JP4407161B2 - パターン形成装置及び方法 - Google Patents
パターン形成装置及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4407161B2 JP4407161B2 JP2003146307A JP2003146307A JP4407161B2 JP 4407161 B2 JP4407161 B2 JP 4407161B2 JP 2003146307 A JP2003146307 A JP 2003146307A JP 2003146307 A JP2003146307 A JP 2003146307A JP 4407161 B2 JP4407161 B2 JP 4407161B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pattern forming
- space
- stamp
- forming material
- ink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷インキ等のパターン形成材料により微細パターンを形成する場合に用いて好適なインキパッド及びこのインキパッドを用いたパターン形成装置、方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流動体によるパターン形成はいわゆる印刷法として、凸版、凹版、平版等の方法が知られている。例えば新聞や雑誌などの印刷物は情報伝達のために、紙等の基材上に流動体である印刷インキをパターニングしている。また、電子部品においては、導体、抵抗体、コンデンサなどいわゆる厚膜部品製造のために機能材料をペースト状、すなわち流動体としたものをスクリーン印刷等の手法でパターン形成して製造しているのは周知の通りである。さらに、最近ではミクロンオーダ、ナノオーダの微細加工の分野においても印刷的手法がソフトリソグラフィと呼ばれ注目されている(非特許文献１）。
【０００３】
ソフトリソグラフィと呼ばれているものにはいくつかの手法があるが、その一つであるマイクロコンタクトプリンティングは、原理そのものはいわゆるゴムスタンプを用いた凸版印刷あるいはフレキソ印刷と呼ばれる方法である。
しかし、パターン形成材料として用いられているのは、アルカンチオールのような化合物そのものやＤＮＡといった、従来のインキとは化学的、物理的に性質の全く異なる材料である。また、有機トランジスタのように複数の機能性有機材料を高精度で積層する、あるいはＤＮＡチップのように数百から数十万種類の異なるＤＮＡをパターン上に高精度で配列することが求められている。
【０００４】
次に、マイクロコンタクトプリンティングについて図１１を用いて説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、スタンプ４０をインキパッド３０上のパターン形成材料９０上に押し付ける。このスタンプ４０は、形成したいパターン形状の凸部４０aを有しており、通常はこの凸部４０aが複数配列されている。尚、形成するパターンによっては各凸部の形状が異なっていても良い。
【０００５】
次に、スタンプ４０をインキパッド３０から剥離して、図１１（ｂ）のように、スタンプ４０の凸部４０aにパターン形成材料９０を付着させる。続いて図１１（ｃ）のように、これを所定の基材２０に押し付けて、パターン形成材料９０を基材２０に付着させた後、図１１（ｄ）のようにスタンプ４０を剥離してパターン形成材料９０を基材２０に転写する。
【０００６】
【非特許文献１】
ホワイトサイズ他、日経サイエンス 2001年12月号 30〜41ページ
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなマイクロコンタクトプリンティングにおいては、パターンのピッチが狭くなることから、スタンプ４０の必要な部分以外、即ち、凸部４０aと凸部４０aの間にパターン形成材料９０が付着しやすくなるという第１の問題があった。
【０００８】
この問題について図１２を参照して説明する。
図１２（a）のように、インキとしてのパターン形成材料９０を載せたインキパッド３０の上からスタンプ４０を下降させ、図１２（b）のように各凸部４０aをパターン形成材料９０に接触させた後、スタンプ４０を引き上げると、図１２（ｃ）のように各凸部４０aの先端部にパターン形成材料９０が付着すると共に、表面張力により各凸部４０aの間にもパターン形成材料が入り込んでしまうことがある。このままスタンプ４０を基材２０に押し付けると、凸部４０a間のパターン形成材料９０が印刷されてしまう場合がある。
【０００９】
このような現象は、インキが低粘度になるほど生じやすくなり、用いるインキの性状によっては対策が必要となっていた。また、パターンの幅やピッチが小さくなると、スタンプの凸部の高さを低くせざるを得ないので、凸部間にパターン形成材料が入りやすくなり、このため微細なパターンの形成を困難にしていた。
【００１０】
従来よりマイクロコンタクトプリンテイングについての研究例が数多く発表されているが、その発表された結果は顕微鏡で観察される程度の狭い視野内のものであり、上記の問題についてはほとんど言及されていないのが現状である。
【００１１】
また、従来はスタンプによる1回のパターン形成では、１種類のパターンを１色でしか形成することができず、複数種類のパターンをそれぞれ異なる色や種類のパターン形成材料で同時に形成することができないという第２の問題があった。
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためのもので、スタンプの必要な部分以外、すなわちスタンプの凸部と凸部の間に材料が付着するのを抑制して、再現性良く、確実にパターン形成できるようにすることを第１の目的とする。
また、１回のパターン形成で、複数種類のパターンをそれぞれ異なる色や種類のパターン形成材料で同時に形成できるようにすることを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明によるインキパッドは、隔壁で仕切られた複数の空間（パターン形成材料を蓄える溝）が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられることを特徴とするものである。
本発明によるインキパッドは、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるインキパッドは、前記隔壁の少なくとも一部が、撥インキ性を有する材料が混入されて形成されていることを特徴とする。
本発明によるインキパッドは、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ処理されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によるパターン形成装置は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、
前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される複数の凸部が設けられたスタンプとを備えたことを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成装置は、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成装置は、前記空間内には前記パターン形成材料が滴下されるようになされ、前記凸部の幅が前記滴下される液滴の径より小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明によるパターン形成装置は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、
前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される複数のパターンが形成されたスタンプとを備えたことを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成装置は、前記壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成装置は、前記複数の空間に入れられる少なくとも一つのパターン形成材料の色及び/又は種類が異なることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明によるパターン形成方法は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される凸部を有するスタンプとを用い、前記凸部に付着されたパターン形成材料を基材に転写することを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成方法は、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成方法は、前記パターン形成材料を前記空間内に滴下し、その際、滴下される液滴の径を前記凸部の幅より大きくすることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明によるパターン形成方法は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される複数のパターンが形成されたスタンプとを用い、前記パターンに付着されたパターン形成材料を基材に転写することを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成方法は、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成方法は、前記複数の空間に入れられる少なくとも一つのパターン形成材料の色及び/又は種類を異ならせることを特徴とする。
【００１８】
従って、本発明によれば、インキパッドに隔壁で仕切られた複数の空間を設けたことにより、スタンプの凸部と凸部の間へのパターン形成材料の付着を抑制することができ、前述した第１の問題を解決し、第１の目的を達成することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、隔壁で仕切られた複数の空間を有するインキパッドと、各空間に対応する位置にそれぞれパターンが形成されたスタンプとを用いることにより、複数のパターンを複数の色や種類のパターン形成材料を用いて同時に形成することができ、前述した第２の問題を解決し、第２の目的を達成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるパターン形成装置に用いられるインキパッド３０を示す側面図である。
図１において、インキパッド３０の上面には、複数の隔壁１００が設けられ、この隔壁１００で仕切られた複数の空間１００aが形成されている。
【００２１】
このインキバッド３０は、例えばガラス板等の表面にパターン形成材料を塗布したもの、あるいはスポンジ状の媒体にパターン形成材料を吸収させたものなどを用いれば良い。また、隔壁１００は、ガラス板に樹脂やガラス、あるいはガラス板等の表面を部分的に削って形成して良い。
【００２２】
また、本実施の形態で用いられるスタンプ４０は、ソフトリソグラフィーの分野で良く知られているポリジメチルシロキサンを主体とするエラストマをはじめ、ウレタンゴム、ブチルゴム、あるいはポリアクリルアミドを主体とするハイドロゲル等、種々の弾性体を使用できる。これらは用いるパターン形成材料により適宜選択される。また、用途によっては樹脂、金属等の硬質の材料もスタンプとして使用可能である。
【００２３】
次に、このようなインキパッド３０とスタンプ４０を用いてパターン形成を行う手順を図２を参照して説明する。
まず、図２（ａ）のようにインキパッド３０の隔壁１００で仕切られた空間１００a内に、ディスペンサ、インクジェット等によりパターン形成材料（インキ）の液滴９０aを滴下する。この液滴９０aの径をdとする。これにより図２（b）のように各空間１００a内にパターン形成材料９０が溜まって、それぞれメニスカス(パターン形成材料の液面)９０bが形成される。
ここで、インキパッド３０における隔壁で形成された空間（溝）１００a内にパターン形成材料９０を供給する場合、空間１００aのメニスカス９０bの表面積（または、空間１００aの表面積）により、上記液滴９０aの数を調整して、各空間１００aにおけるメニスカス９０ｂの高さが、各空間１００ａ全てにおいて同様となるように、各空間１００aに供給するパターン形成材料９０の量の調整を、予め記憶部に記憶されている各空間１００aの表面積とメニスカス９０ｂの高さ（深さ）との乗算結果の体積値に基づき、制御装置がインクジェットから放出する液滴の数を制御することにより行う。
ここで、各空間１００ａのメニスカス９０ｂの高さがばらつくと、パターンを形成する各凸部４０ａの頭頂部に付着するパターン形成材料９０の量が不均一となり、基材２０表面に凸部４０ａを圧着することにより転写することで形成されるパターンの幅や厚さの精度の制御が困難となる。
【００２４】
次に、図２（ｃ）のようにスタンプ４０を各凸部４０aが各空間１００aと、凹凸部の形状が対応する、すなわち各凸部４０aが各空間１００aと対向するようにして、上記制御部が位置合わせ機構を制御し、スタンプとスタンプバッド３０との位置合わせを行いつつ、スタンプ移動機構により、スタンプを移動させて配置する。このスタンプ４０の凸部４０aの幅（パターン幅）をDとする。次に、スタンプ４０をスタンプ移動機構が下降させて、図２（d）のように凸部４０aの先端部を空間１００a内のパターン形成材料９０に所定の深さで浸けた後、スタンプ４０を引き上げると、図２（e）のように凸部４０aの先端部にパターン形成材料９０を付着させる。その後、スタンプ移動機構が、制御部の制御により、スタンプ４０及び基材２０双方の位置合わせマーク等による位置合わせを行い、基材２０の印刷位置にスタンプ４０を移動させ、前述した図１１（ｃ）及び（ｄ）のように、基材２０に対してスタンプ４０を圧着させて、基材２０にパターン形成材料９０を転写させて、基材２０表面に所定のパターンを形成する。
【００２５】
上記図２（d）において、隣り合う凸部４０aを各空間１００a内のインキに浸けると、メニスカス９０bが凸部４０aの側面と隔壁１００との間に形成される。このとき、隔壁の頂部とスタンプ凹部（凸部４０と凸部４０aの間）が離れていれば、隔壁の頂部とスタンプ凹部間にパターン形成材料９０が濡れ広がることができない。このため、この状態から図２（e）のようにスタンプ４０を引き上げても、結果としてスタンプ凹部へのインキの移動、即ち、凸部４０aと凸部４０aの間にパターン形成材料９０が付着するのを抑制することができる。
【００２６】
また、液滴９０aの径dと凸部４０aの幅（パターン幅）Dの関係がd＞Dとなるようにスタンプ４０を作成することができる。dはインキの供給に用いたディスペンサやインクジェットの射出口の径により決まる。例えば、液滴９０aの体積が２pLである場合、d≒１５μm程度になる。この液滴９０aをそのまま基材２０上に付着させると、液滴９０aはその径が３０μm程度に広がってしまい、それより細かいパターンは形成することはできない。
【００２７】
しかし、本実施の形態によれば、凸部４０aの幅Dを液滴９０aの径dより小さくできるので、インキの供給に用いたディスペンサやインクジェットの射出口の径よりも微細なパターンを形成することができる。
【００２８】
図３は本発明の第２の実施の形態によるパターン形成装置に用いられるインキパッド５０を示す斜視図である。
図３において、本実施の形態によるインキバッド５０は、図示のように格子状の隔壁１１０を設けて、複数の空間１１０aを形成したものである。尚、隔壁１１０には樹脂、ガラス等を用いて良い。
【００２９】
図４は本実施の形態によるスタンプ６０を示すと共に、スタンプ６０のパターン７０と上記インキバッド５０の格子状の隔壁１１０及び空間１１０aとの関係を示すものである。
図４において、スタンプ６０には複数種類の異なるパターン７０が形成されている。これらのパターン７０は、図示のように空間１１０aと対応する位置に設けられている。
【００３０】
上記構成によれば、各空間１１０a内に異なる色や種類のパターン形成材料をインキジェット方式等により入れておき、この状態でスタンプ６０の各パターン７０を各空間１１０aのパターン形成材料に浸けた後、スタンプ６０を引き上げ、このスタンプ６０を基材２０上に押し付けることにより、１回の作業で複数のパターンを異なる色や種類のインキ（パターン形成材料）で形成することができる。
【００３１】
尚、隔壁１１０で仕切られた空間１１０aの大きさはすべて同じである必要はなく、スタンプの印刷面の大きさに対応した大きさであればよい。また、図４で示される各パターン７０は複数の斜線からなるものが多いが、インキバッド５０の空間１１０a内の各斜線の間に対応する位置に、第１の実施の形態における隔壁１００で仕切られた空間１００aをさらに設けてもよい。これによって、より微細なパターン７０を形成することができる。尚、図４は本実施の形態をバイオチップに応用した場合を示すが、この他に本実施の形態歯、導電パターン等に応用することができる。
【００３２】
また、スタンプ６０とインキバッド５０の対応する位置にそれぞれ位置合わせマークを設け、パターン形成作業中にこのマークを光学顕微鏡等の位置合わせマーク観察装置を用いて観察しながら、スタンプ６０とインキバッド５０を精度良く位置合わせすることにより、基材の所定の位置にパターンを形成することができる。
【００３３】
次に、第３の実施の形態として、第１及び第２の実施形態の隔壁１００の表面に撥インキ性（インキを弾く性質）を持たせたインキパッドの説明を行う。ここで、インキの材料には各種あり、使用するインキの材料により、このインキを弾くため、各インキに対応した撥インキ性材料を選択することとなる。このインキパッドにおいて、隔壁１００の深さ及びメニスカス９０ｂ（パターン形成材料９０、すなわちインキの表面張力による）の関係により、隣接する空間１００aにおいて、図５（ａ）に示すように、いずれかまたは双方のパターン形成材料９０が隔壁１００を越える可能性がある。このため、第３の実施形態は、パターン形成材料９０の混入を防止、また、隔壁１００上部にパターン形成材料９０が乗り上げて、スタンプ４０の凸部４０a間にパターン形成材料９０が付着することを防止するため、第１の実施形態及び第２の実施形態における隔壁において、この隔壁表面における一部の領域または表面全体に、撥インキ性を持たせる構成となっている。
【００３４】
例えば、図６（ａ）は撥インキ性材料または撥インキ性材料が混入されて形成された隔壁１００の構成を示し、図６（ｂ）は上部部分（隔壁１００の上部における所定の一部分）が撥インキ性材料または撥インキ性材料の混入された材料で形成された隔壁１００の構成を示し、図６（ｃ）は隔壁１００を形成した後に表面処理により、撥インキ性材料または撥インキ性材料の混入された材料を用いて、隔壁１００の表面をコーティングした構成を示している（図に示すように全面でなく、図６（ｂ）のように、隔壁１００の上部における所定の一部分のみを、コーティングしてもよい）。
ここで、図６（ａ）〜（ｃ）の構成においては、インキパッド３０の上面には、複数の隔壁１００が設けられ、この隔壁１００で仕切られた複数の空間１００ａが形成されている。
【００３５】
隔壁１００で仕切られた複数の空間１００ａが設けられたインキパッド３０においては、スタンプ４０の凸部４０ａの先端部（上部面のみ）に、パターン形成材料９０をつけるために、スタンプ４０の凸部４０ａに対応して、インキパッド３０の空間１００ａに、パターン形成材料９０のメニスカス９０ｂを形成することになる。
このとき、スタンプ４０の凹部へのパターン形成材料の付着を抑制するためには、最低２つの隔壁１００で構成される空間１００ａのみに、スタンプ４０の凸部４０ａに対応する、パターン形成材料９０のメニスカス９０が形成されればよく、インキパッドの形態として図７（ａ）のような格子状の空間１００ａでも良く、図７（ｂ）のような溝状（長尺状の溝）の空間１００ａでも良い。
【００３６】
次に、図８により、第３の実施の形態の、隔壁１００の表面が撥インキ性を有するインキパッドを用いたパターン形成装置の動作に付いて説明する。
上記パターン形成装置の構成は、第１の実施の形態と同様であり、各空間１００ａにおいて、メニスカス９０ｂが所定の高さとなるように、液滴９０ａにより、空間１００ａにパターン形成材料９０を貯める過程は同様なので省略する。
メニスカス９０ｂが所定の高さに蓄積された後、図８（ａ）に示すように、スタンプ４０を、各凸部４０ａが各空間１００ａと対向するようにして、制御部が位置合わせを行いつつ、スタンプ移動機構により、位置合わせ機構の位置合わせに基づき、所定の位置にスタンプを移動させて配置する。
【００３７】
次に、図８（ｂ）に示すように、スタンプ移動機構が制御部の制御により、スタンプ４０を降下させ、凸部４０ａの先端部を、空間１００ａ内のパターン形成材料９０に接触させる（浸す）と、メニスカス９０ｂが凸部４０ａの側面と、隔壁１００との間に形成され、凸部４０ａの浸された体積に対応して、メニスカス９０ｂの高さが増加する。
このとき、隔壁１００の表面が撥インキ性を有しているため、隔壁１００の表面においてパターン形成材料９０が図に示すようにはじかれるため、隔壁１００の頂部と、スタンプ４０における凸部４０ａ間の凹部とが離れて、所定の距離を有することとなり、隔壁１００の頂部とスタンプ４０の凹部との間に、パターン形成材料９０が濡れ広がることを抑制することができる。
そして、図８（ｃ）に示すように、スタンプ移動機構が制御部の制御により、スタンプ４０を引き上げると、凸部４０の頂部にパターン形成材料９０が付着し、このスタンプ４０を適当な基材２０に所定の圧力において圧着することにより、基材２０にパターン形成材料９０が転写され、基材２０表面に所定のパターンを形成することができる。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施の形態におけるインキパッド３０の隔壁１００の作成方法について説明する。
この隔壁１００は、例えば、スクリーン印刷による樹脂の積層や、サンドブラストによる隔壁材料の切削、感光ペーストを用いた方法等、公知の加工法により形成することができる。
ここで、隔壁１００の材料は、ガラスやシリコンウエハー，金属などの無機材料や，樹脂を用いる。
【００３９】
隔壁１００形成に用いる樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ビニル樹脂、インデン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ケイ素樹脂等を用いることができる。
また、撥インキ性を有する材料としては、シリコーン樹脂、シリコーンアクリル樹脂、シリコーンエポキシ樹脂、シリコーンアルキド樹脂、シリコーンウレタン樹脂、変性シリコーン樹脂、シリコーングラフト樹脂等のシリコーン含有ポリマーや四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フッ素を含有するアクリル酸エステル誘導体もしくはメタクリル酸エステル誘導体の重合体もしくは共重合体等のフッ素含有ポリマー等を用いることができる。
【００４０】
図６に示す各隔壁１００を形成する場合、上記撥インキ性の材料を用いるか、または撥インキ性の材料を、上記隔壁１００の形成に用いる樹脂に練りこませた（混入させた）複合材料を用いる。ここで、上記樹脂に撥インキ性材料を練り込む（混入させる）方法は、樹脂モノマー中に、上記いずれか一つまたは複数の撥インキ剤を分散させた後、樹脂による隔壁１００を形成するか、樹脂１００が可溶な溶媒中で撥インキ剤を撹拌するなどの方法がある。
インキパッドの隔壁１００を形成した後に、この隔壁１００表面に撥インキ性を与える方法として、上面処理を用いて隔壁１００表面に対して、撥インキ性材料による表面処理を行う方法もある。
表面処理の方法は、フッ素化剤を用いた気相または液相中による化学処理や、撥インキ剤溶液やペーストの隔壁１００への塗布、または撥インキ性材料のインキパッドの隔壁１００への蒸着等によるコーティングがある。
【００４１】
隔壁１００の表面における撥インキ性の形態は、図６（ａ）のように、隔壁１００の全部分が撥インキ性を有していても良く、図６（ｂ）のように隔壁１００の上部等、隔壁の一部のみ撥インキ性を有してもよく、図６（ｃ）のように、隔壁１００の表面（表面全体または上部表面）のみに撥インキ性を有した材料をコーティングしたものでも良い。
【００４２】
上述した第３の実施形態によれば、パターン形成材料９０が蓄積される空間１００aを、複数により仕切って形成する隔壁１００の表面の一部または全体に撥インキ性を持たせたため、図５（ｂ）に示すように、隔壁１００表面の撥インキ性によりパターン形成材料９０が図に示す形状のメニスカス９０ｂを有し、隔壁１００の上部に達することがなく、隔壁１００の上部にパターン形成材料９０が乗り上げることがなくなるため、スタンプ４０の凸部４０a間の凹部にパターン形成材料４０が付着することなく、基材２０の不必要な部分にパターン形成材料９０が付着せず、基材２０に対してスタンプ４０を圧着した場合、基材２０に余分なパターン形成材料９０が付着することなく、高い精度でパターン形成の印刷処理を行うことが可能である。
【００４３】
また、第３の実施の形態によれば、パターン形成材料９０が入れられる、隔壁１００で仕切られた複数の空間１００aにおいて、この隔壁１００の表面の一部または全体に撥インキ性を持たせたため、パターン形成材料９０が表面張力により隔壁１００の上部に達することがなく、一つのスタンプ４０による複数種類のパターン形成に対して、隔空間１００aにそれぞれ異なるパターン形成材料９０が隣接する空間１００a間において互いに混入することを防止することが可能である。
【００４４】
次に、図９を用いて、本発明による第４の実施の形態のインキパッド３０について説明する。この図９は本発明の第４の実施の形態によるパターン形成装置に用いられるインキパッドを示す上面図である。
図９の長尺状の空間１００ａ（隔壁１００の間の空間）と、インキタンク部１００ｂとは連続的につながっている空間（溝）として形成されている。
そして、インキタンク部１００ｂには、パターン形成材料９０が一定量蓄えられている。
【００４５】
空間１００ａの端部に、上記インキタンク部１００ｂを設けることにより、パターン形成材料９０が毛細管力により、自然にインキタンク部１００ｂから空間１００ａの溝へ供給されることになる。
ここで、空間１００ａの溝の形状は、毛細管力が働く範囲の幅及び深さで形成される必要があり、特に望ましくは幅１０〜３００μｍ、深さは１０〜４００μｍの範囲である。
そして、上記パターン形成装置の構成は、第１及び第３の実施の形態と同様であり、第４の実施の形態のインキパッドを用いたパターン形成装置の動作の違いは、以下に説明するように、パターン形成材料９０を空間１００へ供給する方法に付いてのみ異なる。
【００４６】
また、第４の実施形態によれば、隔壁１００により仕切られた（分離された）溝状の空間１００aにおいて、この空間１００aの長さ方向いずれかの端部、または双方の端部にインキタンクを設けることにより、インクジェットにより、液滴の数を計数し、またはディスペンサなどにより、メニスカス９０ｂの高さを調整するのではなく、毛細管現象を利用して、パターン形成材料９０がインキタンクから空間１００aに供給されるため、適量のパターン形成材料９０を空間１００aに供給することが可能となる。
【００４７】
さらに、第１〜第４の実施形態において、図１０（ａ）に示すように、各空間１００aのメニスカス９０bの高さと隔壁１００との高さとの差Ｈの余裕を持たせて、メニスカス９０bを設定する。
ここで、図１０（ｂ）に示すように、凸部４０aにパターン形成材料９０を転移させるため、空間１００a内のパターン形成材料９０に、凸部４０aを浸したとき、浸された凸部４０aの堆積により、メニスカス９０ｂが上昇する距離をｈとすると、「Ｈ＞ｈ」の関係を満たすように、予め差Ｈを設定するか（凸部４０ａの高さを調整するか）、または「Ｈ＞ｈ」の関係を満たすように、メニスカス９０ｂの高さを制御する。
上記メニスカス９０ｂの高さの制御が可能なように、隔壁１００表面における撥インキ性の度合いを調整し、また部分的に撥インキ性の処理を行う場合、この撥インキ性の領域の位置の調整も併せて行う。
そして、図１０（ｃ）に示すように、「Ｈ≦ｈ」の関係の時、空間１００aからパターン形成材料９０が溢れて、隔壁１００の上部を越えてしまう。
【００４８】
また、第１から第４の本実施の形態で用いられるスタンプ４０は、ソフトリソグラフィーの分野でよく知られているポリジメチルシロキサンを主体とするエラストマをはじめ、ウレタンゴム、ブチルゴム、あるいはポリアクリルアミドを主体とするハイドロゲル等、種類の弾性体を使用できる。
これらスタンプ４０の材質は、パターン形成に用いるパターン形成材料９０の種類により適宜選択され、また、スタンプ４０の用途によっては樹脂、金属等の硬質の材料もスタンプとして使用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インキパッドに隔壁で仕切られた複数の空間を設けたことにより、スタンプの凸部と凸部の間の凹部へのパターン形成材料の付着を抑制し、パターンの印刷精度を向上させることができる。
【００５０】
また、本発明によれば、隔壁で仕切られた複数の空間を有するインキパッドと、各空間に対応する位置にそれぞれパターンが形成されたスタンプとを用いることにより、複数のパターンを複数のパターン形成材料や色で同時に形成することができる。
【００５１】
さらに、本発明によれば、隔壁表面の一部または全体に撥インキ性を持たせたため、パターン形成材料が表面張力により隔壁上部に達することを防止し、パターン形成材料とスタンプの凸部と凸部の間の凹部との間の距離を持たせ、この凹部へのパターン形成材料の付着を防止し、かつ、一つのスタンプによる複数種類のパターン形成に対して、各空間にそれぞれ異なるパターン形成材料を入れたとしても、隣接する空間の間において、パターン形成材料が互いに混入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態によるパターン形成装置で用いられるインキパッドを示す側面図である。
【図２】 本発明によるインキパッドを用いたパターン形成方法の手順を示す側面図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態によるパターン形成装置で用いられるインキパッドを示す斜視図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態によるパターン形成装置で用いられるスタンプとインキパッドの対応を示す平面図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態による撥インキ性を有する隔壁を説明する、空間１００ａの断面を示す概念図である。
【図６】 撥インキ性を持たせた隔壁１００の構成を説明する、インキパッドの断面を示す概念図である。
【図７】 本発明の空間１００ａの形状を示す、インキパッドの斜視図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態によるパターン形成装置の動作を説明する、インキパッドの断面を示す概念図である。
【図９】 本発明による第４の実施の形態のインキパッド３０の構成を示す上面図である。
【図１０】 メニスカス９０bの高さの制限の説明を行うための側面図である。
【図１１】 従来のマイクロコンタクトプリンティングの手順を示す側面図である。
【図１２】 従来の問題点を説明するための側面図である。
【符号の説明】
２０…基材
３０、５０…インキパッド
４０、６０…スタンプ
９０…パターン形成材料
９０ａ…液滴
９０ｂ…メニスカス
４０a…凸部
１００，１１０…隔壁
１００a、１１０a…空間
１００ｂ… インキタンク部
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷インキ等のパターン形成材料により微細パターンを形成する場合に用いて好適なインキパッド及びこのインキパッドを用いたパターン形成装置、方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流動体によるパターン形成はいわゆる印刷法として、凸版、凹版、平版等の方法が知られている。例えば新聞や雑誌などの印刷物は情報伝達のために、紙等の基材上に流動体である印刷インキをパターニングしている。また、電子部品においては、導体、抵抗体、コンデンサなどいわゆる厚膜部品製造のために機能材料をペースト状、すなわち流動体としたものをスクリーン印刷等の手法でパターン形成して製造しているのは周知の通りである。さらに、最近ではミクロンオーダ、ナノオーダの微細加工の分野においても印刷的手法がソフトリソグラフィと呼ばれ注目されている(非特許文献１）。
【０００３】
ソフトリソグラフィと呼ばれているものにはいくつかの手法があるが、その一つであるマイクロコンタクトプリンティングは、原理そのものはいわゆるゴムスタンプを用いた凸版印刷あるいはフレキソ印刷と呼ばれる方法である。
しかし、パターン形成材料として用いられているのは、アルカンチオールのような化合物そのものやＤＮＡといった、従来のインキとは化学的、物理的に性質の全く異なる材料である。また、有機トランジスタのように複数の機能性有機材料を高精度で積層する、あるいはＤＮＡチップのように数百から数十万種類の異なるＤＮＡをパターン上に高精度で配列することが求められている。
【０００４】
次に、マイクロコンタクトプリンティングについて図１１を用いて説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、スタンプ４０をインキパッド３０上のパターン形成材料９０上に押し付ける。このスタンプ４０は、形成したいパターン形状の凸部４０aを有しており、通常はこの凸部４０aが複数配列されている。尚、形成するパターンによっては各凸部の形状が異なっていても良い。
【０００５】
次に、スタンプ４０をインキパッド３０から剥離して、図１１（ｂ）のように、スタンプ４０の凸部４０aにパターン形成材料９０を付着させる。続いて図１１（ｃ）のように、これを所定の基材２０に押し付けて、パターン形成材料９０を基材２０に付着させた後、図１１（ｄ）のようにスタンプ４０を剥離してパターン形成材料９０を基材２０に転写する。
【０００６】
【非特許文献１】
ホワイトサイズ他、日経サイエンス 2001年12月号 30〜41ページ
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなマイクロコンタクトプリンティングにおいては、パターンのピッチが狭くなることから、スタンプ４０の必要な部分以外、即ち、凸部４０aと凸部４０aの間にパターン形成材料９０が付着しやすくなるという第１の問題があった。
【０００８】
この問題について図１２を参照して説明する。
図１２（a）のように、インキとしてのパターン形成材料９０を載せたインキパッド３０の上からスタンプ４０を下降させ、図１２（b）のように各凸部４０aをパターン形成材料９０に接触させた後、スタンプ４０を引き上げると、図１２（ｃ）のように各凸部４０aの先端部にパターン形成材料９０が付着すると共に、表面張力により各凸部４０aの間にもパターン形成材料が入り込んでしまうことがある。このままスタンプ４０を基材２０に押し付けると、凸部４０a間のパターン形成材料９０が印刷されてしまう場合がある。
【０００９】
このような現象は、インキが低粘度になるほど生じやすくなり、用いるインキの性状によっては対策が必要となっていた。また、パターンの幅やピッチが小さくなると、スタンプの凸部の高さを低くせざるを得ないので、凸部間にパターン形成材料が入りやすくなり、このため微細なパターンの形成を困難にしていた。
【００１０】
従来よりマイクロコンタクトプリンテイングについての研究例が数多く発表されているが、その発表された結果は顕微鏡で観察される程度の狭い視野内のものであり、上記の問題についてはほとんど言及されていないのが現状である。
【００１１】
また、従来はスタンプによる1回のパターン形成では、１種類のパターンを１色でしか形成することができず、複数種類のパターンをそれぞれ異なる色や種類のパターン形成材料で同時に形成することができないという第２の問題があった。
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためのもので、スタンプの必要な部分以外、すなわちスタンプの凸部と凸部の間に材料が付着するのを抑制して、再現性良く、確実にパターン形成できるようにすることを第１の目的とする。
また、１回のパターン形成で、複数種類のパターンをそれぞれ異なる色や種類のパターン形成材料で同時に形成できるようにすることを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明によるインキパッドは、隔壁で仕切られた複数の空間（パターン形成材料を蓄える溝）が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられることを特徴とするものである。
本発明によるインキパッドは、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるインキパッドは、前記隔壁の少なくとも一部が、撥インキ性を有する材料が混入されて形成されていることを特徴とする。
本発明によるインキパッドは、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ処理されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によるパターン形成装置は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、
前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される複数の凸部が設けられたスタンプとを備えたことを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成装置は、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成装置は、前記空間内には前記パターン形成材料が滴下されるようになされ、前記凸部の幅が前記滴下される液滴の径より小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明によるパターン形成装置は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、
前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される複数のパターンが形成されたスタンプとを備えたことを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成装置は、前記壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成装置は、前記複数の空間に入れられる少なくとも一つのパターン形成材料の色及び/又は種類が異なることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明によるパターン形成方法は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される凸部を有するスタンプとを用い、前記凸部に付着されたパターン形成材料を基材に転写することを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成方法は、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成方法は、前記パターン形成材料を前記空間内に滴下し、その際、滴下される液滴の径を前記凸部の幅より大きくすることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明によるパターン形成方法は、隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される複数のパターンが形成されたスタンプとを用い、前記パターンに付着されたパターン形成材料を基材に転写することを特徴とするものである。
本発明によるパターン形成方法は、前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする。
本発明によるパターン形成方法は、前記複数の空間に入れられる少なくとも一つのパターン形成材料の色及び/又は種類を異ならせることを特徴とする。
【００１８】
従って、本発明によれば、インキパッドに隔壁で仕切られた複数の空間を設けたことにより、スタンプの凸部と凸部の間へのパターン形成材料の付着を抑制することができ、前述した第１の問題を解決し、第１の目的を達成することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、隔壁で仕切られた複数の空間を有するインキパッドと、各空間に対応する位置にそれぞれパターンが形成されたスタンプとを用いることにより、複数のパターンを複数の色や種類のパターン形成材料を用いて同時に形成することができ、前述した第２の問題を解決し、第２の目的を達成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるパターン形成装置に用いられるインキパッド３０を示す側面図である。
図１において、インキパッド３０の上面には、複数の隔壁１００が設けられ、この隔壁１００で仕切られた複数の空間１００aが形成されている。
【００２１】
このインキバッド３０は、例えばガラス板等の表面にパターン形成材料を塗布したもの、あるいはスポンジ状の媒体にパターン形成材料を吸収させたものなどを用いれば良い。また、隔壁１００は、ガラス板に樹脂やガラス、あるいはガラス板等の表面を部分的に削って形成して良い。
【００２２】
また、本実施の形態で用いられるスタンプ４０は、ソフトリソグラフィーの分野で良く知られているポリジメチルシロキサンを主体とするエラストマをはじめ、ウレタンゴム、ブチルゴム、あるいはポリアクリルアミドを主体とするハイドロゲル等、種々の弾性体を使用できる。これらは用いるパターン形成材料により適宜選択される。また、用途によっては樹脂、金属等の硬質の材料もスタンプとして使用可能である。
【００２３】
次に、このようなインキパッド３０とスタンプ４０を用いてパターン形成を行う手順を図２を参照して説明する。
まず、図２（ａ）のようにインキパッド３０の隔壁１００で仕切られた空間１００a内に、ディスペンサ、インクジェット等によりパターン形成材料（インキ）の液滴９０aを滴下する。この液滴９０aの径をdとする。これにより図２（b）のように各空間１００a内にパターン形成材料９０が溜まって、それぞれメニスカス(パターン形成材料の液面)９０bが形成される。
ここで、インキパッド３０における隔壁で形成された空間（溝）１００a内にパターン形成材料９０を供給する場合、空間１００aのメニスカス９０bの表面積（または、空間１００aの表面積）により、上記液滴９０aの数を調整して、各空間１００aにおけるメニスカス９０ｂの高さが、各空間１００ａ全てにおいて同様となるように、各空間１００aに供給するパターン形成材料９０の量の調整を、予め記憶部に記憶されている各空間１００aの表面積とメニスカス９０ｂの高さ（深さ）との乗算結果の体積値に基づき、制御装置がインクジェットから放出する液滴の数を制御することにより行う。
ここで、各空間１００ａのメニスカス９０ｂの高さがばらつくと、パターンを形成する各凸部４０ａの頭頂部に付着するパターン形成材料９０の量が不均一となり、基材２０表面に凸部４０ａを圧着することにより転写することで形成されるパターンの幅や厚さの精度の制御が困難となる。
【００２４】
次に、図２（ｃ）のようにスタンプ４０を各凸部４０aが各空間１００aと、凹凸部の形状が対応する、すなわち各凸部４０aが各空間１００aと対向するようにして、上記制御部が位置合わせ機構を制御し、スタンプとスタンプバッド３０との位置合わせを行いつつ、スタンプ移動機構により、スタンプを移動させて配置する。このスタンプ４０の凸部４０aの幅（パターン幅）をDとする。次に、スタンプ４０をスタンプ移動機構が下降させて、図２（d）のように凸部４０aの先端部を空間１００a内のパターン形成材料９０に所定の深さで浸けた後、スタンプ４０を引き上げると、図２（e）のように凸部４０aの先端部にパターン形成材料９０を付着させる。その後、スタンプ移動機構が、制御部の制御により、スタンプ４０及び基材２０双方の位置合わせマーク等による位置合わせを行い、基材２０の印刷位置にスタンプ４０を移動させ、前述した図１１（ｃ）及び（ｄ）のように、基材２０に対してスタンプ４０を圧着させて、基材２０にパターン形成材料９０を転写させて、基材２０表面に所定のパターンを形成する。
【００２５】
上記図２（d）において、隣り合う凸部４０aを各空間１００a内のインキに浸けると、メニスカス９０bが凸部４０aの側面と隔壁１００との間に形成される。このとき、隔壁の頂部とスタンプ凹部（凸部４０と凸部４０aの間）が離れていれば、隔壁の頂部とスタンプ凹部間にパターン形成材料９０が濡れ広がることができない。このため、この状態から図２（e）のようにスタンプ４０を引き上げても、結果としてスタンプ凹部へのインキの移動、即ち、凸部４０aと凸部４０aの間にパターン形成材料９０が付着するのを抑制することができる。
【００２６】
また、液滴９０aの径dと凸部４０aの幅（パターン幅）Dの関係がd＞Dとなるようにスタンプ４０を作成することができる。dはインキの供給に用いたディスペンサやインクジェットの射出口の径により決まる。例えば、液滴９０aの体積が２pLである場合、d≒１５μm程度になる。この液滴９０aをそのまま基材２０上に付着させると、液滴９０aはその径が３０μm程度に広がってしまい、それより細かいパターンは形成することはできない。
【００２７】
しかし、本実施の形態によれば、凸部４０aの幅Dを液滴９０aの径dより小さくできるので、インキの供給に用いたディスペンサやインクジェットの射出口の径よりも微細なパターンを形成することができる。
【００２８】
図３は本発明の第２の実施の形態によるパターン形成装置に用いられるインキパッド５０を示す斜視図である。
図３において、本実施の形態によるインキバッド５０は、図示のように格子状の隔壁１１０を設けて、複数の空間１１０aを形成したものである。尚、隔壁１１０には樹脂、ガラス等を用いて良い。
【００２９】
図４は本実施の形態によるスタンプ６０を示すと共に、スタンプ６０のパターン７０と上記インキバッド５０の格子状の隔壁１１０及び空間１１０aとの関係を示すものである。
図４において、スタンプ６０には複数種類の異なるパターン７０が形成されている。これらのパターン７０は、図示のように空間１１０aと対応する位置に設けられている。
【００３０】
上記構成によれば、各空間１１０a内に異なる色や種類のパターン形成材料をインキジェット方式等により入れておき、この状態でスタンプ６０の各パターン７０を各空間１１０aのパターン形成材料に浸けた後、スタンプ６０を引き上げ、このスタンプ６０を基材２０上に押し付けることにより、１回の作業で複数のパターンを異なる色や種類のインキ（パターン形成材料）で形成することができる。
【００３１】
尚、隔壁１１０で仕切られた空間１１０aの大きさはすべて同じである必要はなく、スタンプの印刷面の大きさに対応した大きさであればよい。また、図４で示される各パターン７０は複数の斜線からなるものが多いが、インキバッド５０の空間１１０a内の各斜線の間に対応する位置に、第１の実施の形態における隔壁１００で仕切られた空間１００aをさらに設けてもよい。これによって、より微細なパターン７０を形成することができる。尚、図４は本実施の形態をバイオチップに応用した場合を示すが、この他に本実施の形態歯、導電パターン等に応用することができる。
【００３２】
また、スタンプ６０とインキバッド５０の対応する位置にそれぞれ位置合わせマークを設け、パターン形成作業中にこのマークを光学顕微鏡等の位置合わせマーク観察装置を用いて観察しながら、スタンプ６０とインキバッド５０を精度良く位置合わせすることにより、基材の所定の位置にパターンを形成することができる。
【００３３】
次に、第３の実施の形態として、第１及び第２の実施形態の隔壁１００の表面に撥インキ性（インキを弾く性質）を持たせたインキパッドの説明を行う。ここで、インキの材料には各種あり、使用するインキの材料により、このインキを弾くため、各インキに対応した撥インキ性材料を選択することとなる。このインキパッドにおいて、隔壁１００の深さ及びメニスカス９０ｂ（パターン形成材料９０、すなわちインキの表面張力による）の関係により、隣接する空間１００aにおいて、図５（ａ）に示すように、いずれかまたは双方のパターン形成材料９０が隔壁１００を越える可能性がある。このため、第３の実施形態は、パターン形成材料９０の混入を防止、また、隔壁１００上部にパターン形成材料９０が乗り上げて、スタンプ４０の凸部４０a間にパターン形成材料９０が付着することを防止するため、第１の実施形態及び第２の実施形態における隔壁において、この隔壁表面における一部の領域または表面全体に、撥インキ性を持たせる構成となっている。
【００３４】
例えば、図６（ａ）は撥インキ性材料または撥インキ性材料が混入されて形成された隔壁１００の構成を示し、図６（ｂ）は上部部分（隔壁１００の上部における所定の一部分）が撥インキ性材料または撥インキ性材料の混入された材料で形成された隔壁１００の構成を示し、図６（ｃ）は隔壁１００を形成した後に表面処理により、撥インキ性材料または撥インキ性材料の混入された材料を用いて、隔壁１００の表面をコーティングした構成を示している（図に示すように全面でなく、図６（ｂ）のように、隔壁１００の上部における所定の一部分のみを、コーティングしてもよい）。
ここで、図６（ａ）〜（ｃ）の構成においては、インキパッド３０の上面には、複数の隔壁１００が設けられ、この隔壁１００で仕切られた複数の空間１００ａが形成されている。
【００３５】
隔壁１００で仕切られた複数の空間１００ａが設けられたインキパッド３０においては、スタンプ４０の凸部４０ａの先端部（上部面のみ）に、パターン形成材料９０をつけるために、スタンプ４０の凸部４０ａに対応して、インキパッド３０の空間１００ａに、パターン形成材料９０のメニスカス９０ｂを形成することになる。
このとき、スタンプ４０の凹部へのパターン形成材料の付着を抑制するためには、最低２つの隔壁１００で構成される空間１００ａのみに、スタンプ４０の凸部４０ａに対応する、パターン形成材料９０のメニスカス９０が形成されればよく、インキパッドの形態として図７（ａ）のような格子状の空間１００ａでも良く、図７（ｂ）のような溝状（長尺状の溝）の空間１００ａでも良い。
【００３６】
次に、図８により、第３の実施の形態の、隔壁１００の表面が撥インキ性を有するインキパッドを用いたパターン形成装置の動作に付いて説明する。
上記パターン形成装置の構成は、第１の実施の形態と同様であり、各空間１００ａにおいて、メニスカス９０ｂが所定の高さとなるように、液滴９０ａにより、空間１００ａにパターン形成材料９０を貯める過程は同様なので省略する。
メニスカス９０ｂが所定の高さに蓄積された後、図８（ａ）に示すように、スタンプ４０を、各凸部４０ａが各空間１００ａと対向するようにして、制御部が位置合わせを行いつつ、スタンプ移動機構により、位置合わせ機構の位置合わせに基づき、所定の位置にスタンプを移動させて配置する。
【００３７】
次に、図８（ｂ）に示すように、スタンプ移動機構が制御部の制御により、スタンプ４０を降下させ、凸部４０ａの先端部を、空間１００ａ内のパターン形成材料９０に接触させる（浸す）と、メニスカス９０ｂが凸部４０ａの側面と、隔壁１００との間に形成され、凸部４０ａの浸された体積に対応して、メニスカス９０ｂの高さが増加する。
このとき、隔壁１００の表面が撥インキ性を有しているため、隔壁１００の表面においてパターン形成材料９０が図に示すようにはじかれるため、隔壁１００の頂部と、スタンプ４０における凸部４０ａ間の凹部とが離れて、所定の距離を有することとなり、隔壁１００の頂部とスタンプ４０の凹部との間に、パターン形成材料９０が濡れ広がることを抑制することができる。
そして、図８（ｃ）に示すように、スタンプ移動機構が制御部の制御により、スタンプ４０を引き上げると、凸部４０の頂部にパターン形成材料９０が付着し、このスタンプ４０を適当な基材２０に所定の圧力において圧着することにより、基材２０にパターン形成材料９０が転写され、基材２０表面に所定のパターンを形成することができる。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施の形態におけるインキパッド３０の隔壁１００の作成方法について説明する。
この隔壁１００は、例えば、スクリーン印刷による樹脂の積層や、サンドブラストによる隔壁材料の切削、感光ペーストを用いた方法等、公知の加工法により形成することができる。
ここで、隔壁１００の材料は、ガラスやシリコンウエハー，金属などの無機材料や，樹脂を用いる。
【００３９】
隔壁１００形成に用いる樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ビニル樹脂、インデン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ケイ素樹脂等を用いることができる。
また、撥インキ性を有する材料としては、シリコーン樹脂、シリコーンアクリル樹脂、シリコーンエポキシ樹脂、シリコーンアルキド樹脂、シリコーンウレタン樹脂、変性シリコーン樹脂、シリコーングラフト樹脂等のシリコーン含有ポリマーや四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フッ素を含有するアクリル酸エステル誘導体もしくはメタクリル酸エステル誘導体の重合体もしくは共重合体等のフッ素含有ポリマー等を用いることができる。
【００４０】
図６に示す各隔壁１００を形成する場合、上記撥インキ性の材料を用いるか、または撥インキ性の材料を、上記隔壁１００の形成に用いる樹脂に練りこませた（混入させた）複合材料を用いる。ここで、上記樹脂に撥インキ性材料を練り込む（混入させる）方法は、樹脂モノマー中に、上記いずれか一つまたは複数の撥インキ剤を分散させた後、樹脂による隔壁１００を形成するか、樹脂１００が可溶な溶媒中で撥インキ剤を撹拌するなどの方法がある。
インキパッドの隔壁１００を形成した後に、この隔壁１００表面に撥インキ性を与える方法として、上面処理を用いて隔壁１００表面に対して、撥インキ性材料による表面処理を行う方法もある。
表面処理の方法は、フッ素化剤を用いた気相または液相中による化学処理や、撥インキ剤溶液やペーストの隔壁１００への塗布、または撥インキ性材料のインキパッドの隔壁１００への蒸着等によるコーティングがある。
【００４１】
隔壁１００の表面における撥インキ性の形態は、図６（ａ）のように、隔壁１００の全部分が撥インキ性を有していても良く、図６（ｂ）のように隔壁１００の上部等、隔壁の一部のみ撥インキ性を有してもよく、図６（ｃ）のように、隔壁１００の表面（表面全体または上部表面）のみに撥インキ性を有した材料をコーティングしたものでも良い。
【００４２】
上述した第３の実施形態によれば、パターン形成材料９０が蓄積される空間１００aを、複数により仕切って形成する隔壁１００の表面の一部または全体に撥インキ性を持たせたため、図５（ｂ）に示すように、隔壁１００表面の撥インキ性によりパターン形成材料９０が図に示す形状のメニスカス９０ｂを有し、隔壁１００の上部に達することがなく、隔壁１００の上部にパターン形成材料９０が乗り上げることがなくなるため、スタンプ４０の凸部４０a間の凹部にパターン形成材料４０が付着することなく、基材２０の不必要な部分にパターン形成材料９０が付着せず、基材２０に対してスタンプ４０を圧着した場合、基材２０に余分なパターン形成材料９０が付着することなく、高い精度でパターン形成の印刷処理を行うことが可能である。
【００４３】
また、第３の実施の形態によれば、パターン形成材料９０が入れられる、隔壁１００で仕切られた複数の空間１００aにおいて、この隔壁１００の表面の一部または全体に撥インキ性を持たせたため、パターン形成材料９０が表面張力により隔壁１００の上部に達することがなく、一つのスタンプ４０による複数種類のパターン形成に対して、隔空間１００aにそれぞれ異なるパターン形成材料９０が隣接する空間１００a間において互いに混入することを防止することが可能である。
【００４４】
次に、図９を用いて、本発明による第４の実施の形態のインキパッド３０について説明する。この図９は本発明の第４の実施の形態によるパターン形成装置に用いられるインキパッドを示す上面図である。
図９の長尺状の空間１００ａ（隔壁１００の間の空間）と、インキタンク部１００ｂとは連続的につながっている空間（溝）として形成されている。
そして、インキタンク部１００ｂには、パターン形成材料９０が一定量蓄えられている。
【００４５】
空間１００ａの端部に、上記インキタンク部１００ｂを設けることにより、パターン形成材料９０が毛細管力により、自然にインキタンク部１００ｂから空間１００ａの溝へ供給されることになる。
ここで、空間１００ａの溝の形状は、毛細管力が働く範囲の幅及び深さで形成される必要があり、特に望ましくは幅１０〜３００μｍ、深さは１０〜４００μｍの範囲である。
そして、上記パターン形成装置の構成は、第１及び第３の実施の形態と同様であり、第４の実施の形態のインキパッドを用いたパターン形成装置の動作の違いは、以下に説明するように、パターン形成材料９０を空間１００へ供給する方法に付いてのみ異なる。
【００４６】
また、第４の実施形態によれば、隔壁１００により仕切られた（分離された）溝状の空間１００aにおいて、この空間１００aの長さ方向いずれかの端部、または双方の端部にインキタンクを設けることにより、インクジェットにより、液滴の数を計数し、またはディスペンサなどにより、メニスカス９０ｂの高さを調整するのではなく、毛細管現象を利用して、パターン形成材料９０がインキタンクから空間１００aに供給されるため、適量のパターン形成材料９０を空間１００aに供給することが可能となる。
【００４７】
さらに、第１〜第４の実施形態において、図１０（ａ）に示すように、各空間１００aのメニスカス９０bの高さと隔壁１００との高さとの差Ｈの余裕を持たせて、メニスカス９０bを設定する。
ここで、図１０（ｂ）に示すように、凸部４０aにパターン形成材料９０を転移させるため、空間１００a内のパターン形成材料９０に、凸部４０aを浸したとき、浸された凸部４０aの堆積により、メニスカス９０ｂが上昇する距離をｈとすると、「Ｈ＞ｈ」の関係を満たすように、予め差Ｈを設定するか（凸部４０ａの高さを調整するか）、または「Ｈ＞ｈ」の関係を満たすように、メニスカス９０ｂの高さを制御する。
上記メニスカス９０ｂの高さの制御が可能なように、隔壁１００表面における撥インキ性の度合いを調整し、また部分的に撥インキ性の処理を行う場合、この撥インキ性の領域の位置の調整も併せて行う。
そして、図１０（ｃ）に示すように、「Ｈ≦ｈ」の関係の時、空間１００aからパターン形成材料９０が溢れて、隔壁１００の上部を越えてしまう。
【００４８】
また、第１から第４の本実施の形態で用いられるスタンプ４０は、ソフトリソグラフィーの分野でよく知られているポリジメチルシロキサンを主体とするエラストマをはじめ、ウレタンゴム、ブチルゴム、あるいはポリアクリルアミドを主体とするハイドロゲル等、種類の弾性体を使用できる。
これらスタンプ４０の材質は、パターン形成に用いるパターン形成材料９０の種類により適宜選択され、また、スタンプ４０の用途によっては樹脂、金属等の硬質の材料もスタンプとして使用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インキパッドに隔壁で仕切られた複数の空間を設けたことにより、スタンプの凸部と凸部の間の凹部へのパターン形成材料の付着を抑制し、パターンの印刷精度を向上させることができる。
【００５０】
また、本発明によれば、隔壁で仕切られた複数の空間を有するインキパッドと、各空間に対応する位置にそれぞれパターンが形成されたスタンプとを用いることにより、複数のパターンを複数のパターン形成材料や色で同時に形成することができる。
【００５１】
さらに、本発明によれば、隔壁表面の一部または全体に撥インキ性を持たせたため、パターン形成材料が表面張力により隔壁上部に達することを防止し、パターン形成材料とスタンプの凸部と凸部の間の凹部との間の距離を持たせ、この凹部へのパターン形成材料の付着を防止し、かつ、一つのスタンプによる複数種類のパターン形成に対して、各空間にそれぞれ異なるパターン形成材料を入れたとしても、隣接する空間の間において、パターン形成材料が互いに混入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態によるパターン形成装置で用いられるインキパッドを示す側面図である。
【図２】 本発明によるインキパッドを用いたパターン形成方法の手順を示す側面図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態によるパターン形成装置で用いられるインキパッドを示す斜視図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態によるパターン形成装置で用いられるスタンプとインキパッドの対応を示す平面図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態による撥インキ性を有する隔壁を説明する、空間１００ａの断面を示す概念図である。
【図６】 撥インキ性を持たせた隔壁１００の構成を説明する、インキパッドの断面を示す概念図である。
【図７】 本発明の空間１００ａの形状を示す、インキパッドの斜視図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態によるパターン形成装置の動作を説明する、インキパッドの断面を示す概念図である。
【図９】 本発明による第４の実施の形態のインキパッド３０の構成を示す上面図である。
【図１０】 メニスカス９０bの高さの制限の説明を行うための側面図である。
【図１１】 従来のマイクロコンタクトプリンティングの手順を示す側面図である。
【図１２】 従来の問題点を説明するための側面図である。
【符号の説明】
２０…基材
３０、５０…インキパッド
４０、６０…スタンプ
９０…パターン形成材料
９０ａ…液滴
９０ｂ…メニスカス
４０a…凸部
１００，１１０…隔壁
１００a、１１０a…空間
１００ｂ… インキタンク部
Claims (8)
- 隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、
前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内のパターン形成材料が付着される凸部を有するスタンプと、
前記スタンプの凸部の先端部を前記インキパッドの空間内に配置されたパターン形成材料に浸けるスタンプ移動機構と、を備え、
前記スタンプ移動機構は、前記空間内のパターン形成材料のメニスカスが前記凸部の側面と前記隔壁との間に形成され、且つ、前記隔壁の頂部と前記凸部間の前記スタンプの表面とが接触しないように、前記スタンプと前記インキパッドとの間隔を調整しつつ前記スタンプの凸部の先端部を前記空間内のパターン形成材料に浸けることを特徴とするパターン形成装置。 - 前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする請求項１記載のパターン形成装置。
- 前記空間内には前記パターン形成材料が滴下されるようになされ、前記凸部の幅が前記滴下される液滴の径より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成装置。
- 前記空間が、毛細管力が働く範囲の幅及び深さで形成された溝状の空間として構成され、前記空間の端部にインキタンク部が設けられ、前記インキタンク部に蓄えられたパターン形成材料が毛細管力により前記空間へ供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
- 隔壁で仕切られた複数の空間が設けられ、この空間にパターン形成材料が入れられるようになされたインキパッドと、前記各空間と対応する位置に設けられ、前記空間内の前記パターン形成材料が付着される凸部を有するスタンプとを用い、前記スタンプの凸部の先端部を前記インキパッドの空間内に配置されたパターン形成材料に浸けた後、前記凸部に付着されたパターン形成材料を基材に転写する工程を含み、
前記スタンプの凸部の先端部を前記空間内のパターン形成材料に浸ける際には、前記空間内のパターン形成材料のメニスカスが前記凸部の側面と前記隔壁との間に形成され、且つ、前記隔壁の頂部と前記凸部間の前記スタンプの表面とが接触しないように、前記スタンプと前記インキパッドとの間隔を調整しつつ前記スタンプの凸部の先端部を前記空間内のパターン形成材料に浸けることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記隔壁表面の少なくとも一部が、撥インキ性を有することを特徴とする請求項５記載のパターン形成方法。
- 前記パターン形成材料を前記空間内に滴下し、その際、滴下される液滴の径を前記凸部の幅より大きくすることを特徴とする請求項５又は６記載のパターン形成方法。
- 前記空間が、毛細管力が働く範囲の幅及び深さで形成された溝状の空間として構成され、前記空間の端部にインキタンク部が設けられ、前記インキタンク部に蓄えられたパターン形成材料が毛細管力により前記空間へ供給されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003146307A JP4407161B2 (ja) | 2002-08-30 | 2003-05-23 | パターン形成装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002254615 | 2002-08-30 | ||
| JP2003146307A JP4407161B2 (ja) | 2002-08-30 | 2003-05-23 | パターン形成装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004142412A JP2004142412A (ja) | 2004-05-20 |
| JP4407161B2 true JP4407161B2 (ja) | 2010-02-03 |
Family
ID=32472871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003146307A Expired - Fee Related JP4407161B2 (ja) | 2002-08-30 | 2003-05-23 | パターン形成装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4407161B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6938024B2 (ja) * | 2015-10-22 | 2021-09-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 被印刷基材の表面構造及びその製造方法 |
-
2003
- 2003-05-23 JP JP2003146307A patent/JP4407161B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004142412A (ja) | 2004-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6509085B1 (en) | Fabrication of microfluidic circuits by printing techniques | |
| US5406314A (en) | Electrothermal printing ink with monodispersed synthetic pigment particles and method and apparatus for electronic printing therewith | |
| CN1191167C (zh) | 制造单体喷墨打印头的方法 | |
| JP4792028B2 (ja) | ナノスケール製造技術における流体の分配およびドロップ・オン・デマンド分配技術 | |
| DE60113322T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Ausstosskammern für unterschiedliche Tropfengewichte auf einem einzigen Druckkopf | |
| EP0787588B1 (en) | Print head and method for controlling the spread of fluid around a nozzle orifice | |
| US20060110545A1 (en) | Method of forming conductive pattern | |
| US20050153243A1 (en) | Ink-jet formation of flexographic printing plates | |
| JP4170049B2 (ja) | パターン形成基材およびパターン形成方法 | |
| DE19835444A1 (de) | Aus einer Oxid- und Nitrid-Zusammensetzung gebildete, monolithische Tintenstrahldüse | |
| Darhuber et al. | Physical mechanisms governing pattern fidelity in microscale offset printing | |
| JP5063687B2 (ja) | インクジェット印刷 | |
| WO2004023541A1 (ja) | パターン形成基材およびパターン形成方法 | |
| JP2012000984A (ja) | インクジェット印刷用の自浄能力付きインクジェット印刷ヘッド | |
| US8291823B2 (en) | Digital printing plate and system with electrostatically latched deformable membranes | |
| JP4407161B2 (ja) | パターン形成装置及び方法 | |
| Naserifar et al. | Inkjet printing of curing agent on thin PDMS for local tailoring of mechanical properties | |
| Ganz et al. | Printing and processing techniques | |
| JP2684665B2 (ja) | インクジェットヘッドとその製造方法 | |
| EP1354705B1 (en) | Liquid discharge apparatus, printer head, and method for making liquid discharge apparatus | |
| JP4834974B2 (ja) | カラーフィルタのブラックマトリックスの形成方法およびカラーフィルタの形成方法 | |
| US20210162788A1 (en) | Method for manufacturing an optical element | |
| US20080017606A1 (en) | Method of forming structure, bank structure, electronic circuit, electronic device and electronic apparatus | |
| JP3956930B2 (ja) | 基板 | |
| JP4181481B2 (ja) | 基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060320 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071225 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090714 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090909 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091020 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091102 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131120 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |