JP7565747B2 - 液体吐出装置及びインプリント装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置及びインプリント装置に関する。

吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出装置では、吐出性能を回復するための動作が行われることがある。特許文献１には、吐出口付近に付着した異物を取り除くために、吐出面上の液体を所定の回収位置に移動させることが開示されている。また、特許文献２には、吐出口及びインク流路の目詰まりを防止するために、吐出口及びインク流路をクリーニング液で満たして洗浄を行うことが開示されている。

特開２０１５－１２０３３２号公報 特開２００１－１５３４号公報

ところで、吐出性能の回復動作としては、上記従来技術の他、吐出口面に液体を保持した状態で液体に振動を加えることにより流路内部及び吐出口をクリーニングすることがある。また、吐出ヘッドを保管する場合には、吐出口の乾燥を抑制するために、キャップ内に吐出液を溜めて吐出ヘッドの表面に吐出液が接した状態で保管を行うことがある。これらを効果的に実行するためには、吐出口が確実に液体で覆われていることが望ましい。

本発明は、吐出口が液体で覆われていることを確認する技術を提供する。

本発明の一側面によれば、
液体を吐出する吐出口が設けられた吐出ヘッドと、
前記吐出ヘッドと、当該吐出ヘッドと対向して液体を保持する保持部との間に液体が保持された状態で、前記吐出口が液体で覆われていることを検出する検出手段と、を備え、
前記吐出ヘッドは圧電素子を有し、
前記検出手段は、前記圧電素子の逆起電力を検出する、
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が液体で覆われていることを確認することができる。

一実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図。 図１に示した液体吐出装置の要部の構成を示した図。 吐出部を拡大して示した断面図。 エネルギ発生素子に印加することで得られる逆起電力の波形を示す図。 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。 一実施形態に係る吐出部の拡大図。 制御部の制御例を示すフローチャート。

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。

なお、この明細書において、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギを発生する素子を総括して言うものとする。

以下に用いる吐出ヘッド用基板（ヘッド基板又はチップ）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜第１実施形態＞
＜インプリント装置の概要＞
図１は一実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。

図１に示したインプリント装置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１０を備える。液体吐出装置１０は吐出材（レジスト）１１４を基板１１１上に吐出する。吐出材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。吐出材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吐出材を用いてもよく、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。吐出材１１４のことをインプリント材と呼んでもよい。

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、液体吐出装置１０に吐出材１１４を基板１１１上に吐出させる。そして、基板上に吐出された吐出材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）の照射によって吐出材１１４を硬化させる。その後、硬化後の吐出材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。

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、液体吐出装置１０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を介して吐出材１１４に照射される。紫外線１０８の波長は、硬化させる吐出材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を吐出材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方向に移動させてモールド１０７を吐出材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の中心部が吐出材１１４に接触するようになる。よって、モールド１０７が吐出材１１４に押し付ける際に、パターン部１０７ａと吐出材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吐出材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、吐出材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。

液体吐出装置１０は、未硬化の吐出材１１４を液体の状態でノズルから吐出して基板１１１上に塗布する。この実施形態では、ピエゾ素子の逆圧電効果を利用して吐出材１１４を吐出口から押し出す方式が採用されている。後述する制御部１０６が、ピエゾ素子を駆動させる駆動波形を生成してピエゾ素子に印加し、ピエゾ素子が吐出に適した形状に変形するように駆動させる。ノズルは複数設けられており、それぞれが独立に制御できるように構成されている。液体吐出装置１０のノズルから吐出される吐出材１１４の量は、基板１１１上に形成される吐出材１１４の所望の厚さ、または、形成されるパターンの密度などにより適宜決定される。

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に吐出された吐出材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の各構成要素の動作などを制御する。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、および液体吐出装置１０の動作を制御する。尚、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、インプリント装置とは別の他の装置として実現されてもよい。また、制御部１０６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。

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。

＜液体吐出装置＞
図２は図１に示した液体吐出装置１０の要部の構成を示した図である。図２に示すように、液体吐出装置１０は、主に後述する吐出部１１（吐出ヘッド）、液体収容容器１２、圧力を制御するための圧力制御部１３、吐出部１１の内部の吐出材１１４（液体）を循環させる循環部４０を備えている。

液体収容容器１２は、液体を収容する。液体収容容器１２の内部には、収容部内部の空間を第１の液室１５と第２の液室１６とに分離する可撓性材料で形成された分離膜１４が設けられている。分離膜１４の厚みは、１０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。また、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てもよい。例えば、分離膜１４は、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される。

第１の液室１５は、分離膜１４で仕切られた一方の液室であり、吐出材１１４が収容されている。第１の液室１５は、吐出部１１と接続されている。また、第２の液室１６は、分離膜１４で仕切られた他方の液室であり、充填液が収容されている。第２の液室１６は、接続配管１７によって圧力制御部１３と接続されている。

圧力制御部１３は、充填液タンク、配管、圧力センサ、ポンプ、バルブ等を備え、第２の液室１６内の圧力を制御する。圧力制御部１３が第２の液室１６内の充填液の圧力を制御することで、分離膜１４を介して第１の液室１５内の吐出材１１４の圧力が制御される。これにより、吐出部１１における気液界面の形状を安定化させ、基板１１１に対して液滴１１４ａとして再現性のよい吐出材１１４の吐出を行うことができる。

循環部４０は、液体収容容器１２の外側に、両端で液体収容容器１２に接続する通路４５を設け、通路４５の中にフィルタ４１とポンプ４４とを配置した構成となっている。循環部４０は、液体収容容器１２の第１の液室１５と接続されており、通路４５は第１の液室１５に開口する第１の開口４２と第２の開口４３とで第１の液室１５と連通している。

第１の開口４２は第１の液室１５の内部の吐出材１１４を通路４５の内部に供給する開口であり、第２の開口４３は第１の開口４２から通路４５に供給された吐出材１１４を第１の液室１５に再度供給する開口である。第１の開口４２と第２の開口４３とを結ぶ通路４５には、ポンプ４４と、吐出材１１４をろ過するフィルタ４１とが配置されている。ポンプ４４からの発塵による吐出材１１４への異物発生の可能性を考慮すると、ポンプ４４に対して、第１の開口４２から第２の開口４３へと吐出材１１４を流す際に下流側となる位置にフィルタ４１を配置することが好ましい。

本実施形態では、ポンプ４４は通路４５の通路内に設けられるが、ポンプ４４が通路４５の外部に設けられてもよい。ポンプ４４が駆動すると、第１の液室１５内に収容された吐出材１１４が第１の開口４２から通路４５に供給される。第１の開口４２から供給された吐出材１１４は、通路４５の内部のフィルタ４１を通過してろ過された後に、第２の開口４３を経由して第１の液室１５内に戻る。そして、第１の液室１５内の吐出材１１４は再び第１の開口４２から通路４５に供給される。即ち、吐出材１１４は第１の液室１５と通路４５とを循環しながらフィルタ４１でろ過される。

なお、本実施形態では、液体吐出装置１０は液体収容容器１２の内部に分離膜１４を有しているが、分離膜１４が設けられない構成も採用可能である。この場合、液体収容容器１２は吐出材を収容する。

＜吐出部＞
図３は、吐出部１１を拡大して示した断面図である。吐出部１１は、共通液室５６とモジュール基板５７とを備えている。

共通液室５６は、モジュール基板５７に設けられた複数のノズル５４に対して吐出材１１４を供給する液室である。

モジュール基板５７には、吐出材をモジュール基板５７に供給する供給口２１及び吐出材を吐出可能な吐出口１９を備えた複数のノズル５４と、ノズル５４の内部に設けられ、吐出材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１８とが設けられている。ここで、モジュール基板５７の供給口２１が設けられた表面を供給口側表面５９、吐出口１９が設けられた表面を吐出口側表面５８或いは吐出口面５８と表記する。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。

本実施形態では、エネルギ発生素子１８として圧電素子が採用されている。しかしながら、エネルギ発生素子１８としては、発熱抵抗体等も挙げられる。ただし、インプリント装置１０１では、吐出材として樹脂を多く含むものがよく用いられることから、エネルギ発生素子として圧電素子が用いられることがある。供給口２１は、モジュール基板５７の内部で吐出口１９と連通している。エネルギ発生素子１８を制御部１０６で制御することで、共通液室５６から供給口２１を通って供給された、エネルギ発生素子１８と吐出口１９との間のノズル内部（圧力室）２０の吐出材１１４が、吐出口１９から基板上に吐出される。吐出部１１は、インクジェットヘッド等で用いられるような吐出ヘッドであってもよい。他にも、制御弁等を用いて吐出材の供給と停止を制御してもよい。なお、ノズル５４の数は適宜設定可能である。

また、吐出部１１は、モータＭ１を駆動源とした不図示の移動機構によって往復移動可能に設けられる。例えば、吐出部１１は、待機位置と、基板１１１に対して吐出材１１４を吐出する吐出領域と、後述する回復動作が行われる回復位置との間を移動する。また、吐出部１１は、吐出領域において、例えばＸ方向に走査しながら基板１１１に対して吐出材１１４を吐出する。移動機構には、モータＭ１の回転駆動力を直線運動に変換するラックピニオン機構やボールねじ機構等、周知の技術を適宜採用可能である。また、モータＭ１としてリニアモータが採用されてもよい。

＜液体保持部＞
本実施形態の液体吐出装置１０は、液体保持部８０（保持部）を備えている。液体保持部８０は、ノズル５４の吐出口１９が液体で覆われるように液体を保持する。具体的には、液体保持部８０は、吐出部１１と液体保持部８０との間を液体で満たすことにより、吐出口１９が液体で覆われるように液体を保持する。本実施形態では、液体保持部８０は、吐出部１１が回復位置にある場合に吐出部１１の下方に位置するように設けられる。また、回復位置において、液体保持部８０の吐出口面５８に対向する位置に平坦な対向面８０ａが形成される。回復位置において、対向面８０ａと吐出口面５８とは所定の間隔、例えば数ｍｍの間隔をおいて設けられ、これらの間に液体が供給されることにより、これらの間に液柱が形成される。これにより、複数のノズル５４が液体で覆われる。また、本実施形態では、液体保持部８０が対向面８０ａと吐出口面５８との間で保持する液体は、吐出部１１から吐出された吐出材１１４である。なお、液体保持部８０には、保持した液体を回収する回収部が設けられてもよい。

本実施形態では、液体保持部８０は、モータＭ２を駆動源として上下方向に移動可能に移動可能に設けられている。また、液体保持部８０の上下方向の位置は、モータＭ２の位相を検出可能なエンコーダ（不図示）の検出値等に基づいて取得されてもよい。

＜検出部＞
液体吐出装置１０は、検出部９０を備えている。検出部９０は、吐出口１９が液体で覆われているか否かに関する情報を検出する。本実施形態では、検出部９０は、この情報として、エネルギ発生素子１８に駆動パルスを印加して振動させた際に発生する逆起電力を検出する。すなわち、検出部９０は、エネルギ発生素子１８ごとに対応して設けられた電圧センサ或いは電流センサ等であり得る。なお、図３では省略されているが、検出部９０は各エネルギ発生素子１８に対してそれぞれ設けられ得る。

逆起電力の検出について具体的に説明する。エネルギ発生素子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内の吐出材１１４の圧力を変化させることで吐出材１１４を吐出させる。そして、吐出のためにエネルギ発生素子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。検出部９０は、この残留振動により生じた逆起電力を検出する。また逆起電力はエネルギ発生素子１８ごと、換言すればノズル５４ごとに発生するため、検出部９０は逆起電力をノズル５４ごとに検出する。

図３及び図４を用いて、検出部９０の検出結果に基づいて吐出口１９が液体で覆われているか否かを判断する方法について説明する。図４は、エネルギ発生素子１８（ピエゾ素子）に印加することで得られる逆起電力の波形を示している。

吐出口１９が液体で覆われているか否かを判断する際には、吐出口１９から吐出材１１４が吐出されない程度の駆動パルスをエネルギ発生素子１８に印加する。例えば、吐出口１９から吐出材１１４を吐出する際に±１０Ｖの駆動パルスをエネルギ発生素子１８（ピエゾ素子）に印加する場合には、±６Ｖの駆動パルスをエネルギ発生素子１８（ピエゾ素子）に印加する。図４は、吐出口１９が液体で覆われているか否かを判断する際の逆起電力の波形を示しており、実線は吐出口１９が液体で覆われている場合の波形を、破線は吐出口１９が液体で覆われていない場合の波形をそれぞれ示している。図３に照らし合わせて言えば、実線は吐出口１９が吐出材１１４で覆われたノズル５４Ｂのエネルギ発生素子１８の逆起電力の波形を示し、破線は吐出材１１４で覆われていないノズル５４Ａのエネルギ発生素子１８の逆起電力の波形を示している。

吐出口１９が吐出材１１４で覆われると、メニスカス圧の影響がなくなるため、吐出口１９が吐出材１１４で覆われていない場合と比べると、周期が長くなり、振幅も大きくなる。すなわち、実線で示すノズル５４Ｂのエネルギ発生素子１８の逆起電力波形は、破線で示すノズル５４Ａのエネルギ発生素子１８の逆起電力波形よりも、周期が長く（周波数が小さく）なり、振幅が大きくなる。

制御部１０６は、この違いに基づいて、すべての吐出口１９が吐出材１１４で覆われているか否かを判断する。一例として、制御部１０６は、ＲＯＭ等の不揮発性メモリに吐出口１９が液体で覆われていない場合の逆起電力波形の情報を記憶しておく。そして、検出部９０により検出された逆起電力波形と、不揮発性メモリに記憶された情報とを比較することにより、対象の吐出口１９が液体で覆われているか否かを判断する。

＜回復動作の説明＞
本実施形態の液体吐出装置１０は、吐出性能を回復するための回復動作を実行可能である。回復動作の一例としては、吐出口１９及びノズル内部（圧力室）２０の洗浄が挙げられる。例えば、液体吐出装置１０は、液体保持部８０を用いて吐出口１９付近を液体で満たした状態でエネルギ発生素子１８を駆動させてノズル内部（圧力室）２０及び吐出口１９の吐出材１１４を振動させる。これにより、ノズル内部（圧力室）２０及び吐出口１９が洗浄される。

ところで、吐出口１９付近を液体で満たす際に、エネルギ発生素子１８を駆動させて吐出口１９から吐出材１１４を吐出することが考えられる。このとき、ノズル５４内の流路への泡の混入や、チューブの膨張などでエネルギ発生素子１８によりノズル内部（圧力室）２０に圧力の応答性が変わることがある。また、ノズル５４を構成する要素には個体差等があるため、ある一定の条件でノズル内部（圧力室）２０を加圧しても、吐出材１１４の吐出量は一定にならないことがある。また、吐出口面５８に保持された液体の広がりも個体差や、条件によって変わり得る。そのため、一定の量の液体が液体保持部８０と吐出口面５８との間に供給されても、洗浄の対象となっているノズルが液体に覆われないことがある。その状態で液体に振動を加えても、対象のノズルに対して洗浄の効果が十分に得られないことがある。

そこで、本実施形態では、以下の処理により、吐出口１９が液体で覆われているか否かを判断した上で、回復動作を実行する。

図５は、制御部１０６の制御例を示すフローチャートである。図５は、回復動作としての吐出部１１の洗浄動作時の制御例を示している。例えば、本フローチャートは、制御部１０６のＣＰＵが、制御部１０６のＲＯＭに記憶されたプログラムを制御部１０６のＲＡＭに読み出して実行することにより実現される。また例えば、本フローチャートは、ユーザからの洗浄動作の実行指示を受け付けると開始する。また例えば、本フローチャートは、所定の周期で定期的に実行される。

ステップＳ１（以下、単にＳ１と表記する。他のステップも同様とする。）で、制御部１０６は、吐出部１１及び／又は液体保持部８０を回復位置に移動させる。回復位置は、回復動作が可能な位置であり、本実施形態では液体が吐出口１９を覆うように液体保持部８０が液体を保持可能な位置であり得る。すなわち、回復位置は液体保持部８０による液体の保持位置ともいえる。本実施形態では、吐出部１１が所定の回復位置に移動する。しかし、液体保持部８０が移動してもよいし、吐出部１１及び液体保持部８０の両方が移動してもよい。

Ｓ２で、制御部１０６は、吐出部１１と液体保持部８０との間に液体を供給する。例えば、制御部１０６は、圧力制御部１３により第２の液室１６内の充填液の圧力を制御し、吐出口１９より吐出材１１４を吐出させることで、液体保持部８０と吐出口面５８との間を液体で満たす。このときの液体の供給量は、液体保持部８０と吐出口面５８の間にブリッジ１１４ｂ（液柱）が形成されるように調整される。

Ｓ３で、制御部１０６は、検出部９０の検出結果を取得する。本実施形態では、制御部１０６は、吐出材１１４を吐出しない程度の電圧の駆動パルスを各ノズル５４のエネルギ発生素子１８に印加し、その際に発生した逆起電力の波形を検出結果として検出部９０から取得する。

Ｓ４で、制御部１０６は、吐出口１９の状態判断を行う。本実施形態では、制御部１０６は、吐出口１９が液体で覆われているか否かの判断を行う。具体的な処理例については後述する（図６参照）。

Ｓ５で、制御部１０６は、吐出口１９が液体で覆われているか否かを確認し、覆われている場合はＳ６に進み、覆われていない場合はＳ９に進む。なお、本実施形態では、全ての吐出口１９が液体で覆われている場合にＳ６に進み、いずれかの吐出口１９が液体で覆われていない場合にはＳ９に進む。

Ｓ６で、制御部１０６は、回復動作としてノズル５４の洗浄を行う。制御部１０６は、エネルギ発生素子を駆動させることによりノズル内部（圧力室）２０の吐出材１１４及び吐出口１９を覆う吐出材１１４を振動させ、ノズル内部（圧力室）２０及び吐出口１９を洗浄する。

Ｓ７で、制御部１０６は、吐出口面５８の液体を回収する。具体的には、制御部１０６は、液体保持部８０を下げて吐出口面５８と液体保持部８０の間隔を広げることにより、液体保持部８０と吐出口面５８の間に形成されたブリッジ１１４ｂを解消する。ブリッジ１１４ｂが解消されると、吐出口面５８を覆っていた液体は重力により下方に移動し、液体保持部８０側に保持される。なお、ブリッジを解消した後に不図示のワイパ等により吐出口面５８に残存する液体を回収してもよい。

Ｓ８で、制御部１０６は、液体保持部８０の液体を回収する。例えば、制御部１０６は、不図示の液体回収部により液体保持部８０に残っている液体を回収する。液体回収部は、対向面８０ａから液体を排水するための排水口と、排水口からの排水を行うか否かを切替可能なバルブ等により構成されてもよい。排水口からの排水された液体は、例えば、不図示の廃液タンク等に導入される。

一方、Ｓ５からＳ９に進んだ場合、Ｓ９で、制御部１０６は、液体保持部８０と吐出口面５８の距離が下限値より大きいか否かを確認する。制御部１０６は、これらの距離が下限値よりも大きい場合はＳ１０に進み、そうでない場合はＳ２の処理に戻る。本実施形態では、液体保持部８０と吐出口面５８との距離の下限値が設けられている。この距離の下限値は、液体保持部８０と吐出口面５８が接触すると吐出口面５８が傷つけられてしまう可能性があるため、これらが近づきすぎないようにするために設けられる。制御部１０６は、例えば、液体保持部８０と吐出口面５８との距離を光学的に計測可能な測距センサの検出結果からこれらの距離を取得してもよい。また、制御部１０６は、液体保持部８０を上下動させるモータＭ２の位相を検出するエンコーダの検出結果に基づいて液体保持部８０の高さを取得し、それに基づいて液体保持部８０と吐出口面５８との距離を取得してもよい。

Ｓ１０で、制御部１０６は、液体保持部８０を吐出口面５８に近づける。制御部１０６は、液体保持部８０及び吐出口面５８の間の距離が下限値よりも小さくならない範囲で液体保持部８０を吐出口面５８に近づける。これらの距離が近づくことにより、これらの間の空間の体積が小さくなるため、吐出口１９が液体で覆われやすくなる。その後Ｓ３に戻り対象の吐出口１９が液体で覆われるまで処理を繰り返す。

一方、Ｓ９での判断がＮｏである場合、これ以上液体保持部８０と吐出口面５８を近づけると接触の恐れがあるため、液体保持部８０及び吐出口面５８をこれ以上近づけることができない。そこで、制御部１０６は、Ｓ２に戻って再度液体を供給することにより、吐出口１９を液体で覆う。

図６は、図５のＳ４の処理の具体例を示すフローチャートである。

Ｓ４１で、制御部１０６は、判断基準となる波形の情報を読み出す。例えば、制御部１０６のＣＰＵは、制御部１０６のＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶された判断基準となる波形の情報を読み出す。本実施形態では、判断基準となる波形の情報は、吐出口１９が液体で覆われていない場合のエネルギ発生素子１８の逆起電力波形の情報である。しかしながら、吐出口１９が液体で覆われている場合のエネルギ発生素子１８の逆起電力波形の情報を判断基準となる波形の情報としてもよい。

Ｓ４２で、制御部１０６は、判断対象のノズル５４を選択する。本実施形態では、全てのノズル５４についてその吐出口１９が液体で覆われているか否かを判断するため、制御部１０６はまだ判断がなされていないいずれかのノズル５４を選択する。

Ｓ４３で、制御部１０６は、検出部９０の検出結果と判断基準の波形を比較する。具体的には、制御部１０６は、検出部９０によって検出された、Ｓ４２で選択されたノズル５４のエネルギ発生素子１８の逆起電力波形の情報と、Ｓ４１で読みだした判断基準となる波形の情報を比較する。比較内容としては、逆起電力波形の振幅、周期及び周波数等が挙げられる。例えば、制御部１０６は、比較結果として検出結果の波形と判断基準の波形との間の振幅及び／又は周期の差についての情報を取得する。

Ｓ４４で、Ｓ４３の比較結果が、吐出口１９が液体で覆われていない場合の条件を充足しているか否かを確認し、条件を充足している場合はＳ４５に進み、条件を充足しない場合はＳ４６に進む。例えば、吐出口１９が液体で覆われていない場合の条件として、判断基準の波形と検出結果の波形の振幅及び／又は周期の差が閾値以上であることが挙げられる。

Ｓ４５に進んだ場合、制御部１０６は、吐出口１９が液体で覆われていないと判断し、Ｓ４７に進む。一方、Ｓ４６に進んだ場合、制御部１０６は、吐出口１９が液体で覆われていると判断し、Ｓ４７に進む。

Ｓ４７で、制御部１０６は、吐出口１９が液体で覆われているか否かを未判断のノズル５４が無い場合は本フローチャートを終了し、吐出口１９が液体で覆われているか否かを未判断のノズル５４が残っている場合はＳ４２に戻る。

以上説明したように、本実施形態では、全ての吐出口１９が液体で覆われていることを確認することができる。そして、全ての吐出口１９が液体で覆われていることが確認された上で洗浄動作を行うため、全てのノズル５４を確実に洗浄することができる。

なお、Ｓ５の分岐でＮｏに進むことが所定の回数、例えば２～５回、繰り返された場合には、判断において、全てのノズル５４が覆われない状態が複数回続いた場合には、本フローチャートを終了してユーザにエラーを通知してもよい。

また、本実施形態では、全てのノズル５４を洗浄するために全ての吐出口１９が液体で覆われていることを確認している。しかしながら、１つ又は複数の特定のノズル５４を洗浄する場合は、Ｓ４の処理で洗浄を行うノズル５４についてのみ状態判断を行い、Ｓ５で洗浄を行うノズル５４の吐出口１９が液体で覆われているか否かを確認してもよい。

また、制御部１０６は、全てのノズル５４を洗浄する場合において、いずれかのノズル５４の吐出口１９が液体で覆われていないときであっても、Ｓ６に進むように条件を設定してもよい。例えば、制御部１０６は、Ｓ４で各ノズル５４の吐出口１９の状態判断を行い、吐出口１９が液体で覆われているノズル５４の割合が閾値以上であれば、大部分のノズル５４の吐出口１９は液体で覆われている判断してＳ６に進み、洗浄を行ってもよい。例えば、制御部１０６は、９割以上のノズル５４の吐出口１９が液体で覆われている場合にはＳ６に進んでもよい。

また、本実施形態では、吐出口１９が液体で覆われているか否かに関する情報を検出する検出部９０は、エネルギ発生素子１８（ピエゾ素子）の逆起電力を検出している。検出部９０としては、液体保持部８０に設けられた透過部を介して吐出口１９を下側から撮像するカメラ等の撮像素子が採用されてもよい。液体保持部８０の透過部は、液体保持部８０の一部又は全部を構成し、例えば石英ガラス等で形成され得る。また、この場合、吐出材１１４に感度のない波長の照明系を設け、照明系から光を照射して、透明部材を介して、液体の満たされている状態を撮像素子により検出してもよい。

また、本実施形態では、洗浄動作において、吐出材１１４の吐出を行うエネルギ発生素子１８によりノズル５４内部及び吐出口１９表面の液体を振動させている。すなわち、エネルギ発生素子１８が吐出口１９の洗浄（回復動作）を実行するための構成要素として機能している。しかしながら、エネルギ発生素子１８以外の構成要素により回復動作を実行してもよい。例えば、液体保持部８０を振動可能な加振部（不図示）が設けられ、加振部が液体保持部８０を振動させることによりノズル内部（圧力室）２０及び吐出口１９の液体を振動させてもよい。また、エネルギ発生素子１８とは別に吐出部１１を振動させる加振部を設けてもよい。

また、本実施形態では、液体保持部８０と吐出口面５８の間に液体を供給する際に吐出口１９から吐出材１１４を吐出させた。しかしながら、液体保持部８０に、不図示の供給口とその供給口へ接続する流路を設けて、吐出材１１４又はその成分の一部を含む液体を供給するようにしてもよい。
また、液体保持部８０は液体吐出装置１０に備え付けられたものである必要はなく、回復動作時に装置内に設置してもよい。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、ノズル５４の回復動作を効果的に実行するために、吐出口１９が液体で覆われているか否かを確認している。第２実施形態では、液体吐出装置１０の保管時にノズル５４の乾燥を抑制するために吐出口１９が液体で覆われているか否かを確認している。以下、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

図７は、一実施形態に係る吐出部１１の拡大図である。図７では、吐出部１１に保管用のキャップとして用いられる液体保持部８１が装着されている状態が示されている。

液体保持部８１は、液体吐出装置１０を保管する場合又は輸送する場合等にノズル５４の保護及び乾燥抑制のために吐出口面５８を覆うように装着される。本実施形態では、液体保持部８１は、液体吐出装置１０の保管時等に着脱自在に装着される。すなわち、液体保持部８１は、液体吐出装置１０とは別体に設けられる。また、液体保持部８１は、吐出口面５８と対向する底壁部８１ａと、底壁部８１ａから上方に延びる側壁部８１ｂとを含み、側壁部８１ｂは吐出口面５８の吐出口１９が形成されない位置に当接する。これにより、液体保持部８１と吐出口面５８との間に液体を保持しつつ、輸送時等に液体吐出装置１０に振動が生じた場合に保持された液体が溢れるのを抑制することができる。

ここで、液体吐出装置１０を保管又は輸送する際には、乾燥を防ぐために、キャップとして機能する液体保持部８１に吐出材１１４を溜めて吐出口１９が吐出材１１４で覆われた状態で保管又は輸送する。一方で、実際には液体保持部８１に吐出材１１４を溜めた後の状態を見ることができないため、全てのノズルが吐出液で覆われているかを判断することができない。

ノズル５４Ａのように吐出口１９が吐出材１１４で覆われていない状態で長時間放置されると、吐出口１９付近の吐出材１１４が乾燥し、吐出口１９付近に残渣が付着する恐れがある。そのため、保管時又は輸送時のように長時間液体吐出装置１０が作動しない場合には、すべてのノズル５４の吐出口１９が確実に吐出材１１４で覆われることが望ましい。そこで、本実施形態では、以下の処理により、保管時に吐出口１９が液体で覆われていることを確認する。

図８は、制御部１０６の制御例を示すフローチャートである。図８は、液体吐出装置１０の保管時の確認動作の吐出口１９の状態の制御例を示している。なお、図５のフローチャート同様のステップについては同様の符号を付して説明を省略する。

Ｓ２００で、制御部１０６は、保管モードの選択を受け付ける。例えば、制御部１０６は、ユーザによる指示受付可能な不図示の入力部等を介して、保管モードの選択を受け付ける。本実施形態では、保管モードは、液体吐出装置１０が長期間使用されない場合に、吐出性能の維持等のために電源オフの前に所定の処理を行うモードである。

Ｓ２０１で、制御部１０６は、液体保持部８１の装着指示を行う。例えば、制御部１０６は、各種情報を表示可能な液晶ディスプレイ等の表示部（不図示）に「ノズルにキャップを装着して下さい」等のメッセージを表示させること等により、装着指示を行う。また、制御部１０６は、例えば、不図示の入力部等を介して液体保持部８１の装着が完了した旨の入力を受け付けるとＳ２に進む。

Ｓ２～Ｓ５は、図５のフローチャートと同様である。なお、本実施形態では、液体保持部８１が上下方向に移動可能に構成されていないため、Ｓ５の分岐でＮｏに進んだ場合はそのままＳ２に戻る。

Ｓ２０６で、制御部１０６は、液体吐出装置１０の電源をオフにする。本実施形態では、制御部１０６は、液体吐出装置１０の電源をオフにする電源制御を実行可能である。そして、Ｓ５の分岐でＹｅｓに進んだ場合、すなわち、全てのノズル５４又は所定のノズル５４が液体で覆われている場合に液体吐出装置１０の電源をオフにする。

本実施形態では、液体吐出装置１０の保管時等には、吐出口１９が液体で覆われていることを確認した上で液体吐出装置１０の電源がオフにされる。したがって、保管時等のノズル５４の乾燥を抑制することができる。

なお、第１実施形態に係る構成及びその変形例として例示した構成と第２実施形態に係る構成及びその変形例として例示した構成とは適宜組み合わせ可能である。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、液体吐出装置１０としてインプリント装置が採用されているが、液体吐出装置１０としてインクジェット式の記録装置等、他の装置が採用されてもよい。

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。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０ 液体吐出装置、１１ 吐出部、９０ 検出部

Claims (14)

1. 液体を吐出する吐出口が設けられた吐出ヘッドと、
   前記吐出ヘッドと、当該吐出ヘッドと対向して液体を保持する保持部との間に液体が保持された状態で、前記吐出口が液体で覆われていることを検出する検出手段と、を備え、
   前記吐出ヘッドは圧電素子を有し、
   前記検出手段は、前記圧電素子の逆起電力を検出する、
   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、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記吐出口が液体で覆われているか否かを判断する判断手段をさらに備える、
   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、
   前記判断手段は、前記検出手段により検出された前記逆起電力の波形の振幅、周期及び／又は周波数に基づいて前記吐出口が液体で覆われているか否かを判断する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
4. 請求項３に記載の液体吐出装置であって、
   前記判断手段による判断の基準となる前記逆起電力の波形を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記判断手段は、前記検出手段により検出された前記逆起電力の波形と、前記記憶手段に記憶された前記逆起電力の波形とを比較することにより、前記吐出口が液体で覆われているか否かを判断する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の液体吐出装置であって、
   前記検出手段の検出結果が、前記吐出口が液体で覆われていることを示す場合に、前記吐出口の回復動作を実行する回復手段をさらに備える、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載の液体吐出装置であって、
   前記圧電素子は、前記検出手段の検出結果が、前記吐出口が液体で覆われていることを示す場合に前記吐出口の回復動作を実行する回復手段として機能する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
7. 請求項５又は６に記載の液体吐出装置であって、
   前記吐出ヘッドには前記吐出口が複数設けられ、
   前記回復手段は、前記検出結果が、複数設けられた前記吐出口のうち所定の前記吐出口が液体で覆われていることを示す場合に、前記回復動作を実行する、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の液体吐出装置であって、
   前記保持部と、
   前記保持部が前記吐出ヘッドとの間に液体を保持可能な位置に、前記吐出ヘッド及び／又は前記保持部を移動させる移動手段と、をさらに備える、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
9. 液体を吐出する吐出口が設けられた吐出ヘッドと、
   前記吐出ヘッドと、当該吐出ヘッドと対向して液体を保持する保持部との間に液体が保持された状態で、前記吐出口が液体で覆われていることを検出する検出手段と、を備えた液体吐出装置であって、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記吐出口が液体で覆われているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記吐出口が液体で覆われていると判断された場合に前記液体吐出装置の電源をオフにする電源制御手段と、をさらに備える、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
10. 請求項９に記載の液体吐出装置であって、
    前記保持部は、前記液体吐出装置の保管時に着脱自在に装着される、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
11. 液体を吐出する吐出口が設けられた吐出ヘッドと、
    前記吐出ヘッドと、当該吐出ヘッドと対向して液体を保持する保持部との間に液体が保持された状態で、前記吐出口が液体で覆われていることを検出する検出手段と、を備え、
    前記保持部は、透過部を有し、
    前記検出手段は、前記透過部を介して前記吐出口を撮像する、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の液体吐出装置であって、
    前記保持部は、前記吐出口から吐出された液体で前記吐出口が覆われるように液体を保持する、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
13. 請求項１～８のいずれか１項に記載の液体吐出装置であって、
    前記保持部に液体を供給する供給手段をさらに備え、
    前記供給手段により供給される液体は、前記吐出口から吐出される液体に含まれる成分の少なくとも一部の成分を含む、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の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。

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