TWI625296B - 表面增強拉曼散射元件之製造方法 - Google Patents

表面增強拉曼散射元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係表面增強拉曼散射元件之製造方法，該表面增強拉曼散射元件包括：基板；成形層，其包含微細構造部；及導電體層，其構成產生表面增強拉曼散射之光學功能部；且該表面增強拉曼散射元件之製造方法包括：第1步驟，其於包含複數個與基板對應之部分之晶圓之主要面形成奈米壓印層；第2步驟，其於第1步驟之後，使用具有與微細構造部對應之圖案之模具，將圖案轉印至奈米壓印層，藉此針對與基板對應之每一部分，形成與包含微細構造部之成形層對應之部分；第3步驟，其於第2步驟之後，於微細構造部上形成導電體層；及第4步驟，其於第2步驟之後，針對與基板對應之每一部分而切斷晶圓。

Description

表面增強拉曼散射元件之製造方法
本發明係關於一種表面增強拉曼散射元件之製造方法。
作為先前之表面增強拉曼散射元件，眾所周知有具備使表面增強拉曼散射(SERS：Surface Enhanced Raman Scattering)產生之微小金屬構造體者(例如，參照專利文獻1及非專利文獻1)。於如此之表面增強拉曼散射元件中，若使成為拉曼分光分析之對象之試料與微小金屬構造體接觸，於該狀態下對該試料照射激發光，則產生表面增強拉曼散射，放出增強至例如108倍左右之拉曼散射光。
作為製造如上所述之表面增強拉曼散射元件之方法，例如於專利文獻2中記載有如下方法：藉由蒸鍍法而於基板上形成複數個微小之柱部，進而，藉由蒸鍍法而於柱部之頂部形成金屬膜，藉此製成微小金屬構造體。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-33518號公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-75348號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]“Q-SERSTM G1 Substrate”，[online]，optoscience股份有限公司，[平成24年7月19日檢索]，因特網<URL：http：//www.optoscience.com/maker/nanova/pdf/Q-SERS_G1.pdf>
然而，於如上所述之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，藉由蒸鍍而於基板上形成複數個微小之柱部，故而有柱部之形成時間變長，又，柱部之形狀不穩定之虞。
因此，本發明之目的在於提供可效率良好且穩定地製造表面增強拉曼散射元件之表面增強拉曼散射元件之製造方法。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法係如下表面增強拉曼散射元件之製造方法，該表面增強拉曼散射元件包括：基板，其具有主要面；成形層，其形成於主要面上，且包含微細構造部；及導電體層，其形成於微細構造部上，且構成產生表面增強拉曼散射之光學功能部；且該表面增強拉曼散射元件之製造方法包括：第1步驟，其於包含複數個與基板對應之部分之晶圓之主要面形成奈米壓印層；第2步驟，其於第1步驟之後，使用具有與微細構造部對應之圖案之模具，將圖案轉印至奈米壓印層，藉此針對與基板對應之每一部分，形成包含微細構造部之成形層；第3步驟，其於第2步驟之後，於微細構造部上形成導電體層；及第4步驟，其於第2步驟之後，針對與基板對應之每一部分而切斷晶圓。
該表面增強拉曼散射元件之製造方法中，藉由將模具之圖案轉印至晶圓上之奈米壓印層，而針對與基板對應之每一部分，形成包含微細構造部之成形層。藉此，可效率良好且穩定地形成微細構造部。因此，根據該表面增強拉曼散射元件之製造方法，可效率良好且穩定地製造表面增強拉曼散射元件。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，第4步驟亦可於第3步驟之後進行。於該情形時，可對晶圓上之複數個微 細構造部總括地形成導電體層，故而可更效率良好地製造表面增強拉曼散射元件。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，模具亦可具有可撓性。於該情形時，模具自奈米壓印層之脫模變得容易。又，於該情形時，於相對較大之變形等存在於晶圓時，模具仿照晶圓之變形等，故而可穩定地形成微細構造部。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，模具亦可具有彈性。於該情形時，於異物等介置於模具與奈米壓印層之間時，異物等容易咬入至模具側。因此，可抑制轉印不良之範圍。又，於該情形時，模具之圖案容易追隨奈米壓印層，故而可穩定地形成微細構造部。進而，於該情形時，於相對較小之凹凸等存在於晶圓時，模具仿照晶圓之凹凸等，故而可更穩定地形成微細構造部。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可為模具具有複數個圖案，且在第2步驟中，使用該模具，將複數個圖案同時轉印至奈米壓印層。於該情形時，可對晶圓上之奈米壓印層總括地形成複數個微細構造部，故而可更效率良好地製造表面增強拉曼散射元件。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可為於模具中，複數個圖案相互分離，且在第2步驟中，使用該模具，以複數個微細構造部相互分離之方式，將複數個圖案同時轉印至奈米壓印層亦可。於該情形時，可將相鄰之微細構造部之間作為晶圓之切斷時之標準，而容易地進行晶圓之切斷。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可為於模具中，複數個圖案為連續，且在第2步驟中，使用該模具，以複數個微細構造部連續之方式，將複數個圖案同時轉印至奈米壓印層。於該情形時，與將複數個微細構造部以相互分離之方式而形成之 情形相比，可於較小之範圍形成較多之微細構造部，從而可自晶圓獲得更多之表面增強拉曼散射元件。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可在第4步驟中，將存在於通過與基板對應之部分間之切斷預定線上之成形層及導電體層與晶圓一起切斷。於該情形時，遍及與基板對應之部分之全部，一體形成成形層及導電體層，故而可更效率良好地製造表面增強拉曼散射元件。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可在第4步驟中，藉由自沿著切斷預定線形成於晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於切斷預定線上之成形層及導電體層與晶圓一起切斷。於該情形時，無須於成形層及導電體層形成切斷之起點，故而可抑制微細構造部及光學功能部受到損傷。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可為成形層包含在基板之主要面上支持微細構造部之支持部，及於基板之主要面上包圍支持部之環狀之框部，在第4步驟中，藉由自沿著通過與基板對應之部分間之切斷預定線形成於晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於切斷預定線上之框部及導電體層與晶圓一起切斷。於該情形時，可由框部較佳地緩衝由切斷所引起之衝擊等，故而於切斷時可抑制微細構造部及光學功能部受到損傷。
本發明之一態樣之表面增強拉曼散射元件之製造方法中，亦可在第4步驟中，藉由將聚光點對準晶圓之內部照射雷射光作為切斷之起點，而沿著切斷預定線於晶圓之內部形成改質區域。於該情形時，晶圓之內部之雷射光之聚光點附近以外幾乎不受雷射光之照射之影響，故而於切斷時可抑制微細構造部及光學功能部受到損傷。又，可利用自改質區域進展之龜裂，而將切斷預定線上之成形層及導電體層與晶圓一起精度良好地切斷。
根據本發明，可提供可效率良好且穩定地製造表面增強拉曼散射元件之表面增強拉曼散射元件之製造方法。
1‧‧‧SERS單元(表面增強拉曼散射單元)
2‧‧‧操作基板
2a‧‧‧正面
3‧‧‧SERS元件(表面增強拉曼散射元件)
4‧‧‧基板
4a‧‧‧正面(主要面)
4b‧‧‧背面
5‧‧‧成形層
6‧‧‧導電體層
7‧‧‧微細構造部
8‧‧‧支持部
8a‧‧‧正面
9‧‧‧框部
10‧‧‧光學功能部
40‧‧‧晶圓
40a‧‧‧正面(主要面)
40b‧‧‧背面
50‧‧‧奈米壓印層
71‧‧‧支柱
C‧‧‧凹部
CL‧‧‧切斷預定線
E‧‧‧膠帶
F‧‧‧膜基材
L‧‧‧雷射光
M1‧‧‧母模
M2‧‧‧母模
M7‧‧‧微細構造部
M8‧‧‧支持部
M9‧‧‧框部
MP‧‧‧圖案
P‧‧‧聚光點
R‧‧‧複製模
RA‧‧‧改質區域
RP‧‧‧圖案
TF‧‧‧拉伸荷重
圖1係具備本發明之一實施形態之表面增強拉曼散射元件之表面增強拉曼散射單元之俯視圖。
圖2係沿著圖1之II-II線之剖面圖。
圖3係圖2之光學功能部之放大剖面圖。
圖4係圖2之光學功能部之SEM(scanning electron microscope，掃描式電子顯微鏡)照片。
圖5(a)-(c)係表示圖1之表面增強拉曼散射元件之製造步驟之立體圖。
圖6(a1)、(a2)、(b1)、(b2)、(c)係表示圖1之表面增強拉曼散射元件之製造步驟之立體圖。
圖7係表示切斷晶圓之步驟之剖面圖。
圖8係表示切斷晶圓之步驟之立體圖。
圖9係表示本發明之另一實施形態之表面增強拉曼散射元件之製造步驟之立體圖。
圖10係表示圖3之變化例之放大剖面圖。
圖11係表示切斷晶圓之步驟之變化例之剖面圖。
圖12係表示切斷晶圓之步驟之變化例之剖面圖。
圖13係表示切斷晶圓之步驟之變化例之剖面圖。
以下，參照圖式對本發明之一實施形態進行詳細說明。再者，於各圖中對相同或相當部分附上相同符號，並省略重複之說明。
如圖1及圖2所示，SERS單元(表面增強拉曼散射單元)1包括 操作基板2及安裝於操作基板2上之SERS元件(表面增強拉曼散射元件)3。操作基板2為矩形板狀之載玻片、樹脂基板或陶瓷基板等。SERS元件3於偏向於操作基板2之長邊方向之一端部之狀態下，配置於操作基板2之正面2a。
SERS元件3包括安裝於操作基板2上之基板4，形成於基板4上之成形層5，及形成於成形層5上之導電體層6。基板4係藉由矽或玻璃等而形成為矩形板狀，且具有數百μm×數百μm~數十mm×數十mm左右之外形及100μm~2mm左右之厚度。基板4之背面4b係藉由直接接合、使用焊錫等金屬之接合、共晶接合、利用雷射光之照射等而進行之熔融接合、陽極接合、或使用樹脂之接合，而固定於操作基板2之正面2a。
如圖3所示，成形層5包含微細構造部7、支持部8、及框部9。微細構造部7為具有週期性圖案之區域，且於成形層5之中央部形成於與基板4相反側之表層。於微細構造部7，具有數nm~數百μm左右之直徑及高度之圓柱狀之複數個支柱71沿著基板4之正面(主要面)4a，以數十nm~數百nm左右之間距而週期性地排列。於自基板4之厚度方向觀察之情形時，微細構造部7具有數百μm×數百μm~數十mm×數十mm左右之矩形狀之外形。支持部8為支持微細構造部7之矩形狀之區域，且形成於基板4之正面4a。框部9為包圍微細構造部7及支持部8之矩形環狀之區域，且形成於基板4之正面4a。支持部8及框部9具有數十nm~數十μm左右之厚度。
自支持部8之正面8a至框部9中與基板4相反側之表面為止之距離(框部9之高度)高於微細構造部7之高度。再者，如圖10所示，框部9之高度亦可與微細構造部7之高度大致相同。於框部9之高度與微細構造部7之高度大致相同之情形時，與框部9之高度高於微細構造部7之高度之情形時相比較，微細構造部7之端部之複製模 R(下述)與框部9之接觸面之面積變小(換言之，表面能量變小)。因此，於將複製模R自成形層5脫模時，可抑制微細構造部7之端部之複製模R及框部9之兩者之構造物之損傷。進而，於成形層5中，可使奈米壓印樹脂之使用量相對變少。再者，亦可使框部9之高度低於微細構造部7之高度，認為於該情形時，亦可獲得成形時之上述效果。但是，自保護微細構造部7之觀點考慮，較理想的是框部9之高度為微細構造部7之高度以上。因此，如圖10所示，若使框部9之高度與微細構造部7之高度大致相同，則可同時實現形成時之上述效果與微細構造部7之保護。
成形層5例如藉由奈米壓印法將配置於基板4上之樹脂(丙烯酸系、氟系、環氧系、矽酮系、胺基甲酸酯系、PET、聚碳酸酯、無機有機混合材料等)或低熔點玻璃成形，藉此一體地形成。
導電體層6自微細構造部7遍及框部9而形成。於微細構造部7中，導電體層6形成於支柱71之表面、及露出於與基板4相反側之支持部8之正面8a。導電體層6具有數nm~數μm左右之厚度。如此之導電體層6例如，藉由在由奈米壓印法而成形之成形層5蒸鍍金屬(Au、Ag、Al、Cu或Pt等)等導電體而形成。SERS元件3中，藉由形成於支柱71之正面及支持部8之正面8a之導電體層6，而構成產生表面增強拉曼散射之光學功能部10。
圖4係圖2之光學功能部之SEM照片。圖4所示之光學功能部係於具有以特定之間距(中心線間距離360nm)而週期性地排列之複數個支柱(直徑120nm，高度180nm)之奈米壓印樹脂製之微細構造部，作為導電體層，以膜厚成為50nm之方式而蒸鍍Au者。
以如上方式構成之SERS單元1以如下方式而被使用。首先，準備SERS單元1。繼而，使用滴管等，將溶液之試料(或者，使粉體之試料分散於水或乙醇等溶液中而成者(以下相同))滴下至由成形層5之 支持部8與框部9而劃成之凹部C，將試料配置於光學功能部10上。繼而，為了使透鏡效果降低，將覆蓋玻璃載置於框部9上，使之與溶液之試料密接。
繼而，將SERS單元1設置於拉曼分光分析裝置，對配置於光學功能部10上之試料經由覆蓋玻璃而照射激發光。藉此，於光學功能部10與試料之界面產生表面增強拉曼散射，來自試料之拉曼散射光增強至例如108倍左右而放出。因此，在拉曼分光分析裝置中，可實現高感度、高精度之拉曼分光分析。
再者，向光學功能部10上配置試料之方法除了上述方法以外，並有如下方法。例如，亦可握持操作基板2，使SERS元件3浸漬於溶液之試料(或者，使粉體之試料分散於水或乙醇等溶液中而成者)後升起，進行噴吹而使試料乾燥。又，亦可將溶液之試料(或者，使粉體之試料分散於水或乙醇等溶液中而成者)微量滴下至光學功能部10上，使試料自然乾燥。又，亦可使粉體之試料直接分散於光學功能部10上。再者，於該等形態之情形時，不一定要於測定時配置覆蓋玻璃。
其次，對SERS元件3之製造方法進行說明。首先，如圖5(a)所示，準備母模M1及膜基材F。母模M1具有矩陣狀地排列之複數個圖案MP。各圖案MP包含與微細構造部7對應之微細構造部M7，及支持微細構造部M7之支持部M8。於母模M1中，複數個圖案MP隔著與框部9對應之框部M9而相互分離。再者，亦可對母模M1藉由脫模劑等實施表面處理，以便能夠於後續步驟中容易脫模。
繼而，將膜基材F抵壓於母模M1，於該狀態下加壓及加熱，藉此將母模M1之圖案MP轉印至膜基材F(熱奈米壓印)。繼而，藉由將膜基材F自母模M1脫模，如圖5(b)所示，獲得具有複數個與母模M1之圖案MP相反之圖案RP之複製模(複製膜)R。於複製模R中， 複數個圖案RP相互分離。此處，複製模R具有彈性、及可撓性。該等彈性及可撓性例如來自於膜基材F之材料(例如，PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、聚碳酸酯、矽酮、聚醯亞胺、或氟系樹脂等)或膜基材F之厚度等。藉此，複製模R較之由石英、矽、或鎳等硬質之材料而形成之模具具有彈性及可撓性。進而，複製模R較之晶圓40(下述)具有彈性及可撓性。藉由重複以上之步驟，可獲得複數個複製模R。再者，複製模R亦可為於膜基材F上塗佈樹脂(例如，環氧系樹脂、丙烯酸系樹脂、氟系樹脂、矽酮系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、或有機無機混合樹脂等)而形成者。於塗佈於膜基材上之樹脂具有UV(ultraviolet，紫外線)硬化性之情形時，藉由並非熱奈米壓印，而是照射UV使塗佈於膜基材上之樹脂硬化，而可獲得複製模R(UV奈米壓印)。再者，亦可對複製模R由脫模劑等實施表面處理，以使可於後續步驟中容易脫模。
繼而，如圖5(c)所示，準備包含複數個與基板4對應之部分之晶圓40，於其正面40a塗佈UV硬化性之樹脂，藉此於晶圓40上形成成為成形層5之奈米壓印層50。
繼而，將複製模R抵壓於晶圓40上之奈米壓印層50，於該狀態下照射UV而使奈米壓印層50硬化，藉此將複製模R之複數個圖案RP同時轉印至奈米壓印層50。繼而，將複製模R自奈米壓印層50脫模。藉此，於晶圓40上，針對與基板4對應之每一部分，而形成具有微細構造部7之成形層5。複數個微細構造部7以隔著框部9相互分離之方式而形成，相鄰之框部9以連續之方式而形成。藉由重複以上之步驟，可獲得複數個於主要面40a上形成有複數個微細構造部7之晶圓40。
繼而，如圖6(a1)所示，藉由電阻加熱蒸鍍或電子束蒸鍍等蒸鍍法或濺鍍法，而於成形層5上成膜Au、Ag等金屬，形成導電體層 6。藉此，於晶圓40上，針對與基板4對應之每一部分，而形成光學功能部10。晶圓40中，複數個光學功能部10以相互分離之方式而形成，導電體層6以遍及相鄰之框部9間連續之方式而形成。繼而，如圖6(b1)所示，針對與基板4對應之每一部分，而將晶圓40、成形層5及導電體層6切斷，藉此獲得複數個SERS元件3。更具體而言，以通過與基板4對應之部分間之方式而將切斷預定線設定為格子狀，沿著各切斷預定線而將晶圓40切斷，並且將存在於切斷預定線上之成形層5之框部9及導電體層6切斷。繼而，如圖6(c)所示，將所切出之SERS元件3固定(安裝)於操作基板2而獲得SERS單元1，並捆包該SERS單元1。
此處，如圖6(a2)所示，針對與基板4對應之每一部分，而將晶圓40及成形層5切斷為晶片，如圖6(b2)所示，於各晶片之微細構造部7上形成導電體層6，如圖6(c)所示，進行安裝及捆包亦可。於該情形時，於將晶圓40及成形層5切斷之後形成導電體層6，故而可抑制污染包含光學功能部10之導電體層6。
上述晶圓40之切斷例如以如下方式實施。此處，對與晶圓40一起切斷成形層5及導電體層6之情形(圖6(a1)、(b1)之情形)進行說明。
首先，如圖7所示，將具有透光性之膨脹帶等膠帶E貼附於晶圓40之背面40b。繼而，隔著膠帶E將聚光點P對準晶圓40之內部照射雷射光L，沿著切斷預定線CL而於晶圓40之內部形成改質區域RA。
繼而，如圖8所示，藉由對膠帶E施加拉伸荷重TF，而使龜裂自形成於晶圓40之內部之改質區域RA向晶圓40之厚度方向進展，將存在於切斷預定線CL上之成形層5之框部9及導電體層6與晶圓40一起切斷。
此處，於利用由拉伸荷重所引起之龜裂之進展而切斷存在於切斷預定線CL上之成形層5之框部9及導電體層6之情形時，框部9之厚度為50μm以下較佳，導電體層6之厚度為2μm以下較佳。於該等情形時，可沿著切斷預定線CL而將存在於切斷預定線CL上之成形層5之框部9及導電體層6精度良好地切斷。
以上，於SERS元件3之製造方法中，藉由將複製模R之圖案RP轉印至晶圓40上之奈米壓印層50，而針對與基板4對應之每一部分，形成包含微細構造部7之成形層5。藉此，可效率良好且穩定地形成微細構造部7。因此，根據該SERS元件3之製造方法，可效率良好且穩定地製造SERS元件3。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟係於在微細構造部7上形成導電體層6之步驟之後進行。因此，可對晶圓40上之複數個微細構造部7總括地形成導電體層6，故而可更效率良好地製造SERS元件3。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有可撓性。因此，模具自奈米壓印層之脫模變得容易。尤其，本實施形態之製造方法中，為了同時形成複數個成形層5，而使用具有複數個圖案RP之複製模R，故而更佳地發揮脫模之容易化之效果。於使用硬質之模具之情形時，由矽或玻璃等而形成之晶圓40亦硬，故而必須將模具及晶圓40向相互垂直方向相反側撕下。於該情形時，表面能量非常高，須要注意成形層5之剝離、及模具或基板4之破損等。另一方面，於使用具有可撓性之複製模R之情形時，可以較小之能量將複製模R自端部撕下，故而脫模變得容易，且抑制成形層5之剝離、及模具或基板4之破損等。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有可撓性，故而於相對較大之變形等存在於晶圓40時，複製模R仿照晶圓40 之變形等，故而可穩定地形成微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有彈性。此處，若異物等介置於複製模R與奈米壓印層50之間，則於使用硬質之模具之情形時，有異物咬入至奈米壓印層50側，並且因異物之咬入而擠退之奈米壓印層50之一部分以包圍異物等之方式而突出之情形。又，於使用硬質之模具之情形時，於奈米壓印層50中，有於咬入異物等之附近，產生無法轉印圖案RP之區域之情形。進而，於使用硬質之模具之情形時，若使加壓力增加，則有因異物等壓碎，而如上所述之可突出之區域或無法轉印圖案RP之區域之不良區域擴大之情形。另一方面，於使用具有彈性之模具之情形時，異物容易咬入至模具側，故而可將不良區域抑制為與異物等同等之尺寸。因此，可抑制轉印不良之範圍。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有彈性，故而複製模R之圖案容易追隨奈米壓印層50。因此，可更穩定地形成微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有彈性，故而於相對較小之凹凸等存在於晶圓40時，複製模R仿照晶圓40之凹凸等，故而可進而穩定地形成微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有複數個圖案RP，形成包含微細構造部7之成形層5之步驟中，使用複製模R，將複數個圖案RP同時轉印至奈米壓印層50。因此，可對晶圓40上之奈米壓印層50總括地形成複數個微細構造部7，故而可更效率良好地製造SERS元件3。
此處，於藉由所謂步驟&重複而依序形成複數個成形層5之情形時，亦考慮奈米壓印層50向較所期望之範圍更外側露出之情形，必須將相鄰之圖案RP之間之距離設定得較大。相對於此，於上述 SERS元件3之製造方法中，使用具有複數個圖案RP之複製模R同時形成複數個成形層5，故而與依序形成複數個成形層5之情形相比，可將更多之圖案RP配置於晶圓40上，從而可更效率良好地製造SERS元件3。
又，於藉由步驟&重複而形成成形層5之情形時，為了對1片晶圓40依序形成複數個成形層5而非常花費時間。進而，於其複數次之成形中，於奈米壓印層50之一部分脫模時附著於複製模R側，於其以後之成形中，該附著之部分於下一次成形時被轉印，藉此須要注意良率降低之情況。相對於此，於上述SERS元件3之製造方法中，同時形成複數個成形層5，故而可獲得高生產性、及高良率。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，於複製模R中，複數個圖案RP相互分離，形成包含微細構造部7之成形層5之步驟中，使用複製模R，以複數個微細構造部7相互分離之方式，而將複數個圖案RP同時轉印至奈米壓印層50。因此，可作為於相鄰之微細構造部7、7之間切斷晶圓40時之標準，容易地進行晶圓40之切斷。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複數個微細構造部7以相互分離之方式而形成。因此，本實施形態之製造方法中，例如，可於複數個微細構造部7之間改變支柱71之間距。
此處，如上所述，於藉由熱奈米壓印或UV奈米壓印而形成複製模R之情形時，若將支柱71之間距設定得較小，則複製模R構成為於有助於微細構造部7之形成之中央部分相對較薄，於外緣部分相對較厚。藉由如此之複製模R而形成之SERS元件3構成為於形成有微細構造部7之中央部分相對較厚，於外緣部分相對較薄。中央部分相對較厚之SERS元件3中，於將複製模R自成形層5脫模時，容易維持中央部分之微細構造部7之形狀。因此，中央部分相對較厚之SERS元件3具有可抑制微細構造部7產生損傷之特性。
另一方面，於藉由熱奈米壓印或UV奈米壓印而形成複製模R之情形時，若將支柱71之間距設定得較大，則複製模R構成為於有助於微細構造部7之形成之中央部分相對較厚，於外緣部分相對較薄。藉由如此之複製模R而形成之SERS元件3構成為於形成有微細構造部7之中央部分相對較薄，於外緣部分相對較厚。中央部分相對較薄之SERS元件3中，於形成有微細構造部7之中央部分由硬化收縮、或者熱膨脹所引起之成形層5之變形量降低。又，中央部分相對較薄之SERS元件3中，由於外緣部分相對較厚，由與基板4之熱膨脹係數差所引起之變形得到緩和。因此，中央部分相對較薄之SERS元件3具有可使表面增強拉曼散射之特性穩定之特性。
上述SERS元件3之製造方法中，可於複數個微細構造部7之間改變支柱71之間距，故而可同時成形厚度之分佈構成相互不同之複數個SERS元件3。因此，本實施形態之製造方法中，可同時形成所要求之特性相互不同之複數個SERS元件3。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，將存在於通過與基板4對應之部分間之切斷預定線CL上之成形層5及導電體層6與晶圓40一起切斷。因此，可遍及與基板4對應之部分之全部，而一體形成成形層5及導電體層6，故而可更效率良好地製造SERS元件3。又，遍及切斷晶圓40時之切斷預定線CL而存在導電體層6，故而可效率良好配置微細構造部7。又，可省略用以於成形層5及導電體層6形成切割線之步驟。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，藉由使龜裂自沿著切斷預定線CL形成於晶圓40之改質區域RA進展，而將存在於切斷預定線CL上之成形層5及導電體層6與晶圓40一起切斷。因此，無須於成形層5 及導電體層6上形成切斷之起點，故而可抑制微細構造部7及光學功能部10受到損傷。
此處，例如，於藉由雷射而切斷成形層5及導電體層6之情形時，會有形成成形層5及導電體層6之材料變質(例如，由熱熔融所引起之構造變化、及碳化等)之虞。又，例如，於藉由刀片切割而切斷成形層5及導電體層6之情形時，會有因切削刀及切削劑(例如，水、油、及氣體等)等而導致形成成形層5及導電體層6之材料被污染之虞。相對於此，於上述SERS元件3之製造方法中，可防止成形層5及導電體層6之材料變質及污染等。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，成形層5包含於主要面4a上支持微細構造部7之支持部8，及於主要面4a上包圍支持部8之環狀之框部9，在針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，藉由使龜裂自沿著通過與基板4對應之部分間之切斷預定線CL形成於晶圓40之改質區域RA進展，而將存在於切斷預定線CL上之框部9及導電體層6與晶圓40一起切斷。因此，可於框部9較佳地緩衝由切斷所帶來之衝擊等，故而於切斷時可抑制微細構造部7及光學功能部10受到損傷。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，在針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，藉由將聚光點P對準晶圓40之內部照射雷射光L作為切斷之起點，而沿著切斷預定線CL於晶圓40之內部形成改質區域RA。因此，晶圓40之內部之雷射光L之聚光點P附近以外幾乎不受雷射光L之照射之影響，故而於切斷時可抑制微細構造部7及光學功能部10受到損傷。又，可利用自改質區域RA進展之龜裂，將切斷預定線CL上之成形層5及導電體層6與晶圓40一起精度良好地切斷。
此處，例如，於藉由刀片切割而切斷晶圓40之情形時，必須設 置用以保護微細構造部7之保護膜等。相對於此，於上述SERS元件3之製造方法中，可省略設置保護膜等之步驟。又，於設置保護膜等之情形時，須要注意不因該保護膜而污染微細構造部7。相對於此，於上述SERS元件3之製造方法中，則不須要如此之注意。
又，例如，於藉由刀片切割而切斷晶圓40之情形時，有產生成形層5自基板4剝離之虞。相對於此，於上述SERS元件3之製造方法中，藉由拉伸荷重而切斷框部9及導電體層6。因此，於上述SERS元件3之製造方法中，可抑制成形層5自基板4剝離。
其次，對另一實施形態之SERS單元之製造方法進行說明。
圖9係說明另一實施形態之製造方法之模式圖。本實施形態中，於奈米壓印時，於奈米壓印層50中以連續之方式而形成複數個微細構造部7。
本實施形態中，母模M2之圖案MP包含與成形層5之微細構造部7對應之微細構造部M7，及與成形層5之支持部8對應之支持部M8。再者，母模M2不包含與成形層5之框部9對應之框部M9(參照圖5(a))。於母模M2中，複數個圖案MP連續。
使用如此之母模M2之本實施形態之製造方法中，藉由熱奈米壓印或UV奈米壓印，而將母模M2之圖案MP轉印至膜基材F。繼而，將膜基材F自母模M2脫模。藉此，獲得具有複數個與母模M2之圖案MP相反之圖案RP之複製模R。於複製模R中，複數個圖案RP連續。
繼而，準備包含複數個與基板4對應之部分之晶圓40，於其正面(主要面)40a上，遍及與基板4對應之複數個部分，配置奈米壓印樹脂，一體形成奈米壓印層50。
繼而，藉由奈米壓印，而將複製模R之複數個圖案RP同時轉印至奈米壓印層50。此時，複數個微細構造部7以連續之方式而形 成。藉由與上述同樣地進行其餘之步驟，可獲得直至成形層5之外緣部分附近形成有支柱71之SERS元件3。
以上，於SERS元件3之製造方法中，藉由將複製模R之圖案RP轉印至晶圓40上之奈米壓印層50，而針對與基板4對應之每一部分，而形成包含微細構造部7之成形層5。藉此，可效率良好且穩定地形成微細構造部7。因此，根據該SERS元件3之製造方法，可效率良好且穩定地製造SERS元件3。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟係於在微細構造部7上形成導電體層6之步驟之後進行。因此，可對晶圓40上之複數個微細構造部7總括地形成導電體層6，故而可更效率良好地製造SERS元件3。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有可撓性。因此，模具自奈米壓印層之脫模變得容易，且抑制成形層5之剝離、及模具或基板4之破損等。尤其，本實施形態之製造方法中，為了同時形成複數個成形層5，而使用具有複數個圖案RP之複製模R，故而更佳地發揮該等效果。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有可撓性，故而於相對較大之變形等存在於晶圓40時，複製模R仿照晶圓40之變形等，故而可穩定地形成微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有彈性。因此，於異物等介置於複製模R與奈米壓印層50之間時，異物容易咬入至複製模R側，故而可將不良區域抑制為與異物等同等之尺寸。因此，可抑制轉印不良之範圍。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有彈性，故而複製模R之圖案容易追隨奈米壓印層50。因此，可更穩定地形成微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有彈性，故而於相對較小之凹凸等存在於晶圓40時，複製模R仿照晶圓40之凹凸等，故而可進而穩定地形成微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，複製模R具有複數個圖案RP，形成包含微細構造部7之成形層5之步驟中，使用複製模R，將複數個圖案RP同時轉印至奈米壓印層50。因此，可對晶圓40上之奈米壓印層50總括地形成複數個微細構造部7，故而可更效率良好地製造SERS元件3。又，與藉由所謂步驟&重複而依序形成複數個成形層5之情形時相比，可抑制奈米壓印層50露出，故而可將更多之圖案RP配置於晶圓40上，從而可進而效率良好地製造SERS元件3。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，於複製模R中，複數個圖案RP連續，形成包含微細構造部7之成形層5之步驟中，使用複製模R，以複數個微細構造部7連續之方式，而將複數個圖案同時轉印至奈米壓印層50。因此，與以相互分離之方式而形成複數個微細構造部7之情形相比，可於較小之範圍形成較多之微細構造部7。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，將存在於通過與基板4對應之部分間之切斷預定線CL上之成形層5及導電體層6與晶圓40一起切斷。因此，可遍及與基板4對應之部分之全部，而一體形成成形層5及導電體層6，故而可更效率良好地製造SERS元件3。又，遍及切斷晶圓40時之切斷預定線CL而存在導電體層6，故而可效率良好地配置微細構造部7。又，可省略用以於成形層5及導電體層6形成切割線之步驟。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，藉由使龜裂自沿著切斷預定線CL 形成於晶圓40之改質區域RA進展，而將存在於切斷預定線CL上之成形層5及導電體層6與晶圓40一起切斷。因此，無須於成形層5及導電體層6形成切斷之起點，故而可抑制微細構造部7及光學功能部10受到損傷。又，可防止成形層5及導電體層6之材料之變質、及污染等。
又，於上述SERS元件3之製造方法中，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟中，藉由將聚光點P對準晶圓40之內部照射雷射光L，而作為切斷之起點，沿著切斷預定線CL於晶圓40之內部形成改質區域RA。因此，晶圓40之內部之雷射光L之聚光點P附近以外幾乎不受雷射光L之照射之影響，故而於切斷時可抑制微細構造部7及光學功能部10受到損傷。又，可利用自改質區域RA進展之龜裂，將切斷預定線CL上之成形層5及導電體層6與晶圓40一起精度良好地切斷。又，可省略設置保護膜等之步驟，並且可防止由保護膜等所引起之微細構造部7之污染。又，可抑制成形層5自基板4剝離。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。例如，支柱71之剖面形狀並不限定於圓形，亦可為橢圓、或者三角形或四角形等多角形。如此，SERS元件3之各構成之材料及形狀並不限定於上述材料及形狀，可應用各種材料及形狀。又，支柱71之配置並不限定於矩陣狀，亦可為鋸齒狀之配置、三角格子狀之配置、或隨機之配置等。
又，導電體層6並不限定於直接地形成於微細構造部7上，亦可隔著用以使金屬相對於微細構造部7之密接性提高之緩衝金屬(Ti、Cr等)層等某些層，而間接地形成於微細構造部7上。
又，框部9包圍支持部8及微細構造部7，但亦可僅包圍支持部8。
又，圖5(a)~(c)所示之奈米壓印步驟如上所述，藉由重複使用尺寸小於晶圓40之複製模，而依序形成複數個成形層5亦可(步驟&重複)。
又，於使用龜裂自改質區域RA之進展之晶圓40之切斷中，亦可於形成導電體層6之前，形成改質區域RA。圖11~13係表示切斷晶圓之步驟之變化例之剖面圖。
首先，如圖11所示，於形成成形層5之後，形成導電體層6之前，將膨脹帶等膠帶E貼附於晶圓40之背面40b。繼而，自正面40a側經由成形層5而將聚光點P對準晶圓40之內部照射雷射光L，沿著切斷預定線CL於晶圓40之內部形成改質區域RA。再者，該例中，膠帶E亦可不具有透光性。又，膠帶E亦可於下述導電體層6之形成之後，貼附於晶圓40之背面40b。又，亦可根據圖11之改質區域RA之形成、下述圖12之導電體層6之形成、圖13之晶圓40之切斷之各段階，變更膠帶E之種類。
繼而，如圖12所示，於成形層5上成膜Au、Ag等金屬，形成導電體層6。藉此，於晶圓40上，針對與基板4對應之每一部分而形成光學功能部10。
繼而，如圖13所示，對膠帶E施加拉伸荷重TF，並且將具有凹凸(例如，鋸刀狀之凹凸)之切斷補助單元U隔著膠帶E而碰觸於晶圓40之背面40b，藉此使龜裂自形成於晶圓40之內部之改質區域RA向晶圓40之厚度方向進展，將存在於切斷預定線CL上之成形層5之框部9及導電體層6與晶圓40一起切斷。藉此，獲得複數個SERS元件3。繼而，將所切出之SERS元件3固定(安裝)於操作基板2而獲得SERS單元1，並捆包該SERS單元1。
該例中，雷射光L係自晶圓40之正面40a側照射，故而膠帶E亦可不具有透光性。因此，可擴大可選擇之膠帶E之種類之寬度。
又，針對與基板4對應之每一部分而切斷晶圓40之步驟係於在微細構造部7上形成導電體層6之步驟之後進行，故而可對晶圓40上之複數個微細構造部7總括地形成導電體層6，從而可更效率良好地製造SERS元件3。
又，改質區域RA係於形成導電體層6之前形成，形成導電體層6之後，藉由龜裂自改質區域RA之進展而切斷晶圓40，進行安裝及捆包即可，故而可減少自導電體層6之形成至安裝及捆包為止所需要之時間，從而可抑制包含光學功能部10之導電體層6被污染。
[產業上之可利用性]
根據本發明，可提供可效率良好且穩定地製造表面增強拉曼散射元件之表面增強拉曼散射元件之製造方法。

Claims (25)

  1. 一種表面增強拉曼散射元件之製造方法，該表面增強拉曼散射元件包括：基板，其具有主要面；成形層，其形成於上述主要面上，且包含微細構造部；及導電體層，其形成於上述微細構造部上，且構成產生表面增強拉曼散射之光學功能部；且該表面增強拉曼散射元件之製造方法包括：第1步驟，於包含複數個與上述基板對應之部分之晶圓之主要面形成奈米壓印層；第2步驟，於上述第1步驟之後，使用具有與上述微細構造部對應之圖案之模具，將上述圖案轉印至上述奈米壓印層，藉此針對與上述基板對應之每一上述部分，形成包含上述微細構造部之上述成形層；第3步驟，於上述第2步驟之後，於上述微細構造部上形成上述導電體層；及第4步驟，於上述第2步驟之後，針對與上述基板對應之每一上述部分而切斷上述晶圓。
  2. 如請求項1之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述第4步驟係於上述第3步驟之後進行。
  3. 如請求項1之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有可撓性。
  4. 如請求項2之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有可撓性。
  5. 如請求項1之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有彈性。
  6. 如請求項2之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有彈性。
  7. 如請求項3之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有彈性。
  8. 如請求項4之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有彈性。
  9. 如請求項1至8中任一項之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述模具具有複數個上述圖案，在上述第2步驟中，使用該模具，將複數個上述圖案同時轉印至上述奈米壓印層。
  10. 如請求項9之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中於上述模具中，複數個上述圖案相互分離，在上述第2步驟中，使用該模具，以複數個上述微細構造部相互分離之方式，將複數個上述圖案同時轉印至上述奈米壓印層。
  11. 如請求項9之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中於上述模具中，複數個上述圖案為連續，在上述第2步驟中，使用該模具，以複數個上述微細構造部連續之方式，將複數個上述圖案同時轉印至上述奈米壓印層。
  12. 如請求項1至8中任一項之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，將存在於通過與上述基板對應之上述部分間之切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  13. 如請求項9之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，將存在於通過與上述基板對應之上述部分間之切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  14. 如請求項10之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，將存在於通過與上述基板對應之上述部分間之切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  15. 如請求項11之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，將存在於通過與上述基板對應之上述部分間之切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  16. 如請求項12之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由自沿著上述切斷預定線形成於上述晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於上述切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  17. 如請求項13之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由自沿著上述切斷預定線形成於上述晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於上述切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  18. 如請求項14之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由自沿著上述切斷預定線形成於上述晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於上述切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  19. 如請求項15之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由自沿著上述切斷預定線形成於上述晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於上述切斷預定線上之上述成形層及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  20. 如請求項10之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中上述成形層包含在上述基板之上述主要面上支持上述微細構造部之支持部，及於上述基板之上述主要面上包圍上述支持部之環狀之框部，在上述第4步驟中，藉由自沿著通過與上述基板對應之上述部分間之切斷預定線形成於上述晶圓之切斷之起點使龜裂進展，而將存在於上述切斷預定線上之上述框部及上述導電體層與上述晶圓一起切斷。
  21. 如請求項16之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由將聚光點對準上述晶圓之內部照射雷射光作為上述切斷之起點，而沿著上述切斷預定線於上述晶圓之內部形成改質區域。
  22. 如請求項17之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由將聚光點對準上述晶圓之內部照射雷射光作為上述切斷之起點，而沿著上述切斷預定線於上述晶圓之內部形成改質區域。
  23. 如請求項18之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由將聚光點對準上述晶圓之內部照射雷射光作為上述切斷之起點，而沿著上述切斷預定線於上述晶圓之內部形成改質區域。
  24. 如請求項19之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由將聚光點對準上述晶圓之內部照射雷射光作為上述切斷之起點，而沿著上述切斷預定線於上述晶圓之內部形成改質區域。
  25. 如請求項20之表面增強拉曼散射元件之製造方法，其中在上述第4步驟中，藉由將聚光點對準上述晶圓之內部照射雷射光作為上述切斷之起點，而沿著上述切斷預定線於上述晶圓之內部形成改質區域。
TW102128767A 2012-08-10 2013-08-09 表面增強拉曼散射元件之製造方法 TWI625296B (zh)

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