TWI384551B - 圖案化多晶氧化銦錫之方法 - Google Patents

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Description

圖案化多晶氧化銦錫之方法
本發明係為一種圖案化多晶氧化銦錫之方法，尤其是有關於一種利用高斯雷射光束聚焦於非晶氧化銦錫層上之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其對未結晶的非晶氧化銦錫做圖案規劃，使得非晶氧化銦錫吸收雷射能量轉化成多晶氧化銦錫，而並且利用對酸蝕刻速度的不同，將非晶氧化銦錫蝕刻去除，保留多晶氧化銦錫形成預計達成的圖案變化。
光電產品如薄膜太陽能電池或平面顯示器，為提高元件性能，通常會將非晶(amorphous)材料，如透明導電氧化物再經過熱處理，使材料成為多晶(polycrystalline)，以降低電阻率及提高透光率。而目前有往軟性塑膠基板發展趨勢，塑膠基板無法承受高溫(一般為300℃以上)的缺點，所以需要低溫熱處理。微影製程一般需經過6道製程(曝光顯影5道及熱處理1道)，才能完成多晶圖案製作。
為改善現有微影製程，多步驟、高設備成本等缺點，部分產品製程改以雷射加工為主要製程工具，其主要透過雷射直接進行薄膜材料削除(ablation)，但雷射去除氧化銦錫產生的熱效應易使成型圖案邊緣產生突起及傷害下層材料。
美國專利第6593593號係揭露一種以Nd:YAG雷射進行氧化鋅及氧化銦錫層之薄膜材料削除的方法，如圖一所示，其係於透明基板11上依序設置一結晶玻璃層12、氧化銦錫層13以及一氧化鋅層14，之後再使用1064奈米之雷射直接削除氧化鋅層14及氧化銦錫層13，該技術之缺點為：加工精度不佳、產生的熱效應易使成型圖案邊緣產生突起及傷害下層材料，另外，當用來製作微小線寬間距之圖案時需採用精密之雷射光路系統，造成成本上升。
美國專利第6448158號係揭露一種以準分子雷射進行雷射退火的方法，如圖二所示，其係使用雷射源20發射248奈米奈秒準分子雷射21，準分子雷射21依序經過光束均勻裝置22、光罩23以及聚焦鏡24對設置於移動平台25上之玻璃基板26進行加工，該玻璃基板26上係設有一氧化銦錫層27，該技術之缺點為：需使用光罩、長脈衝雷射產生顯著熱效應，成型圖案精度不佳，另外，其係無法製作小於光學繞射極限之圖案，故無法製作微小線寬間距。
緣此，本發明之發明人係提出一種利用高斯雷射光束聚焦於非晶氧化銦錫層上之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其對未結晶的非晶氧化銦錫做圖案規劃，使得非晶氧化銦錫吸收雷射能量轉化成多晶氧化銦錫，而並且利用對酸蝕刻速度的不同，將非晶氧化銦錫蝕刻去除，保留多晶氧化銦錫形成預計達成的圖案變化。
本發明提供一種利用高斯雷射光束聚焦於非晶氧化銦錫層上之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其對未結晶的非晶氧化銦錫做圖案規劃，使得非晶氧化銦錫吸收雷射能量轉化成多晶氧化銦錫，而並且利用對酸蝕刻速度的不同，將非晶氧化銦錫蝕刻去除，保留多晶氧化銦錫形成預計達成的圖案變化。
本法為利用聚焦鏡組使高斯雷射光源形成聚焦更小雷射光束，控制雷射參數，如能量、脈衝頻率、脈衝重疊率、掃瞄速度和光斑大小，透過雷射直寫技術進行局部熱處理，非晶氧化銦錫層接受低能量雷射光束照射後將形成多晶結構，透過光束掃瞄或試片移動方式可在非晶材料上製作出特定多晶圖案。再透過非晶與多晶材料之蝕刻速率差異特性，在特定蝕刻劑及蝕刻條件下，可完全移除非晶材料並製作出多晶圖案。
在一實施例中，本發明係提供一種利用高斯雷射圖案化多晶氧化銦錫之方法，包括：提供一表面具有一非晶氧化銦錫層的基板於一載台上；發射一高斯雷射光束聚焦於該非晶氧化銦錫層之一預設區域，沿著該預設區域使該非晶氧化銦錫層形成一多晶氧化銦錫層；以及利用一蝕刻溶液去除位於照射區域以外的該非晶氧化銦錫層，形成圖案化之多晶氧化銦錫層。
在另一實施例中，本發明係提供一種利用高斯雷射圖案化多晶氧化銦錫之系統，包括：一雷射源，係用來產生一高斯雷射光束；一光束調整裝置，係用來調整該高斯雷射光束之路徑與能量；一聚焦鏡組，係用來聚焦該高斯雷射光束；以及一載台，係用來承載表面具有非晶氧化銦錫層之一基板。
為使　貴審查委員對於本發明之目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如後。
為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之原理與精神進行說明，以使得　審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：請參見圖三，該圖所示之系統係用於將非晶氧化銦錫層圖案化為多晶氧化銦錫層。其中該系統係包括一雷射源30、一光束調整裝置31、一聚焦鏡組32以及一載台33。該雷射源30係用來產生一高斯雷射光束35。光束調整裝置31係用來調整該高斯雷射光束35之路徑與能量。該聚焦鏡組32則係用來聚焦該高斯雷射光束35。載台33係可相對於該高斯雷射光束35進行移動，且載台33上承載表面具有非晶氧化銦錫層(圖中未示出)之一基板36。為了進一步監控該系統，本發明更提供有一整合控制裝置34，以觀察形成之多晶氧化銦錫層表面並最佳化該製程。
如此，當開啟雷射源30後，高斯雷射光束35會依序經由光束調整裝置31反射、再經聚焦鏡組32聚光而對載台33上之基板36進行照射，基板36上之非晶氧化銦錫層受到雷射光之照射後會被加熱，而當雷射能量超過熱結晶能量臨界值後，非晶氧化銦錫層便會轉變為多晶氧化銦錫層；同時載台33可相對於該高斯雷射光束35進行移動，如此基板36上便能形成具有圖案之多晶氧化銦錫層。
之後，再利用酸性溶液對於基板36上之非晶氧化銦錫與多晶氧化銦錫之蝕刻選擇性，將基板36上之非晶氧化銦錫部分去除。於本實施例中，係使用草酸溶液去除用非晶氧化銦錫層，操作條件為：50℃，加熱時間小於五分鐘。當然上述操作僅為示例爾，吾人亦可使用王水或鹽酸等溶液來作為蝕刻溶液以去除非晶氧化銦錫層，該等變化於此係不再贅述。
因此，圖四係為本發明利用高斯雷射圖案化多晶氧化銦錫之方法流程圖，包括：步驟41，提供一表面具有一非晶氧化銦錫層的基板於一載台上；步驟42，發射一高斯雷射光束聚焦於該非晶氧化銦錫層之一預設區域，沿著該預設區域使該非晶氧化銦錫層形成一多晶氧化銦錫層；步驟43，利用一蝕刻溶液去除位於照射區域以外的該非晶氧化銦錫層，形成圖案化之多晶氧化銦錫層。
詳而言之，如圖五所示，搭配圖三之系統，步驟42更可包括：步驟421，利用一雷射源以產生該高斯雷射光束；步驟422，透過一聚焦鏡組以將該高斯雷射光束聚焦；以及步驟423，將聚焦之該高斯雷射光束發射至該載台上處於固定狀態的該非晶氧化銦錫層之該預設區域。
在本發明中，非晶氧化銦錫層與高斯雷射光束之間係產生相對運動，其可為相對於該高斯雷射光束移動該載台，或相對於該載台以移動該雷射光束。
在本發明中，該基板為玻璃或塑膠材質；設於基板上之非晶氧化銦錫層厚度較佳係為50~300奈米(nm)；使用之該高斯雷射源波長較佳係為100~2000奈米(nm)；使用之聚焦鏡組可由若干片透鏡所組成而其所達成之效果較佳係使得聚焦之高斯雷射光束能量範圍落在0.01~10焦耳/平方公分(J/cm2 )之範圍內。
在本發明中，該高斯雷射光束之能量係藉由一光束調整裝置而調整在一特定區間內。圖六係為圖五之高斯雷射能量分佈圖之第一具體實施例。在圖六中，高斯雷射光束之能量峰值介於削除能量臨界值(Fa )至 結晶能量(Fc )之間。峰值能量大於結晶能量(Fc )的部分之氧化銦錫產生結晶化而被圖案化。
圖七係為根據圖六之高斯雷射能量分佈圖照射後之非晶氧化銦錫層在蝕刻後之SEM圖。在圖七中，照射區域以外的該非晶氧化銦錫層係由一蝕刻溶液所去除，以形成圖案化之多晶氧化銦錫層(即B部分)。明顯地，當雷射的理想聚焦光斑大小為56μm時，線寬大約20μm(即B部分)。
圖八係為圖五之高斯雷射能量分佈圖之第二具體實施例。在圖八中，雷射峰值能量高於削除能量臨界值(Fa )，會產生大於削除能量臨界值(Fa )的A部分，使得對應於A部分之氧化銦錫被削除。
圖九係為根據圖八之高斯雷射能量分佈圖照射後之非晶氧化銦錫層在蝕刻後之SEM圖。在圖九中，照射區域以外的該非晶氧化銦錫層係由一蝕刻溶液所去除，以形成圖案化之多晶氧化銦錫層(即B部分)。該多晶氧化銦錫層(即B部分)之線寬大約5μm。
因此，本發明利用一種利用高斯雷射光束聚焦於非晶氧化銦錫層上之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其對未結晶的非晶氧化銦錫做圖案規劃，使得非晶氧化銦錫吸收雷射能量轉化成多晶氧化銦錫，而並且利用對酸蝕刻速度的不同，將非晶氧化銦錫蝕刻去除，保留多晶氧化銦錫形成預計達成的圖案變化。故本發明相較於習知技術係具有新穎性與進步性，合應獲得專利以使相關產業之從業人員能據以利用來促進產業發展。
唯以上所述者，僅為本發明之最佳實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
11．．．透明基板
12．．．結晶玻璃層
13．．．氧化銦錫層
14．．．氧化鋅層
20．．．雷射源
21．．．準分子雷射
22．．．光束均勻裝置
23．．．光罩
24．．．聚焦鏡
25．．．移動平台
26．．．玻璃基板
27．．．氧化銦錫層
30．．．雷射源
31．．．光束調整裝置
32．．．聚焦鏡組
33．．．載台
34．．．整合控制裝置
35．．．高斯雷射光束
36．．．基板
41~43．．．步驟
圖一係為習知技術之示意圖；
圖二係為另一習知技術之示意圖；
圖三係為本發明用於將非晶氧化銦錫層圖案化為多晶氧化銦錫層之系統示意圖；以及
圖四係為本發明利用高斯雷射圖案化多晶氧化銦錫之方法流程圖；
圖五係為本發明利用高斯雷射圖案化多晶氧化銦錫之方法之發射一高斯雷射光束之步驟流程圖；
圖六係為圖五之高斯雷射能量分佈圖之第一具體實施例；
圖七係為根據圖六之高斯雷射能量分佈圖照射後之非晶氧化銦錫層在蝕刻後之SEM圖；
圖八係為圖五之高斯雷射能量分佈圖之第二具體實施例；以及
圖九係為根據圖八之高斯雷射能量分佈圖照射後之非晶氧化銦錫層在蝕刻後之SEM圖。
41~43．．．步驟

Claims (23)

  1. 一種圖案化多晶氧化銦錫之方法，其係包括：提供一表面具有一非晶氧化銦錫層的基板於一載台上；發射一高斯雷射光束聚焦於該非晶氧化銦錫層之一預設區域，沿著該預設區域使該非晶氧化銦錫層形成一多晶氧化銦錫層，其中該聚焦鏡組由複數片透鏡所組成，並使得聚焦之該高斯雷射光束能量範圍落在0.01~10焦耳/平方公分(J/cm2 )之範圍內；以及利用一蝕刻溶液去除位於照射區域以外的該非晶氧化銦錫層，形成圖案化之多晶氧化銦錫層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，更包括：相對於該高斯雷射光束移動該載台。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，更包括：相對於該載台以移動該雷射光束。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該高斯雷射光束之能量係藉由一光束調整裝置而調整在介於氧化銦錫之熱結晶能量臨界值與削除能量臨界值之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該高斯雷射光束之能量係藉由一光束調整裝置而調整至大於氧化銦錫之削除能量臨界值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該蝕刻溶液為草酸、王水或鹽酸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該雷射源可產生包括至少一波長之雷射。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，該聚焦鏡組包括至少一個以上的透鏡。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該發射一高斯雷射光束之步驟更包括：利用一雷射源以產生該高斯雷射光束；透過一聚焦鏡組以將該高斯雷射光束聚焦；以及將聚焦之該高斯雷射光束發射至該載台上處於固定狀態的該非晶氧化銦錫層之該預設區域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，更包括：相對於該高斯雷射光束移動該載台。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，更包括：相對於該載台以移動該雷射光束。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該高斯雷射光束之能量係藉由一光束調整裝置而調整在介於氧化銦錫之熱結晶能量臨界值與削除能量臨界值之間。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中該高斯雷射光束之能量係藉由一光束調整裝置而調整至大於氧化銦錫之削除能量臨界值。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中設於該基板上之該非晶氧化銦錫層厚度係為 50~300奈米(nm)。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化多晶氧化銦錫之方法，其中使用之該高斯雷射源波長係為100~2000奈米(nm)。
  16. 一種圖案化多晶氧化銦錫之系統，包括：一雷射源，係用來產生一高斯雷射光束；一光束調整裝置，係用來調整該高斯雷射光束之路徑與能量；一聚焦鏡組，係用來聚焦該高斯雷射光束，其中該聚焦鏡組由複數片透鏡所組成，並使得聚焦之該高斯雷射光束能量範圍落在0.01~10焦耳/平方公分(J/cm2 )之範圍內；以及一載台，係用來承載表面具有非晶氧化銦錫層之一基板。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之圖案化多晶氧化銦錫之系統，更包括一整合控制裝置，以觀察形成之多晶氧化銦錫層表面並最佳化該製程。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之圖案化多晶氧化銦錫之系統，其中該光束調整裝置可相對於該載台以移動該雷射光束。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之圖案化多晶氧化銦錫之系統，其中該載台可相對於該高斯雷射光束進行移動。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之圖案化多晶氧化銦錫之系統，其中該雷射源可產生包括至少一波長之雷射。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之圖案化多晶氧化銦錫之 系統，其中該聚焦鏡組包括至少一個以上的透鏡。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之圖案化多晶氧化銦錫之系統，其中設於該基板上之該非晶氧化銦錫層厚度係為50~300奈米(nm)。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之圖案化多晶氧化銦錫之系統，其中使用之該高斯雷射源波長係為100~2000奈米(nm)。
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