(57)【要約】【課題】基材の種類に関わらず被処理体を必要な条件にて加熱することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】帯状の被処理体８は、送り出しローラ１１から巻き取りローラ１２へとロール・ツー・ロール方式にて一定速度で搬送される。被処理体８は、ＰＥＮなどの樹脂の基材の表面にナノインクなどの機能層を積層したものである。被処理体８を一定速度で搬送しつつ、主加熱光源２０のキセノンランプ２１から被処理体８の表面に光照射を行うことによって、被処理体８表面の各位置には短時間の光照射が行われることとなる。これにより、耐熱性に乏しい基材８１を過度に加熱することなく、機能層８２のみを必要な温度にまで加熱することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の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、
第１ローラから送り出された被処理体を第２ローラで巻き取ることによって被処理体を第１の方向に連続して搬送する搬送部と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に長軸を有し、前記第１ローラと前記第２ローラとの間で搬送される被処理体の表面に対向して配設され、当該被処理体の表面に光を照射して加熱する光源と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記被処理体の表面における前記第１の方向に沿った光の照射幅を規定する照射幅規定部と、
前記照射幅規定部によって規定される照射幅に基づいて、前記被処理体の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送するように前記搬送部を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２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。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理装置において、
前記制御部は、前記被処理体の表面における照射時間が０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送するように前記搬送部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記被処理体はガラスの基材を含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記制御部は、前記被処理体の表面における照射時間が１．０ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送するように前記搬送部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における上流側にて前記被処理体を予備加熱する予備加熱部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、
前記予備加熱部は、前記被処理体の裏面に対向して配設されたハロゲンランプを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における下流側にて前記被処理体を冷却する冷却部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載の熱処理装置において、
前記冷却部は、前記被処理体に対して冷却気体を送風する送風ユニットを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記光源は、連続的に光を照射するキセノンランプを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
帯状の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、
第１ローラから送り出された被処理体を第２ローラで巻き取ることによって被処理体を第１の方向に連続して搬送しつつ、当該被処理体の表面に光源から光を照射して加熱することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の熱処理方法において、
前記被処理体の表面における前記第１の方向に沿った光の照射幅を規定するとともに、当該照射幅に基づいて、前記被処理体の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１４】
請求項１３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１５】
請求項１４記載の熱処理方法において、
前記被処理体の表面における照射時間が０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の熱処理方法において、
前記被処理体はガラスの基材を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の熱処理方法において、
前記被処理体の表面における照射時間が１．０ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１８】
請求項１２から請求項１７のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における上流側にて前記被処理体を予備加熱することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１９】
請求項１２から請求項１８のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における下流側にて前記被処理体を冷却することを特徴とする熱処理方法。
【請求項２０】
請求項１２から請求項１９のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記光源は、連続的に光を照射するキセノンランプを備えることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂などを基材とした柔軟な帯状の被処理体をロール・ツー・ロール方式で搬送しつつ、当該被処理体に光を照射して加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウェハーなどを短時間で加熱する装置として高速ランプアニール装置が広く使用されている。高速ランプアニール装置は、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用して毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温し、そのアニール時間は数秒程度である。
【０００３】
また、さらなる短時間のアニールが可能な装置としてフラッシュランプアニール装置も使用されている。フラッシュランプアニール装置は、フラッシュランプから半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射して加熱する。フラッシュランプの発光時間は１０ミリ秒以下程度の極めて短時間である。このような極めて短時間のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面のみを急速に加熱することができる。
【０００４】
ところが、アニール時間として、高速ランプアニール装置とフラッシュランプアニール装置との中間域（つまり、１０ミリ秒〜１秒）に対する要求も強かった。そこで、特許文献１には、半導体ウェハーに対してハロゲンランプを所定速度で走査させることによって、ウェハー表面の各位置における照射時間を１０ミリ秒〜１秒程度とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４４１０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、樹脂などの可撓性を有する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】
しかし、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】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基材の種類に関わらず被処理体を必要な条件にて加熱することができる熱処理装置および熱処理方法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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、帯状の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、第１ローラから送り出された被処理体を第２ローラで巻き取ることによって被処理体を第１の方向に連続して搬送する搬送部と、前記第１の方向と直交する第２の方向に長軸を有し、前記第１ローラと前記第２ローラとの間で搬送される被処理体の表面に対向して配設され、当該被処理体の表面に光を照射して加熱する光源と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記被処理体の表面における前記第１の方向に沿った光の照射幅を規定する照射幅規定部と、前記照射幅規定部によって規定される照射幅に基づいて、前記被処理体の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送するように前記搬送部を制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項２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。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記制御部は、前記被処理体の表面における照射時間が０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送するように前記搬送部を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記被処理体はガラスの基材を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記制御部は、前記被処理体の表面における照射時間が１．０ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送するように前記搬送部を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における上流側にて前記被処理体を予備加熱する予備加熱部をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
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、前記予備加熱部は、前記被処理体の裏面に対向して配設されたハロゲンランプを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における下流側にて前記被処理体を冷却する冷却部をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る熱処理装置において、前記冷却部は、前記被処理体に対して冷却気体を送風する送風ユニットを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１の発明は、請求項１から請求項１０のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光源は、連続的に光を照射するキセノンランプを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１２の発明は、帯状の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、第１ローラから送り出された被処理体を第２ローラで巻き取ることによって被処理体を第１の方向に連続して搬送しつつ、当該被処理体の表面に光源から光を照射して加熱することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１３の発明は、請求項１２の発明に係る熱処理方法において、前記被処理体の表面における前記第１の方向に沿った光の照射幅を規定するとともに、当該照射幅に基づいて、前記被処理体の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１４の発明は、請求項１３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。
【００２４】
また、請求項１５の発明は、請求項１４の発明に係る熱処理方法において、前記被処理体の表面における照射時間が０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１６の発明は、請求項１３の発明に係る熱処理方法において、前記被処理体はガラスの基材を含むことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１７の発明は、請求項１６の発明に係る熱処理方法において、前記被処理体の表面における照射時間が１．０ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて前記被処理体を搬送することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１８の発明は、請求項１２から請求項１７のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における上流側にて前記被処理体を予備加熱することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１９の発明は、請求項１２から請求項１８のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記光源からの光照射位置よりも前記第１の方向における下流側にて前記被処理体を冷却することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項２０の発明は、請求項１２から請求項１９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記光源は、連続的に光を照射するキセノンランプを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１から請求項１１の発明によれば、第１ローラから送り出された被処理体を第２ローラで巻き取ることによって被処理体を第１の方向に連続して搬送し、その被処理体の表面に光源から光を照射して加熱するため、被処理体表面の各位置には短時間の光照射が行われることとなって、基材を過度に加熱することなく表面層のみを必要な温度にまで加熱することができ、基材の種類に関わらず被処理体を必要な条件にて加熱することができる。
【００３１】
特に、請求項２の発明によれば、照射幅規定部によって規定される照射幅に基づいて、被処理体の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて被処理体を搬送するため、照射時間を正確に規定することができる。
【００３２】
特に、請求項４の発明によれば、被処理体の表面における照射時間が０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下となる搬送速度にて被処理体を搬送するため、樹脂の基材を含む被処理体に好適である。
【００３３】
特に、請求項６の発明によれば、被処理体の表面における照射時間が１．０ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて被処理体を搬送するため、ガラスの基材を含む被処理体に好適である。
【００３４】
特に、請求項７の発明によれば、光源からの光照射位置よりも第１の方向における上流側にて被処理体を予備加熱する予備加熱部をさらに備えるため、より高温に被処理体を加熱することができる。
【００３５】
請求項１２から請求項２０の発明によれば、第１ローラから送り出された被処理体を第２ローラで巻き取ることによって被処理体を第１の方向に連続して搬送しつつ、当該被処理体の表面に光源から光を照射して加熱するため、被処理体表面の各位置には短時間の光照射が行われることとなって、基材を過度に加熱することなく表面層のみを必要な温度にまで加熱することができ、基材の種類に関わらず被処理体を必要な条件にて加熱することができる。
【００３６】
特に、請求項１３の発明によれば、照射幅に基づいて、被処理体の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて被処理体を搬送するため、照射時間を正確に規定することができる。
【００３７】
特に、請求項１５の発明によれば、被処理体の表面における照射時間が０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下となる搬送速度にて被処理体を搬送するため、樹脂の基材を含む被処理体に好適である。
【００３８】
特に、請求項１７の発明によれば、被処理体の表面における照射時間が１．０ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度にて被処理体を搬送するため、ガラスの基材を含む被処理体に好適である。
【００３９】
特に、請求項１８の発明によれば、光源からの光照射位置よりも第１の方向における上流側にて被処理体を予備加熱するため、より高温に被処理体を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る熱処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】被処理体に対する主加熱光源および予備加熱光源の配置関係を示す図である。
【図３】被処理体の構造を示す断面図である。
【図４】被処理体の着目位置の温度変化を示す図である。
【図５】主加熱光源による照射時間を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。
【００４２】
図１は、本発明に係る熱処理装置１の全体構成を示す図である。なお、図１および以降の各図にはそれらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、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。
【００４３】
この熱処理装置１は、樹脂の基材の上に電極用材料等の機能層を積層した帯状の被処理体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を搬送する搬送部１０と、主加熱光源２０と、予備加熱光源３０と、冷却部４０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９を備える。
【００４４】
搬送部１０は、送り出しローラ（第１ローラ）１１と、巻き取りローラ（第２ローラ）１２と、複数の補助ローラ１３と、を備える。送り出しローラ１１および巻き取りローラ１２は、図示を省略する回転駆動機構によって、Ｙ軸方向に沿った軸を中心として図１の紙面上で時計回りに回転される。送り出しローラ１１に巻き付けられていた被処理体８は、送り出しローラ１１が回転することによって送り出され、巻き取りローラ１２によって巻き取られる。送り出しローラ１１から送り出された被処理体８が巻き取りローラ１２によって巻き取られることにより、帯状の被処理体８はＸ軸方向に沿って図中矢印ＡＲ１にて示す向き（（＋Ｘ）向き）に搬送される。すなわち、搬送部１０は、帯状の被処理体８をロール・ツー・ロール方式にて搬送する。処理中においては、被処理体８は一定速度で連続して搬送され、その搬送速度は制御部９が上記の回転駆動機構を制御することによって規定される。
【００４５】
複数の補助ローラ１３は、送り出しローラ１１と巻き取りローラ１２との間で搬送される被処理体８の搬送路直下にＸ方向に沿って列設されている。各補助ローラ１３は、Ｙ軸方向に沿った軸を中心として回転自在に設けられている。複数の補助ローラ１３は、送り出しローラ１１と巻き取りローラ１２との間で搬送される被処理体８を下方から支持し、被処理体８が下方に垂れるのを防止して安定搬送の補助的役割を果たす。なお、複数の補助ローラ１３には回転駆動機構は付設されていない。また、補助ローラ１３の設置数および設置位置は、被処理体８を安定搬送可能な適宜のものとすることができる。
【００４６】
熱処理装置１には、２つの加熱源が設けられている。すなわち、搬送部１０によって搬送される被処理体８の上方に主加熱光源２０が設けられるとともに、下方に予備加熱光源３０が設けられる。図２は、被処理体８に対する主加熱光源２０および予備加熱光源３０の配置関係を示す図である。
【００４７】
主加熱光源２０は、１本のキセノンランプ２１を備える。キセノンランプ２１は、被処理体８の搬送方向（Ｘ軸方向）と直交する水平方向であるＹ軸方向に沿った長軸を有する棒状のランプである。キセノンランプ２１の長さは被処理体８の幅と概ね同程度とされる。キセノンランプ２１は、送り出しローラ１１と巻き取りローラ１２との間で搬送される被処理体８の表面に対向して配設される。キセノンランプ２１は、ガラス管内に封入したキセノンガス（Ｘｅ）中におけるアーク放電によって連続して発光し、被処理体８に対して連続的に光を照射する。キセノンランプ２１の放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、後述するハロゲンランプよりも短波長側にシフトしているという特徴を有する。なお、主加熱光源２０は、２本または３本のキセノンランプ２１を備えていても良い。
【００４８】
キセノンランプ２１の直下には光学系２５が配設されている。光学系２５は、図示を省略するレンズやスリットなどを備えており、キセノンランプ２１から出射された光を被処理体８の表面に集光させる。光学系２５によって集光された光の照射領域は、被処理体８の表面においてＸ軸方向に沿って所定の照射幅を有する。この照射幅と被処理体８の搬送速度とによって、被処理体８の表面の各位置におけるキセノンランプ２１からの照射時間が規定されることとなるが、これについては後にさらに詳述する。
【００４９】
一方、予備加熱光源３０は、３本のハロゲンランプ３１を備える。各ハロゲンランプ３１も、Ｙ軸方向に沿った長軸を有する棒状のランプであり、その長さは被処理体８の長さと同程度とされる。３本のハロゲンランプ３１は、送り出しローラ１１と巻き取りローラ１２との間で搬送される被処理体８の裏面に対向して配設され、被処理体８の搬送方向（Ｘ軸方向）に沿って一定間隔で列設されている。ハロゲンランプ３１は、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。ハロゲンランプ３１も被処理体８に対して連続的に光を照射する。なお、ハロゲンランプ３１の本数も３本に限定されるものではなく、適宜の数とすることができる。
【００５０】
図１および図２に示すように、主加熱光源２０のキセノンランプ２１は被処理体８の上方に設けられ、予備加熱光源３０のハロゲンランプ３１は被処理体８の下方に設けられる。そして、キセノンランプ２１とハロゲンランプ３１とは被処理体８を挟んで正対しておらず、ハロゲンランプ３１がキセノンランプ２１よりも被処理体８の搬送方向上流側に設けられている。すなわち、キセノンランプ２１からの光照射位置よりも被処理体８の搬送方向の上流側にハロゲンランプ３１から光照射が行われる。搬送方向の上流側とは、より送り出しローラ１１に近い側であり、（−Ｘ）に向かう側である。このような配置構成により、キセノンランプ２１からの光照射によるハロゲンランプ３１の損傷を防止するとともに、ハロゲンランプ３１からの光照射によるキセノンランプ２１の損傷も防止することができる。
【００５１】
冷却部４０は、送風ユニット４１を備える。送風ユニット４１は被処理体８の下方に設けられる。送風ユニット４１は、図外の送風源から送給された温度および湿度が管理された清浄な冷却気体（例えば、ヘリウムなどの不活性ガス）を上方の被処理体８に向けて送風する。送風ユニット４１は、キセノンランプ２１よりも被処理体８の搬送方向下流側に設けられている。これにより、冷却部４０は、主加熱光源２０のキセノンランプ２１からの光照射位置よりも被処理体８の搬送方向の下流側に冷却気体を供給して冷却する。なお、搬送方向の下流側とは、より巻き取りローラ１２に近い側であり、（＋Ｘ）に向かう側である。
【００５２】
また、熱処理装置１は、送り出しローラ１１と巻き取りローラ１２との間で搬送される被処理体８の上下を覆うように上側筐体５０および下側筐体６０を備えている。上側筐体５０は、下面が開放された箱状部材である。上側筐体５０の内部は隔壁によって５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅに区分けされている。但し、上側筐体５０の下面は開放されているため、５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅは相互に完全に雰囲気分離されているものではない。主加熱光源２０のキセノンランプ２１および光学系２５は、上側筐体５０の中央の区画５１ｃ内に配置されている。
【００５３】
上側筐体５０の５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅのそれぞれはガス配管５２を介して処理ガス供給源５３と連通接続されている。処理ガス供給源５３は、被処理体８の種類や処理目的に応じた適宜のプロセスガスを供給し、本実施形態では窒素ガス（Ｎ２）を供給する。ガス配管５２の基端側は処理ガス供給源５３に接続されるとともに、先端側は５つに分岐されて５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅのそれぞれに接続される。ガス配管５２先端側の５つに分岐された部分には、流量調整バルブ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅがそれぞれ設けられている。流量調整バルブ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅは、制御部９の制御下にて、通過する気体の流量を調整する。
【００５４】
処理ガス供給源５３がガス配管５２に窒素ガスを送給すると、上側筐体５０の５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅに窒素ガスが供給される。５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅのそれぞれに供給される窒素ガスの流量は流量調整バルブ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅによって規定されている。本実施形態では、中央の区画５１ｃに最も多くの流量の窒素ガスが供給され、次いでその両隣の区画５１ｂ，５１ｄに多くの流量の窒素ガスが供給され、両端の区画５１ａ，５１ｅに供給される窒素ガスの流量が最も少ない。このため、被処理体８より上側においては、中央の区画５１ｃ内の圧力が最も高くなり、両端の区画５１ａ，５１ｅ内の圧力が最も低くなる。区画５１ｂ，５１ｄ内の圧力はそれらの中間である。その結果、被処理体８の表面近傍において、中央の区画５１ｃから両端の区画５１ａ，５１ｅへと向かうような窒素ガスの気流が形成されることとなり、外部からの雰囲気流入を防止することができる。特に、最も圧力が高くなる中央の区画５１ｃへは、ほとんど外部雰囲気が流入することはない。
【００５５】
同様に、下側筐体６０は、上面が開放された箱状部材である。下側筐体６０の内部は隔壁によって５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅに区分けされている。但し、下側筐体６０の上面は開放されているため、５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅは相互に完全に雰囲気分離されているものではない。下側筐体６０の５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅは、上側筐体５０の５つの区画５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅとそれぞれ相対向するように設けられている。予備加熱光源３０のハロゲンランプ３１は下側筐体６０の区画６１ｂ内に配置され、冷却部４０の送風ユニット４１は下側筐体６０の区画６１ｄ内に配置されている。
【００５６】
下側筐体６０の５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅのそれぞれはガス配管６２を介して処理ガス供給源６３と連通接続されている。処理ガス供給源６３は、被処理体８の種類や処理目的に応じた適宜のプロセスガスを供給し、本実施形態では窒素ガスを供給する。処理ガス供給源５３と処理ガス供給源６３とは共通のものであっても良い。ガス配管６２の基端側は処理ガス供給源６３に接続されるとともに、先端側は５つに分岐されて５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅのそれぞれに接続される。ガス配管６２先端側の５つに分岐された部分には、流量調整バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅがそれぞれ設けられている。流量調整バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅは、制御部９の制御下にて、通過する気体の流量を調整する。
【００５７】
処理ガス供給源６３がガス配管６２に窒素ガスを送給すると、下側筐体６０の５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅに窒素ガスが供給される。５つの区画６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅのそれぞれに供給される窒素ガスの流量は流量調整バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅによって規定されている。本実施形態では、上記と同様に、中央の区画６１ｃに最も多くの流量の窒素ガスが供給され、次いでその両隣の区画６１ｂ，６１ｄに多くの流量の窒素ガスが供給され、両端の区画６１ａ，６１ｅに供給される窒素ガスの流量は最も少ない。このため、被処理体８より下側においても、中央の区画６１ｃ内の圧力が最も高くなり、両端の区画６１ａ，６１ｅ内の圧力が最も低くなる。区画６１ｂ，６１ｄ内の圧力はそれらの中間である。その結果、被処理体８の裏面近傍において、中央の区画６１ｃから両端の区画６１ａ，６１ｅへと向かうような窒素ガスの気流が形成されることとなり、外部からの雰囲気流入を防止することができる。特に、最も圧力が高くなる中央の区画６１ｃへは、ほとんど外部雰囲気が流入することはない。
【００５８】
制御部９は、熱処理装置１に設けられた種々の動作機構（搬送部１０の回転駆動機構、主加熱光源２０の電源ユニット、予備加熱光源３０の電源ユニット、各流量調整バルブなど）を制御する。制御部９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９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９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。
【００５９】
次に、上記構成を有する熱処理装置１における処理動作について説明する。送り出しローラ１１から送り出された被処理体８が巻き取りローラ１２によって巻き取られることにより、帯状の被処理体８はＸ軸方向に沿って連続して一定速度で搬送される。図３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。ＰＥＮ、ＰＥＴなどの樹脂材料は柔軟で可撓性を有するため、これを基材８１として用いれば、送り出しローラ１１から巻き取りローラ１２へロール・ツー・ロール方式にて被処理体８を搬送することができる。
【００６０】
また、上側筐体５０および下側筐体６０には窒素ガスが供給されて窒素雰囲気とされている。上述のように、中央の区画５１ｃ，６１ｃに最も多くの流量の窒素ガスが供給されて最も高い圧力となるようにされている。このため、Ｘ軸方向に沿って搬送される被処理体８の上下において中央の区画５１ｃ，６１ｃから両端へと向かうような窒素ガスの気流が形成され、周辺外部雰囲気の流入を防いでいる。特に、中央の区画５１ｃ，６１ｃにはほとんど外部雰囲気が流入しないため、区画５１ｃ，６１ｃにおける酸素濃度は極めて低く維持されている。
【００６１】
被処理体８は、機能層８２が形成された表面を上面に向けて搬送される。図４は、被処理体８の着目部位の温度変化を示す図である。図４の横軸には送り出しローラ１１と巻き取りローラ１２との間における着目部位の位置を示し、縦軸には当該着目部位の機能層８２の温度を示す。被処理体８は、ロール・ツー・ロール方式で搬送されつつ、連続して処理されるものであり、着目部位は被処理体８の長手方向の任意の箇所とすることができる。
【００６２】
被処理体８の着目部位が送り出しローラ１１から送り出されて区画５１ａ，６１ａを通過するまでは、被処理体８の温度は周辺雰囲気と同じ常温である。被処理体８の着目部位が区画５１ｂ，６１ｂに進入し、予備加熱光源３０の３本のハロゲンランプ３１の照射領域（予備加熱ゾーン）に到達すると着目部位の機能層８２が予備加熱（アシスト加熱）される。すなわち、予備加熱光源３０のハロゲンランプ３１から出射された光は被処理体８の裏面から照射され、着目部位の樹脂の基材８１を透過して機能層８２に到達する。着目部位の機能層８２はハロゲンランプ３１の光を吸収して昇温する。このような予備加熱は、着目部位が予備加熱ゾーンを通過するまで継続して行われることとなり、その結果、着目部位の機能層８２は予備加熱温度Ｔ１にまで昇温される。予備加熱温度Ｔ１は、樹脂の基材８１に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。
【００６３】
続いて、被処理体８の着目部位が区画５１ｂ，６１ｂから中央の区画５１ｃ，６１ｃに進入し、主加熱光源２０のキセノンランプ２１の照射領域（主加熱ゾーン）に到達する。図５は、主加熱光源２０による照射時間を説明するための図である。主加熱光源２０のキセノンランプ２１から出射された光は光学系２５によって被処理体８の表面に集光され、これによってキセノンランプ２１の照射領域が規定される。キセノンランプ２１の照射領域は、被処理体８の表面においてＸ軸方向に沿って所定の照射幅ｄを有する。被処理体８の着目部位はキセノンランプ２１による照射領域を通過している間のみ、キセノンランプ２１からの光照射を受けることとなる。
【００６４】
Ｘ軸方向に沿って搬送される被処理体８の着目部位が光学系２５によって規定された照射幅ｄを通過するのに要する時間は、搬送部１０による被処理体８の搬送速度ｘに依存する。すなわち、照射幅ｄを搬送速度ｘで除した値が着目部位が照射領域を通過するのに要する時間である。そして、被処理体８の着目部位がキセノンランプ２１の照射領域を通過するのに要する時間は、キセノンランプ２１からの着目部位への照射時間でもある。例えば、光学系２５によって規定された照射幅ｄが５ｍｍであり、被処理体８の搬送速度ｘが５ｍ／ｓであったとすると、着目部位がキセノンランプ２１の照射領域を通過する時間、つまりキセノンランプ２１による着目部位への照射時間は１ミリ秒となる。
【００６５】
本実施形態においては、光学系２５によって規定される照射幅ｄに基づいて、被処理体８の表面における照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる搬送速度ｘにて被処理体８を搬送するように制御部９が搬送部１０を制御する。なお、光学系２５によって規定される照射幅ｄは０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲で調整される。また、搬送部１０による被処理体８の搬送速度ｘは２０ｍ／ｓ以下である。
【００６６】
このようにして、主加熱光源２０のキセノンランプ２１から被処理体８の着目部位に対して照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下となる短時間光照射が実行される。主加熱光源２０は被処理体８の上方に設けられているため、キセノンランプ２１から照射された光は着目部位の機能層８２に直接到達することとなる。着目部位の機能層８２はキセノンランプ２１の光を吸収して昇温する。キセノンランプ２１から照射される光の強度はハロゲンランプ３１に比較して顕著に強い。このため、照射時間が０．１ミリ秒以上１秒以下の短時間であったとしても、着目部位の機能層８２は急速に昇温し、主加熱ゾーンを通過する間に目標処理温度Ｔ２にまで昇温される。機能層８２が銀のナノインクであれば、目標処理温度Ｔ２は約１８０℃である。
【００６７】
ここで、キセノンランプ２１から着目部位への照射時間は０．１ミリ秒以上１秒以下とキセノンフラッシュランプと同程度の短時間であるため、被処理体８の表面側に位置する機能層８２のみが目標処理温度Ｔ２にまで昇温され、基材８１はほとんど昇温しない。本実施形態の目標処理温度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のみが目標処理温度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については必要な目標処理温度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すれば、耐熱性に乏しい基材８１であっても、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。
【００６８】
図４に戻り、被処理体８の着目部位が主加熱ゾーンを通過した後、着目部位の機能層８２の温度は急速に降温する。そして、被処理体８の着目部位が中央の区画５１ｃ，６１ｃから区画５１ｄ，６１ｄに進入し、冷却部４０の送風ユニット４１からの冷却気体送風エリア（冷却ゾーン）に到達する。着目部位が冷却ゾーンに進入すると、送風ユニット４１から噴出された冷却気体が被処理体８の裏面から吹き付けられ、機能層８２を含む着目部位の全体が冷却される。このような加熱処理後の冷却は、着目部位が冷却ゾーンを通過するまで継続して行われる。なお、被処理体８の着目部位を常温にまで冷却する必要は必ずしもなく、巻き取りローラ１２によって巻き取り可能な温度にまで冷却すれば良い。
【００６９】
被処理体８の着目部位が冷却ゾーンを通過した後、区画５１ｄ，６１ｄから区画５１ｅ，６１ｅを通り抜けて巻き取りローラ１２によって巻き取られる。このようにして、熱処理装置１における処理が完了する。なお、以上の説明は、被処理体８の着目部位の温度履歴についてであったが、被処理体８は連続して搬送され、予備加熱光源３０、主加熱光源２０および冷却部４０も連続して動作するものであるため、帯状の被処理体８の長手方向に沿って上述の着目部位についてのと同様の処理が連続的に実行される。
【００７０】
本実施形態においては、帯状の被処理体８を搬送部１０によって一定速度で搬送しつつ、強度の強い主加熱光源２０のキセノンランプ２１から被処理体８の表面に光照射を行うことによって、被処理体８表面の各位置には短時間の光照射が行われることとなる。このため、耐熱性に乏しい基材８１を過度に加熱することなく、機能層８２のみを必要な温度にまで加熱することができる。
【００７１】
特に、光学系２５によってキセノンランプ２１の照射幅ｄを規定するとともに、被処理体８の搬送速度を制御することによって、被処理体８表面の各位置における照射時間を正確に調整することができる。その結果、より正確に機能層８２のみを必要な温度にまで加熱することができる。
【００７２】
また、主加熱光源２０に備えるキセノンランプ２１の本数は１本〜３本と比較的少ないため、熱処理装置１のコスト増大を抑制することができる。さらに、主加熱光源２０による加熱時間は短いため、熱処理装置１の生産性も向上させることができる。
【００７３】
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。そして、被処理体８の種類および処理内容に応じて熱処理装置１の構成にも適宜の変更を加えることが可能である。
【００７４】
例えば、被処理体８の基材８１としては、ポリイミドやポリカーボネート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柔軟であるため、送り出しローラ１１から巻き取りローラ１２へロール・ツー・ロール方式にて被処理体８を搬送することができる。ロール・ツー・ロール方式にて被処理体８を搬送することができるか否かは、基材８１の素材の曲げ強度、送り出しローラ１１および巻き取りローラ１２の径（曲げ半径）、基材８１の厚さなどに依存している。柔軟で可撓性を有する樹脂材料であれば、送り出しローラ１１および巻き取りローラ１２の径が比較的小さく、基材８１の厚さが比較的厚かったとしても、ロール・ツー・ロール方式にて搬送することができる。なお、上記実施形態で例示したＰＥＮおよびＰＥＴの曲げ強度は、それぞれ２８０ＭＰａおよび２３０ＭＰａである。また、ポリイミドおよびポリカーボネートの曲げ強度は、それぞれ２８０ＭＰａおよび９８ＭＰａである。
【００７５】
被処理体８の基材８１として樹脂材料を用いた場合には、キセノンランプ２１から被処理体８の上面への照射時間を０．６ミリ秒以上０．９ミリ秒以下とするのが好ましい。これは、基材８１が樹脂材料である場合、キセノンランプ２１からの照射時間が０．６ミリ秒未満であると、機能層８２が十分に昇温しないために改質も不十分となり、照射時間が０．９ミリ秒を超えると、樹脂の基材８１に熱的ダメージを与えるためである。具体的には、光学系２５によって規定される照射幅ｄが上記実施形態と同じ５ｍｍであるならば、被処理体８の搬送速度ｘを５．５６ｍ／ｓ以上８．３３ｍ／ｓ以下とすれば良い。
【００７６】
基材８１が樹脂材料である場合には、キセノンランプ２１から被処理体８への照射時間を０．８ミリ秒とするのが最も好ましく、基材８１に全くダメージを与えることなく機能層８２の十分な改質を行うことができる。具体的には、光学系２５によって規定される照射幅ｄが５ｍｍであるならば、被処理体８の搬送速度ｘを６．２５ｍ／ｓとすれば良い。
【００７７】
また、被処理体８の基材８１は、樹脂材料に限定されるものではなく、金属箔であっても良い。金属箔としては、例えば銅箔、アルミニウム箔、ステンレススチールの箔などを用いることができる。一般に、金属材料は樹脂材料に比較すると柔軟性に欠けるが、厚さが十分に薄い箔であれば、送り出しローラ１１および巻き取りローラ１２に巻き取ることが可能であり、ロール・ツー・ロール方式にて搬送することができる。但し、金属箔の基材８１は、予備加熱光源３０のハロゲンランプ３１からの光を透過しない。従って、ハロゲンランプ３１から照射された光を吸収した金属箔の基材８１が加熱されて昇温し、その基材８１からの熱伝導によって機能層８２が予備加熱されることとなる。
【００７８】
また、被処理体８の基材８１は、柔軟性を有するガラス基板（いわゆるフレキシブルガラス）であっても良い。このようなフレキシブルガラスは、ローラ径などの条件によっては、ロール・ツー・ロール方式で搬送することができる。基材８１が耐熱性に優れた金属またはガラスであれば、予備加熱光源３０および主加熱光源２０からの光照射によって基材８１を高温に加熱することも可能となる。
【００７９】
被処理体８の基材８１としてガラス基板を用いた場合には、キセノンランプ２１から被処理体８の上面への照射時間を１．０ミリ秒以上１秒以下とするのが好ましい。ガラスは樹脂材料に比較して耐熱性に優れているため、被処理体８に１秒までの長時間の光照射を行うことができる。その一方、基材８１がガラス基板の場合、キセノンランプ２１からの照射時間が１．０ミリ秒未満であると、機能層８２が十分に改質しないおそれがある。具体的には、光学系２５によって規定される照射幅ｄが上記実施形態と同じ５ｍｍであるならば、被処理体８の搬送速度ｘを５．０ｍｍ／ｓ以上５．０ｍ／ｓ以下とすれば良い。
【００８０】
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目標処理温度Ｔ２は約４００℃となる。
【００８１】
機能層８２は、アモルファスシリコン、ＩＧＺＯ（酸化物半導体）、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などであっても良い。機能層８２がＩＴＯである場合、目標処理温度Ｔ２は約２２０℃となる。また、機能層８２がＩＧＺＯである場合、目標処理温度Ｔ２は３５０℃〜４００℃となる。さらに、機能層８２がアモルファスシリコンであれば、目標処理温度Ｔ２は９００℃〜１０００℃にもなる。
【００８２】
このように、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は様々なバリエーションが可能であり、基材８１と機能層８２との組み合わせによって被処理体８の特性および目標処理温度Ｔ２は大きく異なる。如何なる組み合わせであっても、被処理体８をロール・ツー・ロール方式にて一定速度で搬送しつつ、強度の強いキセノンランプ２１から被処理体８の表面に光照射を行うことにより、基材８１を過度に加熱することなく、機能層８２のみを必要な温度にまで加熱することができる。すなわち、本発明に係る熱処理技術によれば、基材８１の種類に関わらず被処理体８を必要な条件にて加熱することができる。また、キセノンランプ２１の照射幅ｄおよび被処理体８の搬送速度ｘを制御することによって、フラッシュランプと同程度の短時間照射にて機能層８２を加熱することもできる。
【００８３】
また、基材８１と機能層８２との組み合わせによって被処理体８の特性および目標処理温度Ｔ２が大きく異なることに対応して、熱処理装置１の構成も適宜なものとすれば良い。例えば、目標処理温度Ｔ２が比較的低温の機能層８２を処理する場合には、主加熱光源２０による熱処理のみによって機能層８２を目標処理温度Ｔ２にまで昇温することができるため、予備加熱光源３０は必ずしも必須の要素ではない。
【００８４】
また、基材８１が金属箔のように不透明な材質である場合には、キセノンランプ２１およびハロゲンランプ３１からの光を透過しないため、主加熱光源２０と予備加熱光源３０とを対向配置するようにしても良い。このようにしても、キセノンランプ２１およびハロゲンランプ３１から出射された光は被処理体８によって遮光されるため、互いの損傷を防止することができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、主加熱光源２０にキセノンランプ２１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ランプを用いるようにしても良い。いずれの希ガスを用いた場合であっても、上記実施形態と同様に、アーク放電によってランプを連続点灯させ、連続的に光を照射する。或いは、主加熱光源２０にハロゲンランプを備えるようにしても良い。但し、キセノンランプとハロゲンランプとでは放射分光分布が異なり、キセノンランプの方が短波長側にシフトしている。従って、処理対象となる機能層８２が比較的短波長の光を吸収しにくい場合に、主加熱光源２０にハロゲンランプを設けるのが好ましい。
【００８６】
また、上記実施形態では、冷却部４０に送風ユニット４１を備えていたが、これに代えて、主加熱光源２０からの光照射位置よりも下流側に設けられた補助ローラ１３に温調機構を備え、その温調された補助ローラ１３が被処理体８の裏面に接触することによって冷却するようにしても良い。このような温調機構としては、例えば補助ローラ１３の内部に恒温水を循環させるようにすれば良い。
【００８７】
同様に、予備加熱光源３０に代えて、主加熱光源２０からの光照射位置よりも上流側に設けられた補助ローラ１３に加熱機構を備え、その加熱された補助ローラ１３が被処理体８の裏面に接触することによって予備加熱を行うようにしても良い。このような加熱機構としては、例えば補助ローラ１３の内部にヒータを設けるようにすれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係る熱処理装置および熱処理方法は、ロール・ツー・ロール方式にて搬送することができる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
８  被処理体
９  制御部
１０  搬送部
１１  送り出しローラ
１２  巻き取りローラ
２０  主加熱光源
２１  キセノンランプ
２５  光学系
３０  予備加熱光源
３１  ハロゲンランプ
４０  冷却部
４１  送風ユニット
５０  上側筐体
６０  下側筐体
８１  基材
８２  機能層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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