CN102759863A - 膜层蚀刻方法及其激光光刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种膜层蚀刻方法及其激光光刻机，尤其是应用于大尺寸触控面板采用激光蚀刻的表面保护层处理方法。本发明的膜层蚀刻方法包括以下步骤：在基板上形成一膜层；采用激光光束对所述膜层的预定区域进行烧蚀，形成图案化膜层。本发明的激光光刻机，包括激光器、聚焦透镜组、控制器、驱动电机和定位平台，所述激光器发出激光光束，该激光光束经过所述聚焦透镜组投射于所述定位平台上的工件表面。本发明是采用激光直接蚀刻于膜层表面形成所需图案的方法，可应用于大尺寸触控面板的加工，无需光罩，实现采用快速单步图案化制程取代网版印刷制程或者是多步有光罩的光刻制程，降低生产成本。

Description

膜层蚀刻方法及其激光光刻机
技术领域
本发明涉及制造加工技术，具体地说是一种表面加工技术，提供了一种膜层蚀刻方法及其激光光刻机，尤其是应用于大尺寸触控面板采用激光蚀刻的表面保护层处理方法。
背景技术
近年来，随着触控技术的不断发展，触控面板已广泛应用于诸如手机、个人数字助理(PDA)、游戏机输入接口、电脑触控屏等各种电子产品中。触控面板与显示面板集成一体，通常包括透明基板及布设于其上的导电层和导电线路，以及保护层。所述导电线路形成于面板上导电层的周边，所述保护层敷设于导电层及透明基板上。触控面板在使用时需与外接电路相贴合，需要将边缘电极和周边的导电线路上的保护层蚀穿，使外接电路与面板上保护层下方的导电层建立电接触。
现有的去除导电边缘电极及导电线路上方的保护层的方法有两种：光蚀刻微影和网印。网印是孔版印刷的一种主要印刷方法。网版面一般包括通孔与实体两部分。印刷时，将蚀刻膏放置于预设的网版上，蚀刻膏在刮墨刀的挤压下从网版面通孔处漏印至保护层上而形成图案，如图1所示。网印的工艺比较简单，所需设备费用少，制作费用低，但不易制作细小图形(线宽＜200微米)。然而，其所采用的网版不能通用，针对不同的产品的不同图案，需要设计各自对应的网版。当所需图案发生改变时，需要更换相应图案的网版。另外，对于中、大尺寸的触控面板，其所印刷的保护层尺寸变大时，所使用的网版的尺寸亦变大，印刷时不易控制整个大尺寸网版的张力的一致性，从而也较难保证漏印在承印物上的蚀刻膏的一致性。而且，当网版尺寸越大时，经过刮墨刀的长时间磨擦，其所造成的网版磨损或变形就越容易，使得网版的寿命变短，生产时的耗材成本变高。
光蚀刻微影，即光刻，是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术，其目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面蚀刻出与掩膜版完全对应或者互补的几何图形。光刻是一个复杂的工艺流程，通过一系列生产步骤将表面薄膜的特定部分去除，最终形成一定的图案。如图1所示，一般的光刻工艺的生产步骤包括清洗、涂布光阻层、曝光、显影、烘干、蚀刻及剥膜的过程，其设备所需投资较大、维护费用高，同时还需要大量的化学药剂，导致生产成本高，生产工时长。尤其是，对于大尺寸的触控面板，这些问题就显得尤为严峻，而且容易导致生产良率下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膜层蚀刻方法，其采用激光直接蚀刻膜层并形成所需图案，无需光罩，可实现单步图案化制程。
本发明所采用的技术方案是：
一种膜层蚀刻方法，包括以下步骤：在基板上形成一膜层；采用激光光束对所述膜层的预定区域进行烧蚀，形成图案化膜层。
所述激光光束通过激光器射出，透过一组聚焦透镜用以聚集激光光束，并通过一控制器控制所述激光光束投射在所述膜层上的预定区域内。
所述控制器通过控制聚焦透镜的位置和抖动频率来控制所述激光光束的运动方向和运动速度。
所述膜层是保护层。所述保护层为二氧化硅层或聚硅氧烷保护层。所述基板上设有导电层，所述膜层覆设于所述导电层上。所述导电层以氧化铟锡(ITO)材料制成。
所述激光光束使所述氧化铟锡(ITO)材料易吸收能量，将所述导电层表面轻微剥蚀，造成所述氧化铟锡(ITO)材料受热气化，造成所述膜层因下层的体积膨胀而被挤压抬起，从而剥离去除该膜层材料。
本发明的目的还在于提供一种激光蚀刻机，无需光罩，采用激光单步图案化触控面板的保护层表面，可用于大尺寸触控面板的加工。
一种激光光刻机，包括激光器、聚焦透镜组、控制器、驱动电机和定位平台，所述激光器发出激光光束，该激光光束经过所述聚焦透镜组投射于所述定位平台上的工件表面；所述控制器控制所述驱动电机的运转状态；所述驱动电机连接并受控于所述控制器，其输出连接于所述聚焦透镜组，控制所述聚焦透镜组从而使得所述激光光束投射在所述工件表面的预定区域内。
该激光光刻机包括多个激光器及其相应的多个所述聚焦透镜组。
所述聚焦透镜组包括扩束镜、X轴反射镜、Y轴反射镜以及扫描振镜(scanlens)，所述激光光束从激光器发出经所述扩束镜扩束后，由所述X轴反射镜和Y轴反射镜反射，再由所述扫描振镜聚焦投射于所述工件表面。
所述驱动电机包括X-Y-Z三轴方向的驱动电机，所述驱动电机分别驱动所述X轴反射镜、Y轴反射镜以及扫描振镜。
所述控制器包括同步触发模块、聚焦调节模块和振镜扫描模块，所述同步触发模块使定位平台的移动速度与激光的脉冲密度相一致，解决定位平台在起始和结束时的加减速运动导致激光蚀刻线段的两端刻痕不均匀或者过深的现象，使得刻痕均匀；所述聚焦调节模块通过调节所述聚焦透镜组来改变投射于所述工件表面的光斑尺寸；所述振镜扫描模块改变所述扫描振镜抖动频率，控制所述激光器的能量密度和蚀刻区域，提高激光蚀刻的图案精度和定位精度。所述激光光束的光斑直径可小于10μm，达到5-10μm。
本发明提供的膜层蚀刻方法，是采用激光直接蚀刻于膜层表面形成所需图案的方法，可用于大尺寸的触控面板，实现采用单步图案化制程取代网版印刷制程或者是多步有光罩的光刻制程，降低生产成本。本发明提供的激光蚀刻机，无需光罩，采用激光单步图案化触控面板的保护层表面，可用于大尺寸触控面板的加工。
附图说明
图1是现有的丝网印刷的装置结构示意图；
图2是现有的光蚀刻微影的流程图；
图3是本发明膜层蚀刻方法的流程图；
图4是本发明激光光刻机的工作原理示意图；
图5是本发明实施例1的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
一种膜层蚀刻方法，如图3所示，包括以下步骤：S1：在基板上形成一膜层；S2：采用激光光束对所述膜层的预定区域进行烧蚀，形成图案化膜层；以及S3：清洁去除杂质。其中S2具体包括以下步骤：S201，激光器产生激光光束；S202，聚焦透镜组聚集该激光光束，所述激光光束从激光器射出后，透过一组聚焦透镜用以聚集激光光束；S203，将激光光束投射于预定区域进行蚀刻，是通过一控制器控制所述激光光束投射在所述膜层上的预定区域内。其中，所述控制器通过控制聚焦透镜的位置和抖动频率来控制所述激光光束的运动方向和运动速度。
本发明的膜层蚀刻方法是通过激光光刻机来实现的。一种激光光刻机，如图4所示，包括激光器10、聚焦透镜组、控制器(图未示)、驱动电机和定位平台。激光器10发出激光光束，该激光光束经过所述聚焦透镜组投射于所述定位平台上工件100的表面，所述聚焦透镜组包括扩束镜21、X轴反射镜22、Y轴反射镜23以及扫描振镜(scan lens)24，所述激光光束从激光器10发出经所述扩束镜21扩束后，由所述X轴反射镜22和Y轴反射镜23反射，再由所述扫描振镜24聚焦投射于所述工件100表面；所述控制器控制所述驱动电机的运转状态，所述驱动电机包括X-Y-Z三轴方向的驱动电机，其中X轴驱动电机31驱动X轴反射镜22，Y轴驱动电机32驱动Y轴反射镜23，Z轴驱动电机(图未示)驱动扫描振镜24；所述X-Y-Z三轴方向的驱动电机均连接并受控于所述控制器，控制所述聚焦透镜组，使得所述激光光束投射在工件100表面的预定区域内。
其中，所述控制器包括同步触发模块、聚焦调节模块和振镜扫描模块，所述同步触发模块使定位平台的移动速度与激光的脉冲密度相一致，解决定位平台在起始和结束时的加减速运动导致激光蚀刻线段的两端刻痕不均匀或者过深的现象，使得刻痕均匀；所述聚焦调节模块通过调节所述聚焦透镜组来改变投射于所述工件100表面的光斑尺寸；所述振镜扫描模块改变所述扫描振镜24抖动频率，控制所述激光器的能量密度和蚀刻区域，提高激光蚀刻的图案精度和定位精度。所述激光光束的光斑直径可小于10μm，达到5-10μm。
另外，上述的激光光刻机可以采用多个激光头(multi laser head)，相应的有多个所述聚焦透镜组与其相配合。所述激光的波长采用紫外光(UV)波段，所述激光光束的光斑直径可小于10μm，达到5-10μm。
实施例1
如图5所示，一种触控面板包括玻璃基板51，导电层52和保护层53，导电层52以氧化铟锡(ITO)材料制成布设于玻璃基板51表面，保护层53为二氧化硅层，覆设于导电层52上。触控面板上导电层的电极通过边缘的导电线路连接至外部处理器，为了在使用时使触控面板与外接电路相贴合，需要将覆设于边缘导电线路上的保护层53蚀穿，使外接电路与导电层52建立电接触。其中，保护层53亦可为聚硅氧烷保护层。
本发明人通过不断试验和验证，发现采用适当波长的激光，即采用波长为266nm的激光，可以将导电层52表面的ITO轻微剥蚀，由于在该波长下下层导电层52的材料(ITO)比保护层53的材料(SiO2)更容易吸收光能，使ITO受热气化，造成SiO2体积膨胀而被挤压抬起被去除，从而剥离去除保护层53材料。其中，所述激光的脉冲能量不大于16μj/发(μj/pluse)。本发明人采用波长为266nm的激光，其脉冲能量为8μj/发，脉冲频率为60kHz，实现SiO2的剥蚀同时不损伤其他层结构。如图5所示，本实施例中玻璃基板51的厚度为0.5mm左右，导电层52的厚度约为
Figure BSA00000490216500061
保护层53的厚度约为在激光蚀刻后，本发明人将所试验的样品采用激光测距仪(Keyence laser测距仪)，并采用3000倍的取像倍率观测所蚀刻区域，其与周边未蚀刻区域的高度差正好等于保护层53的厚度(约为)。试验结果表明，采用一定波长的激光可以在预定区域剥离该区域的保护层材料，并能针对所蚀刻的材质不同加以区分，在剥离表层材质时，不易将其底层材质也一并蚀刻，从而避免引起不必要的损伤。
进行保护层53图案化处理的过程中，为了保证不会对导电层52表面造成损伤，可采用以下两种方法。其一是终点侦测模式，采用终点侦测器侦测不同成分的物质，一旦侦测到下一层(即导电层52)的成分时，则停止激光剥离(即烧蚀)的动作。比如，可采用光谱仪侦测上下两层物质的光谱，因为不同物质材料可发出不同波长及颜色的光谱，即可通过光谱仪来侦测物质的差异。关于终点侦测的方法亦可采用其他方式，如红外辐射法、激光干涉法等来进行终点侦测。另一种方法是剥离时间固定模式，该方法包括以下步骤：测量保护层53的厚度；计算所需剥离时间，根据激光的能量密度及脉冲数来确定该剥离时间；进行保护层53的剥离动作，经过所计算出来的剥离时间的剥离后，停止激光剥离的动作，即可得到保护层53所需的图案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种膜层蚀刻方法，其特征在于包括以下步骤：在基板上形成一膜层；采用激光光束对所述膜层的预定区域进行烧蚀，形成图案化膜层。
2.根据权利要求1所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述激光光束通过激光器射出，透过一组聚焦透镜用以聚集激光光束，并通过一控制器控制所述激光光束投射在所述膜层上的预定区域内。
3.根据权利要求2所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述控制器通过控制聚焦透镜的位置和抖动频率来控制所述激光光束的运动方向和运动速度。
4.根据权利要求1所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述激光的波长采用紫外光波段。
5.根据权利要求4所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述激光是波长为266nm的紫外光激光。
6.根据权利要求4所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述激光的脉冲能量不大于16μj/发。
7.根据权利要求1所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述膜层是二氧化硅保护层或聚硅氧烷保护层。
8.根据权利要求1所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述基板上设有导电层，所述膜层覆设于所述导电层上。
9.根据权利要求8所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：所述导电层以氧化铟锡材料制成。
10.根据权利要求1所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：该方法还包括一终点侦测步骤，在进行激光烧蚀过程时侦测膜层的终点位置。
11.根据权利要求1所述的膜层蚀刻方法，其特征在于：该方法在所述激光光束进行烧蚀前，还包括一测量膜层厚度的步骤和一计算所需剥离时间的步骤，用以计算所述激光进行烧蚀的时间。
12.一种激光光刻机，其特征在于，包括激光器(10)、聚焦透镜组、控制器、驱动电机和定位平台，所述激光器(10)发出激光光束，该激光光束经过所述聚焦透镜组投射于所述定位平台上的工件(100)表面；所述控制器控制所述驱动电机的运转状态；所述驱动电机连接并受控于所述控制器，其输出连接于所述聚焦透镜组，控制所述聚焦透镜组从而使得所述激光光束投射在所述工件(100)表面的预定区域内。
13.根据权利要求12所述的激光光刻机，其特征在于：该激光光刻机包括多个激光器(10)及其相应的多个所述聚焦透镜组。
14.根据权利要求12所述的激光光刻机，其特征在于：所述聚焦透镜组包括扩束镜(21)、X轴反射镜(22)、Y轴反射镜(23)以及扫描振镜(24)，所述激光光束从激光器(10)发出经所述扩束镜(21)扩束后，由所述X轴反射镜(22)和Y轴反射镜(23)反射，再由所述扫描振镜(24)聚焦投射于所述工件(100)表面。
15.根据权利要求14所述的激光光刻机，其特征在于：所述驱动电机包括X-Y-Z三轴方向的驱动电机，所述驱动电机分别驱动所述X轴反射镜(22)、Y轴反射镜(23)以及扫描振镜(24)。
16.根据权利要求12所述的激光光刻机，其特征在于：所述控制器包括同步触发模块、聚焦调节模块和振镜扫描模块，所述同步触发模块使定位平台的移动速度与激光的脉冲密度相一致；所述聚焦调节模块通过调节所述聚焦透镜组来改变投射于所述工件(100)表面的光斑尺寸；所述振镜扫描模块改变所述扫描振镜(24)抖动频率，控制所述激光器的能量密度和蚀刻区域。
17.根据权利要求16所述的激光光刻机，其特征在于：所述激光光束的光斑直径小于10μm。
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