微奈米結構轉印技術的產業應用
摘要:隨著微奈米尺寸結構在高科技領域的應用日漸廣泛,微奈米結構轉印技術近年來也吸引許多研究投入,這是一個低成本、適合量產的生產技術,應用得宜,將可以為微奈米結構產品應用產生積極效益。本文中介紹微奈米結構轉印技術目前的產業應用,包括:應用於發光二極體的圖案化藍寶石基板、光學凸透鏡表面微結構、微流體生物晶片、半導體線路製造、多層線路製造、捲對捲微奈米轉印技術和軟性光學膜。
Abstract:As micro- and nanoscale structures find increasing applications in high-tech fields, micro- and nanoimprint lithography has garnered significant research interest in recent years. This is a low-cost production technology suitable for mass production, which, when applied appropriately, can yield substantial benefits for the application of micro- and nanoscale products. This article introduces the current industrial applications of micro- and nanoimprint lithography, including patterned sapphire substrates for LEDs, microstructures on optical convex lenses, microfluidic biochips, semiconductor circuit manufacturing, multilayer circuit manufacturing, roll-to-roll nanoimprinting technology, and flexible optical films.
關鍵詞:奈米轉印、步進式轉印、捲對捲轉印
Keywords:Nanoimprint lithography, Step and flash imprint lithography, Roll to roll imprint lithography
前言
結構轉印技術起源很早,傳統上主要應用於印刷產品,業務人員可能需要一張令人印象深刻的名片,名片製造商會使用轉印方式,將一般平面的名片製作成具有立體圖案的名片。立體名片轉印製作的方式,會需要一對模具,一個凸模及一個凹模,將名片置於其中,以外力將凹凸模具壓合,形成立體圖案[1],某些特殊的材料可能還需要加溫輔助成形。
奈米結構轉印技術使用於近代科技產業,都會提到1995年Stephen Chou教授提出的研究[2],該文獻中使用二氧化矽模具,將奈米結構轉印於熱塑性材料PPMA薄膜上,可以在PMMA上轉印出25奈米的結構,主要步驟包括:將具有奈米結構圖案的模具,轉印於基板上塗布的高分子材料上,高分子材料經高溫固化及冷卻脫模,以反應離子蝕刻(Reactive-Ion Etching)去除不必要的高分子材料,留下奈米結構圖案。該構想為微奈米製造提供了低價且可量產的技術,為後續微奈米轉印技術應用於各種領域,包括光學、生醫、半導體微細線路製造,開啟先河。
隨著不同轉印材料的開發,紫外光固化轉印的技術也逐漸引起重視[3],紫外光固化材料可以紫外光快速固化,迅速省時,沒有加熱固化因熱引起的熱變形問題,且因被轉印物為液態光阻,所需的轉印力也較小,對於精度要求較高的應用場合,顯然較熱轉印略具優勢。其轉印製程步驟包括:液態的光阻先塗布於基材之上,以透明模具轉印光阻,紫外光透過透明模具,將液態的光阻固化之後,再拔除透明模具,最後以反應離子蝕刻去除殘餘光阻,並將微結構圖案轉印在材料上。在後續的發展上,紫外光固化轉印製程比熱轉印製程,因製程時間短,精度誤差小,具更多的應用機會。
轉印技術和圖案化藍寶石基板
圖案化藍寶石基板主要應用於發光二極體(LED),發光二極體因其省電、體積小、壽命長,應用十分廣泛,包括:燈具、交通號誌、顯示器等。發光二極體在製造上通常使用藍寶石為基板,但是因藍寶石和發光二極體材料氮化鎵之間,存在晶格差異及熱膨脹係數不同,影響出光效率,為追求更高亮度,會在藍寶石基板上做出一些奈米級的圖形,稱為圖案化藍寶石基板( patterned sapphire substrate),來達成提高亮度的目的[4]。圖案化藍寶石基板製作流程如圖1,在藍寶石基板上以電漿增強化學氣相沉積法 (PECVD)沉積SiO2,在SiO2上塗布一層膠作為阻障層用;為得到均勻性高的轉印結果,一般使用軟模具作轉印,因此接著以矽模具為基礎,翻製轉印用軟模具,以紫外光固化轉印方式,將軟模具圖案轉印至阻障層上;以O2電漿蝕刻去除轉印之後阻障層之殘留層,再以 ICP電漿蝕刻將模具圖形轉移到SiO2上,以SiO2為阻障層,用濕式蝕刻方式將圖案轉移至藍寶石基板上,最後以氫氟酸去除殘餘的SiO2,得到具奈米結構的藍寶石基板[5]。
圖1 轉印技術在圖案化藍寶石基板製程中的角色
為了確保大面積基板轉印均勻性,一般轉印製程會使用軟性模具,瑞典Obducat公司提出相對應的解決方案[6]。Obducat公司使用一種稱為中介高分子模具 (Intermediate Polymer Stamp, IPS),IPS軟性模具將母模的圖案,經由設備翻印至軟性模具,該設備具有自動脫模功能,可確保翻印軟模的準確性,再由軟性模具將圖案轉印至最終的基板上。
…本文未結束
更完整的內容 歡迎訂購 2024年9月號 498期
機械工業雜誌‧每期240元‧一年12期2400元
我要訂購