CN106513273B - 减压干燥装置及减压干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减压干燥装置及减压干燥方法。本发明的减压干燥装置是一边将基板收纳于腔室的内部空间，一边通过经由与腔室连接的排气配管来排出内部空间的环境气体而对内部空间进行减压并且对内部空间进行加热，由此使基板上的涂布膜中所含的溶剂成分气化而使涂布膜干燥，并且包括对排气配管进行加热的配管加热部。本发明能够在短时间内稳定地进行同时进行减压及加热的减压干燥处理。

Description

减压干燥装置及减压干燥方法

技术领域

本发明涉及一种使形成于液晶显示装置用玻璃基板、半导体晶片、等离子显示屏(plasma display panel，PDP)用玻璃基板、光掩模用玻璃基板、彩色滤光片用基板、记录磁盘用基板、太阳能电池用基板、电子纸(electronic paper)用基板等精密电子装置用基板(以下简称作“基板”)上的涂布膜干燥的减压干燥装置及减压干燥方法。

背景技术

先前，在所述精密电子装置用基板的制造工序中，为了使形成于基板的表面上的涂布膜干燥，是使用通过减压处理而使涂布膜中所含的溶剂成分气化而干燥的减压干燥技术。然而，随着涂布膜变厚，减压干燥所需要的时间延长，从而期望更有效率的减压干燥技术。为了满足所述要求，已提出有与减压处理同时进行加热处理的减压干燥装置(例如参照专利文献1)。

所述减压干燥装置具有在其内部空间收纳形成有涂布膜的基板的腔室(chamber)。并且，减压干燥装置具备对内部空间进行减压的功能、以及对内部空间进行加热的功能，通过同时进行减压处理及加热处理而使涂布膜的减压干燥时间缩短。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2008-202930号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，如果同时进行减压处理及加热处理，则涂布膜中所含的溶剂成分会在短时间内大量气化，经由与腔室连接的排气配管来从所述内部空间排出。在专利文献1中排气配管是置于常温状态下，如在下述实验及分析中所说明，有时会产生各种问题。例如难以缩短减压干燥处理所需要的时间即所谓的节拍时间(tact time)。并且，每当减压干燥处理时节拍时间会发生变动，减压干燥处理变得不稳定。

本发明是鉴于所述问题而完成的，目的在于提供一种可在短时间内并且稳定地进行同时进行减压及加热的减压干燥处理的减压干燥装置及减压干燥方法。

[解决问题的技术手段]

本发明的一个形态是一种减压干燥装置，一边将基板收纳于腔室的内部空间，一边通过经由与腔室连接的排气配管来排出内部空间的环境气体而对内部空间进行减压并且对内部空间进行加热，由此使基板上的涂布膜中所含的溶剂成分气化而使涂布膜干燥，所述减压干燥装置的特征在于包括：配管加热部，对排气配管进行加热。

并且，本发明的另一个形态是一种减压干燥方法，其特征在于包括：收纳工序，将形成有涂布膜的基板收纳于腔室的内部空间；干燥工序，经由与腔室连接的排气配管来排出内部空间的环境气体而对内部空间进行减压并且对内部空间进行加热，由此使基板上的涂布膜中所含的溶剂成分气化而使涂布膜干燥；以及配管加热工序，与干燥工序同时进行而对排气配管进行加热。

[发明的效果]

当在腔室的内部空间内不仅进行减压处理而且同时进行加热处理时，使溶剂成分从基板上的涂布膜有效率地气化，并经由排气配管从腔室排出。只要在所述排出时排气配管为常温程度，经气化的溶剂成分便会产生液化而附着于排气配管上。但是，在本发明中，由于排气配管经加热，所以溶剂成分的液化受到抑制，从而可以在短时间内并且稳定地使涂布膜干燥。

附图说明

图1是表示本发明的减压干燥装置的一实施方式的构成的纵剖面图。

图2是表示图1所示的减压干燥装置的构成的方块图。

图3是表示图1所示的减压干燥装置中的减压特性的曲线图。

图4是表示溶剂的蒸气压曲线的一例的曲线图。

图5是表示图1所示的减压干燥装置的动作的流程图。

附图标记：

1：减压干燥装置

9：基板

10：腔室

11：底座部

12：盖部

12a：腔室升降机构

13：O形环

20：基板保持部

21：基板保持销

22：支撑构件

22a：销升降机构

30：基板加热部

40：排气部

41：排气配管

41a：配管温度传感器

42、43：蝶形阀

44：开闭阀

45：排气泵

50：配管加热部

51：配管加热器

60：控制部(配管温度控制部)

91：(基板的)上表面

92：涂布膜

111、112：排气口

411、412：分支端部

S1～S5：步骤

SP：(腔室的)内部空间

具体实施方式

图1是表示本发明的减压干燥装置的一实施方式的构成的纵剖面图。并且，图2是表示图1所示的减压干燥装置的构成的方块图。所述减压干燥装置1是使将涂布液涂布于基板9的上表面91上而成的涂布膜92中所含的溶剂成分气化而使涂布膜92干燥的装置。例如在基板9的上表面91上形成聚酰亚胺膜时，将利用有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮(N-Methyl-2-Pyrrolidone，NMB)使聚酰亚胺的前体(precursor)即聚酰胺酸(polyamic acid)溶解而成的聚酰胺酸溶液用作涂布液。涂布所述涂布液，形成所需厚度的10倍左右(例如当形成5[μm]～10[μm]左右的聚酰亚胺膜时，为50[μm]～100[μm]左右)的比较厚的涂布膜。接着，利用减压干燥装置1使所述涂布膜中所含的溶剂成分气化而加以去除，然后利用与减压干燥装置1不同的加热装置进行高温加热而使其酰亚胺化，由此在基板9的上表面91上形成聚酰亚胺膜。如上所述，本发明的减压干燥装置1可以使比较厚的涂布膜92减压干燥，特别适用于在减压干燥处理时大量溶剂成分产生气化的情况。

减压干燥装置1如图1所示，包括腔室10、基板保持部20、基板加热部30、排气部40、配管加热部50及对整个装置进行控制的控制部60(图2)。

腔室10是包含用于对基板9进行减压干燥处理(＝减压处理+加热处理)的内部空间SP的耐压容器。腔室10包括可相互分离的底座部11及盖部12。底座部11固定设置于装置框架(省略图示)上。并且，在盖部12上，连接有图1中概念性所示的腔室升降机构12a。因此，腔室升降机构12a根据来自控制部60的升降命令而运行，由此盖部12相对于底座部11而上下地升降移动。当使盖部12下降时，底座部11与盖部12抵接而形成为一体，在其内部形成内部空间SP(基板9的处理空间)。在本实施方式中，在底座部11的上表面的周缘部，设置有包含硅橡胶等的O形环13。因此，当盖部12下降时，在底座部11的上表面与盖部12的下表面之间介在有O形环13，腔室10的内部空间SP成为气密状态。另一方面，当使盖部12上升时腔室10被打开，从而可以向腔室10搬入基板9以及从腔室10搬出基板9。

基板保持部20是用于在腔室10的内部空间SP中保持基板9的机构。基板保持部20包含多个基板保持销21，使各基板保持销21的头部抵接于基板9的下表面，由此以水平姿势支撑基板9。多个基板保持销21竖立设置于配置在腔室10的外部的一个支撑构件22上，分别贯通底座部11及基板加热部30而突出设置于腔室10的内部空间SP。

在所述支撑构件22上，如图1所示，连接有销升降机构22a。因此，销升降机构22a根据来自控制部60的升降命令而运行，由此支撑构件22及多个基板保持销21作为一体而上下地升降移动。在减压干燥装置1中，一边将基板9保持于多个基板保持销21上，一边使销升降机构22a运行，由此可调整基板9相对于基板加热部30的高度位置。

基板加热部30配置于底座部11的上表面中央部。在所述基板加热部30中，设置有多根成为加热源的棒状加热器。并且，当将基板9搬入至多个基板保持销21之前根据来自控制部60的加热命令预先使棒状加热器运行时，在搬入基板9之前对内部空间SP进行加热，并且对所搬入的基板9从其下表面侧进行加热。如上所述，在环境温度经上升的内部空间SP内对基板9进行加热而使溶剂成分从涂布膜92气化。

并且，在本实施方式中，为了与加热处理同时地实施减压处理，设置有排气部40。所述排气部40包括：排气配管41，用于从腔室10的内部空间SP抽吸排出包含溶剂成分的气体(以下称作“排出气体”)；蝶形阀(butterfly valve)42、蝶形阀43，用于对经由排气配管41从腔室10排出的排出气体的排气量进行控制；开闭阀44；以及排气泵45。在本实施方式中，在底座部11的周缘部设置有两个排气口111、112。并且，对应于如上所述设置有两个排气口，排气配管41的一个端部分支成两个，分支端部411、分支端部412分别与排气口111、排气口112连接。此外，在排气口111、排气口112的附近位置，蝶形阀42、蝶形阀43分别介插于分支端部411、分支端部412。另一方面，排气配管41的另一端部经由开闭阀44及排气泵45而与省略图示的排气线路连接。因此，当开闭阀44根据来自控制部60的开闭命令而打开，并且排气泵45根据来自控制部60的动作命令而运行时，以与蝶形阀42、蝶形阀43的开度相对应的排气量将排出气体经由排气配管41排出至排气线路。

在本实施方式中，在排气配管41上设置有配管加热部50。配管加热部50是在排气配管41的外周面上缠绕橡胶加热器(rubber heater)作为配管加热器51而成。配管加热器51根据来自控制部60的加热命令而发热，由此对排气配管41进行加热。再者，作为配管加热器51，除了所述橡胶加热器以外，也可以使用带式加热器(ribbon heater)、电缆式加热器(cable heater)、薄板式加热器(sheet heater)等。

并且，为了高精度地调整排气配管41，在本实施方式中，如图2所示，设置有对排气配管41的温度进行检测的配管温度传感器41a，将与检测到的温度相关联的检测信号输出至控制部60。然后，与减压干燥处理同时地，控制部60基于排气配管41的温度对配管加热部50进行反馈控制而对排气配管41的温度进行调整，从而抑制排出气体中所含的溶剂成分接触至排气配管41而产生液化。如上所述，在本实施方式中，控制部60是作为本发明的“配管温度控制部”而发挥作用。以下，在说明如上所述而构成的减压干燥装置1的动作之前，一边参照图3及图4，一边说明利用配管加热部50对排气配管41进行加热而进行温度调整的技术意义。

图3是表示图1所示的减压干燥装置中的减压特性的曲线图，通过以下的实验而求出减压特性。在减压干燥处理的初始阶段，溶剂成分从涂布膜92急剧气化，以与之相平衡的排气量执行减压动作。因此，腔室10内的压力下降，伴随着减压干燥处理的推进，所述压力逐渐减少，涂布膜92的减压干燥处理完成。因此，在本实验中，除了将配管加热器51设为接通(ON)/断开(OFF)的条件以外全部同样地设定，并且对三块基板9连续地进行减压干燥处理，分别测量从固定值Ps(在所述实验中为大气压(100000Pa))到涂布膜92的减压干燥处理完成为止的腔室10内的压力的变化。所述图3中的上段波形表示不使配管加热器51运转时(OFF时)的减压特性，下段波形表示使配管加热器51运转时(ON时)的减压特性。

在减压干燥装置1中，由于在腔室10内产生的包含溶剂成分的排出气体经由排气配管41从腔室10排出，所以随着时间经过，腔室10内的压力下降。在这里，在图3所示的减压特性中存在三点应关注的方面。

首先第1点是在压力减少的初期，将配管加热器51保持在OFF状态的实例(case)(实质上相当于现有装置，以下称作“现有例”)的压力下降率大于将配管加热器51保持在ON状态的实例(相当于本实施方式，以下称作“实施例”)。本申请创作人分析其原因在于进行如下工艺(process)，即，排出气体中所含的溶剂成分在排气配管41内经急剧冷却而液化，所述经液化的溶剂成分再次产生气化而被排出。即，可考察出原因在于：在实施例中通过将配管加热器51设为ON状态，而使得在现有例中经液化而附着于排气配管41内的部分在实施例中也维持着气化状态，因此与之相应地，应排出的量也增多。即，实施例的应排出的排出气体的量多于现有例，因此可认为在压力减少的初期，排气速度变慢。如上所述压力特性与排气配管41的温度密切相关。

第2个关注点是如下方面：如上所述，虽然伴随着排气配管41的温度上升，排气速度下降，但是在现有例中压力减少的中期以后，减压速度下降，减压干燥处理完成之前的时间长于实施例。在这里，关于现有例中的减压速度下降的主要因素，本申请创作人分析如下。即，当观察图3的上段波形时，腔室10内的压力在即将抵达至特定的压力Pv之前大幅下降，仅经固定时间在所述压力Pv下减压速度大致变为零之后，压力再次下降。本申请创作人分析其原因在于与上述同样地进行如下工艺：排出气体中所含的溶剂成分在排气配管41内经急剧冷却而液化，所述经液化的溶剂成分再次产生气化而被排出。并且，可分析出，通过对排气配管41进行加热，可以抑制溶剂成分在排气配管41中液化，从而防止减压速度的下降，所述分析结果与实验结果相一致。即，通过对排气配管41进行加热，可以防止排出气体中的溶剂成分在排气配管41中液化而缩短减压干燥处理所需要的时间，即所谓的节拍时间。

进而，第3关注点是减压干燥处理的稳定性。如所述图3所示，在现有例中每当减压干燥处理时减压干燥的结束时序Toff不同。即，节拍时间发生变动。关于其理由，可分析如下。如上所述在排气配管41内一度经液化的溶剂再次气化，因此可认为如果所述经再次气化的部分也全部被排出，那么在第1块、第2块、第3块中结束时序Toff便不会产生差。但是，当使配管加热器51维持在OFF状态时，在压力变为压力Pv的时点，有时大量经气化的溶剂会再次液化而附着于排气配管41上，由此减压速度变得缓慢。并且，压力下降至低于压力Pv也可以认为经再次液化的溶剂被完全气化，但是在压力下降至低于压力Pv的期间，也继续进行干燥处理，从而也继续产生再次液化附着。其结果可认为，每当块数增加时附着量增加，与其相应地，结束时序Toff不断产生偏差。与此相对，在实施例中结束时序Ton大致相同，即节拍时间大致为固定。可认为其原因在于，配管加热器51成为ON状态，在经加热的排气配管41内不会产生液化。事实上，在实施例中只要观察图3的下段波形便知，未看见溶剂成分的液化，节拍时间稳定。如上所述，排气配管41的加热对减压干燥处理的稳定化也大有帮助。

根据所述三个关注点及分析结果，本申请创作人得出如下结论：在减压干燥处理中对排气配管41进行加热这一情况在实现节拍时间的缩短及减压干燥处理的稳定化方面发挥着重要的作用。再者，从防止溶剂成分在排气配管41中液化的角度而言，理想的是将排气配管41调整为高于排出气体的露点温度的温度。在这里，所谓“露点温度(或者有时也简称作“露点”)”，是指将排出气体的温度设为所述露点温度以下时溶剂成分容易产生液化，通过使配管温度维持在露点温度以上，可以防止排出气体中所含的溶剂成分的液化。并且，如果排气配管41的加热温度过高，那么在排气配管41内排出气体会产生膨胀而导致排气速度下降，因此排气配管41的温度理想的是设定为低于腔室10的内部空间SP。

在这里，在图1所示的减压干燥装置1中难以直接检测露点温度，因此在本实施方式中基于所述压力Pv(认为产生液化时的腔室10内的压力)及图4所示的溶剂的蒸气压曲线来设定排气配管41的温度。即，基于蒸气压曲线求出与所述压力Pv相对应的温度TPv，控制部60对配管加热器51进行驱动而在所述温度TPv的±20[℃]的范围内对排气配管41进行加热。具体而言，将减压干燥处理中的排气配管41的温度作为目标配管温度而预先存储于控制部60中，控制部60按照减压干燥处理用的程序对减压干燥装置1的各部进行控制，由此执行以下的动作。

图5是表示图1所示的减压干燥装置的动作的流程图。当利用所述减压干燥装置1对基板9进行处理时，基板加热部30预先接收来自控制部60的加热命令来使棒状加热器运转而使内部空间SP内的环境温度上升(步骤S1：加热准备工序)。并且，对排气配管41的加热处理也预先开始(步骤S2：配管加热工序)，即，配管加热部50预先接收来自控制部60的加热命令来使配管加热器51运转而从排气配管41的外周面侧进行加热，使排气配管41的温度上升。在这里，控制部60对由配管温度传感器41a所检测的排气配管41的温度进行监控，基于所述温度进行反馈控制以使排气配管41达到目标配管温度。由此，使减压干燥处理中的排气配管41的温度维持在目标配管温度。

如上所述执行步骤S1、步骤S2之后，将在上表面91涂布有涂布膜92的基板9搬入至腔室10内，并收纳于内部空间SP(步骤S3：搬入工序)。具体而言，通过腔室升降机构12a使腔室10的盖部12上升。然后，通过省略图示的搬运机器人将基板9搬入至腔室10的内部，并载置于多个基板保持销21上。当基板9的搬入完成时，搬运机器人退避至腔室10的外部，通过腔室升降机构12a而使腔室10的盖部12下降。由此内部空间SP成为密闭空间。

在下一个步骤S4中，开闭阀44打开，并且蝶形阀42、蝶形阀43打开至规定的开度为止。并且，排气泵45运行，将腔室10的内部的气体经由排气口111、排气口112加以强制排出。由此，内部空间SP内的环境气体经由排气口111、排气口112，蝶形阀42、蝶形阀43，排气配管41及开闭阀44排出至排气线路，从而对腔室10的内部空间SP进行减压。对应于所述内部空间SP的减压，涂布于基板9的表面上的涂布膜92中所含的溶剂成分产生气化。由此，开始对基板9上的涂布膜92进行减压处理。

在所述减压处理时，通过步骤S1，棒状加热器已在运转，因此也开始对基板9进行加热处理(步骤S4)。即，在环境温度上升的内部空间SP内利用棒状加热器对基板9从其下表面侧进行加热。通过所述加热处理，使基板9上的涂布膜92中所含的溶剂成分升温，而进一步促进溶剂成分的气化。如上所述，减压干燥装置1通过执行并用内部空间SP的减压及加热的减压干燥处理，而使涂布膜92的干燥效率提高(干燥工序)。

如上所述一边将排气配管41加热至目标配管温度一边同时进行减压处理及干燥处理，当涂布膜92的干燥完成时，使排气泵45停止，并且打开未图示的开阀(openvalve)，由此使腔室10的内部空间SP恢复至大气压为止。然后，腔室升降机构12a使腔室10的盖部12上升，搬运机器人的手(hand)进入至腔室10的内部来接收基板保持销21上的基板9而搬出至腔室10的外部(步骤S5：搬出工序)。通过以上所述，对一块基板9的减压干燥处理结束。再者，继续执行基板加热部30对内部空间SP的加热及配管加热部50对排气配管41的加热。

如以上所述，在所述减压干燥装置1中，一边对排气配管41进行加热，一边进行减压干燥处理，因此可以防止在减压干燥处理中排出气体中所含的溶剂成分液化而附着于排气配管41。其结果为，可以在短时间内利用减压干燥装置1进行减压干燥处理。并且，每当进行减压干燥处理时，可以抑制残留于排气配管41上的溶剂成分而稳定地进行减压干燥处理。特别是即使在连续处理多个基板9的情况下，也可以使各基板9以固定的节拍时间进行减压干燥。

再者，本发明并不限定于所述实施方式，只要不脱离其主旨除所述情况以外，便可进行各种变更。例如，在所述实施方式中，是在减压干燥处理中对排气配管41整体进行均匀加热而调整为目标配管温度，但是也可以构成为使配管温度不同。其原因在于当排气配管41延长时，在排气配管41中的与腔室10接近的区域及与腔室10远离的区域内通过各区域的排出气体的温度不同。即，越远离腔室10，排气配管41内的排出气体的温度越低，越容易产生液化现象。因此，优选的是以越远离腔室10，排气配管41的温度越高的方式进行加热。

并且，在所述实施方式中，是将本发明应用于使在基板9的上表面91上涂布聚酰胺酸溶液而形成的涂布膜92减压干燥的减压干燥装置1，但是本发明的应用范围并不限定于此，也可以应用于使包含抗蚀液、层间绝缘材料、低介电质材料、强介电质材料、配线材料、有机金属材料、金属糊剂等的涂布膜减压干燥的装置。并且，也可以将本发明应用于使形成于基板9的下表面或基板9的两面上的涂布膜减压干燥的减压干燥装置。

如以上例示具体的实施方式所说明般，本发明也可以构成为例如通过配管温度控制部，将排气配管的温度调整为高于经由排气配管而排出的包含溶剂成分的排出气体的露点温度的温度。即，为了抑制针对排气配管的溶剂成分的液化，优选的是采用如上所述的构成。

并且，如果设为通过配管温度控制部而将排气配管的温度调整为低于内部空间的温度，可以防止排气速度下降，从而优选。

此外，配管加热部理想的是构成为以越远离腔室，排气配管的温度越高的方式进行加热，由此即使在排气配管延长的情况下，也可以有效地防止溶剂成分的液化，从而优选。

[工业上的可利用性]

本发明可应用于通过并用减压处理及加热处理来使形成于基板上的涂布膜干燥的所有减压干燥技术。

Claims (3)

1.一种减压干燥装置，一边将基板收纳于腔室的内部空间，一边通过经由与所述腔室连接的排气配管来排出所述内部空间的环境气体而对所述内部空间进行减压并且对所述内部空间进行加热，由此使所述基板上的涂布膜中所含的溶剂成分气化而使所述涂布膜干燥，所述减压干燥装置的特征在于包括：

配管加热部，从所述排气配管的外周面侧对所述排气配管进行加热；以及

配管温度控制部，通过对所述配管加热部进行控制而对所述排气配管的温度进行调整，

所述配管温度控制部将所述排气配管的温度调整为高于经由所述排气配管排出的包含所述溶剂成分的排出气体的露点温度的温度，并且所述配管加热部是以越远离所述腔室而所述排气配管的温度越高的方式进行加热。

2.根据权利要求1所述的减压干燥装置，其特征在于：

所述配管温度控制部将所述排气配管的温度调整为低于所述内部空间的温度。

3.一种减压干燥方法，其特征在于包括：

收纳工序，将形成有涂布膜的基板收纳于腔室的内部空间；

干燥工序，经由与所述腔室连接的排气配管来排出所述内部空间的环境气体而对所述内部空间进行减压并且对所述内部空间进行加热，由此使所述基板上的涂布膜中所含的溶剂成分气化而使所述涂布膜干燥；以及

配管加热工序，与所述干燥工序同时进行而将所述排气配管的温度调整为高于经由所述排气配管排出的包含所述溶剂成分的排出气体的露点温度的温度，并且以越远离所述腔室而所述排气配管的温度越高的方式，从所述排气配管的外周面侧对所述排气配管进行加热。

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