(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に位置する薄膜を有する薄膜積層を乾燥させるための方法であって、該方法は、
該薄膜積層を閃光灯を通過して搬送することと、
特定の熱プロファイルに従って複数のマイクロパルスのパルス幅を変更することにより、特定の波形を生成することであって、該特定の熱プロファイルは、該薄膜および基板の積層特性に従って設計される、ことと、
該薄膜積層を複合光パルスを用いて照射することにより、該薄膜から溶媒を除去することであって、該複合光パルスは、該特定の波形の形状およびタイミングに従って該閃光灯からの複数のマイクロパルスによって形成され、該複合光パルスの全持続時間は、該薄膜積層の全熱平衡時間よりも短い、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記搬送することは、前記複合光パルスが送達されている時間の間に、前記薄膜積層を搬送方向に前記閃光灯の照射領域の長さの１０％未満だけ搬送することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、
【数１】
0005936286.tif 000010
であり、式中、τ１およびτ２はそれぞれ、前記薄膜および基板の熱平衡時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、前記基板の熱平衡時間とほぼ同一である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロパルスは、同じタイミングを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記マイクロパルスは、異なるタイミングを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記マイクロパルスは、電圧、パルス長さ、任意の所与の領域の中の前記基板上に衝突するマイクロパルスの平均数、パルス繰り返し周波数、マイクロパルスの数、およびデューティサイクルによって成形される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板は、４５０℃未満の最大動作温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複合光パルスの瞬間面積電力密度は、同一のパルス長さの単一パルス損傷閾値を上回る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
一定温度が、処理の間、前記薄膜積層内の場所において維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記薄膜積層の中へ付与される全エネルギーは、該薄膜積層を前記基板の最大動作温度まで加熱するために必要とされるエネルギーの量未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
基板上に位置する薄膜を有する薄膜積層を熱的に処理するための方法であって、該方法は、
該薄膜積層を閃光灯を通過して搬送することと、
特定の熱プロファイルに従って複数のマイクロパルスのパルス幅を変更することにより、特定の波形を生成することであって、該特定の熱プロファイルは、該薄膜および基板の積層特性に従って設計される、ことと、
該薄膜積層を複合光パルスを用いて照射することにより、該薄膜を熱的に処理することであって、該複合光パルスは、該特定の波形の形状およびタイミングに従って該閃光灯からの複数のマイクロパルスによって形成され、該複合光パルスの全持続時間は、該薄膜積層の全熱平衡時間よりも短い、ことと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記搬送することは、前記複合光パルスが送達されている時間の間に、前記薄膜積層を前記閃光灯の照射領域の長さの１０％未満だけ搬送方向に搬送することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、
【数２】
0005936286.tif 000011
であり、式中、τ１およびτ２はそれぞれ、前記薄膜および基板の熱平衡時間である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、前記基板の熱平衡時間とほぼ同一である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記マイクロパルスは、同じタイミングを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記マイクロパルスは、異なるタイミングを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記マイクロパルスは、電圧、パルス長さ、任意の所与の領域の中の前記基板上に衝突するマイクロパルスの平均数、パルス繰り返し周波数、マイクロパルスの数、およびデューティサイクルによって成形される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板は、４５０℃未満の最大動作温度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記複合光パルスの瞬間面積電力密度は、同一のパルス長さの単一パルス損傷閾値を上回る、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
一定温度が、処理の間、前記薄膜積層内の場所において維持される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記薄膜積層の中へ付与される全エネルギーは、該薄膜積層を前記基板の最大動作温度まで加熱するために必要とされるエネルギーの量未満である、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、米国特許出願第１３／０８２，４６９号（２０１１年４月８日出願）の一部継続出願であり、この出願の内容は、参照することによって本明細書に援用される。
【０００２】
（１．技術分野）
本発明は、概して、薄膜を熱的に処理するステップに関し、特に、閃光灯からの光パルスを使用することによって薄膜を乾燥させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
（２．従来技術の記述）
薄膜を支持するための基板を選定するとき、概して、コスト上の理由から、シリコーン、フッ化炭素、セラミック、ガラス等の高価な基板よりもテレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、セルロース等の安価な基板を採用することがより好ましい。しかしながら、安価な基板は、その高価な同等物よりも低い最大動作温度を有する傾向にあるので、比較的低温だけが安価な基板上に位置する薄膜を乾燥させるために利用することができる。
【０００４】
アレニウスの式によると、乾燥（すなわち、溶媒を撥ね飛ばす）、粒子焼結、緻密化、化学反応開始、化学反応変調、位相変換、粒子成長、焼鈍、熱処理等の熱的に駆動されるプロセスは、指数関数態様で処理温度に関連する。故に、乾燥温度の僅かな低下は、有意により長い乾燥時間およびより多くのエネルギーを必要とし、これは、より多くのコストがかかる乾燥作業へとつながるであろう。
【０００５】
その結果、処理時間を延長させることなく、安価な基板上に位置する薄膜を熱的に処理するための改良されたプロセスを提供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施形態によると、薄膜積層は、薄膜積層を閃光灯を通過して搬送し、その間に、薄膜積層が閃光灯からの複合光パルスで照射されることによって、熱的に処理される。複合光パルスは、複数のマイクロパルスから構成される。複合光パルスの持続時間は、薄膜積層の全熱平衡時間よりも短い。加えて、薄膜積層が、閃光灯を通過して搬送されているとき、薄膜積層は、複合光パルスの送達の間に、照射領域の長さの１０％未満だけ搬送方向に移動するはずである。
【０００７】
本発明の全特徴および利点は、以下の詳細な説明において明白となるであろう。
【０００８】
本発明自体、ならびにその好ましい使用形態、さらなる目的、および利点は、付随の図面と併せて熟読しながら、以下の発明を実施するための形態を参照することによって、最も良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、薄膜積層の略図である。
【図２−１】図２ａは、単一光パルスおよび複合光パルスの強度およびパルス長さを示し、それぞれ、図１の薄膜積層を加熱するために使用することができる。図２ｂは、基板が図２ａの単一光パルスによって照射された後の基板の温度対時間を示すグラフである。図２ｃは、基板が図２ａの複合光パルスによって照射された後の基板の温度対時間を示すグラフである。
【図２−２】図２ｄは、２つの異なる一定処理温度域を提供可能な複合光パルスである。図２ｅは、基板が図２ｄの複合光パルスによって照射された後の基板の温度対時間を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施形態による、図２ａの複合光パルスを生成するための乾燥装置の略図である。
【図４】図４は、図３の乾燥装置内の閃光灯コントローラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（Ａ．薄膜積層の熱平衡時間）
材料のある層についての熱平衡時間τは、
【００１１】
【数１】
0005936286.tif 000002
式中、ｃ＝材料の比熱
ρ＝材料の質量密度
ｘ＝材料の厚さ
κ＝材料の熱伝導率
によって計算される。
【００１２】
異なる厚さを有する異なる材料の複数の層を有する薄膜積層に対する全熱平衡時間τｓｔａｃｋは、
【００１３】
【数２】
0005936286.tif 000003
によって計算されることができ、
式中、τ１、τ２、τ３等はそれぞれ、薄膜積層の個々の層の各々についての熱平衡時間である。
【００１４】
薄膜積層は、異なる材料の複数の層を含んでもよいが、実際は、薄膜積層は、通常、薄膜を支持するための比較的より厚い基板の上部の上の薄膜の層から構成される。そのような場合、薄膜積層の熱平衡時間は、多くの場合、基板によって左右される。例えば、図１に示されるように、薄膜１９１が、厚さｘｆおよび熱平衡時間τｆを有し、基板１９２が、厚さｘｓおよび熱平衡時間τｓを有する、基板１９２の上部の上に位置する薄膜１９１から構成される薄膜積層１９０の場合、ｘｓ≫ｘｆのとき、薄膜積層１９０の全熱平衡時間τｓｔａｃｋは、単純に基板１９２の熱平衡時間τｓとなる。
【００１５】
前述の原理は、実践的実施例について図示することができる。基板１９２が、ｃｓ＝７３０Ｊ／ｋｇ−Ｋ、ρｓ＝１．４ｇ／ｃｍ３、ｘｓ＝１５０ミクロン、およびκｓ＝０．２４Ｗ／ｍ−Ｋを有するテレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）から作製され、薄膜１９１が、ｃｆ＝２３５Ｊ／ｋｇ−Ｋ、ρｆ＝１０．５ｇ／ｃｍ３、ｘｆ＝１ミクロン、およびκｆ＝４２０Ｗ／ｍ−Ｋを有する銀から作製されるとき、基板１９２（τｓ）および薄膜１９１（τｆ）の熱平衡時間は、それぞれ、２４ｍｓおよび１．５×１０−６ｍｓとなる。したがって、ｘｓ≫ｘｆのとき、薄膜積層１９１の熱平衡時間は、基板１９２単独のものとほぼ区別できない。
【００１６】
（Ｂ．薄膜積層の熱処理）
基板１９２上の薄膜１９１を熱的に処理するとき、膜積層１９０全体が、熱処理時間を最小にするために、基板１９２の最大動作温度まで加熱されることができる。重要なこととして、基板１９２が急加熱および急冷却されるとき、基板１９２を損傷させずに、基板１９２上の薄膜１９１を基板１９２の最大動作温度を遥かに超える温度まで加熱することさえ可能である。
【００１７】
基板１９２に対して、超高速冷却速度とともに非常に短い加熱時間を達成するために、図２ａに図示されるように、持続時間ｔｐを有する単一光パルス２０１を使用して、薄膜１９１および基板１９２の両方を温度Ｔｐｅａｋまで加熱することができる。温度Ｔｐｅａｋは、図２ｂに示されるように、基板１９２がその特性を有意に変化させる機会を持たないように、薄膜１９１に隣接する基板１９２の側面が非常に短い時間の間だけ温度Ｔｐｅａｋにあるので、基板１９２の最大動作温度Ｔｍａｘよりも高くあり得る。加えて、薄膜１９１は、基板１９２への伝導を介して、急冷却される。
【００１８】
薄膜１９１および基板１９２の物理的特性および寸法と併せて、薄膜積層１９０の加熱時間および冷却速度の両方が、光パルスの熱プロファイル（すなわち、光パルスの形状）によって決定される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によると、図２ａの光パルス２０１は、複合光パルス２０２の形態で基板１９２に送達され得る。複合光パルス２０２は、複数の光パルスから構成される。正確な熱プロファイルを有する複合光パルス２０２が利用されると、基板１９２は、最短乾燥時間を達成するために、その最大動作温度を遥かに超える温度まで加熱され得る。薄膜積層１９０を乾燥するとき、複合光パルス２０２のパルス長さは、好ましくは、薄膜積層１９０の熱平衡時間τｓｔａｃｋよりも短い。
【００２０】
図２ａに示されるように、複合光パルス２０２は、複数のマイクロパルスを含み、図１の薄膜積層１９０等の薄膜積層内に、最適硬化のためにカスタマイズされるべき温度プロファイルをもたらす。その最も単純な形態において、複合光パルス２０２は、均一なマイクロパルスを含む。この場合、複合光パルス２０２は、６つの異なるパラメータ：ｉ．強度（電圧）、ｉｉ．複合パルス長さ、ｉｉｉ．薄膜積層上の任意の所与の領域内の基板上に衝突する複合パルスの平均数、ｉｖ．パルス繰り返し周波数、ｖ．マイクロパルスの数、およびｖｉ．マイクロパルスのデューティサイクルによって成形されることができる。均一でないマイクロパルスが利用されるとき、各個々のマイクロパルスのパルス長さおよび遅延を規定することができる。
【００２１】
最大動作温度Ｔｍａｘを有する基板１９２において、基板１９２上に位置する薄膜１９１は、加熱時間が非常に短く、冷却速度が非常に高速であるとき、図２ａの複合光パルス２０２によって、温度Ｔｐｅａｋまで加熱され得る。図２ｃに示されるように、基板１９２の表面における温度は、一時的にＴｐｅａｋに到達し、基板１９２の表面における温度は、瞬時に、最大動作温度Ｔｍａｘよりも低いレベルに達する。また、基板１９２は、複合光パルスによって加熱された後、瞬時に、熱平衡に到達する。
【００２２】
薄膜の処理のための最適複合光パルスのパラメータは、実験的に決定されることができる。第１に、単一光パルスからの薄膜積層についての損傷閾値は、薄膜積層の熱平衡時間よりも短いパルス長さを選択し、薄膜積層へのある程度の損傷が観察されるまで増加する面積電力密度の一連の単一光パルスに薄膜積層を暴露することによって確定される。その単一光パルス長さに対する最適熱処理は、概して、損傷閾値電力よりも若干小さい電力である。損傷機構は、多くの場合、熱的に駆動される、すなわち、付与されるエネルギーの量に関連するので、パルス長さが短いほど、概して、より高い面積電力密度閾値を有する。加えて、薄膜が、光を吸収しているとき、パルス長さが短いほど、概して、優先的に基板上の薄膜を加熱し、プロセスのエネルギー効率を増加させる。しかしながら、乾燥プロセスまたはガスを生成する任意の熱プロセスの場合、損傷閾値はまた、ガスが薄膜積層内に局所「破裂」を生じさせることなく、逃散し得る速度に関連する。したがって、また、基本的には、パルス長さから独立して、最大面積電力密度が存在し、これは、効率的な熱処理は、単純にパルス長さを減少し続けることによっては、達成することができないことを意味する。
【００２３】
前述の単一光パルスが、同一の全体パルス長さのより短いパルス（すなわち、マイクロパルス）のバーストに変換されると、非常に短いパルスのエネルギー効率が、薄膜を処理するための適正なエネルギーを付与しながら、実現され得る。この処理は、薄膜積層を損傷せずに、単一パルス損傷閾値を超える瞬間電力（例えば、マイクロパルスの間の電力）において行われ得る。
【００２４】
熱処理のための複合光パルスの最適化はさらに、ＮｏｖａＣｅｎｔｒｉｘ（Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓ）製ＳｉｍＰｕｌｓｅＴＭ等のソフトウェアシミュレーションを使用して、複合光パルスからの暴露による薄膜積層の熱応答をシミュレートすることによって、改良されることができる。薄膜積層内の各層の熱物理特性および閃光灯からの出力を入力することによって、シミュレーションソフトウェアは、複合パルスへの暴露の間およびその後の薄膜積層内の場所毎の温度を提供することができる。これが行われると、薄膜積層への損傷は、損傷を生じさせる物理的機構を明らかにすることができる。これは、特定の損傷機構を回避するための最適複合パルスを設計可能にする。例えば、損傷機構が、基板のガス化温度等の薄膜積層内の温度限界であるとき、その特定の温度近傍で、但し、それを超えることなく、薄膜を処理してもよい。同様に、複数の溶媒を有する膜を乾燥させるとき、各溶媒は、特定の温度で煮沸させてもよい。したがって、その薄膜の最適処理は、複数の一定温度処理域を有する複合パルスを含んでもよく、乾燥は、最初に、より低い一定温度で行われ、より揮発性の溶媒を蒸発させた後に、より高い一定温度で処理し、低揮発性の溶媒を蒸発させる。
【００２５】
薄膜は、薄膜積層の熱平衡時間よりも短い処理時間の間、基板の最大動作温度よりも有意に高い温度で処理されることができるが、薄膜積層が熱平衡後に達成する温度は、依然として、基板の最大動作温度よりも低くある必要があり、そうでなければ、損傷が生じるであろう。したがって、薄膜積層内に付与され得るエネルギーの総量は、薄膜積層を基板の最大動作温度まで加熱するために必要とされる全エネルギーを超えることができない。その数値は、薄膜内の任意の溶媒の任意の蒸発熱を含む薄膜積層の全エンタルピーを計算することによって決定されることができる。
【００２６】
複合光パルスはまた、薄膜積層上に２つの異なる一定の処理温度域を提供することができる。例えば、図２ｄに示されるように、複合光パルスは、２つの異なる処理温度域を提供可能な複数のマイクロパルスを含み、複合光パルスのタイミング（μｓ）は、表Ｉに列挙される。
【００２７】
【表１】
0005936286.tif 000004
図２ｅは、基板が図２ｄの複合光パルスによって照射された後の基板の温度対時間を示す。
【００２８】
（Ｃ．薄膜積層上の薄膜を乾燥させるための装置）
次に、図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、薄膜を乾燥させるための装置の略図が図示されている。示されるように、乾燥装置３００は、搬送システム３１０、閃光灯コントローラ３３０、および閃光灯３５０を有する閃光灯ヘッド３２０を含む。低インダクタンスケーブル３２５は、閃光灯コントローラ３３０と閃光灯ヘッド３２０との間に接続される。搬送システム３１０は、薄膜積層３４０を閃光灯ヘッド３２０を通過して移動させる一方、閃光灯コントローラ３３０は、成形パルスが搬送システム３１０上の薄膜積層３４０の搬送速度に同期されるように、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して電流の成形パルスを閃光灯３５０に提供する。好ましくは、閃光灯３５０は、キセノン、クリプトン、またはアルゴン等のガスで充填された密閉閃光灯である。閃光灯３５０はまた、時として、指向性プラズマアーク（ＤＰＡ）ランプと称される水冷壁閃光灯であることができる。
【００２９】
閃光灯コントローラ３３０は、制御コンピュータ３６０を含む。制御コンピュータ３６０は、好ましくは、当業者に公知であるように、処理ユニット、キーボード、マウス、タッチスクリーン等の入力デバイス、およびモニタ等の出力デバイスを含む。
【００３０】
所与の持続時間のパルス列をパルス幅変調するために、各個々のパルスは、パルス成形を提供するために比較的短くある必要がある。さらに、パルスは、ある一部の時間の間、オンにされないので、単一パルスを提供する源よりも高強度である必要がある。したがって、乾燥装置３００は、１００ｋＷ／ｃｍ２を上回るピーク電力を有する１０マイクロ秒程度の短いパルス長さを提供可能である必要がある。加えて、パルスのためのＰＷＭ周波数は、５０ｋＨｚ程度と高速であり得る。
【００３１】
閃光灯３５０から放出される光パルスの形状ならびに薄膜および基板の物理的特性と寸法は、基板を損傷させずに薄膜が乾燥され得る熱勾配および後続温度に影響を及ぼし得る。したがって、乾燥装置３００はまた、種々の情報を乾燥装置３００の異なる部分ならびに薄膜積層３４０上の膜および基板から収集するための複数のセンサ（図示せず）を含む。種々のセンサから収集された情報およびユーザ入力は、コンピュータ制御システム３６０にフィードバックされ、そこで、熱プロファイルが再計算され得る。再計算された熱プロファイルを使用して、閃光灯コントローラ３３０は、薄膜積層３４０が閃光灯３５０の下を搬送されている間、閃光灯３５０によって薄膜積層３４０に送達される光の波形を制御する。
【００３２】
次に、図４を参照すると、閃光灯コントローラ３３０のブロック図が図示される。示されるように、閃光灯コントローラ３３０は、エンコーダ５１０、任意の波形発生器５２０、熱シミュレータ５２５、および制御コンピュータ３６０を含む。ユーザは、最初に、薄膜積層特性５４０および所望の処理レベル５５０を閃光灯コントローラ３３０に入力する。搬送システム３１０（図３）からの搬送速度等の入力および付加的システム限界を受信後５７０、エンコーダ５１０は、搬送システム３１０上に位置する薄膜を硬化させるための適切な時間の間、信号を任意の波形発生器５２０に送信するトリガ信号をコンピュータに提供する。トリガ信号によって、任意の波形発生器５２０は、ユーザ入力５４０および５５０に基づいて、種々の形状およびタイミングの波形を生成することが可能になる。任意の波形発生器５２０は、閃光灯３５０（図３）を駆動させるための波形信号を増幅させる閃光灯駆動装置５３０に、波形信号を送信する。
【００３３】
フィードバック情報は、乾燥装置３００のパルスエネルギー、パルス持続時間、パルス波形等のパラメータの連続的およびリアルタイムの調節を可能にする。前述のパラメータは全て、ソフトウェアおよび／またはハードウェア制御の下において、０．１％の分解能を有するミリ秒時間フレーム単位で改変されることができる。
【００３４】
薄膜積層３４０が移動しており、閃光灯パルス周波数が搬送速度に同期されているとき、周波数は、
【００３５】
【数３】
0005936286.tif 000005
によって求められ、式中、
ｆ＝閃光灯複合パルス率［Ｈｚ］
Ｓ＝搬送速度［ｍ／分］
Ｏ＝重複係数（すなわち、任意の所与の点において、基板によって受信される複合パルスの平均数）
Ｗ＝搬送方向における閃光灯３５０の幅［ｃｍ］
である。
例えば、搬送速度１００ｍ／分、重複係数４、および硬化ヘッド幅７ｃｍでは、ストロボのパルスレートは、９５．４Ｈｚである。より高速の搬送速度の場合、この関係は、閃光灯４５０の幅を増加させるか、または付加的閃光灯を追加することによって充足され得る。
【００３６】
閃光灯３５０によって照射される面積よりも大きい基板面積にわたって、均一な硬化を達成するために、閃光灯３５０は、複合光パルスの送達を基板の搬送と同期させることが必要とされる。しかしながら、搬送速度が高速過ぎて、複合光パルスの送達の間、基板が有意に移動する場合、基板上の均一な硬化は、不可能である。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態によると、移動する基板上での均一な硬化は、薄膜積層３４０が複合光パルスの送達の間、閃光灯３５０の幅の１０％未満だけ搬送方向に移動する場合、薄膜積層３４０の任意の長さ距離にわたって達成することができる。これは、以下の式の形式：
ｔ＜６０×Ｗ／Ｓ
式中、
ｔ＝複合パルスの長さ［ｍｓ］
Ｗ＝搬送方向における閃光灯３５０の幅［ｃｍ］
Ｓ＝搬送速度［ｍ／分］
で表される。
表ＩＩは、搬送方向における搬送速度および光パルスの幅に対する均一な硬化のための複合パルスの最大パルス長さ［ｍｓ］を示している：
【００３８】
【表２】
0005936286.tif 000006
パルスを複合するミリ秒単位の時間は、搬送方向における均一な処理を達成するものよりも短くなければならない。
【００３９】
（実施例１：ＰＥＴ上のナノ銀インクの乾燥および焼結）
ＰＥＴ上のナノ銀インクの２つの試料が調製され、各試料は、１５０ミクロン厚のＰＥＴ基板上に印刷された１ミクロン厚のナノ銀薄膜である。第１の試料は、１５０℃で５分間、炉内で乾燥され、溶媒を撥ね飛ばし、持続時間１ｍｓ、１．６ｋＷ／ｃｍ２、ウェブ速度１０ｍ／分、単一光パルスの送達毎に、１．６Ｊ／ｃｍ２のエネルギーを付与する重複係数４で単一光パルスに暴露され、全エネルギー６．４Ｊ／ｃｍ２が基板上に付与され、銀を焼結した。
【００４０】
炉内で乾燥されなければ、第２の試料は、異なるパルス長さおよび遅延の６つの異なるマイクロパルスから構成される１ｍｓ長さの複合光パルスに暴露され、複合光パルスのタイミング（μｓ）は、表ＩＩＩ：
【００４１】
【表３】
0005936286.tif 000007
に示される。
【００４２】
光パルスの強度を、付与される全エネルギー量が、第１の試料と同じであるように、４．７ｋＷ／ｃｍ２まで増加させた。材料を、ウェブ速度１０ｍ／分、光パルス毎に１．６Ｊ／ｃｍ２を付与する重複係数４で処理し、合計６．４×１．６Ｊ／ｃｍ２を基板上に付与し、単回通過で銀を乾燥および焼結した。
【００４３】
このタイプの処理の実装は、より多くの処理を従来の炉よりも少ない全体エネルギーで行うことができる。従来の炉処理の場合、基板全体、その周囲の空気、および処理域を包囲する従来の炉が、薄膜を処理するために加熱されなければならない。
【００４４】
溶媒の蒸発によって吸収されるエンタルピーを無視する単一パルスに対する薄膜ならびに基板の背面における熱応答は、図２ｂに示される曲線に類似している。薄膜および基板の背面における複合光パルスからの熱応答は、図２ｃに示される曲線に類似している。図２ｂと図２ｃとの曲線の比較は、薄膜が高温にある時間量が、単一光パルスからよりも、複合光パルスからの方が有意に多いことを示す。具体的には、薄膜が約８００℃に留まる時間量（図２ｃ参照）は、単一光パルスからのものの約２倍である（図２ｂ参照）。両方の場合とも、同一の放射暴露量を使用するので、これは、付与される同一のエネルギー量に対して、より多くの熱処理をもたらす。要するに、同一の熱処理量が、より少ないエネルギーを用いて達成され得る。
【００４５】
これは、連続した小規模の高速光パルス列とは非常に異なる効果を有することに留意されたい。その場合においては、加熱の時間尺度は、薄膜積層の熱平衡時間尺度を上回り、従来の炉によって加熱される場合に類似するであろう。したがって、表面は、本発明において薄膜積層を損傷せずに達成されるピーク温度には到達しないであろう。その結果、本発明よりも低い処理速度を有するであろう。
【００４６】
加えて、複合光パルスは、乾燥またはガス発生化学反応を有するようなガスを発生させる熱プロセスにおいて、別の有意な利点を有する。複合光パルスは、複数のマイクロパルスを含むので、乾燥中の薄膜に「通気」させる、すなわち、マイクロパルスの間においてガスを放出する。この作用は、薄膜内におけるガスの蓄積を防止し、そうでなければ、急膨張するガスによって凝集破壊を受けるであろう。
【００４７】
（実施例２：溶媒蒸発を考慮した多温度域処理）
パルスプロファイルの同調性は、複数の個別のプロセスが単回通過において行われ得る場合、薄膜を乾燥させるために特に有用である。要するに、溶媒を含有する薄膜は、既に乾燥させられているものほど急速には加熱されることができない。すなわち、溶媒が薄膜中にあるとき、高電力は、溶媒を急膨張させて、薄膜を「破裂」させ、凝集破壊をもたらすであろう。理想的には、除去されるまで、最初により低い電力において溶媒を除去した後に、焼結等の付加的熱処理を行うためにより高い電力への暴露が続くことが所望されるであろう。図２ｄは、複合パルスからの実施例１の膜および基板の代表的な熱応答プロファイルを示し、パルスの第１の部分は、最初の１．２ｍｓの間、薄膜の表面における温度を約７００℃に維持した後に、残りの０．５ｍｓの間、薄膜の温度を１，０００℃に維持するために、より高い電力への暴露が続く。本実施例では、溶媒蒸発は、より低い電力処理域の間で生じ、焼結は、より高い温度処理域の間で生じる。したがって、通常域処理とは対照的に、材料は、異なる温度の異なる領域または区域を有する炉内を搬送される。本発明は、同一のタイプの処理を時間単位で行わせ、したがって、「時間域処理」と称される。
【００４８】
同一の原理を、複数の溶媒を含有する薄膜にも適用することができ、複数の加熱域を、揮発度を低下させるために、各溶媒を蒸発させるために形成させ得る。実施例１のシステムでは、パルスプロファイルは、システムが完全に吸収性であり、いかなるエネルギーも、周囲環境へと損失させられないと仮定して、６．４Ｊ／ｃｍ２に暴露されるときの主要溶媒構成要素の全エンタルピー変化、銀インク顔料、および基板を考慮することによって計算することができ、溶媒を加熱および蒸発させるために、４．４Ｊ／ｃｍ２のみが必要とされることが見出される。残りの銀金属を、約１，０００℃まで非常に急速に加熱し、全エンタルピー変化０．１５Ｊ／ｃｍ２を必要とする。パルス間の時間の間、エネルギーは、基板中に漏出し、基板を１４６℃の推定値まで上昇させ、１．８５Ｊ／ｃｍ２のエンタルピー変化を必要とする。必要とされる全エネルギー量は、約６．４Ｊ／ｃｍ２である。
【００４９】
（実施例３：ガス生成の変調による薄膜内の凝集破壊の保存）
水性銅前駆体インクを、エチレングリコールおよびグリセロールを含有する基剤中に１０．０重量％の酸化銅（ＩＩ）、４．５重量％の酢酸銅（ＩＩ）を含むように調製した。トレースを、Ｅｐｓｏｎ  Ｓｔｙｌｕｓ  Ｃ８８インクジェットプリンタを使用して、１２５ミクロン厚のＰＥＴシート上に印刷した。閃光灯で硬化させて、酸化銅および酢酸銅を、エチレングリコールおよびグリセロールによって還元させ、伝導性銅金属の膜を形成した。還元反応は、適量のガスを生成する。
【００５０】
印刷された膜を、以下の条件で、本発明の方法および装置を使用して硬化させた：電圧２５０Ｖ、複合光パルス持続時間＝１，０５０マイクロ秒、デューティサイクル０．６を伴う４マイクロパルス（すなわち、各マイクロパルスは、パルス間に１１７μｓの遅延を有する１７５マイクロ秒長であった）、重複係数＝３、ウェブ速度＝６．４ｍ／分。試料収率は、平均シート抵抗３．７Ω／□を伴って、１００％であった。
【００５１】
同じトレースが、同一であるが、単一パルスのみを有する機器で硬化させられたとき、ガス発生がトレースの凝集破壊を生じさせ、僅か６４％の試料収率をもたらした。平均シート抵抗は、５．２Ω／□であった。入力変数のいずれの変化も、より低い伝導性または不良収率トレースをもたらした。
【００５２】
説明されたように、本発明は、可動基板上の薄膜を熱的に処理するための方法を提供する。本発明は、先行技術よりも有意に長い時間周期の間、薄膜を高温下に置くことを可能にする。これは、同一の全時間量内で同一の放射エネルギー量を使用して行われ、したがって、損傷は、基板には生じない。
【００５３】
本発明は、特に、好ましい実施形態を参照して、図示および説明されたが、形態および詳細における種々の変更が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において成され得ることが当業者によって理解されるであろう。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
基板上に位置する薄膜を有する薄膜積層を乾燥させるための方法であって、該方法は、
該薄膜積層を閃光灯を通過して搬送することと、
該薄膜積層を複合光パルスを用いて照射することであって、該照射することにより、該薄膜から溶媒を除去し、該複合光パルスは、該閃光灯からの複数のマイクロパルスによって形成され、該複合光パルスの全持続時間は、該薄膜積層の全熱平衡時間よりも短い、ことと
を含む、方法。
（項目２）
前記搬送することは、前記複合光パルスが送達されている時間の間に、前記薄膜積層を搬送方向に前記閃光灯の照射領域の長さの１０％未満だけ搬送することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、
【数４】
0005936286.tif 000008
であり、式中、τ１およびτ２はそれぞれ、前記薄膜および基板の熱平衡時間である、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、前記基板の熱平衡時間とほぼ同一である、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記マイクロパルスは、同じタイミングを有する、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記マイクロパルスは、異なるタイミングを有する、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記マイクロパルスは、電圧、パルス長さ、任意の所与の領域の中の前記基板上に衝突するマイクロパルスの平均数、パルス繰り返し周波数、マイクロパルスの数、およびデューティサイクルによって成形される、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記基板は、４５０℃未満の最大動作温度を有する、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記複合光パルスの瞬間面積電力密度は、同一のパルス長さの単一パルス損傷閾値を上回る、項目１に記載の方法。
（項目１０）
一定温度が、処理の間、前記薄膜積層内の場所において維持される、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記薄膜積層の中へ付与される全エネルギーは、該薄膜積層を前記基板の最大動作温度まで加熱するために必要とされるエネルギーの量未満である、項目１に記載の方法。
（項目１２）
基板上に位置する薄膜を有する薄膜積層を熱的に処理するための方法であって、該方法は、
該薄膜積層を閃光灯を通過して搬送することと、
該薄膜積層を複合光パルスを用いて照射することであって、該照射することにより、該薄膜を熱的に処理し、該複合光パルスは、該閃光灯からの複数のマイクロパルスによって形成され、該複合光パルスの全持続時間は、該薄膜積層の全熱平衡時間よりも短い、ことと
を含む、方法。
（項目１３）
前記搬送することは、前記複合光パルスが送達されている時間の間に、前記薄膜積層を前記閃光灯の照射領域の長さの１０％未満だけ搬送方向に搬送することをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、
【数５】
0005936286.tif 000009
であり、式中、τ１およびτ２はそれぞれ、前記薄膜および基板の熱平衡時間である、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
前記薄膜積層の前記全熱平衡時間は、前記基板の熱平衡時間とほぼ同一である、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
前記マイクロパルスは、同じタイミングを有する、項目１２に記載の方法。
（項目１７）
前記マイクロパルスは、異なるタイミングを有する、項目１２に記載の方法。
（項目１８）
前記マイクロパルスは、電圧、パルス長さ、任意の所与の領域の中の前記基板上に衝突するマイクロパルスの平均数、パルス繰り返し周波数、マイクロパルスの数、およびデューティサイクルによって成形される、項目１２に記載の方法。
（項目１９）
前記基板は、４５０℃未満の最大動作温度を有する、項目１２に記載の方法。
（項目２０）
前記複合光パルスの瞬間面積電力密度は、同一のパルス長さの単一パルス損傷閾値を上回る、項目１２に記載の方法。
（項目２１）
一定温度が、処理の間、前記薄膜積層内の場所において維持される、項目１２に記載の方法。
（項目２２）
前記薄膜積層の中へ付与される全エネルギーは、該薄膜積層を前記基板の最大動作温度まで加熱するために必要とされるエネルギーの量未満である、項目１２に記載の方法。
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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