(57)【要約】【課題】高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を提供可能とする。【解決手段】溶液噴射装置は、噴射ヘッド１１によって微粒子含有溶液の液滴を基板１４に複数滴噴射付与し、基板１４上の通電領域にパターンを形成し、付与後の液滴の揮発成分を揮発させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する。ここで上記微粒子の大きさをＤｐ、吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とする。また噴射させる溶液飛翔時の形状を、基板１４面に付着する直前にほぼ丸い滴形もしくは飛翔方向に伸びた細長形状であってその直径の３倍以内の長さの柱状とする。そして吐出口は、微粒子含有溶液中の微粒子より硬い材質よりなる基板に形成された開口とする。【選択図】図３
2004241760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸液作用のない基板上に、大きさがΦ２０μｍ以下の吐出口を有するインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいは電子デバイスを形成する溶液噴射型製造装置において、前記微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、該微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口の径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とし、前記噴射ヘッドは、機械的変位による作用力で前記溶液を噴射させ、飛翔時の溶液の形状を、前記基板面に付着する直前にほぼ丸い滴形状である、もしくは飛翔方向に伸びた柱状であってその直径の３倍以内の長さの柱状であり、飛翔溶液の後方に複数の微小な滴を伴わないようにした溶液噴射型製造装置であって、前記吐出口は、前記微粒子含有溶液中の微粒子より硬い材質よりなる基板に形成された開口であることを特徴とする溶液噴射型製造装置。
【請求項２】
前記溶液の飛翔距離を３ｍｍ以内にするとともに、該溶液の噴射飛翔速度を、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度より速くしたことを特徴とする請求項１に記載の溶液噴射型製造装置。
【請求項３】
吸液作用のない基板上に、大きさがΦ２０μｍ以下の吐出口を有するインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいは電子デバイスを形成する溶液噴射型製造装置において、前記微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、該微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口の径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とし、前記噴射ヘッドは、前記溶液中に熱によって瞬時に発生させた気泡の成長作用力で前記溶液を噴射させるとともに、飛翔時の溶液の形状を、飛翔方向に伸びた細長柱状であってその直径の５倍以上の長さの柱状とし、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度を、前記溶液の噴射飛翔速度の１／３以下にした溶液噴射型製造装置であって、前記吐出口は、前記微粒子含有溶液中の微粒子より硬い材質よりなる基板に形成された開口であることを特徴とする溶液噴射型製造装置。
【請求項４】
前記飛翔時の溶液は、その形状が細長柱状であるとともに、後方に複数の微小な滴を伴うように高速飛翔させることを特徴とする請求項３に記載の溶液噴射型製造装置。
【請求項５】
前記吐出口の上流部であって、該吐出口に最も近い位置にフィルターを設けるとともに、該フィルターは前記溶液中の微粒子粒径の３０倍以上の大きさの異物をトラップするフィルターであることを特徴とする請求項１もしくは３に記載の溶液噴射型製造装置。
【請求項６】
吸液作用のない基板上に、吐出口径がΦ２０μｍ以下のインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する溶液噴射型製造装置に使用する微粒子含有溶液において、該微粒子含有溶液中の微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、該微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とし、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とすることを特徴とする微粒子含有溶液。
【請求項７】
吸液作用のない基板上に、吐出口径がΦ２０μｍ以下のインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、前記パターン中の微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とするとともに、前記パターン中の微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであり、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料であることを特徴とするパターン配線基板。
【請求項８】
吸液作用のない基板上に、吐出口径がΦ２０μｍ以下のインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、前記パターン中の微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とするとともに、前記パターン中の微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであり、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料であることを特徴とするデバイス基板。
【請求項９】
前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を面取り形状としたことを特徴とする請求項７記載のパターン配線基板。
【請求項１０】
前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を前記微粒子含有溶液のドットパターンによって被覆したことを特徴とする請求項７記載のパターン配線基板。
【請求項１１】
前記電極領域の電極パターンは、インクジェット原理の噴射ヘッドによって導電性材料の微粒子を含有した溶液を噴射付与し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分のドットパターンによって形成したことを特徴とする請求項７記載のパターン配線基板。
【請求項１２】
前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を面取り形状としたことを特徴とする請求項８記載のデバイス基板。
【請求項１３】
前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を前記微粒子含有溶液のドットパターンによって被覆したことを特徴とする請求項８記載のデバイス基板。
【請求項１４】
前記電極領域の電極パターンは、インクジェット原理の噴射ヘッドによって導電性材料の微粒子を含有した溶液を噴射付与し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分のドットパターンによって形成したことを特徴とする請求項８記載のデバイス基板。
【請求項１５】
前記パターンは直交する２方向のそれぞれに平行方向のドットの組み合わせによる帯状のパターンであり、該パターンの前記２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状としたことを特徴とする請求項７記載のパターン配線基板。
【請求項１６】
前記パターンは直交する２方向のそれぞれに平行方向のドットの組み合わせによる帯状のパターンであり、該パターンの前記２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状としたことを特徴とする請求項８記載のデバイス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出装置を用いて微粒子含有材料を噴射させ、パターン形成を行い、配線基板、あるいは機能デバイスを形成する装置およびそれに使用する材料ならびにその装置によって形成されるパターン配線基板あるいは機能デバイス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細な微粒子／超微粒子を用いた発光素子／媒体および光プロセシング素子／媒体等の各種素子が研究されている。このような微粒子の素子への応用のためには、固体基板上への微粒子含有材料の膜もしくは層の堆積によって得られる高密度集積が重要である。この微粒子が高密度に集積した薄膜は、具体的には非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６等への応用が報告されている。
【０００３】
一方、配向性の優れた無機化合物薄膜の形成方法として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、クラスターイオンビーム法、イオンビーム照射真空蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）、液相エピタキシー法（ＬＰＥ）等が知られている。また有機化合物薄膜の形成方法として、ラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）等が知られている。一般に量子ドットと呼ばれるものは、前記したＭＢＥ法などの真空装置を用いて高真空中で昇華させた原料物質が固体基板上で自己組織的にドットを形成する過程を利用して作製することができる。
【０００４】
しかしながら上記のような方法ではドット間の距離の制御やサイズ分布の制御は困難であり、所望の構造に制御するためには多大なコストがかかるという問題がある。そこでこのような問題を解決できる技術として、インクジェット原理、すなわち液体噴射ヘッドによって、微粒子含有材料の膜を形成することが提案されている。たとえば特許文献１には、ナノ粒子を含有するエマルションを固体基板上にインクジェットコーティングし、フォトルミネッセンス強度を励起光の照射時間もしくは照射量の関数として増加あるいは増加及び記憶させることができる機能を有する超微粒子（ナノ粒子）の集合体からなる薄膜を固体基板上に形成する方法が提案されている。
【０００５】
また同様の原理をこのような機能性素子の他に、回路基板製作に応用しようという研究もなされている。たとえば、従来から、回路基板の製造方法として、次のような方法が知られている。
【０００６】
（１）銅張り積層板上に、レジストを被覆し、フォトリソグフィ法により、回路パターンの露光、未露光レジストの溶解除去、レジスト除去部のエッチングにより銅線パターンを形成する方法。
（２）セラミックス基板上にスクリーン印刷により導電ペーストを所望の回路パターンに印刷し、非酸化雰囲気中で熱処理して導電ペースト中の金属微粒子を焼結して導電パターンを形成する方法。
（３）絶縁基板上に、導電金属の蒸着により薄膜の導電層を形成し、この導電層上に、レジストを被覆し、フォトリソグフィ法により、回路パターンの露光、未露光レジストの溶解除去、レジスト除去部のエッチングにより銅線パターンを形成する方法。
【０００７】
しかしながら、これらの方法はファインパターンの形成には不向きであるという問題があるため、たとえば特許文献２には、基体上に、インクジェットヘッドを用いて、金属ペーストにより直接回路パターンを描画するようにし、ファインパターンの形成が容易で、廃液処理の必要がなく、生産工程が単純で設備費や生産コストが少なくて済む配線パターンの形成方法および回路基板の製造方法が提案されている。
【０００８】
一方、本発明者も先に、インクジェット原理を利用して、電子源基板製造を行う発明を特許文献３として提案している。
このようにインクジェット原理を利用したこのような提案が種々行われ始めているが、このような手段で各種デバイス、あるいはパターン基板を製作しようという考えはまだ新しく、より具体的な方法についてはまだ未知の部分が多く、手探り状態にあるのが実情である。またインクジェット原理を利用しているとはいえ、紙にインクを付着させるインクジェットプリンタと本発明のように、紙ではなく吸液性のない基板にパターンを形成する場合にはまだまだ検討すべき課題が多々ある。
【特許文献１】特開２０００−１２６６８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４８７８号公報
【特許文献３】特開２００１−３１９５６７号公報
【非特許文献１】発光素子（ＬＥＤ）（Alivisatos et al.）
【非特許文献２】光電変換素子（Greenham, N. C., et al., Phys. Rev. B, 54, 17628 (1996)）
【非特許文献３】超高速ディテクター（Bhargava）
【非特許文献４】エレクトロルミネッセンス・ディスプレイおよびパネル（Bhargava, Alivisatos et al.）
【非特許文献５】ナノ構造メモリ素子（Chen et al.）
【非特許文献６】ナノ粒子配列からなる多色デバイス（Dushkin et al.)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造するための新規な溶液噴射型製造装置を提供することにある。
また第２の目的は、このような構成の溶液噴射型噴射製造装置を使って高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造するための条件を提案することにある。
さらに第３の目的は、高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造するための他の構成の溶液噴射型噴射製造装置を提供することにある。
また第４の目的は、第３の構成の溶液噴射型製造装置を使って高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造するための条件を提案することにある。
【００１０】
さらに第５の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置の信頼性確保の手段を提供することにある。
また第６の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置に使用されるとともに、装置の信頼性が維持できる微粒子含有溶液を提供することにある。
さらに第７の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質なパターン配線基板を提供することにある。
また第８の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な機能を付与されたデバイス基板を提供することにある。
【００１１】
さらに第９の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な信頼性の高いパターン配線基板を提供することにある。
また第１０の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な信頼性の高い他の構成のパターン配線基板を提供することにある。
さらに第１１の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な信頼性の高いさらに他の構成のパターン配線基板を提供することにある。
また第１２の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な信頼性の高い機能を付与されたデバイス基板を提供することにある。
【００１２】
さらに第１３の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な信頼性の高い機能を付与された他の構成のデバイス基板を提供することにある。
また第１４の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質な信頼性の高い機能を付与されたさらに他の構成のデバイス基板を提供することにある。
さらに第１５の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質なさらに他の構成のパターン配線基板を提供することにある。
また第１６の目的は、このような新規な構成の溶液噴射型製造装置によって製作される高精度かつ高品質なさらに他の構成の機能を付与されたデバイス基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は前記目的を達成するために第１に、吸液作用のない基板上に、大きさがΦ２０μｍ以下の吐出口を有するインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいは電子デバイスを形成する溶液噴射型製造装置において、前記微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、該微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口の径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とし、前記噴射ヘッドは、機械的変位による作用力で前記溶液を噴射させ、飛翔時の溶液の形状を、前記基板面に付着する直前にほぼ丸い滴形状である、もしくは飛翔方向に伸びた柱状であってその直径の３倍以内の長さの柱状であり、飛翔溶液の後方に複数の微小な滴を伴わないようにした溶液噴射型製造装置であって、前記吐出口は、前記微粒子含有溶液中の微粒子より硬い材質よりなる基板に形成された開口であるようにした。
【００１４】
また第２に、上記第１の溶液噴射型製造装置において、前記溶液の飛翔距離を３ｍｍ以内にするとともに、該溶液の噴射飛翔速度を、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度より速くした。
【００１５】
さらに第３に、吸液作用のない基板上に、大きさがΦ２０μｍ以下の吐出口を有するインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいは電子デバイスを形成する溶液噴射型製造装置において、前記微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、該微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口の径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とし、前記噴射ヘッドは、前記溶液中に熱によって瞬時に発生させた気泡の成長作用力で前記溶液を噴射させるとともに、飛翔時の溶液の形状を、飛翔方向に伸びた細長柱状であってその直径の５倍以上の長さの柱状とし、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度を、前記溶液の噴射飛翔速度の１／３以下にした溶液噴射型製造装置であって、前記吐出口は、前記微粒子含有溶液中の微粒子より硬い材質よりなる基板に形成された開口であるようにした。
【００１６】
また第４に、上記第３の溶液噴射型製造装置において、前記飛翔時の溶液は、その形状が細長柱状であるとともに、後方に複数の微小な滴を伴うように高速飛翔させるようにした。
【００１７】
さらに第５に、上記第１もしくは第３の溶液噴射型製造装置において、前記吐出口の上流部であって、該吐出口に最も近い位置にフィルターを設けるとともに、該フィルターは前記溶液中の微粒子粒径の３０倍以上の大きさの異物をトラップするフィルターであるようにした。
【００１８】
また第６に、吸液作用のない基板上に、吐出口径がΦ２０μｍ以下のインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する溶液噴射型製造装置に使用する微粒子含有溶液において、該微粒子含有溶液中の微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、該微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とし、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とした。
【００１９】
さらに第７に、吸液作用のない基板上に、吐出口径がΦ２０μｍ以下のインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、前記パターン中の微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とするとともに、前記パターン中の微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであり、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とした。
【００２０】
また第８に、吸液作用のない基板上に、吐出口径がΦ２０μｍ以下のインクジェット原理の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、前記基板上ならびに該基板上の電極領域にパターンを形成し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上ならびに電極領域上に残留させることによってパターン配線あるいはデバイスを形成する溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、前記パターン中の微粒子の大きさをＤｐ、前記吐出口径をＤｏとするとき、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１とするとともに、前記パターン中の微粒子は、前記基板の前記パターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさであり、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とした。
【００２１】
さらに第９に、上記第７のパターン配線基板において、前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を面取り形状とした。
【００２２】
また第１０に、上記第７のパターン配線基板において、前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を前記微粒子含有溶液のドットパターンによって被覆した。
【００２３】
さらに第１１に、上記第７のパターン配線基板において、前記電極領域の電極パターンは、インクジェット原理の噴射ヘッドによって導電性材料の微粒子を含有した溶液を噴射付与し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分のドットパターンによって形成した。
【００２４】
また第１２に、上記第８のデバイス基板において、前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を面取り形状とした。
【００２５】
さらに第１３に、上記第８のデバイス基板において、前記電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、該パターンのコーナー部を前記微粒子含有溶液のドットパターンによって被覆した。
【００２６】
また第１４に、上記第８のデバイス基板において、前記電極領域の電極パターンは、インクジェット原理の噴射ヘッドによって導電性材料の微粒子を含有した溶液を噴射付与し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分のドットパターンによって形成した。
【００２７】
さらに第１５に、上記第７のパターン配線基板において、前記パターンは直交する２方向のそれぞれに平行方向のドットの組み合わせによる帯状のパターンであり、該パターンの前記２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状とした。
【００２８】
また第１６に、上記第８のデバイス基板において、前記パターンは直交する２方向のそれぞれに平行方向のドットの組み合わせによる帯状のパターンであり、該パターンの前記２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状とした。
【発明の効果】
【００２９】
吸液作用のない基板上に大きさがΦ２０μｍ以下の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、パターン配線基板あるいはデバイス基板を製造する溶液噴射型製造装置において、微粒子の大きさを基板の表面粗さ以下として、高精度なパターン形成を実現し、さらに微粒子の大きさと吐出口径を最適化し、目詰まりのない安定した噴射を実現した。
また良好なパターンドットを形成しやすい液滴を噴射、形成するようにし、吐出口材質と使用する微粒子の硬さを最適化したので、新規な手法による高精度かつ高品質なパターン配線基板あるいはデバイス基板を低コストでかつ安定して製作できるようになった。
【００３０】
また、溶液噴射型製造装置において、溶液の飛翔の条件を最適化したので、高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造できるようになった。
【００３１】
また、吸液作用のない基板上に大きさがΦ２０μｍ以下の噴射ヘッドによって微粒子含有溶液を噴射付与し、パターン配線基板あるいはデバイス基板を製造する溶液噴射型製造装置において、微粒子の大きさを基板の表面粗さ以下として、高精度なパターン形成を実現し、さらに微粒子の大きさと吐出口径を最適化し、目詰まりのない安定した噴射を実現した。また良好なドットを形成しやすい溶液を噴射、形成するようにし、さらにその溶液の噴射速度と、基板と噴射ヘッドとの相対移動速度との関係を最適化するとともに、吐出口材質と使用する微粒子の硬さを最適化したので、新規な手法による高精度かつ高品質なパターン配線基板あるいはデバイス基板を低コストでかつ安定して製作できるようになった。
【００３２】
また、溶液噴射型製造装置において、溶液の高速飛翔の条件を最適化したので、高品質かつ高精度なパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造できるようになった。
【００３３】
また、溶液噴射型噴射製造装置において、フィルターの位置およびメッシュサイズを最適化したので、異物による目詰まりのない信頼性の高い溶液噴射型製造装置とすることができた。
【００３４】
また、溶液噴射型製造装置に使用する微粒子含有溶液において、微粒子含有溶液中の微粒子は、微粒子の大きさと吐出口径を最適化するとともに、その大きさを基板の表面粗さ以下とし、吐出口を構成する部材よりやわらかい材料よりなるようにしたので、このような新規な溶液噴射型製造装置において、目詰まりのない安定した噴射を実現するとともに、高精度なパターン形成を実現し、さらに噴射ヘッドの吐出口をキズつけたり、摩耗させたりして、その噴射性能劣化を引き起こすということが皆無となり、パターン配線あるいはデバイスを形成した基板を安定して製造できるようになった。
【００３５】
また、溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、形成されたパターン中の微粒子は、その大きさを基板の表面粗さ以下とし、吐出口を構成する部材よりやわらかい材料よりなるようにしたので、高精度なパターン形成を実現し、さらに噴射ヘッドの吐出口をキズつけたり、摩耗させたりして、その噴射性能劣化を引き起こすということが皆無となり、高精度かつ高品質なパターン配線基板を安定して製造できるようになった。
【００３６】
また、溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、形成されたパターン中の微粒子は、その大きさを基板の表面粗さ以下とし、吐出口を構成する部材よりやわらかい材料よりなるようにしたので、高精度なパターン形成を実現し、さらに噴射ヘッドの吐出口をキズつけたり、摩耗させたりして、その噴射性能劣化を引き起こすということが皆無となり、高精度かつ高品質な機能を付与されたデバイス基板を安定して製造できるようになった。
【００３７】
また、溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、パターンのコーナー部を面取り形状としたので、高精度かつ高品質な放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高いパターン配線基板を安定して製造できるようになった。
【００３８】
また、溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、パターンのコーナー部を微粒子含有溶液のドットパターンによって被覆したので、高精度かつ高品質な放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高いパターン配線基板を安定して製造できるようになった。
【００３９】
また、溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、電極領域の電極パターンは、インクジェット原理の噴射ヘッドによって導電性材料の微粒子を含有した溶液を噴射付与し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分のドットパターンによって形成したので、高精度かつ高品質な放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高いパターン配線基板を安定して製造できるようになった。
【００４０】
また、溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、パターンのコーナー部を面取り形状としたので、高精度かつ高品質な放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高い機能を付与されたデバイス基板を安定して製造できるようになった。
【００４１】
また、溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、電極領域の電極パターンは、矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されるとともに、パターンのコーナー部を微粒子含有溶液のドットパターンによって被覆したので、高精度かつ高品質な放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高い機能を付与されたデバイス基板を安定して製造できるようになった。
【００４２】
また、溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、電極領域の電極パターンは、インクジェット原理の噴射ヘッドによって導電性材料の微粒子を含有した溶液を噴射付与し、付与後の溶液パターン中の揮発成分を揮発させ、固形分のドットパターンによって形成したので、高精度かつ高品質な放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高い機能を付与されたデバイス基板を安定して製造できるようになった。
【００４３】
また、溶液噴射型製造装置によって製作されるパターン配線基板において、パターンは直交する２方向のそれぞれに平行方向のドットの組み合わせによる帯状のパターンであり、そのパターンの２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状としたので、高精度かつ高品質なパターン配線基板であってその曲がる領域において、放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高いパターン配線基板を安定して製造できるようになった。
【００４４】
また、溶液噴射型製造装置によって製作される機能を付与されたデバイス基板において、パターンは直交する２方向のそれぞれに平行方向のドットの組み合わせによる帯状のパターンであり、そのパターンの２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状としたので、高精度かつ高品質なデバイス基板であってその曲がる領域において、放電ならびにそれによる破損などが生じない信頼性の高い機能を付与されたデバイス基板を安定して製造できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、ガラス基板、プラスチック基板、Ｓｉ等の半導体基板、ガラス・エポキシ基板、フレキシブル基板等に本発明の手法によってパターンを形成する例を示している。図１（Ａ）は、このような基板１０上に端子２，３が形成されている状態を示し、図の点線部１′は後述のような配線パターン１が生成される領域である。図１（Ｂ）は、微細な導電性微粒子を含有する溶液を、液滴噴射原理によって、噴射、描画して、配線パターン１を形成した例である。
【００４６】
ここで、微細な導電性微粒子を含有した溶液を付与する手段として本発明では、インクジェットの技術が適用される。以下にその具体的方法を説明する。
図２は、本発明のパターン配線基板、あるいは機能デバイスを形成する製造装置の一実施例を説明するための図で、図中、１１は噴射ヘッドユニット（噴射ヘッド）、１２はキャリッジ、１３は基板保持台、１４は配線基板や機能性素子基板等の基板、あるいは機能デバイスを形成する基板、１５は微細な導電性微粒子を含有する溶液の供給チューブ、１６は信号供給ケーブル、１７は噴射ヘッドコントロールボックス（溶液タンク含む）、１８はキャリッジ１２のＸ方向スキャンモータ、１９はキャリッジ１２のＹ方向スキャンモータ、２０はコンピュータ、２１はコントロールボックス、２２（２２X1、２２Y1、２２X2、２２Y2）は基板位置決め／保持手段である。この場合は、基板保持台１３に置かれた基板１４の前面を噴射ヘッド１１がキャリッジ走査により移動し、微細な導電性微粒子を含有する溶液を噴射付与する例である。
【００４７】
図３は本発明のパターン配線基板の製造、あるいは機能デバイス形成に適用される液滴付与装置の構成を示す概略図で、図４は図３の液滴付与装置の噴射ヘッドユニットの要部概略構成図である。
図３の構成は図２の構成と異なり、基板１４側を移動させて配線パターン、あるいは機能デバイスを基板に形成するものである。図３及び図４において、３１はヘッドアライメント制御機構、３２は検出光学系、３３は噴射ヘッド、３４はヘッドアライメント微動機構、３６は画像識別機構、３７はＸＹ方向走査機構、３８は位置検出機構、３９は位置補正制御機構、４０は噴射ヘッド駆動・制御機構、４１は光軸、４２は素子電極、４３は液滴、４４は液滴着弾位置である。
【００４８】
噴射ヘッドユニット１１の液滴付与装置（噴射ヘッド３３）としては、任意の液滴を定量吐出できるものであればいかなる機構でも良く、特に０.１ｐｌ〜数１００ｐｌ程度の液滴を形成できるインクジェット原理の機構が望ましい。
インクジェット方式としては、たとえば米国特許第３６８３２１２号明細書に開示されている方式（Ｚｏｌｔａｎ方式）、米国特許第３７４７１２０号明細書に開示されている方式（Ｓｔｅｍｍｅ方式）、米国特許第３９４６３９８号明細書に開示されている方式（Ｋｙｓｅｒ方式）のようにピエゾ振動素子に、電気的信号を印加し、この電気的信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って微細なノズルから液滴を吐出飛翔させるものがあり、通常、総称してドロップオンデマンド方式と呼ばれている。
【００４９】
他の方式として、米国特許第３５９６２７５号明細書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されている方式（Ｓｗｅｅｔ方式）がある。これは連続振動発生法によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された帯電量の制御された小滴を、一様の電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を行うものであり、通常、連続流方式、あるいは荷電制御方式と呼ばれている。
さらに他の方式として、特公昭５６−９４２９号公報に開示されている方式がある。これは液体中で気泡を発生せしめ、その気泡の作用力により微細なノズルから液滴を吐出飛翔させるものであり、サーマルインクジェット方式、あるいはバブルジェット（Ｒ）方式と呼ばれている。
【００５０】
このように液滴を噴射する方式は、ドロップオンデマンド方式、連続流方式、サーマルインクジェット方式等あるが、必要に応じて適宜その方式を選べばよい。
本発明ではこのようなパターン配線基板、あるいは機能デバイスを形成する製造装置（図２）において、基板１４はこの装置の基板位置決め／保持手段２２によってその保持位置を調整して決められる。図２では簡略化しているが、基板位置決め／保持手段２２は基板１４の各辺に当接されるとともに、Ｘ方向およびそれに直交するＹ方向にサブミクロンオーダーで微調整できるようになっているとともに、噴射ヘッドコントロールボックス１７、コンピュータ２０、コントロールボックス２１等と接続され、その位置決め情報および微調整変位情報等と、液滴付与の位置情報、タイミング等は、たえずフィードバックできるようになっている。
【００５１】
さらに本発明のパターン配線基板、あるいは機能デバイスを形成する製造装置では、Ｘ、Ｙ方向の位置調整機構の他に図示しない（基板１４の下に位置するために見えない）、回転位置調整機構を有している。これに関連して先に本発明のパターン配線基板、あるいは機能デバイス形成基板の形状および形成される機能デバイス群の配列等に関して説明する。
【００５２】
本発明のパターン配線基板、あるいは機能デバイス形成基板は、その目的、用途に応じて、ガラス基板、セラミックス基板、ＰＥＴを始めとする各種プラスチック基板、Ｓｉ等の半導体基板、ガラス・エポキシ基板、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム等の高分子フィルムよりなるフレキシブル基板等が好適に用いられる。たとえば各種プラスチック基板や高分子フィルムは軽量化が要求されるパターン配線基板、あるいは機能デバイスに効果的である。
【００５３】
しかしながら本発明では、微粒子含有溶液の付与にインクジェット原理を利用しているが、本発明に適用されるこれらの基板は、紙のようにインクの溶媒を吸収するといった吸液作用はない。ここがインクジェット記録装置と本発明のように、インクジェット原理を利用した溶液噴射型製造装置の違いである。
【００５４】
本発明のパターン配線基板、あるいは機能デバイス形成基板に使用する各種プラスチック基板や高分子フィルの形状は、このような基板を経済的に生産、供給する、あるいは最終的に製作される機能デバイス形成基板の用途から、矩形である。つまり、その矩形形状を構成する縦２辺、横２辺はそれぞれ、縦２辺が互いに平行、横２辺が互いに平行であり、かつ縦横の辺は直角をなすような基板である。
【００５５】
このような基板に対して本発明では、形成される機能デバイス群をマトリックス状に配列し、このマトリックスの互いに直交する２方向が、この基板の縦方向の辺あるいは横方向の辺の方向と平行であるように機能デバイス群を配列する。このように機能デバイス群をマトリックス状に配列する理由および、基板の縦横の辺をそのマトリックスの直交する２方向と平行になるようにする理由を以下に述べる。
【００５６】
図２あるいは図３に示したように、本発明では、最初に基板１４と噴射ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の位置関係が決められた後は、特に位置制御を行うことはない。つまり、噴射ヘッドユニット１１は基板１４に対して一定の距離を保ちながら機能デバイス群の形成面に対して平行にＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、上記溶液の噴射を行う。つまりこのＸ方向及びＹ方向は互いに直交する２方向であり、基板の位置決めを行う際に、基板の縦辺あるいは横辺をそのＹ方向あるいはＸ方向と平行になるようにしておけば、形成される機能デバイス群もそのマトリックス状配列の２方向がそれぞれ平行であるため、相対移動を行いつつ噴射する機構のみで高精度のデバイス群形成を行うことができる。言い換えるならば、本発明のような基板形状、機能デバイス群のマトリックス状配列、直交するＸ、Ｙの２方向の相対移動装置にすれば、デバイス形成の液滴噴射を行う前の基板の位置決めを正確に行えば、高精度な機能デバイス群のマトリックス状配列が得られるということである。
【００５７】
ここで、先ほどの回転位置調整機構に戻って説明する。前述のように本発明では、デバイス形成の液滴噴射を行う前の基板の位置決めを正確に行い、ＸおよびＹ方向の相対移動のみを行い、他の制御を行わず、高精度な機能デバイス群のマトリックス状配列を得ようというものである。その際問題となるのは、最初に基板の位置決めを行う際の回転方向（Ｘ、Ｙの２方向で決定される平面に対して垂直方向の軸に対する回転方向）のズレである。
【００５８】
この回転方向のズレを補正するために本発明では、前述のように図示しない（基板１４の下に位置して見えない）、回転位置調整機構を有している。これにより回転方向のズレも補正し、基板の辺を位置決めすると、本発明の装置では、ＸおよびＹ方向のみの相対移動で、高精度な機能デバイス群のマトリックス状配列が得られる。
【００５９】
以上はこの回転位置調整機構を、図２の基板位置決め／保持手段で２２（２２X1、２２Y1、２２X2、２２Y2）とは別物の機構として説明した（基板１４の下に位置して見えない）が、基板位置決め／保持手段２２に回転位置調整機構を持たせることも可能である。例えば、基板位置決め／保持手段２２は、基板１４の辺に当接され、基板位置決め／保持手段２２全体が、Ｘ方向あるいはＹ方向に位置を調整できるようになっているが、基板位置決め／保持手段２２の基板１４の辺に当接される部分において、距離をおいて設けられた２本のネジが独立に動くようにしておけば、角度調整が可能である。なお、この回転位置制御情報も上記のＸ、Ｙ方向の位置決め情報および微調整変位情報等と同様に噴射ヘッドコントロールボックス１７、コンピュータ２０、コントロールボックス２１等と接続され、液滴付与の位置情報、タイミング等が、たえずフィードバックできるようになっている。
【００６０】
以上の説明は、本発明に好適に使用される基板が、基本的に矩形形状であるということを前提としたものであるが、例外としてＳｉ等の半導体基板は丸いウエハとして供給されるので、その場合は、結晶方位軸の方向を示すオリフラ（オリエンテーションフラット）と呼ばれる直線状の１辺を上記基板位置決め／保持手段２２に当接させればよい。
【００６１】
次に本発明の位置決めの他の手段、構成について説明する。上記の説明は基板位置決め／保持手段２２は、基板１４の辺に当接され、基板位置決め／保持手段２２全体が、Ｘ方向あるいはＹ方向に位置を調整できるようにしたものであるが、ここでは、基板１４の辺ではなく、基板上に互いに直交する２方向に帯状パターンを設けるようにした例について説明する。前述のように本発明では基板上に機能デバイス群をマトリックス状に配列して形成されるが、ここでは、前記のような互いに直交する２方向の帯状パターンをこのマトリックスの互いに直交する２方向と平行になるように形成しておく。このようなパターンは、基板上にフォトファブリケーション技術によって容易に形成できる。
【００６２】
本発明は、マトリックス状に配列された多数の機能デバイス群を形成する場合の他に、図１に示したような配線パターンを形成する場合にも適用されるが、このような配線パターンも、この例のように直交する２方向に形成し、それが、それぞれ基板の縦、横方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に平行になるように形成する。この配線パターンは、本発明の基板の本来の機能を阻害しない位置に、このような位置決めの目的のためのパターンとして形成してもよいし、また、素子電極４２（図４）や、各デバイスのＸ方向配線やＹ方向配線等の配線パターンを本発明の互いに直交する２方向の帯状パターンとみなしてもよい。このような帯状パターンを設けておけば、図４で後述するような、ＣＣＤカメラとレンズとを用いた検出光学系３２によってパターン検出ができ、位置調整にフィードバックできる。
【００６３】
次に上記Ｘ、Ｙ方向に対して垂直方向であるＺ方向であるが、本発明では、最初に基板１４と噴射ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の位置関係が決められた後は、特に位置制御を行うことはない。つまり、噴射ヘッドユニット１１は基板１４に対して一定の距離（１〜３ｍｍ）を保ちながらＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、微細な導電性微粒子を含有する溶液の噴射を行うが、その噴射時には、噴射ヘッドユニット１１のＺ方向の位置制御は特に行わない。その理由は、噴射時にその制御を行うと、機構、制御システム等が複雑になるだけではなく、基板１４への液滴付与による機能デバイスの形成が遅くなり、生産性が著しく低下するからである。
【００６４】
かわりに本発明では基板１４の平面度やその基板１４を保持する部分の装置の平面度、さらに噴射ヘッドユニット１１をＸ、Ｙ方向に相対移動を行わせるキャリッジ機構等の精度を高めるようにすることで、噴射時のＺ方向制御を行わず、噴射ヘッドユニット１１と基板１４のＸ、Ｙ方向の相対移動を高速で行い、生産性を高めている。一例をあげると、本発明の溶液付与時（噴射時）における基板１４と噴射ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の距離の変動は２ｍｍ以下におさえられている（基板１４のサイズが１００ｍｍ×１００ｍｍ以上、４０００ｍｍ×４０００ｍｍ以下の場合で）。
【００６５】
なお、通常Ｘ、Ｙ方向の２方向で決まる平面は水平（鉛直方向に対して垂直な面）に維持されるように装置構成されるが、基板１４が小さい場合（例えば５００ｍｍ×５００ｍｍ以下の場合）には必ずしもＸ、Ｙ方向の２方向で決まる平面を水平にする必要はなく、その装置にとってもっとも効率的な基板１４の配置の位置関係になるようにすればよい。
【００６６】
次に図４により噴射ヘッドユニット１１の構成を説明する。図４において、３２は基板１４上の画像情報を取り込む検出光学系であり、液滴４３を吐出させる噴射ヘッド３３に近接し、検出光学系３２の光軸４１および焦点位置と、噴射ヘッド３３による液滴４３の着弾位置４４とが一致するよう配置されている。
【００６７】
この場合、図３に示す検出光学系３２と噴射ヘッド３３との位置関係はヘッドアライメント微動機構３４とヘッドアライメント制御機構３１により精密に調整できるようになっている。また、検出光学系３２には、ＣＣＤカメラとレンズとを用いている。
【００６８】
図３において、３６は先の検出光学系３２で取り込まれた画像情報を識別する画像識別機構であり、画像のコントラストを２値化し、２値化した特定コントラスト部分の重心位置を算出する機能を有したものである。具体的には（株）キーエンス製の高精度画像認識装置、ＶＸ−４２１０を用いることができる。これによって得られた画像情報に機能性素子基板１４上における位置情報を与える手段が位置検出機構３８である。これには、ＸＹ方向走査機構３７に設けられたリニアエンコーダ等の測長器を利用することができる。また、これらの画像情報と機能性素子基板１４上での位置情報をもとに、位置補正を行うのが位置補正制御機構３９であり、この機構によりＸＹ方向走査機構３７の動きに補正が加えられる。また、噴射ヘッド制御・駆動機構４０によって噴射ヘッド３３が駆動され、液滴が機能性素子基板１４上に付与される。これまで述べた各制御機構は、制御用コンピュータ３５により集中制御される。
【００６９】
ところで、図４で液滴が基板面に斜めに噴射する図を示したが、これは検出光学系３２と、噴射ヘッド３３を併せて図示するためにこのように液滴が斜めに飛翔している図としたが、実際には基板に対してほぼ垂直に当たるように噴射付与するようにする。
【００７０】
なお、以上の説明は、噴射ヘッドユニット１１は固定で、機能性素子基板１４がＸＹ方向走査機構３７により任意の位置に移動することで噴射ヘッドユニット１１と機能性素子基板１４との相対移動を実現しているが、図２のように、機能性素子基板１４を固定とし、噴射ヘッドユニット１１がＸＹ方向に走査するような構成としてもよいことはいうまでもない。特に２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の中型基板〜２０００ｍｍ×２０００ｍｍあるいはそれ以上の大型基板の製作に適用する場合には、後者のように機能性素子基板１４を固定とし、噴射ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００７１】
また、基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ程度以下の場合には、液滴付与のための噴射ヘッドユニットを２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプとし、噴射ヘッドユニットと基板の相対移動を直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に行うことなく、１方向のみ（例えばＸ方向のみ）に相対移動させて行うことも可能であり、量産性も高くすることができるが、基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ以上の場合には、そのような２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプの噴射ヘッドユニットを製作することは技術的／コスト的に実現困難であり、本発明のように噴射ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００７２】
特に最終的な基板としては、２００ｍｍ×２００ｍｍより小さいものを製作する場合であっても、大きな基板から複数個取りして製作するような場合には、その元の基板は、４００ｍｍ×４００ｍｍ〜２０００ｍｍ×２０００ｍｍあるいはそれ以上のものを使用することになるので、噴射ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００７３】
液滴４３の材料には、微細な導電性微粒子を含有した溶液が使用され、たとえば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ等の金属微粒子を含有した溶液が好適に使用される。
特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕのような金属微粒子を用いると、電気抵抗が低く、かつ腐食に強い微細回路パターンを形成することができる。
本発明において、このような微細な導電性微粒子を含有した溶液は、水性系溶液と油性系溶液がある。
【００７４】
このような微細な導電性微粒子を、水を主体とする分散媒に分散せしめてなる水性系溶液は、例えば、次のような方法で調整することができる。
すなわち、塩化金酸や硝酸銀のような金属イオンソース水溶液に水溶性の重合体を溶解させ、撹拌しながらジメチルアミノエタノールのようなアルカノールアミンを添加する。数１０秒〜数分で金属イオンが還元され、平均粒径０.５μｍ（５００ｎｍ）以下の金属微粒子が析出する。塩素イオンや硝酸イオンを限外ろ過などの方法で除去した後、濃縮・乾燥することにより濃厚な導電性微粒子含有溶液が得られる。この導電性微粒子含有溶液は、水やアルコール系溶媒、テトラエトキシシランやトリエトキシシランのようなゾルゲルプロセス用バインダーに安定に溶解・混合することが可能である。
【００７５】
微細な導電性微粒子を油を主体とする分散媒に分散せしめてなる油性系溶液は、例えば、次のような方法で調整することができる。
すなわち、油溶解性のポリマーをアセトンのような水混和性有機溶媒に溶解させ、この溶液を金属イオンソース水溶液と混合する。混合物は不均一系であるが、これを撹拌しながらアルカノールアミンを添加すると金属微粒子は重合体中に分散した形で油相側に析出してくる。これを濃縮・乾燥させると水性系と同様の濃厚な導電性微粒子含有溶液が得られる。この導電性微粒子含有溶液は、芳香族系、ケトン系、エステル系などの溶媒やポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂等に安定に溶解・混合することが可能である。
【００７６】
導電性微粒子含有溶液の分散媒中における導電性微粒子の濃度は、最大８０重量％とすることが可能であるが、用途に応じて適宜稀釈して使用する。
通常、導電性微粒子含有溶液における導電性微粒子の含有量は２〜５０重量％、界面活性剤および樹脂の含有量は０.３〜３０重量％、粘度は３〜３０センチポイズが適当である。
【００７７】
いずれの材料においても、本発明は溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を基板上に残留させることによってパターン配線形成、あるいは機能デバイス形成を行うものである。この固形物がそれぞれのパターンあるいはデバイスの機能を発生させるものであり、溶媒（揮発成分）はインクジェット原理で液滴を噴射付与するための手段（vehicle）である。
【００７８】
液滴４３の材料として他には、たとえば、ＣｕＣｌ等のＩ−VII族化合物半導体、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ等のII−VI族化合物半導体、ＩｎＡｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体、及びIV族半導体のような半導体結晶、ＴｉＯ2、ＳｉＯ、ＳｉＯ2等の金属酸化物、蛍光体、フラーレン、デンドリマー等の無機化合物、フタロシアニン、アゾ化合物等の有機化合物からなるもの、またはそれらの複合材料等のナノ粒子を含有した溶液があげられる。
【００７９】
本発明において対象となるナノ粒子としては、通常、粒径が０.０００５〜０.２μｍ（０.５〜２００ｎｍ）、好ましくは０.０００５〜０.０５μｍ（０.５〜５０ｎｍ）の微粒子があげられるが、より厳密には、溶液製造上の微粒子分散安定性や、後述する噴射時の目詰まり発生、さらにはパターン形成される基板の表面粗さなどを考慮して決められる。
なお、本発明の目的を損なわない範囲で、これらナノ粒子の表面を化学的あるいは物理的に修飾しても良く、また界面活性剤や分散安定剤や酸化防止剤などの添加剤を加えても良い。このようなナノ粒子はコロイド化学的な手法、例えば逆ミセル法（Lianos, P.et al., Chem. Phys. Lett., 125, 299 (1986)）やホットソープ法（Peng, X. et al., J. Am. Chem. Soc., 119, 7019 (1997)）によって合成することができる。
【００８０】
本発明に好適に使用できるナノ粒子含有溶液は、上記ナノ粒子を連続相が水相であり分散相が油相であるエマルション（Ｏ／Ｗエマルション）に分散させた分散液である。
上記水相は水を主体とするが、水に水溶性有機溶剤を添加して用いてもよい。水溶性有機溶剤としてはエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール（＃２００、＃４００）、グリセリン、前記グリコール類のアルキルエーテル類、Ｎ−メチルピロリドン、１、３−ジメチルイミダゾリノン、チオジグリコール、２−ピロリドン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エタノール、イソプロパノール等が挙げられる。水性分散媒体中の水溶性有機溶剤の使用量は、通常３０重量％以下が好ましく、さらには２０重量％とするのがより好ましい。
【００８１】
分散液中のナノ粒子の含有量は、所望の膜（層）構造または粒子配列構造及び膜（層）厚により異なるが分散液の全重量に対し、通常０.０１〜１５重量％の範囲で用いられるが、０.０５〜１０重量％の範囲とするのがより好ましい。ナノ粒子の含有量が少な過ぎるとデバイス機能を充分に発現することが出来なくなる可能性があり、逆に多過ぎるとインクジェット原理で液滴を噴射する際の吐出安定性が損なわれる。
【００８２】
また本発明に好適に使用され、インクジェット原理で噴射されるナノ粒子含有溶液は、分散液中に、界面活性剤、及びナノ粒子の分散用溶媒を共存させるのが好ましい。界面活性剤としては、例えばアニオン系界面活性剤（ドデシルスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートのアンモニウム塩など）、ノニオン系界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミドなど）があげられ、これらを単独または二種以上混合して用いることができる。
【００８３】
界面活性剤の量は溶液の全重量に対し、通常、０.１〜３０重量％の範囲で用いられるが、５〜２０重量％の範囲とするのがより好ましい。界面活性剤がこの範囲よりも少な過ぎると水性分散体中で油水分離が生じ、液滴噴射付与による均一なパターンのコーティングができない場合がある。逆にこの範囲より多過ぎると水性分散媒体の粘度が高くなりすぎる傾向がある。
ナノ粒子の分散用溶媒としては、通常トルエン、ヘキサン、ピリジン、クロロホルムなどの液体であり、揮発性であることが望ましい。分散用溶媒の量は通常、０.１〜２０重量％程度の範囲で用いられるが、１〜１０重量％の範囲がより好ましい。分散用溶媒がこの範囲よりも少な過ぎると水性媒体中に含有させることのできる超微粒子の量が少なくなる。逆にこの範囲より多過ぎると水性分散媒体中で油水分離が生じる場合がある。
【００８４】
さらに、分散液中に有機化合物を溶解させておくこともできる。このような有機化合物としては、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）、チオフェノール、フォトクロミック化合物（スピロピラン、フルギド等）、電荷移動型錯体、電子受容性化合物等があげられ、常温で固体であるものが好ましい。この場合、分散液中の前記有機化合物の量は、ナノ粒子の重量に対し、１／１００００以上、好ましくは１／１０００〜１０倍程度である。
なお本発明の目的を損なわない範囲で、懸濁液に界面活性剤や分散安定剤や酸化防止剤などの添加剤、またはポリマー、塗布・乾燥過程でゲル化する材料などのバインダーを加えても良い。
【００８５】
このようなナノ粒子含有溶液をインクジェット原理によって基板上に液滴付与し、乾燥させてパターン配線形成、あるいは機能デバイス形成を行う。本発明においては、たとえば、先ず大気圧中において、−２０〜２００℃、好ましくは０〜１００℃程度で１時間以上、好ましくは３時間以上風乾し、その後必要に応じて減圧乾燥を行っても良い。この際の減圧度は１×１０5Ｐａ以下であればよいが、好ましくは１×１０4Ｐａ以下程度であり、温度は通常−２０〜２００℃、好ましくは０〜１００℃である。また、減圧時間は１〜２４時間程度である。
【００８６】
上記の方法により得られるナノ粒子薄膜の厚さは特に限定されるものではないが、通常、ナノ粒子の直径〜１ｍｍ、好ましくはナノ粒子の直径〜１００μｍ程度である。また、ナノ粒子薄膜内において、ナノ粒子はある程度以上の密度で存在するのが好ましい。その意味からナノ粒子の集合体における個々のナノ粒子間の平均粒子間距離は、通常粒子直径の１０倍以内の範囲であり、さらには粒子直径の２倍以内の範囲であることが好ましい。この平均粒子間距離が大き過ぎるとナノ粒子は集団的機能を示さなくなる。
【００８７】
次に本発明に好適に適用される液体噴射ヘッドについて、図５、図６を用いて説明する。この例は７ノズルの例である。
この液体噴射ヘッドは、溶液４７が導入される流路４５内にエネルギー作用部としてピエゾ素子４６を設けたものである。ピエゾ素子４６にパルス状の信号電圧を印加して図５（Ａ）に示すようにピエゾ素子４６を歪ませると、流路４５の容積が減少すると共に圧力波が発生し、その圧力波によってノズル４８から液滴４３が吐出する。図５（Ｂ）はピエゾ素子４６の歪がなくなって流路４５の容積が増大した状態である。
【００８８】
ここでノズル４８直前の流路４５に導入される溶液４７は、フィルター４９を通過してきたものである。本発明ではこのように、フィルター４９を噴射ヘッド内に設け、ノズル４８の最近傍にフィルター除去機能を持たせている。こうすることにより、本発明の溶液中の導電性微粒子あるいはナノ粒子とは別のそれらよりもっと大きな異物粒子をトラップし、基板上に形成されるパターンあるいはデバイスの性能低下を起こさないようにしている。このようなフィルター４９は小型の簡易フィルターとすることによって、図６に示したように噴射ヘッド１１内に組み込むことが可能となっている。そして噴射ヘッド１１そのものもコンパクト化を実現できている。
【００８９】
このようなフィルター４９は、たとえばステンレスメッシュフィルターが好適に用いられる。あるいは、テフロン（Ｒ）（４フッ化エチレン）、ポリプロピレン等の樹脂材料も好適に用いられる。要するに本発明の溶液に対して腐食したり、溶解したりしない材料が適宜選ばれる。そしてその孔径（フィルターメッシュサイズ）は、溶液中の微粒子粒径の３０倍以上の大きさの異物はトラップできるように選定される。
【００９０】
より具体的には、前述のように本発明においては、通常、粒径が０.０００５〜０.２μｍ（０.５〜２００ｎｍ）、好ましくは０.０００５〜０.０５μｍ（０.５〜５０ｎｍ）の微粒子を含有した溶液が使用されるので、０.０１５〜０.６μｍ、好ましくは０.０１５〜１.５μｍ以上の大きさの異物がトラップできるようなフィルターとすれば、その異物が吐出口（ノズル）を詰まらせるという問題は回避できる。なお、フィルターのメッシュサイズ（トラップできる異物の大きさ）に関しては、厳密にはその除去率が絶対除去率をさすのか、平均除去率をさすのかの定義があるが、ここでは絶対除去率の考え方で上記メッシュサイズにしている。
【００９１】
またフィルター４９の位置であるが、図６では、噴射ヘッド１１内に組み込んだ例で示したが、噴射ヘッド１１内に組み込むことは必須ではない。フィルターは複数箇所に設けられることもあるので、本発明においては、吐出口（ノズル）４８の上流部であって、吐出口（ノズル）４８に最も近い位置のフィルターのメッシュサイズを上記範囲とすることがポイントである。なお、このフィルター４９に関しては、上記構成の噴射ヘッドだけに設けられるのではなく、後述のサーマル方式（バブル方式）の液体噴射ヘッド、あるいは他の構成の噴射ヘッドにおいても同様に適用される。
【００９２】
次に本発明に好適に適用される液体噴射ヘッドの他の例について、図７を用いて説明する。この例はサーマル方式（バブル方式）の液体噴射ヘッドの例であり、液滴噴射の原動力は、溶液中で瞬時に発生する膜沸騰気泡の成長作用力である。
ここで示した液体噴射ヘッドは、溶液が流れる流路短部から液滴が噴射するタイプのものであり、エッジシューター型と呼ばれるものである。
【００９３】
ここでは、液体噴射ヘッドのノズル数を４個とした例を示している。この液体噴射ヘッドは、発熱体基板６６と蓋基板６７とを接合させることにより形成されており、発熱体基板６６は、シリコン基板６８上にウエハプロセスによって個別電極６９と共通電極７０とエネルギー作用部である発熱体７１とを形成することによって構成されている。
【００９４】
一方前記蓋基板６７には、機能性材料を含有する溶液が導入される流路を形成するための溝７４と、流路に導入される前記溶液を収容する共通液室を形成するための凹部領域７５とが形成されており、これらの発熱体基板６６と蓋基板６７とを図７に示すように接合させることにより、前記流路及び前記共通液室が形成される。なお、発熱体基板６６と蓋基板６７とを接合させた状態においては、前記流路の底面部に前記発熱体７１が位置し、流路の端部にはこれらの流路に導入された溶液の一部を液滴として吐出させるための前記ノズル６５が形成されている。なおここでは、ノズル形状は矩形であるが、これは丸形状であってもよい。
【００９５】
さらにより噴射安定性を考慮して、端面（ノズル６５の領域）に、別途ノズルプレートを設け、所望のノズル径、ノズル形状（たとえば丸形状）としてもよい。その場合のノズルプレートとしては、たとえばＮｉなどが用いられ、エレクトロフォーミング等の手法によって高精度な物が形成できる。あるいは、樹脂フィルム（基板）にエキシマレーザー加工によってノズル孔を穿孔したものを用いるのも良い方法である。
【００９６】
なお前記蓋基板６７には、供給手段（図示せず）によって前記供給液室内に溶液を供給するための溶液流入口７６が形成されている。
本発明では複数の液滴により１つの機能性素子を形成する、あるいは、複数滴によって、機能性素子などを形成するパターンをドットを重ね打ちしたり接触させたりして形成する。よって、このようなマルチノズル型の液体噴射ヘッドを用いると大変効率的に機能性素子を形成することができる。なおこの例では４ノズルの液体噴射ヘッドを示しているが、必ずしも４ノズルに限定されるものではなく、ノズル数が多ければ多いほど機能性素子の形成が効率的になることは言うまでもない。ただし、単純に多くすればよいということではなく、多くすれば液体噴射ヘッドも高価になり、また噴射ノズルの目詰まりによる確率も高くなるので、それらも考慮し装置全体のバランス（装置コストと機能性素子の製作効率のバランス）を考えて決められる。
【００９７】
図８はこのようにして製作されたマルチノズル型の液体噴射ヘッドをノズル側から見た図を示している。本発明では、このようなマルチノズル型の液体噴射ヘッドを図９に示すように、噴射する溶液ごとに設け、キャリッジ搭載される。図１０はその斜視図である。
【００９８】
図９、図１０にはそれぞれのマルチノズル型の液体噴射ヘッドをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと符号をつけているが、それぞれ各液体噴射ヘッドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄはノズル部分が各液体噴射ヘッドごとに離間して構成されるとともに各液体噴射ヘッドごとに異なる種類の導電性微粒子含有溶液あるいはナノ粒子含有溶液を噴射することができる。
本発明は、導電性微粒子含有溶液あるいはナノ粒子含有溶液などを噴射付与して、機能デバイスを製作するものであるが、単一の溶液のみを噴射するのみならず、この例のように、複数種類の溶液を噴射することができるので、たとえば、電極パターンを形成する溶液と機能デバイス形成する溶液を組み合わせたデバイス構造体を簡単に形成することができる。
【００９９】
次に本発明の他の特徴について説明する。前述のように本発明は、パターン配線形成、あるいは機能デバイス形成を行うものであるが、それらの形成に使用する溶液は、ナノ粒子含有溶液である。そして、いわゆるインクジェット噴射原理と同等の技術でその溶液を微細な吐出口から噴射して、基板上にパターン形成する技術に関するものである。しかしながら従来インクジェット記録分野で使用しているインクでは染料が溶液中に溶解しているのに対して、本発明で使用する溶液はナノ粒子が溶液中に分散しているだけなので、目詰まりが起こりやすい。
【０１００】
さらに本発明では、必要とされるパターンあるいはデバイスの用途から、従来にはない微細な吐出口径、例えば、吐出口径がΦ２０μｍ以下（面積でいうならば約３００μｍ2以下）であるような噴射ヘッドを使用しなければならず、この目詰まりは大変深刻な問題である。
【０１０１】
ところで目詰まりとは、微細な吐出口から溶液が噴射するという原理そのものに由来するものである。つまり、吐出口が微細であるがゆえに生じるものである。よってその吐出口の大きさと、いわば溶液中の異物とでもいうべきナノ粒子の大きさには密接な関係がある。
【０１０２】
本発明はこの点に鑑み、吐出口の大きさとナノ粒子の大きさに着目し、目詰まりの生じにくさとそれらの関係を見い出したものである。前述のように本発明においては、通常、粒径が０.０００５〜０.２μｍ（０.５〜２００ｎｍ）、好ましくは０.０００５〜０.０５μｍ（０.５〜５０ｎｍ）の微粒子を含有した溶液が使用される。
【０１０３】
微粒子はこのように微細であるが、一般に最終的な微粒子含有溶液として処方するプロセスを経た場合、この微粒子は凝集を起こし、０.０５〜５μｍの大きさのクラスター状（別の表現をするならば葡萄の房状）になる。もともと１個で独立して存在していた微粒子が、上記プロセスを経た後に１００個ないし１０００個が単純に直線状（一列）につながったと考えると、その長さは、０.０５〜５μｍ、ないし０.５〜５０μｍとなり、ノズル目詰まりに影響を及ぼしかねない大きさとなる。
【０１０４】
実際には、そのように直線状（異方的）につながるだけではなく、クラスター状凝集体になり、数的には、数１００個〜数１０００個の顔料が等方的に集まるものと考えられる。これらが、微細な吐出口（ノズル）を通過する際、そのようにクラスター状凝集体になった微粒子凝集体はその大きさにもよるが、本発明のような溶液噴射型製造装置に適用した場合、溶液中の微粒子凝集体が吐出口の目詰まりを生じせしめることが予測される。
【０１０５】
では実際には、何個の微粒子が集まって凝集し、吐出口の目詰まりを生じせしめるのであろうか。本発明ではこれを実験的に調べることにした。
本発明者はこの点について、０.０５μｍの微粒子が４００個が一列につながった場合を想定した。この場合は最大２０μｍの長さとなり、そのような大きさのものが吐出口近傍に存在したら、吐出口の目詰まりを生じせしめる可能性があると考え、吐出口径がΦ２０μｍ以下の場合に、目詰まりがどのような条件において生じるかを実験によって見出した。
【０１０６】
具体的にはナノ粒子径を変えた溶液を調合し、吐出口の大きさがわかっている噴射ヘッドを使用し、一定時間液滴噴射を行った後、一定時間放置し、液滴噴射を再開し、吐出口の目詰まりの有無を調べた。その場合、吐出口の完全閉塞だけではなく、部分的な目詰まりおよびそれに至る事前の兆候（わずかな目詰まり）も目詰まりとみなしてテストした。
使用した噴射ヘッドは、図５、図６に示したようなピエゾ素子を液滴吐出の原動力とするものである。すなわち電気−機械変換素子であるピエゾ素子の機械的変位を液室の振動板の変位とし、その変位作用力で、微細な吐出口から液滴を噴射するものである。
【０１０７】
なお、図には示していないが、ノズル１面に別途ノズル孔を穿孔したノズルプレートを設けた構造とした噴射ヘッドを使用した。またそのノズル数も、図では簡略化した７ノズルの例を示しているが、実際に使用したのはノズル（吐出口）の数が６４個で、その配列密度が１００ｄｐｉのものである。液滴噴射の駆動電圧は２０Ｖ、駆動周波数は１０ｋＨｚとした。なお、噴射ヘッドはＨ１〜Ｈ４まで用意した（それぞれの吐出口径をＨ１＝Φ２０μｍ、Ｈ２＝Φ１５μｍ、Ｈ３＝Φ１０μｍ、Ｈ４＝Φ５μｍとした）。また、そのノズルプレートはＮｉのエレクトロフォーミングによって形成したものであり、吐出口部分の板厚は、全て２５μｍとした。
【０１０８】
使用した溶液は、以下のようにして製作した。すなわち、硝酸銀に水溶性の重合体を溶解させ、撹拌しながらジメチルアミノエタノールを添加し、３分で金属イオンを還元し、平均粒径０.５μｍ（５００ｎｍ）以下のＡｇ微粒子を析出させた。その後、限外ろ過膜により、塩素イオンや硝酸イオンなどを除去し、濃縮・乾燥することにより濃厚なＡｇ微粒子含有溶液を得た。
【０１０９】
さらにこのＡｇ微粒子含有溶液をアセトンに溶解させ、さらに撹拌しながらアルカノールアミンを添加し、Ａｇ微粒子を重合体中に分散した形で油相側に析出させた。これを濃縮・乾燥させた濃厚なＡｇ微粒子含有溶液を水、アルコールならびにエチレングリコールの混合溶媒に溶解・混合させて噴射溶液とした。なお、Ａｇ微粒子を大きさを変えた溶液を製作するために、遠心分離機を使用し、Ａｇ微粒子の平均粒子径が０.０００１μｍ〜０.５μｍのものまで用意した。ただし平均粒子径が０.０００３μｍ以下のものは、作ってはみたものの、安定したものはできなかったので評価はできなかった。なお各溶液のＡｇ微粒子の含有量は１０重量％、溶液中の樹脂分含有量は２０重量％とした。またエチレングリコール添加量を調整し、各溶液の粘度は２０センチポイズに統一した。
【０１１０】
テストはＡｇ微粒子径の異なる各溶液を吐出口径の異なるＨ１〜Ｈ４と組み合わせて、１０分間連続して液滴噴射を行った後、温度４０℃、湿度３０％の雰囲気中で１０時間放置し、その後噴射を再開し、目詰まりの発生状況を調べたものである。結果を表１〜表４に記す。
【０１１１】
表１はヘッドＨ１（吐出口径Ｄｏ＝Φ２０μｍ）の場合、表２はヘッドＨ２（吐出口径Ｄｏ＝Φ１５μｍ）の場合、表３はヘッドＨ３（吐出口径Ｄｏ＝Φ１０μｍ）の場合、表４はヘッドＨ４（吐出口径Ｄｏ＝Φ５μｍ）の場合を示す。判定の○は実用的に良好に使用できる場合、△は使うことは可能であるがあまり好ましくない場合、×は全く実用的ではない場合を示している。
【０１１２】
【表１】
2004241760.tif 000003
【０１１３】
【表２】
2004241760.tif 000004
【０１１４】
【表３】
2004241760.tif 000005
【０１１５】
【表４】
2004241760.tif 000006
【０１１６】
以上の結果より、吐出口径がΦ５μｍ〜Φ２０μｍの噴射ヘッドを用いた場合、Ａｇ微粒子径Ｄｐと吐出口径Ｄｏとは、Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１の関係を満足するようにすれば目詰まりのない安定した液滴噴射が得られることがわかる。なお、Ｄｐ／Ｄｏの下限値であるが、このように大変微細な微粒子を安定して、溶液中に分散することを考えると、Ａｇ微粒子径Ｄｐが０.０００３μｍ以下は困難である。また、吐出口径がΦ２０μｍ以下の噴射ヘッド全てに安定して液滴噴射させられるようにするには、余裕をみてＤｐ／Ｄｏの下限値を０.０００１にすればよい。すなわち、Ａｇ微粒子径Ｄｐと吐出口径Ｄｏとは、０.０００１≦Ｄｐ／Ｄｏ≦０.０１の関係を満足するようにすれば、吐出口径がΦ２０μｍ以下の噴射ヘッドを使用した液滴噴射によるパターン形成、あるいはデバイス形成を行うことができる安定した分散液を製造でき、吐出口（ノズル）の目詰まりも生じないようにすることができることがわかる。
【０１１７】
なお、吐出口径がΦ２０μｍより大きい場合、例えばΦ１００μｍというような場合については、微粒子が凝集しても吐出口が充分に大きいため問題は生じない。事実ここでは、データを掲載しないが、吐出口径がΦ１００μｍの場合においては、０.０００５〜０.０５μｍの微粒子含有溶液を使用した場合、目詰まりの問題は生じなかった。
【０１１８】
実験では、丸形状の吐出口（ノズル）を使用したが、他の形状の場合は、その面積比較をすればよく、たとえば１８μｍ×１８μｍの矩形吐出口の場合は、本発明の丸形状のΦ２０μｍノズルとほぼ同等である。言い換えるならば、本発明は面積がほぼ３００μｍ2以下のノズルを使用した噴射ヘッド、またその下限値はほぼ２０μｍ2のノズル（吐出口径がΦ５μｍ）で、このような溶液を噴射してパターン形成、あるいはデバイス形成を行う場合に適用されるものである。
【０１１９】
また実験はピエゾ素子を液滴吐出の原動力とした噴射ヘッドを使用したが、本発明の製造装置に使用される噴射ヘッドはこれに限定されることなく、２枚の電極間の静電力を原動力とし、液室の振動板の機械的変位を発生させる静電方式なども、良好に使用できる。これらは、液体に機械的作用力を付与するものであるため、使用する液体が制限を受けることが少ないという利点がある。また、この機械的変位は、アナログ的に変位させることができるので、駆動波形をコントロールすることにより、飛翔滴の形状も丸い形状とすることができる。たとえば本発明では、駆動波形を制御し、丸い形状に近い飛翔滴を形成し、良好なドットパターンを得ているが、これについては後述する。
【０１２０】
さらにこの微粒子含有溶液を微小吐出口から噴射するという原理そのものに起因する目詰まりの課題は、後述するようなサーマルヘッド等を利用して溶液中に熱によって瞬時に発生させた膜沸騰気泡の成長作用力を利用して微粒子含有溶液を微小吐出口から噴射するという原理にもとづく噴射ヘッドにも共通の課題であり、膜沸騰気泡利用の噴射ヘッドにも上記結果はそのまま適用することができる。あるいは連続的に噴射する液滴に電荷を付与し、その電荷量に応じて液滴を偏向させる荷電制御方式（連続流方式）等も使用できる。
【０１２１】
なおサーマルヘッド等を用いて膜沸騰気泡を発生させる方式は熱を利用するため、使用する溶液が熱劣化することがあるので、ある程度使用できる溶液に制限を受ける。
一方で、サーマルヘッド等を用いて膜沸騰気泡を発生させる方式はその構造上、発熱体部や、吐出口部の高密度、高集積配列が可能で、６００ｄｐｉ〜１２００ｄｐｉあるいはそれ以上の配列密度で、かつ吐出口（ノズル）数も５００〜１００００個というものが容易に実現でき、生産効率の高い製造装置に適している。
【０１２２】
次に本発明の他の特徴について説明する。前述のように本発明は微粒子含有溶液が微小な吐出口から目詰まりを起こすことなく安定した液滴噴射するようにしたものであるが、ここでは液滴噴射後に基板上に液滴が付着し、良好なパターン、あるいはデバイスを形成するにはどのようにしたらよいのかを検討した結果を示す。
【０１２３】
前述のように本発明では、噴射ヘッドユニット１１は基板１４に対して一定の距離を保ちながらパターン、あるいは機能デバイス群の形成面に対して平行にＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、パターン、あるいは機能デバイス群を形成する。すなわち、基板１４に対して、噴射ヘッドユニット１１が基板面に対して平行移動する、もしくは噴射ヘッドユニット１１に対して基板１４が平行移動する。
【０１２４】
その際、パターン、あるいは機能デバイス群を形成するための微粒子含有溶液の噴射を行う毎に相対移動を止めて噴射を行うと高精度なパターン、あるいは機能デバイス群を形成することが可能である。しかし生産性が著しく低下するので、その相対移動を止めることなく、順次溶液の噴射を行うようにしている。その場合、その相対移動速度（例えば図２のキャリッジ１２のＸ方向移動速度）は、単に生産性向上だけで決定されるべきではなく、高精度なパターン、あるいは機能デバイス群を形成するという観点からも検討されなければならない。
【０１２５】
本発明ではこの点に関して鋭意検討した結果、このような微粒子含有溶液の噴射を行う場合、その噴射飛翔速度と前記相対移動速度との関係を最適化することが必要であることに気がついた。このように噴射ヘッドユニット１１を基板１４に対して一定の距離を保ちながらＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、微粒子含有溶液の噴射を行い、パターン、あるいは機能デバイス群を形成する場合には、溶液の液滴は前記相対速度と噴射飛翔速度の合成ベクトルの速度で基板１４上に付着、形成される。そしてその位置精度については、基板１４と噴射ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の距離と、前記合成ベクトルの速度を考慮し、噴射のタイミングを適宜選ぶことにより、その狙いの位置に液滴を付着させることができる。
【０１２６】
しかしながら、たとえ狙いの位置に付着させることができたとしても、もし、前記相対速度が速すぎる場合には、その相対速度に引きずられて付着液滴が基板１４上で流れ、良好な形状でパターン、あるいは機能デバイス群を形成できなくなる。本発明はこの点について検討したものである。以下に検討結果の１例を示す。この例は、図２のような装置を用い、キャリッジ１２のＸ方向移動速度、ならびに噴射ヘッドユニット１１の噴射速度を変えて、基板１４上で良好な液滴付着ができ、良好なパターン形成ができるかどうか調べたものである。
【０１２７】
図１１にテストに使用したパターンの例を示す。ここでは、Ａｇ微粒子含有溶液を噴射させ、２列の近接した素子電極間（ＩＴＯ透明電極８２間）に、前記溶液によるドットパターン８３をつなぎ合わせた配線パターンを形成し、そのパターンの形成状況を評価したものである。評価は、形成後のパターンを顕微鏡下で観察し、良／不良（○／×）を判断した。図１１（Ａ）は良（○）であり、図１１（Ｂ）のように、個々のドットパターンが良好な丸い形状にならず、長円形になったり、基板上における着弾位置も本来の狙いの位置から外れたりして、隣のドットパターンと接触したりするようなものは不良（×）である。
また、これは目詰まりの初期段階や吐出口へのキズ発生等に起因する噴射性能の劣化によって生ずることが多いが、微小滴が周囲に飛散したりするものも不良（×）である。
【０１２８】
このような形状の評価とあわせて、上下のＩＴＯ透明電極８２間の抵抗値を測定し、ドット位置精度不良による断線あるいは隣（左右）のドットとの接触による抵抗値変動などを評価した（○：狙い通りの抵抗値、×：狙いから外れた抵抗値）。
【０１２９】
実験条件の詳細を以下に示す。使用した基板はＩＴＯ透明電極８２付きガラス基板であり、前述のＡｇ微粒子含有溶液（ここでは、微粒子径が０.０１μｍのものを使用）を前述のＨ４噴射ヘッド（ノズル径Φ５μｍ）と組み合わせて、図１１のようなドットパターン８３を形成した。なお、図１１は簡略化のため、１対のＩＴＯ透明電極８２間を４ドットで埋めるように形成した図を示しているが、実際には、縦方向に１列で、約Φ８μｍのドットを約４μｍピッチで約１０００個打ち込み、上下のＩＴＯ透明電極８２間（電極間距離４ｍｍ）をつないでいる。また隣に中心間距離を１２μｍとして、同様のＩＴＯ透明電極８２およびＩＴＯ透明電極８２間をつなぐ同様のパターンを形成している。
【０１３０】
使用した噴射ヘッドはＨ４噴射ヘッドであり、ノズル（吐出口）の数が６４個で、その配列密度が１００ｄｐｉのものである。噴射ヘッドと基板は相対運動（ここでは、基板固定、噴射ヘッドをキャリッジ走査）を行い、その制御をμオーダーで制御し、また噴射のタイミングをコントロールし、上記のように約４μｍピッチによるドット付着、ならびに１２μｍの中心間距離を維持したパターン形成を行った。
【０１３１】
液滴噴射の駆動電圧は噴射速度を変えるためにピエゾ素子への入力電圧を１４Ｖから２１Ｖまで変化させている。また駆動周波数は１０ｋＨｚとした。なおこのようなピエゾ素子を利用した噴射ヘッドでは、ピエゾ素子への入力電圧を変えて噴射速度が変えられるが、同時に噴射滴の質量も変化するので、駆動波形（引き打ちも含めた立ち上がり波形ならびに立下がり波形）を制御して、噴射滴の体積がいつもほぼ一定（１ｐｌにした）になるようにし、噴射速度のみを変えるようにした。
【０１３２】
また滴飛翔時の滴の形状を、素子形成と同じ条件で別途噴射、観察し、その形状が、基板面に付着する直前（今本発明例では３ｍｍ）ではほぼ丸い滴になるように駆動波形を制御して噴射させた（図１２）。なお完全に丸い球状が得られず、飛翔方向に伸びた柱状であっても、駆動波形を制御するだけで容易にその直径の３倍以内の長さにはなる（ｌ≦３ｄ）ようにできた（図１３）。またその際、後述する（図１４）ように、熱を利用して気泡を発生させ、その気泡の成長作用力で溶液を噴射飛翔させた場合によく見られるような飛翔滴後方に複数の微小な滴（サテライト微小滴８１）を伴うことのない駆動条件（駆動波形）を選んだ。以下に結果を示す。
【０１３３】
【表５】
2004241760.tif 000007
【０１３４】
以上の結果より、キャリッジのＸ方向移動速度が、噴射速度以上であると、良好なパターン形成できず、また、電極間の抵抗値も狙いからはずれたものになることがわかる。言い換えるならば、本発明のように、ピエゾ素子を利用した噴射ヘッドを利用した装置でナノ粒子含有溶液を基板上に液滴付与し、乾燥させてパターン配線形成、あるいは機能デバイス形成を行う場合、噴射ヘッドから噴射される液滴の速度は、キャリッジのＸ方向移動速度より速くしなければならないことがわかる。
【０１３５】
なおこの例は、噴射ヘッドをキャリッジ走査した例であるが、図３のように噴射ヘッド（噴射ヘッドユニット１１）を固定し、基板を移動させる場合にも適用される。すなわち、噴射される液滴の速度は、噴射ヘッドと基板の相対移動速度より速くしなければならないということである。
【０１３６】
さらに付言すると、今回の滴飛翔条件は、前述のように飛翔滴後方に複数の微小な滴（サテライト微小滴８１）を伴う（図１４）ことのない駆動条件（駆動波形）とした。その結果、これら複数の微小な滴が、不必要なところに付着するということが全くなく、大変良好なパターン形成を行うことができた。
【０１３７】
また飛翔滴が飛翔方向に伸びた柱状であっても、駆動波形制御により、飛翔滴の長さをその直径の３倍以内の長さになる（ｌ≦３ｄ）ようにした（図１３）ので、形成されたドットも真円に近い形状となり、良好なパターン形成を行うことができた。
【０１３８】
なお、インクジェット噴射原理はこの例のようにピエゾ素子を液滴吐出の原動力とし、機械的作用力によるものの他に、熱を利用して気泡を発生させ、その気泡の成長作用力で溶液を噴射飛翔させるものがある。図１４はそのような場合に見られる飛翔時の溶液の形状を示したものである。
【０１３９】
図１４と前述のようなピエゾ素子を液滴吐出の原動力とし、機械的作用力によって噴射飛翔させた場合に見られる図１２および図１３のような飛翔形態の違いは以下の通りである。すなわち図１４の場合が、溶液の一部を瞬時（数μｓの間）に３００〜４００℃に加熱させ、膜沸騰気泡を発生させ、その気泡の瞬時（数μｓの間）の成長、圧力上昇（作用力）を利用して溶液を噴射するために、ピエゾ素子を液滴吐出の原動力とし、機械的作用力で噴射させた場合（図１２および図１３の場合）よりも噴射圧力が高く、噴射飛翔速度も速いという点である。
【０１４０】
その結果、図１４に示すように、飛翔時に、溶液の飛翔形状が飛翔方向に細長柱状に伸び、後方に複数の微小な滴（サテライト微小滴８１）を伴って高速で飛翔するという特徴を持っている。たとえば、溶液飛翔時の形状は、通常安定した膜沸騰気泡を発生させて飛翔させた場合、飛翔方向に伸びた細長柱状の長さｌは、その直径ｄの５倍以上の長さとなり、またその速度は、ほぼ５ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓとなって飛翔する。
【０１４１】
その結果、噴射が安定し噴射された溶液の基板上への着弾精度が高いという利点があるが、一方で、噴射ヘッドと基板の相対移動速度を適切に選ばないと、飛翔方向に細長柱状に伸びた後方部の溶液や、後方に連なった複数の微小な滴（サテライト微小滴８１）が、良好な丸いドット形成を妨げることにもなる。
【０１４２】
本発明ではこの点に関しても、前述のピエゾ素子を液滴吐出の原動力とし、機械的作用力による噴射ヘッドで検討した結果と同様の検討を行った。その結果、このような熱を利用して気泡を発生させ、その気泡の成長作用力で溶液を噴射飛翔させる噴射ヘッドを使用した場合には、その噴射速度と前記相対移動速度との間に特有の最適化すべき関係があることを見出した。
【０１４３】
このような熱を利用して気泡を発生させ、その気泡の成長作用力で溶液を噴射飛翔させる噴射ヘッドを使用した場合には、またその噴射飛翔速度は、ほぼ５ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓという具合に高速となって飛翔するため、安定した飛翔となる。すなわち、安定飛翔の結果、着弾の精度は高いと考えられる。
【０１４４】
しかしながら、着弾の精度は高いと考えられるが、飛翔時に溶液が飛翔方向に伸びた細長柱状となっているため、噴射ヘッドと基板との相対移動速度が速すぎる場合には、その相対速度に引きずられて付着溶液が基板１４上で流れ、良好な丸いドット形状とならず、良好なパターン、あるいは機能デバイス群を形成できなくなる。また、後方に連なった複数の微小な滴（サテライト微小滴８１）が、本来付着すべき位置から外れた位置に、ランダムに散らばった状態で付着し、良好な丸いドット形成の妨げ、機能デバイス性能の低下を引き起こす場合がある。本発明はこの点について検討したものである。
【０１４５】
以下に検討結果の１例を示す。噴射ヘッドを、熱を利用して気泡を発生させ、その気泡の成長作用力で溶液を噴射飛翔させるものとした以外は、前述のピエゾ素子を液滴吐出の原動力とした噴射ヘッドを用いて検討した装置、条件等と同じである。すなわち、図２のような装置を用い、キャリッジ１２のＸ方向移動速度、ならびに噴射ヘッドユニット１１の噴射速度を変えて、基板１４上で良好な溶液付着ができ、良好なパターン形成ができるかどうか調べたものである。
【０１４６】
評価も同様に、形成後のパターンを顕微鏡下で観察し、良／不良（○／×）を判断したものであり、図１１（Ａ）の場合は良（○）、図１１（Ｂ）のように個々のドットパターンが良好な丸い形状にならず長円形になったり、基板上における着弾位置も本来の狙いの位置から外れたりして、隣のドットパターンと接触したりするようなものは不良（×）である。さらに、サテライト滴に起因する微小な滴８４が散在しているようなものも不良（×）とした。
【０１４７】
このような形状の評価とあわせて、上下のＩＴＯ透明電極８２間の抵抗値を測定し、ドット位置精度不良による断線あるいは隣（左右）のドットとの接触による抵抗値変動なども同様な評価をした（○：狙い通りの抵抗値、×：狙いから外れた抵抗値）。
【０１４８】
実験条件の詳細を以下に示す。使用した基板はＩＴＯ透明電極８２付きガラス基板であり、前述のＡｇ微粒子含有溶液（ここでは、微粒子径が０.０１μｍのものを使用）を図７に示した噴射ヘッド（ただし、Φ５μｍのノズルを設けたＮｉエレクトロフォーミング形成のマルチノズルプレートを別途設けたもの）と組み合わせて、図１１のようなドットパターン８３を形成した。なお、図１１は簡略化のため、１対のＩＴＯ透明電極８２間を４ドットで埋めるように形成した図を示しているが、実際には、縦方向に１列で、約Φ８μｍのドットを約４μｍピッチで約１０００個打ち込み、上下のＩＴＯ透明電極８２間（電極間距離４ｍｍ）をつないでいる。また隣に中心間距離を１２μｍとして、同様のＩＴＯ透明電極８２およびＩＴＯ透明電極８２間をつなぐ同様のパターンを形成している。
【０１４９】
使用した噴射ヘッドは前述のような噴射ヘッド（図７は、簡略化した４個のノズルを示している）であるが、ノズル（吐出口）数を６４個としている。またその配列密度が４００ｄｐｉのものである。発熱体サイズは１０μｍ×４０μｍであり、その抵抗値は１０２Ωである。ヘッドの駆動電圧は１１Ｖ、パルス幅は２μｓ、駆動周波数は１４ｋＨｚとした。噴射滴の体積はほぼ１ｐｌである。
【０１５０】
このような条件で、ガラス基板上に前述のようなパターン（図１１）を形成し、形成後のパターン評価を行うとともに、それと同じ条件で、別途噴射実験を行い、吐出口から３ｍｍ先の溶液の噴射状況を観察した。これは図１１のテストパターンを基板と吐出口間距離を３ｍｍとして製作したからである。飛翔形態は図１４に示したように、飛翔方向に非常に細長く伸びた柱状（ｌ＝５ｄ〜２０ｄ）であった。また飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴ったような状態であった。以下に検討結果を示す。
【０１５１】
【表６】
2004241760.tif 000008
【０１５２】
以上の結果より、キャリッジのＸ方向移動速度が、噴射速度の１／３を超えると、良好な素子が形成できないことがわかる。なおこの例は、噴射ヘッドをキャリッジ走査した例であるが、図３のように噴射ヘッドを固定し、基板を移動させる場合にも適用される。すなわち、噴射ヘッドと基板の相対移動速度は、噴射される溶液の噴射飛翔速度の１／３以下にしなければならないということである。
【０１５３】
次に本発明のさらに別の特徴について説明する。図１５は、本発明の原理によって形成されるパターン配線基板のパターン配線の１例である。基板上に先に形成されている矩形あるいは矩形の組み合わせによって構成された端子パターン（電極パターン）９１に、あとから微粒子含有溶液を噴射し、配線パターン９２を形成した例である。なおこの例では、図が複雑になるのを避けるために、配線パターン９２のドットが隣接斜め方向においてちょうど互いに接触するように配置しているが、実施には互いにもう少し高密度に配置し（＝互いのドットの重なり部分を多くとるように配置し）、配線パターン部分に非被覆部が生じないようにする。
【０１５４】
図１６は、本発明の原理によって形成されるデバイス基板の１デバイスの例である。基板上に先に形成されている矩形あるいは矩形の組み合わせによって構成された１対の素子電極（電極パターン）９３に、あとから微粒子含有溶液を噴射し、デバイスを形成した例である。
【０１５５】
しかしながらここで１つ問題がある。それは、回路パターンあるいは各種デバイスとして完成した後に使用する際に発生する端子パターン９１や素子電極（電極パターン）９３部における異常放電である。図１５、図１６を用いて説明する。
【０１５６】
本発明では、図１５、図１６のように複数（この例は２）個の端子パターン（電極パターン）９１間に金属微粒子材料を含有する溶液のドットパターンによって配線パターン９２を形成したり、対向する素子電極９３間に金属微粒子材料を含有する溶液のドットパターン９４によって各種電子デバイスを形成するが、通常、これらの端子パターン９１や素子電極（電極パターン）９３はＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の薄膜やＩＴＯ薄膜で形成され、フォトリソグラフィー、エッチング等によって、所望のパターン形状にされる。通常は矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成されることが多い。
【０１５７】
これはこのような電極パターン９１，９３をフォトリソグラフィー技術によって形成する際のフォトマスクの形状に依存して、矩形形状にされる（矩形が最もコスト的に製作しやすい）わけであるが、図１５、図１６に示すように電極パターン９１，９３のコーナー部９１Ｃ，９３Ｃが尖っているために、その部分で電界集中が生じる。その結果、両電極間に印加して使用する際に、この電界集中部において異常な放電が生じ、良好な素子性能が得られない、あるいはその部分において破損を生じたりするという不具合がある。
【０１５８】
本発明ではこの点に鑑み、例えば図１７、図１８のように電極パターン９１，９３のコーナー部を面取り形状としている。この例は、機械図面で表示する際のｃ形状の面取りとしているが、ｒ形状の面取りであってもいいのは言うまでもない。
このような形状は、電極パターン９１，９３をフォトリソグラフィー技術によって形成する際にフォトマスクの形状をそのようなコーナー部が尖った形状にならないようにすればよい。
【０１５９】
なおその面取り部分の大きさであるが、通常はドットパターン径の１／２〜１／５程度、すなわちｃ２μｍ〜ｃ５μｍ、あるいはｒ２μｍ〜ｒ５μｍとすれば、電界集中が生じない良好な電極パターンとすることができる。
【０１６０】
本発明では、このように電極パターンの尖った部分をなくし、電界集中をなくすようにすることにより、回路パターンあるいは各種デバイスとして使用する場合に、異常放電がなく、また長期に使用しても安定した品質が得られるようになった。
【０１６１】
次に本発明のさらに他の特徴について説明する。図１９、図２０は、前述の図１５〜図１８で説明した配線パターンあるいは電子デバイスと同等のものである。図１５〜図１８で説明したものは、電極パターン（端子パターン９１、素子電極９３）を形成するのに、基板上にあらかじめＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の薄膜を形成し、フォトリソグラフィー、エッチング等によって、所望のパターン形状にしたものであるが、図１９、図２０に示したものは、この電極パターン９１，９３を本発明の溶液噴射原理によって形成したものである。
【０１６２】
すなわち、Ａｇ等の導電性材料の微粒子を含有した溶液を使用し、前述のようなパターン配線あるいはデバイスパターン形成と同じように、電極パターン９１，９３をドットの組み合わせとして形成したものである。このようにすることのメリットは、電極形成においても、図２〜図４で説明した本発明の製造装置が使用できる点の他に、前述の異常放電の問題を解決できる点にある。図１９、図２０に示すように、電極パターン９１，９３を本発明の金属微粒子を分散させた溶液噴射によるドットパターンによって形成したものであれば、ドットパターンの外形そのものが丸い形状になっていて尖った部分がないので、自動的に面取り形状とすることができる。
【０１６３】
なお、図１９、図２０に示したものは、電極パターン部９１，９３のドット径が配線パターン９２あるいは、デバイスパターン（ドットパターン９４）のドット径より大きなものとしたが、これは同じ吐出口径をもつ同じ噴射ヘッドを使用して、ドットパターンが同じ大きさになるようにしてもよい。
【０１６４】
ところで、図１５に示したドットの組み合わせによる配線パターン９２は、縦長方向に伸びた帯状パターンとして形成されるかあるいは、図１６のデバイスにおいても、ドットパターン９４は帯状パターンとして形成されるが、このような帯状パターンが伸びている方向は、前述の図２〜図４で説明したＸ方向あるいはＹ方向、すなわち基板１４と噴射ヘッド１１との相対移動方向（噴射ヘッドを搭載したキャリッジ１２の移動方向、あるいは基板１４の移動方向）と平行にすることにより、溶液を噴射制御するためのパターン情報およびその制御を単純化でき、高精度な各パターン形成を低コストで実現できる。
また同様にこれらの方向、すなわちパターンが伸びている方向は、使用する矩形基板の各辺の方向、あるいは形成されるデバイス群のマトリックス配列の方向と平行にすることにより、位置決め、あるいは各パターン形成を高精度にできる。
【０１６５】
次に上記不具合を解決する他の例について説明する。
本発明ではこの点に鑑み、例えば図２１、図２２のように電極パターン９１，９３のコーナー部が露出しないように、配線パターン９２あるいはデバイスパターンを形成するドットパターン９４によって被覆するようにしている。なお図２１の配線パターン９２の例は、ドットパターン列が縦に４列とした例を示したが、図２３のように、１列であってもいいのは言うまでもない。また、図２２のデバイスの場合も同様で、図２４のように、１ドットだけであってもよい。
【０１６６】
要するに、電極パターン９１，９３の尖った部分をドットパターンによって被覆し、その部分が表面に露出しないようにすれば、電界集中による異常放電を防止でき、あるいは破損を防止でき、回路パターンあるいは各種デバイスとして長期に使用しても安定した品質が得られる。
【０１６７】
次に本発明のさらに他の特徴について説明する。図２５は図１（Ｂ）の配線パターン１の一部（角部）を拡大したものである。本発明では上記課題に関連し、このように配線パターン１の角部（パターンが直角に曲がる領域の外側領域）１Ｃが尖らないようにしている。
【０１６８】
図２６〜図２９を用いてより具体的に説明する。図２６は、本発明の原理によって形成されるパターン配線基板のパターン配線の１例である。この例では、ドットパターンを組み合わせて、形成される配線パターン９２が途中で、９０度曲げられるようにして形成されている。すなわち、このような配線パターン９２が直交する２方向（図中矢印）のそれぞれに平行方向に帯状のパターンとされ、かつ配線パターン９２の配置の都合によって、その方向を曲げて配置されている。その場合、図中のＡ部のように、配線パターン９２が直交する２方向に曲がる領域の外側領域を曲線形状となるようにしている。このようにして配線パターン９２の曲がった角部をドットパターンを形成することにより尖らないようにすることができ、電界の集中を避けることができる。
【０１６９】
図２７は、配線パターン９２をドットパターンを１列にして形成した場合であるが、この場合も、図中のＡ部のように、配線パターン９２が曲げられる角部をドットパターンによって尖らないようにすることができ、電界の集中を避けることができる。
【０１７０】
図２８は、本発明の原理によって形成されるデバイス基板の１デバイスの例である。基板上に先に形成されている矩形あるいは矩形の組み合わせによって構成された１対の素子電極（電極パターン）９３に、あとから微粒子含有溶液を噴射し、デバイスを形成した例である。この場合も所望のデバイス形状とするために、ドットパターン９４（デバイスパターン部）のパターンが帯状に形成されるとともに、その帯状パターンを途中で、９０度曲げられたようなパターンとしている。そして、図中のＢ部のように、ドットパターン９４が直交する２方向（図中の矢印方向）に曲がる領域の外側領域を曲線形状となるようにしているが、このようにしてパターンの曲がった角部をドットパターンを形成することにより尖らないようにすることができ、電界の集中を避けることができる。
【０１７１】
図２９は、デバイスパターンをドットパターン９４を１列にして形成した場合であるが、この場合も、図中のＢ部のように、パターンが曲げられる角部をドットパターンによって尖らないようにすることができ、電界の集中を避けることができる。
【０１７２】
ところで、図１５、図２１、図２３、図２６、図２７に示したドットの組み合わせによる配線パターン９２は、縦長方向に伸びた帯状パターンとして形成される、あるいは図１６、図２２、図２８、図２９のデバイスにおいても、ドットパターン９４は帯状パターンとして形成されるが、このような帯状パターンが伸びている方向は、前述の図２〜図４で説明したＸ方向あるいはＹ方向、すなわち基板１４と噴射ヘッド１１との相対移動方向（噴射ヘッドを搭載したキャリッジ１２の移動方向、あるいは基板１４の移動方向）と平行にすることにより、溶液を噴射制御するためのパターン情報およびその制御を単純化でき、高精度な各パターン形成を低コストで実現できる。
また同様にこれらの方向、すなわちパターンが伸びている方向は、使用する矩形基板の各辺の方向、あるいは形成されるデバイス群のマトリックス配列の方向と平行にすることにより、位置決め、あるいは各パターン形成を高精度にできる。
【０１７３】
次に本発明のさらに他の特徴について説明する。本発明の機能を付与された基板は、無数の微細微粒子、ナノ微粒子を溶液中に分散させてなる微粒子含有溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上に液滴として付与して製作されるものであるが、高精度かつ高品位な機能を付与された基板を製作するためには、基板上にナノ微粒子含有溶液を噴射、付与して、微細なパターン形成を行う際の基板の表面粗さとナノ微粒子の大きさを最適化しておく必要がある。
【０１７４】
とりわけ本発明では前述のように、微粒子含有溶液の付与にインクジェット原理を利用しているが、本発明に適用される基板は、紙のようにインクの溶媒を吸収するといった吸液作用がない基板であるため、インクジェット記録装置と同じ考えが通用しない。
【０１７５】
具体的には本発明においては、噴射付与された微粒子含有溶液は、基板上にメニスカス状に残留する。そして一定時間経過後溶液分が蒸発、乾燥して、固形分が基板上に残る。この場合、本発明の基板はインクジェットの紙の繊維のような吸液作用がないため、良好なドットパターン形成において、紙にインクが付着する原理をそのまま踏襲して考えることはあまり意味がない。
【０１７６】
本発明ではこれらを考慮して、良好なパターンを形成するために基板の表面粗さについて検討するべきであると考えた。
たとえば、基板の表面粗さというのは、その表面の凹凸であるが、図３０のように、この凹凸からはみ出すような大きさの粒子８５が、基板の表面８６に付着すると、良好なパターンあるいはデバイスが得られないであろう。一方で、図３１のように、粒子８５が基板表面８６の凹凸以下の大きさの粒子であれば、良好なパターンあるいはデバイスが得られるであろう。本発明ではこの点に鑑み、あらかじめ表面粗さのわかっている基板上に、サイズの異なる微粒子を含有させた溶液によって、パターンを形成し、その形成されたパターンの良否を評価した。
【０１７７】
実験は、パイレックス（Ｒ）ガラスを研摩し、その表面粗さが０.０１ｓ〜０.０２ｓとなるようにし、その研摩された基板上に前述のＡｇ微粒子含有溶液（ここでは、微粒子径が０.０００５μｍ〜０.２μｍのものを使用）を前述のＨ４噴射ヘッド（ノズル径Φ５μｍ）と組み合わせて噴射させ、ドットをつなぎあわせたパターンを形成し、そのパターンの滑らかさを顕微鏡下で観察し、官能評価し、良〜可〜不良（○〜△〜×）を判断した。
【０１７８】
実験条件の詳細を以下に示す。パターンは縦方向に１列で、約Φ８μｍのドットを約４μｍピッチで約１００個打ち込んだものである。
使用した噴射ヘッドはＨ４噴射ヘッドであり、ノズル（吐出口）の数が６４個で、その配列密度が１００ｄｐｉのものである。噴射ヘッドと基板は相対運動（ここでは、基板固定、噴射ヘッドをキャリッジ走査）を行い、その制御をμオーダーで制御し、また噴射のタイミングをコントロールし、上記のように約４μｍピッチによるドット付着を行った。
【０１７９】
液滴噴射の駆動電圧はピエゾ素子への入力電圧を１５Ｖとし、また駆動周波数は１０ｋＨｚとした。噴射滴の体積がいつもほぼ１ｐｌである。また滴飛翔時の滴の形状を、パターン形成と同じ条件で別途噴射、観察し、その形状が、基板面に付着する直前（今本発明例では３ｍｍ）にほぼ丸い滴になるように駆動波形を制御して噴射させた（図１２）。なお完全に丸い球状が得られず、飛翔方向に伸びた柱状であっても、駆動波形を制御するだけで容易にその直径の３倍以内の長さにはなる（ｌ≦３ｄ）ようにできた（図１３）。またその際、飛翔滴後方に複数の微小な滴（サテライト微小滴８１）を伴うことのない駆動条件（駆動波形）を選んだ。
【０１８０】
前述のようにＡｇ微粒子含有溶液は、微粒子径が０.０００５μｍ〜０.２μｍまで異なるものをそれぞれ準備して使用した（溶液Ｎｏ．は共通である）が、微粒子径が０.０２μｍ以上の場合には、ノズル目詰まりが発生し始めるので、形成したパターンのうち、目詰まりが生じなくて、良好にパターン形成されたもののみを選別して評価を行った。以下に結果を示す。
【０１８１】
【表７】
2004241760.tif 000009
【０１８２】
以上の結果より、溶液に含有される微粒子は、基板のパターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさとすることにより、滑らかな良好なパターンが形成できることがわかる。一方で、微粒子の大きさをそれより大きくすると、パターン形状の滑らかさが損なわれることがわかる。
【０１８３】
次に本発明のさらに他の特徴について説明する。本発明の機能を付与された基板は、無数の微細微粒子、ナノ微粒子を溶液中に分散させてなる微粒子含有溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上に液滴として付与して製作されるものであるが、高品位な機能を付与された基板を長期にわたって安定して製作するためには、その製造装置が安定して一定の性能を維持するものでなくてはならない。ここで一番重要な点は噴射ヘッドの長期性能安定性である。
【０１８４】
前述のように本発明に使用する微粒子含有溶液は、液体に微粒子を分散させた溶液であるが、この微粒子は溶液中に分散している砥粒のような存在であり、この溶液を大量使用した場合、噴射ヘッドの溶液の通り道を損傷させたり、摩耗させたりするという問題がある。通り道の中でもとりわけ吐出口部（ノズル部）のキズや、摩耗は溶液の液滴噴射性能に影響を及ぼすため問題となる。
【０１８５】
ところでこのキズや、摩耗は、２つの物体が互いにぶつかり合う、あるいはこすれあう際に生ずるものであるから、互いの物体の硬さを適切に選ぶことにより、解決できるものと考えられる。またキズについても、これが噴射ヘッドの液滴噴射性能に影響を及ぼすのは事実ではあるが、どのくらい影響を及ぼすのかは、キズの大きさと溶液の通り道の大きさとによって決まると考えられる。たとえば、内径Φ１５ｍｍ〜Φ２０ｍｍの放水用のホースにナノメーターオーダーのキズがあったとしても、放水流量に多大な影響を及ぼすことはあり得ない。
【０１８６】
本発明ではこれらの点を考慮しながら、吐出口部の材質の硬さと、微粒子の材質の硬さならびに吐出口部の大きさを鋭意検討したものである。
使用した噴射ヘッドは、前述のＨ１噴射ヘッド〜Ｈ３噴射ヘッドと同じものである。すなわち図５、図６に示したようなピエゾ素子４６を液滴吐出の原動力とし、電気−機械変換素子であるピエゾ素子４６の機械的変位を液室の振動板の変位として、その変位作用力で、微細な吐出口から液滴を噴射するものである。
【０１８７】
なお、図には示していないが、ノズル一面に別途ノズル孔を穿孔したノズルプレートを設けた構造とした噴射ヘッドを使用している。またそのノズル数は６４個であり、配列密度は１００ｄｐｉである。
このような噴射ヘッドを使用し、一定時間溶液噴射を行うことにより、吐出口部（ノズル孔部）にキズが生じるかどうか、また、溶液滴吐出性能の劣化により、形成されるパターン形状（ドットパターンの形状良否）、パターン性能の劣化（抵抗値変化）が生じるかどうかを調べた。マルチノズルプレートは、材料およびノズル径（ここでは丸形状とした）を変えたものを準備した。パターン性能は、噴射初期に形成したパターンと一定時間噴射を行った後に形成したパターンの抵抗値の違いを調べた。
【０１８８】
噴射ヘッドの駆動電圧は２０Ｖ、駆動周波数は１０ｋＨｚとし、１００時間連続噴射を行い、噴射後の吐出口部分をＳＥＭ観察して、キズの有無を調べた。
吐出口径は、それぞれΦ２０μｍ（Ｈ１噴射ヘッド）、Φ１５μｍ（Ｈ２噴射ヘッド）、Φ１０μｍ（Ｈ３噴射ヘッド）のものを用意した。
比較参考例として、吐出口径がΦ３６μｍのもの（参考ヘッド）も用意した。この場合は、吐出口の数が４８個で、その配列密度が６０ｄｐｉのものである。噴射ヘッドの駆動電圧は３０Ｖ、駆動周波数は３.８ｋＨｚとし、２６０時間連続噴射を行った。
【０１８９】
ノズルプレートの厚さは、Ｈ１噴射ヘッド、Ｈ２噴射ヘッドは３０μｍとし、Ｈ３噴射ヘッドは２０μｍ、参考ヘッドは４０μｍとした。噴射時の液滴の速度は、いずれの噴射ヘッドの場合も約７ｍ／ｓとした。
ノズルプレート材質はＮｉとオーステナイト系ステンレスＳＵＳ３０４とし、Ｎｉ材質のものはエレクトロフォーミング法でマルチノズルプレートを製作し、ＳＵＳ３０４材質のものは、ステンレス箔に放電加工によってノズル孔を穿孔した。それぞれ硬度をビッカース硬度計で測定したところ、Ｎｉ材質の場合はビッカース硬度Ｈｖが５８〜６３、ＳＵＳ３０４材質のものはビッカース硬度Ｈｖが１７０〜１９０であった。
【０１９０】
使用した液体は、前述のように微粒子を水を主体とする分散媒に分散せしめてなる水性系溶液である。微粒子は以下の７種類（Ｓ１〜Ｓ７）である。それぞれ含有微粒子の元素名と、そのバルク状態におけるビッカース硬度Ｈｖを示した。なおこのビッカース硬度Ｈｖは、金属データブック（日本金属学会編、改定３版、出版：丸善）の値を掲載した。それぞれの溶液における微粒子含有量は約８％とし、また微粒子径は０.０１μｍ〜０.０２μｍであった。
【０１９１】
【表８】
2004241760.tif 000010
【０１９２】
これらのサンプル溶液および噴射ヘッドを使用して評価した結果を以下に示す。表中、キズの○は１００時間噴射後に、目立ったキズが確認できなかったもの、×はノズル形状、あるいは寸法にまでも影響をおよぼすような多数のすりキズが存在したものである。パターン形状の○は１００時間噴射後に、パターンを作製した際の、ドットパターンが狙いの位置（一対の電極間）に良好な丸い形状で形成されたもの（図１１（Ａ））であり、×は位置がやや狙いの場所から外れていたり、形状がいびつであったり、微小滴が周囲に飛散していたりしたもの（図１１（Ｂ））である。パターン性能の○×は、噴射初期に形成したパターンと一定時間噴射を行った後に形成したパターンの抵抗値の違いであり、○は１００時間噴射後にパターンを作製した際の抵抗値が、噴射初期に形成したパターンとほとんど同じであったもの（実用レベル）であり、×は１００時間噴射後にパターンを作製した際の抵抗値が異常に大きかったり、あるいは短絡していた場合（非実用レベル）である。なお、参考ヘッドの場合の噴射時間は２６０時間である。
【０１９３】
【表９】
2004241760.tif 000011
【０１９４】
【表１０】
2004241760.tif 000012
【０１９５】
【表１１】
2004241760.tif 000013
【０１９６】
【表１２】
2004241760.tif 000014
【０１９７】
以上の結果より、含有微粒子の硬度が、吐出口材質より大であるもの（Ｓ３、Ｓ６）の場合、吐出口に傷がつくことがわかる。またそれによって形成されたパターン形状は悪く、パターン性能も悪いことがわかる。よって、本発明のような製造装置によって、このようなパターンを形成する場合には、微粒子は吐出口を構成する部材よりやわらかい材料を選ぶ必要があることがわかる。
【０１９８】
なおそのキズに関しては、吐出口の大きさとの関係で、パターン形状が悪くならないものもある。参考ヘッドのように、吐出口径がΦ３６μｍもある（＝面積が約１０００μｍ2）ような場合には、キズはついても吐出口径が大きいために、噴射性能を劣化に至らしめるほどのキズではなく、十分に使用可能なパターン形状が得られている。
【０１９９】
一方、吐出口径がΦ２０μｍ以下（＝面積が３１４μｍ2以下）の場合のように、面積比較で参考ヘッドの１／３以下のような場合には、同じようにキズがついても、吐出口径との比較において与える影響は大であり、良好なパターン形状、パターン性能が得られないことがわかる。これは前述の放水用のホースの論理で説明できる。
【０２００】
つまり、それほど微細なパターンを形成しないのであれば、キズの問題はパターン性能に影響を与えないので気にすることはないが、本発明の実験によれば、吐出口径Φ２０μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより、目詰まりが生じないように微粒子含有溶液の微粒子径を０.０００５〜０.２μｍ（０.５〜２００ｎｍ）、好ましくは０.０００５〜０.０５μｍ（０.５〜５０ｎｍ）として噴射付与し、パターン形成を行うような場合には、吐出口部のキズは、良好なパターン性能を得るのに致命的となる。そしてその致命的となるノズルの大きさの限界値はΦ２０μｍ付近にある。つまりΦ２０μｍ以下のノズルを有する噴射ヘッドによってこのような溶液噴射によるパターン形成を行う場合には、ノズル部にキズができないような溶液および吐出口部材の組み合わせを選ぶ必要がある。すなわち、上記実験結果より明らかなように、微細微粒子は吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とする必要がある。
【０２０１】
なお実験では、丸形状のΦ２０μｍノズル（面積が約３１４μｍ2）、Φ１５μｍノズル（面積が約１７７μｍ2）、Φ１０μｍノズル（面積が約７９μｍ2）を使用したが、噴射ヘッドのノズルとして他の形状（たとえば矩形等）のものを使用する場合には、その面積比較をすればよく、たとえば、１８μｍ×１８μｍのノズルが、本発明の丸形状のΦ２０μｍノズルと同等となる。
【０２０２】
すなわち本発明で、吐出口径がΦ２０μｍ以下という場合、必ずしも丸い形状のノズルだけに適用されるのではなく、ノズル形状が丸形状ではない場合には、その面積比較で相当な値として考えるべきであり、ノズル開口の面積が３１４μｍ2以下であれば、丸以外の他の形状のノズルであっても本発明の範囲に含まれるものである。そしてこれは、前述の微粒子径Ｄｐと吐出口径Ｄｏとの関係を最適化した目詰まりのない安定した液滴噴射が得られる条件にも適用されることは言うまでもない。
【０２０３】
以上の説明から明らかなように、本発明は、パターン配線基板あるいはデバイス基板を製作する技術であるが、数１０μｍ〜数μｍという非常に微細なパターンを従来のようなフォトリソ技術によるのではなく、従来にはない微小な吐出口を有する噴射ヘッドによって微粒子含有溶液の液滴を基板に直接噴射付与するという簡単な装置で、パターンやデバイスをダイレクト製作するようにしている。したがって、いわゆる半導体製造プロセスで使用されている高価な製造装置を必要とせず、低コストでかつ安定して製作できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【０２０４】
【図１】本発明の液滴噴射製造装置によって形成されるパターン配線の一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明のパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造する液滴噴射製造装置の一実施例を説明するための図である。
【図３】本発明のパターン配線基板あるいはデバイス基板を製造する液滴噴射製造装置の他の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明のパターン配線基板あるいはデバイス基板の製造に適用される液滴付与装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明に好適に使用されるピエゾ素子利用の噴射ヘッドの液滴噴射原理を説明する図である。
【図６】本発明に好適に使用されるピエゾ素子利用の噴射ヘッドの構造を示す図である。
【図７】本発明に好適に適用されるサーマル方式（バブル方式）の液体噴射ヘッドの例である。
【図８】マルチノズル型の液体噴射ヘッドをノズル側から見た図である。
【図９】マルチノズル型の液体噴射ヘッドを噴射する溶液ごとに積層し、ユニット化した図である。
【図１０】ユニット化したヘッドの斜視図である。
【図１１】本発明の液滴噴射製造装置によって、良好なパターン形成を行う条件を見出すために使用したテストパターンの例を示す図である。
【図１２】本発明の液滴噴射製造装置に使用される噴射ヘッドで機械的変位による作用力で噴射した場合の液滴飛翔形状の例を説明するための図である。
【図１３】本発明の液滴噴射製造装置に使用される噴射ヘッドで機械的変位による作用力で噴射した場合の他の液滴飛翔形状の例を説明するための図である。
【図１４】膜沸騰気泡による作用力で噴射した場合の液滴飛翔形状の例を説明するための図である。
【図１５】本発明の原理により、液滴あるいは溶液のドットを組み合わせてパターン配線を形成する例を説明するための図である。
【図１６】本発明の原理により、液滴あるいは溶液のドットを組み合わせてデバイスを形成する例を説明するための図である。
【図１７】図１５の例でコーナー部における異常放電を改良した例を説明するための図である。
【図１８】図１６の例でコーナー部における異常放電を改良した例を説明するための図である。
【図１９】図１５の例でコーナー部における異常放電を改良した他を説明するための図の例である。
【図２０】図１６の例でコーナー部における異常放電を改良した他の例を説明するための図である。
【図２１】図１５の例でコーナー部を被覆し異常放電を改良した例を説明するための図である。
【図２２】図１６の例でコーナー部を被覆し異常放電を改良した例を説明するための図である。
【図２３】コーナー部における異常放電を改良した他の例を説明するための図である。
【図２４】コーナー部における異常放電を改良した他の例を説明するための図である。
【図２５】図１（Ｂ）の配線パターンの一部（角部）を拡大した図である。
【図２６】本発明の原理によって形成されるパターン配線基板のパターン配線の１例を説明するための図である。
【図２７】本発明の原理によって形成されるパターン配線基板のパターン配線の他の例を説明するための図である。
【図２８】本発明の原理によって形成されるデバイス基板の１デバイスの例を説明するための図である。
【図２９】本発明の原理によって形成されるデバイス基板のデバイスの他の例を説明するための図である。
【図３０】基板の表面粗さより大である微粒子を含有した溶液によってドットパターンを形成した場合の、微粒子と表面粗さの関係を模式的に示した図である。
【図３１】基板の表面粗さ以下の大きさの微粒子を含有した溶液によってドットパターンを形成した場合の、微粒子と表面粗さの関係を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【０２０５】
１…配線パターン、２，３…端子、１０…基板、１１…噴射ヘッドユニット（噴射ヘッド）、１２…キャリッジ、１３…基板保持台、１４…基板、１５…供給チューブ、１６…信号供給ケーブル、１７，２１…コントロールボックス、１８…Ｘ方向スキャンモータ、１９…Ｙ方向スキャンモータ、２０…コンピュータ、２２…基板位置決め／保持手段、３１…ヘッドアライメント制御機構、３２…検出光学系、３３…噴射ヘッド、３４…ヘッドアライメント微動機構、３５…制御用コンピュータ、３６…画像識別機構、３７…ＸＹ方向走査機構、３８…位置検出機構、３９…位置補正制御機構、４０…噴射ヘッド駆動・制御機構、４１…光軸、４２…素子電極、４３…液滴、４４…液滴着弾位置、４５…流路、４６…ピエゾ素子、４７…溶液、４８…ノズル、４９…フィルター、６５…ノズル、６６…発熱体基板、６７…蓋基板、６８…シリコン基板、６９…個別電極、７０…共通電極、７１…発熱体、７４…溝、７５…凹部領域、７６…溶液流入口、８１…サテライト微小滴、８２…素子電極（ＩＴＯ透明電極）、８３…ドットパターン、８４…微小滴、８５…粒子、８６…基板表面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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