TWI243796B - Device of nano-structure imprint for pattern transfer and method of the same - Google Patents

Description

1243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正) 玖、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明係提供一種微奈米結構轉印裝置及方法，尤指 一種奈米轉印裝置及方法，可迅速改變奈米轉印製程中可 成形材料層之熱能狀態並增加其流動性。 【先前技術】 在傳統半導體製程中，微影製程多採用光學微影技 術，由於受到光源繞射極限的限制，加工線寬在1〇〇奈米 以下者很難運用光學式微影來達成。奈米轉印微影術 |：ϊ^η_ρηηίΙ^1κ^ρ1^，ΝΐΙ〇由於具有微影解析度高、 製造速度快、生產成本低等特色，故技術快速的發展，已 經成為現今熱門的微影加工技術。 /奈米轉特補彻具微奈綠構之模具，經外力加 壓後，將模具上的微奈米結構職依等關轉印至成形材 料上’有別於一般傳統熱壓成形加工的是，奈米轉印模具 亡的微奈米結構，可視不同產品應用而定，通常在100微 米以下，_是可輯到奈米級尺度。在奈米轉印製程中， 主要可分成加溫、加壓、冷卻及贿魏項重要流程其 降溫過程約佔所有製程週期時間的观左右，這顯^ =月b使轉印縣巾料溫效率提昇，將可驗製程 間，並有效提升製造速度及產能。 ^ 功率献’提昇升降溫效率的方法，除了迅速提供高 革…月b之外’所附帶產生的熱體質量亦是-重要因素。 1243796 (案號第〇93110364號專利案之說明書修正） 習知應用於奈米轉印製程中的加熱系統，多採用電熱式（焦 耳熱量）的加熱方式，電熱式系統主要優點在於較為穩定， 但加熱體需承載電熱裝置，例如··電熱管1〇〇 (圖一/或電 熱盤200 (圖二）等，因此產生的熱體質量通常較大，且有 熱變形之虞；再者，如果迅速提供加熱體高功率熱源，雖 可明顯提昇加熱速率，卻有可能造成被加熱體整體溫度均 勻性變異大，甚至產生明顯的熱圖 案效應。 如世界專利WO0163361號提出一種物體均勻加熱的 袭置’此裝置分別由隔熱板、加熱層、絕緣層及表面層上 下堆疊而成，並由一電源供應器提供功率輸出，其中力曰口熱 層為一高熱傳導率之石墨薄膜層，當電源輸出功Ϊ時^ 墨材質因電阻效應迅速產生焦耳難，由於加歸下 -隔熱板’因此加歸產生的大部分熱量將直接傳遞至絕 緣層及表面層，最後將基板與可成形材料層均勾加熱。兮 專利亦提出另-種加熱方式，其在相同的配置架構；分 以不同的輻射加熱及超音波加熱方式將加熱層迅速升至 當的製程溫度，最終仍是將熱量傳遞至可成形材料層，^ 裝置利用綱方式的加熱效率及產生的熱體質量 :般f電鮮或電_，但以堆妓構的__來對^ 成形材料層加熱，在加熱效率上仍需改盖。 =以上所述，習用之微結構轉印加熱裝 至少存在以下缺點： Φ 一、習知的方式都必加財間料物之後，再 傳導的方式，將熱量由令間傳導物傳遞至可成开】“ 1243796 (案號第093 ”6364號專利案之麵書修正) ί暂接加熱的方式，不但熱量容易流失，而且敎 -體質篁也過於魔大，影響加熱效率。 …、 二、^電 縣域，爾料財_導物做均 媒介’否則容易產生_案效應，影響結構轉印 ^的精準度’進而_奈米轉印製程顧_案線寬範 加熱其加熱產生的熱體質量大’ 也過長，影響市場的競爭力。 ’门 【發明内容】 有鑑於壯技術之缺失，本發明之目的在於提供 微奈米結構轉印裝置及綠，以賴 ，、 “二導方式’即可迅速加熱可成形材料層，可 有效避免熱m，提升加熱可成職料層之效率。 本發明之另-目的在於提供一種微奈米結構轉印裝置 及方法，可產生相當小的熱體質量，以增加升降溫效率， 促進產品的市場競爭力。 【實施方式】 、為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有 更進-步的認知與瞭解’祕合圖式詳纟錢明如後。 凊參閱圖三所示’其係為本發明之一種微奈米結構轉 1243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正) 印裝置及方法之第一較佳實施例示意圖，該一種微奈米結 構轉印裝置及方法主要包括有：一載台300、一基板3〇1、 一可成形材料層302、一微奈米結構模具3〇3、一電磁波源 304及一波導元件305等，其中，在本例中該電磁波源釋放 微波，基板301設於該載台300上，且該基板3〇1上具有 一可成形材料層302,該微奈米結構模具3〇2之特徵微結構 在100微米以下’且相對應該載台3〇〇與該基板3〇1設置， 以進行該可成形材料層305的結構轉印，該成形材料層3〇5 之成分可選自高分子材料、金屬材料、半導體材料、陶瓷 材料與含有可吸收電磁波物質的混合材料中之一者，但不 以此為限；而微波源303所提供之微波，藉波導元件3〇4 作為微波能量傳遞之媒介，該微波源303可提供的波長範 圍為300MHz至300GHz。由於，該基板3〇1、該可成形材料 層302及該微奈米結構模具303可分別或同時吸收至少一 部分微波之能量，因此該基板301、該可成形材料層302 及該微奈米結構模具303可消耗微波能量並迅速轉換成熱 月匕’使传可成形材料層302增加其流動性，故其加熱過程 中並不需透過多層堆疊熱傳效應，亦無大型熱體質量升降 溫，因此可成形材料層305得以迅速被加熱至高溫，達到 快速加熱之目的。 微波加熱為一種能量轉換成熱能的體加熱（v〇lume Heating)方式，因此比起傳統需要熱傳機制的加熱方式更 有效率。此外微波加熱物體所消耗的功率和加熱物體質量 及所需加熱時間成正比。在奈米轉印的應用時，通常基板 9 1243796 (案號第093116364號專利案之晒書修正) 301 屬成形材料層302及該微奈米結構模具303皆相杂 薄，故，、質量亦相當小，因此所需微波源的 ς 小，即可達成迅速升溫的效果。 J相田 本㈣ϋ佳倾财級·、 ，=奈米結構模具3G3可至少—者為可吸收電磁ζ 材料，其巾該可吸收電磁波源能量材料之成分可選自 高分子材料、金屬材料、半導體材料、陶瓷材料與含有可 吸收電磁波物質的混合材料中之一者，但不以此為限；實 際=時，若受限於製程或產品需求而無法選用可吸收微 波能量之材料時，則明顯影響可成形材料層3〇2迅速加熱 的效果，故本發明之第二較佳實施例中將揭露另一種實施 裝置。 請參閱圖四所示，其係為本發明之一種微奈米結構轉 印裝置及方法之第二較佳實施例示意圖，該一種微奈米結 構轉印裝置及方法主要包括有··一載台400、一基板4〇卜 一微波介質層4011、一可成形材料層402、一微奈米結構 模具403、一微波源404及一波導元件405等，其中載台 400、基板4(Π、可成形材料層402、微奈米結構模具403 及微波源404，已於前述之第一實施例詳細描述過，在此便 不再贅述其詳細構成、裝設位置與功能，唯微波介質層4〇11 為主要吸收微波能量並轉換成熱能之主要元件，其裝置於 基板401與可成形材料層4〇2之間並與基板401相鄰，此 外，如圖五所示，微波介質層5031亦可裝置於微奈米結構 模具503與可成形材料層5〇2之間並與微奈米結構模具503 1243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正) 相鄰。 於本第二較佳實施例中，由於微波介質層（4〇 11、5031 ) 可至少一部份吸收微波能量，因此微波介質層（4011、5031 ) 可消耗微波能量迅速轉換成熱能，並將熱量直接傳遞至可 成形材料層402增加其流動性。 本發明之第一及第二較佳實施例中所使用的微波源， 係為電磁波源的其中一種，於本發明之第三較佳實施例 中，將揭露另一種電磁波源的實施裝置。 請參閱圖六所示’其係為本發明之一種微奈米結構轉 印裝置及方法之第三較佳實施例示意圖，該一種微奈米結 構轉印裝置及方法主要包括有：一基板6〇1、一可成形材料 層602、一微奈米結構模具6〇3、一組電極元件6〇4及一高 週波源605等，其中基板6(n、可成形材料層6〇2及微奈米 結構模具603已於前述之第一實施例詳細描述過，在此便 不再贅述其詳細構成、裝設位置與魏，唯電極元件6〇4 為電磁场的產生源，其裝置於基板觀、可·材料層6〇2 及微奈米結構模具603兩側之間。 於本一第二較佳實施例中，電磁波源係使用高週波源 6〇5 ’該南週波源6Q5可提供的波長範圍為綱κΗζ至 300MHz ’其中’電極元件6〇4裝置於基板謝、可成形材料 層602及微奈米結構模具6〇3的兩側，作為電磁場的產生 源電源供應器’1則透過導線_提供電極元件6〇4產 場Ϊ量所需之功率。其主要利用電源供應器605輸 I田功。至電極it件’，使空間中產生電磁場的變化， 1243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正） 此時基板601、可成形材料層602及微奈米結構模具603 可分別或同時或至少其中一者吸收至少一部分電磁場能量 並轉換成熱能，達到將可成形材料層602加熱並增加其流 動性之目的。 請參閱圖七所示，其係為本發明之一種微奈米結構轉 印裝置及方法之第四較佳實施例示意圖，其主要包括有：| 請參閱圖七所示，其係為本發明之微結構轉印加熱裝 置之第四較佳實施例示意圖，其主要包括有：一輸送載台 700、一基板7(H、滾筒模具703及一微波源705等，其中 基板701設於輸送載台700上，且該基板7〇ι上亦具有一 可成形材料層702。該滾筒模具703係為一連續微奈米結構 模具，其係相對應輸送載台700設置，且基板701及其上 之可成形材料層702置於滾筒模具703與輸送載台700之 間，利用滾琦模具703與輸送載台7〇〇之旋轉相對運動， 進行可成形材料層702的連續結構轉印，以因應大量生產 所需。由於該滾筒模具7〇3、該可成形材料層7〇2及該基板 7 〇 1可分別或同時或至少其中一者吸收至少一部分微波能 畺並直接迅速轉換成熱能，故加熱過程中並不透過熱傳效 應，亦無大型熱體質量升降溫，因此可成形材料層702得 以迅速被加熱至高溫。 本發明之第一、第二、與第三較佳實施例係揭露一種 相對直線運動加壓的方式，來進行對可成形材料層之圖案 轉移=動作’當然亦可以使用如本發明之第四較佳實施例 所揭路之相對旋轉運動加壓的方式，來進行對可成形材料 12 1243796 (案號第〇9311ό364號專利案之說明書修正) 層之圖案轉移的動作。 請參閱圖八所示，其係為本發明之一種微奈米結構轉 印方法之較佳實施流程示意圖，其步驟係包括有： 提供一電磁波、一微奈米模具及一基板800，其中該基 板上具有一可成形材料層，且該微奈米模具、可成形材料 層及基板中，至少有一者為可吸收微波之材料。 吸收電磁波觀雜能謝，無論是使驗波或高週波 作為電磁波源，該微奈雜具、可成形材料層及基板中， 至少有-者可吸收電磁波能量並直接換成熱能，其加熱過 程中並不需透過多層堆疊熱傳效應，亦無大型熱體質量升 降溫，因此可成形材料層得以迅速被加熱至高溫，達到快 速加熱並增加可成形材料層流動性之目的。 ★進行該可成形材料層的結構轉㈣〇2，使用微奈米結構 ϋ將n又抽的微奈糊案，以加雜印的方式將結 ，轉，到可成形材料層上，由於·電磁波能量轉換成熱 短的時間内就到達可成型的溫度，且散熱所需的 Β仅豆故可有效縮短結構轉印的週期時間。 、、丁上戶斤述本發明之一種微結構 轨 ί狀ΓΪΓΓ方式，可迅速改變可成形材料層之熱 ==可成形材料層流動性增加之目的;惟以上所 二Μ I發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明 ::使Γ聯想得到，諸如:使用不同材料之可成形材 等曰孰染士不同之電磁波源；或微結構模具的結構改變等 …雜技藝者於領悟本發明之精神後，皆可想到 1243796 (案號第093 η 6364號專利案之說明書修正) 化實施之，即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變 化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明 之精神和範圍，故應視為本發明的進一步實施狀況。 •、〜Τ、上所述’本發明於習知技術領域上無相關之技術揭 路’已具卿性，本發明之技細容可確實職該領域之 問題，且方法原理屬非根據習知技#而易於完成者，其功 效性業已經詳述，實具進步性，誠已符合專利法中所規定 2日轉利要件，謹請貴審查翻惠予審視，並賜准專 刊马禱。 圖式簡單說明】 圖 圖 。圖-係為·之微結構轉印加練置之電熱管示意 。圖二係為制之微結構轉印加熱I置之電熱盤示意 較佳圖實^^圖發狀—雜奈米結構轉印裝 較佳圖種财轉構轉印裝 較佳圖實圖雜奈料構轉印展 較佳^^^㈣之―雜奈料構轉印裝 圖七係為本發H微奈料構轉印裝置 置之第一 置之第 置之第 置之第三 之第四 1243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正） 較佳實施例示意圖。 圖八係為本發明之一種微奈米結構轉印方法之較佳 實施流程示意圖。 圖號說明： 100電熱管 300、400、500 載台 700輸送載台 200 電熱盤 301、401、5(M、701 基板 703滾筒模具 303、 403、503、603微奈米結構模具 302、402、502、602、702 可成形材料層 304、 4〇4、5〇4 微波源 3〇5、4〇5、5〇5 波導元件 605電源供應器 606導線 604電極元件 705微波源 4011、5031電磁波介質層 800提供一電磁波源 、一微奈米結構模具及一基板 801吸收電磁波轉換成熱能 802微奈米結構模具加壓該可成形材料層進行結構轉印

Claims (1)

1243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正） * 拾、申請專利範圍： 1· 一種微奈米結構轉印裝置，其係包括有·· —基板， 一可成形材料層， 一微奈米結構模具，其係相對應該基板設置，以加 壓該可成形材料層，進行微奈米結構轉印， -電磁波源，提傾可成形材料層流祕增 的熱能；以及 而 其中基板及可成形材料層i少一者為可吸收電 源能量之材料。 / 2·如申請專利範圍第1項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該微奈米結構模具加壓該可成形材料層係可為相^ 直線運動加壓。 3·如申請專利範圍第1項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該微奈米結構模具加壓該可成形材料層係可為相對 旋轉運動加壓。 4·如申請專利範圍第1項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該微結構模具之特徵微結構尺寸在1〇〇微米以下。 5·如申請專利範圍第1項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該可吸收電磁波源能量材料之成分可選自高分子材 料、金屬材料、半導體材料、陶瓷材料，與含有吸收電 磁波物質的混合材料。 6·如申请專利範圍第1項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該電磁波源所供給的頻率在300KHz至300GHz的範 16 Ϊ243796 (案號第093116364號專利案之說明書修正) 圍之間。 7· —種微奈米結構轉印裝置，其係包括有·· 一基板， 一可成形材料層， 一微奈米結構模具’其係相對應該基板設置，以加 壓該可成形材料層，進行微奈米結構轉印， 一電磁波介質層，其係裝置於基板與微奈米結構模 具之間，並至少可吸收一部份的電磁波能量並轉換成熱 能，以及 、 一電磁波源，提供該可成形材料層流動性增加所需 的熱能。 8·如申請專利範圍第7項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中及微奈米結構模具加壓該可成形材料層係可為 直線運動加壓。 9· ^申請專利範圍第7項所述之微奈米結構轉印裝置，其 =微奈麵顯具加壓該可顧彡㈣層係可為相對 方疋轉運動加壓。 利範圍第7項所述之微奈米結構轉印裳置，其 π二不米結構模具之特徵微結構尺寸在100微米以 中:圍第7項所述之微奈米結構轉印裝置，其 料Si形材料層之成分可選自高分子材料、金屬材 屍合材料體材料、陶瓷材料，與含有吸收電磁波物質的 11. 1243796 (案號第OW116364號專利案之說明書修正) 12·如申請專利範圍第7項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該電磁波介質層可為至少一層之介質層。 13·如申請專利範圍第1項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該電磁波介質層之成分可選自高分子材料、金屬材 料、半導體材料、陶甍材料與含有吸收電磁波物質的混 合材料。 14·如申請專職圍第丨項所述之微奈米結構轉印裝置，其 中該電磁波源所供給的頻率在3〇〇ΚΗζ至300GHz的範 圍之間。 種微奈米結構轉印方法，其步驟係包括有： 提供一電磁波、一微奈米結構模具及一基板，該基 板上具有一可成形材料層； 該可成形材料層及該基板其中至少一者可吸收至 少-部份之該電磁波並轉換為該可成形材料層流動性 增加所需之熱能； 微奈米結構模具加塵該可成形材料層進行結構轉 16.如申请專利細第15項所述之微奈米結構轉印方法， 其中所述之加壓該可成形材料層進行職轉移，係可 相對直線運動加壓。 … Η·如申請專利範圍第15項所述之微奈米結構轉印方法， 其中所述之加壓該可成形材料層進行__ 相對旋轉運動加壓。 ’、内 18·如申請專利範圍第15項所述之微奈米結構轉印方法， 1243796 (案號第G93丨丨6364 其中該微結構模具之特徵微結構尺寸在100微米以下。 19·如申請專利範圍第15項所述之微奈米結構轉印方法， ，中該成形材料層之成分可選自高分子材料、金屬材 料、半導體材料、陶瓷材料與含有吸收電磁波物質的混 合材料。 、 2〇·如申請翻範圍第Μ項所述之微奈総構轉印方法， 其中該電磁波源所供給的頻率在300KHZ至300ghz 範圍之間。 21· 一種微奈米結構轉印方法，其步驟係包括有： 提供一電磁波、一微奈米結構模具、一電磁波介質 層及一基板，該基板上具有一可成形材料層； 該電磁波介質層可吸收至少一部份之該電磁波並 轉換成熱能，以增加該可成形材料層流動性； 印 微奈米結構模具加壓該可成形材料層進行結構轉 22·如申請專概21斯述之微絲結構轉印方法， 其中所述之加壓該可成形材料層進行圖案轉移，係可為 相對直線運動加壓。 ” 23·如申請專利範圍第21項所述之微奈米結構轉印方法， 其中所述之加壓該可成形材料層進行圖案轉移，係可 相對旋轉運動加壓。 ' 24·如申請專利細第21項所述之微奈米結構轉印方法， 其中該微結構模具之特徵微結構尺寸在1〇〇微米以下。 25·如申請專利範圍第21項所述之微奈米結構轉印方法， 19 1243796 (案號第093丨16364號專利案之說明書修正） 其中該成形材料層之成分可選自高分子材料、金屬材 料、半導體材料、陶瓷材料與含有吸收電磁波物質的混 合材料。 26·如申請專利範圍第21項所述之微奈米結構轉印方法，其 中該電磁波源所供給的頻率在3〇〇KHz至3〇〇GHz 圍之間。 & 20 1243796 (案號第093 Π 6364號專利案之說明書修正) 柒、指定代表圖： (一）本案指定代表圖為：第（ (一)本代表圖之元件代表符號 3〇〇載台 圖三）圖。 簡單說明： 301基板 3〇2微奈米結構模具 303微波源 3〇4波導元件 305可成形材料層 挪 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化 學式··