TWI392592B - 以中間印模進行圖案複製之裝置 - Google Patents

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TWI392592B
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/009—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins by multi-step processes

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  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

以中間印模進行圖案複製之裝置 發明領域
本發明有關於一種可使用在一轉印微影的圖案轉移程序中的裝置，包括一將一圖案從一具有結構表面的模板將一圖案轉移至一基板的目標表面上。更詳細地說，本發明有關於一種包括雙轉印單元之裝置，該裝置互相同步操作以實施一二步驟程序。在第一轉印單元中，一模板圖案之複製品藉轉印單元被形成在一中間碟、較佳為一可撓性聚合物箔中或其上，而獲得一中間印模。該中間印模接著自第一轉印單元被移動至第二轉印單元，該中間印模在第二轉印單元被一第二步驟利用以將圖案轉印在一基板的目標表面可模壓層中。
 發明背景
重現奈米構造－即100 nm或更小等級之構造的一項最強技術－即是奈米轉印微影(NIL)。在奈米轉印微影中一模板之表面圖案的反轉副本－通常稱為一印模－被轉移至一包括一基板的物件中，並在其上塗佈一可模壓層之薄膜，通常稱為光阻，例如一聚合材料。在將物件加熱至一高於聚合物薄膜的玻璃轉變溫度的適當溫度後該印模被壓向薄膜，所需要的圖案深度已被轉移至薄膜中後，接著冷卻及釋放印模－通常稱為脫模。或者，基板被一光阻材料，即一對輻射敏感，故在曝露於紫外線(UV)輻射時交聯的材料覆蓋，或被一曝露於輻射時固化之預聚物覆蓋。此需要基板或印模對於所施加的輻射是透明的。在一在已達成轉印後接續實施的程序中，物件－包括基板與有圖案的聚合物膜－可藉由蝕刻轉印區域內的基板而將圖案轉移至基板之一目標表面。
上述之轉印程序顯現了某些困難，這些困難在達成一由模板至一覆蓋基板可模壓層的完美圖案轉移上必需被考慮。
如果模板和基板並非相同材料製成－一般而言皆不同，它們典型地會有不同的熱膨脹係數。此意味在模板與基板的加熱和冷卻期間，膨脹與收縮將不同。由於欲被轉移之圖案特徵為數微米或甚至奈米之等級，縱使尺寸變化小亦可能在一轉印程序中毀壞。結果是減低複製的保真度。
可撓性印模或基板材料常被利用，而此導致當印模被壓向基板時在印模和可模壓層之間夾帶空氣，此亦會使複製保真度降級。此外，於轉印程序期間在印模與可模壓層之間夾帶粒子可導致印模或基板之顯著損壞，尤其是當印模或基板均非一可撓性材料組成時為然。印模或基板之物理性損壞或兩者亦會在一不可撓性印模由不可撓性基板脫模時被造成，且在轉印程序後難以將一基板和一包括高深寬比圖案之模板脫模。一旦被損壞的一印模通常無法回收利用。
 發明概要
本發明之一項目的是提供一改進轉印系統的解決方案，具有高複製保真性並容易且適合於產業應用。
為達成上述目的所設計出之本發明一實施例係有關於轉移一模板之結構表面圖案至一基板之目標表面，包括一第一轉印單元，包括一第一對配合作用主要部分，排列成以一中間第一間隔彼此相對，以及一第一對壓迫裝置以供調整第一間隔，可於一第一轉印步驟中操作而將模板之圖案轉移至一碟片的接收表面，一第二轉印單元，包括一第二對配合作用主要部分，排列成以一中間第二間隔彼此相對，以及一第二對壓迫裝置以供調整第二間隔，以及一進給裝置，可操作使一碟片從第一間隔移動至第二間隔。
在一較佳實施例中，進給裝置被控制以抓持一在第一間隔中的轉印碟片，使之移動至第二間隔，且釋放及將該碟片定位成與一基板接觸，以使得中間印模之轉印表面朝向基板目標表面上之可模壓層。因此，第二轉印單元可操作以使碟片之轉移圖案在一第二轉印步驟中轉印至一目標表面。
本發明提供一自動化之轉印裝置，其中由一主要模板將一圖案轉移至一基板上的方法是由兩個在操作上相連的轉印單元上完成的轉印步驟實施。較佳地，一聚合物箔被使用作碟片以製造中間印模。此一方式該模板將只被用來在比較軟的聚合物箔材料中轉印，在與直接轉印在一比較硬的半導體基板上相較，此可將磨耗與損壞的危險減至最小。
圖式簡單說明
本發明之實施例將於下文中參照附圖作更詳細的敘述，圖式中：第1圖概示依據本發明一實施例由一模板製造成一複製品至一物件表面的二步驟方法；第2圖繪示一線形圖案之輕敲式原子力顯微鏡影像，藉由一依據本發明一實施例之方法被轉印在SU8；第3圖繪示一藍光光碟圖案之輕敲式原子力顯微鏡影像，依據本發明一實施例之方法被轉印在SU8；第4圖繪示一具有高深寬比微米尺寸之柱形圖案的SEM影像，由依據本發明一實施例轉印而被提供；第5－7圖繪示本發明一實施例之方法步驟；第8圖概示依據本發明一轉印單元之一實施例，可供實施如第1－3或5－7圖所說明的方法；第9圖概示第8圖之轉印單元當在方法之開始步驟裝載一聚合物印模及一基板時的狀態；第10圖繪示第8和第9圖之轉印單元，於一由一物件表面轉移一圖案至另一物件表面之作動方法步驟；第11圖概示依據本發明一轉印裝置之一實施例，包括二轉印單元與一將一碟片移動至二單元之間的進給裝置；第12－16圖概示在一二步驟轉印程序中利用第11圖之裝置的不同方法步驟；第17－19圖概示藉由一轉印方法抓取及分開夾心結構之二元件的不同解決方案；第20－23圖概示具有一連續運送膜片之轉印單元實施例的不同方法步驟；第24－27圖概示在一二步驟轉印程序中利用依據本發明之一轉印裝置之另一實施例的不同方法步驟；以及第28圖概示一之第一轉印單元的一實施例，係為使用在一第二轉印單元中製造一聚合物印模的射出成型單元型式。
 較佳實施例之詳細說明
本發明與本文中所稱之一種“二步驟轉印程序”有關。此一名詞應被理解成一種方法，該方法第一步驟中一具有一奈米及/或微米尺寸圖案表面之模板的一或多個複製品藉一轉印方法被成型至一或多個可撓聚合物箔。該轉印之聚合物箔可在第二步驟中被使用為一聚合物印模。或者，該轉印聚合物箔可使用為一印模以在另一聚合物箔上製造另一印模，該另一印模接著被使用於第二步驟。依此方式，該方法之第一步驟可產生負聚合物複製品與可撓正聚合物複製品，前者圖案為原始模板的反轉圖案，後者圖案與原始模板相同。第二步驟中一如此製成的複製品可被使用作一可撓聚合物印模經由一接續被實施之應用熱轉印UV－轉印或二者的轉印程序將圖案複製到一物件表面中。
“奈米轉印程序”或“轉印程序”一詞使用在本文中是指一種製作一模板或印模之奈米及/或微米構造表面圖案的倒轉複本的程序，該倒轉複本是藉由將印模壓入一可模塑層，諸如一聚合物或預聚物中以使該層變形而生成。該層可為一在一基底或基板之頂部上的獨立塗覆層，其中該基底與該層可為不同材料製成。或者，該層可僅為一單一材料物件的一部分，而該層是被界定為由該物件之一表面伸展至該物件體積內一特定深度的部分。可模塑層可被加熱至其玻璃轉變溫度Tg 以上接著在轉印(即熱烙)程序期間冷卻至該玻璃轉變溫度以下，且/或該聚合物可在轉印程序期間或之後被硬化或藉助於U－V光曝照而交聯。模板之圖案化表面以及轉印層在深度和寬度兩者上皆可具有一微米或奈米等級的構造。
“可撓聚合物箔”一詞是指一在大多數情況下可撓且易延展的透明箔，包括一熱塑性聚合物、一熱固性聚合物、及/或一聚合物、在曝露於輻射後可交聯。此聚合物箔之較佳實施例包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及環烯烴共聚物(COC)。
“複製保真度”指製作印模構造之一倒轉複本，其中印模表面的倒轉地形完整地被重製。
依據本發明，一二步驟轉印程序被提供，在此二步驟程序的第一步驟中，具有一圖案化表面的一模板複製品是藉轉印在一中間碟片中而被形成。在下文所述的多數實施例中，碟片是一可撓聚合物箔。一項不再進一步討論的可選擇方案，是藉另一材料諸如一金屬薄片或一半導體材料提供中間碟片，其一側塗覆一可模塑層，諸如一聚合物或一預聚物。在此一實施例中，薄片被塗覆的一側在第一步驟中以該模板被轉印，且該被塗覆的一側在第二步驟中被使用為印模表面。然而聚合物箔的使用有數項優點，諸如成本低與可撓性，且聚合物材料通常比模板和基板的材料軟。因此下文中當中間碟片被討論時將主要參照一可撓聚合物箔。
在一第二步驟中複製品被使用作印模，最好是可撓聚合物印模用來透過一接續之轉印程序複製圖案至一物件表面。在至少第二步驟中，輻射輔助轉印最好在一控制之恆定溫度下完成，以使得熱膨脹效應被減至最少。
依此方式一持久且比較不可撓，由諸如金屬、石英、矽或其他實質上不可撓材料所製成之模板可以被有利地用來轉印其圖案在一可撓聚合箔中以造成聚合物印模，且此聚合物印模接著可以被有利地使用來轉印在基板目標表面上的一可模塑層中。藉由本發明，相對上硬且不可撓之模板被用來轉印在相對上較軟且較可撓的聚合物箔上以製作一中間聚合物印模，之後相對可撓且軟的聚合物印模被用來轉印在相對較便且較不可撓、可為矽製之基板上的可模塑層中。在二實質上硬且不可撓之材料--諸如金屬和矽或石英且宜避免用矽，之間的一轉印步驟結果模板較不易磨損且損壞的基板較少。
此外，藉由使用一聚合物箔為中間碟片或印模，該聚合物箔對於可用於交聯或以其他方式固化一輻射敏感可模塑層之波長範圍透明，輻射輔助轉印可被選擇性地利用來製作聚合物印模，亦可在使用該聚合物印模轉印在基板上時利用，不過模板與基板兩者皆可由一對可使用波長範圍之輻射不透明的材料提供。
模板是一製造上相當昂貴的元件，且如前所述，一旦模板損壞了一般不可能修理或回收。但依據本發明之方法聚合物印模容易由一相當廉價的材料製造，且在使用數次或甚至一次後最好即被棄置。此聚合物印模可由基板上脫模或脫離並接著丟棄，或者當仍附著在基板目標表面上時被溶解於一適當液體溶液之浴中，該溶液係選擇用來溶解聚合物印模但非基板或基板目標表面上的固化可模塑層。
由於製成之聚合物印模被使用作為在基板目標表面上轉印之二次模板，且該基板一般而言並非一聚合物材料，聚合物印模與基板的熱膨脹係數典型上為不相同者。為了克服由此一情形所造成的前述缺失，至少該聚合物印模被壓入基板上之可模塑層中的二次轉印步驟為根據一組合之輻射及熱輔助轉印方法實施。依據此一方法，一輻射敏感材料用作基板上之可模塑層，且將聚合物印模與基板壓合在一起、使用輻射泛照可模塑層，以及後烘烤該層之諸步驟，並最好亦包含釋放壓力及使聚合物印模由基板上脫模的諸步驟皆在一藉由一溫度控制裝置維持的升高恆溫下實施。溫度控制裝置典型地包括一加熱裝置與一可平衡供熱以獲得及維持一決定之溫度的控制電路，並可能也包括一冷卻裝置。
二步驟方法的首先或初始步驟將參照圖式之第1a至1f圖說明。依據二不同實施例之初始步驟的方法繪示於第1圖。第1a至1f圖之方法說明利用熱轉印製作一中間聚合物印模。但是亦有其他可供製作聚合物印模的可行技術，將於下文中描述。
第1a圖顯示一模板1，由例如矽、鎳或其他金屬諸如鋁、石英或甚至一聚合物材料所組成。模板1有一具圖案之表面2，包括肋，凹槽、突起或凹入，具有微米或奈米等級之高度與寬度。模板1被置放成表面2朝向及接觸一由熱塑性聚合物、一熱固性聚合物，及/或一聚合物所製成之可撓性聚合物箔3之一表面4，該聚合物箔3可藉輻射曝露交聯。適當聚合物箔材料之更特定實例包括聚碳酸酯、COC及PMMA。在一較佳之實施例中，模板表面2與聚合物箔3的表面4由於它們的材料組成，或設置於模板表面2及/或聚合物箔表面4上所提供之抗黏合層的特性，而展現相對抗黏合性質。
藉由如第1b)圖所繪示的適當轉印程序，一倒轉之模板表面2圖案被形成至可撓聚合物箔3之表面4的一表面層中。在模板表面2已被置放至與聚合物箔3的表面4接觸後，聚合物箔被加熱至一高於該箔之表面層所使用的聚合物玻璃溫度Tg以上。聚合物箔可以是同質的，即整體聚合物箔基本上全部具有相同組成，或者亦可為具有一實際聚合物箔的基本組成，在表面4上具有於轉印之另一組成的塗覆表面層。當表面層已達玻璃轉變溫度時，可施加壓力壓合模板1與聚合物箔3以使得表面2的圖案被轉印在聚合物箔3之表面4的表面層中。加壓可藉由一利用一透過一膜片供給之流體或氣體壓力的軟壓技術達成，以下將參照依據本發明的的第二步驟詳細說明。或者，可使用一較傳統的硬壓技術。由於初始步驟中所製作的聚合物印模並非終產品，平行性並非和第二步驟同樣地是初始步驟的重要元素。
如前所述，圖式之實施例利用熱轉印，且聚合物箔3在施壓前被加熱，以便軟化表面層。依據上述熱初始步驟的特定實例敘述如下。可供選擇的方法性可選擇地包括或附加將聚合物箔之選定部分曝露至輻射線。如果聚合物箔之材料也可藉曝露至輻射線而被交聯，模板1之材料或聚合物箔3之材料必需對於所應用的輻射線透明。可供選擇之實施例包括一位於聚合物箔3之表面4的表面層中的熱或UV可硬化預聚物組合物。在此一實施例中不需要高於玻璃轉變溫度的加熱。
在一UV－NIL程序之實例中，一UV可硬化預聚合物是被分配在橫穿模板1之表面2的適當位置，且之後覆蓋一聚碳酸酯或PMMA薄片，與第1圖中之箔3對應。該薄片稍後作用成次轉印程序中的UV－透明基板。由於一承載基部是由對UV輻射高透明的薄片提供的此一事實，預聚物層所提供的實際表面層厚度可保持在一最小水平或僅有數奈米。此在所使用的預聚物材料硬化後未失去其UV－吸收性質時尤其重要，諸如日本Toyo Gosei之PAK01。另一種可使用的UV－可硬化預聚物是日本Asahi Glass公司的NIF－1，惟任何其他UV－可硬化聚合物均可能作用的一樣良好或更佳。一良好的UV－聚合物在硬化後喪失UV－吸收性質以增加第二轉印階段的UV－傳輸。但是，預聚物和聚合物薄片的組合應謹慎選擇以避免薄片被預聚物溶解但並無足夠的相互作用以保證其間的黏合。在基材箔被放置在夾雜氣泡的分配預聚物小滴頂部上以後。此膜片接著在相反側以一由一氣體或液體壓力提供，範圍自1至20巴的相對低壓加壓，且一適當劑量的UV－輻射通過聚合物薄片和聚合物膜曝照並硬化預聚物，俾硬化預聚物且將之結合至聚合物箔。接著藉由除去轉印膜片釋放壓力且將如此製造的聚合物印模從模板上脫模。
在一熱NIL－程序中模板或原版覆蓋一適當的聚合物薄板諸如美國Ticona的Topas，或日本Zeon公司的Zeonor。將轉印膜片置放在聚合物薄片頂部後該夾心結構以真空吸住並加熱。當轉印溫度到達時該膜片在20－80巴間加壓。當圖案被轉移至聚合物膜後該夾心結構被卻至玻璃轉變溫度下接著除去轉印膜片且使IPS印模從原版上脫模。一良好的熱塑性薄片在有關轉印溫度和釋放溫度方面需要有一狹窄的處理窗口，且所產生的需在接續過程中作為模具使用的奈米構造需具有高機械強度。一高UV－輻射透明度是高度有利的。
在一結合熱與輻射的實例中，對應於第1圖中之3，模板圖案被轉移之聚合物箔需為UV－透明者。一可UV交聯之聚合物，例如一負光阻諸如美國MicroChem之SU8被旋轉塗佈至聚合物箔上，模板1和塗佈之聚合物箔被放在一起且以一轉印膜片覆蓋在聚合物箔上。加熱至轉印溫度之後，該轉印溫度在整個剩餘的轉印程序期間皆被維持一定以消除熱膨脹效應。夾心結構被加壓且在一典型的流動時間，例如30秒後，聚合物被UV－輻射交聯接著曝後烤，例如30秒。不需要冷卻，且壓力可直接被釋放繼而除去轉印膜片並脫模。同樣地，一良好的負光阻在曝照後喪失UV－吸收性質。
依特定使用製程，即熱、UV或在恆溫下之結合熱與UV而定模板1與印模聚合物箔3可在冷卻後分開，或依所選擇的材料與其性質而定，在完成轉印程序後不需冷卻聚合物箔。由聚合物表面4釋除模板1之後，陳示於第1c)圖中之轉印聚合物箔3－亦稱複製品，可使用作一可撓聚合物印模5，在其表面4上具有一圖案，該圖案為原始模板1之倒轉或壓模。
依據本發明，聚合物印模5使用在第二步驟中以供轉移表面4的圖案至一目標基板上，或者可在一附加的初始步驟中以前述之一相似方法依照第1d)至1f)圖製造一第二倒轉複製品9至另一可撓聚合物箔6中。應用一進一步之初始步驟的目的是確保在目標基板上所製成的最後圖案為模板表面圖案之一逆反。在此一實施例中，一由一聚合物所組成的聚合物箔6被使用，其玻璃轉變溫度與轉印溫度低於可撓聚合物印模5的玻璃轉變溫度。此外，聚合物箔6與可撓聚合物印模5的接合表面4和7彼此展現抗黏性質。抗黏性質可因所使用的聚合物箔的化學性質及/或藉由在聚合物表面的一面或雙面沈積包括適當脫模劑的抗黏合層而從開始即呈現抗黏性質。此外，如果聚合物箔6應在曝露於輻射線後被交聯，聚合物箔5與6中至少一者必需對於所應用的輻射是透明的，或者可穿透足夠的輻射以使箔6表面交聯，若整體箔為相同組成則將箔整體交聯。。
製作一與第一聚合物印模5倒反，因而就圖案上與模板1實質完全相同的新聚合物印模8包括置放聚合物印模5將其有圖案表面4面對並接觸第二聚合物箔6之一表面7。如同先前地，第二聚合物箔6可為整體相同組成或具有一載片而在表面7施加一表面層。為了能夠轉印表面4的圖案在箔6的表面層中，若使用一熱轉印製程箔6被加熱至其表面層的玻璃轉變溫度以上。如第1e)圖所示，接著施壓將第一聚合物印模5壓入聚合物箔6的表面層中。在完成轉印後，亦即大多數在冷卻聚合物箔9後，可撓聚合物印模5可由聚合物箔6上機械地除去，或者可選擇將整個印模5或其部分藉由一或一種以上適當溶劑以一適當方法化學地溶解。結果是一新聚合物印模8，具有一有與原始模板1一致之圖案的表面7。
如此製成之具有與原始模板1倒反或相同表面圖案的複製品5或8在根據本發明之一第二轉印步驟中分別將被使用成可撓聚合物模板，如分別概示於第1g)至1i)圖的左手邊與右手邊。此處可撓聚合物印模5或8之一的表面4將被置於與一物件12之一表面16接觸，該物件12包括一具有由一輻射敏感材料例如，可藉由曝照輻射而交聯的一預聚物或一聚合物製成的薄可模塑表面層14覆蓋的目標表面17。由於表面的材料性質使然，可撓聚合物印模5或8對可模塑層14之表面16展現抗黏性質。藉由一將可撓聚合物模板5或8中之一與物件12壓擠在一起的施壓並將聚合物層14選擇部分曝露至輻射線，聚合物印模表面之逆反圖案被形成在可模塑層14中，如第1h)圖中所示。可撓聚合物印模5或8可從基板13上被機械地除去，或者整個聚合物印模5或8或其部分可藉由一或一種以上適當溶劑以一適當程序被化學溶解，且接著蝕刻目標表面或以另一材料覆蓋。不過此進一步處理的實際細節對於瞭解本發明並不重要。
第1圖是依據本發明之方法之一簡圖。以虛線繪示之初始步驟實施係可利用直接熱轉印在整體組成相同之聚合物箔中，利用一聚合物箔上之預聚物表面層的UV－輔助轉印，或者利用一聚合物箔上之UV可交聯聚合物表面層在一控制昇溫下同時UV－輻射。如果熱轉印是被利用在步驟1a)至1c)，在模板1，可能為鎳與聚合物箔3之間典型地將有一熱膨脹差異。但是，聚合物箔3具有一實質上大於圖案構造高度之厚度，聚合物箔3的彈性或可撓性保證聚合物箔可藉由作用在模板1上的熱膨脹伸展且收縮而不會損壞箔表面4上的圖案特徵。聚合物箔之厚度典型是在50－500 μ m範圍內，但圖案構造之高度或深度在5nm至20 μ m之範圍內，以下將藉由實例陳示。不過其他尺寸亦屬可行。
但是，第1圖中以虛線表示的下述第二步驟最好結合利用熱與輻射來完成。理由在於當轉印在基板上被完成時，目標表面上剩餘或殘留之表面層一般極薄，在數奈米的等級。因此加熱及冷卻一具有不同熱膨脹之印模與聚合物夾心結構對時常會毀壞微細構造，該等微細構造被完全扯下。但是，由於依據本發明的方法加壓、輻射與後烘烤諸步驟皆在一控制恆溫下完成，故熱膨脹效應被消除。
第5－7圖概示在本發明之一實施例的第二步驟中實際圖案轉移步驟、或轉印步驟的基本方法步驟。這些圖式對應於第1g)圖至1h)圖的左手邊實例或右手邊實例，但更加詳細。
一聚合物印模10被繪示在第5圖中，該聚合物印模10對應於第1圖中之聚合物印模5或8。聚合物印模10具有一對應於表面4或7之結構化表面11，一具有一將被移轉的預定圖案，其中三度空間突起與凹入以一高度和寬度在一1nm至數μ m之範圍內的特徵尺寸被形成，且二者皆可能更小或更大。聚合物印模10的厚度典型是在10與1000 μ m之間。一基板12具有一排列成實質上平行於聚合物印模表面11的目標表面17，在第5圖所示之起始階段表面之間有一中間間隙。基板12包括一基板基部13，聚合物印模表面11的圖案被移轉至其上。雖未示於圖中，該基板亦可在基板基部13下方包括一支持層。在一聚合物印模10之圖案直接經由一聚合物材料之印模欲被轉移至基板12的程序中，該材料可直接以一表面層14鋪設至基板目標表面17上。在一以虛線表示的可選擇實施例中，一由例如一第二聚合物材料所製成的轉移層15亦被應用。此種轉移層的實例以及如何使用在後續將被轉印的圖案轉移至基板基部13的程序中，係描述於美國專利第6334960號中。在一包括一轉移層15的實施例中，目標表面17指示轉移層15的上或外表面，故該表面是安排在在基板基部表面18上。
基板12位於一加熱器裝置20上。加熱器裝置最好包括一金屬加熱器本體21，金屬例如為鋁。一加熱器元件22被連接至或包含在加熱器本體21中，以將熱能傳遞至加熱器本體21。在一實施例中，加熱器元件22是一插置在加熱器本體21之一插座中的電氣浸入型加熱器。另一實施例中，一電氣加熱線圈設置在加熱器本體21內，或附在加熱器本體21之一下表面上。又一實施例中，加熱器元件22被形成在加熱器本體21中之一成型槽道中，以使一加熱流體經過該槽道。加熱器元件22進一步設置可連接至一外部能源(未示於圖中)的連接器23。在電氣加熱的情況中，連接器23最好是可連接至一電流源的賈伐尼接點。對於一具有形成可供加熱流體通過的槽道而言，該連接器23最好是附著至一被加熱之流體源的導管。該加熱流體例如可為水或一油。又一選擇是應用一紅外線輻射加熱器作為加熱器元件22，設計用來發射紅外線輻射至加熱器本體21。此外，一溫度控制器被包含在加熱器裝置20(未示於圖中)內，包括可在某一溫度容差內將加熱器元件22加熱到一選定溫度並維持該溫度之裝置。因此不再對本技藝範疇內習知之不同型態溫度控制器作進一步討論。
加熱器本體21最好是一塊鑄造金屬，諸如鋁、不銹鋼、或其他金屬。此外，最好使用具有一定質量與厚度的本體21使得加熱裝置20上邊的熱可達成一均勻分佈，該上邊連接至一基板12俾將熱從本體21經由基板12傳遞至加熱層14。對於一用來轉印2.5〞基板的轉印方法而言，一直徑至少2.5〞且最好3〞或更大的加熱器本體21被使用，其厚度至少為1 cm，較佳為至少2或3 cm。對一用來轉印6〞基板的轉印方法而言，一直徑至少6且最好7或更大的加熱器本體21被使用，其厚度至少為2cm，較佳為至少3或4 cm。加熱器裝置20最好可加熱加熱器本體21至一最高200－300℃的溫度，但就大部分方法而言較低的溫度即已足夠。
就提供層14的控制冷卻的目的而言，加熱裝置20可進一步設有一連接至或包括在加熱器本體21內的冷卻元件24，以由加熱器本體21傳遞熱能。在一較佳實施例中，冷卻元件24包括一加熱器本體21中的成型槽道或數個槽道。冷卻元件24進一步設有連接器25以連接至一外部冷卻源(未示於圖中)。較佳地，該連接器25為附裝至一冷卻流體源的導管。該冷卻流體最好是水，但亦可選擇性地為一油，例如一隔熱油。
本發明之一較佳實施例利用可輻射交聯熱可塑性聚合物溶液材料作層14，該材料可旋轉塗覆。這些聚合物溶液亦可被光化學增強。此一材料之一實例是Micro Resist Technology出品之mr－L6000.1 XP，該材料是可UV交聯的。此種可輻射交聯材料之其他實例為負光阻材料如Shipley ma－N 1400,SC100，以及MicroChem SU－8。一可旋轉塗覆之材料是有助益的，由於它能容許整個基板完全且正確塗覆。
另一實施例利用一液體或近液體預聚合物材料作為層14，該材料可藉輻射聚合。可供作為層14之可取得且可使用的可聚合材料實例包括ZEN Photonics,104－11 Moonj i－Dong,Yusong－Cu,Daejeon 305－308,South Korea出品之NIP－K17，NIP－K22，以及NIP－K28。NIP－K17具有一丙烯酸酯之主要成份，且在25℃下具有一約9.63 cps的黏度。NIP－K85 cps的黏度。這些物質是可在曝露於12 mW/cm2 的紫外線輻射下2分鐘硬化。一種可作為層14的可取得且可使用的可聚合材料為Micro Resist Technology GmbH,Koepenicker Strasse 325,Haus 211,D－12555 Berlin,Germany出品的Ormocore。此物質具有一無機－有機混成聚合物組成，以一1－3%光聚合反應起始劑不飽和化。3－8 mPas在25℃下的黏度3－8 mPas相當高，且流體可在曝露於波長365nm的500 mJ/cm2 輻射下硬化。其他可使用的材料在美國專利第6,334,960號中有所提及。
這些材料與任何其他可用於實施本發明之材料的共同處在於它們可模塑且當曝露至輻射、特別是UV輻射時有固化能力，例如藉由聚合物溶液材料交聯或硫化預聚物而固化。
當沈積在基板表面上時層14之厚度典型地為10 nm－10 μ m，視塗覆區域而定。可硫化或可交聯材料最好是以液體施加至基板12上，最好以旋轉塗覆方式，或可任由選擇地以輥塗、浸塗或類似方式施加。與習知感光壓印法相較，本當典型地使用一可交聯聚合物材料時發明所具有的一項優點是聚合物材料可以被旋轉塗在整個基板上，此為一提供優良之層平坦性的快速方法。可交聯材料，諸如本文所提到者，在常溫下典型地為固體，且一已在一升溫下預塗覆之基板可被方便地利用。另一方面，感光壓印必需利用重覆表面部分的重覆分配，由於該方法不能以單一步驟處理大表面。此使得完成此一方法的感光壓印法與機器複雜、在循環時間上耗時且難以控制。
第5圖繪示聚合物印模表面11被壓入可模塑材料層14之表面16。在此步驟中，加熱器裝置20最好被用來控制層14的溫度。以獲得一層14材料中的適當流動性。對層14之一可交聯材料而言，加熱器裝置20被控制成將層14加熱至一超過層14材料溫之玻璃溫度Tg 的溫度Tp 。在此說明之背景之下，Tp 代表製程溫度或轉印溫度，表示其為一轉印之製程步驟、曝照以及後烘烤之一共通溫度水平。由於必需超過在一可交聯材料下之玻璃轉變溫度Tg 且亦適合後烘烤輻射固化之材料，恆溫Tp 之水平當然是依選擇作為層14之材料種類而定。可輻射交聯材料之Tp 典型地為20－250℃，或更通常者是在100－120℃範圍內。對於利用可輻射固化之預聚物而言，此種材料在室溫下典型地是液體或接近液體，因此需要少許加熱或不需加熱即能變得足夠軟而可轉印。但是，這些材料在曝照後，與聚合物印模分離前，通常亦必需被通過後烘烤而完成硬化。因此將製程溫度Tp設定成一已處於由第5圖中之步驟起始之轉印步驟的適當後烘烤溫度水平。
第6圖繪示聚合物印模表面11之構造如何在材料層14上完成一轉印，該轉印是液體或至少為軟型式，其中流體已被擠入並填滿聚合物印模表面11的凹處。在所繪示的實施例中，聚合物印模表面11的最高突起部未完全穿透至基板表面17。此在保護基板表面，且特別是聚合物印模表面11不被損壞上有利。但是，在另外可選擇的實施例，諸如一包括一轉移層的實施中，轉印可以一直通透至轉移層表面17。在第5－7圖所示之實施例中，聚合物印模是由一對於一預定波長或波長範圍之輻射透明的材料所製成，該輻射可用來固化一選擇之可模塑材料。此種材料例如可為聚碳酸酯、COC或PMMA。對於利用上述之輻射製作的聚合物印模而言，形成圖案之輻射敏感表面層的剩餘層最好亦對UV輻射透明，或者薄到使其UV吸收量低得足以讓一足夠的輻射量通過。輻射19典型地是在聚合物印模10已壓入在聚合物印模10與基板12之間適當對準之層14中時被施加。當曝露至此一輻射19時，可模塑材料之固化被起始，以固化成為一由聚合物印模10所決定的形狀的固體14’。在使層14曝露於輻射的步驟中，加熱器20被溫度控制器控制以維持層14於溫度Tp 。
在曝露於輻射之後實施一後烘烤步驟，以使層14’完全硬化。在此一步驟中，加熱器裝置20被用於向層14’提供熱，例如將層14’在與聚合物印模10和基板12分離前烘烤成一硬化體。此外，後烘烤是藉由維持前述溫度Tp 實施。此一方式下聚合物印模10與材料層14，14將從材料14曝露於輻射而固化開始，直到完成後烘烤，以及選擇性地經過聚合物印模10與基板12分離，皆維持相同溫度。此一方式可消除使用作為基板與聚合物印模之任一材料中的熱膨脹差異所造成的正確性限制。
聚合物印模10例如可藉由剝除與拉扯方法除去，如第7圖所示，或者可將聚合物印模溶解在一溶液浴中，該溶液浴溶解聚合物印模之材料但不溶解基板或材料層14。已形成且固化之合物層14’保留在基板12上。進一步處理基板及其層14’的各種不同方式將不在本文中作進一步說明，蓋因就發明本身而論，本發明與此一進一步處理無關，且與此進一步處理如何達成亦無關。一般而言，將聚合物印模10的圖案進一步轉移至基板基部13例如可包括蝕刻或電鍍、可能接續一掀起步驟。
第8圖概示一被包含在一依據本發明之裝置中的轉印單元較佳實施例。可包括兩個或兩個以上轉印單元的該裝置可包含不同型態的轉印單元或完全相同的轉印單元，且甚至於如果它們是完全相同的，則它們可有利地在不同條件下操作。首先若一聚合物箔在一熱製程的第一轉印單元中被轉印，該單元中的轉印溫度高於聚合物箔的玻璃轉變溫度。在被轉印之聚合物箔被使用作一中間印模的第二轉印單元中，轉印溫度被控制成低於聚合物箔之玻璃轉變溫度。但是，第8－10圖之圖式可代表一為第一轉印步驟設計之第一轉印單元、一為第二轉印步驟設計之第二轉印單元，或甚至一實施第1d－1f圖中之方法步驟的中間轉印單元。應注意者是第8圖之圖式純粹是為了闡明其不同特徵之一概要圖。特別是不同特徵的尺寸並非以一共同的縮尺表示。
轉印單元100包括一第一主要部分101與一第二主要部分102。在所繪示之較佳實施例中這些主要部分皆是安排成第一主要部分101在第二主要部分的頂部，在該等主要部分之間具有一可調整之間隔103。當藉由如第5－7圖所繪示之一方法來製作一表面印模時，模板與基板適當地在橫方向、典型地稱為X－Y面對齊。如果轉印被實施在基板先前存在之圖案的頂部或與之鄰接則此一對齊尤為重要。然而對齊的特定問題，以及克服該等問題的方法不在本文中討論，惟當需要時當然可與本發明結合。
第一、上方主要部分101具有一朝向下方的表面104，且第二、下方主要部分102具有一朝向上方之表面105。朝向上方之表面105為大體上平坦或有一部分是平坦的，且置放於作為欲被使用在一轉印方法中的一模板或一基板之支撐構造的一板106上，或形成板106的一部分，將配合第9與第10圖更完整地說明。一加熱器本體21被置放成與板106接觸，或形成板106的一部分。加熱器本體21形成一加熱器裝置20的一部分，且包括一透過連接器23連接至一能源26的加熱元件22，該能源例如為一具有一電流控制裝置之電源供應。此外，冷卻元件24透過連接器25被連接至一冷卻源27，例如一冷卻流體槽與泵，具有可控制流速與冷卻流體溫度的冷卻裝置。
在所繪示的實施例中，調整間隔103的裝置是由一外端附著至板106的活塞元件107提供。活塞元件107可取代地連結至一汽缸元件108，汽缸元件108最好與第一主要部分101維持固定關係。在一較佳之實施例中，當在轉印程序中使表面104與105在一起時，為欲在表面104與105之間自動成為平行，活塞元件107在其懸垂於汽缸元件108內之狀態下可樞轉一程度，如圖式中之箭頭所指示，可供調整間隔103的裝置是設計用來藉由一實質上垂直於大致上為平坦之表面105之一移動，即Z方向之移動使第二主要部分102相對第一主要部分101移近或移開。位移可用手動來達成，但好是由一液壓或氣壓設備輔助。所繪示之實施例在此一方面有許多不同的變化方式，例如代可替代地將板106附著至一圍繞一固定活塞元件的汽缸元件。應進一步注意到第二主要部分102的位移主要是用來裝載及卸載具有一模板和一基板的轉印單元100，以及將轉印單元安置在一起始操作位置。惟第二主要部分102的移動最好不包括在如同圖示且以下即將要說明之實施例的實際轉印程序中。
第一主要部分101包括一周圍密封元件108，該元件包圍表面104。較佳地，密封元件108為一無端密封件諸如一O型環，但亦可以數個相連密封元件所組成，該數個相連密封元件一起形成一連續密封件108。密封元件108置於一表面104外側的凹處109，且最好可與該凹處分開。轉印單元進一步選擇性地可包括一輻射源110，在圖示之實施例中位於表面104後方的第一主要部分101。輻射源110可連接至一輻射源驅動器111，該驅動器最好包括或被連接至一電源(未示於圖中)。輻射源驅動器111可被包括在轉印單元100中，或為一外部可連接元件。位置鄰接輻射源110之表面104的一表面部分112是以對輻射源110之一特定波長或波長範圍的輻射透明的材料所形成，該輻射源最好是UV輻射。依此一方式，由輻射源110發射之輻射經由該表面部分112向第一主要部分101與第二主要部分102間的間隔103發射。表面部分112作用成一窗，由一市售之熔融矽石、石英或青玉所形成。
轉印單元100之一實施例進一步包括機械夾緊裝置，可將一基板和一印模(未示於圖中)夾緊在一起。此在一具有外部定位系統將基板和印模在圖案轉移前對準的實施例中特別理想，其中包括印模和基板之對齊疊層必需被轉移至轉印單元中。在一實施例中，一模板夾持裝置被包括(未示於圖中)以便將一模板固定至表面105。此可為一機械模板固定元件，諸如一夾頭或一組可將模板或一模板支承架牢固夾持至表面105的鉤件。此外，模板固定裝置可另外或選擇性地包括一真空供應源，一連接於真空供應源和表面105之一孔口間的導管，以及一提供於該孔口周圍的密封件。當模板被置放在表面105上而使其覆蓋密封件且真空被提供時，模板即由吸力固定。典型地，一機械固定件與一真空固定件均被包括，其中前者將模板在一釋放一轉印聚合物印模或脫模程序中牢固地夾住模板，而真空固定件則用來在真正的轉印程序中固定模板。
在操作中，轉印單元100進一步設有一可撓膜片113，該可撓膜片113大體上平坦且與密封元件108接合。在一實施例中，密封元件113為一與密封元件108分開的元件，且僅藉由從板106之表面105施加一相反壓力而與密封元件113接合，如將於下文中說明者。但是在另一實施例中，膜片113是例如藉由一接合劑貼合至密封元件108上，或為密封元件108之一整體部分。在此一實施例中，一寬度足以完全重疊於一模板上而轉印單元裝配成與其一起使用的中心部分可為實質上剛性者，例如藉由附著一剛性板而具剛性。此外，在此另一實施例中，膜片113可被緊緊附著至主要部分101，而密封件108則位於膜片113外。對於一諸如圖示者之實施例而言，膜片113亦可以一對輻射源110的特定波長或波長範圍的輻射透明的材料形成。依此，從輻射源110所發出之輻射經由該腔室115以及其邊界壁104與113傳送到間隔103內。在第7－9圖的實施例中，可使用作為膜片13的材料實例包括聚碳酸酯，聚丙烯、聚乙烯、PDMS以及PEEK。膜片13之厚度典型地是為10－500 μ m。在一如前述的熱轉印程序中，一膜片材料與聚合物箔材料的組合應被選擇成轉印溫度超過聚合物箔的玻璃轉變溫度但不超過該膜片的玻璃轉變溫度。
轉印單元100進一步最好包括可在印模與基板間施加一真空，俾在藉UV輻射固化該層前由疊置夾心結構之可模塑層抽出內含空氣。在第8圖中以一真空泵117例示，該真空泵117與表面105和膜片113之間的空間藉一導管118連通相接。
一導管114係被形成在第一主要部分101以容使一流體介質、不拘氣體、液體或一凝膠通過由表面104、密封元件108與膜片113所界定的空間，該空間作用成一該流體介質的腔室115。導管114可連接至一壓力源116，諸如一泵，該泵可為一外部裝置或內建為轉印單元100的一部分。壓力源116被設計用來施加一可調整之壓力，特別是施一過壓至一容納在該腔室115內的流體介質。一諸如圖示者之實施例適合與一氣態壓力介質一起使用。較佳地，該介質選自於包含空氣、氮氣與氬氣的群組中。如果一凝膠或一液體介質被使用，諸如一液壓油，最好使膜片貼附至密封元件108。
第9圖繪示當裝載兩個轉印物件時第8圖中的轉印單元實施例。茲將以第二轉印單元來說明第9圖中的轉印單元，即該轉印單元中被轉印的中間碟片接著被用作一印模以轉印在一基板的目標表面上。一基板12及一聚合物印模10被置放在構成配合元件之主要部分101與主要部分102之間的間隔103中。為更清楚地瞭解圖式亦可參照第5－7圖。第二主要部分102已由第一主要部分101朝下移動俾開放間隔103。第9圖之實施例繪示一裝載一透明聚合物印模10在一基板12頂部的轉印單元。基板12被排列成其一背部是在加熱器本體21的表面105上，置於第二主要部分102上或其內。因此，基板12具有一可聚合材料，例如一UV可交聯聚合物之層14的目標表面17朝上。為簡化起見，第5－7圖中可看見的加熱器裝置20所有特徵並未示於第9圖。聚合物印模10排列於基板12上或鄰近基板12，以其結構表面11面向基板12。對齊聚合物印模10與基板12的裝置可被提供，但不限於概示圖中所繪示者。膜片113接著被放置在聚合物印模10之頂部。對一膜片113貼附在第一主要部分的實施例而言，當然可免除實際將膜片113置放在聚合物印模上的步驟。此外，在一替代的實施例中，聚合物印模113可作用成膜片。在此一實施例中未使用個別之膜片113，而是將密封件108直接排列成與聚合物箔接觸。較佳地，此一實施例中的聚合物箔具有一比基板12大得多的直徑，因此聚合物箔延伸至導管118的孔口範圍外，且聚合物箔10被壓在密封件108和表面105之間，俾不由密封件108施加機械壓力在基板12上。在第9圖中為清楚起見聚合物印模10、基板12及膜片113係完全分離，而在實際情況中它們將被疊置在表面105上。
第10圖繪示參照第9圖敘述之第二轉印單元100之一操作位置。第二主要部分102已經被提高至一膜片113被夾在密封元件108與表面105之間的位置。實際上，聚合物印模10與基板12非常薄，典型地只有一公釐的幾分之一，且如所繪示之膜片113的真實彎曲極微。但表面105仍被選擇性地設計成在其經由膜片113接觸密封元件108處具有一凸起的周圍部分，以便彌補聚合物印模10和基板12的結合厚度。
一旦主要部分101和102相接合以夾緊膜片113，腔室115即被密封。由來自真空泵117的吸力抽出基板12之表面層的空氣夾雜而施加真空。接著以壓力源116施加一過壓至腔室115中的流體介質，該流體介質可為一氣體、一液體或一凝膠。腔室115中之壓力藉由膜片113傳遞至聚合物印模10，該聚合物印模壓向基板12以使聚合物印模圖案轉印在層14上，參見第6圖。可交聯聚合物溶液典型地需要預熱以克服其玻璃轉變溫度Tg ，其可為大約60℃。此一聚合物之實例是之前的mr－L6000.1 XP。當使用此種聚合物時，具有結合之輻射與加熱能力的轉印單元100特別有用。但是，對於這兩種型態的材料而言一後烘烤步驟通常需要被用來硬化輻射固化層14’。如前文所提，本發明之一方面是施加一升高溫度Tp 至層14之材料，該溫度高於可交聯材料情況之Tg ，且亦適合於後烘烤輻射曝露材料。加熱器裝置20被啟動藉由加熱器本體21經基板12來加加熱層14，直到已達Tp 為止。Tp 的真正值自然是依選擇作層14的材料而定。就mr－L6000.1 XP之例子而言，視材料中的分子量分佈而定，可使用一在50－150℃範圍內的溫度Tp 。腔室115中之介質壓力可增加至5－500巴，有利地是5－200巴，且20－100巴較佳。聚合物印模10與基板12因而以一對應的壓力被壓合在一起。由於可撓性膜片113，可在基板與聚合物印模之間的整個接觸面獲得一完全均勻的力分佈。聚合物印模與基板因而排列成互相為完全平行關係，任何基板表面或聚合物印模上之不規則的影響被消除。
當聚合物印模10與基板12已藉由施加液體介質壓力而被接合在一起時，致動輻射源以發出輻射線19。該輻射線經由作用成一窗的表面部分112經腔室115、膜片113以及聚合物印模10被傳輸。輻射線部分或全部被層14吸收，該層14之材料藉由聚合物印模10與基板12間因壓力與膜片輔助壓縮之理想平行配列而交聯或固化。輻射線曝露時間視層14中的材料種類與量、以及輻射能而定。固化此一可聚合材料的特徵如所述為習知者且所提參數的相關組合同樣為熟習此技藝者所知悉。一旦流體已固化成一層14’，進一步曝露無重大效果。但如果後烘烤為固化該層所必需，在曝照後容許層14’在預定的恆溫Tp 下被後烘烤、或硬烤一特定期間。以mr－L6000.1 XP為例，後烘典型地是在普通製程溫度Tp 為100－120℃下實施1－10分鐘，最好約3分鐘。對SU8而言，曝露至輻射線之溫時間在1到10秒鐘之間，其中3－5秒鐘已成功地被測試，且後烘烤在Tp 約70℃下實施30－60秒。
使用依據本發明之轉印單元100，後烘烤可在轉印機器100中實施，此意味不需要將基板攜出轉印單元並置入一分離的烤箱。此節省一方法步驟，使得在轉印程序中時間與成本皆能節省。藉由在聚合物印模10仍被保持在一恆溫tp且亦可能利用一朝向基板10的選擇壓力下實施曝後烤步驟，層14中所形成的構造圖案亦能達成更高的精確性，使得製造更精細的構造成為可能。在壓縮、曝露和後烘烤之後，腔室115中的壓力被減少且兩個主要部分101和102彼此分離。在此之後，基板與聚合物印模分開且依以往轉印微影所習知之方式作進一步處理。
本發明的第一種模式包括一由一厚度1 μ m之NIP－K17之層14覆蓋的矽基板12。在藉由膜片113以一5－100巴的壓力壓縮大約30秒後，輻射源110被打開。輻射源110典型被設計用來發射至少在400 nm以下的紫外線區域。在一較佳之實施例中，一具有200－1000 nm發射光譜之空氣冷卻氙氣燈被使用作輻射源110。較佳之氙氣型輻射源110提供一1－10 W/cm2 之輻射，且被設計成閃光1－5 μ s脈衝，脈衝速率為每秒1－5脈衝。一石英窗112形成於表面104上以使輻射通過。使流體層14聚合成一固體層14’，曝照時間最好在1－30秒間但最好達2分鐘。
已使用200－1000 nm積分之約1.8 W/cm2 光度以曝照時間1分鐘完成mr－L6000.1XP的試驗。應注意本說明中所使用的輻射一詞應不被限制在應用於層14中之聚合物硬化的波長範圍內，所使用的輻射源當然亦可發射此範圍以外的輻射。成功地曝照且接著在一恆定製程溫度下曝後烤，第二主要部分102被下降到一類似於第9圖中之位置，接著模板10和基板12由轉印單元移除以便分離並進一步處理基板。
恆溫一詞意指大致上一定，意味即便一溫度控制器被設定成維持一特定溫度，所得的真實溫度不可避免地會有某一程度變動。恆溫的安定性主要有賴於溫度控制器的準確度、以及整個機構的慣性。此外，即使依據本發明的方法可用來轉印極細微下達一奈米的構造，只要模板不是太大些微的溫度變化將不具有重大影響。假設在模板周邊的構造具有一寬度x，且一合理的空間容差為該寬度的分數，諸如y＝x/10，則y變成設定溫度容差的參數。事實上，藉由應用模板與基板材料的各別熱膨限係數、模板尺寸－－典型地為半徑，以及空間容差參數y，可以很容易地計算出熱膨脹之差異將有何種效果。由此一計算，一溫度控制器的適當溫度容差可被計算且應用在實施此一程序的機器上。
如上文所述且列示於第1圖中之在一“兩步驟”轉印程序中應用可撓性聚合物箔的優點包括下列：所使用之聚合物箔的可撓性質減輕了因使用在轉印程序中之應用印模與基板材料的不同熱膨脹係數所致使的圖案轉移複雜性。因此，此技術提供在具不同熱膨脹係數特性之材料表面間轉移圖案的可行性。不過大多數使用此一用途中的聚合物特性上具有相當類似的熱膨脹因數，典型地範圍是在60與70×10－ 6 C－ 1 中使得在第1e)圖所示之兩不同聚合物箔間轉印就製造上而言更加容易。
所使用之聚合物箔的撓性和延展性質避免在有一具圖案或未具圖案之表面的聚合物箔與另一由矽、鎳、石英或聚合物材料組成的物件－例如一由聚合物薄膜覆蓋之基板或一模板之間的轉印期間夾雜空氣。如第1b，ac，1h圖中所示，若箔被壓向這些物件之一則聚合物箔作用成一膜片，由被轉印區或中心將空氣壓至其邊緣而能離開轉印區域。
由於在聚合物箔與模板或被加壓物件之間所使用的聚合物箔粒子柔軟度，以及模板或物件之顯著表面粗糙度，在一如第1b)、1e)和1h)圖所陳示之轉印程序期間聚合物箔或有關物件中之一的顯著損壞將可被避免。
由於所使用之聚合物箔對於例如UV－輻射之高透明度，即使當不透明模板和基板被使用時可UV硬化之聚合物仍能在上述的轉印期間被使用。大多數被應用的聚合物箔的非常表面能導致對其他材料有顯著抗黏性質，使得在一轉印程序中利用它們很理想。大多數情況下不需要在低表面能聚合物上沈積另外的抗黏合層使得上述方法簡單且產業上適用。明確地說可能以一抗黏性材料製造聚合物複製品印模。
如果應用在方法中之不同聚合物材料的材料性質，例如玻璃轉變溫度、透光度，以及曝露於輻射後之可固化性彼此適配，以上說明及第1圖所陳示之方法非常適合於製造正(圖案與原始模板圖案相同)與負(圖案與原始模板之圖案倒反)複製品。
所使用之可撓聚合物印模的抗老化性與耐磨性使得可能在轉印程序的第二步驟應用它們數次。或者，聚合物印模僅被使用一次即被棄置。任一情況下此皆提高原始模板1壽命，該原始模板1不需用來對一硬且非撓性材料轉印。
在完成轉印之後，聚合物箔可以選擇性地藉一適當溶劑被化學地溶解以代替從一基板上機械脫模。此程序在轉移具有高縱橫比，即一圖案構造之深度實質上大於其寬度的圖案上為優先選擇者，彼時機械脫模可能損壞基板或印模。
不僅一原始模板之表面上的圖案，連原始模板的物理尺寸皆能可容易地被轉移至一聚合物箔中。在某些應用中圖案在最後基板上的定位很重要。例如就硬碟機而言圖案應被複製並對齊碟片中心。主印模可被製造成具有一中心孔。在轉印之後一中心孔之凸起被形成至可撓性聚合物箔中，以更用來將箔上的圖案對齊最後複製碟片。
一在聚合物薄片中產生的複製品可獲致一新族類之顯影方法，該新穎之顯影方法不執行鎳－鎳電鍍的一般方式。本發明中經轉印之聚合物薄片首先用一硬基板例如藉一UV－輔助轉印程序黏合在一起。之後該薄板用一種子層金屬化並電鍍以接收一原版的鎳複製品。許多其他的轉變方式皆可藉由所揭露的發明獲致。
依據本發明之裝置的一實施例將參照第11－16圖說明。裝置400包括一第一轉印單元200和一第二轉印單元300。第一與第二轉印單元200和300的任一者或兩者分別可設計成參照5－10圖所說明者，但單元200中標號的第一個數字以2代替1，且單元300的第一數字以3代替1。為簡化起見，各圖中並未標示所有全部元件。
第一轉印單元200包括一第一對配合之支持元件，主要部分201與主要部分202，排列成以一可調整之中間第一間隔203彼此相對。包括一可調整第一間隔203的第一加壓裝置，包含主要部分202之一懸架以使其可位移朝向或遠離主要部分201。第二主要部分202的純粹機械排列亦可被利用來實際將二主要部分朝彼此加壓，但最好真正的轉印壓力是由流體壓力和一膜片提供，如同參照第8－10圖說明者。
同樣地，第二轉印單元300包括一第二對配合之支持元件，主要部分301與主要部分302，排列成以一可調整之中間第二間隔303彼此相對。包括一可調整第二間隔303的第二加壓裝置，包含主要部分302之一懸架以使其可位移朝向或遠離主要部分301。轉印壓力同樣亦可藉由將主要部分互相加壓之排列而達成，但最好真正的轉印壓力是由流體壓力和一膜片提供，如同參照第8－10圖說明者。真正的轉印程序將不再參照第11－15圖詳細說明，惟該等程序可包括熱轉印，輻射輔助轉印，或結合熱與輻射輔助轉印。
配合之主要部分201和202是被懸吊在一第一支持框架219中，且配合之主要部分301和302懸吊在一第二支持框架319中。支持框架219和319最好藉一固定元件例如一組螺栓彼此相對固定，彼此是直接固接或者兩者固接至一共同載架401上。在一選擇之實施例中，只有一支持框架被包含，其中第一與第二配合主要部分皆被懸吊在該支持框架中。
一進給裝置410可運轉而將一在第一單元中轉印之碟片從第一間隔203移動至第二間隔303，以在第二轉印單元中使用作為一印模在一基板的目標表面上轉印，如第11－16圖中所繪示，進給裝置410包括一碟片抓取元件411可供接合及抓緊在第一間隔203中之一碟片，將其移動至第二間隔303，且在第二間隔303中將之鬆開。較佳地，如同圖式中之示範，進給裝置410包括一或一以上之臂412，該臂可旋轉且可套筒接合式地伸展以在第一間隔203和第二間隔303之間機動操作。圖式中進給裝置410被繪示成繞一垂直於直立之轉印方向的軸旋轉，然而另一實施例可包括繞一平行於轉印方向之軸的運動。因此該等圖式是用來表示依據本實施例在第一間隔203與第二間隔303之間操作之進給裝置的一般性概念。進給裝置410最好連接至支持框架219或319其中之一，或者如圖式中所示連接至共同載架。在所示實施例中，進給裝置410可旋轉地於413處安裝至共同載架401，藉以使進給裝置和第一間隔203與第二間隔303之間有一固定關係。
於第一轉印單元中轉印後，一轉印碟片5大抵上多少有幾分緊貼著至模板1，如第1b圖所示。就一本文中之實例所參照、呈聚合物箔型式之碟片5而言，轉印碟片以真空力量固定至模板1，惟最好無額外附加的黏合。此一抗黏效果是由仔細選擇作為模板和碟片的材料、或施加於模板表面2、碟片表面4、或兩者之上的抗黏促進劑而獲得。為在第一轉印單元200中將轉印碟片由模板上分離，進給裝置410在一實施例中亦包括一分離單元。此分離單元包括碟片抓取元件411和一可操作分離碟片和模板的碟片拉引元件。此分離單元不同的更多詳細實施例將在下文中參照第17－19圖說明。
轉印裝置之一較佳操作模式包含在第一轉印單元200中連續地使用一個相同的模板1數次以製造中間印模10，即印模5或8，其中每一中間印模10僅在第二轉印單元300中使用一次在每一基板12上轉印。但偶爾可能有意更換模板1。基於此一目的，一模板裝料機構可操作以便在一組例如可排列成一堆疊421諸如一模板FOUP(前開式晶片盒)的可選擇模板及第一間隔203之間調動。為簡化起見碟片裝料機構未包含在未於該等圖式中被使用的第12－16圖中。
一碟片裝料機構可在一組最好安排成一堆疊431諸如一碟片FOUP的碟片以及第一間隔203之間調動。碟片裝料機構包括一設計用來從堆疊431接合及抓緊一碟片的碟片抓取器432，以及一槓桿移動設備433。碟片抓取器432可包括一設計用來與堆疊431中一新碟片之上表面接合的真空吸引元件。
一基板裝料機構可用來在一組最好排列成一堆疊441諸如一基板FOUP之欲轉印基板與第二間隔303之間操縱調動。基板裝料機構包括一設計用來從堆疊441接合及抓緊一基板的基板抓取器442，以及一槓桿移動設備443。同時基板抓取器442亦可包括一設計用來與堆疊431中一新碟片之上表面接合的真空吸引元件。同時一托盤元件可被應用在基板抓取器442中以從多數基板下方接收堆疊中被接合的基板。
一基板提取機構可使用在第二間隔303與一通道451之間操縱轉印基板。通道451可為一第二基板FOUP。在另一實施例中，通道451為一脫模裝置，可運轉使轉印基板由中間印模上釋放。脫模裝置可為一設計用來將中間印模由轉印基板上拉引剝離的機械分離器。在另一實施例中，脫模裝置可包括一含有能夠溶解中間印模同時不影響基板之液體溶液浴。該基板提取機構包括一設計用來接合並抓取第二間隔303中之轉印基板，或最好是上方的中間印模、或兩者的抓取器452，且將所使用的中間印模與轉印基板利用槓桿移動設備453移動至通道451。或者，抓取器452包括一可在將第二間隔303中的中間印模從基板上釋放並移開已脫模印模與中間印模的脫模裝置。抓取器452可包括一設計用來接合一中間印模之上表面，即無圖案表面的真空吸引元件。或者一托盤元件可被應用來從基板底下收集夾心結構之基板和中間印模。
第17圖繪示一模板1和一中間碟片10、最好是一聚合物箔的夾心結構，該夾心結構已藉由第一轉印單元200中的模板被轉印。一進給裝置410之分離單元包括一碟片抓取元件411和一碟片拉引元件414。本實施例中，一真空供應源415被連接成經由一導管416選擇性供應真空至碟片抓取元件411，並經由一導管417選擇性供應真空至碟片拉引元件414。當真空被供應時藉吸力獲得一抓取力量，且當真空被釋放至周圍壓力或高於周圍壓力時，抓取力量即被解除。為能以一控制方式升高及移動一碟片10，碟片抓取元件411最好位於或接近於碟片10之中心位置。但碟片拉引元件414被置放在碟片10之一周圍部分。此可被機械或光學控制。當真空已被供應至碟片拉引元件414時，一抬升力被施加，在圖式中以一箭頭表示。抬升力可垂直於被接合的碟片表面，但最好是由碟片周邊部分稍微朝內以使釋放容易。一旦碟片於一鄰接接合之周圍部分的邊緣已稍被鬆開，由於夾緊模板1和碟片10的真空力量被破壞，接著多少會比較容易完全釋放。圖式中亦包含朝下之箭頭以供指示模板固定裝置在碟片拉引元件414運作分離碟片20與模板1時壓住模板。
第18圖概示另一進給裝置410之分離單元的實施例，包括一碟片抓取元件411和一碟片拉引元件460，其時為在一與一模板1夾合在一起的碟片10上操作。碟片抓取元件411與第17圖中者相似故不再重述。惟在本實施例中碟片拉引元件460包括一可操作抓取碟片10之一邊緣附近的機械夾捏元件461。此需要碟片延伸於模板1之一對應邊緣上。在繪示的實例中碟片10為一具有四方形的可撓聚合物箔，該聚合物箔大於模板1。夾捏元件461可操作抓取碟片邊緣附近且接著施加一以向上箭頭所指示之提升力。一種達成的方式是藉由一如圖示之連接至碟片抓取元件411的槓桿移動設備462使夾捏元件461向上旋轉。
在一較佳之實施例中，碟片10為一聚合物箔。在此一實施例中生成於箔表面上的靜電為一各別之問題。基於此一目的，一噴嘴500被設置用來使聚合物箔接受一去離子氣體流或去離子氣體簾，諸如離子化空氣。噴嘴500經一導管501被連接至一去離子氣體源(未示於圖中)。噴嘴500可與進給裝置410上的碟片抓取元件411一同被傳送，或相對支持框架219被分開地懸吊。在一實施例中，噴嘴500或其他提供去離子氣體的噴嘴可操作以使去離子氣體在聚合物箔置於第一間隔203中之前以及置於第二間隔303之前通過聚合物箔上方。
第19圖繪示一可用來抓緊一表面之裝置470的實施例。一大體上平坦之支持表面471具有一周圍密封件472，如一置於一固定凹進處中的O－型環。在密封件472內部形成一導管之孔口473，該導管選擇地連接至真空。一裝置470可被使用作碟片抓取元件411與碟片拉引元件414，或轉印裝置的任何其他裝置可用來抓取及舉升模板、碟片及基板。
第12－16圖包括第11圖之裝置的簡化圖示，且圖解轉印裝置一種操作模式的不同程序步驟。應注意到操作轉印裝置存在有許多不同變化方式，且二轉印單元之間的真正同步化依兩單元200和300中之轉印程序時間差異而定。
在第12圖中第一轉印單元200目前將一模板1之表面圖案轉印至一中間碟片10B之一相對接收表面中，第二轉印單元300目前將一中間碟片10A之一接收表面的表面圖案轉印至一基板12A的相對目標表面中。碟片裝料機構與基板裝料機構兩者均待命收集並裝載新的物件，且進給裝置410在一等候位置。
第13圖中二轉印單元已釋放其轉印壓力，且各別的配合元件已分離而開放中間間隔203和303。當單元200之配合主要部分分離時進給裝置410起動進入第一間隔203且抓取現今被轉印的中間碟片10B。基板抽取機構亦因單元300之配合主要部分分開而起動進入第二間隔303且抓取夾心結構之中間碟片10A與現今之轉印基板12A。
在第14圖中抽取機構已將夾心結構之碟片10A和基板12A移動至通道451，接著基板裝料機構從堆疊441抓取並移動一新基板12B至中間間隔303。較佳地，基板裝料機構適當地定位並在第二轉印單元300之下方主要部分的一支持表面上釋放該新基板12B。在第一轉印單元中，轉印碟片10B已與模板1分開且由進給裝置410舉升。
第15圖中進給裝置410已將轉印碟片10B由第一間隔203移至第二間隔303，轉印碟片10B在第二間隔203與朝下相對新基板12B之一目標表面的轉印接收表面安置在一起。當碟片10B已移離第一間隔203時，碟片裝料機構運轉而放置一新碟片10C在第一間隔中的模板1上，新碟片10相當於第1A圖中之箔3。基板裝料機構已在基板堆疊441處採取待命位置。
第16圖中之碟片裝料機構已在碟片堆疊431採取一待命位置，且進給裝置410採取其待命位置。本方法目前準備如第12圖中所示地繼續進行。
第20－23圖繪示依據本發明一實施例之一膜片進給系統。此膜片進給系統被裝配成連續並逐步地向前進給一新膜片至一轉印單元之二主要部分之間的中間間隔。參照如第11－16圖所敘述之雙轉印單元裝置，諸如一膜片進給系統型態可被應用在二轉印單元200和300之任一者中。但特別適用於第一轉印單元。因此膜片供給系統不限於使用在一雙單元轉印裝置中。與第20－23圖中之對應元件相同元件具有和第8圖中相同之參考標號，而提及之無參考標號元件與第8圖中之元件對應。惟為簡化起見某些實施轉印程序所需要的元件未繪示於第20－23圖中。在所繪示之實施例中，膜片供給系統包括成對的輥子2001和2002，以及一裝配成由一第一輥子2001捲伸至第一中間間隔103中的一位置並接著延伸至第二輥子2002的膜片帶2003。當一部分的膜片帶已在間隔103中被使用於一轉印程序中時，一進給裝置(未示於圖中)諸如一驅動第二輥子2002旋轉，將用過的膜片部分送出間隔103並將一新鮮部分之膜片帶2003送入間隔103的電動馬達。此亦為第20圖中所示之情形。
在間隔103中，一模板1被放置在一下方支持表面105上。一欲被轉印之碟片3，最好是一可撓聚合物箔，係被置放在模板1之頂部且有一面向模板1之結構表面的接收表面4，如於第1a圖所示但上下顛倒。
第21圖繪示一膜片位移元件如何被操作而以一平行於轉印單元之一加壓裝置調整方向的方向，亦即圖式中實例為垂直方向將位於中間間隔內的膜片部分朝向夾心結構對1和3的上方元件移動，上方元件在，本例中為碟片3。在圖示之實施例中，膜片位移元件包含一對引導輥子2004和2006，各自分別以一汽缸2005和2007懸吊，可被操作而將位於間隔103中的膜片部分向下壓直到膜片與碟片3之鄰接表面接合為止。
繼續之步驟中，當主要部分101和102在一起且密封件108接合膜片2003並將其壓向支持表面105時，真空源117經導管118供給一真空而排空空氣。但當膜片2003已被放置在碟片3上時，其間可能有空氣夾雜，該空氣夾雜可能是因碟片3周邊四周的壓力增加而被吸引。在一較佳實施例中，由於碟片3為一藉由加至其玻璃轉變溫度以上而被轉印的可撓聚合物箔，任何存在於箔3與膜片2003之間的粒子或氣泡亦將被轉移至箔3的背面。因箔3的背面不被使用故小的變形無礙。但空氣或其他氣體的氣泡會穿過聚合物箔並破壞由模板1被轉移至箔3之接收表面上的圖案。為儘量減少此一危險，如第21圖所示，一加壓輥子2008被控制成輥壓於膜片2003背離夾層結構的一面。加壓輥子2008最好有一橡膠或矽樹脂的軟質封套表面，且最好以一偏壓彈簧2009懸吊以施加一程度的向下力量。第21圖之輥子的另一種替代方案是移動膜片上的一傾斜邊緣。
第22圖繪示轉印順序，其中主要部分101和102已靠近在一起，且壓力從一源116被提供至存在於一腔室115中的一氣體或液體，該壓力藉由膜片傳送至夾心結構以完成轉印。如前文所指出，轉印亦可由輻射輔助，該一情況中輻射源110被包括而經由膜片113和碟片3發射輻射至與模板1接合之碟片3的一輻射敏感轉印層。
在轉印程序、可能包含後烘烤以後，主要部分101與102被分開且膜片2003被掀起，如第23圖中所繪示。被轉印之碟片，即現今之印模被移開，可能直接移至一參照第11－16圖所述之第二轉印單，且膜片帶2003之一新鮮部分被進給至間隔103中之位置以在轉印碟片3’時被使用。當欲被轉印的碟片為一可撓聚合物箔時此特別有幫助。在轉印期間，轉印溫度超過聚合物箔的玻璃轉變溫度，但未超過膜片材料的玻璃轉變溫度。適當的膜片材料視被轉印的聚合物箔材料作選擇，諸如聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、PDMS和PEEK，可能在轉印程序中遭受機械變形。此種變形典型地是在周圍部分由模板或可能由聚合物箔邊緣造成，但亦可能在周圍內側被造成。在接續的轉印程序中，任何在膜片中的變形可被轉移至將被轉印的聚合物箔中，若其背部未被使用甚至於被轉移至背部，該變形可如所提及地穿透至箔的接收表面。藉由持續向前進給一新的膜片部分可將此問題減至最小。
第24－27圖繪示依據本發明之一轉印裝置的另一實施例。在本實施例中，可操作以將一轉印碟片從二配合之轉印單元的第一間隔移動至第二間隔的進給裝置有一不同配置，且包括一聚合物箔帶和一箔帶進給機構。除了進給裝置外第一和第二轉印單元的實質上可具有和參照第8和11圖所敘述者不同之配置。因此，在該等圖式中所繪示的元件將使用或不使用與第24－27圖相同的參考數字標示。第24－27圖之實施例特別適用在製造圖案化基板上，其中轉印基板的圖案化表面層被留在基板上，且可能接著被金屬化以例如製造記憶光碟。
第24圖繪示第一轉印單元200和第二轉印單元300其各別成對的配合主要部分分離而分別開放中間間隔203與303。第一轉印單元200可具有一如參照第20－23圖所述之膜片進給系統。但在所示之實施例中第一轉印單元200具有一固定膜片213。較佳地，膜片213有一實質上為剛性的中央部分241，該剛性部分241選擇成對應於第一轉印單元200所相對配置的模板尺寸。該剛性中央部分可於周圍連接至膜片213。或者膜片213覆蓋整個模板，而該剛性中央部分241是一上面或下面黏合至膜片213之板。本實施例中密封件208位於膜片213下方。一模板1被置放在下支持元件的支持表面205上，該模板1最好被機械地以及藉由通過一導管242的真空吸力固定，該導管242連接至一真空供應源117。第二轉印單基本上設計成如參照第8圖所說明者，且具有一置放在下方主要部分302上欲被轉的新鮮基板12。真空供應源117，或另一源，最好亦經一導管342被連接至下方主要部分的支持表面，與對於第一轉印單元200之說明相當。一項不同點在於此處作用成中間印模之聚合物箔帶亦作用成膜片。在一實施例中，第二轉印單元300也包括一材料分配器243，可從一預聚物源244操作塗佈一熱或UV－可硬化之預聚物至一位於第二間隔303中的基板12上。可藉由輥動在預聚物上來分配，但在一較佳實施例中下方主要部分302之一支持表面包括一旋轉器245，使得由分配器243的中央分配及旋轉器245的旋轉在基板12之上目標表面。在一供選擇之實施例中，一旋轉塗佈站拾起被塗佈的基板並繼續將它們投入第二間隔。
在本實施例中，使一轉印碟片從第一轉印單元移動至第二轉印單元的進給裝置與碟片裝料機結合。所繪示之實施例中該進給裝置包括一對輥子，其中一具有一新鮮空白聚合物箔帶252的第一輥子250被提供至第一轉印單元前，該箔帶從該第一輥子被導引通過第一間隔203、第二間隔303並達到一第二輥子251。作為在第二轉印單元300後捲起已轉印聚合物箔帶252的一種替代方式，已轉印聚合物箔帶252亦可依次被切斷分開以使得每一使用過的中間印模部分隨同其已在第二轉印單元中轉印的基板一起作後續的分離或溶解中間印模。
在第24圖中，位於基板12上的聚合物箔帶252已在一先前步驟中藉由模板1在第一轉印單元200中被轉印，接著該帶252被向前進給，例如藉一電動馬達(未示於圖中)將帶從輥子251所在的一端拉出而進給。一新鮮部分之聚合物箔被提供於模板1上方。
在第25圖中，對應的主要部分201和202，以及301和302已靠近在一起。在第一轉印單元200中，新鮮的聚合物箔部分以結構化之模板表面轉印，此係藉由一壓力源216提供壓力至膜片213後方一具有剛性部分241之腔室215中的氣體或流體，該膜片將箔252壓向模板1。如前所述，轉印程序可為熱或輻射輔助。在第二轉印單元300中，先前轉印之聚合物箔部分現今作用成中間印模及膜片，且與上方主要部分301之一密封件308接合。中間印模藉由從一壓力源316提供至帶252之中間印模部分後方一腔室315內的氣體或流體所提供的壓力轉印基板12的目標表面。較佳地，本方法是在一從1至20巴的相當低壓力，以及來自一源310的適當劑量UV－輻射下實施，該UV－輻射透過聚合物箔252曝露及硬化該預聚物且使之黏結至基板12上。
第26圖中，二轉印單元之配合主要部分在轉印序列及可能後烘烤已發生之後再次被分開。某一型式的分離裝置(未示於圖中)應被使用在此一步驟中，諸如參照第17或18圖說明之諸方案中一者。此特別與第一轉印單元200有關，其中該模板維持在下方支持表面上。同時在第二轉印單元中可包括一嵌裝之分離裝置。但在繪示之實施例中被轉印的基板12可被容許維持與用過的中間印模接觸。
最後，第27圖中該進給裝置被操作而進給聚合物箔帶252一距離，因此最後被模板1轉印的部分目前即位於第二間隔303中。最後被轉印的基板12於是被拉出間隔303，且在同一程序中與箔252分離。但最好與箔分離是在從間隔303移出之後再個別地實施。一新鮮基板12’接著藉由一基板裝料機被置放在第二轉印單元300的下方支持表面上。
參照第24－27圖敘述之實施例亦可包括將導引輥子252向下壓且施壓於輥子以壓出空氣的位移元件，一如參照第20－23圖所說明者。
本發明之一可選擇的實施例繪示於第28圖。本實施例中第一轉印單元，即繪示於圖式中者，為一射出成型單元。第28圖中之成型單元十分相似於第8圖之實施例，因此相同參考數字被使用在特定元件上。惟有一差異即本實施例中並無膜片亦無可供施加壓力的氣體或液體鄉方一模板1被繪示成置放在下方支持表面105上，該模板可承受一適當的50－90℃製程溫度。下方主要部分202為可藉間隔調整裝置107，108移動者，以便調整上方主要部分201與下方主要部分202間之間隔203。較佳地，主要部分被調整成使上方主要部分位置成為一向下表面104接近模板表面，約0.1－1 mm。熔融聚合物從一聚合物源280經一上方主要部分201中之導管281被塗佈。較佳地，熔融聚合物是利用一壓力被供應，例如藉由從源280施加一力或機械地旋壓至間隔203中。一旦熔融聚合物被塗佈，可利用間隔調整裝置107，108提供壓力以將熔融聚合物確實地導入至模板的圖案內。或者，主要部分201，202彼此保持一預定距離，且熔融聚合物材料之塗佈壓力提供唯一的壓力。熔融聚合物材料典型維持200－250℃，因此可藉相對上較冷的模板1迅速地冷卻。此外，由於界定所製作之聚合物印模生成厚度的間隔203典型地小於1 mm，故冷卻迅速，通常不超過10秒鐘。然後該間隔調整裝置107，108作用開放間隔203，接著所製作的聚合物印模可被脫模並藉一進給裝置由第一間隔203移出。該進給裝置與第二轉印單元可採參照第5－23圖所述之任一型式。
實例
所使用的某些聚合物箔為：取自德國Ticona GmBH之Topas 8007：具有一80℃之玻璃轉變溫度的熱塑性無規共聚物。Topas對300 nm以上波長之光透明且特徵是低表面能。市售之箔的厚度是50－500 μ m，此處所使用者為130－140 μ m厚度的箔。此材料亦可在第一轉印步驟中用來射出成型。
取自日本Zeon Chemicals之Zeonor ZF14：具有一136℃之玻璃轉變溫度及一對於300 nm以上波長有92%透光性的熱塑性共聚物。一使用之箔具有一188 μ m之厚度但亦可取得其他50－500 μ m厚度的箔。此材料亦可在第一轉印步驟中用來射出成型。
取自日本Zeon Chemicals之Zeonex E48R：具有一139℃之玻璃轉變溫度及一對於350 nm以上波長有92%透光性的熱塑性共聚物。一使用之箔具有75 μ m之厚度。此材料亦可在第一轉印步驟中用來射出成型。
取自德國Bayer AG的聚碳酸酯(雙酚A聚碳酸酯)：具有一150℃之玻璃轉變溫度及一對於350 nm以上波長有91%透光性的熱塑性共聚物。一使用之箔具有300 μ m之厚度但亦可取得許多其他最大達1 mm厚度之箔。此材料亦可在第一轉印步驟中用來射出成型。
一已被使用之光阻材料為取自美國MicroChem Corp.之SU8，一種在曝露至具有350與400 nm間波長之光後可硬化的光阻材料。一取自美國MicroChem Corp.之薄LOR0.7薄膜已被使用作SU8和矽基板之間的黏合促進劑。
以下說明一二步驟轉印程序的實例，一依據本發明的轉印裝置可供該程序應用。
實例1一表面展現一線型圖案，線寬度為80 nm且高度為90 nm的鎳模板已在150℃和50巴下轉印至一Zeonor ZF14箔中歷時3分鐘。該等表面無一由任何其他塗佈，諸如抗黏合層塗佈處理。脫離溫度為135℃，於該溫度下Zeonor箔可自鎳表面上機械地脫除而不損壞模板或複製品的圖案。該Zeonor箔已被使用作一新模板，該模板已轉印至一100 nm厚之SU8薄膜。SU8薄膜被旋轉塗佈至一被先行旋轉塗佈至一矽基板上的20 nm LOR薄膜上。同時此實例中未有一表面曾以旨在改進SU8薄膜與Zeonor箔間之抗黏合性行為的額外塗佈處理。轉印是在70℃和50巴下實施3分鐘。SU8薄膜經由可透光之Zeonor箔曝露至UV光4秒鐘且再烘烤2分鐘。在整個轉印序列期間溫度和壓力二者分別在70℃與50巴維持一定。脫離溫度是70℃，於該溫度下Zeonor箔可從SU8上機械地脫除而不損壞聚合物模板或複製品薄膜的圖案。一印模的AFM影像生成在沈積於一矽晶圓的SU8薄膜上係如第2圖中所示。
實例2一表面展現一構造高度100 nm且寬度為150nm之Blu Ray圖案的鎳模板已利用已在實例1中說明之相同程序與相同參數轉印至一Zeonor ZF14。該在150℃和50巴下轉印至一箔中歷時3分鐘。該Zeonor箔已被使用作一新模板，該模板已轉印至一100 nm厚之SU8薄膜中。且與實例1中所記載之相同程序與相同參數被使用在本實例中。一印模的AFM影像生成在沈積於一矽晶圓的SU8薄膜上係如第3圖中所示。
實例3已使用一表面含有範圍從1－28之高縱橫比微米圖案的鎳模板。特徵尺寸範圍從600 nm至12 μ m，高度為17 μ m。表面在轉印前已被一磷酸鹽基礎之抗黏合薄膜覆蓋。鎳基板已在190℃及50巴下被轉印至一聚碳酸酯箔中歷時3分鐘。聚碳酸酯箔之表面未曾施以旨在改進Ni模板與聚碳酸酯薄膜間抗黏合行為的塗佈處理。脫離溫度為130℃，於該一溫度下聚碳酸酯箔可從鎳表面上機械地脫除而不損壞模板或複製品的圖案。聚碳酸酯箔業已被使用為一新模板而轉印至一Topas箔中。轉印是在120℃與50巴下進行3分鐘。未有一表面曾被施以旨在改進聚碳酸酯與Topas箔間之抗黏合行為的額外塗佈處理。脫離溫度為70℃，於該一溫度下Topas可從聚碳酸酯箔機械地脫除而不損壞模板箔或複製品箔的圖案。Topas箔接著被使用作為一新模板，其被轉印至一6000 nm厚的SU8薄膜，該薄膜係為被旋轉塗佈至一矽基板上者。同樣在此處未有一表面曾被施以旨在改進SU8薄膜和Topas箔間之抗黏合行為的額外塗佈處理。轉印是在70℃和50巴下實施3分鐘。SU8薄膜通過可透光之Topas箔曝露至UV光4秒鐘且再烘烤2分鐘，整個程序中不改變溫度70℃或壓力50巴。脫離溫度是70℃。然後Topas箔完全被溶解在60℃的對二甲苯中1小時。結果之一SEM影像示於第4圖。在一較佳之實施例中，一實施此程序之裝置包括三個依序排列的轉印單元，其中主模板被用來提供一第一轉印單元中的第一中間印模，本例中為聚碳酸酯材料之印模。第一中間印模接著被用來轉印在一第二箔上。此實例中是用Topas在第二轉印單元中製造一第二中間印模。在一第三轉印單元中，第二中間印模被用來將其圖案頂部藉由轉印移轉至目標基板。同一進給裝置可被應用來在轉印單元之間移動被轉印之中間印模，或者一進給裝置被提供在第一和第二轉印單元之間，而一第二進給裝置被提供在第二與第三轉印單元之間。
實驗上述實例中所提供的轉印程序已用不同圖案的Ni印模實施，在某些情況下以磷酸鹽基礎之抗黏合薄膜覆蓋，使用不同的製程參數。基板已藉由在旋轉LOR與SU8薄膜前直接以異丙醇和丙酮清洗被清潔。所塗佈的印模尺寸為2至6英吋。轉印已利用一設有一UV模組的Obducat－6英吋奈米轉印微影設備實施。
藉助於一Digital Instrument之NanoScope IIIa顯微鏡以輕敲模式進行原子力顯微鏡檢查以研究轉印結果和完成轉印後的印模。
使用一25 Kv之Obducat Cam Scan MX2600顯微鏡實施掃瞄式電子顯微鏡檢查。
1．．．模板
5．．．聚合物印模
2．．．表面
6．．．可撓聚合物箔
20．．．碟片
7．．．表面
3．．．可撓性聚合物箔
8．．．聚合物印模
4．．．表面
9．．．聚合物箔
10．．．聚合物印模
22．．．加熱器元件
10A．．．中間碟片
23．．．連接器
10B．．．中間碟片
24．．．冷卻元件
10C．．．碟片
25．．．連接器
100．．．轉印單元
200．．．第一轉印單元
110．．．輻射源
2001．．．輥子
101．．．第一主要部分
2002．．．輥子
102．．．第二主要部分
2003．．．輥子
103．．．間隔
2003．．．膜片
104．．．表面
2004．．．引導輥子
105．．．表面
2005．．．汽缸
106．．．板
2006．．．汽缸
107．．．活塞元件
2008．．．加壓輥子
107．．．間隔調整裝置
2009．．．偏壓彈簧
108．．．間隔調整裝置
201．．．上方主要部分
108．．．汽缸元件
202．．．下方主要部分
108．．．密封元件
203．．．間隔
109．．．凹處
205．．．支持表面
11．．．結構化表面
213．．．固定膜片
110．．．輻射源
216．．．壓力源
112．．．表面部分
219．．．第一支持框架
113．．．可撓膜
22．．．加熱元件
114．．．導管
23．．．連接器
115．．．腔室
241．．．中央部分
116．．．壓力源
242．．．導管
117．．．真空源
243．．．材料分配器
12．．．基板
245．．．旋轉器
12’．．．基板
25．．．連接器
12A．．．基板
250．．．第一輥子
13．．．基板基部
251．．．第二輥子
14．．．層
252．．．聚合物箔帶
14’．．．層
26．．．能源
15．．．轉移層
27．．．冷卻源
16．．．表面
200．．．第一轉印單元
17．．．目標表面
300．．．第二轉印單元
19．．．輻射
301．．．主要部分
20．．．加熱器裝置
302．．．主要部分
21．．．加熱器本體
303．．．第二間隔
308．．．密封件
310．．．輻射源
316．．．壓力源
319．．．第二支持框架
342．．．導管
400．．．裝置
401．．．共同載架
410．．．進給裝置
411．．．碟片抓取元件
412．．．臂
414．．．碟片拉引元件
415．．．真空供應源
416．．．導管
417．．．導管
421．．．堆疊
431．．．堆疊
432．．．碟片抓取器
433．．．槓桿移動設備
441．．．堆疊
442．．．基板抓取器
443．．．槓桿移動設備
451．．．通道
452．．．抓取器
453．．．槓桿移動設備
460．．．碟片拉引元件
461．．．機械夾捏元件
462．．．槓桿移動設備
470．．．裝置
471．．．支持表面
472．．．周圍密封件
473．．．孔口
500．．．噴嘴
501．．．導管
第1圖概示依據本發明一實施例由一模板製造成一複製品至一物件表面的二步驟方法；第2圖繪示一線形圖案之輕敲式原子力顯微鏡影像，藉由一依據本發明一實施例之方法被轉印在SU8；第3圖繪示一藍光光碟圖案之輕敲式原子力顯微鏡影像，依據本發明一實施例之方法被轉印在SU8；第4圖繪示一具有高深寬比微米尺寸之柱形圖案的SEM影像，由依據本發明一實施例轉印而被提供；第5－7圖繪示本發明一實施例之方法步驟；第8圖概示依據本發明一轉印單元之一實施例，可供實施如第1－3或5－7圖所說明的方法；第9圖概示第8圖之轉印單元當在方法之開始步驟裝載一聚合物印模及一基板時的狀態；第10圖繪示第8和第9圖之轉印單元，於一由一物件表面轉移一圖案至另一物件表面之作動方法步驟；第11圖概示依據本發明一轉印裝置之一實施例，包括二轉印單元與一將一碟片移動至二單元之間的進給裝置；第12－16圖概示在一二步驟轉印程序中利用第11圖之裝置的不同方法步驟；第17－19圖概示藉由一轉印方法抓取及分開夾心結構之二元件的不同解決方案；第20－23圖概示具有一連續運送膜片之轉印單元實施例的不同方法步驟；第24－27圖概示在一二步驟轉印程序中利用依據本發明之一轉印裝置之另一實施例的不同方法步驟；以及第28圖概示一之第一轉印單元的一實施例，係為使用在一第二轉印單元中製造一聚合物印模的射出成型單元型式。
1．．．模板
10．．．聚合物印模
200．．．第一轉印單元
201．．．上方主要部分
202．．．下方主要部分
203．．．間隔
300．．．第二轉印單元
301．．．主要部分
302．．．主要部分
303．．．第二間隔
319．．．第二支持框架
400．．．裝置
410．．．進給裝置
411．．．碟片抓取元件
412．．．臂
431．．．堆疊
432．．．碟片抓取器
433．．．槓桿移動設備
441．．．堆疊
442．．．基板抓取器
443．．．槓桿移動設備
451．．．通道
452．．．抓取器
453．．．槓桿移動設備

Claims (35)

  1. 一種用於轉印微影術之裝置，該裝置用以轉移一模板之結構化表面之一圖案至一基板目標表面上，包括一第一轉印單元，包括一第一對排列成彼此以一中間第一間隔相對的配合主要部分，以及一第一加壓裝置可供調整該第一間隔，可操作在第一轉印步驟中將該模板之圖案轉移至一碟片的一接收表面，一第二轉印單元，包括一第二對排列成彼此以一中間第二間隔相對的配合主要部分，以及一第二加壓裝置可供調整該第二間隔，一可操作以將一碟片從第一間隔移動至第二間隔的進給裝置，其中，一第一支持框架支持該第一對配合主要部分，一第二支持框架支持該第二對配合主要部分，且一固定元件將該第一和該第二支持框架維持一彼此固定關係。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一對配合主要部分包括一介質之腔室，以及一壓力供應系統可供調整該腔室中之介質的壓力，該腔室之一壁包括一可撓膜片，該可撓膜片之一側形成一面對第一對配合主要部分之另一者的支持表面。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中第二對配合主要部分中之一包括一介質之腔室，以及一壓力供應系統可供調整該腔室中之介質的壓力，該腔室之一壁包括一可撓膜片，該可撓膜片之一側形成一面對第二對配合主要部分之另一者的支持表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一對配合主要部分之 一者包括一具有一模板固定裝置的模板支持表面。
  5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該模板固定裝置包括一機械模板保持元件。
  6. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該模板固定裝置包括一真空供應源，一連接於真空供應源與位在該支持板中之一孔口間的導管，及一設置在該孔口周圍的密封件。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一對配合主要部分之一者包括一具有一加熱裝置的模板支持表面。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，包括一連接至該加熱裝置的溫度控制單元。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一對配合主要部分中之一者包括一輻射源，可操作而向第一中間間隔發出輻射。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第二對配合主要部分中之一者包括一輻射源，可操作而向第二中間間隔發出輻射。
  11. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該進給裝置包括一分離單元，該分離單元包含一碟片抓取元件，可操作而接合並抓緊一位於第一間隔中之轉印碟片；以及一拉引元件，可操作而使該碟片由該模板上分離。
  12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中該碟片拉引元件配置成在一偏心位置與一轉印碟片接合。
  13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該碟片拉引元件配置成對碟片提供一朝遠離開該模板且朝向碟片中心的拉力。
  14. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中該碟片抓取元件包括一可作用以抓取該碟片之一側邊的機械抓取元件。
  15. 如申請專利範圍第11項之裝置，包括一真空供應系統，一連接於該真空供應系統與位在該碟片抓取元件上之一孔口中之間的導管，以及一配置於該孔口周圍之密封件。
  16. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該膜片與該主要部分分離且配置在與一安排在該主要部分之一部分周圍的墊片相接合的位置以形成一腔室。
  17. 如申請專利範圍第16項之裝置，包括一與第一加壓裝置同步之膜片進給系統，以在第一轉印步驟之每一循環中連續進給一新鮮膜片至第一中間間隔。
  18. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該膜片進給系統包括一對輥子和一膜片帶，該膜片帶裝配成由一第一輥子捲伸至位在第一中間間隔中的一位置並接著捲至一第二輥子上。
  19. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該膜片進給系統包括一膜片位移元件，其係裝配成使位在第一中間間隔中之膜片部分以一平行於第一加壓裝置之調整方向的方向位移。
  20. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該模板及碟片是以一夾心結構排列位於該第一中間間隔中，且該膜片位於夾心結構排列上方，該裝置包括一膜片加壓元件，其被控制成位在一與膜片背離夾心結構之一相對面相接觸，以及一加壓位移單元，被控制成使加壓元件通過該相對表面上方並朝向該膜片之一周圍。
  21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該加壓元件包括一控制成輾壓於該相對表面上的加壓輥子。
  22. 如申請專利範圍第1項之裝置，包括一碟片插入裝置，其可操作由一碟片堆疊拾取一碟片並將該碟片置於該第一中間間隔。
  23. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該碟片為一聚合物箔。
  24. 如申請專利範圍第23項之裝置，其中該聚合物箔是以聚碳酸、COC或PMMA製成。
  25. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該膜片是由一聚合物材料製成。
  26. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該膜片是由聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、PDMS或PEEK所製成。
  27. 如申請專利範圍第1項之裝置，包括一基板插入裝置，其可操作而由一基板堆疊拾取一基板並將該基板置於該第二中間間隔。
  28. 如申請專利範圍第1項之裝置，包括一去離子氣體源，以及一連接至該源且將去離子氣體導向碟片的噴嘴。
  29. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該碟片係一聚合物箔，是被配置成該膜片之作用，此是藉由將該箔置放成與一安排在第二對配合主要部分中之一者的一部分周圍的墊片相接合，以形成該腔室。
  30. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該進給裝置包括一其連續部分使用作碟片的箔帶，以及一進給馬達，該馬達係配置成將該箔帶進給至供第一轉印步驟之第一中間間隔中的一位置，前進至用於該第二轉印步驟之該第二中間間隔，並接著送出該第二間隔。
  31. 如申請專利範圍第30項之裝置，包括一箔帶被纏繞其上的輥子，箔帶由該輥子捲伸出且被拉引通過第一和第二中間間隔。
  32. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該進給裝置可操作而將一轉印碟片從第一間隔移動至第二間隔，其中該第二轉印單元可操作以將該碟片的轉移圖案在一第二轉印步驟轉印至目標表面。
  33. 一種將一模板之結構化表面的一圖案轉移至一基板之一目標表面的裝置，包括：一模塑單元，包括一排列成彼此以一中間第一間隔相對的第一對配合主要部分；一第一間隔調整裝置；以及一聚合物塗佈裝置，係設計成可在該中間第一間隔中之模板的結構化表面上提供一聚熔融聚合物材料以形成一印模，該印模有一攜帶模板圖案複製品之接收表面，一轉印單元，包括一排列成彼此以一中間第二間隔相對的第二對配合主要部分；以及一包括一加壓器的第二間隔調整裝置，一進給裝置，可操作使一在第一模塑單元中形成的印模從第一間隔移動至第二間隔，其中，一第一支持框架支持第一對配合主要部分，一第二支持框架支持第二對配合主要部分，且一固定元件將第一和第二支持框架維持一彼此固定關係。
  34. 一種將一模板之結構化表面的一圖案轉移至一基板之目標表面上的方法，包括： 在一第一轉印步驟中，將結構化表面之圖案於第一轉印單元中轉移至一中間碟片的接收表面，該轉印單元包括一排列成彼此以一中間第一間隔相對的第一對配合主要部分，以及一用於調整該第一間隔裝置之加壓器；以該進給單元將被轉印之中間碟片從第一轉印單元移至第二轉印單元；以及在一第二轉印步驟中，將該接收表面之圖案於第二轉印單元中轉移至目標表面，該第二轉印單元包括一第二對排列成彼此以一中間第二間隔相對的配合主要部分，以及一第二加壓裝置可供調整該第二間隔。
  35. 如申請專利範圍第34項之方法，其中該中間碟片為一聚合物箔。
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