CN102496562B

CN102496562B - 一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法

Info

Publication number: CN102496562B
Application number: CN201110389683.0A
Authority: CN
Inventors: 付英春; 王晓峰; 王晓东; 杨富华
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN102496562A

Abstract

本发明公开了一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，该方法包括：步骤1：清洗玻璃基底和柔性薄膜材料；步骤2：在该玻璃基底上滴加SU8光刻胶；步骤3：将该柔性薄膜材料的一侧接触该SU8光刻胶，并将该柔性薄膜材料从一侧到另外一侧赶平；步骤4：用一个平整面挤压该柔性薄膜材料，赶出多余的SU8光刻胶，并用丙酮擦除多余的SU8光刻胶；步骤5：用紫外光从玻璃基底背面曝光；步骤6：清洗并烘干。利用本发明，解决了在柔性薄膜材料表面进行微电子工艺加工的过程中，操作基底的平整度问题。

Description

一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，可应用于在柔性薄膜材料表面：淀积Al、Au等金属薄膜、制作柔性太阳能电池、柔性LED显示与照明等以SiO₂，SiN_x为基础的微电子、光电子器件等集成器件衬底柔性化的实验和生产。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二氨基二苯醚(ODA)在极强性溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)中经缩聚并流涎成膜，再经亚胺化而成。它是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料，具有优良的力学性能、电性能、化学稳定性以及很高的抗辐射性能、耐高温和耐低温性能(-269℃至+400℃)，是目前已经工业化的高分子材料中耐热性最高的品种。由于PI具有优越的综合性能，所以PI可以作为薄膜、涂料、塑料、复合材料、胶粘剂、泡沫塑料、纤维、分离膜、液晶取向剂、光刻胶等，在高新技术领域得到广泛的应用，被称为“解决问题的能手”。聚酰亚胺薄膜又是一种新型的耐高温有机聚合物薄膜，现在已广泛应用于航空、航海、宇宙飞船、火箭导弹、原子能、电子电器工业等各个领域。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是无色透明、乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。广泛应用于磁记录、感光材料、电子、电器绝缘、包装装饰等领域。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，以解决在柔性薄膜材料表面进行微电子工艺加工的过程中，操作基底的平整度问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，该方法包括：

步骤1：清洗玻璃基底和柔性薄膜材料；

步骤2：在该玻璃基底上滴加SU8光刻胶；

步骤3：将该柔性薄膜材料的一侧接触该SU8光刻胶，并将该柔性薄膜材料从一侧到另外一侧赶平；

步骤4：用一个平整面挤压该柔性薄膜材料，赶出多余的SU8光刻胶，并用丙酮擦除多余的SU8光刻胶；

步骤5：用紫外光从玻璃基底背面曝光；

步骤6：清洗，并在60℃烘箱烘干。

上述方案中，所述柔性薄膜材料是PI柔性薄膜材料。

上述方案中，步骤1中所述清洗玻璃基底，包括：用丙酮超声清洗10分钟，去除玻璃基底表面的有机杂质；用去离子水浸泡清洗10遍，去除玻璃基底表面的部分丙酮；用无水乙醇超声清洗10分钟，去除玻璃基底表面残留的丙酮；用去离子水浸泡清洗10遍，去除玻璃基底表面残留的无水乙醇；在60℃烘箱烤干玻璃基底表面的水分，去除玻璃基底表面的颗粒杂质、有机物。

上述方案中，步骤1中所述清洗柔性薄膜材料，包括：将PI柔性薄膜材料切割成6cm×6cm的方片，用丙酮超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料表面的有机杂质；用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料表面的部分丙酮；用无水乙醇超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料表面残留的丙酮；用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料表面残留的无水乙醇；在60℃烘箱烤干PI柔性薄膜材料表面的水分。

上述方案中，步骤3中所述将该柔性薄膜材料的一侧接触该SU8光刻胶，并将该柔性薄膜材料从一侧到另外一侧赶平，包括：将PI柔性薄膜材料的一侧先接触玻璃基底上的SU8光刻胶，然后从该侧到另一侧赶平，并用丙酮除去多余的SU8光刻胶。

上述方案中，步骤4中所述用一个平整面挤压该柔性薄膜材料，赶出多余的SU8光刻胶，包括：用一个平整面挤压该PI柔性薄膜材料的表面，赶出该PI柔性薄膜材料与玻璃基底之间多余的SU8光刻胶，直到从玻璃基底背面观察不到气泡，SU8光刻胶膜层均匀。

上述方案中，步骤5中所述用紫外光从玻璃基底背面曝光，是用365nm波长的紫外光从玻璃基底背面曝光15分钟。

上述方案中，步骤4与步骤5之间还包括：利用台阶仪检测SU8光刻胶的表面平整度，如平整度不符合要应用项目的后续工艺容限要求，则重复步骤3和步骤4。

上述方案中，步骤6中所述清洗并烘干，是清洗并在60℃的烘箱中烘干。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，由于采用SU8光刻胶做粘结剂将柔性薄膜材料粘附在具有高平整度的玻璃基底表面，所以解决了在柔性薄膜材料表面进行微电子工艺加工的过程中，操作基底的平整度问题。

2、利用本发明，由于SU8光刻胶具有流动性好、黏度高、曝光后耐腐蚀(如：去离子水、丙酮、乙醇、四甲基氢氧化铵)、耐高温(≤315℃)、SU8光刻胶的去除溶剂专一性好等优点，所以SU8光刻胶作为粘合剂可以有效兼容部分CMOS工艺(如：光刻、刻蚀、薄膜淀积、金属蒸镀)。

3、利用本发明，由于热固化的SU8光刻胶特性差，所以采用从玻璃基底背面曝光固化SU8光刻胶，大大扩展了该方法的应用范围。

4、利用本发用，由于SU8光刻胶的专用去除溶剂对绝大部分的材料无腐蚀，所以利用该方法在柔性薄膜材料上可以获得较高的良品率。

附图说明

为进一步描述本发明的具体技术内容，以下结合附图详细说明如后，其中：

图1是依照本发明实施例的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法流程图；

图2至图5依照本发明实施例的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

将现有的无机材料上的半导体工艺转移到PI、PET等柔性薄膜材料上是实现器件轻量化、柔性化的一条捷径。无机的微纳加工技术对基底表面的平整度有很高的要求，柔性薄膜材料质地较软，表面平整度差，难以直接在柔性薄膜材料上直接制作器件。本发明不仅可以实现无机器件的轻量化、可弯曲、低成本，而且利用现有的成熟的微电子工艺，可以有效的补偿部分有机工艺难度大、有机器件部分特性差等缺点，研发成本低、高效可靠。

在柔性薄膜材料上制备的光电器件可以任意裁剪、曲面粘附，大幅度地扩展了它们的功能范围。例如：在柔性薄膜上的制作的太阳能电池可作为建筑物的修饰外墙，在不影响功能的前提下实现了价值优化；它贴在交通工具的表面作为电源为蓄电池充电可以有效增加电动机车的续航里程，现阶段还可以部分程度上缓解电动机车充电桩相对不足的需求矛盾，这对于促进节能减排，普及环保交通有着积极的推动作用。柔性薄膜材料上的存储器和电路可以折叠，不仅减小了产品的重量和尺寸，而且扩展了电子产品的设计范围。柔性薄膜上制作的显示器，可以折叠弯曲，重量轻，携带方便，空间节省。把LED光源做到柔性薄膜上不仅可以扩展室内的有效利用空间，而且任意形状的裁切还可以带来极为震撼的艺术效果。另外在高精度仪器仪表、航空航天方面，柔性薄膜上的器件与电路集成有着更加特殊的意义。

无色透明薄膜的粘附基底还可以是Si等常用的半导体材料，但是由于材料特性相对较好的PI柔性薄膜带有不可去的琥珀色，而且颜色随着膜厚的增加而加深，365nm波长的紫外光无法透过琥珀色的PI薄膜使SU8光刻胶固化。用透明的玻璃做粘附基底，从背面曝光，不仅可以有效的解决365nm波长的紫外光在PI薄膜中难透过的问题，而且有更好的经济效益。

SU8光刻胶在热固化过程中会挥发气体，产生气泡，导致PI薄膜表面凹凸不平，并且热固化的SU8光刻胶溶于丙酮，不能有效兼容下游微电子工艺。光固化的SU8光刻胶耐高温，不溶于丙酮、无水乙醇等有机溶剂，耐HF等无机酸腐蚀，可以很好地兼容下游工艺，并且专用的SU8光刻胶去除溶剂对膜表面的器件没有损伤，可以实现膜与基底的完整脱附。

本发明提供的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，包括：

步骤1：清洗玻璃基底和柔性薄膜材料；其中常用的柔性薄膜材料是有机绝缘膜材料，包括聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯等；

步骤2：在该玻璃基底上滴加SU8光刻胶；

步骤5：用紫外光从玻璃基底背面曝光；采用背面曝光的方式固化SU8光刻胶一方面弥补了热固化的SU8光刻胶平整度差、易被有机溶剂腐蚀得缺点，另一方面有些薄膜因为自身带颜色，对365nm的紫外光吸收强烈以至于无法从薄膜一侧完成对SU8光刻胶的固化。背面曝光对柔性薄膜是否透光没有技术要求，拓展了该方法的使用范围。

步骤6：清洗并烘干，即在60℃的烘箱中烘干。

其中，步骤1中所述清洗玻璃基底，包括：用丙酮超声清洗10分钟，去除玻璃基底表面的有机杂质；用去离子水浸泡清洗10遍，去除玻璃基底表面的部分丙酮；用无水乙醇超声清洗10分钟，去除玻璃基底表面残留的丙酮；用去离子水浸泡清洗10遍，去除玻璃基底表面残留的无水乙醇；在60℃烘箱烤干玻璃基底表面的水分，去除玻璃基底表面的颗粒杂质、有机物。

步骤1中所述清洗柔性薄膜材料，包括：将PI柔性薄膜材料切割成6cm×6cm的方片，用丙酮超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料表面的有机杂质；用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料表面的部分丙酮；用无水乙醇超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料表面残留的丙酮；用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料表面残留的无水乙醇；在60℃烘箱烤干PI柔性薄膜材料表面的水分。

步骤3中所述将该柔性薄膜材料的一侧接触该SU8光刻胶，并将该柔性薄膜材料从一侧到另外一侧赶平，包括：将PI柔性薄膜材料的一侧先接触玻璃基底上的SU8光刻胶，然后从该侧到另一侧赶平，并用丙酮除去多余的SU8光刻胶。

步骤4中所述用一个平整面挤压该柔性薄膜材料，赶出多余的SU8光刻胶，包括：用一个平整面挤压该PI柔性薄膜材料的表面，赶出该PI柔性薄膜材料与玻璃基底之间多余的SU8光刻胶，直到从玻璃基底背面观察不到气泡，SU8光刻胶膜层均匀。

步骤5中所述用紫外光从玻璃基底背面曝光，是用365nm波长的紫外光从玻璃基底背面曝光15分钟。

步骤4与步骤5之间还包括：利用台阶仪检测SU8光刻胶的表面平整度，如平整度不符合要应用项目的后续工艺容限，则重复步骤3和步骤4。平整度的要求因项目而异，后续工艺的关键尺度越小，对平整度的要求就越高。

下面以PI柔性薄膜为例，结合图1至图5对本发明提供的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法进行详细说明。

如图1至图5所示，图1是依照本发明实施例的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法流程图，图2至图5依照本发明实施例的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的工艺流程图，该方法包括以下步骤：

(1)有机清洗PI柔性薄膜材料102。将PI柔性薄膜材料102切割成6cm×6cm的方片，首先，用丙酮超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料102表面的有机杂质，后用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料102表面大部分残留的丙酮；然后，用无水乙醇超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料102表面残留的丙酮，后用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料102表面残留的无水乙醇；最后，60℃烘箱烤干PI柔性薄膜材料102膜表面的水分；

(2)对4英寸单抛的玻璃基底101用步骤(1)中的方法进行有机清洗，去除玻璃表面的颗粒杂质、有机物；

(3)在玻璃基底101上滴加SU8光刻胶103，用PI柔性薄膜材料102的一条边拖出一面条形胶膜；

(4)PI柔性薄膜材料102的一条边先接触基底，然后从一侧到另一侧赶匀，并用丙酮除去多余的SU8光刻胶103；

(5)用平整面挤压PI柔性薄膜材料102的表面，尽量多地赶出PI柔性薄膜材料102与玻璃基底101之间多余的SU8光刻胶103，直到玻璃基底101背面观察不到气泡，SU8光刻胶103膜层均匀；

(6)台阶仪检测SU8光刻胶103的表面平整度，如平整度不符合要求，重复步骤4和5；

(7)用365nm波长的紫外光104从玻璃基底101底面曝光15分钟；

(8)清洗，在60℃烘箱烘干(氮气吹干的表面会带静电，极易造成PI柔性薄膜材料102表面的器件失效)。

最后，在器件的下游工艺结束后，用SU8光刻胶去除溶剂浸泡90分钟，膜和玻璃基底自然脱离，膜上器件的完整。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：清洗玻璃基底和柔性薄膜材料；

步骤2：在该玻璃基底上滴加SU8光刻胶；

步骤5：用紫外光从玻璃基底背面曝光；

步骤6：清洗并烘干；

其中，步骤4与步骤5之间还包括：利用台阶仪检测SU8光刻胶的表面平整度，如平整度不符合要应用项目的后续工艺容限要求，则重复步骤3和步骤4。

2.根据权利要求1所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，所述柔性薄膜材料是PI柔性薄膜材料。

3.根据权利要求2所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，步骤1中所述清洗玻璃基底，包括：

用丙酮超声清洗10分钟，去除玻璃基底表面的有机杂质；用去离子水浸泡清洗10遍，去除玻璃基底表面的部分丙酮；用无水乙醇超声清洗10分钟，去除玻璃基底表面残留的丙酮；用去离子水浸泡清洗10遍，去除玻璃基底表面残留的无水乙醇；在60℃烘箱烤干玻璃基底表面的水分，去除玻璃基底表面的颗粒杂质、有机物。

4.根据权利要求2所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，步骤1中所述清洗柔性薄膜材料，包括：

将PI柔性薄膜材料切割成6cm×6cm的方片，用丙酮超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料表面的有机杂质；用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料表面的部分丙酮；用无水乙醇超声清洗10分钟，去除PI柔性薄膜材料表面残留的丙酮；用去离子水浸泡清洗10遍，去除PI柔性薄膜材料表面残留的无水乙醇；在60℃烘箱烤干PI柔性薄膜材料表面的水分。

5.根据权利要求2所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，步骤3中所述将该柔性薄膜材料的一侧接触该SU8光刻胶，并将该柔性薄膜材料从一侧到另外一侧赶平，包括：

将PI柔性薄膜材料的一侧先接触玻璃基底上的SU8光刻胶，然后从该侧到另一侧赶平，并用丙酮除去多余的SU8光刻胶。

6.根据权利要求2所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，步骤4中所述用一个平整面挤压该柔性薄膜材料，赶出多余的SU8光刻胶，包括：

用一个平整面挤压该PI柔性薄膜材料的表面，赶出该PI柔性薄膜材料与玻璃基底之间多余的SU8光刻胶，直到从玻璃基底背面观察不到气泡，SU8光刻胶膜层均匀。

7.根据权利要求2所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，步骤5中所述用紫外光从玻璃基底背面曝光，是用365nm波长的紫外光从玻璃基底背面曝光15分钟。

8.根据权利要求2所述的将柔性薄膜材料粘附在玻璃基底上的方法，其特征在于，步骤6中所述清洗并烘干，是清洗并在60℃的烘箱中烘干。