WO2017146084A1 - 光照射式加熱処理装置 - Google Patents

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light
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健仁 小笹
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国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05C9/08—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation
    • B05C9/14—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation the auxiliary operation involving heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05C13/02—Means for manipulating or holding work, e.g. for separate articles for particular articles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns

Definitions

  • the present invention relates to a light irradiation type heat treatment apparatus suitable for baking ink for electronic materials and the like formed on a substrate.
  • a process of removing organic substances such as solvents and dispersion materials and sintering by high-temperature heat treatment In order for the ink-like electronic material thin film applied by printing or the like to exhibit its performance, it is necessary to perform a process of removing organic substances such as solvents and dispersion materials and sintering by high-temperature heat treatment.
  • a light irradiation apparatus using a lamp light source as a heat source as well as a heat source such as a high-temperature furnace or a hot plate is used.
  • a high energy continuous light source such as a xenon lamp is used.
  • a method has been proposed in which a laser or flash lamp is used as a light source and light is applied to an electronic material coating film on a flexible substrate.
  • Lasers and flash lamps have an extremely short irradiation time of 10 ⁇ 6 to 10 ⁇ 3 seconds, which has the effect of quickly lowering the temperature of the plastic substrate that has been raised by light irradiation. High performance of electronic materials can be achieved at the same time.
  • Patent Document 1 As a result of research on prior literature related to the present application, as a conductive thin film manufacturing technique, a coating process in which conductive ink in which metal particles are dispersed is applied onto a substrate and a baking process in which the applied ink is light-baked are known.
  • Patent Document 1 it is described that it is preferable to heat and dry the ink before firing.
  • a photon radiation source is located at one focal point of a device having two reflecting surfaces, and the substrate is located at the other focal point. And an apparatus that positions the substance and exposes it from both sides of the substance by reflected light from the reflecting surface (see Patent Document 2).
  • the above-mentioned photo-baking process irradiates the film surface with high-density light energy and the temperature rises rapidly, so that the film surface is bumped and the film is broken or peeled off from the substrate. There is.
  • the present invention is intended to solve these problems, and the present invention provides a light irradiation type heat treatment apparatus that does not cause problems of performance degradation and film destruction caused by a high-density and short-time photo-baking process.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention has the following features in order to achieve the above object.
  • the light irradiation type heat treatment apparatus of the present invention is a light irradiation type heat treatment apparatus for firing a coating film formed on a substrate, and includes a drying light source for drying the coating film, and a firing light source, One of the light source for baking and the light source for drying is disposed at a position where light is irradiated from the substrate side, and the other is disposed at a position where light is irradiated from the coating film side.
  • the firing light source and the drying light source are disposed at positions facing each other with the substrate interposed therebetween.
  • the light irradiation type heat treatment apparatus includes at least one of an apparatus for moving the substrate in parallel and an apparatus for rotating the substrate.
  • the drying light source is provided and the arrangement of the drying light source and the firing light source is set to a specific arrangement, it is possible to solve the conflicting problems in the conventional light firing with high energy light. As a result, it is possible to improve the desired characteristics by sufficient firing in the electronic material thin film and the like, and to prevent deterioration of the film quality due to damage to the thin film and peeling from the substrate.
  • the light irradiation type heat treatment apparatus of the present invention makes it possible to produce a high-performance and high-quality electronic material thin film by a printing method.
  • the apparatus of the present invention can be sufficiently baked over the entire thickness of the coating film of the electronic material ink printed and formed on the substrate as compared with conventional light drying and light baking, the intended high electrical performance, etc. Can be expressed.
  • a light source for light baking and a light source for light drying are irradiated on the substrate having the coating film from the same direction, the film is peeled off from the substrate or the target metal film cannot be obtained.
  • the specific arrangement and combination of the light irradiation light sources as in the present invention can suppress the deterioration of the film quality of the thin film or the substrate, and is suitable for simultaneous processing and continuous processing of a plurality of substrates. It is advantageous for manufacturing.
  • the apparatus of the present invention is manufactured by various coating methods including printing processes such as electronic materials such as conductors, semiconductors, resistors, dielectrics, magnetic bodies, insulators, optical materials, coating materials, surface modification materials, etc. Since it is an effective technology for firing inks in possible materials, it is possible to realize a film with desired characteristics according to the application by appropriately selecting the type of ink, light energy used for light drying and light irradiation, irradiation conditions, etc. it can.
  • the present inventor has paid attention to a light baking apparatus in a step of baking a film formed on a substrate by applying ink such as an electronic material by printing or the like.
  • the light irradiation apparatus includes a light source for firing that enables light irradiation in a high density and in a short time and a light source for drying for performing weaker light irradiation before the firing step.
  • a light source capable of high-energy and short-time light irradiation necessary to sufficiently sinter an electronic material thin film while minimizing damage to the substrate by light irradiation is desirable.
  • a pulse light source such as a flash lamp or a laser is suitable.
  • the light source is composed of one or more lamps or lasers.
  • short-time irradiation may be realized by generating pulsed light through a liquid crystal shutter or the like on a continuous light source such as a xenon lamp.
  • High energy means that the irradiation energy density per unit time is large, or the light irradiation time to the thin film per unit time is long, or both.
  • a light source for drying it is desirable to continuously irradiate light with lower energy than a light source for baking.
  • a halogen lamp, an infrared lamp, a far infrared lamp, or the like is suitable.
  • the light source is composed of one or more lamps.
  • the main purpose of the light source for drying is to increase the adhesion to the substrate by evaporating the solvent and low-boiling substances on the surface of the thin film exposed to light and partially solidifying the thin film, or by thermal diffusion from the surface of the thin film. It is to increase the heating effect of the thin film by light baking.
  • Low energy means that the irradiation energy density per unit time is small, or the light irradiation time to the thin film per unit time is short, or both.
  • the present inventor arranges the light source for drying and the light source for baking at positions facing each other centering on the substrate coated with the electronic material ink, and the light from each light source is directed in the direction facing the substrate ( We found that irradiation from the opposite direction was the most effective.
  • the present inventor relates to the light irradiation from the light source for drying and the light source for baking, the light irradiation from the substrate surface side and the light from the substrate opposite surface side to the thin film of electronic material ink on the substrate It has been found that the same effect as described above can be obtained by providing a mechanism for moving or rotating the substrate so as to enable irradiation of light from surfaces facing each other.
  • a substrate used in the present invention a glass substrate and a polymer film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN) are transparent and transmit light, and thus suitable for performing the baking process according to the embodiment of the present invention. ing.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the substrate made of metal foil, ceramic, or resin is opaque and does not transmit visible light, if it can transmit infrared light from an infrared lamp, by using infrared light as a light source, It is possible to perform a firing process according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic material examples include a conductor, a resistor, a semiconductor, an insulator, a dielectric, and a magnetic material.
  • the composition of the electronic material include gold, silver, copper, aluminum, and indium oxide as the conductor, tungsten oxide, aluminum oxide, and the like as the resistor, and silicon, germanium, zinc oxide, and cadmium sulfide as the semiconductor.
  • the insulator examples include silicon oxide and aluminum oxide
  • examples of the dielectric include silicon oxide, zirconium oxide, and titanium oxide
  • examples of the magnetic body include manganese oxide and nickel oxide.
  • the ink for the electronic material is preferably an ink containing a single metal or a compound, and a metal film or a metal oxide film can be obtained by a firing process.
  • the coating film that can use the apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to an electronic material.
  • an electronic material there are optical materials, coating materials, surface modifying materials, and the like.
  • FIGS. 1 to 6 are conceptual diagrams of a light irradiation type heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the baking process using the apparatus according to the embodiment of the present invention light irradiation from the drying light source 3 and the baking light source 4 is performed simultaneously or on the thin film 2 of the electronic material ink formed on the surface of the substrate 1. Perform sequentially.
  • the thin film of the electronic material ink is sintered and becomes an electronic material thin film that expresses the required electronic performance.
  • the light irradiation type heat treatment apparatus of the present embodiment is an apparatus in which a drying light source 3 and a firing light source 4 are arranged at positions facing the surface of the substrate 1 as shown in FIGS. 1 and 2. .
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate stage 5 is irradiated with light from the drying light source 3 from the lower surface (substrate surface), and from above (from the substrate opposite surface side). Light irradiation is performed from the firing light source 4.
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate stage 5 is irradiated with light from the drying light source 3 from above (the substrate opposite surface side), and from the lower surface (substrate surface). Light irradiation from the firing light source 4 is performed.
  • the drying light source 3 and the firing light source 4 are disposed at positions opposite to each other with respect to the substrate surface, and the substrate is mounted. It is an apparatus provided with the apparatus 7 to move in parallel.
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate holder 6 is irradiated with light from the drying light source 3 from the lower surface (substrate surface) and moved by the substrate parallel movement device 7.
  • the light from the firing light source 4 is irradiated from above (on the opposite side of the substrate).
  • FIG. 3 the drying light source 3 and the firing light source 4 are disposed at positions opposite to each other with respect to the substrate surface, and the substrate is mounted. It is an apparatus provided with the apparatus 7 to move in parallel.
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate holder 6 is irradiated with light from the drying light source 3 from the lower surface (substrate surface) and moved by the substrate parallel movement device 7.
  • the light from the firing light source 4 is irradiated from above (on
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate holder 6 is irradiated with light from the drying light source 3 from above (on the opposite side of the substrate) and moved by the substrate parallel movement device 7.
  • the light is emitted from the firing light source 4 from the lower surface (substrate surface).
  • the light irradiation type heat treatment apparatus of the present embodiment has the drying light source 3 and the firing light source 4 arranged on the same side (same direction) with respect to the substrate surface, and It is an apparatus provided with the apparatus 8 which reverses and translates a board
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate holder 6 is irradiated with light from the drying light source 3 from above (the substrate surface side), and the substrate rotational movement device 8 performs the irradiation. After the substrate is rotated (inverted upside down), light from the firing light source 4 is irradiated from above (on the opposite side of the substrate).
  • the substrate rotational movement device 8 performs the irradiation.
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate holder 6 is irradiated with light from the drying light source 3 from above (on the opposite side of the substrate), and the substrate rotation moving device 8. After the substrate rotation (upside down) movement due to the above, the light from the firing light source 4 is irradiated from above the substrate (substrate surface side).
  • Example 1 A conductive material thin film mainly made of silver was produced on a glass substrate by spin coating. This was immediately installed in the light irradiation type heat treatment apparatus of FIG. 5, and light irradiation from the back surface of the substrate was performed by an apparatus provided with a light drying light source to dry the bonding surface of the thin film and the substrate. Next, the thin film was fired by irradiating light from above the substrate (on the opposite side of the substrate) with an apparatus equipped with a light firing light source, and then the substrate was taken out to obtain a conductive thin film. When the obtained conductive thin film was examined, it was confirmed that the conductive thin film had a specular gloss and a silver thin film was formed. When the resistivity of the conductive thin film was measured by the four probe method, a value of 0.9 m ⁇ ⁇ cm was obtained.
  • Example 2 A conductive material thin film mainly composed of silver was formed on a polyethylene naphthalate (PEN) film by a spin coating method. This was immediately installed in the light irradiation type heat treatment apparatus of FIG. 5, and light irradiation from the back surface of the substrate was performed by an apparatus provided with a light drying light source to dry the bonding surface of the thin film and the substrate. Next, the thin film was fired by irradiating light from above the substrate (on the opposite side of the substrate) with an apparatus equipped with a light firing light source, and then the substrate was taken out to obtain a conductive thin film. When the obtained conductive thin film was examined, it was confirmed that the conductive thin film had a specular gloss and a silver thin film was formed. When the resistivity of the conductor thin film was measured by the four probe method, a value of 0.44 m ⁇ ⁇ cm was obtained.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • Example 3 A conductive material thin film mainly made of silver was produced on a glass substrate by spin coating. This was immediately installed in the light irradiation type heat treatment apparatus of FIG. 6, and the surface of the thin film was dried by irradiating light from above the substrate (on the opposite side of the substrate) with an apparatus equipped with a light drying light source. Next, the thin film was fired by irradiating light from the back surface (substrate surface side) of the substrate with a device equipped with a light firing light source, and then the substrate was taken out to obtain a conductive thin film. When the obtained conductive thin film was examined, it was confirmed that the conductive thin film had a specular gloss and a silver thin film was formed. When the resistivity of the conductor thin film was measured by the four probe method, a value of 3.8 ⁇ ⁇ cm was obtained.
  • the apparatus of FIG. 7 is an apparatus provided with the apparatus 7 which arrange
  • the electronic material ink film 2 on the substrate 1 held by the substrate holder 6 is irradiated with light from the drying light source 3 from above (on the side opposite to the substrate), and the substrate parallel movement device 7 After the movement, the light from the firing light source 4 is also irradiated from above (on the opposite side of the substrate).
  • the light source for drying and the light source for baking used the same thing as an Example.
  • a conductive material thin film mainly made of silver was produced on a glass substrate by a spin coating method. This was immediately installed in the light irradiation apparatus of FIG. 7, and the thin film surface was dried by irradiating light from above the substrate (on the side opposite to the substrate) by an apparatus equipped with a light drying light source. Next, the thin film was baked by irradiating light from above the substrate (on the opposite side of the substrate) with an apparatus equipped with a light source for light baking, and then the substrate was taken out. When the surface of the substrate was observed, the conductive thin film was peeled off from the substrate, and the thin film material remaining on the substrate did not have a metallic luster, and it was confirmed that no silver thin film was formed.
  • the present invention provides an apparatus for efficiently producing a high-performance electronic device on a transparent substrate such as glass or plastic, and can increase the manufacturing process speed and area, which is industrially useful. is there. As a result, it is possible to manufacture electronic paper and electronic tags, which are premised on mass production for mass production, with energy saving and low load, which is extremely useful for the device manufacturing industry.

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Abstract

導電性インク等を塗布又は印刷形成した電子材料用塗布膜の製造技術において、高密度かつ短時間での光焼成プロセスにより生じる性能低下や膜の破壊の問題を発生させない光照射式加熱処理装置を提供する。基板上に形成された塗布膜を焼成する光照射式加熱処理装置において、塗布膜を乾燥する乾燥用光源と焼成用光源とを備え、焼成用光源及び乾燥用光源のうちのいずれか一方を、基板側から光を照射する位置に配置し、他方を、塗布膜側から光を照射する位置に配置する。例えば、焼成用光源と前記乾燥用光源は、互いに、基板を挟んで対向する位置に配置する。例えば、光照射式加熱処理装置は、基板を並行に移動する装置及び基板を回転移動する装置の少なくとも１以上を備える。

Description

光照射式加熱処理装置
　本発明は、基板上に形成した電子材料用等のインクの焼成に適する光照射式加熱処理装置に関する。
　近年、印刷工法によって導体や半導体等の電子材料用インクから成る薄膜を基板上にパターニングすることにより、電子機器を製造する印刷エレクトロニクス技術が注目されている。
　印刷などにより塗布されたインク状の電子材料の薄膜がその性能を発揮するためには、高温加熱処理により溶剤や分散材料等の有機物の除去や焼結する工程が必要である。高温加熱処理のための装置には高温炉やホットプレート等の熱源だけではなくランプ光源を熱源とする光照射装置が用いられている。照射光源としては、例えばキセノンランプ等の高エネルギー連続光源が用いられる。
　しかしながら、印刷エレクトロニクス技術によりその実用化が期待されているフレキシブル電子デバイスにおいては、耐熱性の低いプラスチック基板上に形成した電子材料を加熱処理する必要がある。電子材料の高性能化のために、基板耐熱温度以上の加熱処理を行うと、基板が劣化する問題があった。
　そこで、光源としてレーザーやフラッシュランプを用い、フレキシブル基板上の電子材料塗布膜に光を照射する方法が提案されている。レーザーやフラッシュランプは１回の照射時間が１０-6秒から１０-3秒と極めて短いことから、光照射によって上昇したプラスチック基板の温度を速やかに下げる効果があり、熱による基板劣化の抑制と電子材料の高性能化を両立できる。
　本願に関連した先行文献調査をしたところ、導電性薄膜の製造技術として、金属粒子を分散した導電性インクを基板上に塗布する塗布工程と、塗布されたインクを光焼成する焼成工程が知られている（特許文献１参照）。また、該特許文献１では、インクを焼成する前に加熱乾燥することが好ましい、と記載されている。また、透明な基板表面上の導電性インク等の物質を硬化又は焼結させるための装置として、２つの反射面を有する装置の一方の焦点に光子放射源を位置させ、他方の焦点に該基板及び該物質を位置させ、該反射面による反射光により、該物質の両面から露光させる装置が、知られている（特許文献２参照）。
特開２０１５－７７５９０号公報 特表２０１２－５０４３３３号公報
　レーザーやフラッシュランプを用いて、電子材料の高性能化に必要な光エネルギーを、短時間かつ高密度に電子材料塗布膜に照射する光焼成プロセスを行った場合に、膜全体の焼成が進行せず、十分な電子材料の性能が得られないという問題がある。これは、照射する光エネルギーが膜内部まで届かず薄膜の表面にのみ集中するためであると考えられる。
　さらに、上述の光焼成プロセスによって、膜表面に高密度の光エネルギーが照射されて急激に温度が上昇するために、膜表面の突沸により、膜の破壊や基板からの剥離が生起されるという問題がある。
　本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、本発明は、高密度かつ短時間での光焼成プロセスにより生じる性能低下や膜の破壊の問題を発生させない光照射式加熱処理装置を提供することを目的とする。
　本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。
　本発明の光照射式加熱処理装置は、基板上に形成された塗布膜を焼成する光照射式加熱処理装置であって、前記塗布膜を乾燥する乾燥用光源と、焼成用光源とを備え、前記焼成用光源及び前記乾燥用光源のうちのいずれか一方を、前記基板側から光を照射する位置に配置し、他方を、前記塗布膜側から光を照射する位置に配置することを特徴とする。例えば、前記焼成用光源と前記乾燥用光源は、互いに、基板を挟んで対向する位置に配置されている。例えば、前記光照射式加熱処理装置は、基板を並行に移動する装置及び基板を回転移動する装置の少なくとも１以上を備える。
　本発明では、乾燥用光源を設け、乾燥用光源と焼成用光源の配置を特定の配置に設定するので、従来の高エネルギー光による光焼成における相反する問題を解決することができる。その結果、電子材料薄膜等において十分な焼成による所望の特性の向上を図ると共に、薄膜の破損や基板からの剥離等による膜質の低下を防止することができる。
　本発明の光照射式加熱処理装置により、高性能で高品質の電子材料薄膜を印刷手法により製造することが可能となる。
　本発明の装置は、従来の光乾燥及び光焼成に比べ、基板上に印刷形成した電子材料インクの塗布膜の厚み全体に亘って十分に焼成することができるので、目的とする高い電気性能等を発現させることができる。光焼成用の光源と光乾燥用の光源を、塗布膜を有する基板に、同じ方向から照射した場合には、基板から膜が剥離したり、目的とする金属膜が得られない。これに対して、本願発明のような光照射光源の特定の配置及び組み合わせにより、薄膜や基板の膜質の低下を抑制でき、さらに、複数枚の基板の同時処理並びに連続処理に適するので、工業的製造に有利である。
　本発明の装置は、導電体、半導体、抵抗体、誘電体、磁性体、絶縁体等の電子材料の他、光学材料、被膜材料、表面修飾材料等、印刷工程を含む種々の塗布法により製造可能な材料におけるインク焼成に有効な技術であるので、インクの種類、光乾燥及び光照射に用いる光エネルギー及び照射条件等を、適宜選定することにより、用途に応じた所望の特性の膜を実現できる。
第１の実施の形態における光照射式加熱処理装置を示す模式図である。 第１の実施の形態における光照射式加熱処理装置の変形例を示す模式図である。 第２の実施の形態における光照射式加熱処理装置を示す模式図である。 第２の実施の形態における光照射式加熱処理装置の変形例を示す図である。 第３の実施の形態における光照射式加熱処理装置を示す模式図である。 第３の実施の形態における光照射式加熱処理装置の変形例を示す図である。 比較例のための光照射式加熱処理装置を示す模式図である。
　本発明の実施の形態について以下説明する。
　本発明者は、電子材料等のインクを印刷等の塗布により基板上に形成した膜を焼成する工程における光焼成装置に、着目したものである。
　本発明の実施の形態では、目的の異なる光を同時もしくは逐次的に照射するための、独立に制御可能な光照射式加熱処理装置を、備えることを実現した。本発明の実施の形態では、光照射装置は、高密度かつ短時間に光照射を可能とする焼成用光源と焼成工程の前により弱い光の照射を行うための乾燥用光源を有する。
　焼成用の光源としては、基板への光照射によるダメージを最小限に抑えつつ、電子材料薄膜を十分に焼結させるために必要な、高エネルギーかつ短時間の光照射を可能とする光源が望ましい。この光源としては、フラッシュランプやレーザー等のパルス光源が適している。光源は１以上のランプやレーザー等から構成される。また、キセノンランプ等の連続光源に液晶シャッター等を通じてパルス光を生成することによって、短時間照射を実現してもよい。高エネルギーとは、単位時間当たりの照射エネルギー密度が大きい、あるいは、単位時間当たりの薄膜への光照射時間が長い、あるいはその両方の事をいう。
　乾燥用の光源としては、焼成用の光源より低エネルギーの光を連続的に照射することが望ましい。この光源としては、ハロゲンランプや赤外ランプ、遠赤外ランプ等が適している。光源は１以上のランプ等から構成される。また、乾燥用の光源の主たる目的は、光が当たる薄膜表面の溶剤や低沸点物質を蒸発させ薄膜を部分的に固化させることにより基板との接着力を高めること、あるいは薄膜表面からの熱拡散を小さくすることにより光焼成による薄膜の加熱効果を高めることにある。低エネルギーとは、単位時間当たりの照射エネルギー密度が小さい、あるいは、単位時間当たりの薄膜への光照射時間が短い、あるいはその両方の事をいう。
　本発明者は、乾燥用の光源と焼成用の光源を、電子材料インクを塗布した基板を中心に、対向する位置に配置し、それぞれの光源からの光を、基板に対して対向する方向（反対方向）から照射することが、最も効果的であることを見いだした。
　また、本発明者は、乾燥用の光源と焼成用の光源からの光照射に関して、基板上の電子材料インクの薄膜に対して、基板面側からの光照射と、基板反対面側からの光照射という、互いに対向する面側からの光照射を可能とするように、基板を移動もしくは回転させる機構を備えることによって、前述と同様の効果が得られることを見いだした。
　乾燥用の光源もしくは焼成用の光源のどちらか一方の照射する光は、基板の裏面を通じて電子材料等に到達するため、電子材料等を印刷する基板には、裏面からの照射光を通過する材料が用いられる。本発明で用いる基板として、ガラス基板、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリマーフィルムは、透明で光を透過するので、本発明の実施形態による焼成工程を行うために適している。金属箔やセラミック、樹脂からなる基板は、不透明で可視光を透過しないものであっても、赤外ランプからの赤外光を通過させるものであれば、光源として赤外光を用いることにより、本発明の実施形態による焼成プロセスを行うことが可能である。
　本発明の実施形態によって基板上に製造される電子材料の材質や形状については特に制限はない。電子材料としては、例えば、導電体、抵抗体、半導体、絶縁体、誘電体、磁性体等が挙げられる。電子材料の組成の例として、導電体としては、金、銀、銅、アルミニウム、酸化インジウム等、抵抗体としては、酸化タングステン、酸化アルミニウム等、半導体としては、シリコン、ゲルマニウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム等、絶縁体としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム等、誘電体としては、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化チタン等、磁性体としては、酸化マンガン、酸化ニッケル等が挙げられる。本発明の実施の形態において使用する電子材料インクとしては、導電性インク、誘電体インク、抵抗体インク、半導体インク、磁性体インク等が使用できる。
　電子材料用のインクは、金属の単体や化合物を含むインクが好ましく、焼成プロセスにより、金属膜や金属酸化物膜などが得られる。
　また、本発明の実施の形態の装置を使用できる塗布膜は、電子材料用に制限されない。例えば、光学材料、被膜材料、表面修飾材料等がある。
　本発明の実施形態について、図１乃至６を参照して以下に説明する。図１乃至６は、本発明の実施の形態における光照射式加熱処理装置の概念図である。本発明の実施の形態の装置を使用する焼成プロセスでは、基板１の表面に形成された電子材料インクの薄膜２に対して、乾燥用光源３および焼成用光源４からの光照射を、同時もしくは逐次的に実施する。該焼成プロセスにより、電子材料インクの薄膜は焼結し、求められる電子性能を発現する電子材料薄膜となる。
（第１の実施の形態）
　本実施の形態の光照射式加熱処理装置は、図１及び図２に示すように、乾燥用光源３および焼成用光源４を、基板１の面に対して対向する位置に配置した装置である。図１では、基板ステージ５に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、下面（基板面）より乾燥用光源３からの光照射が行われ、上方（基板反対面側）より焼成用光源４から光照射が行われる。図２では、基板ステージ５に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、上方（基板反対面側）より乾燥用光源３からの光照射が行われ、下面（基板面）より焼成用光源４からの光照射が行われる。
（第２の実施の形態）
　本実施の形態の光照射式加熱処理装置は、図３及び図４に示すように、乾燥用光源３および焼成用光源４を、基板面に対して互いに反対の位置に配置し、かつ基板を並行移動させる装置７を具備する装置である。図３では、基板保持具６に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、下面（基板面）より乾燥用光源３からの光が照射され、基板並行移動装置７による移動後に、上方（基板反対面側）より焼成用光源４からの光が照射される。図４では、基板保持具６に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、上方（基板反対面側）より乾燥用光源３から光照射され、基板並行移動装置７による移動後に、下面（基板面）より焼成用光源４から光照射される。
（第３の実施の形態）
　本実施の形態の光照射式加熱処理装置は、図５及び図６に示すように、乾燥用光源３および焼成用光源４を、基板面に対して同じ側（同じ向き）に配置し、且つ基板を反転及び平行移動させる装置８を具備する装置である。図５では、基板保持具６に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、図面上方（基板面側）より乾燥用光源３からの光が照射され、基板回転移動装置８による基板回転（上下反転）移動後に、上方（基板反対面側）より焼成用光源４からの光が照射される。図６では、基板保持具６に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、図面上方（基板反対面側）より乾燥用光源３からの光が照射され、基板回転移動装置８による基板回転（上下反転）移動後に、図面上方（基板面側）より焼成用光源４からの光が照射される。
　次に、本発明の上記実施形態の装置を用いて電子材料薄膜の製造した実施例、及び本発明の効果を説明するための比較例を示す。
（実施例１）
　ガラス基板上に銀を主原料とする導電材料薄膜を、スピンコート法により作製した。これを直ちに図５の光照射式加熱処理装置に設置し、光乾燥用光源を備える装置による基板裏面からの光照射を行い、薄膜と基板の接合面を乾燥させた。次に、光焼成用光源を備える装置による基板上方（基板反対面側）からの光照射を行い薄膜の焼成処理を行い、その後、基板を取り出して導電薄膜を得た。得られた導電薄膜を調べたところ、導電薄膜は鏡面光沢を有しており、銀薄膜が形成されていることを確認した。導体薄膜の抵抗率を四端子法により測定したところ、０.９ｍΩ・ｃｍの値を得た。
（実施例２）
　ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム上に銀を主原料とする導電材料薄膜をスピンコート法により作製した。これを直ちに図５の光照射式加熱処理装置に設置し、光乾燥用光源を備える装置による基板裏面からの光照射を行い、薄膜と基板の接合面を乾燥させた。次に、光焼成用光源を備える装置による基板上方（基板反対面側）からの光照射を行い薄膜の焼成処理を行い、その後、基板を取り出して導電薄膜を得た。得られた導電薄膜を調べたところ、導電薄膜は鏡面光沢を有しており、銀薄膜が形成されていることを確認した。導体薄膜の抵抗率を四端子法により測定したところ、０.４４ｍΩ・ｃｍの値を得た。
（実施例３）
　ガラス基板上に銀を主原料とする導電材料薄膜を、スピンコート法により作製した。これを直ちに図６の光照射式加熱処理装置に設置し、光乾燥用光源を備える装置による基板上方（基板反対面側）からの光照射を行い、薄膜の表面を乾燥させた。次に光焼成光源を備える装置による基板裏面（基板面側）からの光照射を行い薄膜の焼成処理を行い、その後、基板を取り出して導電薄膜を得た。得られた導電薄膜を調べたところ、導電薄膜は鏡面光沢を有しており、銀薄膜が形成されていることを確認した。導体薄膜の抵抗率を四端子法により測定したところ、３.８μΩ・ｃｍの値を得た。
（比較例１）
　比較例を作製するために、図７の装置を準備した。図７の装置は、乾燥用光源３および焼成用光源４を、基板面に対して同じ側（同じ向き）に配置し、かつ基板を並行移動させる装置７を具備する装置である。図７では、基板保持具６に把持される基板１上の電子材料インク膜２に対して、上方（基板反対面側）より乾燥用光源３からの光が照射され、基板並行移動装置７による移動後に、同じく上方（基板反対面側）より焼成用光源４からの光が照射される。なお、乾燥用光源及び焼成用光源は、実施例と同様のものを使用した。
　ガラス基板上に銀を主原料とする導電材料薄膜をスピンコート法により作製した。これを直ちに図７の光照射装置に設置し、光乾燥用光源を備える装置による基板の上方（基板反対面側）からの光照射を行い、薄膜表面を乾燥させた。次に光焼成用光源を備える装置による基板上方（基板反対面側）からの光照射を行い薄膜の焼成処理を行い、その後、基板を取り出した。基板表面を観察したところ、導体薄膜は基板から剥離しており、また基板上に残る薄膜材料は金属光沢を有しておらず、銀薄膜が形成されなかったことを確認した。
　なお、上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。
　本発明によって、ガラスやプラスチック等の透明基板上に高性能の電子素子を効率的に製造するための装置が提供され、製造工程の高速化と大面積化が可能となるので、産業上有用である。また、その結果、大量生産が社会への普及の前提となる電子ペーパーや電子タグを省エネルギー且つ低負荷で製造することが可能となるので、デバイス製造産業等にとって極めて有用である。
　１　　　基板
　２　　　電子材料インク膜
　３　　　乾燥用光源
　４　　　焼成用光源
　５　　　基板ステージ
　６　　　基板保持具
　７　　　基板並行移動装置
　８　　　基板回転移動装置

 

Claims (3)

  1. 　基板上に形成された塗布膜を焼成する光照射式加熱処理装置であって、
    　前記塗布膜を乾燥する乾燥用光源と、焼成用光源とを備え、
    　前記焼成用光源及び前記乾燥用光源のうちのいずれか一方を、前記基板側から光を照射する位置に配置し、他方を、前記塗布膜側から光を照射する位置に配置することを特徴とする光照射式加熱処理装置。
  2. 　前記焼成用光源と前記乾燥用光源は、互いに、基板を挟んで対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光照射式加熱処理装置。
  3. 　前記光照射式加熱処理装置は、基板を並行に移動する装置及び基板を回転移動する装置の少なくとも１以上を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の光照射式加熱処理装置。

     
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