KR20180035677A - 액체 토출 장치, 임프린트 장치 및 방법 - Google Patents

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츠요시 아라이
유타카 미타
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Abstract

노즐 내의 기포를 보다 확실하게 배제하여, 토출 안정성을 향상시키는 것을 과제로 한다.
액체 토출 장치가, 대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐, 및 그 노즐로부터 액체를 토출시키는 소자를 갖는 토출 헤드와, 상기 액체와 접하는 기체실을 형성하는 형성부와, 상기 기체실에 기체를 공급하고, 상기 노즐의 내부를 대기압에 대하여 정압으로 전환 가능한 정압 전환 수단을 구비한다.

Description

액체 토출 장치, 임프린트 장치 및 방법{LIQUID DISCHARGE APPARATUS, AND IMPRINT APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 액체 토출 장치에 관한 것이다.
토출 헤드를 구비하는 액체 토출 장치에서는, 액체의 누출을 방지하기 위해서, 토출 헤드의 노즐 내의 압력(이하, 간단히 「헤드 내압」이라 칭한다)이 통상, 대기압에 대하여 부압으로 유지된다. 한편, 노즐 내에 기포가 존재하는 경우에는, 노즐로부터의 액체의 토출이 기포의 영향에 의해 불안정해진다. 토출 안정성 확보를 위하여 노즐 내의 기포를 배제할 것이 요구된다.
특허문헌 1에는, 액체 수용 유닛 내가, 가요성 부재에 의해 제1 수용 공간과 제2 수용 공간으로 분리된 장치가 개시되어 있다. 제1 수용 공간과 토출 헤드가 연통하고 있고, 제1 수용 공간에 토출용 액체가 수용된다. 제2 수용 공간에는 액상 충전제가 수용되어 있다. 압력 제어 수단에 의해 액상 충전제의 압력을 조정하고, 헤드 내압이 부압으로 유지된다. 또한, 제2 수용 공간과 연통 가능하게 피스톤 펌프가 설치되어 있다. 노즐 내에 기포가 고인 경우에, 피스톤 펌프 내의 액상 충전제를 제2 수용 공간에 주입함으로써, 노즐 내를 정압으로 전환하여, 노즐로부터 토출용 액체를 강제 배출한다. 이에 의해, 노즐로부터 기포가 강제적으로 배출된다.
특허문헌 2에도, 가요성을 갖는 막으로 제1 수용 공간 및 제2 수용 공간을 형성하는 구성이 개시되어 있다. 제1 수용 공간에는 토출용 액체를, 제2 수용 공간에는 액상 충전제가 충전된다. 제1 수용 공간은 토출 헤드에 연통하고 있다. 가요성을 갖는 막에는 부낭이 설치되어 있다. 부낭에 발생하는 부력이, 제1 수용 공간의 용적을 확대시키는 방향으로 작용하고, 헤드 내압을 부압으로 유지한다. 또한, 부낭에 공기를 보내는 펌프를 구비한 구성도 개시되어 있다. 노즐 내에 기포가 고인 경우에는, 펌프에 의해 부낭에 공기를 보냄으로써 제1 수용 공간 내를 가압함으로써, 노즐 내를 정압으로 전환하여, 노즐로부터 토출용 액체를 강제 배출한다. 이에 의해, 노즐로부터 기포가 강제적으로 배출된다.
일본 특허 공개 제2015-92549호 공보 일본 특허 공개 제2008-105360호 공보
특허문헌 1에서는, 기포의 배출 시에, 액체 충전제의 주입에 의해 헤드 내압을 정압으로 전환하고 있지만, 제2 수용 공간에 기포가 존재하면 필요한 가압력이 얻어지지 않는 경우가 있다. 일정한 온도 하에서의 기체의 체적은 압력에 반비례한다(보일의 법칙). 피스톤 펌프를 동일 양만큼 이동시켜도, 액체 수용 유닛 내의 기포의 양에 따라 가압력이 변화한다. 기포의 양이 많은 경우, 노즐로부터 기포를 완전히 배출할 수 없는 경우가 있다. 노즐로부터 기포를 완전히 배출하기 위해서, 한번에 배출하는 토출용 액체의 배출량을 증가시키려고 하면, 피스톤 펌프의 대형화가 필요해지고, 또한, 폐액이 많아진다.
특허문헌 2에서는, 부낭에 공기를 보냄으로써 헤드 내압을 정압으로 전환하고 있지만, 부낭 내의 공기량이 많아지는 결과, 장치의 요동 시에 부낭이 요동하기 쉬운 경향이 된다. 이것은 헤드 내압의 변동 요인이 되어, 토출 안정성에 영향을 준다.
본 발명은 노즐 내의 기포를 보다 확실하게 배제하여, 토출 안정성을 향상시키는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 예를 들어,
대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐, 및 그 노즐로부터 액체를 토출시키는 소자를 갖는 토출 헤드와,
상기 액체와 접하는 기체실을 형성하는 형성부와,
상기 기체실에 기체를 공급하고, 상기 노즐의 내부를 대기압에 대하여 정압으로 전환 가능한 정압 전환 수단을 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 노즐 내의 기포를 보다 확실하게 배제하여, 토출 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 액체 토출 장치의 개략도.
도 2는 도 1의 액체 토출 장치의 제어 유닛의 블록도.
도 3은 도 1의 액체 토출 장치의 동작 설명도.
도 4의 (A) 및 (B)는 도 2의 제어 유닛이 실행하는 처리예를 도시하는 흐름도.
도 5는 도 1의 액체 토출 장치의 동작 설명도.
도 6은 도 1의 액체 토출 장치의 동작 설명도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액체 토출 장치의 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 임프린트 장치의 개략도.
<제1 실시 형태>
<장치의 구성>
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 액체 토출 장치(1)의 개략도이다. 액체 토출 장치(1)는 액체 수용부(4), 토출 헤드(3), 액체 수용부(12), 가압 전환 밸브(22), 대기 연통 전환 밸브(26), 액체 공급 유닛(SU) 및 반송 유닛(5)을 포함한다.
토출 헤드(3)는 복수의 노즐(3a)과, 각 노즐(3a)에 설치된 토출 소자(3b)(도 2 참조)를 포함하고, 액체 수용부(4)에 수용된 액체(9)를 각 노즐(3a)이 개구한 토출면(10)으로부터 토출한다. 토출 소자(3b)는 노즐(3a) 내에 압력을 발생시켜서 노즐(3a) 내의 액체(9)를 토출시키는 소자이다. 토출 소자(3b)로서는, 예를 들어, 발열 소자나 압전 소자를 채용 가능하다. 발열 소자의 경우, 그 열에 의해 액체를 발포시켜서 액적을 토출시킨다. 압전 소자의 경우, 그 변형에 의해 액적을 토출시킨다. 토출 헤드(3)에는, 잉크젯 프린터의 기록 헤드의 기술이 적용 가능하다. 본 실시 형태의 경우, 토출 헤드(3)는 이동 불능이지만, 토출 헤드(3)가 이동 가능해도 된다.
액체 수용부(4)는 그 외벽을 구성하는 중공의 하우징(7)을 포함하는 액체 수용기이다. 토출 헤드(3)는 하우징(7)의 하부에 지지되어 있다. 하우징(7)의 내부 공간은, 각 노즐(3a)과 연통하는 한편, 노즐(3a) 및 배관(13)을 제외하고 밀폐되어 있어, 이 내부 공간에 액체(9)가 수용되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 하우징(7)의 내부 공간이 직접 토출 헤드(3)와 연통하고 있지만, 튜브 등을 통하여 이들이 연통하는 구성도 채용 가능하다.
액체(9)는 액체 토출 장치(1)의 용도에 따라서 선택되어, 예를 들어, 잉크, 도전성 액체, 수지(예를 들어 UV 경화성 수지) 등을 채용 가능하다.
반송 유닛(5)은 도시하지 않은 반송 기구에 의해 베이스 플레이트(2) 상에서 이동 가능하게 설치되어 있다. 반송 유닛(5)은 토출 대상물(6)을 탑재하여 토출 헤드(3)의 하방에서 이동 가능하고, 토출 대상물(6)에 대하여 토출 헤드(3)로부터 액체(9)가 토출된다. 반송 유닛(5)은 토출 대상물(6)을 흡착하는 흡착 기구를 구비하고 있어도 된다.
액체 수용부(12)는 액체 수용부(4) 내의 액체(9)의 압력을 조정하는 서브 탱크이며, 그 내부에 액체(9)를 수용한다. 본 실시 형태의 경우, 액체 수용부(12)에 수용된 액체(9)의 액면(Lv)과, 토출 헤드(3)의 위치에 따라, 노즐(3a)의 내부를 대기압에 대하여 부압으로 유지한다. 즉, 액체 수용부(12)는 토출 헤드(4)의 토출면(10)의 높이(Hh)보다도 낮은 액면(Lv)으로 액체(9)를 수용하고, 수두차에 의해 노즐(3a)을 부압으로 유지한다. 액면(Lv)의 높이는 액체 공급 유닛(SU)에 의해 제어된다.
노즐(3a)을 부압으로 유지하는 방법으로서는, 펌프 등의 액추에이터를 갖는 압력 조정 기구에 의해, 액체 수용부(4) 내의 액체(9)의 압력을 조정하는 방법도 채용 가능하다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 수두차를 이용함으로써 비교적 간소한 구성으로 노즐(3a)을 부압으로 유지할 수 있다.
액체 수용부(12)의 내부 공간과 액체 수용부(4)의 내부 공간은 유로(13)를 통하여 연통하고 있다. 본 실시 형태의 경우, 유로(13)는 액체 수용부(12)와 액체 수용부(4)를 접속하는 배관에 의해 형성되고, 그 한쪽 단부는, 액체 수용부(12)의 내부 공간에 있어서, 액체(9)의 액면(Lv)의 하한 높이보다도 낮은 위치에 개구하고 있다. 유로(13)의 일부에 조인트부를 설치하고, 액체 수용부(4)와 액체 수용부(12)를 분리 가능한 구성으로 해도 된다.
액체 수용부(12)의 내부 공간은, 액면(Lv)의 상측에 형성되는 기체실(12a)을 포함한다. 즉, 액체 수용부(12)는 액면(Lv)의 상한 높이보다도 상벽이 높게 위치하고, 기체실(12a)을 형성하는 형성부로서 기능하는 상자체이다. 이 기체실(12a)에 기체를 공급하고, 액체(9)를 가압함으로써, 노즐(3a) 내를 정압으로 전환하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 기체실(12a)을 액체 수용부(12)에 의해 형성했지만, 기체실(12a)의 위치는 이것에 한정되지 않고, 유로(13)의 도중이나 액체 수용부(4)에 의해 형성하는 것도 가능하다.
액체 공급 유닛(SU)은, 액체 수용부(12)에 액체(9)를 공급하고, 액면(Lv)을 조정하는 기구이다. 액체 공급 유닛(SU)은, 액면 센서(14 및 15), 송액 펌프(18), 메인 탱크(8) 및 유로(17)를 포함한다.
액면 센서(14 및 15)는 액체 수용부(12)에 설치되어 있고, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)의 액면(Lv)을 검지한다. 본 실시 형태의 경우, 액면 센서(14)는 액면(Lv)이 상한 높이에 있는 것을 검지하도록 배치되고, 액면 센서(15)는 액면(Lv)이 하한 높이에 있는 것을 검지하도록 배치된다. 액면(Lv)은, 상한 높이와 하한 높이 사이에 유지되도록 제어된다.
액면 센서(14 및 15)로서는, 광학식 센서를 일례로서 들 수 있다. 또한, 예를 들어, 액체 수용부(12) 내에 설치된 전극이어도 되고, 전극에의 접액에 의한 통전을 검지하는 방식이어도 된다. 또한, 정전 용량식 센서여도 되고, 또한, 액체 수용부(12) 내에 플로트를 설치하고, 플로트의 위치를 검지하는 방식이어도 된다. 이와 같이, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)의 액면(Lv)의 위치 검출 방법은, 여러가지 방법을 선택 가능하다.
메인 탱크(8)는 액체(9)를 수용하는 중공의 액체 수용기이다. 메인 탱크(8)에는, 대기 연통 구멍(11)이 설치되어 있고, 메인 탱크(8)의 내부는, 대기에 개방되어 있다.
액체 수용부(12)의 내부 공간과 메인 탱크(8)의 내부 공간은 유로(17)를 통하여 연통하고 있다. 본 실시 형태의 경우, 유로(17)는 액체 수용부(12)와 메인 탱크(8)를 접속하는 배관에 의해 형성된다. 그 한쪽 단부는, 액체 수용부(12)의 내부 공간에 있어서, 액체(9)의 액면(Lv)의 하한 높이보다도 낮은 위치에 개구하고, 다른 쪽 단부는 메인 탱크(8)의 저면에 가까운 위치에 개구하고 있다.
송액 펌프(18)는 유로(17)의 도중에 배치되어 있다. 송액 펌프(18)는 통상은 정지하고 있다. 송액 펌프(18)가 정지하고 있는 경우에는, 유로(17) 내의 액체(9)는 이동하지 않고, 액체 수용부(12)와 메인 탱크(8)는 비연통 상태로 된다. 액면 센서(15)가 액면(Lv)이 하한 높이로 저하된 것을 검지한 경우에 송액 펌프(18)를 구동하고, 메인 탱크(8) 내의 액체(9)가 액체 수용부(12)에 송액된다. 액면 센서(14)가 액면(Lv)이 상한 높이로 상승한 것을 검지하면 송액 펌프(18)가 정지된다.
송액 펌프(18)의 예로서는, 시린지 펌프, 튜브 펌프, 다이어프램 펌프, 기어 펌프 등을 들 수 있다. 단, 송액 펌프(18) 대신에 펌프 이외의 송액 장치를 채용하는 것도 가능하다. 예를 들어 메인 탱크(8)를 밀폐계로 하고, 메인 탱크(8) 내를 가압하여 송액하는 구성으로 하는 것도 가능하고, 송액 정지 중에, 유로(17)를 차단할 수 있으면 된다. 유로(17)를 차단할 수 없는 송액 장치를 사용하는 경우에는, 유로(17)의 한쪽 단부를 액체 수용부(12)의 내부 공간에 있어서, 액체(9)의 액면(Lv)의 상한 높이보다도 높은 위치에 개구하거나, 유로(17)를 개폐하는 제어 밸브를 설치하면 된다.
이어서, 가압 전환 밸브(22), 대기 연통 전환 밸브(26)에 대하여 설명한다. 가압 전환 밸브(22)는 기체실(12a)에 기체를 공급하고, 노즐(3a)의 내부를 대기압에 대하여 정압으로 전환하는 정압 전환 기구를 구성하는 제어 밸브이다. 대기 연통 전환 밸브(26)는 기체실(12a)과 대기를 연통 상태와 비연통 상태에서 전환 가능한 연통 전환 기구를 구성하는 제어 밸브이다.
가압 전환 밸브(22)는 유로(21)로부터 분기한 유로(24)에 설치되어 있고, 유로(24)의 개폐를 행한다. 대기 연통 전환 밸브(26)는 유로(21)로부터 분기한 유로(25)에 설치되어 있고, 유로(25)의 개폐를 행한다. 유로(21)는 본 실시 형태의 경우, 배관이며, 그 한쪽 단부가 액면(Lv)이 상한 높이보다도 높은 위치에 있어서 기체실(12a)에 개구하고 있고, 다른 쪽 단부가 유로(24) 및 유로(25)로 분기하고 있다. 유로(21)를 분기하지 않고, 유로(24), 유로(25)를 각각 독립한 유로로서 구성하고, 기체실(12)에 연통시키는 구성도 채용 가능하지만, 본 실시 형태의 구성쪽이 액체 수용부(12) 내에 개구하는 유로수를 삭감할 수 있다.
유로(24 및 25)는 본 실시 형태의 경우, 모두 배관이며, 유로(24)의 단부(27)는 공급 라인(40)에 접속되어 있다. 유로(25)의 단부는, 메인 탱크(8)의 내부 공간에 있어서, 액체(9)의 액면보다도 높은 위치에 개구하고 있다. 유로(25)의 단부는 메인 탱크(8)를 통하지 않고, 직접 대기에 개방되어 있어도 된다.
공급 라인(40)은 액체 토출 장치(1)가 설치되는 공장 등에 있어서, 각종 장치에 압축 공기를 공급하는 공용 배관이며, 펌프(41)에 의해 압축 공기가 공급 라인(40)에 압송된다. 공급 라인(40)에 의해 공급되는 압축 공기를 이용함으로써, 액체 토출 장치(1)에 고유한 펌프를 삭감할 수 있다. 그러나, 정압 전환 기구로서, 액체 토출 장치(1)에 고유한, 펌프 등의 기체 압송 장치를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 정압 전환 기구는, 가압 전환 밸브(22)를 불필요로 하고, 기체 압송 장치로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 가압에 이용하는 기체는, 공기에 한정되지 않고, 질소나 클린 드라이 에어 등이어도 된다.
유로(24)에는 레귤레이터(23)가 설치되어 있고, 공급 라인(40)으로부터 공급되는 압축 공기를 액체 토출 장치(1)에 적합한 기압으로 조정한다.
통상은, 가압 전환 밸브(22)는 폐쇄 상태로 되고, 대기 연통 전환 밸브(26)는 개방 상태로 된다. 이에 의해, 기체실(12a)이 대기에 연통한 상태로 되어, 노즐(3a) 내가 부압으로 유지된다. 노즐(3a)에 기포가 고인 경우 등에는, 회복 동작으로서 노즐(3a)로부터 액체(9)를 강제 배출한다. 그 때, 가압 전환 밸브(22)는 개방 상태로 되고, 대기 연통 전환 밸브(26)는 폐쇄 상태로 된다. 공급 라인(40)으로부터 공급되는 압축 공기는, 레귤레이터(23)에 있어서 회복 동작에 적합한 압력으로 조정되어, 기체실(12a)에 공급된다. 공급된 압축 공기는 액체 수용부(12) 내의 액체(9)를 가압한다. 가압된 액체(9)는 유로(13)를 통하여 하우징(7) 내의 액체(9)를 가압하기 때문에, 노즐(3a) 내가 정압으로 전환되어, 액체(9)가 강제 배출된다. 노즐(3a)로부터 액체(9)가 배출될 때에, 노즐(3a) 내에 고인 기포가 액체(9)와 함께 배출되어서, 토출 안정성을 확보할 수 있다.
강제 배출 동작을 종료하는 경우, 가압 전환 밸브(22)는 폐쇄 상태로 되고, 대기 연통 전환 밸브(26)는 개방 상태로 된다. 압축 공기가 빠르게 대기에 개방되어, 노즐(3a) 내를 신속히 부압으로 되돌릴 수 있다.
<제어 유닛>
도 2는, 액체 토출 장치(1)의 제어 유닛(100)의 블록도이다. 제어 유닛(100)은 CPU 등의 처리부(101)와, RAM, ROM, HDD 등의 기억부(102)와, 외부 디바이스와 처리부(101)를 인터페이스하는 인터페이스부(103)를 포함한다. 인터페이스부(103)에는, 호스트 컴퓨터와의 통신을 행하는 통신 인터페이스도 포함된다. 호스트 컴퓨터는, 예를 들어, 액체 토출 장치(1)가 배치된 공장 전체 또는 1 영역을 제어하는 컴퓨터이다.
처리부(101)는 기억부(102)에 기억된 프로그램을 실행한다. 처리부(101)는 토출 헤드(3)에 설치된 드라이버(3c)를 통하여 토출 소자(3b)를 제어한다. 또한, 처리부(101)는 가압 전환 밸브(22), 대기 개방 전환 밸브(26) 및 펌프(18)의 동작을 제어한다. 또한, 처리부(101)는 반송 유닛(5)을 이동시키는 반송 기구(5a)의 동작을 제어한다. 또한, 제어 유닛(100)에는 각종 센서(104)가 전기적으로 접속되고, 처리부(101)는 센서(104)의 검지 결과에 기초하여 제어를 행하는 것이 가능하다. 센서(104)로서는, 예를 들어, 액면 센서(15, 16) 등을 들 수 있다.
<제어예>
제어 유닛(100)의 제어에 의한 액체 토출 장치(1)의 동작예에 대하여 설명한다. 도 3은 토출 소자(3b)를 구동하고, 토출 헤드(3)로부터 토출 대상물(6)에 액체(9)를 토출하고 있는 상태를 도시하고 있다. 가압 전환 밸브(22)는 폐쇄 상태로 되고, 대기 개방 전환 밸브(26)는 개방 상태로 된다.
동 도면은 토출 헤드(3)로부터 액체(9)를 토출한 것에 의해, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)의 양이 감소하고 있는 상태를 도시하고 있다. 토출 헤드(3)로부터 액체(9)를 토출하면, 노즐(3a)에서의 모관력에 의해 액체(9)가 액체 수용부(12)로부터 액체 수용부(4)에 공급된다. 그로 인해, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)의 액면(Lv)의 위치가 낮아진다. 액면 센서(15)가 액면(Lv)이 하한 높이까지 저하된 것을 검지하면, 송액 펌프(18)에 의한 액체(9)의 공급이 개시된다.
도 4의 (A)는 제어 유닛(100)이 실행하는, 액체 수용부(12)에의 액체(9)의 공급 제어예를 도시하는 흐름도이다. S1에서는 액면 센서(15)가 액면(Lv)이 하한 높이까지 저하된 것을 검지했는지 여부를 판정한다. 검지한 경우에는 S2로 진행하고, 검지하지 못한 경우에는 처리를 종료한다.
S2에서는 송액 펌프(18)의 구동을 개시한다. S3에서는 액면 센서(14)가 액면(Lv)이 상한 높이까지 상승한 것을 검지했는지 여부를 판정한다. 검지한 경우에는 S4로 진행하고, 검지하지 못한 경우에는 검지될 때까지 대기한다. S4에서는 송액 펌프(18)의 구동을 정지한다. 이상에 의해 처리가 종료된다.
도 5는, 도 3의 상태로부터 송액 펌프(18)가 액체 수용부(12)에 액체(9)를 송액한 상태의 도면이다. 송액 펌프(18)로 액체(9)를 메인 탱크(8)로부터 액체 수용부(12)에 공급함으로써, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)의 액면(Lv)의 높이가 상승한다. 그리고, 액면 센서(14)가 액면(Lv)이 상승한 것을 검지하면, 송액 펌프(18)의 송액 동작을 정지한다.
이와 같이 하여 액체 수용부(12)에 액체(9)를 공급함으로써, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)의 액면(Lv)의 높이를 상한 높이와 하한 높이의 사이에 위치하도록 제어한다. 그 결과, 토출 헤드(3) 내의 액체(9)에 걸리는 부압을 확실하게 유지하는 것이 가능하게 되어, 토출 헤드(3)로부터의 액체(9)의 안정적인 토출이 가능하게 된다.
이어서, 토출 헤드(3)의 회복 동작(강제 배출)에 대하여 설명한다. 도 4의 (B)는 제어 유닛(100)이 실행하는, 액체(9)의 강제 배출 제어예를 도시하는 흐름도이다. S11에서는 강제 배출의 조건이 성립했는지 여부를 판정한다. 강제 배출은, 노즐(3a)에 기포가 고여 있는 경우 또는 고여 있을 가능성이 있는 경우에 행한다. 따라서, 강제 배출의 조건은, 예를 들어, 액체 토출 장치(1)를 기동하는 경우, 액체 토출 장치(1)에 있어서 액체의 토출 동작(도 3)을 소정 시간 행한 경우, 액체(9)의 토출 이상이 검출된 경우, 유저가 지시한 경우를 들 수 있다. 액체(9)의 토출 이상으로서는, 액체(9)의 불토출이나 착탄 위치의 어긋남을 들 수 있다. 토출 이상은, 예를 들어, 노즐(3a)마다 센서를 설치하여 그 센서에 의해 검지하는 방식이나, 토출 대상물(6)에 대한 토출 결과를 촬상하고, 그 화상 해석에 의해 검지하는 방식에 의해 판정할 수 있다. 유저의 지시는, 예를 들어, 제어 유닛(100)에 전기적으로 접속되는 입력 장치(예를 들어 터치 패널)를 설치하고, 그 입력 장치에서 지시를 접수하도록 할 수 있다.
S12에서는, 대기 개방 전환 밸브(26)를 폐쇄 상태로 하고, 가압 전환 밸브(22)를 개방 상태로 한다. 이에 따라, 노즐(3a) 내가 정압이 되어서 기포와 함께 액체(9)가 배출된다. S13에서는 규정 시간이 경과했는지 여부를 판정한다. 규정 시간은 기포 배출에 필요한 시간으로서 적절히 설정된다. 규정 시간이 경과하면 S14로 진행하여, 대기 개방 전환 밸브(26)를 개방 상태로 하고, 가압 전환 밸브(22)를 폐쇄 상태로 한다. 이에 의해 노즐(3a) 내가 부압으로 복귀된다. 이상에 의해 처리가 종료된다.
도 6은, 강제 배출 동작의 상태를 도시하고 있다. 토출 헤드(3)의 노즐(3a) 내에 기포가 고인 경우에는, 강제 배출 동작에 따라, 노즐(3a) 내의 기포를 액체(9)와 함께 토출 헤드(3)의 외부로 배출한다. 반송 유닛(5)은 토출 헤드(3)와 대향하는 위치로부터 퇴피시킨다.
대기 개방 밸브(26)를 폐쇄하고, 가압 전환 밸브(22)를 개방함으로써, 유로(24)와 유로(21)를 통하여 액체 수용부(12)의 기체실(12a) 내에 압력이 조정된 공기가 공급된다. 액체 수용부(12) 내에 공급된 압력이 조정된 공기는, 액체 수용부(12) 내의 액체(9)를 가압한다.
액체 수용부(12) 내의 가압된 액체(9)는 유로(13)를 통하여 하우징(7) 내의 액체(9)를 가압하기 때문에, 노즐(3a)로부터 액체(9)가 고인 기포와 함께 배출되어서, 토출 안정성을 확보할 수 있다. 도 6에는, 압력이 조정된 공기와 액체(9)의 움직임을 나타내는 화살표를 기재하고 있다.
액체 수용부(12) 내에 압력이 조정된 공기를 공급함으로써 가압 배출을 행하는 구성으로 함으로써, 액체를 주입하는 경우에 비하여, 하우징(7)의 내부에 기포가 존재하고 있는 경우에도, 기포의 영향을 감소시켜서 소정의 가압 압력을 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 하우징(7)의 내부의 기포의 양이 변화해도, 액체 수용부(12) 내에 연속적으로 원하는 압력으로 조정된 공기를 공급함으로써 가압 배출을 행하는 구성으로 하고 있기 때문에, 액체를 주입하는 경우에 비하여, 기포의 영향을 감소시켜서 소정의 가압 압력을 얻는 것이 가능하게 된다. 유로(13) 내에 기포가 존재하고 있는 경우에도 기포의 영향을 감소시켜서 소정의 가압 압력을 얻는 것이 가능하게 된다. 하우징(7)의 내부의 기포의 양에 따라서 동작 조건을 변경할 필요도 없다. 따라서, 보다 확실하게 노즐(3a) 내의 기포를 배제할 수 있다.
또한, 공급 라인(40)으로부터 공급된 공기의 압력을 가압 배출 동작에 적합한 압력으로 제어하는 구성으로 함으로써, 압축 공기 공급용 펌프를 설치할 필요가 없어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
기포가 배출되었다고 판정하면, 가압 전환 밸브(22)를 폐쇄하고, 대기 개방 밸브(26)를 개방한다. 그 결과, 압력이 조정된 공기는, 액체 수용부(12)에 공급되지 않게 되어, 가압 배출은 정지한다. 또한, 액체 수용부(12) 내의 공기는, 유로(21), 메인 탱크(8) 및 대기 연통 구멍(11)을 통하여 대기와 연통되기 때문에, 여분의 잔압은 해소되어, 신속하게 폐액의 배출을 멈출 수 있다.
토출면(10)에는, 토출 헤드(3)로부터 배출된 액체(28)가 부착되어 있는 경우가 있다. 그래서, 배출된 액체를 클리닝 기구(예를 들어 토출면(10)을 와이핑하는 와이퍼 기구 등)로 제거해도 된다. 그 결과, 더욱 안정적으로 토출하는 것이 가능하게 된다.
<제2 실시 형태>
제1 실시 형태에서는, 액체(9)에 대한 압력에 따라, 노즐(3a) 내의 부압과 정압을 전환하는 구성으로 했지만, 액체(9)와는 다른 액체에 대한 압력에 의해, 노즐(3a) 내의 부압과 정압을 전환해도 된다. 도 7은, 그 일례를 도시한다.
본 실시 형태의 액체 수용부(4)는 하우징(7)의 내부에 설치된 가요성 부재(30)를 포함한다. 가요성 부재(30)는 액체 수용부(4)의 내부 공간을, 노즐(3a)에 연통하는 수용 공간(31)과, 노즐(3a)에 연통하지 않는 수용 공간(32)으로 구획하는 부재이다. 수용 공간(31)은 유로(13)는 연통하지 않고, 수용 공간(32)은 유로(13)와 연통하고 있다.
본 실시 형태의 경우, 가요성 부재(30)는 하우징(7)을 좌우로 구획하는 벽체를 구성하고 있다. 그러나, 상하로 구획하는 벽체여도 된다. 또한, 가요성 부재(30)는 주머니체여도 되고, 수용 공간(31)은 가요성 부재(30)에 싸여지도록 형성된 공간이어도 된다.
토출 헤드(3)로부터 토출되는 액체(9)는 수용 공간(31)에 수용된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 수용 공간(31)이 직접 토출 헤드(3)와 연통하고 있지만, 튜브 등을 통하여 이들이 연통하는 구성도 채용 가능하다.
수용 공간(32)에는 액체(29)가 충전된다. 액체(29)는 노즐(3a)의 압력 제어에 사용하는 작동액이며, 이하, 액체(29)를 작동액(29)이라 칭하는 경우가 있다. 작동액(29)은 비압축성을 갖는 물질이며, 예를 들어, 물 등의 액체나, 겔상 물질을 작동액(29)으로서 사용할 수 있다. 액체 수용부(12)나 메인 탱크(8)에는, 작동액(29)이 수용되어 있다.
기타의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 액체 토출 장치(1)의 동작도, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
즉, 토출 헤드(3)로부터 토출 대상물(6)에 액체(9)를 토출하고 있는 상태에 있어서는, 토출 헤드(3)로부터 액체(9)를 토출한 것에 의해 액체(9)의 양이 감소하면, 노즐(3a)에서의 액체(9)의 모관력에 의해 가요성 부재(30)가 수용 공간(31)을 축소하도록 변형된다. 또한, 모관력에 의해, 작동액(29)이 액체 수용부(12)로부터 수용 공간(32)에 공급된다. 그렇게 하면, 액체 공급 유닛(SU)에 의해, 액체 수용부(12)에 작동액(29)이 공급되어, 노즐(3a) 내가 부압으로 유지된다.
또한, 토출 헤드(3)의 회복 동작(강제 배출) 시에는, 대기 개방 전환 밸브(26)를 폐쇄 상태로 하고, 가압 전환 밸브(22)를 개방 상태로 한다. 액체 수용부(12) 내의 작동액(29)이 가압되어, 유로(13)를 통하여 하우징(7) 내의 작동액(29)이 가압된다. 가요성 부재(30)가 수용 공간(31)을 축소하도록 변형되고, 노즐(3a)로부터 액체(9)가 고인 기포와 함께 배출되어서, 토출 안정성을 확보할 수 있다.
기포가 배출되었다고 판정하면, 가압 전환 밸브(22)를 폐쇄하고, 대기 개방 밸브(26)를 개방한다. 그 결과, 압력이 조정된 공기는, 액체 수용부(12)에 공급되지 않게 되어, 가압 배출은 정지한다. 또한, 액체 수용부(12) 내의 공기는, 유로(21), 메인 탱크(8) 및 대기 연통 구멍(11)을 통하여 대기와 연통되기 때문에, 여분의 잔압은 해소되어, 신속하게 폐액의 배출을 멈출 수 있다.
<제3 실시 형태>
상기 각 실시 형태의 액체 토출 장치(1)는 프린터나 임프린트 장치 등, 각종 장치에 적용 가능하다. 여기에서는 제1 실시 형태의 액체 토출 장치(1)를 임프린트 장치에 적용한 예에 대하여 설명하는데, 제2 실시 형태의 액체 토출 장치(1)를 적용하는 경우도 마찬가지이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 임프린트 장치(50)의 개략도이다. 임프린트 장치(50)는 액체 토출 장치(1)를 구비한 나노임프린트 장치이다. 액체(9)는 광경화성의 수지(레지스트)이다. 토출 대상물(6)은 기판(여기서는 반도체 웨이퍼)이다. 이하, 각각을 레지스트(9), 웨이퍼(6)라 칭하는 경우가 있다.
임프린트 장치(50)는 몰드(53)를 이동시키는 몰드 이동부(57)와, 몰드 이동부(57)를 지지하는 몰드 지지부(58)와, 노광 유닛(54)을 구비한다. 몰드(53)는 석영으로 형성되어 있고, 미세 패턴이 형성되어 있다.
몰드(53)는 몰드 이동부(57)로 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 몰드(53)를 통하여 웨이퍼(6)에 토출된 레지스트(9)에, 노광 유닛(54)에 의해 자외선이 조사된다. 노광 유닛(54)은 노광 유닛 지지부(55)에 의해 지지되어 있다.
토출 헤드(3)로부터 레지스트(9)가 토출되고, 웨이퍼(6) 상에 레지스트(9)가 도포된다. 레지스트(9)를 도포된 웨이퍼(6)는 반송 유닛(5)에 의해 몰드(53)의 하부로 이동된다. 그 후, 몰드 이동부(57)를 구동하여 몰드(53)를 하측 방향으로 이동시킴으로써, 몰드(53)를 웨이퍼(6) 상의 레지스트(9)에 가압한다. 레지스트(9)는 몰드(53)에 형성된 미세 패턴 내에 충전된다.
레지스트(9)가 미세 패턴에 충전된 후에, 몰드(53)를 통하여 노광 유닛(54)으로부터 자외선을 레지스트(9)에 조사함으로써, 레지스트(9)에 의한 미세 패턴을 형성한다. 미세 패턴 형성 후에, 몰드 이동부(57)를 구동하여 몰드(53)를 상측 방향으로 이동시킴으로써, 형성한 미세 패턴으로부터 몰드(53)는 이격된다. 나노임프린트 장치(50)에서는, 이러한 공정을 거쳐서 웨이퍼(6) 상에 미세 패턴을 형성한다.
임프린트 장치(50)를 사용하여, 디바이스(반도체 집적 회로 소자, 액정 표시 소자 등)를 제조할 수 있다. 이 제조 방법은, 상술한 임프린트 장치(50)를 사용하여 기판(웨이퍼, 유리 플레이트, 필름상 기판)에 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 또한, 그 제조 방법은, 패턴을 형성된 기판을 처리하는 공정(예를 들어 에칭하는 공정)을 포함한다.
또한, 패턴드 미디어(기록 매체)나 광학 소자 등의 다른 물품을 제조하는 경우에는, 그 제조 방법은, 에칭 대신에 패턴을 형성된 기판을 가공하는 다른 처리를 포함할 수 있다.
(기타의 실시예)
본 발명은, 상기 실시 형태의 하나 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억 매체를 통하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 하나 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리로도 실현 가능하다. 또한, 하나 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행 가능하다.
1: 액체 토출 장치
3: 토출 헤드
12a: 기체실
22: 가압 전환 밸브

Claims (14)

  1. 대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐, 및 그 노즐로부터 액체를 토출시키는 소자를 갖는 토출 헤드와,
    상기 액체와 접하는 기체실을 형성하는 형성부와,
    상기 기체실에 기체를 공급하고, 상기 노즐의 내부를 대기압에 대하여 정압으로 전환 가능한 정압 전환 수단을 구비하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체실과 대기를 연통 상태와 비연통 상태에서 전환 가능한 연통 전환 수단을 더 구비하고,
    상기 형성부는, 상기 토출 헤드보다도 낮은 액면으로 상기 액체를 수용하는 액체 수용부이며,
    상기 기체실은, 상기 액체 수용부의 내부 공간에 있어서 상기 액면의 상측에 형성되는 공간인,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체를 수용하고, 또한, 상기 노즐과 연통한 제1 액체 수용부와,
    상기 기체실과 대기를 연통 상태와 비연통 상태에서 전환 가능한 연통 전환 수단을 더 구비하고,
    상기 형성부는, 상기 제1 액체 수용부와 연통하고, 또한, 상기 토출 헤드보다도 낮은 액면으로 상기 액체를 수용하는 제2 액체 수용부이며,
    상기 기체실은, 상기 제2 액체 수용부의 내부 공간에 있어서 상기 액면의 상측에 형성되는 공간인,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 정압 전환 수단 및 상기 연통 전환 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 토출 헤드로부터 상기 액체를 강제 배출하는 경우에, 상기 연통 전환 수단에 의한 상기 비연통 상태로의 전환과, 상기 정압 전환 수단에 의한 상기 기체실에의 기체의 공급을 행하고,
    상기 강제 배출을 종료하는 경우에, 상기 연통 전환 수단에 의한 상기 연통 상태로의 전환과, 상기 정압 전환 수단에 의한 상기 기체실에의 기체의 공급의 종료를 행하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 액체 수용부에 상기 액체를 공급하고, 상기 액면을 조정하는 액체 공급 수단을 더 구비하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 액체 수용부에 상기 액체를 공급하고, 상기 액면을 조정하는 액체 공급 수단을 더 구비하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  7. 대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐, 및 그 노즐로부터 제1 액체를 토출시키는 소자를 갖는 토출 헤드와,
    상기 제1 액체 및 제2 액체의 수용 공간에 있어서, 상기 제1 액체와 제2 액체를 구획하는 가요성 부재와,
    상기 제2 액체와 접하는 기체실을 형성하는 형성부와,
    상기 기체실에 기체를 공급하고, 상기 노즐의 내부를 대기압에 대하여 정압으로 전환 가능한 정압 전환 수단을 구비하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 액체를 수용하고, 또한, 상기 노즐에 연통한 수용부 및 상기 제2 액체를 수용하는 수용부가 상기 가요성 부재로 구획된 제1 액체 수용부와,
    상기 기체실과 대기를 연통 상태와 비연통 상태에서 전환 가능한 연통 전환 수단을 더 구비하고,
    상기 형성부는, 상기 제2 액체를 수용하는 상기 수용부와 연통하고, 또한, 상기 토출 헤드보다도 낮은 액면으로 상기 제2 액체를 수용하는 제2 액체 수용부이며,
    상기 기체실은, 상기 제2 액체 수용부의 내부 공간에 있어서 상기 액면의 상측에 형성되는 공간인,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정압 전환 수단 및 상기 연통 전환 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 토출 헤드로부터 상기 제1 액체를 강제 배출하는 경우에, 상기 연통 전환 수단에 의한 상기 비연통 상태로의 전환과, 상기 정압 전환 수단에 의한 상기 기체실에의 기체의 공급을 행하고,
    상기 강제 배출을 종료하는 경우에, 상기 연통 전환 수단에 의한 상기 연통 상태로의 전환과, 상기 정압 전환 수단에 의한 상기 기체실에의 기체의 공급의 종료를 행하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 액체 수용부에 상기 제2 액체를 공급하고, 상기 액면을 조정하는 액체 공급 수단을 더 구비하는,
    것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
  11. 제1항에 기재된 액체 토출 장치를 제어하는 방법이며,
    상기 토출 헤드로부터 상기 액체를 강제 배출할 지 여부를 판정하고,
    강제 배출한다고 판정한 경우에, 상기 정압 전환 수단에 의한 상기 기체실에의 기체의 공급을 행하는,
    것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제7항에 기재된 액체 토출 장치를 제어하는 방법이며,
    상기 토출 헤드로부터 상기 제1 액체를 강제 배출할 지 여부를 판정하고,
    강제 배출한다고 판정한 경우에, 상기 정압 전환 수단에 의한 상기 기체실에의 기체의 공급을 행하는,
    것을 특징으로 하는 방법.
  13. 기판에 수지를 토출하는, 제1항에 기재된 액체 토출 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
  14. 제13항에 기재된 임프린트 장치에 의해 임프린트를 행하는 공정과,
    임프린트가 이루어진 기판을 처리하는 공정을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 방법.
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