JP2008160105A - 滑らかなマイクロスケールの形状の印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理システムに関し、より具体的には、滑らかなマイクロスケール形状の印刷の方法等を提供する。
【解決手段】印刷処理方向と各プリントヘッド上に１つ又はそれ以上のエゼクタを備えた１つ又はそれ以上のプリントヘッドとを有する印刷システムを用いて、基板上に印刷スポットで滑らかなマイクロスケール形状を形成する方法であって、前記印刷スポットの半径を決定し、試験パターンを生成し、前記印刷システムで前記試験パターンを印刷し、前記印刷された試験パターンを、液滴の拡がり及びラインの滑らかさに関して分析するステップを含む。
【選択図】図１

Description

例示的な実施形態は、一般に画像処理システムに関し、より具体的には、滑らかなマイクロスケール形状の印刷の方法に関する。

背景として、プリント回路基板、即ちＰＣＢは、一般のポケベル、即ちペイジャー、及びラジオから、高性能なレーダ及びコンピュータ・システムに及ぶ装置内で見られる、相互接続された電子部品の内蔵モジュールである。回路は一般に、基板として知られる絶縁盤表面に堆積された、又は「印刷された」、導電性材料の薄層によって形成される。個別の電子部品は、基板の表面に配置され、相互接続回路にはんだ付けされる。基板の１つ又はそれ以上の縁部に沿った接触フィンガは、他のＰＣＢ又はオン・オフ・スイッチといった外部の電気装置へのコネクタとして作動する。プリント回路基板は、信号増幅器といった単一機能、又は多機能を実行する回路を持つことができる。

回路組立体の他の２つのタイプは、プリント回路基板に関連する。ＩＣ又はマイクロチップと呼ばれることもある集積回路は、ＩＣの方がより多くの回路と部品を含むことができることを除けば、プリント回路基板と同様の機能を実行する。回路は、シリコンの非常に小さなチップの表面の所定位置で電気化学的に「成長」する。ハイブリッド回路は、その名前が意味するように、プリント回路基板のように見えるが、表面に配置されてはんだ付けされるのでなく、基板の表面上で成長するいくつかの部品を含む。

回路のインクジェット印刷は、費用のかかるリソグラフィ・プロセスを単純な印刷操作で置き換えることにより生産に関連するコスト削減を試みる、台頭しつつある技術である。従来の製造で使用されている繊細で時間を要するリソグラフィ・プロセスを用いるのではなく、基板上にパターンを直接印刷することにより、印刷システムは、生産コストを大幅に削減することができる。印刷されたパターンは、実際の形状（即ち、薄膜トランジスタのゲート領域、ソース領域、及びドレーン領域、信号線、オプトエレクトロニクス機器部品等といった、最終回路に組み込まれることになる素子）を含むことができ、或いは、その後の半導体又はプリント基板処理（例えばエッチング、注入等）のためのマスクとすることができる。

エッチング・マスク印刷のいくつかの形態が存在する。１つの例は、ＰＣＢを作るための銅エッチング・マスクとして用いられる、印刷されたワックス・パターンの形態である。別の例は、ＰＣＢ上の銅エッチング・マスクのために現在使用されている、マスクレスのリソグラフィ法であるレーザ・ダイレクト・イメージング（ＬＤＩ）である。これは、レーザを用いて、直接フォトレジスト上にパターンのラスタ像を描く。これを費用対効果が高いものにするためには、特別な高速なレジストを有することが必要である。また、レーザを用いる、はんだマスク・パターン形成に適した方法は存在しない。

典型的には、回路印刷は、固体基板を横切る単一の軸（「印刷移動軸」）に沿って（即ち、処理方向に）、ラスタ・ビットマップにより、印刷溶液（一般的には有機材料）を堆積させることを含む。プリントヘッド、及び特にそれらのプリントヘッドに組み込まれたエゼクタの配置は、この印刷移動軸に沿って印刷するように最適化される。パターンの印刷はラスタ様式で行われ、プリントヘッド内のエゼクタが基板上に印刷材料の個別の液滴を小出しにするに従って、プリントヘッドが、基板を横切る「印刷パス」を作り出す。各印刷パスの終わりで、新しい印刷パスの開始前に基板に対するプリントヘッド位置を印刷移動軸に対して垂直方向で調整することができる。プリントヘッドは、パターンが全体に印刷されるまで、この様式で基板を横切って印刷パスを作り続ける。

いったんプリントヘッドのエゼクタから小出しにされると、印刷溶液の液滴は、濡れ作用を通じて基板に自身を付着させ、次にその場所で凝固し、１つのスポット又はいくつかの連結したスポットから成る印刷された形状を形成する。堆積される材料の大きさと形状は、凝固と濡れの競合するプロセスに左右される。相変化材料を印刷する場合、凝固は、印刷された液滴が基板へとその熱エネルギーを失って固体状態に戻るときに、生じる。別の場合、溶剤又は担体中の、有機ポリマのようなコロイド懸濁液、及び電子材料の懸濁液が印刷され、基板を濡らし、印刷された形状を残す。印刷溶液及び基板の熱的条件及び材料の性質が周囲の雰囲気条件と共に、堆積された印刷溶液が液体から固体へと変化する特定の速度を決定する。

圧電インクジェット・プリントヘッドは、２０−６０ミクロンのオーダーの液滴を得るために用いることができる。ワックスのような相変化材料が、マイクロスケール形状をパターン形成するためのマスキング層として使用されてきた。縁部の波打ち（ｓｃａｌｌｏｐｉｎｇ）は、ＩＣ又は他の半導体の製造プロセスのためのジェット印刷の使用における懸案事項の１つである。これは、一貫しない機器性能へと至る、信頼性の低い印刷品質とパターン形成の欠陥をもたらす可能性がある。

縁部のスキャロッピングは、それが、電気抵抗、電界などのような、縁部の形状に対して敏感な電気的性能の基準値を規定する際に引き起こす困難のため、望ましくない。歩留まりを制限する可能性あるため、製造工程における縁部の波打ちによって引き起こされることがある短絡がないことを確実にすることもまた重要である。

印刷された有機エレクトロニクス形状における縁部の波打ちは、深刻である可能性のある潜在的な欠陥を示唆している場合もある。印刷された有機エレクトロニクス形状の電子的挙動は、その分子構造によって影響を受ける。特に、有機印刷流体の分子は、典型的には、特定の次数で自己組織化する必要がある長鎖である。しかしながら、そのような印刷溶液の液滴が、隣接する液滴が堆積される前に凝固すれば、それらの鎖は適切に組織化できず、電気的連続性における大きな減少、又は２つの液滴間の電気的に活性な欠陥の生成につながる。これが次に、この印刷された形状を組み入れた機器の性能を著しく低下させる。従って、一貫した電気的性質を促進する、隣接した液滴の印刷方法を有することが、必須である。

基板上二印刷された液滴の物理的性質は、液滴の合体（凝集）を、従って、印刷された形状の品質を支配する。溶融した液滴が、温度Ｔ₀でプリントヘッドから基板上に噴射される場合、凝固時間は、

により求められ、ここで、Ｔ_aは雰囲気温度、Ｔ_fは融解温度、αとｋは各々、溶融した液滴の熱拡散率と熱伝導率であり、ｋ_sは基板の熱伝導率、Ｌは融解潜熱、ｃは溶融液滴の比熱である。

液滴が雰囲気温度にまで冷めるには更なる時間を要し、このプロセスのタイムスケールは、

によって与えられる。基板上に拡がる液滴の動力学は、ウェーバー数Ｗ_eとオーネゾルゲ（Ｏｈｎｅｓｏｒｇｅ）数Ｚに主として支配され、

ここで、μは粘度、ρは密度、σは表面張力、Ｖは衝突速度、及びａは液滴の半径である。

ウェーバー数Ｗ_eは、液滴の拡がりの駆動力の尺度となり、オーネゾルゲ数Ｚは、拡がりに抵抗する力の尺度となる。衝突と毛管現象が、液滴の拡がりの主要な力である一方で、慣性と粘度が、液滴の拡がりに抵抗する主要な因子である。

液滴の拡がりと凝固のタイムスケールは、拡がりが完了した後にのみ液滴の大部分が凝固することを示す。しかしながら、液滴の局所的な凝固は、液滴の拡がりの完了の前に発生し、これが印刷された液滴の形状を決定する。局所的な凝固は、液滴と基板の間の接触線で発生し、液滴のさらなる拡がりを阻止する。

液滴が周波数ｆで噴出されると、後続の液滴が基板に到達するまでの間の時間は

であり、基板上での後続の液滴の中心間の距離は、

である。隣接する液滴間の液滴の合体は、

且つ

のときに発生する。

隣接する液滴間の合体が、繰り返し堆積される円形の液滴からラインを形成させる。一般に、液滴の拡がりを増大させ、且つ合体を促進するために、基板温度を上げることができる。印刷されたワックスの場合には、典型的には、基板温度を摂氏３０−４０度に維持することで、印刷されたラインの滑らかさが向上する。基板の温度は、液滴が基板と接触すると急速に凝固するように、ワックスの凝固点よりも低く維持することが重要である。基板上の液滴の拡がりは、印刷されたラインの拡幅を起こさせる可能性がある。印刷溶液は、隣接する重なった液滴が基板表面上で拡がるのを有利に防ぐことができ、従って液滴の横方向の拡がりを最小化する、適切な高さの表面張力を持つように操作されることができる。

従って、インクジェット印刷における少なくとも１つの課題は、スポットが円形のフットプリントを持つという事実にもかかわらず、滑らかなマイクロスケールのラインを得ることである。それゆえ、滑らかなマイクロスケール形状を印刷するための、改良された方法が必要とされる。

滑らかなマイクロスケール形状のジェット印刷の方法が提示される。印刷される前に所望の形状は、種々のデシメーション・フィルタによってマスクされ、デシメーションは種々のピッチで実行される。その後に印刷された画像は、次いで走査され、ラインの粗さを判定するために分析される。最適なデシメーション・ピッチは、液滴の拡がりの最小量を示し、且つ最も低い縁部の粗さを有する形状によって判定される。最適なデシメーション・ピッチはまた、材料の性質及び流体の動力学から算出することもできる。

例示的な実施形態の態様によれば、印刷処理方向と各プリントヘッドに１つ又はそれ以上のエゼクタを備えた１つ又はそれ以上のプリントヘッドとを有する印刷システムを用いて、基板上に印刷スポットで滑らかなマイクロスケール形状を形成する方法が提示される。この方法は、スポット配置ピッチと印刷スポットの半径を決定し、試験パターンを生成し、印刷システムで試験パターンを印刷し、印刷された試験パターンを液滴の拡がりと縁部の滑らかさに関して分析するステップを含む。

例示的な実施形態の別の態様によれば、データ処理機器で実行可能であり、且つ、印刷処理方向と各プリントヘッドに１つ又はそれ以上のエゼクタを備えた１つ又はそれ以上のプリントヘッドとを有する印刷システムを用いて、基板上に印刷スポットで滑らかなマイクロスケール形状を形成するために使用可能な、１組のプログラム命令を格納する記憶媒体が提供される。このプログラム命令の組は、スポット配置ピッチと印刷スポットの半径とを決定するための命令と、試験パターンを生成するための命令と、印刷システムで試験パターンをプリントするための命令と、印刷された試験パターンをラインの滑らかさに関して分析するための命令と、を含む。

以下の詳細な説明のいくつかの部分は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵのためのメモリ記憶装置、及び連結された表示装置を含む、従来のコンピュータ・コンポーネントにより実行される、データ・ビット上の演算のアルゴリズム及び記号表記で提示される。これらのアルゴリズム的説明と表記は、データ処理技術分野の当業者によって、他の当業者にその研究の内容を最も効果的に伝えるために用いられる手段である。アルゴリズムは一般に、所望の結果に導く首尾一貫した一連のステップとして理解されている。これらのステップは、物理量の物理的操作を要するステップである。通常は、必ずしも必須ではないが、これら量は、記憶、転送、組み合わせ、比較、及びそれ以外の操作が可能な、電気的又は磁気的な信号の形態をとる。主として一般に慣例であるという理由により、これら信号を、ビット、値、要素、記号、文字、項、数、又はその種の他のものとして言及することが、ときとして便利であることが証明されている。

しかしながら、これらの全て及び同様の用語は、適切な物理量と関連すべきものであり、これらの量に適用される便利な標識にすぎない。以下の議論から明らかなように、別に特記されない限りは、記載全体を通して、「処理」又は「計算（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」又は「計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」又は「判定」又は「表示」等のような用語を用いた議論は、コンピュータ・システムのレジスタ及びメモリ内部の物理（電子的）量として表されるデータを、コンピュータ・システム・メモリ若しくはレジスタ、又は他のそのような情報記憶装置、伝送装置、若しくは表示装置内の物理量として同様に表される他のデータへと操作及び変換するための、コンピュータ・システム又は同様の電子的計算装置の作用とプロセスに言及していることが認識される。

例示的な実施形態はまた、本明細書において議論される操作を実行する装置にも関連する。この装置は、必要な目的に特化して構築することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータ・プログラムによって選択的に作動又は再設定された、汎用コンピュータを含むことができる。そのようなコンピュータ・プログラムは、各々コンピュータ・システム・バスに連結される、フロッピー（登録商標）・ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び磁気光学ディスクを含む任意のタイプのディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光学カード、又は電子的命令を格納するのに適した任意の媒体といった、コンピュータ可読記憶媒体に格納することができるが、これらに限られるものではない。

本明細書において提示されるアルゴリズム及び表示は、いずれの特定のコンピュータ又は他の装置にも固有に関連付けられるものではない。多様な汎用システムを本明細書における教示に従ったプログラムと共に使用することができ、或いは、本明細書において説明される方法を実行するための、さらに特化した装置を構築することが利便であると立証され得る。これら多様なシステムの構造は、以下の説明から明白となる。それに加えて、例示的な実施形態は、いずれの特定のプラグラミング言語にも関連して説明されるものではない。本明細書において説明される例示的な実施形態の教示を実施するために、多様なプログラミング言語を使用することができることが認識される。

機械可読媒体は、機械（例えばコンピュータ）によって可読な形態で情報を格納又は伝送するためのいずれかの機構を含む。例として、機械可読媒体は、いくつかの例を挙げるだけでも、読み込み専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダム・アクセス・メモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュ・メモリ装置、及び電気的、光学的、音響的又は他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）を含む。

例示的な実施形態の説明において、「データ」という用語は、本明細書においては、情報を示す又は含む、物理的信号を指す。この場合、物理光のパターン又は物理光を表すデータの集合としての「画像」は、文字、単語、及び文書、並びに図形及び回路レイアウトといった他の形状を含むことができる。画像の一部又は全てに関するデータのアイテムを操作する場合、その操作は「画像処理」を実行する。

画像のたった１つのピクセルが、その全てが多様な実施形態に適用することができる多くの既知のシナリオの１つでフォーマットされ、サンプリングされ、又は生成されるだけでも、その画像は高いアドレス指定能力を持つ画像であり得る。高いアドレス指定能力を持つピクセルは、高いアドレス指定能力を持つ複数のピクセル事象を含むピクセルであることができ、ここで、例えば、高いアドレス指定能力を持つピクセル事象の各々は、そのピクセルに関しての書込みスポットの特定の空間配置に対応し、且つ、その特定の空間配置における書込みスポットの性質を表す値を有する。例えば、２進の高いアドレス指定能力を持つピクセルにおいて、高いアドレス指定能力を持つピクセル事象の各々は、書込みスポットが、対応する空間配置で「オン」か「オフ」かを示すシングル・ビットである。

高いアドレス指定能力はまた、一般に、画像化（画像形成、画像認識）装置が書込みスポットのサイズよりも非常に細かい精度で書込みスポットを位置決めできる、画像化方法に当てはまる。例として、典型的な高いアドレス指定能力のシステムは、４０μｍの書込みスポット、ラスタ・ラインに対して垂直の方向に６００ＤＰＩのアドレス指定能力、及びラスタ・ライン方向に４８００ＤＰＩのアドレス指定能力で作動することができる。

高いアドレス指定能力はまた、書込みシステムへの入力よりも高いサンプリング解像度での画像の書込みに当てはまる。同様に、高いアドレス指定能力はまた、少なくとも１つの次元での、入力解像度よりも高いピクセル・サンプリング解像度にも当てはまる。例えば、３００ｓｐｉの入力解像度は６００ｓｐｉに変換することができ、その解像度変換は、高いアドレス指定能力と称される。

高アドレス指定能力の画像を書き込むシステムは、典型的には、クロック変調、振幅変調、パルス幅変調、パルス幅位置変調又は同等の手順を用いた、レーザ又は同様の書込み装置を制御する。レーザ・スキャナ以外の画像化装置もまた、高いアドレス指定能力を用いる。例として、インクジェット装置は、高いアドレス指定能力でのスポット配置をもたらす液滴噴射速度を有することができ、ＬＥＤ画像バーは、スポット・サイズとダイオード間隔に対して相関が高い速度で、ＬＥＤ「オン」事象をクロック制御することができる。

本明細書において説明される例示的な実施形態の１つ又はそれ以上の特徴は、例えば高いアドレス指定能力の画像を含む、どのようなデジタル画像にも適用することができる。

以下の詳細な説明において、印刷されたパターンを用いて、基板上に滑らかなマイクロスケール形状をジェット印刷する方法及びシステムが説明される。本明細書において開示される実施形態は、説明の目的の回路印刷に関して説明されるが、これら実施形態は、画像化システムによりもたらされる高解像度の形状が必要とされるどのような状況にも適用できることに留意のこと。

図１は、典型的には相変化材料であるがこれに限られない堆積させるべき材料のリザーバ１０８をその材料が液体状態を保つのに十分な温度にまで加熱する熱源１０４を含む、システム１００を示す。システム１００は、典型的には、個別の液滴を制御可能に噴射して、パターン形成された電気素子、保護層又はコーティングを、形状を定める基板の領域の上に形成するための印刷装置を用いて、パターンを生成するのに適している。保護層によって一度も覆われなかった領域は、多様な形状を形成するのに用いられる材料の堆積（又は除去）を受けることになる。従って、横方向の形状サイズは、液滴のサイズによって制限されるのではなく、液滴が、結合した形状を形成するように一体化することなく、どれだけ近くに一緒に位置することができるかによって制限される。一般に、リザーバ１０８の温度は、摂氏６０度より高く維持され、いくつかの実施形態においては、ほとんどの相変化有機物を液化するのに十分な摂氏１４０度より高く維持される。

相変化材料は、低温で融解する有機媒体とすることができる。相変化材料の他の望ましい特性としては、パターン形成材料が典型的な半導体材料処理に用いられる有機及び無機材料に対して非反応性であること、及び相変化材料がエッチャントに対して高選択性を有することが挙げられる。液体懸濁液が用いられる場合、基板材料は、液体担体が基板表面と接触したら蒸発するのを促進する温度に維持される。液状懸濁液を用いる場合、相変化プロセスは、液体から固体でなく、液体から気体へと向かう。

相変化パターン形成材料の更なる望ましい特性は、得られたパターンが、湿式化学プロセス又はドライエッチング・プロセスに耐えるのに十分に強固であるべきである、ということである。ドライエッチング・プロセスが用いられる場合、低蒸気圧の相変化パターン形成材料を使用することができる。ワックスは、上記の特性を備えた相変化材料の一例である。コネチカット州スタンフォードのＸｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の、Ｋｅｍａｍｉｄｅ １８０ベースのワックスは、相変化パターン形成材料として使用するのに適したワックスの一例である。

液滴供給源１１２のような複数の液滴供給源が、リザーバ１０８から液状の相変化マーキング材料を受け取り、基板１２０上に堆積させるために液滴１１６を射出する。基板１２０は、液滴が堆積後に急速に冷えるような温度に保たれる。濡れを増強し、それによりパターン形成されたマーキング材料と基板との間に良好な接触を形成するのに十分な濡れが生じることを確実にするために、湿潤剤又は基板表面処理を基板上に含めることができる。システムの温度は、エッチングされる表面の増強された濡れ性にもかかわらず、冷却速度が基板１２０に接触後の液滴の挙動を制御するのに十分であるように保たれる。

隣接する液滴の合体の増進が必要であるとき、液滴の拡がりを増進し、それにより合体を増進させるために、基板温度を高めることができる。Ｋｅｍａｍｉｄｅベースのワックスのラインをインクジェット・プリンタで印刷する場合、基板温度を摂氏３０度から４０度に上げることで、パターンの印刷品質が向上することがわかっている。Ｋｅｍａｍｉｄｅベースのワックスの場合、表面が、ワックスの凝固点より約摂氏２０度低い、摂氏４０度に保たれているときに、優れた結果が達成されることがわかっている。摂氏４０度でもなお、基板の温度は、基板１２０に接触すると液滴が急速に「凝固する」のに十分に低い。

液滴供給源１１２と基板１２０との間の液滴の噴出方向エラーを最小限にするために、電界１２２を印加して、液滴供給源１１２から基板１２０へ液滴を加速することができる。電界は、液滴供給源１１２と基板１２０の下の電極又は圧盤１０９との間に、典型的には１キロボルトから３キロボルトの間の電圧を印加することによって発生させることができる。電界は、空間１２１を通る液滴の通過時間を最小化して、基板表面温度が相変化操作を制御する主要因となるようにさせる。荷電液滴に対するこの付加的な力は、液滴が空間１２１内の電界の向きの垂線をたどるようにし、液滴の方向性を改良し、改良された直線の形状をもたらす。

マーキング材料の液滴が基板１２０上に堆積した後は、基板と液滴供給源の相対位置は、液滴供給源がパターン形成される第２の位置の上に再位置決めされるように調整される。再位置決め操作は、液滴供給源１１２を移動させることにより、又は基板１２０を移動させることにより、或いはその両方のいずれかによって達成できる。制御回路１２４は、液滴供給源１１２を所定のパターンで基板１２０の上で移動させるか、又は液滴供給源の下の基板を移動させる。駆動回路１２８は、液滴供給源１１２がパターン形成される基板１２０の領域の上に位置決めされたときに、液滴供給源１１２にエネルギーを供給して、液滴の噴射を引き起こす。液滴供給源１１２の移動を液滴供給源の射出のタイミングと協調させることにより、パターンが基板１２０上に「印刷される」ことができる。

各スポット又はスポットの集合が印刷されているときに、フィードバック・システムを用いて、スポットに対して適切なサイズを保証することができる。カメラ１３０及び形状認識と分析のための視認ソフトウェアといった画像化装置を用いて、スポット・サイズと形状の特性を監視することができる。より小さな形状を印刷すべき場合、又は他にスポット・サイズが小さくされる場合は、温度制御回路１２３が、基板１２０の表面の温度を下げる。より低い温度は、基板１２０と接触したときの相変化パターン形成材料の急速な凝固をもたらす急冷速度を高める。より大きなスポット・サイズが必要とされる場合は、通常はより大きな形状として液滴をまとめ合わせるために、温度制御回路１２３は基板１２０の温度を上げる。温度制御回路１２３は、基板の周囲の媒体の雰囲気加熱を最低限にするように、基板１２０と熱的に結合した加熱要素を含むことができる。

一般に、相変化材料は、その材料の凝固温度、例えばおよそ摂氏６０度より低い温度では固体である。従って、前述のように、相変化材料の凝固点と基板温度との間に２０度の温度差が維持されれば、十分に小さな液滴は急速に冷えるので、基板を室温よりも低い温度に冷却することは必要でないかもしれない。そのような場合、温度制御回路は、より大きな形状サイズが印刷されるべき場合に基板を室温よりも少し高くする、単なるセンサ及びヒータであっても良い。

液滴供給源１１２の移動を制御し、位置合わせするために、先立ってパターン形成された層からパターン形成されたマーク１１３のような印刷された位置合わせマークを用いて、次の上に重なる層を整合することができる。前述のカメラのような画像処理システムを用いて、先にパターン形成された層の向きを取り込むことができる。次いで、処理システムは、パターン層の実際の印刷の前にパターン画像データを変更することにより、上に重なるパターン層の位置を調整する。この方式で、かなりの量の位置決めの調整がソフトウェアにおいて達成され、基板１２０に対する液滴供給源１１２の移動へと翻訳される。

各液滴供給源は、従来のインクジェット技術、及び、音響インク印刷システムで成されるようになパターン形成材料の液滴の噴射を引き起こす音波の使用を含む、多様な技術を用いて実現することができる。

処理方向に基板１２０上に噴射された隣接する液滴は、液滴の相転移が生じ、印刷されたスポットが形成されるまでは、湿っており、合体することが知られている。連続的な印刷形状は、この理由により形成されることができる。プリントヘッド及び／又は基板１２０を移動させて、隣接する液滴を処理方向に印刷することができる。

滑らかなラインを印刷する改良された方法（２００）は、図２のフローチャートにおいて概説される。最初に、スポット配置ピッチ（即ち、液滴の中心間の距離）とスポットの半径が決定される（２０２）。しかしながら、スポット半径を決定する前に、プリント条件（基板温度、圧電エゼクタに対する波形、噴射する材料、基板とプリントヘッドとの間の間隔）は、最終的な所望の印刷と同様にされるべきである。スポットの半径はこれらの特性に応じて決まるので、これは重要である。

次に、試験パターンが生成される（２０４）。試験パターンは、スポット配置ピッチ及び／又は隣接する液滴のタイミングにおける変動を示す、様々なスポット配置のスポットの連続パターンから成ることができる（図８を参照）。これは、ＣＡＤ又はラスタ画像編集ソフトウェアのような、任意の画像化ソフトウェアを用いて生成することができる。試験パターンはまた、所望の形状に、様々なデシメーション・ピッチのデシメーション・フィルタを適用することによっても生成することができる。次に、試験パターンが印刷される（２０６）。最後に、印刷された試験パターンは、粗さを光学的に検査すること、及び最小の粗さを有するスポット配置を判定することにより分析される（２０８）。

図３は、処理方向のラインに関して、試験パターンを印刷する方法（３００）を示す。試験の条件（例えば、印刷速度、材料特性、エゼクタに対する波形など）は、実際の印刷と同じとすべきである。最初に、カウンタＫとＭが、それぞれ０と１０に設定される（３０２）。これらのカウンタは、試験パターンにおけるスポットの間隔を決定する。次に、ラインを構成するスポットの数Ｎが１に設定される（３０４）。この時点で、１つの液滴が、全エゼクタから基板１２０上に噴射される（３０６）。次いで、基板１２０を処理方向に、

に等しい距離だけ移動させる（３０８）。Ｎ＝１００か否かついての判定が行われる（３１０）。否の場合は、Ｎは１つずつ増やされて、噴射工程が繰り返される（３１２）。否でない場合は、Ｋが１つずつ増やされる（３１２）。Ｋ＝Ｍ−１か否かについて、更なる判定が行われる（３１４）。否の場合は、Ｎが１に設定され、工程が繰り返される。否でない場合は、工程は終了する。Ｍ、Ｎ及びＫに関係する特定の値は、この例で提示したものとは異なってもよいことに留意されたい。

図４は、処理方向に交差する方向のラインに関して試験パターンを印刷する方法（４００）を示す。試験の条件は、実際の印刷と同じとすべきである。最初に、Ｋが０に設定され、Ｍが１０に設定される（４０２）。次に、Ｎが１に設定される（４０４）。この時点で、１つの液滴が、全エゼクタから基板１２０上に噴射される（４０６）。次いで、基板１２０を処理方向に対して垂直に、

に等しい距離だけ移動させる（４０８）。Ｎ＝５０か否かについての判定が行われる（４１０）。否の場合は、Ｎは１つずつ増やされて、噴射工程が繰り返される（４１２）。否でない場合は、基板１２０を、まず開始点まで移動させ（４１４）、次に処理方向に対して垂直に、

に等しい距離を移動させる（４１６）。もう一度、１つの液滴が、全エゼクタから基板１２０上に噴射される（４１８）。Ｎ＝５０であるか否かについての判定が行われる（４２０）。否の場合は、Ｎが１ずつ増やされて、基板１２０を再び移動させる（４２２）。否でない場合は、Ｋが１ずつ増やされ（４２４）、Ｋ＝Ｍ−１か否かについての判定が行われる（４２６）。否の場合は、工程が繰り返される。そうでない場合は、工程は終了する。Ｍ、Ｎ及びＫに関係する特定の値は、この例で提示したものとは異なってもよいことに留意されたい。

図５は、基板１２０上に処理方向に交差する方向に印刷されてライン４５２を形成する多数のスポット４５０の平面図を示し、一方、図６は同じ印刷スポット４５０の側面図を示す。この図は、基板上で凝固したときの液滴の整合の正確な表示ではないが、その代わり、積層の効果と典型的なスポット配置を図示するために示される。

図７は、滑らかなラインに関して、印刷された試験パターンを分析する方法（５００）を示す。最初に、Ｋが０に設定され（５０２）、Ｌが同様に０に設定される（５０４）。次いでライン幅が測定される（５０６）。基板１２０を、Ｌ＝Ｌ＋０．１*スポット直径だけ移動させる（５０８）。換言すれば、基板は、０．１*スポット直径ずつ移動する。

次に、Ｌ＝スポット直径か否かについての判定が行われる（５１０）。否の場合は、前の２つのステップが繰り返される。否でない場合には、平均、最小、及び最大のライン幅が計算される（５１２）。次に、粗さが計算される（最大−最小ライン幅）（５１４）。Ｋが１つずつ増やされる（５１６）。次いで、Ｋ＝１０か否かについての判定が行われる（５１８）。否の場合は、Ｌを０に設定することから始めて、工程が繰り返される。否でない場合は、粗さが最小となり、平均ライン幅がスポット直径に最も近くなるＫを求めることが必要である（５２０）。次に、所定の基準に基づき、粗さが許容可能か否かについて、判定が行われる（５２２）。否の場合は、以下に説明されるように、基板はポストベークされ（５２４）、粗さが許容可能か否かについてさらに判定が行われる。否でない場合には、工程は終了し、最適なデシメーション・ピッチが決定される。随意的に、全体の工程は、Ｌを０に設定することから始めて、繰り返すことができる。Ｋ及びＬに関係する特定の値は、この例で提示したものとは異なってもよいことに留意されたい。

印刷され、分析される試験パターンの一部が、図８に示される。図８の左上のパターンから得られた印刷画像の表示が、図９に示される。

従って、処理方向にｎ番目のピクセル毎に印刷することにより、ラインを形成することが可能である。図１０は、処理方向に（ａ）３番目のピクセル毎、（ｂ）４番目のピクセル毎、（ｃ）５番目のピクセル毎及び（ｄ）６番目のピクセル毎に印刷することにより、２４００ ＤＰＩで印刷されたラインを示す。

最適なライン幅と縁部の滑らかさは、この例では、５番目のピクセル毎に印刷するときに達成されることが明らかにわかる。滑らかな細いラインを得るには、２つの隣接する液滴が最適なピッチで配置されるべきである。この閾値を超えるピッチでは、ラインは波打ち、この閾値を下回ると、ラインはより幅広になる。ラインの粗さは、液滴サイズと、隣接する液滴が印刷されるピッチとに依存する。ラインの拡幅を引き起こさずに、滑らかなラインを得ることができるように液滴を正確な位置に配置するためには、高いアドレス指定能力で印刷することが最良であろう。

プリントヘッドは、再現性のある不均一なスポット・サイズを生じる場合がある。例えば、エゼクタから発射された第１の液滴は、残りの液滴とは異なるサイズであることがある。また、液滴は、ラインの最初と最後では、ラインの中央と比較すると、異なって合体することがある。図１０（ａ）で観察することができるように、ラインの開始部と終端部は、ラインの中央部と同じライン幅を持たない。図１０（ｄ）では、隣接するピクセルの間の間隔はより広く、その結果、より均一なラインの終端部がもたらされる。印刷ピクセルの間隔は、ライン全体が均質となり、最適な液滴合体が得られるように、種々の領域で変化させることができる。

これは、実質的にライン幅を増すことなく、滑らかなラインを得るための平易な方法である。印刷されたラインは、ジェット印刷されたマイクロスケール・ラインが滑らかで均一かどうか確かめるために、分析されることができる。

マルチパスの形状において、プリントヘッドの一連のパスの間に堆積された液滴は、次の印刷パスからの隣接する液滴が堆積されるより前に、凝固している。その結果、マルチパス形状を作り上げる印刷溶液の液滴は、合体することができず、そのため、波打った形状の境界が生じる。パターン・レイアウトを、平行したレイアウト形状のみを有する個別のデザイン層へと分離することにより、滑らかな縁部の印刷パターンを印刷する方法が提示された。平行したレイアウト形状に位置合わせされた印刷方向に各デザイン層を印刷することにより、基板上に堆積された個々の印刷材料の液滴は、隣接する液滴が堆積される前には凝固しない。この技術は、最適化されたピクセル・ピッチと組み合わされて、いくつかの異なる角度で滑らかなラインを印刷するために使用することができる。

ライン幅の変更は、印刷されるピクセルのピッチを小さくすることによって得ることができる。閾値ピッチより下では、ラインは均質及び滑らかとなることに留意されたい。

多成分系ワックスは、個別の成分の融点によって決まるある範囲の融点を有し、異なる融点が融点範囲を示すことにも留意されたい。例えば、７３℃から１００℃までの融点範囲の多成分系ワックスの場合、ラインの平滑化は、７３℃から１００℃までの温度範囲で達成される。９０℃では、融点が低い方の成分は、固体から液体へと相変化することになる。この制御された融解は、小部分のワックスのみが融解し流動することを可能にする。流動するワックスは、ラインの平滑化を向上させる。従って、代替的に、基板１２０は、ホットプレート又は他の適切な加熱された取り付け具、或いはある温度の装置の上に、ワックスを完全に融解させることなくラインを平滑化させるのに十分な時間、置かれることができる。図１１は印刷されたラインを示し、図１２は、９０度で５秒間加熱された後の、印刷されたラインを示す。

例示的な実施形態の態様を実施するのに適した、印刷システムを表す斜視図である。 滑らかなマイクロスケール形状を印刷するために用いられる操作を説明するフローチャートである。 処理方向（縦）に、ラインについての試験パターンを印刷するために用いられる操作を説明するフローチャートである。 処理方向に交差する方向（横）に、ラインについての試験パターンを印刷するために用いられる操作を説明するフローチャートである。 処理方向に交差する方向に基板上に印刷されてラインを形成する多数のスポットの平面図である。 図５の印刷されたスポットの側面図である。 滑らかなラインに関して、印刷された試験パターンを分析するために用いられる操作を説明するフローチャートである。 印刷され、分析される試験パターンの一部を示す。 例示的な実施形態の態様に従って印刷された、図８の左上のパターンから得られる印刷された画像の表示を示す。 処理方向に、（ａ）３番目のピクセル毎、（ｂ）４番目のピクセル毎、（ｃ）５番目のピクセル毎、及び（ｄ）６番目のピクセル毎に印刷することにより、２４００ＤＰＩで印刷されたラインを示す。 印刷されたラインを示す。 加熱された後の、図１１の印刷されたラインを示す。

符号の説明

１００：システム
１０４：熱源
１０８：リザーバ
１０９：圧盤
１１２：液滴供給源
１１３：マーク
１１６：液滴
１２０：基板
１２１：空間
１２２：電界
１２３：温度制御回路
１２４：制御回路
１２８：駆動回路
１３０：カメラ
４５０：スポット
４５２：ライン

Claims (4)

1. 印刷処理方向と各プリントヘッド上に１つ又はそれ以上のエゼクタを備えた１つ又はそれ以上のプリントヘッドとを有する印刷システムを用いて、基板上に印刷スポットで滑らかなマイクロスケール形状を形成する方法であって、
   前記印刷スポットの半径を決定し、
   試験パターンを生成し、
   前記印刷システムで前記試験パターンを印刷し、
   前記印刷された試験パターンを、液滴の拡がり及びラインの滑らかさに関して分析するステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記印刷された試験パターンを分析するステップが、前記試験パターンの既知の位置について、
   （ａ）ライン幅を表す性能指数を計算し、
   （ｂ）粗さを表す性能指数値を計算し、
   （ｃ）最適なライン幅と粗さが達成されたか否かを判定し、
   （ｄ）前記粗さが許容できなければ、前記基板をポストベークするステップ、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. データ処理装置上で実行可能であり、且つ、印刷処理方向と各プリントヘッド上に１つ又はそれ以上のエゼクタを備えた１つ又はそれ以上のプリントヘッドとを有する印刷システムを用いて基板上に印刷スポットで滑らかなマイクロスケール形状を形成するために使用可能な、１組のプログラム命令を格納する記憶媒体であって、
   スポット配置ピッチと前記印刷スポットの半径とを決定するための命令と、
   試験パターンを生成するための命令と、
   前記印刷システムで前記試験パターンを印刷するための命令と、
   前記印刷された試験パターンを、液滴の拡がり及びラインの滑らかさに関して分析するための命令と、
   を含むことを特徴とする記憶媒体。
4. 前記印刷システムが、多数のプリントヘッドを有することを特徴とする請求項３に記載の記憶媒体。

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