制造软性元件的方法
【专利摘要】本发明提供一种制造软性元件的方法，其特征为包含：提供硬性载板；形成具有预定图案的密着层于该硬性载板上；形成软性基材层于该硬性载板上，其中该软性基材层的一部分接触于该硬性载板，形成第一接触界面，剩余部分接触于该密着层，形成第二接触界面；形成至少一个元件于该软性基材层的与该第一接触界面相反的表面上；及自第一接触界面将软性基材与硬性载板分离。
【专利说明】制造软性元件的方法
[0001]本申请是申请日为2011年05月20日、发明名称为“制造软性元件的方法”的第201110136418.1号中国专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及制造软性元件的方法，特别涉及容易将具有软性基材的元件从硬性载板分离的方法。
【背景技术】
[0003]目前平面显示器(Flat Panel Display ；FPD)已取代传统阴极射线管(CRT)成为市场的主流。已知的平面显示器包括:液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(rop)及有机发光显示器(OLED)等。大多数的平面显示器是在硬性基板(例如玻璃)上加工后制得。这种硬性显示器由于缺乏可挠性，使其用途受到限制。因此，以软性基材取代传统玻璃基板的软性显示器成为目前的研究重点之一。
[0004]软性基材可分为三大类，分别为薄玻璃基板、金属箔基板及塑料基板。上述各种软性基材各有其优、缺点。使用薄玻璃基板的软性显示器制造工艺与目前已量产的硬性平面显示器近似；然而，为使基板可弯曲，其厚度必须相当薄且易碎，安全性不佳，此外，其可挠度无法与其它软性基材竞争。金属箔基板的优点为耐高温、高阻水阻气特性及耐化学性，缺点为其本身不透明，因此仅能搭配特定显示元件，例如反射式显示器。塑料基板适合各种显示元件且可使用卷对卷(roll-to-roll)方式生产。但是大多数塑料基板不耐高温，使得制造工艺的温度受到限制，此外，其热膨胀系数大，易使基板产生形变。
[0005]再者，由于软性基材过于轻、薄，易有平整性问题，元件无法直接于软性基材上制作，因此，如何成功地在软性基材上配置元件为目前主要的技术重点之一。目前业界的作法之一是先将软性基材附着在一硬性载板上，待元件制作完成后，再将软性基材自硬性载板上剥离。因此，如何在不影响元件质量的情况下，成功地将软性基材自硬性载板上剥离为此类技术的瓶颈。
[0006]图1为在软性基材上制造元件的常规方法的示意图。如图1(a)所示，软性基材104经由粘着层102附着在硬性载板100上，接着在该软性基材上形成一元件结构，例如有机薄膜晶体管。其制造工艺例如包括形成栅极108、介电层106、漏/源极110及112、及通道114。如图1(b)所示，在制备目标元件之后，将软性基材与硬性载板分离；然而，由于粘着层102之粘着力，使得软性基材不易被分离，且分离后易留有残胶，影响元件质量。此外，粘着层通常不耐高温，因此，此方法无法用于需在高温下的元件制造工艺。
[0007]美国专利第7，466，390号另揭示一种制造软性显示器装置的方法，其包含提供一基板装置，该基板装置包括一硬性玻璃基板及位于其上的塑料基板；在该塑料基板上形成元件；在元件形成后，使用激光将自该塑料基板上释放该硬性玻璃基板。然而，此一技术不但制造工艺较为繁琐、费时，且设备昂贵，费用太高，还有激光必须精准，硬性玻璃基板无法再回收利用等缺点。[0008]另一种制备软性电子元件的方法为日商精工爱普生公司(Seiko Epson)及索尼公司(Sony)所开发的间接转贴技术，其为先在硬性载板上制造元件，再将其转贴至软性基材上。然而，精工爱普生公司的SUFTLA技术必需精准控制激光，将薄膜晶体管阵列与玻璃基板完整剥离。索尼公司使用氢氟酸去除玻璃基板，并使用对氢氟酸具有高蚀刻选择比的材料作为蚀刻阻挡层，当玻璃基板被氢氟酸蚀刻至蚀刻阻挡层时，便不会再继续蚀刻，随后再去除蚀刻阻挡层并将元件转贴至塑料基板上；此技术必须使用高毒性的氢氟酸，且必须在蚀刻时保护元件不受蚀刻液侵蚀。上述转贴技术虽可适用于高温制造工艺，但是除上述缺点外，尚有制造工艺繁琐不利于大量生产等缺失。
[0009]为解决上述问题，美国专利第7，575，983号揭示一种在软性基材上制作元件的方法。该方法使用聚合物材料作出无粘着力的『离型层』，作为软性基材层与硬性载板间的界面层，然后将其泡入水中，利用此界面层将软性基材取下。但是一般元件都怕水，因此需要另外制作保护层。另外，台湾专利申请案第98126043揭示一种应用在软性元件的基板结构的制造方法，该基板结构包含一软性基板、一离型层、一粘合剂与一支撑载体，其利用离型材料与软性基板密着度不佳，而粘合剂与软性基板密着度甚佳的特性，使转贴于支撑载体上的软性基板在制造工艺中不致脱落，并在完成所有制造工艺后，可轻易分离。但是使用离型层和粘合剂，制造工艺较复杂，也增加制造成本，而且所使用的离型层或粘合剂耐热性不佳，一般元件制造工艺往往需要在超过200°C的高温操作，因此容易造成质量不稳定。
【发明内容】
[0010]为解决上述问题，本发明主要目的在于提供一种制造软性元件的方法，其包含:提供硬性载板；形成具有预定图案的密着层于该硬性载板上；形成软性基材层于该硬性载板上；其中该软性基材层的一部分接触于该硬性载板，形成第一接触界面，剩余部分接触于该密着层，形成第二接触界面；形成一个或多个元件于该软性基材层的与该第一接触界面相反的表面上；及自第一接触界面将软性基材与硬性载板分离。
[0011]本发明另提供一种软性基材分离方法，特别是一种将软性基材自硬性载板上分离的方法，其包含:提供硬性载板；形成具有预定图案的密着层于该硬性载板上；形成软性基材层于该硬性载板上，其中该软性基材层的一部分接触于该硬性载板，形成第一接触界面，剩余部分接触于该密着层，形成第二接触界面；及自第一接触界面将软性基材与硬性载板分离。
[0012]本发明的有益效果是:本发明的方法可使用目前制造商的现有设备进行操作，降低其成本；在元件制造过程中，可将软性基材有效固定于硬性载板上，减少元件制作过程中因软性基材移动而产生的对准(registration)偏差；且在元件制造完成后，可轻易将软性基材自硬性载板上分离，不会在元件下方留下残胶；同时具有耐高温、对准精准和软性基材容易取下的三种优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为在软性基材上制造元件的常规方法的示意图。
[0014]图2至4为本发明的具有预定图案的密着层的示意图。
[0015]图5为本发明制备具有预定图案的密着层的方法的一个实施方式示意图。[0016]图6为本发明制造软性元件的方法的一个实施方式示意图。
[0017]图7为密着促进剂与硬性载板产生化学键合的示意图。
[0018]图8为密着促进剂与软性基材产生化学键合的示意图。
[0019]【主要元件符号说明】
[0020]21、31 及 41密着层
[0021]50玻璃载板
[0022]51光刻胶组合物
[0023]51’突起物
[0024]52具有预定图案的密着层
[0025]58涂层
[0026]60硬性载板
[0027]62密着层
[0028]63软性基材层
[0029]64元件
[0030]65软性元件
[0031]100硬性载板
[0032]102粘着层104软性基材
[0033]106介电层
[0034]108栅极
[0035]110 及 112漏 / 源极
[0036]114通道
[0037]201、202、203 及 204 离型区域
[0038]301、302、303 及 304 离型区域
[0039]401、402、403 及 404 离型区域
[0040]610第一接触界面
[0041]620第二接触界面
[0042]A密着区域
[0043]R离型区域
具体实施方 式
[0044]本文中所用「离型区域」一词是指在本发明方法中欲将软性基材与硬性载板分离的区域。
[0045]本文中所用「密着区域」一词是指在本发明方法中欲将软性基材与硬性载板透过密着促进层接触的区域。
[0046]在本文中所用「软性基材层的一部分」一词是指约50%至约99.9%的软性基材层，优选约80%至约99.5%的软性基材层。
[0047]本发明所用的硬性载板可为任何本领域普通技术人员所已知的硬性载板，其包括但不限于:玻璃、石英、晶圆、陶瓷、金属或金属氧化物。
[0048]本发明方法的重点在于:在形成软性基材层之前，先在硬性载板上形成具有预定图案的密着层，使得软性基材层的一部分接触于该硬性载板，形成第一接触界面，剩余部分接触于该密着层，形成第二接触界面。由于密着层包含密着促进剂，可分别与软性基材和硬性载板产生化学键合，因此，即使不使用粘合剂(binder)，仍可将软性基材层与该硬性载板有效固定。再者，第二接触界面因存在密着促进剂，具有强的密着性(adherence);第一接触界面的软性基材及硬性载板之间并无密着促进剂，不会产生化学键，密着性不佳，所以第一接触界面的密着性小于第二接触界面的密着性，在元件制造完成后，只要沿着元件边缘或在其外围进行简单裁切的步骤，即可轻易将第一接触界面的软性基板与硬性载板剥离，使在硬性载板上的制造工艺技术轻易转移至软性基材上。此外，由于第一接触界面的软性基材及硬性载板之间并无不耐高温的离型层或粘合剂存在，因此本发明的方法可用于需在高温操作的元件制造工艺。
[0049]上述具有预定图案(pattern)的密着层的图案形状并无特定图形化形式，其分布于离型区域的外围，例如，以类似框架的形式存在。上述离型区域的形状并无特殊限制，例如可为正方形、长方形、菱形(rhombus)、圆形、椭圆形(elliptical)等,考虑裁切,优选正方形或长方形。图2、图3及图4分别为该密着层的实施方式之一。在图2中，离型区域形状为矩形(201、202、203、及204)，密着层21分布于离型区域的外围，以包含这些矩形的框架形式存在。在图3中，离型区域形状为椭圆形(301、302、303、及304)，密着层31分布于离型区域的外围，以包含这些椭圆形的框架形式存在。在图4中，离型区域形状为矩形(401、402,403及404)，密着层41以多个点状分布在矩形401、402、403及404的对角线位置。
[0050]该密着层上的预定图案根据目标离型区域的需求而设计。举例说明，最终产品为呈矩形的软性元件时，此时欲限定的离型区域形状也为矩形，硬性载板上的密着层的图案可呈包含一个或多个矩形的框架形式。图案的宽度并无特殊限制，依其裁切的刀具而调整，只要能便于操作并能有效将软性基材层固定在硬性载板上即可，一般介于约5至约1000微米之间，根据本发明的一个实施方式，例如可为约5、约10、约30、约50、约100、约300、约500或约700微米。
[0051]本发明的密着层以包含溶剂及密着促进剂的组合物所制得。上述溶剂的种类，包括但不限于:丙二醇单甲醚(propylene glycol monomethyl ether, PGME)、二丙二醇甲醚(dipropylene glycol methyl ether, DPM)、丙二醇单甲醚醋酸酯(propylene glycolmonomethyl ether acetate, PGMEA)或其组合,优选为丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯或其组合。上述密着促进剂可为本领域普通技术人员所熟知的任何密着促进剂，包括但不限于:硅烷偶联剂；芳香环或杂环化合物；磷酸酯类化合物；多价金属盐或酯类，例如钛酸酯或锆酸酯；有机聚合物树脂，例如环氧树酯或聚酯树酯；或氯化聚烯烃等。
[0052]本发明所用的密着促进剂可分别与软性基材和硬性载板产生化学键合，优选考虑硬性载板及软性基材的种类而确定，选择与该硬性载板及该软性基材的附着力好的密着促进剂。举例言之，当硬性载板为金属基板，例如金、银或铜，且软性基材为聚酰亚胺时，可选用具有氨基的芳香环或杂环化合物，例如氨基苯硫酚、氨基四唑或2_( 二苯基膦基)乙胺(2-(Diphenylphosphino) ethylamine)。当软性基材为聚酰亚胺且硬性载板为玻璃时，可选用同时具有氨基及低级烷氧基的单体或聚合物，例如具有氨基的硅氧烷单体、具有氨基的聚硅氧烷或其组合，优选具有氨基的硅氧烷单体，如3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-Aminopropyl triethoxy silane, APrTEOS)、3_氨基丙基三甲氧基娃烧(3-Aminopropyltrimethoxy si lane, APrTMOS)或其组合。
[0053]可用于本发明的市售具有氨基的娃氧烧单体例子包括:VM-651及VM_652(日立杜邦微系统公司(Hitachi DuPont Microsystem)) ;AP_3000 (陶氏化学公司(DowChemical)) ;KBM_903 及 KBE-903 (信越化学公司(Shin Etsu));与 AP-8000 (长兴公司(Eternal Chemical))。
[0054]可通过本领域普通技术人员所熟知的任何方法，将包含溶剂及密着促进剂的组合物施加至该硬性载板上以制备本发明的具有预定图案的密着层。上述方法包括但不限于:丝网印刷(Screen Printing)法、涂布(Coating)法、点胶(Dispensing)法、光刻(PhotoI ithography)法或上述方法的组合。
[0055]根据本发明的一个实施方式，该具有预定图案的密着层通过光刻法形成于该硬性载板上，例如负性光刻胶工艺或正性光刻胶工艺。图5为使用光刻制造工艺制备本发明具有预定图案的密着层的一个实施方式的示意图。如图5(a)所示，先将至少一层光刻胶组合物51涂布于玻璃载板50上并进行软烤(soft baking)。适用于本发明的光刻胶组合物并无特殊限制，例如，可包含:a)至少一种可光固化的单体或低聚物或其混合物；b)聚合物粘合剂；c)光引发剂；及d)可选的热固化剂。已有多个文献揭露各种光刻胶组合物及其制备方式，例如美国专利申请案第11/341,878号、第11/477，984号、第11/728，500 号、第 10/391，051 号、第 09/040，973 号、第 09/376，539 号、第 09/364，495 号及第08/936305号，上述文献系全文并入本文中作为参考。随后使用光掩模限定出离型区域的形状，并进行包含曝光及显影的光刻制造工艺，在硬性载板留下具有离型区域的形状的突起物51’(图5 (b))，相关制造工艺参数为本领域普通技术人员可轻易得知的工艺参数。再使用如旋转涂布(Spin Coating)、狭缝涂布(Slot Coating)或气相蒸镀法(Vapor Prime)等方式，将包含溶剂及密着促进剂的组合物涂布于玻璃载板50上形成涂层58(图5(c))，随后进行加热(包括但不限于:在约120°C至约150°C的温度下进行软烤，历时约5分钟至约30分钟)，使得密着促进剂与硬性载板产生化学键合并由此去除溶剂，根据需要，可再进行加热步骤以除去剩余溶剂。再使用极性有机溶剂，例如N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-pyrrolidone, NMP)、二 甲亚讽(dimethyl sulfoxide, DMS0)、丙二醇单甲醚(propylene glycol monomethyl ether, PGME)、丙烯臆(acrylonitrile, AN)、丙酮或丙二醇单甲醚醋酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA),除去该突起物51’及其外围的密着促进剂，留下具有预定图案的密着层52(图5(d))。
[0056]根据本发明的另一实施方式，该具有预定图案的密着层的形成方法，为通过涂布法例如棍涂(roller coating)法形成于该硬性载板上。根据本发明的一个【具体实施方式】，为将包含溶剂及密着促进剂的组合物，以辊涂(roller coating)法涂布于玻璃载板上，产生具有该预定图案的涂层，随后进行加热(包括但不限于:在约120°C至约150°C的温度下进行软烤，历时约5分钟至约30分钟)，使得密着促进剂与硬性载板产生化学键合并除去溶齐U，即可制得该具有预定图案的密着层。
[0057]本发明的密着层在去除溶剂后所得厚度介于约0.5纳米至约5微米之间，优选介于约0.7纳米至约5纳米之间。密着层的厚度并无特殊限制，只要能发挥其效用即可。然而为了节省材料或其它考虑热膨胀系数(coefficient of thermal expansion),应越薄越好。根据本发明的一个实施方式，在软烤后，可制得厚度小于I纳米的密着层。[0058] 本发明的软性基材层可使用本领域普通技术人员所知的任何方法形成于已配置密着层的硬性载板上，例如将软性基材层压(lamination)于硬性载板上，或者利用涂布法形成于硬性载板上，或者利用蒸镀(Vapor Deposition)法形成于硬性载板上。
[0059]根据本发明的一个实施方式，使用涂布方法形成该软性基材层。上述涂布方法为本领域普通技术人员所熟知的，例如狭缝式涂布法(slot die coating)、微凹版印刷涂布法(micro gravure coating)、棍涂法(roller coating)、浸涂法(dip coating)、喷涂法(spray coating)、方定涂法(spin coating)或帘涂法(curtain coating)或上述方法的组合。若为了获得较薄软性基材的目的，优选使用狭缝式涂布法、微凹版印刷涂布法或辊涂法。
[0060]上述软性基材层的厚度并无特殊限制。一般而言，软性基材层介于约5至约50微米之间，较佳为优选介于约10至约25微米之间，根据本发明的一个实施方式，例如可为约
10、约15、约20或约25微米。
[0061]适用于本发明的软性基材并无特殊限制，例如为薄玻璃基材、金属薄基材或塑料基材。上述金属薄基材的种类，包括但不限于不锈钢薄金属基材。根据本发明的一个实施方式，该软性基材选用塑料基材，其种类可为本领域普通技术人员所熟知的任何聚合物材料，例如:聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate, PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚苯醚讽(polyethersulfone ;PES)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚丙烯酸酯(polyacrylate, PA)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚降冰片烯(polynorbornene, PNB)、聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)、聚醚酸亚胺(polyetherimide, PEI)、聚酰亚胺(polyimide ；PI)或其组合。根据本发明的一个优选实施方式，该聚合物材料为聚酰亚胺，可适用于耐350°C以上的高温制造工艺。
[0062]下文以聚酰亚胺为例，举例说明本发明的软性基材层的制备方式。将聚酰亚胺前驱物，即，聚酰胺酸(polyamic acid)涂布在已配置密着层的硬性载板上，随后将其聚合及环化成聚酰亚胺。例如，可以下列流程制备聚酰亚胺:
[0063]
【权利要求】
1.一种制造软性元件的方法，其特征在于包含: 提供硬性载板； 形成具有预定图案的密着层于该硬性载板上； 形成软性基材层于该硬性载板上，其中该软性基材层的一部分接触于该硬性载板，形成第一接触界面，剩余部分接触于该密着层，形成第二接触界面； 形成至少一个元件于该软性基材层的与该第一接触界面相反的表面上；及 自第一接触界面将软性基材与硬性载板分离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该硬性载板包含玻璃、石英、晶圆、陶瓷、金属或金属氧化物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该具有预定图案的密着层由包含溶剂及密着促进剂的组合物制得。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于其中该密着促进剂为选自由硅烷偶联剂、芳香环或杂环化合物、磷酸酯类化合物、多价金属盐或酯类、有机聚合物树脂、氯化聚烯烃及其混合物所组成的组。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于其中该溶剂选自由丙二醇单甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯及其混合物所组成的组。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于其中该具有预定图案的密着层通过丝网印刷法、涂布法、点胶法、光刻法或上述方法的组合形成于该硬性载板上。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该软性基材为薄玻璃基材、金属薄基材或塑料基材。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于其中该软性基材为塑料基材，其选自由聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚砜、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚降冰片烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺及聚酰亚胺及其混合物所组成的组。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中软性基材为聚酰亚胺，硬性载板为金属基板，且密着层包含具有氨基的芳香环或杂环化合物作为密着促进剂。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于其中该密着促进剂选自氨基苯硫酚、氨基四唑、2-( 二苯基膦基)乙胺及其组合。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中软性基材为聚酰亚胺，硬性载板为玻璃，且密着层包含选自具有氨基的硅氧烷单体、具有氨基的聚硅氧烷及其组合的密着促进剂。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于其中该密着促进剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷单体、3-氨基丙基三甲氧基硅烷单体及其组合。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该元件为半导体元件、电子元件、显示元件或太阳能元件。
14.一种将软性基材自硬性载板上分离的方法，其特征在于包含: 提供硬性载板； 形成具有预定图案的密着层于该硬性载板上； 形成软性基材层于该硬性载板上，其中该软性基材层的一部分接触于该硬性载板，形成第一接触界面，剩余部分接触于该密着层，形成第二接触界面；及自第一接触界面将软性基材与硬性载板分离 。
【文档编号】H01L51/00GK103943544SQ201410078305
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2011年5月20日 优先权日:2011年3月18日
【发明者】吴仲仁, 李传宗, 安治民, 石一中, 何长鸿 申请人:长兴化学工业股份有限公司