(57)【要約】【課題】  インクジェット技術を用いた薄膜形成方法において、微細化や膜物性の向上に好適な膜形成方法を提供する。【解決手段】  液滴ＬＨの乾燥過程において、液滴内の温度分布を利用して液滴内の対流を制御する。具体的には、基板Ｓの温度や液滴ＬＨの雰囲気温度を制御したり、液滴ＬＨを部分的にレーザ加熱したりすることで、ピニング，ディピニングを制御する。これにより、基板上に所望のサイズの薄膜を形成することができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体材料を液滴にして基板上に配置し、前記液滴を乾燥することにより該基板上に薄膜を形成する方法であって、
上記液滴の乾燥過程において、液滴内の温度分布を利用して該液滴内の対流を制御することを特徴とする、薄膜形成方法。
【請求項２】
上記液体材料の溶媒もしくは分散媒に沸点が１５０℃以上のものを用い、上記液滴に対して、その頂部が底部よりも高温となるような温度勾配を与えることにより上記液滴内に対流を生じさせることを特徴とする、請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
上記液体材料の溶媒もしくは分散媒に沸点が１５０°未満のものを用い、上記液滴に対して、その頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与えることにより上記液滴内に対流を生じさせることを特徴とする、請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
上記液滴の温度制御が基板温度を制御することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
上記液滴の温度制御がレーザを該液滴に対して部分的に照射することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
【請求項６】
上記液滴の温度制御が雰囲気温度を制御することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
【請求項７】
上記液滴の頂部と底部の温度差を０．５℃以上に制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
上記液滴内の対流制御を停止するタイミングを調節することにより、上記乾燥膜の形状を制御することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの項に記載の方法により形成された薄膜を用いてデバイスを製造することを特徴とする、デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかの項に記載の方法により形成された薄膜を用いて電気光学装置を製造することを特徴とする、電気光学装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法により製造された電気光学装置を備えたことを特徴とする、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成方法、デバイスの製造方法、電気光学装置の製造方法、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイや表示光源などとして用いられる電気光学装置や、半導体装置などの電子装置は、その製造過程において、基板上に材料を配置し、その基板上に膜を形成する工程を含む。材料の配置技術や膜形成技術は、品質や機能と密接に係わり、上記各装置の性能の向上を図る上で重要である。
基板上に材料を配置する技術としては、吐出ヘッドに設けられたノズルを介して液体材料を液滴として吐出する方法がある（例えば、特許文献１）。この液滴吐出法は、スピンコート法などの技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、基板上に配置する液体材料の量や位置の制御を行ないやすいという利点がある。
【特許文献１】特開平１１−２７４６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液滴吐出法を用いて基板上に膜を形成する技術では、液体材料を基板上に配置する際の配置精度が求められる一方で、液膜の乾燥後における膜の微細化や膜物性の向上が求められる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微細化や膜物性の向上に好適な薄膜形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、品質の向上が可能なデバイス製造方法、電気光学装置、並びに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明の薄膜形成方法は、液体材料を液滴にして基板上に配置し、前記液滴を乾燥することにより該基板上に薄膜を形成する方法であって、上記液滴の乾燥過程において、液滴内の温度分布を利用して該液滴内の対流を制御することを特徴とする。
【０００５】
図１１は液滴の一般的な乾燥過程を示す図である。このような液滴では、一般に縁において乾燥が速く進む。このため、乾燥の初期段階では液滴の縁で液体が急速に蒸発し、固形分濃度が上昇する傾向にある。このとき、液滴の縁における固形分濃度が飽和濃度に達すると、その縁において固形分が局所的に析出する。すると、その析出した固形分によって液滴の縁がピン止めされたような状態となり、それ以降の乾燥に伴う液滴の収縮（外径の収縮）が抑制される。以後、この現象、即ち、縁部で析出した固形分によって乾燥に伴う液滴の収縮が抑制される現象を「ピニング」と呼び、乾燥時にピニングすることなく液滴が収縮する現象を「ディピニング」と呼ぶ。一方、流体内に所定の温度差を与えると、流体の熱拡散だけではエネルギー輸送をまかないきれず、対流という流体の不安定化を引き起こす。
【０００６】
本発明は、液滴内の対流を制御することで、このピニング，ディピニングを制御するものである。したがって、本方法によれば、任意の形状，サイズの乾燥膜を形成することができる。例えば、乾燥期間中、常に液体を対流させ続けた場合には、液滴はピニングを生じることなく収縮を続けるため、得られる乾燥膜のサイズは極めて微小なものとなる。また、ピニングが起きたとき、初期の段階であれば対流を激しくすることでピニングした固形分を掻き取る（即ちディピニングさせる）ことができる。逆に対流が激しい場合には、液滴内の温度分布を小さくして対流を緩やかにすることで、固形分の堆積を安定化することができる。すなわち、対流の大きさを最適に設定することで、膜質の制御が可能となる。さらに、対流を維持するだけでなく、意図的に対流を停止する（即ち、液滴内の対流制御を停止するタイミングを調節する）ことで、乾燥膜の形状やサイズを自在にコントロールすることも可能である。
特に本方法では、温度制御によって対流を強制的に起こすことができるので、例えば比熱が高く、単に自然乾燥しただけではピニングが生じてしまうような場合でも、ディピニング薄膜を形成することができる。なお、通常インクジェット装置で使用する液体材料には高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒が用いられるが、このような液体材料は乾燥時間が長く、この間に液滴内の対流が止まってしまう（即ち、ピニングが生じてしまう）場合がある。したがって、このような場合でも、本方法を用いればピニングを生じることなく微小な薄膜を形成することができる。
【０００７】
ところで、液滴内の温度分布の状態は、その液体の種類によって異なる。例えば液滴の裾野部分では一般に乾燥が速く進むため、気化熱により液滴の頂部よりも温度は低くなる傾向にある。しかし、次項の［発明を実施するための最良の形態］で説明するように、液体の沸点が低い（例えば１５０℃未満）場合には、基板の熱が液滴の頂上部まで伝わらない内に蒸発が進行し続けてしまうため、液滴頂部が最も冷たくなる。逆に液体の沸点が高い（例えば沸点が１５０℃以上）場合には、乾燥がゆっくり進むので、基板の熱が液滴頂上部まで十分に伝わり易くなり、液滴の温度は液滴内で略均一化されるか、縁部の方で冷たくなる。
【０００８】
このため、液滴の頂部が相対的に高温となるような高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒（例えば沸点が１５０℃以上の溶媒もしくは分散媒）を用いた場合には、上記液滴に対して、その頂部が底部よりも高温となるような温度勾配を与えることにより上記液滴内に対流を生じさせることが好ましい。勿論、このような液滴に対して、頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与えて温度分布を逆転させても液滴内に対流を生じさせることはできるが、より効率的に対流を起こすには上述の方法を採用することが望ましい。同様に、液滴の頂部の温度が相対的に低くなるような低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒（例えば沸点が１５０℃未満の溶媒もしくは分散媒）を用いた場合には、上記液滴に対して、その頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与えることにより上記液滴内に対流を生じさせることが好ましい。
【０００９】
この場合、液滴の頂部と底部の温度差を０．５℃以上に制御することが望ましい。液滴内に対流が生じるか否かは、その液滴内の温度勾配や液体材料の粘度によって決まる。例えば液滴内の温度勾配が大きい場合にはより対流が生じ易く、液体材料の粘度が大きければ、これが抵抗として働くため、対流は起きにくくなる。しかし、通常インクジェット装置等で用いる液体の粘度は０.５〜５０ｃｐｓ程度であり、このような粘度の液体であれば、上述の温度勾配、即ち、液滴の頂部と底部に０．５℃以上の温度勾配を与えれば十分に対流を生じさせることができる。
【００１０】
なお、上記液滴の温度制御の方法としては以下の方法を採用することができる。
（１）液滴の配置された基板の温度を制御する方法
（２）液滴を部分的にレーザ加熱する方法
（３）液滴の雰囲気温度を制御する方法
例えば溶媒もしくは分散媒に低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いた場合、上記（１）の方法では、基板を加熱して液滴の底部の温度をより高めるようにすればよい。また、（２）の方法では、レーザ光を基板に略平行に照射し、液滴の底部側を加熱するようにする。また、（３）の方法では、雰囲気温度を基板温度よりも低くして液滴の頂部をより冷やすようにすればよい。一方、溶媒もしくは分散媒に高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒を用いた場合には、低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いた場合と逆の温度勾配を与えることで対流を促進することができる。すなわち、上記（１）の方法では、基板を冷却し液滴の底部の温度をより低くすればよく、（２）の方法では、レーザ光を液滴の頂上側に当てて液滴頂部を加熱する。また、（３）の方法では、雰囲気温度を基板温度よりも高くして液滴の頂部を暖めるようにすればよい。なお、（３）の方法では、ダウンフローによって液滴近傍の温度のみ制御してもよい。
【００１１】
また、本発明のデバイスの製造方法は、上述の方法により形成された薄膜を用いてデバイスを製造することを特徴とする。また、本発明の電気光学装置の製造方法は、上述の方法により形成された薄膜を用いて電気光学装置を製造することを特徴とする。
これらのデバイスとしては、例えば半導体素子，撮像素子，液晶素子，有機ＥＬ素子等を挙げることができる。また、電気光学装置としては液晶表示装置，有機ＥＬ表示装置，電気泳動表示装置，プラズマ表示装置等を挙げることができる。
本方法によれば、上記薄膜形成方法によって高精細な膜パターンを形成可能であることから、デバイス，電気光学装置の品質向上を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の電子機器は上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
これにより高品質な表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１４】
［薄膜形成方法］
本発明の薄膜形成方法は、機能性材料を含む液体材料を液滴吐出装置によって基板上に液滴として吐出（配置）し、これを乾燥することによって膜化するものである。この際、本発明では、その乾燥過程において液滴内の温度分布を利用して液滴の対流状態を制御している。
【００１５】
通常、液滴内には気化熱の影響により部分的に温度差が生じており、この温度差によって液滴内にはレイリー対流とマランゴニ対流という２種類の対流が生じる。レイリー対流は液滴内の局所的な密度差によって生じる浮力による対流であり、マランゴニ対流は気液界面の局所的な表面張力差によって生じる対流である。一般に液滴のサイズが大きい場合にはレイリー対流が支配的であり、液滴サイズが小さい場合にはマランゴニ対流が支配的である。本実施形態で扱う液滴吐出装置、例えばインクジェット装置では、吐出される液滴のサイズは十分小さいため、マランゴニ対流が支配的となる。したがって、本実施形態ではこのマランゴニ対流を利用して液滴周縁部でのピニング，ディピニングを制御することとなる。
【００１６】
図１は、本発明の薄膜形成方法における乾燥過程の一例を示す模式図である。図１は、基板上に吐出された液滴を乾燥させる際に、液滴内に持続的に対流を生じさせることで微小膜を形成するようにしたものである。すなわち、本例では乾燥の初期段階における液滴の縁での固形分の析出（ピニング）が生じないように、液滴内に所定温度以上の温度分布を生じさせ、液滴の縁部における対流を促している。このような温度制御を行なった場合、液滴内には中央部から縁部に向かう液体の流れと縁部から中央部に向かう流れとを含む対流が持続的に形成され、液滴内における局所的な固形分濃度の上昇が抑制されるとともに、液滴内の固形分濃度の均一化が図られる。そして、液滴の全体の固形分濃度が略同時に飽和濃度に達することで、液滴の全体において概ね一斉に析出が起こる。このとき、液滴の収縮過程における液滴の形状を維持して固化が生じ、乾燥膜は、中央部と縁とがほぼ同程度の膜厚となるか、縁に比べて中央部の膜厚が大きくなる。
【００１７】
ここで、液滴内の温度分布の制御方法としては以下の方法を用いることができる。
（１）液滴の配置された基板の温度を制御する方法
（２）液滴を部分的にレーザ加熱する方法
（３）液滴の雰囲気温度を制御する方法
【００１８】
この際、対流を効率的に起こすために、温度制御の方法を液体材料の溶媒もしくは分散媒の特性（主に溶媒もしくは分散媒の沸点）に応じて変えることが望ましい。以下に、溶媒もしくは分散媒の沸点と液滴内の温度分布との関係について説明する。
下記の表１は、溶媒もしくは分散媒の種類と、対流状態及び液滴表面の温度分布との関係を示している。ここでは、液体材料として、ポリスチレン微粒子（粒径φ＝１．５μｍ）を数種類の分散媒に分散させたものを用意した。微粒子の濃度は０．１ｗｔ％である。そして、各液体材料をマイクロピペットで２μｌとり、基板上に滴下して真上から顕微鏡で観察した。用いた基板はＳｉ基板，ガラス基板，ＳＡＭｓ（ＳＡＭｓ：ＦＡＳ１７，Ｃ１８，ＣＮ，Ｂｚ，ＦＡＳ３，Ｃ８，ＮＨ２）で表面処理を施したガラス基板である。
【００１９】
なお、ＦＡＳ１７＝１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、Ｃ１８＝オクタデシルトリメトキシシラン、ＣＮ＝３−シアノプロピルトリエトキシシラン、Ｂｚ＝ベンジルトリエトキシシラン、Ｆ３＝３，３，３トリフルオロプロピルメトキシシラン、Ｃ８＝オクチルトリエトキシシラン、ＮＨ２＝３−アミノプロピルトリエトキシシランである。
また、表１において、状態Ａは、液滴表面での対流が液滴の底部外周部（縁部）から液滴の頂部に向かって生じ、且つ、液滴中央部での対流が液滴の頂部から液滴の底部中央部に向かって生じるものを示している（図１０（ａ）参照）。また、状態Ｂは液滴表面での対流が液滴の頂部から液滴の底部外周部に向かって生じ、且つ、液滴中央部での対流が液滴の底部中央部から液滴の頂部に向かって生じるものを示している（図１０（ｂ）参照）。また、状態Ｃは液滴内に対流が殆ど観察されないものを示している（図１０（ｃ）参照）。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
また、ここでは更に、液滴表面の温度分布をサーモグラフィを用いて観察した。この結果、状態Ａを示した液滴では、液滴頂部の温度が液滴の縁部の温度に比べて低温であり、状態Ｂを示した液滴では状態Ａのものとは逆の温度分布、即ち、液滴頂部の温度が液滴の縁部の温度に比べて高温であることがわかった。また、状態Ｃを示した液滴では、液滴内の温度差は殆どなく、略均一な温度分布であった。
【００２２】
以上の結果から、以下のことが考察される。
（１）液滴内には主にマランゴニ対流が生じている。
すなわち、本例では、マランゴニ対流の特徴の１つである、液滴表面に温度の高い方から低い方に向かう流れ（熱毛管流）が生じていることから、液滴内の対流はレイリー対流よりもマランゴニ対流が支配的であることがわかる。また、対流が熱毛管流であることから、気液界面での温度分布が重要となる。
（２）液滴内の対流は主に液滴内部の温度分布によって生じる。
これは、液滴内の温度が略均一なものでは対流を生じない（即ち、状態Ｃを示す）ことから結論付けられる。逆に、このことから対流を制御するには液滴の温度を制御すればよいことがわかる。
（３）液滴内の対流の方向は溶媒もしくは分散媒の沸点と密接に関係している。
すなわち、対流の状態と溶媒もしくは分散媒の沸点との関係を見た場合、１５０℃を境にして対流のパターンが逆転している。沸点が１５０℃以上の溶媒もしくは分散媒を高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒、１５０℃未満の溶媒もしくは分散媒を低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒と呼んだ場合、概ね高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒を用いたものでは対流パターンは状態Ｂであり、低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いたものでは状態Ａとなる。なお、表１ではこれに従わないものもあるが、このような溶媒もしくは分散媒は、比熱が大きい等、もともと温度分布の出にくい性質を有するものである。
【００２３】
このように、液滴内の温度分布の様子は溶媒もしくは分散媒によって異なることから、液滴に部分的に熱を与えて対流を制御する場合には、その加熱位置を溶媒もしくは分散媒の種類、特に溶媒もしくは分散媒の沸点に基づいて異ならせる必要がある。例えば液滴内の温度勾配を広げるには、高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒を用いたものでは、液滴に対して、その頂部が底部よりも高温となるような温度勾配を与えるようにし、低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いたものでは、その頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与えればよい。これにより、液滴内の対流が促進され、ピニングが起きにくくなる。逆に、これと反対の制御を行なった場合には対流が弱められ、ピニングしやすくなる。そして、これらの制御を使い分けることで、所望の大きさの膜を得ることができる。
【００２４】
具体的な温度制御の態様を図２，図３に示す。図２は高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒を用いた場合の方法であり、図３は低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いた場合の方法である。
図２（ａ）は、基板Ｓの温度により液滴ＬＨ内の温度分布を制御する方法を示している。ここでは溶媒もしくは分散媒に高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒を用いているので、例えば基板温度を上げる（加熱する）と液滴ＬＨ内の温度勾配が小さくなり、対流が弱まる（即ち、ピニングし易くなる）。また、基板温度を下げる（冷却する）と液滴ＬＨ内の温度勾配が大きくなり、対流が促進される（即ち、ディピニングする）。
図２（ｂ）は、レーザ加熱により液滴ＬＨ内の温度分布を制御する方法を示している。この方法では、例えばレーザ光を基板Ｓに略平行に照射し、液滴ＬＨの頂部のみ加熱することで、液滴ＬＨ内の対流を促進することができる。
図２（ｃ）は、雰囲気温度を制御することにより液滴ＬＨ内の温度分布を制御する方法を示している。この方法では、例えば雰囲気温度を基板温度よりも高くすることで、液滴ＬＨの頂部が暖められ、対流が促進される。また、雰囲気温度を基板温度よりも低くすることで、対流を弱めることができる。なお、この方法では、ダウンフローによって液滴近傍の温度のみ制御してもよい。
【００２５】
一方、低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いた場合には、基板Ｓを冷却すると液滴ＬＣ内の温度勾配は逆に小さくなるので対流は弱まり、基板Ｓを加熱すると温度勾配は大きくなるので対流は促進される（図３（ａ））。同様に、液滴ＬＣの雰囲気温度を基板温度よりも高くして液滴ＬＣの頂部を暖めた場合には、液滴ＬＣ内の温度勾配は小さくなるので対流は弱くなり、雰囲気温度を基板温度よりも低くして液滴ＬＣの頂部を冷やした場合には、対流は強くなる（図３（ｂ））。
なお、沸点が十分に小さい場合には、液滴の頂部で常に蒸発が起きるので、液滴内にはその気化熱の影響で大きな温度勾配が生じる。このため、沸点の十分小さい溶媒もしくは分散媒を用いた場合には、基板加熱等の温度制御を行なわなくてもディピニング薄膜を形成できる場合もあり得る。
【００２６】
以上説明したように、本例の薄膜形成方法では、液滴内の対流を利用してピニング，ディピニングを制御しているため、任意の形状，サイズの乾燥膜を形成することができる。例えば、乾燥期間中、常に液体を対流させ続けた場合には、液滴はピニングを生じることなく収縮を続けるため、得られる乾燥膜のサイズは極めて微小なものとなる。また、ピニングが起きたとき、初期の段階であれば対流を激しくすることでピニングした固形分を掻き取る（即ちディピニングさせる）ことができる。逆に対流が激しい場合には、液滴内の温度分布を小さくして対流を緩やかにすることで、固形分の堆積を安定化することができる。すなわち、対流の大きさを最適に設定することで、膜質の制御が可能となる。さらに、対流を維持するだけでなく、意図的に対流を停止する（即ち、液滴内の対流制御を停止するタイミングを調節する）ことで、乾燥膜の形状やサイズを自在にコントロールすることも可能である。
特に本方法では、温度制御によって対流を強制的に起こすことができるので、例えば比熱が高く、単に自然乾燥しただけではピニングが生じてしまうような場合でも、ディピニング薄膜を形成することができる。なお、通常インクジェット装置で使用する液体材料には高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒が用いられるが、このような液体材料は乾燥時間が長く、この間に液滴内の対流が止まってしまう（即ち、ピニングが生じてしまう）場合がある。したがって、このような場合でも、本方法を用いればピニングを生じることなく微小な薄膜を形成することができる。
【００２７】
［複数の乾燥膜の近接配置方法］
次に、複数の薄膜を基板上に並べて形成する方法について説明する。図４は、ディピニング薄膜を接近かつ並べて形成するための方法を説明するための図であり、上段が平面図、下段が断面図である。
基板上に複数の液滴を並べて配置し、その後、それらをまとめて乾燥しようとすると、乾燥前における液滴同士の結合を避けるために、液滴の直径以上に液滴同士を離す必要がある。乾燥前の液滴同士の結合（合体）は膜の拡大化を招く。そこで、本方法では、先に基板上に配置した液滴を乾燥させてから、次の液滴を配置することにより、複数の乾燥膜を接近かつ並べて形成する。
【００２８】
すなわち、本方法では、図４に示すように、まず第１の液滴を基板上に配置し、その第１の液滴の乾燥膜（第１の乾燥膜）を形成する。そして、その第１の乾燥膜に一部を重ねて第２の液滴を基板上に配置し、これを乾燥して第２の液滴の乾燥膜（第２の乾燥膜）を形成する。この際、第２の液滴の縁が第１の乾燥膜によってピン止めされないように、第２の液滴内の対流状態を最適に制御する。具体的には、第２の液滴の溶媒もしくは分散媒に高沸点溶媒もしくは高沸点分散媒を用いた場合には、基板温度や雰囲気温度を制御したり、液滴を部分的にレーザ加熱したりすることで、第２の液滴に対して、その頂部が底部よりも高温となるような温度勾配を与えるようにする。また、低沸点溶媒もしくは低沸点分散媒を用いた場合には、逆に頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与える。これにより、第２の液滴内の対流が促進され、第１の乾燥膜がピニングサイトとして作用することが防止される。したがって、本方法を採用することで、第２の乾燥膜を第１の乾燥膜に接近かつ並べて形成することが可能となる。
【００２９】
［線状パターンの形成方法］
次に、基板上に線状パターンを形成する方法について説明する。図５は、上述した複数の乾燥膜の近接配置方法を用いて線状パターンを形成する方法の一例を示す図である。ここでは、例えば図６に示すような膜形成装置１０を用いてパターンを形成する。
【００３０】
［膜形成装置］
まず、この膜形成装置１０について説明する。
図６において、膜形成装置１０は、ベース１１２と、ベース１１２上に設けられ、基板２０を支持する基板ステージ２２と、ベース１１２と基板ステージ２２との間に介在し、基板ステージ２２を移動可能に支持する第１移動装置（移動装置）１１４と、基板ステージ２２に支持されている基板２０に対して処理液体を吐出可能な液体吐出ヘッド２１と、液体吐出ヘッド２１を移動可能に支持する第２移動装置１１６と、液体吐出ヘッド２１の液滴の吐出動作を制御する制御装置２３とを備えている。更に、膜形成装置１０は、ベース１１２上に設けられている重量測定装置としての電子天秤（不図示）と、キャッピングユニット２５と、クリーニングユニット２４とを有している。また、第１移動装置１１４及び第２移動装置１１６を含む膜形成装置１０の動作は、制御装置２３によって制御される。
【００３１】
第１移動装置１１４はベース１１２の上に設置されており、Ｙ方向に沿って位置決めされている。第２移動装置１１６は、支柱１６Ａ，１６Ａを用いてベース１１２に対して立てて取り付けられており、ベース１１２の後部１２Ａにおいて取り付けられている。第２移動装置１１６のＸ方向（第２の方向）は、第１移動装置１１４のＹ方向（第１の方向）と直交する方向である。ここで、Ｙ方向はベース１１２の前部１２Ｂと後部１２Ａ方向に沿った方向である。これに対してＸ方向はベース１１２の左右方向に沿った方向であり、各々水平である。また、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に垂直な方向である。
【００３２】
第１移動装置１１４は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール１４０，１４０と、このガイドレール１４０に沿って移動可能に設けられているスライダー１４２とを備えている。このリニアモータ形式の第１移動装置１１４のスライダー１４２は、ガイドレール１４０に沿ってＹ方向に移動して位置決め可能である。
【００３３】
また、スライダー１４２はＺ軸回り（θＺ）用のモータ１４４を備えている。このモータ１４４は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ１４４のロータは基板ステージ２２に固定されている。これにより、モータ１４４に通電することでロータと基板ステージ２２とは、θＺ方向に沿って回転して基板ステージ２２をインデックス（回転割り出し）することができる。すなわち、第１移動装置１１４は、基板ステージ２２をＹ方向（第１の方向）及びθＺ方向に移動可能である。
【００３４】
基板ステージ２２は基板２０を保持し、所定の位置に位置決めするものである。また、基板ステージ２２は不図示の吸着保持装置を有しており、吸着保持装置が作動することにより、基板ステージ２２の穴４６Ａを通して基板２０を基板ステージ２２の上に吸着して保持する。
【００３５】
第２移動装置１１６はリニアモータによって構成され、支柱１６Ａ，１６Ａに固定されたコラム１６Ｂと、このコラム１６Ｂに支持されているガイドレール６２Ａと、ガイドレール６２Ａに沿ってＸ方向に移動可能に支持されているスライダー１６０とを備えている。スライダー１６０はガイドレール６２Ａに沿ってＸ方向に移動して位置決め可能であり、液体吐出ヘッド２１はスライダー１６０に取り付けられている。
【００３６】
液体吐出ヘッド２１は、揺動位置決め装置としてのモータ６２，６４，６７，６８を有している。モータ６２を作動すれば、液体吐出ヘッド２１は、Ｚ軸に沿って上下動して位置決め可能である。このＺ軸はＸ軸とＹ軸に対して各々直交する方向（上下方向）である。モータ６４を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｙ軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ６７を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｘ軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ６８を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｚ軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。すなわち、第２移動装置１１６は、液体吐出ヘッド２１をＸ方向（第１の方向）及びＺ方向に移動可能に支持するとともに、この液体吐出ヘッド２１をθＸ方向、θＹ方向、θＺ方向に移動可能に支持する。
【００３７】
このように、図６の液体吐出ヘッド２１は、スライダー１６０において、Ｚ軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐは、基板ステージ２２側の基板２０に対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐには液滴を吐出する複数のノズルが設けられている。
【００３８】
液体吐出ヘッド２１は、いわゆる液体吐出方式（液滴吐出方式）により、液体材料（レジスト）をノズルから吐出するものである。液体吐出方式としては、圧電体素子としてのピエゾ素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式、液体材料を加熱し発生した泡（バブル）により液体材料を吐出させる方式等、公知の種々の技術を適用できる。このうち、ピエゾ方式は、液体材料に熱を加えないため、材料の組成等に影響を与えないという利点を有する。なお、本例では、上記ピエゾ方式を用いる。
【００３９】
図７は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。図７において、液体材料を収容する液室３１に隣接してピエゾ素子３２が設置されている。液室３１には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系３４を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子３２は駆動回路３３に接続されており、この駆動回路３３を介してピエゾ素子３２に電圧が印加される。ピエゾ素子３２を変形させることにより、液室３１が変形し、ノズル３０から液体材料が吐出される。このとき、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子３２の歪み量が制御され、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子３２の歪み速度が制御される。すなわち、液体吐出ヘッド２１では、ピエゾ素子３２への印加電圧の制御により、ノズル３０からの液体材料の吐出の制御が行われる。
【００４０】
図６に戻り、電子天秤（不図示）は、液体吐出ヘッド２１のノズルから吐出された液滴の一滴の重量を測定して管理するために、例えば、液体吐出ヘッド２１のノズルから、５０００滴分の液滴を受ける。電子天秤は、この５０００滴の液滴の重量を５０００の数字で割ることにより、一滴の液滴の重量を正確に測定することができる。この液滴の測定量に基づいて、液体吐出ヘッド２１から吐出する液滴の量を最適にコントロールすることができる。
【００４１】
クリーニングユニット２４は、液体吐出ヘッド２１のノズル等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行なうことができる。キャッピングユニット２５は、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐが乾燥しないようにするために、デバイスを製造しない待機時にこの液滴吐出面１１Ｐにキャップをかぶせるものである。
【００４２】
液体吐出ヘッド２１が第２移動装置１１６によりＸ方向に移動することで、液体吐出ヘッド２１を電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２５の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、液体吐出ヘッド２１をたとえば電子天秤側に移動すれば、液滴の重量を測定できる。また液体吐出ヘッド２１をクリーニングユニット２４上に移動すれば、液体吐出ヘッド２１のクリーニングを行なうことができる。液体吐出ヘッド２１をキャッピングユニット２５の上に移動すれば、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐにキャップを取り付けて乾燥を防止する。
【００４３】
つまり、これら電子天秤、クリーニングユニット２４、およびキャッピングユニット２５は、ベース１１２上の後端側で、液体吐出ヘッド２１の移動経路直下に、基板ステージ２２と離間して配置されている。基板ステージ２２に対する基板２０の給材作業及び排材作業はベース１１２の前端側で行われるため、これら電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２５により作業に支障を来すことはない。
【００４４】
図６に示すように、基板ステージ２２のうち、基板２０を支持する以外の部分には、液体吐出ヘッド２１が液滴を捨打ち或いは試し打ち（予備吐出）するための予備吐出エリア（予備吐出領域）１５２が、クリーニングユニット２４と分離して設けられている。この予備吐出エリア１５２は、図６に示すように、基板ステージ２２の後端部側においてＸ方向に沿って設けられている。この予備吐出エリア１５２は、基板ステージ２２に固着され、上方に開口する断面凹字状の受け部材と、受け部材の凹部に交換自在に設置されて、吐出された液滴を吸収する吸収材とから構成されている。
【００４５】
図５に戻って、本実施形態の線状パターンの形成方法について説明する。ここでは、吐出ヘッド２１から液体材料を液滴にして吐出し、その液滴を一定の距離（ピッチ）ごとに基板２１上に配置する。そして、この液滴の配置動作を繰り返すことにより、基板２１上に線状の膜パターンを形成する。
【００４６】
具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、吐出ヘッド２１から吐出した液滴Ｌ１を、一定の間隔をあけて基板２１上に順次配置する。
【００４７】
基板２１上に液滴Ｌ１を配置した後、液体分（溶媒、分散媒など）の除去を行なうために、乾燥処理を行なう。乾燥処理は、例えばホットプレート、電気炉、熱風発生機、ランプアニールなどの加熱手段を用いた一般的な加熱処理の他に、基板２１を搭載したステージを移動させることにより行なってもよい。また、本例では、上述したように、液滴を収縮させて乾燥膜を形成する（ディピニング）。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、上述した液滴の配置動作を繰り返す。すなわち、図５（ａ）に示した前回と同様に、吐出ヘッド２１から液体材料を液滴Ｌ２にして吐出し、その液滴Ｌ２を一定距離ごとに基板２１に配置する。このとき、液滴Ｌ２の量（１滴あたりの液体材料の量）、及びその配置ピッチＰ２は前回の液滴Ｌ１と同じである。また、液滴Ｌ２の配置位置を前回の液滴Ｌ１から所定距離Ｓ１だけシフトさせる。すなわち、基板２１上に配置された前回の液滴Ｌ１の中心位置と、今回の液滴Ｌ２の中心位置とは上記距離Ｓ１だけ離れた位置関係となる。このシフト量Ｓ１は、本例では、上記ピッチＰ１，Ｐ２よりも狭く（Ｓ１＜Ｐ１＝Ｐ２）、かつ先に基板２１に配置された液滴Ｌ１に次の液滴Ｌ２が一部重なるように定められている。
【００４９】
またこのとき、今回の液滴Ｌ２と前回の液滴Ｌ１とが接するが、前回の液滴Ｌ１はすでに液体分が完全に又はある程度除去されているので、両者が合体して基板２１上で広がることはほとんどない。液滴Ｌ２を基板２１上に配置した後、液体分の除去を行なうために、前回と同様に、乾燥処理を行なう。
【００５０】
この後、図５（ｃ）に示すように、上述した液滴の配置動作を複数回繰り返す。各回において、配置する液滴Ｌｎ同士の距離間隔（ピッチＰｎ）は、最初の回の距離と同じ（ピッチＰｎ＝Ｐ１）で、常に一定である。また、液滴の配置動作を複数回繰り返す際、各回ごとに、液滴Ｌｎの配置を開始する位置を、前回の液滴が配置された位置から所定距離だけずらす。この液滴の配置動作の繰り返しにより、基板２１上に配置された液滴同士の隙間が埋まり、線状の連続したパターンが形成される。また、基板上に形成される膜パターンは、常に同じピッチによる液滴配置によって形成され、全体がほぼ等しい形成過程を経ているため、構造が均質なものとなる。
【００５１】
このように本例の線状パターン形成方法では、液滴を収縮させて乾燥膜を形成することから、各液滴の乾燥膜の微小化が図られる。そのため、高精細な膜パターンを形成することができる。
なお、線状パターンの形成方法は、図５に示したものに限定されない。例えば、液滴の配置ピッチや、繰り返しの際のシフト量などは任意に設定可能である。
【００５２】
［電気光学装置］
次に、本発明のデバイスについて説明する。ここでは、このデバイスとして電気光学装置、特に液晶表示装置を例に挙げて説明する。
図８は、本発明の膜形成方法を用いて製造されたカラーフィルタを搭載した液晶表示装置の構成を例示する斜視図である。
本実施形態に係る液晶表示装置４００は、液晶駆動用ＩＣ（図示略）、配線類（図示略）、光源４７０、支持体（図示略）などの付帯要素が装着されている。
液晶表示装置４００の構成を簡単に説明する。液晶表示装置４００は、互いに対向するように配置された、カラーフィルタ４６０、及びガラス基板４１４と、これらの間に挟持された図示略の液晶層と、カラーフィルタ４６０の上面側（観察者側）に付設された偏光板４１６と、ガラス基板４１４の下面側に付設された図示略の偏光板とを主体として構成されている。カラーフィルタ４６０は透明なガラスからなる基板４６１を具備し、観察者側に設けられた基板であり、ガラス基板４１４はその反対側に設けられる透明な基板である。
【００５３】
基板４６１の下側には、黒色感光性樹脂膜からなる隔壁４６２と、着色部４６３、及びオーバーコート層４６４が順次形成され、さらにオーバーコート層４６４の下側に駆動用の電極４１８が形成されている。なお、実際の液晶装置においては、電極４１８を覆って液晶層側と、ガラス基板４１４側の後述する電極４３２上に、配向膜が設けられるが、図示、及び説明を省略する。
カラーフィルタ４６０の液晶層側に形成された液晶駆動用の電極４１８は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料を、オーバーコート層４６４の全面に形成させたものである。
【００５４】
ガラス基板４１４上には、絶縁層４２５が形成され、この絶縁層４２５の上には、スイッチング素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor）と、画素電極４３２とが形成されている。
ガラス基板４１４上に形成された絶縁層４２５上には、マトリクス状に走査線４５１と、信号線４５２とが形成され、走査線４５１と信号線４５２とに囲まれた領域毎に画素電極４３２が設けられている。各画素電極４３２のコーナー部分と走査線４５１と信号線４５２との間部分にはＴＦＴが組み込まれており、走査線４５１と信号線４５２に対する信号の印加によってＴＦＴはオン、又はオフの状態となって画素電極４３２への通電が制御される。
【００５５】
本例の電気光学装置は、本発明の薄膜形成方法により形成されたカラーフィルタを備えているため、高精細な表示が可能となる。
【００５６】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器について説明する。
図９は、上記液晶表示装置を用いた電子機器の一例たる携帯電話機の構成を例示する斜視図である。同図において、携帯電話機９２は複数の操作ボタン９２１のほか、受話口９２２、送話口９２３とともに、上述した液晶表示装置４００を備えるものである。
本例の電子機器は、表示部に上述の電気光学装置を備えているので、高精細な表示が可能となる。
【００５７】
なお、液滴吐出装置の用途は、電気光学装置に用いられるカラーフィルタのパターニングに限定されず、次のような様々な膜パターンの形成に用いることができる。例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示パネルに含まれる有機ＥＬ層や、正孔注入層などの薄膜形成に用いることができる。有機ＥＬ層を形成する場合には、例えばポリチオフェン系の導電性高分子などの有機ＥＬ材料を含む液滴を、基板上に形成された隔壁により仕切られる領域に向けて吐出し、液滴をその領域に配置する。このように配置された液体材料が乾燥することにより、有機ＥＬ層が形成される。
【００５８】
また、その他の液滴吐出装置の用途としては、プラズマディスプレイに含まれる透明電極の補助配線や、ＩＣ（integrated circuit）カードなどに含まれるアンテナなどのデバイスの形成などがある。具体的には、テトラデカンなどの有機溶液に、銀微粒子などの導電性微粒子を混合した溶液を液滴吐出装置を用いてパターニングした後、有機溶液が乾燥すると、金属薄膜層が形成される。
【００５９】
上記以外にも、液滴吐出装置は、例えば、立体造形に用いられる熱硬化樹脂や、紫外線硬化樹脂などの他、マイクロレンズアレイ材料、また、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）やたんぱく質といった生体物質などの様々な材料の配置にも用いることが可能である。
【００６０】
また、電子機器としては、携帯電話機の他にも、コンピュータや、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、車載機器、複写機、オーディオ機器などが挙げられる。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の薄膜形成方法における代表的な液滴の乾燥過程を模式的に示す図。
【図２】液滴の対流制御方法を説明するための模式図。
【図３】液滴の対流制御方法を説明するための模式図。
【図４】複数の薄膜を接近かつ並べて形成するための方法を説明するための図。
【図５】基板上に線状の膜パターンを形成する方法の手順の一例を示す図。
【図６】本発明の膜形成方法に好適に用いられる膜形成装置の構成例を示す図。
【図７】ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図。
【図８】本発明の電気光学装置の一例である液晶表示装置の構成を示す斜視図。
【図９】本発明の電子機器の一例である携帯電話の構成を示す斜視図。
【図１０】液滴内の対流の状態を示す模式図。
【図１１】従来方法における液滴の一般的な乾燥過程を示す図。
【符号の説明】
【００６３】
２０，Ｓ…基板、９２・・・電子機器、４００・・・電気光学装置（デバイス）、ＬＣ，ＬＨ・・・液滴
【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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