CN106842825B

CN106842825B - 母模及其制造方法

Info

Publication number: CN106842825B
Application number: CN201710171849.9A
Authority: CN
Inventors: 曲连杰; 王飞; 齐永莲; 赵合彬
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Beijing BOE Display Technology Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Beijing BOE Display Technology Co Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: US11131930B2; US20180275520A1; CN106842825A

Abstract

本公开提供了一种母模的制造方法，包括：提供基底；在所述基底上形成母模衬底层；在所述母模衬底层上形成适用于X射线曝光的掩膜层；和从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光，其中，在所述X射线曝光过程中，X射线的照射方向与所述母模衬底层成预定倾斜角度。本公开还提供了一种母模。

Description

母模及其制造方法

技术领域

本公开涉及微结构器件的制造技术领域，特别地，涉及一种适于制造微结构器件的母模和该母模的制造方法。

背景技术

目前，可以采用LIGA工艺、集合光刻技术(Lithography)、电镀铸模技术(electroforming)和微成型模制(molding)量产技术等制造技术来制造各种微结构器件，例如，显示装置的背光单元中的棱镜片(Lens)、偏光片等。

最近，适于微结构器件制造的纳米压印技术日益受到技术人员的关注。在纳米压印技术中，压印图形的形状和精度完全取决于母模的形状和精度。但是，采用传统的制造工艺制造出的母模一般只能实现垂直结构的图形。虽然目前可以利用光衍射的原理来实现具有一定倾角的结构，但是，利用光衍射的制造工艺只能制造出小深宽比或小深度的结构，而且不能精确地控制形成的结构的倾角。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种母模的制造方法和一种母模。

根据本公开的一个方面，提供一种母模的制造方法，包括以下步骤：

提供基底；

在所述基底上形成母模衬底层；

在所述母模衬底层上形成适用于X射线曝光的掩膜层；和

从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光，

其中，在所述X射线曝光过程中，X射线的照射方向与所述母模衬底层成预定倾斜角度。

根据一些实施例，从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光的步骤包括：

沿与所述母模衬底层成第一预定倾斜角度的方向对所述母模衬底层照射X射线，以进行第一次曝光；和

沿与所述母模衬底层成第二预定倾斜角度的方向对所述母模衬底层照射X射线，以进行第二次曝光，

其中，所述第一预定倾斜角度不等于所述第二预定倾斜角度。

根据一些实施例，所述掩膜层包括多个透光区域和多个遮光区域，该遮光区域能够阻挡X射线从其透过，并且，从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光的步骤还包括：

调整所述第一预定倾斜角度和所述第二预定倾斜角度，使得：对于所述掩膜层的同一透光区域，经过所述第一次曝光和所述第二次曝光的所述母模衬底层的曝光区域之间形成有未曝光区域。

根据一些实施例，所述未曝光区域沿平行于基底方向的尺寸小于所述掩膜层的一个透光区域沿平行于基底方向的尺寸。

根据一些实施例，所述第一预定倾斜角度为小于90°的锐角，并且所述第二预定倾斜角度为90°～180°的钝角。

根据一些实施例，所述第一预定倾斜角度和所述第二预定倾斜角度之和等于180°。

根据一些实施例，在所述母模衬底层上形成适用于X射线曝光的掩膜层的步骤包括：

在所述母模衬底层上形成抗X射线材料层；和

通过一次构图工艺形成抗X射线材料层的图案，以形成包括多个透光区域和多个遮光区域的掩膜层。

根据一些实施例，通过一次构图工艺形成抗X射线材料层的图案的步骤包括：

在所述抗X射线材料层上涂覆光刻胶；

采用曝光和显影工艺形成光刻胶的图案；

刻蚀所述抗X射线材料层；和

去除所述光刻胶。

根据一些实施例，在所述抗X射线材料层上涂覆的光刻胶为紫外光刻胶；并且，在采用曝光和显影工艺形成光刻胶的图案的步骤中，采用紫外光曝光涂覆的紫外光刻胶。

根据一些实施例，在从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光的步骤之后，所述方法还包括：

刻蚀所述掩膜层，同时对所述母模衬底层进行显影；或者，

刻蚀所述掩膜层，然后对所述母模衬底层进行显影。

根据一些实施例，所述母模衬底层由适于X射线曝光工艺的正性光刻胶或负性光刻胶形成。

根据一些实施例，在所述基底上形成的所述母模衬底层的厚度为5μm以上。

根据本公开的另一方面，还提供一种母模，该母模为根据上述实施例中任一个所述的方法制成的母模。

根据本公开的又一方面，还提供一种母模，包括：

基底；和

形成在所述基底上的多个成型部，

其中，所述多个成型部彼此间隔开预定的距离，并且每一个所述成型部具有至少一个相对于基底平面倾斜的侧部。

根据一些实施例，所述成型部的厚度为5μm以上，或者，所述成型部包括适于X射线曝光工艺的正性光刻胶材料或负性光刻胶材料。

在本公开的实施例中，通过采用投影曝光和接触式曝光结合的曝光工艺，并且在接触式曝光中采用二次倾斜曝光，可以制造出具有预定倾斜角度的母模。采用该母模可以实现具有一定倾角的大深宽比或大深度的微结构的制造。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是一种母模的结构示意图；

图2是根据本公开实施例的一种母模的结构示意图；

图3是根据本公开的一个实施例的母模的制造方法的流程图；

图4是示意性示出根据本公开实施例的母模的制造方法中形成的结构的示意图；

图5-8是示意性示出根据本公开实施例的母模的制造方法的各个步骤中形成的结构的示意图；

图9是根据本公开的另一实施例的母模的制造方法的流程图；

图10是示意性示出根据本公开的实施例的母模的制造方法中的第一次曝光工艺的示意图；

图11是示意性示出根据本公开的实施例的母模的制造方法中的第二次曝光工艺的示意图；

图12是根据本公开的实施例的母模的制造方法制造出的一种母模的结构示意图；

图13是根据本公开的实施例的母模的制造方法制造出的另一种母模的结构示意图；

图14是示意性示出根据本公开的另一实施例的母模的制造方法中形成的结构的示意图；和

图15是示意性示出使用根据本公开实施例制成的母模制造具有微结构的器件的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本公开的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本公开实施方式的说明旨在对本公开的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本公开的一种限制。

需要说明的是，本文中所述的“在……上”、“在……上形成”和“设置在……上”可以表示一层直接形成或设置在另一层上，也可以表示一层间接形成或设置在另一层上，即两层之间还存在其它的层。

由于本公开实施例所涉及的各结构尺寸非常微小，为了清楚起见，本公开实施例的附图中各结构的尺寸和比例均不代表实际的尺寸和比例。

本文中的表述“微结构”或“微结构器件”一般指具有微米量级或微米量级的尺寸的结构或器件，例如，显示装置的背光单元中的棱镜片(Lens)、偏光片等。

为了描述方便，在下文中通过纳米压印技术来描述本公开的技术方案，但是本领域技术人员应理解，本公开的技术方案不限于应用于纳米压印技术。

在纳米压印技术中，采用母模来压印出微结构的图案，图1示出了一种母模的结构示意图。如图所示，母模可以包括基底2和多个成型部4。通过纳米压印，成型部4的图案被转印到待形成微结构的器件上，从而形成微结构。如图1所示，相邻的两个成型部4之间形成有沟槽部6，沟槽部6的深度为h，宽度为w。本文中的表述“深宽比”一般指的是深度h与宽度w的比值。

在图1示出的实施例中，成型部4的侧部42垂直于基底2的上表面(即图1中的平面P)，应该理解，图1中示出的母模用于形成具有垂直结构的图案。图2示出了另一种母模的结构示意图。该母模包括基底22和多个成型部24。如图2所示，成型部24的两个侧部242均相对于基底22的上表面倾斜，即，侧部242相对于平面P成一定的倾斜角度。在图2的实施例中，成型部24成等腰梯形的形状，即其两个底角均为角度α。在其它实施例中，成型部24的两个侧部242可以相对于平面P成不同的倾斜角度，或者，一个侧部242相对于平面P倾斜，另一个侧部242垂直于平面P。可以理解，图2中示出的母模可以用于形成具有倾斜结构的图案。

图3示出了根据本公开的一个实施例的母模的制造方法的流程图。如图3所示，该母模的制造方法可以包括以下步骤：

S301、提供基底；

S302、在所述基底上形成母模衬底层；

S303、在所述母模衬底层上形成适用于X射线曝光的掩膜层；和

S304、从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光，

下面，结合说明书附图4详细描述上述母模的制造方法。

在步骤S301中，提供基底42，如图4所示，该基底42可以是玻璃基底。

在步骤S302中，在基底42上形成母模衬底层44。在一个示例中，该母模衬底层44可以由适于X射线曝光工艺的正性光刻胶或负性光刻胶形成，例如PMMA、SU-8光刻胶等。

在步骤S303中，在母模衬底层44上形成适用于X射线曝光的掩膜层46。如图4所示，该掩膜层46包括多个透光区域462和多个遮光区域464。掩膜层46作为后续X射线曝光工艺的掩膜版使用，其一般由抗X射线材料形成，例如，高原子序列、高密度的材料，例如金(Au)、铂(Pt)等。

根据本公开的一个实施例，步骤S303可以包括以下步骤：

S3031、在所述母模衬底层上形成抗X射线材料层；

S3032、在所述抗X射线材料层上涂覆光刻胶；

S3033、采用曝光和显影工艺形成光刻胶的图案；

S3034、刻蚀所述抗X射线材料层；

S3035、去除所述光刻胶。

具体地，在步骤S3031中，在母模衬底层44上形成抗X射线材料(例如Pt、Au等)层56，如图5所示，抗X射线材料层56为覆盖母模衬底层44的整个上表面的材料层。

在步骤S3032中，在抗X射线材料层56上涂覆光刻胶58，如图6所示，光刻胶58为覆盖抗X射线材料层56的整个上表面的材料层。在一个示例中，光刻胶58可以为紫外光刻胶，即，适合于普通紫外光曝光的光刻胶。

在步骤S3033中，通过掩膜版72采用曝光和显影工艺形成光刻胶的图案582，如图7所示。在一个示例中，可以采用普通紫外光曝光涂覆的紫外光刻胶。

在步骤S3034中，刻蚀抗X射线材料层56，使得抗X射线材料层56形成与所述光刻胶的图案582相同的图案，如图8所示。

在步骤S3035中，去除图8中所示的光刻胶582，从而形成图4中所示的掩膜层46。

在本实施例中，通过一次构图工艺形成抗X射线材料层的图案，以形成包括多个透光区域和多个遮光区域的掩膜层。在该构图工艺中，可以采用投影曝光+普通紫外光的曝光方式形成掩膜层，能够降低制造母模的成本。

这样，如图9所示，根据本公开的实施例的母模的制造方法可以包括以下步骤：

S901、提供基底；

S902、在所述基底上形成母模衬底层；

S903、在所述母模衬底层上形成抗X射线材料层；

S904、通过一次构图工艺形成抗X射线材料层的图案，以形成包括多个透光区域和多个遮光区域的掩膜层；和

S905、从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光，

下面，结合说明书附图10-13进一步详细描述上述步骤S304和/或S905。

在步骤S304和/或S905中，首先，沿与母模衬底层44成第一预定倾斜角度的方向对母模衬底层44照射X射线，以进行第一次曝光，如图10所示。然后，沿与母模衬底层44成第二预定倾斜角度的方向对母模衬底层44照射X射线，以进行第二次曝光，如图11所示。在这两次曝光工艺中，都是通过形成在母模衬底层上的掩膜层进行曝光，即，这两次曝光都是接触式曝光。

在本文中，“第一预定倾斜角度”和“第二预定倾斜角度”指的是X射线或X光的照射方向与母模衬底层44的上表面的夹角，“第一预定倾斜角度”可以是图10中所示的角度β，“第二预定倾斜角度”可以是图11中所示的角度θ。

在一个示例中，第一预定倾斜角度β不等于第二预定倾斜角度θ。在一个示例中，第一预定倾斜角度β为小于90°的锐角，第二预定倾斜角度θ为90°～180°的钝角，这样，在两次曝光过程中，X射线可以从相反的方向照射母模衬底层44。具体地，如图10所示，X射线沿图中的右上侧至左下侧的第一照射方向照射母模衬底层44，而如图11所示，X射线沿图中的左上侧至右下侧的第二照射方向照射母模衬底层44，从而可以在母模衬底层44中形成梯形或类似梯形的结构。在图示的实施例中，第一预定倾斜角度和所述第二预定倾斜角度之和可以等于180°，即β+θ＝180°，例如，β＝60°，θ＝120°，这样，可以在母模衬底层44中形成等腰梯形的结构。

根据本公开的实施例，在上述步骤S304和/或S905之后，上述母模的制造方法还可以包括：刻蚀所述掩膜层，同时对所述母模衬底层进行显影；或者，刻蚀所述掩膜层，然后对所述母模衬底层进行显影，从而形成成型部124，如图12所示。具体地，可以采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述掩膜层。

下面，以母模衬底层由PMMA材料形成为例，对上述步骤进行更详细地描述。

如图10所示，沿与母模衬底层44成第一预定倾斜角度β的方向对母模衬底层44照射X射线，以进行第一次曝光。接着，如图11所示，沿与母模衬底层44成第二预定倾斜角度θ的方向对母模衬底层44照射X射线，以进行第二次曝光。然后，采用湿法刻蚀工艺刻蚀图11中的掩膜层46，同时对母模衬底层44进行显影。可替代地，可以先采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述掩膜层46，然后对所述母模衬底层44进行显影。由于母模衬底层44由PMMA这种正性光刻胶形成，所以在两次曝光工艺中被曝光的部分母模衬底层442(如图11所示)会被显影液溶解，而未被曝光的部分母模衬底层444(如图11所示)在显影步骤之后仍被保留。这样，经过上述刻蚀和显影步骤之后，形成如图12所示的母模，如图12所示，该母模具有基底122和多个成型部124，每一个成型部124都成“倒梯形”的结构。

可以理解，当母模衬底层由负性光刻胶形成时，通过上述制造方法可以形成具有“正梯形”结构134的母模，如图13所示。

在上述实施例中，通过采用X射线这种短波长光进行曝光，可以实现大深度或大深宽比的微结构的制造，而且，两次曝光均为倾斜曝光，可以在母模上形成具有两个倾斜侧面的微结构，从而实现大深度且具有一定倾角的复杂微结构的制造。

根据本公开的另一实施例，上述步骤S304和/或S905还可以包括以下步骤：调整第一预定倾斜角度β和第二预定倾斜角度0，使得：对于所述掩膜层的同一透光区域，经过所述第一次曝光和所述第二次曝光的所述母模衬底层的曝光区域之间形成有未曝光区域。例如，在一个示例中，考虑两次曝光工艺的预定倾斜角度β、θ与母模衬底层的厚度的关系，调整第一预定倾斜角度β和第二预定倾斜角度θ，例如，相对于图10和图11中的示出的β、θ，分别减小第一预定倾斜角度β和增大第二预定倾斜角度θ，即，使得X射线沿比图10和图11中“更倾斜”的方向照射母模衬底层。在一个示例中，可以使得β＝30°，θ＝150°。以此方式，对于掩膜层146的同一透光区域1462，经过所述第一次曝光和所述第二次曝光的所述母模衬底层的曝光区域1442、1444之间形成有未曝光区域1446，如图14所示。如图14所示，未曝光区域1446沿平行于基底方向的尺寸小于掩膜层的一个透光区域1462沿平行于基底方向的尺寸，即未曝光区域1446的长度L₁小于一个透光区域1462的L₂。通过这样的步骤，使得制成的母模的分辨率高于掩膜层的分辨率，从而提高了使用母模制造的微结构的分辨率。

在上述实施例中，在所述基底上形成的所述母模衬底层的厚度可以为5μm以上，从而能够实现大深度或大深宽比的微结构的制造。

根据本公开的实施例，提供一种母模，如图12所示，该母模可以包括：

基底122；和

形成在所述基底122上的多个成型部124，

其中，所述多个成型部124彼此间隔开预定的距离d，并且每一个所述成型部124具有至少一个相对于基底平面P倾斜的侧部1242、1244。

在图12示出的实施例中，每一个成型部124具有倒梯形形状。在其它实施例中，每一个成型部124可以具有三角形形状、正梯形形状或类梯形形状等其它形状。

在一个示例中，所述成型部124的厚度可以为5μm以上，和/或所述成型部124可以包括适于X射线曝光工艺的正性光刻胶材料或负性光刻胶材料。

图15示出了使用根据本公开实施例制成的母模制造具有微结构的器件的示意图。

根据一个实施例，可以通过纳米压印技术使用根据本公开实施例制成的母模制造具有微结构的器件。纳米压印技术可以在不使用电子和光子的前提下，直接利用物理学机理机械地在光刻胶等材料上形成纳米尺寸图形。正是由于这种机械作用，使得纳米压印技术不再受到光子衍射和电子散射的限制，可以大面积地制备纳米级图形。纳米压印技术包括热压印(Hot embossing)、滚轴纳米压印技术(RNIL)、紫外固化压印技术(UV-NIL)、微接触印刷(UCP)、反纳米压印技术(R-NIL)、光刻结合压印(CNP)和激光辅助压印(LADI)等多种方式。下面以热压印为例对本公开的实施例进行进一步的描述。

如图15所示，根据本公开的实施例的使用上述母模制造具有微结构的器件的方法可以包括以下步骤：

根据上述方法制造母模，该母模可以如图12所示，包括基底122和多个成型部124；

选择热压印胶，该热压印胶可以例如为PMMA；

将热压印胶加热至玻璃化温度以上的温度；

压模：将上述母模与待制造的器件的基板150合模，然后恒温加压，使流动的热压印胶填充母模成型部124之间的间隙；

冷却：冷却到热压印胶玻璃化温度以下，使图案152固化；

脱模：使形成的微结构152与母模分离；和

刻蚀：通过干法刻蚀等刻蚀方法去除残留的热压印胶层，从而形成具有与母模的成型部的形状互补的形状的微结构152。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。

虽然本公开的总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开的总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims

1.一种母模的制造方法，包括以下步骤：

提供基底；

在所述基底上形成母模衬底层；

在所述母模衬底层上形成适用于X射线曝光的掩膜层；和

其中，在所述X射线曝光过程中，X射线的照射方向与所述母模衬底层成预定倾斜角度；并且

所述母模衬底层由适于X射线曝光工艺的负性光刻胶形成；

其中，从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光的步骤包括：

其中，所述第一预定倾斜角度不等于所述第二预定倾斜角度；

其中，所述掩膜层包括多个透光区域和多个遮光区域，该遮光区域能够阻挡X射线从其透过，并且，从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光的步骤还包括：

调整所述第一预定倾斜角度和所述第二预定倾斜角度，使得：对于所述掩膜层的同一透光区域，经过所述第一次曝光和所述第二次曝光的所述母模衬底层的曝光区域之间形成有未曝光区域；

其中，所述未曝光区域沿平行于基底方向的尺寸小于所述掩膜层的一个透光区域沿平行于基底方向的尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一预定倾斜角度为小于90°的锐角，并且所述第二预定倾斜角度为90°～180°的钝角。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一预定倾斜角度和所述第二预定倾斜角度之和等于180°。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在所述母模衬底层上形成适用于X射线曝光的掩膜层的步骤包括：

在所述母模衬底层上形成抗X射线材料层；和

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过一次构图工艺形成抗X射线材料层的图案的步骤包括：

在所述抗X射线材料层上涂覆光刻胶；

采用曝光和显影工艺形成光刻胶的图案；

刻蚀所述抗X射线材料层；和

去除所述光刻胶。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述抗X射线材料层上涂覆的光刻胶为紫外光刻胶；并且，在采用曝光和显影工艺形成光刻胶的图案的步骤中，采用紫外光曝光涂覆的紫外光刻胶。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在从所述掩膜层远离所述基底一侧对所述母模衬底层进行X射线曝光的步骤之后，所述方法还包括：

刻蚀所述掩膜层，同时对所述母模衬底层进行显影；或者，

刻蚀所述掩膜层，然后对所述母模衬底层进行显影。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述母模衬底层上形成的所述掩膜层是与所述母模衬底层直接接触的。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述基底上形成的所述母模衬底层的厚度为5μm以上。

10.一种母模，该母模为根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法制成的母模。