JP2022190891A - Liquid discharge device, liquid discharge method, molding device, and manufacturing method for article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出装置、液体吐出方法、成形装置及び物品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus, a liquid ejecting method, a molding apparatus, and an article manufacturing method.
半導体デバイスやMEMSなどの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィー技術に加えて、基板上に数ナノメートルオーダーの微細なパターン(構造体)を形成することができるインプリント技術が注目されている。インプリント技術は、基板上に未硬化のインプリント材を供給し、かかるインプリント材とモールド(型)とを接触させて、モールドに形成された微細な凹凸パターンに対応するインプリント材のパターンを基板上に形成する微細加工技術である。 As the demand for miniaturization of semiconductor devices and MEMS advances, in addition to conventional photolithography technology, imprint technology, which can form fine patterns (structures) on the order of several nanometers on a substrate, is attracting attention. there is In imprinting technology, an uncured imprinting material is supplied onto a substrate, the imprinting material is brought into contact with a mold, and a pattern of the imprinting material corresponding to the fine concavo-convex pattern formed on the mold is obtained. It is a microfabrication technology that forms on a substrate.
このようなインプリント材の基板上への供給には、ノズル(吐出口)から液滴状のインプリント材を、インクジェット方式を用いて供給する吐出装置を用いることができるが、ノズルから吐出される吐出物の吐出速度や吐出量などに高い精度が求められる。また、基板などの被吐出物に対して液滴を着弾させるべき位置(着弾目標位置)からずれが生じると、インプリント処理により形成されるパターンが所望の形状にならない可能性がある。 In order to supply such an imprint material onto the substrate, an ejection device that supplies the imprint material in the form of droplets from a nozzle (ejection port) using an inkjet method can be used. High precision is required for the ejection speed and ejection amount of the ejected material. In addition, if there is a deviation from the position (target landing position) where the droplets should land on the object to be discharged, such as a substrate, there is a possibility that the pattern formed by the imprint process will not have a desired shape.
そのため、液滴の着弾位置が目標位置からずれている場合には、ノズルに含まれる吐出エネルギー発生素子(圧電素子)に入力する駆動波形のタイミングを補正することで補正を行うことが必要になる。特許文献1には、各ノズルに入力する駆動波形を補正することで、吐出条件を変更できることが開示されている。 Therefore, when the landing position of the droplet deviates from the target position, it is necessary to correct the timing of the driving waveform input to the ejection energy generating element (piezoelectric element) included in the nozzle. . Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100002 discloses that the ejection conditions can be changed by correcting the drive waveform input to each nozzle.
しかしながら、液滴を吐出する際に用いられる吐出装置のノズルは、取り付け誤差や個々のノズル形状により、液滴が設計時に想定している所望の方向や所望のタイミングで飛翔しない場合もあり、実際に液滴の挙動が予測と異なることが生じうる。すなわち、単にノズルに応じた駆動波形で電圧を印加したとしても、所望のタイミングや所望の方向に吐出されない可能性がある。そのような場合には、単に設計値通りに着弾位置がずれるように駆動タイミングを遅延させるなどして駆動波形を補正したとしても、所望の着弾位置に補正できないことが考えられる。 However, the nozzles of the ejection device used to eject the droplets may not fly in the desired direction or at the desired timing as expected at the time of design due to mounting errors or individual nozzle shapes. It is possible that the behavior of droplets differs from that expected. In other words, even if a voltage is simply applied with a drive waveform corresponding to the nozzle, there is a possibility that ink will not be ejected at the desired timing or in the desired direction. In such a case, even if the drive waveform is corrected by simply delaying the drive timing so that the impact position is shifted as designed, it may not be possible to correct the impact position to the desired impact position.
そこで、本発明は、所望の位置に液滴を着弾させることができる構成を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a configuration that allows a droplet to land at a desired position.
上記目的を達成するために、本発明の液体吐出装置は、 被吐出物を保持する保持部と、
液体を吐出する複数のノズルを有する吐出部と、被吐出物の上に吐出された液滴の位置を取得する位置取得部と、前記吐出部の吐出条件を調整する制御部と、を有する液体吐出装置であって、前記制御部は、前記吐出部から液体を吐出する際に、移動手段により前記保持部と前記吐出部とを相対的に移動させながら、複数の吐出条件で前記吐出部から吐出された液滴の位置を前記位置取得部で取得した結果に基づいて、前記複数のノズルそれぞれの吐出速度を調整することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the liquid ejecting apparatus of the present invention includes a holding section that holds an object to be ejected;
A liquid comprising: an ejection section having a plurality of nozzles for ejecting liquid; a position acquisition section for acquiring positions of droplets ejected onto an ejection target; and a control section for adjusting ejection conditions of the ejection section. In the ejection device, when the liquid is ejected from the ejection section, the control section causes the holding section and the ejection section to move relative to each other by moving means, and ejects the liquid from the ejection section under a plurality of ejection conditions. The ejection speed of each of the plurality of nozzles is adjusted based on the result obtained by the position obtaining unit of the position of the ejected droplet.
本発明によれば、所望の位置に液滴を着弾さえることができる構成を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure which can hold a droplet to a desired position can be provided.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図1は物品の製造装置としてのインプリント装置(成形装置)の全体構成を概略的に示す正面図である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a front view schematically showing the overall configuration of an imprinting apparatus (molding apparatus) as an article manufacturing apparatus.
インプリント装置101では、主に次のようなインプリント処理(成形処理)が実施される。まず、被吐出物である基板111の表面(図中、上面)に、インプリント材として未硬化の樹脂114の液滴(液状の流体)を吐出する。次いで、基板111の表面に吐出された未硬化の樹脂114に、凹凸形状を有するパターンが形成されたモールドを押し当てる。その後、樹脂114が硬化した状態でモールドを樹脂から離間(離型)させる。以上の工程からなるインプリント処理によって、モールドのパターンに倣った3次元形状のパターンを有する物品が得られる。
The
このようなインプリント処理は、ナノメートルオーダーの極めて微細なパターンを有する物品の形成が可能であり、半導体デバイスの製造などに好適に用いられている。なお、本実施形態では、一例としてパターンが形成された樹脂114を光の照射によって硬化させる光硬化法を採用したインプリント装置を示している。しかし、他の技術を用いたインプリント装置、例えば熱によって樹脂を硬化させる熱硬化法を用いたインプリント装置にも本発明は適用可能である。
Such imprint processing enables the formation of articles having extremely fine patterns on the order of nanometers, and is suitably used in the manufacture of semiconductor devices and the like. Note that this embodiment shows, as an example, an imprint apparatus that employs a photo-curing method in which the
インプリント装置101は、光照射部102、モールド107(部材)を保持するモールド保持機構103(部材保持部)、基板ステージ104、吐出部105、取得手段122、制御部106、および筺体123などを備える。また、図示の装置では、基板111に吐出された樹脂114に照射する紫外線108の光軸108aと平行にZ軸が設定され、Z軸と直交する平面内に、互いに直交するX軸およびY軸が設定されている。
The
筺体123は、後述の基板ステージ104を保持するベース定盤124、モールド保持機構103および光照射部102を保持するブリッジ定盤125、およびブリッジ定盤125を支持する支柱126を備える。支柱126はベース定盤124に立設されている。
The
基板ステージ104(保持部)は、インプリント処理を行う樹脂114が付与される基板111を保持しつつ、X軸およびY軸によって規定される平面(XY平面)に沿って基板111を移動させる移動機構としての機能を有する。この基板ステージ104によって基板111をXY平面に沿って移動させることにより、基板111と吐出部105とのXY平面における位置合わせ、および基板111の表面に吐出された樹脂114とモールド107とのXY平面における位置合わせを行う。
The substrate stage 104 (holding unit) moves the
基板ステージ104は、基板111を真空吸着により保持する基板チャック119と、基板チャック119を機械的手段により保持しつつ、XY平面内で移動する基板ステージ筐体120とを有する。さらに、基板ステージ104には、基板チャック119の表面とその上方に位置するモールド107とのXY平面における相対位置を定める際に利用するステージ基準マーク121が設けられている。
The
基板ステージ筐体120は、基板チャック119を移動させるためのアクチュエータが設けられている。アクチュエータとしては、例えばX軸方向およびY軸方向へと移動させるリニアモータを採用し得る。また、基板ステージ筐体120を、X軸方向およびY軸方向における粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系によって構成してもよい。さらに、基板チャック119の位置をZ軸方向に補正のための駆動系や、基板チャック119の位置をθ方向に補正する機能、または基板チャック119の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成を基板ステージ筐体120に設けてもよい。
The
基板111は、例えば、単結晶シリコン基板やSOI(Silicon On Insulator)基板であり、この表面には、前述のモールド107に形成されたパターン部107aにより成形される硬化性の樹脂114が後述の吐出部105から吐出される。硬化性の樹脂114には、モールド107のパターンへの充填時に流動性を有し、インプリント処理後に形状を保持するように固体であることが求められる。このため、樹脂114には、光硬化性の樹脂材料、熱硬化性の樹脂材料、熱可塑性の樹脂材料などが用いられる。特に、光硬化性の樹脂材料は、硬化プロセスで温度変化を必要とせず、モールド107や基板111、インプリント装置の各部材の熱膨張及び収縮による基板上に形成されるパターンの位置及び形状の変化が少ないため、半導体デバイスなどの製造に適している。そのため、本実施形態では、硬化性の樹脂114として、紫外線を照射することによって硬化する光硬化性樹脂114を例に説明を行う。
The
光照射部102は、ブリッジ定盤125に保持されており、インプリント処理の際に、モールド107に対して所定の波長の光、例えば紫外線108を照射する。この光照射部102は、光源109と、この光源109から照射された紫外線108を、基板111上に吐出された樹脂114に対して適切な方向および位置に補正するための光学素子110とから構成される。なお、本実施形態では光硬化法を採用するために光照射部102を設置しているが、例えば熱硬化法を採用する場合には、光照射部102に代えて、熱硬化型樹脂を硬化させるための熱源部を設置すればよい。
The
モールド107は、例えば、外周形状が矩形であり、基板111に吐出された樹脂114に回路パターンなどの凹凸パターンを転写するための3次元形状を有するパターン部107aを含む。また、モールド107は、石英など紫外線108を透過させることが可能な材料で形成されている。さらに、モールド107は、紫外線108が照射される面に、モールド107の変形を容易とするために形状を凹型にしたキャビティ107bを有する形状としてもよい。このキャビティ107bは、円形の平面形状を有し、深さは、モールド107の大きさや材質により適宜設定される。
The
モールド保持機構103は、真空吸着力や静電力によりモールド107を引き付けて保持するモールドチャック115と、モールドチャック115をZ軸方向に移動させるモールド駆動機構116とを有する。モールド駆動機構116は、基板111上の樹脂114に対するモールド107の押し付けまたは離間(離型)を選択的に行うように、モールド107を保持するモールドチャック115をZ軸方向に移動させる。このモールド駆動機構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などがある。また、モールド107の高精度な位置決めを可能とするために、モールド駆動機構116を、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成してもよい。さらに、Z軸方向だけでなく、X軸方向やY軸方向、またはZ軸周りの回転であるθ方向の位置補正機能や、モールド107の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成を採用してもよい。なお、基板111上に吐出された樹脂114に対するモールド107の押し付けおよび離間動作は、上述のようにモールドチャック115をZ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ104をZ軸方向に移動させることで実現してもよい。あるいはまた、基板ステージ104とその双方を相対的に移動させてもよい。
The
モールドチャック115およびモールド駆動機構116は、光照射部102の光源109から発せられた紫外線108が光学素子110を経て基板111に照射されるように、中心部に開口領域117が形成されている。
The
また、前述のモールド保持機構103内に形成された開口領域117に、密閉した空間112を形成する光透過部材113を設置し、圧力補正装置により空間112内の圧力を制御するように構成することも可能である。この構成では、例えばモールド107を基板111に吐出された樹脂114へと押し付ける際に、圧力補正装置によって空間112内の圧力を外部空間の圧力より高める。空間112内の圧力を高めることにより、パターン部107aは、基板111に向かって凸形に撓み、樹脂114に対してパターン部107aの中心部から接触する。これにより、パターン部107aと樹脂114との間に気体(空気)が閉じ込められるのを抑えることができ、パターン部107aの凹凸部に樹脂114を隅々まで充填させることができる。
Further, a light transmission member 113 forming a sealed
吐出部105は、未硬化状態の樹脂114を滴状に吐出して基板111上に付与する複数のノズルを有する。本発明においてノズルとは、インクが存在する領域を形成する部分と、領域内のインクを開口部(吐出口)から吐出させる吐出エネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子とを含む。本実施形態では、吐出エネルギー発生素子として、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する圧電素子の圧電効果を利用して樹脂114をノズルから吐出させる方式を採用している。すなわち、後述する制御部106が所定の波形を有する駆動信号を生成し、その駆動信号に応じた電圧が印加されることによって圧電素子が吐出に適した形状に変形するように制御される。複数のノズルは、それぞれが制御部106によって独立に制御される。
The
吐出部105から吐出される樹脂114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樹脂114であり、半導体デバイス製造工程などの各種条件により、その材料は適宜選択される。また、吐出部105の吐出ノズルから滴状に吐出される樹脂114(以下、液滴ともいう)114の量も、基板111上に形成される樹脂114の所望の厚さや、形成されるパターンの密度などにより適宜決定される。この吐出部105とモールド駆動機構116と制御部106とにより、液体吐出装置が構成されている。
The
取得手段122は、代表的な計測器としてアライメント計測器127と観察用計測器128とを備える。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軸方向およびY軸方向へ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により構成され、基板111上に吐出された樹脂114により形成されるパターンを画像情報として取得し、取得した画像を画像処理することによって吐出位置を計測する手段として用いることができる。なお、アライメント計測器127と別に観察用計測器128を設けずに、アライメント計測器127を吐出位置計測手段として用いてもよい。
The acquisition means 122 includes an
制御部(制御手段)106は、インプリント装置101の各構成要素の動作および補正などを制御し得る。制御部106は、例えば、CPU、ROM、およびRAMなどを含むコンピュータなどで構成され、CPUによって種々の演算処理が行われる。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、ROMに格納されたプログラムなどに従って各構成要素の制御を実行する。例えば、制御部106は、取得手段122の計測情報を基に、モールド保持機構103および基板ステージ104および吐出部105の動作を制御する。なお、制御部106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101の他の部分とは別体で構成してもよい。また、1台のコンピュータではなく複数台のコンピュータ、およびASICなどを含む構成としてもよい。
A control unit (control means) 106 can control the operation and correction of each component of the
さらにインプリント装置101は、モールド107を装置外部からモールド保持機構103へと搬送する不図示のモールド搬送機構と、基板111を装置外部から基板ステージ104へと搬送する不図示の基板搬送機構とを備える。このモールド搬送機構および基板搬送機構の動作は、制御部106によって制御される。
Further, the
(インプリント処理)
次に、図2を参照しながら、インプリント装置101によって基板にパターンを形成し、該パターンが形成された基板を処理し、該処理が行われた基板から物品を製造する物品製造方法について説明する。
(imprint processing)
Next, referring to FIG. 2, an article manufacturing method for forming a pattern on a substrate by the
まず図2(a)に示すように、絶縁体等の被加工材2zが表面に形成されたシリコンウエハ等の基板1zを用意し、続いて、被加工材2zの表面にインプリント材3zを吐出する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材3zが基板上に付与された様子を示している。このとき制御部106は、基板搬送機構を制御して基板ステージ104上の基板チャック119に基板111を載置および固定させた後、基板チャック119を吐出部105の塗布位置へと移動させる。次に、制御部106は、吐出部105および基板ステージ104を制御し、基板111に対して樹脂114の液滴を吐出する吐出工程(塗布工程)を実行させる。
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 1z such as a silicon wafer having a surface to be processed 2z such as an insulator is prepared. Dispense. Here, a state is shown in which a plurality of droplet-like imprint materials 3z are applied onto the substrate. At this time, the
吐出工程において、制御部106は、吐出部105に設けられた複数のノズルそれぞれの吐出傾向に応じて生成された波形の駆動信号を、各ノズルに設けられる圧電素子に印加する。その結果、各ノズルからは均一な吐出状態で滴状の樹脂114が吐出される。なお、ノズルの吐出傾向とは、ノズルに設けられている吐出エネルギー発生素子に印加される駆動信号の波形を決定する波形情報としてのパラメータの変化に対する吐出量および吐出速度の変化の度合いを指す。
In the ejection step, the
また、吐出動作に伴って制御部106は基板チャック119をXY平面に沿ってノズルの配列方向と交差する方向(典型的には直交方向)へと移動させる。これにより、基板111の所定の被処理領域であるパターン形成領域に樹脂114が付与される。
Further, along with the ejection operation, the
次に、図2(b)に示すように、インプリント用の型4zを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材3zに向け、対向させる。すなわち、制御部106は、樹脂114が付与された基板111上のパターン形成領域がモールド107に形成されたパターン部107aの直下に位置するように基板チャック119を移動させる。
Next, as shown in FIG. 2(b), the imprint mold 4z is opposed to the imprint material 3z on the substrate with the side on which the uneven pattern is formed. That is, the
次に、図2(c)に示すように、インプリント材3zが付与された基板1zと型4zとを接触させ、圧力を加える。インプリント材3zは型4zと被加工材2zとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を型4zを介して照射すると、インプリント材3zは硬化する。すなわち、制御部106は押し付け工程として、モールド駆動機構116を駆動させ、基板111上の樹脂114にモールド107を押し付ける。この押し付け工程により、樹脂114はパターン部107aの凹凸部に密接する。この状態で、制御部106は、硬化処理工程として光照射部102を駆動する。光照射部102から発せられた紫外線108は、光学素子110および光透過部材113を経てモールド107の上面に照射される。モールド107に照射された紫外線は、光透過性のモールド107を透過して樹脂114に照射される。これにより樹脂114は硬化する。
Next, as shown in FIG. 2(c), the substrate 1z provided with the imprint material 3z and the mold 4z are brought into contact with each other and pressure is applied. The imprint material 3z is filled in the gap between the mold 4z and the workpiece 2z. In this state, when light is irradiated through the mold 4z as energy for curing, the imprint material 3z is cured. That is, the
次に、図2(d)に示すように、インプリント材3zを硬化させた後、型4zと基板1zを引き離すと、基板1z上にインプリント材3zの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凸部が硬化物の凹部に対応した形状になっており、インプリント材3zに型4zの凹凸パターンが転写されたことになる。すなわち、制御部106は、モールド駆動機構116を駆動させてモールドチャックを上昇させ、モールド107を樹脂114から引き離す離間工程を実施する。これにより、基板111上のパターン形成領域の表面には、パターン部107aの凹凸部に倣った3次元形状の樹脂114のパターンが成形される。
Next, as shown in FIG. 2D, after the imprint material 3z is cured, the mold 4z and the substrate 1z are separated to form a pattern of the cured imprint material 3z on the substrate 1z. The pattern of this cured product has a shape in which the concave portions of the mold correspond to the convex portions of the cured product, and the convex portions of the mold correspond to the concave portions of the cured product. It will be. That is, the
次に、図2(e)に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材2zの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝5zとなる。図2(f)に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材2zの表面に溝5zが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。
Next, as shown in FIG. 2(e), etching is performed using the pattern of the cured product as an anti-etching mask. It becomes the
そして物品の製造方法には、基板に供給(塗布)されたインプリント材に上記のインプリント装置(インプリント方法)を用いてパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンを形成された基板を加工する工程も含まれる。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。 A method for manufacturing an article includes a step of forming a pattern on an imprint material supplied (applied) to a substrate using the above-described imprinting apparatus (imprinting method); A process of processing is also included. In addition, such manufacturing methods include other well-known steps (oxidation, deposition, deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, etc.).
(液滴吐出動作)
次に、図3および図4を参照して、ノズル201から樹脂の液滴203が吐出される過程を、ノズルに含まれる圧電素子(吐出エネルギー発生素子)に印加される駆動信号220およびノズル内の液状の樹脂114の液面位置と共に説明する。
(Droplet ejection operation)
Next, referring to FIGS. 3 and 4, the process of ejecting a
図3(a)に吐出部105の複数のノズルをノズル面側から見た図を示す。吐出部105のノズル面には樹脂114の液滴を吐出するためのx方向に1~約数列、y方向に約数千個の数um~数十um程度のノズル201が構成される。液滴吐出時には、ノズル面と基板111とのギャップは、位置精度を維持するために数百um~1mm程度に調整される。
FIG. 3A shows a view of a plurality of nozzles of the
図3(b)、(c)、(d)は吐出部105に設けられた複数のノズルの中の1つノズル201のXZ断面を示している。同図(b)はノズル201の圧電素子が駆動される前の状態を、同図(c)は圧電素子の駆動によりノズル201内に樹脂114が引込まれた状態を、図3(d)は圧電素子の駆動によってノズル201から液滴203が吐出された直後の状態をそれぞれ示している。なお、図中、X、Y、Zの方向は図1に準じている。また、ノズル201内の樹脂114と外気との界面は液面202として示し、吐出した樹脂114は液滴203として示している。
3B, 3C, and 3D show the XZ cross section of one
図4(a)は吐出部105に設けられた圧電素子に印加される駆動信号220の波形を示している。ここで横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。本実施形態における駆動信号220の波形は、最も基本的な波形である台形波をなしている。この台形波の駆動信号220は、ノズル201内の樹脂114を液滴203として吐出させるべく圧電素子に印加される電圧信号であり、次の5成分から構成されている。すなわち、駆動信号220は、引き成分204、第1の待機成分205、押し成分206、電圧値を開始の値に戻す第2の待機成分207、戻し成分207の5成分から構成されている。
FIG. 4A shows the waveform of the driving
駆動信号220の各成分は、T0からT5までの時間を5分割した時間領域に対応している。T0からT1までの時間領域に対応する電圧波形が引き成分204、T1からT2までの時間領域に対応する電圧波形が第1の待機成分205、T2からT3までの時間領域に対応する電圧波形が押し成分206となっている。さらに、T3からT4までの時間領域に対応する電圧波形が第2の待機成分207、T4からT5までの時間領域に対応する電圧波形が戻し成分208となっている。なお、T5からT6の時間領域は、液滴203がノズル201から吐出された後、ノズル201内の樹脂114の液面202が図3(b)に示す初期状態における位置(図4(b)における基準位置209)に戻るまでの時間を示している。なお、厳密には圧電素子に電圧を印加する時間に遅れて液面202は動くが、本実施形態ではその遅れ成分を省略して説明を行う。
Each component of the
図4(b)はノズル201内の液面位置を示す図であり、液面202のZ方向の位置を示している。液面202はノズル201に含まれる圧電素子が駆動される前の初期状態において、基準位置209の位置にある。そして、圧電素子が駆動されると、一旦、+Z方向に引き込まれて引き込み位置210に達し、その後、-Z方向の押し出し位置211まで押し出される。この押し出し位置211に至るまでの間に液滴203が形成される。従って、実際の液面の位置は図4(b)に示す位置よりも-Z方向側にある。しかし説明を簡略化するために、図4(b)では、液滴203が形成される位置を示さずに液面202の代表的な位置を示している。そのため厳密には圧電素子に電圧を印加する時間に遅れて液面202は動く。
FIG. 4B is a diagram showing the position of the liquid surface within the
複数のノズル201は、前述のとおりそれぞれが制御部106によって独立に制御されるが、その際に、制御部106は、付図示のメモリなどの記憶部に記憶保持された複数の互いに異なる駆動信号の波形を参照する。このような複数の駆動信号の波形はそれぞれ番号が付与され記憶部に記憶されている。すなわち、制御部106は、ノズル201ごとに、複数の互いに異なる駆動信号の波形のうち、所望の吐出条件(吐出タイミング・吐出速度・吐出量等)となる駆動信号を特定し、樹脂の液滴が所望位置に吐出されるように制御をおこなう。
The plurality of
(着弾位置の調整について)
次に、吐出部105から吐出される樹脂の液滴の着弾位置の調整について説明する。液滴を吐出する際に用いられる吐出装置のノズルは、取り付け誤差や個々のノズル形状により、液滴が設計時に想定している所望の方向に飛翔していない場合もあり、実際に液滴が飛翔する飛距離が想定している距離と異なることが生じうる。また、ノズルごとに、駆動信号(吐出命令)に応じて駆動電圧が印加され始めてから吐出されるまでに生じるタイムラグ(吐出遅延時間)にばらつきがある可能性もある。そのような場合には、単に設計値通りに着弾位置がずれるように駆動タイミングを遅延させるなどして補正したとしても、所望の着弾位置に補正できないことが考えられる。
(Regarding the adjustment of the impact position)
Next, adjustment of landing positions of resin droplets ejected from the
まず、図5を用いて、ノズル201に対して駆動電圧が印加されてから、ノズル201から樹脂の液滴203が吐出され基板111に着弾するまでに生じる着弾位置シフトXrの関係を説明する。インプリント装置101では基板111と吐出部105とは、基板ステージ104の移動に伴い、吐出処理の際に相対移動しているため、着弾位置シフトXrは次の式により表される。
Xr=Td*Vws+L/Vj*(Vws-Vj*sinθ) ・・・式(8-1)
ここで、
Xr[mm] :着弾位置シフト
Td[s] : 吐出遅延時間、吐出命令から実際に吐出開始されるまでの時間
Vj[mm/s] :吐出速度801
L[mm] :液滴の飛翔距離802
θ[rad] :吐出角度803
Vws[mm/s] : 基板ステージ移動速度804
First, with reference to FIG. 5, the relationship between the landing position shift Xr that occurs from the application of the drive voltage to the
Xr = Td * Vws +L/ Vj*(Vws - Vj *sinθ) Equation (8-1)
here,
X r [mm] : Landing position shift T d [s] : Discharge delay time, time from discharge command to actual start of discharge V j [mm/s] :
L [mm]:
θ [rad]:
V ws [mm/s]: Substrate
さらに、基板ステージ104に対するノズルのX方向取り付け残差によるずれX0[mm]も考慮すると、基板111上の液滴の着弾位置のずれ量Xは
X=Xr+X0
=Td*Vws+L/Vj*(Vws-Vj*sinθ)+X0 ・・・式(8-2)
Furthermore, considering the deviation X 0 [mm] due to the residual error in mounting the nozzle in the X direction with respect to the
=T d *V ws +L/V j *(V ws −V j *sin θ)+X 0 Equation (8-2)
なお、吐出角度803は微小角度であるため最終的に以下の式で表すことができる。
Since the
上記式(8-3)からも、各ノズルから吐出される液滴の厳密に着弾位置を補正すためには、実際の液滴の飛翔距離Lと、実際の吐出命令から実際に吐出開始されるまでのタイムラグ(遅延時間Td)をあらかじめ把握することが必要なことがわかる。すなわち、実際の飛翔距離Lと、駆動信号(吐出命令)に応じて駆動電圧が印加され始めてから実際に吐出されるまでのタイムラグ(吐出遅延時間Td)をノズルごとに測定する。そして、その結果をもとに駆動条件を制御することができれば、ノズルごとに着弾位置の補正を厳密に行うことができる。 From the above equation (8-3) as well, in order to precisely correct the landing positions of the droplets ejected from each nozzle, it is necessary to determine the actual flight distance L of the droplets and the actual ejection command. It can be seen that it is necessary to grasp in advance the time lag (delay time T d ) until . That is, the actual flying distance L and the time lag (ejection delay time T d ) from when the drive voltage starts to be applied in accordance with the drive signal (ejection command) to when the ink is actually ejected are measured for each nozzle. If the driving conditions can be controlled based on the results, the landing positions can be precisely corrected for each nozzle.
以下、このような駆動条件の決定に必要となる飛翔距離Lの取得方法、遅延時間Tdの取得方法について説明する。 A method of obtaining the flight distance L and the method of obtaining the delay time Td , which are necessary for determining such driving conditions, will be described below.
[飛翔距離Lの取得について]
図6及び図7を用いて飛翔距離Lの取得方法を説明する。図6は、事前に飛翔距離Lを求める際の流れを説明するためのフローチャートである。
[Acquisition of flight distance L]
A method for obtaining the flight distance L will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. FIG. 6 is a flow chart for explaining the flow of obtaining the flying distance L in advance.
図6のフローチャートに示す処理は、制御部106が、インプリント装置101の各構成要素を制御することにより実現される。
The processing shown in the flowchart of FIG. 6 is implemented by the
ステップS601では、制御部106は、基板ステージ104を所定速度で吐出部105に対して相対移動させながら、各ノズル201から第1の吐出速度Vj1で液滴が吐出されるように制御する。
In step S601, the
ステップS602では、制御部106は、基板ステージ104をS601と同じ所定速度で吐出部105に対して相対移動させながら、各ノズル201から第1の吐出速度Vj1と異なる第2の吐出速度Vj2で液滴が吐出されるように制御する。なお、第1の吐出速度Vj1と第2の吐出速度Vj2は吐出部105をインプリント装置101に搭載する前に、吐出速度調整装置で事前に吐出速度調整を行っておくことが好ましい。
In step S602, the
ステップS603では、制御部106は、観察用計測器128に第1の吐出速度Vj1でノズル201から吐出された液滴の着弾位置ずれ量XVj1を計測させる。各ノズル201から複数回の吐出を行った場合は、各ノズルの着弾位置ずれ量の平均を求めこれをXVj1とする。ここで観察用計測器128を用いて基板上に吐出された液滴の計測方法の詳細について図7を参照して説明する。図7は、着弾液滴502が、座標中心である目標着弾位置ずれている様子を示している。すなわち観察用計測器128が位置取得部として機能し、このように撮像視野501内の着弾液滴502の撮像視野501中心からの距離である撮像視野内着弾位置503を計測する。そして、制御部106が算出部(不図示)に撮像視野内着弾位置503と着弾液滴502を計測した際の基板ステージ104の位置より、基板ステージ104の位置基準での液滴の着弾位置を求め、各液滴の着弾位置からのずれ量を算出する。
In step S603, the
ステップS604では、制御部106は、観察用計測器128に第2の吐出速度Vj2でノズル201から吐出された液滴の着弾位置ずれ量XVj2を計測させる。各ノズル201から複数回の吐出を行った場合は、各ノズルの着弾位置ずれ量の平均を求めこれをXVj2とする。
In step S604, the
ステップS605では、制御部106は、ステップS603の計測結果である着弾位置ずれ量XVj1と、ステップS604の計測結果である着弾位置ずれ量XVj2と、式(8-3)より各ノズル201の飛翔距離802を算出する。
In step S605, the
まず、式(8-3)とステップS603の計測結果である着弾位置ずれ量XVj1、および式(8-3)とステップS604の計測結果である着弾位置ずれ量XVj2より以下の式(9-1)が得られる。 First , the following formula (9 -1) is obtained.
この2つの式より、飛翔距離Lが以下のように求まる。 From these two equations, the flight distance L is obtained as follows.
[遅延時間Tdの取得について]
次に、図8を用いて遅延時間Tdの取得方法について説明する。図8は、事前に遅延時間Tdを求める際の流れを説明するためのフローチャートである。図8のフローチャートに示す処理は、制御部106が、インプリント装置101の各構成要素を制御することにより実現される。
[Acquisition of delay time Td ]
Next, a method for obtaining the delay time Td will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of obtaining the delay time Td in advance. The processing shown in the flowchart of FIG. 8 is implemented by the
ステップS801では、制御部106は、基板ステージ104を第1の基板ステージ移動速度Vws1で吐出部105に対して相対移動させながら、各ノズル201から所定の吐出速度で液滴が吐出されるように制御する。
In step S801, the
ステップS802では、制御部106は、基板ステージ104を第1の基板ステージ移動速度Vws1と異なる第2の基板ステージ移動速度Vws2で吐出部105に対して相対移動させる。そして各ノズル201からS801と同じ所定の吐出速度で液滴が吐出されるように制御する。
In step S802, the
ステップS803では、制御部106は、観察用計測器128に第1の基板ステージ移動速度Vws1でノズル201から吐出された液滴の着弾位置ずれ量XVws1を計測させる。各ノズル201から複数回の吐出を行った場合は、各ノズルの着弾位置ずれ量の平均を求めこれをXVws1とする。
In step S803, the
ステップS804では、制御部106は、観察用計測器128に第2の基板ステージ移動速度Vws2でノズル201から吐出された液滴の着弾位置ずれ量XVws2を計測させる。各ノズル201から複数回の吐出を行った場合は、各ノズルの着弾位置の平均を求めこれをVws2とする。
In step S804, the
ステップS805では、制御部106は、ステップS803の計測結果である着弾位置ずれ量XVws1と、ステップS804の計測結果である着弾位置ずれ量XVws2と、式(8-3)より各ノズル201の飛翔距離802を算出する。
In step S805, the
まず、式(8-3)とステップS803の計測結果である着弾位置ずれ量XVws1、および式(8-3)とステップS804の計測結果である着弾位置ずれ量XVws2より以下の式(10-1)が得られる。 First , the following formula (10 -1) is obtained.
式(10-1)より、吐出遅延時間Tdが以下のように求まる。なお、飛翔距離Lは式(9-2)により既知である。 The ejection delay time Td is obtained as follows from the equation (10-1). Note that the flight distance L is known from equation (9-2).
基板ステージ104に対する吐出部105の取り付け精度により生じる着弾位置のずれ量(取り付けシフト成分)Xdである-Lθ+Xoは式(10-1)より、以下のように求めることができる。
−Lθ +X 0 , which is the displacement amount (mounting shift component) X d of the landing position caused by the mounting accuracy of the
X0[mm] :ノズルのX方向取り付け残差によるずれ
Lθ[mm] :吐出部105の精度に起因する着弾位置のずれ量
X 0 [mm] : Deviation due to residual error in mounting the nozzle in the X direction Lθ [mm] : Deviation amount of the landing position due to the accuracy of the
すなわち、飛翔距離L、吐出遅延時間Tdを、上記取得方法を用いることであらかじめ取得できていると、吐出部105起因の着弾位置ずれ量を求めることができる。
In other words, if the flying distance L and the ejection delay time Td can be obtained in advance by using the acquisition method described above, the landing position deviation caused by the
次に、基板上の着弾位置の補正について説明する。 Next, correction of the landing position on the substrate will be described.
基板上の着弾位置は、上述の通り、吐出部105取り付け起因による着弾位置のずれ量と、吐出命令がだされてから実際に吐出されるまでのタイムラグの影響により、
X=Td*Vws+Xd …式(10-4)
と表すことができる。すなわち、基板上の位置が+Xずれている場合には、(Td*Vws+Xd)/Vws[s]吐出信号の入力タイミングを補正すればよい。
As described above, the landing position on the substrate is influenced by the deviation of the landing position due to the attachment of the
X= Td * Vws + Xd ... Formula (10-4)
It can be expressed as. That is, when the position on the substrate is shifted by +X, the input timing of the (T d *V ws +X d )/V ws [s] ejection signal should be corrected.
また、着弾位置を駆動波形すなわち、吐出速度により補正する際には、着弾位置補正量ΔXから吐出速度補正量ΔVjを求める。吐出速度補正量ΔVjから吐出駆動波形の生成する方法の詳細は特開2019-107826に開示される。吐出速度補正量ΔVjと着弾位置補正量ΔXの関係は以下の式で与えられる。 Further, when correcting the landing position by the driving waveform, that is, the ejection speed, the ejection speed correction amount ΔVj is obtained from the landing position correction amount ΔX. Details of a method for generating an ejection drive waveform from the ejection speed correction amount ΔV j are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2019-107826. The relationship between the ejection speed correction amount ΔVj and the landing position correction amount ΔX is given by the following equation.
すなわち、着弾位置ずれを補正する場合には、複数のノズルに対して入力する吐出信号の入力タイミングを補正することで一括して位置づれ補正する方法と、個々のノズルに対して行うことができる吐出速度を補正する方法の2種類を用いて調整することができる。 That is, when correcting the landing position deviation, there is a method of collectively correcting the position deviation by correcting the input timing of the ejection signal input to a plurality of nozzles, and a method of correcting the position deviation for each individual nozzle. Adjustment can be made using two methods of correcting the ejection speed.
図9を用いて具体的な補正方法の例を述べる。本例では基板ステージ104を+Xから-Xへ移動1102しながら、3つのノズルから目標着弾位置1103へ着弾させることを目的とする。
An example of a specific correction method will be described with reference to FIG. In this example, the object is to cause three nozzles to land on
まず制御部106は、図9(a)に示すように、吐出遅延時間Tdおよび吐出部105の取り付け精度により生じる着弾位置のずれ量(取り付けシフト成分)Xdを補正しない状態で、吐出命令を行う。つまり吐出命令位置1101に基板ステージ104が到達したタイミングで吐出部105に吐出命令を行う。これによりノズルaから吐出された液滴は、ずれ量ΔX11の着弾位置1104、ノズルbはずれ量ΔX21の着弾位置1105、ノズルcはずれ量ΔX31の着弾位置1106に着弾することになる。そして制御部106は、この着弾位置を観察用計測器128に計測させることで取得する。
First, as shown in FIG. 9(a), the
次に、制御部106は、それぞれの取得された位置ずれ量をもとに、吐出命令のタイミング補正や吐出速度の補正値の算出を行う。
Next, the
最も着弾が+X方向にずれているノズルcを補正するために、ノズルcの吐出命令を出す基板ステージ104の位置を-Xへ補正する。すなわち、(Td3*Vws+Xd3)/Vws吐出命令のタイミングを変更する。この際にノズルcの吐出速度の変更は行わない。その結果、図9(b)に示すように、ノズルaはずれ量ΔX12の着弾位置1108、ノズルbはずれ量ΔX22の着弾位置1109、ノズルcは目標着弾位置1110へ着弾することが予想される。
In order to correct the nozzle c whose landing is most shifted in the +X direction, the position of the
次に、式(11-1)を用い、ノズルaは、着弾位置をΔX21(=ΔX11-ΔX13)ずらすために、吐出命令を出すタイミングをノズルcと同等に補正したうえでΔVj12だけ遅延する吐出となるように吐出速度ΔVj12を変更する。また、ノズルbは、吐出命令を出すタイミングをノズルcと同等に補正したうえで着弾位置をΔX22(=ΔX11-ΔX13)ずらすために、吐出速度ΔVj13を変更する。 Next, using equation (11-1), nozzle a corrects the ejection command issuing timing to be the same as that for nozzle c in order to shift the landing position by ΔX 21 (=ΔX 11 −ΔX 13 ), and then sets ΔV j12. The ejection speed ΔV j12 is changed so that the ejection is delayed by . For nozzle b, the ejection speed ΔV j13 is changed to shift the landing position by ΔX 22 (=ΔX 11 −ΔX 13 ) after correcting the ejection command issuing timing to be the same as for nozzle c.
すなわち、制御部106は、着弾位置の計測結果に応じて、あらかじめ算出されたTd,Lを用いてそれぞれのノズルからの吐出速度を決定(調整)し吐出動作が行われるように制御する。その結果、図9(c)に示すように、ノズルa、b、cすべてを目標着弾位置1111へ着弾させることができる。
That is, the
なお、図9(a)に示すノズルcの着弾位置1106ずれ量ΔX31、すなわち最も着弾位置がずれている液滴のずれ量が、吐出速度で補正できる範囲内である場合には、吐出命令のタイミングを変更するのではなく、吐出速度を変更して調整してもよい。具体的には、ノズルからの吐出速度は、5.0m/s~7.0m/sの範囲で調整が可能であることから、最もずれている液滴のずれ量が当該速度の範囲内で補正できるずれ量であれば、吐出速度を変更して調整すればよい。
It should be noted that if the deviation amount ΔX 31 of the
また、ノズルcの位置に合わせて吐出命令を出すタイミングをずらしたのちに、再度吐出動作を行ってその位置を計測し、その計測結果に合わせて吐出速度の変更を行ってもよい。 Alternatively, after shifting the timing of issuing the ejection command according to the position of the nozzle c, the ejection operation may be performed again, the position may be measured, and the ejection speed may be changed according to the measurement result.
このように、本実施形態ではあらかじめ実際の飛翔距離Lと、駆動信号(吐出命令)に応じて駆動電圧が印加され始めてから実際に吐出されるまでのタイムラグ(吐出遅延時間Td)をノズルごとに測定し、その結果をもとにノズルごとの駆動条件を制御している。すなわちノズルごとに吐出速度を制御しており、これにより着弾位置の補正をノズルごとに厳密に行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the actual flight distance L and the time lag (ejection delay time Td) from the start of application of the drive voltage in accordance with the drive signal (ejection command) to the actual ejection are set in advance for each nozzle. Based on the results, the drive conditions for each nozzle are controlled. That is, the ejection speed is controlled for each nozzle, so that the landing position can be precisely corrected for each nozzle.
なお本発明は、パターンを有しない部材(平坦化部材)を硬化性組成物に接触させた状態で硬化させることにより、基板上に硬化性組成物の硬化物による平坦化層を設ける平坦化装置に適用することも可能である。 In addition, the present invention provides a planarization apparatus that provides a planarization layer of a cured product of a curable composition on a substrate by curing a member having no pattern (planarization member) in contact with the curable composition. It is also possible to apply to
101 インプリント装置
105 吐出部
106 制御部
128 観察用計測器
101
Claims (9)
液体を吐出する複数のノズルを有する吐出部と、
被吐出物の上に吐出された液滴の位置を取得する位置取得部と、
前記吐出部の吐出条件を調整する制御部と、を有する液体吐出装置であって、
前記制御部は、前記吐出部から液体を吐出する際に、移動手段により前記保持部と前記吐出部とを相対的に移動させながら、複数の吐出条件で前記吐出部から吐出された液滴の位置を前記位置取得部で取得した結果に基づいて、前記複数のノズルそれぞれの吐出速度を調整することを特徴とする液体吐出装置。 a holding part that holds the object to be discharged;
a discharge section having a plurality of nozzles for discharging liquid;
a position acquisition unit that acquires the position of the droplet ejected onto the ejection target;
A liquid ejecting apparatus comprising: a control unit that adjusts ejection conditions of the ejection unit,
When the liquid is ejected from the ejection section, the control section moves the liquid droplets ejected from the ejection section under a plurality of ejection conditions while relatively moving the holding section and the ejection section by a moving means. A liquid ejecting apparatus, wherein the ejection speed of each of the plurality of nozzles is adjusted based on the result of position acquisition by the position acquisition unit.
当該飛翔距離及び前記遅延時間と、前記位置取得部で取得された各ノズルの液滴の位置とに基づいて、所望の着弾位置となるように前記複数のノズルそれぞれの吐出速度を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出装置。 The control unit controls the flight distance of droplets ejected from each of the plurality of nozzles until they land on an object to be ejected and the delay time from the issuance of an ejection signal to the ejection according to a plurality of ejection conditions. Obtaining in advance the position of the droplet ejected from the ejection unit based on the result obtained by the position acquisition unit;
Adjusting the ejection speed of each of the plurality of nozzles so as to achieve a desired landing position based on the flight distance, the delay time, and the droplet position of each nozzle obtained by the position obtaining unit. 3. The liquid ejection device according to claim 1 or 2.
前記吐出部から吐出される液体は、硬化性樹脂であることを特徴とする
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液体吐出装置。 the object to be ejected is a substrate,
6. The liquid ejecting apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid ejected from the ejecting portion is a curable resin.
部材を保持する部材保持部とを有し、
前記制御部は、基板に液滴が吐出された後に、当該液滴を介して前記部材と前記基板とを接触させて前記硬化性樹脂の硬化処理を行うように制御することを成形装置。 a liquid ejection device according to claim 6;
a member holding portion that holds the member;
The control unit controls to perform a curing process of the curable resin by bringing the member and the substrate into contact with each other through the droplets after the droplets are discharged onto the substrate.
前記成形処理を行う工程で処理された基板を加工することにより物品を製造する工程と、
を有する物品の製造方法。 A step of molding the curable resin using the molding apparatus according to claim 7;
manufacturing an article by processing the substrate treated in the step of performing the molding process;
A method for manufacturing an article having
前記吐出する工程で吐出された液滴の位置を取得する工程と、
前記取得された液滴の位置に基づいて、前記複数のノズルそれぞれの吐出速度を調整する工程と、
ことを特徴とする液体吐出方法。 A step of ejecting the liquid from the ejection part under a plurality of ejection conditions while relatively moving the holding part holding the object to be ejected and the ejection part having a plurality of nozzles for ejecting the liquid;
obtaining the position of the droplet ejected in the ejecting step;
adjusting the ejection speed of each of the plurality of nozzles based on the acquired position of the droplet;
A liquid ejection method characterized by:
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