JP2016197710A - インプリント材吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 収容部内のインプリント材に発生する異物をフィルタで良好に除去しつつ、インプリント材を吐出部材から良好に吐出可能なインプリント材吐出装置を提供すること。【解決手段】 インプリント材を収容する収容部を有する収容部材と、収容部に接続する通路と、吐出口とエネルギー発生素子とを有する吐出部材と、を有し、前記通路は、インプリント材を内部に供給するための第１の開口と、第１の開口から供給されたインプリント材を収容部に供給するための第２の開口とを有し、第１の開口と第２の開口との間にはインプリント材をろ過するフィルタがあり、第１の開口から通路の内部に供給されたインプリント材は、エネルギー発生素子と吐出口との間の領域を介さずに、第２の開口から収容部に供給されることを特徴とするインプリント材吐出装置。【選択図】 図３

Description

本発明は、インプリント材を吐出するインプリント材吐出装置に関する。

半導体デバイス等の製造プロセスにおいて、基板上のインプリント材に対してパターンが形成されたモールドを接触させ、インプリント材にモールドの形状を転写してパターンを形成する、所謂インプリント技術が知られている。特許文献１には、インプリント材を基板上に吐出するインプリント材吐出装置として、インクジェットヘッドを用いた吐出装置が記載されている。

特許文献１に記載の吐出装置のインクジェットヘッドは、インプリント材を基板上に吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有している。このような吐出装置において、インプリント材に異物が含まれていると、インプリント材にモールドを接触させた際に良好なパターンを形成できない場合がある。そこで、特許文献１に記載の吐出装置では、フィルタによって異物を除去したインプリント材を収容部へと供給している。

特開２０１４−２１６４７１号公報

本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載のような吐出装置において、以下のような課題があることが分かった。例えば、インプリント材の材料や、或いはインプリント材を収容した状態でインプリント材収容部を長期間放置することにより、インプリント材の収容部内において、インプリント材の一部が経時変化によってゲル化する可能性がある。また、収容部内から発生する異物によってインプリント材が汚染する可能性がある。このような状態でインプリント材を基板上に吐出すると、インプリント材に接触させるモールドが破損したり、インプリント材のパターニング精度が低下したりする場合がある。

特許文献１に記載の方法によれば、インプリント材が収容部に入る前にフィルタを通るので、収容部に入った時点では異物等が除去されている。しかし、上述のように、収容部内で発生した異物や、インプリント材の経時変化には、対応することが困難である。

また、本発明者らの検討によると、上述のようにインプリント材の収容部内で発生する異物は、大きさが数十ｎｍ程度と小さなものである。このような異物を除去可能な開口径の小さいフィルタをインプリント材の通路に設けると、フィルタでの流路抵抗（圧力損失）の影響によって吐出部材へのインプリント材の供給が遅くなり、インプリント材の吐出に影響が出ることがあった。

従って、本発明は、収容部内のインプリント材に発生する異物をフィルタで良好に除去しつつ、インプリント材を吐出部材から良好に吐出可能なインプリント材吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、モールドを接触させてパターンを形成するインプリント材を基板上に吐出するインプリント材吐出装置であって、前記インプリント材を収容する収容部を有する収容部材と、前記収容部に接続する通路と、前記インプリント材を吐出するための吐出口と、前記吐出口から前記インプリント材を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と前記吐出口との間の領域と、を有する吐出部材と、を有し、前記通路は、前記収容部に収容されたインプリント材を前記通路の内部に供給するための、前記収容部に開口する第１の開口と、前記第１の開口から供給されたインプリント材を前記収容部に供給するための、前記収容部に開口する第２の開口とを有し、前記通路の前記第１の開口と前記第２の開口との間には前記インプリント材をろ過するフィルタがあり、前記第１の開口から前記通路の内部に供給されたインプリント材は、前記領域を介さずに、前記第２の開口から前記収容部に供給されることを特徴とするインプリント材吐出装置である。

本発明によれば、収容部内のインプリント材に発生する異物をフィルタで良好に除去しつつ、インプリント材を吐出部材から良好に吐出可能なインプリント材吐出装置を提供することができる。

インプリント装置の構成を示す図。 インプリント材吐出装置の構成を示す図。 インプリント材の循環の様子を示す図。 インプリント材の循環の様子を示す図。 インプリント材の循環の様子を示す図。 インプリント材の循環および排出の様子を示す図。 インプリント材の循環および排出の様子を示す図。 インプリント材吐出装置からインプリント材を吐出する様子を示す図。 インプリント材吐出装置の構成を示す図。 インプリント材吐出装置にインプリント材を吐出する様子を示す図。 インプリント装置の構成を示す図。 インプリント材吐出装置の構成を示す図。 比較形態のインプリント材吐出装置の構成を示す図。 比較形態のインプリント材吐出装置の構成を示す図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いながら説明する。

図１に、インプリント装置の構成の一例を示す。ここでは、インプリント材として紫外線硬化型樹脂を用い、紫外線硬化型樹脂を紫外線の照射によって硬化させる装置の例で説明するが、インプリント材の材料や硬化の方法はこれに限られない。例えば、光照射装置によって紫外線以外の波長の光を照射して光硬化型樹脂を硬化させてもよいし、熱硬化型の樹脂を用いて熱で硬化させてもよい。

図１に示すインプリント装置１００は、インプリント材吐出装置１０と、モールド１とを有する。モールド１を有するインプリント装置１００とインプリント材吐出装置１０とは別体であってもよい。即ち、インプリント材吐出装置１０によってインプリント材を吐出し、インプリント材吐出装置１０とは別のインプリント装置１００が有するモールドによってインプリントを行ってもよい。

インプリント材吐出装置１０は、インプリント材の吐出部材１１と、インプリント材を収容する収容部を有する収容部材１２と、圧力制御部材１３とを有する。ステージ６上には基板４が設置されており、吐出部材１１から基板４上にインプリント材８が吐出される。基板上に吐出されたインプリント材８には、モールド１を接触させ、この状態でインプリント材８に紫外線照射装置７から紫外線を照射し、インプリント材８を硬化させる。モールド１には微細な凹凸状のパターン等が形成されており、モールド１を上方に移動させると、インプリント材にはモールドのパターンが転写された状態となっている。このようにして、インプリント材にパターンを形成する。

ステージ６は、基板４を保持しながらベースフレーム５上を移動可能である。モールド１を上下駆動させるモールド駆動機構２は、構造体３に保持され、モールド１を基板４に近接させ、モールド１をインプリント材８に接触させることが可能である。モールド１の上方には紫外線照射装置７があり、モールド１を介してインプリント材８に紫外線９を照射する。紫外線９は、例えばｉ線やｇ線を発生するハロゲンランプ等の光源であってもよい。また、紫外線照射装置７は光源が発生した光を集光成形する機能を有していてもよい。

インプリント装置１００を用いたインプリント動作をより詳細に説明する。まず、基板４をステージ６に搭載する。基板４は、ステージ６によってインプリント材吐出装置１０の吐出部材１１の下方に移動させられる。そしてステージ６を移動させながら吐出部材１１からインプリント材８を基板４上に吐出する。

次に、ステージ６によって、基板４のインプリント材８を吐出した部分を、モールド１の下方に移動させる。さらに、モールド１をモールド駆動機構２により降下させて、モールド１と基板４とが近接した状態とする。その状態で、アライメントスコープ等によりモールド１上のアライメントマークと基板上のアライメントマークとを重ね合わせ、両者の相対位置調整をおこなう。

相対位置の調整後、モールド駆動機構２によりモールド１を下方（基板４の方向）にさらに降下させ、インプリント材８にモールド１を接触させる。その後、紫外線照射装置７から紫外線９を照射し、モールド１を透過した紫外線９をインプリント材８に照射する。この結果、インプリント材８の光硬化反応が発生し、インプリント材８が硬化する。

最後に、硬化したインプリント材８から、モールド駆動機構２によってモールド１を剥離させる。以上のような工程で、基板４上にパターン（パターニングされたインプリント材）を形成することができる。半導体の製造に用いるインプリント装置は、基板４上の全ての領域にパターンを形成する場合があるが、この場合には基板に対して領域を変えながら一連のインプリント動作を繰り返す。

次に、インプリント材吐出装置の説明を行う。図２に、インプリント材吐出装置１０の模式図を示す。インプリント材吐出装置１０は、主に吐出部材１１、収容部材１２、圧力制御部材１３で構成されている。収容部材１２の内部には、収容部内部の空間を分離する分離膜１４が設けられている。分離膜１４は、インプリント材と後述する充填液とを分離する膜であり、可撓性であることが好ましい。分離膜１４の厚みは１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。分離膜１４は、液体及び気体の透過性が低い材料で形成することが好ましく、例えばアルミニウムの多層フィルムで形成することができる。分離膜１４で形成された空間のうち、吐出部材１１と連通している側の空間には、インプリント材が充填されている。吐出部材１１は、インプリント材を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する。吐出部材１１の拡大図を、図３に示す。吐出部材１１は、エネルギー発生素子２９を有する。また、吐出部材１１は、インプリント材を吐出するための吐出口３２と、エネルギー発生素子２９と吐出口３２との間の領域３３とを有する。エネルギー発生素子２９としては圧電素子や発熱抵抗体が挙げられる。インプリント材として樹脂を多く含むものがよく用いられることから、エネルギー発生素子として圧電素子を用いることが好ましい。エネルギー発生素子２９をコントローラーで制御することで、エネルギー発生素子２９と吐出口３２との間の領域３３のインプリント材８が、吐出口３２から基板上に吐出される。吐出部材１１はインクジェットヘッド等で用いられるような液体吐出ヘッドであることが好ましい。他にも、制御弁等を用いて液体の供給と停止を制御する吐出部材を用いることもできる。

収容部材１２は、インプリント材が収容されている収容部１５と、収容部１５と分離膜１４を挟んで反対側の空間であり、かつ吐出部材１１と連通していない空間である充填液部１６とで構成されている。充填液部１６は充填液で充填されており、連通部１７を介して圧力制御部材１３と連通している。圧力制御部材１３は、充填液タンク、配管、圧力センサー、ポンプ、バルブ等から構成されている。圧力センサー、ポンプ、バルブは、充填液部内の充填液の圧力を制御している。圧力制御部材１３で充填液の圧力を制御することで、分離膜１４を介して収容部１５内のインプリント材の圧力を制御することができる。これにより、吐出部材１１における気液界面（メニスカス）の形状を安定化させ、再現性のよいインプリント材の吐出を行うことができる。

吐出部材１１からインプリント材８の吐出を繰り返すと、収容部１５内部のインプリント材が消費されて減少し、分離膜１４が変形する。分離膜１４の変形に伴い、圧力制御部材１３によって充填液タンクから充填液部１６に充填液が補充され、充填液部１６が充填液で充填される。

インプリント装置に用いるインプリント材は、異物（微小パーティクル）や金属イオンをなるべく含まず、基板に塗布されるまでその性質を保つことが求められる。本発明では、インプリント材の吐出を繰り返して収容部１５の容積が減少していき、最終的にインプリント材が全て消費されるまでの期間において、インプリント材を収容部１５の外部から隔離した状態で貯留することができる。よって、外気との接触や圧力センサー等の機器類との接触がない為、初期に管理して封入したインプリント材に異物や金属イオンが増加することを抑制できる。

尚、収容部１５は点滴袋のように分離膜として可撓性の膜を袋状にしたものでもよい。また、収容部１５の内部に気液界面を設ける構成としてもよい。他にも、収容部１５に大気連通口を連通させて大気解放型としてもよい。大気解放型とする場合、負圧制御を良好に行う為に、開閉を切り替える弁や、圧力を制御する機器を接続することが好ましい。

インクジェット記録装置の分野においては、吐出部材の吐出口におけるメニスカス形状安定のために、吐出部材の内部を一定範囲の負圧に維持する工夫がなされている。例えば、収容部内部に多孔質体を構成して液体を保持し、多孔質内部の毛管力を利用して負圧を形成する方法が知られている。他にも、バネのような機械要素と風船形状の膜との組み合わせで収容部内に負圧を形成する方法や、制御弁と空気圧を用いて負圧を制御する方法がある。本発明においても、これらの方法によって収容部の負圧を制御してもよい。

本発明のインプリント材吐出装置は、収容部材の外に、収容部に接続する通路を設け、この通路の中にフィルタを配置するという構成である。図３に、本発明のインプリント材吐出装置の一例を示す。インプリント材吐出装置の収容部材の収容部１５には、通路（通路を形成する通路形成部材２８）が接続されている。通路形成部材２８はインプリント材の通路を形成している部材であり、収容部１５に開口する第１の開口２０と第２の開口２１とで収容部１５と連通している。第１の開口２０は収容部１５の内部のインプリント材を通路の内部に供給する開口であり、第２の開口２１は第１の開口２０から供給したインプリント材を収容部１５に供給する開口である。第１の開口２０と第２の開口２１を結ぶ通路には、ポンプ２２と、インプリント材をろ過するフィルタ２３とが配置されている。ポンプ２２からの発塵によるインプリント材への異物発生の可能性を考慮すると、ポンプ２２に対して、第１の開口２０から第２の開口２１へとインプリント材を流す際に下流側となる位置にフィルタ２３を配置することが好ましい。ポンプ２２は通路形成部材２８の通路の内部に設けることが好ましいが、この通路の外部に設けてもよい。

ポンプ２２を駆動させると、収容部１５内に収容されたインプリント材が第１の開口２０から供給（吸引）される。第１の開口２０から供給されたインプリント材は、通路の内部のフィルタ２３を通過してろ過された後に、第２の開口２１を経由して収容部１５内に戻る。そして再び第１の開口２０から供給される。即ち、収容部１５内のインプリント材は、フィルタ２３で循環ろ過される。

このように、本発明では、フィルタ２３を、収容部材の収容部と吐出部材との間ではなく、収容部材の収容部に連通する通路の内部に配置する。通路の第１の開口２０から供給されたインプリント材は、吐出部材１１のエネルギー発生素子と吐出口との間の領域３３を介さずに、第２の開口２１から供給される。或いは、通路形成部材２８の通路は、エネルギー発生素子と吐出口との間の領域３３とは異なる部分に設けられている。このような構成とすることにより、インプリント材の吐出部材１１への供給が良好となり、インプリント材の吐出部材１１の吐出口３２からの吐出も良好になる。上記領域３３を介さずにインプリント材の循環ろ過を行う構成の例として、第１の開口２０と第２の開口２１とを結ぶ直線上に、領域３３が存在しないことが挙げられる。

一方、比較形態として、図１３に示すインプリント材吐出装置を示す。図１３に示すインプリント材吐出装置は、収容部材の収容部１５と吐出部材１１との間にフィルタ１８を有するが、本発明のようなフィルタを有する通路は有していない構成である。図１３に示す構成は、吐出部材の直近でインプリント材をフィルタリングすることができ、かつ収容部材と吐出部材との間にフィルタを挟むので製造も容易なので、これらの点では合理的である。しかしながら、インプリント材を収容部１５から吐出部材１１へと供給する際にフィルタ１８を通ることになる。上述したように、インプリント材吐出装置に用いるフィルタは、平均口径（フィルタ内の開口の径の平均）の小さなものであり、流路抵抗が大きい。従って、インプリント材の吐出部材１１への供給が遅くなり、インプリント材の吐出部材１１からの吐出に影響が出る場合がある。

本発明において、収容部材の収容部１５と吐出部材１１との間には、フィルタを設けないことが好ましいが、フィルタを設ける場合であっても、吐出部材１１へのインプリント材の供給に大きな影響を与えない程度のフィルタであることが求められる。少なくとも、流路内のフィルタ２３よりも流路抵抗（圧力損失）の小さなフィルタであること、即ち流路内のフィルタ２３よりも平均口径の大きいフィルタであることが求められる。

インプリント材吐出装置は、インプリント装置から取り外し可能なカートリッジ形態とすることもできる。例えば、インプリント装置がカートリッジ形態のインプリント材吐出装置を搭載し、収容部１５内のインプリント材を消費し切ったら、カートリッジ形態のインプリント材吐出装置を交換することで、すぐにインプリント可能な状態にすることができる。ポンプ２２やフィルタ２３はカートリッジとしてインプリント材吐出装置に一体化し、インプリント材吐出装置の交換の際に同時に交換することができる。これらの方法により、インプリント材吐出装置内に異物が混入する機会を極力少なくしつつ、インプリント材吐出装置を交換することができる。また、インプリント材吐出装置のうち、収容部１５のみを交換する形態としてもよい。即ち、収容部１５をポンプ２２やフィルタ２３と分離できるようにしておき、収容部１５のみを交換することもできる。この方法によれば、ポンプ２２やフィルタ２３等まで交換しないことになるので、コストの点で好ましい。

図３に示す通路形成部材２８は、チューブ形状である。通路形成部材の通路は、収容部１５の外に形成されていればよく、例えば収容部材の内部に切削加工によって形成した通路であってもよい。また、ポンプ２２やフィルタ２３は、収容部１５にチューブ等の配管によって接続し、脱着可能な継ぎ手やバルブ等を介して分離できる構成としてもよい。

インプリント技術に用いるインプリント材には、粘度の高い材料が選ばれる場合がある。また、特にカートリッジ形態の吐出装置であれば、ポンプは小型であることが好ましい。従って、インプリント材を効率的にフィルタ２３でろ過する為の工夫を行うことが好ましい。この為、例えば通路の開口の配置を図４に示すような位置とする。図４に示すインプリント材吐出装置は、図３に示すインプリント材吐出装置と比較して、収容部に開口する通路の２つの開口が、対角線上の位置となっている。即ち、図３に示すインプリント材吐出装置では、第１の開口２０と第２の開口２１とが、収容部１５の同じ側面に開口している。これに対し、図４に示すインプリント材吐出装置では、第１の開口２０と第２の開口２１とが、収容部１５の上面と側面、即ちそれぞれ異なる面に開口している。第１の開口２０と第２の開口２１とを、収容部１５の異なる面に開口させることで、収容部１５内のインプリント材を効率的に循環することができる。また、効率的な循環の観点から、第１の開口２０と第２の開口２１とを、収容部１５の異なる面であって、上面及び側面に開口させることがより好ましく、第１の開口２０を収容部１５の側面に、第２の開口２１を収容部１５の上面に開口させることがさらに好ましい。尚、本明細書においては、第１の開口２０から第２の開口２１へとインプリント材を通路で流す際において、収容部のうち、重力方向下方の面を底面、上方の面を上面、底面と上面とをつなぐ面を側面（収容部が立方体であれば４つの面）とする。

粘度が高い材料（液体）は、特に流れによる慣性力が小さい場合、撹拌されずに層流の状態を保ちながら流れる。従って、図４に矢印で示した流れのように、第２の開口２１から供給されたインプリント材は、収容部１５の内部に広がって乱れずにゆっくり流れ、周囲のインプリント材と一部入れ替わりつつ、第１の開口２０に供給されていく。このとき、収容部１５の内部で流れが滞留しやすい角部分２４は、図４に示すように曲線を描くような形状（Ｒ形状）とすることが好ましい。このような形状とすることで、角部分２４でのインプリント材の滞留を抑制することができる。

第１の開口２０と第２の開口２１との配置は、図５に示すような配置とすることもできる。即ち、第１の開口２０と第２の開口２１とを、収容部１５の対向する２つの側面に開口させることができる。図５のように、インプリント材の消費に伴って、収容部１５の内部に大気と連通している大気連通口２５から気体（空気）が入るような場合、収容部１５の側面のうち上面よりも底面に近い位置に、第１の開口２０と第２の開口２１とを開口させることが好ましい。このような配置にすることで、液体が消費されて収容部１５から無くなる直前まで、インプリント材の循環ろ過を行うことができる。

また、図４、図５に示すように、吐出部材１１へ連通する流路（収容部内において吐出部材と連通する開口から重力方向上方の部分）を挟むように第１の開口２０と第２の開口２１とを配置することで、収容部１５の内部を効率的に置換していくことができる。これにより、収容部１５内のインプリント材に発生する異物を良好に除去することができる。

インプリント材の置換効率を高めるために、これまで述べたようなインプリント材の循環とともに、インプリント材を排出することが好ましい。具体的には、図６（ａ）に示すように、収容部１５内のインプリント材を循環させながら、領域３３に向かう流れを発生させ、インプリント材を吐出口３２から排出する。排出動作によりインプリント材が収容部１５から吐出部材１１へ下方向に流れるため、循環ろ過時の収容部１５内の流れは、より収容部１５と吐出部材１１との間の連通口付近を通過する流れとなる。さらに、循環ろ過時に収容部１５内にインプリント材の淀みが生じている場合、排出動作を行うことにより流れを変えることができ、インプリント材の淀みをより解消することができる。その結果、領域３３に供給されるインプリント材の置換効率を高めることができる。

上述したようなインプリント材の排出を行うために、例えば図６（ｂ）に示すように、排出動作時において圧力調整手段である圧力制御部材１３によって連通部１７を介して収容部材１２内の充填液部１６内を加圧する。充填液部１６内が加圧されると、分離膜１４を介してインプリント材が収容されている収容部１５内も加圧されることになる。その結果、収容部１５内のインプリント材は、収容部１５と吐出部材１１との間の連通口を通過して、吐出部材１１の領域３３に流れ込み、吐出口３２より排出される。吐出口３２から排出されるインプリント材の量（排出量）は、循環ろ過時における第１の開口２０から第２の開口２１へ供給されるインプリント材の供給量および供給流量の少なくとも一方に基づいて決定してもよい。即ち、循環ろ過時における第１の開口２０から第２の開口２１へ供給されるインプリント材の供給量および供給流量の少なくとも一方に基づいて、圧力調整手段による圧力の調整を行ってもよい。そのため、排出量について収容部１５内のインプリント材の残量と循環ろ過時の供給流量および供給時間に応じて、収容部１５内のインプリント材の置換効率が最大となるように、実験などにより予め情報を取得しておく。そして、取得した情報に基づいて、排出量を決定する。排出量を決定するにあたり、収容部１５内部の加圧の圧力値および加圧時間も決定する。

また、圧力制御部材１３によって収容部１５のインプリント材を排出するかわりに、図７に示すように、吐出口３２からインプリント材を吸引する吸引手段である吸引制御部材３４によって、インプリント材を排出してもよい。吸引制御部材３４は、吸引部、配管、圧力センサー、バルブ、負圧発生部等から構成されている。吸引制御部材３４の吸引部は、排出動作時に吐出口３２の下方に配置し、負圧発生部により吸引部３５を介して吐出口３２のメニスカス面の上部より下部が負圧となるように調整され、インプリント材が排出される。吸引制御部材３４による排出の場合、インプリント材の吸引量または吸引流量は、循環ろ過時における第１の開口２０から第２の開口２１へ供給されるインプリント材の供給量および供給流量の少なくとも一方に基づいて決定してもよい。そのため、排出量について収容部１５内のインプリント材の残量と循環ろ過時の供給流量および供給時間に応じて、収容部１５内のインプリント材の置換効率が最大となるように、実験などにより予め情報を取得しておく。そして、取得した情報に基づいて、排出量を決定する。排出量を決定するにあたり、吸引部での圧力値および吸引時間も決定する。

他にも、圧力制御部材１３や吸引制御部材３４によって排出動作を行うかわりに、吐出部材１１に構成するエネルギー発生素子２９を用いて、インプリント材を吐出口３２から排出することもできる。即ち、エネルギー発生素子２９からエネルギーを発生させることにより、領域３３内のインプリント材を排出させて、領域３３や収容部１５のインプリント材を置換することができる。

排出動作のタイミングは吐出状況によって様々に実施することができる。循環ろ過の実施時と同時に行うこともできるし、循環ろ過を規定された時間実施した後に、循環ろ過と排出動作を実施することもできる。また、領域３３に存在するインプリント材を置換するのに必要な量のインプリント材を先に吐出させてから、循環ろ過を実施してもよい。

また、液体吐出口に泡が存在する場合には、泡の影響によりインプリント材の吐出が不安定となるため、吐出口内の泡を除去するための除去動作を行うこともできる。インプリント材を効率良く使用するために、この泡除去のための除去動作時に循環ろ過を実施してもよい。これにより領域３３をろ過されたインプリント材に効率良く置換することができ、基板に異物および金属イオンが少ないインプリント材を安定して吐出することが可能となる。

図８に、インプリント材の消費前後におけるインプリント材吐出装置の状態を示す。図８（ａ）はインプリント材の消費前、図８（ｂ）はインプリント材の消費後の状態を示している。上述したように、収容部材１２の内部は、分離膜１４によって、インプリント材の収容部１５と充填液部１６とに区切られている。インプリント材の消費とともに分離膜１４が変形し、収容部１５は容積を減らしていく。分離膜１４が移動してもポンプ２２とフィルタ２３による循環ろ過が可能なように、第１の開口２０と第２の開口２１とは、収容部１５の中でも充填液部１６から遠い側（図８でいうと右側の側面よりも左側の側面に近い側）に配置することが好ましい。

収容部１５の内部には、空気が存在している場合がある。例えば、図５に示すようにあえて空気を取り込んでいる場合がある。また、図４に示すように空気を収容部１５の内部に積極的には取り込んでいないが、収容部１５にインプリント材を封入する際に空気が混入したり、インプリント材に溶存していた気体が気泡となって存在したりする場合もある。インプリント材中に存在する空気がポンプ２２やフィルタ２３に送られると、目詰まり等の原因となる場合がある。従って、第１の開口２０は空気をなるべく吸引しないよう、第１の開口２０からインプリント材を供給している際に、収容部の重力方向下方に開口するように配置することが好ましい。即ち、第１の開口２０は第２の開口２１よりも重力方向下方に開口していることが好ましい。他にも、第１の開口２０は、収容部１５の側面のうち、上面よりも底面に近い位置に開口していることが好ましい。

また、インプリント材中の空気（気泡）は、浮力によって収容部１５の内部で重力方向上方である上面側に移動する。そこで、図９に示すように、収容部１５の重力方向上方の面である上面に、空気を捕獲するための凹部であるトラップ空間２６を設けることが好ましい。空気はこのトラップ空間２６に集まるので、収容部１５内に循環ろ過による緩やかな流れがあっても、空気とインプリント材とを良好に分離することができる。

トラップ空間２６のように、収容部１５内には、気液界面が存在する場合がある。第２の開口２１の近くに気液界面があると、インプリント材が泡立ったり、インプリント材中に空気が混入したりすることがある。そこで、第２の開口２１は、収容部１５の上面から重力方向下方の位置で、気液界面よりも重力方向下方の位置に開口し、インプリント材を収容部１５に供給する構成とすることが好ましい。この為、第２の開口２１を収容部１５の上面から突出した凸形状としてもよいし、第２の開口２１にチューブを接続し、チューブの先を気液界面より下まで導くようにしてもよい。

通路は、吐出部材１１を通る構成であってもよい。このような構成を図１２に示す。この場合、通路は、第１の開口２０から、吐出部材１１の内部を通り、第２の開口２１へと続いている。しかし、インプリント材の通り道である通路内には、領域３３は含まれていない。即ち、第１の開口２０から通路の内部に供給されたインプリント材は、領域３３を介さずに、第２の開口２１から収容部に供給される。

図１２に示す形態では、領域３３の近くに第１の開口２０が開口するので、インプリント材のフィルタによるろ過と吐出のバランスを考慮して設計を行うことが求められる。

これに対し、第１の開口２０から通路の内部に供給されたインプリント材を、領域３３を介して、第２の開口２１から収容部に供給する例を、図１４に示す。このような構成では、インプリント材のフィルタによるろ過と吐出のバランスをとることが困難となる。

次に、インプリント材吐出装置の収容部１５に、初期にインプリント材を充填する方法を説明する。図１０に示すように、インプリント材の充填口２７は収容部１５の側面に設けられていて、インプリント材を充填する際にはこの側面を、即ち充填口２７を、重力方向上方に向ける。そして２つの充填口２７のうち片側からインプリント材を供給し、片側から空気を供給する。インプリント材を充填するときに、ポンプ２２やフィルタ２３等の内部通路にもインプリント材を充填し、収容部１５内に空気を残留しにくくする。そこで、インプリント材を収容部１５に充填するときには、ポンプ２２を駆動させることが好ましい。初期にポンプ２２やフィルタ２３等の内部通路に存在していた空気は、ポンプ２２を駆動させることでインプリント材と置換され、第２の開口２１から出てくる。空気は、直近にある充填口２７から供給される為、必要以上にインプリント材を泡立たせることなく、収容部１５およびフィルタ２３を含む通路にインプリント材を充填することができる。

尚、収容部１５へのインプリント材の充填は、初期のみでなく、インプリント装置の使用時にも行うことができる。例えば、充填口２７から収容部１５にインプリント材を充填しつつ、インプリント装置を使用してもよい。

フィルタ２３の内部には、フィルタの構造上空気が残りやすい。そこで、フィルタ２３に対して重力方向下方から上方向きにインプリント材を充填することで、空気残りを少なくすることができる。例えば、図１０に示すように、インプリント材の充填時において、フィルタ２３の上流側を重力方向下方、下流側を重力方向上方にすることが好ましい。また、このような配置としておき、充填口２７のうち１つを重力方向上方にして、収容部１５から空気を供給しやすくすることが好ましい。さらに、第１の開口２０を重力方向下方に配置して、フィルタ２３にインプリント材が充填されやすくすることが好ましい。

フィルタ２３については、平均口径が大きすぎるフィルタであると、インプリント材中の異物を十分に除去することが難しくなる。従って、平均口径が１０ｎｍ以下のフィルタを用いることが好ましく、平均口径が５ｎｍ以下のフィルタを用いることがより好ましい。一方、平均口径が小さすぎるフィルタを用いると、フィルタでの圧力損失によって通路でのインプリント材の循環が難しくなる。この為、平均口径が２ｎｍ以上のフィルタを用いることが好ましい。

インプリント材中に存在する異物の量が多いと、フィルタは短時間で目詰まりを起こす場合がある。そこで、プレフィルタとして大きな異物を除去するフィルタを循環の際の上流側に配置し、下流側に小さな異物を除去するフィルタを配置するような多段フィルタ構成にすることも好ましい。大きな異物を除去するフィルタとは、例えば平均口径が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のフィルタである。小さな異物を除去するフィルタとは、例えば平均口径が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下のフィルタである。

フィルタ２３は、メンブレンタイプまたは中空糸膜タイプのものを用いることが好ましい。これらのフィルタは、異物をろ過する膜に微細な穴を多数設けていて、口径以上の異物を通過させないことで異物を除去する方式である。他にも、フィルタ２３の形成材料としては、ポリエチレン、フッ素系樹脂、ナイロン等が挙げられる。また、インプリント材中に存在する金属量が極めて少ないことが求められる。そこで、金属を吸着したりイオン交換したりする機能のあるフィルタを用いることが好ましい。これらのフィルタを複数、直列または並列に配置することも好ましい。

ポンプ２２としては、例えばダイアフラムポンプ、シリンジポンプ、チューブポンプ、ギアポンプ等を用いることができる。ポンプ２２の送液流量は、１００ｍＬ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。流量を大きくするとフィルタを通過させるための流路抵抗（圧力損失）が大きくなるため、高出力のポンプが必要となる。この為、送液流量が２０ｍＬ／ｍｉｎ以下のポンプを用いることで、ポンプを小型にすることができる。

ポンプの駆動に伴うインプリント材の圧力変動（脈動）が大きいと、吐出部材からインプリント材が漏れやすくなる。その為、吐出口のメニスカスを破壊しない程度の圧力変動に抑えることが好ましい。例えば、圧力変動が±３００Ｐａ以内となるようにポンプを駆動させることが好ましい。

インプリント材吐出装置は、ポンプ２２を動作させるために、コントローラーを備えている。一定の流量を維持して送液するように制御する為、フィルタ２３が目詰まりして流路抵抗が大きくなると、駆動電圧が大きくなる。従って、コントローラーにおけるポンプの駆動電圧を常時監視し、駆動電圧が一定の値を超えた場合には、インプリント装置に対してフィルタ交換を促す警告を発することができる。フィルタ２３をカートリッジ形態のインプリント材吐出装置として一体化すると、ユーザーはインプリント材吐出装置を交換することで、すぐにインプリント装置を利用することができる。ポンプ２２やフィルタ２３の異常検知には、それらの状態を監視するセンサーを設けていてもよいし、圧力センサーや流量センサー等を配管中に構成しておいてもよい。

インプリント材吐出装置には、基板上に吐出するインプリント材の量及び着弾位置が非常に高精度であることが求められる。その為に、吐出部材の吐出口におけるメニスカス形状を安定に保つ必要がある。インプリント材吐出装置は、ポンプ２２の駆動によってインプリント材の圧力が変動する場合がある。そこで、インプリント材吐出装置からインプリント材を吐出している間はポンプ２２の駆動を停止させることが好ましい。

インプリント工程は、基板へのインプリント材の吐出、インプリント材へのモールドの接触、露光、モールドの剥離、を繰り返しながら基板上の各領域にパターンを形成していく。従って、基板へインプリント材を吐出している時間以外のタイミングで、収容部１５の循環ろ過を行うことが好ましい。循環ろ過のタイミングは、基板交換やロット交換のタイミングであってもよい。

また、循環ろ過は、収容部１５内にパーティクルやゲル等の異物が増加してきたときに実施すればよい。そこで、循環ろ過は装置が稼働していない時に実施してもよい。インプリント工程を実施しているときはポンプ２２を停止しておき、装置のメンテナンス時やインプリント処理する基板がない時間帯に循環ろ過を行ってもよい。また、インプリント装置や吐出装置にタイマー機能を構成し、一定時間が経過したら循環ろ過を行ってもよい。さらに、インプリント装置や吐出装置からのプログラミングされた指令でポンプ２２の制御を行ってもよいし、ユーザーがポンプ２２を駆動させる方法でもよい。

図１１に、収容部の移動機構３０を構成したインプリント装置を示す。収容部材１２は、移動機構３０によってインプリント材を吐出する位置とメンテナンスを行う位置とを移動することができる。メンテナンスを行う位置には、吐出部材１１から出たインプリント材を受ける受け皿３１を配置することが好ましい。

移動機構３０によってメンテナンスを行う位置へ移動して循環ろ過を実施すれば、圧力変動が大きく吐出部材１１からインプリント材が漏れ出た場合でも、受け皿３１でインプリント材を受けることができる。ポンプ２２の出力を大きくして循環ろ過流量を上げ、早急に循環ろ過を終えてインプリント工程に戻したい場合等に有効である。

循環ろ過を実施するタイミングは、インプリント装置でインプリント材吐出装置を使用開始してからの経過時間、インプリント材の使用量、前回の循環ろ過からの経過時間、インプリント材吐出装置の保管環境履歴等に応じて決定するとよい。また、環境やインプリント材の種類によってゲル化の度合いが違う為、インプリント材の種類によって決定してもよい。

また、インプリント材残量が減れば循環ろ過する量を減らしてよく、収容部内のインプリント材の残量に応じて、循環ろ過のタイミングや流量等の条件を変えてもよい。

ポンプ２２は間欠動作させなくてもよい。ポンプ２２を制御して低流量で常時駆動させれば、圧力変動を抑制することができる。ポンプ２２としてダイアフラムポンプを用いた場合には、ダイアフラムの振動幅を小さくすることで圧力変動を抑え、常時循環ろ過を行ってもよい。

１ モールド
８ インプリント材
１０ インプリント材吐出装置
１１ 吐出部材
１２ 収容部材
１５ 収容部
２０ 第１の開口
２１ 第２の開口
２３ フィルタ
２８ 通路形成部材

Claims (25)

1. モールドを接触させてパターンを形成するインプリント材を基板上に吐出するインプリント材吐出装置であって、
   前記インプリント材を収容する収容部を有する収容部材と、
   前記収容部に接続する通路と、
   前記インプリント材を吐出するための吐出口と、前記吐出口から前記インプリント材を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と前記吐出口との間の領域と、を有する吐出部材と、
   を有し、
   前記通路は、前記収容部に収容されたインプリント材を前記通路の内部に供給するための、前記収容部に開口する第１の開口と、前記第１の開口から供給されたインプリント材を前記収容部に供給するための、前記収容部に開口する第２の開口とを有し、
   前記通路の前記第１の開口と前記第２の開口との間には前記インプリント材をろ過するフィルタがあり、前記第１の開口から前記通路の内部に供給されたインプリント材は、前記領域を介さずに、前記第２の開口から前記収容部に供給されることを特徴とするインプリント材吐出装置。
2. モールドを接触させてパターンを形成するインプリント材を基板上に吐出するインプリント材吐出装置であって、
   前記インプリント材を収容する収容部を有する収容部材と、
   前記収容部に接続する通路と、
   前記インプリント材を吐出するための吐出口と、前記吐出口から前記インプリント材を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と前記吐出口との間の領域と、を有する吐出部材と、
   を有し、
   前記通路は、前記収容部に収容されたインプリント材を前記通路の内部に供給するための、前記通路は、前記収容部に収容されたインプリント材を前記通路の内部に供給するための、前記収容部に開口する第１の開口と、前記第１の開口から供給されたインプリント材を前記収容部に供給するための、前記収容部に開口する第２の開口とを有し、
   前記通路の前記第１の開口と前記第２の開口との間には前記インプリント材をろ過するフィルタがあり、
   前記通路は前記領域と異なる部分に設けられていることを特徴とするインプリント材吐出装置。
3. 前記収容部と前記吐出部材との間にはフィルタが形成されていない請求項１または２に記載のインプリント材吐出装置。
4. 前記エネルギー発生素子は圧電素子である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
5. 前記収容部材は分離膜を有しており、前記分離膜によって充填液が充填された充填液部と前記収容部とが分離されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
6. 前記充填液部に充填された充填液の圧力を制御することで前記収容部のインプリント材の圧力を制御する請求項５に記載のインプリント材吐出装置。
7. 前記第１の開口と前記第２の開口との間の通路にポンプが配置されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
8. 前記第１の開口から前記第２の開口に前記インプリント材を供給する際に、前記ポンプは前記フィルタよりも上流側に配置されている請求項７に記載のインプリント材吐出装置。
9. 前記第１の開口と前記第２の開口とを結ぶ直線上に前記領域が存在しない請求項１乃至８のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
10. 前記フィルタは平均口径が１０ｎｍ以下である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
11. 前記第１の開口から前記第２の開口に前記インプリント材を供給する際に、前記収容部のうち、重力方向下方の面を底面、上方の面を上面、底面と上面とをつなぐ面を側面としたときに、前記第１の開口と前記第２の開口とは前記収容部の同じ面にそれぞれ開口している請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
12. 前記第１の開口から前記第２の開口に前記インプリント材を供給する際に、前記収容部のうち、重力方向下方の面を底面、上方の面を上面、底面と上面とをつなぐ面を側面としたときに、前記第１の開口と前記第２の開口とは前記収容部の異なる面にそれぞれ開口している請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
13. 前記第１の開口と前記第２の開口とは前記側面のうち対向する２つの側面にそれぞれ開口している請求項１２に記載のインプリント材吐出装置。
14. 前記第１の開口は前記側面に開口し、前記第２の開口は前記収容部の上面に開口している請求項１２に記載のインプリント材吐出装置。
15. 前記第１の開口と前記第２の開口は、前記側面のうち、前記上面よりも前記底面に近い位置にそれぞれ開口している請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
16. 前記収容部は大気連通口によって大気と連通している請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
17. 前記上面に空気を捕獲する凹部が設けられている請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
18. 前記第１の開口から前記第２の開口に前記インプリント材を供給する際に、前記収容部の内部のインプリント材を前記吐出口から排出させる請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のインプリント材吐出装置。
19. 前記収容部の内部の圧力を調整する圧力調整手段を備え、前記圧力調整手段により前記収容部の内部のインプリント材を前記吐出口から排出させる請求項１８に記載のインプリント材吐出装置。
20. 前記圧力調整手段は、前記第１の開口から前記第２の開口に供給する前記インプリント材の供給量および供給流量の少なくとも一方に基づいて、前記圧力を調整する請求項１９に記載のインプリント材吐出装置。
21. 前記吐出口から前記インプリント材を吸引する吸引手段を備え、前記第１の開口から前記第２の開口に前記インプリント材を供給する際に、前記吸引手段により前記収容部の内部のインプリント材を吸引して前記吐出口から排出させる請求項１８に記載のインプリント材吐出装置。
22. 前記吸引手段は、前記第１の開口から前記第２の開口に供給する前記インプリント材の供給量および供給流量の少なくとも一方に基づいて、前記インプリント材の吸引量または吸引流量を決定する請求項２１に記載のインプリント材吐出装置。
23. 基板上のインプリント材にモールドを接触させて前記インプリント材にパターンを形成するインプリント装置であって、前記基板に前記インプリント材を吐出するインプリント材吐出装置として請求項１乃至２２のいずれかに記載のインプリント材吐出装置を有することを特徴とするインプリント装置。
24. 前記インプリント材は光硬化型樹脂であり、前記インプリント材に光を照射して前記インプリント材を硬化させる光照射装置を有する請求項２３に記載のインプリント装置。
25. 前記インプリント材吐出装置は前記インプリント装置から取り外し可能なカートリッジ形態である請求項２３または２４に記載のインプリント装置。
    

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