TWI395219B - 微結構之製造方法 - Google Patents

Description

微結構之製造方法

本發明一種製造方法，特別是關於一種於一基板上係藉由一微製造(micro-fabrication)方式而形成一微結構的製造方法。

70年代初期，數位型音樂光碟片(Compact Disk-Digital Audio，簡稱CD-DA)問世，它是一個直徑120mm的圓盤，可記錄之數據容量大於600MB，非常符合目前資料儲存容量方面的需求，其後期所發展的產品-CD-ROM，為可儲存容量龐大的程式或資料庫，而且可放在經特別設計過的盒子內便於攜帶至異地工作。然而，這類的儲存方式只能供人們讀取資料，卻無法隨意地在碟片上寫入其它資料，基於這個原因，於是發展出僅寫一次型光碟(CD-R，CD-Recorder)及可寫一次式數位影音光碟(DVD-R，DVD-Recorder)，如此一來，對資料儲存量有龐大需求的商業界、銀行界及政府機關等，即可大幅提高其行政效率。另外，以使用CD-R為例，該CD-R的儲存壽命約為60年以上，其材料之穩定性比起CD的20年更好，而且可保証資料的可靠性。

然而，生產CD-R/DVD-R所面臨的問題與CD-ROM有所不同。如第1圖所示，該圖繪示習用CD-R碟片之製程步驟流程圖，所含步驟如下：

步驟101，射出成型：塑材為小球狀聚碳酸酯(polycarbonate)，在350℃的高溫溶解，順暢流至一模槽中接受母模(stamper)壓製，並射出成型。其中射出成型製作厚度為1.2mm聚碳酸酯基板，且該基板上預先做好螺旋溝軌，此溝軌的作用引導雷射光作循軌定位。

步驟102，色素成模：在該基板上以旋轉塗佈(spin coating)方式，塗上一層約0.2μm厚的色素層(亦稱記錄層)，作為CD-R日後記錄之用。

步驟103，反射層：採用濺鍍(sputtering)方式將相當薄的24K純金(或純銀)，濺鍍在CD-R光碟片。

步驟104，保護膜形成：在該基板上以旋轉塗佈方式，塗上一層約0.2μm厚的色素層，作為CD-R日後記錄之用。

而藉由上述步驟所製成出的CD-R與傳統CD最大的不同點在於此CD-R具有可以被記錄的一層色素層(記錄層)。當雷射光循軌進入該基板上預鑄連續螺旋狀溝軌(pre-groove)的染料層時，有部分的光就被色素吸收，當這些色素吸收雷射光後，會在極短的時間內，將光能轉換成熱能，並造成局部高熱(超過250℃以上)而染料層中的色素便被這局部高溫所熔融分解，受雷射光的照射變化和沒有被照射的部分，由於反射率不同，而形成孔洞與平台(pits and lands)，如第2圖所示。且該CD-R/DVD-R係使用該等孔洞與平台排列順序的變化來記錄電腦0與1二進位(binary)的數位訊號。

根據上述所言，由於CD-R/DVD-R係利用雷射光照射該記錄層所含的染料而形成孔洞與平台。故在該基板上所塗佈的染料之光敏感性(photosensitive)的性質扮演重要的角色，以現有的染料可分為花青(cyanine)染料、猷花青(phthalocyanine)染料及偶氮金屬錯體(azo-metal complex)染料。當該等染料之光敏感性愈高時，通常所儲存的數位訊號在穩定性愈低，反之亦然，因此如何在這兩者特性間取得平衡，亦是在製造如CD-R/DVD-R等相關性微流體晶片的研究重點。

因此本發明的目的就是在提供一種微結構的製造方法，該微結構至少由一負光阻層(negative photoresist)材料及一染料所組成，並作為CD-R/DVD-R之一記錄層之用，以解決習用CD-R/DVD-R之記錄層在使用單一染料上，會因所選用的染料在無法兼顧如穩定性、光敏感性、耐熱性等物性及化性特性，而造成該記錄層在儲存數位信號上有品質不佳的的缺失。

根據本發明之上述目的，提出一種微結構之製造方法，該製造方法包含下列步驟：(1)提供一基板；(2)於該基板上形成一記錄層，其中該記錄層至少由一負光阻層(negative photoresist)材料及一染料所組成；以及(3)發射一雷射光束照射該負光阻層材料與該染料，其中該雷射光束係根據一預記錄的數位信號內容(digital signal)而進行照射，且可提高該負光阻層材料與該染料之反應溫度，藉以形成一微結構。

本發明的技術特點在於：於製造一微型化元件之製程中，於一雷射光束將一記錄的數位資料照射在CD-R/DVD-R之一記錄層而形成孔洞與平台時，會因此記錄層所包含該負光阻(SU-8)具有極佳的光穿透性，及利用簡單便宜之UV光刻製程，即可製作各種不同深寬比的微元件，且此SU-8為一環氧樹脂類型之光阻，固化後其化學穩定性佳。

所以根據上述內容提及，利用此微製造技術所製造出的微結構具備了以下優點：高精確度、反應速度快、不易受環境干擾，且利用和半導體製程的相容性(compatiable)，可以達到大量生產、成本低的特點。

以下詳細地討論目前較佳的實施例。然而應被理解的是，本發明提供許多可適用的發明觀念，而這些觀念能被體現於很寬廣多樣的特定具體背景中。所討論的特定具體的實施例僅是說明使用本發明的特定方式，而且不會限制本發明的專利範圍。

製造一微結構以作為CD-R/DVD-R之一紀錄層為例，其中該紀錄層之主要材質特性要求如下：

1.具適當之導熱性，以達到快速冷卻淬火。

2.具低熔點，提高碟片之熱敏感度。

3.具高結晶速率，以達到直接覆寫之目的。

4.具備高活化能，以維持資料之穩定。

5.須有較佳之穩定性，以避免寫擦次數增加造成之破壞。

6.在結晶與非晶相間，須有較大之光學特性差異。

故，在選用的紀錄層能符合上述之材質特性要求，作為本發明之實施例說明。

實施例說明

請參照第3圖，該圖繪示一微結構(microstructure)之製程示意圖，於該等圖中，包含下列步驟：

第3A圖，射出成型：提供一基板3，該基板3為一種聚碳酸酯基板，且該基板3上預先做好螺旋溝軌(未見於圖式)，用以引導一雷射光束作循軌定位，其中該雷射光束係藉由一數位影音光碟燒錄器之一雷射讀寫頭所產生。

第3B圖：色素成模：針對習知記錄層於光敏感性與穩定性之間的平衡取捨，而導致該記錄層之孔洞與平台所保存電腦0與1信號發生讀取資訊是否正確，故本發明於此記錄層的材質至少由一負光阻層材料4及一染料5所組成，並藉由旋轉塗佈法(Spin coat)形成在該基板3，該染料5可選用花青染料(cyanine)、猷花青染料(phthalocyanine)及偶氮金屬錯體染料(azo-metal complex)之任一者，且最大吸收波長範圍為650nm至780nm之間。

見於第3B圖可輕易的了解，本發明之記錄層之組成方式只將一染料5與一負光阻層材料4倒入一容器內混合(cock coil)即可得一混合物9。

而選用此負光阻層材料之其主因為，以負光阻層材料而言，是一種暫時塗佈在晶圓上的感光材料，它可將光罩或倍縮光罩上的晶片設計之光學圖案轉印到晶圓的表面上，以本實施例中係選用一種SU-8負光阻層材料。

SU-8是由三種主要成分構成：〈1〉高分子：epoxynovolak resin；〈2〉溶劑：GBL(γ-butyrolactone)；〈3〉感光劑：triaryl sulfonium salt(HSbF6)，且SU-8有兩種重要的特性，使其適合於厚膜光阻製程的應用，首先是SU-8它具有低分子量，即分子鍵長度較短，分子鍵較短的結構一被溶劑滲入並加以分解，故SU-8高分子可均勻地分散在溶液中，並形成高固含量(濃度)的混合物；其次，是在近UV光譜中，SU-8光阻有極低的光吸收性(亦即有極佳的光穿透性)，它對可吸收光波長的範圍較金屬為窄。

第3C圖：發射一雷射光束6照射負光阻層材料4與染料5所混合之一混合物，其中雷射光束6係根據一預記錄的數位信號(digital signal)內容而進行照射，亦指將欲記錄的數位資料以適當雷射功率準位(Power Level)和雷射脈波串(Laser Pulse Train)施打在基板3上，且雷射光束6可提高負光阻層材料4與染料5之反應溫度。

第3D圖：當反應溫度超過為攝氏200度時，則負光阻層材料SU-8之部份被硬化。至此，於此製造微結構之流程中可進一步使用一顯影劑(developer)，用於移除該負光阻層材料4之未被硬化部份，該負光阻層材料4之硬化部份在顯影之後變硬而保留在基板3的表面上，未硬化部份則會被該顯影劑所溶解。

最後，製造此一微結構以作為CD-R/DVD-R之一紀錄層之用。

為使本發明之內容更容易被了解，以下將舉另一實施例，以說明本發明較佳實施例之另一微結構之製程流程。請參照第4A圖至第4F圖，該等圖繪示另一微結構(microstructure)之製程示意圖，於該等圖中，包含下列步驟：

第4A圖：提供一基板10，該基板10為一種聚碳酸酯基板，且該基板10上預先做好螺旋溝軌(未見於圖式)，用以引導雷射光束作循軌定位，其中該雷射光束係藉由一數位影音光碟燒錄器之一雷射讀寫頭所產生。

第4B圖：以旋轉塗佈一負光阻層材料11於該基板10之上，其中該負光阻層材料11係為SU-8光阻，其厚度為1mm至200mm。

第4C圖：以旋轉塗佈一染料12於該負光阻層材料11之上(至此所形成一結構稱為layer cake)，該染料12可選用花青染料、猷花青染料及偶氮金屬錯體染料之任一者，其中該染料12之最大吸收波長範圍為650nm至780nm之間。

第4D圖：發射一雷射光束照射13該負光阻層材料11與該染料12，其中該雷射光束13係根據一預記錄的數位信號(digital signal)內容而進行照射，亦指將欲記錄的數位資料以適當雷射功率準位(Power Level)和雷射脈波串(Laser Pulse Train)施打在基板片10上，且該雷射光束13可提高該負光阻層材料11與該染料12之反應溫度。

第4E圖：當該反應溫度超過為攝氏200度時，則SU-8光阻11之部份被硬化，之後，該反應溫度超過攝氏246度時，該染料12會被分解(decompose)。

第4F圖：至此，於此製造微結構之流程中可進一步使用一顯影劑(developer)，以移除該負光阻層材料11之未被硬化部份，該負光阻層材料11之硬化部份在顯影之後變硬而保留在基板10的表面上，未硬化部份則會被顯影劑所溶解。

最後，製造此一微結構以作為CD-R/DVD-R之一紀錄層之用。

由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明所製程的SU-8光阻與染料以作為一記錄層具有下列優點：

1.操作範圍廣：可利用簡單便宜之UV光刻製程，製作各種不同深寬比之元件。

2.化學穩定性佳：SU-8為一環氧樹脂類之光阻，固化後其化學穩定性佳。

3.光穿透性佳：SU-8光阻在可見光範圍其穿透性極佳，用於製作微流體(micro fluid)元件，有助於實驗時之觀測。

4.機械性質強：SU-8光阻在固化後具有良好之機械性質，因此其適合作為元件之結構體。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S101~S104‧‧‧製程步驟

3、10‧‧‧基板

4、11‧‧‧負光阻層

5、12‧‧‧染料

6、13‧‧‧雷射光束

9‧‧‧混合物

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖繪示習用光碟之製程步驟流程圖。

第2圖繪示於一記錄層記錄一數位信號(digital signal)內容之示意圖。

第3圖，繪示一微結構(microstructure)之製程流程圖。

第4A圖至第4F圖，該等圖式繪示又一微結構(microstructure)之製程流程圖。

3．．．基板

4．．．負光阻層材料

5．．．染料

6．．．雷射光束

以及

9．．．混合物

Claims (21)

1. 一種作為資料儲存媒介之微結構(microstructure)之製造方法，包含提供一基板；於該基板上形成一記錄層，其中該記錄層至少由一負光阻層(negative photoresist)材料及一染料所組成，且該染料為一分解性染料；接收一數位訊號；以及根據該數位訊號發射一雷射光束照射該負光阻層材料與該染料，以提高該負光阻層材料與該染料之反應溫度，藉以形成一微結構。
2. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該基板係為聚碳酸酯基板。
3. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該記錄層係藉由旋轉塗佈(Spin coat)而形成在該基板之上。
4. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該其中該染料之最大吸收波長範圍為650nm至780nm之間。
5. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該染料係為花青(cyanine)染料、猷花青(phthalocyanine)染料及偶氮金屬錯體(azo-metal complex)染料之任一者。
6. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該負光阻層材料係為SU-8光阻。
7. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該反應溫度超過為第一溫度時，則該負光阻層材料之部份被硬化。
8. 如申請專利範圍第7項之製造方法，其中該負光阻層材料為SU-8光阻，且該第一溫度為攝氏200度。
9. 如申請專利範圍第8項之製造方法，更包含使用一顯影劑(developer)，以移除該負光阻層材料之未被硬化部份。
10. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該雷射光束係藉由具一雷射讀寫頭之一數位影音光碟燒錄器來發射。
11. 一種作為資料儲存媒介之微結構(microstructure)之製造方法，包含下列步驟：提供一基板；旋轉塗佈一負光阻層材料於該基板之上；旋轉塗佈一染料於該負光阻層材料之上，該染料為一分解性染料；接收一數位訊號；以及根據該數位訊號發射一雷射光束照射該負光阻層材料與該染料，以提高該負光阻層材料與該染料之反應溫度，藉以形成一微結構。
12. 如申請專利範圍第11項之製造方法，其中該基板係為聚碳酸酯基板。
13. 如申請專利範圍第11項之製造方法，其中該染料之最大吸收波長範圍為650nm至780nm之間。
14. 如申請專利範圍第11項之製造方法，其中該染料係為花青(cyanine)染料、猷花青(phthalocyanine)染料及偶氮金屬錯體(azo-metal complex)染料之任一者。
15. 如申請專利範圍第11項之製造方法，其中該負光阻層材料係為SU-8光阻。
16. 如申請專利範圍第15項之製造方法，其中該SU-8光阻之厚度為1 mm至200 mm。
17. 如申請專利範圍第11項之製造方法，其中該反應溫度超過一第一溫度時，該負光阻層材料之部份被硬化。
18. 如申請專利範圍第17項之製造方法，其中該負光阻層材料為SU-8光阻，且該第一溫度為攝氏200度。
19. 如申請專利範圍第18項之製造方法，更包含使用一顯影劑(developer)，移除該負光阻層材料之未被硬化部份。
20. 如申請專利範圍第11項之製造方法，其中該反應溫度超過一第二溫度時，該染料會被分解。
21. 如申請專利範圍第20項之製造方法，其中該第二溫度係為攝氏246度。