用于控制片材和載體之間的結(jié)合的促進(jìn)的加工的制作方法
【專利說明】用于控制片材和載體之間的結(jié)合的促進(jìn)的加工
[0001] 背景
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 119要求2012年12月13日提交的美國臨時(shí)申請系列第 61/736880號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及具有在載體上的柔性片材的制品，具體來說，涉及使得能促進(jìn)把柔性 玻璃片材組裝到玻璃載體上的制品和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 因使用卷對(duì)卷加工，柔性基材有望提供更廉價(jià)的裝置，并有可能能夠制備更薄、 更輕、更柔性和更耐久的顯示器。但是，卷對(duì)卷加工高質(zhì)量顯示器所需的技術(shù)、設(shè)備和工 藝尚沒有完全開發(fā)。因?yàn)槊姘逯圃焐桃阎亟鹜顿Y用于加工大玻璃片材的成套工具，所以 把柔性基材層壓到載體和通過片材-對(duì)-片材加工來制備顯示器裝置為更薄、更輕和更 柔性顯示器的提案提供短期的解決方案。已證實(shí)在聚合物片材例如聚萘二甲酸乙二醇酯 (polyethylenenaphthalate) (PEN)上形成顯示器，其中裝置制造是片材對(duì)片材的，且將 PEN層壓到玻璃載體。PEN的上限溫度限制了裝置質(zhì)量和可使用的加工。此外，聚合物基材 的高可滲透性導(dǎo)致0LED裝置的環(huán)境降解，但是其中需要近乎氣密性的封裝。薄膜包封有望 克服這個(gè)限制，但尚未證實(shí)能提供可接受的大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)率。
[0005] 按照類似的方式，可使用層壓到一種或更多種薄玻璃基材的玻璃載體來制造顯示 裝置。預(yù)期薄玻璃的低滲透性和改善的耐溫性和耐化學(xué)性實(shí)現(xiàn)具有更高性能和更長壽命的 柔性顯示器。
[0006] 但是，熱、真空、溶劑和酸性、超聲的平板顯示器（FPD)過程要求薄玻璃牢固地結(jié) 合到載體。Fro過程通常涉及真空沉積（濺射金屬、透明導(dǎo)電氧化物和氧化物半導(dǎo)體，化學(xué) 氣相沉積（CVD)沉積無定形硅、氮化硅和二氧化硅，以及金屬和絕緣體的干法蝕刻），熱過 程（包括~300-400°CCVD沉積，最高達(dá)600°C的P-Si結(jié)晶，350-450°C氧化物半導(dǎo)體退 火，最高達(dá)650°C的摻雜劑退火，和~200-350°C接觸退火），酸性蝕刻（金屬蝕刻，氧化 物半導(dǎo)體蝕刻），暴露于溶劑（剝離光刻膠，沉積聚合物包封），和暴露于超聲波（在光刻 膠的溶劑剝離和水性清潔中，通常在堿性溶液中進(jìn)行該操作）。
[0007] 粘合劑晶片結(jié)合廣泛用于微機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)和半導(dǎo)體加工，用于其中加工苛刻 程度較低的后端步驟。由布魯爾科技（BrewerScience)和漢高（Henkel)出售的粘合劑通 常是厚聚合物粘合劑層，為5-200微米厚。這些層的較大的厚度潛在地使大量的揮發(fā)物、 被捕獲的溶劑和吸附的物質(zhì)污染FPD過程。這些材料在高于~250°C時(shí)熱分解和脫氣。這 些材料還可通過作為在后續(xù)的過程中脫氣的氣體、溶劑和酸的槽，在下游步驟中導(dǎo)致污染。
[0008] 2012年02月08日提交的、題目為"使用載體加工柔性玻璃（ProcessingFlexible GlasswithaCarrier)"美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/596, 727(下文稱為US'727)批露下述 概念，其中涉及通過范德華力把薄片材例如柔性玻璃片材初始地結(jié)合到載體，然后在某些 區(qū)域增大結(jié)合強(qiáng)度，但仍然保留在加工薄片材/載體以在該薄片材上形成裝置（例如，電 子或顯示器裝置，電子或顯示器裝置的組件，有機(jī)發(fā)光裝置（OLED)材料，光伏（PV)結(jié) 構(gòu)，或薄膜晶體管）之后，去除部分薄片材的能力。至少部分的薄玻璃結(jié)合到載體，從而阻 止裝置加工流體進(jìn)入薄片材和載體之間，由此降低了污染下游過程的可能性，即，薄片材 和載體之間的結(jié)合密封部分是氣密性的，在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，這種密封包圍在制品 的外面，由此阻止液體或氣體進(jìn)出密封的制品的任何區(qū)域。
[0009] US'727繼續(xù)批露了在低溫多晶硅（LTPS)(與固相結(jié)晶加工相比的低溫，固相結(jié) 晶加工可最高達(dá)約750°C)設(shè)備制造過程中，可使用約600°C或更高的溫度，真空，和濕 蝕刻環(huán)境。這些條件限制可使用的材料，并對(duì)載體/薄片材提出了很高的要求。因此，本 領(lǐng)域所需的是一種載體方法，該方法利用制造商的現(xiàn)有資金基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使得能加工薄玻璃 (即厚度< 〇. 3_厚的玻璃），且在較高的加工溫度下不污染或損失薄玻璃和載體之間的結(jié) 合強(qiáng)度，和其中在加工結(jié)束時(shí)能容易地將薄玻璃與載體解除結(jié)合。
[0010] 如US'727所述，US'727批露的方法的商業(yè)化優(yōu)勢之一是制造商將能使用它們現(xiàn) 有的對(duì)加工設(shè)備的資金投入，并獲得用于例如PV，OLED，LCD和圖案化薄膜晶體管（TFT)電 子裝置的薄的玻璃板的益處。此外，該方法實(shí)現(xiàn)加工靈活性，包括用于清潔和表面制備薄玻 璃片材和載體來促進(jìn)結(jié)合；用于強(qiáng)化結(jié)合區(qū)域中在薄片材和載體之間的結(jié)合；用于保持非 結(jié)合（或強(qiáng)度減少/降低的結(jié)合）區(qū)域中薄片材與載體的可釋放性；以及用于切割薄片材 來促進(jìn)從載體的提取。
[0011] 在玻璃和玻璃結(jié)合過程中，清潔玻璃表面來去除所有的金屬、有機(jī)物和微粒 殘留物，并得到大體硅醇封端的表面。首先使玻璃表面親密接觸，其中范德華力和/或 氫-鍵結(jié)合力將它們拉在一起。借助熱量和任選的壓力，表面硅醇基團(tuán)縮合以在整個(gè)界 面形成強(qiáng)力共價(jià)Si-0-Si鍵，永久性地熔合玻璃工件。金屬、有機(jī)物和微粒殘留物通過 隱藏表面防止結(jié)合所需的親密接觸來阻止結(jié)合。還需要高硅醇表面濃度來形成強(qiáng)力結(jié) 合，單位面積上的結(jié)合數(shù)目由在相對(duì)的表面上的兩硅醇物質(zhì)反應(yīng)以縮合出水的概率決定。 朱拉威爾（Zhuravlel)報(bào)道對(duì)于良好水合的氧化硅，平均羥基數(shù)/nm2是4. 6-4. 9。朱拉 威爾L.T. (Zhuravlel，L.T.)，無定形氧化娃的表面化學(xué)，朱拉威爾模型（TheSurface ChemistryofAmorphousSilika,ZhuravlevModel),《膠體和表面A:理化工程方面 (ColloidsandSurfacesA:PhysiochemicalEngineeringAspects)》173 (2000) 1-38。在 US'727中，在結(jié)合周界之內(nèi)形成非結(jié)合區(qū)域，所述的形成這種非結(jié)合區(qū)域的主要方式是 增加表面粗糙度。平均表面粗糙度大于2nmRa可阻止在升高溫度的結(jié)合過程中形成玻璃和 玻璃結(jié)合。
[0012] 概述
[0013] 本領(lǐng)域需要促進(jìn)的組裝薄片材-載體制品的方式，其可耐受Fro加工的苛刻條 件，包括高溫加工（不發(fā)生脫氣，脫氣與使用該制品的半導(dǎo)體或顯示器制備過程是不兼容 的），但又允許從載體去除薄片材的幾個(gè)部分。本文描述了控制載體和薄片材之間的粘附 以形成臨時(shí)結(jié)合的方法，該臨時(shí)結(jié)合強(qiáng)到足以耐受Fro加工（包括LTPS加工），但又弱到甚 至在高溫度加工之后，允許解除片材與載體的一些部分的結(jié)合。這種受控的結(jié)合可用來形 成在載體和片材之間具有受控的結(jié)合和共價(jià)結(jié)合的圖案化的區(qū)域的制品。具體來說，本發(fā) 明提供表面改性層（包括各種材料和相關(guān)的表面熱處理），可在薄片材和/或載體上提供 該表面改性層，從而同時(shí)控制薄片材和載體之間的室溫范德華力和/或氫鍵結(jié)合和高溫共 價(jià)結(jié)合。更具體來說，可控制室溫結(jié)合，從而在真空加工、濕加工和/或超聲清潔加工過程 中，足以將薄片材和載體固定在一起。且同時(shí)，可控制高溫共價(jià)結(jié)合，從而阻止高溫加工過 程中薄片材和載體之間的永久結(jié)合，以及保持足夠的結(jié)合來阻止在高溫加工過程中發(fā)生 脫層。在替代實(shí)施方式中，表面改性層可用來形成各種受控的結(jié)合區(qū)域（其中在通過各種 過程（包括真空加工、濕加工和/或超聲清潔加工）之后，載體和片材仍然是充分結(jié)合的）， 該受控的結(jié)合區(qū)域與共價(jià)的結(jié)合區(qū)域一起提供其它加工選擇，例如，甚至在將制品切割成 更小的方塊（dice)工件（piece)用于其它裝置加工之后，保持載體和片材之間的氣密性。 此外，有些表面改性層提供控制載體和片材之間的結(jié)合，并同時(shí)減少FPD(例如LTPS)加工 環(huán)境中苛刻條件下的脫氣排放，該FH)加工例如包括高溫和/或真空加工。
[0014] 在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，或按文字描述以及附圖中所述實(shí)施各種方 面而被認(rèn)識(shí)。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是各種方面的示例，用來提 供理解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。
[0015] 包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明原理的進(jìn)一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成 說明書的一部分。附圖圖示說明了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，并與說明書一起用來說 明例如本發(fā)明的原理和操作。應(yīng)理解，在本說明書和附圖中揭示的各種特征可以以任意和 所有的組合使用。作為非限制性的例子，可以按所附權(quán)利要求中所述，將各種特征相互組 合。
[0016] 附圖簡要說明
[0017] 圖1是制品的示意性側(cè)視圖，該制備具有使用在它們之間的表面改性層結(jié)合到薄 片材的載體。
[0018] 圖2是圖1所示制品的分解視圖和部分剖視圖。
[0019] 圖3是氧化硅上表面羥基濃度隨溫度變化的關(guān)系圖。
[0020] 圖4是SCI-清潔的玻璃片材的表面能隨退火溫度變化的關(guān)系圖。
[0021] 圖5是沉積在玻璃片材上的薄含氟聚合物膜的表面能隨制備膜的成分材料之一 的百分比的變化關(guān)系圖。
[0022] 圖6是通過結(jié)合區(qū)域結(jié)合到載體的薄片材的示意俯視圖。
[0023] 圖7是片材和載體的俯視不意圖。
[0024] 圖8是在通過表面改性層連接片材和載體之后，沿著圖7的線8-8得到的橫截面 視圖。
[0025] 圖9是在部分去除表面改性層之后，沿著圖7的線8-8得到的橫截面視圖。
[0026] 圖10是在結(jié)合區(qū)域中結(jié)合載體和片材之后，沿著圖7的線8-8得到的橫截面視 圖。
[0027] 圖11是具有圖案化結(jié)合區(qū)域的片材和載體的示意俯視圖。
[0028] 詳細(xì)描述
[0029] 在以下的詳述中，為了說明而非限制，給出了說明具體細(xì)節(jié)的示例性實(shí)施方式，以 提供對(duì)本發(fā)明的各種原理的充分理解。但是，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，在從 本說明書獲益后，可以以不同于本文詳述的其它實(shí)施方式實(shí)施本發(fā)明。此外，可省略對(duì)熟知 裝置、方法和材料的描述，從而不會(huì)模糊對(duì)本發(fā)明的各種原理的描述。最后，在任何適用的 情況下，相同的附圖注釋表示相同的元件。
[0030] 在此，范圍可以表示為從"約"一個(gè)具體值和/或至『約"另一個(gè)具體值的范圍。當(dāng) 表示這樣一個(gè)范圍的時(shí)候，另一個(gè)實(shí)施方式包括從一個(gè)特定值和/或到另一個(gè)特定值。類 似地，當(dāng)使用前綴"約"表示數(shù)值為近似值時(shí)，應(yīng)理解，具體數(shù)值形成另一個(gè)方面。還應(yīng)理解 的是，每個(gè)范圍的端點(diǎn)值在與另一個(gè)端點(diǎn)值有關(guān)和與另一個(gè)端點(diǎn)值無關(guān)時(shí)，都是有意義的。 [0031 ] 本文所用的方向術(shù)語，例如上、下、左、右、前、后、頂、底，僅僅是參照繪制的附圖而 言，并不用來表示絕對(duì)的取向。
[0032] 如本文中所用，單數(shù)形式的"一個(gè)"、" 一種"和"該"包括復(fù)數(shù)指代形式，除非文中 另有明確說明。因此，例如，提到的一種"組件"包括具有兩種或更多種這類組件的方面，除 非文本中有另外的明確表示。
[0033] 在US'727中，提供了用于使得能在載體上加工薄玻璃片材的方案，通過使至少 一部分的薄玻璃片材仍然是"非結(jié)合的"從而可從載體去除在薄玻璃片材上加工的裝置。但 是，通過形成共價(jià)的Si-0-Si鍵，使薄玻璃的周界永久性地（或共價(jià)地，或氣密性地）結(jié) 合到載體玻璃。在該永久結(jié)合區(qū)域中，這個(gè)共價(jià)地結(jié)合的周界氣密性地密封載體和玻璃片 材，從而加工流體不能進(jìn)入薄片材和載體之間。
[0034] 本發(fā)明描述用于促進(jìn)在薄片材和載體之間形成氣密性結(jié)合，從而能使薄片材通過 FH)加工流水線（lines)的苛刻的環(huán)境加工的制品和方法，包括高溫加工一其中高溫加工 是在多400°C的溫度下的加工，并可取決于制備的裝置的類型而變化，例如，在無定形硅或 無定形氧化銦鎵鋅（IGZ0)背板加工中最高達(dá)約450°C的溫度，在晶體IGZ0加工最高達(dá)約 500-550°C，或在典型的LTPS加工中最高達(dá)約600-650°C。
[0035] 如圖1和2所示，玻璃制品2具有厚度8,并包括具有厚度18的載體10,具 有厚度28的薄片材20(即，具有厚度< 300微米的薄片材，包括但不限于厚度為例 如，10-50 微米，50-100 微米，100-150 微米，150-300 微米，300, 250, 200,190, 180, 170 ，160, 150140, 130, 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 4030, 20,或 10 微米），和具有厚度 38 的表面改性層30。玻璃制品2設(shè)計(jì)成使得能在設(shè)計(jì)用于較厚片材（即，厚度多.4mm，例 如，? 4mm, ? 5mm, ? 6mm, ? 7mm, ? 8mm, ? 9mm,或1. 0mm量級(jí)的那些片材）的裝置上加工薄片材 20,但薄片材20自身< 300微米。即，將厚度8 (其是厚度18, 28,和38之和）設(shè)計(jì)成等于 較厚片材的厚度，該較厚片材是設(shè)備一例如，設(shè)計(jì)來在基材片材上設(shè)置電子裝置組件的設(shè) 備一所設(shè)計(jì)來加工的工件（piece)。例如，假設(shè)厚度38可忽略，如果加工設(shè)備設(shè)計(jì)用于700 微米的片材，且薄片材的厚度28是300微米，那么將厚度18選定為400微米。即，表面 改性層30并未按照比例顯示，相反僅僅為了說明性目的將其顯著夸大。此外，表面改性層 顯示為切開的。實(shí)際上，當(dāng)提供可再次利用的載體時(shí)，表面改性層在結(jié)合表面14上均勻地 設(shè)置。通常，厚度38在納米量級(jí)，例如0? 1-2.Onm,或最高達(dá)10nm，和在一些情況下可最 高達(dá)100nm。厚度38可用橢圓光度儀（ellipsometer)來測量。此外，表面改性層的存在 可通過表面化學(xué)分析例如通過ToFSims質(zhì)譜來檢測。因此，厚度38對(duì)制品厚度8的貢獻(xiàn) 可忽略，在計(jì)算決定用于加工具有厚度28的給定薄片材20的載體10的合適的厚度18時(shí)， 可忽略厚度38。但是，當(dāng)表面改性層30到達(dá)具有任意顯著的厚度38的程度時(shí)，在決定用 于給定薄片材20的厚度28的載體10的厚度18,以及加工裝置所設(shè)計(jì)的給定厚度時(shí)，應(yīng)考 慮該厚度38。
[0036] 載體10具有第一表面12,結(jié)合表面14,周界16,和厚度18。此外，載體10可 為任意合適的材料例如包括玻璃。載體并非必須是玻璃，但相反可為陶瓷，玻璃_陶瓷或 金屬（因?yàn)楸砻婺芎?或結(jié)合可按照類似于下文涉及玻璃載體所述的方式進(jìn)行控制）。如 果載體10由玻璃制成，載體10可為任意合適的組合物，包括鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、硼鋁硅 酸鹽、鈉鈣硅酸鹽，且取決于其最終應(yīng)用可包含