JP2007335460A - デバイスパターン形成方法、デバイスパターン、およびデバイスパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドを用いたデバイスパターン形成方法において、製造工程および製造コストを抑えつつ、基板上に均一な膜厚のデバイスパターンを形成可能にする。
【解決手段】液体吐出ヘッドと基板とを相対的に移動させつつ基板上に、液体吐出ヘッドから液体を吐出させてデバイスパターンＰＴ１２を形成する。このデバイスパターンＰＴ１２の形成は、予め設定した一定の幅および長さを有する基本パターンＰＴを形成すると共に、基本パターンＰＴの少なくとも一部に連結されるように突出パターンＰＴ１３を形成することにより行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体吐出ヘッドから吐出される液滴を基板上に着弾させることによって形成されるデバイスパターン、そのデバイスパターン形成方法およびデバイスパターン形成装置に関する。

従来、基板上に電子回路などのデバイスパターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィ法、スクリーン印刷法などが知られている。これらの方法は、いずれもデバイスパターンの原版となる版を作製し、その版に形成されるパターンを基板上に転写もしくは投影するものとなっている。

また、デバイスパターンの構成成分を含有した液滴を液体吐出ヘッドから基板上に直接吐出することによりデバイスパターンを形成する、いわゆるインクジェット方式のパターン形成方法も実施されつつある。このインクジェット方式によるパターン形成方法は、基板上のパターン形成位置に液滴を着弾させてパターンを形成することから、版を必要とせず、多品種少量生産に容易に対応することができるものとして注目されている。

一方、近年の電子回路などの高密度化に伴ない、デバイスパターンには微細化および細線化が求められる傾向にある。しかし、現在のインクジェット方式によるパターン形成方法では、微細なデバイスパターンの形成において、デバイスパターンのパターン精度を十分に出すことが難しく、必要とするデバイス特性を得ることが困難になりつつある。そこで、特許文献１及び特許文献２では、基板上にデバイスパターンの形状に応じたバンクを作製し、バンク内に液滴を吐出することによって、バンク形状に準じたデバイスパターンを形成する方法が開示されている。また、特許文献３には、基板上に所定ピッチで複数の液滴を互いに間隙をあけて吐出し、吐出した液滴を基板上で濡れ拡がらせて互いに重ならせることにより、液滴により形成される線状体の線幅を変更する方法が開示されている。

しかしながら、インクジェット方式によって基板上に吐出された微小液体の乾燥は速く、特に、基板上の塗布領域における端部は、他の部分より速く乾燥するため、形成されたパターン内に乾燥時間差が生じる。この乾燥時間差は、パターン内の膜厚ムラを引き起こし、導電率、抵抗値などの電気特性の不均一を惹起させる。こうした不具合を解消する技術として、特許文献４には、所定のデバイスパターン形成領域の外側にデバイスパターンと電気的に分離されたデバイスパターンをインクジェット方式により形成することが開示されている。

また、デバイスパターンには、様々なパターン幅やパターン形状が要求される。このため、インクジェット方式により、デバイスパターンを形成する場合には、基板の表面に親液性や撥液性など与えるための処理、液滴材料の選択、および吐出された液滴量などの制御が行われている。しかし、このような処理および制御にあっても、デバイスパターンのパターン幅を幅広化したり、デバイスパターン縁部形状に凹凸を生じさせずに安定化させたりすることは困難である。このため、特許文献５には、最初の工程で複数のパターンを形成し、次工程で最初の複数のパターン間に液滴を吐出して一体化させることにより、幅広で縁部形状の良好なデバイスパターンを形成するという方法が提案されている。

また、特許文献６には、隔壁によって画成されたパターン形成領域に対し、ノズルを複数回走査させながら液滴を吐出させ、それらの液滴をパターン内で濡れ拡がらせることにより、所望のパターン幅を得る技術が開示されている。

さらに、特許文献７には、インクジェット方式によって、直線パターン、傾斜線パターンのいずれにおいても、断線のない連続性に優れたパターンを形成する技術が開示されている。

特開２００４−３３０１６４号公報 特開２００４−３３７７８０号公報 特開２００３−２６６６６９号公報 特開２００５−０１３９８６号公報 特開２００４−２９０９５８号公報 特開２００４−３５８２９８号公報 特開２００４−０００９１５号公報

しかしながら、上記各特許文献には以下のような問題が存在する。

特許文献１および２に開示されているように、基板上にバンクを形成しバンク内に液滴を吐出する方法では、基板上に予めフォトリソグラフィ法や印刷法等を用いてバンクを形成する必要がある。このため、バンクを形成するためのパターンの版を作製しなければならず、多品種少量生産への対応が容易であるというインクジェット方式特有の利点が損なわれる。さらに、基板上にバンクを作製する工程が必要となることから、コストアップ、歩留り低下を招く虞もある。

特許文献３に開示されているように、基板上に所定ピッチで複数の液滴を互いに間隙をあけて吐出する方法では、デバイスパターンの幅を制御することは可能であるが、パターンの長さ方向に対する膜厚分布の制御が困難になる。すなわち、特許文献３に開示の技術では、デバイスパターンの中央部と端部とで膜厚に差が生じてしまい、要求される電気特性が得られないことがある。

また、特許文献４に開示の技術では、基板上の所定パターン形成領域の外側に液滴を吐出してダミーパターンを形成する領域（ダミー領域）が必要になるため、ダミー領域分だけ基板を大きくする必要がある。また、パターン形成領域の外側にダミー領域を形成する必要上、パターン形成領域の外側に他のデバイスパターンを形成することが困難になるという問題も生じる。

また、特許文献５に開示の技術では、最初の工程と次工程の間に分散媒の除去を行なうために乾燥処理工程が必要になり、そのための時間も必要となる。

また、特許文献６に記載の方式では、パターン形成領域の境界に隔壁を設ける必要があるため、特許文献１および特許文献２と同様の問題が生じる。

特許文献７に記載の方式では、配線パターンの導通不良に対する解決方法として液滴を吐出するものであり、パターン形状の不良に対するものでパターン内の膜厚均一性に対しては改善できないものであった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、パターン形成以外の他の工程を不要とし、かつパターン形成の自由度の低下、基板の大型化などを招くことなく、均一な膜圧のデバイスパターンを提供可能とすることを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を備える。

すなわち、本発明の第１の形態は、液体吐出ヘッドと基板とを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドから基板上にパターン形成用溶液を吐出してデバイスパターンを形成するデバイスパターン形成方法であって、予め設定した一定の幅および長さを有する基本パターンを形成する基本パターン形成工程と、前記基本パターンに連結されると共に外部に突出する突出パターンを、前記基本パターンの少なくとも一部に形成する突出パターン形成工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第２の形態は、液体吐出ヘッドと基板とを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドから基板上にパターン形成用溶液を吐出することにより前記基板上に形成されるデバイスパターンであって、予め設定した一定の幅および長さを有する基本パターンと、前記基本パターンに連結されると共に外部に突出する突出パターンと、からなることを特徴とする。

本発明の第３の形態は、液滴を吐出するノズルを複数配列した液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドと基板とを相対的に移動させる移動手段と、前記両液体吐出ヘッドの吐出動作を制御する制御手段と、を備えたデバイスパターン形成装置であって、前記制御手段は、前記基板と前記液体吐出ヘッドとの相対移動時において、前記複数のノズルのうち一定数のノズルから液滴を吐出させることにより、前記基板上に予め設定した一定の幅および長さを有する基本パターンを形成させると共に、前記液体吐出ヘッドが前記基板上の予め設定した位置に達した時点で、前記複数のノズルの中の少なくとも１つのノズルから液滴を吐出させることにより、前記基本パターンと連結しかつ外部に突出する突出パターンを形成させることを特徴とする。

本発明によれば、一定の幅および長さを有する基本パターンの一部に外方へと突出する突出パターンを形成することにより、膜厚均一性に優れたデバイスパターンを形成することが可能となる。このため、製造工程の単純化、製造コストの低減を図ることが可能になると共に、基板を大型化することなく、自由度の高いパターン形成が可能になる。

以下、本発明に係るデバイスパターン形成方法、デバイスパターン形成装置、およびデバイスパターンの実施形態を図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１および図２に基づき、本発明の実施形態に適用するデバイスパターン形成装置の構成を説明する。図１は、本実施形態におけるデバイスパターン形成装置の外観構成を概略的に示す斜視図である。
ここに示すデバイスパターン形成装置は、走査方向（Ｘ方向）に沿って往復移動するキャリッジ１０９と、デバイスパターンを形成するための基板１００が搭載されるステージ１０３などを有している。このキャリッジ１０９には、基板１００上にデバイスパターン形成用溶液を吐出する液体吐出ヘッド１２０、１３０がＸ方向に沿って配置されている。さらに、両液体吐出ヘッド１２０、１３０には、デバイスパターン形成用溶液をそれぞれ供給するためのタンク（不図示）がキャリッジに搭載されている。各液体吐出ヘッド１２０，１３０内には、タンク内のパターン形成用溶液が供給される共通液室が形成されると共に、共通液室に連通する複数の液路と、その液路の末端に形成される開口部である吐出口と、各液路内に配置された吐出エネルギ発生素子とからなる。このエネルギ発生素子としては、電気機械変換素子（ピエゾ）あるいは電気熱変換素子（ヒータ）などが知られており、いずれを選択するかは、適用するパターン形成用溶液の構成材料の種類や粘度などに応じて決定すれば良い。本発明では、前記液路、吐出口、およびエネルギ発生素子とを含む部分をノズルと称す。液体吐出ヘッド１２０，１３０に形成される複数のノズルは、走査方向（Ｘ方向）と交わる方向（ここでは、直交する方向）に配置され、これらのノズルによってノズル列が構成されている。このノズル列は、走査方向と直交するＹ方向にの延在しているのが良い。また、各ヘッドに複数のノズル列が配置されていてもよい。

また、デバイスパターン形成装置には、キャリッジ１０９を往走査および復走査させる動力源としてＣＲリニアモータ（キャリッジリニアモータ）１０１が設けられている。さらに、基板１００をＹ方向へと移動させる基板移動手段として、ステージ１０３とこれを移動させるＬＦリニアモータ（ラインフィードリニアモータ）１０２とが設けられている。ＬＦリニアモータ１０２は定盤１０８に確固に固定されており、ステージ１０３が移動しても、基板１００を載せるステージ１０３の上面を、定盤１０８の上面に対して常に平行に保ち得るようになっている。一方、ＣＲリニアモータ１０１は、定盤１０８の上に立設された高い剛性を有するベース１０４および１０５に固定されている。

また、ＣＲリニアモータ１０１およびＬＦリニアモータ１０２にはそれぞれリニアエンコーダ１１１、１１２および原点センサ１０６、１０７が内蔵されている。リニアエンコーダ１１１、１１２および原点センサ１０６、１０７の出力は、各リニアモータの駆動時のサーボ制御入力として利用される。さらに、キャリッジ側のリニアエンコーダ１１１は溶液の吐出タイミングの生成にも利用される。エンコーダの分解能は０．５μｍと高精度であるため、数１０μｍ幅のデバイスパターンを形成するには充分である。
また、ここでは特に図示しないが、このデバイスパターン形成装置には、ステージ１０３の上面と直交する方向（Ｚ方向）へとキャリッジ１０９を微小に昇降させる昇降機構が設けられている。この昇降機構によって基板上面または基板上に形成されたデバイスパターンとの間隔を調整することができる。

さらに、本実施形態におけるデバイスパターン形成装置には、ホスト装置として不図示のパーソナルコンピュータが接続されている。このパーソナルコンピュータから送られた図形情報（デバイスパターン形成情報）に基づいて、デバイスパターン形成装置は、ステージ１０３をＬＦモータ１０２によって所定の位置に移動させる。また、キャリッジ１０９をＣＲリニアモータ１０１で走査させながら、基板上の所定位置にヘッドからデバイスパターン形成用溶液を吐出させ、デバイスパターンを形成する。

次に、本実施形態のデバイスパターン形成装置の制御系について説明する。
図２は、本実施形態のデバイスパターン形成装置における制御系の全体構成を概略的に示すブロック図である。機構部４６は、液体吐出ヘッド１２０，１３０を搭載したキャリッジ１０９を主走査方向に移動させるためのＣＲリニアモータ１０１、基板１００を搭載したステージ１０３を搬送するＬＦリニアモータ１０２などを備えている。

主制御部４４は、液体吐出ヘッド１２０，１３０および機構部４６等をはじめとする本実施形態におけるデバイスパターン形成装置全体を制御する中枢部分である。この主制御部４４は、ＣＰＵおよび動作プログラムなどを格納してなるＲＯＭ、種々のデータの書き込みおよび読み出しを可能とする作業用ＲＡＭなどを備えている。
主制御部４４は、機構部４６に対し制御信号を出力してキャリッジ１０９やステージ１０３等の制御を行うと共に、ヘッド制御部４２、メモリ制御部５０および描画位置信号発生部４１などとの間でも信号の授受を行い、液体吐出ヘッド１２０の駆動を制御する。Ｉ／Ｆ部４７は、不図示のパーソナルコンピュータとデバイスパターン形成装置とのインターフェース部分である。このＩ／Ｆ部４７は、パーソナルコンピュータなどのホスト装置からコマンドおよびパターン形成データの受信を行う。メモリ制御部５０は、Ｉ／Ｆ部４７から入力されたコマンドを主制御部４４に転送すると共に、主制御部４４の制御の下で、パターン形成データをバッファメモリ４５に書き込むようアドレス信号と書き込みタイミング信号を生成する。

さらに、主制御部４４は、Ｉ／Ｆ部４７から入力されたコマンドを解析し、その解析結果により描画速度や描画解像度などのパターン形成条件を設定する。そして、主制御部４４は、そのパターン形成条件に基づき機構部４６および位置信号発生部４１を制御して、所定の条件でパターン形成動作を実行させる。
また、不図示のパソコンから受信したパターン形成データは、バッファメモリ４５に記憶された後、主制御部４４から指令を受けたメモリ制御部５０の制御により、ヘッド制御部４２に転送される。
ヘッド制御部４２は、描画位置信号発生部４１から出力される描画位置信号に同期して、バッファメモリ４５から転送されたパターン形成データに従い、液体吐出ヘッド１２０，１３０の各ノズルを駆動し、デバイスパターンの形成を行う。

ここで、本実施形態に用いられる基板１００およびパターン形成用溶液について説明する。

デバイスパターンを形成する基板１００としては、ガラス、石英基板、Ｓｉウェハー、金属基板、またはプラスチック基板などを用いることができる。また、これらの基板上に金属膜、有機膜等の下地膜を形成し、さらに、下地膜をパターニングしたものを用いても良い。

デバイスパターンを形成する基板表面には必要に応じて撥水処理を行なう。例えば、インクジェットヘッドより吐出された液滴が基板表面において濡れ拡がってしまい、パターン形状を維持することが難しい場合には、基板表面に撥水処理を行なう必要がある。基板上への撥水処理方法としては、ＣＦ₄プラズマ処理による方法、カップリング剤コーティングによる方法などが挙げられる。基板上への処理が簡易であり、処理コストが安価である場合には、カップリング剤コーティングが好ましい。コーティング方法としては、スプレーコート、ディップコート、スピンコートあるいは蒸着などが挙げられ、これらの中から、コーティング厚、コーティング材料、基板種類、デバイス等に応じて適宜選択すれば良い。

また、インクジェットヘッドより吐出されるパターン形成用溶液は、目的とするデバイスに合わせて選択する。例えば、導電性デバイスパターンを形成する場合には導電膜配線用溶液を選択し、電子放出源を形成する場合には電子放出源形成用溶液を選択すれば良い。具体的には、導電性デバイスパターンには、導電性微粒子を分散させた分散溶液、金属錯体を溶解させた錯体溶液などが挙げられ、電子放出源には、金属錯体を溶解させた錯体溶液、ナノ粒子を分散させた分散溶液が挙げられる。導電性微粒子、ナノ粒子を分散させた分散溶液の場合、導電性微粒子材料としては金、銀、銅、白金、パラジウムなどのいずれかを含有する金属微粒子などが挙げられる。ナノ粒子材料としては、カーボンナノチューブ、金ナノ粒子などのいずれかを含有するナノ粒子が挙げられる。金属錯体としては、銀、銅、インジウム、スズ、パラジウム、ニッケルの錯体のいずれかを含有する金属錯体が挙げられる。

導電性微粒子、ナノ粒子と混合する溶液としては、導電性微粒子、ナノ粒子であって、それらが凝集を生じることなく分散できるものであれば良く、また、金属錯体と混合する溶液としては、金属錯体であってそれが析出することなく溶解するものであれば良い。

例えば、導電性微粒子、ナノ粒子と混合させる溶液としては、水、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類が挙げられる。また、エチレングリコール、ジメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル化合物、あるいはトルエン、キシレンなどの炭化水素系化合物なども挙げられる。これらの中からデバイスパターン特性、液体吐出ヘッド、デバイスパターン幅、基板表面特性などに応じて、単独もしくは混合溶液として使用すれば良い。導電性粒子の分散質濃度は０．５〜３０ｗｔ％が好ましく、これらの範囲内で、導電膜膜厚、特性に応じて適宜適正な値に調整すれば良い。導電性粒子の粒径や溶媒などによっては分散性を調整するために界面活性剤などを微量添加することが好ましい。また、インクジェット法による吐出を安定して行なうためには、パターン形成用溶液の表面張力、粘度を調整する必要がある。表面張力、粘度の調整には、アルコール、エーテル、ケトン等の有機溶媒の他、表面張力調整のためのフッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの界面活性剤を微量添加しても良い。

分散溶液の粘度は、１〜３０ｍＰａ・ｓであることが好ましい。インクジェット法により基板上に溶液を吐出するためには、上記粘度に溶媒濃度を変更することにより調整する。

金属錯体を溶解させた錯体溶液の場合、適用する溶媒としては、例えば、水、アルコール類、エーテル化合物などが挙げられる。これらの中からデバイスパターン特性、液体吐出ヘッド、基板表面特性及び金属錯体溶解性などに応じて適宜調整すれば良い。金属錯体の場合、有機溶媒に対する溶解度が低いため、有機溶媒との混合比率を低く抑える必要がある。

基板１００上に吐出されたデバイスパターンの形状を安定化させるために、パターン形成溶液中には、溶媒に溶解する固形分を微量添加することが好ましい。溶媒の主成分がキシレン、トルエンなどの有機溶媒である場合、固形分としては、アクリル樹脂などが挙げられる。また、液滴溶媒の主成分が水である場合、固形分としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などが挙げられる。これらの添加量は溶媒の種類、溶液の粘度等に応じて調整すれば良い。

次に、本発明の第１の実施形態におけるデバイスパターンの形成方法によって形成されるデバイスパターンの平面形状及び膜厚分布について図面に基づき説明する。
図３は直線的な中心線Ｌ１に沿って直線状のデバイスパターンを従来のインクジェット法により形成した場合のデバイスパターン１の平面図である。また、図４は直線状デバイスパターンの長さ方向における理想的な膜厚分布を示す縦断側面図、図５は従来のインクジェット法により直線状のデバイスパターンの膜厚分布の一例を示す縦断側面図である。図６はこの第１の実施形態によって形成された直線的なパターンの膜厚分布の一例を示す縦断側面図、図７は図６に示すパターンの平面図である。

直線状デバイスパターンＰＴの長さ方向に対するパターン膜厚分布は、図４に示すように長さ方向に対してパターン端部と中央部で膜厚差がないことが好ましい。しかし、パターン形成用溶液の主溶媒が低沸点溶媒などの乾燥しにくい溶媒であった場合、図３に示すような従来のパターン形成方法でデバイスパターンを形成すると、そのパターンの長さ方向に対するパターン膜厚分布は、図５に示すように不均一になる。すなわち、図５に示すパターン膜厚分布１１では、パターン端部の厚さ（ｔ１）が厚くなる一方、パターン中央部の厚さ（ｔ２）は薄くなり、膜厚均一性が図４に示したデバイスパターンＰＴ１０に比べて大幅に低下する。このように、パターンの長さ方向に生じる膜厚の不均一は、デバイスの特性を劣化させる要因となる。

これに対し、この第１の実施形態においては、図３に示す直線状デバイスパターンと同様のパターンを基本パターン部ＰＴとし、その基本パターン部ＰＴの中央部に、図７に示すような幅方向（ｗ方向）に突出する円弧状の突出パターン部ＰＴ１３を形成する。本例では、基本パターン部ＰＴの中央部の２辺から外方（ｗ方向）へと突出する２個の突出パターン部ＰＴ１３を形成している。つまり、この第１の実施形態のデバイスパターンＰＴ１２は、１ドット分の幅を有する基本パターン部ＰＴと、これに連結された２ドット分の突出パターン部ＰＴ１３とにより構成される。これらのパターン部ＰＴ，ＰＴ１５は、液体吐出ヘッドと、基板１００とを相対移動（走査）させつつ、液体吐出ヘッド１２０からパターン形成用の溶液を液滴として吐出させることによって形成する。なお、この突出パターン部ＰＴ１３が、基本パターンＰＴから突出する量ｈは、基本パターンＰＴの幅ｗの０．２倍以上であることが望ましい。

基板１００と液体吐出ヘッド１２０との相対移動を行う方法（走査方法）としては、液体吐出ヘッドのみを移動させる方法（第１の走査方法）、基板１００のみを移動させる方法（第２の走査方法）がある。さらに、基板１００と液体吐出ヘッドの双方を移動させる方法（第３の走査方法）もある。第１の走査方法によってＸ方向に延在するデバイスパターンを形成する場合には、液体吐出ヘッド１００を主走査方向（Ｘ）へと移動させながら、液体吐出ヘッドのノズル列の中の隣接する３つのノズルより液滴を吐出させることによって形成する。すなわち、基本パターン部ＰＴを３ノズルの中の中央のノズルを用いて形成し、突出パターン部ＰＴ１３を中央のノズルに隣接する２個のノズルを用いて形成する。また、Ｘ方向に延在するデバイスパターンを第２の走査方法を用いて形成する場合には、形成すべきデバイスパターンの長さに応じた範囲のノズルを用い、各ノズルから同時に液滴を吐出することによって基本パターン部ＰＴ形成する。さらに、中央部のノズルから基本パターン部ＰＴの形成前後において２回液滴を吐出させることによって突出パターン部ＰＴ１３を形成する。また、第３の走査方法は、デバイスパターンをＸ方向（主走査方向）とＹ方向（基板移動方向）の合成方向にパターンを形成する際に使用する。この場合、複数のノズルを用いて基本パターン部ＰＴを形成すると共に、突出パターン部ＰＴ１３を２個のノズルを用いて形成する。

このように、基本パターン部ＰＴの中央部に突出パターン部ＰＴ１３を形成することにより、突出パターン部ＰＴ１３における溶液と、基本パターン部ＰＴの中央部の溶液とが表面張力によって引き合い、デバイスパターンＰＴ１２の中央部にも溶液が集められる。その結果、デバイスパターンＰＴ１２は、図６に示すように、端部と中央部とで膜厚差が大幅に減少し、その膜厚分布は、図５に示したデバイスパターンＰＴ１１に比べて大幅に改善される。

また、パターン形成用溶液の主成分が高沸点溶媒であった場合、直線状のデバイスパターンの長さ方向に対する膜厚分布は、図８に示すようになる。すなわち、図８に示すパターンＰＴ１４では、パターン中央部の膜厚ｔ３が厚く、パターン端部で膜厚ｔ４が薄くなり、膜厚均一性が図４に示したデバイスパターンＰＴ１０に比べて大幅に低下する。このような膜厚の不均一もデバイス特性を劣化させる要因となる。

そこで、この第１の実施形態では、パターン形成用溶液に高沸点溶媒を用いる場合、図１０に示すようなデバイスパターンＰＴ１５を形成する。このデバイスパターンＰＴ１５は、図３に示す基本パターンＰＴの両端部に、それぞれ、図１０に示すような外方へ突出する円弧状の突出パターン部ＰＴ１６を２個ずつ形成したものとなっている。つまり、本例におけるデバイスパターンＰＴ１５は、基本パターン部ＰＴとこれに連結された４個の突出パターン部ＰＴ１６とにより構成されている。これらのパターンＰＴ，ＰＴ１６も、図７に示すデバイスパターンＰＴ１２と同様に、液体吐出ヘッド１２０と、基板１００とを相対移動（走査）させることによって形成する。基板１００と液体吐出ヘッド１２０との相対移動を行う方法としては、前述の第１〜第３の走査方法のいずれの方法を採ることも可能である。なお、この突出パターン部ＰＴ１３においては、基本パターンＰＴから突出する量ｉまたはｊのうち、少なくとも一方が基本パターンＰＴの幅ｗの０．２倍以上であることが望ましい。

このようにして基本パターン部ＰＴの両端部に突出パターン部ＰＴ１６を形成することにより、突出パターン部ＰＴ１６における溶液と、基本パターン部ＰＴの端部の溶液とが表面張力によって引き合い、デバイスパターンＰＴ１５の両端部にも溶液が集まる。その結果、デバイスパターンＰＴ１５は、図９に示すように、端部と中央部とで膜厚差の少ないほぼ均一な膜厚が形成され、その膜厚分布は図４に示したデバイスパターンＰＴ１０に比べて大幅に改善される。

このように本実施形態によれば、１ドット分の幅を有する直線状のデバイスパターンの形成において、基本パターン部の中の膜厚が減少する傾向にある箇所に突出パターン部を形成することにより、均一な膜厚分布のデバイスパターンを形成ことができる。このため、デバイスサイズ、デバイス材料、デバイス形状などに拘わりなく、デバイスパターンには、所期の特性を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図１１および図１２に基づき説明する。
この第２の実施形態は、高沸点溶媒を用いたパターン形成用溶液により、図１１および図１２に示すような屈曲した中心線Ｌ２に沿って、デバイスパターンＰＴを形成するものである。図１１に示すデバイスパターンＰＴ１７には、基本パターン部ＰＴ１８と、これに連結するよう形成した突出パターン部ＰＴ１９とにより構成されている。基本パターンＰＴ１８は、３本の直線を連結したクランク状の中心線Ｌ２に沿って形成され、１ドット分の幅を有している。また、突出パターン部ＰＴ１９は、基本パターンＰＴ１８の各角部に連結されて円弧状をなしている。なお、このデバイスパターンＰＴ１７の形成時における液体吐出ヘッド１２０と基板１００との相対移動は、前述の第１ないし第３の走査方法のいずれかを適用すれば良い。パターン形成用溶液の主成分として高沸点溶媒を用いているため、突出パターン部ＰＴ１９が形成されていない場合には、各角部においてデバイスパターンの膜厚が薄くなる可能性が高い。しかし、本例では基本パターン部ＰＴ１８の各角部に突出パターン部ＰＴ１９を形成するため、この突出パターン部ＰＴ１９の溶液と、基本パターン部ＰＴ１８の溶液とがその表面張力によって互いに引き合い、角部にも溶液を集めることができる。その結果、デバイスパターン全体に亘って均一な膜厚を得ることができ、所期のデバイス特性を得ることができる。

また、図１２に示すデバイスパターンＰＴ２０は、基本パターンＰＴ１８の角部に２個の円弧状の突出パターン部ＰＴ１９を形成したものである。基本パターンの各直線部分の長さが長い場合、基板表面の親液性が高い場合などには、上記のように角部に複数個の突出パターンを形成することが有効である。なお、図１２では、各角部に対して２個の突出パターン部ＰＴ１９を形成しているが、その他の数の突出パターン部を互いに連結するよう形成することも可能である。

（本発明の第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図１３および図１４に基づき説明する。
図１３に示すデバイスパターンＰＴ２２は、低沸点溶媒のような乾燥し易い溶媒を含むパターン形成用溶液で形成されており、基本パターン部ＰＴ２３と、この基本パターン部ＰＴ２３に連結した突出パターン部ＰＴ２４とから構成されている。基本パターン部は、複数ドット分の幅ｗを有している。また、突出パターン部ＰＴ２４は、この基本パターン部ＰＴ２３の側辺部中央に形成されている。本例においても、液体吐出ヘッド１２０と基板１００との相対移動は、前述の第１〜第３の走査方法のいずれかを採用することが可能である。例えば、第１の走査方法を用いて、Ｘ方向に延在するデバイスパターンを形成する場合には、液体吐出ヘッド１２０に形成されるノズル列の中の隣接する３つのノズルを用いて形成する。すなわち、基本パターン部ＰＴ２３を隣接する２つのノズルから液滴を吐出して２ドット分の幅を有するパターンを形成すると共に、残りの１つのノズルから液滴を吐出して円弧状の突出パターン部ＰＴ２４を形成する。これにより、１回の走査で各パターン部ＰＴ２３，ＰＴ２４を形成することができる。このデバイスパターンＰＴ２２によれば、突出パターン部ＰＴ２４の溶液と基本パターン部ＰＴ２３の中央部の溶液とが表面張力によって引き合うため、低沸点溶媒をパターン形成用溶液であっても、均一な膜厚のデバイスパターンを形成することができる。なお、この突出パターン部ＰＴ１３が、基本パターンＰＴから突出する量ｈは、基本パターンＰＴの幅ｗの０．２倍以上であることが望ましい。

また、高沸点溶媒のような乾燥しにくい溶媒を含む溶液で、複数ドット分の幅を有するデバイスパターンを形成する場合には、図１４に示すように、複数ドット分の幅を有する基本パターン部ＰＴ２３の端部に、突出パターン部ＰＴ２６を形成すれば良い。このデバイスパターンＰＴ２５にあっても、その延在方向がＸ方向である場合には、隣接する３つのノズルを用いて形成することができる。このデバイスパターンＰＴ２５によれば、高沸点溶媒を用いたパターン形成用溶液を用いた場合にも、均一なデバイスパターンを形成することができる。なお、突出パターン部ＰＴ２６が基本パターンＰＴから突出する量ｉまたはｊは、少なくとも一方が基本パターンＰＴの幅ｗの０．２倍以上であることが望ましい。

また、図１３および図１４に示すような、複数ドット分の幅を有する基本パターンＰＴ２３を形成する場合、前述のように、１回の走査によってパターンの形成を完了することが望ましい。しかし、デバイスパターンの形状、溶液材料などに応じて、複数回の走査を行うことにより、デバイスパターンを形成することも可能である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図１５に基づき説明する。
上記各実施形態では、デバイスパターンを形成するパターン形成用溶液の溶媒が、高沸点溶媒であるか、低沸点溶媒であるかに応じて、突出パターン部を直線状のデバイスパターンの中央部に形成するか、端部に形成するかを決定するようにした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、使用するパターン形成溶液の種類、基板表面の親液性、撥液性、パターンのサイズなどに応じて、突出パターン部の形成位置、形状などを適宜設定することができる。すなわち、膜厚が薄くなる傾向にある部分に対して突出パターン部を形成することが望ましく、その一例を図１３に示す。

図１３に示すデバイスパターンＰＴ２６は、１ドット分または複数ドット分の幅で形成された基本パターン部ＰＴ２３と、この基本パターン部ＰＴ２７の両側辺部および両端部に形成した突出パターン部とから構成されている。本例では、突出パターン部として、基本パターン部ＰＴ２３の両側辺部に２個の突出パターン部ＰＴ２８が形成されると共に、基本パターン部ＰＴ２３の両端部に４個ずつ突出パターン部ＰＴ２９が形成されている。つまり、合計１０個の突出パターン部が、基本パターン部ＰＴ２７の中で膜厚の低下する傾向にある箇所に形成されている。

前述のように、高沸点溶媒を用いた場合には、直線状の基本パターンのうち端部の膜厚が低下する傾向にある。このため、端部の膜厚を増大させるべく両端部に複数個の突出パターンを形成すると、その突出パターン部ＰＴ２９の溶液と基本パターン部ＰＴ２７とが表面張力によって引き合い、中央部の溶液が減少して膜厚が低下する場合もある。このため、端部だけでなく中央部にも突出パターン部を形成することによって、膜厚全体を均一化させることができる。また逆に、低沸点溶媒を用いる場合に、中央部に突出パターン部を形成すると、中央部に溶液が集まり過ぎ、両端部の溶液が減少する可能性がある。この場合には、両端部にも突出パターン部を形成することによって、デバイスパターン全体の膜厚を均一化することが可能となる。

なお、以上の説明においては、基板１００に対して液体吐出ヘッドを動かす構造となっているが、液体吐出ヘッド１２０，１３０を固定して、基板１００を動かすように構成することも可能である。

また、上記実施形態では液体吐出ヘッド１２０のみを用いてデバイスパターンを形成した場合を示したが、液体吐出ヘッド１３０を併用してデバイスパターンを形成することも可能であり、使用する液体吐出ヘッドの数は、必要に応じて適宜設定可能である。

（第１の実施例）
次に、上記実施形態に基づき、デバイスパターンとして電子放出源パターンを形成した例を具体的に説明する。

電子放出源パターンを形成する液滴材料としては、溶媒として水、イソプロピルアルコール、エチレングリコールを用い、溶質としてパラジウム錯体、ポリビニルアルコールを用いた。液滴材料を調整するにあたり、予めポリビニルアルコール１重量％水溶液を調整した。水に対しパラジウム錯体を１０重量％となるように溶解させた後、ポリビニルアルコール１重量％水溶液、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、水の順序で混合した。それぞれの混合量は、各溶媒及び溶質の濃度が、水７１．２重量％、イソプロピルアルコール２０重量％、エチレングリコール５重量％、パラジウム錯体３．５重量％、ポリビニルアルコール０．３重量％となるようにした。溶媒および溶質を混合した後、十分に混合させるために２４時間密閉容器に入れて攪拌を行なった。攪拌を行なった溶液を4時間放置した後に濾過し、錯体溶液とした。錯体溶液をシリンジ中に入れ、吐出エネルギ発生素子としてピエゾを用いた液体吐出ヘッドに充填した。この液体吐出ヘッドとしては、一定の配列ピッチでノズルを配した２列のノズル列を備え、一方のノズル列と他方のノズル列とで、各ノズルの配列位置をノズル配列方向において１／２ピッチだけずらしたものを使用した。液体吐出ヘッドのノズルより液滴が吐出できるように錯体溶液をシリンジより押し出し、液体吐出ヘッドの吐出口形成面よりはみ出した錯体溶液をワイピングすることにより除去した。その後、液体吐出ヘッドの一方のノズル列より２０ｐｌの液滴が吐出できるように、ピエゾの駆動電圧を１８．５Ｖに調整した。また、液体吐出ヘッドの他方のノズル列における各ノズルに対しては、４ｐｌの液滴が吐出できるように駆動波形（パルス幅）を変更すると共に、ピエゾの駆動電圧を１４．０Ｖに調整した。

基板としては、予め所定の配線パターンが形成されたガラス基板を用意した。ガラス基板表面上には、予めシリコーン系シランカップリング剤を用いて表面処理を行なった。シランカップリング剤としては、メチルトリメトキシシランを用いた。表面処理はスピンコート法により行ない、メタノールを用いて３倍希釈してコートした。スピンコート後、基板表面上のシリコーン系シランカップリング剤を固定するために１００℃−３０分間オーブン中で加熱処理した。表面処理確認を行なうために、配線パターンが形成されていないガラス基板表面の濡れ性を評価したところ、水の接触角で６７°〜７３°であった。

液体吐出ヘッドを搭載した前述のデバイスパターン形成装置のステージ１０３上にガラス基板１００を置き、動作中にずれが生じないように固定した。ガラス基板１００と液体吐出ヘッド１２０の吐出口形成面とが接触しないように、吐出口形成面と基板表面との隙間を０．５ｍｍに調整した。この後、液体吐出ヘッドを走査させて配線パターンの間隙に液体吐出ヘッドより錯体溶液を吐出した。この際、直線状の電子放出源パターンを形成すべく、基本パターン部ＰＴの形成領域に２０ｐｌの液滴を１２発吐出した。また、基本パターンの中央部には、突出パターン部として４ｐｌの液滴を４発吐出した。パターン形成後、オーブンを用いて１００℃の温度で１０分間の熱処理を行なった。

光学顕微鏡を用いて熱処理後のデバイスパターン形状を測定したところ、パターンサイズは、パターン幅が５２μｍ、パターン長さが１６３μｍであった。突出パターン部の基本パターン部からの突出量は、幅方向に対して１５μｍであった。
パターンの膜厚分布測定は、干渉形状測定装置を用いて行なった。膜厚分布はパターン中央部が最も薄く０．０８μｍであった。また、図７に示すパターン長さ方向（パターンの中心線Ｌ１に沿う方向）で膜厚が最も厚い箇所はパターン両端よりほぼ２０μｍの部位となっており、その膜厚は０．１０μｍであった。よって、中央部と端部との膜厚は、０．０２μｍに抑えられた。

また、基板外周部などにおいて同様の幅および長さを有し、かつ突出パターン部を形成していないデバイスパターンの膜厚を測定したところ、膜厚が最も厚い箇所はパターン中央部で膜厚は０．１４μｍであった。また、パターン両端より２０μｍの部位が最も膜厚の薄くなっており、その膜厚は０．０５μｍであった。よって、最大膜厚と最小膜厚との差は０．０９μｍとなった。

以上の測定結果から明らかなように、上記実施形態に従ってデバイスパターンに突出パターン部を形成した場合には、突出パターン部を形成しない場合に比べ、デバイスパターン内の最大膜厚差は大幅に低減された。

（第２の実施例）
次に、上記実施形態に基づき、デバイスパターンとして導体からなる配線パターンを形成した例を具体的に説明する。
この配線パターンを形成するパターン形成用溶液としては、金属ナノ粒子含有コロイド溶液を用いた。金属ナノ粒子としては、金ナノ粒子を用いた。金ナノ粒子をα−テルピネオール中に分散させた金ナノ粒子コロイド溶液を用意した。この金ナノ粒子コロイド溶液に対し、１−ブチルアルコールとジエチレングリコールとを重量比率で３：１となるように混合した混合溶液を加えた。混合溶液添加調整後の金ナノ粒子濃度は、１０重量％であった。調整した溶液を軽く攪拌させることにより金ナノ粒子コロイド溶液と混合溶媒とを混合させ、ナノ粒子分散溶液とした。ナノ粒子分散溶液をシリンジ中に入れ、上記第１実施例と同様のピエゾを用いた液体吐出ヘッドに充填した。この液体吐出ヘッドのノズルより、液滴が吐出できるようにナノ粒子分散溶液をシリンジより押し出し、吐出口形成面よりはみ出したナノ粒子分散溶液をワイピングすることにより除去した。その後、液体吐出ヘッドの一方のノズル列より１５ｐｌの液滴が吐出できるように、ピエゾの駆動電圧を２４．５Ｖに調整した。また、液体吐出ヘッドの他方のノズル列における各ノズルに対しては、８ｐｌの液滴が吐出できるように駆動波形（パルス幅）を変更すると共に、ピエゾの駆動電圧を１６．０Ｖに調整した。

基板としては、ガラス基板を用意した。ガラス基板表面上には、予めシリコーン系シランカップリング剤を用いて表面処理を行なった。シランカップリング剤としては、アルコキシシランであるテトラメトキシシランを用いた。表面処理はスピンコート法により行なった。スピンコート後、基板表面上のシリコーン系シランカップリング剤を固定するために１２０℃−３０分間オーブン中で加熱処理した。表面処理確認を行なうために、ガラス基板表面の濡れ性を評価したところ、水の接触角で８０°〜８４°であった。

液体吐出ヘッドを搭載したデバイスパターン形成装置のステージ１０３上にガラス基板１００を置き、動作中にずれが生じないようにステージ吸着穴よりガラス基板１００を吸引して固定した。ガラス基板１００と液体吐出ヘッド１２０の吐出口形成面とが接しないように、吐出口形成面と基板表面との隙間を０．５ｍｍに調整した。この後、液体吐出ヘッド１２０を走査させて配線パターン間隙に液体吐出ヘッドより分散溶液を吐出した。この際、図１５の直線状の配線パターンを形成すべく、基本パターン部ＰＴ２７の形成領域に１５ｐｌの液滴を８μｍ刻みで４０発吐出した。また、基本パターン部ＰＴの中間部には、吐出パターン部として、５ｐｌの液滴を８０μｍ刻みで６発吐出した。なお、図１５では、２つの（２発の）突出パターン部ＰＴ２８を形成した場合を示しているが、本例では、基本パターン部ＰＴ２７の両側辺に対して３発ずつ、合計６発の液滴を吐出して６個の突出パターン部を形成した。この後、さらに、基本パターン部ＰＴ２７の各端部に、図１５の突出パターンＰＴ２９と同様に、４個の突出パターン（合計８個）の突出パターンを形成した。この端部に形成される８個の突出パターンのそれぞれは、５ｐｌの液滴によって形成した。

上記のようにして配線パターンを形成した後、オーブンを用いて熱処理を行なった。熱処理は、最初に１５０℃の温度で４０分間行ない、続いて３８０℃の温度で３０分間の熱処理を行なった。

光学顕微鏡を用いて熱処理後の配線パターン形状を測定したところ、パターンサイズは、パターン幅が４３μｍ、パターン長さが３５７μｍであった。突出パターン部の基本パターン部からの突出量は、長さ方向に対して２０μｍ、幅方向に対して１５μｍであった。

パターンの膜厚を干渉形状測定装置を用いて測定したところ、膜厚分布はパターン中央部が最も厚く０．５４μｍであった。また、パターン長さ方向での膜厚が最も薄い箇所はパターン両端からほぼ１７μｍの箇所となっており、その膜厚は０．５１μｍであった。すなわち、最大膜厚と最小膜厚との差は、０．０３μｍとなった。

これに対し、また、基板外周部などに位置する同様の長さおよび幅を有し、かつ突出パターン部を形成していない配線パターンについて膜厚を測定したところ、膜厚が最も厚い箇所はパターン中央部であり、その膜厚は０．７３μｍであった。また、パターン両端より１７μｍの部位が最も膜厚が薄くなっており、その膜厚は０．３２μｍであった。従って、最大膜厚と最小膜厚との差は、０．４１μｍとなった。

以上の測定結果から明らかなように、上記実施形態に従って配線パターンに突出パターン部を形成した場合には、突出パターン部を形成しない場合に比べ、配線パターン内の最大膜厚差は大幅に低減された。

本実施形態におけるデバイスパターン形成装置の外観構成を概略的に示す斜視図である。 本実施形態のデバイスパターン形成装置における制御系の全体構成を概略的に示すブロック図である。 従来のインクジェット法により形成されたデバイスパターンの一例を示す平面図である。 デバイスパターンの長さ方向における理想的な膜厚分布を示す縦断側面図である。 従来のインクジェット法により形成されたデバイスパターンの膜厚分布の一例を示す縦断側面図であり、パターン形成用溶液の主成分が低沸点溶媒である場合を示している。 本発明の第１の実施形態によって形成されたデバイスパターンの膜厚分布の一例を示す縦断側面図であり、パターン形成用溶液の主成分が低沸点溶媒である場合を示している。 図６に示すデバイスパターンの平面図である。 従来のインクジェット法により形成されたデバイスパターンの膜厚分布の一例を示す縦断側面図であり、パターン形成用溶液の主成分が高沸点溶媒である場合を示している。 本発明の第１の実施形態によって形成されたデバイスパターンの膜厚分布の一例を示す縦断側面図であり、パターン形成用溶液の主成分が高沸点溶媒である場合を示している。 図９に示すパターンの平面図である。 本発明の第２の実施形態によって形成されたデバイスパターンの一例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態によって形成されたデバイスパターンの他の例を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態によって形成されたデバイスパターンの一例を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態によって形成されたデバイスパターンの他の例を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態によって形成されたデバイスパターンの一例を示す平面図である。

符号の説明

４４ 主制御部
４１ 描画位置信号発生部
４２ ヘッド制御部
１００ 基板
１０１ キャリッジリニアモータ
１０２ ラインフィードリニアモータ
１０３ ステージ
１０９ キャリッジ
１２０，１３０ 液体吐出ヘッド
ＰＴ１２、ＰＴ１５ デバイスパターン
ＰＴ１７、ＰＴ２０ デバイスパターン
ＰＴ２２、ＰＴ２５ デバイスパターン
ＰＴ２６ デバイスパターン
ＰＴ 基本パターン部
ＰＴ１８ 基本パターン部
ＰＴ２３ 基本パターン部
ＰＴ２７ 基本パターン部
ＰＴ１３、ＰＴ１６ 突出パターン部
ＰＴ１９、ＰＴ２１ 突出パターン部
ＰＴ２４、ＰＴ２６ 突出パターン部
ＰＴ２８、ＰＴ２９ 突出パターン部
ｗ パターン幅
ｈ 突出パターン部の突出量
ｉ 突出パターン部の幅方向における突出量
ｊ 突出パターン部の長さ方向における突出量

Claims (9)

1. 液体吐出ヘッドと基板とを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドから基板上にパターン形成用溶液を吐出してデバイスパターンを形成するデバイスパターン形成方法であって、
   予め設定した形状の基本パターンを形成する基本パターン形成工程と、
   前記基本パターンに連結されると共に外部に突出する突出パターンを、前記基本パターンの少なくとも一部に形成する突出パターン形成工程と、
   を備えたことを特徴とするデバイスパターンの形成方法。
2. 前記突出パターン形成工程では、前記基本パターンの条件に応じた位置に、前記突出パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のデバイスパターンの形成方法。
3. 前記突出パターン形成工程では、前記突出パターンを、前記基本パターンの中で他の部分より膜厚が減少する傾向にある部分に形成することを特徴とする請求項１または２に記載のデバイスパターン形成方法。
4. 前記突出パターン形成工程では、前記パターン形成用溶液が、低沸点溶媒を主溶媒とする場合に、前記突出パターンを、前記基本パターンの中央部に形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のデバイスパターン形成方法。
5. 前記突出パターン形成工程では、前記パターン形成用溶液が、高沸点溶媒を主溶媒とする場合に、前記突出パターンを、前記基本パターンの端部に形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のデバイスパターン形成方法。
6. 前記突出パターン形成工程では、前記基本パターンの屈曲部に前記突出パターンを形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のデバイスパターン形成方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のデバイスパターン形成方法によって形成されたことを特徴とするデバイスパターン。
8. 前記基本パターン部に連結される前記突出パターン部の突出幅は、前記デバイスパターンの幅の０．２倍以上であることを特徴とする請求項７に記載のデバイスパターン。
9. 液滴を吐出するノズルを複数配列した液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドと基板とを相対的に移動させる移動手段と、前記両液体吐出ヘッドの吐出動作を制御する制御手段と、を備えたデバイスパターン形成装置であって、
   前記制御手段は、前記基板と前記液体吐出ヘッドとの相対移動時において、前記複数のノズルのうち一定数のノズルから液滴を吐出させることにより、前記基板上に予め設定した形状の基本パターンを形成させると共に、前記液体吐出ヘッドが前記基板上の予め設定した位置に達した時点で、前記複数のノズルの中の少なくとも１つのノズルから液滴を吐出させることにより、前記基本パターンと連結しかつ外部に突出する突出パターンを形成させることを特徴とするデバイスパターン形成装置。
   

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