(57)【要約】【課題】基板上のインク材料を均一に改質する。【解決手段】基板上に形成された電子デバイス用パターンを構成するインク材料の改質装置であって、第１の波長の光を第１の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第１の光源と、第２の波長の光を前記第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする第２の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第２の光源と、を備え、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とにおいて、互いの波長は異なる帯域であることを特徴とするインク材料の改質装置が提供される。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された電子デバイス用パターンを構成するインク材料の改質装置であって、
第１の波長の光を第１の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第１の光源と、
第２の波長の光を前記第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする第２の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第２の光源と、を備え、
前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とにおいて、互いの波長は異なる帯域であることを特徴とするインク材料の改質装置。
【請求項２】
前記第２の光源は、前記インク材料の改質された部分において前記第１の波長の光より光の吸収が低い前記第２の波長の光を前記第２の領域に照射することを特徴とする請求項１に記載のインク材料の改質装置。
【請求項３】
前記第２の波長の光は、前記第１の波長の光より短波長の光であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインク材料の改質装置。
【請求項４】
前記第２の波長の光は、前記インク材料に対して光の吸収がピークになる第３の波長と前記第１の波長との間の波長であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインク材料の改質装置。
【請求項５】
スライド機構を用いた基板の移動方向に対して手前から前記第１の領域及び前記第２の領域が配置され、
前記スライド機構は、前記第１の光源から光が照射されるとき、前記移動方向に対して前記基板の前方側が前記第１の領域に置かれるように前記基板を移動させ、
前記第２の光源から光が照射されるとき、前記基板の前方側が前記第２の領域に置かれ、前記基板の後方側が前記第１の領域に置かれるように前記基板を移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインク材料の改質装置。
【請求項６】
前記第１の光源は、第１のフィルターを介して前記第１の波長の光が前記第１の領域に照射し、
前記第２の光源は、第２のフィルターを介して前記第２の波長の光が前記第２の領域に照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のインク材料の改質装置。
【請求項７】
スライド機構を用いて前記基板をスライド移動させることにより前記第１の光源からの光の第１照射及び前記第２の光源からの光の第２照射が同一の基板又は隣り合う基板に対して連続的に実行されることを特徴とする請求項６に記載のインク材料の改質装置。
【請求項８】
前記第１の光源及び前記第２の光源は、キセノンランプ又は水銀ランプであることを特徴とする請求項６又は７に記載のインク材料の改質装置。
【請求項９】
基板上に形成された電子デバイス用パターンを構成するインク材料の改質方法であって、
第１の波長の光を第１の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第１の工程と、
第２の波長の光を前記第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする第２の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第２の工程と、を備え、
前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とにおいて、互いの波長は異なる帯域であることを特徴とするインク材料の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク材料の改質方法及びインク材料の改質装置に関し、特に電子デバイス用パターンを構成するインク材料の改質方法及びインク材料の改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽い、壊れにくい、フレキシブル化が容易等の特性を持つ有機材料を使ったエレクトロニクスデバイスが、照明、電子ペーパー、太陽電池など多岐に渡たる有望市場が生み出し始めている。エレクトロニクスデバイスでは、シリコン（Ｓｉ）などの無機・金属材料に性能面では未だ及ばないものの、安価に製造できるなどの利点を生かしたユニークなアプリケーションの開拓が期待されている。これらの電子デバイスが、安価な製造を可能とする理由は、有機材料は溶液化が可能で、印刷法などによるボトムアップ製造法が適用できることによる。
【０００３】
プリンテッドエレクトロニクス用の基板に形成されたパターンを構成するインク材料は、そのままの状態では絶縁性の物質であるため、導電性の物質に改質する必要がある。そのため、インク材料は加熱され、冷却される。加熱の際に生じる基板変形というダメージを減らし、短時間でインクを改質させるためのプロセス候補としてＫｕｒｔ  Ａ．  Ｓｃｈｒｏｄｅｒらによって発明されたキセノンランプのパルス照射（以下フラッシュランプとも呼ぶ）をインクに繰り返し与える方法が注目されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２２３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によれば、プリンテッドエレクトロニクス用のインク材料としてよく用いられるナノパーティクル材料を含むインクが数秒以内に、しかもガラス転移点が２００℃以下のプラスチック基板の変形を起こすことなく改質できることが示されている。
【０００６】
フラッシュランプによりパターン改質を行う場合、基板全面の一括改質を行える装置は高額なランプ電源を多数必要とし高コストになる。そこで、一般にはランプ数を減らし、基板をステップアンドリピートもしくはスキャンさせて全面を照射する。
【０００７】
しかし、ステップアンドリピートもしくはスキャン方式では、１回の照射においては照射光の強度分布はランプ下の中央部分より周辺部で弱くなるため、完全に改質できる領域と十分に改質されない端領域とができてしまう。
【０００８】
照射領域をオーバラップさせることで、未完全な改質領域を完全に改質させることもできるが、逆に改質されていた領域にまで再度光が当たり、オーバーアニールの状態になってしまう。
【０００９】
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、インク材料の改質されていない部分と改質された部分に光の吸収の相違がある波長を用いて基板上のインク材料を改質することが可能なインク材料の改質方法及びインク材料の改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板上に形成された電子デバイス用パターンを構成するインク材料の改質装置であって、第１の波長の光を第１の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第１の光源と、第２の波長の光を前記第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする第２の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第２の光源と、を備え、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とにおいて、互いの波長は異なる帯域であることを特徴とするインク材料の改質装置が提供される。
【００１１】
前記第２の光源は、前記インク材料の改質された部分において前記第１の波長の光より光の吸収が低い前記第２の波長の光を前記第２の領域に照射してもよい。
【００１２】
前記第２の波長の光は、前記第１の波長の光より短波長の光であってもよい。
【００１３】
前記第２の波長の光は、前記インク材料に対して光の吸収がピークになる第３の波長と前記第１の波長との間の波長であってもよい。
【００１４】
スライド機構を用いた基板の移動方向に対して手前から前記第１の領域及び前記第２の領域が配置され、前記スライド機構は、前記第１の光源から光が照射されるとき、前記移動方向に対して前記基板の前方側が前記第１の領域に置かれるように前記基板を移動させ、前記第２の光源から光が照射されるとき、前記基板の前方側が前記第２の領域に置かれ、前記基板の後方側が前記第１の領域に置かれるように前記基板を移動させてもよい。
【００１５】
スライド機構を用いて前記基板をスライド移動させることにより前記第１の工程及び前記第２の工程が同一の基板又は隣り合う基板に対して連続的に実行されてもよい。
【００１６】
前記第１の光源及び前記第２の光源は、キセノンランプ又は水銀ランプであってもよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板上に形成された電子デバイス用パターンを構成するインク材料の改質方法であって、第１の波長の光を第１の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第１の工程と、第２の波長の光を前記第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする第２の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第２の工程と、を備え、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とにおいて、互いの波長は異なる帯域であることを特徴とするインク材料の改質方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、インク材料の改質されていない部分と改質された部分に光の吸収の相違がある波長を用いて基板上のインク材料を均一に改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係るインク材料の改質装置の全体構成図。
【図２】照射光の強度分布を示した図。
【図３】インク改質度合と透過率（吸収波長帯）の関係を示した図。
【図４Ａ】第１実施形態に係るインク材料の改質方法を説明するための図。
【図４Ｂ】第１実施形態に係るインク材料の改質方法を説明するための図。
【図５】第１実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャート。
【図６】ＴＦＴ作製の印刷プロセスを示した図。
【図７】図６のプロセスを使って作製したフレキシブル有機ＴＦＴアレイの外観写真。
【図８】図６のプロセスを使った有機ＴＦＴアレイ作製時の作製時間の内訳を示した図。
【図９】基板上に形成された電子デバイス用パターンの一例を示した図。
【図１０】改質されたナノ銀インクの特性（照射エネルギーと体積抵抗率の関係）を示した図。
【図１１】改質されたナノ銀インクパターンと基板の外観を示した写真。
【図１２】基板ダメージの一例を示す図。
【図１３】注入エネルギーを変えた時のナノ銀インクの改質度合とパターンの大きさとを調べた図。
【図１４】一般的なキセノンフラッシュランプを使った生産システムを示す図。
【図１５】第２実施形態に係るインク改質装置を示した斜視図である。
【図１６】図１６（ａ）は固定具として静電チャック、図１６（ｂ）はベルヌーイチャックを使用した図。
【図１７】静電チャックの原理を説明するための図。
【図１８】ベルヌーイチャックの原理を説明するための図。
【図１９Ａ】第３実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャート。
【図１９Ｂ】第３実施形態に係る修正パターンと設計パターンとの関係を示した図。
【図２０】第４実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャート。
【図２１】第５実施形態に係るインク改質装置を示した斜視図である。
【図２２】Ｘｅフラッシュランプ光の再照射で破壊された改質済インクの状態を示す図であって、図２２（ａ）は顕微鏡写真、図２２（ｂ）は共焦点顕微鏡により測定した凹凸分布、図２２（ｃ）は再照射前の改質済インクの状態を示す顕微鏡写真。
【図２３】フラッシュランプから放出される光の分光特性を示した図。
【図２４】分光された波長帯により再照射された改質済インクの外観写真。
【図２５】第６実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
［インク材料の改質装置の全体構成］
まず、本発明の第１実施形態に係るインク材料の改質装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るインク材料の改質装置を用いた生産システムを示す。図１には、第１実施形態に係るインク材料の改質装置１００としてキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプ装置（特表２００８−５２２３６９に開示された生産システムから印刷機６０１を除いた装置に対応）の全体が概略的に示されている。
【００２２】
図１４に、特表２００８−５２２３６９に開示されたキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを使った生産システムを示す。印刷機６０１でパターン形成された基板（試料）６０３がベルトコンベアー６１０上に送られる。試料６０３はコンベアー６１０で前方に送られ、ストロボヘッド６２０下に入る。ストロボヘッド６２０内のキセノンフラッシュランプ６２１が発光し、光が基板６０３に照射される。キセノンフラッシュランプ６２１は発光すると高温になるため送風機６２２で冷却媒体が送風される。コンベアー６１０とストロボヘッド６２０は、各コントローラー６３２、６３０、６３１によって制御される。
【００２３】
このような生産システムでは、基板をローラ上にセットし、ローラを回転させて光源下へ送り込む。照射により基板に光が当たる領域は限られるため、ローラでその領域分ずらして全域を照射する。一度照射すると放電回路のコンデンサを充電するのに時間がかかるため、基板は間欠送りとなる。時間的には数ミリ秒（ｍｓ）の放電に対して１０秒（ｓ）前後のチャージ時間を要する。全面に光が照射されインクの改質が完了するとローラで取り出し口まで基板を移動させ、装置から取り出す。
【００２４】
以上に示した関連する装置に対して、図１に示した第１実施形態に係るインク材料の改質装置１００は、容器１０７、ランプハウス１０２、ランプ１０５ａ、１０５ｂ、分光フィルター１５１ａ、１５１ｂ、反射板１０６、スライド機構１０８を有している。スライド機構１０８は、移動ステージ部１０４、電動機１０９、ボールねじ１１０を有している。
【００２５】
ランプハウス１０２は、ランプ１０５ａ、１０５ｂと光の反射板１０６からなる光源を１セットとして、複数セットで構成される。ランプハウス１０２内の光源は、２本のランプ１０５ａ、１０５ｂから形成され、基板１０３に帯状の光を照射する。ランプハウス１０２の２本のランプ１０５ａ、１０５ｂの下には分光フィルター１５１ａ、１５１ｂが配置されている。２本のランプ１０５ａ、１０５ｂから放射される光は、分光フィルター１５１ａ、１５１ｂにより所望の波長帯の光のみを通す。これにより、異なる波長域が選択されて、基板１０３に照射される。
【００２６】
装置全体は箱状の容器１０７で覆われ、容器内部を不活性ガスや希釈酸素でパージする、減圧にするなど雰囲気制御ができるようになっている。容器１０７内は、インクの特性に応じて真空又は大気状態に保持される。ステージ上面には基板を固定する固定具（図示せず）が具備されている。上述したインク材料の改質装置１００は制御コントローラー１１１によって制御される。
【００２７】
かかる構成により、移動ステージ部１０４は、基板１０３をステージスキャン方向に移動させ、ランプハウス１０２内の光源（ランプ１０５ａ、１０５ｂ）下へ送り込む。移動ステージ部１０４の移動方向はステージスキャン方向の一方向のみである。基板１０３には、１つ目のランプ１０５ａ下の第１の領域にて、１つ目の分光フィルター１５１ａに通された第１の波長帯の光が照射される（第１のフラッシュ）。また、基板１０３には、２つ目のランプ１０５ｂ下の第２の領域にて、２つ目の分光フィルター１５１ｂに通された第２の波長帯の光が照射される（第２のフラッシュ）。
【００２８】
一回のフラッシュによる全面照射では大型のランプが必要になりコスト高であるため、本実施形態ではスキャン方式が採用されている。つまり、スライド機構１０８を用いて基板１０３をスライド移動させることにより第１のフラッシュ及び第２のフラッシュが同一の基板又は隣り合う基板に対して連続的に実行される。本実施形態では、コストが高くならないようにランプの数を２本にし、基板１０３を動かす。光が照射されると、インクは発熱し、その後冷やされて固型化する。このとき、インク材料が絶縁物質から導電性物質に改質される。
【００２９】
有機材料を使ったエレクトロニクスデバイスでは、製造プロセスは実用化に向けてまだまだ多くの課題を抱えている。ひとつは、製造時間の長さである。ＴＦＴアレイを１枚作るのに約半日かかる。プリンテッドエレクトロニクスデバイスを作製する際には、種々のインク材料が用いられるが、各印刷レイヤーで必要となるインクの改質熱処理と基板フィルムの特性回復（大気圧室温下での自然回復）などが長時間のプロセスとなる。トータルで製造時間の約９７％を占めるような長時間プロセスが必要な理由は、基板変形を起こさずにインクの改質を行わなければならないことによる。使用するプラスチックフィルムはガラス転移点を越えたあたりから材料の軟化が始まるため、インク改質は転移点以下で時間をかけて行わざるを得ない。
【００３０】
フィルム基板に変形歪を起こさずに短時間でインクを改質できるプロセスが形成できれば、副次的に基板への熱負荷も低減され、作製プロセスの大幅時間短縮が見込まれる。しかしながら、短時間インク改質と基板ダメージとはトレードオフの関係にあり、両者を両立して実現することは難しい。
【００３１】
そこで、本実施形態のように、光源にキセノンランプを使うとインクを焼き固める時間を短縮できる。しかし、キセノンランプから一の波長の光を基板に照射した場合、インクの焼け方にむらが出たり、インクの下地の基板にダメージを与える場合がある。そこで、本実施形態では、図３のインクの改質度合と光の吸収波長域との関係を用いてキセノンランプから複数の特定の波長の光を基板に照射する。これにより、インクの焼け方にむらが出たり、インクの下地の基板にダメージを与えることを防止する。その具体的方法については後述する。
【００３２】
なお、本実施形態では、改質装置１００に２本のランプ１０５ａ、１０５ｂが設けられているが、これに限定されず、光源は１本であってもよいし、３本以上であってもよい。光源の本数は装置サイズや基板の大きさにより任意に決めることができる。光源は、キセノンランプ又は水銀ランプであってもよい。
【００３３】
（光の強度分布）
本実施形態に係るインク材料の改質装置１００を用いて基板１０３に光を照射した場合の光の強度分布は矩形形状ではなく、図２に示すように、ステージスキャン方向の前後（図では左右）の光の強度が小さくなる。つまり、光源１０５に対して中央部では光の強度は高いが、周辺部では光の強度は低くなる。このため、光の強度の小さい周辺領域ではインクの改質が十分に行われず、いわゆる改質途中の状態にある。従って不足領域には光を追加照射し、エネルギーを補充すればよいが、インクはエネルギーが注入されて改質が始まると、インク内部の有機材料の構造が変化し、吸収する光の波長域が変化する。
【００３４】
同じ波長域の光を照射すると、改質度合により光の吸収率が変わるため改質途中の状態のインクに対しては効果がないこともある。
【００３５】
また、改質済のインクは、例えばナノ銀インクの場合、改質されると表面は光沢を有し４００ｎｍ付近の波長帯はほとんど反射される。しかし５００〜１０００ｎｍの波長帯の光は吸収される。この波長帯を含む光が照射されると、再度発熱し、変質し、場合によっては破壊される場合がある。
【００３６】
そこで本実施形態では、第２の領域は、第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする。このようにして、光の強度が低くなる周辺部のオーバラップした部分では、再度、基板に光が照射される。これにより基板１０３への光の照射が均一になるようにしている。
【００３７】
（インクの改質度合と光の吸収波長域との関係）
次に、インクの改質度合と光の吸収波長域との関係について、図３を参照しながら説明する。図３は、インクの改質の程度により光の吸収波長域がどのように変わるかを示すグラフである。図３の横軸は、分光フィルター１５１ａ、１５１ｂを通して放射される光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、光の透過率（％）を示す。光の透過率が低い程、光の吸収が高く、光の透過率が高い程、光の吸収が低いことを示す。
【００３８】
実際には、図３の結果を得るために、光の放射ではなくオーブン焼成を用いてサンプルを作製し、改質度合いとの関係を求めた。光照射でインクを改質した場合、改質度合の面内均一性が悪く、安定した分光計測ができないためである。よって、以下の説明では、光の放射ではなくオーブン焼成時間とインクの改質度との関係を説明するが、光の放射時間とインクの改質度との関係として置き換えることができる。
【００３９】
図３には、インクが未改質（オーブン焼成で０ｍｉｎ（分））の場合、完全に改質（オーブン焼成で３０ｍｉｎ）された場合、及び改質途中（オーブン焼成で３ｍｉｎ，７ｍｉｎ，１５ｍｉｎ）の場合が示されている。なお、本実験においては、インクの改質度合の異なるサンプルを用意するため、それぞれ異なる時間でインクをオーブン焼成した。オーブンによる焼成の方が改質度合の均一性が高いため、改質度合の異なるサンプルを用意するのに適しているからである。
【００４０】
これらの改質度合の異なるサンプルに対して光を当てると、インクの結合状態が更に変化する。図３は、結合状態が変わっている、つまり改質されている様子と光の吸収の度合いの変化を示している。具体的には、インクがまったく改質されていない場合、インクは絶縁性の物質である。インクが完全に改質された場合、インクは導電性の物質である。よって、インクがその途中の場合、絶縁性と導電性とが混ざった性質の物質である。
【００４１】
図３を見ると、インクの改質が進むと吸収波長帯が短波長域にシフトしていくことがわかる。インクが未改質の状態では幅広い波長帯の光を吸収していたのに対して、完全改質に近づくと吸収する光の波長帯が狭くなる。光の放射が１５ｍｉｎ、３０ｍｉｎになって改質がほぼ完了すると光の吸収ピークは銀のプラズモン吸収波長帯に近づいていき、吸収波長帯が狭くなることがわかる。
【００４２】
図２３に示すように、フラッシュランプから放出される光は、幅広い波長帯域を持ち、概ね３００ｎｍ〜１５００ｎｍの間の波長帯の光を出力する。これは、どんな状態のインクに対しても、フラッシュランプの光は概ね吸収されることを意味する。
【００４３】
しかしながら、図３を参照すると、改質の度合いによって光の吸収の程度は変わってくる、従って、未改質のインク部分には光を吸収しやすく、改質されたインク部分には光を吸収しにくい波長帯の光を選択して基板に照射すれば、オーバーアニールを防ぎ、基板全体を均一に改質できるので好ましい。
【００４４】
図１に示した本実施形態の光の照射状態を説明するために、改質装置１００の一部を図４Ａに模式的に示す。本実施形態では、２個のランプ１０５ａ、１０５ｂが並んで設けられている。ランプ１０５ａ、１０５ｂの下には分光フィルター１５１ａ、１５１ｂが設置され、分光フィルター１５１ａ、１５１ｂによりフィルタリングされた特定の波長の光が基板１０３に照射される。
【００４５】
右のランプからは図３の（ｃ）の波長の光が放出される。つまり、ランプ１０５ａから出力される波長の光のうち、分光フィルター１５１ａを通して図３の（ｃ）の波長の光が選択され、第１の領域に照射される。図４Ａでは、第１の領域は、ランプ１０５ａからの光が照射される領域であり、移動ステージ部１０４がステージスキャン方向に向かって移動し、位置Ｐａで停止したときには基板１０３の前方側が第１の領域に置かれる。また、移動ステージ部１０４が更にステージスキャン方向に移動し、位置Ｐｂで停止したときには基板１０３の後方側が第１の領域に置かれる。
【００４６】
また、左のランプからは図３の（ｂ）の波長の光が放出される。つまり、ランプ１０５ｂから出力される波長の光のうち、分光フィルター１５１ｂを通して図３の（ｂ）の波長の光が選択され、第２の領域に照射される。第２の領域は、ランプ１０５ｂからの光が照射される領域であり、移動ステージ部１０４がステージスキャン方向に向かって移動し、位置Ｐｂで停止したときには基板１０３の前方側が第２の領域に置かれる。図示していないが、移動ステージ部１０４が更にステージスキャン方向に移動した後、停止したときに基板１０３の後方側が第２の領域に置かれる。
【００４７】
図３の（ｂ）の波長は、図３の（ｃ）の波長よりインク材料の改質されていない部分の光の吸収が改質された部分の光の吸収に対して大きい波長である。また、図３の（ｂ）の波長は、インク材料に対して光の吸収がピークになる図３の（ａ）の波長と図３の（ｃ）の波長との間の波長である。また、本実施形態では、図３の（ｂ）の波長の光は、図３の（ｃ）の波長の光より短波長の光である。
【００４８】
なお、図３の（ｃ）の波長の光は、第１の光源から第１のフィルターを介して放射される第１の波長の光の一例である。図３の（ｂ）の波長の光は、第２の光源から第２のフィルターを介して放射される第２の波長の光の一例である。図３の（ａ）の波長の光は、インク材料に対して光の吸収がピークになる第３の波長に相当する。
【００４９】
［インク材料の改質装置の動作］
このようなインク材料の改質装置１００の動作について、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を参照しながら説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、第１実施形態に係るインク材料の改質方法を説明するための図である。図５は、第１実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャートである。特に、図４Ｂは、図５の処理に従い、各ランプと基板との位置（基板上のパターン位置を含む）の関係、これによる改質済領域と未改質領域の関係を説明するために用いる。
【００５０】
移動ステージ部１０４に基板１０３を載置させて、移動ステージ部１０４を図４Ａに示した紙面の右から左へ向かってステージ上をスキャニングしながら第１の位置Ｐａまで移動させて停止させる（ステップＳ１０１）。この時点で、基板は図４Ｂの（Ａ）で示した位置まで進み、停止する。右のランプ１０５ａの電源をオンして光をフラッシュさせる（ステップＳ１０２：第１のフラッシュ）。ランプ１０５ａからの光は、分光フィルター１５１ａに通され、図３の（ｃ）の波長域の光（第１の波長帯の光）が基板に照射される（ステップＳ１０３）。これにより第１の領域に置かれた基板１０３に図４Ａの（Ａ）に示す強度分布の光が照射される。強度分布の中央部の光が照射された基板のエリアであればインクは十分に改質される。十分に改質されると図３の（ａ）の吸収ピークを持つ吸収スペクトルを示す材料に近い状態まで変化している。しかしながら、例えば、図４Ａに示した位置Ｉｂから位置Ｉａの領域のように、第１の領域の周縁部では強度が十分でないためインクへの加熱は不十分でインクは完全に改質されない。この領域の光の吸収スペクトルは、例えば図３の１５ｍｉｎのプロファイルに相当する。図４Ｂの（Ａ）の位置で光を照射するときには、パターンの端が完全に改質するように強度分布の中央部端がパターン端に一致するようにする。従って未改質領域は右側のみにできる。
【００５１】
次に、移動ステージ部１０４をスキャンし、基板を図４Ｂの（Ｂ）の位置まで移動させる。その後、ランプ１０５ａから光の照射（第１照射）を実行する。これにより、図４Ｂの（Ｂ）の位置の基板上のインク層は、進行方向から改質済、未改質、改質済、未改質となる。
【００５２】
次に、移動ステージ部１０４を、ステージ上をスキャニングしながら図４Ｂの（Ｃ）の位置まで移動させる（ステップＳ１０４）。この位置で左右のランプ１０５ａ、１０５ｂを点灯して基板に光を照射する。そうすると基板用の最も左の未改質領域に光が照射（第２照射）される（ステップＳ１０５：第２のフラッシュ）。ランプ１０５ｂからの光は、分光フィルター１５１ｂに通され、図３の（ｂ）の波長域の光（第２の波長帯の光）が基板に照射される（ステップＳ１０６）。これにより、基板１０３に図４Ａの（Ｂ）に示す強度分布の中央部の光が照射される。この際、ランプは同時に点灯されても、時間差を設けて点灯されてもよい。
【００５３】
このとき、右ランプ１０５ａの照射（第１のフラッシュ）による加熱が不十分でインクは完全に改質されない位置Ｉｂから位置Ｉａの領域のインクは、図３の１５分のスペクトルプロファイルに示すように、５０％の透過率、すなわち５０％程度の光を吸収して発熱し、改質が進む。
【００５４】
一方、改質済のインクは、図３の３０分のスペクトルプロファイルに示すように、８０％の透過率、すなわち第２のフラッシュで照射された波長（ｂ）の光の２０％程度の光しか吸収されない。このようにして、第２のフラッシュでは、改質されたインクに対して改質されていないインクへの光の吸収率が高い波長の光を照射する。つまり、二回目の光の照射では、改質が遅れている部分と改質が進んでいる部分との光の吸収に対するコントラストが大きい波長帯を使う。これにより、第１のフラッシュで既に改質されたインクへの光の吸収を低下させ、更なる加熱を避けオーバーアニールを防ぎ、第１のフラッシュで改質が不十分なインクへの光の吸収を高め、積極的な加熱によりインクの改質を促進する。このようにして本実施形態では、インク材料の改質されていない部分への光の吸収と改質された部分への光の吸収の相違を用いて基板全体のインク材料を均一に改質することができる。
【００５５】
さらに基板を左方向に図４Ｂの（Ｄ）の位置までスキャン移動させ、上記の照射プロセスを繰り返し、基板全域を改質させる。以上の処理をステージを移動する複数の基板に繰り返すことにより、該複数の基板上のインクを均一に改質にする。
【００５６】
なお、図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、第１の波長の光を第１の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第１の工程に相当し、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６は、第２の波長の光を前記第１の領域と周辺部にて一部オーバラップする第２の領域に置かれた基板のインク材料に照射する第２の工程に相当する。第２の工程では、インク材料の改質された部分において第１の波長の光より光の吸収が低い第２の波長の光を第２の領域に照射している。
【００５７】
以上に説明したように、本実施形態に係るインク材料の改質装置１００によれば、装置の製造コストを低く抑えたままで、インク材料を均一に改質することができる。
【００５８】
なお、基板にダメージを与えないように、図３に示した光を最も吸収するピーク部分の波長帯（ａ）の光は当てないようにする。
【００５９】
また、本実施形態では光源を２つ設けたが、これに限らず、１つの光源でフィルターを取り替えて光を２回フラッシュさせてもよい。
【００６０】
また、本実施形態に係る改質装置１００により改質されるインク材料は、基板上に印刷された、少なくとも１つの寸法が約１ミクロン未満であるナノ材料を含む配合物インクであってもよい。また、光源は、少なくとも一つのブロードキャストな広帯域パルス光子放出に曝露するための、電磁放射放出源であってもよい。また、０．０１Ｊ／ｃｍ２〜３０Ｊ／ｃｍ２の範囲で、電磁放射放出源により放出されるエネルギー面密度を制御するための回路を設けてもよい。電磁放射放出源の放出パルス持続時間を、１マイクロ秒〜１００ミリ秒の範囲に設定するための回路を設けてもよい。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るインク材料の改質装置について説明する。図６に有機ＴＦＴアレイを作製するための印刷プロセスの一例を示す。印刷法としては特許第３６８９５３６号で開示された反転印刷法を使用している。反転印刷とは、一様にインクを塗った例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）からなるブランケット板から印刷したいパターンの反転パターンを持つ凸版で不要なインクを除き、被転写基板（フィルム）を上記平面基板に接触させ、インクを転写して印刷する手法である。具体的な有機ＴＦＴアレイの作製プロセスフローについて以下に簡単に説明する。
【００６２】
プラスチックフィルム基板として、１２０μｍ厚のポリカーボネートフィルム（以下、ＰＣフィルムとする）を使用した。第１層でゲート（ｇａｔｅ）を形成する。ＰＣフィルムの印刷面を除電し、ダスト等を除去する。ナノ銀インクを使って反転印刷によりゲート（ｇａｔｅ）パターンを形成する。オーブンで１８０℃、３０分（ｍｉｎ）加熱してナノ銀インクを改質する。その後、約３時間室温で放置し、ＰＣフィルム特性の回復を待つ。
【００６３】
第２層でゲート（ｇａｔｅ）絶縁膜を形成する。ゲート（ｇａｔｅ）パターンが形成された被印刷面を洗浄し汚れを除去する。続いてＵＶ照射で汚れ除去と配線上の濡れ性の向上を図り、最後に除電しダストの除去を行う。ゲート絶縁膜（ポリビニルピロリドンＰＶＰ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）を約１μｍ厚に塗布する。オーブンで１７０℃、６０分加熱してＰＶＰを改質する。その後約３時間室温で放置し、ＰＣフィルム特性の回復を待つ。
【００６４】
第３層でソース（ｓｏｕｒｃｅ）−ドレイン（ｄｒａｉｎ）を形成する。ＰＶＰ塗布面を除電し、ダスト等を除去する。ナノ銀インクを使って反転印刷によりゲート（ｇａｔｅ）パターンを形成する。オーブンで１８０℃、３０分加熱してナノ銀インクを改質する。その後、約３時間室温で放置し、ＰＣフィルム特性の回復を待つ。
【００６５】
第４層で半導体（ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を形成する。ＰＶＰ膜上にソース（ｓｏｕｒｃｅ）−ドレイン（ｄｒａｉｎ）パターンが形成された被印刷面をウエット洗浄し、有機汚れを除去する。続いて除電しダストの除去を行う。Ｐ３ＨＴ（半結晶性ポリ（３−ヘキシルチオフェン）ポリマー）インクを使って反転印刷により半導体（ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）パターンを形成する。塗布後直ぐに窒素雰囲気のグローブボックスに入れ、ポットプレートで１５０℃、１５分加熱する。その後、約３時間そのまま窒素雰囲気のグローブボックス中で放置し、ＰＣフィルム特性の回復を待つ。
【００６６】
作製した有機ＴＦＴの電気特性はＮ２雰囲気のグローブボックス中でテスターを使い計測した。第５層でパッシベーション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）を形成する。半導体材料にダメージを与えるウエット洗浄やＵＶ照射などは行わず、反転印刷で１μｍ厚のフッ素系樹脂（ＣＹＴＯＰ）膜を形成する。オーブンで１５０℃、２０分加熱する。
【００６７】
試作したフレキシブル有機ＴＦＴアレイの外観を図７に示す。４回の熱プロセスを経て、ＰＣフィルム表面上に構造体が作り込まれているが基板自体に反りや局所的な歪みは全く観察されない。また写真のように曲げを繰り返し行っても印刷パターンが基板から剥がれるようなこともない。
【００６８】
しかしながら、上述した製造プロセスは実用化に向けてまだまだ多くの課題を抱えている。製造時間という切り口で製造プロセスを分析してみると、ＴＦＴアレイを１枚作るのに１２時間半かかる。図８に作製プロセス時間の詳細を示す。基板フィルムの予備加熱、各印刷レイヤーで必要となるインクの改質熱処理と基板フィルムの特性回復（大気圧室温下での自然回復）などが長時間プロセスである。トータルで製造時間の約９７％を占めるような長時間プロセスが必要な理由は、基板変形を起こさずにインクの改質を行わなければならないことによる。使用するプラスチックフィルムはガラス転移点を越えたあたりから材料の軟化が始まるため、インク改質は転移点以下で時間をかけて行わざるを得ない。ポリカーボネートフィルムとナノ銀インクの組み合わせの場合では、オーブンで１８０℃、３０分間の加熱を要する。この後、フィルムに加えられた熱負荷によるフィルムの変形歪などを除去する目的で、室温大気中に放置する約３時間の回復プロセスが施される。この値の設定は経験的なものであるが、回復プロセスを入れることで次レイヤーとの合わせの悪化を防ぐことができる。
【００６９】
フィルム基板に変形歪を起こさずに短時間でインクを改質できるプロセスが形成できれば、副次的に基板への熱負荷も低減され、作製プロセスの大幅時間短縮が見込まれる。しかしながら、短時間インク改質と基板ダメージとはトレードオフの関係にあり、両者を両立して実現することは難しい。
【００７０】
基板変形というダメージを減らし、短時間でインクを改質させるプロセス候補としてＫｕｒｔ  Ａ．Ｓｃｈｒｏｄｅｒらによって発明されたキセノンランプのパルス照射をインクに繰り返し与える方法が注目されている。詳細は特表２００８−５２２３６９で公開されている。
【００７１】
この方法によれば、プリンテッドエレクトロニクス用のインク材料としてよく用いられるナノパーティクル材料を含むインクが数秒以内に、しかもガラス転移点が２００℃以下のプラスチック基板に変形を起こすことなく改質できることが示されている。
【００７２】
そこで、特表２００８−５２２３６９に開示された方法を用いて、ＤＩＣ社製のナノ銀インク（商品名：凸版反転印刷用ナノ銀インキＲＡＧＴ）を上述の１２０μｍ厚のポリカーボネートフィルム上に１５０ｎｍ厚でゲートレイヤーのパターンを含むＴＥＧパターンを印刷塗布したサンプル基板の改質実験を試みた。実験に用いた印刷パターンのうち、先ず対象としたパターン種とサイズを図９に示す。
【００７３】
図１０に、図９で説明した３種のサイズのパターンで測定した光強度とインク層の体積抵抗率の関係を示す。パルス幅を３ｍｓに固定して光強度を変えてパルス照射した。照射の回数はいずれのサンプルも１回である。実験に使ったインクはＤＩＣインクのＡ、Ｂの２種類である。推奨の改質条件は、前者Ａがオーブンで１８０℃、３０分、後者Ｂが同じくオーブンで１５０℃、２０分である。
【００７４】
インクの種類、パターンのサイズに係らず光強度を上げればインクが改質されることがわかる。これはインク層が光を吸収しジュール熱によりインク層自体が発熱し改質が進んだためと考えられる。照射時間は３ｍｓであり、従来のオーブンによるインク焼成プロセスに比べて百万分の１以下に短縮できる。このような短時間でもインクが改質されていることを考えると、少なくとも光照射により発生する熱で、インク膜の温度は１８０℃を越えていると予想される。
【００７５】
一方、インクの種類、パターンのサイズによりインクが改質される（バルクの銀の体積抵抗率相当になる）光強度は異なる。定性的にはパターンサイズが小さいほどに小さな光強度でインク改質がなされる。小さいパターンほど小さな光強度で改質が起こるため、大きなパターン改質に適した強度の光照射が行われると、小さなパターンの体積抵抗率は悪化する。これは、インクの改質が進む一方で過度な加熱によりインク層内の温度差によって生じる熱応力によりインク層が破壊され飛散し、パターン内に多くの隙間ができること、すなわちパターンが分断され抵抗測定ができないことによる。さらに光強度が上がるとほとんどすべてのパターンが破壊飛散し、基板上に焦げ跡だけが残るようになる。
【００７６】
図１１は、ＤＩＣインクＡの改質度合を示す写真である。図１１で、各パターンの改質度合が光強度によってどのように違うか見てみる。０．８Ｊ／ｃｍ２の光強度では小アレイパターンや大アレイパターンでは改質が起こっていない（写真では黒く見える）が、周辺にあるより小さなパターンの一部では改質が既になされている。０．９Ｊ／ｃｍ２では小アレイパターンは改質されるが大アレイパターンは未改質のままだが、周辺のパターンはほとんどが改質されている。１．１５Ｊ／ｃｍ２では印刷パターンは全て改質されるが一様塗布パターンは端部のみが改質される。一様塗布パターンは光強度を上げていくと端部か中央に向かって改質が進む。今回の実験での最大光強度の１．３５Ｊ／ｃｍ２の場合であっても全面が一様に改質はされない。また、この光強度では印刷パターンのほとんどが破壊飛散してしまう。
【００７７】
このように一括の光照射を行う場合、パターンサイズ毎に改質のためのプロセス条件が異なり、サンプル全面で全てのパターンサイズに対して共通のプロセスウインドウが形成できない、すなわち共通の改質条件がないことがわかる。
【００７８】
次に、光照射時の基板ダメージ、すなわち下地基板であるポリカーボネートフィルムの変形について調べた。基板変形の様子は図１１を参照されたい。どの実験サンプルを見ても基板全体の歪みは見られない。照射時間が数ｍｓと非常に短いため熱伝導による基板全体の加熱は起こり難いためと推測される。しかしながら、インクと接する最表面近傍は１８０℃を越えるであろう温度に晒されているため、インクとの接触密度が高い領域では歪みが見られる。さらにインク層が破壊飛散するような高温に晒された領域での基板表面には歪みだけでなく、図１２に示すように、気泡が生じている。
【００７９】
これらのことから、加熱時間の短い焼成プロセスは、照射光強度を適切に制御すれば基板全体の変形回避には有効と思われる。
【００８０】
そこで、注入エネルギーを変えた時のナノ銀インクの改質度合をパターンの大きさをパラメータにしてもう少し詳しく調べてみた。結果を図１３に示す。代表寸法が４００μｍ角のパターンを例にしてインクの改質がどのように進んでいるかを見てみる。注入エネルギーを上げていくと、端部約５μｍの額縁状の領域を除いた内部から改質が進むことがわかる。内部のインクが破壊飛散されるような注入エネルギーを加えた場合でも約５ｍｍ幅の額縁状領域は改質が遅くインクが残存している。この傾向はサイズに関係なくどのパターンでも見られる。このような端部の改質が遅れる理由は、パターン端部は内部に比べエネルギーの拡散量が多く、温度が内部ほど上がらないためである。
【００８１】
図１３の各パターンサイズの写真を見る限りは、数百μｍサイズのパターンまでは改質開始のエネルギー量に違いがあるようには見られないが、ｍｍサイズを超えるパターンは明らかに改質により多くのエネルギーを必要とする。大きいパターンほど端部だけでなく内部でも拡散が大きく、小さなパターンに比べて到達温度が低いためと考えられる。数百μｍサイズのパターンまでで改質開始のエネルギー量に違いがある理由は、基板と基板を載置するプレートとの接触状態、光源の照度むらであり、これらを改良すると開始位置のばらつきが少なくなる。
【００８２】
これらの実験結果から、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプアニール技術は、熱（エネルギー）の拡散量がパターンサイズで異なり、さらにはその面内で分布を持つことから、改質度合が一様にならないという本質的な課題を持つことが分かった。実際にインク改質などにこの技術を利用する場合には、上述の改質のばらつきを回避する工夫を合わせて採用しなければならない。
【００８３】
本実施形態は、このような事情を鑑みてなされたものであって、特表２００８−５２２３６９にも開示された技術である、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを用いた改質技術に基づく実用化技術として改質方法とその装置を開示する。
【００８４】
上記の本実施形態で説明した課題を解決するために、本実施形態に係る改質方法及び改質装置の骨子を説明する。そのうえで具体的な手段について述べることにする。
【００８５】
キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプによるインク改質法では、光の照射により発生する熱の拡散量が、照射各点でパターンの大きさや形状等に依存して異なるため、インクパターン全域で均一な温度を形成することができない。このため、原理的に均一な温度分布を達成できない手法である。
【００８６】
このため、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプによるインク改質法を適用するレイヤーは、パターンサイズがほぼ一定である、パターンなくインクが一様に印刷されている、ことを先ず満足しなければならない。
【００８７】
次に、パターンサイズがほぼ一定、パターンなくインクが一様に印刷されている場合であっても、端部が中央に比べて温度が低いという温度分布を形成するため、少なくともパターン周囲、塗布域端部は犠牲層を持たせる。
【００８８】
さらに、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプによるインク改質法は熱を使ったプロセスなので、インクの下地である基板（プラスチックフィルム、ガラス、紙など）と基板保持台との密着状態により熱の拡散の仕方が異なる。従って接触保持する場合は確実な密着、または未接触保持の場合は完全に宙に浮かせる、のどちらかの方法を採用する。
【００８９】
さらに、透明の基板上にインク構造体を作製する場合には改質対象となるインク層より下層が光源にとって光学的に均一な面である、すなわち反射率や透過率がほぼ一定になっている。
【００９０】
さらに、光源から放射される光の波長域は少なくとも改質対象となるインク層より下層の構造体が吸収する光の波長域を除去している。
【００９１】
本実施形態では、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプによるインク改質法を適用するレイヤーは、ゲート絶縁層レイヤー、半導体レイヤー、パッシベーションレイヤーなどパターンサイズがほぼ一定である、パターンなくインクが一様に印刷されているレイヤーであることを特徴とする。これらのレイヤーに限定すれば、面積効果を回避できレイヤーのインク域をほぼ均一に改質することができる。
【００９２】
本実施形態では、パターンの周囲に犠牲域を形成することを特徴とする。キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプによるインク改質法によりパターン周囲が異常改質された場合でも、作製するデバイスの電気特性が劣化することがないようにすることができる。
【００９３】
本実施形態では、基板を保持する保持台に静電チャック板、あるいはベルヌーイチャック板を用いたことを特徴とする。これらを採用することにより、前者は保持板と基板をほぼ完全密着させ、後者は保持板と基板を非接触に空気などの気体層で浮かせることができる。これにより保持板と基板との間の熱拡散を均一にすることができる。
【００９４】
本実施形態は、保持板表面の光学特性を、配線レイヤーの改質されたインク層のそれとほぼ同じにすることを特徴とする。これにより光源から改質すべきパターンを見たときにインク層以外がほぼ同一の光学特性を持つことになり、反射や吸収が局所的に異なりインクの改質に影響を与えることがなくなる。
【００９５】
本実施形態は、インク層に照射する光の波長域を選択することを特徴とする。光源から放出される光の波長域からインク層の下地が吸収する波長域をフィルターで除去し、下地層が発熱して破損等が生じることを防ぐ。
【００９６】
上記のように構成された装置及び方法であれば、特表２００８−５２２３６９で開示された技術、すなわちキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを用いた改質技術より優れた特長を活かした実用性の高いプリンテッドエレクトロニクスに用いられるインク材料の改質技術を提供することができる。
【００９７】
すなわちキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを用いて改質を行うインク層を、パターンサイズのばらつきを予め求めておき、その値に応じて適宜可否を判断したうえで使用するようにすることを特徴とする。
【００９８】
そのうえで、照射に当たっての基板の温度上昇のばらつきをできる限り低減するために、基板と基板を保持する保持板との密着性を均一にするための手段を具備したことを特徴とする。
【００９９】
かかる構成により、本実施形態によるインクの改質方法及び改質装置によれば、面積効果を回避してインクを短時間に均一に、オーバーレイ精度に影響する基板の変形が極力少ないインクの焼成改質が可能となる。
【０１００】
以下に、本実施形態の具体的内容について図面を参照しながら説明する。先ず、本実施形態に係る装置の具体的構造と動作について図面を参照しながら説明する。
【０１０１】
図１４に、特表２００８−５２２３６９に開示されたキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを使った生産システムを示す。印刷機６０１でパターン形成された基板（試料）６０３がベルトコンベアー６１０上に送られる。試料６０３はコンベアー６１０で前方に送られ、ストロボヘッド６２０下に入る。ストロボヘッド６２０内のキセノンフラッシュランプ６２１が発光し、光が基板６０３に照射される。キセノンフラッシュランプ６２１は発光すると高温になるため送風機６２２で冷却媒体が送風される。コンベアー６１０とストロボヘッド６２０は、各コントローラー６３２、６３０、６３１によって制御される。
【０１０２】
このような生産システムでは、基板をローラ上にセットし、ローラを回転させて光源下へ送り込む。照射により基板に光が当たる領域は限られるため、ローラでその領域分ずらして全域を照射する。一度照射すると放電回路のコンデンサを充電するのに時間がかかるため、基板は間欠送りとなる。時間的には数ミリ秒（ｍｓ）の放電に対して１０秒（ｓ）前後のチャージ時間を要する。全面に光が照射されインクの改質が完了するとローラで取り出し口まで基板を移動させ、装置から取り出す。
【０１０３】
この方法で光を照射すると、インクの改質度合がパターンのサイズによって異なるため、照射後のインク層には改質むらがあり、例えばゲート層であれば、均一な導電性を持つ配線パターンにならない。また、インクの端部が額縁状に未改質であることが多く、デバイス性能から要求される面積（体積）を確保できず、配線層では所定の抵抗値を満たすことができない。さらに、基板に部分的に光を照射して改質を行っていくため、境界域では改質済のインクに光が再照射される。この際に改質済のインクが光を吸収して発熱すると、インク層が破壊されるなどの問題を起こす。
【０１０４】
上記の問題を解決した本実施形態に係るインク材料の改質装置１００について、図１５を参照しながら説明する。図１５には、本実施形態に基づくキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプを用いた改質装置１００（従来の生産システムから印刷機６０１を除いた装置に対応）の全体が概略的に示されている。
【０１０５】
改質装置１００は複数本のランプ１０５からなるランプハウス１０２と基板１０３をランプ１０５下へ送り込む移動ステージ部１０４とから成る。移動ステージ部１０４は、例えば電動機１０９とボールねじ１１０との組み合わせによる駆動機構によって駆動される。ランプハウス１０２はランプ１０５と光の反射板１０６とからなる光源を１セットとして複数セットで構成される。光源の本数は装置サイズや基板の大きさにより任意に決められている。移動ステージ１０４を移動させて光源下で基板を送りながら光源を発光させて、基板全面が照射光を受けるようにする。全体が箱状の容器１０７で覆われ、内部を不活性ガスや希釈酸素でパージする、減圧にするなど雰囲気制御ができるようになっている。ステージ上面には基板を固定する固定具（図示せず）が具備されている。上述した改質装置１００は制御コントローラー１１１によって制御される。
【０１０６】
固定具は、基板と接触して基板を固定し、積極的に熱を固定具に逃がしたい場合は図１６（ａ）に示すような双極型と呼ばれる電極が内部に組み込まれた静電チャック１１２を使用する。動作原理を図１７に示す。チャック内の電極に電圧を印加すると電極上部の誘電体に電荷が誘起される。一方静電チャックに置かれた基板表面にも電荷が誘起され、極性の違う両者間に引力が生じて基板が固定される。例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミック製の静電チャックは、表面粗さＲｍａｘが一般に０．２μｍ以下、熱伝導率が８０〜１７０Ｗ／ｍＫで基板とその表面との密着性が極めてよく、両者間での熱伝導がよい状態で基板の固定が実現される。これにより基板が光照射を受けた際に発生する熱が静電チャック１１２に均一に伝わるため、両者の接触による熱の逃げ方にばらつきが少なく、インクの焼成改質をばらつき少なく行うことができる。さらに、静電チャック１１２の場合、内部にヒーターを組み込むことで基板を固定した状態で加熱することができる。光照射による発熱だけでなく、予め基板を予備加熱することも可能になる。
一方、熱をできるだけ逃したくない場合は非接触で固定する。この場合、図１６（ｂ）及び図１８に示すようなベルヌーイチャック１１３を使用する。ベルヌーイチャック１１３とは狭い空間から気体を放出した際に生じるワークを引き離そうとする力と、気体放出によってできる負圧領域により生じるワークを引き付けようとする力をバランスさせてワークを非接触に保持する装置である。大きさはおよそ５０ｍｍの径で３０ｍｍの高さである。基板サイズに応じてこのようなベルヌーイチャック１１３を複数並べて、基板を保持する。Ａ４サイズのフィルム基板の場合、５個のベルヌーイチャック１１３を図１６（ｂ）に示したように並べる。これによりフィルム基板が非接触で保持できる。例えば空気の場合、熱伝導率が０．０２６Ｗ／ｍＫであり、静電チャックに比べ熱の逃げが１／１００００以下に低減する。この結果、光照射により発生した熱が周囲の気体に逃げることがほとんどなくなり、熱が効率的にインク改質に使われる。また基板が完全に気体中に浮いているため、他のヒートシンクとの接触度合のばらつきによる改質むらの心配も全くない。ベルヌーイチャック１１３では流す気体を温度制御することで基板を固定具と非接触で加熱することができる。また流す気体にコロナ放電処理を施すことで基板と接触する気体による帯電が防止できパーティクル等の付着も抑えることができる。
【０１０７】
プリンテッドエレクトロニクスデバイスの作製に当たっては、基板として透明なプラスチックフィルムが用いられることが多い。この場合、本実施形態で説明したボトムゲート型のＴＦＴでは、第１層のゲートパターンが基板に印刷されて焼成改質されると、基板表面にはフラッシュランプ光が反射する領域と、透過する領域とが出来る。このゲート層が作製された基板上にゲート絶縁膜層や、さらにその上にソースドレイン層を印刷してフラッシュランプで焼成改質する場合、それらの層のインク材料は、ランプハウスから放射された光だけでなく、下地層のナノ銀インク層で反射された光で二重照射を受ける領域ができる。このためインク材料が受ける光エネルギーにばらつきが生じ、均一な改質ができなくなる。この問題を解決するために、基板を保持する固定具の表面を改質済のナノ銀インクと同じ反射特性を持つ材料でコートする。この結果、改質されるインク材料はゲートレイヤーのパターンによりできる反射特性の違いを受けることなく常に二重照射されることになる。この結果、焼成改質は均一に行われるようになり、インク層にばらつきの少ない材料特性を持たせることができる。コート剤として使用する材料はナノ銀インクそのものであってもよいし、改質済インクと同じような、光反射特性（光吸収特性）を持つ材料をコートしてもよい。その骨子は光源から見て改質前のインク塗布基板の光学特性を基板全面で同一にすることであり、装置の製造のしやすさから適宜選択して構わない。
【０１０８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るインク材料の改質方法について説明する。図１９Ａは、本実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャートである。前述の通りフラッシュランプを焼成して改質する際、光を照射されることによりインク層の温度は上昇する。しかしながら、パターンの大きさ、パターン面内の位置により熱拡散量が違うため、サイズや形が異なるパターンの印刷レイヤーは一括の光照射で均一に改質されない。特にパターンのエッジ部はパターン内部と到達温度が違うため額縁状に改質未達な領域が必ず出来る。例えば配線パターンであれば必要な導電性が確保できなくなる。そこで、第３実施形態では設計データに変更を加え、デバイス性能を達成するために必要な特性値が得られるようにする。
【０１０９】
図１９Ａのフローを基に説明する。先ず使用するインクを決定する（ステップＳ２０１）。このインクをフラッシュランプで焼成改質する際に発生するパターン端部の未改質領域の幅情報を取得する。ＤＩＣ社製のナノ銀インクを１００ｎｍ厚で使用する場合、端部の未改質インク幅は約５μｍであった。なお、これらの情報は予め取得されてまとめられたデータ表等から取得してもよい。図１９Ｂに示すように、設計パターン１２１のパターンデータを修正する（ステップＳ２０２）。パターンのＣＡＤデータはデバイスが正常に動作するために必要な寸法で作成されている。この設計パターン１２１をフラッシュランプで焼成改質すると額縁領域が改質されず、所定の寸法を確保できない。このため改質されない分を除いて必要なパターン寸法が確保できるようにパターンの拡大を行う。パターンサイズの拡大修正は容易であり、ＣＡＤでは一般にリサイズと呼ばれるコマンドを使うと簡単にできる。上記で求めた５μｍを対象とするパターンに対してリサイズ量として加えるように、パターンの設計ＣＡＤデータを修正する。その結果、図１９Ｂに示すように、設計パターン１２１の外周に一様に５μｍ幅の糊代域Ｒｅが付加されたリサイズ修正パターン１２２が出来上がる。このリサイズ処理が施された修正パターン１２２で抜き版を作製し（ステップＳ２０３）、印刷を行う（ステップＳ２０４）。印刷されたインクをフラッシュランプで焼成改質する（ステップＳ２０５）。上記で用いたナノ銀インクの場合、３ｍｓ、１Ｊ／ｃｍ２の光照射で額縁領域を除く内部が改質される。改質後のインク層の体積抵抗率はおよそ１０−５Ωｃｍであった。
【０１１０】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るインク材料の改質方法について説明する。フラッシュランプを使ってインクを焼成改質する際にパターン周辺が改質されないという問題を回避するために、ＣＡＤデータに相当量のパターンリサイズ処理の修正を加えることで、改質後でも必要な特性を持つパターン領域が確保できるようになる。
【０１１１】
図２０は本発明の第４実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャートである。前述したとおり、フラッシュランプを焼成して改質する方法では、インク層の温度は、光の照射により上昇する。しかしながら、パターンの大きさ、パターン面内の位置により熱拡散量が違うため、一括の光照射では印刷レイヤーのサイズや形が異なるパターンは均一に改質されない。上述した周辺領域が改質されない問題の他に、特に大きなサイズのパターンでは拡散量がサイズの小さなパターンと違うため、内部の改質に必要な照射エネルギーも変わってくる。すなわち、サイズの大きなパターンほど改質が遅くなる。この問題を解消するため、第４実施形態ではフラッシュランプを焼成して改質する方法を適用するレイヤーに制限を加えるようにした。
【０１１２】
図２０のフローを基に説明する。先ず使用するインクを決定する（ステップＳ３０１）。このインクを使って種々のサイズのパターンがレイアウトされた評価サンプルに対してフラッシュランプで焼成改質テストを行い、どのようなサイズ依存性があるか調査する。その調査結果を基に一括照射により改質できる最大パターンサイズ（閾値）を決定する（ステップＳ３０２）。本実施形態の場合、その閾値サイズは、代表寸法で３００μｍ×６００μｍであった。この閾値に従い、既にパターンが作成済の場合は、そのパターンレイヤーへの適用可否を判断する。閾値よりも大きなサイズのパターンを有するレイヤーでは全てのパターンを改質することができない可能性が高いので、適用を止めることが好ましい。閾値サイズ以下のパターンのみのレイヤーであれば、適用を可とし（ステップＳ３０３）、印刷（ステップＳ３０４）、焼成改質（ステップＳ３０５）を行う。一方、パターンをこれから作製する場合で、フラッシュランプを使用したい場合には、閾値サイズ以下でパターン設計を修正し（ステップＳ３０６）、印刷（ステップＳ３０７）、焼成改質（ステップＳ３０８）を行う。これにより均一な焼成改質が保証される。
【０１１３】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るインク材料の改質装置について説明する。図２１は第５実施形態に係るインク改質装置１００を示した斜視図である。プリンテッドエレクトロニクスデバイスを作製する場合、前述したように同一インクが複数のレイヤーで使用される。このため、既に改質済のインクレイヤーに再度光照射が行われる。図２２（ａ）は図２２（ｃ）に示した改質済のインク層に再照射を行った際の結果である。観察している部分は、図２２（ｃ）内に示した白丸の領域である。改質済パターンは破壊飛散し、原形を留めていない。また、上述したように改質済パターンが飛散するようなエネルギーが与えられても図２２（ｂ）に示すようにパターン端部は拡散により温度が内部より低いため額縁状にナノ銀インクが残る。観察している場所は図２２（ａ）の黒丸領域である。
【０１１４】
図３にナノ銀インクの改質度合と透過率の関係を測定した結果を示す。印刷直後では広い波長域で光吸収が見られるが、改質されると４５０ｎｍあたりをピークとした狭い範囲で吸収が認められる。このように、光の照射によりインク層の光吸収分布は変わるが、図２３に示すようにフラッシュランプから放出される光が広い周波数帯域を持つと、改質済インクでも光吸収により発熱が起こり、インク層と下地基板との膨張の極端な違いによりインク層が破壊する。従って、同じ材料を使う場合、既に改質されたインクが再照射されても破壊等のダメージを受けないようにしなければならない。
【０１１５】
図２１に示した第５実施形態に係るインク改質装置１００では、ランプハウス１０２の下に分光フィルター１５０を具備している。改質済のインクの光吸収が少ない波長域の光を照射して、改質済のインクにダメージを与えることなく、上層のインクの改質を実現できる。ランプハウス下に朝日分光（株）製の長波長カットフィルター  ＩＲ  ９９０ｎｍを挿入して１μｍ以上の長波長をカットしたうえで、同社のバンドパスフィルターＭＺ０８８０  Ｍ．Ｃ．  ８８０／１０ｎｍを設置し、８８０ｎｍ±６ｎｍの波長のみが透過するようにした。このようにした結果、改質済のインクには何らダメージを与えず上層のナノ銀インクのみを改質することができた。この際の照射条件は３ｍｓ、１Ｊ／ｃｍ２であった。図２４は改質済のインク層に再照射した後のインクパターン写真であるが、インクは何ら変化していない。従って、改質済のインクが吸収する波長域の光を遮断することで改質済の下地構造体に影響を与えず上層のインク層を焼成改質することができる。
【０１１６】
光学フィルターは様々なバンド幅で波長域が選択できる。ナノ銀インクが吸収する波長であれば上述した８８０ｎｍを中心とした波長域で限定する必要はない。改質後のインクでは吸収が少なく、改質前のインクでの吸収が多い波長帯であればよい。
【０１１７】
このように、下地構造体が吸収する波長域をカットし、焼成改質したいレイヤーの材料が吸収する波長域を持つ光を照射することによって、対象とするレイヤーのインク材料のみを焼成改質をすることができる。
【０１１８】
本実施形態によれば、さらにフラッシュランプでインク改質を行う場合、基板全体を一括で照射する装置は、高額なランプ電源を多数必要とするため、価格が極めて高くなる。このため、一般にはランプ数を減らし、基板を移動しながら光照射を行う。しかしながらこの方法の場合、先に改質されたインクに次の照射光が再度照射される領域が必ず存在する。同じ波長域の光を使う場合、改質済のインク層で再発熱が起こり、改質済インク層の破壊を引き起こす。これを避けるため、同じ基板内のインク改質であっても上述した波長選択をして、二重照射が行われても改質済のインクが破壊されないようにする。これにより、基板を移動しながら照射を繰り返して焼成を行うフラッシュランプ法であっても改質度合にばらつきのないインク改質が可能となる。
【０１１９】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るインク材料の改質方法について説明する。図２５は第６実施形態に係るインク材料の改質処理を示したフローチャートである。ゲート酸化膜として使ったＰＶＰは、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプが放射する光の波長域ではあまり吸収が起こらず、すなわちキセノン（Ｘｅ）フラッシュ光に対してはほとんど透明で、発熱が起こらず、インクの焼成改質が進まない。そのため、ＰＶＰにキセノン（Ｘｅ）フラッシュ光の特定の波長域を吸収する色素を混ぜて、発熱が起こるようにしている。この場合でも、下地の改質済インクが再照射で破損しない波長域で、かつ上に積まれるインク層の改質に使われる光の波長域と重ならないようにして、ＰＶＰ自身が破損しないようにしておく。本実施形態の場合では、７５０〜８００ｎｍの波長帯で光を吸収する色素を混ぜ、分光フィルターとして朝日分光（株）のＭＺ０７７０  Ｍ．Ｃ．  ７７０／１０ｎｍを使用した。この帯域であれば改質後のインクに影響を与えることなく、また上層に塗られたナノ銀インクを改質する際にも影響を受けることもない。
【０１２０】
図２５のフローを基に説明する。先ず使用するインクを決定する（ステップＳ４０１）。次に、吸光特性の測定を行う（ステップＳ４０２）。次に、仕様波長を決定し（ステップＳ４０３）、上述のように色素を混合する（ステップＳ４０４）。ついで、印刷（ステップＳ４０５）、分光フィルターの調整（ステップＳ４０６）、焼成改質（ステップＳ４０７）を行う。
【０１２１】
このようにすることで、他レイヤーの材料に影響を与えず、対象とするレイヤーの材料のみを焼成改質することができる。
【０１２２】
以上に説明したように、第２実施形態〜第６実施形態に係るインク改質装置及び改質方法によれば、パターンを持つレイヤーであっても短時間に、均一な材料特性を持つインク層を形成することができる。
【０１２３】
以上、第２実施形態〜第６実施形態では、以下の方法及び装置について開示した。
（１）
ａ．少なくとも１つの寸法が約１ミクロン未満であるナノ材料を含む材料を選択すること、
ｂ．該材料をパルス放出に曝露することを含み、該曝露ステップが該材料を反応させる、活性化する、結合する、または焼結させる方法であって、
該方法は、適用する基板の有するパターンの種々のサイズに対する反応、活性化、結合、または焼結効果を予め求める第一の工程と、
第一の工程より求めた結果に基づき、適用する基板を選択する第二の工程と、を含むことを特徴とする方法。
（２）
ａ．少なくとも１つの寸法が約１ミクロン未満であるナノ材料を含む材料を選択すること、
ｂ．該材料をパルス放出に曝露することを含み、該曝露ステップが該材料を反応させる、活性化する、結合する、または焼結させる方法であって、
該方法は、適用する基板の有するパターンの種々のサイズに対する反応、活性化、結合、または焼結効果を予め求める第一の工程と、
第一の工程より求めた結果に基づき、適用する基板のパターン情報を修正する第二の工程と、を含むことを特徴とする方法。
（３）
ａ．少なくとも１つの寸法が約１ミクロン未満であるナノ材料を含む材料を選択すること、
ｂ．該材料をパルス放出に曝露することを含み、該曝露ステップが該材料を反応させる、活性化する、結合する、または焼結させる方法であって、
該方法は、適用する基板の有するパターンの種々のサイズに対する反応、活性化、結合、または焼結効果を予め求める第一の工程と、
第一の工程より求めた結果に基づき、適用する基板へ照射する光の波長域を制御修正する第二の工程と、を含むことを特徴とする方法。
（４）
ａ．少なくとも１つの寸法が約１ミクロン未満であるナノ材料を含む材料を選択すること、
ｂ．該材料をパルス放出に曝露することを含み、該曝露ステップが該材料を反応させる、活性化する、結合する、または焼結させる方法であって、
該方法は、適用する基板の有するパターンの種々のサイズに対する反応、活性化、結合、または焼結効果を予め求める第一の工程と、
第一の工程より求めた結果に基づき、使用するインク材料の光吸収波長域を制御修正する第二の工程と、を含むことを特徴とする方法。
（５）
基板上に印刷された、少なくとも１つの寸法が約１ミクロン未満であるナノ材料を含む配合物インクをパルス放出に曝露することを含み、該曝露ステップが該材料を反応させる、活性化する、結合する、または焼結させるための改質装置であって、
該改質装置は、
該材料を、少なくとも一つのブロードキャストな広帯域パルス光子放出に曝露するための、電磁放射放出源；
０．０１Ｊ／ｃｍ２〜３０Ｊ／ｃｍ２の範囲で、前記放出源により放出されるエネルギー面密度を制御するための、回路；
該放出源の放出パルス持続時間を、１マイクロ秒〜１００ミリ秒の範囲に設定するための回路；
該基板を、該放出源を通過する印刷可能な配合物を運搬するためのステージメカニズム；
前記基板上の材料のエネルギー面密度曝露を空間的に制御するために、前記パルス化放出速度を、基板運搬速度と同調させるための、ステージメカニズムであって、該パルス化放出は、該基板上の印刷可能な配合物のパターンの材料特性を変化させるために、該材料を焼結する、メカニズムを含み、
少なくとも該電放射放出源から放出される広帯域パルス光子の帯域を調整するためフィルターリング手段と、
該ステージ上には基板を密着して保持する、あるいは非接触で保持する基板保持手段と、
該基板を保持する表面には改質された配合物インクと同等の光学特性を有する光反射手段と、を更に有することを特徴とする配合物インク改質装置。
【０１２４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１２５】
１００              改質装置
１０２              ランプハウス
１０３              基板
１０４              移動ステージ部
１０５、１０５ａ、１０５ｂ  ランプ
１０６              反射板
１０７              容器
１０８              スライド機構
１０９              電動機
１１０              ボールねじ
１１１              コントローラー
１１２              静電チャック
１１３              ベルヌーイチャック
１２１              設計パターン
１２２              リサイズ修正パターン
１５１ａ、１５１ｂ  分光フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２５】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２２】
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【図２４】
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