(57)【要約】【課題】基板表面に形成された厚膜等の被乾燥物を乾燥むらなく短時間で乾燥させることができる基板の乾燥方法及び乾燥炉を提供する。【解決手段】溶剤を含む被乾燥物が表面に形成された基板を、その被乾燥物形成面側を上方にして乾燥炉内に略水平に設置し、ガス供給手段から出力される溶剤ガスを加熱し、その加熱溶剤ガスを基板下部から供給して基板上の被乾燥物を乾燥させ、被乾燥物の上方近傍の溶剤ガスの溶剤濃度を測定し、溶剤濃度が所定の濃度となるように溶剤ガス供給手段の出力溶剤濃度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶剤を含む被乾燥物が表面に形成された基板を、その被乾燥物形成面側を上方にして乾燥炉内に略水平に設置し、ガス供給手段から出力される溶剤ガスを加熱し、その加熱溶剤ガスを前記基板下部から供給して前記基板上の前記被乾燥物を乾燥させる乾燥ステップを備えた乾燥方法であって、
前記乾燥ステップは、前記被乾燥物の上方近傍の前記溶剤ガスの溶剤濃度を測定する測定ステップと、
前記溶剤濃度が所定の濃度となるように前記溶剤ガス供給手段の出力溶剤濃度を制御する制御ステップと、を有することを特徴とする基板の乾燥方法。
【請求項２】
前記乾燥炉は、前記基板の前記被乾燥物形成面上方に開度調整機構付きの複数の排気孔を有するプレート部材を有し、
前記プレート部材の下方近傍の圧力がその上方近傍の圧力より大きくなるように前記開度調整機構により前記複数の排気孔の開度が調整されることを特徴とする請求項１記載の基板の乾燥方法。
【請求項３】
前記制御ステップは、前記プレート部材の下方近傍の圧力と前記上方近傍の圧力とに応じて前記溶剤ガスの加熱温度を制御し、それにより前記被乾燥物内の溶剤移動速度が前記プレート部材と前記被乾燥物との間の溶剤移動速度とが等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の基板の乾燥方法。
【請求項４】
前記所定の濃度は飽和蒸気圧に達しない濃度であることを特徴とする請求項１記載の基板の乾燥方法。
【請求項５】
前記乾燥ステップは、前記被乾燥物の内部を乾燥させる第１の工程と、前記第１の工程後、前記被乾燥物の表面を乾燥させる第２の工程と、を備え、前記第１の工程では前記溶剤ガス供給手段の出力溶剤濃度の制御を行い、前記第２の工程では前記溶剤ガス供給手段の出力溶剤濃度の制御を行わないことを特徴とする請求項１記載の基板の乾燥方法。
【請求項６】
前記第１の工程と第２の工程とは異なる乾燥炉により実施することを特徴とする請求項５記載の基板の乾燥方法。
【請求項７】
基板表面に形成されて溶剤を含む被乾燥物を乾燥させる乾燥炉であって、
前記被乾燥物を含む前記基板を、炉内においてその被乾燥物形成面側を上方にした状態で略水平に保持する保持手段と、
溶剤ガスを出力するガス供給手段と、
前記ガス供給手段から出力された溶剤ガスを加熱して加熱溶剤ガスとするヒータと、
前記保持手段の下方に設けられ前記加熱溶剤ガスを上方に向けて放出する放出手段と、
前記炉内の溶剤ガスを炉上部から排気する排気部と、
前記被乾燥物の上方近傍の前記溶剤ガスの溶剤濃度を測定する第１濃度測定手段と、
前記第１濃度測定手段によって測定された前記溶剤濃度が所定の濃度となるように前記ガス供給手段の出力溶剤濃度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする乾燥炉。
【請求項８】
前記ガス供給手段は、前記溶剤ガスを送風して出力する給気ファンと、
前記排気部の途中から排気溶剤ガスの一部を前記給気ファンに帰還する帰還通路と、
前記給気ファンの近傍の前記帰還通路に形成された迂回通路と、
前記迂回通路に設けられ内部に溶剤を格納して出力側に溶剤量を調整する調整弁を有する溶剤タンクと、を備え、
前記制御手段は、前記給気ファンの直前の前記帰還通路における溶剤ガスの溶剤濃度を測定する第２濃度測定手段を備え、
前記第１及び第２濃度測定手段によって測定された前記溶剤濃度の差が一定となるように前記調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項７記載の乾燥炉。
【請求項９】
前記基板の前記被乾燥物形成面上方に開度調整機構付きの複数の排気孔を有するプレート部材を備え、前記プレート部材下方の圧力がその上方の圧力より大きくなるように前記開度調整機構により前記複数の排気孔の開度が調整されることを特徴とする請求項７記載の乾燥炉。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記プレート部材下方の圧力を測定する第１圧力測定手段と、
前記プレート部材上の圧力を測定する第２圧力測定手段と、備え、
前記下方及び上方の圧力に応じて前記ヒータの印加電圧を制御し、それにより前記被乾燥物内の溶剤移動速度が前記プレート部材と前記被乾燥物との間の溶剤移動速度とが等しくなるようにしたことを特徴とする請求項７又は９記載の乾燥炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚膜が形成された基板の乾燥方法及びその乾燥方法が適用される乾燥炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等の基板の製造際にはガラス等の基板上にセルを形成するために膜形成素材を厚膜印刷し、乾燥炉で乾燥させた後に更に膜形成素材の厚膜印刷と乾燥とを繰り返すことが行われている。
【０００３】
乾燥工程では基板全面を均等に乾燥させることが要求されている。乾燥が早い部分では厚膜印刷の表面が早期乾燥して硬化膜が形成されるため、内部から溶剤の蒸発を抑制して以降の乾燥がし難くなる。特に、ＰＤＰの場合にはハイビジョン対応によるパターンピッチの高精細化が進み、微細な乾燥むらでも厚膜印刷の膜厚が微妙に不均一になる恐れがある。
【０００４】
それに対処するために、特許文献１には、膜形成素材を含む基板を炉内に略水平に設置し、その下部から空気を供給して基板の周縁から上方に流動させながら乾燥させる方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、基板上方から溶剤ガスを供給して基板上の乾燥物を乾燥させる基板乾燥装置において、基板の乾燥が進むにつれてガス流量を増大させる基板乾燥装置が開示されている。
【特許文献１】特願２００４−２５９５７５号公報
【特許文献２】特願２００４−１３８３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、基板上の溶剤濃度は、特許文献２に記載されているように基板の乾燥が進むにつれて低下して行くため、上記の特許文献１の乾燥方法では溶剤濃度が最も低いときに合せて乾燥速度を抑える必要があった。このため乾燥時間が長くなるという問題点があった。
【０００７】
特許文献２の基板乾燥装置では、基板上方の給気管から溶剤ガスを供給するため、基板上のガス濃度はその給気管のサイズに起因するばらつきが生じる。このため、微妙な乾燥むらが生じることになるという欠点があった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題には、上記の問題点が一例として挙げられ、基板表面に形成された厚膜等の被乾燥物を乾燥むらなく短時間で乾燥させることができる基板の乾燥方法及び乾燥炉を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明の基板の乾燥方法は、溶剤を含む被乾燥物が表面に形成された基板を、その被乾燥物形成面側を上方にして乾燥炉内に略水平に設置し、ガス供給手段から出力される溶剤ガスを加熱し、その加熱溶剤ガスを前記基板下部から供給して前記基板上の前記被乾燥物を乾燥させる乾燥ステップを備えた乾燥方法であって、前記乾燥ステップは、前記被乾燥物の上方近傍の前記溶剤ガスの溶剤濃度を測定する測定ステップと、前記溶剤濃度が所定の濃度となるように前記溶剤ガス供給手段の出力溶剤濃度を制御する制御ステップと、を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項７に係る発明の乾燥炉は、基板表面に形成されて溶剤を含む被乾燥物を乾燥させる乾燥炉であって、前記被乾燥物を含む前記基板を、炉内においてその被乾燥物形成面側を上方にした状態で略水平に保持する保持手段と、溶剤ガスを出力するガス供給手段と、前記ガス供給手段から出力された溶剤ガスを加熱して加熱溶剤ガスとするヒータと、前記保持手段の下方に設けられ前記加熱溶剤ガスを上方に向けて放出する放出手段と、前記炉内の溶剤ガスを炉上部から排気する排気部と、前記被乾燥物の上方近傍の前記溶剤ガスの溶剤濃度を測定する第１濃度測定手段と、前記第１濃度測定手段によって測定された前記溶剤濃度が所定の濃度となるように前記ガス供給手段の出力溶剤濃度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
請求項１に係る発明の基板の乾燥方法及び請求項７に係る発明の乾燥炉においては、基板表面に形成された被乾燥物の上方近傍の溶剤ガスの溶剤濃度を測定し、溶剤濃度が所定の濃度となるように溶剤ガス供給手段の出力溶剤濃度を制御するので、被乾燥物の表層の乾燥を抑えることができ、それにより被乾燥物を乾燥むらなく短時間で乾燥させることができる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明による乾燥炉の断面を示している。この乾燥炉は、ガス供給部１と、乾燥部２とを筐体３内部に備えている。ガス供給部１は筐体３内の下部に配置され、溶剤を含む加熱ガスを乾燥部２に供給する部分である。乾燥部２は筐体３内の上部に配置され、厚膜１２が表面に形成された基板１１を加熱溶剤ガスによって加熱して厚膜１２（被乾燥物）のペーストに含まれる溶剤を蒸発させる部分である。ここで、基板１１はＰＤＰ用の基板であり、厚膜１２は基板１１上に形成される電極、透明誘電体層、又は蛍光体層である。
【００１４】
筐体３の上部には排気通路３ａが形成されている。排気通路３ａの途中には帰還通路４が形成され、帰還通路４はガス供給部１内の後述する給気ファン１４に連通している。排気通路３ａの帰還通路４へ分岐する位置より下流にはダンパー（図示せず）が設けられており、排気されるガス量がダンパーの開度に応じた量となるようにされている。
【００１５】
ガス供給部１は、溶剤タンク１３、給気ファン１４、ヒータ１５、拡散板１６及び複数のエアーノズル１７を備えている。溶剤タンク１３は給気ファン１４近傍の排気通路４に形成された迂回通路４ａに形成されており、その内部に溶剤を備えている。また、溶剤タンク１３は、図示しない出力量調整弁を備え、その出力量調整弁によって溶剤タンク１３の出力溶剤量を調整するようになっている。出力量調整弁の開度は後述の制御回路３０によって制御される。
【００１６】
給気ファン１４の出力部にはヒータ１５が設けられ、給気ファン１４は下部からの外部空気と排気通路４からの溶剤ガスとを混合してヒータ１５に送風する。ヒータ１５は送風された溶剤ガスを含む給気を加熱して加熱溶剤ガスとし、その加熱溶剤ガスは拡散板１６を介して拡散室１８に放出される。ヒータ１５の発熱は制御回路３０によって制御される。
【００１７】
複数のエアーノズル１７は、乾燥部２に突出するように設けられており、拡散室１８内の加熱ガスを乾燥部２に放出する。
【００１８】
乾燥部２は、トレイ２１と、排気孔鉄板２２（プレート部材）とを備えている。排気孔鉄板２２は乾燥部２内の上部と下部とを区切るように配置され、また、基板１１と平行になるように固定されている。トレイ２１は乾燥部２内の下部に配置されている。厚膜１２が形成された基板１１はそのトレイ２１に載せられてほぼ水平に保持される。また、トレイ２１は基板１１と共に図示しない搬送ローラより所定の方向（図１の表面から奥方向）に搬送可能にされている。排気孔鉄板２２には基板１１側と排気通路３ａ側とを連通する多数の微小の排気孔２２ａが形成されている。厚膜１２を含む基板１１を加熱した加熱溶剤ガス及びその加熱により厚膜１２からの蒸発溶剤ガスが排気孔２２ａを通過して排気通路３ａ側に移動する。排気孔鉄板２２の排気孔２２ａの開度は調整可能である。
【００１９】
厚膜１２と排気孔鉄板２２との間の空間には濃度測定器２５のセンサ部分２５ａが配置されている。また、迂回通路４ａより下流であって給気ファン１４直前の排気通路４には濃度測定器２６のセンサ部分２６ａが配置されている。濃度測定器２５，２６はセンサ部分２５ａ，２６ａの位置における溶剤ガスの濃度ｄ１，ｄ２を測定する。
【００２０】
乾燥部２内の下部には圧力センサ２７が設けられ、その上部には圧力センサ２８が設けられている。圧力センサ２７は乾燥部２内の下部のガス圧力Ｐ１を測定し、圧力センサ２８は乾燥部２内の上部のガス圧力Ｐ２を測定する。
【００２１】
濃度測定器２５，２６の測定出力及び圧力センサ２７，２８の測定出力は制御回路３０に接続されている。また、制御回路３０には上記したように溶剤タンク１３の出力量調整弁及びヒータ１５が接続されている。制御回路３０は濃度測定器２５，２６によって測定された溶剤ガスの濃度ｄ１，ｄ２に応じて出力量調整弁を駆動して出力調整弁の開度を制御する。更に、制御回路３０は圧力センサ２７，２８によって測定されたガス圧力Ｐ２，Ｐ２に応じてヒータ１５の発熱温度が所望温度となるようにヒータ１５の印加電圧を調整する。
【００２２】
かかる構成の乾燥炉においては、給気ファン１４によって送風される溶剤ガスはヒータ１５で加熱されて加熱溶剤ガスとして拡散板１６に供給される。拡散板１６は加熱溶剤ガスを複数のエアーノズル１７各々に均等のガス濃度となるように拡散する。エアーノズル１７各々は加熱溶剤ガスを上方に向けて噴出する。
【００２３】
エアーノズル１７各々から放出された加熱溶剤ガスは厚膜１２を含む基板１１を加熱する。基板１１上の厚膜１２は加熱されると、厚膜１２のペーストに含まれる溶剤が蒸発し、それが蒸発溶剤ガスとして加熱溶剤ガスと混合して上昇する。混合した溶剤ガスは排気孔鉄板２２の排気孔２２ａを通過し、そして排気通路３ａに送出される。排気通路３ａを通過する溶剤ガスの一部は帰還通路４に進んでガス供給部１に帰還される。ガス供給部１においては、帰還通路４を流れる溶剤ガスの一部は入力側の迂回通路４ａを介して溶剤タンク１３内に流れ込む。溶剤タンク１３内では供給された溶剤ガスが圧力となって溶剤が出力される。その溶剤出力量は上記の出力量調整弁によって調整される。その出力量が調整された溶剤が出力側の迂回通路４ａを介して帰還通路４の溶剤ガスに混入する。更に、そのように溶剤が混入した帰還通路４の溶剤ガスは給気ファン１４によって外部空気と混合されてヒータ１５に送風される。
【００２４】
排気孔鉄板２２は、乾燥部２内の下部のガス圧力Ｐ１と、その上部のガス圧力Ｐ２との関係がＰ１＞Ｐ２となるように設けられている。そのＰ１とＰ２との圧力差は排気孔２２ａの開度を調整することにより決定される。
【００２５】
濃度測定器２５によって測定された厚膜１２と排気孔鉄板２２との間における溶剤ガスの濃度ｄ１と、濃度測定器２６によって測定された給気ファン１４近傍の排気通路４の溶剤ガスの濃度ｄ２とは個別にデータ信号として制御回路３０に供給される。溶剤濃度ｄ１には加熱溶剤ガスの他に蒸発溶剤ガスが含まれるので、ｄ１＞ｄ２である。
【００２６】
制御回路３０は、ｄ１−ｄ２＝ａ（一定値）となるように溶剤タンク１３の出力量調整弁を駆動し、これにより加熱溶剤ガスの溶剤濃度ｄ２を制御している。また、溶剤濃度ｄ２は、溶剤濃度ｄ１は飽和蒸気圧に達しないレベルとなるようにされる。
【００２７】
制御回路３０は、溶剤濃度制御動作では図２に示すように、濃度測定器２５，２６から溶剤濃度ｄ１，ｄ２を読み取り（ステップＳ１）、ｄ２’＝ｄ１−ａを算出し（ステップＳ２）、差ｄ２−ｄ２’に応じた開度となるように出力量調整弁を駆動する（ステップＳ３）。この動作を制御回路３０は所定時間毎に繰り返し実行する。ステップＳ３では差ｄ２−ｄ２’に応じて定まる出力量調整弁の駆動信号を制御回路３０内に予め記憶されたデータから得て、その駆動信号を用いて出力量調整弁を駆動することができる。
【００２８】
制御回路３０は、乾燥部２内の下部のガス圧力Ｐ１と、その上部のガス圧力Ｐ２との差に応じてヒータ１５の印加電圧を制御する。Ｐ１とＰ２との圧力差は厚膜１２と排気孔鉄板２２との間の溶剤移動速度を決定するので、その溶剤移動速度が厚膜１２内の溶剤移動速度と等しくなるようにヒータ１５の印加電圧が制御される。ヒータ１５の印加電圧が制御されることにより、厚膜１２を加熱する給気温度が調整される。
【００２９】
制御回路３０は、ヒータ印加電圧制御動作では図３に示すように、圧力センサ２７，２８から圧力Ｐ１，Ｐ２を読み取り（ステップＳ１１）、圧力差Ｐ１−Ｐ２に応じた電圧を設定し（ステップＳ１２）、その設定電圧をヒータ１５に印加する（ステップＳ１３）。この動作を制御回路３０は所定時間毎に繰り返し実行する。ステップＳ１２では圧力差Ｐ１−Ｐ２に応じて定まる電圧値を制御回路３０内に予め記憶されたデータから得て、その電圧値を用いてヒータ１５への電圧印加を行うことができる。
【００３０】
上記の溶剤濃度制御により厚膜１２と排気孔鉄板２２との間の溶剤濃度ｄ１が飽和蒸気圧に達しないレベルにされるので、厚膜１２の表層の乾燥を抑えることができる。また、ヒータ印加電圧制御により乾燥時間をミニマム化するために厚膜１２の温度を厚膜１２中の溶剤の沸点Ｔ１に達しない温度Ｔ２に設定することが行われる。温度Ｔ２により厚膜１２内部での溶剤移動速度が決まり、圧力Ｐ１，Ｐ２により厚膜１２上の溶剤移動速度が決まり、それら厚膜１２内外の溶剤移動速度を等しくするように制御するので、厚膜１２内部に溶剤を閉じ込めることなく乾燥させることが可能になる。
【００３１】
厚膜１２上の溶剤濃度が変化するため、濃度が最も低いとき（表層が乾燥しやすいとき）に合わせ乾燥速度を抑える必要がある。例えば、２００℃の沸点を持つ溶剤を５０％含むペーストで膜厚３００μｍを乾燥させる場合には、表層の乾燥を防ぐため沸点の半分の１００℃程度で乾燥させる必要があるため、従来、６０分程度の乾燥時間を要し、蒸気圧は２０mmHg程度であった。一方、上記した実施例のように表層の乾燥を抑えた場合には、１８０℃で乾燥が可能となり、このときの蒸気圧は４００ｍHg程度であり、乾燥時間としては従来の１／２０の３分程度で乾燥が可能となる。
【００３２】
なお、上記した実施例においては、筐体３内に１つの乾燥室のみの構成を示しているが、基板上に形成された厚膜を乾燥させる場合には図４に示すように、２つの乾燥室（第１及び第２乾燥室）を用いることができる。先ず、第１乾燥室では上記実施例の如く溶剤濃度を制御して内部乾燥（第１の工程）を行い、その後、第２乾燥室に基板を移動させてそこで溶剤濃度制御なしで表面乾燥（第２の工程）を行うようにしても良い。
【００３３】
また、上記した実施例においては、厚膜１２の内部溶剤移動速度と、厚膜１２と排気孔鉄板２２との間の外部溶剤移動速度とが等しくなるように制御されるが、内部溶剤移動速度≧外部溶剤移動速度でも良い。内部溶剤移動速度≧外部溶剤移動速度であれば、図５に示すように、厚膜３１内の溶剤３２は粉末等の他の成分３３の間を時間経過に従って移動して外部に排出される。しかしながら、内部溶剤移動速度＜外部溶剤移動速度であれば、図６に示すように、厚膜３１内の溶剤３２は粉末等の他の成分３３の間を時間経過に従って移動しても厚膜３１の表層が乾いてしまうため厚膜３１内に残留してしまう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】溶剤濃度制御動作を示すフローチャートである。
【図３】ヒータ印加電圧制御動作を示すフローチャートである。
【図４】第１及び第２乾燥室各々の処理を示す図である。
【図５】内部溶剤移動速度≧外部溶剤移動速度の場合の溶剤の移動を示す図である。
【図６】内部溶剤移動速度＜外部溶剤移動速度の場合の溶剤の移動を示す図である。
【主要部分の符号の説明】
【００３５】
１  ガス供給部
２  乾燥部
３  筐体
４  帰還通路
１１  基板
１２，３１  厚膜
１３  溶剤タンク
１４  給気ファン
１５  ヒータ
１６  拡散板
１７  エアーノズル
２２  排気孔鉄板
２５，２６  濃度測定器
２７，２８  圧力測定器
【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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