TWI728489B - 利用可溶解性模仁的壓印方法及相關壓印系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種壓印方法,其包含:添加可溶解性材料至樣模內;固化可溶解性材料以形成可溶解性模仁,模仁具有模仁結構;黏附可解離性膠帶至可溶解性模仁,並自樣模取出模仁;放置模仁於待轉印物件的高分子材料層上;施予高溫與壓力至可溶解性模仁,使高分子材料層具有對應模仁結構的轉印結構並固化且使可解離性膠帶解離;以及提供溶劑溶解可溶解性模仁,以取得具轉印結構的轉印物件。
Description
本發明關於一種壓印方法,特別攸關一種利用可溶解性模仁的壓印方法及相關壓印系統。
於顯示器與照明燈等電子產品中,光學元件利用微細結構(奈米至微米等級尺寸)控制光學特性,如:光反射或光繞射。微細結構的形成可採用光刻(photolithography)、電子束蝕刻(electron beam lithography)、壓印(imprint)、分子轉移光刻(molecular transfer lithography)技術實現。
所謂「壓印」係透過轉印具特殊結構的模具至物件上,使物件形成微細結構的技術。自轉印物件移除模具的過程稱作「脫模(mold release)」。基於模具與轉印物件間具良好附著性,脫模後易導致部分模具殘留於轉印物件上。此種現象不僅加快模具毀損,亦造成微細結構產生缺陷。美國專利公告號US6,849,558B2與美國專利公開號US2006/0249886A1均使用水溶解聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)模具。此種可溶解性模具的製作為灌注可溶解性材料至樣模內固化後取得,之後利用預製件(preform)自樣模取出模具。依Journal of Vacuum Science & Technology B 21,2961(2003)所述,預製件與可溶解性材料為相同材料組成的,而於可溶解性材料完全固化前附著至可溶解性材料。一般而言,可溶解性材料的濃度與厚度均會影響固化時間,因此預製件於可溶解性材料
固化至何種程度下始能附著恐考驗著操作人員的專業與經驗。
所謂「分子轉移光刻」係將填充有光阻材料於特殊排列之孔隙內的模具置於物件後,透過光照與蝕刻以於物件未覆蓋有光阻材料之處形成微細結構。同樣地,依Nanotechnology 24(2013)085302(6pp)所述,模具雖為可溶解性模具,但由於採用滾輪方式使模具均勻地置於物件上,因而造成後續所得之微細結構間距擴張而變形。
準此,本發明提出一種壓印方法,其包含:添加一可溶解性材料至一樣模內;固化可溶解性材料以形成一可溶解性模仁,模仁具有一模仁結構;黏附一可解離性膠帶至可溶解性模仁,並自樣模取出模仁;放置模仁於一待轉印物件的一高分子材料層上;施予高溫與壓力至可溶解性模仁,使高分子材料層具有一對應模仁結構的轉印結構並固化且使可解離性膠帶解離;以及提供一溶劑溶解可溶解性模仁,以取得具轉印結構的轉印物件。
較佳地,模仁取出步驟包含:以一環形框圍繞模仁,環形框具有一支撐部以及一操作部,支撐部與操作部連接成一L型;黏附膠帶至可溶解性模仁,使膠帶的一突出部黏著於支撐部;以及以側向剝離方式控制操作部使模仁自樣模離開。
較佳地,膠帶的材料為熱解離性發泡膠。
較佳地,模仁具有一第一對位記號;而模仁放置步驟包含:放置待轉印物件於一機台平台上,待轉印物件具有一基材層於高分子材料層與機台平台間,機台平台具有一第二對位記號;放置可溶解性模仁於平台上的高分子材料層上;確認第一對位記號與第二對位記號是否對齊;以及若對齊,則進行後續
施予高溫與壓力步驟;若未對齊,則以平台為X-Y平面調整模仁的X軸與Y軸位置與其於X-Y平面的θ角,直至第一對位記號與第二對位記號對齊。
較佳地,施予高溫與壓力步驟包含:對可溶解性模仁遠離高分子材料層的一表面施予正壓;及/或對可溶解性模仁朝向高分子材料層的另一表面施予負壓。
較佳地,可溶解性材料為聚乙烯醇,溶劑為水。
根據本發明,於可溶解性材料完全固化後始黏附膠帶至模仁上,以便於操作自樣模取出模仁,藉此得以提高操作的普及性。另外,透過模仁對位記號與機台平台對位記號的配置,可準確地放置模仁於高分子材料層上,進而準確地形成轉印結構於高分子材料層上的預定位置。如此一來,於轉印物件作為光學元件時,可提供準確且優異的光學特性。而且,既然轉印物件未設置有任何對位記號,因此無對位記號干擾光學元件之光學特性的問題發生。
於本發明之範圍內,尚提供一種壓印系統,其包含:一機台平台,其具有一第一對位記號,用以供一待轉印物件、一可溶解性模仁、與一可解離性膠帶放置,模仁放置於待轉印物件的一高分子材料層上且具有一模仁結構及一第二對位記號,膠帶黏附於模仁;以及一攝像元件,其設置於機台平台遠離待轉印物件放置的一側,用以確認第一對位記號與第二對位記號是否對齊。
較佳地,系統進一步地包含:一轉印元件,其用以施予高溫與壓力至可溶解性模仁,使高分子材料層具有一對應模仁結構的轉印結構並固化且使可解離性膠帶解離。
較佳地,系統另進一步地包含:一位置調整元件,其用以於第一對位記號與第二對位記號未對齊時,以平台為X-Y平面調整模仁的X軸與Y軸位
置與其於X-Y平面的θ角。
較佳地,系統再進一步地包含:一溶解元件,其用以供應一溶劑溶解可溶解性模仁,以取得具轉印結構的轉印物件。
根據本發明,攝像元件與模仁位於平台二相對側,因此模仁溶解後所產生的液體或揮發氣體不會汙染攝像元件。因此,後續無須清潔攝像元件便可直接進行下一次壓印。
(1):樣模
(11):樣模結構
(12):記號結構
(2):可溶解性模仁
(21):模仁結構
(22):第一對位記號
(3):可解離性膠帶
(31):突出部
(4):物件
(41):高分子材料層
(42):基材層
(43):轉印結構
(5):機台平台
(51):第二對位記號
(6):攝像元件
(7):位置調整元件
(8):轉印元件
(81):升溫元件
(82):氣吹元件
(9):溶解元件
(10):環形框
(101):支撐部
(102):操作部
圖1至6為一系列剖面示意圖,說明著一實施方式的壓印方法。
圖7為一掃描電子顯微鏡(SEM,scanning electron microscope)照片圖,呈現具轉印結構之轉印物件的俯視形貌。
圖8為一掃描電子顯微鏡照片圖,呈現具轉印結構之轉印物件的側視形貌。
為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵更明顯易懂,下文特舉較佳實施方式,作詳細說明於下:請參照圖1至6,說明著本發明一實施方式的壓印方法,所得的轉印物件(4)具有一轉印結構(43)。如圖7、8所示,轉印結構(43)不僅清晰地形成於轉印物件(4)上,且轉印結構(43)的整體輪廓完整幾乎無缺陷。此實施方式之方法的詳細步驟說明如下:首先,如圖1所示,先添加一可溶解性材料至一樣模(1)內,而樣模(1)具有一樣模結構(11)與一記號結構(12),再固化可溶解性材料以形成一可溶解性模仁(2),而可溶解性模仁(2)具有一對應樣模結構(11)的
模仁結構(21)與一對應記號結構(12)的第一對位記號(22)。依一較佳實施樣態,可溶解性材料為聚乙烯醇,其於樣模(1)的厚度為10至1000μm,故後續所得之模仁(2)除了具可溶解特性外,更具有可撓特性。可溶解性材料可採溶液形式添加;於溶液形式下,材料濃度可為溶液的5至50wt%,但不以此為限。若濃度低於範圍下限,則會提高模仁結構(21)不完整的可能性而造成缺陷,從而影響壓印品質。可溶解性材料可採用旋轉塗佈(spin coating)或狹縫塗佈(slot die coating)方式添加;於採用旋轉塗佈下,旋轉塗佈轉速可為100至5000rpm,但不以此為限。依一較佳實施樣態,樣模(1)材料為矽。另外,此處的固化手段可為熱固化或光固化(如:紫外光固化);於熱固化條件下,固化溫度可為80至160℃,固化時間可為5至60分鐘,但不以此為限。若時間超過範圍上限,則會提高模仁(2)剝離難度而使模仁結構(21)形成缺陷。
如圖2所示,黏附一可解離性膠帶(3)至可溶解性模仁(2),並自樣模(1)取出模仁(2)。膠帶(3)可為熱解離性膠帶,但不以此為限。依一較佳實施樣態,可解離性膠帶(3)的材料為熱解離性發泡膠,如:聚苯乙烯膠帶、聚氨酯(polyurethane,PU)、或聚苯乙烯(polystyrene,PS),而其厚度為100至1000μm。再者,為易於操作剝離模仁(2),膠帶(3)面積宜較模仁(2)大,使膠帶(3)兩側形成突出部(31),以供夾持施力。另外,為進一步協助操作剝離模仁(2),於膠帶(3)黏附前,可以一環形框(10)圍繞模仁(2),此環形框(10)具有一支撐部(101)以及一操作部(102),支撐部(101)與操作部(102)連接成一L型;之後,於膠帶(3)黏附後,使膠帶(3)的突出部(31)黏著於環形框(10)的支撐部(101),並以側向剝離方式控制操作部(102)使模仁(2)自樣模(1)離開。
如圖3所示,放置模仁(2)於一待轉印物件(4)的一高分子材料層(41)上。詳言之,先放置一基材層(42)於一機台平台(5)上,機台平台(5)具有一第二對位記號(51);然後,形成高分子材料層(41)於基材層(42)上;接著,放置模仁(2)於基材層(42)上的高分子材料層(41)上;之後,利用一攝像元件(6)確認第一對位記號(22)與第二對位記號(51)是否對齊;若對齊,則進行後續步驟;反之,則利用一位置調整元件(7)以平台(5)為X-Y平面調整模仁(2)的X軸與Y軸位置與其於X-Y平面的θ角,直至對齊。此外,高分子材料層(41)可先旋轉塗佈一玻璃溫度低於模仁(2)的高分子材料至基材層(42)上後軟烤取得;依一較佳實施樣態,高分子材料的玻璃轉移溫度(Tg)為20至50℃,旋轉塗佈轉速為1000至5000rpm,塗佈厚度為100至500nm,軟烤溫度為80至120℃,軟烤時間為3至5分鐘。須說明的是,攝像元件(6)較佳地設置於平台(5)遠離待轉印物件(4)放置的一側,藉以避免後續模仁(2)溶解產生的液體或揮發氣體汙染攝像元件(6)。
如圖4所示,利用一轉印元件(8)施予高溫與壓力至可溶解性模仁(2),使高分子材料層(41)具有一對應模仁結構(21)的轉印結構(43)並固化且使膠帶(3)解離。於此,高溫能使高分子材料先達到其玻璃轉移溫度並搭配施壓以充分地流動至模仁結構(21)內,之後使高分子材料固化以讓轉印結構(43)完整地對應模仁結構(21)。依一較佳實施樣態,施予高溫與壓力的操作時間為1至20分鐘。依另一較佳實施樣態,高溫溫度為120至150℃。於此溫度範圍內,若操作時間超過20分鐘,高分子材料層(41)頂部有融化的可能,進而提高轉印結構(43)產生缺陷的可能性。此外,施壓可對模仁(2)遠離高分子材料層(41)的一表面施予正壓(如圖4);對模仁(2)朝向高分子材料層(41)
的另一表面施予負壓;或者同時施予正壓與負壓。依再一較佳實施樣態,正壓為+20至+600kPa,負壓為-10至-80kPa。若正壓或負壓低於上述範圍下限,則會降低高分子材料的流動性而提高轉印結構(43)不完整的可能性。須說明的是,膠帶(3)為熱解離性膠帶且其解離溫度(較佳地為80至150℃)低於高溫溫度,故於高溫溫度則會使其解離而不存在。此外,轉印元件(8)可如圖4所示含有一提供高溫的升溫元件(81)以及一提供壓力的氣吹元件(82),但不以此為限。
如圖5、6所示,利用一溶解元件(9)提供一溶劑溶解可溶解性模仁(2),以取得具有轉印結構(43)的轉印物件(4)。如先前所述,溶劑溶解的手段為本發明所屬技術領域之人士所熟知的,故於此不再贅述。惟,溶劑種類可依可溶解性模仁(2)而定;於可溶解性模仁(2)的材質為聚乙烯醇下,溶劑可為水,但不以此為限。此外,雖然圖5呈現溶解為於平台(5)上進行,但事實上亦可於平台(5)外進行。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例,但不能以此限定本發明實施之範圍;故,凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效改變與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
(2)‧‧‧可溶解性模仁
(4)‧‧‧物件
(41)‧‧‧高分子材料層
(42)‧‧‧基材層
(5)‧‧‧機台平台
(51)‧‧‧第二對位記號
(6)‧‧‧攝像元件
(7)‧‧‧位置調整元件
Claims (9)
- 一種壓印方法,係包括:添加一可溶解性材料至一樣模內;固化該可溶解性材料以形成一可溶解性模仁,該可溶解性模仁具有一模仁結構以及一第一對位記號,該第一對位記號形成於該可溶解性模仁的一對位端;黏附一可解離性膠帶至該可溶解性模仁,並自該樣模取出該可溶解性模仁;放置一待轉印物件於一機台平台上,該待轉印物件具有一基材層以及一高分子材料層,該基材層設置於該高分子材料層與該機台平台之間,該機台平台具有一第二對位記號;該可溶解性模仁直接接觸該待轉印物件的高分子材料層,以放置該可溶解性模仁於該高分子材料層上,並使該可溶解性模仁的對位端相對於該基材層突出;以一設置於該機台平台相反於該待轉印物件放置之一側的攝像元件確認該可溶解性模仁之對位端的第一對位記號與該機台平台的第二對位記號是否對齊;若為對齊,施予120至150℃的高溫與壓力至該可溶解性模仁,使該高分子材料層具有一對應該模仁結構的轉印結構並固化且使該膠帶解離;若為未對齊,則以該機台平台為X-Y平面調整該可溶解性模仁的X軸與Y軸位置與其於X-Y平面的θ角,直至該可溶解性模仁之對位端的第一對位記號與該機台平台的第二對位記號對齊;以及提供一溶劑溶解該可溶解性模仁,以取得一具該轉印結構的轉印物件。
- 如請求項1所述之方法,其中該模仁取出步驟包括: 以一環形框圍繞該模仁,該環形框具有一支撐部以及一操作部,該支撐部與該操作部連接成一L型;黏附該膠帶至該模仁,使該膠帶的一突出部黏著於該支撐部;以及以側向剝離方式控制該操作部使該模仁自該樣模離開。
- 如請求項1所述之方法,其中該施予高溫與壓力步驟包括:對該可溶解性模仁遠離該高分子材料層的一表面施予正壓。
- 如請求項1所述之方法,其中該膠帶的材料為熱解離性發泡膠。
- 如請求項1所述之方法,其中該可溶解性材料為聚乙烯醇,而該溶劑為水。
- 一種壓印系統,係包括:一機台平台,係具有一第一對位記號,用以供一待轉印物件、一可溶解性模仁、與一可解離性膠帶放置,該待轉印物件具有一基材層以及一高分子材料層,該可溶解性模仁直接接觸該待轉印物件的高分子材料層以放置於該高分子材料層上,且具有一模仁結構及一形成於該可溶解性模仁之一對位端的第二對位記號,該可溶解性模仁的對位端相對於該待轉印物件的基材層突出,該可解離性膠帶黏附於該可溶解性模仁;以及一攝像元件,係設置於該機台平台相反於該待轉印物件放置的一側,用以確認該機台平台的第一對位記號與該可溶解性模仁之對位端的第二對位記號是否對齊。
- 如請求項6所述之系統,更包括: 一位置調整元件,係用以於該第一對位記號與該第二對位記號未對齊時,以該機台平台為X-Y平面調整該可溶解性模仁的X軸與Y軸位置與其於X-Y平面的θ角。
- 如請求項6所述之系統,更包括:一轉印元件,係用以施予120至150℃的高溫與壓力至該可溶解性模仁,使該高分子材料層具有一對應該模仁結構的轉印結構並固化且使該膠帶解離。
- 如請求項8所述之系統,更包括:一溶解元件,係用以供應一溶劑溶解該可溶解性模仁,以取得一具該轉印結構的轉印物件。
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