CN109332104A - 存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅阵列结构基底表面薄膜制备技术领域，具体涉及存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置与方法。本发明装置自上而下由注液管、盖片、用于控制基底与盖片之间间隙大小的调整垫片和表面存在微结构的基底组成。本发明通过调整垫片的厚度来调节间隙旋涂过程中的间隙大小，进而实现薄膜厚度的精确可控，同时通过盖片对液膜铺展的约束，有效提高存在微结构基底薄膜上表面的平整性；通过施加转速的方法，加快了液膜在间隙内的铺展速度，提高了铺展效率。

Description

存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置与方法

技术领域

本发明涉及硅阵列结构基底表面薄膜制备技术领域，具体而言，涉及存在微结构基底表面薄膜上表面平整化装置与使用方法。

背景技术

柔性薄膜制备技术在科技领域具有非常重要的应用，其上表面平整性对后续加工工艺具有很大的影响。现有的薄膜制备技术主要有提拉旋胶法、滚动涂胶法、旋涂法、喷涂法。其中提拉旋胶法主要适用于溶液粘度较低、表面积较小的基底，且薄膜表面平整性较差；滚动涂胶法主要适用于胶卷类的表面平坦、质地柔软、厚度较薄的基底；喷涂法主要用于含有微结构基底表面薄膜的平整性工艺，但是该方法主要适用于粘度较低的溶液，且具有很高的成本和较大的环境污染。旋涂法作为一种高效、简单、无污染的的薄膜制备技术，正在受到越来越多的关注。在硅电极阵列的制备过程中，经常需要在硅电极阵列表面制备一层上表面平整的薄膜，以便后续刻蚀工艺进行等厚向下刻蚀。现有的实现存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化工艺主要是喷涂技术。喷涂技术是通过高精度、高均匀喷射率的喷头将光刻胶溶液以气雾态的方式在相对静止或低速旋转的基底上进行涂胶，能够获得较均匀的胶层厚度分布和表面平整的薄膜，但是喷涂技术的不足之处主要是对于一些粘性较大的溶液喷头易堵塞，导致喷头寿命下降，另外在喷射过程中，胶溶液容易浪费且造成空气污染。

旋涂法是一种非常广泛的薄膜制备方法，传统的旋涂过程可以在基底表面制备一层厚度均一的薄膜。对于存在微结构的基底，通过平面旋涂的方式，能够获得厚度均一的薄膜，会导致薄膜上表面复印基底的结构，形成上表面带有微结构的薄膜。根据实际的生产需求，需要在存在微结构的基底表面制备一层上表面平整的薄膜，而传统的旋涂技术很难实现薄膜上表面的平整化。

发明内容

针对传统的薄膜制备过程，薄膜上表面平整程度较差的特点，提出了新的旋涂制备方式，有效实现薄膜上表面的平整化。为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种能提高薄膜上表面平整化程度和薄膜溶液液膜铺展速度的旋涂装置和方法。

本发明的主要思路是：在常规的平面旋涂装置上通过增加盖片的方式来增加薄膜溶液液膜在铺展过程的约束，通过控制盖片与基底之间的距离进而可以控制液膜的厚度，而薄膜上表面的轮廓形貌是由盖片下表面的轮廓状态决定的，进而通过控制盖片下表面的表面轮廓就可以实现存在微结构的基底表面薄膜上表面的平整化工艺。通过控制压强和转速进而控制液膜的铺展速度快速实现液膜上表面的平整化。

一种存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置，所述装置自上而下由注液管、盖片、用于控制基底与盖片之间间隙大小的调整垫片和表面存在微结构的基底组成；

所述盖片为中心设有圆形通孔的圆形片材，所述盖片下表面边缘处沿圆周均匀固定若干调整垫片；所述调整垫片通过热熔胶粘剂与基底相固定；所述基底与盖片具有相同的形状及尺寸。

本发明所述存在微结构的基底，其中，所述微结构是指必须借助于光学显微镜或电子显微镜才能观察到的晶体结构中的一种非均一结构现象。

本发明所述存在微结构的基底为现有技术提供的基底，可商业购得或通过现有技术所述方法制得，如硅柱阵列结构基底。

本发明所述装置的注液管与盖片、盖片与调整垫片间的固定方式是现有技术提供的可实现的固定手段，注液管和盖片的连接固定方式可以是一体成型，也可以是胶粘剂连接固定，选用的胶粘剂的熔点及工作温度应大于所选薄膜溶液成膜温度，对注液管、盖片、调整垫片所选材料材质有良好的粘接性。

优选地，所述注液管和盖片间利用胶粘剂连接固定；所述调整垫片和盖片间利用胶粘剂连接固定。

优选地，所述调整垫片为可剥离的云母片。

本发明中调整垫片采用的云母片适宜截面形状为正方形。

优选地，所述盖片下表面距边缘0.5～2mm处沿圆周均匀固定三处调整垫片。

本发明装置中注液管、盖片的材质为不与薄膜胶溶液反应，工作温度高于薄膜溶液成膜温度，表面粗糙度Ra为0.5～10nm的现有技术可实现的材质，可以是玻璃，不锈钢，高分子树脂材质。

优选地，所述盖片为表面粗糙度Ra为0.5～10nm的石英玻璃抛光片。

优选地，所述注液管内径与盖片中心圆孔内径相等，为5～10mm。

本发明中热熔胶粘剂是一种在热熔状态进行涂布，借冷却硬化实现胶接，可以反复熔化胶接的胶粘剂，选用的热熔胶粘剂的熔点应低于薄膜胶溶液成型温度，使其可以在略高于热熔胶粘剂熔点温度时将调整垫片与基底分开。胶接强度低于文中所述用于注液管、盖片胶粘剂、调整垫片连接固定的胶粘剂的胶接强度。

优选地，所述热熔胶粘剂为石蜡。

本发明的又一目的是提供存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置的使用方法，所述方法如下:

①用移液枪将薄膜胶溶液滴落至注液管内，静置3～7min；

②将所述装置施加转速1000～10000rpm；

③所述溶液在间隙内完全铺展后，将所述装置放置在烘箱中，薄膜胶溶液成型温度加热20～30min后形成薄膜，将所述装置放置在空气中冷却至室温；

④将所述装置放置在加热平台上设定温度为高于热熔粘胶剂的熔点温度5～10℃，待热熔胶粘剂融化后将盖片取下。

上述使用方法中，步骤①的目的是根据所述溶液的高度控制其压强使其均匀铺展在基底与盖片间隙内；步骤②的目的是加快所述溶液在间隙内的铺展速度；步骤③的目的是实现薄膜固化；步骤④将盖片与基底分离后，实现存在微结构的基底表面薄膜上表面的平整性。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过调整垫片的厚度来调节间隙旋涂过程中的间隙大小，进而可以控制液膜在间隙内铺展的厚度，来实现薄膜厚度的精确可控；

2、本发明主要针对存在微结构的基底表面薄膜上表面的平整化，提出了在基底表面增加盖片的方式来增加对液膜铺展的约束，控制液膜的铺展过程，可以有效提高存在微结构基底薄膜上表面的平整性；

3、液膜在间隙内进行自发铺展时，铺展速度很低，实现薄膜上表面平整化的效率较低，通过施加转速的方法，加快了液膜在间隙内的铺展速度，提高了铺展效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明共有附图2张，

图1是存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置三维轴侧图；

图2是存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置剖面图；

附图标记如下：

图1中，基底10、云母片11、盖片12、注液管13。

图2中，基底10、云母片11、盖片12、注液管13、石蜡胶粘层14、504胶粘层Ⅰ15、504胶粘层Ⅱ16。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置的制备方法如下：

①选用表面粗糙度Ra为0.95nm的石英玻璃抛光片作为盖片，将盖片12下表面距边缘2mm沿圆周均匀涂布三处厚度相等的504胶粘层Ⅰ15，也就是504胶接层Ⅰ15与盖片圆心呈120°的位置；

②剥离出2um×2mm×2mm云母片11，通过504胶粘层Ⅰ15粘接到盖片12下表面，固化后，在基底10上表面距边缘2mm处，与基底圆心呈120°的位置均匀涂布厚度相等的石蜡粘胶层14，其中基底10存在微结构为硅柱阵列结构，沟槽宽度为500μm，深度为15μm；

③将粘有云母片11的盖片12通过石蜡粘胶层14粘接到基底10上，冷却固化；

④选用石英玻璃作为注液管13，在盖片12上表面圆孔周围涂布厚度均匀的504胶粘层Ⅱ16，将注液管13粘接到盖片圆孔上完成固定，其中盖片圆孔和注液管13的内径为5mm。

这样形成了存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置。将该装置放置到旋涂机上通过真空吸附的方式进行旋涂操作。

存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化过程如下：

①将PDMS(聚二甲基硅氧烷)溶液通过移液枪滴落在注液管13中并且控制固定的高度，在注液管中高度为1.5cm；

②静置5min后，放置在旋涂机上进行旋涂实验，将转速设置为1000rpm；

③PDMS(聚二甲基硅氧烷)溶液在间隙内完全铺展后，将装置放置在烘箱中，120℃温度下加热20min后形成薄膜，然后将装置放置在空气中冷却至室温；

④将装置放置在加热平台上设定加热温度100℃，待石蜡融化后将盖片取下。

旋涂完成后对薄膜上表面平整性进行检测可以发现，薄膜上表面的平整化程度能够维持在3μm，与原来含有15μm沟槽的基底相比，薄膜上表面的平整化程度提高了80％，有效实现了薄膜上表面的平整化程度。

实施例2

如图1和图2所示，本发明提供了一种存在微结构的基底薄膜平整化装置的制备方法如下：

①选用表面粗糙度Ra为0.95nm的石英玻璃抛光片作为盖片，将盖片12下表面距边缘2mm沿圆周均匀涂布三处厚度相等的504胶粘层Ⅰ15，也就是504胶接层Ⅰ15与盖片圆心呈120°的位置；

②剥离出2um×2mm×2mm云母片11，通过504胶粘层Ⅰ15粘接到盖片12下表面，固化后，在基底10上表面距边缘1mm处，与基底圆心呈120°的位置均匀涂布厚度相等的石蜡粘胶层14，其中基底10存在微结构为硅柱阵列结构，沟槽宽度为500μm，深度为30μm；

③将粘有云母片11的盖片12通过石蜡粘胶层14粘接到基底10上，冷却固化；

④选用石英玻璃作为注液管13，在盖片12上表面圆孔周围涂布厚度均匀的504胶粘层Ⅱ16，将注液管13粘接到盖片圆孔上完成固定，其中盖片圆孔和注液管13的内径为5mm。

这样形成了存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置。将该装置放置到旋涂机上通过真空吸附的方式进行旋涂操作。

存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化过程如下：

①将光刻胶溶液通过移液枪滴落在注液管13中并且控制固定的高度，在注液管中高度为2cm；

②静置5min后，放置在旋涂机上进行旋涂实验，将转速设置为1000rpm；

③光刻胶溶液在间隙内完全铺展后，将装置放置在烘箱中，120℃温度加热20min后形成薄膜，然后将装置放置在空气中冷却至室温；

④将装置放置在加热平台上设定加热温度100℃，待石蜡融化后将盖片取下。

旋涂完成后对薄膜上表面平整性进行检测可以发现，薄膜上表面的平整化程度能够维持在5μm，与原来含有30μm沟槽的基底相比，薄膜上表面的平整化程度提高了83％，有效实现了薄膜上表面的平整化程度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种存在微结构的基底表面薄膜上表面平整化装置，其特征在于，所述装置自上而下由注液管、盖片、用于控制基底与盖片之间间隙大小的调整垫片和表面存在微结构的基底组成；

所述盖片为中心设有圆形通孔的圆形片材，所述盖片下表面边缘处沿圆周均匀固定若干调整垫片；所述调整垫片通过热熔胶粘剂与基底相固定；所述基底与盖片具有相同的形状及尺寸。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注液管和盖片间利用胶粘剂连接固定；所述调整垫片和盖片间利用胶粘剂连接固定。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调整垫片为可剥离的云母片。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述盖片下表面距边缘0.5～2mm处沿圆周均匀固定三处调整垫片。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述盖片为表面粗糙度Ra为0.5～10nm的石英玻璃抛光片。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注液管内径与盖片中心圆孔内径相等，为5～10mm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热熔胶粘剂为石蜡。

8.权利要求1所述装置的使用方法，其特征在于，所述方法如下:

①用移液枪将薄膜胶溶液滴落至注液管内，静置3～7min；

②将所述装置施加转速1000～10000rpm；

③所述溶液在间隙内完全铺展后，将所述装置放置在烘箱中，薄膜胶溶液成型温度加热20～30min后形成薄膜，将所述装置放置在空气中冷却至室温；

④将所述装置放置在加热平台上设定温度为高于热熔胶粘剂的熔点温度5～10℃，待热熔胶粘剂融化后将盖片取下。