(57)【要約】      本発明の装置は基板上に流体製造材料を堆積させる。本装置は、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを含み、各々ヘッド支持体に取り付けられ、そして基板の上方に保持される。第１のマイクロデポジションヘッドは第１の流体製造材料の小液滴を放出するように作動でき、また第２のマイクロデポジションヘッドは第２の流体製造材料の小液滴を放出するように作動できる。一実施の形態では、第３の流体製造材料の小液滴を放出する第３のマイクロデポジションヘッドが設けられる。制御システムは、第１、第２及び（又は）第３のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連通し、基板上における第１、第２及び（又は）第３の流体製造材料の堆積を制御する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に流体製造材料を堆積させる装置において、
第１のノズルアセンブリーを含みしかも第１の流体製造材料を収容する第１の供給リザーバと流体連通し、第１のノズルアセンブリーから基板上に第１の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第１のマイクロデポジションヘッド、
第２のノズルアセンブリーを含みしかも第２の流体製造材料を収容する第２の供給リザーバと流体連通し、第２のノズルアセンブリーから基板上に第２の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第２のマイクロデポジションヘッド、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で水平面に位置決めされ、基板を取り外し自在に固定するように作動できるステージ、
第１のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第１のヘッド支持体、
第２のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第２のヘッド支持体、及び、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連絡して基板上における第１及び第２の流体製造材料の堆積を制御する制御システム、
から成ることを特徴とする装置。      
【請求項２】
制御システムが、第１及び第２のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
制御システムが、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１及び第２のヘッド支持体の少なくとも一方が、第１の水平方向に対して垂直な水平方向に第１及び第２のそれぞれのマイクロデポジションヘッドを動かすように構成される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
さらに、第３のノズルアセンブリーを含みしかも第３の流体製造材料を収容する第３の供給リザーバと流体連通し、第３のノズルアセンブリーから基板上に第３の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第３のマイクロデポジションヘッドを有し、さらに第３のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第３のヘッド支持体を有する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ステージが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で水平面に位置決めされ、基板を取り外し自在に固定するように作動できる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
制御システムが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連絡して基板上における第１、第２及び第３の流体製造材料の堆積を制御する請求項６に記載の装置。          
【請求項８】
制御システムが、第１、第２及び第３のノズルアセンブリーの少なくとも一つのピッチを制御する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
制御システムが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
第１、第２及び第３のヘッド支持体の少なくとも一つが、第１の水平方向に対して垂直な水平方向に第１、第２及び第３のそれぞれのマイクロデポジションヘッドを動かすように構成される請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第１、第２及び第３のヘッド支持体が各々、赤色カラーのポリマー、青色カラーのポリマー及び緑色カラーのポリマーの一つを含む流体製造材料を放出する請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
基板上に流体製造材料を堆積させる方法において、
第１のノズルアセンブリーを含む第１のマイクロデポジションヘッドを、第１の流体製造材料を収容する第１の供給リザーバと流体連通させて設ける段階、
第２のノズルアセンブリーを含む第２のマイクロデポジションヘッドを、第２の流体製造材料を収容する第２の供給リザーバと流体連通させて設ける段階、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方でステージに基板を固定する段階、
第１のノズルアセンブリーから基板に第１の流体製造材料の小液滴を放出する段階、
第２のノズルアセンブリーから基板に第２の流体製造材料の小液滴を放出する段階、及び、
基板上における第１及び第２の流体製造材料の堆積を制御するため第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを制御する段階、
を含むことを特徴とする方法。        
【請求項１３】
さらに、第１及び第２のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する段階を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する段階を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ステージの動きを制御する段階が、第１の水平方向に対して垂直な水平方向に第１及び第２のそれぞれのマイクロデポジションヘッドを動かすことを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、第３の流体製造材料を収容する第３の供給リザーバと流体連通させて、第３のノズルアセンブリーを含む第３のマイクロデポジションヘッドを設ける段階を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
第３のノズルアセンブリーから基板上に第３の流体製造材料の小液滴を放出する段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを制御する段階が、基板上における第１、第２及び第３の流体製造材料の堆積を制御するように第３のマイクロデポジションヘッドを制御することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、第１、第２及び第３のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する段階を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１、第２及び第３の流体製造材料を放出する段階が、赤色カラーのポリマー、青色カラーのポリマー及び緑色カラーのポリマーの一つを放出すること含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
第１の水平方向に対して垂直な水平方向に第１、第２及び第３のそれぞれのマイクロデポジションヘッドを動かす段階を含む請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００１年６月１日に「基板への液体の圧電堆積を用いた微細構造の形成」の名称で出願した米国暫定特許出願第６０／２９５，１１８号及び２００１年６月１日に「基板への液体の圧電堆積を用いた印刷回路基板構造の形成」で出願した米国暫定特許出願第６０／２９５，１００号の利益を主張するものである。これら各出願は、参照文献として本明細書に結合される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、基板上に微細構造を形成する方法及びシステムに関するものであり、そして一層特に、流体製造材料の圧電マイクロデポジション（微細堆積）（ＰＭＤ）を行う方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装置、液晶表示（ＬＣＤ）装置、印刷回路基板（ＰＣＢ）などの基板上に微細構造を形成するための各種の技術が製造業者によって開発された。これらの製造技術のほとんどは、その実施に比較的高い経費がかかりまた経済的に成り立たせるためには大量生産が必要なものである。
【０００４】
基板上に微細構造を形成する一つの技術としてスクリーン法がある。スクリーニング中、基板上に微細網目スクリーンが配置され、そしてスクリーンで決められたパターンでスクリーンを介して基板上に流体材料が堆積される。スクリーン法の一つの問題点は、スクリーンと基板との接触及びスクリーンと流体材料との接触が必要であり、それにより基板及び流体材料の汚染が生じることにある。この技術はある構造には適しているが、多くの製造法は、結果としての構造が使用できるようにするためには汚染なして実施されなければならない。従って、スクリーン法はある特定の微細構造の製造には実行できるオプションではない。限定するものではないが例として、クリーンルーム環境を必要とししかも基板又は流体材料の汚染を許容しない微細構造は、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）表示装置及びＰＣＢの微細構造である。
【０００５】
近年、種々の波長の可視光を発生するためにダイオードにある特定のポリマー物質を使用できることが見出された。このようなポリマーを使用することにより、赤色、緑色及び青色の副構成材料をもつ画素を備えた表示装置を作ることができる。ＰＬＥＤ流体材料は、全スペクトルカラー表示できしかも実質的な量の光を発生するのに必要な電力が非常に僅かであるので、特に望ましい。
【０００６】
ＰＬＥＤ表示装置は、将来、テレビジョン、コンピューターモニターＰＤＡ、他の携帯型計算装置、携帯電話などを含む種々の応用に用いられることが期待される。また、ＰＬＥＤ技術は、オフィス、倉庫及びリビング空間の照明に用いられ得る発光パネルを製造するために用いられることも期待される。
【０００７】
ＰＬＥＤ表示装置の広範囲の使用に対する一つの障害は、従来の製造技術を用いてＰＬＥＤ表示装置を製造する際に経験する困難さである。例えば、上述のように、ＰＬＥＤ表示装置は、ポリマーが汚染に非常に敏感であるのでスクリーン印刷法を用いては製造できない。
【０００８】
ＬＥＤ、ＬＣＤ、及びＰＣＢ製品用の基板に微細構造を製造するのに用いる別の技術はフォトリソグラフィーである。フォトリソグラフィーを用いた製造法には通常、基板上にフォトレジスト材料を堆積することが伴う。フォトレジスト材料は露光させることにより硬化される。通常、フォトレジスト材料に光を選択的に当てるのにパターンマスクが用いられ、それにより、フォトレジスト層のある特定の部分を硬化し、他の部分は硬化されないままである。硬化されない部分はその後基板から除去され、その結果、基板の下層の表面がフォトレジスト層を介して露出されることになり、フォトレジスト層の硬化した部分は基板上に残るマスクを形成する。その後、フォトレジスト上の開放したパターンを介して基板上に別の材料が堆積され、その後、フォトレジスト層の硬化した部分が除去される。
【０００９】
フォトリソグラフィーは、例えば回路基板上のトレースのような多くの微細構造を製造するのには成功のうち用いられてきたが、この方法はまた基板及び基板上に形成した材料を汚染し得る。従って、フォトリソグラフィーは、例えばフォトレジストが製造材料を汚染するので、ＰＬＥＤ表示装置やＰＣＢのような接触過敏性構造の製造には適さない。さらに、フォトリソグラフィーは、フォトレジスト材料を施し処理するために多くの段階を伴うため、比較的少量の構造を形成することになる場合には桁外れのコストがかかる。
【００１０】
スピンコーティング法のような他の従来の技術は、他の微細構造を形成するのに用いられてきた。スピンコーティング法は、基板の中心に流体材料を堆積しながら基板を回転させる必要がある。基板の回転運動により、流体材料は基板の表面に一様に広がる。しかし、スピンコーティング法は、流体材料の大部分が基板上に留まらず、代わりにスピンコーティングプロセス中に消耗され又はフォトリソグラフィーやレーザーアブレーションによって除去され、従って付加的な段階を必要とするので、高価なプロセスである。
【００１１】
微細構造を形成する従来の製造方法と違って、本発明のＰＭＤ法は、基板又は流体製造材料を汚染することなしに基板上に流体製造材料の液滴を堆積するのに用いられる。従って、本発明のＰＭＤ法は、例えばＰＬＥＤ表示装置又はＰＣＢを製造する場合のような汚染を避ける必要あのあるクリーンルーム環境において特に有用である。
【００１２】
本発明のＰＭＤ法及びシステムは、一般的にＰＭＤ工具を使用し、基板に流体製造材料を堆積するヘッド及び多数の独立したノズルを備えるノズルアセンブリーを有する。ＰＭＤヘッドは、基板の予定の場所に流体製造材料の液滴をパターニングするすなわち精確に堆積する及び各ノズルを個々に制御するコンピュータ数値制御型システムと結合される。一般に、ＰＭＤヘッドは、種々の技術及び基板上に微細構造を形成するための本発明の方法と組み合わせて使用する際に高精度及び正確度をもたらすように構成される。
【００１３】
精度及び正確度に関して、基板とＰＭＤヘッドの相対位置は、基板上の参照マークを確認しそして基板をＰＭＤヘッドと整列させるように構成されたＰＭＤシステムのアライメント構成要素を用いて選択され制御され得る。ＰＭＤシステムの精度を高めるために、液滴診断アセンブリーは個々のノズルの作動特性及びノズルから発射した液滴の特性を確認し分析する。本発明のＰＭＤシステムは、ノズルの作動特性を個々に制御しそしてＰＭＤヘッドのノズル間の全てのずれを補償するように特別に構成される。さらに、ＰＭＤシステムは、ＰＭＤヘッドに対する位置に基板を確実に保持するように構成した真空チャックを備えた可動段を有する。この可動段は、Ｘ−Ｙ水平平面のＸ軸線及びＹ軸線に沿ってＰＭＤヘッドに対して基板を動かすように構成したプレートを備えている。他の実施の形態では、ＰＭＤヘッドは基板に対して動くように構成される。例えば、ＰＭＤヘッドは回転するように構成したターレットに装着され得、またＰＭＤヘッドは水平平面に沿ってＰＭＤヘッドを動かすように構成したリニア空気軸受アセンブリーに装着され得る。
【００１４】
種々の構造を形成できるようにするために、本発明のＰＭＤシステムでは、異なる形式の流体製造材料を堆積する種々の能力をもつ種々の異なるＰＭＤヘッドを交換可能に使用できる。ＰＭＤヘッドは、ＰＭＤヘッドに流体材料を供給するように構成した流体材料供給システムに取り外し自在に接続される。一実施の形態によれば、流体材料供給システムは、ＰＭＤシステムで使用した種々の流体材料と反応しない不活性ライニングを備えている。流体材料供給システムはまた、フィルタリングされかつ圧力制御され、それにより流体材料供給システムはＰＭＤヘッドに一定圧力で流体製造材料を純粋に供給することができる。必要ならば、流体材料供給システムは一つの流体材料でパージされ、そして別の流体材料が補充される。
【００１５】
使用している間に及び長い不使用期間中にＰＭＤヘッドのノズルを維持しきれいにするために、ＰＭＤシステムは、ノズルを浸漬するように構成したキャッピング部及びノズルを吸取り布できれいにするように構成したメンテナンス部を用いる。
【００１６】
使用した流体材料の性質及び形成されることになる構造に関連して、ＰＭＤヘッドで基板上に流体材料を堆積するために本発明の基本的な方法と組み合わせてここに説明した幾つかの又は全ての特徴が用いられ得る。例えば、比較的少ない量の製造に経済的に融合できるようにすることにより本発明のＰＭＤ技術を用いることによって、製造プロセスを簡単化できコストを低減できることが判った。本発明のＰＭＤシステム及び方法はまた通常、基板上に微細構造を精度高く形成できる。
【００１７】
本発明のこれらの及び他の目的及び特徴は、以下の説明及び特許請求の範囲からより十分に明らかとなりまた以下に述べる本発明の実施から習得されよう。
【００１８】
本発明の上に述べた効果及び特徴並びに他の効果及び特徴をより明らかにするため、添付図面に示された特定の実施の形態を参照して本発明をより詳しく説明する。これらの図面は、本発明の代表的な実施の形態を示すのみのものであって、本発明の範囲を限定するものと考えてはならないことは理解されよう。以下、添付図面を用いて本発明をさらに具体的かつ詳細に説明する。
【００１９】
本発明は、微細構造を製造又は形成するために制御された量及び配置で基板上に流体製造材料を堆積する圧電マイクロデポジション（マイクロデポジション）（ＰＭＤ）に関する。
【００２０】
本明細書において用いられる「流体製造材料」及び「流体材料」という用語は、低粘性の形態を取ることができしかも微細構造を形成するためにＰＭＤヘッドから基板上に堆積するのに適したいかなる物質をも含む広い意味をもつものである。流体製造材料としては、ポリマー発光ダイオード表示装置（ＰＬＥＤ及びＰｏｌｙＬＥＤ）を形成するために使用することのできる発光ポリマー（ＬＥＰ）があげられるが、これに限定されるものではない。流体製造材料としてはまた、プラスチック、金属、ワックス、ハンダ、ハンダ・ペースト、生物医学用製品、酸、フォトレジスト材料、溶剤、接着剤及びエポキシも含まれる。用語「流体製造材料」は「流体材料」と互換性をもって参照される。
【００２１】
本明細書において用いられる「堆積」という用語は、一般的には基板上に流体材料の個々の小液滴を堆積させることを指す。また、「ジェット」、「放出」、「パターン」及び「堆積」という用語は、本明細書においては特殊な参照としてＰＭＤヘッドによる流体材料の堆積と互換性のある用語として用いられる。「小液滴」及び「液滴」という用語も、本明細書においては互換性のある用語として用いられる。
【００２２】
本明細書において用いられる「基板」という用語は、ＰＭＤプロセス時に流体材料を受けるのに適した表面を有する任意の材料を含む広い意味をもつものである。適当な基板材料としては、ガラス板、ピペット、シリコンウエハ、セラミックタイル、剛性及び可撓性プラスチック及び金属シート及びロールを含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施の形態にあっては、堆積した流体材料自体も、例えば、三次元微細構造を形成する際のようなＰＭＤプロセスの間に流体材料の堆積を受ける適当な表面となる場合がある。
【００２３】
本明細書において用いられる「微細構造」という用語は、一般的には高精密度で形成されて基板上にぴったり載置される寸法とされた構造を指す。異なる基板の寸法は異なり得るため、「微細構造」という用語は、特定の寸法に限定されるものと解釈してはならず、また「構造」という用語と互換性のある用語として用いられることもある。微細構造は、流体材料の単一の小液滴、小液滴の任意の組み合わせ、又は基板上に一又は複数の小液滴を堆積させて形成された構造、例えば二次元の層、三次元のアーキテクチャ、及び他の望ましい構造を含む。
【００２４】
本発明のＰＭＤシステムは、ユーザーが定義したコンピュータの実行可能な命令に従って基板上に流体材料を堆積させることによってＰＭＤプロセスを行う。「コンピュータが実行可能な命令」という用語は、本明細書の中では「プログラムモジュール」又は「モジュール」とも呼ばれ、一般的には特定のアブストラクトデータタイプを実現し或いは特定のタスクを行うルーチン、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を指し、特定のタスクを行うとは、例えば本発明のＰＭＤプロセスを実施するためのコンピュータ数値制御を実行することであるが、それに限定されるものではない。プログラムモジュールは、任意のコンピュータが読み取り可能な媒体に格納することができる。コンピュータが読み取り可能な媒体とは、ＲＡＭ，ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ，ＣＤ―ＲＯＭ、又は他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、又は他の磁気記憶装置、或いは他の命令又はデータ構造を格納できしかも汎用コンピュータ又は特殊目的のコンピュータでアクセス可能な他の媒体を含むが、それらに限定されるものではない。
【００２５】
本発明によれば、インクジェットヘッドは、製造環境で流体製造材料を堆積させて本発明のＰＭＤプロセスにもとづいて基板上に流体製造材料をパターニングすることによって多様な構造のいずれかを形成することができる。このことは、同時出願の２００２年５月３１日に「マイクロデポジション装置」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「温度制御真空チャック」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「ポリマー発光ダイオード表示装置、印刷回路基板等用の工業用マイクロデポジションシステム」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「互換性マイクロデポジションヘッド装置及び方法」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「マイクロデポジション制御システム用波形生成装置」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「解像度を高めるためのマイクロデポジションシステムおけるオーバークロッキング」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、及び２００２年５月３１日に「圧電マイクロデポジションを用いた印刷回路基板構造の形成」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号に最も良く記載されている。これら各出願は、その関連性によって本出願に編入される。本発明によれば、多くの構造を、従来の技術を用いて製造されるものより安い経費で、より効率的に、またより正確に製造することができる。また、ＰＭＤプロセスでは製造できるが従来の方法では製造できない構造もある。さらに、本発明にもとづくＰＭＤプロセスは、クリーンルーム環境及び製造工程中又は後に汚染されない流体製造材料とともに用いることができる。
【００２６】
一実施ｋ形態にあっては、本発明のＰＭＤシステムは、一般的にステージ、真空チャック、ＰＭＤヘッド、ＰＭＤヘッド支持体、位置合わせ（アライメント）コンポーネント、流体材料供給システム、液滴診断アセンブリー、保守ステーション、キャッピングステーション、ドッキングステーション及びコンピュータシステムを含むものである。コンピュータシステムは、ＰＭＤシステムにコンピュータが実行可能な命令を提供し、ＰＭＤシステムの各種コンポーネントを制御する。
【００２７】
基板上に流体材料を堆積させ及び（又は）微細構造を形成するためには、ＰＭＤ工具が基板に対して移動することが有用である。ＰＭＤヘッドと基板の相対移動は、基板及び（又は）ＰＭＤヘッドを移動させることによって行うことができる。この移動は、直線移動の場合もあれば回転移動の場合もある。
【００２８】
直線移動のためには、ＰＭＤシステムはリニアモーターを使用する構成とすることができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、クリーンルーム環境用に構成されてエアベアリングを有するリニアモーターを備えることができ、従って、ＰＭＤヘッドの直線移動は、摩擦によってクリーンルーム環境を汚染するおそれのある粒子を形成することがない。ＰＭＤシステムは、また、ヘパフィルター、特殊なベアリング、モーター、及び厳格なクリーンルームの要件を満たすアセンブリーを含むものとすることができる。リニアモーターによって得られる移動性は、ステージで回転させることのできないプラスチックのロールの上など大きい基板の上でＰＭＤプロセスを行うことができるようにする効果がある。
【００２９】
いくつかの実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、大型の基板及びある種のＰＭＤプロセスの要件に対応するためにＰＭＤヘッドを回転させる手段を有する。ＰＭＤヘッドを回転させる手段はエアベアリング及び磁気リレーを備えることができるが、それに限定されない。ＰＭＤヘッドを回転させる手段は、ステージを回転させることが実際上不可能な場合に基板の上に流体材料が堆積する方向に対してノズルのピッチ又は角度を規定し、それによって堆積した流体材料との間のスペースを減らし、結果として得られる解像度を高めるために特に有用である。
【００３０】
解像度は、また、ＰＭＤシステム及び（又は）基板を回転させそれによって基板が堆積する一又は複数の線と同じ方向に移動するようにすることによって基板上に直線が堆積するような場合にも高めることが可能である。このようにして、基板上に堆積する各小液滴は、前の小液滴の通った跡又は末尾の上に堆積し、それによって不規則な形の小液滴がもたらす影響を最小限に減らしまた一又は複数の線の側部全体の解像度を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、ＰＭＤシステム１０のいくつかのコンポーネントを示す。図示コンポーネントは、ステージ１２、真空チャック１４、ＰＭＤヘッド１６、ＰＭＤヘッド支持体１８、位置合わせコンポーネント２０、液滴診断アセンブリー２２、保守ステーション２４及びキャッピングステーション２６を含んでいる。
【００３２】
図示のように、ステージ１２及びＰＭＤヘッド支持体１８は、固定された表面２８に据え付けられている。固定表面２８は、使用中、ＰＭＤシステム１０に安定性をあたえまたＰＭＤシステム１０の精密性を損なうおそれのある振動を最小限に抑えるように適当に構成された任意の表面を含むものとすることができる。一実施の形態にあっては、固定表面２８は、花崗岩のブロックを含む。ただし、固定表面２８は他の材料及び構造も含んでもよいことは理解されよう。
【００３３】
図２及び図３は、それぞれ図１のＰＭＤシステム１０の側面図及び正面図である。図示のように、ステージ１２は、上端の据え付け板３０及び中間の板アセンブリー３１を含み、これらは各々二つの異なる方向のうちの一方向に移動するように構成されている。図１〜図３に示すように、真空チャック１４、キャッピングステーション２６、保守ステーション２４及び液滴診断アセンブリー２２は、ステージ１２の上端据え付け板３０の上に据え付けられ、従って上端据え付け板３０とともに移動する。
【００３４】
特に、上端据え付け板３０は、上端据え付け板３０を図１にＸ軸として示す第１の方向に駆動するように構成された第１のモーター３４に接続されており、中間板アセンブリー３２は、中間板アセンブリー３２並びに上端据え付け板３０を図１にＹ軸として示す第２の方向に駆動するように構成された第２のモーター３６に接続されている。第１及び第２のモーター３４、３６は、水平のＸ―Ｙ面内でＰＭＤヘッド１６に対してステージ３０をのぞむように移動させるために単独で又は同時に作動させることができる。従って、ステージ１２がＸ―Ｙ面のＸ及びＹの両方向に同時に移動することができることは理解されよう。ステージ１２のＸ―Ｙ面内でのこの移動性は、ステージ１２上に据え付けられた基板をＰＭＤヘッド１６と位置合わせするように移動させるためまた本発明のＰＭＤプロセスの間に基板を移動させるために有用である。これについては、以下に概要を説明する。ステージ１２は、移動性部品特に相互に移動する硬い表面を有する移動性部品がそれらが基板上に配置されている場合でも一般的に使用することができないクリーンルーム環境用として構成されることは理解されよう。
【００３５】
真空チャック１４は、本発明のＰＭＤプロセスの間、基板をステージ１２上の固定位置に固定するための適当な位置手段となるものである。可撓性材料用のロール間移動アセンブリーを含む基板を保持するための他の構造及び方法も、本発明の範囲に含まれると考えられるべきものである。
【００３６】
図４に示す基板３８は、真空チャック１４の多孔性の金属板４２を通して空気を吸い取ることによって生成される空気の陰圧によって真空チャック１４上の所定の位置に強固に保持される。多孔性金属板４２は図１に示されている。一実施の形態にあっては、多孔性金属板４２は、例えばウインターザーのＭ−テック・ホールディングＬｔｄ．の子会社であるポーテックＬｔｄ．が販売しているメタポール（登録商標）のような多孔性のアルミニウム板である。ただし、他の材料を用いて製造された他の種類の多孔性の板を使用することも可能である。空気は、真空チャック１４上の吸い取り口４４に接続された真空又はポンプなど任意の適当な手段によって多孔性の金属板４２を通して吸い取られる。
【００３７】
真空チャック１４は、また継手４５を備えることができ、継手４５は、ＭＤシステム１０の制御装置とともに真空チャック１４内の装置を相互接続するように構成される。継手４５は、例えばＤＢ９コネクタを通るシリアルポートを規定し、ＤＢ９コネクタは、真空チャック１４内の装置を制御システムに連結する。一実施の形態にあっては、加熱源及び温度センサーは真空チャック１４の中に収容されており、そしてオペレータが多孔性の金属板４２の温度を制御できるように制御システムに接続されている。
【００３８】
図４に示すように、基板３８は、真空チャック１４上に据え付けられるが、より詳しくは真空チャック１４上の基板３８を位置合わせするように構成された出張り支持体４６の間に据え付けられる。真空チャック１４上での基板３８の位置合わせは、流体製造材料が基板３８の上の適当な場所に確実に堆積するようにするために有用である。ただし、真空チャック１４の上に基板３８を据え付ける行為によって、基板３８が、本発明のＰＭＤプロセスを行うために必要な精密な公差でＰＭＤヘッド１６と確実に位置合わせされるものではないことに留意されたい。すなわち、基板３８は、本発明の方法にもとづいてＰＭＤヘッド１６と精密に位置合わせしなければならない。
【００３９】
基板３８が真空チャック１４上に出張り支持体４６に当接するように据え付けられると、真空チャック１４はＰＭＤヘッド１６とすでに位置合わせされているため、基板３８とＰＭＤヘッド１６の間の初期の位置合わせが得られる。真空チャック１４がＰＭＤヘッド１６と確実かつ精密に位置合わせされるために、真空チャック１４上には二つの基準点４８が配設される。どれかの基準点４８は、以下でより詳細に説明するように位置合わせコンポーネント２０によって光学的に検出される。位置合わせコンポーネント２０は、通常、真空チャック１４がＰＭＤヘッド１６と正しく位置合わせされていることを判別するものである。真空チャック１４が正しく位置合わせされていなければ、望ましい位置合わせが得られるまで真空チャック１４を移動させる。
【００４０】
真空チャック１４と基板３８を正しく位置合わせするために、真空チャック１４は、ステップモーター５２、ばね５４及び枢動アーム５６を含んでいる。枢動アーム５６は、第１の端部５８でステップモーター５２に接続され、第２の端部６０でばね５４に接続されている。真空チャック１４は、また枢動コーナー６２でステージ１２と枢動自在に接続されている。これによって、ステップモーターが作動しているとき、真空チャック１４は、通常、枢動コーナー６２の周りで枢動することができる。
【００４１】
一実施の形態にあっては、ステップモーターは延伸アーム６４を含み、延伸アーム６４は、枢動アーム５６の第１の端部５８に力を加えるために制御自在に延伸することができ、それによって枢動アーム５６を枢動点６６の周りで（図４の上面図で）枢動させ時計回りに回転させることができる。枢動アーム５６の第２の端部６０が真空チャック１４に接続されているため、これによって、真空チャック１４を枢動コーナー６２の周りで枢動させ反時計回りに回転させることができる。真空チャック１４は、反対方向に枢動させることもできる。例えば、ステップモーター５２のアーム６４が引き込められているとき、ばね６４は圧縮され、枢動アーム５６の第２の端部６０を強制的にばね５４に向かって移動させ、それによって真空チャック１４を枢動コーナーの周りで枢動させ時計回りに回転させる。
【００４２】
真空チャック１４の枢動は、真空チャック１４又は基板３８とＰＭＤヘッド１６の望ましい位置合わせを得るためにいつでも行うことができる。真空チャック１４の枢動は、また、基板３８とＰＭＤヘッド１６の望ましい心外しを得るためにも行うことができる。基板３８とＰＭＤヘッド１６の心外しは、基板３８の上にある種の微細構造を形成するときに望ましい場合があり得る。一実施の形態にあっては、基板３８とＰＭＤヘッド１６の間の望ましい位置合わせは、また、ＰＭＤヘッド支持体１８で、例えば以下に説明するようにターレットを用いてＰＭＤヘッド１６を基板３８に対して回転させることで得られる。
【００４３】
ここで、位置合わせコンポーネント２０について直接説明する。図１及び図３に図示されるように、位置合わせコンポーネント３０は、ＰＭＤヘッド支持体１８に固定的に取り付けられている。一実施の形態にあっては、位置合わせコンポーネント２０はカメラを有する。このカメラは、デジタル及び光学的機能を任意に組み合わせたものとすることができ、また好ましくは真空チャック１４上の基準点４８並びに基板３８上にエッチングで形成された精密位置合わせマークを識別するように構成された光学的／デジタル認識モジュールにリンクされる。これらの位置合わせマークは、ここでは起点マークと呼ぶが、通常は基板３８上に予め形成されまた小さすぎて裸眼では見えないものである。一実施の形態にあっては、起点マークは、基板３８上にエッチングで形成された垂直の毛髪程度の細い十字を含む。
【００４４】
一実施の形態にあっては、起点マークは、基板３８をＰＭＤヘッド１６と位置合わせさせるための基礎として用いられる。これは、基板３８の縁部への位置合わせのみでは、通常、ある種の製品を製造するために求められる精密さで基板３８上に微細構造を形成するために十分な正確さが得られないからである。例えば、一実施の形態にあっては、ＰＭＤシステム１０は、ＰＬＥＤ表示装置の画素上に人間の毛髪の直径の約１０分の１であるプラス又はマイナス１０ミクロンの範囲内にポリマーの小液滴を堆積させる。このような正確さで流体製造材料を精密に堆積させる本発明のＰＭＤシステムの能力が先行技術の改善であることは理解されよう。
【００４５】
基板３８が真空チャック１４の上に据え付けられと、ＰＭＤシステム１０は、自動的に位置合わせコンポーネント２に関連するカメラ及び光学的認識モジュールを用いて基板３８上の起点マーク又は他の基準のマーキングを識別する。真空チャック１４又はＰＭＤヘッド１６は、次に、必要に応じて自動的に枢動又は回転し、ＰＭＤヘッド１６と基板３８の間の心外れを補正する。このようにして、数秒の間にＰＭＤヘッド１６と基板３８の間の位置合わせが約３ミクロンの公差の範囲内で得られる。最後に、望ましい位置合わせが得られると、ＰＭＤシステム１０は、本発明のプロセスに従って基板３８の予め定められた場所に流体材料の小液滴を精密に堆積させることができるようになる。
【００４６】
一実施の形態にあっては、ステージ１２の上の基板３８がＰＭＤヘッド１６の下方で移動している間に、微細構造が、基板３８上にＰＭＤヘッド１６から堆積する小液滴として形成される。例えば、ステージ１２がＸ軸に沿ってＰＭＤヘッドの下方で基板３８を移動させているときに、基板３８上に小液滴の行を形成することができる。ステージ１２は、行の堆積の間にＹ軸に沿って移動させることができ、それによって複数の行を形成することが可能となる。ステージは、また、Ｘ軸及びＹ軸方向の任意の組合せ方向に沿って移動させ、基板の任意の部分の上に多様な構造を形成することができる。
【００４７】
基板３８のＰＭＤヘッド１６との位置合わせは、上に説明したように調節が可能であるが、ＰＭＤヘッド１６のノズルが正しく発射を行わない場合には位置合わせが妨げられるおそれがある。ＰＭＤヘッド１６は、例えば任意の数のノズルを含むものとすることができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッド１６は、１から約２５６の間のノズルを有するノズルアセンブリー（図示していない）を含む。一個のノズルが不発に終わった場合でも、小液滴３８とＰＭＤヘッド１６の位置合わせが失敗するおそれがある。従って、各ノズルの発射特性を識別して発射に不規則性が存在する場合にはそれを補正することが重要になる。個々のノズルの発射特性がわかれば、本発明のコンピュータモジュールでノズルを個別に制御してノズルから流体材料の望ましい放出を行うことができる。
【００４８】
図１〜図４に示す液滴診断アセンブリー２２は、ＰＭＤヘッド１６の個々のノズルの発射特性を測定し識別するために配設されている。液滴診断アセンブリーは、通常、カメラ６８を含み、このカメラは、デジタル及び光学的機能を任意に組み合わせたものとすることができ、また好ましくは個々のノズルの異なる発射特性を識別するように構成された光学的／デジタル認識コンピュータモジュールである。
【００４９】
一実施の形態にあっては、液滴診断アセンブリー２２は、小液滴がノズルから放出されるときに小液滴のさまざまな画像を捕捉し小液滴の液滴特性を分析することによって個々のノズルの発射特性を識別する。ＰＭＤヘッドの一つのノズルが正しく発射しなければ、液滴診断アセンブリー及び対応するモジュールが誤りを検出する。次に、ＰＭＤシステム１０は、以下に説明する保守手順で自動的にノズルを修理しようとする。誤りが自動的に補正されなければ、ＰＭＤシステム１０は、オペレータに警報を出し、製造が中止され、それによって装置の高価な産出物が失われることを防ぐ。そして、必要ならば、ＰＭＤヘッド１６は修理又は交換することができる。
【００５０】
一実施の形態にあっては、液滴診断アセンブリー２０のカメラ６８は、ステージ１２の上にぴったり載置されるように構成された直角カメラ６８である。また、写真の技術では良く知られているようにカメラ６８によって捕捉される画像の質を高め飛翔中の小液滴の画像を捕捉するために例えばストロボライト６９のようなバックライトも配設されている。液滴診断を行うためには、ＰＭＤヘッド１６をキャッピングステーション２６の上方のカメラ６８とストロボライト６９の間で移動させる。次に、ＰＭＤヘッド１６のノズルからキャッピングステーション２６の中に小液滴が放出される。次に、以下に説明するようにノズルから放出される小液滴の二つの直角画像を捕捉して液滴の特性及びノズルの発射特性が求められる。正確さを最大にするため、試験されているノズルはカメラの視野の中心に置き、またノズルは個々に試験することが好ましい。
【００５１】
一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドが第１の位置にあるときに第１の小液滴の第１の画像が撮られ、ＰＭＤヘッドを９０度回転させた後に同じノズルから発射された第２の小液滴の第２の画像が撮られる。他の実施の形態にあっては、直角に設置した二つのカメラを用いて単一の小液滴の二つの画像が同時に撮られる。小液滴の画像が捕捉されたら、ＰＭＤシステム１０の光学的認識モジュールは、これらの画像及び発射情報を用いて滴下量、滴下速度、液滴ノズルの配置、滴下の偏角、及び液滴の情報を計算し、それによってＰＭＤシステム１０がＰＭＤヘッド１６のノズルの欠陥や偏倚を補償できるようにする。
【００５２】
滴下量は、小液滴の高さ及び（又は）幅を用いて計算することができ、或いは、一以上のカメラで面積を撮像してその量を計算することができる。いずれの方法においても、カメラ６８で捕捉された画像を用い、特定の用途に関して求められる正確性及び精密性に応じて小液滴の三次元形状を計算又は概算によって求める。小滴下量が大きすぎ又は小さすぎる場合には、ＰＭＤシステム１０は、ノズルが小液滴を放出する頻度を調節して自動的に補償を行う。例えば、ＰＭＤヘッド１６へ送られる電圧又は波長を量的に変化させて欠陥滴下量を補償することができる。電力が減れば、より小さい小液滴が放出されるであろうし、電力が増えれば、より大きい小液滴が吐き出されるであろう。補正が行われても、調節度を高めるために対話式プロセスでノズル及び対応する小液滴を再分析することが必要な場合もあり得る。
【００５３】
滴下量に関連する問題を補正する第２の方法は、ＰＭＤプロセスの間に堆積する小液滴の数及び頻度を変更することである。この方法では、個々の小液滴の滴下量は同じままであるが、小液滴が堆積する頻度を増やしたり或いは減らしたりすることによって基板の上に堆積する流体材料の量を制御することができる。滴下量の問題を補償するためのこの方法は、小液滴を行にして堆積する場合或いはのぞむ滴下量を得るためには多数の液滴が必要な場合に有用である。小液滴が堆積する頻度を変えるこの方法を、本明細書では微細クロッキングと呼ぶ。
【００５４】
例えば流体材料がノズルからジェット噴射されるように十分迅速に流体チャンバー内に補給されない状態を飢餓状態と呼ぶとすれば、微細クロッキングは、飢餓状態などの堆積速度性能の限界を克服するために本発明によって提供される一つの手段である。現存の印刷ヘッド技術では、通常、印刷ヘッドのクロック周波数が、飢餓状態を起さずに印刷が行える最大の周波数に限定される。また特に、通常、多ノズルヘッドが単一のクロックしか備えていないことを考慮すれば、当業者には、このことがＰＭＤヘッドの解像度に実際上の限界をもたらしていることも理解されよう。
【００５５】
先行技術のこれらの限界を克服し、ＰＭＤ工具のノズルを個別に制御できるようにするために、本発明は、クロックサイクルの頻度又はＰＭＤ工具へ送られる信号の頻度を意図する堆積速度をはるかに超えるように人工的に増加させるために、微細クロッキングの方法を利用するものである。ＰＭＤシステムは、解像度及びＰＭＤプロセスの間に堆積する流体材料の量を制御するために付加的なクロックサイクルを使用することができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、クロックサイクルの頻度を意図する堆積速度の１０倍に増加させ、それによってＰＭＤシステムに堆積頻度の１０分の１以内でドットを布置する能力をあたえる。
【００５６】
堆積頻度が飢餓状態の限界を超えることはできないが、ＰＭＤ工具に微細クロックの進度でクロックサイクル及びデータを送ることは可能である。これは、ＰＭＤシステムのコンピュータが実行可能な命令では、実際の堆積データが餓死率を超えることができないためである。本実施の形態では、これは、約１０中９のクロックサイクルに各ノズルに「フィラーデータ」すなわちブランクデータを送ることによって行われる。従って、ＰＭＤ工具は、微細クロックを実際の堆積クロック速度で割った値に比例して、堆積するために使用することのできるより何倍も多くのデータを受け取ることになる。このようにして、最大堆積速度に影響をあたえずに現存の印刷ヘッド技術の解像度を１０倍以上に高めることができる。
【００５７】
微細クロッキングは、基板上に堆積される流体材料の解像度を高めるために特に有効である。特に、線又は形の始めと終わりをより精密に制御することができる。クロックサイクルの頻度が意図する堆積速度より１０倍に設定されている本実施の形態にあっては、ＰＭＤ工具によって、流体材料は、同じ堆積速度で可能な従来の解像度の幅の１０分の１以内にすなわち従来可能であったより十倍以上精密に堆積することができる。
【００５８】
微細クロッキングは、また、基板上に堆積させる流体材料の量の制御にも有用である。例えば、弱いノズルのための補償の目的或いは単に材料の厚さを増やす目的でより多くの流体を堆積させることが望ましい場合には、該当するノズルが他のノズルより高い頻度で流体材料の小液滴をジェット噴射するように設定される。例えば、他のノズルが各１０クロック中１クロックにジェット噴射するのに対して、指定されたノズルは、各９クロック中１クロックにジェット噴射シュするように設定される場合もある。この技術によって、指定されたノズルは、他のノズルより約１１％多く流体を堆積する。同様に、多くの流体を堆積しすぎるノズルは、より少ない頻度で堆積を行うようにすることができる。
【００５９】
微細クロッキングは、また、ＰＭＤ工具が回転し、ノズルが垂直方向に位置合わせされていない場合、滴下速度又は偏角の差異に対応しようとする場合、個々のドットを布置するためにより高い解像度がのぞまれる場合、及び基板上に堆積する流体の量を注意深く制御することがのぞまれる場合にとくに有用である。
【００６０】
すでに説明したように、微細クロッキングでは、通常、ＰＭＤ工具へ送られるクロックサイクルの頻度を意図する堆積頻度より多い回数にすることが必要である。微細クロッキングの頻度対堆積頻度の比は、解像度の潜在的な増加を制御するものである。流体材料をジェット噴射するためのドットパターンを生成するコンピュータ実行可能な命令は、解像度の潜在的な増加を認識し、待機サイクルのためにＰＭＤ工具へ送られるゼロの「フィラーデータ」を注入しなければならない。各堆積サイクルに対する待機サイクルの数は、微細クロッキングの頻度対堆積頻度の比に等しい。
【００６１】
微細クロッキングは、また、ＰＭＤプロセスの間の基板の動きに対するＰＭＤ工具の回転である「ピッチ」の補償のためにも有用である。ＰＭＤ工具のピッチングによって、微細クロッキングの頻度対実際の堆積頻度の比にもとづいてドットの数分の一まで正確な解像度が得られる。微細クロッキングでは、基板の垂直方向の動きに対して角度の付いたノズルをずらして生成されるスペースに等しい「フィラーデータ」を注入することによってピッチを補償する。
【００６２】
滴下速度は、ノズルの発射時刻（Ｔｆ）とカメラストロボの発射時刻（Ｔｓ）から遅延時間を求め、移動時間Ｔｆ―Ｔｓ＝Ｔｔを得ることによって計算される。次に、光学的認識モジュールを用いて小液滴の中心とノズルの間の距離である移動距離（Ｄｔ）を見出す。滴下速度は、最終的に、移動距離を移動時間で割る（Ｄｔ／Ｔｔ）ことによって計算される。
【００６３】
滴下速度によって、流体材料の液滴がいつ基板に当たったかが求められる。これは、基板が移動しているときには特に重要である。滴下速度に関する問題は、早すぎる又は遅すぎる滴下速度を補償するために小液滴の発射時刻をずらすことによって補正される。本発明にもとづけば、滴下速度及び基板までの距離はわかっているので、発射時刻に関する調節量を計算することができる。滴下速度が高すぎるときには発射時刻は遅らされ、滴下速度が低すぎるときには発射時刻は早められる。
【００６４】
液滴ノズルの布置は、小液滴がノズルを離れて撮像されるまでストロボライト６９の照明サイクルを調節することによって決定される。次に、ノズルの正確な場所又は布置が識別される。不規則な液滴ノズルの布置の補正は、次に説明するように液滴の偏角の補正とともに行われる。
【００６５】
液滴の偏角は、ノズルから流体材料の液滴を予め定められた距離だけジェット噴射し（これは、滴下速度が知られているために可能である）次にその距離での液滴の中心を識別することによって求めることができる。次に、小液滴の中心と液滴のノズルの場所を用いて偏角を計算する。一実施形態にあっては、これは、水平のＸ―Ｙ平面のＸ及びＹの両方向で行って、液滴の真の三次元の偏角を得る。
【００６６】
液滴の偏角及び不規則な液滴ノズルの布置は、ノズルの布置の位置及び偏角を得て、次に、小液滴が落下することが期待される場所に対する実際に落下するであろう場所を計算して補正される。次に、小液滴の期待される軌跡と実際の軌跡の間の食い違いを補償するために、発射時刻を早め或いは遅らせる。
【００６７】
液滴の形成は、カメラ６８が光学的認識モジュールとともに捕捉した画像を分析し、主小液滴の外部になんらかの変則的な形状が存在するかどうかを確かめることによって判別される。これは、主として、小液滴が有意の末尾部或いはそれに対応する衛星を有するかどうかをチェックするために行われる。「衛星」という用語は、本明細書では、一般的に、小液滴と同時に放出されたが該小液滴から離れてしまった流体材料を指す。
【００６８】
液滴の形成の分析は、パス／失敗試験である。小液滴が変則的な形成又はそれに対応する衛星を有する場合、ＰＭＤシステムは、二つの一般的な方法のいずれか一つで自動的に問題を補正する。第１のオプションは、小液滴を放出しているノズルの電圧及びパルス幅の設定値を、ＰＭＤシステム１０からのコンピュータが実行可能な命令で変更するものである。この種類の補正は、通常、新しい流体材料又はＰＭＤヘッド１６が使われており、欠陥がＰＭＤヘッド１６の全ノズルアセンブリーにわたって広がっている場合に行われる。しかし、ＰＭＤヘッド１６及び流体材料が新しくない場合には、ＰＭＤヘッドのノズルが詰まっているか或いは修理が必要な可能性が高い。従って、望ましくない液滴の形成を補正するための第二オプションは、ＰＭＤヘッド１６のノズルの詰まりをなくすため或いはノズルを修理するためにＰＭＤシステム１０の保守を行うものである。自動保守機能によってノズルを修理することができない場合には、機械が、先に進む前にユーザーに警報を出し、それによって材料及び製品の不必要な浪費を避ける。これは、高い収量及び高価な製造プロセスが関係する場合にはきわめて重要なことである。
【００６９】
ＰＭＤシステム１０の液滴診断アセンブリー２２及び位置合わせコンポーネント２０は、液滴診断アセンブリー２２及び位置合わせコンポーネント２０によって得られる正確さが現存する印刷技術に対する真の革新である。さらに、現存する印刷及びパターニングシステムには、基板３８に対してノズルの位置、角度、及び作動を測定し或いは精密に位置合わせする能力もなく、また、そのようなシステムには、高い収量及び高価な製造プロセスのために必要な精密な位置合わせを行なわせるモチベーションも存在しない。ＰＭＤヘッド１６及び対応するノズルを基板３８と位置合わせするこれらのシステムの開発によって、本発明のＰＭＤプロセスは、高い精密度を必要とする製造を可能にするものとなる。
【００７０】
本発明にもとづくＰＭＤシステム１０は、位置決めを無限に可変にするものであり、それによって、広い面積で均一性が得られる。さらに、本発明にもとづくＰＭＤシステム１０は、ｘ及びｙ軸での移動に加えてピッチを制御するものである。より具体的には、ＰＭＤヘッド１６の回転は、ＰＭＤプロセスの精密性を制御するために基板に対してノズルアセンブリーのピッチを変えるのに有用である。さらに、ＰＭＤシステム１０によって得られる光学的認識及び補正機能によって、液滴の大きさの制御性がさらに高められる。加えて、本発明にもとづくＰＭＤシステム１０は、ＰＭＤヘッド１６が基板と接触せず、ＰＭＤヘッドが堆積させる材料とのみ接触するために、クリーンな用途での均一性、可変性、及び制御性が得られる。
【００７１】
ＰＭＤヘッド１６と基板３８の位置合わせは、これまでＰＭＤシステムへの基板の据え付け後に行なわれる工程として説明してきたが、ＰＭＤヘッドを交換したとき或いはそれ以外でＰＭＤヘッド支持体１８の上に据え付けたときにも常に位置合わせが行なわれることが理解されよう。図５〜図７は、ＰＭＤヘッドをＰＭＤヘッド支持体１８と連結するために本発明にもとづいて使用される据え付けブラケット７０を示す図である。図示のように、据え付けブラケット７０は、複数の穴を有し、据え付けブラケット７０をＰＭＤヘッド支持体に固定させるためにボルトをそれらの穴に通すことができる。さらに、突起ブラケット７０は、ＰＭＤヘッド１６を取り付けブラケット７０に対して布置するときにＰＭＤヘッド１６をしっかり保持するように構成された掛け金機構７４を含むものである。掛け金機構７４は、一般に、ＰＭＤヘッド１６内に形成された対応する凹部と係合するように構成された掛け金アーム７６を含む。掛け金アーム７６は、図９に示すように据え付けブラケット７０の反対側に配置されたレバー７８で操作される。据え付けブラケット７０は、また、掛け金アーム７５がＰＭＤヘッドを据え付けブラケット７０に固定したときにＰＭＤヘッドが据え付けブラケット７０に確実に正しく位置合わせされるされるようにするために用いられる基準点８０を含む。
【００７２】
図７は、図６の据え付けブラケット７０に接続されたＰＭＤヘッド１６の一実施の形態を示す。図示のように、ＰＭＤヘッド１６は、ハウジング９０、流体材料入口９２、溶剤入口９４、内部ＰＭＤヘッドコンポーネント９６、及びノズルアセンブリー９８を含む。使用時には、流体材料が入口９２を通ってＰＭＤヘッド１６に入り、内部ＰＭＤヘッドコンポーネント９６を通ってノズルアセンブリー９８に導かれ、そこでノズルアセンブリー９８のノズルを通って最終的に基板上に放出される。
【００７３】
一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドコンポーネント９６は、流体材料タンク、ダイアフラム（振動板）、及び圧電トランスジューサを含む。圧電トランスジューサは、例えば、ノズルアセンブリー９６のノズルを通る流体材料を放出するのに適当な音波を生成するジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３すなわち「ＰＺＴ」トランスジューサである。振動板及び圧電トランスジューサは、圧電トランスジューサに電力が供給されると音響パルスを発生する。音響パルスの力が流体製造材料の表面張力より十分に大きくなったときに、流体材料の小液滴がノズルアセンブリー９８に含まれるノズルから放出される。放出される小液滴の速度及び量は、圧電トランスジューサへの電力の供給を変えることによって制御される。
【００７４】
本発明のＰＭＤシステムは、ＰＭＤヘッド１６から放出される小液滴の量を制御することができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドは、約１０ピコリットルというわずかな量の流体材料の小液滴を毎秒数千個の頻度で放出する。小液滴の望ましい量及び頻度は異なる種類の流体製造材料、基板、及び微細構造の形成に対応するために異なるものとなってくるので、本発明は、流体材料の小液滴の放出を、特定の量、頻度、及び形状に限定するものではない。
【００７５】
従来のインクジェットヘッド（「ジェットヘッド」）は、少なくとも本発明のいくつかの流体材料と共に使用するように容易に適応させることができる。従って、本発明は、また、現在又は将来第三者によって製造されるもの及びインクジェット印刷システムでインクをジェット噴射させる目的で製造された又はされるであろうものを含めて、現存のジェットヘッド又は将来作られるであろうジェットヘッドの使用も包含するものである。
【００７６】
一実施の形態にあっては、本発明のＰＭＤシステム１０は、各種の印刷ヘッド技術に必要な各種デジタル波形、電流電力供給、及びデジタル信号の生成のためにコンピュータが実行可能な命令を実行するように構成されたコンピュータ制御システムを含むものである。コンピュータシステムは、個別のＰＭＤシステムコンポーネントの内部に物理的に組み込まれたものとすることもできるし、或いは、図８に示すように、コンピュータシステムが異なるＰＭＤシステムコンポーネントの各々と接続された独立型コンピュータシステム１００として実施され、それによってオペレータが独立型コンピュータシステムから各ＰＭＤシステムコンポーネントを制御できるように構成することもできる。コンピュータシステム１００は、本明細書で説明する各種制御システムを含むものとすることができる。
【００７７】
コンピュータシステム１００の一つのメリットは、それがさまざまに異なる能力及び機能性を有する各種ＰＭＤヘッド１６を、本発明のＰＭＤシステム１０によってより容易に互換可能に使用できるようになることである。例えば、一実施の形態にあっては、コンピュータシステム１００は、現存の印刷ヘッド技術の電子回路を、マスター電子回路部と個性的電子回路部の二つの異なる部に分離する。後者は、個々のＰＭＤヘッド１６又は独立型コンピュータシステム１００の内部に据え付けることができるものである。
【００７８】
マスター電子回路部は、すべてのＰＭＤヘッド１８にとって基本的な基本信号及び情報、すなわち、堆積すべきドットパターン（堆積データ）、傾斜、持続時間、及び大きさで定義される二次元波形、ＰＭＤヘッド１６で使用される接地及び最大電圧、及びヘッド装置が流体材料の液滴を堆積させるように設計されたクロック速度を収容する。マスター電子回路は、通常、これらの定義を行いそれらを各種類のＰＭＤヘッド１６のために格納することのできるコンピュータプログラマブルボード上に格納される。
【００７９】
個性的電子回路部は、一定のヘッド製造業者及び型式に固有なファームウエアを収容する。このようなファームウエアは、カスタマイズされた信号及び接続が必要な場合の多い。個性的電子回路は、使用時にマスター電子回路からカスタマイズされた波形及びデータを受け取る。通常、個性的電子回路は、カスタマイズされた個性カードなどコンピュータが読み取り可能な媒体に格納されている。一実施の形態にあっては、カスタマイズされた個性カードは、ＰＭＤシステム１０が使用する各種類のＰＭＤヘッド１６ごとに開発される。
【００８０】
このように電子回路を定義することによって、本発明のＰＭＤシステム１０は、ヘッドから独立したものとなり、それによって各種ＰＭＤヘッド１６の間の互換性が実現しまたＰＭＤシステム１０が各種の現存の及び新しく開発された技術に対応することが可能となる。換言すれば、ＰＭＤシステム１０に対してハードウエアの変更を行なうことなく、ＰＭＤシステム１０が使用したＰＭＤヘッド１６を交換することが可能となる。第三者のヘッド及び現存する或いは当初は本発明の流体材料以外の流体材料を堆積されるためにつくられたヘッドを含めて、異なる製造業者の大きさの異なる圧電ヘッドさえ、本発明のＰＭＤヘッド１６の内部で使用しまた内部に組み込むことができる。このことは先行技術を超えた進歩であること、また先行技術では、現存する圧電ヘッドが特定のヘッド技術のためにまた一種類の圧電ヘッドのために設計されたものであり、そのことが現存する装置を新しい開発中の圧電ヘッド技術に対応するように更新することを制限しているは理解されよう。このように電子回路を定義する他のメリットは、それによってＰＭＤヘッドのノズルを個々に制御し、何らかの不規則性が存在する場合にはそれを補正できることである。
【００８１】
ここで図６及び図７に戻って、これらの図には、ＰＭＤヘッド１６を流体材料供給システム１０２及び溶剤供給システム１０４と相互製造するために配管１１０がどのように使用されるかが示されている。図示のように、配管１１０は、不使用時例えばＰＭＤヘッド１６が他のものと交換されている間、配管１００をＰＭＤヘッド１６から保持装置１１２へ好便に移すように構成された迅速開放用具１１１を含むものとすることができる。
【００８２】
図６及び図７は、また、ＰＭＤヘッド１６に供給された流体材料を確実にクリーンなものにするために、フィルター１１６がどのように配管１１０に接続されるかを示している。図示しないが、ＰＭＤヘッド１６への溶剤の供給も確実にクリーンなものにするために、他のフィルターを配設することもできる。本発明にもとづけば、以下により詳細に説明するように、溶剤は、浄化作業の間にＰＭＤヘッド１６を流体材料から浄化するためにＰＭＤヘッド１６に供給される。
【００８３】
次に図９に移って、同図は、据え付けブラケット７０をＰＭＤヘッド支持体１８に対してどのように回転させることができるかを示している。図示のように、据え付けブラケット７０は、図６及び図７に示す位置から９０度回転している。据え付けブラケット７０の回転は、本発明にもとづけば、ＰＭＤヘッド支持体１８の底部に回転自在に接続されたターレット７２によって可能となる。ＰＭＤヘッド１６の回転は、すでに説明したように液滴診断アセンブリーによって撮られた直角画像の捕捉を容易にするために有用である。ＰＭＤヘッド１６の回転は、また、基板上の小液滴の行間の距離を精密に制御するために基板に対するノズルアセンブリー９８のピッチを変えるためにも有用である。
【００８４】
図９は、また、一実施の形態にあってはＰＭＤヘッド１６の位置合わせを確実に行なうために基準点８０がＰＭＤヘッド１６に対してどのように偏っているかを示す。基準点８０は、好ましくは、ＰＭＤヘッド１６と据え付けブラケット７０の位置合わせを正確に行なうことのできる硬化スチールを含む。ＰＭＤヘッド１６と据え付けブラケット７０の位置合わせをさらに容易にするために、ＰＭＤヘッド１６の上端面と据え付けブラケット７０の間に付加的な基準点１２０を配設することもできる。ＰＭＤヘッド１６が据え付けブラケット７０の中で正しく位置合わせされていないと、ノズルから発射された小液滴の滴下角度が食い違いを示すおそれがあるが、その場合には、すでに説明したように液滴診断アセンブリーが位置合わせの狂いを検出して補償を行なう。ただし、位置合わせの狂いが大きい場合には、ＰＭＤヘッド１６を据え付けブラケット７０の上に据え付け直すことが必要になるかもしれない。
【００８５】
次に図１０を参照して、キャッピングステーション２６について詳細に説明する。図示のように、キャッピングステーション２６は、一般に延伸自在な支持体１３２の上に据え付けられたトレー１３０及びソーク用リザーバ１３４を含んでいる。キャッピングステーション２６の一つの目的は、ノズルが乾燥したり詰まったりしないようにするために不使用時にＰＭＤヘッド１６のノズルを受けて浸しておくことである。例えば、ＰＭＤヘッド１６がある期間使用されない場合、キャッピングステーション２６をＰＭＤヘッド１６の真下に移動させ、延伸自在な支持体１３２でトレー１３０を上に上げてソーク用リザーバ１３４をＰＭＤヘッド１６のノズルアセンブリー９８と係合させる。ソーク用リザーバ１３４を、流体材料と両立してノズルアセンブリー９８が乾燥しないようにする溶剤で満たす。ソーク用リザーバ１３４には、ＰＭＤヘッド１６又は例えば溶剤供給システム（図示していない）に直接接続された配管など他の供給手段によって溶剤を供給することができる。
【００８６】
キャッピングステーション２６の他の一つの目的は、液滴診断中にＰＭＤヘッド１６から堆積したすべての流体材料を捕捉することである。例えば、液滴診断中に流体材料がトレー１３０のいずれかの部分に落下するおそれがある。トレー１３０の上に落下する過剰な流体材料や溶剤は、トレー１３０に接続された排液管１３８を通して処理される。
【００８７】
好ましい一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドは、互換性があり、手動又は自動で切り替えることができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドは、迅速接続用具を含み、またＰＭＤシステムは、ＰＭＤ工具を自動的に切り替えるための手段を含む。ＰＭＤヘッドを自動的に切り替えるための適当な手段としては、ガントリー上のインターフェース及びＰＭＤヘッド上の対応するインターフェースを例として挙げることができるが、それらに限定されるものではない。ガントリーは、ＰＭＤヘッドがそれに取り外し自在に取り付けられたアームである。ＰＭＤヘッドが他のＰＭＤヘッドに切り替えられるときには、そのＰＭＤヘッドがガントリーのインターフェースから手動又は自動で取り外され、工具ホールダーの中に置かれる。次に、代わりのＰＭＤヘッドが手動又は自動でガントリーのインターフェースの上に配置される。新しいＰＭＤヘッドが取り付けられたら、ガントリーは、そのＰＭＤヘッドの位置合わせ、試験、及び較正のために望ましい場所に配置される。
【００８８】
図１１〜図１３に示すように、ドッキングステーション１４０も、不使用時にＰＭＤヘッド１６のノズルを浸しておくように構成することができる。ドッキングステーション１４０は、ＰＭＤヘッド１６が長期間使用されないような場合或いはＰＭＤヘッド１６がＰＭＤシステムの使用されているＰＭＤヘッドの一つに過ぎないような場合に特に有用である。そのような場合には、不使用のＰＭＤヘッドは、個別のドッキングステーション１４０に格納されてＰＭＤヘッドのノズルの乾燥を防止する。
【００８９】
図１１及び図１２に示すように、ドッキングステーション１４０は、ＰＭＤヘッドを受けて据え付けるための据え付けブラケット１４２、リザーバトレー１４４、及びソーク用リザーバ１４６を含む。据え付けブラケット１４２は、図１３に示すようにＰＭＤヘッド１６のノズルアセンブリー９８をソーク用リザーバ１４６内に入れておく所定の位置でＰＭＤヘッド１６を確実に保持するように構成されている。リザーバトレー１４４は、ノズルを浸している間、ソーク用リザーバから溢れる過剰な溶剤を捕捉するように構成されている。リザーバトレー１４４は、また、以下に説明する浄化プロセスの間、ＰＭＤヘッドから除去されるすべての流体材料を補足するように構成されている。従って、リザーバトレー１４４は、浄化プロセスの間、リザーバトレー１４４によって捕捉されるすべての溶剤及び流体材料を排出する排液管１４８を含むものとすることができる。排出された流体材料及び溶剤は、処理を容易にするために貯蔵容器（図示していない）の中に排出することができる。
【００９０】
図１１及び図１２は、また、ドッキングステーション１４０を流体材料供給システム１５０の一部分を保持するように構成することができることを示している。特に、ドッキングステーション１４０は、作業バッグ１５４を保持するように構成された貯蔵室１５２を含む。使用時には、流体材料は、当初、ポンプで作業バッグ１５４の中に汲み上げられ、最終的にＰＭＤヘッドに供給されるまでその中に保持される。一実施の形態にあっては、貯蔵室１５２は、任意の時点で作業バッグ１５４の中に収容された流体材料の量を調節するように構成された重量計１５６の上に据え付けられる。重量計１５６は、コンピュータモジュール及び流体材料を流体材料供給用リザーバ１６２から作業バッグ１５４の中に汲み上げるように構成されたポンプ１６０に連結されている。好ましい一実施の形態にあっては、二方弁１６８が、作業バッグ１５４の中への及び作業バッグからの流体材料の流れを制御する。
【００９１】
図１１〜図１３に示すように、貯蔵室１５２は、作業バッグ１５４からＰＭＤヘッド１６へ送られる流体材料の供給が確実に一定に保たれるように作業バッグ１５４に予め定められた圧力を与えるように構成された圧力制御板１６４を備えた構成とされている。一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドで流体材料の中にノズルの発射特性の不規則性を潜在的に引き起こすおそれのあるメニスカスが形成されるのを防止するために、このことが重要である。他の一実施の形態にあっては、ポンプ１６０が、流体材料をＰＭＤ１６へ直接供給しまた流体材料の圧力を調節する。
【００９２】
一実施の形態にあっては、流体材料供給システム１５０は、通常、配管１００、作業バッグ１５４、ポンプ１６０、及び流体材料供給用リザーバ１６２を含み、各種流体材料及び印刷ヘッド技術の要件にもとづいてさまざまな圧力のもとで使用することができる。流体材料供給システム１５０の材料は、好ましくは、耐久性がありまたＰＭＤシステムで使用される溶剤に反応しない構成のものとされる。例えば、一実施形態にあっては、流体材料供給システムは、ポリテトラフルオロエチレン（デュポンＥ．Ｉ．デネモア＆Ｃｏ．が販売しているテフロン（登録商標）など）の不活性ライニングを含むが、他の材料を使用することもできる。
【００９３】
上に述べたように、ドッキングステーション１４０の一つの機能は、流体材料がＰＭＤヘッド１６から排出されている間、ＰＭＤヘッド１６を保持することである。排出は、例えば、単一のＰＭＤプロセスの間に異なる多様な流体材料を堆積するために単一のＰＭＤヘッドが使用されるような場合に必要となることがある。このような場合には、そのＰＭＤヘッドは、異なる流体材料が混ざり合うのを防止するために異なる用途の間に浄化される。
【００９４】
浄化作業をおこなうためには、ＰＭＤヘッド１６は、まず図１３に示すようにドッキングステーション１４０の上に据え付けられる。次に、溶剤が、溶剤供給源１０４からＰＭＤヘッド１６の中にポンプで汲み上げられる。溶剤は、ＰＭＤヘッドが完全に浄化されるまで強制的に流体材料をＰＭＤヘッドの中に通す。この作業の間にＰＭＤヘッド１６から排出された流体材料及び溶剤は、リザーバトレー１４４の中に放出され、排液管１４８を通って排出される。浄化が終われば、ＰＭＤヘッド１６を新しい流体材料の供給源に接続することができる。この浄化のプロセスは、ドッキングステーション１４０で行なわれるものとして説明してきたが、浄化をほぼ同様な方法を用いてキャッピングステーションで行なえることは理解されよう。
【００９５】
次に図１に戻って、保守ステーション２４を見ると、それがローラーアセンブリー１７０、クッションの付いた表面１７２、及び吸い取り布１７４を含むことがわかる。使用時には、吸い取り布１７４は、ローラーアセンブリー１７０を通り、クッションの付いた表面１７４の上を渡って供給される。ノズルが詰まったり或いは流体がノズルアセンブリーの上に溜まったりしてＰＭＤヘッド１６の整備が必要なときには、保守ステーション２４がＰＭＤヘッド１６の下方まで動かされ、クッションの付いた表面１７２がＰＭＤヘッド１６のノズルアセンブリー９８の直下に配置される。次に、吸い取り布１７４がノズルアセンブリー９８と接触するようになるまで、クッションの付いた表面１７２が例えば油圧レバーアセンブリー１７６を備えた昇降機構によって持ち上げられる。これによって、ノズルアセンブリー９８の上に蓄積した流体材料を十分に吸い取ることができるが、擦り落とすことが必要な場合もある。
【００９６】
ノズルアセンブリー９８の上で擦り落としの作業を行なうためには、吸い取り布１７４がローラーアセンブリー１７０から供給しながら、ノズルアセンブリー９８を吸い取り布１７４に当てて保持しておく。これによって、吸い取り布１７４がノズルアセンブリー９８と摩擦係合し、それによってノズルが望ましくない蓄積を清浄することができる。一実施の形態にあっては、吸い取り布１７４は、不適当な損傷を生じさせ或いはノズルを摩損させることなしにノズルを清浄するために適当な不研削性材料からなる。ノズルの損傷の可能性をさらに小さくするために、クッションの付いた表面１７２は、ＰＭＤヘッド１６と保守ステーション２４の間で生じるおそれのある衝撃をすべて吸収するように構成されている。
【００９７】
次に本発明の他の実施の形態を示す図１４を参照する。図示のように、ＰＭＤヘッド支持体２００は、梁材２２０の上に滑動自在に据え付けられたリニアエアベアリングアセンブリー２１０を有する。リニアエアベアリングアセンブリー２１０は、通常、エアベアリングを備えたリニアモーターを含む。リニアモーターは、当該技術では公知であるが、可動部品の間の摩擦をなくすために磁気コイル及びスラグを利用する。
【００９８】
リニアベアリングアセンブリー２１０の使用は、ＰＭＤプロセスをクリーンルーム環境の中で行うことを可能にし、しかも大きい基板の上で本発明のＰＭＤプロセスを行うために必要な可動性を得る上で有益である。特に、リニアベアリングアセンブリー２１０によって得られる可動性によって、各ＰＭＤコンポーネントをＰＭＤヘッド１６の下方で完全に移動させるためのステージ１２の必要性がほぼなくなる。その代わりに、リニアベアリングアセンブリー２１０を用いて、ＰＭＤヘッド１６をＰＭＤコンポーネントの上方で移動させることが可能となる。リニアベアリングアセンブリー２１０は、また、基板３８上に流体材料を堆積される間、ＰＭＤヘッド１６を移動させることもできる。ただし、ＰＭＤヘッド１６の内部である種の流体材料が波立つことを防ぐためには、流体材料がＰＭＤヘッド１６から放出されている間は、ＰＭＤヘッド１６を移動させないことが望ましい。波立ちは、流体材料がＰＭＤヘッドの内部ではねかされると発生し、不規則な圧力を生じさせ、小液滴の形成及びノズルからの排出に影響を及ぼすおそれがある。
【００９９】
本発明のＰＭＤシステムは、ここまで、所与の時点で単一のＰＭＤヘッドのみを利用することのできるものとして説明してきた。しかし、本発明のＰＭＤシステムは、また、多数のＰＭＤヘッドを用いて同時に協同作業を行なうように構成することもできる。例えば、本発明のＰＭＤシステムは、各々が個別のＰＭＤヘッドを含む多数のＰＭＤヘッド支持体を有するものとして構成することができる。
【０１００】
図１５は、そのような実施の形態を示す。同図では、ＰＭＤシステム３００は、多ＰＭＤヘッド支持体３１０と単一の製造ラインの上に隣接して布置された該支持体に対応するＰＭＤヘッド３２０を備えるものとして構成されている。図示のように、ＰＭＤヘッド３２０は、各ＰＭＤヘッド３２０の下方でＸ―Ｙ平面のＸ方向に移動するように構成されたステージ３３０の上方に配置されている。ＰＭＤヘッド支持体３１０は、各々が、ＰＭＤヘッドをＸ―Ｙ平面のＹ方向に移動させるように構成されている。
【０１０１】
この実施の形態にあっては、各ＰＭＤヘッド３２０は、異なる流体材料供給システム（図示していない）から異なる流体材料を堆積させるように構成されている。この実施の形態は、ＰＬＥＤ表示装置を形成する場合のように種々の異なるカラーのポリマーを単一基板３５０上に堆積する場合に特に有用なものとなり得る。例えば、一実施の形態では、第１のＰＭＤヘッドは、ベースコートを堆積させるよう配備し、第２のＰＭＤヘッドは、赤色のポリマーを堆積させるように配備し、第３のＰＭＤヘッドは、緑色のポリマーを堆積させるように配備し、そして第４のＰＭＤヘッドは、青色のポリマーを堆積させるように配備することができる。この実施の形態にあっては、基板３５０は、ステージ３３０の上で、異なるＰＭＤヘッド３２０の下方を順次移動させられ、従って、基板３５０の上に、まずベースコートが堆積され、次に赤色のポリマーが堆積され、次に緑色のポリマーが堆積され、そして青色のポリマーが堆積される。
【０１０２】
この実施の形態は、異なる流体材料を適用する合間に時間をかけてＰＭＤヘッド３２０を洗い流し又は浄化する必要をなくすためにも有用である。適用の合間にＰＭＤヘッド３２０を浄化する作業は、除去された流体材料が汚染されて使用不能になるおそれがあるためきわめて高価なものとなるおそれがある。この実施形態は、堆積した流体材料が、異なる適用の合間に十分に硬化できるようにし、それによって流体材料同士が混ざり合いそれぞれの望ましい識別可能な独特の特徴を失うことを防ぐような場合に有用である。適当な硬化時間は通常、異なるＰＭＤヘッド３２０間における基板３５０の移動を遅らせることによって得られ得る。
【０１０３】
他の実施の形態にあっては、単一の基板の上に異なるカラーポリマーを堆積させるために多数の個別のＰＭＤシステムが順次使用され、それによって、流体材料が異なる適用の合間に完全に乾燥できるようにし、また、対応するＰＭＤヘッドを浄化する必要をなくす。
【０１０４】
さらに他の実施の形態にあっては、単一のＰＭＤシステムを使用して、各々異なるカラーポリマーを有する専用の流体材料供給システムに接続された多数のＰＭＤヘッドで異なるカラーポリマーを堆積させることができる。この実施の形態にあっては、異なるＰＭＤヘッドは、使用中には据付けブラケットにまた使用していない間はドックングステーションに交換可能に接続できる。
【０１０５】
さらに他の実施の形態にあっては、単一のＰＭＤヘッドを使用して多様な異なるポリマー又は流体材料を堆積させることができる。この実施形態にあっては、ＰＭＤヘッドは図１３を参照して上に説明したように、使用の合間に浄化される。
【０１０６】
流体材料を堆積させた後、流体材料の硬化を早める制御或いはそれ以外の制御を行うことが望ましい場合がある。堆積後に流体材料の硬化速度を制御する一つの方法は、基板の温度を制御するものである。例えば、基板が真空チャックの上に据え付けられている間に、真空チャックの内部に収容されている加熱素子を備えた多孔性のプレートを加熱することによって基板を加熱することができる。或いは、例えばＰＭＤ工具の内部で流体材料を加熱することもできる。
【０１０７】
ただし、異なる流体材料は、異なる性質と異なる硬化速度を有する場合があることは理解されよう。従って、本発明のＰＭＤシステムは、また、真空チャックの内部に収容された加熱素子を制御するように構成された温度制御コンポーネントを含むものとすることができる。
【０１０８】
熱膨張係数および基板が加熱される温度が十分に高ければ、基板は、加熱しない基板の場合には較正及び位置合わせのプロセスが正確には行なわれないかもしれない程度まで膨張又は収縮させることが許される。膨張を補償するためには少なくとも二つのメカニズムのいずれか一方を使用することができる。第１に、熱膨張係数が既知である場合には、元の位置及び予想される膨張又は収縮に基いて全基板の新しい位置を判別することができる。第２に、上に説明した位置合わせシステムを用いて加熱後に基板を再較正及び位置合わせすることができる。いずれの技術も適当なものであるが、基板の位置が直接測定されるため、後者の方法の方がより正確な場合が多い。
【０１０９】
要約すれば、本明細書で説明した本発明は、一般的に、基板上への流体材料の精密なマイクロデポジションを可能にするものである。これまでの例では、特定の種類の流体材料及び流体材料を堆積するための特定の順序について若干詳細に説明したが、本発明が、特定の組成の流体材料の使用や特定の順序での流体材料の適用に限定されるものでないことは理解されよう。さらに、これまでの例は、ＰＬＥＤ表示装置の製造に適当なものであり得るが、本発明のＰＭＤシステムが、ＬＥＤ，ＬＣＤ、ＣＲＴ、及び基板上への異なる流体材料の堆積を必要とする他の表示装置の製造にも使用できることは理解されよう。
【０１１０】
他の用途としては、本発明のＰＭＤプロセスを異なる流体材料と共に使用して、図形、抵抗、フォトレジスト、および光導波路を含む印刷回路基板（ＰＣＢ）構造を製造することができる。ＰＭＤプロセスは、また、生物医学関係の産業で生体の、有機性の、又は合成の流体、製品、又は物質を検査するときにも使用することができる。さらに他の用途としては、ＰＭＤシステムは、研究開発のため或いは製造のために、ＤＮＡ鎖、ワクチン、薬品、バクテリア、ビールス、及び他の生物医学製品の可変量をピペットの中に又はガラスプレートの上に堆積させるためにも使用することができる。
【０１１１】
従って、特許請求される本発明は、その精神および基本的な特性から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。上に説明した実施の形態は、すべての点で説明のためのものであり、本発明を限定するものでははいと考えるべきである。従って、本発明の範囲は、これまでの説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と等価の意味及び範囲の中に入るすべての変更は、特許請求の範囲に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明のＰＭＤシステムの一実施の形態の斜視図である。
【図２】図１のＰＭＤシステムの側面図である。
【図３】図１のＰＭＤシステムの正面図である。
【図４】図１のＰＭＤシステムの上面図である。
【図５】図１のＰＭＤシステムの中でＰＭＤヘッド支持体にＰＭＤヘッドを連結するように構成された据え付けブラケットの一実施の形態の斜視図である。
【図６】ＰＭＤヘッド支持体に接続された図５の据え付けブラケットの側面図であり、ＰＭＤヘッド支持体は、流体製造供給システム及び溶剤供給システムの配管を含む。
【図７】図６の据え付けブラケット及びＰＭＤヘッドの側面図であり、ＰＭＤヘッドがすでに据え付けブラケットに据え付けられまた配管がすでにＰＭＤヘッドに接続されている状態を示す。
【図８】ＰＭＤシステム及びコンポーネントを制御するように構成されたコンピュータを含む本発明のＰＭＤシステムの一実施の形態を示す図である。
【図９】図７の据え付けブラケット、ＰＭＤヘッド、及びＰＭＤヘッド支持体を示す図であり、据え付けブラケット及びＰＭＤヘッドをＰＭＤヘッド支持体の上で９０°回転させた状態を示す。
【図１０】ＰＭＤシステムのキャピングステーションを示す図であり、トレー、延伸自在な支持体、及びソーク用リザーバを含むものである。
【図１１】不使用時にＰＭＤヘッドを据え付けまた感圧性かつ圧力制御自在の作業バッグの中に流体接続材料の蓄えを入れておくように構成されたドッキングステーションを示す正面図である。
【図１２】図１１のドッキングステーションの側面図である。
【図１３】図１１のドッキングステーションの前面図であり、ＰＭＤヘッドがドッキングステーションに据え付けられた状態を示す。
【図１４】リニアエアベアリングアセンブリーを有するＰＭＤヘッド支持体の一実施の形態を示す図である。
【図１５】リニアエアベアリングアセンブリー上に据え付けられた複数のＰＭＤヘッド支持体を含むＰＭＤシステムの構成の一実施の形態を示す図である。
【図１】
2005515052.tif 000002
【図２】
2005515052.tif 000003
【図３】
2005515052.tif 000004
【図４】
2005515052.tif 000005
【図５】
2005515052.tif 000006
【図６】
2005515052.tif 000007
【図７】
2005515052.tif 000008
【図８】
2005515052.tif 000009
【図９】
2005515052.tif 000010
【図１０】
2005515052.tif 000011
【図１１】
2005515052.tif 000012
【図１２】
2005515052.tif 000013
【図１３】
2005515052.tif 000014
【図１４】
2005515052.tif 000015
【図１５】
2005515052.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月29日(2004.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に流体製造材料を堆積させる装置において、
第１のノズルアセンブリーを含みしかも第１の流体製造材料を収容する第１の供給リザーバと流体連通し、第１のノズルアセンブリーから基板上に第１の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第１のマイクロデポジションヘッド、
第２のノズルアセンブリーを含みしかも第２の流体製造材料を収容する第２の供給リザーバと流体連通し、第２のノズルアセンブリーから基板上に第２の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第２のマイクロデポジションヘッド、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で水平面に位置決めされ、基板を取り外し自在に固定するように作動できるステージ、
第１のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第１のヘッド支持体、
第２のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第２のヘッド支持体、及び、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連絡して基板上における第１及び第２の流体製造材料の堆積を制御する制御システム、
から成ることを特徴とする装置。  
【請求項２】
制御システムが、第１及び第２のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
制御システムが、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１及び第２のヘッド支持体の少なくとも一方が、第１の水平方向に対して垂直な水平方向に第１及び第２のそれぞれのマイクロデポジションヘッドを動かすように構成される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
さらに、第３のノズルアセンブリーを含みしかも第３の流体製造材料を収容する第３の供給リザーバと流体連通し、第３のノズルアセンブリーから基板上に第３の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第３のマイクロデポジションヘッドを有し、さらに第３のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第３のヘッド支持体を有する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ステージが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で水平面に位置決めされ、基板を取り外し自在に固定するように作動できる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
制御システムが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連絡して基板上における第１、第２及び第３の流体製造材料の堆積を制御する請求項６に記載の装置。           
【請求項８】
制御システムが、第１、第２及び第３のノズルアセンブリーの少なくとも一つのピッチを制御する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
制御システムが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
第１、第２及び第３のヘッド支持体が各々、赤色カラーのポリマー、青色カラーのポリマー及び緑色カラーのポリマーの一つを含む流体製造材料を放出する請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
基板上に流体製造材料を堆積させる方法において、
第１のノズルアセンブリーを含む第１のマイクロデポジションヘッドを、第１の流体製造材料を収容する第１の供給リザーバと流体連通させて設ける段階、
第２のノズルアセンブリーを含む第２のマイクロデポジションヘッドを、第２の流体製造材料を収容する第２の供給リザーバと流体連通させて設ける段階、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方でステージに基板を固定する段階、
第１のノズルアセンブリーから基板に第１の流体製造材料の小液滴を放出する段階、
第２のノズルアセンブリーから基板に第２の流体製造材料の小液滴を放出する段階、及び、
基板上における第１及び第２の流体製造材料の堆積を制御するため第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを制御する段階、
を含むことを特徴とする方法。    
【請求項１２】
さらに、第１及び第２のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、第３の流体製造材料を収容する第３の供給リザーバと流体連通させて、第３のノズルアセンブリーを含む第３のマイクロデポジションヘッドを設ける段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、第３のノズルアセンブリーから基板上に第３の流体製造材料の小液滴を放出する段階を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを制御する段階が、基板上における第１、第２及び第３の流体製造材料の堆積を制御するように第３のマイクロデポジションヘッドを制御することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、第１、第２及び第３のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１、第２及び第３の流体製造材料を放出する段階が、赤色カラーのポリマー、青色カラーのポリマー及び緑色カラーのポリマーの一つを放出すること含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する段階を含む請求項１４に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月11日(2004.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に流体製造材料を堆積させる装置において、
第１のノズルアセンブリーを含みしかも第１の流体製造材料を収容する第１の供給リザーバと流体連通し、第１のノズルアセンブリーから基板上に第１の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第１のマイクロデポジションヘッド、
第２のノズルアセンブリーを含みしかも第２の流体製造材料を収容する第２の供給リザーバと流体連通し、第２のノズルアセンブリーから基板上に第２の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第２のマイクロデポジションヘッド、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で水平面に位置決めされ、基板を取り外し自在に固定するように作動できるステージ、
第１のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第１のヘッド支持体、
第２のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第２のヘッド支持体、及び、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連絡して基板上における第１及び第２の流体製造材料の堆積を制御する制御システム、
から成ることを特徴とする装置。  
【請求項２】
制御システムが、第１及び第２のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
制御システムが、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１及び第２のヘッド支持体の少なくとも一方が、第１の水平方向に対して垂直な水平方向に第１及び第２のそれぞれのマイクロデポジションヘッドを動かすように構成される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
さらに、第３のノズルアセンブリーを含みしかも第３の流体製造材料を収容する第３の供給リザーバと流体連通し、第３のノズルアセンブリーから基板上に第３の流体製造材料の小液滴を放出するように作動可能な第３のマイクロデポジションヘッドを有し、さらに第３のマイクロデポジションヘッドをステージの上方に取り外し自在に据え付ける第３のヘッド支持体を有する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ステージが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で水平面に位置決めされ、基板を取り外し自在に固定するように作動できる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
制御システムが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッド及びステージと電気的に連絡して基板上における第１、第２及び第３の流体製造材料の堆積を制御する請求項６に記載の装置。           
【請求項８】
制御システムが、第１、第２及び第３のノズルアセンブリーの少なくとも一つのピッチを制御する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
制御システムが、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
第１、第２及び第３のヘッド支持体が各々、赤色カラーのポリマー、青色カラーのポリマー及び緑色カラーのポリマーの一つを含む流体製造材料を放出する請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
基板上に流体製造材料を堆積させる方法において、
第１のノズルアセンブリーを含む第１のマイクロデポジションヘッドを、第１の流体製造材料を収容する第１の供給リザーバと流体連通させて設ける段階、
第２のノズルアセンブリーを含む第２のマイクロデポジションヘッドを、第２の流体製造材料を収容する第２の供給リザーバと流体連通させて設ける段階、
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方でステージに基板を固定する段階、
第１のノズルアセンブリーから基板に第１の流体製造材料の小液滴を放出する段階、
第２のノズルアセンブリーから基板に第２の流体製造材料の小液滴を放出する段階、及び、
基板上における第１及び第２の流体製造材料の堆積を制御するため第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを制御する段階、
を含むことを特徴とする方法。    
【請求項１２】
さらに、第１及び第２のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、第１及び第２のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、第３の流体製造材料を収容する第３の供給リザーバと流体連通させて、第３のノズルアセンブリーを含む第３のマイクロデポジションヘッドを設ける段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、第３のノズルアセンブリーから基板上に第３の流体製造材料の小液滴を放出する段階を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１及び第２のマイクロデポジションヘッドを制御する段階が、基板上における第１、第２及び第３の流体製造材料の堆積を制御するように第３のマイクロデポジションヘッドを制御することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、第１、第２及び第３のノズルアセンブリーの少なくとも一方のピッチを制御する段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１、第２及び第３の流体製造材料を放出する段階が、赤色カラーのポリマー、青色カラーのポリマー及び緑色カラーのポリマーの一つを放出すること含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、第１、第２及び第３のマイクロデポジションヘッドの下方で第１の水平方向におけるステージの動きを制御する段階を含む請求項１４に記載の方法。