JP2010082503A - パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成装置において、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させるパターン形成装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源３２から出射された基本レーザ光Ｌｅを第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに分割するハーフミラー３４を設ける。第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２の各光路上に、ノズルから吐出される液滴の目標経路上における強度分布をガウシアン分布からトップハット型分布の昇温領域及び蒸発領域を有する強度分布へ変換するＤＯＥ４２ａ，４２ｂを配置する。ＤＯＥ４２ａ，４２ｂは、昇温領域におけるレーザ強度が蒸発領域におけるレーザ強度よりも高くなるようにレーザ光の強度分布を変換する。そして、強度分布が変換された第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とを飛行中の液滴を挟んで相対向するように照射する。
【選択図】図５

Description

本発明は、飛行中の液滴に対してレーザ光を照射するパターン形成装置に関する。

低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）からなる多層基板は、優れた高周波特性と高い耐熱性を有するため、高周波モジュールの基板やＩＣパッケージの基板等に広く利用される。このようなＬＴＣＣ多層基板においては、一般に、金属インクを用いて回路パターンが描画されたグリーンシートを積層して一括焼成することにより製造される。

上記回路パターンを描画する工程においては、回路パターンの高密度化を図るため、金属インクを微小な液滴にして吐出する、いわゆるインクジェット法が提案されている（例えば、特許文献１）。インクジェット法では、多数のノズルが列設された吐出ヘッドから１滴の容量が数〜数十ピコリットルの液滴を吐出することにより回路パターンを描画する。インクジェット法は、この液滴の吐出位置を変更することによって、回路パターンのさらなる微細化や狭ピッチ化を可能にしている。
特開２００５−５７１３９号公報

ところで、上記インクジェット法を利用して高精細なパターンを形成するためには、吐出した液滴を速やかに乾燥させて基板上における濡れ広がりを抑制することにより着弾径を小さくすることが好ましく、その一つの方法として、吐出ヘッドから吐出された飛行中の液滴にレーザ光を照射して該液滴の乾燥を飛行中に促進させる方法が検討されている。こうした方法を用いて所望量の蒸発成分を蒸発させる場合、レーザ光に必要とされる最小のエネルギーが前記所望量に応じて概ね規定できることから、レーザ光の利用効率の向上を図る上では、飛行中の液滴に対して上記最小のエネルギーを与える態様が好ましい。

一方、上述するレーザ光の断面強度分布としては、該レーザ光の中心付近の強度が最も高くなる円形の正規分布（ガウシアン分布）が一般に利用されている。飛行中の液滴に対してこうした断面強度分布のレーザ光を照射すると、吐出された液滴は、まずガウシアン分布の裾野において昇温された後に同ガウシアン分布のピーク領域を通過するようになる。それゆえ昇温された液滴がピーク領域を通過する際には、その気化熱を大きく超えるような過剰なエネルギーが単位時間あたりに供給されてしまい、該液滴の溶媒や分散媒などの相転移が液滴の全体で瞬時に生じる、所謂突沸が発生するようになり、液滴そのものを飛散させてしまう。一方、こうした突沸を防ぐためには、ガウシアン分布のピーク領域において気化熱を超えないように、さらにレーザ光の強度を抑える方法が考えられるが、こうした場合にあってはピーク領域における突沸は防止できるものの、レーザ光全体の強度そのものを低下させてしまうために、上記ガウシアン分布の裾野においても液滴が昇温し難くなり、ひいては液滴の乾燥不足を招いてしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成装置において、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させるパターン形成装置を提供することにある。

本発明のパターン形成装置は、蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体の液滴をノ
ズルから描画対象物に向けて吐出し飛行させる吐出ヘッドと、飛行中の前記液滴にレーザ光を照射して所定量の前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部とを備え、前記描画対象物上に前記液滴を着弾させることによってパターンを形成するパターン形成装置であって、前記レーザ照射部は、レーザ出射部と、前記レーザ光の強度分布が前記ノズルと前記液滴の着弾する位置との経路上において、当該経路上の基準点より前記ノズルに近い側で、前記ノズルに遠い側よりも高くように、前記レーザ出射部からの前記レーザ光の強度分布を成形するレーザ成形部とを備えていることを要旨とする。

飛行中の液滴に向けてレーザを照射して飛行中の液滴から蒸発成分を蒸発させることにより液滴を乾燥させるパターン形成装置では、液滴の蒸発成分の温度が沸点近くになる場合において最も効率よく液滴が乾燥する。本発明のパターン形成装置によれば、飛行中の液滴に照射されるレーザ光の強度分布は、目標経路上におけるノズルに近い側に位置するほど高くなることから、蒸発成分がより多く含まれる吐出直後の液滴ほど、より高い強度のレーザ光が照射されることになる。こうした構成によれば、飛行中に与える熱量を所望する蒸発量に応じた量に制約する上において、吐出した液滴に含まれる蒸発成分をその吐出時から短時間で沸点近くまで上昇させることができる。それゆえ液滴が吐出されてから着弾するまでの飛行期間を蒸発成分の蒸発過程に多くを割くことができる。その結果、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させることができる。

このパターン形成装置は、前記基準点は、前記レーザ光によって加熱された液滴が前記基準点において沸騰しない最高温度に到達するように設定されていることを要旨とする。
このパターン形成装置によれば、レーザ成形部が成形するレーザ光の強度分布により、吐出直後の液滴は、その液状体が沸騰しない最高温度に到達するまで、相対的に高い強度のレーザ光を受けるようになる。こうした構成により、吐出直後における液滴の温度が、例えば蒸発成分の沸点へとすばやく昇温されることになり、液滴が吐出されてから着弾するまでの飛行期間のうち、蒸発成分の蒸発により多くの時間を割くことができる。その結果、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させることができる。

このパターン形成装置は、前記基準点は、前記レーザ光によって加熱された液滴の前記蒸発成分が前記基準点において沸点に到達するように設定されていることを要旨とする。
このパターン形成装置によれば、レーザ成形部が成形するレーザ光の強度分布により、吐出直後の液滴は、その温度が蒸発成分の沸点に到達するまで、相対的に高い強度のレーザ光を受けるようになる。こうした構成により、吐出直後における液滴の温度が蒸発成分の沸点へとすばやく昇温されることになり、液滴が吐出されてから着弾するまでの飛行期間のうち、蒸発成分の蒸発により多くの時間を割くことができる。その結果、飛行中の液滴の乾燥効率をより向上させることができる。

このパターン形成装置は、前記レーザ成形部は、前記レーザ光の強度分布を前記基準点より前記ノズルに近い側または前記基準点より前記ノズルに遠い側で単調減少するように成形することを要旨とする。

このパターン形成装置によれば、強度分布が単調減少するように成形された領域では経時的に単調減少する強度のレーザ光が照射されることになり、一時的に過剰なエネルギーが液滴に供給される状態を確実に回避することができる。

このパターン形成装置は、前記レーザ成形部は、前記レーザ光の強度分布を前記基準点より前記ノズルに近い側または前記基準点より前記ノズルに遠い側で平坦となるように成形することを要旨とする。

このパターン形成装置によれば、強度分布が平坦に形成された領域では経時的に同じ強
度のレーザ光が照射されることになり、一時的に過剰なエネルギーが液滴に供給される状態を確実に回避することができる。

このパターン形成装置は、前記レーザ出射部は、一対のレーザ光を出射し、前記レーザ成形部は、前記一対のレーザ光のいずれか一方の強度分布を成形し、前記レーザ照射部は、前記一対のレーザ光を前記経路を挟んで相対向する態様で前記液滴に照射することを要旨とする。

飛行中の液滴が蒸発成分を蒸発する際には、その蒸発成分の運動力に抗した反力が該液滴に対して作用する。そのため、蒸発率の高い方から低い方へ向かう上記反力が液滴に対して作用し、こうした反力が液滴の吐出方向を軸にして非対称であって、かつ液滴に対して過剰に作用する場合にあっては、その運動力に抗した反力による液滴の飛行曲がりが発生してしまい着弾位置の位置ずれが発生してしまう。

このパターン形成装置によれば、一つの液滴に対して相対向する方向からのレーザ光を照射することから、一方からレーザ光を照射する場合に比べて、液滴の乾燥効率を向上できるだけでなく、一対のレーザ光の強度分布を等しくすることにより、液滴の飛行曲がりを抑制することもできる。

このパターン形成装置は、前記レーザ出射部は、１つのレーザ光源からの基本レーザ光を前記一対のレーザ光に分岐する分岐部を有することを要旨とする。
このパターン形成装置によれば、分岐部を設けることにより一対のレーザ光を生成する際のレーザ光源が１つで済むことからレーザ照射部を簡素な構成とすることができる。また例えば、１つのレーザ光源からの基本レーザ光を分岐させて一対のレーザ光を生成した上でレーザ成形部による強度分布の変換が実行させることもできる。すなわち、レーザ光の強度分布を変換するレーザ成形部が分岐部よりも目標経路側に配設することもできる。これにより、レーザ成形部を目標経路に近い位置に配置することが可能となり、レーザ成形部と目標経路との間におけるレーザ光の回折を抑制することができる。すなわち、強度分布が変換されたレーザ光を液滴に対して確実に照射させることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した第１実施形態について図１〜図８を参照して説明する。図１は液滴吐出装置の斜視構造を模式的に示した図である。図２は、本実施形態の吐出ヘッドの斜視構造を示す斜視図であり、図３は同吐出ヘッドの内部断面構造を示す部分断面図である。また図４は描画対象物であるグリーンシートと吐出ヘッドとの配置の関係を示す平面図である。

図１に示すように、パターン形成装置としての液滴吐出装置１０の基台１１には、該基台１１の長手方向に沿って往復移動可能なステージ１２が搭載されている。本実施形態では、基台１１の長手方向であって、図１における右上方向を＋Ｘ方向とし、＋Ｘ方向の反対方向を−Ｘ方向と言う。また、＋Ｘ方向と直交する水平方向であって、図２における左上方向を＋Ｙ方向とし、＋Ｙ方向の反対方向を−Ｙ方向と言う。また、鉛直方向上方を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向の反対方向を−Ｚ方向と言う。

基台１１に搭載されるステージ１２の上面には、描画対象物としてのグリーンシートＧＳが描画面ＧＳａを上側にした状態でステージ１２に位置決め固定されている。ステージ１２は、基台１１に設けられたステージモータ（図示せず）が正転又は逆転するとき、位置決めしたグリーンシートＧＳを所定の速度で＋Ｙ方向又は−Ｙ方向へ走査する。

基台１１の上側には、門型に形成されたガイド部材１３が＋Ｘ方向に沿って架設されており、該ガイド部材１３の上側には、液状体としての導電性インクＩｋを供給するインクタンク１４が配設されている。インクタンク１４は、導電性微粒子の分散系からなる導電性インクＩｋを貯留し、貯留する導電性インクＩｋを所定の圧力の下で所定の温度調整しつつ吐出ヘッド１５へ供給する。パターン形成材料である導電性微粒子は、数ｎｍ〜数十ｎｍの粒径を有する微粒子であり、例えば銀、金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム等の金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。蒸発成分としての分散媒は、上記導電性微粒子を均一に分散させるものであればよく、例えば水や水を主成分とする水溶液系、あるいはテトラデカン等の有機溶剤を主成分とする有機系を用いることができる。なお、本実施形態の導電性インクＩｋにおいては、導電性粒子として銀を用い、分散媒として水を用いている。

ガイド部材１３には、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に移動可能なキャリッジ１６が搭載されており、該キャリッジ１６には吐出ヘッド１５が搭載されている。キャリッジ１６は、ガイド部材１３に設けられたキャリッジモータ（図示せず）が正転又は逆転するとき、吐出ヘッド１５を＋Ｘ方向又は−Ｘ方向へ走査する。

図２に示されるように、吐出ヘッド１５は、キャリッジ１６に位置決め固定されて＋Ｘ方向に延びるヘッド基板１７と、ヘッド基板１７に支持されるヘッド本体２０とを有する。ヘッド基板１７は、−Ｘ方向の端部に接続端子１７ａを有しており、外部からの各種制御信号がこの接続端子１７ａからヘッド本体２０へ入力されて、またヘッド本体２０からの各種検出信号がこの接続端子１７ａから外部へ出力される。

ヘッド本体２０の底部には、グリーンシートＧＳと対向するように配置されるノズルプレート２１が貼り付けられている。ノズルプレート２１は、ヘッド本体２０がグリーンシートＧＳの直上に配置されるとき、その底面（以下単に、ノズル形成面２１ａと言う）と描画面ＧＳａとが略平行になる態様で構成されており、これらノズル形成面２１ａと描画面ＧＳａとによって挟まれた空間である液滴Ｄの飛行空間を形成する。またノズルプレート２１は、ヘッド本体２０がグリーンシートＧＳの直上に配置されるとき、ノズル形成面２１ａと描画面ＧＳａとの間の距離であるプラテンギャップＰＧを所定の距離（図３参照、本実施形態では１０００μｍ）に維持する。ノズルプレート２１のノズル形成面２１ａには、ノズルプレート２１をＺ方向に貫通する複数個のノズルＮがＸ方向に沿ってノズルピッチＤｘにて等間隔に配列されている。

図３に示されるように、ヘッド本体２０は、各ノズルＮの上側にそれぞれキャビティ２２と、振動板２３と、圧力発生素子としての圧電素子ＰＺを有する。各キャビティ２２は、供給チューブ２０Ｔを介して共通するインクタンク１４に接続されており、これによりインクタンク１４からの導電性インクＩｋを収容して、該導電性インクＩｋを各ノズルＮに供給する。振動板２３は、各キャビティ２２に対向する領域がＺ方向に振動することにより、該キャビティ２２の容積を拡大及び縮小させて圧力変動を発生させ、これに伴ってノズルＮのメニスカスを振動させる。各圧電素子ＰＺには、その収縮量や収縮速度、伸張量や伸張速度を規定した電圧波形である駆動電圧が入力されるようになっており、こうした駆動電圧が圧電素子ＰＺに入力されるたびに、該圧電素子ＰＺがＺ方向に収縮して伸張し、これにより振動板２３がＺ方向に振動する。

こうした構成からなる吐出ヘッド１５では、各圧電素子ＰＺがＺ方向に収縮及び伸張するときに、各キャビティ２２に収容される導電性インクＩｋの一部が上記駆動電圧に応じたサイズや速度を有する液滴ＤとしてノズルＮから吐出される。ノズルＮから吐出される液滴Ｄは、上述する飛行空間を飛行してグリーンシートＧＳの描画面ＧＳａに着弾する。

この際、ノズルＮから吐出された液滴Ｄは、該液滴Ｄに加わる外力の合力がＺ方向にのみ作用することによってノズルＮからＺ方向に沿って飛行することが確実に可能となり、前記ノズルＮを含んでＺ方向に延びる仮想線である目標経路ＴＬの上を飛行するようになる。一方、ノズルＮから吐出された液滴Ｄは、該液滴Ｄに加わる外力の合力がＺ方向と交差する方向に大きく作用する場合にあっては、該合力の作用に従って上記目標経路ＴＬから外れた経路を飛行して、着弾位置の精度を損なう要因である所謂飛行曲がりを来たしてしまう。

図４の一点鎖線で示されるように、グリーンシートＧＳの描画面ＧＳａは二次元の矩形格子であるドットパターン格子ＤＬによって仮想分割されている。ドットパターン格子ＤＬは、＋Ｘ方向の格子間隔と＋Ｙ方向の格子間隔とが、それぞれ所定の間隔で設定される仮想格子である。例えば、ドットパターン格子ＤＬの＋Ｘ方向の格子間隔は、ノズルピッチＤｘで規定されており、ドットパターン格子ＤＬの＋Ｙ方向の格子間隔は、液滴Ｄの吐出周期とステージ１２の走査速度との積から算出される吐出ピッチＤｙで規定されている。こうしたドットパターン格子ＤＬが上記ステージ１２により走査されるとき、上述する吐出ヘッド１５は、ドットパターン格子ＤＬの各格子点Ｔが目標経路ＴＬを横切るかたちで配置されて、各ノズルＮから描画面ＧＳａに向けて液滴Ｄを吐出するか否かの選択が上記格子点Ｔごとに設定されるようになる。なお、図４ではドットパターン格子ＤＬの各格子点Ｔを説明する便宜上、ドットパターン格子ＤＬの格子間隔及び吐出ヘッド１５のノズルピッチＤｘを十分拡大して示している。

ノズルＮから吐出された液滴Ｄから所望量の分散媒を効果的に蒸発させるためには、まずは室温下にある液滴Ｄの温度を、その液状体が沸騰しない範囲のなかで最も高い温度である目標温度付近まで昇温せしめるための熱量、例えば室温下にある液滴Ｄを分散媒の沸点まで昇温せしめるための熱量である第１熱量ｑ_１が必要となる。次いで上記第１熱量ｑ_１により昇温された液滴Ｄの沸騰しない状態を保ちながら該液滴Ｄの分散媒を円滑に気体へ相転移させるための潜熱（気化熱）である第２熱量ｑ_２が必要となる。こうした熱量は、導電性インクＩｋの性状と、圧電素子ＰＺに印加される駆動電圧と、液滴Ｄの容積とを用いた演算により推定することができ、また各種実験等に基づく直接測定よって決定することもできる。

例えば上述する演算により上記第１熱量ｑ_１及び第２熱量ｑ_２を推定する場合には、導電性インクＩｋの性状から得られる分散媒及び導電性微粒子のモル分率と、分散媒及び導電性微粒子の比熱容量と、駆動電圧に基づいて得られる液滴Ｄの重量Ｗと、吐出時における液滴Ｄの温度とに基づいて行うことができる。

また上述するような微小な液滴Ｄから蒸発した蒸発成分のなかには、液滴Ｄの表面から十分に離間した遠方へと拡散するものと、目標経路ＴＬに残留して該経路上における蒸発成分の分圧を高くするものとがある。そのため、各温度における液滴の蒸発量は、目標経路ＴＬに残留する蒸発成分の濃度が低くなるほど高くなり、逆に目標経路ＴＬにおける蒸発成分の濃度が高くなるほど低くなる。そこで、液滴表面における蒸発成分の密度やその拡散などに基づく蒸発成分の物質移動流束を用いた液滴の物質収支に関わる微分方程式や、液滴の気化熱を考慮した液滴の熱収支に関わる微分方程式、さらには液滴に対する空気抵抗を考慮した液滴の運動方程式などを解くことにより上記第１熱量ｑ_１及び第２熱量ｑ_２を推定することもできる。また上述する実験により上記第１熱量ｑ_１及び第２熱量ｑ_２決定する場合には、飛行中の液滴Ｄをハイスピードカメラで撮像しながら該液滴Ｄに対して異なる熱量の光を照射して、該液滴Ｄが沸騰しない状態を維持できる最も高い熱量を直接測定することにより第１熱量ｑ_１及び第２熱量ｑ_２を得ることもできる。

次に、上記飛行中の液滴Ｄにレーザ光を照射して該液滴Ｄを乾燥させる光学系について図５を参照して説明する。図５は、上記液滴吐出装置１０に搭載されるレーザ照射部３１の光学的構成を模式的に示した図であり、図６は各液滴Ｄに対するレーザ光の照射角度を模式的に示した図である。図７は、目標経路ＴＬにおけるレーザ光の強度分布を模式的に示す図である。

図５に示されるように、レーザ照射部３１は、レーザ出射部としてのレーザ光源３２、コリメートレンズ３３、分岐部としてのハーフミラー３４、及び反射ミラー３５，３６，３７，３８，３９と、第１レーザ成形部４０ａと第２レーザ成形部４０ｂとを備えている。レーザ光源３２は、断面強度分布がガウシアン分布である基本レーザ光Ｌｅを出射する装置である。

レーザ光源３２は、所謂固体レーザであって、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ発振器３２ａと高調波ユニット３２ｂとを備えている。ＹＡＧレーザ発振器３２ａは、ネオジムイオン（Ｎｄ^３＋）が添加されたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を備え、近赤外線の不可視光であるＹＡＧレーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）を生成する。高調波ユニット３２ｂには、非線形光学結晶が配設され、上記ＹＡＧレーザ発振器３２ａにて生成されたＹＡＧレーザ光の基本波を上記非線形光学結晶に通過させることで可視光であるＹＡＧレーザ光の第２高調波（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、波長：５３２ｎｍ）に変換する。レーザ光源３２は、このＹＡＧレーザ光の第２高調波を基本レーザ光Ｌｅとしてコリメートレンズ３３に入射させる。

コリメートレンズ３３は、その出射面側に所定の曲率を有する平凸レンズであって、レーザ光源３２から出射された基本レーザ光Ｌｅの光束を光軸に対して平行な平行光に変換してハーフミラー３４に入射させる。ハーフミラー３４は、コリメートレンズ３３から出射された基本レーザ光Ｌｅをエネルギーが等しい一対のレーザ光である第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに分割する。各反射ミラー３５，３６は、ハーフミラー３４の透過光である第１レーザ光Ｌｅ１を反射する反射面を有した平面ミラーであり、その反射光である第１レーザ光Ｌｅ１を第１レーザ成形部４０ａに入射させる。各反射ミラー３７〜３９は、ハーフミラー３４の反射光である第２レーザ光Ｌｅ２を反射する反射面を有した平面ミラーであり、その反射光である第２レーザ光Ｌｅ２を第２レーザ成形部４０ｂに入射させる。

第１レーザ成形部４０ａは、第１レーザ光Ｌｅ１の光路上にシリンドリカルレンズ４１ａと、回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｎｔ、以後、ＤＯＥという）４２ａとを備えている。第２レーザ成形部４０ｂは、第２レーザ光Ｌｅ２の光路上にシリンドリカルレンズ４１ｂとＤＯＥ４２ｂとを備えている。

シリンドリカルレンズ４１ａ、４２ｂは、それぞれ短手方向にのみ曲率を有する出射面を備えたレンズであって、コリメートレンズ３３によって平行光に変換された第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の断面を上記ノズル形成面２１ａに沿って延びる矩形状に変換する。なお、シリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂに入射する第１レーザ光Ｌｅ１や第２レーザ光Ｌｅ２は、Ｚ方向に所定幅を有している。そのため、該レーザ光がシリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂにより成形されることなく飛行空間に照射される場合にあっては、該レーザ光におけるＺ方向の端部が吐出ヘッド１５やグリーンシートＧＳ、ステージ１２などに遮られてしまい、第１レーザ光Ｌｅ１や第２レーザ光Ｌｅ２のエネルギーの一部が損なわれてしまう。シリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂは、それぞれ対応する反射ミラーからの第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２のＺ方向成分を変換して、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２のＺ方向におけるビーム長を上記プラテンギャッ
プＰＧ（本実施形態では、１０００μｍ）と等しくなるように断面形状を成形する。これにより、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２のエネルギー損失を抑えつつ、液滴Ｄの目標経路ＴＬに第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を導くことができる。

ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、それぞれシリンドリカルレンズ４１ａ、４２ａにより成形された第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の断面強度分布を所定の分布に変換して上記飛行空間へ照射する。ＤＯＥ４２ａ、４２ｂの光軸は、それぞれ目標経路ＴＬの中間位置に位置するように配置されており、全てのノズルＮから吐出される液滴Ｄに対して第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を照射すべく、ノズルＮの配列方向（図５に示す一点鎖線方向）に対して所定の傾斜角θ（θ：０°＜θ≦９０°）だけ水平方向に傾斜している。この傾斜角θは、図６に示されるように、例えば液滴Ｄの直径を２ｒとしたときにｓｉｎθ≧２ｒ／Ｄｘを満足する範囲で選択される。こうした条件を満足する傾斜角θであれば、同じタイミングで吐出された各ノズルＮからの液滴Ｄに対して第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を照射する場合であれ、相対的にＤＯＥに近い側の液滴Ｄが相対的にＤＯＥから遠い側の液滴Ｄに対して第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を遮ることがない。それゆえ吐出ヘッド１５から同時に吐出された全ての液滴Ｄに対して第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とを均等に照射することができる。しかも、ｓｉｎθ＝２ｒ／Ｄｘを満足する傾斜角θであった場合には、隣接するノズルＮから吐出された液滴Ｄとのレーザ光の照射方向における隙間がなくなることから、液滴Ｄに照射されることなく飛行空間を通過してしまうレーザ光を最小限に抑えることができ、レーザ光の利用効率を向上させることもできる。また、ｓｉｎθ＞２ｒ／Ｄｘを満足するレーザ光であっても、ＤＯＥ４２ａ、４２ｂによって各ノズルＮから吐出された液滴Ｄの飛行経路のそれぞれに対応するようにレーザ光を分割することにより、飛行空間を通過してしまうレーザ光を最小限に抑えることができ、レーザ光の利用効率を向上させることもできる。

図７に示されるように、ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、それぞれ第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の強度分布を変更する光学的構成要素であり、各液滴Ｄの目標経路ＴＬにおける第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の強度分布がノズルＮに近い側で高くなるようにして、かつ該目標経路ＴＬにおける強度をそれぞれ昇温領域Ａ１と蒸発領域Ａ２とに区画する。

上記昇温領域Ａ１とは、目標経路ＴＬにおける強度が平坦であるトップハット型の断面強度分布（以後、トップハット型分布という。）からなる領域であり、蒸発領域Ａ２よりもノズルＮに近い側に設けられて、その目標経路ＴＬにおける単位時間あたりの強度である昇温強度Ｐ_１が蒸発領域Ａ２に比べて高くされた領域である。こうした領域を通過する液滴Ｄに対しては、上記傾斜角θによる照射態様に従って、第１レーザ光Ｌｅ１から受けるエネルギーと第２レーザ光Ｌｅ２から受けるエネルギーとの総和に相当するエネルギー（昇温エネルギーＥ_１）が与えられる。本実施形態におけるレーザ照射部３１では、上述するＤＯＥ４２ａ、４２ｂが協働することにより、この昇温エネルギーＥ_１と上述する第１熱量ｑ_１とが等しくなる態様で構成されている。こうした構成からなる昇温領域Ａ１によれば、ノズルＮから吐出された液滴Ｄがその吐出直後に昇温領域Ａ１を通過して目標温度まですばやく昇温されるようになる。図８（ａ）は、本実施形態の強度分布とガウシアン分布のレーザ光とを液滴Ｄに対して同じエネルギーを供給した場合における液滴Ｄの温度推移を模式的に示したグラフである。同図においては、本実施形態と同様の強度分布における温度推移を実線で示し、ガウシアン分布における温度推移を２点鎖線で示している。同図に示すように、本実施形態では昇温領域Ａ１においてガウシアン分布の裾野よりも強度の高いレーザ光が照射されることから、ガウシアン分布のレーザ光を照射した場合よりも液滴Ｄを目標温度まですばやく昇温させることができる。

一方、蒸発領域Ａ２とは、目標経路ＴＬにおける強度がトップハット型分布となる領域
であり、前記昇温領域Ａ１に対して描画面ＧＳａ側に設けられており、その目標経路ＴＬにおける単位時間あたりの強度である蒸発強度Ｐ_２が昇温領域Ａ１に比べて低くされた領域である。こうした領域を通過する液滴Ｄに対しては、上記昇温領域Ａ１と同じく、上記傾斜角θによる照射態様に従って、第１レーザ光Ｌｅ１から受けるエネルギーと、第２レーザ光Ｌｅ２から受けるエネルギーとの総和に相当するエネルギー（蒸発エネルギーＥ_２）が与えられる。本実施形態におけるレーザ照射部３１では、上述するＤＯＥ４２ａ、４２ｂが協働することにより、この第２熱量ｑ_２と上述する蒸発エネルギーＥ_２とが等しくなる態様で構成されている。こうした構成からなる蒸発領域Ａ２によれば、昇温領域Ａ１を通過して昇温された液滴Ｄが気化熱に相当する熱量により沸騰しない状態を保ちながら円滑に蒸発し続けるようになる。図８（ｂ）は、図８（ａ）と同様の条件における液滴Ｄの容積推移のシミュレーションを行った結果を示したグラフである。同図においては、本実施形態における容積推移を実線で示し、ガウシアン分布のレーザ光を照射したときの容積推移を２点鎖線で示している。同図に示すように、本実施形態では液滴Ｄが目標温度まですばやく昇温されることから、ガウシアン分布のレーザ光を照射した場合と比較して、液滴Ｄの飛行時間のうち多くの時間を分散媒の蒸発に割り当てることができ、該分散媒を効率よく蒸発させることができる。

なお、こうしたレーザ光の強度分布を所望の強度分布に厳密に変換することは困難である。そのため、上述するトップハット型分布である平坦な強度分布とは、昇温領域Ａ１及び蒸発領域Ａ２において、その最大強度と平均強度との差分、ならびに最小強度と平均強度との差分がそれぞれ平均強度に対して±５％以内である分布である。こうした平坦性は描画パターンの設計ルールである液滴Ｄの着弾位置の精度や着弾径の精度などに応じて適宜選択することもできる。また、本実施形態における単調減少の強度分布とは、上記平坦である場合あるいは経時的に強度が小さくなるような状態をいう（広義単調減少）。

こうした第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の断面強度分布は、例えば以下のようにして設定することができる。まず、昇温領域Ａ１の目標経路ＴＬ上における昇温強度Ｐ_１及び範囲を設定するために、プラテンギャップＰＧと液滴Ｄの初速ｖ_０とに基づいて、液滴Ｄが吐出されてから着弾するまでの総飛行期間ｔ（＝ＰＧ／ｖ_０）が得られる。次いで予め定められた描画パターンの設計ルールの要請に従う上記目標温度が分散媒の沸点であるとすると、目標経路ＴＬ上における昇温領域Ａ１の範囲が、初速ｖ_０と第１飛行期間ｔ_１とに基づいて、ノズル形成面２１ａから昇温距離Ｌ_１（＝ｖ_０×ｔ_１）までの範囲に設定される。またこの昇温距離Ｌ_１と液滴の直径２ｒとを用いることにより、昇温領域Ａ１における液滴Ｄの受光断面積がＬ_１×２ｒとして得られる。そして昇温領域Ａ１における昇温強度Ｐ_１は、上述する第１熱量ｑ_１に相当する昇温エネルギーＥ_１を上記受光断面積で受けるべく、上記第１飛行期間ｔ_１と、上記昇温距離Ｌ_１と、液滴Ｄの直径２ｒとから式（１）に基づいて設定される。

Ｐ_１＝Ｅ_１／（（Ｌ_１×２ｒ）×ｔ_１）…（１）
なお、この昇温強度Ｐ_１が過剰に高くなる場合にあっては、レーザ光の光圧が液滴Ｄに対して過剰に作用して、液滴Ｄが目標経路ＴＬから外れる現象、所謂飛行曲がりを発生する場合がある。また第１飛行期間ｔ_１が過剰に短い場合や液滴Ｄのサイズが過剰に大きくなる場合にあっては、液滴Ｄの表面付近で吸収したレーザ光のエネルギーが液滴Ｄの中心部へと十分拡散し得ない場合がある。そこで、予め実施する各種実験や計算機シミュレーション等により、上述する飛行曲がりや不十分な熱拡散を来たす強度範囲に関わるデータを適正強度データとして取得し、上記算出結果である昇温強度Ｐ_１が前記適正強度データの範囲内である否かを判断する態様であってもよい。そして昇温強度Ｐ_１が上記データの範囲外である場合には、設計ルールの見直しを図り、第１飛行期間ｔ_１を変更することにより、昇温強度Ｐ_１が適正な範囲内に収まるようにする態様であってもよい。

このようにして昇温領域Ａ１の昇温強度Ｐ_１及びその範囲が設定されると、次いで蒸発領域Ａ２の目標経路ＴＬ上における範囲及び蒸発強度Ｐ_２が設定される。詳述すると、蒸発領域Ａ２の目標経路ＴＬ上における範囲は、上記昇温領域Ａ１の範囲が設定されることにより、描画面ＧＳａから蒸発距離Ｌ_２（＝ＰＧ−Ｌ_１）の範囲に設定される。また、蒸発領域Ａ２における液滴Ｄの飛行期間である第２飛行期間ｔ_２（ｔ_２＝ｔ−ｔ_１）は、総飛行期間ｔと上記第１飛行期間ｔ_１と基づいて設定される。蒸発領域Ａ２における昇温強度Ｐ_１は、上述する第２熱量ｑ_２に相当するエネルギーＱ_２と上記蒸発距離Ｌ_２と液滴Ｄの直径２ｒとから式（２）に基づいて設定される。

Ｐ_２＝Ｑ_２／（（Ｌ_２×２ｒ）×ｔ_２）…（２）
ここで、飛行中の液滴Ｄから分散媒が蒸発する際には、蒸発にともなう運動力に抗した反力が該液滴Ｄに対して作用する。そのため、蒸発率の高い方から低い方に沿った方向に上記反力が作用し、液滴Ｄの吐出方向を軸にして蒸発率が対称でない場合にあっては、その運動力に抗した反力によって液滴Ｄの飛行曲がりが誘発されて着弾位置の位置ずれが発生する。そこで、上述のように設定される昇温強度Ｐ_１及び蒸発強度Ｐ_２をそれぞれ相対向する第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに等分させることにより、液滴Ｄの蒸発率が吐出方向を軸にして対称となり、分散媒の蒸発にともなう運動力に抗した反力が打ち消しあうことから、液滴Ｄの飛行曲がりが生じ難くなり、着弾位置の位置ずれを抑制することもできる。

このようにして昇温領域Ａ１では相対的に高い強度のレーザ光が照射されることにより、吐出直後の液滴Ｄに対して、その温度を例えば分散媒の沸点まですばやく昇温させることができ、それゆえ液滴Ｄの飛行期間においては、液滴Ｄが同沸点近傍にある期間を長くすることができる。上述のような微小な液滴Ｄにレーザ光が照射されると、昇温領域Ａ１においてレーザ光のエネルギーが液滴Ｄの表面付近で吸収される場合であれ、その吸収したエネルギーにより液滴表面が昇温し、該表面付近の熱が液滴Ｄの中心部へと拡散することにより、結果的には液滴Ｄ全体の温度が上昇するようになる。

そして蒸発領域Ａ２の液滴Ｄにおいては、液滴Ｄの温度がその沸騰しない状態を維持できる程度の高い温度、例えば分散媒の沸点であることから、表面付近で吸収されたレーザ光のエネルギーが分散媒を気化させるためのエネルギーに逐次変換されて、該レーザ光によって供給されるエネルギーに応じた蒸発量の分散媒が液滴Ｄの表面から蒸発するようになる。この結果、液滴Ｄの突沸を抑えつつ安定した蒸発状態を維持することができ、こうした沸点近傍にある期間が長くできる分だけ、液滴Ｄの乾燥効率を向上させることができる。

こうした液滴Ｄにおける単位時間あたりの最大の蒸発量は、当然ながら液滴Ｄの温度が高温であるほど高くなる。また上述するように、目標経路ＴＬに残留する分散媒の濃度が低くなるほど高くなり、逆に目標経路ＴＬにおける分散媒の濃度が高くなるほど低くなる。そのため先行する液滴Ｄから蒸発した分散媒が十分に拡散せずに目標経路ＴＬに多く残留している場合にあっては、後続する液滴Ｄが先行する液滴Ｄと同じエネルギーのレーザ光を受けたとしてもその蒸発量が減少してしまい、この減少分の気化熱に変換されるべきエネルギーが後続する液滴Ｄに蓄積されることにより該液滴Ｄの突沸が誘発される場合がある。

本実施形態においては、分散媒の拡散に関わる種々の計算機シミュレーションや実験を行うことにより、液滴Ｄから蒸発した分散媒が目標経路ＴＬから十分に拡散する期間を取得し、該期間（例えば、１ミリ秒）を吐出間隔として採用する、すなわち吐出周期を１ｋＨｚに設定している。こうした構成によれば、目標経路ＴＬにおける分散媒の濃度が液滴Ｄの吐出ごとに同じ状態になるために、先行する液滴Ｄから蒸発した分散媒による後続す
る液滴Ｄの乾燥効率の低下を回避することもできる。

上記のように構成した液滴吐出装置１０の作用について以下に説明する。
まず、液滴吐出装置１０に対してパターンを形成するための駆動信号が入力されると、液滴吐出装置１０はキャリッジモータを駆動することにより、グリーンシートＧＳの走査時に上記ドットパターン格子ＤＬの各格子点ＴがノズルＮの直上を通過するかたちで吐出ヘッド１５をセットする。また液滴吐出装置１０は、レーザ照射部３１を駆動することによりレーザ光源３２にレーザ光を出射させるとともに、第１レーザ成形部４０ａと第２レーザ成形部４０ｂとを駆動することにより、目標経路ＴＬに第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を照射する。上述するＤＯＥ４２ａ、４２ｂがレーザ光の強度分布を変更することにより、目標経路ＴＬには、上記第１熱量ｑ_１に相当するエネルギーＱ_１を液滴Ｄに与える昇温領域Ａ１と、前記第２熱量ｑ_２に相当するエネルギーＱ_２を該液滴Ｄに与える蒸発領域Ａ２とが区画形成される。そして昇温領域Ａ１では、相対的に高い強度である昇温強度Ｐ_１のレーザ光が照射されて、蒸発領域Ａ２では、相対的に低い強度である蒸発強度Ｐ_２のレーザ光が照射されるようになる。

このようにして吐出ヘッド１５とレーザ照射部３１とがセットされると、液滴吐出装置１０はステージモータを駆動することによりステージ１２の走査を開始し、吐出ヘッド１５を駆動することにより、ドットパターン格子ＤＬの各格子点Ｔが目標経路ＴＬに位置するタイミングで液滴Ｄを吐出させる。ノズルＮから吐出された液滴Ｄは、昇温領域Ａ１において相対的に高い強度のレーザ光を受けて、その吐出直後に上記目標温度、例えば分散媒の沸点まですばやく昇温するようになる。こうした昇温領域Ａ１による液滴Ｄの昇温により、液滴Ｄの残りの飛行期間においては、液滴Ｄが上記目標温度の付近で飛行し続けることできる。そして蒸発領域Ａ２を飛行する液滴Ｄは、液滴Ｄの温度がその沸騰しない状態を維持できる程度の高い温度、例えば分散媒の沸点であることから、表面付近で吸収したレーザ光のエネルギーを蒸発成分を気化させるためのエネルギーに逐次変換させることができる。この結果、液滴Ｄの突沸を抑えつつ安定した蒸発状態を維持することができ、こうした液滴Ｄの温度が目標温度にすばやく到達できる分だけ、液滴Ｄの乾燥効率を向上させることができる。

以上説明したように、第１実施形態の液滴吐出装置１０によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態の昇温領域Ａ１においては、ノズルＮから吐出された液滴Ｄがその吐出直後において高い昇温強度Ｐ_１を受けることから、目標温度まで効率よく昇温することができる。それゆえ液滴Ｄの飛行期間のうち液滴Ｄの蒸発成分を蒸発させるための蒸発領域Ａ２に、より多くの飛行期間を割り当てられることから、液滴Ｄの乾燥効率を向上させることができる。

（２）上記実施形態の蒸発領域Ａ２においては、目標温度となる液滴Ｄが気化熱を越えるエネルギーを受けないように上記蒸発強度Ｐ_２が設定されることから、液滴Ｄの突沸を効果的に防止することができる。

（３）上記実施形態の目標経路ＴＬでは、第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２との総エネルギーが、所望量の蒸発成分を蒸発させるために必要とされる総熱量に相当するように調整されることから、吐出した液滴Ｄを所望の乾燥状態で着弾させることができる。

（４）上記実施形態によれば、飛行中の液滴Ｄにおける蒸発率は吐出方向を軸として対称となることから、液滴Ｄの分散媒の蒸発によって該液滴Ｄに作用する運動力に抗する反力が打ち消される。すなわち、液滴Ｄには分散媒の蒸発による飛行曲がりが生じ難くなり
、液滴Ｄの着弾位置の位置ずれを抑制することもできる。

（５）上記実施形態によれば、第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の光軸をノズルＮの配列方向に対して傾斜角θだけ傾斜させた。これにより吐出ヘッド１５の全てのノズルＮから同時に吐出された液滴Ｄに対して第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２を照射することができる。それゆえ、同じタイミングで吐出した全ての液滴Ｄに対して乾燥効率を向上させることもできる。しかも、ｓｉｎθ＝２ｒ／Ｄｘを満足する傾斜角θであった場合には、レーザ光の照射方向に対して隣接するノズルＮから吐出された液滴Ｄとの隙間がなくなることから、全ての液滴Ｄに対してレーザ光を照射するに際して水平方向の照射範囲を小さくすることができ、レーザ光の利用効率を向上させることもできる。

（６）上記実施形態のレーザ照射部３１では、ハーフミラー３４を配設することによりレーザ光源３２から出射された基本レーザ光を第１レーザ光Ｌｅ１、第２レーザ光Ｌｅ２に分岐させた。これにより液滴Ｄに照射される一対のレーザ光を１つのレーザ光源３２で生成することができ、レーザ照射部３１の簡素な構成とすることができる。

（７）上記実施形態によれば、第１レーザ成形部４０ａ及び第２レーザ成形部４０ｂをハーフミラー３４に比べて目標経路ＴＬに近くなるように配設したことにより、強度分布及び形状を変換してから液滴Ｄに照射されるまでにおける第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の回折を抑制することができる。すなわち、目標経路ＴＬにおける強度分布を精度よく実現させることができる。

（８）上記実施形態によれば、第１レーザ成形部４０ａ及び第２レーザ成形部４０ｂによって第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２のＺ方向における断面形状を液滴Ｄの飛行空間と整合させた。これにより、各レーザ光のエネルギーの全体が確実に飛行空間へと投入される。それゆえ各レーザ光をエネルギー損失を抑制した上で目標経路ＴＬ上に導くことができ、レーザ光の利用効率を向上させることができる。
（第２実施形態）
以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した第２実施形態について図９を参照して説明する。なお、第２実施形態では、第１レーザ成形部４０ａ及び第２レーザ成形部４０ｂによって成形するレーザ光の断面強度分布を第１実施形態の強度分布から変更したものである。そのため以下では、こうした強度分布の変更点について詳しく説明する。図９では、第１レーザ成形部４０ａ及び第２レーザ成形部４０ｂによって成形された第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の目標経路ＴＬにおける強度分布を、同強度分布のレーザ光を受けた液滴Ｄのサイズに関わる経時的な変化とともに模式的に示す。

図９に示すように、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２は、それぞれ第１実施形態と同じく、ノズルＮに近い側で強度が高くなる強度分布を有している。また蒸発領域Ａ２における強度分布は、描画面ＧＳａに近づくほど強度が減少するかたちで形成されている。

ここで、蒸発成分の含有量が多い液滴Ｄを吐出する場合にあっては、飛行中に蒸発成分が蒸発することによって該液滴Ｄの重量及び表面積が減少するとともに、空気抵抗などによって飛行速度も減少する場合がある。このような場合にあっては、描画面ＧＳａに近づくに連れて蒸発成分の蒸発による飛行曲がりを起こし易くなるばかりか、表面積が小さくなることより単位時間当たりに液滴Ｄの表面から蒸発可能な分散媒の量も徐々に少なくなる。

上述するように、蒸発領域Ａ２におけるレーザ光の強度分布が描画面ＧＳａに近づくほど低くなる態様であれば、すなわち蒸発成分の蒸発によって液滴Ｄの重量及び表面積、さ
らには飛行速度が減少するほど、液滴Ｄに照射されるレーザ光の強度が低くなる態様であれば、液滴Ｄの重量及び表面積に応じた強度のレーザ光を照射させられるようになる。それゆえ、液滴Ｄの突沸を確実に防止することができ、蒸発成分の蒸発による飛行曲がりがさらに生じ難くなり、着弾位置の位置ずれをより抑制することもできる。
（第３実施形態）
以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した第３実施形態について図１０を参照して説明する。なお、第３実施形態では、レーザ光が照射された液滴Ｄにおいて、液滴Ｄの表面付近で吸収したレーザ光のエネルギーが液滴の中心部へと十分拡散されず、液滴Ｄの表面付近から中心部にかけて温度勾配が発生している場合について説明する。

レーザ光を受けた液滴Ｄがその径方向において温度勾配を来たす場合にあっては、液滴Ｄの表面付近の温度が目標温度まで上昇した後に、同表面付近の蒸発成分が気化熱に相当するエネルギーを受けることにより、同表面付近において蒸発成分の蒸発が促進される。一方、上述するように目標温度に到達した後の液滴表面にあっては、蒸発成分の蒸発によりエネルギーが消費されて、さらに表面付近から中心部への熱拡散も生じている。それゆえ、液滴表面が目標温度に到達した後に蒸発効率を維持する上では、上記表面付近の蒸発成分を蒸発させるための気化熱に相当するエネルギーに加えて、上記熱拡散による熱損失を補填して表面付近を目標温度に維持するためのエネルギーがさらに必要とされる。

本実施形態では、目標経路ＴＬに沿って飛行する液滴Ｄからの蒸発速度が定常的になる位置を基準位置として用い、該基準位置よりも吐出ヘッド１５側に昇温領域Ａ１を設け、さらに同基準よりもグリーンシートＧＳ側に蒸発領域Ａ２を設ける態様でレーザ光の強度分布を設定する。

上述する基準位置の設定に際しては、例えば強度分布が目標経路ＴＬの全体にわたり平坦であるレーザ光を飛行中の液滴Ｄに対して照射し、同液滴Ｄの飛行過程を観測することにより決定することができる。こうした液滴Ｄの飛行過程の観測は、液滴Ｄの飛行空間を撮影するハイスピードカメラと、同飛行空間に向かって一定の発光間隔ｔｓで発光するストロボとを同飛行空間を挟んだかたちで相対向するように配設して、液滴Ｄの吐出時から上記ストロボを発光させて実際に飛行する液滴Ｄを撮影することにより行うことができる。このようにして液滴Ｄの飛行過程を観測し、液滴Ｄの周辺に蒸発した蒸発成分の変化量を観測することにより、蒸発速度が定常的であるか否か、すなわち上記熱拡散による損失が補填されて表面付近が目標温度に到達しているか否かを確認することが可能となる。

例えば、図１０に示されるように、ストロボの発光回数がｎ回目と（ｎ＋１）回目とにおいて蒸発成分の変化量が初めて同じになる場合にあっては、ｎ回目の撮像時において蒸発速度が定常的になったものと判断できる。そしてストロボの発光回数ｎ及び発光間隔ｔｓに基づいて、液滴Ｄの飛行期間ｔ_３をｔ_３＝ｔｓ×（ｎ−１）により得ることができる。また、吐出直後の液滴Ｄにあっては、その飛行速度の変化が微小であることから、上記飛行期間ｔ_３と液滴Ｄの初速ｖ_０とに基づいて、蒸発速度が定常的になる位置をノズル形成面２１ａからの拡散昇温距離Ｌ_３（Ｌ_３＝ｖ_０×ｔ_３）として求めることができる。

そして、描画パターンの設計ルールである液滴Ｄの着弾位置の精度や着弾径の精度などに応じて拡散昇温距離Ｌ_３を短くすべく、観測時におけるレーザ光の強度である観測強度を増大させて上記観測を繰り返し、飛行曲がりなどを来たさない強度範囲の中から最大となる観測強度を選択することにより、上記昇温強度Ｐ_１を設定することができる。

上述する構成からなる昇温領域Ａ１では、液滴Ｄの表面から中心部にかけて温度勾配が発生している場合であれ、液滴Ｄの蒸発速度が定常的になる温度まで液滴Ｄをすばやく昇
温させることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、レーザ光の強度分布を第２実施形態と同様とすることで同第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態の第１レーザ成形部４０ａ及び第２レーザ成形部４０ｂには、レーザ光の断面形状に飛行空間に整合させるシリンドリカルレンズ４１ａ，４１ｂをそれぞれ配置したが、ＤＯＥ４２ａ及びＤＯＥ４２ｂによって同断面形状を飛行空間に整合可能であれば、シリンドリカルレンズ４１ａ，４１ｂを割愛してもよい。

・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、第１レーザ成形４０ａ部及び第２レーザ成形部４０ｂをハーフミラー３４よりも目標経路側に配置した。これに限らず、液滴Ｄに照射されるレーザ光の強度分布をガウシアン分布から上述の強度分布に変換する上では、レーザ成形部をハーフミラー３４に対してレーザ光源３２の側に配置するようにしてもよい。

・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の光軸をノズルＮの配列方向に対して傾斜角θだけ傾斜させた。これに限らず、第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の光軸をノズルＮの配列方向に対して傾斜させずに、同配列方向と一致するようにしてもよい。このとき、吐出ヘッド１５の各ノズルＮからはそれぞれ異なる吐出タイミングで液滴Ｄを順次吐出することで、全ての液滴Ｄに対してレーザ光を照射することができる。

・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、飛行中の液滴Ｄに対して両側からレーザ光を照射した。これに限らず、例えば、液滴Ｄの重量が大きく飛行速度が速い場合など、飛行曲がりが微小である場合や飛行曲がりが発生しても着弾位置の位置ずれが許容できるような描画パターンにおいては、液滴Ｄに対して片側からのみ所望の強度分布に変換されたレーザ光を照射するようにしてもよい。このような場合であっても強度分布を所望の強度分布に変換した分だけ乾燥効率の向上及び着弾位置の位置ずれの抑制を図ることができる。

・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、１つのレーザ光源３２から出射された基本レーザ光Ｌｅをハーフミラー３４にて第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに分割することで、飛行中の液滴Ｄの両側から照射される一対のレーザ光を生成した。これに限らず、飛行中の液滴Ｄの両側からレーザ光を照射する上では、一対のレーザ光のそれぞれに同じ強度のレーザ光を出射させるレーザ光源を用いてもよい。この構成によれば、ハーフミラー３４を割愛することができる。

・上記実施形態では、強度分布が変換されたレーザ光を飛行中の液滴Ｄに対して両側から照射した。これに限らず、液滴Ｄの着弾位置の位置ずれを抑制する上では、液滴Ｄに対して照射されるレーザ光のうち、一方のみの強度分布を変換するようにしてもよい。これによれば、一方のレーザ光の強度分布を変換した分だけ乾燥効率の向上と着弾位置の位置ずれの抑制を図ることができる。

・上記実施形態では、昇温領域Ａ１又は蒸発領域Ａ２の強度分布をトップハット型分布に具体化した。これに限らず、昇温領域Ａ１において蒸発領域Ａ２よりも相対的に強度の高いレーザ光を照射させる上では、図１１に示すように、吐出直後から常に強度が小さくなるような強度分布であってもよい。また、蒸発領域Ａ２におけるレーザ光の強度が昇温領域Ａ１におけるレーザ光よりも小さいのであれば、例えば図１２に示すように昇温領域Ａ１及び蒸発領域Ａ２の各々においてレーザ光の強度に高低を持たせるようにしてもよい
。

・上記実施形態では、吐出ヘッド１５にはノズルＮからなるノズル列を１列とした。これに限らず、吐出ヘッド１５に複数のノズル列を形成してもよい。このとき、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２がノズルＮから吐出される全ての液滴Ｄに照射されるように該レーザ光の光軸の傾斜角θを適宜変更するとよい。

・上記実施形態では、グリーンシートＧＳに導電性微粒子を含んだ導電性インクＩｋを吐出して金属配線を描画する液滴吐出装置１０に具体化した。これに限らず、飛行中の液滴にレーザ光を照射して乾燥させるのであれば、例えば絶縁パターンを描画するパターン形成装置など、他の用途のパターン形成装置に適用することもできる。

・上記実施形態では、圧電素子駆動方式の液滴吐出装置１０に具体化した。これに限らず、吐出ヘッドから液滴を吐出するという観点からは、抵抗加熱方式や静電駆動方式の吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置に具体化してもよい。

本発明にかかるパターン形成装置の一例を示す斜視図。 吐出ヘッドを示す斜視図。 吐出ヘッドの内部を示す要部断面図。 グリーンシートのドットパターン格子を示す模式図。 液滴吐出装置の光学系を示す模式図。 レーザ光と液滴との関係を説明するための模式図。 第１実施形態におけるレーザ光の強度分布を示す模式図。 （ａ）液滴の温度推移を模式的に示した図、（ｂ）液滴の容積推移を模式的に示した図。 第２実施形態におけるレーザ光の強度分布を示す模式図。 第３実施形態における液滴の分散媒が蒸発する基準を説明するための模式図。 変更例におけるレーザ光の強度分布を示す模式図。 変更例におけるレーザ光の強度分布を示す模式図。

符号の説明

θ…傾斜角、Ｄ…液滴、Ｎ…ノズル、ｔ…総飛行期間、Ｔ…格子点、Ｗ…重量、Ａ１…昇温領域、Ａ２…蒸発領域、ＤＬ…ドットパターン格子、Ｄｘ…ノズルピッチ、Ｄｙ…吐出ピッチ、Ｅ_１…昇温エネルギー、Ｅ_２…蒸発エネルギー、ＧＳ…グリーンシート、Ｉｋ…導電性インク、Ｌ_１…昇温距離、Ｌ_２…蒸発距離、Ｌ_３…拡散昇温距離、Ｌｅ…基本レーザ光、Ｐ_１…昇温強度、Ｐ_２…蒸発強度、ＰＧ…プラテンギャップ、ＰＺ…圧電素子、ｑ_１…第１熱量、Ｑ_１…エネルギー、Ｑ_２…エネルギー、ｑ_２…第２熱量、ｔ_１…第１飛行期間、ｔ_２…第２飛行期間、ｔ_３…飛行期間、ＴＬ…目標経路、ｔｓ…発光間隔、ｖ_０…初速、ＧＳａ…描画面、Ｌｅ１…第１レーザ光、Ｌｅ２…第２レーザ光、２ｒ…直径、１０…液滴吐出装置、１１…基台、１２…ステージ、１３…ガイド部材、１４…インクタンク、１５…吐出ヘッド、１６…キャリッジ、１７…ヘッド基板、１７ａ…接続端子、２０…ヘッド本体、２０Ｔ…供給チューブ、２１…ノズルプレート、２１ａ…ノズル形成面、２２…キャビティ、２３…振動板、３１…レーザ照射部、３２…レーザ光源、３２ａ…ＹＡＧ、レーザ発振器、３２ｂ…高調波ユニット、３３…コリメートレンズ、３４…ハーフミラー、３５…反射ミラー、３６…反射ミラー、３７…反射ミラー、３８…反射ミラー、３９…反射ミラー、４０ａ…第１レーザ成形部、４０ｂ…第２レーザ成形部、４１ａ…シリンドリカルレンズ、４１ｂ…シリンドリカルレンズ、４２ａ…ＤＯＥ、４２ｂ…ＤＯＥ。

Claims (7)

1. 蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体の液滴をノズルから描画対象物に向けて吐出し飛行させる吐出ヘッドと、
   飛行中の前記液滴にレーザ光を照射して所定量の前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部と
   を備え、
   前記描画対象物上に前記液滴を着弾させることによってパターンを形成するパターン形成装置であって、
   前記レーザ照射部は、
   レーザ出射部と、
   前記レーザ光の強度が前記ノズルと前記液滴の着弾する位置との経路上において、当該経路上の基準点より前記ノズルに近い側で、前記ノズルに遠い側よりも高くように、前記レーザ出射部からの前記レーザ光の強度分布を成形するレーザ成形部と
   を備えていることを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記基準点は、前記レーザ光によって加熱された液滴が前記基準点において沸騰しない最高温度に到達するように設定されている
   請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記基準点は、前記レーザ光によって加熱された液滴の前記蒸発成分が前記基準点において沸点に到達するように設定されている
   請求項１に記載のパターン形成装置。
4. 前記レーザ成形部は、前記レーザ光の強度分布を前記基準点より前記ノズルに近い側または前記基準点より前記ノズルに遠い側で単調減少するように成形する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
5. 前記レーザ成形部は、前記レーザ光の強度分布を前記基準点より前記ノズルに近い側または前記基準点より前記ノズルに遠い側で平坦となるように成形する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
6. 前記レーザ出射部は、一対のレーザ光を出射し、
   前記レーザ成形部は、前記一対のレーザ光のいずれか一方の強度分布を成形し、
   前記レーザ照射部は、前記一対のレーザ光を前記経路を挟んで相対向する態様で前記液滴に照射する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
7. 前記レーザ出射部は、１つのレーザ光源からの基本レーザ光を前記一対のレーザ光に分岐する分岐部を有する
   請求項６に記載のパターン形成装置。

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