JP7019402B2 - 吐出装置、および物品の製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液状の流体を吐出する吐出装置、および物品の製造装置に関する。
現在、半導体デバイスやＭＥＭＳなどの製造において、液状流体などの吐出物を複数のノズルから吐出して微細な加工を施す吐出装置が用いられている。この吐出装置としては、例えば、比較的粘性の高い未硬化樹脂１１４などの液状の流体をノズルから基板上に吐出し、吐出した樹脂１１４に凹凸加工を施したモールドを押し当てて所定のパターンを形成するインプリント装置が知られている。インプリント装置では、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造を有する物品を形成することができる。
インプリント装置などの微細加工を行う装置に用いられる吐出装置には、ノズルから吐出される吐出物の吐出速度や吐出量などに高い精度が求められる。ノズルによる吐出物の吐出速度が目標値からずれると、基板などの被吐出物に対して吐出物を付着させるべき位置にずれが生じる。また、ノズルの吐出量が目的とする吐出量からずれると塗布した吐出物の厚さにムラが生じ、形成されるパターンが所望の形状にならない可能性がある。
そこで、吐出速度および吐出量が目標値からずれている場合には、ノズルに含まれる吐出エネルギー発生素子（圧電素子）に入力する駆動信号の波形を補正することが考えられる。特許文献１には、各ノズルの吐出エネルギー発生素子に基準となる波形の駆動信号を入力し、各ノズルから吐出される吐出物の吐出速度と吐出量に基づいて各ノズルに入力する駆動信号の波形を補正する技術が開示されている。
特開２０１２－４５７８０号広報
特許文献１に開示の技術では、複数のノズルから選出した代表的な１つのノズルについて、駆動信号の波形を決定するパラメータと吐出量および吐出速度との関係を表すテーブルを作成している。そして、そのテーブルに基づいて全てのノズルの吐出速度、吐出量を調整している。このため、パラメータの変化に対する吐出量および吐出速度の変化の度合い（吐出傾向）がノズル間で大きくばらついている場合には、全てのノズルの吐出を適正化することはできない。
本発明は、全てのノズルから適正に流体を吐出させることが可能な吐出装置、および物品の製造装置の提供を目的とする。
本発明は、液状の流体を吐出するためのノズルと、前記ノズルに含まれる吐出エネルギー発生素子に駆動信号を与えて前記ノズルからの流体の吐出を制御する制御手段と、前記ノズルから吐出された流体の吐出結果を取得する取得手段と、前記駆動信号を定める波形情報と、前記吐出結果との関係を表す調整テーブルを記憶する記憶部と、を備える吐出装置であって、前記波形情報は、前記駆動信号の波形の形状を決定する電圧成分および時間成分を含み、前記制御手段は、前記記憶部に記憶された前記調整テーブルと前記取得手段によって取得した前記吐出結果に基づいて、前記ノズルの吐出調整を行うことを特徴とする。
本発明は、上記の吐出装置を備え、前記吐出手段に設けられた複数の前記ノズルから所定の被吐出物に液状の流体を吐出し、前記被吐出物に吐出された前記流体にモールドを押し付けてパターンを形成する物品の製造装置である。
本発明によれば、全てのノズルから適正に流体を吐出させることが可能な吐出装置、および物品の製造装置を提供することができる。
本実施形態における物品の製造装置の全体構成を概略的に示す正面図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を示した概念図である。 ノズルに印加する駆動信号の波形とノズル内の流体の表面位置を示す図である。 駆動信号の第１パラメータおよび第２パラメータを示す図である。 駆動信号の第１の調整テーブルを示す図である。 第１の調整テーブル、およびこれを補正した第２の調整テーブルを示す図である。 ノズルにおける吐出量の調整工程を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は物品の製造装置としてのインプリント装置の全体構成を概略的に示す正面図である。
インプリント装置１０１では、主に次のようなインプリント処理が実施される。まず、被吐出物である基板１１１の表面（図中、上面）に、未硬化の樹脂（液状の流体）１１４を吐出する。次いで、基板１１１の表面に吐出された未硬化の樹脂１１４に、凹凸形状を有するパターンが形成されたモールドを押し当てる。その後、樹脂１１４が硬化した状態でモールドを樹脂から離間（離型）させる。以上の工程からなるインプリント処理によって、モールドのパターンに倣った３次元形状のパターンを有する物品が得られる。
このようなインプリント処理は、ナノメートルオーダーの極めて微細なパターンを有する物品の形成が可能であり、半導体デバイスの製造などに好適に用いられている。なお、本実施形態では、一例としてパターンが形成された樹脂１１４を光の照射によって硬化させる光硬化法を採用したインプリント装置を示している。しかし、他の技術を用いたインプリント装置、例えば熱によって樹脂を硬化させる熱硬化法を用いたインプリント装置にも本発明は適用可能である。
インプリント装置１０１は、光照射部１０２、モールド１０７を保持するモールド保持機構１０３、基板ステージ１０４、吐出部１０５、取得手段１２２、制御部１０６、および筺体１２３などを備える。また、図示の装置では、基板１１１に吐出された樹脂１１４に照射する紫外線１０８の光軸１０８ａと平行にＺ軸が設定され、Ｚ軸と直交する平面内に、互いに直交するＸ軸およびＹ軸が設定されている。
筺体１２３は、後述の基板ステージ１０４を保持するベース定盤１２４、モールド保持機構１０３および光照射部１０２を保持するブリッジ定盤１２５、およびブリッジ定盤１２５を支持する支柱１２６を備える。支柱１２６はベース定盤１２４に立設されている。
基板ステージ１０４は、インプリント処理を行う樹脂１１４が付与される基板１１１を保持しつつ、Ｘ軸およびＹ軸によって規定される平面（ＸＹ平面）に沿って基板１１１を移動させる移動機構としての機能を有する。この基板ステージ１０４によって基板１１１をＸＹ平面に沿って移動させることにより、基板１１１と吐出部１０５とのＸＹ平面における位置合わせ、および基板１１１の表面に吐出された樹脂１１４とモールド１０７とのＸＹ平面における位置合わせを行う。
基板ステージ１０４は、基板１１１を真空吸着により保持する基板チャック１１９と、基板チャック１１９を機械的手段により保持しつつ、ＸＹ平面内で移動する基板ステージ筐体１２０とを有する。さらに、基板ステージ１０４には、基板チャック１１９の表面とその上方に位置するモールド１０７とのＸＹ平面における相対位置を定める際に利用するステージ基準マーク１２１が設けられている。
基板ステージ筐体１２０は、基板チャック１１９を移動させるためのアクチュエータが設けられている。アクチュエータとしては、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向へと移動させるリニアモータを採用し得る。また、基板ステージ筐体１２０を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系によって構成してもよい。さらに、基板チャック１１９の位置をＺ軸方向に補正のための駆動系や、基板チャック１１９の位置をθ方向に補正する機能、または基板チャック１１９の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成を基板ステージ筐体１２０に設けてもよい。
基板１１１は、例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、この表面には、前述のモールド１０７に形成されたパターン部１０７ａにより成形される硬化性の樹脂１１４が後述の吐出手段１０５から吐出される。なお、本実施形態では、硬化性の樹脂１１４として、紫外線を照射することによって硬化する紫外線硬化型樹脂１１４が使用される。
光照射部１０２は、ブリッジ定盤１２５に保持されており、インプリント処理の際に、モールド１０７に対して所定の波長の光、例えば紫外線１０８を照射する。この光照射部１０２は、光源１０９と、この光源１０９から照射された紫外線１０８を、基板１１１上に吐出された樹脂１１４に対して適切な方向および位置に補正するための光学素子１１０とから構成される。なお、本実施形態では光硬化法を採用するために光照射部１０２を設置しているが、例えば熱硬化法を採用する場合には、光照射部１０２に代えて、熱硬化型樹脂１１４を硬化させるための熱源部を設置すればよい。
モールド１０７は、例えば、外周形状が矩形であり、基板１１１に吐出された樹脂１１４に回路パターンなどの凹凸パターンを転写するための３次元形状を有するパターン部１０７ａを含む。また、モールド１０７は、石英など紫外線１０８を透過させることが可能な材料で形成されている。さらに、モールド１０７は、紫外線１０８が照射される面に、モールド１０７の変形を容易とするために形状を凹型にしたキャビティ１０７ｂを有する形状としてもよい。このキャビティ１０７ｂは、円形の平面形状を有し、深さは、モールド１０７の大きさや材質により適宜設定される。
モールド保持機構１０３は、真空吸着力や静電力によりモールド１０７を引き付けて保持するモールドチャック１１５と、モールドチャック１１５をＺ軸方向に移動させるモールド駆動機構１１６とを有する。モールド駆動機構１１６は、基板１１１上の樹脂１１４に対するモールド１０７の押し付けまたは離間（離型）を選択的に行うように、モールド１０７を保持するモールドチャック１１５をＺ軸方向に移動させる。このモールド駆動機構１１６に採用可能なアクチュエータとしては、例えばリニアモータまたはエアシリンダなどがある。また、モールド１０７の高精度な位置決めを可能とするために、モールド駆動機構１１６を、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成してもよい。さらに、Ｚ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向やＹ軸方向、またはＺ軸周りの回転であるθ方向の位置補正機能や、モールド１０７の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成を採用してもよい。なお、基板１１１上に吐出された樹脂１１４に対するモールド１０７の押し付けおよび離間動作は、上述のようにモールドチャック１１５をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ１０４をＺ軸方向に移動させることで実現してもよい。あるいはまた、基板ステージ１０４とその双方を相対的に移動させてもよい。
モールドチャック１１５およびモールド駆動機構１１６は、光照射部１０２の光源１０９から発せられた紫外線１０８が光学素子１１０を経て基板１１１に照射されるように、中心部に開口領域１１７が形成されている。
また、前述のモールド保持機構１０３内に形成された開口領域１１７に、密閉した空間１１２を形成する光透過部材１１３を設置し、圧力補正装置により空間１１２内の圧力を制御するように構成することも可能である。この構成では、例えばモールド１０７を基板１１１に吐出された樹脂１１４へと押し付ける際に、圧力補正装置によって空間１１２内の圧力を外部空間の圧力より高める。空間１１２内の圧力を高めることにより、パターン部１０７ａは、基板１１１に向かって凸形に撓み、樹脂１１４に対してパターン部１０７ａの中心部から接触する。これにより、パターン部１０７ａと樹脂１１４との間に気体（空気）が閉じ込められるのを抑えることができ、パターン部１０７ａの凹凸部に樹脂１１４を隅々まで充填させることができる。
吐出部１０５は、未硬化状態の樹脂１１４を滴状に吐出して基板１１１上に付与する複数のノズルを有する。本発明においてノズルとは、インクが存在する領域を形成する部分と、領域内のインクを開口部（吐出口）から吐出させる吐出エネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子とを含む。本実施形態では、吐出エネルギー発生素子として、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する圧電素子の圧電効果を利用して樹脂１１４をノズルから吐出させる方式を採用している。すなわち、後述する制御部１０６が所定の波形を有する駆動信号を生成し、その駆動信号が印加されることによって圧電素子が吐出に適した形状に変形するように制御される。複数のノズルは、それぞれが制御部１０６によって独立に制御される。
吐出部１０５から吐出される樹脂１１４は、紫外線１０８を受光することにより硬化する性質を有する光硬化型樹脂１１４であり、半導体デバイス製造工程などの各種条件により、その材料は適宜選択される。また、吐出部１０５の吐出ノズルから滴状に吐出される樹脂１１４（以下、液滴ともいう）１１４の量も、基板１１１上に形成される樹脂１１４の所望の厚さや、形成されるパターンの密度などにより適宜決定される。この吐出部１０５とモールド駆動機構１１６と制御部１０６とにより、吐出装置が構成されている。
取得手段１２２は、代表的な計測器としてアライメント計測器１２７と観察用計測器１２８とを備える。アライメント計測器１２７は、基板１１１上に形成されたアライメントマークと、モールド１０７に形成されたアライメントマークとのＸ軸方向およびＹ軸方向への位置ずれを計測する。観察用計測器１２８は、例えばＣＣＤカメラなどの撮像装置により構成され、基板１１１上に吐出された樹脂１１４により形成されるパターンを画像情報として取得する。
制御部（制御手段）１０６は、インプリント装置１０１の各構成要素の動作および補正などを制御し得る。制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭなどを含むコンピュータなどで構成され、ＣＰＵによって種々の演算処理が行われる。制御部１０６は、インプリント装置１０１の各構成要素に回線を介して接続され、ＲＯＭに格納されたプログラムなどに従って各構成要素の制御を実行する。例えば、制御部１０６は、取得手段１２２の計測情報を基に、モールド保持機構１０３および基板ステージ１０４および吐出部１０５の動作を制御する。なお、制御部１０６は、インプリント装置１０１の他の部分と一体で構成してもよいし、インプリント装置１０１の他の部分とは別体で構成してもよい。また、１台のコンピュータではなく複数台のコンピュータ、およびＡＳＩＣなどを含む構成としてもよい。
さらにインプリント装置１０１は、モールド１０７を装置外部からモールド保持機構１０３へと搬送する不図示のモールド搬送機構と、基板１１１を装置外部から基板ステージ１０４へと搬送する不図示の基板搬送機構とを備える。このモールド搬送機構および基板搬送機構の動作は、制御部１０６によって制御される。
次に、インプリント装置１０１によるインプリント処理について説明する。制御部１０６は、基板搬送機構を制御して基板ステージ１０４上の基板チャック１１９に基板１１１を載置および固定させた後、基板チャック１１９を吐出部１０５の塗布位置へと移動させる。次に、制御部１０６は、吐出部１０５および基板ステージ１０４を制御し、基板１１１に対して樹脂１１４を塗布する塗布工程を実行させる。
塗布工程において、制御部１０６は、吐出部１０５に設けられた複数のノズルそれぞれの吐出傾向に応じて生成された波形の駆動信号を、各ノズルに設けられる圧電素子に印加する。その結果、各ノズルからは均一な吐出状態で滴状の樹脂１１４が吐出される。なお、ノズルの吐出傾向とは、ノズルに設けられている吐出エネルギー発生素子に印加される駆動信号の波形を決定する波形情報としてのパラメータの変化に対する吐出量および吐出速度の変化の度合いを指す。
また、吐出動作に伴って制御部１０６は基板チャック１１９をＸＹ平面に沿ってノズルの配列方向と交差する方向（典型的には直交方向）へと移動させる。これにより、基板１１１の所定の被処理領域であるパターン形成領域に樹脂１１４が付与される。
次に、制御部１０６は、樹脂１１４が付与された基板１１１上のパターン形成領域がモールド１０７に形成されたパターン部１０７ａの直下に位置するように基板チャック１１９を移動させる。この後、制御部１０６は押し付け工程として、モールド駆動機構１１６を駆動させ、基板１１１上の樹脂１１４にモールド１０７を押し付ける。この押し付け工程により、樹脂１１４はパターン部１０７ａの凹凸部に密接する。
この状態で、制御部１０６は、硬化工程として光照射部１０２を駆動する。光照射部１０２から発せられた紫外線１０８は、光学素子１１０および光透過部材１１３を経てモールド１０７の上面に照射される。モールド１０７に照射された紫外線は、光透過性のモールド１０７を透過して樹脂１１４に照射される。これにより樹脂１１４は硬化する。
樹脂１１４が硬化した後、制御部１０６は、モールド駆動機構１１６を駆動させてモールドチャックを上昇させ、モールド１０７を樹脂１１４から引き離す離間工程を実施する。これにより、基板１１１上のパターン形成領域の表面には、パターン部１０７ａの凹凸部に倣った３次元形状の樹脂１１４のパターンが成形される。
このような一連のインプリント動作を基板ステージ１０４の駆動によりパターン形成領域を変更しつつ複数回実施することで、１枚の基板１１１上に複数の樹脂１１４のパターンを成形することができる。
次に、図２および図３を参照して、ノズル２０１から樹脂の液滴２０３が吐出される過程を、ノズルに含まれる圧電素子（吐出エネルギー発生素子）に印加される駆動信号２２０およびノズル内の液状の樹脂１１４の液面位置と共に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は吐出部１０５に設けられた複数のノズルの中の１つノズル２０１のＸＺ断面を示している。同図（ａ）はノズル２０１の圧電素子が駆動される前の状態を、同図（ｂ）は圧電素子の駆動によりノズル２０１内に樹脂１１４が引込まれた状態を、図２（ｃ）は圧電素子の駆動によってノズル２０１から液滴２０３が吐出された直後の状態をそれぞれ示している。なお、図中、Ｘ、Ｙ、Ｚの方向は図１に準じている。また、ノズル２０１内の樹脂１１４と外気との界面は液面２０２として示し、吐出した樹脂１１４は液滴２０３として示している。
図３（ａ）は吐出部１０５に設けられた圧電素子に印加される駆動信号２２０の波形を示している。ここで横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。本実施形態における駆動信号２２０の波形は、最も基本的な波形である台形波をなしている。この台形波の駆動信号２２０は、ノズル２０１内の樹脂１１４を液滴２０３として吐出させるべく圧電素子に印加される電圧信号であり、次の５成分から構成されている。すなわち、駆動信号２２０は、引き成分２０４、第１の待機成分２０５、押し成分２０６、電圧値を開始の値に戻す第２の待機成分２０７、戻し成分２０７の５成分から構成されている。
駆動信号２２０の各成分は、Ｔ０からＴ５までの時間を５分割した時間領域に対応している。Ｔ０からＴ１までの時間領域に対応する電圧波形が引き成分２０４、Ｔ１からＴ２までの時間領域に対応する電圧波形が第１の待機成分２０５、Ｔ２からＴ３までの時間領域に対応する電圧波形が押し成分２０６となっている。さらに、Ｔ３からＴ４までの時間領域に対応する電圧波形が第２の待機成分２０７、Ｔ４からＴ５までの時間領域に対応する電圧波形が戻し成分２０８となっている。なお、Ｔ５からＴ６の時間領域は、液滴２０３がノズル２０１から吐出された後、ノズル２０１内の樹脂１１４の液面２０２が図２（ａ）に示す初期状態における位置（図３（ｂ）における基準位置２０９）に戻るまでの時間を示している。
図３（ｂ）はノズル２０１内の液面位置を示す図であり、液面２０２のＺ方向の位置を示している。液面２０２はノズル２０１に含まれる圧電素子が駆動される前の初期状態において、基準位置２０９の位置にある。そして、圧電素子が駆動されると、一旦、+Ｚ方向に引き込まれて引き込み位置２１０に達し、その後、－Ｚ方向の押し出し位置２１１まで押し出される。この押し出し位置２１１に至るまでの間に液滴２０３が形成される。従って、実際の液面の位置は図３（ｂ）に示す位置よりも－Ｚ方向側にある。しかし説明を簡略化するために、図３（ｂ）では、液滴２０３が形成される位置を示さずに液面２０２の代表的な位置を示している。なお、厳密には圧電素子に電圧を印加する時間に遅れて液面２０２は動くが、本実施形態ではその遅れ成分を省略して説明を行う。
台形波の駆動信号のうち、引き込み成分２０４の電圧が圧電素子に印加されることにより、圧電素子は基準位置２０９にある液面２０２を+Ｚ方向に引き込む（図２（ｂ）参照）。これは一旦引き込んだ液面２０２を元の位置に戻そうとする力を効率よく利用して吐出を行うためである。引き込み成分２０４の電圧が印加された後、第１の待機成分２０５の電圧は一定に保たれる。ここで液面２０２は最も＋Ｚ方向に引き込まれた位置である引き込み位置２１０に達した後、－Ｚ方向に動き始める。その後、押し出し成分２０６の電圧が印加されることによって圧電素子は液面２０２を一気に－Ｚ方向に押し出す。圧電素子の押圧力によって、樹脂１１４は、ノズル２０１から外方へと押し出されて液柱を形成した後、自らの表面張力により液柱から分離して液滴２０３となり、基板１１１上の領域に着弾する。
この後、第２の待機成分２０７の電圧が圧電素子に印加される。この電圧が印加されている間に液面２０２の移動方向は－Ｚ方向から＋Ｚ方向へと切り替わる。続いて、圧電素子には、戻し成分２０８の電圧が印加される。この電圧は、波形を繰り返すときの連続性を保つために液面位置を初期の位置に戻す役割を果しているが、他の成分と比較して電圧の変動量が小さいために液面２０２に与える影響は小さい。その後、液面２０２は－Ｚ方向に振動を繰り返して収束しながら、Ｔ６で基準位置２０９に戻る。以上のような一連の過程を経て液滴２０３が吐出された後、再び同様の過程を繰り返すことにより、連続的に液滴２０３が形成される。
なお、１つの駆動信号が印加された後に、液面位置が基準位置に収束するまでの時間（Ｔ５からＴ６までの時間）は、図示した短期的な成分（戻し成分２０８）と不図示の長期的な成分との複合的な成分によって決定される。従って、Ｔ５からＴ６までの時間に次の駆動信号が入力されると、液面２０２が基準位置２０９に戻る前に次の吐出動作に移行してしまうクロストークという現象が発生する。液滴２０３の吐出間隔が長い場合には、クロストークが発生したとしても、液面の戻り時間に影響が出ることはない、あるいは影響が出たとしてもその大きさは無視できる程度となる。しかし、吐出間隔が短くなると前回の液滴２０３の吐出動作による液面位置の変化の影響が残っている状態で吐出を行うことになる。その結果、前回の液滴吐出時の影響が次の液滴２０３の吐出速度および吐出量を変動させるため、後述の駆動信号の波形調整を行う際の差分が吐出速度および吐出量の変動として現れる。
次に、図４を用いて本実施形態で使用する調整テーブルについて説明する。調整テーブル３１３は、駆動信号２２０の波形を構成する時間成分と電圧成分の少なくとも一方を変更した時に各ノズルから吐出される樹脂１１４の吐出量および吐出速度の計測値を記録してグループ化したものである。この調整テーブル３１３は、吐出部の出荷前の初期段階において作成されるものであり、基準となる第１のテーブルとなっている。こでは吐出部１０５に設けられている複数のノズルの中の１つノズル２０１の駆動に用いる調整テーブルを例にとり説明する。
本例では、前述の台形波の駆動信号２２０を適用し、調整に用いるパラメータを２つ選定している。パラメータの１つは、ノズル内の樹脂１１４を図３（ｂ）に示すように＋Ｚ方向（参照）に引き込む引き込み成分２０４としての電圧成分であり、これを第１のパラメータ３０１とする。他の１つのパラメータはノズル２０１内の樹脂１１４を図３（ｂ）に示すように－Ｚ方向に押し出す押し出し成分２０６としての電圧成分であり、これを第２のパラメータ３０２とする。
図４（ａ）はノズル２０１の駆動（圧電素子の駆動）に用いられる駆動信号２２０の第１のパラメータ３０１を変更した状態を示す図であり、横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。同図中の実線は、調整電圧の基準となる駆動信号の電圧波形を示している。この基準となる駆動信号の第１のパラメータ３０１の値をＡとする。また図中の破線は、第１パラメータの値をＡよりもａだけ大きくした時（Ａ＋ａとした時）の駆動信号の電圧波形を示し、一点鎖線は第１のパラメータの値をＡよりもａだけ小さくした時（Ａ－ａとした時）の駆動信号の電圧波形を示している。
図４（ｂ）はノズル２０１の駆動に用いられる駆動信号２２０の第２のパラメータ３０２を変更した状態を示す図であり、横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。図中の実線は基準となる駆動信号の電圧波形を示しており、第２のパラメータ３０２の値をＢとしている。同図中の点線は第２のパラメータの値をＢよりもｂだけ大きくした時（Ｂ＋ｂとした時）の駆動信号の波形を示し、一点鎖線は第２のパラメータの値をＢよりもｂだけ小さくした時（Ｂ－ｂとした時）の駆動信号の波形を示している。
図５は駆動信号２２０の第１のパラメータ３０１および第２のパラメータ３０２を変更した時にノズル２０１から吐出された液滴２０３の吐出速度および吐出量を示す図である。図中、横軸は吐出速度を、縦軸は吐出量をそれぞれ示している。
ノズル２０１に求められる吐出性能は、目標吐出速度Ｓgおよび目標吐出量Ｖgの目標値３０３で液滴２０３が吐出されることである。この目標値３０３としては、製品仕様の観点から、吐出量および吐出速度において所定の範囲の誤差が許容されている。この許容誤差の範囲を、図では目標範囲３１５として表している。ここで、例えば吐出速度が±ｓの範囲で許容されるとした場合、吐出速度がＳg－ｓからＳg＋ｓの範囲であれば製品仕様を満たす。また、吐出量がＶ±ｖの範囲で許容される場合、吐出量はＶg－ｖからＶg＋ｖの範囲で仕様を満たす。
従って、ノズル２０１の圧電素子に印加される駆動信号２２０は、上記の許容誤差の範囲内に吐出量および吐出速度が収まるように波形調整されている。本実施形態では、第１のパラメータ３０１がＡに設定され、かつ第２のパラメータ３０２がＢに設定された波形を有する駆動信号２２０が、ノズル２０１の圧電素子に印加された場合にノズルの吐出量および吐出速度の計測値３０４は目標範囲３１５の範囲に収まる。なお、ノズル２０１以外のノズルについても同様であり、吐出部１０５に設けられている複数のノズルそれぞれの吐出量および吐出速度の計測値３０４は、全て目標範囲３１５を満たすように調整されている。
図５に示されている点は、第１のパラメータ３０１と第２のパラメータ３０２を変更したときに、ノズル２０１から吐出される液滴２０３の吐出量および吐出速度の計測値を示している。本実施形態においては、第１のパラメータは、基準の値をＡ、調整範囲を±ａとしており、計測には、Ａ、Ａ－ａ、Ａ＋ａの３つの値を第１パラメータとして用いている。同様に第２のパラメータは、基準の値をＢ、基準の値Ｂに対する調整範囲を±ｂとしており、計測には、Ｂ、Ｂ－ｂ、Ｂ+ｂの３つの値を用いている。このように、ノズル２０１の吐出量および吐出速度を計測する際には、３つの第１パラメータと、３つの第２パラメータとを組み合わせた、合計９種類の駆動信号２２０を作成し、各駆動信号をノズル２０１に適用して、吐出速度および吐出量を計測する。
図５に示す計測値３０５は第１のパラメータをＡ－ａ、第２のパラメータをＢにした時の計測値である。計測値３０６は第１のパラメータをＡ＋ａ、第２のパラメータをＢにした時の計測値である。計測値３０７は第１のパラメータをＡ、第２のパラメータをＢ－ｂにした時の計測値である。計測値３０８は第１のパラメータをＡ－ａ、第２のパラメータをＢ－ｂにした時の計測値である。計測値３０９は第１のパラメータをＡ＋ａ、第２のパラメータをＢ－ｂにした時の計測値である。計測値３１０は第１のパラメータをＡ、第２のパラメータをＢ＋ｂにした時の計測値である。計測値３１１は第１のパラメータをＡ－ａ、第２のパラメータをＢ＋ｂにした時の計測値である。計測値３１２は第１のパラメータをＡ＋ａ、第２のパラメータをＢ＋ｂにした時の計測値である。
第１のパラメータ３０１および第２のパラメータ３０２を減少させると、ノズルの液滴２０３の吐出速度および吐出量は減少し、第１のパラメータ３０１および第２のパラメータ３０２を増大させると、ノズルの液滴２０３の吐出量および吐出量は増大する。図５の吐出速度および吐出量を示すグラフに、第１のパラメータ３０１の軸６０１と第２のパラメータ３０２の軸６０２を設けると、駆動信号の波形を調整するための後述の調整テーブルを変更した時の吐出速度および吐出量の変化の様子を視覚化することができる。パラメータを変更した時の吐出速度および吐出量の変動量は、各パラメータの変更量によってそれぞれ異なる。よって、第１のパラメータの値と第２のパラメータの値の組み合わせを変更することによって吐出速度および吐出量を任意の量で変更することが可能になる。この計測値３０４の駆動信号２２０の波形を起点として、パラメータの変更量と、それに対応した吐出速度および吐出量の計測値のグループを調整テーブル３１３とする。
この調整テーブル３１３は選定するパラメータによって傾向が異なる。従って、パラメータを選定するときは、予め変更後の吐出速度および吐出量の変動を把握しておき、調整が容易となるものを選定しておく必要がある。なお、波形調整に用いるパラメータを選定するときは、値を変更した時に吐出速度および吐出量が線形に変化するものを選ぶことが好ましい。これは、調整には計測値の近似を用いるため、線形に変化するものをパラメータとすることにより予測精度を向上させることができるからである。
なお、本実施形態ではパラメータの変更量とそれに対応した計測値を別々に記録して調整テーブル３１３を作成しているが、パラメータの変更量に対する吐出速度および吐出量の変化量を敏感度とし、その敏感度を調整パラメータとすることも可能である。また、パラメータの変更量に対する吐出速度あるいは吐出量が様々に変化するように、種々のパラメータを用意してもよい。本実施形態では説明を単純化するために２つのパラメータを用いる例を示しているが、パラメータの種類を増加すれば、駆動信号２２０の調整のし易さは向上する。また、１つのパラメータだけで吐出速度および吐出量を調整できる場合には、複数のパラメータを使用せず、１つのパラメータだけを用いてこれを変更するようにすれば、駆動信号２２０の形状の変更を最小限に抑えられるため好ましい。
一般に、調整テーブル３１３の作成は、吐出部１０５を出荷する前に実施する。この調整テーブル３１３の作成では、インプリント装置１０１の本体部とは別個に設けられた、専用の調整機を用いて吐出速度および吐出量の計測を行う。但し、調整テーブルの作成工程は、吐出速度および吐出量が計測できれば実施可能であるため、インプリント装置１０１に吐出部１０５を搭載した後に、取得手段１２２を用いて吐出速度および吐出量の計測を行うことにより、調整テーブルを作成してもよい。この調整テーブルは、吐出部１０５に設けられている複数のノズルそれぞれに対応して作成され、制御部１０６のＲＡＭに格納される。
次に、図５を参照して調整テーブル３１３を用いた駆動信号２２０の波形の調整方法を説明する。調整テーブル３１３は調整パラメータを変更した時の吐出量および吐出量の計測値を記録したものである。ここでは、前回の調整時において、計測値が３０４となるように、駆動信号２２０の波形が調整されているものとする。
図７のフローチャートに示す後述の取得工程Ｓ５０１において、取得手段１２２によって取得した吐出結果４０４の吐出速度を計測吐出速度Ｓmとし、吐出量を計測吐出量Ｖmとすると、図６に示す座標において吐出結果４０４は（Ｓm、Ｖm）と表すことができる。また、計測値３０４の吐出速度をＳ0、吐出量をＶ0とすると、吐出結果３０４は同座標において（Ｓ0、Ｖ0）と表すことができる。ここで、吐出結果を計測する際の条件が同一であれば、計測値３０４と吐出結果４０４は一致するはずである。しかしインプリント装置１０１には、吐出部１０５の周辺の熱分布や、吐出部１０５と基板１１１との間の傾きなどの条件によって、同一のパラメータが設定されたとしても、計測値（吐出速度、吐出量）に差が生じることがある。例えば、同一のパラメータを設定したとしても、図６に示すように、計測値３０４が計測値４０４へとずれる可能性がある。このような吐出結果の差を、吐出速度差Ｓa、吐出量差Ｖaとしたとき、これらの差Ｓa，Ｖaは、それぞれ、Ｓa＝Ｓm－Ｓ0、Ｖa＝Ｖm－Ｖ0として表すことができる。
上記の吐出速度差Ｓa、吐出量差Ｖaを、調整テーブル３１３を補正するためのシフト量（補正量）４０２とし、その補正量４０２を用いて補正後の調整テーブル４０３を作成する。具体的には前述の９つの計測値である、計測値３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３１１、３１２の各々の吐出速度および吐出量に吐出速度Ｓa、吐出量Ｖaを加算する。その結果、計測値３０４は計測値４０４に、計測値３０５は計測値４０５に、計測値３０６は計測値４０６に、計測値３０７は計測値４０７に、計測値３０８は計測値４０８にそれぞれ補正される。同様に、計測値３０９は計測値４０９に、計測値３１０は計測値４１０に、計測値３１１は計測値４１１に、計測値３１２は計測値４１２にそれぞれ補正される。
このように本実施形態では、インプリント装置１０１に起因して生じる誤差が、駆動信号２２０を変更して得られる吐出結果（各計測値）にも同様の影響を及ぼすため、出荷前に作成した調整テーブル３１３を補正して、新たな補正テーブル４０３を作成する。なお、この補正テーブル４０３は、補正前のテーブル３１３と同様に、吐出部１０５に設けられている複数のノズルそれぞれに対応して作成された後、制御部１０６のＲＡＭに格納される。
図６に示すように、補正後の調整テーブル４０３と目標値３０３との座標上の位置関係において、目標値３０３は、吐出結果４０４と、補正後の計測値４０６、４１０、４１２とによって囲まれている。これは、第１のパラメータ３０１をＡからＡ＋ａの区間で変化させ、第２のパラメータ３０２をＢからＢ＋ｂの区間で変化させることにより、吐出結果４０４が目標範囲３１５に収まる駆動信号２２０を設定することが可能であることを示している。
計測結果の中で最も目標値３０３に近いのは補正後の計測値４１２である。補正後の計測値４１２の吐出速度をＳＣ0とし、かつ吐出量をＶＣ0として、座標（ＳＣ0，ＶＣ0）を調整の起点とする。最も近い計測結果を選ぶ理由は、後述する補正量をなるべく小さくするためであり、補正量を小さな値とすることによって補正の誤差を低減することができる。
次に、第１のパラメータはＡからＡ＋ａの間および第２の調整区間はＢ＋ｂからＢの区間で変化させるため、駆動信号の波形の調整には補正後の計測値４１０および補正後の計測値４０６を用いる。計測値４１０および計測値４０６それぞれの吐出速度および吐出量を座標で表すとき、補正後の計測値４１０は（ＳＣ1，ＶＣ1）、補正後の計測値４０６は（ＳＣ2，ＶＣ2）とする。
補正後の計測値４１２から目標値３０３への調整量は、吐出速度はＳg―ＳＣ0、吐出量はＶg－ＶＣ0となり、補正後の計測値４１２からこの調整量を調整すればよい。
補正後の計測値４１２から補正後の計測値４１０までの第１のパラメータ３０１の変化量は－ａであるため、吐出速度の変化量は（ＳＣ1－ＳＣ0）／－ａとなり、吐出量の変化量は（ＶＣ1－ＶＣ0）／－ａとなる。さらに、補正後の計測値４１２から補正後の計測値４０６までの第２のパラメータ３０２の変化量は－ｂであるため、吐出速度の変化量は（ＳＣ2－ＳＣ0）／－ｂとなり、吐出量の変化量は（ＶＣ2－ＶＣ0）／－ｂとなる。
補正後の計測値４１２から第１のパラメータ３０１を変更する量をａ１、第２のパラメータ３０２を変更する量をｂ１とすると、
Figure 0007019402000001
となり、上記（式１）および（式２）からａ１とｂ１を求めると、
Figure 0007019402000002
となる。
補正後の計測値４１２の駆動信号２２０の第１のパラメータ３０１はＡ＋ａであるため、Ａ＋ａ＋ａ１が第１のパラメータ３０１の調整結果となる。同様に補正後の計測値４１２の駆動信号２２０の第２のパラメータ３０２はＢ＋ｂであるため、Ｂ＋ｂ＋ｂ１が第２のパラメータ３０２の調整結果となる。この調整結果に基づいて駆動信号２２０の波形を更新する。本実施形態では１つのノズル２０１を例として説明しているが、実際にはノズル毎に作成された調整テーブル３１３を用いて、上述の駆動信号２２０の波形の調整を行う。また、本実施形態では第１のパラメータ３０１の変更量を±ａとしているが、変更量を±ａに加えて、他の変更量（例えば±２ａなど）を設定し、計測値の数を増加してもよい。計測値の数が多いほど、前述の調整方法による精度は向上するため、計測値の数の増加は好ましい。第２のパラメータ３０１の変更量についても第１のパラメータ３０１と同様に計測値の数を増やすことが好ましい。
なお、以上説明した駆動信号２２０のパラメータの調整方法は一例に過ぎず、他の駆動信号のパラメータ調整方法でも吐出速度や吐出量は調整が可能である。すなわち、吐出結果４０４を目標値３０３に調整する他の調整方法を用いることによって本発明を実施することも可能である。また、吐出結果４０４が目標範囲３１５の範囲内にある場合でも、吐出結果４０４をより目標値３０３に近づけるために駆動信号の波形を調整してもよい。
次に、本実施形態によって実施される吐出調整方法を説明する。図７は本実施形態において吐出調整における各工程を示すフローチャートであり、Ｓ５０１からＳ５０４の４工程に分けて説明を行う。なお、この工程に入る前に、各ノズルの圧電素子に印加する駆動信号の波形は調整されており、調整テーブル３１３がそれぞれのノズル２０１について取得され、制御部１０６のＲＡＭに保存されているものとする。
Ｓ５０１では吐出部１０５に設けられた全てのノズルの吐出結果４０４を、取得手段１２２を用いて取得する。具体的には、吐出部１０５に設けられた複数のノズルの各々から基板１１１に樹脂１１４を吐出し、基板１１１上に吐出された樹脂１１４の位置および形状を、観察用計測器１２８を用いて観察することによって樹脂１１４の吐出結果４０４を取得する。Ｓ５０２では、この吐出結果４０４に基づいて吐出波形の調整量を算出し、吐出調整を行う。上記Ｓ５０１における樹脂１１４の吐出、観察用計測器１２８による吐出結果の取得などは、制御手段に含まれるＣＰＵなどを用いて行う。
なお、樹脂１１４の吐出結果４０４を取得する取得手段は、基板１１１上に吐出された樹脂１１４の位置および形状を観察するものに限定されない。例えば、液滴２０３の吐出量および吐出速度を直接的に計測する計測機を取得手段としてインプリント装置１０１に設置し、その計測結果を吐出結果として用いることも可能である。
また、本実施形態では取得手段１２２をインプリント装置１０１の本体内に設けた例をしているが、基板１１１に塗布された樹脂１１４の測定および吐出結果の取得は、装置の本体外に設けられた測定機で行うことも可能である。例えば、ノズルから基板１１１に塗布された樹脂１１４を硬化させた後に、外部の計測機で樹脂１１４の膜厚を計測するようにしても、樹脂１１４の塗布位置および形状を計測することができる。
次に、Ｓ５０２では、予め制御部１０６のＲＡＭに格納されている調整テーブル３１３とＳ５０１で取得した吐出結果４０４とに基づいて駆動信号の波形を調整する。この調整は次のように行う。
まずＳ５０１で基板１１１に吐出された樹脂１１４の塗布位置と、目標塗布位置とのずれ量を算出し、そのずれ量に基づいて吐出速度の調整量を算出する。また、塗布後の樹脂１１４の形状から、その樹脂１１４の面積を読み取り、読み取った面積と目標とする面積との差から吐出量の調整量を算出する。
このようにして吐出結果４０４から求めた吐出速度の調整量および吐出量の調整量と、制御手段１０６のＲＡＭに格納されて調整テーブル３１３と、を用いて駆動信号２２０の第１のパラメータ３０１と第２のパラメータ３０２を調整する。調整方法は前述の通りであり、ここでは説明を省略する。
Ｓ５０３では調整した駆動信号２２０を制御部１０６のＲＡＭに格納する。具体的には制御部１０６に記録されている駆動信号２２０の波形情報を、Ｓ５０２で求めた駆動信号２２０の波形情報に更新する。この変更は吐出部１０５に搭載されている全てのノズルに対して行う。なお、更新前の駆動信号２２０の波形情報は履歴として制御部１０６のＲＡＭに保存しておく。
Ｓ５０４では吐出調整結果の確認を行う。確認する内容は更新された駆動信号２２０によってノズルから基板１１１に吐出された樹脂１１４の吐出結果４０４を取得し、吐出結果４０４が目標範囲３１５内にあるか否かを確認する。吐出結果４０４が目標範囲３１５内にあったノズル２０１は調整工程を終了させる。しかし、吐出結果４０４が目標範囲３１５に入らなかったノズル２０１に関しては再調整を実施するために、再度Ｓ５０１～Ｓ５０３において吐出調整処理を行う。そして、全てのノズルに対応する駆動信号２２０の波形情報が更新されると、吐出調整処理は完了する。
以上説明したように、本実施形態では、駆動信号の波形を調整するための調整テーブル（第１の調整テーブル）３１３が吐出部１０５のノズル毎に設けられている。そして、ノズルの吐出量および吐出速度に誤差が生じた場合には、当該ノズル専用の調整テーブル３１３と誤差量とに基づき駆動信号の波形の調整量を決定して、吐出量および吐出速度を補正する。これにより、吐出部１０５に設けられている全てのノズルに対し、各々の吐出傾向に応じた高精度の補正を行うことが可能になり、各ノズルから適正に液滴を吐出させることができる。
また、本実施形態では、吐出部自体の構造上のばらつきに起因して発生する吐出誤差だけでなく、出荷後の吐出部１０５がインプリント装置などに搭載された後に生じる吐出誤差にも対応可能である。出荷後の吐出部１０５に生じる吐出誤差としては、例えば、吐出部が搭載される装置（例えば、インプリント装置）の機体差、吐出部１０５と基板１１１の間の傾き、および吐出部付近の熱分布差などに起因する吐出誤差がある。これらの吐出誤差が発生した場合には、前述のように、基準となる第１の調整テーブルに基づいて補正した新たな調整テーブル（第２の調整テーブル）を、全てのノズル毎に作成し、それぞれの第２の調整テーブルに基づいて各ノズルの吐出誤差を調整する。これによれば、吐出部１０５における各ノズルの吐出精度を高精度に維持することができる。
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、本実施形態で示している駆動信号２２０の波形はあくまで１例であり、この波形と異なる波形においてもパラメータ変更時の吐出量および吐出速度が把握できていれば調整テーブルを作成することは可能である。従って、前述の調整テーブル以外のテーブルをノズル毎に設けることで、本発明は実現可能である。
また、上記実施形態では、２つのパラメータ（第１のパラメータと第２のパラメータ）を用いて吐出エネルギー発生素子に印加する駆動信号の波形を定める例を示した。しかし、駆動信号の波形を定めるパラメータの数を、１つあるいは３つ以上とし、使用するパラメータに基づいて、各ノズルに対応する調整テーブルを作成してもよい。これによれば、複数の調整パラメータによって、ノズルから吐出させるべき液滴の吐出速度および吐出量をより高精度に調整することができる。
さらに、駆動信号の波形を定めるパラメータには、駆動信号を圧電素子（吐出エネルギー発生素子）に適用するタイミングを含めることが可能であり、これによって、ノズルから液滴を吐出させるタイミングを変更することも可能である。インプリント装置１０１では吐出部１０５に対して相対的に移動する基板ステージ１０４上の基板１１１に向けて、吐出部１０５から樹脂１１４（液滴２０３）を吐出することにより、基板１１１上に樹脂を塗布する。従って、パラメータによってノズルからの液滴の吐出タイミングを変更することで、基板ステージ１０４の移動方向の付与位置を変更することが可能になる。これによれば、ノズルから吐出される液滴の吐出量を変更することなく、吐出速度を調整することができる。基板ステージ１０４の移動方向の調整量をＸ、基板ステージ１０４の移動速度をＳｓとした場合、吐出タイミングの変更時間Ｔは、Ｔ＝Ｘ／Ｓｓで計算することができる。
１０１ インプリント装置
１０５ 吐出部（吐出手段）
１０６ 制御部（制御手段）
１０７ モールド
１１１ 基板（被吐出物）
１１４ 樹脂
１２２ 取得手段
２０１ ノズル
２０３ 液滴
２２０ 駆動信号
３０１ 第１のパラメータ
３０１ 第２のパラメータ
３１３ 調整テーブル
４０４ 吐出結果

Claims (10)

  1. 液状の流体を吐出するためのノズルと、
    前記ノズルに含まれる吐出エネルギー発生素子に駆動信号を与えて前記ノズルからの流体の吐出を制御する制御手段と、
    前記ノズルから吐出された流体の吐出結果を取得する取得手段と、
    前記駆動信号を定める波形情報と、前記吐出結果との関係を表す調整テーブルを記憶する記憶部と、
    を備える吐出装置であって、
    前記波形情報は、前記駆動信号の波形の形状を決定する電圧成分および時間成分を含み、
    前記制御手段は、前記記憶部に記憶された前記調整テーブルと前記取得手段によって取得した前記吐出結果に基づいて、前記ノズルの吐出調整を行うことを特徴とする吐出装置。
  2. 前記吐出結果は、前記ノズルから吐出される前記流体の吐出量と吐出速度の少なくとも一方である請求項１に記載の吐出装置。
  3. 前記取得手段は、複数の異なる波形の前記駆動信号を前記吐出エネルギー発生素子に与えることによって前記ノズルから吐出される前記流体の複数の吐出結果を取得し、
    前記調整テーブルは、前記取得手段によって取得した前記複数の吐出結果を用いて作成されている請求項１または２に記載の吐出装置。
  4. 前記調整テーブルは、初期段階において作成された第１のテーブルと、前記第１のテーブルを補正して作成した第２のテーブルとを含み、
    前記第２のテーブルは、初期段階とは異なる条件のもとで前記ノズルから吐出された前記流体の吐出結果を用いて前記第１のテーブルを補正したテーブルである請求項３に記載の吐出装置。
  5. 前記時間成分は前記駆動信号を前記吐出エネルギー発生素子に適用するタイミングを含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の吐出装置。
  6. 前記吐出エネルギー発生素子は、圧電素子であり、
    前記波形情報は、前記ノズルに充填されている前記流体を引き込むように前記圧電素子を駆動する電圧成分および時間成分を示す第１パラメータと、前記ノズルに存在する前記流体を前記ノズルの外方へと吐出するように前記圧電素子を駆動する電圧成分および時間成分を示す第２パラメータと、を含むことを請求項１乃至５のいずれか１項に記載の吐出装置。
  7. 前記吐出結果は、前記ノズルから所定の被吐出物に付与された前記流体の位置、形状、
    膜厚の少なくとも１つを示す情報である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の吐出装置。
  8. 複数の前記ノズルを有する吐出手段を備え、前記ノズル毎の前記調整テーブルを前記記憶部に記憶する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の吐出装置。
  9. 請求項８に記載の吐出装置を備え、
    前記吐出手段に設けられた複数の前記ノズルから所定の被吐出物に液状の流体を吐出し、前記被吐出物に吐出された前記流体にモールドを押し付けてパターンを形成する物品の製造装置。
  10. 前記調整テーブルは、製造装置の外部で計測された吐出結果に基づいて作成されている請求項９に記載の物品の製造装置。
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