TWI470287B - 製作極化彩色濾光片的方法 - Google Patents

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Description

製作極化彩色濾光片的方法
本發明係有關於一種微影製程，尤有關於一種製作微米或奈米等級的週期性長方形孔洞結構的製造方法。
隨著積體電路製程持續地縮小化，為了提高元件的聚集密度與速度，以及減少功率的損耗，使得半導體產業逐漸邁向奈米元件的世代。奈米材料的研發是近年來備受重視的主題，基於奈米尺寸效應的影響，使得許多學者致力研究各項材料於奈米尺度時之特性，進而使各種不同維度之奈米結構如奈米點、奈米線、奈米管、奈米環、奈米柱及奈米薄膜等也逐漸廣為備製，以用來進行相關性質的研究。
雖然微小的尺寸下材料具備特殊的物理、化學性質，但相對地受到外界作用力的影響也較大，因此對於奈米結構性質的研究而言，如何備製大面積週期性尺寸均一的奈米結構一直是極需克服的挑戰。為了要製作週期性奈米結構，各種奈米尺寸之製程技術，如超低波長紫外光顯影技術、浸高折射率溶液內干涉顯影技術、電子束顯影技術及奈米壓印技術等持續發展出來。然而，這些技術成本昂貴且製程複雜，其在有限的時間內作出奈米週期及奈米結構的圖案十分小，使得在製備大面積週期性奈米結構上受到很大的限制，因此仍需針對此問題提出對策。
本發明之一目的係在提供一種新的微影製程方法，用來製作週期性長方形孔洞結構，所得到的週期性長方形孔洞結構可應用在極化片及濾光片結合的元件上，成為單一一片的極化彩色濾光片。
依據本發明，提供一種製作極化彩色濾光片的方法，其步驟包括：首先，提供一透明基板，該透明基板上塗佈有一光阻層。接著，備製一波浪狀光罩，該波浪狀光罩具有一週期性波浪狀表面以及與該週期性波浪狀表面相對的平坦表面。然後，將該週期性波浪狀表面與該光阻層接觸。之後，對該光阻層進行第一次曝光，使該光阻層形成一第一曝光區域。再對該波浪狀光罩施予一外力，使該波浪狀光罩產生形變。將該透明基板旋轉一預設角度。對該光阻層進行第二次曝光，使該光阻層形成一第二曝光區域。接著，對該光阻層進行顯影步驟，使該光阻層圖案化為一光阻圖案層。於具有該光阻圖案層的該透明基板上鍍一層金屬層。最後，去除該光阻圖案層以及該光阻圖案層上的部份該金屬層，使剩餘的該金屬層於該透明基板上形成一週期性孔洞結構。
依據本發明，提供另一種製作極化彩色濾光片的方法，其步驟包括：首先，提供一透明基板，該透明基板上塗佈有一光阻層。接著，備製一波浪狀光罩，該波浪狀光罩具有一週期性波浪狀表面以及與該週期性波浪狀表面相對的平坦表面。然後，將該週期性波浪狀表面與該光阻層接觸。之後，對該光阻層進行第一次曝光，使該光阻層形成一第一曝光區域。再對該波浪狀光罩施予一外力，使該波浪狀光罩產生形變。將該波浪狀光罩旋轉一預設角度。對該光阻層進行第二次曝光，使該光阻層形成一第二曝光區域。接著，對該光阻層進行顯影步驟，使該光阻層圖案化為一光阻圖案層。於具有該光阻圖案層的該透明基板上鍍一層金屬層。最後，去除該光阻圖案層以及該光阻圖案層上的部份該金屬層，使剩餘的該金屬層於該透明基板 上形成一週期性孔洞結構。
是故，由上述可以得知，本發明的製作極化彩色濾光片的方法簡化了先前技術中繁瑣的製造流程，不僅可有效降低製造所需花費的成本，亦可有效地大面積量產產品。
為進一步說明各實施例，本發明乃提供有圖式。此些圖式乃為本發明揭露內容之一部分，其主要係用以說明實施例，並可配合說明書之相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內容，本領域具有通常知識者應能理解其他可能的實施方式以及本發明之優點。圖中的元件並未按比例繪製，而類似的元件符號通常用來表示類似的元件。
首先，請一併參考第1A圖至第1H圖，同時配合參考第2A圖。第1A圖至第1H圖顯示依據本發明一第一實施例之製作極化彩色濾光片的方法的過程示意圖，第2A圖顯示依據本發明一第一實施例之製作極化彩色濾光片的方法的步驟流程圖。
如第1A圖所示，首先，提供一透明基板11(S201)，此透明基板11具有可讓紅外光或可見光穿透的特性，舉例來說，透明基板11可為矽晶圓、鍺晶圓或玻璃基板等，在一實施例中，透明基板11可為一n型雙面拋光矽晶圓，具有可讓紅外光穿透的特性。接著，在透明基板11上塗佈有一光阻層13(S203)，此光阻層13的材料可為正光阻或負光阻、厚度約為100~1000奈米。
如第1B圖所示，備製一波浪狀光罩15(S205)，此波浪狀光罩15包括一軟性透明基板151及一可透光薄膜層153，其中，軟性透明基板151的材質可為聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)或聚亞醯胺(Polyimide,PI)等，然不以此為限。可透光薄膜層153的材質可為金屬或氧化物薄膜，可透光薄膜層153的材質特性具有楊氏係數(Young's modulus)大於軟性透明基板151的楊氏係數(Young's modulus)，即可透光薄膜層153具有與軟性透明基板151不同的壓縮係數。舉例來說，若可透光薄膜層153為金屬薄膜，其材料包含金或銀其中之一或組合，其楊氏係數約為80～120GPa，亦可包含鉑或其他合金，其楊氏係數約為120～180GPa，若可透光薄膜層153為氧化物薄膜，其材料包含二氧化矽、氧化鋅、氧化鋁的其中之一或組合。
波浪狀光罩15具有一週期性波浪狀表面S153 以及與該週期性波浪狀表面S153 相對的一平坦表面S151 ，其中週期性波浪狀表面S153 的週期約為300奈米至25微米。關於波浪狀光罩15的製作方法可參考台灣發明專利申請案第100132878號(申請日為2011年9月13日)。
在一實施例中，軟性透明基板151的厚度可約為0.5~10毫米(mm)，可透光薄膜層153的厚度極薄，約為5~15奈米(nm)，如此，波浪狀光罩15足以讓可見光或UV光穿透過去，可透光薄膜層153的厚度將影響週期性波浪狀表面S153 的週期，當可透光薄膜層153的厚度越薄，週期性波浪狀表面S153 的週期就越小。
繼續參考第1B圖，將波浪狀光罩15的週期性波浪狀表面S153 與光阻層13接觸(S207)，由於波浪狀光罩15為一柔軟的彈性體，因此，當波浪狀光罩15的週期性波浪狀表面S153 與光阻層13接觸時，週期性波浪狀表面S153 與光阻層13接觸部分易形成平坦面。更具體地來說，週期性波浪狀表面S153 的一橫截面在一軸線C上方可視為凹部154在軸線C下方可視為凸部156，週期性波浪狀表面S153 的凸部156有部分平坦化為平坦面S156 ，與光阻層13完全貼合。
接著，利用一光源17朝向波浪狀光罩15的平坦表面S151 照射，對光阻層13進行第一次曝光步驟(S209)，其中光源17可為UV光或可見光。當光源17通過波浪狀光罩15時，其中一部份的光可不經過折射而通過平坦面S156 ，另一部份的光則在通過凹部154時發散，也就是說，可透光薄膜層153的凹部154可視為凹透鏡，因此，通過凸部156的平坦面S156 的光量相對於通過凹部154的光量來得多，藉此改變凸部156的平坦面S156 下方光阻層13部分的鍵結，如第1C圖所示，形成第一曝光區域131及未曝光區域130。
值得注意的是，藉由調整可透光薄膜層153的厚度以及材料，可增加週期性波浪狀表面S153 的波峰及波谷的振幅差異，以增加通過凹部154與通過凸部156的平坦面S156 的光量的對比，進而提升曝光效率。
請一併參考第1B圖及第1D圖，第1D圖顯示本發明的透明基板11的一實施例之俯視圖。如第1D圖所示，在本實施例中，光阻層13採用的為正光阻，經過步驟S209的第一次曝光步驟後，光阻層13形成第一曝光區域131，第一曝光區域131的線寬w1 大約與凸部156的平坦面S156 的寬度相等，約為100奈米(nm)~24微米(um)，第一曝光區域131的第一週期ax 大約等於週期性波浪狀表面S153 的週期，第一週期ax 大約與週期性波浪狀表面S153 的週期相等，約為300奈米(nm)～25微米(um)。
請再次參考第1B圖，經過步驟S209的第一次曝光步驟後，藉由一機台的部件(圖未示)對波浪狀光罩15持續施予一穩定的一外力F(S211)，所施的外力F不超過波浪狀光罩15的彈性限度，使波浪狀光罩15產生一維方向的形變，此外力F可為拉伸力或壓縮力。在一實施例中，施予外力F的步驟為沿著平行於波浪狀光罩15的平坦表面S151 的一水平軸線方向對波浪狀光罩15施予兩相反方向的拉伸力，例如沿著波浪狀光罩15的長邊的兩端拉伸，藉此增加波浪狀光罩15的週期性波浪狀表面S153 的週期大小。在另一實施例中，施予外力F的步驟為沿著平行於波浪狀光罩15的平坦表面S151 的一水平軸線方向對波浪狀光罩15施予兩相反方向的壓縮力，例如沿著波浪狀光罩15的長邊的兩端緊縮，藉此減少波浪狀光罩15的週期性波浪狀表面S153 的週期大小。
接著，將塗佈有光阻層13的透明基板11繞著垂直於透明基板11的一中心軸Z旋轉一預設角度(S213)，此預設角度例如為90度，然不以此為限。在一實施例中，對波浪狀光罩15施予一外力F的步驟S211與旋轉透明基板11的步驟S213可互相對調順序或同時進行。
請一併參考第1B圖及第1E圖，第1E圖顯示本發明的透明基板的一實施例之俯視圖。經過步驟S211調整波浪狀光罩15的週期性波浪狀表面S153 的週期大小，例如增加週期，並將透明基板11旋轉了預設角度後，例如90度，再對已經圖案化有第一曝光區域131的光阻層13進行第二次曝光步驟(S215)。如第1E圖所示，與第一次曝光相同，經過第二次曝光步驟後，光阻層13形成第二曝光區域133，第二曝光區域133與第一曝光區域131互相正交，兩個曝光區域131、133共同形成週期性光阻圖案區域13'，其中第二曝光區域133的線寬w2 大於第一曝光區域131的線寬w1 ，第二曝光區域133的第二週期ay 大於第一曝光區域131的第一週期ax 。第二週期ay 約為400奈米至30微米。
形成光阻圖案區域13'之後，對具有光阻圖案區域13'的光阻層13進行顯影步驟(S217)，以形成週期性的光阻圖案層13"，此光阻圖案層13"的結構可為長方形結構。接著，於具有光阻圖案層13"的透明基板11上鍍上一層金屬層19(S219)，如第1F圖所示，其中金屬層19包括位於透明基板11上的第一金屬層19a以及位於光阻圖案層13"上的第二金屬層19b。在一實施例中，金屬層19的材料可包括銀、金或鋁其中之一或合金，金屬層19形成的方法可為蒸鍍(Evaporation)或濺鍍(Sputtering)，其中濺鍍包括電漿濺鍍、射頻濺鍍、雙陰極濺鍍、磁控濺鍍或離子束濺鍍等，金屬層19的厚度約為30～200奈米。
最後，如第1G圖所示，利用丙酮(Acetone)等有機溶劑去除光阻圖案層13"以及光阻圖案層13"上方的第二金屬層19b(S221)，使光阻圖案層13"及第二金屬層19b移離(lift off)，而留下第一金屬層19a，藉此，第一金屬層19a於透明基板11上形成可讓可見光及紅外光穿透的週期性孔洞結構18。
此外，參考第1H圖，第1H圖顯示透明基板11的示意圖，透過上述製作步驟所形成具有長方形的週期性孔洞結構18的透明基板11，可用以作為極化彩色濾光片10，其中長方形的週期性孔洞結構18長度L約為200奈米至20微米，寬度W約為50奈米至20微米，週期性孔洞結構18的x軸方向的週期ax '約等於第一曝光區域131的第一週期ax ，週期性孔洞結構18的y軸方向的週期ay '約等於第二曝光區域133的第二週期ay 。
另外，第2B圖顯示依據本發明第二實施例之製作極化彩色濾光片的方法的步驟流程圖。第二實施例之製作方法與第一實施例大致相同，皆是利用波浪狀光罩15製作週期性孔洞結構18。其差異在於，在對波浪狀光罩施予一外力F(S211)之後，第二實施例是將波浪狀光罩15繞著垂直於波浪狀光罩15的一中心軸(圖未示)旋轉一預設角度(S213')，此預設角度例如為90度，然不以此為限。同樣地，對波浪狀光罩15施予外力F的步驟(S211)與旋轉波浪狀光罩15的步驟(S213')可互相對調。第二實施例亦可得到與第一實施例相同的極化彩色濾光片10。
請參考第3A至3B圖，第3A-3B圖分別為依據本發明一實施例之極化彩色濾光片的x方向極化及y方向極化光譜圖。請一併參考第1H圖，極化彩色濾光片10在一個平行於z軸的光源12的測試下，其中光源12可為未極化的紅外光或可見光，可得到如第3A圖的極化y方向的光譜分佈，說明了週期性孔洞結構18在不同的長寬比R(R =)之下，可濾出不同特定波長，故極化彩色濾光片10可作為濾光片。
如第3A圖所示，將長方形的週期性孔洞結構18的x軸方向的週期ax '與y軸方向的週期ay '皆為15微米，隨著長寬比R的增加(R=4到R=11)，極化y方向的光譜穿透率的曲線峰值所對應的波長也逐漸增加(從52微米偏移到76微米)，顯示出不同的極化彩色濾光片10的長寬比R，可過濾出不同的波長。然長方形的週期性孔洞結構18的結構不限於上述所指定。
同時，極化彩色濾光片10在一個平行於z軸的光源12的測試下，可得到如第3B圖的極化x方向的光譜分佈。由第3B圖可知，無論週期性孔洞結構18的長寬比R的大小為何，極化x方向的光譜的曲線相對地較為平坦，且穿透率皆在5%以下，顯示極化x方向的光無法大量地穿透週期性孔洞結構18。由第3A圖及第3B圖可知，極化彩色濾光片10具有將未極化的光源12極化為特定方向的偏極化光。
是故，由上述實施例可以得知，本發明是利用壓縮係數不同的兩種材質形成具有波浪狀的透明光罩，不需另外將金屬或其他物質去除而可直接作為光罩使用，且同一片光罩可於製作過程中，調整其波浪狀結構的週期，以製作出不同長寬比的週期性長方形孔洞結構，可過濾出不同波段的光，作為濾光及偏極化的極化彩色濾光片。藉此，可簡化繁瑣的微影製作流程，大量降低所需花費的成本，及可有效地大面積生產產品，可提供光電及生醫產業上的利用。
以上敍述依據本發明多個不同實施例，其中各項特徵可以單一或不同結合方式實施。因此，本發明實施方式之揭露為闡明本發明原則之具體實施例，應不拘限本發明於所揭示的實施例。進一步言之，先前敍述及其附圖僅為本發明示範之用，並不受其限囿。其他元件之變化或組合皆可能，且不悖于本發明之精神與範圍。
10．．．極化彩色濾光片
11．．．透明基板
12．．．光源
13．．．光阻層
13'．．．光阻圖案區域
130．．．未曝光區域
13"．．．光阻圖案層
131．．．第一曝光區域
133．．．第二曝光區域
15．．．波浪狀光罩
151．．．軟性透明基板
153．．．可透光薄膜層
154．．．凹部
156．．．凸部
17．．．光源
18．．．週期性孔洞結構
19．．．金屬層
19a．．．第一金屬層
19b．．．第二金屬層
S151 ．．．平坦表面
S153 ．．．週期性波浪狀表面
S156 ．．．平坦面
C．．．軸線
F．．．外力
Z．．．中心軸
ax 、ay 、ax '、ay '．．．週期
w1 、w2 ．．．線寬
W．．．寬度
L．．．長度
R．．．長寬比
S201~S213~S221．．．製作極化彩色濾光片的方法的第一實施例步驟
S201~S213'~S221．．．製作極化彩色濾光片的方法的第二實施例步驟
第1A圖至第1H圖顯示依據本發明一第一實施例之製作極化彩色濾光片的方法的過程示意圖。
第2A圖顯示依據本發明一第一實施例之製作極化彩色濾光片的方法的步驟流程圖。
第2B圖顯示依據本發明一第二實施例之製作極化彩色濾光片的方法的步驟流程圖。
第3A圖為依據本發明一實施例之極化彩色濾光片的y方向極化光譜圖。
第3B圖為依據本發明一實施例之極化彩色濾光片的x方向極化光譜圖。
S201~S221．．．製作極化彩色濾光片的方法的第一實施例步驟

Claims (26)

  1. 一種製作極化彩色濾光片的方法，包括：提供一透明基板，該透明基板上塗佈有一光阻層；備製一波浪狀光罩，該波浪狀光罩具有一週期性波浪狀表面以及與該週期性波浪狀表面相對的平坦表面，其中波浪狀光罩包括一軟性透明基板及一可透光薄膜層，該可透光薄膜層位於該軟性透明基板的上表面，該可透光薄膜層與該軟性透明基板的上表面呈一週期性波浪狀；將該週期性波浪狀表面與該光阻層接觸；對該光阻層進行第一次曝光，使該光阻層形成一第一曝光區域；對該波浪狀光罩施予一外力，使該波浪狀光罩產生形變；將該透明基板旋轉一預設角度；對該光阻層進行第二次曝光，使該光阻層形成一第二曝光區域；對該光阻層進行顯影步驟，使該光阻層圖案化為一光阻圖案層；於具有該光阻圖案層的該透明基板上鍍一層金屬層；及去除該光阻圖案層以及該光阻圖案層上的部份該金屬層，使剩餘的該金屬層於該透明基板上形成一週期性孔洞結構。
  2. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該軟性透明基板的材料為聚二甲基矽氧烷或聚亞醯胺。
  3. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該可透光薄膜層為一金屬薄膜或氧化物層。
  4. 如申請專利範圍第3項之製作極化彩色濾光片的方法，其中 該金屬薄膜的材料包括金或銀。
  5. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該可透光薄膜層的楊氏係數大於該軟性透明基板的楊氏係數。
  6. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中對該波浪狀光罩施予該外力的步驟包括沿一水平軸線方向對該波浪狀光罩施予兩相反方向的拉伸力。
  7. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中對該波浪狀光罩施予該外力的步驟包括沿一水平軸線方向對該波浪狀光罩施予兩相反方向的壓縮力。
  8. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該金屬層的材料包括銀、金或鋁。
  9. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該透明基板為矽晶圓、鍺晶圓或玻璃基板。
  10. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該光阻圖案層包括一週期性長方形結構。
  11. 如申請專利範圍第1項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該週期性孔洞結構分別為長方形孔洞結構。
  12. 如申請專利範圍第11項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該長方形孔洞結構的週期介於300奈米至30微米之間。
  13. 如申請專利範圍第12項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該長方形孔洞結構的長度介於200奈米至20微米之間，寬度介於50奈米至20微米之間。
  14. 一種製作極化彩色濾光片的方法，包括：提供一透明基板，該透明基板上塗佈有一光阻層；備製一波浪狀光罩，該波浪狀光罩具有一週期性波浪狀表面以及與該週期性波浪狀表面相對的平坦表面，其中該波浪狀光罩包括一軟性透明基板及一可透光薄膜層，該可透光 薄膜層位於該軟性透明基板的上表面，該可透光薄膜層與該軟性透明基板的上表面呈一週期性波浪狀；將該週期性波浪狀表面與該光阻層接觸；對該光阻層進行第一次曝光，使該光阻層形成一第一曝光區域；對該波浪狀光罩施予一外力，使該波浪狀光罩產生形變；將該波浪狀光罩旋轉一預設角度；對該光阻層進行第二次曝光，使該光阻層形成一第二曝光區域；對該光阻層進行顯影步驟，使該光阻層圖案化為一光阻圖案層；於具有該光阻圖案層的該透明基板上鍍一層金屬層；及去除該光阻圖案層以及該光阻圖案層上的部份該金屬層，使剩餘的該金屬層於該透明基板上形成一週期性孔洞結構。
  15. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該軟性透明基板的材料為聚二甲基矽氧烷或聚亞醯胺。
  16. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該可透光薄膜層為一金屬薄膜或氧化物層。
  17. 如申請專利範圍第16項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該金屬薄膜的材料包括金或銀。
  18. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該可透光薄膜層的楊氏係數大於該軟性透明基板的楊氏係數。
  19. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中對該波浪狀光罩施予該外力的步驟包括沿一水平軸線方向對該波浪狀光罩施予兩相反方向的拉伸力。
  20. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中對該波浪狀光罩施予該外力的步驟包括沿一水平軸線方向對該波浪狀光罩施予兩相反方向的壓縮力。
  21. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該金屬層的材料包括銀、金或鋁。
  22. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該透明基板為矽晶圓、鍺晶圓或玻璃基板。
  23. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該光阻圖案層包括一週期性長方形結構。
  24. 如申請專利範圍第14項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該週期性孔洞結構分別為長方形孔洞結構。
  25. 如申請專利範圍第24項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該長方形孔洞結構的週期介於300奈米至30微米之間。
  26. 如申請專利範圍第25項之製作極化彩色濾光片的方法，其中該長方形孔洞結構的長度介於200奈米至20微米之間，寬度介於50奈米至20微米之間。
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