201232606 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係有關一種使用雷射光束的加工方法，特別是關 於一種使用雷射光束對表面具有多層薄膜之基材進行加 工的方法。 [先前技術3 [00〇2] —般常見的觸控式顯示面板（touch panel )、平面顯示 器（flat panel display)、薄膜太陽電池（thin fUm solar cell) ' 電子紙（eiectr〇nic paper)…等，常 會在基材（substrate)上附著备種如氧化銦錫（丨nd丨um
Tin Oxide，ITO)、二氧化錫（Sti〇2>、氧化鋅（Zn〇)、 氧化鋅鋁（A卜doped ZnO，AZO)、二氡化砍（Si〇 )= 2 ^ 丨 _ _ 氧化二銘（ai2〇3)、氮化碎（SiNx)…等薄fe(thin film)，藉由薄膜達到電學或光學效用，而附著在基材的 薄膜，通常都要依照產品功能的需求進行預設圖案或線 路的加工。以觸控式顯示面也為例說明，觸控式顯示面 板上的透明導電薄膜（transpaYent c〇nduct丨^
Him)較常採用氧化細錫〇爾，南來傳導^ 係將氧化銦錫（IT0)濺鍍或蒸鍍於基材上，製作出义與丫方 向的圖案或線路，再經過後端製程與組裝整合，便可透 過觸碰誘發氧化铟錫（IT0)薄膜產生電流變化，再透過電 流變化進行訊號轉換及運算，可使觸控式顯示面板上的 顯示内容做出相對應的變化。 [_㈣基材表面之薄膜層的圖案化加卫，f知技術都是使 用濕式姓刻方式或乾式敍刻方式。濕式敍刻方式為黃光 100103661 表單編號A0101 第4頁/共25頁 1002006592-0 201232606 ，微办蝕刻等多道循環製程，相較於乾式蝕刻方式， n紅複雜n經過化學酸、驗液清洗的動作，有潛在環 保問題，且濕式餘刻的圖案是需要經由光罩（mask)來製 作开/成’右圖案需要改變，則需配合光罩的修改，成本 尚而且沒有彈性。 [0004] Ο 為改善濕式細丨方式存在多道步驟、高設備成本等缺點 ’越來越多人開始使用乾式雷㈣刻方式，乾式雷射姓 刻方式只需透過電腦事先規劃出所需的圖案，再配合雷 射光束與導m即可在基材表面得賴要的圖案》 此種以乾式雷㈣刻進行圖案化加卫的方式，是利用待 加工基材上的薄膜對特定雷,波長的高吸收率特性進行 雷射加工，先選擇一種能量被待加工基材上的薄膜吸 收之波長範圍内的雷射光束，再對待加主慕材上的薄膜 進行圖案化加工，以在待加工基材上的薄膜形成預設的 圖案。
[0005] G 對於表面具有多層薄膜基材也可利用乾式雷射蝕刻方式 ，一般習知的雷射加工方法只能使用在外層薄膜的材料 能隙（energy band gap)小於内層薄膜材料能隙的情形 下，且待加工的薄膜層對該等的雷射波長具有高度的吸 收率。若外層薄膜的材料能隙大於内層薄膜的材料能隙 ，欲對外層薄膜進行雷射加工卻還要保留内層薄膜時， 通常受雷射光束照射處的多層薄膜都會一起爆裂成碎屑 狀（debris)，無法達成所要的預設圖案，因此，當外層 薄膜的材料能隙大於内層薄膜的材料能隙時，只能使用 多道製程步驟'高設備成本等缺點的濕式蝕刻方式來形 100103661 表單编號A0101 第5頁/共25頁 1002006592-0 201232606 成預設的薄膜圖案，因此對於生產成本與生產時間以及 環境保護皆產生很大的影響。 [0006] 有鑑於此，如何針對習知利用雷射蝕刻方式對多層薄膜 之加工方法的缺點進行研發改良，實為相關業界所需努 力研發之目標。 【發明内容】 [0007] 為克服上述缺點，本發明提供一種多層薄膜基材加工方 法，包含以下步驟： [0008] 1. 提供包含基材、第一薄膜層及第二薄膜層的多層薄 膜基材，第二薄膜層的能隙高於第一薄膜層的能隙 ，第一、第二薄膜層依序形成於基材上； 2. 以雷射光束自第二薄膜層方向照射多層薄膜基材， 並使受雷射光束照射處的第二薄膜層產生微裂紋； 以及 3. 以清洗製程去除第二薄膜層上之微裂紋。 [0009] 因此，本發明之主要目的係提供一種多層薄膜基材加工 方法，在本發明加工過程中薄膜層不會爆裂成碎屑，因 此在圖案化的加工過程中，預設圖案的成形不會因薄膜 層產生微裂紋而被破壞，使多層薄膜基材之圖案化處的 導電特性維持正常。 [0010] 本發明之另一目的係提供一種多層薄膜基材加工方法， 本發明利用薄膜層能隙的高低造成薄膜層能量吸收的差 異，即可產生微裂紋，並透過清洗製程去除微裂紋，不 僅減少製程步驟，而且可以降低生產成本及生產時間， 100103661 表單編號A0101 第6頁/共25頁 1002006592-0 201232606 [0011] ο
[0012] G
[0013] 100103661 可大幅提昇多層薄膜基材 圖案化加工的產能。 此外，本發明亦提供一種多層薄膜基材加工裝置，多層 薄膜基材加工裝置包含載台、雷射源、能量控制單元、 光斑調變單元、振鏡掃描單元、線性聚焦鏡、分光鏡及 硯覺單元。载台提供多層薄膜基材的放置。雷射源受激 發射出高斯分佈的雷射光束。能量控制單元用於調整雷 射源產生的雷射光束之能量。光斑調變單元接收雷射源 之雷射光束，用於調整雷射光束的直徑尺寸。振鏡掃描 單元接收經過光斑調變單元的雷射光束，用於導引雷射 光束射向多層薄膜基材《>線性聚焦&用於接收經過振鏡 掃描單元的雷射光束，用於ίιϋ射光束之集距。分光 _嫌.¾ :豕_1:筹 ；緣 鏡用於轉向折射來自多層薄族基材的輟明光源之反射光 束。視覺單元用於接收分光鏡轉向折射來自多層薄膜基 材的照明光源之反射光束。 因此，本發明之车要目的係提供一種多層薄膜基材加工 .I 裝置’本發明加工過程之薄膜層不會爆裂成碎屑，因此 在圖案化的加工過程中，預設圖案的成形不會因產生微 裂紋而被破壞，使多層薄膜基材之圖案化處的導電特性 維持正常。 本發明之另一目的係提供一種多層薄膜基材加工裝置， 本發明利用薄膜層能隙的高低造成薄膜層能量吸收的差 異’即可產生微裂紋’並透過清洗製程去除微裂紋’不 僅減少製程步驟，而且可以降低生產成本及生產時間， 可大幅提昇多層薄膜基材圖案化加工的產能。 【實施方式】 表單編號A0101 第7頁/共25頁 1002006592-0 201232606 [0014] 由於本發明係揭露一種多層薄膜基材加工方法，其中所 利用雷射加工之原理及技術，已為相關技術領域具有通 常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描 述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特 徵有關之示意，並未亦不需要依據實際情形完整繪製， 合先敘明。 [0015] 首先，請參考圖1，為本發明第一實施例的多層薄膜基材 加工方法流程圖。多層薄膜基材加工方法，包含以下步 驟： [0016] 步驟101 :提供多層薄膜基材10 :多層薄膜基材10包含基 材11、第一薄膜層12及第二薄膜層13(請參閱圖2A)。基 材11可以為玻璃（glass)、塑膠（plastic )、金屬 (metal)或聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET)等材質製成。第一薄膜層12為透 明導電膜，透明導電膜主要為具有高透光、高導電的薄 膜，因而可被作為電極或線路使用，透明導電膜一般可 選自氧化銦錫（IT0)、二氧化錫（Sn〇2)、氧化鋅（ZnO)或 氧化鋅鋁（AZ0)等材質。第二薄膜層13為透明絕緣膜，透 明絕緣膜需具有高透光、高阻抗的特性，因而可被作為 絕緣層或鈍化層使用，透明絕緣膜可選自二氧化矽 (Si〇2)、三氧化二銘（Al2〇3)或氮化石夕（SiNx)等材質。 值得注意的是，在材質的選用上，第二薄膜層13的能隙 (energy band gap)需高於第一薄膜層12的能隙。第一 薄膜層12係利用濺鍍或蒸鍍形成於基材11 一侧表面上， 而第二薄膜層1 3亦可利用濺鍍或蒸鍍形成於第一薄膜層 100103661 表單編號A0101 第8頁/共25頁 1002006592-0 201232606 12的表面上。此外，在第一薄膜層12與基材11之間，還 可以進一步包含一層絕緣層或純化層。 [0017] 步驟102 :提供雷射加工裝置201，雷射加工裝置201可 產生雷射光束A :雷射加工裝置201可產生具有高斯分佈 的雷射光束A(請參閱圖2B)，雷射光束A之波長較佳者可 介於150nm~l，100nm，更佳者可為180nm〜360nm，在本 實施例中所採用的雷射光束A波長為266nm或355nm，且 雷射光束A的脈衝能量（pulse energy)介於3〜30 uJ (l(T6Joule)。在雷射波長的選擇上，只要第一薄膜層 12對該雷射波長有吸收（吸收能量），且可進一步使第一 薄膜層12與第二薄膜層13交界之界面處產生包含熔融、 昇華或兩者（熔融與昇華）複合之物理性之相變化即可 [0018] 步驟103 :將雷射光束A自第二薄膜層13方向照射多層薄 膜基材10，使多層薄膜基材10的第二薄膜層13受雷射光 束A照射處產生微裂紋：將雷射加工裝置201的雷射光束A 〇 自第二薄膜層13的方向照射多層薄膜基材10,且雷射光 束A可自第二薄膜層13穿透射入第一薄膜層12，但雷射光 束A並不傷及基材11表面。當接受到雷射光束A照射後， 第一、第二薄膜層12、13開始吸收能量（請參閱圖2B)， 由於第一薄膜層12能隙小於第二薄膜層13能隙，因此第 一薄膜層12吸收能量的速度比第二薄膜層13快，當雷射 光束A持續進行照射，會使第一薄膜層12與第二薄膜層13 界面處的第一薄膜層12表面先開始熔融，第二薄膜層13 持續吸收能量（請參閱圖2C)。接著，第一薄膜層12熔融 100103661 表單編號A0101 第9頁/共25頁 1002006592-0 201232606 範圍逐漸擴大’且第二薄膜和與第—薄膜層i2交界處 也開始產生縣現象（請參閱關）。之後，第—薄膜層 12熔融部分開始局部氣化，且第二薄膜層丨祕融範圍逐 漸擴大（請參閱圖2E)。此時，第一薄膜層12氣化的氣體 暫時被密封（sealing)在第一薄膜層12與第二薄膜層丄3 界面處。當第-薄膜層12、第二薄膜層13吸收能量到一 疋程度，第二薄膜層13被雷射光束A照射處會因氣體體積 膨脹而掩壓抬^，使第二薄膜層13被雷射光束八照射處產 生起泡、霧化的微裂紋15(micro_crack)(請參閱圖 2F)，此時’即停止雷射光_的照射。界 明的是，在本實施例中，第二薄膜層以與第二薄膜層13 ...\ :;：5'. '* 交界之界面處受到雷射光束&照射後亦可能產生昇華的物 理性相變化，或者形成熔融及昇華兩種複合式的物理性 相變化，進而產生氣體，再經由氣體的膨脹推擠第二薄 膜層13，使第二薄膜層13受雷射光束a照射處形成起泡、 霧化的微裂紋15。 [0019] 步驟104 :以清洗製程去除第二薄膜層13上之微裂紋15 : 以清洗製程去除第二薄膜層丨3上產生微裂紋15的部分（請 參閱圖2G)，清洗製程可採用濕式或乾式清洗製程，其中 ’濕式清洗製程是採用水溶液去除微裂紋15，水溶液係 為去離子水（DI water)，避免使用造成環境污染的酸、 鹼液。乾式清洗製程採用毛刷（brush)、超音波 (ultrasonic)、電漿（plasma)、吸塵（debris extraction) …等裝置去除微裂紋 15(請參閱圖 2H) ， 本發 明之實施例是採用毛刷加上超音波、且搭配吸塵裝置， 100103661 表單編號A0101 第10頁/共25頁 1002006592-0 201232606 或可採用電聚配合吸塵農置，亦可採用毛刷加上超音波 、電漿、並配合吸塵裝置。前述組合視使用者需求變化 ，在此不再詳加贅述。藉此，雷射光束八即可在多層薄獏 基材ίο上，將其移動經過的路徑使第二薄膜層13產生微 裂紋15，以使第二薄膜層13形成圖案化。若雷射光束八之 波長、脈衝能量、頻率、掃描速度、光斑大小…等參數 控制得宜，在理想狀態下，第—薄膜層12表面所產生的 缺損非常少’甚至可視為無缺損（請參閱圖21)。 [0020] 請參閱圖3，為本發明第一實施例的多層薄膜基材加工裝 置示意圖。一種多層薄膜基材加工裝置2〇包含載台21、 雷射源22、能量控制單元23:、光斑調變單元24、振鏡掃 描單元25、線性聚焦鏡26、分光鏡27及視覺單元28。 [0021] 載台（stage)21可承載多層薄膜基材1〇，且可對多層薄 膜基材10產生真空吸力，使多層薄膜基材1〇可暫時性的 吸附於載台21上並隨著載台21移動。 [0022] 雷射源（laser resonator)22可使用固態雷射（solid state laser)、準分子雷射（excimer laser)或半導 體雷射（semiconductor laser)…等。雷射源22受激發 射出具有高斯分佈（Gaussian distribution)的雷射光 束A，使雷射光束A投射至位於載台21上的多層薄膜基材 10。較佳之雷射光束A波長介於150nm〜1，lOOnm，更佳 之波長介於180nm〜360nm。 [0023] 能量控制單元23耦接於雷射源22，用於控制調整雷射源 22產生的雷射光束A之能量。 100103661 表單編號A0101 第11頁/共25頁 1002006592-0 201232606 [0024] [0025] [0026] 光斑調變單_ 為一擴束器（beam expander)，用於接 收雷射源2 ? 、乙產生的雷射光束A，並調整雷射光束A的光束 直徑尺寸， 使雷射光束A在多層薄膜基材10上形成適當的 光斑大小(Wt Slze)。 兄掃私單元25接收經光斑調變單元24調整光束直徑大 小後之雷' 4
Μ光束A ’並導引雷射光束A射向多層薄膜基材 掘·鏡掃推單元25係可由兩組馬達驅動的轉向鏡 (tUI*ning mirror)251所組成，使雷射光束A藉由此振 鏡掃瞒單元25可於多層薄膜基材1〇上進行水平方向的掃 動’並可控制雷射光細掃動的路徑V 線性聚焦鏡（f — theta lens=〇26'係由若干透鏡（lens)組 - ···； ·\ ； 成的複〇透鏡（111111_1；丨_61&111.61^....1£113)..:.:，線性聚焦鏡26 接收經振鏡掃描單元25之雷射光束A，用於調整雷射光束 A之焦距。當雷射光束A進入線性聚焦鏡26的入射角 (incident angie)改變時〖綵難聚焦鏡如將可維持雷 射光束A之焦點於同一平面上，且在此平面上，雷射光束 A的入射角與移動距離之間維持一線性關係（linear relationship) ° [0027]分光鏡（beam splitter) 27設置於光斑調變單元24與振 鏡掃描單元25之間，用於分離雷射光束a與照明光源反射 光束B。分光鏡27可使來自光斑調變單元24之雷射光束a 通過，又能折射來自多層薄膜基材1〇之照明光源反射光 束B，使照明光源反射光東B轉向某一角度而導入視覺單 元28。 100103661 表單編號A0101 第12頁/共25頁 1002006592-0 201232606 [0028] [0029] Ο ο [0030] 視覺單元28接收分光鏡27轉向折射來自多層薄膜基材ι〇 的照明光源之反射光束Β，轉向角度的調整是以視覺單元 28所在位置為準’視覺單元28可提供雷射加工前的加工 位置定位（alignment)與雷射加工後的加工狀況檢測 (inspect ion) ° 本發明之發明人是以觸控式顯示面板用之玻璃基材1〇進 行測試’雷射光束A採用波長266nm或355 nm、脈衝能量 (pulse energy)5〜15uJ、頻率50~60kHz、掃描速度 800~1’ 200mm/s、光斑大小2〇〜6〇um，將滿足前述條件 的雷射光束A施加於厚度介於5 0 ~ 6 〇nm的第二薄膜層丨3及 厚度介於15〜25nm的第一薄臈層12之多層薄嗥基材10， 進行測試時’第一薄膜層12採:用氧化銦錫（IT0)，而第二 薄膜層採用二氧化矽（Si〇2) ^由於第二薄膜層13的能隙 高於第一薄膜層12的能隙，所以第二薄膜層13厚度越薄 越易加工’經過多次試驗後獲知；第二薄膜層13厚度必 須小於lOOnm。第一薄膜層12厚度越厚，將可吸收更多的 能量加速第二薄膜層產生微裂紋15，但厚度越厚越不 容易透光’同時，經多次試驗後獲知：第一薄膜層12厚 度必須大於10nm即可，最大厚度須依使用者需求而決定 〇 因此’第一、第二薄膜層12、13厚度或材質改變時，雷 射光束A的波長、脈衝能量、頻率、掃描速度、光斑大小 …等參數也須一併調整。藉此，發明人成功地將第二薄 膜層13予以產生微裂紋丨5，位於第二薄膜層13上產生微 裂紋15下方的第一薄膜層12也被保留下來，且沒有微裂 100103661 表單編號A0101 第13頁/共25頁 1002006592-0 201232606 紋1 5產生，更沒有造成基材11表面損傷。再經由清洗穿】 程’使得第二薄膜層13上所產生的微裂紋15部分去除洗 淨’讓第二薄膜層13產生預設的圖案。故使用波長266nm 或355nm的雷射光束A，確實可以有效地對基材11所附著 的第二薄膜層13做預設圖案的加工。 [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] 综上所述’本發明以雷射光束通過第二薄膜層照射於第 一薄膜層内’讓基材不受雷射光束傷害之下，透過第— 、第二薄臈層能吸收雷射光束之能量，且第—薄膜層的 能隙小於第二薄膜層的能隙造成能量吸收的差異，讓第 一薄膜層受雷射光束照射處局部氣化而不產生微裂紋， 而使第二薄膜層受雷射光束照射處產生微裂紋且再透 過清洗製程去除微裂紋，達成喊設圈案，製程步驟簡單 、圖案成形快速、圖案化過程無需使用光罩，可大幅降 低設備購置成本、降低生產時間、降低污染物輸出及提 昇環保效益。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發 明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術 領域之專Η人士應可明瞭及實施’因此其他未脫離本發 明所揭示之精神下所完錢等效改變或修飾，均應包含 在申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1，為本發明多層薄膜基材加工方法流程圖。 圖2Α，為本發明多層薄膜基材示意圖。 圖2Β ’為本發明多層薄膜基材之開始照射雷射光束示意 100103661 表單編號Α0101 第14頁/共25頁 1002006592-0 201232606 圖。 [0036] 圖2C，為本發明多層薄膜基材之第一薄膜層熔融示意圖 〇 [0037] 圖2D，為本發明多層薄膜基材之第一薄膜層及第二薄膜 層熔融示意圖。 [0038] 圖2E，為本發明多層薄膜基材之第一薄膜層局部氣化示 意圖。 [0039] 圖2F，為本發明多層薄膜基材之第二薄膜層產生微裂紋 之示意圖。 [0040] 圖2G，為本發明多層薄膜基材之清洗製程去除微裂紋之 示意圖。 [0041] 圖2H，為本發明多層薄膜基材圖案化加工後之實際狀態 示意圖。 [0042] 圖21，為本發明多層薄膜基材圖案化加工後之理想狀態 示意圖。 [0043] 圖3，為本發明第二實施例之多層薄膜基材加工裝置示意 圖。 【主要元件符號說明】 [0044] 步驟 101 〜104 [0045] 多層薄膜基材10 [0046] 基材 11 [0047] 第一薄膜層12 100103661 表單編號A0101 第15頁/共25頁 1002006592-0 201232606
[0048] 第二薄膜層13 [0049] 微裂紋15 [0050] 多層薄膜基材加工裝置20 [0051] 雷射加工裝置 201 [0052] 載台21 [0053] 雷射源22 [0054] 能量控制單元 23 [0055] 光斑調變單元 24 [0056] 振鏡掃描單元 25 [0057] 轉向鏡251 [0058] 線性聚焦鏡26 [0059] 分光鏡27 [0060] 視覺單元28 [0061] 雷射光束A [0062] 照明光源之反射光束B 100103661 表單編號 A0101 第 16 頁/共 25 頁 1002006592-0