专利名称：用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法
技术领域：
本发明涉及一种用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，尤其是适于用准分子激光加工在一个基板上形成的微球面阵列结构，以便制造金属模具，压制LCD面板或光敏面板。
为了能提高例如液晶显示屏幕、LCD、或是其他光敏面板的可视角度，必须在面板上形成有许多突起的微球面阵列结构以增进聚光性(或散光性)。这些有微球面阵列结构的面板大多是借助于金属模具以压制的方式制造的，而金属模具(压模)则是在一个母模上溅射一层金属层，然后再将金属层自母模脱离开，于是该金属层即成为可用来压制面板的压模。
公用技术中，用以制造压模的母模的方法有以下几种(一)以单道步进机曝光并配合高温调节法制造如
图1A至图1D所示，首先在一基板11上涂敷一光致抗蚀剂层12(图1A)。然后，用一步进机14透过一光罩13在基板11上进行分区、单次的步进曝光动作(图1B)。之后，用化学药剂洗掉未曝光的光致抗蚀剂12，而在基板11上形成若干微圆柱状光致抗蚀剂15的阵列结构(图1C)。接下来，再以高温调节的方式，将基板加热到很接近或甚至高于光致抗蚀剂熔点(Tg)的温度，使微圆柱状光致抗蚀剂15的表面相对来说大量的熔化而成为圆弧状16(图1D)。
这种技术具有以下缺点1.需高温调节，其方法不仅费时且结果不稳定，无法精确控制立体圆球面的形状。2.借助于步进曝光只能形成2维圆柱结构，无法产生圆球面或甚至是非球面的3维立体曲面。
(二)多道步进曝光微影方法
借助于多道步进曝光微影方法，重复进行图1B与图1C的步骤，并配合不同光罩图案使光致抗蚀剂曝光区域逐渐变大，最后将可得到类似金字塔形状的光致抗蚀剂结构，然后再进行高温调节，于是，调节的温度将可降低且调节时间较短，而立体圆球面的形状亦较易于控制。然而，其缺点是方法步骤多且十分繁琐复杂，不仅费时且成本高，而清洗光致抗蚀剂的化学药剂亦易造成环境污染。
(三)光敏玻璃方法如图2A至图2B所示，首先用一紫外线光源24(UV)透过一光罩23以步进曝光的方式来照射一光敏玻璃21(图2A)。在该光敏玻璃21上涂有不同形状的光敏材料料22(photosensitive material)。该光敏材料22在受到紫外线光源照射的区域将会硬化膨胀，并挤压未曝光的光敏材料，而在基板上形成若干突起的结构25(图2B)。
此技术的最大缺失是光敏玻璃的成本极高且不易购得，并且体积膨胀的形状不易精确控制。
(四)加温滴入方法如图3所示，以加温滴入的方式将光致抗蚀剂32一滴滴地(或可一次多滴地)少量滴在基板31上而形成突起的立体结构33。此技术的缺点是完全无法控制所形成微球面阵列的结构形状。
由此可知，上述的各种公用技术均各有其缺点，有待于进一步的改进。
本发明的主要目的是提供用一种准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，可以更简便且相对更便宜的方式，在一基板上形成可精确控制形状的微球面或非球面阵列结构。
本发明的另一目的是提供一种用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，在一光罩上设有预定的曲线图案，该曲线图案沿一直线方向上的宽度并不是定值而是有宽窄之分。当借助于准分子激光光源透过光罩上的曲线图案照射一基板上所涂敷的高分子材料时，准分子激光光源将冲击高分子材料，使其剥离而达到蚀刻的目的。并且当进行照射蚀刻时，我们同时将基板沿着垂直于该直线方向移动。于是，高分子材料在沿着该直线的方向上将受到不同时间长度的照射，使得蚀刻深度改变，因而可将高分子材料蚀刻成预定形状的立体图案。
为达到上述目的，在本发明的优选实施例中，用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列方法包括下列步骤(a)准备一表面涂敷有高分子材料的基板，以及设有预定曲线图案的至少一个光罩。
(b)用一准分子激光光源透过光罩对该基板上的高分子材料进行照射，且同时沿第一对应方向相对移动基板，使高分子材料蚀刻成第一立体图案。
(c)沿第二对应方向相对移动基板，同时并用准分子激光光源透过光罩对第一立体图案进行照射蚀刻，从而形成第二立体图案。该第二立体图案是类球面结构。
优选地，本发明还包括下列步骤(d)以化学蚀刻方式去除高分子材料的碎屑。
(e)进行表面处理使第二立体图案表面光滑。
(f)在基板及第二立体图案上溅射种子层。
(g)以电镀方式在溅镀种子层上形成一预定厚度的金属层。
(h)使金属层脱离基板及第二立体图案，使该金属层成为可压制的微阵列结构的金属模。
为对于本发明能有更进一步的了解与认同，现配合附图作如下的详细说明。
图1为公知的用单道步进机曝光并配合高温调节法制造的流程示意图。
图2为公知的光敏玻璃方法的流程示意图。
图3为公知的加温滴入方法的示意图。
图4A至图4G为本发明的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列方法的一优选实施例。
图5A及图5B分别为本发明的光罩上的预定曲线图案、以及形成的第一立体图案的实施例。
图6A及图6B分别为本发明的光罩上的预定曲线图案、以及形成的第一立体图案的另一实施例。
图7为本发明的高分子材料在经过至少两次照射蚀刻后所得到的类球面立体微阵列结构示意图。
本发明的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，主要是借助于一个光罩，在光罩上设有预定的曲线图案，该曲线图案在沿一直线方向上的宽度并不是恒定值，有宽窄之分。当借助于准分子激光光源通过光罩上的曲线图案照射一基板上涂敷的高分子材料时，准分子激光光源冲击高分子材料使其剥离而达到蚀刻的目的。并且当进行照射蚀刻时，我们同时将基板沿着垂直于该直线方向移动。于是，高分子材料在沿着该直线方向上将受到不同时间长度的照射，使得蚀刻深度改变，因而可将高分子材料蚀刻成预定形状的立体图案。
以下仅利用一优选实施例详细说明本发明。
请参阅图4A至图4G，图4A至图4G为本发明的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列方法的一个优选实施例，该方法包括下列步骤步骤(a)如图4A所示，准备一表面涂敷有高分子材料42的基板41，以及设有预定曲线图案的至少一个光罩44。
其中，该高分子材料42最好选用结合能量相对较低的材料，例如光致抗蚀剂材料(photoresist material)等，以利于让准分子激光光源照射破坏其结合以达到蚀刻高分子材料的目的。高分子材料42是用旋涂(Rotary Spindle)、印刷(Printing)、或是化学淀积(ChemicalDeposition)等方法涂敷于基板41(substrate)上的。该基板41最好是不易被准分子激光光源所蚀刻的材料，并可兼作蚀刻的终止层，基板41可为半导体基板，例如硅等。
该预定曲线图案是在沿着一直线方向上设置若干几何形状的可透光区域。该几何形状可透光区域在沿着与该直线方向上的宽度并非恒定值。
步骤(b)如图4B所示，借助于一准分子激光光源45通过该光罩44照射该基板41上的高分子材料42，且同时沿第一对应方向相对移动基板41(也就是一边移动且同时一边照射)，使高分子材料被蚀刻，形成第一立体图案43。此种照射方式与公知的步进机(stepper)的步进曝光(stepping-exposure)动作并不相同。
第一对应方向与直线方向相互垂直。因此，当用准分子激光光源45通过光罩44照射高分子材料且同时相对移动基板41时，高分子材料42在沿着该直线方向上的不同位置处分别受到不同时间长度的准分子激光光源照射，因而受到不同程度的蚀刻以形成第一立体图案43。
步骤(c)之后，在必要时(依据所需完成的立体图案而定)，可再沿第二对应方向相对移动基板41，同时并用准分子激光光源45通过光罩44对该第一立体图案43再次进行照射蚀刻，形成第二立体图案。在本优选实施例中，第一对应方向与第二对应方向垂直，因此可使第二立体图案成为类球面的结构。其中，步骤(b)与步骤(c)所使用的光罩44上的预定曲线图案可以相同或者不同。
或者，在另一优选实施例中，垂直的第一对应方向与第二对应方向，也可改为在完成步骤(b)的第一对应方向上的照射后，将同一基板41相对旋转90度角，然后再沿着相同的第一对应方向再执行步骤(c)的照射，可得到相同的第二立体图案效果，而使步骤(b)与步骤(c)的相对移动对应方向实质上是等效垂直的。
又，在另一优选实施例中，如果两次照射不足时，还可进行更多次照射，且每次照射时光罩44与基板41之间相对移动的对应方向可以不同，或可改用具有不同曲线图案的不同光罩44进行照射(此时该相对移动的对应方向可为相同方向)，直到得到预定的立体图案为止。
步骤(d)如图4C所示，以化学蚀刻方式去除高分子材料的碎屑。由于在用准分子激光光源冲击高分子材料进行蚀刻时，可能会有部分剥离的高分子材碎屑粘结在基板41或立体图案43的表面上，因此可借助于化学蚀刻方式快速清除这些碎屑。
步骤(e)如图4D所示，进行表面处理使立体图案43(可以是第一或第二立体图案)表面46变为圆滑。由于第二立体图案已经是类球面结构了，所以我们可选择相对较快的、低温的方式进行处理，使表面少量熔化，从而使其表面圆滑，例如以低于高分子材料熔点(Tg)的温度进行低温回流扩散(reflow diffusion)、高能量束快速加工、或是快速热回火处理(RTA)。
步骤(f)如图4E所示，在基板41及立体图案上溅射金属材质的种层47(seed layer)，此种层最好是镍金属或其合金。
步骤(g)如图4F所示，以电镀方式在溅镀种子层47上形成一预定厚度的金属层48，此金属层48的材料最好为镍金属或其合金。
步骤(h)如图4G所示，使金属层48脱离基板及第二立体图案，成为一个独立元件，该金属层48可作为压制其他微阵列结构的金属模具(mold)。
如图5A及图5B所示，图5A及图5B是本发明的光罩上的预定曲线图案及其所能形成的第一立体图案的实施例。如图5A所示，光罩51上的预定曲线图案包括有若干个沿该直线方向91设置的半圆形的可透光区域52，该可透光区域52于沿着该直线方向91上的宽度并非定值。当将基板61沿着第一对应方向92(与该直线方向互相垂直)相对移动并进行照射蚀刻时，因基板61上的高分子材料在该直线方向上的各位置处受到的照射时间不同，所以可形成若干半圆形凹沟的第一立体图案62(如图5B)。
如图6A及图6B所示，图6A及图6B是本发明的光罩上的预定曲线图案及其所能形成的第一立体图案的另一实施例。同理，当光罩51a上的预定曲线图案的可透光区域52a是如图6A所示时，可在基板61a上形成如图6B所示的半圆柱形的长条突起结构的第一立体图案62a。如果将基板61a旋转九十度角后再次以图6A的光罩51a进行蚀刻，则将获得如图7所示的第二立体图案63，而此第二立体图案63已经十分接近半球面体结构了。
当然，本发明的技术并非仅仅适用于半球面体结构的阵列的形成，本领域的普遍技术人员还可借助于在光罩上设计不同的预定曲线图案，并配合若干次数或不同对应方向的移动照射，就可得到例如椭圆球面、波浪面、或是其他立体图案结构。
相对于前述的公用技术，本发明至少具有下列优点(1)光是借助于准分子激光光源通过光罩的图案设计来进行加工的，即可轻易且精密地形成类球面的微结构，所以仅需要以低温调节扩散便能得到良好的圆滑表面。
(2)解决公用技术的方法中，单道微影制作成图柱状结构后，必需高温调节的问题。
(3)相对于公用技术以多道微影作成金字塔型结构的技术，本发明的方法简化且可缩短方法所需的时间。
(4)本发明对于不同的非球面微结构设计可以采用不同的方法参数，例如改变光罩的图案设计、或改变移动照射时的对应方向。
(5)可以较精确地制作出球面或非球面微结构，以解决公知技术中利用体积膨胀或加温滴入的方法无法精确控制微结构形状的缺点。
(6)相对于公知技术中使用的高价光敏玻璃，本发明的成本相对较低。
以上利用一个优选实施例详细说明本发明，但不是对本发明范围的限制，本领域的普遍技术人员都能明白，适当的部分修改及调整，不会偏离本发明的主题，也不脱离本发明的构思和范围。
权利要求
1.一种用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，包括有下列步骤(a)准备一表面涂敷有高分子材料的基板，以及设有预定曲线图案的至少一个光罩；(b)以一准分子激光光源通过光罩对该基板上的高分子材料进行照射，且同时沿第一对应方向相对移动基板，使高分子材料被蚀刻，形成第一立体图案；(c)沿第二对应方向相对移动基板，同时并用准分子激光光源通过光罩对第一立体图案进行照射蚀刻，形成第二立体图案。
2.如权利要求1所述的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，其特征在于，预定曲线图案是在沿着与该对应方向垂直的方向上设置若干几何形状的可透光区域，该几何形状的可透光区域在沿着与该对应方向垂直的方向上的宽度并非恒定值，因此，当用准分子激光光源通过光罩照射高分子料且同时相对移动基板时，高分子材料在沿着垂直该对应方向的方向上受到不同时间长度的准分子激光光源照射，因而受到不同程度的蚀刻以形成立体图案。
3.如权利要求1所述的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，其特征在于，第一对应方向与第二对应方向，是借助于在完成步骤(b)的照射后，将同一基板相对90度角放置，然后再沿着相同的第一对应方向执行步骤(c)的照射，从而使第一对应方向与第二对应方向实质上是垂直的。
4.如权利要求1所述的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，其特征在于，在步骤(c)之后还包括有下列步骤(d)以化学蚀刻方式去除高分子材料的碎屑；(e)进行表面处理使第二立体图案表面变为圆滑。
5.如权利要求1所述的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，其特征在于，在步骤(c)之后还包括下列步骤(f)在基板及第二立体图案上溅射种层；(g)以电镀方式在溅射的种层上形成一个预定厚度的金属层；(h)使金属层脱离基板及第二立体图案，使该金属层成为可压制微阵列结构的金属模。
6.一种用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，包括有下列步骤(a)准备一个表面涂敷有高分子材料的基板，以及设有预定曲线图案的至少一个光罩，该预定曲线图案是在沿着一个直线方向上设置若干几何形状的可透光区域，且在可透光区域沿着该直线方向上的宽度并非恒定值；(b)用一准分子激光光源通过光罩对该基板上的高分子材料进行照射，且同时沿着与该直线方向互相垂直的第一对应方向进行基板的相对移动，使高分子材料被蚀刻，形成第一立体图案；以及(c)使基板相对旋转一预定角度后，沿该第一对应方向相对移动基板且同时用准分子激光光源通过光罩对第一立体图案进行照射蚀刻，从而形成第二立体图案。
7.如权利要求6所述的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，其特征在于，在步骤(c)之后还包括下列步骤(d)用化学蚀刻方式去除高分子材料的碎屑；(e)进行表面处理使第二立体图案表面变为圆滑。
8.如权利要求6所述的用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法，其特征在于，在步骤(c)之后还包括下列步骤(f)在基板及第二立体图案上溅射种层；(g)以电镀方式在溅射的种层上形成一个预定厚度的金属层；(h)使金属层脱离基板及第二立体图案，使该金属层成为可压制微阵列结构的金属模。
全文摘要
一种用准分子激光制造微球面与非球面高分子结构阵列的方法,准分子激光光源通过一个光罩上的曲线图案照射并冲击基板上涂敷的高分子材料而使其剥离蚀刻。同时使基板沿着垂直于该直线的方向移动,使高分子材料在沿着该直线方向上的不同位置处受到不同时间长度的照射,造成不同蚀刻深度,因而可将高分子材蚀刻成预定形状的立体图案。并且,借助于两次不同方向或是不同光罩图案的照射蚀刻,可得到类球面或非球面的微阵列结构。
文档编号G02B3/02GK1353029SQ0013352
公开日2002年6月12日 申请日期2000年11月9日 优先权日2000年11月9日
发明者蔡宏营, 潘正堂, 周敏杰, 陈世洲, 林育生 申请人:财团法人工业技术研究院