CN106683998A - 一种柔性基底的预处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性基底的预处理工艺，包括以下步骤：在柔性基底上制备牺牲层；采用离子束刻蚀工艺对柔性基底上的牺牲层进行刻蚀，直至刻蚀到牺牲层与柔性基底的临界面；采用离子束抛光工艺对刻蚀后得到的柔性基底进行抛光，直至柔性基底表面平滑。本发明通过制备牺牲层，利用不同材料的刻蚀选择比，优化离子束入射角和最佳刻蚀参数，彻底的消除了柔性基底表面特有的凹槽、孔洞等缺陷，解决了传统机械抛光或常规半导体工艺以及现有离子束技术难以消除柔性基底表面缺陷的难题。
Description
技术领域
本发明属于柔性电子器件领域，具体涉及一种柔性基底的预处理工艺。
背景技术
柔性电子以其独特的延展性以及高效、低成本制造工艺，在消费电子、医学仪器、能源电力和军事装备等领域有着广阔的发展和应用前景，目前产品有电子眼、柔性电子显示器、电子报纸以及柔性生物医疗装置等等。然而，柔性基底表面存在凹槽、孔洞等缺陷，会大大降低微细加工的精度，最终导致均匀性及一致性水平较差，影响器件可靠性，不能满足实际应用需求。因此，如何消除柔性基底存在的这些缺陷已成为柔性电子器件的研究重点。
实际上，柔性基底预处理作为柔性电子器件的一项关键技术，已成为功能器件制备的必备工艺。然而，传统的机械抛光或半导体预处理工艺基本针对常规硬质基底，且只能去除基底表面的杂质、油污等，无法完全去除表面存在的凹槽、孔洞等缺陷。传统清洗方式是将基底进行化学清洗后，放入真空腔内进行离子束轰击预处理，通过轰击去除基底表面存在的杂质，这同样无法完全去除表面存在的凹槽、孔洞等缺陷。另外，现有技术普遍采用离子束进行基底处理，在真空条件下，将氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、集束后，射到被加工表面上，剥离表层物质。可见，现有的离子束处理也只能去除表面的杂质，对于柔性基底的固有缺陷起不到消除的作用。因此，获得一种能够有效消除柔性基底表面存在的凹槽、孔洞等缺陷的处理技术，对提高柔性电子器件可靠性，使其更好的满足实际应用需要具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够有效消除柔性基底特有的凹槽或孔洞等缺陷的预处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种柔性基底的预处理工艺，包括以下步骤：
（1）在柔性基底上制备牺牲层；
（2）采用离子束刻蚀工艺对柔性基底上的牺牲层进行刻蚀，直至刻蚀到牺牲层与柔性基底的临界面；
（3）采用离子束抛光工艺对步骤（2）中得到的柔性基底进行抛光，直至柔性基底表面平滑。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述步骤（1）中，在制备牺牲层之前还包括对柔性基底进行展平。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述展平采用的是真空吸附的方式。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述柔性基底在固定支架上进行展平；所述固定支架包括基座1和盖板3，所述基座1上设有用于放置柔性基底的凹槽2，所述盖板3上设有用于溅射柔性基底的通孔，所述基座1与所述盖板3通过螺栓连接。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述展平包括以下步骤：
（a）将柔性基底放置于基座1上的凹槽2中；
（b）抽真空，使得柔性基底完全展平；
（c）盖上盖板3，通过螺栓将基座1与盖板3连接，固定展平后的柔性基底。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述步骤（1）中，所述牺牲层为光刻胶或玻璃膜。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述步骤（1）中，所述牺牲层的制备包括以下步骤：
（1.1）采用匀胶机在柔性基底表面制备一层厚度为2μm～2.5μm的牺牲层；
（1.2）采用离子束溅射工艺在光刻胶表面制备一层厚度为160nm～180nm的牺牲层。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述步骤（1.1）中，所述匀胶机的工艺参数为：在转速为1000rpm～1200rpm条件下匀胶10s～12s，然后在转速为5000rpm～5500rpm条件下匀胶30s～35s；
和/或，所述步骤（1.2）中，所述离子束溅射工艺的参数为：气体流量8sccm～9sccm，屏极电压250V～270V，阴极电压19V～22V，加速电压250V～270V，离子束流150mA～160mA，工作真空3×10-3Pa～3.5×10-3Pa。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述步骤（2）中，所述离子束刻蚀工艺的参数为：入射角度50°～53°，屏极电压450V～500V，离子束流130mA～160mA。
上述的柔性基底的预处理工艺中，优选的，所述步骤（3）中，所述离子束抛光工艺中通过控制工件台的倾斜角进行抛光；所述倾斜角为10°～15°；所述离子束抛光工艺的参数为：离子束流50 mA～70mA。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明提供了一种柔性基底的预处理工艺，先在柔性基底表面制备牺牲层，然后通过离子束技术以特定的角度去除牺牲层直至刻蚀到基底材料，继而对基底材料进行抛光，达到基底平滑处理的目的。本发明中，通过制备牺牲层，利用不同材料的刻蚀选择比，优化离子束入射角和最佳刻蚀参数，彻底的消除了柔性基底表面特有的凹槽、孔洞等缺陷，解决了传统机械抛光或常规半导体工艺以及现有离子束技术难以消除柔性基底表面缺陷的难题。
2、本发明中，通过在柔性基底表面制备牺牲层，将柔性基底表面的沟壑基本填平，在牺牲层刻蚀工艺过后对基片进行离子束刻蚀和抛光，抛光到牺牲层与基底的临界面。由于选择的牺牲层材料与基底材料相同条件下刻蚀速率近似，当用离子束刻蚀和抛光后，近似等速率刻蚀完牺牲层，以至于将牺牲层表面的光滑面传递到基底表面，从而使柔性基底表面平滑。另外，适用本发明预处理工艺的牺牲层材料非常广泛，如，光刻胶或玻璃膜（SOG），而牺牲层选择的主要依据是牺牲层材料刻蚀速率要与基底材料在某一离子束刻刻蚀抛光参数下相接近，以至于最后可以将牺牲层表面的光滑面传递到基底表面上。同时本发明采用的离子束辅助抛光工艺，可以有效地改善基底表面的粗糙情况，适用于机械抛光引起的表面缺陷的处理。
3、本发明中，通过采用真空吸附的方式将柔性基底展平，避免了预处理过程中出现弯曲和褶皱等情况，使得柔性基底可以像硬质基片一样完全展平，更有利于去除表面缺陷，克服了现有柔性基底在安装过程中难以做到完全展平的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1中柔性基底预处理的预处理工艺流程图。
图2为本发明实施例1中固定支架的示意图。
图3为本发明实施例1中离子束刻蚀角对不同材料刻蚀速率的影响图。
图4为未经表面处理的柔性基底的表面形貌图。
图5为本发明实施例1中得到的柔性基底的表面形貌图。
图例说明：
1、基座；2、凹槽；3、盖板；4、孔。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的柔性基底的预处理工艺，工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
（1）将尺寸为28mm×40mm×0.5mm的柔性基底EPDM（三元乙丙）平铺放入装满丙酮的烧杯内超声10min，然后平铺放入酒精中超声10min，最后用去离子束冲洗并吹干，放置在烘片台上于40℃下烘20min。
（2）采用真空吸附的方式将步骤（1）中经烘干后的柔性基底在固定支架上进行展平，其中，固定支架如图2所示，包括基座1和盖板3，基座1上设有用于放置柔性基底的凹槽2，盖板3上设有用于溅射柔性基底的通孔，同时，基座1和盖板3上还设有用于螺栓连接的孔4，基座1与盖板3通过螺栓连接。本实施例中，固定支架是采用精密机加工形成的，材料为铝，基座1的尺寸为40mm×60mm×0.5mm，盖板3为镂空金属框，其中外框的尺寸为35mm×45mm×0.5mm，内框的尺寸为30mm×42mm×0.5mm。
展平的具体步骤为：
（2.1）将柔性基底放置于基座1上的凹槽2中；
（2.2）抽真空，使柔性基底完全展平；
（2.3）盖上盖板3，通过螺栓将基座1与盖板3连接，固定展平后的柔性基底。
（3）在柔性基底上制备牺牲层：
（3.1）将步骤（2）中固定展平后的柔性基底置于匀胶机的旋转台上。
（3.2）将EPG533型光刻胶均匀滴加到步骤（3.1）中固定展平后的柔性基底上，使EPG533型光刻胶均匀覆盖柔性基底表面，采用匀胶机进行甩胶，具体工艺为：在转速为1000rpm条件下匀胶12s，然后在转速为5000rpm条件下匀胶30s，120℃烘烤1h，在柔性基底表面制备一层EPG533型光刻胶，厚度为2μm。
（3.3）将步骤（3.2）中得到的表面制备有EPG533型光刻胶的柔性基底安装在靶台上，抽真空至4×10-4Pa，采用离子束溅射工艺继续在EPG533型光刻胶表面制备一层EPG533型光刻胶，厚度为176nm。离子束溅射工艺的参数为：气体流量8sccm，屏极电压250V，阴极电压19V，加速电压250V，离子束流150mA，工作真空3×10-3Pa。
（4）将步骤（3）中制备有牺牲层的柔性基底，置于真空腔体的基底台上，抽真空至5.0×10-4Pa，采用离子束刻蚀工艺对柔性基底表面的牺牲层进行刻蚀，直至刻蚀到牺牲层与柔性基底的临界面，即去除柔性基底表面的EPG533型光刻胶层。其中，离子束刻蚀工艺中离子束参数为：入射角度50°，阴极41.5A，屏极500V，离子束流150mA，中和10A；刻蚀气体为Ar，气体流量8sccm，工作真空度3×10-3Pa，刻蚀时间18min。在采用离子束刻蚀工艺对柔性基底表面的牺牲层进行刻蚀的过程中，水冷直接与工件台相连，循环冷却，同时刻蚀工件台背面安装温控仪，实时监控刻蚀工件台温度，超过120℃时暂停刻蚀20min，从而保证基底及牺牲层不至于碳化变形。图3为本实施例中离子束刻蚀角对不同材料刻蚀速率的影响图。由图3可知，EPG533型光刻胶的刻蚀速率同三元乙丙的刻蚀速率在50°有相交点，这说明选择的牺牲层材料与基底材料相同条件下刻蚀速率近似，当用离子束刻蚀抛光后，近似等速率刻蚀完牺牲层，以至于将牺牲层表面的光滑表面传递到基底表面，从而获得了平滑的柔性基底。
（5）采用离子束抛光工艺继续对步骤（4）中经刻蚀后的柔性基底进行抛光，得到表面平滑的柔性基底。离子束抛光工艺中离子束参数为：阴极35A，屏极430V，离子束流120mA，中和8A；气体为Ar，气体流量6sccm，工作真空度3×10-3Pa，抛光时间23min。离子束抛光工艺中通过控制工件台的倾斜角进行抛光，其中倾斜角为10°～15°。
（6）将步骤（5）中表面平滑的柔性基底于真空条件下冷却1h，然后充气（N2），取出，并清洗去胶，烘干。
图4为未经表面处理的柔性基底的表面形貌图。图5为本实施例中得到的柔性基底的表面形貌图。对比图4和图5可知，通过离子束预处理前后的形貌对比，可以明显看出，经本发明方法处理后得到的基底材料的表面平整度、粗糙度得到明显改善，消除了柔性基底表面特有的凹槽、孔洞等缺陷，有利于薄膜生长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柔性基底的预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在柔性基底上制备牺牲层；
（2）采用离子束刻蚀工艺对柔性基底上的牺牲层进行刻蚀，直至刻蚀到牺牲层与柔性基底的临界面；
（3）采用离子束抛光工艺对步骤（2）中得到的柔性基底进行抛光，直至柔性基底表面平滑。
2.根据权利要求1所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，在制备牺牲层之前还包括对柔性基底进行展平。
3.根据权利要求2所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述展平采用的是真空吸附的方式。
4.根据权利要求3所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述柔性基底在固定支架上进行展平；所述固定支架包括基座（1）和盖板（3），所述基座（1）上设有用于放置柔性基底的凹槽（2），所述盖板（3）上设有用于溅射柔性基底的通孔，所述基座（1）与所述盖板（3）通过螺栓连接。
5.根据权利要求4所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述展平包括以下步骤：
（a）将柔性基底放置于基座（1）上的凹槽（2）中；
（b）抽真空，使得柔性基底完全展平；
（c）盖上盖板（3），通过螺栓将基座（1）与盖板（3）连接，固定展平后的柔性基底。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，所述牺牲层为光刻胶或玻璃膜。
7.根据权利要求6所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，所述牺牲层的制备包括以下步骤：
（1.1）采用匀胶机在柔性基底表面制备一层厚度为2μm～2.5μm的牺牲层；
（1.2）采用离子束溅射工艺在光刻胶表面制备一层厚度为160nm～180nm的牺牲层。
8.根据权利要求7所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述步骤（1.1）中，所述匀胶机的工艺参数为：在转速为1000rpm～1200rpm条件下匀胶10s～12s，然后在转速为5000rpm～5500rpm条件下匀胶30s～35s；
和/或，所述步骤（1.2）中，所述离子束溅射工艺的参数为：气体流量8sccm～9sccm，屏极电压250V～270V，阴极电压19V～22V，加速电压250V～270V，离子束流150mA～160mA，工作真空3×10-3Pa～3.5×10-3Pa。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，所述离子束刻蚀工艺的参数为：入射角度50°～53°，屏极电压450V～500V，离子束流130mA～160mA。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的柔性基底的预处理工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，所述离子束抛光工艺中通过控制工件台的倾斜角进行抛光；所述倾斜角为10°～15°；所述离子束抛光工艺的参数为：离子束流50 mA～70mA。
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