TW200918182A - Laser decal transfer of electronic materials - Google Patents

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200918182 九、發明說明： c發明所屬之技術領域3 相關申請案之交互參考 本申請案基於use 119(e)宣告2007年9月14日申請，標 5題為「電子材料的雷射印花轉印」之美國專利臨時申請案 60/972704號的優先權，該申請案之完整内容係以參考方式 併入本文中。

本申請案係有關於2007年5月14日申請，標題為「沈積 修補設備及方法」之共同指定的美國專利申請案旧々讀 1〇號’該申請案之完整内容係以參考方式併入本文中。 本發明係為-種有關於電子材料的雷射印花轉印。 L先前技術j 發明背景 15 本發明—般係有關於薄膜特徵或電子材料之圖宰的非 接觸式直接印刷，用於顯示幕以及微f子 心匕且/或修補’尤其是，諸如平板顯示幕之修補中所需的 微型電路之非接觸式修補。 ， 對於許多應用，尤其是使用諸如真空 是使用光微影批次程序形成圖 償斤而材枓或 20 術所制… 圖案之軏例中的半導體加工技 術所k之電子電路的添加修正而 政—出夕％ 子；種一旦在電 凡成之後，能夠產生一修補圖案以修理位於現有電路上 的一缺陷之程序係有所需求。為 上 現有雷路张 、 4、17仏正能夠相容於 現有電路，所沈積之材料必須與已經存在 的厚度、寬度以及功能性。更 ㈡案/、有相似 文H ’該修補典型必須 5 200918182 滿足「薄膜」特徵；也就是說，具有少於1微米的厚度，且 該厚度更通常少於0.5微米，並且具有5微米或更小的線路 寬度。目前唯一能夠在此尺寸範圍中以添加薄膜材料修正 已製造電路之程序需要採用一真空。這些真空程序之範例 5 包括雷射化學蒸汽沈積(LCVD)、聚焦離子束(FIB)沈積，以 及包括真空雷射之向前轉印。由於對於在半導體晶圓與光 微影鉻遮罩上之成形圖案的修補之複雜性、材料選擇的限 制以及緩慢的沈積速度，使用這些技術的效果有限。對於 諸如平板顯示器之大面積電路而言，僅有LCVD適合用於修 10 補應用。 大氣壓力以及室溫附加材料方法或程序典型係限定於 例如金屬導體、聚合物、或者是陶竟電介質之電子材料的 直接印刷。此等程序必須使用機能性流變系統，諸如美國 專利案第6,805,918號（’918號專利案）以及7,014,885號（’885 15 號專利案）中所描述。更具體而言，流變系統係界定為等級 屬於固體與液體之間的範圍内之性質的材料，且其特徵係 在於至少一種基礎流變性質，諸如彈性或黏性。此外，流 變材料包括但非限定於凝膠、糊狀物、墨水、濃縮溶液、 懸浮液、牛頓式與非牛頓式流體、黏彈性固體與彈黏性流 20 體。流變材料能夠包括但非限定於金屬或包括絕緣體以及 生物材料之非金屬。流變材料係為均質混合物，且典型包 括（例如）機能性材料、溶劑或媒介物、化學與流變前驅物、 黏結劑、表面活性劑、分散劑、粉末且/或生物材料。機能 性材料係為包含所需沈積物之機能性質的材料（諸如電 200918182 子、磁性以及等等）。流變材料可為金屬或非金屬材料，其 具有尺寸範圍從5到500奈米之顆粒，且懸浮在一種或更多 溶劑且/或黏結劑中，並具有範圍約為lcP到1，000,000 cP的 黏性。 5 依照所選擇之分配技術，流變系統之黏性必須仔細加 以選擇。該黏性範圍可從具有1到100 cP之黏性的水狀墨水 到具有中到高黏性之較濃墨水（大於100到1，000,000 cP)甚 至到具有大於1,000,000 cP之黏性的濃稠糊狀物。喷墨墨水 在噴墨溫度具有大約5到20 cP之黏性，網版印刷墨水能夠 10 具有約為2000 cP的黏性，而網版印刷糊狀物能夠具有大於 約50,000 cP之黏性。 分配方法與技術使用低黏性墨水，包括使用壓電、熱、 靜電、聲學或其他驅動之喷墨印刷頭墨滴控制 (droplet-〇n-demand)分配技術。這些方法已經具有完整紀 15 錄，並使用具有少於cP的黏性’且通常低於50 cP的墨 水。製造級喷墨應用典型分配數十微微米或更多體積之墨 滴。十微微米係同等於約一26微米直徑的球體。直徑5微米 且厚度0.3微米之薄膜特徵具有約6飛升（femtoliter)的體 積，且同等液滴（球體）直經係約2微米。產生此液滴尺寸之 20 設備尚未在研究實驗室以外的市場上販售，且此微小體積 僅能夠生產某些流體’並不一定與電子材料或應用相容。 儘管持續的發展，用於非常細微線寬之噴墨技術尚未確實 用在生產領域。 喷墨墨滴控制方法以使線段寬度達到少於1 〇微米之現 200918182 有缺點包括：（i)设備相容性限制於黏性小於約1000 cp之材 料，且更典蜇少於50 CP，其進一步意味著；（ii)低金屬含量 且因此(iii)進一步需要多重動作，以達成傳導性需求，影響 到生產量；（iv)設備能力限定於產生一種直徑大於或等於約 5為5微米之液滴分佈方式，其將最小線寬限制為約7微米； 及(v)多種因素影響線寬尺寸與邊緣整體性，包括液滴分佈 之方式、墨水黏性、墨水/基材接觸角度、基材表面能量、 基材表面型態、印刷與乾燥溫度。 15 機能性流變系統之雷射轉印或雷射直接印刷法係描述 於例如’918號與’885號美國專利案以及美國專利申請案 11/748,281號(’281號申請案）中。第【圖顯示一種用於流變材 料之雷射轉印所需要的習用設備1〇〇。欲進行轉印之塗層 108係塗佈到一面對接受基材104之透明基材或帶材106。帶 材作為㈣塗層之-支撐構造，且必騎於所使狀雷射 波長光學透明。-脈触射光束116係透過位在塗層相反之 帶材表面處的諸如—物鏡或是最終透鏡1G2之對焦光學儀 益加以導引，且將該塗層轉印到接受基材UM。-轉印圖案 110係藉著對於雷射116移動該接受基材*形狀接受基材 上’並對於雷射移動帶材，以致於—塗層區域隨時能夠用 於轉卩&於接文基材上之轉印圖案必需進行固化（未顯 不)* 而。’帶材範圍係大於照射該帶材之雷射光束。 如第1ABI =所不’位於透明帶材上之塗層係輯在距離接 又基材丰又口定距離處，且脈衝雷射將釋放的塗層推過間 隙。 20 200918182 用於雷射直接印刷之關鍵參數包括⑻欲轉印之材料的 本貝（b)雷射月匕置密度，及⑷轉印技巧，其根據椅料之本 U用此里―者而^。例如’如同美國專利第6，177，⑸ 唬專利案（151號專利案）以及第6,766,764號專利案（’Μ號 5補f)中所描述之maple.dw程序結合-轉特料以及。 、土貝材料’其具體而έ在暴露於脈衝雷射能量時較轉印 材料具有更多的揮發性。轉印材料能夠包括但非限定於金 屬或非金屬’包括絕緣體以及生物材料。塗佈之材料(基質 加上轉印材料)在沈積程序㈣係假設處於S1態。對於，151 10號專利案以及，764號專利案中所述之MAPLE-DW程序而 5，其轉印能量密度典型係為3〇〇到5〇〇毫焦耳/平方公分 (mJ/cm2) ° MAPLE-DW轉印機構係由基質材料之揮發或蒸 發所構成，其接著導致轉印材料從支撐帶材吸附到接受基 材。MAPLE-DW程序假設在進行轉印之後，該沈積材料無 15 須經過額外的加工處理。 在’918號專利案之範例中，對於使用流變材料轉印程 序之金屬的轉印能置密度係描述為400到500 mj/cm2。如 同，918號專利案以及’885號專利案所描述之流變材料轉印 機構係由下列兩步驟所構成，並且如同第2A與2B圖中概略 20顯示：（a)雷射能量116局部加熱接近支撐帶材表面處一非常 微小的流變流體202之體積’且接著（b)蒸發之材料產生一高 壓爆衝’其將非蒸發流體U0向前推到接受基材104。轉印 之材料係為大體上未產生變化的流變流體。大多數的沈積 材料需要進行後處理步驟’諸如熱、光熱’或者是光解程 200918182 序，以分解任何化學前驅物，或是驅除溶劑媒介，或者堅 結或增濃或是燒結該機能性材料與永久性黏結劑。 此外，美國專利第6,815,015號(，〇15號專利案)在狹窄的 加工範圍條件下使用流變流體。具體而言’轉印能量密度 5係加以特別定製，以控制轉印程序，以致於使經過轉印之 材料約略仍然維持相同尺寸或小於入射雷射光束輪廓。對 於’015號專利案中所報告的喷射程序’所用的轉印能量密 度係少於1〇〇 mJ/cm2。喷射範圍中之運作係有所優點，因 為能夠產生與入射雷射光束尺寸相容的特徵尺寸。然而， 10用於如同，〇15號專利案中所描述之噴射行為的條件在透明 帶材上需要相當厚的塗層（1到2〇微米厚’且更具體而言在 所描述之範例中為5到1〇微米）。需要如此相當大體積之流 變流體’以形成，015號專利案中的第6D圖中所示以及本申 請案之第2C與2D圖中概略顯示為204的頸部或噴出部。結 15果係產生相等厚度之轉印特徵，遠大於用於薄膜修補所需 的次微米厚度。此外，欲形成頸部或喷出部2〇4，流變流體 必須展現黏性遠低於100,000 〇?，且更佳少於1〇,〇〇〇(：1)的流 體性質。接著，由於轉印在噴射區制下所產生的之液滴狀 性質’當喷射液滴撞擊接受基材之表面時，所得到之轉印 2〇在預定的轉印特徵110外側將出現大量之碎片或飛濺物 U2。因此，一雷射轉印方法之噴射區制中的運作之進一步 限制係在於，其無法製造出良好界定的狹窄特徵或圖案以 及固定且可重複的筆直邊緣，如同微電路之薄膜修補所需 要者。 200918182 4 P刷具有薄膜特徵之特性（亦即，五微 線寬與次微米厚声，、 又木 ^ 以及良好界定且筆直的邊緣與均勻屋 度）所需要的關鍵泉叙 予 寸、均勻性與厚^ 5 10 15 (衬枓轉印法）或傳遞液滴尺寸（氣膠噴 或喷墨）；（ii)接受基松类二a 土何表面處的材料流，其可為傳遞或基 溫度、黏性、基材材料、表面錢、絲㈣从表面 狀態的—函數；⑽傳遞機構對於接受基材之相對位置。例 如，在喷射&制中運作之—喷墨系統或是一雷射前 系統的案例中，由於超過之線寬而可能產生-過大的距離 (由於液狀㈣）’㈣於不良之鱗邊敎義的過度線寬 亦可能產生—過度緊密的距離(藉由液滴之飛_引起）。另 外使用流變材料在五微米寬線路以及良好線路邊緣定義之 薄膜的直料射_财量之參數包括：（iv)墨水或 材料中之材料顆粒尺寸，對於金屬而言，典型金屬顆粒尺 寸應為數十奈米或更小；（v)傳遞 ’、 (v)得遞機構之孔隙尺寸；及 光束尺寸；（vii)能量密度與均勻 源之波長。 及㈣雷射或能量來 習用的直接印刷技術無法符合製造 溥膜特徵的需求，如同修改、 讀徵並4 電子電路所需要者，尤t曰 化且/或修補顯示器與微 描述之動m制並無法符合_ 、料利案中所 成通常為五微米或更小寬度，且二欠適合用以形 徵。 有夂岫水厚度的薄臈特 20 200918182 L考^明内穷】 發明概要 便用 X尿本發明且文巾稱之為雷射印花轉印的雷 射轉印程序，以藉著在一 田 狀料 溽片轉印區制中運作而產生薄膜 狀特徵而並非使用在燒钱、基質蒸發或喷射區制中運作 的習用雷射轉印技術。一 用以接受—接受基材、—目;;^卩化㈣之設備係適合 目私物基材，且包括一雷射光源。 15 20 目標物基材部分地包括—具有—背表面以及—前表面之雷 射透明支*。目標物基材之前表面係與接受基材隔開一段 特定關隙距離m薄層之高黏性流變流體加以塗 佈此董非常低之雷射脈衝係導引穿過目標物基材的背 側知射在藉由-對準雷射光束之可變孔隙加以決定的區 域上之薄塗層。雷射印花轉印程序能夠用於從—大體上二 雷射照射區域相同之均勻且連續層的目標基材進行釋放與 轉印。釋放層細大體上並未改變其原始尺寸與形狀之^ 式轉印跨過間隙，從而在接收基材之表面上產生寬度料 到數微米且厚度為數十微米的薄膜特徵。結合—高度均勻 以及低能量密度之雷射來源與-非常薄的高純流變流體 之塗層進行反應’使暴露於純脈衝之區域能夠平順:釋 放，而同時減緩由於層之釋放與轉印所產生的任何剪力。 也就是說，層之運動係如同一流體在層流狀態中的運動。 雷射印花轉印程序係不同於其他已知的雷射轉印程序，因 為其產生尺寸與形狀大體上為1比1的圖案轉印到位於藉由 雷射所照射之目標基材上的區域。轉印到接受基材之表面 12 200918182 上的產生圖案其厚度與型態係具有高度一致性，具有銳利 的邊緣特徵並展現高黏附性，與接受基材之表面能量、潤 濕度或疏水性無關。在雷射印花轉印中，於沈積區域外並 不會形成液滴或碎片，其係為其他非接觸式轉印或噴射技 5術的表徵，從而能夠產生具有類似於光微影或接觸式轉£ 技術所能達到之特徵與解析度的圖案。 15 在一實施例中，流變合成物之黏性係等於或大、 10，_厘泊（cP)。在其他實施例中，塗層具有一等^ 於2微米的厚度。 3 ^ 1〇 在一實施例中，本發明之雷射印花轉印法理想係在〜 至·以及一大氣壓力實行。該雷射彳為脈衝雷射或是連續 波雷射，且雷射能量能夠透過一透鏡加以聚焦。在一實j 例中，雷射光束重複地照射依序界定之目標位置，在 界定的接受位置處產生沈積。該沈積可形成-二維圖Z 15是一三維圖案。 茶或 在實細*例中，目標基材包括一雷射透明撓性帶，复 對於雷射光束之波長而言係為透明。在一實施例中讀雷 射光束具有多種文中所述之波長。在一實施例中，雷射 束之脈衝長度係經過改變。 在實把例中’目標基材與接受基材之間的距離係 著Μ示基材相對於接受基材進行移動而維持在一預定範^ 内。在一實施例中，〜可變形狀孔隙係隨著目標基材相 於接受基材移動而維待對準雷射光束。 在實施例中’此積在接受基材上的流變合成物係使 13 200918182 用雷射光束加以固化。在另一實施例中，能夠使用一不同 的加熱元件，以固化沈積在接受基材上的流變合成物。此 一加熱元件可為一種與在雷射印花轉印期間所使用之雷射 不同的雷射。 5 接受基材可為一平板顯示器、一太陽能板、一半導體 晶圓基材等。此外，該基材可為平面或非平面式。在一實 施例中，該沈積流變合成物提供一對節點之間的電子連 接。在一實施例中，該帶材包括一塗佈有流變合成物之凹 陷井部。該凹陷井部係適合用以佈置在雷射光束之光學路 10 徑中。 圖式簡單說明 第1圖顯示一雷射轉印設備； 第2A圖顯示一雷射根據如同先前技術中所知的一 MAPLE-DW程序轉印一材料； 15 第2B圖顯示第2A圖之該材料在其轉印到接受基材以 後的狀況； 第2C圖顯示根據如同先前技術所知之一喷射程序的一 材料之轉印， 第2D圖顯示第2C圖之該材料在轉印到其接受基材以 20 後的狀態； 第3A圖顯示一種根據本發明之一實施例的流變合成 物，其已經從目標基材釋放，以反應一入射雷射光束，並 使用一印花轉印朝向一接受基材推進； 第3B圖顯示根據本發明之一實施例，第3A圖之該經過 14 200918182 釋放的流變合成物在已經轉印到其接受基材以後的狀態。 第4A圖顯示一種適合用以將一材料從一目標基材雷射 印花轉印到接受基材的裝置之一橫剖面圖； 第4 B圖顯示根據本發明之一實施例的一種具有凹陷井 5 部，適合用以固持一欲使用一雷射印花轉印進行轉印之流 變合成物的帶材； 第5 A、5 B與5 C圖係為依照本發明印花轉印之用於光束 成形的示範性佈置。 【實施方式3 10 較佳實施例之詳細說明 根據本發明之一實施例，具有一界定形狀之一流變合 成物係使用一入射雷射光束從一目標基材轉印到一接受基 材。該合成物係以一雷射光束加以照射，雷射光束之能量 密度係以一種方式加以選擇，以便產生雷射照射無蒸發流 15 變合成物之印花轉印。因此，該雷射照射無蒸發流變合成 物係從目標基材釋放並推離該目標基材，且沈積在接受基 材上的一界定位置處。 根據本發明，印花轉印，亦稱之為溫度轉印，能夠達 成所需的微小線寬以及次微米厚度。更具體而言，印花轉 20 印係為一種流變材料之轉印，其與照射目標基材（亦即，欲 進行轉印之材料係施加在其上的帶材）之雷射轉印脈衝具 有大體上一對一的形狀與區域對應，使得產生的轉印特徵 展現出均勻且良好界定的邊緣，以及遍及整個注重區域的 厚度。因此，帶材界面暴露到雷射脈衝之區域會釋放一相 15 200918182 同區域的高黏性流變材料，該材料在移動跨過帶材斑接受 基材之間的間隙時會保持其形狀，並且形成一相同尺寸的 $積圖案。印花雷射轉印程騎生在—環境關狀態，也 就疋s兒’約為室溫以及約處於大氣壓力狀雜。 5 /第3Α與3Β圖顯示材料206之印花轉印，該材料係朝向 接受基材104推進，且在其著陸時維持完整無缺。根據本發 明，-特殊可重複成分與形式之流變材料的塗層係在一相 對於雷射光束與接受基材之可重複位置轉印到一基材― 種實行雷射印彳b轉印狀_之設備係描述於第丨1/74828丄號 10美國專利申請案中。 印花轉印與流變材料的性質之間存在強烈的依存性， 且尤其疋對於黏性大於1〇,〇〇〇(^，更特別是大於1〇〇,〇〇〇^ 之一高黏性材料。尤其是，使用高黏性糊狀物用於 雷射印 花轉印能夠釋放出包括在帶材中之—均勻、無破碎且無變 15形之剪切層，存在於咼黏性糊狀物中之強大黏附力能夠達 成此作用。如第3A與3B圖中所示，經轉印之高黏性層2〇6 隨其推進跨過使帶材106與接受基材1〇4相隔開的間隙112 時仍維持完整。此外，由於經轉印之高黏性層2〇6大體上保 持疋整，故能夠將其推進跨過相當大的間隙112，更具體而 2〇 5則為距離範圍約為十微米或更大的間隙。在比較方面， ^ 較低黏性墨水行進跨過小於幾微米之一間隙時，其會 由於墨水之表面張力以及存在於間隙中的周遭空氣阻力而 刀散成為更小之元素。一較低黏性流體分散成為更小元素 之另—後果係為，由於降低之黏性使得分散元素形成更小 16 200918182 液滴之轉印， —連續的均勻 雷射轉印光斑 的球體而出現較高的表面能量，從而導致小 如此在撞擊到接受基材之表面時將不會形成 層。小液滴（球體）反而傾向散佈涵蓋一較原始 大的一區域，從而必然會產生碎屑。 5 10 20 上一般而言，諸如糊狀物之高雜流變材料提供一好 於諸如墨水的低黏性流變材料之優點。，▲ -炎 物且古t 无阿黏性糊狀 物具有較㈣固體成分，且因此在印刷傳導性相當重要的 金屬特徵方面，高雜她物能_單切式施加，而使 用低黏性墨水欲達成目標傳導性則f要進行多次程序。此 外，高黏性材料較不容易受到接受基材表面能量性質之影

響’且尤其是較不容易在到達接受基材之表_後由於I 觸角度影響而散開。如此係為_非常重要的考量，因為高 黏性糊狀物較不會藉由—接受基材之表面疏水性加以影 響’且係更容易對於接受基材之表面具有良好的黏附另 外，由於高黏性糊狀物在到達接受基材時係維持其形狀， 具有良好界定之連續圖案以及均自邊緣㈣形成跨過諸如 粗糙、斜面與階狀之表面缺陷。第20與21)圖顯示使用習用 技術之MAPLE-DW以及噴射程序加以轉印的低黏性材料所 產生之形狀。第3A與3B圖顯示本發明之高黏性材料的印花 轉印之結果。本發明之印花轉印的優點係由第2B與2D圖以 及第3A與3B圖之比較可見。 塗層厚度係為印花轉印程序中之一重要變數，且係為 一不同於諸如噴射區制之其他雷射轉印技術的印花轉印之 顯著因素。根據經驗指出，當塗層厚度係少於丨微米，且更 17 200918182 具體而言係少於〇·5微米時會產生最佳的印花轉印。相反 地，如同美國專利第6,815,015號中所描述之喷射區制所需 要的塗層厚度則約為10微米。一較厚塗層需要一較高的雷 射能量，使塗層自其周圍脫離。較高能量雷射脈衝可能導 5 致由於加熱含在塗層中的溶劑而產生更熱或是更多的蒸 汽，且如此導致更高的壓力脈衝，其不僅使塗佈材料從帶 材脫離，亦會由於將其打成碎片而破壞了轉印塗佈材料之 整體性。相反地，由於印花轉印程序以完全相同的方式轉 印該塗佈材料，故非常薄的塗層亦能夠非常均勻，且尤其 10 是，不會產生針孔或間隙。 塗層厚度結合塗層黏性在印花轉印方面係為重要因 素。印花轉印最佳產生在高黏性以及低厚度，而喷射轉印 則需要較低的黏性以及較大的厚度(較大體積），以便能夠形 成頸部或喷出部(jet)。 15 流變材料之成分平衡的穩定性對於可重複且可重製印 花轉印而言係為必須。在LIFT以及MAPLE-DW程序中，欲 進行轉印之材料通常係為固體，而流變材料係為包括機能 性材料、溶劑或承載材料、結合劑、分配劑等，任何該等 成分係有助於諸如黏性之流變性質的均質混合物。某些選 20 定的流變材料可包括具有低但卻非零蒸汽壓力之溶劑或流 體，藉以使流變材料由於此等溶劑或流體之蒸發而隨著時 間而產生變化。由於非常高的面積對體積比，其增加了任 何位於墨水中之揮發性成分的蒸發，使得用於印花轉印法 所需要的帶材上之非常薄的塗層可能會高度不穩定。因 18 200918182 200918182 f 10 15 20 ^ ’為了穩定的印花轉印，尤其是線寬少於或等於5微米而 〇右人進灯轉印之流變材料必須具有麵過相當時間的穩定 ]·生邊成刀之保留此夠藉由數種方式力σ以達成，包括⑻將 欲進行轉印之流變材料放置在1 且礙改變的環境中(例 如，-控制溫度、濕度以及壓力狀況的環境），或是⑼控制 程序以及處理步驟之順序，以便使流變材料在轉印時之暴 露時間係接近隨時相同，如同美國專利申請案第議讀 號中所描述者。 如同美國專利申請案第刪8281號中所述，一種適合 對於接受基材維持一固定帶材高度之實施例包括在帶材中 形成一凹處或井部，其接著以流變材料加以充填，如第4A ^圖中所示。第4關係為其中形成具有凹陷井部124之 ^觸的-立體圖。凹陷井部124提供—種使配置在井部 變材料達成可重複均勻厚度的方法。無凹陷表面122 觸=基材，而不會以未轉印塗佈材料污染該接 j材。或者有转之帶材_在接 方的一固定間隙。 刊工 -井:ΓΓ花轉印而言係使崎十微朗約兩微求之 卓姑〜，續供―通常為五微树路寬度以及-欠微 :井部―用為人所—加::： 井部使得吾人能夠使用堅硬錢性基板材料。 ”唯Γ將糊狀物到人帶材井部，該糊狀物之流變性便 匕夠維持夠長的時間，能夠在糊狀物乾固之前設定以ii 19 200918182 行多次之轉印。 &用於印花轉印之雷射可為-種二極管聚浦雷射、閃光 燈泵浦雷射、一連續波雷射，或是 何其他適合用於材料 轉印之雷射。選用之雷射對於其中枓料轉印之功能传斑材 5料去除相結合的那些案例能夠具有較廣泛的容量需求了商 場上販售的脈衝雷射典型涵蓋從深紫外光_到光 剛完整光譜範圍’且更具體而言係從挪奈米到祕 米，而脈衝寬度範圍從1〇-12到10-6秒， ’、 〇到高於κκ)ΚΗζ。-適當雷射之十脈衝重複頻率則從 _ &例係為一頻率四倍或 三倍Q-開關斂㈣石權石Nd:YAG(或是敍銳體

Nd:YV04)雷射，其具有—範圍寬廣之波長，諸如祕夺 米（紅外光）、532奈米（綠光）、355奈米（紫外光）、266夺米（深 紫外光），並提供少於⑽奈秒，且典型為5卿秒之間的脈 衝。雷射之光束輪廓應具有一「頂帽」輪廊，並均勾地跨 15過欲進行印花轉印之區域。轉印亦能夠以較不均勾的光束 輪麻所產生，諸如-高斯輪廓。在印花轉印狀態中用於流 變材料之雷射轉印的雷射通量範圍典型為15到50毫隹耳/ 平方公分(嫌一。諸如—Q開關雷射之雷射能夠加以構造 成提1、夕於100不、移之脈衝用於轉印以及用於切割修補且 20亦提t、數百微心長之脈衝(例如娜到獅微秒)或者是以連 續波㈣模式，用於轉印線路之固化。 欲進行一印花轅e Μ卩’則需要符合某些條件。欲進行轉 印之材料必須具有高黏性(大於聊〇 cp，且典型大於 100,000 cP)，塗層晨疮 予哎必須典型少於一微米，且雷射光束 20 200918182 月&量（與通量）必須相當低（少於約50 mj/cm2)。結合一高均勻 性以及低能量密度之雷射來源與一高黏性流變流體的—非 常薄之塗層進行反應能夠平滑地釋放暴露於雷射脈衝的區 域，而同時抑制任何由於塗層之釋放與轉印所產生的剪 5力。也就是說，層之運動如同一流體在層流狀態中的運動。 印花轉印在層流轉印狀態中運作，與其他在燒蝕基質蒸發 或噴射狀態中運作的雷射轉印技術不同。由於這些條件， 雷射印花轉印法會產生與照射在其上施加有塗層材料之帶 材上的雷射光斑尺寸與形狀係為丨比丨之高黏性塗層材料的 f

10轉印或沈積。也就是說，暴露於雷射脈衝之帶材界面的區 域會釋放大體上與高黏性流變材料完全相同的區域，其在 行進跨過帶材與接受基材之間的間隙時維持其形狀，並且 形f一大體上尺寸相同的一沈積圖案。此外，由於該轉印 之而黏性層維持大體上完整，故能夠將其推動跨過相當大 15的間隙，更具體而言約為十或更多微米的間隙距離。 …、六他雷射前向轉印法，一旦對於帶材上之 進行最佳化，烟Μ轉印之條賴產生的特徵尺寸細 狀係直接藉由雷料束形狀以及該之^ 制。此印花轉印動作涉及多個方面，並提供 20 雷射轉印技。藉由先學成形#料東且= 例如正方形或矩形 业丑化成 雷射印花轉印程序會產生對庫 或矩形形狀材料之直接印刷。如同美國專利； 一成形孔隙或是^^印刷設備能夠在光束路捏中包括 〜狀孔隙。-可變形狀孔隙容許改變 21 200918182 >之尺寸’諸如正方形（第5A_是具有與最小光斑尺 寸相同之-尺寸的矩形（第5贼_)。在第从、_冗圖 中所顯示的範例中，孔隙之兩側(咖)係保持固定，而笪餘 兩邊緣㈣d)係以X且/^方向移動。能夠形成不同尺寸之 光束形狀a，bVd，’且這些形狀能夠藉的花轉印程序以相 同的形狀與尺寸加以複製。亦能夠使用其他產生不同尺寸 孔隙的方法。例如，在-實闕巾，—可變㈣能夠包括 四個可移動邊緣(a,b,c,d)。 15 20 例如，除了使用十個雷射脈衝印刷十個各為五微米乘 五微米之相鄰正方形的-線路，相同的五乘五十微米線路 能夠使用一個五乘五十之矩形的成形光束以及一單次雷射 脈衝加以印刷。在另一範例中，如果所需之特徵係為一「乙」 形線路，料五十鮮腳長収五微讀路寬度，‘則印花 轉印程序能夠僅以兩個步驟印刷該「L」：首先改變孔隙， 以產生-尺寸為5微米乘50微米之光束(顯示， 中），且接著改變該孔隙，以形成-尺寸為5〇微米乘5微米 的光束（料於例™中）。在另1例中，如果設定 一對應孔隙尺寸且從而設定出光束尺寸，_如__5()微米 乘職米之大面積能夠以-個脈衝加以印刷。因此，雷射 印化轉印法之一第一優點係為該經過轉印的特徵能夠具有 一藉由使用者透過光束成形孔隙佈置加 乂界夂之形狀。 帶有-可變形狀孔隙之雷射印花轉印法的—第二優點 係為輸出，由於這些組合能夠以最少之步驟構造一具有最 大可行特徵的所需圖案’且因此在—段較藉由其他習用直 22 200918182 5 接寫入法完成所需時 印花轉印之ι-優點係在:::時間内完成寫入。雷射 儀器加以控制。 特徵尺寸係藉由1 如此表示不间 柯田田射光學 低黏性材料之雷射正向轉h噴墨液滴控制或甚至使用 五微米)照射光束輪麼，並二對於相應非常狹窄之(小於 料，便能夠印㈣目應 2足夠的光束能量到轉印材 根據本發明，印花轉印之— * 一， ^丨叉•況！ Ί尔巧具 碎屑。印 10 15 20 豕个\明，印花轉印之—结 出所需的圖案，並且產仏第四優點係為其能約產生 花轉印在片層轉印狀態中=無周圍無關碎屬。印 噴射狀態中運作的雷射’與其他在燒姓基質蒸發或 技術或程序由於以高 術以及噴墨程序相反，該 之撞擊而產生嗔機或:轉=料或墨水與基材表 生的交互污染或在進行修制可能會產生不希望 希望發生的電子短路/ &修改的電路或圖案中產生 構造= : = :係在於其?夠形成…直立 積自由直立，間隙或疋空隙。如此能夠沈 、 “橋’其在交又以及其他三維構造之直接印 刷方面具村行n <直接印 々印化轉印之-第六優㈣為其能_印非常低厚度的 特徵之能力。藉由美國專利第號巾所描述的喷射 私序以及美國專利第6 805 918號與6，177151號中所描述的 早期MAPLE-DW努力所產生之轉印典型厚度約為十微米左 右。本發明之印花程序係能夠轉印厚度為〇_〗微米之層。 雷射印花轉印法需要固化該經過轉印的流變材料。例 面 發 不 23 200918182 如，對於形成薄膜金屬線路而言，能夠使用具有金屬奈米 顆粒混入包括溶劑與結合劑之載體的流變糊狀物，且在轉 印之後需要進行加熱，以便驅散非金屬溶劑與結合劑。固 化硬體能夠包括一雷射（連續波或脈衝）或是一雷射二極 5 管，以及任何提供一熱源以固化在直接寫入轉印期間沈積 之經過轉印的材料所必須的相關光學儀器。或者，該轉印 雷射總成能夠加以構造成提供必須的固化參數（脈衝長 度、能量），或是能夠在一專用轉印雷射以外佈置一專用固 化雷射。 10 在使用一雷射用於固化的案例中，雷射波長應大約符 合流變材料需要固化（或加熱）的波長。典型而言，由於IR 波長與加熱之相關性，雷射固化程序係使用紅外光(IR)雷 射。本發明之一實施例使用綠光（或是一Nd: YAG雷射之532 奈米）波長用以固化金屬（尤其是金或銀)奈米顆粒糊狀物以 15 及墨水，由於其電子電漿共振發生在對應2.48 eV左右的光 子能量之頻率，且532奈米波長光子能夠非常有效率地將其 能量耦合到銀奈米顆粒，產生加熱與固化。使用一綠光波 長而非IR波長固化薄膜轉印圖案具有進一步的優點，因為 對於修補應用而言，通常需要使位於轉印圖案以及周圍區 20 域下方的基板之加熱影響減到最小以避免損壞。例如，在 修補平板顯示器電路方面，玻璃與氧化銦錫(ITO)層對於綠 光波長係為透明，且在IR波長則會吸收更多能量。 在一範例中，帶有銀奈米尺寸顆粒，並具有大於約 120,000 cP之黏性的墨水糊狀物係使用標準刮刀技術施加 24 200918182 到一玻璃帶材基材。該墨水糊狀物塗層係約為0.3微米厚。 玻璃帶材基材接著係加以反向，以致於使該糊狀物塗層面 對一平坦玻璃之接受基材。在糊狀物塗層與接受基板之間 係建立一約為8微米之間隙。—脈衝頻率三倍之Nd : γν〇4 5光束雷射（波長355奈米）係導引通過一矩形孔隙，並且透過 一20倍顯微物鏡成像，以致於使一個五乘十五微米之矩形 光束照射在玻璃帶材基材上。接受基材係藉由一安置於一 x-y台件上之真空夾頭加以固持。約為〇 3微米厚之五乘十五 的矩形圖案係藉著調整雷射脈衝以及x_y台件之步進而轉 10印產生到接受基材上。印刷在接受基材上的金襯墊之間的 線路係隔開180微米。台件速度約為5〇微米/秒，且雷射擊 發之間的間隔典型係為12微米，以容許轉印圖案之間的充 分重疊。光束焦點通量約為33 mJ/cm2。印刷線路係使用在 532奈米運作之連續波綠光雷射，並透過相同的顯微物鏡加 15以導引而固化。綠光雷射之焦點強度係設定成約為27 kW/cm2，並掃瞄涵蓋該印刷線路。所產生之線路具有良好 的黏附性(4倍帶測試），並具有約為10微歐姆公分之電^且 抗性。 在另一範例中係準備一如先前範例1中所述之未固化 20耗例 '然❿，在此範例中，印刷在玻璃樣本上之線路係在 35〇 C之溫度進行烤爐固化。所產生的線路顯示出良奸的, 附性(4倍帶測試）。 的黏 在另一範例中，銀墨水糊狀物係如同範例丨般施加 玻璃帶材基材。接受基材係為一平板顯示電路之分τ 25 200918182 該電路包括約為50微米乘50微米以及3微米深的一階狀特 徵。一個尺寸為5乘15微米之轉印矩形線路係在穿過階狀特 5 10 15 20 徵時加以印刷（速度為50微米/秒）。所產生之印刷線路符合 該階狀特徵，首先從頂部表面到傾斜側壁，接著跨過階狀 特徵之底部，且接著沿著相反側壁返回，持續到達頂部表 面。印刷線路係在532奈米波長以及約10 kw/cm2之聚焦強 度與每秒50微㈣速度進行雷㈣化。掃_子顯微鏡顯 示出’線路係、連續且高度地界定。跨越不同類型表面之雷 射固化產生大約為48微歐姆公分的電子阻抗性。亦使用烤 爐固化，並使印刷線路產生類似的良好階狀覆蓋。 不發明之上述實施例係作為顯示而非限制之用，各種 另擇方式與相等方式係為可彳卜儘管已鋪由_範例 一平板陣列修補描述本發明，理解到的是，本發明能 用於屬於平面顯㈤(FPD)製造的其他修獅序諸 過滤器修補，或者是面板修補。此外，本發日植夠用於^ 要沈積之直接寫人·，諸如微電子電路製造與修補，= ，與场能板上之線路印刷，或者是太陽能板之修補 疋電谷'電池、半導體電路之製 或 内容而言，其他的添加、減少二=就本發明之揭露 計屬於所”請專利範圍之範為顯而易見’且預 【圖式簡單說明】 同先前技術中所知 的一 第1圖顯示一雷射轉印設備； 第2Α圖顯示一雷射根據如 MAPLE-DW程序轉印一材料； 26 200918182 第2B圖顯示第2A圖之該材料在其轉印到接受基材以 後的狀況； 第2C圖顯示根據如同先前技術所知之一喷射程序的一 材料之轉印； 5 第2D圖顯示第2C圖之該材料在轉印到其接受基材以 後的狀悲， 第3A圖顯示一種根據本發明之一實施例的流變合成 物，其已經從目標基材釋放，以反應一入射雷射光束，並 使用一印花轉印朝向一接受基材推進； 10 第3B圖顯示根據本發明之一實施例，第3A圖之該經過 釋放的流變合成物在已經轉印到其接受基材以後的狀態。 第4A圖顯示一種適合用以將一材料從一目標基材雷射 印花轉印到接受基材的裝置之一橫剖面圖； 第4 B圖顯示根據本發明之一實施例的一種具有凹陷井 15 部，適合用以固持一欲使用一雷射印花轉印進行轉印之流 變合成物的帶材； 第5A、5B與5C圖係為依照本發明印花轉印之用於光束 成形的示範性佈置。 【主要元件符號說明】 100···習用設備 102.··最終透鏡 104…接受基材 106…帶材 110.··轉印圖案 112…間隙 116…雷射 120…井部深度 122.··無凹陷表面 108···欲進行轉印之塗層 27 200918182 124…凹陷井部 204…頸部/喷出部 202…流變流體 206···高黏性層 28

Claims (1)

1. 200918182 十、申請專利範圍： 1. 一種用於雷射沈積之方法，其包含： 設置一接受基材； 設置一目標基材’其係與該接受基材相隔開並且包 5 含一雷射透明支架，該支架具有一背表面及一前表面， 其中該目標基材之前表面係塗佈一層選定厚度及黏性 的流變合成物；及 設置一雷射光束，其係經導向通過該目標基材之背 側，以照射該塗佈層之一特定區域，該入射雷射光束具 10 有一選定之能量密度，以便能夠從該目標基板朝向該接 受基材均勻地釋放且無揮發地轉印該塗層之一區域，其 中該經轉印之流變合成物大體上以與入射雷射照射區 域之尺寸與形狀成1比1的方式在該接受基材表面上之 一界定位置處形成一沈積物，以便產生印花轉印。 15 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該流變合成物之一 黏性係等於或大於10,000厘泊（cP)。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該塗層具有一等於 或小於2微米之厚度。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法係在約室溫 20 以及大氣壓力狀態實行。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射係由包含脈 衝雷射以及連續波雷射所構成之一群組中所選出。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射光束係透過 一顯微物鏡或是其他對焦光學儀器加以對焦，以形成入 29 200918182 射雷射光束。 7·如申請專職圍第1項之方法，其中該雷射光束係藉由 —孔隙加以成形。 5 10 15 20 如申請專利範圍第7項之方法，其進一步包含： 隨著該目標基材相對於雷㈣束移動而將至少一 個固定形狀孔隙維持對準該雷射光束。 9·如申請專利範圍第7項之方法，其進—步包含： 隨著該目標基材相對於雷射光束移動而將至少一 個可變形狀孔隙維持對準該雷射光束。 瓜如申請專利範圍第9項之方法，其進_步包含： J⑺苗耵无釆移動時改變對準該 雷射光束之-中叫可變形狀孔隙之尺寸。 人 申請專利範圍第1項之方法，其中該設置雷射光束之 Γ驟係重複在依序界定之目標位置以及依序界定的接 :::處’且其中該沈積形成-二維圖案或是-三維圖 案其中一者。 Μ /料鄕㈣1項之方法，其中該雷射透明支架係 由玻璃以及聚合物塑膠所構成之—群組中選出。 13_=:範圍第1項之方法’其中該接受基材包含- 專利範圍第！項之方法， 細肚札b /、〒該仙變合成物係由 非牛㈣ X，秦液、懸浮液、牛頓流體、 非午頓流體、黏彈性流體 組令所選出。性流體所構成之-群 30 200918182 15. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 在該目標基材相對於接受基材移動時，使該目標基 材與接受基材之間的距離維持在一預先界定的範圍内。 16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射光束具有多 5 種文中所述之波長。 17. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 改變該雷射光束之脈衝長度。 18. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 使用該雷射光束固化沈積在接受基材上之流變合 10 成物。 19. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 加熱沈積在該接受基材上之流變合成物。 20. 如申請專利範圍第19項之方法，其進一步包含： 使用一第二雷射光束固化該沈積在基材上之流變 15 材料。 21. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該接受基材包含微 電路，且係由平板顯示器、太陽能板，以及半導體晶圓 基板所構成之一群組中所選出。 22. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該沈積流變合成物 20 提供一對節點之間的一電子連結。 23. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該目標基材包括一 塗佈一流變合成物之第一凹陷井部，該第一凹陷井部係 適合佈置在雷射光束之光學路徑中。 31