(57)【要約】【課題】フラットパネルディスプレイ用のガラス基板への感光性樹脂材料の塗布後の減圧乾燥装置を用いた乾燥工程において、該ガラス基板を支持する複数のピンの部位に発生する乾燥ムラと該ガラス基板が複数のピンによって支持されていることによって撓むことが原因となり発生する乾燥ムラを解消することができる減圧乾燥装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板の浮上・搬送機構として空気浮上機構と静電浮上機構を併せ持つことを特徴とする減圧乾燥装置。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラットパネルディスプレイの製造工程で使用される減圧乾燥装置において、フラットパネルディスプレイに使用される基板の浮上機構として空気浮上機構と静電浮上機構を併せ持つことを特徴とする減圧乾燥装置。
【請求項２】
減圧乾燥装置内部の上面に、静電浮上機構を持つことを特徴とする請求項１に記載の減圧乾燥装置。
【請求項３】
減圧乾燥装置への基板の搬入／搬出には搬送ロボットを使用し、前記基板が減圧乾燥装置に搬入された後、減圧乾燥が開始される前に、空気浮上機構により前記基板を浮上させると同時に静電浮上機構により基板を浮上させ、前記空気浮上機構の空気を止めても、前記基板が浮上し続けることができることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の減圧乾燥装置。
【請求項４】
静電浮上機構の電極を２．６×１０−５（クーロン／ｍ２）以下の範囲で帯電させることにより、減圧乾燥装置内部の基板の上方に設置された静電浮上機構の電極の下面と基板の上面間の距離が、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で制御可能であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の減圧乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイの製造工程で使用される減圧乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、プラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板には、カラーフィルタ、薄膜トランジスタアレイ、電極パターン、などの微細なパターンが形成されている。これらの微細なパターンを形成する為に、フォトリソグラフィー技術が使用されている。フォトリソグラフィー技術は、回路パターン形成用のフォトレジストやカラーフィルタ形成用の感光性カラーレジストなどの感光性樹脂材料をガラス基板などに塗布する工程、塗布した感光性樹脂材料中の溶剤分を揮発、乾燥させ、固化した感光性樹脂材料の被膜を形成する乾燥工程、この基材に必要なパターンを露光する露光工程、露光された感光性樹脂材料を現像し、感光性樹脂材料のパターンを形成する現像工程から構成されている。
【０００３】
更に、必要な場合は、パターン化された感光性樹脂パターンが形成された基板の加熱処理を行う。
【０００４】
フラットパネルディスプレイのガラス基板の支持方法は、欠陥の発生を抑える目的で極力、その有効面内には触れないようにすることが望ましい。具体的には、有効面（ディスプレイに使用されるパターンが形成される範囲）外であるガラス基板の周縁部を複数のピンによって支え、ガラス基板の有効面が下地などに接しないように支持することが望ましい。しかしながら実際には有効面の一部を基板の裏側からピンで支持せざるを得ない状況がある。
【０００５】
塗布工程については、感光性樹脂材料をスピンレスコータを使用して塗布後、ガラス基板を搬送し、次工程である乾燥工程に送る。乾燥工程に使用される装置は、減圧乾燥装置である。
【０００６】
減圧乾燥装置内では、感光性樹脂材料を塗布されたガラス基板が、前記の複数のピンに支持されている状態で減圧が行われ、感光性樹脂材料中の溶剤分が蒸発し、感光性樹脂材料の乾燥・固化が進む。
【０００７】
このとき、ガラス基板はピンで支持された部分を支点にして、ガラス基板の中央部が一番低い状態で撓んでいる。このことにより、減圧乾燥装置内部にある天板とガラス基板との間の距離が一様ではなくなる。ガラス基板の中央部が最も大きいギャップになる。その為、減圧乾燥装置を排気する時のコンダクタンスが一様ではなくなる。減圧乾燥装置内の気体は主にコンダクタンスが大きい部分を通って排気されることになるため、コンダクタンスが小さい部分と大きい部分の乾燥状態に差が生じ、感光性樹脂材料の乾燥状態が不均一になるため、乾燥ムラが発生することが特許文献１に開示されている。ガラス基板に塗布された感光性樹脂材料が大気圧からスタートして減圧されて乾燥・固化するプロセスにおいて、大気圧からある程度の減圧状態までは、煙が流れるように感光性樹脂材料中の溶剤分が蒸発、気化して排気されてゆく。その後、更に圧力が下がると、溶剤分の蒸発、気化は続くが、圧力が下がってくる為、気化した溶剤の分子は、煙が流れるような振る舞いではなく、濃度勾配に従って溶剤分子の濃度が高いところから低い方へ拡散してゆくような振舞い方になる。
【０００８】
感光性樹脂材料の膜厚ムラは、減圧乾燥の工程の比較的初期的段階において発生し、それが維持され、固定化すると考えられる。従って、減圧乾燥工程の初期段階の気流の流れ方や感光性樹脂材料の温度履歴が非常に重要な管理要素となる。
【０００９】
ピンで支持されたガラス基板のピンに対応した部位にも乾燥ムラが発生することも特許文献１に開示されているが、これは将に減圧乾燥工程における感光性樹脂材料の温度履歴が、乾燥ムラを発生することを明らかにしているものである。
【００１０】
一方、ガラス基板やシリコンウェハーなどの比較的薄い基板を非接触で空中に浮上させて搬送する技術が開発されてきている。これらの基板を浮上させる方法としては、基板の下に空気を供給することによって、薄い空気層を形成し、基板を浮上させる技術である。また、静電気の引力や斥力を使って基板を浮上させる技術も開発されている。（特許文献２〜４）
【００１１】
しかしながら、これらの基板を非接触で浮上させる技術は何れも、基板の搬送を目的としており、非接触で基板を浮上させることによって、基板の撓みを無くしたり、接触部があることにより生じる熱履歴の不均一性を無くすことができることに注目している技術はまだ開発されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１９４７２号公報
【特許文献２】特開２００１−６３８２４号公報
【特許文献３】特許第４０６７６２１号公報
【特許文献４】特許第３９９５７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板への感光性樹脂材料の塗布後の減圧乾燥装置を用いた乾燥工程において、該ガラス基板を支持する複数のピンの部位に発生する乾燥ムラと該ガラス基板が複数のピンによって支持されていることによって撓むことが原因となり発生する乾燥ムラを解消することができる減圧乾燥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】
【００１４】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、フラットパネルディスプレイの製造工程で使用される減圧乾燥装置において、フラットパネルディスプレイに使用される基板の浮上機構として空気浮上機構と静電浮上機構を併せ持つことを特徴とする減圧乾燥装置である。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、減圧乾燥装置内部の上面に、静電浮上機構を持つことを特徴とする請求項１に記載の減圧乾燥装置である。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、減圧乾燥装置への基板の搬入／搬出には搬送ロボットを使用し、前記基板が減圧乾燥装置に搬入された後、減圧乾燥が開始される前に、空気浮上機構により前記基板を浮上させると同時に静電浮上機構により基板を浮上させ、前記空気浮上機構の空気を止めても、前記基板が浮上し続けることができることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の減圧乾燥装置である。
【００１７】
また、請求項４に係る発明は、静電浮上機構の電極を２．６×１０−５（クーロン／ｍ
２）以下の範囲で帯電させることにより、減圧乾燥装置内部の基板の上方に設置された静電浮上機構の電極の下面と基板の上面間の距離が、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で制御可能であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の減圧乾燥装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、フラットパネルディスプレイ用基板に塗布した感光性樹脂材料の減圧乾燥を乾燥工程での乾燥ムラを発生させずに実施することができる減圧乾燥装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の減圧乾燥装置のチャンバー内の基板と支持ピンの配置関係の一例を示す概略断面図
【図２】従来の減圧乾燥装置で使用されている減圧プロセスのプロファイルの一例を示す到達圧−排気時間のグラフ
【図３】従来の減圧乾燥装置で実施されている基板への支持ピン接触箇所の例を示す概念図
【図４】従来の減圧乾燥装置に於ける基板の撓み状況の一例を示す概略断面図
【図５】本発明による空気浮上機構と静電浮上機構を併せ持つ減圧乾燥装置のチャンバー内における基板浮上機構の概念を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明について詳しく説明する。本発明は、ガラス基板などの電気絶縁性の基板の浮上技術として、空気浮上機構と静電浮上機構を併せ持つ減圧乾燥装置である。
【００２１】
図５は、本発明になる減圧乾燥装置の内部の概念断面図である。装置の下部には、ガラス基板を空気浮上させる為の減圧乾燥装置下板が配置され、空気浮上機構２０を構成している。減圧乾燥装置下板１４には空気供給用の空気孔１３が多数形成されており、空気搬送にも使用することができる。この空気浮上機構２０には、既に開発されているものを使用することができる。また、装置の上部には、静電浮上機構１９が配置されている。
【００２２】
静電浮上機構１９にも、既に開発されているものを使用することができる。具体的には、本発明になる減圧乾燥装置の浮上機構は、電圧を印加する為の複数の電極とそれらの電極に電圧を供給する電源と、どの電極にどのような電圧を供給するかを制御する電圧制御装置８とガラス基板と電極間の距離を計測する複数のギャップセンサー１０とギャップセンサーからのギャップのデータを電圧制御装置に供給して、目標のギャップを保持する為のギャップ制御装置９とから構成されている。
【００２３】
次に、本発明になる減圧乾燥装置に、搬送ロボットにより基板３が搬入されるところから始まって、減圧乾燥が完了し、減圧乾燥装置から、搬送ロボットにより基板３が搬出されるところまでを説明する。
【００２４】
従来からガラス基板やシリコンウェハなどの搬送には空気浮上方式や静電浮上方式の搬送方法が開示されてきた。しかしながら、基板を非接触に保持する方法としては検討がされてこなかった。
【００２５】
従来は、ガラス基板などの支持方法として、図１に示すように、支持ピン４による方法が採用されてきた。このようにガラス基板などを保持し、図２に示すような排気プロファイル（減圧乾燥装置の内部の圧力の履歴）にて、減圧乾燥を行ってきた。
【００２６】
その結果、図３に示すように、支持ピン部に乾燥ムラ６が生じていた。その原因は、支
持ピン４が接触しているガラス基板の温度が、それ以外の部分と異なってくる為と、もう１つの原因は、図４に示すように、ガラス基板など基板が撓む為であることが分かっている。
【００２７】
従って、減圧乾燥装置における乾燥ムラの発生を防止するには、支持ピン４による基板の支持をやめて、且つ、基板が撓まないようにする必要があった。
【００２８】
この為、非接触の基板保持方法としてまず、静電浮上方式を検討したが、静電浮上方式は、静電気の引力を基板に与える為の、基板浮上用電極に電荷を与えてから、実際に基板が浮上するまでに数秒前後の時間を要する問題があった。
【００２９】
一方、空気浮上方式は、数百μｍオーダーまで基板を浮上させる方法としては大変優れている技術であるが、それ以上の浮上をさせることは実用上困難であること、また致命的な欠点として、減圧乾燥中は使用できないという問題があった。
【００３０】
本発明は、両者を組み合わせることにより完成するに至った。静電浮上方式の欠点である、電極に電圧を印加してから基板が浮上するまでに数秒以上の時間を要していたが、本発明では、電極への電圧印加と同時に、空気浮上により基板を浮上させることにより、１秒以内に基板を浮上させることができる。
【００３１】
静電浮上用の電極は、基板の上方に設置しているが、空気浮上により約０．５ｍｍ程度浮上させ、その後、静電浮上により、上下の電極間の任意の位置に、基板を静止させることが可能である。これは、平行平板型電極の中の電界Ｅ（Ｖ／ｍ）は、電極表面の電荷密度σ（クーロン／ｍ２）が決まれば、Ｅ＝σ／ε０で決まる一定値となるからである。ここでε０は真空の誘電率である。基板の単位面積に働く静電引力Ｆ（Ｎ／ｍ２）は、Ｆ＝σ×Ｅで与えられるので、Ｆ＝σ２／ε０となる。従って電極表面の電荷密度の2乗に比例した、電極間のどこでも一定、の引力が働くと考えられる。
【００３２】
この静電引力と基板の重力が釣合ったところで基板は静止する。空気浮上により浮上させた高さから、更に上方の電極の方向に基板を上昇させる為には、電極に印加する電圧を高くして電極表面の電荷密度を高くすることにより上昇するが、そのままでは、上昇を続けてしまう為、目的の高さまで上昇したら、電極に印加する電圧を下げて、電荷密度を低下させることにより、目的の高さで基板を静止することが可能である。
【００３３】
実際の静電浮上機構は、一枚の電極ではなく、複数の電極から構成されており、基板と上方にある電極間の距離を計測する複数個のセンサーが基板全体をカバーする形で設置されており、各センサーからの信号に対応して個々の電極に印加する電圧を制御することにより、上方にある電極と基板間の距離を一定に保持することができる。
【００３４】
通常は、上方にある電極と基板が平行になるように制御する。
【００３５】
このように、本発明による減圧乾燥装置では、当該装置の基板搬入口を開いてから、搬送ロボットによって基板を減圧装置内に搬入後、装置内部の下方に設置されている空気浮上機構により基板を浮上させると同時に、装置内部の上方に設置されている静電浮上装置の電極に静電浮上させる為の電圧を印可することにより、静電引力も発生させ、基板を上方に移動させ、所定の高さまで基板が上昇したところで静電浮上機構を制御して静止させる。静電引力による上昇をセンサーが検知した段階で、空気浮上機構の空気噴出を停止する。
【００３６】
空気噴出を停止させ、減圧乾燥装置の搬入口を閉じることにより、スロー排気を開始す
るが、基板を減圧装置内に搬送ロボットが搬入してから、スロー排気が開始されるまでに経過する時間は、３秒〜５秒程度である。静電浮上機構の性能向上により更にこの時間は短縮されてゆくものである。
【００３７】
その後の減圧乾燥工程を２５秒〜２７秒で終了し、搬送ロボットによって、基板が減圧乾燥装置の外に搬出される。従って、タクトタイムとしては、３０秒前後を実現することが可能である。
【００３８】
減圧乾燥時に発生する乾燥ムラは、上方に設置されている電極と基板間のギャップが不均一になることによって、排気による気体の流れに不均一が生じることにより発生するものであるから、そのギャップを均一に保持しながら、静電浮上させても、乾燥ムラの原因を生じさせない。より早く減圧乾燥を進める為には、基板表面と上方の電極間の距離は大きい方が良いと考えられるが、装置ファクターにより、必ずしもそうでない場合もあるため、乾燥ムラが生じない適度な位置に基板を静止させることが必要な場合がある。減圧排気のプロファイルを設定した場合、基板を静止し保持する上方の電極と基板表面とのギャップは適宜、適切な条件に設定することが必要である。このようにすることで、減圧乾燥装置による乾燥ムラの発生を無くすことが可能である。
【００３９】
静電浮上方式で注意しなければならないのは、静電気による放電や絶縁破壊といった現象を起こさないようにしなければならない。
【００４０】
液晶ディスプレイ用ガラス基板の場合、ガラスの密度を２．６１ｇ／ｃｍ３、厚さを０．７ｍｍとすると、単位面積当りにガラス基板に働く重力と静電引力の釣合いの条件から、静電浮上装置の電極表面の電荷密度は、約１．２×１０−５クーロン／ｍ２以上であることが必要である。これは、電界強度では、１．４×１０６Ｖ／ｍである。
【００４１】
また、空気の絶縁破壊強度は、３０ＫＶ／ｃｍ（＝３×１０６Ｖ／ｍ）であると言われているので、この値を超えないようにしなければならない。これは、電極表面の電荷密度で表わすと、約２．６×１０−５クーロン／ｍ２である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・天板
２・・・排気の流れ
３・・・基板
４・・・支持ピン
５・・・減圧乾燥装置のステージ
６・・・乾燥ムラ
７・・・クリアランス量（天板−基板間）
８・・・静電浮上機構の一部を構成する電圧制御装置（複数の電極に与える電圧を制御する装置）
９・・・静電浮上機構の一部を構成するギャップ制御装置（ギャップセンサからの信号を受けて、電圧制御装置に信号を送る装置）
１０・・・静電浮上機構の一部を構成するギャップセンサ
１１・・・静電浮上機構の一部を構成する減圧乾燥装置上板
１２・・・静電浮上機構の一部を構成する電極
１３・・・空気浮上機構の一部を構成する空気孔
１４・・・空気浮上機構の一部を構成する減圧乾燥装置下板
１５・・・空気浮上機構の一部を構成する空気装置
１６・・・基板が静電浮上機構の一部を構成する電極から受ける静電引力の方向
１７・・・基板が空気浮上機構からの空気供給により受ける浮上力の方向
１８・・・空気孔から噴出する空気
１９・・・静電浮上機構
２０・・・空気浮上機構
ａ・・・基板中央部のクリアランス量
ｂ・・・基板外周部のクリアランス量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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