压印设备及压印方法与流程

本发明涉及一种压印技术，尤其涉及一种压印设备及压印方法。

背景技术：

目前常见的光刻(lithography)技术包含电子束光刻(electronicbeamlithography)技术、离子束光刻(ionbeamlithography)技术、极紫外光光刻(extremeultravioletlithography)技术及纳米压印光刻(nanoimprintlithography)技术，其中纳米压印光刻因为不受光学绕射极限的限制，且具有解析度高、速度快及成本低廉的特色，因此其应用领域相当广泛。

详细而言，公知的一种纳米压印光刻工艺的步骤可包括：制作压印模具、将胶层涂布于载台上、利用压印模具将其压印图案转印至软化的胶层、固化已被图案化的胶层并移除压印模具以及利用固化后的胶层作为掩膜对特定的材料(例如金属)膜层进行蚀刻以形成所需的图案化结构。然而，在压印模具(imprintingmold)的制作过程中，经由压印滚轮的滚压容易在母模(mastermold)以外的周围区域累积多余的压模材料，致使固化后的压印模具的平整度较差，导致后续利用此压印模具所进行的纳米压印工艺的整体良率下降。

技术实现要素：

本发明提供一种压印设备及压印方法，其所制作出来的压印模具具有较佳的压印品质。

本发明的压印设备适于制造压印模具，且包括载台以及压印滚轮。载台具有承接面以及连接承接面的侧边部。侧边部设有疏水表面，且疏水表面倾斜于承接面。压印滚轮配置用以在平行于承接面的方向上移动并滚压压模材料层。位于侧边部上方的压印滚轮适于朝疏水表面移动并挤压压模材料层，使压模材料层分离为压模材料部与余料部。余料部适于沿着疏水表面远离压模材料部，且压模材料部形成压印模具。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备还包括导流片，设置于载台的侧边部。导流片设有疏水表面，且导流片远离承接面的侧缘自侧边部凸出。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备的导流片的疏水表面设有多个导流沟槽。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备的疏水表面的横截面轮廓包含曲线或折线。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备还包括设置在侧边部背离疏水表面的一侧的除胶轮。除胶轮具有转轴以及围绕转轴的轮面。疏水表面远离承接面的侧缘与除胶轮的轮面重叠，且轮面适于依转轴旋转而带动余料部离开疏水表面。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备的除胶轮重叠疏水表面的部分在方向上具有宽度，而宽度与除胶轮的圆半径的比值大于等于0.5且小于等于1.5。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备的除胶轮还具有围绕转轴而设的多个凹槽。任两相邻的这些凹槽在除胶轮的旋转方向上彼此错位，且余料部适于流入这些凹槽内。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备的多个凹槽在平行于转轴的方向上延伸。这些凹槽包括在旋转方向上依序排列且相邻的第一凹槽、第二凹槽与第三凹槽。第一凹槽与第二凹槽在旋转方向上具有第一间距，第二凹槽与第三凹槽在旋转方向上具有第二间距，且第一间距不等于第二间距。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备的除胶轮还具有多个通孔以及贯孔。这些通孔分别与多个凹槽连通，且贯孔连通于这些通孔。贯孔在转轴的轴向上延伸，且转轴通过贯孔。贯孔连接至抽气泵。抽气泵配置用以产生吸引气流，且此吸引气流适于带动流入这些凹槽的余料部经由这些通孔与贯孔而自除胶轮移除。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备还包括致动器，配置用以带动除胶轮依转轴旋转。

在本发明的一实施例中，上述的压印设备还包括刮刀，设置于除胶轮远离疏水表面的一侧，且刮刀接触除胶轮的轮面。

本发明的压印方法适用于压印设备，压印设备包括载台、导流片与压印滚轮。载台具有承接面以及侧边部。导流片设置于侧边部，且具有连接承接面的疏水表面。压印方法包括于载台的承接面上涂布压模材料层并覆盖母模、令压印滚轮在平行于承接面的方向上朝侧边部移动并滚压压模材料层，且压印滚轮在移动至侧边部后停留在疏水表面的上方以及令压印滚轮朝疏水表面移动并挤压压模材料层，使压模材料层分离为压模材料部与余料部。余料部适于沿着疏水表面远离压模材料部。

在本发明的一实施例中，上述的压印方法还包括令除胶轮转动并带动余料部离开疏水表面。除胶轮重叠于疏水表面远离承接面的侧缘。

在本发明的一实施例中，上述的压印方法还包括在余料部离开除胶轮后，令除胶轮朝远离疏水表面的侧缘的方向移动，并收容至载台的凹槽内。

在本发明的一实施例中，上述的压印方法还包括在余料部离开疏水表面后，令压印滚轮朝远离载台的方向移动，致使压模材料部靠近导流片的边缘与载台的承接面或导流片的疏水表面分离。

在本发明的一实施例中，上述的压印方法的除胶轮依转轴转动，且具有围绕转轴而设的多个凹槽。任两相邻的这些凹槽在除胶轮的旋转方向上彼此错位，且余料部适于流入这些凹槽内。

基于上述，在本发明的一实施例的压印设备及压印方法中，载台的侧边部设有疏水表面，且压印滚轮在侧边部适于朝疏水表面移动并挤压涂布于载台上的压模材料层，使余料部沿着疏水表面与形成压印模具的压模材料部分离。据此，可有效提升压印模具的平整度，进而改善后续的压印工艺的整体良率。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的压印设备的剖视示意图。

图2是图1的压印设备的局部区域的放大示意图。

图3a至图3g是图1的压印设备的操作流程的剖视示意图。

图4是图1的除胶轮的放大示意图。

图5是图1的除胶轮的剖视示意图。

图6是图1的除胶轮的俯视示意图。

图7是本发明的第二实施例的压印设备的剖视示意图。

图8是本发明的第三实施例的压印设备的剖视示意图。

图9是本发明的另一实施例的除胶轮的俯视示意图。

附图标记如下：

10、11、12:压印设备

100、100a、100b:载台

100rs:凹槽

100s:承接面

101、101a、101b:侧边部

101s、101s1、120s:疏水表面

120:导流片

120g:导流沟槽

130、130a:除胶轮

130b:底面

130c:斜面

130r、130r-1、130r-2、130r-3、130r-a:凹槽

130s:轮面

130s1:侧边

131、131a:通孔

132:贯孔

140:致动元件

141:支撑臂

141p:气流管道

150:致动器

160:刮刀

165:盛盘

200:压印滚轮

300:压印材料层

300a:压印材料部

300ae:边缘

300b:余料部

301:基板

400:紫外光源

d1、d2、d1’、d2’:方向

im:压印模具

l:长度

mm:母模

ps:凹凸结构

r:圆半径

ra:转轴

rd:旋转方向

s1、s2、s3:间距

w、w1、w2、w3:宽度

θ:夹角

具体实施方式

本文使用的“约”、“近似”、“本质上”或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或例如±30％、±20％、±15％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”可依测量性质、切割性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。

在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”可为二元件间存在其它元件。

现将详细地参考本发明的示范性实施方式，示范性实施方式的实例说明于所附附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是本发明的第一实施例的压印设备的剖视示意图。图2是图1的压印设备的局部区域的放大示意图。图3a至图3g是图1的压印设备的操作流程的剖视示意图。图4是图1的除胶轮的放大示意图。图5是图1的除胶轮的剖视示意图。图6是图1的除胶轮的俯视示意图。特别说明的是，为清楚呈现起见，图2仅示出图1的导流片120与载台100的侧边部101，图1省略了图5的凹槽130r与通孔131的示出，图3a至图3g省略了图1的气流管道141p的示出。

请参照图1，压印设备10包括载台100与压印滚轮200。载台100具有承接面100s以及连接承接面100s的侧边部101。在本实施例中，压印设备10还可选择性地包括导流片120，设置于载台100的侧边部101，且导流片120远离承接面100s的一侧缘自侧边部101凸出，但本发明不以此为限。特别一提的是，此导流片120具有疏水表面120s，且此疏水表面120s相对于载台100的承接面100s倾斜。举例来说，疏水表面120s的横截面轮廓可以是背离承接面100s弯曲的曲线，但本发明不以此为限。

在本实施例中，疏水表面120s的一端可选择性地切齐载台100的承接面100s。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，疏水表面120s与载台100的承接面100s之间也可具有一段差，且疏水表面120s低于载台100的承接面100s。值得注意的是，压印滚轮200除了适于在平行于承接面100s的方向(例如方向d1)上移动，还适于在载台100的侧边部101上方朝疏水表面120s的方向(例如方向d2)移动。

举例而言，本实施例的压印设备10适于生产纳米压印工艺所使用的压印模具(imprintingmold)，此压印模具例如是可挠性压印模(flexibleimprintingmold)，但不以此为限。也就是说，压印设备10的载台100上可放置用以制作压印模具的母膜(mastermold)，且压印滚轮200适于针对涂布于母膜上的压印材料进行滚压，使母膜上的压印图案得以转印至所形成的压印材料层上。值得一提的是，通过上述疏水表面120s(或导流片120)与载台100的配置关系以及压印滚轮200的作动方式，可使本实施例的压印设备10所生产的压印模具具有较佳的平整度，以进一步提升后续的压印工艺的整体良率。以下将针对采用本实施例的压印设备10制作压印模具的流程进行示范性地说明。

请参照图3a，首先，将一母模(mastermold)mm设置于压印设备10的载台100的承接面100s上。举例而言，母模mm背离承接面100s的一侧表面上可设有多个凹凸结构ps，且这些凹凸结构ps可以是具有纳米尺度的图案化结构。在本实施例中，这些凹凸结构ps例如是周期性且等间距排列的多个凸起结构，但不以此为限。举例而言，在本实施例中，母模mm的一侧缘可切齐导流片120靠近承接面100s的一端面，但本发明不以此为限。在其他实施例中，母模mm也可覆盖疏水表面120s靠近承接面100s的局部。

接着，于载台100的承接面100s上涂布压模材料层300，且压模材料层300直接覆盖母模mm并填满多个凹凸结构ps。在本实施例中，母模mm的材质可包括金属材料(例如：镍、铁、不锈钢、锗、钛、硅)、无机材料(例如：玻璃、石英、氧化铝)、树脂材料(例如：聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚芳酯、环氧树脂、硅酮树脂)、或碳材料(例如：金刚石、石墨)。

请参照图3b，将一基板301设置于压印滚轮200与压模材料层300之间。接着，令压印滚轮200在平行于载台100的承接面100s的方向(例如方向d1)上朝载台100的侧边部101移动并滚压压模材料层300。特别说明的是，压印滚轮200在移动至载台100的侧边部101上方后，停留在重叠于疏水表面120s的位置上。此时，因为压印滚轮200的挤压，压模材料层300位于侧边部101的部分会具有较厚的膜厚。也就是说，在压印滚轮200的滚压后，较多的压模材料会堆积在载台100的侧边部101(或疏水表面120s)上。

在本实施例中，基板301例如是可挠式基板，可挠式基板的材质包括聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate,pet)、聚间苯二甲酸乙二酯(polyethylenenaphthalate,pen)、聚醚石风(polyethersulfone,pes)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate,pc)或聚酰亚胺(pi)。

接着，令压印滚轮200朝疏水表面120s的方向(例如方向d2)移动并挤压压模材料层300，使压模材料层300分离为压模材料部300a与余料部300b，如图3c所示。此时，位于疏水表面120s上的余料部300b在压印滚轮200的挤压下会沿着疏水表面120s流动并远离位于承接面100s上的压模材料部300a。特别说明的是，由于疏水表面120s具有疏水性，余料部300b在流动的过程中所遭遇的阻力较小，有助于余料部300b自载台100的侧边部101上移除。在本实施例中，导流片120的疏水表面120s还可选择性地设有多个导流沟槽120g(如图2所示)。此导流沟槽120g的设置可让余料部300b的流动路径更为明确，有助于增加余料部300b在导流片120上的流动性。

一般而言，压模材料层300的材质可以是感光树脂材料，而这类树脂材料的粘度通常较高。为了进一步提升压模材料层300的余料部300b自载台100的侧边部101上移除的效率，压印设备10还可包括除胶轮130、致动元件140以及支撑臂141。除胶轮130设置在侧边部101背离疏水表面120s的一侧。在本实施例中，载台100还可具有凹槽100rs，且致动元件140设置于此凹槽100rs内。支撑臂141连接于致动元件140与除胶轮130之间，且支撑臂141适于在致动元件140的驱使下带动除胶轮130收纳至此凹槽100rs内或自凹槽100rs伸出。举例而言，致动元件140可包括步进马达、伺服马达、线性马达、或其他适合的驱动马达。

请参照图3c及图3d，详细而言，除胶轮130具有转轴ra以及围绕转轴ra的轮面130s。疏水表面120s远离承接面100s的一侧缘在方向d2上与除胶轮130的轮面130s重叠。在本实施例中，压印设备10还可包括致动器150，邻设于除胶轮130的一侧。举例而言，致动器150可以是驱动轮，且驱动轮直接接触除胶轮130的轮面130s。也就是说，本实施例的除胶轮130无法自行转动，需通过驱动轮(即致动器150)的驱使才能相对于转轴ra旋转，但本发明不以此为限。

举例而言，在本实施例中，除胶轮130是沿着逆时针的方向(即方向rd)相对于转轴ra转动。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，除胶轮130也可沿着顺时针的方向进行转动。值得一提的是，当一部分的余料部300b从疏水表面120s上流动至除胶轮130的轮面130s上时，相对于转轴ra旋转的轮面130s会带动此部分的余料部300b远离导流片120。如此一来，除了可避免压模材料堆积在导流片120靠近除胶轮130的一侧缘，位于轮面130s上的一部分余料部300b还可通过自身的粘着性加快位于疏水表面120s上的另一部分余料部300b的流动，有助于提升堆积在侧边部101的压模材料的移除效率。

在本实施例中，除胶轮130在方向d2上与疏水表面120s重叠的部分在方向d1上具有宽度w。通过此宽度w与除胶轮130的圆半径r的比值大于等于0.5且小于等于1.5，可确保除胶轮130能有效带动堆积在导流片120上的压模材料(即余料部300b)自载板100的侧边部101移除。另一方面，压印设备10还可包括盛盘165以及设置于盛盘165上的刮刀160。刮刀160设置于除胶轮130远离疏水表面120s的一侧，且直接接触除胶轮130的轮面130s。值得一提的是，附着于除胶轮130的轮面130s上的压印材料(即余料部300b)可经由刮刀160的刮取而流至盛盘165内。据此，可避免过多的压印材料附着在除胶轮130的轮面130s上而降低其对于压印材料的附着力。

请同时参照图4至图6，进一步而言，在本实施例中，除胶轮130还可具有贯孔132、围绕转轴ra而设的多个凹槽130r与多个通孔131。贯孔132在转轴ra的轴向上延伸，且转轴ra通过此贯孔132。这些通孔131连通于这些凹槽130r与贯孔132之间。这些凹槽130r例如是自轮面130s凹陷的沟槽结构，且流动至轮面130s上的压印材料(即余料部300b)适于流入这些凹槽130r内。在本实施例中，贯孔132可通过支撑臂141内的气流管道141p连接至外部的抽气泵(未示出)。此抽气泵配置用以产生吸引气流，且此吸引气流适于带动流入这些凹槽130r的压印材料依序经由通孔131、贯孔132以及支撑臂141的气流管道141p(如图1所示)而自除胶轮130移除。

值得注意的是，这些凹槽130r在转轴ra的轴向上延伸，且相邻的两个凹槽130r在垂直于转轴ra的方向上彼此错位。举例而言，在本实施例中，多个凹槽130r包括在旋转方向rd上依序排列的第一凹槽130r-1、第二凹槽130r-2与第三凹槽130r-3，第一凹槽130r-1与第二凹槽130r-2在旋转方向rd上具有第一间距s1，第二凹槽130r-2与第三凹槽130r-3在旋转方向rd上具有第二间距s2，且第一间距s1不等于第二间距s2。据此，可确保除胶轮130具有足够的轮面130s被欲移除的压印材料所附着。在本实施例中，除胶轮130的轮面130s材质可包括金属(例如不锈钢、铝)、具耐化学药品腐蚀性的塑料(例如聚酰亚胺)、或其他与树脂材料具有良好附着关系的材料，但不以此为限。

另一方面，除胶轮130定义凹槽130r的底面130b与通孔131在垂直于转轴ra的方向上分别具有宽度w1与宽度w2。轮面130s定义凹槽130r的一侧边130s1在垂直于转轴ra的轴向上具有宽度w3。凹槽130r在转轴ra的轴向上具有长度l，连通于同一凹槽130r且相邻的两个通孔131在转轴ra的轴向上具有间距s3。除胶轮130定义凹槽130r的一斜面130c与底面130b之间具有一夹角θ。在一较佳的实施例中，通过底面130b的宽度w1实质上等于通孔131的宽度w2、相邻的两个通孔131的间距s3与凹槽130r的长度l的比值为0.25、通孔131的宽度w2与侧边130s1的宽度w3的比值为0.5以及斜面130c与底面130b之间的夹角θ介于30度至45度的范围，可确保除胶轮130能产生足够的吸力将流至轮面130s的压印材料吸入凹槽130r内，但本发明不以此为限。

请参照图3e，在余料部300b通过上述的两种方式(即刮刀160与凹槽130r的配置)自除胶轮130移除后，令除胶轮130朝远离疏水表面120s的侧缘的方向(例如方向d1’)移动，并收容至载台100的凹槽100rs内。接着，令压印滚轮200朝远离载台100的方向(例如方向d2’)移动。此时，压模材料部300a靠近导流片120的边缘300ae与载台100的承接面100s(或导流片120的疏水表面120s)分离。请参照图3f，接着，将压模材料部300a进行固化。举例而言，在本实施例中，压模材料部300a的固化步骤可包括利用一紫外光源400沿方向d1依序照射压模材料部300a的不同区域。请参照图3g，在压模材料部300a经由紫外光的照射形成可用于压印工艺的压印模具im后，进行拔模的步骤，例如：令基板301的一端沿着方向d2’移动，以使压印模具im的不同区域依序脱离母模mm。于此，便完成压印模具im的制作。

值得一提的是，通过压印滚轮200与疏水表面120s的配合关系，本实施例的压印滚轮200在滚压压模材料层300的过程中无须限制所采用的压印压力，有助于增加压印模具im的工艺裕度。举例来说，为了提升压印品质，本实施例的压印滚轮200可采用10mpa以上的压印压力进行滚压。即使有更多的压模材料被挤压至母模mm的外侧(例如载台100的侧边部101所在区域)，仍可通过上述压印滚轮200与疏水表面120s的配合关系，将堆积在侧边部101的这些压模材料经由疏水表面120s自载台100上移除。

以下将列举另一实施例以详细说明本公开，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。

图7是本发明的第二实施例的压印设备的剖视示意图。请参照图7，本实施例的压印设备11与图1的压印设备10的差异在于：疏水表面的配置方式不同。在本实施例中，压印设备11的载台100a的侧边部101a可直接设有疏水表面101s。也就是说，压印设备11并未具有图1的导流片120。应可理解的是，在未示出的一实施例中，侧边部101a的疏水表面101s也可设有如图2所示的导流沟槽120g。

图8是本发明的第三实施例的压印设备的剖视示意图。请参照图8，本实施例的压印设备12与图1的压印设备10的差异在于：疏水表面的构型不同。具体而言，压印设备12的侧边部101b所设有的疏水表面101s1，其横截面轮廓为折线状。更具体地说，本实施例的疏水表面101s1的横截面轮廓为两个直线段的组合。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，疏水表面的横截面轮廓也可以是直线段与曲线段的组合。

图9是本发明的另一实施例的除胶轮的俯视示意图。请参照图9，本实施例的除胶轮130a与图6的除胶轮130的主要差异在于：除胶轮的凹槽的构型不同。具体而言，除胶轮130a的凹槽130r-a于轮面130s上的垂直投影轮廓可以是圆形，且多个凹槽130r-a是以阵列排列的方式设置于轮面130s。由于除胶轮130a的凹槽130r-a与其他构件(例如通孔与贯孔)之间的配置关系与前述实施例相似，详细的说明可参见前述实施例的相关段落，于此便不再重述。

综上所述，在本发明的一实施例的压印设备及压印方法中，载台的侧边部设有疏水表面，且压印滚轮在侧边部适于朝疏水表面移动并挤压涂布于载台上的压模材料层，使余料部沿着疏水表面与形成压印模具的压模材料部分离。据此，可有效提升压印模具的平整度，进而改善后续的压印工艺的整体良率。