(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御する機構を有する試料台と、前記試料台の上面に設けられて赤外線を透過させる窓を有する真空容器と、真空度を調整しながら前記真空容器を真空に引く真空手段と、赤外線領域の電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記電磁波の反射による信号を検知する検知手段と、前記検知信号を演算してプロセスを制御する制御手段と、この演算結果に基づいて前記試料台上の試料に対し部分加熱を行う部分加熱手段とを備え、
前記電磁波照射手段と前記検知手段を２次元的に移動させる駆動手段を更に備え、
前記試料上に形成された有機膜中に含まれる溶媒量を前記試料上の少なくとも２点において測定し、これらの測定結果に基づき前記照射箇所の溶媒量が同じになるように前記部分加熱手段の出力を制御可能にしたことを特徴とする溶媒乾燥装置。
【請求項２】
前記電磁波照射手段と前記検知手段を、前記試料上の中央部および外周部を含む少なくとも２点に対応して設置したことを特徴とする請求項１に記載の溶媒乾燥装置。
【請求項３】
前記電磁波照射手段が、５００ｃｍ-1から４０００ｃｍ-1まで電磁波の波数を変化可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶媒乾燥装置。
【請求項４】
前記電磁波照射手段が、５００ｃｍ-1から４０００ｃｍ-1までの間の任意の波数の電磁波のみを照射することを特徴とする請求項１または２に記載の溶媒乾燥装置。
【請求項５】
前記部分加熱手段は、前記試料台の上面に設置され、赤外線を含む電磁波を照射するランプまたはレーザ装置を有することを特徴とする請求項１に記載の溶媒乾燥装置。
【請求項６】
前記部分加熱手段を少なくとも２個設置したことを特徴とする請求項１または５に記載の溶媒乾燥装置。
【請求項７】
温度制御する機構を有する試料台と、前記試料台の上面に設けられて赤外線を透過させる窓を有する真空容器と、真空度を調整しながら前記真空容器を真空に引く真空手段と、赤外線領域の電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記電磁波の反射による信号を検知する検知手段と、前記検知信号を演算してプロセスを制御する制御手段と、この演算結果に基づいて前記試料台上の試料に対し部分加熱を行う部分加熱手段とを備え、
前記部分加熱手段を２次元的に移動させる駆動手段を更に備え、
前記試料上に形成された有機膜中に含まれる溶媒量を前記試料上の少なくとも２点において測定し、これらの測定結果に基づき前記照射箇所の溶媒量が同じになるように前記部分加熱手段の出力を制御可能にしたことを特徴とする溶媒乾燥装置。
【請求項８】
前記試料台に、前記部分加熱手段として少なくとも２個の加熱ヒータを設置したことを特徴とする請求項１に記載の溶媒乾燥装置。
【請求項９】
印刷によって試料上に形成された有機膜中の溶媒を、前記試料に対し部分加熱を行う部分加熱手段により乾燥する溶媒乾燥方法であって、
赤外吸収分光法を用いて、前記試料上に形成された有機膜中の溶媒量を前記試料上の中央部および外周部を含む少なくとも２点において測定すると共に前記有機膜中における前記溶媒の量と前記溶質の量とを検知し、かつ、各検知信号のピークの比を演算し、その測定結果を基に、測定箇所の溶媒量が同じになるように前記部分加熱手段の出力を制御することを特徴とする溶媒乾燥方法。
【請求項１０】
前記試料が、有機発光デバイス用基板あるいは印刷型トランジスタ作製用基板であることを特徴とする請求項９に記載の溶媒乾燥方法。
【請求項１１】
前記試料が、内部に金属薄膜層が形成されているものであることを特徴とする請求項９に記載の溶媒乾燥方法。
【請求項１２】
前記溶媒が有機溶媒であることを特徴とする請求項９に記載の溶媒乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光デバイスや有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのデバイス作製に適用され、印刷法を用いて形成した膜の溶媒を乾燥させる溶媒乾燥装置および溶媒乾燥方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機発光デバイスは、液晶テレビやプラズマディスプレイに代わる大画面・薄型ディスプレイとして期待されている。その中で有機ＥＬ膜の形成やその駆動回路に用いられる有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）膜の形成は、大面積に低コストで膜を形成しなければならないため、インクジェットやスリットダイから塗料を吐出するダイコート，スピンコートなどの印刷技術が検討されている。インクジェット法をはじめとする印刷方法による膜形成には、所定の場所に対して溶質と溶媒が混ざったインクを吐出し、その後、真空や熱を用いて乾燥処理を行うことによりインクに含まれる溶媒を蒸発させた後、ベーク処理やアニール処理などにより膜硬化，結晶化させることが一般に行われている。
【０００３】
一般的に有機ＥＬ膜や有機ＴＦＴ膜の形成は、所望の場所に１００ｎｍ以下の非常に薄い膜を形成する必要があるため、インクジェット法が用いられることが多い。そのインクジェットに際して、溶媒には、揮発性の有機溶剤を溶媒の主成分とするインクが使用されることが多く、急激な乾燥は乾燥ムラの原因となる。また、ベーク処理やアニール処理前の残存溶媒量によって、発光特性や電気特性といったデバイス特性が大きく変化し、残存溶媒量をモニタリングして制御することが重要である。
【０００４】
乾燥ムラが起こらないように溶媒乾燥時にモニタリングする従来の乾燥装置における制御方法を図１０を参照して説明する。
【０００５】
図１０に示すように、レーザ拡散照射方式の乾燥装置１０は、ウエブ状の被乾燥物１１にレーザ光を照射するレーザ照射手段１２と、被乾燥物１１を該被乾燥物１１のウエブ長手方向に移動させる搬送ローラ１５と、被乾燥物１１から揮発する揮発分中に含まれる有機溶剤濃度を測定する測定手段１３と、測定した測定値と予め設定した設定値とのズレがなくなるように、レーザ照射手段１２のレーザ出力を制御する制御手段１４により構成されている。
【０００６】
搬送ローラ１５上を搬送移動される被乾燥物１１の上方には、レーザ照射手段１２から出射されるレーザ光の照射によって加熱される被乾燥物１１から揮発する揮発成分を回収するため吸引フード１６が設けられ、吸引フード１６内にレーザ照射手段１２が配置されている。
【０００７】
また、吸引フード１６の天井部には、排気ダクト１７が接続されると共に、該排気ダクト１７は乾燥装置１０を設置した室の外部まで延設される。排気ダクト１７には、防爆型の排気ファン１８が設けられると共に、被乾燥物１１から揮発され、吸引フード１６を介して排気ダクト１７内を流れる揮発分中の有機溶剤濃度を測定手段１３により測定する。
【０００８】
測定手段１３で測定された有機溶剤濃度のデータは、レーザ照射手段１２のレーザ出力を制御する制御手段１４に逐次入力される。制御手段１４は、主として演算器１４Ａとレーザ出力調整器１４Ｂとで構成され、測定手段１３で測定された揮発成分中の有機溶剤濃度は演算器１４Ａに入力される。演算器１４Ａ内には予め設定された設定有機溶剤濃度が入力されており、演算器１４Ａに入力されてくる測定有機溶剤濃度と比較されると共に、設定有機溶剤濃度との差をなくすために必要なレーザ出力の可変量を演算する。
【０００９】
そして、演算器１４Ａは演算結果をレーザ出力調整器１４Ｂに出力し、レーザ出力調整器１４Ｂがレーザ照射手段１２の出力を制御する。これにより、被乾燥物１１から揮発する揮発成分中の有機溶剤濃度を測定し、その測定値と予め設定した設定値とのズレがなくなるように、レーザ照射手段１２のレーザ出力を制御するためのフィードバック制御機構が構成される。
【００１０】
前記フィードバック制御機構によれば、測定手段１３の測定結果に応じてレーザ出力が変わると、被乾燥物１１の加熱温度をレーザ出力に応じて瞬時に変化させることができるので、被乾燥物１１から揮発する揮発成分の有機溶剤濃度もレーザ出力に応じてリアルタイムに修正される。これにより、被乾燥物１１から揮発する揮発成分中に含まれる有機溶剤濃度を測定し、測定した測定値と予め設定した設定値とのズレがなくなるようにレーザ照射手段１２のレーザ出力をフィードバック制御することによって、被乾燥物１１の乾燥速度を精度良く、かつリアルタイムに制御することができ、溶剤系塗布膜を乾燥する場合でも乾燥ムラを防止することできる。
【特許文献１】特開２００６−１３８４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の溶媒モニタリングを印刷による有機ＥＬ膜や有機ＴＦＴ膜形成の溶媒乾燥プロセスに応用しても、デバイス特性である発光特性や電気特性の面内のばらつきが大きい。
【００１２】
これは、特許文献１に記載の乾燥モニタリングでは、溶媒乾燥時に試料全面からの揮発したガス成分中に含まれる溶媒濃度をモニタリングするため、試料内に形成した膜中に含まれる残存溶媒を測定することができないし、また、乾燥の面内ばらつきをモニタリングすることができない。
【００１３】
そのため、通常の乾燥で乾燥ムラが発生した場合、部分的に加熱させ面内の乾燥を均一にさせるような手段が講じられず、試料面内で乾燥ムラが発生する。また、印刷で形成した膜中の残存溶媒量を揮発成分中の溶媒濃度をガスとして計測するので、揮発成分中の溶媒量が多い場合では、モニタリングが可能であるが、溶媒量が少ないところでは、感度が悪く、揮発溶媒をモニタリングすることができない。そのため、作製したデバイスにおいて作製した膜中に含まれる残存溶媒量を高精度で制御することができず、試料面内の発光特性や電気特性がばらついてしまう。
【００１４】
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、試料の少なくとも２箇所をモニタリングし、その箇所の残存溶媒量を同じにするように部分加熱制御を行うことにより、形成したデバイスの発光特性や電気特性の面内ばらつきを抑えるようにした溶媒乾燥装置および溶媒乾燥方法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】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明の溶媒乾燥装置は、温度制御する機構を有する試料台と、前記試料台の上面に設けられて赤外線を透過させる窓を有する真空容器と、真空度を調整しながら前記真空容器を真空に引く真空手段と、赤外線領域の電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記電磁波の反射による信号を検知する検知手段と、前記検知信号を演算してプロセスを制御する制御手段と、この演算結果に基づいて前記試料台上の試料に対し部分加熱を行う部分加熱手段とを備え、前記電磁波照射手段と前記検知手段を２次元的に移動させる駆動手段を更に備え、前記試料上に形成された有機膜中に含まれる溶媒量を前記試料上の少なくとも２点において測定し、これらの測定結果に基づき前記照射箇所の溶媒量が同じになるように前記部分加熱手段の出力を制御可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
この装置により、試料内に少なくとも２点の印刷によって形成した有機膜中に含まれる残存溶媒量を定量的に測定し、その結果を基に部分加熱手段の出力を制御することで、測定した箇所の残存溶媒量を一定にする。これにより、印刷プロセスで膜厚がばらついた場合や試料全面の乾燥工程によって乾燥ムラが発生した場合でも、計測した残存溶媒量の結果を基に部分加熱手段の出力を制御するため、面内の残存溶媒量を一定にすることができ、乾燥処理後の試料の特性のばらつきを小さくすることができる。
【００１７】
本発明の溶媒乾燥装置は、前記電磁波照射手段と前記検知手段を、前記試料上の中央部および外周部を含む少なくとも２点に対応して設置したものも含む。
【００１９】
この装置により、試料面内の少なくとも２点の任意の場所での膜中の残存溶媒量を定性的に計測することが可能になる。
【００２０】
本発明の溶媒乾燥装置は、前記電磁波照射手段が、５００ｃｍ−１から４０００ｃｍ−１まで電磁波の波数を変化可能であるものを含む。
【００２１】
また、本発明の溶媒乾燥装置は、前記電磁波照射手段が、５００ｃｍ−１から４０００ｃｍ−１までの間の任意の波数の電磁波のみを照射するものも含む。
【００２２】
この装置により、印刷法によって形成した有機膜中の溶媒量や溶質量を定量的に測定することができる。
【００２３】
本発明の溶媒乾燥装置は、前記部分加熱手段は、前記試料台の上面に設置され、赤外線を含む電磁波を照射するランプまたはレーザ装置を有するものも含む。
【００２４】
この装置により、印刷法で膜厚がばらついた場合や試料全面の乾燥工程によって乾燥ムラが発生した場合でも、計測した残存溶媒量の結果を基に部分加熱装置の出力を制御するため、面内の残存溶媒量を一定にすることができ、発光特性や電気特性のばらつきを小さくすることができる。
【００２５】
本発明の溶媒乾燥装置は、前記部分加熱手段を少なくとも２個設置したものも含む。
【００２６】
また、本発明の溶媒乾燥装置は、温度制御する機構を有する試料台と、前記試料台の上面に設けられて赤外線を透過させる窓を有する真空容器と、真空度を調整しながら前記真空容器を真空に引く真空手段と、赤外線領域の電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記電磁波の反射による信号を検知する検知手段と、前記検知信号を演算してプロセスを制御する制御手段と、この演算結果に基づいて前記試料台上の試料に対し部分加熱を行う部分加熱手段とを備え、前記部分加熱手段を２次元的に移動させる駆動手段を更に備え、前記試料上に形成された有機膜中に含まれる溶媒量を前記試料上の少なくとも２点において測定し、これらの測定結果に基づき前記照射箇所の溶媒量が同じになるように前記部分加熱手段の出力を制御可能にしたことを特徴とする。
【００２７】
この装置により、試料面内の中央部および外周部を含む少なくとも２点の所望の場所での膜中の残存溶媒量を定量的に計測し、試料の２点以上の箇所で残存溶媒量を合わせるように溶媒乾燥を制御することができる。
【００２８】
本発明の溶媒乾燥装置は、前記試料台に、前記部分加熱手段として少なくとも２個の加熱ヒータを設置したものも含む。
【００２９】
この装置により、印刷法で膜厚がばらついた場合や試料全面の乾燥工程によって乾燥ムラが発生した場合でも、計測した残存溶媒量の結果を基に部分加熱装置の出力を制御するため、面内の残存溶媒量を一定にすることができ、発光特性や電気特性のばらつきを小さくすることができる。
【００３０】
本発明の溶媒乾燥方法は、印刷によって試料上に形成された有機膜中の溶媒を、前記試料に対し部分加熱を行う部分加熱手段により乾燥する溶媒乾燥方法であって、
赤外吸収分光法を用いて、前記試料上に形成された有機膜中の溶媒量を前記試料上の中央部および外周部を含む少なくとも２点において測定すると共に前記有機膜中における前記溶媒の量と前記溶質の量とを検知し、かつ、各検知信号のピークの比を演算し、その測定結果を基に、測定箇所の溶媒量が同じになるように前記部分加熱手段の出力を制御することを特徴とする。
【００３１】
この方法により、印刷プロセスで膜厚がばらついた場合や試料全面の乾燥工程によって乾燥ムラが発生した場合でも、計測した残存溶媒量の結果を基に部分加熱装置の出力を制御するため、面内の残存溶媒量を一定にすることができ、乾燥処理後の試料の特性のばらつきを小さくすることができる。
【００３２】
また、本発明の溶媒乾燥方法において、前記試料が、有機発光デバイス用基板あるいは印刷型トランジスタ作製用基板であることが望ましい。
【００３３】
また、本発明の溶媒乾燥方法において、前記試料が、内部に金属薄膜層が形成されているものであることが望ましい。
【００３４】
これにより、試料内の金属において赤外線が効率よく反射するため、高感度で残存溶媒のモニタリングが可能になる。
【００３５】
また、本発明の溶媒乾燥方法において、前記溶媒が有機溶媒であることが望ましい。
【００３７】
これにより、印刷時の膜厚ムラがおきても、所望の値の残存溶媒量に制御できるため、乾燥処理後の試料の特性のばらつきを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の溶媒乾燥装置および方法によれば、試料内に少なくとも２点の印刷によって形成した有機膜中に含まれる残存溶媒量を定量的に測定し、その結果を基に部分加熱手段の出力を制御することで、測定した箇所の残存溶媒量を一定にすることにより、印刷プロセスで膜厚がばらついた場合や試料全面の乾燥工程によって乾燥ムラが発生した場合でも、計測した残存溶媒量の結果を基に部分加熱手段の出力を制御するため、面内の残存溶媒量を一定にすることができ、乾燥処理後の試料の特性のばらつきを小さくすることができる。
【００３９】
このため試料として有機発光デバイスや有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの基板を作製する場合には、その発光特性や電気特性のばらつきを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１において用いられる真空乾燥装置の断面図、図２は実施の形態１の試料構造および測定場所を拡大して示す説明図、図３は実施の形態１における試料上の赤外吸収法による測定点および試料上面より加熱する部分加熱を使用した場合の加熱領域の一例を示す説明図である。
【００４２】
実施の形態１では、アルミ製の真空容器１００に、温度制御する機構としてヒータを内蔵した試料台１１０と、試料台１１０の上面に設けられて赤外線を透過させるＺｅＳｅからなる透過窓１２０を設けている。真空容器１００は、真空度調整弁１３０を介して真空手段である真空ポンプ１４０に接続して、真空調整弁１３０により所定の真空度を保つことができるようになっており、溶媒測定用赤外線領域の電磁波として赤外線１５０を照射する電磁波照射手段である赤外線照射装置１６０と、反射赤外線を受けて光電変換にて信号を検知する検知手段であるディテクタ１７０を試料１８０の上方に設置し、赤外線照射装置１６０から赤外線１５０を試料１８０に対して照射する。
【００４３】
ここで、赤外線を透過させる透過窓１２０の材料として、本例ではＺｅＳｅを選択したが、サファイヤ，ゲルマン，石英，フッ化カルシウム，フッ化リチウム，臭沃化タリウムなどの少なくとも１００００ｃｍ−１以下の波数（１μｍ以上の電磁波の波長）を透過する材料であればよい。
【００４４】
図２に示すように、試料１８０には、ガラス基板１８１上に、インクジェット等の印刷法により膜形成が行えるようにバンク１８２が形成してあり、印刷工法によって溶媒と溶質の混じったインクを塗布し、有機膜１９０を形成する。
【００４５】
金属からなる試料台１１０や試料内に組み込まれた金属膜１８３によって反射した赤外線の光学的変化による信号を、ディテクタ１７０で受け取り、制御手段としての演算器２００と制御回路２１０に逐次出力する。本例では、赤外領域にある溶媒の信号や溶質のみの波数を透過させるフィルタ１６５をディテクタ１７０の前に設置したが、この特定の波長のみを透過させるフィルタは使用しなくてもよい。
【００４６】
演算器２００には、赤外吸収法により試料１８０の少なくとも面内２点の有機膜１９０中の溶媒による赤外線１５０の吸収量から見積もられる残存溶媒量と、溶質の赤外線１５０の吸収量から見積もられる溶質量の値が入力され、溶媒の赤外吸収量を溶質の赤外吸収量を割ることで、有機膜中の溶媒量を見積もる。これにより、有機膜１９０内に含まれる溶媒量をより高精度に計測が可能となる。また、溶媒の赤外吸収量のみの値を参考にしてもよい。これにより、溶媒量を計測する装置や演算が簡易になり、より低コストで計測が可能となる。
【００４７】
演算器２００によって計算された溶媒の値は、試料１８０の少なくとも面内２点の値をそれぞれの場所で、同じ値にするように制御回路２１０からの出力信号を、それぞれの試料１８０上部に設けたランプやレーザ装置などからなる部分加熱装置２３０に送り、試料１８０上部から部分加熱（加熱領域２３５、図３参照）を行う。
【００４８】
このように、印刷後の溶媒と溶質が混じったインクの真空乾燥に、反射型赤外吸収分光法を応用することにより、面内の溶媒の乾燥度合いを評価し、その結果を基に部分加熱装置２３０の出力にフィードバックし、乾燥が足りないところを部分加熱装置２３０の加熱により補うことができる。そのため、乾燥処理後の試料１８０の有機膜中の残存溶媒量の値が面内で同じになるように制御される。このため、当該試料１８０を基板として形成される素子の基板面内における発光特性や電気特性を安定化させることができる。
【００４９】
膜中の残存溶媒量を測定するために、反射型赤外吸収分光法を用いるために、本例では、試料１８０の９０°上面から赤外線を入射したが、試料１８０に対し４０°を超える斜め上部方向から赤外線を入射してもよい。斜めから偏向をかけた赤外線を入射して、信号を受け取るディテクタ１７０側も偏向フィルタをかけることで、さらに高感度に膜中の残存溶媒量を測定することができる。
【００５０】
また、本例では、図２に示すように、印刷法により形成した１ピクセル中の有機膜中に含まれる溶媒量や溶質量を測定しているが、赤外線を集光せず、ある一定の領域中にある有機膜全体の溶媒量を測定してもよい。
【００５１】
本例では、図３に示すように、試料１８０の面内において５点を、赤外線１５０による測定位置および加熱位置２３５としているが、これら測定場所，測定数および加熱領域は、試料である基板上の中央部と外周部を含む少なくとも２点であればよい。
【００５２】
なお、図１において、２２０は試料１８０を出し入れするため、真空容器１００に設けた開閉可能な試料移動ゲートである。
【００５３】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２において用いられる真空乾燥装置の断面図、図５は実施の形態２において試料下面より加熱する部分加熱装置の外観図である。なお、以下の説明において、赤外吸収分光法による溶媒量を測定する真空乾燥装置の基本的な構成，動作は、実施の形態１にて説明した部材に対応する部材に同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５４】
試料１８０の少なくとも面内２点の残存溶媒量が同じになるように演算器２００によって計算し、その結果を制御回路２１０に送り、温度制御する機構としてヒータを内蔵した試料台１１０のそれぞれのヒータセル１１５の出力を調整する。具体的には、残存溶媒が多い部分のヒータセル１１５の温度を上げ、測定した残層溶媒量が各点で一定になるように調整する。
【００５５】
このように、印刷後の溶媒と溶質が混じったインクの真空乾燥に、反射型赤外吸収分光法を応用することにより、面内の溶媒の乾燥度合いを評価し、その結果を基に試料１１０下面の試料台１１０に設けられたヒータセル１１５から構成される部分加熱装置の出力にフィードバックし、乾燥が足りないところをヒータセル１１５の加熱により補うことができる。そのため、試料１８０の有機膜中の残存溶媒量の値が面内で同じになるように制御することにより、試料１８０を基板として作製したデバイスの発光特性や電気特性を安定化させることができる。
【００５６】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３において用いられる乾燥装置の配置図である。
【００５７】
実施の形態３では、印刷法により有機膜を形成した試料１８０を搬送用ローラ２４０上に載せ、各チャンバ２５０，２６０，２７０に連続的に搬送する。まず、印刷法で形成した有機膜を有する試料１８０は、媒体乾燥チャンバ２５０に導入し、有機溶媒の大部分を乾燥する。この際、試料１８０は、搬送用ローラ２４０に設置したヒータにより下部から加熱される。試料１８０に対する加熱は、チャンバ外壁から試料全面もしくは上部から加熱を行ってもよい。
【００５８】
次に、溶媒量評価チャンバ２６０に導入された試料１８０は、一定の速度で搬送されながら、赤外線照射装置１６０から出射した赤外線における反射光の信号をディテクタ１７０で受け取り、実施の形態１で説明した赤外吸収分光により、試料１８０の中央部および外周部を含む少なくとも２点の有機膜中の溶媒量を計測する。
【００５９】
次に、溶媒乾燥調整チャンバ２７０に試料１８０を送り、そのチャンバ２７０上部に設置したランプやレーザ装置などの部分加熱装置２３０により有機溶媒の乾燥度合いを調整する。この際、溶媒量評価チャンバ２６０で計測した結果を、演算器２００と制御回路２１０に送り、部分加熱装置２３０の出力を制御する。
【００６０】
次に、試料１８０を、下流側の溶媒量評価チャンバ２６０に送り、有機膜中の最終乾燥度合いを評価する。
【００６１】
このように搬送用ローラ２４０で一定の速度で搬送する試料１８０を受ける溶媒乾燥チャンバ２５０と溶媒量評価チャンバ２６０と溶媒乾燥調整チャンバ２７０とを連続的に配置することで、溶媒計測用装置や部分加熱装置の少数化、あるいは生産リードタイムの短縮化など様々なメリットがある。
【００６２】
以下、本発明の実施の形態について実施例にてより具体的に説明する。
【００６３】
（実施例１）
実施例１として本発明を有機薄膜トランジスタの作製に応用した一例を図２を参照して説明する。
【００６４】
図２において、有機半導体の電気特性評価に使用した基板の概略を示す。通常のボトムゲート型トランジスタは、基板材料として０．７ｍｍのガラス基板上に、スパッタ法を用いてクロム薄膜を３０ｎｍ堆積させた後、一般的なフォトリソグラフィ法を用いてクロム薄膜のパターニングを行い、ゲート電極を作製、その上にゲート絶縁膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）をプラズマ化学的気層堆積法（ＣＶＤ）にて３００ｎｍ堆積させたものを使用する。
【００６５】
今回の評価実験では、実験を簡略化するため、図２に示すように、ｎ型シリコン基板１８４を使用することによって、ゲート電極の代用を行った。また、基板１８４の表面に３００ｎｍのシリコン酸化膜１８５をゲート絶縁膜として使用した。このゲート絶縁膜１８５の上に、ソース電極１８６，ドレイン電極１８７を作製した。この作製法は、密着層としてクロムを５ｎｍ、電極材料として金を７５ｎｍ堆積させ、リフトオフ法を用いてパターニングを行うことで、ソース電極１８６，ドレイン電極１８７を形成した。リフトオフ法とは、ゲート絶縁膜１８５上に先にレジストを塗布し、露光・現像を行い、レジストのパターニングを行った後、スパッタ法にて密着層としてクロム、電極材料として金を成膜し、その後、レジスト除去を行うことにより、後から堆積させた金属薄膜をパターニングする方法である。
【００６６】
前記電極を作製した基板に、インクジェット法により所望の場所にインクを蓄積し、有機膜（有機半導体膜）１９０を形成するために、厚さ１μｍの絶縁性材料からなるバンク１８２を作製した。バンク１８２の材料としては、フッ素含有絶縁材料を使用し、通常のリソグラフィー法によりパターニングした後、バンクをベークすることにより表面にフッ素が表れ、バンク１８２の表面が撥水化する。また、フッ素含絶縁材料をバンク材料として用いない場合、有機膜用インクの塗布前に、インクを塗布するバンク凹部は、インクに対して親液性を示す処理を施し、インクを塗布しないバンク１８２上には撥液性を示す処理を施してもよい。
【００６７】
有機膜１９０のインクジェットによる塗布は、キャリア移動度を確保することを目的にして大きな結晶を形成するため、有機膜１９０の厚さが３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とした。本実験では、有機膜１９０の材料としてポルフィリン系材料を溶質とし、有機溶媒である安息香酸エチルに質量比２％となるように溶かしてインクジェット用インクとした。
【００６８】
上記のように作製した電気特性評価用の基板にインクジェット法を用いて所望の場所に有機半導体材料を含んだインクを吐出した後、本真空乾燥炉に導入して、溶媒の乾燥を行った。インクジェットで形成した有機膜中の残存溶媒の影響を調べるために、真空乾燥時間（１〜１８０分）、試料台１１０の温度（室温〜８０℃）を制御してサンプルを作製した。本実験では、室温にて乾燥時間を変化させて４種類のサンプルを作製したが、試料台１１０の温度を上げることで、乾燥速度は、１．２倍から１０倍程度短縮することが可能となる。
【００６９】
溶媒を乾燥させる際、リアルタイムで残存溶媒量をモニタリングした有機膜１９０の膜中の残存溶媒量に関連する信号として、有機溶媒である安息香酸エチル内のエステル結合に由来する１７２０ｃｍ−１のピーク強度を、溶質の信号として、ポリフィリンの１１５０ｃｍ−１のピーク強度を参照した。このように、有機膜１９０の下部に、ソース電極１８６，ドレイン電極１８７などの金属膜を有する構造、つまり、有機薄膜トランジスタ作製サンプルでは、有機膜中の残存溶媒を計測するために照射した赤外線が効率よく反射するので、形成した有機膜１９０中の溶媒や溶質の信号が高感度で計測できる。今回の残存溶媒量の測定は、溶媒と溶質の赤外吸収ピーク強度比で見積もった。
【００７０】
図７に今回作製したサンプルの一覧を表にまとめた。サンプル１では、真空乾燥時間を１分とし、溶媒と溶質の赤外吸収ピーク強度比を１００以上で溶媒乾燥を終了させた。サンプル２では、真空乾燥時間を２．５分とし、溶媒と溶質の赤外吸収ピーク強度比を１．４で溶媒乾燥を終了させた。同様にサンプル３では、真空乾燥時間を３０分とし、溶媒と溶質の赤外吸収ピーク強度比を０．８で溶媒乾燥を終了させた。サンプル４では、真空乾燥時間を９０分とし、溶媒と溶質の赤外吸収ピーク強度比をほぼゼロで溶媒乾燥を終了させた。
【００７１】
図７では作製した４つのサンプルの有機半導体膜中に含まれる溶媒と溶質の赤外吸収ピーク強度比、つまり残存溶媒量は、サンプル１＞＞サンプル２＞サンプル３＞サンプル４の順で少なくなっていることを示している。この結果から、本発明で示した溶媒乾燥器による残像溶媒のモニタリングを行うことで、真空乾燥後の有機膜中に含まれる残存溶媒量を所望の値に制御できることが分かる。
【００７２】
次に、有機半導体膜中の残存溶媒量を変化させて作製したサンプル１〜４を、窒素環境下、２１０℃で２０分加熱し、有機半導体膜の結晶化を行った。作製した有機半導体の膜厚は、約６０〜８０ｎｍ程度であり、サンプル１以外は、数μｍから数１０μｍの結晶が得られていることを偏向顕微鏡にて確認した。サンプル１では、結晶化の加熱を行う前に溶媒が残りすぎているため、非常に細かいアモルファス的な膜しかできなかった。また、サンプル４に比べ、サンプル２では、個々のグレインサイズが２〜３倍ほど大きくなっていた。
【００７３】
作製した有機半導体膜を窒素雰囲気下で、プローブと半導体パラメータアナライザを用いてトランジスタの電気特性を評価した。図８に示すグラフは、残留溶媒量を制御して作製したデバイスのキャリア移動度の変化を示す。ここで、トランジスタのチャネル長を５０μｍ，チャネル幅１００μｍのデバイスを評価し、各デバイスのキャリア移動度は、ゲート電圧特性（ドレイン電圧が−４０Ｖ，ゲート電圧が−４０〜４０Ｖ）としたときのドレイン電流の電気特性を取得し、飽和領域でのドレイン電流から算出した。
【００７４】
図８に示すように、サンプル１では、有機半導体の結晶化が起こらずトランジスタ特性を示さなかったが、トランジスタ特性から算出したキャリア移動度は、残存溶媒量が大きいほど高い値を示し、つまりサンプル２＞サンプル３＞サンプル４の順に高くなり、サンプル２では、キャリア移動度が約１．３ｃｍ２／Ｖｓと算出された。これは、有機半導体の結晶化させる加熱を行う前に多少溶媒が残っていた方が、有機半導体膜の核発生密度が下がり、一個ずつの結晶が大きく成長することで、デバイス特性であるキャリア移動度が向上したものだと推測できる。
【００７５】
この結果から、印刷法を用いた有機半導体膜の形成では、溶媒乾燥時の残存溶媒量を制御することで、デバイスの電気特性を高精度に制御することが可能であり、試料の面内の電気特性のバラツキを抑えることができることが分る。
【００７６】
また、通常、基板材料として０．７ｍｍのガラス基板を用いたが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等など平坦性基板であれば、基板の厚さは問わない。
【００７７】
ゲート・ソース・ドレイン電極として、クロムや金材料を使用したが、低抵抗および耐溶剤性を示すものであれば、厚さは問わず、アルミ，銅，チタン，モリブデン，銀，銀系化合物等の金属材料でも同様の効果が得られる。
【００７８】
ゲート絶縁膜としては、シリコン酸化膜，シリコン窒素化膜の他に、シリコン含有吐布膜やポリイミドをはじめとする有機系絶縁膜があるが、耐電圧１ＭＶ／ｃｍ以上であり、有機溶媒に対して耐溶媒性がある材料でも同様の効果を得ることができる。
【００７９】
バンク材料は絶縁性、有機溶剤耐性、およびプラズマ，エッチング，ベーク処理などのプロセス耐性よりアクリル系，ポリイミド系，ノボラック型フェノール樹脂などが上げられる。他の材料として、有機半導体膜１９０の膜厚に比べ十分に薄い有機膜、例えば撥液性を示す単分子膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることでも親液領域と撥液領域を得ることが可能である。単分子膜としては、有機硫黄化合物や有機珪素化合物などの自己組織化膜（ＳＡＭ膜：Self-Assembled Monolayers）が上げられる。ＳＡＭ膜は金属表面上に有機分子が規則正しく並ぶ単分子膜であり、金属と反応しやすい置換基や酸化物表面と反応しやすい置換基を有する有機分子の溶液に金属を接触させ、不要な部分を現像により除去することで形成される。
【００８０】
有機半導体材料として、今回はポルフィリン系の材料を使用したが、その他、可溶性ペンタセンやルブレンをはじめとするアセン類材料、フタロシアニン類材料やポリチオフェン系材料など有機溶媒に溶解するものが好適である。
【００８１】
有機溶媒としては、今回は、安息香酸エチルを使用したが、トルエン，キシレン，アセトン，アニソール，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン，シクロヘキシルベンゼン，メトキシトルエン，フェノキシトルエン等の単独または混合溶媒が挙げられる。アニソール，キシレン，トルエンといった芳香族系有機溶剤の溶解性が良く好適であるが、インク滴下後の乾燥速度を抑制するため、インクには沸点が１５０℃以上の溶媒が１０％以上含まれていることが望ましく、更にはインクジェット塗布のためにはインクの粘度は１ｃＰｓ以上２０ｃＰｓ以下であることが望ましい。また、インクジェット塗布を用いない場合のインク濃度は、１０ｃＰｓ以上１００ｃＰｓ以下であることが望ましい。
【００８２】
有機半導体膜の形成方法として、今回は、インクジェット法を用いて、パターニングを行ったが、凸版，凹版，平版，スクリーン印刷，ブレードなどの版を使用した印刷や、ディスペンサ，インクジェットなどの版を用いない印刷方法でもよい。
【００８３】
反射型赤外吸収分光法を用いて有機膜中の残存溶媒である安息香酸エチル内のエステル結合に由来する１７２０ｃｍ−１のピーク強度と、溶質の信号として、ポリフィリンの１１５０ｃｍ−１のピーク強度を参照した。ここで、溶媒と溶質の赤外吸収スペクトルの溶媒に起因するピークと溶質に起因するピークが明らかに違う波数に表れ、お互いのピークが干渉しなければ、本発明のように残存溶媒計測に使用することが可能である。
【００８４】
（実施例２）
実施例２として本発明を有機発光デバイスの作製に応用した一例を説明する。
【００８５】
図９（ａ）は有機発光デバイスの発光特性の評価に使用した実施例２の基板の構成を示す断面図、図９（ｂ）は実施例２における陰極形成前の有機発光デバイスの平面図を示す。
【００８６】
図９（ａ）において、ガラス基板１８１上に、陽極１９１の材料として銀系金属膜をスパッタ法により厚さ２００ｎｍ以下堆積させた後、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ウェットエッチングにより、陽極１９１の材料をパターニングした。銀系金属膜は、少なくとも可視光に対して８０％以上の反射性を有し、比抵抗が１０−４Ω・ｃｍ以下で電極として作用するに十分低抵抗である。その後、陽極１９１がパターニングされた基板１８１上にバンク１８２をフォトリソグラフィにより、画素形状にパターニングする。
【００８７】
発光層１９２は、発光特性および寿命を確保するため、厚さが１００ｎｍの有機材料からなる。発光層１９２の形成法としてインクジェット法を使用した。
【００８８】
陰極１９３は、厚さ３００ｎｍ以下であって、発光層１９２上にＢａ，ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）の順でスパッタして２層構造にする。
【００８９】
発光層１９２は少なくとも陽極１９１と陰極１９３で挟まれている。陰極であるＢａやＩＴＯは、少なくとも可視光に対して８０％以上の透過特性を有し、比抵抗が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、電極として作用するに十分低抵抗である。陰極１９３は発光層１９２と同じ寸法か発光層１９２を完全に覆う形状であり、陽極１９１と陰極１９２は短絡しない構成をしている。バンク１８２には凹部（セル）がパターニング形成されており、凹部にはバンク１８２の層はなく、陽極１９２，発光層１８２が積層されている。凹部（セル）は縦２００μｍ，横７０μｍであり、凹部（セル）の１つに赤・緑・青（ＲＧＢ）のうち１色のインクを塗布する。
【００９０】
ここでは、１つの凹部を画素として扱い、１色のインク塗布の場合について説明するが、実際には、ＲＧＢの３色のインクを３つの凹部に塗布することにより画素は形成される。また、バンク１８２と凹部を覆うように陰極１９３が形成され、断面構造としては図９に示した構造となる。
【００９１】
前記有機発光デバイスの発光特性（輝度，寿命）のバラツキ低減を行うため、実施例１で説明した溶媒乾燥装置およびその方法を、発光層１９２の形成工程に用いる。発光層１９２の塗布には、インクジェット装置を使用し、発光材料としてはフルオレン系材料を使用し、溶媒であるキシレンに質量比０．７％となるように溶かし、インクジェット用インクとした。
【００９２】
上記のように作製した発光特性評価用の基板に、インクジェット法を用いて所望の場所に有機半導体材料を含んだインクを吐出した後、本真空乾燥装置に導入して、溶媒の乾燥を行った。インクジェットで形成した発光層中の残存溶媒の影響を調べるために、真空乾燥、窒素雰囲気乾燥時間（１〜１８０分）、試料台１１０の温度（室温〜８０℃）を制御してサンプルを作製した。
【００９３】
溶媒を乾燥させる際、リアルタイムで残存溶媒量をモニタリングした発光層１９２の膜中の残存溶媒量に関連する信号として、有機溶媒であるキシレンに由来する４８２ｃｍ−１のピーク強度を溶質の信号として、フルオレン材料に起因する１７３０ｃｍ−１のピーク強度を参照した。本有機発光デバイスの構造では、有機膜である発光層の下部に反射陽極として金属膜を有するため、有機膜中の残存溶媒を計測するために照射した赤外線が効率よく反射するので、形成した発光層１９２中の溶媒や溶質の信号が高感度で計測できる。
【００９４】
このように、印刷工法を用いた発光層の形成においても、実施例１と同様に溶媒乾燥時の残存溶媒量を制御することにより、デバイスの輝度，寿命などの発光特性を高精度に制御することが可能であり、試料面内の各素子の発光特性のバラツキを抑えることができる。
【００９５】
反射型赤外吸収分光法を用いて残存溶媒量計測として、本実験では、有機溶媒であるキシレン内に起因する４８２ｃｍ−１のピーク強度を溶質の信号として、フルオレン材料の１７３０ｃｍ−１のピーク強度を参照した。また、溶媒と溶質とにおいて赤外吸収スペクトルの溶媒に起因するピークと溶質に起因するピークとが明らかに違う波数に表れ、互いのピークが干渉しなければ、本発明のように残像溶媒量の評価に使用することが可能である。
【００９６】
なお、有機層として発光層１９２を設けたが、層数は本実施例に限ったものではなく、図示しないが、例えば有機発光デバイスの効率向上，寿命改善のためには正孔注入層，電子輸送層を設けた構成としてもよいし、更には正孔注入層，電子注入層等を付加して層数を増加させてもよい。前記発光層１９２を形成する高分子発光材料だけでなく、有機系の正孔注入層，電子輸送層を本実施の塗布方法によって形成してもよい。
【００９７】
また、図９において、有機膜用インクの塗布前に、インクを塗布する陽極１９１上はインクに対して親液性を示す処理を施し、インクを塗布しないバンク１８２上には撥液性を示す処理を施してもよい。
【００９８】
具体的に説明すると、バンク１８２をパターン形成する際に、バンク１８２の上面にフッ素が析出し、凹部にはフッ素が残存しないバンク材料を用いてもよいし、他の方法として、発光層１９２の厚みに比べ十分に薄い有機膜、例えば撥液性を示す単分子膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることでも、親液領域と撥液領域を得ることが可能である。
【００９９】
単分子膜としては、有機硫黄化合物の自己組織化膜（ＳＡＭ膜：Self-Assembled Monolayers）等を例示することができる。ＳＡＭ膜は、金属表面上に有機分子が規則正しく並ぶ単分子膜であり、金属と反応しやすい置換基や酸化物表面と反応しやすい置換基を有する有機分子の溶液に金属を接触させ、不要な部分を現像により除去することで形成される。
【０１００】
また、基板１８１の基板材料として０．７ｍｍのガラス板を用いたが、基板の厚さは問わない。また、同等の光透過性能を持つポリマー、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等を用いても同様の効果が得られる。
【０１０１】
また、陽極１９１の材料として厚さ２００ｎｍの銀系金属薄膜（ＡＰＣ）を用いたが、同等の光反射性能、低抵抗、耐溶剤性を示すものであれば、厚さは問わず、クロム，アルミ等の金属材料でも同様の効果が得られる。
【０１０２】
また、陰極１９３の材料として厚さ２００ｎｍのＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）を用いたが、同等の光透過性能，低抵抗，耐溶剤性を示すものであれば、厚さは問わず、ＩＺＯ（Indium  Zinc  Oxide），酸化錫，酸化亜鉛，酸化インジウム，亜鉛アルミニウム複合酸化物等の透明材料でも同様の効果が得られる。なお、低抵抗，光透過性，加工性の点から、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）が好適である。
【０１０３】
発光層１９２の厚さは、発光効率，輝度が十分得られるためには、１５０ｎｍ以下である必要があり、有機発光デバイスとして発光効率，輝度が確保できる膜厚を自由に選択することが可能である。
【０１０４】
バンク１８２の材料は、絶縁性，有機溶剤耐性、およびプラズマ，エッチング，ベーク処理などのプロセス耐性を考慮して、アクリル系，ポリイミド系，ノボラック型フェノール樹脂などが上げられる。
【０１０５】
発光層材料は、ポリフルオレン系，ポリアリーレン系，ポリアリーレンビニレン系，アルコキシベンゼン，アルキルベンゼンなどの高分子材料が挙げられ、発光層材料を溶解する溶媒としては、トルエン，キシレン，アセトン，アニソール，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン，シクロヘキシルベンゼン，メトキシトルエン，フェノキシトルエン等の単独または混合溶媒が挙げられる。アニソール，キシレン，トルエンといった芳香族系有機溶剤の溶解性が良く好適であるが、インク滴下後の乾燥速度を抑制するため、インクには沸点が１５０℃以上の溶媒が１０％以上含まれていることが望ましく、更にはインクジェット塗布のために、インクの粘度は１ｃＰｓ以上２０ｃＰｓ以下であることが望ましい。
【０１０６】
正孔注入層としては、インク塗布により形成するものとしてＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン），ポリアニリン誘導体，ポリチオフェン誘導体等、また蒸着やスパッタ等により形成するものとして酸化モリブデン，酸化タングステン等の酸化物が挙げられる。インク状の正孔輸送層形成材料を溶解または分散させる溶媒としては、例えば、水，トルエン，キシレン，アセトン，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン，シクロヘキサノン，メタノール，エタノール，イソプロピルアルコール，酢酸エチル，酢酸ブチル，水等の単独またはこれらの混合溶媒を用いてもよく、電子輸送層として１，２，４−リアゾール誘導体層を設けてもよい。
【０１０７】
発光層１９２の形成方法として、本例では、インクジェット法を用いてパターニングを行ったが、凸版，凹版，平版，スクリーン印刷，ブレードなどの版を使用した印刷や、ディスペンサ，インクジェットなどの版を用いない印刷方法を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
通常、有機半導体の作製において、有機半導体を結晶化ベークする前の残存溶媒量により作製された素子の特性が大きく異なるが、本発明の真空乾燥装置および方法により、赤外吸収分光法を用いて、印刷後に形成した膜の中央部および外周部の少なくとも２点の溶媒量をモニタリングすることによって、溶媒乾燥後における試料面内の膜中の溶媒量を制御することが可能であり、有機薄膜トランジスタ等の面内のデバイス特性を均一化させることができる。また、同様に有機ＥＬディスプレイ作製工程の有機ＥＬ層の印刷後の乾燥にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施の形態１において用いられる真空乾燥装置の断面図
【図２】実施の形態１の試料構造および測定場所を拡大して示す説明図
【図３】実施の形態１における試料上の赤外吸収法による測定点および試料上面より加熱する部分加熱を使用した場合の加熱領域の一例を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態２において用いられる真空乾燥装置の断面図
【図５】実施の形態２において試料下面より加熱する部分加熱装置の外観図
【図６】本発明の実施の形態３において用いられる乾燥装置の配置図
【図７】本発明の実施例１の評価実験のために作製したサンプルの特性一覧表を示す図
【図８】実施例１において溶媒乾燥時の残存溶媒量を変化させたサンプルにおける移動度の変化を示す図
【図９】（ａ）は有機発光デバイスの発光特性の評価に使用した実施例２の基板の構成を示す断面図、（ｂ）は実施例２における陰極形成前の有機発光デバイスの平面図
【図１０】従来の溶媒モニタ機能付き乾燥装置の構成図
【符号の説明】
【０１１０】
１００  真空容器
１１０  試料台
１１５  ヒータセル
１２０  透過窓
１３０  真空度調整弁
１４０  真空ポンプ
１５０  測定用赤外線（および測定場所）
１６０  赤外線照射装置
１６５  フィルタ
１７０  ディテクタ
１８０  試料
１８１  ガラス基板
１８２  バンク
１８３  金属膜
１８４  ｎ型シリコン基板
１８５  シリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）
１８６  ソース電極
１８７  ドレイン電極
１９０  有機膜
１９１  陽極
１９２  発光層
１９３  陰極
２００  演算器
２１０  制御回路
２２０  試料移動ゲート
２３０  部分加熱装置
２３５  加熱用赤外線（および加熱領域）
２４０  搬送用ローラ
２５０  溶媒乾燥チャンバ
２６０  溶媒量評価チャンバ
２７０  溶媒乾燥調整チャンバ
【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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【図６】
0004941373.tif 000007
【図７】
0004941373.tif 000008
【図８】
0004941373.tif 000009
【図９】
0004941373.tif 000010
【図１０】
0004941373.tif 000011