(57)【要約】      （修正有）【課題】短時間で液体を乾燥させることができ、しかも歪な形状とならない膜を形成することが可能な膜形成装置および膜形成方法を提供する。【解決手段】膜形成装置は、液体を基板上の任意の箇所に局所的に塗布するとともに液体が塗布された領域を局所的に乾燥させることによって膜を形成する。この膜形成装置は、塗布装置、加熱器４０１、および位置調整手段を備える。塗布装置は、基板上に液体を吐出するように構成される。加熱器４０１は、基板における液体が塗布された領域を覆いつつ加熱乾燥させるように構成される。加熱器４０１には、基板との間の気体を上方に排出するための排出口４０２が設けられる。位置調整手段は、例えば、ステージとキャリッジによって構成され、塗布装置および加熱器４０１を基板上の任意の箇所に移動させるように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を基板上の任意の箇所に局所的に塗布するとともに液体が塗布された領域を局所的に乾燥させることによって膜を形成する膜形成装置であって、
前記基板上に前記液体を吐出するための塗布装置と、
前記基板における液体が塗布された領域を覆いつつ加熱乾燥させるように構成された加熱器と、
前記塗布装置および前記加熱器を基板上の任意の箇所に移動させるための位置調整手段と、
を備え、
前記加熱器が、前記基板との間の気体を上方に排出するための排出口を備えた膜形成装置。
【請求項２】
前記加熱器が平板状を呈する請求項１に記載の膜形成装置。
【請求項３】
その側壁が前記加熱器の最上位置よりも上まで延び出すように構成された延出部を有する排出筒を前記排出口にさらに備えた請求項２に記載の膜形成装置。
【請求項４】
前記排出口は、その開口径が前記基板上に塗布された液体の径よりも大きくなるように構成された請求項３に記載の膜形成装置。
【請求項５】
前記加熱器と前記基板との相対距離を調整するためのＧＡＰ調整機構をさらに備えた請求項３または４に記載の膜形成装置
【請求項６】
前記排出筒の前記延出器の少なくとも一部に、前記排出筒よりも熱伝導率のよい部材からなる放熱部を設けた請求項３〜５のいずれか１項に記載の膜形成装置。
【請求項７】
前記排出筒に接続されるとともに前記加熱器と前記基板間の気体を吸引するように構成された吸引手段をさらに備えた請求項３〜６のいずれか１項に記載の膜形成装置。
【請求項８】
前記塗布装置によって塗布された液体の位置情報を入手するための撮像手段をさらに備えた請求項２〜７のいずれか１項に記載の膜形成装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の膜形成装置によって基板上に膜を形成する膜形成方法であって、
前記加熱器が、前記加熱器と前記基板間の気体または前記基板の少なくともいずれかを加熱することによって、前記液体の蒸発を促進するステップと、
前記液体から蒸発した溶媒蒸気を、前記排出口を介して上方に排出するステップと、
を含む膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体を基板上に塗布し、加熱乾燥させて膜を形成させる膜形成装置および膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体塗布部の乾燥方法として、塗布部だけを局所的に乾燥させる局所加熱技術が広く用いられている。
【０００３】
このような局所加熱技術の中には、加熱器と基板との間に高濃度溶媒雰囲気状態が形成されることを防止するための工夫をこらすものがあった。例えば、従来技術の中には、気流を制御して乾燥させる技術を採用するもの（例えば、特許文献１）や、ヒータ等で加熱しながら気流を制御する技術を採用するもの（例えば、特許文献２）が存在する。
【特許文献１】特開２００４−３０５８１８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１で開示された気流による乾燥方法では、高濃度溶媒雰囲気状態を防止できるものの、インクジェットで使用するような高沸点溶媒インクの乾燥に時間がかかるといった問題があった。同様の方法として、加熱された気体を液滴に吹き付ける方法が考えられるが、熱風噴出口からの水平方向の距離による温度勾配が急であり、位置によって加温状態が異なるため、高精度の位置決めが必要で装置が高価になるといった問題がある。
【０００５】
また、上述の特許文献２に係る技術では、加熱器直下では風向きが一方向であるため、その風の影響を受け、乾燥対象（液）が移動したり、乾燥後の膜が偏ったりする問題が発生することがあり、乾燥後の膜形状が歪となる虞があった。
【０００６】
この発明の目的は、短時間で液体を乾燥させることができ、しかも歪な形状とならない膜を形成することが可能な膜形成装置および膜形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る膜形成装置は、液体を基板上の任意の箇所に局所的に塗布するとともに液体が塗布された領域を局所的に乾燥させることによって膜を形成する。この膜形成装置は、塗布装置、加熱器、および位置調整手段を備える。
【０００８】
塗布装置は、基板上に液体を吐出するように構成される。塗布装置の例としては、インクジェットやディスペンサが挙げられる。
【０００９】
加熱器は、基板における液体が塗布された領域を覆いつつ加熱乾燥させるように構成される。基板における液体が塗布された領域を覆う構成の好ましい例としては、平板状を呈する平板型加熱器が挙げられる。ただし、加熱器を、ランプや棒状ヒータによって構成することも可能である。加熱器には、基板との間の気体を上方に排出するための排出口が設けられる。この排出口は、加熱器の中央部に設けられることが好ましい。さらには、この排出口が、その開口径が基板上に塗布された液体の径よりも大きくなるように構成されることが好ましい。その理由は、基板における液体塗布部の上方が開放された空間と同等の溶媒蒸発状態を形成することが可能になるからである。
【００１０】
位置調整手段は、塗布装置および加熱器を基板上の任意の箇所に移動させるように構成される。位置調整手段の構成の例として、往復移動自在の基板ステージと、基板ステージの移動方向に直交する方向に移動可能でかつ塗布装置および加熱器を支持するキャリッジとからなる構成が挙げられる。または、塗布装置および加熱器を支持するとともにＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なキャリッジによって位置調整手段を構成したり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な基板ステージによって位置調整手段を構成したりすることも可能である。
【００１１】
上述の構成においては、加熱器と基板との間の気体を排出するための排出口が加熱器自体に設けられているため、排出口近傍で加熱された気体が排出口へ流れるような気体の流れが自然に発生する。この結果、加熱器直下での風向きが一方向になることがなく、加熱器直下の風の影響を受けることによって乾燥後の膜が偏るといった不具合の発生が防止される。
【００１２】
このとき、その側壁が加熱器の最上位置よりも上まで延び出すように構成された延出部を有する排出筒を排出口にさらに設けることが好ましい。その理由は、排出口および排出筒内で加熱された気体が上昇し、上部の冷却されている気体が下方に下りるような自然対流が発生し易くなるからである。この自然対流に乗って溶媒蒸気が効率よく排出されるため、溶媒蒸気が基板と加熱器の間で滞留し、高濃度溶媒雰囲気となり、乾燥が抑制され乾燥時間が長くなるといった問題が解消される。
【００１３】
また、排出筒の延出器の少なくとも一部に、排出筒よりも熱伝導率のよい部材からなる放熱部を設けることが好ましい。その理由は、排出口および排出筒内で加熱された気体が上昇し、上部の冷却されている気体が下方に下りるような自然対流を促進させ、乾燥効率を向上させることができるからである。また、溶媒蒸気の拡散防止を目的に排出筒に部材を接続させる構成とする際、排出筒より上部に配置される部材への熱の影響を軽減させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、短時間で液体を乾燥させることができ、しかも歪な形状とならない膜を形成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る膜形成装置１の概略を示す図である。膜形成装置１は、基板２０を保持するように構成されたステージ３０を備える。ステージ３０は、その長尺方向に移動可能に構成される。ステージ３０の構成例としては、例えばリニアスケールを持ったステージを採用し、エンコーダのパルス信号によって移動を制御するものが挙げられる。なお、この実施形態では、基板２０は図示しないロボット等の搬入出手段によりステージ３０上に配置される。
【００１６】
ステージ３０の上方をまたぐようにガントリ８０が設けられる。ガントリ８０は、キャリッジ７０を支持するように構成される。具体的には、ガントリ８０はキャリッジ７０を長尺方向に移動可能に支持する。キャリッジ７０は、液体塗布装置１０、ＧＡＰ調整ステージ５０、および観察用カメラ６０を支持するように構成される。このため、膜形成装置１にキャリッジ７０を搭載後は、液体塗布装置１０、ＧＡＰ調整ステージ５０、観察用カメラ６０の相対位置は変わらない。
【００１７】
ステージ３０の移動方向とキャリッジ７０の移動方向とは互いに直交するように配置されるため、ステージ３０およびキャリッジ７０の移動を制御することによって基板２０上方の任意の位置に液体塗布装置１０、加熱装置４０、および観察用カメラ６０を配置することが可能になる。なお、この実施形態では、ステージ３０およびキャリッジ７０によって本発明の位置調整手段が構成される。
【００１８】
液体塗布装置１０は、その吐出面がステージ３０上に配置された基板２０と対向するように配置される。液体塗布装置１０として、インクジェットやディスペンサを用いることができる。本実施形態では、液体塗布装置１０としてインクジェット装置を用いたが、この構成に限定されるものではない。
【００１９】
ＧＡＰ調整ステージ５０は、Ｚ軸スライダ等の機構を有しており、基板２０の高さ方向の相対距離を調整するように構成される。ＧＡＰ調整ステージ５０には加熱装置４０が固定されており、ＧＡＰ調整ステージ５０の移動により加熱装置４０と基板２０の高さ方向の相対距離を調整する構成となっている。加熱装置４０は、基板２０における液体が塗布された領域を覆いつつ加熱乾燥させるように構成される。
【００２０】
膜形成装置はさらに制御部９０を備える。制御部９０の構成としてはパソコン（ＰＣ）が挙げられるが、これに限定されるものではない。制御部９０は、ステージ３０、ＧＡＰ調整ステージ５０、およびキャリッジ７０に接続されており、これらの位置を制御するように構成される。また、制御部９０は、液体塗布装置１０と接続されており、液体塗布装置１０に対して信号を出力することによりその液体塗布動作を制御する。さらに、制御部９０は、加熱装置４０にも接続されており、加熱装置４０の加熱条件制御を行うように構成される。
【００２１】
続いて、図２を用いて加熱装置４０の構成について説明する。加熱装置４０は、排出口４０２が設けられた加熱器４０１、排出口４０２と接続されるとともにその側壁が加熱器よりも上方に突出した排出筒４０３、排出筒４０３と接続された排気チューブ４０４、加熱器４０１の温度を測定する熱電対４０５、および排出筒４０３に固定された放熱板４０６を備える。
【００２２】
加熱器４０１は、内部に抵抗発熱体を備えた平板型加熱器である。平板型加熱器を用いる理由は、交換が不要で装置操業度が高いからである。また、平板型加熱器自体も安価なうえ、高精度の位置決めを不要とするため、装置全体としての価格も安くなる。さらに、加熱により基板に過剰なストレスを与え、基板の機械的強度を低下させることがない。
【００２３】
加熱器４０１は、その内部に発熱体を搭載しており、その配線が加熱器４０１から図示しないコントローラに接続される。コントローラは制御部９０と接続されており、制御部９０から送信される信号に応じて、加熱器に印加する電圧、電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する。熱電対４０５は図示しない温度指示調節計を介し、制御部９０と接続される。加熱器４０１には例えばセラミックヒータ等が利用できる。
【００２４】
加熱器４０１の発熱体の配線は、排出口４０２の加工により切断されないように加工予定位置を避けて配置される。その後、穴あけ加工により、加熱器４０１の基板対向面の中心位置近傍に貫通穴が形成され、これに排出筒４０３が固定されることによって排出口４０２が形成される。排出筒４０３の固定には、例えばセラミック接着剤が使用される。
【００２５】
排出筒４０３は、円筒形状の部材内部が空洞となるように穴あけ加工されており、全体長約２５ｍｍうち、５ｍｍ程度が加熱器４０１の加工穴に埋め込まれて固定されている。つまり、排出筒４０３は加熱器４０１上面側に約２０ｍｍ突出して固定されている。また、排出筒４０３は、その先端部において排気チューブ４０４の内部に挿入されるよう、排出筒４０３の先端形状がタケノコ継ぎ手状になっている。排気チューブ４０４の内部に排出筒４０３の先端部を挿入した後、排出筒４０３と排気チューブ４０４を接着する。これによって、排気チューブ４０４と排出筒４０３が接続され、排出口４０２を通った気体が排出筒４０３内部を介し、排気チューブ４０４から排出される構成となっている。
【００２６】
排出筒４０３の加熱器４０１から１０ｍｍ程度上方にはアルミニウムからなる放熱板４０６が接着される。これによって、排出筒４０３の温度上昇を抑制し、加熱器４０１の設定温度よりも耐熱温度が低い排気チューブを使用することができる。
【００２７】
本実施形態で使用した加熱器４０１のサイズは５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍ（ヒータ配線部３０ｍｍ×３０ｍｍ）、スペックは１００Ｗ、８．７Ω、飽和時間３０ｓ（設定ＭＡＸ：１２００℃）であり、ヒータ配線部の中央にφ３．５ｍｍの排出口４０２が設けられている。排出筒４０３はＳＵＳ製、外径３．１５ｍｍ、内径１．２ｍｍであり、排気チューブ４０４はフッ素系耐熱チューブであり、外径４ｍｍ、内径２ｍｍ、耐熱３００℃である。
【００２８】
続いて、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を用いて、膜形成装置１を用いた膜形成方法について説明する。本実施形態では、ゲート絶縁膜の欠損部への絶縁材料インク塗布、膜形成による絶縁膜修復方法について説明するが、膜形成装置１の用途はこれに限定されるものではない。
【００２９】
まず、基板２０の搬入と同時に図示しない外部機構から欠損部の位置情報、欠損サイズ情報を入手し、制御部９０に送信される。次に、制御部９０からステージ３０およびキャリッジ７０に信号が送信され、欠損部の上方に液体塗布装置１０が配置されるように、ステージ３０およびキャリッジ７０が移動する。次に、欠損サイズから割り出された必要吐出量を制御部９０内で算出し、必要吐出量を塗布するだけの吐出信号を液体塗布装置１０に送信する。送信された吐出信号を元に、液体塗布装置１０は所定量のインク１００を欠損部に塗布する（図３（Ａ）参照）。
【００３０】
次に、欠損部の位置情報に基づいて、欠損部の中心位置上方に加熱装置４０が配置されるように、ステージ３０およびキャリッジ７０が移動する（図３（Ｂ）参照）。その後、ＧＡＰ調整ステージ５０により加熱装置４０とステージ３０との相対距離が所定の設定値に調整され、加熱装置４０による欠損部近傍の加熱乾燥が行われる（図３（Ｃ）参照）。加熱温度、時間等の加熱条件（パラメータ）は、処理前に制御部９０に入力しておき、加熱開始信号とともに制御部９０からコントローラに送信される。つまり、コントローラに送信されたパラメータに基づき、所定の時間、所定の温度で加熱するよう、コントローラが加熱器４０１を制御する。
【００３１】
加熱終了後、ＧＡＰ調整ステージ５０により加熱装置４０とステージ３０との相対距離が離され（図３（Ｄ）参照）、次の欠損部へ移動し、インク１００の塗布が行われる。基板２０内のすべての欠損部へのインクの塗布、乾燥による膜形成が終了した後、基板２０が図示しないロボットアーム等の搬入出手段によって搬出され、新たな修正用基板２０が搬入される。
【００３２】
このように、本実施形態における膜形成方法では、液体塗布装置１０によって塗布されたインク１００を加熱する際、ＧＡＰ調整ステージ５０により加熱装置４０とステージ３０との相対距離（ＧＡＰ）が調整される構成となっている。このため、加熱装置４０の設定温度が一定の場合においてもＧＡＰを調整することで加熱状態を制御することが可能である。また、狭ＧＡＰ状態でステージ等を動かすと、基板２０のたわみ、うねり、基板と加熱装置４０の平行度等によっては基板２０と加熱装置４０が衝突するおそれがあるが、本実施形態では、ＧＡＰ調整ステージ５０により加熱装置４０と基板２０とのＧＡＰを広げてから次の処理が行われるため、基板２０と加熱装置４０が衝突する危険性がない。
【００３３】
続いて、本実施形態にかかる制御部９０から加熱装置４０に送信されるパラメータの決定方法について説明する。パラメータとしては、加熱器４０１の設定温度、加熱器４０１とステージ３０との相対距離（ＧＡＰ）、およびインク塗布箇所の加熱時間が挙げられる。これらの条件によってインク１００塗布箇所の加熱状態が変化するため、これを制御してインク１００塗布箇所の加熱状態を制御することができる。
【００３４】
しかしながら、例えば、インク１００塗布箇所の加熱時間の設定に関していえば、加熱器４０１の設定温度、ＧＡＰといったパラメータの他、インク１００の溶媒（蒸気圧）、インク１００の塗布領域（形状）、インク１００の塗布量が関与する。一方で、基板２０の欠陥部の形状、インク１００の濡れ性（接触角）、基板２０のインク１００の濡れ性（接触角）によって塗布されたインク１００の形状が、欠陥サイズによってインク１００の塗布量が変わる。これらすべてを変数として保持して加熱条件を制御することにより精密な乾燥制御を行うことができるが、一方でこれを実現するためには熱解析を行うのと同等のプログラムが必要であり、理論的な解釈が複雑な上、パラメータ算出に時間がかかるといった問題がある。そのため、本実施形態では、加熱器４０１の設定温度およびＧＡＰはある一定値とし、インク１００の塗布量（液滴数）と加熱時間との関係をテーブルとして制御部９０内で保持する構成をとっている。
【００３５】
以下に、インク１００の塗布量を加熱時間の変数としてテーブルを保持することで加熱条件を制御することができる理由について説明する。まず、加熱器４０１の設定温度をある一定値に設定することができる理由について説明する。加熱器４０１の温度は高ければ高いほど乾燥が早くなると考えられるが、加熱器４０１を保持する部材、または、加熱器４０１と接続している部材の耐熱性等の観点から、上限温度を決定する必要がある。この上限温度の範囲内で、プロセスの目的（仮焼成、本焼成等）を考慮すれば、目的を達成するための加熱器４０１の設定温度を最適値として一義的に決定することができる。本実施形態では、インク１００の乾燥を目的とし、加熱器４０１の温度は３００℃に設定した。なお、加熱器４０１の温度制御については、熱電対４０５の温度を読み取り、コントローラが持つ電圧調整機能によって、加熱器４０１に印加する電圧を調整することで制御する。
【００３６】
次に、ＧＡＰ設定値をある一定値に設定できる理由について説明する。加熱器４０１とステージ３０との相対距離（ＧＡＰ）により、基板２０の温度および基板２０と加熱器４０１との間の気体の温度が変わり、ＧＡＰが短いほど温度が高くなることが容易に考えられる。しかしながら、狭ＧＡＰでは、基板のたわみ、うねり、平行度、装置精度によっては基板２０と加熱装置４０が衝突するおそれがある。このため、基板のたわみ、うねり、平行度、装置精度等を考慮し、衝突するおそれがなく安全であり、かつ可能な限り小さいＧＡＰ値を見積もる必要がある。本実施形態では、ＧＡＰを１．５ｍｍとした。
【００３７】
このように、加熱器４０１の設定温度とＧＡＰをプロセス目的とは別理由から最適値を見積もることができる。加熱器４０１の設定温度とＧＡＰが決定すれば、加熱時間は、インク１００の溶媒（蒸気圧）、インク１００の塗布領域（形状）、インク１００の塗布量を変数として決定することができる。さらに、使用するインクはあらかじめわかっているため、加熱時間は塗布領域（形状）と塗布量のみの変数とすることができる。
【００３８】
一方で、基板２０の欠陥部の形状、インク１００の濡れ性（接触角）、基板２０のインクの濡れ性（接触角）によって塗布されたインク１００の形状がかわる。基板２０の搬入と同時に入手することができる欠損部の位置情報、サイズ情報とそこに塗布するインク１００の塗布量からインク１００の濡れ広がりを算出することはシミュレーションを行えば可能であるが、算出するのに時間がかかるといった問題がある。また、インク塗布領域近傍の有機汚染やダストの影響による基板濡れ性変化が生じた場合、対応が困難であるといった問題がある。このため、本実施形態では、欠損部に対するインク１００の接触角、基板２０に対するインク１００の接触角よりも接触角が高くなる撥液性基板を用いて、インク１００の乾燥時間を見積もった。
【００３９】
続いて、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を用いてインク１００の乾燥時間の見積もり方法について説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）はインク１００の乾燥時間を見積もるための実験の模式図である。
【００４０】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、本実験では、液体塗布装置１０、加熱装置４０、観察用カメラ６０、溶媒６１０、撥液性基板６２０を使用する。液体塗布装置１０にはインク１００の溶媒６１０が充填されている。また、液体塗布装置１０、加熱装置４０、観察用カメラ６０は上述のキャリッジ７０により、その相対位置が固定されるとともに、撥液性基板６２０上の任意の箇所の上部に移動可能な構成となっている。
【００４１】
乾燥時間の見積もるため、まず、液体塗布装置１０により、溶媒６１０を撥液性基板６２０上の一部に所定量塗布する（図４（Ａ）参照）。その後、加熱装置４０が塗布箇所上部に移動し、加熱装置４０が上述のＧＡＰ調整ステージ５０により基板２０とのＧＡＰが所定値になるまで近づき、塗布箇所の加熱を所定時間行う（図４（Ｂ）参照）。次に、塗布箇所上部に観察用カメラ６０が移動し、塗布箇所の液体残渣を検知する（図４（Ｃ）参照）。残渣がない場合は乾燥終了と判断する。本実施形態では、溶媒６１０には沸点２００℃近傍のグリコール系溶媒を使用し、加熱装置４０の加熱器４０１の設定温度３００℃で、ＧＡＰ１．５ｍｍで検討を行った。また、撥液性基板６２０は基板２０に撥液性を持つ単分子膜をディップコートして形成した。溶媒６１０の撥液性基板６２０に対する接触角は８０°程度であり、欠損部を形成する材料および基板２０に対する溶媒６１０の接触角は１５°以下であった。
【００４２】
図５に結果の一部を示したテーブルを示す。“○”は乾燥が終わり、溶媒６１０が観察されなかった状態を、“×”は溶媒６１０が観察された状態を表している。同一量の液体を乾燥させる場合、接触角の高い状態のほど表面積が小さくなるため、乾燥するまでの時間が長くなる。このため、図５からわかる乾燥時間以内で実際の基板２０上に塗布されたインク１００は乾燥することが考えられ、図５の結果に基づいて図６（Ａ）に示すような塗布量（液滴数）と加熱時間の関係を記したテーブルを形成することができる。また、インク１００の溶媒６１０が複数ある場合は、複数の溶媒について乾燥時間を求め、最も長い乾燥時間をテーブルに入力するのが好ましい。
【００４３】
以上から、インク１００の塗布量（液滴数）を加熱時間の変数としてテーブルを保持することで加熱条件を制御することができることがわかる。また、このテーブルは液体塗布装置１０の吐出体積が変わる場合や、インク種が変更する場合はもちろん、加熱器４０１の設定温度、ＧＡＰが変わる場合は都度作成する。作成テーブルは、液滴数や加熱時間といった実験条件を詳細にすることにより、細かなテーブルの作成が可能であるが、データ量が大きくなるといった問題がある。そのため、本実施形態では、図６（Ｂ）に示すように１０滴数間隔で乾燥時間を測定した結果を用いた。乾燥時間は５秒間隔で観察した。なお、基板２０上に塗布する際の液滴数のデータがテーブルにない場合は、塗布液滴数直近であり、かつ塗布液滴数より大きい数の液滴数における加熱時間のデータを使用した。
【００４４】
なお、加熱器４０１は加熱ＯＦＦの状態から設定温度に達するまでに時間を要する。プロセスを安定させるためには、加熱器４０１が設定温度に達してから液体塗布箇所を加熱するほうが好ましく、加熱を開始するまでに加熱器４０１が設定温度に達するまでの時間以上の時間を待機時間として保持しておく必要がある。
【００４５】
また、加熱器４０１の加熱が開始すると近傍の温度が少しずつ変化する。一方で、例えば本実施形態のように液体塗布装置１０としてインクジェット装置を使用する場合、環境温度変化によるインクの粘度変化が起こり、吐出体積が変動する。加熱器４０１の加温状態が液体塗布装置１０に与える影響を考慮し、制御することが好ましいが、パラメータとして液体塗布装置１０と加熱器４０１の距離、加熱器４０１の発熱量、自然対流の影響の他、クリーンルームで使用する場合はダウンフローの影響、ダウンフロー発生場所に対する加熱器４０１、液体塗布装置１０の位置関係が寄与すると考えられるため、加熱器４０１の加温状態が液体塗布装置１０に与える影響を考慮し、制御することは非常に困難である。このため、加熱器４０１の加熱開始は液体塗布装置１０による液体の塗布終了以降とすることが好ましい。
【００４６】
本実施形態では、制御部９０から液体塗布装置１０に吐出信号を送信した後、吐出条件から求まる吐出時間以上の時間待機後、制御部９０からコントローラにパラメータと加熱開始信号が送信され、加熱器４０１の加熱が開始される構成をとっている。
【００４７】
ここで、本実施形態で使用した加熱器４０１との乾燥状態の比較を行うため、加熱器４０１と同材料ではあるが、排出口４０２が形成されていない加熱装置４１、排出口４０２は形成されているが排出筒４０３のない加熱装置４２を用いて、溶媒６１０の乾燥状態について検討した。加熱器の設定温度は３００℃、ＧＡＰは１．５ｍｍであり、図４に示した実験と同じ実験を行うことで乾燥時間を見積もった。図６（Ｃ）は本実施形態で使用した加熱装置４０と比較するための加熱装置４１を使用した場合の乾燥時間の結果である。この結果から、排出口４０２のない加熱装置４１では乾燥までの時間が長くかかっていることがわかる。これは、狭ＧＡＰのため、溶媒６１０の溶媒蒸気が基板６２０と加熱器４０１間に滞留し、飽和状態に近い状態となったために乾燥が抑制されたものと考えられる。また、排出筒４０３のない加熱装置４２のほうが、排出筒４０３のある加熱装置４０よりも乾燥が遅いことがわかる。これは、排出筒４０３によって自然対流が促進され、溶媒蒸気の拡散が促進されたためと考えられる。
【００４８】
また、図６（Ｄ）は排気チューブ４０４の先に減圧ポンプを取り付け、排気口４０２から基板２０と加熱器４０１との間の気体を吸引した場合における乾燥時間との関係を示した表である。加熱器の設定温度は３００℃、ＧＡＰは１．５ｍｍであり、図４に示した実験と同じ実験を行うことで乾燥時間を見積もった。なお、排気量は排気チューブ４０４と排出筒４０３の近傍に流量計を取り付けて測定した。図６（Ｄ）から、本実施形態では、吸引して排気した場合の方が乾燥速度が速く、また排気量が多い方が乾燥速度が速いことがわかる。
【００４９】
このように排出筒４０３の先に、加熱器４０１と基板２０との間に存在する気体を吸引するための吸引手段を採用することにより、強制的に加熱器４０１の外部に存在する気体が加熱器４０１と基板２０との間を通過して排出口４０２から排出される気体の流れを発生させることができる。このことにより、気体が加熱器４０１と基板２０との間を通過する際に加熱され、その加熱された気体が液体塗布部に供給される構成となるため、液体塗布部の乾燥を促進することができる。また、溶媒蒸気を強制的に収集することができるため、大掛かりな排気設備を不要とすることができ、装置コストを安価にすることができる。
【００５０】
しかしながら、塗布領域や排気口４０２のサイズ、ＧＡＰ、加熱器４０１のサイズ、加熱器４０１の設定温度により、排気量と乾燥速度の関係が異なるため、ＧＡＰ、加熱器４０１の設定温度等を変更する場合、最適な排気量を実験によりあらかじめ求めておくことが好ましい。また、異なる排気量にもかかわらず乾燥速度が同等である場合、排気量が多いほうを採用するほうが好ましい。これは、排気口４０２から加熱された気体を吸引することにより、膜形成装置１の環境温度の変化、またはそれに伴う装置精度の低下を防止することができるからである。さらには、加熱装置４０によるインク１００塗布部の乾燥終了後、加熱器４０１を冷却するために気体を吸引することもできる。
【００５１】
続いて、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）を用いて、インク１００塗布箇所と加熱装置４０の排気口４０２との相対位置関係について説明する図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は本発明の実施の一形態に係る加熱装置４０を用いて、インク１００塗布箇所と加熱装置４０の排気口４０２との相対位置関係に対するインク１００の乾燥状態を比較するための実験を示した模式図である。図７（Ａ）はインク１００の略上方に排気口４０２の中心がある場合、図７（Ｂ）はインク１００の中心の略上方が排出筒４０３の壁である場合、図７（Ｃ）はインク１００の端部の略上方が排出筒４０３の壁であり、かつインク１００の上部がすべて排出筒４０３、または加熱器４０１となっている場合、図７（Ｄ）はインクが完全に排出筒４０３、または加熱器４０１の下に配置された場合である。実験方法は、図４で示した方法と同様である。なお、本実験では排気口からの相対位置が離れると乾燥速度が極端に遅くなることが予測されたため、基板２０を構成する部材のうち、最もインクに対する接触角の低い材料で形成した親液性基板６３０を使用した。親液性基板６３０に対するインクの接触角（吐出体積と濡れ広がりから算出）は５°である。
【００５２】
まず、塗布箇所と排気口４０２との相対位置関係に対するインク１００の乾燥時間を比較するため、液体塗布装置から塗布する液体としては溶媒６１０を用いた。図８（Ａ）にその結果を示す。“ｄ”の結果は、図７（Ｄ）におけるＡ−Ａ’間距離が１０ｍｍの際の結果である。
【００５３】
図８（Ａ）に示すように、“ａ”〜“ｃ”の状態においてはほとんど乾燥時間が変わらないものの、“ｄ”のように、インクが完全に排出筒４０３、または加熱器４０１の下に配置された場合は極端に乾燥が遅くなる。図８（Ｂ）はＡ−Ａ’間距離を変えて測定した結果であるが、Ａ−Ａ’間距離が長くなるほど極端に乾燥するまでの時間が長くなることがわかる。
【００５４】
また、乾燥時間が変わらなくても、膜形状が変化していることが考えられるため、インク１００を用いて、図８（Ａ）に示す時間加熱乾燥させ、その断面を測定した。測定は加熱器４０１外部から中心方向に向かって（図８（Ｃ）の左から右方向）測定した結果である。
【００５５】
図８（Ｃ）は状態“ａ”と“ｂ”の乾燥後の断面形状を測定した結果である。図８（Ｃ）からわかるように、インク１００の上部が開放空間でない場合は、膜形状が歪むことが考えられる。このため、排出口４０２はインク１００の略上方をすべて覆う形で配置することが好ましく、さらにはインク１００の中心の略上方に排出口４０２の中心がくるように配置することが好ましい。
【００５６】
また、本実施形態では、加熱器４０１の設定温度を３００℃で説明したが、例えば４００℃に設定することも可能である。その際、排気チューブ４０４として例えばＳＵＳ等の金属性配管を利用することもできる。
【００５７】
図８（Ｄ）は加熱器４０１の設定温度を４００℃とし、ＧＡＰ１．５ｍｍ、ＧＡＰ２ｍｍで溶媒６１０の乾燥時間を見積もった比較実験の結果である。排気チューブ４０４としてＳＵＳ配管（外径４ｍｍ、内径２ｍｍ）のものを使用し、吸引を行わない条件で実験を行った。このように、加熱器４０１の設定温度、ＧＡＰにより乾燥時間が異なることがわかる。このことから、加熱器４０１の設定温度、ＧＡＰにより乾燥時間を制御できることがわかる。さらには、乾燥時間に伴って発生する膜形状変化を制御することも可能である。
【００５８】
続いて、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態における膜形成装置の基本構成は第１の実施形態に係る膜形成装置１と同様であるので説明を省略する。ここでは、第１の実施形態に係る膜形成装置１と相違する構成についてのみ説明する。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は本実施の他の一形態における膜形成方法を示したプロセスフロー図である。
【００５９】
本実施形態における膜形成方法は、膜形成装置１を用いて送信された吐出信号を元に、液体塗布装置１０は所定量のインク１００を欠損部に塗布する（図９（Ａ）参照）。
【００６０】
次に、欠損部の位置情報を元に、欠損部の中心位置上方に観察用カメラを配置し、インク１００の塗布状況を確認する。この際、インク１００の濡れ広がりを確認し、その重心位置を算出する（図９（Ｂ）参照）。
【００６１】
算出された重心位置上方に加熱装置４０が配置されるように、ステージ３０およびキャリッジ７０が移動し、その後、ＧＡＰ調整ステージ５０により加熱装置４０とステージ３０との相対距離が所定の設定値に調整され、加熱装置４０による欠損部近傍の加熱乾燥が行われる（図９（Ｃ）参照）。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の膜形成装置、膜形成方法を採用することにより、レーザによる加熱のような基板に過剰な熱やストレスを加えることなく、短時間で液体を乾燥させることができ、膜を形成することができる。また、加熱器の寿命が長くて装置操業度が高い上、熱風吹きつけ方式のような高精度の位置決めが不要で、装置が安価にすることができる。
【００６３】
以上の実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
【００６４】
排出口４０２の開口部中心を液体塗布部の中心の略上方に配置して加熱器４０１を加熱することで、液体塗布部における温度勾配を均一にするとともに、液体塗布部での基板と並行方向の気流を均一にすることができ、偏り、歪等のない膜を形成することができる。
【００６５】
加熱器４０１の発熱量、または加熱器４０１と基板２０との相対距離の少なくとも一つ以上を制御することにより、基板２０または基板２０と加熱器４０１との間に存在する気体の加熱状態を制御することができる。これによって、必要以上の加熱による基板へのストレスを低減できる。
【００６６】
加熱器４０１により、加熱器４０１と基板２０間の気体、または基板２０の少なくとも一つを加熱することで液体の蒸発を促進するとともに、排出口４０２から液体の溶媒蒸気を排出することができるため、乾燥効率を向上させることができる。
【００６７】
液体の位置情報を入手する撮像手段としての観察用カメラ６０を備えた構成であるため、液体塗布部の形状、段差、濡れ性の差によって液体塗布前の液体塗布位置情報と塗布後の液体の中心位置がずれた場合においても正確な液体の中心位置情報を入手できる。この結果、液体塗布部の形状、段差、濡れ性の差によって液体塗布前の液体塗布位置情報と塗布後の液体の中心位置がずれた場合においても、位置情報を補正し、位置ずれに起因する膜の偏り、歪を防止できる。
【００６８】
本発明は、上述したような局所的に加熱乾燥させて膜を形成させる膜形成装置以外にも、液体塗布部を局所的に加熱乾燥させる局所加熱装置、局所焼成装置に採用することができ、広く利用することができる。
【００６９】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る膜形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る加熱装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る膜形成工程を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係るインクの乾燥時間を見積もるために行った実験方法を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係るインクの乾燥時間を見積もるために行った実験の結果の一部を示す図である。
【図６】本発明の実施の一形態に係るインクの乾燥時間の測定結果の例を示す図である。
【図７】インク塗布箇所と加熱装置の排気口との相対位置関係の例を示す図である。
【図８】本発明の実施の一形態に係る加熱装置を用いて行った実験の結果の例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の一形態に係る膜形成工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１−膜形成装置
１０−液体塗布装置
２０−基板
３０−ステージ
４０−加熱装置
５０−ＧＡＰ調整ステージ
６０−観察用カメラ
７０−キャリッジ
８０−ガントリ
９０−制御部
１００−インク
４０１−加熱器
４０２−排出口
４０３−排出筒
４０４−排気チューブ
４０５−熱電対
４０６−放熱板
６１０−溶媒
６２０−撥水性基板
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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