1-1 研究動機與目的
平面顯示器(flat-panel displays)與太陽能電池(solar cells)為目前國內重點產業，
而 ITO(銦錫氧化物)透明導電層具有很高的導電率且在可見光具有很高的穿透率，
因此常被應用在觸控面板(touch panel)、平面顯示器、抗靜電膜、太陽能電池之透 明電極、加熱除霧膜、熱鏡（heat mirror）、冷鏡（cold mirror）、防反光塗佈及 熱反射鏡(heat reflecting mirror)等電子、光學及光電裝置上。隨著人機介面不斷翻 新，觸控面板也跟著當紅，目前ITO 導電層常鍍於塑膠基板作為軟性觸控面板材 料，其輕薄、耐衝擊及可撓曲等特性的優勢，可望在可撓式(軟式)顯示器與太陽 能板等應用領域取代導電玻璃。
目前產業界常用的電極圖案加工方法為微影蝕刻(lithography)，主要為光阻塗 佈、曝光、顯影、烘烤、蝕刻及去光阻等多重步驟，其製作方法複雜及耗時，亦 容 易 造 成 ITO 表面化學汙染，目前國外產業界開始採用雷射直接加工法 (direct-write method)，該技術可有效簡化為單道次且乾式製程，不僅降低設備成 本，亦提高製程效率。
本研究採用皮秒級超快雷射設備進行 ITO 薄膜去除加工，主要透過功率
（power）與頻率(repetition rate)之雷射參數調整，直接以雷射加工機進行圖案製 作(patterning)。同時探討各參數對加工後薄膜表面形貌、加工線寬的影響，並檢 測是否符合業界採用斷路標準；最後計算出製作高品質蝕刻線所需能量密度 (fluence) 之材料破壞門檻。目的在使電極圖案製造技術簡化為單道次製程，並於 不造成基板材質損害情況下完成ITO 薄膜電極圖案的製作。
1-2 文獻回顧
隨著科技與工業發展，業界往往需要在硬脆及薄膜材料，例如矽晶圓、半導
體、壓克力、玻璃、ITO 透明導電薄膜、太陽能薄膜等材料上，進行切割、鑽孔、
淺層加工或表面微結構加工。硬脆性材料及薄膜在傳統的加工方法上是使用機械 式、濕蝕刻及光蝕刻，而機械式加工是針對硬脆性材料最主流且效率最高的加工 方式，但是最近幾年機械式加工在精度和微細化的能力逐漸無法滿足產業界的需 求。而濕蝕刻及光蝕刻是目前業界最常使用在薄膜的加工方式，也有少數業界使 用Q-switch 雷射進行加工，然而濕蝕刻及光蝕刻除了會造成化學污染之外，加工 過程複雜且耗費機台及工時，因此業界開始思考使用更先進的雷射加工技術來取 代傳統的機械式、濕蝕刻及光蝕刻加工方式[1-2]。
雷射技術應用於材料加工已有多年的發展，雷射束聚焦於小點上，建立一個 焦點圓錐。焦點圓錐角，通常介於 3°~10°，如圖 1-1，其特色為非接觸式加工，
不會造成夾具之磨耗與破損，容易自動化加工，可經由透明體加工，不需真空。
除了加工金屬工件外，亦可加工陶瓷、壓克力、薄膜等非金屬材料。移除材料原 理是伴隨著電子熱傳導在目標裡面融化一個區域，而後使其汽化以達到加工目的，
不過在固體到汽化過渡時期，會有液相的存在，使加工精度降低[3]。雷射大多由 激發系統、增益介質和光學共振腔三部份組成。激發系統就是利用光能、電能或 化學能產生使介質由基態變成激態的裝置。目前使用的激發手段，主要有光照、
通電或化學反應等。增益介質是能夠產生雷射的物質，如紅寶石、氖氣、半導體、
有機染料等。光學共振腔的作用，是用來回授增益介質的輻射光，產生特徵模態 和選定雷射的波長和方向等。
短脈衝雷射及短波長雷射具有較高的能量密度常用來加工材料。
圖1-1 雷射聚焦點角度示意圖
用Picosecond laser 來加工，其脈衝短的足以避免能量的熱擴散，並且達到移 除材料的門檻所需要的能量密度，因此，可以忽視傳熱所造成的熱影響區。在實 驗和理論證明了大約短於 10ps 的持續時間，雷射脈衝對於加工可避免熱效應的 產生[4]。超快雷射加工系統主要對象為金屬淺穴精微模具加工，次要對象為微鑽 孔、微製造、2D-3D 表面微結構加工。超快雷射加工對象除了金屬外更可推廣至 透明導電薄膜、半導體及硬脆材料。
2006 年 Xu 等人則以 F2-準分子雷射，波長為 157nm 的紫外光，在真空狀態 下對鍍有厚為 100nm 銦錫氧化物(ITO)薄膜的玻璃基板進行加工。由實驗結果得 知一個去除 ITO 的加工門檻，當能量密度大於 0.49J/cm2，可以開始對 ITO 進行 去除，而當能量密度到達 4.5 J/cm2，則可以完全把 100nm 的 ITO 移除如圖 (1-2)[5]。
圖1-2 ITO 薄膜雷射加工之 AFM 剖面輪廓
2007 年 Raciukaitis 等人使用高重複率的皮秒雷射在不同波長(分別為 266、355 及532nm)對鍍有厚 120nm ITO 薄膜的玻璃基板進行蝕刻劃圖， 並利用掃描式電 子顯微鏡(SEM)、光學顯微鏡和原子力顯微鏡(AFM)，去分析雷射開始對 ITO 薄 膜進行加工而完全移除所需要的能量密度。當不同波長 266、355 及 532nm 要完 全去除，所需的能量密度分別需達到 0.2、0.46 及 1.55 J/cm2。當波長為355nm 時，
所加工出來的溝槽品質最好，但是會有大量粉塵殘留在表面，如圖(1-3(b))所示，
而波長266nm 加工之後表面最好，如圖(1-3(a)) [6]。
圖1-3 波長(a)266nm 和(b)355nm 的 SEM 圖
1999 年 Yavas 等人利用二極體泵浦 Q-switch 的 Nd：YLF 雷射在鍍有厚 150nm ITO 薄膜的石灰玻璃進行雷射蝕刻，研究主要針對 ITO 薄膜對不同波長(1047、
523、349、262nm)的雷射吸收。材料對不同波長的雷射光吸收是影響雷射對 ITO 進行蝕刻之影響，由圖(1-4)的結果可以了解當波長 1047nm 時，雷射蝕刻的深度 比波長262nm 蝕刻深度淺，蝕刻之後產生的熔融物也比短波長來的少 [7]。
圖1-4 波長 1047nm 和 262nm(由左至右)
2006 年 Park 等人，針對鍍有厚 200nm ITO 薄膜的 OLED 進行雷射蝕刻，發 現雷射的加工條件，將會強烈影響電阻值表面品質及溝槽的型態。當能量密度
0.07J/cm2，是完全不會傷及基板，當能量密度約1.2~1.6 J/cm2，則雷射在對ITO 薄膜蝕刻會選擇性破壞玻璃基板[8]。
2002 年 Ghandour 等人研究目前被應用在大型平面顯示器的 150nm ITO 薄膜 100μm 厚的塑膠基板，而準分子雷射加工也取代了傳統的光蝕刻加工，除了減少 許多加工過程，也降低了成本。當雷射能量密度350mJ/cm2，線寬能夠大於11μm 且能夠到完全移除ITO 薄膜並且達到絕緣狀態[9]。