(57)【要約】【課題】  撥水性のワークの表面に、シャープなパターンを作成できる方法および装置を提供する。【解決手段】  ワーク上において液滴が集まらない程度の分離パターン７５を、それぞれの分離パターン７５が平面的に重ならないようにワーク上に形成し、その形成物を乾燥させた後に、以前に形成された前の分離パターン７５の一部に後の分離パターン７６が重なるように形成し、平面的に連続した第１の連続パターン４１を形成する。これにより、撥水性のワークの性質を利用して滲みがなく、シャープで連続した高品質のパターンを作成できる。【選択図】        図２
2005067120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数の液滴により、ワーク上において液滴が集まらない程度の複数の分離パターンを、それぞれの分離パターンが平面的に重ならないようにワーク上に形成する分離パターン形成工程と、
この分離パターン形成工程を繰り返し行い、その際に、以前の分離パターン形成工程で形成された前の分離パターンと、次の分離パターン形成工程で形成される後の分離パターンとの重なりを許して平面的に連続した第１の連続パターンを形成する第１の連続パターン形成工程とを有するパターン作成方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の連続パターンに重ねて、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第２の連続パターンを形成する第２の連続パターン形成工程を有するパターン作成方法。
【請求項３】
請求項１において、前記第１の連続パターンは、目的とするパターンの輪郭を形成し、前記輪郭の内側に、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第３の連続パターンを形成する第３の連続パターン形成工程を有するパターン作成方法。
【請求項４】
請求項１において、前記分離パターン形成工程では、前記ワーク上の液滴の硬化または乾燥が促進される状態で液滴を当該ワークに吐出するパターン作成方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ワークに対する接触角が５０度から１５０度の範囲の液滴を用いることを特徴とするパターン作成方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ワークに対する接触角が７０度から１５０度の範囲の液滴を用いることを特徴とするパターン作成方法。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記分離パターン形成工程および第１の連続パターン形成工程の前に、前記ワークの表面を、前記液滴に対して、接触角が５０度から１５０度となるように撥水加工する工程を有するパターン作成方法。
【請求項８】
１または複数の液滴により、ワーク上において液滴が集まらない程度の複数の分離パターンを、それぞれの分離パターンが平面的に重ならないようにワーク上に形成する分離パターン形成手段と、
前記分離パターンを繰り返し作成し、その際に、以前に形成された前の分離パターンと、次に作成される分離パターンとの重なりを許して平面的に連続した第１の連続パターンを形成する第１の連続パターン形成手段とを有するパターン作成装置。
【請求項９】
請求項８において、前記第１の連続パターンに重ねて、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第２の連続パターンを形成する第２の連続パターン形成手段を有するパターン作成装置。
【請求項１０】
請求項８において、前記第１の連続パターンは、目的とするパターンの輪郭を形成し、前記輪郭の内側に、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第３の連続パターンを形成する第３の連続パターン形成手段を有するパターン作成装置。
【請求項１１】
請求項８において、前記ワーク上の液滴の硬化または乾燥を促進する手段を有するパターン作成装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記硬化または乾燥を促進する手段は、前記ワークを裏面から加熱するヒータ、当該ワークの表面に温風を供給する手段、当該ワークの表面にＵＶを照射するＵＶ照射ランプ、または当該ワークの表面に電子線を照射する電子線照射装置であるパターン作成装置。
【請求項１３】
１または複数の液滴により、ワーク上において液滴が集まらない程度の複数の分離パターンを、それぞれの分離パターンが平面的に重ならないようにワーク上に形成する分離パターン形成工程と、
この分離パターン形成工程を繰り返し行い、その際に、以前の分離パターン形成工程で形成された前の分離パターンと、次の分離パターン形成工程で形成される後の分離パターンとの重なりを許して平面的に連続した第１の連続パターンを形成する第１の連続パターン形成工程とをコンピュータで実行可能な命令を有するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴をワーク上に塗布してパターンを作成する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾや発熱体をアクチュエータとして使用するインクジェット技術は、複数のノズルからインクなどの塗料、試薬などの薬剤といった液滴を吐出して所望のパターンを作成することが可能であり、印刷、液晶などの撮像デバイスの製造、ＤＮＡチップを含む半導体の製造など、多種多様な分野で利用され、あるいは利用が検討されている。
【特許文献１】特開平８−３００６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ワークにインクを印刷する場合、ワークと、インクと、印刷方法の親和性が問題となる。紙をワークとしてインクジェット方式を用いて印刷する場合、ワークに浸透しやすい水溶性の染料系のインクが用いられる。水溶性のインクは、液滴がワークに対して親和性が高いので、馴染みやすく濡れ性が高く、液滴を適当なピッチで付着させることにより均一な濃さのパターンが印刷できる。さらに、ワークに対して浸透性が高く広がりやすいので、乾きやすく印刷済みのワークが取り扱いやすいなどのメリットがある。一方、ワークに対する親和性が高いために濃く印刷したい場所や、カラー印刷するために複数の色の液滴を重ねて印刷した高濃度の領域においては、ワークに付着させた液滴が乾燥する前に滲んだり、流れ出してエッジが変形し、パターンの精度または品質を低下させる原因になる。たとえば、色の濃い細い線、細かな塗りつぶしを含むパターンを形成する際には線幅がアンバランスになったり、塗つぶしの境界部分が不鮮明になる。
【０００４】
特開平８−３００６３９号公報には、滲みが発生しやすい画像の境界領域の所定のドットを間引いて印刷する処理と、その後に間引かれたドットを補間するように印刷することにより、ワーク上のインクのにじみを防ぐ記録装置が開示されている。
【０００５】
一方、非水溶性の顔料インクは、ワークに染み込みにくく広がり難いので滲みを防止でき、さらに、耐水性の高い印刷ができるというメリットを備えているが、逆にワークとの親和性が低いのでインクが広がらず、ドットのアンバランスによる色むらが生じやすく、乾き難いという問題がある。また、顔料が溶媒に溶けにくいので親水性の添加剤を加えて親水性にすると、疎水性物質が微量でも含まれた表面には顔料が載らず、ドットが飛ぶという現象が現れるので疎水性も加える必要があるなど、ワークに対して適切な性能を備えたインク剤を開発するために要する時間とコストが膨大となる。
【０００６】
ワークに対して濡れ性が低く、ワークに付着された液滴が玉になりやすい性質の吐出物であれば、インクジェット方式でワークに吐出することにより、液滴の滲みや流れ出しを抑制でき、吐出物によりワーク上にシャープな細線やシャープな境界部分を有する精細なパターンを描ける可能性がある。しかしながら、上記の顔料インクを例にすると、適度な親水性と疎水性とを備えた薬剤により顔料をコーティングして紙製のワークに対する濡れ性を上げて広がりやすくして色むらやドットの飛びを抑制するという方法が採用されており、結局、色の滲みが発生するメカニズムを完全には克服できていない。
【０００７】
ワークに対して濡れ性が低く玉になりやすいインクなどの吐出物を本明細書においてはワークに対して親和性の低い吐出物と称するが、ワークと吐出物の親和性は、ワークの表面と吐出物の相対関係により決定され、ワークに対する吐出物の接触角で定義することが可能である。接触角がほぼ５０度以上になると、吐出物の滲みが防止されるので、接触角がほぼ５０度以上となるワークと吐出物の組み合わせが親和性の低い組み合わせである。したがって、ワークに対して親和性の低い吐出物とは、ワークに付着されたときの接触角がほぼ５０度以上になる吐出物であるということが可能であり、同じ吐出物であっても、ワークの表面状態に応じて親和性が高くなったり、低くなるものである。親和性の低い組み合わせを採用すると、滲みを防止できる反面、まず、ワークに着弾した液滴が玉になりやすいので、これらの液滴が寄り集まって連結し、液滴の付着量または濃度が部分的に不均一になりやすいという問題がある。このような液滴の寄り集まりは、液だまり玉またはマイクロバルジと称されている。図９には液だまり玉によりパターンの精度が劣化する様子を示してある。図９（ａ）に示す細線１００が描くべきパターンとすると、図９（ｂ）に示すように、液滴が寄り集まって液だまり玉１０１が発生し、線幅が太い部分や狭い部分がある品質の悪い線１０２になってしまう。したがって、単に親和性の低い組み合わせを採用しても、高精細なパターンを作成することは難しい。
【０００８】
次に、上記の問題と部分的に共通するが、濡れ性が低いので、液滴の状態でワークに付着した吐出物が広がらず、飛びや濃度のむらが生じやすい。これを防止しようとして液滴の密度を上げると、上記のような液だまり玉が発生する要因となる。したがって、ワークと吐出物の親和性が低い場合は、インクジェットにより簡単に微細なパターンを形成することができそうであるが、上記の問題により均一な濃度で微細なパターンを精度良くワーク上に形成することが難しい。また、ワークと吐出物の親和性が高い、すなわち濡れ性や浸透性が高い場合は滲みという問題があるので、インクジェット方式では微細なパターンを形成することがほとんど不可能であることは上述した通りである。
【０００９】
そこで、本発明においては、ワークに対して親和性の低い吐出物、または親和性の低いワークと吐出物の組み合わせによりワーク上に微細なパターンを高精度で作成することが可能なパターン作成方法およびパターン作成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明においては、ワークに対して親和性が低い吐出物、すなわち、濡れ性が低く撥水性を持った吐出物の物性を変えるのではなく、逆に、そのような吐出物の物性を利用することによりワーク上に鮮明で均一な濃度の微細なパターンを形成できるようにする。このため、本発明においては、液滴が流動して寄り集まるまたは連結しない程度の単位の分離パターンを相互に重ならないように離散的に形成すると共に、その形成物が乾燥した次の過程では前の分離パターンに後の分離パターンの一部を重ねて形成することにより目的のパターンを作成するようにしている。すなわち、本発明のパターン作成方法は、１または複数の液滴により、ワーク上において液滴が集まらない程度の複数の分離パターンを、それぞれの分離パターンが平面的または２次元的に重ならないようにワーク上に形成する分離パターン形成工程を有し、さらに、この分離パターン形成工程を繰り返し行う際に、以前の分離パターン形成工程で形成された前の分離パターンと、次の分離パターン形成工程で形成される後の分離パターンとの重なりを許して平面的または２次元的に連続した第１の連続パターンを形成する第１の連続パターン形成工程を有する。
【００１１】
このパターン作成方法は、分離パターン形成工程と、第１の連続パターン形成工程とを実行可能な命令を有するプログラムあるいはプログラム製品として提供することができ、ＣＤ−ＲＯＭや、ＣＰＵなどと同一基板に実装されるＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供したり、コンピュータネットワークを介して提供できる。そして、そのようなプログラムにより動作するパターン生成装置は、１または複数の液滴により、ワーク上において液滴が集まらない程度の複数の分離パターンを、それぞれの分離パターンが平面的に重ならないようにワーク上に形成する分離パターン形成手段と、分離パターンを繰り返し作成し、その際に、以前に形成された前の分離パターンと、次に作成される分離パターンとの重なりを許して平面的に連続した第１の連続パターンを形成する第１の連続パターン形成手段とを有し、本発明のパターン作成方法によりパターンをワーク上に製造できる。分離パターン形成工程と、第１の連続パターン形成工程とをコンピュータまたはＣＰＵにおいて実行可能なプログラムあるいはプログラム製品は、ワーク上に形成するパターンデータを取得してから、そのパターンデータに基づき適切な分離パターンを形成するようにパターン生成装置を制御するが、プリンタのようにホストとなるパーソナルコンピュータと、用紙に印刷するプリンタとに分かれているシステムであれば、プリンタ側でホスト側から取得したパターンデータから適当な分離パターンを生成して印刷してもよく、ホスト側にインストールされたプリンタドライバにより適当な分離パターンのデータを生成してプリンタ側に送って本発明のパターン作成方法によりパターンを形成できるようにしても良い。
【００１２】
本発明のパターン作成方法によれば、分離パターンは液滴が流動しない単位のパターンであり、分離パターン形成工程では、複数の分離パターンが平面的、すなわち２次元的に重ならないように作成される。このため、ワークに対して親和性が低い、すなわち、撥水性を示す吐出物をインクジェット方式でワークに吐出して液滴を形成しても、分離パターンで液だまり玉が発生することはない。したがって、個々の分離パターンはワークと吐出物の間の撥水性を活かし、微細なパターンでも滲みが発生することなく精度よく形成され、その状態でワーク上の吐出物が流動性を示さない程度まで乾燥される。
【００１３】
次に、第１の連続パターン形成工程においては、基本的には上記の分離パターン形成工程を繰り返すので、各々の分離パターンでは液だまり玉は発生しない。さらに、先に形成した前の分離パターンと次に形成される後の分離パターンの一部とを部分的に重ねてパターンの連続性を発生させても、前の分離パターンはある程度乾燥して流動性がなくなっているので前の分離パターンの影響により後の分離パターンに液だまり玉が発生することもない。
【００１４】
逆に、前の分離パターンは同じ吐出物により形成されているので、ワークと異なり、次の分離パターンに対して親和性、すなわち濡れ性を示す。したがって、後の分離パターンに対して前の分離パターンは撥水性のワーク上のアンカーとして機能し、ワーク上に形成されるパターンの連続性を確保し、色飛びなどが発生することを防止できる。また、前の分離パターンに後の分離パターンから吐出物が流動して広がったとしても、ワークとの間では撥水性を示すので、ワーク上に濡れ広がることはなく、パターンのエッジの鮮明さを減ずる要因にはならない。逆に、濡れ性のある前の分離パターンの上に薄く広がることにより前の分離パターンに濃度むらがある場合はそれを減じて濃度を均一化する働きを示し、さらに、前の分離パターンと後の分離パターンとの間に明確な境界が生ずるのを減じる作用も示す。
【００１５】
第１の連続パターン形成工程において分離パターン形成工程を繰り返す際に、すべての分離パターン形成工程において、後の分離パターンが必ず前の分離パターンと重なる必要はない。あるパターンを形成するために最初に行われる分離パターン形成工程において形成される分離パターンは、重なることができないし、その後の分離パターン形成工程においても前の分離パターンと重ならない位置に後の分離パターンを形成することは可能である。しかしながら、連続したパターンを形成するためには、相互に分離した前の分離パターンと一部が重なるように後の分離パターンを形成する分離パターン形成工程を実行する必要があり、その分離パターン形成工程において、上述した作用を得ることができる。
【００１６】
したがって、本発明により、親和性の低いワークと液滴の組み合わせを用いて、インクジェット方式により、液だまり玉がなく、連続した細線、図案または模様などのパターンをシャープに描くことが可能になり、ワーク上に高解像度または高精細なパターンを精度良く形成できる。本発明のパターン作成方法およびパターン作成装置は、インクジェット方式により、インクなどの塗料や試薬などの薬剤によりワーク上に微細なパターンを精度良く形成できることを可能とするだけではなく、液晶などの撮像デバイスや、ＤＮＡ解析用の半導体デバイスなどの他の技術分野においても、高精度の微細なパターニングをインクジェット方式により行うことを可能とするものであり、本発明の適用可能な範囲は非常に広い。
【００１７】
本発明のパターン作成方法またはパターン作成装置においては、第１の連続パターンに重ねて、第１の連続パターンが乾燥した次の過程で、１または複数の液滴により形成される小パターンを、その小パターンが乾燥する前に連続して、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第２の連続パターンを形成する第２の連続パターン形成工程または手段を設けることが望ましい。第１の連続パターン形成工程により、親和性の低いワークの上に、同じ素材で作られた吐出物との親和性の高い第１の連続パターンが形成されているので、その親和性が高く濡れ性の高い第１の連続パターンの上に液滴が連続するようにパターンを形成することにより、液だまり玉がなく、濃度むらのない第２の連続パターンを形成できる。また、第２の連続パターン形成工程において塗布される液滴もワークに対しては撥水性があるので、重ねて塗りを行ってもワーク側に滲み出すことはなく、所望のエッジを維持できる。したがって、シャープで、さらに濃度または付着量が均一な微細パターンを形成できる。すなわち、第１の連続パターン形成工程と第２の連続パターン形成工程を行うことにより、滲みや流れ出しのない濡れ性が高い（親和性の低い）ワークと吐出物の組み合わせのメリットに加え、濡れ性の低い（親和性の高い）ワークと吐出物の組み合わせのメリットも得られる。
【００１８】
このように、本発明のパターン作成方法は、ワークの撥水性を利用し、シャープで微細なパターンを形成可能とするものである。本明細書において、撥水性とはワークとそれに塗布される液滴との相対的な物性を示し、滲みや流れ出しのない状態を得るためには、ワークに対する接触角が５０度から１５０度の範囲の液滴を用いることが望ましく、ワークに対する接触角が７０度から１５０度の範囲の液滴を用いることがさらに望ましい。したがって、ワーク表面が一般に親水性があると言われるものであっても、表面張力の高い液滴を組み合わせることにより、本発明の効果を十分に得ることができる。接触角が５０度以下になると濡れ性が強くなり、パターンが滲みやすくなる。接触角が７０度以上になると滴下した液滴が流れ出す可能性はほとんどなくなり、本発明を適用するワークと液滴の組み合わせとしては最適な範囲になる。一方、接触角が１５０度を越えると、ワーク上で液滴が粒状になるので、接触面積が小さくなりすぎてパターンが不安定になり、所望のパターンを形成することが難しくなる。
【００１９】
オリジナルのワーク自身がパターンを形成する液滴に対して撥水性を示すものであれば本発明のパターン作成方法を適用するのに好ましい組み合わせとなる。一方、オリジナルのワーク自身が塗布しようとする液滴に対して撥水性を示さない場合であっても、ワークを撥水加工することにより本発明のパターン作成方法を適用するのに適した状態にすることができる。１つの方法はフッ素系あるいはシリコン系などの撥水剤をコーティングする方法である。撥水剤を塗布する方法や、プラズマ照射する方法などがある。他の１つの方法は、ワークの表面を粗面化することである。したがって、ワークとパターンを形成する液滴とが与えられているときに、液滴に対してワークの表面を撥水処理する工程を、分離パターン形成工程あるいは第１の連続パターン作成工程に先立って行うことも本発明に含まれる。
【００２０】
塗つぶしのパターンを形成する際には、第１の連続パターン形成工程により、まず、第１の連続パターンにより目的とするパターンの輪郭を形成し、乾燥した後、第３の連続パターン形成工程により、その輪郭の内側に、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第３の連続パターンを形成する。第１の連続パターン形成工程により、シャープな輪郭を形成できる。それと共に、輪郭は吐出物（液滴）に対して親和性があるので液滴が濡れ広がって内部との濃度むらがなくなる。その一方で、輪郭とワークとの間では撥水性が維持されるので、第３の連続パターン形成工程により液滴がワークに滲み出したりすることはない。また、輪郭の内側では液だまり玉が発生したとしてもパターンの形状には影響がないので、第３の連続パターン形成工程では液滴を連続して付着させることができ、パターンを形成する時間を短縮できる。
【００２１】
分離パターン形成工程では、ワーク上の液滴の硬化または乾燥が促進される状態で液滴を当該ワークに吐出することが望ましい。液滴をワークに付着させた段階で液滴を乾燥することが可能になり、分離パターンを構成する液（吐出物）の流動性を早期に確実になくすことが可能になり、次の分離パターンを前の分離パターンに重なるように作成するプロセスを短時間で繰り返すことができる。ワーク上の液滴の硬化あるいは乾燥を促進する方法としては、ヒータによりワークを裏面から加熱する方法、ワークの表面に温風を供給する方法、吐出物（液滴または液）がＵＶ硬化性の場合はワークの表面にＵＶを照射するＵＶ照射ランプを設ける方法、また、吐出物が電子線硬化性の場合はワークの表面に電子線を照射する電子線照射装置を設ける方法がある。
【発明の効果】
【００２２】
このように本発明においては、撥水性のワーク上において液滴が寄り集まらない程度の複数の前の分離パターンを離して形成し、その後に、後の分離パターンを以前の形の分離パターンに一部が重なるように形成し、連続したパターンを形成する。したがって、撥水性のワーク上に吐出物をインクジェット方式で液滴化して付着させるなどのワークと吐出物の組み合わせを親和性の低い組み合わせとしてパターンを形成する際に、液だまり玉が発生するのを防止でき、さらに、前の分離パターンをアンカーとして後の分離パターンで接続し、連続した濃度むらなどのない高精度のパターンを製造できる。このため、分離パターンを繰り返し形成することにより、親和性の低いワークと吐出物の組み合わせで、滲みがなく連続したシャープなパターンを高精度で形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１に本発明のパターン作成装置の概略構成を示してある。このパターン作成装置１は、１つまたは複数のノズルからなるノズル配列５を備えた吐出ヘッド１０を有し、ノズル配列５から吐出物９を液滴化してワーク２に向かって吐出することにより、ワーク上に所望のパターン４を作成することが可能なインクジェット方式のパターン作成装置である。パターン作成装置１により形成されるパターンは、パターン作成装置１に対し、ＵＳＢやＲＳ２３２Ｃなどの通信インターフェイス７を介してデータ通信可能なホスト装置３から指定される。
【００２４】
パターン作成装置１は、ノズル配列５を備えた吐出ヘッド１０と、この吐出ヘッド１０をキャリッジ１５に搭載し、ベースまたはシャーシ１４の上に固定されたシャフト２１に沿ってワーク２の上を走査方向Ａに移動する移動機構１１と、ワーク２が戴置される水平移動ステージ１２をベース１４に固定されたシャフト１９に沿って副走査方向Ｂ（走査方向Ａに直交する方向）に移動する水平移動ステージ移動機構１３と、水平移動ステージ１２に載置されたワーク２を裏面から加熱可能なヒータ２４とを有している。また、パターン作成装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどによって構成されるコントローラ２０を有しており、このコントローラ２０によりヘッド移動機構１１のモータ２２、ステージ移動機構１３のモータ２３を制御する。さらに、コントローラ２０は吐出ヘッド１０から液滴を吐出するタイミングを含めてパターン作成装置１の全体を制御する。
【００２５】
コントローラ２０は、ワーク２の上に作成するパターン４に応じて各々のモータ２２および２３を制御してワーク２に対する吐出ヘッド１０の位置を制御し、吐出ヘッド１０から吐出物９を液滴化して吐出するタイミングなどをも制御するメカ制御部２５と、ワーク２の上にパターン４を形成するためメカ制御部２５を制御するパターン生成制御部２６とを有している。パターン生成制御部２６は、１または複数の液滴により、ワーク２の上において液が寄り集まらない程度の分離パターンを、それぞれの分離パターンが平面的に重ならないようにワーク２の上に形成する分離パターン形成機能３０を基本機能として有し、さらに、この分離パターン形成機能３０による分離パターンの形成を繰り返して連続パターンを形成する第１の連続パターン形成機能３１を有している。この第１の連続パターン形成機能３１は、分離パターン形成機能３０により分離パターンの形成を繰り返して行う際に、以前に形成した分離パターンと、後で形成される分離パターンとの重なりを許して平面的に連続した第１の連続パターンを形成する。さらに、パターン生成制御部２６は、第１の連続パターンに重ねて、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第２の連続パターンを形成する第２の連続パターン形成機能３２と、第１の連続パターンにより形成された輪郭の内部に、１または複数の液滴により形成される小パターンを、隣接する小パターンの一部と重なるように形成し、第３の連続パターンを形成する第３の連続パターン形成機能３３を備えている。
【００２６】
以下では、ホスト３から供給されたオリジナルのパターンをワーク２の上に形成するために、パターン作成装置１のパターン生成制御部２６が分離パターンを形成するように制御する例を説明するが、パターン生成制御部２６としての機能はホスト装置３にドライバプログラム３６として搭載することも可能である。この場合、ドライバプログラム３６が、分離パターン形成機能３０と、第１の連続パターン形成機能３１と、第２の連続パターン形成機能３２と、第３の連続パターン形成機能３３とを備えており、それぞれの機能は、ホスト３で動くアプリケーションプログラムから与えられたオリジナルのパターンを以下で説明するような分離パターンや連続パターンが形成されるようなデータに変換し、随時、パターン作成装置１に送り、制御する。
【００２７】
図２にパターン生成制御部２６により所望のパターンを作成する様子を示してある。図２（ａ）に示すように、分離パターン形成機能３０は、液が寄り集まらない程度の分離パターンとして、４つの液滴２８が走査方向Ａに連続したパターン７５を離散的にワーク２の表面に形成されるデータを生成し、吐出ヘッド１０などを制御する。したがって、分離パターン形成機能３０によりパターン生成装置１が制御され、吐出ヘッド１０が走査方向Ａに１回動いて、１回の分離パターン形成工程が実行されると、複数の分離パターン７５がワーク２の上に離散的に形成される。分離パターン７５は４つの液滴を連続させたパターンであり、本例では、液だまり玉が形成されないパターンとして示されている。分離パターン７５のサイズあるいは連続打ち可能な液滴の数は、液滴２８となる吐出物９の種類、液滴のサイズ、ワーク２の表面などの関係、さらには、ワーク２を覆う環境（温度、湿度、雰囲気など）で決まるものである。たとえば、液滴２８に対するワーク２の撥水性が高ければ、液滴２８の流動性が高く液だまり玉ができやすいので、分離パターン７５のサイズは小さくなければいけないかもしれない。また、ワーク２の撥水性が低ければパターン７５の面積または連続させる液滴の数を大きくできるかもしれない。
【００２８】
また、１回の分離パターン形成工程で形成される、隣り合う分離パターン７５との間隔、あるいは分離パターン７５のピッチは、ワーク２における液滴の広がり、液滴が着弾する位置の公差などを含めて評価し、分離パターン７５が接触する可能性のない距離に設定される。したがって、単にドットの濃度を低くする印刷方法のように１ドットを抜いて、たとえばドット毎に交互に印刷するのではなく、分離パターン同士の間を複数ドット分離して印刷することが望ましい。本例では、４つの液滴が連続した分離パターン７５とほぼ同じ長さの距離、すなわち、４つの液滴により構成される次の分離パターンにより埋まる距離が確保され、分離パターン７５が走査方向Ａに形成されている。分離パターン７５を隔離する十分な距離を確保し、分離パターン形成工程を繰り返す回数を少なくして短時間でパターンを形成するという点では、複数の液滴により分離パターン７５を形成する方法は効率的である。
【００２９】
ワーク２は、ヒータ２４により加温されており、ワーク２に付着した液滴２８の乾燥を促進して早期に流動性を低減し、不用意な衝撃などにより、意図しない液だまり玉が生成されることを防止するようになっている。また、早期に液滴２８の流動性を低減することにより、次のサイクルの分離パターンを形成する工程を早期に開始することができ、所望のパターンを形成する時間を短縮できる。ワーク２の温度を定常的に上げることは好ましくなく、また、ワーク２の伝熱性が良好な場合は、ワーク２に液滴を吐出するタイミングや吐出ヘッド１０の動きに連動してヒータ２４を稼動させることも有効である。ヒータ２４の代わりに、ワーク２のパターンが形成される表面に温風を供給することにより液滴の乾燥を促進しても良い。また、ＵＶ硬化型の吐出物９によりパターンを形成するのであれば、ＵＶ照射ランプによりワーク２の表面に紫外線を照射して液滴の硬化を促進して流動性を早期に低減することも可能である。また、電子線硬化型の吐出物であれば、ワークの表面に電子線を照射することも効果的である。
【００３０】
細線などの連続したパターンを形成する場合は、まず、パターン生成制御部２６の第１の連続パターン形成機能３１が稼動する。この第１の連続パターン形成機能３１は、分離パターン形成機能３０による分離パターン形成工程を繰り返し行う。その際、前のサイクルで作成された分離パターン７５に対し、次または後のサイクルで形成される分離パターン７６との重なりを許して平面的に連続した第１の連続パターン４１を形成する。本例では、図２（ｂ）に示すように、次のサイクル、すなわち、図２（ａ）のサイクルが終了した後に、再び、吐出ヘッド１０を走査方向Ａに移動しながら分離パターンを形成するサイクルでは、後の分離パターン７６をワーク２に表面に、後の分離パターン同士は重ならないように離散的に形成すると共に、前のサイクルで形成された分離パターン７５とは一部が重なるように形成する。これにより、複数の分離パターン７５および７６により連続した線状のパターン（第１の連続パターン）４１が形成される。
【００３１】
後のサイクルで形成される分離パターン７６も、前の分離パターン７５と同様に４つの液滴２８が走査方向Ａに連続したパターンであり、液滴が寄り集まって液だまり玉ができない範囲の分離パターンである。また、後のサイクルは、先行して形成された分離パターン７５がある程度乾燥して、後の分離パターン７６に液だまり玉を形成する点では寄与しない状態で行われる。このため、後の分離パターン７６においても、液滴が流動しても液だまり玉は発生しない。逆に、液滴２８はワーク２に対して撥水性を示すので濡れ広がらないが、前の分離パターン７５は同じ吐出物９により形成されているので撥水性は示さず、前の分離パターン７５に後の分離パターン７６を形成する液滴２８は濡れ広がる。また、液滴２８で供給された吐出物９が前の分離パターン７５からワーク２に濡れ広がることはない。
【００３２】
このため、後の分離パターン７６は前の分離パターン７５をアンカーとして前の分離パターン７５に対して途切れることなく連続したパターンとして形成され、撥水性のワーク２の表面に確実に切れ目のないパターンを形成することができる。また、後の分離パターン７６により吐出物９が前の分離パターン７５に濡れ広がっても、流動性の高い状態の吐出物９により前の分離パターン７５の表面が滑らかになることがあっても、前の分離パターン７５のシャープな形状を崩すことはない。したがって、第１の連続パターン形成機能３１により、分離パターンを形成する工程を繰り返すことにより、連続したシャープな形状の第１の連続パターン４１を形成することができ、ワーク２の撥水性を利用して、ワーク２の上にシャープで切れ目のない細線（第１の連続パターン）４１を形成できる。
【００３３】
第２の連続パターン形成機能３２は、吐出ヘッド１０を走査方向Ａに動かしながら、第１の連続パターン４１の上に、１つの液滴２８により形成される小パターン７７を連続して形成する。したがって、図２（ｃ）に示すように、第２の連続パターン形成機能３２により、第１の連続パターン４１の上に１回のサイクルにより複数の小パターン３７が重なるように連続して形成され、第２の連続パターン４２が重ねて形成される。
【００３４】
第２の連続パターン４２のベースとなる第１の連続パターン４１は、同じ吐出物９により形成されているので、液滴２８の濡れ性は高く、第２の連続パターン４２を形成するために吐出した液滴は第１の連続パターン４１の上を濡れ広がる。一方、ワーク２に対しては撥水性を示すので、ワーク２には濡れ広がらない。したがって、第２の連続パターン４２が重ねて形成されたパターン７１は、第１の連続パターン４１による細線としての形状が維持された状態で、第２の連続パターン４２により厚みが均一化され、表面の凹凸が小さく、濃度むらのない微細な形状のパターンが形成される。
【００３５】
撥水性のワーク２の上に付着された液滴２８は、濡れ広がらずにシャープなパターンを形成できる代わりに、個々の液滴２８の状態が残り、表面に凹凸がのこり、それにより光の反射方向が変わるなどの現象が発生し濃度のむらとして認識されることがある。これに対し、第２の連続パターン形成手段により第１の連続パターン４１に重ねて第２の連続パターン４２を形成することにより、液滴の滲みや流れ出しを起こすことなく、パターンの厚みや表面の状態を均一にすることができ、見た目の濃淡のアンバランスもなくすことができる。このため、さらに高品質な細線７１を形成できる。
【００３６】
図３には、１つ液滴２８からなる分離パターン７５を用いて細線７１を形成する例を示している。分離パターン形成機能３０は、図３（ａ）に示すように、分離パターン７５を、２つの液滴を打つことにより間が埋められる距離だけ開けて離散的に形成する。第１の連続パターン形成機能３１は、図３（ａ）に示す分離パターンを形成する工程を繰り返すが、その際、図３（ｂ）に示すように、前の分離パターン７５に一部が重なるように次の分離パターン７６ａを形成する。このサイクルでも連続したパターンは形成されないので、さらに、図３（ｃ）に示すように、分離パターンを形成する工程を繰り返し、この際、前の分離パターン７５および７６ａに、後の分離パターン７６ｂを形成する。これにより、第１の連続パターン４１が形成される。
【００３７】
さらに、図３（ｄ）に示すように、第２の連続パターン形成機能３２により、連続パターン４１の上に、小パターン７７を連続で形成することにより第２の連続パターン４２を形成し、シャープで表面形状がほぼ一定した高品質の細線７１が形成される。第１の連続パターン形成機能３１により、分離パターン形成機能３０による分離パターンの形成工程は何度繰り返しても良く、３回以上繰り返して第１の連続パターン４１を形成するようにしても良い。
【００３８】
また、図４に示すように、分離パターン７５は、限られた数の液滴２８を走査方向に一列に連続して形成したものに限定されず、１つのサイクルで２次元方向に複数の液滴２８を重なるように形成して２次元的な広がりのある分離パターン７５を形成しても良い。液だまり玉が形成されるか否かは、連続した液滴２８により形成される面積に大きく依存し、一列に連続した液滴により形成される分離パターンと同じ挙動が２次元方向の連続した液滴により形成される分離パターンにも現れる。図４（ａ）に示すように、分離パターン形成機能３０により、上下左右に連続して形成された４つの液滴２８により正方形の分離パターン７８ａが走査方向に重ならないように形成され、図４（ｂ）に示すように、第１の連続パターン形成機能３１は、次のサイクルで同様の正方形の分離パターン７８ｂを形成して１つのシャープなパターン７９を形成する。第２の連続パターン形成機能３２は、走査方向Ａに一列に液滴２８を吐出するサイクルを２回繰り返してもよく、あるいは、分離パターンと同じ形状を連続的に形成しても良い。
【００３９】
図５にパターン生成制御部２６により塗つぶし面７２を形成する様子を示してある。パターン作成装置１で塗つぶし面７２をワーク２の表面に作成する場合は、まず、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の連続パターン形成機能３１は、分離パターン形成機能３０を用いて、上記の細線と同じ方法により、塗つぶし面７２の輪郭または境界７３を形成する。すなわち、まず、図５（ａ）に示すように分離パターン７５を離散的に形成し、図５（ｂ）に示すように、次のサイクルで後の分離パターン７６を前の分離パターン７５に一部が重なるように離散的に形成して、塗つぶし面７２の輪郭を第１の連続パターン４１として形成する。これにより、撥水性のワーク２の表面に、シャープな輪郭部分７３が描かれる。この輪郭部分７３に対しても、第２の連続パターン形成機能３２により第２の連続パターン４２を形成することにより、いっそう高品質の輪郭７３を形成できる。
【００４０】
次に、図５（ｃ）に示すように、この第３の連続パターン形成機能３３は、輪郭７３の内部に１つの液滴２８からなる小パターン３８を連続するように形成し、輪郭７３の内部に第３の連続パターン４３を形成し、輪郭７３の内部を塗りつぶす。これにより、塗りつぶされたパターン７２が形成される。輪郭７３の内側では、小パターン３８を連続して形成して液だまり玉が発生しても輪郭７３の上に濡れ広がるだけであり、撥水性のワーク２の表面には濡れ広がらない。したがって、撥水性のワーク２の性質を利用したシャープな輪郭を備えた、塗りつぶされたパターンを形成できる。
【００４１】
図６に本例のパターン生成制御部２６によりワーク２の上に所望のパターンを形成する処理をフローチャートにより示してある。まず、ステップ５１において、第１の連続パターン形成機能３１により、細線あるいは輪郭を形成する第１の連続パターンを形成する。この際、ワーク２の表面が、パターンを形成するために使用する液滴２８に対して撥水性を示さない場合は、ステップ５９において、ワーク２の表面を予め撥水処理する。
【００４２】
第１の連続パターンを形成するステップ５１においては、ステップ５２において、分離パターン形成機能３０により分離パターン７５を離散的に形成する工程を、ステップ５３において所望の第１の連続パターン４１が形成されるまで繰り返す。次に、ステップ５４において、連続パターンの品質をさらに向上する必要があるときは、ステップ５５において、第２の連続パターン形成機能３２により、第１の連続パターン４１に重ねて第２の連続パターン４２を形成する。さらに、ステップ５６において、描くパターン４が塗つぶし面であり、輪郭７３の内側を塗つぶす必要があるときには、ステップ５７において、第３の連続パターン形成機能３３により輪郭７３の内側に第３の連続パターン４３を形成して塗つぶし面７２を形成する。
【００４３】
図６に示した本例のパターン作成方法は、各ステップを実行する命令を有するプログラムとして提供することが可能であり、パターン作成装置１のＣＰＵで実行されるファームウェアとして適当なＲＯＭなどに記録しておくことができる。また、ホストであるパーソナルコンピュータ３で実行されるデバイスドライバ３６として提供することも可能であり、ＣＤ−ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供したり、インターネットなどのコンピュータネットワークを介して提供することが可能である。
【００４４】
このように本例のパターン作成方法では、液滴が寄り集まらない程度の面積の分離パターン７５を離散的に形成する工程を繰り返すことにより、撥水性のワーク２の上で液だまり玉が発生するのを防止する。さらに、後で形成される分離パターン７６を、先に形成された分離パターン７５に一部が重なるように形成することにより、撥水性のワーク２の表面に線や輪郭などの連続したパターンを途切れなく形成することができる。このため、吐出物９との親和性が少なく、濡れ広がることのない撥水性のワーク２の表面の特性を利用し、インクジェット方式により吐出された液滴により、滲みのないシャープな形状のパターンであって、途切れがなく、安定した表面を備えたパターンを形成することができる。
【００４５】
また、面積の大きなパターンであっても、分離パターンを用いて輪郭をまず形成し、その内側を塗つぶし面とすることにより、撥水性のワーク２の表面に面積が大きなパターンをシャープに、また、短時間で形成することができる。
【００４６】
上述したが、本明細書における撥水性とは、ワーク２と液滴２８との組み合わせにおける相対的な概念である。したがって、ワーク２の表面が比較的、親水性であっても、表面張力の高い液滴２８を用いることで撥水性を得ることが可能である。ワーク２に対する液滴２８の接触角が５０度以上になると、液滴の流れ出しや滲みはほとんどなくなり、接触角が７０度以上になると、液滴の流れ出しや滲みはほぼ完全になくなる。一方、接触角が１５０度以上になると、液滴２８がワーク２の表面で完全にはじかれてしまい安定性が少なくなり、塗布された液滴によりパターンを維持することが難しくなる。したがって、本例においてパターンを形成するワーク２と液滴２８の組み合わせは、接触角が５０〜１５０度の範囲内、さらには、７０〜１５０度の範囲内であることが望ましい。
【００４７】
また、パターンを形成したいワーク２と液滴２８が与えられたときに、ワーク２の表面で液滴２８が撥水性を示さないケースもありうる。このようなケースでは、シャープなパターンを得るために、上述したようにステップ５９で、予めワーク２の表面を撥水処理することが要求される。ステップ５９で採用可能なワークの表面を撥水処理する方法としては、大きく分けて３つの方法がある。１つは撥水処理材をワークの表面に塗布する方法であり、他の１つは、ワークの表面にプラズマ照射する方法である。さらに、ワークの表面に微細な凹凸を形成したり、逆に、ワークの表面の平滑性を向上することにより撥水性を与えることができる。
【００４８】
撥水処理材をワークの表面に塗布する方法の一例は、フッ素ポリマー系撥水材料やシリコン系撥水材料をスピンコート法やディッピング法によりワーク２の表面に塗布することである。
【００４９】
ワークの表面にプラズマ照射する方法の一例は、ワーク２の表面を、プラズマを用いてフッ素化したり、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit）法によって撥水性化合物の表面被覆をワークの表面に形成することである。プラズマ重合法によってワークの表面に撥水性の薄膜を形成することも可能である。
【００５０】
ワークの表面に微細な凹凸を形成したり、逆に、ワークの表面の平滑性を向上する方法の一例は、プラズマエッチングによりワークの表面を粗面化することである。また、プラズマを利用して表面を粗面化した後に、撥水性の材料を表面に塗布することも可能である。ワークの表面をブラスト処理などにより粗面化することも可能である。部材粉末を表面に固着させたり、微細加工レジストをワークの表面に形成して、表面に凹凸を作ることも可能である。
【００５１】
なお、図７に示すように、分離パターンを形成する工程を繰り返すことにより、面積の大きなパターン７４を形成することも可能である。この例では、図４に示した矩形の分離パターン７８を形成する工程を繰り返すことにより、２次元的な広がりのあるパターンを形成している。
【００５２】
図８には、パターン作成装置１を用いてＤＮＡ解析用のナノバイオチップを形成する例を示してある。ナノバイオチップ６０は、ＤＮＡ液６４が注入されるＰＣＲ（ポリメラーゼチェイン反応：Polymerase Chain Reaction）用のマイクロチャンバー６１と、このマイクロチャンバー６１で取り出された遺伝子を解析するためのマイクロチャンネルまたは液流路６２と、マイクロチャンネル６２に形成され、遺伝子を分離するためのマイクロストラクチャー６３とを有しており、マイクロチャンネル６２にレーザ光６５を照射して、遺伝子の情報をＣＣＤなどの撮像素子で撮影することによりＤＮＡを解析できる。このようなナノバイオチップ６０は非常に微細なパターニング技術を必要とするが、本例のパターン作成方法を使用することにより、インクジェット方式を用いたパターン作成装置１により、マイクロチャンバー６１、マイクロチャンネル６２、微細なマイクロストラクチャー６３を精度良く形成できる。さらに、本例のパターン作成方法であれば、微細なパターンの２次元方向の形状だけではなく、第２の連続パターンを形成することにより、パターンの表面の形状、すなわち、３次元方向の形状も精度良く制御することが可能であり、高性能のナノチップを製造するのに好適である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
このような本発明のパターン作成装置およびパターン作成方法は、親和性の低い液滴とワークとの組み合わせを採用して、液滴の寄り集まりを防止した状態で、シャープで鮮明な高品質のパターンを作成することが可能であり、インクなどの塗料や、試薬などの薬剤を所望のパターンに付着する用途から、印刷、撮像デバイスの製造、ＤＮＡチップを含む半導体の製造などの微細なパターニングが要求される用途まで、様々な分野のパターニング技術に採用して、高品質のパターンを作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るパターン作成装置の概略を示す図である。
【図２】パターン作成装置により細線が形成される様子を示す図であり、図２（ａ）は分離パターンが離散的に形成される様子を示す図、図２（ｂ）は分離パターンが繰り返し形成されて細線が形成される様子を示す図、図２（ｃ）は液滴が重ね打ちされる様子を示す図である。
【図３】図２とは異なる分離パターンで細線が形成される様子を示す図である。
【図４】２次元に広がりのある分離パターンでパターンを作成する様子を示す図であり、図４（ａ）は分離パターンが離散的に形成される様子を示す図、図４（ｂ）は分離パターンが繰り返し形成される様子を示す図である。
【図５】パターン作成装置により塗つぶし面が形成される様子を示す図であり、図５（ａ）は分離パターンが輪郭部分に離散的に形成される様子を示す図、図５（ｂ）は分離パターンが繰り返し形成されて輪郭が形成される様子を示す図、図５（ｃ）は輪郭の内部が塗つぶされる様子を示す図である。
【図６】パターン作成装置で所望のパターンを作成する際の処理を示すフローチャートである。
【図７】異なる分離パターンで所望のパターンを作成する例である。
【図８】パターン作成装置で形成したバイオナノチップを示す図である。
【図９】図９（ａ）は本来目的としているパターンを示し、図９（ｂ）は液だまり玉によりパターンが劣化する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    パターン作成装置
４    ワーク
２８    液滴
３０    分離パターン形成機能
３１    第１の連続パターン形成機能
３２    第２の連続パターン形成機能
３３    第３の連続パターン形成機能
３８、７７    小パターン
７５、７６、７８    分離パターン
【図１】
2005067120.tif 000003
【図２】
2005067120.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005067120.tif 000006
【図５】
2005067120.tif 000007
【図６】
2005067120.tif 000008
【図７】
2005067120.tif 000009
【図８】
2005067120.tif 000010
【図９】
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