(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ビームスプリッターを前記吐出液体観察光学系の中心光軸に対して直交する方向に移動させて、前記マーカー光の前記対象面上での結像位置を調整可能な結像位置調整機構を有している、
請求項1に記載の液体吐出装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献2において提案されている方法を用いれば、液体吐出ノズルと、液体の吐出位置における対象面との間の間隔を、精度良く検出することができる。この方法では、対象面に液体吐出ノズルのノズル先端が鮮明に映ることを前提としている。また、得られた液体吐出ノズルのノズル先端の実像および鏡像において、それらのノズル先端縁を確実に画像認識できることを前提としている。
【0006】
しかしながら、照明光の光量、液体吐出ノズルの素材・表面性状、対象面の面性状等によっては、液体吐出ノズルのノズル先端を観察する観察光学系によって、鮮明なノズル先端の鏡像を取得できない場合がある。
【0007】
また、微細描画の場合にはノズル先端と対象面とは微小間隔で対峙している。ノズル先端から吐出した液体が対象面に付着する過程において、ノズル先端と対象面の間において繋がった状態が形成される。この状態でノズル先端の実像および鏡像を観察した場合に、それらの像におけるノズル先端縁を画像認識できない場合がある。
【0008】
本発明の課題は、上記のように従来の間隔測定方法を用いることができない場合であっても、ノズル先端と対象面との間の間隔を検出可能な液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明の液体吐出装置は、
液体吐出ノズルと、
液体吐出対象の対象面を備えた対象物を、前記対象面が前記液体吐出ノズルに対峙する状態に載せるワークテーブルと、
前記ワークテーブルに載せた前記対象物の前記対象面および当該対象面に対峙する前記液体吐出ノズルに対して、前記対象面および前記液体吐出ノズルのノズル中心軸線の双方に対して斜めの方向から照明光を照射する斜め照明光学系と、
前記対象面に対して、前記ノズル中心軸線を中心光軸とするマーカー光を結像照射するマーカー光結像照射光学系と、
前記照明光によって照射される前記液体吐出ノズルのノズル先端部像、および、前記対象面上に結像する前記マーカー光の光スポット像を、同一視野内で同時観察可能であり、かつ、前記照明光によって照射される前記液体吐出ノズルのノズル先端部の前記対象面に映る鏡像を観察可能なノズル観察光学系と、
前記ノズル観察光学系によって観察される前記ノズル先端部像のノズル先端縁から前記光スポット像までの距離を測定し、当該距離に基づき、前記液体吐出ノズルのノズル先端縁から前記対象面までの間隔を検出する第1画像処理部と、
前記ノズル観察光学系によって観察される前記ノズル先端縁の実像および鏡像の間の距離を測定し、当該距離に基づき、前記ノズル先端縁と前記対象面の間の間隔を検出する第2画像処理部と、
前記間隔の算出を、前記第1画像処理部および前記第2画像処理部のうちの少なくともいずれか一方によって行なわせる制御部と、
前記液体吐出ノズルのノズル中心軸線を中心光軸とし、前記対象面に吐出された液体の状態を観察する吐出液体観察光学系と
を有し、
前記吐出液体観察光学系は前記液体吐出ノズルと同軸に配置され、
前記マーカー光結像照射光学系は、光源、および、前記吐出液体観察光学系の光路上に配置したビームスプリッターを備え、
前記光源からの射出光は、前記ビームスプリッターによって前記吐出液体観察光学系の光軸に沿った方向に偏向され、前記吐出液体観察光学系の対物レンズを介して前記対象面上に結像することを特徴としている。
【0010】
本発明によれば、照明光の光量、液体吐出ノズルの素材・表面性状、対象面の面性状等によって、鮮明なノズル先端部の鏡像を取得できない場合においても、マーカー光を用いて間隔を検出できる。
【0011】
本発明の液体吐出装置は、吐出された液体の状態を観察するために、液体吐出ノズルと同軸に配置した観察光学系を備えている。当該観察光学系と同一の光路を経由させてマーカー光を対象面に結像照射させるようにしているので、液体吐出位置にマーカー光が結像照射され、また、装置構成が小型でコンパクトになる。
【0012】
また、対象面に映るノズル先端部の鮮明な鏡像が得られる場合には、マーカー光を用いずに、当該鏡像を用いて間隔検出を行うことができる。
【0013】
ここで、液体吐出ノズルから吐出した液体が、ノズル先端と対象面の間に繋がった状態となる場合には、吐出された液体によってスポット光を観察できない場合がある。このような場合には、マーカーの光スポットの形成位置を、付着位置に対して対象面に沿った方向にシフトさせた位置とすれば、確実にスポット光を観察できる。
【0014】
このためには、マーカー光の結像照射位置を、液体吐出位置(対象面上の液体付着位置)からシフトできるように、前記ビームスプリッターを前記吐出液体観察光学系の中心光軸に対して直交する方向に移動させて、前記マーカー光の前記対象面上での結像位置を調整可能な結像位置調整機構を有していることが望ましい。
【0015】
また、液体吐出装置は、前記斜め照明光学系によって前記対象面に照射された照明光の正反射光成分を回帰反射させる対向ミラーを有し、前記斜め照明光学系と前記ノズル観察光学系は同軸上に配置されていることが望ましい。
【0016】
このようにすれば、斜め照明光学系とノズル観察光学系を、吐出液体観察光学系および液体吐出ノズルに対して同一の側に同軸に配置できる。よって、装置構成の小型化、コンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に、図面を参照して本発明を適用した液体吐出装置の実施の形態を説明する。
【0019】
[実施の形態]
図1は本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の基本構成を示す概略構成図であり、
図2は当該液体吐出装置の主要部を示す概略構成図である。液体吐出装置は、例えば、カラーフィルタ基板、半導体基板等の基板(吐出対象物)の基板表面(対象面)に形成されている配線パターンの欠陥等を補修するために用いられる。
【0020】
まず、
図1を参照して液体吐出装置1の基本構成を説明する。液体吐出装置1は、配線パターン形成用の液体を微小液滴として吐出する液体吐出ノズル2(以下、単に「ノズル2」と呼ぶ場合もある。)を備えている。ノズル2には液体供給管3を介して不図示の液体供給源から液体が供給される。ノズル2からの微小液滴の吐出機構としては各種の公知の機構を採用できる。
【0021】
ノズル2の下側には、ワークテーブル4が配置されている。ワークテーブル4には、液体吐出対象物である基板5が載せられる。ワークテーブル4上の基板5は、その液体吐出
対象面である基板表面5aが、ノズル2のノズル先端面2aに対して所定の間隔(以下、これを「ノズルギャップ」と呼ぶ場合もある。)で対峙する。本例では、基板表面5aが水平となるように基板5が配置され、ノズル2はそのノズル中心軸線2Aが垂直となるように配置されている。
【0022】
ノズル2はギャップ制御用のZステージ6に搭載されており、Zステージ6はZステージコントローラ7によってノズル中心軸線2Aに沿った方向、本例では上下方向に液体吐出ノズル2を移動させる。ノズル2の駆動制御、Zステージコントローラ7の駆動制御等の各部の駆動制御は、ノズルギャップ算出用の第1画像処理部8および第2画像処理部9を備えた制御部10によって行われる。
【0023】
ノズル2には、同軸に吐出液体観察光学系11が配置されている。すなわち、吐出液体観察光学系11は、ノズル中心軸線2Aを中心光軸とする光学系であり、基板表面5aに吐出された液体の画像を対物レンズ12を介して観察カメラ13によって拡大観察可能である。観察カメラ13に取り込まれた画像は、制御部10における吐出液体の体積等の算出用の第3画像処理部14に供給され、吐出液体の体積等に基づき、ノズルギャップ等の調整が行われる。
【0024】
次に、液体吐出装置1は照明光学系15を備えている。照明光学系15は、ワークテーブル4に載せた基板5の基板表面5aおよびノズル2に対して、基板表面5aおよびノズル中心軸線2Aの双方に対して斜め上方から照明光を照射する斜め照明光学系である。照明光学系15の照明光源からの照明光は、ビームスプリッター16によって鉛直方向の下方に直角に折り曲げられた後に、偏向ミラー17によって基板表面5aおよびノズル2に向けて斜め下方に向けられ、これらを照射する。
【0025】
また、液体吐出装置1は照明光学系15の照明光軸と同軸の観察光軸を備えたノズル観察光学系18を備えている。ノズル観察光学系18は、ノズル2および基板表面5aに照射された照明光L1の正反射光成分を回帰反射させる対向ミラー19を備え、回帰反射光Lrにより、ノズル2の背面透過光観察(暗視野観察)が可能である。ノズル2のノズル先端部2bの実像および基板表面5aに映るノズル先端部2bの鏡像が、対物レンズ20を介して観察カメラ21によって観察される。
【0026】
観察カメラ21で観察されるノズル先端部2bの実像および鏡像は、制御部10の第2画像処理部9に供給される。第2画像処理部9は、ノズル先端部2bの実像および鏡像におけるノズル先端面2a(ノズル先端縁)の間の距離を画像処理によって測定し、この距離に基づき、実際のノズル先端面2aと基板表面5aとの間の間隔、すなわち、ノズルギャップGを検出する。
【0027】
ここで、ノズル観察光学系18として、ノズル中心軸線2Aを中心として異なる位置に2組の観察光学系を配置してもよい。この場合には、吐出液体観察光学系11と、2組のノズル観察光学系とによって、基板表面5aに吐出された液滴を同時に観察して、制御部10の第3画像処理部14において、液滴の高さ、直径等の形状、体積等を算出し、これに基づき、液滴の吐出量制御を行うことができる。
【0028】
液体吐出装置1は、上記構成に加えて、
図2に示すマーカー光結像照射光学系22を備えている。
図2を参照して説明すると、マーカー光結像照射光学系22は、基板表面5aに対して、ノズル中心軸線2Aを中心光軸とするマーカー光L2を結像照射する。マーカー光結像照射光学系22は、光源23および吐出液体観察光学系11の光路上に、光軸に対して45度の角度に傾斜配置したビームスプリッター24を備えている。光源23からの射出されるマーカー光L2は、ビームスプリッター24によって吐出液体観察光学系11の光軸に沿った方向に偏向され、吐出液体観察光学系11の対物レンズ12を介して基板表面5a上に所定径の光スポットSとして結像する。
【0029】
ノズル観察光学系18は、ノズル2のノズル先端部2bの像、および、基板表面5aに結像するマーカー光L2の光スポットSの像を、同一視野内で同時観察可能である。制御部10の第1画像処理部8では、ノズル観察光学系18によって観察されるノズル先端部2bのノズル先端面2aから光スポットSまでの距離を測定し、当該距離に基づき、ノズルギャップGを検出する。
【0030】
ここで、ビームスプリッター24は、移動ステージ25に搭載されている。移動ステージ25は、ビームスプリッター24を、その姿勢を維持したまま、吐出液体観察光学系11の光軸に対して直交する方向に移動させることが可能である。ビームスプリッター24を移動させると、マーカー光の基板表面5a上におけるマーカー光L2の光スポットSの位置を移動させることができる。
【0031】
図3は液体吐出装置1のノズルギャップ検出動作の例を示す説明図である。ノズル観察光学系18では、通常は、
図3(a)に示すように、ノズル先端部2bの実像2b1と、基板表面5aに映るノズル先端部2bの鏡像2b2が観察される。この場合には、制御部10は、第2画像処理部9によりノズルギャップGを検出する。すなわち、ノズル観察光学系18によって観察されるノズル先端面の実像2a1および鏡像2a2の間の距離G1を測定し、当該距離に基づき、実際のノズル先端面2aから基板表面5aまでの間の間隔(ノズルギャップ)Gを算出する。また、制御部10は、ノズルギャップGが一定となるように、ギャップ制御用のZステージ6によってノズル2の高さを調整する。
【0032】
ここで、
図3(b)に示すように、ノズル先端部2bの鏡像2b2が鮮明でない場合、あるいは、鏡像2b2を観察できない場合がある。例えば、基板表面5aの反射状態によっては、鏡像2b2を画像解析によって認識できず、それらの距離を測定できない場合がある。この場合には、制御部10はマーカー光結像照射光学系22を駆動して、基板表面5a上における液体吐出位置に微細径の光スポットSを照射する。そして、第1画像処理部8によって、観察されるノズル先端部2bの実像2b1のノズル先端面の実像2a1と光スポットSの像S1までの距離G2を測定し、この距離G2に基づき、ノズルギャップGを検出する。
【0033】
また、
図3(c)に示すように、ノズル先端面2aと基板表面5aの間に、ノズル2から吐出した液滴Pが繋がった状態になることがある。微細な配線パターン等の描画においては、ノズルギャップGは微小間隔に保持されるので、描画中においては、ノズル先端面2aと基板表面5aの間に吐出された液滴Pが繋がった状態になることがある。この場合には、観察画像において、ノズル先端面の実像2a1、鏡像2a2の位置を画像解析により認識できない場合がある。また、基板表面5a上における液体吐出位置に形成される位置にある液滴Pが障害となって、当該位置に形成されるマーカー光L2の光スポットSの画像S1を認識できない、あるいは、認識が困難なことがある。
【0034】
このような場合には、制御部10は、移動ステージ25を駆動してビームスプリッター24を移動させ、光スポットSの形成位置を、液体吐出位置からシフトした位置に移動させる。これにより、光スポットSの像S1を確実に画像認識することができるので、第1画像処理部8によってノズルギャップGを精度良く検出できる。
【0035】
[参考例]
次に、
図4は参考例である液体吐出装置1Aの主要部を示す概略構成図である。液体吐出装置1Aは、実施の形態の液体吐出装置1において、マーカー光結像照射光学系22を配置する代わりに、
図4に示すように、ノズル2の外周面にノズルギャップ検出用のインジケーター31を付けてある。
【0036】
インジケーター31は、ノズル先端部2bにおけるノズル先端面2aから離れた位置において、ノズル2の外周面部分を1周する状態に形成した帯状のものである。インジケーター31として、例えば、視認性の高い色付きの塗料、反射率の高い塗料などを用いることができる。
【0037】
なお、これ以外の構成は、
図1に示す構成と同様である。
図4においては対応する部位には同一の符号を付してある。
【0038】
図5は液体吐出装置1Aのノズルギャップ検出動作を示す説明図である。
図5(a)に示すように、ノズル観察光学系18によって観察されるノズル先端部2bの実像2b1および鏡像2b2には、インジケーター31の実像31aおよび鏡像31bが鮮明に画像認識される。制御部10の第1画像処理部8では、これらのインジケーター31の実像31aと鏡像31bの間の距離G3を測定し、当該距離G3に基づき、ノズルギャップGを検出する。
【0039】
このようにすれば、
図5(b)に示すように、ノズル先端部2bと基板表面5aの間に吐出液滴Pが繋がっている場合においても、ノズル先端部2bから離れた位置にあるインジケーター31の実像31aおよび鏡像31bを、吐出液滴Pの像に邪魔されることなく、明確に画像認識できる。また、基板表面5aの状態によっては鮮明なノズル先端部2bの鏡像を観察できない場合があるが、インジケーター31は視認性の高い塗料等の素材を用いて形成されているので、鮮明なインジケーター31の実像31aおよび鏡像31bを得ることができる。よって、ノズルギャップGを確実に検出できる。
【0040】
なお、本例においても、制御部10に第2画像処理部9を配置し、ノズル先端部2bの鮮明な鏡像が得られる場合には、ノズル先端面2aの実像と鏡像の距離を測定し、この距離に基づきノズルギャップGを算出するようにしてもよい。
【0041】
[その他の実施の形態]
図6は上記の液体吐出装置1、1Aの変形例を示す概略構成図である。この図に示す液体吐出装置1Bは、ノズル観察光学系18に入射する反射光Lrと照明光L1を分離し、鮮明な像をノズル観察光学系18において撮像できるようにしたものである。
【0042】
そのために、非偏光光である照明光L1を、第1偏光子41を介して直線偏光光として射出する。対向ミラー19の手前に1/4波長板42を配置し、対向ミラー19で反射して戻る直線偏光光である回帰反射光Lrの偏光方向を90度回転させる。回帰反射光Lrは、偏向ミラー17で反射した後は、ビームスプリッター16を透過して第2偏光子43を介してノズル観察光学系18の対物レンズ20に入射する。第2偏光子43によって、回帰反射光Lrのみが対物レンズ20に向かう。よって、不要な光成分を除去でき、鮮明なノズル先端部2bの実像および鏡像を観察できる。
【0043】
なお、これ以外の構成は、液体吐出装置1あるいは1Aと同一のであるので、説明を省略し、
図6においては対応する部位には同一の符号を付してある。
【0044】
次に、
図7は、上記の液体吐出装置1、1A、1Bにおける照明光学系15およびノズル観察光学系18の変形例を示す説明図である。
【0045】
この図を参照して説明すると、照明光学系15およびノズル観察光学系18が一体の光
学系ユニット51として構成されている。また、光学系ユニット51は、ノズル2のノズル中心軸線2Aを中心として、旋回可能な状態に配置されている。光学系ユニット51の外周側の部位には、光学系ユニット51を旋回させるための旋回機構52が配置されている。制御部10は、旋回機構52を駆動制御して、光学系ユニット51を所定の旋回位置に旋回させて位置決めする。
【0046】
基板表面5aに凹凸がある場合には、一方の側から基板表面5a上の液体吐出位置を観察した場合に、基板表面5aの凸部が邪魔になって液体吐出位置の部分を観察できない場合がある。このような場合に、光学系ユニット51を旋回させて異なる方向から液体吐出位置を観察することにより、当該液体吐出位置を確実に観察できるようになる。
【0047】
なお、複数組、例えば2組の光学系ユニット51を、ノズル2を中心として異なる角度位置に固定配置し、これらの光学系ユニット51を選択して用いることも可能である。また、複数組の光学系ユニット51を、ノズル2を中心として旋回可能に配置することも可能である。