JP4181481B2 - 基板 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドの工業的応用に係り、特に、インクジェット方式によって任意のパターンを形成するための基板の改良に関する。

半導体プロセス等で用いる基板は、シリコン等で構成されている。従来、当該シリコン基板から集積回路等を製造するために、リソグラフィー法等が使用されていた。

このリソグラフィー法は、シリコンウェハ上にレジストと呼ばれる感光材を薄く塗布し、ガラス乾板に写真製版で作成した集積回路パターンを光で焼き付けて転写する。転写されたレジストパターンにイオン等を打ち込んで、配線パターンや素子を形成していくものであった。

上記リソグラフィー法を用いるには、写真製版、レジスト塗布、露光、現像等の工程を必要としていたため、設備の整った半導体工場等でなければ、微細パターンの作成ができなかった。このため、微細パターンの形成は、複雑な工程管理とコストを要するのが常識であった。

ところが、超ＬＳＩほどの微細パターンまではいかなくても、μｍのオーダーのパターンを、簡単に、安価に、かつ工場等の設備を用いることなく、製造することができるものとすれば、工業的に無限の需要が考えられる。

ところで、用紙の任意の位置にインクを吐出する技術としてインクジェット方式がある。インクジェット方式の応用は、主として印字を目的としてプリンタに用いられてきた。インクジェット方式でインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドは、任意の流動体をノズル穴から吐出可能に構成されており、いままでは、流動体としてインクを用い、インクジェット式記録ヘッドからインクを吐出させ、対象面である用紙上に印字を行うものであった。このインクジェット式記録ヘッドの解像度は、例えば４００ｂｐｉと微細であるため、個々のノズル穴から工業的用途に使える流動体を吐出できれば、μｍオーダーの幅で任意のパターンが形成できると考えられる。

インクジェット方式によれば、工場のような設備を要せず、インクを他の工業的流動体に変えればパターン形成ができるので、インクジェット方式を工業的用途に応用することは大変好ましい。

さて、インクジェット方式を利用してパターン形成を行う場合に障害が生じる。対象面に到達すると、インクジェット式記録ヘッドから吐出される液滴は一定の面積に広がる（以下一の液滴が対象面に到達することを「着弾する」と称する）。着弾した液滴の広がりは、液滴の速度および対象面と当該流動体の接触角に応じて決まる。

しかしながら、インクジェット方式を工業的に応用する場合、吐出される流動体の液滴が着弾して大きく広がるため、半導体プロセス等に用いるような微細なパターンを形成できないという不都合が生じる。

また、着弾時に互いに接触して適度に広がっていた液滴のパターンが、乾燥とともに分離され、パターンを維持できないという不都合も生じうる。

本発明に係る基板は、基台と、前記基台上に形成され、シランカップリング剤を含む複
数の親和性膜と、を備え、前記複数の親和性膜の各々は、OH基又はCOOH基を含み、親水性
を有する流動体に対する前記複数の親和性膜の親和性は、前記流動体に対する前記基台の
親和性に比べて大であり、前記流動体は、前記複数の親和性膜にまたがって連続して付着
可能であることを特徴とする。
本発明に係る他の基板は、基台と、前記基台上に形成され、シランカップリング剤を含
む複数の親和性膜と、を備え、前記複数の親和性膜の各々は、NH₂基を含み、親水性を有
する流動体に対する前記複数の親和性膜の親和性は、前記流動体に対する前記基台の親和
性に比べて大であり、前記流動体は、前記複数の親和性膜にまたがって連続して付着可能
であることを特徴とする。
本発明に係る他の基板は、基台と、前記基台上に形成され、シランカップリング剤を含
む親和性膜と、を備え、前記親和性膜は、OH基又はCOOH基を含み、親水性を有する流動体
に対する前記親和性膜の親和性は、前記流動体に対する前記基台の親和性に比べて大であ
ること、を特徴とする。
上記の基板において、前記基台は疎水性を有していることが好ましい。
上記の基板において、前記流動体により、前記複数の親和性膜にまたがって連続したパ
ターンが形成されることが好ましい。
上記の基板において、前記基台は、ベークライト、ポリエステル、ポリエチレン、テフ
ロン（登録商標）、ＰＭＭＡ、ポリプロピレンおよび塩化ビニルのうち、１つからなるよ
うにしてもよい。
本発明に係る他の基板は、基台と、前記基台上に形成され、シランカップリング剤を含
む親和性膜と、を備え、前記親和性膜はNH₂基を含み、親水性を有する流動体に対する前
記親和性膜の親和性は、前記流動体に対する前記基台の親和性に比べて大であること、を
特徴とする
上記の基板において、前記基台は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸及びナイロ
ンのうち１つからなることが好ましい。
上記の基板において、前記親和性膜上に、導電性を有するパターンが形成されていても
よい。
この不都合を解決するために、本願発明者は、吐出される液滴が流動体であるというイ
ンクジェットの特性に鑑み、表面張力を利用して、パターンの適度な広がりを維持する方
法を考えた。

すなわち、本発明の第１の課題は、流動体に対し親和性のある領域と親和性のない領域とを用いることにより、流動体の表面張力により、微細なパターン形成を可能とする基板を提供することである。

本発明の第２の課題は、流動体に対し親和性のある領域と親和性のない領域とを配置した基板を形成可能とすることにより、流動体の表面張力により、微細なパターン形成を可能とする基板の製造方法を提供することである。

本発明の第３の課題は、本発明の基板にパターンを形成するために適当なパターン形成方法を提供することである。

ここで、流動体とは、インクのみならず、工業的用途に用いることができ、ノズルから吐出可能な粘度を備えた媒体である。水性であると油性であるとを問わない。また、混合物がコロイド状に混入していてもよい。

また、親和性があるとは、流動体に対する接触角が相対的に小さいことをいい、親和性がないとは、流動体に対する相対的に接触角が大きいことをいう。この両表現は、流動体に対する膜の挙動を明らかにするために、便宜上対比して用いられるものである。

本発明の基板は、基台と、前記基台上に形成され、パターニングされたシランカップリング剤からなる膜と、を含み、前記シランカップリング剤からなる膜は、OH基またはCOOH基を含み、前記シランカップリング剤からなる膜の所定の流動体に対する親和性は、前記基台に比べて、大きい。

本発明の基板は、前記基板において、前記基台は、ベークライト、ポリエステル、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、ＰＭＭＡ、ポリプロピレンおよび塩化ビニルのうち、１つからなる。

本発明の基板は、基台と、前記基台上に形成され、パターニングされたシランカップリング剤からなる膜と、を含み、前記シランカップリング剤からなる膜は、NH₂基を含み、前記シランカップリング剤からなる膜の所定の流動体に対する親和性は、前記基台に比べて、大きい。

本発明の基板は、前記基板において、前記基台は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ナイロンおよびガラスのうち１つからなる。

本発明の基板は、前記基板において、前記シランカップリング剤からなる膜上に、少なくとも導電性を有するパターンが形成されている。

本発明の基板は、前記基板において、前記パターンは、前記所定の流動体から形成される。

本発明の集積回路は、前記基板を用いた。

本発明によれば、流動体に対し親和性のある領域と親和性のない領域とを用いたので、インクジェット方式等によって吐出された流動体の表面張力により、微細なパターンが形成可能な基板を提供できる。

したがって、従来、工場等において高価な設備により、多数の工程をかけて形成せざるを得なかった微細パターンが、容易にかつ安価に製造可能となる。

本発明によれば、流動体に対し親和性のある領域と親和性のない領域とを配置する工程を備えたので、インクジェット方式等によって吐出された流動体の表面張力により、微細なパターン形成が可能な基板の製造方法を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１は、インクジェット式記録ヘッド等から流動体を吐出させて任意のパターンを形成するために適する基板の構造に関する。

図１に、本実施形態１の基板の平面図を示す。同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）を断面ＡＡから見た図であり、同図（ｃ）は同図（ｂ）の変形例である。

同図（ａ）に示すように、本実施形態１の基板１ａは、所定の流動体に対し親和性のある親和性領域１０と、流動体に対し親和性のない非親和性領域１１と、を備えている。

同図（ｂ）に示すように、基板１ａは、流動体に対し親和性のない組成を有する基台１００ａ上で、親和性を持たせたい領域１０に親和性膜１０１ａを形成して構成される。または、同図（ｃ）に示すように、基板１ａは、流動体に対し親和性のある組成を有する基台１００ｂ上で、親和性を排除したい領域１１に非親和性膜１０１ｂを形成して構成される。

ここで親和性であるか非親和性であるかは、パターン形成対象である流動体がどのような性質を備えているかで決まる。例えば親水性のある流動体であれば、親水性のある組成が親和性を示し、疎水性のある組成が非親和性を示す。逆に親油性のある流動体であれば、親水性のある組成が非親和性を示し、疎水性のある組成が親和性を示す。流動体を何にするかは、インクジェット方式の工業的応用対象によって種々に変更して適用することになる。

流動体の性質に対応する基台１００および親和性領域を構成する膜の組成例を表１に示す。

本実施形態１では、親和性領域１０の形状を点状パターン、特に円状になるよう形成する。そのために円状の親和性膜１０１ａを親和性のない基台１００ａ上に形成するか、円状の穴が設けられた非親和性膜１０１ｂを親和性のある基台１００ｂ上に形成して構成される。

各親和性領域１０のパターン形状は、正円状でなく、楕円状でもよい。また、図１（ａ）の基板１ａのように、各パターンが互いに接することなく配置されるものでも、図２の基板１ｂのように、各パターンが互いに接して配置されるものでもよい。

各パターンの形状、大きさおよび疎密については、流動体の有する表面張力の大きさ、例えば接触角の大きさや、液滴の大きさに応じて適宜変更可能である。例えば、図３の基板１ｃのように、方形状のパターンを散点的に設けてもよい。さらに図４の基板１ｄのように、方形状のパターンが互いに一部で接触するように市松模様状に設けてもよい。また、図５の基板１ｅのように、三角形状のパターンを散点的に設けてもよい。さらに図６の基板１ｆのように、三角形状のパターンが互いに一部で接触するように設けてもよい。さらに、図７の基板１ｇのように、線状のパターンを設けてもよい。

このように点状パターンや線状パターンはその形状によらず、種々に変形して適用することが可能である。点状パターンや線状パターンの大きさや配置については以下に述べる。

（作用）
図９および図１０に、従来の基板に対しインクジェット式記録ヘッドより液滴を吐出した場合の液滴付着の様子を示す。

図９（ａ）は、基台１００に液滴１２を複数滴吐出した場合の断面図であり、図１０（ａ）はその平面図である。本発明の表面処理をしていない基板に液滴１２を連続して吐出すると、図９（ａ）から判るように、着弾した液滴の表面張力により、それぞれの液滴１２は連続する。ただし液滴１２の広がりを阻止する境界が何もないので、図１０（ａ）に示すように、各液滴はつながってはいるが、その輪郭が着弾したときの位置の乱れ以上に広がってしまう。溶媒成分が少ない場合、この輪郭が広がったまま固化するので微細なパターンを形成することは困難である。

溶媒成分が多い場合、液滴を乾燥させると液滴中の溶媒成分が除去され、各液滴は着弾した位置で収縮していく。付着位置に制限がないので、図９（ｂ）および図１０（ｂ）に示すように、最初つながっていた液滴１２も分離された島１２ｂとなる。着弾した液滴の繋がりは、そのままパターンとして導電性を持たせる必要があるにもかかわらず、上記のように島１２ｂとなって分離してしまうのでは、パターンとして役に立たたない。

図８を参照して本発明の表面処理を施した本実施形態１における基板の作用を説明する。同図（ａ）は、図２の基板１ｂに、液滴を吐出したときの基板上における液滴の形を示す。同図（ｂ）は、図７の基板に液滴を吐出したときの基板上における液滴の形を示す。図８（ａ）（ｂ）におけるいずれのパターンの場合にも、インクジェット式記録ヘッドからの液滴は、ラインＬ３に沿って着弾するものとする。

図８（ａ）に示すように、基板上に着弾した液滴１２は親和性領域１０では十分に広がる。しかし非親和性領域１１からは排除され、表面張力にしたがって隣接する親和性領域１０に引き込まれる。したがって表面張力が働いて引き込まれた後は同図に示すように、親和性領域１０のみに液滴１２が付着する。ヘッドからの液滴の吐出方向が多少ずれても、ラインＬ２からＬ４までの一定の幅に着弾すれば、付着する液滴１２は常にラインＬ２からＬ４の間の親和性領域１０に乗る。親和性領域１０は互いに分離しているか、一点で接しているだけなので、直接着弾しない限り、一つの親和性領域１０に乗った液滴１２が隣接する親和性領域１０に侵入することがない。液滴１２が乗っている親和性領域１０の隣には、必ず液滴１２が乗っている親和性領域１０が、接しているかわずかに離れているかしているので、液滴１２同士が表面張力で互いに連結される。したがって液滴１２が着弾した軌跡に沿ってつながるので、パターンが連続する。液滴１２が乗った親和性領域１０では液滴が満ちた状態となっているので、この液滴が乾燥しても連結していた隣接する液滴と分離されることはない。

以上から判るように、点状パターンの場合、点状パターンの大きさは、一つの親和性領域１０では着弾した液滴の量を載せきれず周囲に漏れる程度であることが好ましい。点状パターンが液滴に比べて小さすぎると、個々の親和性領域の境界で発生する表面張力が弱すぎて液滴の広がりを阻止できず、通常の基板に吐出したときと変わらなくなっていまう。また、点状パターンが液滴に比べ小さすぎると、個々の親和性領域の境界まで液滴が達せず、その輪郭が歪んだり、パターンが分断されるおそれが生ずる。

したがって、点状パターンの大きさと液滴の量との関係は、流動体の接触角にもよるが、液滴が着弾して通常広がる面積よりも点状パターンの面積を若干小さめにしておくのが好ましい。

また、親和性領域の点状パターンの配置は、個々のパターンが互いに点接触する程度が好ましい。個々のパターンが接触し完全に繋がると、親和性領域境界における表面張力の阻止ができず、隣接する親和性領域に無制限に液滴が侵入するおそれがあるからである。逆に点状パターンが離れ過ぎると、液滴の連続性が阻害され、液滴パターンの分離を起こすからである。

一方、図８（ｂ）の線状パターンでは、液滴１２がラインＬ３に沿って着弾しており、隣接する液滴１２と連結されている。この線状パターンでは、液滴１２がラインＬ２からＬ４の間に着弾する限り、ラインＬ３を中心する液滴の繋がりに吸収され、ラインＬ２からＬ４の幅より液滴が広がらない。またラインＬ３は連続しているので、重なり合うように液滴１２が着弾する限り、液滴パターンが分断されることはない。

線状パターンでは、線状の親和性領域１０の幅が着弾する液滴１２の径より狭い方が好ましい。このような親和性領域１０の幅であれば、その境界において液滴の表面張力が働き、液滴パターンの輪郭も線状になるからである。

（パターン形成方法）
次に本実施形態の基板を使用してパターンを形成する方法を説明する。上記した基板によれば、液滴を塗布した場合にその液滴の付着場所を超えてパターンが広がったり乾燥時に収縮してパターンが分断されることがないので、任意の方法でパターンを描くことができる。しかし微細パターンを高速に任意の形状に描く場合には、インクジェット方式によって描くことが好ましい。以下インクジェット方式を適用して、本実施形態１の基板に対するパターン形成を説明する。

まずインクジェット式記録ヘッドの構造を説明する。図１９は、インクジェット式記録ヘッド２の分解斜視図である。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッド２は、ノズル２１１の設けられたノズルプレート２１、および振動板２３の設けられた圧力室基板２２を、筐体２５に嵌め込んで構成される。圧力室基板２２は、例えばシリコンをエッチングして形成され、キャビティ（圧力室）２２１、側壁２２２およびリザーバ２２３等が形成されている。

図２０に、ノズルプレート２１、圧力室基板２２および振動板２３を積層して構成されるインクジェット式記録ヘッド２の主要部構造の斜視図一部断面図を示す。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッド２の主要部は、圧力室基板２２をノズルプレート２１と振動板２３で挟み込んだ構造を備える。ノズルプレート２１は、圧力室基板２２と貼り合わせられたときにキャビティ２２１に対応する位置に配置されるように、ノズル穴２１１が形成されている。圧力室基板２２には、シリコン単結晶基板等をエッチングすることにより、各々が圧力室として機能可能にキャビティ２２１が複数設けられる。キャビティ２２１間は側壁２２２で分離されている。各キャビティ２２１は、供給口２２４を介して共通の流路であるリザーバ２２３に繋がっている。振動板２３は、例えば熱酸化膜等により構成される。振動板２３上のキャビティ２２１に相当する位置には、圧電体素子２４が形成されている。また、振動板２３にはインクタンク口２３１が設けられ、図示しないインクタンクから任意の流動体を供給可能に構成されている。圧電体素子２４は、例えばＰＺＴ素子等を上部電極および下部電極（図示せず）とで挟んだ構造を備える。

図２１を参照してインクジェット式記録ヘッド２の吐出原理を示す。同図は図２０のＡ−Ａの線における断面図である。流動体１２は、図示しないインクタンクから、振動板２３に設けられたインクタンク口２３１を介してリザーバ２２３内に供給される。流動体１２は、このリザーバ２２３から供給口２２４を通して、各キャビティ２２１に流入する。圧電体素子２４は、その上部電極と下部電極との間に電圧を加えると、その体積が変化する。この体積変化が振動板２３を変形させ、キャビティ２１の体積を変化させる。

電圧を加えない状態では振動板２３の変形がない。ところが、電圧を加えると、同図の破線で示す位置まで、振動板２３ｂや変形後２４ｂの圧電素子が変形する。キャビティ２１内の体積が変化すると、キャビティ２１に満たされた流動体１２の圧力が高まる。ノズル穴２１１には流動体１２が供給され、液滴１２が吐出される。

次に図１８を参照してパターン形成方法を示す。同図（ａ）に示すように、インクジェット式記録ヘッド２を、任意のパターンに沿って移動させながら、圧電体素子２４を連続的に駆動して、流動体１２の液滴を本発明の基板１に吐出する。基板１には、親和性領域１０が設けられているので、その境界に沿って液滴１２が乗る。液滴１２が親和性領域１０に沿って保持される作用は前記した通りである。総てのパターンについて液滴１２を吐出させると、同図（ｂ）に示すように、パターンに沿った領域の親和性領域１０には連続的に液滴１２が乗っている状態になる。間隙のある親和性領域１０’があると、その間隙を超えて液滴１２が繋がる。インクジェット式記録ヘッド２から吐出される液滴１２の量と移動速度を適当に制御すれば、パターンが切れることなく基板１上に形成される。パターン形成後には、熱処理等、流動体を定着させるための任意の工程を経て、パターン形成を完了させる。

上記したように、本実施形態１によれば、点状パターンまたは線状パターンに親和性領域を配置したので、基板に着弾した液滴が広がり過ぎず、かつ液滴の連続による液滴パターンが分断されることがない。したがってインクジェット方式等により任意のパターンを基板上に作成するためのユニバーサル基板として適する基板を提供することができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２は、上記実施形態１で説明した基板を製造するための方法に関する。特に本形態では硫黄化合物の自己集合化単分子膜を利用する。

（原理説明）
図１２に基づいて、硫黄化合物がチオール化合物である場合の自己集合化の原理を説明する。本実施形態では、基台に金属層を設けそれを硫黄化合物を含む溶解液に浸漬して自己集合化単分子膜を形成する。チオール化合物は、同図（ａ）に示すように、尾の部分がメルカプト基で構成される。これを、１〜１０ｍＭのエタノール溶液に溶解する。この溶液に、同図（ｂ）のように金の膜を浸漬し、室温で１時間程度放置すると、チオール化合物が金の表面に自発的に集合してくる（同図（ｃ））。そして、金の原子と硫黄原子とが共有結合的に結合し、金の表面に二次元的にチオール分子の単分子膜が形成される（同図（ｄ））。この膜の厚さは、硫黄化合物の分子量にもよるが、１０〜５０オングストローム程度である。硫黄化合物の組成を調整することにより、自己集合化単分子膜を流動体に対し親和性にしたり非親和性にしたり自由に設定できる。

硫黄化合物としてはチオール化合物が好ましい。ここで、チオール化合物とは、メルカプト基（−ＳＨ; mercapt group）を持つ有機化合物（Ｒ−ＳＨ；Ｒはアルキル基（alkyl group）等の炭化水素基）の総称をいう。

表２に、流動体が親水性である場合と親油性である場合に分けて、チオール化合物の代表的な組成を示す。ｎ、ｍは自然数とする。

表２から判るように、硫黄化合物単分子膜を親水性にしたり親油性にしたり組成を変えることで自由に設定できる。硫黄化合物を親水性にした場合には、基板を親油性にし、硫黄化合物を親油性にした場合には、基板を親水性に選ぶ。

（製造方法）
図１１に、本実施形態２における製造方法の製造工程断面図を示す。この図は、例えば前記図１（ｂ）または（ｃ）に対応する切断面から見た断面図である。

金属層形成工程（図１１（ａ））： 金属層形成工程では、基台１００上に金属層１０１を形成する。基台１００は、流動体に応じて流動体に対し親和性にするか非親和性にするかが選択される。基台１００上に金属層１０１を設ける。金属層としては、化学的・物理的な安定性から金（Ａｕ）が好ましい。その他、硫黄化合物を化学的に吸着する銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム−砒素（Ｇａ−Ａｓ）等の金属であってもよい。金属層の形成は、湿式メッキ、真空蒸着法、真空スパッタ法等の公知の技術が使用できる。金属の薄膜を一定の厚さで均一に形成できる成膜法であれば、その種類に特に限定されるものではない。金属層の役割は、硫黄化合物層を固定することであるため、金属層自体は極めて薄くてもよい。そのため、一般に５００〜２０００オングストローム程度の厚みでよい。

なお、基板１００によっては金属層１０１と基台１００との密着性が悪くなる。このようなときは金属層１０１と基台１００との密着性を向上させるために、基台と金属との間に中間層を形成する。中間層は、基台１００と金属層１０１との間の結合力を強める素材、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）ノズルれか、あるいはそれらの合金（Ｎｉ−Ｃｒ等）であることが好ましい。中間層を設ければ、基台１００と金属層１０１との結合力が増し、機械的な摩擦に対し、硫黄化合物層が剥離し難くなる。金属層１０１の下に中間層を形成する場合には、例えばＣｒを１００〜３００オングストロームの厚さで真空スパッタ法、またはイオンプレーティング法により形成する。

パターン形成工程（図１１（ｂ））： パターン形成工程では、基台１００上に形成した金属層１０１のうち親和性領域または非親和性領域のいずれかにエネルギーを与えて金属を蒸発させる。エネルギーとしては光が好ましく、特に短波長の高エネルギーを供給可能なレーザ光が好ましい。レーザ光を射出するピックアップ３０を、親和性領域または非親和性領域のパターンに合わせてレーザ光を射出させながら移動させる。レーザ光が照射された領域は、金属層１０１を形成する金属が蒸発するため、基台１００が露出する。なお、パターンは、実施形態１で示したように各種のパターンを適用することが可能である。

硫黄化合物浸漬工程（図１１（ｃ））： 硫黄化合物浸漬工程では、金属層のパターンが形成された基板を、硫黄化合物の溶解液に浸漬し、自己集合化単分子膜１０２を形成する。まず自己集合化単分子膜１０２に用いたい組成のチオール化合物をエタノールまたはイソプロピルアルコールのような有機溶剤に溶かした溶液を用意する。この膜を非親水性に組成したい場合にはアルキル基を有する硫黄化合物を用い、親水性にしたい場合にはＯＨ基またはＣＯ₂Ｈ基を有する硫黄化合物を用いる。その溶液中に金属層１０１を形成した基台１００を浸漬する。浸漬条件は、溶液の硫黄化合物濃度が０．０１ｍＭで、溶液温度が常温から５０℃程度、浸漬時間が５分から３０分程度とする。浸漬処理の間、硫黄化合物層の形成を均一に行うべく、溶液の撹拌あるいは循環を行う。

金属表面の清浄さえ保てれば、硫黄分子が自ら自己集合化し単分子膜を形成するため、厳格な条件管理が不要な工程である。浸漬が終了するころには、金の表面にだけ強固な付着性を有する硫黄分子の単分子膜が形成される。

最後に基台表面に付着した溶解液を洗浄して除去する。金層以外の部分に付着したチオール分子は共有結合をしていないので、エチルアルコールによるリンス等、簡単な洗浄により除去される。

以上の工程により、自己集合化単分子膜１０２が親水性または非親水性、基台１００の露出部分が非親水性または親水性である基板１が製造される。この基板に吐出する流動体が親水性である場合には、図１１（ｃ）に示すように自己集合化単分子膜１０２部分が親和性領域１０、基台１０２の露出部分が非親和性領域１１となる。

上記したように、本実施形態２によれば、硫黄化合物の自己集合化単分子膜を用いることにより、インクジェット方式の工業的応用に適した基板を製造できる。特に、硫黄化合物の自己集合化単分子膜は摩耗に強く、物理的、化学的耐性が高いので、工業用品である基板に適する。また硫黄化合物を選択すれば、基台の性質に応じて自由に自己集合化単分子膜を基板親水性にも非親水性にもできる。さらにレーザ光を用いれば、微細なパターンを形成できるので、流動体の液滴を表面張力で保持するために適するパターンを形成できる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３は、共重合化合物を用いて上記実施形態１で説明した基板を製造するための方法に関する。

（原理説明）
共重合（copolymer）化合物とは、二種またはそれ以上の単量体（モノマー）を用いて、それらを成分として含む重合体化合物をいう。本実施形態では少なくとも単量体の一方を流動体に対し親和性を示す材料に選択し、単量体の他方を流動体に対し非親和性を示す材料に選択する。この共重合化合物は、この複数の単量体が一又は二以上の分子のブロックを単位としたラメラ（lamella）構造を備える。ラメラ構造とは、板状のブロック単位が一定の規則にしたがって集合してとる構造である。ブロック単位を構成する分子が親和性であったり非親和性であったりするので、この共重合化合物を基台の一面に配置し固定すれば、基板は親和性領域と非親和性領域が微細に配置された本発明の基板構造をとることになる。

表３に、本実施形態で用いることのできる共重合化合物の組成例を示す。

（製造方法）
図１３を参照して本実施形態の製造方法を説明する。

共重合体化合物混合工程（図１３（ａ））： まず疎水性を示すモノマー（単量体）をイオン重合により重合させ、適当な分子量の疎水性高分子１０４を得る。そしてこの高分子１０４に親水性のモノマー１０３を入れて重合させ、親水性部分と疎水性部分よりなるブロック共重合体１０５を得る。触媒としてはブチルリチウム、ナフタリンナトリウムが用いられる。溶媒としてはＴＨＦを用いる。

塗布工程（図１３（ｂ））： 前記工程で得たブロック共重合体の溶液１０５（例えばトリクロロエチレン）を基台１００上にキャスティング法により注ぐ。次いでこれを静置することによって溶媒を除去し乾燥させる。

なお、本実施形態では基台１００が直接インクジェット方式によって吐出される流動体に触れることがないので、基台の組成が親和性であるか非親和性であるかを問わず、一定の機械的強度があれば任意の材料を適用可能である。

なお、高分子薄膜成長法、すなわちプラズマ重合法（plasma polymerization）を用いて共重合化合物層を形成してもよい。プラズマ重合法は、親和性を備える単量体ガスと非親和性を備える単量体ガスとの混合ガスを用いる。この混合ガスをグロー放電によって活性化し、その重合膜を基台１００上に生成させるおのである。共重合化合物層の生成にはプラズマ重合装置を用いる。プラズマ重合条件として、ガス流量、ガス圧力、放電周波数および放電電力を、この混合ガスに合わせて設定する。

上記実施形態３によれば、共重合化合物を用いたので、微細な分子レベルのラメラ構造により、本発明の基板を製造することができる。この基板は共重合化合物の生成と塗布のみで親和性領域と非親和性領域とをランダムに配置することができるので、製造工程が簡略化され、コストを下げることができる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４は、パラフィン等の有機物質を用いて上記実施形態１で説明した基板を製造するための方法に関する。
（製造方法）
図１４を参照して本実施形態の製造方法を説明する。

パラフィン層形成工程（図１４（ａ））： パラフィン層形成工程では、基台１００にパラフィンを塗布しパラフィン層１０６を形成する工程である。パラフィンが非親水性であるため、基台１００の組成は親水性のものを使用する。例えば、４−ビニルピロリドン、エチレンオキシド、ビニルアルコール、セルロース、酢酸ビニル等を使用する。パラフィンの塗布は、ロールコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、バーコート法等の塗布法、各種印刷法、転写法等の方法を適用可能である。

マスク形成工程（図１４（ｂ））： マスク形成工程は、パラフィン層１０６上にマスク１０７を形成する工程である。マスク１０７は非親水性領域がマスクで覆われるようなパターンで形成する。マスク材料としては、露光マスク、エマルションマスク、ハードマスク等種々のマスクが形成できる。露光マスクを使用する場合には、クロム、酸化クロム、シリコン、酸化シリコン、酸化膜などを、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法等で形成する。なお、マスクパターンは、実施形態１で示したように各種のパターンを適用することが可能である。

エネルギー付与工程（図１４（ｃ））： エネルギー付与工程は、マスク１０７を形成したパラフィン層１０６にエネルギーを与え、マスクで覆われていない領域のパラフィンを除去する工程である。エネルギーとしては光、熱、光及び熱の三者が考えられるが、特定の微細領域のパラフィンを除去するために光を用いるのが好ましい。例えば、短波長のレーザ光をマスク１０７上から照射し、露出しているパラフィンを蒸発させる。

マスク除去工程（図１４（ｄ））： マスク除去工程は、マスク１０７を除去する工程である。マスク１０７の除去は公知の有機溶剤を用いる。

以上の製造工程により、パラフィン層１０６が非親水性（非親和性）領域１０となり、基台１００の露出領域が親水性（親和性）領域１１となる。なお、インクジェット式記録ヘッドより吐出する流動体が親油性である場合には、パラフィン層１０６が親和性領域となり、基台１００が非親和性領域となる。

上記したように実施形態４によれば、パラフィンを用いて本発明の基板を製造することができる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５は、プラズマ処理により実施形態１の基板を製造するものである。

（原理説明）
プラズマ処理は所定の気圧下で高電圧のグロー放電を行って基板の表面改質を行う方法である。ガラスやプラスチックのような絶縁性基板にプラズマ処理を行うと、基板表面に多量の未反応基と架橋層が存在して、待機または酸素雰囲気にさらすと未反応基が酸化され、カルボニル基、水酸基を形成する。これらの基は極性を備えているため親水性がある。一方ガラスやプラスチックの多くは非親水性を備える。したがって部分的なプラズマ処理によって親水性の領域および非親水性の領域を生成可能である。

（製造方法）
図１５を参照して本実施形態の製造方法を説明する。

マスク形成工程（図１５（ａ））： マスク形成工程は基台１００の上にマスク１０９を施す工程である。基台１００としてはプラズマ照射によって未反応基が出現しうる素材、所定のプラスチック、表面をテフロン（登録商標）加工されたガラス基板等を用いる。マスク１０９は、基台１００上で非親水性にしたい領域のみマスクがかかるようにパターン形成される。マスク材料としては、露光マスク、エマルションマスク、ハードマスク等種々のマスクが形成できる。露光マスクを使用する場合には、クロム、酸化クロム、シリコン、酸化シリコン、酸化膜などを、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法等で形成する。なお、マスクパターンは、実施形態１で示したように各種のパターンを適用することが可能である。

プラズマ照射工程（図１５（ｂ））： プラズマ照射工程はマスク１０９を施した基台１００上にプラズマ照射３３する工程である。例えば１０^-1〜１００Ｐａのアルゴンガス中でネオントランスを用いて、数百ボルトから数千ボルトの電圧を印加しグロー放電させる。この他、ラジオ周波数帯の放電電源を用いて容量結合または誘電結合により放電プラズマを形成する方法、マイクロ波電力を導波管によって放電容器に供給して放電プラズマを形成させる方法等を適用する。

この処理により、プラズマ中に活性粒子としてイオン、電子、励起原子または分子およびラジカル等が発生し、基台１００表面の高分子の分子構造が変化する。つまりプラズマ３３が照射された部分に多量の未反応基や架橋層が出現する。

表面改質工程（図１５（ｃ））： 表面改質工程は、プラズマ処理された基台１００表面を酸化し表面を改質する工程である。上記プラズマ処理によって未反応基や架橋層が出現した基台１００を、大気または酸素雰囲気下にさらす。基台１００表面の未反応基は酸化されて、水酸基やカルボニル基を生ずる。これら極性基は水に対して濡れやすい親水性を示す。一方マスクされプラズマ処理されなかった領域はプラスチックのままであり非親水性を示す。

したがってプラズマ処理された領域が親和性領域１０となり、プラズマ処理されなかった領域が非親和性領域１１となる。

上記のように本実施形態５によれば、プラズマ処理により基台を構成する一部領域の分子構造を変更することで、非親水性の膜を親水性の膜に変更できるので、新たな層を形成することなく実施形態１の基板を提供することができる。分子レベルの組成が変更されるのでこの基板は安定である。

なおプラズマ照射の代わりに紫外線を照射することによっても非親水性の膜を親水性の膜に変更することができる。

（実施形態６）
本発明の実施形態６は、基板を電荷を与えることで実施形態１の基板を製造するものである。

（製造方法）
図１６を参照して本実施形態の製造方法を説明する。

電荷印加工程（図１６（ａ））：電荷印加工程は、基台１００を表面改質して電荷を生じさせるものである。基台１００としてはポリエチレンテレフタレートを用いる。基台１００表面に電荷１１２を印加するためにはコロナ放電を用いる。

脱チャージ工程（図１６（ｂ））： 脱チャージ工程は、基台１００に印加された電荷を除去する工程である。脱チャージを行うためには、基台１００の表面にエネルギーを供給して行う。例えば、レーザ光３４を実施形態１に示したような親和性領域あるいは非親和性領域のパターンに合わせて照射する。照射された基台１００上の領域からは電荷が除去される。

膜形成工程（図１６（ｃ））： 膜形成工程は、基台１００表面に膜１１４を形成する工程である。基台１００表面に微粒子を含有する樹脂粉末等を帯電させた後、基台１００の表面にばらまき、膜を形成する。基台１００を流動媒体に対し親和性にし膜１１３を非親和性にするか、基台１００を非親和性にし膜１１３を親和性にするかは任意である。

なお、ペットフィルムにコロナ放電を適用することでも親和性パターンと非親和性パターンが混在した基板を製造することができる。まずコロナ放電を起こさせる一方の電極として櫛歯状の電極を用い他方の電極として平坦な電極を用いる。この両電極間にペットフィルムを通過させると、このペットフィルムがストライプ状または点状に帯電する。このペットフィルム上に帯電したインクを着弾させるとパターンが形成される。インクを親水性にしておけばペットフィルムが撥水性を示すので、インク着弾後のペットフィルムを本発明の基板として使用することが可能である。

上記したように本実施形態６では、基板を脱チャージすることにより親和性領域および非親和性領域を備えて実施形態１の基板を製造できる。

（実施形態７）
本発明の実施形態７は基台に直接膜を形成していく方法である。

（製造方法）
図１７を参照して本実施形態の製造方法を説明する。

印刷工程（図１７（ａ））： 印刷工程は、所定の印刷方法により流動体に対し親和性を有する膜あるいは親和性のない膜を形成する工程である。基台１００に塗布する膜材料１１４ｂとして、インクジェット式記録ヘッドから吐出される流動体に対し非親和性の材料を用いた場合には、基台１００の材料を親和性の材料で構成する。膜材料１１４ｂとして、流動体に親和性の材料を用いた場合には、基台１００の材料を非親和性の材料で工程する。印刷方法としては、親和性領域または非親和性領域に対応するパターンを設けた版１１５を用いて、これにローラ３５等を用いて膜材料１１４ｂを塗布し、圧力を加えて版１１５上の膜材料を基台１００上に映す方法をいう。版１１５は、その形状により凸版、平板、凹版、孔版、静電気や磁気を用いる方法等を適用することが可能である。すなわち、公知の印刷方法であって膜材料をインクの代わりに適用可能な印刷方法を適宜
適用できる。

また、刷毛のようなもので基板１００の上を擦って膜材料を不均一に付着させるラビング法を用いてもよい。ラビング法によれば版１１５を必要としない。

定着方法（図１７（ｂ））： 膜材料１１４ｂが基台１００に転写されたら、熱処理等公知の技術を適用して膜材料１１４を安定化させ、膜１１４を形成する。

上記したように本実施形態７によれば、直接基台に材料を付着させる方法によっても実施形態１に示すような基板を製造することができる。

（その他の変形例）
本発明は上記実施形態によらず種々に変形して適用することが可能である。

基板に設けるパターンは、実施形態１で示したものは単なる例示であり、これに拘らず種々に変更が可能である。点状パターン、線状パターンともその大きさ、形状および配置を種々に変更可能である。これらの要素は、流動体の性質に対応して定まるものだからである。

また、基板を製造する方法は、上記実施形態２から実施形態７のものに限定されず、最終的に親和性領域と非親和性領域とに分かれるものであれば、種々に変形することが可能である。

なお、非親水性の基板を一部親水性にする表面処理として、シランカップリング剤を用いる方法、酸化アルミニウムやシリカ等の多孔質膜を形成する方法、ＰＶＡ等の吸水性有機膜を係止枝する方法、アルゴン等で逆スパッタをかける方法、コロナ放電、紫外線の照射、オゾン処理、脱脂処理等、公知の種々の方法を適用することができる。

実施形態１の基板（点状の円形パターン）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその変形例である。 実施形態１の基板の変形例である。 実施形態１の基板の変形例（方形パターン疎）における平面図である。 実施形態１の基板の変形例（方形パターン密）における平面図である。 実施形態１の基板の変形例（三角パターン疎）における平面図である。 実施形態１の基板の変形例（三角パターン密）における平面図である。 実施形態１の基板の変形例（線状パターン）における平面図である。 実施形態１における基板の作用を説明する図である。（ａ）は点状パターンの場合、（ｂ）は線状パターンの場合である。 通常の基板に液滴を吐出した場合の断面図であり、（ａ）は吐出直後、（ｂ）は乾燥後である。 通常の基板に液滴を吐出した場合の平面図であり、（ａ）は吐出直後、（ｂ）は乾燥後である。 実施形態２の基板の製造方法である。 硫黄化合物の自己集合化の説明図である。 実施形態３の基板の製造方法である。 実施形態４の基板の製造方法である。 実施形態５の基板の製造方法である。 実施形態６の基板の製造方法である。 実施形態７の基板の製造方法である。 本発明のパターン形成方法の工程図である。 インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの主要部の斜視図一部断面図である。 インクジェット式記録ヘッドのインク吐出原理説明図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ、１ｆ、１ｇ…基板、
１０…親和性領域、
１１…非親和性領域、
１００…基台

Claims (5)

1. 疎水性を有する基台と、
   前記基台上に形成され、シランカップリング剤を含む複数の親和性膜と、を備え、
   前記複数の親和性膜の各々は、OH基又はCOOH基を含み、
   親水性を有する流動体に対する前記複数の親和性膜の親和性は、前記流動体に対する前
   記基台の親和性に比べて大であり、
   前記流動体は、前記複数の親和性膜にまたがって連続して付着可能であり、
   前記流動体により、前記複数の親和性膜にまたがって連続したパターンが形成されるこ
   と、
   を特徴とする基板。
2. 請求項１に記載の基板において、
   前記基台は、ベークライト、ポリエステル、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、Ｐ
   ＭＭＡ、ポリプロピレンおよび塩化ビニルのうち、１つからなること、
   を特徴とする基板。
3. 疎水性を有する基台と、
   前記基台上に形成され、シランカップリング剤を含む複数の親和性膜と、を備え、
   前記複数の親和性膜の各々は、NH₂基を含み、
   親水性を有する流動体に対する前記複数の親和性膜の親和性は、前記流動体に対する前
   記基台の親和性に比べて大であり、
   前記流動体は、前記複数の親和性膜にまたがって連続して付着可能であり、
   前記流動体により、前記複数の親和性膜にまたがって連続したパターンが形成されるこ
   と、
   を特徴とする基板。
4. 請求項３に記載の基板において、
   前記基台は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸及びナイロンのうち１つからなる
   こと、
   を特徴とする基板。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の基板において、
   前記複数の親和性膜にまたがって、導電性を有するパターンが形成されていること、
   を特徴とする基板。

Images