JP4870410B2

JP4870410B2 - ペースト塗布装置

Info

Publication number: JP4870410B2
Application number: JP2005302284A
Authority: JP
Inventors: 博樹輪嶋; 純一小嶋
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2006055856A

Description

本発明は、ノズルの吐出口に対向配置された基板面に、その吐出口から吐出させたペーストを塗布し、前記基板面に所望形状のパタ−ンを描画するペースト塗布装置の改良に関する。

液晶表示パネル等の製造では、液晶を挟む２枚のガラス基板の貼り合わせが行われるが、その貼り合わせのために一方のガラス基板の対向面に接着剤であるペーストの塗布が行われる。

図５は、基板面にペーストを塗布描画するペースト塗布装置の要部側面図であるが、基板テーブル１に吸着載置された基板２上に、ノズル３を下端部に有して中にペーストを収納したシリンジ（収納筒）４が配置され、ノズル３の吐出口が基板２面に向け対向するように配置されている。

シリンジ４は、ボールねじ５ａに取り付けられていて、そのボールねじ５ａはサーボモータ５に駆動され正／逆転するので、ノズル３はサーボモータ５の回転制御により矢印Ｚで示す上下（Ｚ軸）方向に移動し、ノズル３の吐出口と基板２面との間の距離Ａを調節できるように構成されている。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図５に示した要部の正面図であるが、図６に示すように、シリンジ４には距離計６が一体に取り付け固定されていて、基板２までの距離を計測するので、その距離計測データに基づき、ノズル３の吐出口と基板２表面までの距離Ａを算出することができる。

距離計６は、図示のように、下端部に三角形の切込部を有し、その切込部の斜面には発光素子と複数の受光素子がそれぞれ設けられていて、図６（ｂ）に示すように、片側の斜面に設けられた発光素子から放射されたレ−ザ光Ｌが基板２上面で反射し、他方の斜面に設けられた複数の受光素子のいずれかで受光して、基板２表面までの距離を非接触で計測する。

基板２上に位置したノズル３からペーストを吐出させ、図６に示すように、パターンの塗布開始位置Ｌ０から所望のペーストパターンを基板２に描画させるためには、距離計６による距離計測データを得つつ、図６（ａ）に示す距離Ａの高さの位置から、サーボモータ５を回転させてノズル３を徐徐に降下させ、図６（ｂ）に示すように、基板２表面とノズル３の吐出口との間に、均一な幅及び厚さのペーストパターンを塗布描画するに必要な間隔（ギャップ値）Ｂが得られるように調整制御される。

最近の液晶表示パネルでは、用途が拡大に対応して、大小いろいろな形状大きさのものが製造される。画面の小さな液晶表示パネルは、大きな基板に多数の小さな液晶パネルが形成配置されていて、ペースト塗布工程では、一つのノズル３が基板２との間で相対移動しつつ、各パターンを順次塗布描画することで製造の効率化が図られる。

基板２自体の表面は、微細に見ると小さな凹凸を有しており、また薄いガラス製のため、吸着保持された基板２の形状が大きくなるにつれて、表面にはうねりが生じてしまうのは避けられないが、表示パネルの一層の高精細化が図られている中では、特に高精度なペーストパターンの塗布描画が要求される。

従って、上記のように、基板２面の表面にはうねりや凹凸がある状況のもとでは、一つの基板２において、複数のパターンに順次ペーストを塗布描画するとき、ノズル３は、その各塗布パターンへの切り替え塗布毎に、一旦上昇させた後、横方向に移動させて次の塗布パターンの塗布開始位置上に位置決めが行なわれた後、上記のようにノズル３を下降させ、その塗布開始位置において高精度に間隔Ｂが得られるように操作される。

間隔Ｂを高精度で得るために、上記のように距離計６による距離測定データを得つつノズル３の微小量下降を繰り返す、いわゆる基板２表面のサーチ動作が行われるが、このサーチ動作の時間を短縮し、ペースト塗布作業の効率化を図るためにはサーチ動作の開始位置をできるだけ基板２面近くに設定することが望ましい。

しかしながら、基板２表面には上記のようにうねりや凹凸があり、基板２表面高さが一様ではないので、サーチ動作開始位置高さをたとえ定めたとしても、ノズル３を降下させたとき、ノズル３の吐出口が基板２表面に衝突する恐れがあった。

そこで、従来のペースト塗布装置では、基板テーブル１に載置された基板２表面の最大高さＨを予め測定しておき、その最大高さＨにペースト塗布の厚み等を考慮した高さ位置にサーチ動作開始位置を設定することが提案されている。

図７は従来のペースト塗布装置における、サーチ動作開始位置、すなわちノズル３吐出口の初期高さ位置Ｄの設定方法を説明したものである。

すなわち、図６（ｂ）に示したように、塗布開始位置Ｌ０において、基板２の表面上で間隔Ｂを有する高さ位置にノズル３の吐出口を位置させるとき、図７R>７に示すように、基板テーブル１上に載置された基板２表面の最大高さＨを予め距離計６で測定して求めておき、その最大高さＨに、塗布ペーストの厚みに対応した間隔Ｂ、それに余裕距離εを加えた高さ位置Ｄを初期高さ位置Ｄ（＝Ｈ＋Ｂ＋ε）として算出し、この初期高さ位置Ｄをサーチ動作開始位置としていた。

従って、従来のペースト塗布装置は、制御手段によるサーボモータ５の駆動制御により、ノズル３の吐出口を待機状態の距離Ａの高さ位置から距離Ｃだけ降下させ、ノズル３の吐出口を初期高さ位置Ｄに位置させた後、距離計６の計測データを得つつ微小量下降を繰り返すサーチ動作を開始して、ノズル３の吐出口が塗布高さＮに位置して所定の間隔（ギャップ値）Ｂが得られように構成されている。

従ってまた、従来のペースト塗布装置では、ノズル３と基板２との間の相対移動により、一つのノズル３が基板２上で順次複数回にわたりペースト塗布作業を行うときにも、測定により予め求めた基板２の最大高さＨのデータをメモリに記憶させておき、各パターンでの塗布開始都度、その最大高さＨのデータを読み出し、算出された初期高さ位置Ｄにノズル３を降下させた後、基板２表面のサーチ動作による微小距離降下の繰り返しを行いつつ、ノズル３吐出口と基板２面との間に間隔Ｂを高精度で得るように制御が行われていた。

上記のように、従来のペースト塗布装置では、うねり等や凹凸を有して表面高さが一定でない基板面に対し、塗布描画の開始に際してノズル吐出口が衝突することなく基板面上に高精度に位置決めするのに、予めその基板の最大高さＨを測定により求めた上で、その最大高さＨに、間隔Ｂ及び余裕距離εを加えたノズル初期高さ位置Ｄにノズル吐出口が位置させる操作が行なわれた。

従って、上記のように、従来のペースト塗布装置では、一つの基板上で順次複数回にわたりペースト塗布作業を行う場合も、制御手段は、パターンへの塗布描画開始都度、そのメモリに記憶させた最大高さＨのデータを読み出し、初期高さ位置Ｄに初期設定するように制御が行われる。

このように、ノズルの初期設定に際し、従来は、その基板の最大高さＨデータを必要としたので、基板２へのペースト塗布作業に先立ち、都度、基板テーブル１上の基板２の最大高さＨの測定検出を行うという繁雑な作業が要求され、それが塗布作業の効率化を低下させたので改善が要望されていた。

そこで本発明は、最初のペースト塗布作業はもとより、２回目以降のペースト塗布作業等においても、繁雑な基板の最大高さ位置Ｈの測定検出作業を何等必要とすることなく、ノズルを初期高さ位置に容易かつ短時間に位置決めすることができ、ペースト塗布作業の効率向上をなし得るペースト塗布装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板の基板面に対しノズルを上下動させる移動装置と、前記基板面と前記ノズルとの間隔変動を測定する距離計と、この距離計の出力値に基づいて前記基板面と前記ノズル間に所定の間隔が維持されるように前記移動装置を制御する制御手段と、を備え、前記基板と前記ノズルとを基板面方向に相対移動させながら前記所定の間隔を維持した状態で前記ノズルからペーストを吐出させることで前記基板面に複数のパターンを順次塗布描画するペースト塗布装置において、
前記制御手段は、前記ノズルによる２回目以降のパターンの塗布描画の際、当該パターンの直前に塗布描画したパターンにおける塗布終了位置でのノズルの高さ位置に対応した位置にノズルの高さ位置をそれぞれ設定してから前記距離計の出力値に基づいて前記基板面と前記ノズル間に所定の間隔が維持されるよう前記移動装置を制御することを特徴とする。

本発明のペースト塗布装置は、同一基板において、２回目以降の各塗布パターンは、いずれもその前回の塗布パターン位置に近接していて、その基板表面の高さに大きな変化がないことに着目してなされたもので、制御手段が２回目以降のペーストパターンの塗布開始位置毎に、前回塗布描画したノズル位置に対応した高さ位置に、ノズルの初期位置を設定するように制御する。

本発明によれば、ペースト塗布作業の効率化を図ることができる。

以下、本発明によるペースト塗布装置の一実施の形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。なお、図５ないし図７に示した従来のペースト塗布装置と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１は本発明によるペースト塗布装置の一実施の形態を示した斜視図で、図２は、図６に対応して示した要部の拡大正面図である。

すなわち、図１に示すように、架台１０上には、Ｘ−Ｙ−θ移動テーブル１１が搭載されていて、Ｘ−Ｙ−θ移動テーブル１１のＹ軸移動機構１１ａには吸着盤を備えた基板テーブル１が組み込まれている。搬送されてきた基板２はその基板テーブル１上に吸着保持され位置決め載置される。

また、Ｘ−Ｙ−θ移動テーブル１１のＸ軸移動機構１１ｂと平行に、架台１０上に支持枠１２が立設されており、その支持枠１２は、不図示のボールねじ機構により、Ｚ軸移動機構１３がＸ軸方向に沿い移動調節可能に構成されている。

Ｚ軸移動機構１３には、サーボモータ５が取付け固定され、図２に示したように、サーボモータ５に連結されたボールねじ５ａにシリンジ４が組み込まれ、シリンジ４はＺ軸方向に移動調節される。

また、シリンジ４には距離計６が一体に取り付け固定され、基板２面までの距離を測定し、以下説明するように、その測定データを制御手段である制御器１４に供給される。従って、制御器１４はそのデータに基づきサーボモータ５を制御するので、ノズル３と基板２との間の間隔Ｂが保持されつつペースト塗布が行われ、均一な幅及び厚さのペーストパターンが描画される。

すなわち、サーボモータ５、シリンジ４、及び距離計６はいずれも制御器１４に接続され、制御器１４はこれらサーボモータ５、シリンジ４、及び距離計６との間でデータの授受及び制御が可能となるように構成されるとともに、図示しないが、支持枠１２のボールねじ機構を制御し、Ｘ軸上におけるＺ軸移動機構１３を位置決め可能に構成されている。

また、制御器１４は、マイコンを内蔵していて、不図示の画像認識カメラからの基板２の撮像画像を導入しつつＸ−Ｙ−θ移動テーブル１１を制御する。そして距離計６の距離測定データを受けた制御器１４は、ノズル３のＺ軸方向の位置、及びシリンジ４内の圧力の調整制御を行いつつ、基板２上には均一な幅及び厚さのペーストパターンが描画されるようにフィードバック制御を行う。

制御器１４には、図１に示すように、モニタディスプレイ１５及びキ−ボ−ド１６が接続されていて、作業員は、キーボート１６を操作し、基板２上に形成される塗布パターンを設定できるように構成されている。

なお、ノズル３及びシリンジ４はボールねじ５ａの回動によりＺ軸方向に移動可能であるが、ボールねじ５ａ等における機械的ガタは避けられないので、従来と同様、距離計６による基板２面までの距離測定データに基づくＺ軸方向への微小移動操作、すなわちいわゆるサーチ動作によってはじめて、ノズル３の高さを高精度に位置決め制御することができる。また、サーボモータ５自体は、制御器１４による制御により、特定の回転角度に高精度に繰り返し設定できる。

上記説明のこの実施の形態のペースト塗布装置においても、ノズル３が同一基板２上で相対移動しつつ、プログラム制御により順次複数にわたり塗布操作を行うときに、各塗布操作の開始位置では、基板２表面でのうねりや凹凸を考慮したノズルの初期高さ位置Ｄへの位置決め設定が必要とされる。

図２（ａ）は、最初のあるいは前回のペーストパターンにおいて、ノズル３が基板２上にペーストＰを塗布して、そのペーストの塗布終了位置Ｌ１に到達した状態を示している。この実施の形態では、ノズル３が図２（ａ）に塗布終了位置Ｌ１に位置したときのサーボモータ５の回転角度データが制御器１４に伝送され、ＲＡＭ等のメモリに記憶される。

次に、制御器１４はサーボモータ５を駆動し、次のペーストパターンの塗布開始位置Ｌ２に位置合わせすべく、一旦Ｚ軸方向にシリンジ４を上昇させた後、図２（ｂ）に示すように、矢印Ｘで示す方向に移動させ、次のパターンの塗布開始位置Ｌ２上に位置合わせが行われる。

図２（ｂ）に示した状態で、制御器１４はサーボモータ５を制御し、ノズル３をＺ方向に降下させ、ノズル３の吐出口と基板２表面との間に間隔Ｂが得られるように操作を行うが、制御器１４は、メモリに記憶された前回の塗布終了位置Ｌ１に位置したときのサーボモータ５の回転位置データをメモリから読み出し、サーボモータ５に対しその回転位置データに基づく制御を行い、ノズル３を降下させる。

すなわち、図３に拡大して示したように、前回の塗布終了位置Ｌ１におけるノズル３の吐出口の高さ位置Ｎ１に対応したサーボモータ５の回転角度データが制御器１４に供給され、ＲＡＭ等のメモリに記憶されている。

その塗布終了位置Ｌ１で制御器１４はサーボモータ５を駆動し、ノズル３の吐出口を高さＨの待機位置Ａにまで上昇させ、その待機位置Ａの位置で、制御器１４はＸ−Ｙ−θ移動テーブル１１を制御し、ノズル３の位置を次のパターンの塗布開始位置Ｌ２に移動させ位置決めを行う。

次に、制御器１４は、メモリに記憶させた高さＮ１に対応するサーボモータ１４の回転角度データを読みだし、サーボモータ１４を駆動制御するので、ノズル３の吐出口は、次のパターンの塗布の開始位置Ｌ２において、高さ位置Ｎ１に対応したサーチ動作開始位置、すなわち初期高さ位置Ｄに迅速に位置決め設定される。

このとき、初期高さ位置Ｄは、基板２表面のうねり等で間隔Ｂとは、Δｄ分だけ高さが異なるが、その後の距離計６による基板２表面までの距離測定操作を行いつつのサーチ動作により、Δｄの距離の補正が行われ、所定のノズルの高さ位置Ｎ２からなる間隔Ｂのノズル位置に調整設定される。

このように、本実施の形態によれば、２回目以降の塗布開始に際し、ノズル３のサーチ動作開始に際しての初期高さ位置Ｄの設定に際し、何等基板２表面の最大高さ位置データを使用しないので、塗布作業を迅速に行うことができる。

なお、上記説明で、次のパターンの塗布開始位置Ｌ２において、初期高さ位置Ｄをメモリに記憶させた高さＮ１と一致すように説明したが、初期高さ位置Ｄはメモリに記憶させた高さＮ１に対応した値であれば良いので、高さＮ１に特定の余裕値を加えた距離の値を初期高さ位置Ｄとしても良い。

このようにして、次のパターンの塗布開始位置Ｌ２において、ノズル３は間隔Ｂのノズル位置に位置付けられ、その後も距離計６による基板２表面までの距離測定データに基づくフィードバック制御（通常「ギャップ制御」という）により、基板２表面高さの変化に対応し、常にノズル３吐出口と基板２表面との間にほぼ一定の間隔Ｂを保持しつつ、ペースト塗布が行われる。

上記説明は、最初のあるいは前回のペーストパターンから、次のペーストパターンに向けて、ノズル３が移動する状況を説明したが、基板２上において、最初の塗布から制御器１４により制御されるノズル３の位置操作の手順を、図４に示したフローチャートを参照して以下詳細に説明する。

すなわち、まず、ノズル３は制御器１４による制御により、基板２上における塗布パターンの塗布開始位置上に位置決めされ、例えば距離計６が作動可能なサーチ動作開始位置より高い待機位置Ａに位置決めされる（ステップ４０１）。

ステップ４０１の後、制御器１４はサーボモータ５を駆動制御し、距離計６が作動可能なサーチ動作開始位置に向けノズル３を下降させる（ステップ４０２）。

ステップ４０２の後、ステップ４０３において、ノズル３がサーチ動作開始位置に到達するまで下降させ、サーチ動作開始位置に到達したことを検知したとき（ＹＥＳ）、一旦停止させ（ステップ４０４）、次に距離計６を作動させ、基板２表面までの距離測定データに基づく、基板２面に向けたサーチ動作を開始させる（ステップ４０５）。

サーチ動作による降下開始後の降下移動（ステップ４０６）を経て、制御器１４が距離計６からの距離測定データによりノズル３の吐出口と基板２表面までの距離が、予め設定された塗布所定高さのギャップ値（間隔）Ｂに到達したか否かを逐次監視し（ステップ４０７）、到達したとき（ＹＥＳ）、制御器１４はシリンジ４及びＸ−Ｙ−θ移動テーブル１１を制御し、プログラム制御により所定塗布パターンに従い、一定のペースト幅及び厚さのペーストパターンが描画されるように制御して塗布開始される（ステップ４０８）。

制御器１４は、ノズル３が塗布終了位置Ｌ１に到達するまで塗布操作を継続し（ステップ４０９）、塗布終了位置Ｌ１を検出したとき（ＹＥＳ）、続く塗布パターンが存在するか否かを判断し（ステップ４１０）、次の塗布パターンが存在したとき（ＹＥＳ）、塗布終了位置Ｌ１におけるサーボモータ５のＺ軸上の位置（Ｚｃ）データを取り込みＲＡＭ等のメモリに記憶する（ステップ４１１）。

なお、ステップ４１０において、次の塗布パターンが存在しないときには、制御器１４はペーストの吐出しを停止させた状態で、サーボモータ５を制御し、ノズル３を待機状態まで上昇させてペースト塗布作業は終了する。

ステップ４１１において、塗布終了位置Ｌ１におけるサーボモータ５のＺ軸位置Ｚｃをメモリに記憶した後、距離計６による距離サーチを停止させるとともに、ノズル３を待機位置Ａまで上昇移動させ（ステップ４１２）、ノズル３位置が次の塗布パターンの塗布開始位置Ｌ２上に位置するように、Ｘ−Ｙ−θ移動テーブル１１を制御し位置決めを行う（ステップ４１３）。

ステップ４１３の後、制御器１４はメモリに記憶した前回の塗布パターンの塗布終了位置Ｌ１におけるノズル３高さ位置（Ｚｃ）を読み出し、ノズル３がその高さ位置（Ｚｃ）に下降到達するようサーボモータ５を制御する（ステップ４１４）。

ノズル４が高さ位置Ｚｃに到達したとき、制御器１４はサーボモータ５を制御し、距離計６からの距離測定データに基づき、ノズル３の吐出口の高さが所定の高さギャップ値（間隔）Ｂが得られるように微小距離下降を繰り返し調整する（ステップ４１５）。

このように、２回目以降の新たなペーストの塗布開始位置Ｌ２におけるノズル３を、基板２との間にギャップ値（間隔）Ｂを得るのに、制御器１４は前回塗布描画した塗布パターンのノズル３位置（Ｚｃ）に対応した高さ位置Ｄに設定するので、基板２表面のサーチ動作をほとんど行なうことなく速やかに所定の塗布開始位置の高さ位置Ｎ近傍に、しかも何等基板２面に衝突させてしまうような恐れもなく、円滑に位置決めすることができる。

このように、制御器１４は、塗布開始位置において、高さ位置Ｄの位置決めに際し、従来のように、基板２表面のサーチ動作をほとんど必要とすることなく、しかも基板２表面の最大高さＨ等のデータを用いることがないので、ペースト塗布作業の効率化を図ることができる。

なお、上記第１の実施の形態では、２回目以降の各ノズル３高さ設定において、前回のペーストの塗布終了位置におけるサーボモータ５回転位置データをメモリに記憶させ、読み出し採用するように説明したが、形成されたペースト塗布パターンの配置によっては、前回の塗布パターンの例えば塗布開始位置におけるサーボモータ５の回転位置データをメモリに記憶して、読み出し利用するようにしても良い。

また、上記実施の形態では、図２に示したように、次の塗布パターンの開始位置に位置決めを行うのに、制御器１４はサーボモータ５を制御し、ノズル３を一旦待機位置Ａまで上昇させるように説明したが、必ずしも待機位置Ａまで上昇させる必要はなく、待機位置Ａよりも低い位置であっても構わない。例えばノズル３の上昇位置を、今回の塗布パターンにおける塗布終了時点におけるノズルの高さ位置に予め設定した距離だけ上昇させた位置としても良い。こうすることで、ノズル３を待機位置Ａまで上昇させる場合に比べて、ノズル３の昇降に要する時間を短縮することができるので、塗布作業効率をさらに向上させることができる。また、塗布終了時点でのノズル３吐出口は、すでに塗布所定高さ（間隔Ｂ）だけ基板２面から隔てているので、移動時の上下動が少なければ、その高さ位置を維持させたまま次の塗布開始位置に水平移動させても良い。

いずれにしても、本発明のペースト塗布装置によれば、２回目以降の塗布開始における、ノズル３吐出口の位置決めに設定操作の効率化が可能となり、ペースト塗布作業の効率向上を実現することができる。

本発明によるペースト塗布装置の一実施の形態を示す斜視図である。図１における装置の要部の拡大正面図である。図１に示す装置の基板面に対するノズル位置を位置決めする状態を説明した説明図である。図１における装置のノズルの移動操作手順を示したフローチャートである。従来のペースト塗布装置の要部側面図である。図５に示した装置の要部正面図である。図５に示した装置の基板面に対するノズル位置を位置決めする状態を説明した説明図である。

符号の説明

１基板テーブル
２基板
３ノズル
４シリンジ
５サーボモータ
６距離計
１１Ｘ−Ｙ−θ移動テーブル
１３Ｚ軸移動機構
１４制御器（制御手段）

Claims

基板の基板面に対しノズルを上下動させる移動装置と、前記基板面と前記ノズルとの間隔変動を測定する距離計と、この距離計の出力値に基づいて前記基板面と前記ノズル間に所定の間隔が維持されるように前記移動装置を制御する制御手段と、を備え、前記基板と前記ノズルとを基板面方向に相対移動させながら前記所定の間隔を維持した状態で前記ノズルからペーストを吐出させることで前記基板面に複数のパターンを順次塗布描画するペースト塗布装置において、
前記制御手段は、前記ノズルによる２回目以降のパターンの塗布描画の際、当該パターンの直前に塗布描画したパターンにおける塗布終了位置でのノズルの高さ位置に対応した位置にノズルの高さ位置をそれぞれ設定してから前記距離計の出力値に基づいて前記基板面と前記ノズル間に所定の間隔が維持されるよう前記移動装置を制御することを特徴とするペースト塗布装置。
前記ノズルの高さ位置に対応した位置を、前記塗布終了位置でのノズルの高さ位置としたことを特徴とする請求項１記載のペースト塗布装置。
前記制御手段は、今回塗布描画したパターンの塗布終了位置から次に塗布描画するパターンの塗布開始位置へ前記ノズルを移動する際、今回塗布描画したパターンの塗布終了位置におけるノズル高さ位置よりも高い位置で、かつ予め設定されているノズルの待機位置よりも低い位置へ前記ノズルを上昇移動させることを特徴とする請求項１または２記載のペースト塗布装置。