(57)【要約】【課題】含有水素量を低下させた雰囲気中で有機基板の表面に紫外線を照射することで、紫外線照射後の有機基板の表面に対する導電膜の密着性を向上しつつ、導電膜の導電率の低下を防止する。【解決手段】基板処理装置１は、基板１００が配置されるハウジング３０内にドライエアボンベ３４からドライエアを供給する。基板１００の表面は、含有水素量が十分に少ないドライエアの雰囲気中で、照射窓２１及びフィルタ２８を介して紫外線ランプ２２から紫外線の照射を受ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線照射装置により有機基板の表面に紫外線を照射することにより前記有機基板の表面を改質する基板処理装置において、
前記紫外線照射装置と前記有機基板の表面との間の雰囲気中における水素含有量を低下させる水素含有量低下手段を備えた基板処理装置。
【請求項２】
前記水素含有量低下手段は、前記紫外線照射装置と前記有機基板の表面との間の雰囲気中にドライエアを供給するドライエア供給手段である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記紫外線照射装置の下方に前記有機基板が載置されるステージを備えた請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
フィルム状の前記有機基板を供給ロールから前記紫外線照射装置の下方を経由して連続して搬送する搬送手段を備えた請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電膜形成前の有機基板の表面を紫外線照射によって改質する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルや有機ＥＬ素子の製造には、基板の表面に導電材料を溶剤とともに塗布して導電膜を形成する工程が含まれる。基板の表面の定められた位置に導電膜を正確にかつ確実に形成するためには、基板の表面の濡れ性を高めて導電膜の密着性を向上させる必要がある。
【０００３】
そこで、従来より、導電材料を塗布する前の基板の表面を紫外線の照射によって改質する基板処理装置が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、ポリエチレンナフタレート（以下、「ＰＥＮ」という。）基板等の有機基板の表面に透明導電膜を形成する場合、透明導電膜の塗布前に紫外線を照射することで有機基板の表面の接触角が小さくなり、透明導電膜の密着性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１６１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、大気中における紫外線照射後の有機基板の表面に形成された導電膜は、導電率が低下することが明らかになった。
【０００６】
この発明の目的は、含有水素量を低下させた雰囲気中で有機基板の表面に紫外線を照射することで、紫外線照射後の有機基板の表面に対する導電膜の密着性を向上しつつ、有機基板の表面に形成された導電膜の導電率の低下を防止できる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の基板処理装置は、紫外線照射装置と有機基板の表面との間の雰囲気中における水素含有量を低下させる水素含有量低下手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
有機基板の表面に導電膜を形成する場合、導電膜を塗布する前に紫外線を照射することで有機基板の表面の接触角が小さくなり、導電材料を溶融させた溶剤の密着性が向上する。一方で、紫外線照射後の有機基板の表面に形成された透明導電膜は、導電率が低下する。実験の結果、紫外線照射後の有機基板の表面における官能基の存在が透明導電膜の導電率低下の原因であることが明らかになった。官能基は、有機基板の表面の炭素が雰囲気中の水素と反応することで生成される。
【０００９】
この構成によれば、有機基板の表面の改質を目的とする紫外線照射時に、雰囲気中の水素含有量を減少させることで、官能基の生成が抑制され、紫外線照射後の有機基板の表面に形成された導電膜の導電性の低下が阻止される。
【００１０】
この構成において、水素含有量低下手段は、紫外線照射装置と有機基板の表面との間の雰囲気中にドライエアを供給するドライエア供給手段であることが好ましい。窒素ガス供給等の他の手段に比較して、容易かつ安価に紫外線照射後の有機基板の表面に形成された導電膜の導電率の低下を防止できる。
【００１１】
また、紫外線照射装置の下方に有機基板が載置されるステージを備えることが好ましい。シート状の基板のバッチ処理時に、紫外線照射装置と有機基板の表面との間隔を適正に維持できる。
【００１２】
さらに、フィルム状の有機基板を供給ロールから紫外線照射装置の下方を経由して連続して搬送する搬送手段を備えることが好ましい。有機基板に対して連続して紫外線を照射することができ、生産効率を向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の基板処理装置によれば、含有水素量を低下させた雰囲気中で有機基板の表面に紫外線を照射することができ、紫外線照射後の有機基板の表面に対する導電膜の密着性を向上しつつ、導電膜の導電率の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示す概略断面図である。
【図２】同基板処理装置に備えられるステージの概略構成を示す分解平面図である。
【図３】同基板処理装置に備えられるステージの概略構成を示す断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、同基板処理装置における実験結果を示す図である。
【図５】この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、この発明の実施形態に係る基板処理装置１は、ステージ４上に載置した基板１００の表面に紫外線照射装置（紫外線照射ユニット）２から紫外線を照射することによって基板１００の表面を改質する。
【００１６】
処理対象である基板１００は、紫外線照射によって表面に官能基が生成される有機材料、例えば、太陽電池セルや有機ＥＬ素子用の樹脂基板として有用なＰＥＮフィルムを素材として構成された有機基板である。
【００１７】
基板処理装置１は、主として、紫外線照射装置（上部ユニット）２および処理室ユニット（下部ユニット）３の２つのユニットから構成される。
【００１８】
紫外線照射装置２は、光源である紫外線ランプ２２が、薄箱形の外形を呈するハウジング２０内に収容されている。紫外線ランプとして、真空紫外線を出射するエキシマランプ（株式会社クォークテクノロジー製）を好適に用いることができる。エキシマランプは、波長１７２ｎｍに高発光強度の単一の発光ピークを有するランプである。真空紫外領域（波長１００〜２００ｎｍ）の紫外光はエネルギーが極めて高いので、基板１００の表面の改質に費やす紫外線照射時間を大幅に短縮することができる。紫外線ランプとしては、エキシマランプの他に、用途に応じて紫外線ＬＥＤ、低圧水銀ランプを用いることも可能である。
【００１９】
ハウジング２０の下壁には紫外線ランプ２２の配置領域の下側に位置する部分に開口２０Ａが形成されている。開口２０Ａには、紫外線を透過する材料（例えば、石英ガラスや石英合成ガラスなど）からできた照射窓２１が設けられる。開口２０Ａと照射窓２１との隙間には図示しないシール部材を配設し、ハウジング２０内を密閉している。
【００２０】
また、照射窓２１の下方には、フィルタ２８が設置されている。フィルタ２８は、光透過性に優れた石英又は合成石英を素材として、薄板状に形成されている。フィルタ２８は、例えば、固定ネジを介して、全面を照射窓２１の下面に密接または近接させた状態で着脱自在に配置されている。基板１００の表面において発生した塵埃は、フィルタ２８に付着し、照射窓２１に付着することがない。フィルタ２８のみを交換又は清掃することで塵埃の付着による紫外線の照射効率を回復することができ、紫外線ランプ２２のランニングコストを低減できる。
【００２１】
本実施の形態では、紫外線ランプ２２は箱形のランプを用いている。紫外線ランプ２２と照射窓２１との間の隙間２７には、ダクト２６が設けられている。ダクト２６は隙間２７に向けて開口する複数の排気孔２６Ａを有している。
【００２２】
ハウジング２０の左右両側壁には吸気管２５がそれぞれ貫設されている。ダクト２６の左右両端と吸気管２５の一端とはジョイント２３を介して接続されている。吸気管２５の他端はハウジング２０の外部に突出しており、ジョイント２４を介して図示しない不活性ガス（例えば、窒素、アルゴンなど。）のボンベから延びる送気管に接続される。これにより、前述の隙間２７に不活性ガスを流すことができる。すなわち、紫外線ランプ２２を不活性ガス雰囲気中に配置することが可能となる。
【００２３】
紫外線ランプ２２から出射される紫外線（特に、エキシマランプの真空紫外線）は、酸素などに吸収されると、照度の低下とオゾンの発生を招く。したがって、上述のように紫外線ランプ２２を不活性ガス雰囲気に配置することにより紫外線の吸収をなくすことができる。
【００２４】
処理室ユニット３は、処理対象である基板１００を載せるステージ４が、薄箱形の外形を呈するハウジング３０内に収容されたユニットである。
【００２５】
ハウジング３０の右側壁には吸気管３１が貫設され、ハウジング３０の左側壁には排気管３２が貫設されている。図１に示された実施形態では、吸気管３１が２つ、排気管３２が１つ設けられた例が示されているが、吸気管３１および排気管３２の数はこれに限定されるものではない。吸気管３１の一端はハウジング３０の外部に突出しており、ジョイント３３を介してドライエアボンベ３４から延びる送気管３５に接続されている。これにより、ハウジング３０内にドライエアを供給することができる。
【００２６】
上述した吸気管３１、排気管３２、ドライエアボンベ３４、及び送気管３５は、本発明のガス供給装置を構成している。
【００２７】
大気中には体積比で約２０％の酸素が存在する。したがって、上述のようにドライエアをハウジング３０内に供給することにより、基板１００の表面の雰囲気中の水素含有量が低下する。ドライエア中の酸素の存在下に紫外線ランプ２２からの紫外線が照射されることになり、紫外光のエネルギーにより酸素が励起されて活性酸素（例えば、ＯＨラジカルなど。）が生成される。したがって、生成される活性酸素による基板１００の表面の改質が進行する。
【００２８】
ハウジング３０の上壁にも前述の開口２０Ａに対応して開口３０Ａが設けられているこの開口３０Ａの真下にステージ４が配置されている。紫外線照射ユニット２は処理室ユニット３上に、両ユニットのハウジング２０，３０の開口２０Ａ，３０Ａが合致するように重ねられ、処理室ユニット３の上部へビス止めにより固定される。したがって、照射窓２１および開口３０Ａを通して紫外線ランプ２２から出射される紫外線をステージ４に載せられた基板１００の表面に照射することが可能である。
【００２９】
本実施の形態では、ステージ４は、ベースプレート４１、中間プレート４２、およびトッププレート４３の３枚の矩形のプレートが順に積層された構造である。これらのプレートの材質は、耐熱性および耐光性を考慮して備える材料であることが望ましい。例えば、硬質アルマイト処理が施されたアルミニウムなどは安価で入手が容易であるため好適である。
【００３０】
図２及び図３に示すように、ステージ４は、各プレート４１，４２，４３の四隅にはネジ孔４１Ａ，４２Ａ，４３Ａがそれぞれ設けられている。したがって、３枚のプレート４１，４２，４３を重ね、四隅のネジ穴に図示しないネジを差し込めば、これらのプレートを圧着状態に固定することができる。
【００３１】
ベースプレート４１の上面中央部にはフィルム状のヒータ９（例えば、ポリイミドヒータなど。）が配置されている。ヒータ９は、ヒータ線１３を介して図示しない電流源に接続されており、通電されることによりジュール熱を発生するように構成される。この熱は、トッププレート４１まで伝熱する。これにより、トッププレート４１上に載せられた基板１００を加熱することができる。なお、図２における符号４１Ｃで示される溝は、ヒータ線１３を引き出すためのベースプレート４１上面に形成された溝である。
【００３２】
さらにベースプレート４１の一端には、吸引ノズル１１を取付けるための取付孔４１Ｂが設けられている。また、取付孔４１Ｂの近傍に位置するベースプレート４１の一端縁には熱電対１２を取付けるための溝４１Ｄが設けられている。熱電対１２はヒータ９の発熱制御、すなわち基板温度の制御用である。
【００３３】
トッププレート４３には多数の微少な吸気孔４３Ｂがほぼ全面に設けられている。
【００３４】
中間プレート４２には、前述のベースプレート４１の取付孔４１Ｂに対応した位置に吸引孔４２Ｂが設けられている。図３に示すように、ベースプレート４１の取付孔４１Ｂには、吸引ノズル１１が挿着される。吸引ノズル１１の下端は図示しないバキュームジェネレータに接続されている。吸引ノズル１１の上端はＯリングパッキン１０によりシールされる。なお、図３における符号４２Ｃで示される凹部は、前述のヒータ９を収納するための中間プレート４２下面に設けられた凹部である。
【００３５】
さらに中間プレート４２の上面には、周縁にゴム製のシールリング８が接着されている。これにより、図３に示すように、中間プレート４２とトッププレート４３との間のシールリング８で囲まれた領域に密閉空間が形成される。したがって、吸引ノズル１１を用いてこの空間のエアを吸引することにより、この空間が負圧になり、トッププレート４３の多数の吸気孔４３Ｂを通して矢印Ｋの方向に吸引気流が発生する。この吸引気流により、基板１００を吸引してトッププレート４３上に確実に固定することができる。
【００３６】
ステージ４は、図１に示すように、昇降装置５により昇降自在に支持されている。昇降装置５を用いてステージ４を昇降させることにより、紫外線ランプ２２と基板１００の表面との間の距離（以下、「照射距離」という。）Ｄが調節される。したがって、基板の種類に応じて表面改質に適した照射距離に容易に設定することができる。
【００３７】
なお、基板全面について照射距離Ｄを一定に維持できることを条件に、吸引ノズル１１を省略することができる。この場合には、ベースプレート４１、中間プレート４２及びトッププレート４３に代えて、上面が平面のステージを配置すればよい。
【００３８】
以上のように構成される基板処理装置１による基板１００の表面の改質原理について、基板１００としてＰＥＮ基板、紫外線ランプ２２としてエキシマランプを使用した場合を例にして説明する。
【００３９】
紫外線ランプ２２から真空紫外線を基板１００の表面に照射すると、高いエネルギーにより表面分子の主鎖や側鎖の大部分が切断され、表面からは素材に含まれる水素原子が分離される。この水素原子は、大気中の酸素から紫外光により生成された活性酸素（例えば、ＯＨラジカルなど。）と結合し、アシル基（ＣＯＨ）、ヒドリキシル基（ＯＨ）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）などの官能基を基板１００の表面に形成する。これにより、基板１００の表面の物理的性質および化学的性質が改質（平滑性や親水性の向上など）される。この結果、接着剤や塗料等の基板１００の表面への被着が困難であったコーティング材との密着性が改善され、膜厚の均質化が図られる。また、改質と同時に各種素材の表面に残留する有機物の汚染物質や素材自体から滲み出る油分を紫外線と活性酸素により酸化洗浄することができる。
【００４０】
また、本発明の基板処理装置１においては、紫外線の照射中、吸引ノズル１１によりシールリング８に囲まれた空間のエアが吸引され、図３に矢印Ｋで示す吸引気流が発生する。これにより、基板１００はトッププレート４３上に安定的に固定され、基板１００の浮きや躍りが防止される。さらに、ベースプレート４１に配設されたヒータ９（図２参照。）に通電され、ヒータ９が発熱する。この熱は、トッププレート４１まで伝熱し、高温となったトッププレート４１を介して基板１００が加熱される。これにより、基板１００の表面の温度を高めて紫外線による改質を促進することができる。したがって、基板処理装置１によれば、紫外線の照射条件の安定化、照射時間の短縮、および改質効果の向上を実現することができる。
【００４１】
一方で、紫外線照射後の基板１００の表面に形成されたＡｇ含有高分子やＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ含有高分子導電膜等の透明導電膜は、導電率が低下する。この原因を解明すべく実験を行った。
【００４２】
実験では、基板処理装置１を用いて基板１００の表面に、大気中、酸素濃度０％雰囲気中、及びドライエア雰囲気中でそれぞれ紫外線を照射した後、Ａｇ含有高分子導電膜を基板１００の表面に膜圧１００ｎｍでスリットコート法により成膜し、乾燥後の導電膜の抵抗値を基板１００の表面における４９箇所で測定した。
【００４３】
紫外線の波長は１７２ｎｍ、照射距離は５ｍｍ、照射強度は３０ｍＷ／ｃｍ２、照射時間は３０秒とした。処理対象の基板１００にはＰＥＮフィルムを用いた。ドライエア雰囲気時には、処理室ユニット３のハウジング３０内にドライエアを流量２０Ｌ／ｍｉｎで供給した。
【００４４】
実験の結果、図４（Ａ）に示す大気中で紫外線を照射した比較例１では、抵抗値が比較的高い範囲に分散する。図４（Ｂ）に示す酸素濃度０％雰囲気中での比較例２では、抵抗値が比較的低い範囲に集中する。図４（Ｃ）に示すドライエア雰囲気中の実施例１では、抵抗値がより低い値に集中する。
【００４５】
大気及びドライエア雰囲気の酸素含有量は略同一であり、水分含有量が異なる。酸素濃度０％雰囲気とドライエア雰囲気とでは、含有量及び水分含有量が異なる。また、紫外線照射後の基板１００の表面に形成した透明導電膜の抵抗値の低下は、無機材料であるガラス基板では発生しない。
【００４６】
これらから、紫外線照射後の基板１００の表面に形成した透明導電膜の導電率の低下は、雰囲気中の酸素よりも水素の影響が大きく、基板１００の表面の炭素が雰囲気中の水素と反応することで生成された官能基によるものと考えられる。
【００４７】
そこで、基板１００の表面の改質を目的とする紫外線照射時には、ドライエアを供給して雰囲気中の水分量を減少させることで、官能基の生成を抑制することができ、紫外線照射後の基板１００の表面に形成された透明導電膜の導電性の低下を防止できる。
【００４８】
なお、酸素濃度０％の雰囲気中で紫外線を照射した基板１００においても、表面に形成された透明導電膜の導電率の低下を生じない。しかし、酸素濃度０％の雰囲気の作成には長時間を必要とし、その雰囲気を維持するために装置の構造が複雑化する。これに対して、ドライエア雰囲気の作成及び維持は容易であり、ドライエア自体が環境を汚損することもないため、取り扱いが容易である。
【００４９】
図５に示すように、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１は、ハウジング３０の対向する２面を開放している。搬送ローラ１０２，１０３を介して、供給ロール１０１に巻回されたフィルム状の基板１００をハウジング３０内を通過させて搬送しつつ、紫外線ランプ２２から紫外線を照射する。ハウジング３０内には、多数の孔を形成したダクト２６を配置されている。ダクト３６には、ドライエアボンベ３４から送気管３５を介してドライエアが供給される。
【００５０】
この場合には、ベースプレート４１、中間プレート４２及びトッププレート４３に代えて、上面が平面のステージを配置する。
【００５１】
この構成により、供給ロール１０１に巻回されたフィルム状の基板１００に対して連続してドライエア雰囲気中で紫外線照射による表面の改質を行うことができ、高導電率の導電膜の形成に適した基板１００の生産効率を向上することができる。
【００５２】
なお、ハンジング３０内には環境汚染のないドライエアが供給されるため、ハウジング３０の内部を外部に開放しておくことができる。
【００５３】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１−基板処理装置
２−紫外線照射ユニット
３−処理室ユニット
２２−紫外線ランプ
３０−ハウジング
３４−ドライエアボンベ
１００−基板
【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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