(57)【要約】【課題】パターン形成装置のノズル開口部の形状を高精度に形成する。【解決手段】ノズルからノズル開口部６を介してインクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置６０において、上記ノズルが、凹部を有する基板１の凹部形成面に天板２を接合することで形成されており、基板１および天板２の少なくとも一方の接合側の表面に設けられた接合層が溶融されて、基板１と天板２とが接合されたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルからインクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置において、上記ノズルが、凹部を有する基板の凹部形成面に天板を接合することで形成されており、上記基板および上記天板の少なくとも一方の接合側の表面に設けられた接合層が溶融されることにより、上記基板と上記天板とが接合されたことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
上記接合層が、金属あるいは二酸化ケイ素を主成分としていることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
上記基板および上記天板の少なくとも一方が、シリコン、ガラス、酸化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
上記基板および上記天板の、接合側の表面が、面粗さ０．１以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
上記ノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
凹部を有する基板の凹部形成面に天板を接合することで形成されるノズルから、インクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置の製造方法において、上記凹部を有する基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面を加熱により溶融することで、上記基板および上記天板を接合させる接合工程を有することを特徴とするパターン形成装置の製造方法。
【請求項７】
さらに、上記基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面に、接合層を形成する接合層形成工程を含むことを特徴とする請求項６に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項８】
上記接合層が上記基板および上記天板の接合側の表面に形成され、接合層の一方が金を主成分とする層であり、他方が金、アルミニウム、あるいはスズから選ばれる金属を主成分とする層であることを特徴とする請求項７に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項９】
上記接合工程において、加熱処理と並行して、上記基板および上記天板に超音波を印加することを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１０】
上記接合層が二酸化ケイ素を主成分とすることを特徴とする請求項７に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１１】
上記接合層が、上記天板の接合側の表面に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１２】
上記接合工程において、上記基板および上記天板を圧接させながら、接合側の表面を加熱により溶融させることを特徴とする請求項６から１１の何れか１項に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１３】
上記接合工程において、上記基板と上記天板とを重ねあわせ、上記天板側から、上記基板の凹部形成面の凹部と凹部との間に向けて、レーザービームを照射することを特徴とする請求項６から１１の何れか１項に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１４】
上記天板が低融点ガラスであることを特徴とする請求項１３に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１５】
上記接合工程において、上記基板および上記天板の、接合側の表面にアルゴンのイオンビームを照射し、上記基板と上記天板とを圧接することを特徴とする請求項６または７記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１６】
上記基板および上記天板の少なくとも一方が、シリコン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムの何れかを主成分とする基板であることを特徴とする請求項１５に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１７】
上記基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面に金属性の薄膜を形成することを特徴とする請求項１５または１６に記載のパターン形成装置の製造方法。
【請求項１８】
上記ノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下であることを特徴とする請求項６から１７の何れか１項に記載のパターン形成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小ドットを用いた微細パターンを形成するパターン形成装置と、その製造方法に関し、特に、液晶表示装置、プラズマディスプレイ又は有機ＥＬ等のフラットディスプレイ製造に用いられるパターン形成や、プリント配線板の微細導体パターン形成等に応用できるパターン形成装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来においては、液晶表示装置用のカラーフィルタ等の微細パターンの形成は、フォトリソグラフィ法、印刷法、電着法等により行なわれている。これらの形成方法の中でも、精度、外観品位の点でフォトリソグラフィ法が優れている。また、プリント配線板の導体パターンの形成においても、高精度な配線を行うために、フォトリソグラフィ法が用いられている。
【０００３】
しかし、上述のようなフォトリソグラフィ法を用いたカラーフィルタのパターン形成、導体パターン形成は工程が複雑であり、製造コストの低減させることができなかった。
【０００４】
そこで、近年、製造コストを抑えながら、このようなパターン形成を行うものとして、微小なインクドットを直接描画することにより、高い精度で微細パターンを形成することができるパターン形成装置の開発が活発に行われている。例えば、特許文献１においては、微小ノズルより、加圧したインクを吐出する方式でパターンを形成する方法が提案されている。以下に、このパターン形成装置の従来の構成を図１０を元に説明する。
【０００５】
図１０は従来の微小ノズルより加圧したインクを吐出する微小パターン形成装置を示す概略断面図である。図１０において、微小パターン形成装置２１は、シリコン基板２２と、このシリコン基板２２の表面２２Ａ側に配設された支持部材２６と、シリコン基板２２と支持部材２６との空隙部にインクを供給するインク供給部２８と、このインク供給部２８に接続されたインク供給装置２９とを備えている。
【０００６】
シリコン基板２２は、表面２２Ａ側から裏面２２Ｂ側に貫通する複数の微小ノズル２３を備え、この微小ノズル２３の、表面２２Ａ側の開口部２３ａは、上記のシリコン基板２２と支持部材２６とにより形成されている空隙部に露出している。シリコン基板２２の材質はシリコンの単結晶で、厚みは２００〜５００μｍ程度である。このようなシリコン基板２２は、その線膨張係数が約２．６×１０−６／Ｋと低いため、温度による形状変化が極めて小さい。
【０００７】
微小ノズル２３は、その軸方向に垂直な横断面形状（シリコン基板２２の表面２２Ａに平行な断面）が円形、その軸方向に沿った縦断面形状（シリコン基板２２の表面２２Ａに垂直な断面）が長方形である円柱形状の空間からなるものであり、その壁面にはＳｉＯ２層２４が設けられている。通常、このＳｉＯ２層２４の厚みは５０００〜１００００Å程度である。
【０００８】
微小ノズル２３の開口径は１〜１００μｍ程度、微小ノズル２３のアスペクト比は１〜１００程度の範囲で適宜設定する。また、微小ノズル２３の形成数および形成ピッチは、パターン形成装置２１により形成するパターンの形状、形成方法等に応じて適宜設定することができ、形成ピッチは最小で１μｍ程度である。
【０００９】
微小ノズル２３の横断面形状は、上記の円形の他に楕円形、多角形等、あるいは、特殊な形状であってもよく、横断面形状が楕円形、長方形の場合、長手方向の開口径は５〜５００μｍの範囲で適宜設定することができる。
【００１０】
支持部材２６は、上述のシリコン基板２２の表面２２Ａ側に配設され、シリコン基板２２を保持するためのものであり、支持部材２６はシリコン基板２２と同じ平面形状の基部２６ａと、この基部２６ａの周縁に設けられたフランジ部２６ｂ、基部２６ａの中央に設けられた開口部２６ｃからなり、フランジ部２６ｂにてシリコン基板２２の表面２２Ａ側の周辺部と固着されている。これにより、シリコン基板２２と支持部材２６との間にインクが供給される空間が形成されている。この支持部材２６は、その線膨張係数がシリコン基板２２の線膨張係数の１／１０倍〜１０倍の範囲内の材料、例えば、パイレックスガラス（商品名コーニング＃７７４０、線膨張係数＝３．５×１０−６／Ｋ）、ＳＵＳ３０４（線膨張係数＝１７．３×１０−６／Ｋ）等を用いる。
【００１１】
インク供給部２８のパイプ形状のインク流路は、一端が上記の支持部材２６の開口部２６ｃに接続され、他端がインク供給装置２９に接続されている。
【００１２】
インク供給装置２９は、連続供給ポンプ又は定量供給ポンプ等、微小パターン形成装置２１の使用目的に応じて適宜選択する。
【００１３】
以上のような構成の微小パターン形成装置を製造するに際し、従来、シリコン基板上にノズル、特に微小なノズルを形成するために、ディープエッチングを用いてインク流路とノズルを同時に形成していた。しかし、この方法によるノズルの形状精度は±１μｍ程度であった。
【００１４】
圧電駆動方式やバブルジェット方式のように一定体積の圧力変動による吐出原理とは異なり、インクをインク供給部から加圧したり、ノズル外部からインクを吸引して吐出する方式のインク吐出駆動方式の場合、駆動源での吐出量の制限がほとんどできないため、インク流の抵抗を決定するノズル形状、特にノズル径が吐出量に大きく影響してしまう。このため、微小ノズル、特にノズルの開口面積が５０μｍ２以下のものにおいては、上記ノズル精度が±１μｍ変動することで吐出量に多大なバラツキを与えてしまっていた。
【００１５】
例えば、該装置により配線パターンを形成した場合、ノズルごとに吐出量がことなるため配線幅及び配線厚さにバラツキが生じ、配線抵抗が不均一になるといった弊害がでていた。特にノズルの開口面積が５μｍ２以下の場合には、上記問題がより深刻になる。さらに、吐出をインク供給部からの加圧にて行う場合、ノズル部での流路抵抗の差が大きいと、流路抵抗の大きいノズルすなわち微小なノズルからは最悪では吐出不良を引き起こすことになる。また製造工程上でノズルが開口していない等の欠陥品が多発することになる。
【００１６】
このため、カラーフィルタに該パターン形成装置を用いた場合には、色抜け、色むらが大きな問題になり、配線パターンの形成においては、配線抵抗のバラツキや最悪では、断線及び隣接配線とのショート等の問題を引き起こしていた。
【００１７】
そこで、特許文献２および３に示されるインクジェット記録装置の記録ヘッドの製造方法のように、ノズル及びインク流路を形成する方法として、ベース基板上にインク流路及びノズルとなる凹部を形成し、該ベース基板の凹部形成面に天板を貼り合わせることによりノズル及びインク流路を形成する構成が類推できる。
【００１８】
この場合、ノズル形状精度はベース基板での凹部形成精度によるため、エッチング及びフォトリソ等での最適条件での加工により、高精度の形成が可能である。
【００１９】
【特許文献１】
特開平特開２００１−６８８２７（公開日：２００１年３月１６日）
【００２０】
【特許文献２】
特開平１−１２５２４１（公開日：１９８９年５月１７日）
【００２１】
【特許文献３】
特開平１−２２８８６１（公開日：１９８９年９月１２日）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような、ベース基板の凹部と天板の貼り合せによりノズルを形成する場合の天板とベース基板の接合の方法は、従来、特許文献３に示されるように、接着剤を天板もしくはベース基板の接合面にスピンコート等により塗布して貼り合わせることにより行われてきた。しかし、これらの接着剤を使用した貼り合せの場合、接着強度の確保及び隣接ノズル間の密閉性確保のため、接着剤を数μｍの厚さで塗布する必要があった。この場合、ベース基板と天板との貼り合わせにより、塗布された接着剤がノズルの開口部に回り込み、ノズルの開口面積が接着剤により僅かに狭められるという問題を有していた。
【００２３】
特許文献３の技術が利用されているノズルは、開口面積が５００μｍ２程度であり、角型のノズルでは一辺が約２０μｍ以上のノズルが適用されているので、上述のように、貼り合せ時の余分な接着剤がノズルに回りこんでも大きな問題にならなかった。しかし、カラーフィルタのパターン形成や、導体パターン形成などのための、微小なパターン形成を行う装置では、ノズルの開口面積が５０μｍ２以下のような微細なノズルを形成する必要がある。
【００２４】
このような開口面積の小さなノズルでは、上述した接着剤のノズルへの回り込みによるノズル開口部面積の変動は、開口面積に対する比率が非常に大きなものとなるので、微細なパターン形成に多大な影響を及ぼすことになる。すなわち、凹部形状に加工することにより精度の高いノズルを形成できるが、実使用時には、ノズルの開口面積のバラツキが非常に大きいものとなっており、正確に吐出量を制御できないという課題を結局解決することができない。特にノズルの断面積が１０μｍ２以下の場合には、上記問題がより深刻になり、最悪では、ノズルが接着剤により塞がれ、吐出を行えない場合がある。
【００２５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、精度の高いパターン形成ができるパターン形成装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成装置は、上記の課題を解決するために、ノズルからインクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置において、上記ノズルが、凹部を有する基板の凹部形成面に天板を接合することで形成されており、上記基板および上記天板の少なくとも一方の接合側の表面に設けられた接合層が溶融されることにより、上記基板と上記天板とが接合されたことを特徴としている。
【００２７】
上記接合層は、上記基板あるいは上記天板の表面に、基板あるいは天板とは別に薄膜を形成したものでもよく、上記基板および上記天板の接合側の表面部分であってもよい。また、接合層は、基板と天板との接合部分に設けられていればよく、基板の凹部表面には形成されていなくても構わない。
【００２８】
また、「溶融されることにより接合する」とは、接合層が溶融した状態で基板と天板とを密着することにより、基板と天板とを接合することを示している。ここで、「溶融」は密着することにより接合可能な状態であればよく、例えば、加熱による軟化や、あるいは接合層をイオンビームで活性化して、接合層同士を圧接することにより固相結合可能な状態にすることをも含むものとする。溶融の具体的な方法は、高温度雰囲気下に置く、レーザービーム照射、イオンビーム照射などの方法がある。接合の方法としては、例えば上記基板および上記天板を重ね合わせて接合層を加熱処理する、あるいは接合層を加熱処理してから圧接させるなどの方法がある。
【００２９】
これによれば、基板および天板が成形された後、その一部である接合層が溶融することで、接合の機能を果たすので、基板と天板とが成形されたほぼそのままの形状で直接に接合できる。すなわち、基板および天板の間に接着剤などの流動性の高い材料が塗布される工程がなく、接着剤がパターン形成装置のノズルの吐出開口部に回り込む等による、基板および天板が成形された後のノズルの形状変化が防がれる。よって、パターン形成装置のノズルの吐出開口部の形状が高精度に形成され、精度の高いパターン形成ができる。
【００３０】
本発明のパターン形成装置は、上記の課題を解決するために、上記接合層が、金属あるいは二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分としていることを特徴としている。
【００３１】
金属、二酸化ケイ素は、薄膜形成が容易であり、さらに加熱処理により適度に溶融させることができるので、接合層の材料として適している。したがって、例えば、溶融しにくい基板あるいは天板にこのような材料の接合層を形成し、基板および天板を重ね合わせて高温度雰囲気下に置くという方法で、容易に接合層のみが溶融して、接合が行える。なお、二酸化ケイ素は、塗布型のものを用いることが望ましい。
【００３２】
本発明のパターン形成装置は、上記の課題を解決するために、上記基板および上記天板の少なくとも一方が、シリコン、ガラス、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とすることを特徴としている。
【００３３】
シリコン、ガラス、酸化アルミニウムを主成分とした基板あるいは天板を使用した場合、環境変化による形状の変化が少なく、十分な剛性を有するパターン形成装置とできる。接合層はこの基板あるいは天板上に形成してもよいが、レーザービームもしくはイオンビームの照射により、基板あるいは天板自体の表面部分を溶融させて、基板あるいは天板の表面部分を接合層として利用することもできる。この場合、別の工程として接合層を形成する必要がなく、製造が簡単になり、さらに、基板および天板に接合層を形成しないので、より一層ノズルを精度よく形成できる。このとき、材料として使用するガラスは、より融点が低い方が望ましい。
【００３４】
本発明のパターン形成装置は、上記の課題を解決するために、上記基板および上記天板の、接合側の表面が、面粗さ０．１以下であることを特徴としている。
【００３５】
上記面粗さとは、面の凹凸の度合いを示すものである。上記基板および上記天板の、接合側の表面粗さの最大値を０．１以下とすることで、良好に接合が行われ、パターン形成装置の剛性が十分となり、また、ノズル形状精度が向上する。
【００３６】
本発明のパターン形成装置は、上記の課題を解決するために、上記ノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下であることを特徴としている。
【００３７】
ノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下であるパターン形成装置は、ノズルの精度の僅かな狂いがパターン形成に大きく影響するので、高精度なノズル形成が必要となる。上記のパターン形成装置の、高精度なノズルが形成できるという効果は、特にノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下のパターン形成装置において高い効果を発揮する。なお、インク吐出側の開口部の面積は、１０μｍ２以下のもので、より高い効果を発揮でき、５μｍ２以下のものではさらに高い効果を発揮できるといえる。
【００３８】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、凹部を有する基板の凹部形成面に天板を接合することで形成されるノズルから、インクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置の製造方法において、上記凹部を有する基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面を加熱により溶融することで、上記基板および上記天板を接合させる接合工程を有することを特徴としている。
【００３９】
上記方法は、上記凹部を有する基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面を加熱により溶融し、溶融した状態で、基板と天板とを密着させた後、接合層を固化することで基板および天板が接合される。接合の方法は、例えば上記基板および上記天板を重ね合わせて接合部分が溶融するように加熱処理する、あるいは接合面が溶融するように加熱処理してから圧接させた後、常温に戻すことで、接合層を固化させるなどの方法がある。
【００４０】
なお、ここで言う溶融とは、高温雰囲気下に置く、レーザービームあるいは、イオンビームを照射するなどの方法で、軟化あるいは活性化することで、密着により接合可能な状態にすることである。
【００４１】
これによれば、基板および天板が成形された後、その表面の一部が溶融することで接合の機能を果たすので、基板と天板とが成形されたほぼそのままの形状で直接に接合できる。すなわち、基板および天板の間に接着剤などの流動性の高い材料が塗布されることなく、接着剤がパターン形成装置のノズルの吐出開口部に回り込むことによる、基板および天板が成形された後のノズル開口部の形状変化が防がれる。よって、ノズルの吐出開口部の形状が高精度に形成でき、精度の高いパターン形成ができる。
【００４２】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、さらに、上記基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面に、接合層を形成する接合層形成工程を含むことを特徴としている。
【００４３】
これによれば、基板および天板の間に、基板あるいは天板とは別の材料の、溶融しやすい、接着機能に優れた材料の接合層を形成できるので、これを適切な条件で加熱処理することにより溶融し、基板と天板とを簡単に接合させることができる。このとき、加熱処理において、基板と天板とを重ね合わせたもの全体を加熱したとしても、接合層だけを溶融させることができる。なお、接合層の形成は、基板に凹部を形成した後に行ってもよく、接合層を形成してから凹部を形成しても構わない。
【００４４】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記接合層が上記基板および上記天板の、接合側の表面に形成され、接合層の一方が金を主成分とする層であり、他方が金、アルミニウム、あるいはスズから選ばれる金属を主成分とする層であることを特徴としている。
【００４５】
接合層を金属とする場合、金は特に溶融が容易であり、接合層の材料として適しているので、上記基板および上記天板の接合層が金を主成分とするのが好ましい。また、アルミニウムやスズも比較的溶融が容易であるので、一方の接合層が金を主成分とし、他方の接合層がアルミニウムまたはスズを主成分としても良好に接合を行うことができる。
【００４６】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記接合工程において、加熱処理と並行して、上記基板および上記天板に超音波を印加することを特徴としている。
【００４７】
このように、上記基板および上記天板に超音波を印加することで、基板あるいは天板の表面の溶融が促進され、より一層基板と天板との接合を行いやすくする。
【００４８】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記接合層が二酸化ケイ素を主成分とすることを特徴としている。
【００４９】
これによれば、二酸化ケイ素は溶融が容易であり、接着性に優れているので、良好な接合が可能となる。
【００５０】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記接合層が上記天板の接合側の表面に形成されることを特徴としている。
【００５１】
二酸化ケイ素は特に接着性に優れているので、例えば天板にのみ接合層を形成しても、十分に接合を行うことができる。したがって、基板表面は溶融されることなく接着できるので、より精度高くパターン形成装置のノズルを製造できる。
【００５２】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記基板および上記天板を圧接させながら、接合側の表面を加熱処理して溶融させることを特徴としている。
【００５３】
このように、上記基板および上記天板を圧接させながら、加熱処理を行うことにより、溶融した接合層において、基板と天板とが密着して、良好に接合する。
【００５４】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記接合工程において、上記基板と上記天板とを重ねあわせ、上記天板側から、上記基板の凹部形成面の凹部と凹部との間に向けて、レーザービームを照射することを特徴としている。
【００５５】
このように、上記凹部を有する基板と上記天板とを重ねあわせ、接合面にレーザーを照射することで、接合面のみに部分的に加熱処理を行え、基板及び天板に影響を与えることなく接合を行える。また、上記天板側から、上記基板の凹部形成面の凹部と凹部との間に向けてレーザーを照射することで、ノズル部分の形状に影響を与えることなく、良好に接合を行うことができる。
【００５６】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記天板が低融点ガラスであることを特徴としている。
【００５７】
このように、接合面にレーザーを照射するときに、天板を低融点ガラスとすることで、天板の接合側表面が溶融して、ノズルの形状に影響を与えることなく、良好に基板と天板とを接合できる。
【００５８】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記接合工程において、上記基板および上記天板の、接合側の表面にアルゴンのイオンビームを照射し、上記基板と上記天板とを圧接することを特徴としている。
【００５９】
このように、上記基板および上記天板の、接合側の表面にアルゴンのイオンビームを照射することで良好に、上記凹部を有する基板および上記天板の接合面が活性化される。この状態で上記基板と上記天板とを圧接することで、上記基板と上記天板とが良好に接合する。
【００６０】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記凹部を有する基板および上記天板の少なくとも一方が、シリコン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムの何れかを主成分とする基板であることを特徴としている。
【００６１】
これによれば、上記基板および上記天板の少なくとも一方が、シリコン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムの何れかを主成分とする基板であるため、アルゴンのイオンビーム照射により、接合面が良好に溶融し、上記凹部を有する基板および上記天板が接合できる。
【００６２】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面に金属性の薄膜を形成することを特徴としている。
【００６３】
このように、凹部を有する基板および天板の少なくとも一方の、接合側の表面に金属性の薄膜を形成することで、アルゴンのイオンビーム照射により、接合面が固相結合（共晶結合、拡散結合）するため、低い温度で結合することが可能であり、ノズル形状に影響の少ない接合が可能となる。よって、上記基板と上記天板とが良好に接合できる。
【００６４】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記ノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下であることを特徴としている。
【００６５】
ノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下であるパターン形成装置は、ノズルの精度の僅かな狂いがパターン形成に大きく影響するので、高精度なノズル形成が必要となる。したがって、上記のパターン形成装置の製造方法による、高精度なノズルが形成できるという効果は、特にノズルのインク吐出側の開口部の面積が５０μｍ２以下のパターン形成装置を製造する場合に高い効果を発揮する。
【００６６】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６７】
図１は本発明のパターン形成装置６０の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、パターン形成装置６０の組立前の部品を示す斜視図である。
【００６８】
図１に示すパターン形成装置６０は、ベース基板（基板）１と、天板２とを接合させてなり、要求にしたがってインクを吐出することによりパターンを形成する装置である。ベース基板１の接合面には、図２に示すように、インクを保持するためのインク共通室４を形成する凹部と、インク共通室４からインク吐出面へ貫通したノズルを形成する多数の溝状のインク流路３とが設けられており、インク流路３のインク吐出面における開口部がノズル開口部６となる。ベース基板１は、天板２と接合することで、インク共通室４がインクを保持可能な状態となり、インク流路３がインクを吐出するノズルとなる。また、天板２には、図示しないインク供給装置と、インク共通室４とを連結させて、インク共通室４にインクを供給するためのインク供給口５が形成されている。インク共通室４には、インク供給装置から供給されたインクが蓄えられ、要求にしたがってインク流路３、ノズル開口部６を介して吐出される。
【００６９】
次に、パターン形成装置６０の製造方法を、図３を用いて説明する。図３はパターン形成装置６０の吐出面付近の断面図である。
【００７０】
まず、ベース基板１を製造する方法について説明する。ベース基板１は、平板１’表面に上述のインク流路３、インク共通室４を形成するための凹部を形成し、表面にＡｕ薄膜８を形成することで製造される。平板１’としては、厚さ５００μｍの単結晶シリコンからなる平板を用いた。このときノズル開口部を形成するための凹部６’は、幅３μｍ、深さ３μｍとした。
【００７１】
上記凹部の形成方法としては、この平板１’の一方の面に感光性レジストを塗布し、所定のフォトマスクを介して露光、現像することにより、レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし、ドライエッチングにより平板１’にインク共通室４とインク流路３とノズル開口部６を形成するための凹部６’とを形成する（図３（ａ））。また、インク流路３は、凹部６’と同等の形状にエッチングされ、インク共通室４への繋ぎ目においては、インク共通室４方向へなだらかに広がるような形状とした。
【００７２】
なお、インク流路３および凹部６’の配列は、形成するパターンにより適時設定すればよいが、特に吐出を加圧方式で行う場合には、ノズル及びインク流路の流路抵抗を各々のノズル間で同等に設計することが望ましい。
【００７３】
次に、ノズル及びインク流路を備えた平板１’と、天板２とを貼り合せる工程を説明する。
【００７４】
上記平板１’の凹部６’を形成した面にスパッタにより０．１μｍ厚さのＡｕ薄膜（接合層）８を成膜することでベース基板１とする（図３（ｂ））。これにより、凹部６’にＡｕ薄膜８を成膜した凹部６が形成される。次いで、単結晶シリコンからなる厚さ５００μｍの平板２’の、ベース基板１との接合面に、スパッタにより０．１μｍ厚さのＡｕ薄膜（接合層）９を成膜して、天板２とする。そして、ベース基板１と天板２とのＡｕ薄膜８，９が形成された面同士を位置決めして圧接しながら、４００℃雰囲気下に１秒間置くことで、Ａｕ薄膜８，９を溶融させ、常温に戻すことで接合させる（図３（ｃ））。
【００７５】
本実施の形態によるインク流路３及びノズル開口部６の製造方法においては、接合部のＡｕ薄膜８，９はノズル開口部６の深さに比べて非常に薄く、ノズル開口部６の形状精度を損なうことなくベース基板１と天板２との接合を行うことができる。
【００７６】
このとき、ベース基板１及び天板２の接合面のうち、インク流路３の表面および天板２のノズルを形成する部分では、インクの吐出に影響を及ぼさない程度の粗さでとすることが望ましい。具体的には、面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）を０．１以下に抑えることが望ましい。なお、上記接合面の粗さは、レーザ顕微鏡により測定し、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に準拠している。
【００７７】
また、このようなインクの吐出に影響を及ぼさない程度の粗さであれば加熱処理により良好に接合が可能である。すなわち、ベース基板１及び天板２の接合面粗さを最大高さ（Ｒｍａｘ）を０．１以下に抑えることで、十分な剛性を有した装置が得られ、また精度の高いノズルを形成できると言える。
【００７８】
特にインクをインク供給部から加圧して吐出する方式や、ノズルの外部からインクを吸引して吐出する方式では、他の圧電駆動方式やバブルジェット方式に比べ、インク流路３及びノズル開口部６での剛性はあまり必要でなく、上記製造方法によって得られるパターン形成装置のノズル開口部の剛性で十分である。したがって、使用可能なパターン形成装置を製造するための製造条件を容易に設定することができる。
【００７９】
また、上記製造方法においては、ベース基板１と天板２との接合面の両方にＡｕ薄膜を形成し、加熱処理により溶融させて接合させたが、加熱と並行して超音波を印加してもよい。この場合、加熱条件を、１００℃雰囲気下にて、１秒程度としても十分な接合が可能であり、強度の高い接合が可能となる。
【００８０】
また、接合面に形成する金属薄膜は、両方をＡｕ薄膜とする方が好ましいが、どちらか一方について、他の金属薄膜、例えばＡｌもしくはＳｎ薄膜を形成してもよい。但し、この場合、Ａｕ薄膜同士を接合する場合と比べ、加熱温度を高くする必要があるとともに、接合強度も若干弱くなるため、使用するベース基板１の材料を加熱に強いものにしたり、吐出時にパターン形成装置に負担がかからないような吐出方式とする必要がある。特にＡｌ薄膜を使用する場合は、接合の際に加熱と並行して超音波を印加することが必須となる。
【００８１】
このようにして製造されたパターン形成装置６０では、所望の吐出データに基づいて、図示しないインク加圧供給装置によりインクが加圧供給される。供給されたインクは、インク供給部口５、インク共通室４、インク流路３、を介してノズル開口部６に導かれ、ノズル開口部６より吐出されて、パターンを形成する。
【００８２】
次に以上のパターン形成装置による、微細パターンの形成について説明する。
【００８３】
パターン被記録媒体としては、０．７ｍｍ厚のガラス基板を用い、ガラス基板は前洗浄を行った。また、インク供給装置にインクを供給した。そして、上記のパターン形成装置の吐出面に対向するように、上記ガラス基板を配置し、ガラス基板を、面内方向のノズル配列方向とは垂直な方向に、１ｉｎｃｈ／ｓｅｃの一定速度で走査させながら、パターン形成装置６０からインクを吐出させてストライプ形状のパターンを描画した。このとき、パターン形成装置のインクは、インク供給装置から供給され、ノズル開口部６から吐出された。そして、インクにより描画されたパターンを乾燥してパターンを形成した。
【００８４】
上記の方法と同様の方法で、ノズル開口部６形状として上記以外に、５μｍ角（開口面積２５μｍ２）、７μｍ角（開口面積４９μｍ２）の開口を有する５０個のインク流路及びノズル開口部６を形成し形状精度を確認した。これによれば、ノズル開口部６の深さと、接合部のＡｕ薄膜８，９の厚さとのアスペクト比が十分大きいため、いずれの場合のノズルにおいても形状精度は非常に高く±０．２μｍ以下のバラツキの加工が可能であった。これは、該ノズル寸法の１／１０以下のバラツキであり、断面積としては１／１００以下であるためノズル毎の吐出量のバラツキとして無視することが可能なレベルである。
【００８５】
このように、本実施の形態の方法により形成されたパターン形成装置は、吐出性能への影響のないレベルとすることが可能であり、その製造方法において凹部６６形成におけるフォトマスクの形状精度をきちんと管理することにより精度の高いノズル開口部を形成できる。
【００８６】
なお、本実施形態では、被記録媒体であるガラス基板は、パターン形成の前に前洗浄を行っただけであったが、使用するインクとの親和性を適度にする前処理もしくはコーティング処理を行うことにより、より細くかつバラツキの少ない線幅のパターンを形成できる。
【００８７】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００８８】
図４は、本発明のパターン形成装置の他の一実施形態を示す斜視図である。図４において、パターン形成装置３０は、ベース基板３１と、天板３２とを貼り合わせてなり、要求にしたがってインクを吐出することによりパターンを形成する装置である。ベース基板３１の貼りあわせ面には、ＳｉＯ２膜３７が形成されており、ＳｉＯ２膜３７がエッチングされて、インクを保持するためのインク共通室３４を形成する凹部と、ノズルを形成するインク共通室３４からインク吐出面へ貫通した多数の溝状のインク流路３３とが設けられている。なお、インク流路３３のインク吐出面における開口部がノズル開口部３６となる。
【００８９】
また、天板３２には、図示しないインク供給装置とインク共通室３４とを連結して、インク共通室３４にインクを供給するためのインク供給口３５が形成されている。このインク供給口３５は、インク共通室３４に向かって横断面が広がるように形成されている。インク供給室３４には、インク供給装置から供給されたインクが蓄えられ、要求にしたがってインク流路３３から吐出される。
【００９０】
次に、パターン形成装置３０の製造方法を説明する。
【００９１】
まず、ベース基板１を製造する方法について説明する。ベース基板１は、平板３８表面にＳｉＯ２膜３７を形成し、ＳｉＯ２膜３７に上述のインク流路３３、インク共通室３４をエッチングすることで製造された。
【００９２】
上記平板３８としては、厚さ５００μｍの単結晶シリコンを用い、平板上に厚さ３μｍのＳｉＯ２膜３７を形成した。そして、平板のＳｉＯ２膜３７形成面に感光性レジストを塗布し、所定のフォトマスクを介して露光、現像することにより、レジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし、ドライエッチングによりＳｉＯ２膜３７にインク共通室３４とインク流路３３とノズル開口部３６を形成した。
【００９３】
ノズル開口部３６は、幅３μｍ、深さ３μｍの開口になるようにエッチングされている。また、インク流路３３もノズル３６開口部と同等の形状にエッチングされ、インク共通室３４への繋ぎ目においては、インク共通室３４方向へなだらかに広がるような形状とする。エッチングの際には、ノズル開口部３６及びインク流路３３の深さをＳｉＯ２膜３７の厚さと同等にすることにより、エッチングの深さが平板３８表面までとなり、ノズル開口部３６の深さ寸法精度の向上を図っている。しかし、ノズル開口部３６及びインク流路３３の深さがＳｉＯ２膜３７の厚さより浅くても、あるいは深くても構わない。
【００９４】
そして、以上のようにして製造されたベース基板３１のエッチング面に、インク供給口３５を有する天板３２を貼り合わせることで、パターン形成装置３０を製造できる。貼り合せの方法は実施の形態１と同様である。
【００９５】
このようなパターン形成装置３０には、所望の吐出データに基づいて、図示しないインク加圧供給装置によりインクが加圧供給される。供給されたインクは、インク供給口３５、インク共通室３４、インク流路３３、を介してノズル開口部３６に導かれ、ノズル開口部３６より吐出されて、パターンを形成する。
【００９６】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００９７】
図５（ａ）は、本発明のパターン形成装置の他の一実施形態を示す斜視図である。本実施の形態のパターン形成装置は、ノズルを２段形成することにより多ノズル・ノズル高密度化を行った構成例である。図５（ａ）を元に多ノズル・高密度パターン形成装置４０の構成を説明する。
【００９８】
図５（ａ）において、パターン形成装置４０は、第１のベース基板１ｃ、第１の天板２ｃ、第２のベース基板１ａ、第２の天板２ａ、をこの順で貼り合わせてなり、要求にしたがってインクを吐出することによりパターンを形成する装置である。図５（ｂ）は、貼り合せる前の第２のベース基板１ａを示したものである。
【００９９】
これによれば、ベース基板１ａの天板２ａとの接合面には、エッチングにより、インクを保持するためのインク共通室４ａを形成する凹部と、インク共通室４ａと一体的に形成された、インク共通室４ａからインク吐出面へ貫通した多数の溝状のインク流路３ａと、インク共通室４ａへインクを供給するためのインク供給口５ａが形成される。なお、インク流路３ａのインク吐出面における開口部がノズル開口部６ａとなる。インク共通室４ａには、インク供給口５ａを介してインク供給装置から供給されたインクが蓄えられ要求にしたがってインク流路３ａから吐出される。
【０１００】
この、インク共通室４ａと、インク流路３ａと、インク供給口５ａと、ノズル開口部６ａと同様の形状の凹部は、ノズル開口部が一列に並ぶように、ベース基板１ａの天板１ａとの貼りあわせ面の他の部分に、複数個独立に形成されている。この別の凹部が、図５に示す、インク共通室４ｂ、インク流路３ｂ、ノズル開口部６ｂである。また、ベース基板１ｃも、天板１ｃとの接合面に、ベース基板１ａと同様の形状のエッチングをされている。
【０１０１】
上記ベース基板１ａ、１ｃは、それぞれ実施例１と同様の方法にて天板２ａ、２ｃと接合させる。そして、ベース基板１ａと天板２ｃとを、吐出面において、ノズル開口部６ａ，６ｃが各々千鳥に配列されるように、すなわち接合面と垂直な方向においてノズル開口部６ｃがノズル開口部６ａの間隔の真ん中に配置されるように積層する（図５（ａ））。
【０１０２】
本構成のようにインク供給室４ａ、４ｂを複数独立に設けることにより、インク供給口５ａ、５ｂよりノズル６ａ、６ｂまでの距離のバラツキを抑えるとともに、インク供給口５ａ、５ｂからインク流路３ａ、３ｂまでのインク共通室を通過する経路を短くすることによりインクの流路抵抗を全体的に低減することができる。また、インク供給口５ａ、５ｂをベース基板に設けるとともにインク流路と一体に形成することにより、天板形成の工程を減らすことができ、かつベース基板との位置決めを省略することができ、歩留まり等の向上が図れる。
【０１０３】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０４】
本実施の形態は、実施の形態１におけるベース基板１の別の製造方法であり、ベース基板を製造する時に、平板に金属薄膜を形成した後に凹部を形成する方法である。
【０１０５】
図６はノズル及びインク流路を平板に形成して、ベース基板６１を製造する工程および、ベース基板６１を天板６２とを貼り合せる工程を示している。
【０１０６】
まず、図６（ａ）に示すように、厚さ５００μｍの単結晶シリコンからなる平板６１’上に蒸着により０．１μｍ厚さのＡｕ薄膜６８を成膜する。そして、上記ベース基板６１’のＡｕ薄膜６８形成面に感光性レジストを塗布し、所定のフォトマスクを介して露光、現像することにより、レジストパターン１０を形成する（図６（ｂ））。次いで、このレジストパターン１０をマスクとし、ドライエッチングによりＡｕ薄膜６８にパターニングする（図６（ｃ））。次にレジストパターン１０を除去した後、パターニングされたＡｕ薄膜６８をマスクとして、平板６１’上に幅３μｍ、深さ３μｍのノズル開口部６６などをドライエッチングにより形成してベース基板６１とする（図６（ｄ））。次いで、単結晶シリコンからなる厚さ５００μｍの平板２’の、ベース基板６１との接合面にスパッタにより０．１μｍ厚さのＡｕ薄膜９を成膜して天板２とし、位置決めしながらベース基板６１と天板２を重ねて圧接し、１００℃雰囲気下に１秒間置いて、超音波印加を行うことにより接合する（図６（ｅ））。
【０１０７】
本実施の形態によるノズル開口部６６の製造方法においては、ベース基板６１のＡｕ薄膜６８を成膜した後にノズル開口部６６を形成するため、ノズル開口部６６の形状精度を損なうことがない。このため、ノズル開口部６６の形状精度の向上を図ることができる。また平板６１’にＡｕ薄膜６８を形成する場合、薄膜形成を凹凸のない平板６１’に対して行えるため、Ａｕ薄膜８の厚さ精度を向上させることが可能である。
【０１０８】
上記の方法と同様の方法で、ノズル開口部６６形状として上記以外に、５μｍ角（開口面積２５μｍ２）、７μｍ角（開口面積４９μｍ２）の開口を有する５０個のインク流路及びノズル開口部６６を形成し形状精度を確認した。これによれば、ノズル開口部６６の深さと、接合部のＡｕ薄膜６８，６９の厚さとのアスペクト比が十分大きいため、いずれの場合のノズルにおいても形状精度は非常に高く±０．２μｍ以下のバラツキの加工が可能であった。これは、該ノズル寸法の１／１０以下のバラツキであり、断面積としては１／１００以下であるためノズル毎の吐出量のバラツキとして無視することが可能なレベルである。
【０１０９】
このように、本実施の形態の方法により形成されたパターン形成装置は、吐出性能への影響のないレベルとすることが可能であり、その製造方法において凹部６６形成におけるフォトマスクの形状精度をきちんと管理することにより精度の高いノズル開口部を形成できる。
【０１１０】
〔実施の形態５〕
本発明の他の実施の形態について図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１１】
本実施の形態は、実施の形態１におけるベース基板１と同様の形状のベース基板７１と天板２と同様の形状の天板７２とを別の方法で貼り合せたものである。
【０１１２】
図７はノズル及びインク流路を備えたベース基板７１と、天板７２とを貼り合せる工程を示しており、この図を用いてベース基板７１と天板７２とを貼り合せる方法を説明する。
【０１１３】
まず、厚さ３００μｍのＡｌ２Ｏ３からなる平板上に幅７μｍ、深さ７μｍのノズル開口部７６を形成してベース基板７１とする。ノズル開口部７６の形成方法としては、実施の形態１と同様に、感光性レジストをマスクとして用いたエッチングにより行っている（図７（ａ））。次に単結晶シリコンからなる厚さ５００μｍの平板７２’の、ベース基板１との接合面にスピンコートにより１μｍ厚さの塗布型のＳｉＯ２膜１１を形成して、天板７２（図７（ｂ））とする。次いで、上記ベース基板７１のノズル開口部７６を形成した面にＳｉＯ２膜１１が重なるように、天板７２を位置決めしながらベース基板７１上に取付け、焼成することにより接合する（図７（ｃ））。
【０１１４】
本実施の形態によるインク流路及び微小なノズルの製造方法においては、接合部のＳｉＯ２膜１１の厚さは焼成後に０．１μｍ以下になるため、ノズル開口部７６の深さに比べても非常に薄く、ノズル開口部７６の形状精度を損なうことなくベース基板７１と天板７２の接合を行うことができる。
【０１１５】
ここで、ベース基板７１と天板７２の位置決め取り付け時には、該塗布型のＳｉＯ２膜１１がノズル開口部７６に流れ込む場合があるため、該取り付け時の圧接条件及び前記塗布型のＳｉＯ２膜１１の材料特性、特に粘度については注意する必要がある。本実施の形態においては、加圧をできるだけ低く設定するとともに、塗布型のＳｉＯ２膜１１の粘度はスピンコートでの均一塗布可能な範囲でできるだけ高く設定した。
【０１１６】
また、凹部に影響しない領域に該塗布型のＳｉＯ２膜１１の逃げ溝を設けるとより効果があるが、スピンコートでの塗布において厚さバラツキを生じる可能性が高くなるので、この場合は転写等の別の方法でＳｉＯ２膜１１を形成する必要がある。
【０１１７】
〔実施の形態６〕
本発明の他の実施の形態について図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１８】
本実施の形態は、実施の形態におけるベース基板１と同様の形状の凹部を有するベース基板８１と、天板２と同様の形状の天板８２とを別の方法で貼り合せたものである。
【０１１９】
図８はノズル及びインク流路を備えたベース基板８１と、天板８２とを貼り合せる工程を示しており、この図を用いてベース基板８１と天板８２とを貼り合せる方法を説明する。
【０１２０】
まず、厚さ５００μｍの単結晶シリコンからなる平板上に、幅１μｍ、深さ１μｍのノズル開口部８６を感光性レジストをマスクとして用いたドライエッチングにより形成する。また、天板８２としては、インク供給口を有する、厚さ２００μｍの低融点ガラス（融点約６００℃）を用い、ベース基板８１と天板８２とを位置決めして重ね合わせる（図８（ａ））。次にベース基板８１と天板８２との接合面に向けて、天板８２側のレーザー照射器から、ノズル開口部８６に影響を与えない領域にレーザーを照射する、すなわちノズル開口部８６が形成されていない天板８２に接する領域にのみレーザーを照射する。これにより、上記領域の天板８２を溶融し、天板８２とベース基板８１とを接合する（図８（ｂ））。
【０１２１】
本実施の形態によるインク流路及び微小なノズルの製造方法においては、接合は低融点ガラスの溶融により行われるため、ノズル開口部８６の形状精度を損なうことなくベース基板８１と天板８２との接合を行うことができる。ここで、天板８２の厚さは溶融時の熱損失を考慮すればできるだけ薄いほうがよく、好ましくは１００μｍ以下がよい。但し、天板８２を薄くすると剛性が低減する可能性があるため、天板８２を薄くする場合は、剛性が低くてもよい吐出方式を選定する必要がある。
【０１２２】
また、ベース基板８１としては、耐熱性の非常に高い材料が好ましい。また、天板８２の材料特性としては融点がより低いガラス材料が好ましく、低融点ガラスやモールド用ガラス等を用いることができる。
【０１２３】
〔実施の形態７〕
本発明の他の実施の形態について図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１２４】
本実施の形態は、ベース基板７１と、実施の形態１における天板２と同様の形状の天板９２とを別の方法で貼り合せたものである。
【０１２５】
図９はノズル及びインク流路を備えたベース基板７１と、天板９２とを貼り合せる工程を示しており、この図を用いてベース基板７１と天板９２とを貼り合せる方法を説明する。
【０１２６】
予めノズル開口部及びインク流路となる凹部（図示せず）が形成されている厚さ３００μｍのＡｌ２Ｏ３からなるベース基板７１を、真空チャンバ１３内の下基板保持台１４に取り付ける。そして、厚さ３００μｍのＡｌ２Ｏ３からなる天板９２を上基板保持台１５に取付ける。その後、真空チャンバ１３内を１×１０−７〜１０−８ｔｏｒｒの真空とし、該真空下でダクト弁１８を開放してエアーダクト１７よりアルゴンガスを注入する。真空チャンバ１３内が所定のアルゴンガス濃度に達したところで、ベース基板７１及び天板９２の接合面にアルゴンのイオンビーム２０を照射することにより、該接合表面を活性化する（図９（ａ））。
【０１２７】
上記接合表面の活性化後、すぐに前記上基板保持台１５のアーム１６を伸長することにより、天板９２を下基板保持台１４に取り付けたベース基板７１に圧接する。これにより、天板９２及びベース基板７１を接合する（図９（ｂ））。
【０１２８】
本実施形態によるインク流路及び微小なノズルの製造方法においては、接合は接合面の活性化のみにより行われるため、接合部に天板とベース基板以外の他の部材が存在せず、したがってノズル開口部の形状精度を損なうことなくベース基板７１と天板９２の接合を行うことができる。このため、特にノズル開口部の開口面積が１０μｍ２以下と非常に小さい場合でも、ノズル開口部の目詰まり等を起こすことなく、高精度にノズルを形成することが可能である。
【０１２９】
ここで、ノズル開口部の形状が１μｍ角（断面積約１μｍ２）、あるいは３μｍ角（断面積約９μｍ２）である、５０個のノズルを形成し形状精度を確認したところ、いずれの場合のノズルにおいても形状精度は非常に高く±０．１μｍ以下のバラツキの高精度の加工が可能であった。これは、該ノズル寸法の１／１０以下のバラツキであり、断面積としては１／１００以下であるためノズル毎の吐出量のバラツキとしてほぼ無視することが可能なレベルである。
【０１３０】
以上の実施の形態のように、ベース基板と天板との接合時に、ノズル形成において、吐出性能への影響のないレベルに均一なノズルとなるように、精度高く形成することにより、精度の高いパターン形成を行えるパターン形成装置の構成が可能となった。
【０１３１】
また、上記基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面に金属性の薄膜を形成すれば、イオンビームにより、固相結合（共晶結合、拡散結合）するため、融点より低い温度で結合することが可能であり、ノズル形状に影響の少ない接合が可能となる。
【０１３２】
以上のようなパターン形成装置により液晶表示装置の配線パターンを形成した場合、ノズルごとに吐出量が同等であるため配線幅及び配線厚さが均一で、配線抵抗が同等でかつ微細なパターンを形成できる。また、カラーフィルタにパターン形成装置を用いた場合にも、色抜け等の発生がなく、色むらが小さいパターンを形成することができる。
【０１３３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１３４】
また、上記各々の実施の形態において、天板とベース基板の材料の組み合わせは特定されるものではない。但し、加熱等の温度変化があるため天板とベース基板の線膨張係数はできるだけ近いものを用いることが好ましく、より具体的には、線膨張係数の差が２以下であることが望ましい。また、接合層、天板、ベース基板の材料は、Ａｕ、ＳｉＯ２等を材料とすることを記載しているが、これらの材料は主な成分として含んでいればよい。
【０１３５】
また、本発明のインク吐出方式は、加圧方式以外の、圧電駆動方式やバブルジェット方式、もしくは電界吐出方式等のインク加圧方式以外の吐出駆動方式を単独もしくは加圧方式に追加して用いることも可能である。また、インク吐出方式としてインクへ加圧する方式を用いるものは、微小ノズルからの吐出にかかる圧力を容易に制御できる一方、駆動源での吐出量の制限がほとんどないため、ノズル形状、特にノズル径が吐出量に大きく影響してしまうので、特に本発明の精度の高いノズル形状を形成できるという効果がより顕著にパターン形成性能に影響する。
【０１３６】
なお、上記のインク吐出方式のうち、圧電駆動方式又はバブルジェット方式を単独に用いる場合は、微小ノズルでの吐出抵抗を考慮すると振動子又は加熱素子はある程度のサイズが必要であり、インク流路の形状についてこれに応じた適当な設計が必要である。
【０１３７】
また、本発明は、以下の構成とすることもできる。
【０１３８】
ベース基板に形成した凹部と該ベース基板の凹部形成面に接合される天板により形成されるインクを吐出するためのノズル部の開口面積が５０μｍ２以下である微小ドット形成装置において、該ベース基板と天板間の接合面に接着剤を有さないことを特徴とする第１の微小ドット形成装置。
【０１３９】
第１の微小ドット形成装置において、ベース基板及び天板はシリコン基板、ガラス又はＳｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３であることを特徴とする第２の微小ドット形成装置。
【０１４０】
第１または第２の微小ドット形成装置において、ベース基板及び天板の少なくとも接合面の面粗さを最大高さＲｍａｘ０．１以下とすることを特徴とする微小ドット形成装置。
【０１４１】
ベース基板に形成した凹部と該ベース基板の凹部形成面に接合される天板により形成されるインクを吐出するためのノズル部の開口面積が５０μｍ２以下である微小ドット形成装置の製造方法において、前記ベース基板に凹部を形成する工程と、該ベース基板と天板の基板との接合面の少なくとも一方の面にＡｕと他方の面にＡｕもしくはＡｌ又はＳｎの金属薄膜を形成する工程と、上記金属薄膜が形成されたベース基板及び天板を位置決め圧接した状態で加熱接合する工程とを有する第１の微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４２】
加熱接合時に超音波を印加することを特徴とする第１の微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４３】
ベース基板に形成した凹部と該ベース基板の凹部形成面に接合される天板により形成されるインクを吐出するためのノズル部の開口面積が５０μｍ２以下である微小ドット形成装置の製造方法において、前記ベース基板に凹部を形成する工程と、該ベース基板の凹部形成面又は天板の少なくとも一方に塗布型のＳｉＯ２を形成する工程と、塗布型のＳｉＯ２が少なくとも一方に形成されたベース基板及び天板を位置決め圧接した状態で焼成し接合する工程とを有する第２の微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４４】
第２の微小ドット形成装置の製造方法において、塗布型のＳｉＯ２を天板側のみに形成することを特徴とする微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４５】
ベース基板に形成した凹部と該ベース基板の凹部形成面に接合される天板により形成されるインクを吐出するためのノズル部の開口面積が５０μｍ２以下である微小ドット形成装置の製造方法において、前記ベース基板に凹部を形成する工程と、低融点ガラスからなる天板をベース基板に位置決め取付けする工程と、
上記天板側からレーザーを照射し前記ベース基板の凹部以外の部分を溶着接合する工程とを有する微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４６】
ベース基板に形成した凹部と該ベース基板の凹部形成面に接合される天板により形成されるインクを吐出するためのノズル部の開口面積が５０μｍ２以下である微小ドット形成装置の製造方法において、シリコン基板又はＳｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３からなる前記ベース基板に凹部を形成する工程と、シリコン基板又はＳｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３からなる天板と上記ベース基板の各々の接合面にアルゴンのイオンビームを照射する工程と、上記イオンビーム照射後直ぐにベース基板及び天板を位置決め圧接することにより接合する工程とを有する第３の微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４７】
ベース基板及び天板の少なくとも一方の接合面に金属膜を形成することを特徴とする第３の微小ドット形成装置の製造方法。
【０１４８】
【発明の効果】
本発明のパターン形成装置は、以上のように、ノズルからインクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置において、上記ノズルが、凹部を有する基板の凹部形成面に天板を接合することで形成されており、上記基板および上記天板の少なくとも一方の接合側の表面に設けられた接合層が溶融されることにより、上記基板と上記天板とが接合された構成である。
【０１４９】
これによれば、基板および天板が成形された後、基板と天板とが成形されたほぼそのままの形状で直接に接合できる。よって、ノズルの吐出開口部の形状が高精度に形成でき、精度の高いパターン形成ができる。このパターン形成装置により液晶表示装置の配線パターンを形成した場合、ノズルごとに吐出量が同等であるため配線幅及び配線厚さが均一で、配線抵抗が同等でかつ微細なパターンを形成できた。また、カラーフィルタにパターン形成装置を用いた場合にも、色抜け等の発生がなく、色むらが小さいパターンを形成することができた。
【０１５０】
本発明のパターン形成装置は、以上のように、上記接合層が、金属あるいは二酸化ケイ素を主成分としている構成である。
【０１５１】
金属、二酸化ケイ素は、薄膜形成が容易であり、加熱処理により適度に溶融させることができるので、接合層の材料として適している。したがって、精度の高いパターン形成が行える。
【０１５２】
本発明のパターン形成装置は、以上のように、上記基板および上記天板の少なくとも一方が、シリコン、ガラス、酸化アルミニウムを主成分としている構成である。
【０１５３】
シリコン、ガラス、酸化アルミニウムを主成分とした基板あるいは天板を使用した場合、環境変化による形状の変化が少なく、十分な剛性を有するパターン形成装置とできる。接合層はこの基板あるいは天板上に形成してもよいが、レーザービームもしくはイオンビームの照射により、基板あるいは天板自体の表面部分を溶融させ、基板あるいは天板の表面部分を接合層として利用することができる。この場合、別の工程として接合層を形成する必要がなく、製造が簡単になり、さらに、基板および天板に接合層を形成しないので、より一層ノズルを精度よく形成できる。
【０１５４】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、以上のように、凹部を有する基板の凹部形成面に天板を接合することで形成されるノズルから、インクを吐出してパターンを形成するパターン形成装置の製造方法において、上記凹部を有する基板および上記天板の少なくとも一方の、接合側の表面を加熱により溶融することで、上記基板および上記天板を接合させる接合工程を有する構成である。
【０１５５】
これによれば、基板および天板が成形された後、基板と天板とが成形されたそのままの形状で接合できる。よって、ノズルの吐出開口部の形状が高精度に形成でき、精度の高いパターン形成ができる。
【０１５６】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、以上のように、上記接合工程において、上記基板と上記天板とを重ねあわせ、上記天板側から、上記基板の凹部形成面の凹部と凹部との間に向けて、レーザーを照射する方法である。
【０１５７】
このように、上記凹部を有する基板と上記天板とを重ねあわせ、接合面にレーザーを照射することで、接合面のみに部分的に加熱処理を行え、基板及び天板に影響を与えることなく接合を行える。また、上記天板側から、上記凹部を有する基板の凹部形成面の凹部と凹部との間に向けてレーザーを照射することで、ノズル部分の形状に影響を与えることなく、良好に接合を行うことができる。
【０１５８】
本発明のパターン形成装置の製造方法は、以上のように、上記接合工程において、上記基板および上記天板の、接合側の表面にアルゴンのイオンビームを照射し、上記基板および上記天板とを圧接する方法である。
【０１５９】
これによれば、上記基板および上記天板の、接合側の表面にアルゴンのイオンビームを照射することで良好に、上記基板および上記天板の接合面が活性化する。この状態で上記基板および上記天板とを圧接することで、上記基板および上記天板が接合する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るパターン形成装置を示す斜視図である。
【図２】上記の図１のパターン形成装置の部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るパターン形成装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の一形態に係るパターン形成装置を示す斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の一形態に係るパターン形成装置を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施の一形態に係るパターン形成装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の一形態に係るパターン形成装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の一形態に係るパターン形成装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施の一形態に係るパターン形成装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】従来のパターン形成装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１    ベース基板（基板）
２    天板
３    インク流路
４    インク共通室
５    インク供給口
６    ノズル開口部
８    Ａｕ膜（接合層）
９    Ａｕ膜（接合層）
１１    ＳｉＯ２膜（接合層）
【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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