基板乾燥方法および装置
【課題】低固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗工を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化を起こしにくい乾燥方法を提供する。
【解決手段】乾燥速度と溶解度に差がある２種類以上の溶媒であって、粘度が低い良溶媒と粘度が高い貧溶媒との組み合わせからなる塗布液の乾燥を行う際に、塗布工程では塗布液の粘度を重視するために高粘度溶媒を凝集する直前の濃度まで添加しておき、乾燥工程において溶媒の溶解性を重視するために、良溶媒を塗膜に供給することにより、乾燥工程時に発生する塗膜の白化を抑制する。
【解決手段】乾燥速度と溶解度に差がある２種類以上の溶媒であって、粘度が低い良溶媒と粘度が高い貧溶媒との組み合わせからなる塗布液の乾燥を行う際に、塗布工程では塗布液の粘度を重視するために高粘度溶媒を凝集する直前の濃度まで添加しておき、乾燥工程において溶媒の溶解性を重視するために、良溶媒を塗膜に供給することにより、乾燥工程時に発生する塗膜の白化を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に塗布された塗膜の乾燥方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）と呼ばれる薄型平面状の表示デバイスの開発，製造が盛んに行われている。フラットパネルディスプレイには多くの方式があるが、主だったものとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ），プラズマディスプレイ（ＰＤＰ），有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）などを挙げることができる。
【０００３】
これらの表示デバイスの製造工程においては、目的の材料の薄膜を基板上に形成するという工法を多用する。形成しようとする薄膜がベタ膜か、所望の形状にパターニングされた膜かによって成膜プロセスをいくつか選択することができる。
【０００４】
一般にベタ膜を形成する場合は、スリットコート，スピンコート，ディップコート，ロールコートなどの各種塗工手段を用いて形成することができるが、表示デバイスの製造工程においては、ベタ膜の他にもパターニングされた薄膜を形成使用とする場合が多く、より高性能でより生産性の高いパターニング薄膜の形成手段の開発が進められている。パターニングされた薄膜の形成手段としては、上述のベタ膜の形成手段にフォトリソグラフィを組み合わせる方法やインクジェット法、印刷法などの適用が注目されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、有機ＥＬディスプレイの製造工程における塗布膜のパターニングとして、以下のような工法が開示されている。
【０００６】
まず、フォトリソグラフィ法を用いて、基板に予め目的のパターンを形成するための素子分離構造体を設ける。次に、目的の材料を溶媒に溶解したインクを塗布ノズルから基板に滴下塗布して素子分離構造体によって分離することで所望のパターニングをした薄膜を得るという工法が開示されている。
【０００７】
上記特許文献１のように、塗布液を基板に形成した構造体によってパターニングするという方法以外にも、ホールダイコート法のように、塗布ノズル側を目的のパターンが塗布できるように加工して、塗布材料を直接パターニングするという手法もある。
【０００８】
ホールダイコート法は、そのように塗布ノズル側を加工して、予め目的のパターン（ストライプパターン）に応じてノズルに穴の列を加工して、そのノズルを用いて基板上に塗布液を塗布する手法である。ホールダイコート法は装置構造の簡便さや材料利用効率の高さから注目されている工法である。
【０００９】
以下に従来のホールダイコート法について概略を説明する。
【００１０】
図３，図４はホールダイコート法に用いられるホールダイコータを模式的に示す図であって、図３はホールダイコータのダイヘッドを示す斜視図、図４はホールダイコータにより基板にパターンを形成する状態を示す斜視図である。
【００１１】
図３，図４において、２０１は配管、２０２はマニホールド、２０３はノズルプレート、２０４はダイヘッド、２０５はノズル、３０１は基板、３０２は塗布液パターンを示す。
【００１２】
図３，図４に示すように、塗布液を供給する配管２０１とマニホールド２０２とノズルプレート２０３からなるダイヘッド２０４を、基板３０１に対して一定間隔（塗布ギャップ）離して配置し、ダイヘッド２０４あるいは基板３０１を塗布パターンの方向に水平移動させることにより塗布液を塗布する。
【００１３】
これにより基板３０１上に、ノズル２０５の間隔に応じた塗布液パターン３０２が形成される。このようにして塗布液パターン３０２が塗布された基板は、続いて乾燥工程に進み、塗布液中の溶媒を除去することによって所望のパターンを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−３５１７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、ホールダイコート法は、得たいパターンのストライプ幅と乾燥膜厚が決まると、それに対するウェット膜厚も決まり、乾燥膜厚÷ウェット膜厚、すなわち、塗布液の固形分量も決まる。しかし、フラットパネルディスプレイで用いられるような高精細のパターンにおいて薄い膜厚の塗布膜を得ようとした場合、固形分量を低くする必要があり、塗布液の粘度が低くなるため、液柱の安定化が困難になることがある。
【００１６】
このような塗布液をホールダイコート法で塗布する場合、低固形分量で高粘度になるように塗布液を調製する必要がある。低固形分量で高粘度な塗布液を得るためには、塗膜になる材料が樹脂系のものであれば分子量を増やすことにより、ある程度、粘度を高くすることができる。しかし、分子量の増大が塗膜の物性に悪影響を与えるようなケースもある。この場合には、塗布液中の塗膜になる材料は変更せずに、塗布液の高粘度化を行う必要がある。
【００１７】
塗布液の溶媒の部分を変更して塗布液の粘度を上げるためには、溶媒の粘度を上げること、溶媒の溶解性を低下させること、高粘度の固形分を増粘剤として添加することなどの方法がある。これらの方法のうち、高粘度の固形分を増粘剤として添加する増粘剤添加方法は、塗膜中に添加した増粘剤が残留するため、塗膜に悪影響を与える場合には実施することができない。
【００１８】
また、樹脂系の材料を溶かした塗布液の場合、溶媒の溶解度を下げることにより、樹脂の高分子が半凝集状態になって絡み合い、粘度が上昇する場合がある。しかし、あまり溶解度を下げすぎると完全に凝集して固形分が不溶になってしまう。
【００１９】
溶媒自身の粘度の高粘度化で塗布液を高粘度化する場合、分子量が大きい溶媒あるいは極性の高い溶媒であれば、比較的粘度が高くなる傾向があるため、これらを用いることができる。但し、分子量が大きい溶媒は乾燥が遅いため、塗布後の乾燥工程で乾燥が遅くなる、或いは、完全には乾燥できなくなる可能性もある。また、極性が高い溶媒は、塗布液中の固形分が低極性のものである場合、この高粘度溶媒は貧溶媒になるため、添加し過ぎると、固形分が凝集して不溶になる可能性もある。そのため、固形分の極性、元々の溶媒の乾燥速度とのバランスを考慮して、塗布液を調製する必要がある。
【００２０】
このようにホールダイコート法において、目的とする塗布材料とパターンに対して塗布液の物性の最適化することが重要となる。
【００２１】
加えて、塗布液の溶質が非極性のものであるために、高粘度溶媒は貧溶媒としても作用し、高粘度溶媒の比率が高まり、ある一定の成分比を超えると溶解性が不足して、塗布液が凝集あるいは白化してしまうことも知られる。上述したように、ホールダイコート法に用いる塗布液中には、ある一定量以上の高粘度溶媒、すなわち、貧溶媒を加えられないため、同じ添加量でより粘度の高くなる高粘度溶媒を使用する必要がある。
【００２２】
上述したように、一般に溶媒の粘度は溶媒の分子量と極性に依存している。極性が非常に大きい分子（例えば、多価アルコールなど）は、非極性の溶質に対して強力な貧溶媒として作用し、少量の添加でも塗布液の凝集を引き起こす。
【００２３】
ここで、前記塗布液の乾燥工程を考えた場合、塗布液の溶媒は低極性で良溶媒であるが、粘度が低い溶媒と、高粘度であるが溶解性が低い貧溶媒とが混合している。このため、高粘度溶媒の極性を高めずに粘度だけを上げる場合、分子量がより大きなものを高粘度溶媒として用いるため、乾燥工程において良溶媒の方が先に乾燥してしまう。
【００２４】
ここで塗膜の乾燥工程を考えた場合、塗膜が液体として振舞う乾燥前期と、ある程度、溶媒が蒸発して塗膜が流動しなくなり、塗膜が固体として振舞う乾燥後期とに分けることができる。乾燥前期において、塗膜は流動しているため、塗膜表面で気化した溶媒分子の気化熱で表面の温度が低下して沈降し、底部の溶媒が塗膜表面に上がってくるという対流が発生していると考えられる。このことは、塗布液の組成が不適切な場合に、塗膜にベナードセル（乾燥塗膜に細かい六角形状のマトリクスが形成される乾燥ムラ）が発生することでも示されている。
【００２５】
このように乾燥前期においては、塗膜内部の溶液の流動によって、常に塗膜は攪拌されている状態にあるため、良溶媒と、極性が高く乾燥が遅い貧溶媒とで乾燥速度に差があって良溶媒側だけ蒸発しても、攪拌によって塗膜中における溶媒の比率の膜厚方向に対する分布は緩和されている状態にあると考えられる。
【００２６】
しかし、乾燥終期になると塗膜から大部分の溶媒がなくなっているために、塗膜中の固形分比が高くなり、塗膜は高粘度化して流動性が失われていると考えられる。この状態では塗膜内部で溶媒分子の移動は対流ではなく、塗膜内部での拡散に依存することになる。しかし、対流と比較すると拡散過程は移動速度が小さく、塗膜表面における溶媒の気化速度の差から発生する塗布膜の溶媒の比率の膜厚方向に対する分布は緩和されにくい。そのため、塗膜表面では乾燥が遅い貧溶媒の比率が高まりやすい。
【００２７】
この場合、塗膜の流動性が小さい状態で塗膜中の貧溶媒の濃度が上昇すると、塗布液の溶媒の成分中で貧溶媒の濃度が高すぎると凝集してしまうことと同様に、半固形化した塗膜で凝集が発生する。ただし、塗膜に流動性がほとんど無いため、巨大な凝集物は形成されずに、塗膜表面が細かく荒れたようになり、本来の塗膜が透明な膜の場合は、凝集が発生した塗膜は白濁する。このような現象を塗膜の白化と呼ぶ。このように、塗膜の白化は塗布液の組成中の貧溶媒の成分の乾燥が遅い場合に発生する傾向があるが、低固形分量で塗布液の粘度を高めるためには、極性があって分子量が大きく乾燥の遅い溶媒を高粘度溶媒として用いる必要があり、結果として塗布液の乾燥時に白化を引き起こしやすいという課題がある。
【００２８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、低固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗工を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化を起こしにくい基板乾燥方法および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】
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明の基板乾燥方法および装置は、基板上に塗布され、少なくとも溶質と、前記溶質に対して溶解度の差を有している２種類以上の溶媒とからなる液体混合組成物の塗膜を乾燥させる乾燥工程において、前記２種類以上の溶媒の中で、前記溶質に対して相対的に乾燥速度が速くかつ溶解度の高い溶媒を、塗膜に供給しながら乾燥を行うことを特徴とする。
【００３０】
前記乾燥方法および乾燥装置によって、低固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗布を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化が起こりにくくなる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗工を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化を起こしにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の態様における基板乾燥装置の概略構成図
【図２】本実施の態様における基板乾燥に係るフロー図
【図３】従来のホールダイコータのダイヘッドの一例を示す斜視図
【図４】図４のホールダイコータで基板にパターンを形成している状態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は本発明の実施の態様に係わる基板乾燥装置の模式図である。
【００３５】
図１において、１０１は基板乾燥装置が減圧機構を持つ場合の真空チャンバ、１０２は乾燥中の基板に溶媒を噴霧する溶剤噴霧機構、１０３は基板乾燥装置の乾燥対象である基板、１０４は基板１０３の周囲に配置された溶媒および溶媒保持体、１０５は基板１０３を加熱しながら乾燥させるための加熱機構としてのホットプレートである。
【００３６】
上述したように、ホールダイコート法において、高精細かつ乾燥膜厚が非常に薄いパターンを形成しようとすると、低固形分量で高粘度な塗布液が必要になる。
【００３７】
例えば、非極性の樹脂材料をライン幅が５０乃至２００μｍ、乾燥膜厚が１５乃至１５０ｎｍのストライプパターンをホールダイコート法でガラス基板上に形成するプロセスを考えた場合、ガラス基板の面内厚みムラと基板間板厚バラツキを考慮すると、ホールダイコート法で塗工する場合のノズル先端と基板間の塗工ギャップは５０μｍ以上あることが必須であって、プロセスマージンを考えると７０μｍ以上の塗工ギャップがあると好ましい。
【００３８】
一方、ホールダイコート法において、前記のような塗工プロセスを実施するためには、液柱の安定性を確保するために、塗工液の粘度が７０ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは１００ｍＰａ・ｓ以上あることが望まれる。また塗工液の固形分量は、１．５％以下であることが必須であって、１．０％以下であることが好ましい。
【００３９】
固形分が樹脂であれば、例えば、樹脂の分子量を大きくすることにより、同じ固形分量でも塗布液の粘度を高くすることができる。しかし、樹脂を高分子量化すると、塗布・乾燥したパターンの物性が変わり、作成したパターンの特性に悪影響を及ぼす場合もある。また、樹脂の種類や重合法によっては樹脂の高分子化が難しい場合もある。
【００４０】
固形分材料の変更により塗布液の高粘度化が難しい場合は、塗布液の溶媒に高粘度な液体を添加する。
【００４１】
例えば、分子内にヒドロキシル基を有する極性の高い溶媒を添加することにより塗布液の粘度が上昇するが、上述したように樹脂材料が非極性である場合、極性が高い高粘度溶媒の添加量には上限があり、上限以上の分量を添加すると塗布液は凝集してしまう。そこで、上限ぎりぎりの添加量まで加えて、塗布液の粘度を目的の７０乃至１００ｍＰａ・ｓまで引き上げることになる。しかし、７０乃至１００ｍＰａ・ｓに調製された塗布液を用い、ホールダイコータによって基板上に塗膜のウェットパターンを形成した後、乾燥工程を行うと、上述したように高粘度溶媒の方が、元々の溶媒である良溶媒よりも乾燥が遅いため、乾燥工程において塗膜の白化が発生しやすい。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、乾燥工程を行う際に、高粘度溶媒よりも乾燥の速い良溶媒を、基板上の塗布液パターンに供給することによって、塗膜の白化を抑えることを可能にしている。
【００４３】
良溶媒の供給手段としては、前記目的を達することができるのであれば特に限定されない。例えば、基板乾燥装置内部で溶媒を噴霧し、溶媒を滲みこませた布状の溶媒保持体を乾燥装置内部に設置して、溶媒の気化によって乾燥の雰囲気を良溶媒リッチにしておき、蒸発平衡によって塗膜に供給したりするなどの手法を採用することができる。
【００４４】
この場合、溶媒の供給量は、少な過ぎると塗膜の白化を防止することができず、多過ぎると、白化を抑制することができるが、乾燥時間が長くなるという問題が発生するため、適切に設定する必要がある。
【００４５】
本実施の形態では、乾燥速度と溶解度に差がある２種類以上の溶媒からなる塗布液の乾燥工程を採用しているが、特に、ホールダイコート法において、粘度が低い良溶媒と粘度が高い貧溶媒の組み合わせからなる塗布液の乾燥を行う際に、塗布工程では塗布液の粘度を重視するために高粘度溶媒を凝集する直前の濃度まで添加しておき、乾燥工程では溶媒の溶解性を重視するために良溶媒を塗膜に供給することにより、乾燥工程時に発生する塗膜の白化を抑制することができる。
【００４６】
本実施の形態の乾燥工程は、常圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことにより、乾燥の遅い高粘度溶媒を塗布液に用いることにより、乾燥時間を短縮することが可能になる。減圧時の圧力は特に規定しないが、乾燥前期工程においてあまり急に圧力を下げ過ぎると溶媒が沸騰してしまい、塗膜が乱れるので好ましくない。
【００４７】
また、本実施の形態における圧力プロファイルは、本発明の目的を達することが可能な範囲においては、特に制限はなく、塗膜が液状である乾燥前期と固体状である乾燥後期とにおいて、圧力を変更してもよい。また、乾燥を促進するために乾燥工程の際に基板を加熱してもよく、基板温度プロファイルも特に制限はない。
【００４８】
本実施の形態の乾燥工程を実施するため、乾燥工程時に基板上の塗膜に良溶媒を供給する機構を有する基板乾燥装置が提供される。
【００４９】
本基板乾燥装置は、乾燥工程時に基板上の塗膜に良溶媒を供給する機構を有するが、良溶媒の供給機構には特に制限はなく、図１に示す溶剤噴霧機構１０２のように、溶媒を噴霧するためのシャワーあるいはスプレーを乾燥装置内部に設置し、基板１０３の塗膜上に溶媒を噴霧することによって直接塗膜に良溶媒を供給する機構や、噴霧した良溶媒の気化によって乾燥炉，チャンバ１０１の雰囲気を良溶媒リッチにしておき、蒸発平衡によって塗膜に供給する機構、あるいは気化した溶媒によって乾燥炉の雰囲気を良溶媒リッチにするための溶媒を滲みこませた布状の溶媒保持体１０４および保持体、溶媒供給機構などを挙げることができる。
【００５０】
また、基板乾燥工程を減圧で行う機構を有することもできる。この場合、溶媒供給手段である溶剤噴霧機構１０２の他に、真空チャンバ１０１および真空ポンプ（図示せず）を具備する。
【００５１】
また、本基板乾燥装置が、減圧機構を有する／有していないにかかわらず、塗膜の乾燥促進のために基板加熱機構を有していてもよい。基板加熱機構の具体例として、基板１０３を直接加熱するホットプレート１０５、あるいは熱風の送風機構，赤外線照射によって加熱するランプや、加熱装置自体に熱媒を循環させる機構などを挙げることができる。
【００５２】
次に、本実施の形態における塗布／乾燥プロセスについて、図２のフロー図に基づいて説明する。
【００５３】
まず、ホールダイコータのステージ上に塗布液をパターニングされるガラス基板を置く（Ｓ１）。ホールダイコータに設けられたアライメントカメラによってガラス基板に形成されているアライメントマークを認識し、ホールダイノズルに対して塗布位置を合わせるために基板の位置の微調整を行う（Ｓ２）。
【００５４】
次に、基板には１枚ごとに厚みムラがあるために、レーザ変位計などで基板の表面を測定し、基板の高さを測定する（Ｓ３）。この高さデータから塗布ギャップに合わせてダイヘッドの塗布高さが決定される。塗布時は配管を通じてマニホールド内に圧力を加え、目的の膜厚を得るために適切な吐出量で塗布液をノズルから吐出し、設定されたギャップを維持した状態でステージあるいはダイヘッドを水平に移動させ基板上に塗布液のパターンを形成する（Ｓ４）。
【００５５】
前記ギャップの設定値、あるいは前記吐出圧力の設定値は、塗布開始から塗布終了まで同一の値でもよいし、塗布プロセスの途中で変更してもよい。
【００５６】
塗布工程が終了した基板を乾燥チャンバへ移動して、乾燥プロセスを実施する（Ｓ５）。乾燥時の圧力は大気圧下で行ってもよいが、減圧下で行った方が乾燥が速くなり、タクトタイムが向上するため好ましい。また、乾燥時間を短縮するために本基板乾燥装置のステージには加熱機構を設置することが好ましい（Ｓ６）。減圧乾燥を行うためのチャンバ内に溶媒供給手段が設けられている。このようにして第１基板乾燥が行われる（Ｓ７）。
【００５７】
また、本実施の形態の基板乾燥装置には、塗布液の溶媒の中で良溶媒を供給する手段として溶媒を噴霧するシャワーノズルを設け、基板に対して溶媒を噴霧する（Ｓ８）。次に、基板に対する第２基板乾燥が行われ（Ｓ９）、減圧チャンバの真空ポンプが作動して乾燥チャンバ内を減圧し、かつ加熱を終了して（Ｓ１０）、突沸しない程度の減圧速度による乾燥を行う。
【００５８】
前記ステップＳ８において、塗膜表面の流動性がある程度失われた段階で、シャワーノズルから基板に良溶媒を噴霧する。噴霧量が少な過ぎると基板に到達する前に噴霧された良溶媒が気化してしまうし、また、多過ぎると基板表面の濡れが大き過ぎてパターンが滲んでしまう。溶媒供給速度，圧力，温度を適切な値に設定することにより、白化の無い塗膜のパターンを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の基板乾燥方法および装置を用いることにより、ホールダイコート法によるパターニングプロセスの適用範囲を広げることが可能になる。特に、液晶ディスプレイのカラーフィルタ材料のパターニング、プラズマディスプレイの蛍光体材料のパターニング、有機ＥＬディスプレイの発光層材料、あるいは発光補助層材料のパターニングなどの分野において、ホールダイコート法によるパターニングプロセスを、より広範囲に用いることが可能になる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１ チャンバ
１０２ 溶剤噴霧機構
１０３ 基板
１０４ 溶剤および溶剤保持体
１０５ ホットプレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に塗布された塗膜の乾燥方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）と呼ばれる薄型平面状の表示デバイスの開発，製造が盛んに行われている。フラットパネルディスプレイには多くの方式があるが、主だったものとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ），プラズマディスプレイ（ＰＤＰ），有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）などを挙げることができる。
【０００３】
これらの表示デバイスの製造工程においては、目的の材料の薄膜を基板上に形成するという工法を多用する。形成しようとする薄膜がベタ膜か、所望の形状にパターニングされた膜かによって成膜プロセスをいくつか選択することができる。
【０００４】
一般にベタ膜を形成する場合は、スリットコート，スピンコート，ディップコート，ロールコートなどの各種塗工手段を用いて形成することができるが、表示デバイスの製造工程においては、ベタ膜の他にもパターニングされた薄膜を形成使用とする場合が多く、より高性能でより生産性の高いパターニング薄膜の形成手段の開発が進められている。パターニングされた薄膜の形成手段としては、上述のベタ膜の形成手段にフォトリソグラフィを組み合わせる方法やインクジェット法、印刷法などの適用が注目されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、有機ＥＬディスプレイの製造工程における塗布膜のパターニングとして、以下のような工法が開示されている。
【０００６】
まず、フォトリソグラフィ法を用いて、基板に予め目的のパターンを形成するための素子分離構造体を設ける。次に、目的の材料を溶媒に溶解したインクを塗布ノズルから基板に滴下塗布して素子分離構造体によって分離することで所望のパターニングをした薄膜を得るという工法が開示されている。
【０００７】
上記特許文献１のように、塗布液を基板に形成した構造体によってパターニングするという方法以外にも、ホールダイコート法のように、塗布ノズル側を目的のパターンが塗布できるように加工して、塗布材料を直接パターニングするという手法もある。
【０００８】
ホールダイコート法は、そのように塗布ノズル側を加工して、予め目的のパターン（ストライプパターン）に応じてノズルに穴の列を加工して、そのノズルを用いて基板上に塗布液を塗布する手法である。ホールダイコート法は装置構造の簡便さや材料利用効率の高さから注目されている工法である。
【０００９】
以下に従来のホールダイコート法について概略を説明する。
【００１０】
図３，図４はホールダイコート法に用いられるホールダイコータを模式的に示す図であって、図３はホールダイコータのダイヘッドを示す斜視図、図４はホールダイコータにより基板にパターンを形成する状態を示す斜視図である。
【００１１】
図３，図４において、２０１は配管、２０２はマニホールド、２０３はノズルプレート、２０４はダイヘッド、２０５はノズル、３０１は基板、３０２は塗布液パターンを示す。
【００１２】
図３，図４に示すように、塗布液を供給する配管２０１とマニホールド２０２とノズルプレート２０３からなるダイヘッド２０４を、基板３０１に対して一定間隔（塗布ギャップ）離して配置し、ダイヘッド２０４あるいは基板３０１を塗布パターンの方向に水平移動させることにより塗布液を塗布する。
【００１３】
これにより基板３０１上に、ノズル２０５の間隔に応じた塗布液パターン３０２が形成される。このようにして塗布液パターン３０２が塗布された基板は、続いて乾燥工程に進み、塗布液中の溶媒を除去することによって所望のパターンを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−３５１７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、ホールダイコート法は、得たいパターンのストライプ幅と乾燥膜厚が決まると、それに対するウェット膜厚も決まり、乾燥膜厚÷ウェット膜厚、すなわち、塗布液の固形分量も決まる。しかし、フラットパネルディスプレイで用いられるような高精細のパターンにおいて薄い膜厚の塗布膜を得ようとした場合、固形分量を低くする必要があり、塗布液の粘度が低くなるため、液柱の安定化が困難になることがある。
【００１６】
このような塗布液をホールダイコート法で塗布する場合、低固形分量で高粘度になるように塗布液を調製する必要がある。低固形分量で高粘度な塗布液を得るためには、塗膜になる材料が樹脂系のものであれば分子量を増やすことにより、ある程度、粘度を高くすることができる。しかし、分子量の増大が塗膜の物性に悪影響を与えるようなケースもある。この場合には、塗布液中の塗膜になる材料は変更せずに、塗布液の高粘度化を行う必要がある。
【００１７】
塗布液の溶媒の部分を変更して塗布液の粘度を上げるためには、溶媒の粘度を上げること、溶媒の溶解性を低下させること、高粘度の固形分を増粘剤として添加することなどの方法がある。これらの方法のうち、高粘度の固形分を増粘剤として添加する増粘剤添加方法は、塗膜中に添加した増粘剤が残留するため、塗膜に悪影響を与える場合には実施することができない。
【００１８】
また、樹脂系の材料を溶かした塗布液の場合、溶媒の溶解度を下げることにより、樹脂の高分子が半凝集状態になって絡み合い、粘度が上昇する場合がある。しかし、あまり溶解度を下げすぎると完全に凝集して固形分が不溶になってしまう。
【００１９】
溶媒自身の粘度の高粘度化で塗布液を高粘度化する場合、分子量が大きい溶媒あるいは極性の高い溶媒であれば、比較的粘度が高くなる傾向があるため、これらを用いることができる。但し、分子量が大きい溶媒は乾燥が遅いため、塗布後の乾燥工程で乾燥が遅くなる、或いは、完全には乾燥できなくなる可能性もある。また、極性が高い溶媒は、塗布液中の固形分が低極性のものである場合、この高粘度溶媒は貧溶媒になるため、添加し過ぎると、固形分が凝集して不溶になる可能性もある。そのため、固形分の極性、元々の溶媒の乾燥速度とのバランスを考慮して、塗布液を調製する必要がある。
【００２０】
このようにホールダイコート法において、目的とする塗布材料とパターンに対して塗布液の物性の最適化することが重要となる。
【００２１】
加えて、塗布液の溶質が非極性のものであるために、高粘度溶媒は貧溶媒としても作用し、高粘度溶媒の比率が高まり、ある一定の成分比を超えると溶解性が不足して、塗布液が凝集あるいは白化してしまうことも知られる。上述したように、ホールダイコート法に用いる塗布液中には、ある一定量以上の高粘度溶媒、すなわち、貧溶媒を加えられないため、同じ添加量でより粘度の高くなる高粘度溶媒を使用する必要がある。
【００２２】
上述したように、一般に溶媒の粘度は溶媒の分子量と極性に依存している。極性が非常に大きい分子（例えば、多価アルコールなど）は、非極性の溶質に対して強力な貧溶媒として作用し、少量の添加でも塗布液の凝集を引き起こす。
【００２３】
ここで、前記塗布液の乾燥工程を考えた場合、塗布液の溶媒は低極性で良溶媒であるが、粘度が低い溶媒と、高粘度であるが溶解性が低い貧溶媒とが混合している。このため、高粘度溶媒の極性を高めずに粘度だけを上げる場合、分子量がより大きなものを高粘度溶媒として用いるため、乾燥工程において良溶媒の方が先に乾燥してしまう。
【００２４】
ここで塗膜の乾燥工程を考えた場合、塗膜が液体として振舞う乾燥前期と、ある程度、溶媒が蒸発して塗膜が流動しなくなり、塗膜が固体として振舞う乾燥後期とに分けることができる。乾燥前期において、塗膜は流動しているため、塗膜表面で気化した溶媒分子の気化熱で表面の温度が低下して沈降し、底部の溶媒が塗膜表面に上がってくるという対流が発生していると考えられる。このことは、塗布液の組成が不適切な場合に、塗膜にベナードセル（乾燥塗膜に細かい六角形状のマトリクスが形成される乾燥ムラ）が発生することでも示されている。
【００２５】
このように乾燥前期においては、塗膜内部の溶液の流動によって、常に塗膜は攪拌されている状態にあるため、良溶媒と、極性が高く乾燥が遅い貧溶媒とで乾燥速度に差があって良溶媒側だけ蒸発しても、攪拌によって塗膜中における溶媒の比率の膜厚方向に対する分布は緩和されている状態にあると考えられる。
【００２６】
しかし、乾燥終期になると塗膜から大部分の溶媒がなくなっているために、塗膜中の固形分比が高くなり、塗膜は高粘度化して流動性が失われていると考えられる。この状態では塗膜内部で溶媒分子の移動は対流ではなく、塗膜内部での拡散に依存することになる。しかし、対流と比較すると拡散過程は移動速度が小さく、塗膜表面における溶媒の気化速度の差から発生する塗布膜の溶媒の比率の膜厚方向に対する分布は緩和されにくい。そのため、塗膜表面では乾燥が遅い貧溶媒の比率が高まりやすい。
【００２７】
この場合、塗膜の流動性が小さい状態で塗膜中の貧溶媒の濃度が上昇すると、塗布液の溶媒の成分中で貧溶媒の濃度が高すぎると凝集してしまうことと同様に、半固形化した塗膜で凝集が発生する。ただし、塗膜に流動性がほとんど無いため、巨大な凝集物は形成されずに、塗膜表面が細かく荒れたようになり、本来の塗膜が透明な膜の場合は、凝集が発生した塗膜は白濁する。このような現象を塗膜の白化と呼ぶ。このように、塗膜の白化は塗布液の組成中の貧溶媒の成分の乾燥が遅い場合に発生する傾向があるが、低固形分量で塗布液の粘度を高めるためには、極性があって分子量が大きく乾燥の遅い溶媒を高粘度溶媒として用いる必要があり、結果として塗布液の乾燥時に白化を引き起こしやすいという課題がある。
【００２８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、低固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗工を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化を起こしにくい基板乾燥方法および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】
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明の基板乾燥方法および装置は、基板上に塗布され、少なくとも溶質と、前記溶質に対して溶解度の差を有している２種類以上の溶媒とからなる液体混合組成物の塗膜を乾燥させる乾燥工程において、前記２種類以上の溶媒の中で、前記溶質に対して相対的に乾燥速度が速くかつ溶解度の高い溶媒を、塗膜に供給しながら乾燥を行うことを特徴とする。
【００３０】
前記乾燥方法および乾燥装置によって、低固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗布を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化が起こりにくくなる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、固形分量で高粘度な塗布組成物を用いて塗工を行った基板であっても、乾燥時に塗膜の白化を起こしにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の態様における基板乾燥装置の概略構成図
【図２】本実施の態様における基板乾燥に係るフロー図
【図３】従来のホールダイコータのダイヘッドの一例を示す斜視図
【図４】図４のホールダイコータで基板にパターンを形成している状態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は本発明の実施の態様に係わる基板乾燥装置の模式図である。
【００３５】
図１において、１０１は基板乾燥装置が減圧機構を持つ場合の真空チャンバ、１０２は乾燥中の基板に溶媒を噴霧する溶剤噴霧機構、１０３は基板乾燥装置の乾燥対象である基板、１０４は基板１０３の周囲に配置された溶媒および溶媒保持体、１０５は基板１０３を加熱しながら乾燥させるための加熱機構としてのホットプレートである。
【００３６】
上述したように、ホールダイコート法において、高精細かつ乾燥膜厚が非常に薄いパターンを形成しようとすると、低固形分量で高粘度な塗布液が必要になる。
【００３７】
例えば、非極性の樹脂材料をライン幅が５０乃至２００μｍ、乾燥膜厚が１５乃至１５０ｎｍのストライプパターンをホールダイコート法でガラス基板上に形成するプロセスを考えた場合、ガラス基板の面内厚みムラと基板間板厚バラツキを考慮すると、ホールダイコート法で塗工する場合のノズル先端と基板間の塗工ギャップは５０μｍ以上あることが必須であって、プロセスマージンを考えると７０μｍ以上の塗工ギャップがあると好ましい。
【００３８】
一方、ホールダイコート法において、前記のような塗工プロセスを実施するためには、液柱の安定性を確保するために、塗工液の粘度が７０ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは１００ｍＰａ・ｓ以上あることが望まれる。また塗工液の固形分量は、１．５％以下であることが必須であって、１．０％以下であることが好ましい。
【００３９】
固形分が樹脂であれば、例えば、樹脂の分子量を大きくすることにより、同じ固形分量でも塗布液の粘度を高くすることができる。しかし、樹脂を高分子量化すると、塗布・乾燥したパターンの物性が変わり、作成したパターンの特性に悪影響を及ぼす場合もある。また、樹脂の種類や重合法によっては樹脂の高分子化が難しい場合もある。
【００４０】
固形分材料の変更により塗布液の高粘度化が難しい場合は、塗布液の溶媒に高粘度な液体を添加する。
【００４１】
例えば、分子内にヒドロキシル基を有する極性の高い溶媒を添加することにより塗布液の粘度が上昇するが、上述したように樹脂材料が非極性である場合、極性が高い高粘度溶媒の添加量には上限があり、上限以上の分量を添加すると塗布液は凝集してしまう。そこで、上限ぎりぎりの添加量まで加えて、塗布液の粘度を目的の７０乃至１００ｍＰａ・ｓまで引き上げることになる。しかし、７０乃至１００ｍＰａ・ｓに調製された塗布液を用い、ホールダイコータによって基板上に塗膜のウェットパターンを形成した後、乾燥工程を行うと、上述したように高粘度溶媒の方が、元々の溶媒である良溶媒よりも乾燥が遅いため、乾燥工程において塗膜の白化が発生しやすい。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、乾燥工程を行う際に、高粘度溶媒よりも乾燥の速い良溶媒を、基板上の塗布液パターンに供給することによって、塗膜の白化を抑えることを可能にしている。
【００４３】
良溶媒の供給手段としては、前記目的を達することができるのであれば特に限定されない。例えば、基板乾燥装置内部で溶媒を噴霧し、溶媒を滲みこませた布状の溶媒保持体を乾燥装置内部に設置して、溶媒の気化によって乾燥の雰囲気を良溶媒リッチにしておき、蒸発平衡によって塗膜に供給したりするなどの手法を採用することができる。
【００４４】
この場合、溶媒の供給量は、少な過ぎると塗膜の白化を防止することができず、多過ぎると、白化を抑制することができるが、乾燥時間が長くなるという問題が発生するため、適切に設定する必要がある。
【００４５】
本実施の形態では、乾燥速度と溶解度に差がある２種類以上の溶媒からなる塗布液の乾燥工程を採用しているが、特に、ホールダイコート法において、粘度が低い良溶媒と粘度が高い貧溶媒の組み合わせからなる塗布液の乾燥を行う際に、塗布工程では塗布液の粘度を重視するために高粘度溶媒を凝集する直前の濃度まで添加しておき、乾燥工程では溶媒の溶解性を重視するために良溶媒を塗膜に供給することにより、乾燥工程時に発生する塗膜の白化を抑制することができる。
【００４６】
本実施の形態の乾燥工程は、常圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことにより、乾燥の遅い高粘度溶媒を塗布液に用いることにより、乾燥時間を短縮することが可能になる。減圧時の圧力は特に規定しないが、乾燥前期工程においてあまり急に圧力を下げ過ぎると溶媒が沸騰してしまい、塗膜が乱れるので好ましくない。
【００４７】
また、本実施の形態における圧力プロファイルは、本発明の目的を達することが可能な範囲においては、特に制限はなく、塗膜が液状である乾燥前期と固体状である乾燥後期とにおいて、圧力を変更してもよい。また、乾燥を促進するために乾燥工程の際に基板を加熱してもよく、基板温度プロファイルも特に制限はない。
【００４８】
本実施の形態の乾燥工程を実施するため、乾燥工程時に基板上の塗膜に良溶媒を供給する機構を有する基板乾燥装置が提供される。
【００４９】
本基板乾燥装置は、乾燥工程時に基板上の塗膜に良溶媒を供給する機構を有するが、良溶媒の供給機構には特に制限はなく、図１に示す溶剤噴霧機構１０２のように、溶媒を噴霧するためのシャワーあるいはスプレーを乾燥装置内部に設置し、基板１０３の塗膜上に溶媒を噴霧することによって直接塗膜に良溶媒を供給する機構や、噴霧した良溶媒の気化によって乾燥炉，チャンバ１０１の雰囲気を良溶媒リッチにしておき、蒸発平衡によって塗膜に供給する機構、あるいは気化した溶媒によって乾燥炉の雰囲気を良溶媒リッチにするための溶媒を滲みこませた布状の溶媒保持体１０４および保持体、溶媒供給機構などを挙げることができる。
【００５０】
また、基板乾燥工程を減圧で行う機構を有することもできる。この場合、溶媒供給手段である溶剤噴霧機構１０２の他に、真空チャンバ１０１および真空ポンプ（図示せず）を具備する。
【００５１】
また、本基板乾燥装置が、減圧機構を有する／有していないにかかわらず、塗膜の乾燥促進のために基板加熱機構を有していてもよい。基板加熱機構の具体例として、基板１０３を直接加熱するホットプレート１０５、あるいは熱風の送風機構，赤外線照射によって加熱するランプや、加熱装置自体に熱媒を循環させる機構などを挙げることができる。
【００５２】
次に、本実施の形態における塗布／乾燥プロセスについて、図２のフロー図に基づいて説明する。
【００５３】
まず、ホールダイコータのステージ上に塗布液をパターニングされるガラス基板を置く（Ｓ１）。ホールダイコータに設けられたアライメントカメラによってガラス基板に形成されているアライメントマークを認識し、ホールダイノズルに対して塗布位置を合わせるために基板の位置の微調整を行う（Ｓ２）。
【００５４】
次に、基板には１枚ごとに厚みムラがあるために、レーザ変位計などで基板の表面を測定し、基板の高さを測定する（Ｓ３）。この高さデータから塗布ギャップに合わせてダイヘッドの塗布高さが決定される。塗布時は配管を通じてマニホールド内に圧力を加え、目的の膜厚を得るために適切な吐出量で塗布液をノズルから吐出し、設定されたギャップを維持した状態でステージあるいはダイヘッドを水平に移動させ基板上に塗布液のパターンを形成する（Ｓ４）。
【００５５】
前記ギャップの設定値、あるいは前記吐出圧力の設定値は、塗布開始から塗布終了まで同一の値でもよいし、塗布プロセスの途中で変更してもよい。
【００５６】
塗布工程が終了した基板を乾燥チャンバへ移動して、乾燥プロセスを実施する（Ｓ５）。乾燥時の圧力は大気圧下で行ってもよいが、減圧下で行った方が乾燥が速くなり、タクトタイムが向上するため好ましい。また、乾燥時間を短縮するために本基板乾燥装置のステージには加熱機構を設置することが好ましい（Ｓ６）。減圧乾燥を行うためのチャンバ内に溶媒供給手段が設けられている。このようにして第１基板乾燥が行われる（Ｓ７）。
【００５７】
また、本実施の形態の基板乾燥装置には、塗布液の溶媒の中で良溶媒を供給する手段として溶媒を噴霧するシャワーノズルを設け、基板に対して溶媒を噴霧する（Ｓ８）。次に、基板に対する第２基板乾燥が行われ（Ｓ９）、減圧チャンバの真空ポンプが作動して乾燥チャンバ内を減圧し、かつ加熱を終了して（Ｓ１０）、突沸しない程度の減圧速度による乾燥を行う。
【００５８】
前記ステップＳ８において、塗膜表面の流動性がある程度失われた段階で、シャワーノズルから基板に良溶媒を噴霧する。噴霧量が少な過ぎると基板に到達する前に噴霧された良溶媒が気化してしまうし、また、多過ぎると基板表面の濡れが大き過ぎてパターンが滲んでしまう。溶媒供給速度，圧力，温度を適切な値に設定することにより、白化の無い塗膜のパターンを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の基板乾燥方法および装置を用いることにより、ホールダイコート法によるパターニングプロセスの適用範囲を広げることが可能になる。特に、液晶ディスプレイのカラーフィルタ材料のパターニング、プラズマディスプレイの蛍光体材料のパターニング、有機ＥＬディスプレイの発光層材料、あるいは発光補助層材料のパターニングなどの分野において、ホールダイコート法によるパターニングプロセスを、より広範囲に用いることが可能になる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１ チャンバ
１０２ 溶剤噴霧機構
１０３ 基板
１０４ 溶剤および溶剤保持体
１０５ ホットプレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に塗布され、少なくとも溶質と、前記溶質に対して溶解度の差を有している２種類以上の溶媒とからなる液体混合組成物の塗膜を乾燥させる乾燥工程において、前記２種類以上の溶媒の中で、前記溶質に対して相対的に乾燥速度が速くかつ溶解度の高い溶媒を、塗膜に供給しながら乾燥を行うことを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項２】
前記溶媒は、前記質に対して相対的に乾燥速度が速くかつ溶解度の高い溶媒と、相対的に乾燥速度が遅くかつ溶解度の低い溶媒とからなり、これらの溶媒の中で、前記相対的に乾燥速度が遅くかつ溶解度の低い溶媒の含有比率が高くなると、前記液体混合組成物の粘度が高くなることを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥方法。
【請求項３】
前記基板の乾燥工程を、減圧下および／または加熱下で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の基板乾燥方法。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の基板乾燥工程を行うことを特徴とする基板の乾燥装置。
【請求項１】
基板上に塗布され、少なくとも溶質と、前記溶質に対して溶解度の差を有している２種類以上の溶媒とからなる液体混合組成物の塗膜を乾燥させる乾燥工程において、前記２種類以上の溶媒の中で、前記溶質に対して相対的に乾燥速度が速くかつ溶解度の高い溶媒を、塗膜に供給しながら乾燥を行うことを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項２】
前記溶媒は、前記質に対して相対的に乾燥速度が速くかつ溶解度の高い溶媒と、相対的に乾燥速度が遅くかつ溶解度の低い溶媒とからなり、これらの溶媒の中で、前記相対的に乾燥速度が遅くかつ溶解度の低い溶媒の含有比率が高くなると、前記液体混合組成物の粘度が高くなることを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥方法。
【請求項３】
前記基板の乾燥工程を、減圧下および／または加熱下で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の基板乾燥方法。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の基板乾燥工程を行うことを特徴とする基板の乾燥装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２５１２６５（Ｐ２０１１−２５１２６５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２７６２４（Ｐ２０１０−１２７６２４）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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