TWI245812B - A method of patterning a substrate - Google Patents

Description

1245812 A7 --_ B7 五、發明説明（1 ) 發明之技術領域 本發明是關於一種圖案化基材的方法。特別地，本發 明是與一種圖案化氧化銦_錫（1丁〇)薄膜基材的方法有關。 發明的背景 基材時常被使用在許多電子的和電傳視訊設備中，諸 如電腦晶片和行動電話。基材可以由導體、半導體、超導 體及[或]絕緣體做成，而且基材的組成物通常由特定應用 之女疋性決定。舉例來說，IT〇有高的導電率和良好的光 學透明度。這些性質使ΙΤΟ非常適合作為平面顯示器、有 機發光二極體和太陽能電池之透明導電電極用。ΙΤΟ也可 被用於偵測有毒氣體的感應器。這些基材的應用通常包括 在基材上餘刻一特殊應用所需要的圖案。 數個方法已經被提出用於蝕刻基材，包括ΙΤ〇薄膜基 材。 I虫刻在基材上的方法在美國專利第3979240號中被提 出。所需要之圖案的光阻被鋪置在ΙΤ〇層上，以覆蓋咬罩 住該ΙΤΟ層的部分。然後基材被浸泡在氩溴酸的濃溶液 中，以蝕刻沒有罩住的ΓΓΟ。另一種方法在美國專利第 5，171，401號中被提出。包含甲基自由基之電漿可以有效地 蝕刻ΙΤΟ薄膜基材。選擇的離子反應蝕刻也在美國專利第 5，138,664號中被提出。這些方法許使用有害於使用者與環 境的某些溶液及[或]氣體。 基材的雷射#刻也已經被提出，因為雷射蝕刻不需要 光微影，有害的溶液或氣體。一種被提出的雷射蝕刻=法 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可| 1%_ 4 1245812 五、發明説明（2 疋乾式雷射餘刻，，，其中基材的表面直接利用雷射燒餘， 、回案化4基材。乾式雷射蝕刻被說明於數個文件中，包 括亞法斯(Yavas 〇.)等氧化銦，薄膜之無光罩高速編 刻⑽8)APPlPhyS，Utt•第 73卷第 18期第 2558-2560 頁。亞 法斯寺基材吸收對氧化銦-錫薄膜之雷射圖案化效率的影 “1999)應用物理期刊(J. App丨· phys_)"5卷第$期第 7 4212頁，和亞法斯等氧化銦-錫薄膜之基材輔助雷射 « ?^^69(,^)^875^878 、帛7考文件°兒明’乾式雷射姓刻有在雷射輕射點 的邊緣上形成肩狀結構的缺點。該肩狀結構的形成可能是 因為接近該邊緣之溶融材料中的表面張力梯度。 第 另一種雷射蝕刻的方法被說明於美國專利 曰曰 5’〇57,184號’和丫.171^等在氫氧化鉀水溶液中多 49

Al203TiC的雷射誘發㈣〇996)Αρρΐη phys編第 頁。此方法被稱為“濕式雷射餘刻，，，㈣被浸泡在惰性的 液體或驗性或酸性的水溶液。 其 在惰性液體濕式I虫刻的情況中，該惰性液體的雷射誘 發音波氣穴現象可以用來餘刻該基材表面。不過，使用惰 性液體的濕式雷射餘刻，會因為用於濕式钱刻方法之基材 需要具有適合的物理性質基材而受限制。那就是為使該基 材可以被有效地蝕刻，該基材必須可以吸收雷射能量， 具有有限的熔融溫度而且當被雷射能量加熱時必須不會姜 華。 在以鹼性或酸性水溶液濕式蝕刻的情況中，雷射誘系 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐) 1245812 A7

的化學反應被用來钱刻該基材表面。此濕式蝕刻的方法的 缺點是甚至在室溫下’該材料在不適當的位置也可能被餘 刻。 …除此之外，兩種濕式姓刻方法會由餘刻方法而保留在 ♦液中、而產生殘留或污染物，而且也可能在沈積在基材 上’造成不想要的飯刻圖案。 此外，雷射清潔—個被姓刻的基材的方法已經在 •等有效率的脈衝雷射由固體表面去除0.2微米大 小的顆粒（1991) ’ Appl· phys丄扣第58卷第2〇期第 22Π-2219頁；伊蒙（Imen，K)等雷射輔助微米級粒子去除 (1990)，Appl. Phys.Lett.第 58卷第 2期第 2〇3德頁，和譯 (Tam，A.C·)等用於表面粒子去除的雷射清潔技術(㈣)應 用物理期刊第71卷第7期第3515_3523頁。這些參考資料提 出-蒸汽雷射清潔方法。—雷射被用來照射有液體薄膜沈 積其表面上之受污染的基材，使得該薄膜其化而將基材表 面上的粒子污染物帶走，而且不會刻晝或_該基材表 面。雷射流通和脈衝的數目在此方法中必須將其減至最 低，以避錢該基材的任何損害。除此之外，液體薄膜的 功能是提南此方法的清潔效率。 發明的摘要 本發明提供一種依據預定的路徑圖案化一基材的方 法，該方法包括在該基材表面上形成一液體薄膜，以及引 導雷射之雷射能量通過該薄膜，以蝕刻該基材表面，其中 在I虫刻期間經由該表面汽化將被钱刻的材料帶離該美材表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) '' -- -6 - 1245812 五、發明説明 面0

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使用本發明，在雷射照射點的邊緣之肩狀結構的形成 可以有效地被避免，#刻速率被顯著改善，而且被蝕刻的 材料可以被帶離，以避免在基材上之可能的在沈積。特別 地’雷射能量又發該液體薄膜的音波空穴化，以蝕刻該基 材。因此，藉由使用本發明的方法，蝕刻與圖案化性質.可 以被大大地改善。 在此規範的上下文中，該詞“液體薄膜，，是指厚度為微 米大小的非常薄的液體薄膜。 雷射圖案化之後，該液體薄膜被汽化。可以獲得一個 具有需要的圖案之乾基材。 較好是藉由將一液體蒸汽喷射至基材表面上，而使該 液體薄膜形成在基材表面上。該液體基材較好是由水、醇、 惰性液體或非反應的液體組成。在較佳的實施例中，該液 體薄膜具有大約數微米至數十微米的厚度。 σ亥液體蒸A車父好是利用氣體攜帶該氣體，而被喷射至 5亥基材表面。該氣體較好是由氮氣、壓縮空氣、氧氣或惰 性氣體組成。 替射月匕里較好是關於預定時間之脈衝。該些脈衝較 好疋在M〇〇毫微秒的範圍中。 ^ §亥雷射流通能量較好是大於該基材的蝕刻臨界能 里在車父佳的實施例中，該雷射流通能量的範圍是大於150 亳焦耳/公分2。 圖案之概要說明

-7 - 1245812 A7 —---- 五、發明説明（5 ) — 本發明之較佳實施例現在將藉由範例與參考的圖案 而被說明，其中 第1圖是說明依據本發明的一個實施例之該方法的示 思圖， 第2a圖是顯不藉由使用紀銘石權石（yag)雷射轄射之 先前的技藝，而被飯刻的IT0之圖案化線條的顯微照片； 第2b圖是第2a圖的深度量變曲線； 第3a圖是顯示藉由本發明的-個實施例，使用YAG雷 射輻射蝕刻ITO之圖案化線條的顯微照片； 第3b圖是第3a圖的深度量變曲線； 第4a圖是顯示藉由使用準分子雷射輕射之先前的蚀刻 技藝，而被蝕刻的ITO之圖案化線條的顯微照片； 第4b圖是第4a圖的深度量變曲線； 第域是顯示藉由使用準分子雷射轄射之依據本發明 的方法，而被蝕刻的ΪΤΟ之圖案化線條的顯微照片； 第5b圖是第5a圖的深度量變曲線； 第6 a圖顯示姓刻深度隨利用先前钱刻方法以及依據本 發明之實施例的方法，兩者都使用YAG雷射輕射，而圖案 化積體電路封裝之脈衝數目的函數圖，和 第6b圖顯示姓刻速率隨藉由先前技藝餘刻方法以及依 據本發明之實施例的方法，兩者都使用γΑ〇雷射輕射，而 用於積體電路圖案化之雷射流通量的關係圖。 較佳實施例的詳細說明 第1圖顯示一種用於應用本發明的 J万去的較佳實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（⑽）A4規格（21〇χ297公釐)"""- ----- %: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、可| 4 1245812 A7 --- B7 五、發明説明（6 ) — 的裝置。用於產生雷射束12的雷射1〇具有光學系統2〇。該 雷射10可以是紀銘石權石（YAG)雷射或準分子雷射。光學 系統20沿著預定的深度掃猫在基材3〇上的雷射光束！2。光 學系統2〇包括鏡子、透鏡和檢流計的鏡子。光學系統2〇可 以改變雷射光束12的方向和焦距，並且掃瞒在基材30上的 雷射光束，同時較好是電腦控制。基材30被放置在一栽台 40,諸如Χ-Υ載台，其也可以沿著預定的深度移動。控制 為50控制載台4〇的方向與速度。 容器70具有一液體6〇而且被一加熱器肋加熱以產生 液體蒸汽。該液體可以是水、酒精或其他任何合適的液體。 氣體源90經由-個氣體流量調整器1〇〇與間ιι〇而與容器几 連通。在此實施例中的氣體是氮氣。其他的氣體諸如壓縮 空氣、氧或惰性的氣體也可被使用。閥11〇控制氣體在一預 定的流速及流態，連續或間歇的流動。 依據本發明之實施例的方法如下。液體6〇被加熱器8〇 〉飞化而形成水氣。然後氮氣由氣體源9〇被釋放至容器 中，以透過噴嘴丨20將該水氣帶至基材表面。利用氮氣將該 水氣束喷出喷嘴120之外，.然後被射至基材3〇上。結果，具 有微米大小的厚度之之薄液體薄膜134被形成在該基材的 表面上。 然後雷射10產生雷射光束12，其稍後透過該液體薄膜 134，而被聚焦在基材3〇上。雷射光束12直接依據預定的深 度開始蝕刻基材表面。雷射光束丨2造成該液體薄膜β4之雷 射誘發音波空洞化，因而產生該基材30的蝕刻。這個音波 本紙張尺度適用中國國家標準（⑽）Μ規格（21〇><297公釐）

...................!裝：； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :線丨 -訂丨 1245812

五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 二/同化效應持續直到該雷射光束12蒸發該液體薄膜134。因 此’違钱刻機制是雷射誘發音波空洞化，其相當不同於雷 射清潔。此雷射誘發音波空洞化效應是避免發生在乾式雷 射蝕刻中’該基材被照射部分的邊緣之肩狀結構的形成。 在餘刻私序的期間，可能由钱刻產生的任何殘留物質，可 以藉由在該基材表面上的液體薄膜丨34之雷射誘發汽化，而 被Y離σ亥基材3 〇。因此，被钱刻材料可以由該基材被移除， 避免殘留物再沈積在表面上，其發生於濕式雷射餘刻中。 -亥餘刻方法利用掃瞄雷射光束12之光學系統2〇，以及 沿著被成是化在光學系統2〇與載台4〇中之預定路徑，而相 對於違雷射光束12移動之載台40來控制。 、¥· 現在將提及數個不是限制本發明之方法的實施例。 實施例1 第2a與2b圖說明一個依據乾式雷射蝕刻方法被蝕刻之 ITO薄膜的樣品。波長532毫微米、脈衝時間7亳微秒且重 複率10赫滋（Hz)之YAG雷射被使用。該雷射流通量是887 5 毫焦耳/平方公分。如第2a圖所示，在基材表面上形成一模 糊的邊界200。邊界2〇〇是相對於形成在該邊界2〇〇的邊緣之 500埃的肩狀結構210，如第2b圖所示。 在比較上，第3a與3b圖顯示使用此實施例的方法以及 如上述設置的設備圖案化的IT0薄膜樣品。相同的雷射組 態被用於圖案化用於第2a圖之樣品的IT0薄膜試片。如第 3a圖所示，可以獲得清晰的邊界3〇〇。這是相當於第补圖中 的沒有肩狀的邊緣3 10。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) " ' ~ -10 - 1245812 五、發明説明（8 實施例2 一種利用先前技蓺齡式紅丨 J仪农钇式蝕刻方法圖案化的IT薄膜樣 請 閱 讀 背 意 事 項 再 寫’ 頁 ’和如上樹脂實施例的方法圖案化的第二卿薄膜樣 在兩種樣α。中’利用波長248毫微米、脈衝時間^毫微 秒、重複率3 0赫滋且雷射流诵吾日 丄 田河丁机逋里疋550¾焦耳/平方公分之 準分子雷射。

Wa與侧說明藉由先前技藝之乾式㈣方法银刻的 ITO薄膜樣品。如第4a圖所示，一模糊的邊界楊被形成。 這是相當於在邊界400邊緣之500埃的肩狀結構41〇。 在比較上，第5^5b圖說明藉由此實施例的方法而被 圖案化的ITO薄膜樣品。如第5a圖所示，在基材被照射的 訂 部分的邊緣上有一清楚的邊界500形成。這相當於第5b圖中 沒有肩狀物的邊緣510。 實施例3 峰 積體電路（1C)封裝被蝕刻。使用乾式雷射蝕刻方法蝕 刻一組1C封裝，使用如上述之本發明的方法蝕刻第二組。 在這兩個情況中，都使用波長532毫微米、脈衝時間7亳微 秒的YAG雷射。 在第一組中，該YAG雷射的雷射流通量是設定在24〇 毫焦耳/平方公分。兩組1C封裝之蝕刻深度是以脈衝數目來 測疋。試驗的結果說明於第6a圖中。如由第6a圖所見，依 據本發明之實施例的方法之該蝕刻深度遠高於乾式雷射餘 刻方法。 在弟—組试驗中’雷射流通在200至50〇毫焦耳/平方 本紙張尺度適用中國國家標準（_) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

12458头^9〇129〇93號專利再審查案申請專町麫圍修正本修正曰期：％年‘ 10月 古 B8 C8 c D8 六、申請專利箣 --—___ 1· 一種依據預定路徑圖案化一基材的方法，該方法包括在 該基材表面上形成一液體薄膜，並引導源自於一具毫微 秒（ns)程度之脈衝持續時間的雷射之雷射能量通過該 薄膜，而蝕刻該基材表面，因此可避免邊界於邊緣上產 生一肩狀結構。 2·如申請專利範圍第1項的方法，其中該液體薄膜是藉由 將液體蒸汽噴射在該基材表面上，而形成在該基材表 面。 3·如申請專利範圍第2項的方法，其中該液體蒸汽是由 水、酒精、惰性液體與非反應性液體中之一者所組成。 4·如申請專利範圍第2項或第3項的方法，其中該液體薄膜 的厚度是位在數個微米至數十個微米的範圍中。 5·如申請專利範圍第2項的方法，其中該液體蒸汽是隨氣 體射出’以將該液體蒸汽帶至該基材表面上。 6·如申請專利範圍第5項的方法，其中該氣體是氮氣、壓 縮空氣、氧氣與惰性氣體中之一者。 7·如申请專利範圍第1項的方法，其中該雷射係以預定持 續時間之脈衝來引導雷射能量。 8·如申请專利範圍第7項的方法，其中該脈衝持續時間是 在1至100毫微秒的範圍中。 9·如申研專利範圍第丨項的方法，其中該雷射之雷射通量 是超過該基材的餘刻起點。 10·如申請專利範圍第9項的方法’其中該雷射流通量是超 過150毫焦耳/平方公分。 #丨 丨裝· III I 麝 線-

1245812 、申請專利範圍 戈申明專利範圍第丨項的方法，其中該基材表面有一液 體薄膜形成其上的氧化銦-錫薄膜。 士申明專利範圍第1項的方法，其中該基材有一或更多 層。 13.如申請專利範圍第吻的方法，其中該基材的至少一層 是氧化矽。 •如申W專利範圍第13項的方法，其中該氧化矽是該基材 的頂層。 裝 15.如申請專利範圍第w的方法，其中該基材實質上是由 玻璃、石英及/或矽組成。 他如申請專利範圍第的方法，其中該基材是一氧化姻_ 錫薄膜、積體電路封裝體、#圓、導體、半導體或絕 訂 緣體。 % Φ 線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公浚）