(57)【要約】【課題】パターンを安定して形成できるようにする【解決手段】硬化性を有するインクを基板上に線状に滴下する滴下工程と、基板に滴下したインクを硬化する硬化工程と、硬化されたインク上に所定の滴下量にて線状にインクを滴下し、滴下したインクを硬化することを繰り返す積層工程とを有し、積層工程は、滴下するインクのドットピッチをｐ、滴下するインクが滴下するインクの着弾位置にある硬化されたインクからはみ出さないようにするための最小ドットピッチをｐｍｉｎとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐとなるドットピッチｐによりインクを滴下してパターンを形成する。【選択図】図１
2010221480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化性を有するインクを基板上に線状に滴下する滴下工程と、
前記基板に滴下したインクを硬化する硬化工程と、
前記硬化されたインク上に所定の滴下量にて線状にインクを滴下し、該滴下したインクを硬化することを繰り返して線状のパターンを形成する積層工程とを有し、
前記積層工程は、前記滴下するインクのドットピッチをｐ、該滴下するインクが該滴下するインクの着弾位置にある硬化された着弾位置インクからはみ出さないようにするための最小ドットピッチをｐｍｉｎとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐとなるドットピッチｐにより前記インクを滴下することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記積層工程は、ジャギーが発生する限界の最大ドットピッチをｐｍａｘとしたとき、さらにｐ≦ｐｍａｘとなるドットピッチｐにより前記インクを滴下することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記積層工程は、前記滴下するインクの着弾精度をａとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐ＋ａとなるドットピッチｐによりを前記インクを滴下することを特徴とする請求項１または２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記積層工程は、前記所定の滴下量および前記滴下するインクにより形成されるパターンの断面積に基づいて、前記最小ドットピッチｐｍｉｎを決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記積層工程は、前記滴下するインクと前記着弾位置インクとの接触角に基づいて、前記断面積を算出することを特徴とする請求項４記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記インクは、可視光線または不可視光線を含む電磁波の照射によって硬化するインクであり、
前記硬化工程は、前記インクに電磁波を照射して前記インクを硬化し、
前記積層工程は、前記接触角を、前記インクの物性と、前記着弾位置インクへの照射時間および照射強度とに基づいて制御することを特徴とする請求項５記載のパターン形成方法。
【請求項７】
さらに、前記硬化工程において硬化させたインクの表面に撥液処理を施す撥液処理工程を有し、
前記積層工程は、前記滴下したインクを硬化させた後、該硬化させたインクの表面に撥液処理を施し、前記接触角を、該撥液処理が施された前記インクの物性に基づいて制御することを特徴とする請求項５または６記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記積層工程は、前記滴下するインクと前記着弾位置インクとの接触角をθｎ、該着弾位置インクと該着弾位置インクが着弾している物体との接触角をθｎ−１、前記滴下するインクの表面と前記着弾位置インクとの接点における、該着弾位置インクの表面の接線と前記基板の表面に平行な面とのなす角をΦｎ−１、該着弾位置インクと該着弾位置インクが着弾している物体との接点における、該物体の表面の接線と前記基板の表面に平行な面とのなす角をΦｎ−2、前記断面積をＳｎとしたとき、下記式を用いて、前記断面積Ｓｎを算出することを特徴とする請求項４から７のいずれか１項記載のパターン形成方法。
【数１】
2010221480.tif 000013
【請求項９】
前記積層工程は、圧電式インクジェットヘッドによりインクを滴下し、
前記圧電式インクジェットヘッドの圧電素子に印加する駆動電圧の波形により前記所定の滴下量を調整することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記積層工程は、インクを滴下する回数により前記所定の滴下量を調整することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式により硬化性インクを滴下して積層し、線状のパターンを形成するパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板にパターンを形成する方法として、インクジェット方式により硬化性を有するインク（以下単に「インク」とする）を所定パターンで基板上に滴下（例えば吐出）させて着弾させ、インクを硬化させた層を形成し、さらに、形成した層上にインクを滴下して着弾させ、着弾させたインクを硬化させて別の層を形成することを繰り返すことにより、インクを硬化させて形成した層を積層させた膜厚のパターンを形成する方法が提案されている。
【０００３】
例えば、基準面となる平滑面部材にインクジェットヘッドからＵＶ硬化インクを吐出し、吐出されたＵＶ硬化インクに対してレーザヘッドから紫外線ビームを照射してＵＶ硬化インクを硬化させ、インクヘッドとレーザヘッドと平滑面部材とをそれぞれ移動させて平滑面部材にＵＶ硬化インクを積層する手法が提案されている（特許文献１参照）。なお、特許文献１には、インクへットとレーザヘッドとの間隔を調整し、ＵＶ硬化インクを吐出してからレーザ照射を開始するまでの時間を調整することによりインクの拡散を調整し、膜厚を調整することが記載されている。
【０００４】
また、所定の周期にてノズル部の吐出口から微小液滴を吐出するとともに、ノズル部の吐出口から他の微小液滴を吐出する直前から吐出直後までを除く時間であって、微小液滴の吐出直後から基板への到達直後までの間に、吐出済みの微小液滴にパルス光を照射することにより、吐出口が詰まることを防止するとともに、密着性を損なうことなく、アスペクト比の高い線状のパターンを形成する手法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、スペーサ形成材料を基板上の同一箇所に複数回に分けて付与して硬化させて、一対の基板の間隔を規定するスペーサを形成する手法も提案されている（特許文献３参照）。また、特許文献３には、２回目以降のスペーサ形成材料の付与量を１回目の付与量より少なくすることにより、スペーサの必要高さがより得られやすくなると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０５６７０号公報
【特許文献２】特開２００５−６６５３０号公報
【特許文献３】特開２００１−８３５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、インクジェット方式によりインクを積層させて３次元状のパターンを形成する手法においては、硬化されたインクの上に、インクを着弾させる際にインクの物性（例えば濡れ性）によっては、着弾したインク液滴が濡れ広がり、着弾したインクが下の層の硬化されたインクからはみ出しでしまうことがある。
【０００８】
これに対して、特許文献１に記載の手法は、インクを着弾させてからレーザを照射する時間を調整することにより、インクの濡れ広がりを調整している。このように、着弾させてから一定時間内にインクを硬化させることにより、インクが濡れ広がることを防止でき、また、着弾後すぐに硬化させることにより、膜厚を厚く、すなわち着弾したインクをアスペクト比の高い状態で硬化させることができる。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法は、ノズル部から吐出されて飛翔しているインクにパルス光を照射し、落下中に硬化を開始させることにより、粘度を高めて着弾させることができるため、アスペクト比の高い状態で硬化させることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の手法は、インクの濡れ広がりを防止するためには、インクを着弾させてから一定の短い時間内にレーザを照射する必要がある。また、特許文献２に記載の方法は、インクが吐出されてから着弾直後までの間に、光を照射する必要がある。このため、インクヘッドと光照射手段を近接させて配置する必要があり、その結果、装置および方法としての自由度が低くなるという問題がある。また、特許文献２に記載された手法においては、インクを硬化させるための光を照射する位置がインクヘッド近傍となるため、照射タイミングを調整しても、繰り返し露光を行うことによりノズル詰まりが発生し易くなり、その結果、パターンの生産性が低くなるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献３に記載されているように、吐出するインクの液量を徐々に減少させることによりインクが濡れ広がることを防止できるが、形成できるパターンの厚さに限界がある。また、液量を徐々に少なくするため、膜厚の大きいパターンを形成するためには、多数回インクを吐出させる必要があることから、生産性が低くなるという問題がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、膜厚の大きい線状のパターンを、高い生産性により形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によるパターン形成方法は、硬化性を有するインクを基板上に線状に滴下する滴下工程と、
前記基板に滴下したインクを硬化する硬化工程と、
前記硬化されたインク上に所定の滴下量にて線状にインクを滴下し、該滴下したインクを硬化することを繰り返して線状のパターンを形成する積層工程とを有し、
前記積層工程は、前記滴下するインクのドットピッチをｐ、該滴下するインクが該滴下するインクの着弾位置にある硬化された着弾位置インクからはみ出さないようにするための最小ドットピッチをｐｍｉｎとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐとなるドットピッチｐにより前記インクを滴下することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によって形成される線状のパターンは、直線および曲線の双方のパターンを含む。なお、「線状のパターン」には、その幅が滴下するインクの２ドット分以上となるパターンも含むものである。
【００１５】
なお、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、ジャギーが発生する限界の最大ドットピッチをｐｍａｘとしたとき、さらにｐ≦ｐｍａｘとなるドットピッチｐにより前記インクを滴下するものとしてもよい。
【００１６】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、前記滴下するインクの着弾精度をａとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐ＋ａとなるドットピッチｐによりを前記インクを滴下するものとしてもよい。
【００１７】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、前記所定の滴下量および前記滴下するインクにより形成されるパターンの断面積に基づいて、前記最小ドットピッチｐｍｉｎを決定するものとしてもよい。
【００１８】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、前記滴下するインクと前記着弾位置インクとの接触角に基づいて、前記断面積を算出するものとしてもよい。
【００１９】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記インクを、可視光線または不可視光線を含む電磁波の照射によって硬化するインクとし、
前記硬化工程を、前記インクに電磁波を照射して前記インクを硬化するものとし、
前記積層工程を、前記接触角を、前記インクの物性と、前記着弾位置インクへの照射時間および照射強度とに基づいて制御するものとしてもよい。
【００２０】
また、本発明によるパターン形成方法においては、さらに、前記硬化工程により硬化させたインクの表面に撥液処理を施す撥液処理工程を有するものとし、
前記積層工程を、前記滴下したインクを硬化させた後、該硬化させたインクの表面に撥液処理を施し、前記接触角を、該撥液処理が施された前記インクの物性に基づいて制御するものとしてもよい。
【００２１】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、前記滴下するインクと前記着弾位置インクとの接触角をθｎ、該着弾位置インクと該着弾位置インクが着弾している物体との接触角をθｎ−１、前記滴下するインクの表面と前記着弾位置インクとの接点における、該着弾位置インクの表面の接線と前記基板の表面に平行な面とのなす角をΦｎ−１、該着弾位置インクと該着弾位置インクが着弾している物体との接点における、該物体の表面の接線と前記基板の表面に平行な面とのなす角をΦｎ−2、前記断面積をＳｎとしたとき、下記式を用いて、前記断面積Ｓｎを算出するものとしてもよい。
【数１】
2010221480.tif 000003
【００２２】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、圧電式インクジェットヘッドによりインクを滴下し、
前記圧電式インクジェットヘッドの圧電素子に印加する駆動電圧の波形により前記所定の滴下量を調整するものとしてもよい。
【００２３】
また、本発明によるパターン形成方法においては、前記積層工程を、インクを滴下する回数により前記所定の滴下量を調整するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、滴下するインクのドットピッチをｐ、滴下するインクがその着弾位置にある硬化された着弾位置インクからはみ出さないようにするための最小ドットピッチをｐｍｉｎとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐを満たすようにインクを滴下するようにしたものである。このため、硬化されたインクから濡れ出させる、すなわちはみ出させることなくインクを滴下することができ、その結果、装置および方法の自由度並びに生産性を損なうことなく、高い解像度でアスペクト比の高いパターンを形成できる。したがって、膜厚の線状パターンを高い生産性により形成することができる。
【００２５】
また、ジャギーが発生する限界の最大ドットピッチをｐｍａｘとしたとき、さらにｐ≦ｐｍａｘを満たすようにインクを滴下することにより、ジャギーのないパターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態によるパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置の概略構成を示す斜視図
【図２】本実施形態によるパターン形成装置の動作を示すフローチャート
【図３】第１層目のパターンの形成を説明するための図
【図４】第２層目のパターンの形成を説明するための図
【図５】第２層目のパターンが硬化された状態を示す図
【図６】露光時間と接触角との関係を示すグラフ
【図７】基板上にインクを滴下して形成した線状のパターンの断面を示す模式図
【図８】硬化したインク上にインクを滴下して形成した線状のパターンの断面を示す模式図
【図９】本発明の他の実施形態によるパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置の概略構成を示す斜視図
【図１０】本発明のさらに他の実施形態によるパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置の概略構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態によるパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示すようにパターン形成装置１０は、平板状の基板１を載置する支持体１４、支持体１４を一方向に移動させる支持体移動機構１６、基板１に硬化性インク（以下単に「インク」とする）を吐出するインクジェットヘッド１８、支持体１４の移動方向と直交する方向にインクジェットヘッド１８を移動させるヘッド移動機構２０、基板１に着弾したインクに光を露光する露光機構２２、および各部の動作を制御する制御部２４を備える。
【００２８】
基板１は、インクを浸透しない非浸透性を有する板状部材またはフィルムである。基板１に用いることができる板状部材としては、ガラス基板、金属基板およびプラスチック基板等、種々の材料により形成された板状部材を用いることができる。また、基板１に用いることができるフィルムとして、種々のフィルムを用いることができるが、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリシクロオレフィンフィルム、２軸延伸ポリプロピレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニールフィルム、メタクリル-スチレン樹脂フィルム、ポリイミドフィルム、シリコーン樹脂フィルム、およびフッ素樹脂フィルム等を用いることができる。
【００２９】
インクは、光が照射されることにより硬化する光硬化型のインクであり、例えば、ラジカル重合型またはカチオン重合型の光硬化型モノマーインクを用いることができる。
【００３０】
支持体１４は、表面に基板１を固定可能な板状部材である。ここで、支持体１４により基板１を固定する方法はとくに限定されるものではなく、基板１の端部を挟持して機械的に基板１を固定しても、静電吸着により基板１を固定しても、支持体１４の表面に吸引孔を設け、吸引孔から空気を吸引することにより基板１を固定してもよい。
【００３１】
支持体移動機構１６は、支持体１４の表面に平行な一方向（図中Ｙ方向）に支持体１４を、その表面が同一平面に維持されるように移動させる移動機構である。ここで、支持体移動機構１６としては、ベルト搬送機構、リニア搬送機構、および支持体の端部を把持したローラにより搬送するローラ搬送機構等、種々の搬送機構を用いることができる。
【００３２】
インクジェットヘッド１８は、インクを基板１に滴下する手段であり、支持体１４の基板１が支持されている面に対向して配置されている。ここで、インクジェットヘッド１８としては、圧電方式、サーマル方式、静電アクチュエータ方式、および静電吸引方式等、種々の方式のインクジェットヘッドを用いることができるが、滴下するインクの液量（または体積）を調整しやすい圧電方式のインクジェットヘッドを用いることが好ましい。なお、インクジェットヘッド１８は、インクを滴下するノズルを複数有するマルチチャンネルであってもよい。これにより、同時に複数箇所にインクを滴下することができる。
【００３３】
ヘッド移動機構２０は、ドライブスクリュー３４、ガイドレール３５、駆動支持部３６ａ、および支持部３６ｂを有し、支持体１４が移動する方向（Ｙ方向）に直交する方向（図中Ｘ方向）に、支持体１４の表面に対して平行にインクジェットヘッド１８を移動させる。
【００３４】
ドライブスクリュー３４およびガイドレール３５は、ともに、インクジェットヘッド１８の搬送方向（図１中Ｘ方向）に、使用可能な最大の基板１をその左端から右端まで跨ぐように配置されている。ドライブスクリュー３４は、インクジェットヘッド１８に形成された雌ねじ部（図示せず）と螺合する雄ねじ部を有するボールねじ（図示せず）等からなり、回転することによりインクジェットヘッド１８をＸ方向に移動させる。ガイドレール３５は、インクジェットヘッド１８に形成された貫通孔に挿通され、ドライブスクリュー３４の回転により移動するインクジェットヘッド１８の姿勢が変わらないように案内するガイドである。
【００３５】
また、駆動支持部３６ａは、ドライブスクリュー３４およびガイドレール３５の一方の端部に、支持部３６ｂは、ドライブスクリュー３４およびガイドレール３５の他方の端部に設けられ、ドライブスクリュー３４を正逆回転可能な状態で支持し、ガイドレール３５を移動しないように支持している。駆動支持部３６ａは、ドライブスクリュー３４を駆動するモータ等の駆動源（図示せず）を備える。なお、駆動支持部３６ａおよび支持部３６ｂは、図示しない装置筐体に支持される。
【００３６】
ヘッド移動機構２０は、駆動支持部３６ａによってドライブスクリュー３４を正逆回転させることにより、インクジェットヘッド１８をガイドレール３５に案内させつつ、Ｘ方向（主走査方向）に往復移動させることができる。
【００３７】
なお、ヘッド移動機構２０は、インクジェットヘッド１８のインクを滴下する面を支持体１４に対向させた姿勢を保つために、複数のガイドレールを備えていてもよく、その他の姿勢保持手段を備えていてもよい。
【００３８】
ここで、インクジェットヘッド１８の移動機構としては、上記のヘッド移動機構２０に限定されず、種々の公知の移動機構を用いることができる。例えば、ドライブスクリューをガイドレール等の棒状部材とし、インクジェットヘッドのＸ方向の端部の両側にそれぞれガイドワイヤーをつけた構成として、移動方向のガイドワイヤーを巻き取り、ガイドレールに沿って移動させる構成を用いることができる。またガイドワイヤーの代りにタイミングベルトにより移動させてもよい。この場合には、ワイヤーリールに代えてタイミングベルト用スプロケットを用いればよい。また、ラックアンドピニオン機構を用いてもよい。また、自走式としてもよい。さらに、リニアモータを用いてもよい。
【００３９】
露光機構２２は、インクジェットヘッド１８によりインクが滴下された基板１に光を照射してインクを露光する、照射強度を調整可能な光照射機構である。露光機構２２は、支持体１４の基板１が支持されている面に対向して、図中Ｘ方向における支持体１４の端から端までを覆うように配置されている。
【００４０】
露光機構２２としては、インクを硬化させる光を出射する光照射機構であればよく、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、ＬＥＤ、固体レーザ、気体レーザ、および半導体レーザ等、種々の光照射機構を用いることができる。また、露光機構２２から出射させる光もインクの種類に応じた種々の波長の光とすることができ、紫外光、可視光、赤外光、およびＸ線等種々の光を用いることができる。またインクの種類によっては、各種光およびマイクロ波を含む電磁波を照射する照射機構も露光機構として用いることができる。また、露光機構２２から出射される光（または電磁波）の強度は、供給する電圧の強度を変更したり、フィルタの種類を変更する等により、種々の強度に調整することができる。
【００４１】
制御部２４は、支持体移動機構１６、インクジェットヘッド１８、ヘッド移動機構２０、および露光機構２２の動作を制御する。具体的には、基板１の搬送速度、搬送距離および搬送タイミング、インク滴下の滴下量および滴下タイミング、インクジェットヘッド１８の移動速度、移動距離および移動タイミング、並びに露光機構２２による光照射強度および照射タイミング等を制御する。なお、制御部２４と各部との接続方法は信号の送受信ができればとくに限定されるものではなく、有線により接続しても無線により接続してもよい。
【００４２】
ここで、制御部２４は、入力された形成するパターンのデータに基づいて、各層毎のインク滴下量Ｖ、ドットピッチｐおよび滴下したインクの硬化条件を実際のパターン形成の動作を開始する前に予め算出し、制御部２４に設けられた不図示のメモリに記憶する。
【００４３】
まず、第１層目については、滴下するインクと基板１との接触角θ１に基づいて、設計したパターンの線幅が得られるようにインクの滴下量Ｖを算出する。また、ジャギーが発生するジャギー発生限界となる最大ドットピッチｐｍａｘ以下となるようにドットピッチｐを算出する。なお、本実施形態においては、インクの滴下量Ｖは、各層において同一であるものとする。
【００４４】
第ｎ層目（ｎ＞２）については、基板１上の硬化されているインク、正確には、滴下するインクの着弾位置にある硬化されたインク（以下「着弾位置インク」とする）の硬化条件（すなわち、露光時の搬送速度および光の強度等）とインクの物性とに基づいて、滴下するインクと着弾位置インクとの接触角θｎを算出する。
【００４５】
そして算出した接触角θｎおよび着弾位置インクにより形成されるパターンの形状に基づいて、滴下するインクが着弾位置インク上に着弾することにより形成されるパターンの断面積Ｓｎを算出する。さらに、断面積Ｓｎに基づいてインクのドットピッチｐを算出する。ドットピッチｐは、滴下するインクが着弾位置インクからはみ出さないようにするための最小ドットピッチｐｍｉｎ以上、かつジャギーが発生するジャギー発生限界となる最大ドットピッチｐｍａｘ以下となるように算出される。
【００４６】
また、滴下したインクのさらに上に滴下するインクとの接触角が最適な接触角（例えば、基板１と滴下したインクの表面とのなす角と接触角を足した角度が９０度）となるように、滴下したインクの硬化条件を算出する。
【００４７】
なお、接触角θｎの算出、断面積Ｓｎの算出、ドットピッチｐの算出、およびインク硬化条件の算出方法については後述する。
【００４８】
以下、本実施形態によるパターン形成装置１０の動作について説明する。図２は本実施形態によるパターン形成装置の動作を示すフローチャートである。なお、基板１は支持体１４の所定位置に固定され、支持体移動機構１６により、基板１が固定された支持体１４がＹ方向に搬送され、基板１がインクジェットヘッド１８に対向した初期位置に移動させられているものとする。
【００４９】
まず、制御部２４は、第１層の吐出タイミング、インクの滴下量Ｖ、ドットピッチｐおよび滴下したインクの硬化条件をメモリから読み出し、インクの滴下条件を設定する（ステップＳＴ１）。次に、設定された滴下条件に基づいて、基板１上にインクを滴下する（ステップＳＴ２）。
【００５０】
具体的には、まず、ヘッド移動機構２０によりインクジェットヘッド１８をＸ方向に移動させつつ、インクジェットヘッド１８から対向する位置の基板１に、インクを滴下させる。なお、インクジェットヘッド１８は、制御部２４が読み出した滴下量Ｖおよびドットピッチｐにより、形成するパターンに応じて基板１の必要な位置にのみインクを滴下する。
【００５１】
図３は第１層目のパターンの形成を説明するための図である。図３に示すように、インクジェットヘッド１８から吐出されたインク滴４０が基板１上に着弾し、第１層目のパターン４１を形成する。なお、図３において破線はパターンの形状を示している。また、形成されたパターンは、図３に示すように断面がかまぼこ状となっている。
【００５２】
ヘッド移動機構２０によりインクジェットヘッド１８を基板１の端から端まで移動させ、インクジェットヘッド１８が移動する領域に対向する位置の基板１の全域にインクを滴下した後、制御部２４は支持体移動機構１６により基板１をＹ方向に一定距離移動させる。
【００５３】
その後、再び、ヘッド移動機構２０によりインクジェットヘッド１８を基板１の端から端まで移動させ、インクジェットヘッド１８が移動する領域に対向する位置の基板１の全域にインクを滴下し、滴下が終了したら、支持体移動機構１６により基板１をＹ方向に一定距離移動させる。
【００５４】
このように、インクジェットヘッド１８によるインク滴下と、支持体移動機構１６による基板１の一定距離の移動とを繰り返し、基板１の全面に所定パターンとなるようにインクを滴下する。
【００５５】
基板１の全面にインクを滴下した後、基板１上に滴下されたインクを硬化させる（ステップＳＴ３）。具体的には、支持体移動機構１６により基板１を露光機構２２に対向する位置に搬送する。その後、支持体移動機構１６により基板１を所定速度で搬送しつつ、露光機構２２から基板１に光を照射し、滴下されたインクを硬化させる。なお、支持体移動機構１６による基板１の搬送速度および露光機構２２から照射される光の強度は、制御部２４により設定された搬送速度および光の強度となる。基板１上に滴下されたインクを硬化させると、パターンの形成が完了したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。
【００５６】
パターンが完成していない、すなわち、さらにインクを滴下して層を形成する必要があると判定した場合は、ステップＳＴ１に戻る。パターンが完成していると判定した場合は、処理を終了する。
【００５７】
上述した説明は第１層目であるため、ステップＳＴ１に戻り第２層の形成を行う。まず、制御部２４は、第２層（ｎ回目の繰り返しの場合は、第ｎ層、ｎ＞２）のインクの滴下量、ドットピッチｐおよび滴下したインクの硬化条件をメモリから読み出し、滴下条件を設定する（ステップＳＴ１）。
【００５８】
次に、制御部２４は、基板１を初期位置に戻し、インクジェットヘッド１８により、基板１における硬化されたインク上にインクを滴下する（ステップＳＴ２）。具体的には、ヘッド移動機構２０によりインクジェットヘッド１８を移動させつつ、読み出した滴下量Ｖおよびドットピッチｐによりインクジェットヘッド１８からインクを基板１における硬化されたインク上に滴下する。
【００５９】
図４は第２層目のパターンの形成を説明するための図である。図４に示すように、インクジェットヘッド１８から吐出されたインク滴４０が、硬化された第１層目のパターン４１Ａ上に着弾し、第２層目のパターン４２を形成する。なお、図４において破線はパターンの形状を示している。また、図４に示すように形成されたパターンは、断面がかまぼこ状となっている。ここで図４においては、インクジェットヘッド１８および基板１を省略している。
【００６０】
そして、第１層目の場合と同様に、インクジェットヘッド１８によるインク滴下と、支持体移動機構１６による基板１の一定距離の移動とを繰り返し、基板１の硬化されたインク上の全面に所定パターンとなるようにインクを滴下する。この後、硬化されたインク上に滴下されたインクを硬化させる（ステップＳＴ３）。具体的には、ステップＳＴ２と同様に、支持体移動機構１６により基板１を所定速度で搬送しつつ、露光機構２２から基板１に光を照射し、滴下されたインクを硬化させる。なお、このとき、支持体移動機構１６による基板１の搬送速度および露光機構２２から照射される光の強度は、ステップＳＴ１において設定された条件である。図５は第２層目のパターンが硬化された状態を示す図である。図５に示すように硬化された第１層目のパターン４１Ａに、硬化された第２層目のパターン４２Ａが積層されている。
【００６１】
基板１上に滴下されたインクを硬化させると、パターンが完成したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。パターンが完成していない、すなわち、さらにインクを滴下して層を形成する必要があると判定した場合は、ステップＳＴ１に戻り、次の層についての滴下条件の設定、インク滴下および硬化の工程を繰り返す。パターンが完成していると判定した場合は、処理を終了する。
【００６２】
パターン形成装置１０は、以上のようにして所定パターンとなるようにインクの滴下と硬化とを繰り返し、硬化したインクを積層させることによりパターンを形成する。
【００６３】
このように、本実施形態によれば、滴下するインクのドットピッチをｐ、滴下するインクがその着弾位置にある硬化された着弾位置インクからはみ出さないようにするための最小ドットピッチをｐｍｉｎとしたとき、ｐｍｉｎ≦ｐとなるドットピッチｐによりインクを滴下するようにしたものである。このため、硬化されたインクから濡れ出させる（すなわちはみ出させる）ことなくインクを滴下することができ、その結果、装置および方法の自由度並びに生産性を損なうことなく、高い解像度でアスペクト比の高いパターンを形成できる。したがって、膜厚の線状パターンを高い生産性により形成することができる。
【００６４】
また、ジャギーが発生する限界の最大ドットピッチをｐｍａｘとしたとき、さらにｐ≦ｐｍａｘを満たすようにインクを滴下することにより、ジャギーのないパターンを形成できる。
【００６５】
以下、ドットピッチｐの算出方法の一例について詳細に説明する。なお、ドットピッチｐの算出には、滴下するインクと滴下されたインクの着弾位置にある硬化したインクとの接触角θｎが必要であるため、まず接触角θｎの算出方法について説明する。
【００６６】
制御部２４には、予め実験等により算出した、接触角θｎ、滴下するインク物性（組成、粘度等）、基板１上において硬化されているインクの物性、およびインクの硬化の程度の対応関係が記憶されている。制御部２４は、硬化されたインクの種類および滴下するインクの種類に基づいてインクの物性を算出し、露光機構２２による露光条件（つまり、露光時の搬送速度および光の強度等）から硬化されたインクの硬化の程度を算出し、算出した結果および記憶されている対応関係に基づいて、滴下するインクと滴下されたインクの着弾位置にある硬化したインクとの接触角θｎを算出する。
【００６７】
以下、制御部２４に予め記憶させておく、インクの硬化の程度と、接触角θｎとの対応関係の算出方法を、具体的実施例とともに詳細に説明する。
【００６８】
本実施例では、インクとして、紫外線硬化型モノマーインクを用い、基板１として石英基板を用い、露光機構としてＵＶランプ（ウシオ電機株式会社製、スポットキュアSP-7）を用いた。なお、紫外線硬化型モノマーインクは、モノマー、光重合開始剤、重合禁止剤、界面活性剤、および顔料を調合したインクである。まず、基板１の全面にインクをバーコート塗布し、その後、露光機構で所定時間露光することにより、硬化インク膜サンプルを作製する。そして、硬化インク膜サンプルの上に、さらにインクを滴下する。
【００６９】
次に、接触角計ＤＭ７００（協和界面化学株式会社製）を用いて、接触式液滴法により、滴下したインクと硬化インク膜サンプルとの接触角を測定した。さらに、上記測定を、露光機構で露光する時間のみを変化させて、種々の露光時間の場合について行った。
【００７０】
図６に測定結果を示す。図６においては、横軸を露光時間ｔ［ｓｅｃ］、縦軸を接触角θ［ｄｅｇ］としている。図６に示すように、露光時間を変化させることにより、滴下したインクと硬化インク膜サンプルとの接触角が変化することがわかる。すなわち、滴下したインクと硬化したインクとの接触角は、露光時間により変化することがわかる。具体的には、露光時間により接触角が５°から５５°まで変化することがわかる。
【００７１】
図６に示すような接触角と露光時間との関係を、露光条件毎、あるいは使用されるインク毎に測定して制御部２４に記憶させておくことにより、各種条件から接触角を算出することができる。
【００７２】
次に、ドットピッチｐを規定する最小ドットピッチｐｍｉｎおよび最大ドットピッチｐｍａｘの算出方法について説明する。まず最小ドットピッチｐｍｉｎの算出について説明する。
【００７３】
図７は基板上にインクを滴下して形成した線状のパターンの断面を示す模式図であり、図８は硬化したインク上にインクを滴下して形成した線状のパターンの断面を示す模式図である。
【００７４】
まず、基板１上に着弾するインク（すなわち基板１に直接着弾するインク、以下「第１インク」とする場合があるものとする）を、図７に示すように、着弾したインクの断面形状を曲率半径Ｒ１の円弧を用いてモデル化する。なお、図７に示すインクと基板１との接触面の中心を原点としたｘ軸（基板１に平行な軸）およびｙ軸（基板１に垂直かつインクの中心を通る軸）は、本モデル上における軸であり、図１に示すＸ方向およびＹ方向とは異なる方向である。
【００７５】
モデル化した第１インクは、線幅がｄ１、基板１と第１インクとの接触角がθ１、断面積がＳ１となる。また、インク表面を構成する円弧の中心から基板１までの距離がｙ１となる。ここで、第１インクのインク断面のプロファイルは、下記式（１）により表すことができる。
【数２】
2010221480.tif 000004
【００７６】
式（１）中のｙ１とＲ１とは、下記の式（２）となる。
【数３】
2010221480.tif 000005
【００７７】
以上より、断面積Ｓ１は、下記の式（３）のように表すことができる。
【数４】
2010221480.tif 000006
【００７８】
このように、断面積Ｓ１は、線幅ｄ１と接触角θ１との関数となる。
【００７９】
次に、図８に示すように、硬化したインクの上にインクを滴下した状態をモデル化する。なお、図８においては、基板１上に３つのインクを積層させた状態を示しているが、以下では、ｎ−１個のインクが積層された上に、ｎ個目のインクを滴下する場合について説明する。すなわち、ｎ−１個目のインク（以下「第ｎ−１インク」とする）が硬化された後、ｎ個目のインク（以下「第ｎインク」とする）を滴下する場合について説明する。
【００８０】
まず、硬化された第ｎ−１インクの上に滴下させ、着弾させた第ｎインクを円弧形状でモデル化すると、第ｎインクの断面のプロファイルは、下記の式（４）により表すことができる。
【数５】
2010221480.tif 000007
【００８１】
式（４）中のｙｎ、ｄｙｎ、Ｒｎは、それぞれ下記の式（５）〜式（７）により表すことができる。なお、Φｎ−１は、第ｎインクの表面と第ｎ−１インクとの接点における、第ｎ−１インクの表面の接線と基板１の表面に平行な面とのなす角度であり、下記式（８）により表すことができる。
【数６】
2010221480.tif 000008
【００８２】
以上、式（４）〜式（８）の関係を用いると、断面積Ｓｎは下記の式（９）のように表すことができる。
【数７】
2010221480.tif 000009
【００８３】
式（９）に示すように断面積Ｓｎは、ｄｎ、ｄｎ−１、θｎ、θｎ−１、Φｎ−１により表すことができる。ここで、式（９）におけるｄｎ−１、Φｎ−１により、第ｎ−１インクにより形成されるパターンの形状を表すことができる。またθｎ、θｎ−１は接触角である。したがって、断面積Ｓｎは、接触角と第ｎ−１インクにより形成されるパターンの形状に基づいて算出されることとなる。
【００８４】
ここで、ｄｎ−１、θｎ−１、Φｎ−１は、第ｎ−１インクに関する値であるため、第ｎインクの滴下時には確定している。また、第ｎインクとして滴下するインクの物性、また第ｎ−１インクの物性および硬化条件は、第ｎインク滴下時には確定している。このため、θｎも第ｎインク滴下時には確定している。したがって、第ｎインク滴下時には、式（９）の変数はｄｎとＳｎのみとなる。
【００８５】
ここで、式（９）を用いることにより、ｄｎ＝ｄｎ−１となる第ｎインクの最大滴下量を表す断面積Ｓ(ｄｎ＝ｄｎ−１)を算出することができる。インクの滴下量をＶとすると、打滴ピッチｐ≦ｐｍａｘの範囲では、ｐ・Ｓｎ＝Ｖであるため、下層からはみ出さない最小ドットピッチｐｍｉｎは、下記の式（１０）により算出される。
【数８】
2010221480.tif 000010
【００８６】
次に最大ドットピッチｐｍａｘの算出について説明する。「The Impact and Spreading of Ink Jet Printed Droplets,Jonathan Stringer and Brian Derby, Digital Fabrication, 2006, 128-130」（非特許文献１）においては、１滴当たりのインクの体積が１ドットピッチ間のライン体積以下であるときに、ジャギーが発生するとしている。ここで、第ｎインク滴下により、第ｎ−１インク上に広がるインクのドット径をｄdotとすると、ｄｎ＝ｄdotとなる第ｎインクの最小滴下量を表す断面積Ｓ(ｄｎ＝ｄdot)を算出することができる。したがって、１滴の打滴量をＶとすると、打滴ピッチｐ≦ｐｍａｘの範囲ではｐ・Ｓｎ＝Ｖであるため、最大ドットピッチｐｍａｘは下記の式（１１）により算出される。
【数９】
2010221480.tif 000011
【００８７】
したがって、制御部２４は、
【数１０】
2010221480.tif 000012
【００８８】
を満たすようにドットピッチｐを算出する。
【００８９】
このようにして、算出したドットピッチｐによりインクを滴下させることにより、硬化されたインクからはみ出させることなく、硬化されたインク上にインクを滴下することができる。また、ジャギーのないパターンを形成できる。
【００９０】
また、式（９）を用いてｄｎ＝ｄｎ−１として断面積Ｓｎを算出し、式（１０）を用いて最小ドットピッチｐｍｉｎを算出することにより、硬化されたインクからはみ出さず、かつ液適量を最も多くすることができる。すなわち、硬化されたインクからはみ出さないように、最大量のインクを滴下することができる。
【００９１】
なお、上記実施形態においては、各層におけるインクの滴下量を一定としているが、各層毎にインクの滴下量を変更してもよい。この場合、各層毎のインクの滴下量Ｖにより各層毎に最小ドットピッチｐｍｉｎおよび最大ドットピッチｐｍａｘを算出すればよい。
【００９２】
ここで、上記実施形態では、ｐｍｉｎ≦ｐとすることにより、滴下するインクが着弾したインクから濡れ出してしまうことを防止できるが、インクジェットヘッドによる着弾位置の誤差ａ（例えば２μｍ）を加味して、ｐｍｉｎ≦ｐ＋ａを満たすようにすることが好ましい。このように、ｐｍｉｎ≦ｐ＋ａを満たすようにするドットピッチｐを算出することにより、滴下したインクが硬化したインクからはみ出ることをより確実に防止することができる。
【００９３】
また、上述したように、接触角θは、露光条件により調整することができる。このため、制御部２４は、滴下したインクの硬化時に、支持体１４の搬送速度および露光機構２２から出射する光の強度等の露光条件を調整することが好ましい。このように、露光条件を調整し、次に滴下するインクとの接触角θを調整することにより、滴下するインクをより大きくすることができる。
【００９４】
なお、ｄｎ＝ｄｎ−１を満たすような接触角θと断面積Ｓｎとの関係から、パターンを形成する直前に最小ドットピッチｐｍｉｎを算出し、算出結果に基づいて各算出結果に滴下条件を設定して、パターンを形成してもよい。これにより、露光強度をモニタリングしてより好ましいドットピッチｐによりパターンを形成することができる。
【００９５】
次いで、本発明の他の実施形態について説明する。図９は本発明の他の実施形態によるパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置の概略構成を示す斜視図である。なお、図９に示すパターン形成装置６０において、図１に示すパターン形成装置１０と同一の構成には同一の参照番号を付与し、ここでは詳細な説明は省略する。図９に示すように、他の実施形態によるパターン形成装置６０は、撥液処理機構６２を備えた点が図１に示すパターン形成装置１０と異なる。
【００９６】
撥液処理機構６２は、硬化されたインクの表面に撥液処理を施す機構である。この撥液処理機構６２は、支持体１４の基板１が支持されている面に対向して、Ｘ方向における支持体１４の端から端までを覆うように配置されている。また、撥液処置機構６２は、露光機構２２のインクジェットヘッド１８と対向している面とは反対側の面に、露光機構２２とは所定間隔離間して配置されている。
【００９７】
撥液処理機構６２が行う撥液処理としては、種々の方法を用いることができる。例えば、スピンコート、蒸着等により、通過する基板１の全面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂材等を塗布乾燥し基板１の表面とともにインク表面に撥液面を形成する方法を用いることができる。また、特開２０００−１７０９１号公報に記載のフッ素樹脂の処理方法や「フッ素樹脂の超撥水性に及ぼすＡｒイオン注入の影響（第１５回イオン注入表面処理シンポジウム予稿集）」等に記載された超撥水処理を用いて撥液処理を施す方法も用いることができる。
【００９８】
そして撥液処理機構６２は、支持体移動機構１６により撥液処理機構６２に対向する位置まで搬送された基板１のインクの表面に撥液処理を施す。
【００９９】
このように、硬化されたインクの表面に撥液処理を施すことによっても、硬化されたインクと滴下するインクの接触角を調整することができる。また、接触角を調整することにより、ドットピッチｐの範囲を調整することができる。
【０１００】
なお、撥液処理機構６２は、硬化されたインクにより撥液処理を行うか否か、またはその撥液処理の程度を調整するようにしてもよい。撥液処理を選択的に行うことにより、滴下可能な液滴量およびドットピッチｐの範囲を調整することができる。
【０１０１】
また、インクジェットヘッド１８は、駆動波形を調整し、インクジェットヘッドから一度に滴下する液滴量を調整することにより、インクの滴下量が所望の液適量となるように調整することが好ましい。なお、駆動波形の調整は印加電圧、パルス幅および引き押しのタイミング等一般的なインクジェット技術により調整することができる。また、とくにピエゾ型のインクへジェットヘッドの場合は、駆動波形により滴下量を好適に調整することができる。
【０１０２】
また、インクジェットヘッド１８は、滴下するインク液滴の液滴数によりインクの滴下量が所望の液適量となるように調整することが好ましい。例えば、一度インクを滴下した後にインクを硬化させず、再び同じ位置にインクを滴下することにより、滴下したインクの液滴量を増やすことができる。このように、液滴数により調整することにより、着弾位置ずれを平均化することができる。
【０１０３】
このように滴下量を調整した場合、調整した滴下量に応じて式（１０）および式（１１）に基づいて、最小ドットピッチｐｍｉｎおよび最大ドットピッチｐｍａｘを算出すればよい。
【０１０４】
また、パターン形成装置１０においては、インクジェットヘッド１８から滴下するインクを１種類としたが、これに限定されるものではなく、インクジェットヘッド１８から必要に応じて複数の物性の異なるインクを滴下するようにしてもよい。このように滴下するインクを選択可能とし、滴下するインクを変化させることによっても、接触角を調整することができる。
【０１０５】
この場合、インクジェットヘッド１８を複数設け、インクジェットヘッド１８毎に別々のインクを滴下するようにしてもよく、１つのインクジェットヘッド１８により複数のインクから選択した１つのインクを滴下するようにしてもよい。
【０１０６】
また、パターン形成装置１０は、１つのインク滴下機構（インクジェットヘッド１８およびヘッド移動機構２０）と１つの露光機構２２とにより構成された装置としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０７】
図１０は本発明のさらに他の実施形態によるパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置の概略構成を示す斜視図である。図１０に示すパターン形成装置７０は、複数のインク滴下機構７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、および複数の露光機構２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えた点が、図１に示すパターン形成装置１０と異なる。
【０１０８】
ここで、インク滴下機構７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、それぞれ、上述したパターン形成装置１０のインクジェットヘッド１８およびヘッド移動機構２０により構成されるものであり、各部の構成は、インクジェットヘッド１８およびヘッド移動機構２０と同様である。
【０１０９】
パターン形成装置７０は、支持体移動機構１６の支持体１４が載置されている面に、搬送方向の一方から他方に向って、インク滴下機構７２ａ、露光機構２２ａ、インク滴下機構７２ｂ、露光機構２２ｂ、インク滴下機構７２ｃ、および露光機構２２ｃの順に配置されている。すなわち、インク滴下機構と露光機構とが交互に配置されている。
【０１１０】
パターン形成装置７０は、支持体移動機構１６により、基板１を載置した支持体１４を一方向に搬送させ、支持体１４をインク滴下機構７２ａ、露光機構２２ａ、インク滴下機構７２ｂ、露光機構２２ｂ、インク滴下機構７２ｃ、および露光機構２２ｃの順に通過させる。これにより、インク滴下機構７２ａにより基板１上にインクを滴下させた後、露光機構２２ａにより滴下したインクを硬化させ、その後、インク滴下機構７２ｂにより、基板１上における硬化させたインク上にインクを滴下させ、露光機構２２ｂにより滴下したインクを硬化させ、インク滴下機構７２ｃによりさらに基板１上の硬化させたインク上にインクを滴下させ、露光機構２２ｃにより滴下したインクを硬化させることができる。
【０１１１】
このように、インク滴下機構と露光機構とを複数設け、インク滴下機構と露光機構とを交互に配置することにより、基板１を一方向に搬送するのみで複数のインクを積層させたパターンを形成することができる。
【０１１２】
なお、図１０に示すパターン形成装置７０においては、ここで、インク滴下機構および露光機構の個数はとくに限定されるものではなく、２つでも、４つ以上の各部でパターン形成装置を構成してもよい。また、インク滴下機構および露光機構を複数設けて基板１を往復移動させる場合は、往路のみならず、復路でも隣接するインク滴下機構および露光機構１つの組として、インクの滴下と硬化とを繰り返してインクを積層させるようにしてもよい。また、インク滴下機構を１つ多く設け、搬送経路の始端と終端の両方をインク滴下機構とすることにより、往復の両経路で露光機構を通過する際には、インクが滴下されている状態とすることができ、効率よくパターンを形成することができる。
【０１１３】
なお、上述したパターン形成装置は、微細立体構造、例えばチップ状に微細な流路を設けて様々な液体や気体を分析するためのマイクロＴＡＳを作成する装置として用いることができる。具体的には、マイクロＴＡＳにおける流路を構成する隔壁の形成に、本実施形態によるパターン形成装置を用いることができる。
【０１１４】
以上、本発明によるパターン形成方法について詳細に説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
【０１１５】
例えば、上記実施形態によるパターン形成装置１０においては、インクジェットヘッド１８をヘッド移動機構により走査するシャトル方式としたがこれに限定されるものではない。例えば、インクジェットヘッド１８を基板１の搬送方向と直交する方向の全域にインクを滴下できるライン型とし、インクジェットヘッド１８を移動させることなく、基板１を一方向に搬送するのみで、基板１の全面にインクを滴下させてもよい。また、基板１を固定して、インクジェットヘッド１８を２次元（Ｘ−Ｙ方向）に移動させることにより、基板１の全面にインクを滴下させるようにしてもよい。なお、この場合は、露光機構２２にも移動機構を設けて移動させる必要がある。
【０１１６】
また、インクの色はとくに限定されるものではなく、どのような色でもよく、また透明でもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、光硬化型インクを用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、熱硬化型のインクおよびワックスインクを用いることもできる。
【０１１８】
また、インクとして、光硬化型のインクを用いない場合には、露光機構２２に変えて、インクを硬化させるエネルギを照射する硬化機構を用いればよい。
【０１１９】
また、基板１は、平滑な板状部材に限定されず凹凸形状のある基板を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
１    基板
１０、６０，７０  パターン形成装置
１４  支持体
１６  支持体移動機構
１８  インクジェットヘッド
２０  ヘッド移動機構
２２  露光機構
２４  制御部
３４  ドライブスクリュー
３５  ガイドレール
３６ａ  駆動支持部
３６ｂ  支持部
６２  撥液処理機構
７２  インク滴下機構
【図１】
2010221480.tif 000014
【図２】
2010221480.tif 000015
【図３】
2010221480.tif 000016
【図６】
2010221480.tif 000017
【図７】
2010221480.tif 000018
【図８】
2010221480.tif 000019
【図９】
2010221480.tif 000020
【図１０】
2010221480.tif 000021
【図４】
2010221480.tif 000022
【図５】
2010221480.tif 000023