散材料等が挙げられる。

また、液滴の状態変化とは、溶媒（分散媒）等の気化による濃度（密度）変化や相変化、２液混合もしくは基材表面の物質との化学反応の進行もしくは光重合反応の進行による粘度変化や液相−固相変化、ゾルゲル反応等のことである。

好ましくは、前記第１の工程は、前記第３の工程の実施中に行われる。

かかるパターン形成方法によれば、前記液滴が前記基体上に着弾して広がり始める前に、前記第３の領域にはレーザ光が照射されていることになる。したがって、前記液滴が前記第３の領域に入り込んだ瞬間にレーザ光との相互作用が始まり、前記第３の領域内にパターンが形成されることがより一層抑制され、より一層精度良いパターンの形成が可能となる。

好ましくは、前記第３の工程は、前記第３の領域が、前記液滴が前記基体上に着弾する位置を挟んで向かい合うように前記レーザ光を照射する。

かかるパターン形成方法によれば、前記基体上に着弾した前記液滴の広がりを、両側から挟むようにして抑制できる。したがって、片側のみから前記広がりを抑制する形成方法に比べて、前記基体上により一層精度良いパターンを形成することが可能となる。

好ましくは、前記第３の工程は、前記レーザ光の照射強度を前記液滴の状態の変化に応じて変化させる。

かかるパターン形成方法によれば、前記液滴に含まれる溶媒（分散媒）の濃度に応じて最適な照射強度を与えることができ、効率的に物質移動を行うことができる。また、基体上に着弾した前記液滴が前記第１の領域と前記第３の領域が接している線上まで後退している途中で定着してしまった場合でも、例えばアブレーション閾値以上のレーザーパルスを加えることで、物質を除去することが可能となり、前記基体上により一層精度良いパターンを形成することが可能となる。

好ましくは、前記第１の工程は、前記液滴を、前記基体上に間隔を空けて不連続的に吐出し、前記第３の工程は、前記第３の領域を、前記液滴が着弾する位置に合わせて連続的に移動させる。

かかるパターン形成方法によれば、前記第３の領域を連続的に移動させることにより、前記基体上に着弾した前記液滴の広がりを連続的に抑制しつつ前記液滴を吐出していくことができる。したがって、前記第３の領域の面積の大きさを一定に保ちながら直線状に伸びるパターンを形成できる。

好ましくは、前記第３の工程は、前記レーザ光を、吐出された前記液滴の周囲を囲む領域に照射する。

かかるパターン形成方法によれば、前記基体上に着弾した液滴の周囲を囲むように前記第３の領域を設定するため、着弾後の前記液滴の広がりを、全周囲において抑制できる。したがって、前記基体上に、方形状等のパターンを、より一層精度良く形成することができる。

また、前記課題を解決するために、本発明に係るパターン形成方法は、パターンを形成するための材料を有する機能液からなる液滴を、当該液滴を吐出すべき基体上の、パターンを形成すべき第１の領域内に吐出する第１の工程と、前記第１の領域とは重複しない領域に前記レーザ光を照射する第２の工程と、前記第１の領域内に着弾した前記液滴の状態を変化させて、前記基体上にパターンを形成する第３の工程と、前記基体上に着弾した前記液滴が濡れ広がる第２の領域、または前記第２の領域を含む周辺領域から前記第１の領域を除いた領域である前記第３の領域に前記レーザ光が照射されるように、前記レーザ光が照射される領域の形状を変化させる第４の工程と、を含む。

かかるパターン形成方法によれば、前記第１の領域とは重なっていなかった前記レーザ光が照射される領域（以下、「照射領域」と称する。）を、前記液滴の着弾後に、前記第３の領域を含むように変化させることで、前記基体上に着弾した前記液滴の部分のみと相互作用させ、前記液滴の体積を徐々に縮小させて前記液滴が着弾した位置に向けて押し戻すことができる。したがって、前記照射領域内に、前記パターンを形成するための材料が残留することを抑制でき、精度良いパターンを形成できる。

好ましくは、前記第１の工程は、前記第２の工程の実施中に行われる。

前記パターン形成方法によれば、前記液滴が前記基体上に着弾して広がり始める前に、前記照射領域が形成されていることになる。したがって、前記照射領域に差し掛かった瞬間に、即ち前記照射領域に前記液滴が接触した瞬間に、前記液滴と前記レーザ光との相互作用が始まることになり、前記液滴が前記照射領域内まで達することがより一層抑制され、より一層精度良いパターンの形成が可能となる。

好ましくは、前記第２の工程は、前記レーザ光を、当該レーザ光が照射される領域が前記第２の領域に重ならないように照射する。

かかるパターン形成方法によれば、前記液滴が前記基体上に着弾後自然に濡れ広がる領域の外側の領域をレーザ光で照射する。したがって前記着弾点に若干の狂いが生じても、前記液滴が前記照射領域内に着弾し、前記レーザ光との相互作用により前記液滴が瞬時に状態変化して、前記第１の領域の外部に前記パターンを形成するための材料を残留させる可能性が減少し、前記着弾点の位置精度が形成されるパターンの精度に及ぼす影響を抑制できる。

好ましくは、前記液滴の状態を変化させるために、前記液滴に前記レーザ光を照射することにより行なう。

かかるパターン形成方法によれば、前記液滴の広がりを停止させるために用いるレーザ光を、前記溶媒の除去手段や定着したパターンの改質手段としても用いることができるので、コストを上昇させずに生産性を向上させることができる。

また、前記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出装置は、パターンを形成するための材料を有する機能液からなる液滴を、当該液滴を吐出すべき基体のパターンを形成すべき領域内に吐出可能な液滴吐出手段と、前記液滴を吐出すべき物体を保持する保持手段と、前記基体の任意の領域にレーザ光を照射可能なレーザ光照射手段と、を有する。

かかる液滴吐出装置によれば、前記保持手段により保持された基体に着弾した前記液滴が、前記基体の表面を広がる現象を、レーザ光の照射で液滴と相互作用させることにより抑制することができる。したがって、着弾した前記液滴の広がりを抑制する手段を有しない液滴吐出装置に比べてパターンの制御性が向上し、精度良いパターンの形成ができる。

好ましくは、前記レーザ光照射手段は、少なくともレーザ光を発生させる光源と、前記レーザ光を回折させる回折光学素子と、を有する。

かかる液滴吐出装置によれば、前記回折光学素子に前期レーザ光を透過させる事により、前記レーザ光が照射される領域の大きさや形状を容易に変更できるので、前記基体に形成するパターンの高精度化を、装置コストの上昇を抑制しつつ実施できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る液滴吐出法によるパターン形成方法、及び液滴吐出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る液滴吐出装置について、図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る、ピエゾ素子（圧電素子）が電気信号の印加により変形する性質を利用した電気機械変換方式の液滴吐出手段１０と、波長が８１０ｎｍのレーザ光を照射する半導体レーザーアレイに、回折光学素子を組み合わせたレーザ光照射手段２０と、パターンを形成すべき基体としての基板（以下、単に「基板」と称する。）４０を保持してＸＹ方向、すなわち平面方向に移動可能な基板保持手段３０と、を備えた液滴吐出装置の概略断面図である。

液滴吐出手段は、下側にノズルプレート１０２が備えられ、その下面には後述する機能液Ｂから液滴Ａを形成し、後述する対面する基板４０に液滴Ａを吐出する円形孔のノズル１０６が形成されている。ノズルプレート１０２の上面には圧力室としてのキャビティ１０８が形成されている。キャビティ１０８は、それぞれ対応する連通孔１１０、及び供給路１１２を介して、図示しない収容タンクに導通し、タンク内に収納されている機能液Ｂをノズル１０６まで供給する。なお、各実施形態、及び変形例における機能液Ｂとは、溶媒（分散媒）Ｄにパターン形成材料のＣを溶解（分散）して得られる液である。

キャビティ１０８の上方には、振動板１０４が備えられている。振動板は、厚さが約２μｍのポリフェニ連サルファイドフィルムであり、上下方向に振動可能に貼り付けられ、その振動によりキャビティ１０８内の容積を拡大、及び縮小する。振動板の上方には、ピエゾ素子１１４が配置されている。ピエゾ素子１１４は、図示しない制御装置から供給される駆動信号を受けて収縮、又は伸張し、振動板１０４を上下方向に振動させる。そして、ピエゾ素子１１４が振動すると、キャビティ１０８内の容積が拡大、又は縮小し、縮小した分の容積に対応する機能液Ｂが、ノズル１０６から液滴Ａとして吐出される。

レーザ光照射手段２０は、筐体１２２内に備えられている半導体レーザーアレイ１２４、コリメータ１２６、回折光学素子１２８、反射鏡１３０、及び、対物レンズ１３２で形成されている。コリメータ１２６は、半導体レーザーアレイ１２４から出射される波長が８１０ｎｍのレーザ光を平行光束にして回折光学素子１２８に導く。回折光学素子１２８は、前記光束の断面形状（光束に垂直な面に照射される形状）を光束方向に渡って任意の形状に加工する。反射鏡１３０は、前記光束に対する角度を調整可能であり、前記加工後の光束を基板表面の上述した着弾すべき目標位置４４の近辺に導く。そして、対物レンズ１３２は、反射鏡１３０により反射されたレーザ光を着弾すべき目標位置４４近辺の領域に集光する。

そして基板保持手段３０は、ガラス等の基板４０を保持し、所定の範囲内において当該基板を平面方向に移動させることができ、ノズル１０６のほぼ直下に後述するパターン形成領域（図２参照）を位置させることができる。

以上の構成により、本実施形態に係る液滴吐出装置は、基板４０の表面の任意の位置に吐出した液滴Ａを着弾させ、同時に着弾すべき目標位置４４の周辺に任意の形状の領域にレーザ光を照射できる。そして、レーザ光が照射される領域が着弾した液滴Ａの広がりを抑制させることができ、基板４０の表面にパターン形成材料Ｃからなる精度良いパターンを形成できる。

なお、パターン形成工程においては、着弾すべき目標位置４４と液滴Ａが実際に着弾する位置（以下、「着弾点」という。）とは完全には一致せずに、着弾すべき目標位置４４を中心とする、液滴吐出手段の精度等で定まる所定の範囲内に着弾する。着弾した液滴Ａは着弾点を中心に広がるが、着弾点を検出する機構は備えられておらず、また、液滴の着弾前からレーザ光の照射を行うため、液滴Ａは着弾すべき目標位置４４に着弾するものと仮定してレーザ光を照射する。また、前記図１では液滴Ａを吐出するノズル１０６を１つとして図示してあるが、本発明の実施においては、ノズルは１つに限るものではなく、複数のノズルを用いることも可能である。また、レーザ光の波長も８１０ｎｍに限定されるものではない。

図２は、本実施形態の液滴吐出法によるパターン形成方法を示すものであり、基板４０上に配線状のパターンを形成する場合を、配線に垂直な方向から見た工程断面図である。まず図２（ａ）に示すように、パターンが形成されるべき領域（以下、「パターン形成領域」という。）２０２に隣接する領域２０４に対しレーザ光の照射を開始する。次に、図２（ｂ）に示すように、パターン形成領域２０２の中心線上に位置する、着弾すべき目標位置４４を狙って、機能液Ｂの液滴Ａをノズル１０６から吐出する。着弾すべき目標位置４４の近辺に着弾した液滴Ａは、図２（ｃ）に示すように、広がり始める。そして、上述した広がりは、図２（ｄ）に示すように照射領域２０４に差し掛かる。そして、照射領域２０４内で照射されたレーザ光と液滴Ａが相互作用を起こし、液滴Ａ中の溶媒（分散媒）Ｄの一部が気化し始める。その気化により生じる気体の流れ、及び、温度勾配の発生に伴う表面張力の働き等により矢印方向に物質の流れが生じ、前記広がりは抑制され、液滴Ａは着弾すべき目標位置４４に向けて収縮する。そして、図２（ｅ）に示すように、パターン形成領域２０２内に液滴Ａの広がりが収まった時点でレーザ光の照射を停止する。液滴Ａは溶媒（分散媒）Ｄの一部が気化することにより全体の体積が減少し、液滴Ａ中に占めるパターン形成材料Ｃの比率が上昇した状態である。そして最後に、図２（ｆ）に示すように、液滴Ａから溶媒（分散媒）Ｄを完全に除去して、パターン形成材料Ｃからなる配線状のパターンを基板４０上に形成する。

なお、液滴Ａから溶媒（分散媒）Ｄを完全に除去する手段としても、レーザ光の照射を用いることができる。

図３は、第１の実施形態に係る照射領域２０４の形状と、液滴Ａが吐出される着弾すべき目標位置４４の配置を示す。上述したように配線状のパターンを形成する場合の例であり、直線状に伸びるパターン形成領域２０２の両側に照射領域２０４がある。そして、パターン形成領域２０２の中心線３０４上に複数の着弾すべき目標位置４４が実質的に等しい間隔に設定されており、着弾すべき目標位置４４に向けて順次液滴Ａが吐出される。そして着弾すべき目標位置４４の近辺に着弾した液滴Ａは、上述した仕組により照射領域２０４までははみ出ず、パターン形成領域２０２内に留まることにより配線状のパターンが形成される。なお、着弾後の液滴Ａの広がりが抑制される方向は、中心線３０４に直角方向のみで、中心線３０４方向には通常の液滴吐出法と同様に広がり得る。したがって、配線膜厚（配線の高さ）には影響を与えずに、精度良い配線状のパターンを形成できる。

（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態に係る照射領域２０４の形状と、液滴Ａの吐出位置を示す。本実施形態に用いる液滴吐出装置、及びパターン形成方法は、第１の実施形態の図１、及び図２に示すものと同様であり、照射領域２０４の形状のみが異なっている。後述する第３の実施形態、及び第４の実施形態も同様である。

一列に並ぶ着弾すべき目標位置４４の片側に照射領域２０４がある。そして、着弾すべき目標位置４４は照射領域２０４に沿って並ぶ一列だけではなく、当該一列を挟む、照射領域２０４とは反対側の領域にも複数存在している。当該一列に着弾した液滴Ａの広がりは、照射領域２０４で抑制され、その他の着弾すべき目標位置４４に着弾した液滴Ａは、自然な広がりにまかされる。片側のみ、着弾した液滴Ａの広がりを抑制でき、端部の境界は厳密であるパターンの形成に有効である。

（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態に係る照射領域２０４の形状と、液滴Ａの吐出位置を示す。照射領域２０４は方形ではなく、複数の着弾すべき目標位置４４の周囲を囲む枠状である。着弾した液滴の広がりは全周囲に渡って抑制されるので、独立した飛び石状の精度良いパターンを形成できる。なお、図５では４角形の枠状の照射領域２０４の中に一つの液滴Ａを着弾させる例を示したが、照射領域２０４の形状は４角形に限るものではなく、回折光学素子１３２の選択により任意の形状、例えば円形、あるいは屈折部を有するパターン等にすることもできる。また着弾すべき目標位置４４を複数設けず、１つの枠状の照射領域２０４の中に１つの着弾すべき目標位置４４を設定することも可能である。

（第４の実施形態）
図６に、本発明の第４の実施形態に係る照射領域２０４の形状と、液滴Ａの着弾すべき目標位置４４を示す。照射領域２０４は、環状のパターン形成領域２０２に略等間隔に配列された複数の着弾すべき目標位置４４を、内側、及び外側の双方から囲む２重の形状である。着弾した液滴Ａは、内側、及び外側の双方の側から、レーザ光の照射により広がりが抑制されるので、任意の幅と形状の枠状のパターンが形成される。なお、上述の第３の実施形態と同様に、照射領域２０４の形状は図示するような方形に限定されるものではなく、円形等の他の形状でも可能である。

（第５の実施形態）
図７の（ａ）〜（ｄ）に、第５の実施形態におけるパターン形成方法を、基板上に配線状のパターンを形成する場合を例として示す。図２と同様に配線に垂直な方向から見た、工程断面図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す、レーザ光が照射されている基板上に吐出された液滴Ａが広がり始めるところまでは、第１の実施形態と共通する工程なので、図示は省略してある。したがって、図７（ａ）は、図２（ｄ）に相当する状態、すなわちパターン形成領域２０２の両側の第１の照射領域７０２にレーザ光を照射し、パターン形成領域２０２内の着弾すべき目標位置４４の近辺に、溶媒（分散媒）Ｄとパターン形成材料Ｃとからなる機能液Ｂの液滴Ａを着弾させ、基板上を広がり始めた液滴Ａが第１の照射領域７０２に差し掛かった状態である。液滴Ａ中の溶媒（分散媒）Ｄがレーザ光との相互作用により気化し始め、その気化により生じる気体の流れ、及び、温度勾配の発生に伴う表面張力の働きにより矢印方向に物質の流れが生じ、前記広がりが着弾すべき目標位置４４に向けて収縮し始めた状態である。この状態を、前記レーザ光の照射がなくても前記広がりが停止するまで暫時保つ。ここで、第１の照射領域７０２は、第１〜４の実施形態の照射領域２０４とは異なり、パターン形成領域２０２に隣接せず、若干の間隙をもって存在する領域である。

次に図７（ｂ）に示すように、第１のレーザ光の照射領域７０２を着弾すべき目標位置４４に近づく方向に移動させ、パターン形成領域２０２に隣接する第２の照射領域７０４にレーザ光が照射されるようにする。基板上に広がった液滴Ａとレーザ光の照射領域が一部重なることにより、溶媒（分散媒）Ｄの気化が再開して液滴Ａの体積が再び減少し始める。溶媒（分散媒）Ｄの気化により生じる気体の流れ、及び、温度勾配の発生に伴う表面張力の働きにより矢印方向に物質の流れが生じ、前記広がりが着弾すべき目標位置４４に向けて再び収縮し始める。次に図７（ｃ）に示すように、液滴Ａの体積が充分に減少した時点でレーザ光の照射を停止する。溶媒（分散媒）Ｄが大幅に減少しているので、レーザ光の照射領域を停止しても、液滴Ａがパターン形成領域２０２を超えることはない。最後に、図７（ｄ）に示すように、液滴Ａから溶媒（分散媒）Ｄを完全に除去し、パターン形成材料Ｃからなる配線状のパターンを基板４０上に形成する。

本実施形態によれば、基板４０に着弾した液滴Ａ中の溶媒（分散媒）Ｄをある程度気化させて液滴Ａの体積を減少させた後に、レーザ光を照射する領域を着弾すべき目標位置４４に向けて移動させることにより、広がりが停止した液滴Ａをさらに着弾すべき目標位置４４に向けて押し戻せる。したがって、レーザ光を照射する領域を固定するパターン形成方法に比べ、より一層の精度良いパターンを形成できる。

なお、配線パターンを形成するために吐出する主な液滴として、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液や、有機銀化合物や酸化銀ナノ粒子を溶媒に分散した分散液からなるものが挙げられる。導電性微粒子としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーの微粒子などが好ましい。これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるため、表面に有機物等をコーティングして用いることが好ましい。コーティング剤としては、例えばキシレン、トルエン等の有機溶剤やクエン酸等が好ましい。

前記導電性微粒子の粒径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍより大きいとノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、１ｎｍより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。

分散媒としては、前記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンデン、テトラヒデロナフタレン、デカヒデロナフタレン、シクロヘキシルベンゼン等の炭化水素系化合物、また、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル等のエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノントウの極性化合物を用いることができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散媒との安定性、また液滴吐出方への適用の容易さの点、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい溶媒としては、水、炭化水素系化合物がある。

前記導電性微粒子の分散媒の表面張力は０．０２Ｎ／ｍ以上、０．０７Ｎ／ｍ以下の範囲内であることが好ましい。液滴吐出法にて液滴を吐出する際、表面張力が０．０２Ｎ／ｍ未満であると、インク組成物のノズル面に対する濡れ性が増大するので飛行曲がりが生じやすくなり、表面張力が０．０７Ｎ／ｍを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため、吐出量や吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため前記分散媒には、基板との接触角を大きくは低下させない範囲でフッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加する事が好ましい。ノニオン系表面張力調節剤は、液滴の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良する。前記表面張力調節剤は、必要に応じてアルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでも良い。

前記液滴の粘度は、１ｍＰａ・ｓ以上５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。液滴を吐出する際、粘度が１ｍＰａ・ｓより小さい場合にはノズル周辺部が液滴の流出により汚染されやすく、また、粘度が５０ｍＰａ・ｓより大きい場合は、ノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難になる。

なお、配線パターンを形成する方法として、具体例として上記の通り、分散液について例示したが、分散液に限らず金属イオンや金属錯体、導電性高分子等を溶解した溶液でも本実施形態を適用することができる。

上述した実施形態では、基板４０上に液滴Ａを吐出する手段として電気機械変換方式を挙げたが、本発明に適用可能な吐出手段はそれに限定されるものではなく、帯電制御方式、加圧振動方式、電気熱変換方式、静電吸引方式等も適用可能である。

帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で当該材料の飛翔方向を制御してノズルから吐出させるものである。また加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ²程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものである。また電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒーターにより当該材料を急激に加熱してバブルを発生させ、当該バブルの圧力により空間内の材料を吐出させるものである。また静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。

（変形例１）
上述した各実施形態では、略平坦な基板上にパターン形成材料が分散された液滴を吐出するものであり、パターンを形成すべき領域は物理的に確定しているものではなかった。しかし本発明によるパターン形成方法はそれに限定されるものではなく、隔壁で周囲を囲まれた領域に液滴吐出法によりパターンを形成する場合にも適用できる。

図８の（ａ）〜（ｅ）に本変形例によるパターン形成方法の概略の工程断面図を示す。まず、図８（ａ）に示すように、基板４０上に隔壁材料層８０２を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、隔壁材料層８０２の一部を選択的に除去してパターン形成領域２０２を囲む隔壁８０４を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように、隔壁８０４の上面にレーザ光を照射する。次に、図８（ｄ）に示すように、上面にレーザ光の照射が継続されている隔壁８０４で囲まれたパターン形成領域２０２内の着弾すべき目標位置４４に、パターン形成材料Ｃと溶媒（分散媒）Ｄからなる機能液の液滴Ａを吐出する。隔壁８０４の上面にはレーザ光が照射されているため、液滴Ａが隔壁８０４の上面に達しても、レーザ光との相互作用によりパターン形成領域２０２内に戻る力が働く。したがって、着弾した液滴Ａは、パターン形成領域２０２に留まり、隔壁８０４の外部、あるいは隔壁８０４の上面にはみ出すことはない。液滴Ａがパターン形成領域２０２に着弾し若干の時間経過後に、レーザ光の照射を停止する。そして、図８（ｅ）に示すように、液滴Ａ内の溶媒（分散媒）Ｄを除去して、パターン形成領域２０２内にパターン形成材料Ｃからなる機能層を形成する。
本変形例によれば、隔壁８０４の上面に撥水加工を行なわずに隔壁８０４の外部に機能液が漏れることを抑制でき、隔壁８０４で囲まれた領域内に機能層を形成する工程についての生産性を向上させることができる。

（変形例２）
上述した各実施形態では、パターン形成材料を溶質とする液滴を吐出し、レーザ光の照射により広がりを抑制して精度良いパターンを形成していた。しかし本発明によるパターン形成方法はそれに限定されるものではなく、パターン形成材料層が全面に形成された基板上にマスク形成材料と溶媒とからなる液滴を吐出してマスクを形成し、当該パターン形成材料層のマスクで覆われていない領域をエッチングにより除去してパターンを形成する場合にも適用できる。

図９の（ａ）〜（ｅ）に本変形例によるパターン形成方法の概略の工程断面図を示す。まず、図９（ａ）に示すように、基板４０上の全面にパターン形成材料層９０２を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、パターン形成材料層９０２のうちのパターン形成領域２０２の周囲にレーザ光を照射する。次に、図９（ｃ）に示すように、前記レーザ光の照射を維持した状態で、マスク材料Ｅと溶媒（分散媒）Ｄとからなる液滴Ａをパターン形成領域２０２内の着弾すべき目標位置４４に吐出する。上述した実施形態の図２で示す機構により、吐出された液滴Ａがレーザ光照射領域２０４までははみ出ないため、図９（ｄ）に示すようにパターン形成領域２０２のみにマスク材料Ｅからなるマスクパターン９０４を形成できる。この時点でレーザ光の照射は停止する。最後に、図９（ｅ）に示すように、マスクパターン９０４で覆われていない部分のパターン形成材料層９０２をエッチングにより除去し、さらにその後マスクパターン９０４も除去して、基板４０上にパターン９０６を形成できる。

本変形例によれば、目的とするパターンの形成に直接的に本発明を適用するのではなく、エッチング時のマスクとなるパターンの形成に適用することで、液滴にして吐出することが困難な材質からなるパターンの形成にも本発明を適用でき、精度良いパターンをフォトリソグラフィー法等に比べて低コストで形成できる。

（変形例３）
上述した実施形態では、図１において、液滴を吐出するノズルが１つである液滴吐出装置を概略図として挙げたが、ノズルの個数は１つに限定されるものではない。複数のノズルを備えた液滴吐出手段を有する液滴吐出装置も本発明に適用可能である。同時に複数の液滴を吐出できるので、配線等の細長いパターンを形成する場合、あるいは大面積のパターンを形成する場合には好適である。

（変形例４）
上述した実施形態では、レーザ光照射手段が１つである液滴吐出装置を概略図として挙げたが、複数のレーザ光照射手段を有する液滴吐出装置も本発明に適用可能である。レーザ光照射手段が２つあれば、着弾すべき目標位置４４の両側からレーザ光を照射できるので複雑な照射領域の設定が容易になる。また液滴の広がりを抑制するレーザ光とは別途に、溶媒（分散媒）Ｄを気化させるためのレーザ光を照射できるので、乾燥工程を別途行なう必要がなくなり生産性を向上させることができる。

（変形例５）
上述した実施形態では、図１において、レーザ光照射手段に備えられている回折光学素子は単体である液滴吐出装置を概略図として挙げたが、表面に複数個の回折光学素子が備えられた円盤上のディスクを用いることも可能である。各パターンの回折光学素子容易に切り替えることができるので生産効率が向上する。

（変形例６）
上述した実施形態、及び変形例では、パターンを形成すべき領域２０２は、照射領域２０４、又は、第２の照射領域７０４と接している。形成されたパターンの外周は溶媒（分散媒）Ｄが完全に除去される前の段階におけるレーザ光の照射で決定されている。しかし、本発明によるパターン形成方法は、溶媒（分散媒）Ｄが完全に除去された後にもレーザ光を照射することを除外するものではない。溶媒（分散媒）Ｄが完全に除去され、パターン形成材料Ｃからなるパターンが形成された後さらに、前記パターンのエッジ部分にレーザ光を照射してパターン形成材料Ｃを一部除去することも、本発明のパターン形成方法に含まれる。吐出された液滴Ａの広がりを押えて形成されたパターンのエッジ部分を、乾燥後さらに整形できるので、より一層精度良いパターンを形成できる。

第１の実施形態の液滴吐出装置の概略断面図。 第１の実施形態によるパターン形成方法の概略の工程断面図。 第１の実施形態の、照射領域２０４と着弾すべき目標位置４４を示す図。 第２の実施形態の、照射領域２０４と着弾すべき目標位置４４を示す図。 第３の実施形態の、照射領域２０４と着弾すべき目標位置４４を示す図。 第４の実施形態の、照射領域２０４と着弾すべき目標位置４４を示す図。 第５の実施形態の、パターン形成方法の工程断面図。 変形例１によるパターン形成方法の概略の工程断面図。 変形例２によるパターン形成方法の概略の工程断面図。

符号の説明

１０…液滴吐出手段、２０…レーザ光照射手段、３０…基板保持手段、４０…基板、４４…着弾すべき目標位置、１０２…ノズルプレート、１０４…振動板、１０６…ノズル、１０８…圧力室としてのキャビティ、１１０…連通孔、１１２…供給路、１１４…ピエゾ素子、１２２…筐体、１２４…半導体レーザーアレイ、１２６…コリメータ、１２８…回折光学素子、１３０…反射鏡、１３２…対物レンズ、２０２…パターン形成領域、２０４…照射領域、３０４…中心線、７０２…第１の照射領域、７０４…第２の照射領域、８０２…隔壁材料層、８０４…隔壁、９０２…パターン形成材料層、９０４…マスクパターン、９０６…パターン、Ａ…液滴、Ｂ…機能液、Ｃ…パターン形成材料、Ｄ…溶媒（分散媒）、Ｅ…マスク材料。

Claims (12)

1. 基体にパターンを形成するための材料を有する機能液からなる液滴を、前記基体上のパターンを形成すべき第１の領域内に吐出する第１の工程と、
   前記基体上に着弾した前記液滴の状態を変化させて、前記基体上にパターンを形成する第２の工程と、
   前記基体上に着弾した前記液滴が濡れ広がる第２の領域、または前記第２の領域を含む周辺領域から前記第１の領域を除いた第３の領域にレーザ光を照射する第３の工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記第１の工程は、前記第３の工程の実施中に行われることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記第３の工程は、前記第３の領域が、前記液滴が前記基体上に着弾する位置を挟んで向かい合うように前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１、又は２に記載のパターン形成方法。
4. 前記第３の工程は、前記レーザ光の照射強度を前記液滴の状態の変化に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかの１項に記載のパターン形成方法。
5. 前記第１の工程は、前記液滴を、前記基体上に間隔を空けて不連続的に吐出し、
   前記第３の工程は、前記第３の領域を、前記液滴が着弾する位置に合せて連続的に移動させることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかの１項に記載のパターン形成方法。
6. 前記第３の工程は、前記レーザ光を、吐出された前記液滴の周囲を囲む領域に照射することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかの１項に記載のパターン形成方法。
7. パターンを形成するための材料を有する機能液からなる液滴を、当該液滴を吐出すべき基体上の、パターンを形成すべき第１の領域内に吐出する第１の工程と、
   前記第１の領域とは重複しない領域にレーザ光を照射する第２の工程と、
   前記第１の領域内に着弾した前記液滴の状態を変化させて、前記基体上にパターンを形成する第３の工程と、
   前記基体上に着弾した前記液滴が濡れ広がる第２の領域、または前記第２の領域を含む周辺領域から前記第１の領域を除いた領域である前記第３の領域に前記レーザ光が照射されるように、前記レーザ光が照射される領域の形状を変化させる第４の工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
8. 前記第１の工程は、前記第２の工程の実施中に行われることを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
9. 前記第２の工程は、前記レーザ光を、当該レーザ光が照射される領域が前記第２の領域に重ならないように照射することを特徴とする請求項７、又は８に記載のパターン形成方法。
10. 前記液滴の状態を変化させるために、前記液滴に前記レーザ光を照射することにより行なうことを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれかの１項に記載のパターン形成方法。
11. パターンを形成するための材料を有する機能液からなる液滴を、当該液滴を吐出すべき基体のパターンを形成すべき領域内に吐出可能な液滴吐出手段と、
    前記液滴を吐出すべき物体を保持する保持手段と、
    前記基体の任意の領域にレーザ光を照射可能なレーザ光照射手段と、を有することを特徴とする液滴吐出装置。
12. 前記レーザ光照射手段は、少なくともレーザ光を発生させる光源と、前記レーザ光を回折させる回折光学素子と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の液滴吐出装置。
    

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