特許 6093136 熱処理方法および熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6093136

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】熱処理方法および熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/26 F

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-212776(P2012-212776)

(22)【出願日】2012年9月26日

(65)【公開番号】特開2014-67904(P2014-67904A)

(43)【公開日】2014年4月17日

【審査請求日】2015年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】木村 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】渋田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】鍬田 豊

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５０１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２２３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０６１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１３２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１９８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１５２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６５７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６１２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２００６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７２１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３８７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表層よりも下側に樹脂を含む被処理体に対して光を照射することによって当該被処理体を加熱する熱処理方法であって、
前記被処理体は基材をエポキシ樹脂の接着剤にて貼設した構造を含み、
前記被処理体の表層には前記基材の上面に金属ナノインクの機能層が積層され、
前記被処理体の表層に対して１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射して前記被処理体を加熱することを特徴とする熱処理方法。

【請求項2】

請求項１記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ光をフィルタを透過させて前記被処理体に照射することを特徴とする熱処理方法。

【請求項3】

請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタを透過させることにより前記フラッシュ光から所定の波長域をカットして前記被処理体に照射することを特徴とする熱処理方法。

【請求項4】

請求項３記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットすることを特徴とする熱処理方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記被処理体は樹脂の基材を含むことを特徴とする熱処理方法。

【請求項6】

表層よりも下側に樹脂を含む被処理体に対して光を照射することによって当該被処理体を加熱する熱処理装置であって、
前記被処理体は基材をエポキシ樹脂の接着剤にて貼設した構造を含み、
前記被処理体の表層には前記基材の上面に金属ナノインクの機能層が積層され、
前記被処理体を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された前記被処理体の表層にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプの発光を制御してフラッシュ光の照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とする発光制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。

【請求項7】

請求項６記載の熱処理装置において、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられたフィルタをさらに備えることを特徴とする熱処理装置。

【請求項8】

請求項７記載の熱処理装置において、
前記フィルタは、前記フラッシュ光から所定の波長域をカットすることを特徴とする熱処理装置。

【請求項9】

請求項８記載の熱処理装置において、
前記フィルタは、前記フラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットすることを特徴とする熱処理装置。

【請求項10】

請求項６から請求項９のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記被処理体は樹脂の基材を含むことを特徴とする熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂を基材または接着剤として含む被処理体に対して光を照射することによって当該被処理体を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物（ドーパント）の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。

【0003】

近年、半導体デバイスのさらなる微細化の進展にともなって、より浅い接合が求められており、フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）によって不純物を極めて短時間加熱して拡散を抑制しつつ活性化させる技術が試みられている。しかし、フラッシュランプアニールにおいては、照射時間が極めて短く、強度の強いフラッシュ光を照射するが故に、ウェハーが割れたり、均一な温度分布が得られにくいという問題があった。

【0004】

そこで、フラッシュランプとウェハーとの間に、透過率の調整された板状部材を設け、フラッシュランプから照射されるフラッシュ光の一部または全部を減光する技術が特許文献１，２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−１２３８０７号公報

【特許文献2】特開２００９−２６００６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方、近年、電子ペーパーなどに代表される薄くてフレキシブルな電子機器が注目されている。このようなフレキシブルな電子機器の製造工程においても、樹脂などの基材の表面に電極などの機能層を積層した被処理体のアニール処理が必須となる。

【0007】

従来、樹脂を基材とした被処理体のアニール処理は、比較的低温のオーブンによって数時間をかけて行うのが一般的であった。樹脂はシリコンやガラスの基板と比較して耐熱性が著しく低いため、オーブンの温度は比較的低温とせざるを得なかった。

【0008】

ところが、近年急速に展開されるフレキシブルな電子機器の種類によっては、機能層を樹脂の耐熱温度限界以上に加熱しなければならない場合もある。また、機能層の種類によっては、アニール時間を上述した半導体ウェハーの熱処理と同様に、より短時間としなければ所望の特性が得られないこともある。さらに、アニール時間に数時間を要すると、生産性が低くならざるを得ないという問題もあった。

【0009】

これらの課題を解決するため、樹脂を基材とした被処理体に対しても上述のフラッシュランプアニールを適用することが考えられる。フラッシュランプアニールであれば、アニール時間は極めて短く、被処理体表層の機能層のみを選択的に加熱することも可能である。

【0010】

しかしながら、フラッシュ光を照射した瞬間は被処理体表層の機能層のみが加熱されたとしても、その機能層からの伝熱によって下地の樹脂基材が耐熱温度以上に加熱されるおそれがある。特に、フレキシブルデバイスなどの場合、機能層の膜厚が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍであることが多く、フラッシュ光照射によって機能層の表面が加熱されると容易に下地の基材に熱伝導する。その結果、樹脂の基材が熱ダメージを受けて損傷するという問題は完全には解消されないこととなる。

【0011】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被処理体に含まれる樹脂を損傷することなく、被処理体を光照射加熱することができる熱処理方法および熱処理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】

【0012】

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、表層よりも下側に樹脂を含む被処理体に対して光を照射することによって当該被処理体を加熱する熱処理方法において、前記被処理体は基材をエポキシ樹脂の接着剤にて貼設した構造を含み、前記被処理体の表層には前記基材の上面に金属ナノインクの機能層が積層され、前記被処理体の表層に対して１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射して前記被処理体を加熱することを特徴とする。

【0013】

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ光をフィルタを透過させて前記被処理体に照射することを特徴とする。

【0014】

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタを透過させることにより前記フラッシュ光から所定の波長域をカットして前記被処理体に照射することを特徴とする。

【0015】

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットすることを特徴とする。

【0016】

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記被処理体は樹脂の基材を含むことを特徴とする。

【0018】

また、請求項６の発明は、表層よりも下側に樹脂を含む被処理体に対して光を照射することによって当該被処理体を加熱する熱処理装置において、前記被処理体は基材をエポキシ樹脂の接着剤にて貼設した構造を含み、前記被処理体の表層には前記基材の上面に金属ナノインクの機能層が積層され、前記被処理体を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記被処理体の表層にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプの発光を制御してフラッシュ光の照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とする発光制御手段と、を備えることを特徴とする。

【0019】

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられたフィルタをさらに備えることを特徴とする。

【0020】

また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは、前記フラッシュ光から所定の波長域をカットすることを特徴とする。

【0021】

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは、前記フラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットすることを特徴とする。

【0022】

また、請求項１０の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記被処理体は樹脂の基材を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

請求項１から請求項５の発明によれば、被処理体の表層に対して１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射して当該被処理体を加熱するため、被処理体の表層から樹脂への熱伝導は最小限に抑制され、被処理体に含まれる樹脂を損傷することなく、被処理体を光照射加熱することができる。

【0025】

特に、請求項３の発明によれば、フィルタを透過させることによりフラッシュ光から所定の波長域をカットして被処理体に照射するため、当該波長域の光によって樹脂を損傷することが防止される。

【0026】

また、請求項６から請求項１０の発明によれば、フラッシュランプの発光を制御してフラッシュ光の照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とするため、被処理体の表層から樹脂への熱伝導は最小限に抑制され、被処理体に含まれる樹脂を損傷することなく、被処理体を光照射加熱することができる。

【0027】

特に、請求項８の発明によれば、フィルタがフラッシュ光から所定の波長域をカットするため、当該波長域の光によって樹脂を損傷することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係る熱処理装置の要部構成を示す図である。

【図2】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。

【図3】図１の熱処理装置における被処理体の処理手順を示すフローチャートである。

【図4】被処理体の構造を示す断面図である。

【図5】被処理体の機能層の温度変化を示す図である。

【図6】フラッシュランプの発光時間制御を説明する図である。

【図7】キセノンのフラッシュランプの放射分光分布を示す図である。

【図8】被処理体の構造の他の例を示す図である。

【図9】フラッシュランプの配列の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0030】

図１は、本発明に係る熱処理装置１の要部構成を示す図である。この熱処理装置１は、樹脂を基材とした被処理体８に対して光を照射することによって、その被処理体８を加熱する装置である。熱処理装置１は、主たる要素として、被処理体８を収容するチャンバー１０と、被処理体８を保持する保持プレート２０と、被処理体８にフラッシュ光を照射する加熱光源７０と、光学フィルタ６０と、を備える。また、熱処理装置１は、装置に設けられた各種動作機構を制御して処理を進行させる制御部３を備える。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

【0031】

チャンバー１０は、加熱光源７０の下方に設けられており、チャンバー側壁１１およびチャンバー底部１２によって構成される。チャンバー底部１２は、チャンバー側壁１１の下部を覆う。チャンバー側壁１１およびチャンバー底部１２によって囲まれる空間が熱処理空間１５として規定される。また、チャンバー１０の上部開口にはチャンバー窓１８が装着されて閉塞されている。

【0032】

チャンバー１０の天井部を構成するチャンバー窓１８は、石英により形成された板状部材であり、加熱光源７０から照射された光を熱処理空間１５に透過する石英窓として機能する。チャンバー１０の本体を構成するチャンバー側壁１１およびチャンバー底部１２は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されている。

【0033】

また、熱処理空間１５の気密性を維持するために、チャンバー窓１８とチャンバー側壁１１とは図示省略のＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓１８の下面周縁部とチャンバー側壁１１との間にＯリングを挟み込み、これらの隙間から気体が流出入するのを防いでいる。

【0034】

チャンバー１０の内部には保持プレート２０が設けられている。保持プレート２０は、金属製（例えば、アルミニウム製）の平坦な板状部材である。保持プレート２０は、チャンバー１０内にて被処理体８を載置して水平姿勢に保持する。また、保持プレート２０はヒータ２１を内蔵する。ヒータ２１は、ニクロム線などの抵抗加熱線で構成されており、図外の電力供給源からの電力供給を受けて発熱し、保持プレート２０を加熱する。なお、保持プレート２０には、ヒータ２１に加えて、水冷管等の冷却機構を設けるようにしても良い。

【0035】

保持プレート２０には、熱電対を用いて構成された図示省略の温度センサが設けられている。温度センサは保持プレート２０の上面近傍の温度を測定し、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、温度センサによる測定結果に基づいて、ヒータ２１の出力を制御し、保持プレート２０を所定の温度とする。保持プレート２０に保持された被処理体８は、保持プレート２０によって所定の温度に加熱されることとなる。

【0036】

また、熱処理装置１は、チャンバー１０内の熱処理空間１５に処理ガスを供給するガス供給機構４０および熱処理空間１５から雰囲気の排気を行う排気機構５０を備える。ガス供給機構４０は、処理ガス供給源４１、供給配管４２および供給バルブ４３を備える。供給配管４２の先端側はチャンバー１０内の熱処理空間１５に連通接続され、基端側は処理ガス供給源４１に接続される。供給配管４２の経路途中に供給バルブ４３が設けられる。供給バルブ４３を開放することによって、処理ガス供給源４１から熱処理空間１５に処理ガスが供給される。処理ガス供給源４１は、被処理体８の種類や処理目的に応じた適宜の処理ガスを供給することが可能であるが、本実施形態では窒素ガス（Ｎ_２）を供給する。

【0037】

排気機構５０は、排気装置５１、排気配管５２および排気バルブ５３を備える。排気配管５２の先端側はチャンバー１０内の熱処理空間１５に連通接続され、基端側は排気装置５１に接続される。排気配管５２の経路途中に排気バルブ５３が設けられる。排気装置５１としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気装置５１を作動させつつ、排気バルブ５３を開放することによって、熱処理空間１５の雰囲気を装置外に排出することができる。これらガス供給機構４０および排気機構５０によって、熱処理空間１５の雰囲気を調整することができる。

【0038】

加熱光源７０は、チャンバー１０の上方に設けられている。加熱光源７０は、複数本（図１では図示の便宜上１１本としているが、これに限定されるものではない）のフラッシュランプＦＬと、それら全体の上方を覆うように設けられたリフレクタ７２と、を備えて構成される。加熱光源７０は、チャンバー１０内にて保持プレート２０に保持される被処理体８に対して後述する光学フィルタ６０および石英のチャンバー窓１８を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する。複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が水平方向に沿って互いに平行となるように平面状に配列されている。

【0039】

図２は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図２に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。

【0040】

本実施形態では、フラッシュランプＦＬとしてキセノンフラッシュランプを用いている。フラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部に陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。

【0041】

ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。

【0042】

コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。

【0043】

また、リフレクタ７２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ７２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間１５の側に反射するというものである。

【0044】

チャンバー１０のチャンバー窓１８と加熱光源７０との間に光学フィルタ６０が配設されている。本実施形態の光学フィルタ６０は、石英ガラスにバリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、カドミウム（Ｃｄ）などの金属を溶解させて形成される板状の光学部材である。より詳細には、石英ガラスにバリウム、ヒ素、アンチモン、カドミウムからなる群より選択された少なくとも１以上の金属を溶解させて含有させる。石英ガラスに金属成分を含有させることにより、光学フィルタ６０を透過する光から所定の波長域の光が反射または吸収されてカット（遮光）される。カットされる波長域は、石英ガラスに溶解させる金属の種類に依存する。本実施形態の光学フィルタ６０は、波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットする。

【0045】

チャンバー１０と加熱光源７０との間に光学フィルタ６０を設けることによって、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光が光学フィルタ６０を透過するときに、波長４００ｎｍ以下の紫外光がカットされる。そして、残る波長４００ｎｍ以上の波長域の成分を有するフラッシュ光が光学フィルタ６０を透過して保持プレート２０に保持された被処理体８に照射されることとなる。

【0046】

制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、図２に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。

【0047】

上記の構成以外にも熱処理装置１には、種々の構成要素が適宜設けられる。例えば、チャンバー側壁１１には、被処理体８を搬入出するための搬送開口部が形設されている。また、フラッシュランプＦＬからの光照射による過剰な温度上昇を防止するために、チャンバー側壁１１に水冷管を設けるようにしても良い。さらに、フラッシュ光を吸収することによる光学フィルタ６０の加熱を防止するために、光学フィルタ６０に冷却エアを吹き付ける機構を設けるようにしても良い。

【0048】

次に、上記構成を有する熱処理装置１における被処理体８の処理手順について説明する。図３は、熱処理装置１における被処理体８の処理手順を示すフローチャートである。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。

【0049】

まず、チャンバー１０内に被処理体８が搬入される（ステップＳ１）。被処理体８の搬入は、熱処理装置１外部の搬送ロボットによって行うようにしても良いし、手動にて行うようにしても良い。図４は、被処理体８の構造を示す断面図である。本実施形態の被処理体８は、樹脂の基材８１の上面に機能層８２を積層して構成される。基材８１の樹脂としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などを採用することができる。また、機能層８２は、電極形成用の銀（Ａｇ）のナノインクの層である。図４に示すように、被処理体８は、表層に機能層８２を形成しており、表層よりも下側に樹脂の基材８１を含む。

【0050】

チャンバー１０内に搬入された被処理体８は保持プレート２０の上面に載置されて保持される（ステップＳ２）。被処理体８は、機能層８２が形成された表面を上面側に向けて保持プレート２０に保持される。保持プレート２０の上面は、内蔵するヒータ２１によって予め所定温度に加熱されている。保持プレート２０の上面温度は制御部３によって制御されている。被処理体８は保持プレート２０に載置されることによって熱伝導により加熱される。

【0051】

また、被処理体８がチャンバー１０内に搬入されて、熱処理空間１５が密閉空間とされた後、チャンバー１０内の雰囲気調整が行われる（ステップＳ３）。本実施形態では、ガス供給機構４０からチャンバー１０内の熱処理空間１５に窒素ガスを供給するとともに、排気機構５０による排気を行う。これにより、チャンバー１０内に窒素ガスの気流が形成され、熱処理空間１５が窒素雰囲気に置換される。

【0052】

図５は、被処理体８の機能層８２の温度変化を示す図である。時刻ｔ１に被処理体８がチャンバー１０内に搬入され、時刻ｔ２にその被処理体８が保持プレート２０に保持される。これにより、時刻ｔ２に保持プレート２０による被処理体８の予備加熱（アシスト加熱）が開始され、時刻ｔ３に被処理体８の温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達する。被処理体８が保持プレート２０によって加熱されるときには、樹脂の基材８１および機能層８２を含む被処理体８の全体がほぼ均一に加熱される。従って、この予備加熱の段階では、基材８１および機能層８２がともに同様に予備加熱温度Ｔ１にまで昇温する。予備加熱温度Ｔ１は、樹脂の基材８１に熱的ダメージを与えない範囲（ＰＥＮ、ＰＥＴであれば約１２０℃以下）で適宜に設定される。

【0053】

続いて、被処理体８の温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、時刻ｔ４に制御部３の制御により加熱光源７０のフラッシュランプＦＬから保持プレート２０に保持された被処理体８へ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ４）。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。

【0054】

パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。本実施形態においては、１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下のオン時間とその後の任意のオフ時間とを設定、つまり幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の１パルスを設定したレシピを装置のオペレータが入力部３３から入力する。このようなレシピを入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２は幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となる１パルス分のパルス波形を設定する。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートには幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となる１パルス分のパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。本実施形態では、ＩＧＢＴ９６のゲートに幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となる１パルス分のパルス信号が印加されるため、ＩＧＢＴ９６は１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下オン状態となった後にオフ状態となる。

【0055】

また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。

【0056】

このように、制御部３からＩＧＢＴ９６のゲートに幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となる１パルス分のパルス信号を出力するとともに、該パルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧を印加することにより、フラッシュランプＦＬに電流が流れてフラッシュ光が放射される。そして、該パルス信号がオフになると、ＩＧＢＴ９６もオフ状態となり、フラッシュランプＦＬに流れる電流が遮断されてフラッシュ光の放射も停止される。このようにして、フラッシュランプＦＬに１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の通電時間にて電流を流し、フラッシュランプＦＬの発光時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下としてるのである。

【0057】

図６は、フラッシュランプＦＬの発光時間制御を説明する図である。ＩＧＢＴ９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷のほとんどが一時に消費され、フラッシュランプＦＬの発光強度の波形は図６の点線にて示すようなものとなる。この場合のフラッシュランプＦＬの発光時間は、主にコイル９４のインダクタンスに依存しているが、概ね数ミリ秒程度である。

【0058】

本実施形態においては、フラッシュランプＦＬを含む回路中にスイッチング素子たるＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートに幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となる１パルス分のパルス信号を出力している。これにより、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をＩＧＢＴ９６によって断続し、フラッシュランプＦＬに電流が流れる時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下に制御している。フラッシュランプＦＬは、両端電極間で電流が流れているときのみ発光する。すなわち、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とすることにより、フラッシュランプＦＬの発光強度の波形は図６の実線にて示すようなものとなり、その発光時間も１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となるのである。

【0059】

フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー１０内の保持プレート２０へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ７２により反射されてからチャンバー１０内へと向かう。このとき、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、光学フィルタ６０を透過した後に熱処理空間１５に入射する。本実施形態では、波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットする光学フィルタ６０が加熱光源７０とチャンバー窓１８との間に設置されているため、フラッシュ光が光学フィルタ６０を透過するときに４００ｎｍ以下の波長域の紫外光がカットされる。その結果、チャンバー１０内の熱処理空間１５には、波長４００ｎｍ以下の紫外光がカットされたフラッシュ光が入射されることとなる。そして、紫外光がカットされ、かつ、照射時間が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下となるフラッシュ光が保持プレート２０に保持された被処理体８の表層に照射され、その表層に形成された機能層８２が加熱される。

【0060】

フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された機能層８２の温度は、瞬間的に処理温度Ｔ２にまで上昇し、その後急速に予備加熱温度Ｔ１にまで下降する。このようなフラッシュ加熱によって、機能層８２に対する必要な熱処理が行われる。機能層８２が銀のナノインクであれば、処理温度Ｔ２は約１８０℃である。

【0061】

ここで、本実施形態においては、フラッシュランプＦＬの照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の極めて短時間としている。このため、被処理体８の表層側に位置する機能層８２のみが選択的に加熱されて処理温度Ｔ２にまで昇温される。また、フラッシュ光の照射時間が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の極めて短時間であれば、加熱された機能層８２から下地の基材８１への熱伝導は最小限に抑制される。従って、機能層８２のみが処理温度Ｔ２にまで昇温され、基材８１は予備加熱温度Ｔ１からほとんど昇温しない。本実施形態の処理温度Ｔ２（１８０℃）は、ＰＥＮまたはＰＥＴの基材８１の耐熱温度を超える温度であるが、機能層８２のみが処理温度Ｔ２にまで昇温されて基材８１はほとんど昇温しないため、耐熱性の乏しい基材８１に熱的ダメージを与えることは防止される。その一方、機能層８２については必要な処理温度Ｔ２にまで昇温されるため、確実に所望の熱処理がなされることとなる。すなわち、本実施形態のように照射時間が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下のフラッシュ光照射によって被処理体８を加熱すれば、耐熱性に乏しい基材８１であっても、基材８１を過度に加熱することなく、機能層８２を基材８１の耐熱温度を超える目標処理温度Ｔ２にまで昇温して確実な熱処理を行うことができる。

【0062】

また、基材８１を構成する樹脂材料は耐熱性に乏しいのみならず、紫外光によっても劣化しやすい。例えば、ＰＥＮであれば２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光によって劣化し、ＰＥＴであれば２００ｎｍ〜３８０ｎｍの波長域の光によって劣化する。

【0063】

図７は、キセノンのフラッシュランプＦＬの放射分光分布を示す図である。同図に示すように、キセノンのフラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光には、波長４００ｎｍ以下の紫外光成分も多く含まれる。従って、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光をそのまま被処理体８に照射すると、基材８１が紫外光成分を吸光して損傷することとなる。

【0064】

このため、本実施形態では、加熱光源７０とチャンバー窓１８との間に波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットする光学フィルタ６０を設置し、被処理体８の表面に照射されるフラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットしている。これにより、フラッシュ光に含まれる紫外光成分によって被処理体８の基材８１が損傷するのを防止することができる。その一方、被処理体８の表面に照射されるフラッシュ光には強度が比較的強い波長４００ｎｍよりも長波長側の光はそのまま含まれているため、機能層８２に対する必要な熱処理は確実に実行することができる。

【0065】

フラッシュ光照射による被処理体８のフラッシュ加熱処理が終了して所定時間が経過した後、チャンバー１０から処理後の被処理体８が搬出される（ステップＳ５）。これにより、熱処理装置１における一連の熱処理が完了する。なお、被処理体８を搬出する前に、チャンバー１０内を大気雰囲気に置換するようにしても良い。

【0066】

本実施形態においては、樹脂の基材８１の上面に機能層８２を積層した被処理体８に対してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱処理を行っている。このとき、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とすることにより、フラッシュ光照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下としている。

【0067】

フラッシュ光照射時間を従来（図６の点線）よりも顕著に短い１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下としているため、昇温した機能層８２から下地の樹脂基材８１への熱伝導は最小限に抑制される。よって、表層の機能層８２からの熱伝導による樹脂の基材８１の損傷を防止することができる。その一方、機能層８２については必要な処理温度Ｔ２にまで昇温されるため、確実に所望の熱処理がなされることとなる。すなわち、本実施形態では、被処理体８に対して１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射することにより、被処理体に含まれる樹脂の基材８１を損傷することなく、機能層８２のみを必要な処理温度Ｔ２にまで昇温して所望の熱処理を実行することができるのである。

【0068】

このような極めて短時間の光照射を行う技術としては、従来よりレーザーアニールが知られている。しかしながら、レーザーアニールは、被処理体８に対して面ではなく線で光照射を行って加熱するため、処理ムラが発生することがある。また、線で光照射を行って加熱するため、被処理体８の全面を処理するのには相当な時間を要することとなる。

【0069】

これに対して、本発明のように、照射時間が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下のフラッシュ光照射であれば、被処理体８の全面に一括照射を行うため、レーザーアニールで問題となる処理ムラが生じることはない。また、レーザーアニールに比較して、被処理体８の全面の処理に要する時間は顕著に短くなる（純粋なプロセスのみに要する時間は１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下）。その結果、熱処理装置１の処理時間も短いものとなる。換言すれば、本発明に係る技術は、短時間光照射を行うレーザーアニールの利点（熱伝導の抑制）と、全面一括光照射を行うフラッシュランプアニールの利点（処理時間の短縮）とを兼ね備えたものである。

【0070】

また、本実施形態においては、保持プレート２０とフラッシュランプＦＬとの間に、波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットする光学フィルタ６０を設置してフラッシュ光照射を行っている。このため、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光が光学フィルタ６０を透過するときに４００ｎｍ以下の波長域の紫外光がカットされる。よって、被処理体８の表面に照射されるフラッシュ光からは波長４００ｎｍ以下の紫外光がカットされており、紫外光による樹脂の基材８１の損傷を防止することができる。その一方、被処理体８の表面に照射されるフラッシュ光には比較的強度が強い波長４００ｎｍよりも長波長側の光はそのまま含まれているため、フラッシュ光照射によって被処理体８の機能層８２を必要な処理温度Ｔ２にまで昇温することができる。

【0071】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、ＰＥＮまたはＰＥＴの基材８１の上面に銀のナノインクの機能層８２を積層したものを被処理体８としていたが、被処理体８はこれに限定されるものではなく、種々のバリエーションが可能である。

【0072】

例えば、上記実施形態では被処理体８の基材８１をＰＥＮまたはＰＥＴとしていたが、これに代えてポリカーボネートやアクリル樹脂などの他の樹脂材料を用いるようにしても良い。これらの樹脂材料も耐熱性に乏しく、紫外光によって劣化する。ポリカーボネートおよびアクリル樹脂ともに２００ｎｍ〜３００ｎｍの波長域の光によって劣化する。基材８１としてポリカーボネートまたはアクリル樹脂を用いる場合には、光学フィルタ６０のカット波長域を３００ｎｍ以下とする。光学フィルタ６０のカット波長域の調整は、石英ガラスに溶解させる金属の種類を変化させることによって可能である。波長３００ｎｍ以下の紫外光をカットする光学フィルタ６０を設け、フラッシュ光照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とすることにより、上記実施形態と同様に、樹脂の基材８１を損傷することなく、機能層８２を必要な処理温度Ｔ２にまで昇温して加熱処理を行うことができる。

【0073】

また、基材８１に積層する機能層８２も銀のナノインクに限定されるものではなく、銅などの他の金属のナノインク（またはナノワイヤ）であっても良い。機能層８２が銅であれば、上記実施形態における処理温度Ｔ２は約４００℃となる。さらに、機能層８２は、アモルファスシリコン、ドーピング後のポリシリコン、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、グラビアインクなどであっても良い。機能層８２がＩＴＯである場合、処理温度Ｔ２は約２２０℃となる。また、機能層８２がシリコンであれば、処理温度Ｔ２は９００℃以上にもなる。

【0074】

また、被処理体８の構造は図８に示すようなものであっても良い。図８の被処理体８は、ガラス基板８３の上面に接着剤８４を用いてガラスの基材８１を貼着し、その基材８１の上面に機能層８２を積層して構成される。接着剤８４としては、例えばエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系接着剤を用いることができる。エポキシ系接着剤の耐熱温度は約１６０℃である。比較的剛性の高いガラス基板８３を用いることによって、被処理体８の取り扱いは、樹脂の基材８１上に機能層８２を積層した上記実施形態よりも容易となる。図８の被処理体８も表層よりも下側に樹脂の接着剤８４を含むものである。なお、必要な処理が終了した後、基材８１をガラス基板８３から剥がし、機能層８２を積層した基材８１をデバイスとして利用する。

【0075】

図８のような構造を有する被処理体８に対しても上記実施形態と同様にして熱処理装置１によるフラッシュ加熱が行われる。ガラス基板８３およびガラスの基材８１は、耐熱性に富み、また紫外光による劣化も生じない。しかし、樹脂の接着剤８４は、上記実施形態の基材８１と同様に、耐熱性に乏しく、紫外光によって劣化しやすい。このため、上記実施形態と同様に、フラッシュ光照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とし、光学フィルタ６０によって被処理体８の表面に照射されるフラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットすることにより、樹脂の接着剤８４に紫外光による損傷および熱的ダメージを与えることなく、機能層８２のみを必要な処理温度にまで昇温して所望の熱処理を実行することができる。

【0076】

要するに、本発明に係る熱処理技術によって処理対象となる被処理体８は表層よりも下側に樹脂を含むものであれば良い。図４の例では被処理体８が樹脂の基材８１を含み、図８の例では被処理体８が基材８１を樹脂の接着剤８４にて貼設した構造を含む。このような被処理体８に対して本発明に係る熱処理技術によって加熱処理を行うことにより、被処理体８に含まれる樹脂を損傷することなく、被処理体８を光照射加熱することができる。

【0077】

また、上記実施形態においては、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下としていたが、これに限定されるものではなく他の手法によってフラッシュ光照射時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下に規定するようにしても良い。例えば、回路中にＩＧＢＴ９６を設けることなく、コイル９４のインダクタンスおよびコンデンサ９３の静電容量を調整することによってフラッシュランプＦＬへの通電時間を１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下とするようにしても良い。

【0078】

また、上記実施形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ９６を用いていたが、これに代えてゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子として採用するのが好ましい。

【0079】

また、上記実施形態においては、石英ガラスに所定の金属成分を含有させたものを光学フィルタ６０として用いていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュ光から所定波長域の光をカットできるものであれば良い。例えば、所定の色のインクによって着色した水を中空のガラス部材に封入したものを光学フィルタ６０としても良い。或いは、石英ガラスの表面に金属または金属酸化物の薄膜を成膜することによって光学フィルタ６０を形成するようにしても良い。もっともこのような薄膜は、フラッシュ光照射時の急速な昇温によって剥離するおそれがあるため、石英ガラスに金属を溶解させる方が好ましい。

【0080】

さらに、フラッシュランプＦＬ自体の構成を異なるものとすることによって所定の波長域の光をカットするようにしても良い。具体的には、フラッシュランプＦＬのガラス管内部に封入されているキセノンガスのガス圧を低くすると、図７の放射分光分布が長波長側にシフトする。その結果、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光自体から短波長側の紫外光をカットすることができる。逆に、フラッシュ光から長波長側の赤外光をカットする場合には、封入されているキセノンガスのガス圧を高くすれば良い。もっとも、キセノンガスのガス圧を変化させると、フラッシュ光の強度が低くなったり、或いはフラッシュランプＦＬにダメージを与えることがあるため、上記実施形態のように光学フィルタ６０によって所定の波長域の光をカットするのが望ましい。

【0081】

また、光学フィルタ６０がカットする波長域は４００ｎｍ以下に限定されるものではなく、被処理体８に含まれる樹脂の特性に応じた適宜のものとすれば良い。例えば、上述したように、被処理体８に含まれる樹脂がポリカーボネートまたはアクリル樹脂であれば、光学フィルタ６０がカットする波長域は３００ｎｍ以下であれば良い。また、被処理体８に含まれる樹脂がＰＥＮであれば、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光によって劣化するため、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光のみをカットする光学フィルタ６０を適用するようにしても良い。さらに、被処理体８に含まれる樹脂が長波長の赤外光によって劣化する性質を有する場合には、赤外光をカットする光学フィルタ６０を用いるようにしても良い。すなわち、光学フィルタ６０がカットする波長域は、被処理体８に含まれる樹脂を損傷する波長域であれば良い。

【0082】

また、光学フィルタ６０は、特定の波長域をカットするものに限定されず、全波長域にわたって光量を低減するものであっても良い。このような光学フィルタ６０としては、例えば石英ガラスの表面を粗面化して擦りガラス状としたものを用いることができる。被処理体８に含まれる樹脂が耐熱性には乏しいものの、特定波長域に対して劣化する性質を有さないものであれば、このような光学フィルタ６０を用いることによって被処理体８に照射されるフラッシュ光の強度を低くすることができ、被処理体８に含まれる樹脂の損傷をより確実に防止することができる。

【0083】

また、被処理体８に含まれる樹脂が特定波長域に対して劣化する性質を有さないものであれば、光学フィルタ６０は必ずしも必須の要素ではない。

【0084】

また、上記実施形態においては、保持プレート２０にヒータ２１を備え、フラッシュ光照射前に被処理体８を予備加熱するようにしていたが、処理温度Ｔ２が比較的低温である場合には、フラッシュ光照射のみによって機能層８２を処理温度Ｔ２にまで昇温することができるため、ヒータ２１による予備加熱は必ずしも必須の要素ではない。もっとも、保持プレート２０によって被処理体８を予備加熱温度Ｔ１に安定して加熱してからフラッシュ光照射を行うことにより、異なる複数の被処理体８間での温度履歴を均一にすることができる。

【0085】

また、保持プレート２０に冷却機構を設け、フラッシュ加熱処理後の被処理体８を強制的に冷却するようにしても良い。

【0086】

また、上記実施形態においては、複数のフラッシュランプＦＬの上方にリフレクタ７２を設けるようにしていたが、これに代えて、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれを反射膜付きのランプとしても良い。すなわち、各フラッシュランプＦＬのガラス管の上側半分に反射膜を付け、それによってフラッシュ光を熱処理空間１５の側に反射する。このような反射膜付きのフラッシュランプＦＬを用いる場合には、図９に示すように、ランプ配列の両端におけるフラッシュランプＦＬを他のフラッシュランプＦＬよりも下方（被処理体８に近い側）に配置し、被処理体８の周辺部の照度を高めるようにしても良い。この場合、ランプ配列の両端のそれぞれにおいて、２本以上のフラッシュランプＦＬを被処理体８に近づけて配置するようにしても良い。

【0087】

また、上記実施形態では、加熱光源７０にキセノンのフラッシュランプＦＬを備えていたが、これに代えてクリプトンなどの他の希ガスのフラッシュランプを用いるようにしても良い。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本発明に係る熱処理方法および熱処理装置は、樹脂を含む種々の被処理体に適用することができ、特に電子ペーパーなどに用いられるフレキシブルデバイス、フレキシブルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、電子機器、太陽電池、燃料電池、半導体デバイスなどに好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0089】

１ 熱処理装置
３ 制御部
８ 被処理体
１０ チャンバー
１５ 熱処理空間
１８ チャンバー窓
２０ 保持プレート
２１ ヒータ
３１ パルス発生器
３２ 波形設定部
４０ ガス供給機構
５０ 排気機構
６０ 光学フィルタ
７０ 加熱光源
７２ リフレクタ
８１ 基材
８２ 機能層
８３ ガラス基板
８４ 接着剤
９３ コンデンサ
９４ コイル
９６ ＩＧＢＴ
ＦＬ フラッシュランプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】