(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドから吐出された液滴を受ける基板と、前記インクジェットヘッドのノズル孔又はその周辺から前記基板に向けて光を照射又は反射する装置と、前記インクジェットヘッドと前記基板との相対的な位置を制御する位置移動装置と、前記インクジェットヘッドからの液体を吐出する制御装置とを含む液滴配置装置であって、
前記インクジェットヘッドから見て前記基板の後方に、前記インクジェットヘッドの位置を認識する受光素子を配置し、
前記基板は少なくとも前記ノズル孔又はその周辺から前記基板に向けた照射光又は反射光が受光素子に入る程度の透明度があり、
前記受光素子は、前記ノズル孔又はその周辺から前記基板に向けた照射光又は反射光を検知し、
前記インクジェットヘッドは、液体を吐出するノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段を備え、
前記ノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段は、
前記ノズル孔と、前記液体をノズルから吐出するために圧力を発生させる圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する流路と、前記液体を貯蔵する容器と、前記容器から前記流路まで前記液体を輸送するための管を含み、
前記液体が接触する表面は光を反射する材料から構成されており、かつ、前記容器内に光源を入射して前記ノズル孔まで導く、液滴配置装置。
【請求項２】
前記基板の移動に応じて、前記受光素子も前記基板と一体となって移動する手段をさらに含む請求項１に記載の液滴配置装置。
【請求項３】
前記基板と前記受光素子の間に光に対して半透明な反射板を置き、
前記基板の面に平行な光を前記反射板に入射させる光源を設置し、
前記入射光の一部を前記インクジェットヘッドの方向に反射し、前記インクジェットヘッドから反射される光の一部を前記受光素子側に透過するように前記反射板を調整して配置する請求項１に記載の液滴配置装置。
【請求項４】
前記基板は、ガラス又は樹脂である請求項１に記載の液滴配置装置。
【請求項５】
前記インクジェットヘッドは、圧電素子を使用した振動により液体を吐出するヘッド、又は熱作用による気泡発生により液体を吐出するヘッドである請求項１に記載の液滴配置装置。
【請求項６】
インクジェットヘッドから液体を吐出して基板表面に前記液体を配置する方法であって、
前記インクジェットヘッドの液体吐出側に受光素子を配置し、さらに、前記インクジェットヘッドと前記受光素子の間に前記基板を配置し、前記液体を吐出する前に前記受光素子によって前記インクジェットヘッドの位置を測定し、前記測定した情報に基づき前記インクジェットヘッドと前記基板との相対的な位置を定め、前記液体を前記基板に配置し、
前記インクジェットヘッドは、液体を吐出するノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段を備え、
前記ノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段は、
前記ノズル孔と、前記液体をノズルから吐出するために圧力を発生させる圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する流路と、前記液体を貯蔵する容器と、前記容器から前記流路まで前記液体を輸送するための管を含み、
前記液体が接触する表面は光を反射する材料から構成されており、かつ、前記容器内に光源を入射して前記ノズル孔まで導く、液滴配置方法。
【請求項７】
前記基板の移動に応じて、前記受光素子も前記基板と一体となって移動する手段をさらに含む請求項６に記載の液滴配置方法。
【請求項８】
前記基板と前記受光素子の間に光に対して半透明な反射板を置き、
前記基板の面に平行な光を前記反射板に入射させる光源を設置し、
前記入射光の一部を前記インクジェットヘッドの方向に反射し、前記インクジェットヘッドから反射される光の一部を前記受光素子側に透過するように前記反射板を調整して配置する請求項６に記載の液滴配置方法。
【請求項９】
前記基板は、ガラス又は樹脂である請求項６に記載の液滴配置方法。
【請求項１０】
前記インクジェットヘッドは、圧電素子を使用した振動により液体を吐出するヘッド、又は熱作用による気泡発生により液体を吐出するヘッドである請求項６に記載の液滴配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットを用いた液体配置装置及び液体配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット式プリンタは、文字や画像の印刷機として広く利用される一方、電子デバイスやデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）チップの作製装置としても利用されつつある。ここで、電子デバイスとは、電子の流れや蓄積を利用して、演算、情報の蓄積と伝搬、表示等を行う素子やその集合体をいう。これらの例として、電気回路、これらを構成する配線、電極、抵抗体、コンデンサ、半導体素子などがある。
【０００３】
以下、インクジェット式プリンタの概要と、インクジェット式プリンタによる電子デバイス作製例について説明する。インクジェット式プリンタにおける印刷の仕組みは、平板（以下「ノズル板」という。）上に開けられた直径数十μｍの多数の貫通孔（以下「ノズル孔」という。）からそれぞれ数ピコリットルのインクを紙などの印字体に向けて吐出し、吐出したインクを印字体の所定の位置に配置することである。インクを記録媒体の所定の位置に配置するために、ノズル板と印字体の位置を機械的に動かしてこれらの相対的な位置を制御しながらインクを吐出する。このように、ノズル板のノズル孔から液体（液滴ともいう）を吐出して基材の所定の位置に配置する方法をインクジェット法という。また、ノズル孔から液体を吐出する機構を備えた装置をインクジェットヘッドという。インクジェットヘッドは、ノズル板、ノズル板を貫通しているノズル孔、ノズル板の液体吐出面と反対の面に接し、ノズル孔に通じている圧力室、圧力室に圧力を発生させる機構を備えている。そして、圧力室に圧力を加えることにより圧力室内に保持されている液体をノズル孔からノズル板の外に向かって吐出する。
【０００４】
図１０は、インクジェット式プリンタの全体の概略図である。図１０のインクジェット式プリンタ１００は、圧電素子の圧電効果を利用して記録を行うインクジェットヘッド１０１を備え、このインクジェットヘッドから吐出したインク滴を紙などの記録媒体１０２に着弾させて記録媒体に記録を行うものである。インクジェットヘッドは、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ１０４に搭載されていて、キャリッジ１０４がキャリッジ軸１０３に沿って往復運動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復運動する。さらに、インクジェット式プリンタは、記録媒体をインクジェットヘッド１０１の幅方向（Ｘ方向）と垂直方向の副走査方向Ｙに、相対的に移動させる複数個のローラ（移動手段）１０５を備える。インクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル孔を備えたノズル板と、ノズルからインク吐出させる駆動部分、及びノズルにインクを供給する部分から構成されている。
【０００５】
図１１Ａ−Ｃは、インクジェットヘッドの構造の一例を示している。図１１Ａは、ノズル孔１２１とその近傍の断面図である。ノズル孔は圧力室１１３に通じており、圧力室１１３上部には振動板１１２と圧電素子１１１が形成されている。圧力室１１３にはインクが満たされており、インクはインク流路１１５からインク供給穴１１４を通って供給される。圧電素子１１１に電圧を印可すると圧電素子１１１と振動板１１２がたわみ、圧力室１１３の圧力が上がってノズル孔１２１からインクが吐出する。インク１１８がノズル孔１２１から一定の方向に吐出されるように、ノズル板１１６表面は撥水処理がほどこされている。圧力室１１３の圧力を上げるために、インク室内に気泡を発生させる方法を用いる場合もある（バブルジェット（登録商標）法）。図１１Ｂは、図１１ＡのＩ−Ｉ線で切断した模式的立体透視図である。ここでは、約２個のノズル孔近傍の構造のみを示しているが、実際は、これと同じ構造のものが多数一列に並んでいる。図では、左側の圧電素子１１７と振動板１１２がたわんでノズル孔１２１からインク１１８が矢印１１９の方向に吐出されている様子を示している。なお、図から分かるように、それぞれのノズル孔に対して一個の圧力室１１３と圧電素子１１７が割り当てられているが、インクを供給するインク流路１１５は多数個のノズル孔に対して共通であり、インクは、流路からそれぞれの圧力室１１３に開けられたインク供給穴１１４を通して供給される。図１１Ｃは、ノズル板上部から見た平面図である。この例では、間隔が約３４０μｍ幅で左右一列に４０個並んだノズル孔１２１が上下２列ある。図中、それぞれのノズルを囲む線１２０はノズル板の向こう側にある圧電素子の形、破線１２４はインク流路の形を示している。一つのインク流路から左右に４０個並んだノズル孔へインクが供給されるので、左右４０個のノズル孔からは同一色のインクが吐出されることになる。１２２は基材の送り方向、１２３はノズルが２列に配置している状態を示す。
【０００６】
インクジェット式プリンタを電子デバイス作製装置として利用した代表例を以下に示す。インクジェット法により金属コロイドをプリント基板上に描画することにより、プリント基板に導線の回路パターンを形成した例がある（下記非特許文献１）。通常、プリント基板に導線回路パターンを形成するためには、あらかじめ基板に金属膜を形成した後フォトリソ法により導線回路パターン形成するか、もしくは、レジスト膜で回路のネガパターンを基板上に形成後レジストの存在しない領域にメッキ法で導線回路パターンを形成後レジストを除去する方法が用いられている。インクジェット法を用いる利点は、手間のかかるフォトリソ工程を経ずに直接プリント基板に回路を形成できることである。このため、回路形成が短時間となり製造コストを大幅に下げることができる。さらに、フォトリソ法では作製する回路に対応したフォトマスク（版）が必要であるため、少量多品種の回路の生産や、様々な回路の試作を行う場合、大量のフォトマスクを作製する必要があり、時間とコストが増大する。これに対して、インクジェット法ではフォトマスクが必要でないため、少量多品種回路生産や、回路の試作に適している。
【０００７】
また、機能性有機分子をインクジェット法により基板に描画することにより、電界効果トランジスタ（下記非特許文献２）、エレクトロルミネッセンスを利用したディスプレイ（下記非特許文献３）、マイクロレンズアレイ（下記非特許文献４）などを形成した例がある。基板上に形成した機能性有機分子薄膜は、レジストの現像液や剥離液に曝されると基材から剥離したり電気特性が劣化したりする傾向があり、通常のフォトリソ工程でパターンを形成することが困難である。インクジェット法は、機能性有機分子の特性を劣化させることなく簡単にパターン形成できるため、有機分子を用いた電子デバイスの作製方法として有望視されている。
【０００８】
また、近年、人の体質、病気の診断、薬の効き方などを遺伝子のレベルから調べるための手段として、ＤＮＡチップが広く用いられている。ＤＮＡチップとは、数千〜数万種類のＤＮＡ断片や合成オリゴヌクレオチド（以下、これらを「ＤＮＡプローブ」という。）をそれぞれ、数センチメートル四方のガラス基板やシリコン基板などの所定の位置に固定したものであり、たくさんの遺伝子の発現の様子を同時に測定したり特定の遺伝子が存在するかどうかを調べたりする目的に使用される。このＤＮＡチップをインクジェット法で作製する方法が提案されている。すなわち、ＤＮＡプローブの溶解した液体をインクジェット法で基材の所定の位置に配置することで、簡便に低コストでＤＮＡチップを形成することが可能となる（下記特許文献１）。
【０００９】
インクジェット法で電子デバイスやＤＮＡチップを作製するためには、液滴を基板の所定の位置に正確に配置する必要がある。一般的には、インクジェットヘッドと基板との初期の位置を定めておき、あらかじめ決められた量だけヘッドと基材の相対位置をずらしながら液滴を吐出することによって、液体を基板の所定の位置に配置する。描きたい液滴のパターンが数百μｍ程度ならば、この方法で正確に描画できる。しかし、インクジェットヘッドと基板の初期の位置や移動量は基板の固定の仕方、温度変化による基材の熱膨張の影響を受けてμｍの範囲でばらつくため、上記方法でμｍ〜数十μｍのパターンを描画することは困難である。
【００１０】
また、インクジェットヘッドを用いた液体吐出において、まれにではあるが、ノズル孔が詰まり液体が吐出しない場合がある。再現性良く電子デバイスやＤＮＡチップを作製するためには液滴がきちんと吐出しているかどうかを検出することも重要である。
【００１１】
下記特許文献２では、反応物質を検出部の特定の位置に固定化することのできるスポッティング装置が提案されている。この特許では、液滴を配置する基板の上方斜めに設置された視覚カメラによって、基板の位置を認識することにより、基板に正確に液体を配置する。
【００１２】
また、下記特許文献３では、ＤＮＡプローブ溶液を吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドと、前記ヘッドに所定のノズルから液体を吐出する駆動信号を発生させる手段を備えるＤＮＡプローブ溶液吐出装置について提案されており、前記ノズルから吐出される溶液に向けて投光する投光手段と前記投光手段から光を受光する受光手段を有することを特徴としている。出射する光の方向は、インクジェットヘッド吐出面と平行であり、ヘッドから吐出された液体に当たって反射した光を受光することにより、溶液が正常に吐出されているかどうかを調べる。
【００１３】
また、下記特許文献４では、基板上の画素にインクジェット法により液相の有機材料を吐出して有機層を形成するに際して、（ａ）あらかじめ基板上に画像認識パターンを形成し、（ｂ）前記画像認識パターンを画像認識装置によって認識することにより基板又は画素の位置情報を得、（ｃ）前記基板又は画素の位置情報に基づいて、インクジェットヘッド及び基板又は画素の位置合わせと、液相有機材料を吐出するタイミングを制御することからなる有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法が提案されている。この文献では、画素認識装置は、インクジェットヘッドに対して基板の裏面側に固定して配置されており、透明又は半透明な基板を通して画像認識パターンを認識する方法が示されている。この従来例では、画像認識装置の基板に対する配置位置や画像を認識するために必要とされる照明光については開示されていない。
【００１４】
本発明者らのこれまでの検討結果から、数百μｍ以下の微細な液滴パターンを基板に配置するためには、吐出口と基板との間隔を１ｍｍ以下にする必要があることが分かっている。この間隔が大きいと、吐出口から出た液体が基板に付着する間に空気の対流の影響を受け飛翔の方向が変わってしまうからである。さらに、間隔が大きいと、微小な液滴が基板に付着する前に揮発してしまうこともある。
【００１５】
特許文献２で示された装置では、視覚カメラが基板斜め上方に配置されているため、吐出口と基材の間隔が１ｍｍ以下になると吐出口直下の基板の位置が見えにくくなる。特に、ノズル板上に吐出口が高い密度で配置されたインクジェットヘッドの場合、ノズル板中心付近にあるノズル孔直下の基材の位置は、ノズル板端の陰になり視覚カメラで検出することは不可能となる。
【００１６】
同様に、特許文献３で示された装置では、ヘッドに平行な光を照射する必要があるため、ヘッドと基板との間隔が短くなると光をこの間に入射することが困難となる。
【００１７】
特許文献４では、視覚カメラがインクジェットヘッドに対して基板の裏側に配置されているので、インクジェットヘッドと基板の間隔が小さくなっても液滴を配置すべき基板の領域を観察することが可能である。ところで、視覚カメラでインクジェットヘッドや基板の位置を認識するためには、光源を用いて、インクジェットヘッドや基板に光を当て、これから反射した光を視覚カメラに入射させる必要があるが、特許文献４では、光源の配置をどうするかについては開示がなされていない。一般的には、視覚カメラと基板との間に光源を置く方法が用いられている。しかし、この方法では、光源を配置するために基板と視覚カメラの距離を離す必要があり、認識すべき基板の領域がμｍ程度の場合、この微小領域を視覚カメラでとらえるためには、大がかりな光学系が必要となるので、装置全体が大きなものとなってしまう。このため、視覚カメラの位置は、固定せざるを得なくなる。特許文献３でも視覚カメラは固定されていた。基板やインクジェットヘッドのどちらか一方のみが移動する場合、基板とインクジェットヘッドの相対的な位置関係は、視覚カメラから得た情報をもとに演算処理回路を用いて簡単に導出できる。一方、インクジェット法で電子デバイスを量産するには、液滴配置の速度を高める必要があるので、多数のノズル孔から液滴を同時に吐出しながらインクジェットヘッドと基板を同時に移動させることが必須となる。この場合、視覚カメラと基板、及び視覚カメラと多数のノズル孔の相対的な位置関係が刻一刻と変化するため、基板とインクジェットヘッドとの相対位置関係を導出するためには、演算処理回路が大がかりになる。これらの結果、特許文献４の液滴配置装置は光学系と演算処理回路が大がかかりとなり、装置の値段も高くなるという課題があった。
【特許文献１】米国特許5,658,802号明細書
【特許文献２】特開2003-98172号公報
【特許文献３】特開2002-253200号公報
【特許文献４】特開2001-284047号公報
【非特許文献１】G.G.Rozenberg, Applied Physics Letters,81巻,2002年,P5249−5251
【非特許文献２】H.Sirringhausら, Science,2000年,290巻,P2123−2126
【非特許文献３】J. Bharathanら, Applied Physics Letters, vol.72,1998年,P2660-2662
【非特許文献４】T.R.Hebnerら, Applied Physics Letters, vol.72,1998年,P519-521
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、インクジェットヘッドと基板との距離が短くてもインクジェットヘッドと基材との相対的な位置を正確に調整し、さらに、液滴の吐出の状態を観察できる液滴配置装置を提供する。さらに、液滴を基板に正確に配置するための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の液滴配置装置は、インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドから吐出された液滴を受ける基板と、前記インクジェットヘッドのノズル孔又はその周辺から前記基板に向けて光を照射又は反射する装置と、前記インクジェットヘッドと前記基板との相対的な位置を制御する位置移動装置と、前記インクジェットヘッドからの液体を吐出する制御装置とを含む液滴配置装置であって、前記インクジェットヘッドから見て前記基板の後方に、前記インクジェットヘッドの位置を認識する受光素子を配置し、前記基板は少なくとも前記ノズル孔又はその周辺から前記基板に向けた照射光又は反射光が受光素子に入る程度の透明度があり、前記受光素子は、前記ノズル孔又はその周辺から前記基板に向けた照射光又は反射光を検知し、前記インクジェットヘッドは、液体を吐出するノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段を備え、前記ノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段は、前記ノズル孔と、前記液体をノズルから吐出するために圧力を発生させる圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する流路と、前記液体を貯蔵する容器と、前記容器から前記流路まで前記液体を輸送するための管を含み、前記液体が接触する表面は光を反射する材料から構成されており、かつ、前記容器内に光源を入射して前記ノズル孔まで導くことを特徴とする。
【００２０】
本発明の液滴配置方法は、インクジェットヘッドから液体を吐出して基板表面に前記液体を配置する方法であって、前記インクジェットヘッドの液体吐出側に受光素子を配置し、さらに、前記インクジェットヘッドと前記受光素子の間に前記基板を配置し、前記液体を吐出する前に前記受光素子によって前記インクジェットヘッドの位置を測定し、前記測定した情報に基づき前記インクジェットヘッドと前記基板との相対的な位置を定め、前記液体を前記基板に配置し、前記インクジェットヘッドは、液体を吐出するノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段を備え、前記ノズル孔内から前記基板に向けて光を照射する手段は、前記ノズル孔と、前記液体をノズルから吐出するために圧力を発生させる圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する流路と、前記液体を貯蔵する容器と、前記容器から前記流路まで前記液体を輸送するための管を含み、前記液体が接触する表面は光を反射する材料から構成されており、かつ、前記容器内に光源を入射して前記ノズル孔まで導くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の液滴移動装置を用いれば、電子デバイスや高密度のDNAチップを正確に作製することができる。さらに、光学系やインクジェットヘッドと基板の相対的な位置導出するための演算回路が簡単ですむので、装置の小型化や低価格化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の液滴配置装置は、インクジェットヘッドから見て前記基板の後方に存在し、前記インクジェットヘッドの位置を認識する受光素子を含む。また、前記基板は少なくとも前記インクジェットヘッドのノズル孔又はその周辺から前記基板に向けた照射光又は反射光が受光素子に入る程度の透明度を有する。透明度は高いほど好ましいが、半透明であっても差し支えない。前記ノズル孔又はその周辺から前記基板に向けた照射光又は反射光を受光素子が検知できる程度の透明性があればよい。基板としては、ガラス基板、又はポリエステルフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、アクリル樹脂基板、ポリオレフィン基板等の透明樹脂を使用するのが好ましい。
【００２３】
基板は別に設けた固定台に固定してもよい。前記固定台が移動する場合、前記受光素子も前記固定台と一体となって移動することが好ましい。
【００２４】
また、この液滴配置装置においては、前記固定台と前記受光素子の間に光に対して半透明な反射板が設けられ、前記固定台に固定された基板の面に平行な光が前記反射板に入射するように光源が配置され、前記反射板の配置が、前記入射光の一部を前記インクジェットヘッドの方向に反射し、かつ、前記インクジェットヘッドから放射される光の一部を前記受光素子側に透過するように調整されていることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の液滴配置装置においては、前記インクジェットヘッドが、液体を吐出するノズル孔、前記液体をノズルから吐出するために圧力を発生させる圧力室、前記圧力室に前記液体を供給する流路、前記液体を貯蔵する容器、前記容器から前記流路まで前記液体を輸送するための管から構成され、前記インクジェットヘッドにおいて前記液体が接触する表面が光を反射する材料から構成されており、かつ、前記容器内に光源を入射する仕組みが備わっていることが好ましい。
【００２６】
また本発明の基板に液滴を配置する方法は、インクジェットヘッドから液体を吐出して基板表面に前記液体を配置する方法であって、前記インクジェットヘッドの液体吐出側に受光素子を配置し、さらに、前記インクジェットヘッドと前記受光素子の間に前記基板を配置し、前記液体を吐出する前に前記受光素子によって前記インクジェットヘッドの位置を測定し、前記測定した情報に基づき前記インクジェットヘッドと前記基板との相対的な位置を定め、前記液体を前記基板に配置する。
【００２７】
（実施形態１）
図１は、本発明の液体配置装置の一例を示した模式図である。インクジェットヘッド１から液滴２が基板１３に向かって矢印３のように吐出され、固定基板１３の所定の位置に液滴２が配置される。インクジェットヘッド１はキャリッジ４に固定され、キャリッジ４はキャリッジ軸５に沿ってX軸方向に移動する。吐出制御回路９は、インクジェットヘッド１から液滴２を吐出するタイミング、液滴２の大きさ、初速度、１秒当たり吐出する液滴２の数を制御する。基板１３は受光素子６の真上に配置されており、基板１３と受光素子６は、キャリッジ軸８に沿って動く移動ステージ７によってY軸方向に一体となって移動する。基板１３は、光透過性を持つ材料が望ましい。キャリッジ軸８と移動ステージ７はそれぞれ、位置制御回路１０によって制御されながら動く。受光素子６に入射する光の強度と入射位置の情報は、受光素子信号処理回路１１により入る。
【００２８】
後に説明する図２のように、液滴を吐出するノズル孔やその周辺から放射した光が受光素子に入射する機構があるので、図１に示すインクジェットヘッド１と受光素子６との位置関係、及び、この光を利用して基板１３と受光素子６との位置関係が分かる。さらにこれらの二つの情報から、インクジェットヘッドと基板との位置関係が分かる。本実施例では、ノズル孔やその周辺から光が受光素子に向けて放射する機構が備わっているので、受光素子６と基板１３との間に光源を入れるための大きな隙間をもうける必要が無く、基板１３と受光素子６の間隔を小さくでき、大がかりな光学系が不要となる。このため、基板１３と受光素子６を一体化して動かすことが可能となる。この結果、インクジェットヘッド１と基板１３が同時に移動しても、これら両者の相対位置関係は簡単な演算回路を利用して導出することが可能となる。
【００２９】
位置制御回路１０、受光素子信号処理回路１１、及び吐出制御回路９は、コンピュータ１２が統括制御する。この結果、受光素子６でインクジェットヘッド１と基板１３との位置関係を調べ、この情報をもとにしてインクジェットヘッド１と基板１３を移動させて所定の位置に配置し、液滴２を吐出することによって基板１３の所定の位置に液滴２を正確に配置することができる。また、受光素子６により、ノズル孔から吐出される液滴２を観察できるので、液滴２の吐出状態を調べることが可能となる。
【００３０】
本発明でいう、受光素子６とは、光を感受する光センサが二次元平面内に配列されたものをいい、それぞれのセンサに入射する光の強度を測定する。代表的なものとして、荷電結合素子（ＣＣＤ）型撮像素子や金属酸化物半導体（ＭＯＳ）型撮像素子がある。
【００３１】
図２は、図１の液滴配置装置の基板１３と受光素子６の部分のみを詳しく説明した模式図である。各光センサ１６が光センサ支持部１７に保持され格子状に平面内に配列している。各光センサ１６に光が入射すると、光センサ１６内で光エネルギーは電子のエネルギーに変換されて電流が発生する。各素子に発生する電流は受光素子信号処理回路１８に入って増幅、演算処理される。受光素子信号処理回路１８は、光を感受した光センサ１６の位置とその強度の情報を電気信号として外部出力にする。この出力された電気信号をコンピュータ１９で演算処理することで、光センサ１６（受光素子）に入射した光の情報を得ることができる。光センサ１６の上部に対物レンズ２０を配置し、両者の距離を調整し、光センサ１６上部のインクジェットヘッドの像のピントを光センサ上に合わせば、インクジェットヘッドとそれぞれの光センサ１６の位置関係を導出することができる。あらかじめ、基板１４と光センサ１６（受光素子）の位置を決めておき、インクジェットヘッドのノズル孔と光センサ１６（受光素子）との位置関係も決めておけば、ノズル孔と基板との位置関係も分かるので、液滴を吐出すべき基板の位置が分かる。１５は受光素子全体を示す。
【００３２】
基板と受光素子の位置をあらかじめ厳密に決めておかなくても、以下の方法を用いれば、インクジェットヘッドと基板との位置関係を調べることも可能である。すなわち、インクジェットヘッドのノズル孔像のピントを光センサの上に合わせてノズル孔と撮像素子との位置関係を導出した後、同様に、基板の像のピントを撮像素子に合わせて基板と撮像素子の位置関係を導出する。これらの二つの情報から、ノズル孔と基板との位置関係を導出できる。
【００３３】
（実施形態２）
実施形態２は、インクジェットヘッドのノズル孔又はノズル周辺から光を放射する一つの方法を示したものである。すなわち、実施形態１において、前記固定台と前記受光素子の間に光に対して半透明な反射板がもうけられ、前記固定台に固定された基板の面に平行な光が前記反射板に入射するように光源が配置され、前記反射板の配置が、前記入射光の一部を前記インクジェットヘッドの方向に反射し、かつ、前記インクジェットヘッドから放射される光の一部を前記受光素子側に透過するように調整されている。
【００３４】
図３Ａは、本実施形態の一例を示した模式図である。透明な基板２３の真下に、内部に反射板２８を有する光学ユニット２７を設置している。反射板２８は光に対して半透明で、基板２３面と平行に入った入射光２４は反射板２８により反射してインクジェットヘッド２１に向かう反射光２５となる。この反射光２５がノズル板３３や基板２３で反射して反射光２６となり反射板２８を通過し、対物レンズ３０を通って光センサ３１でノズル板３３や基板２３の像を形成する。３２は光センサ支持部、２９は受光素子全体を示す。
【００３５】
図３Ｂは、図３Ａのインクジェットヘッド２１の下面図で、ノズル孔２２を複数有するノズル板３３を示している。
【００３６】
（実施形態３）
実施形態３は、ノズル孔やこの周辺から受光素子に向けて光を放射する別の方法を示す。すなわち、実施形態３は、ノズル孔から基板に向かって光を放射する機構を備えたインクジェットヘッドを提供する。このインクジェットヘッドは、液体を吐出するノズル孔、前記液体をノズルから吐出するために圧力を発生させる圧力室、前記圧力室に前記液体を供給する流路、前記液体を貯蔵する容器、前記容器から前記流路まで前記液体を輸送するための管から構成され、前記インクジェットヘッドにおいて前記液体が接触する表面が光を反射する材料から構成されており、かつ、前記容器内に光源を入射する仕組みが備わっている。
【００３７】
図４は、本実施形態で示したインクジェットヘッドを用いた液滴配置装置の一例の模式図である。インクジェットヘッド３４のノズル孔から光３５が透明な基板３６に向けて照射されている。照射された光３５は対物レンズ３８を通って光センサ３９に入るので、ノズル孔と受光素子との位置関係を導出することができる。また、この光を基板３６に当てれば、基板３６の位置情報も光センサ（受光素子）３９によって導出することが可能となる。４０は光センサ支持部、３７は受光素子全体を示す。
【００３８】
図５は、インクジェットヘッド４１のノズルから光４２を放出してインクジェットヘッド４１と基板４３との位置を検出する別の例である。基本的に図４と同じであるが、本例では対物レンズが無いことが特徴である。光センサ４５とインクジェットヘッド４１の距離を近づけることで、対物レンズ無しでもノズル孔の位置を検出することが可能となる。４６は光センサ支持部、４４は受光素子全体を示す。
【００３９】
図６は、本実施形態で用いるインクジェットヘッド５１の構造を具体的に示した模式図である。ノズル板５４に開けられたノズル孔５５の内壁、圧力室５６の内壁、インク流路５７の内壁、チューブ５９の内壁、及び、液体貯蔵容器６１の内壁が光を反射する材料でできている。各内壁をこのような材料にするためには、各内壁に光の反射率の高い金属を蒸着するかメッキすればよい。用いる金属は、アルミニウム、白金、金等がある。液体貯蔵容器６１内に光源６２を設置して光を放射すると、光源から出た光線６０は、チューブ５９の内壁、インク流路５７の内壁、圧力室５６の内壁、ノズル孔５５の内壁で反射し、最終的にはノズル孔５５から外に向かって放出され放出光６３となる。光源６２は必ずしも液体貯蔵容器６１内に設置する必要はなく、例えば、容器内の外に置き、光ファイバーを通して容器内に光を導入しても良い。５２は圧電素子、５３は振動板、５８はインク供給口である。
【００４０】
図７は、ノズル孔６４から放射される光束の形を模式的に示した図である。ノズル板６３を貫くノズル孔６４の形状がノズル孔６４の中心を通る中心軸に対して対称である時、ノズル孔６４から放射される光束６５は、ノズル孔６４の中心軸に対して対称となる。従って、この光束６５が光センサ６７の集合体面に投影されると、円形のスポット６６となる。この円形スポット６６の中心点の真上がノズル孔６４中心部と一致するので、ノズル孔６４の中心位置を検出することが可能となる。
【００４１】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
液滴配置装置を用いて大きさが縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚み：０．２ｍｍのガラス基板上に、１００μｍ間隔で直径５０μｍの円内領域に液体を配置した。以下に詳細を示す。
（１）基板の作製方法
大きさが縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚み：０．２ｍｍの板の石英ガラス基板を中性洗剤で超音波洗浄した後純水で流水洗浄した。このガラス基板に窒素ガスを吹きかけて乾燥した後、１１０℃のオゾン雰囲気で紫外線を照射してガラス基板表面に残存する有機物を除去した。その後、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、ガラス基板の四隅にクロムの位置合わせマーク（アライメントマーク）を形成した。アライメントマークは、縦：１００μｍ、横：１０μｍの長方形が二つ直角に交差する十字の形のものを形成した。次に、このガラス基板上にポジ型レジスト膜のパターンを形成した。このパターンは、直径５０μｍの円形のレジスト膜が１００μｍ間隔で格子状に並んだものである。ガラス基板上の四隅に形成しておいたアライメントマークと円との位置関係はあらかじめ定めておいた値にした。すなわち四隅のアライメントマークの位置が分かれば、一義的に所定の円の位置が分かるようにした。
【００４３】
次に乾燥窒素ガスで満たされたグローブボックス内で、ヘキサデカフルオロエチルトリクロロシラン(CF3(CF2)7C2H4SiCl3（以下「FACS」という。）)を1vol%溶解させたｎ−ヘキサデカンとクロロホルムの混合溶液（体積比で8:2）にガラス基板を１時間浸漬した。その後、このガラス基板をトルエンで洗浄した。この結果、レジストの無い領域にFACSが吸着した。
【００４４】
次に、処理したガラス基板をグローブボックスから取り出し、アセトンに浸漬してガラス基板上のレジスト膜を除去した。アセトン浸漬ではガラス基板上に吸着したＦＡＣＳは除去されないので、レジストを除去した領域のみが親水性となった。この結果、親水性の領域である直径５０μｍの円が１００μｍ間隔で配置され、この親水性領域以外が撥水性である、親水／撥水性のパターンが形成できた。なお、撥水性領域と親水性領域の純水に対する静的接触角はそれぞれ、５度と１３０度であった。
（２）光センサ
光センサとして、松下電器産業社製の電荷結合素子（CCD）を用いた。仕様は以下の通りである。
・センサの数：３万個
・一個の光センサとその周辺部の占める大きさは縦：６０μｍ、横：６０μｍ
・センサ全体の占める大きさは縦：１５ｍｍ、横：１５ｍｍ
（３）インクジェットヘッド
図１１Ａ−Ｂで示した一般的なインクジェットヘッドを用いた。振動板は厚み3μmの銅、圧電素子は厚み3μmのチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）とした。PZTは真空スパッタリング法で形成し、膜の垂直方向に（００１）配向している。ノズル板は、撥水処理が施されている。ノズル孔の直径は20μmとし、放電加工に法により形成している。また、図１１Ｃで示すように、同一色のインクを吐出するノズル数は40個であり、これが左右に340μmの間隔で並んでいる。そして、40個のノズルの列は上下に170μmの間隔で５列に配置されている。ノズル孔の数は合計で200個ある。本実施例では、一個のノズル孔のみを用いて液体の吐出を行った。液体の吐出は、圧電素子間に10KHzの周波数、振幅20Vの電圧を印加して行った。液適量は２０ピコリットルとした（半径約16.8μm）。インクジェットヘッドには、インクの代わりに所定の液体を入れた。
（４）液滴配置装置
図８は本実施例の液滴配置装置の概念図であり、光反射ユニット７３と光源８３が付け加えられている以外は図１に示した液滴配置装置と同じである。移動ステージ７５上に受光素子７４、光反射ユニット７３、ガラス基板７２を順に設置してあり、移動ステージ７５はキャリッジ軸７６に沿ってＹ軸方向に移動する。インクジェットヘッド７１は、キャリッジ７７と一緒にキャリッジ軸７８上をＸ軸方向に移動する。インクジェットヘッド７１のノズル板とガラス基板７２の距離は０．３ｍｍに設定した。また、光源８３からガラス基板７２の面内に平行な入射光８４が光反射ユニット７３に導入されている。本実施例では光源にハロゲンランプを用いた。７９は受光素子信号処理回路、８０は位置制御回路、８１は吐出制御回路、８２はコンピュータである。
【００４５】
図９は、受光素子と光反射ユニットの構造を詳しく説明した模式図である。光反射ユニット９１は、光を反射する反射板９２が設置されている。この反射板９２は光に対して半透明で、ガラス基板の面に平行な入射光９３の一部を反射して反射光９４となり、一部の光はそのまま透過する。反射光９４は上部に設置されたガラス基板（図示省略）を通ってインクジェットヘッド（図示省略）のノズル板（図示省略）に到達し、反射光となって再び反射板に戻る。この光の一部は受光素子９７に入射する。受光素子９７は、光センサ９６の集合体であるCCDとその上部に設けられた対物レンズ９５から構成される。対物レンズ９５とCCDとの距離は電磁モータによって制御する。
（５）ガラス基板に配置する液体
末端がフロオレセン イソチオシアネート(fluorescein isothiocyanate（FITC）)で蛍光標識された１０塩基からなる一本鎖オリゴヌクレオチド（和光純薬製）を20wt%になるように純水に溶解した。これを、インクジェットヘッドのインク室に挿入した。
（６）ガラス基板への液体の配置方法
図８を用いて、液体の配置の方法を示す。光源８３から光反射ユニット７３に入射光８４を入射した後、ガラス基板７２表面上のアライメントマークの像のピントがCCD素子７４上になるように対物レンズ（図９の９５）とCCDとの距離を調整した。この結果、アライメントマークとCCD素子の位置関係が導出できた。同様に、ノズル板上の液体を吐出するノズル孔の像のピントがCCD素子上に合うように対物レンズを移動し、ノズル孔とCCD素子との位置関係を導出した。これらの測定によって、ガラス基板７２上のそれぞれの親水領域とノズル孔の位置関係を導出することができた。次に、液体を吐出するノズル孔が液体を配置したいガラス基板７２上の親水性領域の真上になるようにインクジェットヘッド７１とガラス基板７２の位置を移動した。次に、制御回路８１によってインクジェットヘッド７１から液滴を吐出した。同様に、インクジェットヘッド７１を移動して、次の親水性領域に液体を配置した。これらを繰り返し、ガラス基板７２上の親水性領域全てに液体を配置した。
【００４６】
インクジェットヘッド７１から液滴が基板に配置される様子は、受光素子、受光素子信号処理回路７９、コンピュータ８２を用いて、その場で観察することができた。すなわち、ノズル孔の像にピントを合わることで、ノズル孔から液体が吐出される様子が観察できた。この結果、ノズル孔からの液体の吐出、不吐出がその場で観察できることが分かった。
（７）配置した液体の評価方法と結果
ガラス基板上に配置したオリゴヌクレオチドは蛍光物質で標識されているので、蛍光顕微鏡で蛍光を観察することで配置された液滴の形を評価できる。波長400nmのレーザ光をガラス基板に照射し、520nmの蛍光を観察した。
【００４７】
この結果、直径50μｍの円内領域から蛍光が発しており、この領域が100μｍ間隔で配置されていることが確認できた。
【００４８】
（実施例２）
実施例１と同様に液滴を配置した。但し、インクジェットヘッドは以下のようにした。
（１）インクジェットヘッド
実施形態３の図６で示した構造のインクジェットヘッドを用いた。光源としてはハロゲンランプを用いた。また、ヘッドの内壁はアルミニウムを真空蒸着したものを用いた。
（２）ガラス基板への液体の配置方法
対物レンズと撮像素子間隔を調整して、光を放射しているノズル孔のピントをCCD素子面に合わせ、ノズル孔と撮像素子との位置関係を導出した。次に、ノズル孔から放射される光が基板上のアライメントマークに当たるように、インクジェットヘッド、基板、撮像素子を移動させた。なお、基板と撮像素子は一体となって移動させた。次に、基板のアライメントマークの像のピントをCCD素子似合わせて、アライメントマークと撮像素子との位置関係を導出した。これらの二つの位置関係の情報をもとに、ノズル孔と基板との位置関係を導出した。その後、この情報をもとにして、基板上の親水性領域に液滴を配置した。
（３）配置した液体の評価方法と結果
実施例と同様の方法でガラス基板に配置した液滴を評価した。この結果、実施例１と同様、直径50μｍの円内領域から蛍光が発しており、この領域が100μｍ間隔で配置されていることが確認できた。
【００４９】
（実施例３）
実施例２と同様に液滴をガラス基板上に配置した。ただし、撮像素子から対物レンズを取り去った。そして、CCD素子をガラス基板に接触させた。
【００５０】
実施例２と同様に、ノズル孔と基板との相対位置を導出し、所定の箇所に液滴を配置した。この結果、実施例２と同様、液滴は正確に所定の位置に配置されていることが確認できた。
【００５１】
（産業上の利用可能性）
本発明は微小な液滴を精度良く基板に配置できるため、微小な液滴パターンを精度良く基板に形成できることができる。吐出する液滴を、DNAプローブ、タンパク質、半導体材料、レンズ材料、金属材料にすることで、DNAチップ、バイオチップ、薄膜トランジスタ等の半導体素子、レンズ、配線を形成できる。従って、本発明により、DNAチップ、バイオチップ及び電子素子等を実現することができる。
【００５２】
なお、本発明の実施例ではインクジェットヘッドの圧力発生機構として圧電素子を用いたがこれに限る必要はなく、熱作用により瞬間的に気泡を発生させる方法（バブルジェット（登録商標）法）を用いても良い。
【００５３】
さらに、本発明の実施例では、ノズル孔一個のみから液滴を吐出したが、多数のノズル孔から同時に液滴を吐出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は本発明の実施形態１における液滴配置装置を示した模式図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１における液滴配置装置の基板と受光素子の関係を示した模式図である。
【図３】図３Ａは本発明の実施形態２における液滴配置装置を示した模式図、図３Ｂは図３Ａのインクジェットヘッドの下面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態３における液滴配置装置を示した模式図である。
【図５】図５は本発明の実施形態３における液滴配置装置を示した模式図である。
【図６】図６は本発明の実施形態３におけるインクジェットヘッドを示した断面模式図である。
【図７】図７は本発明の実施形態３におけるインクジェットヘッドのノズル孔から放出された光が光センサで受光される様子を示した模式図である。
【図８】図８は本発明の実施例１における液滴配置装置を示す模式図である。
【図９】図９は本発明の実施例１における液滴配置装置の光反射ユニットと受光素子の詳細を示した模式図である。
【図１０】図１０は従来のインクジェットプリンタの全体を示す模式図である。
【図１１】図１１Ａ−Ｃは従来から使用されており、本発明の実施例１でも使用するインクジェットヘッドを示した模式図であり、図１１Ａはノズル孔付近のインクジェットヘッドの断面模式図、図１１Ｂは図１１ＡのＩ−Ｉ線で切断した模式的立体透視図、図１１Ｃはノズル板側から見たインクジェットヘッドの模式図である。
【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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