TWI792792B

TWI792792B - 轉印頭結構以及使用該轉印頭結構之轉印系統

Info

Publication number: TWI792792B
Application number: TW110147936A
Authority: TW
Inventors: 盧贊文; 范瑋珊; 李柏璁
Original assignee: 國立陽明交通大學
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW202325560A

Abstract

本發明揭露一種轉印頭結構，係包括基板以及設於該基板上之轉印頭，該轉印頭為由平頂面及自該平頂面向該基板傾斜形成之複數斜側面組成之錐台，以使該轉印頭結構具有透鏡之放大效果，藉以改善光學檢視能力；另外，本發明復提供一種利用前述之轉印頭結構的轉印系統，係於面對較微小尺寸之待移轉物時，能降低光學顯微器對物鏡之倍率的要求，進而避免拾取或轉印時因微小尺寸所導致之對準問題。

Description

轉印頭結構以及使用該轉印頭結構之轉印系統

本發明係關於一種基於凡德瓦力之轉印技術，尤指一種具有透鏡之放大效應之轉印頭結構以及利用該轉印頭結構進行轉印程序之轉印系統。

近年來，矽基半導體(例如積體電路與半導體元件)之奈米製程技術已趨成熟，帶動了次世代之矽基積體光路之發展與製造，例如以通訊波長為主之光通訊、光處理甚至是量子晶片，都有顯著成果，而在以可見光、近紅外波段為主的光達、AI人工智慧、生醫感測等應用上亦有所斬獲。然而，由於矽材料具有非直接能隙之特性，實不利於製造發光元件，因此，矽基積體光路中關鍵之光源元件，多由三族或五族之半導體材料所製成，惟於製程上，三族或五族之半導體材料與矽基半導體之間存在不相容之問題。為解決前述問題，早期研究人員曾利用不同製程方法，例如晶圓融合(Wafer Fusion)、高分子接合(Polymer Adhesive Bonding)、直接磊晶成長(Direct Growth)等製程方法，使三族或五族之半導體材料強制與矽基半導體或光學結構結合以形成發光元件。前述之製程方法雖能提供三族或五族之半導體材料與矽基半導體較佳的結合品質，但於製程技術上仍具有相當複雜度、結構折衷以及成本等問題。

為此，業界目前發展出一種轉印法，主要利用高分子彈性體透過凡德瓦力拾取位於原始基板上之各種微米結構，並透過釋放速度之控制，將所拾取之微米結構轉印至不同材料之目標基板上。相較於先前技術，轉印法對材料之選擇性低，且可適用之材料範圍廣泛，因此，提供了簡單有效且成本低廉之異質接合製程。

早期轉印法的發展主要著重在以大面積批量轉移為主，且所欲轉移之目標元件往往具有數十至數百微米、甚至更大的尺寸，因此，於習知之轉印法中，用以拾取以及轉移待移轉物之高分子彈性體往往僅為片材結構。隨著奈米光學元件之佔地面積的縮小，使得選擇性地拾取、轉移具有數微米甚至是數百奈米尺寸之單一待移轉物之需求逐漸增加，且於大面積轉移待移轉物後，還產生對存在轉移缺陷或缺漏的待移轉物之修補需要。針對前述需求，於轉印法的發展中，研究人員開始於高分子彈性體片材上進一步設具有局部凸起的轉印頭結構，以於執行上得提供選擇性針對特定批量或單一待移轉物進行轉移、修復。

具體而言，圖1A-1F為習知轉印系統之實施步驟的示意圖，如圖1A所示，首先於彈性體片材10上設置轉印頭結構11，進而與形成於基板12上之目標元件13透過光學顯微裝置14進行光學對準。如圖1B所示，於完成光學對準後，驅動轉印頭結構11向下接觸目標元件13，利用凡德瓦力令目標元件13附著於轉印頭結構11上。如圖1C所示，向上移動轉印頭結構11，使附著於轉印頭結構11上之目標元件13脫離原始基板12。如圖1D所示，移動附著有目標元件13之轉印頭結構11至目標基板15上方，以進行光學對準。如圖1E所示，向下移動目標元件13，使目標元件13與目標基板15或其上之結構接觸形成一共形平面。如圖1F所示，透過控制轉印頭結構11之移動速度(如圖所示之向上遠離所述目標基板15之速度)，使目標元件13與轉印頭結構11分離，以留置於目標基板15上，俾完成習知轉印法之轉移過程。

上述之基於凡德瓦力之轉印法已廣泛應用於各種異質結構之轉移上，尤其於各種製程上不相容之半導體元件之間的轉移。舉例而言，如美國公開專利第20190385886號之「Micro-transfer-printable flip-chip structures and methods」所揭，其係一種利用轉印頭結構進行轉印之方法，藉由具彈性之凸出塊體陣列，批量化轉移目標元件至目標結構基板；再者，如美國公開專利第20200357677號之「High-Precision Printed Structures」所示，其亦揭露一種利用轉印頭結構進行轉印之方法，亦即藉由一彈性突起部用以拾取、釋放單一待移轉物於目標結構上。於前述文獻中，用以做為轉印頭之結構皆為立方體或長方體結構。

另外，依據所轉移精確度、穩定度等需求，復有習知技術揭露具有不同型態之轉印頭結構，舉例而言，如美國公開專利第20170133248號之「Printing transferable components using microstructured elastomeric surfaces with pressure modulated reversible adhesion」，其揭露轉印頭結構於彈性立方體結構上具有複數個錐狀接觸點，以增加局部拾取點壓力；又如美國公開專利第20190252350號之「Semiconductor chip transfer method and transfer tool」，其轉印頭係為一流體且具有曲面型態；再如美國公開專利第20190244846號之「Transfer device」，係揭露一種具有梳狀表面之轉印頭結構；另外，台灣公開專利第201916227號之「微型元件的轉置裝置」則揭露一種表面具有齒狀構造之轉印頭結構。

隨著待移轉或修復之元件尺寸縮小，在圖1A-1F所示的習知技術中，驅動轉印頭結構11之移動精密度以及光學顯微裝置14於光學檢視上之精確度皆需隨之提升，以滿足目標元件13與目標基板15之間對位公差之縮小，對此，目前通常利用高倍率光學物鏡，以提升光學顯微裝置14之檢視能力，惟，高倍率光學物鏡存在高成本以及短焦距之問題，其中，短焦距將造成轉印頭結構11於拾取與放置目標元件13時，將造成所能驅動之空間大幅被壓縮之問題。

由上可知，習知之轉印系統在面對目標元件與目標基板之間公差縮小之情況，僅能透過增加光學物鏡之倍率，如此徒增光學顯微裝置之架構的複雜度，且亦縮短轉印頭結構之可動空間。是以，如何提供一種於現有轉印系統之架構下，除了能改善光學顯微裝置之光學檢視能力，亦能維持驅動轉印頭結構之空間，將成目前技術人員亟欲解決的課題。

有鑑於上述問題，本發明提供一種轉印頭結構，係包括：基板；以及轉印頭，係設於該基板之表面，為具有基於凡德瓦力對待移轉物進行取放之平頂面以及自該平頂面向該基板傾斜之複數斜側面的錐台結構，以令該轉印頭具備透鏡放大效果。

於一實施例中，該複數斜側面包括相對設置且從該平頂面朝該基板方向而向外傾斜延伸之二第一斜側面。

於另一實施例中，該複數斜側面復包括相對設置且從該平頂面向該基板方向延伸而呈現向外傾斜之二第二斜側面以及從該二第二斜側面向該基板方向延伸且相對該二第二斜側面而呈現向內傾斜之二第三斜側面。

於另一實施例中，該轉印頭係由該平頂面、該二第一斜側面與該二第二斜側面以及該二第三斜側面相鄰接所形成之四角錐台。

於另一實施例中，各該第一斜側面與該平頂面之間的夾角為142°至148°、各該第二斜側面與該平頂面之間的夾角為123°至127°以及各該第三斜側面與該基板的表面之間的夾角為93°至97°。

於另一實施例中，該平頂面為四邊形之平面，且該第一斜側面與該第二斜側面投影至該基板之投影寬度與該平頂面之長度或寬度比例介於2至4。另外，該平頂面為四邊形之平面，其長寬比為0.5至1.5。

於另一實施例中，該轉印頭以及該基板係以聚二甲基矽氧烷(PDMS)之透光彈性材料製成。

於另一實施例中，本發明之轉印頭結構係透過模具模造所製成，其中，該模具包括：半導體基板；蝕刻終止層，係設於該半導體基板之下表面；以及凹槽，係自該半導體基板之上表面凹入至該蝕刻終止層，以用於形成該轉印頭。

於又一實施例中，該模具之製程包括以下步驟：提供模具基板；利用微影製程以阻劑於該模具基板上形成具有開口之掩膜，以外露該模具基板；透過該開口對該模具基板進行蝕刻，以形成該凹槽；以及移除該掩膜。

本發明復提供一種轉印系統，係包括：拾取定位裝置，係用以承載待移轉物；轉印定位裝置，係用以承載目標轉移基板；以及取放裝置，係具有包括含基板及轉印頭之轉印頭結構，其中，該轉印頭設於該基板之表面且為具有基於凡德瓦力對該待移轉物進行取放之平頂面以及自該平頂面向該基板傾斜之複數斜側面的錐台，以令該轉印頭具備透鏡放大效果，其中，該取放裝置於該轉印頭結構移動至該拾取定位裝置之該待移轉物上方時，令該拾取定位裝置透過該轉印頭結構對該待移轉物進行拾取定位，使該轉印頭結構基於凡德瓦力而對該待移轉物進行拾取，以及於該轉印頭結構拾取該待移轉物並移動至該轉印定位裝置之該目標轉移基板上方時，令該轉印定位裝置透過該轉印頭結構對該待移轉物與該目標轉移基板進行轉印定位，以使該轉印頭結構將該待移轉物轉印至該目標轉移基板上。

於一實施例中，該拾取定位裝置包括用以承載該待移轉物之第一樣本控制載台以及用以透過該轉印頭結構對該待移轉物進行該拾取定位之第一影像觀測單元。於一實施例中，該第一影像觀測單元係為光學顯微器。

於另一實施例中，該拾取定位裝置復包括位於該轉印頭結構與該第一影像觀測單元之間之拾取物鏡、用以提供光線之拾取照明光源以及自該第一影像觀測單元取得該拾取定位的影像之拾取取像儀。

於一實施例中，該轉印定位裝置包括用以承載該目標轉移基板之第二樣本控制載台以及用以透過該轉印頭結構對該待移轉物與該目標轉移基板進行該轉印定位之第二影像觀測單元。於一實施例中，該第二影像觀測單元係為光學顯微器。

於另一實施例中，該轉印定位裝置復包括位於該轉印頭結構與該第二影像觀測單元之間之轉印物鏡、用以提供光線之轉印照明光源以及自該第二影像觀測單元取得該轉印定位的影像之轉印取像儀。

於另一實施例中，該取放裝置復包括用以提供動力之轉印頭致動單元、結合於該轉印頭致動單元上之轉印頭固定單元、設於該轉印頭固定單元且動力連接該轉印頭致動單元之轉軸以及一端與該轉軸連動且另一端供該轉印頭結構設置之連板。

於另一實施例中，本發明之轉印系統復包括用以控制該拾取定位裝置進行該拾取定位、控制該轉印定位裝置進行該轉印定位以及控制該取放裝置進行拾取或轉印之控制裝置。

於上述實施例中，該控制裝置復包括用以顯示該拾取定位及該轉印定位的影像之顯示單元以及用以控制該拾取定位裝置、該轉印定位裝置以及該取放裝置之控制單元。

綜上所述，本發明之轉印頭結構藉由平頂面以及複數斜側面所形成之四角錐台結構，產生擬似透鏡之放大效果，本發明之轉印系統藉由使用前述具有透鏡之放大效果之轉印頭結構，以於無須提高物鏡之倍率下，達到提供放大待移轉物之效果，更據之達到提供較大轉印空間之目的。

10:彈性體片材

11:轉印頭結構

12:基板

13:目標元件

14:光學顯微裝置

15:目標基板

2:轉印頭結構

21:基板

22:轉印頭

221:平頂面

222:第一斜側面

223:第二斜側面

224:第三斜側面

3:模具

31:半導體基板、模具基板

32:蝕刻終止層3

33:凹槽

331:凹槽底面

332:凹槽第一斜面

333:凹槽第二斜面

334:凹槽第三斜面

34:阻劑

341:開口

6:彈性材料

7:轉印系統

71:拾取定位裝置

711:第一樣本控制載台

712:第一影像觀測單元

713:拾取物鏡

714:拾取照明光源

715:拾取取像儀

72:轉印定位裝置

721:第二樣本控制載台

722:第二影像觀測單元

723:轉印物鏡

724:轉印照明光源

725:轉印取像儀

73:取放裝置

731:轉印頭致動單元

732:轉印頭固定單元

733:連板

734:轉軸

74:控制裝置

741:顯示單元

742:控制單元

8、8'、8":待移轉物

81:原生基板

82:目標轉移基板

84:繫鍊結構

91:目標基板

92:脊型光學波導

D1:第一斜側面投影寬度

D2:第二斜側面投影寬度

H:高度

L1:第一長度

L2:第二長度

T:深度

t基板厚度

W1:第一寬度

W2:第二寬度

θ₁-θ₃:夾角

Φ₁:第一角度

Φ₂:第二角度

Φ₃:第三角度

圖1A-1F係習知轉印系統之實施步驟的示意圖。

圖2係本發明之轉印頭結構的立體結構圖。

圖3A和3B係本發明之轉印頭結構的第一側視圖及第二側視圖。

圖4A和4B係本發明透過轉印頭結構放大待移轉物影像以進行拾取之實際狀態圖。

圖5A和5B係本發明之轉印頭結構之平頂面過大而未具放大待移轉物影像效果之實際狀態圖。

圖6係本發明用於製作轉印頭結構之模具的立體結構圖。

圖7A至7D係本發明用於製作轉印頭結構之模具的製程示意圖。

圖8A至8C係本發明利用模具製作轉印頭結構之模造製程示意圖。

圖9係本發明之轉印系統的系統架構圖。

圖10係本發明之拾取定位裝置上之待移轉物的俯視圖。

圖11A和11B係本發明之轉印系統於轉印程序之實際狀態的俯視及側視圖。

以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點與功效。然本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「第一」、「第二」及「上」亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

圖2為本發明之轉印頭結構的立體結構圖，圖3A為本發明之轉印頭結構的第一側視圖，圖3B為本發明之轉印頭結構的第二側視圖，請一併參考。如圖所示，本發明之轉印頭結構2包括基板21以及設於基板21之一表面(如圖所示之上表面)的轉印頭22，用於藉由轉印頭22對待移轉物進行拾取和轉移。有關轉印頭結構2之說明，詳述如下。

基板21係供結合至轉印系統上(詳如後述)，且於具體實施時，基板21能以聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)之透光彈性材料製成。

轉印頭22設置於基板21之一表面，於具體實施時，轉印頭22能以聚二甲基矽氧烷(PDMS)之透光彈性材料製成，亦即，基板21與轉印頭22之材料可為相同之材質。

易言之，本發明之轉印頭22可由具彈性之高分子材料所製成，故本發明之轉印頭22可為轉印法中廣泛被使用之聚二甲基矽氧烷(PDMS)或其他能與目標元件(亦即待移轉物)接觸後具有凡德瓦力的各類材料；另外，基板21同樣可由具彈性之高分子材料所製成，亦即與轉印頭22採用相同之PDMS材料製成，又或是，以其他不具彈性但與PDMS折射率相近之透明材料所構成，例如玻璃、石英、塑膠等。

轉印頭22為具有基於凡德瓦力而能對待移轉物進行取放之平頂面221以及形成於平頂面221之周側且自平頂面221向基板21傾斜之複數斜側面的錐台，其中，轉印頭22之平頂面221可平行於基板21之表面。於一實施例中，平頂面221例如為四邊形，且其長寬比為0.5至1.5，如圖3A和3B所示，平頂面221具有第一長度L1以及第一寬度W1，其中，第一長度L1以及第一寬度W1之比例為0.5至1.5。另外，平頂面221之複數斜側面可包含相對設置且自平頂面221至基板21傾斜之二第一斜側面222、相對設置且自平頂面221向該基板21傾斜之二第二斜側面223以及鄰接該第二斜側面223且自所對應之第二斜側面223至基板21之二第三斜側面224，該二第三斜側面224相對該二第二斜側面223呈向內傾斜。具體而言，如圖3A所示，第一斜側面222係自平頂面221向外側傾斜延伸之斜側面，使轉印頭22之第一側視圖形成自平頂面向基板逐漸闊張之梯形形狀；又如圖3B所示，第二斜側面223自平頂面222向基板21方向呈現向外側傾斜之斜側面，而第三斜側面224則是自對應之第二斜側面223傾斜延伸至基板21，但第三斜側面224是相對第二斜側面223而呈現向第二斜側面223內側傾斜之斜側面，如此，使得轉印頭22於第二側視圖中呈現六邊形形狀。

於一具體實施例，各第一斜側面222與平頂面221之間的夾角θ₁為142°至148°、各第二斜側面223與平頂面221之間的夾角θ₂為123°至127°以及各第三斜側面224與基板的表面之間的夾角θ₃為93°至97°。於一具體實施例中，如圖2所示，轉印頭22為由平頂面221、第一斜側面222、第二斜側面223以及第三斜側面224相鄰接所形成之四角錐台。

如圖2至圖3B所示，轉印頭22呈四角錐台之形狀。轉印頭22結合於基板21上，轉印頭22之平頂面221至基板21之表面間的距離為轉印頭22之高度H，高度H可為數微米至十數微米，且平頂面221為與待移轉物(目標元件)接觸之面；具體地，平頂面221連接有兩個相對之第一斜側面222，以及兩相對之第二斜側面223，且第一斜側面222自平頂面221延伸至基板21之表面，而兩第二斜側面223與基板21間係透過相對應之第三斜側面224連接。又如圖3A和3B所示，為四角錐台之轉印頭22不同側視圖(即第一側視圖以及第二側視圖)，在此，如圖3A所示，第一斜側面222與基板21之表面的法線之間具有第一角度Φ₁，又如圖3B所示，第二斜側面223與基板21之表面的法線之間具有第二角度Φ₂，而第三斜側面224與基板21之表面之間具有第三角度Φ₃，上述角度於後續模造之段落將再說明。

又如圖3A和3B所示，轉印頭結構2之平頂面221以矩形呈現，且具有第一長度L1與第一寬度W1。另外，轉印頭結構2之轉印頭22(四角錐台)與基板21連接之底部則具有第二長度L2與第二寬度W2，且根據轉印目標元件之大小需求，第二長度L2與第二寬度W2係可為數微米至十數微米。

據上，本發明之轉印頭22為四角錐台之型態，因而擬似透鏡而具備放大效果。為使本發明之轉印頭結構2產生較佳的透鏡放大效應，轉印頭22之尺寸可進一步條件限制。具體而言，如圖3A和3B所示，第一斜側面222與第二斜側面223於基板21之垂直投影下分別具有第一斜側面投影寬度D1以及第二斜側面投影寬度D2，且第一斜側面222之投影寬度D1和第二斜側面223之投影寬度D2任一者與平頂面221之第一長度L1與第一寬度W1之比例皆大於2，因此，使得平頂面221與第一斜側面222及/或第二斜側面223所形成之連續面得擬似透鏡之曲面。

惟各斜側面與平頂面221之比例非無限制增大。詳言之，當斜側面所佔之比例愈大，其與平頂面221所形成之連續面將越趨於錐面，此將與欲擬似之透鏡曲面差異愈大，造成透鏡之放大效應越不明顯，甚至消失。是以，於一較佳實施例中，本發明之第一斜側面222與第二斜側面223於基板21之垂直投影的投影寬度D1以及投影寬度D2任一者與平頂面221之第一長度L1或第一寬度W1之比例介於2至4。

另外，平頂面221之第一長度L1以及第一寬度W1在具有前述與第一斜側面之投影寬度D1以及第二斜側面之投影寬度D2之比例下，第一長度L1與第一寬度W1之間的較佳比例應介於0.5至1.5間，亦即，平頂面221呈矩形。若第一長度L1與第一寬度W1之比例過大或過小之結果，將使得平頂面221越趨向長條狀之矩形甚至線形，此會導致轉印頭結構2與透鏡型態愈發不同而無法擬似成透鏡，將造成轉印頭結構2之透鏡放大效應越不明顯，甚至消失。另外，於其他實施例中，平頂面221之尺寸大小可與所欲拾取之待移轉物之尺寸相同或相似，而使轉印頭結構2之透鏡效應最大化。

圖4A和4B為本發明透過轉印頭結構放大待移轉物影像以進行拾取之實際狀態圖，請一併參考圖2。如圖所示，本發明之轉印頭結構2對待移轉物8進行實際之拾取對準應用時，轉印頭結構2基於平頂面221、第一斜側面222、第二斜側面223以及第三斜側面224所構成之四角錐台，能產生擬似透鏡之效果，因而得提供透鏡放大之效應。實際操作時，如圖4A所示，使轉印頭結構2向待移轉物8移動而進行拾取定位，如圖4B所示，於拾取定位過程中，令轉印頭結構2與待移轉物8相對移動而對準後，透過轉印頭結構2觀看待移轉物8時，可明顯看到待移轉物8之影像大小差異，亦即，待移轉物8之影像從圖4A之原始大小，經轉印頭結構2放大後變成如圖4B所示之待移轉物8'之放大效果，是以，本發明之轉印頭結構2應用於轉印微小之待移轉物時，可達到降低光學顯微器對物鏡之倍率要求的目的，相較於習知技術，因習知技術中轉印頭結構無法擬似透鏡曲面，故不具有本發明所揭示之透鏡放大效應。

圖5A和5B為本發明之轉印頭結構之平頂面過大而未具放大待移轉物影像效果之實際狀態圖。如圖5A所示，本發明於透過轉印頭結構2欲執行拾取而進行俯視時，若平頂面221之尺寸過大，例如平頂面221之尺寸大於第一斜側面222之尺寸，則平頂面221與第一斜側面222之間所形成之連續面與透鏡之曲面差異越大，則會產生如圖5B所示之情況，即便使轉印頭結構2與待移轉物8對準後，影像未明顯放大，亦即，圖5A之轉印頭結構2於對準前待移轉物8之影像大小，與圖5B之轉印頭結構2於對準後待移轉物8"之影像大小無明顯差異。因此，平頂面221之第一長度L1與第一寬度W1之比例不得過大或過小，以使本發明之轉印頭結構2具備透鏡之放大功效。

另外，又如圖4A和4B所示，由於本發明之轉印頭結構2的平頂面221以矩形呈現，故具有第一長度L1之長邊與具有第一寬度W1之短邊可做為對準標記，例如能以第一寬度W1對準待移轉物8來進行定位。具體地，對準過程中，可使第一寬度W1與待移轉物8平行，俾可於拾取定位時，提供定位標記之效果，而無須於轉印頭結構2上額外設置對準標記。

綜上，本發明之轉印頭結構2基於平頂面221以及鄰接於平頂面221之各斜側面所構成之四角錐台結構，而具備透鏡效應，故本發明之轉印頭結構2能於對準定位時提供如透鏡之放大效果，額外提供光學影像放大，藉以提升光學檢測能力。

圖6為本發明之轉印頭結構之模具的立體結構圖。如圖所示，本發明之轉印頭結構能藉由模具3進行模造而製成，且用以製造轉印頭結構之模具3包括半導體基板31、設於半導體基板31之蝕刻終止層32以及自半導體基板31之上表面凹入至蝕刻終止層32以及用以形成該轉印頭之凹槽33。

具體而言，請一併參考圖2、圖3A和圖3B，本發明之模具3經過蝕刻後，所形成的四角錐台形狀之凹槽33具有對應於轉印頭結構2中轉印頭22之平頂面221的凹槽底面331，以及分別對應轉印頭22之第一斜側面222、第二斜側面223和第三斜側面224的凹槽第一斜面332、凹槽第二斜面333和凹槽第三斜面 334，其中，凹槽33之凹槽底面331與半導體基板31上表面之間距離為深度T(如圖7D所示)，用於決定轉印頭22之高度H(如圖3A所示)，而凹槽底面331之尺寸大小決定轉印頭22之平頂面221之尺寸大小，凹槽33之凹槽第一斜面332、凹槽第二斜面333以及凹槽第三斜面334之角度則由所採用之蝕刻劑於蝕刻模具材料時，在不同晶向面所產生的蝕刻終止平面(Etching Stop Plane)所決定，並於模造後對應轉印頭22之第一角度Φ₁、第二角度Φ₂與第三角度Φ₃。於一具體實施例中，本發明使用稀釋鹽酸溶液做為蝕刻劑於磷化銦基板進行蝕刻下，形成第一角度Φ₁為52°至58°。第一角度Φ₁係為稀釋鹽酸沿著磷化銦材料(01

)晶向蝕刻時由於晶格排列所形成的蝕刻終止平面；第二角度Φ₂為33°至37°，且第三角度Φ₃為83°至87°。此外，第三角度Φ₃係為稀釋鹽酸沿著磷化銦材料(011)晶向蝕刻時由於晶格排列所形成的蝕刻終止平面，由於沿晶向(011)之蝕刻速度較慢，故所形成之第二角度Φ₂為沿晶向(011)蝕刻時未達蝕刻終止平面前所形成之蝕刻角度。

圖7A至7D為本發明之轉印頭結構之模具的製程示意圖。如圖所示，係說明轉印頭結構之模具的製作過程，包括以下步驟。

如圖7A所示，提供模具基板31，且於模具基板31之表面旋塗阻劑34。於一實施例中，模具基板31為半導體基板，其中，半導體基板可為磷化銦(InP)基板，但不以此為限，舉凡可透過蝕刻以形成對應轉印頭之四角錐台凹槽33之半導體基板，皆可用以作為本發明之半導體基板。於一實施例中，模具基板31可包括位於模具基板31中或位於模具基板31下之蝕刻終止層32。

如圖7B所示，利用微影製程將阻劑34形成具有開口341之掩膜，以外露模具基板31。簡言之，掩膜之開口341同於前述之轉印頭之第二長度L2與第二寬度W2，於一具體實施例中，開口341之尺寸係依需求為自數微米至數十微米之範圍。再者，微影製程可為黃光、電子束或其他微影製程，以電子束之微影製程為例，電子束之微影製程所實施之顯影及定影技術屬習知之製程技術，故不贅述，而於電子束之微影製程中所使用之阻劑為電子束微影阻劑，電子束微影阻劑可為聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate，PMMA)。於本發明中所使用之阻劑的種類能依所採用之微影製程之不同而異，亦即，若微影製程使用黃光微影製程，則所採用之阻劑即為黃光微影阻劑。

如圖7C所示，透過開口341對模具基板31進行一蝕刻製程，以形成類似四角錐台之凹槽33。於一實施例中，本發明之蝕刻製程可為化學濕式蝕刻，以對開口341所外露出之半導體基板區域進行非等向性蝕刻，其中，非等向性蝕刻係指半導體材料對應於蝕刻劑之配方，於不同晶向面上產生蝕刻終止平面。於一具體實施例中，本發明之模具基板31可為磷化銦基板，對此，化學濕式蝕刻可採用稀釋鹽酸溶液進行，其中，水與鹽酸之稀釋比例為1：3，但所採用之溶液比例與種類不以此為限，亦即可依所使用之半導體基板的種類以及所欲達到之蝕刻速率進行調整。

如圖7D所示，移除掩膜，以得到具有凹槽33之模具。其中，移除掩膜之方式可包括利用超音波震洗或電漿轟擊等方式進行。

據此，於執行本發明之模具製程所獲得之凹槽33中，凹槽底面331之尺寸大小可由開口341之尺寸大小以及蝕刻時間加以控制，亦即，透過不同大小之開口341尺寸以及不同蝕刻時間的組合，將形成不同大小之凹槽底面331。

進一步地，於製作模具時，若以化學濕式蝕刻直接形成凹槽底面331，將會存在許多缺失。首先，於化學濕式蝕刻於與模具材料(即半導體基板之半導體材料)反應期間，由於模具材料之表面將因所使用之溶液不均勻地停滯而產生局部之蝕刻速率差異，此將造成模具之凹槽底面331的表面發生粗糙化現象，導致後續執行模造製程所產生之平頂面221表面凹凸不均勻，如此於進行待移轉物轉印時，恐影響平頂面221與待移轉物間接觸時的共形平面之形成，當面對所拾取面積極小的奈微米之待移轉物時，將產生更嚴重之影響，亦即，平頂面221之表面平整度將影響轉印頭結構2對待移轉物之拾取效果。

再者，雖然開口341之大小可決定凹槽底面331之尺寸，但凹槽33之實際最終的深度與凹槽底面331之尺寸主要由蝕刻時間決定，其中，於蝕刻時間不足之情況下，凹槽33雖可形成大於預定尺寸之凹槽底面331，但凹槽33之深度將小於預定值，亦即，於模造製程後，將得到低於預定高度H之轉印頭，此時，在轉印頭與轉印頭結構之基板的高度差不足之情況下，將於轉印時，造成轉印頭結構與非預定拾取的之待移轉物之間產生共形平面，而造成局部批量化之轉印失敗；反之，於超出預定之蝕刻時間的情況下，雖能得到足夠的轉印頭之高度，但所形成之凹槽底面331的尺寸將偏小，據之所形成之轉印頭的長寬比將超出具有透鏡效應的預定範圍，甚至形成不具有凹槽底面331之四角錐體的凹槽33之情況，致使模具整體報廢。

因此，為避免蝕刻時間所造成之不確定性，本發明於模具基板31中進一步埋設蝕刻終止層32，其中，蝕刻終止層32與模具基板31之表面具有基板厚度t，基板厚度t界定所蝕刻之凹槽33的深度T，蝕刻終止層32與蝕刻劑之反應速率遠小於蝕刻劑蝕刻模具基板31之速率，是以，於圖7C中，本發明藉由使用蝕刻終止層32，使得於垂直模具基板31表面之方向上的蝕刻反應，將於蝕刻至蝕刻終止層32而停止，因此，本發明具有較大的蝕刻時間容錯性，即藉由蝕刻終止層32之設置以確保凹槽底面331之形成，以及於模造後形成高度H及平頂面之轉印頭。由上可知，在無蝕刻終止層32存在下，所形成之轉印頭22(如圖3A所示)其高度H由模具蝕刻時間決定，而此高度H的最大值(過蝕刻)則由第一角度Φ₁與第二長度L2決定，而在有蝕刻終止層22存在情況時，則此高度H由基板厚度t決定，亦即H=t。

另外，蝕刻終止層32為一種半導體磊晶層，於一實施例中，當模具基板31為磷化銦基板時，則蝕刻終止層32可視蝕刻劑種類而為磷化銦砷(InGaAs)。蝕刻終止層32由於具有不與蝕刻劑反應之特性，其厚度可約為十多奈米至數十奈米；再者，蝕刻終止層32平整之表面將使得凹槽底面331具有磊晶等級之表面平整度，是以，本發明於上述之轉印頭結構之製作流程下，將可確保所得到之轉印頭之平頂面的表面平整，並確保轉印頭結構於轉印過程中，能與待移轉物(目標元件)接觸形成均勻之共形平面。

圖8A至8C為本發明利用模具製作轉印頭結構之模造製程示意圖。於完成用於製造本發明之轉印頭結構的模具後，即可利用模具執行轉印頭結構之製造程序，其步驟如下所述。

如圖8A所示，提供模具3，係由模具基板31和蝕刻終止層32組成，並於模具基板31中形成有凹槽33。

如圖8B所示，於所述模具3上旋塗彈性材料6且進行熱固化。進言之，彈性材料6為PDMS，其可採用道氏-康寧公司(Dow-Corning)的Sylgard® 184，透過A、B劑以1：10混合後，利用塗佈機旋塗於模具3上，其旋塗速度與 A、B劑比例係根據所需要的PDMS厚度與彈性加以配置改變，其屬習知技術，故不贅述。於旋塗後，將PDMS與模具置於低真空度之腔體中30至60分鐘以排除PDMS中所存在之氣泡，如此可避免所形成之轉印頭結構表面因氣泡殘留而造成缺陷，接著，在攝氏60度下低溫烘烤6小時，使PDMS熱固化。

如圖8C所示，將熱固化後的彈性材料自所述模具3上剝離。亦即，將熱固化之PDMS自所述模具3中取出，即可得到本發明之轉印頭結構2。

據此，本發明之轉印頭結構2透過平頂面221、與平頂面221相鄰之第一斜側面222和第二斜側面223以及第三斜側面224而形成具有透鏡效應之四角錐台結構，以於進行待移轉物之轉印時，提供透鏡之放大效果，如此能在不增加習知之光學顯微裝置的物鏡之倍率下，達到提升光學顯微裝置之檢視能力，即可視得更微小之待移轉物，且由於無須提升光學顯微裝置之物鏡的倍率，因而將不會因高倍率物鏡之短焦距問題，造成轉印之空間遭到壓縮之問題，故能達到具有較大之轉印空間之功效。

圖9為本發明之轉印系統的系統架構圖。如圖所示，本發明之轉印系統7包括用以承載待移轉物8之拾取定位裝置71、用以接收待移轉物8之轉印定位裝置72以及具有如前述之轉印頭結構2之取放裝置73，其中，拾取定位裝置71及轉印定位裝置72可透過轉印頭結構2對待移轉物8進行定位，以對待移轉物8執行拾取和轉印之操作。有關本發明之轉印系統之說明，詳述如下。

拾取定位裝置71能承載待移轉物8，以於取放裝置73欲進行待移轉物之拾取時，進行拾取定位。具體而言，拾取定位裝置71包括用以承載待移轉物8之第一樣本控制載台711以及用以透過轉印頭結構2對待移轉物8進行拾取定位之第一影像觀測單元712，其中，第一樣本控制載台711用於固定具有待移轉物8之樣本的原生基板81，且具有三軸致動器以控制原生基板81之移動，而第一影像觀測單元712為具有光路構造之光學顯微器。進一步地，拾取定位裝置71復包括位於轉印頭結構2與第一影像觀測單元712之間之拾取物鏡713、用以提供光線之拾取照明光源714以及自第一影像觀測單元712取得拾取定位的影像之拾取取像儀715。於一實施例中，拾取取像儀715可為CCD、CMOS或一般具有攝影拍照功能之相機，第一影像觀測單元712用於觀測第一樣本控制載台711之移動，使得設於取放裝置73上之轉印頭結構2得與位於第一樣本控制載台711上之待移轉物8進行拾取定位，以相互對準，進而對待移轉物8執行拾取之操作。

轉印定位裝置72能承載目標轉移基板82，且接收該待移轉物8以進行轉印定位。具體而言，轉印定位裝置72包括用以承載目標轉移基板82之第二樣本控制載台721以及用以透過轉印頭結構2對待移轉物8與目標轉移基板82進行轉印定位之第二影像觀測單元722，其中，第二樣本控制載台721用於固定目標轉移基板82，且具有三軸致動器，以控制目標轉移基板82之移動，而第二影像觀測單元722為顯微影像擷取器，亦即，第二影像觀測單元722可與第一影像觀測單元712相同。再者，轉印定位裝置72復包括位於轉印頭結構2與第二影像觀測單元722之間之轉印物鏡723、用以提供光線之轉印照明光源724以及自第二影像觀測單元722取得轉印定位的影像之轉印取像儀725。

取放裝置73包括前述之轉印頭之轉印頭結構2(如圖2至3B所示)。具體而言，取放裝置73包括轉印頭致動單元731、結合於轉印頭致動單元731上之轉印頭固定單元732以及具有一端連接轉印頭固定單元732且另一端用以供轉接頭結構2設置之連板733，於一實施例中，連板733為透明且具有與轉印頭結構2相近之折射率之的材質所形成之結構，且於相對於轉印頭固定單元732之一端的下表面供轉印頭結構2固定。具體地，轉印頭結構2可透過PDMS本身黏性、額外之黏著劑或一般簡單力學夾持結構(例如夾具)等方式固定於連板733之下表面，再者，轉印頭控制單元731具有三軸致動器，用以控制轉印頭固定單元732、連板733之移動，以帶動轉印頭結構2。

再者，取放裝置73復包括連接於轉印頭固定單元732與連板733之間的轉軸734，以於轉印頭結構2自原生基板81上拾取待移轉物8後，經旋轉而將轉印頭結構2移動至轉印定位裝置72區域，亦即，將轉印頭結構2移動至第二樣本控制載台721所承載之目標轉移基板82上方，經轉印定位裝置72控制將轉印頭結構2與第二樣本控制載台721所承載之目標轉移基板82之間進行相對移動及對準，以將待移轉物8與目標轉移基板82接觸而形成共形平面後進行釋放，據之完成待移轉物8之轉印。

於對待移轉物8進行拾取時，請一併參考圖4A和4B，先由取放裝置73驅動轉印頭結構2至拾取定位裝置71區域，使得轉印頭結構2與待移轉物8進行拾取對準，藉由轉印頭結構2之擬似透鏡之放大效果以及標記之功能，以進行拾取定位，經拾取定位後，經透過轉印頭結構2觀看待移轉物8時，可明顯看到轉印頭結構2對待移轉物8之影像的放大效果(即圖4B中的待移轉物8')，本發明之轉印系統7即可據之降低第一影像觀測單元712或第二影像觀測單元712對拾取物鏡713或轉印物鏡723之倍率的要求，因此，本發明之轉印系統7於較微小之待移轉物的情況下，仍可達到使拾取定位裝置或轉印定位裝置提供取放裝置較大的拾取空間或轉印空間之功效。

另外，本發明之轉印系統7復包括用以控制該拾取定位裝置71進行拾取定位、控制轉印定位裝置72進行轉印定位以及控制取放裝置73進行拾取或轉印之控制裝置74。於一具體實施例中，控制裝置74包括用以顯示拾取定位及轉印定位的即時影像之顯示單元741以及用以控制拾取定位裝置71、轉印定位裝置72以及取放裝置73之控制單元742，其中，顯示單元741係訊號連接至拾取取像儀715以及轉印取像儀725，而控制單元74係訊號連接至第一樣本控制載台711、第二樣本控制載台721以及轉印頭控制單元731，藉以控制第一樣本控制載台711、第二樣本控制載台721以及轉印頭控制單元731。另外，控制單元742之控制介面可包括使用者介面以及自動化介面，分別提供使用者對拾取定位裝置71進行手動控制以及透過圖像中之對準標記進行辨識而控制第一樣本控制載台711與取放裝置73之致動，藉之達到自動化對準以及拾取目標元件之目的，另外，有關轉印定位裝置72之控制與拾取定位裝置71之控制相似，故不贅述。

綜上，本發明藉由取放裝置73將轉印頭結構2移動至拾取定位裝置71或轉印定位裝置72時，以分別進行待移轉物8之拾取以及轉印，亦即，取放裝置73於轉印頭結構2移動至拾取定位裝置71之待移轉物8上方時，經拾取定位裝置71透過轉印頭結構2對待移轉物8進行拾取定位，進而使轉印頭結構2基於凡德瓦力拾取待移轉物8。

圖10為本發明之拾取定位裝置上之待移轉物的俯視圖。如圖所示，本發明之原生基板81上具有待移轉物8，本發明之待移轉物8以三族或五族之半導體所製成之奈米線結構為例進行說明，待移轉物8之奈米線結構上進一步可具有週期性的奈米孔洞，且奈米線結構透過複數繫鍊結構84連接而呈現懸空狀態，據此，於取放裝置欲拾取待移轉物8時，先進行拾取定位，如圖4A和4B所示，取放裝置將轉印頭結構移至拾取定位裝置，且藉由轉印頭結構之平頂面之第一長度或第一寬度作為對準標記，使轉印頭結構與待移轉物8對準後，即可使轉印頭結構接觸奈米線結構，由於轉印頭結構與奈米線結構之間的凡德瓦力，各繫鍊結構84將於轉印頭結構提起時斷裂，使得奈米線結構可為轉印頭結構拾取。

接著，於取放裝置將轉印頭結構移動至轉印定位裝置之目標轉移基板上方時，經轉印定位裝置透過轉印頭結構，對所拾取之待移轉物8與目標轉移基板進行轉印定位，使轉印頭結構將待移轉物8轉印至目標轉移基板上。

圖11A和11B為本發明之轉印系統於轉印程序之實際狀態的俯視及側視圖。如圖所示，本發明之轉印系統將上述奈米線結構自拾取定位裝置移動至轉印定位裝置，轉移至位於轉印定位裝置中之目標基板91的脊型光學波導92上，其中，本發明之目標基板91可為例如二氧化矽基板，而脊型光學波導92則為氮化矽或矽波導。

綜上所述，本發明提供一種轉印頭結構，透過構成四角錐台之型態的轉印頭，可擬似透鏡，於拾取對準時額外提供一光學影像放大效果，如此能在無須增加光學顯微系統架構的複雜度下，改善其光學檢視能力，因此，利用前述轉印頭結構之轉印系統可降低對物鏡之倍率的要求，並使得取放裝置於拾取定位裝置以及轉印定位裝置中，具有較大的移動空間。

上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。