(57)【要約】      （修正有）【課題】吐出不良およびモールドの破損を抑制できる吐出装置、およびインプリント装置を提供する。【解決手段】吐出ヘッドは、吐出部材１１と収容部材とを備えており、圧力制御部材と配管を介して継手で接続されている。収容部材は内部が可撓性部材の分離膜によって収容部と充填液部とに分けられている。吐出部材はインプリント材を吐出する吐出口と、吐出口と連通した圧力室３４とを備えている。エネルギ発生素子をコントローラで制御して圧力室に圧力変動を生じさせることで、インプリント材を吐出口から基板上に吐出する。インプリント材を外部と遮断した状態で、圧力制御部材で充填液の圧力を制御することで、吐出部材における気液界面（メニスカス）の形状を安定化させ、再現性のよいインプリント材の吐出を行う。また、前記インプリント材に溶存する気体を回収する脱気手段５０と、循環ポンプ２２を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドが接触することで前記モールドのパターンが転写されるインプリント材を吐出する吐出手段と、
前記インプリント材を収容する第１空間と、前記第１空間と可撓性部材によって隔てられた第２空間と、を備え、前記第１空間と前記吐出手段とが連通した収容手段と、
を備えた吐出装置において、
前記収容手段は、前記第１空間と連通した第１開口と、前記第１空間と連通した第２開口と、前記第１開口と前記第２開口との間で前記インプリント材の移動を可能にする接続手段と、前記接続手段に設けられ前記第１開口と前記第２開口との間で前記インプリント材を移動させるポンプ手段と、前記接続手段に設けられ前記インプリント材に溶存する気体を回収する脱気手段と、を備えていることを特徴とする吐出装置。
【請求項２】
前記接続手段は、インプリント材に含まれる異物をろ過することが可能なフィルタ手段を備えている請求項１に記載の吐出装置。
【請求項３】
前記ポンプ手段は、インプリント材を前記第１開口から前記第２開口まで前記接続手段を介して移動させ、
前記フィルタ手段は、前記ポンプ手段の下流に設けられている請求項２に記載の吐出装置。
【請求項４】
前記吐出手段から前記第１開口までの距離と、前記吐出手段から前記第２開口までの距離とでは、前記第２開口から前記吐出手段までの距離の方が短い請求項３に記載の吐出装置。
【請求項５】
前記脱気手段は、開閉可能な弁手段と接続されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の吐出装置。
【請求項６】
前記収容手段は、前記第２空間と接続され、前記第２空間の圧力を制御可能な圧力制御手段と接続されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の吐出装置。
【請求項７】
前記第２空間の圧力を制御することで、前記第１空間の圧力を制御する請求項６に記載の吐出装置。
【請求項８】
前記収容手段と前記圧力制御手段とは、継手によって接続されている請求項６または請求項７に記載の吐出装置。
【請求項９】
前記脱気手段は、前記脱気手段の内部の圧力を減圧することが可能な減圧手段と継手によって接続されている請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の吐出装置。
【請求項１０】
モールドを接触させてパターンを形成するインプリント材を吐出する吐出手段と、インプリント材を収容する第１空間と、前記第１空間と可撓性部材によって隔てられた第２空間とを備え前記第１空間が前記吐出手段と接続された収容手段と、を備えた吐出装置と、
前記吐出手段で吐出されたインプリント材に、パターンが形成されたモールドを接触させる加工装置と、を備えたインプリント装置であって、
前記収容手段は、前記第１空間と繋がる第１開口と、前記第１空間と繋がる第２開口と、前記第１開口と前記第２開口との間でインプリント材の移動を可能にする接続手段と、前記接続手段に設けられ、前記第１開口と前記第２開口との間でインプリント材の移動を可能にするポンプ手段と、前記接続手段に設けられ、インプリント材に溶存する気体を回収する脱気手段と、を備えていることを特徴とするインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプリント材を吐出する吐出装置およびインプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インプリント装置で半導体デバイスを作成する場合、モールドのパターンが微細であるため、インプリント材を吐出する吐出装置に吐出不良があると、インプリント材に厚みムラができてモールドに対する充填性が低下して良好なパターンが形成できないことがある。そのため吐出装置において良好に吐出を行うことが必要である。
【０００３】
吐出不良が生じる原因の１つとして、インプリント材を吐出する吐出ヘッドの吐出口と連通した圧力室内への気泡の混入が挙げられる。圧力室内のインプリント材に気泡が混入すると、気泡がエアダンパとして機能し、吐出口からインプリント材が吐出されず不吐出が発生する。
【０００４】
特許文献１には、圧力室内における気泡発生に対する対策として、脱気ユニットを吐出ヘッド近傍に配置し、さらにインプリント材を循環させて吐出ヘッド内全体の溶存気体量を低減する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９５８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の方法では、カートリッジを入れ替えるごとに循環系配管を繋ぐ必要がある。循環系配管を繋ぐと、継手や配管がこすれてそこからパーティクルが発生し、インプリント材の中に異物が混入することで、モールドの破損を引き起こす虞がある。
【０００７】
よって本発明は、吐出不良およびモールドの破損を抑制することができる吐出装置およびインプリント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのため本発明の吐出装置は、モールドが接触することで前記モールドのパターンが転写されるインプリント材を吐出する吐出手段と、前記インプリント材を収容する第１空間と、前記第１空間と可撓性部材によって隔てられた第２空間と、を備え、前記第１空間と前記吐出手段とが連通した収容手段と、を備えた吐出装置において、前記収容手段は、前記第１空間と連通した第１開口と、前記第１空間と連通した第２開口と、前記第１開口と前記第２開口との間で前記インプリント材の移動を可能にする接続手段と、前記接続手段に設けられ前記第１開口と前記第２開口との間で前記インプリント材を移動させるポンプ手段と、前記接続手段に設けられ前記インプリント材に溶存する気体を回収する脱気手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吐出不良およびモールドの破損を抑制することができる吐出装置およびインプリント装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】吐出ヘッドを適用したインプリント装置を示した図である。
【図２】吐出ヘッドと圧力制御部材とを示した図である。
【図３】吐出部材の内部が解るように示した断面図である。
【図４】吐出ヘッドを示した断面図である。
【図５】吐出ヘッドを示した断面図である。
【図６】吐出ヘッドを保管する際に、並列に繋いだ状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。  
【００１２】
図１は、本実施形態の吐出装置１０１を適用したインプリント装置１００を示した図である。インプリント装置１００は、吐出部とインプリント部とを備えている。吐出部（吐出装置１０１）の吐出部材１１から吐出されたインプリント材８にインプリント部（加工装置）でモールドを接触させ、その状態で紫外線照射装置７から紫外線を照射してインプリント材８を硬化させる。なお、ここではインプリント材８として紫外線硬化型樹脂を用い、紫外線硬化型樹脂を紫外線の照射によって硬化させる装置の例で説明するが、インプリント材８の材料や硬化の方法はこれに限られない。例えば、光照射装置によって紫外線以外の波長の光を照射して光硬化型樹脂を硬化させてもよいし、熱硬化型の樹脂を用いて熱で硬化させてもよい。
【００１３】
吐出装置１０１は、吐出部材１１と収容部材１２とからなる吐出ヘッド１０と、吐出ヘッド１０内の圧力を制御可能な圧力制御部材１３とを備えている。ステージ６上には基板４が設置されており、吐出部材１１から基板４上にインプリント材８が吐出される。基板上に吐出されたインプリント材８は、モールド１が接触した状態で紫外線照射装置７から紫外線が照射され硬化する。モールド１には微細な凹凸状のパターン等が形成されており、モールド１を吐出されたインプリント材８の上方に移動させ接触すると、インプリント材８にはモールド１のパターンが転写された状態となっている。このようにインプリント材８は、モールド１のパターンが転写された状態で、紫外線によって硬化させられる。
【００１４】
吐出ヘッド１０は、着脱可能であり、内部のインプリント材８を全て消費した場合、新たな吐出ヘッド１０と交換することで、再度、吐出装置１０１としてインプリント材８を吐出する。
【００１５】
ステージ６は、基板４を保持しながらベースフレーム５上を移動可能である。モールド１を上下駆動させるモールド駆動機構２は、構造体３に保持され、モールド１を基板４に近接させ、モールド１をインプリント材８に接触させることが可能である。モールド１の上方には紫外線照射装置７があり、モールド１を介してインプリント材８に紫外線９を照射する。紫外線９は、例えばｉ線やｇ線を発生するハロゲンランプ等の光源であってもよい。また、紫外線照射装置７は光源が発生した光を集光成形する機能を有していてもよい。
【００１６】
次に、インプリント動作について説明する。インプリント動作にあたり、先ず基板４をステージ６に搭載する。基板４は、ステージ６によって吐出ヘッド１０の吐出部材１１の下方に移動させられる。そしてステージ６を移動させながら吐出部材１１からインプリント材８を基板４上に吐出する。その後、ステージ６によって、基板４のインプリント材８を吐出した部分を、モールド１の下方に移動させる。さらに、モールド１をモールド駆動機構２により降下させて、モールド１と基板４とが近接した状態とする。その状態で、アライメントスコープ等によりモールド１上のアライメントマークと基板上のアライメントマークとを重ね合わせ、両者の相対位置調整を行う。位置の調整後、モールド駆動機構２によりモールド１を下方（基板４の方向）にさらに降下させ、インプリント材８にモールド１を接触させる。
【００１７】
インプリント材８とモールド１とが接触したら、紫外線照射装置７から紫外線９を照射し、モールド１を透過した紫外線９をインプリント材８に照射する。これによって、インプリント材８の光硬化反応が発生しインプリント材８が硬化する。その後、硬化したインプリント材８から、モールド駆動機構２によってモールド１を剥離させる。以上のような工程で、基板４上にパターン（パターニングされたインプリント材）を形成する。
【００１８】
半導体の製造に用いるインプリント装置は、基板４上の全ての領域にパターンを形成する場合があるが、ホン実施形態では、基板に対して領域を変えながら一連のインプリント動作を繰り返す。
【００１９】
図２は、吐出ヘッド１０と圧力制御部材１３とを示した図である。以下、吐出ヘッド１０について説明する。吐出ヘッド１０は、吐出部材１１と収容部材１２とを備えており、圧力制御部材１３と配管１７を介して継手５６で接続されている。収容部材１２は、内部が可撓性部材の分離膜１４によって収容部１５と充填液部１６とに分けられている。分離膜１４の厚みは１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。分離膜１４は、液体及び気体の透過性が低い材料で形成することが好ましく、例えばアルミニウムの多層フィルムで形成する。分離膜１４で形成された空間のうち、吐出部材１１と連通している収容部１５には、インプリント材８が充填されている。
【００２０】
図３は、吐出部材１１の内部が解るように示した断面図である。吐出部材１１は、インプリント材８を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子２９を備えている。また、吐出部材１１は、インプリント材８を吐出する吐出口３２と、吐出口３２と連通した圧力室３４とを備えている。エネルギ発生素子２９としては圧電素子が挙げられる。エネルギ発生素子２９をコントローラで制御して圧力室３４に圧力変動を生じさせることで、圧力室３４内のインプリント材８を吐出口３２から基板４上に吐出する。
【００２１】
このような構造の吐出部材１１における吐出不良として不吐出が挙げられる。不吐出が発生する原因の１つに圧力室３４への気泡の混入がある。圧力室３４の吐出材８に気泡が混入すると、吐出時に気泡がエアダンパとして機能し、エネルギ発生素子２９が発生させた圧力室３４内での圧力変動が減衰し、吐出口３２から吐出材８が吐出されず不吐出が発生する。気泡は、圧力室３４内の吐出材８に溶存した気体が吐出ヘッド内の圧力変動などによって気泡化することで発生する。また、吐出材８の吐出時にメニスカスが大きく振動し、気泡を巻き込むこともある。このようにして混入した気泡によって不吐出が発生する。
【００２２】
インプリント材８を収容部材１２に充填する際に、脱気したインプリント材を充填することで気泡の発生を抑制する方法もある。しかし、時間が経つにつれて収容部材１２等の樹脂部材を透過した気体や、吐出口３２におけるインプリント材８が空気と触れることで、インプリント材に気体が溶け込み、時間とともにインプリント材中の溶存気体量は上昇する。
【００２３】
収容部材１２は、インプリント材８が収容されている収容部１５と充填液が収容されている充填液部１６とで構成されている。充填液部１６は、可撓性部材の分離膜１４を挟んで収容部１５と反対の空間にあり、吐出部材１１と連通していない空間である。充填液部１６は、充填液配管１７を介して圧力制御部材１３と連通している。吐出ヘッド１０の着脱の際は、継手５６により接続、分離を行うことができる。圧力制御部材１３は、充填液タンク、配管、圧力センサ、ポンプ、バルブ等から構成されている。圧力センサ、ポンプ、バルブは、充填液部内の充填液の圧力を制御している。圧力制御部材１３で充填液の圧力を制御することで、分離膜１４を介して収容部１５内のインプリント材８の圧力を制御する。
【００２４】
このように、インプリント材８を外部と遮断した状態で、その圧力を制御することで、吐出部材１１における気液界面（メニスカス）の形状を安定化させ、再現性のよいインプリント材８の吐出を行うことができる。吐出部材１１からインプリント材８の吐出を繰り返すと、収容部１５内部のインプリント材８が消費されて減少し、分離膜１４が変形する。分離膜１４の変形に伴い、圧力制御部材１３によって充填液部１６に充填液が補充され、充填液部１６が充填液で充填される。
【００２５】
なお、収容部１５は、点滴袋のように分離膜として可撓性の膜を袋状にしたものでもよい。また、収容部１５の内部に気液界面を設ける構成としてもよい。他にも、収容部１５に大気連通口を連通させて大気解放型としてもよい。大気解放型とする場合、負圧制御を良好に行うために、開閉を切り替える（開閉可能な）弁や、圧力を制御する機器を接続することが好ましい。
【００２６】
インクジェット記録装置の分野においては、吐出部材１１の吐出口におけるメニスカス形状安定のために、吐出部材１１の内部を一定範囲の負圧に維持する工夫がなされている。例えば、収容部内部に多孔質体を構成してインプリント材を保持し、多孔質内部の毛管力を利用して負圧を形成する方法が知られている。他にも、バネのような機械要素と風船形状の膜との組み合わせで収容部内に負圧を形成する方法や、制御弁と空気圧を用いて負圧を制御する方法がある。本発明においても、これらの方法によって収容部の負圧を制御してもよい。
【００２７】
図４は、本実施形態における吐出ヘッド１０を示した断面図である。本実施形態の吐出ヘッド１０は、吐出ヘッド１０内部のインプリント材８を収容部１５内で循環させることができる循環機構を備えている。収容部１５は第１の開口２０と第２の開口２１とを備えており、その２つの開口をつなぐ通路形成部材２８が配置されている。第１の開口２０は収容部１５の内部のインプリント材８を通路形成部材２８の内部に供給する開口であり、第２の開口２１は第１の開口２０から供給されたインプリント材８を収容部１５に戻すための開口であり、通路形成部材２８はインプリント材の通路となる。通路形成部材２８には、ポンプ２２と脱気ユニット５０が配置されている。
【００２８】
脱気ユニット５０は、気体透過性膜５１とその周囲を覆うカバー５２とからなり、カバー５２から配管が伸びており、配管には継手５３が設けられている。ここまでが吐出ヘッド１０に含まれる構成であり、吐出ヘッド１０をインプリント装置１００に設置後、排気ダクト５４を継手５３に接続することでカバー５２の内側の空間の気圧を−９０ＫＰａ程度まで減圧する。
【００２９】
気体透過性膜５１は、気体のみを透過し液体は透過しないため、カバー５２内が減圧されると、インプリント材に溶けている気体が気体透過性膜５１を通ってカバー５２内に逃げて、インプリント材中に溶存している気体の濃度が低下する。溶存気体濃度が低下したインプリント材は、ポンプ２２の作用によって収容部１５に入る。結果として収容部１５内のインプリント材の溶存気体量が低下する。
【００３０】
収容部１５は、吐出部材１１の共通液室３３と連通しているため、収容部１５のインプリント材の溶存気体量を低下させることで、共通液室３３の溶存気体量を低下させることができる。共通液室３３の溶存気体量が少なくなると、圧力室３４内の溶存気体が拡散して圧力室３４のインプリント材の溶存気体量が減少する。
【００３１】
また、吐出時にメニスカスが大きく振動することで巻き込んだ気泡は、圧力室３４の溶存気体が低減しているためインプリント材に溶け込みやすくなっていることから、時間とともにインプリント材に溶け込み、いずれ気泡は消滅する。インプリント材に溶け込んだ気体は、脱気ユニット５０で回収される。このようにして、圧力室３４への気泡の混入を抑制することで、インプリント材中の気泡に起因する不吐出の発生を抑制することができる。
【００３２】
なお、通路形成部材２８を通過した脱気後のインプリント材を共通液室３３に向けて流すことで、共通液室３３の溶存気体濃度を下げることができる。従って、第２の開口２１は、共通液室３３に近い位置で、共通液室３３の方向に向けて設けるのが好ましい。つまり、吐出部材１１から第１の開口２０までの距離と、吐出部材１１から第２の開口２１までの距離とでは、第２の開口２１から吐出部材１１までの距離の方が短い方がよい。
【００３３】
インプリント装置１００に用いるインプリント材８は、異物（微小パーティクル）や金属イオンをなるべく含まず、基板４に塗布されるまでその性質を保つことが求められる。本発明では、インプリント材８の吐出を繰り返して収容部１５の容積が減少し、最終的にインプリント材８が全て消費されるまでの期間において、インプリント材８を収容部１５の外部から隔離した状態で貯留する。
【００３４】
吐出ヘッド１０の着脱の際も、充填液配管１７の着脱及び脱気ユニット５０の排気ダクト５４の着脱のみでよく、インプリント材側の流路を着脱する必要がない。そのため、吐出ヘッド１０の着脱時にも、インプリント材を外部から隔離した状態を保つことができる。このように本実施形態では、吐出ヘッド１０の着脱時からインプリント材の消費が終わるまで、インプリント材は、外気との接触や圧力センサ等の機器類との接触がない。そのため、初期に管理して封入したインプリント材での異物や金属イオンの増加を抑制することができる。
【００３５】
なお、吐出ヘッド１０の通路形成部材２８にはフィルタ２３が設けられてもよい。インプリント材８は経時変化によりゲル化することがあり、収容部１５内のインプリント材をろ過する必要がある。通路形成部材２８にインプリント材をろ過するためのフィルタ２３を設けることで、脱気のための循環ポンプ２２を、ろ過のための循環にも共用することができ、コスト、スペースを節約することができる。ポンプ２２からパーティクルが出る可能性があるので、ポンプ２２の下流側でパーティクルを捕らえるためにフィルタ２３はポンプ２２の下流側に設けるのが好ましい。
【００３６】
また、インプリント装置１００では、基板上に吐出するインプリント材の量及び着弾位置が非常に高精度であることが求められる。その為に、吐出部材１１の吐出口３２におけるメニスカス形状を安定に保つ必要がある。吐出ヘッド１０は、ポンプ２２の駆動によってインプリント材の圧力が変動する場合がある。そこで吐出ヘッド１０からインプリント材８を吐出している間はポンプ２２の駆動を停止させることが好ましい。
【００３７】
更にまた、インプリント工程は、基板へのインプリント材の吐出、インプリント材へのモールドの接触、露光、モールドの剥離、を繰り返しながら基板上の各領域にパターンを形成していく。従って、基板へインプリント材８を吐出している時間以外のタイミングで、脱気を行うことが好ましい。脱気のタイミングは、基板交換やロット交換のタイミングであってもよい。
【００３８】
また、吐出異常が発生し、吐出異常を検知したときに脱気を行ってもよい。また、インプリント装置が稼働していない時に脱気を実施してもよい。インプリント工程を実施しているときはポンプ２２を停止しておき、装置のメンテナンス時やインプリント処理する基板がない時間帯に脱気を行ってもよい。また、インプリント装置や吐出装置にタイマー機能を構成し、一定時間が経過したら脱気を行ってもよい。さらに、インプリント装置や吐出装置からのプログラミングされた指令で脱気を行ってもよい。
【００３９】
このように、吐出ヘッド１０に脱気ユニットを備えた循環機構を設ける。これによって、吐出不良およびモールドの破損を抑制することができる吐出装置およびインプリント装置を実現することができた。
【００４０】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
【００４１】
図５は、本実施形態における吐出ヘッド１０を示した断面図である。本実施形態の吐出ヘッド１０は、脱気ユニット５０のカバー５２から伸びた配管にバルブ５５を備えている。このようにバルブ５５を備えることで、カバー５２内の気体を排気した後バルブ５５を閉じることができ、カバー５２内の減圧状態を維持することができる。このように減圧状態を維持できることで、排気系が無いところでも電源さえあればポンプ２２を稼働することで、ある程度の期間、脱気することが可能となる。
【００４２】
例えば、吐出ヘッド１０を輸送・保管する際はカバー５２内を排気し、バルブ５５を閉じて、カバー５２内の空間の減圧状態を維持する。さらに、電池をポンプ２２に繋ぎ、ポンプ２２を稼働することで脱気することができる。吐出ヘッド１０をインプリント装置に接続する場合は、継手５３に排気ダクトを接続し、バルブ５５を介して排気すればよい。
【００４３】
図６は、本実施形態の吐出ヘッド１０を保管する際に、並列に繋いだ状態を示した図である。吐出ヘッド１０を保管する際は、図６に示すように、カバー５２内を排気してバルブ５５を閉じて、電源ケーブル５７を複数の吐出ヘッド１０に並列に繋ぐことで、複数の吐出ヘッド１０の脱気状態を維持することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
８  インプリント材
１０  吐出ヘッド
１１  吐出部材
１２  収容部剤
１４  分離膜
１５  収容部
２３  フィルタ
３３  共通液室
３４  圧力室
１００  インプリント装置
１０１  吐出装置
【図１】
2019125619.tif 000003
【図２】
2019125619.tif 000004
【図３】
2019125619.tif 000005
【図４】
2019125619.tif 000006
【図５】
2019125619.tif 000007
【図６】
2019125619.tif 000008