(57)【要約】【課題】  静電方式のインクジェットプリンタにおいて、針電極を設けることにより微小な液滴を吐出して微細なパターンを描画する微細パターンの描画装置およびその方法を提供する。【解決手段】  ノズルヘッド１０は、その内部に吐出液を蓄液するリザーバ１２を設けている。また、このリザーバ１２に設けられた開口部１５の中心より描画平面２０に向け突出するように針電極１１を設けている。そして、リザーバ１２内の吐出液について、圧力発生手段を用いて圧力を制御する。すると、リザーバ１２の開口部１５から流れ出した吐出液を針電極１１の表面に保持することができる。この後、上記針電極１１とリザーバ１２とに電圧を印加して、これらの間に電界を生じさせる。これにより、針電極１１から微小な液滴を吐出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極と、この電極上に設けられた微細パターンを描画する描画平面とを備え、
上記ノズルヘッドは、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、
このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられた針電極とを有する微細パターンの描画装置において、
上記リザーバ内の吐出液に圧力を生じさせる圧力発生手段が設けられた微細パターンの描画装置。
【請求項２】
上記針電極は、その表面が親水化処理された請求項１に記載の微細パターンの描画装置。
【請求項３】
上記針電極は、開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上である請求項１または請求項２に記載の微細パターンの描画装置。
【請求項４】
上記リザーバは、その開口部の周囲が撥水化処理された請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の微細パターンの描画装置。
【請求項５】
リザーバの内部に吐出液を蓄液し、
このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように配設された針電極より上記吐出液を液滴として吐出し、
この針電極と対向して設けられた描画平面上に微細なパターンを描画する微細パターンの描画方法において、
上記リザーバ内の吐出液に圧力を生じさせるとともに、上記針電極と上記描画平面との間に電界を生じさせることにより、上記針電極より上記リザーバ内の吐出液を液滴として吐出する微細パターンの描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は微細パターンの描画装置およびその方法、詳しくはノズルと対向電極とに電圧印加することにより帯電した液滴をノズルより吐出して対向電極に付着する静電方式のインクジェット技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタは、インクなどの吐出液をノズルから微細な液滴として吐出させ、描画平面に着弾させてパターンを描画するものである。このインクジェットプリンタのインクを吐出する方法としては、ピエゾ方式、バブルジェット（登録商標）方式、静電方式がある。このうち、静電方式のインクジェットプリンタは、所定電圧を印加することにより、帯電した液状のインクを静電力の利用により描画平面上に着弾させ、画像や文字を描画するものである。
静電方式のインクジェットプリンタは、ピエゾ素子方式やサーマル方式に比べ、吐出される液滴の径が微細である。ピエゾ素子方式やサーマル方式は、リザーバ内の液をオリフィスより押し出すような方法であり、液滴が押し出されるような径を有する孔を設けることが必要である。このため、吐出される液滴のサイズは１０μｍ程度である。これに対して、静電方式のインクジェットプリンタは、帯電した微粒子を含む液滴を電界の発生によりノズルから対向電極に誘引しているため、１μｍ以下のサイズを有する液滴を吐出することができる。
【０００３】
特許文献１には、微小な液滴を吐出する静電方式のインクジェットプリンタの発明が本願発明者により開示されている。すなわち、吐出電極として、先端部が鋭角な針状電極を採用し、吐出液が静電気力により液流路内で液吐出口側に流動する際、吐出電極の鋭角な先端部に沿って、吐出液に含まれた微粒子が徐々に濃縮されながら、吐出電極の微細な先端に集中させて吐出するインクジェットプリンタが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１４６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、フラットパネルディスプレイおよびコンピュータ関連機器の分野においては、製造装置の簡素化、製造自由度の拡大および省資源化などが要望されている。これを受けて、現在、液滴を吐出するインクジェット式ノズルを使用し、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）材をシリコン基板に直接吐出して有機ＥＬディスプレイを作製する方法、導電性粒子を含む溶液をプリント回路基板などに吐出して配線パターンを直接描画する方法などが検討されている。そこで、このような微細なパターンが形成する技術が早急に必要である。
【０００６】
本発明は、静電方式のインクジェットプリンタにおいて、先端が先細りの針電極を設けることにより微小な液滴を吐出して微細なパターンを描画する微細パターンの描画装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極と、この電極上に設けられた微細パターンを描画する描画平面とを備え、上記ノズルヘッドは、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられた針電極とを有する微細パターンの描画装置において、上記リザーバ内の吐出液に圧力を生じさせる圧力発生手段が設けられた微細パターンの描画装置である。
【０００８】
本発明の微細パターンの描画装置は、静電方式のインクジェットプリンタに用いられるものであり、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、上記ノズルヘッドと対向して設けられ、微細パターンが描画される描画平面とを有している。
ノズルヘッドには、吐出液が蓄液されたリザーバが設けられる。このリザーバの素材および形状は限定されない。例えば、ステンレスを用いて形成してもよいし、シリコンウェーハを用いて形成してもよい。
リザーバに蓄積される吐出液は限定されず、例えば、金属微粒子を含有する溶液、光硬化性樹脂、上記カラーフィルタの顔料、有機半導体や有機ＥＬＤの材料でもよい。
リザーバに設けられる開口部（オリフィス）の大きさは限定されない。開口部は、レーザや放電加工により形成される。
また、ノズルヘッドには、リザーバの開口部に配設される針電極が設けられる。針電極の素材は限定されない。針電極の製法は限定されない。例えば、陽極化成により形成してよいし、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を用いて形成してもよい。
リザーバに設けられる開口部の数も限定されず、この開口部の中心に配設される針電極の数も限定されない。
上記描画平面は限定されず、例えば、半導体ウェーハやプリント配線基板でもよい。液晶ディスプレイのガラス基板、この基板に対向して設けられるカラーフィルタでもよい。
圧力発生手段は限定されず、例えば、ポンプなどが用いられる。圧力とは、リザーバ内の吐出液に生ずる内部圧力が環境空気より低い負圧で有る場合、および高い正圧である場合がある。
【０００９】
請求項１に記載の発明にあっては、静電方式のインクジェットプリンタに、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極と、この電極上に設けられた微細パターンを描画する描画平面と有する。ノズルヘッドには、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバが設けられている。また、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように針電極が設けられている。そして、リザーバ内の吐出液について、圧力発生手段を用いて負圧を制御する。すると、リザーバの開口部から流れ出した吐出液が針電極の表面に保持される。この後、上記針電極とリザーバとに電圧を印加して、これらの間に電界を生じさせる。これにより、微小な液が針電極表面を滴っていき、電界集中によって生じた針先端にある微小液が静電力で引かれる力が、微小液が針先端表面に留まろうとする力より大きいとき、針電極から微小な液滴を吐出することができる。
上記針電極に保持される吐出液の量は負圧の制御により変えることができる。この負圧の制御により、針電極の先端に液滴が保持されながら液滴が吐出するモードと、針電極の全体に液滴が保持されながらオリフィスの全体から液滴が吐出するモードとが生じる。本願では前者をニードルモードとしており、後者はオリフィスモードとしている。ニードルモードでは、針の先端に応じた微小な液滴を吐出することができる。オリフィスモードでは、ニードルモードと比較して、オリフィスの形状に応じた大きな液滴が吐出する。これらのモードの切り替えによって、線幅の階調制御が可能である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記針電極は、その表面が親水化処理された請求項１に記載の微細パターンの描画装置である。
針電極の表面の親水化処理する方法は限定されない。例えばＳｉの針電極の表面を酸化してＳｉＯ２を形成してもよい。または、反応性イオンエッチングにより表面を改質してもよい。または、Ａｌなどの金属を針電極の表面に蒸着してもよい。
【００１１】
請求項２に記載の発明にあっては、針電極の表面を親水化処理する。これにより、リザーバの開口部より流れ出す吐出液の保持が容易になる。また、リザーバの開口部または針電極から吐出液が描画平面に誤って流れ出すことも防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記針電極は、開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上である請求項１または請求項２に記載の微細パターンの描画装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明にあっては、上記針電極は、開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上である。この比を大きくすることにより先端が先細りの針電極を形成することができる。そして、上記針電極と描画平面とに電圧を印加することにより針先端に電界を集中させることができるとともに、リザーバ内の吐出液の圧力を制御させて、針の先端から微小な液滴を吐出することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記リザーバは、その開口部の周囲が撥水化処理された請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の微細パターンの描画装置である。
【００１５】
請求項４に記載の発明にあっては、リザーバのオリフィスの周りは撥水化処理されている。これにより、針電極からの液滴がオリフィスの周囲への付着を防ぐことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、リザーバの内部に吐出液を蓄液し、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように配設された針電極より上記吐出液を液滴として吐出し、この針電極と対向して設けられた描画平面上に微細なパターンを描画する微細パターンの描画方法において、上記リザーバ内の吐出液に圧力を生じさせるとともに、上記針電極と上記描画平面との間に電界を生じさせることにより、上記針電極より上記リザーバ内の吐出液を液滴として吐出する微細パターンの描画方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、静電方式のインクジェットプリンタであって、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極および電極上に設けられた微細パターンを描画する描画平面とが配設されている。ノズルヘッドには、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように針電極とが設けられている。そして、リザーバ内の吐出液について、圧力発生手段を用いて負圧を制御する。すると、リザーバの開口部から流れ出した吐出液が針電極の表面に保持される。この後、上記針電極とリザーバとに電圧を印加して、これらの間に電界を生じさせる。これにより、針電極から微小な液滴を吐出することができる。
また、上記針電極に保持される吐出液の量は負圧の制御により変えることができる。この負圧の制御により、針電極の先端に液滴が保持されながら液滴が吐出するモードと、針電極の全体に液滴が保持されながらオリフィスの全体から液滴が吐出するモードとが生じる。本願では前者をニードルモードとしており、後者はオリフィスモードとしている。ニードルモードでは、針の先端に応じた微小な液滴を吐出することができる。オリフィスモードでは、ニードルモードと比較して、オリフィスの形状に応じた大きな液滴が吐出する。これらのモードの切り替えによって、線幅の階調制御が可能である。
本願発明は、例えば、半導体回路の配線などの微細パターンを描画できるようなものに適用することが可能である。
【実施例１】
【００１８】
以下、この発明の第１の実施例を図１〜図７を参照して説明する。
まず、本願発明に係る微細パターンの描画装置について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る微細パターンの描画装置には、吐出液を吐出するノズルヘッド１０と、このノズルヘッド１０に対向して電極２９および電極２９上に設けられた微細パターンを描画する描画平面２０とを有する。
上記ノズルヘッド１０には、帯電した吐出液を蓄液するリザーバ１２が設けられる。リザーバ１２は、ステンレス製で、箱形状を有している。なお、リザーバ１２は、下記のＳＴＰ法またはボロンエッチ法により作製してもよい。リザーバ１２の底面には、略１００μｍのオリフィス１５（開口部）が設けられる。オリフィス１５は放電加工やレーザ照射により形成される。リザーバ１２のオリフィス１５の周囲は、撥水化処理がなされている。撥水化処理は、市販の撥水処理剤の塗布により行う。撥水処理剤は、例えば、ダイキン工業株式会社製のフッ素系表面防汚コーティング剤（商品名：オプツールＤＳＸ）が用いられる。
リザーバ１２にあっては、蓄液された吐出液に負圧を発生させる圧力発生手段が設けられている。圧力発生手段は、リザーバ１２の外部に設けられた図示しないポンプを用いる。
そして、上記オリフィス１５の中心より描画平面２０に向け突出するように針電極１１が設けられる。針電極１１は、オリフィス１５面での直径は略５μｍであり、オリフィス１５面から先端までの長さは略３０μｍである。すなわち、オリフィス１５面での直径と開口部から先端までの長さとの比が略６である。針電極１１は、Ｓｉで形成され、描画平面２０（対向電極２９）に対向して設けられる電極である。
描画平面２０は、上記針電極１１に対してステージ２１上あってスライド可能に設けられ、この描画平面２０上に基板が設けられる。針電極１１と描画平面２０との間隔Ｇは略１００μｍである。そして、針電極１１と描画平面２０との間に電源が設けられる。針電極１１側を接地して負極とし、描画平面２０側を正極としている。
【００１９】
次に、図２および図３を参照して、陽極化成法による針電極１１の作製方法を説明する。
まず、ｐ型で表面の面方位が（１００）であり、抵抗率２〜８Ωｃｍのシリコン基板（シリコンウェーハ）４１を公知のリソグラフィによりレジスト４２を形成し、その後ＲＩＥ装置の反応炉に挿入する。
そして、ウェーハ裏面の表層部分を、ＲＩＥによりメサ型形状にドライエッチングする（図３（ａ））。エッチング量は１μｍである。
ＲＩＥによるエッチング条件は、ＣＦ4を用いて高周波電力４００Ｗ、時間５分である。その後レジスト４２を除去し、続いて、公知のリソグラフィによりシリコン基板４１上のメサ型構造以外のところにレジストを４３を形成する。
【００２０】
その後、シリコン基板４１をイオン注入炉に挿入し、露出されたメサ型領域４１ａにリンイオン（Ｐ+ ）をイオン注入し、この部分を厚さ０．５μｍのｎ型領域（ｎ型のシリコン領域）４４とする（同じく、図３（ｂ））。
イオン注入条件は、リンイオンの加速電圧１００ｋｅＶ、イオン注入量１×１０14ｃｍ-2である。
次いで、レジスト４３をＲＩＥで除去する。そして、シリコン基板４１をＲＣＡ洗浄する。その後、イオン注入後のシリコン基板４１に、活性化のための熱処理を施す。熱処理条件は、窒素雰囲気中、処理温度８００℃、処理時間３０分間である。
【００２１】
次に、図２に示すように、ｎ型領域４４を有するシリコン基板４１を、ＨＦ溶液（フッ酸濃度２５％）が貯液された陽極化成槽４５ａの開口された底面に装着する。
シリコン基板４１と陽極化成槽４５ａの底部との間には、バイトンＯリング４６ａが介在される。
その後、ＨＦ溶液の液面下にカソード電極４６を挿入し、シリコン基板４１のｎ型領域４４にアノード電極４７を接続する。
その後、直流電源３８から電流密度１５ｍＡ／ｃｍ2で３５０分間、電流を流す。その際、電流値は電流計３９によって測定する。これにより、シリコン基板４１のうち、ｐ型のシリコン領域（カソード側）の大半が多孔質化し、多孔質シリコン層４１ａが形成される。
一方、アノード側となるｎ型領域４４は多孔質化しない。その結果、ｎ型領域４４の一帯に、このｎ型領域４４を針電極１１とし、ｎ型領域４４の内面（シリコン基板４１の内部側の面）の中央部に針部を突設した針電極１１が形成される（図３（ｃ））。
このとき、針電極１１の裏面部分は、シリコン基板４１の裏面より若干外方に突出している。
【００２２】
次に、こうして作製された針電極１１は、シリコン基板４１の内部から取り出される。
すなわち、針電極１１の露出した裏面を、単結晶シリコン製のノズル本体１４の表面に、ファン・デル・ワールス力により貼り合わせる（図３（ｄ））。これにより、貼り合わせ基板４５が形成される。
ノズル本体１４には、貼り合わせ前に親水化処理が施される。具体的には、ＲＣＡ洗浄後、フッ酸溶液（フッ酸濃度１％）により５分間だけノズル本体１４をエッチングし、ノズル本体１４の表面の自然酸化膜を除去する。それから、ノズル本体１４を３０分間純水に浸す。
貼り合わせ後は、湿度５０％の大気中で乾燥する。
続いて、接合強度の強化および多孔質シリコン層４１ａの酸化のための熱処理を、１０００℃、２時間、酸素雰囲気中で行う（図３（ｅ））。その際、多孔質シリコン層４１ａは熱酸化され、酸化多孔質シリコン層４１ｂとなる。
次に、貼り合わせ基板を、ＨＦ：Ｈ2Ｏ2＝１：５のエッチング液により、酸化多孔質シリコン層４１ｂをエッチングし、ノズル本体１４と一体化した針電極１１を取り出す（図３（ｆ））。
【００２３】
次に、針電極１１の表面の親水化処理について説明する。親水化処理は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により針電極１１の表面を改質する方法、上記のようにＳｉの針電極１１の表面を酸化する方法、Ｓｉの針電極１１の表面に親水性の金属を蒸着する方法がある。
最初に、ＲＩＥにより針電極１１の表面を改質する方法について説明する。まず、上記針電極１１を準備し、真空チャンバ内に入れて、この真空チャンバ内を２．０×１０−３Ｐａまで真空にする。次いで、真空チャンバ内にＢＣｌ３ガスを導入して真空度を１Ｐａにする。そして、２００Ｖ、５００Ｗ、３分の条件で反応性イオンエッチングを行う。最後に、真空チャンバ内を大気解放して、針電極１１を取り出す。
次に、Ｓｉの表面を酸化する方法について説明する。まず、Ｓｉの針電極１１を準備し、これを酸化炉内にセットする。そして、この炉内に酸素流量が０．５ｌ／ｍｉｎ、温度１０００℃の条件で保持して１時間酸化処理を施す。これにより、針電極１１の表面に７０ｎｍのＳｉＯ２を形成する。この後、温度を下げて針電極１１を酸化炉から取り出す。
次に、針電極１１の表面に金属を蒸着する方法について説明する。まず、上記針電極１１を準備し、真空チャンバ内に入れて、この真空チャンバ内を２．０×１０−３Ｐａまで真空にする。次いで、Ａｌ線に６０Ｖの電圧を印加しながら、針電極１１の表面にＡｌを蒸着する。最後に、真空チャンバ内を大気解放して、針電極１１を取り出す。
【００２４】
次に、ノズルヘッド１０の作製方法について図４を参照して説明する。
まず、箱形状のステンレスを準備する。この箱形状のステンレスにレーザを用いて、略１０μｍの微細なオリフィス１５を設ける。一方、上記製法により作製された針電極１１にＰＤＭＳ２４（ポリジメチルシロキサン）を設ける。そして、ステンレスのオリフィス１５の中心に針電極１１を位置合わせして、ＰＤＭＳ２４を介してステンレスのリザーバ１２に取り付ける。この後、上記オリフィス１５の周囲を撥水化処理してノズルヘッド１０を完成させる。
【００２５】
次に、微細パターンの描画方法について図１を参照して説明する。
まず、リザーバ１２内に吐出液を蓄液する。通常、リザーバ１２内の吐出液は、オリフィス１５から排出される。そこで、図示していないポンプ（負圧制御手段）により、リザーバ１２内の吐出液に対して引く圧力（Ｐ＝−１．５ｋＰａ）を発生させる。このため、リザーバ１２内の底面に設けられたオリフィス１５から排出される吐出液は、針電極１１の表面に保持される。そして、針電極１１と対向電極２９（描画平面２０）との間に電圧（Ｖ＝５ｋＶ）を印加して、これらの間に電界を生じさせる。すると、針電極１１に保持された吐出液には電圧印加により帯電する微粒子が含まれる場合がある。このため、この電界により針電極１１より描画平面２０に吐出することができる。描画平面２０に着弾した液滴１３の径を計測すると、略３００ｎｍの径を有する着弾痕が確認された。
ノズルヘッド１０に設けられたカメラ２２とレンズ２３により、液滴１３が針電極１１から吐出するのを観察すると、テイラーコーンと呼ばれるメニスカスが形成される。
【００２６】
なお、図１に示すように、オリフィス１５の周囲に補助電極を設けることも可能である。補助電極２８（ゲート電極）は、導体となるＳｉ２６に周りに絶縁層となるＳｉＯ２２７で被覆する。電極２６は、金属板に孔を加工する。加工方法は、レーザ、放電加工等を利用する。また、電極２６がＳｉである場合、ＣＶＤ等で電極２６を堆積させる方法もある。絶縁層については、電極２６が金属板の場合ではＴＥＯＳでＳｉ酸化膜２７を形成する方法がある。電極２６がＳｉの場合では、酸化またはＴＥＯＳ等でＳｉ酸化膜２７を形成する方法もある。
そして、針電極１１をアース、対向電極２９を１ｋＶ程度、ゲート電極２８に０．１ｋＶ程度の電圧を印加すると、通常の場合のように対向電極２９（描画平面２０側）に高電圧を印加しなくても、液滴１３を吐出できる。また、液滴１３の吐出および停止の制御を、通常は対向電極２９に印加している高電圧で行っていたが、この方法では、ゲート電極２８で制御できる利点を有する。ゲート電極２８を設けることにより、針先端への電界集中を効果的に行えるからである。
【００２７】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、リザーバ１２内の吐出液に生じさせる負圧により、吐出する液滴１３の大きさを変えることができる。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、Ｆ１は、針電極１１の先端とに生じる静電力を示す。Ｆ２は、オリフィスでの液面に生ずる静電力を示す。Ｆ３は、圧力Ｐに生じた負圧を示している。
リザーバ１２内の液を引く圧力Ｐ（Ｆ３＞Ｆ２）が大きいとき（図５（ａ）に示すＰ＝−１．５ｋＰのとき）は、電界Ｅ（Ｆ１）により、液はオリフィス１５から吐出せずに、微小な液のみが針を滴って行って、その後電界Ｅの集中している針先端より吐出する。これにより、非常に微小な液滴１３になる。光学観察系では観察できないほど線が描画できる。吐出液が針の先端から吐出しているので、本願ではこれをニードルモードと呼ぶ。
一方、液を引く圧力Ｐ（Ｆ３＜Ｆ２）が小さいとき（図５（ｂ）に示すＰ＝−０．５ｋＰａのとき）は、液は電界Ｅ（Ｆ１）によって、オリフィス１５全体から吐出することになる。従って、ニードルモードと比較して、大きな液滴１３が吐出する。オリフィス１５全体から吐出するので、本願ではこれをオリフィスモードと呼ぶ。以上の電圧と負圧との関係を図６のグラフに示す
細い線を描画するには、ニードルモードが適する。しかし、太い線も描画する場合もあり、そのときはオリフィスモードで微細パターンを描画する。すなわち、モードの切り替えによって、線幅の階調制御ができる。
【００２８】
スキャニングする速度により、微細パターンの線幅を変えることもできる。図７のグラフに示すように、例えば、印加電圧が５ｋＶ、負圧が−１．５ｋＰａの場合の条件において、スキャニングする速度が５μｍ／ｓであると、描画される描画パターンの幅は略１μｍである。また、スキャニングする速度が５０μｍ／ｓであると、描画される描画パターンの幅は略３μｍである。さらに、スキャニングする速度が５００μｍ／ｓであると、描画される描画パターンの幅は略１２μｍである。これにより、スキャニングする速度により微細パターンの幅を変更することも可能である。
【００２９】
また、この発明の第２の実施例を図８を参照して説明する。本実施例に係る発明は、上記実施例１に係る微細パターンの描画装置に以下の変更を加えたものである。すなわち、針電極１１とリザーバ１２とを有するノズルヘッド１０を、ボロンドープによるボロンエッチストップ法により製造するものである。
まず、図８のＳ８０１工程に示すように、シリコンウェーハ３０を準備して、このシリコンウェーハ３０の表裏面にシリコン酸化膜３１を形成する。酸化は、酸素流量が０．５ｌ／ｍｉｎ、１０００℃に保持して１時間処理する。これにより、７０ｎｍ程度のＳｉＯ２をシリコンウェーハ３０の表面に形成することができる。
次に、図８のＳ８０２工程に示すように、上記シリコンウェーハ３０について、フォトリソグラフィを実施してパターン３５を形成する。そして、図８のＳ８０３工程に示すように、１００ｋｅＶのエネルギーで、１．０×１０１３〜１．０×１０１４ ／ｃｍ２の範囲でボロンをイオン注入し、ボロン層３２を形成する。次いで、窒素流量２．０ｌ／ｍｉｎ、８００〜１０００℃で３０分から２時間程度、活性化熱処理する。
この後、図８のＳ８０４工程に示すように、ＴＥＯＳ(tetraethylorthosilicate)またはＳＯＧ(Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ)法でＳｉ酸化膜３３を形成し、その後フォトリソグラフィで、シリコンウェーハ３０の裏面の酸化膜３１を一部除去する。
ＴＥＯＳの場合は、まず真空チャンバ内に、試料をセットする。次いで、tetraethylorthosilicate（Ｓｉ(ＯＣＨ２ＣＨ３)４）を３ｌ／ｍｉｎ、酸素を３００ｌ／ｍｉｎ流し、チャンバ内の真空度を８０〜１４０Ｐａ程度にする。次に、１００Ｗの高周波電源を印加して、３００〜４００℃の範囲において、プラズマを発生させ、ＣＶＤにより、５００ｎｍ／ｍｉｎの速度で、酸化膜３３を形成する。
ＳＯＧの場合には、まずスピンコータにより、ＳＯＧ用の液を塗布する。その後、大気中１１０℃で１時間熱処理して溶媒を揮発させる。その後、窒素流量０．５ｌ／ｍｉｎ中４００℃において、２時間熱処理して酸化膜を強化する。
次に、図８のＳ８０５工程に示すように、ＫＯＨ、ヒドラジン、ＥＰＷ（エチレンジアミン、ピロカテコールおよび水の混合液）を用いて異方性エッチングする。ここでは水酸化テトラメチルアンモニウムに浸して、シリコンウェーハ３０の裏面よりエッチングする。  そして、図８のＳ８０６工程に示すように、ＴＥＯＳまたはＳＯＧ酸化膜の除去および試料全体を酸化する。ここでは２．５％ＨＦ溶液で、酸化膜を除去する。そして、上記同じ条件で、試料全体を酸化し、酸化膜３４を形成する。
最後に、図８のＳ８０７工程に示すように、針電極１１の取り付けを行う。上記陽極化成で作製した針電極１１を、上記工程により作製したリザーバ１２となる流路に、コンタクトアライナーを使用ながら位置合わせをしてノズルヘッド１０を完成させる。
【００３０】
さらに、この発明の第３の実施例を図９を参照して説明する。本実施例に係る発明は、上記実施例１に係る微細パターンの描画装置に以下の変更を加えたものである。すなわち、針電極１１とリザーバ１２とを有するノズルヘッド１０を、ＳＴＰ（Ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｎｄ  ｈｏｔ−Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法により製造するものである。
まず、図９のＳ９０１工程に示すように、ポリイミドテープ、ガラス、セラミック等のベースフィルム５０に、スピンコータでＳＯＧ液を塗布して塗布膜５１のコーティングを行う。次いで、図９のＳ９０２工程に示すように、型５２に離型剤を塗布して、インプリントおよび型５２抜きを行う。この後、図９のＳ９０３工程に示すように、１１０℃の熱を加えながら、１００〜２００ＭＰａで一時間程度型５２押し、その後型５２抜きする。その後、窒素流量０．５ｌ／ｍｉｎ中４００℃において、２時間熱処理して酸化膜を強化する。
次に、図９のＳ９０４工程に示すように、ＣＦ４、ＣＦ４＋Ｏ２、Ｃ２Ｆ６ガス等で、ドライエッチングして孔を開ける。
最後に、図９のＳ９０５工程に示すように、陽極化成で作製した針電極１１を、上記工程により作製したリザーバ１２となる流路に、アライナーを使用して位置合わせして取り付ける。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係る微細パターン描画装置の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る針電極を作製する装置の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る針電極を作製するフロー図である。
【図４】本発明の実施例１に係るノズルヘッドを作製するフロー図である。
【図５】本発明の実施例１に係るリザーバ内の圧力の変化により、針電極の表面の吐出液の保持状態を示す正面図である。（ａ）はニードルモード（Ｐ＝−１．５ｋＰａのとき）であり、（ｂ）はオリフィスモード（Ｐ＝−０．５ｋＰａのとき）である。
【図６】本発明の実施例１に係る電圧とリザーバ内の引く圧力（圧力）との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る描画平面をスキャニングする速度と描画されるパターンの幅との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２に係るボロンエッチ法によりノズルヘッドを作製するフロー図である。
【図９】本発明の実施例３に係るＳＴＰ法によりノズルヘッドを作製するフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  針電極、
１２  リザーバ、
１３  液滴、
１５  オリフィス、
２０  描画平面。
【図１】
2006255952.tif 000003
【図２】
2006255952.tif 000004
【図３】
2006255952.tif 000005
【図４】
2006255952.tif 000006
【図５】
2006255952.tif 000007
【図６】
2006255952.tif 000008
【図７】
2006255952.tif 000009
【図８】
2006255952.tif 000010
【図９】
2006255952.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月9日(2005.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極と、この電極上に設けられ、微細パターンが描画される描画平面とを備えた描画装置において、
上記ノズルヘッドは、上記描画平面に対向して設けられた開口部を有し、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、
上記開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられ、開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上の先細り状の針電極と、
上記リザーバ内の吐出液に圧力を生じさせる圧力発生手段とを備えた微細パターンの描画装置。
【請求項２】
上記針電極は、その表面が親水化処理された請求項１に記載の微細パターンの描画装置。
【請求項３】
上記リザーバは、その開口部の周囲が撥水化処理された請求項１または請求項２に記載の微細パターンの描画装置。
【請求項４】
開口部を有し、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、上記開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられた針電極とを備えたノズルヘッドの製造方法であって、
シリコンウェーハの表裏面に酸化膜を形成する工程と、
次いで、シリコンウェーハの表面に所定パターンの酸化膜を形成する工程と、
この後、シリコンウェーハの表面にこの酸化膜をマスクとしてボロンをイオン注入し、酸化膜の存在しないシリコンウェーハの表面にボロン層を形成する工程と、
次に、酸化膜およびボロン層の表面にＳｉ酸化膜を形成する工程と、
次に、シリコンウェーハの裏面の酸化膜の一部を除去する工程と、
次いで、シリコンウェーハの裏面より上記ボロン層が露出するまでシリコンウェーハに異方性エッチングを施し、上記ボロン層が形成されていない部分に開口部を形成する工程と、
次に、シリコンウェーハの表裏面の酸化膜を除去し、上記リザーバを形成する工程と、
上記リザーバの開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上の先細り状の針電極を形成する工程と、
次に、上記針電極を、上記リザーバの開口部の中心に位置させながら、その裏面からリザーバに取り付ける工程とを備えたノズルヘッドの製造方法。
【請求項５】
その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられた針電極とを備えたノズルヘッドの製造方法であって、
ポリイミドテープ、ガラスまたはセラミックのいずれかからなるベースフィルムの表面に、ＳＯＧ液を塗布する工程と、
次いで、凸部を有する型に離型剤を塗布する工程と、
この後、熱を加えながら、所定圧力で上記ベースフィルムの裏面から上記型を押すことにより、上記ベースフィルムの裏面に第１の凹部と、この第１の凹部の底面にこれより幅の小さい第２の凹部とを形成する工程と、
次に、第２の凹部が開口するまでベースフィルムの表面よりドライエッチングを施し、上記リザーバを形成する工程と、
上記リザーバの開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上の先細り状の針電極を形成する工程と、
次に、上記針電極を、上記リザーバの開口部の中心に位置させながら、その裏面からリザーバに取り付ける工程とを備えたノズルヘッドの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は微細パターンの描画装置およびノズルヘッドの製造方法、詳しくはノズルと対向電極とに電圧印加することにより帯電した液滴をノズルより吐出して対向電極に付着する静電方式のインクジェット技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタは、インクなどの吐出液をノズルから微細な液滴として吐出させ、描画平面に着弾させてパターンを描画するものである。このインクジェットプリンタのインクを吐出する方法としては、ピエゾ方式、バブルジェット（登録商標）方式、静電方式がある。このうち、静電方式のインクジェットプリンタは、所定電圧を印加することにより、帯電した液状のインクを静電力の利用により描画平面上に着弾させ、画像や文字を描画するものである。
静電方式のインクジェットプリンタは、ピエゾ素子方式やサーマル方式に比べ、吐出される液滴の径が微細である。ピエゾ素子方式やサーマル方式は、リザーバ内の液をオリフィスより押し出すような方法であり、液滴が押し出されるような径を有する孔を設けることが必要である。このため、吐出される液滴のサイズは１０μｍ程度である。これに対して、静電方式のインクジェットプリンタは、帯電した微粒子を含む液滴を電界の発生によりノズルから対向電極に誘引しているため、１μｍ以下のサイズを有する液滴を吐出することができる。
【０００３】
特許文献１には、微小な液滴を吐出する静電方式のインクジェットプリンタの発明が本願発明者により開示されている。すなわち、吐出電極として、先端部が鋭角な針状電極を採用し、吐出液が静電気力により液流路内で液吐出口側に流動する際、吐出電極の鋭角な先端部に沿って、吐出液に含まれた微粒子が徐々に濃縮されながら、吐出電極の微細な先端に集中させて吐出するインクジェットプリンタが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１４６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、フラットパネルディスプレイおよびコンピュータ関連機器の分野においては、製造装置の簡素化、製造自由度の拡大および省資源化などが要望されている。これを受けて、現在、液滴を吐出するインクジェット式ノズルを使用し、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）材をシリコン基板に直接吐出して有機ＥＬディスプレイを作製する方法、導電性粒子を含む溶液をプリント回路基板などに吐出して配線パターンを直接描画する方法などが検討されている。そこで、このような微細なパターンが形成する技術が早急に必要である。
【０００６】
本発明は、静電方式のインクジェットプリンタにおいて、先端が先細りの針電極を設けることにより微小な液滴を吐出して微細なパターンを描画する微細パターンの描画装置およびノズルヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極と、この電極上に設けられ、微細パターンが描画される描画平面とを備えた描画装置において、上記ノズルヘッドは、上記描画平面に対向して設けられた開口部を有し、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、上記開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられ、開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上の先細り状の針電極と、上記リザーバ内の吐出液に圧力を生じさせる圧力発生手段とを備えた微細パターンの描画装置である。
【０００８】
本発明の微細パターンの描画装置は、静電方式のインクジェットプリンタに用いられるものであり、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、上記ノズルヘッドと対向して設けられ、微細パターンが描画される描画平面とを有している。
ノズルヘッドには、吐出液が蓄液されたリザーバが設けられる。このリザーバの素材および形状は限定されない。例えば、ステンレスを用いて形成してもよいし、シリコンウェーハを用いて形成してもよい。
リザーバに蓄積される吐出液は限定されず、例えば、金属微粒子を含有する溶液、光硬化性樹脂、上記カラーフィルタの顔料、有機半導体や有機ＥＬＤの材料でもよい。
リザーバに設けられる開口部（オリフィス）の大きさは限定されない。開口部は、レーザや放電加工により形成される。
また、ノズルヘッドには、リザーバの開口部に配設される針電極が設けられる。針電極の素材は限定されない。針電極の製法は限定されない。例えば、陽極化成により形成してよいし、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を用いて形成してもよい。
リザーバに設けられる開口部の数も限定されず、この開口部の中心に配設される針電極の数も限定されない。
上記描画平面は限定されず、例えば、半導体ウェーハやプリント配線基板でもよい。液晶ディスプレイのガラス基板、この基板に対向して設けられるカラーフィルタでもよい。
圧力発生手段は限定されず、例えば、ポンプなどが用いられる。圧力とは、リザーバ内の吐出液に生ずる内部圧力が環境空気より低い負圧で有る場合、および高い正圧である場合がある。
【０００９】
請求項１に記載の発明にあっては、静電方式のインクジェットプリンタに、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極と、この電極上に設けられた微細パターンを描画する描画平面と有する。ノズルヘッドには、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバが設けられている。また、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように針電極が設けられている。そして、リザーバ内の吐出液について、圧力発生手段を用いて負圧を制御する。すると、リザーバの開口部から流れ出した吐出液が針電極の表面に保持される。この後、上記針電極とリザーバとに電圧を印加して、これらの間に電界を生じさせる。これにより、微小な液が針電極表面を滴っていき、電界集中によって生じた針先端にある微小液が静電力で引かれる力が、微小液が針先端表面に留まろうとする力より大きいとき、針電極から微小な液滴を吐出することができる。
上記針電極に保持される吐出液の量は負圧の制御により変えることができる。この負圧の制御により、針電極の先端に液滴が保持されながら液滴が吐出するモードと、針電極の全体に液滴が保持されながらオリフィスの全体から液滴が吐出するモードとが生じる。本願では前者をニードルモードとしており、後者はオリフィスモードとしている。ニードルモードでは、針の先端に応じた微小な液滴を吐出することができる。オリフィスモードでは、ニードルモードと比較して、オリフィスの形状に応じた大きな液滴が吐出する。これらのモードの切り替えによって、線幅の階調制御が可能である。
【００１０】
上記針電極は、開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上である。この比を大きくすることにより先端が先細りの針電極を形成することができる。そして、上記針電極と描画平面とに電圧を印加することにより針先端に電界を集中させることができるとともに、リザーバ内の吐出液の圧力を制御させて、針の先端から微小な液滴を吐出することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記針電極は、その表面が親水化処理された請求項１に記載の微細パターンの描画装置である。
針電極の表面の親水化処理する方法は限定されない。例えばＳｉの針電極の表面を酸化してＳｉＯ２を形成してもよい。または、反応性イオンエッチングにより表面を改質してもよい。または、Ａｌなどの金属を針電極の表面に蒸着してもよい。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、針電極の表面を親水化処理する。これにより、リザーバの開口部より流れ出す吐出液の保持が容易になる。また、リザーバの開口部または針電極から吐出液が描画平面に誤って流れ出すことも防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記リザーバは、その開口部の周囲が撥水化処理された請求項１または請求項２に記載の微細パターンの描画装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明にあっては、リザーバのオリフィスの周りは撥水化処理されている。これにより、針電極からの液滴がオリフィスの周囲への付着を防ぐことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、開口部を有し、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、上記開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられた針電極とを備えたノズルヘッドの製造方法であって、シリコンウェーハの表裏面に酸化膜を形成する工程と、次いで、シリコンウェーハの表面に所定パターンの酸化膜を形成する工程と、この後、シリコンウェーハの表面にこの酸化膜をマスクとしてボロンをイオン注入し、酸化膜の存在しないシリコンウェーハの表面にボロン層を形成する工程と、次に、酸化膜およびボロン層の表面にＳｉ酸化膜を形成する工程と、次に、シリコンウェーハの裏面の酸化膜の一部を除去する工程と、次いで、シリコンウェーハの裏面より上記ボロン層が露出するまでシリコンウェーハに異方性エッチングを施し、上記ボロン層が形成されていない部分に開口部を形成する工程と、次に、シリコンウェーハの表裏面の酸化膜を除去し、上記リザーバを形成する工程と、上記リザーバの開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上の先細り状の針電極を形成する工程と、次に、上記針電極を、上記リザーバの開口部の中心に位置させながら、その裏面からリザーバに取り付ける工程とを備えたノズルヘッドの製造方法である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように設けられた針電極とを備えたノズルヘッドの製造方法であって、ポリイミドテープ、ガラスまたはセラミックのいずれかからなるベースフィルムの表面に、ＳＯＧ液を塗布する工程と、次いで、凸部を有する型に離型剤を塗布する工程と、この後、熱を加えながら、所定圧力で上記ベースフィルムの裏面から上記型を押すことにより、上記ベースフィルムの裏面に第１の凹部と、この第１の凹部の底面にこれより幅の小さい第２の凹部とを形成する工程と、次に、第２の凹部が開口するまでベースフィルムの表面よりドライエッチングを施し、上記リザーバを形成する工程と、上記リザーバの開口部での直径と開口部から先端までの長さとの比が６以上の先細り状の針電極を形成する工程と、次に、上記針電極を、上記リザーバの開口部の中心に位置させながら、その裏面からリザーバに取り付ける工程とを備えたノズルヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、静電方式のインクジェットプリンタであって、吐出液を液滴として吐出するノズルヘッドと、このノズルヘッドと対向して設けられた電極および電極上に設けられた微細パターンを描画する描画平面とが配設されている。ノズルヘッドには、その内部に吐出液が蓄液されるリザーバと、このリザーバに設けられた開口部の中心より描画平面に向け突出するように針電極とが設けられている。そして、リザーバ内の吐出液について、圧力発生手段を用いて負圧を制御する。すると、リザーバの開口部から流れ出した吐出液が針電極の表面に保持される。この後、上記針電極とリザーバとに電圧を印加して、これらの間に電界を生じさせる。これにより、針電極から微小な液滴を吐出することができる。
また、上記針電極に保持される吐出液の量は負圧の制御により変えることができる。この負圧の制御により、針電極の先端に液滴が保持されながら液滴が吐出するモードと、針電極の全体に液滴が保持されながらオリフィスの全体から液滴が吐出するモードとが生じる。本願では前者をニードルモードとしており、後者はオリフィスモードとしている。ニードルモードでは、針の先端に応じた微小な液滴を吐出することができる。オリフィスモードでは、ニードルモードと比較して、オリフィスの形状に応じた大きな液滴が吐出する。これらのモードの切り替えによって、線幅の階調制御が可能である。
本願発明は、例えば、半導体回路の配線などの微細パターンを描画できるようなものに適用することが可能である。
【実施例１】
【００１８】
以下、この発明の第１の実施例を図１〜図７を参照して説明する。
まず、本願発明に係る微細パターンの描画装置について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る微細パターンの描画装置には、吐出液を吐出するノズルヘッド１０と、このノズルヘッド１０に対向して電極２９および電極２９上に設けられた微細パターンを描画する描画平面２０とを有する。
上記ノズルヘッド１０には、帯電した吐出液を蓄液するリザーバ１２が設けられる。リザーバ１２は、ステンレス製で、箱形状を有している。なお、リザーバ１２は、下記のＳＴＰ法またはボロンエッチ法により作製してもよい。リザーバ１２の底面には、略１００μｍのオリフィス１５（開口部）が設けられる。オリフィス１５は放電加工やレーザ照射により形成される。リザーバ１２のオリフィス１５の周囲は、撥水化処理がなされている。撥水化処理は、市販の撥水処理剤の塗布により行う。撥水処理剤は、例えば、ダイキン工業株式会社製のフッ素系表面防汚コーティング剤（商品名：オプツールＤＳＸ）が用いられる。
リザーバ１２にあっては、蓄液された吐出液に負圧を発生させる圧力発生手段が設けられている。圧力発生手段は、リザーバ１２の外部に設けられた図示しないポンプを用いる。
そして、上記オリフィス１５の中心より描画平面２０に向け突出するように針電極１１が設けられる。針電極１１は、オリフィス１５面での直径は略５μｍであり、オリフィス１５面から先端までの長さは略３０μｍである。すなわち、オリフィス１５面での直径と開口部から先端までの長さとの比が略６である。針電極１１は、Ｓｉで形成され、描画平面２０（対向電極２９）に対向して設けられる電極である。
描画平面２０は、上記針電極１１に対してステージ２１上あってスライド可能に設けられ、この描画平面２０上に基板が設けられる。針電極１１と描画平面２０との間隔Ｇは略１００μｍである。そして、針電極１１と描画平面２０との間に電源が設けられる。針電極１１側を接地して負極とし、描画平面２０側を正極としている。
【００１９】
次に、図２および図３を参照して、陽極化成法による針電極１１の作製方法を説明する。
まず、ｐ型で表面の面方位が（１００）であり、抵抗率２〜８Ωｃｍのシリコン基板（シリコンウェーハ）４１を公知のリソグラフィによりレジスト４２を形成し、その後ＲＩＥ装置の反応炉に挿入する。
そして、ウェーハ裏面の表層部分を、ＲＩＥによりメサ型形状にドライエッチングする（図３（ａ））。エッチング量は１μｍである。
ＲＩＥによるエッチング条件は、ＣＦ4を用いて高周波電力４００Ｗ、時間５分である。その後レジスト４２を除去し、続いて、公知のリソグラフィによりシリコン基板４１上のメサ型構造以外のところにレジスト４３を形成する。
【００２０】
その後、シリコン基板４１をイオン注入炉に挿入し、露出されたメサ型領域４１ａにリンイオン（Ｐ+ ）をイオン注入し、この部分を厚さ０．５μｍのｎ型領域（ｎ型のシリコン領域）４４とする（同じく、図３（ｂ））。
イオン注入条件は、リンイオンの加速電圧１００ｋｅＶ、イオン注入量１×１０14ｃｍ-2である。
次いで、レジスト４３をＲＩＥで除去する。そして、シリコン基板４１をＲＣＡ洗浄する。その後、イオン注入後のシリコン基板４１に、活性化のための熱処理を施す。熱処理条件は、窒素雰囲気中、処理温度８００℃、処理時間３０分間である。
【００２１】
次に、図２に示すように、ｎ型領域４４を有するシリコン基板４１を、ＨＦ溶液（フッ酸濃度２５％）が貯液された陽極化成槽４５ａの開口された底面に装着する。
シリコン基板４１と陽極化成槽４５ａの底部との間には、バイトンＯリング４６ａが介在される。
その後、ＨＦ溶液の液面下にカソード電極４６を挿入し、シリコン基板４１のｎ型領域４４にアノード電極４７を接続する。
その後、直流電源３８から電流密度１５ｍＡ／ｃｍ2で３５０分間、電流を流す。その際、電流値は電流計３９によって測定する。これにより、シリコン基板４１のうち、ｐ型のシリコン領域（カソード側）の大半が多孔質化し、多孔質シリコン層４１ａが形成される。
一方、アノード側となるｎ型領域４４は多孔質化しない。その結果、ｎ型領域４４の一帯に、このｎ型領域４４を針電極１１とし、ｎ型領域４４の内面（シリコン基板４１の内部側の面）の中央部に針部を突設した針電極１１が形成される（図３（ｃ））。
このとき、針電極１１の裏面部分は、シリコン基板４１の裏面より若干外方に突出している。
【００２２】
次に、こうして作製された針電極１１は、シリコン基板４１の内部から取り出される。
すなわち、針電極１１の露出した裏面を、単結晶シリコン製のノズル本体１４の表面に、ファン・デル・ワールス力により貼り合わせる（図３（ｄ））。これにより、貼り合わせ基板４５が形成される。
ノズル本体１４には、貼り合わせ前に親水化処理が施される。具体的には、ＲＣＡ洗浄後、フッ酸溶液（フッ酸濃度１％）により５分間だけノズル本体１４をエッチングし、ノズル本体１４の表面の自然酸化膜を除去する。それから、ノズル本体１４を３０分間純水に浸す。
貼り合わせ後は、湿度５０％の大気中で乾燥する。
続いて、接合強度の強化および多孔質シリコン層４１ａの酸化のための熱処理を、１０００℃、２時間、酸素雰囲気中で行う（図３（ｅ））。その際、多孔質シリコン層４１ａは熱酸化され、酸化多孔質シリコン層４１ｂとなる。
次に、貼り合わせ基板を、ＨＦ：Ｈ2Ｏ2＝１：５のエッチング液により、酸化多孔質シリコン層４１ｂをエッチングし、ノズル本体１４と一体化した針電極１１を取り出す（図３（ｆ））。
【００２３】
次に、針電極１１の表面の親水化処理について説明する。親水化処理は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により針電極１１の表面を改質する方法、上記のようにＳｉの針電極１１の表面を酸化する方法、Ｓｉの針電極１１の表面に親水性の金属を蒸着する方法がある。
最初に、ＲＩＥにより針電極１１の表面を改質する方法について説明する。まず、上記針電極１１を準備し、真空チャンバ内に入れて、この真空チャンバ内を２．０×１０−３Ｐａまで真空にする。次いで、真空チャンバ内にＢＣｌ３ガスを導入して真空度を１Ｐａにする。そして、２００Ｖ、５００Ｗ、３分の条件で反応性イオンエッチングを行う。最後に、真空チャンバ内を大気解放して、針電極１１を取り出す。
次に、Ｓｉの表面を酸化する方法について説明する。まず、Ｓｉの針電極１１を準備し、これを酸化炉内にセットする。そして、この炉内に酸素流量が０．５ｌ／ｍｉｎ、温度１０００℃の条件で保持して１時間酸化処理を施す。これにより、針電極１１の表面に７０ｎｍのＳｉＯ２を形成する。この後、温度を下げて針電極１１を酸化炉から取り出す。
次に、針電極１１の表面に金属を蒸着する方法について説明する。まず、上記針電極１１を準備し、真空チャンバ内に入れて、この真空チャンバ内を２．０×１０−３Ｐａまで真空にする。次いで、Ａｌ線に６０Ｖの電圧を印加しながら、針電極１１の表面にＡｌを蒸着する。最後に、真空チャンバ内を大気解放して、針電極１１を取り出す。
【００２４】
次に、ノズルヘッド１０の作製方法について図４を参照して説明する。
まず、箱形状のステンレスを準備する。この箱形状のステンレスにレーザを用いて、略１０μｍの微細なオリフィス１５を設ける。一方、上記製法により作製された針電極１１にＰＤＭＳ２４（ポリジメチルシロキサン）を設ける。そして、ステンレスのオリフィス１５の中心に針電極１１を位置合わせして、ＰＤＭＳ２４を介してステンレスのリザーバ１２に取り付ける。この後、上記オリフィス１５の周囲を撥水化処理してノズルヘッド１０を完成させる。
【００２５】
次に、微細パターンの描画方法について図１を参照して説明する。
まず、リザーバ１２内に吐出液を蓄液する。通常、リザーバ１２内の吐出液は、オリフィス１５から排出される。そこで、図示していないポンプ（負圧制御手段）により、リザーバ１２内の吐出液に対して引く圧力（Ｐ＝−１．５ｋＰａ）を発生させる。このため、リザーバ１２内の底面に設けられたオリフィス１５から排出される吐出液は、針電極１１の表面に保持される。そして、針電極１１と対向電極２９（描画平面２０）との間に電圧（Ｖ＝５ｋＶ）を印加して、これらの間に電界を生じさせる。すると、針電極１１に保持された吐出液には電圧印加により帯電する微粒子が含まれる場合がある。このため、この電界により針電極１１より描画平面２０に吐出することができる。描画平面２０に着弾した液滴１３の径を計測すると、略３００ｎｍの径を有する着弾痕が確認された。
ノズルヘッド１０に設けられたカメラ２２とレンズ２３により、液滴１３が針電極１１から吐出するのを観察すると、テイラーコーンと呼ばれるメニスカスが形成される。
【００２６】
なお、図１に示すように、オリフィス１５の周囲に補助電極を設けることも可能である。補助電極２８（ゲート電極）は、導体となるＳｉ２６に周りに絶縁層となるＳｉＯ２２７で被覆する。電極２６は、金属板に孔を加工する。加工方法は、レーザ、放電加工等を利用する。また、電極２６がＳｉである場合、ＣＶＤ等で電極２６を堆積させる方法もある。絶縁層については、電極２６が金属板の場合ではＴＥＯＳでＳｉ酸化膜２７を形成する方法がある。電極２６がＳｉの場合では、酸化またはＴＥＯＳ等でＳｉ酸化膜２７を形成する方法もある。
そして、針電極１１をアース、対向電極２９を１ｋＶ程度、ゲート電極２８に０．１ｋＶ程度の電圧を印加すると、通常の場合のように対向電極２９（描画平面２０側）に高電圧を印加しなくても、液滴１３を吐出できる。また、液滴１３の吐出および停止の制御を、通常は対向電極２９に印加している高電圧で行っていたが、この方法では、ゲート電極２８で制御できる利点を有する。ゲート電極２８を設けることにより、針先端への電界集中を効果的に行えるからである。
【００２７】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、リザーバ１２内の吐出液に生じさせる負圧により、吐出する液滴１３の大きさを変えることができる。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、Ｆ１は、針電極１１の先端に生じる静電力を示す。Ｆ２は、オリフィスでの液面に生ずる静電力を示す。Ｆ３は、圧力Ｐに生じた負圧を示している。
リザーバ１２内の液を引く圧力Ｐ（Ｆ３＞Ｆ２）が大きいとき（図５（ａ）に示すＰ＝−１．５ｋＰのとき）は、電界Ｅ（Ｆ１）により、液はオリフィス１５から吐出せずに、微小な液のみが針を滴って行って、その後電界Ｅの集中している針先端より吐出する。これにより、非常に微小な液滴１３になる。光学観察系では観察できないほど線が描画できる。吐出液が針の先端から吐出しているので、本願ではこれをニードルモードと呼ぶ。
一方、液を引く圧力Ｐ（Ｆ３＜Ｆ２）が小さいとき（図５（ｂ）に示すＰ＝−０．５ｋＰａのとき）は、液は電界Ｅ（Ｆ１）によって、オリフィス１５全体から吐出することになる。従って、ニードルモードと比較して、大きな液滴１３が吐出する。オリフィス１５全体から吐出するので、本願ではこれをオリフィスモードと呼ぶ。以上の電圧と負圧との関係を図６のグラフに示す
細い線を描画するには、ニードルモードが適する。しかし、太い線も描画する場合もあり、そのときはオリフィスモードで微細パターンを描画する。すなわち、モードの切り替えによって、線幅の階調制御ができる。
【００２８】
スキャニングする速度により、微細パターンの線幅を変えることもできる。図７のグラフに示すように、例えば、印加電圧が５ｋＶ、負圧が−１．５ｋＰａの場合の条件において、スキャニングする速度が５μｍ／ｓであると、描画される描画パターンの幅は略１μｍである。また、スキャニングする速度が５０μｍ／ｓであると、描画される描画パターンの幅は略３μｍである。さらに、スキャニングする速度が５００μｍ／ｓであると、描画される描画パターンの幅は略１２μｍである。これにより、スキャニングする速度により微細パターンの幅を変更することも可能である。
【００２９】
また、この発明の第２の実施例を図８を参照して説明する。本実施例に係る発明は、上記実施例１に係る微細パターンの描画装置に以下の変更を加えたものである。すなわち、針電極１１とリザーバ１２とを有するノズルヘッド１０を、ボロンドープによるボロンエッチストップ法により製造するものである。
まず、図８のＳ８０１工程に示すように、シリコンウェーハ３０を準備して、このシリコンウェーハ３０の表裏面にシリコン酸化膜３１を形成する。酸化は、酸素流量が０．５ｌ／ｍｉｎ、１０００℃に保持して１時間処理する。これにより、７０ｎｍ程度のＳｉＯ２をシリコンウェーハ３０の表面に形成することができる。
次に、図８のＳ８０２工程に示すように、上記シリコンウェーハ３０について、フォトリソグラフィを実施してパターン３５を形成する。そして、図８のＳ８０３工程に示すように、１００ｋｅＶのエネルギーで、１．０×１０１３〜１．０×１０１４ ／ｃｍ２の範囲でボロンをイオン注入し、ボロン層３２を形成する。次いで、窒素流量２．０ｌ／ｍｉｎ、８００〜１０００℃で３０分から２時間程度、活性化熱処理する。
この後、図８のＳ８０４工程に示すように、ＴＥＯＳ(tetraethylorthosilicate)またはＳＯＧ(Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ)法でＳｉ酸化膜３３を形成し、その後フォトリソグラフィで、シリコンウェーハ３０の裏面の酸化膜３１を一部除去する。
ＴＥＯＳの場合は、まず真空チャンバ内に、試料をセットする。次いで、tetraethylorthosilicate（Ｓｉ(ＯＣＨ２ＣＨ３)４）を３ｌ／ｍｉｎ、酸素を３００ｌ／ｍｉｎ流し、チャンバ内の真空度を８０〜１４０Ｐａ程度にする。次に、１００Ｗの高周波電源を印加して、３００〜４００℃の範囲において、プラズマを発生させ、ＣＶＤにより、５００ｎｍ／ｍｉｎの速度で、酸化膜３３を形成する。
ＳＯＧの場合には、まずスピンコータにより、ＳＯＧ用の液を塗布する。その後、大気中１１０℃で１時間熱処理して溶媒を揮発させる。その後、窒素流量０．５ｌ／ｍｉｎ中４００℃において、２時間熱処理して酸化膜を強化する。
次に、図８のＳ８０５工程に示すように、ＫＯＨ、ヒドラジン、ＥＰＷ（エチレンジアミン、ピロカテコールおよび水の混合液）を用いて異方性エッチングする。ここでは水酸化テトラメチルアンモニウムに浸して、シリコンウェーハ３０の裏面よりエッチングする。  そして、図８のＳ８０６工程に示すように、ＴＥＯＳまたはＳＯＧ酸化膜の除去および試料全体を酸化する。ここでは２．５％ＨＦ溶液で、酸化膜を除去する。そして、上記同じ条件で、試料全体を酸化し、酸化膜３４を形成する。
最後に、図８のＳ８０７工程に示すように、針電極１１の取り付けを行う。上記陽極化成で作製した針電極１１を、上記工程により作製したリザーバ１２となる流路に、コンタクトアライナーを使用ながら位置合わせをしてノズルヘッド１０を完成させる。
【００３０】
さらに、この発明の第３の実施例を図９を参照して説明する。本実施例に係る発明は、上記実施例１に係る微細パターンの描画装置に以下の変更を加えたものである。すなわち、針電極１１とリザーバ１２とを有するノズルヘッド１０を、ＳＴＰ（Ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｎｄ  ｈｏｔ−Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法により製造するものである。
まず、図９のＳ９０１工程に示すように、ポリイミドテープ、ガラス、セラミック等のベースフィルム５０に、スピンコータでＳＯＧ液を塗布して塗布膜５１のコーティングを行う。次いで、図９のＳ９０２工程に示すように、型５２に離型剤を塗布して、インプリントおよび型５２抜きを行う。この後、図９のＳ９０３工程に示すように、１１０℃の熱を加えながら、１００〜２００ＭＰａで一時間程度型５２押し、その後型５２抜きする。その後、窒素流量０．５ｌ／ｍｉｎ中４００℃において、２時間熱処理して酸化膜を強化する。
次に、図９のＳ９０４工程に示すように、ＣＦ４、ＣＦ４＋Ｏ２、Ｃ２Ｆ６ガス等で、ドライエッチングして孔を開ける。
最後に、図９のＳ９０５工程に示すように、陽極化成で作製した針電極１１を、上記工程により作製したリザーバ１２となる流路に、アライナーを使用して位置合わせして取り付ける。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係る微細パターン描画装置の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る針電極を作製する装置の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る針電極を作製するフロー図である。
【図４】本発明の実施例１に係るノズルヘッドを作製するフロー図である。
【図５】本発明の実施例１に係るリザーバ内の圧力の変化により、針電極の表面の吐出液の保持状態を示す正面図である。（ａ）はニードルモード（Ｐ＝−１．５ｋＰａのとき）であり、（ｂ）はオリフィスモード（Ｐ＝−０．５ｋＰａのとき）である。
【図６】本発明の実施例１に係る電圧とリザーバ内の引く圧力（圧力）との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る描画平面をスキャニングする速度と描画されるパターンの幅との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２に係るボロンエッチ法によりノズルヘッドを作製するフロー図である。
【図９】本発明の実施例３に係るＳＴＰ法によりノズルヘッドを作製するフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  針電極、
１２  リザーバ、
１３  液滴、
１５  オリフィス、
２０  描画平面。