(57)【要約】【課題】  液滴吐出ヘッドをＺ（ギャップ）方向に相対的に移動可能とした液滴吐出装置において任意のギャップを確保できるようにする。【解決手段】  液滴吐出装置(200)を被吐出対象体(500)上で相対的に移動させて液滴吐出を行う液滴吐出装置(200)の制御において、液滴の被吐出対象体上に想定される液滴吐出位置を含む液滴吐出ノズル(222)の移動予定経路(530)に沿って被吐出対象体表面の凹凸の高さのデータを取得する過程と、被吐出対象体表面から離間しかつ該被吐出対象体表面の凹凸に沿って液滴吐出ノズルが移動すべきノズル移動経路を移動予定経路及び被吐出対象体表面の凹凸の高さデータに基づいて被吐出対象体上に３次元的に形成するノズル移動経路データ形成過程と、を含み、ノズル移動経路(530)が液滴吐出位置の手前で液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間(HC)及び液滴吐出ノズルを液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間(CN)を含む。【選択図】  図１
2005138013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴吐出装置を被吐出対象体上で相対的に移動させて液滴吐出を行う液滴吐出装置の制御方法であって、
液滴の被吐出対象体上に想定される液滴吐出位置を含む液滴吐出ノズルの移動予定経路に沿って被吐出対象体表面の凹凸の高さのデータを取得する過程と、
前記被吐出対象体表面から離間しかつ該被吐出対象体表面の凹凸に沿って前記液滴吐出ノズルが移動すべきノズル移動経路を前記移動予定経路及び前記被吐出対象体表面の凹凸の高さデータに基づいて前記被吐出対象体上に３次元的に形成するノズル移動経路データ形成過程と、を含み、
前記ノズル移動経路が前記液滴吐出位置の手前で前記液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び前記液滴吐出ノズルを前記液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間を含む、液滴吐出装置の制御方法。
【請求項２】
更に、少なくとも前記液滴吐出装置の液滴吐出ノズルを前記被吐出対象体上で三次元的に移動させる移動機構を制御して前記液滴吐出ノズルを前記ノズル移動経路に沿って移動させる液滴吐出ノズル移動過程を含む請求項１記載の液滴吐出装置の制御方法。
【請求項３】
前記移動機構が前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを粗調整する粗調整手段と、該液滴吐出ノズルの高さを微調整する微調整手段とを含む請求項２に記載の液滴吐出装置の制御方法。
【請求項４】
前記液滴吐出ノズル移動過程が前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを検出し、前記粗調整手段又は前記微調整手段を制御して前記液滴吐出ノズルの高さを前記ノズル移動経路の液滴吐出位置の高さに維持する過程を含む、請求項３に記載の液滴吐出装置の制御方法。
【請求項５】
前記滴吐出ノズル移動過程が前記被吐出対象体表面の凹領域又は凸領域を跨いで移動するものであるとき、前記液滴吐出ノズルの高さの微調整を暫時停止する、請求項２乃至４のいずれかに記載の液滴吐出装置の制御方法。
【請求項６】
前記液滴吐出位置における前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを前記液滴の物性値情報に対応して設定する、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出装置の制御方法。
【請求項７】
前記液滴吐出位置における前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを該液滴吐出ノズル周囲の環境条件に対応して設定することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出装置の制御方法。
【請求項８】
前記液滴吐出位置における前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さは０．０１〜０．３ｍｍの範囲内で設定される、請求項１乃至７のいずれかに記載の前記液滴吐出装置の制御方法。
【請求項９】
被吐出対象基板上に定められた複数の液滴吐出領域の高さ又は厚さを測定する過程と、
吐出液の物性値及び環境条件の少なくともいずれかに応じて各液滴吐出領域での液滴吐出装置と被吐出対象基板との適正ギャップを決定する過程と、
前記被吐出対象基板上の複数の液滴吐出領域各々の高さ又は当該液滴吐出領域の基板の厚さと前記適正ギャップに基づいて吐出開始位置から吐出終了位置までの液滴吐出装置の三次元的経路を決定する移動プログラムを作成する過程と、
前記液滴吐出装置を前記被吐出対象基板に対して三次元的に相対移動可能である移動機構を前記移動プログラムによって制御し、該液滴吐出装置を該被吐出対象基板の液滴吐出領域上の液滴吐出位置に前記適正ギャップを介して位置させて液滴を吐出する過程と、
を含む液滴吐出方法。
【請求項１０】
液滴を吐出対象体に向けて吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドを移動可能に支持する支持機構と、
前記液滴吐出ヘッドを前記液滴の吐出方向に相対的に移動して前記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを調整するアクチュエータと、
前記対象体と前記液滴吐出ヘッドを相対的に移動する移動機構と、
前記液滴吐出ヘッドの三次元的移動経路を表した移動プログラムを記憶する記憶手段と、
前記移動プログラムに基づいて前記アクチュエータ及び移動機構を制御する制御手段と、
を備える液滴吐出装置。
【請求項１１】
更に、前記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを検出する手段と、
検出したギャップと目標ギャップ値との差分を前記アクチュエータに帰還するエラー調整手段と、を備える請求項１０に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータは電磁力で前記液滴吐出ヘッドを進退させる電磁アクチュエータ、圧電効果を利用したピエゾアクチュエータ及び送りネジ機構のいずれかを含む請求項１０又は１１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記移動プログラムは前記液滴吐出ヘッドの前記対象体上の移動経路、移動経路中における複数の液滴吐出位置、前記吐出対象体と前記液滴吐出ヘッドとのギャップに関する情報を含む、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記移動プログラムの移動経路が前記液滴吐出位置の手前で前記吐出対象体と前記液滴吐出ヘッドとのギャップを変える変化区間及び該ギャップを前記液滴吐出位置に定められたギャップに収束させる整定区間を含む、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
各液滴吐出位置に定められたギャップは液滴の物性値情報に対応して設定される、請求項１３又は１４に記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
各液滴吐出位置に定められたギャップは環境条件に対応して設定される、請求項１３又は１４に記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
各液滴吐出位置に定められたギャップは０．０１〜０．３ｍｍである、請求項１３又は１４に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクや生体試料のスポッティングなどに使用される液滴の吐出方法及び吐出装置に関し、特に、液滴吐出位置の位置制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置は、インクの吐出や生体試料（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、細胞等）の吐出等に用いられている。前者の適用例はインクジェット式プリンタであり、後者の適用例は生体試料の分注装置である。また、液滴吐出装置は液体導電材料や液体半導体材料（例えば有機半導体）の回路基板へのパターニング手段としても検討されている。
【０００３】
液滴吐出装置は紙やガラス基板等の被吐出対象体上に液滴を吐出するが、液滴を吐出するノズルと被吐出対象体とのギャップ（距離）が適切であることが望まれる。ギャップが大きいと、液滴の着弾位置がずれたり、途中で液滴が複数に分かれて飛散する。それにより、他の領域に液滴が付着したり、他の液滴と混じり合う不具合が生じる。また、液滴吐出ノズルと吐出対象体とのギャップが小さいと、吐出ヘッドと吐出対象体とがぶつかったり、吐出した液滴とこすれる不具合が生じる。
【０００４】
そこで、例えば、特開２００２−１９６０１０号公報記載の分注装置ではＺ方向（上下方向）に移動可能とした液滴吐出ヘッドとＸＹ方向（前後左右方向）に移動可能とした基板載置トレイとを用いて液滴吐出ヘッドを基板上の所望位置に移動させ、液滴吐出の際には更に液滴吐出ヘッドをＺ方向に移動して基板に接近させて液滴吐出ノズル及び基板間のギャップを狭くすることを提案している。
【特許文献１】特開２００２−１９６０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液滴吐出ヘッドをＺ方向に移動しながら液滴を吐出したのでは液滴吐出ヘッドの高さ位置（ギャップ）精度が低くなる。また、液滴吐出ヘッドを所定の吐出位置で停止した後に毎回の液滴吐出を行うのでは、液滴の吐出処理に時間がかかる。更に、吐出液の物性値や温度等によって形成される液滴の状態が異なり液滴吐出ノズル部の最適なギャップが異なる。
【０００６】
よって、本発明は液滴吐出ヘッドをＸＹＺ方向に相対的に移動可能としたものであっても液滴吐出ヘッドと吐出対象体とのギャップ（液滴吐出ノズルの高さ位置）精度が確保されるようにした液滴吐出装置の制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は吐出液に対応して液滴吐出ヘッドと吐出対象体とのギャップ（高さ位置）が調整されるようにした液滴吐出装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明の液滴吐出装置の制御方法は、液滴吐出装置を被吐出対象体上で相対的に移動させて液滴吐出を行う液滴吐出装置の制御方法において、液滴の被吐出対象体上に想定される液滴吐出位置を含む液滴吐出ノズルの移動予定経路に沿って被吐出対象体表面の凹凸の高さのデータを取得する過程と、上記被吐出対象体表面から離間しかつ該被吐出対象体表面の凹凸に沿って上記液滴吐出ノズルが移動すべきノズル移動経路を上記移動予定経路及び上記被吐出対象体表面の凹凸の高さデータに基づいて上記被吐出対象体上に３次元的に形成するノズル移動経路データ形成過程と、を含み、上記ノズル移動経路が上記液滴吐出位置の手前で上記液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び上記液滴吐出ノズルを上記液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間を含む。
【０００９】
かかる構成とすることによって、液滴吐出装置が上下（高さ）方向成分を含んで移動する場合には液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び上記液滴吐出ノズルを上記液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間を経て液滴吐出位置に至る。それにより、液滴吐出ノズルの高さ位置（ギャップ）が安定した状態で液滴の吐出が行われる。
【００１０】
変化区間は液滴吐出ノズルの時間当たりの高さ変化（高さ変化率）の異なる複数の分割変化区間によって構成することが出来る。それによって高さ変化による慣性力を徐々に減じて整定区間に移行させることが可能となる。
【００１１】
更に、液滴吐出装置の制御方法は少なくとも上記液滴吐出装置の液滴吐出ノズルを上記被吐出対象体上で三次元的に移動させる移動機構を制御して上記液滴吐出ノズルを上記ノズル移動経路に沿って移動させる液滴吐出ノズル移動過程を含む。それにより、被吐出対象体上に設定された仮想的な三次元的な経路に沿って液滴吐出ノズルを移動させることが出来る。
【００１２】
また、上記移動機構が上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さを粗調整する粗調整手段と、該液滴吐出ノズルの高さを微調整する微調整手段とを含む。それにより、素早い移動と高い位置精度を得ることが可能となる。例えば、トレイの高さ調整機構は粗調整手段に、液滴吐出ノズルを進退させる機構（アクチュエータ）は微調整手段に対応する。また、アクチュエータ自体を粗調整機構（粗調整手段）と微調整機構（微調整手段）とによって構成することが出来る。
【００１３】
また、上記液滴吐出ノズル移動過程が上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さ（ギャップ）を検出し、上記粗調整手段又は上記微調整手段を制御して上記液滴吐出ノズルの高さを上記ノズル移動経路の液滴吐出位置の高さに維持する過程を含む。それにより、液滴吐出ノズルの実際の高さ（ギャップ）に対応して被吐出対象体表面からの目標の高さ位置に修正することが可能となる。また、液滴吐出ノズルと被吐出対象体表面の突起部との衝突が回避可能となる。
【００１４】
また、上記滴吐出ノズル移動過程が上記被吐出対象体表面の凹領域又は凸領域を跨いで移動するものであるとき、上記液滴吐出ノズルの高さの微調整を暫時停止する。それにより、液滴吐出装置が領域をジャンプ移動するときにサーボをロックし、液滴吐出ノズルの不要な追従動作を回避する。
【００１５】
また、上記液滴吐出位置における上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さを上記液滴の物性値情報（例えば、表面張力、粘度等）に対応して設定する。それにより、吐出される液滴形状に対応したギャップを液滴吐出ノズル部に設定し、液滴の分離着弾や飛散を回避する。
【００１６】
また、上記液滴吐出位置における上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さを該液滴吐出ノズル周囲の環境条件（例えば、雰囲気の温度、気圧など）に対応して設定する。それにより、吐出される液滴形状に対応したギャップを液滴吐出ノズル部に設定し、液滴の分離着弾や飛散を回避する。
【００１７】
また、上記液滴吐出位置における上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さは０．０１〜０．３ｍｍの範囲内で設定される。生体試料の吐出、インクの吐出、遊戯導電膜、有機ＥＬ材料等の吐出に適当なギャップ範囲である。
【００１８】
また、本発明の液滴吐出方法は、被吐出対象基板上に定められた複数の液滴吐出領域の高さ又は厚さを測定する過程と、吐出液の物性値（例えば、表面張力、粘性、質量（液滴の大きさ）、液滴吐出速度等）及び環境条件（例えば、雰囲気温度、湿度、気圧等）の少なくともいずれかに応じて各液滴吐出領域での液滴吐出装置と被吐出対象基板との適正ギャップを決定する過程と、上記被吐出対象基板上の複数の液滴吐出領域各々の高さ又は当該液滴吐出領域の基板の厚さと上記適正ギャップに基づいて吐出開始位置から吐出終了位置までの液滴吐出装置の三次元的経路（軌道）を決定する移動プログラムを作成する過程と、上記液滴吐出装置を上記被吐出対象基板に対して三次元的に相対移動可能である移動機構を上記移動プログラムによって制御し、該液滴吐出装置を該被吐出対象基板の液滴吐出領域上の液滴吐出位置に上記適正ギャップを介して位置させて液滴を吐出する過程と、を含む。
【００１９】
かかる構成とすることによって、吐出対象基板表面の凹凸に対応して液滴吐出装置（液滴吐出ヘッド）を三次元的に相対的に移動し、吐出液の特性や環境条件に対応して吐出位置におけるギャップ（吐出位置の高さ）を適切に設定して液滴の吐出を行うことが可能となる。それにより、液滴の着弾位置精度の向上、液滴の分離着弾・飛散の防止等が図られる。
【００２０】
また、本発明の液滴吐出装置は、液滴を吐出対象体に向けて吐出する液滴吐出ヘッドと、上記液滴吐出ヘッドを移動可能に支持する支持機構と、上記液滴吐出ヘッドを上記液滴の吐出方向に相対的に移動して上記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを調整するアクチュエータと、上記吐出対象体と上記液滴吐出ヘッドを二次元又は三次元的に相対的に移動する移動機構と、上記液滴吐出ヘッドの三次元的移動経路を表した移動プログラムを記憶する記憶手段と、上記移動プログラムに基づいて上記アクチュエータ及び移動機構を制御する制御手段と、を備える。
【００２１】
かかる構成とすることによって、液滴吐出ヘッドを吐出対象体の表面の凹凸形状に沿って移動させることが可能となる。
【００２２】
本発明の液滴吐出装置は、更に、上記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを検出する手段と、検出したギャップと目標ギャップ値との差分を上記アクチュエータに帰還するエラー調整手段と、を備える。それにより、吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを自動的に一定のギャップ（目標ギャップ）に保つことが可能となる。また、移動中又は移動直後の液滴吐出ヘッドの高さ位置が安定する整定時間を短くすることが可能となる。
【００２３】
例えば、上記アクチュエータは電磁力で上記液滴吐出ヘッドを進退させる電磁アクチュエータによって構成することが出来る。電磁アクチュエータを用いることによってダイナミックレンジ（移動範囲）が大きく、小型コンパクトで素早い動作の吐出ヘッドの移動機構が得られる。また、電圧の印加によって伸縮（あるいは歪む）するピエゾ素子をアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）として用いることが可能である。アクチュエータとしてピエゾ素子を用いた場合には液滴吐出ヘッドあるいはノズル部の背後に進退用のピエゾ素子を組み込むことができ、一体化容易である。また、液滴吐出装置（液滴吐出ヘッド）の液滴の吐出駆動源としてピエゾ素子や静電駆動が用いられるので、ピエゾ素子アクチュエータと技術の適合性が良く、一連のプロセス技術を用いて液滴吐出装置を製造することが可能となる。
【００２４】
また、上記アクチュエータを電磁アクチュエータとピエゾアクチュエータの組み合わせのように特性の異なるアクチュエータを組み合わせてそれぞれに粗調整と微調整のように役割を分担させることとしても良い。
【００２５】
また、上記移動プログラムは上記液滴吐出ヘッドの上記対象体上の移動経路、移動経路中における複数の液滴吐出位置、上記吐出対象体と上記液滴吐出ヘッドとのギャップに関する情報を含む。それにより、吐出対象体上に設定される液滴吐出ヘッドの仮想的な三次元経路に沿って液滴吐出ヘッドを移動させることが可能となる。
【００２６】
また、上記移動プログラムの移動経路が上記液滴吐出位置の手前で上記吐出対象体と上記液滴吐出ヘッドとのギャップを変える変化区間及び該ギャップを上記液滴吐出位置に定められたギャップに収束させる整定区間を含む。吐出対象体と液滴吐出ヘッド（あるいは液滴吐出ヘッドのノズル部）とのギャップを変化させた後に当該ギャップを目標ギャップ値に収束させる整定区間を設けることで液滴吐出ヘッドの高さ位置を一定に保った状態で液滴吐出を行う。それにより、液滴吐出ヘッドを相対的に移動している状態であっても、液滴の着弾位置精度の向上、液滴の分離着弾・飛散の防止等を図ることが可能となる。
【００２７】
好ましくは、各液滴吐出位置に定められたギャップは液滴の物性値情報に対応して設定される。物性値情報としては、例えば、液滴の表面張力、粘性、質量（液滴の大きさ）、液滴吐出速度等が挙げられる。
【００２８】
好ましくは、各液滴吐出位置に定められたギャップは環境条件（温度）に対応して設定される。環境条件としては、例えば、雰囲気温度、湿度、気圧、気流等が挙げられる。
【００２９】
好ましくは、各液滴吐出位置に定められたギャップは０．０１〜０．３ｍｍである。印刷におけるインク吐出、プローブ基板作成における生体試料の吐出、電気回路の成膜材料（有機導電膜、有機絶縁膜、有機半導体膜、有機ＥＬ膜など）の吐出などに好適なギャップである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、液滴吐出装置（液滴吐出ヘッド）を三次元的に移動するので（被）吐出対象体の表面に凹凸があっても正確なギャップを保って液滴を吐出することが可能となる。また、液滴吐出装置の高さ（ギャップ）を変更した後に高さを所定の高さに安定させる過程を経てから液滴を吐出するので、液滴吐出装置を移動しながら液滴の吐出を行っても所要の吐出精度を保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
まず、液滴吐出装置と被吐出対象体とのギャップが不適切な場合の不具合について説明する。
【００３３】
図２１は、液滴吐出ヘッドが停止している場合と、移動している場合とで液滴ａの着弾位置（落下位置）が異なることを示している。液滴吐出ヘッドが基板に対して停止しているときは、吐出液滴ａは直下に落下するが、液滴吐出ヘッドが基板に対して平行に移動しているときは、吐出液滴ａに慣性力が作用して液滴は斜めに落下する。従って、ギャップが広いと液滴の着弾位置のずれが大きくなったり、着弾面積が増大する不具合が生じ得る。
【００３４】
図２２（ａ）〜同（ｄ）は、吐出された液滴が落下途中で複数の液滴に分離する様子を段階的に示している。ギャップが広いと吐出液滴ａが落下途中で複数に分離し易くなる。分離した複数の液滴ａ1〜ａ3は複数の位置に着弾する。それにより、着弾位置のずれや飛散が生じ易くなる。特に、液滴吐出ヘッドを移動しながら液滴を吐出した場合にはこの傾向は増大する。
【００３５】
図２３は好適なギャップにおける液滴の吐出例を示している。ノズル内部から液が押し出され、液滴となって落下するときに液滴の下端が基板に触れるようなギャップが望ましい。このようなギャップは液滴の大きさや形（紡錘型）に関係する。吐出液滴の大きさや形を決定する要素としては、吐出液の物性値（例えば、表面張力、粘度、質量等）や環境条件（例えば、雰囲気の温度、気圧、空気流等）がある。吐出液には、インク溶液、ＤＮＡプローブ溶液、ＲＮＡプローブ溶液、タンパク質、配線膜液、半導体材料溶液、有機ＥＬ膜用溶液等がある。これらの吐出液の種類や温度等（物性値、環境条件）に対応して予め、好適なギャップ値がテーブル化されてメモリなどの記憶媒体にデータベースとして記憶される。
【００３６】
上述したギャップが狭すぎる場合には、基板上に吐出済みの液滴と吐出ノズルとが接触する不具合が生じ得る。また、基板表面の突起部や基板の厚くなった部分に液滴吐出ヘッドが衝突したり、擦れる不具合が生じ得る。
【００３７】
そこで、第１の形態では、基板表面の凹凸形状を予め記憶した上で液滴吐出ヘッド（のノズル先端部）が基板表面から適切なギャップ（距離）を保つように三次元的に経路設定を行う。更に、液滴吐出位置の手前でノズルの高さ位置を安定させる整定区間を設けることによって液滴吐出ヘッドを前後左右方向（ＸＹ方向）に相対的に移動させるのみならず、高さ方向（Ｚ方向）にも移動させることによる高さ変動や振動を吐出位置の前で収束あるいは収斂させてから液体の吐出を行う。
【００３８】
また、第２の形態では、液滴吐出ヘッドにリアルタイムで液滴吐出ヘッドと基板間のギャップ（距離）を検出する検出手段を備え、液滴吐出ヘッド全体を予めプログラムされた三次元経路に沿って移動しながら実際のギャップが予定されているギャップとなるようにフィードバック制御（サーボ調整）を行う。少なくとも上述した整定区間でフィードバック制御を行うことで、液滴吐出前に吐出ノズルの位置を所定のギャップ（距離）により確実に保つ。
【００３９】
図１は、液滴吐出を行う液滴吐出プロセス装置１を概略的に示している。液滴吐出プロセス装置１としては、具体的には、生体試料の吐出装置、インクジェット式印刷装置（プリンタ）、液滴吐出によるパターニング（成膜）装置等が該当する。
【００４０】
液滴吐出プロセス装置１は、大別して、吐出対象体となる基板５００を載置して図示のＸＹ方向（前後左右方向）又はＸＹＺ方向（前後左右高さ方向）に移動するトレイ１００、液滴を基板５００に吐出する液滴吐出装置２００、液滴吐出装置２００をＹ方向（左右方向）に往復動させる往復移動機構３００、後述の制御装置４００（図２参照）によって構成されている。
【００４１】
トレイ１００は、基板５００を載置する載置台１７２、載置台１７２をＸ方向に移動するＸ方向移動機構１１０、載置台１７２をＹ方向に移動するＹ方向移動機構１６０、載置台１７２をＺ方向に移動するＺ方向移動機構１７０を備えている。Ｘ方向移動機構１１０は、載置台１７２のＸ方向へ移動を案内するガイドレール１２０及び１３０、載置台１７２のＸ方向の位置を検出する磁気スケール１１２及び位置センサ１１４を備えている。位置センサ１５０はノズル位置のＸ座標検出手段に対応する。Ｘ方向移動機構１１０は載置台１７２をＸ方向に駆動する図示しないリニアモータやネジ送り機構を備えており、後述の制御装置４００によって制御される。Ｙ方向移動機構１６０も、載置台１７２のＹ方向の位置を検出する磁気スケール１６２及び位置センサ１６１、載置台１７２をＹ方向に駆動する図示しないリニアモータやネジ送り機構等を備えており、制御装置４００によって制御される。Ｚ方向移動機構１７０はＸ方向移動機構１１０上に設けられ、載置面１７２をＺ方向に移動するアクチュエータ１７４を備える。アクチュエータ１７４としては、例えば、電圧の印加によって伸張するピエゾアクチュエータを用いることが出来る。このアクチュエータ１７４を載置面１７２下に複数配置することによって基板５００の水平調整やギャップ調整を行うことが可能である。
【００４２】
トレイ１００上にはギャップ調整が可能な液滴吐出装置２００が配置される。液滴吐出装置２００はガイドレール３１２及び３１４に沿ってＹ方向（左右方向）に左右方向に移動するキャリッジ２１１、キャリッジ２１１に載置され下端部に吐出ノズル２２２を備える液滴吐出ヘッド２２０、キャリッジ２１１に設けられて液滴吐出ヘッド２２０をＺ方向の正逆に移動させるアクチュエータ（吐出ヘッド駆動機構）を含む。この実施例では電磁アクチュエータによって構成されている。電磁アクチュエータは、液滴吐出ヘッド２２０の外周に巻回して配置された駆動コイル２２４、駆動コイル２２４部分を内部空間に含むように配置された円筒磁石２２６、液滴吐出ヘッド２２０のＺ方向の移動を案内する２つのガイドレール２２８、液滴吐出ヘッド２２０を移動可能に支持する弾性体２３０、液滴吐出ヘッド２２０のＹ方向における位置を検出する磁気スケール２４２及び位置センサ２４４、液滴吐出ヘッド２２０のＺ方向における位置を検出する磁気スケール２４６及び位置センサ２４８を備えている。弾性体２３０はコイルバネ、板バネ、針金、ゴム、流体を用いたダンパなどによって構成することが可能であり、液滴吐出ヘッド２２０を移動可能に基準位置に吊り下げると共に液滴吐出ヘッド２２０の駆動の際の揺動（振動）を抑制する。
【００４３】
往復移動機構３００は、前述したＹ方向に延在するガイドレール３１２及び３１４、ガイドレール３１２及び３１４の両端部にそれぞれ配置されたプーリ３２２及び３２４、両プーリ間を結合するタイミングベルト３２６、プーリ３２４を正逆に回転駆動するパルスモータ３２８、キャリッジ２１１をベルト３２６に結合する結合部３３０等によって構成される。
【００４４】
このような構成によって、トレイ１００に載置された基板５００の位置調整、位置移動が行われる。また、液滴吐出ヘッド２２０のＹ方向のみならず、Ｚ方向における移動が可能となる。、
図２は、上述した液滴吐出プロセス装置１の制御装置４００を説明するブロック図である。同図において、ＣＣＤカメラ４１０はトレイ１００に載置された基板５００の様子を上方から観察してその画像を制御部４３０に送る。後述するように基板位置（マーカ）の判別や基板番号の識別、吐出領域判別などのパターン認識等に使用される。ノズル位置検出手段４１１、４１２及び４１３は液滴吐出ヘッドのノズル２２２のＸ、Ｙ、Ｚ方向における各座標位置を検出する。例えば、位置検出器１１４はノズル位置検出手段４１１に対応する。位置検出器１６１及び２４４はノズル位置検出手段４１２に対応する。図示しないＺ方向移動機構１７０内の位置検出器及び位置検出器２４８ノズル位置検出手段４１３に対応する。
【００４５】
凹凸検出装置４１４は、吐出対象の基板５００表面の凹凸を予め測定する装置である。例えば、図３に示す光学的距離検出装置のようにレーザ装置４１４ａから出力された光ビームが基板５００で反射した光をＣＣＤセンサ４１４ｂで検出する構成によってギャップを測定することが出来る。ギャップの大小によって光ビームのＣＣＤセンサ４１４ｂへの戻り位置が異なるので検出位置によってギャップ（距離）を検出することが出来る。
【００４６】
また、図４に示す機械−電気変換器のように基板５００の表面の凹凸によって上下動する金属棒をコイル内に入れることによってコイル部のインピーダンス変化を検出し、ギャップを検出することが可能である。
【００４７】
このような凹凸検出装置４１４を後述のように基板５００上に設定された液滴吐出経路に沿って移動して当該経路における基板５００表面の凹凸（高さ）を測定する。
【００４８】
入力・操作装置４１５は制御部４３０への動作の指令やデータの入力、情報の表示などを行う。
【００４９】
制御部４３０は制御コンピュータシステムによって構成されており、入力操作装置４１５から動作の指令を受けると対応する制御プログラムを実行する。制御プログラムには後述の基板表面の凹凸測定プログラムやＸ・Ｙ・Ｚの移動機構の制御プログラム、液滴吐出ヘッドの制御プログラム、各種制御データなどが含まれる。これらの制御プログラムやデータはメモリやハードディスク等からなるデータベース保持手段４３１に保持されている。
【００５０】
制御部４３０はＸ軸駆動装置４５１、Ｙ軸駆動装置４５２及びＺ軸駆動装置４５３を制御して液滴吐出ヘッドを予め用意された三次元マップ（座標）に従って移動させる。ここで、Ｘ軸駆動装置４５１はＸ軸駆動機構１１０に対応する。Ｙ軸駆動装置４５２はＹ軸駆動機構１６０及びパルスモータ３２８に対応する。また、Ｚ軸駆動装置４５３は載置台（テーブル高さ）１７２を駆動するアクチュエータ１７４及び液滴吐出ヘッド２２０のアクチュエータコイル２２４が対応する。
【００５１】
また、制御部４３０は吐出ヘッドが三次元経路を移動して吐出位置に至ると吐出ヘッド駆動装置４５４を動作させて液滴を吐出させる。吐出ヘッド駆動装置４５４は、例えば、静電力によって加圧板を駆動して液滴に吐出圧力を付与する静電アクチュエータや、圧電体によって加圧板を駆動して液滴に吐出圧力を付与する圧電（ピエゾ）アクチュエータが用いられる。
【００５２】
図５は基板５００の表面の凹凸の測定経路及び液滴吐出の経路を説明する説明図である。図５（ａ）は基板５００を上方から見た平面図であり、図５（ｂ）及び同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’方向における断面を示している。なお、図５（ｂ）では液滴吐出領域を基板の凸部に、同図（ｃ）では液滴吐出領域を基板の凹部に設定した例を示している。
【００５３】
図５（ａ）に示すように、基板５００上には位置決め用のマーカ５１０及び５１２が設けられている。データベース４３１を参照することにより、これらマーカ５１０及び５１２から基板上の吐出領域５２０を含む各パターンの位置が判る。なお、カメラによって基板５００上のパターンを観察し、各液滴吐出領域５２０の位置及び範囲を判別するようにしても良い。そして、制御部４３０は凹凸検出器４１４を基板５００上に設定（想定）されるＸＹ座標系の経路ｒ（ｘ，ｙ）に沿って移動して基板表面の凹凸（高さ）を測定する。それにより、基板５００表面から適正な高さ位置を保ったＸＹＺ座標系の三次元経路Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）のデータを形成する。この経路Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）のデータによって液滴吐出ヘッド２２０（のノズル２２２）の基板５００上の移動及び位置制御を行うことによって、基板５００表面の凹凸や吐出済みの液滴との接触を回避し、所定の吐出領域（吐出位置）で適切なギャップを保った液滴吐出を行うことが可能となる。それにより、各液滴吐出領域５２０内に予定した形状の吐出スポット２５０を形成することが可能となる。
【００５４】
図６は他の測定経路及び液滴吐出経路の設定例を示している。同図において図５と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００５５】
図５に示した例では、基板５００上をいわゆる順次走査（ラスタスキャン）することによって複数の液滴吐出領域５２０を通過する経路を形成しているが、この例ではいわゆるベクタスキャンによって吐出が必要な液滴吐出領域５２０間を移動している。
【００５６】
このように、基板５００上に設定される測定経路及び液滴吐出経路は特定の順序のものに限定されず、所要の経路を設定することが出来る。
【００５７】
図７乃至図１０は、基板５００上に設定された液滴吐出経路Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）の複数の例をＸＺ平面あるいはＹＺ平面（高さＺ方向の断面）の成分にて示している。図示の各例の液滴吐出経路は液滴吐出位置の手前で液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び液滴吐出ノズルを液滴吐出位置の高さ位置に収束（あるいは収斂）させる整定区間を含んでいる。なお、図７乃至図１０の対応する部分には同一符号を付している。
【００５８】
まず、図７に示した例では、基板５００の表面に高さの等しい複数の凸部領域が液滴吐出領域５２０として形成されている。この基板上に設定された液滴吐出経路５３０は、液滴吐出ヘッド２２０を所定高さ位置（例えば、初期位置）から目標の高さｈ１に変える変化区間ＨＣを経て液滴吐出ヘッド２２０の高さ位置を目標高さｈ１に安定させる整定区間ＣＮを含んでいる。変化区間及び整定区間を液滴吐出位置Ｐ１の手前に設定することで基板５００の吐出領域５２０の凸部と液滴吐出ヘッド２２０のノズル２２２部とのギャップを適正な値に保つ。なお、基板５００の水平は既述したピエゾアクチュエータ１７４の調整によって確保することが出来る。
【００５９】
図８に示した例では、液滴吐出位置Ｐ１及びＰ２の高さ位置が異なっている。このため、液滴吐出経路５３０は、液滴吐出位置Ｐ１の手前で変化区間ＨＣ及び整定区間ＣＮを経て液滴吐出ヘッド２２０の高さを高さｈ１に設定し、液滴吐出位置Ｐ２の手前で変化区間ＨＣ及び整定区間ＣＮを経て液滴吐出ヘッド２２０の高さを高さｈ２に設定する。このように吐出位置の高さが変化する場合には変化区間ＨＣの後に整定区間ＣＮを入れることによって液滴吐出ヘッドの高さ変化による微小な揺らぎが収まるようにし、その後吐出位置に移動する。
【００６０】
図９及び図１０は、基板５００の凹部に液滴吐出領域５２０を設定している。図９の例では各液滴吐出領域５２０の高さ位置は同じであるが、図１０の例では各液滴吐出領域５２０の高さ位置は異なっている。凹部において所定のギャップ値を保つために、経路５３０は液滴吐出ヘッド２２０を基板５００表面の凹凸に沿って移動させ、各液滴吐出位置Ｐ１、Ｐ２、…の手前で変化区間ＨＣ及び整定区間ＣＮを経て液滴吐出ヘッド２２０の高さを所要の高さに安定に設定するものとなっている。
【実施例１】
【００６１】
次に、図１１乃至図１３を参照して液滴吐出プロセス装置の動作例について説明する。図１１は、上述した吐出対象体である基板表面の凹凸（あるいは高さ）を測定する測定モードを説明するフローチャートである。図１２は測定した基板表面の凹凸データに基づく液滴吐出ヘッドの三次元経路の形成を説明するフローチャートである。図１３は基板に設定された三次元経路に沿って液滴吐出ヘッドを移動する例を説明するフローチャートである。
【００６２】
まず、トレイ１００に基板５００が載置され、オペレータによって入力操作装置４１５から凹凸測定モードの実行が制御部４３０に指令される（Ｓ１０）。制御部４３０はＣＣＤカメラ４１０で基板５００を観察し、基板５００のマーカ５１０及び５１２の位置が基準位置に位置するように、トレイ１００のＸ方向移動機構１１０、Ｙ方向移動機構１６０、Ｚ方向移動機構１７０を制御する（Ｓ１２）。次に、既述した図５に示されるように、入力操作装置４１５の画面に示される基板５００の画像上でオペレータが入力操作によって走査位置を順次指示することにより、あるいは制御部４３０による観察画像のパターン認識によって必要な液滴吐出エリア５２０を判別し、各液滴吐出エリア５２０を走査する経路５３０を基板５００上に決定すること等によって吐出経路５３０を決定する（Ｓ１４）。この決定された一連のＸＹ座標値群で表される吐出経路５３０に沿って凹凸検出装置４１４（図３参照）を移動し、経路の基板表面の凹凸（高さ）を測定する。測定した基板の番号とその走査経路を示す基板識別番号ＩＤとで読み出し可能にして、走査経路を表す一連のＸＹ座標値に対する高さ値Ｚのデータ群を記憶装置に保存する（Ｓ１８）。その後、制御部４３０は待機状態に戻る（Ｓ２０）。
【００６３】
なお、基板５００表面の実測に変えてＣＡＤなどの基板形状の設計情報を使用することも可能である。
【００６４】
図１２に示すように、オペレータの指示により、あるいは上記凹凸測定モードに引き続いて制御部４３０は三次元経路設定モードを実行して液滴吐出ヘッドの三次元的な移動経路を形成する（Ｓ３０）。
【００６５】
すなわち、オペレータの入力装置４１５の入力操作によって、あるいはＣＣＤカメラやバーコードリーダなどによる基板番号の読み取りによって対象となる基板識別番号ＩＤに対応する経路データを記憶装置から読み出す（Ｓ３２）。例えば、入力・操作装置４１５の画面に基板と経路とを重ね合わせて表示し、この画面上でオペレータの指示にて吐出位置を設定する。あるいは制御部４３０がパターン認識した吐出領域５２０の中央部を吐出位置と設定する。この吐出位置（あるいは吐出領域）における適正ギャップ値を吐出液体の物性値情報、温度等の既述環境条件に応じて設定する。液滴吐出位置の三次元位置データには液滴吐出フラグが設定される。（Ｓ３４）。
【００６６】
次に、経路の高さルートを設定する。図７乃至図１０に示したように、初期位置から吐出ヘッドのノズル部の移動経路の高さ位置を二次元の経路（ＸＹ座標系）上に基板表面の凹凸データを参照して形成する。また、液滴吐出位置の手前に収束時間あるいは収束距離を考慮して高さ変化区間ＨＣ及び整定区間ＣＮを設定する。液滴吐出位置あるいは液滴吐出領域では上述した適正ギャップとなるように吐出ヘッドのノズル部の移動経路の高さ位置を設定する。変化区間ＨＣの位置データには変化区間フラグが設定される。整定区間の位置データには整定区間フラグが設定される（Ｓ３８）。
【００６７】
このようにして設定された各地点の液滴吐出ヘッドの移動経路を連結して一群の三次元の座標データとして表現された吐出ヘッドの移動経路を作成する（Ｓ４０）。この移動経路の座標データを読み出し可能とするために、基板番号等で移動経路データの対応付けを行って記憶部に保存する（Ｓ４０）。その後、制御部は待機状態に戻る（Ｓ４２）。このような、三次元の経路データを複数の基板について予め形成し、データベースとして読み出し可能にデータベース保持手段（記憶装置）４３１に保持する。
【００６８】
図１３は、制御部４３０が液滴吐出ヘッド２２０を制御して被吐出基板５００上を三次元的に移動させる三次元移動モードを説明するフローチャートである。
【００６９】
制御部４３０は、トレイ１００に基板５００が載置され、三次元液滴吐出モードの実行が入力・走査装置４１５から指令されると、三次元液滴吐出モードの実行を開始する（Ｓ５０）。
【００７０】
まず、制御部４３０はトレイ１００に載置された基板５００のマーカ５１０及び５１２を参照して基板５００の初期位置合せを行う。初期位置合せは基板のマーカ５１０及び５１２が装置１のＸＹ座標系の所定位置に位置し、また、基板の（例えば、マーカ５１０及び５１２の）高さが所定位置となるようにトレイ１００のＸＹＺ座標系が調整される（Ｓ５２）。
【００７１】
次に、基板５００に付された基板番号・対応経路データ番号をＣＣＤカメラで読取り、あるいはオペレータによる入力・操作装置４１５からの基板番号・対応経路データ番号の入力を読取って、データベース保持手段４３１から該当する三次元経路データを読み出す（Ｓ５４）。制御部４３０はこの三次元経路データから経路の初期位置ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）を読み出して（Ｓ５６）、トレイ１００のＸ方向移動機構１１０、Ｙ方向移動機構１６０、Ｚ方向移動機構１７０の初期位置を設定する。また、往復移動機構３００及び電磁アクチュエータ（２２４，２２６）を制御してこれ等の初期位置を設定する（Ｓ５８）。ここで、Ｘ方向移動機構１１０はＸ座標系駆動手段に対応する。Ｙ方向移動機構１７０及び往復移動機構３００はＹ座標系駆動手段に対応する。Ｚ方向移動機構１７０及び電磁アクチュエータ（２２４，２２６）はＺ座標系駆動手段に対応する。
【００７２】
次に、三次元経路に沿って初期位置の次の位置のデータｐ1（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）を読み出し、液滴吐出ヘッド２２０（のノズル２２２の位置）を三元位置ｐ1（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に歩進させる（Ｓ６０）。これは、位置ｐ1の座標データのｐ1（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）のＸ方向位置Ｘ1をＸ座標系駆動手段に設定し（Ｓ６０）、ｐ1（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）のＹ方向位置Ｙ1をＹ座標系駆動手段に設定し（Ｓ６０）、ｐ1（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）のＺ方向位置Ｚ1をＺ座標系駆動手段に設定する（Ｓ６６）ことで行われる。なお、図５に示すように、液滴吐出ヘッド２２０の三次元経路がＹ座標軸と平行な往復走査を行うものである場合には、同一行については往復移動機構３００によって液滴吐出ヘッドのＸ方向の位置設定（移動）を行うことができる。また、トレイ１００の初期高さＺ0（Ｚ方向位置）をＺ方向移動機構１７０で設定した後は、電磁アクチュエータによって液滴吐出ヘッド２２０のＺ方向における位置変化分を設定することが出来る。
【００７３】
制御部４３０は液滴吐出ヘッド２２０の歩進位置が吐出位置かどうか液滴吐出フラグが設定されているかどうかによってを判別する（Ｓ６８）。液滴吐出ヘッド２２０が液滴吐出位置に存在する場合には（Ｓ６８；ＹＥＳ）、制御部４３０は吐出ヘッドの駆動装置に駆動信号を送出して液滴を吐出させる（Ｓ７０）。液滴吐出ヘッド２２０が液滴吐出位置に存在しない場合には（Ｓ６８；ＹＥＳ）、最終の経路位置Ｐｅかどうかを判別する（Ｓ７２）。例えば、図５に示す位置ｐ1、ｐ2では液滴吐出フラグは設定されていないので、液滴の吐出は行わない。位置ｐ3ではでは液滴吐出フラグが設定されているので、液滴の吐出を行う。
【００７４】
まだ、最終位置ｐｅに至らない場合には（Ｓ７２：ＮＯ）、ステップ６０に戻って次の経路位置データを読取って液滴吐出ヘッド２２０（あるいは吐出ノズル２２２）を次の位置に移動させる。これを繰り返す（Ｓ６０〜Ｓ７２）ことによって液滴吐出ヘッド２２０が基板５００の表面上に想定された三次元経路に沿って移動する。
【００７５】
液滴吐出ヘッド２２０が最終位置ｐｅに到達した場合には、液滴吐出ヘッド２２０を所定位置、例えば、液滴吐出ヘッドのノズル乾き防止する機構の存在する収納位置や走査の初期位置に戻す（Ｓ７４）。液滴の吐出処理が終了した基板５００はオペレータにより、あるいはロボットアーム（搬送）機構によって次のステージに送られる。制御部４３０は本モードを終えると次の指令を待機する（Ｓ７６）。
【００７６】
このように、基板表面の凹凸を考慮して三次元に吐出ヘッドの移動経路を設定することで基板との所定のギャップを保って液滴の吐出を行うことが可能となる。また、三次元移動経路中に高さ変化区間ＨＣ及び整定区間ＣＮを液滴吐出地点の手前に設けたことによって上下（高さ）移動による液滴吐出ヘッドの振動的状態のまま液滴吐出位置に移動することが回避可能となる。
【実施例２】
【００７７】
第２の実施例について図１４乃至図１８を参照して説明する。この実施例は液滴吐出ヘッドにギャップ検出装置を備え、所定のギャップが維持されるようにサーボ制御を行うことを特徴とする。
【００７８】
図１４は、第２の実施例における液滴吐出装置２００の構成を説明する説明図であり、同図に図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００７９】
液滴吐出装置２００は吐出ヘッド２２０の下端部に液滴吐出ノズル２２２を跨ぐようにしてギャップ検出装置６０１を備えている。ギャップ検出装置６０１はレーザビームを発生するレーザ装置６０１ａとＣＣＤセンサ受光素子６０１ｂによって構成される。ギャップ検出は基板５００で反射したレーザ光のＣＣＤセンサ６０１ｂへの入射位置が吐出ヘッド２２０と基板５００とのギャップに対応して決まることを利用している（図３参照）。他の構成は図１と同様である。
【００８０】
図１５は、ギャップのサーボ制御回路を示している。ＣＣＤセンサ６０１ｂの反射光の入射位置はレベル出力に変換されてノズルギャップ検出装置６０１から比較器（差動増幅器）６０３に入力される。このギャップ値と予め現在の走行位置（あいるは走査領域）に定められている目標ギャップ値６０２とが比較器６０３で比較され、両者の差分（正又は負の値）であるギャップの誤差分が差信号として出力される。この差信号はノイズ成分を除去するＬＰＦ（ローパスフィルタ）６０４、サーボループを開放するサーボスイッチ回路６０５を経て瞬時値を保持可能なサンプルホールド回路６０７に入力される。サンプルホールド回路６０７は上記差信号を加算器６１０の一方の入力端に入力すると共に、スイッチ回路６０５が開放するときその直前の差信号の瞬時値を保持して加算器６１０に供給する。加算器６１０の他方の入力端にはバイアス設定回路６０８から三次元経路の一連のＺ座標（高さ）値（予定経路のＺ成分出力）が供給される。スイッチ回路６０５はスイッチング信号（ＳＷ信号）によって動作する。
【００８１】
加算器６１０はスイッチング信号がオフでサーボ回路が機能していないときは、バイアス設定回路６０８から出力される既定の移動経路のＺ座標に対応して設定された出力をＬＰＦ６１０を介してアクチュエータ２２４を駆動する駆動回路６１２に供給する。それにより、予めプログラムされたＺ座標値に液滴吐出ヘッドの高さ位置が設定される。
【００８２】
また、加算器６１０はスイッチング信号がオンでサーボ回路が機能しているときは、実際のギャップ値と目標値との差信号（誤差信号）をＺ座標値に重畳してアクチュエータ２２４を駆動する駆動回路（パワー増幅器）６１２に供給する。それにより、差信成分が０となる方向にアクチュエータ２２４が駆動される。その結果、液滴吐出ヘッド２２０（あいるは液滴吐出ノズル２２２）の高さ位置が目標として設定されたギャップ値に強制的に引き込まれる。従って、液滴吐出ヘッド２２０をＹ方向に移動するときには既定の経路出力（プログラム化された出力）によって該ヘッドのＺ方向の高さ位置を連続的に設定し、液滴吐出領域あるいは液滴吐出位置の手前でサーボ回路を活性化して当該吐出位置に定められた所定のギャップに正確に設定することが可能となる。
【００８３】
なお、バイアス設定回路６０８が液滴吐出ヘッド２２０（あるいは吐出ノズル２２２）と基板５００間のギャップ値によって吐出ヘッド２２０の高さ位置を定義するものである場合には、この出力値には目標ギャップ値が含まれるのでこの値を目標ギャップ値回路６０２の出力に代えて比較器６０３に供給することとしても良い。
【００８４】
図１６は、第２の実施例の制御系４００の構成例を示している。同図において図２と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００８５】
上述したように、制御系４００にはギャップ検出装置６０１が追加されている。また、制御部４３０内には図１５に示したサーボ回路がデジタル回路又はアナログ回路によって形成される。
【００８６】
次に、図１７及び図１８を参照して制御部４３０の動作について説明する。
【００８７】
基板５００の表面に凹凸があった場合、これが比較的に高い場合には、液滴吐出ヘッドの高さを大きく移動しなければならない。このような場合には移動後に液滴吐出ヘッドの高さ位置が安定するまで時間がかかることになる。このような場合に、サーボ回路を動作させると短時間で目標の高さ位置に液滴吐出ヘッド（吐出ノズル）を設定することが可能となる。
【００８８】
図１７は、サーボ回路の動作例を説明する説明図である。制御部４３０は移動経路の一連の三次元位置データを読取る。この位置データにサーボ回路のオン・オフを示すＳＷオンオフフラグが付されている。例えば、高さ変化領域ＨＣや障害物のジャンプ区間では液滴吐出ヘッド２２０を相対的に大きく移動させるためにサーボ回路を停止するＳＷオフフラグが設定される。また、液滴吐出位置の手前の整定区間ＣＮから吐出位置までの区間はＳＷオンフラグフラグが設定される。
【００８９】
図１７に示す例では、液滴吐出ヘッド２２０がＨＣ区間を移動するときは、制御部４３０は経路５３０の位置データからＳＷオフフラグを読取ってスイッチ回路６０５を開放してバイアス設定回路６０８から出力される移動経路５３０の一連の高さデータを駆動回路６１１に与える。それにより、想定経路のＨＣに沿って液滴吐出ヘッド２２０を目標のギャップ値となる高さ位置に緩やかな傾斜を介して移動させる。次に、液滴吐出ヘッド２２０が進行してその移動経路の位置データがＣＮ区間を示すとき、制御部４３０はＳＷオンフラグを読取ってスイッチ回路６０５を閉成してサーボ回路を投入する。液滴吐出ヘッド２２０の現在のギャップ値と当該領域に設定された目標ギャップ値との誤差（差分）信号をＺ座標値の高さ信号に重畳して駆動回路に供給し、液滴吐出ヘッド２２０のノズル部２２２のギャップが強制的に目標ギャップ値となるように引き込まれる。これにより、液滴吐出位置の手前で液滴吐出ヘッド２２０の高さ位置の整定が確保される。その後、液滴吐出ヘッド２２０が移動して液滴吐出位置Ｐ1に位置したときに、制御部４３０は吐出ノズル２２２から液滴を吐出させる。
【００９０】
次に、液滴吐出ヘッドが基板５００の表面から離間して障害等を越えるジャンプを行う場合、制御部４３０は三次元経路５３０の位置データに示されるＳＷオフフラグを読取ってスイッチング回路６０５を遮断する。このときの誤差出力はサンプルホールド回路６０７に保持され、スイッチングによる外乱等の発生が防止される。サーボ回路（あるいはサーボループ）が遮断されるので液滴吐出ヘッド２２０は目標ギャップへのロックが解除されてバイアス設定回路６０８のＺ座標系の高さ出力に従って移動する。バイアス設定回路６０８はジャンプ区間の一連の高さ値を出力して液滴吐出ヘッドを障害物を跨ぐように移動させる。
【００９１】
この実施例では、整定に要する整定時間あるいは整定までに要する整定距離を短縮するために、ジャンプ区間の着地側では二段階の高さ変化区間ＨＣ１及びＨＣ２を経て整定区間に至るようになされている。高さ変化区間ＨＣ１では相対的に高さ変化を急として短時間で高さを減じ、高さ変化区間ＨＣ２では相対的に高さ変化を緩やかとして整定区間ＣＮに入る前の液滴吐出ヘッドＺ方向における慣性力を弱めている。また、サーボ回路に大きな帰還量が発生して吐出ヘッドの上下動に振動が発生することを防止する。この実施例では、高さ変化区間ＨＣ２からＳＷフラグをオンとすることによってサーボ回路を早めに投入して次の吐出位置Ｐ２の手前で吐出ヘッドの整定を図っている。なお、この実施例では変化区間を変化区間ＨＣ１及びＨＣ２の２つに分割した例を示しているが２つの分割に限られるものではない。必要に応じて変化区間ＨＣを高さ変化率の異なる複数の変化区間ＨＣ１〜ＨＣｎによって構成することが可能である。
【００９２】
図１８（ａ）は、図１４に示したギャップ検出装置６０１を備えてサーボ動作を行う場合の制御部４３０の制御動作を説明するフローチャートである。同図においては、図１３に示される手順Ｓ６０とＳ６２との間にサーボ回路の設定を行うものである。すなわち、制御部４３０は液滴吐出ヘッドの三次元移動経路の歩進位置における位置データを読取って（Ｓ６０）、現在の液滴吐出ヘッド２２０の位置が変化区間ＨＣであるかどうか判別する（Ｓ８２）。変化領域ＨＣである場合には（Ｓ８２；ＹＥＳ）、スイッチング信号（ＳＷ信号）をオフに設定する。それにより、図１５に示したサーボ回路は作動しない（Ｓ８４）。液滴吐出ヘッド２２０を予定軌道（経路）に沿って移動することが出来る。
【００９３】
また、変化区間ＨＣでない場合（Ｓ８２；ＮＯ）及びスイッチング信号（ＳＷ信号）をオフに設定した場合には（Ｓ８４）、液滴吐出ヘッド２２０が整定区間ＣＮに入ったかどうかを判別する（Ｓ８６）。入った場合には（Ｓ８６；ＹＥＳ）、サーボ回路を動作させるべくスイッチング信号をオンに設定する。それにより、サーボ回路が投入されて液滴吐出ヘッド２２０が当該整定区間に設定された目標ギャップに収束するように引き込みが行われる（Ｓ８８）。整定区間ＣＮに入らない場合には（Ｓ８６；ＮＯ）あいるはサーボ回路の投入を終えた場合（Ｓ８８）には、前述した歩進位置へのＸ・Ｙ・Ｚ座標系の位置設定が行われる（Ｓ６２以降）。
【００９４】
なお、既述したように、三次元移動経路の位置データにサーボオン・オフフラグを付すことによって変化区間ＨＣ及び整定区間ＣＮとは関係なくサーボ動作を行わせる範囲を設定することが可能である（図１７参照）。
【００９５】
図１８（ｂ）は、既述したジャンプに対応して制御部４３０の制御動作を説明するフローチャートである。同図においても、図１３に示される手順Ｓ６０とＳ６２との間にサーボ回路の設定を行う手順を加えている。すなわち、制御部４３０は液滴吐出ヘッドの三次元移動経路の歩進位置における位置データを読取って（Ｓ６０）、現在の液滴吐出ヘッド２２０の位置がジャンプ位置（あるいは区間）であるかどうか判別する（Ｓ９２）。ジャンプ位置である場合には（Ｓ９２；ＹＥＳ）、スイッチング信号（ＳＷ信号）をオフに設定する。それにより、図１５に示したサーボ回路は作動しない（Ｓ９４）。液滴吐出ヘッド２２０を予定ジャンプ軌道（経路）に沿って移動することが出来る。
【００９６】
また、ジャンプ位置でない場合（Ｓ９２；ＮＯ）及びスイッチング信号（ＳＷ信号）をオフに設定した場合には（Ｓ９４）、液滴吐出ヘッド２２０がジャンプ終了位置（あるいは終了区間）に入ったかどうかを判別する（Ｓ９６）。入った場合には（Ｓ９６；ＹＥＳ）、サーボ回路を動作させるべくスイッチング信号をオンに設定する。それにより、サーボ回路が投入されて液滴吐出ヘッド２２０が当該区間に設定された高さ位置あるいは目標ギャップに収束するように引き込みが行われる（Ｓ９８）。ジャンプ終了位置に入らない場合には（Ｓ９６；ＮＯ）あるいはサーボ回路の投入を終えた場合（Ｓ９８）には、前述した歩進位置へのＸ・Ｙ・Ｚ座標系の位置設定が行われる（Ｓ６２以降）。
【００９７】
このようにして、液滴吐出ヘッドのギャップ（あるいは高さ）を所定値に保つサーボ制御が行われる。
【実施例３】
【００９８】
図１９及び図２０は、液滴吐出装置２００にギャップ検出装置を備えた他の実施例を示している。
【００９９】
図１９において図１５に示した例と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。この第３の実施例では、ギャップ検出装置６０１は液滴吐出ヘッド２２０と別体に構成されている。ギャップ検出装置６０１は液滴吐出装置を担って（往復）移動するキャリッジのフレーム下部に取り付けられている。他の構成は図１５の例と同様である。
【０１００】
このような構成では、現在の液滴吐出ヘッドのノズル２２２の位置よりも距離Ｌだけ先行する位置においてギャップを測定する。このため、図１４に示す例のように、液滴吐出位置のギャップ測定と液滴吐出のタイミングとを時間軸上においてずらす必要はない。吐出液滴によるＣＣＤセンサ６０１ｂの汚れなども生じにくい。液滴吐出ヘッド２２０とギャップ検出装置６０１とを一体的に構成する場合に比べて液滴吐出ヘッド２２０をより安価に構成することが可能となる。また、予め液滴吐出ノズル２２２に先行してギャップを測定することによって液滴吐出ノズル２２２の基板５００の突起部への衝突を回避する余裕時間が増える。
【０１０１】
図２０は、図１９に示す構成の液滴吐出装置２００に用いるサーボ回路の例を示している。同図において図１５と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【０１０２】
このサーボ回路においては、ギャップ測定位置と液滴吐出位置との位置ずれＬに対応して、サーボ信号が位置ずれＬに対応する時間差Ｔだけ遅延してバイアス設定回路６０８の出力に重畳されるようにスイッチ回路６０５とサンプルホールド回路６０７間に信号遅延回路６０６を設けている。
【０１０３】
なお、ギャップ測定装置６０１の取付は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを載置して搬送するキャリッジ、液滴吐出ヘッドを載置して進退させるアクチュエータなど適宜な場所に取り付けることが可能であり、実施例の配置に限定されるものではない。
【０１０４】
また、液滴吐出ヘッド２２０を進退させるアクチュエータとして上記実施例では電磁アクチュエータ２２３の例を示したが、ピエゾアクチュエータであってもよい。電磁アクチュエータとピエゾアクチュエータとを組み合わせても良い。また、送りネジ機構（粗調整）と電磁アクチュエータ（微調整）又は送りネジ機構（粗調整）とピエゾアクチュエータ（微調整）とを組み合わせても良い。
【０１０５】
また、上述した実施例では液滴を液滴吐出ノズル２２２から下方に吐出しているため、ギャップは高さあるいは上下方向（Ｚ軸方向）に存在する。しかし、吐出対象体の被吐出面を例えばＹ−Ｚ平面に配置して液滴吐出装置２００から液滴を横方向に吐出する場合には液滴の吐出方向に存在するギャップは奥手前方向（Ｘ軸方向）に存在することになる。このような場合にも本発明が適用されることは勿論である。要するに、液滴吐出ヘッド２２０と被吐出対象体とのギャップ調整に本発明は適用可能である。また、本発明は液滴吐出ヘッド２２０の位置制御として使用することが出来る。
【０１０６】
上述した実施例ではＤＮＡチップなどのマルチアレイのように予定された複数の非連続的な位置に液滴を吐出する例で示したが、液滴の吐出を連続に行って線や面をなす液滴膜を形成することが出来る。これを乾かして電気配線、有機半導体膜、有機ＥＬ膜を成膜することが出来る。このような液滴吐出プロセスにも本発明は使用される。例えば、有機ＥＬ表示基板の製造プロセスにおいて、有機ＥＬ材料を最小限のギャップにて吐出する際に有機ＥＬ領域を画定するバンク層を飛び越えて液滴吐出ノズルから吐出を行うことが必要になるが、既述した三次元制御（図７〜図１０）やジャンプ制御（図１７参照）によりこれを行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の液滴吐出装置の構成例を説明する説明図である。
【図２】液滴吐出装置の制御系を説明するブロック図である。
【図３】被吐出対象体表面の凹凸（高さ）を光学的に検出する例を説明する説明図である。
【図４】被吐出対象体表面の凹凸（高さ）を機械−電気変換系によって検出する例を説明する説明図である。
【図５】被吐出基板上への吐出経路を説明する説明図であり、図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）及び同図（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’方向における基板表面の凹凸を示す断面図である。図５（ｂ）は吐出領域が凸部に形成されている場合を、図５（ｃ）は吐出領域が凹部に形成されている場合を示している。
【図６】他の被吐出基板上への吐出経路を説明する説明図である。
【図７】Ｚ（高さ）方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の例を示す説明図である。
【図８】Ｚ（高さ）方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の他の例を示す説明図である。
【図９】Ｚ（高さ）方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の他の例を示す説明図である。
【図１０】Ｚ（高さ）方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の他の例を示す説明図である。
【図１１】想定された吐出経路における吐出基板表面の凹凸を測定するモードを説明するフローチャートである。
【図１２】吐出基板上に三次元的に吐出ヘッドの移動経路を設定するモードを説明するフローチャートである。
【図１３】吐出ヘッドを設定された移動経路に従って移動させて液滴吐出を行うモードを説明するフローチャートである。
【図１４】液滴吐出ノズルと吐出基板間のギャップを測定するギャップ測定手段を備える液滴吐出ヘッドの例を説明する説明図である。
【図１５】ギャップを目標値に調整するサーボ制御系の構成例を説明するブロック図である。
【図１６】ギャップ測定手段を備える液滴吐出ヘッドを用いた場合の制御系を説明するブロック図である。
【図１７】サーボロックが行われる移動経路の例を説明する説明図である。
【図１８】サーボロックを行う制御例を説明するフローチャートである。
【図１９】液滴吐出ノズルと吐出基板間のギャップを測定するギャップ測定手段を備える液滴吐出ヘッドの他の例を説明する説明図である。
【図２０】ギャップを目標値に調整するサーボ制御系の他の構成例を説明するブロック図である。
【図２１】慣性力による吐出液滴の着弾位置のずれを説明する説明図である。
【図２２】液滴の分離による分離着弾を説明する説明図である。
【図２３】好ましいギャップ値における液滴吐出例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  液滴吐出プロセス装置  １００  トレイ、２００  液滴吐出装置、２２０  液滴吐出ヘッド、２２２  液滴吐出ノズル、３００  往復移動機構、４００  制御装置、６０１  ギャップ検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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