CN110340074A - 基底材料的表面处理装置及其表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种基底材料的表面处理装置及其表面处理方法，该方法包含提供该基底材料且通过使用一激光源以照射一激光光束于该基底材料的该表面上而进行一激光处理，其中该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

Description

基底材料的表面处理装置及其表面处理方法

相关申请的交叉引用

本公开主张2018年4月3日申请的美国临时专利(申请号62/652,070)与2018年12月26日申请的美国专利(申请号16/233,016)的优先权，其全文并入本公开作为参考。

技术领域

本公开涉及一种基底材料的表面处理装置及其表面处理方法。

背景技术

为了移除基底材料的表面上的污染物、外来物质或颗粒，已经发展了各种移除操作。例如，可在表面施加酸溶液，以与含有氧化物的污染物反应，使得污染物可与待清理的基底材料的表面分离。然而，随着环境和安全意识的提高导致法律与法规紧收，许多有效的清理化学品被禁止或限制使用。

其他清理方法可包含物理性清理方法，例如机械去污、超声波去污以及抛光，其中通过机械效应(例如冲击效应或摩擦效应)，可移除污染物。然而，这些方法对于待清理的基底材料可能造成材料损失或损坏，这可能进一步造成缺陷问题或是降低由该基底材料制造的元件(例如半导体元件、印刷基板与电子组件)的效能。因此，非常需要用于清理基底材料表面的改良的清理方法以及用于清理的装置。

发明内容

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，其包括：提供该基底材料；以及通过使用一激光源以照射一激光光束于该基底材料的该表面上而进行一激光处理，以减少该基底材料的该表面上的粉尘，其中该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，其中以一扫描方式将该激光光束照射在该基底材料的该表面上，且该激光光束的扫描功率是在约100Hz至约1000Hz的范围中。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，其中该激光光束的脉冲频率是在约10KHz至约50KHz的范围中。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，另包括在该激光处理期间，检测该激光源与该基底材料的该表面之间的一距离。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，另包括检测该基底材料的该表面的一性质，其中该性质包含该基底材料的电阻率、硬度、粗糙度以及组成中的至少一个。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，另包括根据该基底材料的该表面的该性质，调整该激光光束的该功率。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，另包括通过该激光处理，在该基底材料的该表面上，形成一类钻石碳层(diamond-like carbon layer)。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，另包括经由该激光处理，通过移除该基底材料的该表面上的多个含氧化物颗粒，而降低该基底材料的一表面区域的氧重量百分比。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，另包括通过该激光处理而增加该基底材料的一表面区域的碳重量百分比。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，其包括：一平台，其经配置以支撑该基底材料；以及一激光源，其位于该平台上，其中该激光源经配置以发射一激光光束于该基底材料的该表面上，以减少该基底材料的该表面上的粉尘，以及该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，其中该激光光束的脉冲频率是在约10KHz至约50KHz的范围中。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的方法，其中该激光光束的脉冲频率是在约10KHz至约50KHz的范围中。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，另包括一光学距离检测器，其经配置以测量该激光源与该基底材料之间的一距离。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，另包括一机臂，其经配置以调整该激光源与该基底材料之间的一距离。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，另包括一粉尘收集器，其经配置以收集从该基底材料的该表面喷射的颗粒。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，其包括：一平台，其经配置以支撑该基底材料；一激光源，其位于该平台上，其中该激光源经配置以照射一激光光束于该基底材料的该表面上，以减少该基底材料的该表面上的粉尘；一检测器，其位于该基底材料上，其中该检测器经配置以检测该基底材料的该表面的一性质；以及一控制器，其耦合至该激光源与该检测器，并且经配置以根据该检测器所检测的该基底材料的该表面的该性质而调整该激光光束的一参数。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，其中该检测器包括一光学元件。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，其中该性质包含该基底材料的电阻率、硬度、粗糙度以及组成中的至少一个。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，另包括一电源，其耦合至该激光源，并且经配置以提供一功率信号至该激光源。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，其中该激光光束的该参数包含该激光光束的功率与该激光光束的脉冲频率中的至少一个。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，另包括一控制接口，其经配置以接收一指令且将该指令传输至该控制器。

本发明的一实施例涉及一种用于处理基底材料的表面的装置，另包括一机臂，其经配置以调整该激光源与该基底材料之间的一距离以及该激光源的一扫描频率中的至少一个。

附图说明

为协助读者达到最佳理解效果，建议在阅读本公开时同时参考附件图示及其详细文字叙述说明。请注意为遵循业界标准作法，本专利说明书中的附图不一定按照正确的比例绘制。在某些附图中，尺寸可能刻意放大或缩小，以协助读者清楚了解其中的讨论内容。

图1为流程图，例示本公开的一些实施例用于处理基底材料的表面的方法。

图2A为示意图，例示本公开的一些实施例用于处理基底材料的表面的装置。

图2B为剖面图，例示本公开的一些实施例通过激光处理所处理的基底材料的中间产物。

图2C为剖面图，例示本公开的一些实施例通过激光处理所处理的基底材料的最终产物。

图3A为根据本公开的一些实施例的胶带测试(tape test)实验结果，其显示胶带(tape)的表面的放大影像，在激光处理之前，该胶带被施加在基底材料的预定表面上而后自该预定表面移除。

图3B为根据本公开的一些实施例的胶带测试实验结果，其显示胶带的表面，在用不同功率电平与不同扫描频率进行激光光束处理后，该胶带被施加在基底材料的预定表面上而后自该预定表面移除。

图3C为根据本公开的一些实施例的胶带测试实验结果，其显示胶带的表面，在用不同功率电平与不同脉冲频率进行激光光束处理后，该胶带被施加在基底材料的预定表面上而后自该预定表面移除。

图4为根据本公开的一些实施例的实验结果，其显示以不同功率电平的激光光束进行激光处理后的基底材料的表面的不同放大程度的扫描式电子显微镜(scanningelectron microscope，SEM)影像。

图5为根据本公开的一些实施例说明基底材料的硬度与不同扫描频率的激光光束的功率之间的关系附图。

图6A为根据本公开的一些实施例说明基底材料的体积电阻率与不同扫描频率的激光光束的功率之间的关系附图。

图6B为根据本公开的一些实施例说明基底材料的体积电阻率与不同脉冲频率的激光光束的功率之间的关系附图。

图7为根据本公开的一些实施例说明用于处理基底材料的表面的装置示意图。

附图标记说明：

10a 装置

10b 装置

99 胶带

103 控制器

105 电源供应器

106 机臂

109 服务器

111 臂驱动器

113 控制接口

115 平台驱动器

200 腔室

201 平台

202 激光源

203 激光光束

204 基底材料

204C 污染物颗粒

204T 顶表面

205 未处理的部分

206 经处理的部分

206D 类钻石碳层

207 距离检测器

208 粉尘收集器

297 监测器

299 检测器

具体实施方式

以下公开内容提供许多不同的实施例或范例，用于实施本公开的不同特征。元件与配置的特定范例的描述如下，以简化本公开的公开内容。当然，这些仅为范例，并非用于限制本公开。例如，以下描述在第二特征上或上方形成第一特征可包含形成直接接触的第一与第二特征的实施例，亦可包含在该第一与第二特征之间形成其他特征的实施例，因而该第一与第二特征并非直接接触。此外，本公开可在不同范例中重复元件符号与/或字母。此重复为了简化与清楚的目的，而非支配不同实施例与/或所讨论架构之间的关系。

再者，本公开可使用空间对应语词，例如“之下”、“低于”、“较低”、“高于”、“较高”等类似语词的简单说明，以描述附图中一元件或特征与另一元件或特征的关系。空间对应语词是用以包括除了附图中描述的位向之外，装置于使用或操作中的不同位向。装置或可被定位(旋转90度或是其他位向)，并且可相应解释本公开使用的空间对应描述。

尽管本公开的广泛范围公开的数值范围与参数为近似值，但在具体实施例中阐述的数值尽可能地精确。然而，任何数值固有地包含须由个别测试测量中得到的标准偏差所导致的某些误差。再者，如本文所述，用语“实质上”、“大约”或“约”通常指本领域技术人员可以想到的值或范围内。或者，用语“实质上”、“大约”或“约”是指本领域技术人员考量的平均值的可接受的标准误差。本领域技术人员可理解该可接受的标准偏差可依据不同技术而有变化。除了在操作/工作范例中，或是除非特别指明，否则本文所公开例如材料的量、时间期间、温度、操作条件、量的比例、以及类似者的所有的数值范围、量、值与比例皆应被理解为在所有情况下都被用语“实质上”、“大约”或“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则本公开与权利要求所述的数值参数皆为可视需要而变化的近似值。至少，至少应根据报告的有效数字的数量且应用普通舍入技术来解释每个数值参数。在本文中，范围可表示为自一端点至另一端点，或是在两个端点之间。除非特别说明，否则本文所公开的所有范围包含端点。例如，当与数值结合使用时，该用语可以指小于或等于该数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。例如，如果两个数值之间的差值小于或等于值的平均值的±10％，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％，则可以认为两个数值“实质上”相同或相等。

污染物与基底材料表面之间有各种形式的附着相互作用，例如共价键合、非共价键合、双偶极、毛细作用、氢键键合、静电力、粘附力、以及类似者。在上述的相互作用中，污染物与基底材料表面之间的毛细作用、静电力与粘附力由于通过阻断或破坏污染物与基底材料表面之间的相互作用而可能变得更难以处理。

激光技术主要利用光降解、光剥离及/或光振动原理以进行气化、分解及/或分离基底材料表面的污染物。激光表面处理乃新兴的清理方法，其提供一些优点，包含适用于各种污染物、降低对环境的影响、以及减轻待清理基底材料的材料损失与/或减轻待清理的基底材料的结构损坏。

低功率激光清理程序可被用以移除表面污染物(例如氧化物物质与/或外来物质)。然而，当清理一些种类的基底材料(例如碳材料)时，低功率激光清理程序的较差的效果可能会导致一些问题。具体而言，由于碳材料具层叠结构，在清理过程中或甚至在后续的制造过程中，由于振动、二次加工、摩擦、喷射等，可能产生二次碳粉尘(secondary carbondust)。碳粉尘可能会显着降低由碳材料所制造的元件的产量与效能。举例而言，对于半导体制造、微电子制造、建筑、汽车制造、核电厂、医疗和文化遗产保护领域中的各种产品(例如平板显示器、半导体元件、印刷基板和存储器元件)，其对于清理过程中产生的碳粉尘或其他外来物质(其可能是在低功率激光清理处理下所产生)具有低耐受性。

鉴于现有清理方法引起的问题，本公开的一些实施例提供一种利用高功率激光处理基底材料的表面的设备以及通过高功率激光处理基底材料的表面的方法。具体而言，本公开的方法克服了当基底材料含有污染物颗粒(例如外来颗粒或粉尘)、清理或物理加工程序产生附着性污染物颗粒、或基底材料具有层压结构时所引起的问题。在一些实施例中，基底材料可包含碳材料，例如天然石墨、人造石墨、碳纤维、单壁碳纳米管(single-walledcarbon nanotubes，SWCNT)、多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube，MWCNT)、石墨烯、碳的其他同素异形体(allotrope)、含有碳的化合物、含有碳的混合物、或其组合。碳的架构可包含(但不限于)块状架构、层叠片架构、或其他天然或人造形式。

参阅图1，图1为根据本公开的一些实施例说明处理基底材料的表面的方法1000的流程图。用于处理基底材料的表面的方法1000可包含提供基底材料(操作1001)以及在基底材料的表面上照射激光光束(操作1002)。

参阅图2A，图2A为示意图，其根据本公开的一些实施例，说明处理基底材料的表面的装置。装置10a包含平台201与激光源202，平台201经配置以支撑基底材料204，且激光源202位于平台201之上。基底材料204由平台201支撑，其中平台201可被固定或为可移动的。激光源202可经配置以进行激光处理，在基底材料204的顶表面204T上照射激光光束203，而基底材料204的顶表面204T通过激光处理被转变为经处理的部分206。在一些实施例中，通过激光处理，基底材料204的一预定部分被转型为经处理的部分206。在一些实施例中，通过激光处理，基底材料204的整个顶表面204T被转型为经处理的部分206。相较于基底材料204的经处理的部分206，未被激光光束203处理的基底材料204的未处理部分205具有不同的性质。具体而言，具有污染物颗粒附着在顶表面204T的基底材料204是配置在平台201上且在腔室200中以接受激光处理，其中基底材料204的顶表面204T面向激光源202。

参阅图2A、图2B与图2C，根据本公开的一些实施例，图2B为激光处理所处理的基底材料的中间产物的剖面图，以及图2C为激光处理所处理的基底材料的最终产物的剖面图。在一些实施例中，基底材料204包含碳，以及未处理的部分205可包含与基底材料204相同的材料，而经处理的部分206可包含类钻石碳层206D。换言之，通过激光处理在基底材料204上形成类钻石碳层206D。在一些实施例中，类钻石碳层206D局部覆盖基底材料204，如图2B所示。在一些实施例中，类钻石碳层206D完全覆盖基底材料204，如图2C所示。激光光束203照射后的结果，照射的碳表面可为局部熔融，熔融的表面冷却后可形成类钻石碳层206D。类钻石碳是一种无定型碳材料，具有类似钻石的一些性质，其中该性质可有助于从表面移除粉尘或附着的污染物颗粒。因此，较容易从类钻石碳层206D的表面移除粉尘或附着的污染物颗粒，并且由于该层的结构较强，可减轻二次颗粒从类钻石碳层206D脱落的风险。参阅图4至图7，随后将讨论细节。

将激光光束203以扫描方式照射在基底材料204的顶表面204T上，其中激光源202与基底材料204之间发生相对移动。在一些实施例中，激光源202是可移动的。在一些实施例中，支撑基底材料204的平台201是可移动的。在一些实施例中，平台201与激光源202皆为可移动的。在一些实施例中，激光源202为可旋转的。可将预定区域中的激光光束203的扫描频率设定在约100Hz至1000Hz的范围中或更高，以提供适当的时间效率。例如，扫描频率可为100Hz、150Hz、200Hz、250Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz、500Hz、550Hz、600Hz、650Hz、700Hz、750Hz、800Hz、850Hz、900Hz、950Hz、1000Hz、或介于两者之间的任何范围内。扫描方向可为纵向、横向或对角线方向。值得注意的是，依照基底材料204的类型与尺寸，可进行一次或多次的扫描。激光光束203的线宽可在约1mm至100mm的范围内，以改良时间效率且同时避免过高的成本。

装置10a可选择地包含粉尘收集器208，其中粉尘收集器208可吸引激光处理过程中喷射的污染物颗粒或粉尘，因而可减少落回至基底材料204上的污染物颗粒或粉尘的量。在一些实施例中，粉尘收集器208可利用吸气(suction)、排气、静电力、附着力或类似的吸引力以收集粉尘。在一些实施例中，粉尘收集器208可经取代为能够防止污染物颗粒或粉尘落回至基底材料204上的元件，例如送风机、静电装置或其他合适的装置。

装置10a可选择地包含距离检测器207，其中在激光处理过程中，距离检测器207可检测激光源202与基底材料204的顶表面204T之间的距离。在一些实施例中，激光源202与顶表面204T之间的距离是在约1cm至约1m的范围中，其中距离小于1cm可能造成喷射的颗粒破坏激光源202，而距离大于1m可能显着降低照射的准确性与/或效率。在一些实施例中，该距离是在约1cm至约6cm的范围中。在一些实施例中，该距离是在约1cm至约20cm的范围中。在一些实施例中，该距离是在约6cm至约100cm的范围中。在一些实施例中，距离检测器207可包含光学元件，例如红外线元件、一组发射器与接收器、或类似装置。在一些实施例中，激光源202与顶表面204T之间的距离越大可能需要越大的功率，以补偿该越大距离造成的能量损失。

在一些实施例中，为了改良激光处理的效能，激光处理可在腔室200中进行，其中腔室200可为真空环境或是低压环境。此腔室200可提供隔离的环境，可减轻由暴露于空气所引起的缺陷(由于诸如颗粒或水分的污染物)。

参阅图2A与图3A，根据本公开的一些实施例，图3A为胶带测试实验结果，其显示胶带的表面，在激光处理之前该胶带被施加在基底材料的预定表面上而后自该预定表面移除。通过进行胶带测试可评估污染物颗粒204C与基底材料204的顶表面204T之间的附着力。在胶带测试过程中，将胶带99粘贴在基底材料204的顶表面204T上的一预定位置。可在胶带99上施力以使胶带99变平且平滑，其中可通过测试者的手指、橡皮擦、或类似物对其施力。接着，在胶带99上施力后，90秒内以接近180度的角度移除胶带99，并且可观察到附着至胶带99的污染物颗粒204C(其从基底材料204的顶表面204T移除)的量。附着在胶带99的表面上的污染物颗粒204C的量或密度是与胶带测试之前的基底材料204的顶表面204T上附着的污染物颗粒204C的量或密度呈正相关，并且和污染物颗粒204C与基底材料204的顶表面204T之间的附着力呈负相关。

在一些实施例中，胶带测试中所使用的胶带99为具有边长长度约1英寸的正方形压力敏感胶带，其中胶带99可为透明或半透明的压力敏感胶带，具有在约6.34N/cm(58oz/inch)至约7.00N/cm(64oz/inch)范围内的附着剥离强度(adhesive peel strength)。此外，在胶带99附接至基底材料204的顶表面204T之前，可先移除胶带99的周边区域。例如，将胶带99的尺寸缩减至每边宽度为1cm的正方形。然而，应注意可依据基底材料204的性质，调整胶带99的尺寸与类型。在本文中亦可进行类似的胶带测试。

图3A说明在激光之前的基底材料204的顶表面204T上所进行的胶带测试实验结果，其中结果可为用于评估基底材料204的顶表面204T之间于激光处理前后的性质变化的比较组。

参阅图2A、图3A与图3B，图3B为根据本公开的一些实施例的胶带测试实验结果，其显示胶带的表面，在用不同功率电平与不同扫描频率进行激光光束处理后，该胶带被施加在基底材料的预定表面上而后将该带自该预定表面移除。可通过具不同功率电平与扫描频率的激光光束203的激光处理之下(激光光束203的脉冲频率例示性地设定在40KHz作为说明)所获得的基底材料204的胶带测试实验样本，导出理想的激光光束203所需功率范围。图3A与图3B的影像所示的较暗部分的密度表示附着在胶带99的表面的污染物或粉尘的密度。相较于图3A所示的激光处理前附着在胶带99的表面上的污染物或粉尘的量，如图3B的表所示，在激光处理之后，附着在胶带99的表面上的污染物或粉尘的量(或密度)显着减少。在激光处理期间，功率超过100W的激光光束203可从基底材料204移除大部分的污染物或粉尘。在一些实施例中，在激光处理期间，功率超过250W的激光光束203从顶表面204T提供更有效移除大部分的污染物或粉尘。在一些实施例中，激光光束203的功率可在约100W至约1000W的范围中，其中超过1000W的功率可能由于更大的功率消耗或更严格的保护与/或冷却系统要求而导致更高的成本。激光光束203的功率可以设定在约100W至约1000W的范围内，例如100W、150W、200W、250W、300W、350W、400W、450W、500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W、900W、950W或1000W。每个功率电平之间的增量可为200W、100W、50W、10W、5W、1W、0.1W、0.01W、或甚至可为连续式的。限制范围也可设定在约100W至约1000W的任何范围内，或者在上述两个功率电平之间的任何范围内，例如，在约250W至约750W的范围内、在约250W至约500W的范围内、或约500W至约750W的范围内。在一些实施例中，由于可在相同的基底材料204上按序照射不同功率电平的激光光束203，亦即可在给定的基底材料204上，进行超过一种激光处理。在一些实施例中，可在基底材料204的不同区域，施加不同功率电平的激光光束203。

参阅图2A、图3A与图3C，图3C为根据本公开的一些实施例的胶带测试实验结果，其显示胶带的表面，在用不同功率电平与不同脉冲频率进行激光光束处理后，该胶带被施加在基底材料的预定表面上而后将该胶带自该预定表面移除。或者，在激光处理期间，经由不同功率电平与脉冲频率的激光光束203(激光光束203的扫描频率例示性设定为150Hz作为说明)所处理的基底材料204的胶带测试实验样本，可获得理想的激光光束203的功率范围。同样地，图3A与图3C的影像所示的较暗部分的密度表示附着在胶带99的表面的污染物或粉尘。相较于图3A所示的激光处理前附着在胶带99的表面上的污染物或粉尘的量，如图3C的表所示，在激光处理后，附着在胶带99的表面的污染物或粉尘的量(或密度)显着减少。在一些实施例中，在激光处理期间，功率超过100W的激光光束203可从顶表面204T移除大部分的污染物或粉尘。在一些实施例中，在激光处理期间，功率超过250W的激光光束203可从顶表面204T更有效移除大部分的污染物或粉尘。在一些实施例中，激光光束203的功率可在约100W至约1000W的范围中，其中超过1000W的功率可能由于更大的功率消耗或更严格的保护与/或冷却系统要求而导致更高的成本，如参考图3B所述的内容。

如图3A、图3B与图3C所述的实验说明激光处理降低顶表面204T(如图2A所示)与污染物或粉尘之间的附着吸引。基底材料204的经处理的部分206(其是受激光光束203处理)包含具有较低附着吸引的材料，例如类钻石碳层206D(如图2B与图2C所示)于顶表面204T上。激光处理所形成的经处理的部分206可提供具有较低附着吸引的较平滑表面，在基底材料204受到激光处理之后，其减少附着至顶表面204T的污染物或粉尘的量。根据图3B与图3C所示的实验结果，在一些实施例中，功率超过100W(在一些实施例中，超过250W)的激光光束203可减少顶表面204T的附着吸引(例如，有效形成类钻石碳层206D)，因而有助于从基底材料204的顶表面204T移除污染物或粉尘。高功率激光光束203可在其脉冲频率在约10KHz至约50KHz的范围中且其扫描频率在约100Hz至约1000Hz的范围中进行操作。

参阅图4，图4为根据本公开的一些实施例的实验结果，其显示以不同功率电平的激光光束进行激光处理后的基底材料的表面的不同放大程度的扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)影像。可用扫描电子显微镜(SEM)以适当的放大率观察在不同功率电平的激光光束203下受激光处理的经处理的部分206的粗糙度或平滑度，如图4所示。可观察到经功率至少100W(在一些实施例中为至少250W)的激光光束203处理的顶表面204T可形成经处理的部分206，其表面为可接受的粗糙度/平滑度范围内。注意，图4提供的经处理的部分206的例示性样本的影像包含类钻石碳。具体而言，类钻石碳层可为缺少晶粒的无定型结构，其构成具有减少摩擦力的更平滑表面。因此，激光处理可减少附着至顶表面204T的污染物或粉尘的量。

参阅图2A与图5，图5为根据本公开的一些实施例说明基底材料的硬度与不同扫描频率的激光光束的功率之间的关系附图。通过激光处理之前和之后的硬度差异，可观察到于经处理的部分206中形成的类钻石碳层206D(图2B与图2C中所示)。相较于基底材料204的未处理的部分，由激光处理形成的经处理的部分206具有较大的硬度。根据美国材料与测试协会(American Society for Testing and Materials，ASTM)金属材料Rockwell硬度的E18-17标准测试方法，基底材料204的未处理的部分205具有约41的硬度(依据HR15TS下)，而激光处理可将经处理的部分206的硬度提高为至少为60(依据HR15TS)。由此可见激光处理形成的类钻石碳层206D(如图2B与图2C所示)增加了基底材料204的顶表面204T的硬度。应注意，由其他材料构成的基底材料204亦可通过激光处理变硬。表面的较大硬度可减轻施加至表面的力或应力的影响，因为表面上的分子之间的相互作用更强，因此可减轻剥离与/或二次粉尘的问题。

表1

参阅图2A、图6A、图6B与表1，根据本公开的一些实施例，表1说明以不同的选择参数进行激光处理后的基底材料的体积电阻率，图6A说明基底材料的体积电阻率与不同扫描频率的激光光束的功率之间的关系附图，以及图6B说明基底材料的体积电阻率与不同脉冲频率的激光光束的功率之间的关系附图。通过激光处理之前和之后的基底材料204的电阻率的差异，可进一步观察经处理的部分206中的类钻石碳层206D(如图2B与图2C所示)的形成。如表1所示，在基底材料204受到各种条件(例如激光光束203的功率、激光光束203的扫描频率与激光光率203的脉冲频率)的激光处理之后，基底材料204的预定部分的体积电阻率可增加至其激光处理前的体积电阻率的至少300％或400％，或是可从约1.6856*10^-3Ω-m增加到至少6.0*10^-3Ω-m或至少6.9*10^-3Ω-m。在一些实施例中，亦可观察从基底材料的预定层的片电阻率(sheet resistivity)。经处理的部分206的片电阻率(以Ω/sqr表示)可大于未处理的基底材料204的片电阻率。应注意，包括其他材料的基底材料204亦可通过激光处理而增加其电阻率。高于预定值的升高的电阻率说明类钻石碳层206D的量是足够的。

表2

参阅图2A与表2，根据本公开的一些实施例，表2说明对于三种不同测试样本中的每一个(于图3B与图3C所提供的条件下进行)，在激光处理之前(原始)与激光处理之后的基底材料的表面区域的组成间的差异。在基底材料204包含碳与污染、杂质、外来物质、或包含氧化物的粉尘的实施例中，可观察激光处理之前与之后的基底材料204的一预定表面区域的组成变化差异。在激光处理之后，基底材料204的预定表面区域的氧重量百分比降低，而基底材料204的预定表面区域的碳重量百分比增加。在一些实施例中，氧重量百分比可降低至1.5％以下，或可降低多达0.1％或多达99.99％，例如0.1％、0.5％、1％、5％、10％、20％％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％、99.9％或99.99％。在一些实施例中，碳重量百分比可增加至超过98％，或可增加0.01％至10％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％,、2％、5％或10％。在一些实施例中，类钻石碳层206D的形成(如图2B与图2C所示)以及初始附着至基底材料204的污染、杂质、外来物质或粉尘的实质移除，造成碳重量百分比的增加与氧重量百分比的减少。在一些实施例中，可通过能量色散光谱仪(energydispersive spectrometer，EDS)，观察基底材料204的表面区域的组成。

参阅图2A与图7，根据本公开的一些实施例，图7为说明处理基底材料的表面的装置示意图。注意，图7的元件与图2A的相应部分相同或类似者是以相同的元件符号表示，并且省略重复说明。在一些实施例中，为了改良激光处理的效能，可通过控制器103将参数(例如激光光束203的功率、激光光束203的扫描频率与/或激光光束203的脉冲频率)设定在所需的范围，控制器103连接至激光源202用于调整参数。控制器103可包含存储器(未示出)用于信息存储。

为了控制激光光束203的功率，控制器103控制电源供应器105以调整供应至激光源202的功率。因此，控制器103可将激光源203的功率控制在从约100W至约1000W的范围中或是图3A至图3C所述的任何值与范围，例如100W、150W、200W、250W、300W、350W、400W、450W、500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W、900W、950W或1000W的功率电平，或在约250W至约750W的范围内、在约250W至约500W的范围内、在约500W至约750W的范围内、或类似者。同样地，控制器103将激光光束的脉冲频率控制在从约10KHz至约50KHz的范围中，例如10KHz、20KHz、30KHz、40KHz、50KHz或其间的任何值。

在一些实施例中，可通过激光源202与基底材料204之间的相对移动，而控制激光光束203的扫描频率。参阅图2A及前述内容，支撑基底材料204的平台201与激光源202至少其中的一为可移动的。在预定区域中的扫描光束203的扫描频率可设定在约100Hz至1000Hz的范围中，或甚至更高。例如，扫描频率可为100Hz、150Hz、200Hz、250Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz、500Hz、550Hz、600Hz、650Hz、700Hz、750Hz、800Hz、850Hz、900Hz、950Hz、1000Hz、或介于两者之间的任何范围内。

在一些实施例中，机臂(arm)106支撑激光源202，其中控制器103指示臂驱动器(arm driver)111以控制臂件106的移动与扫描频率。

在一些实施例中，控制器103指示平台驱动器115以控制平台201的移动，并进一步控制激光光束203的扫描频率。在一些实施例中，控制器103可获得平台201与激光源202之间的相对移动。

装置10b可选择地包含距离检测器207，其中在激光处理期间，距离检测器207可检测激光源202与基底材料204的顶表面204T之间的距离，距离检测器207可提供所检测的距离至控制器103。在一些实施例中，控制器103指示机臂106与/或平台201，将激光源202与顶表面204T之间的距离控制在约1cm至约1m的范围中，其中该距离小于1cm可能因为喷射颗粒而对于激光源202造成损坏，该距离大于1m可能显着降低照射的准确性与/或效率。在一些实施例中，该距离是在约1cm至约6cm的范围中。在一些实施例中，该距离是在约1cm至约20cm的范围中。在一些实施例中，该距离是在约6cm至约100cm的范围中。在一些实施例中，该距离的调整是与装置10b的架构及激光光束203的功率相关，其中距离越大可能需要激光光束203的功率电平越大。

在一些实施例中，监测器297配置在腔室200中，其中监测器297可将与腔室200的环境相关的信息提供至控制器103，其可包含处理压力、温度、湿度、以及粉尘收集器208的吸气压力(suction pressure)，使得控制器103可调整腔室200的环境。在一些实施例中，监测器297可检测装置10b的一预定位置的温度，并且装置10b的冷却系统或关闭机制可防止温度升高至无法忍受的值。

在一些实施例中，装置10b选择地包含检测器299，以检测基底材料204的表面性质。参阅图3A至图7及前述内容，该性质可包含基底材料204的体积电阻率、基底材料204的预定部分(例如，顶表面)的片电阻率、基底材料204的表面硬度、基底材料204的表面粗糙度、基底材料204的组成等等。由检测器所检测的上述性质中至少一个的信息可通过控制器103传输与处理，而可根据所检测的性质调整参数(包含激光光束203的功率或是激光光束203的脉冲频率)。对于基底材料204的性质的该等观察可用以改良激光处理的效能。

在一些实施例中，检测器299可包含硬度测试器以检测基底材料204的表面硬度。如果基底材料204的表面硬度未达到预定值，则控制器103可提高激光光束203的功率。在一些实施例中，预定值为至少60(依据HR15TS)，可参阅图5及前述内容。

在一些实施例中，检测器299包含光学装置以检测基底材料204的表面粗糙度。粗糙度与平滑度指示类钻石碳层206D的形成是否适当，其中基底材料204与污染物之间的附着吸引是与经处理的表面的粗糙度呈负相关。如果基底材料204的表面粗糙度不符合所需阈值，则控制器103可提高激光光束203的功率，使得粗糙度可符合需求。

在一些实施例中，检测器299包含用于检测电阻率的电测试器，其中电阻率指示所形成的类钻石碳的量。如果基底材料204的表面的电阻率未达到预定值，则控制器103可提供激光光束203的功率，使得形成适当量的类钻石碳。参阅图6A、图6B与表1及前述内容，基底材料204的预定部分的体积电阻率可增加至先前值的至少300％或400％，或是可增加到至少6.0*10^-3Ω-m或至少6.9*10^-3Ω-m。

在一些实施例中，检测器299可包含组成分析器，例如能量色散光谱仪(energydispersive spectrometer，EDS)，用于在激光处理期间检测基底材料的预定表面区域的组成变化。这些组成变化可指示是否有效移除污染物且/或是否形成适当量的类钻石碳。例如，如果基底材料204的预定表面区域的氧重量百分比大于预定值，或是如果在激光处理后的基底材料204的预定表面区域的碳重量百分比小于预定值，则控制器103可提高激光光束203的功率。在一些其他的实施例中，如果基底材料204的预定表面区域的氧重量百分比的下降幅度小于预定值，或是如果在激光处理期间的基底材料204的预定表面区域的碳重量百分比的增加幅度小于预定值，则控制器103可提高激光光束203的功率。例如，参阅表2及前述内容，氧重量百分比可降低至1.5％以下，或是可降低至0.1％或达99.99％，例如0.1％、0.5％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％、99.9％或99.99％。在一些实施例中，碳重量百分比可增加至98％以上，或可增加0.01％至10％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％、5％或10％。

在一些实施例中，检测器299对上述性质的检测是原位(in-situ)进行的，以便可进行参数的实时调整。在一些其他的实施例中，在激光处理完成之后，检测器299进行检测，并且可调整上述参数以改良后续待处理的其他基底材料204的产率。

在一些实施例中，检测器299可通过光学装置或通过胶带测试而检测基底材料204上污染物、缺陷或粉尘的分布，因而可按序或分别地进行具有不同功率电平的其他激光处理。在一些实施例中，如果区域内的污染物、缺陷或粉尘的量或密度大于预定值，则控制器103可提高激光光束203的功率以处理该区域。在一些实施例中，区域可被分别处理多次。在一些实施例中，用具有更高功率电平的激光光束处理基底材料204的整个顶表面204T，且/或处理多次。

在一些实施例中，装置10b选择地包含控制接口113，其连接至控制器103。控制接口113可选择地包含显示器，以显示上述参数(亦即，激光光束203的功率或激光光束203的脉冲频率)、基底材料204的性质、与腔室200的环境相关的信息、以及与装置10b相关的其他参数，因而使用者可方便地监测激光处理的状态。控制接口113可接收指令并且将指令传输至控制器103。在一些实施例中，使用者经由控制接口113的显示器而手动指示控制器103，以调整参数(亦即，激光光束203的功率或激光光束203的脉冲频率)以及/或腔室200的环境。在一些其他的实施例中，使用者可经由远程终端通过控制接口113而指示控制器103。在一些其他的实施例中，可通过服务器109自动或半自动地提供指令，其可包含演算法或自动指令以控制控制器103，其中自动或半自动地执行调整。

可通过软件实现控制器103、控制接口113与/或服务器109，因而可自动或半自动地进行本文所公开的前述方法。对于给定的计算机，软件例行程序可存储在存储元件上，例如永久存储器。或者，软件例行程序可为使用任何机器可读存储媒介(例如磁盘、CD-ROM、磁带、数字视频或通用磁盘(DVD)、激光盘、ROM、快闪存储器等)所存储的机器可执行的指令。可从远程存储元件(例如网络上的服务器)接收一是列指令。亦可在硬件系统、微控制器单元(microcontroller unit，MCU)、分离硬件或固件中，实现本发明。

本公开提供一种照射高功率激光光束的装置以及通过该高功率激光光束处理基底材料的表面的方法。相较于低功率激光光束，高功率激光光束可用以避免产生从基底材料喷射的大量二次粉尘并且移除污染或粉尘，同时形成具有较低附着吸引的层以减少附着至表面的污染或粉尘，因而大幅改善污染或粉尘的移除。在一些实施例中，具有低附着吸引的层包含类钻石碳，其具有较平滑且较硬的表面，可有助于从该表面移除污染或粉尘，同时亦减少从该表面产生粉尘。本公开提供一种具有控制器、检测器、服务器与/或控制接口的架构的装置，以改良激光处理的效能，其中此架构可对于激光处理提供改良的、更准确的参数控制。

本公开的一些实施例提供一种处理基底材料的表面的方法，该方法包含提供基底材料，并且通过使用激光源以于该基底材料的表面上照射激光光束而进行激光处理，其中该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

本公开的一些实施例提供一种用于处理基底材料的表面的装置，其包含经配置以支撑该基底材料的平台，以及位于该平台上的激光源，其中该激光源是经配置以发射激光光束至该基底材料的该表面上，并且该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

本公开的一些实施例提供一种用于处理基底材料的表面的装置，其包含经配置以支撑该基底材料的平台；位于该平台上的激光源，其中该激光源是经配置以照射激光光束至该基底材料的该表面上；位于该基底材料上的检测器，其中该检测器是经配置以检测该基底材料的该表面的性质；以及控制器，其耦合至该激光源与该检测器且经配置以根据该检测器所检测的该基底材料的该表面的该性质而调整该激光光束的参数。

前述内容概述一些实施方式的特征，因而本领域技术人员可更加理解本公开的各方面。本领域技术人员应理解可轻易使用本公开作为基础，用于设计或修饰其他工艺与结构而实现与本公开所述的实施例具有相同目的与/或达到相同优点。本领域技术人员亦应理解此均等架构并不脱离本公开公开内容的构思与范围，并且本领域技术人员可进行各种变化、取代与替换，而不脱离本公开的构思与范围。

再者，本公开的范围并不受限于说明书中所述的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。该技艺的技术人士可自本公开的公开内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质相同结果的现存或是未来发展的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，这些工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤是包含于本公开的权利要求内。

Claims (22)

1.一种用于处理基底材料的表面的方法，其包括：

提供该基底材料；以及

通过使用一激光源以照射一激光光束于该基底材料的该表面上而进行一激光处理，以减少该基底材料的该表面上的粉尘，其中该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

2.如权利要求1所述的方法，其中以一扫描方式将该激光光束照射在该基底材料的该表面上，且该激光光束的扫描功率是在约100Hz至约1000Hz的范围中。

3.如权利要求1所述的方法，其中该激光光束的脉冲频率是在约10KHz至约50KHz的范围中。

4.如权利要求1所述的方法，另包括在该激光处理期间，检测该激光源与该基底材料的该表面之间的一距离。

5.如权利要求1所述的方法，另包括检测该基底材料的该表面的一性质，其中该性质包含该基底材料的电阻率、硬度、粗糙度以及组成中的至少一个。

6.如权利要求5所述的方法，另包括根据该基底材料的该表面的该性质，调整该激光光束的该功率。

7.如权利要求1所述的方法，另包括通过该激光处理，在该基底材料的该表面上，形成一类钻石碳层(diamond-like carbon layer)。

8.如权利要求1所述的方法，另包括经由该激光处理，通过移除该基底材料的该表面上的多个含氧化物颗粒，而降低该基底材料的一表面区域的氧重量百分比。

9.如权利要求1所述的方法，另包括通过该激光处理而增加该基底材料的一表面区域的碳重量百分比。

10.一种用于处理基底材料的表面的装置，其包括：

一平台，其经配置以支撑该基底材料；以及

一激光源，其位于该平台上，其中该激光源经配置以发射一激光光束于该基底材料的该表面上，以减少该基底材料的该表面上的粉尘，以及该激光光束的功率是在约100W至约1000W的范围中。

11.如权利要求10所述的装置，其中该激光光束的脉冲频率是在约10KHz至约50KHz的范围中。

12.如权利要求10所述的装置，其中该激光源以一扫描方式将该激光光束照射在该基底材料的该表面上，且该激光光束的扫描功率是在约100Hz至约1000Hz的范围中。

13.如权利要求10所述的装置，另包括一光学距离检测器，其经配置以测量该激光源与该基底材料之间的一距离。

14.如权利要求10所述的装置，另包括一机臂，其经配置以调整该激光源与该基底材料之间的一距离。

15.如权利要求10所述的装置，另包括一粉尘收集器，其经配置以收集从该基底材料的该表面喷射的颗粒。

16.一种用于处理基底材料的表面的装置，其包括：

一平台，其经配置以支撑该基底材料；

一激光源，其位于该平台上，其中该激光源经配置以照射一激光光束于该基底材料的该表面上，以减少该基底材料的该表面上的粉尘；

一检测器，其位于该基底材料上，其中该检测器经配置以检测该基底材料的该表面的一性质；以及

一控制器，其耦合至该激光源与该检测器，并且经配置以根据该检测器所检测的该基底材料的该表面的该性质而调整该激光光束的一参数。

17.如权利要求16所述的装置，其中该检测器包括一光学元件。

18.如权利要求16所述的装置，其中该性质包含该基底材料的电阻率、硬度、粗糙度以及组成中的至少一个。

19.如权利要求16所述的装置，另包括一电源，其耦合至该激光源，并且经配置以提供一功率信号至该激光源。

20.如权利要求16所述的装置，其中该激光光束的该参数包含该激光光束的功率与该激光光束的脉冲频率中的至少一个。

21.如权利要求16所述的装置，另包括一控制接口，其经配置以接收一指令且将该指令传输至该控制器。

22.如权利要求16所述的装置，另包括一机臂，其经配置以调整该激光源与该基底材料之间的一距离以及该激光源的一扫描频率中的至少一个。