TWI538277B - 於一基板上沈積至少一導電膜的方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種於一基板上沈積至少一導電膜的方法。
在半導體製造及微加工中之許多處理步驟需要以一經控制及精確方式將一金屬薄膜沈積於一表面上。在有機發光二極體(OLED)技術中，薄導電膜(亦稱為互連件)覆蓋該基板之總表面之大約10%。
沈積一薄金屬膜之一方法係在基板表面上使用有機金屬氣體之雷射熱分解或光分解。此持續的雷射熱法目前係用於某些金屬化應用，但是，在實務上，該方法有至少三個缺點。第一，在該基板上之以氣相產生之金屬原子趨於散佈於離開該分解區域之表面上。第二，該方法相對緩慢。第三，僅可使用那些具有合適的有機金屬氣體之金屬。對於許多微電子學及微觀結構應用來說，此等問題使藉由此方法而進行的快速、精確地金屬化變得不切實際。此外，此方法本身具有需要安全處理及處置某些有毒有機金屬氣體及結構之一相關的環境問題。
另一方法係使用濺鍍方法以該導電膜材料塗佈整個基板表面。然後使用濕化學蝕刻或一雷射燒蝕法以在該基板上曝露所需的薄膜幾何圖形。然而，所用之蝕刻溶液在毒物學及環境保護態樣下係有問題的，且就像沈積於機器組件上之互連件材料之諸部分般幾乎無法回收。
用於在表面上製造電互連件之一進一步方法係雷射燒結分散的奈米粒子，該等奈米粒子係以一噴墨方法而施加。在目前為止之OLED技術中，此方法之結構大小及幾何圖形以及處理速度皆不適於工業的大量生產。此外，在雷射處理期間，熱誘導龜裂可能損壞該基板。
因此，本發明具有消除上述缺點之目的。特定而言，本發明之一目的係提供於一基板上製造導電膜之一方法，其使利用大量生產製造具有寬度小於100微米且長度有數百毫米之此等結構成為可能。
此目的係藉由如本發明之技術方案1所教示之一方法而實現。該方法之有利實施例被定義於附屬技術方案、以下描述或例示性實施例中。
本發明揭示一種於一基板上沈積至少一導電膜之方法，其包括以下步驟：
- 選擇一膜材料之一層，其中該層包括在一正面之一遮罩且其中該層及該遮罩係為一體；
- 將該層之正面設置於該基板上；
- 將至少一雷射脈衝施加於該層之一背面上，以便熔化及蒸發該層之至少部分，使得熔融小滴係朝向該基板推進且沈積於該基板上而形成該膜，其中該遮罩之至少一狹槽限制該等熔融小滴之分佈。
本發明之主要概念係使用包括一遮罩之一膜材料之一層，其中該層及該遮罩係為一體。該遮罩係用來限制該等熔融小滴之分佈且因此限制沈積於該基板上之該導電膜尺寸。該遮罩形成該層之正面。為實現本發明之目的，該遮罩包括接觸區域及狹槽。將該層設置於該基板上時，該接觸區域與該基板直接接觸。該等狹槽係形成於該層中以便限制該等熔融小滴之分佈。該熔化及蒸發本身係藉由一雷射脈衝從背面施加於該層而完成。由於將該雷射脈衝之能量轉移至該層之背面上，該層被熔化及蒸發且因此藉由內部形成的震波推進該等熔融小滴朝向該基板。為了在蒸鍍過程中形成壓力波，僅需在該層中沈積一適當的能量密度。在本發明之背景下，一膜亦指在一基板上之一導電材料之一構造或一結構。
因為此方法之加和特性，得以節省材料。可重複利用未使用的材料。可在周圍空氣中執行該方法，使得其不需要高真空處理。此外，因為不必使用蝕刻溶液，所以節省了處置成本。因為該方法在互連件製造期間亦使雷射光束之高進給速度或掃描速度成為可能，所以其可以一資源節約及符合成本效益之方式用於大量生產。
該所提議的方法不僅可用於製造導電膜，且可用於製造一材料之其他類型線路。下文中，本發明參考導電膜予以更詳細解釋，然而，並不將該方法限制於此等導電膜。顯然的是該方法不限於作為線材之導電材料。
在一有利的實施例中，該方法之施加步驟亦包括：
- 熔化及蒸發該層之至少部分；
- 產生一震波，朝向該基板擴張；
- 形成朝向該層之一內壓力波；及
- 朝向該基板推進該等熔融小滴。
藉由所誘導的雷射光束能量，該層材料正部分熔化及蒸發。當該材料蒸發時，一震波從該熔化表面出現且在該熔化浴上方留下一真空，其誘導朝向該熔化表面之一反向內壓力波。受衝擊，液滴從該熔化層跳離且部分掉於該基板表面之上，在該處該等液滴立刻凝固。在該層之正面上之結構形成一遮罩，該遮罩開鑿蒸汽融流以形成一所需的定義結構如(例如)在一基板表面上之一導線。因為此結構係該遮罩結構之一直接複製品，所以可在該基板上複製一寬度小於100微米之精細導電構造。藉由調整雷射處理參數諸如雷射功率、光束直徑、脈衝持續時間、脈衝重複性、掃描速度等，一切割刃正以一定的角度設定便於阻止該雷射輻射撞擊該表面及損壞該表面。
在一較佳實施例中，該方法進一步包括藉由該膜材料之一蒸發層形成該震波之步驟。該雷射脈衝蒸鍍產生一震波之該層之一部分，該震波朝向該基板擴張。該蒸鍍導致該蒸發層之氣體之一釋放，其擴張且因此形成該震波。在該震波邊界內產生一真空，在該真空本身內產生一被導引朝向該震波之起點之一壓力波。
一較佳實施例的特徵在於循序且相鄰地施加複數個雷射脈衝，較佳的是該複數個雷射脈衝在該狹槽之上沿著該層移動。該雷射脈衝可以一定義的進給速度沿著該層移動。
一較佳實施例的特徵在於：
- 將該雷射脈衝及/或該等雷射脈衝施加於該層以形成一切割邊緣，其中該切割邊緣包括相對於該層之一背面之大於等於30°且小於等於70°之一切割角度θ。
該層具有該等狹槽且使正面在該基板上予以放置，且在隨後的雷射處理期間，其係壓於該基板上。然後該雷射光束及/或雷射脈衝係從背面以該膜之該層材料局部熔化之此種方式施加於該層。在沈積該導電膜於該基板上之過程期間，移動該雷射脈衝在該層上之位置。該雷射脈衝之位置改變的速度被稱為進給速度，且可在1毫米/秒與10000毫米/秒之間。由於該雷射脈衝及/或雷射光束之此移動，建立一切割邊緣。將該雷射脈衝施加於該層導致該層材料之一熔化及/或蒸鍍，該雷射脈衝之該併發向前移動至該切割邊緣之一角度。此角度應以此種方式選擇，即：
- 該雷射脈衝不損壞該基板，且
- 所推進的熔融小滴撞擊該基板。
如量測已經顯示，一更佳實施例切割邊緣包括相對於該層之一背面之大於等於45°且小於等於60°之一切割角度θ。
採用所提議之方法，層材料係提供於一基板上以製造作為一膜之電互連件。因此該層材料包括具有形成一個或複數個狹槽之一結構化正面之一遮罩。該層及/或該遮罩及/或該狹槽之結構可(例如)使用機械工具實現。然而，本發明顯然不限於此等狹槽之造型。該等狹槽及/或該遮罩本身宜具有一長方形橫截面。
在一較佳實施例中，在該層背面上之一雷射光束直徑及/或一雷射輸出參數可以避免該基板之直接照射之此種方式而調整。因此，防止了由該雷射直接照射該基板。該基板可因此不被該雷射脈衝所損壞。藉由調整該雷射光束直徑及/或該雷射之輸出參數，防止了該雷射光束將能量注入該膜而沈積於該基板之上。因此防止了該膜可再一次蒸鍍及該膜之結構被損壞。
在一較佳實施例中，該基板係一OLED基板。若OLED用作在其上之導電膜係有效的一基板，該方法特別有效。
該目的係藉由一膜材料之一層得以解決，其中該層包括一遮罩且根據該等所述方法之任一方法，該層係可用的。關於此方法所述之特徵部及細節亦適用於系統且反之亦然。
該目的亦係藉由用於沈積至少一導電膜於一基板上之一系統(包括一雷射及一膜材料之一層)而得以解決，其中該系統根據該所述方法之任一方法而作業。關於此方法所述之特徵部及細節亦適用於該系統且反之亦然。
在一較佳實施例中，該系統包括一雷射，其係一脈衝式Nd:YVO4雷射(釹摻雜釩酸釔)。較佳地，該Nd:YVO4雷射發射具有一波長為1064奈米之光。在另一有利的實施例中，該系統的特徵在於該雷射包括一平均輸出功率在10瓦特與100瓦特之間，較佳在20瓦特與60瓦特之間。在另一較佳實施例中，該系統的特徵在於該雷射包括一雷射脈衝重複速率在20kHz與200kHz之間，較佳在110kHz與170kHz之間，較佳的是，該雷射包括一雷射光束直徑在10微米與100微米之間，較佳在20微米與50微米之間。各雷射脈衝之長度可在40ns與60ns之間。
上述方法及/或膜之層及/或該系統以及所主張組件及在所述實施例中之根據本發明待使用之該等組件就大小、形狀及材料選擇而言不具有任何特別例外。在相關領域已知選擇準則之技術概念可不受限制地予以應用。在該等附屬技術方案及各圖式之以下描述中揭示了本發明之該目的之額外的細節、特徵及優點，該等圖式僅係一例示性方式，其中展示根據本發明之該方法及/或膜之該層及/或該系統之複數個較佳實施例。
該所提議之方法係結合各圖式藉由一例示性實施例之方式在下文再次予以更詳細解釋。該方法以示意圖展示。
下文中，所提議之方法係藉由一實例之方式再一次予以解釋，其中一銅膜係施加於一玻璃基板30上。
在圖1中展示了一膜材料之一層10。該方法之目的係沈積此膜材料之至少部分於一基板30上。為了實現此目的，將一狹槽45插入於該層10中。在本實例中，可使用一45微米厚度之銅層10。隨後利用一機械工具140(例如，具有鑽石頭之一工具)處理此銅層10，以在該銅層的正面製造具有待施加之膜之寬度及路線之一狹槽45。在本實例中，該狹槽45可包括80微米之一狹槽寬度46及25微米之一狹槽深度。在本發明之背景下，一膜亦表示該基板上之一導電膜之一構造或一結構。
在圖2中展示了具有嵌入狹槽45之該層10。在圖2的左側展示該層10之正面之一視圖。在該層10之中間，該狹槽45已實施於該層10中。在圖2的右側展示具有狹槽45之該層10之一橫截面視圖。該層10包括一正面11。未被該機械工具140帶走之該正面11之該等部分形成遮罩40。此遮罩40將被放置於待施加該導電膜20之該基板30上。在該橫截面圖中，該狹槽45之較佳長方形橫截面形狀係明顯的。
在此實例中僅展示具有用於產生一膜20之一直線路線之該狹槽45。然而，顯然的是，使用該方法在該層10之正面可製造任何狹槽結構且可因此產生任何膜結構。
該層10係/可使正面11在待產生膜之一玻璃基板30上予以放置。然後沿著該狹槽45將一雷射脈衝120及/或一雷射光束施加於該層10之背面，該層10之該銅材料係透過該狹槽而轉移至該玻璃基板30上。該所施加膜20之形狀，亦即，在該處理中之寬度及路線係藉由在作為遮罩40之該層10之正面11上之該狹槽45之形狀予以界定。此示意性地展示於圖3中。
為在該基板30上形成該膜20，可應用以下步驟：
- 使用一層10，其包括在正面11上之該遮罩40且其中該層10及該遮罩40係為一體；
- 將該層10之正面11定位於該基板30之上；
- 熔化及/或蒸鍍及/或蒸發該層10之至少部分；
- 產生一震波150，朝向該基板30擴張；
- 形成朝向該層10之一內部壓力波155；
- 朝向該基板30推進該等熔融小滴110；及
- 沈積該等熔融小滴110於該基板30上，形成該膜20，其中該遮罩40之至少一個狹槽45限制該等熔融小滴110之分佈。
此方法所具有的優點係其可在周圍空氣中執行。因此無需使用真空來沈積該導電膜於該層上。
圖4展示具有該狹槽45之該層10之一橫截面圖，在該圖中該雷射光束之該燒蝕過程係明顯的。該雷射脈衝120係在一箭頭所指之方向上移動。因此，以合適設定之進給速度、平均雷射輸出參數及雷射光束直徑而於該層10之表面上產生一切割邊緣130，該設定在本實例中具有為大約45°之一切割角度θ。在此切割角度131下，該雷射光束120不會損壞該玻璃基板之表面。
將該膜材料施加於該玻璃基板30之原理係藉由圖5之示意圖之方式予以更詳細地解釋。圖5描述圖4之該層10之一剖視圖，其中展示平行於該層10之該切割邊緣130之一部分。該層材料10係通過藉由該雷射脈衝120之引發的光能量而熔化，如部分圖5a所示。此亦展示於圖4中。此外，該熔化浴100表面係加熱至蒸鍍溫度。該震波150(見圖5b)發散通過該蒸鍍材料而在該材料表面產生一真空，通過該真空形成一反向的壓力波155(圖5c)。若該壓力波155撞擊該熔化浴100，則熔融小滴110噴射而出至該層10之表面(圖5d)。此等熔融小滴110在該基板表面凝固且形成一導電黏結劑(其與該基板30之表面發生黏附性連接)以形成該膜20。利用整合於該層10中之該遮罩40，該膜20按其幾何圖形來定義且可將寬度調整至小於100微米。
在這點上，圖6以俯視圖及橫截面圖展示所沈積膜20。在本實例中，使用了具有1064奈米之一波長及高脈衝穩定性之一脈衝式Nd:YVO4雷射。具有平均雷射輸出為大約40瓦特、脈衝重複率為130kHz及焦點為30微米之設定，可能實現1300毫米/秒至1400毫米/秒之一進給速度以製造該銅膜。該膜之所產生區域電阻總計為0.05Ω/sq且因此大體上係用於OLED。若使用一大約35微米厚度之鋁層，宜設定平均雷射輸出為大約40瓦特及該脈衝重複率為150kHz。則可能實現2400毫米/秒至2700毫米/秒之一進給速度以製造該膜。
顯然平均雷射輸出、脈衝重複率、在焦點中之雷射光束直徑及進給速度之以上所述參數取決於該層材料、該層厚度且在一定條件下，亦取決於該層材料之對準及該遮罩狹槽之幾何圖形。
10．．．層
11．．．層之正面
12．．．背面
20．．．導電膜
30．．．基板
40．．．遮罩
45．．．狹槽
46．．．槽寬
100．．．熔化浴
110．．．熔融小滴
120．．．雷射脈衝
125．．．雷射光束直徑
130．．．切割邊緣
131．．．切割角度
140．．．機械工具
150．．．震波
155．．．壓力波
圖1為製造有一狹槽之一層之一實例；
圖2為具有一遮罩之圖1之該層之一實例，該層包括該狹槽；
圖3為施加於一表面之該層之一圖；
圖4為圖3之一垂直橫截面，一切割邊緣在該橫截面中係明顯的；
圖5為本發明方法之各步驟之一示意圖；及
圖6為在基板上之所施加膜之一示意俯視圖及一示意橫截面圖。
10．．．層
11．．．層之正面
20．．．導電膜
30．．．基板
40．．．遮罩
45．．．狹槽
110．．．熔融小滴
120．．．雷射脈衝
Claims (9)
- 一種於一基板(30)上沈積至少一導電膜(20)的方法，其包括下列步驟：選擇一膜材料之一層(10)，其中該層(10)包括在一正面(11)上之一遮罩(40)且其中該層(10)及該遮罩(40)係為一體；將該層(10)之該正面(11)設置於該基板(30)上；將至少一雷射脈衝(120)施加於該層(10)之一背面(12)上，以便熔化及蒸發該層(10)之至少部分，使得熔融小滴(droplet,110)朝向該基板(30)推進(propelled)且沈積於該基板(30)上而形成該膜(20)，其中該遮罩(40)之至少一狹槽(45)限制該等熔融小滴(110)之分佈。
- 如請求項1之方法，其中該施加步驟亦包括：熔化及蒸發該層(10)之至少部分；產生一震波(150)，其朝向該基板(30)擴張；形成朝向該層(10)之一內部壓力波(155)；及朝向該基板(30)推進該等熔融小滴(110)。
- 如請求項1或2之方法，其中藉由該膜材料之一蒸發層而形成該震波(150)。
- 如請求項1之方法，其中循序及相鄰地施加複數個雷射脈衝(120)。
- 如請求項1之方法，其中： 將該雷射脈衝(120)施加於該層(10)以形成一切割邊緣(130)，且其中該切割邊緣(130)包括相對於該層(10)之該背面(12)之大於等於30°且小於等於70°之一切割角度θ(131)。
- 如請求項1之方法，其中使用一機械工具(140)於該層(10)之該正面(11)上製造該遮罩(40)及/或該狹槽(45)。
- 如請求項1之方法，其中該遮罩(40)及/或該狹槽(45)包括一長方形橫截面。
- 如請求項1之方法，其中以避免該基板之直接照射之此種方式調整在該層(10)之該背面上之一雷射光束直徑(125)及/或一雷射輸出。
- 如請求項1之方法，其中該基板(30)係一OLED基板(30)。
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