CN100594137C - 图案形成方法和图案形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图案形成方法和图案形成装置。依据本发明所提供的图案形成方法包含步骤：将图案形成对象安放到安放部；通过对软模的背面施加压力使所述软模的中央部分向所述图案形成对象突出；从所述中央部分开始将所述软模紧贴到所述图案形成对象；在所述软模与所述图案形成对象紧贴的状态下，将所述软模的图案转印到所述图案形成对象上；分离所述软模与所述图案形成对象。由此得到可以以低成本形成高品质图案的图案形成方法。

Description

图案形成方法和图案形成装置
技术领域
本发明涉及一种图案形成方法和图案形成装置，尤其涉及利用软模可以进行顺序接触、均匀加压、顺序分离的图案形成方法和图案形成装置。
背景技术
纳米压印工艺是半导体、液晶显示装置、光元件、生物领域等的制造工程中所必需的图形转移(pattern transfer)技术。据悉，通过纳米压印工艺可以得到的最小形状的大小可以达到几nm。而且，相比于已有的光蚀刻技术，由于纳米压印工艺可以通过比较简单的工艺生成超微细图案，因而被认为是具有高分辨率、高生产效率、低成本等诸多优点的技术。
图1为说明利用现有刚性压模的压印工艺的示意图。
基板100上涂敷有作为图案形成对象的聚合物层200，与聚合物层200相对的刚性压模300上形成有微细图案310。
在该状态下使刚性压模300和基板100紧贴，则刚性压模300的微细图案310被转印到聚合物层200上。在紧贴的状态下，对聚合物层200进行加热或紫外线照射，使聚合物层200硬化。
然后分离刚性压模300和聚合物层200，则聚合物层200上将形成微细图案210。
此后，聚合物层200再经过活性离子蚀刻(reactive ion etching)等工序去除残留聚合物，由此基板100上只剩下微细图案210。
但是，利用刚性压模的压印方式因存在下列问题而难以在大型基板上应用：
第一，当基板变大并且刚性压模也随之变大时，难以对整个聚合物层施加均匀分布的压力。
第二，当为了使压力均匀分布而使用专门的装置时，因为复杂的机构而导致制造成本上升。并且，由于使用专门的装置使图案形成时间变得很长。
第三，刚性压模与聚合物层接触时发生困气(air trap)现象，这导致聚合物层的微细图案产生缺陷。
第四，分离刚性压模与基板时，发生聚合物层的微细图案损坏或刚性压模破碎的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以以低成本形成高品质图案的图案形成方法。
本发明的另一目的在于提供一种可以以低成本形成高品质图案的图案形成装置。
为了实现本发明的上述目的，依据本发明所提供的图案形成方法包含步骤：将图案形成对象安放到安放部；通过对软模的背面施加压力使所述软模的中央部分向所述图案形成对象突出；从所述中央部分开始将所述软模紧贴于所述图案形成对象；在所述软模与所述图案形成对象紧贴之后对准所述软模与所述图案形成对象；在所述软模与所述图案形成对象相紧贴的状态下，将所述软模的图案转印到所述图案形成对象上；分离所述软模与所述图案形成对象。
并且，所述软模的边沿部分最好固定在支撑主体上。
并且，在所述分离步骤中，所述软模最好从所述中央部分与所述边沿部分之间的周边部分开始分离。
并且，在所述分离步骤中，所述软模最好通过施加到背面的流体压力使中央部分向所述图案形成对象突出。
并且，在所述转印步骤中，所述软模最好与所述图案形成对象平行放置。
并且，所述对准操作最好在所述软模的至少一部分与所述图案形成对象相接触的状态下进行。
并且，所述图案形成对象包含基板，所述对准操作最好在所述基板与所述软模的间距为0.5至10微米的状态下进行。
并且，所述图案形成对象包含聚合物层，并最好在转印所述微细图案时对所述聚合物层进行硬化。
为了实现本发明的另一目的，依据本发明所提供的图案形成装置包含：安放部，以用于放置图案形成对象；位于所述安放部上方并形成预定图案的软模；支撑主体，以用于支撑所述软模，该支撑主体与所述软模的背面一起围住形成流体压力的加压空间；流体压力供给部，以用于向所述加压空间供给流体压力；垂直驱动部，以用于使所述安放部与所述支撑主体相对接近或分离；水平驱动部，以用于对准所述软模与所述图案形成对象。
并且，最好所述水平驱动部连接到所述安放部和所述支撑主体中的一个，以用于调节所述安放部与所述软模的对准操作。
并且，最好还包含压力计，以用于测定所述加压空间的压力。
并且，所述软模的边沿部分最好连接到所述支撑主体。
附图说明
图1为用于说明现有的图案形成方法的示意图。
图2为依据本发明一实施例所提供的图案形成装置的剖面图。
图3为用于说明利用依据本发明一实施例所提供的图案形成装置的图案形成方法的顺序图。
图4a至图9b为用于说明利用依据本发明一实施例所提供的图案形成装置的图案形成方法的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行更详细的说明。
在多个实施例中对相同的构成要素采用了相同的标号，对于相同的构成要素在第一实施例中进行代表性的说明，在其他实施例中可能省略其说明。
图2为依据本发明的第一实施例所提供的图案形成装置的剖面图。
图案形成装置1包含：用于安放图案形成对象的安放部10，位于安放部10上方的软模20，用于支撑软模20并与软模20一起形成加压空间40的支撑主体30，用于向加压空间40提供流体压力的流体压力供给部51。支撑主体30与垂直驱动部32及水平驱动部35相连接，因而可以沿垂直方向移动或在同一水平面上进行X-Y方向的移动。
安放部10平行放置，其大小大致与软模20相对应。安放部10的形状可以随图案形成对象和软模20的形状进行变更，例如可以为长方形形状。
软模20可以根据向形成于背面的加压空间40施加的压力发生变形，可以由聚二甲基硅氧烷(PDMS，polydimethylsiloxane)等硅树脂制成。软模20在面向安放部10的表面形成微细图案(未图示)。
软模20通过模固定部25与支撑主体30结合，在实施例中模固定部25将软模20的边沿部分(C)连接到支撑主体30上。因此，当向加压空间40施加压力时，软模20上没有连接到支撑主体30的中央部分(A)向下方突出。软模20因压力而发生变形时，位于边沿部分(C)和中央部分(A)之间的周边部分(B)发生的变形比中央部分(A)小。
支撑主体30用于支撑软模20，并与软模20一起形成加压空间40。为了形成加压空间40，模固定部25最好密封结合软模20与支撑主体30。模固定部25可以利用真空等方式固定软模20。支撑主体30与垂直驱动部32及水平驱动部35相连接，因而可以沿垂直方向移动或在同一水平面上进行X-Y方向的移动。软模20可以通过垂直驱动部32接近及离开安放部10，并且可以通过水平驱动部35调节与图案形成对象的相对位置。
加压空间40通过流体流管52及阀门53连接到流体压力供给部51。流体压力供给部51和阀门53根据压力控制部54的控制调节施加在加压空间40的流体压力。用于加压的流体可以采用空气、氮气、水等，流体压力供给部51可以包含加压泵。压力控制部54上可以连接用于测定加压空间40压力的压力计55。
上述实施例可以进行多种变形。垂直驱动部32和水平驱动部35可以连接到安放部10，也可以分别连接到安放部10和支撑主体30。并且，可以在加压空间40设置多个流体流管52和阀门53，流体流管52和阀门53还可以位于加压空间40的侧面。
以下，参照图3及图4a至9b说明依据本发明一实施例所提供的图案形成方法。
图3为用于说明利用依据本发明一实施例所提供的图案形成装置的图案形成方法的顺序图，图4a至图9b为用于说明利用依据本发明一实施例所提供的图案形成装置的图案形成方法的示意图。在此，为了便于说明，图4b、图5b、图6b、图7b、图8b及图9b中只示出了放大的软模20和图案形成对象80。
首先，将图案形成对象80安放到安放部10(S100)，并通过流体压力供给部51向加压空间40施加压力，如图4a及4b所示(S200)。
图案形成对象80包含基板81和涂敷于基板81上的聚合物层82。基板81可以为液晶显示装置、有机电致发光装置、等离子显示装置等显示装置中所使用的绝缘基板或半导体晶片。绝缘基板可以用玻璃或塑料制成。聚合物层82用于形成有机膜或感光膜等，由热固树脂或紫外线硬化性树脂制成。
软模20在面向聚合物层82的表面形成微细图案21。软模20依靠背面加压空间40的压力和自身重量使中央部分向聚合物层82突出。
其次，如图5a及图5b所示，使安放部10和支撑主体30相互接近，从而使软模20从中央部分开始紧贴到聚合物层82(S300)。此时，垂直驱动部32移动支撑主体30，以使支撑主体30接近安放部10。
由于软模20在加压空间40压力作用下中央部分突出，因此中央部分先接触到聚合物层82。继续使安放部10和支撑主体30相互接近，则软模20上围绕中央部分的周边部分与聚合物层82接触。通过这种方式使软模20与聚合物层82顺序接触。由于按顺序进行接触，因此还减少了气泡被困在软模20和聚合物层82之间的问题。
此后，如图6a及图6b所示，对软模20和聚合物层82进行对准(S400)。对准操作是利用水平驱动部35对支撑主体30进行X-Y方向的驱动而进行。当聚合物层82下方存在其他图案时，通过压印所形成的图案应当在误差范围内与已经存在的其他图案进行对准。为了进行对准操作，可以在软模20和基板81上设置对位标记，当满足误差范围时可以省略对准操作。
如图所示，软模20与聚合物层82的对准操作在软模20与聚合物层82相紧贴的状态下进行。由于聚合物层82还处于尚未硬化的状态，因此具有滑动特性。软模20与聚合物层82通过相互滑动而进行对准。为了提高滑动特性，软模20上可以形成减小表面能的防粘贴层(antistiction layer)。
由于如上所述的对准操作是在软模20与聚合物层82相紧贴的状态下进行，因此可以在满足高精度的条件下进行。通常，在用于曝光的掩模的对准操作中，由于掩模与曝光对象之间的间距约为20微米，因此难以提高精度。而本发明可以在软模20的微细图案21与基板81之间的间距为0.5至10微米的状态下进行对准操作。
然后，如图7a及图7b所示，将软模20的图案21转印到聚合物层82，同时对聚合物层82进行硬化(S500)。转印和硬化过程在整个聚合物层82紧贴软模20而发生转印的状态下进行。为了对整个聚合物层82施加均匀分布的压力，软模20最好略大于聚合物层82。
下面详细说明上述过程。
当通过垂直驱动部32完成支撑主体30和安放部10的接近操作，从而在聚合物层82的所有区域完成接触之后，通过调节加压空间40的压力使压力均匀分布。所施加的压力由软模20的强度和聚合物层82的材质和特性决定。可以通过调节所施加的压力控制残留聚合物层82的高度。
此时，软模20与基板81被平行放置。在压力均匀分布的状态下，通过向聚合物层82进行紫外线照射或加热使聚合物层82硬化。
由于对聚合物层82的均匀加压是通过流体压力进行的，因而具有易于控制、耗时少的优点。由此，转印的图案的均匀度也得到提高。
此后，如图8a及图8b所示，完成图案的转印之后，使安放部10和支撑主体30相互分离，以使软模20与图案形成对象80分离(S600)。此时，软模20通过加压空间40的压力调节再次处于中央部分突出的状态，因此其周边部分先与聚合物层82分离。继续使安放部10和支撑主体30相互分离，则软模20的中央部分也将脱离聚合物层82。
本发明通过这种方式进行软模20与聚合物层82的顺序分离。由于按顺序进行分离，因而减少了在分离过程中聚合物层82上形成的微细图案83受损或软模20受损的问题。并且，由于按顺序进行分离，因而还具有减小分离所需力的效果。
图9a及图9b表示聚合物层82和软模20完全分离后的状态。聚合物层82上转印有与软模20的微细图案21相对应的微细图案83。在此状态下，微细图案83之间存在未被彻底去除的残留聚合物层D。
最后，通过活性离子蚀刻等后续工序去除形成微细图案83的聚合物层82上的残留聚合物层部分D，则基板81上只剩下微细图案83。在活性离子蚀刻过程中，微细图案83的高度也会有所减小。
如上所述的本发明可以应用于半导体工程、液晶显示装置工程、光元件、生物领域、导光板制造、滤色镜基板制造、反射板制造等工程。
虽然，图示并说明了本发明的实施例，但是本发明所属技术领域的具有通常知识的工作者应该了解，在不脱离本发明的原则或思想的情况下可以对本实施例进行变更。本发明的保护范围根据附加的权利要求书及其等同物所决定。

Claims (12)

1、一种图案形成方法，其特征在于包含步骤：
将图案形成对象安放到安放部；
通过对软模的背面施加压力使所述软模的中央部分向所述图案形成对象突出；
从所述中央部分开始将所述软模紧贴于所述图案形成对象；
在所述软模与所述图案形成对象紧贴之后对准所述软模与所述图案形成对象；
在所述软模与所述图案形成对象相紧贴的状态下，将所述软模的图案转印到所述图案形成对象上；
分离所述软模与所述图案形成对象。
2、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于所述软模的边沿部分固定在支撑主体上。
3、根据权利要求2所述的图案形成方法，其特征在于在所述分离步骤中，所述软模从所述中央部分与所述边沿部分之间的周边部分开始分离。
4、根据权利要求3所述的图案形成方法，其特征在于在所述分离步骤中，所述软模通过施加到背面的流体压力使中央部分向所述图案形成对象突出。
5、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于在所述转印步骤中，所述软模与所述图案形成对象平行放置。
6、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于所述对准操作在所述软模的至少一部分与所述图案形成对象相接触的状态下进行。
7、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于所述图案形成对象包含基板，所述对准操作在所述基板与所述软模的间距为0.5至10微米的状态下进行。
8、根据权利要求1至7中任意一项所述的图案形成方法，其特征在于所述图案形成对象包含聚合物层，并在转印所述图案时对所述聚合物层进行硬化。
9、一种图案形成装置，其特征在于包含：
安放部，以用于放置图案形成对象；
位于所述安放部上方并设有预定图案的软模；
支撑主体，以用于支撑所述软模，该支撑主体与所述软模的背面一起围住形成流体压力的加压空间；
流体压力供给部，以用于向所述加压空间供给流体压力；
垂直驱动部，以用于使所述安放部与所述支撑主体相对接近或分离；
水平驱动部，以用于对准所述软模与所述图案形成对象。
10、根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于所述水平驱动部连接到所述安放部和所述支撑主体中的一个，以用于调节所述软模的对准操作。
11、根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于还包含压力计，以用于测定所述加压空间的压力。
12、根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于所述软模的边沿部分连接到所述支撑主体。
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