JP2005144260A - 薄膜形成方法、デバイスの製造方法、電気光学装置の製造方法、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェット技術を用いた薄膜形成方法において、微細化や膜物性の向上に好適な膜形成方法を提供する。
【解決手段】 液滴の乾燥過程において、液滴の縁部をピニングしつつ、液滴内に温度差を与えて対流を生じさせる。この際、液滴表面における液体の流れ方向を、例えば液滴の底部外周部から頂部に向かう方向とする。これにより、液滴の縁部でランダムに積み上げられた微粒子が攪拌されて再配置され、最密充填構造を有する２次元コロイド結晶膜が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜形成方法、デバイスの製造方法、電気光学装置の製造方法、並びに電子機器に関する。

従来の薄膜電子デバイスは半導体プロセスに立脚しており、真空プロセスを用いた薄膜作成技術が根幹となっている。この真空プロセスは、極めて微細な加工精度を有する代償として、多量のエネルギーと材料を非効率的に使用している。そこで真空プロセスに代わるものとして低エネルギーな液相プロセスが見直され始めている。
その中でもインクジェット法は、
（１）基板の大面積化が可能
（２）高解像度化が可能
（３）マスクが不要でＣＡＤデータを直接描画できる
（４）原料のロスが原理的になく、廃棄物の回収も容易
（５）フォトリソグラフィに比べて製造プロセスが短い
（６）少ない設備投資と製造装置の小型化が可能
等の理由から、液相プロセスの中でも有望視されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−２７４６７１号公報

ところで、インクジェット法によって作成される薄膜は、その成膜性が薄膜の特性に大きく影響を与える。しかし、現状のインクジェット法では、作成された薄膜中での固形分の配列等を制御することが困難であった。例えば微粒子分散インクを用いた場合、得られる薄膜は、微粒子がランダムに積み上がった薄膜である。もし微粒子の配列を規則正しく制御できれば、更なる高性能化、および新規分野への開拓の可能性が広がる。
一例を挙げると、フォトニック結晶の可能性がある。現在、次世代デバイスとして光を用いたデバイスが期待されている。フォトニック結晶と呼ばれるものは、光通信ネットワークに不可欠な光スイッチや光フィルタ等を微細化して集積し、システムを小型化する基本材料となる。
フォトニック結晶は、光の波長と同程度の間隔で並んだ微細な周期構造を持つ結晶であり、特定波長の光だけを取り出して狙った方向に送り出したり、ファイバのように光回路を作ったり、様々な用途に用いることができる。そのため、いかに簡単なプロセスで安価に、しかも所望の場所にすぐに作成できるかが、汎用性の上で重要となる。
これらの要求を満たすようなプロセスとして、インクジェット法が挙げられるが、現在そこまで配列を整えた薄膜を得るための成膜性制御技術は報告されていない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微細化や膜物性の向上に好適な薄膜形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、品質の向上が可能なデバイス製造方法、電気光学装置、並びに電子機器を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の薄膜形成方法は、微粒子を含む液滴を基板上に配置する工程と、前記液滴を乾燥することにより前記基板上に前記微粒子からなる薄膜を形成する工程と、を含み、前記液滴の乾燥工程は、前記液滴の縁部に前記微粒子を析出又は凝集させ、且つ、該液滴の頂部と底部とに温度差を与えて対流を生じさせる工程を含むことを特徴とする。

図１０は液滴の一般的な乾燥過程を示す図である。液滴を乾燥する場合、一般に、その乾燥の初期段階では、液滴の縁で液体が急速に蒸発し、固形分濃度（即ち、微粒子の濃度）が上昇する傾向にある。このとき、液滴の縁における固形分濃度が飽和濃度に達すると、その縁において固形分が局所的に析出する。すると、その析出した固形分によって液滴の縁がピン止めされたような状態となり、それ以降の乾燥に伴う液滴の収縮（外径の収縮）が抑制される。以後、この現象、即ち、縁部で析出した固形分によって乾燥に伴う液滴の収縮が抑制される現象を「ピニング」と呼び、乾燥時にピニングすることなく液滴が収縮する現象を「ディピニング」と呼ぶ。一旦ピニングサイトができると、液滴内には液滴中央部からピニングサイトに向かう一方的な流れができ、微粒子は液滴縁部に集められてランダムに積み上げられた状態となる。一方、流体内に所定の温度差を与えると、流体の熱拡散だけではエネルギー輸送をまかない切れず、対流という流体の不安定化を引き起こす。

本発明は、液滴の乾燥過程において、液滴の縁部をピニングしつつ、液滴内の対流を利用して、ランダムに積み上げられた微粒子を再配置するようにしたものである。したがって、本方法によれば、２次元に配列したコロイド結晶の形成が可能となり、このような薄膜を用いることでデバイスの高性能化を実現することができる。また、本方法では結晶薄膜を形成できるため、これまで真空プロセスに頼らなければならなかった半導体成膜工程等への応用も可能となる。

ところで、本方法では、前記対流を、前記液滴の表面では該液滴の底部外周部から頂部に向かう方向、且つ、上記液滴の中央部では液滴の頂部から底部中央部に向かう方向とすることが好ましい。
これにより、液滴の縁部側に、きれいな最密充填構造の結晶膜を形成することができる。例えばこれと反対方向の対流を起こした場合には、仮に縁部に２次元の配列構造が形成されても、その配列は、液滴の底部外周部から底部中央部に向かう流れによって乱されてしまう。これに対して本方法では、微粒子は液滴縁部から順に詰まって配置されていくので、底部中央部から底部外周部への流れによって微粒子が更に縁部側に移動することはない（即ち、配列は乱されない）。

なお、このような流れは、上記液滴に対して、その頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与える（即ち、液滴の頂部を底部よりも低温にする）ことによって起こすことができる。この際、液滴の頂部と底部の温度差は概ね１℃となるように制御すればよい。この程度の温度差があれば十分に対流を起こすことができる。逆に、これよりも高い温度差を与えた場合には、対流が大きすぎて縁部がディピニングしてしまう。

液滴の温度制御の方法としては以下の方法を採用することができる。
（１）液滴の配置された基板の温度を制御する方法
（２）液滴の一部にレーザを照射し、当該液滴を部分的に加熱する方法
（３）液滴の雰囲気温度を制御する方法
例えば上述の温度勾配を与える場合、上記（１）の方法では、基板を加熱して液滴の底部の温度をより高めるようにすればよい。また、（２）の方法では、レーザ光を基板に略平行に照射し、液滴の底部側を加熱するようにする。また、（３）の方法では、雰囲気温度を基板温度よりも低くして液滴の頂部をより冷やすようにすればよい。なお、（３）の方法では、ダウンフローによって液滴近傍の温度のみ制御してもよい。

また、本方法では、上記液滴の温度制御を断続的に行なって、上記対流を断続的に生じさせることが望ましい。これにより、液滴内に、中央部から縁部へ向かう一方的な流れを生じさせることができる。この流れは、縁に溜まった微粒子を全て押し流す（即ち、ディピニングさせる）程の作用はなく、単にその堆積状態を一部乱す程度の小さな力しか持たないので、この流れを利用すれば、最下層側に配置された２次元の配列構造を乱すことなく、この上にランダムに積み上げられた微粒子のみを攪拌することができる。

また、本方法では、上記基板の接触角は概ね１０°以上２０°以下に制御することが望ましい。接触角が高すぎると、微粒子同士が重なってしまうので、単層膜を形成しにくくなる。逆に接触角が低すぎると、流れが効果的に起こせなくなり、十分な再配置ができない。

また、本発明のデバイスの製造方法は、上述の方法により形成された薄膜を用いてデバイスを製造することを特徴とする。また、本発明の電気光学装置の製造方法は、上述の方法により形成された薄膜を用いて電気光学装置を製造することを特徴とする。
これらのデバイスとしては、例えば半導体素子，撮像素子，液晶素子，有機ＥＬ素子等を挙げることができる。また、電気光学装置としては液晶表示装置，有機ＥＬ表示装置，電気泳動表示装置，プラズマ表示装置等を挙げることができる。
本方法によれば、上記薄膜形成方法によって結晶膜を形成可能であることから、デバイス，電気光学装置の品質向上を図ることができる。
また、本発明の電子機器は上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
これにより高品質な表示部を備えた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

［薄膜形成方法］
本発明の薄膜形成方法は、機能性材料（微粒子）を含む液体材料を液滴吐出装置によって基板上に液滴として吐出（配置）し、これを乾燥することによって膜化するものである。この際、本発明では、その乾燥過程において、液滴の縁部をピニングしつつ、液滴内に温度差を与えて対流を生じさせている。

通常、液滴内には気化熱の影響により部分的に温度差が生じており、この温度差によって液滴内にはレイリー対流とマランゴニ対流という２種類の対流が生じる。レイリー対流は液滴内の局所的な密度差によって生じる浮力による対流であり、マランゴニ対流は気液界面の局所的な表面張力差によって生じる対流である。一般に液滴のサイズが大きい場合にはレイリー対流が支配的であり、液滴サイズが小さい場合にはマランゴニ対流が支配的である。本実施形態で扱う液滴吐出装置、例えばインクジェット装置では、吐出される液滴のサイズは十分小さいため、マランゴニ対流が支配的となる。したがって、本実施形態ではこのマランゴニ対流を利用して液滴内に液体の流れをつくり出すこととなる。

図１は、本発明の薄膜形成方法における乾燥過程の一例を示す模式図である。本発明では、基板上に吐出された液滴を乾燥させる場合に、常に液滴内の対流を促してディピニングさせるのではなく、所定のタイミングで一旦対流を弱めて、液滴端部をピニングさせる。このようにした場合、液滴内には中央部から縁部（ピニングサイト）に向かう一方的な流れが生じ、液滴内の固形分（微粒子）はこの縁部に集められることになる。この状態を維持した場合、縁部には、図２（ａ）に示すように、微粒子が一方的に集められ、無秩序に積み上がった状態で膜化されてしまう。そのため本方法では、図２（ｂ）に示すように、縁部をピニングした状態で液滴内の温度差によって対流をつくりだし、堆積した微粒子の表層部を攪拌している。これにより、無秩序に積み上がった微粒子の再配置を促すことができる。

特に本方法では、縁部近傍における液体の流れを図２（ｂ）の方向、即ち、液滴の表面では液滴の底部外周部から頂部に向かい、且つ、液滴の中央部側では液滴の頂部から底部中央部側に向かう方向としている。このような流れをつくった場合、液滴の縁部にランダムに積み上げられた微粒子は、この流れによってすくい上げられる形で液滴中央部に戻される。そして、液滴頂部から底部中央部に向かう流れ、及び、底部中央部から底部外周部（縁部）に向かう流れによって、再度、液滴の縁部に運ばれる。この結果、微粒子は液滴の縁部から順に詰まって配置され、きれいな最密充填構造の薄膜ができ上がる。逆に、これとは反対方向の対流を起こした場合、液滴の縁部に堆積した微粒子は、液滴の底部外周部から底部中央部に向かう流れによって再度液滴中央部に運ばれる可能性がある。この場合、仮に液滴縁部に２次元の配列構造が形成されても、その配列は上記流れによって乱されてしまう。この点、対流方向を上記方向に規定すれば、微粒子は液滴縁部から順に詰まって配置されていくので、底部中央部から底部外周部への流れによって微粒子が更に縁部側に移動することはない（即ち、配列は乱されない）。

このような流れを作る場合には、液滴に対して、その頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与えればよい。液滴の表面に温度分布ができると、表面張力の違いによって液滴表面には熱毛管流（マランゴニ対流）と呼ばれる流れが生じる。このような流れは表面張力の小さい（温度の高い）部分から表面張力の大きい（温度の低い）部分に向かって起こるので、液滴表面に上述の流れ、即ち、液滴の底部外周部から頂部に向かう流れを形成したい場合には、液滴に対して、その頂部が底部よりも低温となるような温度勾配を与えればよい。この際、温度差は高すぎても低すぎても十分な効果は得られない。例えば、温度差が小さすぎると流れが起きにくくなり、逆に温度差が大きすぎると対流が強すぎてディピニングしてしまう。このような観点から、本例では上記温度差を概ね１℃としている。

ここで、液滴内の温度分布の制御方法としては以下の方法を用いることができる。
（１）液滴の配置された基板の温度を制御する方法
（２）液滴を部分的にレーザ加熱する方法
（３）液滴の雰囲気温度を制御する方法
上記温度勾配を与える場合、上記（１）の方法では、基板を加熱して液滴の底部の温度をより高めるようにすればよい（図３（ａ）参照）。また、（２）の方法では、レーザ光を基板に略平行に照射し、液滴の底部側を加熱するようにする。また、（３）の方法では、雰囲気温度を基板温度よりも低くして液滴の頂部をより冷やすようにすればよい（図３（ｂ）参照）。なお、（３）の方法では、ダウンフローによって液滴近傍の温度のみ制御してもよい。

なお、液滴内の温度分布の状態はその溶媒の種類によって異なるため、温度制御を行なう場合には、その溶媒の特性（特に沸点）に応じて基板の加熱温度等を最適に設定する。例えば溶媒の沸点が低い（例えば１５０℃未満）場合には、基板の熱が液滴の頂上部まで伝わらない内に蒸発が進行し続けてしまうため、液滴頂部が最も冷たくなる。逆に溶媒の沸点が高い（例えば１５０℃以上）場合には、乾燥がゆっくり進むので、基板の熱が液滴頂上部まで十分に伝わり易くなり、液滴の温度は液滴内で略均一化されるか、縁部の方で冷たくなる。このため、高沸点溶媒を用いた液滴では、液滴内に自然に生じる流れ（即ち、液滴の頂部から液滴外周部へ底部外周部から頂部へ向かう流れ）を打ち消して、更にその方向を逆転可能な程度の温度勾配を与えるか、液滴内に自然に生じる対流が停止した後に温度勾配を与える必要がある。

また、本方法では上述の温度制御を断続的に行なって、液滴内に断続的な対流を生じさせている。温度制御を継続して行なった場合、液滴内には以下の一連の流れ、即ち、液体の表面張力差に起因した液滴表面での液体の流れと、この液体の流れを補うように液滴中央部に生じる液体の流れが対になって生じる（マランゴニ対流）。これに対して、本方法のように温度制御を断続的に行なった場合には、液滴内の流れは定常的な流れになる前に止まってしまう。つまり、液滴内には、対の流れではなく、液滴中央部から縁部へ向かう一方的な流れが生じることとなる。この流れは、縁に溜まった微粒子を全て押し流す（即ち、ディピニングさせる）程の作用はなく、単にその堆積状態を一部乱す程度の小さな力しか持たない。このため、上記流れを利用すれば、最下層側に形成された２次元の配列構造を乱すことなく、この上にランダムに積み上げられた微粒子のみをすくい上げる（再配置する）ことが可能となる。例えば上記（１）の温度制御を行なう場合には、基板上に液滴を着弾後、液滴を少しだけ温めてあげて、すぐに放冷（若しくは冷やす）という動作を行なう。この際、基板加熱は液滴内にマランゴニ対流が起きていない状態で行なう。具体的には、マランゴニ対流が起きない液滴を使うか、対流が止まってから基板加熱を行なうようにする。

また、本方法では良好な対流状態をつくり出すために、液滴の配置される基板の接触角を最適に設定している。すなわち、接触角が大きすぎると、微粒子同士が重なってしまうので、単層膜を形成しにくくなり、逆に接触角が小さすぎると駅膜の厚みが薄くなって十分な対流が起こせなくなる。このような観点から、本例では基板の接触角を概ね１０°以上２０°以下としている。なお、基板の接触角は、例えば基板表面を親液化することにより小さくなり、基板表面を撥液化することにより大きくなる。したがって、本例では液体材料に合わせて、親液化又は撥液化のための処理条件を最適に設定することになる。

以上説明したように、本例の薄膜形成方法によれば、図５に示すような最密充填構造の２次元コロイド結晶膜を形成することが可能となる。このため、このような薄膜を用いることで、デバイスの高性能化を実現することができる。例えば、触媒微粒子の薄膜を形成する場合、本方法ではこの薄膜を単層膜化して表面積を広げることができるので、より高い触媒機能が得られるようになる。
また、本方法によれば、従来の真空プロセスを用いた薄膜形成方法を置き換えることも可能であり、これにより、簡単且つ安価にデバイスを製造することができるようになる。具体的には、本方法を用いることで、フォトニック結晶等の光デバイスを安価に提供できるようになる。

［実施例］
次に、上述した本発明の薄膜形成方法の実施例について説明する。
本例では、ＮＭＰ（n-methyl-1-2-pirolidinone）にポリスチレン微粒子（粒径φ＝１．５μｍ）を０．１ｗｔ％分散させた液体材料を用意し、これをマイクロピペットでＳｉ基板上（接触角１１°）に２μｌ滴下した。ＮＭＰは高沸点溶媒であるため、滴下直後には気化熱の影響でマランゴニ対流が生じる。しかし、この対流は、液滴内の温度が均一化されるに従って弱まり、数分で停止する。本実施例では、このマランゴニ対流が停止した後、基板の熱処理を行なった。
具体的には、基板を６０℃のホットプレート上に２秒〜１０秒ほど載せ、その後すぐにホットプレートからはずして放冷した。すると液滴内の流れは定常的な対流になる前に止まった。そして、この流れによって液滴の縁部側が攪拌され、最終的には、ピニングされた位置に沿ってリング状の乾燥膜が得られた。顕微鏡観察により、この乾燥膜には平坦な２次元結晶構造が形成されていることがわかった。

［膜形成装置］
次に、本発明の薄膜形成方法に用いて好適な膜形成装置について説明する。
図６において、膜形成装置１０は、ベース１１２と、ベース１１２上に設けられ、基板２０を支持する基板ステージ２２と、ベース１１２と基板ステージ２２との間に介在し、基板ステージ２２を移動可能に支持する第１移動装置（移動装置）１１４と、基板ステージ２２に支持されている基板２０に対して処理液体を吐出可能な液体吐出ヘッド２１と、液体吐出ヘッド２１を移動可能に支持する第２移動装置１１６と、液体吐出ヘッド２１の液滴の吐出動作を制御する制御装置２３とを備えている。更に、膜形成装置１０は、ベース１１２上に設けられている重量測定装置としての電子天秤（不図示）と、キャッピングユニット２５と、クリーニングユニット２４とを有している。また、第１移動装置１１４及び第２移動装置１１６を含む膜形成装置１０の動作は、制御装置２３によって制御される。

第１移動装置１１４はベース１１２の上に設置されており、Ｙ方向に沿って位置決めされている。第２移動装置１１６は、支柱１６Ａ，１６Ａを用いてベース１１２に対して立てて取り付けられており、ベース１１２の後部１２Ａにおいて取り付けられている。第２移動装置１１６のＸ方向（第２の方向）は、第１移動装置１１４のＹ方向（第１の方向）と直交する方向である。ここで、Ｙ方向はベース１１２の前部１２Ｂと後部１２Ａ方向に沿った方向である。これに対してＸ方向はベース１１２の左右方向に沿った方向であり、各々水平である。また、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に垂直な方向である。

第１移動装置１１４は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール１４０，１４０と、このガイドレール１４０に沿って移動可能に設けられているスライダー１４２とを備えている。このリニアモータ形式の第１移動装置１１４のスライダー１４２は、ガイドレール１４０に沿ってＹ方向に移動して位置決め可能である。

また、スライダー１４２はＺ軸回り（θＺ）用のモータ１４４を備えている。このモータ１４４は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ１４４のロータは基板ステージ２２に固定されている。これにより、モータ１４４に通電することでロータと基板ステージ２２とは、θＺ方向に沿って回転して基板ステージ２２をインデックス（回転割り出し）することができる。すなわち、第１移動装置１１４は、基板ステージ２２をＹ方向（第１の方向）及びθＺ方向に移動可能である。

基板ステージ２２は基板２０を保持し、所定の位置に位置決めするものである。また、基板ステージ２２は不図示の吸着保持装置を有しており、吸着保持装置が作動することにより、基板ステージ２２の穴４６Ａを通して基板２０を基板ステージ２２の上に吸着して保持する。

第２移動装置１１６はリニアモータによって構成され、支柱１６Ａ，１６Ａに固定されたコラム１６Ｂと、このコラム１６Ｂに支持されているガイドレール６２Ａと、ガイドレール６２Ａに沿ってＸ方向に移動可能に支持されているスライダー１６０とを備えている。スライダー１６０はガイドレール６２Ａに沿ってＸ方向に移動して位置決め可能であり、液体吐出ヘッド２１はスライダー１６０に取り付けられている。

液体吐出ヘッド２１は、揺動位置決め装置としてのモータ６２，６４，６７，６８を有している。モータ６２を作動すれば、液体吐出ヘッド２１は、Ｚ軸に沿って上下動して位置決め可能である。このＺ軸はＸ軸とＹ軸に対して各々直交する方向（上下方向）である。モータ６４を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｙ軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ６７を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｘ軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ６８を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｚ軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。すなわち、第２移動装置１１６は、液体吐出ヘッド２１をＸ方向（第１の方向）及びＺ方向に移動可能に支持するとともに、この液体吐出ヘッド２１をθＸ方向、θＹ方向、θＺ方向に移動可能に支持する。

このように、図６の液体吐出ヘッド２１は、スライダー１６０において、Ｚ軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐは、基板ステージ２２側の基板２０に対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐには液滴を吐出する複数のノズルが設けられている。

液体吐出ヘッド２１は、いわゆる液体吐出方式（液滴吐出方式）により、液体材料（レジスト）をノズルから吐出するものである。液体吐出方式としては、圧電体素子としてのピエゾ素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式、液体材料を加熱し発生した泡（バブル）により液体材料を吐出させる方式等、公知の種々の技術を適用できる。このうち、ピエゾ方式は、液体材料に熱を加えないため、材料の組成等に影響を与えないという利点を有する。なお、本例では、上記ピエゾ方式を用いる。

図７は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。図７において、液体材料を収容する液室３１に隣接してピエゾ素子３２が設置されている。液室３１には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系３４を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子３２は駆動回路３３に接続されており、この駆動回路３３を介してピエゾ素子３２に電圧が印加される。ピエゾ素子３２を変形させることにより、液室３１が変形し、ノズル３０から液体材料が吐出される。このとき、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子３２の歪み量が制御され、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子３２の歪み速度が制御される。すなわち、液体吐出ヘッド２１では、ピエゾ素子３２への印加電圧の制御により、ノズル３０からの液体材料の吐出の制御が行われる。

図６に戻り、電子天秤（不図示）は、液体吐出ヘッド２１のノズルから吐出された液滴の一滴の重量を測定して管理するために、例えば、液体吐出ヘッド２１のノズルから、５０００滴分の液滴を受ける。電子天秤は、この５０００滴の液滴の重量を５０００の数字で割ることにより、一滴の液滴の重量を正確に測定することができる。この液滴の測定量に基づいて、液体吐出ヘッド２１から吐出する液滴の量を最適にコントロールすることができる。

クリーニングユニット２４は、液体吐出ヘッド２１のノズル等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行なうことができる。キャッピングユニット２５は、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐが乾燥しないようにするために、デバイスを製造しない待機時にこの液滴吐出面１１Ｐにキャップをかぶせるものである。

液体吐出ヘッド２１が第２移動装置１１６によりＸ方向に移動することで、液体吐出ヘッド２１を電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２５の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、液体吐出ヘッド２１をたとえば電子天秤側に移動すれば、液滴の重量を測定できる。また液体吐出ヘッド２１をクリーニングユニット２４上に移動すれば、液体吐出ヘッド２１のクリーニングを行なうことができる。液体吐出ヘッド２１をキャッピングユニット２５の上に移動すれば、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐにキャップを取り付けて乾燥を防止する。

つまり、これら電子天秤、クリーニングユニット２４、およびキャッピングユニット２５は、ベース１１２上の後端側で、液体吐出ヘッド２１の移動経路直下に、基板ステージ２２と離間して配置されている。基板ステージ２２に対する基板２０の給材作業及び排材作業はベース１１２の前端側で行われるため、これら電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２５により作業に支障を来すことはない。

図６に示すように、基板ステージ２２のうち、基板２０を支持する以外の部分には、液体吐出ヘッド２１が液滴を捨打ち或いは試し打ち（予備吐出）するための予備吐出エリア（予備吐出領域）１５２が、クリーニングユニット２４と分離して設けられている。この予備吐出エリア１５２は、図６に示すように、基板ステージ２２の後端部側においてＸ方向に沿って設けられている。この予備吐出エリア１５２は、基板ステージ２２に固着され、上方に開口する断面凹字状の受け部材と、受け部材の凹部に交換自在に設置されて、吐出された液滴を吸収する吸収材とから構成されている。

［電気光学装置］
次に、本発明のデバイスについて説明する。ここでは、このデバイスとして電気光学装置、特に液晶表示装置を例に挙げて説明する。
図８は、本発明の膜形成方法を用いて製造されたカラーフィルタを搭載した液晶表示装置の構成を例示する斜視図である。
本実施形態に係る液晶表示装置４００は、液晶駆動用ＩＣ（図示略）、配線類（図示略）、光源４７０、支持体（図示略）などの付帯要素が装着されている。
液晶表示装置４００の構成を簡単に説明する。液晶表示装置４００は、互いに対向するように配置された、カラーフィルタ４６０、及びガラス基板４１４と、これらの間に挟持された図示略の液晶層と、カラーフィルタ４６０の上面側（観察者側）に付設された偏光板４１６と、ガラス基板４１４の下面側に付設された図示略の偏光板とを主体として構成されている。カラーフィルタ４６０は透明なガラスからなる基板４６１を具備し、観察者側に設けられた基板であり、ガラス基板４１４はその反対側に設けられる透明な基板である。

基板４６１の下側には、黒色感光性樹脂膜からなる隔壁４６２と、着色部４６３、及びオーバーコート層４６４が順次形成され、さらにオーバーコート層４６４の下側に駆動用の電極４１８が形成されている。なお、実際の液晶装置においては、電極４１８を覆って液晶層側と、ガラス基板４１４側の後述する電極４３２上に、配向膜が設けられるが、図示、及び説明を省略する。
カラーフィルタ４６０の液晶層側に形成された液晶駆動用の電極４１８は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料を、オーバーコート層４６４の全面に形成させたものである。

ガラス基板４１４上には、絶縁層４２５が形成され、この絶縁層４２５の上には、スイッチング素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor）と、画素電極４３２とが形成されている。
ガラス基板４１４上に形成された絶縁層４２５上には、マトリクス状に走査線４５１と、信号線４５２とが形成され、走査線４５１と信号線４５２とに囲まれた領域毎に画素電極４３２が設けられている。各画素電極４３２のコーナー部分と走査線４５１と信号線４５２との間部分にはＴＦＴが組み込まれており、走査線４５１と信号線４５２に対する信号の印加によってＴＦＴはオン、又はオフの状態となって画素電極４３２への通電が制御される。

本例の電気光学装置は、本発明の薄膜形成方法により形成されたカラーフィルタを備えているため、高精細な表示が可能となる。

［電子機器］
次に、本発明の電子機器について説明する。
図９は、上記液晶表示装置を用いた電子機器の一例たる携帯電話機の構成を例示する斜視図である。同図において、携帯電話機９２は複数の操作ボタン９２１のほか、受話口９２２、送話口９２３とともに、上述した液晶表示装置４００を備えるものである。
本例の電子機器は、表示部に上述の電気光学装置を備えているので、高精細な表示が可能となる。

なお、液滴吐出装置の用途は、電気光学装置に用いられるカラーフィルタのパターニングに限定されず、次のような様々な膜パターンの形成に用いることができる。例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示パネルに含まれる有機ＥＬ層や、正孔注入層などの薄膜形成に用いることができる。有機ＥＬ層を形成する場合には、例えばポリチオフェン系の導電性高分子などの有機ＥＬ材料を含む液滴を、基板上に形成された隔壁により仕切られる領域に向けて吐出し、液滴をその領域に配置する。このように配置された液体材料が乾燥することにより、有機ＥＬ層が形成される。

また、その他の液滴吐出装置の用途としては、プラズマディスプレイに含まれる透明電極の補助配線や、ＩＣ（integrated circuit）カードなどに含まれるアンテナなどのデバイスの形成などがある。具体的には、テトラデカンなどの有機溶液に、銀微粒子などの導電性微粒子を混合した分散液を液滴吐出装置を用いてパターニングした後、液体成分が乾燥すると、金属薄膜層が形成される。

上記以外にも、液滴吐出装置は、例えば、立体造形に用いられる熱硬化樹脂や、紫外線硬化樹脂などの他、マイクロレンズアレイ材料、また、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）やたんぱく質といった生体物質などの様々な材料の配置にも用いることが可能である。

また、電子機器としては、携帯電話機の他にも、コンピュータや、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、車載機器、複写機、オーディオ機器などが挙げられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明の薄膜形成方法における代表的な液滴の乾燥過程を示す模式図。 微粒子の堆積状態を示す模式図。 液滴の対流制御方法を説明するための模式図。 基板の接触角と対流との関係を説明するための図。 本方法で得られる薄膜の構造を示す模式図。 本発明の膜形成方法に好適に用いられる膜形成装置の構成例を示す図。 ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図。 本発明の電気光学装置の一例である液晶表示装置の構成を示す斜視図。 本発明の電子機器の一例である携帯電話の構成を示す斜視図。 従来方法における液滴の一般的な乾燥過程を示す模式図。

符号の説明

２０…基板、９２・・・電子機器、４００・・・電気光学装置（デバイス）

Claims (12)

1. 微粒子を含む液滴を基板上に配置する工程と、
   前記液滴を乾燥することにより前記基板上に前記微粒子からなる薄膜を形成する工程と、を含み、
   前記液滴の乾燥工程は、前記液滴の縁部に前記微粒子を析出又は凝集させ、且つ、該液滴の頂部と底部とに温度差を与えて対流を生じさせる工程を含むことを特徴とする、薄膜形成方法。
2. 前記液滴に温度差を与える温度制御を断続的に行なって、前記対流を断続的に生じさせることを特徴とする、請求項１記載の薄膜形成方法。
3. 前記対流を、前記液滴の表面では該液滴の底部外周部から頂部に向かう方向、且つ、上記液滴の中央部では液滴の頂部から底部中央部に向かう方向に生じさせることを特徴とする、請求項１又は２記載の薄膜形成方法。
4. 前記液滴の頂部を底部よりも低温にすることにより該液滴内に前記対流の方向を生じさせることを特徴とする、請求項３記載の薄膜形成方法。
5. 前記温度制御が基板温度を制御することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
6. 前記温度制御がレーザを前記液滴の一部に照射することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
7. 前記温度制御が前記基板を加熱することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
8. 前記液滴の頂部と底部の温度差が概ね１℃となるように制御することを特徴とする、請求項３〜７のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
9. 前記基板の接触角を概ね１０°以上２０°以下に制御することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかの項に記載の薄膜形成方法。
10. 請求項１〜９のいずれかの項に記載の方法により形成された薄膜を用いてデバイスを製造することを特徴とする、デバイスの製造方法。
11. 請求項１〜９のいずれかの項に記載の方法により形成された薄膜を用いて電気光学装置を製造することを特徴とする、電気光学装置の製造方法。
12. 請求項１１記載の方法により製造された電気光学装置を備えたことを特徴とする、電子機器。
    
    

Images