(57)【要約】【課題】観察用光学系による微小な観察視野内において吐出ノズルを精度良く二軸方向に微小移動させて微小な液滴の吐出動作を効率良く行う観察用光学系付き液体吐出装置を提供すること。【解決手段】液体吐出装置１では、吐出ノズル１１と観察用光学系２０の対物光学系２１とが同軸に配置され、吐出ノズル１１の先端開口１１ａを中心として吐出対象部位の拡大観察像が得られる。吐出ノズル１１による液滴吐出状況、着弾した液滴の状態を確認しながら作業を行うことができる。観察用光学系２０の焦点位置調整機構３２とは別に、ノズルユニット１０を移動させる位置ずれ防止機構８０を備えた三軸ステージ機構３５を有しており、異なる部位への液体吐出動作などを拡大観察像で確認しながら効率良く行うことができる。【選択図】図１
2017106778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の作業を行うための作業用ツールを備えた作業ユニットと、
前記作業用ツールによる作業対象物を載せるワーク台と、
前記ワーク台に載せた前記作業対象物における前記作業用ツールの先端に対向配置される作業対象部位を拡大観察するための観察用光学系と、
前記観察用光学系の対物光学系をその光軸方向に移動することにより当該観察用光学系の焦点位置を調整する焦点位置調整機構と、
前記対物光学系の光軸方向をｚ軸方向とし、当該ｚ軸方向に直交する直交面上における直交する二方向をｘ軸方向およびｙ軸方向とすると、前記作業用ツールを前記作業対象物に対して、前記ｘ軸方向、前記ｙ軸方向および前記ｚ軸方向に相対移動させるための三軸ステージ機構と、
を有しており、
前記作業用ツールは、前記ワーク台および前記対物光学系の間において、前記対物光学系に対して同軸に配置されている観察用光学系付き作業装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記三軸ステージ機構は、
前記作業用ツールが搭載されたｚ軸ステージを前記ｚ軸方向に移動させるｚ軸ステージ機構と、
前記ｚ軸ステージ機構が搭載されたｙ軸ステージを前記ｙ軸方向に移動させるｙ軸ステージ機構と、
前記ｙ軸ステージが搭載されたｘ軸ステージを前記ｘ軸方向に移動させるｘ軸ステージ機構と、
前記ｘ軸ステージおよび前記ｙ軸ステージを、前記ｚ軸方向からクランプして、これらｘ軸ステージおよびｙ軸ステージの前記ｘ軸方向および前記ｙ軸方向の位置ずれを防止する位置ずれ防止機構と、
を備えている観察用光学系付き作業装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ｘ軸ステージは前記ｚ軸に直交する直交面に平行なｘ軸側スライド面を備え、
前記ｙ軸ステージは前記直交面に平行なｙ軸側スライド面を備え、
前記ｘ軸側スライド面と前記ｙ軸側スライド面とが、ｚ軸方向からスライド可能な状態で面接触している観察用光学系付き作業装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記位置ずれ防止機構は、
前記ｘ軸ステージおよびｙ軸ステージを、所定の弾性クランプ力によってクランプしたクランプ状態、および、前記弾性クランプ力を所定の値まで小さくしたクランプ解除状態に切り替え可能なクランプ機構を備え、
前記クランプ機構は、
前記ｘ軸ステージおよび前記ｙ軸ステージのそれぞれをｚ軸方向に貫通して延びる貫通穴と、
前記ｘ軸ステージおよび前記ｙ軸ステージを挟み、それらの一方の側に配置されたナット、および、他方の側に配置されて前記貫通穴を遊びのある状態で貫通して前記ナットにねじ込まれているボルトと、
前記ボルトのボルト頭部と、当該ボルトが挿入される側に位置する前記ｘ軸ステージあるいは前記ｙ軸ステージとの間に装着され、前記ボルトをねじ込むと圧縮されて前記弾性クランプ力が増加する圧縮コイルばねと、
を備えている観察用光学系付き作業装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれか一つの項において、
前記作業対象物の作業対象部位に対して、前記対物光学系の光路を利用して、照明光、測定光、プロセス光の少なくともいずれかの光を照射するための照射部を有している観察用光学系付き作業装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれか一つの項において、
前記作業ユニット、前記焦点位置調整機構、および前記三軸ステージ機構の駆動を制御する制御部を有しており、
前記制御部は、
前記焦点位置調整機構を駆動制御して、前記対物光学系の焦点位置を、前記作業用ツールの先端あるいはその鏡像に合わせる第１の焦点合わせ動作を行う機能、
前記焦点位置調整機構を駆動制御して、前記対物光学系の焦点位置を前記作業対象物の作業対象部位に合わせる第２の焦点合わせ動作を行う機能、
前記第１および第２の各焦点合わせ動作の実施結果に基づき、前記作業用ツールの先端から前記作業対象部位までの距離を算出する距離算出機能、および、
算出された前記距離に基き、前記三軸ステージ機構を駆動制御して、前記作業用ツールの前記ｚ軸方向における前記作業対象物に対する相対位置を調整するツール位置調整機能を備えている観察用光学系付き作業装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記作業用ツールの先端に対向配置されるミラーを有しており、
前記制御部は、前記焦点位置調整機構を駆動制御して、前記ミラーの表面に形成された所定のパターンに前記対物光学系の焦点位置を合わせる第３の焦点合わせ動作を行う機能を備えており、
前記第１の焦点合わせ動作を行う機能は、前記ミラーに映った前記作業用ツールの先端の鏡像に前記対物光学系の焦点位置を合わせる動作を行う機能であり、
前記距離算出機能は、前記第１、第２、第３の各焦点合わせ動作の実施結果に基づき、前記作業用ツールの先端から前記作業対象部位までの距離を算出する機能である観察用光学系付き作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面に液体材料を吐出するための液体吐出ノズルを備えた液体吐出装置、ワークの表面に形成した配線の導通検査を行うプローブを備えた検査装置、ワークの表面に微細な穴あけ加工などを行う加工具を備えた加工装置等のように、ワークの表面の作業対象部位に所定の作業を施す作業装置に関する。更に詳しくは、作業対象部位を拡大観察しながら、液体吐出ノズル、プローブ、加工具などの作業用ツールによる作業を行うことのできる観察用光学系を備えた観察用光学系付き作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような作業装置としては、基板パターンの欠陥修正装置がある。液晶パネル用のカラーフィルタ基板や集積回路用の半導体基板は、その表面に微細な電極パターンや配線パターンが形成されている。このような基板は、製造時にパターンに欠損が生じることがある。欠損箇所がある基板は不良品となり、歩留まり低下の原因となってしまう。そこで、欠陥修正装置を用いて、欠損箇所を補修することによって不良品を削減している。特許文献１には、このような補修作業を行うための欠陥修正装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の欠陥修正装置は、基板を載せるステージと、ステージ上の基板に対向配置された対物光学系と、補修材料を吐出するための吐出ノズルを備えている。吐出ノズルは対物光学系の光軸に沿って配置されており、対物光学系を構成する凸面反射鏡と凹面反射鏡の中心部を貫通して延びている。基板表面に形成されたレジストパターンの欠陥を補修するときには、基板を載せたワークステージを水平方向に移動させ、補修箇所を吐出ノズルの真下に位置決めする。これにより、補修箇所を中心とする観察像が対物光学系から得られるようになるため、得られた画像をモニタに表示して補修箇所の拡大画像を確認しながら補修材料を吐出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７０６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、対物光学系と吐出ノズルが一体になっており、これらをワークステージに対して上下動させるための機構は設けられていない。基板の厚さ変更などがあった場合には、基板表面のパターンに焦点が合わなくなって鮮明な観察像を得られなくなり、作業性が低下するおそれがある。
【０００６】
また、基板を載せたワークステージの水平移動によって補修箇所の真上に吐出ノズルを位置決めすることはできるものの、対物光学系と吐出ノズルが一体になっているため、吐出ノズルだけを視野内で自由に動かすことができない。従って、ノズルを断続的に動かしながら複数個所の補修を行う場合、ノズルを連続的に動かしながら連続した欠陥箇所の補修を行う場合などの作業性が良好とはいえない。
【０００７】
ここで、微小な配線パターンの修復作業、微小な配線パターンの導通検査などにおいては、作業対象部位が微小であり、当該作業対象部位の拡大観察像を表示しながら、吐出ノズル、プローブなどによる作業が行われる。吐出ノズルなどを水平移動させる場合には、精度良く移動を制御できないと、対物光学系による微小な視野内から移動後の吐出ノズルが外れて観察用光学系の観察視野内からノズルの拡大観察像が消えてしまう事態が頻発す
る。この結果、作業性が大幅に低下してしまう。
【０００８】
例えば、ｘｙステージ機構を用いて、吐出ノズルなどの作業用ツールの先端をワークの作業対象部位に対して精度良く微小移動させ移動後の位置に作業用ツールを停止させる際に、ステージ機構の動力伝達部品の遊びなどに起因して、わずかな位置ずれが生じるおそれがある。また、停止状態にあるステージ機構を移動させる際にも同様にわずかな位置ずれが生じるおそれがある。このようなわずかな位置ずれに起因して、それ以後の作業用ツールの位置決め、移動の制御精度が低下することがある。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、液体吐出ノズル、プローブなどの作業用ツールによる作業対象部位を拡大観察するための観察用光学系を備えた観察用光学系付き作業装置であって、観察用光学系による微小な観察視野内から外れないように作業用ツールを精度良く微小移動させて微小な作業対象部位に対して所定の作業を効率良く行うことのできる観察用光学系付き作業装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の観察用光学系付き作業装置は、
所定の作業を行うための作業用ツールを備えた作業ユニットと、
前記作業用ツールによる作業対象物を載せるワーク台と、
前記ワーク台に載せた前記作業対象物における前記作業用ツールの先端に対向配置される作業対象部位を拡大観察するための観察用光学系と、
前記観察用光学系の対物光学系をその光軸方向に移動することにより当該観察用光学系の焦点位置を調整する焦点位置調整機構と、
前記対物光学系の光軸方向をｚ軸方向とし、当該ｚ軸方向に直交する直交面上における直交する二方向をｘ軸方向およびｙ軸方向とすると、前記作業用ツールを前記作業対象物に対して、前記ｘ軸方向、前記ｙ軸方向および前記ｚ軸方向に相対移動させるための三軸ステージ機構と、
を有しており、
前記作業用ツールは、前記ワーク台および前記対物光学系の間において、前記対物光学系に対して同軸に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、作業用ツールと対物光学系とが同軸に配置されており、作業用ツールの先端を中心とした作業対象部位の拡大観察像が得られる。作業用ツールによる作業状況、例えば、液体吐出ノズルの場合には吐出される液滴の状態、作業対象部位である吐出位置に吐出されて着弾した液滴の量、形状などを確認しながら作業を行うことができる。
【００１２】
また、観察用光学系の焦点位置調整機構とは別に、作業用ツールを光軸方向および当該光軸方向に直交する直交面方向に移動させる三軸ステージ機構を備えている。したがって、観察用光学系の観察視野範囲を固定にしたままで、作業用ツールを当該視野内で光軸に直交する方向（ｘ軸方向、ｙ軸方向）に自由に動かすことができる。このため、ｘ軸方向、ｙ軸方向に離れた複数の作業対象部位への液滴の吐出作業、配線パターンの導通検査作業、穴あけ、ケガキなどの加工作業を行う場合、ｘ軸・ｙ軸方向への連続した吐出作業、検査作業、加工作業などを行う場合における作業性を高めることができる。また、視野内から作業用ツールを退避させることも可能になるので、作業対象部位のみの観察も可能であり、当該作業対象部位に対する焦点合わせ操作も容易になる。
【００１３】
ここで、三軸ステージ機構によって精度良く作業用ツールの先端を目標とする作業対象部位に対して位置決めし、あるいは、作業用ツールを作業対象物に対して精度良く微小移動させた場合において、移動後の位置に作業用ツールを停止させる際に、三軸ステージ機構の動力伝達部品の遊びなどに起因して、わずかな位置ずれが生じるおそれがある。また
、停止状態にある三軸ステージ機構を移動させる際にも同様にわずかな位置ずれが生じるおそれがある。このようなわずかな位置ずれに起因して、それ以後の作業用ツールの位置決め、移動の制御精度が低下することがある。
【００１４】
特に、微小液滴の吐出動作、微小穴の加工動作などにおいては、このようなわずかな位置ずれが生じると、微小な作業対象部位を観察している観察用光学系の観察視野範囲内から、作業用ツールの先端が外れて、その拡大観察像が消えてしまうことがある。このような事態が頻繁すると、観察視野範囲内に作業用ツールの先端を戻す調整作業を繰り返し行う必要があるので、作業性が著しく低下する。
【００１５】
このような弊害を回避するために、本発明では、前記作業用ツールが搭載されたｚ軸ステージを前記ｚ軸方向に移動させるｚ軸ステージ機構と、前記ｚ軸ステージ機構が搭載されたｙ軸ステージを前記ｙ軸方向に移動させるｙ軸ステージ機構と、前記ｙ軸ステージが搭載されたｘ軸ステージを前記ｘ軸方向に移動させるｘ軸ステージ機構とを備えた三軸ステージ機構において、前記ｘ軸ステージおよび前記ｙ軸ステージを、前記ｚ軸方向からクランプして、これらｘ軸ステージおよびｙ軸ステージの前記ｘ軸方向および前記ｙ軸方向の位置ずれを防止する位置ずれ防止機構を備えている。
【００１６】
この場合、前記ｘ軸ステージは前記ｚ軸に直交する直交面に平行なｘ軸側スライド面を備え、前記ｙ軸ステージは前記直交面に平行なｙ軸側スライド面を備え、前記ｘ軸側スライド面と前記ｙ軸側スライド面とが、ｚ軸方向からスライド可能な状態で面接触していることが望ましい。面接触状態でｘ軸ステージおよびｙ軸ステージを移動させることにより、ｚ軸方向から大きな荷重が作用しても、安定してｘ軸方向およびｙ軸方向に作業用ツールを微小移動させることができる。例えば、作業用ツールが搭載されているｚ軸ステージ機構などの大きな荷重が作用しても、微小移動を安定的に精度良く行うことができ、また、位置ずれを確実に防止できる。
【００１７】
位置ずれ防止機構は、前記ｘ軸ステージおよびｙ軸ステージを、所定の弾性クランプ力によってクランプしたクランプ状態、および、前記弾性クランプ力を所定の値まで小さくしたクランプ解除状態に切り替え可能なクランプ機構を用いることができる。このクランプ機構は、
前記ｘ軸ステージおよび前記ｙ軸ステージのそれぞれをｚ軸方向に貫通して延びる貫通穴と、
前記ｘ軸ステージおよび前記ｙ軸ステージを挟み、それらの一方の側に配置されたナット、および、他方の側に配置されて前記貫通穴を遊びのある状態で貫通して前記ナットにねじ込まれているボルト脚部を有するボルトと、
前記ボルトのボルト頭部と、当該ボルトが挿入される側に位置する前記ｘ軸ステージあるいは前記ｙ軸ステージとの間に装着され、前記ボルトをねじ込むことによって圧縮されて前記弾性クランプ力を増大させる圧縮コイルばねと、
を備えていることが望ましい。
【００１８】
この構成の位置ずれ防止機構においては、貫通穴とボルト脚部の間の隙間分以内の範囲でｘ軸ステージおよびｙ軸ステージを微小移動させることができる。また、ボルトをねじ込むと、圧縮コイルばねが圧縮され、ｘ軸ステージおよびｙ軸ステージをｚ軸方向からクンンプする弾性クランプ力が増大し、ｘ軸ステージ、ｙ軸ステージを移動しないように固定できる。ボルトを緩めていくと、弾性クランプ力が減少し、ｘ軸ステージ、ｙ軸ステージが相対的にスライド可能な状態になる。したがって、大きな弾性クランプ力を加えることにより、双方のステージを位置ずれなく固定できる。また、クランプ解除状態においても所定の弾性クランプ力がｚ軸方向からｘ軸ステージ、ｙ軸ステージの間に作用しているので、これらのステージがクランプ解除時に位置ずれすることも防止できる。
【００１９】
本発明において、前記作業対象物の作業対象部位に対して、前記対物光学系の光路を利用して、前記作業対象物を拡大観察するために用いる観察用照明光以外の光を照射するための照射部を設けることができる。例えば、紫外線硬化樹脂を硬化させるための紫外線などのプロセス光を照射する照射部を設けることができる。
【００２０】
このようにすると、作業対象部位に対して観察用照明光と共に、このような光を同時に照射することにより、作業対象部位を十分な明るさで観察でき、作業性が向上する。また、作業対象部位に対して、作業用ツールによる作業とプロセス光による作業とを同時に行うことができるので、作業効率を高めることができる。
【００２１】
次に、本発明の観察用光学系付き作業装置は、前記作業ユニット、前記焦点位置調整機構、および前記ステージ機構の駆動を制御する制御部を有しており、
前記制御部は、
前記焦点位置調整機構を駆動制御して、前記対物光学系の焦点位置を、前記作業用ツールの先端あるいはその鏡像に合わせる第１の焦点合わせ動作を行う機能、
前記焦点位置調整機構を駆動制御して、前記対物光学系の焦点位置を前記作業対象物の作業対象部位に合わせる第２の焦点合わせ動作を行う機能、
前記第１および第２の各焦点合わせ動作の実施結果に基づき、前記作業用ツールの先端から前記作業対象部位までの距離を算出する距離算出機能、および、
算出された前記距離に基き、前記ステージ機構を駆動制御して、前記作業用ツールの前記ｚ軸方向における前記作業対象物に対する相対位置を調整するツール位置調整機能
を備えていることが望ましい。
【００２２】
対物光学系の焦点位置調整機構を利用して、作業対象物の作業対象部位および作業用ツールの先端のそれぞれに対する焦点合わせを行い、その実施結果（各焦点合わせ動作の完了時の焦点位置あるいはこれに対応する対物光学系の各部の位置、もしくは、これらの位置に換算可能な焦点位置調整機構の駆動量など）に基づき、作業用ツールの先端から作業対象部位までの間の距離を算出する。焦点位置調整機構を用いて光学的に距離を算出しているので、機械的な計測機構などを用いて距離を測定する場合に比べて、簡単な構成で、より正確に距離を算出できる。また、正確に算出された距離に基き、作業用ツールを精度良く位置決め、移動させることができるので、作業対象部位に対する作業を精度良く行うことができる。
【００２３】
ここで、前記作業用ツールの先端に対向配置されるミラーを有している場合には、当該作業用ツールの先端位置を、ミラーに映った鏡像に基づいて把握することができる。この場合には、前記制御部に、前記焦点位置調整機構を駆動制御して、前記ミラーの表面に形成された所定のパターンに前記対物光学系の焦点位置を合わせる第３の焦点合わせ動作を行う機能を付加する。また、この場合には、前記第１の焦点合わせ動作を行う機能は、前記ミラーに映った前記作業用ツールの先端の鏡像に前記対物光学系の焦点位置を合わせる動作を行う機能であり、前記距離算出機能は、前記第１、第２、第３の各焦点合わせ動作の実施結果に基づき、前記作業用ツールの先端から前記作業対象部位までの距離を算出する機能である。
【００２４】
作業用ツールの先端位置をミラーに映った鏡像に基づいて把握しようとする場合には、ミラー表面の位置（作業対象部位に対するミラー表面の相対位置）を予め把握しておくか、あるいは、何らかの方法でこの位置を算出する必要がある。本発明では、上記のような第３の焦点合わせ動作（ミラーの表面に形成したパターンに対する焦点合わせ）を行っているため、その実施結果と第１の焦点合わせ動作の実施結果を用いることにより、作業用ツールの先端からミラーの表面までの距離を算出できる。従って、ミラー表面の位置が不
明であっても、作業用ツールの先端から作業対象部位までの間の距離を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した液体吐出装置の主要部分の概略構成図である。
【図２】液体吐出装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】三軸ステージ機構を示す説明図とその断面構成を示す説明図である。
【図４】図３の三軸ステージ機構の一部の部品を省略して示す説明図である。
【図５】図４の三軸ステージ機構から更に一部の部品を省略して示す説明図である。
【図６】ギャップ算出方法の説明図である。
【図７】ギャップ算出方法の別の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した観察用光学系付き作業装置の実施の形態を説明する。
【００２７】
（全体構成）
図１は本発明を適用した観察用光学系付き作業装置である液体吐出装置の主要部分の概略構成図である。液体吐出装置１は、カラーフィルタ基板や半導体基板などの基板２（吐出対象物）の表面に形成した配線パターン等の欠陥を補修するために用いられるものであり、液体状の配線材料（液体材料）を吐出するためのノズルユニット１０（作業ユニット）と、ノズルユニット１０の背面側（ノズルの吐出方向に対して逆の側）に配置された観察用光学系２０と、ノズルユニット１０および観察用光学系２０を支持する支持機構３０と、各部の駆動を制御する制御ユニット４０とを備えている。また、液体吐出装置１は、作業対象の基板２を載せる水平なワーク台３を備えており、このワーク台３は支持機構３０によって定まった位置に動かないように設置されている。
【００２８】
液体吐出装置１による基板２の欠陥補修作業を行う際には、ワーク台３の載置面３ａに載せた基板２にノズルユニット１０の液体吐出ノズル１１（以下、単に、ノズル１１と呼ぶ場合もある。）を対峙させる。ノズル１１の上側には、観察用光学系２０が同軸に配置されている。なお、本例の液体吐出装置１では、後述のように、ワーク台３を固定し、ノズルユニット１０の側を三軸方向に移動させるようにしている。この代わりに、ワーク台３を例えば三軸ワークステージ機構として、上下方向および水平方向に移動可能としてもよい。いずれの場合においても、ワーク台３の載置面３ａに載せた基板２の基板表面におけるノズル１１に対峙する吐出対象部位（作業対象部位）を、ノズル１１に対して相対移動させることができる。
【００２９】
ノズルユニット１０は、微小な径のノズル１１と、液体吐出ノズル１１に液体材料を供給するための液体材料供給路１２を備えている。ノズル１１は、その中心軸線Ａをワーク台３の載置面３ａに対して垂直にして、先端開口１１ａを下向きにした姿勢で配置されている。ノズル１１の後端から横向きに延びる液体材料供給路１２は、不図示の液体材料供給源に連通している。また、ノズルユニット１０は、ノズル１１に高電圧のパルス電圧を印加するためのノズル側電極１３および高圧アンプ１４（図２参照）と、ノズル１１の先端開口１１ａに対向配置された接地電極１５を備えている。接地電極１５はワーク台３における先端開口１１ａと対峙する部分に配置されている。勿論、異なる液体吐出原理によるノズルを用いることもできる。
【００３０】
観察用光学系２０は、対物光学系２１、結像光学系２２、ＣＣＤカメラユニット２３を備えており、これらが下から上に同軸に配置されている。対物光学系２１は円筒状のレンズ筒の内部に対物レンズ（図示せず）が保持されているユニットであり、結像光学系２２は円筒状の鏡筒の内部に結像レンズ（図示せず）が保持されているユニットである。
【００３１】
本例では、観察用光学系２０は、その光軸Ｂがワーク台３の載置面３ａに対して垂直となるように、支持機構３０に取り付けられている。また、光軸Ｂが載置面３ａの中心を通る位置関係となるように、ワーク台３と観察用光学系２０が支持機構３０に取り付けられている。したがって、光軸Ｂに対して、ノズル１１の中心軸線Ａを一致させると、対物光学系２１による観察視野範囲の中央にノズル１１の先端開口１１ａが位置する。
【００３２】
対物光学系２１の観察視野範囲にノズル１１を位置させた状態において、ワーク台３およびノズル１１の側から対物光学系２１の対物レンズに入射した光は、対物光学系２１内の光路を通って結像光学系２２に入射した後、その結像レンズによって光学像がＣＣＤカメラユニット２３の受光面（図示せず）に結像する。光学像がＣＣＤカメラユニット２３の撮像素子列に入力されると、撮像素子列からのアナログ信号がＣＣＤカメラユニット２３のＡ／Ｄ変換回路（図示せず）によってデジタル信号に変換される。これにより得られた光学像の画像データが拡大観察像として、ＣＣＤカメラユニット２３の表示画面上（図示せず）に表示される。
【００３３】
支持機構３０はメインフレーム３１を備えており、このメインフレーム３１に、ワーク台３と、観察用光学系２０の結像光学系２２およびＣＣＤカメラユニット２３とが固定されている。また、支持機構３０は、対物光学系２１をその光軸Ｂの方向に上下動させて対物光学系２１の焦点合わせを行うための焦点位置調整機構３２と、ノズルユニット１０を三軸方向に移動させるための三軸ステージ機構３５とを備えている。例えば、焦点位置調整機構３２によって、対物光学系２１と三軸ステージ機構３５（したがってノズルユニット１０）が一体となって、光軸Ｂの方向に上下動する。
【００３４】
焦点位置調整機構３２は、例えば、光軸Ｂと平行に延びる状態でメインフレーム３１に支持されているガイド軸３３と、このガイド軸３３にスライド可能に取り付けられ、且つ、対物光学系２１を保持している昇降フレーム３４と、昇降フレーム３４をガイド軸３３に沿って昇降させるための駆動機構および駆動モータ（図示せず）などから構成することができる。このような焦点位置調整機構３２により、ワーク台３に対して対物光学系２１を上下動させ、対物光学系２１の焦点合わせを行うことが可能となっている。
【００３５】
ノズルユニット１０を三軸方向に移動させるための三軸ステージ機構３５は、焦点位置調整機構３２のフレーム３４に搭載されている。三軸ステージ機構３５は、ノズルユニット１０を、光軸Ｂに直交する直交面上（本例では水平面上）において直交するｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させるためのｘ軸ステージ機構５０およびｙ軸ステージ機構６０と、ノズルユニット１０を光軸Ｂの方向であるｚ軸方向に移動させるためのｚ軸ステージ機構７０とを備えている。
【００３６】
液体吐出作業にあたっては、まず、焦点位置調整機構３２によって観察用光学系２０の対物光学系２１を昇降させてその焦点合わせを行い、載置面３ａに載せた基板２の表面の微小な吐出対象部位の拡大観察像が観察視野内に鮮明に表示されるようにする。焦点合わせの後に、三軸ステージ機構３５により、ノズルユニット１０を対物光学系２１とは独立して、ワーク台３の載置面３ａに対して上下動させて、ノズル１１と基板２の表面の吐出対象部位までの距離（ギャップ）を調整する。しかる後に、ノズル１１から液体を吐出動作を行う。ノズル１１の先端開口１１ａからの液体の吐出状態および吐出された微小液滴の基板上への着弾状態を、拡大観察像によって確認しながら作業を行うことができる。また、三軸ステージ機構３５によってノズル１１を水平方向に微小移動、たとえば、最大２ｍｍ程度の微小範囲内で移動して、基板上の異なる位置に液体吐出動作を行う。あるいは、微小範囲内で吐出ノズル１１を連続移動させながら液体吐出動作が行われる。
【００３７】
（制御ユニット）
図２は液体吐出装置１の制御ユニット４０を示す機能ブロック図である。液体吐出装置１の各部を統括制御する制御ユニット４０は、上位装置等からの指令に基づき、焦点位置調整機構３２および三軸ステージ機構３５の駆動を制御するための制御信号を出力して、観察用光学系２０の焦点合わせ、ノズル１１の上下方向（ｚ軸方向）の位置決めを行う。また、制御ユニット４０は、上位装置等からの指令に基き、ノズルユニット１０のノズル１１からの液体吐出動作を制御する。
【００３８】
焦点合わせ動作においては、制御ユニット４０は、対物光学系２１から得られる観測対象物の光学像、すなわち、ＣＣＤカメラユニット２３で撮影した画像データを取り込み、この画像データに基づいて焦点位置調整機構３２を制御して、対物光学系２１の自動焦点合わせを行う。例えば、制御ユニット４０は、画像データの各部のコントラストの高低を判断する。そして、目的の部位（例えば、基板２の表面の配線パターン）のコントラストが最も高くなるまで、言い換えれば、目的の部位に焦点が合うまで対物光学系２１をその光軸Ｂの方向に移動させることにより、目的の部位に焦点を合わせることができる。あるいは、ＣＣＤカメラユニット２３にオートフォーカス光を照射するための機構を設けておき、結像光学系２２および対物光学系２１内の光路を利用して基板２などの観測対象物にオートフォーカス光を照射し、自動焦点合わせを行うこともできる。
【００３９】
（三軸ステージ機構）
図３（ａ）はノズルユニット１０の三軸方向の位置決めを行うための三軸ステージ機構３５の構成例を示す説明図であり、図３（ｂ）はその断面構成を示す説明図である。図４は、三軸ステージ機構の一部の部品を省略してｙ軸ステージ機構の部分を表した状態の説明図であり、図５はさらに部品を省略して、ｘ軸ステージ機構の部分を表した状態の説明図である。
【００４０】
本例の三軸ステージ機構３５は、ｘ軸ステージ機構５０、ｙ軸ステージ機構６０およびｚ軸ステージ機構７０を備えている。まず、ｚ軸ステージ機構７０は、ノズルユニット１０が搭載されたｚ軸ステージ７１と、当該ｚ軸ステージ７１をｚ軸方向にスライド可能に支持しているｚ軸スライドガイド７２と、ｚ軸スライドガイド７２に沿ってｚ軸ステージ７１をスライドさせるためのｚ軸駆動部７３とを備えている。
【００４１】
ｙ軸ステージ機構６０は、図４に示すように、ｙ軸ステージ６１と、ｙ軸ステージ６１をｙ軸方向に微小移動させるための手動操作式のｙ軸ステージ駆動部６２とを備えている。ｙ軸ステージ駆動部６２を、サーボモータなどを備えた電動式の駆動部として制御ユニット４０を介して駆動制御してもよい。ｙ軸ステージ６１にはｚ軸ステージ機構７０が搭載されている。すなわち、その構成部品が取り付けられているｚ軸スライドガイド７２がｙ軸ステージ６１の側面に固定されている。
【００４２】
ｘ軸ステージ機構５０は、図５に示すように、ｙ軸ステージ６１がスライド可能な面接触状態で搭載されているｘ軸ステージ５１と、ｘ軸ステージ５１をｘ軸方向に微小移動させるための手動操作式のｘ軸ステージ駆動部５２とを備えている。ｘ軸ステージ駆動部５２を、サーボモータなどを備えた電動式の駆動部として制御ユニット４０を介して駆動制御してもよい。
【００４３】
ここで、三軸ステージ機構３５には、ｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１を、ｚ軸方向からクランプして、これらｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置ずれを防止するための位置ずれ防止機構８０が付設されている。位置ずれ防止機構８０は、ｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１を、所定の弾性クランプ
力によってクランプしたクランプ状態、および、弾性クランプ力を所定の値まで小さくしたクランプ解除状態に切り替え可能なクランプ機構から構成されている。
【００４４】
本例のクランプ機構は、ｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１を挟み、ｙ軸ステージ６１の側に配置されたナット８１、および、他方のｘ軸ステージ５１側に配置されたボルト８２と、当該ボルト８２のボルト頭部８２ａとｘ軸ステージ５１の間に装着された圧縮状態のコイルばね８３と、ボルト８２を回すための手動操作式のボルト駆動部８４とを備えている。圧縮コイルばね８３は、ボルト頭部８２ａと、ｘ軸ステージ５１の裏面に配置したばね受け８５との間に、圧縮状態で装着されている。ナット８１は、フレーム３４（図１参照）に搭載される機構フレーム（図示せず）に固定されている。
【００４５】
ボルト８２のボルト脚部８２ｂは、図４、図５に示すように、ｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１に形成したｚ軸方向に貫通して延びる貫通穴５３、６３を遊びのある状態でｚ軸方向に貫通して延び、上側のナット８１にねじ込み固定されている。圧縮コイルばね８３は、ボルトをねじ込むことによって圧縮されて、ｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１をｚ軸方向からクランプしている弾性クランプ力が増大する。
【００４６】
ここで、ｘ軸ステージ５１の上面には、ｚ軸方向に直交する直交面に平行なｘ軸側スライド面５４が形成されている。ｙ軸ステージ６１の裏面には、当該直交面に平行なｙ軸側スライド面６４が形成されている。図３（ｂ）に示すように、ｘ軸側スライド面５４とｙ軸側スライド面６４とは、ｚ軸方向からスライド可能な状態で面接触している。
【００４７】
面接触状態でｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１がスライドするので、ｚ軸ステージ機構７０の大きな荷重が作用しても、安定してｘ軸方向およびｙ軸方向にｘ軸ステージ５１、ｙ軸ステージ６１を円滑に微小移動させることができ、吐出ノズル１１のｘ軸方向、ｙ軸方向へ微小移動を安定的に精度良く行うことができる。
【００４８】
本例におけるｙ軸ステージ機構６０のｙ軸ステージ駆動部６２は、図４に示すように、ｘ軸方向に突出および後退可能に不図示の機構フレームに取り付けられている駆動用のｙ軸ねじ６５を備えている。ｙ軸ねじ６５はｘ軸方向からＬ型アーム６６の一方の腕に当接しており、ｙ軸ねじ６５の移動に応じて、Ｌ型アーム６６がｙ軸ステージ６１の上面に固定したｚ軸方向に延びる軸６７を中心として旋回する。Ｌ型アーム６６の他方の腕は、ｙ軸方向から連結ブロック６８の一方の側面に当接している。連結ブロック６８の他方の側面はｙ軸ステージ６１に対してｙ軸方向の反対側から当接している。連結ブロック６８はｘ軸ステージ５１の上面に固定されている。ｙ軸ねじ６５、Ｌ型アーム６６、連結ブロック６８およびｙ軸ステージ６１の当接状態は不図示のばね機構によって保持されている。
【００４９】
ｙ軸ねじ６５のねじ込み量を調整することにより、ｙ軸ステージ６１のｙ軸方向の位置を微調整することができる。ｙ軸方向の位置の微調整可能な範囲は、貫通穴６３とボルト脚部８２ｂの隙間寸法によって決まる。
【００５０】
ｘ軸ステージ機構５０のｘ軸ステージ駆動部５２は、図５に示すように、ｘ軸ステージ５１の側面に対してｘ軸方向から当接するｘ軸ねじ５５を備えている。ｘ軸ねじ５５は、ｘ軸方向に突出および後退可能に不図示の機構フレームに取り付けられている。ｘ軸ねじ５５のねじ込み量を調整することにより、ｘ軸ステージ５１のｘ軸方向の位置を微調整することができる。ｘ軸方向の調整範囲は、貫通穴５３とボルト脚部８２ｂの間の隙間寸法によって決まる。
【００５１】
この構成の位置ずれ防止機構８０は、貫通穴５３、６３とボルト脚部８２ｂとの間の隙間分以内の微小範囲内でｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１をｘ軸方向およびｙ軸
方向に微小移動可能な状態で、双方のステージ５１、６１をｚ軸方向から小さな弾性クランプ力でクランプしている。ボルト８２をねじ込むと、圧縮コイルばね８３が圧縮され、ｘ軸ステージ５１およびｙ軸ステージ６１をｚ軸方向からクンンプする弾性クランプ力が増加し、ｘ軸ステージ５１、ｙ軸ステージ６１をｘ軸方向、ｙ軸方向に移動しないように固定できる。ボルト８２を所定量だけ緩めると、弾性クランプ力が減少し、ｘ軸ステージ５１、ｙ軸ステージ６１が相対的にスライド可能な状態に戻る。
【００５２】
したがって、大きな弾性クランプ力を加えることにより、双方のステージ５１、６１を位置ずれなく固定したクランプ状態を形成できる。また、クランプ解除状態においても所定の弾性クランプ力がｚ軸方向からｘ軸ステージ５１、ｙ軸ステージ６１の間に作用するので、これらのステージ５１、６１がクランプ解除時に位置ずれすることも防止できる。
【００５３】
（吐出ノズルと基板との間のギャップ算出）
液体吐出装置１の制御ユニット４０は、基板２への液体吐出動作を行うにあたって、基板２の表面と吐出ノズル１１の間のギャップ（距離）を算出することができる。このギャップ算出を行うにあたって、まず、ワーク台３上の基板２とノズルユニット１０の吐出ノズル１１とを対峙させ、吐出ノズル１１および対物光学系２１を、その光軸Ｂおよび中心軸線Ａの方向における初期位置に位置決めする。初期位置は、予め設定しておいてもよいし、前回の加工終了後に待機位置としてもよい。
【００５４】
図６はギャップ算出方法の説明図であり、図６（ａ）は第１の焦点合わせ動作の説明図、図６（ｂ）は第２の焦点合わせ動作の説明図である。距離測定方法は、ノズル１１を動かすことなく、ノズル１１の先端開口１１ａの鏡像に対物光学系２１の焦点を合わせる第１の焦点合わせ動作と、基板２の表面の液体吐出対象部位２ａに焦点を合わせる第２の焦点合わせ動作を行い、対物光学系２１の初期位置および焦点位置調整機構３２の調整量に基づいて各焦点合わせ動作が完了したときの各焦点位置を把握し、これに基づいてギャップＤを算出するものである。
【００５５】
図６（ａ）に示すように、ノズル１１と対物光学系２１を同軸に配置しているため、ノズル１１の先端開口１１ａを、基板２の上に置いた薄型のミラー４に映し、ミラー４に映った先端開口１１ａの鏡像に対する焦点合わせ動作（第１の焦点合わせ動作）を行う。この場合には、焦点合わせが完了したときの対物光学系２１の焦点位置Ｆ１は、実際のノズル１１の先端位置Ｆ０（先端開口１１ａの位置）に対し、ミラー４を基準として対称な位置関係となっている。
【００５６】
一方、図６（ｂ）に示すように、基板２の表面は対物光学系２１によって直接観察可能であるため、ミラー４を用いることなく、基板２の表面に対する焦点合わせ動作（第２の焦点合わせ動作）を行う。従って、焦点合わせ動作が完了したときの対物光学系２１の焦点位置Ｆ２は、基板２の表面（液体吐出対象部位２ａ）となっている。
【００５７】
制御ユニット４０は、これらの２回の焦点合わせ動作を行い、対物光学系２１の初期位置、および各焦点合わせ動作における焦点位置調整機構３２の駆動量に基づいて焦点位置Ｆ１、Ｆ２の座標（対物光学系２１の光軸Ｂの方向の座標）を算出する。そして、得られた焦点位置Ｆ１、Ｆ２と、予め測定しておいたミラー４の厚さｄに基づき、基板２の表面とノズル１１の先端開口１１ａとの間のギャップＤを以下の式（１）によって算出する。なお、各焦点合わせ動作の実施結果をその都度焦点位置Ｆ１、Ｆ２の座標値に変換することなく、対物光学系２１の各部（対物レンズなど）の初期位置および焦点合わせ動作によるその移動量などに基づき、ギャップＤを算出してもよい。
Ｄ＝Ｆ１−Ｆ２＋２ｄ・・・・・（１）
【００５８】
なお、図６（ａ）の例では基板２の上にミラー４を重ねて焦点位置Ｆ１を測定していたが、基板２と同一厚さのミラー４を用意しておき、基板２をミラー４と交換して焦点位置Ｆ１を求めることもできる。この場合には、以下の式（２）によってギャップＤを算出できる。
Ｄ＝Ｆ１−Ｆ２・・・・・（２）
【００５９】
制御ユニット４０は、算出したギャップＤに基づき、ノズル１１の位置調整の要否、すなわち、ノズル１１の先端開口１１ａと基板２の表面との間のギャップ調整の要否を判定することができる。例えば、予め設定した基準ギャップと算出したギャップＤとの比較判定を行う。そして、基準ギャップとギャップＤが一致しない場合には、三軸ステージ機構３５を駆動制御して、ギャップＤを基準ギャップに一致させる。
【００６０】
（ギャップ測定方法の別の例）
次に、上記の実施の形態では、ミラー４に映った鏡像への焦点合わせの結果に基づいて、ノズル１１の先端開口１１ａと基板２の表面とのギャップを算出するために、予め、ミラー４の厚さｄを把握しておくか、もしくは、基板２と同一厚さのミラー４を準備する必要があったが、以下の方法を用いれば、ミラー４の厚さや基板２の厚さが不明であっても、ノズル先端と基板２の表面とのギャップＤを正確に算出することができる。
【００６１】
図７は、この場合のギャップ算出方法を示す説明図である。このギャップ算出方法では、表面に所定のパターンＣが形成されたパターン付きミラー４Ａを用いる。例えば、板材の表面に鏡面となる蒸着膜を形成し、パターンＣの部分だけ蒸着膜を剥がしたものを用いる。
【００６２】
図７（ａ）は第３の焦点合わせ動作の説明図、図７（ｂ）は第１の焦点合わせ動作の説明図、図７（ｃ）は第２の焦点合わせ動作の説明図、図７（ｄ）はパターン付きミラーの平面図である。図７（ｂ）、（ｃ）に示す第１、第２の焦点合わせ動作は上記の実施の形態における図６（ａ）、（ｂ）に示す場合と同様に行えばよいので、説明を省略する。
【００６３】
図７（ａ）に示す第３の焦点合わせ動作では、パターン付きミラー４Ａの表面に見えるパターンＣに対する焦点合わせを行う。制御ユニット４０は、これらの３回の焦点合わせ動作を行い、対物光学系２１の初期位置、および各焦点合わせ動作における焦点位置調整機構３２の駆動量に基づいて焦点位置Ｆ３、Ｆ１、Ｆ２の座標（対物光学系２１の光軸Ｂの方向の座標）を算出する。そして、第３および第１の焦点合わせ動作によって得られた焦点位置Ｆ３およびＦ１に基づき、パターン付きミラー４Ａの表面とノズル１１の先端開口１１ａとのギャップＤ´を以下の式（３）によって算出する。
Ｄ´＝Ｆ１−Ｆ３・・・・・（３）
【００６４】
続いて、制御ユニット４０は、得られたギャップＤ´と、第２の焦点合わせ動作によって得られた焦点位置Ｆ２に基づき、基板２の表面とノズル１１の先端開口１１ａとの間のギャップＤを以下の式（４）（５）によって算出する。式（５）は、式（４）のＤ´に式（３）の右項を代入することによって得られたものである。
Ｄ＝Ｄ´＋（Ｆ２−Ｆ３）・・・・・（４）
Ｄ＝Ｆ１＋Ｆ２−２Ｆ３・・・・・・（５）
【００６５】
なお、図７（ａ）、（ｂ）に示した例では、ワーク台３に載せた基板２の上にパターン付きミラー４Ａを重ねて置き、この状態で焦点位置Ｆ１、Ｆ３を求めるための焦点合わせを行うようにしているが、基板２を置かずにワーク台３の上に直接パターン付きミラー４Ａを置いて第１、第３の焦点合わせを行い、その後にパターン付きミラー４Ａを基板２に交換して第２の焦点合わせを行うようにしても良い。
【００６６】
（改変例）
（１）上記の実施の形態では、ワーク台３を固定し、ノズルユニット１０を三軸ステージ機構３５によって三軸方向に移動させるようにしている。逆に、ノズルユニット１０をｚ軸ステージ機構７０によってｚ軸方向にのみ調整可能とし、ワーク台３をｘ軸ステージ機構５０およびｙ軸ステージ機構６０および位置ずれ防止機構８０を備えたステージ機構によって、ｘ軸方向、ｙ軸方向の二軸方向に移動させることも可能である。
【００６７】
（２）上記の実施の形態における観察用光学ユニット２０において、対物光学系２１からＣＣＤカメラユニット２３に向かう光路を、対物光学系２１による観察対象物（基板２など）に向けて照明光を照射するための光路として用いることができる。
【００６８】
例えば、ＣＣＤカメラユニット２３に光源および光源からの光を光路内に入射させるための部材を搭載しておき、撮影時に照明光を照射させることができる。あるいは、この光路の途中位置にハーフミラーなどを設けて、他の光源からの照明光を合流させることができる。
【００６９】
また、この光路を用いてプロセス光を照射することもできる。例えば、液体材料を乾燥させるための赤外光を基板２に照射し、あるいは、ＵＶ硬化性の液体材料を硬化させるためのＵＶ光を照射することができる。さらに、上述したオートフォーカス光を含め、各種の測定光を基板２に向かって照射することができる。
【００７０】
（３）上記の実施の形態において、ＣＣＤカメラユニット２３で撮影した画像を自動解析するプログラムを制御ユニット４０に記憶させておき、解析結果に基づいてノズルユニット１０、焦点位置調整機構３２、三軸ステージ機構３５などを制御することができる。また、上記のプロセス光による液体材料の硬化状況や乾燥状況を画像解析によって判定し、判定結果に基づいてプロセス光の照射強度や照射時間を自動制御することができる。
【００７１】
(その他の実施の形態)
上記の実施の形態は、本発明の作業装置を液体吐出装置に適用した例である。本発明は、液体吐出以外の作業、例えば微細な溝加工あるいは穴あけ等の微細な加工作業を行う加工装置にも適用できる。また、基板表面の微細な配線パターンの通電状態（断線状態）を検査する微細なプローブを備えた検査装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１    液体吐出装置
２    基板
２ａ  吐出対象部位
３  ワーク台
３ａ  載置面
４    ミラー
４Ａ  パターン付きミラー
１０  ノズルユニット
１１  液体吐出ノズル（ノズル）
２０  観察用光学系
２１  対物光学系
２２  結像光学系
２３  ＣＣＤカメラユニット
３０  支持機構
３１  メインフレーム
３２  焦点位置調整機構
３３  ガイド軸
３４  昇降フレーム
３５  三軸ステージ機構
４０  制御ユニット
５０  ｘ軸ステージ機構
５１  ｘ軸ステージ
５２  ｘ軸ステージ駆動部
５３  貫通穴
５４  ｘ軸側スライド面
５５  ｘ軸ねじ
６０  ｙ軸ステージ機構
６１  ｙ軸ステージ
６２  ｙ軸ステージ駆動部
６３  貫通穴
６４  ｙ軸側スライド面
６５  ｙ軸ねじ
６６  Ｌ型アーム
６７  軸
６８  連結ブロック
７０  ｚ軸ステージ機構
７１  ｚ軸ステージ
７２  ｚ軸スライドガイド
７３  ｚ軸駆動部
８０  位置ずれ防止機構
８１  ナット
８２  ボルト
８２ａ  ボルト頭部
８２ｂ  ボルト脚部
８３  圧縮コイルばね
８４  ボルト駆動部
８５  ばね受け
Ａ    中心軸線
Ｂ    光軸
Ｃ    パターン
Ｄ、Ｄ´  ギャップ（距離）
Ｆ０  先端位置
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  焦点位置
ｄ    ミラーの厚さ
【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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