(57)【要約】【課題】親撥水性パターンを破壊せずに被乾燥物に付着した液体を除去すること。【解決手段】ガスをプラズマ化して被乾燥物に噴射するプラズマ生成部を備え、プラズマ生成部が、ガス導入口，ガス吹き出し口，およびガス導入口とガス吹き出し口とを接続するガス案内路を備えた誘電体と、ガス案内路に導入されるガスに電圧を印加してプラズマ化するための一対の対向主電極を備える乾燥装置。【選択図】図１
2008157565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスをプラズマ化して被乾燥物に噴射するプラズマ生成部を備え、プラズマ生成部が、ガス導入口，ガス吹き出し口，およびガス導入口とガス吹き出し口とを接続するガス案内路を備えた誘電体と、
ガス案内路に導入されるガスに電圧を印加してプラズマ化するための一対の対向主電極
を備える乾燥装置。
【請求項２】
被乾燥物を載置する載置部と、プラズマ生成部と載置部とを相対移動させる搬送部とをさらに備える請求項１記載の乾燥装置。
【請求項３】
ガス吹き出し口はガス案内路よりも狭い断面積を有する請求項１記載の乾燥装置。
【請求項４】
ガス吹き出し口の近傍に一対の対向予備電極をさらに備える請求項１記載の乾燥装置。
【請求項５】
被乾燥物を搬送する搬送路と、搬送路を挟んで設けられガスをプラズマ化して被乾燥物に噴射する一対のプラズマ生成部とを備え、各プラズマ生成部が、
ガス導入口，ガス吹き出し口，およびガス導入口とガス吹き出し口とを接続するガス案内路を備えた誘電体と、
ガス案内路に導入されるガスに電圧を印加してプラズマ化するための一対の対向電極
を備える乾燥装置。
【請求項６】
ガス吹き出し口はガス案内路よりも狭い断面積を有する請求項５記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気圧プラズマを用いた乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置のカラーフィルターのような基板の洗浄工程に使用される洗浄装置には、後工程に備えて水洗処理された基板を乾燥させるためにエアナイフ乾燥装置が組み込まれている。エアナイフ乾燥装置を用いてガラス基板を乾燥させることにより、次工程に洗浄液を持ち込んで汚染したり、ウォーターマーク等の残渣により品質が劣化したり、歩留まりが低下するなどの不具合を生じさせないようにしている。
【０００３】
そして、エアナイフ槽の出口における移動路の上下それぞれにエアナイフユニットを配置する一方、エアナイフ槽内の入口の底面部に排気ユニットの吸引口を配置することにより、エアナイフ槽に出口から入口底面部に向かう気流が形成されるようにし、エアナイフユニットの噴出力により、基板上面から除去された洗浄液を、そのミストがエアナイフ槽内の上方空間に舞い上がるのを押さえつつ排出されるようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、洗浄後の基板をミストの再付着なく乾燥させるために、エアナイフ槽内の入口側と出口側の移動路の上下にエアナイフユニットを配置し、その入口側下部のエアナイフユニットの近傍に排気ユニットを配置するようにし、入口側で大半の液体をワークから除去することができ、さらにミストの付着を抑えることができるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開2000-230783号公報
【特許文献２】特開2005-169356号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の乾燥装置を用いると、親撥水パターンが形成されるため、親水部がくぼんでいる基板に付着した液体が除去しきれず、ウォーターマークが残ってしまうという問題がある。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、親撥水パターンが形成されて親水部がくぼんだ基板に付着した液体を効率よく除去することが可能な乾燥装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、ガスをプラズマ化して被乾燥物に噴射するプラズマ生成部を備え、プラズマ生成部が、ガス導入口，ガス吹き出し口，およびガス導入口とガス吹き出し口とを接続するガス案内路を備えた誘電体と、ガス案内路に導入されるガスに電圧を印加してプラズマ化するための一対の対向主電極を備える乾燥装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、プラズマ中で活性化した原子ラジカルのみをガスの噴射によって被乾燥物に到達させることで、洗浄工程後の親撥水パターンを有する被乾燥物を、親撥水パターンの破壊や、ウォーターマークの残存のないように乾燥させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明による乾燥装置は、ガスをプラズマ化して被乾燥物に噴射するプラズマ生成部を備え、プラズマ生成部が、ガス導入口，ガス吹き出し口，およびガス導入口とガス吹き出し口とを接続するガス案内路を備えた誘電体と、ガス案内路に導入されるガスに電圧を印加してプラズマ化するための一対の対向主電極を備えることを特徴とする。
被乾燥物を載置する載置部と、プラズマ生成部と載置部とを相対移動させる搬送部とをさらに備えてもよい。
ガス吹き出し口はガス案内路よりも狭い断面積を有してもよい。
ガス吹き出し口の近傍に一対の対向予備電極をさらに備えてもよい。
【０００９】
この発明は、別の観点から被乾燥物を搬送する搬送路と、搬送路を挟んで設けられガスをプラズマ化して被乾燥物に噴射する一対のプラズマ生成部とを備え、各プラズマ生成部が、ガス導入口，ガス吹き出し口，およびガス導入口とガス吹き出し口とを接続するガス案内路を備えた誘電体と、ガス案内路に導入されるガスに電圧を印加してプラズマ化するための一対の対向電極を備える乾燥装置を提供するものである。
ガス吹き出し口はガス案内路よりも狭い断面積を有してもよい。
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を詳述する。
なお、図面において共通の要素には、同じ参照符号をつけている。
【００１０】
実施形態１
図1は、この発明の実施形態１による大気圧プラズマ基板乾燥装置を示す要部断面図である。
図１において、基板7は、液晶ディスプレイ用のガラス基板である。
図１に示すように、この大気圧プラズマ基板乾燥装置は、高温ガス生成部１と、基板搬送部20とを備え、高温ガス生成部１は、ガス吹き出し口1aと、ガス導入路縮小部1cと、ガス導入経路6と、主放電部1bと、ガス導入口4と、第1電極2aと、第2電極2bとを備え、基板搬送部20は、ワークとしての基板7を載置して矢印11の方向へ搬送するローラ8を備える。
【００１１】
第1電極2aと、第2電極2bの材料は、金属材料の中から適宜選ばれ、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅などである。第1電極2aと第2電極2bには、それぞれ貫通穴9a, 9bが形成され、貫通穴9a, 9bに冷媒を流通させることにより第1電極2aと第2電極2bが冷却させるようになっている。
図１に示すように、第1電極2aおよび第2電極2bは、電力伝達路を通じて高周波高圧電源10に接続され、第2電極2bは接地されている。第1電極2aおよび第2電極2bには、高周波高圧電源10から高周波電圧が電力伝送経路を経由して印加される。高周波高圧電源10には必要であれば電極2a，2bに効率よく電圧を印加するために、電極、プラズマを含んだ共振回路を形成するようにインピーダンスを制御する装置を挿入しても良い。
【００１２】
この第1電極2aと第2電極2bは、固体誘電体からなる誘電体部3a, 3bでおおわれ、誘電体部3a，3bはガス吹き出し口1aを形成する。第1電極2aを覆っている誘電体部3aと、第2電極2bを覆っている誘電体部3bは、所定の間隔を隔てて対向している。この間隙が、主放電部1bとなる。この主放電部1bを覆う誘電体の厚みと、第2電極2bを覆う誘電体の厚みと、第1電極2aと第2電極2bとの間隙の距離は、高周波高圧電源10から与えられる電圧の大きさや周波数、使用するガスの種類や流量、第1電極2aと第2電極2bを覆う固体誘電体の電気的特性や二次電子放出係数や、各部の温度等に基づいて設定される。誘電体の材質としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＡｌＮなどを挙げることができる。
【００１３】
高周波高圧電源10の出力電圧が、第1電極2aと第2電極2bの間に印加され、第1電極2aを覆う誘電体部3aと第2電極2bを覆う誘電体部3bの間に形成された主放電部1bに電界が形成される。この発明では、30kHz7.5kVpp程度の電圧を印加できる出力10kw電源を用いたが、電源の出力、印加電圧等は供給されるガス種や、誘電体の種類などによって適宜変更される。
【００１４】
第1電極2aを覆っている誘電体部3aと、第2電極2bを覆っている誘電体部3bの間の間隙（主放電部1b）は、ガス導入口4から供給されたガスのガス流路としての役割も果たす。ガス溜め5に設けられたガス導入口4には、図示しないガス供給ボンベまたはガス供給タンクから、図示しないマスフローコントローラー、またはミキサーを介して、複数のガス種を混合したガスが供給される。供給されたガスは、ガス導入口4よりガス溜め5に供給され、このガス溜め5で紙面奥行き方向に広がり、さらにガス溜め5よりも十分に狭い断面積を持つスリット状(もしくわシャワー穴状)のガス導入経路6に達する。ガスは、主放電部1bを経由し、プラズマ化された後、ガス吹き出し口1aへと到達し、ガス吹き出し口1aより噴出される。
【００１５】
この発明では、ガス吹き出し口1aでは少量のガスでもガス流速をあげて効率的にガスを放出するために、ガス吹き出し口1aの誘電体3a，3b間の間隔は、1.0mm以下にする。また、第1電極2aと第2電極2bの間の不要な放電により、誘電体部3a, 3bが破壊されるのを防止し、さらにガス流速を下げ、ガスのプラズマ化を効率的に行うために、第1電極2aを覆う誘電体部3a表面と、第2電極2bを覆う誘電体の表面との間隔は、ガス吹き出し口1aの間隔よりも大きくすることが好ましい。この発明では、第1電極2aを覆う誘電体部3aの表面と、第2電極2bを覆う誘電体3bの表面との間隔は、4mmとしたが、使用するガス種や、誘電体の種類や厚み、電源の出力や周波数、印加される電圧によってガス吹き出し口1aの間隔よりも大きい範囲で適宜変更される。
【００１６】
ガス吹き出し口1aは、どのような向きにガスを吹き出すように設置してもよいが、基板7に対する不要な放電を防止するために第2電極2bが基板7に近づくような向きに設置することが望ましい。
このようにして、ガス導入口4より供給されたガスは、主放電部1bに形成された電界によって、大気圧の圧力下で、プラズマ化される。ここで、大気圧とは一例として、圧力範囲が0.1気圧以上の圧力のことをいう。
【００１７】
この実施形態に採用されるガスとしては、ヘリウムや窒素、などが挙げられるが、この処理ガスの組成は、基板7の状態によってその他の希ガスや、空気、酸素など、適宜最適な組み合わせと混合比を選ぶ必要がある。
【００１８】
この実施形態においては、ヘリウム70%、窒素30%のガスを200SLMの流量で供給した。ガス導入部より供給されたガスは、主放電部1bに形成された電界によって大気圧下でプラズマ化される。窒素をプラズマ化することで発生する窒素ラジカルは、非常に大きなエネルギーを持っており、このエネルギーが水分子を水素分子と酸素分子に分解することは広く知られている。ヘリウムは熱伝導率が非常に高く、プラズマによって発生した熱を基板7に伝導し、基板7に付着した液体を除去しやすくする効果がある。
【００１９】
プラズマを直接基板7に照射する従来の装置では、親撥水パターンの形成された基板7、特に親撥水パターンが形成され、親水部がくぼんでいる構造をとる基板7に対しては、親撥水パターンを破壊してしまうという課題がある。そこで、この発明では主放電部1bで生成されるプラズマは直接基板7には照射せず、プラズマ中で生成された窒素ラジカルのみをガスの噴出によって基板7上に到達させることで、親撥水パターンを破壊せずに基板7に付着した液体を除去できるようにした。
【００２０】
ここで、基板7に到達するガスは、窒素、窒素ラジカルで、場合によってはヘリウム、ヘリウムラジカルである。主放電部1bでプラズマ化したガスを高速に噴射することによりアフターグロー部という発光部分が、各種条件にもよるが、5mm程度のオーダーで形成され、このアフターグロー部に窒素ラジカルが存在する。
基板7の乾燥は、まず基板7上にある液体の大部分を気流の押し出しにより除去し、残った少量の液体をアフターグロー部の窒素ラジカルで除去・乾燥する。残った少量の液体とは、気流の風圧で除去できない箇所、すなわち窪みなどの形状や親液表面などに残る液体である。なお、上記アフターグロー部は以下のような条件により長くなる。
・ガスの流速を速くする
・酸素などのマイナスイオンとなるようなガスを添加しない
・ヘリウムを添加する
【００２１】
このため、本発明では、流速を速くするために主放電部1bから下流のガス吹き出し口1aのギャップを細くし、アフターグロー部を高速化している。
一般に、プラズマ中のラジカルは、電子、イオンに比べて長寿命であり、ガス流速を上げるための仕組みを設け、アフターグロー部を長くすることで、最終的にはラジカルのみが選択的に被処理物表面に到達させることができる。
【００２２】
一方、主放電部1bを細くしすぎると、特に周波数が低い場合（〜1kHz）、放電しにくくなるため、スリット先端より広げている。
また、ヘリウムはアフターグロー部を長くする効果の他、着火電圧の低下により電極の寿命を延ばす働きや、熱伝導度が高いことによる基板7の乾燥を促進する効果がある。
【００２３】
主放電部1bでプラズマ化され、プラズマ中で活性化したガスが、ガス吹き出し口1aより噴出されているときに、洗浄工程後の基板7をローラ8によって搬送し、活性化したガスを基板7に吹き付けることによって、ガスの噴出力で除去しきれない液体を、窒素ラジカルの大きなエネルギーで分解することにより、親撥水パターンのついた基板7の表面に付着している液体を完全に除去することができる。
【００２４】
なお、この大気圧プラズマ基板乾燥装置は、装置長手方向（紙面に垂直な向き）に基板7の乾燥に十分な長さだけ連続している。
また、この実施形態では乾燥装置を液晶表示装置のカラーフィルター基板などの洗浄工程後の乾燥手段として説明しているが、この発明の乾燥装置は、そのほかの工程に組み込まれても、または単独の装置として基板7表面に付着している所定の液体を除去して基板7を乾燥させるようにした乾燥装置として適用することができる。
【００２５】
実施形態２
この実施形態では、図２に示すように、主電極2aとは別に、ガス吹き出し口1a付近にガス吹き出し口1aを形成する誘電体に覆われた第1予備電極12aと、ガス吹き出し口1aを形成する誘電体に覆われた第2予備電極12bを設置している。第1予備電極12aと第2予備電極12b間に電圧を印加し、ガス吹き出し口1a付近に電界を形成することによって、主放電部1bから吹き出し口に運搬されるまでに死活化された窒素ラジカルを再度活性化させることができ、導入されたガスを効率的に活性化させることができる。ただし、この第1予備電極12aと第2予備電極12b間に印加する電圧は、間隔の狭いガス吹き出し口1aの誘電体表面の不所望な放電による破壊を防止するために第1電極2aと第2電極2bとの間に印加した電圧よりも小さな電圧を印加する。その他の構成は実施形態１と同等である。
【００２６】
実施形態３
この実施形態では、図３に示すように、第1電極2aを覆う誘電体部3aと、第2電極2bを覆う誘電体部3bとは別に適宜金属材料を用いて金属吹き出し口13を形成している。ガス吹き出し口13に金属材料を用いることによって、加工が容易となる。ガス吹き出し口13付近の金属材料には、活性化されたガスによるダメージを防止するために、適宜アルマイト処理などの表面処理を施すようにしている。その他の構成は実施形態１と同等である。
【００２７】
実施形態４
この実施形態では図４に示すように、実施形態１に示す大気圧プラズマ乾燥装置を基板7を挟んで上下対象に配置している。大気圧プラズマ乾燥装置を基板7を挟んで上下対象に配置することで、基板7の裏面に付着した液体も除去できるようになる。さらに上面のみプラズマに加熱されることによる、基板7の変形等も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施形態１における大気圧プラズマ乾燥装置の全体構成を模式的に示す側断面図である。
【図２】この発明の実施形態２の図１対応図である。
【図３】この発明の実施形態３の図１対応図である。
【図４】この発明の実施形態４の構成説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
1a          ガス吹き出し口
1b          主放電部
1c    ガス流路縮小部
2a    第1電極
2b    第2電極
3a    誘電体部
3b    誘電体部
4     ガス導入口
5     ガス溜め
6     ガス導入経路
7     基板
8     基板搬送手段
9a    貫通穴
9b    貫通穴
10    高周波高圧電源
11    基板進行方向
12a   第1予備電極
12b   第2予備電極
13    金属吹き出し口
【図１】
2008157565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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