TWI405033B - 圖案之形成方法 - Google Patents

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Description

圖案之形成方法
本發明涉及一種軟模，尤其涉及一種製造軟模的方法，此軟模具有在該軟模、與包括圖案形成材料之基板間之改良介面性質，以及使用此軟模以形成薄膜之方法。
一精細圖案形成過程，例如，用於形成一電路的過程是決定裝置的效率和性能的重要因素，也是能夠影響裝置性質的主要因素。
最近，在提高裝置的效率和性能上做出了各種各樣的努力，尤其是在與精細圖案的形成相關的研討和研究中，因而提高了裝置效率和性能。
所述精細圖案形成過程在如一印刷電路板(PCB)，一液晶顯示裝置(LCD)和一電漿顯示面板(PDP)的平面面板顯示裝置中是必須的。
已經分別做出對於圖案形成的各種研究，大多都是用一使用光阻的微影術過程，其將在以下說明。
首先，一具有感光性的光阻層塗佈在一金屬層上，其中，該金屬層形成在一半導體材料的一基板上、或者例如玻璃的一絕緣材料的一基板上。
然後，在光阻層上施加一軟烘焙過程。
將定義於其中之一光透射區域和一光屏蔽區域的一曝光遮罩安置在光阻層上之後，穿過曝光遮罩對光阻層照射UV射線。通常，該光阻可以分為一正性和一負性。為了便於解釋，將在下面解釋說明使用負性光阻的情況。
如果UV射線照射至負性光阻的預定位置，則該負性光阻的預定位置藉由UV射線的照射改變了其化學結構。
然後，如果負性光阻浸入一裝有顯影劑的容器內，則藉由去除沒有照射UV射線的負性光阻的剩餘部分而形成一光阻圖案。
隨後，使用光阻圖案阻擋一些金屬層之後，將其浸入顯影劑內。然後，對其施加一硬烘焙過程，進而金屬層中除了光阻圖案下面的部分都被蝕刻，以形成一金屬圖案。
如果使用一剝離液去除光阻圖案，僅金屬圖案剩餘在一基板上。
在此時，可以蝕刻一半導體層、一絕緣層或者其他導電層，而非金屬層。
然而，習知技術中使用光阻的精細圖案形成方法具有下列缺點：首先，由於光阻塗佈、用於塗佈光阻的軟烘焙和硬烘焙、以及曝光和顯影使過程變得複雜。此外，對於烘焙光阻，必須在一第一溫度下進行軟烘焙，並在一第二溫度下進行硬烘焙，該第二溫度比軟烘焙的第一溫度要高，其導致了更加複雜的過程。
而且，會增加製造成本。通常，製造電子裝置的過程包括以第一光阻步驟提供複數個圖案(或者電極)，從而形成一圖案，並且在第二光阻步驟上提供複數個圖案(或者電極)，從而形成另一個圖案。這意味著在各此等圖案線之間需要昂貴的光阻處理線。因此，電子裝置的製造成本會增加。
第三，此會導致環境污染。因為光阻塗佈通常使用旋轉塗佈實施，所以塗佈過程中未使用的光阻的量會增加，從而可能導致環境污染也增加製造的成本。
第四，存在瑕疵裝置。當使用旋轉塗佈形成一光阻層的時候，很難控制光阻層的準確厚度。因此，光阻層的厚度不均勻，從而未剝離的光阻部分剩餘在形成圖案的表面上，因此造成瑕疵裝置。
為了克服上面所描述的使用微影術實現圖案形成方法的問題，將在下面解釋說明一使用軟模形成圖案之新方法。
首先，準備一範本用以使用一浮凸或者凹陷圖案在一軟模的表面內獲得一預定形狀。
例如，藉由在一如矽基板的絕緣基板上沉積一絕緣材料如氮化矽Si3 N4 或者氧化矽SiO2 形成一原始層。然後，在原始層上施加一微影術過程，因而形成原始層作為所要的圖案。
在此時，絕緣基板的上述圖案可以由金屬、光阻或者蠟、以及氮化矽或氧化矽形成。藉由上面所述過程，完成範本。
在完成範本的時候，在該範本上形成一預聚合物層。
然後，該預聚合物固化。
其次，所述固化後的預聚合物層稱為一軟模。由於軟模自範本剝離，可以軟模表面中形成浮凸和凹陷圖案。
該軟模用於形成一微單元精細圖案(藉由軟模的浮凸和凹陷形狀形成的圖案)。例如，所述軟模可以用於一濾色基板的一濾色片、或者一OLED裝置之電極。
所述軟模可以藉由固化一彈性聚合物而製成，該聚合物例如典型的PDMS(聚二甲基矽氧烷二醇)。除了PDMS，也可以使用聚亞安酯或者聚醯亞胺。
所述軟模可以應用在軟式微影術，軟鑄模，毛細力微影術、以及平面內印刷各種領域。
然後，參考所附圖式說明此使用根據習知技術之模型之圖案化方法。
第1A圖至第1D圖為橫截面圖，其說明根據習知技術之圖案形成方法。
如同於第1A圖中所示，一第一材料層11沉積在一基板10上，並且一用於所想要圖案的圖案材料層12、藉由一噴墨器或者一分配器20塗佈在第一材料層11上。
參考第1B圖，一軟模31由一平面型下表面、和一具有浮凸和凹陷形狀的上表面組成。所述軟模31設置在圖案材料層12之上。而且，軟模31的平面型下表面放在底板30上。
如第1C圖所示，在軟模31和基板10對位之後，軟模31的上表面接觸到圖案材料層12，因而軟模31的浮凸和凹陷形狀印在圖案材料層12上。因此，軟模31的凹陷形狀保留在圖案材料層12上，因而形成一圖案層12a。在此時，軟模31接觸到圖案材料層12的狀態下，圖案材料層12使用紫外線UV固化。在另一觀點中，圖案材料層12可以藉由加熱固化。
如第1D圖所示，將軟模31自設有圖案層12a的第一材料層11的表面分離。
第2A圖和第2B圖說明根據習知技術中圖案形成方法中軟模和基板對位之後樹脂的收縮。
如同於第2A圖中所示，例如樹脂的圖案材料層12塗佈在基板10上鄰近第一材料層11的邊緣。然後，在基板10和軟模31之間執行如第1C圖所示的接觸過程。由於如第2B圖所示，軟模31和圖案材料層12具有不同的界面性質，位於周圍的圖案材料層12由於：軟模31的斥力、和圖案材料層12的表面張力而收縮，因而可能發生圖案材料層12的變形(12x)。
如果圖案材料層發生變形，則可能導致軟模31、與對應變形(12x)的圖案材料層的圓周部份之間的接觸故障。因此，難以實現具有均勻厚度圖案材料層之圖案化，因而造成瑕疵的圖案。
因此，本發明的實施例針對一軟模的製造方法和使用上述軟模形成一薄膜的方法，以實質上避免由於習知技術的限制與缺陷導致的一個或更多個問題。
本發明的一個目的是提供一軟模的製造方法，該軟模在其本身、和一包含圖案形成材料的基板之間具有改良之界面性質，以及使用此軟模以形成薄膜之方法。
本發明額外的優點、目的、以及特徵將之一部份將在以下說明中描述，以及一部分內容將由檢視以下說明而對於熟習此技術人士為明顯、或者可以藉由實施本發明而得知。本發明的目的和其他優點將藉由在所撰寫說明、其申請專利範圍、以及所附圖中所特別指出結構而實現與獲得。
為了達成此根據本發明目的之目標與其他優點，如同在此實現與廣泛說明者，本發明提供一種形成圖案之方法，其包括：將塗佈一圖案形成材料的一基板裝載入一室內；設置一軟模，其表面上提供浮凸和凹陷的圖案，與室內的基板相對；藉由蒸發圖案形成材料的一些成分並吸收自圖案形成材料至軟膜表面蒸發的成分而形成一吸收層；藉由使包括吸收層的軟模接觸到剩餘圖案形成材料而形成一圖案層，其具有轉化成軟膜表面的浮凸和凹陷圖案的形狀；以及將軟模從圖案層分離。
此外，本方法包括吸收層形成之後，老化該吸收層。
在此時，以均勻厚度在軟模的表面上形成吸收層。
而且，吸收層對應塗佈於基板上圖案形成材料的整個數量的大約5%~20%。
藉由將室內空氣釋放至外部以降低壓力以實施吸收層之形成。該室包括一減壓裝置。
藉由加熱室內的基板以實施吸收層之形成。同時，在其上安裝有基板的室的一預定部分內提供一熱盤。
在基板上以一預定距離保持：軟模表面和圖案形成材料表面之間的距離的情況下，以形成吸收層。
在此時，基板上的圖案形成材料距離軟模1mm到3cm。
當形成圖案層、而其具有包含於軟膜表面中被轉化為浮凸和凹陷圖案之形狀時，藉由將包括吸收層的軟模與剩餘的圖案形成材料接觸，而實施圖案層的光固化。
藉由光固化而形成之圖案層，包括：軟膜表面上的一吸收層，和基板上的剩餘圖案形成材料。
在此時，圖案形成材料和軟模中的一個具有親水界面性質，而另一個具有疏水性。
圖案形成材料由：具有光固化性質的親水液體聚合物、感光啟始劑、以及表面活性劑構成。
軟模由PDMS(聚二甲基矽氧烷二醇)或者聚亞安酯形成。
具有光固化性質的親水液體聚合物包括：HEA(丙烯酸羥乙酯)、EGDMA(二甲基丙烯酸乙二醇酯)、EGPEA(苯基丙烯酸乙二醇酯)、HPA(丙烯酸羥丙酯)、以及HPPA(羥基苯氧丙基丙烯酸酯)中至少一個。
應瞭解，以上一般性說明與以下詳細說明僅為典範與說明，其用意在於提供所主動本發明之進一步解釋。
此等所附圖式，其包括在此以提供本發明進一步瞭解，且將其併入以構成本說明書之一部份，且與此描述一起以說明本發明之實施例，而用於解釋本發明之原理。
現在詳細說明在此等附圖中所描述之本發明典範實施例。當可能時，在此等圖式中使用相同參考號碼，以稱呼相同或類似部份。
在以下，參考所附圖式以說明此根據本發明較佳實施例以形成圖案之方法。
實施例一
使用一軟模的圖案形成方法中，當軟模的表面接觸到一基板上的圖案材料的時候，由於基板上的圖案材料層和軟模的表面之間的不同的界面性質，則該圖案材料層可能收縮。例如，軟模所含有的PDMS(聚二甲基矽氧烷二醇)在其表面內具有疏水性質，而圖案材料層中所包含樹脂則具有親水性質。
考慮到圖案材料層內的樹脂和軟模的表面之間不同的界面性質，對於本發明第一實施例的圖案形成方法實現從基板上圖案材料層內至軟膜表面的一些成分的吸收。
第3A圖與第3B圖橫截面圖，其說明在根據本發明第一實施例之圖案形成方法中在軟模與基板之間接觸步驟之前之預處理。
如同於第3A圖中所示，在準備好一基板之後，在基板100上形成一第一材料層110。然後，該第一材料層110塗佈含有光固化的液體預聚合物的一圖案形成材料120。在此時，基板100上的第一材料層110可以如第3A圖所示形成在一單層結構中，其可以形成在一多層結構中或者可以省略。例如，若形成包括於液晶顯示裝置中之黑色矩陣層，則直接塗佈圖案形成材料120而未塗佈第一材料層110。若在液晶顯示裝置內形成濾色片，則第一材料層可以為一黑色矩陣。
然後，準備一軟模210，將該軟模210的後表面裝附於一底板200，並且軟模210的一前表面設有浮凸和凹陷的圖案。在此時，圖案形成材料120和軟模210具有不同的界面性質。這即是，圖案形成材料120和軟模210中的一個具有親水界面性質，而另一個具有疏水界面性質。
假設圖案形成材料120具有親水界面性質，而軟模210具有疏水界面性質。這即是，軟模210由PDMS(聚二甲基矽氧烷二醇)、或者聚亞安酯組成。該圖案形成層120由光固化性質的親水液體預聚合物、感光啟始劑以及表面活性劑構成。在此時，佔圖案形成層120的80%~98%的光固化性質的親水液體預聚合物、典型地由光固化性質的親水丙烯酸預聚合物形成，該光固化性質的親水丙烯酸預聚合物例如為：HEA(丙烯酸羥乙酯)、EGDMA(二甲基丙烯酸乙二醇酯)、EGPEA(苯基丙烯酸乙二醇酯)、HPA(丙烯酸羥丙酯)、以及HPPA(羥基苯氧丙基丙烯酸酯)。
將軟模210和基板100的圖案形成材料120裝載入一室300內之後，該軟模210設置在距基板100上距圖案形成材料120一預定距離。在此時，室300包括如一泵350的減壓裝置，其將室300的內部氣體釋放至外界。因此，圖案形成材料120的表面內的成分藉由室內300的泵350蒸發。參考第3B圖，自圖案形成材料120蒸發出的成份被軟模210的表面吸收，因而在軟模210的表面上形成一吸收層120b。在這種情況下，除了吸收層120b所吸收的蒸發成分之外，圖案形成材料的剩餘成分120a留在第一材料層110上。
在形成吸收層120b之後，進行一老化步驟，該步驟維持一預定時間期間，而在軟模210的表面上實現具有均勻厚度的吸收層120b。該吸收層120b對應塗佈在基板100上的圖案形成材料120整個數量的大約5%~20%。
在圖案形成材料120的蒸發過程中，圖案形成材料中具有低氣壓的成分首先被蒸發，並被軟模210的表面吸收。在此時，圖案形成材料120的蒸發成分向上筆直地蒸發傳送。因此，與凹陷圖案的垂直面相比，圖案形成材料210在浮凸和凹陷圖案的水平表面上更穩定地吸收。
當形成吸收層120b時，基板100的圖案形成材料120設置在距離軟模210為1mm到3cm的距離。
在軟模210接觸到圖案形成材料120之前，圖案形成材料120的成分藉由蒸發被軟模210的表面吸收。在下列接觸過程中，圖案形成材料120和軟模210具有相同的界面性質，因而防止圖案形成材料120的收縮，因此，改善接觸之一致性，因而防止瑕疵圖案。
實施例二
第4A圖與第4B圖橫截面圖，其說明在根據本發明第二實施例之圖案形成方法中在軟模與基板之間接觸步驟之前之預處理。
在根據本發明第二實施例中的圖案形成方法使用一熱盤500以取代：根據本發明第一實施例中用於圖案形成方法中所使用減壓裝置。這即是，在根據本發明第二實施例之圖案形成方法中使用熱盤500將室400中空氣加熱。在這個情形中，本發明第二實施例中的圖案形成方法中提供的一軟模210、一基板100上的一第一材料層110、成份、以及一圖案形成材料125的界面性質，與本發明中第一實施例者相同。
當室400的內部藉由熱盤500加熱的時候，如同第4B圖中所示，圖案形成材料125的成分中具有低蒸發氣壓的部分首先被蒸發，然後被軟模210的表面吸收，因而在軟模210的表面上形成一吸收層125b。在形成吸收層125b之後，圖案形成材料的剩餘成分125a留在第一材料層110上。
以下，參考所附圖式說明此根據本發明之圖案形成方法。
第5A至5E圖為橫截面圖，其說明在根據本發明之圖案形成方法。
首先，如同於第5A圖中所示，在根據本發明之圖案的形成方法中，第一材料層110沉積在基板100上，然後，圖案形成材料120藉由一噴墨裝置或者一分配器600塗佈在第一材料層110上。
參考第5B圖，準備軟模210，其包括軟模210的平面後表面裝附於底板200，軟模210之前表面設有浮凸和凹陷圖案。
如同於第5C圖中所示，將具有疏水界面性質的軟模210、以及具有親水界面性質的圖案形成材料120裝載入室(第3A圖的“300”)之後，軟模210設置在距離基板100上距離圖案形成材料120一預定間隔。
室300可以設有如第3A圖中的泵350一類的減壓裝置，其可以將室300的內部氣體釋放到外界，或者可以設置如第4A圖中所示的熱盤，其可以將室的內部加熱至一預定溫度。在圖案形成材料120和軟模210之間以一預定距離設置的過程中，圖案形成材料120的表面中的成分被蒸發，並被軟模210的表面吸收，因而在軟模210的表面上形成吸收層120b。在這種情形中，除了吸收層120b所蒸發掉的成分之外，圖案形成材料的剩餘成分120a保留在第一材料層110上。
形成吸收層120b之後，進行老化步驟，其維持一預定時間期間，而在軟模210的表面上實現具有均勻厚度的吸收層120b。該吸收層120b對應塗佈在基板100上整個圖案形成材料120的大約5%~20%，當形成吸收層120b時，基板100的圖案形成材料設置在距軟模210的距離為1mm到3cm。
在軟模210接觸到圖案形成材料120之前，圖案形成材料120的成分藉由蒸發被軟模210的表面先前吸收。在下列接觸過程中，圖案形成材料120和軟模210具有相同的界面性質，因而防止由於圖案形成材料120和軟模210之間的斥力而導致的圖案形成材料120的收縮，因此，改善接觸的一致性，因而防止瑕疵圖案。
如同第5D圖中所示，老化軟模210和基板100，該軟模210中吸收層120b所在的表面接觸到剩餘圖案形成材料120a的表面接觸，並且軟模210內的浮凸和凹陷圖案壓印在剩餘圖案形成材料120a上。因此，一圖案層120c以留在軟模210的凹陷圖案內的剩餘圖案形成材料120a形成。這即是，形成圖案層120c作為轉化為包括於軟模210中之浮凸和凹陷圖案的形狀。
在這個情形中，圖案層120c包括：剩餘圖案形成材料120a、與吸收層120b。當軟模210接觸與剩餘圖案形成材料120a接觸時，所剩餘圖案形成材料120a與吸收層120b結合，且藉由紫外線固化，因而完成圖案層120c。若圖案形成材料120包括：一熱量啟始劑、與一熱固化材料，則圖案形成材料120可以藉由加熱固化。
如同於第5E圖中所示，將軟模210從包括圖案層120c於其中之第一材料層110之表面分離。
藉由上面所描述的過程，可以獲得留在基板100的第一材料層110上的圖案層120c。
可以將根據本發明中的圖案的形成方法應用至：包含於液晶顯示裝置中用於一黑色矩陣層、一濾色片層或者一柱間隔件之圖案化過程；亦可以應用至包括於OLED裝置中之有機發光層的圖案化過程。
如同以上提及，此根據本發明中的圖案形成方法具有下列優點。
當在具有不同界面性質的軟模和圖案形成材料之間、藉由接觸而實施圖案形成時，吸收層藉由蒸發包含在圖案形成材料的表面中的成分而先前形成於軟模的表面上。因此，可以防止軟模和圖案形成材料間其間在接觸過程中兩者之間的斥力。因此，可以防止在與軟模的接觸過程期間圖案形成材料的收縮，因而防止由於接觸的低一致性造成瑕疵圖案，以及使得能夠實現精確的圖案。
對於熟習此技術人士為明顯，可以在本發明之實施例中作各種修正與變化，而不會偏離本發明之精神與範圍。因此，其用意為本發明包括此在所附申請專利範圍與其等同物之範圍中所提供實施例之修正與變化。
10．．．基板
11．．．第一材料層
12．．．圖案材料層
12a．．．圖案層
12x．．．變形
20．．．分配器
30．．．底板
31．．．軟模
100．．．基板
110．．．第一材料層
120．．．圖案形成材料/層
120a．．．剩餘部分
120b．．．吸收層
120c．．．圖案層
125．．．圖案形成材料
125a．．．剩餘部分
125b．．．吸收層
200．．．底板
210．．．軟模
300．．．室
350．．．泵
400．．．室
500．．．熱盤
600．．．分配器
第1A圖至第1D圖為習知技術中的圖案的形成方法的概要圖；第2A圖和第2B圖為習知技術中在圖案形成方法中一軟模和一基板在對位後樹脂的收縮的概要圖；第3A圖和第3B圖為本發明第一實施例的圖案形成方法中在一軟模和一基板之間的接觸步驟之前進行預處理的概要圖；第4A圖和第4B圖為本發明第二實施例的圖案形成方法中在一軟模和一基板之間的接觸步驟之前進行預處理的概要圖；以及第5A圖至第5E圖為本發明中圖案形成方法的概要圖。
100．．．基板
110．．．第一材料層
120a．．．剩餘成分
120b．．．吸收層
200．．．底板
210．．．軟模
300．．．室
350．．．泵

Claims (13)

  1. 一種圖案形成方法，包括：將塗佈具有一圖案形成材料的一基板裝載入一室中，其中該圖案形成材料包含一光固化的液體預聚合物；設置一軟模，其表面上設有浮凸和凹陷的圖案，而與室中之該基板相對；藉由蒸發該圖案形成材料的一些成分，並吸收自該圖案形成材料至該軟膜表面蒸發的成分而形成一吸收層；在形成該吸收層之後，對該吸收層進行一老化步驟；藉由將包括經老化之該吸收層的該軟模接觸到具有一剩餘圖案形成材料的該基板而形成一圖案層，其具有轉化成包括於該軟膜表面中浮凸和凹陷圖案的形狀；以及將該軟模從該圖案層分離，其中，該圖案形成材料和該軟模中的一個具有親水界面性質，而另一個具有疏水性質；以及在該軟模接觸到該基板之前，將該軟模表面和具有該圖案形成材料的該基板的表面保持一預定距離，進行該吸收層之形成與老化的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以均勻厚度在軟模的表面上形成吸收層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中吸收層對應於塗佈於基板上圖案形成材料的整個數量的大約5%~20%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由以將室內空氣釋放至外界之降低壓力而實施吸收層之形成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中室內包括一減壓裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由加熱室內的基板而實施吸收層之形成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中在其上安裝有基板的室的一預定部分中設置一熱盤。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中基板上的圖案形成材料是設置在：距離軟模1mm至3cm之間隔。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當藉由將包含吸收層的軟模與所剩餘圖案形成材料接觸以形成圖案層時，實施該圖案層的光固化，該圖案層的形狀轉化為包含於軟膜表面中之浮凸和凹陷圖案。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中藉由光固化以形成的圖案層包括：軟膜表面上的一吸收層，以及基板上的剩餘圖案形成材料。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中圖案形成材料由：具有光固化性質的親水液體聚合物、感光啟始劑、以及表面活性劑構成。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中軟模由PDMS(聚二甲基矽氧烷二醇)或者聚亞安酯所形成。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中此具有光固化性質的親水液體聚合物包括以下至少之一：HEA(丙烯酸羥乙酯)、EGDMA(二甲基丙烯酸乙二醇酯)、EGPEA(苯基丙烯 酸乙二醇酯)、HPA(丙烯酸羥丙酯)、以及HPPA(羥基苯氧丙基丙烯酸酯)。
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