TWI518935B - Manufacturing method of flexible light sensor - Google Patents

Description

可撓式光感測器之製造方法

本發明是有關於一種可撓式光感測器之製造方法，特別是指一種具有可撓性玻璃基板的可撓式光感測器之製造方法。

在光轉換成影像的領域中，最為眾人所知的便是能用以檢測輻射，如X射線，並將其轉換成為電訊號進而成為影像輸出，令使用者可快速簡單地偵測分析數據的光感測器。

然而，現有的光感測器為了可適用目前的半導體製程，一般是使用玻璃材料做為其基板，然而，由於玻璃基板性質剛硬，與其他具有曲度的裝置的配合服貼度較差，使得光感測器的應用受到限制。因此，如何改善光感測器基板的剛性，使其具有可撓性，而更易於與其它具有曲度的裝置表面配合，則為本技術領域積極改善的方向。

例如，有業者利用厚度小於200μm而具有可撓性的玻璃板做為前述該光感測器的基板，而製得可撓性光感測器，然而，以薄化具有可撓性的玻璃板做為基板時，因為該基板的支撐度不足，因此在製程過程基板會有容易 受損、破裂，而造成良率過低的問題；為了解決前述使用薄化具有可撓性的玻璃基板於製程過程中支撐度不足的問題，也有業者將該薄化的玻璃板於製程前先與一厚度較大的承載基板貼合，增加該薄化的玻璃板於製程過程的支撐性，等到於該玻璃板上的製程完成後再將該承載基板與該薄化玻璃板分離(de-bonding)，而得到具有可撓性的光感測器。然而利用承載基板做為支撐，不僅須要增加額外的貼合及移除等步驟，而增加製程的繁雜度之外，也容易因為移除不當而造成良率不佳的問題，此外，用於貼合薄化玻璃板與承載基板的貼合膠也會因為不耐製程過程的高溫，反而會造成汙染的問題。

為了解決前述利用薄化玻璃板做為可撓性光感測器的基板的問題，美國專利案US7078702B2則提出一種以有機高分子材料構成、具可撓性的基板來製作出可撓曲的可撓式光感測器，然而，利用高分子材料做為基板，因為高分子材料的耐溫性問題，因此，並不適用一般的半導體製程，故如何研發出適用於一般半導體製程，且輕薄、靈活性高的可撓式光感測器，則為目前所屬技術領域者研究積極開發的方向之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種可撓式光感測器的製造方法。

於是本發明可撓式光感測器的製造方法，包含：

(A)準備一光感測模組，具有一由玻璃所構成且具有一初始厚度大於200μm的支撐基板，及一個形成於該支撐基板其中一表面的電訊號產生元件，該電訊號產生元件可吸收可見光並將其轉換為電訊號，以產生相對應影像。

(B)準備一可與該光感測模組配合出一保護空間的保護模蓋，將該光感測模組與該保護模蓋配合放置，令該光感測單元為容置於該保護空間，且該支撐基板遠離該光感測單元的表面裸露於外。

(C)於該支撐基板與該保護模蓋的交界處形成一抗蝕刻層以封閉該保護空間。

(D)於該步驟(C)後，以氫氟酸蝕刻該支撐基板裸漏之表面，令該支撐基板由該初始厚度薄化為一具可撓性的玻璃基板。

(E)於該步驟(D)後，將該可撓性的玻璃基板與該保護模蓋分離。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法，其中，該支撐基板具有一個元件區及一個環圍該元件區的邊框區，且該光感測單元為形成於該元件區，該保護模蓋具有一底面、一自該底面周緣向上延伸的圍繞壁及一自該圍繞壁的內壁面延伸，且寬度不大於該邊框區寬度的支撐塊，當該光感測模組與該保護模蓋配合放置時，該邊框區為靠置於該支撐塊。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法， 其中，該步驟(C)中的抗蝕刻層選自光阻或油墨。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法，其中，該步驟(E)是利用雷射切割將該玻璃基板切離，後再以吸引方式取出。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法，其中，該步驟(D)是將具有該初始厚度的該支撐基板薄化至厚度小於等於200μm。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法，其中，該步驟(C)中的抗蝕刻層是光阻。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法，還包含一步驟(F)，以沉積或貼附方式於該電訊號產生元件表面形成一光子產生元件，該光子產生元件於吸收輻射光子後可產生可見光。

較佳地，前述該可撓式光感測器的製造方法，其中，該步驟(B)還利用一膠材將該支撐基板固置於該保護模蓋。

本發明之功效在於：藉由該保護模蓋與該光感測模組的相互配合，使得氫氟酸能僅由該支撐基板的第二表面進行蝕刻而薄化該由玻璃構成的支撐基板且不會損壞該電訊號產生元件，不僅不須改變原製程且製程簡便即可製得可撓式光感測器。

100‧‧‧雷射

900‧‧‧入射輻射

11‧‧‧步驟

12‧‧‧步驟

12’‧‧‧步驟

13‧‧‧步驟

14‧‧‧步驟

15‧‧‧步驟

16‧‧‧步驟

2‧‧‧支撐基板

2’‧‧‧基板

21‧‧‧第一表面

211‧‧‧元件區

212‧‧‧邊框區

22‧‧‧第二表面

3‧‧‧光感測單元

31‧‧‧電訊號產生元件

32‧‧‧光子產生元件

4‧‧‧保護模蓋

41‧‧‧底面

42‧‧‧圍繞壁

421‧‧‧內壁面

43‧‧‧支撐塊

40‧‧‧保護空間

5‧‧‧抗蝕刻層

6‧‧‧膠材

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一文字流程圖，說明本發明可撓式光感測器之 製造方法的一第一較佳實施例；圖2是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的步驟11；圖3是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的步驟12；圖4是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的步驟13；圖5是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的步驟14；圖6是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的步驟15；圖7是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例所製得的可撓式光感測器；圖8是一文字流程圖，說明本發明可撓式光感測器之製造方法的一第二較佳實施例；圖9是一立體示意圖，輔助說明該第二較佳實施例的步驟12’。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本發明可撓式光感測器的製造方法之一第一較佳實施例是用於製備如圖7所示的可撓式光感測器，，

該可撓式光感測器具有一基板2’及一形成於該 基板2’的第一表面21的光感測單元3。

具體的說，該基板2’由玻璃所構成，厚度小於等於200μm，並具有可撓性；該光感測單元3形成於該基板的第一表面21上，具有一與該基板2’電性連接的電訊號產生元件31，及一形成於該電訊號產生元件31上的光子產生元件32。該電訊號產生元件31包含由薄膜電晶體及光電二極體等半導體元件所構成的陣列元件，而該光子產生元件32即為一般業界所稱的閃爍器(scintillator)，可選自例如CsI柱狀晶體構成。當輻射光子900(x-ray)照射於該光子產生元件32時，該光子產生元件32會吸收該輻射光子900並轉換產生可見光，該可見光再進入該電訊號產生元件31，而被該電訊號產生元件31以光伏原理轉換為電訊號後輸出，進而產生相對應影像。

配合參閱圖1、圖2，本發明可撓式光感測器的製造方法之該第一較佳實施例是包含下列步驟。

首先進行一步驟11，準備一光感測模組，該光感測模組具有一由玻璃所構成且具有一初始厚度的支撐基板2，及一電訊號產生元件31。該支撐基板2具有彼此反向的一第一表面21，及一第二表面22，該第一表面21具有一元件區211及一環圍該元件區211的邊框區212，且該電訊號產生元件31形成於該第一表面21的元件區211。

具體的說，該支撐基板2的初始厚度須大於200μm，並具有剛性(支撐性)，因此不會有習知將電訊號產生元件31直接製做於可撓性玻璃基板時，因為可撓 性玻璃基板支撐度不足，在製程中基板容易破裂所造成的良率不佳的問題；此外，選用玻璃作為該支撐基板2的材料則是因為玻璃基板是目前最適用於一般半導體製程的材料，因此可直接利用現有之半導體製程於該支撐基板2上製作該電訊號產生元件31不須變動製程，而可有效減低製程成本。該電訊號產生元件31則包含由薄膜電晶體及光電二極體等半導體元件所構成的陣列元件，由於薄膜電晶體及光電二極體等半導體元件的製程方法為本技術領域所周知，且非為本發明之重點，因此，不再多加贅述。

再參閱圖1、圖3，接著進行步驟12，準備一可與該光感測模組配合出一保護空間40的保護模蓋4。將該光感測模組與該保護模蓋4配合放置，令該電訊號產生元件31容置於該保護空間40，並令該支撐基板2的第二表面22裸露於外。

具體的說，該保護膜蓋4的大小態樣係依該支撐基板2及該電訊號產生元件31的範圍位置預先製作，在本第一較佳實施例中，該保護模蓋4具有一底面41、一自該底面41周緣向上延伸的圍繞壁42，及一自該圍繞壁42的內壁面421鄰近該底面41的位置向外延伸，且寬度不大於該邊框區212寬度的支撐塊43，當該光感測模組與該保護模蓋4配合放置時，該邊框區212為靠置於該支撐塊43，因此，該電訊號產生元件31可容置於該支撐基板2與該保護膜蓋4共同配合界定出之保護空間。

配合參閱圖4，然後進行下一步驟13，於該支 撐基板2與該保護模蓋4的交界處形成一抗蝕刻層5，而令該保護空間40成密閉狀態，藉此保護後續蝕刻進行時，該位於支撐基板2第一表面21的電訊號產生元件31可不受蝕刻影響。在本第一較佳實施例中，該抗蝕刻層5是呈環狀而覆蓋於該支撐基板2的第二表面22與該保護模蓋4的上緣，使得後續蝕刻時的化學藥劑(氫氟酸)不會由縫隙鑽入該保護空間40中而傷害到該電訊號產生元件31。而由於氫氟酸(HF)是屬於強酸性，故該抗蝕刻層5需要選自可以長時間耐氫氟酸侵蝕的材料，例如油墨或光阻，在本第一較佳實施例中，該抗蝕刻層5是以光阻為構成材料。

較佳地，為了便於後續的移除製程，該抗蝕刻層5是形成於該支撐基板2與該保護模蓋4的交界處，且不超過該邊框區212。

再參閱圖5，接著進行步驟14，以氫氟酸蝕刻該支撐基板2外露的第二表面22，令該支撐基板2由該初始厚度薄化成為一具可撓性的玻璃基板2’。

補充說明的是，利用氫氟酸蝕刻玻璃以進行玻璃薄化的製程已廣泛地應用於如液晶玻璃面板的厚度薄化，但由於以往的液晶玻璃面板薄化是將原玻璃面板整片浸入化學蝕刻槽中，因此無法僅由單一側面進行厚度薄化，加上氫氟酸又是強酸性的蝕刻化學液體，會傷害到玻璃基板上的電子元件、線路圖層，所以並不能直接使用氫氟酸做為本發明中該第一表面31是形成有電訊號產生元件31的 支撐基板2的薄化。另外，目前還有一種可進行單面玻璃薄化的磨砂研磨製程，不過，磨砂研磨不論在設備或生產成本都偏高，此外受制於設備機台尺寸也無法進行較大面積的玻璃研磨，加上磨砂過程中產生的廢料對環境的污染較高，因此現有的玻璃薄化製程並無法適用於可撓式光感測器中玻璃基板薄化而達到可撓性的量產需求。所以，本發明便是基於使用氫氟酸可大量、快速進行玻璃薄化，但又利用該保護模蓋4與該抗蝕刻層5的配合，使得該支撐基板2第一表面21，及位於該第一表面21上的電訊號產生元件31不受強酸蝕刻影響，而可利用氫氟蝕刻，製作出厚度降低而具有可撓性的玻璃基板2’。本第一較佳實施例是將該具初始厚度的支撐基板2薄化至200μm時，並經彎折測試後，所測得的最小曲率半徑可達20cm而不會造成基板的任何傷害。

再配合參閱圖1、圖6，進行步驟15，將該具可撓性的玻璃基板2’自該保護模蓋4分離。

更詳細地說，該步驟15可以是利用溶劑將該抗蝕刻層5溶解後，再將該具可撓性的玻璃基板2’自該保護模蓋4移出，或是利用雷射100切割方式，將該玻璃基板2’沿著該元件區211及邊框區212的交接處切割，即可將該具有電訊號產生元件31的玻璃基板2’自該保護模蓋4移出。

最後進行步驟16，於該電訊號產生元件31上形成光子產生元件32，即可製得該如圖7所示的可撓式光感 測器。

詳細的說，該光子產生元件32可選自例如CsI柱狀晶體，可利用直接沉積或是貼合的方式形成於該電訊號產生元件31的表面。而由於該光子產生元件32的材料選擇及形成方式為本技術領域業者所知悉，且非為本發明之重點，因此不再多加說明。

參閱圖8、圖9，本發明可撓式光感測器的製造方法之一第二較佳實施例與該第一較佳實施例相同都可用以製得該如圖2所示的可撓式光感測器。

首先進行步驟11，在該支撐基板2的第一表面21形成該電訊號產生元件31。

接下來進行一步驟12’，特別注意的是該步驟12’與該第一較佳實施例的步驟12有所不同，配合參閱圖9，該第二較佳實施例的步驟12’是先利用一膠材6將該支撐基板2以黏附的方式固設於該支撐塊43上，該膠材6可以是油墨、光阻，或是一般高分子黏膠，利用該膠材6可令該支撐基板2更穩固地設置於該保護模蓋4，便於後續該抗蝕刻層5的形成。

接著再進行與該第一較佳實施例相同的該步驟13~15，先於該支撐基板2與該保護模蓋4的交界處形成該抗蝕刻層5；然後再以氫氟酸對該支撐基板2外露的第二表面22進行玻璃蝕刻，令該支撐基板2由該初始厚度薄化為一具可撓性的玻璃基板2’；之後利用雷射100切割將該具可撓性的玻璃基板2’自該保護模蓋5分離後取出 ，並再於該電訊號產生元件31表面形成光子產生元件32即可製得該可撓式光感測器，由於該第二較佳實施例的步驟11，以及步驟13至步驟16均與上述該第一較佳實施例相似，故不在此重覆贅述。

綜上所述，本發明可撓式光感測器的製造方法係先在該具初始厚度、無可撓性且由玻璃構成的支撐基板2上先形成該光感測單元4後，再利用該保護模蓋4以及抗蝕刻層5、膠材6的配合，使得進行氫氟酸的玻璃蝕刻薄化時能將該光感測單元4保護於該保護空間40中，使得後續以強腐蝕性的氫氟酸僅由該支撐基板2的第二表面22進行蝕刻、達到薄化該支撐基板2的作用，並在不損害該光感測單元4的前提下，得到厚度薄化至具有可撓性的玻璃基板2’，最後將該玻璃基板2’自該保護膜蓋4取出便能得到具可撓性玻璃基板2’的可撓式光感測器，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧步驟

12‧‧‧步驟

13‧‧‧步驟

14‧‧‧步驟

15‧‧‧步驟

16‧‧‧步驟

Claims (7)

1. 一種可撓式光感測器之製造方法，包含：(A)準備一個光感測模組，該光感測模組包括一個由玻璃構成且具有大於200μm的初始厚度的支撐基板，及一個形成於該支撐基板的其中一表面的光感測單元，該支撐基板具有一個元件區及一個環圍該元件區的邊框區，該光感測單元形成於該元件區，並具有一可吸收可見光並轉換為電信號，以產生相對應影像的電訊號產生元件；(B)準備一可與該光感測模組配合出一保護空間的保護模蓋，該保護模蓋具有一底面、一自該底面周緣向上延伸的圍繞壁，及一自該圍繞壁的內壁面延伸，且寬度不大於該邊框區寬度的支撐塊，將該光感測模組與該保護模蓋配合放置，該邊框區為靠置於該支撐塊，並令該光感測單元容置於該保護空間，且該支撐基板遠離該光感測單元的表面裸露於外；(C)於該支撐基板與該保護模蓋的交界處形成一抗蝕刻層以封閉該保護空間；(D)於該步驟(C)後，以氫氟酸蝕刻該支撐基板裸露之表面，令該支撐基板由該初始厚度薄化為一具可撓性的玻璃基板；及(E)於該步驟(D)後，將該可撓性的玻璃基板與該保護模蓋分離。
2. 如請求項1所述的可撓式光感測器之製造方法，其中， 該步驟(C)中的抗蝕刻層選自光阻或油墨。
3. 如請求項1所述的可撓式光感測器之製造方法，其中，該步驟(E)是利用雷射切割將該玻璃基板切離，後再以吸引方式取出。
4. 如請求項1所述的可撓式光感測器之製造方法，其中，該步驟(D)是將具有該初始厚度的該支撐基板薄化至厚度小於等於200μm。
5. 如請求項1所述的可撓式光感測器之製造方法，其中，該步驟(C)中的抗蝕刻層是光阻。
6. 如請求項1所述的可撓式光感測器之製造方法，含包含一步驟(F)，以沉積或貼附方式於該電訊號產生元件表面形成一光子產生元件，該光子產生元件於吸收輻射光子後可產生可見光。
7. 如請求項1所述的可撓式光感測器之製造方法，其中，該步驟(B)還利用一膠材將該支撐基板固置於該保護模蓋。