JP2013136229A - 印刷装置および印刷方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パターニング直前に塗布層CTを担持しているブランケットBLの厚みをブランケット厚み計測部56で実測し、その実測値(第1担持体厚)に基づいてブランケットBLと版PPとの間隔が調整される。したがって、当該間隔が版PPを用いたパターニングに適した値に調整された後で塗布層CTのパターニングが実行される。また、基板SBへのパターン層PLの転写についても、塗布層CTのパターニングと同様である。
【選択図】図20
Description
図1は、本発明にかかる印刷装置の一実施形態を示す斜視図であり、装置内部の構成を明示するために、装置カバーを外した状態で図示している。また、図2は図1の装置の電気的構成を示すブロック図である。この印刷装置100は、装置の左側面側より装置内部に搬入される版の下面に対して、装置の正面側より装置内部に搬入されるブランケットの上面を密着させた後で剥離することで、版の下面に形成されたパターンによりブランケット上の塗布層をパターニングしてパターン層を形成する(パターニング処理)。また、印刷装置100は、装置の右側面側より装置内部に搬入される基板の下面に対して、パターニング処理されたブランケットの上面を密着させた後で剥離することで、そのブランケットに形成されたパターン層を基板の下面に転写する(転写処理)。なお、図1および後で説明する各図では、装置各部の配置関係を明確にするために、版および基板の搬送方向を「X方向」とし、図1の右手側から左手側に向かう水平方向を「+X方向」と称し、逆方向を「−X方向」と称する。また、X方向と直交する水平方向のうち、装置の正面側を「+Y方向」と称するとともに、装置の背面側を「−Y方向」と称する。さらに、鉛直方向における上方向および下方向をそれぞれ「+Z方向」および「−Z方向」と称する。
B−1.搬送部2
図3は図1の印刷装置に装備される搬送部を示す斜視図である。この搬送部2は、鉛直方向Zに延設された2本のブラケット21L、21Rを有している。図1に示すように、ブラケット21Lは左側フレーム14Lの後側柱部位の左隣で石定盤13の上面より立設され、ブラケット21Rは右側フレーム14Rの後側柱部位の右隣で石定盤13の上面より立設されている。そして、図3に示すように、これら2本のブラケット21L、21Rの上端部を互いに連結するようにボールねじ機構22が左右方向、つまりX方向に延設されている。このボールねじ機構22においては、ボールねじ(図示省略)がX方向に延びており、その一方端には、シャトル水平駆動用のモータM21の回転軸(図示省略)が連結されている。また、ボールねじの中央部に対して2つのボールねじブラケット23、23が螺合されるとともに、それらのボールねじブラケット23、23の(+Y)側面に対してX方向に延設されたシャトル保持プレート24が取り付けられている。
図4は図1の印刷装置に装備される上ステージ部を示す斜視図である。この上ステージ部3は位置XP23(図3参照)に位置決めされる版PPや基板SBの上方に配置されており、支持フレーム31が水平プレート15と連結されることによって第1フレーム構造体に支持されている。この支持フレーム31は、図4に示すように、鉛直方向Zに延設されたフレーム側面を有しており、鉛直方向Zに延設されたボールねじ機構32を当該フレーム側面で支持している。また、ボールねじ機構32の上端部には、第1ステージ昇降モータM31の回転軸(図示省略)が連結されるとともに、ボールねじ機構32に対してボールねじブラケット321が螺合している。
図5は図1の印刷装置に装備されるアライメント部および下ステージ部を示す斜視図である。アライメント部4および下ステージ部5は、図1に示すように、上ステージ部3の鉛直下方側に配置されている。アライメント部4は、カメラ取付ベース41、4本の柱部材42、中央部に開口が設けられた額縁状のステージ支持プレート43、アライメントステージ44および撮像部45を有している。このカメラ取付ベース41は、図1に示すように、石定盤13の上面中央部に形成された凹部の内底面に固定されている。また、カメラ取付ベース41の前後端部の各々から2本ずつ柱部材42が鉛直方向Zの上方(以下「鉛直上方」あるいは「(+Z)方向」という)に立設されており、これらによってカメラ取付ベース41のハンドリング性を向上させている。
撮像ユニット45a:ブランケットおよび基板SBの前左角部の近傍領域、
撮像ユニット45b:ブランケットおよび基板SBの前右角部の近傍領域、
撮像ユニット45c:ブランケットおよび基板SBの後右角部の近傍領域、
撮像ユニット45d:ブランケットおよび基板SBの後左角部の近傍領域、
であり、互いに異なっているが、ユニット構成は同一である。したがって、ここでは、撮像ユニット45aの構成を説明し、その他の構成については同一または相当符号を付して説明を省略する。
次に、図5に戻って下ステージ部5の構成について詳述する。この下ステージ部5は、吸着プレート51と、上記した4つの石英窓52a〜52dと、4本の柱部材53と、ステージベース54と、リフトピン部55とを有している。ステージベース54には、左右方向Xに延びる長孔形状の開口が前後方向Yに3つ並んで設けられている。そして、これらの長孔開口と、アライメントステージ44の中央開口とが上方からの平面視でオーバーラップするように、ステージベース54がアライメントステージ44上に固定されている。また、前側の長孔開口には、撮像ユニット45a、45bの上方部(CCDカメラ、鏡筒および対物レンズ)が遊挿されるとともに、後側の長孔開口には、撮像ユニット45c、45dの上方部(CCDカメラ、鏡筒および対物レンズ)が遊挿されている。また、ステージベース54の上面角部から柱部材53が(+Z)方向に立設され、各頂部が吸着プレート51を支持している。
図9は図1の印刷装置に装備される押さえ部を示す図である。同図(a)は押さえ部7の構成を示す斜視図であり、同図(b)は吸着プレート51に吸着保持されるブランケットBLを押さえ部7により押さえた状態(以下「ブランケット押さえ状態」という)を示し、同図(c)は押さえ部7によるブランケットBLを解除した状態(以下「ブランケット押さえ解除状態」という)を示している。この押さえ部7は、吸着プレート51の鉛直上方側に設けられる押さえ部材71を切替機構72によって鉛直方向Zに昇降することでブランケット押さえ状態とブランケット押さえ解除状態とを切り替える。
図10は図1の印刷装置に装備されるプリアライメント部を示す斜視図である。プリアライメント部8は、プリアライメント上部81と、プリアライメント下部82とを有している。これらのうちプリアライメント上部81は、プリアライメント下部82よりも鉛直上方側に配置され、ブランケットBLとの密着に先立って、位置XP23で版用シャトル25Lにより保持される版PPおよび基板用シャトル25Rにより保持される基板SBをアライメントする。一方、プリアライメント下部82は、版PPや基板SBとの密着に先立って、下ステージ部5の吸着プレート51に載置されるブランケットBLをアライメントする。なお、プリアライメント上部81と、プリアライメント下部82とは基本的に同一構成を有している。そこで、以下においては、プリアライメント上部81の構成について説明し、プリアライメント下部82については同一または相当符号を付して構成説明を省略する。
図11は図1の印刷装置に装備される除電部を示す斜視図である。除電部9では、ベースプレート92が下ステージ部5の左側で石定盤13の上面に固定されている。また、ベースプレート92から柱部材93が立設されており、その上端部は下ステージ部5よりも高い位置まで延設されている。そして、柱部材93の上端部に対して固定金具94を介してイオナイザブラケット95が取り付けられている。このイオナイザブラケット95は右方向(−X)に延設され、その先端部は吸着プレート51の近傍に達している。そして、その先端部にイオナイザ91が取り付けられている。
制御部6は、CPU(Central Processing Unit)61、メモリ62、モータ制御部63、バルブ制御部64、画像処理部65および表示/操作部66を有しており、CPU61はメモリ62に予め記憶されたプログラムにしたがって装置各部を制御して、図12ないし図19に示すように、パターニング処理および転写処理を実行する。
図12は、図1の印刷装置の全体動作を示すフローチャートである。また、図13ないし図19は、図1の印刷装置の動作を説明するための図であり、図中のテーブルは制御部6による制御内容(制御対象および動作内容)を示し、また図中の模式図は装置各部の状態を示している。この印刷装置100の初期状態では、図13(a)に示すように、版用シャトル25Lおよび基板用シャトル25Rはそれぞれ中間位置XP22、XP24に位置決めされており、版用搬入出ユニットへの版PPのセットを待って版PPの投入工程(ステップS1)、ならびに基板用搬入出ユニットへの基板SBのセットを待って基板SBの投入工程(ステップS2)を実行する。なお、版用シャトル25Lおよび基板用シャトル25Rが一体的に左右方向Xに移動するという搬送構造を採用しているため、版PPの搬入を行った(ステップS1)後、基板SBの搬入を行う(ステップS2)が、両者の順序を入れ替えてもよい。
図13(b)の「ステップS1」の欄に示すように、サブステップ(1−1)〜(1−7)を実行する。すなわち、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を所定方向に回転させ、シャトル保持プレート24を(+X)方向に移動させる(1−1)。これによって、版用シャトル25Lが版受渡し位置XP21に移動して位置決めされる。また、回転アクチュエータRA2、RA2が動作し、版用ハンド252、252を180゜回転させて原点位置に位置決めする(1−2)。これによって、ハンド姿勢が使用済姿勢から未使用姿勢に切り替わり、使用前の版PPの投入準備が完了する。
図13(b)の「ステップS2」の欄に示すように、サブステップ(2−1)〜(2−6)を実行する。すなわち、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を所定方向と逆方向に回転させ、シャトル保持プレート24を(−X)方向に移動させる(2−1)。これによって、基板用シャトル25Rが基板受渡し位置XP25に移動して位置決めされる。なお、基板用ハンド252、252については回転機構が設けられておらず、サブステップ(2−1)が完了した時点で基板SBの投入準備が完了する。
図14(a)の「ステップS3」の欄に示すように、サブステップ(3−1)〜(3−7)を実行する。すなわち、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させ、シャトル保持プレート24を(−X)方向に移動させる(3−1)。これによって、版用シャトル25Lが版吸着位置XP23に移動して位置決めされる。そして、版用シャトル昇降モータM22Lが回転軸を回転させ、昇降プレート251を下方向(−Z)に移動させる(3−2)。これによって、版用シャトル25Lに支持されたまま版PPが搬送位置よりも低いプリアライメント位置に移動して位置決めされる。
図14(a)の「ステップS4」の欄に示すように、サブステップ(4−1)〜(4−9)を実行する。すなわち、X軸駆動モータM42,M44およびY軸駆動モータM41,M43が作動してアライメントステージ44を初期位置に移動させる(4−1)。これによって、毎回スタートが同じ位置となる。それに続いて、ピン昇降シリンダCL51が動作してリフトプレート551を上昇させ、リフトピン552を吸着プレート51の上面から鉛直上方に突出させる(4−2)。こうして、ブランケットBLの投入準備が完了すると、ブランケット用シャッター駆動シリンダCL13が動作し、ブランケット用シャッター(図示省略)を移動させて当該シャッターを開く(4−3)。そして、ブランケット搬送ロボットが、装置100にアクセスしてブランケットBLをリフトピン552の頂部に載置した後、装置100から退避する(4−4)。これに続いて、ブランケット用シャッター駆動シリンダCL13が動作し、ブランケット用シャッターを移動させて当該シャッターを閉じる(4−5)。
ここでは、ブランケット厚みが計測された後で、パターニングが実行される。すなわち、図15(a)の「ステップS5」の欄に示すように、センサ水平駆動シリンダCL52が動作してブランケット厚み計測センサSN51をブランケットBLの右端部の直上位置に位置決めする(5−1)。そして、ブランケット厚み計測センサSN51がブランケットBLの厚みに関連する情報を制御部6に出力し、これによってブランケットBLの厚みが計測される(5−2)。その後で、上記センサ水平駆動シリンダCL52が逆方向に動作してスライドプレート562を(−X)方向にスライドさせてブランケット厚み計測センサSN51を吸着プレート51から退避させる(5−3)。
図15(c)の「ステップS6」の欄に示すように、サブステップ(6−1)〜(6−5)を実行する。すなわち、第2ステージ昇降モータM32が回転軸を回転させて吸着プレート37が上昇して版PPをブランケットBLから剥離させる(6−1)。また、剥離処理を行うために版PPを上昇させるのと並行して適時、バルブV51、V52の開閉状態を切替え、ブランケットBLに負圧を与えて吸着プレート37側に引き寄せる。その後、第1ステージ昇降モータM31が回転軸を回転させ、吸着プレート37を上昇させて版PPをイオナイザ91とほぼ同一高さの除電位置に位置決めする(6−2)。また、押さえ部材昇降シリンダCL71〜CL73が動作し、押さえ部材71を上昇させてブランケットBLの押さえ付けを解除する(6−3)。それに続いて、イオナイザ91が作動して上記版剥離処理時に発生する静電気を除電する(6−4)。この除電処理が完了すると、第1ステージ昇降モータM31が回転軸を回転させ、図15(d)に示すように、版PPを吸着保持したまま吸着プレート37が初期位置(版吸着位置XP23よりも高い位置)まで上昇する(6−5)。
図16(a)の「ステップS7」の欄に示すように、サブステップ(7−1)〜(7−7)を実行する。すなわち、回転アクチュエータRA2、RA2が動作し、版用ハンド252、252を180゜回転させて原点位置から反転位置に位置決めする(7−1)。これによって、ハンド姿勢が未使用姿勢から使用済姿勢に切り替わり、使用済みの版PPの受取準備が完了する。そして、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させ、シャトル保持プレート24を(−X)方向に移動させる(7−2)。これによって、版用シャトル25Lが版吸着位置XP23に移動して位置決めされる。
図16(a)の「ステップS8」の欄に示すように、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させ、シャトル保持プレート24を(+X)方向に移動させる(8−1)。これによって、処理前の基板SBを保持する基板用シャトル25Rが基板吸着位置XP23に移動して位置決めされる。そして、版PPのプリアライメント処理(3−2、3−3)および吸着プレート37による版PPの吸着処理(3−4)と同様にして、基板SBのプリアライメント処理(8−2、8−3)および基板SBの吸着処理(8−4)が実行される。
図17(a)の「ステップS9」の欄に示すように、ここでは、ブランケット厚みが計測され、さらに精密アライメントが実行された後で、転写処理が実行される。すなわち、図17(a)の「ステップS9」の欄に示すように、パターニング処理(ステップS5)のサブステップ(5−1〜5−3)と同様にして、ブランケットBLの厚みが計測される(9−1〜9−3)。なお、このようにパターニング直前のみならず、転写直前においてもブランケットBLの厚みを計測する主たる理由は、ブランケットBLの一部が膨潤することでブランケットBLの厚みが経時変化するためであり、転写直前でのブランケット厚みを計測することで高精度な転写処理を行うことが可能となる。
図18(a)の「ステップS10」の欄に示すように、サブステップ(10−1)〜(10−5)を実行する。すなわち、版剥離(ステップS6)と同様に、ブランケットBLからの基板SBの剥離(10−1)、除電位置への基板SBの位置決め(10−2)、押さえ部材71によるブランケットBLの押付解除(10−3)、除電(10−4)を実行する。その後、第1ステージ昇降モータM31が回転軸を回転させ、図18(b)に示すように、基板SBを吸着保持したまま吸着プレート37が初期位置(搬送位置よりも高い位置)まで上昇する(10−5)。
図19(a)の「ステップS11」の欄に示すように、サブステップ(11−1)〜(11−4)を実行する。すなわち、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させ、シャトル保持プレート24を(+X)方向に移動させる(11−1)。これによって、基板用シャトル25Rが基板吸着位置XP23に移動して位置決めされる。
図19(a)の「ステップS12」の欄に示すように、サブステップ(12−1)〜(12−6)を実行する。すなわち、バルブV51、V52が動作して吸着プレート51によるブランケットBLの吸着を解除する(12−1)。そして、ピン昇降シリンダCL51が動作してリフトプレート551を上昇させ、使用済みのブランケットBLを吸着プレート51から鉛直上方に持ち上げる(12−2)。
図19(a)の「ステップS13」の欄に示すように、サブステップ(13−1)〜(13−5)を実行する。すなわち、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させ、シャトル保持プレート24が(+X)方向に移動する(13−1)。これによって、版用シャトル25Lが版受渡し位置XP21に移動して位置決めされる。また、版用シャッター駆動シリンダCL11が動作し、シャッター18を開く(13−2)。それに続いて、制御部6からの動作指令に応じて版用搬入出ユニットが使用済みの版PPを印刷装置100から取り出す(13−3)。こうして版PPの搬出が完了すると、上記バルブの開閉状態を元に戻すことで版用シャッター駆動シリンダCL11が逆方向に作動して版用シャッター18を元の位置に戻してシャッター18を閉じる(13−4)。そして、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させてシャトル保持プレート24を(−X)方向に移動させ、版用シャトル25Lを中間位置XP22に位置決めする(13−5)。
図19(a)の「ステップS14」の欄に示すように、サブステップ(14−1)〜(14−5)を実行する。すなわち、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させ、シャトル保持プレート24を(−X)方向に移動させる(14−1)。これによって、基板用シャトル25Rが基板受渡し位置XP25に移動して位置決めされる。また、基板用シャッター駆動シリンダCL12が動作し、シャッター19を開く(14−2)。それに続いて、制御部6からの動作指令に応じて基板用搬入出ユニットが転写処理を受けた基板SBを印刷装置100から取り出す(14−3)。こうして基板SBの搬出が完了すると、基板用シャッター駆動シリンダCL12が逆方向に作動して基板用シャッター19を元の位置に戻してシャッター19を閉じる(14−4)。そして、シャトル水平駆動モータM21が回転軸を回転させてシャトル保持プレート24を(+X)方向に移動させ、基板用シャトル25Rを中間位置XP24に位置決めする(14−5)。これにより、印刷装置100は、図19(b)に示すように、初期状態に戻る。
ところで、上記した印刷装置では、本発明の「担持体」として、ガラス基板の上面にシリコーンゴム層を形成したブランケットBLを使用しており、シリコーンゴム層上に塗布層およびパターン層が形成される。したがって、ブランケットBLを使用している間に、シリコーンゴム層が膨潤し、その結果、ブランケットBLの厚みが経時的に変化する。そこで、上記実施形態では、塗布層のパターニング処理(上記サブステップ「5−4」)の直前にブランケットBLの厚み(第1担持体厚)を計測し、またパターン層の基板SBへの転写処理(サブステップ「9−4」)の直前にもブランケットBLの厚み(第2担持体厚)を計測し、これらの計測結果を利用してブランケットBLと版PPおよび基板SBとの間隔調整(ギャップ制御)を行っている。以下、図20を参照しつつ、ブランケットの厚み計測およびギャップ制御について詳述する。
Gbp=Gst−Tp−Tb1
を有している。そこで、当該ブランケットBL上の塗布層CTを版PPでパターンニングするのに適した実ギャップGbpが得られるように、制御部6は吸着プレート37の下降量を求め、その下降量だけ吸着プレート37を下降させてステージ間ギャップGstを制御する(同図(b))。これにより、ブランケットBLの厚みが変化していたとしても、常に適正な実ギャップGbpが得られる。なお、ステージ間ギャップGstを常時モニターしながら吸着プレート37の下降動作を制御してもよい。また、上ステージ3による吸着プレート37の昇降移動が安定しており、再現性が確保されている場合には、ステージ間ギャップGstをモニターすることなく、吸着プレート37を下降させてもよい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、吸着プレート37によって版PPおよび基板SBを交互に吸着保持しているが、版PPを保持する版用保持手段と、基板SBを保持する基板用保持手段とを個別に設けてもよい。
さらに、吸着プレート51を鉛直方向Zに移動させる移動機構を設け、吸着プレート37を固定しながら吸着プレート51を鉛直方向Zに移動させてギャップ調整を行ってもよい。あるいは、両吸着プレート37、51を鉛直方向Zに移動させてギャップ調整を行ってもよい。つまり、吸着プレート37、51の少なくとも一方を(−Z)方向および(+Z)方向に移動させることで実ギャップGbp、Gbsを調整するように構成してもよい。
6…制御部(制御手段)
37…吸着プレート(第1保持手段)
51…吸着プレート(第2保持手段)
56…ブランケット厚み計測部
562…スライドプレート(センサ移動機構)
BL…ブランケット
CL52…センサ水平駆動シリンダ(センサ移動機構)
CT…塗布層
PL…パターン層
PP…版
SB…基板
SN51…ブランケット厚み計測センサ
Claims (4)
- 担持体に担持される塗布層と版とを向かい合わせて配置される前記担持体の一部を前記版に加圧当接させることで前記塗布層をパターニングして前記担持体上にパターン層を形成した後、前記担持体上の前記パターン層と基板とを向かい合わせて配置される前記担持体の一部を前記基板に加圧当接させて前記パターン層を前記基板に転写する印刷装置であって、
前記担持体の厚みを計測する計測手段と、
前記担持体に対して前記版および前記基板を相対的移動させる移動手段と、
前記塗布層のパターニング直前に、前記計測手段により前記塗布層を担持する担持体の厚みを計測して第1担持体厚を求めるとともに前記第1担持体厚に基づいて前記移動手段を制御して前記塗布層を担持する前記担持体と前記版との間隔を調整し、前記パターン層の転写直前に、前記計測手段により前記パターン層を担持する担持体の厚みを計測して第2担持体厚を求めるとともに前記第2担持体厚に基づいて前記移動手段を制御して前記パターン層を担持する前記担持体と前記基板との間隔を調整する制御手段と
を備えることを特徴とする印刷装置。 - 前記版および前記基板を交互に保持する第1保持手段と、
前記第1保持手段から第1方向に離間して配置されて前記担持体を保持する第2保持手段とをさらに備え、
前記移動手段は前記第1保持手段および前記第2保持手段の少なくとも一方を前記第1方向および前記第1方向と反対の第2方向に移動させる請求項1に記載の印刷装置。 - 前記計測手段は、前記第2保持手段から前記第2方向に離れた計測位置より前記担持体の厚みを計測するセンサと、前記第1保持手段および前記第2保持手段の両方から離れた退避位置ならびに前記計測位置の間で前記センサを移動させるセンサ移動機構とを有し、
前記制御手段は、前記センサ移動機構を制御することで、前記担持体の厚みを計測する際には前記センサを前記センサ移動機構によって前記計測位置に移動させて位置決めし、前記塗布層のパターニングおよび前記パターン層の転写を行う際には前記センサを前記センサ移動機構によって前記退避位置に移動させて位置決めする請求項2に記載の印刷装置。 - 担持体に担持される塗布層と版とを向かい合わせて配置される前記担持体の一部を前記版に加圧当接させることで前記塗布層をパターニングして前記担持体上にパターン層を形成するパターニング工程と、
前記担持体上の前記パターン層と基板とを向かい合わせて配置される前記担持体の一部を前記基板に加圧当接させて前記パターン層を前記基板に転写する転写工程とを備え、
前記パターニング工程は、前記塗布層のパターニング直前に、前記塗布層を担持する前記担持体の厚みを計測して第1担持体厚を求めるとともに前記第1担持体厚に基づいて前記塗布層を担持する前記担持体と前記版との間隔を調整し、
前記転写工程は、前記パターン層の転写直前に、前記パターン層を担持する前記担持体の厚みを計測して第2担持体厚を求めるとともに前記第2担持体厚に基づいて前記パターン層を担持する前記担持体と前記基板の間隔を調整する
ことを特徴とする印刷方法。
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