CN1716091B - 一种微纳米结构图案的转印装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种微纳米结构图案的转印装置及方法，该装置包括：一载台、一基板、一待转印的可成形材料层、一微纳米结构图形模具及一电磁波源，其中基板设于该载台上，且基板上具有待转印的可成形材料层，微纳米结构图形模具与该载台和该基板相对设置，且该微纳米结构图形模具可对该可成形材料层进行结构转印；该电磁波源可分别或同时提供该基板、该可成形材料层及该微纳米结构图形模具能量，达到加热该可成形材料层并增加其流动性的目的。该装置以电磁波传递的方式，可迅速改变可成形材料层的热能状态，故不需藉由多层堆栈热传导的方式，即可迅速加热可成形材料层并增加其流动性。
Description
技术领域
本发明提供一种微纳米结构图案的转印装置及方法，更具体来说，提供一种其加热元件经过改进的微纳米结构图案转印装置及方法，可迅速改变纳米转印工艺中待转印的可成形材料层的热能状态并增加其流动性。
背景技术
在传统半导体工艺中，石印工艺多采用光学蚀刻技术，由于受到光源绕射极限的限制，加工线宽在100纳米以下者很难运用光学式蚀刻来达到。纳米转印石印术(Nanoimprint Lithography，NIL)由于具有分辨率高、制造速度快、生产成本低等特色，故得到快速的发展，已经成为现今热门的石印加工技术。
在纳米转印工艺中，主要可分成加温、加压、冷却及脱模等数项重要流程，其中升降温过程约占所有工艺周期时间的70％左右，这显示若能使转印工艺中升降温效率提高，将可缩短工艺周期时间，并有效提高制造速度及产率。
一般来说，提高升降温效率的方法，除了迅速提供高功率热能之外，所附带产生的热体质量亦是一重要因素。已知应用于纳米转印工艺中的加热系统，多采用电热式(焦耳热量)的加热方式，电热式系统主要优点在于较为稳定，但加热体需承载电热装置，例如：电热管100(图1)或电热盘200(图2)等，因此产生的热体质量通常较大，且有热变形之虞；再者，如果迅速提供加热体高功率热源，虽可明显提高加热速率，却有可能造成被加热体整体温度均匀性变异大，甚至产生明显的热图案效应。
如国际专利申请WO0163361号提出一种物体均匀加热的装置，此装置分别由隔热板、加热层、绝缘层及表面层上下堆栈而成，并由一电源供应器提供功率输出，其中加热层为一高热传导率的石墨薄膜层，当电源输出功率时，石墨材质因电阻效应迅速产生焦耳热能，由于加热层下方为一隔热板，因此加热层产生的大部分热量将直接传递至绝缘层及表面层，最后将基板与可成形材料层均匀加热。该专利亦提出另一种加热方式，其在相同的配置架构下，分别以不同的辐射加热及超音波加热方式，将加热层迅速升至适当的工艺温度，最终仍是将热量传递至可成形材料层，此装置利用薄膜方式的加热效率及产生的热体质量，皆优于一般的电热管或电热盘，但以堆栈架构的热传机制来对可成形材料层加热，在加热效率上仍需改善。
综观以上所述，现有技术的微结构转印加热装置及方法，至少存在以下缺点：
一、已知的方式都必须先加热中间传导物之后，再藉由热传导的方式，将热量由中间传导物传递至可成形材料层，如此间接加热的方式，不但热量容易流失，而且热体质量也过于庞大，影响加热效率。
二、利用电热的方式来加热，须有适当的中间传导物做均匀传热媒介，否则容易产生热图案效应，影响结构转印时的精准度，进而限制纳米转印工艺适用的图案线宽范围。
三、利用热传导的方式来加热，其加热产生的热体质量大，容易损失的能量亦较多，且升降温过程所需的周期时间也过长，影响市场的竞争力。
发明内容
有鉴于已知技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微纳米结构图案的转印装置及转印方法，尤其是提供一种对其加热元件进行改进的微纳米结构图案的转印装置及方法，即以电磁波传递的方式，迅速改变待转印的可成形材料层的热能状态并增加其流动性，如此不需多层堆栈的热传导方式，即可迅速加热待转印的可成形材料层，可有效避免热量流失，提高加热可成形材料层的效率。
本发明的另一目的在于提供一种微纳米结构图形的的转印装置及方法，可产生相当小的热体质量，以增加升降温效率，促进产品的市场竞争力。
具体来说，本发明提供的装置，其包括：
基板，
待转印的可成形材料层，
微纳米结构图形模具，其与基板和待转印的可成形材料层相对设置，用以加压该待转印的可成形材料层，进行微纳米结构图形转印，
电磁波源，所述电磁波源可以是本领域已知任何电磁波源，用于增加该待转印的可成形材料层流动性提供所需的热能。
而其中基板、待转印的可成形材料层及微纳米结构图形模具至少其一为可吸收电磁波源能量的材料。
而另一实施方案是，可于上述待转印的可成形材料层和基板之间加设微波介质层，以吸收电磁波源能量。
此外，除使用上述一般电磁波源外，还可利用一对电极组件作为电磁场的产生源，该对电极组件一上一下分别设置于基板、可成形材料层及微纳米结构图形模具的外侧。
其中该微纳米结构图形模具加压该待转印的可成形材料层时，可为相对直线运动加压，也可为相对旋转运动加压。
其中该微结构图形模具的特征微结构尺寸在100微米以下。
所述可吸收电磁波源能量材料的成分可选自高分子材料、金属材料、半导体材料、陶瓷材料，与含有吸收电磁波物质的混合材料。
其中该电磁波源所供给的频率在300KHz至300GHz的范围之间。
本发明还提供一种微纳米结构图案的转印方法，其步骤包括：
提供一电磁波、一微纳米结构图形模具及一基板，该基板上置有待转印的可成形材料层；
该微纳米结构图形模具、该可成形材料层及该基板其中至少之一可吸收至少一部份的电磁波，并转换为增加可成形材料层流动性所需的热能；
微纳米结构图形模具加压该待转印的可成形材料层，进行结构图案的转印。
本发明一种微纳米结构图案的转印方法的另一实施方案，其步骤包括：
提供一电磁波、一微纳米结构图形模具、一电磁波介质层及一基板，该基板上置有待转印的可成形材料层；
该电磁波介质层可吸收至少一部份的该电磁波并转换成热能，以增加该可成形材料层流动性；
微纳米结构图形模具加压该待转印的可成形材料层，进行结构图案的转印。
附图说明
图1为现有技术微结构图形的转印加热装置的电热管示意图；
图2为现有技术微结构图形的转印加热装置的电热盘示意图；
图3为本发明的一种微纳米结构图形的转印装置的第一较佳实施例示意图；
图4为本发明的一种微纳米结构图形的转印装置的第二较佳实施例示意图之一；
图5为本发明的一种微纳米结构图形的转印装置的第二较佳实施例示意图之二；
图6为本发明的一种微纳米结构图形的转印装置的第三较佳实施例示意图；
图7为本发明的一种微纳米结构图形的转印装置的第四较佳实施例示意图；
图8为本发明的一种微纳米结构图形的转印方法的较佳实施流程示意图。
附图标号说明：100电热管；200电热盘；300、400、500载台；301、401、501、701基板；700输送载台；703滚筒模具；303、403、503、603微纳米结构图形模具；302、402、502、602、702可成形材料层；304、404、504微波源；305、405、505波导组件；605电源供应器；606导线；604电极组件；4011、5031电磁波介质层；705微波源；800提供一电磁波源、一微纳米结构图形模具及一基板；801吸收电磁波转换成热能；802微纳米结构图形模具加压可成形材料层进行结构转印。
具体实施方式
为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合附图详细说明如后。
请参阅图3所示，其为本发明的一种微纳米结构图形的转印装置及方法的第一较佳实施例示意图，该一种微纳米结构转印装置及方法主要包括有：一载台300、一基板301、一可成形材料层302、一微纳米结构图形模具303、一电磁波源304及一波导组件305等，其中，在本例中该电磁波源释放微波，基板301设于该载台300上，且该基板301上具有一可成形材料层302，该微纳米结构图形模具303的特征微结构在100微米以下，且微纳米结构图形模具与该载台300和该基板301相对设置，以进行可成形材料层302的结构转印，而微波源304所提供的微波，藉波导组件305作为微波能量传递的媒介。由于，该基板301、该可成形材料层302及该微纳米结构图形模具303可分别或同时吸收至少一部分微波的能量，因此该基板301、该可成形材料层302及该微纳米结构图形模具303可消耗微波能量并迅速转换成热能，使得可成形材料层302增加其流动性，故其加热过程中并不需透过多层堆栈层热传效应，亦无大型热体质量升降温，因此可成形材料层302得以迅速被加热至高温，达到快速加热的目的。
微波加热为一种能量转换成热能的体加热(Volume Heating)方式，因此比起传统需要热传机制的加热方式更有效率。此外微波加热物体所消耗的功率和加热物体质量及所需加热时间成正比。在应用本发明纳米转印方法时，通常基板301、该可成形材料层302及该微纳米结构图形模具303皆相当薄，故其质量亦相当小，因此所需微波源的功率亦可相当小，即可达成迅速升温的效果。
本发明的第一较佳实施例中基板301、可成形材料层302及微纳米结构图形模具303至少其中之一可为吸收电磁波能量的材料，但实际应用时，若受限于工艺或产品需求而无法选用可吸收微波能量的材料时，则明显影响可成形材料层302迅速加热的效果，故本发明的第二较佳实施例中将揭露另一种实施装置。
请参阅图4所示，其为本发明微纳米结构图形的转印装置及方法的第二较佳实施例示意图，该微纳米结构转印装置及方法主要包括有：一载台400、一基板401、一微波介质层4011、一可成形材料层402、一微纳米结构图形模具403、一微波源404及一波导组件405等，其中载台400、基板401、可成形材料层402、微纳米结构图形模具403及微波源404，已于前述的第一实施例详细描述过，在此便不再赘述其详细构成、装设位置与功能，唯微波介质层4011为主要吸收微波能量并转换成热能的主要组件，其装置于基板401与可成形材料层402之间与基板401相邻，此外，如图5所示，微波介质层5011亦可装置于微纳米结构图形模具503与可成形材料层502之间并与微纳米结构图形模具503相邻。
于本第二较佳实施例中，由于微波介质层(4011、5011)可至少吸收一部份微波能量，因此微波介质层(4011、5011)可消耗微波能量迅速转换成热能，并将热量直接传递至可成形材料层402或502增加其流动性。
本发明的第一及第二较佳实施例中所使用的微波源，为电磁波源其中一种，于本发明的第三较佳实施例中，将揭露另一种电磁波源的实施装置。
请参阅图6所示，其为本发明微纳米结构图形的转印装置及方法的第三较佳实施例示意图，该微纳米结构转印装置及方法主要包括有：一基板601、一可成形材料层602、一微纳米结构图形模具603、一对电极组件604及一高周波源605等，其中基板601、可成形材料层602及微纳米结构图形模具603已于前述的第一实施例详细描述过，在此便不再赘述其详细构成、装设位置与功能，唯该成对的电极组件604为电磁场的产生源，其一上一下分别装置于基板601、可成形材料层602及微纳米结构图形模具603的外侧。
于本第三较佳实施例中，电磁波源使用高周波源，其中，电极组件604分别装置于基板601、可成形材料层602及微纳米结构图形模具603的外侧，作为电磁场的产生源，电源供应器605则透过导线606提供电极组件604产生电磁场能量所需的功率。其主要利用电源供应器605输出适当功率至电极组件604，使空间中产生电磁场的变化，此时基板601、可成形材料层602及微纳米结构图形模具603可分别或同时或至少其中一者吸收至少一部分电磁场能量并转换成热能，达到将可成形材料层602加热并增加其流动性的目的。
请参阅图7所示，其为本发明微纳米结构图形的转印装置及方法的第四较佳实施例示意图，其主要包括有：一输送载台700、一基板701、滚筒模具703及一微波源705等，其中基板701设于输送载台700上，且该基板701上亦具有一可成形材料层702。该滚筒模具703为一连续微纳米结构图形模具，其与输送载台700相对设置，且基板701及其上的可成形材料层702置于滚筒模具703与输送载台700之间，利用滚筒模具703与输送载台700的旋转相对运动，进行可成形材料层702的连续结构转印，供大量生产所需。由于该滚筒模具703、该可成形材料层702及该基板701可分别或同时或至少其中一者吸收至少一部分微波能量并直接迅速转换成热能，故加热过程中并不透过热传效应，亦无大型热体质量升降温，因此可成形材料层702得以迅速被加热至高温。
本发明的第一、第二、与第三较佳实施例揭露一种相对直线运动加压的方式，来进行对可成形材料层的图案转移的动作，当然亦可以使用如本发明的第四较佳实施例所揭露的相对旋转运动加压的方式，来进行对可成形材料层的图案转移的动作。
请参阅图8所示，其为本发明微纳米结构转印方法的较佳实施流程示意图，其步骤包括有：
提供一电磁波、一微纳米模具及一基板800，其中该基板上具有可成形材料层，且该微纳米模具、可成形材料层及基板中，至少有一者为可吸收微波的材料。
吸收电磁波转换成热能801，无论是使用微波或高周波作为电磁波源，该微纳米模具、可成形材料层及基板中，至少有一者可吸收电磁波能量并直接换成热能，其加热过程中并不需透过多层堆栈热传效应，亦无大型热体质量升降温，因此可成形材料层得以迅速被加热至高温，达到快速加热并增加可成形材料层流动性的目的。
进行该可成形材料层的结构图形的转印802，使用微纳米结构图形模具将已经设计好的微纳米图案，以加压转印的方式将结构图形转移到可成形材料层上，由于利用电磁波能量转换成热能，在极短的时间内就到达可成型的温度，且散热所需的时间很短，故可有效缩短结构转印的周期时间。
综上所述，本发明的微结构图形的转印加热装置及方法，以能量波传递的方式，可迅速改变可成形材料层的热能状态，达到可成形材料层流动性增加的目的；以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以之限制本发明的范围，容易联想到的，诸如：使用不同材料的可成形材料层；使用不同的电磁波源；或微结构图形模具的结构改变等等，熟悉此领域技术者于领悟本发明的精神后，皆可想到变化实施之，即大凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故应视为本发明的进一步实施状况。
Claims (26)
1.一种微纳米结构图案的转印装置，其包括：基板；待转印的可成形材料层；微纳米结构图形模具，其与基板和待转印的可成形材料层相对设置，以加压该待转印的可成形材料层，进行微纳米结构图形转印；电磁波源，提供电磁波；其特征在于，该待转印的可成形材料层为可吸收电磁波源能量的材料，该可成形材料层吸收电磁波能量并转换成热能，以增加该可成形材料层流动性。
2.如权利要求1所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该微纳米结构图形模具加压该可成形材料层时，为相对直线运动加压。
3.如权利要求1所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该微纳米结构图形模具加压该可成形材料层时，为相对旋转运动加压。
4.如权利要求1所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该微结构图形模具的特征微结构尺寸在100微米以下。
5.如权利要求1所述的微纳米结构图案的转印装置，其中所述可吸收电磁波源能量材料的成分选自高分子材料、金属材料、半导体材料、陶瓷材料，与含有吸收电磁波物质的混合材料。
6.如权利要求1所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该电磁波源所供给的频率在300KHz至300GHz的范围之间。
7.一种微纳米结构图案的转印装置，其特征在于，包括：
基板，
待转印的可成形材料层，其为可吸收电磁波源能量的材料，
微纳米结构图形模具，其与基板和待转印的可成形材料层相对设置，以加压该待转印的可成形材料层，进行微纳米结构图形转印，
电磁波介质层，其设置于基板与微纳米结构图形模具之间，并至少可吸收一部份的电磁波能量并转换成热能，以及
电磁波源，其提供电磁波，该可成形材料层吸收电磁波能量并转换成热能，以增加该可成形材料层流动性。
8.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该微纳米结构图形模具加压该可成形材料层时，为相对直线运动加压。
9.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该微纳米结构图形模具加压该可成形材料层时，为相对旋转运动加压。
10.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该微纳米结构图形模具的特征微结构尺寸在100微米以下。
11.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该待转印的可成形材料层的成分可选自高分子材料、金属材料、半导体材料、陶瓷材料，与含有吸收电磁波物质的混合材料。
12.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该电磁波介质层为一层或一层以上。
13.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该电磁波介质层的成分可选自高分子材料、金属材料、半导体材料、陶瓷材料与含有吸收电磁波物质的混合材料。
14.如权利要求7所述的微纳米结构图案的转印装置，其中该电磁波源所供给的频率在300KHz至300GHz的范围之间。
15.一种微纳米结构图案的转印方法，其步骤包括有：
提供一电磁波、一微纳米结构图形模具及一基板，该基板上置有待转印的可成形材料层，该待转印的可成形材料层为可吸收电磁波源能量的材料；
该微纳米结构图形模具、该可成形材料层及该基板其中至少之一可吸收至少一部份的电磁波，并转换为增加可成形材料层流动性所需的热能；
微纳米结构图形模具加压该待转印的可成形材料层，进行结构图案的转印。
16.如权利要求15所述的微纳米结构图案的转印方法，其中所述的加压该可成形材料层进行图案转移时，为相对直线运动加压。
17.如权利要求15所述的微纳米结构图案的转印方法，其中所述的加压该可成形材料层进行图案转移时，为相对旋转运动加压。
18.如权利要求15所述的微纳米结构图案的转印方法，其中该微结构图形模具的特征微结构尺寸在100微米以下。
19.如权利要求15所述的微纳米结构图案的转印方法，其中该待转印的成形材料层的成分可选自高分子材料、金属材料、半导体材料、陶瓷材料与含有吸收电磁波物质的混合材料。
20.如权利要求15所述的微纳米结构图案的转印方法，其中该电磁波源所供给的频率在300KHz至300GHz的范围之间。
21.一种微纳米结构图案的转印方法，其步骤包括：
提供一电磁波、一微纳米结构图形模具、一电磁波介质层及一基板，该基板上置有待转印的可成形材料层，该待转印的可成形材料层为可吸收电磁波源能量的材料；
该电磁波介质层紧邻该可成形材料层，用以吸收至少一部份的该电磁波并转换成热能，以增加该可成形材料层流动性；
微纳米结构图形模具加压该待转印的可成形材料层，进行结构图案的转印。
22.如权利要求21所述的微纳米结构图案的转印方法，其中所述的加压该可成形材料层进行图案转移时，可为相对直线运动加压。
23.如权利要求21所述的微纳米结构图案的转印方法，其中所述的加压该可成形材料层进行图案转移时，可为相对旋转运动加压。
24.如权利要求21所述的微纳米结构图案的转印方法，其中该微结构图形模具的特征微结构尺寸在100微米以下。
25.如权利要求21所述的微纳米结构图案的转印方法，其中该待转印的成形材料层的成分可选自高分子材料、金属材料、半导体材料、陶瓷材料与含有吸收电磁波物质的混合材料。
26.如权利要求21所述的微纳米结构图案的转印方法，其中该电磁波源所供给的频率在300KHz至300GHz的范围之间。
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