JP2015153669A - Method for forming transparent conductive film and device for heating and drying thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶、有機EL(有機エレクトロルミネッセンス)、フラットパネルディスプレイ、太陽電池等に使用される透明導電膜を形成する方法及び、薄膜加熱乾燥装置に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a transparent conductive film used for liquid crystals, organic EL (organic electroluminescence), flat panel displays, solar cells and the like, and a thin film heating and drying apparatus.
透明導電膜は、可視光透過性と電気導電性を兼ね備えた薄膜であり、液晶、有機EL(有機エレクトロルミネッセンス)、フラットパネルディスプレイ、太陽電池等の透明電極として用いられている。この透明導電膜は、酸化インジウム系や酸化錫系のITOが使用されており、一般にスパッタ法で形成されている。このスパッタ法で形成されたITOは、製造コストが高く、曲げに弱いため、フィルム等への適用は困難であるという問題があった。 A transparent conductive film is a thin film having both visible light transparency and electrical conductivity, and is used as a transparent electrode for liquid crystals, organic EL (organic electroluminescence), flat panel displays, solar cells, and the like. This transparent conductive film is made of indium oxide or tin oxide, and is generally formed by sputtering. ITO formed by this sputtering method has a problem that it is difficult to apply to a film or the like because of high manufacturing cost and weakness to bending.
この問題を解決するものとして、近年では、透明導電膜として、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSSと称す)の導電性高分子材料が適用されている(例えば、下記特許文献参照)。このPEDOT/PSSで形成された透明導電膜は、電気導電性に優れており、かつ、ITOに比べて屈曲に強いという特性を有している。このPEDOT/PSSの透明導電膜は、PEDOT/PSSの分散液にジメチルスルホキシド等の高沸点溶剤を5質量%程度添加した溶液をスピンコータやスリットコータ等の塗布装置を用いて被処理基材上に塗布し、形成された塗布膜を加熱乾燥装置で乾燥させることにより形成される。 In order to solve this problem, in recent years, a conductive polymer material of polyethylene dioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (referred to as PEDOT / PSS) has been applied as a transparent conductive film (for example, see the following patent document). . The transparent conductive film formed of PEDOT / PSS is excellent in electrical conductivity and has a characteristic that it is more resistant to bending than ITO. This PEDOT / PSS transparent conductive film is obtained by applying a solution obtained by adding about 5% by mass of a high boiling point solvent such as dimethyl sulfoxide to a PEDOT / PSS dispersion on a substrate to be treated using a coating apparatus such as a spin coater or a slit coater. It is formed by applying and drying the formed coating film with a heat drying apparatus.
この加熱乾燥装置は、一般的な加熱乾燥装置であり、図5に示すように、被処理基材Wを収容するチャンバ100と、チャンバ100内を所定の温度に設定するシート状の加熱装置101と、チャンバ100内を排気する排気部102と、チャンバ100内に大気や不活性ガス等のガスを供給するガス供給部103とを有している。すなわち、加熱乾燥は、溶媒が蒸発する乾燥温度に設定されたチャンバ100内に被処理基材Wが収容された状態を保持することにより行われ、これにより塗布膜Cが加熱される。そして、塗布膜Cが加熱されることにより塗布膜Cから溶媒が蒸発し、蒸発した溶媒が排気部102から排気されることにより、塗布膜Cの加熱乾燥は促進される。この状態で所定時間保持することにより塗布膜Cの加熱乾燥は終了し、被処理基材W上に透明導電膜が形成される。
This heating / drying apparatus is a general heating / drying apparatus, and as shown in FIG. 5, a
しかし、PEDOT/PSSで形成された透明導電膜は、ITOに比べて電気導電性が劣るという問題があった。すなわち、導電性高分子材料であるPEDOT/PSSは、高沸点溶剤を5質量%程度添加することにより電気導電性の向上を図っているが、上記加熱乾燥装置による製法では、ITOと同等レベルまでは向上させることはできず、その結果、PEDOT/PSSで形成された透明導電膜は、曲げなどの物理変化には強いが電気導電性が目標に達するのが難しいという問題があった。 However, the transparent conductive film formed by PEDOT / PSS has a problem that its electrical conductivity is inferior to that of ITO. That is, PEDOT / PSS, which is a conductive polymer material, improves electrical conductivity by adding about 5% by mass of a high-boiling solvent. However, in the manufacturing method using the heating and drying apparatus, the level is equivalent to that of ITO. As a result, the transparent conductive film formed of PEDOT / PSS has a problem that it is difficult to achieve the target of electrical conductivity although it is strong against physical changes such as bending.
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、PEDOT/PSSを用いて透明導電膜を形成する場合に電気導電性を向上させることができる透明導電膜の形成方法及び透明導電膜(薄膜)乾燥装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and a method of forming a transparent conductive film and a transparent conductive film (thin film) that can improve electrical conductivity when forming a transparent conductive film using PEDOT / PSS. The object is to provide a drying device.
上記課題を解決するために本発明の透明導電膜の形成方法は、溶媒である水にポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)とを含む導電性高分子材料を含有させた塗布材料を被処理基材上に塗布することによって形成された塗布膜をチャンバ内で加熱乾燥処理することにより前記塗布膜を乾燥させて被処理基材上に透明導電膜を形成する透明導電膜の形成方法において、前記加熱乾燥処理は、前記溶媒の沸点以上の乾燥温度で保持しつつ、チャンバ内で前記塗布膜の溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理が行われた後、溶媒の蒸発を促進させる乾燥促進処理が行われることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the transparent conductive film forming method of the present invention is a coating in which a conductive polymer material containing polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrenesulfonic acid (PSS) is contained in water as a solvent. A transparent conductive film for forming a transparent conductive film on a substrate by drying the coating film by heating and drying a coating film formed by applying a material on the substrate to be processed. In the forming method, the heat drying treatment promotes the evaporation of the solvent after the drying delay treatment is performed in the chamber to suppress the evaporation of the solvent of the coating film while being held at a drying temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. It is characterized in that drying acceleration processing is performed.
上記透明導電膜の形成方法によれば、塗布膜の加熱乾燥処理において、前記溶媒の沸点よりも高い乾燥温度で保持しつつ、チャンバ内で前記塗布膜の溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理行われることにより、電気導電性を向上させることができる。この現象は、塗布膜が高温下で乾燥しにくい状況に曝されるため、未乾燥の塗布膜においてPEDOT/PSSの結晶化に向けての流動を活発にさせることができる。そして、所定時間、乾燥遅延処理を行った後、乾燥促進処理を行うことにより、当初、無秩序であったPEDOT/PSSの分子配列が整列された状態で乾燥され、透明導電膜が形成される。したがって、加熱遅延処理を行わずに加熱処理(乾燥促進処理)のみを行う従来に比べて、PEDOT/PSSの分子が整列された状態で乾燥させることができるため、透明導電膜の電気導電性が向上すると考えられる。 According to the method for forming a transparent conductive film, in the heat drying process of the coating film, a drying delay process is performed in which the evaporation of the solvent of the coating film is suppressed in the chamber while maintaining the drying temperature higher than the boiling point of the solvent. Thereby, electrical conductivity can be improved. This phenomenon is exposed to a situation in which the coating film is difficult to dry at high temperature, and therefore, the flow toward crystallization of PEDOT / PSS can be activated in the undried coating film. Then, after a drying delay treatment is performed for a predetermined time, a drying acceleration treatment is performed, whereby the PEDOT / PSS molecular arrangement that was initially disordered is dried in an aligned state, and a transparent conductive film is formed. Therefore, since the PEDOT / PSS molecules can be dried in an aligned state as compared with the conventional method in which only the heat treatment (drying acceleration treatment) is performed without performing the heat delay treatment, the electrical conductivity of the transparent conductive film is improved. It is thought to improve.
また、具体的な前記乾燥遅延処理の様態としては、チャンバ内を溶媒の飽和蒸気圧に維持して前記乾燥温度で乾燥させる構成にすることができる。 Further, as a specific aspect of the drying delay treatment, the chamber can be maintained at the saturated vapor pressure of the solvent and dried at the drying temperature.
この構成によれば、チャンバ内が溶媒の飽和蒸気圧に維持されることにより、塗布膜の溶媒の蒸発が抑えられ、塗布膜の乾燥を遅らせることができる。 According to this configuration, by maintaining the inside of the chamber at the saturated vapor pressure of the solvent, evaporation of the solvent of the coating film can be suppressed, and drying of the coating film can be delayed.
また、前記乾燥遅延処理は、チャンバ内に溶媒を供給して行われる構成にしてもよい。 The drying delay process may be performed by supplying a solvent into the chamber.
この構成によれば、塗布膜の溶媒の量がチャンバ内を飽和蒸気圧に到達させる量に満たない場合であっても、供給される溶媒を蒸発させることによりチャンバ内を飽和蒸気圧に到達させることができる。 According to this configuration, even if the amount of the solvent in the coating film is less than the amount for reaching the saturated vapor pressure in the chamber, the supplied solvent is evaporated to reach the saturated vapor pressure in the chamber. be able to.
また、別の具体的な前記乾燥遅延処理の様態としては、チャンバ内の圧力を大気圧よりも高圧に維持して前記乾燥温度で乾燥させる構成にすることができる。 As another specific mode of the delayed drying process, the pressure in the chamber may be maintained at a pressure higher than the atmospheric pressure and dried at the drying temperature.
この構成によれば、チャンバ内の圧力を大気圧よりも高圧に維持されることにより、溶媒の沸点が上昇するため、大気圧下で乾燥させる場合に比べて乾燥を遅らせることができる。 According to this configuration, the boiling point of the solvent is increased by maintaining the pressure in the chamber at a pressure higher than the atmospheric pressure, so that drying can be delayed as compared with the case of drying at atmospheric pressure.
また、上記課題を解決するために本発明の薄膜加熱乾燥装置は、塗布材料が塗布されることにより塗布膜が形成された被処理基材を収容するチャンバと、チャンバ内に収容された被処理基材の塗布膜を加熱する加熱装置と、チャンバ内の乾燥雰囲気を調節する乾燥調節バルブと、を備え、前記乾燥調節バルブは、前記塗布膜が前記溶媒の沸点以上の乾燥温度で保持された状態で、チャンバ内で前記塗布膜の溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理の乾燥雰囲気と、溶媒の蒸発を促進させる乾燥促進処理の乾燥雰囲気とに調節することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the thin film heating and drying apparatus of the present invention includes a chamber for storing a substrate to be processed on which a coating film is formed by applying a coating material, and a processing target stored in the chamber. A heating device that heats the coating film on the substrate; and a drying control valve that adjusts a drying atmosphere in the chamber, wherein the drying control valve is held at a drying temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. In this state, the drying chamber is adjusted to a drying atmosphere of a drying delay process that suppresses evaporation of the solvent of the coating film and a drying atmosphere of a drying acceleration process that promotes evaporation of the solvent.
上記薄膜形成装置によれば、乾燥調節バルブを備えているため、前記溶媒の沸点よりも高い乾燥温度に保持しつつ、チャンバ内で塗布膜の溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理の乾燥雰囲気を容易に形成することができる。その結果、溶媒の蒸発を抑えつつ塗布膜が加熱されることにより、乾燥しにくい状況で塗布膜が高温下に曝されるため、未乾燥の塗布膜においてPEDOT/PSSの結晶化に向けての流動を活発にさせることができる。そして、PEDOT/PSSの分子配列が整列された状態で乾燥が促進されることにより、電気導電性のよい透明導電膜を形成することができる。 According to the above thin film forming apparatus, since the drying control valve is provided, the drying atmosphere of the delayed drying process that suppresses evaporation of the solvent of the coating film in the chamber while maintaining the drying temperature higher than the boiling point of the solvent is easy. Can be formed. As a result, the coating film is heated while suppressing evaporation of the solvent, so that the coating film is exposed to a high temperature in a state where it is difficult to dry. Therefore, in the undried coating film, the crystallization of PEDOT / PSS The flow can be made active. A transparent conductive film with good electrical conductivity can be formed by promoting drying in a state where the molecular arrangement of PEDOT / PSS is aligned.
また、具体的な前記乾燥調節バルブの様態としては、前記乾燥遅延処理において、閉状態に調節されることにより、チャンバ内を溶媒の飽和蒸気圧に維持し、前記乾燥促進処理において、開状態に調節されることにより、チャンバ内の蒸発した溶媒を排出させる構成にすることができる。 Further, as a specific aspect of the drying control valve, the chamber is maintained at the saturated vapor pressure of the solvent by being adjusted to the closed state in the drying delay processing, and is opened in the drying acceleration processing. By being adjusted, the configuration can be such that the evaporated solvent in the chamber is discharged.
この構成によれば、乾燥遅延処理を行う場合に、乾燥調節バルブを閉じることにより、チャンバを密封状態にすることができるため、塗布膜が加熱されることにより溶媒が蒸発しチャンバ内を溶媒の飽和蒸気圧にすることができる。すなわち、チャンバ内が溶媒の飽和蒸気圧に形成されることにより、塗布膜の溶媒の蒸発が抑えられ、塗布膜の乾燥を遅らせることができる。 According to this configuration, when the drying delay process is performed, the chamber can be sealed by closing the drying control valve. Therefore, when the coating film is heated, the solvent evaporates and the inside of the chamber is filled with the solvent. Saturated vapor pressure can be achieved. That is, by forming the inside of the chamber at the saturated vapor pressure of the solvent, evaporation of the solvent of the coating film can be suppressed, and drying of the coating film can be delayed.
また、別の具体的な前記乾燥調節バルブの様態としては、前記乾燥遅延処理において、チャンバ内を溶媒の飽和蒸気圧に維持しつつ、閉状態から開状態に調節される構成にしてもよい。 As another specific aspect of the drying control valve, in the drying delay process, the chamber may be adjusted from the closed state to the open state while maintaining the saturated vapor pressure of the solvent.
この構成によれば、乾燥調節バルブを閉状態から開状態に調節されることにより、乾燥遅延処理で乾燥を遅延させつつ、徐々に乾燥促進処理に移行させることができるため、乾燥状態の急激な変化による乾燥ムラを抑えることができる。 According to this configuration, the drying adjustment valve is adjusted from the closed state to the open state, so that the drying can be gradually shifted to the drying promotion process while the drying is delayed by the drying delay process. Uneven drying due to changes can be suppressed.
本発明の透明導電膜の形成方法及び薄膜加熱乾燥装置によれば、PEDOT/PSSを用いて透明導電膜を形成する場合に電気導電性を向上させることができる。 According to the transparent conductive film forming method and thin film heating and drying apparatus of the present invention, electrical conductivity can be improved when a transparent conductive film is formed using PEDOT / PSS.
次に、本発明の薄膜加熱乾燥装置1の実施の形態について説明する。ここで、図1は、本実施形態における薄膜加熱乾燥装置1のチャンバの開状態を示す概略図、図2は、薄膜加熱乾燥装置1のチャンバの閉状態を示す概略図である。 Next, an embodiment of the thin film heating and drying apparatus 1 of the present invention will be described. Here, FIG. 1 is a schematic view showing the open state of the chamber of the thin film heating and drying apparatus 1 in the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic view showing the closed state of the chamber of the thin film heating and drying apparatus 1.
図1、図2に示すように、薄膜加熱乾燥装置1は、液晶、有機EL、太陽電池等に用いられる透明導電膜を形成するために、被処理基材W上に形成された塗布膜Cを乾燥させるものである。すなわち、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)の導電性高分子材料を水に分散させた塗布材料が塗布されることにより、被処理基材W上に塗布膜Cが形成され、この塗布膜Cを乾燥させるものである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the thin film heating and drying apparatus 1 is a coating film C formed on a substrate W to be processed in order to form a transparent conductive film used for liquid crystals, organic EL, solar cells, and the like. Is to be dried. That is, by applying a coating material in which a conductive polymer material of polyethylene dioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS) is dispersed in water, a coating film C is formed on the substrate W to be treated. This coating film C is dried.
この薄膜加熱乾燥装置1は、被処理基材Wを収容するチャンバ2を有しており、チャンバ2内を加熱することによって被処理基材Wを乾燥させることにより、被処理基材W上にPEDOT/PSSを含有する透明導電膜を形成することができる。
The thin film heating and drying apparatus 1 has a
薄膜加熱乾燥装置1のチャンバ2は、基材載置部20と開閉動作可能なチャンバ蓋部10とを備えており、チャンバ蓋部10が基材載置部20に対して閉状態になることにより被処理基材Wを収容する収容部30(図2参照。チャンバ2内ともいう)が形成されるようになっている。
The
基材載置部20は、被処理基材Wよりも表面積の大きい平板状に形成されており、この表面に塗布膜Cが形成された被処理基材Wが載置される。具体的には、基材載置部20には、被処理基材Wを昇降動作させる基板昇降機構が設けられており、この基板昇降機構により被処理基材Wが供給された姿勢を維持したまま載置される。本実施形態では、基材載置部20の被処理基材Wが載置される載置面21には、被処理基材Wを載置する領域に複数のピン孔22が形成されており、このピン孔22にはZ軸方向に昇降動作可能なリフトピン40が埋設されている。そして、このリフトピン40には駆動装置41が接続されており、この駆動装置41を駆動させることによりリフトピン40が載置面21から所定高さ位置(上昇位置)まで突出するようになっている。これにより、被処理基材Wを載置面21に載置する際には、リフトピン40を上昇位置まで上昇させた状態で、供給された被処理基材Wをリフトピン40の先端部分で保持し、その状態からリフトピン40を下降させることにより載置面21に被処理基材Wを載置できるようになっている。
The
また、基材載置部20には、加熱装置50であるヒータ51が設けられている。このヒータ51は、シート状に形成されており、基材載置部20に載置面21と平行になる状態で埋め込まれて設けられている。本実施形態では、ヒータ51として例えばマイカヒータが設けられており、ヒータ51を作動させることにより、基材載置部20の全面が加熱され被処理基材W全体が加熱される。このヒータ51の制御は、後述の制御装置で行われ、制御装置により被処理基材Wが設定温度に維持されるようになっている。
In addition, the
チャンバ蓋部10は、載置面21に載置された被処理基材Wを覆う形状を有しており、載置面21と対面する平板部11と、この平板部11の端部における縁辺部11aから載置面21側に突出する収容壁部12とを有している。
The
前記平板部11は、被処理基材Wの形状と対応する形状、すなわち矩形状に形成されている。この平板部11は一定の厚みで形成されており、載置面21に対向する面(基板載置部側表面11b)は、載置面21に対してほぼ平行であって平坦に形成されている。また、収容壁部12は、平板部11の4つの縁辺部11aそれぞれから載置面21側に延びて形成されており、載置された被処理基材Wを囲むように形成されている。すなわち、収容壁部12は、平板部11から垂直をなして縁辺部11aから突出して形成されている。
The
このチャンバ蓋部10は、昇降動作するように構成されている。すなわち、チャンバ蓋部10には駆動装置7が設けられており、この駆動装置7を駆動させることにより、チャンバ蓋部10が基材載置部20の載置面21に対して接離可能になっている。そして、収容壁部12の底面12aは、載置面21とほぼ平行をなすように形成されており、この収容壁部12の底面12aと、載置面21の表面に被処理基材Wを囲むように設けられたシール材13が当接することにより、収容部30(チャンバ2内)が密閉されるようになっている。すなわち、駆動装置41を駆動させてチャンバ蓋部10を下降させると、収容壁部12の底面12aとシール材13とが密着することにより、収容部30とその外部がシール材13により遮断され閉状態になる。これにより、収容部30(チャンバ2内)が密閉されるようになっている。
The
このチャンバ蓋部10には、加熱装置50であるヒータ52が設けられている。すなわち、加熱装置50は、上述の基材載置部20のヒータ51とこのチャンバ蓋部10のヒータ52によって形成されている。このチャンバ蓋部10のヒータ52は、シート状に形成されており、チャンバ蓋部10の形状に合わせて埋め込まれて設けられている。具体的には、ヒータ52は、チャンバ蓋部10の平板部11と収容壁部12とに埋め込まれて設けられている。すなわち、チャンバ蓋部10が閉状態になると、チャンバ2内の被処理基材Wが覆われるようにヒータ52が設けられている。このチャンバ蓋部10のヒータ52もマイカヒータが設けられており、制御装置により温度制御されるようになっている。そして、制御装置によりヒータ52を作動させると、被処理基材Wに形成された塗布膜Cが設定温度(乾燥温度)に維持される。すなわち、被処理基材Wの塗布膜Cを形成する塗布材料の溶媒である水の沸点以上の温度に維持されるようになっている。
The
また、チャンバ蓋部10には、乾燥調節バルブ60が設けられている。この乾燥調節バルブ60により、チャンバ2内の乾燥雰囲気を調節するためのものである。この乾燥調節バルブ60は、開閉動作することにより、チャンバ2内と排気配管61とを連結及び遮断することができる。すなわち、乾燥調節バルブ60を開状態にすることにより、チャンバ2内と排気配管61とが連通されチャンバ2内が排気される。また、乾燥調節バルブ60を閉状態にすることにより、チャンバ2内と排気配管61とが遮断され、チャンバ2内を密封状態に維持することができる。この乾燥調節バルブ60は、その開閉状体が後述の制御装置で制御されるようになっており、開閉状態が制御されることにより、チャンバ2内の乾燥雰囲気を調節することができるようになっている。
In addition, the
また、この薄膜加熱乾燥装置1には、制御装置が設けられており、この制御装置により各駆動装置が制御されるようになっている。具体的には、制御装置は、チャンバ蓋部10の昇降動作を行う駆動装置7、及び、基板昇降機構のリフトピン40を昇降駆動させる駆動装置41を制御し、これらを適切に駆動させる。また、制御装置は、各ヒータ52及び乾燥調節バルブ60の開閉動作を駆動制御する。
Further, the thin film heating and drying apparatus 1 is provided with a control device, and each drive device is controlled by the control device. Specifically, the control device controls the
本実施形態では、制御装置は、加熱装置50(ヒータ52)を制御することによりチャンバ2内を所定の温度に調節することができる。すなわち、ヒータ52の出力を調節することにより、被処理基材Wに形成された塗布膜Cの溶媒が蒸発する乾燥温度に調節する。具体的には、制御装置は、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)を含有する塗布材料の溶媒が水であるため、溶媒の温度が水の沸点である100℃以上になるようにヒータ52を調節する。このときのヒータ52の設定温度を乾燥温度という。すなわち、乾燥温度を100℃に設定した場合には、塗布膜Cの温度が100℃になるようにヒータ52が調節される。
In the present embodiment, the control device can adjust the inside of the
また、制御装置は、乾燥調節バルブ60の開閉動作を制御することにより、チャンバ2内の乾燥雰囲気を調節する。具体的には、乾燥調節バルブ60を閉じた状態(閉状態)から全開の状態まで乾燥調節バルブ60の開口割合を調節することにより、チャンバ2内の乾燥雰囲気を調節する。例えば、乾燥調節バルブ60を閉じた状態では、チャンバ2内が密閉状態になるため、加熱中に蒸発する溶媒の逃げ場がなくなり、乾燥しにくい状態に形成することができる。一方、乾燥調節バルブ60を開くことにより、塗布膜Cの溶媒の蒸発を促すことができる。すなわち、乾燥調節バルブ60の開口割合を調節することにより乾燥促進状態を調節することができる。
Further, the control device adjusts the drying atmosphere in the
ここで、制御装置には、一連の加熱乾燥プログラムが記憶されており、この加熱乾燥プログラムにしたがって、各駆動装置、ヒータ52、乾燥調節バルブ60が制御される。本実施形態では、乾燥遅延処理及び乾燥促進処理に基づく加熱乾燥プログラムが記憶されている。
Here, a series of heating and drying programs are stored in the control device, and each driving device, the
乾燥遅延処理は、塗布膜Cを形成する分子の活動を活発にさせつつ、意図的に乾燥を遅らせる処理である。すなわち、塗布膜Cを加熱することにより分子の活動を活発にさせ、かつ、塗布膜Cの溶媒の蒸発を妨げることにより、塗布膜Cの乾燥を遅延させる。本実施形態では、チャンバ2内を密封した状態で加熱装置50により塗布膜Cを加熱させて乾燥させる。具体的には、制御装置は、乾燥調節バルブ60を閉状態にして加熱装置50であるヒータ51,52を加熱させるように制御する。これにより、被処理基材W上の塗布膜Cが加熱され溶媒が蒸発する。そして、チャンバ2内が溶媒の飽和蒸気圧に達することにより、溶媒の蒸発と気化した溶媒が液体に戻る反応が平衡状態になる。すなわち、溶媒の蒸発の促進が抑えられ、チャンバ2内の溶媒が乾燥しにくい雰囲気に形成される。この状態では、塗布膜C中に溶媒が存在する状態で加熱されることにより分子の活動が促進されるため、分子がほぼ自由に動くことができ、塗布膜Cを形成する分子配列が整列すると考えられる。したがって、この状態を一定時間保持することにより、無秩序であった分子配列が整列され導電性が向上する要因になると考えられる。この一定時間は、分子配列が行われるために必要な時間であり、塗布材料の種類、塗布膜Cの厚さ、溶媒の量によって決定され、予め実験などによって求められる。
The drying delay process is a process that intentionally delays the drying while activating the molecules forming the coating film C. That is, heating of the coating film C activates molecular activity, and prevents evaporation of the solvent in the coating film C, thereby delaying drying of the coating film C. In the present embodiment, the coating film C is heated and dried by the
なお、乾燥遅延処理における乾燥調節バルブ60は、上述のように閉状態にすることによって乾燥しにくい雰囲気を形成してもよいが、乾燥調節バルブ60を閉状態から徐々に開状態にすることにより乾燥しにくい雰囲気を形成してもよい。すなわち、塗布膜Cが加熱されることにより発生する溶媒の蒸発量よりも、気化した溶媒の排気量が少なくなる程度に乾燥調節バルブ60の開口割合を調節するように制御してもよい。この徐々に開状態にする方法の方が、後述の乾燥促進処理にスムーズに移行できるため、乾燥遅延処理から乾燥促進処理に移行する際の急激な変化による乾燥ムラを防止できる点で好ましい。
Note that the drying
また、乾燥促進処理は、通常の加熱乾燥処理であり、加熱しつつ塗布膜Cの溶媒の蒸発を促進させることにより、乾燥を積極的に進める処理である。具体的には、制御装置は、乾燥調節バルブ60を開状態にして加熱装置50により塗布膜Cを加熱させて乾燥させるように制御する。これにより、蒸発により気化した溶媒が乾燥調節バルブ60を通じて排気されるため、塗布膜Cの乾燥が促進される。この状態を一定時間保持することにより、塗布膜Cの溶媒が蒸発し塗布膜Cの乾燥が完了する。ここで、乾燥調節バルブ60の開閉割合は、乾燥遅延処理終了時の乾燥調節バルブ60の開閉状態から徐々に開状態にしてもよく、乾燥遅延処理終了時の乾燥調節バルブ60の開閉状態からすぐに全開にしてもよい。すなわち、塗布膜Cが加熱されることにより発生する溶媒の蒸発量よりも、気化した溶媒の排気量が大きくなるように乾燥調節バルブ60の開口割合を閉状態から徐々に開状態にした場合は、チャンバ2内の乾燥雰囲気が急に変化するのを抑えることができるため、乾燥雰囲気が急速に変化することに基づく乾燥ムラの発生を抑えることができる。そして、乾燥遅延処理同様、乾燥促進処理に要する時間は、分子配列が行われるために必要な時間であり、塗布材料の種類、塗布膜Cの厚さ、溶媒の量によって決定され、予め実験などによって求められる。
Further, the drying promotion process is a normal heat drying process, and is a process of actively promoting drying by promoting evaporation of the solvent of the coating film C while heating. Specifically, the control device controls the drying
次に、薄膜加熱乾燥装置1の動作(透明導電膜の形成方法)について説明する。ここで、図3は、薄膜加熱乾燥装置1の各工程における動作フローを示す構成図である。 Next, the operation of the thin film heating and drying apparatus 1 (a method for forming a transparent conductive film) will be described. Here, FIG. 3 is a configuration diagram showing an operation flow in each process of the thin film heating and drying apparatus 1.
まず、a.基材搬入工程において、薄膜加熱乾燥装置1に被処理基材Wが搬入される。この被処理基材Wには、塗布膜Cが形成されており、上流工程において、スリットコータ等の塗布装置によって被処理基材W上に塗布膜Cが形成されている。この塗布膜Cは、水にポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)を含有させた導電性高分子材料で形成された薄膜である。具体的には、水を溶媒としたPEDOT/PSSを含有する塗布材料をスリットノズルから吐出させ、スリットノズルを走査させることにより、被処理基材W上に均一厚さの塗布膜Cを形成する。そして、塗布膜Cが形成された被処理基材Wをロボットハンド等の搬送装置で搬送し、基材載置部20の突出したリフトピン40の先端部分に被処理基材Wを載置する。そして、リフトピン40を下降させて基材載置部20に埋設することにより、載置面21に被処理基材Wが載置されることにより、チャンバ2に被処理基材Wが搬入される。
First, a. In the substrate carrying-in process, the substrate W to be processed is carried into the thin film heating and drying apparatus 1. A coating film C is formed on the substrate W to be processed, and the coating film C is formed on the substrate W to be processed by a coating apparatus such as a slit coater in the upstream process. This coating film C is a thin film formed of a conductive polymer material containing polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS) in water. Specifically, the coating material C containing PEDOT / PSS using water as a solvent is discharged from the slit nozzle, and the slit nozzle is scanned to form the coating film C having a uniform thickness on the substrate W to be processed. . And the to-be-processed base material W in which the coating film C was formed is conveyed by conveyance apparatuses, such as a robot hand, and the to-be-processed base material W is mounted in the front-end | tip part of the
次に、b.加熱乾燥準備工程が行われる。具体的には、チャンバ蓋部10を下降させて載置面21上の被処理基材Wをチャンバ2内に収容する。すなわち、チャンバ蓋部10を下降させると、チャンバ蓋部10のシール材13が基材載置部20に弾性的に当接することにより、チャンバ2内がチャンバ2外と遮断される。このとき、乾燥調節バルブ60は閉状態に制御されている。すなわち、被処理基材Wはチャンバ2内に密封された状態になる。
Next, b. A heat drying preparation process is performed. Specifically, the
次に、c.加熱乾燥工程の乾燥遅延処理工程が行われる。具体的には、乾燥調節バルブ60を閉じた状態で、加熱装置50を作動させて加熱する。すなわち、塗布膜Cが乾燥温度になるように加熱する。本実施形態では、乾燥温度は、溶媒の沸点である100℃に設定されている。そして、塗布膜Cを乾燥温度に維持すると、チャンバ2内が飽和蒸気圧に到達することにより溶媒の乾燥が抑えられる。すなわち、塗布膜Cに溶媒が残存した状態で所定時間、塗布膜Cが乾燥温度で維持される。
Next, c. A drying delay processing step of the heat drying step is performed. Specifically, the
次に、d.加熱乾燥工程の乾燥促進処理工程が行われる。具体的には、前処理である乾燥遅延処理工程により乾燥温度で所定時間保持された後、乾燥調節バルブ60を徐々に開くことによりチャンバ2内の気化した溶媒を排出する。すなわち、加熱装置50により加熱した状態で乾燥調節バルブ60を開くことにより、チャンバ2内が気化した溶媒の飽和状態が解消される。その結果、塗布膜Cの溶媒が積極的に蒸発することにより、塗布膜Cの加熱乾燥が促進される。
Next, d. A drying acceleration treatment step of the heat drying step is performed. Specifically, after being held at the drying temperature for a predetermined time by the drying delay processing step which is a pretreatment, the drying
次に、e.基材排出工程が行われる。具体的には、一定時間、乾燥促進処理工程が行われ、塗布膜Cが乾燥した後、チャンバ蓋部10を上昇させて被処理基材Wを排出する。すなわち、リフトピン40が上昇し被処理基材Wをロボットハンドなどの搬送装置に受け渡され、被処理基材Wが下流側に排出される。
Next, e. A substrate discharging process is performed. Specifically, a drying acceleration treatment process is performed for a certain time, and after the coating film C is dried, the
ここで、実施例として、水を溶媒としたPEDOT/PSSを含有する塗布材料を塗布することにより、被処理基材W上に塗布膜Cを形成し、上記実施形態の薄膜加熱乾燥装置1により透明導電膜を形成した。すなわち、塗布膜Cが形成された被処理基材Wに対し、上記実施形態の薄膜加熱乾燥装置1により乾燥遅延処理及び乾燥促進処理を行った。その際、乾燥温度は、100℃及び200℃として乾燥後の膜厚を1000nmの透明導電膜を作成した。 Here, as an example, by applying a coating material containing PEDOT / PSS using water as a solvent, a coating film C is formed on the substrate W to be processed, and the thin film heating and drying apparatus 1 of the above embodiment is used. A transparent conductive film was formed. That is, with respect to the to-be-processed base material W in which the coating film C was formed, the drying delay process and the drying acceleration process were performed by the thin film heating and drying apparatus 1 of the above embodiment. At that time, the drying temperature was 100 ° C. and 200 ° C., and a transparent conductive film having a thickness of 1000 nm after drying was prepared.
また、比較例として、実施例と同様の塗布材料を塗布して被処理基材W上に塗布膜Cを形成したものに対し、基材載置部20上でチャンバ蓋部10を閉じることなく通常の加熱乾燥を行った。その際、乾燥温度は、100℃及び200℃として乾燥後の膜厚を1000nmの透明導電膜を作製した。
Further, as a comparative example, the same coating material as that of the example was applied and the coating film C was formed on the substrate W to be processed without closing the
これらの透明導電膜について、表面抵抗値を計測した結果を図4に示す。ここで、図4は、乾燥温度と表面抵抗値との関係を示すグラフである。これを見ると乾燥温度100℃及び200℃ともに、本発明の薄膜加熱乾燥装置1で作製した透明導電膜(実施例)の方が表面抵抗値が低くなっており導電性が向上している。そして、乾燥温度については、200℃の方が表面抵抗値の低下率が大きかった。これは、乾燥遅延処理において、温度の高い200℃で維持した方がPEDOT/PSSの分子の活動を活発にできるため、乾燥促進処理に移行する際の整列状体がより良い状態で乾燥させることができたためと考えられる。 The results of measuring surface resistance values for these transparent conductive films are shown in FIG. Here, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the drying temperature and the surface resistance value. As can be seen, the surface resistance value of the transparent conductive film (Example) produced by the thin film heating and drying apparatus 1 of the present invention is lower and the conductivity is improved at both the drying temperatures of 100 ° C. and 200 ° C. As for the drying temperature, the rate of decrease in the surface resistance value was larger at 200 ° C. This is because in the delayed drying process, the PEDOT / PSS molecules can be activated more actively when maintained at a high temperature of 200 ° C., so that the aligned body when moving to the drying acceleration process is dried in a better state. This is thought to be due to this.
このように、上記実施形態における薄膜加熱乾燥装置1及び透明導電膜の形成方法によれば、塗布膜Cの加熱乾燥処理において、前記溶媒の沸点よりも高い乾燥温度に保持しつつ、チャンバ2内で前記塗布膜Cの溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理行われることにより、電気導電性を向上させることができる。この現象は、塗布膜Cが高温下で乾燥しにくい状況に曝されるため、未乾燥の塗布膜CにおいてPEDOT/PSSの結晶化に向けての流動を活発にさせることができる。そして、所定時間、乾燥遅延処理を行った後、乾燥促進処理を行うことにより、当初、無秩序であったPEDOT/PSSの分子配列が整列された状態で乾燥され、透明導電膜が形成される。したがって、加熱遅延処理を行わずに加熱処理(乾燥促進処理)のみを行う従来に比べて、PEDOT/PSSの分子が整列された状態で乾燥させることができるため、透明導電膜の電気導電性が向上すると考えられる。
Thus, according to the thin film heating and drying apparatus 1 and the method for forming the transparent conductive film in the above embodiment, in the heating and drying treatment of the coating film C, the
また、上記実施形態では、乾燥遅延処理における乾燥調節バルブ60を完全に閉じる場合について説明したが、乾燥調節バルブ60を閉状態から徐々に開状態にすることにより乾燥しにくい雰囲気を形成してもよい。この徐々に開状態にする方法の方が、後述の乾燥促進処理にスムーズに移行できるため、乾燥遅延処理から乾燥促進処理に移行する際の急激な変化による乾燥ムラを抑えることができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the drying
また、上記実施形態では、乾燥遅延処理において、塗布膜Cの溶媒を蒸発させて飽和蒸気圧の環境を形成したが、塗布膜Cの溶媒の量が少なく、チャンバ2内が飽和蒸気圧に達しない場合には、溶媒である水を他の供給手段から加えることにより、チャンバ2内を飽和蒸気圧に形成してもよい。
In the above embodiment, in the drying delay process, the solvent of the coating film C is evaporated to form a saturated vapor pressure environment. However, the amount of the solvent of the coating film C is small, and the
また、上記実施形態では、チャンバ2内を飽和蒸気圧に維持することによって乾燥遅延処理を行う例について説明したが、チャンバ2内の圧力を高圧に維持することにより、溶媒が蒸発しにくい環境を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the drying delay process is performed by maintaining the inside of the
また、上記実施形態では、薄膜加熱乾燥装置1に制御装置を備える例について説明したが、薄膜加熱乾燥装置1とは別に、太陽電池、有機EL等の製造装置全体的を統括的に制御する制御装置により制御されるものであってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example provided with a control apparatus in the thin film heating drying apparatus 1, the control which controls overall manufacturing apparatuses, such as a solar cell and organic EL, separately from the thin film heating drying apparatus 1 was demonstrated. It may be controlled by a device.
1 薄膜加熱乾燥装置
2 チャンバ
10 チャンバ蓋部
20 基材載置部
30 チャンバ
50 加熱装置
51 ヒータ
52 ヒータ
60 乾燥調節バルブ
W 被処理基材
C 塗布膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film
Claims (7)
前記加熱乾燥処理は、前記溶媒の沸点以上の乾燥温度で保持しつつ、チャンバ内で前記塗布膜の溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理が行われた後、溶媒の蒸発を促進させる乾燥促進処理が行われることを特徴とする透明導電膜の形成方法。 A coating film formed by applying a coating material containing a conductive polymer material containing polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid to water as a solvent on a substrate to be treated is heated and dried in a chamber. In the method for forming a transparent conductive film, by drying the coating film to form a transparent conductive film on the substrate to be processed,
In the heat drying process, a drying accelerating process for promoting the evaporation of the solvent is performed after the drying delay process is performed in the chamber to suppress the evaporation of the solvent in the coating film while maintaining the drying temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. A method for forming a transparent conductive film, which is performed.
チャンバ内に収容された被処理基材の塗布膜を加熱する加熱装置と、
チャンバ内の乾燥雰囲気を調節する乾燥調節バルブと、
を備え、
前記乾燥調節バルブは、前記塗布膜が前記溶媒の沸点以上の乾燥温度で保持された状態で、チャンバ内で前記塗布膜の溶媒の蒸発を抑える乾燥遅延処理の乾燥雰囲気と、溶媒の蒸発を促進させる乾燥促進処理の乾燥雰囲気とに調節することを特徴とする薄膜加熱乾燥装置。 A chamber for accommodating a substrate to be processed on which a coating film is formed by applying a coating material;
A heating device that heats the coating film of the substrate to be processed contained in the chamber;
A drying control valve for adjusting the drying atmosphere in the chamber;
With
The drying control valve accelerates the evaporation of the solvent, and the drying atmosphere of the drying delay treatment that suppresses the evaporation of the solvent of the coating film in the chamber while the coating film is held at the drying temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. A thin film heating and drying apparatus, wherein the drying atmosphere is adjusted to the drying atmosphere of the drying acceleration treatment.
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