JP4748503B2 - 処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体及びＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）製造装置、プリント基板製造装置、バイオ関連装置（ＤＮＡマイクロアレイ作成、ＤＮＡチップ作成）、化学反応試験装置などに用いられる各種基板（以下、単に「基板」という）に対して処理液を供給して所定の処理を施す処理装置に関するものである。
従来よりインクジェット技術を用いて直接基板上に処理液を吐出してパターン形成等の所定の処理を行うインクジェット方式の処理装置が知られている。例えば特許文献１に記載の処理装置は、処理液としてレジスト液を基板に供給してレジスト膜を形成する装置である。この装置では、インクジェットノズルを基板上でＸ、Ｙ方向に移動させつつ当該ノズルからレジスト液を吐出することで基板上の所望の位置にレジスト膜を形成している。
特開２００３−１１２０９８号公報（第６頁、図４）
ところで、上記したインクジェットノズルの利用態様として、次のようなものが提案されている。すなわち、レジスト液の代わりに半田ペーストの液滴を直接基板に向けて吐出し、配線パターンを形成する技術が提案されている。この提案技術では配線パターンが直接的に基板上に形成されるために効率的な配線形成を行うことができる。しかしながら、近年、配線パターンの微細化が進行しており、それに伴ってノズルに設ける吐出口の穴径を細くする必要があるが、それに伴ってノズル詰まりが大きな問題となってきている。また、インクジェットノズルを用いる限り、その吐出性能にも一定の限界がある。したがって、インクジェットノズルから安定的に吐出可能な液滴の粒径は自ずと所定範囲に限られてしまう。その結果、インクジェット方式で基板に処理液の液滴を供給して所定の処理を施す装置を構成した場合には、その液滴の粒径と同程度あるいはそれ以上の幅広の領域にしか液滴を供給することができず、処理可能な基板が限定されてしまう。
また、従来装置では液滴の粒径が固定化されているため、上記液滴の粒径よりも十分に幅広の領域に対して処理液を供給する場合であっても、ノズルから吐出される液滴により基板に供給される単位時間当たりの供給量は液滴の粒径に対応する値（つまり最小量）に制限され、スループットの向上に大きな障害となってしまう。
さらに、同一基板に対して処理液を供給すべき領域の大きさが異なっている、つまり微細領域と該微細領域よりも広い領域とを有する基板が存在しているが、上記のように液滴の粒径が固定された装置では、それに対して柔軟に対応することが困難となっている。すなわち、処理液の液滴の粒径が１種類であれば、微細領域に処理液を供給するために、処理液の液滴の粒径を小さくする必要があるが、これでは微細領域以外の領域についても小粒径のまま処理液を供給しなければならず、スループットの低下は避けられない。また、基板上に処理液の液滴の粒径よりも小さな処理領域が存在する場合には処理することができない。特に、従来のインクジェット方式（ピエゾ方式あるいはサーマル方式）では、１ｐｌ（ピコリットル）を下回るような微少量の液滴の吐出は困難である。これは、ノズルが微細になるほど吐出に必要な圧力が大きくなるためである。
このような背景から基板に処理液を供給すべき領域に応じた粒径の液滴を用いて基板に処理液を供給することができる装置の提供が従来より要望されているが、現状では上記したように液滴の粒径が概ね固定化されており、装置の汎用性に欠けるという問題があった。なお、単一ノズル径であっても、ピエゾ方式では液滴の粒径を多少可変できるものもあるが、基本的には液滴の粒径はノズル径によって概ね固定化されているといえる。
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、優れた汎用性を有し、しかも高いスループットで所定の処理を行うことができる処理装置を提供することを目的とする。
この発明は、基板に処理液を供給して所定の処理を行う処理装置であって、上記目的を達成するため、前記基板を保持する基板保持手段と、前記基板に向けて前記処理液の液滴を通常粒径で吐出する通常流体ジェット部と、前記基板に向けて前記処理液の液滴を前記通常粒径よりも小さい微細粒径で吐出する微細流体ジェット部と、前記微細流体ジェット部および前記通常流体ジェット部の各々を前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動させる駆動手段と、前記基板に対する各ジェット部の相対位置を調整して前記液滴の供給位置を制御する制御手段とを備え、前記通常流体ジェット部は、その内部に前記処理液を貯留するとともに、その先端部に設けられた通常吐出口から前記処理液の液滴を吐出可能となっているノズル本体と、前記ノズル本体に貯留された前記処理液に対して圧力を印加する圧力印加手段とを有し、前記圧力印加手段による圧力印加によって前記通常吐出口から液滴を吐出させる一方、前記微細流体ジェット部は、その内部に前記処理液を貯留するとともに、その先端部に設けられ、前記通常吐出口よりも小さな微細吐出口から前記処理液の液滴を吐出可能となっているノズル本体と、前記ノズル本体に貯留された前記処理液に接液するように設けられた電極とを有し、前記微細吐出口を前記基板に近接させた状態で前記電極に電圧を印加して前記微細吐出口近傍に局所的な電界を発生させることによって前記微細吐出口近傍で前記ノズル本体内の処理液を帯電させ、該帯電した処理液の液滴を前記ノズル本体の内部から前記微細吐出口を介して吐出させることを特徴としている。
このように構成された処理装置では、処理液の液滴を通常粒径で吐出する通常流体ジェット部と通常粒径よりも小さい微細粒径で吐出する微細流体ジェット部とが１つの装置内に設けられている。しかも、各ジェット部は基板に対して相対移動されて、各ジェット部から吐出される液滴の供給位置が制御される。このため、基板上の処理領域に応じて各ジェット部から互いに異なる粒径の液滴を吐出することができ、汎用性に優れている。例えば、基板上の微細領域に処理液を供給するときには微細流体ジェット部から基板に処理液を供給することができる一方で、微細領域より広い処理領域（微細領域以外の領域）については通常流体ジェット部から基板に処理液を供給することで、装置のスループットを向上させることができる。
このような通常流体ジェット部としては、例えば、従来より実用化され、広く用いられているピエゾ（圧電素子）方式あるいはサーマル方式（バブルジェット（登録商標）方式）のインクジェットノズルを使用することができる。前者は、ノズル本体に設けられた圧電素子への電圧印加による圧電素子の伸縮を利用することでノズル本体に貯留された処理液に圧力を印加して処理液の液滴を吐出するものである。後者は、ノズル本体に設けられた発熱体により処理液を加熱させることで処理液中に気泡が発生することを利用して、ノズル本体に貯留された処理液に圧力を印加して処理液の液滴を吐出するものである。両者は、いずれもノズル本体に貯留された処理液に対して圧力を印加することでノズル本体の先端部に設けられた通常吐出口から処理液の液滴を吐出可能としている。しかしながら、これらの方式では、１ｐｌ（ピコリットル）を下回るような微少量の液滴の吐出は困難である。これはノズルが微細になり粒径が小さくなる程、液滴の質量の慣性効果による吐出力よりも毛細管力の効果が大きくなり、吐出が困難になるためである。
一方、微細流体ジェット部としては、上記方式とは全く別の原理にもとづいて従来吐出不可能とされてきた微少量の液滴の吐出を可能としたノズルを使用している。詳しくは後で詳述するが、ノズル本体に貯留された処理液に接液させた電極によりノズル本体の先端部に設けられた微細吐出口近傍の処理液を帯電させ、微細吐出口近傍に局所的な電界を発生させることにより、微細吐出口より処理液の液滴を吐出可能としている。より具体的には、帯電することで処理液が有する電荷と、該電荷により基板を中心として対称位置に誘導された鏡像電荷との間に作用する静電引力により、処理液の液滴を吐出可能としている。このような構成によれば、１ｆｌ（フェムトリットル）以下の液滴の吐出が可能である。
また、前記通常流体ジェット部を複数備えるようにしてもよい。同様に前記微細流体ジェット部を複数備えるようにしてもよい。このように複数のジェット部を備えること（マルチチャネル化）により、装置のスループットを向上させることができる。
ここで、前記駆動手段は、前記基板に対して前記通常流体ジェット部と前記微細流体ジェット部とを、前記基板に略平行な任意の１軸方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸駆動部と、前記基板に略平行にしかも前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に相対移動させるＹ軸駆動部と、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に相対移動させるＺ軸駆動部とを備え、前記Ｚ軸駆動部を作動させることで前記微細流体ジェット部と前記基板との間隔を微調整するように構成してもよい。この構成によれば、各駆動部を作動させることで各ジェット部と基板との相対位置を正確に制御することができる。特に、Ｚ軸駆動部により微細流体ジェット部と基板との間隔を微調整することで、微細流体ジェット部から吐出される処理液の液滴の着弾位置精度ならびに吐出制御性を向上させることができる。微細流体ジェット部と基板との間隔の変位は、非接触式変位センサを用いて非接触で検出され、非接触センサからの変位信号に応じてＺ軸駆動部を作動させることで、微細流体ジェット部と基板との間隔を微調整することができる。非接触式変位センサとしては、レーザを基板に向けて投光する投光部と、該基板から反射されるレーザ反射光を受光する受光部を備えた正反射式レーザ変位計を用いることができる。なお、レーザ変位計では、基板の裏面反射が問題になる場合があるが、その場合は検出部がＣＣＤ方式のレーザ変位計を用いれば、これを解決することができる。この場合、検出ビームのプロファイルには表面と裏面に相当する２つのピークが現れるので、ビームプロファイルからその裏面側のピークをソフトウェア的に検出し、ビーム位置を求める重心計算に含めないこととすることで、裏面反射の影響をなくすことができる。
また、前記非接触式変位センサは、前記微細流体ジェット部による前記液滴の前記基板への供給位置を含まないで、しかも前記液滴が供給されていない未供給領域を連続して検出するようにしてもよい。この構成によれば、非接触式変位センサは、微細流体ジェット部による液滴の基板への供給位置を含まないで、しかも液滴が供給されていない未供給領域を検出するので、微細流体ジェット部から吐出された処理液の液滴を検出することがない。例えば、微細流体ジェット部から吐出された処理液の液滴にレーザが入射することがない。このため、処理液の液滴にレーザが入射することによる液滴の変性を回避するとともに、レーザが基板上に供給された処理液の液滴を検出することで変位計が誤差を生じる不具合を防止することができる。さらに、このように処理液の液滴の変性を回避するとともに、変位計の誤差発生を防止することができるため、微細流体ジェット部と基板との間隔の変位を連続して検出することが可能となる。これにより、微細流体ジェット部と基板との間隔を常に所定値に、しかも高精度に保つことができる。一方、前記非接触式変位センサは、前記微細流体ジェット部による前記液滴の前記基板への供給前に前記液滴の供給位置を含むその近傍を検出した後、検出を停止するようにしてもよい。この構成によれば、非接触式変位センサが微細流体ジェット部による液滴の基板への供給前に液滴の供給位置を含むその近傍を検出した後、検出を停止するので、連続して検出する場合に比べて処理速度を向上させることができる。ここで、非接触式変位センサの検出位置を調整する位置調整機構をさらに備えることにより、微細流体ジェット部による液滴の供給位置、またはその近傍の任意の位置を検出することが可能となる。また、マルチノズル（マルチチャネル）にして直線配列ヘッドあるいは２次元配列ヘッドにした場合には、１ヶ所の変位情報では不足するため、複数のレーザ変位計を搭載し、その複数の変位信号の平均を取るようにしてもよいし、Ｚ軸駆動部の自由度を上げてライン補正や面補正を行うようにしてもよい。
また、前記通常流体ジェット部と前記微細流体ジェット部との相対位置を調整するキャリブレーション基板をさらに備えるようにしてもよい。この構成によれば、各ジェット部から基板への処理液の供給に先立ち、通常流体ジェット部と微細流体ジェット部との相対的な位置誤差を求めるとともに、各ジェット部の位置合わせが可能となる。これにより、各ジェット部から吐出される液滴の供給位置を精度良くコントロールすることができる。
また、本発明にかかる処理液として溶媒中に銀粒子を分散させたナノペースト（ハリマ化成製）、金ナノペースト及びそれに準ずる金属微粒子のコロイド溶液を用いることができる。これらを用いることで、基板上に数μｍの線幅の金属微細配線を作成することができる。また、処理液として導電性高分子の可溶性誘導体を使用すれば、有機ＥＬ素子などの微細パターンニングが可能となる。このような導電性高分子の可溶性誘導体としては、例えば、ＭＥＨ―ＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）がある。その他、処理液として鉄、コバルト、ニッケルなどの遷移金属の超微粒子を有機溶媒等に分散させた触媒溶液等も使用可能である。
また、基板に処理液を供給して所定の処理を行う処理装置として以下のものが挙げられる。
（１）前記基板は集積回路部品を搭載可能となっており、前記微細流体ジェット部から前記微細粒径の前記処理液の液滴を吐出することで前記集積回路部品の周辺等の微細幅を有する微細パターンを前記基板上に形成するとともに、前記通常流体ジェット部から前記通常粒径の前記処理液の液滴を吐出することで前記微細幅より広い通常幅を有する通常パターンを前記基板上に形成するように構成してもよい。この構成によれば、形成するパターン幅に応じて各ジェット部から互いに異なる液滴の粒径の処理液を供給することで、スループットを向上させることができる。しかも、同一基板上に微細幅を有する微細パターンと該微細幅よりも広い通常幅を有する通常パターンとを形成する場合であっても、柔軟に対応することができ、汎用性に優れている。
（２）前記処理液はＤＮＡ溶液であって、前記通常流体ジェット部から前記通常粒径のＤＮＡ溶液を吐出することで複数の通常径のスポットを配列させたＤＮＡマイクロアレイを前記基板上に形成するとともに、前記微細流体ジェット部から前記微細粒径のＤＮＡ溶液を吐出することで複数の前記通常径よりも小さい前記微細径のスポットを配列させたＤＮＡマイクロアレイを前記基板上に形成するように構成してもよい。この構成によれば、処理領域に応じて各ジェット部から互いに異なる液滴の粒径の処理液を供給することで、スループットを向上させることができる。しかも、解析目的等に応じて異なるスポット径を形成することが可能であるため、汎用性に優れている。
また、重点解析したいＤＮＡに関しては、通常流体ジェット部から通常粒径のＤＮＡ溶液を供給し、通常径のスポットを基板上に配列させたＤＮＡマイクロアレイを形成することで解析結果を安定させることができる。しかも、ハイブリダイズ（相補的な塩基をもつ１本鎖のＤＮＡ同士が互いに結合し、２本鎖を形成すること）時に反応状況を直接に目視確認することができる。一方、微細流体ジェット部から通常粒径よりも小さい微細粒径のＤＮＡ溶液を供給することで基板上に高密度に通常径よりも小さい微細径のスポットを配列させたＤＮＡマイクロアレイを形成することができる。これにより、大規模な遺伝子解析を行う場合であっても、一枚の基板上にＤＮＡを配列させることが可能となる。すなわち、形成するスポット径に応じて各ジェット部から互いに異なる液滴の粒径の処理液を供給することによって、重点解析するＤＮＡに対する解析結果の信頼性を高めながらも、基板上に高密度にＤＮＡを配列させることで解析全体の効率を向上させることができる。
（３）前記処理液は化学試料溶液であって、前記通常流体ジェット部から前記通常粒径の化学試料溶液を吐出することで複数の通常径のスポットを配列させたマイクロアレイを前記基板上に形成するとともに、前記微細流体ジェット部から前記微細粒径の化学試料溶液を吐出することで複数の前記通常径よりも小さい微細径のスポットを配列させたマイクロアレイを形成された各々の前記通常径のスポット上に重畳して形成させることによって、前記通常粒径の化学試料溶液と前記微細粒径の化学試料溶液とを化学反応させるように構成してもよい。この構成によれば、各々の通常スポット上で通常粒径の化学試料溶液と複数の微細粒径の化学試料溶液との間で化学反応を系統的に起こさせることができ、いわゆるコンビナトリケミストリの手法を用いた化学試験の効率を飛躍的に高めることができる。すなわち、通常流体ジェット部から通常粒径の化学試料溶液を供給して通常粒径のスポットを基板上に配列させたマイクロアレイを形成するとともに、形成された各々の通常粒径のスポット上に微細流体ジェット部から通常粒径よりも小さい微細粒径の化学試料溶液を供給して微細粒径のスポットを配列させたマイクロアレイを重畳して形成することにより、効率的かつ迅速に化学反応を起こさせることができる。なお、各種化学試料の性状の差により吐出量が異なる場合には、例えば、予めキャリブレーションプレート上に各種化学試料溶液を吐出し、マイクロスコープでスポットの直径を調べることによって吐出量の差を測定し、その吐出量の過不足に応じて吐出制御信号を調整することにより、吐出量のバラツキを抑制することができる。
以上のように本発明によれば、基板上に供給される処理液の液滴の粒径が固定されることなく、処理領域に応じて互いに異なる粒径の液滴を基板上に供給することができるので、汎用性に優れている。しかも、基板上の処理領域に応じて基板上に供給する処理液の液滴の粒径を変えることができるため、装置のスループットを向上させることができる。
＜第１実施形態＞
（微細配線の形成）
図１は、本発明にかかる処理装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は、図１の処理装置の電気的な構成を示す図である。この処理装置は、被処理対象たる基板Ｓに本発明の「処理液」として金属ペーストあるいは金属微粒子のコロイド溶液等（以下「溶液」という）を供給して所定のパターンを形成する処理装置である。この処理装置では、基板Ｓは基板ホルダ１によって保持され、該基板ホルダ１上に形成された吸着溝（図示省略）から基板Ｓを真空吸着することによって固定されている。基板ホルダには、例えば、石定盤を用いることができる。このように、本実施形態では、基板ホルダ１が「基板保持手段」に相当している。
また、この基板ホルダ１の上方には、通常粒径の溶液の液滴を吐出可能な通常流体ジェットノズル２と、通常粒径よりも小さな微細粒径の溶液の液滴を吐出可能な微細流体ジェットノズル３と、正反射式レーザ変位計４とが配設されている。そして、これらが同一のプレート（図示省略）上に取り付けられてヘッド１０を形成している。このように、通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３とを一体的に構成することで、各ノズルに対して駆動手段を設ける必要がなく、装置構成の簡素化を図ることができる。しかも、通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３との相対的な位置精度を高めることができる。なお、通常流体ジェットノズル２および微細流体ジェットノズル３は一つに限らず、それぞれ複数のノズルをヘッド１０に取り付けること（マルチチャネル化）が可能である。これにより、装置のスループットを向上させることができる。複数のノズルを取り付ける場合には、パターン形成等の処理はラスター走査により実行される。すなわち、ヘッド１０が基板Ｓ上の全領域をスキャンするとともに、各ノズルからの溶液の吐出をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、基板Ｓ上の所望の領域に溶液が供給されることになる。
ヘッド１０にはガイドレール１１に沿ってヘッド１０をＸ方向に移動させるＸ軸駆動部４１が接続されている。また、ガイドレール１１の両端には、ガイドレール１１をＹ方向に移動させるＹ軸駆動部４２、４３が設けられている。ガイドレール１１は、Ｙ軸駆動部４２、４３が同期駆動されることで基板ホルダ１のＸ方向の両側に設けられた一対のガイドレール１２、１３上をＹ方向に移動可能となっている。さらにヘッド１０にはＸ軸駆動部４１の側面（Ｚ軸方向）に沿って形成されたガイドレール１４に沿ってヘッド１０を移動させるＺ軸駆動部４４が設けられている。なお、各駆動部にはモータ等の駆動機構を、各ガイドレールにはボールネジを用いた送りネジ機構等、種々の公知の機構を採用することができる。そして、装置全体を制御する制御部５０からの動作指令に応じてＸ軸駆動部４１、Ｙ軸駆動部４２、４３およびＺ軸駆動部４４が作動することでヘッド１０をＸ、Ｙ、Ｚ方向に自在に移動させることが可能となっている。これにより、ヘッド１０を基板ホルダ１に保持された基板Ｓ上の任意の位置に位置決めすることができる。
図２に示すように、通常流体ジェットノズル２ならびに微細流体ジェットノズル３は、溶液の供給源たる液供給部４５と配管接続されており、この液供給部４５から圧送されてくる溶液をそれぞれノズル内に貯留している。また、通常流体ジェットノズル２は、通常ジェット電圧発生部２１と接続されており、通常ジェット電圧発生部２１から所定の電圧を印加されることで溶液を基板Ｓに向けて吐出可能となっている。同様にして、微細流体ジェットノズル３は、微細ジェット電圧発生部３１と接続されており、微細ジェット電圧発生部３１から所定の電圧を印加されることで溶液を基板Ｓに向けて吐出可能となっている。なお、通常流体ジェットノズル２ならびに微細流体ジェットノズル３の構成および動作については後で詳述する。
また、通常ジェット電圧発生部２１ならびに微細ジェット電圧発生部３１は、パターン発生部４６と電気的に接続されており、パターン発生部４６からパターン形成信号を受信することでそれぞれ通常流体ジェットノズル２ならびに微細流体ジェットノズル３に所定の電圧を印加して吐出を可能としている。このパターン形成信号は、基板Ｓ上の所望の位置に所定のパターンを形成するように通常ジェット電圧発生部２１あるいは微細ジェット電圧発生部３１に電圧発生指令を与えるものである。例えば、パターン発生部４６は制御部５０から基板Ｓ上の位置信号を受信すると、当該位置信号に応じてパターン形成信号を通常ジェット電圧発生部２１あるいは微細ジェット電圧発生部３１に出力する。そして、例えば、微細ジェット電圧発生部３１がパターン形成信号を受信した場合には、微細ジェット電圧発生部３１は所定の電圧を微細流体ジェットノズル３に印加する。これにより、微細流体ジェットノズル３から溶液が基板Ｓ上の所定の位置に供給される。同様にして、通常ジェット電圧発生部２１がパターン形成信号を受信した場合には、通常流体ジェットノズル２から溶液が基板Ｓ上の所定の位置に供給される。こうして、通常流体ジェットノズル２あるいは微細流体ジェットノズル３より供給された溶液により、基板Ｓ上の所望の位置にパターンが形成されることになる。
次に、正反射式レーザ変位計４について説明する。正反射式レーザ変位計４は、ヘッド１０と基板Ｓとの間隔の変位を計測するために設けられている。なお、正反射式レーザ変位計４は、特に微細流体ジェットノズル３と基板Ｓとの間隔の変位を計測するために、微細流体ジェットノズル３による基板Ｓ上への溶液の供給位置の近傍に検出位置、すなわちレーザの焦点が設定されるように設けられている。正反射式レーザ変位計４は、レーザを基板Ｓに向けて投光する投光部４ａと、該基板Ｓから反射されるレーザ反射光を受光する受光部４ｂとを備えている。このため、非接触でヘッド１０と基板Ｓとの間隔の変位を検出することができる。正反射式レーザ変位計４は、支持体５によって支持されており、支持体５を移動させることで、正反射式レーザ変位計４による検出位置を可変することができる。なお、レーザ変位計４では、基板Ｓの裏面反射が問題になる場合があるが、その場合は検出部がＣＣＤ方式のレーザ変位計４を用いれば、これを解決することができる。この場合、検出ビームのプロファイルには、表面と裏面に相当する２つのピークが現れるので、ビームプロファイルからその裏面側のピークをソフトウェア的に検出し、ビーム位置を求める重心計算に含めないこととすることで、裏面反射の影響をなくすことができる。
支持体５は、例えば、圧電素子によって構成することで、圧電素子の伸縮によって基板Ｓ上の位置を自動調整することができる。これにより、正反射式レーザ変位計４の検出位置を微細流体ジェットノズル３による基板Ｓ上への溶液の供給位置、またはその近傍の任意の位置に設定することができる。例えば、正反射式レーザ変位計４の検出位置を微細流体ジェットノズル３による基板Ｓ上への溶液の供給位置を含まないで、しかも溶液が供給されていない未供給領域に合わせることができる。これにより、微細流体ジェットノズル３から吐出された溶液の液滴にレーザが入射することによる溶液の変性を回避するとともに、レーザが基板Ｓ上に供給された溶液の液滴を検出することで変位計が誤差を生じる不具合を防止することができる。このため、微細流体ジェットノズル３と基板Ｓとの間隔の変位を連続して検出することが可能となる。これにより、微細流体ジェットノズル３と基板Ｓとの間隔を常に所定値に、しかも高精度に保つことができる。
また、正反射式レーザ変位計４の検出位置を微細流体ジェットノズル３による基板Ｓ上への溶液の供給位置を含むその近傍に合わせてもよい。この場合は、微細流体ジェットノズル３による溶液の基板Ｓへの供給前に溶液の供給が予定される位置にて検出を行った後、検出を停止すればよい。これにより、連続して検出する場合に比べて、処理速度を向上させることができる。このように、本実施形態では、支持体５が「位置調整機構」に相当している。
さらに、マルチノズル（マルチチャネル）にして直線配列ヘッドあるいは２次元配列ヘッドにした場合には、１ヶ所の変位情報では不足するため、複数のレーザ変位計４を搭載し、その複数の変位信号の平均を取るようにしてもよいし、Ｚ軸駆動部４４の自由度を上げてライン補正や面補正を行うようにしてもよい。
図３は、通常流体ジェットノズル２の構成を示す図である。通常流体ジェットノズル２には、例えば公知のピエゾ式インクジェットノズルが用いられる。この通常流体ジェットノズル２は、その内部に溶液を貯留可能な貯留空間２３を有するノズル本体２２と、該貯留空間２３内の溶液を加圧するための圧電素子２４とを備えている。ノズル本体２２の底部には貯留空間２３内の溶液を基板Ｓに向けて吐出する通常径（例えば、２５μｍより大きな径）の通常吐出口２５が設けられている。また、ノズル本体２２の側面には貯留空間２３に溶液を供給する供給口２６が設けられており、液供給部４５と連通接続されている。圧電素子２４は、通常ジェット電圧発生部２１と配線２７を介して電気的に接続されている。圧電素子２４は電圧印加されることで伸縮するものであるため、通常ジェット電圧発生部２１により所定の電圧を印加することで圧電素子２４が伸縮し、貯留空間２３に貯留されている溶液が加圧される。その結果、通常吐出口２５より溶液の液滴が基板Ｓに向けて吐出される。このように、本実施形態では、圧電素子２４が「圧力印加手段」に相当している。
なお、通常流体ジェットノズル２は、ピエゾ式インクジェットノズルに限らず、公知のサーマル式（バブルジェット（登録商標）式）インクジェットノズルを使用することもできる。サーマル式インクジェットノズルを使用する場合には、圧電素子２４に代えてノズル内部の溶液を加熱するための発熱体等の加熱手段を設けて、溶液を加熱させることで溶液に気泡を発生させる。これにより溶液が加圧されて、通常吐出口２５より溶液の液滴が基板Ｓに向けて吐出される。
図４は、微細流体ジェットノズル３の構成を示す図である。この微細流体ジェットノズル３は、その内部に溶液を貯留可能な貯留空間３３を有するノズル本体３２と、該貯留空間３３内の溶液に接液する電極３４とを備えている。ノズル本体３２の底部には貯留空間３３内の溶液を基板Ｓに向けて吐出する前記通常径よりも小さい微細径（例えば、サブμｍ〜２５μｍの径）の微細吐出口３５が設けられている。ノズル本体３２は、シールドゴム３６およびノズルクランプ３７によりホルダー３８に取り付けられ、ノズル本体３２内部の圧力が漏れないように構成されている。圧力調整器３９は、ノズル本体３２内部の圧力を調整するもので、圧力チューブ４０を通してノズル本体３２内部の圧力が調整される。この圧力調整器３９は、高圧を印加することで溶液を微細吐出口３５から押し出すためのものではなく、むしろコンダクタンス（ノズル内の溶液の流れ易さ）を調整したり、貯留空間３３への溶液の充填、ノズルつまりの除去等に用いられる。ノズル本体３２は成型性を考慮してガラス、電極３４には金属線（タングステン線）を使用している。なお、ノズル内にメッキで電極を形成してもよい。また、ノズル本体３２を導電性物質で形成した場合には、その上に絶縁材をコーティングする。
次に、微細流体ジェットノズル３による微細液滴の動作について説明する。電極３４は、微細ジェット電圧発生部３１と接続されており、微細ジェット電圧発生部３１より発生した電圧は電極３４へ伝えられて微細吐出口３５近傍の溶液を帯電させ、微細吐出口３５近傍に局所的な電界（電界の集中効果）を発生させる。この微細吐出口３５に集中した電荷Ｑは丁度、該電荷Ｑと基板Ｓとの間隔分だけ基板Ｓを中心として基板内側に離れた対称位置に、等価な電荷量でしかも極性が反対の鏡像電荷Ｑ’を誘導させる。そして、電荷Ｑと鏡像電荷Ｑ’との間に作用する静電的な力（鏡像力）により、微細吐出口３５より溶液の液滴が基板Ｓに向けて吐出されることになる。なお、吐出の条件として、静電的な力がノズル内の溶液に働く表面張力より大きいことが必要とされるが、後述するようにノズル径が微細なほど電界の集中効果は大きく、吐出に有利であることが明らかになっている。
図５に、局所的な電界モデルに基づくモデル計算結果を示す。図５は、ノズル径ｒと、表面張力による圧力Ｐｓならびに静電的な圧力Ｐｅとの関係を示す図である。表面張力として、水（γ＝７２ｍＮｍ）と、有機溶媒（γ＝２０ｍＮｍ）の場合に関して図示している。これより、十分に小さいノズル径を用いることで、静電的な圧力Ｐｅが表面張力による圧力Ｐｓを上回ることが示唆される。すなわち、微細液滴の吐出が可能となることが理解される。そのため、従来のインクジェット方式では、ノズル詰まり等の問題で安定的に吐出することが不可能であった微細液滴の吐出が可能となっている。
このように、微細流体ジェットノズル３による微細液滴の吐出は、微細吐出口３５の近傍における電界の集中効果と、対向する基板Ｓに誘起される鏡像力の作用を特徴としている。このため、基板Ｓまたは基板ホルダ１を導電性にしたり、これらに電圧を印加することは不要である。すなわち、基板として絶縁性のガラス基板、ポリイミドなどのプラスチック基板、セラミックス基板、半導体基板等を用いることが可能である。
また、電極３４への印加電圧は、プラス、マイナスのいずれであってもよい。さらに、微細流体ジェットノズル３と基板Ｓとの距離は、数μｍ〜数百μｍ以下に保つことにより、溶液の吐出をさらに容易にすることができる。
次に、図１に戻って装置の説明を続ける。基板ホルダ１上には、ノズル洗浄部６、プリディスペンス部７、およびキャリブレーションプレート８が取り付けられている。ノズル洗浄部６およびプリディスペンス部７は、微細流体ジェットノズル３の洗浄のために設けらている。ノズル洗浄部６は、数種類の洗浄溶剤用の容器を備え、超音波洗浄を実行する。洗浄溶剤として、使用する溶液ごとに洗浄性が最適なものが選択され、選択された洗浄溶剤にて洗浄が行われた後、エチルアルコールによる洗浄が行われる。なお、洗浄溶剤は手動で定期的に交換すればよい。微細流体ジェットノズル３の先端に付着する溶液の量は極めて少量であり、洗浄容器中の溶剤への汚染は僅かだからである。プリディスペンス部７には、ステンレス製の皿が設けられており、初期吐出が実行される。
キャリブレーションプレート８には、例えば、ガラス板が用いられ、パターン形成前に該ガラス板上で通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３との位置合わせが行われる。この手順は以下の通りである。先ず、微細流体ジェットノズル３から溶液を吐出することでガラス板上に十字線を形成する。その後、通常流体ジェットノズル２から溶液を吐出することで同様にガラス板上に十字線を形成する。そして、各々の十字線の相対的な位置ずれをマイクロスコープ（図示省略）によって目視することにより、位置補正値を求める。求めた位置補正値を制御部５０に入力することで、通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３との相対位置を合わせることができる。
次に、上記のように構成された処理装置の動作の一例を図６を参照しつつ説明する。図６は、図１の処理装置の動作を示すフローチャートである。ここでは、基板Ｓ上にＬＳＩデバイス等の集積回路部品を搭載可能とするための配線パターンを形成する場合について説明する。
まず、吐出の準備としてノズル洗浄部６にて、通常流体ジェットノズル２および微細流体ジェットノズル３の各ノズルを洗浄する（ステップＳ１）。ついで、液供給部４５から溶液を各ノズルに圧送し、プリディスペンス部７にて各ノズルから溶液を吐出することで初期吐出を実行する（ステップＳ２）。これにより、各ノズルのクリーニングが完了する。次に、キャリブレーションプレート８上に、各ノズルから溶液を吐出することで位置合わせ用のパターンを形成する（ステップＳ３）。そして、形成したパターンの相対的な位置ずれをマイクロスコープによって目視確認することによって位置補正値を求め、制御部５０に当該補正値を入力する（ステップＳ４）。これにより、通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３との相対的な位置合わせが完了する。一方、基板Ｓ側の準備として基板Ｓを基板ホルダ１にセットし、基板Ｓを真空吸着する（ステップＳ５）。次に、ヘッド１０を駆動させて正反射式レーザ変位計４による基板Ｓの厚み検出（ステップＳ６）と、基板Ｓの浮きのチェックを行う（ステップＳ７）。
以上のパターン形成前の準備が整った状態で、先ず、微細流体ジェットノズル３によるパターン形成が実行される（ステップＳ８）。ヘッド１０が基板Ｓ上の所定の位置に位置決めされるとともに、微細流体ジェットノズル３から微細粒径の液滴が基板Ｓ上に供給される。これにより、例えば、デバイス等の集積回路部品の周辺等の微細幅を有する微細パターン（例えば、線幅が２５μｍよりも狭いパターン）が形成される。ついで、微細流体ジェットノズル３によるパターン形成が完了した後に通常流体ジェットノズル２によるパターン形成が実行される（ステップＳ９）。ヘッド１０が基板Ｓ上の所定の位置に位置決めされるとともに、通常流体ジェットノズル２から微細粒径よりも大きな通常粒径の液滴が基板Ｓ上に供給される。これにより、例えば、微細幅よりも広い通常幅を有する通常パターン（微細パターン以外のパターンであり、例えば、線幅が２５μｍよりも広いパターン）が形成される。微細パターンの形成後に通常パターンを形成するのは、通常粒径の液滴により形成したパターンが、微細流体ジェットノズル３に干渉するのを防止するためである。もちろん、このような干渉が問題とならない場合には、通常パターンの形成（ステップＳ９）後に、微細パターンを形成する（ステップＳ８）ようにしてもよい。
図７は、微細配線を有するパターン形成の様子を示す図である。具体的には、基板Ｓとしてガラスエポキシ基板あるいはフレキシブルプリント基板を用いて、金属ペースト等の液滴を基板Ｓに向けて吐出して配線パターンを形成する様子を示している。パターンＰ２は、微細幅を有する、デバイスとの接点ならびにその周辺の配線パターンであることを示しており、当該パターンは微細流体ジェットノズル３から微細粒径の液滴を基板Ｓ上に供給することで形成される。一方、パターンＰ１は、微細幅よりも広い幅を有する通常パターン（微細パターン以外のパターン）であることを示しており、当該パターンは通常流体ジェットノズル２から通常粒径の液滴を吐出することで形成される。
以上のように、この実施形態によれば、微細領域については微細流体ジェットノズル３から溶液を基板Ｓに供給してパターン形成することにより、配線の微細化を可能とする一方で、該微細領域よりも広い領域（微細領域以外の領域）については、通常流体ジェットノズル２から溶液を基板Ｓに供給してパターン形成することにより、スループットを向上させることができる。すなわち、液滴の粒径が１種類であれば、微細領域のパターンを形成するため液滴の粒径を小粒径とする必要があるが、このような小粒径で微細領域よりも広い領域をパターン形成すれば、スループットの低下を招くことになる。この実施形態によれば、形成するパターン幅に応じて液滴の粒径を替えているので、このようなスループットの低下を防止することができる。また、異なる液滴の粒径を有する溶液を吐出することが可能であるため、処理領域が微細領域からなる基板、該微細領域よりも広い領域からなる基板、および両者が混在している基板のいずれに対しても柔軟に対応することができ、汎用性に優れている。特に、微細流体ジェットノズル３を用いることで、インクジェットノズルではノズル詰まり等の問題により安定的に吐出できなかった液滴の粒径についても吐出することが可能となるため、インクジェット方式のみで構成された装置のように処理対象が限定されることがない。これにより、高密度化が要求される接続点数の多いＬＳＩデバイス等との接続パターンも、リソグラフィ等の方法に拠らず、直接的に基板上に形成することが可能となる。
なお、この実施形態では、基板Ｓ上に微細配線を有するパターン形成をしているが、これに限らない。例えば、以下のような用途に対しても適用することもできる。
（Ｓｉ貫通電極の形成）
近年、携帯電話に代表されるような高集積化の要求により、ＳＩＰ（システム・イン・パッケージ）技術が進展している。これは、薄型ウェハ等の基板を用いて作成した各種デバイスを積層化して単一のパッケージに封止してシステム化を実現したものである。各種デバイス間の配線にはワイアボンダ装置により相互結線する手法が用いられている。しかし、ワイアボンダによる三次元結線は、装置の初期設定におけるティーチングに多大な時間を要し、スループットにも問題がある。そこで、ワイヤ接続に代えて、各基板に貫通孔を設けてＳｉ貫通電極を形成し、それらを形成した基板を多段に積層することが考えられている。このＳｉ貫通電極は、各基板間の信号遅延を低減するため、また高密度化のために微細径（例えば、数十μｍ以下）の貫通孔であることが必要とされる。一方で、基板の周辺等には、各基板に電源を供給するために通常径の貫通孔で形成された貫通電極が形成されることが多い。
図８は、Ｓｉ貫通電極の形成の様子を示す図である。具体的には、貫通孔が形成された各基板を多段に積層した多層基板ＭＳに対して、該多層基板ＭＳ上の貫通孔に金属ペースト等の導電性の溶液を供給して穴埋めする様子を示している。貫通孔Ｈ１は、通常径の貫通孔であることを示しており、当該貫通孔は通常流体ジェットノズル２から通常粒径の液滴を吐出することで穴埋めされる。一方、貫通孔Ｈ２は、通常径よりも小さい微細径の貫通孔であることを示しており、当該貫通孔は微細流体ジェットノズル３から微細粒径の液滴を吐出することで穴埋めされる。
以上のように、貫通孔の穴径に応じて通常粒径または微細粒径の液滴を貫通孔に供給しているので、スループットを向上させることができる。すなわち、液滴の粒径が１種類であれば、微細径の貫通孔の穴埋めを行うため液滴の粒径を小粒径とする必要があるが、このような小粒径で微細径よりも大きな貫通孔を穴埋めすることはスループットの低下を招くことになる。この実施形態によれば、穴径に応じて液滴の粒径を替えているので、このようなスループットの低下を防止することができる。また、異なる液滴の粒径を有する溶液を吐出することが可能であるため、穴径に応じた粒径の液滴を基板に供給することができ、汎用性に優れている。特に、微細流体ジェットノズル３を用いることで、インクジェットノズルでは着弾精度が不十分で安定的に吐出できなかった液滴の粒径（数十μｍ以下）についても吐出することが可能となるため、インクジェット方式のみで構成された装置のように処理対象が限定されることがない。また、貫通電極の形成とともに、図７に示すパターン形成を同時に行うことで、汎用性を高めるとともに、さらなるスループットの向上が期待できる。
（半田バンプの形成）
また、半田バンプの形成にも適用することができる。図９は、半田バンプ形成の様子を示す図である。同図（ａ）は、通常流体ジェットノズル２から通常粒径の液滴を吐出することで通常径のバンプを形成している。同図（ｂ）は、微細流体ジェットノズル３から微細粒径の液滴を吐出することで通常径よりも小さな微細径のバンプを形成している。
以上のように、形成するバンプ径に応じて通常粒径または微細粒径の液滴を基板Ｓに供給しているので、スループットを向上させることができる。すなわち、液滴の粒径が１種類であれば、微細径のバンプ形成のため液滴の粒径を小粒径とする必要があるが、このような小粒径で微細径よりも大きなバンプ径を形成する場合、単位時間当りの基板への液供給量は制限され、スループットの低下を招くことになる。この実施形態によれば、形成するバンプ径に応じて液滴の粒径を替えているので、このようなスループットの低下を防止することができる。また、異なる液滴の粒径を有する溶液を吐出することが可能であるため、形成するバンプ径に応じた粒径の液滴を基板に供給することができ、汎用性に優れている。特に、微細流体ジェットノズル３を用いることで、インクジェットノズルでは着弾精度が不十分で安定的に吐出できなかった液滴の粒径（バンプ径３０μｍが限界とされている）についても吐出することが可能となるため、バンプ径の微細化に対応できるとともに、インクジェット方式のみで構成された装置のように処理対象が限定されることがない。
＜第２実施形態＞
（ＤＮＡマイクロアレイの形成）
図１０は、本発明にかかる処理装置の第２実施形態を示す図である。この処理装置は、被処理対象たる基板Ｓに本発明の「処理液」としてプローブＤＮＡ溶液（以下「ＤＮＡ溶液」という）を供給してＤＮＡマイクロアレイを形成する処理装置である。基板Ｓには、スライドガラスまたはＳｉウエハが用いられる。また、処理効率を上げるため、複数の基板Ｓが基板ホルダ１上に配置される。例えば、２０枚×２０枚（計４００枚）の基板Ｓが配置される。
ここで、ＤＮＡマイクロアレイとは、解析対象生物の遺伝子に対応するＤＮＡ断片を基板上に小さなスポットとして、高密度に配列したものである。例えば、生体から取り出したＤＮＡを分離し、同一のＤＮＡをＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法により増幅し、ＤＮＡ溶液を基板上に配列させる。ヒトの遺伝子は、３００００〜４００００と言われているので、それに対応するＤＮＡ断片の数は数万種類あり、従って数万種類のＤＮＡ溶液が用意される。
従来よりガラスまたはステンレス等の金属の針をもつスポッターにより１０ｍｍ角程度のガラス基板上にφ１００μｍ程度のスポットを配列したＤＮＡマイクロアレイがある。これを１００μｍの間隔で配列した場合はスポット点数は最大１００００点となるが、大規模な遺伝子解析に使用する場合にはスポット点数が不足して複数のガラス基板が必要になるといった不具合が生じていた。例えば、基板一枚当たりの最大スポット点数が１００００点であれば、ヒトの遺伝子解析には３〜４枚のガラス基板が必要となる。また、スポット径がばらつくという欠点があった。一方でインクジェット方式によればスポット径は安定するもののスポット径を微細化しようとすると、ノズルに設ける吐出口の穴径を小さくする必要があるが、ノズル詰まりの問題など、その吐出性能にも一定の限界があり、安定な吐出は困難である。さらにノズル内の洗浄性にも問題がある。
また、半導体製造等のリソグラフィの手法を用いてφ１００μｍ以下（例えば、φ２３μｍ）のスポット径を実現したＤＮＡチップなるものが存在するが、その手法上、搭載するプローブＤＮＡ溶液が限定され、多様な研究に対応することができない。また、スポット径が１００μｍ以下となるとハイブリダイズ時の目視確認が困難になるとともに、解析結果が安定せず再現性に乏しいという不具合があった。
次に図１０に戻って処理装置の説明を続ける。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、基板ホルダ１上に新たにＤＮＡ溶液プレート９を配置している点、ならびに液供給部４５は、エチルアルコール等の洗浄溶剤のみを保持している点である。従って、通常流体ジェットノズル２ならびに微細流体ジェットノズル３へのＤＮＡ溶液の供給は、ＤＮＡ溶液プレート９からなされる。ＤＮＡ溶液プレート９は、図１１に示すように、微小なポッド９ａを多数配列したもので、各ポッド９ａには相互に異なるＤＮＡ溶液がそれぞれに入れられている。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。従って、以下においては、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
図１２にＤＮＡマイクロアレイ用のヘッドの一例を示す。図１２は、８チャネルの微細流体ジェットノズル３を備えた例である。このように、ノズルをマルチチャネル化することで、装置のスループットを向上させることができる。なお、各微細流体ジェットノズル３間のピッチは、ＤＮＡ溶液プレート９の各ポッド９ａ間のピッチと一致している。各ノズルへのＤＮＡ溶液の供給は、ノズル先端部をポッド９ａに入れられたＤＮＡ溶液中に浸すことによって行う。これにより、毛管現象によってノズル先端部にＤＮＡ溶液が吸引される。
次に、ＤＮＡマイクロアレイの形成動作について説明する。図１３は、図１０の処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。基本的な動作は図６に示すフローチャートと同様であるが、ＤＮＡマイクロアレイの形成においては、各ノズルでの溶液の供給がＤＮＡ溶液プレート９からなされる点が異なる。そのため、ここでは相違点のみについて説明し、その他の点については説明を省略する。
まず、吐出の準備としてノズル洗浄部６にて、各ノズルを洗浄する（ステップＳ１１）。ついで、ヘッド１０がＤＮＡ溶液プレート９上に移動され、微細流体ジェットノズル３の先端部がＤＮＡ溶液プレート９のポッド９ａに入れられたＤＮＡ溶液中に浸される。これにより、毛管現象によって微細流体ジェットノズル３にＤＮＡ溶液が吸引される（ステップＳ１２）。同様にして、通常流体ジェットノズル２についてもＤＮＡ溶液が吸引される。そして、プリディスペンス部７にて各ノズルから溶液を吐出することで初期吐出を実行する（ステップＳ１３）。各ノズルへのＤＮＡ溶液の供給は毛管現象による吸引であるので、予めプリ吐出を規定回数行ってノズル先端部に付着したＤＮＡ溶液を除去する必要がある。このプリ吐出を行わない場合には、ノズル先端部に付着したＤＮＡ溶液が悪影響して所望のスポット径を得ることが出来なくなるからである。なお、キャリブレーションプレート８による各ノズルの相対的な位置合わせ（ステップＳ１４）、補正値の入力（ステップＳ１５）、および基板Ｓの準備（ステップＳ１６〜Ｓ１８）は、図６と同様であるので説明を省略する。
以上のパターン形成前の準備が整った状態で、先ず、微細流体ジェットノズル３によるスポット形成が実行される（ステップＳ１９）。ヘッド１０が基板Ｓ上の所定の位置に位置決めされるとともに、微細流体ジェットノズル３から微細粒径の液滴が基板Ｓ上に供給される。これにより、基板Ｓ上に微細径のスポット（微細スポット）が形成される。ヘッド１０が８チャネルの微細流体ジェットノズル３を備えている場合は、基板Ｓ上に８個のスポットが形成される。なお、１つのスポットは微細流体ジェットノズル３からの１ショットにより形成される。ここで、複数の基板Ｓを基板ホルダ１に配置している場合には、各基板ごとに８個のスポットが順に形成されていくことになる。
ＤＮＡ溶液を補充する場合には、各ＤＮＡ溶液ごとにポッド９ａに補充する。そして、ノズル先端部をポッド９ａに入れられたＤＮＡ溶液中に浸し吸引することによって、ノズル内にＤＮＡ溶液が補充される。補充後は、再度のプリ吐出を行ってからスポット形成が行われる。また、ＤＮＡ溶液を切り替える場合は、プリディスペンス部７にて液供給部４５から洗浄溶剤を圧送してノズル内を洗浄するとともに、ノズル洗浄部６にて洗浄溶剤による超音波洗浄を実行する。その後、新規のＤＮＡ溶液中にノズル先端部を浸し吸引することによって、ＤＮＡ溶液がノズル内に供給される。なお、これらの操作は、８チャネルの微細流体ジェットノズル３について同時に行われる。
ついで、微細流体ジェットノズル３によるスポット形成が完了した後に通常流体ジェットノズル２によるスポット形成が実行される（ステップＳ２０）。なお、通常流体ジェットによるスポット形成についても微細流体ジェットによるスポット形成と同様に行われる。すなわち、ヘッド１０が基板Ｓ上の所定の位置に位置決めされるとともに、通常流体ジェットノズル２から微細粒径よりも大きな通常粒径の液滴が基板Ｓ上に供給されることで、基板Ｓ上に通常径のスポット（通常スポット）が形成される。
図１４に、ＤＮＡマイクロアレイの外観を示す。同図（ａ）は、スライドガラス等の基板Ｓ上に微細領域Ｒ２を微細流体ジェットノズル３で微細スポットを作成し、通常領域Ｒ１を通常流体ジェットノズル２で該微細径よりも大きな通常スポットを作成した例を示している。また、同図（ｂ）は、各領域の拡大図である。この例では、微細スポット径を８μｍとし、通常スポット径を１００μｍとしている。
以上のように、この実施形態によれば、処理領域に応じて通常粒径または微細粒径の液滴を基板Ｓに供給しているので、スループットを向上させることができる。すなわち、液滴の粒径が１種類であれば、微細径のスポット形成のため液滴の粒径を小粒径とする必要があるが、このような小粒径で微細径よりも大きなスポット径を形成する場合、単位時間当りの基板への液供給量は制限され、スループットの低下を招くことになる。この実施形態によれば、形成するスポット径に応じて液滴の粒径を替えているので、このようなスループットの低下を防止することができる。また、異なる液滴の粒径を有する溶液を吐出することが可能であるため、解析目的等に応じた粒径の液滴を基板Ｓに供給することができ、汎用性に優れている。特に、微細流体ジェットノズル３を用いることで、インクジェットノズルではノズル詰まりの問題等で安定的に吐出できなかった液滴の粒径についても吐出することが可能となるため、スポット径の微細化ならびにスポット配列の高密度化に対応できる。
また、この実施形態によれば、重点的に解析したいＤＮＡについては、通常流体ジェットノズル２を用いて通常スポットを配列させることにより、解析結果を数値的に安定させることができる。しかも、スポット径を１００μｍ以上とすることで、ハイブリダイズ時に反応状況を目視にて解析できる。一方、微細流体ジェットノズル３を用いることで、インクジェットノズルでは安定的に吐出できなかった液滴の粒径についても吐出することが可能となるため、高密度に微細スポットを配列することができ、解析効率を向上させることができる。このため、大規模な遺伝子解析に使用する場合にも一枚の基板上にＤＮＡマイクロアレイを作成することも可能となる。さらに、プローブＤＮＡ溶液の切替え時にもノズルが微細であるため、付着している溶液の量も微少であり、クロスコンタミネーションの問題を少なくすることができる。
（化学試料反応）
なお、この実施形態では、基板Ｓ上にＤＮＡマイクロアレイを形成しているが、これに限らない。例えば、コンビナトリアルケミストリの手法を用いた化学試料反応に対しても適用することもできる。この場合、プローブＤＮＡ溶液プレート９に代えて、化学試料溶液プレートが使用される。化学試料溶液プレートの各ポッド９ａには相互に成分やその成分の割合が異なる化学試料溶液がそれぞれに入れられている。
図１５に化学試料反応の外観を示す。同図（ａ）は、相異なる化学試料溶液Ａ〜Ｆの各々に対して、９種の相異なる化学試料溶液を重ね合わせた様子を示している。同図（ｂ）は、化学試料溶液Ａの拡大図である。化学試料溶液Ａ〜Ｆについては通常流体ジェットノズル２により通常径のスポット（通常スポット）が形成され、９種の相異なる化学試料溶液ａ〜ｉについては微細流体ジェットノズル３により通常径より小さい微細径のスポット（微細スポット）が形成される。各スポットの形成は、先ず通常流体ジェットノズル２により通常スポットを形成した後、形成された各通常スポット上に微細流体ジェットノズル３により微細スポットが形成される。そして、通常スポットと微細スポットが重ね合わされた部分において、通常粒径の化学試料溶液と微細粒径の化学試料溶液との間で化学反応が起こされる。これを同図（ｂ）を用いて説明すれば、スポットＡ１において通常粒径の化学試料溶液Ａと微細粒径の化学試料溶液ａとの間で化学反応（Ａ―ａ）が起こされ、スポットＡ２において通常粒径の化学試料溶液Ａと微細粒径の化学試料溶液ｂとの間で化学反応（Ａ―ｂ）が起こされ、スポットＡ３において通常粒径の化学試料溶液Ａと微細粒径の化学試料溶液ｃとの間で化学反応（Ａ―ｃ）が起こされる。以下同じようにして溶液Ａと溶液ｄ〜ｉにおいて化学反応Ａ―ｄ〜Ａ―ｉが起こされる。その反応結果を光学的に検出することにより、実験効率を飛躍的に向上させることができる。
なお、各種化学試料の性状の差により吐出量が異なる場合には、予めキャリブレーションプレート８上に各種化学試料溶液を吐出し、マイクロスコープでスポットの直径を調べることによって吐出量の差を測定し、その吐出量の過不足に応じて吐出制御信号（スポット形成信号）を調整することにより、吐出量のバラツキを抑制することができる。
以上のように、２種類の異なる液滴の粒径を有する溶液を吐出することが可能であるため、一方の液滴の粒径（通常スポット）を有する溶液上に他方の液滴の粒径（微細スポット）を有する溶液を重ね合わせることができる。そのため、汎用性に優れ、化学試料同士の組合せを利用して系統的、効率的かつ迅速に化学反応を起こさせるとともに、それらの反応結果を迅速に評価することができる。特に、微細流体ジェットノズル３を用いることで、インクジェットノズルではノズル詰まり等の問題により安定的に吐出できなかった液滴の粒径についても吐出することが可能となるため、通常流体ジェットノズル２により形成された通常スポット上に高密度に微細スポットを配列することができ、実験効率を飛躍的に向上させることができる。
＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、ヘッド１０をＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動させることで、処理液の基板Ｓへの供給位置を制御するようにしているが、ヘッド１０を基板Ｓとを三次元的に相対移動させる構成であれば駆動手段は任意である。例えば、ヘッド１０を固定して、基板ＳをＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動させて処理液の基板Ｓへの供給位置を制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３とを一体的に構成して駆動させているが、通常流体ジェットノズル２と微細流体ジェットノズル３の各々に対して駆動部を設けて、別々に作動させてもよい。
また、上記実施形態では、基板ホルダ１の両側に２本のガイドレール１２、１３を備えることにより、Ｙ軸を２軸同期駆動のガントリ型としているが、１本のガイドレールを備えた１軸の片持ち構造としてもよい。片持ち構造とした場合には、位置精度が低下しないように、機械剛性に配慮する必要がある。
処理液を、半導体及びＦＰＤ製造装置、プリント基板製造装置、バイオ関連装置（ＤＮＡマイクロアレイ作成、ＤＮＡチップ作成）、化学反応試験装置などに用いられる基板などの被処理体に対して供給して所定の処理を施す処理装置に適用できる。
本発明にかかる処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１の処理装置の電気的な構成を示す模式図である。 通常流体ジェットノズルの側断面図である。 微細流体ジェットノズルの側断面図である。 微細流体ジェットノズルにおける表面張力と静電的圧力のノズル径依存性のモデル計算結果を示す図である。 図１の処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 微細配線を有するパターン形成の様子を示す図である。 Ｓｉ貫通電極の形成の様子を示す図である。 半田バンプ形成の様子を示す図である。 本発明にかかる処理装置の第２実施形態を示す図である。 ＤＮＡ溶液プレートの外観を示す図である。 ＤＮＡマイクロアレイ用のヘッドの一例を示す図である。 図１０の処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 ＤＮＡマイクロアレイの外観を示す図である。 化学試料反応の外観を示す図である。
符号の説明
１…基板ホルダ（基板保持手段）
２…通常流体ジェットノズル
３…微細流体ジェットノズル
４…正反射式レーザ変位計
５…支持体（位置調整機構）
８…キャリブレーションプレート
４１…Ｘ軸駆動部
４２、４３…Ｙ軸駆動部
４４…Ｚ軸駆動部
５０…制御部

Claims (15)

  1. 基板に処理液を供給して所定の処理を行う処理装置において、
    前記基板を保持する基板保持手段と、
    前記基板に向けて前記処理液の液滴を通常粒径で吐出する通常流体ジェット部と、
    前記基板に向けて前記処理液の液滴を前記通常粒径よりも小さい微細粒径で吐出する微細流体ジェット部と、
    前記通常流体ジェット部および前記微細流体ジェット部の各々を前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動させる駆動手段と、
    前記基板に対する各ジェット部の相対位置を調整して前記液滴の供給位置を制御する制御手段とを備え、
    前記通常流体ジェット部は、その内部に前記処理液を貯留するとともに、その先端部に設けられた通常吐出口から前記処理液の液滴を吐出可能となっているノズル本体と、前記ノズル本体に貯留された前記処理液に対して圧力を印加する圧力印加手段とを有し、前記圧力印加手段による圧力印加によって前記通常吐出口から液滴を吐出させる一方、
    前記微細流体ジェット部は、その内部に前記処理液を貯留するとともに、その先端部に設けられ、前記通常吐出口よりも小さな微細吐出口から前記処理液の液滴を吐出可能となっているノズル本体と、前記ノズル本体に貯留された前記処理液に接液するように設けられた電極とを有し、前記微細吐出口を前記基板に近接させた状態で前記電極に電圧を印加して前記微細吐出口近傍に局所的な電界を発生させることによって前記微細吐出口近傍で前記ノズル本体内の処理液を帯電させ、該帯電した処理液の液滴を前記ノズル本体の内部から前記微細吐出口を介して吐出させる
    ことを特徴とする処理装置。
  2. 前記通常流体ジェット部を複数備える請求項１記載の処理装置。
  3. 前記微細流体ジェット部を複数備える請求項１または２記載の処理装置。
  4. 前記駆動手段は、前記基板に対して前記通常流体ジェット部と前記微細流体ジェット部とを、前記基板に略平行な任意の１軸方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸駆動部と、前記基板に略平行にしかも前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に相対移動させるＹ軸駆動部と、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に相対移動させるＺ軸駆動部とを備え、
    前記Ｚ軸駆動部を作動させることで前記微細流体ジェット部と前記基板との間隔を微調整する請求項１記載の処理装置。
  5. 前記微細流体ジェット部と前記基板との間隔の変位を非接触で検出する非接触式変位センサをさらに備え、
    前記非接触式変位センサからの変位信号に応じて前記Ｚ軸駆動部を作動させることで前記微細流体ジェット部と前記基板との間隔を微調整する請求項４記載の処理装置。
  6. 前記非接触式変位センサは、レーザを前記基板に向けて投光する投光部と、該基板から反射されるレーザ反射光を受光する受光部を備えた正反射式レーザ変位計である請求項５記載の処理装置。
  7. 前記非接触式変位センサは、前記微細流体ジェット部による前記液滴の前記基板への供給位置を含まないで、しかも前記液滴が供給されていない未供給領域を連続して検出する請求項５または６記載の処理装置。
  8. 前記非接触式変位センサは、前記微細流体ジェット部による前記液滴の前記基板への供給前に前記液滴の供給位置を含むその近傍を検出した後、検出を停止する請求項５または６記載の処理装置。
  9. 前記微細流体ジェット部による前記液滴の供給位置の近傍の任意の位置を検出するように前記非接触式変位センサの検出位置を調整する位置調整機構をさらに備える請求項７または８記載の処理装置。
  10. 前記通常流体ジェット部と前記微細流体ジェット部との相対位置を調整するキャリブレーション基板をさらに備える請求項１ないし９のいずれかに記載の処理装置。
  11. 前記通常流体ジェット部と前記微細流体ジェット部は、前記処理液として金属微粒子のコロイド溶液を前記基板に向けて吐出する請求項１ないし１０のいずれかに記載の処理装置。
  12. 前記通常流体ジェット部と前記微細流体ジェット部は、前記処理液として導電性高分子の可溶性誘導体を前記基板に向けて吐出する請求項１ないし１０のいずれかに記載の処理装置。
  13. 前記基板は集積回路部品を搭載可能となっており、前記微細流体ジェット部から前記微細粒径の前記処理液の液滴を吐出することで前記集積回路部品の周辺等の微細幅を有する微細パターンを前記基板上に形成するとともに、前記通常流体ジェット部から前記通常粒径の前記処理液の液滴を吐出することで前記微細幅より広い通常幅を有する通常パターンを前記基板上に形成する請求項１１記載の処理装置。
  14. 前記処理液はＤＮＡ溶液であって、前記通常流体ジェット部から前記通常粒径のＤＮＡ溶液を吐出することで複数の通常径のスポットを配列させたＤＮＡマイクロアレイを前記基板上に形成するとともに、前記微細流体ジェット部から前記微細粒径のＤＮＡ溶液を吐出することで複数の前記通常径よりも小さい微細径のスポットを配列させたＤＮＡマイクロアレイを前記基板上に形成する請求項１ないし１０のいずれかに記載の処理装置。
  15. 前記処理液は化学試料溶液であって、前記通常流体ジェット部から前記通常粒径の化学試料溶液を吐出することで複数の通常径のスポットを配列させたマイクロアレイを前記基板上に形成するとともに、前記微細流体ジェット部から前記微細粒径の化学試料溶液を吐出することで複数の前記通常径よりも小さい微細径のスポットを配列させたマイクロアレイを形成された各々の前記通常径のスポット上に重畳して形成させることによって、前記通常粒径の化学試料溶液と前記微細粒径の化学試料溶液とを化学反応させる請求項１ないし１０のいずれかに記載の処理装置。
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