JP2006312118A - 機能性膜パターン形成装置、機能性膜パターンの形成方法及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜パターンを十分に焼成を行わせることのできる機能性膜パターン形成装置、機能性膜パターン形成方法、及び、機能性膜パターン形成装置、機能性膜パターン形成方法によって十分に焼成がなされた膜パターンで構成された電子機器を提供する。
【解決手段】 膜パターン４０Ａを、膜パターン４０Ａの上下端領域４０Ｕ，４０Ｄに向かって出射される第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂ、上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側に向かって出射される第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄ、及び中央領域４０Ｃに向かって出射される第５のレーザ光５５Ｅで構成される焼成用レーザ光５５を照射することによって焼成するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、機能性膜パターン形成装置、機能性膜パターン形成の方法及び電子機器に関する。

従来、各種デバイスの機能性膜パターンを形成する方法としてはフォトリソグラフィー法が一般的に知られている。この方法は材料の大部分を捨てるなど無駄が大きいと言える。このフォトリソグラフィー法に代わる機能性膜パターンの形成方法として、スクリーン印刷法やマイクロディスペンス法、液滴吐出法（インクジェット法）等による直接描画が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような直接描画を行うためには、スパッタ法等とは異なり、機能性材料を微粒子化し溶液に分散させる、もしくは適当な溶媒に溶かし込むことでインク化（液状化）したものを用いる必要がある。このため、直接描画によりパターンを形成しただけでは機能性膜パターンとしての性能を発揮することができないので、所望の性能を得るために後工程としてオーブン等を用いた乾燥と焼結を含む焼成が必要となる。

現状の焼成には３０分から１時間程度以上の時間が必要であるため、この焼成はスループットを低下させる要因となっている。これを回避するため、オーブン等に代わる処理時間の速い焼成方法として、直接描画によりパターニングされた膜パターンに電磁波を照射し、光熱変換で生じた熱の作用で上記焼成を行う電磁波照射による方法が考えられる。
特開２００２−２６１０４８号公報

しかしながら、膜パターンは、電磁波を照射し焼成を開始し、その焼成が進んで焼成中期から焼成後期に遷移すると、電磁波に対する吸収率が急峻に低下する。このため、焼成後期での焼成が十分にされず、未焼成な部分が生じてしまう。すると、この未焼成な部分は、十分に焼成が行われた部分に比べて抵抗値が高くなったり、機械的に破損しやすくなったりするといった、所望の特性が得られなくなるという問題がある。これを克服するため、焼成後期に入ったのちも十分な焼成を行うために、電磁波の照射エネルギー量を大幅に増やす必要があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、膜パターンを少ない照射エネルギー量で十分に焼成を行わせることのできる機能性膜パターン形成装置、機能性膜パターン形成方法、及び、該機能性膜パターン形成装置、機能性膜パターン形成方法によって十分に焼成がなされた膜パターンで構成された電子機器を提供することである。

本発明における機能性膜パターン形成装置は、基板上に機能性液状材料を付着させて所定の形状の膜パターンを形成するパターニング手段と、前記基板との間で前記膜パターンの幅方向に対して直交する方向に相対移動させるとともに、前記膜パターンの幅方向で異なる領域に対して異なるタイミングで電磁波を照射する電磁波照射手段とを備えている。

これによれば、基板上に形成された膜パターンは、その焼成初期及び中期においては、照射された電磁波の光熱変換によって加熱される。そして、焼成後期においては、その周
囲の異なる領域での焼成初期及び中期において発生した余剰な熱が伝わり、その余剰な熱によって加熱される。従って、膜パターンは、焼成後期において、その膜パターンの光熱変換効率が下がる場合においてもその大部分が周囲での発熱により十分に加熱され、焼成後期の膜パターンに電磁波を直接照射しなければならない領域が少なくなる。この結果、膜パターンは照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で完全に焼成され、未焼成によって生ずる電気的・機械的不良も無い所望の特性パターンを形成することができる。

この機能性膜パターン形成装置において、前記電磁波照射手段は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の両外側端領域と中央領域とにそれぞれ照射してもよい。
これによれば、膜パターンの幅方向の両外側領域が焼成後期であるときに、膜パターンの中央領域に電磁波が照射される。従って、両外側領域は、その焼成後期においては、中央領域に照射された電磁波による余剰の熱が伝わるので、十分に焼成される。また、両外側領域の焼成が終了した時点で、中央領域は焼成後期もしくは焼成後期に移行し始めているため、焼成初期・中期に比べ照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域に電磁波を直接照射しなければならない部分はこの時点で全体の一部分であるため、照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で全体を十分に焼成することができる。

この機能性膜パターン形成装置において、前記電磁波照射手段は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の一方の外側端領域と中央領域と他方の外側端領域とにそれぞれ照射してもよい。

これによれば、膜パターンの幅方向の一方の外側領域が焼成後期であるときに、中央領域もしくは他方の外側領域に電磁波が照射される。従って、前記一方の外側領域は、その焼成後期においては、中央領域もしくは他方の外側領域に照射された電磁波による余剰の熱が伝わるので、十分に焼成される。また、前記一方の外側領域および中央領域の焼成が終了した時点で、前記他方の外側領域は焼成後期もしくは焼成後期に移行し始めているため、焼成初期・中期に比べ照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域に電磁波を直接照射しなければならない部分はこの時点で全体の一部分であるため、照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で全体を十分に焼成することができる。

この機能性膜パターン形成装置において、前記電磁波照射手段は、前記電磁波を出射する電磁波出射本体と、前記電磁波出射本体から出射された電磁波を、前記基板の進行方向に応じて前記膜パターンの幅方向で異なる領域に照射する形状にする光学素子とを含んでいてもよい。

これによれば、電磁波出射本体を、例えば、レーザ光を出射する公知の半導体レーザで構成し、また、例えば、光学素子を公知の回折光学素子で構成することで、基板の進行方向に応じて膜パターンの幅方向で異なる領域に電磁波を照射する機能性膜パターン形成装置を実現することができる。

この機能性膜パターン形成装置において、前記光学素子は、回折光学素子であってもよい。
これによれば、基板の進行方向に応じて膜パターンの幅方向で異なる様々な領域に電磁波を照射することのできる機能性膜パターン形成装置を実現することができる。

この機能性膜パターン形成装置において、前記電磁波照射手段から出射される前記電磁波は、レーザ光であってもよい。
これによれば、微小な形状をした膜パターンに対しても十分に焼成させることができる。

この機能性膜パターン形成装置において、前記パターニング手段は、液体プロセス法により前記膜パターンを形成する装置であってもよい。
これによれば、液体プロセス法により所望の形状のパターンを形成する際、機能性液状材料を十分に焼成させることができるので、所望の特性を有した機能性膜パターンを形成することができる。ここで、液体プロセス法とは、たとえば、インクジェット法、マイクロディスペンス法、あるいはスクリーン印刷法が挙げられる。

本発明の機能性膜パターンの形成方法は、基板上に機能性液状材料を付着させて所定の形状の膜パターンを形成するパターニング工程と、前記基板との間で前記膜パターンの幅方向に対して直交する方向に相対移動させるとともに、前記膜パターンの幅方向で異なる領域に対して異なるタイミングで電磁波を照射する電磁波照射工程とを備えている。

これによれば、基板上に形成された膜パターンは、その焼成初期及び中期においては、照射された電磁波の光熱変換によって加熱される。そして、焼成後期においては、その周囲の異なる領域での焼成初期及び中期において発生した余剰な熱が伝わり、その余剰な熱によって加熱される。従って、膜パターンは、焼成後期において、その膜パターンの光熱変換効率が下がる場合においても十分に加熱される。一部領域については焼成後期もしくは焼成後期に移行し始めているため、この部分に電磁波を直接照射する必要がある。そのため焼成初期・中期に比べ照射エネルギー量を増やす必要があるが、このような領域は全体の一部分であるため、照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で全体を十分に焼成することができる。この結果、膜パターンは照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で完全に焼成され、未焼成によって生ずる電気的・機械的不良も無い所望の特性パターンを形成することができる。

この機能性膜パターンの形成方法において、前記電磁波照射工程は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の両外側端領域と、中央領域とに照射するようにしてもよい。
これによれば、例えば、膜パターンの幅方向の両外側領域が焼成後期であるときに、膜パターンの中央領域に電磁波が照射される。従って、両外側領域は、その焼成後期においては、中央領域に照射された電磁波による余剰の熱が伝わるので、十分に焼成される。また、中央領域には、その焼成後期に、両外側領域が焼成し終わった後の余剰の熱が伝わるので、中央領域も十分に焼成される。

この機能性膜パターンの形成方法において、前記電磁波照射工程は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の一方の外側端領域と、中央領域と、他方の外側端領域とに照射するようにしてもよい。

これによれば、例えば、膜パターンの幅方向の一方の外側領域が焼成後期であるときに、他方の外側領域に電磁波が照射される。従って、前記一方の外側領域は、その焼成後期においては、他方の外側領域に照射された電磁波による余剰の熱が伝わるので、十分に焼成される。また、前記一方の外側領域および中央領域の焼成が終了した時点で、前記他方の外側領域は焼成後期もしくは焼成後期に移行し始めているため、焼成初期・中期に比べ照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域に電磁波を直接照射しなければならない部分はこの時点で全体の一部分であるため、照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で全体を十分に焼成することができる。

本発明の電子機器は、上記記載の機能性膜パターン形成装置で形成された機能性膜パターンを備えている。
これによれば、上記機能性膜パターン形成装置により機能性膜パターンとしての配線パターンや絶縁膜パターンを形成することで、これら機能性膜パターンは十分に焼成されることにより、故障がなく歩留まりを向上させることのできる電子機器を実現することができる。

以下、本発明を具体化した各実施形態を、図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る機能性膜パターン形成装置としてのレーザ成膜装置２０を図１〜図８に従って説明する。

レーザ成膜装置２０は、機能性材料を基板に付着させて膜パターンを形成し、その膜パターンにレーザ光を照射し、レーザ光の吸収による光熱変換で発生する熱で膜パターンの焼成を進めて機能性膜パターンとしての配線パターンを形成するものである。

図１は、本実施形態に係るレーザ成膜装置２０の全体構成図である。
図１に示すように、レーザ成膜装置２０は、基板２１を載置するキャリッジ２２、機能性液状材料を基板２１上に付着させて膜パターン４０Ａを形成するパターニング手段としての液滴吐出ヘッド２３、電磁波照射手段としてのレーザ光照射ヘッド２４、及び制御部２５を備えている。

キャリッジ２２は、図示を省略したＸ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータによって駆動されて、液滴吐出ヘッド２３に対してＸＹ方向に移動可能になっている。図１では、キャリッジ２２は、Ｘ矢印方向へ所定の速度で移動することで、基板２１をＸ矢印方向（基板進行方向）に搬送する。

液滴吐出ヘッド２３は、基板２１に対向する位置に吐出ノズル２３Ａを備えている。液滴吐出ヘッド２３は、この吐出ノズル２３Ａから機能性液状材料としての液滴３０を基板２１に向かって（図１中Ｚ矢印方向に沿って）吐出する。この液滴３０は、図１中の拡大部６０，６１に示すように、金属を微粒子化したもの（金属微粒子３１）を溶媒３２に溶かしてインク化（液状化）したものである。金属微粒子３１は、そのままでは互いにくっついて溶融するので、各金属微粒子３１を分散剤３３からなる保護膜で被覆して分散させてある。尚、本実施形態においては、金属微粒子３１は、銀の微粒子である。

そして、液滴吐出ヘッド２３は、キャリッジ２２とともにＸＹ方向に移動して、基板２１との相対位置を制御しながら液滴３０を基板２１に向かって吐出する。この結果、基板２１には、例えば、図２に示すように、Ｘ矢印方向を長手方向とし、またＹ矢印方向を短手方向とした略直方形状の膜パターン４０Ａが形成される。つまり、液滴吐出ヘッド２３は、基板２１との間で膜パターン４０Ａの幅方向に対して直交する方向に相対移動する。以下、説明の便宜上、膜パターン４０Ａの図２中反Ｙ矢印方向側の端部を一方の外側端領域としての膜パターン４０Ａの上端領域４０Ｕ、Ｙ矢印方向側の端部を他方の外側端領域としての下端領域４０Ｄとする。また、Ｙ矢印方向に対する膜パターン４０Ａの中央部を中央領域４０Ｃとする。

このように、本実施形態では、金属微粒子３１を溶媒３２に溶かしてインク化したものを吐出して所望のパターンを形成する、所謂、インクジェット法を使用して膜パターン４０Ａを形成するようにしている。尚、基板２１上に着弾した液滴３０が濡れ広がらず所望の位置に留まるように、基板２１上の必要な個所には撥液処理が施されている。

図１に示すように、レーザ光照射ヘッド２４は、キャリッジ２２の上方（反Ｚ矢印方向
）に設けられている。レーザ光照射ヘッド２４は、レーザ本体５１と、光学素子としての回折光学素子レンズ５２とを備えている。そして、このレーザ光照射ヘッド２４は、液滴吐出ヘッド２３を追従するように構成されており、たとえば、液滴吐出ヘッド２３と一体形成されている。

レーザ本体５１は、所定の波長のレーザ光５０を連続して出射する。このレーザ光５０は、例えば、公知の半導体レーザであって、本実施形態では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長λ＝５３２ｎｍ）である。

回折光学素子レンズ５２は、レーザ本体５１からのレーザ光５０を、基板２１の進行方向（図１及び図２中Ｘ矢印方向）に応じて膜パターン４０Ａの幅方向（Ｙ矢印方向）で異なる領域に対して異なるタイミングで照射する形状をした焼成用レーザ光５５に形成するためのレンズである。本実施形態においては、回折光学素子レンズ５２は、図３に示すように、入射したレーザ光５０を５つのレーザ光５５Ａ〜５５Ｅで構成される焼成用レーザ光５５に形成する。

詳しくは、第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅのうち、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂは、基板２１の進行方向に対して反Ｘ矢印方向側に、つまり、他のレーザ光５５Ｃ〜５５Ｅに先行して膜パターン４０Ａに照射するように出射される。また、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂは、膜パターン４０Ａの幅方向（Ｙ矢印方向）に対しては、他のレーザ光５５Ｃ〜５５Ｅよりも、図３中Ｙ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に向かって出射される。つまり、第１のレーザ光５５Ａは膜パターン４０Ａの上端領域４０Ｕ側に向かって、一方、第２のレーザ光５５Ｂは膜パターン４０Ａの下端領域４０Ｄ側に向かって出射される。

第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄは、基板２１の進行方向（Ｘ矢印方向）に対して第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５ＢよりもＸ矢印方向側にずれて、つまり、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂよりも膜パターン４０Ａの後方側に向かって出射される。また、第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄは、Ｙ矢印方向に対しては、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂよりも膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃ側に向かって出射される。

第５のレーザ光５５Ｅは、基板２１の進行方向（Ｘ矢印方向）に対して他の第１〜第４のレーザ光５５Ａ〜５５ＤよりもＸ矢印方向側にずれて、つまり、他の第１〜第４のレーザ光５５Ａ〜５５Ｄよりも膜パターン４０Ａの後方側に向かって出射される。また、第５のレーザ光５５Ｅは、膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃに向かって出射される。

そして、キャリッジ２２とレーザ光照射ヘッド２４との間のＺ矢印方向の距離が調整されて、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂの各照射領域Ｒａ，Ｒｂが、膜パターン４０Ａの上下端領域４０Ｕ，４０Ｄに一致するように設定されている。すると、第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄの各照射領域Ｒｃ，Ｒｄが膜パターン４０Ａの上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の領域に、さらに、第５のレーザ光５５Ｅの照射領域Ｒｅが膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃにそれぞれ形成される。つまり、膜パターン４０Ａ上には、全体としてＶ字状を成した照射領域が形成される。

制御部２５は、図示を省略したＣＰＵ、タイマクロック、膜パターンの形状及び位置を記憶したメモリ等を含んでいる。そして、制御部２５は、キャリッジ２２、液滴吐出ヘッド２３及びレーザ光照射ヘッド２４の各々に制御信号を出力して、これらを含むシステム全体を統括制御するようになっている。

次に、膜パターン４０Ａの光熱変換特性について、図４〜図６に従って説明する。
図４は、液滴３０（機能性液状材料）の吸収スペクトルであり、図５（Ａ）は、溶媒３２に起因する吸収スペクトル、図５（Ｂ）は、分散剤３３に起因する吸収スペクトル、図５（Ｃ）は、金属微粒子（溶質）３１に起因する吸収スペクトルである。従って、液滴３０（機能性液状材料）の吸収スペクトルは、溶媒３２に起因する吸収スペクトルと、分散剤３３に起因する吸収スペクトルと、金属微粒子（溶質）３１に起因する吸収スペクトルとを重ね合わせたものにほぼ等しくなる。そして、この膜パターン４０Ａは、焼成用レーザ光５５が照射されると、その各レーザ光５５Ａ〜５５Ｅを吸収し、その光エネルギーが熱エネルギーに変換されることで焼成される。その結果、膜パターン４０Ａは、導電性を示す配線パターン４０Ｂとなるが（図１参照）、その焼成過程は、以下の３つの焼成過程（焼成初期、焼成中期及び焼成後期）に分けることができる。

図６は、焼成過程毎の膜パターン４０Ａの吸収スペクトルである。
焼成初期：この焼成初期では、機能性液状材料中の溶媒３２及び分散剤３３が分解・蒸発する。図６（Ａ）に示すように、焼成初期では、金属微粒子３１、溶媒３２及び分散剤３３に起因する吸収がそれぞれ起るので、レーザ光５５が最も吸収されやすい過程である。

焼成中期：この焼成中期では、機能性液状材料中の溶媒３２及び分散剤３３の分解・蒸発が促進されて溶媒３２及び分散剤３３の残留分が少なくなる。この結果、図６（Ｂ）に示すように、溶媒３２に起因する吸収スペクトルは消失し、また分散剤３３に起因する吸収スペクトルの強度も減少する。また、金属微粒子３１同士が溶融（溶質が析出）し粒成長を始める。

焼成後期：この焼成後期では、金属微粒子３１の粒成長がさらに促進して、配線パターン４０Ｂに起因する特性が現れ始める。従って、微粒子起因の吸収スペクトルが消失し始める。その結果、図６（Ｃ）に示すような吸収スペクトルを示す。この焼成後期は、焼成初期及び焼成中期に比べて光熱変換率が著しく低下し、焼成用レーザ光５５が最も吸収されにくくなる過程である。

次に、前記のように構成されたレーザ成膜装置２０の作用について図７及び図８に従って説明する。以下、説明を簡単にするために、膜パターン４０Ａ中の幅方向（Ｙ矢印方向）に沿った任意の細長い帯状の領域を「Ｐ」で示し、この領域Ｐの焼成度合いについて詳細に説明する。

まず、図７（Ａ）に示すように、キャリッジ２２を基板進行方向（図７（Ａ）中Ｘ矢印方向）に搬送させながら、液滴吐出ヘッド２３から液滴３０を吐出して（図１参照）、同基板２１に膜パターン４０Ａを形成する（パターニング工程）。また、レーザ光照射ヘッド２４を駆動させて焼成用レーザ光５５を照射する（電磁波照射工程）。

すると、先ず、焼成用レーザ光５５の第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂが、他の第３〜第５のレーザ光５５Ｃ〜５５Ｅに先行して膜パターン４０Ａに照射される。すると、図７（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光５５Ａの照射領域Ｒａが膜パターン４０Ａの下端領域４０Ｄに、また、第２のレーザ光５５Ｂの照射領域Ｒｂが膜パターン４０Ａの上端領域４０Ｕにそれぞれ形成される。この結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の上下端領域４０Ｕ，４０Ｄはそれぞれ焼成され始めて焼成初期の状態になる。

その後、キャリッジ２２が、図７（Ｃ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅを継続して照射する。この結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の上下端領域４０Ｕ，４０Ｄは、それぞれ焼成初期から焼成中期、及び焼成中期
を通過して焼成後期に遷移する。焼成後期の状態になると、膜パターン４０Ａの光熱変換率は急峻に低下するので、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂが照射されても非常に加熱されにくくなる。このため、このときの領域Ｐ内の上下端領域４０Ｕ，４０Ｄは、それぞれ十分に焼成されないので焼成が完全に終了しない状態（未焼成状態）になる。

続いて、キャリッジ２２が、図７（Ｂ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動することで、図７（Ｃ）に示すように、焼成用レーザ光５５の第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄが、先に第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂが照射された膜パターン４０Ａの上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の領域に照射される。この結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の領域では、焼成初期の状態になる。

その後、キャリッジ２２が、図８（Ａ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅを継続して照射する。このとき、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の前記上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の各領域では、焼成初期から焼成中期、及び焼成中期を通過して焼成後期に遷移する。

このとき、この焼成初期及び中期に、前記中央領域４０Ｃ側の各領域にて発生した余剰な熱が、その周囲に伝わる。すると、その余剰な熱によって、先に焼成されて焼成後期にある領域Ｐ内の上下端領域４０Ｕ，４０Ｄのうちの大部分が十分に加熱される。その結果、焼成が完全に終了する。尚、図８（Ａ）において、その焼成が完全に終了した領域を網掛けで示している。

続いて、さらに、キャリッジ２２が、図８（Ａ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動することで、図８（Ｂ）に示すように、焼成用レーザ光５５の第５のレーザ光５５Ｅが、膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃに照射される。この結果、領域Ｐ内の中央領域４０Ｃでは、焼成され始めて焼成初期の状態になる。

その後、キャリッジ２２が、図８（Ｂ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅを継続して照射する。このとき、先に焼成された膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の中央領域４０Ｃでは、焼成初期から焼成中期、及び焼成中期を通過して焼成後期に遷移する。

このとき、その焼成初期及び中期に中央領域４０Ｃで発生した余剰な熱が、その周囲に拡散する。すると、その余剰な熱によって、先に焼成されて焼成後期にある領域Ｐ内の、前記上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の各領域の大部分が十分に加熱される。その結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の前記上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の各領域の焼成が完全に終了する。

また、上下端領域４０Ｕ，４０Ｄの焼成が終了した時点では、該上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の各領域は、焼成後期もしくは焼成後期に移行し始める。このため、焼成初期・中期に比べレーザ光５５の照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域にレーザ光を直接照射しなければならない部分は、この時点で全体の一部分となる。

その後、キャリッジ２２が、図８（Ｂ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅを継続して照射する。すると、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の中央領域４０Ｃに、その周囲の、完全に焼成が終了した領域に残留した余剰の熱が伝わり、その余剰の熱によって前記中央領域４０Ｃのうちの大部分が十分に加熱される。その結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の中央領域４０Ｃの焼成が完全に終了する。

また、前記上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の各領域の焼成が終了した時点では、該上下端領域４０Ｕ，４０Ｄよりも中央領域４０Ｃ側の各領域は、焼成後期もしくは焼成後期に移行し始める。このため、焼成初期・中期に比べレーザ光の照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域にレーザ光を直接照射しなければならない部分は、この時点で全体の一部分となる。

以降、キャリッジ２２が、図８（Ｃ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅを継続して照射することで、膜パターン４０Ａ全体が完全に焼成される。この結果、未焼成の部分がなく確実に焼成がなされた配線パターン４０Ｂが形成される。

前記したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、膜パターン４０Ａを、基板２１の進行方向に応じて膜パターン４０Ａの幅方向に沿って異なった領域に異なったタイミングで照射する第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅによって焼成するようにした。従って、第１及び第２のレーザ光５５Ａ，５５Ｂが照射されて焼成後期の状態にある領域には、第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄが照射されることで発生した余剰の熱が伝わる。また、第３及び第４のレーザ光５５Ｃ，５５Ｄが照射されて焼成後期の状態にある領域には、第５のレーザ光５５Ｅが照射されることで発生した余剰の熱が伝わる。さらに、第５のレーザ光５５Ｅが照射されて焼成後期の状態にある領域に、その周囲の余剰の熱が伝わる。

この結果、膜パターン４０Ａは、焼成後期においても、その大部分が周囲での発熱により十分に加熱されるので、焼成後期の膜パターン４０Ａにレーザ光５５を直接照射しなければならない領域が少なくなり最終的に焼成が終了する。この結果、膜パターン４０Ａ全体として完全に焼成されるので、未焼成の部分のない均一な配線パターン４０Ｂを形成することができる。

（２）しかも、本実施形態によれば、膜パターン４０Ａは、焼成後期においても、その大部分が周囲での発熱により十分に加熱されるので、焼成後期の膜パターン４０Ａにレーザ光５５を直接照射しなければならない領域が少なくなる。この結果、膜パターンは照射方法を工夫しない場合に比べ、少ない照射エネルギー量で完全に焼成され、未焼成によって生ずる電気的・機械的不良も無い所望の特性パターンを形成することができる。
（３）本実施形態によれば、レーザ光照射ヘッド２４を、レーザ本体５１と回折光学素子レンズ５２とで構成した。従ってレーザ本体５１から出射したレーザ光５０を、基板２１の進行方向に応じて膜パターン４０Ａの幅方向にそれぞれずれた第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅから構成される焼成用レーザ光５５に形成することができる。
（４）も、本実施形態によれば、第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅもレーザ光であるので、微細な形状をした均一な配線パターン４０Ｂを形成することができる。
（５）また、本実施形態によれば、インクジェット法を使用して所望の膜パターン４０Ａを形成するようにしたので、微細な膜パターン４０Ａを形成することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係るレーザ成膜方法及びレーザ成膜装置を、図９〜図１１に従って説明する。

この第２実施形態に係るレーザ成膜装置２０は、膜パターン４０Ａを焼成するための焼成用レーザ光５５Ｓの形状が、上記第１実施形態の焼成用レーザ光５５とは異なっていること以外は、上記第１実施形態と同じである。従って、焼成用レーザ光５５Ｓ及び該焼成用レーザ光５５Ｓを出射するレーザ光照射ヘッド２４の回折光学素子５２Ｓ以外の部材についてはその詳細な説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る焼成用レーザ光５５Ｓを説明するための図である。
図９に示すように、本実施形態の回折光学素子５２Ｓは、レーザ本体５１（図１参照）から出射したレーザ光５０を、基板２１の進行方向（図９中Ｘ矢印方向）に沿って略斜め方向に並ぶように出射される３つのレーザ光５５Ｆ，５５Ｇ，５５Ｈで構成される焼成用レーザ光５５Ｓに形成する。

詳しくは、レーザ光５５Ｆ〜５５Ｈのうち、第６のレーザ光５５Ｆは、基板２１の進行方向（Ｘ矢印方向）に対して反Ｘ矢印方向に、つまり、他のレーザ光５５Ｇ，５５Ｈに先行して膜パターン４０Ａに照射されるように出射される。また、この第６のレーザ光５５Ｆは、膜パターン４０Ａの下端領域４０Ｄに向かって出射される。

第７のレーザ光５５Ｇは、基板２１の進行方向（Ｘ矢印方向）に対して第６のレーザ光５５ＦよりもＸ矢印方向側にずれて、つまり、第６のレーザ光５５Ｆよりも膜パターン４０Ａの後方に出射される。また、この第７のレーザ光５５Ｇは、膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃに向かって出射される。

第８のレーザ光５５Ｈは、基板２１の進行方向（Ｘ矢印方向）に対して他の第６及び第７のレーザ光５５Ｆ，５５ＧよりもＸ矢印方向側にずれて、そして、他の第６及び第７のレーザ光５５Ｆ，５５Ｇよりも膜パターン４０Ａの後方に照射される。また、この第８のレーザ光５５Ｈは、膜パターン４０Ａの上端領域４０Ｕに向かって出射される。

そして、キャリッジ２２とレーザ光照射ヘッド２４との間のＺ矢印方向の距離が調整されて、第６及び第８のレーザ光５５Ｆ，５５Ｈの各照射領域Ｒｆ，Ｒｈが、膜パターン４０Ａの上下端領域４０Ｕ，４０Ｄに一致するように設定されている。すると、第７のレーザ光５５Ｇの照射領域Ｒｇが、膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃに配置される。

次に、第２実施形態に係るレーザ成膜装置２０の作用について図１０及び図１１に従って説明する。以下、説明を簡単にするために、上記第１実施形態と同様に、膜パターン４０Ａ中のＹ矢印方向に沿った任意の細長い帯状の領域を「Ｐ」で示し、この領域Ｐの焼成度合いについて詳細に説明する。

まず、上記第１実施形態と同様に、キャリッジ２２を基板進行方向（図１０（Ａ）中Ｘ矢印方向）に搬送させながら、液滴吐出ヘッド２３から液滴３０を吐出して（図１参照）、同基板２１に膜パターン４０Ａを形成する（パターニング工程）。また、レーザ光照射ヘッド２４を駆動させて焼成用レーザ光５５Ｓを照射する（電磁波照射工程）。

すると、先ず、焼成用レーザ光５５の第６のレーザ光５５Ｆが、他の第７及び第８のレーザ光５５Ｇ，５５Ｈに先行して膜パターン４０Ａに照射される。すると、図１０（Ｂ）に示すように、第６のレーザ光５５Ｆの照射領域Ｒｆが膜パターン４０Ａの下端領域４０Ｄに配置される。この結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の下端領域４０Ｄが焼成初期の状態になる。

その後、キャリッジ２２が、図１０（Ｂ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第６〜第８のレーザ光５５Ｆ〜５５Ｈを継続して照射する。この結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の下端領域４０Ｄは、焼成初期から焼成中期、及び焼成中期を越して焼成後期に遷移する。この焼成後期の状態になると、膜パターン４０Ａの光熱変換率は急峻に低下するので、第６のレーザ光５５Ｆが照射されても非常に加熱されにくくなる。このため、このときの領域Ｐ内の下端領域４０Ｄは十分に焼成されないので焼成が完全に終了しない状態（未焼成状態）になる。

続いて、キャリッジ２２が、図１０（Ｂ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動することで、図１０（Ｃ）に示すように、焼成用レーザ光５５Ｓの第７のレーザ光５５Ｇが、膜パターン４０Ａの中央領域４０Ｃにそれぞれ配置される。この結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の中央領域４０Ｃは焼成初期の状態になる。

その後、キャリッジ２２が、図１１（Ａ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第６〜第８のレーザ光５５Ｆ〜５５Ｈを継続して照射する。そして、下端領域４０Ｄの焼成が終了した時点では、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の中央領域４０Ｃでは、焼成初期から焼成中期、及び焼成中期を越して焼成後期に移行し始める。

このとき、その焼成初期及び中期に領域Ｐ内の中央領域４０Ｃで発生した余剰な熱が、その周囲に拡散する。すると、その余剰な熱によって、先に焼成されて焼成後期にある領域Ｐ内の下端領域４０Ｄの大部分が十分に加熱される。その結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の下端領域４０Ｄの焼成が完全に終了する。また、焼成初期・中期に比べレーザ光５５の照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域にレーザ光５５を直接照射しなければならない部分は、この時点で全体の一部分となる。

続いて、さらに、キャリッジ２２が、図１１（Ａ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動することで、図１１（Ｂ）に示すように、焼成用レーザ光５５Ｓの第８のレーザ光５５Ｈが、領域Ｐ内の膜パターン４０Ａの上端領域４０Ｕに照射される。この結果、領域Ｐ内の上端領域４０Ｕが焼成初期の状態になる。

そして、中央領域４０Ｃの焼成が終了した時点では、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の上端領域４０Ｕでは、焼成初期から焼成中期、及び焼成中期を越して焼成後期に移行し始める。

その後、キャリッジ２２が、第６〜第８のレーザ光５５Ｆ〜５５Ｈを継続して照射する。このとき、先に焼成された膜パターン４０Ａの上端領域４０Ｕが焼成初期から焼成中期、及び焼成中期を通過して焼成後期に遷移する。

このとき、その焼成初期及び中期に領域Ｐ内の上端部で発生した余剰な熱が、その周囲に伝わる。すると、その余剰な熱によって、先に焼成されて焼成後期にある領域Ｐ内の中央領域４０Ｃの大部分が十分に加熱される。その結果、膜パターン４０Ａの領域Ｐ内の中央領域４０Ｃの焼成が完全に終了する。

また、前記中央領域４０Ｃ側の各領域の焼成が終了した時点では、上端領域４０Ｕは、焼成後期もしくは焼成後期に移行し始める。このため、焼成初期・中期に比べレーザ光の照射エネルギー量を増やす必要があるが、焼成後期の領域にレーザ光を直接照射しなければならない部分は、この時点で全体の一部分となる。

以降、キャリッジ２２が、図１１（Ｃ）中Ｘ矢印方向に向かって徐々に移動しながら第６〜第８のレーザ光５５Ｆ〜５５Ｈを継続して照射することで、膜パターン４０Ａ全体が完全に焼成される。この結果、未焼成の部分がなく確実に焼成がなされた配線パターン４０Ｂが形成される。

上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、膜パターン４０Ａを、基板２１の進行方向に応じて膜パターン４０Ａの幅方向に斜め状に互いにずれた第６〜第８のレーザ光５５Ｆ〜５５Ｈによって異なったタイミングで焼成するようにした。従って、第６のレーザ光５５Ｆが照射されて
焼成後期の状態にある領域には、第７のレーザ光５５Ｇが照射されることで発生した余剰の熱が伝わる。また、第７のレーザ光５５Ｇが照射されて焼成後期の状態にある領域には、第８のレーザ光５５Ｈが照射されることで発生した余剰の熱が伝わる。さらに、第８のレーザ光５５Ｈが照射されて焼成後期の状態にある領域に、その周囲の余剰の熱が伝わる。

この結果、膜パターン４０Ａは、焼成後期においても、その大部分が周囲での発熱により十分に加熱されるので、焼成後期の膜パターン４０Ａにレーザ光５５を直接照射しなければならない領域が少なくなり最終的に焼成が終了する。この結果、膜パターン４０Ａ全体として完全に焼成されるので、未焼成の部分のない均一な配線パターン４０Ｂを形成することができる。
（第３実施形態）
次に、上記第１及び第２実施形態で説明した機能性膜パターン形成装置或いは機能性膜パターン形成方法により形成された配線パターンを備えた電子機器の一例として、プラズマディスプレイを図１２に基づいて説明する。

図１２に示すプラズマディスプレイ７０は、表示ユニット７１と、スピーカー７２と、複数の操作ボタン７３とを備えている。この表示ユニット７１の素子基板（図示省略）上には、複数の走査線と、複数のデータ線と、走査線とデータ線の交差に対応してマトリクス状に配置され、発光素子をそれぞれ有する複数の画素とが形成されている。走査線やデータ線等の配線パターンが上記各実施形態で説明した機能性膜パターン形成装置或いは機能性膜パターン形成方法により形成される。

従って、このプラズマディスプレイ７０によれば、機能性膜パターン形成装置或いは機能性膜パターン形成方法により機能性膜パターンとしての配線パターンを形成することで、未焼成の部分がない所望の電気的特性を有した配線パターンとなる。この結果、配線パターンによる故障が生じないプラズマディスプレイ７０を実現することができる。

尚、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記第１実施形態では、レーザ成膜装置２０を使用して、機能膜パターンとして配線パターン４０Ｂを形成したが、レーザ成膜装置２０を使用して、他のパターンを形成するようにしてもよい。たとえば、絶縁膜パターンを形成ようにしてもよい。この場合、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
・上記第１実施形態では、膜パターン４０Ａを、全体としてＶ字状を成した照射領域を形成する第１〜第５のレーザ光５５Ａ〜５５Ｅによって焼成するようにした。また、第２実施形態では、膜パターン４０Ａを、全体として斜め状に互いにずれた照射領域を形成する第６〜第８のレーザ光５５Ｆ〜５５Ｈによって焼成するようにした。これを、他の形状を成したレーザ光によって膜パターン４０Ａを焼成するようにしてもよい。要は、膜パターン４０Ａの幅方向で異なる領域に対して異なったタイミングで照射される形状を成したレーザ光であれは、レーザ光はどんな形状を成していてもよい。
・上記各実施形態では、機能性液状材料を基板２１上に付着させるパターニング手段としての液滴吐出ヘッド２３と、レーザ光照射ヘッド２４とを備えたレーザ成膜装置２０について一例として説明した。つまり、インクジェット法により機能性液状材料を基板上に付着させる装置（液滴吐出ヘッド２３）と、レーザ光照射ヘッド２４を備えたレーザ成膜装置２０について説明した。本発明はこのような構成の機能性膜パターン形成装置に限定されない。本発明は、マイクロディスペンス法により機能性液状材料を基板上に付着させる装置（パターニング手段）と、レーザ光照射ヘッド２４を備えた機能性膜パターン形成装置にも適用される。また、本発明は、スクリーン印刷法により機能性液状材料を基板上に付着させる装置（パターニング手段）と、レーザ光照射ヘッド２４を備えた機能性膜パターン形成装置にも適用される。

・上記各実施形態では、電磁波として焼成用レーザ光５５を出射するレーザ本体５１を備えたレーザ光照射ヘッド２４を用いているが、膜パターン４０に照射する電磁波はレーザ光に限らない。本発明は、レーザ光以外の単波長の光、例えば白色光源から出射される光から１或いは複数の光学フィルタ等で抽出したある波長の光を使用してもよい。

・上記第１実施形態では、レーザ本体５１としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いた構成について一例として説明したが、本発明は、レーザ本体５１としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）以外のレーザを用いる構成に広く適用可能である。

・上記各実施形態では、機能性材料としての金属微粒子として銀の微粒子を用いているが、金属微粒子として、銀以外に、金、銅、アルミニウム等を微粒子化したものを用いても良い。

・上記各実施形態では、機能性膜パターンの一例として、配線パターンを形成する場合について説明したが、本発明は、有機ＥＬ素子の有機エレクトロルミネッセンス層、カラーフィルタ、ＩＣタグの配線パターン等を形成するのに適用可能である。つまり、本発明は、金属配線パターンのように、金属微粒子（微粒子化された機能性材料）を分散剤で被覆したものが溶媒に分散している機能性液状材料を、焼成（乾燥、焼結）して機能性膜パターンである配線パターンが作られるものに広く適用可能である。

第１実施形態に係るレーザ成膜装置を示す構成図。 膜パターンの上面図。 第１実施形態に係る焼成用レーザの形状を説明するための図。 液滴（機能性材料）の吸収スペクトル。 （Ａ）は、溶媒に起因する吸収スペクトル、（Ｂ）は、分散剤に起因する吸収スペクトル、（Ｃ）は、微粒子（溶質）に起因する吸収スペクトル。 （Ａ）は、焼成初期の吸収スペクトル、（Ｂ）は、焼成中期の吸収スペクトル、（Ｃ）は、焼成後期の吸収スペクトル。焼成過程毎の膜パターンの吸収スペクトル。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第１実施形態に係る焼成用レーザによる膜パターンの焼成を説明するための図。 同じく、（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第１実施形態に係る焼成用レーザによる膜パターンの焼成を説明するための図。 第２実施形態に係る焼成用レーザの形状を説明するための図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第２実施形態に係る焼成用レーザによる膜パターンの焼成を説明するための図。 同じく、（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第２実施形態に係る焼成用レーザによる膜パターンの焼成を説明するための図。 第３実施形態に係る電子機器としてのプラズマディスプレイを示す斜視図。

符号の説明

２０…機能性膜パターン形成装置としてのレーザ成膜装置、２１…基板、２３…パターニング手段としての液滴吐出ヘッド、２４…電磁波照射手段としてのレーザ光照射ヘッド、３０…機能性液状材料としての液滴、４０Ａ…膜パターン、５１…電磁波出射本体としてのレーザ本体、５２…光学素子としての回折光学素子、５５，５５Ｓ…電磁波としての焼成用レーザ光、７０…電子機器としてのプラズマディスプレイ。

Claims (11)

1. 基板上に機能性液状材料を付着させて所定の形状の膜パターンを形成するパターニング手段と、
   前記基板との間で前記膜パターンの幅方向に対して直交する方向に相対移動させるとともに、前記膜パターンの幅方向で異なる領域に対して異なるタイミングで電磁波を照射する電磁波照射手段と
   を備えていることを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
2. 請求項１に記載の機能性膜パターン形成装置において、
   前記電磁波照射手段は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の両外側端領域と中央領域とにそれぞれ照射することを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
3. 請求項１に記載の機能性膜パターン形成装置において、
   前記電磁波照射手段は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の一方の外側端領域と中央領域と他方の外側端領域とにそれぞれ照射することを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の機能性膜パターン形成装置において、
   前記電磁波照射手段は、
   前記電磁波を出射する電磁波出射本体と、
   前記電磁波出射本体から出射された電磁波を、前記基板の進行方向に応じて前記膜パターンの幅方向で異なる領域に照射する形状にする光学素子と
   を含むことを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
5. 請求項４に記載の機能性膜パターン形成装置において、
   前記光学素子は、回折光学素子であることを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の機能性膜パターン形成装置において、
   前記電磁波照射手段から出射される前記電磁波は、レーザ光であることを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の機能性膜パターン形成装置において、
   前記パターニング手段は、液体プロセス法により前記膜パターンを形成する装置であることを特徴とする機能性膜パターン形成装置。
8. 基板上に機能性液状材料を付着させて所定の形状の膜パターンを形成するパターニング工程と、
   前記基板との間で前記膜パターンの幅方向に対して直交する方向に相対移動させるとともに、前記膜パターンの幅方向で異なる領域に対して異なるタイミングで電磁波を照射する電磁波照射工程と
   を備えていることを特徴とする機能性膜パターンの形成方法。
9. 請求項８に記載の機能性膜パターンの形成方法において、
   前記電磁波照射工程は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の両外側端領域と、中央領域とに照射するようにしたことを特徴とする機能性膜パターンの形成方法。
10. 請求項８に記載の機能性膜パターンの形成方法において、
    前記電磁波照射工程は、前記電磁波を、前記膜パターンの幅方向の一方の外側端領域と、中央領域と、他方の外側端領域とに照射するようにしたことを特徴とする機能性膜パタ
    ーンの形成方法。
11. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載の機能性膜パターン形成装置で形成された機能性膜パターンを備えることを特徴とする電子機器。

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