JP2012115762A - 印刷装置及び印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細のパターン形成を可能にする印刷装置を提供する。
【解決手段】基材を加熱した状態で所定の前処理を行う前処理部と、加熱された基材を冷却する冷却部１１と、冷却された基材に対して液滴を吐出して所定パターンを印刷する印刷部とを備える。冷却部は、基材が載置されるステージＳＴと、ステージに設けられ基材を保持する保持面６２を有するヒートシンク部６１と、ヒートシンク部に空気を流動させる流動装置９１と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、印刷装置及び印刷方法に関するものである。

機能液を液滴にして吐出するインクジェット方式で塗布し、塗布された機能液を固化して膜を形成する方法が広く採用されている。そして、機能液には、染料や顔料を含んで着色する機能を有する液体や、金属粒子を含んで金属配線を形成する機能を有する液体等の多種の液状体が用いられている。

インクジェット方式で基板に機能液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。液滴吐出装置は、基板を移動させるステージと液滴吐出ヘッドとを移動させるキャリッジを備えている。液滴吐出ヘッドには、液滴を吐出するノズルが形成されている。このステージとキャリッジとは直交する方向に移動する。そして、機能液を塗布する場所と対向する場所に液滴吐出ヘッドが位置するときに、液滴を吐出する。そして、所定の位置に機能液を着弾させることにより基板に所定のパターンを印刷している。

特開２００４−２８３６３５号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
印刷前に基板の温度が所定値よりも高くなっている場合には、基板に吐出した液滴の濡れ広がりが大きくなり、高精細のパターン形成が困難になる。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、高精細のパターン形成を可能にする印刷装置及び印刷方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の印刷装置は、基材を加熱した状態で所定の前処理を行う前処理部と、加熱された前記基材を冷却する冷却部と、冷却された前記基材に対して液滴を吐出して所定パターンを印刷する印刷部とを備え、前記冷却部は、前記基材が載置されるステージと、前記ステージに設けられ前記基材を保持する保持面を有するヒートシンク部と、前記ヒートシンク部に空気を流動させる流動装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の印刷装置では、所定の前処理により基材が加熱された場合でも、冷却部により基材を冷却することで、基材に吐出した液滴の濡れ広がりを抑えることができ、高精細のパターン形成を維持できる。また、本発明では、基材を保持するヒートシンク部を、空気の流動による熱交換で冷却するため、冷却水等の印刷部では使用しない用力が不要になり、装置の小型化及び低価格化を図ることが可能になる。

前記流動装置としては、前記空気を吸気する吸気部と、吸気した前記空気を排気する排気部と、前記吸気部から吸気した前記空気を前記ヒートシンク部に流動させ、前記排気部から排気するファン部とを備える構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、冷却水等の用力を別途設置することなく、ファン部の駆動により流動する空気とヒートシンク部との間の熱交換により、ヒートシンク部を介して基材を冷却することが可能になる。

また、本発明では、前記流動装置を囲むカバー部材を有し、前記吸気部が、前記カバー部材の側面に前記保持面と平行な方向に向けて開口して設けられ、前記排気部が、前記カバー部材の下面に前記保持面と垂直な方向に向けて開口して設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、吸気部と排気部とが同一方向で並ばないため、冷却部の設置面積を小さくすることが可能になる。

上記構成においては、前記吸気部が、前記カバー部材における前記印刷部と対向する側とは逆側に配置されている構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、吸気部から吸気される空気の流動で生じた流れが、印刷部における印刷処理に悪影響（例えば、吐出した液滴の飛行曲がりや、印刷部における基材の温度分布）を及ぼすことを防止できる。

上記構成においては、前記排気部に接続され該排気部からの排気を外部に排出する管体を有する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、ヒートシンク部との間の熱交換で温度上昇した空気が装置内に放出されて、インクの温度（粘度）や印刷部、搬送部における基材のアライメント等に悪影響を及ぼすことを防止できる。

また、本発明における前記前処理部としては、前記基材に活性光線を照射する照射装置を備える構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、基材の表面を改質できるとともに、基材の表面の有機物を除去することで、第３工程で基材に印刷される所定パターンの基材に対する密着性を高めることが可能になる。

一方、本発明の印刷方法は、基材を加熱した状態で所定の前処理を行う第１工程と、加熱された前記基材を冷却する第２工程と、冷却された前記基材に対して液滴を吐出して所定パターンを印刷する第３工程とを有し、前記第２工程では、前記基材が載置されるステージに設け前記基材を保持する保持面を有するヒートシンク部に空気を流動させ、前記基材を冷却することを特徴とするものである。

従って、本発明の印刷方法では、所定の前処理により基材が加熱された場合でも、第２工程で基材を冷却することで、第３工程で基材に吐出した液滴の濡れ広がりを抑えることができ、高精細のパターン形成を維持できる。また、本発明では、基材を保持するヒートシンク部を、空気の流動による熱交換で冷却するため、冷却水等の第３工程では使用しない用力が不要になり、装置の小型化及び低価格化を図ることが可能になる。

（ａ）は半導体基板を示す模式平面図、（ｂ）は液滴吐出装置を示す模式平面図。 供給部を示す模式図。 前処理部の構成を示す概略斜視図。 （ａ）は冷却部の平面図、（ｂ）は冷却部の断面図。 （ａ）は、塗布部の構成を示す概略斜視図、（ｂ）は、キャリッジを示す模式側面図、（ｃ）は、ヘッドユニットを示す模式平面図、（ｄ）は、液滴吐出ヘッドの構造を説明するための要部模式断面図。 収納部を示す模式図。 搬送部の構成を示す概略斜視図。 印刷方法を示すためのフローチャート。

以下、本発明の印刷装置及び印刷方法の実施の形態を、図１ないし図８を参照して説明する。
なお、以下の実施の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。

本実施形態では、本発明の特徴的な印刷装置と、この印刷装置を用いて液滴を吐出して印刷する印刷方法の例について、図１〜図８に従って説明する。

（半導体基板）
まず、印刷装置を用いて描画する対象の一例である半導体基板について説明する。
図１（ａ）は半導体基板を示す模式平面図である。図１（ａ）に示すように、基材としての半導体基板１は基板２を備えている。基板２は耐熱性があり半導体装置３を実装可能であれば良く、基板２にはガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、紙エポキシ基板等を用いることができる。

基板２上には半導体装置３が実装されている。そして、半導体装置３上には会社名マーク４、機種コード５、製造番号６等のマーク（印刷パターン、所定パターン）が描画されている。これらのマークが印刷装置によって描画される。

（印刷装置）
図１（ｂ）は印刷装置を示す模式平面図である。
図１（ｂ）に示すように、印刷装置７は主に供給部８、前処理部９、塗布部（印刷部）１０、冷却部１１、収納部１２、搬送部１３及び制御部１４から構成されている。印刷装置７は搬送部１３を中心にして時計回りに供給部８、前処理部９、塗布部１０、冷却部１１、収納部１２、制御部１４の順に配置されている。そして、制御部１４の隣には供給部８が配置されている。供給部８、制御部１４、収納部１２が並ぶ方向をＸ方向とする。Ｘ方向と直交する方向をＹ方向とし、Ｙ方向には塗布部１０、搬送部１３、制御部１４が並んで配置されている。そして、鉛直方向をＺ方向とする。

供給部８は、複数の半導体基板１が収納された収納容器を備えている。そして、供給部８は中継場所８ａを備え、収納容器から中継場所８ａへ半導体基板１を供給する。

前処理部９は、半導体装置３の表面を加熱した状態で改質する機能を有する。前処理部９により半導体装置３は吐出された液滴の広がり具合及び印刷するマークの密着性が調整される。前処理部９は第１中継場所９ａ及び第２中継場所９ｂを備え、処理前の半導体基板１を第１中継場所９ａまたは第２中継場所９ｂから取り込んで表面の改質を行う。その後、前処理部９は処理後の半導体基板１を第１中継場所９ａまたは第２中継場所９ｂに移動して、半導体基板１を待機させる。第１中継場所９ａ及び第２中継場所９ｂを合わせて中継場所９ｃとする。そして、前処理部９の内部で前処理が行われる場所を処理場所９ｄとする。

冷却部１１は、前処理部９で加熱及び表面改質が行われた半導体基板１を冷却する機能を有している。冷却部１１は、それぞれが半導体基板１を保持して冷却する処理場所１１ａ、１１ｂを有している。処理場所１１ａ、１１ｂは、適宜、処理場所１１ｃと総称するものとする。

塗布部１０は、半導体装置３に液滴を吐出してマークを描画（印刷）するとともに、描画されたマークを固化または硬化する機能を有する。塗布部１０は中継場所１０ａを備え、描画前の半導体基板１を中継場所１０ａから移動して描画処理及び硬化処理を行う。その後、塗布部１０は描画後の半導体基板１を中継場所１０ａに移動して、半導体基板１を待機させる。

収納部１２は、半導体基板１を複数収納可能な収納容器を備えている。そして、収納部１２は中継場所１２ａを備え、中継場所１２ａから収納容器へ半導体基板１を収納する。操作者は半導体基板１が収納された収納容器を印刷装置７から搬出する。

印刷装置７の中央の場所には、搬送部１３が配置されている。搬送部１３は２つの腕部を備えたスカラー型ロボットが用いられている。そして、腕部の先端には半導体基板１を把持する把持部１３ａが設置されている。中継場所８ａ，９ｃ，１０ａ，１１ｃ，１２ａは把持部１３ａの移動範囲１３ｂ内に位置している。従って、把持部１３ａは中継場所８ａ，９ｃ，１０ａ，１１ｃ，１２ａ間で半導体基板１を移動することができる。制御部１４は印刷装置７の全体の動作を制御する装置であり、印刷装置７の各部の動作状況を管理する。そして、搬送部１３に半導体基板１を移動する指示信号を出力する。これにより、半導体基板１は各部を順次通過して描画されるようになっている。

以下、各部の詳細について説明する。
（供給部）
図２（ａ）は供給部を示す模式正面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は供給部を示す模式側面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、供給部８は基台１５を備えている。基台１５の内部には昇降装置１６が設置されている。昇降装置１６はＺ方向に動作する直動機構を備えている。この直動機構はボールネジと回転モーターとの組合せや油圧シリンダーとオイルポンプの組合せ等の機構を用いることができる。本実施形態では、例えば、ボールネジとステップモーターとによる機構を採用している。基台１５の上側には昇降板１７が昇降装置１６と接続して設置されている。そして、昇降板１７は昇降装置１６により所定の移動量だけ昇降可能になっている。

昇降板１７の上には直方体状の収納容器１８が設置され、収納容器１８の中には複数の半導体基板１が収納されている。収納容器１８はＹ方向の両面に開口部１８ａが形成され、開口部１８ａから半導体基板１が出し入れ可能となっている。収納容器１８のＸ方向の両側に位置する側面１８ｂの内側には凸状のレール１８ｃが形成され、レール１８ｃはＹ方向に延在して配置されている。レール１８ｃはＺ方向に複数等間隔に配列されている。このレール１８ｃに沿って半導体基板１をＹ方向からまたは−Ｙ方向から挿入することにより、半導体基板１がＺ方向に配列して収納される。

基台１５のＹ方向側には支持部材２１を介して、基板引出部２２と中継台２３とが設置されている。収納容器１８のＹ方向側の場所において基板引出部２２の上に中継台２３が重ねて配置されている。基板引出部２２はＹ方向に伸縮する腕部２２ａと腕部２２ａを駆動する直動機構とを備えている。この直動機構は直線状に移動する機構であれば特に限定されない、本実施形態では、例えば、圧縮空気にて作動するエアーシリンダーを採用している。腕部２２ａの一端には略矩形に折り曲げられた爪部２２ｂが設置され、この爪部２２ｂの先端は腕部２２ａと平行に形成されている。

基板引出部２２が腕部２２ａを伸ばすことにより、腕部２２ａが収納容器１８内を貫通する。そして、爪部２２ｂが収納容器１８の−Ｙ方向側に移動する。次に昇降装置１６が半導体基板１を下降した後、基板引出部２２が腕部２２ａを収縮させる。このとき、爪部２２ｂが半導体基板１の一端を押しながら移動する。

その結果、図２（ｃ）に示すように、半導体基板１が収納容器１８から中継台２３上に移動させられる。中継台２３は半導体基板１のＸ方向の幅と略同じ幅の凹部が形成され、半導体基板１はこの凹部に沿って移動する。そして、この凹部により半導体基板１のＸ方向の位置が決められる。爪部２２ｂによって押されて半導体基板１が停止する場所により、半導体基板１のＹ方向の位置が決められる。中継台２３上は中継場所８ａであり、半導体基板１は中継場所８ａの所定の場所にて待機する。供給部８の中継場所８ａに半導体基板１が待機しているとき、搬送部１３は把持部１３ａを半導体基板１と対向する場所に移動して半導体基板１を把持して移動する。

この半導体基板１が搬送部１３により中継台２３上から移動した後、基板引出部２２が腕部２２ａを伸長させる。次に、昇降装置１６が収納容器１８を降下させて、基板引出部２２が半導体基板１を収納容器１８内から中継台２３上に移動させる。このようにして供給部８は順次半導体基板１を収納容器１８から中継台２３上に移動する。収納容器１８内の半導体基板１を総て中継台２３上に移動した後、操作者は空になった収納容器１８と半導体基板１が収納されている収納容器１８とを置き換える。これにより、供給部８に半導体基板１を供給することができる。

（前処理部）
図３は前処理部の構成を示す概略斜視図である。図３（ａ）に示すように、前処理部９は基台２４を備え、基台２４上にはＸ方向に延在するそれぞれ一対の第１案内レール２５及び第２案内レール２６が並んで設置されている。第１案内レール２５上には第１案内レール２５に沿ってＸ方向に往復移動する載置台としての第１ステージ２７が設置され、第２案内レール２６上には第２案内レール２６に沿ってＸ方向に往復移動する載置台としての第２ステージ２８が設置されている。第１ステージ２７及び第２ステージ２８は直動機構を備え、往復移動することができる。この直動機構は、例えば、昇降装置１６が備える直動機構と同様の機構を用いることができる。

第１ステージ２７の上面には載置面２７ａが設置され、載置面２７ａには吸引式のチャック機構が形成されている。搬送部１３が半導体基板１を載置面２７ａに載置した後、チャック機構を作動させることにより前処理部９は半導体基板１を載置面２７ａに固定することができる。同様に、第２ステージ２８の上面にも載置面２８ａが設置され、載置面２８ａには吸引式のチャック機構が形成されている。搬送部１３が半導体基板１を載置面２８ａに載置した後、チャック機構を作動させることにより前処理部９は半導体基板１を載置面２８ａに固定することができる。

第１ステージ２７には、加熱装置２７Ｈが内蔵されており、載置面２７ａに載置された半導体基板１を、制御部１４の制御下で所定温度に加熱する。同様に、第２ステージ２８には、加熱装置２８Ｈが内蔵されており、載置面２８ａに載置された半導体基板１を、制御部１４の制御下で所定温度に加熱する。

第１ステージ２７がＸ方向側に位置するときの載置面２７ａの場所が第１中継場所９ａとなっており、第２ステージ２８がＸ方向に位置するときの載置面２８ａの場所が第２中継場所９ｂとなっている。第１中継場所９ａ及び第２中継場所９ｂである中継場所９ｃは把持部１３ａの動作範囲内に位置しており、中継場所９ｃにおいて載置面２７ａ及び載置面２８ａは露出する。従って、搬送部１３は容易に半導体基板１を載置面２７ａ及び載置面２８ａに載置することができる。半導体基板１に前処理が行われた後、半導体基板１は第１中継場所９ａに位置する載置面２７ａまたは第２中継場所９ｂに位置する載置面２８ａ上にて待機する。従って、搬送部１３の把持部１３ａは容易に半導体基板１を把持して移動することができる。

基台２４の−Ｘ方向には平板状の支持部２９が立設されている。支持部２９のＸ方向側の面において上側にはＹ方向に延在する案内レール３０が設置されている。そして、案内レール３０と対向する場所には案内レール３０に沿って移動するキャリッジ３１が設置されている。キャリッジ３１は直動機構を備え、往復移動することができる。この直動機構は、例えば、昇降装置１６が備える直動機構と同様の機構を用いることができる。

キャリッジ３１の基台２４側には処理部３２が設置されている。処理部３２としては、例えば、活性光線を発光する低圧水銀ランプ、水素バーナー、エキシマレーザー、プラズマ放電部、コロナ放電部等を例示できる。水銀ランプを用いる場合、半導体基板１に紫外線を照射することにより、半導体基板１の表面の撥液性を改質することができる。水素バーナーを用いる場合、半導体基板１の酸化した表面を一部還元することで表面を粗面化することができ、エキシマレーザーを用いる場合、半導体基板１の表面を一部溶融固化することで粗面化することができ、プラズマ放電或いはコロナ放電を用いる場合、半導体基板１の表面を機械的に削ることで粗面化することができる。本実施形態では、例えば、水銀ランプを採用している。前処理部９は、加熱装置２７Ｈ、２８Ｈにより半導体基板１を加熱した状態で、処理部３２から紫外線を照射しながらキャリッジ３１を往復運動させる。これにより、前処理部９は、処理場所９ｄの広い範囲に紫外線を照射することが可能になっている。

前処理部９は、外装部３３により全体が覆われている。外装部３３の内部には上下に移動可能な戸部３４が設置されている。そして、図３（ｂ）に示すように、第１ステージ２７または第２ステージ２８がキャリッジ３１と対向する場所に移動したあと、戸部３４が下降する。これにより、処理部３２が照射する紫外線が前処理部９の外に漏れないようになっている。

載置面２７ａもしくは載置面２８ａが中継場所９ｃに位置するとき、搬送部１３は載置面２７ａ及び載置面２８ａに半導体基板１を給材する。そして、前処理部９は半導体基板１が載置された第１ステージ２７もしくは第２ステージ２８を処理場所９ｄに移動して前処理を行う。前処理が終了した後、前処理部９は第１ステージ２７もしくは第２ステージ２８を中継場所９ｃに移動する。続いて、搬送部１３は載置面２７ａもしくは載置面２８ａから半導体基板１を除材する。

（冷却部）
図４（ａ）は、半導体基板１が載置されていない状態の冷却部１１の平面図であり、図４（ｂ）は正面断面図である。
冷却部１１は、各処理場所１１ａ、１１ｂに配置したステージＳＴに設けられるヒートシンク部６１と、流動装置９１とを備えている。ヒートシンク部６１は、上面に半導体基板１を保持する保持面６２を有する平面視矩形の冷却板１１０と、保持面６２に設けられ半導体基板１を吸着する複数（ここではそれぞれ４つ）の吸着パッド６３と、冷却板６１の下方に設けられたフィン６４と、冷却板１１０との間でフィン６４が収容される密閉空間６５ａを形成する枠体６５とを有している。枠体６５の底部には、連通孔６７が形成されている。

フィン６４は、Ｘ方向に延在して設けられており、Ｙ方向に隙間をあけて複数設けられている。枠体６５は、塗布部１０と対向する側とは逆側となる＋Ｘ側の側面に、水平方向に沿って開口する吸気部６６が設けられている。

流動装置９１は、枠体９２とファン部９６とを備えている。枠体９２は、枠体６５の下方に密閉空間９２ａを形成するものであり、当該密閉空間９２ａにはファン部９６が配置されている。密閉空間９２ａは、連通孔６７を介して密閉空間６５ａと連通している。これら枠体６５及び枠体９２により、ヒートシンク部６１の一部及び流動装置９１の一部を囲むカバー部材が構成される。枠体９２の底部には、下方に向けて開口する排気部９３が設けられている。排気部９３には、排気管（管体）９４の一端が接続されており、排気管９４の他端は、装置外部に引き出されている。

処理場所１１ａ、１１ｂ（冷却板１１０）は、把持部１３ａの動作範囲内に位置しており、処理場所１１ａ、１１ｂにおいて冷却板１１０は露出する。従って、搬送部１３は容易に半導体基板１を各冷却板１１０に載置することができる。半導体基板１に冷却処理が行われた後、半導体基板１は、処理場所１１ａに位置する冷却板１１０上または処理場所１１ｂに位置する冷却板１１０上にて待機する。従って、搬送部１３の把持部１３ａは容易に半導体基板１を把持して移動させることができる。

（塗布部）
次に、半導体基板１に液滴を吐出してマークを形成する塗布部１０について図５に従って説明する。液滴を吐出する装置に関しては様々な種類の装置があるが、インクジェット法を用いた装置が好ましい。インクジェット法は微小な液滴の吐出が可能であるため、微細加工に適している。

図５（ａ）は、塗布部の構成を示す概略斜視図である。塗布部１０により半導体基板１に液滴が吐出される。図５（ａ）に示すように、塗布部１０には、直方体形状に形成された基台３７を備えている。液滴を吐出するときに液滴吐出ヘッドと被吐出物とが相対移動する方向を主走査方向とする。そして、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。副走査方向は改行するときに液滴吐出ヘッドと被吐出物とを相対移動する方向である。本実施形態ではＸ方向を主走査方向とし、Ｙ方向を副走査方向とする。

基台３７の上面３７ａには、Ｙ方向に延在する一対の案内レール３８がＹ方向全幅にわたり凸設されている。その基台３７の上側には、一対の案内レール３８に対応する図示しない直動機構を備えたステージ３９が取付けられている。そのステージ３９の直動機構は、リニアモーターやネジ式直動機構等を用いることができる。本実施形態では、例えば、リニアモーターを採用している。そして、Ｙ方向に沿って所定の速度で往動または復動するようになっている。往動と復動を繰り返すことを走査移動と称す。さらに、基台３７の上面３７ａには、案内レール３８と平行に副走査位置検出装置４０が配置され、副走査位置検出装置４０によりステージ３９の位置が検出される。

そのステージ３９の上面には載置面４１が形成され、その載置面４１には図示しない吸引式の基板チャック機構が設けられている。載置面４１上に半導体基板１が載置された後、半導体基板１は基板チャック機構により載置面４１に固定される。

ステージ３９が−Ｙ方向に位置するときの載置面４１の場所が中継場所１０ａとなっている。この載置面４１は把持部１３ａの動作範囲内に露出するように設置されている。従って、搬送部１３は容易に半導体基板１を載置面４１に載置することができる。半導体基板１に塗布が行われた後、半導体基板１は中継場所１０ａである載置面４１上にて待機する。従って、搬送部１３の把持部１３ａは容易に半導体基板１を把持して移動することができる。

基台３７のＸ方向両側には一対の支持台４２が立設され、その一対の支持台４２にはＸ方向に延びる案内部材４３が架設されている。案内部材４３の下側にはＸ方向に延びる案内レール４４がＸ方向全幅にわたり凸設されている。案内レール４４に沿って移動可能に取り付けられるキャリッジ４５は略直方体形状に形成されている。そのキャリッジ４５は直動機構を備え、その直動機構は、例えば、ステージ３９が備える直動機構と同様の機構を用いることができる。そして、キャリッジ４５がＸ方向に沿って走査移動する。案内部材４３とキャリッジ４５との間には主走査位置検出装置４６が配置され、キャリッジ４５の位置が計測される。キャリッジ４５の下側にはヘッドユニット４７が設置され、ヘッドユニット４７のステージ３９側の面には図示しない液滴吐出ヘッドが凸設されている。

図５（ｂ）は、キャリッジを示す模式側面図である。図５（ｂ）に示すようにキャリッジ４５の半導体基板１側にはヘッドユニット４７と一対の照射部としての硬化ユニット４８が配置されている。ヘッドユニット４７の半導体基板１側には液滴を吐出する３個の液滴吐出ヘッド４９が凸設されている。液滴吐出ヘッド４９の個数や配置は特に限定されず、吐出する機能液の種類や描画パターンに合わせて設定できる。

硬化ユニット４８の内部には吐出された液滴を硬化させる紫外線を照射する照射装置が配置されている。硬化ユニット４８は主走査方向においてヘッドユニット４７を挟んだ位置に配置されている。照射装置は発光ユニットと放熱板等から構成されている。発光ユニットには多数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子が配列して設置されている。このＬＥＤ素子は、電力の供給を受けて紫外線の光である紫外光を発光する素子である。

キャリッジ４５の図中上側には収容タンク５０が配置され、収容タンク５０には機能液が収容されている。液滴吐出ヘッド４９と収容タンク５０とは図示しないチューブにより接続され、収容タンク５０内の機能液がチューブを介して液滴吐出ヘッド４９に供給される。

機能液は樹脂材料、硬化剤としての光重合開始剤、溶媒または分散媒を主材料とする。この主材料に顔料または染料等の色素や、親液性または撥液性等の表面改質材料等の機能性材料を添加することにより固有の機能を有する機能液を形成することができる。本実施形態では、例えば、白色の顔料を添加している。機能液の樹脂材料は樹脂膜を形成する材料である。樹脂材料としては、常温で液状であり、重合させることによりポリマーとなる材料であれば特に限定されない。さらに、粘性の小さい樹脂材料が好ましく、オリゴマーの形態であるのが好ましい。モノマーの形態であればさらに好ましい。光重合開始剤はポリマーの架橋性基に作用して架橋反応を進行させる添加剤であり、例えば、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール等を用いることができる。溶媒または分散媒は樹脂材料の粘度を調整するものである。機能液を液滴吐出ヘッドから吐出し易い粘度にすることにより、液滴吐出ヘッドは安定して機能液を吐出することができるようになる。

図５（ｃ）は、ヘッドユニットを示す模式平面図である。図５（ｃ）に示すように、ヘッドユニット４７には液滴吐出ヘッド４９が配置され、液滴吐出ヘッド４９の表面にはノズルプレート５１が配置されている。ノズルプレート５１には複数のノズル５２が配列して形成されている。ノズル５２及びヘッドの数及び配置は特に限定されず吐出するパターンに合わせて設定される。本実施形態においては、例えば、１個のノズルプレート５１にはノズル５２の配列が１列形成され、１つの列には１５個のノズル５２が配置されている。

硬化ユニット４８の下面には、照射口４８ａが形成されている。そして、照射装置が発光する紫外光が照射口４８ａから半導体基板１に向けて照射される。

図５（ｄ）は、液滴吐出ヘッドの構造を説明するための要部模式断面図である。図５（ｄ）に示すように、液滴吐出ヘッド４９はノズルプレート５１を備え、ノズルプレート５１にはノズル５２が形成されている。ノズルプレート５１の上側であってノズル５２と相対する位置にはノズル５２と連通するキャビティ５３が形成されている。そして、液滴吐出ヘッド４９のキャビティ５３には機能液５４が供給される。

キャビティ５３の上側には上下方向に振動してキャビティ５３内の容積を拡大縮小する振動板５５が設置されている。振動板５５の上側でキャビティ５３と対向する場所には上下方向に伸縮して振動板５５を振動させる圧電素子５６が配設されている。圧電素子５６が上下方向に伸縮して振動板５５を加圧して振動し、振動板５５がキャビティ５３内の容積を拡大縮小してキャビティ５３を加圧する。それにより、キャビティ５３内の圧力が変動し、キャビティ５３内に供給された機能液５４はノズル５２を通って吐出される。

液滴吐出ヘッド４９が圧電素子５６を制御駆動するためのノズル駆動信号を受けると、圧電素子５６が伸張して、振動板５５がキャビティ５３内の容積を縮小する。その結果、液滴吐出ヘッド４９のノズル５２から縮小した容積分の機能液５４が液滴５７となって吐出される。機能液５４が塗布された半導体基板１に対しては、照射口４８ａから紫外光が照射され、硬化剤を含んだ機能液５４を固化または硬化させるようになっている。

（収納部）
図６（ａ）は収納部を示す模式正面図であり、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は収納部を示す模式側面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、収納部１２は基台７４を備えている。基台７４の内部には昇降装置７５が設置されている。昇降装置７５は供給部８に設置された昇降装置１６と同様の装置を用いることができる。基台７４の上側には昇降板７６が昇降装置７５と接続して設置されている。そして、昇降板７６は昇降装置７５により昇降させられる。昇降板７６の上には直方体状の収納容器１８が設置され、収納容器１８の中には半導体基板１が収納されている。収納容器１８は供給部８に設置された収納容器１８と同じ容器が用いられている。

基台７４のＹ方向側には支持部材７７を介して、基板押出部７８と中継台７９とが設置されている。収納容器１８のＹ方向側の場所において基板押出部７８の上に中継台７９が重ねて配置されている。基板押出部７８はＹ方向に移動する腕部７８ａと腕部７８ａを駆動する直動機構とを備えている。この直動機構は直線状に移動する機構であれば特に限定されない、本実施形態では、例えば、圧縮空気にて作動するエアーシリンダーを採用している。中継台７９上には半導体基板１が載置され、この半導体基板１のＹ方向側の一端の中央に腕部７８ａが接触可能となっている。

基板押出部７８が腕部７８ａを−Ｙ方向に移動させることにより、腕部７８ａが半導体基板１を−Ｙ方向に移動させる。中継台７９は半導体基板１のＸ方向の幅と略同じ幅の凹部が形成され、半導体基板１はこの凹部に沿って移動する。そして、この凹部により半導体基板１のＸ方向の位置が決められる。その結果、図６（ｃ）に示すように、半導体基板１が収納容器１８の中に移動させられる。収納容器１８にはレール１８ｃが形成されており、レール１８ｃは中継台７９に形成された凹部の延長線上に位置するようになっている。そして、基板押出部７８によって半導体基板１はレール１８ｃに沿って移動させられる。これにより、半導体基板１は収納容器１８に品質良く収納される。

搬送部１３が中継台７９上に半導体基板１を移動した後、昇降装置７５が収納容器１８を上昇させる。そして、基板押出部７８が腕部７８ａを駆動して半導体基板１を収納容器１８内に移動させる。このようにして収納部１２は半導体基板１を収納容器１８内に収納する。収納容器１８内に所定の枚数の半導体基板１が収納された後、操作者は半導体基板１が収納された収納容器１８と空の収納容器１８とを置き換える。これにより、操作者は複数の半導体基板１をまとめて次の工程に持ち運ぶことができる。

収納部１２は収納する半導体基板１を載置する中継場所１２ａを有している。搬送部１３は半導体基板１を中継場所１２ａに載置するだけで、収納部１２と連携して半導体基板１を収納容器１８に収納することができる。

（搬送部）
次に、半導体基板１を搬送する搬送部１３について図７に従って説明する。図７は、搬送部の構成を示す概略斜視図である。図７に示すように、搬送部１３は平板状に形成された基台８２を備えている。基台８２上には支持台８３が配置されている。支持台８３の内部には空洞が形成され、この空洞にはモーター、角度検出器、減速機等から構成される回転機構８３ａが設置されている。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８３の上側に配置された第１腕部８４と接続されている。また、モーターの出力軸と連結して角度検出器が設置され、角度検出器が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８３ａは第１腕部８４の回転角度を検出して、所望の角度まで回転させることができる。

第１腕部８４上において支持台８３と反対側の端には回転機構８５が設置されている。回転機構８５はモーター、角度検出器、減速機等により構成され、支持台８３の内部に設置された回転機構と同様の機能を備えている。そして、回転機構８５の出力軸は第２腕部８６と接続されている。これにより、回転機構８５は第２腕部８６の回転角度を検出して、所望の角度まで回転させることができる。

第２腕部８６上において回転機構８５と反対側の端には昇降装置８７が配置されている。昇降装置８７は直動機構を備え、直動機構を駆動することにより伸縮することができる。この直動機構は、例えば、供給部８の昇降装置１６と同様の機構を用いることができる。昇降装置８７の下側には回転装置８８が配置されている。

回転装置８８は回転角度を制御可能であれば良く、各種モーターと回転角度センサーとを組み合わせて構成することができる。他にも、回転角度を所定の角度にて回転できるステップモーターを用いることができる。本実施形態では、例えば、ステップモーターを採用している。さらに減速装置を配置しても良い。さらに細かな角度で回転させることができる。

回転装置８８の図中下側には把持部１３ａが配置されている。そして、把持部１３ａは回転装置８８の回転軸と接続されている。従って、搬送部１３は回転装置８８を駆動することにより把持部１３ａを回転させることができる。さらに、搬送部１３は昇降装置８７を駆動することにより把持部１３ａを昇降させることができる。

把持部１３ａは４本の直線状の指部１３ｃを有し、指部１３ｃの先端には半導体基板１を吸引して吸着させる吸着機構が形成されている。そして、把持部１３ａはこの吸着機構を作動させて、半導体基板１を把持することができる。

基台８２の−Ｙ方向側には制御装置８９が設置されている。制御装置８９には中央演算装置、記憶部、インターフェース、アクチュエーター駆動回路、入力装置、表示装置等を備えている。アクチュエーター駆動回路は回転機構８３ａ、回転機構８５、昇降装置８７、回転装置８８、把持部１３ａの吸着機構を駆動する回路である。そして、これらの装置及び回路はインターフェースを介して中央演算装置と接続されている。他にも角度検出器がインターフェースを介して中央演算装置と接続されている。記憶部には搬送部１３を制御する動作手順を示したプログラムソフトや制御に用いるデータが記憶されている。中央演算装置はプログラムソフトに従って搬送部１３を制御する装置である。制御装置８９は搬送部１３に配置された検出器の出力を入力して把持部１３ａの位置と姿勢とを検出する。そして、制御装置８９は回転機構８３ａ及び回転機構８５を駆動して把持部１３ａを所定の位置に移動させる制御を行う。

（印刷方法）
次に上述した印刷装置７を用いた印刷方法について図８にて説明する。図８は、印刷方法を示すためのフローチャートである。
図８のフローチャートに示されるように、印刷方法は、半導体基板１を収納容器１８から搬入する搬入工程Ｓ１、搬入された半導体基板１の表面に対して前処理を施す前処理工程（第１工程）Ｓ２、前処理工程Ｓ２で温度上昇した半導体基板１を冷却する冷却工程（第２工程）Ｓ３、冷却された半導体基板１に対して各種マークを描画印刷する印刷工程（第３工程）Ｓ４、各種マークが印刷された半導体基板１を収納容器１８に収納する収納工程Ｓ５を主体に構成される。

上記の工程の中、前処理工程Ｓ２から印刷工程Ｓ４に至る工程が本発明の特徴部分であるため、以下の説明においては、この特徴部分について説明する。
前処理工程Ｓ２においては、前処理部９では第１ステージ２７と第２ステージ２８とのうち一方のステージが中継場所９ｃに位置している。搬送部１３は中継場所９ｃに位置するステージと対向する場所に把持部１３ａを移動させる。続いて、搬送部１３は把持部１３ａを下降させた後、半導体基板１の吸着を解除することにより、半導体基板１を中継場所９ｃに位置する第１ステージ２７もしくは第２ステージ２８上に載置する。その結果、図９（ｂ）に示すように、中継場所９ｃに位置する第１ステージ２７上に半導体基板１が載置される。もしくは、図９（ｃ）に示すように、中継場所９ｃに位置する第２ステージ２８上に半導体基板１が載置される。

第１ステージ２７及び第２ステージ２８は、加熱装置２７Ｈ、２８Ｈにより予め加熱されており、第１ステージ２７または第２ステージ２８に載置された半導体基板１は直ちに所定温度に加熱される。半導体基板１を加熱する温度としては、後述するように、半導体基板１の表面を効果的に改質あるいは表面の有機物除去を効率的に行え、且つ半導体基板１の耐熱温度以下であることが好ましく、本実施形態では、半導体基板１を１５０℃〜２００℃の範囲の温度となるように、例えば１８０℃の温度に加熱している。

また、搬送部１３が第１ステージ２７上に半導体基板１を移動するとき、前処理部９の内部にある処理場所９ｄでは第２ステージ２８上の半導体基板１の前処理が行われている。そして、第２ステージ２８上の半導体基板１の前処理が終了した後、第２ステージ２８が第２中継場所９ｂに半導体基板１を移動させる。次に、前処理部９は第１ステージ２７を駆動することにより、第１中継場所９ａに載置された半導体基板１をキャリッジ３１と対向する処理場所９ｄに移動させる。これにより、第２ステージ２８上の半導体基板１の前処理が終了した後、すぐに、第１ステージ２７上の半導体基板１の前処理を開始することができる。

続いて、前処理部９では、半導体基板１に実装された半導体装置３に紫外線を照射する。これにより、半導体装置３の表面層における有機系被照射物の化学結合を切断するとともに、紫外線で発生したオゾンから分離した活性酸素がその切断された表面層の分子に結合し、親水性の高い官能基（例えば-OH、-CHO、-COOH）に変換され、基板１の表面を改質するとともに、表面の有機物除去が行われる。ここで、半導体装置３（半導体基板１）は、上述したように、予め１８０℃に加熱された状態で紫外線が照射されるため、半導体基板１に損傷が及ぶことなく、表面層の分子の衝突速度を大きくして、効果的に表面を改質できるとともに、表面の有機物を効率的に除去できる。前処理を行った後に前処理部９は第１ステージ２７を駆動することにより、半導体基板１を第１中継場所９ａに移動させる。

同様に、搬送部１３が第２ステージ２８上に半導体基板１を移動するときには、前処理部９の内部にある処理場所９ｄでは第１ステージ２７上の半導体基板１の前処理が行われている。そして、第１ステージ２７上の半導体基板１の前処理が終了した後、第１ステージ２７が第１中継場所９ａに半導体基板１を移動させる。次に、前処理部９は第２ステージ２８を駆動することにより、第２中継場所９ｂに載置された半導体基板１をキャリッジ３１と対向する処理場所９ｄに移動させる。これにより、第１ステージ２７上の半導体基板１の前処理が終了した後、直に、第２ステージ２８上の半導体基板１の前処理を開始することができる。続いて、前処理部９は半導体基板１に実装された半導体装置３に紫外線を照射することにより、上記第１ステージ２７上の半導体基板１と同様に、半導体基板１に損傷が及ぶことなく、効果的に表面を改質できるとともに、表面の有機物を効率的に除去できる。前処理を行った後に前処理部９は第２ステージ２８を駆動することにより、半導体基板１を第２中継場所９ｂに移動させる。

前処理工程Ｓ２で半導体基板１の前処理が完了し、冷却工程Ｓ３に移行すると、搬送部１３は中継場所９ｃにある半導体基板１を処理場所１１ａ、１１ｂに設けられた冷却板１１０に載置する。

冷却部１１において、半導体基板１は吸着パッド６３により吸着され、冷却板１１０の保持面６３に当接した状態で保持される。また、流動装置９１においては、ファン部９６が回転することにより、吸気部６６から空気が吸気され密閉空間６５ａに流入し、フィン６４間の隙間を流動した後に、連通孔６７を介して密閉空間９２ａに流入し、さらに排気部９３から排気管９４を介して装置外部に排気される。

このとき、加熱された状態で載置された半導体基板１と冷却板１１０との間で熱交換が行われ、また、密閉空間６５ａに流入した空気とフィン６４との間で熱交換が行われる。そのため、半導体基板１が有していた熱は、冷却板１１０、フィン６４、空気と順次伝熱することにより、半導体基板１は除熱、すなわち冷却される。また、半導体基板１からの除熱で温められた空気は、枠体６５、９２から漏れることなく装置外部に排出されることになる。
これにより、前処理工程Ｓ２で加熱された半導体基板１は、印刷工程Ｓ４が行われる際の適切な温度（例えば室温）に所定時間冷却（温度調整）される。

冷却工程Ｓ３で冷却された半導体基板１は、搬送部１３により塗布部１０の中継場所１０ａに位置するステージ３９上に搬送される。印刷工程Ｓ５において、塗布部１０はチャック機構を作動させてステージ３９上に載置された半導体基板１をステージ３９に保持する。そして、塗布部１０は、ステージ３９及びキャリッジ４５を走査移動しながら、液滴吐出ヘッド４９に形成されたノズル５２から液滴５７を吐出する。これにより、半導体装置３の表面には会社名マーク４、機種コード５、製造番号６等のマークが描画される。
このとき、半導体基板１は、予め冷却部１１で室温に冷却されているため、所定の濡れ特性を有する半導体装置３の表面に塗布されることになり、所定の線幅でマークが形成される。

そして、キャリッジ４５に設置された硬化ユニット４８からマークに紫外線が照射される。これにより、マークを形成する機能液５４には紫外線により重合が開始する光重合開始剤が含まれているため、マークの表面が直ちに固化または硬化される。印刷を行った後に塗布部１０は半導体基板１が載置されたステージ３９を中継場所１０ａに移動させる。これにより、搬送部１３が半導体基板１を把持し易くすることができる。そして、塗布部１０はチャック機構の動作を停止して半導体基板１の保持を解除する。

この後、半導体基板１は、収納工程Ｓ５において、搬送部１３により収納部１２に搬送され、収納容器１８に収納される。

以上説明したように、本実施形態では、前処理工程Ｓ２の後で、且つ印刷工程Ｓ４の前に冷却工程Ｓ３を設けて半導体基板１を冷却しているため、塗布前に半導体基板１が加熱された場合でも、半導体装置３に着弾した液滴の濡れ広がりを抑制することで高精細のパターン形成が可能になる。また、本実施形態では、半導体基板１を保持するヒートシンク部６１を、空気の流動による熱交換で冷却するため、冷却水等の塗布部１０では使用しない用力が不要になり、装置の小型化及び低価格化を図ることが可能になる。

また、本実施形態では、熱交換で温度上昇した空気の流路が密閉されており、また温度称した空気を装置外部に排出するため、インクの温度（粘度）や塗布部１０、搬送部１３における半導体基板１のアライメント等に悪影響を及ぼすことを防止でき、高精度の印刷処理を実現できる。さらに、本実施形態では、吸気部６６が、枠体６５における塗布部１０と対向する側とは逆側に配置されているため、吸気部６６から吸気される空気の流動で生じた流れが、塗布部１０における印刷処理に悪影響（例えば、吐出した液滴の飛行曲がりや、塗布部１０における半導体基板１の温度分布）を及ぼすことを防止できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態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。

例えば、上記実施形態では、前処理部９において紫外線照射を実施する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばプラズマ処理等で前処理を実施する構成としてもよい。この場合も、加熱された半導体基板１については、冷却部１１で冷却した後に、塗布部１０で印刷処理を実施すればよい。

また、上記実施形態では、空気雰囲気下で印刷処理を実施する場合に、空気の流動によりヒートシンク部６１を介して半導体基板１を冷却する構成としたが、これに限られず、例えば窒素等の不活性ガス雰囲気下で印刷処理を実施する場合には、当該不活性ガスの流動によりヒートシンク部６１を介して半導体基板１を冷却する構成とすればよい。

また、上記実施形態では、ＵＶインクとして紫外線硬化型インクを用いたが、本発明はこれに限定されず、可視光線、赤外線を硬化光として使用することができる種々の活性光線硬化型インクを用いることができる。
また、光源も同様に、可視光等の活性光を射出する種々の活性光光源を用いること、つまり活性光線照射部を用いることができる。

ここで、本発明において「活性光線」とは、その照射によりインク中において開始種を発生させうるエネルギーを付与することができるものであれば、特に制限はなく、広く、α線、γ線、Ｘ線、紫外線、可視光線、電子線などを包含するものである。中でも、硬化感度及び装置の入手容易性の観点からは、紫外線及び電子線が好ましく、特に紫外線が好ましい。従って、活性光線硬化型インクとしては、本実施形態のように、紫外線を照射することにより硬化可能な紫外線硬化型インクを用いることが好ましい。

上記実施形態では、第１ステージ２７には、加熱装置２７Ｈが内蔵されており、第２ステージ２８には、加熱装置２８Ｈが内蔵されていたが、前処理部には加熱装置が内蔵されておらず、前処理部に半導体装置１に搬送される前に、半導体装置１を加熱し、加熱された状態の半導体装置１を前処理部に搬送してもよい。

１…半導体基板（基材）、 ３…半導体装置、 ７…印刷装置、 ９…前処理部、 １０…塗布部（印刷部）、 １１…冷却部、 ６１…ヒートシンク部、 ６２…保持面、 ６５、９２…枠体（カバー部材）、 ６６…吸気部、 ９３…排気部、 ９４…排気管（管体）、 ＳＴ…ステージ

Claims (7)

1. 基材を加熱した状態で所定の前処理を行う前処理部と、
   加熱された前記基材を冷却する冷却部と、
   冷却された前記基材に対して液滴を吐出して所定パターンを印刷する印刷部とを備え、
   前記冷却部は、前記基材が載置されるステージと、
   前記ステージに設けられ前記基材を保持する保持面を有するヒートシンク部と、
   前記ヒートシンク部に空気を流動させる流動装置と、
   を備えることを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１記載の印刷装置において、
   前記流動装置は、前記空気を吸気する吸気部と、吸気した前記空気を排気する排気部と、前記吸気部から吸気した前記空気を前記ヒートシンク部に流動させ、前記排気部から排気するファン部とを備えることを特徴とする印刷装置。
3. 請求項２記載の印刷装置において、
   前記流動装置を囲むカバー部材を有し、
   前記吸気部は、前記カバー部材の側面に前記保持面と平行な方向に向けて開口して設けられ、
   前記排気部は、前記カバー部材の下面に前記保持面と垂直な方向に向けて開口して設けられることを特徴とする印刷装置。
4. 請求項３記載の印刷装置において、
   前記吸気部は、前記カバー部材における前記印刷部と対向する側とは逆側に配置されていることを特徴とする印刷装置。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の印刷装置において、
   前記排気部に接続され該排気部からの排気を外部に排出する管体を有することを特徴とする印刷装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の印刷装置において、
   前記前処理部は、前記基材に活性光線を照射する照射装置を備えることを特徴とする印刷装置。
7. 基材を加熱した状態で所定の前処理を行う第１工程と、
   加熱された前記基材を冷却する第２工程と、
   冷却された前記基材に対して液滴を吐出して所定パターンを印刷する第３工程とを有し、
   前記第２工程では、前記基材が載置されるステージに設け前記基材を保持する保持面を有するヒートシンク部に空気を流動させ、前記基材を冷却することを特徴とする印刷方法。

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