CN106252240B - 柔性衬底的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性衬底的形成方法，包括：在形成有衬底材料层的基板上形成一具有光滑表面的牺牲材料层；接着，依次刻蚀所述牺牲材料层和部分衬底材料层，并且，所述牺牲材料层和衬底材料层的刻蚀速率差异较小。如此，即可使这个平整的表面以一均匀的消耗速率减薄，使去除表面缺陷后的衬底材料层的表面光滑平整，进而可获取表面光滑无缺陷的柔性衬底。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种柔性衬底的形成方法。
背景技术
可穿戴设备是目前显示技术的发展热点与重点,而实现穿戴设备技术的关键即在于柔性衬底的开发。相比与传统的硬性衬底而言，柔性衬底的开发也给器件的制备带来了许多新的问题,尤其是针对柔性压力传感器等，由于其对于局部作用力异常敏感，因此柔性衬底的界面平整度问题异常关键。
目前，柔性衬底的制备方法通常包括：首先，将衬底材料涂布于一刚性基板；接着，对所述衬底材料进行固化以使其形成所述柔性衬底。然而，由于所述衬底材料中可能存在有杂质、气泡或者在固化的过程中溶剂的挥发而产生的空隙等原因，进而会使最终所形成的柔性衬底中存在大量的空隙，尤其是在所述柔性衬底的表面上会产生大量的凹陷或凸起，这些凹陷和凸起的存在直接影响了所述柔性衬底的表面平整度，其这不但会对后续的工艺制程造成影响，并且也会对所形成的器件的性能造成影响。
因此，有必要提供一种柔性衬底的形成方法，以使所形成的柔性衬底的表面光滑平整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性衬底的形成方法，以解决现有的柔性衬底表面不平整的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种柔性衬底的形成方法，包括：
提供一形成有衬底材料层的基板，于所述衬底材料层上形成具有平滑表面的牺牲材料层，所述牺牲材料层的表面高度的最大差异小于等于0.01um；
依次刻蚀所述牺牲材料层和部分衬底材料层以形成所述柔性衬底，所述牺牲材料层与所述衬底材料层的刻蚀速率的差值不超过10nm/s。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述衬底材料为聚碳酸酯、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二酯。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，于所述基板上形成衬底材料层的步骤包括：
于所述基板上旋涂衬底材料；
对所述衬底材料进行固化以形成衬底材料层。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述衬底材料层的固化温度为大于等于200℃。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述衬底材料层的固化时间为大于等于30min。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，还包括：对所述衬底材料中的颗粒进行颗粒测试，以确认所述衬底材料中的颗粒尺寸。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，刻蚀前的所述衬底材料层的厚度值大于等于刻蚀后的所述衬底材料层的厚度值与0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸之和。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，刻蚀去除的衬底材料层的厚度值为大于等于0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述牺牲材料层的厚度值为大于等于1.5倍的衬底材料的颗粒尺寸。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述牺牲材料为光刻胶。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，于所述衬底材料层上形成牺牲材料层的步骤包括：
于所述衬底材料层上旋涂牺牲材料；
对所述牺牲材料进行固化，以形成牺牲材料层。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述牺牲材料层的固化温度为大于等于80℃。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述牺牲材料层的固化时间为大于等于1min。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，采用等离子体刻蚀所述牺牲材料层及部分衬底材料层。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述等离子体刻蚀的刻蚀气体包括氧气。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，在对所述牺牲材料层和部分衬底材料层进行刻蚀后，还包括：去除所述基板。
可选的，在所述柔性衬底的形成方法中，所述衬底材料层表面具有凹陷和/或凸起。
在本发明提供的柔性衬底的形成方法中，通过在衬底材料层的表面上涂覆一牺牲材料层，所述牺牲材料层可充填衬底材料层表面上的凹陷并覆盖所述衬底材料层表面上的凸起，从而于所述衬底材料层上形成一表面平整光滑的膜层；进而，所述牺牲材料层采用与衬底材料层的刻蚀速率比较接近的材料，因此，当对所述牺牲材料层和部分衬底材料层进行刻蚀时，由于所述牺牲材料层和衬底材料层的刻蚀速率差异不大(不超过10nm/s)，基板上的整个光滑平整的表面以一均匀的消耗速率减薄，从而可在刻蚀的过程中去除衬底材料层表面上的缺陷，使得最终形成一表面高平整度的柔性衬底。
进一步的，还可通过对衬底材料进行颗粒测试，以用于大致推断出衬底材料层表面上的凹陷或凸起的尺寸，从而可相应的涂覆一定厚度的衬底材料层以及牺牲材料层，用于更好的保障衬底材料层表面上的缺陷可被完全去除。
附图说明
图1为本发明实施例一中柔性衬底的形成方法的流程示意图；
图2a～图2c为本发明实施例一中柔性衬底的形成方法的步骤示意图；
图3a为本发明实施例一中柔性衬底的形成方法中牺牲材料层的部分表面的局部放大图；
图3b为对图3a所示的牺牲材料层的部分表面进行扫描后得到的表面高度的分布图；
图4为本发明实施例二中柔性衬底的形成方法的流程示意图；
图5a～图5c为本发明实施例二中柔性衬底的形成方法的步骤示意图。
具体实施方式
为改善所形成的柔性衬底的表面出现凹凸不平的问题，目前，通常采用等离子体对所述柔性衬底的表面进行处理。然而，这种方法虽然可以去除衬底表面的凸起颗粒，但是因为等离子体刻蚀是对整面的衬底表面同时刻蚀以进行减薄的，因此这种刻蚀的方式并不能够消除衬底表面上的凹陷，甚至还会使所述凹陷的深度纵向延伸，进而无法达到对柔性衬底的表面平整化的目的。
为此，本发明提供了一种柔性衬底的形成方法，以实现对所形成的柔性衬底的表面进行平整化的目的，包括：
提供一形成有衬底材料层的基板；
于所述衬底材料层上形成具有平滑表面的牺牲材料层，所述牺牲材料层的表面高度的最大差异小于等于0.01um；
依次刻蚀所述牺牲材料层和部分衬底材料层以形成一柔性衬底，其中，所述牺牲材料层与所述衬底材料层的刻蚀速率的差值不超过10nm/s。
即，本发明提供的柔性衬底的形成方法中，在衬底材料层上还涂覆有牺牲材料层，所述牺牲材料层可填补所述衬底材料层表面的凹陷以及覆盖衬底材料层表面的凸起，并最终形成较为光滑的表面(表面高度的最大差异小于等于0.01um)。并且，所述牺牲材料层和衬底材料层的刻蚀速率差异较小，从而在刻蚀牺牲材料层和衬底材料层的交界区域时，能够以相同的膜层消耗速率减薄所述衬底材料层，使最终所形成的衬底材料层的表面光滑平整。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的柔性衬底的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
<实施例一>
图1为本发明实施例一中柔性衬底的形成方法的流程示意图，图2a～图2c为本发明实施例一中柔性衬底的形成方法的步骤示意图，下面结合图1和图2a～2c所示，对本实施例中的柔性衬底的形成方法进行详细说明。
首先，执行步骤S10，具体参考图2a所示，提供一形成有衬底材料层120的基板110。所述基板110为刚性基板，其材质例如可以是硅基板或者玻璃基板等；所述衬底材料层120的材质可以是聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。本实施例中，采用PI材料形成所述衬底材料层120，由于PI材料具有耐高低温、耐磨以及高抗蠕变等优异特性，因此，PI材料在柔性衬底的制作中被广泛应用。
进一步的，在该步骤中，所形成的衬底材料层120的厚度值大于最终所形成的柔性衬底的厚度值。不难理解，在后续对所述衬底材料层120进行平整化的过程中，需去除部分所述衬底材料层120，因此为保证最终所形成的柔性衬底的厚度符合规格，则在该步骤中，可使所形成的衬底材料层的厚度大于其规格厚度。
具体的，所述衬底材料层120形成于所述基板110上的方法可参考如下步骤：首先，在所述基板110上旋涂衬底材料；接着，对所述衬底材料进行固化，进而可形成所述衬底材料层120。为保证所述衬底材料层120固化完全，所述衬底材料层120的固化温度优选为大于等于200℃，例如所述固化温度可以为200‐300℃；所述衬底材料层120的固化时间优选为大于等于30min，例如所述固化时间可以是30min～90min。
如图2a所示，在对液态的衬底材料进行固化后，所形成的衬底材料层120的表面上具有大量的凹陷121和凸起122。其原因在于，由于所述液态的衬底材料中可能存在有气泡，或者在固化过程中溶剂的挥发，又或者是在液态的衬底材料中存在有杂质颗粒，因此，在固化后的衬底材料层120的表面上不可避免的会产生大量的凹陷121和凸起122。
接着，执行步骤S20，具体参考图2b所示，于所述衬底材料层120上形成具有平滑表面的牺牲材料层130，所述牺牲材料层130的表面高度的最大差异小于等于0.01um。
其中，可通过激光扫描的方式，确认所述牺牲材料层130的表面高度的最大差异(即，所述牺牲材料层的表面上最高位置与最低位置的高度差异)。图3a为牺牲材料层的部分表面的局部放大图，图3a中示出了在所述牺牲材料层130上具有若干个凸起和凹陷131、132、133和134。图3b为采用激光扫描对图3a所示的牺牲材料层的部分表面进行扫描之后的高度分布图，通过激光扫描后可获得与牺牲材料层的表面状况相互对应的高度分布图，进而可确认所述牺牲材料层130的表面高度的最大差异H。当所述牺牲材料层130的表面高度的最大差异H小于0.01um时，即认为其所形成的表面为光滑平整的表面。
此时，所形成的牺牲材料层130的不仅具有平滑的表面，并且其还可充填位于衬底材料层120表面上的凹陷121，以及覆盖衬底材料层120表面上的凸起122。优选的，所述牺牲材料层130的材质可以为光刻胶。半导体器件的制造过程中，通常利用所述光刻胶以实现薄膜的图形化，其具有较好的流动性和覆盖性，因此，所述光刻胶可以很好的充填所述凹陷121以及很好的覆盖所述凸起122，并且使最终使所形成的光刻胶的表面较为光滑平整。
具体的，所述牺牲材料层130的形成方法可参考如下步骤：首先，于所述衬底材料层120上旋涂牺牲材料，此时，所述牺牲材料涂覆整个衬底材料层120的表面，并且部分牺牲材料会进入到衬底材料层120上的凹陷121中，形成表面平整的液膜；接着，对所述牺牲材料进行固化以形成牺牲材料层130。与形成衬底材料层120的方法类似的，为保证所述牺牲材料层130能够固化完全，所述牺牲材料层130的固化温度优选为大于等于80℃，例如所述固化温度可以为80‐120℃；所述牺牲材料层130的固化时间优选为大于等于1min，例如所述固化时间可以是1min～3min。
接着，执行步骤S30，具体参考图2c所示，依次刻蚀所述牺牲材料层130和部分衬底材料层120以形成所述柔性衬底，并且，在刻蚀的过程中，所述牺牲材料层130与所述衬底材料层120的刻蚀速率差异不超过10nm/s。即，由于所述牺牲材料层130与所述衬底材料层120的刻蚀速率差异较小，因此在刻蚀剂刻蚀到牺牲材料层130和衬底材料层120的边界区域时，不论是对牺牲材料层或是对衬底材料层，其刻蚀消耗掉的膜层厚度是一致的，从而可借由所述牺牲材料层120所形成的光滑的表面，使整个儿表面以一均匀的消耗速率减薄，进而形成表面光滑平整的衬底材料层120，最终获取表面平整的柔性衬底。
此外，对于该步骤，本领域技术人员应当理解，当去除掉所有的牺牲材料层130时，则相应的，也达到了对衬底材料层120表面上的凹陷121和凸起122均已去除的目的。即，所述牺牲材料层130填充衬底材料层120表面上的凹陷121，当要去除位于所述凹陷121中的牺牲材料层120时，由于牺牲材料层130和衬底材料层120的刻蚀速率差异不大，因此，在完全去除掉位于凹陷121中的牺牲材料层120时，则也意味着，所述凹陷121也已同时被去除。相同的，当需完全去除所述牺牲材料层130，则位于衬底材料层120表面上的凸起122也必然会被去除。
具体的，可通过等离子体对所述牺牲材料层130和部分衬底材料层120进行刻蚀。本实施例中，所述等离子体刻蚀的刻蚀气体可采用氧气作为反应气体，所述刻蚀气体的流通优选为：20～40ml/min，其刻蚀气压优选为75～180mTorr。其中，刻蚀过程中的反应原理可参考如下公式：
PI/光刻胶+O*→CO2↑+H2O↑
其中，O*为活性态氧。
当然，在该步骤中，也可采用其他的刻蚀方法或者选用其他的刻蚀剂，只要所采用刻蚀方法或者刻蚀剂对衬底材料层的刻蚀速率与其对牺牲材料层的刻蚀速率差异不大即可。
此时，刻蚀后所剩余的衬底材料层120即形成为所述柔性衬底。接着，可根据实际的工艺，于所述柔性衬底上执行相应的步骤以形成相应的器件。
当在所述衬底材料层120上完全相应器件的制备后，还包括：
步骤S40，去除所述基板110，具体可采用化学刻蚀的方式去除所述基板或采用激光剥离的方式等，其均为现有技术，此处不做赘述。
<实施例二>
图4为本发明实施例二的柔性衬底的形成方法的流程示意图。图5a～图5c为本发明实施例二中柔性衬底的形成方法的步骤示意图。与实施例一的区别在于，本实施例中，所述柔性衬底的形成方法还包括：
步骤S00，对衬底材料中的颗粒进行颗粒测试，其中，可根据现有的方法对液态的衬底材料进行检测，进而获得衬底材料中的颗粒尺寸。例如，采用自动光学检查(AOI)，通过比对数据库里的标准图，在给定的颗粒上进行对比，进而确认衬底材料中的颗粒尺寸D。具体的，可对液态的衬底材料中的颗粒进行一次或多次的测量，当进行多次测量而获取多个尺寸值时，可取其平均值作为所述衬底材料的颗粒尺寸。此外，应当理解的是，衬底材料中的颗粒不仅包括溶于溶剂中的衬底材料，还包括位于衬底材料中的杂质等颗粒物。
本实施例中，通过对液态的衬底材料进行颗粒测试，以获取衬底材料中的颗粒尺寸，从而，可根据颗粒尺寸推断出所形成的衬底材料层上的凹陷的尺寸和凸起的尺寸。如上所述，衬底材料层表面所形成的凹陷或凸起通常是由于衬底材料中存在有杂质、气泡或者固化过程中溶剂的挥发而产生的，即，液态的衬底材料中的颗粒物分布不均或其流动性较差时，均易导致所形成的液膜表面出现颗粒物凸起；并且，在两个颗粒物之间的溶剂也极易在固化的过程中挥发，进而产生凹坑。由此可见，根据衬底材料中的颗粒尺寸进而可推断出膜层表面上的一部分凹坑的尺寸和一部分凸起的尺寸。
本实施例中，在获知所述衬底材料中的颗粒尺寸后，即可根据所述颗粒尺寸而涂覆相应厚度的衬底材料层以及牺牲材料层。
在步骤S10中，具体参考图5a所示，提供一形成有衬底材料层120的基板110，即于一基板110上形成衬底材料层120。其中，在该步骤中，所述衬底材料层的厚度值H1大于等于刻蚀后的所述衬底材料层的厚度值H2与0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸D之和，即，H1≥H2+0.5D。也就是说，在该步骤中，于基板110所形成的衬底材料层的厚度值H1大于刻蚀后的衬底材料层120的厚度值H2，可保证后续对衬底材料层120具有一定的刻蚀量，使最终所形成的衬底材料层的厚度值H2符合规格要求；进一步的，由于衬底材料中的颗粒尺寸D间接反应了所述衬底材料层120表面的缺陷尺寸，因此，使刻蚀去除的衬底材料层120的厚度值大于等于0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸D，以确保可完全消除衬底材料层120表面上的缺陷，为此，本实施例中，使刻蚀前的衬底材料层120的厚度值H1不但大于刻蚀后的衬底材料层的厚度值H2，还使其与刻蚀后的衬底材料层的厚度值H2的差异大于等于0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸D，即，H1‐H2≥0.5D，其不仅可进一步保障了后续的刻蚀损伤，使最终所形成的衬底材料层的厚度值H1满足厚度规格，并且还可确保衬底材料层120的表面缺陷可被完全去除。本实施例中，刻蚀前的衬底材料层的厚度值H1与刻蚀后的衬底材料层的厚度值H2差值为0.5～1倍的衬底材料的颗粒尺寸，即0.5D≦H1‐H2≦1D。
接着，在步骤S20中，具体参考图5b所示，于所述衬底材料层120上形成牺牲材料层130，其中，所述牺牲材料层130的厚度值H3优选为大于等于1.5倍的衬底材料的颗粒尺寸，即，H3≥1.5D。如此，可进一步确保所述牺牲材料层130能够完全充填位于衬底材料层120表面上的凹陷，以及能够完全覆盖位于衬底材料层120表面上的凸起。本实施例中，所述牺牲材料层130的厚度值H3为1.5～3倍的衬底材料的颗粒尺寸D，即1.5D≦H3≦3D，从而一方面可保证衬底材料层120表面上的凹陷和凸起被完全覆盖，另一方面避免采用厚度过厚的牺牲材料层，以减小工艺时长，缩减工艺成本。
接着，在步骤S30中，具体参考图5c所示，依次刻蚀牺牲材料层130和部分衬底材料层120以形成所述柔性衬底。其中，刻蚀去除的衬底材料层的厚度值为大于等于0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸。即，刻蚀去除的衬底材料层的厚度值H1‐H2≥0.5D，从而可确保对衬底材料层120上的凸起和凹陷进行完全的去除。此外，与步骤S10中，所形成的衬底材料层120相对应的，本实施例中，刻蚀去除掉的衬底材料层的厚度值H1‐H2为0.5D≦H1‐H2≦1D。
最后，在所述衬底材料层120上均已完成相应器件的制备后，则执行步骤S40，以去除所述基板。
综上所述，在本发明提供的柔性衬底的形成方法中，通过在衬底材料层的表面上涂覆一牺牲材料层，所述牺牲材料层可充填衬底材料层表面上的凹陷并覆盖所述衬底材料层表面上的凸起，从而于所述衬底材料层上形成一表面平整光滑的膜层；进而，当对所述牺牲材料层和部分衬底氧化层进行刻蚀时，由于所述牺牲材料层和衬底材料层的刻蚀速率差异不大，因此，在刻蚀至牺牲材料层和衬底材料层的交界区域时，两者会以相同的消耗速率减小，而避免出现不同的位置的刻蚀深度存在差异的问题。也就是说，本申请借由一牺牲材料层对衬底材料层的表面进行修复，并通过一刻蚀步骤，去除衬底材料层表面上的不平整区域，以获取表面光滑平整的柔性衬底。
进一步的，还可通过对衬底材料进行颗粒测试，以用于大致推断出衬底材料层表面上的凹陷或凸起的尺寸，从而可相应的涂覆一定厚度的衬底材料层以及牺牲材料层，用于进一步保障衬底材料层表面上的缺陷可被完全去除。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (17)
1.一种柔性衬底的形成方法，其特征在于，包括：
提供一形成有衬底材料层的基板，于所述衬底材料层上形成具有平滑表面的牺牲材料层，所述牺牲材料层的表面高度的最大差异小于等于0.01um；
依次刻蚀所述牺牲材料层和部分衬底材料层以形成所述柔性衬底，所述牺牲材料层与所述衬底材料层的刻蚀速率的差值不超过10nm/s。
2.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述衬底材料为聚碳酸酯、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二酯。
3.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，于所述基板上形成衬底材料层的步骤包括：
于所述基板上旋涂衬底材料；
对所述衬底材料进行固化以形成衬底材料层。
4.如权利要求3所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述衬底材料层的固化温度为大于等于200℃。
5.如权利要求3所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述衬底材料层的固化时间为大于等于30min。
6.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，还包括：对所述衬底材料中的颗粒进行颗粒测试，以确认所述衬底材料中的颗粒尺寸。
7.如权利要求6所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，刻蚀前的所述衬底材料层的厚度值大于等于刻蚀后的所述衬底材料层的厚度值与0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸之和。
8.如权利要求6所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，刻蚀去除的衬底材料层的厚度值为大于等于0.5倍的衬底材料的颗粒尺寸。
9.如权利要求6所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述牺牲材料层的厚度值为大于等于1.5倍的衬底材料的颗粒尺寸。
10.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述牺牲材料为光刻胶。
11.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，于所述衬底材料层上形成牺牲材料层的步骤包括：
于所述衬底材料层上旋涂牺牲材料；
对所述牺牲材料进行固化，以形成牺牲材料层。
12.如权利要求11所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述牺牲材料层的固化温度为大于等于80℃。
13.如权利要求11所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述牺牲材料层的固化时间为大于等于1min。
14.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，采用等离子体刻蚀所述牺牲材料层及部分衬底材料层。
15.如权利要求14所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀的刻蚀气体包括氧气。
16.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，在对所述牺牲材料层和部分衬底材料层进行刻蚀后，还包括：去除所述基板。
17.如权利要求1所述的柔性衬底的形成方法，其特征在于，所述衬底材料层表面具有凹陷和/或凸起。
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