JP2009014928A

JP2009014928A - レーザ転写装置の転写ヘッド

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Publication number: JP2009014928A
Application number: JP2007175384A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ikezawa; 利明池澤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】レーザリペア装置などのレーザ転写装置において、転写材料と転写対象物との距離を適切な距離に維持することができ、かつ転写作業が正確に行えるレーザ転写装置の転写ヘッドを提供する
【解決手段】下面には転写板が保持される転写板ホルダと、転写板ホルダ収容用の空所を有し、水平・垂直方向における位置基準を与える転写ヘッド機体と、転写ヘッド機体の空所内に収容された転写板ホルダを、転写ヘッド機体に対して上下動可能かつ水平動不能に支持するホルダ支持機構と、転写板ホルダ下方へ圧気を噴射することにより、被転写面に対し転写板を転写板ホルダごと浮上させる転写板浮上手段と、転写板ホルダの転写ヘッド機体に対する上下動を任意の上下位置にて停止させかつその上下位置に保持させることが可能な転写板保持機構と、転写板浮上手段における圧気噴射をオンオフするための圧気噴射制御弁とを有する
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示装置において、回路パターンの欠陥修復を行うレーザリペア装置等として好適なレーザ転写装置の転写ヘッドに関する。

従来、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどの表示装置において、回路パターンの欠陥修復を行うためには、レーザＣＶＤ法を利用したレーザリペア装置が採用されている。

このレーザＣＶＤ法を利用するレーザリペア装置は、レーザによる化学気相成長法を利用するものであって、具体的には、レーザを原料ガス中に置かれた基板に照射し、レーザ照射面での原料ガスの化学・物理反応を促進することによって、基板上の修復箇所に原料ガスの被膜を成長させるものである。

しかしながら、このような従来のレーザＣＶＤ法を利用するレーザリペア装置にあっては、修復材料として、ガス化できる材料（Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ）しか使用できないことに加え、レーザ照射面での原料ガスの化学・物理反応を利用するため、修復速度が遅いといった問題点が指摘されている。

一方、このような問題点を解決できるレーザリペア装置としては、レーザ転写法（ＬＭＴ：Laser Metal Transfer）を利用したレーザリペア装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このレーザ転写法を利用するレーザリペア装置の原理が図１８に示されている。図において、ａは石英ガラス板、ｂは修復材料となる導電性金属の薄膜、ｃは基板、ｄは回路パターン、ｅはレンズ、ｆはレーザビーム、ｇは回路パターン上の欠陥箇所、ｂ´は飛ばされた金属薄膜である。なお、この例では、石英ガラス板ａと薄膜ｂとを合わせたものが、転写板となる。

このレーザ転写法にあっては、まず、同図（ａ）に示されるように、欠陥箇所ｇを有する基板ｃの上に、対物面に修復材料の薄膜ｂを有する石英ガラス板ａを距離Ｌを隔てて対向させ、同図（ｂ）に示されるように、レンズｅを介してレーザビームｆを所定のスポット形状に絞り込んで、照射する。すると、同図（ｃ）に示されるように、レーザビームｆが照射された薄膜部分ｂ´が飛ばされて、同図（ｄ）に示されるように、回路パターンｄ上の欠陥部分ｇの上に付着する。このとき、修復部分の線幅を２〜５μｍとした場合、距離Ｌとしては５μ〜２０μ程度となる。
特開２０００−３１０１３号公報

このような従来のレーザ転写法を用いるレーザリペア装置にあっては、修復材料となる金属被膜として、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ等のような様々な金属が選定できることに加え、転写板に対してレーザで照射するのみで修復できるため、修復速度が速いという利点がある。

ところで、この種のレーザリペア装置において、リペア対象物となる表示デバイス等の表面に、必要な線幅の転写膜を得るためには、転写対象物表面と転写材料被膜との距離を常にミクロンオーダ（例えば、５〜２０μｍ）に維持することが要請される。

しかしながら、この種のリペア対象物（表示装置の基板等）の表面には、そもそも、ミクロンオーダの凹凸が存在するため、リペア対象物上のどの位置においても、表面との距離を常にミクロンオーダ（例えば５〜２０μｍ）に維持することは、サーボモータ、リニアモータ等を利用した通常のサーボ制御技術では困難とされる。

加えて、この種のリペア対象物（表示デバイス等）は電気・磁気的な影響を受けやすいために、静電気や磁気を利用した浮上制御方式を採用することもできない。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、レーザリペア装置に代表されるこの種のレーザ転写装置において、転写材料の薄膜と転写対象物との距離を常にミクロンオーダ（例えば、５〜２０μｍ）に維持することが可能なレーザ転写装置の転写ヘッドを提供することにある。

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

上述の技術的な課題は、以下の構成を有するレーザ転写装置の転写ヘッドにより解決することができる。

すなわち、このレーザ転写装置の転写ヘッドは、レーザ透過性を有する板状小片の対物面に転写材薄膜を被着させてなる転写板を、両者間に微細なほぼ一定間隙が保持されるようにして、転写対象物のほぼ水平な被転写面に転写材薄膜を対面させた状態で支持するためのものである。

このレーザ転写装置の転写ヘッドは、下面には前記転写板が保持され、かつ上面側へと前記転写板を露出させる転写窓が開口された転写板ホルダと、前記転写板ホルダ収容用の空所を有すると共に、水平方向及び垂直方向における位置基準を与える転写ヘッド機体と、前記転写ヘッド機体の転写板ホルダ収容用の空所内に収容された転写板ホルダを、前記転写ヘッド機体に対して上下動可能かつ水平動不能に支持するホルダ支持機構と、前記転写板ホルダの下方へと圧気を噴射することにより、前記被転写面に対して前記転写板を前記転写板ホルダごと浮上させる転写板浮上手段と前記転写板ホルダの転写ヘッド機体に対する上下動を任意の上下位置にて停止させかつその上下位置に転写板ホルダを保持させることが可能な転写板保持機構と、前記転写板浮上手段における圧気の噴射をオンオフするための圧気噴射制御弁とを有する。

ここで、『圧気』としては、リペア対象物の性質に応じて様々な種類の気体を採用することができる。リペア対象物が回路パターン等の酸化を嫌うものである場合には、圧気の種類としては不活性ガス（例えば、窒素ガス等）を採用することができる。圧気として窒素ガスを採用すれば、リペア箇所の冷却を速やかになすことができる。

このような構成によれば、転写対象物の被転写面と転写板との距離を微細な値に維持するための制御は、サーボモータ、リニアモータなどを使用した電気的サーボ制御によるのではなくて、転写板ホルダの下方へと噴射される圧気を介して行われるものであるから、転写板と被転写面とを微細距離を隔てて対向させたまま、両者を相対的に移動させたとしても、転写板は被転写面上の凹凸に追随して適宜上下動することとなるため、転写板の水平移動中に、被転写面上の大きな隆起に触れて、被転写面を構成するリペア対象物を損壊するなどの虞を未然に防止することができる。

殊に、この種のレーザ転写装置がレーザリペア装置として実現される場合、回路パターン上の欠陥を修復するためには、転写板を所定ピッチずつ水平方向へずらしながら、回路パターン上の同一欠陥箇所に複数ショット分の転写を行う必要があるが、その際に、リペア対象物の表面にミクロンオーダの凹凸が存在すると、これに衝突して回路パターンを損壊する虞がある。つまり、電気的なサーボ制御によって、距離を維持しつつ水平方向へ移動した場合には、精度の粗さや応答速度の遅れから、転写板がリペア対象物と衝突する虞が高いのに対して、本発明のように、常にリペア対象物と転写板又は転写板ホルダとの間に吹き込まれた圧気により、両者間の距離を維持するといった相手合わせの制御によれば、そのような隆起が存在しても、それに追従して転写板も上下動するため、複雑なサーボ制御を用いずとも、両者間の距離を常に最適値に維持することができる。

また、レーザリペア装置として本発明を実現する場合、リペア工程のタクトタイムを短縮するためには、もしも、電気的な制御のみによるとすれば、その都度リペア対象物との距離を計測しながら、リペア対象物に転写板に注意深く接近させねばならず、１回の接近の度に比較的長時間を要するのに対し、本発明のような相手合わせの自力浮上制御を利用すれば、大雑把にオープンループ制御で、転写板をリペア対象物の表面まで近づけた後にあっては、圧気による浮上制御に任せることができるため、接近の度に距離制御を行う必要がなくなり、タクトタイムを短縮することが可能となる。

更に、圧気によって転写板ホルダが均衡状態となったときに、転写板ホルダを保持機構にて保持し、圧気を停止させた後で転写処理を行うことにより、転写時にレーザにより飛ばされた転写材片が圧気の吹き出しによる影響を受けることがなく、また、圧気の吹き出しによる転写台ホルダの振動も抑えられる。このため、レーザにより飛ばされた転写材片が目標位置からずれることなく、転写作業を正確に行うことが可能となる。

ここで前記転写板保持機構としては、転写ヘッド機体側に支持されて、転写板ホルダをその両脇から挟み付けることで上下動を停止させる一対の流体駆動式挟持片を用いてもよい。また、減圧ポンプなどを用いて吸引を行う吸引装置を用いてもよい。

上述の本発明において、前記転写ヘッド機体の転写板ホルダ収容用の空所内に収容された転写板ホルダを、前記転写ヘッド機体に対して上下動可能かつ水平動不能に支持するホルダ支持機構としては、様々な構成を採用することができる。

前記ホルダ支持機構の一例としては、前記転写板ホルダ収容用空所の内周縁部を固定端、前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周縁部を自由端として、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を支持する板バネにより構成することができる。

このような構成によれば、転写板ホルダと転写ヘッド機体との隙間を跨るようにして板バネを両者に固定するだけで、上下動可能かつ水平動不能といった機能を実現できるため、組み付けが容易で低コストに製作することができ、しかも板バネ上に適宜打ち抜き孔を形成することで、片持ち状板ばね部分をバランスよく配置することができ、転写板ホルダの外周を均等に支持することによって、歪みなく転写板ホルダを昇降動させることが可能となる。

前記ホルダ支持機構の他の一例としては、前記転写板ホルダ収容用空所の内周面と前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周面との間に介在されて、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を支持する鋼球ガイドにより構成することができる。

このような構成によれば、球軸受けの一種である鋼球ガイドが採用されることから、鋼球の真球度の精度に準じて、スムーズな転写板ホルダの昇降動を実現することができ、転写板と被転写面との間の気圧によく追従して、転写板ホルダを被転写面上の隆起に応じて昇降させることができる。

前記ホルダ支持機構の他の一例としては、前記転写板ホルダ収容用空所の内周面と前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周面との間に介在されて、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を弾性的に押圧支持する圧縮バネにより構成することができる。

このような構成によれば、圧縮バネの拡張圧力を介して、転写板ホルダはその外周から中心に向けて均等に押圧されるため、転写板ホルダの水平方向への移動は確実に規制され、転写板ホルダは転写板と被転写面との間の圧力を受けて、上下動することとなる。

前記ホルダ支持機構の他の一例としては、前記転写板ホルダ収容用空所の内周面と前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周面との間に介在されて、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を摺動可能に支持する樹脂軸受けにより構成することができる。

このような構成によれば、樹脂軸受けは比較的構造が簡単でかつ比較的滑らかに転写板ホルダを上下動させるため、比較的良好な上下動を低価格に実現することができる。

以上述べた一連の発明において、前記転写板を前記転写板ホルダに保持させる手段としては、接着剤を使用したり、真空吸着手段を使用したり、カップリング機構を利用したりすることができる。

接着剤を使用すれば、剥離の手間は必要なものの、別途吸着配管やカップリングが不要となる利点がある。一方、真空チャック機構を使用すれば、交換の際の着脱が容易となる。他方、カップリング機構を使用すれば、カップリング機構の交換のみで、転写板ホルダから転写板を離脱させることができる。

本発明によれば、転写対象物の被転写面と転写板との距離を微細な値に維持するための制御は、サーボモータ、リニアモータなどを使用した電気的サーボ制御によるのではなくて、転写板ホルダの下方へと噴射される圧気を介して行われるものであるから、転写板と被転写面とを微細距離を隔てて対向させたまま、両者を相対的に移動させたとしても、転写板は被転写面上の凹凸に追随して適宜上下動することとなるため、転写板の水平移動中に、被転写面上の大きな隆起に触れて、被転写面を構成するリペア対象物を損壊するなどの虞を未然に防止することができる。

以下に、この発明に係るレーザ転写装置の転写ヘッドの好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係るレーザ転写装置の転写ヘッドの第１実施形態の構成図が図１，３に示されている。なお、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３はＢ−Ｂ’断面図である。

それらの図から明らかなように、このレーザ転写装置の転写ヘッド１は、レーザ透過性を有する板状小片（例えば、石英ガラスの板状小片）の対物面（図では下面）に転写材料（例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ等）の薄膜を被着させてなる転写板１０１を、両者間に微細なほぼ一定間隙が保持されるようにして、転写対象物１０２のほぼ水平な被転写面１０２ａに転写材薄膜（図示せず）を対面させた状態で支持するためのものである。

この転写ヘッド１は、下面には転写板１０１が保持され、かつ上面側へと転写板１０１を露出させる転写窓１０３ａが開口された転写板ホルダ１０３と、転写板ホルダ収容用の空所１０４ａを有すると共に、水平方向及び垂直方向における基準位置を与える転写ヘッド機体１０４と、転写ヘッド機体１０４の転写板ホルダ収容用の空所１０４ａ内に収容された転写板ホルダ１０３を、転写ヘッド機体１０４に対して上下動可能かつ水平動不能に支持するホルダ支持機構（詳細は後述）と、転写板ホルダ１０３の下方へと圧気１０５を噴射することにより、被転写面１０２ａに対して転写板１０１を転写板ホルダ１０３ごと浮上させる転写板浮上手段（詳細は後述）と、転写板ホルダ１０３の転写ヘッド機体１０４に対する上下動を任意の上下位置にて停止させかつその上下位置に転写板ホルダ１０３を保持させることが可能な転写板保持機構１０７と、転写板浮上手段における圧気の噴射をオンオフするための圧気噴射制御弁１１２とを有する。

この例にあっては、ホルダ支持機構は、転写板ホルダ収容用空所１０４ａの内周縁部を固定端、転写板ホルダ収容用空所１０４ａに収容された転写板ホルダ１０３の外周縁部を自由端として、転写ヘッド機体１０４に対して転写板ホルダ１０３が上下動可能となるように両者間を支持する板バネ１０６により構成されている。なお、図においては、板バネ１０６として、横長長方形状の単なる板片として示されているが、当業者には容易に理解されるであろうが、実際には、適当な打ち抜き孔乃至切り抜き線が複数形成されて、複数の部分が局部的に板バネとしての作用を果たすように構成されている。

一方、転写板浮上手段としては、所定の圧気源（図示せず）からの圧気を転写板ホルダ１０３の圧気入口孔１０３ｂへと供給するための圧気供給手段として機能する可撓性チューブ１０８と、可撓性チューブ１０８上に設けられ、圧気の導入と遮蔽を切り替える為の圧気制御弁１１２と、転写板ホルダ１０３の圧気入口孔１０３ｂと転写板ホルダ１０３の下面の複数の圧気出口孔１０３ｃとを連通するホルダ内圧気通路１０３ｄとから構成され、それにより、圧気源（図示せず）からの圧気を、ホルダ内圧気通路１０３ｄを経て、転写板ホルダ下面の圧気出口孔１０３ｃを介して、転写板ホルダ１０３の下方へと噴射することにより、被転写面１０２ａに対して転写板１０１を転写板ホルダ１０３ごと浮上させることとなる。なお、この例では圧気は圧気出口孔１０３ｃを介して転写板ホルダ１０３ｃ下方へ噴射されるように構成されているが、転写板１０１に転写板ホルダ１０３の下面の複数の圧気出口孔１０３ｃと位置整合する複数の圧気噴射孔を設け、この転写板に設けられた圧気噴射孔より圧気が噴射されるように構成してもよい。

本願において、転写処理を行う際には、転写板ホルダ１０３を保持機構１０７にて保持し、圧気噴射制御弁１１２にて圧気を停止した上で転写作業を行うことが好ましい。ここで、保持機構１０７の具体的な構成としては、エアーハンドなどの流体駆動式の装置、減圧ポンプを用いて減圧吸引を行う吸引装置などが考えられ、図１〜３の例においてはエアーハンド本体部１０７ｃとアーム１０７ａ，１０７ｂとからなるエアーハンドを採用している。エアーハンドは、内蔵エアシリンダを作動させることによってアーム１０７ａ，１０７ｂによる挟み込み動作と復帰動作とを行うようにしたものである。

保持機構１０７の一例であるエアーハンドにて転写板ホルダ１０３を保持した状態の説明図が図２に示されている。転写作業時の状態についてより具体的に述べると、転写板１０１と転写対象物１０２との距離が適切な距離となった時点、もしくは、圧気による浮上と下降とのバランスが釣り合い転写板ホルダの位置が均衡した時点で、エアーハンド（保持機構１０７）が作動してアーム１０７ａとアーム１０７ｂとが転写板ホルダ１０３を挟み込み、これにより転写板ホルダ１０３が上下方向に動かないように固定される。転写板ホルダ１０３が保持機構１０７にて固定されたことにより転写板ホルダ１０３が現在位置から上下動することがなくなり、圧気１０５の噴射なしでも転写板１０１と転写対象物１０２とが衝突する虞がなくなる。そのため、圧気噴射制御弁１１２にて圧気の噴射を停止して転写作業を行うことが可能となるため、レーザ照射により飛ばされた転写材片１０１ｂが、転写板１０１と転写対象物１０２との間に入り込んだ圧気１０５の吹き出しにより影響（例えば、転写材が圧気の吹き出しにより目標転写位置からずれてしまう等）を受けることなく転写作業をスムーズに行うことができ、転写性能への影響を防ぐことができる。また、圧気の噴射による転写板ホルダの振動もなくなるため、転写板ホルダが安定し、転写作業時の精度が向上する。また、転写板ホルダ１０３が保持機構１０７にて保持され安定していることにより、リペア対象の修復箇所が端部であっても、転写板１０１を安定的に配置できる。

また、転写板１０１を転写板ホルダ１０３に保持させるための手段としては、接着剤や真空吸着手段などを用いることができる。ここで真空吸着手段とは、転写板ホルダ１０３の下面に設けられた複数個の吸引孔と転写板ホルダ１０３の外周面に設けられた吸引孔とを連通させるホルダ内吸引通路を設け、真空源に接続された吸引チューブにより転写板ホルダ１０３の外周面に設けられた吸引孔より吸引を行い、転写板１０１を吸着するように構成した手段のことである。

以上の構成によれば、転写板ホルダ１０３は、板バネ１０６を介して転写ヘッド機体１０４に支持され、水平方向への移動は規制されつつも、垂直方向については自由に移動が可能となる。そのため、複数の圧気噴射孔１０１ａから圧気１０５が噴射されると、転写板１０１と被転写面１０２ａとの間には圧気による浮上作用によって微細距離Ｌが保たれる。従って、転写ヘッド１の全体を電気的なオープンループ制御によって例えば１００μｍ程度の距離まで近づけた後、複数の圧気噴射口１０１ａから圧気１０５を噴射させた状態とすれば、そのまま放置したとしても、転写板１０１と被転写面１０２ａとの距離は微細距離Ｌに保たれ、転写板１０１が被転写面１０２ａに衝突する虞はない。また、転写板１０１と被転写面１０２ａとが転写作業に適した距離になった時点で、保持機構１０７を作動させてアーム１０７ａ，１０７ｂにて転写板ホルダ１０３を保持すれば、転写板ホルダ１０３は上下動不可に固定されるため圧気の噴射を停止しても転写板１０１が被転写面１０２ａに衝突することはなくなる。このため、転写作業を行う際に圧気噴射制御弁１１２を操作して圧気噴射を停止させて作業を行うことが可能となり、転写作業時にレーザにより飛ばされた転写材片が圧気の吹き出しにより影響を受ける虞がなくなり、目標位置への正確な転写が可能となる。

次に、本発明に係る転写ヘッドの第２実施形態の構成図が図４，５に示されている。なお、図４及び図５において、図１〜３と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

この第２実施形態の前記第１実施形態との相違点は、転写板を保持するための保持機構として吸気口１０７ｄを有する真空吸着機構を採用した点にある。転写作業を行うために転写板ホルダ１０３が下降し、転写板１０１と転写対象物１０２との距離が適切な距離となった時点、もしくは、圧気による浮上と下降とのバランスが釣り合い転写板ホルダ１０３の位置が均衡した時点で、吸気口１０７ｄとチューブ（図示せず）を介して繋がれた吸引装置（図示せず）にて吸引が開始され、吸気口１０７ｄにおいても図面上方向に向けて吸引力が働き、これにより転写板ホルダ１０３が吸着固定される。このため圧気の噴射を停止しても転写板ホルダ１０３が上下動せず、転写板１０１と転写対象物１０２とが衝突する虞がなくなるため、圧気を停止して転写作業を行うことが可能となり、転写作業時に圧気による影響を受けなくなる。

次に、本発明に係る転写ヘッド１の第３実施形態の構成図が図６に示されている。なお、図において、第１，第２実施形態と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

この第３実施形態の特徴は、ホルダ支持機構が、転写板ホルダ収容用空所１０４ａの内周面と転写板ホルダ収容用空所１０４ａに収容された転写板ホルダ１０３の外周面との間に介在されて、転写ヘッド機体１０４に対して転写板ホルダ１０３が上下動可能となるように両者間を弾性的に押圧支持する圧縮バネ１０９を採用した点にある。

この第３実施形態によれば、平面視正方形状を有する転写板ホルダ１０３は、転写ヘッド機体１０４に形成された略正方形状の転写板ホルダ収容用空所１０４ａ内に収容され、かつその四辺のうち２箇所において圧縮バネ１０９を介して圧接しつつ支持されることとなる。そのため、転写板ホルダ１０３は水平方向への移動を規制された状態において上下方向へと移動自在となり、保持機構１０７にて保持された時のみ上下動が制限される。

本発明に係る転写ヘッドの第４実施形態の構成図が図７に示されている。なお、同図において、前記第１〜３実施形態と同一の構成部分については同符号を付して説明は省略する。

この第４実施形態に係る転写ヘッド１の特徴は、ホルダ支持機構が、転写板ホルダ収容用空所１０４ａの内周面と転写板ホルダ収容用空所１０４ａに収容された転写板ホルダ１０３の外周面との間に介在されて、転写ヘッド機体１０４に対して転写板ホルダ１０３が上下動可能となるように両者間を支持する鋼球ガイド１１０により構成されている点にある。

このような構成によれば、平面視正方形状をなす転写板ホルダ１０３は、転写ヘッド機体１０４に形成された正方形状の転写板ホルダ収容用の空所１０４ａ内に収容され、かつその四辺のうち２カ所において鋼球ガイド１１０を介して上下動自在に支持される。

そのため、転写板１０１の下面から圧気１０５が噴射されると、転写板１０１は転写板ホルダ１０３と共に鋼球ガイド１１０に案内されつつ上下動して、転写板１０１と被転写面１０２ａの間の距離Ｌがミクロンオーダー程度に維持されることとなる。なお、保持機構１０７にて転写板ホルダ１０３が保持されたときには、転写板ホルダ１０３の上下動は当然にして規制される。

本発明に係る転写ヘッドの第５実施形態の構成図が図８に示されている。この第５実施形態の特徴は、ホルダ支持機構として、転写板ホルダ収容用空所１０４ａの内周面と転写板ホルダ収容用空所１０４ａに収容された転写板ホルダ１０３の外周面との間に介在されて、転写ヘッド機体１０４に対して転写板ホルダ１０３が上下動可能となるように両者間を摺動支持する樹脂軸受け１１１を採用した点にある。なお、同図において、先の実施形態と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

この第５実施形態によれば、転写板ホルダ１０３は転写ヘッド機体１０４の転写板ホルダ収容用空所１０４ａ内に収容されると共に、樹脂軸受け１１１を介して上下動自在に支持される。そのため、圧気１０５が転写板１０１の下面から噴射することにより、転写板１０１と被転写面１０２ａとの距離Ｌはミクロンオーダーで保持されることとなる。なお、保持機構１０７にて転写板ホルダ１０３が保持されたときには、転写板ホルダ１０３の上下動は当然にして規制される。

最後に、本発明が適用された配線パターン修復装置の要部（レーザ転写ユニット１００）に関するより具体的な外観斜視図が図９に示されている。配線パターン修復装置（「レーザリペア装置」とも称される）は、修復対象となる液晶表示デバイスやプラズマ表示デバイス等を回路パターン面を上に向けて載置するためのステージ（図示せず）と、このステージの上方にあって、水平面内の任意のＸＹ座標に位置決め可能となされたＸＹ位置決め機構（図示せず）と、このＸＹ位置決め機構により吊り下げ支持されるレーザ転写ユニット１００とを含んで構成されている。

レーザ転写ユニット１００は、上述のＸＹ位置決め機構によりステージ上に吊り下げ支持されるユニット機枠（図示せず）と、ユニット機枠に対して取り付けられる三次元位置決め機構２と、三次元位置決め機構２により位置決めされる転写ヘッド１と、ユニット機枠に対して昇降自在に取り付けられるレーザ照射光学系３とを含んで構成されている。

三次元位置決め機構２は、Ｘ方向駆動部２１と、Ｘ方向駆動部２１を支持するＹ方向駆動部２２と、Ｙ方向駆動部２２を支持するＺ方向駆動部２３とを含んでおり、転写板ホルダを支持する転写ヘッド１はＸ方向駆動部２１に取り付けられている。

レーザ照射光学系３は、図示しない上部レーザ源から到来するレーザビーム４を入射口３７から導入すると共に、そのビーム断面を整形して、修復対象となる回路パターンの線幅対応の細長長方形状ビーム断面を形成するビーム整形機構３４と、ビーム整形機構３４により整形されたレーザビームを垂直下向きにビーム分離器３１へと案内するレーザ照射用光路Ｃ２と、ビーム分離器３１で分離された撮影光を水平方向に電子カメラ３７側へと案内する撮影用光路Ｃ３と、レーザ照射用光路Ｃ２を介して到来するレーザビームを垂直下向きに対物レンズ３２へと案内すると共に、対物レンズ３２から到来する撮影光を垂直上向きにビーム分離器３１へと案内する共用光路Ｃ１とを含んでいる。なお、３５はカメラの視野を照明するためのＬＥＤ照明器である。

換言すれば、レーザ照射光学系３は、垂直なレーザ照射用光路Ｃ２と、水平な撮影用光路Ｃ３と、それらの光路を結合一体化する垂直な共用光路Ｃ１とを有する同軸落射型光学系を構成している。

対物レンズ３２から垂直下向きに出射されるレーザビームは、対物レンズ３２の集光作用により、出射光路上の所定距離において集光されて集光点が生ずる。レーザ照射による薄膜転写処理は、この出射光路上の所定距離に生ずるレーザ集光点において行われる。

一方、電子カメラ３７は、常に、このレーザ集光点に位置する物体にピントが合うようにピント合わせが行われている。加えて、電子カメラ３７には、映像信号に基づいてピントが合った状態か否かを外部へ判定出力する機能が内蔵されている。レーザ照射光学系３の全体は、図示しないボールネジ機構と駆動モータとの作用により、Ｚ方向ガイドレール３８に沿って任意距離だけ垂直方向へと上下動可能になされている。

したがって、レーザ照射光学系３の全体を上昇又は下降させながら、電子カメラ３７のピント判定出力を監視すれば、レーザ照射対象物に集光点が合致しているか否かを知ることができる。また、ある基準高さからの降下距離を計測しつつ、電子カメラ３７のピント判定出力を監視すれば、ピントがあったときまでの降下距離計測値に基づいて、基準高さからそのレーザ照射対象物までの降下距離を知ることができる。後述するように、この実施形態においては、上述のレーザ照射光学系３の作用を利用することで、転写板の高さ方向位置決め制御を実現している。

なお、図９において、３６は複数の対物レンズを円周上に支持する回転ディスク、３３は回転ディスク３２の回転角度制御に使用されるロータリエンコーダであり、これらにより対物レンズの自動交換を可能としている。

転写ヘッドの外観斜視図（その１）が図１０に、同分解斜視図（その１）が図１１に、同上下反転状態の外観斜視図（その１）が図１２に、同平面図（その１）が図１３にそれぞれ示されている。

それらの図から明らかなように、転写ヘッド１は、転写ヘッド機体１１を主体として構成されている。この転写ヘッド機体１１は、Ｘ方向駆動部２１に対して取り付けるための取付部１１ａと、転写板ホルダ１３を支持するための支持部１１ｂとを有している。

支持部１１ｂの中央には空所１１ｃが形成され、この空所１１ｃ内にホルダ１３と保持機構１７が収容される。ホルダ１３を空所１１ｃ内に支持するためには、この例では、板バネ１２が使用される。板バネ１２は略正方形状を有し、その中央には開口１２ａが形成されると共に、開口１２ａの外周には打ち抜き孔１２ｂ，１２ｃ及びネジ孔１２ｄ，１２ｅが形成されている。これらの打ち抜き孔１２ｂ，１２ｃによって局部的なバネ性が付与されることは当業者であれば容易に理解されるであろう。

板バネ１２とホルダ１３との結合は、板バネ１２側のネジ孔１２ｅとホルダ１３側のネジ孔１３ｂとを介して行われる。また、板バネ１２と支持部１１ｂとの結合は、板バネ１２側のネジ孔１２ｄと支持部１１ｂ側のネジ孔１１ｄを介して行われる。

これにより、ホルダ１３は、空所１１ｃ内において水平方向への移動を規制されかつ上下方向への移動については板バネ１２の弾性範囲内において許容されるように構成されている。なお、保持機構１７が作動すると、アーム１７ａ，１７ｂによりホルダ１３が両側から挟み込まれて固定され、これによりホルダ１３の上下動は規制される。

ホルダ１３の外周面上の２箇所には、圧気入口孔（図示せず）が設けられ、その下面には転写板上の圧気噴射孔と整合させて複数の圧気出口孔が環状に整列配置されている。これら入口孔と出口孔との間には円環状の内部通路が形成されている。コネクタ１５ｅ，１５ｆは、ホルダ１３側の圧気入口に固定されている。

支持部１１ｂに設けられた空所１１ｃの内周面には、２個のコネクタ１５ｃ，１５ｄが固定され、支持部１１ｂの外周面には２個のコネクタ１５ａ，１５ｂが固定されている。ここで、コネクタ１５ａとコネクタ１５ｃとが連通し、コネクタ１５ｂとコネクタ１５ｄとが連通する。コネクタ１５ｅとコネクタ１５ｃとは可撓性チューブ１６ａを介して連結され、コネクタ１５ｆとコネクタ１５ｄとは同様に可撓性チューブ１６ｂを介して連結される。コネクタ１５ａとコネクタ１５ｂにはそれぞれチューブ接続用のプラグが形成されているから、ここに可撓性チューブを差し込むことによって、支持部１１ｂからホルダ１３の内部へと圧気を供給することが可能となる。

ホルダ１３の中央部には転写窓１３ａが開口されており、この転写窓１３ａから下面側に保持された転写板１４が露出される。この例では、転写板１４はホルダ１３の下面に接着剤で固定される。ホルダ１３の裏面には、外周に沿って適当な間隔で複数個の噴射口１３ｂが配列されている。コネクタ１５ａ，１５ｂから圧気を供給すると、この供給された圧気は、ホルダ１３裏面側の噴射口１３ｂから転写対象物へ向けて噴射される。これにより、転写板１４はホルダ１３と共に浮上する。

本願に係る転写ヘッドの別の一例について、転写ヘッドの外観斜視図（その２）が図１４に、同分解斜視図（その２）が図１５に、同上下反転状態の外観斜視図（その２）が図１６に、同平面図（その２）が図１７にそれぞれ示されている。なお、図１４〜１７において、図１０〜１３と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

図１４〜１７に示された転写ヘッドと、図１０〜１３にて示された転写ヘッドとの相違点は、図１４〜１７の例においては転写板を保持するための保持機構として吸気口１７ｄを有する真空吸着機構を使用した点にある。

支持部１１ｂの中央に設けられた空所１１ｃ内にはホルダ１３と吸気口１７ｄが収容されており、吸気口１７ｄはホルダ１３に接している。吸気口１７ｄはコネクタ１５ｇと連通しており、コネクタ１５ｇは取り付けられたチューブ（図示せず）を介して吸引源（図示せず）と繋がっているため、吸引源にて吸引が開始されると、チューブ、コネクタ１５ｇを介して吸気口１７ｄにて吸気が行われ、これによりホルダ１３が吸着固定されてホルダ１３の上下動が規制される。なお、吸引源としては真空ポンプなどがあり、真空ポンプにて減圧が行われると吸引が開始される。

以上の構成よりなる配線パターン修復装置によって、修復作業を行う場合には、まず、リペア位置の座標を取得して、図示しないＸＹ位置決め機構を作動し、レーザ転写ユニット１００に含まれる対物レンズ３２をリペア箇所の真上に位置決めする。この位置決めには、リペア箇所のＸＹ座標と対物レンズ３２の光軸のＸＹ座標とに基づくオープンループの位置決め制御、並びに、電子カメラ３７の映像を画像処理して得られるリペア箇所の位置と電子カメラ視野内の基準点との距離を計測しつつ行うサーボループの位置決め制御が併用される。

リペア箇所の真上に対物レンズ３２の光軸が位置決めされたならば、次に、三次元位置決め機構２を作動して、対物レンズ３２の光軸を遮ぎる重なり位置から同光軸を遮らない待避位置へと転写ヘッド１を待避させたのち、レーザ照射光学系３ｋ全体を降下させつつ、電子カメラ３７のピント判定出力を監視し、ピントがあった時点までの降下距離から、所定の基準高さからリペア対象物上面までの距離（Ａ）を取得する。

次に、転写板の位置データを取得して、三次元位置決め機構を再び作動し、対物レンズ３２の光軸を遮らない待避位置から対物レンズ３２の光軸を遮ぎる重なり位置へと転写ヘッド１を復帰させたのち、先ほどと同様にして、レーザ照射光学系３の全体を降下させつつ、電子カメラ３７のピント判定出力を監視し、ピントがあった時点までの降下距離から、所定の基準高さから転写板下面までの距離（Ｂ）を取得する。

次に、距離（Ａ）と距離（Ｂ）とに基づいて、転写板下面とリペア対象物上面との距離（Ｘ）｛（Ａ）−（Ｂ）｝を算出したのち、リペア対象物表面からの転写板１０１までの高さ（Ｈ１：約５ｍｍ程度）を第１の目標高さとして、それまでの降下距離（Ｘ−Ｈ１）だけ転写ヘッド機体１０４をオープンループ制御で降下させる。降下距離（Ｘ−Ｈ１）だけ転写ヘッド機体１０４をオープンループ制御で降下させたならば、続いて、リペア対象物表面からの転写板１０１までの高さ（Ｈ２：約１００μｍ程度）を第２の目標高さとして、それまでの降下距離（Ｘ−Ｈ１−Ｈ２）だけ転写ヘッド機体１０４をオープンループ制御で降下させる。

このとき、第２の目標高さ（Ｈ２）は、圧気噴射による自力浮上作用が作動し始める高さ領域内に設定されているため、転写ヘッド機体１０４が第２の目標高さ（Ｈ２）まで降下する途中で、転写板ホルダ１０３は転写ヘッド機体１０４に対して自力浮上する。そのため、第１及び第２の目標高さへ接近するためのオープンループ制御に多少の誤差があったり、リペア対象物側の理由で表面高さが変動したりしても、転写ヘッド１の降下する過程で、転写板１０１がリペア対象物に衝突して表面を損壊する等の虞を確実に回避することができる。

転写板１０１とリペア対象物１０２との距離は、圧気噴射による自力浮上作用により、圧気の圧力乃至流量を適切に設定することで、最適範囲で均衡することとなる。ここで、保持機構１０７を作動させてホルダ１０３を保持させると、ホルダ１０３が圧気噴射なしでも現在位置から上下動しないように固定される。ホルダ１０３が保持機構１０７にて保持された後、圧気噴射制御弁１１２を操作して圧気噴射を停止する。

その後、図示しないレーザ源を駆動することによって、レーザビームをワンショット照射すると、照射スポット（例えばライン上）に対応する転写材料の薄膜がリペア対象箇所へと転写され、必要であれば、その近接距離を維持したまま転写ヘッド１を所定ピッチ水平方向へシフトさせては、以上のワンショット照射を複数回繰り返す。

すると、修復対象箇所には、転写材料の薄膜が複数層積層されて、必要な積層厚が得られる。この水平方向へのシフト中にあっては、窒素ガス等の圧気の噴射が行われているため、転写箇所の冷却作用と間隙保持作用とが同時になされ、転写板が不用意に修復対象物に衝突してこれを損壊させるといった事態を未然に防止することができる。

このように、本発明の転写ヘッド１によれば、圧気を噴射することによって、転写板１０１と転写対象物との距離を向こう合わせで所定の微細距離に保持することができるため、Ｚ方向駆動部２３を介する電気的な制御については転写板が転写対象物まである程度近づくまでのおおよその制御をするだけでよく、以後は気体の噴射による向こう合わせの浮上作用が作用して、転写板を安全に転写対象物に近接させることができる。

また、転写板と転写対象物とが近接した後は保持機構にてホルダを保持することで圧気噴射が不要となるため、転写作業を行う際に圧気を停止して転写作業を行うことが可能となる。これにより、転写作業時に転写材片が圧気の吹き出しによる影響を受けることがなく、また、圧気による転写台ホルダの振動も抑えられるため転写作業を正確に行うことが可能となる。また、修復対象となる表示デバイス等の上に多数の欠陥箇所が存在するような場合でも、それらの箇所に順次高速で移動しては、転写ヘッド１を降下させる処理を高速に繰り返すことができ、この種の作業のタクトタイムを大幅に短縮できる利点がある。

本発明によれば、レーザリペア装置に代表されるこの種のレーザ転写装置において、転写材料の薄膜と転写対象物との距離を常にミクロンオーダーに維持することが可能となる利点がある。また、転写作業時にはホルダを保持機構にて固定して圧気を停止することにより、圧気の吹き出しによる影響を受けず転写作業を正確に行えるという利点がある。

第１実施形態の構成図である。第１実施形態におけるホルダ保持状態の説明図である。図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。第２実施形態の構成図である。図３（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。第３実施形態の構成図である。第４実施形態の構成図である。第５実施形態の構成図である。本発明が適用された配線パターン修復装置の外観斜視図である。転写ヘッドの外観斜視図（その１）である。転写ヘッドの分解斜視図（その１）である。転写ヘッドの上下反転状態の外観斜視図（その１）である。転写ヘッドの平面図（その１）である。転写ヘッドの外観斜視図（その２）である。転写ヘッドの分解斜視図（その２）である。転写ヘッドの上下反転状態の外観斜視図（その２）である。転写ヘッドの平面図（その２）である。本発明の前提となるレーザ転写法の説明図である。

符号の説明

１転写ヘッド
２３次元位置決め機構
３レーザ照射光学系
４レーザビーム
１１転写ヘッド機体
１１ａ取付部
１１ｂ支持部
１１ｃ空所
１２板バネ
１２ａ開口
１２ｂ打ち抜き孔
１２ｃ打ち抜き孔
１２ｄネジ孔
１２ｅネジ孔
１３転写板ホルダ
１３ａ転写窓
１３ｂネジ孔
１３ｃ噴射孔
１４転写板
１５ａコネクタ
１５ｂコネクタ
１５ｃコネクタ
１５ｄコネクタ
１５ｅコネクタ
１５ｆコネクタ
１５ｇコネクタ
１６ａ可撓性チューブ
１６ｂ可撓性チューブ
１７保持機構
１７ａアーム
１７ｂアーム
１７ｃエアーハンド本体部
１７ｄ吸気口
２１Ｘ方向駆動部
２２Ｙ方向駆動部
２３Ｚ方向駆動部
３１ビーム分離器
３２対物レンズ
３３ロータリエンコーダ
３４ビーム整形機構
３５ＬＥＤ照明器
３６回転ディスク
３７電子カメラ
３８Ｚ方向ガイドレール
３９入射口
１００レーザ転写ユニット
１０１転写板
１０１ａ転写材片
１０２転写対象物
１０２ａ被転写面
１０３転写板ホルダ
１０３ａ転写窓
１０３ｂ圧気入口孔
１０３ｃ圧気出口孔
１０３ｄホルダ内圧気通路
１０４転写ヘッド機体
１０４ａ転写板ホルダ収容用空所
１０５圧気
１０６板バネ
１０７保持機構
１０７ａアーム
１０７ｂアーム
１０７ｃエアーハンド本体部
１０７ｄ吸気口
１０８可撓性チューブ
１０９圧縮バネ
１１０鋼球ガイド
１１１樹脂軸受け
１１２圧気制御弁
Ｃ１共通光路
Ｃ２レーザ照射用光路
Ｃ３撮影用光路

Claims

レーザ透過性を有する板状小片の対物面に転写材薄膜を被着させてなる転写板を、両者間に微細なほぼ一定間隙が保持されるようにして、転写対象物のほぼ水平な被転写面に転写材薄膜を対面させた状態で支持するためのレーザ転写装置の転写ヘッドであって、
下面には前記転写板が保持され、かつ上面側へと前記転写板を露出させる転写窓が開口された転写板ホルダと、
前記転写板ホルダ収容用の空所を有すると共に、水平方向及び垂直方向における位置基準を与える転写ヘッド機体と、
前記転写ヘッド機体の転写板ホルダ収容用の空所内に収容された転写板ホルダを、前記転写ヘッド機体に対して上下動可能かつ水平動不能に支持するホルダ支持機構と、
前記転写板ホルダの下方へと圧気を噴射することにより、前記被転写面に対して前記転写板を前記転写板ホルダごと浮上させる転写板浮上手段と、
前記転写板ホルダの転写ヘッド機体に対する上下動を任意の上下位置にて停止させかつその上下位置に転写板ホルダを保持させることが可能な転写板保持機構と、
前記転写板浮上手段における圧気の噴射をオンオフするための圧気噴射制御弁とを有する、
ことを特徴とするレーザ転写装置の転写ヘッド。
前記転写板保持機構が、
前記転写ヘッド機体側に支持されて、転写板ホルダをその両脇から挟み付けることで上下動を停止させる一対の流体駆動式挟持片を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ転写装置の転写ヘッド。
前記ホルダ支持機構が、
前記転写板ホルダ収容用空所の内周縁部を固定端、前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周縁部を自由端として、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を支持する板バネにより構成される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ転写装置の転写ヘッド。
前記ホルダ支持機構が、
前記転写板ホルダ収容用空所の内周面と前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周面との間に介在されて、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を支持する鋼球ガイドにより構成される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ転写装置の転写ヘッド。
前記ホルダ支持機構が、
前記転写板ホルダ収容用空所の内周面と前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周面との間に介在されて、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を弾性的に押圧支持する圧縮バネにより構成される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ転写装置の転写ヘッド。
前記ホルダ支持機構が、
前記転写板ホルダ収容用空所の内周面と前記転写板ホルダ収容用空所に収容された転写板ホルダの外周面との間に介在されて、前記転写ヘッド機体に対して前記転写板ホルダが上下動可能となるように両者間を摺動可能に支持する樹脂軸受けにより構成される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ転写装置の転写ヘッド。