KR20140001742A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤
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Abstract

피처리체에 포함되는 수지를 손상시키지 않고, 피처리체를 광 조사 가열할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것으로서, 챔버(10) 내의 유지 플레이트(20)와 플래시 램프(FL)의 사이에, 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 광학 필터(60)를 배치한다. 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시 광이 광학 필터(60)를 투과할 때에 400nm 이하의 파장역의 자외광이 컷된다. 처리 대상의 피처리체(8)는, 수지의 기재의 상면에 기능층을 적층하여 구성된다. 조사 시간이 매우 짧은 플래시 광으로부터 파장 400nm 이하의 자외광을 컷한 광을 피처리체(8)에 조사함으로써, 수지의 기재에 자외광에 의한 손상 및 열적 손상을 주지 않고, 기능층만을 필요한 처리 온도에까지 승온하여 원하는 열처리를 실행할 수 있다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 수지를 기재 또는 접착제로서 포함하는 피처리체에 대하여 광을 조사함으로써 당해 피처리체를 가열하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn 접합을 형성하기 위한 필수 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 주입법과 그 후의 어닐링법에 의해서 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 주입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)과 같은 불순물(도펀트)의 원소를 이온화시켜 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐링 처리에 의해서 활성화된다.
최근, 반도체 디바이스가 더욱 미세화로 진전함에 따라, 더욱 얕은 접합이 요구되고 있고, 플래시 램프 어닐링(FLA)에 의해서 불순물을 극히 단시간 가열하여 확산을 억제하면서 활성화시키는 기술이 시도되고 있다. 그러나 플래시 램프 어닐링에 있어서는, 조사 시간이 매우 짧고, 강도가 강한 플래시 광을 조사하기 때문에, 웨이퍼가 갈라지거나, 균일한 온도 분포를 얻기 어렵다는 문제가 있었다.
여기서, 플래시 램프와 웨이퍼의 사이에, 투과율이 조정된 판상 부재를 설치하고, 플래시 램프로부터 조사되는 플래시 광의 일부 또는 전부를 감광하는 기술이 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2009－123807호 공보 일본국 특허공개 2009－260061호 공보
한편, 최근, 전자 페이퍼 등으로 대표되는 얇고 플렉시블한 전자 기기가 주목받고 있다. 이러한 플렉시블 전자 기기의 제조 공정에 있어서도, 수지 등의 기재의 표면에 전극 등의 기능층을 적층한 피처리체의 어닐링 처리가 필수가 된다.
종래, 수지를 기재로 한 피처리체의 어닐링 처리는, 비교적 저온의 오븐에 의해서 몇 시간에 걸쳐 행하는 것이 일반적이었다. 수지는 실리콘이나 유리의 기판과 비교해 내열성이 현저하게 낮기 때문에, 오븐의 온도는 비교적 저온으로 하지 않을 수 없었다.
그런데 최근 급속히 전개되는 플렉시블 전자 기기의 종류에 따라서는, 기능층을 수지의 내열 온도 한계 이상으로 가열해야 하는 경우도 있다. 또한, 기능층의 종류에 따라서는, 어닐링 시간을 상술한 반도체 웨이퍼의 열처리와 마찬가지로, 보다 단시간으로 하지 않으면 원하는 특성을 얻을 수 없는 경우도 있다. 또한, 어닐 시간에 몇 시간을 필요로 하면, 생산성이 낮아지지 않을 수 없다는 문제도 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 수지를 기재로 한 피처리체에 대해서도 상술의 플래시 램프 어닐링을 적용하는 것을 생각할 수 있다. 플래시 램프 어닐링이라면, 어닐링 시간은 매우 짧게, 피처리체 표층의 기능층만을 선택적으로 가열하는 것도 가능하다.
그러나 일반적으로 수지 재료는 자외선의 조사에 의해서 열화하기 쉬운 성질을 가지고 있다. 그리고 크세논의 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 할로겐 램프 등보다도 단파장측으로 시프트하고 있다. 이 때문에, 수지의 기재가 플래시 램프 광 조사에 의해서 손상된다는 새로운 문제가 발생하게 된다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 피처리체에 포함되는 수지를 손상시키지 않고, 피처리체를 광 조사 가열할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 수지를 포함하는 피처리체에 대하여 광을 조사함으로써 당해 피처리체를 가열하는 열처리 방법에 있어서, 광원에서 출사된 광으로부터 상기 수지를 손상시키는 파장역을 컷한 광을 상기 피처리체에 조사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 광원에서 출사된 광으로부터 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 3의 발명은, 청구항 2의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 광원에서 출사된 광을 필터를 투과시킴으로써 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 하나의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 피처리체는 수지의 기재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 하나의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 피처리체는 기재를 수지의 접착제로 붙인 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 6의 발명은, 수지를 포함하는 피처리체에 대하여 광을 조사함으로써 당해 피처리체를 가열하는 열처리 장치에 있어서, 상기 피처리체를 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 상기 피처리체에 광을 조사하는 광원과, 상기 유지 수단과 상기 광원의 사이에 설치되어, 상기 수지를 손상시키는 파장역을 컷하는 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 7의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 필터는 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 8의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 필터는 착색된 물을 봉입한 판상 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 9의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 광원은 플래시 광을 조사하는 플래시 램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 10의 발명은, 청구항 6 내지 청구항 9중 어느 하나의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 피처리체는 수지의 기재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 11의 발명은, 청구항 6 내지 청구항 9중 어느 하나의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 피처리체는 기재를 수지의 접착제로 붙인 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 광원에서 출사된 광으로부터 수지를 손상시키는 파장역을 컷한 광을 피처리체에 조사하므로, 상기 파장역의 광이 수지에 흡수되는 것이 억제되어, 피처리체에 포함되는 수지를 손상시키지 않고, 피처리체를 광 조사 가열할 수 있다.
청구항 6 내지 청구항 11의 발명에 의하면, 수지를 손상시키는 파장역을 컷하는 필터를 유지 수단과 광원의 사이에 설치하기 때문에, 당해 파장역이 컷된 광이 피처리체에 조사되게 되어, 피처리체에 포함되는 수지를 손상시키지 않고, 피처리체를 광 조사 가열할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 열처리 장치의 주요부 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치에 있어서의 피처리체의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 피처리체의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 피처리체의 기능층의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 피처리체 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 물을 이용한 광학 필터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 플래시 램프 배열의 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관련된 열처리 장치(1)의 주요부 구성을 나타내는 도면이다. 이 열처리 장치(1)는, 수지를 기재로 한 피처리체(8)에 대하여 광을 조사함으로써, 그 피처리체(8)를 가열하는 장치이다. 열처리 장치(1)는, 주요 요소로서, 피처리체(8)를 수용하는 챔버(10)와, 피처리체(8)를 유지하는 유지 플레이트(20)와, 피처리체(8)에 플래시 광을 조사하는 가열 광원(30)과, 광학 필터(60)를 구비한다. 또한, 열처리 장치(1)는, 장치에 설치된 각종 동작 기구를 제어하여 처리를 진행시키는 제어부(9)를 구비한다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 도시하고 있다.
챔버(10)는, 가열 광원(30)의 하방에 설치되어 있고, 챔버 측벽(11) 및 챔버 바닥부(12)에 의해서 구성된다. 챔버 바닥부(12)는, 챔버 측벽(11)의 하부를 덮는다. 챔버 측벽(11) 및 챔버 바닥부(12)에 의해서 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(15)으로서 규정된다. 또한, 챔버(10)의 상부 개구에는 챔버창(18)이 장착되어 폐색되어 있다.
챔버(10)의 천정부를 구성하는 챔버창(18)은, 석영에 의해 형성된 판상 부재이며, 가열 광원(30)으로부터 조사된 광을 열처리 공간(15)에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 챔버(10)의 본체를 구성하는 챔버 측벽(11) 및 챔버 바닥부(12)는, 예를 들면, 스테인리스 스틸 등의 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료로 형성되어 있다.
또한, 열처리 공간(15)의 기밀성을 유지하기 위해서, 챔버창(18)과 챔버 측벽(11)은 도시 생략의 O링에 의해서 시일되어 있다. 즉, 챔버창(18)의 하면 주연부와 챔버 측벽(11)의 사이에 O링을 끼워넣고, 이들 간극으로부터 기체가 유출입하는 것을 막고 있다.
챔버(10)의 내부에는 유지 플레이트(20)가 설치되어 있다. 유지 플레이트(20)는 금속제(예를 들면, 알루미늄 제)의 평탄한 판상 부재이다. 유지 플레이트(20)는 챔버(10) 내에서 피처리체(8)를 재치하여 수평 자세로 유지한다. 또한, 유지 플레이트(20)는 히터(21)를 내장한다. 히터(21)는, 니크롬선 등의 저항 가열선으로 구성되어 있고, 도면 외의 전력 공급원으로부터의 전력 공급을 받아 발열하여, 유지 플레이트(20)를 가열한다. 또한, 유지 플레이트(20)에는, 히터(21)에 추가하여, 수냉관 등의 냉각 기구를 설치하도록 해도 된다.
유지 플레이트(20)에는, 열전대를 이용하여 구성된 도시 생략의 온도 센서가 설치되어 있다. 온도 센서는 유지 플레이트(20)의 상면 근방의 온도를 측정하고, 그 측정 결과는 제어부(9)에 전달된다. 제어부(9)는, 온도 센서에 의한 측정 결과에 의거하여, 히터(21)의 출력을 제어하고, 유지 플레이트(20)를 소정의 온도로 한다. 유지 플레이트(20)에 유지된 피처리체(8)는, 유지 플레이트(20)에 의해서 소정의 온도로 가열되게 된다.
또한, 열처리 장치(1)는, 챔버(10) 내의 열처리 공간(15)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구(40) 및 열처리 공간(15)으로부터 분위기의 배기를 행하는 배기 기구(50)를 구비한다. 가스 공급 기구(40)는, 처리 가스 공급원(41), 공급 배관(42) 및 공급 밸브(43)를 구비한다. 공급 배관(42)의 선단측은 챔버(10) 내의 열처리 공간(15)에 연통 접속되고, 기단측은 처리 가스 공급원(41)에 접속된다. 공급 배관(42)의 경로 도중에 공급 밸브(43)가 설치된다. 공급 밸브(43)를 개방함으로써, 처리 가스 공급원(41)으로부터 열처리 공간(15)에 처리 가스가 공급된다. 처리 가스 공급원(41)은, 피처리체(8)의 종류나 처리 목적에 따른 적절한 처리 가스를 공급하는 것이 가능한데, 본 실시 형태에서는 질소 가스(N2)를 공급한다.
배기 기구(50)는, 배기 장치(51), 배기 배관(52) 및 배기 밸브(53)를 구비한다. 배기 배관의 선단측은 챔버(10) 내의 열처리 공간(15)에 연통 접속되고, 기단측은 배기 장치(51)에 접속된다. 배기 배관(52)의 경로 도중에 배기 밸브(53)가 설치된다. 배기 장치(51)로는, 진공 펌프나 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 배기 유틸리티를 이용할 수 있다. 배기 장치(51)를 작동시키면서, 배기 밸브(53)를 개방함으로써, 열처리 공간(15)의 분위기를 장치 외로 배출할 수 있다. 이들 가스 공급 기구(40) 및 배기 기구(50)에 의해서, 열처리 공간(15)의 분위기를 조정할 수 있다.
가열 광원(30)은, 챔버(10)의 상방에 설치되어 있다. 가열 광원(30)은, 복수 개(도 1에서는 도시의 편의상 11개로 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다)의 플래시 램프(FL)와, 이들 전체의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(32)를 구비하여 구성된다. 가열 광원(30)은, 챔버(10) 내에서 유지 플레이트(20)에 유지되는 피처리체(8)에 대하여 후술하는 광학 필터(60) 및 석영의 챔버창(18)을 통하여 플래시 램프(FL)로부터 플래시 광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통 형상을 가지는 봉형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 수평 방향을 따라서 서로 평행해지도록 평면형상으로 배열되어 있다. 본 실시 형태에서는, 플래시 램프(FL)로서 크세논 플래시 램프를 이용하고 있다. 크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형상의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부착 설치된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이므로, 콘덴서에 전하가 축적되었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 양단 전극 간의 방전에 의해서 유리관 내에 순식간에 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적된 정전 에너지가 0.1밀리초 내지 100밀리초라고 하는 매우 짧은 광 펄스로 변환되므로, 연속 점등 램프에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다.
또한, 리플렉터(32)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 이들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(32)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시 광을 열처리 공간(15)의 측에 반사한다는 것이다.
챔버(10)의 챔버창(18)과 가열 광원(30)의 사이에 광학 필터(60)가 설치되어 있다. 본 실시 형태의 광학 필터(60)는, 석영 유리에 바륨(Ba), 비소(As), 안티몬(Sb), 카드뮴(Cd) 등의 금속을 용해시켜 형성되는 판상의 광학 부재이다. 더욱 상세하게는, 석영 유리에 바륨, 비소, 안티몬, 카드뮴으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1이상의 금속을 용해시켜 함유시킨다. 석영 유리에 금속 성분을 함유시킴으로써, 광학 필터(60)를 투과하는 광으로부터 소정 파장역의 광이 반사 또는 흡수되어 컷(차광)된다. 컷되는 파장역은, 석영 유리에 용해시키는 금속의 종류에 의존한다. 본 실시 형태의 광학 필터(60)는, 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷한다.
챔버(10)와 가열 광원(30)의 사이에 광학 필터(60)를 설치함으로써, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시 광이 광학 필터(60)를 투과할 때에, 파장 400㎚ 이하의 자외광이 컷된다. 그리고 남는 파장 400㎚ 이상의 파장역의 성분을 가지는 플래시 광이 광학 필터(60)를 투과하여 유지 플레이트(20)에 유지된 피처리체(8)에 조사되게 된다.
제어부(9)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 다양한 동작 기구를 제어한다. 제어부(9)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(9)는, 각종 연산 처리를 행하는 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 독출 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하여 구성된다. 제어부(9)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)에는, 다양한 구성 요소가 적절히 설치된다. 예를 들면, 챔버 측벽(11)에는, 피처리체(8)를 반입출하기 위한 반송 개구부가 설치되어 있다. 또한, 플래시 램프(FL)로부터의 광 조사에 의한 과잉 온도 상승을 방지하기 위해서, 챔버 측벽(11)에 수냉관을 설치하도록 해도 된다. 또한, 플래시 광을 흡수함에 의한 광학 필터(60)의 가열을 방지하기 위해서, 광학 필터(60)에 냉각 에어를 분사하는 기구를 설치하도록 해도 된다.
다음에, 상기 구성을 가지는 열처리 장치(1)에 있어서의 피처리체(8)의 처리 순서에 대하여 설명한다. 도 2는 열처리 장치(1)에 있어서의 피처리체(8)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 이하에 설명하는 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(9)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행한다.
우선, 챔버(10) 내에 피처리체(8)가 반입된다(단계 S1). 피처리체(8)의 반입은, 열처리 장치(1) 외부의 반송 로봇에 의해서 행하도록 해도 되고, 수동으로 행하도록 해도 된다. 도 3은 피처리체(8)의 구조를 나타내는 단면도이다. 본 실시 형태의 피처리체(8)는, 수지의 기재(81)의 상면에 기능층(82)을 적층하여 구성된다. 기재(81)의 수지로는, PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PET(폴리에틸렌텔레프탈레이트) 등을 채용할 수 있다. 또한, 기능층(82)은, 전극 형성용 은(Ag)의 나노 잉크층이다.
챔버(10) 내에 반입된 피처리체(8)는 유지 플레이트(20)의 상면에 재치되어 유지된다(단계 S2). 피처리체(8)는, 기능층(82)이 형성된 표면을 상면측을 향하여 유지 플레이트(20)에 유지된다. 유지 플레이트(20)의 상면은 내장하는 히터(21)에 의해서 미리 소정 온도로 가열되어 있다. 유지 플레이트(20)의 상면 온도는 제어부(9)에 의해서 제어되어 있다. 피처리체(8)는 유지 플레이트(20)에 재치됨으로써 열 전도에 의해 가열된다.
또한, 피처리체(8)가 챔버(10) 내에 반입되어, 열처리 공간(15)이 밀폐 공간으로 된 후, 챔버(10) 내의 분위기 조정이 행해진다(단계 S3). 본 실시 형태에서는, 가스 공급 기구(40)로부터 챔버(10) 내의 열처리 공간(15)에 질소 가스를 공급함과 더불어, 배기 기구(50)에 의한 배기를 행한다. 이에 따라, 챔버(10) 내에 질소 가스의 기류가 형성되어, 열처리 공간(15)이 질소 분위기로 치환된다.
도 4는, 피처리체(8)의 기능층(82)의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 시각 t1에 피처리체(8)가 챔버(10) 내에 반입되고, 시각 t2에 그 피처리체(8)가 유지 플레이트(20)에 유지된다. 이에 따라, 시각 t2에 유지 플레이트(20)에 의한 피처리체(8)의 예비 가열(어시스트 가열)이 개시되고, 시각 t3에 피처리체(8)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달한다. 피처리체(8)가 유지 플레이트(20)에 의해 가열될 때는, 수지의 기재(81) 및 기능층(82)을 포함하는 피처리체(8)의 전체가 거의 균일하게 가열된다. 따라서, 이 예비 가열의 단계에서는, 기재(81) 및 기능층(82)이 모두 마찬가지로 예비 가열 온도 T1에까지 승온한다. 예비 가열 온도 T1은, 수지의 기재(81)에 열적 손상을 주지 않는 범위(PEN, PET이면 약 120℃ 이하)에서 적절히 설정된다.
이어서, 피처리체(8)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 시각 t4에 제어부(9)의 제어에 의해 가열 광원(30)의 복수의 플래시 램프(FL)가 일제히 점등한다(단계 S4). 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시 광(리플렉터(32)에 의해서 반사된 플래시 광을 포함한다)은 열처리 공간(15)에서 유지 플레이트(20)에 유지된 피처리체(8)를 향한다.
이때, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시 광은, 광학 필터(60)를 투과한 후에 열처리 공간(15)에 입사한다. 본 실시 형태에서는, 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 광학 필터(60)가 가열 광원(30)과 챔버창(18)의 사이에 설치되어 있으므로, 플래시 광이 광학 필터(60)를 투과할 때에 400㎚ 이하의 파장역의 자외광이 컷된다. 그 결과, 챔버(10) 내의 열처리 공간(15)에는, 파장 400㎚ 이하의 자외광이 컷된 플래시 광이 입사되게 된다. 그리고 자외광이 컷된 플래시 광이 유지 플레이트(20)에 유지된 피처리체(8)의 표면에 조사되고, 그 표면에 형성된 기능층(82)이 가열된다.
플래시 램프(FL)로부터 출사되는 플래시 광은, 미리 축적된 정전 에너지가 매우 짧은 광 펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리초 이상 100밀리초 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 플래시 램프(FL)로부터 플래시 광이 조사된 기능층(82)의 온도는, 순간적으로 처리 온도 T2에까지 상승하고, 그 후 급속히 예비 가열 온도 T1에까지 하강한다. 이러한 플래시 가열에 의해서, 기능층(82)에 대한 필요한 열처리가 행해진다. 기능층(82)이 은 나노 잉크이면, 처리 온도 T2는 약 180℃이다
여기서, 플래시 램프(FL)의 조사 시간은 0.1밀리초 이상 100밀리초 이하 정도의 매우 단시간이므로, 피처리체(8)의 표면측에 위치하는 기능층(82)만이 처리 온도 T2에까지 승온되고, 기재(81)는 예비 가열 온도 T1로부터 거의 승온하지 않는다. 본 실시 형태의 처리 온도 T2(180℃)는, PEN 또는 PET의 기재(81)의 내열 온도를 넘는 온도인데, 기능층(82)만이 처리 온도 T2에까지 승온되고 기재(81)는 거의 승온하지 않으므로, 내열성이 부족한 기재(81)에 열적 손상을 주는 것이 방지된다. 그 한편, 기능층(82)에 대해서는 필요한 처리 온도 T2에까지 승온되므로, 확실하게 원하는 열처리가 이루어지게 된다. 즉, 본 실시 형태와 같이 플래시 광 조사에 의해서 피처리체(8)를 가열하면, 내열성이 부족한 기재(81)라도, 기재(81)를 과도하게 가열하지 않고, 기능층(82)을 기재(81)의 내열 온도를 넘는 목표 처리 온도 T2에까지 승온하여 확실한 열처리를 행할 수 있다.
또한, 기재(81)를 구성하는 수지 재료는 내열성이 부족할 뿐만 아니라, 자외광에 의해서도 열화하기 쉽다. 예를 들면, PEN이면 200nm~400nm의 파장역의 광에 의해서 열화하고, PET이면 200nm~380nm의 파장역의 광에 의해서 열화한다.
한편, 도 5는, 크세논의 플래시 램프(FL)의 방사 분광 분포를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 크세논의 플래시 램프(FL)로부터 출사되는 플래시 광에는, 파장 400nm 이하의 자외광 성분도 많이 포함된다. 따라서, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광을 그대로 피처리체(8)에 조사하면, 기재(81)가 자외광 성분을 흡광하여 손상되게 된다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 가열 광원(30)과 챔버창(18)의 사이에 파장 400nm 이하의 자외광을 컷하는 광학 필터(60)를 설치하고, 피처리체(8)의 표면에 조사되는 플래시 광으로부터 파장 400nm 이하의 자외광을 컷하고 있다. 이에 따라, 플래시 광에 포함되는 자외광 성분에 의해서 피처리체(8)의 기재(81)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 그 한편, 피처리체(8)의 표면에 조사되는 플래시 광에는 강도가 비교적 강한 파장 400nm보다도 장파장측의 광이 그대로 포함되어 있으므로, 기능층(82)에 대한 필요한 열처리는 확실하게 실행할 수 있다.
플래시 광 조사에 의한 피처리체(8)의 플래시 가열처리가 종료하여 소정 시간이 경과한 후, 챔버(10)로부터 처리 후의 피처리체(8)가 반출된다(단계 S5). 이에 따라, 열처리 장치(1)에 있어서의 일련의 열처리가 완료된다. 또한, 피처리체(8)를 반출하기 전에, 챔버(10) 내를 대기 분위기로 치환하도록 해도 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 챔버(10) 내의 유지 플레이트(20)와 가열 광원(30)의 플래시 램프(FL)의 사이에, 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 광학 필터(60)를 설치하여 플래시 광 조사를 행하고 있다. 이 때문에, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시 광이 광학 필터(60)를 투과할 때에 400㎚ 이하의 파장역의 자외광이 컷된다. 따라서, 피처리체(8)의 표면에 조사되는 플래시 광에서는 파장 400nm 이하의 자외광이 컷되어 있어, 자외광에 의한 수지의 기재(81)의 손상을 방지할 수 있다.
그 한편, 피처리체(8)의 표면에 조사되는 플래시 광에는 비교적 강도가 강한 파장 400nm보다도 장파장측의 광이 그대로 포함되어 있으므로, 플래시 광 조사에 의해서 피처리체(8)의 기능층(82)을 필요한 처리 온도 T2에까지 승온할 수 있다. 그리고 플래시 램프(FL)의 조사 시간은 0.1밀리초 이상 100밀리초 이하 정도의 매우 단시간이므로, 내열성이 부족한 기재(81)를 과도하게 가열하지 않고, 기능층(82)만을 필요한 처리 온도 T2에까지 가열할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 조사 시간이 매우 짧은 플래시 광으로부터 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷한 광을 피처리체(8)에 조사함으로써, 수지의 기재(81)에 자외광에 의한 손상 및 열적 손상을 주지 않고, 기능층(82)만을 필요한 처리 온도 T2에까지 승온하여 원하는 열처리를 실행할 수 있는 것이다.
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명했는데, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는, PEN 또는 PET의 기재(81)의 상면에 은 나노 잉크의 기능층(82)을 적층한 것을 피처리체(8)로 하고 있는데, 피처리체(8)는 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변화가 가능하다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는 피처리체(8)의 기재(81)를 PEN 또는 PET로 하고 있는데, 이에 대신하여 폴리카보네이트나 아크릴 수지 등의 다른 수지 재료를 이용하도록 해도 된다. 이들 수지 재료도 자외광에 의해서 열화하고, 폴리카보네이트 및 아크릴 수지 모두 200㎚~300㎚의 파장역의 광에 의해서 열화한다. 기재(81)로서 폴리카보네이트 또는 아크릴 수지를 이용하는 경우에는, 광학 필터(60)의 컷 파장역을 300㎚ 이하로 한다. 광학 필터(60)의 컷 파장역의 조정은, 석영 유리에 용해시키는 금속의 종류를 변화시킴으로써 가능하다. 파장 300nm 이하의 자외광을 컷하는 광학 필터(60)를 설치함으로써, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 수지의 기재(81)를 손상시키지 않고, 기능층(82)을 필요한 처리 온도 T2에까지 승온하여 가열처리를 행할 수 있다.
또한, 기재(81)에 적층하는 기능층(82)도 은 나노 잉크에 한정되는 것이 아니라, 구리 등의 다른 금속의 나노 잉크(또는 나노 와이어)여도 된다. 기능층(82)이 구리이면, 상기 실시 형태에 있어서의 처리 온도 T2는 약 400℃가 된다. 또한, 기능층(82)은, 아몰퍼스 실리콘, 도핑 후의 폴리실리콘, ITO(산화인듐주석), 그라비아 잉크 등이어도 된다. 기능층(82)이 ITO인 경우, 처리 온도 T2는 약 220℃가 된다. 또한, 기능층(82)이 실리콘이면, 처리 온도 T2는 900℃ 이상으로 된다.
또한, 피처리체(8)의 구조는 도 6에 나타내는 것과 같은 것이어도 된다. 도 6의 피처리체(8)는, 유리 기판(83)의 상면에 접착제(84)를 이용하여 유리의 기재(81)를 붙이고, 그 기재(81)의 상면에 기능층(82)을 적층하여 구성된다. 접착제(84)로는, 예를 들면 에폭시 수지를 주성분으로 하는 엑폭시계 접착제를 이용할 수 있다. 에폭시계 접착제의 내열 온도는 약 160℃이다. 비교적 강성이 높은 유리 기판(83)을 이용함으로써, 피처리체(8)의 취급은, 수지의 기재(81) 상에 기능층(82)을 적층한 상기 실시 형태보다도 용이해진다. 또한, 필요한 처리가 종료한 후, 기재(81)를 유리 기판(83)으로부터 떼어내고, 기능층(82)을 적층한 기재(81)를 디바이스로서 이용한다.
도 6과 같은 구조를 가지는 피처리체(8)에 대해서도 상기 실시 형태와 동일하게 하여 열처리 장치(1)에 의한 플래시 가열이 행해진다. 유리 기판(83) 및 유리 기재(81)는, 내열성이 풍부하고, 또한 자외광에 의한 열화도 생기지 않는다. 그러나 수지의 접착제(84)는, 상기 실시 형태의 기재(81)와 마찬가지로, 내열성이 부족하고, 자외광에 의해서 열화하기 쉽다. 이 때문에, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 광학 필터(60)에 의해서 피처리체(8)의 표면에 조사되는 플래시 광으로부터 파장 400nm 이하의 자외광을 컷함으로써, 수지의 접착제(84)에 자외광에 의한 손상 및 열적 손상을 주지 않고, 기능층(82)만을 필요한 처리 온도에까지 승온하여 원하는 열처리를 실행할 수 있다.
요컨대, 본 발명에 관련된 열처리 기술에 의해서 처리 대상이 되는 피처리체(8)는 수지를 포함하는 것이면 된다. 도 3의 예에서는 피처리체(8)가 수지의 기재(81)를 포함하고, 도 6의 예에서는 피처리체(8)가 기재(81)를 수지의 접착제(84)로 붙인 구조를 포함한다. 이러한 피처리체(8)에 대하여 본 발명에 관련된 열처리 기술에 의해서 가열처리를 행함으로써, 피처리체(8)에 포함되는 수지를 손상하지 않고, 피처리체(8)를 광 조사 가열할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 석영 유리에 소정의 금속 성분을 함유시킨 것을 광학 필터(60)로서 이용하고 있는데, 이에 한정되는 것은 아니고, 플래시 광으로부터 소정 파장역의 광을 컷할 수 있는 것이면 된다. 예를 들면, 도 7은, 물을 이용한 광학 필터(60)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 7의 광학 필터(60)는, 중공의 유리의 판상 부재(61)의 내부에 물(62)을 봉입하여 구성된다. 물(62)에는 소정 색의 잉크 등이 혼합되어 착색되어 있다. 이에 따라, 광학 필터(60)는 투과하는 플래시 광으로부터 소정 파장역의 광을 컷할 수 있다. 석영 유리에 금속을 용해시켜 함유시키는 것과 비교하여, 물의 착색은 용이하고, 내부의 물(62)을 교환하는 것만으로 광학 필터(60)의 컷 파장역을 간단하게 조정할 수 있다.
또한, 석영 유리의 표면에 금속 또는 금속 산화물의 박막을 성막함으로써 광학 필터(60)를 형성하도록 해도 된다. 다만, 이러한 박막은, 플래시 광 조사시의 급속한 승온에 의해서 박리될 우려가 있기 때문에, 석영 유리에 금속을 용해시키는 쪽이 바람직하다.
또한, 플래시 램프(FL) 자체의 구성을 다른 것으로 함으로써 소정의 파장역의 광을 컷하도록 해도 된다. 구체적으로는, 플래시 램프(FL)의 유리관 내부에 봉입되어 있는 크세논 가스의 가스압을 낮게 하면, 도 5의 방사 분광 분포가 장파장측으로 시프트한다. 그 결과, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시 광 자체로부터 단파장측의 자외광을 컷할 수 있다. 반대로, 플래시 광으로부터 장파장측의 적외광을 컷하는 경우에는, 봉입되어 있는 크세논 가스의 가스압을 높게 하면 된다. 다만, 크세논 가스의 가스압을 변화시키면, 플래시 광의 강도가 낮아지거나, 혹은 플래시 램프(FL)에 손상을 주기 때문에, 상기 실시 형태와 같이 광학 필터(60)에 의해서 소정의 파장역의 광을 컷하는 것이 바람직하다.
또한, 광학 필터(60)가 컷하는 파장역은 400㎚ 이하로 한정되는 것은 아니고, 피처리체(8)에 포함되는 수지의 특성에 따른 적절한 것으로 하면 된다. 예를 들면, 상술한 것처럼, 피처리체(8)에 포함되는 수지가 폴리카보네이트 또는 아크릴 수지이면, 광학 필터(60)가 컷하는 파장역은 300nm 이하이면 된다. 또한, 피처리체(8)에 포함되는 수지가 PEN이면, 200nm~400nm의 파장역의 광에 의해서 열화하기 때문에, 200nm~400nm의 파장역의 광만을 컷하는 광학 필터(60)를 적용하도록 해도 된다. 또한, 피처리체(8)에 포함되는 수지가 장파장의 적외광에 의해서 열화하는 성질을 가지는 경우에는, 적외광을 컷하는 광학 필터(60)를 이용하도록 해도 된다. 즉, 광학 필터(60)가 컷하는 파장역은, 피처리체(8)에 포함되는 수지를 손상시키는 파장역이면 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 유지 플레이트(20)에 히터(21)를 구비하고, 플래시 광 조사 전에 피처리체(8)를 예비 가열하도록 하고 있는데, 처리 온도 T2가 비교적 저온인 경우에는, 플래시 광 조사만에 의해 기능층(82)을 처리 온도 T2에까지 승온시킬 수 있으므로, 히터(21)에 의한 예비 가열은 반드시 필수 요소는 아니다. 다만, 유지 플레이트(20)에 의해서 피처리체(8)를 예비 가열 온도 T1으로 안정되게 가열하고 나서 플래시 광 조사를 행함으로써, 다른 복수의 피처리체(8) 간에서의 온도 이력을 균일하게 할 수 있다.
또한, 유지 플레이트(20)에 냉각 기구를 설치하고, 플래시 가열처리 후의 피처리체(8)를 강제적으로 냉각하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 리플렉터(32)를 설치하도록 하고 있는데, 이에 대신하여, 복수의 플래시 램프(FL)의 각각을 반사막 부착의 램프로 해도 된다. 즉, 각 플래시 램프(FL)의 유리관의 상측 반분에 반사막을 붙이고, 그에 따라 플래시 광을 열처리 공간(15)의 측에 반사한다. 이러한 반사막 부착의 플래시 램프(FL)를 이용하는 경우에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 램프 배열의 양단에 있어서의 플래시 램프(FL)를 다른 플래시 램프(FL)보다도 하방(피처리체(8)에 가까운 쪽)에 배치하고, 피처리체(8)의 주변부의 조도를 높이도록 해도 된다. 이 경우, 램프 배열의 양단의 각각에 있어서, 2개 이상의 플래시 램프(FL)를 피처리체(8)에 근접시켜 배치하도록 해도 된다.
또한, 피처리체(8)가 수지의 기재(81)의 상면에 기능층(82)을 적층한 구조를 가지는 경우에는, 피처리체(8)의 전체가 가요성을 가지므로, 피처리체(8)를 롤러로부터 꺼내고 롤러로 권취하는 롤·투·롤(roll-to-roll) 방식으로 반송하도록 해도 된다. 이 경우, 플래시 램프(FL)를 연속 점등하는 크세논 램프 등으로 해도, 피처리체(8)를 연속하여 반송함으로써 피처리체(8)의 각 위치에는 플래시 광 조사와 동일한 단시간 조사가 행해지게 되므로, 상기 실시 형태와 동일한 처리 결과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에도, 크세논 램프에서 출사된 광으로부터 수지를 손상시키는 파장역을 컷한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가열 광원(30)에 크세논의 플래시 램프(FL)를 구비하고 있는데, 이에 대신하여 크립톤 등의 다른 희가스의 플래시 램프를 이용하도록 해도 된다.
본 발명에 관련된 열처리 방법 및 열처리 장치는, 수지를 포함하는 다양한 피처리체에 적용할 수 있고, 특히 전자 페이퍼 등에 이용되는 플렉시블 디바이스, 플렉시블 디스플레이, 플랫 패널 디스플레이(FPD), 전자 기기, 태양 전지, 연료 전지, 반도체 디바이스 등에 매우 적합하게 이용할 수 있다.
1: 열처리 장치 8: 피처리체
9: 제어부 10: 챔버
15: 열처리 공간 18: 챔버 창
20: 유지 플레이트 21: 히터
30: 가열 광원 32: 리플렉터
40: 가스 공급 기구 50: 배기 기구
60: 광학 필터 81: 기재
82: 기능층 83: 유리 기판
84: 접착제 FL: 플래시 램프

Claims (11)

  1. 수지를 포함하는 피처리체에 대하여 광을 조사함으로써 상기 피처리체를 가열하는 열처리 방법으로서,
    광원에서 출사된 광으로부터 상기 수지를 손상시키는 파장역을 컷한 광을 상기 피처리체에 조사하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원에서 출사된 광으로부터 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광원에서 출사된 광을 필터를 투과시킴으로써 파장 400㎚ 이하의 자외광을 컷하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체는 수지의 기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체는 기재를 수지의 접착제로 붙인 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 수지를 포함하는 피처리체에 대하여 광을 조사함으로써 상기 피처리체를 가열하는 열처리 장치로서,
    상기 피처리체를 유지하는 유지 수단과,
    상기 유지 수단에 유지된 상기 피처리체에 광을 조사하는 광원과,
    상기 유지 수단과 상기 광원의 사이에 설치되어, 상기 수지를 손상시키는 파장역을 컷하는 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 필터는 파장 400nm 이하의 자외광을 컷하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 필터는, 착색된 물을 봉입한 판상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 광원은 플래시 광을 조사하는 플래시 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체는 수지의 기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체는 기재를 수지의 접착제로 붙인 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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