專(zhuān)利名稱(chēng)：膜層蝕刻方法及其激光光刻機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造加工技術(shù)，具體地說(shuō)是一種表面加工技術(shù)，提供了一種膜層蝕刻方法及其激光光刻機(jī)，尤其是應(yīng)用于大尺寸觸控面板采用激光蝕刻的表面保護(hù)層處理方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著觸控技術(shù)的不斷發(fā)展，觸控面板已廣泛應(yīng)用于諸如手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、游戲機(jī)輸入接口、電腦觸控屏等各種電子產(chǎn)品中。觸控面板與顯示面板集成一體，通常包括透明基板及布設(shè)于其上的導(dǎo)電層和導(dǎo)電線路，以及保護(hù)層。所述導(dǎo)電線路形成于面板上導(dǎo)電層的周邊，所述保護(hù)層敷設(shè)于導(dǎo)電層及透明基板上。觸控面板在使用時(shí)需與外接電路相貼合，需要將邊緣電極和周邊的導(dǎo)電線路上的保護(hù)層蝕穿，使外接電路與面板上保護(hù)層下方的導(dǎo)電層建立電接觸。
現(xiàn)有的去除導(dǎo)電邊緣電極及導(dǎo)電線路上方的保護(hù)層的方法有兩種光蝕刻微影和網(wǎng)印。網(wǎng)印是孔版印刷的一種主要印刷方法。網(wǎng)版面一般包括通孔與實(shí)體兩部分。印刷時(shí)，將蝕刻膏放置于預(yù)設(shè)的網(wǎng)版上，蝕刻膏在刮墨刀的擠壓下從網(wǎng)版面通孔處漏印至保護(hù)層上而形成圖案，如圖I所示。網(wǎng)印的工藝比較簡(jiǎn)單，所需設(shè)備費(fèi)用少，制作費(fèi)用低，但不易制作細(xì)小圖形(線寬< 200微米)。然而，其所采用的網(wǎng)版不能通用，針對(duì)不同的產(chǎn)品的不同圖案，需要設(shè)計(jì)各自對(duì)應(yīng)的網(wǎng)版。當(dāng)所需圖案發(fā)生改變時(shí)，需要更換相應(yīng)圖案的網(wǎng)版。另外，對(duì)于中、大尺寸的觸控面板，其所印刷的保護(hù)層尺寸變大時(shí)，所使用的網(wǎng)版的尺寸亦變大，印刷時(shí)不易控制整個(gè)大尺寸網(wǎng)版的張力的一致性，從而也較難保證漏印在承印物上的蝕刻膏的一致性。而且，當(dāng)網(wǎng)版尺寸越大時(shí)，經(jīng)過(guò)刮墨刀的長(zhǎng)時(shí)間磨擦，其所造成的網(wǎng)版磨損或變形就越容易，使得網(wǎng)版的壽命變短，生產(chǎn)時(shí)的耗材成本變高。光蝕刻微影，即光刻，是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)，其目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面蝕刻出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)或者互補(bǔ)的幾何圖形。光刻是一個(gè)復(fù)雜的工藝流程，通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟將表面薄膜的特定部分去除，最終形成一定的圖案。如圖I所示，一般的光刻工藝的生產(chǎn)步驟包括清洗、涂布光阻層、曝光、顯影、烘干、蝕刻及剝膜的過(guò)程，其設(shè)備所需投資較大、維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)還需要大量的化學(xué)藥劑，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)工時(shí)長(zhǎng)。尤其是，對(duì)于大尺寸的觸控面板，這些問(wèn)題就顯得尤為嚴(yán)峻，而且容易導(dǎo)致生產(chǎn)良率下降。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種膜層蝕刻方法，其采用激光直接蝕刻膜層并形成所需圖案，無(wú)需光罩，可實(shí)現(xiàn)單步圖案化制程。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種膜層蝕刻方法，包括以下步驟在基板上形成一膜層；采用激光光束對(duì)所述膜層的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行燒蝕，形成圖案化膜層。
所述激光光束通過(guò)激光器射出，透過(guò)一組聚焦透鏡用以聚集激光光束，并通過(guò)一控制器控制所述激光光束投射在所述膜層上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。所述控制器通過(guò)控制聚焦透鏡的位置和抖動(dòng)頻率來(lái)控制所述激光光束的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。所述膜層是保護(hù)層。所述保護(hù)層為二氧化硅層或聚硅氧烷保護(hù)層。所述基板上設(shè)有導(dǎo)電層，所述膜層覆設(shè)于所述導(dǎo)電層上。所述導(dǎo)電層以氧化銦錫(ITO)材料制成。所述激光光束使所述氧化銦錫(ITO)材料易吸收能量，將所述導(dǎo)電層表面輕微剝蝕，造成所述氧化銦錫(ITO)材料受熱氣化，造成所述膜層因下層的體積膨脹而被擠壓抬起，從而剝離去除該膜層材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種激光蝕刻機(jī)，無(wú)需光罩，采用激光單步圖案化觸控 面板的保護(hù)層表面，可用于大尺寸觸控面板的加工。一種激光光刻機(jī)，包括激光器、聚焦透鏡組、控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和定位平臺(tái)，所述激光器發(fā)出激光光束，該激光光束經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡組投射于所述定位平臺(tái)上的工件表面；所述控制器控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接并受控于所述控制器，其輸出連接于所述聚焦透鏡組，控制所述聚焦透鏡組從而使得所述激光光束投射在所述工件表面的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。該激光光刻機(jī)包括多個(gè)激光器及其相應(yīng)的多個(gè)所述聚焦透鏡組。所述聚焦透鏡組包括擴(kuò)束鏡、X軸反射鏡、Y軸反射鏡以及掃描振鏡(scan lens)，所述激光光束從激光器發(fā)出經(jīng)所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，由所述X軸反射鏡和Y軸反射鏡反射，再由所述掃描振鏡聚焦投射于所述工件表面。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括X-Y-Z三軸方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)所述X軸反射鏡、Y軸反射鏡以及掃描振鏡。所述控制器包括同步觸發(fā)模塊、聚焦調(diào)節(jié)模塊和振鏡掃描模塊，所述同步觸發(fā)模塊使定位平臺(tái)的移動(dòng)速度與激光的脈沖密度相一致，解決定位平臺(tái)在起始和結(jié)束時(shí)的加減速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致激光蝕刻線段的兩端刻痕不均勻或者過(guò)深的現(xiàn)象，使得刻痕均勻；所述聚焦調(diào)節(jié)模塊通過(guò)調(diào)節(jié)所述聚焦透鏡組來(lái)改變投射于所述工件表面的光斑尺寸；所述振鏡掃描模塊改變所述掃描振鏡抖動(dòng)頻率，控制所述激光器的能量密度和蝕刻區(qū)域，提高激光蝕刻的圖案精度和定位精度。所述激光光束的光斑直徑可小于10 μ m，達(dá)到5-10 μ m。本發(fā)明提供的膜層蝕刻方法，是采用激光直接蝕刻于膜層表面形成所需圖案的方法，可用于大尺寸的觸控面板，實(shí)現(xiàn)采用單步圖案化制程取代網(wǎng)版印刷制程或者是多步有光罩的光刻制程，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的激光蝕刻機(jī)，無(wú)需光罩，采用激光單步圖案化觸控面板的保護(hù)層表面，可用于大尺寸觸控面板的加工。


圖I是現(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的光蝕刻微影的流程圖；圖3是本發(fā)明膜層蝕刻方法的流程圖；圖4是本發(fā)明激光光刻機(jī)的工作原理示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種膜層蝕刻方法，如圖3所示，包括以下步驟S1 :在基板上形成一膜層；S2 :采用激光光束對(duì)所述膜層的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行燒蝕，形成圖案化膜層；以及S3 :清潔去除雜質(zhì)。其中S2具體包括以下步驟S201，激光器產(chǎn)生激光光束；S202，聚焦透鏡組聚集該激光光束，所述激光光束從激光器射出后，透過(guò)一組聚焦透鏡用以聚集激光光束；S203，將激光光束投射于預(yù)定區(qū)域進(jìn)行蝕刻，是通過(guò)一控制器控制所述激光光束投射在所述膜層上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。其中，所述控制器通過(guò)控制聚焦透鏡的位置和抖動(dòng)頻率來(lái)控制所述激光光束的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。本發(fā)明的膜層蝕刻方法是通過(guò)激光光刻機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一種激光光刻機(jī)，如圖4所示，包括激光器10、聚焦透鏡組、控制器(圖未示)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和定位平臺(tái)。激光器10發(fā)出 激光光束，該激光光束經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡組投射于所述定位平臺(tái)上工件100的表面，所述聚焦透鏡組包括擴(kuò)束鏡21、x軸反射鏡22、Y軸反射鏡23以及掃描振鏡(scan lens) 24，所述激光光束從激光器10發(fā)出經(jīng)所述擴(kuò)束鏡21擴(kuò)束后，由所述X軸反射鏡22和Y軸反射鏡23反射，再由所述掃描振鏡24聚焦投射于所述工件100表面；所述控制器控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括X-Y-Z三軸方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)31驅(qū)動(dòng)X軸反射鏡22，Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)32驅(qū)動(dòng)Y軸反射鏡23，Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(圖未示)驅(qū)動(dòng)掃描振鏡24;所述X-Y-Z三軸方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)均連接并受控于所述控制器，控制所述聚焦透鏡組，使得所述激光光束投射在工件100表面的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。其中，所述控制器包括同步觸發(fā)模塊、聚焦調(diào)節(jié)模塊和振鏡掃描模塊，所述同步觸發(fā)模塊使定位平臺(tái)的移動(dòng)速度與激光的脈沖密度相一致，解決定位平臺(tái)在起始和結(jié)束時(shí)的加減速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致激光蝕刻線段的兩端刻痕不均勻或者過(guò)深的現(xiàn)象，使得刻痕均勻；所述聚焦調(diào)節(jié)模塊通過(guò)調(diào)節(jié)所述聚焦透鏡組來(lái)改變投射于所述工件100表面的光斑尺寸；所述振鏡掃描模塊改變所述掃描振鏡24抖動(dòng)頻率，控制所述激光器的能量密度和蝕刻區(qū)域，提高激光蝕刻的圖案精度和定位精度。所述激光光束的光斑直徑可小于10 μ m,達(dá)到5-10 μ m。另外，上述的激光光刻機(jī)可以采用多個(gè)激光頭(multi laser head),相應(yīng)的有多個(gè)所述聚焦透鏡組與其相配合。所述激光的波長(zhǎng)采用紫外光(UV)波段，所述激光光束的光斑直徑可小于10 μ m,達(dá)到5-10 μ m。實(shí)施例I如圖5所不,一種觸控面板包括玻璃基板51,導(dǎo)電層52和保護(hù)層53,導(dǎo)電層52以氧化銦錫(ITO)材料制成布設(shè)于玻璃基板51表面，保護(hù)層53為二氧化硅層，覆設(shè)于導(dǎo)電層52上。觸控面板上導(dǎo)電層的電極通過(guò)邊緣的導(dǎo)電線路連接至外部處理器，為了在使用時(shí)使觸控面板與外接電路相貼合，需要將覆設(shè)于邊緣導(dǎo)電線路上的保護(hù)層53蝕穿，使外接電路與導(dǎo)電層52建立電接觸。其中，保護(hù)層53亦可為聚硅氧烷保護(hù)層。本發(fā)明人通過(guò)不斷試驗(yàn)和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)采用適當(dāng)波長(zhǎng)的激光，即采用波長(zhǎng)為266nm的激光，可以將導(dǎo)電層52表面的ITO輕微剝蝕，由于在該波長(zhǎng)下下層導(dǎo)電層52的材料(ITO)比保護(hù)層53的材料(SiO2)更容易吸收光能，使ITO受熱氣化，造成SiO2體積膨脹而被擠壓抬起被去除，從而剝離去除保護(hù)層53材料。其中，所述激光的脈沖能量不大于16 μ j/發(fā)(μ j/pluse)。本發(fā)明人采用波長(zhǎng)為266nm的激光，其脈沖能量為8 μ j/發(fā)，脈沖頻率為60kHz,實(shí)現(xiàn)SiO2的剝蝕同時(shí)不損傷其他層結(jié)構(gòu)。如圖5所示，本實(shí)施例中玻璃基板51的厚度為O. 5mm左右，導(dǎo)電層52的厚度約為150人，保護(hù)層53的厚度約為500 A。在激光蝕刻后，本發(fā)明人將所試驗(yàn)的樣品采用激光測(cè)距儀(Keyence laser測(cè)距儀)，并采用3000倍的取像倍率觀測(cè)所蝕刻區(qū)域，其與周邊未蝕刻區(qū)域的高度差正好等于保護(hù)層53的厚度(約為500Α)ο試驗(yàn)結(jié)果表明，采用一定波長(zhǎng)的激光可以在預(yù)定區(qū)域剝離該區(qū)域的保護(hù)層材料，并能針對(duì)所蝕刻的材質(zhì)不同加以區(qū)分，在剝離表層材質(zhì)時(shí)，不易將其底層材質(zhì)也一并蝕刻，從而避免引起不必要的損傷。 進(jìn)行保護(hù)層53圖案化處理的過(guò)程中，為了保證不會(huì)對(duì)導(dǎo)電層52表面造成損傷，可采用以下兩種方法。其一是終點(diǎn)偵測(cè)模式，采用終點(diǎn)偵測(cè)器偵測(cè)不同成分的物質(zhì)，一旦偵測(cè)到下一層(即導(dǎo)電層52)的成分時(shí)，則停止激光剝離(即燒蝕)的動(dòng)作。比如，可采用光譜儀偵測(cè)上下兩層物質(zhì)的光譜，因?yàn)椴煌镔|(zhì)材料可發(fā)出不同波長(zhǎng)及顏色的光譜，即可通過(guò)光譜儀來(lái)偵測(cè)物質(zhì)的差異。關(guān)于終點(diǎn)偵測(cè)的方法亦可采用其他方式，如紅外輻射法、激光干涉法等來(lái)進(jìn)行終點(diǎn)偵測(cè)。另一種方法是剝離時(shí)間固定模式，該方法包括以下步驟測(cè)量保護(hù)層53的厚度；計(jì)算所需剝離時(shí)間，根據(jù)激光的能量密度及脈沖數(shù)來(lái)確定該剝離時(shí)間；進(jìn)行保護(hù)層53的剝離動(dòng)作，經(jīng)過(guò)所計(jì)算出來(lái)的剝離時(shí)間的剝離后，停止激光剝離的動(dòng)作，即可得到保護(hù)層53所需的圖案。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種膜層蝕刻方法，其特征在于包括以下步驟在基板上形成一膜層；采用激光光束對(duì)所述膜層的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行燒蝕，形成圖案化膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述激光光束通過(guò)激光器射出，透過(guò)一組聚焦透鏡用以聚集激光光束，并通過(guò)一控制器控制所述激光光束投射在所述膜層上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述控制器通過(guò)控制聚焦透鏡的位置和抖動(dòng)頻率來(lái)控制所述激光光束的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述激光的波長(zhǎng)采用紫外光波段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述激光是波長(zhǎng)為266nm的紫外光激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述激光的脈沖能量不大于16 μ j/發(fā)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述膜層是二氧化硅保護(hù)層或聚硅氧烷保護(hù)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述基板上設(shè)有導(dǎo)電層，所述膜層覆設(shè)于所述導(dǎo)電層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的膜層蝕刻方法，其特征在于所述導(dǎo)電層以氧化銦錫材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜層蝕刻方法，其特征在于該方法還包括一終點(diǎn)偵測(cè)步驟，在進(jìn)行激光燒蝕過(guò)程時(shí)偵測(cè)膜層的終點(diǎn)位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜層蝕刻方法，其特征在于該方法在所述激光光束進(jìn)行燒蝕前，還包括一測(cè)量膜層厚度的步驟和一計(jì)算所需剝離時(shí)間的步驟，用以計(jì)算所述激光進(jìn)行燒蝕的時(shí)間。
12.—種激光光刻機(jī),其特征在于,包括激光器(10)、聚焦透鏡組、控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和定位平臺(tái)，所述激光器(10)發(fā)出激光光束，該激光光束經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡組投射于所述定位平臺(tái)上的工件(100)表面；所述控制器控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接并受控于所述控制器，其輸出連接于所述聚焦透鏡組，控制所述聚焦透鏡組從而使得所述激光光束投射在所述工件(100)表面的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光光刻機(jī)，其特征在于該激光光刻機(jī)包括多個(gè)激光器(10)及其相應(yīng)的多個(gè)所述聚焦透鏡組。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光光刻機(jī)，其特征在于所述聚焦透鏡組包括擴(kuò)束鏡(21)、X軸反射鏡(22)、Y軸反射鏡(23)以及掃描振鏡(24)，所述激光光束從激光器(10)發(fā)出經(jīng)所述擴(kuò)束鏡(21)擴(kuò)束后，由所述X軸反射鏡(22)和Y軸反射鏡(23)反射，再由所述掃描振鏡(24)聚焦投射于所述工件(100)表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光光刻機(jī)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括X-Y-Z三軸方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)所述X軸反射鏡(22)、Y軸反射鏡(23)以及掃描振鏡(24) ο
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光光刻機(jī)，其特征在于所述控制器包括同步觸發(fā)模塊、聚焦調(diào)節(jié)模塊和振鏡掃描模塊，所述同步觸發(fā)模塊使定位平臺(tái)的移動(dòng)速度與激光的脈沖密度相一致；所述聚焦調(diào)節(jié)模塊通過(guò)調(diào)節(jié)所述聚焦透鏡組來(lái)改變投射于所述工件(100)表面的光斑尺寸；所述振鏡掃描模塊改變所述掃描振鏡(24)抖動(dòng)頻率，控制所述激光器的能量密度和蝕刻區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光光刻機(jī)，其特征在于所述激光光束的光斑直徑小于。10 μ m0
全文摘要
本發(fā)明提供了一種膜層蝕刻方法及其激光光刻機(jī)，尤其是應(yīng)用于大尺寸觸控面板采用激光蝕刻的表面保護(hù)層處理方法。本發(fā)明的膜層蝕刻方法包括以下步驟在基板上形成一膜層；采用激光光束對(duì)所述膜層的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行燒蝕，形成圖案化膜層。本發(fā)明的激光光刻機(jī)，包括激光器、聚焦透鏡組、控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和定位平臺(tái)，所述激光器發(fā)出激光光束，該激光光束經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡組投射于所述定位平臺(tái)上的工件表面。本發(fā)明是采用激光直接蝕刻于膜層表面形成所需圖案的方法，可應(yīng)用于大尺寸觸控面板的加工，無(wú)需光罩，實(shí)現(xiàn)采用快速單步圖案化制程取代網(wǎng)版印刷制程或者是多步有光罩的光刻制程，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G02B26/10GK102759863SQ20111011557
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者林坤榮, 陳猷仁 申請(qǐng)人:瑞世達(dá)科技(廈門(mén))有限公司