TW201641465A - 利用雷射破壞與蝕刻在玻璃物件中製造通道的方法以及由該方法所製得的物件 - Google Patents

Abstract

茲提供形成玻璃物件的方法和對應玻璃物件。形成玻璃物件的方法包括提供玻璃基材片，及令脈衝雷射光束在玻璃基材片上平移。脈衝雷射形成雷射破壞區從玻璃基材片的第一表面延伸到玻璃基材片的中點。方法進一步包括使玻璃基材片接觸蝕刻液，以於雷射破壞區形成通道，通道的寬度與深度尺寸為小於150微米。玻璃物件包括第一表面、第二表面和通道，通道從第一表面延伸到第一表面與第二表面間一處。通道的寬度與高度尺寸為小於約150微米。

Description

利用雷射破壞與蝕刻在玻璃物件中製造通道的方法以及由 該方法所製得的物件

本申請案根據專利法法規主張西元2015年2月27日申請、指定美國的國際專利申請案第PCT/US15/17986號的優先權權益，本申請案依賴該臨時申請案全文內容且該臨時申請案全文內容以引用方式併入本文中。

本發明大體係關於在玻璃物件中製造通道的方法，更特別係利用雷射破壞及隨後蝕刻雷射破壞區來形成通道，以在玻璃物件中製造通道的方法。

玻璃物件用於各種產業，包括電子產業，其中玻璃用於覆蓋顯示裝置。顯示裝置實例包括液晶顯示器和發光二極體顯示器，例如電腦螢幕、電視和手持裝置。三維玻璃物件越來越常用於美化外觀與觸感。然要符合小尺寸允差，特別係使用塑形玻璃，相當具挑戰性，因為玻璃在重整、退火及化學強化期間尺寸會變形。此外，用於在玻璃物件中形成特徵結構(例如通道)的傳統電腦數值控制(CNC)加工方法若在重整前進行，則 將導致玻璃重整時不均勻加熱，造成玻璃物件表面波狀起伏與不當變形。

根據不同實施例，提供形成玻璃物件的方法。形成玻璃物件的方法包含提供玻璃基材片，及令脈衝雷射光束在玻璃基材片上平移。脈衝雷射形成雷射破壞區從玻璃基材片的表面延伸到玻璃基材片的中點。方法進一步包含使玻璃基材片接觸蝕刻液，在使玻璃基材片接觸蝕刻液後，雷射破壞區將形成寬度與深度尺寸小於150微米(μm)的通道。

根據其他實施例，提供玻璃物件。玻璃物件包含第一表面、第二表面和至少一通道，通道從第一表面延伸到第一表面與第二表面間一處。至少一通道的寬度與高度尺寸為小於150μm。

應理解以上概要說明和下述詳細說明均描述各種實施例，及擬提供概觀或架構以對主張標的的本質和特性有所瞭解。所含附圖提供對各種實施例的進一步瞭解，故當併入及構成說明書的一部分。圖式描繪所述各種實施例，並連同實施方式說明一起用於解釋主張標的的原理和操作。

110~115‧‧‧方塊

120‧‧‧系統

122‧‧‧雷射源

124‧‧‧雷射光束

126‧‧‧耦合光件

130‧‧‧玻璃基材片

131、133‧‧‧表面

132‧‧‧中點

135、137‧‧‧邊緣

140‧‧‧雷射破壞區

141‧‧‧雷射破壞線

410‧‧‧玻璃晶圓

415‧‧‧格子圖案

420‧‧‧中介層

425‧‧‧穿孔

427‧‧‧通道

428‧‧‧垂直細長部

430‧‧‧MEMS支架

d‧‧‧距離

第1圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，用於在平面玻璃基材片內產生雷射破壞區的雷射系統； 第2圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，平面玻璃基材片和聚焦脈衝雷射光束的頂部透視圖；第3圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，平面玻璃基材片內的雷射破壞區側視圖；第4A圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，分離的玻璃晶圓和中介層；第4B圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，結合的玻璃晶圓和中介層；第5圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，中介層的放大圖；第6圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，具有與不具通道的中介層強度；及第7圖圖示根據所述及所示一或更多實施例，製造塑形玻璃物件的方法流程圖。

現將詳述利用雷射破壞與蝕刻製程，由平面玻璃基材片製作玻璃物件的方法實施例，以在玻璃物件中形成特徵結構。通常，雷射破壞區形成在預定玻璃物件的平面玻璃基材片內的特徵結構(例如通道、狹槽等)周圍。根據實施例，雷射破壞區係藉由使玻璃物件或玻璃基材片接觸蝕刻液而蝕刻，例如浸沒或噴灑。在實施例中，在蝕刻玻璃基材片前及形成雷射破壞區後，平面玻璃基材片可重整成一或更多玻璃物件的預定三維形狀。故在一些實施例中，雷射破壞區形成具有初始幾何 形狀，以預先補償在重整、蝕刻及/或強化製程期間平面玻璃基材片的形狀改變，使雷射破壞區在重整、蝕刻及/或強化製程後具有預定幾何形狀。在實施例中，接著使玻璃基材片經蝕刻液處理，以自特徵結構移除薄片，及在實施例中，使特徵結構邊緣變平滑。在一些實施例中，特徵結構形成於上的玻璃物件或玻璃基材片接著經強化製程處理，例如離子交換化學強化製程。在平面玻璃基材片中形成特徵結構的各種方法將參照特定附圖詳述於後。盡可能以相同的元件符號表示各圖中相同或相仿的零件。然應理解利用下述方法，可於玻璃物件形成具多種尺寸與不同幾何形狀的特徵結構。

雖然所述方法可用於形成具各種組成的特徵結構玻璃物件，但在一些實施例中，平面玻璃基材片包含鹼鋁矽酸鹽玻璃。在一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：約64莫耳%至約68莫耳%的SiO₂；約12莫耳%至約16莫耳%的Na₂O；約8莫耳%至約12莫耳%的Al₂O₃；0莫耳%至約3莫耳%的B₂O₃；約2莫耳%至約5莫耳%的K₂O；約4莫耳%至約6莫耳%的MgO；及0莫耳%至約5莫耳%的CaO；其中：66莫耳%SiO₂+B₂O₃+CaO69莫耳%；Na₂O+K₂O+B₂O₃₊MgO+CaO+SrO>10莫耳%；5莫耳%MgO+CaO+SrO8莫耳%；(Na₂O+B₂O₃)-Al₂O₃ 2莫耳%；2莫耳 %Na₂O-Al₂O₃ 6莫耳%；及4莫耳%(Na₂O+K₂O)-Al₂O₃ 10莫耳%。

在另一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：約60莫耳%至約70莫耳%的SiO₂；約6莫耳%至約14莫耳%的Al₂O₃；0莫耳%至約15莫耳%的B₂O₃；0莫耳%至約15莫耳%的Li₂O；0莫耳%至約20莫耳%的Na₂O；0莫耳%至約10莫耳%的K₂O；0莫耳%至約8莫耳%的MgO；0莫耳%至約10莫耳%的CaO；0莫耳%至約5莫耳%的ZrO₂；0莫耳%至約1莫耳%的SnO₂；0莫耳%至約1莫耳%的CeO₂；少於約50ppm的As₂O₃；及少於約50ppm的Sb₂O₃；其中12莫耳%Li₂O+Na₂O+K₂O20莫耳%，0莫耳%MgO+CaO10莫耳%。

在又一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含SiO₂和Na₂O，其中玻璃具有溫度T_35kp，玻璃在T_35kp下的黏度為35千泊，其中鋯石崩解形成ZrO₂與SiO₂的溫度T_崩解高於T_35kp。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：約61莫耳%至約75莫耳%的SiO₂；約7莫耳%至約15莫耳%的Al₂O₃；0莫耳%至約12莫耳%的B₂O₃；約9莫耳%至約21莫耳%Na₂O；0莫耳%至約4莫耳%的K₂O；0莫耳%至約7莫耳%的MgO；及0莫耳%至約3莫耳%的CaO。

在再一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含至少50莫耳%的SiO₂和選自由鹼金屬氧化物所組成群組的 至少一改質劑，其中[(Al₂O₃(莫耳%)+B₂O₃(莫耳%))/(Σ鹼金屬改質劑(莫耳%))]>1。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：50莫耳%至約72莫耳%的SiO₂；約9莫耳%至約17莫耳%的Al₂O₃；約2莫耳%至約12莫耳%的B₂O₃；約8莫耳%至約16莫耳%的Na₂O；及0莫耳%至約4莫耳%的K₂O。

在另一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含SiO₂和選自由鹼金屬氧化物所組成群組的至少一改質劑。在一些實施例中，鹼金屬氧化物改質劑選自由MgO、CaO、SrO、BaO和上述混合物所組成的群組。不侷限於任何特定理論，咸信鹼土金屬比其他改質劑更不溶於蝕刻劑(例如HF)，故含鹼土金屬的玻璃具有緩慢表面蝕刻速率，故可降低完成玻璃物件的波紋度。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含約5莫耳%至約14莫耳%的鹼金屬氧化物，例如約8莫耳%至約12莫耳%的鹼土金屬氧化物。在一些實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：50莫耳%至約72莫耳%的SiO₂；約9莫耳%至約17莫耳%的Al₂O₃；約2莫耳%至約12莫耳%的B₂O₃；約8莫耳%至約16莫耳%的Na₂O；0莫耳%至約4莫耳%的K₂O；及約5莫耳%至約14莫耳%的MgO+CaO+SrO。

在又一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含SiO₂、Al₂O₃、P₂O₅和至少一鹼金屬氧化物(R₂O)，其中0.75[(P₂O₅(莫耳%)+R₂O(莫耳%))/M₂O₃(莫耳%)]1.2，其中M₂O₃=Al₂O₃+B₂O₃。在一些 實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含：約40莫耳%至約70莫耳%的SiO₂；0莫耳%至約28莫耳%的B₂O₃；0莫耳%至約28莫耳%的Al₂O₃；約1莫耳%至約14莫耳%的P₂O₅；及約12莫耳%至約16莫耳%的R₂O，在某些實施例中為約40至約64莫耳%的SiO₂；0莫耳%至約8莫耳%的B₂O₃；約16莫耳%至約28莫耳%的Al₂O₃；約2莫耳%至約12莫耳%的P₂O₅；及約12莫耳%至約16莫耳%的R₂O。

在其他實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含至少約4莫耳%的P₂O₅，其中(M₂O₃(莫耳%)/R_xO(莫耳%))<1，其中M₂O₃=Al₂O₃+B₂O₃，其中R_xO係鹼鋁矽酸鹽玻璃存有單價與二價陽離子氧化物的總和。在一些實施例中，單價與二價陽離子氧化物選自由Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO所組成的群組。在一些實施例中，玻璃包含0莫耳%的B₂O₃。

在再一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含至少約50莫耳%的SiO₂和至少約11莫耳%的Na₂O，且壓縮應力為至少約900兆帕(MPa)。在一些實施例中，玻璃進一步包含Al₂O₃和B₂O₃、K₂O、MgO與ZnO的至少一者，其中-340+27.1．Al₂O₃-28.7．B₂O₃+15.6．Na₂O-61.4．K₂O+8.1．(MgO+ZnO)0莫耳%。在特定實施例中，玻璃包含：約7莫耳%至約26莫耳%的Al₂O₃；0莫 耳%至約9莫耳%的B₂O₃；約11莫耳%至約25莫耳%的Na₂O；0莫耳%至約2.5莫耳%的K₂O；0莫耳%至約8.5莫耳%的MgO；及0莫耳%至約1.5莫耳%的CaO。

在一些實施例中，上述鹼鋁矽酸鹽玻璃實質無(即含有0莫耳%)鋰、硼、鋇、鍶，鉍、銻和砷的至少一者。在其他實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃實質無鋰、硼、鋇、鍶，鉍、銻和砷。

在一些實施例中，上述鹼鋁矽酸鹽玻璃可由習知製程下拉，例如狹縫抽拉、融合抽拉、再抽拉等，且具有至少130千泊的液相黏度。

應理解儘管特定玻璃組成描述如上，然方法和玻璃物件實施例可由許多不同類型的玻璃製成，而不限於上述玻璃組成。

首先參照第1圖，第1圖圖示用於在平面玻璃基材片130內誘發雷射破壞區的系統120。雷射源122設置及操作以產生脈衝雷射光束124，雷射光束由耦合光件126聚焦及導向平面玻璃基材片130。雷射源122可為任何能誘發雷射破壞區的雷射源。非限定舉例來說，雷射源122產生脈衝紫外光(UV)脈衝雷射光束124(例如波長約355nm)，此以皮秒或奈秒脈衝操作。

耦合光件126可配置成一或更多透鏡，以將脈衝雷射光束124聚焦成焦點在相對平面玻璃基材片130的預定位置的聚焦雷射光束。如下文所詳述，在一 些實施例中，耦合光件126的焦點可控制以於平面玻璃基材片130內形成雷射破壞區。

脈衝雷射光束124可配置以在平面玻璃基材片130上掃描形成預定雷射破壞區。在一些實施例中，平面玻璃基材片130耦接至電腦控制XYZ平臺(未圖示)，使平面玻璃基材片得相對脈衝雷射光束124平移。此外，在實施例中，分束器(未圖示)亦可提供以將雷射源122產生的單一雷射光束124分裂成複數個雷射光束，以於平面玻璃基材片130內同時形成複數個雷射破壞區。

現參照第2圖及第3圖，二圖圖示平面玻璃基材片內的直線雷射破壞區140。第2圖圖示平面玻璃基材片130的透視圖和由耦合光件126聚焦的脈衝雷射光束124，第3圖圖示平面玻璃基材片130的側視圖。雷射破壞區140由複數個個別雷射破壞線141定義，雷射破壞線位於第一表面131與第二表面133間並達大塊平面玻璃基材片130內的不同深度。例如，在實施例中，雷射破壞線可從第一表面131延伸到第一表面131與第二表面133間的中點132。在此，中點係指第一表面131與第二表面133間的任何位置，而非限於第一與第二表面間的幾何形狀中間。如第2圖及第3圖所示，個別雷射破壞線141垂直排列在x軸。各個別雷射破壞線141可藉由讓脈衝雷射光束124通過一或多次而形成。例如，第一雷射破壞線141可藉由把脈衝雷射光束124的焦點設在 第二表面133(即底側表面)上方一段距離且在平面玻璃基材片130的第一邊緣135附近而形成，此距離和特徵結構預定深度一樣。接著令脈衝雷射光束124在平面玻璃基材片130上方的距離d處朝第二邊緣137平移(及/或平面玻璃基材片130相對雷射平移)。接著，控制耦合光件126或移動平面玻璃基材片130，使脈衝雷射光束124的焦點位置朝平面玻璃基材片130的第一表面131漸進移動。接著再次令脈衝雷射光束124在玻璃基材片上面從第二邊緣137往第一邊緣135或從第一邊緣135往第二邊緣137平移(及/或平面玻璃基材片130再次相對雷射平移)。製程可反覆進行，直到脈衝雷射光束124橫越或在第一表面131(即上表面)正下方，進而完成形成雷射破壞區140。

個別雷射破壞線141形成的微裂可能延伸到鄰接個別雷射破壞線141而形成微裂網。為避免平面玻璃基材片130在雷射輻射製程期間失控裂開，在一些實施例中，個別雷射破壞線141不接觸玻璃基材片邊緣(例如第一和第二邊緣135、137)。例如，個別雷射破壞線141末端可偏離平面玻璃基材片130的邊緣數毫米，或在一些實施例中為數百微米。另外，脈衝雷射光束124應操作成不致在平面玻璃基材片130的第一和第二表面131、133形成溝槽。個別雷射破壞線141的節距可設定使平面玻璃基材片130不會沿雷射破壞區140過早破裂。在一些實施例中，個別雷射破壞線141的節距為小 於或等於約5.0μm，例如約1.0μm至約4.0μm或約2.0μm至約3.0μm。

在實施例中，雷射源依約60千赫至約200千赫的重複率操作，例如約70千赫至約190千赫。在其他實施例中，雷射源依約90千赫至約170千赫或約100千赫至約150千赫的重複率操作。雷射源的輸出功率和耦合光件的聚焦條件應可使光束焦點能量和強度為或略高於平面玻璃基材片的損壞閥值。在實施例中，雷射源的輸出功率為約0.1瓦(W)至約2.0W，例如約0.5W至約2.0W。在一些實施例中，雷射源的輸出功率為約0.75W至約1.5W，例如約1.0W至約1.25W。

可用具任何玻璃厚度的玻璃基材片進行選擇性蝕刻雷射破壞區。此對電腦數值控制(CNC)與其他機械製程產率很低的薄玻璃基材片(例如小於0.3毫米)和小尺寸特徵結構而言尤其有利，例如所述通道。

本發明實施例係藉由使雷射寫入玻璃基材片經蝕刻製程處理，而自特徵結構移除玻璃薄片，及使特徵結構邊緣變平滑。在實施例中，蝕刻液可由噴灑方法提供，其中蝕刻液噴灑於塑形玻璃基材片上，或把塑形玻璃基材片浸入蝕刻液浴。應理解本文亦包括其他施用蝕刻劑至玻璃基材片的製程。

在噴灑施用蝕刻劑的實施例中，噴灑噴嘴可按約0次擺動每分鐘至約40次擺動每分鐘的速度擺動，例如約10次擺動每分鐘至約30次擺動每分鐘。在其他實 施例中，噴嘴按約15次擺動每分鐘至約25次擺動每分鐘的速度擺動。噴嘴的噴灑壓力可為約0.5巴至約1.7巴，例如約0.75巴至約1.5巴。在一些實施例中，噴灑噴嘴的噴灑壓力為約1.0巴至約1.25巴。噴灑噴嘴的擺動次數和噴灑壓力可用於確保在玻璃物件中形成乾淨特徵結構。例如，若擺動次數太少及/或噴嘴噴灑壓力太低，則蝕刻劑將集成一灘，以致產生不精確的特徵結構。然若擺動太快及/或噴嘴噴灑壓力太高，則玻璃基材片蝕刻太快，導致在玻璃表面與特徵結構內形成團塊和缺陷。

不侷限於任何特定理論，咸信蝕刻液會因雷射破壞區存有微裂而蝕刻雷射破壞區。雷射破壞區和非破壞區同時遭到蝕刻，但蝕刻速率不同。雷射破壞區中的微裂將打斷化學鍵而提供路徑讓蝕刻劑滲入玻璃基材片更深處。因此，雷射破壞區的蝕刻速率遠比非破壞區快。

蝕刻液可包含氫氟酸做為主要蝕刻劑。諸如鹽酸、硫酸與硝酸等無機酸可促進蝕刻製程，及加快或減慢蝕刻速率，還有改善玻璃物件表面品質及減少污泥形成。在一些實施例中，硫酸結合氫氟酸用於蝕刻液。在一些實施例中，蝕刻液包括約2莫耳/公升至約5莫耳/公升的氫氟酸和約0.5莫耳/公升至約1.2莫耳/公升的硫酸，例如約3莫耳/公升的氫氟酸和約0.9莫耳/公升的硫酸。

另外，咸信界面活性劑有益於蝕刻製程，因為界面活性劑可增進蝕刻劑輸送到雷射破壞區，及使蝕刻製程產生的副產物懸浮。在一非限定實例中，界面活性劑為DuPont FS-10。應理解其他界面活性劑也可使用。在實施例中，界面活性劑存量為少於約0.1重量%，例如少於約0.05重量%或少於約0.01重量%。

在使用蝕刻液浴的實施例中，攪拌蝕刻液浴可增進雷射破壞區的蝕刻速率。蝕刻液和副產物均需不斷交換通過雷射破壞區的窄微裂通道。攪拌可加速微裂內質傳，及重清(refresh)雷射破壞區表面而連續蝕刻。超音波攪拌會影響蝕刻時間、表面損失和蝕刻比。有效攪拌可提高雷射破壞區與非破壞區間的蝕刻比，進而減少玻璃基材片的表面損失，及降低原料成本。在一些實施例中，以低於約132千赫的頻率攪拌，例如低於約125千赫。在其他實施例中，以低於約100千赫或低於約80千赫的頻率攪拌。因降低超音波頻率可提高各個別脈衝功率與洗滌效果，故低頻率與高振幅有利於快速交換蝕刻劑與副產物，及增進雷射破壞區的蝕刻速率。在一實施例中，超音波攪拌頻率為約40千赫。

茲發現垂直移動蝕刻液浴加上超音波攪拌並不會增進雷射破壞區的蝕刻速率，此係因為雷射破壞區的圓柱形網狀裂痕通常為垂直浴的垂直移動。沿平行裂痕方向的垂直移動速度近乎為零。因此當垂直攪拌和超 音波攪拌一起應用時，蝕刻比和玻璃基材片的最終厚度可能小很多。故在實施例中，蝕刻製程不包括垂直攪拌。

高蝕刻液溫度通常能提高蝕刻速率，故高蝕刻液溫度可用於縮短蝕刻製程時間，或反之，低蝕刻液溫度可用於減慢蝕刻速率，藉以更好地控制由雷射破壞區形成的特徵結構尺寸。若噴灑蝕刻製程期間的蝕刻液溫度太高，則噴灑時將使蝕刻液的酸蒸發。故在實施例中，蝕刻液溫度可為約35℃，例如約30℃或甚至約25℃。然應理解採行溫度可更高或更低。在實施例中，蝕刻液接觸玻璃基材片的時間可為約20分鐘至約50分鐘，例如約25分鐘至約45分鐘。在其他實施例中，蝕刻液接觸玻璃基材片的時間為約30分鐘至約40分鐘。在又一些其他實施例中，蝕刻液接觸玻璃基材片的時間為約50分鐘，例如約45分鐘或甚至約40分鐘。蝕刻液接觸玻璃的時間取決於所需通道深度、蝕刻濃度和蝕刻噴灑溫度。

為減少蝕刻劑造成玻璃基材片表面損失，乃施用耐蝕刻液(例如純HF或HF與礦酸混合物)的塗層至玻璃基材片的一或更多表面。在一些實施例中，耐酸塗層為選擇讓雷射通過耐酸塗層並在底下玻璃基材片中造成雷射破壞。

根據一些實施例，耐酸塗層包含乙烯丙烯酸和蠟聚合物乳液分散於水中。在一些實施例中，耐酸塗層組成具有約5重量%至約60重量%的固體/聚合物，例 如約15重量%至約46重量%的固體/聚合物。蠟聚合物和乙烯丙烯酸的種類與用量可依預定應用修改。耐酸塗層可以任何適合方法施用於玻璃基材片。在一些實施例中，耐酸塗層可利用浸塗、噴塗、旋塗或狹縫塗佈施用於玻璃基材片。一旦將耐酸塗層施用於玻璃基材片，便可加熱乾燥耐酸塗層。在一些實施例中，可加熱耐酸塗層達約150℃至約190℃，例如約170℃，以乾燥玻璃基材片上的耐酸塗層。在一些實施例中，乾燥步驟的時間可為約10分鐘至約40分鐘，例如約15分鐘至約30分鐘。在其他實施例中，乾燥步驟的時間為約20分鐘。不侷限於任何特定理論，咸信在乾燥步驟中加熱可使耐酸塗層中的蠟聚合物起霜(bloom)而提供疏水性表面。

耐酸塗層的厚度可為約1μm至約15μm，例如約3μm至約8μm。耐酸塗層可使用3重量% Semi-Klean溶液及超音波移除。耐酸塗層薄層可在沸水中移除，例如小於約10μm。

如上所述，在實施例中，耐酸塗層可選擇讓雷射通過耐酸塗層而在底下玻璃基材片誘發破壞。故在實施例中，耐酸塗層可在誘發雷射破壞前或後施用。在一實施例中，塗層施用於已由如離子交換強化的玻璃基材片(此將詳述於後)，及具有透明導電氧化物塗層，例如氧化銦錫。施用耐酸塗層後，如上所詳述，對底下玻璃基材片誘發雷射破壞。接著蝕刻及分離玻璃基材 片，隨後移除耐酸塗層。應理解耐酸塗層實際上可在所述製程的任何步驟中施用。

在一些實施例中，玻璃物件或玻璃基材片經強化製程強化。在一些實施例中，強化製程可在玻璃基材片形成特徵結構前進行。在其他實施例中，強化製程可在玻璃基材片形成特徵結構後進行。玻璃物件或玻璃基材片可由離子交換製程化學強化，其中玻璃表層的離子將被具相同價數或氧化態的較大離子取代。在一特定實施例中，表層的離子與較大離子係單價鹼金屬陽離子，例如Li⁺(存於玻璃時)、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺。故例如，存於玻璃的Na⁺可被較大的K⁺離子取代。或者，表層的單價陽離子可被除鹼金屬陽離子以外的單價陽離子取代，例如Ag⁺、Ti⁺、Cu⁺等。

離子交換製程會於玻璃物件或玻璃基材片的表面產生壓縮應力。壓縮應力延伸到玻璃物件或玻璃基材片表面底下達一定深度，此稱作層深度(DOL)。壓縮應力由拉伸應力層(稱作中心張力)平衡，使得玻璃物件或玻璃基材片中的淨應力為零。在塑形玻璃物件表面形成壓縮應力可使玻璃變強固且能抗機械破壞，如此可減緩塑形玻璃物件破損，因為裂縫未延伸通過層深度。

在一實施例中，玻璃物件或玻璃基材片經離子交換化學強化，其中當玻璃物件或玻璃基材片放入離子交換浴時，玻璃表面附近的較小鈉離子將與較大鉀離子交換。以較大鉀離子取代較小鈉離子會在玻璃物件或 玻璃基材片表面形成壓縮應力層。壓縮應力延伸到玻璃物件或玻璃基材片下面達特定層深度(壓縮表層)。壓縮表層從上表面與下側表面延伸至層深度。壓縮表層可藉由在玻璃物件或玻璃基材片中心形成內部張力層而平衡。

在所述實施例中，因強化而於塑形玻璃物件或玻璃基材片形成的壓縮應力和層深度足以改善塑形玻璃物件的損壞允差，同時還有助於在無裂縫引入塑形玻璃物件的風險下進一步處理(例如利用邊緣加工)。在一實施例中，壓縮應力為約200MPa至約1000MPa。在另一實施例中，壓縮應力為約500MPa至約800MPa。在又一實施例中，壓縮應力為約650MPa至約900MPa。在一實施例中，層深度為約10微米至約80微米。在另一實施例中，層深度為約30微米至約60微米。在又一實施例中，層深度為約40微米至約60微米。

在實施例中，當其他化學強化形式不適合玻璃組成時，例如離子交換，蝕刻製程可用作強化製程。

例如，在玻璃太薄而無法離子交換強化的玻璃物件或玻璃基材片中，例如小於約0.4毫米(mm)厚或甚至小於約0.3mm厚，或因玻璃組成不含適合離子交換的元素時，蝕刻製程可用於強化玻璃物件或玻璃基材片。不侷限於任何特定理論，咸信蝕刻製程可鈍化表面缺陷尖端，在一些情況下，可消除或減少可能削弱玻璃物件或玻璃基材片的表面缺陷深度。在實施例中，由 上述雷射破壞及蝕刻方法形成的玻璃在約5公斤力下的破損率為約50%，或在約4公斤力下的破損率為小於約20%。

在一些實施例中，在雷射破壞及蝕刻步驟後，強化玻璃基材片(例如，強化玻璃物件)。然在其他實施例中，可在雷射破壞及蝕刻步驟前，強化玻璃基材片。

在玻璃基材片於雷射破壞及蝕刻步驟前強化的實施例中，參照第1圖，雷射源122依約60千赫至約200千赫的重複率操作。雷射源122的輸出功率和耦合光件126的聚焦條件應可使光束焦點能量注量和強度為或略高於平面玻璃基材片的損壞閥值。在實施例中，雷射源122的輸出功率為小於或等於約0.6W，例如約0.4W至約0.6W。在一些實施例中，雷射源122的輸出功率為約0.5W。不侷限於任何特定理論，咸信使用輸出功率為或小於0.6W的雷射源，可使邊緣粗糙度減至1.5μm至2.0μm。特別地，在雷射源輸出功率為約0.4W至約0.6W下，鹼鋁矽酸鹽玻璃的邊緣粗糙度看來相當恆定。

在玻璃基材片於雷射破壞及蝕刻步驟後強化的實施例中，參照第1圖，雷射源122依約5千赫至約40千赫的重複率操作，例如約10千赫。在實施例中，視玻璃基材片的厚度與壓縮應力而定，雷射源122的輸出功率可為或小於約0.6W，例如約0.1W至約0.4W，例 如約0.15W至約0.3W。在一些實施例中，雷射源122的輸出功率為約0.2W至約0.25W。不侷限於任何特定理論，咸信雷射會在玻璃中形成多個微裂，致使雷射破壞區的玻璃體積增加。此膨脹會產生雷射誘發熱效應而形成額外的壓縮與拉伸應力疊加在現存應力圖案。附加應力與雷射功率呈比例關係，且可能使玻璃更接近易碎性極限。若雷射功率太小，則雷射破壞將太薄，因而無法當作周圍玻璃的高應力緩衝。若雷射功率太大，則會產生無法以雷射破壞減小的強大應力。在兩種情況下，玻璃都會斷裂。

在上述任一實施例中(即無論玻璃基材片係在雷射破壞及蝕刻前或後強化)，在一些實施例中，脈衝雷射光束的平移速度為約50毫米/秒至約2公尺/秒。在其他實施例中，脈衝雷射的平移速度為約50毫米/秒至約300毫米/秒，例如約250毫米/秒。

應理解除上述外的雷射參數也可用於形成雷射破壞區。視諸如玻璃性質、平移速度、雷射重複率和數值孔徑(NA)例如為0.15至0.3或以上的耦合光件126等參數而定，雷射脈衝能量可為5微焦耳(μJ)至數百微焦耳。

在一些實施例中，上述雷射破壞及蝕刻用於在玻璃物件中形成通道。在此所用通道為製作於玻璃基材片表面的凹陷且不貫穿玻璃基材片對面的另一者。通道可形成呈任何形狀或幾何形狀。例如，在不同實施例 中，通道可為直線、圓形、矩形、三角形等。在玻璃物件中形成通道有許多優點，例如提供貯槽供流體溢流、使冷卻流體流過玻璃物件，或提供玻璃物件美觀的設計元件。然若通道尺寸(深度與寬度)太大，則會危及玻璃物件強度。故在實施例中，期為小尺寸通道。

習知在玻璃物件中形成通道的方法難以形成小尺寸通道，例如CNC方法受限於CNC機器的物理屬性。例如，玻璃物件的通道寬度受限於CNC的刻劃機構尺寸，隨著刻劃機構消損，例如反覆使用，CNC機器形成的通道尺寸將變大。

在所述利用雷射破壞及蝕刻方法形成通道的實施例中，通道尺寸仍保持很小且可控制在很嚴格的允差範圍內。在一些實施例中，所述利用雷射破壞及蝕刻製程形成的通道尺寸(寬度與深度)為小於約150μm，例如小於約100μm或小於約75μm。在實施例中，通道寬度為約45μm至約125μm，例如約40μm至約120μm。在其他實施例中，通道寬度為約45μm至約115μm，例如約50μm至約110μm。在又一些其他實施例中，通道寬度為約55μm至約105μm，例如約60μm至約100μm。同樣地，在實施例中，通道深度為約30μm至約100μm，例如約35μm至約95μm。在其他實施例中，通道深度為約40μm至約90μm，例如約45μm至約85μm。應理解通道長度可從玻璃的一邊緣表面延伸到該玻璃邊緣表面對面的另一邊緣表面。

所述雷射破壞及蝕刻製程亦能在非常嚴格的允差範圍內提供上述尺寸(寬度與深度)。在實施例中，通道的寬度與深度允差為小於約±35μm，例如小於約±30μm。在其他實施例中，通道的寬度與深度允差為小於約±25μm，例如小於約±20μm。故在實施例中，通道的寬度與深度允差為約±10μm至約±35μm，例如約±15μm至約±30μm。在其他實施例中，通道的寬度與深度允差為約±20μm至約±25μm，例如約±20μm。

在實施例中，玻璃物件可形成為中介層，例如用於微機電系統(MEMS)。在此實施例中，參照第4A圖，玻璃晶圓410可以任何適合方法形成並塗覆抗反射塗層。應理解雖然第4A圖所示玻璃晶圓410為圓形，但玻璃晶圓可具任何形狀。抗反射塗層並無特殊限制，在實施例中，抗反射塗層為氮化鈦或氮化鈮，且可以任何適合方法施用，例如噴塗、浸塗或手動塗鋪。如第4A圖所示，玻璃晶圓410亦可圖案化成具有如格子圖案415。格子圖案415可由黏合劑形成，例如環氧樹脂、胺基甲酸酯和聚醯亞胺。為形成MEMS，可形成中介層420。如第4A圖所示，中介層420具有CNC方法或雷射破壞及蝕刻方法形成的圖案化穿孔425，此揭示於美國專利申請公開案第2014/0147624號，該專利申請公開案全文以引用方式併入本文中。在穿孔425由雷射破壞及蝕刻製程形成的實施例中，對應通道427的雷射破壞 區可配合形成穿孔425形成。例如，在實施例中，雷射可用於切割玻璃基材片的穿孔425，藉由使雷射橫越通過待形成通道427的玻璃基材片部分的次數少於待形成穿孔425的玻璃基材片部分，同一雷射可用於形成對應通道427的雷射破壞區。例如，若形成對應穿孔425的雷射破壞區需X次雷射掃程，則0.3X次掃程可用於形成對應通道427的雷射破壞區。隨後，相同蝕刻製程可用於形成最終穿孔425和通道427。

第4A圖所示穿孔425呈矩形且對應玻璃晶圓410上的格子圖案415，藉由使中介層420接觸玻璃晶圓410，可使中介層420黏附於玻璃晶圓410，此包含黏合劑，用以形成第4B圖所示MEMS支架430。現參照第5圖，第5圖圖示沿第4A圖的A截切的放大圖，除了穿孔425，中介層還包括通道427。通道427形成在中介層接觸玻璃晶圓410的格子圖案415一側，當中介層420接觸玻璃晶圓410時，形成玻璃晶圓410的格子圖案415的過量黏合劑將能填入通道427。如此有助於使玻璃晶圓410均勻接觸中介層420，同時防止黏合劑滲入中介層的穿孔425。例如，在第5圖所示實施例中，中介層420的各垂直細長部428具有由中介層420的垂直細長部428形成的二通道427，使得通道427位於各縱列穿孔425間。一旦玻璃晶圓410與中介層420黏合，如第4B圖所示，MEMS便可插入中介層420的穿孔425而形成適用最終產品的裝置。

若在中介層420中形成具所述通道尺寸的通道427，則通道的存在不會影響中介層強度。例如，第6圖圖示具有通道的中介層破損率(百分比)與不具通道的中介層破損率(百分比)。第6圖所示中介層的通道深度與寬度皆為30μm至100μm。在第6圖中，y軸為破損百分比，力單位為兆帕。不具通道的中介層以圓形表示，具有通道的中介層以方形表示。從第6圖曲線可知，力較小時，具有通道的中介層具有較低破損率。例如，具有通道的中介層在約40MPa下的破損率為約5%，不具通道的中介層在約27MPa下的破損率為約5%。力較大時(例如力大於40MPa)，具有通道的中介層和不具通道的中介層具有相當破損率。故力較小時，增設通道可改善中介層強度，力較大時，增設通道的效果不顯著。

在一些實施例中，包含由上述雷射破壞蝕刻製程形成孔洞及/或特徵結構的平面玻璃基材片可用於最終產品，而無需進一步重新塑形。然在其他實施例中，如後文所詳述，雷射破壞及蝕刻製程可用於處理平面玻璃基材片，以預先補償隨後將平面玻璃基材片塑形成塑形玻璃物件的情況。

現參照第7圖，第7圖係利用雷射破壞及蝕刻製程，由平面玻璃基材片製造玻璃物件的製程流程圖。先大致描述第7圖流程圖，再詳述各製程。在方塊110中，雷射用於在平面玻璃基材片中誘發雷射破壞區。雷 射破壞區從玻璃基材片中點延伸到玻璃基材片的第二表面，且由雷射誘發微裂、光譜缺陷等界定。在方塊113的蝕刻製程中，相較於非破壞區，雷射破壞區將遭蝕刻。

在實施例中，雷射破壞區具有初始幾何形狀，此形狀已預先補償在方塊111的重整製程及/或蝕刻製程113期間發生的平面玻璃基材片變形。因此，特定雷射破壞區的初始幾何形狀可不同於塑形玻璃物件的預定特徵結構幾何形狀。例如，雷射破壞區在蝕刻前的寬度與深度可小於雷射破壞區經蝕刻後形成的通道寬度與深度。在其他實施例中，擬於玻璃物件中提供通道的特定雷射破壞區具有包含曲線的初始幾何形狀；然在重整及/或蝕刻製程後，雷射破壞區形狀將變成直線。

在方塊111中，利用重整製程，選擇性重整平面玻璃基材片。重整製程可為任何能三維重整平面玻璃基材片的製程，以定義一或更多塑形玻璃物件。重整製程包括沖壓成型、重力下垂、加壓形成、局部加熱及彎曲，但不以此為限。在許多應用中，重整製程可製造塑形玻璃物件的彎曲周邊區。蓋玻璃的彎曲周邊區例如可讓終端用戶感到美觀愉悅。如上所述，隨著玻璃重整成預定形狀，雷射破壞區的初始幾何形狀將變成預定幾何形狀。為移除玻璃基材片製造製程及/或重整製程期間產生的內部應力，接著可在方塊112中，利用退火製程退火處理塑形玻璃基材片。退火製程可為任何已知或即將開發的退火製程。

在方塊113中，用蝕刻液處理重整玻璃基材片，以優先蝕刻雷射破壞區，同時最小化蝕刻非破壞區。蝕刻可在不移除大量表層情況下，移除薄片及使雷射破壞區邊緣變平滑，因為蝕刻液蝕刻雷射破壞區的效率比重整玻璃基材片的其餘非破壞區快得多。在一些實施例中，氫氟酸為蝕刻液的主要蝕刻劑，蝕刻液亦包括礦酸，例如鹽酸、硫酸及/或硝酸。如上所詳述，蝕刻液和蝕刻製程可控制以縮短蝕刻時間、減低表面波紋度、降低表面粗糙度、減少污泥，及最小化厚度縮減。

接著，在方塊114中，利用強化製程，選擇性強化分離的塑形玻璃物件。在一些實施例中，利用離子交換化學強化製程，強化塑形玻璃物件。如上所詳述，塑形玻璃物件表層中的離子被具相同價數或氧化態的較大離子取代，從而在塑形玻璃物件各表面形成壓縮表層。壓縮表層具耐刮性，並提供塑形玻璃物件額外強度。

在方塊115中，附加處理可應用到強化塑形玻璃物件，例如邊緣加工、施用觸敏層(例如氧化銦錫層)、抗反射層等。

現應理解所述實施例係針對利用雷射破壞及化學蝕刻製程，由平面玻璃基材片在玻璃物件中製造通道的方法。雷射破壞區形成在平面玻璃基材片內，以於一或更多預定玻璃物件中形成通道。平面玻璃基材片可重整以達成一或更多玻璃物件的預定三維形狀。雷射破壞區形成具有初始幾何形狀，此形狀已預先補償平面玻 璃基材片重整時的形狀改變，使雷射破壞區經重整製程後具有預定幾何形狀。蝕刻期間，當玻璃基材片接觸蝕刻液時，雷射破壞區將比非破壞區優先蝕刻。相較於CNC機器加工，選擇性蝕刻雷射破壞區可形成更小、更精確的塑形通道。

注意在此所用「實質」和「約」等用語係表示任何定量比較、數值、測量或其他表述引起的固有不確定程度。該等用語在此亦表示定量表述偏離指定參考值、又不致改變所述標的的基本功能的程度。

雖然本發明已以特定實施例揭示如上，然應理解在不脫離主張標的的精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾。再者，儘管在此已描述主張標的的各種態樣，但該等態樣未必結合使用。因此，後附申請專利範圍擬涵蓋所有落在主張標的範圍內的更動與潤飾。

124‧‧‧雷射光束

126‧‧‧耦合光件

131、133‧‧‧表面

132‧‧‧中點

135、137‧‧‧邊緣

140‧‧‧雷射破壞區

d‧‧‧距離

Claims (10)

1. 一種形成一玻璃物件的方法，包含以下步驟：提供一玻璃基材片；令一脈衝雷射光束在該玻璃基材片上平移，以形成一雷射破壞區從該玻璃基材片的一表面延伸到該玻璃基材片的一中點；及使該玻璃基材片接觸一蝕刻液，其中在使該玻璃基材片接觸該蝕刻液後，該雷射破壞區形成寬度與深度尺寸小於150μm的通道。
2. 如請求項1所述之方法，其中該等通道具有約25μm至約125μm的一寬度，較佳為約30μm至約100μm，且該等通道具有約25μm至約125μm的一深度，較佳為約30μm至約100μm。
3. 如請求項1所述之方法，其中該等通道的一寬度與深度尺寸允差為小於約±35μm，較佳為小於約±30μm。
4. 如請求項1所述之方法，進一步包含化學強化該玻璃基材片。
5. 如請求項1所述之方法，其中在令該脈衝雷射光束在該玻璃基材片上平移前，強化該玻璃基材片，其中該脈衝雷射具有約0.1W 至約0.4W的一功率，或者在令該脈衝雷射光束在該玻璃基材片上平移後，強化該玻璃基材片，其中該脈衝雷射具有約0.4W至約0.6W的一功率。
6. 如請求項1所述之方法，其中在令該脈衝雷射光束在該玻璃基材片上平移前，施用一耐酸塗層於該玻璃基材片，及在將該蝕刻液施用於該玻璃基材片後，自該玻璃基材片移除該耐酸塗層。
7. 一種玻璃物件，包含：一第一表面(131)；一第二表面(133)；及至少一通道(427)，從該第一表面(131)延伸到該第一表面(131)與該第二表面(133)間的一點(132)，其中該至少一通道(427)具有小於約150μm的一寬度與高度尺寸。
8. 如請求項7所述之玻璃物件，其中該等通道(427)具有約25μm至約125μm的一寬度，較佳為約30μm至約100μm，且該等通道具有約25μm至約125μm的一深度，較佳為約30μm至約100μm。
9. 如請求項7所述之玻璃物件，其中該等通道 的一寬度與深度尺寸允差為小於約±35μm。
10. 如請求項7所述之玻璃物件，其中該玻璃物件包含：一玻璃晶圓，包含具有一抗反射塗層(410)的一表面；及一中介層(420)，黏附於該玻璃晶圓包含該抗反射塗層(410)的該表面，該中介層包含複數個穿孔(425)，其中該至少一通道(427)係複數個通道(427)並配置使一通道(427)在各列穿孔(425)間延伸。