TWI827348B - 多孔薄膜的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種多孔薄膜的製造方法。多孔薄膜的製造方法包括以下步驟。提供第一基板。形成圖案化光阻層於第一基板上。圖案化光阻層包括多個通孔。形成薄膜材料於圖案化光阻層、多個通孔的側壁及部分第一基板上。薄膜材料包括第一部分以及第二部分。第一部分設置於圖案化光阻層的頂面上。第二部分設置於多個通孔的側壁及部分第一基板上。將形成有薄膜材料於圖案化光阻層上的第一基板浸泡於有機溶液中，以移除圖案化光阻層。有機溶液包括丙酮。將第一部分與第二部分分離，以得到多孔薄膜。
Description
本發明是有關於一種薄膜的製造方法，且特別是有關於一種多孔薄膜的製造方法。
多孔薄膜具有有序且均勻大小的孔洞，可廣泛地應用於各種領域，例如化學催化、生物/藥物傳感、光學、電池、過濾純化等等。一般來説，多孔薄膜的製備是透過對薄膜材料進行微影蝕刻製程以形成孔洞，然而上述方法製程繁複且為了將部分薄膜材料去除所使用的蝕刻液，對於環境及操作上的安全性不友善。
本發明提供一種多孔薄膜的製造方法，可透過簡化的製程得到多孔薄膜，進而降低製造成本，並且減少對環境及操作安全性的危害。
本發明的多孔薄膜的製造方法包括以下步驟。提供第一基板。形成圖案化光阻層於第一基板上，其中圖案化光阻層包括多個通孔。形成薄膜材料於圖案化光阻層、多個通孔的側壁及部分第一基板上。薄膜材料包括第一部分以及第二部分。第一部分設置於圖案化光阻層的頂面上。第二部分設置於多個通孔的側壁及部分第一基板上。將形成有薄膜材料於圖案化光阻層上的第一基板浸泡於有機溶液中，以移除圖案化光阻層，其中有機溶液包括丙酮。將第一部分與第二部分分離，以得到多孔薄膜。
在本發明的一實施例中，上述的薄膜材料包括金屬、氧化物、氮化物或有機高分子材料。
在本發明的一實施例中，上述的多個通孔陣列排列於圖案化光阻層中。
在本發明的一實施例中，上述的多個通孔平行於第一基板的頂表面的截面形狀包括圓形、橢圓形或多邊形。
在本發明的一實施例中，在將上述第一部分與第二部分分離後，分離的第二部分包括多個管狀結構設置於第一基板上，其中多個管狀結構的形狀及排列與圖案化光阻層的多個通孔對應。
在本發明的一實施例中，上述的多孔薄膜包括多個孔洞，多個孔洞的形狀及排列與圖案化光阻層的多個通孔對應。
在本發明的一實施例中，形成上述的薄膜材料於圖案化光阻層、多個通孔的側壁及部分第一基板上的步驟包括形成第一薄膜材料層於圖案化光阻層上及多個通孔的側壁及部分第一基板上，然後形成支撐材料層於第一薄膜材料層上，以及形成第二薄膜材料層於支撐材料層上。
在本發明的一實施例中，上述的支撐材料層的材料包括鎢基金屬。
在本發明的一實施例中，上述的有機溶液還包括酒精。
在本發明的一實施例中，上述的製造方法還包括將多孔薄膜設置於第二基板上。
基於上述，本發明的多孔薄膜的製造方法，可以簡化的製程製得大面積的多孔薄膜，且無需對薄膜材料進行蝕刻，因此可降低對環境及操作安全上的危害。
圖1A至圖5B是依照本發明的一實施例的一種多孔薄膜的製造流程的示意圖，其中圖1A、圖2A、圖3A及圖4A為立體示意圖，圖5A為上視示意圖，圖1B、圖2B、圖3B、圖4B及圖5B為剖視示意圖。圖1B是沿圖1A的剖線A-A’的剖視示意圖。圖2B是沿圖2A的剖線B-B’的剖視示意圖。圖3B是沿圖3A的剖線C-C’的剖視示意圖。圖4B是沿圖4A的剖線D-D’的剖視示意圖。圖5B是沿圖5A的剖線E-E’的剖視示意圖。
請參照圖1A及圖1B，提供第一基板100，形成圖案化光阻層110於第一基板100上，其中圖案化光阻層110包括多個通孔H1。舉例來說，可以利用旋轉塗佈法形成光阻材料層(未繪示)於第一基板100上，然後以光罩(未繪示)為罩幕，使光阻材料層經曝光及顯影後，形成圖案化光阻層110。第一基板100可以為矽基板或其他合適材料，但本發明不以此為限，只要第一基板100適於使後續圖案化光阻層110、薄膜材料120形成於其上即可。在一些實施例中，多個通孔H1貫穿圖案化光阻層110，因此暴露出部分第一基板100的頂表面。
圖案化光阻層110或光阻材料層的材料可以為正光阻或負光阻材料，本發明不以此為限。在本實施例中，圖案化光阻層110可作為形成多孔薄膜的模板，以定義多孔薄膜的孔洞的排列、分佈、尺寸及形狀。
在一些實施例中，多個通孔H1可以為奈米等級或微米等級的通孔。舉例來說，多個通孔H1的孔徑可以在500 nm至100000 nm之間，優選地可以在500 nm至1000 nm之間、1500 nm至2000 nm之間、2000 nm至4000 nm之間、5 μm至9 μm之間、10 μm至20 μm之間、20 μm至50 μm之間或55 μm至100 μm之間。
在一些實施例中，多個通孔H1可以為陣列排列，使圖案化光阻層110中具有有序的通孔H1。
在一些實施例中，多個通孔H1平行於第一基板100的頂表面的截面形狀可以包括圓形、橢圓形或多邊形。多邊形例如為三角形、四邊形、五邊形、六邊形等，本發明不以此為限。
請參照圖2A及圖2B，共形地(conformally)形成薄膜材料120於圖案化光阻層110上及多個通孔H1的側壁及部分第一基板100上。舉例來說，可以透過物理氣相沉積(physical vapor depostion，PVD)，例如濺鍍、蒸鍍、離子鍍或其他合適方式，將薄膜材料120沉積於圖案化光阻層110的頂面、多個通孔H1的側壁及被多個通孔H1暴露出的部分第一基板100的頂表面上。也就是說，薄膜材料120包括第一部分120a以及第二部分120b。第一部分120a設置於圖案化光阻層110的頂面上，第二部分120b設置於多個通孔H1的側壁及部分第一基板100上。
在一些實施例中，薄膜材料120包括金屬、氧化物、氮化物或其他合適材料，其中金屬可以選自鈹、鎂、鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鍺、釔、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鈀、銀、鎘、銦、錫、鉿、鉭、鎢、鉑、金以及鉛及其合金(例如青銅、黃銅、鎳合金、不鏽鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、鉬合金、鉭合金、鈮合金、鈷合金、錫合金、鋅合金、鋯合金、金合金、銀合金或其他合金)所構成的群組的至少一者或其他合適金屬材料，氧化物或氮化物可以為上述金屬的氧化物或氮化物。在一些其他實施例中，薄膜材料120可以為有機高分子材料，並透過化學氣相沉積形成於圖案化光阻層110及多個通孔H1的側壁及部分第一基板100上，本發明不以此為限。
圖2B中示意性地繪示薄膜材料120為單層結構，但並非用以限定本發明。薄膜材料120可以為材質相同或相異的多層結構，且薄膜材料120的材質及層數可依實際需求調整。
在一些實施例中，第一部分120a的平均厚度大於第二部分120b的平均厚度。在一些實施例中，第一部分120a的平均厚度大於在多個通孔H1的側壁上的第二部分120b的平均厚度。
請參照圖3A及圖3B，將形成有薄膜材料120於圖案化光阻層110上的第一基板100浸泡於有機溶液(未繪示)中，以移除圖案化光阻層110，其中有機溶液包括丙酮。舉例來說，可以在室溫下，將形成有薄膜材料120於圖案化光阻層110上的第一基板100浸泡於有機溶液中約1小時或以上，以將圖案化光阻層110移除，使薄膜材料120的第二部分120b被顯露出。
在一些實施例中，有機溶液除了丙酮，還包括酒精。舉例來說，有機溶液可包括丙酮及酒精，以100:1的重量比混合，以減少對薄膜的破壞，並更有效地移除圖案化光阻層110。
請參照圖4A及圖4B，將薄膜材料120的第一部分120a與第二部分120b分離，以得到多孔薄膜132。舉例來說，可以透過鑷子或其他合適的夾取工具夾取第一部分120a的一角，並對第一部分120a施加外力，以將第一部分120a自薄膜材料120剝離，進而自分離的第一部分120a得到多孔薄膜132。由於薄膜材料120浸置於有機溶液中，可提供第一部分120a浮力，再透過所施加的外力，可輕鬆的將第一部分120a與第二部分120b分離。
多孔薄膜132包括多個孔洞H2，多個孔洞H2的形狀及排列與先前圖案化光阻層110的多個通孔H1對應。也就是說，多孔薄膜132具有有序且陣列排列的多個孔洞H2，多個孔洞H2的形狀可以是圓形、橢圓形或多邊形。
在一些實施例中，多孔薄膜132的厚度t1可以在450 nm以上，例如在450 nm至1000 nm之間。
在一些實施例中，可自分離的第二部分120b得到多個管狀結構134，其設置於第一基板110上。多個管狀結構134的形狀及排列可與先前的圖案化光阻層110的多個通孔H1對應。也就是說，經過上述製程可以同時得到多孔薄膜132及設置於第一基板110上的多個管狀結構134。
在一些實施例中，多個管狀結構134的側壁的厚度t2可以在150 nm以上，例如在150 nm至350 nm之間，以使多個管狀結構134具有良好的機械性質，並可應用於生物檢測、電池、顯示器等應用上。
請參照圖5A及圖5B，將多孔薄膜132設置於第二基板101上。第二基板101可以是任意基板，例如聚酯基版、聚醯亞胺基板、聚丙烯基板、玻璃基板、陶瓷基板、半導體基板等，本發明並不加以限定。由於多孔薄膜132不是直接形成於第二基板101上，因此在製造過程中，不會有多孔薄膜132的材料或模版材料(即前述的圖案化光阻層)與第二基板101的材料的相容性問題，而可使多孔薄膜132設置在任意材質的第二基板101上。並且，由於多孔薄膜132的厚度薄，除了可設置於剛性基板外，也可以設置於可撓性基板上，使多孔薄膜132可更彈性地去做應用。
圖6至圖7是依照本發明的另一實施例的一種多孔薄膜的製造流程的剖視示意圖。在此必須說明的是，圖6至圖7的實施例沿用圖1A至圖5B的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。圖6可以為接續圖1A或圖1B的步驟的多孔薄膜的製造方法的剖視示意圖。關於圖1A或圖1B的步驟說明可參考前述實施例，在此不贅述。
請參照圖6，共形地(conformally)形成薄膜材料120於圖案化光阻層110上及多個通孔H1的側壁及部分第一基板100上。薄膜材料120可以為多層結構，例如包括第一薄膜材料層122、支撐材料層124以及第二薄膜材料層126。舉例來說，可以透過物理氣相沉積(physical vapor depostion，PVD)，例如濺鍍、蒸鍍、離子鍍或其他合適方式，先形成第一薄膜材料層122於圖案化光阻層110的頂面、多個通孔H1的側壁及被多個通孔H1暴露出的部分第一基板100的頂表面上，然後形成支撐材料層124於第一薄膜材料層122上，隨後再形成第二薄膜材料層126於支撐材料層124上。在本實施例中，薄膜材料120包括第一部分120a以及第二部分120b。第一部分120a設置於圖案化光阻層110的頂面上，第二部分120b設置於多個通孔H1的側壁及部分第一基板100上。
在一些實施例中，第一薄膜材料層122的材料與第二薄膜材料層126的材料可以包括金屬、氧化物、氮化物或其他合適材料，其中金屬可以選自鈹、鎂、鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鍺、釔、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鈀、銀、鎘、銦、錫、鉿、鉭、鎢、鉑、金以及鉛及其合金(例如青銅、黃銅、鎳合金、不鏽鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、鉬合金、鉭合金、鈮合金、鈷合金、錫合金、鋅合金、鋯合金、金合金、銀合金或其他合金)所構成的群組的至少一者或其他合適金屬材料，氧化物或氮化物可以為上述金屬的氧化物或氮化物。在一些其他實施例中，第一薄膜材料層122的材料與第二薄膜材料層126可以為有機高分子材料，並透過化學氣相沉積形成於圖案化光阻層110及多個通孔H1的側壁及部分第一基板100上，本發明不以此為限。在一些實施例中，第一薄膜材料層122的材料與第二薄膜材料層126的材料為相同。在其他實施例中，第一薄膜材料層122的材料與第二薄膜材料層126的材料可以不同。
在一些實施例中，支撐材料層124的材料可以包括鎢基金屬，例如鎢鎳硼金屬玻璃，以加強後續形成的多孔薄膜的機械強度。
請參照圖7，將形成有薄膜材料120於圖案化光阻層110上的第一基板100浸泡於有機溶液(未繪示)中，以移除圖案化光阻層110，然後將薄膜材料120的第一部分120a與第二部分120b分離，以得到多孔薄膜232。
舉例來說，可以在室溫下，將形成有薄膜材料120於圖案化光阻層110上的第一基板100浸泡於有機溶液中約1小時或以上，以將圖案化光阻層110移除，而使薄膜材料120的第二部分120b被顯露出。有機溶液可包括丙酮、酒精或其組合，以有效地移除圖案化光阻層110。之後，可透過鑷子或其他合適的夾取工具夾取第一部分120a的一角，以對第一部分120a施加外力，而將第一部分120a自薄膜材料120剝離，進而自分離的第一部分120a得到多孔薄膜232。由於薄膜材料120浸置於有機溶液中，可提供第一部分120a浮力，再透過所施加的外力，可輕鬆的將第一部分120a與第二部分120b分離。
多孔薄膜232包括多個孔洞H2，多個孔洞H2的形狀及排列與先前圖案化光阻層110的多個通孔H1對應。也就是說，多孔薄膜132具有有序且陣列排列的多個孔洞H2。多個孔洞H2的形狀可以是圓形、橢圓形或多邊形。
在一些實施例中，多孔薄膜232的厚度t3可以在450 nm以上，例如在450 nm至1000nm之間。在一些實施例中，在多孔薄膜232中的第一薄膜材料層122的厚度或第二薄膜材料層126的厚度可在3 nm至800 nm之間，在多孔薄膜232中的支撐材料層124的厚度可在50 nm至250 nm之間。
在一些實施例中，可自分離的第二部分120b得到多個管狀結構234，其設置於第一基板110上。多個管狀結構234的形狀及排列可與先前的圖案化光阻層110的多個通孔H1對應。也就是說，經過上述製程可以同時得到多孔薄膜232及設置於第一基板110上的多個管狀結構234。
在一些實施例中，多個管狀結構234的側壁的厚度t2可以在150 nm以上，例如在150 nm至300 nm之間，以使多個管狀結構234具有良好的機械性質，並可應用於生物檢測、電池、顯示器等應用上。
由於本實施例的薄膜材料120中包括支撐材料層124夾設於其中，可減少在上述剝離製程中多孔薄膜232或管狀結構234的破裂，進而可簡單地獲得大面積的多孔薄膜。
圖7的多孔薄膜232也可如圖5B所示，設置於任意材質的基板上，以做為後續應用。且由於多孔薄膜232不是直接形成於第二基板101上，因此在製造過程中，不會有多孔薄膜232的材料或模版材料(即前述的圖案化光阻層)與第二基板101的材料的相容性問題，而可使多孔薄膜232設置在任意材質的第二基板101上。並且，由於多孔薄膜232的厚度薄，除了可設置於剛性基板外，也可以設置於可撓性基板上，使多孔薄膜232可更彈性地去做應用。
圖8A與圖8B是依照本發明的一實施例的一種多孔薄膜的掃描式電子顯微鏡成像圖。圖8A與圖8B分別是依照上述圖1A至圖5B的製程所製得的多孔薄膜的實例的掃描式電子顯微鏡影像。
如圖8A與圖8B所示，圖8A為具有直徑為約2 μm的圓形孔洞的純銀薄膜。圖8B為具有邊長為約2 μm的正三角形孔洞的W
50Ni
25B
25薄膜。由此可見，通過上述製程，可以透過圖案化光阻層的設計，調整通孔的形狀、尺寸、間距等，並得以簡化的製程得到大面積的多孔薄膜。
綜上所述，本發明的多孔薄膜的製造方法，可以簡化的製程製得大面積的多孔薄膜，且無需對薄膜材料進行蝕刻，因此可降低對環境及操作安全上的危害。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:第一基板
101:第二基板
110:圖案化光阻層
120:薄膜材料
120a:第一部分
120b:第二部分
122:第一薄膜材料層
124:支撐材料層
126:第二薄膜材料層
132,232:多孔薄膜
134,234:管狀結構
H1:通孔
H2:孔洞
t1,t2,t3,t4:厚度
A-A’,B-B’,C-C’,D-D’,E-E’:剖線
圖1A至圖5B是依照本發明的一實施例的一種多孔薄膜的製造流程的示意圖，其中圖1A、圖2A、圖3A及圖4A為立體示意圖，圖5A為上視示意圖，圖1B、圖2B、圖3B、圖4B及圖5B為剖視示意圖。
圖6至圖7是依照本發明的另一實施例的一種多孔薄膜的製造流程的剖視示意圖。
圖8A至圖8B是依照本發明的一實施例的一種多孔薄膜的掃描式電子顯微鏡成像圖。
100:第一基板
132:多孔薄膜
134:管狀結構
H2:孔洞
Claims (10)
- 一種多孔薄膜的製造方法，包括： 提供第一基板； 形成圖案化光阻層於所述第一基板上，其中所述圖案化光阻層包括多個通孔； 形成薄膜材料於所述圖案化光阻層、所述多個通孔的側壁及部分所述第一基板上，其中所述薄膜材料包括： 第一部分，設置於所述圖案化光阻層的頂面上；以及 第二部分，設置於所述多個通孔的側壁及部分所述第一基板上； 將形成有所述薄膜材料於所述圖案化光阻層上的所述第一基板浸泡於有機溶液中，以移除所述圖案化光阻層，其中所述有機溶液包括丙酮；以及 將所述第一部分與所述第二部分分離，以得到所述多孔薄膜。
- 如請求項1所述的製造方法，其中所述薄膜材料包括金屬、氧化物、氮化物或有機高分子材料。
- 如請求項1所述的製造方法，其中所述多個通孔陣列排列於所述圖案化光阻層中。
- 如請求項1所述的製造方法，其中所述多個通孔平行於所述第一基板的所述頂表面的截面形狀包括圓形、橢圓形或多邊形。
- 如請求項1所述的製造方法，其中在將所述第一部分與所述第二部分分離後，分離的所述第二部分包括多個管狀結構設置於所述第一基板上，其中所述多個管狀結構的形狀及排列與所述圖案化光阻層的所述多個通孔對應。
- 如請求項1所述的製造方法，其中所述多孔薄膜包括多個孔洞，所述多個孔洞的形狀及排列與所述圖案化光阻層的所述多個通孔對應。
- 如請求項1所述的製造方法，其中形成所述薄膜材料於所述圖案化光阻層、所述多個通孔的所述側壁及部分所述第一基板上的步驟包括： 形成第一薄膜材料層於所述圖案化光阻層、所述多個通孔的所述側壁及部分所述第一基板上； 形成支撐材料層於所述第一薄膜材料層上；以及 形成第二薄膜材料層於所述支撐材料層上。
- 如請求項7所述的製造方法，其中所述支撐材料層的材料包括鎢基金屬。
- 如請求項1所述的製造方法，其中所述有機溶液更包括酒精。
- 如請求項1所述的製造方法，更包括： 將所述多孔薄膜設置於第二基板上。
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