JP2024087493A - 液体吐出装置、インプリント装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出口に付着した異物の除去効率を向上する。
【解決手段】液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、前記吐出口に設けられた振動素子と、前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、を備えた液体吐出装置であって、前記振動素子の振動特性を検出する検出手段と、前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出手段の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御手段と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は液体の吐出技術に関する。

液体を吐出する液体吐出装置では、吐出口の目詰まりの解消や、吐出口の周辺に付着した異物の除去といった回復処理が必要となる。特許文献１には、吐出面に液体が接した状態で吐出ヘッドの振動素子を駆動して吐出口を洗浄する技術が開示されている。振動素子の駆動によって吐出口内部や周辺で液体が流動し、吐出口内部や周辺に付着した残渣等の異物を除去することができる。

特開２０２０－１０４０９４号公報

特許文献１の技術では、吐出口に強固に付着した異物の除去効率を向上する点で改善の余地がある。

本発明は、吐出口に付着した異物の除去効率を向上する技術を提供するものである。

本発明によれば、
液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
前記吐出口に設けられた振動素子と、
前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記振動素子の振動特性を検出する検出手段と、
前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出手段の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする液体吐出装置が提供される。

本発明によれば、吐出口に付着した異物の除去効率を向上する技術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概略図。 液体吐出部と回復部の構成を示した図。 吐出ヘッドの一部拡大断面図。 制御部の制御例を示すフローチャート。 制御部の制御例を示すフローチャート。 （Ａ）及び（Ｂ）は逆起電力の信号波形の例を示す図、（Ｃ）は検査信号の例を示す図。 吐出面とキャップとの間に洗浄液が充填された状態を示す模式図。 （Ａ）は固有周期の特定方法の例を示す図、（Ｂ）は駆動周期の設定方法の例を示す図。 駆動信号の例を示す図。 （Ａ）は駆動周期の別の設定方法の例を示す図、（Ｂ）は駆動信号の例を示す図。 洗浄液を循環する構成の説明図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
＜インプリント装置の概要＞
図１は本発明の一実施形態に係るインプリント装置１０１の構成を示す概略図である。図中、矢印Ｚは上下方向を示し、矢印Ｘ及びＹは互いに直交する水平方向を示す。インプリント装置１０１は、半導体デバイスなどの各種デバイスの製造に用いられる。インプリント装置１０１は液体吐出装置１３０を備える。液体吐出装置１３０は、液体吐出部１０と回復部８０とを備える。液体吐出部１０は、液体（ここではレジスト）１１４を吐出対象物（本実施形態では基板１１１）上に吐出する。液体１１４は、例えば、紫外線（ＵＶ）を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性の樹脂である。液体１１４は、半導体デバイス製造工程などの各種条件により適宜選択される。光硬化性の他にも、例えば、熱硬化性のレジストである液体を用いてもよく、インプリント装置は熱でレジストを硬化させてインプリント処理を行う装置でもよい。液体１１４のことを吐出材或いはインプリント材と呼んでもよい。回復部８０は液体吐出部１０の吐出性能を回復する回復処理に用いられる。本実施形態の場合、回復処理には液体吐出部１０の吐出口を洗浄する洗浄処理が含まれる。

インプリント装置１０１は、また、光照射部１０２と、モールド保持機構１０３と、基板ステージ１０４と、制御部１０６と、計測部１２２と、筺体１２３とを有する。

光照射部１０２は、光源１０９と、光源１０９から照射された紫外線１０８を補正するための光学素子１１０とを有する。光源１０９は、例えばｉ線またはｇ線を発生するハロゲンランプである。紫外線１０８は、モールド（型）１０７を介して液体１１４に照射される。紫外線１０８の波長は、硬化させる液体１１４に応じた波長である。尚、レジストとして熱硬化性レジストを用いるインプリント装置の場合は、光照射部１０２に代えて、熱硬化性レジストを硬化させるための熱源部が設置される。

モールド保持機構１０３は、モールドチャック１１５と、モールド駆動機構１１６とを有する。モールド保持機構１０３によって保持されるモールド１０７は、外周形状が矩形であり、基板１１１に対向する面には転写すべき回路パターンなどの３次元の凹凸パターンが形成されたパターン部１０７ａを有する。本実施形態におけるモールド１０７の材質は、紫外線１０８が透過することができる材質であり、例えば石英が用いられる。モールドチャック１１５は、真空吸着または静電力によりモールド１０７を保持する。

モールド駆動機構１１６は、モールドチャック１１５を保持して移動することによりモールド１０７を移動させる。モールド駆動機構１１６は、モールド１０７をＺ方向下方に移動させてモールド１０７を液体１１４に押し付けることができる。また、モールド駆動機構１１６は、モールド１０７をＺ方向上方に移動させてモールド１０７を液体１１４から引き離すことができる。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が挙げられる。

モールドチャック１１５およびモールド駆動機構１１６は、中心部に開口領域１１７を有する。また、モールド１０７は、紫外線１０８が照射される面に、凹型の形状をしているキャビティ１０７ｂを有する。モールド駆動機構１１６の開口領域１１７には、光透過部材１１３が設置されており、光透過部材１１３とキャビティ１０７ｂと開口領域１１７とで囲まれる密閉の空間１１２が形成されている。

空間１１２内の圧力は圧力補正装置（不図示）によって制御される。圧力補正装置が空間１１２内の圧力を外部よりも高く設定することにより、パターン部１０７ａは基板１１１に向けて凸形に撓む。これにより、パターン部１０７ａの中心部が液体１１４に接触するようになる。よって、モールド１０７が液体１１４に押し付ける際に、パターン部１０７ａと液体１１４との間に気体（空気）が閉じ込められることが抑制され、パターン部１０７ａの凹凸部の隅々まで液体１１４を充填させることができる。空間１１２の大きさを決めるキャビティ１０７ｂの深さは、モールド１０７の大きさまたは材質に応じて適宜変更される。

基板ステージ１０４は、基板チャック１１９と、基板ステージ筐体１２０と、ステージ基準マーク１２１とを有する。基板ステージに保持される基板１１１は、単結晶シリコン基板またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、基板１１１の被処理面には、液体１１４が吐出されパターンが成形される。

基板チャック１１９は、基板１１１を真空吸着により保持する。基板ステージ筐体１２０は、基板チャック１１９を機械的手段により保持しながらＸ方向およびＹ方向に移動することで基板１１１を移動させる。ステージ基準マーク１２１は、基板１１１とモールド１０７とのアライメントにおいて、基板１１１の基準位置を設定するために使用される。基板ステージ筐体１２０のアクチュエータには、例えばリニアモータが用いられる。他にも、基板ステージ筐体１２０のアクチュエータは、粗動駆動系または微動駆動系などの複数の駆動系を含む構成でもよい。

計測部１２２は、アライメント計測器１２７と、観察用計測器１２８と、を有する。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方向およびＹ方向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であり、基板１１１に吐出された液体１１４のパターンを撮像して、画像情報として制御部１０６に出力する。

制御部１０６は、インプリント装置１０１の全体を制御する。制御部１０６ａは液体吐出装置１３０に備えられており、液体吐出装置１３０を制御する。インプリント装置１０１の動作の際、制御部１０６ａは制御部１０６の指令に基づき液体吐出装置１３０を制御する。

制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭを有するコンピュータで構成される。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、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各構成要素の制御をする。また、制御部１０６は、表示部を有し、各種の表示を行うことができる。制御部１０６は、計測部１２２の計測情報を基に、モールド保持機構１０３、基板ステージ１０４の動作を制御する。

制御部１０６ａは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭを有するコンピュータで構成される。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムと制御部１０６の指令に従って液体吐出装置１３０の各構成要素の制御をする。なお、制御部１０６ａを設けずに制御部１０６が液体吐出装置１３０の制御も行ってもよい。

筺体１２３は、基板ステージ１０４を載置するベース定盤１２４と、モールド保持機構１０３を固定するブリッジ定盤１２５と、ベース定盤１２４から延設されブリッジ定盤１２５を支持する支柱１２６と、を備える。また、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へ搬送するモールド搬送機構（不図示）と、基板１１１を装置外部から基板ステージ１０４へ搬送する基板搬送機構（不図示）と、を備える。

インプリント装置１０１は、次の一連の処理を含むインプリント処理を行う。まず、インプリント装置１０１は、液体吐出部１０に液体１１４を基板１１１上に吐出させる。そして、基板上に吐出された液体１１４に、成型用のパターンを有するモールド１０７を押し付け、その状態において、光（紫外線）の照射によって液体１１４を硬化させる。その後、硬化後の液体１１４からモールド１０７を引き離すことによって、モールド１０７のパターンを基板１１１上に転写する。

＜液体吐出部と回復部＞
図２は、液体吐出部１０と回復部８０の構成を示した図である。液体吐出部１０は、吐出ヘッド１１、収容容器１２及び圧力制御部１３を含む。収容容器１２は、液体１１４を収容する。収容容器１２の内部空間は、可撓性を有する分離膜１４によって２つの空間に区画されている。容器内の一方の空間１５には液体１１４が収容されており、他方の空間１６には充填液が収容されている。分離膜１４の厚みは例えば１０μｍ以上２００μｍ以下である。分離膜１４は、液体及び気体の透過性が低い材料で形成され、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂材のフィルムやフッ素樹脂材とプラスチック材料を組み合わせた複合多層フィルムで形成することができる。

空間１６は、接続配管１７によって圧力制御部１３と連通しており、空間１５は、吐出ヘッド１１と連通している。圧力制御部１３は、充填液を収容するタンク、圧力センサ、及び、接続配管１７を開閉するバルブ等を備えており、空間１６内の圧力を制御可能に構成されている。圧力制御部１３で空間１６内の充填液の圧力を制御することで、分離膜１４を介して空間１５内の液体１１４の圧力を制御することができる。これにより、吐出ヘッド１１における気液界面の形状を安定化させ、再現性よく液体１１４を吐出できる。

回復部８０は、吐出ヘッド１１から液体１１４の廃液が吐出されるキャップ８１を備える。キャップ８１は、吐出ヘッド１１よりも大きな開口を持つ凹型の部材であり、その材質は、例えば、金属溶出の懸念のないＰＴＦＥ樹脂の切削部品である。キャップ８１は酸洗浄が実施されてもよく、これにより物理的・化学的にクリーンな状態で用いられる。回復処理時に吐出ヘッド１１の吐出面５８に対向して配置される。キャップ８１は吐出ヘッド１１の吐出口を洗浄する際に洗浄液を保持する保持部材としても用いられる。キャップ８１は、不図示の駆動機構によりＺ方向に変位可能に設けられており、キャップ８１と吐出面５８との間隔が調整可能となっている。

回復部８０は、また、廃液チューブ８５と、廃液チューブ８５を開閉するバルブ８３と、廃液回収容器８２と、ポンプ８４とを備える。廃液チューブ８５はキャップ８１に連通している。ポンプ８４は、キャップ８１に吐出された廃液を廃液チューブ８５を介して廃液回収容器８２に圧送して排出するチュービングポンプである。

図３は吐出ヘッド１１の一部拡大断面図である。吐出ヘッド１１は、共通液室５６とモジュール基板５７とを備えている。モジュール基板５７には、複数のノズル５４を備える。各ノズル５４は、上面５９に開口し、液体１１４を取り入れる供給口２１と、吐出面５８に開口し、液体１１４を吐出する吐出口１９とを備える。各ノズル５４の内部には、液体１１４を吐出するためのエネルギを発生する振動素子１８が設けられている。振動素子１８は吐出口毎に設けられている。吐出口１９の開口面積は、供給口２１の開口面積よりも小さく、ノズル５４における流路で断面積が最小となっている。振動素子１８は、本実施形態の場合、ピエゾ素子に代表される圧電素子であり、以下、振動素子１８のことを圧電素子１８と表記する場合がある。

供給口２１は、モジュール基板５７の内部で吐出口１９と小液室２０を介して連通している。圧電素子１８は、駆動回路９０を介して制御部１０６ａによって駆動が制御される。圧電素子１８によって小液室２０の容積を変化させることで、小液室２０の液体１１４が、吐出口１９から吐出される。なお、吐出ヘッド１１は、インクジェットプリンタに用いられるインク吐出ヘッドと同様の構成であってもよい。

吐出ヘッド１１は吐出口１９によって大気に開放されているが、吐出口１９の口径が数μｍから十数μｍであり、液体１１４は毛細管現象により自重で漏れだすことはない。吐出口１９近傍の液面は、凹形状のいわゆるメニスカス状態で保持される。小液室２０の吐出液８の内圧を圧力制御部１３によって－０．１から－１０００Ｐａの負圧に保つことで、メニスカス状態を安定的に保持することができる。吐出面５８には撥液処理が施されており、液体１１４が吐出口１９からの漏れだすことを確実に防止する。撥液処理としては、例えば、フッ素含有化合物を吐出面５８に膜状に塗布することが挙げられる。

吐出口１９の口径が数μｍから数十数μｍと小径であると、パーティクルが吐出口１９内部に付着した場合や、液体１１４に含まれる成分の一部が乾燥して吐出口１９の周囲で凝固した場合には吐出性能が低下する。吐出性能の低下としては、例えば、不吐出の他、吐出量や吐出方向の変動が挙げられる。こうした吐出性能の低下が生じた場合には、回復部８０によって吐出性能の回復処理を行う。

＜制御例＞
制御部１０６ａが実行する吐出ヘッド１１の回復処理の例について図４を参照して説明する。図４は制御部１０６ａが実行する処理例を示すフローチャートである。図示の処理は基板１１１に対する液体１１４の吐出動作を行っていないタイミングで実行される。例えば、液体吐出装置１３０をメンテナンスを行うための待機位置に移動させてから以下の処理を実行する。

Ｓ１では各吐出口１９の液体吐出状態の検査を行う。Ｓ２ではＳ１の検査結果に基づき、吐出不良の吐出口１９を特定する。液体吐出状態の検査は、一例として、各圧電素子１８の振動特性を検出し、その検出結果に基づき行う。本実施形態では、振動特性として各圧電素子１８の逆起電力を検出し、その信号波形に基づき検査を行う。すなわち、圧電素子１８は吐出口１９の液体吐出状態の検知にも用いることができる。

圧電素子１８を、液体１１４を吐出する際に加える電圧の３０％から７０％の強度の電圧で駆動し、小液室２０の容積を変動（以下、検査発振と呼ぶ）させ、小液室２０内の液体１１４に振動を加える。例えば、吐出口１９から液体１１４を吐出する際に±１０Ｖの駆動パルスを圧電素子１８に印加する場合には、±６Ｖの駆動パルスを圧電素子１８に印加する。換言すると、吐出口１９のメニスカスを破って液体１１４が吐出されない程度に圧電素子１８を駆動し、小液室２０内の液体１１４に振動を加える。

圧電素子１８の駆動を停止しても、液体１１４の残留振動により、圧電素子１８には逆起電力が生じる。逆起電力を吐出口１９毎に設けられたセンサ９１で検知する。センサ９１は例えば電圧センサ或いは電流センサである。吐出口１９が異物によって塞がっている場合や、小液室２０内に気泡が入り込んでしまった場合、逆起電力の波形は、標準状態（メニスカス形成時の波形）とは異なる。つまり、圧電素子１８は対応する吐出口１９の液体吐出状態に応じた信号を出力する。この信号により、各吐出口１９の液体吐出状態を個別に検知することができる。

より具体的に説明すると、圧電素子１８（ピエゾ素子）は、電圧が印加されることで変形し、この変形によってノズル５４内の液体１１４の圧力を変化させる。そして、圧電素子１８を強制的に振動させると残留振動が発生し、圧電効果により逆起電力が発生する。センサ９１は、この残留振動により生じた逆起電力を検出する。また逆起電力は圧電素子１８ごと、換言すればノズル５４ごとに発生するため、センサ９１は逆起電力をノズル５４ごとに検出する。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、検査発振の検査信号として図６（Ｃ）に例示する信号を圧電素子１８に印加した場合の、逆起電力の信号波形（電流－時間の変化）の例を示す図である。

図６（Ｃ）の検査信号は、例えば、圧電素子１８について推定される固有周期以下で変化する電圧波形を有する。一例をあげると、圧電素子１８の固有周期が４．５μｓｅｃと推定されるならば、４．５μｓｅｃ間で変化する波形の電圧を加える。

図６（Ａ）は吐出口１９に吐出性能の低下が生じていない正常な場合の信号波形の例である。図６（Ｂ）の破線は、正常な場合の信号波形の例であり、実線は吐出性能の低下が生じている場合の信号波形の例である。吐出口１９に液体１１４のメニスカスが形成されなくなる場合、吐出口１９が正常な場合と比べると、信号の周期が長く（周波数が小さく）なる。また、振幅が大きくなる場合もある。

こうした信号波形の違いにより、吐出口１９の吐出性能の低下を判別することができる。なお、比較対象となる正常時の信号波形は制御部１０６のＲＯＭ等の記憶デバイスに格納しておくことができる。また、正常時の信号波形を記憶することに代えて、吐出不良を生じているか否かを判定するための閾値を格納していてよい。閾値は、逆起電力の信号周期に関する閾値や信号振幅に関する閾値であってもよい。

こうした方法によって、図４のＳ２において吐出不良の吐出口１９を特定する。Ｓ２でいずれの吐出口１９も吐出不良ではないと判定された場合は図４の処理を終了する。

なお、ここでは、検査発振によって、吐出口１９の液体吐出状態の検査を行ったが、図示しない着弾検査装置によって、着弾の有無や着弾位置・速度・量の計測を行って、吐出不良の吐出口１９（ノズル５４）を検出してもよい。

Ｓ３ではＳ２の特定結果に基づいて性能回復の対象となる吐出口１９を選択する。一例としてＳ２で特定された吐出口１９を回復対象の吐出口１９として選択する。別の例として、吐出口１９をその位置に応じてグループ分けし、グループ単位で回復処理の吐出口１９を選択してもよい。更に他の選択方法として、Ｓ２で特定された吐出口１９と、その周囲の一定の範囲内の吐出口１９とを選択してもよい。更に別の例としてＳ２で吐出不良の吐出口１９が一つでもあれば、全ての吐出口１９を回復対象の吐出口１９として説明する。

Ｓ４ではＳ３で選択した吐出口１９について回復処理を実行する。図５はＳ４の処理例を示すフローチャートである。

Ｓ１１では、吐出面５８に対向する位置にキャップ８１を配置する。キャップ８１は吐出面５８とキャップ８１の内壁面との間に洗浄液を保持可能である。その後、Ｓ３で選択した吐出口１９に対応した小液室２０を圧力制御部１３によって加圧する。小液室２０を例えば、＋１０ｋＰａから＋５０ｋＰａに加圧することで、吐出口１９に詰まった異物等を押し出すことができる。この時、吐出口１９からキャップ８１に吐出された液体１１４及び異物等はポンプ８４により廃液回収容器８２へ排出される。このような加圧回復でも吐出口１９の詰りが回復されない場合もあるため、次に洗浄工程に移行する。

Ｓ１３では、キャップ８１の底面と吐出面５８との間隔が１００から５００μｍとなるまで近接させたのち、キャップ８１と吐出面５８の間に洗浄液を充填する。本実施形態では洗浄液として液体１１４を利用する。圧力制御部１３により空間１６内の充填液を約１０ｋＰａ～３０ｋＰａまで加圧することで、小液室２０内の液体１１４の圧力を１０ｋＰａ以上とする。これにより、吐出口１９から洗浄液として液体１４を吐出する。キャップ８１と吐出面５８との間が液体１１４で満たされたら、空間１６内の充填液の加圧を停止する。

次に、圧力制御部１３によって、小液室２０内の圧力を微陽圧（数百Ｐａ～数ｋＰａ）にした後、圧力制御部１３と空間１６を接続している配管１７を圧力制御部１３のバルブを閉弁して閉鎖する。キャップ８１上にある液体１１４は大気に開放されているため、小液室２０内の液体１１４の圧力が微陽圧から徐々に大気圧に減少する。これにより、吐出ヘッド１１から液体１１４がキャップ８１内に流出することが防止され、キャップ８１から、液体１１４が溢れないようにしている。また、小液室２０内の液体１１４の圧力は、大気圧から微陽圧に維持されている。このため、キャップ８１上の液体１１４が吐出ヘッド１１へ逆流することも防止されて、図７に示すようにキャップ８１と吐出面５８との間に液体１１４が保持される。

次に、本実施形態では、回復対象として選択した吐出口１９の洗浄を、対応する圧電素子１８の駆動によって、小液室２０を物理的に振動させることにより行う。図５のＳ１４及びＳ１５ではでは各圧電素子１８を駆動する駆動周期の設定に関する処理を行う。圧電素子１８を共振させることで洗浄効果を向上する。

まず、Ｓ１４で圧電素子１８の固有周期を特定する。固有周期の特定は、圧電素子１８毎（振動素子毎）に行い、かつ、各圧電素子１８の振動特性を検出し、その検出結果に基づき行う。Ｓ１の液体吐出状態の検査において、各圧電素子１８の振動特性として逆起電力の信号波形が既に得られている。この信号波形を利用して固有周期を演算する。なお、Ｓ１４で圧電素子１８の固有周期を特定するために、Ｓ１の処理とは別に各圧電素子１８の振動特性を検出してもよい。しかし、本実施形態によれば、振動特性の検出を、液体吐出状態の検査と固有周期の特定との２つの目的のために１回で行うことができる。

Ｓ１４の特定では、圧電素子１８の逆起電力の信号波形から固有周期Ｔを演算する。図８（Ａ）はその一例を示す。逆起電力の信号波形は、圧電素子１８の振動後に生じる残留振動なので減衰波となる。固有周期Ｔは、減衰波の関数で信号波形をフィティングして演算される。

Ｓ１５ではＳ１４で演算した固有周期Ｔに基づいて圧電素子１８の駆動周期を設定する。図８（Ｂ）は、圧電素子１８に発生した逆起電力の信号波形（実線）から固有周期Ｔの時間だけ遅れて圧電素子１８を駆動した場合の信号波形（点線）を示している。図８（Ｂ）の点線は、固有周期Ｔの１倍の周期で圧電素子１８を振動させた場合を示している。最初に圧電素子１８を駆動した時の実線の波形の２つ目の山と、固有周期Ｔの１倍の時間だけ遅れて圧電素子１８を駆動した時の点線の波形の一つ目の山が重なり合う。これにより圧電素子１８が共振して、圧電素子１８の振動が高まり、吐出面５８に接している液体１１４の流動性が高まる。吐出口１９の内部や周囲に付着している異物が効果的に除去される。

そこで、駆動周期Ｔｄを固有周期Ｔに設定することで、洗浄効果を向上できる。ただし、洗浄効果のある圧電素子１８の振動周期Ｔｄは固有周期Ｔとぴったり同じである必要はなく、固有周期Ｔに対して一定の範囲内の周期であればよい。駆動周期Ｔｄの最小周期をＴｄ＿ｍｉｎ、最大周期をＴｄ＿ｍａｘとすると、駆動周期Ｔｄは、
Td_min≦ Td ≦Td_max （式１）
と表すことができる。一例として、Ｔｄ＿ｍｉｎ＝Ｔ、Ｔｄ＿ｍａｘ＝Ｔ＋Ｔ×０．２である。例えば、圧電素子１８の固有周期Ｔが4.5μsecであれば、駆動周期Ｔｄは、4.5μsec≦ Td ≦5.4μsecとなる。駆動周期Ｔｄを駆動周波数ｆｄで表すと、１８５KHz≦ ｆd ≦２２２KHzとなる。

吐出不良の吐出口１９（ノズル５４）では、圧電素子１８の固有周期Ｔが、正常時の固有周期Ｔよりも数％～30%程度長くなる場合がある。また、吐出口１９に対する付着物の量の度合い等によって、固有周期Ｔが異なる場合がある。本実施形態では、圧電素子１８毎に固有周期Ｔを演算して、圧電素子１８毎に駆動周期Ｔｄを設定する。したがって、各吐出口１９に適した洗浄効果を得られる。尤も、全圧電素子１８について同じ駆動周期Ｔｄを設定することも可能である。この場合、いずれか一つの圧電素子１８の固有周期Ｔを基準に駆動周期Ｔｄを設定してもよいし、複数の圧電素子１８の固有周期Ｔの平均値を基準に駆動周期Ｔｄを設定してもよい。

図５のＳ１６では吐出口１９の洗浄を行う。ここでは、吐出面５８とキャップ８１との間に液体１１４を保持した状態で、Ｓ１５で設定した駆動周期Ｔｄで圧電素子１８を駆動する。圧電素子１８によって発生する、小液室２０の物理的に振動と、振動によって発生する液体１１４の流動によって、吐出口１９（ノズル５４）が洗浄される。

図９は、圧電素子１８に与えられる駆動信号の波形を示している。横軸は時間であり、縦軸は電圧を示している。図示の駆動信号は一例として台形波である。台形波は、引きこみ成分（立上がり）２０１、電圧一定成分２０２、押し出し成分（立下り）２０３からなっている。駆動周期Ｔｄは、この台形波の時間と初期値での待機時間Ｔｗを足したものである。

この台形波は最初の引きこみ成分２０１で、キャップ８１内の液体１１４が吐出口１９内へ流入する。引きこみ成分２０１後は電圧一定成分２０２で電圧を一定に保たれる。この間にキャップ８１から吐出口１９内へ流入する液体が減少していく。次の押し出し成分２０３で、吐出口１９内の液体１１４は、キャップ８１内に押し出される。その後、初期値での待機時間Ｔｗで、吐出口１９からキャップ８１内に押し出される液体１１４が減少していき、次の台形波で、再び、キャップ８１内の液体１１４が吐出口１９内へ流入する。

洗浄動作は、キャップ８１と吐出口１９の内部との間で液体１１４が出入りすればよいので、洗浄動作で圧電素子１８を駆動させる波形は、少なくとも電圧を上げる引きこみ成分２０１と電圧を下げる押し出し成分２０３があればよい。図９では台形波を用いて説明したが、その他に、矩形波、のこぎり波、三角波、パルス波を用いても同様に洗浄効果を得られる。

駆動信号は、例えば、インプリント動作時の最大駆動周波数が６０KHzの場合、その周期の間に複数の駆動信号を追加することで実現することができる。言い換えると、吐出口１９から基板１１１に液体を吐出させる場合と、吐出口１９を洗浄する場合とで、単位時間あたりの駆動信号の数が異ならせればよい。これにより図９に示したように、駆動信号（台形波）の数と待機時間Ｔｗを調整して、所望の駆動波形の振動周期Ｔｄで圧電素子１８を駆動させることができる。

洗浄時の駆動信号の電圧は、インプリント動作において吐出するときに圧電素子１８に印加する電圧よりも２０％から４０％程度大きくしてもよい。洗浄効果を更に高めることができる。

洗浄時に駆動周期Ｔｄで圧電素子１８を駆動すると、駆動回路９０の負荷が高くなる場合がある。そこで駆動素子１８の駆動時間と駆動停止時間とを交互に設定し、短時間で間隔を空けながら洗浄を繰り返し行ってもよい。

回復処理対象ではない吐出口１９については、その圧電素子１８を駆動させないことで、汚染物が吐出口１９に流入しないようにし、二次汚染を防止することができる。

洗浄終了後、図５のＳ１７では、キャップ８１と吐出面５８との隙間を広げる。そして、吐出ヘッド１１内の液体１１４を入れ替えるために、Ｓ１２の加圧回復処理と同様にして、吐出口１９から液体１１４をキャップ８１に排出させる。これにより異物が再度、吐出口１９に侵入することを防止できる。その後、ポンプ８４を駆動して、吐出面５８とキャップ８１との間の液体１１４を排出する。

なお、吐出ヘッド１１の吐出面５８は、図示しない吸引ノズルを用いて清掃してもよい。清掃は吐出面５８に付着している洗浄液（液体１１４）を吸引除去して清掃を行う。負圧源に直結された吸引ノズルを吐出ヘッド１１の吐出面５８に対して１００μｍまで近接させたうえで吸引を開始し、吐出面５８との間隔を保ったうえで、吐出面５８に対して吸引ノズルを走査し、吐出面５８の表面に残った液滴を吸い取る。吸引ノズルの吸引口隙間は１００μｍから２００μｍに設定される。残滴によって瞬間的に吐出面５８の表面と吸引ノズルの先端が液体１１４で導通状態となる場合がある。金属汚染の危険性を防止するために、ＰＴＦＥ樹脂の吸引ノズルを使用してもよい。

Ｓ１８では、確認処理を行う。ここでは、再びＳ１と同様の検査を行い、再び検査発振を実行して吐出不良を生じている吐出口１９があるか否かを念のため確認する。吐出不良を生じている吐出口１９があれば、再度、回復処理（Ｓ４）を行うことになる。二次汚染があった場合に、これを解消することができる。吐出不良を生じている吐出口１９がなければ処理を終了する。

なお、本実施形態では、インプリント装置１０１に液体吐出装置１３０を搭載して、吐出部１１の検査発振を行い、その検査発振で得られた振動特性から、圧電素子１８の固有周期Ｔを算出して洗浄動作における圧電素子１８の振動周期Ｔｄを設定した。しかし、インプリント装置１０１に液体吐出装置１３０を搭載する前に、検査発振を行い、洗浄動作の際に用いる圧電素子１８の振動周期Ｔｄを予め設定してもよい
＜第二実施形態＞
駆動周期Ｔｄが短いと駆動回路９０が負荷が高くなる。一方、圧電素子１８の振動による洗浄時間は、連続して長く行う程、効果が高い。数時間から数日間、こうした洗浄を実施することで、強固な異物も除去することができる。本実施形態では第一実施形態よりも駆動周波数を低くして圧電素子１８を駆動して洗浄を行う。

洗浄時に、圧電素子１８の固有周期Ｔの自然数倍の周期で圧電素子１８を振動させると、圧電素子１８が共振して圧電素子１８の振動が高まる。吐出面５８に接している液体１１４の流動性が高まることで、洗浄効果を向上できる。

図１０（Ａ）は、圧電素子１８に発生した逆起電力の信号波形（実線）から固有周期Ｔの２倍の時間だけ遅れて圧電素子１８を駆動した場合の信号波形（点線）を示している。つまり、図１０（Ａ）の点線は、固有周期Ｔの２倍の周期で圧電素子１８を振動させた場合を示している。最初に圧電素子１８を駆動した時の実線の波形の３つ目の山と、固有周期Ｔの２倍の時間だけ遅れて圧電素子１８を駆動した時の点線の波形の一つ目の山が重なり合う。これにより圧電素子１８が共振して、圧電素子１８の振動が高まり、吐出面５８に接している液体１１４の流動性が高まる。吐出口１９の内部や周囲に付着している異物が効果的に除去される。

そこで、駆動周期Ｔｄを固有周期Ｔの２倍以上の周期に設定することで、洗浄効果を向上できる。ただし、洗浄効果のある圧電素子１８の振動周期Ｔｄは固有周期Ｔの２倍以上の周期とぴったり同じである必要はなく、固有周期Ｔに対して一定の範囲内の周期であればよい。固有周期Ｔに対する圧電素子の駆動周期Ｔｄの倍数をｎ（２以上の自然数）として、駆動周期Ｔｄｎの最小周期をＴｄｎ＿ｍｉｎ、最大周期をＴｄｎ＿ｍａｘとすると、駆動周期Ｔｄｎは、
Tdn_min≦ Tdn ≦Tdn_max （式２）
（nは、２以上の自然数）
と表すことができる。一例として、Ｔｄｎ＿ｍｉｎ＝ｎ×Ｔ－（Ｔ×０．２）、Ｔｄｎ＿ｍａｘ＝ｎ×Ｔ＋（Ｔ×０．２）である。図１０（Ｂ）は圧電素子１８に与えられる駆動信号の波形を示している。横軸は時間であり、縦軸は電圧を示している。図９の例と同様に図示の駆動信号は一例として台形波である。

倍数ｎ＝２の場合、圧電素子１８の固有周期Ｔが4.5μsecであれば、駆動周期Ｔｄ２は、８１μsec≦ Td2 ≦9.9μsecとなる。駆動周期Ｔｄ２を駆動周波数ｆ２で表すと、１０１KHz≦ ｆ2 ≦１２３KHzとなる。

倍数ｎの値が大きくなると、駆動周期Ｔｄｎが長くなる結果、圧電素子１８の駆動と駆動の間で液体１１４の流動が弱くなり、洗浄効果が低下する場合がある。この観点で、倍数ｎは７以下の自然数であってもよい。

＜第三実施形態＞
洗浄中、吐出ヘッド１０とキャップ８１との間の液体１１４を濾過しつつ循環してもよい。図１１は本実施形態の構成例を示す図である。回復部８０’は、洗浄装置６０を備える。洗浄装置６０は、各吐出口１９を洗浄液で洗浄する装置であり、循環装置６１と、キャップ８１に代わるキャップ８１’と、フィルタ６６とを備える。洗浄液は例えば液体１１４と同様の液体であり、或いは、液体１１４に含まれる材料の一つを用いた液体である。複数種類の洗浄液を一回の洗浄に用いてもよく、例えば、液体１１４と異なる液体を洗浄液として用いた洗浄の後に、液体１１４を洗浄液として用いて洗浄を行ってもよい。

キャップ８１’は吐出ヘッド１１に着脱可能に装着される。循環装置６１はキャップ８１’に対して供給・排出される洗浄液を循環する機構である。フィルタ６６は洗浄液に循環経路の途中に設けられており、洗浄液を浄化する。洗浄液を循環させることで、洗浄液の消費量を削減できる。

循環装置６１は、洗浄液を貯留する容器ＴＫと、配管６２及び６３と、ポンプ６５とを含む。配管６２は容器ＴＫとキャップ８１’とを接続し、洗浄液の供給側の流路を形成する。配管６３は容器ＴＫとキャップ８１’とを接続し、洗浄液の排出側（回収側）の流路を形成する。ポンプ６５は本実施形態では配管６２の途中に設けられており、洗浄液をキャップ８１’へ圧送する。フィルタ６６は配管６２の途中でかつポンプ６５の下流側に設けられており、配管６２を流れる洗浄液を浄化する。仮にポンプ６５の発塵が洗浄液に混入してもフィルタ６６で除去される。

吐出ヘッド１１の底面には、タイル７５が設けられている。タイル７５は、複数の吐出口１９が形成された吐出面５８と、吐出面５８を保護する保護部材７３と、吐出面５８と保護部材７３との隙間を埋める充填剤７４とを保持している。

キャップ８１’は、吐出面５８に洗浄液が接するように洗浄液の保持空間を内部に形成する部材である。キャップ８１’は、例えば、金属溶出の懸念のないＰＴＦＥ樹脂の切削部品である。加工成型後のキャップ８１’には、酸洗浄を実施することにより物理的・化学的にクリーンな状態でキャップ８１’を用いることができる。

キャップ８１’には供給口８１ａ及び複数の排出口８１ｂが形成されている。供給口８１ａは配管６２に接続され、複数の排出口８１ｂは配管６３に接続されている。ポンプ６５から圧送される洗浄液は供給口８１ａを介してキャップ８１’内へ供給され、複数の排出口８１ｂを介してキャップ８１’内から排出される。

キャップ８１’内へ圧送される洗浄液の圧力（Ｐ１とする）は、ポンプ６５が有する不図示の圧力計によって測定することが可能である。吐出ヘッド１１の内部の圧力（Ｐ２とする）を圧力制御装置１３によって制御することで、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との大小関係を制御することができる。

本実施形態の場合も、第一実施形態の図４及び図５に示した処理手順で吐出口１９の洗浄を行うことができる。図５のＳ１３においてキャップ８１’と吐出面５８の間に洗浄液を充填する場合、容器ＴＫに貯留された洗浄液を用いることができる。この場合、ポンプ６５を駆動させ、キャップ８１’内に洗浄液を供給する。

洗浄中、圧電素子１８を駆動周期Ｔｄで駆動する一方で、ポンプ６５を駆動してキャップ８１’と容器ＴＫとの間で洗浄液を循環する。洗浄液の循環によって吐出口１９の周辺での洗浄液の流動を高めることができる。圧電素子１８の駆動により吐出口１９の周囲から分離した異物は、循環装置６１の作用によりフィルタ６６に到達して捕捉される。洗浄液はフィルタ６６で浄化されるので繰り返し使うことができ、長時間洗浄を行った場合でも、洗浄液の消費量を抑えることができる。

＜実施形態の開示＞
上記実施形態は、以下の各項目の発明を開示している。

項目．１
液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
前記吐出口に設けられた振動素子と、
前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記振動素子の振動特性を検出する検出手段と、
前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出手段の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．２
項目１に記載の液体吐出装置であって、
前記制御手段は、前記検出結果に基づいて前記振動素子の固有周期を特定し、該固有周期に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．３
項目２に記載の液体吐出装置であって、
前記固有周期をＴ、前記駆動周期をＴｄとすると、
Ｔ≦Ｔｄ≦Ｔ×１．２
の関係を満たす、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．４
項目２に記載の液体吐出装置であって、
前記固有周期をＴ、前記駆動周期をＴｄとすると、
（ｎ×Ｔ－Ｔ×０．２）≦Ｔｄ≦（ｎ×Ｔ＋Ｔ×０．２）
但し、ｎは２以上の自然数
の関係を満たす、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．５
項目２乃至項目４のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
項目１に記載の液体吐出装置であって、
前記吐出面には、複数の前記吐出口が開口し、
前記振動素子は、前記吐出口毎に設けられており、
前記制御手段は、前記振動素子毎に前記固有周期を特定し、前記駆動周期を設定する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．６
項目１に記載の液体吐出装置であって、
前記振動素子は、駆動信号の供給により駆動し、前記吐出口から液体を吐出させるエネルギを発生する圧電素子であり、
前記制御手段は、
前記吐出口から吐出対象物に液体を吐出させる場合と、前記吐出口を洗浄する場合とで、単位時間あたりの数が異なる駆動信号で前記圧電素子を駆動する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．７
項目６に記載の液体吐出装置であって、
前記駆動信号の波形は、台形波、矩形波、のこぎり波、又は、三角波である、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．８
項目１乃至項目７のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記吐出面と前記保持部材との間に保持された液体を回収する回収容器を備える、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．９
項目１乃至項目７のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
容器と、前記吐出面と前記保持部材との間の空間とで、フィルタを介して液体を循環させる循環手段を備える、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．１０
項目１に記載の液体吐出装置であって、
前記振動素子は、前記吐出口に連通した液室に配置された圧電素子であり、
前記検出手段は、前記圧電素子の駆動による前記液室での液体の振動により前記圧電素子が出力する逆起電力を検出する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．１１
項目１０に記載の液体吐出装置であって、
前記制御手段は、
前記逆起電力の信号波形に基づく前記吐出口の吐出状態の検査と、
前記逆起電力の信号波形に基づく前記駆動周期の設定と、を行う、
ことを特徴とする液体吐出装置。

項目．１２
液体吐出装置を備え、該液体吐出装置から液体を吐出して基板にインプリント処理を行うインプリント装置であって、
前記液体吐出装置は、
液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
前記吐出口に設けられた振動素子と、
前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
前記振動素子の振動特性を検出する検出手段と、
前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出手段の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御手段と、を備える、
ことを特徴とするインプリント装置。

項目．１３
項目１２に記載のインプリント装置であって、
前記制御手段は、前記液体吐出装置が前記インプリント装置に搭載される前に前記駆動周期を設定する、
ことを特徴とするインプリント装置。

項目．１４
液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
前記吐出口に設けられた振動素子と、
前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
前記振動素子の振動特性を検出する検出工程と、
前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出工程の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御工程と、を備える、
ことを特徴とする制御方法。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１１ 吐出ヘッド、１８ 振動素子（圧電素子）、８１ キャップ、１０６ａ 制御部、１３０ 液体吐出装置

Claims (14)

1. 液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
   前記吐出口に設けられた振動素子と、
   前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
   を備えた液体吐出装置であって、
   前記振動素子の振動特性を検出する検出手段と、
   前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出手段の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御手段と、を備える、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
2. 請求項１に記載の液体吐出装置であって、
   前記制御手段は、前記検出結果に基づいて前記振動素子の固有周期を特定し、該固有周期に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
3. 請求項２に記載の液体吐出装置であって、
   前記固有周期をＴ、前記駆動周期をＴｄとすると、
   Ｔ≦Ｔｄ≦Ｔ×１．２
   の関係を満たす、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
4. 請求項２に記載の液体吐出装置であって、
   前記固有周期をＴ、前記駆動周期をＴｄとすると、
   （ｎ×Ｔ－Ｔ×０．２）≦Ｔｄ≦（ｎ×Ｔ＋Ｔ×０．２）
   但し、ｎは２以上の自然数
   の関係を満たす、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
5. 請求項２に記載の液体吐出装置であって、
   前記吐出面には、複数の前記吐出口が開口し、
   前記振動素子は、前記吐出口毎に設けられており、
   前記制御手段は、前記振動素子毎に前記固有周期を特定し、前記駆動周期を設定する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
6. 請求項１に記載の液体吐出装置であって、
   前記振動素子は、駆動信号の供給により駆動し、前記吐出口から液体を吐出させるエネルギを発生する圧電素子であり、
   前記制御手段は、
   前記吐出口から吐出対象物に液体を吐出させる場合と、前記吐出口を洗浄する場合とで、単位時間あたりの数が異なる駆動信号で前記圧電素子を駆動する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
7. 請求項６に記載の液体吐出装置であって、
   前記駆動信号の波形は、台形波、矩形波、のこぎり波、又は、三角波である、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
8. 請求項１に記載の液体吐出装置であって、
   前記吐出面と前記保持部材との間に保持された液体を回収する回収容器を備える、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
9. 請求項１に記載の液体吐出装置であって、
   容器と、前記吐出面と前記保持部材との間の空間とで、フィルタを介して液体を循環させる循環手段を備える、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
10. 請求項１に記載の液体吐出装置であって、
    前記振動素子は、前記吐出口に連通した液室に配置された圧電素子であり、
    前記検出手段は、前記圧電素子の駆動による前記液室での液体の振動により前記圧電素子が出力する逆起電力を検出する、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
11. 請求項１０に記載の液体吐出装置であって、
    前記制御手段は、
    前記逆起電力の信号波形に基づく前記吐出口の吐出状態の検査と、
    前記逆起電力の信号波形に基づく前記駆動周期の設定と、を行う、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
12. 液体吐出装置を備え、該液体吐出装置から液体を吐出して基板にインプリント処理を行うインプリント装置であって、
    前記液体吐出装置は、
    液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
    前記吐出口に設けられた振動素子と、
    前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
    前記振動素子の振動特性を検出する検出手段と、
    前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出手段の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御手段と、を備える、
    ことを特徴とするインプリント装置。
13. 請求項１２に記載のインプリント装置であって、
    前記制御手段は、前記液体吐出装置が前記インプリント装置に搭載される前に前記駆動周期を設定する、
    ことを特徴とするインプリント装置。
14. 液体を吐出する吐出口が開口した吐出面を有する吐出手段と、
    前記吐出口に設けられた振動素子と、
    前記吐出面に対向して配置され、前記吐出面との間で液体を保持可能な保持部材と、
    を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
    前記振動素子の振動特性を検出する検出工程と、
    前記吐出口を洗浄する場合に、前記吐出面と前記保持部材との間に液体が保持された状態で、前記検出工程の検出結果に基づく駆動周期で前記振動素子を駆動する制御工程と、を備える、
    ことを特徴とする制御方法。

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