JP2016172259A - 描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で加工精度の向上と作業時間の短縮を同時に実現可能な描画装置を提供する。
【解決手段】描画パターンを記憶する記憶部３と、描画対象物であるガラス基板１００を保持する保持部５と、保持部５上のガラス基板１００の位置および角度を検出する位置角度検出部７と、位置角度検出部７が検出したガラス基板１００の位置および角度を基に、描画パターンを修正した修正描画パターンを生成する加工ヘッドコントローラ９と、修正描画パターンを描画する描画部としてのレーザ描画部１１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、描画装置に関する。

従来より、レーザ光を２次元方向に走査し、半導体デバイスや液晶ディスプレイ用基板、電子部品などの被加工物上に文字や図形をマーキング（描画）するレーザマーキング装置が知られている（例えば、特許文献１）。このようなレーザマーキング装置では、所定のスポット径に設定された状態で、１本のレーザ光を被加工物に照射してマーキングを行っている。

さらに、１台のレーザユニットから放射される１本のパルスレーザ光を、複数の光路に振り分けて加工を行うレーザ加工装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００３−１３１３９２号公報 特開２００３−２１７９９４号公報

ここで、描画対象が枚葉処理されるガラス基板である場合、上記文献記載の装置においては、ガラス基板を保持部に正確に位置決めするためのアライメント動作と呼ばれる、所定の位置矯正動作を行う必要があった。

その後、上記装置では位置矯正後の基板に対して、当該基板に設定された描画エリア内に所定の位置精度で所定パターンの描画が行われていた。

しかしながら、上記のアライメント動作を行う場合、基板を一方向にしか移動させない場合であっても、それと直交する方向および回転方向に基板が移動・回転できるような機構を追加する必要があり、装置構成の複雑化ならびに装置のコストアップの要因となっていた。

また、マザーガラスと呼ばれるガラス基板のサイズが大型化すると、回転機構の分解能が基板の角度補正精度に影響するため、回転機構の回転中心から離れたところの位置精度が低下するという問題があった。

さらに、ガラス基板のサイズが大型化するとイナーシャの増大に伴い、位置決め補正開始から静定までの時間が延び、位置矯正動作のために時間がかかる要因となっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は簡易な構成で加工精度の向上と作業時間の短縮を同時に実現可能な描画装置を提供することにある。

上記した課題を解決するため、本発明者は特にアライメント構造の簡略化、アライメントの精度の向上、およびアライメント時間の短縮が図れないか検討した。

その結果、従来の装置でのアライメントの構造の複雑化、アライメント精度の低下、およびアライメント時間の長時間化は、物理的に基板の位置ズレを修正しているために生じているものであり、位置がズレた状態の基板の位置に応じて描画パターンを修正することにより、そもそも物理的な位置ズレの修正は不要であることを見出し、本発明を創出するに至った。

即ち、本発明の１つの態様は、描画対象物に所定の描画パターンを描画する描画装置において、前記描画パターンを記憶する記憶部と、前記描画対象物を保持する保持部と、前記保持部上の前記描画対象物の位置および角度を検出する位置角度検出部と、前記位置角度検出部が検出した前記描画対象物の位置および角度を基に、前記描画パターンを修正した修正描画パターンを生成する描画情報生成部と、前記描画対象物に前記修正描画パターンを描画する描画部と、を備えた描画装置である。

本発明によれば、簡易な構成で加工精度の向上と作業時間の短縮を同時に実現可能な描画装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る描画装置１の概略構成を示す斜視図である。 描画装置１の描画対象であるガラス基板１００の例を示す平面図である。 図１のレーザ描画部１１の詳細を示す図である。 基板ＩＤ１１１の例を示す図である。 描画パターン４０１の例を示す平面図である。 描画装置１を用いた描画の手順を示すフロー図である。 図４の基板ＩＤ１１１をドットパターン１６１に展開した例を示す図である。 ガラス基板１００が保持部５に搭載された場合を示す平面図である。 図８にズレが生じていない場合を仮定したガラス基板の位置１００ａを重ねた図である。 図９の領域Ｄの拡大図である。 アライメントマーク１２１を基に、位置ズレＤｘ、Ｄｙ、および角度のズレαを計算する手順を説明するための図である。 修正描画パターン４０３の例を示す平面図である。 図６のＳ７を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
まず、図１を参照して本実施形態に係る描画装置１の概略構成について説明する。

ここでは描画装置１として、ガラス基板１００の表面にレーザを用いて識別コードを描画する描画装置が例示されている。

図１に示すように描画装置１は、描画パターンを記憶する記憶部３と、描画対象物であるガラス基板１００を保持する保持部５と、保持部５上のガラス基板１００の位置および角度を検出する位置角度検出部７と、位置角度検出部７が検出したガラス基板１００の位置および角度を基に、描画パターンを修正した修正描画パターンを生成する描画情報生成部としての加工ヘッドコントローラ９と、修正描画パターンを描画する描画部としてのレーザ描画部１１を備えている。

さらに描画装置１は、保持部５をレーザ描画部１１に対して第１の方向（ここでは図１のＡおよびＢの向き）に相対移動させる移動部としての１軸スライダ２１と、移動中のガラス基板１００の現在位置を検出する現在位置検出部としてのエンコーダ３３（ここでは１軸スライダ２１に内蔵）と、エンコーダ３３が検出したガラス基板１００の現在位置および修正描画パターンに基づき、ガラス基板１００に修正描画パターンを描画するタイミングを（加工ヘッドコントローラ９を介して）レーザ描画部１１に指示するタイミング指示部としての位置情報解析コントローラ２５を有する。

次に、図１及び図２を参照して描画装置１の各構成部材の詳細について説明する。

図１では記憶部３は加工ヘッドコントローラ９に設けられている。また、記憶部３はガラス基板１００が保持部５上で位置ズレを生じていない場合の位置である基準位置を示す基準位置情報２０１を有している。

基準位置情報２０１は位置ズレを生じていない場合における、位置決め基準部の位置の情報である。ここでいう位置決め基準部とは、ガラス基板１００の特定部分であり、例えばガラス基板１００に設けられたアライメントマークの情報、予め定めた位置決め用の基準辺（２辺）のうちの３点、あるいはガラス基板の角部等である。なお、以下の説明では位置決め基準部は図２に示すアライメントマーク１２１とする。

保持部５はガラス基板１００を保持する平板状の台座であり、ここでは１軸スライダ２１に下面が保持されており、１軸スライダ２１の図示しないアクチュエータによって図１のＡ、Ｂの向き、即ち平板の面方向に移動可能である。

位置角度検出部７は保持部５上のガラス基板１００の所定の位置（ここでは位置決め基準部、即ちアライメントマーク１２１）を撮像する撮像カメラ２３と、撮像カメラ２３が撮像した画像を加工して加工ヘッドコントローラ９に送信する画像処理ユニット２６を有している。

加工ヘッドコントローラ９は、レーザ描画部１１を制御する制御部でもあり、描画パターンを図示しない外部機器やＩ／Ｆユニットを介して受信して記憶する記憶部３、描画パターンおよび画像処理ユニット２６から送信された画像を基に修正描画パターンを生成する描画情報入力部２７、および修正描画パターンをレーザ描画部１１が処理可能なデータ形式に変換する描画パターン生成部２９を有している。

レーザ描画部１１はここではレーザを用いてガラス基板１００に描画を行う装置であり、図３に示すように、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ等のレーザを照射する光源５１、光源５１から照射されたレーザの光路上に設けられ、レーザのドット径を調整するレンズであるビームエキスパンダ５３、ビームエキスパンダ５３を透過したレーザの方向を変えるためのコーナーミラー５５、５７、コーナーミラー５７から入射されたレーザのＺ軸方向の焦点の調整を行うＺスキャナ５９および対物レンズ６１、対物レンズ６１を透過した光のＸ軸およびＹ軸方向座標を調整するミラー６４ｘ、６４ｙを有するＸＹガルバノスキャナ６３、およびこれらの構成要素の動作を制御するレーザ加工ユニットＰＣ３９を有している。

即ち、レーザ描画部１１では、光源５１から所定の出力で照射されたレーザがビームエキスパンダ５３で所定のドット径に調整され、Ｚスキャナ５９、対物レンズ６１、ＸＹガルバノスキャナ６３（のミラー６４ｘ、６４ｙ）で照射する位置座標およびその位置での焦点を調整されて、所定のドット径３０３でガラス基板１００の所望の位置に照射される。

次に、描画装置１の描画対象であるガラス基板１００および描画される描画パターン４０１の例について、図２〜図５を参照して簡単に説明する。

図２に示すように、ガラス基板１００はここでは液晶ディスプレイ用の基板であり、液晶等の部材が搭載される複数のパネル領域１０１ａ〜１０１ｆを有する。即ち、ガラス基板１００は複数の液晶ディスプレイ用基板に相当するパネル領域１０１ａ〜１０１ｆを一枚のガラス基板に予め形成し、その後ガラス基板を切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に沿って切断することによりパネル領域１０１ａ〜１０１ｆを分離する構造である。

図２に示すように、ガラス基板１００にはガラス基板１００毎の固有の識別コードである基板ＩＤ１１１、パネル領域１０１ａ〜１０１ｆの個別の識別コードであるパネルＩＤ１１３ａ〜１１３ｆ、および横に並んだパネル領域毎の識別コードであるカットＩＤ１１５、１１７、１１９を有している。

なお、図２ではカットＩＤ１１５はパネル領域１０１ａとパネル領域１０１ｄに、カットＩＤ１１７はパネル領域１０１ｂとパネル領域１０１ｅに、カットＩＤ１１９はパネル領域１０１ｃとパネル領域１０１ｆにそれぞれ対応している。

これは、ガラス基板１００をパネル領域１０１ａ〜１０１ｆに分離する際には、まずガラス基板１００を切断線Ｃ１、Ｃ２に沿って切断して、カットＩＤ１１５、１１７、１１９に対応した３つの領域に分離し、さらに各領域を切断線Ｃ３に沿って切断して２つに分離するという手順を採るためである。

基板ＩＤ１１１は例えば製造されるパネルの品種、ロット、基板の番号等の情報を含むアルファベット、数字、バーコードまたはこれらの組み合わせである。また、カットＩＤ１１５、１１７、１１９はカットされる場所の番地に関する情報を含み、パネルＩＤ１１３ａ〜１１３ｆはパネル領域１０１ａ〜１０１ｆの番地に関する情報を含む。

これらの識別コードに関する情報は、図示しない外部機器やＩ／Ｆユニットを介して加工ヘッドコントローラ９が受信する。識別コードの情報は、ビットマップのような画像としての情報が例示できるが、識別コードがアルファベットや数字の場合は文字コードのような、画像を含まないＩＤの情報のみであってもよい。

参考までの図４に基板ＩＤ１１１の例を示す。図４では、基板ＩＤ１１１はアルファベット１１１ａと、二次元バーコード１１１ｂの組み合わせである。

また、本実施形態では、描画装置１は基板ＩＤ１１１、パネルＩＤ１１３ａ〜１１３ｆ、カットＩＤ１１５、１１７、１１９を描画するため、描画パターン４０１は、図５に示すようにこれらのＩＤのパターンおよび位置を示す情報を含む。
以上がガラス基板１００および描画される描画パターン４０１の例の説明である。

次に、描画装置１を用いてガラス基板１００に描画パターン４０１を描画する手順について、図６〜図１３を参照して説明する。

まず、図示しない搬送装置等を用いて、ガラス基板１００を描画装置１に搬送し、保持部５に搭載する（図６のＳ１）。

次に、描画装置１の加工ヘッドコントローラ９はガラス基板１００に対応する描画パターン４０１を図示しない外部機器やＩ／Ｆユニットを介して受信して記憶部３に記憶する（図６のＳ２）。また加工ヘッドコントローラ９は必要に応じて基準位置情報２０１も受信して記憶部３に記憶する。

次に、描画情報入力部２７は描画パターン４０１をビットマップに展開し、ドットパターン化する（図６のＳ３）。例えば描画パターン４０１における基板ＩＤ１１１が図４に示すような描画パターンであれば、図７に示すようなドットパターン１６１に展開する。

なお、この状態での描画パターン４０１はガラス基板１００が位置ズレを生じていない場合のパターンである。

次に、位置角度検出部７は保持部５上のガラス基板１００のアライメントマーク１２１を撮像カメラ２３で撮像し、撮像した画像を必要に応じて加工してレーザ描画部１１に送信する（図６のＳ４）。なお、必要に応じた加工とは、例えばアライメントマーク１２１の実際の位置および角度を検出して数値化する加工である。

次に、レーザ描画部１１は位置角度検出部７から送信された画像（またはアライメントマーク１２１の実際の位置および角度の情報）と、基準位置情報２０１とを比較して、アライメントマーク１２１の基準位置からの位置及び角度のズレを計算する（図６のＳ５）。

ここで、図８〜１１を参照してＳ５についてより詳細に説明する。

まず、Ｓ１でガラス基板１００が、図８に示すように保持部５上に置かれたとする。
この状態では、ガラス基板１００の位置が、図９および図１０に示すように、基準位置１００ａ（ズレがない場合の位置）からずれているため、このまま描画パターン４０１の描画を行うと、描画パターン４０１の位置がずれてしまう。

そこで、Ｓ５では、図１１に示すように、基準位置情報２０１におけるアライメントマーク１２１の位置と、実際に描画されたアライメントマーク１２１ａの位置を比較し、ｘ方向の位置ズレＤｘ、ｙ方向の位置ズレＤｙ、および角度のズレαを計算する。

次に描画情報入力部２７はアライメントマーク１２１の基準位置からの位置及び角度のズレ（Ｄｘ、Ｄｙ、α）を基に描画パターン４０１を修正して図１２に示す修正描画パターン４０３を生成し、描画パターン生成部２９に送信する（図６のＳ６）。具体的には、アライメントマーク１２１の位置を位置ズレＤｘ、Ｄｙに応じた位置にオフセットさせ、かつ角度のズレαに応じて回転させた状態の描画パターンである修正描画パターン４０３（即ち、ガラス基板１００の保持部５上の実際の位置に対応した描画パターン）を生成し、描画パターン生成部２９に送信する。

このように、描画装置１はガラス基板１００の保持部５上の実際の位置が基準位置からズレを生じていた場合、ガラス基板１００の位置を物理的に移動させてズレを修正するのではなく、ズレに応じて描画パターンを修正している。

そのため、ガラス基板１００の位置を物理的に移動させるための装置（位置決め用のピンや位置矯正用のアクチュエータ）は描画装置１では不要であり、構造が簡易である。

また、描画装置１はガラス基板１００の位置を物理的に移動させてズレを修正する工程が不要になるため、位置ズレを修正するための作業時間が短縮できる。

さらに、描画装置１はガラス基板１００の位置を物理的に移動させてズレを修正する工程が不要になるため、位置ズレを修正するための作業時間がガラス基板１００の寸法にあまり依存しない。

よって描画装置１は簡易な構成で加工精度の向上と作業時間の短縮を同時に実現可能である。

次に、描画パターン生成部２９は修正描画パターン４０３をレーザ描画部１１で処理できるデータ形式に変換する（図６のＳ７）。

ここで、Ｓ７を行う理由および具体的な手順を図１２を参照して説明する。

まず、Ｓ３で説明した通り、修正描画パターン４０３はここではビットマップであり、具体的にはＸ軸、Ｙ軸を基準とした位置情報である。

例えば、図１３において、ガラス基板１００上の描画対象位置１４１に描画を行う場合、修正描画パターン４０３から得られる描画対象位置１４１の情報はＸ軸方向においては座標Ｐｘとして表される。なおＹ軸方向については図１３では図示していないがＸ軸と同様であるため、説明を省略する。

一方で、レーザ描画部１１は図１３に示すように、ＸＹガルバノスキャナ６３で描画する位置を制御するため、修正描画パターン４０３を描画する際は、位置情報として与えられる座標Ｐｘに基づき、図１３に示すＸＹガルバノスキャナ６３のミラー６４ｘを駆動するモータの角度１４５を指定する必要がある。
そのため、レーザ描画部１１は位置情報を角度情報に変換する。

次に、加工ヘッドコントローラ９は１軸スライダ２１を駆動してガラス基板１００を搭載した保持部を図１のＡの向きに移動させる（図６のＳ８）。この際、位置情報解析コントローラ２５はエンコーダ３３にガラス基板１００（保持部５）の現在位置の検出を指示し、エンコーダ３３は検出した現在位置の情報をパルス信号等で位置情報解析コントローラ２５に送信する。

次に、位置情報解析コントローラ２５は現在位置の情報を基に、レーザ描画部１１が修正描画パターン４０３を描画可能な位置にガラス基板１００があるか否かを判断し、可能な位置にある場合はＳ１０に進み、ない場合はＳ８に戻る（図６のＳ９）。

レーザ描画部１１が修正描画パターン４０３を描画可能な位置にガラス基板１００がある場合、位置情報解析コントローラ２５は描画のタイミングを（加工ヘッドコントローラ９を介して）レーザ描画部１１に送信する（図６のＳ１０）。レーザ描画部１１は修正描画パターン４０３に基づく描画位置およびタイミングをレーザ描画部１１に指示し、レーザ描画部１１は指示に基づき、ガラス基板１００に修正描画パターン４０３を描画する（図６のＳ１１）。

このように、エンコーダ３３が現在位置を検出しながら位置情報解析コントローラ２５が描画のタイミングを決定する理由は以下の通りである。

仮に１軸スライダ２１が等速（加速度０）でガラス基板１００（保持部５）を搬送しているのであれば、ガラス基板１００の現在位置は１軸スライダ２１の駆動速度および駆動開始からの経過時間から計算できるため、必ずしもエンコーダ３３を用いて現在位置を検出する必要はない。

しかしながら１軸スライダ２１の移動が等速でない場合、あるいは等速の移動を指示していてもアクチュエータの脈動等により速度が一定にならない場合がある。

そのため、ガラス基板１００の位置を正確に検出するためには、エンコーダ３３を用いるのが望ましい。

以上が、エンコーダ３３がガラス基板１００の現在位置を検出しながら位置情報解析コントローラ２５が描画のタイミングを決定する理由である。

なお、Ｓ１１以後は、すべてのパターンの描画が終わるまでＳ８〜Ｓ１１を繰り返す。

以上が描画装置１を用いてガラス基板１００に描画パターン（識別コード）を描画する方法の説明である。

このように、本実施の形態によれば、描画装置１は描画パターン４０１を記憶する記憶部３と、描画対象物であるガラス基板１００を保持する保持部５と、保持部５上のガラス基板１００の位置および角度を検出する位置角度検出部７と、位置角度検出部７が検出したガラス基板１００の位置および角度を基に、描画パターン４０１を修正した修正描画パターン４０３を生成する描画情報生成部としての加工ヘッドコントローラ９と、修正描画パターン４０３を描画する描画部としてのレーザ描画部１１を備えている。

そのため、描画装置１は簡易な構成で加工精度の向上と作業時間の短縮を同時に実現可能である。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはない。

例えば、上記した実施形態では、エンコーダ３３が現在位置を検出しながら位置情報解析コントローラ２５が描画のタイミングを決定しているが、１軸スライダ２１の移動を厳密に等速に制御可能な場合等、位置検出を行わなくてもガラス基板１００の位置が特定できる場合、エンコーダ３３は必須ではない。

また、上記した実施形態では描画装置１として、レーザを用いた描画を行う装置を例示したが、本発明は何らこれに限定されるものではなく、被加工物に描画可能な装置であれば、例えばインクジェットやディスペンサ等の塗布装置を用いて描画する装置であってもよい。

さらに、上記した実施形態では、保持部５をレーザ描画部１１に対して移動させているが、保持部５はレーザ描画部１１に対して相対移動すればよいため、逆にレーザ描画部１１を保持部５に対して移動させてもよい。

また、本発明が適用できる描画対象（被加工物）としては、ガラス板やプリント基板などの矩形基板や、半導体ウエハーやガラスウエハーなどの円形基板等、あるいはフィルムなどの長尺シートが例示できる。

１ ：描画装置
３ ：記憶部
５ ：保持部
７ ：位置角度検出部
９ ：加工ヘッドコントローラ
１１ ：レーザ描画部
２１ ：１軸スライダ
２３ ：撮像カメラ
２５ ：位置情報解析コントローラ
２６ ：画像処理ユニット
２７ ：描画情報入力部
２９ ：描画パターン生成部
３３ ：エンコーダ
１００ ：ガラス基板
１００ａ ：基準位置
１０１ａ ：パネル領域
１０１ｂ ：パネル領域
１０１ｃ ：パネル領域
１０１ｄ ：パネル領域
１０１ｅ ：パネル領域
１０１ｆ ：パネル領域
１１１ａ ：アルファベット
１１１ｂ ：二次元バーコード
１１３ａ ：パネルＩＤ
１１３ｂ ：パネルＩＤ
１１３ｃ ：パネルＩＤ
１１３ｄ ：パネルＩＤ
１１３ｅ ：パネルＩＤ
１１３ｆ ：パネルＩＤ
１１５ ：カットＩＤ
１１７ ：カットＩＤ
１１９ ：カットＩＤ
１２１ ：アライメントマーク
１２１ａ ：アライメントマーク
１４１ ：描画対象位置
１４５ ：角度
１６１ ：ドットパターン
２０１ ：基準位置情報
４０１ ：描画パターン
４０３ ：修正描画パターン

Claims (6)

1. 描画対象物に所定の描画パターンを描画する描画装置において、
   前記描画パターンを記憶する記憶部と、
   前記描画対象物を保持する保持部と、
   前記保持部上の前記描画対象物の位置および角度を検出する位置角度検出部と、
   前記位置角度検出部が検出した前記描画対象物の位置および角度を基に、前記描画パターンを修正した修正描画パターンを生成する描画情報生成部と、
   前記描画対象物に前記修正描画パターンを描画する描画部と、
   を備えた描画装置。
2. 前記記憶部は前記描画対象物が前記保持部上で位置ズレを生じていない場合の位置である基準位置を示す基準位置情報を有し、
   前記描画情報生成部は、前記位置角度検出部が検出した前記描画対象物の位置および角度と、前記基準位置情報を比較して、前記保持部上の前記描画対象物の位置および角度の前記基準位置からのズレを算出し、前記位置および角度のズレの分だけ前記描画パターンの位置、角度を修正して前記修正描画パターンを生成する、請求項１に記載の描画装置。
3. 前記描画対象物を搭載した前記保持部を前記描画部に対して少なくとも第１の方向に相対移動させる移動部と、
   移動中の前記描画対象物の現在位置を検出する現在位置検出部と、
   前記現在位置検出部が検出した前記描画対象物の現在位置および前記修正描画パターンに基づき、前記描画対象物に前記修正描画パターンを描画するタイミングを前記描画部に指示するタイミング指示部と、
   を有する、請求項２に記載の描画装置。
4. 前記基準位置情報は、前記描画対象物が前記保持部上で位置ズレを生じていない場合における、前記描画対象物に設けられた前記描画対象物の位置決め基準部の位置の情報であり、
   前記位置角度検出部は、前記描画対象物が実際に前記保持部に搭載された状態での前記描画対象物の前記位置決め基準部に対する位置および角度を検出する、請求項２または３に記載の描画装置。
5. 前記位置決め基準部は、前記描画対象物に描画されたアライメントマークである、請求項４に記載の描画装置。
6. 前記描画パターンは、前記描画対象物の所定の領域に描画され、前記描画対象物に固有の識別番号に関する情報を含み、
   前記描画情報生成部は、前記位置角度検出部が検出した前記描画対象物の位置および角度を基に、前記識別番号を描画する位置をドットパターン化することにより前記修正描画パターンを生成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の描画装置。

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