專利名稱：用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，尤其是適于用準(zhǔn)分子激光加工在一個基板上形成的微球面陣列結(jié)構(gòu)，以便制造金屬模具，壓制LCD面板或光敏面板。
為了能提高例如液晶顯示屏幕、LCD、或是其他光敏面板的可視角度，必須在面板上形成有許多突起的微球面陣列結(jié)構(gòu)以增進聚光性(或散光性)。這些有微球面陣列結(jié)構(gòu)的面板大多是借助于金屬模具以壓制的方式制造的，而金屬模具(壓模)則是在一個母模上濺射一層金屬層，然后再將金屬層自母模脫離開，于是該金屬層即成為可用來壓制面板的壓模。
公用技術(shù)中，用以制造壓模的母模的方法有以下幾種(一)以單道步進機曝光并配合高溫調(diào)節(jié)法制造如

圖1A至圖1D所示，首先在一基板11上涂敷一光致抗蝕劑層12(圖1A)。然后，用一步進機14透過一光罩13在基板11上進行分區(qū)、單次的步進曝光動作(圖1B)。之后，用化學(xué)藥劑洗掉未曝光的光致抗蝕劑12，而在基板11上形成若干微圓柱狀光致抗蝕劑15的陣列結(jié)構(gòu)(圖1C)。接下來，再以高溫調(diào)節(jié)的方式，將基板加熱到很接近或甚至高于光致抗蝕劑熔點(Tg)的溫度，使微圓柱狀光致抗蝕劑15的表面相對來說大量的熔化而成為圓弧狀16(圖1D)。
這種技術(shù)具有以下缺點1.需高溫調(diào)節(jié)，其方法不僅費時且結(jié)果不穩(wěn)定，無法精確控制立體圓球面的形狀。2.借助于步進曝光只能形成2維圓柱結(jié)構(gòu)，無法產(chǎn)生圓球面或甚至是非球面的3維立體曲面。
(二)多道步進曝光微影方法
借助于多道步進曝光微影方法，重復(fù)進行圖1B與圖1C的步驟，并配合不同光罩圖案使光致抗蝕劑曝光區(qū)域逐漸變大，最后將可得到類似金字塔形狀的光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)，然后再進行高溫調(diào)節(jié)，于是，調(diào)節(jié)的溫度將可降低且調(diào)節(jié)時間較短，而立體圓球面的形狀亦較易于控制。然而，其缺點是方法步驟多且十分繁瑣復(fù)雜，不僅費時且成本高，而清洗光致抗蝕劑的化學(xué)藥劑亦易造成環(huán)境污染。
(三)光敏玻璃方法如圖2A至圖2B所示，首先用一紫外線光源24(UV)透過一光罩23以步進曝光的方式來照射一光敏玻璃21(圖2A)。在該光敏玻璃21上涂有不同形狀的光敏材料料22(photosensitive material)。該光敏材料22在受到紫外線光源照射的區(qū)域?qū)不蛎洠D壓未曝光的光敏材料，而在基板上形成若干突起的結(jié)構(gòu)25(圖2B)。
此技術(shù)的最大缺失是光敏玻璃的成本極高且不易購得，并且體積膨脹的形狀不易精確控制。
(四)加溫滴入方法如圖3所示，以加溫滴入的方式將光致抗蝕劑32一滴滴地(或可一次多滴地)少量滴在基板31上而形成突起的立體結(jié)構(gòu)33。此技術(shù)的缺點是完全無法控制所形成微球面陣列的結(jié)構(gòu)形狀。
由此可知，上述的各種公用技術(shù)均各有其缺點，有待于進一步的改進。
本發(fā)明的主要目的是提供用一種準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，可以更簡便且相對更便宜的方式，在一基板上形成可精確控制形狀的微球面或非球面陣列結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，在一光罩上設(shè)有預(yù)定的曲線圖案，該曲線圖案沿一直線方向上的寬度并不是定值而是有寬窄之分。當(dāng)借助于準(zhǔn)分子激光光源透過光罩上的曲線圖案照射一基板上所涂敷的高分子材料時，準(zhǔn)分子激光光源將沖擊高分子材料，使其剝離而達到蝕刻的目的。并且當(dāng)進行照射蝕刻時，我們同時將基板沿著垂直于該直線方向移動。于是，高分子材料在沿著該直線的方向上將受到不同時間長度的照射，使得蝕刻深度改變，因而可將高分子材料蝕刻成預(yù)定形狀的立體圖案。
為達到上述目的，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列方法包括下列步驟(a)準(zhǔn)備一表面涂敷有高分子材料的基板，以及設(shè)有預(yù)定曲線圖案的至少一個光罩。
(b)用一準(zhǔn)分子激光光源透過光罩對該基板上的高分子材料進行照射，且同時沿第一對應(yīng)方向相對移動基板，使高分子材料蝕刻成第一立體圖案。
(c)沿第二對應(yīng)方向相對移動基板，同時并用準(zhǔn)分子激光光源透過光罩對第一立體圖案進行照射蝕刻，從而形成第二立體圖案。該第二立體圖案是類球面結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，本發(fā)明還包括下列步驟(d)以化學(xué)蝕刻方式去除高分子材料的碎屑。
(e)進行表面處理使第二立體圖案表面光滑。
(f)在基板及第二立體圖案上濺射種子層。
(g)以電鍍方式在濺鍍種子層上形成一預(yù)定厚度的金屬層。
(h)使金屬層脫離基板及第二立體圖案，使該金屬層成為可壓制的微陣列結(jié)構(gòu)的金屬模。
為對于本發(fā)明能有更進一步的了解與認(rèn)同，現(xiàn)配合附圖作如下的詳細(xì)說明。
圖1為公知的用單道步進機曝光并配合高溫調(diào)節(jié)法制造的流程示意圖。
圖2為公知的光敏玻璃方法的流程示意圖。
圖3為公知的加溫滴入方法的示意圖。
圖4A至圖4G為本發(fā)明的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列方法的一優(yōu)選實施例。
圖5A及圖5B分別為本發(fā)明的光罩上的預(yù)定曲線圖案、以及形成的第一立體圖案的實施例。
圖6A及圖6B分別為本發(fā)明的光罩上的預(yù)定曲線圖案、以及形成的第一立體圖案的另一實施例。
圖7為本發(fā)明的高分子材料在經(jīng)過至少兩次照射蝕刻后所得到的類球面立體微陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，主要是借助于一個光罩，在光罩上設(shè)有預(yù)定的曲線圖案，該曲線圖案在沿一直線方向上的寬度并不是恒定值，有寬窄之分。當(dāng)借助于準(zhǔn)分子激光光源通過光罩上的曲線圖案照射一基板上涂敷的高分子材料時，準(zhǔn)分子激光光源沖擊高分子材料使其剝離而達到蝕刻的目的。并且當(dāng)進行照射蝕刻時，我們同時將基板沿著垂直于該直線方向移動。于是，高分子材料在沿著該直線方向上將受到不同時間長度的照射，使得蝕刻深度改變，因而可將高分子材料蝕刻成預(yù)定形狀的立體圖案。
以下僅利用一優(yōu)選實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
請參閱圖4A至圖4G，圖4A至圖4G為本發(fā)明的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列方法的一個優(yōu)選實施例，該方法包括下列步驟步驟(a)如圖4A所示，準(zhǔn)備一表面涂敷有高分子材料42的基板41，以及設(shè)有預(yù)定曲線圖案的至少一個光罩44。
其中，該高分子材料42最好選用結(jié)合能量相對較低的材料，例如光致抗蝕劑材料(photoresist material)等，以利于讓準(zhǔn)分子激光光源照射破壞其結(jié)合以達到蝕刻高分子材料的目的。高分子材料42是用旋涂(Rotary Spindle)、印刷(Printing)、或是化學(xué)淀積(ChemicalDeposition)等方法涂敷于基板41(substrate)上的。該基板41最好是不易被準(zhǔn)分子激光光源所蝕刻的材料，并可兼作蝕刻的終止層，基板41可為半導(dǎo)體基板，例如硅等。
該預(yù)定曲線圖案是在沿著一直線方向上設(shè)置若干幾何形狀的可透光區(qū)域。該幾何形狀可透光區(qū)域在沿著與該直線方向上的寬度并非恒定值。
步驟(b)如圖4B所示，借助于一準(zhǔn)分子激光光源45通過該光罩44照射該基板41上的高分子材料42，且同時沿第一對應(yīng)方向相對移動基板41(也就是一邊移動且同時一邊照射)，使高分子材料被蝕刻，形成第一立體圖案43。此種照射方式與公知的步進機(stepper)的步進曝光(stepping-exposure)動作并不相同。
第一對應(yīng)方向與直線方向相互垂直。因此，當(dāng)用準(zhǔn)分子激光光源45通過光罩44照射高分子材料且同時相對移動基板41時，高分子材料42在沿著該直線方向上的不同位置處分別受到不同時間長度的準(zhǔn)分子激光光源照射，因而受到不同程度的蝕刻以形成第一立體圖案43。
步驟(c)之后，在必要時(依據(jù)所需完成的立體圖案而定)，可再沿第二對應(yīng)方向相對移動基板41，同時并用準(zhǔn)分子激光光源45通過光罩44對該第一立體圖案43再次進行照射蝕刻，形成第二立體圖案。在本優(yōu)選實施例中，第一對應(yīng)方向與第二對應(yīng)方向垂直，因此可使第二立體圖案成為類球面的結(jié)構(gòu)。其中，步驟(b)與步驟(c)所使用的光罩44上的預(yù)定曲線圖案可以相同或者不同。
或者，在另一優(yōu)選實施例中，垂直的第一對應(yīng)方向與第二對應(yīng)方向，也可改為在完成步驟(b)的第一對應(yīng)方向上的照射后，將同一基板41相對旋轉(zhuǎn)90度角，然后再沿著相同的第一對應(yīng)方向再執(zhí)行步驟(c)的照射，可得到相同的第二立體圖案效果，而使步驟(b)與步驟(c)的相對移動對應(yīng)方向?qū)嵸|(zhì)上是等效垂直的。
又，在另一優(yōu)選實施例中，如果兩次照射不足時，還可進行更多次照射，且每次照射時光罩44與基板41之間相對移動的對應(yīng)方向可以不同，或可改用具有不同曲線圖案的不同光罩44進行照射(此時該相對移動的對應(yīng)方向可為相同方向)，直到得到預(yù)定的立體圖案為止。
步驟(d)如圖4C所示，以化學(xué)蝕刻方式去除高分子材料的碎屑。由于在用準(zhǔn)分子激光光源沖擊高分子材料進行蝕刻時，可能會有部分剝離的高分子材碎屑粘結(jié)在基板41或立體圖案43的表面上，因此可借助于化學(xué)蝕刻方式快速清除這些碎屑。
步驟(e)如圖4D所示，進行表面處理使立體圖案43(可以是第一或第二立體圖案)表面46變?yōu)閳A滑。由于第二立體圖案已經(jīng)是類球面結(jié)構(gòu)了，所以我們可選擇相對較快的、低溫的方式進行處理，使表面少量熔化，從而使其表面圓滑，例如以低于高分子材料熔點(Tg)的溫度進行低溫回流擴散(reflow diffusion)、高能量束快速加工、或是快速熱回火處理(RTA)。
步驟(f)如圖4E所示，在基板41及立體圖案上濺射金屬材質(zhì)的種層47(seed layer)，此種層最好是鎳金屬或其合金。
步驟(g)如圖4F所示，以電鍍方式在濺鍍種子層47上形成一預(yù)定厚度的金屬層48，此金屬層48的材料最好為鎳金屬或其合金。
步驟(h)如圖4G所示，使金屬層48脫離基板及第二立體圖案，成為一個獨立元件，該金屬層48可作為壓制其他微陣列結(jié)構(gòu)的金屬模具(mold)。
如圖5A及圖5B所示，圖5A及圖5B是本發(fā)明的光罩上的預(yù)定曲線圖案及其所能形成的第一立體圖案的實施例。如圖5A所示，光罩51上的預(yù)定曲線圖案包括有若干個沿該直線方向91設(shè)置的半圓形的可透光區(qū)域52，該可透光區(qū)域52于沿著該直線方向91上的寬度并非定值。當(dāng)將基板61沿著第一對應(yīng)方向92(與該直線方向互相垂直)相對移動并進行照射蝕刻時，因基板61上的高分子材料在該直線方向上的各位置處受到的照射時間不同，所以可形成若干半圓形凹溝的第一立體圖案62(如圖5B)。
如圖6A及圖6B所示，圖6A及圖6B是本發(fā)明的光罩上的預(yù)定曲線圖案及其所能形成的第一立體圖案的另一實施例。同理，當(dāng)光罩51a上的預(yù)定曲線圖案的可透光區(qū)域52a是如圖6A所示時，可在基板61a上形成如圖6B所示的半圓柱形的長條突起結(jié)構(gòu)的第一立體圖案62a。如果將基板61a旋轉(zhuǎn)九十度角后再次以圖6A的光罩51a進行蝕刻，則將獲得如圖7所示的第二立體圖案63，而此第二立體圖案63已經(jīng)十分接近半球面體結(jié)構(gòu)了。
當(dāng)然，本發(fā)明的技術(shù)并非僅僅適用于半球面體結(jié)構(gòu)的陣列的形成，本領(lǐng)域的普遍技術(shù)人員還可借助于在光罩上設(shè)計不同的預(yù)定曲線圖案，并配合若干次數(shù)或不同對應(yīng)方向的移動照射，就可得到例如橢圓球面、波浪面、或是其他立體圖案結(jié)構(gòu)。
相對于前述的公用技術(shù)，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(1)光是借助于準(zhǔn)分子激光光源通過光罩的圖案設(shè)計來進行加工的，即可輕易且精密地形成類球面的微結(jié)構(gòu)，所以僅需要以低溫調(diào)節(jié)擴散便能得到良好的圓滑表面。
(2)解決公用技術(shù)的方法中，單道微影制作成圖柱狀結(jié)構(gòu)后，必需高溫調(diào)節(jié)的問題。
(3)相對于公用技術(shù)以多道微影作成金字塔型結(jié)構(gòu)的技術(shù)，本發(fā)明的方法簡化且可縮短方法所需的時間。
(4)本發(fā)明對于不同的非球面微結(jié)構(gòu)設(shè)計可以采用不同的方法參數(shù)，例如改變光罩的圖案設(shè)計、或改變移動照射時的對應(yīng)方向。
(5)可以較精確地制作出球面或非球面微結(jié)構(gòu)，以解決公知技術(shù)中利用體積膨脹或加溫滴入的方法無法精確控制微結(jié)構(gòu)形狀的缺點。
(6)相對于公知技術(shù)中使用的高價光敏玻璃，本發(fā)明的成本相對較低。
以上利用一個優(yōu)選實施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但不是對本發(fā)明范圍的限制，本領(lǐng)域的普遍技術(shù)人員都能明白，適當(dāng)?shù)牟糠中薷募罢{(diào)整，不會偏離本發(fā)明的主題，也不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，包括有下列步驟(a)準(zhǔn)備一表面涂敷有高分子材料的基板，以及設(shè)有預(yù)定曲線圖案的至少一個光罩；(b)以一準(zhǔn)分子激光光源通過光罩對該基板上的高分子材料進行照射，且同時沿第一對應(yīng)方向相對移動基板，使高分子材料被蝕刻，形成第一立體圖案；(c)沿第二對應(yīng)方向相對移動基板，同時并用準(zhǔn)分子激光光源通過光罩對第一立體圖案進行照射蝕刻，形成第二立體圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，其特征在于，預(yù)定曲線圖案是在沿著與該對應(yīng)方向垂直的方向上設(shè)置若干幾何形狀的可透光區(qū)域，該幾何形狀的可透光區(qū)域在沿著與該對應(yīng)方向垂直的方向上的寬度并非恒定值，因此，當(dāng)用準(zhǔn)分子激光光源通過光罩照射高分子料且同時相對移動基板時，高分子材料在沿著垂直該對應(yīng)方向的方向上受到不同時間長度的準(zhǔn)分子激光光源照射，因而受到不同程度的蝕刻以形成立體圖案。
3.如權(quán)利要求1所述的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，其特征在于，第一對應(yīng)方向與第二對應(yīng)方向，是借助于在完成步驟(b)的照射后，將同一基板相對90度角放置，然后再沿著相同的第一對應(yīng)方向執(zhí)行步驟(c)的照射，從而使第一對應(yīng)方向與第二對應(yīng)方向?qū)嵸|(zhì)上是垂直的。
4.如權(quán)利要求1所述的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，其特征在于，在步驟(c)之后還包括有下列步驟(d)以化學(xué)蝕刻方式去除高分子材料的碎屑；(e)進行表面處理使第二立體圖案表面變?yōu)閳A滑。
5.如權(quán)利要求1所述的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，其特征在于，在步驟(c)之后還包括下列步驟(f)在基板及第二立體圖案上濺射種層；(g)以電鍍方式在濺射的種層上形成一個預(yù)定厚度的金屬層；(h)使金屬層脫離基板及第二立體圖案，使該金屬層成為可壓制微陣列結(jié)構(gòu)的金屬模。
6.一種用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，包括有下列步驟(a)準(zhǔn)備一個表面涂敷有高分子材料的基板，以及設(shè)有預(yù)定曲線圖案的至少一個光罩，該預(yù)定曲線圖案是在沿著一個直線方向上設(shè)置若干幾何形狀的可透光區(qū)域，且在可透光區(qū)域沿著該直線方向上的寬度并非恒定值；(b)用一準(zhǔn)分子激光光源通過光罩對該基板上的高分子材料進行照射，且同時沿著與該直線方向互相垂直的第一對應(yīng)方向進行基板的相對移動，使高分子材料被蝕刻，形成第一立體圖案；以及(c)使基板相對旋轉(zhuǎn)一預(yù)定角度后，沿該第一對應(yīng)方向相對移動基板且同時用準(zhǔn)分子激光光源通過光罩對第一立體圖案進行照射蝕刻，從而形成第二立體圖案。
7.如權(quán)利要求6所述的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，其特征在于，在步驟(c)之后還包括下列步驟(d)用化學(xué)蝕刻方式去除高分子材料的碎屑；(e)進行表面處理使第二立體圖案表面變?yōu)閳A滑。
8.如權(quán)利要求6所述的用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法，其特征在于，在步驟(c)之后還包括下列步驟(f)在基板及第二立體圖案上濺射種層；(g)以電鍍方式在濺射的種層上形成一個預(yù)定厚度的金屬層；(h)使金屬層脫離基板及第二立體圖案，使該金屬層成為可壓制微陣列結(jié)構(gòu)的金屬模。
全文摘要
一種用準(zhǔn)分子激光制造微球面與非球面高分子結(jié)構(gòu)陣列的方法,準(zhǔn)分子激光光源通過一個光罩上的曲線圖案照射并沖擊基板上涂敷的高分子材料而使其剝離蝕刻。同時使基板沿著垂直于該直線的方向移動,使高分子材料在沿著該直線方向上的不同位置處受到不同時間長度的照射,造成不同蝕刻深度,因而可將高分子材蝕刻成預(yù)定形狀的立體圖案。并且,借助于兩次不同方向或是不同光罩圖案的照射蝕刻,可得到類球面或非球面的微陣列結(jié)構(gòu)。
文檔編號G02B3/02GK1353029SQ0013352
公開日2002年6月12日 申請日期2000年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月9日
發(fā)明者蔡宏營, 潘正堂, 周敏杰, 陳世洲, 林育生 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院