本発明において、厚みのある微細パター� ��を形成するには、液滴径が小さすぎると材� ��の供給量そのものが少なくなるため厚みの� ��る微細パターンを得るには重ね書き描画を� ��う必要があるが、液滴径が10μm~150μmの範囲� ��好ましくは50μm~100μmの範囲であれば、重ね� ��画無しで、0.5μm以上の厚みのあるライン状� ��微細パターンを形成できる。

 また、このとき、レーザー光照射やラン� ��加熱による基板加熱温度は、高すぎると、� ��弾した液滴の部分的な加熱むらによる沸騰� ��象が生じ、緻密で平滑な微細パターン表面� ��得られず、また、基板加熱温度が低すぎる� ��、乾燥効果が不足し、液滴は広がる。これ� ��、着弾する際の液滴サイズに依存するが、� ��意検討した結果、液滴径が10μm~150μmの範囲� ��好ましくは50μm~100μmの範囲において、有機� ��媒の蒸発が加速されかつ急過熱による沸騰� ��象が生じない温度として、液滴着弾位置(着 弾予定領域)での基板表面温度は、50℃~200℃� �望ましく、これにより斑がなく、スムーズ� �表面を持った微細パターンが形成できる。

 ここで、前記着弾予定領域は、所定時間� ��経過した後に液滴が着弾することが予定さ� ��た基板上の位置であり、描画情報に基づい� ��決定される。前記描画情報は、基板上に描� ��するパターンに関するパターン情報と、そ� ��パターン情報に描画するタイミングを割り� ��てた時間情報を組み合わせた情報である。� ��の描画情報は、描画手段又は、図示しない� ��位コンピュータなどによって作成される。� ��なわち、前記描画情報には、どの時刻に、� ��板上のどの座標に液滴を吐出するかという� ��報が含まれているので、所定の時刻に液滴� ��着弾する予定の基板上の位置が、基板の移� ��方向及び基板の移動速度に基づいて特定で� ��る。従って、所定の時刻に液滴が着弾する� ��定の基板上の位置と、基板の移動方向及び� ��板の移動速度とに基づいて、前記着弾予定� ��域が特定される。

 また、レーザー光照射やランプ加熱によ� ��、直接着弾された液滴のみ加熱することは� ��液滴サイズが100μm以下と小さいため高い位� ��あわせ精度が必要となり、外部振動などに� ��り不安定な描画となり実用的でない。また� ��照射エネルギーの精度も高い精度が要求さ� ��実用的でない。このため、レーザー光照射� ��ランプ加熱により加熱照射する光スポット� ��は、50μm~10mm、好ましくは500μm~5mmに設定す� �。この時、レーザー光やランプ光の照射は� �インクを着弾させる基板表面側から照射す� �と、基板の厚みや材質に関係なく、かつ基� �への熱的ダメージを最小限に抑え、安定し� �描画が可能になる。

 さらに、基板の局所加熱のタイミングと� ��熱位置は、液滴が基板に着弾すると同時、� ��いはその以前に加熱する場合、着弾した液� ��が基板との濡れ性により広がる前に、液滴� ��乾燥するのに十分な温度まで上昇させるた� ��には、かなりハイパワーの加熱照射が必要� ��なる。このため、瞬間的にノズルと基板間� ��空気が局所的に温められ、これにより生じ� ��空気の流れのため、後続する液滴を基板上� ��正確に着弾することが困難になり、結果、� ��細パターンを正確に描画することが困難と� ��る。

 そこで、図1に示すように、インクジェッ トヘッドに対し相対移動する基板上のインク 液滴着弾位置の上流側の離れた位置にレーザ ー光照射装置やランプ加熱装置(基板加熱手� �)を配置し、基板を移動させる移動ステージ( 移動手段)の移動速度とレーザー光やランプ� �の照射強度、レーザー光照射装置やランプ� �熱装置によって加熱される照射スポットサ� �ズや照射位置とインク液滴の着弾位置とを� �動させて調整することにより、液滴が基板� �着弾する前に最適な基板加熱温度に容易に� �整することができる。

 また、この様に配置することで、レーザー� ��照射装置やランプ加熱装置をインクジェッ� ��ヘッド部に物理的に近づけて配置すること� ��困難な、ノズル基板間距離を大幅に近づけ� ��必要のある50μm以下の液滴吐出ヘッドやマ� �チノズルヘッド(複数ノズルがアレー上に並� ��だ構造)の場合でも、同様のインク液滴の着 弾位置における加熱効果を容易に基板に与え ることができる利点を有する。
 また、このときインク中のAg超微粒子など� �重量分率を液滴サイズに応じて最適化する� �とで、インク乾燥、焼結を短時間で行うこ� �が可能になり、基板加熱温度を必要最小限� �でき、基板への熱的ダメージを最小限に抑� �することが可能になる。

 以下、本発明の実施形態を図1から図3を参� �して説明する。図1は本発明の実施形態であ� ��微細パターン形成装置の概略的な全体構成� ��示す構成図である。
 本発明による、微細パターン描画装置は、� ��1に示されるインクジェットノズル1とレー� �ー照射もしくはランプ光照射加熱装置2、基� ��温度測定用放射温度計3、基板4、移動ステ� �ジ5、ステージ速度及び加熱温度を制御する� ��熱制御部9から構成され、このとき、基板加 熱のためのレーザー照射もしくはランプ光照 射加熱装置2の配置を、基板移動方向に対し� �インクジェットノズル1の上流側に配置する� ��とを特徴とする。

 基板温度測定用放射温度計3は、基板温度測 定手段として機能する。このとき、基板温度 測定用放射温度計3は、基板表面温度の測定� �が、インク液滴の基板上での着弾点に近け� �ば、どのような方向から測定してもかまわ� �い。
 描画工程は、まず、インクジェットノズル1 からは液滴を吐出しない状態で、レーザー照 射もしくはランプ光照射加熱装置2により基� �4を非接触で加熱する。次に加熱された基板� ��面の温度を基板温度測定用放射温度計3によ り測定する(基板温度測定工程)。このときの� ��定位置は、液滴の基板上への着弾位置にな� ��べく近く設定するのが好ましい。

 次に、移動ステージ5をインク吐出サイクル に合わせ連続的な微細パターンが形成できる 速度で往復運動させながら、この測定された 温度が基板4上に着弾する液滴乾燥に適切な� �度になるように、レーザー照射もしくはラ� �プ光照射加熱装置2の加熱照射パワーを予熱� ��御部9により調整する(予熱制御工程)。この� ��熱制御部9が予熱制御手段として機能する。
 上記設定が完了したら、図1に示すように、 基板4をレーザー照射もしくはランプ光照射� �熱装置2の側からインクジェットノズル1の方 向に移動(ステージ移動方向6)させ、インクジ ェットノズル1から原料インクを吐出し、微� �パターンを描画する。

 本発明で使用する原料インクとしては、� ��子径1μm以下の微粒子が有機溶媒に分指され た構成であればよく、金,銀,銅,白金,パラジ� �ム,タングステン,ニッケル,タンタル,ビスマ� ��,鉛,インジウム,錫,亜鉛,チタン又はアルミ� �ウムのいずれか一つからなる金属若しくは� �の酸化物又は各金属の内のいずれか二種以� �からなる合金を含有する、という構成にな� �ている。

 図2は、本発明のレーザー照射加熱によるイ ンクジェット描画配線幅の縮小効果を示した ものである。使用した原料インクは、Ag ナ� �粒子インク(ハリマ化成(株)製、Ag粒子径:6~10n m、主溶媒:n-テトラデカン、Ag微粒子重量分率 :20~60wt%)を、基板には石英ガラス基板を、加� �照射源にはCO ₂ レーザーを用い、100Hz~50kHzで100μmのノズル開� ��のインクジェットヘッドから吐出し、微細� ��ターンの描画を行った。

 このときの移動ステージ4の移動速度は、 1mm/sec~100mm/secの範囲で、インクジェットノズ� ��1もしくは基板上のインク着弾位置とレーザ ー照射もしくはランプ光照射加熱装置2によ� �基板上の加熱部位の中心との距離は、0.05mm~5 0mmの範囲で設定してある。また、吐出液滴の 直径は、インク吐出に同期したフラッシュ光 源により実験結果から、約50μmになっている� ��とを確認した。

 その結果、図2に示すように、レーザー照 射がない通常のインクジェット描画の場合、 Ag配線の線幅は370μmと吐出液滴径よりはるか� ��広がり、線幅も不安定なのに対し、レーザ� ��照射により基板加熱するとライン状の途切� ��のない連続的な微細Ag配線パターンが得ら� �、その線幅は、一定で、吐出インク液滴と� �等程度の58μmと、レーザー照射しない場合の 線幅の約1/6程度まで細くできた。

 図3は、上記レーザー照射の有無について 形成されたAg配線パターンの断面 形状の違� �を比較したものである。断面形状は、レー� �ー顕微鏡で計測した。レーザー照射を行う� �配線厚みも約4倍厚くなり、また、描画配線� ��イドウオールの傾斜角度もレーザー照射し� ��い場合に比べ約17度と急角度になっており� �エッジ部も鋭利になっている。したがって� �レーザー照射無しの場合に比べ、レーザー� �射有りの場合には、傾斜角度が17度以上とす ることができ、その結果、線幅の細い微細な 配線パターンが形成可能となり、同時に、線 幅が細くなる分だけ厚みの厚い配線パターン が得られるので、単層でも十分な厚みの配線 パターンを形成可能となるという効果を生じ る。以上のことから、本発明の実行的な効果 があることが確認できた。

 また、図3に示されたものにおいて、配線 パターンの配線厚みと線幅との比(配線厚み/� ��幅)であるアスペクト比は、レーザー照射無 しの場合約0.002、レーザー照射有りの場合約0 .037である。本発明の、金属微粒子を含むイ� �ク、又は金属アルコキシド溶液は、従来の� �ルク材よりも低い体積抵抗率のため、実用� �供する導体抵抗を有する配線パターンを形� �するには、アスペクト比は0.1以上であるこ� �が好ましい。

 図4は、同様の条件で、100μm段差、幅500μmの 溝が掘られた石英ガラス基板上に、前記溝部 にまたがって、配線を施した結果である。溝 は研削加工により形成されているので、その 表面は、研削されていない部分より大きく荒 れている。
 その結果、レーザー照射しない場合は、前� ��溝部の表面が荒れている部分や段差エッジ� ��分では、毛細管力により着弾した液滴は大� ��く広がり非常に広い線幅になっており、電� ��的導通も取れなかった、これに対し、レー� ��ー照射を行った場合は、溝以外の部分と溝� ��部も含め同一線幅で描画でき、線幅も約60μ mと大幅に細くすることができた。

 また、本発明のレーザー照射効果により� ��微細な凹凸のある基板上に液滴の広がり無� ��金属配線などの微細パターン膜を形成でき� ��ため、これまで、インクジェット配線など� ��問題となっていた基板との密着力について� ��基板表面の凹凸とその上に形成された微細� ��ターン膜とのアンカーリング効果により微� ��パターン膜の基板への密着強度を飛躍的に� ��上できる。

 図5及び図6は、本発明における移動する� �板上のレーザー照射箇所を、インクジェッ� �液滴の基板上での着弾位置と一致させた場� �の配線描画結果である。図5は、上記図1から 図3記載の描画条件で、レーザー照射位置を� �弾位置に合わせた場合で、基板が移動して� �るため、図1~図3記載の描画条件では、レー� �ー加熱が不十分であり、結果、液滴は十分� �乾燥固化せず、このため描画線幅は細くな� �ず、不安定になる。図6は、このレーザーの� ��ワー不足を補うためにレーザーのパワーを� ��くし、また、ステージ移動速度を遅くし、� ��画線幅がレーザー照射効果で細くなる条件� ��探したものである。しかしながら、配線幅� ��減少効果は認められるものの、配線パター� ��自体に、インクの突沸現象と考えられる微� ��な穴や凹凸が見られ、スムーズな微細配線� ��描画できない。

 このことより、基板に対し相対移動する� ��ンクジェットヘッドの上流側の離れた位置� ��レーザー光照射装置やランプ加熱装置を配� ��し、基板を移動させる移動ステージの移動� ��度とレーザー光やランプ光の照射強度とを� ��動させて調整することにより、液滴が基板� ��着弾する前に最適な基板加熱温度に容易に� ��整でき、ノズル詰まりや基板の熱的ダメー� ��を最小に押さえ、早いステージ移動速度で� ��実用的なプロセスマージンが得られること� ��実証された。

 図7は、インク液滴サイズを先の実施例より 小さくした場合の本発明によるレーザー照射 加熱によるインクジェット描画配線幅の縮小 効果を示したものである。使用した原料イン クは、Agナノ粒子インク(ハリマ化成(株)製、A g粒子径:6~10nm、主溶媒:n-テトラデカン、Ag微� �子重量分率:60~80wt%)を、基板には石英ガラス� ��板を、加熱照射源にはCO ₂ レーザーを用い、1kHz~50kHzでインクジェット� �ッドから吐出し、微細パターンの描画を行� �た。

 このときの移動ステージ4の移動速度は、10m m/sec~100mm/secの範囲で、インクジェットノズル 1もしくは基板上のインク着弾位置とレーザ� �光源にはCO ₂ レーザーを用いレーザー照射加熱装置2によ� �基板上の加熱部位の中心との距離は、0.5mm~50 mmの範囲で設定してある。また、吐出液滴の� ��径は、インク吐出に同期したフラッシュ光� ��により実験結果から、通常の家庭用のイン� ��ジェットプリンターと同等の約20~25μm(4~8pL)� ��なっていることが確認された。

 その結果、図7に示すように、レーザー照 射がない通常のインクジェット描画の場合、 Ag配線の線幅は155μmと吐出液滴径よりはるか� ��広がり、線幅も不安定なのに対し、レーザ� ��照射により基板加熱するとライン状の途切� ��のない連続的な微細Ag配線パターンが得ら� �、その線幅は、一定で、吐出インク液滴よ� �小さな7~10μmと、レーザー照射しない場合の� ��幅の約1/15~1/22程度まで細くできた。

 図8は、上記のレーザー照射の有無につい て形成されたAg配線パターンのSEM像であり、� ��9は、上記のレーザー照射の有無について形 成されたAg配線パターンの断面形状である。� ��8及び図9はすべて同一サンプルに対する観� �像である。正確な断面形状は、レーザー顕� �鏡で計測した。立体的な厚みのある微細配� �が形成できていることがわかる。レーザー� �射を行うと、安価な家庭用のインクジェッ� �プリンターと同等のインクジェットヘッド� �用いながら、線幅は10μm以下、配線厚みは、 シングルノズルの重ね書き無しで、10μm以上� ��配線厚みと線幅との比(配線厚み/線幅)であ� ��アスペクト比で1以上にもなり、描画速度も 10mm/sec以上と高速描画が可能になる。また、� ��画配線のサイドウオールの角度もほぼ垂直� ��なっており、レーザー照射しない場合に比� ��明らかに急角度になっている。以上のこと� ��ら、本発明の実行的な効果があることが確� ��できた。

 また、この時、レーザーのパワーを調整す� ��と、描画後の熱処理無しで、配線導体とし� ��十分実用できる体積抵抗率で10 ^-6 ω・cmオーダーの電気抵抗値を得ることが可� �である。図10は、本発明により描画と同時に 熱処理されたAg微細配線の様子で、この時の1 0mm長さでの直流抵抗値は6.27ωで、線幅は約30~ 50μm、厚みは約5μmであることから、体積抵抗 率は、3×10 ^-6 ω・cmであった。図11は、ガラス基板からカッ ターで強制的に剥離した様子である。配線は 金属光沢を発し、カール状になっていること から金属的な弾性を有し、Ag超微粒子は十分� ��結されている様子がわかる。ただし、対象� ��板材料やAgインク以外の機能性材料によっ� �は、上記、配線線幅の微細化、配線厚みの� �膜化を実現できるレーザー照射条件と一致� �ない場合があるので、別途、配線熱処理用� �レーザー照射加熱装置を設けるか、吐出イ� �ク液滴加熱用あるいは基板加熱用のレーザ� �照射加熱装置2からミラーなどによって分岐� ��、微細パターン描画直後に、よりハイパワ� ��のレーザーを照射し、熱処理を行ってもよ� ��。

 図12は、本発明によるAg微細配線の優れた電 気特性を利用して、コプレーナー型高周波伝 送線路を形成した結果である。具体的には、 図12中、左下が描画された線路の全体像、上� ��拡大像、右の図はさらにそれを拡大したも� ��と、描画手順の模式図である。線路の描画� ��法は、まず、本発明によるレーザー照射に� ��り線幅50μmの3本の平行なAg配線を描画し、� �にグランドプレーンになる部分の描画では� �レーザー照射を行わず、描画を行う。この� �うに、本発明では、レーザー照射をオン、� �フしたり、その照射パワーを制御すること� �、広い面積のAgパターンや線幅の異なる配線 パターンを同一のインクジェットヘッドを用 いて、効率的に描画することが可能となる。 図13は、このようにして描画された線路長さ4 mmのコプレーナー型高周波線路の伝送特性で� ��る。S21は反射特性を示す。線路幅50μm、線� �ギャップ40μmである。理論計算によるシミュ レーション結果と比較して、40GHzまでの帯域� ��、S21=20log ₁₀ (通過量/入射量)で定義される信号の電力利得 (減衰特性)を表すS21が-1.5dB以上(入力信号の84% 以上を透過する。ちなみに、バルク材での伝 送特性は、S21が-1dBで約90%の透過率)と実用性� ��有ることが確認できた。