微納米轉印裝置的製作方法
2023-05-02 06:47:36 2
專利名稱：微納米轉印裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種轉印裝置，特別是關於一種微納米轉印裝置。
背景技術：
在過去十幾年中，半導體產業在全球經濟中扮演著非常重要的角色，藉由半導體技術的發展帶動了各類微機電產品的開發與應用。然而，隨著各類產品加工線寬與線距逐漸縮小至100納米以下，現有的光學微影製程(Photo-lithography)已遇到光學成像的物理障礙，製程技術的難度以及生產設備的成本也因而倍增。同時，雖有人提出下一代微影技術(Next-generation lithography)，但這種技術仍有設備成本高以及產能低等問題。因此，目前廣受關注的微影加工技術，是不受光學微影繞射極限限制且具有微影解析度高、製造速度快、生產成本低等特色的納米轉印微影術(Nanoimprint lithography，NIL)。
大致來說，在納米轉印技術的領域中，以熱壓成形以及紫外光硬化為當前的技術主流。熱壓成形技術是利用高溫高壓將模具圖案轉印到已塗布有高分子材料的基板，紫外光硬化技術則是在常溫常壓下用紫外光照射將微結構硬化成形。由於這兩種技術的成形技術與製程條件截然不同，所以在現有的裝置設計中大多是各自獨立的系統模塊。
例如，PCT專利第WO 2004/016406號案提出一種採用紫外光硬化技術的微納米轉印裝置，如圖4A以及圖4B所示。如圖4A所示，該微納米轉印裝置主要包括動力源301、壓印單元承架302、壓印單元303、紫外光模塊304、模具305、基板306、基板承座307、可動進給平臺308以及平臺承座309。如圖4B所示，該壓印單元303具有自調機構3031，由該自調機構3031調整該模具305與該基板306間的平行度。該紫外光模塊304則包括紫外光源3041以及折射鏡片3042。
當進行轉印時，由該動力源301帶動該壓印單元303向下進給，並令該模具305與該基板306接觸，其中，由該自調機構3031調整該模具305與基板306間的平行度並保持平行。此時，由該紫外光模塊304的紫外光源3041提供適當功率的紫外光能量，並通過該折射鏡片3042傳遞能量，將該模具305與該基板306間的成形材料硬化成形。
然而，由於這種微納米轉印裝置的動力源以及紫外光源是位於同一側，為避免光源與動力源以及諸如模具夾持機構等構件在配置上產生幹涉，必須採用令光源由側向入光再通過該折射鏡片傳遞能量的複雜的光學機構設計，才能使紫外光能量傳遞到成形材料。這樣，不僅使光源設計結構複雜，裝置成本也呈現倍數增加。
同時，這種微納米轉印裝置僅可應用在小面積的轉印製程，當需要進行大面積的轉印製程時，則需要周期性地重複轉印製程。因此，這種現有技術除了將延長製造產品所需的周期時間外，各周期之間的對位精度誤差更直接影響產品的優良率。
另外，也有人提出可同時實施熱壓成形以及紫外光硬化製程的微納米轉印裝置，例如美國專利6,482,742號案。美國專利6,482,742號案提出一種流體壓力轉印微影裝置，如圖5A以及圖5B所示，該流體壓力轉印微影裝置包括密閉腔體401、形成於該密閉腔體401左右兩側的流體入口402、模具403、已塗布成形材料404的基板405、用於包住該模具403與該基板405的密封套406、設於該密閉腔體401內部的加熱單元407以及設於該密閉腔體401頂側的可透光窗口408。
當進行轉印時，先由該密封套406將該模具403與該基板405包住後再置入該密閉腔體401內部，由該加熱單元407將該基板405加熱至預定的成形溫度後，從各該流體入口402灌入流體(未標出)對該模具403施壓，進行熱壓成形製程。此外，當流體對該模具403施壓時，也可令外部的紫外光源(未標出)通過可透光窗口408對該基板405上的成形材料404照射，進行紫外光硬化製程。藉此，便可由兼具熱壓成形及紫外光硬化成形功能的設計進行納米結構轉印成形。
但是，應用美國專利6,482,742號案的流體壓力轉印微影裝置時，必須耗費時間在更換系統模塊上，這勢必增加裝置成本。同時，由於轉印前需要先進行模具與基板的堆棧以及密封，且在轉印成形後也必須除去密封套，解除密封狀態再進行脫模。這樣，不僅轉印前後的處理成本提高且製程控制不連貫，延長成形周期，不利於量產。
此外，加設密封套的透光性通常較不佳，所以當紫外光必須穿過可透光窗口再穿過該密封套時，紫外光能量會在傳遞過程中被吸收甚至形成散射。這樣，因為這種現有技術無法控制所提供的紫外光能量，且無法獲得均勻的轉印成品，影響到成形材料的成形品質。
因此，由於上述現有技術具有光源設計機構複雜、設備成本昂貴、轉印面積小、處理成本提高、製程控制不連貫、成形周期延長以及成形品質難以控制等缺點，導致成本高、產能低、品質不佳且不利於量產，所以存在急待改良之處。
發明內容
為克服上述現有技術的缺點，本發明的主要目的在於提出一種微納米轉印裝置，提供兼具不同轉印製程功能的同時，達到簡化結構的效果。
本發明的另一目的在於提供一種可一次完成大面積轉印的微納米轉印裝置，提高了產量。
本發明的再一目的在於提供一種可均勻地進行轉印的微納米轉印裝置，提高了成形品質。
本發明的又一目的在於提供一種微納米轉印裝置，降低裝置成本。
本發明的另一目的在於提供一種微納米轉印裝置，縮短成形周期。
本發明的再一目的在於提供一種微納米轉印裝置，提供設計靈活性。
為達上述以及其它目的，本發明提供一種微納米轉印裝置，該微納米轉印裝置至少包括模具；基板，相對該模具而設置，至少具有一成形材料層；以及傳遞能量模塊，包括能量傳遞件以及至少一個能量源，由該能量傳遞件接設該基板或該模具，並使該能量源提供轉印能量到該基板或該模具，至少令部分轉印能量穿透該能量傳遞件到該基板或該模具，進行轉印成形。
該模具特徵結構尺寸在100微米以下，且該模具可選擇為可透光模具。該基板相對該模具設置，並且該基板至少設有一個成形材料層。該基板是矽基板、玻璃基板或其它可透光基板。
在本發明中該微納米轉印裝置包括兩個該能量源。該能量源包括紫外光源和加熱源，且該紫外光源與該加熱源可設置在同一側或不同側。
本發明的微納米轉印裝置也可包括一個該能量源，該能量源可以是紫外光源或加熱源。
該紫外光源是波長在10×10-9米至400×10-9米範圍間的光源。該加熱源包括電磁波源、電熱加熱源、光輻射加熱源、感應加熱源以及由上述一項以上的加熱源組成熱源中的一種。該電磁波源是頻率在300KHz至300GHz範圍間的加熱源。
該能量傳遞件則是能量可穿透材質製成的結構。該能量傳遞件是部分或完全可透光材質製成的結構。該能量傳遞件最好是選自由石英、玻璃、高分子以及陶瓷材料組成的組合中的一種。
綜上所述，由於本發明是以能量可穿透的能量傳遞件接設該基板或該模具，令該能量源可採用簡易的設置結構進行照射，避免了能量源與動力源以及諸如模具夾持機構等構件在配置上產生幹涉。所以，應用本發明可在提供兼具不同轉印製程功能的同時，簡化了微納米轉印裝置的結構，藉此解決上述現有技術的光源設計機構複雜、設備成本昂貴、轉印面積小、處理成本提高、製程控制不連貫、成形周期延長以及成形品質難以控制等缺點造成的成本高、產能低、品質不佳且不利於量產等問題，可一次完成大面積轉印並均勻地進行轉印，在提高產量、提高成形品質、降低裝置成本、縮短成形周期的同時，使裝置的設計更具靈活性，提高了產業利用價值。
圖1是本發明的實施例1的微納米轉印裝置的示意圖；圖2是本發明的實施例2的微納米轉印裝置的示意圖；圖3是本發明的實施例3的微納米轉印裝置的示意圖；圖4A以及圖4B是PCT專利第WO 2004/016406號案的微納米轉印裝置的示意圖，其中，圖4A是整個微納米轉印裝置的結構，圖4B是放大了顯示模具、基板以及密封套間的設置關係；以及圖5A以及圖5B是美國專利6,482,742號案的流體壓力轉印微影裝置的示意圖，其中，圖5A是整個流體壓力轉印微影裝置的結構，圖5B是放大該裝置的光源設置機構。
具體實施例方式
以下實施例是進一步詳細說明本發明的觀點，但並非以任何觀點限制本發明的範疇。
實施例1圖1是按照本發明的微納米轉印裝置的實施例1繪製的。應注意的是，本發明的微納米轉印裝置應用在轉印納米級結構，以下的實施例採用可製造諸如特徵結構尺寸在100微米以下納米結構的微納米轉印裝置為例進行說明，但並非以此為限者。由於現有的納米結構均為適用對象，其結構並未改變，所以為簡化起見，使本發明的特徵及結構更清晰易懂，在附圖中僅顯示與本發明直接關聯的結構，其餘部分略除。
如圖1所示，本實施例的微納米轉印裝置至少包括模具11、基板13以及傳遞能量模塊15。
該模具11特徵結構尺寸在100微米以下。該基板13相對該模具11而設置，並且該基板13至少具有一個成形材料層131，該基板可以是矽基板、玻璃基板或其它可透光基板。該傳遞能量模塊15包括能量傳遞件151以及兩個能量源153、155。該能量傳遞件151接設該基板13，且該能量傳遞件151是能量穿透材質所製成的結構。較佳地，該能量傳遞件151可選擇為部分透光或完全透光的材質所製成的結構。更佳地，該能量傳遞件151可例如是石英、玻璃、高分子、陶瓷或其它等效元件。該能量源153、155則可分別是紫外光源以及加熱源。
該模具11上方設有動力機構17，該動力機構17與動力源(未標出)連接，向下進給該動力機構17以及該模具11。在本實施例中，該動力機構17包括連接該動力源的保持件171、由該保持件171所保持並可接觸該模具11的施壓件173以及設在該保持件171內並可接觸該施壓件173的均壓件175。本發明也可應用其它可調整施加的高壓及/或常壓以均勻進行轉印的其它動力機構，非以本實施例為限。
當進行例如紫外光硬化製程時，可由該動力源帶動該動力機構17向下進給該動力機構17以及該模具11壓抵到該基板13，令該模具11與該基板13上的成形材料層131完全接觸，且在該模具11與該成形材料層131之間產生適當壓力後便立即停止進給，並維持在保壓階段。此時，可由例如紫外光源的能量源153輸出適當能量，該紫外光源可選擇波長在10×10-9米至400×10-9米範圍間的光源，但並非以此為限。這樣，便可通過接設該基板13的能量傳遞件151，將該能量源153提供的轉印能量傳遞到該基板13上的成形材料層131，對該成形材料層131進行轉印成形製程。
當進行例如熱壓成形製程時，同樣可由該動力源帶動該動力機構17向下進給該動力機構17以及該模具11壓抵到該基板13，令該模具11與該基板13上的成形材料層131完全接觸，且在該模具11與該成形材料層131之間產生適當壓力後便立即停止進給，並維持在保壓階段。不同於上述紫外光硬化製程的是，此時，可由例如加熱源的能量源155輸出適當能量，其中，該加熱源例如是電磁波源、電熱加熱源、光輻射加熱源、感應加熱源或其它等效的加熱源，裝置中的熱源可由上述一種以上的加熱源組成，輸出適當的能量。當使用電磁波源時，則該電磁波源較佳是頻率在300KHz至300GHz範圍間的加熱源，但並非以此為限。這樣，便可通過接設該基板13的能量傳遞件151，將該能量源155提供的轉印能量傳遞到該基板13上的成形材料層131，對該成形材料層131進行轉印成形製程。
由於紫外光硬化製程利用的常溫常壓製程條件以及熱壓成形製程利用的高溫高壓製程條件均為現有技術，故在此不再贅述。
同時，雖然本實施例中的能量源153、155是選擇設置在同一側且同時置於該能量傳遞件151下方，但在其它實施例中，也可另設一個切換機構(未標出)，由該切換機構調整設在該能量傳遞件151下方的能量源153或能量源155，根據需要使用所需的能量源。而且，本實施例是選擇以承座157接設該能量傳遞件151，但設置該能量傳遞件151的結構並非以此為限，只要不會幹涉該能量源153、155進行能量傳遞的結構都適用於本發明。
此外，在本實施例中可使用可透光基板作為該基板13，使該能量傳遞件151傳遞的紫外光能量，由該基板13傳遞於該成形材料層131；但在其它實施例中，也可使用例如可透光模具的模具11，將該模具11與該基板13的設置位置對調，該能量傳遞件151傳遞的紫外光能量，便由該模具11傳遞於該成形材料層131。這樣，便可由該能量傳遞件151接設該基板13或該模具11，並使該能量源153或能量源155提供轉印能量到該基板13或該模具11，至少令部分轉印能量穿透該能量傳遞件151至該基板13或該模具11，進行不同的轉印成形製程。
與光源設計機構複雜、設備成本昂貴、轉印面積小、處理成本提高、製程控制不連貫、成形周期延長、且成形品質難以控制的現有技術相比，本發明能夠避免能量源與動力源以及諸如模具夾持機構等構件在配置上產生幹涉，令能量可穿透的能量傳遞件可選擇接設該基板或該模具，且該能量源可採用簡易、彈性的配置結構進行照射，使本發明可採用簡化的結構併兼具不同轉印製程功能。
同時，由於本發明不受現有技術光源由側向入光的限制，可一次完成大面積轉印，並且可通過施加適當的壓力均勻地進行轉印，避免了使用密封套造成的處理成本高、製程控制不連貫以及成形周期延長等缺點，有利於量產。
此外，本發明的設計至少可滿足紫外光硬化製程以及熱壓成形製程所需的製程條件，除了可按照製程需要調整所需能量源而兼具不同轉印製程功能之外，更可互換基板與模具的相對設置位置，比現有技術更加靈活。
所以，應用本發明可在提供兼具不同轉印製程功能的同時，簡化微納米轉印裝置的結構，藉此解決現有技術造成的種種問題，更能提高納米結構產品的品質，同時提高了裝置的產業利用價值。
實施例2圖2是按照本發明的微納米轉印裝置的實施例2繪製的。其中，與實施例1相同或近似的組件是以相同或近似的組件符號表示。
實施例2與實施例1最大不同之處在於，實施例1是使用兩個能量源設在同一側的傳遞能量模塊，實施例2則可形成兩個能量源設在不同側的傳遞能量模塊。
如圖2所示，本實施例的微納米轉印裝置至少包括模具11、基板13以及傳遞能量模塊15′。該傳遞能量模塊15′包括該能量傳遞件151、能量源153′以及能量源155′，該能量源153′可例如是紫外光源，該能量源155′則可以是可夾持該模具11的加熱源，並可將該能量源155′設置在該動力機構17的保持件171，省略實施例1中接觸該模具11的施壓件173。
這樣，當要進行例如紫外光硬化製程時，可由例如設置在該能量傳遞件151下方的能量源153′輸出適當能量，通過接設該基板13的能量傳遞件151，將該能量源153′提供的轉印能量傳遞到該基板13上的成形材料層131；當要進行例如熱壓成形製程時，則可由例如設置在該模具11上方的能量源155′輸出適當能量，再通過接設該基板13的能量傳遞件151，將該能量源155′提供的轉印能量傳遞到該基板13上的成形材料層131。當然，該模具11與該基板13的設置位置也可以互換，只要能夠將能量傳遞到該成形材料層131，對該成形材料層131進行轉印成形的結構都適用於本發明。
實施例3圖3是按照本發明的微納米轉印裝置的實施例3繪製的。其中，與上述實施例相同或近似的組件以相同或近似的組件符號表示。
實施例3與實施例2最大不同之處在於，實施例2是將例如紫外光源的能量源153′設置在該能量傳遞件151下方，且例如加熱源的能量源155′設置在該模具11上方，實施例3則將實施例2該能量源153′與該能量源155′的設置位置互換。
如圖3所示，本實施例是將該傳遞能量模塊15′例如加熱源的能量源155′設置在該能量傳遞件151下方，且例如紫外光源的能量源153′設置在該模具11上方。此時，可使用例如可透光模具的模具11，供傳遞紫外光。當然，也可將該模具11與該基板13的設置位置互換，並使用例如可透光基板的基板13用於傳遞紫外光。
由上可知，用能量可穿透的能量傳遞件接設可透光模具的模具或可透光基板的基板，不僅可進行紫外光硬化製程並可採用較簡易的照射配置，且不生產產生現有技術中與動力源產生幹涉的問題，更可進行熱壓成形製程，提供兼具有熱壓與紫外光轉印成形的效果。同時，均壓件配合施壓件或可夾持模具的能量源，可一次完成大面積且均勻的轉印，不需要增加前、後處理所需的成本，也沒有延長成形周期的缺點。此外，該模具與該基板的設置位置以及不同能量源的設置位置可以互換，所以使用者可根據需求變化，且該變化並無困難。
綜上所述，本發明的微納米轉印裝置不僅在提供兼具不同轉印製程功能的同時，達到簡化結構的效果，更可一次完成大面積轉印，提高了產量，且可均勻地進行轉印提高了成形品質，並藉此降低裝置成本以及縮短成形周期。所以，本發明可解決現有技術的種種缺點，且本發明具有設計的靈活性，可有效提高產業利用價值。
權利要求
1.一種微納米轉印裝置，其特徵在於，該裝置至少包括模具；基板，相對該模具而設置，至少具有一成形材料層；以及傳遞能量模塊，包括能量傳遞件以及至少一個能量源，由該能量傳遞件接設該基板或該模具，並使該能量源提供轉印能量到該基板或該模具，至少令部分轉印能量穿透該能量傳遞件到該基板或該模具，進行轉印成形。
2.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該模具特徵結構尺寸在100微米以下。
3.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該模具是可透光模具。
4.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該基板是可透光基板。
5.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該基板是矽基板或玻璃基板。
6.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該裝置包括兩個該能量源。
7.如權利要求6所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量源包括紫外光源和加熱源。
8.如權利要求7所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該紫外光源波長在10×10-9米至400×10-9米範圍間的光源。
9.如權利要求7所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該加熱源包括電磁波源、電熱加熱源、光輻射加熱源、感應加熱源以及由上述一項以上的加熱源組成熱源中的一種。
10.如權利要求9所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該電磁波源是頻率在300KHz至300GHz範圍間的加熱源。
11.如權利要求7所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該紫外光源與該加熱源設置在同一側。
12.如權利要求7所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該紫外光源與該加熱源設置在相對側。
13.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該裝置包括一個該能量源。
14.如權利要求13所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量源是紫外光源。
15.如權利要求14所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該紫外光源是波長在10×10-9米至400×10-9米範圍間的光源。
16.如權利要求13所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量源是加熱源。
17.如權利要求16所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該加熱源是選自由電磁波源、電熱加熱源、光輻射加熱源以及感應加熱源組成組合中的至少一種。
18.如權利要求17所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該電磁波源是頻率在300KHz至300GHz範圍間的加熱源。
19.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量傳遞件包括石英、玻璃、高分子以及陶瓷材料組成組合中的一種。
20.如權利要求1所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量傳遞件是能量可穿透材質製成的結構。
21.如權利要求20所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量傳遞件是可部分透光材質製成的結構。
22.如權利要求20所述的微納米轉印裝置，其特徵在於，該能量傳遞件是可完全透光材質製成的結構。
全文摘要
一種微納米轉印裝置至少包括模具、基板以及傳遞能量模塊，該基板是相對該模具而設置並至少具有一成形材料層，該傳遞能量模塊包括能量傳遞件以及至少一個能量源，由該能量傳遞件接設該基板或該模具，使該能量源提供轉印能量至該基板或該模具，至少令部分轉印能量穿透該能量傳遞件至該基板或該模具，對該成形材料層進行轉印成形；本發明的微納米轉印裝置能在提供兼具不同轉印製程功能的同時，達到簡化結構的效果，並可一次完成大面積、均勻轉印，提高了產量和成形品質，還可降低裝置成本，縮短成形周期，提供設計靈活性。
文檔編號H01L21/027GK1831644SQ20051005341
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月7日 優先權日2005年3月7日
發明者何侑倫, 陳來勝, 王維漢, 巫震華, 陳釧鋒, 陳守仁 申請人:財團法人工業技術研究院