JP4875507B2 - 液滴塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は液滴塗布装置に関し、特に微小な液滴を塗布対象に的確に塗布できるようにしようとするものである。

従来、細胞などを含む試料液体を塗布対象としての基板上に微小な液滴として配列塗布し、かくして形成されたマイクロアレーを生体の培養や改良などに用いられている。

このマイクロアレーを形成する手法として、液保持管内に先端が先細りのピン部材を挿通させると共に、当該ピン部材の先端を塗布対象である基板に当接させることにより、ピン部材の先端に付着した液を液滴として塗布対象に塗布する方法のものが提案されている（特許文献１及び２参照）。
特許第３２９９２１２号公報 特開２００１−４６０６２公報

ところがこの種の従来の液滴塗布装置は、ピン部材の先端を塗布対象の塗布面に押し当てているため、押し当てた状態において試料液体が多量に流れ込んだり、当接したピン部材の針先が曲がったり、塗布対象の塗布面を損傷させたりするといった問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、塗布用針を塗布対象に当接させることなく微小な液滴を塗布対象に的確に塗布できるようにした液滴塗布装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、塗布液を収納する塗布液収納部材９を通って塗布用針１１を降下させることにより塗布対象５に液滴ＬＱを塗布する液塗布装置本体２を有する液滴塗布装置１において、塗布液収納部材９から降下して先端に液滴ＬＱを生成した塗布用針１１が、液滴ＬＱが塗布対象５に接触する直前の寸止め位置に降下したことを検出する針降下検出手段２１と、液滴ＬＱを塗布対象５に塗布すると共に針降下検出手段２１の検出出力Ｓ１１によって塗布用針１１の降下動作を停止させる寸止め手段ＳＰ１０とを設けると共に、針降下検出手段２１は、塗布用針１１が寸止め位置に降下したとき、塗布用針１１の先端部と共に、当該先端部の先端に生成された液滴ＬＱに投射レーザ光Ｌ１を投射し、液滴ＬＱを屈折しながら透過して塗布対象５によって反射して液滴ＬＱから射出する反射光Ｌ２の投射位置に応じた検出出力Ｓ１１を得るようにする。

本発明によれば、先端に液滴を生成した塗布用針が寸止め位置に降下したとき、液滴を屈折しながら透過する投射レーザ光を塗布対象によって反射させて液滴から射出する反射光の投射位置に応じて当該寸止め位置の降下状態を検出して、当該液塗布針の降下を停止させるようにしたことにより、塗布用針を塗布対象に当接させずに的確に液滴を塗布対象に塗布できる液滴塗布装置を実現できる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）全体構成
図１において、１は全体として液滴塗布装置を示し、塗布対象としての基板上に液滴を順次塗布することによりマイクロアレーを形成する液滴塗布装置本体２を有する。

液滴塗布装置本体２は、図２及び図３に示すように、固定基台３上に配設されたＸＹステージ４上にマイクロアレーを形成すべき塗布基板５を載置すると共に、当該塗布基板５の表面に上方から対向するようにＺステージ６が設けられている。

この実施の形態の場合、ＸＹステージ４は固定基台３の所定位置に位置決めされたＸステージ部４Ａを有し、このＸステージ部４Ａが上面に装着されたＹステージ部４ＢをＸ軸方向に移動させると共に、Ｙステージ部４Ｂが上面に載置された塗布基板５をＹ軸方向に移動させ、これによりＺステージ６に対する塗布基板５のＸＹ平面上の位置を順次位置決めできるようになされている。

Ｚステージ６は、固定基台３上に上方に延長するように設けられた架台８に粗動ステージ部６Ａを取り付けてなり、当該粗動ステージ６Ａの架台８に固着された固定部６Ａ１に対してＺ軸方向に摺動する摺動部６Ａ２に微動ステージ部６Ｂの固定部６Ｂ１が固着され、これにより粗動ステージ部６Ａは、微動ステージ部６ＢをＺ軸方向に粗いピッチで降下又は上昇させる。

粗動ステージ部６Ａの摺動部６Ａ２には、下方に突出するように、塗布液保持部材を構成するガラス製ピペット９を保持するピペット保持部材１０が取り付けられており、これによりピペット９が微動ステージ部６Ｂの固定部６Ｂ１と共に、粗いピッチでＺ軸方向に降下又は上昇するようになされている。

微動ステージ部６Ｂの摺動部６Ｂ２には液滴塗布部材としての塗布用針１１がＺ軸方向に沿うように取り付けられ、これにより微動ステージ６Ｂの摺動部６Ｂ２が固定部６Ｂ１に対して摺動動作したとき、塗布用針１１がＺ軸方向に沿ってピペット９内を通って所定の速度で降下又は上昇する。

かくして図４（Ａ）に示すように、微動ステージ６Ｂの摺動部６Ｂ２が摺動動作をしていない基準位置にある状態において、粗動ステージ部６Ａの摺動部６Ａ２が液滴塗布動作位置にまで降下したとき、塗布用針１１の先端部がピペット９の先端より下方に突出した状態になる。

この状態において、微動ステージ６Ｂの摺動部６Ｂ２が、図４（Ｂ）において矢印ａで示すように上方に摺動動作することによって塗布用針１１の先端がピペット９の内部に引き込まれた状態になる。

この状態において、微動ステージ６Ｂの摺動部６Ｂ２が、図４（Ｃ）において矢印ｂで示すように、基準位置（４（Ａ））より下方に降下すると、塗布用針１１の先端がピペット９内に収納されている塗布液中を通って下方に突出する状態になる。

このとき塗布用針１１の先端面及びその近傍の周面がピペット９内から下方に突出する際に、ピペット９内に収納されている塗布液を引き連れて下方に突出することによって塗布用針１１の先端に液滴ＬＱが生成され、これが塗布基板５上に塗布される。

この状態において、微動ステージ６Ｂの摺動部６Ｂ２が、図４（Ｄ）において矢印ｃで示すように、上方に摺動動作して基準位置に戻ると液滴塗布装置本体２の液滴塗布動作の一巡動作が終了する。

かかる液滴塗布装置本体２の図４（Ａ）ないし（Ｄ）の液滴塗布動作は、ステージ制御部１５（図１）から送出されるＺステージ制御信号Ｓ１によってＺステージ６の粗動ステージ部６Ａ及び微動ステージ部６Ｂが駆動制御されることにより実行される。

また図４（Ａ）ないし（Ｄ）の液滴塗布動作は、ステージ制御部１５から送出されるＸＹステージ制御信号Ｓ２によってＸＹステージ４が制御されることにより、Ｘステージ４Ａ及びＹステージ４Ｂが塗布基板５上にｎ行ｍ列の液滴ＬＱを塗布してなるマイクロアレーを形成するように、塗布用針１１に対して塗布基板５を順次位置決めする。

ステージ制御部１５は、パーソナルコンピュータ構成のシステム制御ユニット１６によって、ユーザがデータ入力部１７から入力する入力データＳ３と、塗布用針降下位置検出装置２１から得られる降下位置データＳ４とに基づいて制御される。

（２）塗布用針降下位置検出装置
塗布用針降下位置検出装置２１は、液滴塗布装置本体２の塗布用針１１が塗布基板５に対して降下したとき、データ入力部１７からのユーザの指示内容に応じて、ユーザが「針接触モード」を選択したとき塗布用針１１の針先が塗布基板５の表面に接触したことを検出して液滴塗布動作をさせるような制御を実行すると共に、ユーザが「寸止めモード」を選択したとき塗布用針１１の先端が塗布基板５の表面に近接して液滴ＬＱを塗布する位置にまで降下したとき（これを寸止め位置と呼ぶ）これを検出してその降下を止めて液滴塗布動作をさせる（この動作を寸止め動作と呼ぶ）ような制御を実行する。

塗布用針１１が塗布基板５に接触したか否かの検出、及び寸止め位置にまで降下したか否かの検出は、図５ないし図８に示す構成の塗布用針降下検出装置２１によって検出する。

塗布用針降下検出装置２１は、塗布基板５上の塗布用針１１の先端面と対向する投射点Ｐ１に向けて投射レーザ光Ｌ１を放出するレーザ光放射素子２１Ａと、投射レーザ光Ｌ１の塗布基板５からの反射光Ｌ２を受光する反射光受光素子２１Ｂとを有する。

この実施の形態の場合、レーザ光放射素子２１Ａ及び反射光受光素子２１Ｂは、図２及び図３に示すように、ピペット保持部材１０上においてピペット９の先端部を挟む位置に取り付けられ、粗動ステージ部６Ａの摺動部６Ａ２が下方摺動して微動ステージ部６Ｂの摺動部６Ｂ２が図４（Ａ）〜（Ｄ）の液滴塗布動作をする状態において、レーザ光放射素子２１Ａが投射レーザ光Ｌ１を塗布基板５の投射点Ｐ１に投射できるように設定されている。

かくして塗布基板５上の投射点Ｐ１を通って塗布基板５の表面に対して直角方向に延長する仮想線Ｋ１上を塗布用針１１が上昇した状態にあると、レーザ光放射素子２１Ａの投射レーザ光Ｌ１が仮想線Ｋ１に対して入射角θ１で入射すると共に、反射光Ｌ２が仮想線Ｋ１に対して反射角θ１で反射する。

反射光受光素子２１Ｂは、図６に示すように、直交座標軸Ｕ軸及びＶ軸を有するＵ−Ｖ検出平面を有し、反射光Ｌ２が原点（Ｕ０，Ｖ０）に入射したとき、検出出力Ｓ１１として（Ｕ＝０〔Ｖ〕，Ｖ＝０〔Ｖ〕）の電圧出力を発生する。

これに対して反射光Ｌ２の入射位置がＵ軸上を正の検出限界点（Ｕ１，Ｖ０）の方向にずれたとき、反射光受光素子２１Ｂは検出出力Ｓ１１として（Ｕ＝０〜＋１０〔Ｖ〕，Ｖ＝０〔Ｖ〕）の電圧出力を送出する。

以下同様にして反射光Ｌ２の入射位置がＵ軸上を負の限界点（−Ｕ１，Ｖ０）の方向にずれたとき検出出力Ｓ１１として（Ｕ＝０〜−１０〔Ｖ〕，Ｖ＝０〔Ｖ〕）の電圧出力を送出し、反射光Ｌ２の入射位置がＶ軸上を正の検出限界点（Ｕ０，＋Ｖ１）の方向にずれたとき検出出力Ｓ１１として（Ｕ＝０〔Ｖ〕，Ｖ＝＋１０〔Ｖ〕）の電圧出力を送出し、反射光Ｌ２の入射位置がＶ軸上を負の検出限界点（Ｕ０，−Ｖ１）までずれたとき検出出力Ｓ１１として（Ｕ＝０〔Ｖ〕，Ｖ＝−１０〔Ｖ〕）の電圧出力を送出する。

この結果反射光受光素子１１Ｂは、反射光Ｌ２の入射位置が原点（Ｕ０，Ｖ０）から座標位置（−Ｕ１〜＋Ｕ１，−Ｖ１〜＋Ｖ１）のいずれかの座標位置にずれると、当該ずれた座標位置に対応する電圧出力（Ｕ＝−１０〜＋１０〔Ｖ〕，Ｖ＝−１０〜＋１０〔Ｖ〕）を検出出力Ｓ１１として送出する。

このような構成の反射光受光素子２１Ｂに対して、液滴塗布装置本体２の塗布用針１１が図４について上述したような液滴塗布動作をする際に、図４（Ａ）及び（Ｂ）のように、液滴形成前の状態において塗布用針１１が塗布基板５から上方に大きく離間している場合には、レーザ光放出素子２１Ａの投射レーザ光Ｌ１が図５に示すように直接塗布基板５の投射位置Ｐ１に投射することによって反射光Ｌ２がレーザ光Ｌ１の入射角θ１と同じ反射角θ１で反射することにより、反射光Ｌ２は図６に示すように、反射光受光素子２１Ｂの原点位置（Ｕ０，Ｖ０）に入射して反射光像Ｚ１を生成する状態になる。

このとき信号処理回路２１Ｄから送出される降下位置データＳ４は原点位置（Ｕ０，Ｖ０）を表すことになり、この降下位置データＳ４がシステム制御ユニット１６に取り込まれることにより、システム制御ユニット１６は塗布用針１１が塗布基板５に対して塗布動作を行う位置に降下していないことを判知できる。

これに対して塗布用針１１が、図４（Ｃ）に示すように、先端面が塗布基板５の表面に近接した寸止め位置にまで降下したことによって塗布用針１１の先端面に形成された液滴ＬＱが塗布基板５に塗布される状態になると、図７に示すように、液滴ＬＱが基板５の投射位置Ｐ１に接触する直前の位置にまで近づくことによって、投射レーザ光Ｌ１が塗布用針１１の先端部を照射すると共に、当該先端部の先端に形成された液滴ＬＱを透過する状態になる。

このとき投射レーザ光Ｌ１は液滴ＬＱの界面において屈折して当該屈折透過光Ｌ１１が基板５の表面において反射して反射透過光Ｌ１２として液滴ＬＱの界面の方向に透過して行く。

この反射透過光Ｌ１２は、液滴ＬＱから外気に出る際に、液滴ＬＱの界面によってさらに屈折して反射光Ｌ２として反射光受光素子２１Ｂに入射する。

このとき反射光受光素子２１Ｂ上に生ずる反射光像Ｚ２は、図８において矢印ｅで示すように、塗布用針１１が塗布基板５から離間しているときに得られた反射光像Ｚ１（図５及び６）が反射光受光素子２１Ｂの原点位置（Ｕ０，Ｖ０）に入射していたのに対して、液滴ＬＱの屈折によってその屈折量に応じた座標位置（ＵＫ，ＶＫ）に移動する。

この反射光像Ｚ２の入射位置を表す投下位置データＳ４はシステム制御ユニット１６に供給され、これによりシステム制御ユニット１６は、塗布用針１１が寸止め位置にまで降下したこと及びこれにより液滴ＬＱが基板５の表面に接触する状態に至ったことを明確に判知することができる。

このとき塗布用針１１は図４（Ｄ）について上述したように、液滴ＬＱを塗布基板５に塗布するので、システム制御ユニット１６はステージ制御部１５に対して上昇指令を与えることにより、塗布用針１１を基準位置にまで上昇した状態に制御することができる。

（３）液滴塗布処理手順
システム制御ユニット１６はデータ入力部１７によってユーザが液滴塗布処理指令を入力したとき、図９に示す液滴塗布処理手順ＲＴ１を実行する。

液滴塗布処理手順ＲＴ１に入ると、システム制御ユニット１６はステップＳＰ１においてデータ入力部１７から入力される入力データＳ１に基づいて、図１０に示す項目を含む初期設定条件を初期設定条件メモリ１６Ａに保存する。

続いてシステム制御ユニット１６はステップＳＰ２に移って、ステージ制御部１５に対して基板位置決め情報を与えることにより、初期設定条件メモリ１６Ａに入力された条件に基づくＸＹステージ制御信号Ｓ２をＸＹステージ４に与えることにより塗布用針１１に対して基板５を位置決めする。

図１０の実施の形態の場合、基板５上には、図１１に示すように、２行３列の塗布液滴ＬＱＸを塗布してなるマイクロアレー３０を生成する。

続いてシステム制御ユニット１６は、次のステップＳＰ３に移って、塗布用針１１を初期設定された速度で降下させる（微動ステージ部６Ｂによって）と共に、ステップＳＰ４において塗布用針降下検出装置２１を用いて基板５上の塗布用針１１の検出動作を行う。

この実施の形態の場合塗布用針１１が液滴塗布動作を開始するとき（図４（Ａ））、塗布用針１１の先端から基板５までの距離は５〔ｍｍ〕であり、この位置から２〔ｍｍ／ｓ〕の針速度で５０〔μｍ〕の塗布用針１１を１２５〔μｍ〕のピペットの内を基板５まで５〔μｍ〕の寸止め位置まで降下させることにより、１５０〔μｍ〕の液滴サイズの塗布液滴ＬＱＸを塗布する。

続くステップＳＰ５において、システム制御ユニット１６はユーザがデータ入力部１７によって指定した塗布モードが「寸止めモード」か否かの判断をし、否定結果が得られたとき、ステップＳＰ６に移って基板５に塗布用針１１が適正に接触したか否かの判断をする。

このようにステップＳＰ５において否定結果が得られたことは、ユーザが図１２に示すように塗布用針１１を基板５に接触させた状態で液滴の塗布を行う接触塗布モードをユーザが選択したことを意味し、このとき投射レーザ光Ｌ１は基板５に接触した位置にまで降下した塗布用針１１によって遮光されることにより投射点Ｐ１にまで到達できない状態になり、その結果図１３に示すように、反射光受光素子２１Ｂの原点位置（Ｕ０，Ｖ０）には反射光Ｌ２が到達しないために、破線図示のように反射光像Ｚ１が形成されない状態になることを意味している。

このとき反射光受光素子２１Ｂの原点位置（Ｕ０，Ｖ０）における検出出力Ｓ１１は、図１４に示すように、塗布用針１１が降下している状態においてその先端が塗布基板５に接触する前の状態においては反射光像Ｚ１が入射していることにより高い検出電圧Ｖ１が得られる状態になっているのに対して塗布用針１１が塗布基板５に接近するに従って先端面と塗布基板５との間の間隙が狭くなって行くに従って検出出力が検出電圧Ｖ１から低下し始め、やがて先端が塗布基板５に接触したとき、投射レーザ光Ｌ１が遮光状態になることにより低い検出電圧Ｖ２が得られる状態に安定する。

かくして、システム制御ユニット１６は反射光受光素子２１Ｂの原点位置（Ｕ０，Ｖ０）からの検出出力Ｓ１が検出電圧Ｖ１からＶ２に遷移する途中で参照値ＲＦ１を横切ったとき、塗布用針１１が塗布基板５に接触したと判断してステップＳＰ７に移る。

これに対して、反射光受光素子２１Ｂの検出出力Ｓ１が基準値ＲＦ１を横切らない状態になったときには、システム制御ユニット１６はステップＳＰ６において否定結果が得られることにより塗布用針１１が適正に塗布基板５に接触しなかったものとして、ステップＳＰ８に移って塗布用針１１を基準位置に上昇させた後、上述のステップＳＰ３に戻って再度塗布用針１１の降下処理をやり直す。

これに対してステップＳＰ６において肯定結果が得られたとき、このことは塗布用針１１が塗布基板５に適正に接触して液滴の塗布動作ができることを意味しており、このときシステム制御ユニット１６は塗布対象として用いられている塗布基板５に対する塗布用針１１の降下条件を更に適正に調整するオフセット値（ユーザによってデータ入力部１７から入力される）を設定した後、ステップＳＰ１０において液滴の塗布動作をする。

これに対して、上述のステップＳＰ５において肯定結果が得られると、このことは塗布用針１１を塗布基板５に接触させずに直前で止めて図７及び図８について上述した寸止めにより液滴の塗布をする動作モードが選定されていることを意味し、このときシステム制御ユニット１６はステップＳＰ１１に移って反射光受光素子２１Ｂにおいて生じた反射光像Ｚ２の位置（ＵＫ，ＶＫ）と原点（Ｕ０，Ｖ０）との位置の差を検出し、その検出結果に基づいてステップＳＰ１２において液滴があるか否かの判断をする。

ここで肯定結果が得られると、このことは塗布用針１１の先端に液滴ＬＱがあることによって反射光受光素子２１Ｂに生ずる反射光像Ｚ２が、液滴がない場合に生ずる反射光像Ｚ１の位置から移動していることを意味する（図８）。

この反射光像の移動は、図１０について上述したような初期設定条件のうち、液滴粘度、液滴サイズ、基板表面の親水性、現在塗布している液滴の液屈折率ＲＦＫによってレーザ光が液滴ＬＱを透過する際の屈折動作によって決まる。

そこで当該屈折動作によって決まる所定位置に反射光像Ｚ２が生じたとき、システム制御ユニット１６は、ステップＳＰ１２において肯定結果が得られることにより、次のステップＳＰ１３に移って現在検出している塗布液についての調整条件となるオフセット値（ユーザによってデータ入力部１７から入力される）を入力してより適正な検出結果を得られるように修正した後、ステップＳＰ１０に移って液滴を塗布基板５に塗布すると共に、塗布用針１１の降下動作を停止させる。

これに対して上述のステップＳＰ１２において否定結果が得られると、このことは現在の液滴の検出条件に基づく移動位置に反射光像Ｚ２が生じていないことを意味し、このときシステム制御ユニット１６はステップＳＰ１４において塗布用針１１を一旦上昇させた後上述のステップＳＰ３に戻ってステップＳＰ１２において肯定結果が得られるまで針の降下動作をやり直す。

実際上反射光受光素子２１Ｂは反射光像Ｚ２が生ずる位置（ＵＫ，ＶＫ）の検出出力Ｓ１２として、図１５に示すように、塗布用針１１の先端に形成された液滴ＬＱ（図７）が塗布基板５の光投射点Ｐ１の位置まで降下する前の状態においては反射光像Ｚ１が生じている状態にあるので（図８）、電圧出力Ｖ１１が得られている状態になっているのに対して、液滴ＬＱが降下してきて塗布基板５の光投射位置Ｐ１に接近するに従って反射光像Ｚ２への移動が開始されることにより、検出出力Ｓ１２が電圧出力Ｖ１１からＶ１２に上昇して行き、やがて液滴ＬＱが塗布基板５に接触する位置にまで降下したとき、以後電圧出力Ｖ１２の状態に安定する。

従ってシステム制御ユニット１６は反射光受光素子２１Ｂの反射光像Ｚ２の位置（ＵＫ，ＶＫ）の検出出力Ｓ１２が参照値ＲＦ２を横切ったとき、ステップＳＰ１２において肯定結果を得るような動作をする。

このような検出動作を適正に行うため、現在検出している塗布液の粘度や基板の親水性などのバラツキをステップＳＰ１３においてオフセット値を設定することにより適正に修正する。

かくしてシステム制御ユニット１６は、マイクロアレー３０（図１１）の２行３列の塗布液滴ＬＱＸのうち、ステップＳＰ２において位置決めされた位置の塗布液滴ＬＱＸを塗布基板５上に塗布した後、次のステップＳＰ１５において全ての塗布液滴ＬＱＸについて位置決めを終了したか否かを判断し、未だ全ての塗布液滴ＬＱＸを塗布していないときステップＳＰ１６において塗布用針１１を上昇させた後上述のステップＳＰ２に戻って他の塗布液滴ＬＱＸについての塗布動作を繰り返す。

かくしてステップＳＰ１５において肯定結果が得られたとき、このことはマイクロアレー３０上に全ての塗布液滴ＬＱＸを塗布したことを意味し、このときシステム制御ユニット１６はステップＳＰ１７に移って当該液滴塗布処理手順ＲＴ１を終了する。

図９の液滴塗布処理手順ＲＴ１によれば、塗布用針１１を塗布基板５に接触させずに寸止め位置に停止させた状態で塗布用針１１の先端に生成した液滴を塗布基板５上の所定位置に確実に塗布することができる。

これに加えて、ユーザが塗布基板５に対して塗布用針１１を接触させた状態で塗布する塗布モードを選択したときには、この場合も塗布基板５の所定位置に確実に液滴を塗布することができる。

（４）異なる液滴量の塗布
図７について上述したように、塗布液を収納する塗布液収納部材としてのピペット９内を塗布用針１１を降下させることにより形成した液滴ＬＱを、塗布基板５上に接触させた状態で塗布用針１１を寸止めして液滴ＬＱを塗布基板５上に塗布するようにした液滴塗布装置本体２を用いて液滴塗布作業をする際に、液滴ＬＱの大きさ（従って液滴塗布量）は、塗布用針１１の降下速度と液滴ＬＱの粘度の選択の仕方によって際立った差があり、これによりユーザは塗布基板５に塗布する液滴の大きさを塗布基板５の用途に従って必要に応じて選択することができる。

図１６（Ａ）の場合は、塗布用針１１の降下速度を高速度（＝２．５〔ｍｍ／ｓｅｃ〕）に選定すると共に、塗布液の粘度を高粘度（＝１０００〔ｍＰａｓ〕）に選定した場合の液滴生成動作を高速度カメラによって観察したもので、塗布用針１１の降下開始時点ｔ１から塗布用針１１が寸止め位置まで降下した時点ｔ６までの間において、塗布用針１１の先端がピペット９から突出する際に、塗布液が高粘度であることにより粘性応力が大きくかつ塗布用針１１の降下速度が高速度であることにより粘性応力が大きくなることによって全体として塗布用針１１の先端が塗布液を引っ張る力が大きくなり、これにより塗布用針１１に付着した塗布液が表面張力によってピペット９側に引き戻されずに塗布用針１１の先端に付着したまま降下して行き、その結果塗布用針１１が寸止め位置に達したとき、その先端面に残る液滴ＬＱの量は最も多くなる。

これに対して、図１６（Ｂ）の場合は、塗布用針１１の降下速度を高速度（＝２．５〔ｍｍ／ｓｅｃ〕）に選定すると共に、塗布液の粘度を低粘度（＝５００〔ｍＰａｓ〕）に選定した場合、塗布用針１１の降下開始時点ｔ１１から寸止め位置で停止した時点ｔ１５までの間において、塗布用針１１の降下速度が図１６（Ａ）の場合と同じく高速度で粘性応力が大きいのに対して塗布液の粘度が低粘度になった分粘性応力が小さくなって塗布用針１１の先端がピペット９から降下する際の塗布液に対する引っ張り力が図１６（Ａ）の場合と比較して小さくなる。このとき、塗布用針１１の先端に付着する塗布液が表面張力によりピペット９側に引き戻される量が大きくなり、その結果塗布用針１１が寸止め位置に来たときに先端に形成される液滴ＬＱの液量は図１６（Ａ）の場合より少なくなり、第２番目の液量になる。

また、図１６（Ｃ）の場合は、塗布用針１１の降下速度を低速度（＝１．０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕）に選定すると共に、塗布液の粘度を高粘度（＝１０００〔ｍＰａｓ〕）に選定した場合で、塗布用針１１の降下開始時点ｔ２１から寸止めにより停止する時点ｔ２６までの間において、塗布用針１１の降下速度が低速度になったことにより図１６（Ａ）の場合からの粘性応力の落ち込みが図１６（Ｂ）の場合より大きくなるため塗布用針１１の塗布液に対する引っ張り力が図１６（Ｂ）の場合と比較して小さくなる。このとき、ピペット９の表面張力による引き戻し量が図１６（Ｂ）の場合と比較して大きくなり、その結果塗布用針１１が寸止め位置に来たとき先端に形成される液滴ＬＱの量は図１６（Ｂ）の場合より少ない第３番目の量になる。

さらに、図１６（Ｄ）の場合は、塗布用針１１の降下速度を低速度（＝１．０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕）に選定すると共に、塗布液の粘度を低粘度（＝５００〔ｍＰａｓ〕）に選定する。

この場合塗布用針１１の降下開始時点ｔ３１から寸止め位置に停止する時点ｔ３４に至るまでの間において、塗布液の粘度が図１６（Ｃ）の場合と比較して小さくなったことにより小さくなるため、塗布用針１１がピペット９から降下する際に表面張力により引き戻される量が大きくなることにより、寸止め位置ｔ３４に来たときに塗布用針１１の先端に生成される液滴ＬＱの量は図１６（Ｃ）の場合より小さい第４番目の量になる。

図１６（Ａ）ないし（Ｄ）によれば、塗布基板５に対する液滴ＬＱの塗布量を塗布用針１１の降下速度及び塗布液の粘度を選択することによって４段階の大きさに区別できるような大きさの異なる液滴ＬＱを生成することができる。

かくして液滴ＬＱの大きさが４段階に変更された場合、液滴ＬＱの形状が変わるので投射レーザ光Ｌ１に対する屈折投射光Ｌ１１及び屈折反射光Ｌ１２並びに反射光Ｌ２（図７）の屈折方向が当該形状に応じて異なる方向になる。

この結果反射光受光素子２１Ｂに受ける反射光像Ｚ２（図８）の原点（Ｌ０，Ｖ０）からの移動方向ｅがそれぞれ変化することにより、システム制御ユニット１６は上述したと同様にしてそれぞれの場合において塗布用針１１が寸止め位置にまで降下して来たときこれをそれぞれ検出することができる。

かくして同じ構成の液滴塗布装置本体２を用いてユーザが塗布基板５の用途に応じた塗布量の液滴を容易に生成することができる。

（５）第２の実施の形態
図１７は第２の実施の形態を示すもので、図７との対応部分に同一符号を付して示すように、投射レーザ光Ｌ２１として、塗布用針１１の降下仮想線Ｋ１上における塗布基板５の光投射点Ｐ１に集束するようなレーザ光Ｌを用い、図１７（Ａ）に示すように、塗布用針１１が寸止め位置にまで降下する前の状態において、投射レーザ光Ｌ２１は塗布基板５において反射されて光投射点Ｐ１から発散するような反射光Ｌ２２を形成し、これを反射受光素子２１ＢＸに入射させる。

反射受光素子２１ＢＸは、入射して来る反射光Ｌ２２の全光量に対応する検出出力を得るように構成され、これにより図１７（Ｂ）に示すように、塗布用針１１が寸止め位置にまで降下したとき、反射光Ｌ２２のうち、塗布用針１１の先端によって遮光された遮光部分Ｌ２３の分だけ反射光受光素子２１ＢＸに対する光量が小さくなるように構成されている。

かくして反射光受光素子２１ＢＸにおいて得られる検出出力は、図１の検出出力Ｓ１１として信号処理回路２１Ｄに入力され、信号処理回路２１Ｄは当該反射光受光素子２１ＢＸへの反射光Ｌ２２の光量の変化に応じて塗布用針１１が図１７（Ａ）の降下動作状態から図１７（Ｂ）の寸止め動作状態になるとき、これに応じて変化する降下位置データＳ４をシステム制御ユニット１６に入力する。

以上の構成において、第１の実施の形態において上述したと同様に塗布用針１１がピペット９内を通って塗布基板５の方向に降下して行くことにより塗布用針１１の先端に液滴ＬＱを形成して寸止め位置にまで来たとき、反射光受光素子２１ＢＸの検出出力Ｓ１１が受光した反射光Ｌ２２の光量変化に応じて変化することにより、信号処理回路２１Ｄが塗布用針１１が寸止め位置に降下したことを表す降下位置データＳ４をシステム制御ユニット１６に与え、これによりシステム制御ユニット１６は図９の液滴塗布処理手順ＲＴ１に従って塗布基板５上に液滴を塗布する。

かくして図１７の構成によっても、上述の場合と同様にして塗布用針１１を塗布基板５に当接させずに寸止め位置において塗布基板５に対して液滴を的確に塗布することができる。

（６）他の実施の形態
上述の実施の形態においては、液滴ＬＱとして細胞を含んだ資料をマイクロアレー３０（図１１）上に塗布液滴ＬＱＸとして塗布する場合に適用したが、本発明はこれに限らず、タンパク質又はＤＮＡをマイクロアレー上に分注したり、液晶パネルについて、断線した箇所に導電樹脂を塗布することにより修復作業をしたり、基板上に接着剤や半田ペーストなどの微小液滴を塗布したりするような場合に広く適用し得る。

また上述の実施の形態においては、塗布液収納部材としてのガラスピペット９内を、タングステン材料でなる塗布用針１１を通すことにより塗布用針１１の先端に液滴ＬＱを形成させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は塗布液を収納する塗布液収納部材を通って塗布用液を降下させる構成のものであれば良い。

さらに、上述の実施の形態においては液滴量を、塗布用針１１の降下速度及び液滴ＬＱの粘度に基づいて選択するようにした場合について述べたが、これに代え、又はこれと共に、塗布基板５の表面特性（粗さ、親水性）や、液滴ＬＱ中の含有物に基づいて選択するようにしても良い。

本発明は塗布対象に対して微小液滴を塗布する場合に利用できる。

本発明による液滴塗布装置の一実施の形態を示す略線的ブロック図である。 図１の液滴塗布装置本体の詳細構成を示す正面図である。 図１の液滴塗布装置本体を示すＱ１−Ｑ１断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は液滴塗布動作の説明に供する略線的断面図である。 図１の針降下検出装置を示す略線的側面図である。 図５の反射光受光素子の説明に供する略線的平面図である。 塗布用針の液滴塗布動作の説明に供する略線的側面図である。 図７の反射光受光素子の検出動作の説明に供する略線的平面図である。 図１のシステム制御ユニット１６の液滴塗布処理手順を示すフローチャートである。 図１のシステム制御ユニットに対して入力される初期設定条件を示す図表である。 液滴塗布装置本体２によって生成されるマイクロアレーの説明に供する略線的平面図である。 塗布用針による接触塗布動作の説明に供する略線的側面図である。 図１２の接触塗布モード時の反射光受光素子の検出動作の説明に供する略線的平面図である。 接触塗布モードにおける反射光受光素子の検出動作の説明に供する信号波形図である。 寸止め動作時における反射光受光素子の検出動作の説明に供する信号波形図である。 異なる液滴量の液滴の形成動作の説明に供する略線的側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は第２の実施の形態における塗布用針の寸止め検出動作の説明に供する略線的側面図である。

符号の説明

１……液滴塗布装置、２……液滴塗布装置本体、３……固定基台、４……ＸＹステージ、４Ａ……Ｘステージ部、４Ｂ……Ｙステージ部、５……塗布基板、６……Ｚステージ、６Ａ……粗動ステージ部、６Ａ１……固定部、６Ａ２……摺動部、６Ｂ……微動ステージ部、６Ｂ１……固定部、６Ｂ２……摺動部、８……架台、９……ピペット、１０……ピペット保持部材、１１……塗布用針、２１……針降下検出装置、２１Ｂ……反射光受光素子、３０……マイクロアレー。

Claims (2)

1. 塗布液を収納する塗布液収納部材を通って塗布用針を降下させることにより塗布対象に液滴を塗布する液塗布装置本体を有する液滴塗布装置において、
   上記塗布液収納部材から降下して先端に液滴を形成した上記塗布用針が、上記液滴が上記塗布対象に接触する寸止め位置に降下したことを検出する針降下検出手段と、
   上記液滴を上記塗布対象に塗布すると共に上記針降下検出手段の検出出力によって上記塗布用針の降下動作を停止させる寸止め手段と
   を具え、
   上記針降下検出手段は、上記塗布用針が上記寸止め位置に降下したとき、上記塗布用針の先端部と共に、当該先端部の先端に生成された液滴に投射レーザ光を投射し、上記液滴を屈折しながら透過して上記塗布対象によって反射して上記液滴から射出する反射光の投射位置に応じた上記検出出力を得る
   ことを特徴とする液滴塗布装置。
2. さらに、上記塗布用針の降下速度と上記塗布液の粘度を選定することにより液滴量が異なる複数の液滴を選択的に形成できる液滴量選択手段を具える
   ことを特徴とする請求項１に記載の液滴塗布装置。

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