压印模具以及压印模具制造方法与流程

本发明关于一种压印(imprint)模具以及压印模具制造方法。

背景技术：

在纳米压印光刻技术所需的具有纳米结构图案的模具的制作技术中，常见采用电子束光刻(electronbeamlithorgraphy)技术并搭配有机光致抗蚀剂的使用，从而在平面模仁上形成纳米结构图案。然而，使用电子束光刻技术制造纳米结构图案的设备成本高，光刻制作技术费时且仅限于12吋晶圆以下，并不利于制作大面积的具有纳米结构图案的模具。

另一种制备制作大面积的具有纳米结构图案的模具的方法，是通过拼接工艺将多个小模具拼接形成大面积的模具。方式之一，是从一个小母模通过光聚合或类似物制备多个小复制品模具，将所述复制模并排如瓷砖或瓦片的定位处理，以产生一个大面积的模具。但是当小模具紧密排列时，小模具间易有重迭断差现象发生，造成后续作为压印模具时，形成纳米压印无效区域，因而影响纳米压印质量，甚至导致后续纳米结构蚀刻问题。

方式之二是通过重复施作(stepandrepeat)的方式达到放大面积的目标，但是拼接处的实际结构不容易形成完全连续的理想拼接界面，如何达到拼接的精度要求是问题之一。

综上，制作大面积的具有纳米结构图案的模具的成本难以降低，有改善的空间。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种压印模具以及压印模具制造方法，可降低制造成本。

本发明的压印模具具有多个约相同或不同的模具图案，模具图案间不存在高度段差。

本发明的压印模具，其表面包含第一区域、第二区域、以及重迭区域。第一区域内设置有第一模具图案，第一模具图案具有第一线宽及第一深度。第二区域内设置有第二模具图案，第二模具图案具有第二线宽及第二深度。重迭区域位于第一区域及第二区域之间，重迭区域内设置有第三模具图案，第三模具图案具有第三线宽及第三深度。其中，第一模具图案、第二模具图案的顶面位于同一水平，第三线宽≦第一线宽或第二线宽，第三深度≦第一深度或第二深度。

本发明的压印模具，其表面包含第一区域、第二区域、以及重迭区域。第一区域内设置有第一模具图案，第一模具图案具有第一线宽及第一深度。第二区域内设置有第二模具图案，第二模具图案具有第二线宽及第二深度。重迭区域位于第一区域及第二区域之间，重迭区域下凹并具有第三深度。其中，第一模具图案及第二模具图案的顶面位于同一水平，第三深度≦第一深度或第二深度。

本发明的压印模具，其表面包含第一区域以及第二区域。第一区域内设置有第一模具图案，第一模具图案具有第一线宽及第一深度。第二区域内设置有第二模具图案，第二模具图案具有第二线宽及第二深度，第一区域及第二区域之间具有间距。其中，第一模具图案及第二模具图案的顶面位于同一水平，间距与第一线宽及第二线宽均不相等。

本发明的压印模具制造方法，包含：(步骤s1000)设置模具图案层于基材上；(步骤s2000)于模具图案层上设置第一硬掩膜层，其中第一硬掩膜层具有一个或多个第一镂空区域；(步骤s3000)在模具图案层形成第一模具图案，其中第一模具图案的范围与第一镂空区域于模具图案层的垂直投影范围完全重迭；(步骤s4000)去除第一硬掩膜层；(步骤s5000)于模具图案层上设置第二硬掩膜层，其中第二硬掩膜层具有一个或多个第二镂空区域，其中第二镂空区域于模具图案层的垂直投影范围与第一模具图案相邻接；(步骤s6000)在模具图案层形成第二模具图案，其中第二模具图案的范围与第二镂空区域于模具图案层的垂直投影范围完全重迭；(步骤s7000)去除第二硬掩膜层。

附图说明

图1a至5b为本发明压印模具的实施例示意图；

图6为本发明压印模具制造方法的实施例流程示意图；

图7a至7k为使用本发明压印模具制造方法制造压印模具的实施例示意图；

图8a至8c为本发明中对第一压印光刻胶层以及模具图案层进行蚀刻以在模具图案层形成第一模具图案的实施例示意图；

图9为本发明中使用聚二甲基硅氧烷光罩接触曝光的实施例示意图；

图10为本发明中以uv干涉原理通过光罩曝光的实施例示意图；

图11为本发明中使用高分辨率电子束通过光罩扫描曝光的实施例示意图。

其中，附图标记：

100、404第一区域

200、505第二区域

300重迭区域

311第三图案单元

312突出部

400基材

500模具图案层

610第一硬掩膜层

611第一镂空区域

620第二硬掩膜层

621第二镂空区域

701第一压印区域

702第二压印区域

710第一压印光刻胶层

711第一压印图案

712残余光刻胶层

720第二压印光刻胶层

721第二压印图案

810聚二甲基硅氧烷光罩

811聚二甲基硅氧烷本体

812图案化金属层

813紫外光

821高分辨率电子束

822模板光罩

900压印模具

910、940第一模具图案

911、941第一模具图案的顶面

920、950第二模具图案

921、951第二模具图案的顶面

930第三模具图案

931第三模具图案的顶面

d1、d4第一深度

d2、d5第二深度

d3第三深度

h1第一高度

h2第二高度

h3第三高度

h4第四高度

hhm硬掩膜层厚度

hrl残余光刻胶层厚度

s1000步骤

s2000步骤

s3000步骤

s4000步骤

s5000步骤

s6000步骤

s7000步骤

w1、w4第一线宽

w2、w5第二线宽

w3第三线宽

w312突出线宽

w311第三图案单元线宽

w6间距

具体实施方式

在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。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/或电连接。

本文使用的＂约＂、＂近似＂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±30％、±20％、±10％、±5％内。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。

如图1a到图5b所示的实施例，本发明的压印模具具有多个约相同或不同的模具图案，模具图案间实质上不存在高度段差。更具体而言，本发明的压印模具的表面包含多个区域，每个区域内设置有模具图案，而该等模具图案间实质上不存在高度段差，亦即其顶面实质上是齐平的。

如图1a及1b所示本发明的一实施例的俯视图和侧视图，压印模具900的表面包含第一区域100、第二区域200、以及重迭区域300。第一区域100内设置有第一模具图案910，第一模具图案910具有第一线宽w1及第一深度d1。第二区域200内设置有第二模具图案920，第二模具图案920具有第二线宽w2及第二深度d2。重迭区域300位于第一区域100及第二区域200之间，重迭区域300内设置有第三模具图案930，第三模具图案930具有第三线宽w3及第三深度d3。其中，第一模具图案910的顶面911、第二模具图案920的顶面921及第三模具图案930的顶面931位于约同一水平。进一步而言，上述「线宽」及「深度」分别指图案结构的截面宽度以及高度。

在图1b所示的实施例中，第三线宽w3≦第一线宽w1以及第二线宽w2，其中第一线宽w1以及第二线宽w2可以实质上相同或不相同。然而在不同实施例中，第三线宽w3可仅小于等于第一线宽w1以及第二线宽w2两者其中之一。

在图1b所示的实施例中，第三深度d3≦第一深度d1以及第二深度d2，其中第一深度d1以及第二深度d2可以实质上相同或不相同。然而在不同实施例中，第三深度d3可仅小于等于第一深度d1以及第二深度d2两者其中之一。

如图2a及2b所示的另一实施例的俯视图和侧视图，第三模具图案930包含多个第三图案单元311，多个第三图案单元311的每一个的根部具有突出部312，多个第三图案单元311的每一个于突出部312具有突出线宽w312以及突出部312以外部分的每一个第三图案单元311具有第三图案单元线宽w311。进一步而言，突出部312可视为连接于第三图案单元311底部的阶状构造。第三图案单元311的深度等于第三深度d3，突出部312的高度d4等于第一深度d1及第二深度d2的差。第三线宽w3等于突出线宽w312及第三图案单元线宽w311的和。其中，除了突出部312与第三图案单元相关描述之外，第一区域100内设置有第一模具图案910相关的描述(例如：第一线宽w1、第一深度d1或其它描述)、第二区域200内设置有第二模具图案920相关的描述(例如：第二线宽w2、第二深度d2或其它描述)以及重迭区域300内设置有第三模具图案930相关的描述(例如：第三线宽w3、第三深度d3或其它描述)可参阅前例所述，在此不多加赘述。

在图2a及2b所示的实施中，除了第一模具图案910与第二模具图案920之间不存在高度段差，第三模具图案930与第一模具图案910、第二模具图案920之间亦不存在高度段差。换言之，第一模具图案910的顶面911、第二模具图案920的顶面921与第三模具图案930的顶面931三者是约齐平的。借此，可淡化重迭区块的光学差异性。然而，在如图3a及3b所示的不同实施例的俯视图和侧视图中，第三模具图案930的顶面931可低于第一模具图案910的顶面911与第二模具图案920的顶面921。

在图1a到图3b所示的实施例中，重迭区域300内设置有第三模具图案930。其中，第一模具图案910的顶面911及第二模具图案920的顶面921位于约同一水平，第三深度d3<第一深度d1或第二深度d2。然而在不同实施例中，重迭区域300内可不设置任何图案。举例而言，如图4a及4b所示的实施例的俯视图和侧视图，重迭区域300下凹并具有第三深度d3。其中，第一模具图案910的顶面911及第二模具图案920的顶面921位于约同一水平，第三深度d3实质上等于第一深度d1或第二深度d2。再者，图3b与图4b的第一区域100内设置有第一模具图案910相关的描述(例如：第一线宽w1、第一深度d1或其它描述)、第二区域200内设置有第二模具图案920相关的描述(例如：第二线宽w2、第二深度d2或其它描述)以及第三线宽w3或其它描述可参阅前例所述，在此不多加赘述。

在本发明的压印模具中，第一深度d1与第二深度d2可选择约相等或不相等，第一线宽w1与第二线宽w2可选择约相等或不相等。具体而言，在前述图1b、2b、3b所示的实施例中，第一深度d1与第二深度d2不相等，而在图4b所示的实施例中，第一深度d1与第二深度d2约相等。在前述图1b、2b、3b、4b所示的实施例中，第一线宽w1与第二线宽w2不相等。

如图5a及5b所示本发明的另一实施例的俯视图和侧视图，本实施例的压印模具900的表面包含第一区域404以及第二区域505。第一区域404内设置有第一模具图案940，第一模具图案940具有第一线宽w4及第一深度d4。第二区域500内设置有第二模具图案950，第二模具图案950具有第二线宽w5及第二深度d5，第一区域400及第二区域500之间具有间距w6。其中，第一模具图案940的顶面941及第二模具图案950的顶面951位于约同一水平，间距w6与第一线宽w4及第二线宽w5均不相等。

第一深度d4与第二深度d5可选择约相等或不相等。第一线宽w4与第二线宽w5可选择约相等或不相等。具体而言，在如图5b所示的实施例中，第一深度d4与第二深度d5不相等，第一线宽w4与第二线宽w5约相等。其中，上述「线宽」及「深度」分别指图案结构的截面宽度以及高度。

进一步而言，本发明的压印模具900可视重迭区域300与光学的搭配需求为凹型或凸型，而有如上述图3b、4b与5b等不同实施例的设置方式。

如图6所示的流程图，如前述实施例的显示设备，本发明的压印模具制造方法包含以下步骤。

步骤s1000，设置模具图案层于基材上。例如：在一实施例中是如图7a所示，在基材400上沉积模具图案层500。基材400可以包含玻璃、高分子、金属或金属氧化物。模具图案层500可为单层或多层结构，且其材料包含二氧化硅或其它合适的材料。沉积的方式可以物理气相沉积(pvd)，例如溅镀工艺，以及/或，以化学气相沉积(cvd)方式来完成。

步骤s2000，于模具图案层上设置第一硬掩膜层，其中第一硬掩膜层具有一个或多个第一镂空区域。例如：在一实施例中是如图7b所示，于模具图案层500上设置第一硬掩膜层610，其中第一硬掩膜层610具有一个或多个第一镂空区域611。第一硬掩膜层610可为单层或多层结构，且其包含为金属掩膜(metalmask)或合金掩膜(alloymask)，可使用电镀、无电镀、物理气相沉积，以及/或，以化学气相沉积方式来完成设置。

步骤s3000，在模具图案层形成第一模具图案，其中第一模具图案的范围与第一镂空区域于模具图案层的垂直投影范围完全重迭。例如：在一实施例中，步骤s3000包含：如图7c所示，于第一硬掩膜层610与第一镂空区域611上设置第一压印光刻胶层710；而后，如图7d所示，对第一压印光刻胶层710的第一压印区域701进行压印以形成第一压印图案711，其中第一压印区域701于第一硬掩膜层610的垂直投影范围完全涵盖第一镂空区域611的范围；之后，再对第一压印光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻以在模具图案层500形成第一模具图案910，如图7e所示。为了确保蚀刻后，所形成的第一模具图案910的区域，较佳地，第一压印图案711所形成的范围，除了第一镂空区域611之外，也涵盖邻接于第一镂空区域611的部份第一硬掩膜层610上的第一压印光刻胶层710。

其中，对第一压印光刻胶层710的第一压印区域701进行压印以形成第一压印图案711的步骤，在一实施例中系采用纳米压印(nano-imprintlithography)。对第一压印光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻以在模具图案层500形成第一模具图案910的详细步骤，可参见图8a至图8c。进一步而言具有第一压印图案711的第一压印光刻胶层710在进行蚀刻时是作为掩膜，因为第一压印图案711是采用纳米压印而成，故最后蚀刻形成的第一模具图案910亦为纳米等级。

在采用接触式曝光的一实施例中，图7d所示的第一压印光刻胶层710的第一压印区域701在进行压印后，形成如图8a所示的残余光刻胶层712以及位于残余光刻胶层712上的第一压印图案711，其中：第一硬掩膜层610具有硬掩膜层厚度hhm；残余光刻胶层712具有残余光刻胶层厚度hrl；hhm<hrl。

在一不同实施例中，图7d所示的第一压印光刻胶层710的第一压印区域701在进行压印后，形成如图8a所示的残余光刻胶层712以及位于残余光刻胶层712上的第一压印图案711，其中，残余光刻胶层712具有残余光刻胶层厚度hrl，第一压印图案711具有第一高度h1；如图8b所示对第一压印光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻至残余光刻胶层712(参见图8a)清除时：第一压印图案711具有第二高度h2，第一压印光刻胶层710的顶蚀刻率(topetchingrate)为e1，第一压印光刻胶层710的底蚀刻率(bottometchingrate)为e2；其中，hrl≦[(h1–(h2-h3))x(e2/e1)]。

在一不同实施例中，图7d所示的第一压印光刻胶层710的第一压印区域701在进行压印后，形成如图8a所示的残余光刻胶层712以及位于残余光刻胶层712上的第一压印图案711，第一压印图案711具有第一高度h1，其中h1≦(3×min(第一压印图案711的线宽或第一压印图案711的间距宽))，亦即h1不大于第一压印图案711的线宽及第一压印图案711的间距宽两者当中较小者的三倍。换言之，第一压印图案711高度极限为宽深比1:3。

在一不同实施例中，图7d所示的第一压印光刻胶层710的第一压印区域701在进行压印后，形成如图8a所示的残余光刻胶层712以及位于残余光刻胶层712上的第一压印图案711，其中，模具图案层500具有第四高度h4；如图8b所示对第一压印光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻至残余光刻胶层712(参见图8a)清除时：第一压印图案711具有第二高度h2，第一压印光刻胶层710的顶蚀刻率(topetchingrate)为e1，第一压印光刻胶层710的底蚀刻率(bottometchingrate)为e2；如图8c所示对第一压印光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻至暴露部分的基材400时：第一压印图案711具有一第三高度h3，模具图案层500的蚀刻率(etchingrate)为e3；其中，(h2-h3)＝(e1x(h4/e3))。

步骤s4000，去除第一硬掩膜层。例如：在一实施例中是使用蚀刻液(例如：酸液)浸泡或是干蚀刻等，将图7e所示的第一硬掩膜层610去除，形成如图7f所示其上设置具有第一模具图案910的模具图案层500的基材400。

步骤s5000，于模具图案层上设置第二硬掩膜层，其中第二硬掩膜层具有一个或多个第二镂空区域，其中第二镂空区域于模具图案层的垂直投影范围与第一模具图案相邻接。例如：在一实施例中是如图7g所示，于模具图案层500上设置第二硬掩膜层620，其中第二硬掩膜层620具有一个或多个第二镂空区域621，并利用光罩对准技术，让第二镂空区域621于模具图案层的垂直投影范围与第一模具图案910相邻接。举例而言，第二硬掩膜层620会覆盖第一模具图案910，并且第二镂空区域621会暴露出邻接于第一模具图案910的模具图案层500。第二硬掩膜层620可为单层或多层结构，且其包含为金属掩膜(metalmask)或合金掩膜(alloymask)，可使用电镀、无电镀、物理气相沉积，以及/或，以化学气相沉积方式来完成设置。

步骤s6000，在模具图案层形成第二模具图案，其中第二模具图案的范围与第二镂空区域于模具图案层的垂直投影范围完全重迭。例如：在一实施例中，步骤s6000包含：如图7h所示，于第二硬掩膜层620与第二镂空区域621上设置第二压印光刻胶层720；而后，如图7i所示，对第二压印光刻胶层720的第二压印区域702进行压印以形成第二压印图案721，其中第二压印区域702于第二硬掩膜层620的垂直投影范围完全涵盖第二镂空区域621的范围；之后，再对第二压印光刻胶层720以及模具图案层500进行蚀刻以在模具图案层500形成第二模具图案920，如图7j所示。为了确保蚀刻后，所形成的第二模具图案920的区域，较佳地，第二压印图案721所形成的范围，除了第二镂空区域621之外，也涵盖邻接于第二镂空区域621的部份第二硬掩膜层620上的第二压印光刻胶层720。其中，对第二压印光刻胶层720的第二压印区域702进行压印以形成第二压印图案721的步骤，在一实施例中系采用纳米压印(nano-imprintlithography)。对第二压印光刻胶层720以及模具图案层500进行蚀刻以在模具图案层500形成第二模具图案920的详细步骤，与图8a至图8c所示的步骤相似，可加以参阅前述。进一步而言，具有第二压印图案721的第二压印光刻胶层720在进行蚀刻时是作为掩膜，因为第二压印图案721是采用纳米压印而成，故最后蚀刻形成的第二模具图案920亦为纳米等级。

步骤s7000，去除第二硬掩膜层。更具体而言，在一实施例中是使用蚀刻液(例如：酸液)浸泡或是干蚀刻等将图7j所示的第二硬掩膜层620去除，形成如图7k所示其上设置具有第二模具图案920的模具图案层500的基材400。

在上述如图7a至图7k所示的实施例中，在步骤s3000及步骤s6000中使用相同的母模具分别对第一压印区域701(图7d)及第二压印区域(图7i)进行压印，从而形成图案约相同的第一模具图案910与第二模具图案920。因为在设置第二硬掩膜层时，利用成熟的光罩对准技术，即可使第二镂空区域于模具图案层的垂直投影范围与第一模具图案相邻接，所以后来形成的第二模具图案920自然与第一模具图案910相邻接。借此，可直接使用较小尺寸的母模形成实质上较大尺寸的模具图案，省去制造较大尺寸母模的费用和程序，能进一步降低制造成本。然而在不同实施例中，若使用不同的母模具分别对第一压印区域701(图7d)及第二压印区域(图7i)进行压印，可形成图案不同而仍为相邻接的第一模具图案910与第二模具图案920，增加模具图案的变化。

步骤s3000与s6000可使用各种不同的图案化方式。

在一实施例中，步骤s3000包含：如图7c所示，于第一硬掩膜层610上设置第一图案光刻胶层710；使用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)光罩接触曝光如图7d所示的第一图案光刻胶层710的第一压印区域701，以形成第一压印曝光图案，其中第一压印区域701于第一硬掩膜层610的垂直投影范围完全涵盖第一镂空区域611的范围；如图8a至8c所示对第一图案光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻，以如图7e所示在模具图案层500形成第一模具图案910。其中，使用聚二甲基硅氧烷光罩接触曝光的方式如图9所示，聚二甲基硅氧烷光罩810包含聚二甲基硅氧烷本体811以及图案化金属层812，紫外光813通过聚二甲基硅氧烷光罩810照射第一图案光刻胶层710以进行曝光。

在一实施例中，步骤s3000包含：如图7c所示，于第一硬掩膜层610上设置第一图案光刻胶层710；以uv干涉原理通过光罩曝光如图7d所示第一图案光刻胶层710的第一压印区域701，以形成第一曝光图案，其中第一压印区域701于第一硬掩膜层610的垂直投影范围完全涵盖第一镂空区域611的范围；如图8b至8c所示对第一图案光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻，以如图7e所示在模具图案层500形成第一模具图案910。其中，以uv干涉原理通过光罩曝光的方式如图10所示。

在一实施例中，步骤s3000包含：如图7c所示，于第一硬掩膜层610上设置第一图案光刻胶层710；使用高分辨率电子束通过光罩扫描曝光如图7d所示第一图案光刻胶层710的第一压印区域701，以形成第一曝光图案，其中第一压印区域701于第一硬掩膜层610的垂直投影范围完全涵盖第一镂空区域611的范围；如图8b至8c所示对第一图案光刻胶层710以及模具图案层500进行蚀刻，以如图7e所示在模具图案层500形成第一模具图案910。其中，使用高分辨率电子束通过光罩扫描曝光的方式如图11所示，高分辨率电子束821通过模板光罩(stencilmask)822照射第一图案光刻胶层710以进行曝光。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。