雷射光刻機的製作方法
2023-08-02 14:37:21
專利名稱：雷射光刻機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及製造加工技術，具體地說是一種表面加工技術，提供了一種膜層蝕刻方法及其雷射光刻機，尤其是應用於大尺寸觸控面板採用雷射蝕刻的表面保護層處理方法。
背景技術：
近年來，隨著觸控技術的不斷發展，觸控面板已廣泛應用於諸如手機、個人數字助理(PDA)、遊戲機輸入接口、電腦觸控屏等各種電子產品中。觸控面板與顯示面板集成一體， 通常包括透明基板及布設於其上的導電層和導電線路，以及保護層。所述導電線路形成於面板上導電層的周邊，所述保護層敷設於導電層及透明基板上。觸控面板在使用時需與外接電路相貼合，需要將邊緣電極和周邊的導電線路上的保護層蝕穿，使外接電路與面板上保護層下方的導電層建立電接觸。現有的去除導電邊緣電極及導電線路上方的保護層的方法有兩種光蝕刻微影和網印。網印是孔版印刷的一種主要印刷方法。網版面一般包括通孔與實體兩部分。印刷時， 將蝕刻膏放置於預設的網版上，蝕刻膏在刮墨刀的擠壓下從網版面通孔處漏印至保護層上而形成圖案，如圖1所示。網印的工藝比較簡單，所需設備費用少，製作費用低，但不易製作細小圖形(線寬< 200微米)。然而，其所採用的網版不能通用，針對不同的產品的不同圖案，需要設計各自對應的網版。當所需圖案發生改變時，需要更換相應圖案的網版。另外， 對於中、大尺寸的觸控面板，其所印刷的保護層尺寸變大時，所使用的網版的尺寸亦變大， 印刷時不易控制整個大尺寸網版的張力的一致性，從而也較難保證漏印在承印物上的蝕刻膏的一致性。而且，當網版尺寸越大時，經過刮墨刀的長時間磨擦，其所造成的網版磨損或變形就越容易，使得網版的壽命變短，生產時的耗材成本變高。光蝕刻微影，即光刻，是一種圖形複印和化學腐蝕相結合的精密表面加工技術，其目的就是在二氧化矽或金屬薄膜上面蝕刻出與掩膜版完全對應或者互補的幾何圖形。光刻是一個複雜的工藝流程，通過一系列生產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1所示，一般的光刻工藝的生產步驟包括清洗、塗布光阻層、曝光、顯影、烘乾、 蝕刻及剝膜的過程，其設備所需投資較大、維護費用高，同時還需要大量的化學藥劑，導致生產成本高，生產工時長。尤其是，對於大尺寸的觸控面板，這些問題就顯得尤為嚴峻，而且容易導致生產良率下降。
發明內容有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種雷射蝕刻機，無需光罩，採用雷射單步圖案化觸控面板的保護層表面，可用於大尺寸觸控面板的加工。一種雷射光刻機，包括雷射器、聚焦透鏡組、控制器、驅動電機和定位平臺，所述雷射器發出雷射光束，該雷射光束經過所述聚焦透鏡組投射於所述定位平臺上的工件表面； 所述控制器控制所述驅動電機的運轉狀態；所述驅動電機連接並受控於所述控制器，其輸出連接於所述聚焦透鏡組，控制所述聚焦透鏡組從而使得所述雷射光束投射在所述工件表面的預定區域內。該雷射光刻機包括多個雷射器及其相應的多個所述聚焦透鏡組。所述聚焦透鏡組包括擴束鏡、X軸反射鏡、Y軸反射鏡以及掃描振鏡(scan lens)， 所述雷射光束從雷射器發出經所述擴束鏡擴束後，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於所述工件表面。所述驅動電機包括X-Y-Z三軸方向的驅動電機，所述驅動電機分別驅動所述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模塊、聚焦調節模塊和振鏡掃描模塊，所述同步觸發模塊使定位平臺的移動速度與雷射的脈衝密度相一致，解決定位平臺在起始和結束時的加減速運動導致雷射蝕刻線段的兩端刻痕不均勻或者過深的現象，使得刻痕均勻；所述聚焦調節模塊通過調節所述聚焦透鏡組來改變投射於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頻率，控制所述雷射器的能量密度和蝕刻區域，提高雷射蝕刻的圖案精度和定位精度。所述雷射光束的光斑直徑可小於10 μ m，達到5-10 μ m。本實用新型提供的雷射蝕刻機，無需光罩，採用雷射單步圖案化觸控面板的保護層表面，可用於大尺寸觸控面板的加工，實現採用單步圖案化製程取代網版印刷製程或者是多步有光罩的光刻製程，降低生產成本。
圖1是現有的絲網印刷的裝置結構示意圖；圖2是現有的光蝕刻微影的流程圖；圖3是本實用新型膜層蝕刻方法的流程圖；圖4是本實用新型雷射光刻機的工作原理示意圖；圖5是本實用新型實施例1的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述。實施例1如圖5所示，一種觸控面板包括玻璃基板51，導電層52和保護層53，導電層52以氧化銦錫(ITO)材料製成布設於玻璃基板51表面，保護層53為二氧化矽層，覆設於導電層 52上。觸控面板上導電層的電極通過邊緣的導電線路連接至外部處理器，為了在使用時使觸控面板與外接電路相貼合，需要將覆設於邊緣導電線路上的保護層53蝕穿，使外接電路與導電層52建立電接觸。其中，保護層53亦可為聚矽氧烷保護層。一種蝕刻方法，如圖3所示，包括以下步驟S1 在基板上形成一膜層；S2 採用雷射光束對所述膜層的預定區域進行燒蝕，形成圖案化膜層；以及S3 清潔去除雜質。其中S2 具體包括以下步驟S201，雷射器產生雷射光束；S202，聚焦透鏡組聚集該雷射光束，所述雷射光束從雷射器射出後，透過一組聚焦透鏡用以聚集雷射光束；S203，將雷射光束投射於預定區域進行蝕刻，是通過一控制器控制所述雷射光束投射在所述膜層上的預定區域內。 其中，所述控制器通過控制聚焦透鏡的位置和抖動頻率來控制所述雷射光束的運動方向和運動速度。上述的蝕刻方法是通過雷射光刻機來實現的。一種雷射光刻機，如圖4所示，包括雷射器10、聚焦透鏡組、控制器(圖未示)、驅動電機和定位平臺。雷射器10發出雷射光束， 該雷射光束經過所述聚焦透鏡組投射於所述定位平臺上工件100的表面，所述聚焦透鏡組包括擴束鏡21、x軸反射鏡22、Y軸反射鏡23以及掃描振鏡(scan lens) 24，所述雷射光束從雷射器10發出經所述擴束鏡21擴束後，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M聚焦投射於所述工件100表面；所述控制器控制所述驅動電機的運轉狀態，所述驅動電機包括X-Y-Z三軸方向的驅動電機，其中X軸驅動電機31驅動X軸反射鏡 22，Y軸驅動電機32驅動Y軸反射鏡23，Z軸驅動電機(圖未示)驅動掃描振鏡M ；所述 X-Y-Z三軸方向的驅動電機均連接並受控於所述控制器，控制所述聚焦透鏡組，使得所述雷射光束投射在工件100表面的預定區域內。其中，所述控制器可進行同步觸發控制、聚焦調節控制和振鏡掃描控制，所述同步觸發控制是使定位平臺的移動速度與雷射的脈衝密度相一致，解決所述定位平臺在起始和結束時的加減速運動導致雷射蝕刻線段的兩端刻痕不均勻或者過深的現象，使得蝕刻的刻痕均勻；所述聚焦調節控制是調節所述聚焦透鏡組來控制所述雷射光束的直徑大小，改變投射於所述工件100表面的光斑尺寸；所述振鏡掃描控制，改變所述掃描振鏡M抖動頻率， 用於控制所述雷射器的能量密度和蝕刻區域，提高雷射蝕刻的圖案精度和定位精度。另外，上述的雷射光刻機可以採用多個雷射頭(multi laser head)，相應的有多個所述聚焦透鏡組與其相配合。所述雷射的波長採用紫外光(UV)波段，所述雷射光束的光斑直徑可小於10 μ m,達到5-10 μ m。本發明人通過不斷試驗和驗證，發現採用適當波長的雷射，即採用波長為266nm 的雷射，可以將導電層52表面的ITO輕微剝蝕，由於在該波長下下層導電層52的材料 (ITO)比保護層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，從而剝離去除保護層53材料。其中，所述雷射的脈衝能量不大於16 μ j/ 發(μ j/pluse)。本發明人採用波長為266nm的雷射，其脈衝能量為8 μ j/發，脈衝頻率為 60kHz，實現SiO2的剝蝕同時不損傷其他層結構。如圖5所示，本實施例中玻璃基板51的厚
度為0. 5mm左右，導電層52的厚度約為15 OA,保護層53的厚度約為500 A。在雷射蝕刻後，本發明人將所試驗的樣品採用雷射測距儀(Keyence laser測距儀)，並採用3000倍的取像倍率觀測所蝕刻區域，其與周邊未蝕刻區域的高度差正好等於保護層53的厚度(約為
500A )o試驗結果表明，採用一定波長的雷射可以在預定區域剝離該區域的保護層材料，
並能針對所蝕刻的材質不同加以區分，在剝離表層材質時，不易將其底層材質也一併蝕刻， 從而避免引起不必要的損傷。進行保護層53圖案化處理的過程中，為了保證不會對導電層52表面造成損傷，可採用以下兩種方法。其一是終點偵測模式，採用終點偵測器偵測不同成分的物質，一旦偵測到下一層(即導電層52)的成分時，則停止雷射剝離(即燒蝕)的動作。比如，可採用光譜儀偵測上下兩層物質的光譜，因為不同物質材料可發出不同波長及顏色的光譜，即可通過光譜儀來偵測物質的差異。關於終點偵測的方法亦可採用其他方式，如紅外輻射法、雷射幹涉法等來進行終點偵測。另一種方法是剝離時間固定模式，該方法包括以下步驟測量保護層53的厚度；計算所需剝離時間，根據雷射的能量密度及脈衝數來確定該剝離時間；進行保護層53的剝離動作，經過所計算出來的剝離時間的剝離後，停止雷射剝離的動作，即可得到保護層53所需的圖案。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的範圍之內。
權利要求1.一種雷射光刻機，其特徵在於，包括雷射器(10)、聚焦透鏡組、控制器、驅動電機和定位平臺，所述雷射器(10)發出雷射光束，該雷射光束經過所述聚焦透鏡組投射於所述定位平臺上的工件(100)表面；所述控制器控制所述驅動電機的運轉狀態；所述驅動電機連接並受控於所述控制器，其輸出連接於所述聚焦透鏡組，控制所述聚焦透鏡組使得所述雷射光束投射在所述工件(100)表面的預定區域內。
2.根據權利要求1所述的雷射光刻機，其特徵在於該雷射光刻機包括多個雷射器 (10)及其相應的多個所述聚焦透鏡組。
3.根據權利要求1所述的雷射光刻機，其特徵在於所述聚焦透鏡組包括擴束鏡(21)、 X軸反射鏡(22)、Y軸反射鏡(23)以及掃描振鏡(24)，所述雷射光束從雷射器(10)發出經所述擴束鏡(21)擴束後，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)聚焦投射於所述工件(100)表面。
4.根據權利要求3所述的雷射光刻機，其特徵在於所述驅動電機包括X-Y-Z三軸方向的驅動電機，所述驅動電機分別驅動所述X軸反射鏡(22)、Y軸反射鏡(23)以及掃描振鏡(24)。
5.根據權利要求1所述的雷射光刻機，其特徵在於所述控制器包括同步觸發模塊、聚焦調節模塊和振鏡掃描模塊，所述同步觸發模塊使定位平臺的移動速度與雷射的脈衝密度相一致；所述聚焦調節模塊通過調節所述聚焦透鏡組來改變投射於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(24)抖動頻率，控制所述雷射器的能量密度和蝕刻區域。
6.根據權利要求5所述的雷射光刻機，其特徵在於所述雷射光束的光斑直徑小於 10 μ m。
專利摘要本實用新型提供了一種雷射光刻機，尤其是應用於大尺寸觸控面板採用雷射蝕刻的表面保護層處理方法。本實用新型的雷射光刻機，包括雷射器、聚焦透鏡組、控制器、驅動電機和定位平臺，所述雷射器發出雷射光束，該雷射光束經過所述聚焦透鏡組投射於所述定位平臺上的工件表面。本實用新型是採用雷射直接蝕刻於膜層表面形成所需圖案的方法，可應用於大尺寸觸控面板的加工，無需光罩，實現採用快速單步圖案化製程取代網版印刷製程或者是多步有光罩的光刻製程，降低生產成本。
文檔編號B23K26/06GK202114400SQ201120149370
公開日2012年1月18日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者林坤榮, 陳猷仁 申請人:瑞世達科技(廈門)有限公司