CN101642893A - 一种不锈钢衬底的精密抛光方法 - Google Patents

一种不锈钢衬底的精密抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢衬底的精密抛光方法，包括：按比例配制抛光液；将待抛光的不锈钢衬底5固定于抛光头4底部，加压装置7将抛光头4作用于抛光台6上，并且抛光台6、抛光头4在转动装置带动下旋转，同时抛光液2被输送至抛光垫1表面，使抛光液2、抛光垫1及不锈钢衬底5三者充分接触；将不锈钢衬底5表面进行化学机械抛光至表面完全成镜面，立即清洗即可。经本发明抛光后的不锈钢衬底，其表面平整光滑，均方根粗糙度仅0.7纳米，克服了其他抛光方法所无法满足的平坦度及粗糙度的要求。

Description

一种不锈钢衬底的精密抛光方法
技术领域
本发明属柔性半导体器件衬底的抛光领域，特别是涉及一种不锈钢衬底的精密抛光方法。
背景技术
随着现代生活水平的提高，公众对电子产品需求越来越多样化，对产品要求小型、轻便、多功能集成。薄膜晶体管(TFT)是多种数码产品功能实现的工作单元。目前市场上存在的电子产品显示屏，例如手机、笔记本电脑、液晶显示器，均为扁平状外观，并正朝着薄型化方向发展。由于制造显示屏采用了刚性基板衬底，例如玻璃基板或硅衬底，决定了平板显示屏柔韧性差，无法或很难弯曲；刚性基板绝大多数是脆性材料，假如受外力冲击或重力落地后，显示屏非常容易碎裂，遭到破坏。为制造柔韧性强可弯曲并且不易碎裂的显示屏，必须采用柔韧性衬底代替玻璃衬底。此外，随着太阳能技术的兴起和成熟，这种金属薄片衬底也可应用于薄膜太阳能电池发电领域。
为在不锈钢衬底表面制造薄膜晶体管并成功应用于柔性显示技术，首先要求不锈钢衬底表面非常光滑平整，需要消除不锈钢表面可能存在的凹坑、凸点、划痕、吸附颗粒等表面缺陷，并且衬底各个部位均要求具有很低的表面粗糙度。因此，作为衬底使用的不锈钢必须表面抛光。图1和图2分别为初始不锈钢表面的光学形貌图像和电子显微镜图像，可见许多条状织构及许多无规凹坑。图3则是不锈钢经电解抛光(或电化学抛光)后的表面50倍放大光学图像，说明电化学抛光很难进一步提高不锈钢表面光洁度，无法满足衬底应用的平坦度和粗糙度要求。
不锈钢广泛应用于社会生活各个方面和国民经济多个技术领域，通常的不锈钢表面抛光主要有机械抛光、化学抛光、电化学抛光这三种。机械抛光采用砂轮、砂纸等磨料抛光不锈钢表面。化学抛光采用化学药剂组合通过控制化学腐蚀和化学钝化之间的平衡实现不锈钢表面的抛光。电化学抛光是将不锈钢置于通电的化学溶液中，利用不锈钢表面电流密度的差异分布实现不锈钢的电解抛光。以上三种方法抛光获得的不锈钢表面均难以满足薄膜晶体管制造对衬底材料平坦度和粗糙度的要求。
化学机械抛光或平坦化(Chemical Mechanical Polishing or Planarization，abbr.CMP)综合了化学抛光与机械抛光的优势，克服了各自的不足，实现材料表面的快速精密抛光。化学机械抛光已经应用于硅衬底、蓝宝石衬底、III-V族半导体、光学晶体以及集成电路制造涉及到的多种材料和结构的抛光。但关于将化学机械抛光方法应用于薄膜晶体管用柔性金属衬底材料的制备至今未见相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不锈钢衬底的精密抛光方法，经本发明抛光后的不锈钢衬底，其表面平整光滑，均方根粗糙度仅0.7纳米，克服了其他抛光方法所无法满足的平坦度及粗糙度的要求。
本发明的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，包括：
(1)抛光液的配制；
(2)将待抛光的不锈钢衬底5固定于抛光头4底部，加压装置7将抛光头4作用于抛光台6上，并且抛光台6、抛光头4在转动装置带动下旋转，同时抛光液2被输送至抛光垫1表面，使抛光液2、抛光垫1及不锈钢衬底5三者充分接触；
抛光工艺参数：抛光台6转速40～200转/分钟；抛光头4转速40～200转/分钟，并且抛光头4与抛光台6转速大致相等；不锈钢衬底5作用于抛光垫1表面的下压力为1psi～10psi(psi为压强单位：磅/平方英寸)；抛光液2供给流量为20～200毫升/分钟；抛光液2温度为室温～沸点温度；
(3)将不锈钢衬底5表面化学机械抛光10分钟～60分钟，当不锈钢表面完全成镜面时抛光进程即可终止，随后立即彻底清洗不锈钢抛光片，即可。
所述步骤(1)中的抛光液的组分为：无机纳米颗粒1～20wt％及80～99wt％的水；
所述步骤(1)中的抛光液的组分为：可溶性化学品0.1～10wt％及90wt％的水；所述步骤(1)中的抛光液的组分为：无机纳米颗粒1～20wt％、可溶性化学品0.1～10wt％及70～98wt％的水；
所述的无机纳米颗粒为胶体氧化硅球形纳米颗粒、胶体氧化铈球形纳米颗粒、胶体氧化铝球形纳米颗粒、胶体氧化钛球形纳米颗粒或胶体氧化铁球形纳米颗粒，无机纳米颗粒的直径为10～200nm；
所述的可溶性化学品及其在抛光液中所占比例具体如下：2～5wt％氧化剂、0.1～1wt％抑制剂、0.2～2wt％配位剂及0.1～0.5wt％pH调节剂，其中氧化剂为Fe(NO3)3、K2S2O3或KIO3；抑制剂为BTA或TA；配位剂为乙二醇、丙三醇、乙二胺、三乙醇胺或氨基酸；pH调节剂为KOH、LiOH、H2SO4或CH3COOH；
所述的不锈钢衬底为304、316或430不锈钢柔性衬底，厚度25～150微米，圆形不锈钢尺寸为直径1英寸～12英寸或方型不锈钢尺寸为边长1～12英寸，片内厚度均匀，表面粗糙；
本发明的不锈钢衬底的精密抛光方法应用于精密机械、医疗器械、光学器械、航空航天器械的超光滑表面不锈钢部件及薄膜晶体管用柔性衬底的制造。
该不锈钢衬底的精密抛光方法不仅适用于不锈钢单面抛光，也适用于不锈钢的双面抛光。
本发明采用的化学机械抛光机，主要由抛光台6、抛光头4、转动装置、加压装置7构成。抛光垫1分为聚安酯、无纺布、磨沙革等各种材质，具有一定的孔隙率，能够保持抛光液。
抛光液是实现不锈钢表面材料去除和平坦化的工作浆液，它由无机纳米颗粒、可溶性化学品和水组成，其中的无机颗粒作为纳米研磨料提供机械磨削作用；化学品提供化学腐蚀；水保证了抛光液良好的流动性以及携带被抛除的不锈钢反应物。
有益效果
经本发明抛光后的不锈钢衬底，其表面平整光滑，均方根粗糙度仅0.7纳米，克服了其他抛光方法所无法满足的平坦度及粗糙度的要求。
附图说明
图1为初始不锈钢表面放大100倍的光学图像；
图2为初始不锈钢表面放大11000倍的电子显微镜图像；
图3为不锈钢经电解抛光(或电化学抛光)后的表面50倍放大光学图像；
图4为抛光机的工作原理示意图(其中抛光垫1，抛光液2，调节器3；抛光头4，不锈钢衬底5，抛光台6及加压装置7)；
图5为平均粒径60纳米的胶体氧化硅球形纳米研磨料放大8万倍的电子显微镜图像；
图6为不锈钢表面化学机械抛光后的200倍放大光学图像。
图7为不锈钢表面化学机械抛光后的5000倍放大电子显微镜图像。
图8为化学机械抛光后不锈钢表面的原子力图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)配制抛光液
氧化硅颗粒：10wt％；氧化剂Fe(NO3)3：5wt％；抑制剂BTA：0.2wt％；配位剂丙三醇：0.5wt％；pH调节剂CH3COOH：0.2wt％；其余为水；
(2)将待抛光的不锈钢衬底5固定于抛光头4底部，加压装置7将抛光头4作用于抛光台6上，并且抛光台6、抛光头4在转动装置带动下旋转，同时抛光液2被输送至抛光垫1表面，使抛光液2、抛光垫1及不锈钢衬底5三者充分接触；
抛光工艺参数：抛光台6转速40～200转/分钟；抛光头4转速40～200转/分钟，并且抛光头4与抛光台6转速大致相等；不锈钢衬底5作用于抛光垫1表面的下压力为1psi～10psi(psi为压强单位：磅/平方英寸)；抛光液2供给流量为20～200毫升/分钟；抛光液2温度为室温～沸点温度；
(3)将不锈钢衬底5表面化学机械抛光10分钟～60分钟，当不锈钢表面完全成镜面时抛光进程即可终止，随后立即彻底清洗不锈钢抛光片，即可。
由图6和图7与图1和图2比较可知，经本发明抛光后的不锈钢表面非常平整光滑，表面基本无缺陷。从图8的化学机械抛光后不锈钢表面的原子力图像分析，经统计粗糙度仅0.7纳米。

Claims (9)

1.一种不锈钢衬底的精密抛光方法，包括：
(1)抛光液的配制；
(2)将待抛光的不锈钢衬底5固定于抛光头4底部，加压装置7将抛光头4作用于抛光台6上，并且抛光台6、抛光头4在转动装置带动下旋转，同时抛光液2被输送至抛光垫1表面，使抛光液2、抛光垫1及不锈钢衬底5三者充分接触；
抛光工艺参数：抛光台6转速40～200转/分钟；抛光头4转速40～200转/分钟，并且抛光头4与抛光台6转速大致相等；不锈钢衬底5作用于抛光垫1表面的下压力为1psi～10psi(psi为压强单位：磅/平方英寸)；抛光液2供给流量为20～200毫升/分钟；抛光液2温度为室温～沸点温度；
(3)将不锈钢衬底5表面化学机械抛光10分钟～60分钟，当不锈钢表面完全成镜面时抛光进程即可终止，随后立即彻底清洗不锈钢抛光片，即可。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述步骤(1)中的抛光液的组分为：无机纳米颗粒1～20wt％及80～99wt％的水。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述步骤(1)中的抛光液的组分为：可溶性化学品0.1～10wt％及90wt％的水。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述步骤(1)中的抛光液的组分为：无机纳米颗粒1～20wt％、可溶性化学品0.1～10wt％及70～98wt％的水。
5.根据权利要求2～4所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述的无机纳米颗粒为胶体氧化硅球形纳米颗粒、胶体氧化铈球形纳米颗粒、胶体氧化铝球形纳米颗粒、胶体氧化钛球形纳米颗粒或胶体氧化铁球形纳米颗粒，无机纳米颗粒的直径为10～200nm。
6.根据权利要求2～4所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述的可溶性化学品及其在抛光液中所占比例具体如下：2～5wt％氧化剂、0.1～1wt％抑制剂、0.2～2wt％配位剂及0.1～0.5wt％pH调节剂，其中氧化剂为Fe(NO3)3、K2S2O3或KIO3；抑制剂为BTA或TA；配位剂为乙二醇、丙三醇、乙二胺、三乙醇胺或氨基酸；pH调节剂为KOH、LiOH、H2SO4或CH3COOH。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述的不锈钢衬底为304、316或430不锈钢柔性衬底，厚度25～150微米，圆形不锈钢尺寸为直径1英寸～12英寸或方型不锈钢尺寸为边长1～12英寸，片内厚度均匀，表面粗糙。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述的不锈钢衬底的精密抛光方法应用于精密机械、医疗器械、光学器械、航空航天器械的超光滑表面不锈钢部件及薄膜晶体管用柔性衬底的制造。
9.根据权利要求1所述的一种不锈钢衬底的精密抛光方法，其特征在于：所述的不锈钢衬底的精密抛光方法不仅适用于不锈钢单面抛光，也适用于不锈钢的双面抛光。
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