专利名称：滚轮式压印系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种压印装置，特别是有关一种运用软性模具将图形复制在基板上的滚轮式压印系统。
背景技术：
现今电子化产品不断强调迷你、轻薄短小与高效能兼具的主要特性，代表利用半导体工业开发出来的核心组件也必须朝着迷你、轻薄短小与高效能兼具的方向持续发展。目前半导体工业主要发展瓶颈在于线宽尺寸，当线宽尺寸距离越小，核心组件的尺寸也可以随之缩小；而在效能方面，由于线宽尺寸距离缩短，使能量传递的速度越快、功率损耗缩小，效能也可以随之提闻。传统半导体工业制作核心组件的方法为光学微影(Photo Lithography),而在光学方面由于受聚焦深度的成像物理限制，即使在曲率极小的平面上制作结构图形也很困难，所以对于缩小线宽尺寸的瓶颈仍然难以克服。目前能达到纳米尺寸的微影技术(Lithography)有步进重复式微影(Step and Repeat Lithography)、电子束微影技术(E-beam Lithography)、离子束微影技术(1n-beam Lithography)、及纳米压印微影技术(Nanoimprint Lithography)等等。其中纳米压印微影技术不受光学绕射极限的限制且具有分辨率高、速度快、以及成本低廉等特色，因此应用领域相当广泛。
发明内容
鉴于上述的发明背景中，为了符合产业利益的需求以及达到上述的目的，本发明提出一种滚轮式压印系统，适用于转印一图案至一基板，其包括滚轮模块、传动模块、固定模块、固化模块、及电子控制模块。滚轮模块包含一滚轮；传动模块包含可移动的一承载平台，且承载平台上安置有该基板。软性模仁位于基板与滚轮之间，其包含一图案层面对基板，该图案位于该图案层上。电子控制模块连接滚轮模块与传动模块，用以控制滚轮呈现一第一方向移动并且使承载平台呈现一第二方向移动至一压印位置；其中电子控制模块控制滚轮对软性模仁施加压力，以将图案层转印至基板上。本发明的滚轮模块更包含一滚轮自转马达且前述的滚轮自转马达连接前述的滚轮用以使前述的滚轮具有一转速。前述的转速可与前述的承载平台的移动速度相互搭配以顺利将前述的图案转印至前述的基板。本发明的滚轮模块更包含一升降机构用以带动前述的滚轮呈现一第一方向的移动，该升降机构可为一气缸。当本发明的滚轮模块到达一定位点之后前述的承载平台才开始进行移动，或是该滚轮模块与该承载平台于压印前到定位。本发明的软性模仁可预先贴附或是渐进式贴附至前述的滚轮表面上再开始进行滚轮压印的制程。本发明的软性模仁可预先覆盖或是渐进式覆盖于前述的基板上再进行滚轮压印的制程，其中渐进式覆盖是在该软性模仁进入滚轮前才将该模仁部分覆盖在该基板上。本发明的传动模块具有一传动马达以移动前述承载平台；传动模块更包含一线性移动装置用以与前述的传动马达相互搭配以使承载平台进行移动，其中该线性移动装置可为螺杆、滑轨、导杆或是轨道。本发明的固定模块包含多数个导气孔或导气通道并连接一真空源或是真空产生器以将基板固定于固定模块上，其中该真空源可为抽气马达。本发明的滚轮式压印系统更包含一固化模块且前述的固化模块邻近前述的传动模块，用以藉由前述的固化模块的灯罩将固化模块的光线引导至前述的滚轮与前述的软性模仁的接触位置。于本发明另一实施例中，滚轮式压印系统适用于转印软性模仁的图案至一基板，其包括滚轮模块、传动模块、固定模块、固化模块、及电子控制模块。滚轮模块包含一滚轮；传动模块包含可移动的一承载平台，且承载平台上安置有该基板。一履带模块，承载该软性模仁使其位于该基板与该滚轮之间，该软性模仁上的一图案层面向该基板，且该图案位于该图案层上。电子控制模块连接滚轮模块与传动模块，用以控制滚轮呈现一第一方向移动并且使承载平台呈现一第二方向移动至一压印位置；其中电子控制模块控制滚轮对软性模仁施加压力，以将图案层转印至基板上。本发明的滚轮模块更包含一滚轮自转马达且前述的滚轮自转马达连接前述的滚轮用以使前述的滚轮具有一转速。于本发明一实施例中，履带模块包含齿轮马达组、履带吸条组及支架组。
图1为本发明的模块示意图。图2为本发明的滚轮模块的示意图。图3为本发明的传动模块的示意图。图4为本发明的固定模块的示意图。图5A及图5B为本发明的基板转印时的示意图。图6A为本发明的滚轮式压印系统的前视示意图。图6B为本发明的滚轮式压印系统的侧视示意图。图7A为本发明的滚轮式压印系统进行基板转印时的侧视示意图。图7B为本发明的基板转印时的示意图。图8A为本发明的滚轮式压印系统进行光照固化时的灯罩设置角度示意图一，显示与法线夹角为20°。图SB为本发明的滚轮式压印系统进行光照固化时的灯罩设置角度示意图二，显示与法线夹角为30°。图SC为本发明的滚轮式压印系统进行光照固化时的灯罩设置角度示意图三，显示与法线夹角为45°。图9A为本发明另一实施例的滚轮式压印系统的前视示意图。图9B为本发明另一实施例的模块示意图。主要组件符号说明100 滚轮式压印系统
200滚轮模块205滚轮平台210滚轮自转马达215滚轮自转马达配重块220滚轮固定座225滚轮230气缸平台235滚轮升降气缸240导杆245螺旋测微器250缓冲器300传动模块305传动马达310螺杆315滑轨320承载平台400固定模块420抽气马达410导气孔500电子控制模块600固化模块610灯罩710基板720压印材料730软性模 仁735支撑结构740图案层750界面层800履带模块810a马达810b齿轮820a履带820b真空吸条830主支架840a脚架840b脚架
具体实施例方式参照图1所示，此为本发明的滚轮式压印系统的模块示意图。本发明的滚轮式压印系统100包含滚轮模块200、传动模块300、固定模块400、电子控制模块500、及固化模块600。传动模块300与固定模块400及电子控制模块500电性连接或透过连动机构连接，用以带动固定模块400在滚轮式压印系统内移动并藉由电子控制模块500控制固定模块400的位置，其中欲进行转印制程的基板则固定于固定模块400上。滚轮模块200连接于电子控制模块500，用以利用电子控制模块500调整滚轮模块200的滚轮的位置以对固定模块400上的基板垂直施压。固化模块600位于滚轮式压印系统内并邻近于传动模块300，用以藉由传动模块300将固定模块400及其上的基板传递至固化模块600内进行固化的制程。固化模块600可以独立于滚轮模块200，也可以与滚轮模块200相互整合以减化制成。若选择整合于滚轮模块200中，固化位置可以选择压印后作面固化，也可以选择透过透明的滚轮折射方式作线性固化。滚轮模块200主要结构包含滚轮自转机构与滚轮升降机构所组成。滚轮模块200的机械动作分为两部份，分别为滚轮升降运动及滚轮自转运动。当滚轮压印制程启动时，滚轮升降机构会带动滚轮移动至压印位置；当滚轮压印制程完成时，滚轮升降机构会带动滚轮移动至原点位置；而在压印制程中，滚轮自转马达会带动滚轮开始自转。滚轮的压印位置可以使用下列各方式来控制:(I)利用量测系统控制移动长度以达到压印位置，例如:数字式螺旋测微器、光学尺等;(2)利用马达电控系统控制移动长度以达到压印位置，例如:步进马达、伺服马达等；或是(3)利用定压力系统控制压印位置，例如使用油压缸搭配油压控制器或控制马达(例如使用步进马达、伺服马达等)输出电流以达到定压力输出目的。滚轮升降机构依照压印位置控制方式不同可以选择不同驱动源，例如:气压缸、油压缸、步进马达、伺服马达等，辅助升降机构也依照不同驱动源做不同搭配，例如:导杆、螺杆、线性滑轨、齿轮等。另外也可以利用油压式缓冲器适时提供一个与升降机构出力相反的缓冲作用力，减少各零件因冲击力过大而增加损耗与磨损。参照图2所示，此为滚轮模块的示意图。滚轮模块200包含滚轮平台205、滚轮自转马达210、滚轮自转马达配重块215、滚轮固定座220、滚轮225、气缸平台230、滚轮升降气缸235 (或滚轮升降油压缸)、导杆240、螺旋测微器245、及缓冲器250，其中滚轮升降运动主要由气缸平台230、导杆240、螺旋测微器245、及缓冲器250所组成，而滚轮自转机构主要由滚轮自转马达210所组成。滚轮225透过滚轮固定座220固定于滚轮平台205且连接滚轮自转马达210，其中滚轮可为一透明的滚轮且滚轮的材质可为玻璃或是石英，或是不透明的材质。如果滚轮225采用不透明的材质，可以在压印完成之后才进行固化的程序。滚轮平台205则与滚轮升降气缸235 (或滚轮升降油压缸)相互连接以藉由滚轮升降气缸235(或滚轮升降油压缸)带动滚轮平台205上的滚轮225沿着导杆240以垂直方向进行移动，其中滚轮升降气缸235 (或滚轮升降油压缸)装设于气缸平台230上且滚轮升降气缸235(或滚轮升降油压缸)连接一气压源(未显示于图中)。滚轮升降气缸235 (或滚轮升降油压缸)所连接的气压源可以为一空压机且空压机所提供的气压透过过滤减压阀(未显示于图中)进行杂质的过滤并同时调节输出压力，藉以控制滚轮升降气缸235 (或滚轮升降油压缸)的输出压力，进而变更滚轮压印压力设定值。随着产品设计的不同，滚轮升降气缸235也可透过气压电磁阀或油压电磁阀的ON/OFF开关控制滚轮225达到上升、下降的目的，但是并不限制本发明的范围。滚轮自转马达马达配重块215与滚轮自转马达210分别位于滚轮平台205的左、右两边相对位置，确保滚轮平台205重量平均，避免滚轮平台205上升、下降过程中，因重量不平均产生动作不顺畅的缺陷。螺旋测微器245位于滚轮平台205的斜对角相对位置。利用螺旋测微器定位与基准面的相对位置，便可以确认滚轮平台高度，避免滚轮平台发生倾斜的缺陷。缓冲器250用以提供一个与滚轮平台205移动方向相反的缓冲作用力，确保滚轮平台205上各零件下降至定位时动作顺畅并减少各零件因冲击力过大而增加损耗与磨损。滚轮自转马达210连接至电子控制模块500，利用电子控制模块500控制滚轮225的转速以确保基板经由传动模块300所带动的移动速度与滚轮225在基板上的切线速度相同，避免基板与软性模仁之间发生滑动的现象。当滚轮压印制程启动时，滚轮升降机构(例如滚轮升降气缸235 [或滚轮升降油压缸])会带动滚轮225移动至压印位置。当压印制程开始，滚轮自转马达210会带动滚轮225开始运转。当滚轮压印制程完成，滚轮升降机构会带动滚轮225移动至原点位置。然而，所有的部件可以一起动作到指定的位置，如各自的定位点。参照图3所示，此为本发明的传动模块的示意图。传动模块300包含传动马达305、螺杆310、滑轨315、及承载平台320，其中传动马达305连接螺杆310且螺杆310连接承载平台320，用以利用传动马达305带动螺杆310并利用螺杆310带动承载平台320进行移动。传动马达305更与电子控制模块500相连接用以利用电子控制模块500控制传动马达305的速度。承载平台320用来装设固定模块400。螺杆310，主要是一线性移动装置，可为一滚珠螺杆且利用联轴器325与传动马达305做同步运转以带动承载平台320进行水平方向移动，其中承载平台的移动方向垂直于滚轮的移动方向。螺杆310，在本发明中亦可以用滑轨，导杆，轨道等各种凹凸结构进行线性往复式运动。滑轨315可为一滑轨，例如线性滑轨，用以避免承载平台320在行进中产生翻转的缺陷并辅助螺杆310作直线运动及平衡负载，其中随着产品需求的不同，滑轨的数量可采用多根滑轨但并不限制本发明的范围。传动模块300更包含承载平台原点定位传感器及承载平台终点定位传感器(未显示于图中)，用以侦测承载平台的位置且此两传感器均与电子控制模块500相互连接。电子控制模块500可控制传动马达305带动螺杆310使承载平台320能藉由滑轨315的辅助作直线前进动作。直到承载平台320触发承载平台320终点定位传感器并将此触发讯号传递至电子控制模块500后，电子控制模块500控制传动马达305转换运转方向。承载平台320仍藉由滑轨315的辅助作直线后退动作，直到承载平台触发承载平台原点定位传感器并将此触发讯号传递至电子控制模块500后，电子控制模块500将停止传动模块的运转。固定模块400，可以使用真空吸引方式、凹槽固定方式、档块固定方式，或是针(pin)固定方式达到固定基板的目的。若使用真空吸引方式，请参照图4所示，此为固定模块的示意图。固定模块400包含多数个导气孔410或导气通道(图未示)且连接一真空源，例如抽气马达(未显示于图中)，用以藉由抽气马达透过导气孔410进行抽气而在固定模块400的表面形成一吸引力，此吸引力将会使欲进行压印制程的基板固定于固定模块400上，其中抽气马达可为一真空帮浦。固定模块400可透过固定组件固定于传动模块300的承载平台320上，因此固定模块可随承载平台320进行移动。参照图5A及图5B所示，此为本发明的基板转印时的示意图。本发明固定于固定模块400上的基板710包含一压印材料720，利用包含一图案层740的软性模仁730将图案层740上凹凸结构构成的图案转印至压印材料720，其受固定模块400安置于该承载平台320时，软性模仁730的图案层740是面向基板710。压印材料720位于基板710与软性模仁之间且随着产品的需求，压印材料720与基板710之间更包含一接口层750用来增加基板与压印材料之间的附着力，其中接口层的材质可为一六甲基二娃氮烧(HexamethylDisilazane ;HDMS)。软性模仁730的材质可为聚二甲基娃氧烧(Polydimethylsiloxane ；PDMS)。压印材料720可以预先涂布在基板710上，经过滚轮225压印的制程后将软性模仁730上的图案复制到压印材料720上。随着产品需求的不同，压印材料也可预先涂布在软性模仁730上并填满软性模仁730的图案层，之后直接将压印材料720经由滚轮225压印的制程覆盖到基板710上以完成图案转印的目的。随着制程需求的不同，软性模仁730可以预先贴附或是渐进式贴附在压印材料720上再进行滚轮225压印的制程或是可先将软性模仁730贴附或是渐进式贴附在滚轮225表面上后再进行滚轮压印的制程。参照图6A及图6B所示,此为本发明的滚轮式压印系统的前视示意图及侧视示意图。首先将固定模块600放置在承载平台320。待基板710放置在固定模块600上后启动抽气马达420以将基板710固定在固定模块600上。接下来利用电子控制模块500控制滚轮225下降至压印位置并开始进行自转同时传动模块300上的传动马达305开始作动，以藉由螺杆310将旋转运动转换为直线运动，带动承载平台320进行移动，直到承载平台320触发承载平台终点定位传感器后停止承载平台320的移动，其中滚轮225的移动方向为一第一方向、承载平台320的移动方向为一第二方向、及滚轮225的移动方向垂直于承载平台320的移动方向，其中第一方向可为垂直方向而第二方向可为水平方向。另外，滚轮225可以与承载平台一起移动到起始位置。承载平台320带动基板710移动的过程中滚轮225将与软性模仁730接触并藉由电子控制模块500控制传动马达305与滚轮自转马达210的转速，以达到同步移动的效果并完成压印的制程，其中软性模仁730位于滚轮225与基板710之间且滚轮可同时对软性模仁730及基板710施予一压力以顺利将软性模仁730上的图案层740转移至基板710。另外，软性模仁730可以用渐进式贴附的方式，在开始进行滚压的制程的时候才贴附在滚轮225的表面。或者是，软性模仁730可采用渐进式覆盖的方式，在进入滚轮225前才覆盖在基板710上，如图7A与图7B所示。在图7A中，有一支撑结构735让软性模仁730在进入滚轮225之前才与基板710贴附。详细结构可以参阅图7B。这种方式可以避免气泡进入到软性模仁730与基板710之间。在本发明的一较佳实施例中，所使用的固化模块600是整合到滚轮模块200并选择线固化制程方式来达到固化目的。当进行压印制程时，固化模块600包含一光源及一灯罩610用以利用灯罩限制光源的散射现象并将光源通过滚轮225，例如石英滚轮，的折射而聚焦到滚轮225与软性模仁730的接触位置以在压印的同时进行材料固化的制程，其中固化模块600的光源可为一紫外光源且其欲固化的对象为进行压印后的压印材料720。当承载平台320触发承载平台终点定位传感器后，滚轮225停止自转并上升至滚轮225的原点位置且在滚轮225回到原点位置后传动模块300的传动马达305开始进行复归的动作，藉由螺杆310将旋转运动转换成直线运动带动承载平台320移动，直到承载平台320触发承载平台原点定位传感器后传动马达305才停止运作停止。当承载平台320触发承载平台原点定位传感器后，电子控制模块500将关闭抽气马达420使基板710得以由固定模块400上取出。光源与灯罩可以控制出光角度，请参阅图8A、图8B与图8C。当光源的出光角度不同的时候，由于滚轮225的截面是圆形，光线经过滚轮225的折射的结果也不相同，固化的效率也会有所差异。在图8C中，紫外光照射的面积较大，而在图8A中，会有聚焦的效果。本发明紫外光源的固化模块600，以光学仿真软件LightTool进行灯具屏蔽模拟，针对紫外光照度及照射范围做详尽的分析，然后再实际制作屏蔽610加装于模块灯具上，仿真结果显示光线照射与法线夹角越大，其照射聚焦中心线离压印接触线越远，则聚焦能量递减，聚焦面积与夹角成反比，由以上结果再进行屏蔽角度与光线通过滚轮折射的关系模拟。仿真结果显示，屏蔽610以70°反射通过滚轮225聚焦在滚轮225与芯片压印接触线上的效果为最佳，光照范围控制在滚轮压印晶圆的接触线之后且平均照度皆有达到要求。有关软性模仁可渐进式贴附至该滚轮表面上、或渐进式覆盖于该基板上而进行滚轮压印的实现方式，举例来说，可透过一履带模块承载软性模仁而实现。请参考图9A与图9B，于另一实施例中滚轮式压印系统100包含滚轮模块200、传动模块300、固定模块400、电子控制模块500、固化模块600及履带模块800。其中大多数模块功能与结构与前述实施例相仿，此处不再赘述。履带模块800是用以承载软性模仁730使其可传送至基板710与滚轮225之间，并视需要可使软性模仁730可渐进式贴附至该滚轮225表面上、或渐进式覆盖于该基板710上而进行滚轮压印。履带模块800由齿轮马达组、履带吸条组及支架组所构成。齿轮马达组由至少一马达810a、与马达810a及/或履带吸条组连动的一或多个齿轮810b，及连接对应齿轮810b的轴承(图未示)。履带吸条组由安装于前述齿轮810b上的二平行履带820a，及安装在二履带820a之间的多个真空吸条820b。支架组由二平行设置主支架830、以及支撑主支架830的多个脚架840a/840b。齿轮马达组的马达810a、齿轮810b与轴承、履带吸条组的履带820a等均是直接或间接安装于支架组的主支架830上。马达810a可受电子控制模块500的控制而运转，以带动齿轮810b ;履带820a上的真空吸条820b具有气孔或通道，可串连抽气马达420而将软性模仁730吸附固定真空吸条820b上。依照不同的设计需求，软性模仁730被履带模块800传送到基板710与滚轮225之间时，可渐进式贴附至该滚轮225表面上、或渐进式覆盖于该基板710上；只要软性模仁730上的图案层740面向基板710，即能使其图案经滚轮压印而转印到基板710上。显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围内。
权利要求
1.一种滚轮式压印系统，适用于转印一软性模仁的一图案至一基板，其特征在于，包括: 一滚轮模块，包含一滚轮； 一传动模块，包含可移动的一承载平台，且该承载平台上安置有该基板； 一履带模块，承载该软性模仁使其位于该基板与该滚轮之间，该软性模仁上的一图案层面向该基板，且该图案位于该图案层上；以及 一电子控制模块，连接该滚轮模块与该传动模块，用以控制该滚轮呈现一第一方向移动并且使该承载平台呈现一第二方向移动至一压印位置，其中该电子控制模块控制该滚轮对该软性模仁施加压力，以将该图案层的该图案转印至该基板上。
2.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该滚轮模块包含一滚轮自转马达且该滚轮自转马达连接该滚轮用以使该滚轮具有一转速。
3.如权利要求2所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该转速可与该承载平台的移动速度相互搭配以顺利将该图案层转印至该基板。
4.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该滚轮模块更包含一滚轮升降机构用以带动该滚轮呈现该第一方向的移动。
5.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该滚轮模块到达一定位点之后该承载平台才开始进行移动，或是该滚轮模块与该承载平台于压印前到达定位。
6.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该软性模仁可经该履带模块承载而渐进式贴附至该滚轮表面上、或渐进式覆盖于该基板上再开始进行滚轮压印的制程。
7.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该履带模块包含一齿轮马达组、一履带吸条组及一支架组。
8.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该传动模块更包含一线性移动装置用以与该传动马达相互搭配以使该承载平台进行移动，其中该线性移动装置可为螺杆、滑轨、导杆或是轨道。
9.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:更包含一固定模块具有多数个导气孔或导气通道并连接一真空源以将该基板固定于该固定模块上。
10.如权利要求1所述的滚轮式压印系统，其特征在于:该滚轮式压印系统可包含一固化模块邻近于该传动模块，用以藉由该固化模块的一灯罩将该固化模块的光线引导至该滚轮与该软性模仁的一接触位置，其中该固化模块包含一紫外光源。
全文摘要
一种滚轮式压印系统，包含滚轮模块、传动模块、固定模块、固化模块、及电子控制模块，以利用滚轮的施压使得软性模具上的图案可以顺利地转印至基板上。
文档编号G03F7/00GK103149794SQ20121021075
公开日2013年6月12日 申请日期2012年6月20日 优先权日2011年12月6日
发明者李有璋, 吴祚享, 陈柏廷 申请人:私立中原大学