KR20180035679A

KR20180035679A - 액체 토출 장치, 임프린트 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180035679A
Application number: KR1020170121748A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 아라키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-04-06
Also published as: KR102266633B1; JP6808426B2; JP2018051496A

Abstract

순환 동작에 있어서, 토출 헤드로부터 액체가 누출되는 것을 방지하는 것을 과제로 한다.
액체 토출 장치는, 대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐을 갖고, 그 노즐로부터 제1 액체를 토출하는 토출 헤드와, 상기 제1 액체를 수용하는 제1 액체 수용부와, 제2 액체를 수용하는 제2 액체 수용부와, 상기 제1 액체 수용부의 내부 공간을, 상기 토출 헤드에 연통하고 상기 제1 액체를 수용하는 제1 수용 공간과, 상기 토출 헤드와 연통하지 않고 상기 제2 액체를 수용하는 제2 수용 공간으로 구획하는 가요성 부재와, 상기 제2 수용 공간과 상기 제2 액체 수용부 사이에서, 상기 제2 액체를 순환시키는 순환 수단과, 상기 제2 액체를 순환시킬 때에, 순환시키지 않는 경우보다도 상기 노즐의 내부 부압이 증가하도록, 상기 제2 액체의 압력을 감압하는 감압 수단을 구비한다.

Description

액체 토출 장치, 임프린트 장치 및 방법{LIQUID EJECTION APPARATUS, IMPRINT APPARATUS AND METHOD THEREOF}

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.

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. 액상 충전제에 기포가 혼입되어 있으면, 헤드 내압에 영향을 준다. 그래서, 제2 수용 공간과 탈기 장치 사이에서 액상 충전제를 순환시키는 구성도 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2015-92549호 공보

액상 충전제를 순환시키면, 액상 충전제에 압력 변동이 발생할 수 있다. 예를 들어, 액상 충전제의 순환을 펌프에 의해 행하는 경우, 펌프의 맥동에 의해 액상 충전재의 압력 변동이 발생할 수 있다. 이 압력 변동은 헤드 내압의 변동 요인이 되어, 토출 헤드로부터 액체가 누출되는 경우가 있다.

본 발명은 순환 동작에 있어서, 토출 헤드로부터 액체가 누출되는 것을 방지하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 예를 들어,

대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐을 갖고, 그 노즐로부터 제1 액체를 토출하는 토출 헤드와,

상기 제1 액체를 수용하는 제1 액체 수용부와,

제2 액체를 수용하는 제2 액체 수용부와,

상기 제1 액체 수용부의 내부 공간을, 상기 토출 헤드에 연통하고 상기 제1 액체를 수용하는 제1 수용 공간과, 상기 토출 헤드와 연통하지 않고 상기 제2 액체를 수용하는 제2 수용 공간으로 구획하는 가요성 부재와,

상기 제2 수용 공간과 상기 제2 액체 수용부 사이에서, 상기 제2 액체를 순환시키는 순환 수단과,

상기 제2 액체를 순환시킬 때에, 순환시키지 않는 경우보다도 상기 노즐의 내부 부압이 증가하도록, 상기 제2 액체의 압력을 감압하는 감압 수단을 구비하는,

것을 특징으로 하는 액체 토출 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 순환 동작에 있어서, 토출 헤드로부터 액체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 액체 토출 장치의 개략도.
도 2는 기포의 혼입예를 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 액체 토출 장치의 동작 설명도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액체 토출 장치의 개략도.
도 5는 도 4의 액체 토출 장치의 동작 설명도.
도 6은 도 4의 액체 토출 장치의 동작 설명도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액체 토출 장치의 개략도.
도 8은 제어 유닛의 블록도.
도 9의 (A) 및 (B)는 도 8의 제어 유닛이 실행하는 처리예를 도시하는 흐름도.
도 10은 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), 순환 유닛(CU), 압력 조정 유닛(13) 및 반송 유닛(5)을 포함한다.

토출 헤드(3)는 복수의 노즐(3a)과, 각 노즐(3a)에 설치된 토출 소자를 포함하고, 액체 수용부(4)에 수용된 액체(9)를 각 노즐(3a)이 개구한 토출면(10)으로부터 토출한다. 토출 소자는, 노즐(3a) 내에 압력을 발생시켜서 노즐(3a) 내의 액체(9)를 토출시키는 소자이다. 토출 소자로서는, 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 포함하고, 액체(9)를 수용하는 액체 수용기이다. 토출 헤드(3)는 하우징(7)의 하부에 지지되어 있다. 하우징(7)의 내부 공간은, 가요성 부재(30)에 의해, 수용 공간(32)과 수용 공간(33)으로 구획되어 있다. 수용 공간(32)은 토출 헤드(3)(즉 노즐(3a))와 연통하고, 또한, 액체(9)를 수용한다. 수용 공간(33)은 토출 헤드(3)(즉 노즐(3a))와 연통하지 않고, 액체(11)를 수용한다. 본 실시 형태에서는, 하우징(7)의 수용 공간(32)이 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. 액체(11)는 노즐(3a)의 압력 제어(환언하면 액체(9)의 압력 제어)를 위하여 작동액으로서 사용되는 액상 충전제이다. 액체(11)를 액상 충전제라 칭하는 경우가 있다. 액상 충전제(11)는, 예를 들어, 비압축성을 갖는 물질이며, 물 등의 액체나, 겔상 물질을 사용할 수 있다. 액상 충전제(11)는, 기체에 비하여, 외면적인 온도 및 압력의 변화에 대하여 자신에의 체적에 대한 영향을 받기 어렵다. 따라서, 액체 토출 장치(1)의 주변 기온 또는 기압이 변화해도, 액체(11)의 체적은 거의 변동하지 않아, 제1 수용 공간(32)에 있어서의 액체(9)의 압력 변동이 억제된다.

가요성 부재(8)는 예를 들어, 두께가 얇은 필름상의 부재이다. 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(32)은 가요성 부재(30)에 싸여지도록 형성된 공간이어도 된다. 가요성 부재(8)는 접액성 등의 관점에서 액체(9)의 특성에 적합한 부재를 선정할 수 있다. 예를 들어, 액체(9)가 용제인 경우, 가요성 부재(8)는 PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체) 등의 내약품성이 우수한 재료로 형성된 부재여도 된다.

액체(9)의 밀도와 액상 충전제(11)의 밀도의 차는, 액체(9)의 밀도와 기체의 밀도의 차에 비하여 작다. 수용 공간(32)에 수용되는 물질의 밀도와 수용 공간(33)에 충전되는 물질의 밀도의 차를 보다 작게 함으로써, 하우징(7)에 충격이 가해졌을 때의 가요성 부재(8)의 요동을 억제할 수 있다.

예를 들어, 수용 공간(33)에 기체가 충전되어 있는 경우를 상정한다. 기체의 밀도는 액체(9)의 밀도에 비하여 매우 작다. 이와 같이 밀도차가 있는 경우, 충전 기체는, 가요성 부재(8)의 움직임에 따라서 하우징(7) 내를 이동한다. 따라서, 하우징(7)에 충격이 가해졌을 때, 충전 기체는, 가요성 부재(8)의 움직임을 거의 억제하지 못하고, 충전 가요성 부재(8)는 비교적 크게 요동한다.

본 실시 형태에서는, 수용 공간(33)에 수용되는 충전제를 액체로 하였다. 그로 인해, 하우징(7)에 충격이 가해졌을 때, 액상 충전제(11)와, 액체(9)를 수용하는 가요성 부재(8)가 서로 움직임을 억제하여, 가요성 부재(8)의 요동이 억제된다. 액체 수용부(4)가 액체 토출 장치(1)의 내부에서 이동하는 경우도 있다. 이러한 경우에도, 가요성 부재(8)의 요동이 억제된다. 가요성 부재(8)의 요동이 억제됨으로써, 가요성 부재(8)가 수용하는 액체(9)의 압력 변동이 억제된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면 수용 공간(32)에 수용된 액체(9)의 압력 변동이 억제된다. 따라서, 토출 헤드(3)에 있어서의 액체(9)의 압력 변동이 억제되어, 헤드의 내압을 안정적으로 부압으로 유지하는 것이 가능하여, 토출 헤드(3)로부터의 액체(9)의 누설(누액)이 억제된다.

본 실시 형태의 일례로서, 하우징(7)의 용량을 500ml로 하고, 액체(9)의 초기량을 약 400ml로 하고, 액상 충전제(11)의 초기량을 약 100ml로 할 수 있다. 물론, 이것에 한정되지 않고, 하우징(7)의 용량, 액체(9)의 초기량 및 액상 충전제(11)의 초기량을 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어, 하우징(7)의 용량을 400ml로 하고, 액체(9)의 초기량을 약 400ml로 하고, 초기 상태에 있어서 액상 충전제(11)가 수용 공간(33)에 충전되어 있지 않아도 된다.

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.

압력 조정 유닛(13)은 노즐(3a)의 압력 제어(환언하면 액체(9)의 압력 제어)을 행하는 기구이며, 특히, 노즐(3a)을 부압으로 유지하는 기구이다. 압력 조정 유닛(13)은 액체 수용부(12)와, 감압 유닛(18)과, 제어 밸브(17)를 포함한다.

액체 수용부(12)는 액상 충전제(11)를 수용하는 서브 탱크이다. 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. 노즐(3a)을 부압으로 유지하는 방법으로서는, 수두차 이외의 방법, 예를 들어, 펌프 등의 액추에이터에 의해, 액체 수용부(4) 내의 액체(9)의 압력이나 액체 수용부(12)의 액체(11)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 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)을 감압함으로써 액상 충전제(11)를 감압하고, 노즐(3a)의 내부의 부압을 일시적으로 증가시키는 것이 가능하다.

기체실(12a)은 유로(16)와 연통하고 있다. 유로(16)는 대기에 개방된 개구단부(34)를 갖는 대기 개방 유로이며, 액체 수용부(12)의 내부 공간은 대기에 연통 가능하다. 제어 밸브(34)는 유로(16)에 설치되어 있고, 제어 밸브(34)에는 감압 유닛(18)이 연통하고 있다. 본 실시 형태의 경우, 제어 밸브(34)는 3 방향 밸브이며, 기체실(12a)을 개구단부(34)와 감압 유닛(18)에 선택적으로 연통 가능하다. 제어 밸브(34)는 통상 시에는 기체실(12a)을 개구단부(34)와 연통시키고, 노즐(3a)의 내부의 부압을 증가시킬 때 기체실(12a)을 감압 유닛(18)에 연통시킨다.

감압 유닛(18)은 노즐(3a)의 내부의 부압을 일시적으로 증가시키도록 액상 충전제(11)를 감압하는 기구이며, 본 실시 형태의 경우, 기체실(12a)을 감압하는 기구이다. 감압 유닛(18)은 예를 들어 흡인 펌프와, 흡인 압력을 제어하는 레귤레이터를 구비한다. 레귤레이터의 제어 압력을 설정함으로써, 노즐(3a)의 내부의 부압의 증가의 정도를 조정할 수 있다.

액체 토출 장치(1)는 액체 저류부(12) 내의 액상 충전제(11)의 액면(Lv)을 조정하는 기구로서, 액체 수용부(25), 송액 펌프(24) 및 액면 센서(14 및 15)를 포함한다.

액면 센서(14 및 15)는 액체 수용부(12)에 설치되어 있고, 액체 수용부(12) 내의 액상 충전제(11)의 액면(Lv)을 계측한다. 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 액상 충전제(11)의 액면(Lv)의 위치 검출 방법은, 여러가지 방법을 선택 가능하다.

액체 수용부(25)는 액상 충전제(11)를 수용하는 메인 탱크이다. 액체 수용부(25)에는, 대기 연통 구멍(11)이 설치되어 있고, 액체 수용부(25)의 내부는, 대기에 개방되어 있다.

액체 수용부(12)의 내부 공간과 액체 수용부(25)의 내부 공간은 유로(22)를 통하여 연통하고 있다. 본 실시 형태의 경우, 유로(22)는 액체 수용부(12)와 액체 수용부(25)를 접속하는 배관에 의해 형성된다. 그 한쪽 단부는, 액체 수용부(12)의 내부 공간에 있어서, 액상 충전제(11)의 액면(Lv)의 하한 높이보다도 낮은 위치에 개구하고, 다른 쪽 단부는 액체 수용부(25)의 저면에 가까운 위치에 개구하고 있다.

송액 펌프(24)는 유로(22)의 도중에 배치되어 있다. 송액 펌프(24)는 통상은 정지하고 있다. 송액 펌프(24)가 정지하고 있는 경우에는, 유로(22) 내의 액상 충전물(11)은 이동하지 않고, 액체 수용부(12)와 액체 수용부(25)는 비연통 상태로 된다. 액면 센서(15)가 액면(Lv)이 하한 높이로 저하된 것을 검지한 경우에 송액 펌프(24)를 구동하고, 액체 수용부(25) 내의 액상 충전제(11)가 액체 수용부(12)에 송액된다. 액면 센서(14)가 액면(Lv)이 상한 높이로 상승한 것을 검지하면 송액 펌프(24)가 정지된다.

송액 펌프(24)의 예로서는, 시린지 펌프, 튜브 펌프, 다이어프램 펌프, 기어 펌프 등을 들 수 있다. 단, 송액 펌프(24) 대신에 펌프 이외의 송액 장치를 채용하는 것도 가능하다. 예를 들어 액체 수용부(25)를 밀폐계로 하고, 액체 수용부(25) 내를 가압하여 송액하는 구성으로 하는 것도 가능하고, 송액 정지 중에, 유로(22)를 차단할 수 있으면 된다. 유로(22)를 차단할 수 없는 송액 장치를 사용하는 경우에는, 유로(17)의 한쪽 단부를 액체 수용부(12)의 내부 공간에 있어서, 액상 충전제(11)의 액면(Lv)의 상한 높이보다도 높은 위치에 개구하거나, 유로(22)를 개폐하는 제어 밸브를 설치하면 된다.

순환 유닛(CU)은, 수용 공간(33)과 액체 수용부(12) 사이에서, 액상 충전제(11)를 순환시키는 기구이다. 본 실시 형태의 경우, 순환 유닛(CU)은, 수용 공간(33)과 액체 수용부(12)에 연통한 2개의 유로(19 및 20), 2개의 유로(19 및 20) 중 한쪽 유로(19)에 설치한 송액 펌프(21) 및 다른 쪽 유로(20)에 설치한 제어 밸브(23)를 포함한다. 송액 펌프(21) 및 제어 밸브(23)와 유로(19 및 20)의 조합은, 역의 조합이어도 된다.

본 실시 형태의 경우, 유로(19 및 20)는 액체 수용부(4)와 액체 수용부(12)를 접속하는 배관에 의해 형성되고, 그 각 한쪽 단부는, 액체 수용부(12)의 내부 공간에 있어서, 액상 충전물(11)의 액면(Lv)의 하한 높이보다도 낮은 위치에 개구하고 있다. 유로(19 및 20)의 각 다른 쪽 단부는, 하우징(7)의 측부에 있어서 수용 공간(33)에 개구하고 있다. 또한, 유로(19 및 20)의 일부에 조인트부를 설치하고, 액체 수용부(4)와 액체 수용부(12)를 분리 가능한 구성으로 해도 된다.

송액 펌프(21)는 그 작동에 의해, 수용 공간(33)과 액체 수용부(12) 사이에서, 액상 충전제(11)를 순환시키는 순환 펌프이다. 본 실시 형태의 경우, 송액 펌프(21)의 작동에 의해, 액체 수용부(12)→유로(19)→수용 공간(33)→유로(20)→액체 수용부(12)의 순서로 액상 충전제(11)가 순환한다. 송액 펌프(21)의 예로서는, 시린지 펌프, 튜브 펌프, 다이어프램 펌프, 기어 펌프 등을 들 수 있다. 단, 송액 펌프(21) 대신에 펌프 이외의 송액 장치를 채용하는 것도 가능하다. 본 실시 형태의 경우, 송액 펌프(21)는 송액 정지 중에 유로(19)를 차단하지 않는다.

제어 밸브(23)는 유로(20)를 개폐하는 밸브이며, 통상 시에는 폐쇄 상태로 되고, 액상 충전제(11)를 순환시키는 경우에 개방 상태로 된다.

<동작예>

액체 토출 장치(1)의 동작예에 대하여 설명한다. 토출 헤드(3)로부터 토출 대상물(6)에 액체(9)를 토출하는 경우, 제어 밸브(17)는 액체 수용부(12)를 대기 개방하고, 송액 펌프(21 및 24)는 정지한다. 제어 밸브(23)는 폐쇄 상태로 한다.

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, 액상 충전제(11)가 유로(19)를 통하여 액체 수용부(12)로부터 수용 공간(33)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(24)에 의한 액상 충전제(11)의 공급이 개시된다. 액면 센서(14)가 액면(Lv)이 상한 높이까지 상승한 것을 검지하면 송액 펌프(24)가 정지된다.

가요성 부재(8)가 두께가 얇은 필름상의 부재로 구성되어 있는 경우, 액상 충전제(11)의 압력과 액체(9)의 압력은, 거의 동일해진다. 그로 인해, 액체 수용부(12) 내의 액상 충전제(11)의 액면(Lv)의 높이를 제어함으로써, 노즐(3a) 내가 액체(9)를 토출하기에 적합한 부압으로 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 토출 헤드(3)로부터 액체(9)를 토출하기에 적합한 부압으로서는, -0.3kPa를 예로서 들 수 있다.

액체 토출 장치(1)에 있어서는, 액상 충전제(11)에 기포가 혼입되는 경우가 있다. 도 2는, 그 일례를 도시하고 있다. 동 도면은, 공기가 유로(19)의 벽면을 투과하여, 유로(19)에 침입하여 기포(27)가 형성된 상태를 도시하고 있다. 유로에 사용되는 튜브 등의 배관의 가스 투과를 완전히 방지하는 것은 곤란해서, 일정 시간 동안에 튜브 등의 배관의 벽면을 투과한 공기가, 튜브 등의 내부에 퇴적된다. 공기는 유로(19) 이외의 유로로부터도 침입하는 경우가 있다. 유로 내에 공기가 침입하여 기포로 되면, 기포와 유로 내의 액상 충전제(11)의 계면이 유로 저항이 된다. 그 결과, 액체 수용부(4)에 액상 충전제(11)를 공급하기 어려워져, 토출 헤드(3)의 토출 성능이 열화된다. 그로 인해, 유로(19) 내의 기포에 의한 유로 저항이 증대하기 전에 기포(27)를 제거할 필요가 있다.

그래서, 액상 충전제(11)의 순환 동작을 행한다. 순환 동작은, 제어 밸브(23)를 개방 상태로 하고, 송액 펌프(21)를 구동함으로써 행한다. 순환 동작에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, 기포(27)가 액체 수용부(12)로 이동하고, 액체 수용부(12)에서 기액 분리가 자연 발생하여 액상 충전제(11)가 탈기된다.

순환 동작은, 액상 충전제(11)에 기포가 고여 있는 경우 또는 고여 있을 가능성이 있는 경우에 행한다. 송액 펌프(21)를 구동하면, 그 맥동 등에 의해, 액상 충전제(11)의 액압이 변동한다. 따라서, 순환 동작은, 토출 헤드(3)의 토출 동작을 정지하고 있는 상태에서 행할 수 있다. 토출 헤드(3)의 토출 동작을 정지하고 있는 상태여도, 액상 충전제(11)의 액압이 변동하면, 토출 헤드(3)로부터 액체(9)가 누출되는 경우가 있다. 그래서, 송액 펌프(21)를 동작시켜서 기포를 이동시키기 전에, 노즐(3a)의 내부의 부압을 증대시킨다. 먼저, 제어 밸브(17)를 전환함으로써, 유로(16)와 감압 유닛(18)을 연통시킨다. 감압 유닛(18)을 구동하여 액체 수용부(12) 내의 압력을 부압으로 제어한다. 액체 수용부(12) 내의 압력은, 노즐(3a)의 메니스커스가 파괴되지 않는 압력으로 하고, 송액 펌프(21)를 동작시켰을 때의 맥동으로, 토출면(10)으로부터 액체(9)가 배어 나오지 않는 압력으로 한다.

예를 들어, 노즐(3a)의 메니스커스가 파괴되어서 토출면(10)으로부터 공기가 침입하지 않는 한계 압력이, -5kPa라 하자. 액체(9)를 토출 헤드(3)로부터 토출하기에 적합한 압력을 -0.3kPa라 하고, 송액 펌프(21)의 맥동 압력을 ±1kPa라 하자. 이 경우, 감압 유닛(18)의 구동에 따라, 노즐(3a)에 걸리는 압력을 -2kPa로 제어한다. 그 결과, 송액 펌프(21)를 동작시킨 경우, 노즐(3a)에 걸리는 압력은, -1kPa로부터 -3kPa가 되고, 노즐(3a)이 부압으로 유지되어, 토출면(10)으로부터 액체(9)가 배어 나오는 것을 방지할 수 있다. 또한, 토출면(10)으로부터 공기가 침입하지 않는 한계 압력의 -5kPa에 도달해 있지 않기 때문에, 토출면(10)으로부터 공기가 침입하는 것도 방지할 수 있다.

이와 같이, 액상 충전제(11)를 순환시킬 때에, 순환시키지 않는 경우보다도 노즐(3a)의 내부의 부압이 증가하도록, 액상 충전제(11)의 압력을 감압함으로써, 토출면(10)으로부터 액체(9)가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 설명에서는, 압력 변동의 요인을 주로 송액 펌프(21)의 맥동으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 액상 충전제(11)의 순환에 수반하는 압력 변동에 의한 액체(9)의 누출을 방지할 수 있다.

순환 동작에서의 송액 펌프(21)의 송액 속도는 늦어도 된다. 또한, 1회의 순환 동작에서, 액상 충전제(11)의 순환이 한바퀴 돌 필요는 없고, 복수회의 순환 동작에서 액상 충전제(11)의 순환이 한바퀴 돌아도 된다. 제어 밸브(23)를 닫음으로써, 유로(20) 내를 이동시킨 기포(27)가 액체 수용부(12)측으로부터 액체 수용부(4)측으로 복귀되는 것을 방지할 수 있다.

순환 동작을 종료하는 경우, 송액 펌프(21) 및 감압 유닛(18)을 정지하고, 제어 밸브(23)를 폐쇄 상태로 하고, 제어 밸브(17)의 전환에 의해 액체 수용부(12)를 대기에 개방한다. 이에 의해, 감압 유닛(18)에 의한 부압의 증가 상태가 즉시 해소되어, 토출 헤드(3)로부터 액체(9)를 토출하기에 적합한 압력(상기 예에서는 -0.3kPa)으로 즉시 복귀할 수 있다.

노즐(3a) 내에 기포가 고이면 토출 불량의 요인이 된다. 기포를 배제하기 위해서, 노즐(3a)로부터 액체(9)를 강제 배출할 수 있다. 강제 배출은, 예를 들어, 제어 밸브(23)를 폐쇄 상태로 하고, 송액 펌프(21)에 의해 수용 공간(33)에 액상 충전제(11)를 송출하여 액체(9)를 가압함으로써 행하는 것이 가능하다. 노즐(3a) 내에 기포가 고이는 요인의 하나로서는, 액상 충전제(11)의 기포가, 가요성 부재(8)를 통과하여 액체(9)에 침입하는 것을 들 수 있다. 상술한 본 실시 형태의 순환 동작을 행하여, 액상 충전제(11)의 기포를 배제함으로써, 액체(9)의 강제 배출의 빈도를 저감시킬 수 있어, 액체(9)의 폐기량을 억제할 수 있다.

<제2 실시 형태>

제1 실시 형태에서는, 감압 유닛(18)을 설치했지만, 송액 펌프(24)를 감압 유닛(18)으로서도 이용하는 것이 가능하다. 도 4는 그 일례를 도시한다. 동 도면의 예에서는, 감압 유닛(18) 및 제어 밸브(17)는 생략되어 있어, 유로(16)가 항상 대기에 개방되어 있다. 즉, 액체 수용부(12)는 항상 대기에 개방되어 있다. 송액 펌프(24)는 송액 방향을 전환 가능하다.

액체 수용부(12)에는, 액면 센서(14 및 15)에 추가로, 액면 센서(28 및 29)가 설치되어 있다. 액면 센서(28 및 29)는 액면 센서(14, 15)와 동일한 센서여도 된다.

액면 센서(28 및 29)는 순환 동작 시의 액상 충전제(11)의 액면(Lv)을 제어하기 위하여 설치된 부압 시프트용의 센서이다. 액면 센서(28)는 액면 센서(15)에 대응하는 하한 높이보다도 낮은 높이(Lv1)를 검출하도록 설치되어 있다. 액면 센서(29)는 액면 높이(Lv1)보다도 더 낮은 높이(Lv0)를 검출하도록 설치되어 있다.

순환 동작을 행하는 경우, 송액 펌프(24)를 구동하고, 액면(Lv)을 높이(Lv0)와 높이(Lv1) 사이에 유지한다. 구체적으로는, 송액 펌프(24)를 구동하여 액체 수용부(12)로부터 액체 수용부(25)에 액상 충전제(11)를 송액하고, 액면 센서(29)에 의해 액면(Lv)이 검지되면, 송액 펌프(24)를 정지한다. 액면 센서(28)에 의해 액면(Lv)이 검지되면, 송액 펌프(24)를 다시 구동하고, 액면 센서(29)에 의해 액면(Lv)이 검지되면, 송액 펌프(24)를 정지한다. 이들을 반복함으로써, 액면(Lv)을 높이(Lv0)와 높이(Lv1) 사이에 유지한다.

도 5는 액면(Lv)을 높이(Lv0)와 높이(Lv1) 사이에 유지되어 있는 상태를 도시한다. 액면(Lv)과 토출 헤드(3) 높이(H)가, 통상 시(도 4)보다도 커져 있고, 수두차의 증대에 의해 노즐(3a)의 내부의 부압이 증가한다. 이 상태에서, 순환 동작을 행함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 토출면(10)으로부터 액체(9)가 누출되는 것을 방지할 수 있고, 도 6에 도시한 바와 같이, 액체 수용부(27)에 있어서 기포(27)를 액상 충전제(11)로부터 탈기할 수 있다. 순환 동작을 종료하는 경우, 송액 펌프(21)를 정지하고, 제어 밸브(23)를 폐쇄 상태로 한다. 송액 펌프(24)의 송액 방향을 전환하고, 액상 충전제(11)를 액체 수용부(25)로부터 액체 수용부(12)에 액면 센서(14)로 액면이 검지될 때까지 송액한다. 이에 의해, 부압의 증가 상태가 해소되어, 토출 헤드(3)로부터 액체(9)를 토출하기에 적합한 압력으로 복귀할 수 있다.

<제3 실시 형태>

액상 충전제(11)의 압력을 계측하는 센서를 설치해도 된다. 도 7은 그 일례를 도시하는 도면이다. 동 도면은, 제1 실시 형태의 구성에 있어서, 압력 센서(30)가 추가되어 있다. 또한, 제2 실시 형태의 구성에 있어서, 압력 센서(30)를 추가하는 것도 가능하다.

압력 센서(30)의 압력 검지 위치는, 노즐(3a)에 가까운 위치쪽이 노즐(3a) 내의 압력을 보다 고정밀도로 검지할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 압력 센서(30)는 유로(19)의, 액체 수용기(4)측의 단부에 배치되어 있다.

압력 센서(30)를 설치함으로써, 순환 동작 전의 부압의 증가 시, 노즐(3a) 내의 압력을 계측하고, 부압을 조정할 수 있다. 즉, 노즐(3a) 내의 압력이, 메니스커스가 파괴되지 않는 압력이며, 또한, 송액 펌프(21)를 동작시켰을 때의 맥동으로 토출 헤드(3)로부터 액체(9)가 배어 나오지 않는 압력인 것을 확인한 뒤에, 순환 동작을 개시할 수 있다. 또한, 순환 동작 중에 있어서, 노즐(3a) 내의 압력을 압력 센서(30)로 감시하고, 압력이 규정 범위를 일탈한 경우, 송액 펌프(21)를 정지시킬 수 있다. 노즐(3a) 내의 압력이 규정 범위를 일탈한 경우, 유저에게 통지하는 표시 장치 또는 음성 출력 장치를 설치해도 된다. 이에 의해, 유저에게 이상의 통지를 행하는 것이 가능하게 된다.

<제4 실시 형태>

상기 각 실시 형태에서 설명한 송액 펌프(21, 24), 제어 밸브(17, 23) 및 감압 유닛(18)은 수동으로 구동 및 구동 정지를 제어해도 되지만, 자동 제어를 행할 수 있다. 도 8은, 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 센서(104)의 검지 결과에 기초하여 액추에이터(105)를 제어한다. 센서(104)는 예를 들어, 액면 센서(14 및 15), 액면 센서(28 및 29), 압력 센서(30), 반송 유닛(5)의 반송 기구가 구비하는 각종 센서 등 중 적어도 어느 것을 포함할 수 있다. 액추에이터(105)는 예를 들어, 송액 펌프(21), 송액 펌프(24), 감압 유닛(18), 제어 밸브(17), 제어 밸브(23), 반송 유닛(5)을 이동시키는 반송 기구가 구비하는 모터 등 중 적어도 어느 것을 포함할 수 있다.

도 9의 (A) 및 도 9의 (B)는 제어 유닛(100)이 실행하는 처리예를 도시하고 있다. 도 9의 (A)는 액면 센서(14 및 15)의 검지 결과에 기초하여, 송액 펌프(24)를 구동하고, 액상 충전제(11)의 액면(Lv)을 상한 높이와 하한 높이로 유지하면서, 액체 수용부(12)에 액상 충전제(11)를 공급하는 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(24)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(24)의 구동을 정지한다. 이상에 의해 처리가 종료된다.

도 9의 (B)는 액상 충전제(11)로부터 기포를 탈기하는 제어예를 도시하는 흐름도이다. 여기에서는, 노즐(3a)의 부압을 증가시키는 처리와, 순환 동작의 처리를 행한다.

S11에서는 탈기 처리의 조건이 성립했는지 여부를 판정한다. 탈기 처리는, 액상 충전제(11)에 기포가 고여 있는 경우 또는 고여 있을 가능성이 있는 경우에 행한다. 예를 들어, 액체 토출 장치(1)를 기동하는 경우, 액체 토출 장치(1)에 있어서 액체의 토출 동작을 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.

S12에서는, 액상 충전제(11)의 압력을 감압하고, 노즐(3a)의 내부의 부압을 증가시킨다. 제1 실시 형태의 경우, 제어 밸브(17)를 전환하여 유로(16)와 감압 유닛(18)을 연통시켜, 감압 유닛(18)을 구동하여 액체 수용부(12) 내의 압력을 부압으로 제어한다. 또한, 제2 실시 형태의 경우, 송액 펌프(24)를 구동하고, 액면(Lv)을 높이(Lv0)와 높이(Lv1) 사이에 유지한다. 액상 충전제(11)를 단계적으로 감압해도 된다. 예를 들어, 최종 압력이 100인 경우, 25씩 4회로 나누어서 감압해도 된다. 제3 실시 형태의 압력 센서(30)를 설치한 구성에 있어서는, 압력 센서(30)의 계측 결과에 기초하여, 액상 충전제(11)를 단계적으로 감압할 수 있다. 노즐(3a)에 걸리는 압력을 완만하게 변화시키는 것이 가능하게 되어, 급격한 압력 변화에 의한 토출면(10)으로부터의 기포의 침입 가능성을 감소시키는 것이 가능하게 된다. 액상 충전제(11)의 감압은, 연속적으로 원활하게 감압해도 되어, 노즐(3a)의 급격한 압력 변화를 더욱 억제할 수 있다.

노즐(3a)의 내부의 부압 증가가 완료되면, S13에서 액상 충전제(11)의 순환 동작을 개시한다. 여기에서는 제어 밸브(23)를 개방 상태로 하고, 송액 펌프(21)를 구동한다. 액상 충전제(11)가 유동하고, 액체 수용부(12)에서 탈기된다. S14에서는 규정 시간이 경과했는지 여부를 판정한다. 규정 시간은 탈기에 필요한 시간으로서 적절히 설정된다. 규정 시간이 경과하면 S15로 진행하여, 순환 동작을 정지하고, 또한, 액상 충전제(11)의 감압을 종료하여 노즐(3a)의 내부의 부압을 원상태로 돌린다. 이상에 의해 처리가 종료된다.

<제5 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 설명하지만, 다른 상기 실시 형태의 액체 토출 장치(1)를 적용하는 경우도 마찬가지이다.

도 10은, 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 패턴에 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)을 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
4: 액체 수용부
12: 액체 수용부
18: 감압 유닛
CU: 순환 유닛

Claims

대기압에 대하여 내부가 부압으로 유지되는 노즐을 갖고, 그 노즐로부터 제1 액체를 토출하는 토출 헤드와,
상기 제1 액체를 수용하는 제1 액체 수용부와,
제2 액체를 수용하는 제2 액체 수용부와,
상기 제1 액체 수용부의 내부 공간을, 상기 토출 헤드에 연통하고 상기 제1 액체를 수용하는 제1 수용 공간과, 상기 토출 헤드와 연통하지 않고 상기 제2 액체를 수용하는 제2 수용 공간으로 구획하는 가요성 부재와,
상기 제2 수용 공간과 상기 제2 액체 수용부 사이에서, 상기 제2 액체를 순환시키는 순환 수단과,
상기 제2 액체를 순환시킬 때에, 순환시키지 않는 경우보다도 상기 노즐의 내부 부압이 증가하도록, 상기 제2 액체의 압력을 감압하는 감압 수단을 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 액체의 압력을 계측하는 계측 수단을 더 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 액체 수용부는, 상기 토출 헤드보다도 낮은 액면으로 상기 제2 액체를 수용하고,
상기 제2 액체 수용부에 있어서의 상기 제2 액체의 액면을 계측하는 계측 수단을 더 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 감압 수단은, 상기 제2 액체의 압력을 단계적으로 감압하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 계측 수단의 계측 결과에 기초하여 상기 순환 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 계측 수단의 계측 결과에 기초하여 상기 감압 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 순환 수단은,
상기 제2 수용 공간과 상기 제2 액체 수용부에 연통한 2개의 유로와,
상기 2개의 유로의 한쪽에 설치된 송액 수단을 포함하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 액체 수용부에 상기 제2 액체를 송액하는 송액 수단을 더 구비하고,
상기 제2 액체 수용부는, 상기 토출 헤드보다도 낮은 액면으로 상기 제2 액체를 수용하고,
상기 송액 수단은, 상기 제2 액체 수용부에 있어서의 상기 제2 액체의 액면을 조정하고,
상기 감압 수단은, 상기 제2 액체 수용부의 내부의 기압을 감압함으로써, 상기 제2 액체를 감압하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 액체 수용부를, 상기 감압 수단 또는 대기에, 전환해서 연통시키는 밸브를 더 구비하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 액체를 수용하는 제3 액체 수용부를 더 구비하고,
상기 제2 액체 수용부는, 상기 토출 헤드보다도 낮은 액면으로 상기 제2 액체를 수용하고,
상기 감압 수단은, 상기 제2 액체 수용부와 상기 제3 액체 수용부 사이에서, 상기 제2 액체를 송액하는 송액 수단이며, 또한, 상기 제2 액체 수용부에 있어서의 상기 제2 액체의 액면을 저하시킴으로써, 상기 제2 액체를 감압하는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 액체 수용부 및 상기 제3 액체 수용부는, 대기에 개방되어 있는,
것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제1항에 기재된 액체 토출 장치를 제어하는 방법이며,
상기 감압 수단에 의해 상기 노즐의 부압을 증가시키고,
상기 순환 수단에 의해 상기 제2 액체를 순환시키는,
것을 특징으로 하는 방법.
기판에 수지를 토출하는, 제1항에 기재된 액체 토출 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제13항에 기재된 임프린트 장치에 의해 임프린트를 행하는 공정과,
임프린트가 이루어진 기판을 처리하는 공정을 포함하는,
것을 특징으로 하는 방법.