配線の形成方法および形成装置
【課題】有機導電性材料を含む塗布組成物をプラスチック基板上に形成した後、高い電気電導度の配線を形成することができる配線の形成方法および形成装置を提供すること。
【解決手段】プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を準備し、少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射してアニールし、有機導電性材料からなる配線を形成する。
【解決手段】プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を準備し、少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射してアニールし、有機導電性材料からなる配線を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック基板に対し、塗布で配線を形成する配線の形成方法および形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、太陽電池や大型ディスプレイ等の大型デバイスにおいては、安価でフレキシブルな大面積プラスチック基板の上に素子を形成することが検討されている。このようなプラスチック基板を用いることにより、曲面への設置が可能であり、また、従来のガラス基板上に形成される大型デバイスと比較して破損しにくいという大きなメリットがあり、多岐に亘る用途への適用が期待されている。
【０００３】
このようなプラスチック基板上に素子パターンを形成する場合、従来から用いられているフォトリソグラフィー法ではコストが極めて高いものとなることから、面積当たりのコストを低くして配線パターンを形成することが可能な塗布印刷を適用することが試みられている。
【０００４】
塗布印刷に用いられる塗布組成物としては、金属粒子に分散剤や溶媒等を加えた金属ナノ粒子インクや、ポリマーに他のポリマーをドーピングした有機導電性材料等が知られているが、このような塗布組成物を塗布したのみではその中に含まれる分散剤や溶媒やポリマー等の存在により電気伝導性が低いものとなってしまうため、抵抗加熱によりこれらを除去する必要がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような抵抗加熱を用いて分散剤や溶媒を除去する方法は、基板が高温になるため、プラスチック基板に適用することは困難である。また、導電性材料として有機導電性材料を用いる場合には、抵抗加熱により加熱することにより有機材料の構造が壊れることがあり、この構造変化により電気伝導性が低下する。このように従来の塗布印刷による配線パターンの形成は、基板が高温になるため、プラスチック基板を適用することは困難であり、安価、フレキシブル、大型化に対応が容易であるといった利点が十分に生かせないのが現状である。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、有機導電性材料を含む塗布組成物をプラスチック基板上に形成した後、高い電気電導度の配線を形成することができる配線の形成方法および形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を準備し、少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射してアニールし、前記有機導電性材料からなる配線を形成することを特徴とする配線の形成方法を提供する。
【０００９】
上記第１の観点において、前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなるように設定することが好ましい。この場合に、前記電磁波の周波数は、前記塗布組成物の誘電分散特性の吸収ピーク値またはその近傍の値であることが好ましい。
【００１０】
前記塗布組成物は有機導電性材料の水溶液であり、前記配線パターンに電磁波を照射することにより、塗布組成物の乾燥および改質が行われるようにすることができる。この場合に、前記塗布組成物の乾燥の際には、乾燥に適した周波数の電磁波を照射し、前記改質の際には改質に適した周波数の電磁波を照射することが好ましい。
【００１１】
また、前記有機導電性材料としてポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を好適なものとして用いることができる。さらに、前記プラスチック基板の耐熱温度以下の温度に基板を加熱しながら電磁波を照射するようにすることができる。さらにまた、前記プラスチック基板を冷却しながら電磁波を照射するようにすることもできる。さらにまた、前記電磁波の照射をパルス的に行なってもよい。電磁波は、その周波数が５ＫＨｚ〜２００ＧＨｚであることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の観点では、内部に所定の雰囲気が形成される処理容器と、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を前記処理容器内に配置する手段と、前記部材の少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射する電磁波照射部とを具備し、前記配線パターンに前記電磁波照射部からの電磁波が照射されることにより、前記有機導電性材料からなる配線が形成されることを特徴とする配線の形成装置を提供する。
【００１３】
上記第２の観点において、前記処理容器内に配置された前記部材の前記プラスチック基板の温度を制御する温度制御機構をさらに具備するようにしてもよい。また、前記電磁波照射部は、前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなるように設定することが可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材の少なくとも配線パターンに電磁波を照射してアニールすることにより、プラスチック基板はほとんど加熱されず、配線パターンの有機導電性材料は主に誘導損失により加熱されて構造変化を生じ、再配列を起こして、電気電導度が向上し、塗布したままの状態よりも高い電気電導度を有する配線を得ることができる。また、塗布組成物に有機導電性材料の水溶液を用いた場合に、電磁波照射によるアニールにより、プラスチック基板をほとんど加熱することなく水分を加熱して乾燥することができるので、塗布組成物の乾燥および改質の両方を行って高い電気電導度を有する配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る配線の形成方法を示すフローチャートである。
【図２】ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（固体）の誘電分散を測定した結果を示すチャートである。
【図３】ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液にエチレングリコールを添加したもの、ＰＥＴ基板、ＰＣ基板、純水の誘電分散を示すチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る配線の形成方法を実施するための配線の形成装置を示す断面図である。
【図５】本発明の効果を確認するために用いたサンプルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る配線の形成方法を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターン（電極パターンも含む）が形成された部材、例えばデバイスを形成するためのデバイスシートを準備する（工程１）。
【００１８】
プラスチック基板としては特に制限はないが、安価なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）等を好適に用いることができる。
【００１９】
有機導電性材料としては、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）［略称：ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポロピール、ポリチオフェン等を挙げることができる。
【００２０】
塗布組成物を塗布することにより配線パターンを形成するための印刷方式としては、微細パターンに対する追従性が良好なものを採用することが好ましく、例えばインクジェット印刷、スクリーン印刷、マイクロコンタクトプリント（ＭＣＰ）等を好適に用いることができる。
【００２１】
塗布組成物としては、印刷方式に応じて、また有機導電性材料に応じて溶媒、および各種添加剤等を混合して粘度を適宜調製されたものを用いることができる。典型的には、このように粘度が調製されてインク状とされた塗布インクが用いられる。
【００２２】
次に、このようにして準備した部材（デバイスシート）の少なくとも配線パターン部分に電磁波を照射してアニールする（工程２）。
【００２３】
上記のような塗布材を塗布したままの状態では、有機導電性材料が十分に導電性が発揮されない構造であることが多く、また、塗布したままの配線パターンには溶媒や各種添加物が含まれているため、その電気伝導度は低い。このため、配線パターンに電磁波照射によるアニールを施して電気伝導性を上昇させた配線を形成する。電磁波照射によるアニールは、少なくとも配線パターンに電磁波を照射することにより実現されるが、典型的にはデバイスシートの全面に電磁波を照射するようにして行われる。
【００２４】
一般的に、この種の塗布材のアニールには抵抗加熱が用いられていたが、抵抗加熱の場合には、溶媒を揮発させて高い電気伝導度の構造を得るためには比較的高い温度が必要となる。このため、本実施形態のようにプラスチック基板を用いる場合には加熱温度がその耐熱温度以上となってしまう。また、抵抗加熱により高い温度に加熱すると、有機導電性材料の導電性を発現する構造が破壊されることがある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、配線パターンのアニールに電磁波照射による加熱（電磁波加熱）を用いる。電磁波加熱は、以下に説明するように抵抗加熱のようにプラスチック基板をほとんど加熱することなく配線パターンのみを加熱することができるため、プラスチック基板であっても問題なく適用可能である。ただし、プラスチック基板の材料の耐熱温度以下であれば、補助的に基板の温度を上げてもよい。
【００２６】
電磁波加熱は、下記の（１）式に示すように、伝導による損失（誘導損失）、誘電損失、磁性損失の和で表される。
Ｐ＝１／２×πｆσ｜Ｅ｜２＋πｆε０ε”r｜Ｅ｜２＋πｆμ０μ”r｜Ｈ｜２ （１）
ただし
Ｐ：単位体積あたりのエネルギー損失［Ｗ／ｍ３］
Ｅ：電場［Ｖ／ｍ］、Ｈ：磁場［Ａ／ｍ］、σ：電気伝導度［Ｓ／ｍ］
ｆ：周波数［ｓ−１]、ε０：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、ε”r：誘電損失
μ0 ：真空の透磁率［Ｈ／ｍ]、μ”r
：磁気損失
である。
【００２７】
電磁波加熱では、材料の種類に応じた、誘導損失、誘電損失、磁性損失の差異を利用することにより選択加熱が可能となる。すなわち、配線に用いられる有機導電性材料は、導電性物質であることから、電磁波を照射すると主にうず電流による誘導損失により加熱される。一方、プラスチック基板は誘導損失も誘電損失も少ない高分子材料であるため、ほとんど加熱されない。
【００２８】
配線パターンを構成する有機導電性材料、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、電磁波が照射されて主に誘導損失により加熱されると、再配列などの構造変化が生じ、材料自体の電気伝導度が上昇する。このとき、電磁波は必要に応じて添加された水や有機溶剤等の溶媒にも作用し、誘導損失や誘電損失によりこれらが加熱されて揮発する。このため、電磁波アニールにより得られた配線（電極を含む）は、アニール前よりも極めて高い電気伝導性を示すものとすることができる。
【００２９】
また、有機導電性材料には材料に応じた吸収性の高い周波数が存在する。そのため、効率良くマイクロ波加熱を行うためには、材料に応じた吸収性の良い周波数を選択して照射することが好ましい。
【００３０】
このような電磁波の周波数に対応した吸収性を把握するためには、有機導電性材料の導電性が発現する前の誘電体の状態において誘電分散を測定することが有効である。つまり、電子分極、イオン分極、配向分極等に起因して、電磁場の振動数（電磁波の周波数）により誘電体の誘電率が変化するが、電子分極、イオン分極、配向分極等が生じる周波数では誘電率が高くなり、その周波数で誘電損失が大きくなる。すなわち、電磁波の吸収が大きくなる。
【００３１】
このように、ここで用いる有機導電性材料は、誘電分散特性において電子分極、イオン分極または配向分極による電磁波の吸収ピークをもつものである。例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、ＰＥＤＯＴ〔ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）］にＰＳＳ［ポリスチレンスルホン酸］をポリマードーピングして導電性を持たせているため、強いイオン結合をもつ。このため誘電分散特性において、イオン分極による電磁波の大きな吸収ピークをもつ材料となっている。
【００３２】
図２はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの誘電分散特性を測定した結果を示すチャートであり、縦軸は複素誘電率の実部と誘電損を示す。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは水分を９５％位含む液体（水溶液）であるが、図２に示したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳはこれを乾燥させた固体（膜状）のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳについてのものである。電磁波の周波数が１×１０１１Ｈｚすなわち１００ＧＨｚ付近で比誘電率（誘電損失）のピークが現れているから、１００ＧＨｚまたはその近傍(−５０％〜＋１００％以内)の電磁波を照射することにより、より有効に電磁波が作用すると考えられる。
【００３３】
図３は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液にエチレングリコール（ＥＧ）を添加したもの、ＰＥＴ基板、ＰＣ基板、および純水の誘電分散を示すチャートである。図３の縦軸は複素誘電率の虚部であり、これが電磁波の吸収特性を示す。したがって、図３において複素誘電率の虚部の値が高いほどその周波数の吸収エネルギーが高いこととなる。
【００３４】
図３に示すように、誘電体であるＰＥＴ基板、ＰＣ基板は、誘電分散特性は吸収ピークを持たず低いままであるから、どの周波数の電磁波エネルギーもほとんど吸収しない。これに対して、導体であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液は８０〜１００ＭＨｚ付近および１０ＧＨｚ付近に吸収ピークを有し、半導体である純水は１０ｋＨｚおよび２０ＧＨｚ付近に吸収ピークを有し、これらの周波数の電磁波を照射することによりエネルギーを吸収することがわかる。したがって、照射する電磁波の周波数を適切に選択することにより、好ましくは誘電分散特性の吸収ピークまたはその近傍の周波数の電磁波を用いることにより、そのエネルギーを基板には吸収させずに塗布組成物であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液のみに吸収させることができる。また、同等のピーク高さであれば周波数が高いほど吸収エネルギーが大きくなる傾向となる。すなわち、基板を低温のままにして塗布組成物であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液のみにエネルギーを与えて短時間で乾燥を行い、さらに改質を行って低抵抗の配線を形成することができる。具体的には、最初に水に対して吸収性のよい第１の周波数の電磁波を照射し水成分を選択的に加熱して乾燥させ、引き続きＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに対して吸収性のよい第２の周波数の電磁波を照射して改質させるようにすることができる。
【００３５】
なお、図３には、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液の誘電分散特性の他に、吸収性を上昇させると言われているエチレングリコール（ＥＧ）を１５％添加したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液の誘電分散特性も示すが、誘電分散特性のピークがＥＧ添加なしの場合とは異なり１ＭＨｚ付近であり、ＥＧ添加ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液の場合にはそれに適した周波数の電磁波を使用する必要がある。
【００３６】
このように電磁波照射により過渡的には選択加熱が可能であるが、照射時間が長くなると、熱平衡に近くなり、伝熱により基板が高温になって十分な選択加熱が行えないそれがある。このようなことを回避するためには、電磁波照射面の反対側から基板を冷却することや、電磁波照射をパルス的に行い、このパルスのデューティ比を制御することにより基板の加熱を抑えることが好ましい。
【００３７】
次に、配線を形成するための装置について説明する。図４は本発明の実施形態に係る配線の形成方法を実施するための配線の形成装置を示す断面図である。この配線の形成装置１は、処理容器２、ガス導入機構３、排気機構４、載置台５、放射温度計６、電磁波供給部８、全体制御部９を有している。
【００３８】
処理容器２は、例えばアルミニウムにより形成されており、接地されている。処理容器２の天井部は開口されており、この開口部にはシール部材２１を介して、天板２２が気密に設けられている。天板２２の材料は、例えば石英、窒化アルミニウム等の誘電体である。
【００３９】
プラスチック基板Ｓ上に有機導電性材料が塗布されて配線パターンＣが形成されたアニール前のデバイスシート（部材）Ｄを搬入する搬入口２３と、アニール後のデバイスシートＤを搬出する搬出口２４とが処理容器２の側壁の対向する位置に開口されている。
【００４０】
搬入口２３および搬出口２４には、それぞれシャッタ２Ａ、２Ｂが設けられている。シャッタ２Ａ、２Ｂは、搬送機構（図示せず）がデバイスシートＤの搬送を停止し、後述するように電磁波が照射されている場合、処理容器２内部の電磁波およびガスが外部へ漏れないように、それぞれ搬入口２３および搬出口２４を閉じる機能を有する。また、シャッタ２Ａ、２Ｂは、軟らかい金属、例えばインジウム、銅等からなり、デバイスシートＤが停止した際にデバイスシートＤを圧接するようになっている。デバイスシートＤは繰り出しロール（図示せず）に巻回した状態とされ、この繰り出しロールから繰り出したデバイスシートＤが処理容器２内に搬入され、反対側に設けられた巻き取りロール（図示せず）に巻き取られるようになっている。
処理容器２底部の周縁部には、排気機構４と接続される排気口２５が設けられている。
【００４１】
ガス導入機構３は、処理容器２の側壁を貫通する例えば２本のガスノズル３１Ａ、３１Ｂを有しており、図示しないガス供給源から処理に必要なガスを処理容器２に供給する。ここでのガスは、例えばアルゴン、ヘリウム等の希ガスや窒素等からなる不活性ガスである。なお、ガスノズルの本数は、２本に限るものではなく、適宜増減してもよい。
【００４２】
排気機構４は、排気が流通する排気通路４１、排気圧力を制御する圧力制御弁４２および処理容器２内部の雰囲気を排出する排気ポンプ４３を含む。排気ポンプ４３は、排気通路４１および圧力制御弁４２を介して、処理容器２内部の雰囲気を、所定の真空度まで排気するようになっている。なお処理容器２内の雰囲気を排気せずに、その雰囲気を大気圧としてもよい。
【００４３】
載置台５は、処理容器２の底部に形成された開口に、シール部材２６を介在させて気密に取り付けられている。載置台５は接地されている。載置台５は、載置台本体５１を有しており、載置台本体５１上にデバイスシートＤが載置される。載置台本体５１の内部には抵抗加熱ヒーター５２が埋設されており、ヒーター電源５３から抵抗加熱ヒーター５２に給電されることにより、プラスチック基板Ｓを加熱可能となっている。載置台本体５１内には冷媒流路５５が形成されている。冷媒流路５５は、冷媒導入管５６と冷媒排出管５７とを介して、冷媒を循環させる冷媒循環器５８に接続されている。冷媒循環器５８が動作することにより、冷媒が冷媒流路５５を流通循環し、プラスチック基板Ｓを冷却することができる。
【００４４】
放射温度計６は、放射温度計本体６１と光ファイバ６２とを含んでおり、プラスチック基板Ｓの温度を測定可能となっている。光ファイバ６２は、載置台本体５１に垂直に形成された貫通孔５４に挿通されており、載置台本体５１の上面から載置台本体５１の底面を突き抜けて下方へ延び、処理容器２外部に設けられた放射温度計本体６１と接続されている。光ファイバ６２は、プラスチック基板Ｓからの輻射光を放射温度計本体６１に案内することができようになっており、プラスチック基板Ｓの温度を測定することができるようになっている。そして、この測定した温度に基づいて全体制御部９からの指令により、抵抗加熱ヒーター５２と冷媒流路５５を流れる冷媒により、プラスチック基板Ｓの温度を制御可能となっている。
【００４５】
電磁波供給部８は、処理容器２の外部に設けられている。電磁波供給部８は、導波管８２および入射アンテナ８３を含む。電磁波発生源８１は導波管８２の一端と接続され、導波管８２の他端は入射アンテナ８３と接続されている。
【００４６】
電磁波発生源８１としては、ＲＦ電源、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン等を用いることができる。これらの中ではＲＦ電源、マグネトロンおよびジャイロトロンが好適である。ジャイロトロンはミリ波（１ｍｍ≦波長≦１０ｍｍ）からサブミリ波（０．１ｍｍ≦波長≦１ｍｍ）にかけての電磁波を発生し、マグネトロンはセンチ波（１ｃｍ≦波長≦１０ｃｍ）の電磁波を発生する。すなわち照射する電磁波としては、図３に示す誘電分散特性のピークとなる周波数１０ＫＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯をカバーできることが好ましい。さらに好ましくはその近傍（−５０％〜＋１００％）の５ＫＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数帯をカバーできることである。電磁波発生源８１は、発生した電磁波を導波管８２に出力する。導波管８２は、電磁波発生源８１で発生した電磁波を入射アンテナ８３に伝搬させる金属製の管または同軸ケーブルであり、円形または矩形の断面形状を有している。なお、照射する電磁波の周波数レンジが広い場合には、電磁波発生源８１として周波数レンジが異なる複数のものを設置し、周波数によってそれらを切り替えられるようにすることが好ましい。
【００４７】
入射アンテナ８３は、板状をなし天板２２の上面に設けられており、例えば表面が銀メッキされた銅板またはアルミニウムで構成されている。入射アンテナ８３には、図示しない複数の鏡面反射レンズや反射ミラーが設けられており、導波管８２から導かれた電磁波を処理容器２の処理空間に向けて導入できるようになっている。なお、入射アンテナ８３は、処理容器２の側壁に設けられていてもよい。
【００４８】
全体制御部９はマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えており、例えば放射温度計６等のセンサ類からの信号を受けて、配線の形成装置１における各構成部を制御するようになっている。全体制御部９は配線の形成装置１のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従って装置１を制御するようになっている。
【００４９】
次に、このように構成される配線の形成装置１の動作について説明する。
まず、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、ＰＩ等のプラスチック基板Ｓ上に、有機導電性材料を含む原料インク（塗布組成物）、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液を、塗布して配線パターンＣが形成されたデバイスシートＤを準備し、電磁波発生源８１から発生する電磁波の周波数を、配線パターンを構成する有機導電性材料に適合した周波数のものとする。
【００５０】
そして、繰り出ロール（図示せず）から繰り出したデバイスシートＤを、搬入口２３から搬入し、載置台５に載置させる。そして、シャッタ２Ａ、２Ｂにより搬入口２３および搬出口２４を閉じる。
【００５１】
また、デバイスシートＤの端部には配線パターンが形成されていないリード材が接続されており、リード材が巻き取りロール（図示せず）に取り付けられた状態とされる。これにより、デバイスシートＤの最初の部分に対する電磁波照射が可能となる。
【００５２】
このとき、載置台本体５１内の抵抗加熱ヒーター５２および／または冷媒流路５５を流れる冷媒により、プラスチック基板Ｓの温度が所定の温度に制御される。この際に、冷媒流路５５に冷媒を流すことによりプラスチック基板Ｓを十分に冷却しておくことが好ましい。
【００５３】
また、ガスノズル３１Ａ、３１Ｂから、例えばアルゴン、ヘリウム等の希ガスや窒素等の所定の不活性ガスが処理容器２内に導入されるとともに、排気機構４により排気されて、処理容器２内に減圧雰囲気が形成される。あるいは処理容器２内を排気せずに、大気圧雰囲気とする。
【００５４】
この状態で、電磁波供給部８の電磁波発生源８１から発生した所定波長の電磁波を、導波管８２を経て入射アンテナ８３に導き、天板２２を透過して処理容器２内に導入する。
【００５５】
処理容器２内に導入された電磁波は、デバイスシートＤに照射され、塗布された配線パターンＣがアニールされる。このとき、プラスチック基板Ｓは電磁波が吸収されないためほとんど加熱されず、配線パターンＣは電磁波のエネルギーが吸収されて誘導損失により加熱される。すなわち、配線パターンＣを構成する原料インクは例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液からなっており、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳも水も電磁波の周波数を適切に選択することによりエネルギーを吸収するので、電磁波の照射によりまず原料インクが乾燥され、乾燥された後のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、さらなる電磁波照射により加熱されると、有機材料構造の再配列などの構造変化（改質）が生じ、材料自体の電気伝導度が上昇する。このため、電磁波を照射してアニールすることにより、短時間でアニール前よりも極めて高い電気伝導性を示す配線が得られる。
【００５６】
このとき、冷媒流路５５に冷媒を流してプラスチック基板Ｓを十分に冷却しながら電磁波を照射することにより、より強い選択性で原料インクを加熱することができる。
【００５７】
また、最初に水成分に吸収されやすい周波数（例えば、１０ｋＨｚ、または２０ＧＨｚ）の電磁波を照射して水成分を選択加熱し、短時間で乾燥させ、次にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに吸収されやすい周波数（例えば１ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、または５〜２０ＧＨｚ）の電磁波を照射してＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを選択加熱して改質させることにより、極めて効率よく低抵抗の配線を形成することができる。
【００５８】
このようにして、最初の電磁波アニールが終了した後は、電磁波の照射を停止し、処理容器２内が減圧の場合は常圧に戻した後、シャッタ２Ａ、２Ｂを開けてデバイスシートＤの次に処理する部分が載置台５に載置されるまでデバイスシートＤを搬送する。そして、同様な処理を実施する。このような動作を順次繰り返し、デバイスシートＤの最後まで電磁波アニールを行う。
【００５９】
次に、原料インクとしてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液を用いて電磁波による選択加熱を確認した実験について説明する。
ここでは、図５に示すように、便宜的に基板として４０ｍｍ□で厚さ７２５μｍの合成石英基板を用い、その全面にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液を塗布し、乾燥させて厚さ１５２〜１５５ｎｍのＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ塗布膜とした後、基板温度を変えて、かつ照射する電磁波の周波数を１４０ＧＨｚと１０７ＧＨｚの２水準で変化させて電磁波をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ塗布膜に照射してアニールを行った。その結果を表１に示す。表１に示すように、周波数がＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに対する吸収の高い１００ＧＨｚ付近である１０７ＧＨｚであって、基板温度を１００〜２４０℃にしたサンプル４において、処理前電気伝導度σ０に比較して２．２倍もの高い処理後電気伝導度σ１が得られた。従来の抵抗加熱ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに１００〜２４０℃もの温度をかけると構造が破壊されてほとんどの場合電気電導度が低下していたが、周波数および基板温度等の条件を最適化して電磁波アニールを行うことにより、電気伝導度を上げることができることが確認された。
【００６０】
【表１】
【００６１】
次に、上記表１のサンプル１〜４と、膜を形成しない合成石英基板に基板温度を変えて、かつ照射する電磁波の周波数を１４０ＧＨｚと１０７ＧＨｚの２水準で変化させて電磁波を照射したサンプル５〜８について、電磁波の吸収効率を算出した結果について表２に示す。
【００６２】
吸収効率は、投入電力Ｐ１［Ｗ］と吸収電力Ｐ２［Ｗ］によりＰ２／Ｐ１で算出される。吸収電力Ｐ２については、全体の密度（石英の密度または石英＋膜の合成密度）、体積、全体の比熱（石英の比熱（理科年表の値）または石英＋膜の合成比熱（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜の比熱は実験値））、および昇温速度（温度特性より算出した値）から算出した値を用いた。
【００６３】
表２に示すように、石英基板では吸収効率が０．００６０〜０．００６５であり、電磁波の周波数にも基板温度にも依存せずに低い値であったのに対し、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜が塗布された基板では０．０１４０〜０．０６３７と基板単体よりも吸収効率が高く、その値は電磁波の周波数および基板温度に依存することが確認された。石英基板はプラスチック基板と同様の誘電体であるのでプラスチック基板を用いた場合も同様の結果が得られるものと推測される。
【００６４】
【表２】
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態における配線の形成装置はあくまでも一例であって、プラスチック基板に形成された配線パターンを電磁波でアニールできるものであれば上記装置に限るものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１…配線の形成装置
２…処理容器
３…ガス導入機構
４…排気機構
５…載置台
８…電磁波供給部
９…全体制御部
Ｓ…プラスチック基板
Ｃ…塗布された配線パターン
Ｄ…デバイスシート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック基板に対し、塗布で配線を形成する配線の形成方法および形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、太陽電池や大型ディスプレイ等の大型デバイスにおいては、安価でフレキシブルな大面積プラスチック基板の上に素子を形成することが検討されている。このようなプラスチック基板を用いることにより、曲面への設置が可能であり、また、従来のガラス基板上に形成される大型デバイスと比較して破損しにくいという大きなメリットがあり、多岐に亘る用途への適用が期待されている。
【０００３】
このようなプラスチック基板上に素子パターンを形成する場合、従来から用いられているフォトリソグラフィー法ではコストが極めて高いものとなることから、面積当たりのコストを低くして配線パターンを形成することが可能な塗布印刷を適用することが試みられている。
【０００４】
塗布印刷に用いられる塗布組成物としては、金属粒子に分散剤や溶媒等を加えた金属ナノ粒子インクや、ポリマーに他のポリマーをドーピングした有機導電性材料等が知られているが、このような塗布組成物を塗布したのみではその中に含まれる分散剤や溶媒やポリマー等の存在により電気伝導性が低いものとなってしまうため、抵抗加熱によりこれらを除去する必要がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような抵抗加熱を用いて分散剤や溶媒を除去する方法は、基板が高温になるため、プラスチック基板に適用することは困難である。また、導電性材料として有機導電性材料を用いる場合には、抵抗加熱により加熱することにより有機材料の構造が壊れることがあり、この構造変化により電気伝導性が低下する。このように従来の塗布印刷による配線パターンの形成は、基板が高温になるため、プラスチック基板を適用することは困難であり、安価、フレキシブル、大型化に対応が容易であるといった利点が十分に生かせないのが現状である。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、有機導電性材料を含む塗布組成物をプラスチック基板上に形成した後、高い電気電導度の配線を形成することができる配線の形成方法および形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を準備し、少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射してアニールし、前記有機導電性材料からなる配線を形成することを特徴とする配線の形成方法を提供する。
【０００９】
上記第１の観点において、前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなるように設定することが好ましい。この場合に、前記電磁波の周波数は、前記塗布組成物の誘電分散特性の吸収ピーク値またはその近傍の値であることが好ましい。
【００１０】
前記塗布組成物は有機導電性材料の水溶液であり、前記配線パターンに電磁波を照射することにより、塗布組成物の乾燥および改質が行われるようにすることができる。この場合に、前記塗布組成物の乾燥の際には、乾燥に適した周波数の電磁波を照射し、前記改質の際には改質に適した周波数の電磁波を照射することが好ましい。
【００１１】
また、前記有機導電性材料としてポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を好適なものとして用いることができる。さらに、前記プラスチック基板の耐熱温度以下の温度に基板を加熱しながら電磁波を照射するようにすることができる。さらにまた、前記プラスチック基板を冷却しながら電磁波を照射するようにすることもできる。さらにまた、前記電磁波の照射をパルス的に行なってもよい。電磁波は、その周波数が５ＫＨｚ〜２００ＧＨｚであることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の観点では、内部に所定の雰囲気が形成される処理容器と、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を前記処理容器内に配置する手段と、前記部材の少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射する電磁波照射部とを具備し、前記配線パターンに前記電磁波照射部からの電磁波が照射されることにより、前記有機導電性材料からなる配線が形成されることを特徴とする配線の形成装置を提供する。
【００１３】
上記第２の観点において、前記処理容器内に配置された前記部材の前記プラスチック基板の温度を制御する温度制御機構をさらに具備するようにしてもよい。また、前記電磁波照射部は、前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなるように設定することが可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材の少なくとも配線パターンに電磁波を照射してアニールすることにより、プラスチック基板はほとんど加熱されず、配線パターンの有機導電性材料は主に誘導損失により加熱されて構造変化を生じ、再配列を起こして、電気電導度が向上し、塗布したままの状態よりも高い電気電導度を有する配線を得ることができる。また、塗布組成物に有機導電性材料の水溶液を用いた場合に、電磁波照射によるアニールにより、プラスチック基板をほとんど加熱することなく水分を加熱して乾燥することができるので、塗布組成物の乾燥および改質の両方を行って高い電気電導度を有する配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る配線の形成方法を示すフローチャートである。
【図２】ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（固体）の誘電分散を測定した結果を示すチャートである。
【図３】ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液にエチレングリコールを添加したもの、ＰＥＴ基板、ＰＣ基板、純水の誘電分散を示すチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る配線の形成方法を実施するための配線の形成装置を示す断面図である。
【図５】本発明の効果を確認するために用いたサンプルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る配線の形成方法を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターン（電極パターンも含む）が形成された部材、例えばデバイスを形成するためのデバイスシートを準備する（工程１）。
【００１８】
プラスチック基板としては特に制限はないが、安価なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）等を好適に用いることができる。
【００１９】
有機導電性材料としては、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）［略称：ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポロピール、ポリチオフェン等を挙げることができる。
【００２０】
塗布組成物を塗布することにより配線パターンを形成するための印刷方式としては、微細パターンに対する追従性が良好なものを採用することが好ましく、例えばインクジェット印刷、スクリーン印刷、マイクロコンタクトプリント（ＭＣＰ）等を好適に用いることができる。
【００２１】
塗布組成物としては、印刷方式に応じて、また有機導電性材料に応じて溶媒、および各種添加剤等を混合して粘度を適宜調製されたものを用いることができる。典型的には、このように粘度が調製されてインク状とされた塗布インクが用いられる。
【００２２】
次に、このようにして準備した部材（デバイスシート）の少なくとも配線パターン部分に電磁波を照射してアニールする（工程２）。
【００２３】
上記のような塗布材を塗布したままの状態では、有機導電性材料が十分に導電性が発揮されない構造であることが多く、また、塗布したままの配線パターンには溶媒や各種添加物が含まれているため、その電気伝導度は低い。このため、配線パターンに電磁波照射によるアニールを施して電気伝導性を上昇させた配線を形成する。電磁波照射によるアニールは、少なくとも配線パターンに電磁波を照射することにより実現されるが、典型的にはデバイスシートの全面に電磁波を照射するようにして行われる。
【００２４】
一般的に、この種の塗布材のアニールには抵抗加熱が用いられていたが、抵抗加熱の場合には、溶媒を揮発させて高い電気伝導度の構造を得るためには比較的高い温度が必要となる。このため、本実施形態のようにプラスチック基板を用いる場合には加熱温度がその耐熱温度以上となってしまう。また、抵抗加熱により高い温度に加熱すると、有機導電性材料の導電性を発現する構造が破壊されることがある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、配線パターンのアニールに電磁波照射による加熱（電磁波加熱）を用いる。電磁波加熱は、以下に説明するように抵抗加熱のようにプラスチック基板をほとんど加熱することなく配線パターンのみを加熱することができるため、プラスチック基板であっても問題なく適用可能である。ただし、プラスチック基板の材料の耐熱温度以下であれば、補助的に基板の温度を上げてもよい。
【００２６】
電磁波加熱は、下記の（１）式に示すように、伝導による損失（誘導損失）、誘電損失、磁性損失の和で表される。
Ｐ＝１／２×πｆσ｜Ｅ｜２＋πｆε０ε”r｜Ｅ｜２＋πｆμ０μ”r｜Ｈ｜２ （１）
ただし
Ｐ：単位体積あたりのエネルギー損失［Ｗ／ｍ３］
Ｅ：電場［Ｖ／ｍ］、Ｈ：磁場［Ａ／ｍ］、σ：電気伝導度［Ｓ／ｍ］
ｆ：周波数［ｓ−１]、ε０：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、ε”r：誘電損失
μ0 ：真空の透磁率［Ｈ／ｍ]、μ”r
：磁気損失
である。
【００２７】
電磁波加熱では、材料の種類に応じた、誘導損失、誘電損失、磁性損失の差異を利用することにより選択加熱が可能となる。すなわち、配線に用いられる有機導電性材料は、導電性物質であることから、電磁波を照射すると主にうず電流による誘導損失により加熱される。一方、プラスチック基板は誘導損失も誘電損失も少ない高分子材料であるため、ほとんど加熱されない。
【００２８】
配線パターンを構成する有機導電性材料、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、電磁波が照射されて主に誘導損失により加熱されると、再配列などの構造変化が生じ、材料自体の電気伝導度が上昇する。このとき、電磁波は必要に応じて添加された水や有機溶剤等の溶媒にも作用し、誘導損失や誘電損失によりこれらが加熱されて揮発する。このため、電磁波アニールにより得られた配線（電極を含む）は、アニール前よりも極めて高い電気伝導性を示すものとすることができる。
【００２９】
また、有機導電性材料には材料に応じた吸収性の高い周波数が存在する。そのため、効率良くマイクロ波加熱を行うためには、材料に応じた吸収性の良い周波数を選択して照射することが好ましい。
【００３０】
このような電磁波の周波数に対応した吸収性を把握するためには、有機導電性材料の導電性が発現する前の誘電体の状態において誘電分散を測定することが有効である。つまり、電子分極、イオン分極、配向分極等に起因して、電磁場の振動数（電磁波の周波数）により誘電体の誘電率が変化するが、電子分極、イオン分極、配向分極等が生じる周波数では誘電率が高くなり、その周波数で誘電損失が大きくなる。すなわち、電磁波の吸収が大きくなる。
【００３１】
このように、ここで用いる有機導電性材料は、誘電分散特性において電子分極、イオン分極または配向分極による電磁波の吸収ピークをもつものである。例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、ＰＥＤＯＴ〔ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）］にＰＳＳ［ポリスチレンスルホン酸］をポリマードーピングして導電性を持たせているため、強いイオン結合をもつ。このため誘電分散特性において、イオン分極による電磁波の大きな吸収ピークをもつ材料となっている。
【００３２】
図２はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの誘電分散特性を測定した結果を示すチャートであり、縦軸は複素誘電率の実部と誘電損を示す。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは水分を９５％位含む液体（水溶液）であるが、図２に示したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳはこれを乾燥させた固体（膜状）のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳについてのものである。電磁波の周波数が１×１０１１Ｈｚすなわち１００ＧＨｚ付近で比誘電率（誘電損失）のピークが現れているから、１００ＧＨｚまたはその近傍(−５０％〜＋１００％以内)の電磁波を照射することにより、より有効に電磁波が作用すると考えられる。
【００３３】
図３は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液にエチレングリコール（ＥＧ）を添加したもの、ＰＥＴ基板、ＰＣ基板、および純水の誘電分散を示すチャートである。図３の縦軸は複素誘電率の虚部であり、これが電磁波の吸収特性を示す。したがって、図３において複素誘電率の虚部の値が高いほどその周波数の吸収エネルギーが高いこととなる。
【００３４】
図３に示すように、誘電体であるＰＥＴ基板、ＰＣ基板は、誘電分散特性は吸収ピークを持たず低いままであるから、どの周波数の電磁波エネルギーもほとんど吸収しない。これに対して、導体であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液は８０〜１００ＭＨｚ付近および１０ＧＨｚ付近に吸収ピークを有し、半導体である純水は１０ｋＨｚおよび２０ＧＨｚ付近に吸収ピークを有し、これらの周波数の電磁波を照射することによりエネルギーを吸収することがわかる。したがって、照射する電磁波の周波数を適切に選択することにより、好ましくは誘電分散特性の吸収ピークまたはその近傍の周波数の電磁波を用いることにより、そのエネルギーを基板には吸収させずに塗布組成物であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液のみに吸収させることができる。また、同等のピーク高さであれば周波数が高いほど吸収エネルギーが大きくなる傾向となる。すなわち、基板を低温のままにして塗布組成物であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液のみにエネルギーを与えて短時間で乾燥を行い、さらに改質を行って低抵抗の配線を形成することができる。具体的には、最初に水に対して吸収性のよい第１の周波数の電磁波を照射し水成分を選択的に加熱して乾燥させ、引き続きＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに対して吸収性のよい第２の周波数の電磁波を照射して改質させるようにすることができる。
【００３５】
なお、図３には、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液の誘電分散特性の他に、吸収性を上昇させると言われているエチレングリコール（ＥＧ）を１５％添加したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液の誘電分散特性も示すが、誘電分散特性のピークがＥＧ添加なしの場合とは異なり１ＭＨｚ付近であり、ＥＧ添加ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液の場合にはそれに適した周波数の電磁波を使用する必要がある。
【００３６】
このように電磁波照射により過渡的には選択加熱が可能であるが、照射時間が長くなると、熱平衡に近くなり、伝熱により基板が高温になって十分な選択加熱が行えないそれがある。このようなことを回避するためには、電磁波照射面の反対側から基板を冷却することや、電磁波照射をパルス的に行い、このパルスのデューティ比を制御することにより基板の加熱を抑えることが好ましい。
【００３７】
次に、配線を形成するための装置について説明する。図４は本発明の実施形態に係る配線の形成方法を実施するための配線の形成装置を示す断面図である。この配線の形成装置１は、処理容器２、ガス導入機構３、排気機構４、載置台５、放射温度計６、電磁波供給部８、全体制御部９を有している。
【００３８】
処理容器２は、例えばアルミニウムにより形成されており、接地されている。処理容器２の天井部は開口されており、この開口部にはシール部材２１を介して、天板２２が気密に設けられている。天板２２の材料は、例えば石英、窒化アルミニウム等の誘電体である。
【００３９】
プラスチック基板Ｓ上に有機導電性材料が塗布されて配線パターンＣが形成されたアニール前のデバイスシート（部材）Ｄを搬入する搬入口２３と、アニール後のデバイスシートＤを搬出する搬出口２４とが処理容器２の側壁の対向する位置に開口されている。
【００４０】
搬入口２３および搬出口２４には、それぞれシャッタ２Ａ、２Ｂが設けられている。シャッタ２Ａ、２Ｂは、搬送機構（図示せず）がデバイスシートＤの搬送を停止し、後述するように電磁波が照射されている場合、処理容器２内部の電磁波およびガスが外部へ漏れないように、それぞれ搬入口２３および搬出口２４を閉じる機能を有する。また、シャッタ２Ａ、２Ｂは、軟らかい金属、例えばインジウム、銅等からなり、デバイスシートＤが停止した際にデバイスシートＤを圧接するようになっている。デバイスシートＤは繰り出しロール（図示せず）に巻回した状態とされ、この繰り出しロールから繰り出したデバイスシートＤが処理容器２内に搬入され、反対側に設けられた巻き取りロール（図示せず）に巻き取られるようになっている。
処理容器２底部の周縁部には、排気機構４と接続される排気口２５が設けられている。
【００４１】
ガス導入機構３は、処理容器２の側壁を貫通する例えば２本のガスノズル３１Ａ、３１Ｂを有しており、図示しないガス供給源から処理に必要なガスを処理容器２に供給する。ここでのガスは、例えばアルゴン、ヘリウム等の希ガスや窒素等からなる不活性ガスである。なお、ガスノズルの本数は、２本に限るものではなく、適宜増減してもよい。
【００４２】
排気機構４は、排気が流通する排気通路４１、排気圧力を制御する圧力制御弁４２および処理容器２内部の雰囲気を排出する排気ポンプ４３を含む。排気ポンプ４３は、排気通路４１および圧力制御弁４２を介して、処理容器２内部の雰囲気を、所定の真空度まで排気するようになっている。なお処理容器２内の雰囲気を排気せずに、その雰囲気を大気圧としてもよい。
【００４３】
載置台５は、処理容器２の底部に形成された開口に、シール部材２６を介在させて気密に取り付けられている。載置台５は接地されている。載置台５は、載置台本体５１を有しており、載置台本体５１上にデバイスシートＤが載置される。載置台本体５１の内部には抵抗加熱ヒーター５２が埋設されており、ヒーター電源５３から抵抗加熱ヒーター５２に給電されることにより、プラスチック基板Ｓを加熱可能となっている。載置台本体５１内には冷媒流路５５が形成されている。冷媒流路５５は、冷媒導入管５６と冷媒排出管５７とを介して、冷媒を循環させる冷媒循環器５８に接続されている。冷媒循環器５８が動作することにより、冷媒が冷媒流路５５を流通循環し、プラスチック基板Ｓを冷却することができる。
【００４４】
放射温度計６は、放射温度計本体６１と光ファイバ６２とを含んでおり、プラスチック基板Ｓの温度を測定可能となっている。光ファイバ６２は、載置台本体５１に垂直に形成された貫通孔５４に挿通されており、載置台本体５１の上面から載置台本体５１の底面を突き抜けて下方へ延び、処理容器２外部に設けられた放射温度計本体６１と接続されている。光ファイバ６２は、プラスチック基板Ｓからの輻射光を放射温度計本体６１に案内することができようになっており、プラスチック基板Ｓの温度を測定することができるようになっている。そして、この測定した温度に基づいて全体制御部９からの指令により、抵抗加熱ヒーター５２と冷媒流路５５を流れる冷媒により、プラスチック基板Ｓの温度を制御可能となっている。
【００４５】
電磁波供給部８は、処理容器２の外部に設けられている。電磁波供給部８は、導波管８２および入射アンテナ８３を含む。電磁波発生源８１は導波管８２の一端と接続され、導波管８２の他端は入射アンテナ８３と接続されている。
【００４６】
電磁波発生源８１としては、ＲＦ電源、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン等を用いることができる。これらの中ではＲＦ電源、マグネトロンおよびジャイロトロンが好適である。ジャイロトロンはミリ波（１ｍｍ≦波長≦１０ｍｍ）からサブミリ波（０．１ｍｍ≦波長≦１ｍｍ）にかけての電磁波を発生し、マグネトロンはセンチ波（１ｃｍ≦波長≦１０ｃｍ）の電磁波を発生する。すなわち照射する電磁波としては、図３に示す誘電分散特性のピークとなる周波数１０ＫＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯をカバーできることが好ましい。さらに好ましくはその近傍（−５０％〜＋１００％）の５ＫＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数帯をカバーできることである。電磁波発生源８１は、発生した電磁波を導波管８２に出力する。導波管８２は、電磁波発生源８１で発生した電磁波を入射アンテナ８３に伝搬させる金属製の管または同軸ケーブルであり、円形または矩形の断面形状を有している。なお、照射する電磁波の周波数レンジが広い場合には、電磁波発生源８１として周波数レンジが異なる複数のものを設置し、周波数によってそれらを切り替えられるようにすることが好ましい。
【００４７】
入射アンテナ８３は、板状をなし天板２２の上面に設けられており、例えば表面が銀メッキされた銅板またはアルミニウムで構成されている。入射アンテナ８３には、図示しない複数の鏡面反射レンズや反射ミラーが設けられており、導波管８２から導かれた電磁波を処理容器２の処理空間に向けて導入できるようになっている。なお、入射アンテナ８３は、処理容器２の側壁に設けられていてもよい。
【００４８】
全体制御部９はマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えており、例えば放射温度計６等のセンサ類からの信号を受けて、配線の形成装置１における各構成部を制御するようになっている。全体制御部９は配線の形成装置１のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従って装置１を制御するようになっている。
【００４９】
次に、このように構成される配線の形成装置１の動作について説明する。
まず、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、ＰＩ等のプラスチック基板Ｓ上に、有機導電性材料を含む原料インク（塗布組成物）、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液を、塗布して配線パターンＣが形成されたデバイスシートＤを準備し、電磁波発生源８１から発生する電磁波の周波数を、配線パターンを構成する有機導電性材料に適合した周波数のものとする。
【００５０】
そして、繰り出ロール（図示せず）から繰り出したデバイスシートＤを、搬入口２３から搬入し、載置台５に載置させる。そして、シャッタ２Ａ、２Ｂにより搬入口２３および搬出口２４を閉じる。
【００５１】
また、デバイスシートＤの端部には配線パターンが形成されていないリード材が接続されており、リード材が巻き取りロール（図示せず）に取り付けられた状態とされる。これにより、デバイスシートＤの最初の部分に対する電磁波照射が可能となる。
【００５２】
このとき、載置台本体５１内の抵抗加熱ヒーター５２および／または冷媒流路５５を流れる冷媒により、プラスチック基板Ｓの温度が所定の温度に制御される。この際に、冷媒流路５５に冷媒を流すことによりプラスチック基板Ｓを十分に冷却しておくことが好ましい。
【００５３】
また、ガスノズル３１Ａ、３１Ｂから、例えばアルゴン、ヘリウム等の希ガスや窒素等の所定の不活性ガスが処理容器２内に導入されるとともに、排気機構４により排気されて、処理容器２内に減圧雰囲気が形成される。あるいは処理容器２内を排気せずに、大気圧雰囲気とする。
【００５４】
この状態で、電磁波供給部８の電磁波発生源８１から発生した所定波長の電磁波を、導波管８２を経て入射アンテナ８３に導き、天板２２を透過して処理容器２内に導入する。
【００５５】
処理容器２内に導入された電磁波は、デバイスシートＤに照射され、塗布された配線パターンＣがアニールされる。このとき、プラスチック基板Ｓは電磁波が吸収されないためほとんど加熱されず、配線パターンＣは電磁波のエネルギーが吸収されて誘導損失により加熱される。すなわち、配線パターンＣを構成する原料インクは例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液からなっており、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳも水も電磁波の周波数を適切に選択することによりエネルギーを吸収するので、電磁波の照射によりまず原料インクが乾燥され、乾燥された後のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、さらなる電磁波照射により加熱されると、有機材料構造の再配列などの構造変化（改質）が生じ、材料自体の電気伝導度が上昇する。このため、電磁波を照射してアニールすることにより、短時間でアニール前よりも極めて高い電気伝導性を示す配線が得られる。
【００５６】
このとき、冷媒流路５５に冷媒を流してプラスチック基板Ｓを十分に冷却しながら電磁波を照射することにより、より強い選択性で原料インクを加熱することができる。
【００５７】
また、最初に水成分に吸収されやすい周波数（例えば、１０ｋＨｚ、または２０ＧＨｚ）の電磁波を照射して水成分を選択加熱し、短時間で乾燥させ、次にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに吸収されやすい周波数（例えば１ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、または５〜２０ＧＨｚ）の電磁波を照射してＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを選択加熱して改質させることにより、極めて効率よく低抵抗の配線を形成することができる。
【００５８】
このようにして、最初の電磁波アニールが終了した後は、電磁波の照射を停止し、処理容器２内が減圧の場合は常圧に戻した後、シャッタ２Ａ、２Ｂを開けてデバイスシートＤの次に処理する部分が載置台５に載置されるまでデバイスシートＤを搬送する。そして、同様な処理を実施する。このような動作を順次繰り返し、デバイスシートＤの最後まで電磁波アニールを行う。
【００５９】
次に、原料インクとしてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水溶液を用いて電磁波による選択加熱を確認した実験について説明する。
ここでは、図５に示すように、便宜的に基板として４０ｍｍ□で厚さ７２５μｍの合成石英基板を用い、その全面にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液を塗布し、乾燥させて厚さ１５２〜１５５ｎｍのＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ塗布膜とした後、基板温度を変えて、かつ照射する電磁波の周波数を１４０ＧＨｚと１０７ＧＨｚの２水準で変化させて電磁波をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ塗布膜に照射してアニールを行った。その結果を表１に示す。表１に示すように、周波数がＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに対する吸収の高い１００ＧＨｚ付近である１０７ＧＨｚであって、基板温度を１００〜２４０℃にしたサンプル４において、処理前電気伝導度σ０に比較して２．２倍もの高い処理後電気伝導度σ１が得られた。従来の抵抗加熱ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに１００〜２４０℃もの温度をかけると構造が破壊されてほとんどの場合電気電導度が低下していたが、周波数および基板温度等の条件を最適化して電磁波アニールを行うことにより、電気伝導度を上げることができることが確認された。
【００６０】
【表１】
【００６１】
次に、上記表１のサンプル１〜４と、膜を形成しない合成石英基板に基板温度を変えて、かつ照射する電磁波の周波数を１４０ＧＨｚと１０７ＧＨｚの２水準で変化させて電磁波を照射したサンプル５〜８について、電磁波の吸収効率を算出した結果について表２に示す。
【００６２】
吸収効率は、投入電力Ｐ１［Ｗ］と吸収電力Ｐ２［Ｗ］によりＰ２／Ｐ１で算出される。吸収電力Ｐ２については、全体の密度（石英の密度または石英＋膜の合成密度）、体積、全体の比熱（石英の比熱（理科年表の値）または石英＋膜の合成比熱（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜の比熱は実験値））、および昇温速度（温度特性より算出した値）から算出した値を用いた。
【００６３】
表２に示すように、石英基板では吸収効率が０．００６０〜０．００６５であり、電磁波の周波数にも基板温度にも依存せずに低い値であったのに対し、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜が塗布された基板では０．０１４０〜０．０６３７と基板単体よりも吸収効率が高く、その値は電磁波の周波数および基板温度に依存することが確認された。石英基板はプラスチック基板と同様の誘電体であるのでプラスチック基板を用いた場合も同様の結果が得られるものと推測される。
【００６４】
【表２】
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態における配線の形成装置はあくまでも一例であって、プラスチック基板に形成された配線パターンを電磁波でアニールできるものであれば上記装置に限るものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１…配線の形成装置
２…処理容器
３…ガス導入機構
４…排気機構
５…載置台
８…電磁波供給部
９…全体制御部
Ｓ…プラスチック基板
Ｃ…塗布された配線パターン
Ｄ…デバイスシート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を準備し、少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射してアニールし、前記有機導電性材料からなる配線を形成することを特徴とする配線の形成方法。
【請求項２】
前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなる周波数に設定することを特徴とする請求項１に記載の配線の形成方法。
【請求項３】
前記電磁波の周波数は、前記塗布組成物の誘電分散特性の吸収ピーク値またはその近傍の値であることを特徴とする請求項２に記載の配線の形成方法。
【請求項４】
前記塗布組成物は有機導電性材料の水溶液であり、前記配線パターンに電磁波を照射することにより、塗布組成物の乾燥および改質が行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項５】
前記塗布組成物の乾燥の際には、乾燥に適した周波数の電磁波を照射し、前記改質の際には改質に適した周波数の電磁波を照射することを特徴とする請求項４に記載の配線の形成方法。
【請求項６】
前記有機導電性材料がポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項７】
前記プラスチック基板の耐熱温度以下の温度に基板を加熱しながら電磁波を照射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項８】
前記プラスチック基板を冷却しながら電磁波を照射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項９】
前記電磁波の照射はパルス的に行なわれることを特徴とする請求項１から請求項６、および請求項８のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項１０】
前記電磁波は、その周波数が５ＫＨｚ〜２００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項１１】
内部に所定の雰囲気が形成される処理容器と、
プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を前記処理容器内に配置する手段と、
前記部材の少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射する電磁波照射部と
を具備し、前記配線パターンに前記電磁波照射部からの電磁波が照射されることにより、前記有機導電性材料からなる配線が形成されることを特徴とする配線の形成装置。
【請求項１２】
前記処理容器内に配置された前記部材の前記プラスチック基板の温度を制御する温度制御機構をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の配線の形成装置。
【請求項１３】
前記電磁波照射部は、前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなるように設定することが可能であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の配線の形成装置。
【請求項１】
プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を準備し、少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射してアニールし、前記有機導電性材料からなる配線を形成することを特徴とする配線の形成方法。
【請求項２】
前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなる周波数に設定することを特徴とする請求項１に記載の配線の形成方法。
【請求項３】
前記電磁波の周波数は、前記塗布組成物の誘電分散特性の吸収ピーク値またはその近傍の値であることを特徴とする請求項２に記載の配線の形成方法。
【請求項４】
前記塗布組成物は有機導電性材料の水溶液であり、前記配線パターンに電磁波を照射することにより、塗布組成物の乾燥および改質が行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項５】
前記塗布組成物の乾燥の際には、乾燥に適した周波数の電磁波を照射し、前記改質の際には改質に適した周波数の電磁波を照射することを特徴とする請求項４に記載の配線の形成方法。
【請求項６】
前記有機導電性材料がポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項７】
前記プラスチック基板の耐熱温度以下の温度に基板を加熱しながら電磁波を照射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項８】
前記プラスチック基板を冷却しながら電磁波を照射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項９】
前記電磁波の照射はパルス的に行なわれることを特徴とする請求項１から請求項６、および請求項８のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項１０】
前記電磁波は、その周波数が５ＫＨｚ〜２００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の配線の形成方法。
【請求項１１】
内部に所定の雰囲気が形成される処理容器と、
プラスチック基板上に有機導電性材料を含む塗布組成物が塗布されて配線パターンが形成された部材を前記処理容器内に配置する手段と、
前記部材の少なくとも前記配線パターンに電磁波を照射する電磁波照射部と
を具備し、前記配線パターンに前記電磁波照射部からの電磁波が照射されることにより、前記有機導電性材料からなる配線が形成されることを特徴とする配線の形成装置。
【請求項１２】
前記処理容器内に配置された前記部材の前記プラスチック基板の温度を制御する温度制御機構をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の配線の形成装置。
【請求項１３】
前記電磁波照射部は、前記電磁波の周波数を、前記有機導電性材料に対する吸収性が高くなるように設定することが可能であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の配線の形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９１１５６（Ｐ２０１２−１９１１５６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３０９３（Ｐ２０１１−１４３０９３）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３０４０２３９９４）国立大学法人山梨大学 (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３０４０２３９９４）国立大学法人山梨大学 (223)
【Ｆターム（参考）】
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