JP2023110564A - パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物を含む材料を用いて、基板上にパターンを高精度に形成することができるパターン形成装置を提供する。【解決手段】パターン形成装置は、接地された基板に対向して配置され、試料を含む溶液を貯留可能なキャピラリと、前記キャピラリに電圧を印加する電源と、前記キャピラリと前記基板との間に配置され、前記試料を通過させる開口を備えたステンシルマスクと、前記ステンシルマスクを、前記試料が通過する方向に交差する交差方向に移動させる交差方向アクチュエータと、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、パターン形成装置に関する。

例えば半導体の製造技術分野においては、フォトレジストによるマスキングの手法により主に金属や酸化物・窒化物などの無機物の薄膜をパターニングする技術が発達しており、１００ｎｍ以下の線幅のパターン形成もすでに実用に供されている。これらのパターニングに用いられる手法としては、真空蒸着（抵抗加熱式、電子ビーム式、スパッタリングなど）による薄膜材料の形成と、パターン形成されたフォトレジストによるエッチング（ドライ、ウエット）が主流である。

一方で、合成有機高分子、有機物、生体高分子（蛋白質、ＤＮＡなど）の無機物以外の材料を用いた微細なパターニングの手法については、半導体の製造技術分野を直接転用することはできない。これらの材料は一般的に熱や真空に弱く、真空蒸着のような手法が利用できないだけでなく、フォトレジストなどのマスキング材料を上面に塗布した場合に剥離が不可能になる場合が多いからである。

さらに、無機物以外の材料の中には、ドライ・ウエットを問わずエッチングのような強力な化学反応によって変性してしまう物質も多く存在する。そのため、このような有機物質・生体高分子等のパターニングについては、スクリーンプリンティング、スポッティング、コンタクトプリンティングなどの手法が利用されているが、これらの手法ではマイクロ・ナノパターン形成を高精度に行うことは困難である。

これに対し特許文献１には、エレクトロスプレーデポジション法を用いて、導電性基板上の導電性パターン上に試料溶液を付着させ、所望の機能を有するパターンを形成する有機ＥＬ素子の製造方法が提案されている。

特開２００７－３０５５０７号公報

金俊完、他４名、「静電レンズを用いたエレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）法によるマイクロパターニング」、日本機械学会２０１８年度年次大会講演論文集、一般社団法人 日本機械学会

特に、エレクトロスプレーデポジション法に、ステンシルマスクを組み合わせた手法では、上記の材料を広範囲かつ精密にマイクロパターニングすることができる。エレクトロスプレーデポジション法により電気的に噴霧された材料溶液は、空気中で瞬時に乾燥し、乾いた状態で材料が基板に堆積するため、理論上、粒子直径である数十ｎｍのパターンを形成可能である。

しかし、従来のステンシルマスクは、穴のナノ加工を行うことが難しく、また粒子が穴に詰まる可能性も高いため、それによりナノスケールのパターニングが妨げられている。

これに対し、非特許文献１に示すように、材料溶液を入れるキャピラリと基板との間の電場を変化させることで、粒子軌道を能動的に制御できる新規なステンシルマスクが提案されている。この新規なステンシルマスクを用いることで、粒子が詰まることなく、基板にナノレベルで堆積させることができる。

しかし、粒子をナノレベルで基板に堆積できたとしても、それだけでは複雑な形状のパターンを形成することができない。

本発明は、有機物を含む材料を用いて、基板上にパターンを高精度に形成することができるパターン形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明のパターン形成装置の一つは、
接地された基板に対向して配置され、試料を含む溶液を貯留可能なキャピラリと、
前記キャピラリに電圧を印加する電源と、
前記キャピラリと前記基板との間に配置され、前記試料を通過させる開口を備えたステンシルマスクと、
前記ステンシルマスクを、前記試料が通過する方向に交差する交差方向に移動させる交差方向アクチュエータと、を有することにより達成される。

本発明によれば、有機物を含む材料を用いて、基板上にパターンを高精度に形成することができるパターン形成装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、第１実施形態にかかるパターン形成装置１の概略図である。 図２は、ｘｙｚステージの斜視図である。 図３は、ｘｙｚステージの平面図である。 図４は、ステンシルマスクのスリットを長手方向に直交する面にて切断して示す拡大斜視図であり、パターンを穴のサイズより小さくできることを示している。 図５は、簡略化して図示したｘｙｚステージを基板と共に示すｘｚ面の断面図であり、２次元（XY）パターンと3次元（XYZ）パターンを形成できることを示している。 図６は、パターンのマルチアレイ化が可能な第２実施形態にかかるパターン形成装置の概略図である。 図７は、簡略化して図示したｘｙｚステージを基板と共に示すｘｚ面の断面図であり、パターンのマルチアレイ化が可能であることを示している。

以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかるパターン形成装置１の概略図である。ここで、パターン形成装置１の軸線をｚ方向(高さ方向)とし、ｚ方向に直交し且つ互いに直交する方向（交差方向）を、ｘ方向及びｙ方向とする。なお、パターンを形成する対象は導電性基板が望ましいが、導電性基板をサンドイッチされた絶縁体基板であればパターニングが可能である。

パターン形成装置１は、キャピラリ１０と、コリメート電極２０と、１次電磁コイル３０と、２次電磁コイル４０と、ｘｙｚステージ５０と、電磁石６０とを有し、これらはｚ方向に沿って、この順序で配置されている。パターンが形成される基板ＳＢは、ｘｙｚステージ５０と電磁石６０との間に配置される。

キャピラリ１０は、溶液ＳＬを貯留し、また高圧電源１１に接続されて高電圧を印加可能となっている。溶液ＳＬとしては、ナノサイズの機能性高分子、生体高分子（タンパク質、ＤＮＡ）、無機物質、有機高分子などを試料として含む溶液または溶媒であると好ましい。

コリメート電極２０は、剛体に支持され、第１の内径を備えた環状体であり、高圧電源２１に接続されて高電圧を印加可能となっている。

１次電磁コイル３０は、剛体に支持され、第１の内径とほぼ同じ内径を備えた筒状体であり、不図示の電源から給電されることで、第１の磁界を発生させる。

２次電磁コイル４０は、剛体に支持され、第１の内径より小さい第２の内径を備えた筒状体であり、不図示の電源から給電されることで、第２の磁界を発生させる。なお、コリメート電極２０と、１次電磁コイル３０と、２次電磁コイル４０は、キャピラリ１０から拡散される溶液を集束させる機能を有するが、パターン形成装置１に必須の構成ではなく、必要に応じて選択すればよい。

導電性の基板ＳＢは、剛体に支持され、接地されてアース電位となっている。このため、キャピラリ１０と基板ＳＢとの間には、静電場が形成される。

電磁石６０は、剛体に支持され、不図示の電源から給電されて磁界を発生し、ｘｙｚステージ５０のステンシルマスク５４をｚ方向に駆動する機能を有する。

次に、ｘｙｚステージ５０について説明する。
図２は、ｘｙｚステージ５０の斜視図である。図３は、ｘｙｚステージ５０の平面図である。

ｘｙｚステージ５０は、不図示の剛体に連結された正方形状の大枠５１と、大枠５１の内側に配置された正方形状の中枠５２と、中枠５２の内側に配置された正方形状の小枠５３と、小枠５３の内側に配置された正方形板状のステンシルマスク５４とを有する。図３に示すように、大枠５１は、矩形枠状の絶縁体に例えばニッケル製の導体部ＣＤ１～ＣＤ６（濃色の部分）を被覆したものであり、周方向に隣接する導体部ＣＤ１～ＣＤ６同士は絶縁部ＩＳ（淡色の部分）が間に介在して絶縁される。また、中枠５２も、矩形枠状の絶縁体に例えばニッケル製の導体部ＣＤ７～ＣＤ１０（濃色の部分）を被覆したものであり、周方向に隣接する導体部ＣＤ７～ＣＤ１０同士は絶縁部ＩＳ（淡色の部分）が間に介在して絶縁される。一方、小枠５３は全周がニッケル製の導体部である。

大枠５１のｘ方向に対向して配置される側縁５１ａ、５１ｂの導体部ＣＤ６、ＣＤ３には、ｘ方向に沿って中枠５２に向かって延在する複数の櫛歯５１ｃ、５１ｄがそれぞれ連結されている。一方、中枠５２のｘ方向に対向して配置される側縁５２ａ、５２ｂの導体部ＣＤ１０、ＣＤ８には、ｘ方向に沿って大枠５１に向かって延在する複数の櫛歯５２ｃ、５２ｄがそれぞれ連結されている。

ニッケル製の櫛歯５１ｃ、５１ｄ及び櫛歯５２ｃ、５２ｄは、ｙ方向に沿って互いに隙間を開けて交互に配置されている。第１組の櫛歯である櫛歯５１ｃ、５１ｄ及び櫛歯５２ｃ、５２ｄが、ｘ方向櫛歯型静電アクチュエータ（第１のアクチュエータ）を構成する。

それぞれ一対の外ばね５５ａ、５５ｂは、例えば導電性を持つニッケル製である。ここで、便宜上、図３において左上の外ばねを５５ａ（Ｌ）とし、右上の外ばねを５５ａ（Ｒ）とし、左下の外ばねを５５ｂ（Ｌ）とし、右下の外ばねを５５ｂ（Ｒ）と名付ける。

外ばね５５ａ（Ｌ）が、大枠５１のｙ方向に対向して配置される側縁５１ｅの導体部ＣＤ１と、中枠５２のｙ方向に対向して配置される側縁５２ｅの導体部ＣＤ７とを連結するように配置されている。また、外ばね５５ａ（Ｒ）が、大枠５１のｙ方向に対向して配置される側縁５１ｅの導体部ＣＤ２と、中枠５２のｙ方向に対向して配置される側縁５２ｅまで回り込む導体部ＣＤ８とを連結するように配置されている。

外ばね５５ｂ（Ｌ）が、大枠５１のｙ方向に対向して配置される側縁５１ｆの導体部ＣＤ５と、中枠５２のｙ方向に対向して配置される側縁５２ｆまで回り込む導体部ＣＤ１０とを連結するように配置されている。また、外ばね５５ｂ（Ｒ）が、大枠５１のｙ方向に対向して配置される側縁５１ｆの導体部ＣＤ４と、中枠５２のｙ方向に対向して配置される側縁５２ｆの導体部ＣＤ９とを連結するように配置されている。

また、中枠５２のｙ方向に対向して配置される側縁５２ｅ、５２ｆの導体部ＣＤ７，ＣＤ９には、ｙ方向に沿って小枠５３に向かって延在する複数の櫛歯５２ｇ、５２ｈがそれぞれ連結されている。一方、小枠５３のｙ方向に対向して配置される側縁５３ｅ、５３ｆには、ｙ方向に沿って中枠５２に向かって延在する複数の櫛歯５３ｇ、５３ｈがそれぞれ連結されている。

ニッケル製の櫛歯５２ｇ、５２ｈ及び櫛歯５３ｇ、５３ｈは、ｘ方向に沿って互いに隙間を開けて交互に配置されている。第２組の櫛歯である櫛歯５２ｇ、５２ｈ及び櫛歯５３ｇ、５３ｈがｙ方向櫛歯型静電アクチュエータ（第２のアクチュエータ）を構成する。

外ばね５５ｃ、５５ｄも導電性を持つニッケル製である。一対の外ばね５５ｃが、中枠５２のｘ方向に対向して配置される側縁５２ａの導体部ＣＤ１０と、小枠５３のｘ方向に対向して配置される側縁５３ａとを連結するように配置されている。また一対の外ばね５５ｄが、中枠５２のｘ方向に対向して配置される側縁５２ｂの導体部ＣＤ８と、小枠５３のｘ方向に対向して配置される側縁５３ｂとを連結するように配置されている。導体部ＣＤ１０は、外ばね５５ｂ（Ｌ）を介して接地され、導体部ＣＤ８は、外ばね５５ａ（Ｒ）を介して接地され、小枠５３は、外ばね５５ｃ、５５ｄを介して接地されている。

外ばね５５ａ（Ｌ）、左側の外ばね５５ｂ（Ｒ）、及び櫛歯５１ｃ、５１ｄが制御用の電極である。外ばね５５ａ（Ｒ）、外ばね５５ｂ（Ｌ）が接地された状態で、不図示の制御装置から導体部ＣＤ６またはＣＤ３に電圧を印加することで、櫛歯５１ｃ、５２ｃまたは櫛歯５１ｄ、５２ｄの間に静電気力が発生する。かかる静電気力により、側縁５１ａ、５２ａをｘ方向マイナス方向（第１の方向）に相対変位させる駆動力が発生し、または側縁５１ｂ、５２ｂをｘ方向プラス方向（第１の方向）に相対変位させる駆動力が発生する。櫛歯５１ｃ、５２ｃまたは櫛歯５１ｄ、５２ｄが発生した駆動力により、外ばね５５ａ、５５ｂの弾性力に抗して、大枠５１に対して中枠５２が、小枠５３及びステンシルマスク５４と共にｘ方向に変位する。導体部ＣＤ６またはＣＤ３に電圧を印加しなければ、外ばね５５ａ、５５ｂの弾性力により、中枠５２は大枠５１に対してｘ方向の中立位置へと復帰する。

さらに不図示の制御装置から導体部ＣＤ１またはＣＤ４に電圧を印加することで、櫛歯５２ｇ、５３ｇまたは櫛歯５２ｈ、５３ｈの間に静電気力が発生する。かかる静電気力により、側縁５２ｅ、５３ｅをｙ方向マイナス方向（第２の方向）に相対変位させる駆動力が発生し、また側縁５２ｆ、５３ｆをｙ方向プラス方向（第２の方向）に相対変位させる駆動力が発生する。櫛歯５２ｃ、５３ｇまたは櫛歯５２ｈ、５３ｈが発生した駆動力により、外ばね５５ｃ、５５ｄの弾性力に抗して、中枠５２に対して小枠５３が、ステンシルマスク５４と共にｙ方向に変位する。導体部ＣＤ１またはＣＤ４に電圧を印加しなければ、外ばね５５ｃ、５５ｄの弾性力により、小枠５３は中枠５２に対してｙ方向の中立位置へと復帰する。

ステンシルマスク５４は、強磁性体を持つニッケル製であり、ｚ方向に貫通する複数のスリット５４ａを有する。スリットの代わりに貫通孔を設けてもよい。スリットや貫通孔を、開口という。

ばね鋼材を折り曲げて形成されたスプリング５６ａが、小枠５３のｘ方向に対向して配置される側縁５３ａの中央部と、それに対向するステンシルマスク５４の外縁中央部との間に配置され、またばね鋼材を折り曲げて形成されたスプリング５６ｂが、小枠５３のｘ方向に対向して配置される側縁５３ｂの中央部と、それに対向するステンシルマスク５４の外縁中央部との間に配置される。

さらにばね鋼材を折り曲げて形成されたスプリング５６ｃが、小枠５３のｙ方向に対向して配置される側縁５３ｅの中央部と、それに対向するステンシルマスク５４の外縁中央部との間に配置され、またばね鋼材を折り曲げて形成されたスプリング５６ｄが、小枠５３のｙ方向に対向して配置される側縁５３ｆの中央部と、それに対向するステンシルマスク５４の外縁中央部との間に配置される。スプリング５６ａ～５６ｄは共通の形状を有すし、またステンシルマスク５４に対して絶縁した状態で取り付けられている。

図４は、ステンシルマスク５４のスリット５４ａを長手方向に直交する面にて切断して示す拡大斜視図であり、パターンをスリット５４ａのサイズより小さくできることを示している。ステンシルマスク５４は、第１絶縁体５４ｃ１と第１導電体５４ｃ２とを積層してなる第１層５４ｃと、第２絶縁体５４ｄ１と第２導電体５４ｄ２とを積層してなる第２層５４ｄと、第３絶縁体５４ｅ１と第３導電体５４ｅ２とを積層してなる第３層５４ｅと、第４絶縁体５４ｆ１と第４導電体５４ｆ２とを積層してなる第４層５４ｆとを、この順序でｚ方向に積層することにより形成される。第１層５４ｃ～第４層５４ｆは、長孔をそれぞれ同方向（ここではｙ方向）に並べて重ねて有する。

最上層である第１層５４ｃの長孔の幅が最も大きく、基板ＳＢに近づくにつれて長孔の幅が狭まり、最下層である第４層５４ｆの長孔の幅が最も小さい。重なった長孔により、断面が階段状のスリット５４ａが形成される。なお、ステンシルマスク５４の積層数は、４層に限られない。

最上層である第１層５４ｃの第１導電体５４ｃ２に第１の電圧が印加され、第２層５４ｄの第２導電体５４ｄ２に第１の電圧より低い第２の電圧が印加され、第３層５４ｅの第３導電体５４ｅ２に第２の電圧より低い第３の電圧が印加され、最下層の第４層５４ｆの第４導電体５４ｆ２に第３の電圧より低い第４の電圧が印加される。

図１において、ステンシルマスク５４のｚ方向下方には、基板ＳＢを挟んで電磁石６０が配置されている。不図示の制御装置から印加される電圧により電磁石６０に磁力が生じ、この磁力により、スプリング５６ａ～５６ｄの弾性力に抗して、ステンシルマスク５４を電磁石６０に向かう方向に吸引することができる。これにより、電磁石６０の吸引力とスプリング５６ａ～５６ｄの弾性力とが釣り合う高さ位置で、ステンシルマスク５４は静止するため、電磁石６０に印加される電圧を変更することで、ステンシルマスク５４の高さ位置の調整ができる。電磁石６０が、ｚ方向アクチュエータを構成する。

（パターン形成装置の動作）
高圧電源１１からキャピラリ１０に高電圧を印加されることで、その先端より溶液ＳＬは微細な液滴として噴出し、正の電荷を帯びた液滴は、アース電位とされた基板ＳＢに向かって進行する。キャピラリ１０からスプレーされた直後の液滴は、三角錐状に広がりスプレーフレームＳＦを形成した状態で、コリメート電極２０内に進入する。

コリメート電極２０には、スプレーフレームＳＦが広がって液滴がパターン形成に有効に使用されないことを抑制すべく、高圧電源２１から供給された電圧が印加される。これにより、コリメート電極２０を通過する液滴は、１次電磁コイル３０に向かって略平行に進行し、飛行中に短時間で急速に乾燥し、微細な粒子となって、１次電磁コイル３０内へと進入する。

１次電磁コイル３０を通過した粒子は、磁界の作用により集束されて、より小径である２次電磁コイル４０に向かう。２次電磁コイル４０を通過した粒子は、さらに磁界の作用により集束されて、ｘｙｚステージ５０のステンシルマスク５４のスリット５４ａに至る。

スリット５４ａは、最上層から最下層に向かうに従って階段状に徐々に幅狭となるように形成され、また各層の導電体に、最上層から最下層に向かうに従って徐々に低電圧となるように電圧を印加しているため、スリット５４ａには基板ＳＢに向かうにつれて絞られるように曲がる電気力線ＥＬが形成される（図４参照）。これにより、パターンをスリット５４ａのサイズより小さく形成できる。スリット５４ａに進入した粒子は、正の電荷を帯びているため、電気力線ＥＬに沿って集束されつつ、スリット５４ａの内壁に接触することなく通過し、導電性の基板ＳＢへ静電気力により引き寄せられて堆積する。これにより、マイクロ・ナノレベルの幅を持つ堆積物が、スリット５４ａに目詰まりすることなく基板ＳＢに付着することとなる。

次に、パターン形成装置１における、パターニングを行う動作について説明する。図５は、簡略化して図示したｘｙｚステージ５０を基板ＳＢと共に示すｘｚ面の断面図であり、パターニングのステップを示している。ここでは理解しやすいように、ステンシルマスク５４は単一のスリット５４ａのみを示している。なお、初期状態で、電磁石６０に所定電圧が印加されることで、ステンシルマスク５４は、基板ＳＢから所定の距離をおいて静止している。

上述したようにステンシルマスク５４のスリット５４ａを通過することで集束された粒子の堆積物ＳＤ１を、基板ＳＢ上の所定位置に付着させる（図５（ａ））。

次いで、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｘ方向に１ステップ変位させ、次の堆積物ＳＤ２を、堆積物ＳＤ１に隣接して（または僅かな隙間を開けて）、基板ＳＢ上に付着させる（図５（ｂ））。

次いで、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｘ方向にさらに１ステップ変位させ、次の堆積物ＳＤ３を、堆積物ＳＤ２に隣接して（または僅かな隙間を開けて）、基板ＳＢ上に付着させる（図５（ｃ））。

以上により、堆積物ＳＤ１～ＳＤ３をｘ方向に沿って並べてパターニングを行うことができる。また、同様な手順で、ｘｙｚステージ５０のｙ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｙ方向に変位させることで、基板ＳＢ上にて堆積物を２次元（ＸＹ）のパターン配置で形成することができる。

なお、ステンシルマスク５４をｘ方向またはｙ方向に変位させる際は、電磁石６０へ印加される電圧を低くすることにより、ステンシルマスク５４をｚ方向に上昇させてもよい。これにより、ステンシルマスク５４を、基板ＳＢに対してｘ方向またはｙ方向に平行移動する際に、堆積物と干渉することを回避できる。ｘ方向またはｙ方向に変位した後、電磁石６０へ印加される電圧を高くすることにより、ステンシルマスク５４は元の位置まで下降する。

さらに、堆積物ＳＤ１の上に堆積物を積層する場合、スリット５４ａが堆積物ＳＤ１の上に位置するように、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータまたはｙ方向アクチュエータによりステンシルマスク５４を変位させる。その後、電磁石６０へ印加される電圧を低くすることにより、ステンシルマスク５４をｚ方向に堆積物ＳＤ１の高さに相当する分だけ上昇させ、さらに堆積物ＳＤ１の上に堆積物ＳＤ４を堆積させる（図５（ｄ））。

さらに、堆積物ＳＤ４の上に堆積物を積層する場合、続けて電磁石６０へ印加される電圧を低くすることにより、ステンシルマスク５４をｚ方向に堆積物ＳＤ４の高さに相当する分だけ上昇させ、その後、堆積物ＳＤ４の上に堆積物ＳＤ５を堆積させる（図５（ｅ））。以上より明らかであるが、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータ及びｙ方向アクチュエータ（交差方向アクチュエータ）、及びｚ方向アクチュエータを用いることで、基板ＳＢに対してステンシルマスク５４を任意の３次元位置へと変位させることができ、これにより堆積物を３次元（ＸＹＺ）のパターン配置で形成できる３次元プリンタを構成することができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態にかかるパターン形成装置１’の概略図であるが、ｘｙｚステージ５０は簡略化して図示している。パターン形成装置１’は、パターンのマルチアレイ化が可能である。パターン形成装置１’については、キャピラリユニット１０’の構成のみが、第１実施形態と異なるため、共通する構成については説明を省略する。

キャピラリユニット１０’は、不図示のアクチュエータにより回転可能に支持された環状体１２に、３つのキャピラリ１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｙが保持されている。環状体１２が、切り替え装置を構成する。ここで、キャピラリ１０Ｃには、例えばシアン色に着色された粒子を含む溶液が貯留され、キャピラリ１０Ｍには、例えばマゼンタ色に着色された粒子を含む溶液が貯留され、キャピラリ１０Ｙには、例えばイエロー色に着色された粒子を含む溶液が貯留されているものとする。

次に、パターン形成装置１’における、パターニングを行う動作について説明する。図７は、簡略化して図示したｘｙｚステージ５０を基板ＳＢと共に示すｘｚ面の断面図であり、パターニングのステップを示している。ここでは、ステンシルマスク５４は３つのスリット５４ａを有している。ただし、ここでは理解を容易とするためにスリット５４ａを３つとしているが、４つ以上、場合によっては数十～数百の穴を用いることもできる。なお、初期状態で、ステンシルマスク５４は、基板ＳＢから所定の距離をおいて静止している。

まず、キャピラリ１０Ｃがコリメート電極２０の軸線上に位置するように、環状体１２を回転させる。その後、キャピラリ１０Ｃからスプレーされた溶液は、空気中で乾燥してシアン色の粒子となり、上述したようにステンシルマスク５４のスリット５４ａを通過することで集束される。これにより、シアン色の堆積物ＳＤＣが基板ＳＢ上に付着する（図７（ａ））。

次いで、キャピラリ１０Ｍがコリメート電極２０の軸線上に位置するように、環状体１２を回転させるとともに、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｘ方向に１ステップ変位させる。その後、キャピラリ１０Ｍからスプレーされた溶液は、空気中で乾燥してマゼンタ色の粒子となり、上述したようにステンシルマスク５４のスリット５４ａを通過することで集束され、マゼンタ色の堆積物ＳＤＭが、堆積物ＳＤＣに隣接して基板ＳＢ上に付着する（図７（ｂ））。

次いで、キャピラリ１０Ｙがコリメート電極２０の軸線上に位置するように、環状体１２を回転させるとともに、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｘ方向にさらに１ステップ変位させる。その後、キャピラリ１０Ｙからスプレーされた溶液は、空気中で乾燥してイエロー色の粒子となり、上述したようにステンシルマスク５４のスリット５４ａを通過することで集束され、イエロー色の堆積物ＳＤＹが、堆積物ＳＤＭに隣接して基板ＳＢ上に付着する（図７（ｃ））。

次いで、キャピラリ１０Ｃがコリメート電極２０の軸線上に位置するように、環状体１２を回転させるとともに、ｘｙｚステージ５０のｘ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｘ方向にさらに１ステップ変位させる。その後、キャピラリ１０Ｃからスプレーされた溶液は、空気中で乾燥してシアン色の粒子となり、上述したようにステンシルマスク５４のスリット５４ａを通過することで集束され、シアン色の堆積物ＳＤＣが、堆積物ＳＤＹに隣接して基板ＳＢ上に付着する（図７（ｄ））。

以上より明らかであるが、キャピラリ１０Ｃ～１０Ｙの切り替えを行うとともに、ｘ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｘ方向に１ステップずつ変位させることで、堆積物ＳＤＣ，ＳＤＭ，ＳＤＹを、この順序で繰り返し基板ＳＢ上に堆積させることができる。基板ＳＢ上において、１列分の堆積物ＳＤＣ，ＳＤＭ，ＳＤＹの堆積が終了すれば、ｙ方向アクチュエータにより、ステンシルマスク５４をｙ方向に変位させて、次の列に、堆積物ＳＤＣ，ＳＤＭ，ＳＤＹの堆積を同様に行うことができる。

以上の動作を繰り返すことで、堆積物ＳＤＣ，ＳＤＭ，ＳＤＹを１セットとして、複数セットの堆積物を、基板ＳＢ上に２次元でマルチアレイ化して高精度に配置することができる。このようなパターン形成装置１’は、例えば有機ＥＬディスプレイなどを製作する際に好適に使用できる。

なお、堆積物ＳＤＣ，ＳＤＭ，ＳＤＹの配置は、以上のような周期的なものに限られず、キャピラリ１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙの切り替えを選択することで、ランダムに堆積させることもでき、それにより色の３原色を組み合わせて多彩な画像を形成できる。また、第１実施形態と同様に、電磁石６０によりステンシルマスク５４の高さ位置を変えて、堆積物ＳＤＣ，ＳＤＭ，ＳＤＹをｚ方向に積み重ねるようにしてもよい。さらに、堆積物の種類は、色に限らない。

１、１’ パターン形成装置
１０、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ キャピラリ
１０’ キャピラリユニット
１２ 環状体
２０ コリメート電極
３０ １次電磁コイル
４０ ２次電磁コイル
５０ ｘｙｚステージ
５４ ステンシルマスク
６０ 電磁石
ＳＢ 基板

Claims (4)

1. 接地された基板に対向して配置され、試料を含む溶液を貯留可能なキャピラリと、
   前記キャピラリに電圧を印加する電源と、
   前記キャピラリと前記基板との間に配置され、前記試料を通過させる開口を備えたステンシルマスクと、
   前記ステンシルマスクを、前記試料が通過する方向に交差する交差方向に移動させる交差方向アクチュエータと、を有する、
   ことを特徴とするパターン形成装置。
2. 大枠と、前記大枠内に配置された中枠と、前記中枠内に配置された小枠とを備えたステージを有し、
   前記小枠により前記ステンシルマスクが保持され、
   前記大枠と前記中枠とにそれぞれ配設され、交互に配列された第１組の櫛歯により、前記大枠に対して前記中枠を、前記交差方向のうち第１の方向に変位させる第１のアクチュエータが形成され、
   前記中枠と前記小枠とにそれぞれ配設され、交互に配列された第２組の櫛歯により、前記中枠に対して前記小枠を、前記交差方向のうち前記第１の方向とは異なる第２の方向に変位させる第２のアクチュエータが形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記ステージに対して前記基板を挟んで電磁石が配置され、
   前記ステンシルマスクが強磁性体から形成され、前記小枠と前記ステンシルマスクとがスプリングを介して連結されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のパターン形成装置。
4. 前記キャピラリは複数個設けられ、
   前記キャピラリの１つを前記ステンシルマスクに正対させる位置に切り替える切り替え装置、を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパターン形成装置。