JP7321755B2 - 吐出材充填装置 - Google Patents

Description

本開示は、吐出材充填装置に関する。

収容容器に収容された液体または液状の吐出材を吐出ヘッドから吐出する吐出材吐出装置がある。特許文献１には、可撓性部材によって２つの収容空間に分けられた液体収容ユニットを用いるインプリント装置が記載されている。この液体収容ユニットの第１の収容空間には吐出材である第１の液体が収容され、第２の収容空間には第２の液体が収容される。この第２の収容空間の内圧を制御することによって、間接的に第１の収容空間の内圧が調整される。

特開２０１８－１６０６８４号公報

特許文献１の記載の第１の収容空間は可撓性部材によってその容積が変動するため、第１の収容空間に吐出材を充填しようとすると吐出材の充填量が所望の量より少なくなる虞がある。また、第１の収容空間に充填する吐出材には不純物が含まれている虞がある。

本発明では、吐出材吐出装置の吐出材の収納容器に吐出材を適切に充填することを目的とする。

本開示に係わる吐出材充填装置は、吐出材を吐出する吐出口を有する吐出ヘッドと、可撓性膜によって内部空間が、前記吐出材を収容する第１収容空間と、作動液を収容する第２収容空間と、に分離された収容容器と、を有する吐出材吐出装置であって前記可撓性膜が、前記第１収容空間を覆う第１フィルムと、前記第２収容空間を覆う第２フィルムと、で構成されており、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に膜間空間を有する前記吐出材吐出装置の前記第１収容空間に、前記吐出材を充填する吐出材充填装置であって、前記第１収容空間に充填する吐出材を収容するタンクと、前記タンクと前記第１収容空間とを含む循環路を形成するための管と、前記循環路で吐出材を循環させるための送液手段と、前記循環路に配されたフィルタと、前記第１収容空間と前記第２収容空間との圧力を調整する圧力調整手段と、を有し、前記圧力調整手段は、前記吐出材の充填中に、前記膜間空間が大気開放されている場合は、前記第１収容空間の圧力および前記第２収容空間の圧力を大気圧より陽圧である所定の圧力に調整することを特徴とする。

本開示による技術によれば、吐出材吐出装置の吐出材の収納容器に吐出材を適切に充填することができる。

インプリント装置の構成を説明するための図。 吐出材吐出装置の構成を説明するための図。 吐出ヘッドの拡大図。 吐出材収容ユニットの構成を示す図。 吐出材を充填する比較例を説明するための図。 吐出材充填装置および膜間圧力調整装置の構成を説明するための図。

以下に、添付の図面を参照して実施形態を例示的に詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
［インプリント装置について］
図１はインプリント装置の構成を示す概略図である。インプリント装置１０１は、半導体デバイスなどの各種のデバイスの製造に使用される。基板１１１上には、未硬化の樹脂（レジストまたはインプリント材ともいう）４０が付与されている。尚、未硬化の樹脂４０は、後述する吐出材吐出装置１０によって吐出されたものであるから、吐出材ともいう。インプリント装置１０１は、未硬化のレジスト４０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）の照射によってレジスト４０を硬化させる。その後、硬化後のレジスト４０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上に転写するインプリント処理を行う装置である。

レジスト４０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性の樹脂である。レジスト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。

インプリント装置１０１は、光照射部１０２と、モールド保持機構１０３と、基板ステージ１０４と、吐出材吐出装置１０と、制御部１６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を介してレジスト４０に照射される。紫外線１０８の波長は、硬化させるレジスト４０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等の凹凸パターンが３次元で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方向に移動させてモールド１０７をレジスト４０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方向に移動させてモールド１０７をレジスト４０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ある。

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の中心部がレジスト４０に接触するようになる。よって、モールド１０７がレジスト４０に押し付ける際に、パターン部１０７ａとレジスト４０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レジスト４０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、レジスト４０が付与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、モールド１０７が基板１１１上のレジスト４０と接触する前の段階における基板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。

吐出材吐出装置１０（以下、吐出装置という）は、吐出材として未硬化のレジスト４０を吐出して、基板１１１上に付与する装置である。吐出装置１０は、吐出材収容ユニット１００と、吐出材収容ユニット１００の収容容器内の圧力を制御する圧力制御部２０と、を有する。吐出材収容ユニット１００は、吐出材を収容する収容容器１３（図２参照）と収容容器に装着される吐出ヘッド１４（図２参照）とを備える。吐出装置１０はインプリント装置１０１から着脱可能である。収容容器１３に収容されている吐出材が消費された場合、吐出装置１０に装着されている吐出材収容ユニット１００を、吐出材が収容された他の吐出材収容ユニットと交換することができる。吐出装置１０の構成の詳細については後述する。

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に付与されたレジスト４０のパターンを撮像して画像情報として制御部１６に出力する。

制御部１６は、インプリント装置１０１の各構成要素の動作などを制御する。制御部１６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１６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。

制御部１６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、および吐出手段１０５の動作を制御する。尚、制御部１６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、インプリント装置とは別の他の装置として実現されてもよい。また、制御部１６は、１台のコンピュータではなく複数台のコンピュータで構成されていてもよい。

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。

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１６は、基板搬送機構（不図示）に、基板１１１を基板チャック１１９上に載置させる。基板１１１が基板チャック１１９上に載置されたら、制御部１６は基板チャック１１９上に基板１１１を固定させる。そして、制御部１６は、吐出装置１０が基板１１１上にレジスト４０を吐出することができる位置へ基板ステージ１０４を移動させる。次に、制御部１６は駆動信号を生成する。その駆動信号に基づき、吐出装置１０は、基板１１１上のパターン形成領域にレジスト４０を付与する。次に、制御部１６は、基板１１１上のパターン形成領域がパターン部１０７ａの直下に位置するように基板ステージ１０４を移動させる。次に、制御部１６は、モールド駆動機構１１６を駆動させ、基板１１１上のレジスト４０にモールド１０７を押し付ける。この押型工程により、パターン部１０７ａの凹凸部にレジスト４０が充填される。この状態で制御部１６は、光照射部１０２に、モールド１０７の上面から紫外線１０８を照射させレジスト４０を硬化させる。レジスト４０が硬化した後、制御部１６は、モールド駆動機構１１６を再び駆動させ、モールド１０７をレジスト４０から引き離させる。モールド１０７を離型させることにより、基板１１１上にパターン部１０７ａの凹凸部に応じた３次元形状のレジスト４０のパターンが成形される。

インプリント処理では、基板１１１上の全ての領域にパターンを形成する場合がある。この場合は、制御部１６は、基板ステージ１０４を移動させてパターン形成領域を変更させて、上記の一連の動作を複数回実施することで、１枚の基板１１１上に複数のレジスト４０のパターンを成形することができる。

［吐出材吐出装置の構成］
図２は、吐出装置１０の概略構成図である。本実施形態の吐出装置１０の圧力制御部２０は、大気連通する内部に作動液３５を貯留するメインタンク３４と、大気連通しかつメインタンク３４と連通可能な内部に作動液３５を貯留するサブタンク２６と、を有する。また、吐出装置１０の吐出材収容ユニット１００は、吐出材を収容する収容容器１３と、収容容器１３に装着される吐出ヘッド１４とを有する。本実施形態において吐出材は未硬化のレジスト４０である。尚、収容容器１３と吐出ヘッド１４とは、別体として構成されていてもよく、一体的に構成されていてもよい。収容容器１３は、カートリッジ式であってもよい。さらに本実施形態の吐出装置１０には、膜間圧力調整装置５７が備えられている。

［吐出ヘッドの構成］
図３は、吐出ヘッド１４における吐出口１５近傍の拡大図である。吐出ヘッド１４は、吐出ヘッドの外面（吐出面）に開口する吐出口１５から吐出材を吐出可能である。本実施形態の吐出口１５は、吐出ヘッド１４の吐出面において、１インチ当たり５００から１０００個の密度で配設されている。

吐出ヘッド１４において、吐出口１５のそれぞれに対応して設けられた圧力室１９内には、エネルギ発生素子１８が実装されている。エネルギ発生素子１８は、吐出材を微細液滴、例えば１ｐＬ（ピコリットル）などの液滴として吐出可能なエネルギを発生することができるものであればよく、具体例として、ピエゾ素子（圧電素子）または発熱抵抗体素子等を挙げることができる。ピエゾ素子を用いる場合は、発熱抵抗体素子を用いる場合と比べて温度変化（昇温）による吐出特性への影響が小さいので、高温下での使用が可能となる。そのため、粘性の高い樹脂など幅広い種類の吐出材を用いることができる。また、発熱抵抗体素子を用いる場合は、一般的に製造コストが相対的に廉価であり得る。本実施形態におけるエネルギ発生素子１８は、ピエゾ素子であり、ピエゾ素子を駆動制御することにより、圧力室１９内の容積を変化させて、圧力室１９内の吐出材を吐出口１５から吐出させる。ピエゾ素子は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）技術を用いて実装されてもよい。

各圧力室１９は、共通液室５６と連通している。共通液室５６は、収容容器１３の第１収容空間５と連通している。吐出口１５から吐出される吐出材は、第１収容空間５から共通液室５６を経て圧力室１９に供給される。吐出ヘッド１４は、第１収容空間５との間に制御弁を持たない。そのため、第１収容空間５の内圧は、吐出ヘッド１４の吐出口１５の外部の大気圧（外気圧）よりも若干負圧であるように制御される。この負圧制御により、吐出口１５内の吐出材は、外気との界面でメニスカスを形成し、意図しないタイミングでの吐出口からの吐出材の漏出（滴下）が抑制される。本実施形態では、第１収容空間５の内圧は、外気圧よりも０．４０±０．０４ｋＰａだけ負圧になるように制御される。

［第１収容空間内と第２収容空間内との圧力関係］
第１収容空間５と第２収容空間６との間において内圧の差が生じると、それぞれ可撓性を有する第１フィルム１および第２フィルム２は内圧の低い側へと移動し、内圧差が無くなった時点で移動を停止する動きを繰り返す。そのため、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧を相互に等しい状態に保つことができる。

より具体的に説明する。吐出ヘッド１４から吐出材が吐出されると、その吐出された吐出材の分だけ、第１収容空間５内の吐出材の容積が減って、その第１収容空間５の内圧が下がる。このとき、第２収容空間６の内圧は、第１収容空間５の内圧よりも相対的に高くなる。可撓性の第１フィルム１と第２フィルム２との間の膜間空間８は、後述するように第１収容空間５の内圧または第２収容空間６の圧力よりも負圧になるように制御されている。よって、第１収容空間５の内圧が下がることに応じて第１フィルム１と第２フィルム２とは一体となって第１収容空間５側へ移動する。それと同時に、サブタンク２６から、管２４および作動液用管１２を介して作動液３５が第２収容空間６内に吸い上げられる。これにより、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧は、再び等しくなって平衡状態となる。

図２に示すように、サブタンク２６は、管２５によって外部空間と連通しているため、その内圧は大気圧と等しい。サブタンク２６内と第２収容空間６とを連通する管２４には作動液３５が満たされており、且つ、鉛直方向におけるサブタンク２６内の作動液３５の液面位置（以下、「液面高さ」ともいう）は、吐出ヘッド１４の吐出口１５よりも低い位置に設定されている。サブタンク２６内の作動液３５の液面位置と、吐出口１５が開口する吐出面の位置と、の高さの差（鉛直方向における距離）をΔＨとする。本実施形態では、吐出口１５内において吐出材のメニスカスが形成される状態を維持するように、差ΔＨを設定する。つまり、吐出材が吐出口１５から外部に漏出または滴下したり、メニスカスが過度に奥部（例えば、共通液室近傍）に引込んだりすることがないように、差ΔＨを設定する。具体的には、第１収容空間５の内圧を、外気圧に対して０．４０±０．０４ｋＰａだけ低い値に制御するように、高さの差ΔＨを４１±４ｍｍに設定する。高さの差ΔＨは、適宜設定することができる。

［圧力制御部の構成］
次に、圧力制御部２０について説明する。圧力制御部２０では、基準となる液面高さに対して、サブタンク２６内の作動液の液面高さが所定の範囲から外れたときに、補正動作が実行される。上記の例で説明すると、基準となる液面高さ（吐出口１５より４１ｍｍだけ低い高さ）に対して、サブタンク２６内の作動液の液面高さが所定の範囲（基準となる液面高さ±４ｍｍの範囲）から外れたときに、補正動作が実行される。補正動作は、メインタンク３４とサブタンク２６との間における作動液の移動によって、サブタンク２６内の作動液の液面高さを所定の範囲に収める「液面調整」の動作である。

サブタンク２６には、液面センサ４１が設置されている。本実施形態における液面センサ４１は、サブタンク２６内の作動液の液面高さおよびその変化（変位）を検知可能なセンサである。メインタンク３４とサブタンク２６とは、制御弁３１およびポンプ３２を備える管３３を介して連通可能となっている。制御部１６は、制御弁３１およびポンプ３２を駆動させて、サブタンク２６の作動液の液面高さを所望の範囲内に制御（液面調整）する。具体的には、液面センサ４１によって、サブタンク２６の作動液３５の液面高さが所定の範囲よりも下がったことが検知されたときに、制御弁３１を開放し、ポンプ３２を駆動させて、メインタンク３４からサブタンク２６に作動液を供給する。また、液面センサ４１によって、サブタンク２６内の作動液３５の液面高さが所定の範囲内にあることが検知されたときに、ポンプ３２の駆動を停止し、制御弁３１を閉鎖させて、メインタンク３４からサブタンク２６への作動液の供給を止める。また、制御弁３１とポンプ３２を制御することにより、サブタンク２６からメインタンク３４に作動液を戻すこともできる。これにより、サブタンク２６内の液面高さは、所定の範囲内に維持される。

サブタンク２６は、その内部の天井面（鉛直方向における最上部）が吐出ヘッド１４の吐出口１５よりも鉛直方向において低くなるように配置されることが好ましい。このように配置することにより、仮に、上述の液面調整によってサブタンク２６が満水状態になるまでメインタンク３４から作動液が供給されたとしても、サブタンク２６内の作動液３５の液面位置が吐出口１５の吐出面の位置よりも高くなることはない。つまり、サブタンク２６の天井面によって、サブタンク２６内の作動液３５の液面高さが制限されるため、作動液３５の液面と吐出口との鉛直方向における相対的な位置関係（高低関係）が維持され、高さの差ΔＨは０（零）に至ることはない。したがって、外気圧に対して、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧を負圧に保つことが可能となり、吐出口１５からの吐出材の漏出および滴下を抑制することができる。

第２収容空間６とサブタンク２６とは、管２４および作動液用管１２を介して連通されていると共に、ポンプ２２を備える管２３および作動液用管１１を介しても連通可能となっている。吐出装置１０に対して、収容容器１３を一度取り外して再度取り付けた場合、管２４に泡が入る可能性がある。その場合には、バルブ５３、５４を開いてポンプ２２を作動させ、管２４、作動液用管１２、第２収容空間６、作動液用管１１、および管２３を通して作動液３５を循環させる。作動液をサブタンク２６に送ることによって、管２４内の泡を取り除くことができる。バルブ５３、５４は、ポンプ２２を使用しないときに閉じ、ポンプ２２を使用するときに開く。

ポンプ２２およびポンプ３２の例として、シリンジポンプ、チューブポンプ、ダイアフラムポンプ、ギアポンプ等が挙げられる。ただし、ポンプ２２およびポンプ３２は、送液手段の機能を有していればよいため、ポンプに限定されるわけではなく、吐出材の吐出装置に適した送液手段を選定することが可能である。

作動液は、気体に比べて、外的な温度および圧力による密度（体積）の変化が無視できるほど小さい、非圧縮性を有する物質である。そのため、吐出装置１０の周辺の気温または気圧が変化しても、作動液の体積はほとんど変化しない。作動液としては、例えば、水のような液体およびゲル状物質から選択される物質を用いることができる。通常、吐出材の密度と作動液の密度との差は、吐出材の密度と気体の密度との差に比べて小さくなる。

［収容容器について］
収容容器１３の内部空間は、隔壁として機能する第１フィルム１および第２フィルム２を含む可撓性膜によって、第１収容空間５と第２収容空間６とに分離されている。第１収容空間５と第２収容空間６との間（即ち、第１フィルム１と第２フィルム２との間）には、膜間空間８が形成される。膜間空間８が形成されることにより、第１フィルム１が破損しても、吐出材と作動液とが混ざるのを抑制することができる。

膜間空間８と連通する膜間排気用管７には膜間圧力調整装置５７が接続される。膜間圧力調整装置５７は膜間空間８内の気体（空気）を吸引し、膜間空間８内を第１収容空間５または第２収容空間６の内圧よりも負圧状態に維持し、第１フィルム１と第２フィルム２との少なくとも一部を密着させることができる。このため、第１フィルム１と第２フィルム２とが連動して一体的に変形して移動可能になる。よって、サブタンク２６の液面調整をすることで第２収容空間６内の内圧を制御し、間接的に第１収容空間５の内圧が制御される。

収容容器１３は、充填用管３、４、作動液用管１１、１２、及び膜間排気用管７を有する。充填用管３、４、作動液用管１１、１２、及び膜間排気用管７には、それぞれ管を密封するバルブ５１～５５が備えられている。

作動液用管１１と圧力制御部２０の管２３とはそれぞれの接続部を介して接続されており、作動液用管１２と圧力制御部２０の管２４とはそれぞれの接続部を介して接続されて連通している。また、膜間圧力調整装置５７と膜間排気用管７とは、それぞれの接続部を介して接続され連通している。それぞれの接続部における接続は分離可能な構成となっており、吐出材収容ユニット１００の収容容器１３から膜間圧力調整装置５７と圧力制御部２０とを取り外すことができる。

作動液用管１１、１２、及び膜間排気用管７には、接続部として、分離されると密封状態となる密封機構を持つカプラが設けられていてもよい。その場合、管２３、２４、および膜間圧力調整装置５７についても接続部としてカプラが設けられ、それぞれのカプラを介して、収容容器１３と、膜間圧力調整装置５７および圧力制御部２０とが分離可能に接続されてもよい。密封機構を持つカプラはバルブ５３～５５の代わりに設けられてもよい。

図４は、吐出装置１０から吐出材収容ユニット１００を取り外した状態の図である。図４に示すように吐出装置１０から吐出材収容ユニット１００を取り外して、吐出材収容ユニット１００だけを吐出材の充填等のために輸送することができる。膜間空間８には、膜間圧力調整装置５７を膜間排気用管７から取り外すときに空気が侵入することがある。また、収容容器１３内に吐出材が収容されていない場合、収容容器１３の圧力は外部の大気圧（外気圧）より負圧である必要はない。このため、吐出材が収容されていない収容容器１３を輸送する場合、膜間空間８の圧力についても大気圧の状態で運ばれることがある。

［吐出材充填装置および膜間圧力調整装置について］
図５は、吐出材充填装置２００（以下、充填装置という）によって吐出材の充填する場合の比較例を示す図である。上述したように本実施形態の収容容器１３には膜間空間８が形成されている。膜間空間８に空気が侵入して膜間空間８が拡張していると第１収容空間５の容積が減少する。例えば、充填装置２００による吐出材の充填中において、吐出口１５からの吐出材の漏出および滴下を抑制するため、第１収容空間５および第２収容空間６の圧力は大気圧より負圧に調整されることがある。この場合、吐出材の充填中において膜間空間８の圧力が大気圧と略同一の圧力であると膜間空間８は拡張する。吐出材の充填中に膜間空間８が拡張すると、図５に示すように、第１収容空間５の容積が小さくなり、吐出材の充填量が所定の量より少なくなる。このため、本実施形態では、膜間空間８が拡張しないようにして吐出材の充填を行うための膜間圧力調整装置６６の説明を行う。

また、モールド１０７または基板１１１にパーティクルが付着した状態でモールド１０７を基板１１１の上のレジストに接触させてパターンの形成を行うと、欠如した部分を有するパターンが形成されたり、基板１１１またはモールド１０７が破損したりしうる。このため充填する吐出材には、パーティクルが含まれないようにすることが求められる。パーティクルが含まれないように吐出材を充填する充填装置の説明を行う。

図６は、本実施形態の充填装置２００および膜間圧力調整装置６６を説明するための図である。本実施形態における充填装置２００は、吐出材サーバーボトル６０、ポンプ６１、脱気ユニット６２、パーティクルフィルタ６３、パーティクルカウンタ６４を有する。充填装置２００は、吐出装置１０の第１収容空間５に吐出材を充填する装置である。

充填装置２００の各ユニットは、吐出材耐性があり、金属溶出やパーティクルの生じ難いものを用いる。例えば、ポンプ６１の機構はダイアフラム式が好ましく、パーティクルフィルタ６３の材質はポリエチレン製を用いるのが好ましい。パーティクルフィルタ６３は、パーティクル仕様に合わせて、２つ以上を連結してもよいし、フィルタリングのサイズも５ｎｍ＋２０ｎｍなど自由に組み合わせればよい。

充填用管３と充填装置２００の管４３とは、それぞれの接続部を介して接続されて連通可能になると共に、充填用管４と充填装置２００の管４４とは、それぞれの接続部を介して接続されて連通可能となる。

吐出装置１０の第１収容空間５と連通された充填装置２００は、バルブ５１、５２を開いて、ポンプ６１を作動させることにより、吐出材サーバーボトル６０の吐出材を吐出装置１０の第１収容空間５に充填することができる。また、充填装置２００の管４３、４４によって第１収容空間５および吐出材サーバーボトル６０を含む循環路が形成されている。このため、ポンプ６１を作動させることにより、吐出材サーバーボトル６０、管４４、充填用管４、第１収容空間５、充填用管３、および管４３の順に吐出材が流れる循環路で吐出材を循環させることができる。

充填装置２００の管４４にはパーティクルフィルタ６３が配されている。このため、吐出材を循環路で循環させることで、吐出材サーバーボトル６０の吐出材に含まれるパーティクルをパーティクルフィルタ６３によってろ過することにより取り除くことができる。さらに図６に示すように充填装置２００の管４４には脱気ユニット６２が設けられていてもよい。脱気ユニット６２を設けることで吐出材サーバーボトル６０の吐出材に溶解している気体を脱気手段である脱気ユニット６２によって取り除くことができる。ポンプ６１は、送液手段の機能を有していればよいため、ポンプに限定されるわけではなく、充填装置２００に適した送液手段を選定することが可能である。

膜間圧力調整装置６６は圧力を調整可能な装置である。膜間圧力調整装置６６は、圧力調整機構として例えば真空ポンプ等が備えられている。膜間圧力調整装置６６は圧力調整機構を制御して膜間空間８の空気を吸引することができる。また、膜間圧力調整装置６６は接続部として分離されると密封状態となる密封機構を持つカプラが設けられており、膜間排気用管７のカプラと分離可能に接続されてもよい。

さらに膜間圧力調整装置６６には操作を受け付けるインターフェイス部を有する。膜間圧力調整装置６６は、インターフェイス部を介して受け付けられる操作に応じて、膜間空間８の圧力を調整する。インターフェイス部は例えば、コンピュータ等の制御装置と接続可能なコネクタ、または、ユーザが操作するボタンまたはハンドル等の操作部である。

［吐出材の充填方法について］
次に、充填装置２００による吐出装置１０の収容容器１３へ吐出材の充填を行う前の準備について説明をする。所定の冶具（不図示）を用いて第２収容空間６に、作動液用管１１、１２を介して、所定量の作動液を充填する。充填が終わったら、作動液用管１１、１２に設けられたバルブ５３、５４を閉じる。この時点では、第１収容空間５は空である。つまり、第１収容空間５内にあるのは空気である。また、バルブ５１、５２のいずれかは、開放されている。

次に、吐出材サーバーボトル６０から送られる吐出材が、脱気ユニット６２、パーティクルフィルタ６３、パーティクルカウンタ６４の順に通るように充填装置２００の管４３、４４と吐出装置１０の充填用管３、４とを接続する。

充填用管３、４には、接続部として、分離されると密封状態になる密封機構を持つカプラが設けられていてもよい。その場合、管４３、４４についても接続部として同様のカプラが設けられ、それぞれのカプラを介して、収容容器１３と充填装置２００とが分離可能に接続されてもよい。密封機構を持つカプラはバルブ５１、５２の代わりに設けられてもよい。

吐出材サーバーボトル６０に、第１収容空間５に充填する吐出材が所定量入れられる。吐出材サーバーボトル６０は、充填する吐出材を収容するタンクである。吐出材サーバーボトル６０は、吐出材サーバーボトル６０に入れられた吐出材の液面が吐出ヘッド１４より数十ｍｍ低い位置になるように設置される。具体的には、３０乃至５０ｍｍ低く設置するとよい。吐出材サーバーボトル６０の液面を吐出口１５より低くすることにより、第１収容空間５の圧力を大気圧より低くくし、吐出口のメニスカスを保つようにして吐出材が吐出口１５から漏出することを抑制することができる。

次に、膜間排気用管７に膜間圧力調整装置６６を接続して、バルブ５５を開放し、膜間圧力調整装置６６が膜間空間８の圧力を第１収容空間５および第２収容空間６の圧力以下の第１の圧力に調整する。膜間空間８の圧力は、第１フィルム１および第２フィルム２の２枚のフィルムの動きが制限されないような圧力になるように調整されて維持されるのが好ましく、第１の圧力は大気圧より３ｋＰａ乃至６ｋＰａ低い圧力であるのが好ましい。

次に、充填装置２００による吐出装置１０への吐出材の充填手順を説明する。吐出材の充填は上述した準備が終わった後に行われる。吐出材の充填時において、充填時の加圧や衝撃によって吐出ヘッド１４に設けた吐出口１５から吐出材が漏れるのを抑制するため、吐出ヘッド１４の吐出面にはキャップ部材であるヘッドキャップ７０によってキャップがされる。

バルブ５１、５２が開放された後にポンプ６１が駆動され、吐出材サーバーボトル６０の吐出材が第１収容空間５に充填される。第１収容空間５に充填される吐出材の充填量は準備において充填された作動液により制御される。第１収容空間５の空気は、吐出材サーバーボトル６０に設けた大気開放口６５より排出される。

吐出材を所定の充填量だけ第１収容空間５に充填した後も、引き続きポンプ６１が駆動され、図６の矢印Ａの方向に吐出材が循環される。図６に示すように第１収容空間５の鉛直方向の下方（－Ｚ方向）から上方（Ｚ方向）に吐出材を流す。このように吐出材を流すことにより仮に充填中に気泡が発生しても、その気泡は浮力によって下から上に向かって移動するため、循環路内から気泡を抜きやすくできる。

パーティクルカウンタ６４は循環している吐出材のパーティクルを検出してパーティクルをカウントする。パーティクルカウンタ６４がカウントしたパーティクル数のカウント値が所定の値以下になるまで循環して吐出材をパーティクルフィルタ６３でろ過する。パーティクルカウンタ６４で検出された吐出材のパーティクルのカウント値が所定の値以下になった場合、吐出材の循環は停止され、バルブ５１、５２およびバルブ５５は閉じられる。

尚、パーティクルを取り除くために吐出材を循環する時間が予測できる場合がある。この場合、充填装置は、吐出材の充填後に、吐出材に含まれるパーティクルを取り除くために必要な所定の時間だけ吐出材を循環させるようにしてもよい。このため、パーティクルカウンタ６４が無い充填装置であってもよい。

吐出材の充填中において、膜間空間８の圧力は、第１収容空間５および第２収容空間６の圧力以下の圧力に調整されている。この状態でバルブ５５を閉じることによって、膜間空間８の圧力は第１収容空間５および第２収容空間６の圧力以下の第１の圧力に維持できる。このため、吐出材の充填後に吐出装置１０を輸送する場合、吐出装置１０の保管や運搬中において膜間空間８が広がることを抑制することができる。

膜間圧力調整装置６６は、膜間空間８の圧力を第１の圧力に調整するために、吐出材の充填中において常に動作している必要はなく、間欠的に動作してもよい。膜間圧力調整装置６６は、吐出材の充填中に、膜間空間８の圧力を調整するための動作を止めてもよい。例えば、膜間圧力調整装置６６は、膜間空間８の圧力を第１の圧力に調整した後にバルブ５５が閉じられたら、動作を止めてもよい。即ち、吐出材の充填をしている期間には、膜間圧力調整装置６６が膜間空間８の圧力を第１の圧力に調整している期間が少なくとも含まれればよい。

または、充填の準備中から膜間圧力調整装置６６を動作させるのではなく、吐出材の充填を開始してから充填中においても膜間圧力調整装置６６を動作させて膜間空間を第１の圧力に調整してもよい。この場合も、膜間圧力調整装置６６は、充填中において常に動作している必要はなく、吐出材の充填をしている期間には、膜間圧力調整装置６６が膜間空間８の圧力を第１の圧力に調整している期間が少なくとも含まれればよい。

膜間圧力調整装置６６には圧力が計測可能な圧力センサ等の圧力検知部が設けられていてもよい。膜間空間８の圧力は圧力検知部で監視され、膜間空間８の圧力の適正な閾値を設定しておき、膜間空間８の圧力が閾値から外れた場合に、膜間圧力調整装置６６を動作させて、膜間空間８の圧力が閾値内に収まるように制御する構成としてもよい。

または、準備において、膜間圧力調整装置６６を用いて膜間空間８の圧力を第１収容空間５および第２収容空間６の設定圧力以下の第１の圧力にした後であって、吐出装置１０に吐出材を充填する前に、バルブ５５を閉じてもよい。吐出材の充填中に膜間圧力調整装置６６を稼動させることなく膜間空間８の拡張を抑制することができる。即ち、膜間圧力調整装置６６は第１収容空間５へ前記吐出材を充填する前、および第１収容空間５への前記吐出材の充填中の少なくとも一方の場合に、膜間空間８の圧力を第１の圧力に調整することにより膜間空間８が広がるのを抑制することができる。

充填装置２００には、膜間空間８に連通する膜間排気用管７の下方に漏液センサが配置されていてもよい。第１フィルム１，第２フィルム２の何れかが破損した場合でも、その破損部から漏れ出した漏液が漏液センサへ導かれ検知することができる。または、膜間排気用管７に漏液タンクを接続してもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、吐出材の充填中においても吐出材を収容する第１収容空間５の容積が小さくなることがない。このため、吐出材を所望の量だけ充填することができる。また、本実施形態によれば、吐出材の充填後も、容器内の吐出材を循環させてろ過することができる。このため、吐出装置にパーティクル等の不純物のない吐出材を充填することができる。

尚、収容容器１３には、ポンプ等の膜間空間８の圧力を調整する圧力調整機構が設けられており、膜間圧力調整装置６６が、その圧力調整機構の駆動を制御する形態であってもよい。このような形態であってもその圧力調整機構を介して、膜間空間８の圧力を第１の圧力に調整することができる。

また、本実施形態では、膜間圧力調整装置６６と充填装置２００とは別の装置であるものとして説明したが、充填装置２００が膜間圧力調整装置６６の機能を有する圧力調整部を備えている形態でもよい。

膜間空間８の圧力が大気圧より負圧の状態に維持されたまま、充填のために吐出材収容ユニット１００が輸送されることがある。この場合、膜間圧力調整装置６６を用いないで吐出材の充填を行ってもよい。同様に充填装置２００は圧力調整部を有してなくてもよい。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、膜間空間８の大きさを調整する方法として、第１収容空間５および第２収容空間６の圧力を調整する圧力調整部の説明をする。本実施形態については、第１の実施形態からの差分を中心に説明する。特に明記しない部分については第１の実施形態と同じ構成である。

本実施形態の充填装置２００は、吐出材の充填中に、第１収容空間５および第２収容空間６を微加圧して第１収容空間５の圧力および第２収容空間６の圧力を大気圧より陽圧にする圧力調整部を有する。また、本実施形態の膜間空間８は大気開放されている。このため、膜間空間８の圧力は第１収容空間５および第２収容空間６の両方の圧力よりも負圧になるから膜間空間８が拡張することない。本実施形態の圧力調整部によって第１収容空間５および第２収容空間６の圧力を調整することにより、吐出材を所望の量だけ充填することができる。

この時、第１収容空間５、第２収容空間６、膜間空間８の圧力の関係は、第１収容空間５の圧力≧第２収容空間６の圧力≧膜間空間８の圧力の関係になるようにする。第１収容空間５の圧力≧第２収容空間６の圧力の関係にするのは、吐出材の充填中に第１収容空間５の容積が小さくなり、吐出材の充填量が少なくなるのを抑制するためである。

本実施形態の圧力調整部によって第１収容空間５および第２収容空間６の圧力を調整する前に、吐出ヘッド１４の吐出面にはキャップ手段であるヘッドキャップ７０によってキャップがされる。本実施形態では第１収容空間５の圧力が大気圧より陽圧であるため、充填装置２００の吐出材の充填する場合、吐出ヘッド１４とヘッドキャップ７０との間に吐出材が溜まることがある。このため、ヘッドキャップ７０は配管とバルブとを備えてもよい。配管とバルブとを備えるヘッドキャップと、本実施形態の充填装置とを用いて吐出材を充填する場合、吐出材の充填中は吐出材が排液されないようにバルブをクローズする。充填およびろ過の完了後、バルブをオープンにして、吐出ヘッド１４とヘッドキャップ７０との間に溜まった吐出材を配管から排出するようにしてもよい。

吐出材の充填およびろ過が完了した場合、膜間空間８の圧力が大気圧より負圧に調整された後、圧力調整部は、第１収容空間５および第２収容空間６の圧力を、大気圧より負圧であって膜間空間８の圧力より陽圧である所定の圧力に調整する。

以上説明したように本実施形態によれば、吐出材の充填中においても吐出材を収容する第１収容空間５の容積が小さくなることがない。このため、吐出材を所望の量だけ充填することができる。

尚、第１収容空間５の圧力≧第２収容空間６の圧力≧膜間空間８の圧力の関係が成立していれば、膜間空間８の圧力を大気圧より陽圧に調整する形態でもよい。例えば、第１収容空間５の圧力≧第２収容空間６の圧力≧膜間空間８の圧力の関係が成立していれば、
ドライエアなどによって加圧することができる装置で膜間空間８を加圧して、膜間空間８の圧力を大気圧に対して陽圧にする。その後、充填装置２００によって吐出材を充填するような形態でもよい。

＜その他の実施形態＞
上述した実施形態の充填装置２００は、可撓性膜のフィルムを２つ有する収容容器を備える吐出材吐出装置に吐出材を充填するものとして説明した。充填装置２００は、可撓性膜を１つだけ有する収容容器または可撓性膜を有さない収容容器を備える吐出材吐出装置に吐出材を充填してもよい。

上述した実施形態の吐出材吐出装置は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途としても用いることができる。また、吐出材を吐出した後に、吐出された吐出材を平坦な形状を有する型（モールド）によって平坦化させる装置に適用することもできる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。例えば、上記の実施形態における充填のための一連の手順は、コンピュータ等によって実現される制御部によって行われてもよい。

１４ 吐出ヘッド
５ 第１収容空間
６ 第２収容空間
１０ 吐出材吐出装置
６０ 吐出材サーバーボトル
６１ ポンプ
６３ パーティクルフィルタ
２００ 吐出材充填装置

Claims (6)

1. 吐出材を吐出する吐出口を有する吐出ヘッドと、
   可撓性膜によって内部空間が、前記吐出材を収容する第１収容空間と、作動液を収容する第２収容空間と、に分離された収容容器と、
   を有する吐出材吐出装置であって前記可撓性膜が、前記第１収容空間を覆う第１フィルムと、前記第２収容空間を覆う第２フィルムと、で構成されており、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に膜間空間を有する前記吐出材吐出装置の前記第１収容空間に、前記吐出材を充填する吐出材充填装置であって、
   前記第１収容空間に充填する吐出材を収容するタンクと、
   前記タンクと前記第１収容空間とを含む循環路を形成するための管と、
   前記循環路で吐出材を循環させるための送液手段と、
   前記循環路に配されたフィルタと、
   前記第１収容空間と前記第２収容空間との圧力を調整する圧力調整手段と、を有し、
   前記圧力調整手段は、
   前記吐出材の充填中に、前記膜間空間が大気開放されている場合は、前記第１収容空間の圧力および前記第２収容空間の圧力を大気圧より陽圧である所定の圧力に調整する
   ことを特徴とする吐出材充填装置。
2. 前記吐出材に含まれるパーティクルをカウントするカウンタをさらに有しており、
   前記吐出材を前記第１収容空間に充填した後、前記カウンタにおけるカウント値が所定の値以下になるまで前記循環路で吐出材を循環させる
   請求項１に記載の吐出材充填装置。
3. 前記吐出材を脱気するための脱気手段をさらに有する
   請求項１または２に記載の吐出材充填装置。
4. 前記タンクの液面は、前記吐出ヘッドの前記吐出口を有する面よりも鉛直方向の下方に位置する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の吐出材充填装置。
5. 前記吐出ヘッドの前記吐出口を有する面がキャップ手段によってキャップされた後に、
   前記所定の圧力に調整する
   請求項１に記載の吐出材充填装置。
6. 前記吐出材吐出装置は、基板に付与されたレジストに型のパターンを転写して、インプ
   リント処理するインプリント装置に備えられた吐出材吐出装置であり、
   前記吐出材は前記レジストである
   請求項１から５のいずれか１項に記載の吐出材充填装置。

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