(57)【要約】【課題】被乾燥物である溶媒の完全乾燥の自動化を可能にし、かつ乾燥後の被乾燥体の表面状態が極めて良好になるようにする。【解決手段】制御部７により、被乾燥物の溶媒における物性に応じて式（１）に基づき乾燥時間ｔを求め、真空チャンバ１内の真空度を、前記溶媒の蒸気圧に少なくとも前記ｔ時間保持する。  t＝（６πμＲＨ）／ｋＴＰe‥‥（１）  ただし、μ：溶媒の粘度（Ｐａ・Ｓ）、Ｒ：溶媒内に含まれている粉などの粒子の原子半径＝粒子径（ｍ）、Ｈ：溶媒の塗布膜厚、ｋ：ボルツマン係数（Ｊ／Ｋ）、Ｔ：溶媒の温度Ｔ（Ｋ）、Ｐｅ（ペクレ数）＝ＥＨ／Ｄ、Ｅ：溶媒膜収縮速度（ｍ／ｓ）、Ｄ：ブラウン拡散係数（ｍ２／ｓ）＝ｋＴ／（６πμＲ）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内の真空度を検出して真空度を調整して溶媒の乾燥を行う真空乾燥方法であって、
前記溶媒の物性に応じて下式（１）に基づき乾燥時間ｔを求め、前記真空チャンバ内の真空度を、前記溶媒の蒸気圧に少なくとも前記ｔ時間保持することを特徴とする真空乾燥方法。
t＝（６πμＲＨ）／ｋＴＰe‥‥（１）
ただし、μ：溶媒の粘度（Ｐａ・Ｓ）、Ｒ：溶媒内に含まれている粉などの粒子の原子半径＝粒子径（ｍ）、Ｈ：溶媒の塗布膜厚、ｋ：ボルツマン係数（Ｊ／Ｋ）、Ｔ：溶媒の温度Ｔ（Ｋ）、Ｐｅ（ペクレ数）＝ＥＨ／Ｄ、Ｅ：溶媒膜収縮速度（ｍ／ｓ）、Ｄ：ブラウン拡散係数（ｍ２／ｓ）＝ｋＴ／（６πμＲ）。
【請求項２】
前記被乾燥体に含まれる溶媒が複数の場合、混合溶媒の乾燥過程における膜厚と粘度と各溶媒のペクレ数とを入力することにより、各溶媒の乾燥時間をそれぞれ求め、乾燥段階において前記真空チャンバ内の真空度を、各溶媒において蒸気圧の高いものから順番に、その溶媒の蒸気圧にｔ時間保持することを特徴とする請求項１記載の真空乾燥方法。
【請求項３】
前記求められた蒸気圧の時間を保持するため、前記真空チャンバ内の真空度を実測しながら前記真空チャンバの排気速度を調整することを特徴とする請求項１または２記載の真空乾燥方法。
【請求項４】
排気口を設けた真空チャンバと、吸引管を介して前記真空チャンバの排気口に接続された真空ポンプと、前記真空チャンバ内の真空度を検出して設定した真空度に調整する圧力コントロールバルブと、前記真空チャンバ内で乾燥される溶媒の物性情報を入力可能な制御部とを備えた真空乾燥装置であって、
前記制御部が前記溶媒の物性に応じて下式（１）に基づき乾燥時間ｔを求め、前記真空チャンバ内の真空度を、前記溶媒の蒸気圧に少なくとも前記ｔ時間保持することを特徴とする真空乾燥装置。
t＝（６πμＲＨ）／ｋＴＰe‥‥（１）
ただし、μ：溶媒の粘度（Ｐａ・Ｓ）、Ｒ：溶媒内に含まれている粉などの粒子の原子半径＝粒子径（ｍ）、Ｈ：溶媒の塗布膜厚、ｋ：ボルツマン係数（Ｊ／Ｋ）、Ｔ：溶媒の温度Ｔ（Ｋ）、Ｐｅ（ペクレ数）＝ＥＨ／Ｄ、Ｅ：溶媒膜収縮速度（ｍ／ｓ）、Ｄ：ブラウン拡散係数（ｍ２／ｓ）＝ｋＴ／（６πμＲ）。
【請求項５】
前記被乾燥体に含まれる溶媒が複数の場合、前記制御部に混合溶媒の乾燥過程における膜厚と粘度と各溶媒のペクレ数とを入力することにより、各溶媒の乾燥時間をそれぞれ求め、乾燥段階において前記真空チャンバ内の真空度を、各溶媒において蒸気圧の高いものから順番に、その溶媒の蒸気圧にｔ時間保持することを特徴とする請求項４記載の真空乾燥装置。
【請求項６】
前記求められた蒸気圧の時間を保持するため、前記真空チャンバ内の真空度を実測しながら前記真空チャンバの排気速度を調整することを特徴とする請求項４または５記載の真空乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の溶液について塗布装置を用いて溶媒を基板などに塗布した後に、その溶媒を乾燥させる真空乾燥方法および真空乾燥装置に係り、特に、溶媒を蒸気圧以下の真空状態にすることによって乾燥させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイや液晶、および有機ＥＬなどの製造工程では、より高性能化が進むにつれ、塗布により膜形成を実施する生産方法の採用が増えてきている。例えばＬＣＤ用カラーフィルタでは、ガラス基板にレジスト液などの塗布液を塗布して乾燥し、フォトリソグラフィなどにより所望のパターンの形成を行う。
【０００３】
塗布液の塗布方式としては、例えばスピン塗布方式，ナイフ塗布方式，ロール塗布方式，ビード塗布方式などの種々の塗布方式が採用されている。これらの何れの塗布方式でも、パターン形成工程の前に塗布膜の乾燥工程を経る必要がある。従来、塗布液が塗布されたガラス基板などに対しては、オーブンあるいはホットプレートを用いた加熱乾燥が行われていた。
【０００４】
また、塗布液に複数の溶媒や粒子を混合し、この塗布液を基板などに塗布して乾燥する場合にも、前記と同様な方法が採用されている。
【０００５】
前記加熱乾燥による方法は、乾燥に要する時間が長く、この結果、ＬＣＤ用カラーフィルタの製造工程において、ガラス基板の塗布膜の乾燥工程が全工程の律速段階となっていた。そこで、近年、前記乾燥工程の時間短縮を可能とするものとして、真空乾燥装置が使用されている。この装置は、塗布膜が形成されたガラス基板などを真空状態に設置し、溶剤の蒸発速度を飛躍的に高めたものである。
【０００６】
このような真空排気による乾燥手段では、単一溶媒の蒸発速度が急激に高まる真空度よりもやや低い真空度まで高速排気し、その後は排気速度を低減して徐々に蒸発させることにより、蒸発速度と平面平滑性の両方を向上させることを図っている。
【０００７】
前記真空乾燥方法を用いて、微粒子を拡散した溶剤を乾燥する塗布液の真空乾燥プロセスにおいて、乾燥速度が遅いと対流が発生し、部分的に乾燥するなどの仕上がりに乾燥ムラが発生するなどの問題があった（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特許第３７１１２２６号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ある一定の排気速度をもった真空乾燥装置では、単溶媒、特に混合溶媒の場合には、実験結果などから、その溶媒の物性に対し高速排気を実施した場合には、塗布液の表面のみが乾燥して、乾燥速度を急激に低下させてしまう、所謂、皮張りと呼ばれる現象が発生し、溶媒を完全に乾燥させることができない。また、低速排気した場合には、残留粒子同士が凝集してムラを発生してしまうなどの問題が発生している。
【０００９】
また、これらの課題を解決する最適排気速度の考え方として、ペクレ数を用いたものが知られている。ペクレ数は、膜収縮速度Ｅ（ｍ／ｓ）をブラウン拡散速度Ｄ／Ｈ（ｍ／ｓ）で除した数値にて表わされる無限数であって、溶媒の状態によって表わされる。
【００１０】
実験結果などから、前記ペクレ数をある値、例えば１００以下にする排気状態を実現することにより、皮張りの発生現象を低減し、残留溶媒量を最小限に抑えられるという事例もある。
【００１１】
例えば、混合溶媒などの複数の溶媒が混じった状態にて真空乾燥を実施した場合、図４の真空排気グラフに示すように、排気時間の経過に伴い「こぶ」がいくつか存在するような真空度の変化が見られる。このような乾燥不具合を抑制するためには、各溶媒の蒸発時にペクレ数を最適にする排気速度あるいは排気時間を決定することが必要になる。
【００１２】
従来、前記ペクレ数に基づく最適排気状態を真空装置にて実現するには、計算結果を元に排気状態を確認しながら、作業者が自分で時間など設定しており、混合溶媒などを用いた乾燥では、操作が複雑であり、実際に量産現場などでは取り組まれることはなかった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、塗布された混合溶媒の被乾燥体の完全乾燥の最適化が自動的に可能で、かつ乾燥後の被乾燥体の表面状態が極めて良好な真空乾燥方法および真空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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、真空チャンバ内の真空度を検出して真空度を調整して溶媒の乾燥を行う真空乾燥方法であって、前記溶媒の物性に応じて式（１）に基づき乾燥時間ｔを求め、前記真空チャンバ内の真空度を、前記溶媒の蒸気圧に少なくとも前記ｔ時間保持することを特徴とする。
【００１５】
t＝（６πμＲＨ）／ｋＴＰe‥‥（１）
ただし、μ：溶媒の粘度（Ｐａ・Ｓ）、Ｒ：溶媒内に含まれている粉などの粒子の原子半径＝粒子径（ｍ）、Ｈ：溶媒の塗布膜厚、ｋ：ボルツマン係数（Ｊ／Ｋ）、Ｔ：溶媒の温度Ｔ（Ｋ）、Ｐｅ（ペクレ数）＝ＥＨ／Ｄ、Ｅ：溶媒膜収縮速度（ｍ／ｓ）、Ｄ：ブラウン拡散係数（ｍ２／ｓ）＝ｋＴ／（６πμＲ）。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の真空乾燥方法において、被乾燥体に含まれる溶媒が複数の場合、混合溶媒の乾燥過程における膜厚と粘度と各溶媒のペクレ数とを入力することにより、各溶媒の乾燥時間をそれぞれ求め、乾燥段階において真空チャンバ内の真空度を、各溶媒において蒸気圧の高いものから順番に、その溶媒の蒸気圧にｔ時間保持することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の真空乾燥方法において、求められた蒸気圧の時間を保持するため、真空チャンバ内の真空度を実測しながら前記真空チャンバの排気速度を調整することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、排気口を設けた真空チャンバと、吸引管を介して前記真空チャンバの排気口に接続された真空ポンプと、前記真空チャンバ内の真空度を検出して設定した真空度に調整する圧力コントロールバルブと、前記真空チャンバ内で乾燥される溶媒の物性情報を入力可能な制御部とを備えた真空乾燥装置であって、前記制御部が前記溶媒の物性に応じて前記式（１）に基づき乾燥時間ｔを求め、前記真空チャンバ内の真空度を、前記溶媒の蒸気圧に少なくとも前記ｔ時間保持することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の真空乾燥装置において、被乾燥体に含まれる溶媒が複数の場合、制御部に混合溶媒の乾燥過程における膜厚と粘度と各溶媒のペクレ数とを入力することにより、各溶媒の乾燥時間をそれぞれ求め、乾燥段階において真空チャンバ内の真空度を、各溶媒において蒸気圧の高いものから順番に、その溶媒の蒸気圧にｔ時間保持することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５記載の真空乾燥装置において、求められた蒸気圧の時間を保持するため、真空チャンバ内の真空度を実測しながら真空チャンバの排気速度を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶媒のペクレ数を目標値として蒸発速度を調整し、溶媒が混合溶媒である場合には、蒸気圧の高いものから完全乾燥されるため、含有の粒子などの凝集を起こすことなく、乾燥することができる。これにより、最適な乾燥状態を自動的に実現できるため、塗布膜中の固形分粒子表面に付着した溶媒を十分に乾燥することができ、例えば、残留溶媒が原因で増加するデバイスなどの不良現象発生を抑制することに大きな効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明の真空乾燥装置の実施形態を示す概略構成図である。
【００２４】
図１において、本真空乾燥装置２１は、真空チャンバ１と、真空チャンバ１に配管を介して接続された真空計３と、吸引管６を介して真空チャンバ１の排気口に接続された真空ポンプ４と、真空ポンプ４の排気速度を調整するコンダクタンスバルブ２と、コンダクタンスバルブ２とポンプ４の間を遮断するためのメインバルブ５と、真空計３とコンダクタンスバルブ２に電気的に接続された圧力制御コントローラとしての制御部７とを備えている。
【００２５】
図２は本実施形態における真空チャンバの概略構成を示す断面図である。
【００２６】
図２において、本真空チャンバ１は、底部１１ａと蓋容器１１ｂがＯリング１２を介して気密状態に係合され、底部１１ａには複数の排気口１３が形成されている。底部１１ａ上には載置台１４を介して下台１５が設けられ、この下台１５上には複数の支持ピン１６が設けられて、支持ピン１６上に、被乾燥体である溶媒などからなる塗布液が塗布された基板１７が設置される。
【００２７】
真空チャンバ１の底部１１ａに設けられている排気口１３は、吸引管６を介して真空ポンプ４に接続され、この排気口１３から真空チャンバ１内の気体が外部に排出され、真空チャンバ１内を所定の真空状態とすることができる。排気口１３は、真空チャンバ１内で気体を均等に排気することができる位置に形成すればよく、個数および位置などには特に制限はない。
【００２８】
真空乾燥装置１を構成する下台１５は、アルミニウム，ＳＵＳ，鉄，銅，樹脂などの材料により形成されたものを使用することができ、下台１５の面積は、真空チャンバ１の底部面積の７０〜９９％の範囲とすることが好ましい。また、下台１５の周辺部と底部１１ａの側壁部との距離は、できるだけ均一とすることが好ましい。なお、下台１５は設置台１４に対して上下動可能とされてもよく、この場合、下台１５の高さの調整可能な範囲は、通常、２〜５０ｍｍ程度とすることができるが、所望のペクレ数が実現できる条件が揃っていれば、この限りではない。
【００２９】
下台１５上に設けられた支持ピン１６は、塗布液が塗布された基板１７を、下台１５の表面から所望の距離に浮かして保持するためのものであり、円錐形状，円柱形状，角柱形状など任意の先端形状のものとすることができる。この支持ピン１６の形成個数および形成位置は特に制限はなく、また、支持ピン１６の高さは、通常、０．５〜１００ｍｍ程度の範囲で設定することができる。支持ピン１６は、基板１７に傷を与えないような材料を選定して形成されたものを使用することができ、下台１５の表面に固定して配設することができる。ただし、支持ピン１６の先端が、上記のような形状および材質であれば、下台１５との接続の中間体として、他の金属材質などを用いても問題はない。
【００３０】
本真空チャンバ１は、支持ピン１６上に設置された基板１７と、真空チャンバ１の蓋容器１１ｂ内側との距離が１〜１００ｍｍの範囲となることが好ましい。この距離の調整は、例えば、上述のような載置台１４による調整、あるいは支持ピン１６の高さ変更による調整により行うことができる。
【００３１】
本真空乾燥装置２１を構成するコンダクタンスバルブ２と、真空チャンバ１に配管を介して接続された真空計３は、真空度の測定と、それに伴う排気速度の制御を行うものであるが、制御に関しては制御部７が実行するため、従来公知のものを使用して設置することができる。
【００３２】
また、本真空乾燥装置２１を構成する真空ポンプ４は、排気速度の調整の基になるものであるが、その前段のコンダクタンスバルブ２にて排気速度を制御するため、常に一定の排気速度にて排気すればよく、従来公知のものを使用することができる。
【００３３】
次に、本実施形態の真空乾燥方法について説明する。本実施形態では、特に排気プログラムが複雑な混合溶媒の場合を例に説明をする。単溶媒の場合は、以下の説明文の一部のみを採用することで説明される。
【００３４】
本真空乾燥装置２１は、所望の塗布液を薄く塗布した基板１７を真空チャンバ１内の支持ピン１６上に設置し、真空チャンバ１内の排気速度をコンダクタンスバルブ２などによりコントロールして真空乾燥を行うものである。
【００３５】
ここで、ペクレ数について説明する。ペクレ数すなわち膜収縮速度Ｅ（ｍ／ｓ）は、Ｐｅ（ペクレ数）＝ＥＨ／Ｄで表される。演算に必要なブラウン拡散係数Ｄ（ｍ２／ｓ）は、ＫＴ／（６πμＲ）で定義され、溶媒内に含まれている粉などの粒子の原子半径すなわち粒子径Ｒ（ｍ）、液粘度μ（Ｐａ・Ｓ）、液温度Ｔ（Ｋ）、ボルツマン係数Ｋ（Ｊ／Ｋ）で表記される。
【００３６】
混合溶媒の場合は、前記各数値が、混合された溶媒などの種類だけ存在し、演算を複雑化する。液粘度については、簡易計算を実施する場合には、塗布時の初期の混合状態での液粘度でよいが、より厳密に計算する場合は、排気開始より、蒸発する溶媒を順番に差し引いた溶媒での値にすることが望ましい。
【００３７】
単溶媒の場合の前記数値／条件例は、図３に示すようなものとなる。これらの値には、溶媒の液粘度μ，塗布膜厚Ｈ，塗布液温度Ｔ，塗布液中の粒子半径Ｒ、そして目的のペクレ数Ｐｅを、それぞれの溶媒について制御部７に入力し、下式（１）に基づき乾燥時間ｔを演算する。
ｔ＝（６πμＲＨ）／ｋＴＰｅ‥‥（１）
この乾燥時間ｔを実現するため、装置固有のコンダクタンスよりコンダクタンスバルブ２の開閉度を調整する。ここでいう乾燥時間ｔ（ｓ）は、真空乾燥プロセスにおいて蒸発する溶液の蒸気圧Ａ（Ｐａ）付近に到達してから、蒸気圧が一定もしくは上昇後、再度、蒸気圧Ａ（Ｐａ）以下へ降下し始める時間までとすることが望ましい。
【００３８】
すなわち、第１段階として、混合溶媒中で一番蒸気圧が高い溶媒の蒸発速度が急激に高まる真空度よりもやや低い所定の真空度になるまで、真空チャンバ１内の気体を高速で排気する。次に、第２段階として、前記所定の真空度に達したことを真空計３が検出して、真空乾燥装置２１の制御部７に検出信号を送ると、この検出信号を受けた制御部７が、コンダクタンスバルブ２を調整して真空チャンバ１内の気体の排気速度を乾燥時間がｔになるように調整する。これにより、ほぼ一定の真空度、すなわち、その温度での飽和蒸気圧にて最初の溶媒が徐々に蒸発することになる。
【００３９】
図４に示すように、乾燥時間ｔ（１）、すなわち、最初の溶媒の乾燥が終了すると、さらに真空度が低下し始め、２番目に蒸気圧が高い溶媒の蒸発領域に到達する。ここでコンダクタンスバルブ２を調整して、同様に２番目の溶媒の蒸気圧にて計算より求めた乾燥時間ｔ（２）保持する。蒸発が終了すると、さらに真空度が低下し始める。数種類の溶媒を用いている混合溶媒では、このように溶媒の蒸気圧が高い順番に蒸発が起こり、完全に全ての溶媒が蒸発した状態になるまで、一連の真空乾燥プロセスを繰り返す。その後、直ちに真空チャンバ１内を大気圧に戻して、真空乾燥が終了する。
【００４０】
本実施形態における真空チャンバ１では、各溶媒のペクレ数が１００以下になるように真空乾燥を実施したのであれば、ほぼ完全乾燥できることが確認されている。
【００４１】
ただし、真空チャンバの排気速度が所望のものよりも大きい場合、図４の排気速度グラフに排気時間を表す「こぶ」が発生しない場合もあり、排気タクトに余裕がある場合は、排気速度の「こぶ」がはっきり現れる状態までペクレ数を鑑みながら排気速度を遅らせることが望まれる。
【００４２】
前記効果を奏する本発明に係る実施例の設定条件の一例は、真空チャンバ内部容積：１００Ｌ、底部形状：長方形、真空チャンバ内高さ：１００ｍｍ、真空ポンプ排気速度：３００００Ｌ／ｍｉｎである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、塗布された溶媒、特に混合溶媒の物性を入力することにより、残留溶媒量を最小化する真空乾燥時間を制御することができるため、残留溶媒が問題となるデバイスにおいて良好な仕上がりを達成することが可能になる。その結果、医薬品や大型の機材あるいは基板を用いるデバイスにおいて、高品質，高効率，低コストのプロセスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の真空乾燥装置の実施形態を示す概略構成図
【図２】本実施形態における真空チャンバの概略構成を示す断面図
【図３】本発明の実施形態における乾燥時間，ペクレ数などの値および残留溶媒の結果を示す図
【図４】本発明の実施の形態における２混合溶媒の場合の真空排気グラフを示す図
【符号の説明】
【００４５】
１  真空チャンバ
２  コンダクタンスバルブ
３  真空計
４  真空ポンプ
５  メインバルブ
６  吸引管
７  制御部
１１ａ  真空チャンバの底部
１１ｂ  真空チャンバの蓋容器
１２  Ｏリング
１３  排気口
１４  載置台
１５  下台
１６  支持ピン
１７  基板
２１  真空乾燥装置
【図１】
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【図２】
2009275924.tif 000004
【図３】
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【図４】
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