JP2011161395A

JP2011161395A - 液滴吐出装置および液滴吐出方法

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Publication number: JP2011161395A
Application number: JP2010028614A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Nakamura; 友則中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】描画ステージの構造が簡素化された液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】ワーク５を把持するハンド１７を有し、ワーク５を描画ステージ４０に載置するロボット１０と、ワーク５に液滴を吐出する液滴吐出ヘッド５０と、描画ステージ４０の近くに配置されロボット１０が把持したワーク５を撮像可能なカメラ３０と、カメラ３０で捉えたワーク５の画像を画像処理しワーク５の位置情報を演算するワーク位置演算部と、ワーク位置演算部で得られたワーク５の位置情報とロボット１０のハンド１７の位置情報とに基づきワーク５を描画ステージ４０に載置する位置を演算するワーク載置位置演算部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状体を液滴として吐出し、ワークに描画を行う液滴吐出装置および液滴吐出方法に関する。

液状体を液滴にしてワークに吐出し、様々な描画を行う液滴吐出装置が知られている。
例えば、インクジェット法を用いてワークに液滴を塗布する液滴吐出装置が特許文献１に開示されている。
近年、液滴吐出装置を用いて各種のデバイス製造やマーキング、印刷などが行われ、液滴吐出装置の利用分野が拡大している。

液滴配置の位置精度を必要とするデバイス製造やマーキングなどの場合、ワークの載置位置を正確に行わないと液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとワークとの相対位置にずれが生じ、描画にずれが生じることになる。
このため、従来の液滴吐出装置では、描画ステージに載置されたワークに対して描画ステージを移動させて補正が行われる。例えば、ワークの裏面にアライメントマークを形成し、描画ステージの溝からカメラをカメラ移動軸に沿って移動させてワークのアライメントマークを認識して位置情報を確認し、描画ステージを移動させて液滴吐出ヘッドに対してワークが正規の位置にくるように補正が行われる。

特開２００８−２２５２４６号公報

しかしながら、上記の従来の液滴吐出装置のように、描画ステージの下側でカメラを移動させる機構に加え、描画ステージを移動させる機構が必要であり、描画ステージの構造が複雑になってしまうという課題がある。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる液滴吐出装置は、ワークを描画ステージに載置し該ワークに液滴を吐出する液滴吐出装置であって、前記ワークを把持するハンドを有し、前記ワークを前記描画ステージに載置する搬送部と、前記ワークに液滴を吐出する液滴吐出部と、前記描画ステージの近くに配置され前記搬送部が把持した前記ワークを撮像可能なカメラと、前記カメラで捉えた前記ワークの画像を画像処理し前記ワークの位置情報を演算するワーク位置演算部と、前記ワーク位置演算部で得られた前記ワークの位置情報と前記搬送部の前記ハンドの位置情報とに基づき前記ワークを前記描画ステージに載置する位置を演算するワーク載置位置演算部と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、描画ステージの近くにワークを撮像可能なカメラが配置されている。そして、カメラで捉えたワークの画像を画像処理しワークの位置情報を演算するワーク位置演算部と、ワーク位置演算部で得られたワークの位置情報と搬送部のハンドの位置情報とに基づきワークを描画ステージに載置する位置を演算するワーク載置位置演算部とを備えている。
この液滴吐出装置では、描画ステージに載置するワークの位置を、搬送部のハンドの位置情報と搬送中のワークの位置情報から演算する。このため、従来と同様に液滴吐出部とワークとの位置精度を確保できる。そして、従来のようにワークを描画ステージに載置した後の位置を確認するカメラの移動機構および、ワークの位置を補正するステージの移動機構などの複雑な描画ステージの構造がいらず、ステージ構造が簡単な液滴吐出装置を提供できる。

［適用例２］上記適用例にかかる液滴吐出装置において、前記カメラが前記ワークの通過位置より下方に配置されていることが望ましい。

この構成によれば、カメラと搬送部が接触しないようにカメラを配置でき、液滴吐出装置の設計が容易である。またカメラの固定がワークの通過位置より下方であるため、装置の振動などによるカメラのぶれが微小であり、精度よくワークを撮像でき、精度の良い画像処理が可能である。

［適用例３］本適用例にかかる液滴吐出方法は、ワークを把持して搬送する工程と、前記ワークの搬送中において前記ワークに形成したアライメントマークをカメラにて撮像する工程と、前記カメラで撮像したアライメントマークを画像処理して前記ワークの位置情報を演算する工程と、前記ワークの位置情報に基づき前記ワークを描画ステージに載置する位置情報を生成する工程と、前記描画ステージに載置する位置情報に基づき前記ワークを前記描画ステージに載置する工程と、前記描画ステージに載置した前記ワークに液滴を吐出する工程と、を含むことを特徴とする。

この液滴吐出方法によれば、ワークの搬送中においてワークに形成したアライメントマークをカメラにて撮像し、画像処理によりワークの位置情報を得る。そして、ワークの位置情報に基づきワークを描画ステージに載置する位置情報を生成して、描画ステージにワークを載置し、ワークに液滴を塗布する。
この方法を用いることで、描画ステージにワークを載置した後に描画ステージを移動させてワークの位置だしをする必要がない。このため、従来と同様に液滴吐出部とワークとの位置精度を確保できる。そして、従来のようにワークの位置を確認するカメラの移動機構および、ワークの位置を補正するステージの移動機構などの複雑な構造の描画ステージがいらず、構造が簡単な液滴吐出装置を提供できる。

本実施形態の液滴吐出装置の構成を示す概略平面図。本実施形態の液滴吐出装置における構成の一部を示す概略側面図。本実施形態における液滴吐出ヘッドの構成を示す概略断面斜視図。本実施形態のロボットの構成を示す概略斜視図。本実施形態の液滴吐出装置の電気制御ブロック図。本実施形態のワークのアライメントマークを示す平面図。本実施形態における液滴吐出装置の動作を説明する模式図。

以下、本発明を具体化した実施形態の一例について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（実施形態）

図１は本実施形態の液滴吐出装置の構成を示す概略平面図である。図２はロボットを除く液滴吐出装置の構成を示す概略側面図である。図３は液滴吐出ヘッドの構成を示す概略断面斜視図である。図４はロボットの構成を示す概略斜視図である。なお、各図では説明のために直交座標を表示している。
図１に示すように、液滴吐出装置１はガラス基板、半導体基板などのワーク５を把持し搬送する搬送部としてのロボット１０と、ワークを給除材する給除材部２０と、ロボット１０が把持したワーク５を撮像可能なカメラ３０と、ワーク５が載置される描画ステージ４０と、ワーク５に液滴を塗布する液滴吐出ヘッド５０と、を備えている。

給除材部２０は基台８上に配置され、台座２１と、台座２１の上に配置された給除材ステージ２２とが備えられている。この給除材部２０は液滴塗布前、または液滴塗布後のワーク５を一時的に置く場所であり、給除材ステージ２２の上にワーク５が載置される。
カメラ３０は基台８上に配置され、焦点が上方（＋Ｚ軸方向）となるように配置されている。カメラ３０はロボット１０が把持したワーク５を撮像可能である。また、カメラ３０は描画ステージ４０の近くに配置されている。

描画ステージ４０は、ボールねじなどの直動機構と接続されガイドレール４５に沿って移動可能に構成されている。このガイドレール４５は基台８に固定され、描画ステージ４０がＹ軸方向に移動が可能である。
基台８からは上方（＋Ｚ軸方向）に立ち上がる２本の支柱６４が形成され、支柱６４の両端を橋渡しするガイドレール６５が設けられている。このガイドレール６５はＸ軸方向に延出するように配置されている。
ガイドレール６５には、キャリッジ６０が挟持され、キャリッジ６０は、ボールねじなどの直動機構と接続されガイドレール６５に沿って、Ｘ軸方向に移動可能に構成されている。

そして、キャリッジ６０には基台８に対向するように液滴吐出部としての液滴吐出ヘッド５０が設けられている。
なお、液滴を吐出するときに液滴吐出ヘッド５０とワーク５とを相対移動する方向を主走査方向と呼び、主走査方向と直交する方向を副走査方向と呼ぶ。副走査方向は改行するときに液滴吐出ヘッド５０とワーク５とを相対移動する方向である。本実施形態ではＸ軸方向を主走査方向とし、Ｙ軸方向を副走査方向とする。

液滴吐出ヘッド５０は、図３に示すように、ノズルプレート５６に複数のノズル５５を備え、それぞれのノズル５５の開口に連通する圧力室５３、圧力室５３の一壁面を構成する振動板５２、振動板５２を変形させるＰＺＴなどの圧電素子５１、各圧力室５３にインクなどの液状体を送り込む共通インク室５４を有している。

振動板５２は、弾性変形可能な薄板から構成され、圧電素子５１の先端に当接している。このような構成により、圧電素子５１が収縮して、振動板５２が上方に撓んで圧力室５３が膨張すると、共通インク室５４の液状体が圧力室５３に流れ込む。所定時間の経過後に、圧電素子５１が伸長して、振動板５２が元に戻って圧力室５３が収縮すると、圧力室５３の液状体が圧縮されて、ノズル５５の開口から液滴が吐出する。このとき、液滴吐出ヘッド５０に形成されている多数のノズル５５のうち、いずれから液滴を吐出するかによってワークに描画が可能である。

次に、液滴吐出装置の搬送部としてのロボットについて説明する。
ロボット１０は、図４に示すようにスカラー型ロボットで構成され、平板状の基台１１上に支持台１２が設置されている。支持台１２の内部にはモーター、角度検出器、減速機等から構成される回転機構１２ａが備えられている。そして、モーターの出力軸は減速機と接続され、減速機の出力軸は支持台１２の上方に配置された第１腕部１３と接続されている。また、角度検出器がモーターの出力軸と連結され、モーターの出力軸の回転角度を検出する。これにより、回転機構１２ａは第１腕部１３の回転角度を検出して、所望の角度に回転させることができる。

第１腕部１３上において支持台１２と反対側の端には回転機構１４が設置されている。回転機構１４はモーター、角度検出器、減速機等により構成され、支持台１２の内部に設置された回転機構１２ａと同様の機能を備えている。そして、回転機構１４の出力軸は第２腕部１５と接続されている。これにより、回転機構１４は第２腕部１５の回転角度を検出して、所望の角度に回転させることができる。

第２腕部１５上において回転機構１４と反対側の端には昇降機構および回転機構１６が配置されている。そして、昇降機構および回転機構１６の下側にはワークを保持するハンド１７が設けられている。ハンド１７は昇降機構および回転機構１６により上下方向（Ｚ軸方向）の移動と、ＸＹ平面での回転とが可能となっている。
ハンド１７には鉤型のフィンガー１８が設けられ、水平方向に開閉できる構造となっている。また、フィンガー１８には平面部が設けられ、ワークの端部を乗せることができ、また、ワークを吸着する複数の吸着パッド１９が設けられている。

このロボット１０におけるハンド１７の動作範囲内に、給除材部２０と、カメラ３０と、描画ステージ４０とが配置されている。
このように、ロボット１０のハンド１７が給除材部２０にてワーク５を把持して、カメラ３０の上方を搬送して描画ステージ４０にワーク５を載置できる構成となっている。
なお、本実施形態ではほぼ直線上に給除材部２０、カメラ３０、描画ステージ４０が配置されているが、ハンド１７の動作範囲内にあれば円弧上など、どのように配置されていても良い。

次に、液滴吐出装置の電気制御について説明する。
図５は、液滴吐出装置の電気制御ブロック図である。
液滴吐出装置１はその動作を制御する制御装置を備えている。そして、制御装置はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）７０と、各種情報を記憶するメモリー８０とを備えている。

主走査駆動装置９２、副走査駆動装置９３、液滴吐出ヘッド５０を駆動するヘッド駆動回路９４、カメラ３０を作動させるカメラ作動回路９５、ロボット１０を駆動させるロボット駆動回路９６は、入出力インターフェイス９１及びデータバス９０を介してＣＰＵ７０に接続されている。
主走査駆動装置９２は描画ステージ４０の移動を制御する装置であり、副走査駆動装置９３はキャリッジ６０の移動を制御する装置である。

メモリー８０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には液滴吐出装置１における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト８１を記憶する記憶領域が設定される。さらに、ワークにおける吐出位置の座標データである吐出位置データ８２を記憶するための記憶領域も設定される。

ＣＰＵ７０は、メモリー８０内に記憶されたプログラムソフト８１に従ってワークの所定位置に液滴を吐出するための制御を行うものである。
ＣＰＵ７０には、主走査制御部７１、副走査制御部７２、吐出制御部７３、カメラ制御部７４、ロボット制御部７５、ワーク位置演算部７６、ワーク載置位置演算部７７、を備えている。

主走査制御部７１は液滴吐出ヘッド５０を主走査方向へ所定の走査量で移動させるための制御を行い、副走査制御部７２はワークを副走査方向へ所定の速度で走査移動させるための制御を行う。
吐出制御部７３は液滴吐出ヘッド５０の液滴吐出にかかわる演算をする。

カメラ制御部７４はワークの画像を捉えるようにカメラの作動を制御し、ロボット制御部７５はワークの把持、搬送、などのロボットの動きを制御する。
ワーク位置演算部７６はカメラで撮像したワークの画像を画像処理し、ロボットのハンドの位置情報に基づき搬送中のワーク位置を演算する。
ワーク載置位置演算部７７はワーク位置演算部７６で得られたワーク位置に基づき描画ステージにワークを載置すべき位置を演算する。そして、データバス９０を介してこの位置情報をロボット制御部７５に送る。

次に、このような構成の液滴吐出装置の動作について説明する。
図６はワークのアライメントマークを示す平面図である。図７は液滴吐出装置の動作を説明する模式図である。
図６に示すように、ワーク５の一方の面にはアライメントマーク５ａを予め形成しておく。本実施形態ではアライメントマーク５ａは描画を行う面とは反対の面でワーク５の所定位置に少なくとも２箇所形成する。また、アライメントマーク５ａはワーク５表面の色相と異なるものが好ましい。なお、アライメントマーク５ａの形状については限定されない。

図７（ａ）に示すように、ロボットのハンド１７が給除材部２０の給除材ステージ２２に載置されたワーク５を把持する。ロボットのハンド１７はフィンガー１８が開閉してワーク５をすくい上げて、吸着パッド１９でワーク５を吸着して固定する。

この状態で、ロボットがワーク５を搬送し、図７（ｂ）に示すように、カメラ３０の上方に達する。ワーク５の裏面にはアライメントマークが形成され、カメラ３０がこの搬送中のワーク５を撮像し、アライメントマークを認識する。
ここで、ＣＰＵのワーク位置演算部にてロボットのハンドの位置情報とアライメントマークからの位置情報から、ワーク５の位置情報を演算する。続いてワーク載置位置演算部にて、ワーク位置演算部で得られたワーク位置に基づき描画ステージにワーク５を載置すべき位置を演算し、その位置情報を生成する。

そして、ワーク５はカメラ３０の上方を通過して搬送され、描画ステージ４０の上方で停止する。続いて、ロボットのハンド１７が下降して、図７（ｃ）に示すように、ワーク位置演算部で生成した位置情報に基づきワーク５を描画ステージ４０に載置する。
この描画ステージに載置されたワーク５の位置は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド５０に対してずれがなく、ワーク位置を補正する必要がない。
ワーク５を描画ステージ４０に載置した後、ロボットのハンド１７は給除材ステージ２２の上方に戻って待機する。

その後、図７（ｄ）に示すように、キャリッジ６０が移動して描画ステージ４０に近づき、液滴吐出ヘッド５０からワーク５に液滴を塗布する。必要に応じて、描画ステージ４０を副走査方向に移動させて改行し、液滴をワーク５に塗布する。
ワーク５への液滴の塗布が終了すると、キャリッジ６０は待機位置に戻る。そしてロボットのハンド１７が描画ステージ４０に載置されたワーク５を把持して搬送し、給除材ステージ２２に載置する。

以上のように、本実施形態の液滴吐出装置１は描画ステージ４０に載置するワーク５の位置を、ロボット１０のハンド１７の位置情報と搬送中のワーク５の位置情報から演算する。このため、従来と同様に液滴吐出ヘッド５０とワーク５との位置精度を確保できる。そして、従来のようにワーク５を描画ステージ４０に載置した後の位置を確認するカメラの移動機構および、ワーク５の位置を補正するステージの移動機構などの複雑な描画ステージの構造がいらず、ステージ構造が簡単な液滴吐出装置１を提供できる。
また、ワーク５が搬送される経路より下方にカメラ３０が配置されるため、カメラ３０とロボット１０が接触しないようにカメラ３０を配置でき液滴吐出装置１の設計が容易である。またカメラ３０の固定がワーク５の通過位置より下方であるため、装置の振動などによるカメラ３０のぶれが微小であり、精度よくワーク５を撮像でき、精度の良い画像処理が可能である。

なお、本実施形態ではカメラをワークの通過経路より下方に配置したが、カメラをワークの上方に配置して、ワークの描画面に形成したアライメントマークを撮像する構成としても良い。

１…液滴吐出装置、５…ワーク、５ａ…アライメントマーク、８…基台、１０…搬送部としてのロボット、１１…基台、１２…支持台、１２ａ…回転機構、１３…第１腕部、１４…回転機構、１５…第２腕部、１６…昇降機構および回転機構、１７…ハンド、１８…フィンガー、１９…吸着パッド、２０…給除材部、２１…台座、２２…給除材ステージ、３０…カメラ、４０…描画ステージ、４５…ガイドレール、５０…液滴吐出部としての液滴吐出ヘッド、５１…圧電素子、５２…振動板、５３…圧力室、５４…共通インク室、５５…ノズル、５６…ノズルプレート、６０…キャリッジ、６４…支柱、６５…ガイドレール、７０…ＣＰＵ、７１…主走査制御部、７２…副走査制御部、７３…吐出制御部、７４…カメラ制御部、７５…ロボット制御部、７６…ワーク位置演算部、７７…ワーク載置位置演算部、８０…メモリー、８１…プログラムソフト、８２…吐出位置データ、９０…データバス、９１…入出力インターフェイス、９２…主走査駆動装置、９３…副走査駆動装置、９４…ヘッド駆動回路、９５…カメラ作動回路、９６…ロボット駆動回路。

Claims

ワークを描画ステージに載置し該ワークに液滴を吐出する液滴吐出装置であって、
前記ワークを把持するハンドを有し、前記ワークを前記描画ステージに載置する搬送部と、
前記ワークに液滴を吐出する液滴吐出部と、
前記描画ステージの近くに配置され前記搬送部が把持した前記ワークを撮像可能なカメラと、
前記カメラで捉えた前記ワークの画像を画像処理し前記ワークの位置情報を演算するワーク位置演算部と、
前記ワーク位置演算部で得られた前記ワークの位置情報と前記搬送部の前記ハンドの位置情報とに基づき前記ワークを前記描画ステージに載置する位置を演算するワーク載置位置演算部と、を備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１に記載の液滴吐出装置において、
前記カメラが前記ワークの通過位置より下方に配置されていることを特徴とする液滴吐出装置。
ワークを把持して搬送する工程と、
前記ワークの搬送中において前記ワークに形成したアライメントマークをカメラにて撮像する工程と、
前記カメラで撮像した前記アライメントマークを画像処理して前記ワークの位置情報を演算する工程と、
前記ワークの位置情報に基づき前記ワークを描画ステージに載置する位置情報を生成する工程と、
前記描画ステージに載置する位置情報に基づき前記ワークを前記描画ステージに載置する工程と、
前記描画ステージに載置した前記ワークに液滴を吐出する工程と、を含むことを特徴とする液滴吐出方法。