JP7128531B2 - 印刷および製造システムにおける精密な位置合わせ、較正および測定 - Google Patents
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Description
本開示は、製造装置および/またはプリンタの要素を較正しおよび位置合わせする、そのような装置またはプリンタにおける1以上の寸法の精密位置測定のための、および、電子製品の1以上の層の関連する製造のための改善された技術を提供する。より具体的には、本明細書に開示される装置、方法およびシステムは、製造システムおよび/またはプリンタにおける位置システムを較正しおよび位置合わせする際に、精度および速度の改善をもたらし、これにより、製造された製品における構造の堆積または処理において、ミクロンスケールまたはより高い精度の実現を容易にする。本明細書に開示される技術は、遥かに高速で、高度に自動化され、反復可能な較正および位置合わせ処理をもたらし、これにより、システムの休止時間を短縮し、製造スループットを大幅に改善する。一実施形態では、これらの技術は、基板上方の堆積源の正確な高さ(例えば、「z軸」高さ)を測定する、改善された高精度で動的な手段を提供し、これにより、堆積された材料の位置精度をさらに改善する。そのような精度を提供することで、本開示の技術は、装置をより小型で、密度が高く、より信頼性の高いものとし、もって、より小型で、信頼性の高い、完全装備の電子製品へ向かう傾向をさらに増進させる。本開示の技術は、更なる関連した利点をも提供する。
図1Aは、参照符号101により全体的に示される製造プロセスの概観を提供し、同図はまた、本明細書に導入される技術の、多くの個別的な可能実施形態を表示する。同図の左手にみられるように、一続きの基板105が処理され、各基板は、その上に層が堆積させられている。ここで、堆積プロセスは、本明細書に記載される技術の助力を受けることで、それらの技術がない場合と比較して、その続きについて、処理がより正確および/または迅速なものとなる。図1Aの右手には、完成した形態にある、一続きの基板のうちの1つ(107)が示されており、その基板107は、多数の製品(基板107の点線が付された部分により示されるような)への切断の準備が整っており、例えば、完成した基板107は、1以上の携帯電話ディスプレイ109、HDTVディスプレイ111またはソーラパネル113を形成するのに使用することが可能である。
図2Aは、先に紹介されたように、精密な較正、位置合わせおよび/または検出を利用する分割軸システム201の説明図である。実装は、図示のものとは、僅かに異なる場合があることに留意されたい(例えば、プリントヘッド223は、図示のようである代わりに、液滴を図面ページに向けて出射するように、典型的には、図面ページに向けて「下向き」に面する。さらに、図示された高さは、図示のようであるというよりも、むしろ、図面ページの中へおよび外へ及んでおり、センサ229は、画面ページ外へ向けて上向きに面する)。それにも拘わらず、説明と読み手の理解とを助けるうえで、この図では、図示された例が信頼される。
)、液滴に速度、射出時間、基板の位置、堆積に用いられるノズル、液滴タイミング、クロススキャンピッチおよび/または他の印刷パラメータを調整することにより、訂正するのに使用することが可能である。
上に述べたように、図2Aから図3Bを参照して述べた実施形態は、多くの実装に適したものではあるが、依然として意図しない誤差の発生源であり得る。図4Aから図4Cは、動的な高さ測定ばかりでなく、より正確かつ迅速な高さ測定を提供する他の代替実施形態を導入するのに採用される。
Claims (30)
- 電子製品の層を製造する方法であって、
基板の第1の面に、膜形成材料を含む液体の液滴をプリントヘッドから吐出して、液状コートを形成する間に、前記基板と前記プリントヘッドとを相対的に移動させることと、
前記液状コートを処理して、前記膜形成材料を硬化させることと、
第1のセンサーと前記基板の前記第1の面との間の第1の距離を測定し、および第2のセンサーを使用して前記第1のセンサーと前記プリントヘッドの少なくとも1つの吐出オリフィスとの間の位置の差を測定して、前記基板の前記第1の面からの前記プリントヘッドの距離を測定することと、
前記距離に基づき、前記吐出することに用いられるパラメータを調整することを含む方法。 - 前記第1のセンサは、前記プリントヘッドに対して固定位置にあり、前記方法は、前記第1の距離と前記位置の差とに基づいて前記距離を計算するためにデジタルプロセッサを使用することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記距離を測定することは、
前記第1のセンサを使用して、前記第1のセンサと較正ブロックの第1の表面との間の第2の距離を判定することと、
前記第2のセンサを使用して、前記第2のセンサと前記較正ブロックの第2の表面との間の第3の距離を判定することと、
少なくとも1つのプロセッサを使用して、前記第2の距離と、前記第3の距離と、前記較正ブロックの前記第1および第2の表面の間の前記較正ブロックの既知の厚さと、に基づき、前記第1のセンサと前記第2のセンサとの間の第4の距離を算出することと、を含み、
前記方法は、前記第4の距離を使用して、前記第1のセンサと前記少なくとも1つの吐出オリフィスとの間の前記位置の差を算出することをさらに含む、請求項2に記載の方法。 - 前記プリントヘッドを前記基板に対して相対的に移動させることは、プリントヘッド搬送キャリッジを使用して、第1の軸に沿ってプリントヘッドアセンブリを搬送することと、グリッパを備える搬送システムを使用して、第2の軸に沿って前記基板を搬送することと、を含む請求項2に記載の方法であって、
前記方法は、
前記プリントヘッドアセンブリを前記第1の軸に沿って動かし、前記グリッパを前記第2の軸に沿って動かすことと、
前記プリントヘッドおよび前記第1のセンサの画像を、前記グリッパに対する固定位置のカメラを用いて取り込むことと、
前記第1の軸に沿った前記プリントヘッドアセンブリの位置に応じた、前記プリントヘッドの少なくとも1つの吐出オリフィスおよび前記第1のセンサの相対位置、画像取込時における、前記第2の軸に沿った前記グリッパの位置、さらに、前記吐出オリフィスまたは前記第1のセンサの、前記取込画像内での場所を識別することと、
を含み、
前記吐出パラメータを調整することは、また識別された前記相対位置に基づく方法。 - 前記距離を測定することは、カメラの焦点を合わせ、前記焦点合わせ後のカメラの焦点距離に応じた前記距離を判定することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のセンサおよび前記第2のセンサの少なくとも一方は、1マイクロメートル以下の精度を有するレーザセンサである、請求項1に記載の方法。
- 前記基板と前記プリントヘッドとを相対的に移動させることは、プリントヘッド搬送キャリッジを使用して、第1の軸に沿ってプリントヘッドアセンブリを搬送することと、グリッパを備える搬送システムを使用して、第2の軸に沿って前記基板を搬送することと、を含む、
請求項1に記載の方法であって、
前記方法は、共通の基準点に対する前記プリントヘッドアセンブリの位置および前記グリッパの位置を、基準座標系を用いて識別することをさらに含む方法。 - 前記基板および前記プリントヘッドの相対移動の間に、前記距離の変動を動的に判定することをさらに含み、
前記液滴吐出パラメータを調整することは、前記変動に依存する、請求項1に記載の方法。 - 前記基板は、前記移動および吐出の間に、支持機構により支持される第2の面を有し、前記第1のセンサは前記プリントヘッドに対して固定され、前記第2のセンサは前記支持構造体に対して固定され、
前記距離を測定することは、
前記第2のセンサーを使用し、前記第2のセンサーと前記プリントヘッドとの間の第2の距離を測定することと、
少なくとも1つのプロセッサを使用して、前記第1の距離と前記第2の距離とに基づき、前記プリントヘッドと前記基板の前記第1の面との間の前記距離を計算すること、をさらに含む、請求項8に記載の方法。 - 前記第1のセンサを使用することは、前記基板および前記プリントヘッドの相対移動の間に、前記第1の距離を断続的に再測定して、複数の測定値を取得することをさらに含み、
前記少なくとも1つのプロセッサを使用することは、前記複数の測定値から前記変動を計算することを含み、
前記吐出パラメータを調整することは、液滴の吐出を遅らせる遅れ値を、前記変動の大きさをもとに調整することをさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 前記第1のセンサを使用することは、前記基板および前記プリントヘッドの相対移動の間に、前記第1の距離を断続的に再測定して、複数の測定値を取得することをさらに含み、
前記少なくとも1つのプロセッサを使用することは、前記複数の測定値から前記変動を計算することを含み、
前記吐出パラメータを調整することは、液滴を吐出するのに適用される波形を、前記変動の大きさをもとに調整することをさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 前記第1のセンサを使用することは、前記基板および前記プリントヘッドの相対移動の間に、前記第1の距離を断続的に再測定して、複数の測定値を取得することをさらに含み、
前記少なくとも1つのプロセッサを使用することは、前記複数の測定値から前記変動を計算することを含み、
前記吐出パラメータを調整することは、液滴の吐出速度を、前記変動の大きさをもとに調整することをさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 前記吐出パラメータを調整することは、遅れ値、吐出速度または駆動電圧のうち、少なくとも1つを調整することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記距離を測定することは、前記基板および前記プリントヘッドの相対移動の間に、動的に実行され、前記吐出パラメータを調整することは、前記距離の前記動的な測定に基づく、請求項1に記載の方法。
- 前記吐出パラメータを調整することは、前記プリントヘッドの複数のノズルのそれぞれについて、各ノズルの吐出オリフィスの、前記ノズルが前記液体の液滴を吐出するときに測定される前記基板の前記第1の面からの距離に基づき、実行される、請求項14に記載の方法。
- 電子製品の層を製造する装置であって、
プリントヘッド、搬送機構、第1のセンサおよび第2のセンサを備えるプリンタと、
処理ステーションと、
プロセッサと、
を備え、
前記搬送機構は、基板の第1の面に、膜形成材料を含む液体の液滴を前記プリントヘッドが吐出して、液状コートを形成する間に、前記基板または前記プリントヘッドを移動させ、
前記処理ステーションは、前記膜形成材料を硬化させ、
前記第1のセンサは、前記基板の前記第1の面から前記第1のセンサの第1の距離を測定し、第2のセンサは、第1のセンサと前記プリントヘッドの少なくとも1つの吐出口との間の位置の差を測定し、前記プロセッサは、前記第1の距離および前記位置の差に基づき、前記吐出に際して前記プリントヘッドにより用いられる吐出パラメータを調整する装置。 - 前記第1のセンサは、前記プリントヘッドに対する固定位置にあり、
前記プロセッサは、前記第1の距離と前記位置の差とに基づいて、前記プリントヘッドから前記基板の前記第1の面までの距離を計算する、請求項16に記載の装置。 - 前記第1のセンサは、当該第1のセンサと較正ブロックの第1の表面との間の第2の距離を測定し、
前記第2のセンサは、当該第2のセンサと前記較正ブロックの第2の表面との間の第3の距離を測定し、
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記第2の距離と、前記第3の距離と、前記較正ブロックの前記第1および第2の表面の間の前記較正ブロックの既知の厚さと、に基づき、前記第1のセンサと前記第2のセンサとの間の第4の距離を算出し、さらに、
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記第4の距離を使用して、前記第1のセンサと前記少なくとも1つの吐出オリフィスとの間の前記位置の差を算出する、請求項17に記載の装置。 - 前記搬送機構は、第1の軸に沿ってプリントヘッドアセンブリを搬送するプリントヘッド搬送キャリッジと、第2の軸に沿って前記基板を搬送するグリッパを有する基板搬送システムであって、前記グリッパに対する固定位置にあるカメラをさらに備える基板搬送システムと、を備える、
請求項17に記載の装置であって、
前記装置は、
前記プリントヘッドアセンブリを前記第1の軸に沿って、前記グリッパを前記第2の軸に沿って動かし、
前記カメラを使用して、前記プリントヘッドおよび前記第1のセンサを撮像し、
前記第1の軸に沿った前記プリントヘッドアセンブリの位置に応じた、前記プリントヘッドの少なくとも1つの吐出オリフィスおよび前記第1のセンサの相対位置、撮像時における、前記第2の軸に沿った前記グリッパの位置、さらに、前記吐出オリフィスまたは前記第1のセンサの、撮像画像内の場所を識別し、
前記プロセッサは、識別された前記相対位置に基づき、前記プリントヘッドの少なくとも2つのノズルについて、前記吐出パラメータを調整する装置。 - 前記プリンタ内に取り付けられたカメラをさらに備え、前記適切な焦点での前記カメラの焦点距離に基づき、前記プリントヘッドから前記基板の前記第1の面までの距離を判定する、請求項16に記載の方法。
- 前記第1のセンサまたは前記第2のセンサは、前記プリンタ内に取り付けられた、1マイクロメータ以下の精度を有するレーザセンサを備える、請求項16に記載の装置。
- 前記搬送機構は、
第1の軸に沿ってプリントヘッドアセンブリを搬送するプリントヘッド搬送キャリッジと、
第2の軸に沿って前記基板を搬送するグリッパを有する基板搬送システムと、
を備える、請求項16に記載の装置。 - 前記第1のセンサは、前記プリントヘッドと前記基板との相対移動の間に、前記第1の位置の変動を動的に判定し、
前記プロセッサは、前記吐出パラメータを、前記変動をもとに調整する、請求項16に記載の装置。 - 基板支持機構、をさらに備え、
前記第1のセンサは、前記プリントヘッドに対して固定され、
前記第2のセンサーは、前記基板支持機構に対して固定され、前記第2のセンサーと前記プリントヘッドとの間の第2の距離を測定し、
前記プロセッサは、前記第1の距離と前記第2の距離とに基づき、前記プリントヘッドと前記基板の前記第1の面との間の前記距離を計算する、請求項23に記載の装置。 - 前記第1のセンサは、前記基板と前記プリントヘッドとの相対移動の間に、前記第1の距離を断続的に再測定して、複数の測定値を取得し、
前記プロセッサは、前記複数の測定値に基づき、前記変動を計算し、
前記プロセッサは、前記変動の大きさに基づく遅れ値を適用することにより、前記吐出パラメータを調整する、請求項24に記載の装置。 - 前記第1のセンサは、前記基板と前記プリントヘッドとの相対移動の間に、前記第1の距離を断続的に再測定して、複数の測定値を取得し、
前記プロセッサは、前記複数の測定値に基づき、前記変動を計算し、
前記プロセッサは、前記変動の大きさをもとに選択された波形を適用することにより、前記吐出パラメータを調整する、請求項24に記載の装置。 - 前記第1のセンサは、前記基板と前記プリントヘッドとの相対移動の間に、前記第1の距離を断続的に再測定して、複数の測定値を取得し、
前記プロセッサは、前記複数の測定値に基づき、前記変動を計算し、
前記プロセッサは、前記変動の大きさに基づく液滴速度を適用することにより、前記吐出パラメータを調整する、請求項24に記載の装置。 - 前記プロセッサは、遅れ値、液滴の吐出速度または前記プリントヘッドのノズルの駆動電圧を調整することにより、前記吐出パラメータを調整する、請求項16に記載の装置。
- 前記第1のセンサは、前記基板と前記プリントヘッドとの相対移動の間に、前記第1の距離を動的に測定し、
前記プロセッサは、前記第1の距離の動的な測定に基づき、前記吐出パラメータを調整する、請求項16に記載の装置。 - 前記プロセッサは、前記プリントヘッドの複数のノズルのそれぞれについて、前記吐出パラメータを、前記ノズルが液滴を吐出するときの、前記複数のノズルの1つの吐出オリフィスの距離に基づき、調整する、請求項29に記載の装置。
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