JP2006310470A - 液体パターン形成方法及び形成装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 物体面に液体のパターンを容易に形成すること。
【構成】 物体面１１に液体に対して濡れ性の良いパターンを形成し、物体面１１に液体を結露させて濡れ性の良いパターン上に液体を形成する、液体パターン形成方法及び液体パターン形成装置。

【選択図】 図１

Description

本発明は、基板などの物体の面に液体のパターンを形成する技術、特に微細な液体のパターンを形成する技術に関するものである。

従来、多数の微小物体を配列する方法として、自己組織化（セルフアセンブリ）、即ち、溶液中などにおいて系全体のエネルギーが安定化する現象を利用しているが、微小物体を配列するための設計の自由度が低く、生産性に問題があった。

＜１＞本発明は、物体面に液体のパターンを容易に形成することにある。
＜２＞本発明は、また、多数の微小物体を所定のパターンに容易に配列できるようにすることにある。

＜１＞本発明は、物体面に液体のパターンを形成する液体パターン形成方法において、物体面に該液体に対して濡れ性の良いパターンを形成し、物体面に液体を結露させて濡れ性の良いパターン上に液体を形成する、液体パターン形成方法にある。
＜２＞また、本発明は、物体面に液体のパターンを形成する液体パターン形成装置において、物体を載置する載置台と、濡れ性の良いパターンが形成された物体面に該液体を結露させる温度制御装置とを備え、物体面に液体を結露させ、濡れ性の良いパターン上に液体を形成する、液体パターン形成装置にある。

＜１＞液体パターンの物体面への形成
液体パターンを物体面に形成するために、濡れ性の良いパターンと液体の結露を利用する。そのために、物体面には、液体に対して濡れ性の良いパターンを形成し、物体面上に存在する液体となる物質（気体又は微粒子）を物体面全般に結露する。結露した液滴は、濡れ性の悪い面での蒸発と、濡れ性の良いパターン側への吸引により、結果的に濡れ性の良いパターン上に液体が形成される。例えば、物体を冷却・加熱処理を繰り返すと、液体が濡れ性の良いパターン上に集まる。なお、液体となる物質は、物体面上の空間では、気体又は微粒子の状態であり、物体面に付着すると液体となるものである。本発明では、このような液体は、水に限らず、気体又は微粒子から液体となる物質であればどのようなものでもよい。また、結露とは、気体又は微粒子状態から物体面上に液体として付着することを言い、凝着、凝結など液体が物体上に付着することを言う。結露の方法は、種々あり、例えば、物体面上方にある気体の濃度を高めたり、気体の温度を露点以下に下げたり、又は、結露すべき物体面を冷却して行う。

基板面に形成された液体パターンは、微小な半田パターンを形成するために使用できる。まず、基板面に所望形状の親水性のパターンを形成し、その基板を冷却加熱して、基板面に水を結露させ、最終的に親水性のパターン上に水を付着させる。次に、半田の微粒子が集まっている面上に、水が付着した面が対向するように基板を配置し、半田微粒子と水のパターンを接触させる。これにより、水のパターンに半田微粒子が付着し、半田微粒子からなるパターンが基板上に形成される。必要に応じて、基板面に形成された半田微粒子のパターンを他の基板面に移し換えてもよい。更に、半田微粒子を溶融して、基板上に半田のパターンを被着することができる。このように、液体のパターンが形成できれば、種々の応用が可能となる。特に、濡れ性の良い微細パターンを基板に一度形成すると、他の物質の微細パターンを容易に形成することができる。また、本発明は、水以外でも種々の液体を利用することができる。

＜２＞液体パターン形成装置
液体パターン形成装置は、物体面に液体パターンを形成するものであり、例えば図１に示すように、物体１を配置する載置台４と、物体１の面（物体面）１１に液体を結露するための温度条件を与える温度制御装置２を備えている。結露の条件は、物体１とその周囲の環境条件で決められる。例えば、ペルチェー素子など温度制御装置２により、物体面１１を冷却・加熱して、物体面１１全般に液体を結露させ、最終的に濡れ性の良いパターン上に液体パターンを形成する。又は、蒸気や湯気を発生する液体物質供給装置３により、物体面上方の気体濃度又は微粒子濃度を高めることにより、物体面上に液体パターンを形成する。液体パターン形成装置は、必要に応じて、物体面１１の状態を観察するマイクロスコープなどの観察装置５と画像を表示する表示装置５１を備えるとよい。温度制御装置２は、冷却・加熱処理、即ち、冷却したり、加熱したり、又は、冷却と加熱を繰り返すことができるものである。

＜３＞濡れ性の良いパターン
濡れ性の良し悪しは、相対的であり、物体面１１より濡れ性の良いパターンを物体面１１に形成すると、そのパターンの周囲は濡れ性の悪い面となる。図２（Ａ）に濡れ性の良いパターン（白い灰色）と濡れ性の悪い周辺（黒い灰色）が示されている。濡れ性の悪い面は、図２（Ｂ）のように液が球状に盛り上がり、物体面１１との接触角が大きくなる。濡れ性の良い面は、図２（Ｃ）のように液が面に濡れ易く、球状になり難く、面との接触角が小さくなる。濡れ性の良さは、接触角の比較で調べることができる。

濡れ性の良いパターンが形成された物体面を配置し、物体面を冷却すると、物体面に液滴が付着し、液滴が成長して大きくなる。次に加熱すると、濡れ性の悪い面上の液滴は、体積に比して表面積が大きいために蒸発しや易く、濡れ性の良い面は、逆に蒸発し難い。それにより、濡れ性の良い面に液体が残り、最終的に濡れ性の良いパターン上に液体が残り、液体パターンが形成される。その模式図を図３に示す。図３（Ａ）のように濡れ性のよいパターンを形成してある物体面を配置し、物体面を冷却・加熱すると、図３（Ｂ）のように最終的に濡れ性の良いパターン上に液体のパターンが形成される。冷却と加熱を複数回繰り返すと、より正確に濡れ性の良いパターン上に液体パターンを形成できる。物体をガラス基板とし、ガラス面に塗布したグランド（銅版画に使用する防食液）のパターンは、濡れ性の悪い（疎水性の）パターンとなり、グランドが塗布されないガラス表面は、濡れ性が良い（親水性の）パターンとなる。

＜４＞シリコン基板上に液体パターンを形成
シリコン基板上に電極領域（四角形の箇所）とその周辺に絶縁領域が形成されていると考えられる。この電極領域は水に対して濡れ性がよく（親水面であり）、この絶縁領域は、濡れ性が悪い（疎水面である）と考えられる。親水面と疎水面の選択的な結露の様子を図４に示す。先ず、基板を冷却していくと、最初に親水−疎水界面から液滴が発生し、界面にそって液滴が成長していった（図４（１）〜（２））。液滴が隣の液滴に触れるまで成長すると結合して大きな液滴になり（図４（３））、最終的には親水面の長方形を綺麗に覆う形状の一つの液滴になった（図４（８））。その途中の状態で息を吹きかける（気体濃度（蒸気）と微粒子濃度（湯気）を高める）と、基板面上に多数の細かい水滴が結露する。更に、冷却を続けると、水滴が結合し、水滴が大きくなる（図４（３）〜（６））。次に、基板を加熱すると、水滴が一部蒸発しながら、親水面の箇所に液体が残り、疎水面の箇所では液体が無くなる（図４（７）〜（８））。更に、冷却・加熱を複数回繰り返すと、より親水面に液体をきれいに付着することができる。

液体パターン形成装置の説明図 濡れ性の良いパターンが形成された物体面の説明図 濡れ性の良いパターンに液体を付着した模式図 回路パターンが形成された半導体基板に液体を形成する説明図

符号の説明

１・・・物体
１１・・物体面
２・・・温度制御装置
３・・・液体物質供給装置
４・・・載置台
５・・・観察装置
５１・・表示装置

Claims (6)

1. 物体面に液体のパターンを形成する液体パターン形成方法において、
   物体面に該液体に対して濡れ性の良いパターンを形成し、
   物体面に液体を結露させて濡れ性の良いパターン上に液体を形成する、液体パターン形成方法。
   
2. 請求項１に記載の液体パターン形成方法において、
   物体面に対して冷却・加熱処理を複数回行い、物体面に液体を結露させる、液体パターン形成方法。
   
3. 請求項１に記載の液体パターン形成方法において、
   物体面上方の空間中の該液体物質の気体濃度又は微粒子濃度を高めて、物体面に液体を結露させる、液体パターン形成方法。
   
4. 物体面に液体のパターンを形成する液体パターン形成装置において、
   物体を載置する載置台と、
   濡れ性の良いパターンが形成された物体面に該液体を結露させる温度制御装置とを備え、
   物体面に液体を結露させ、濡れ性の良いパターン上に液体を形成する、液体パターン形成装置。
   
5. 請求項４に記載の液体パターン形成装置において、
   温度制御装置は、物体面に対して冷却・加熱処理を複数回行う、液体パターン形成装置。
   
6. 請求項４に記載の液体パターン形成装置において、
   物体面上方の空間中の該液体物質の気体濃度又は微粒子濃度を高める、液体物質供給装置を備え、
   物体面に液体を結露させ、濡れ性の良いパターン上に液体を形成する、液体パターン形成装置。