奈米转印技术介绍.PDF

奈米轉印技術介紹 蔡宏營 博士 工研院機械所奈米工程技術部研究員兼經理 奈米轉印之緣起--從日常生活到微奈米科技 2003 年二月，Technology Review 報導指出「將改變世界的十大新興技術」 中，其中一項便是奈米轉印微影技術(Nanoimprint Lithography)[1] 。這樣一個奈 米轉印技術概念，可說是源自於日常生活中蓋印章的行為：也就是將刻好印模的 印章，沾上印泥用力壓印在平坦的物體表面上。此動作可將原來在印章上的圖案 轉印到另外一件物體表面上。在中國傳統技藝中，一種製作紅龜粿的過程就與奈 米轉印技術極為相近：在刻有烏龜的模板上塗抹沙拉油（相當於奈米轉印技術中 模仁表面處理以利後續脫膜避免沾黏）、將做好的粿放在烏龜圖案上並用手將粿 往圖案模板施加壓力（相當於奈米轉印技術中以熱壓或壓印後用UV 光曝照使高 分子材料結構成型）、拿起放在模板上的粿並稍微在桌面上用力敲使得粿能順利 落在手上（最後將硬化之高分子材料脫模），難怪發揚此一技術的代表性人物為 華人Stephen Y. Chou 。 奈米轉印技術(Nanoimprint technology)是由美國普林斯頓大學S. Y. Chou 教 授在 1996 年所提出的一種想法，主要是針對發展 100nm 以下線寬的微影技術。 此技術概念出發點為利用一在表面具有 sub-100nm 以下之奈米結構精密模仁 (mold) （可利用電子束微影直寫、X 光微影或離子光微影技術等方式製作），在 一塗佈熱塑性高分子材料(如 PMMA)之基板上，將溫度提高至 Tg 點以上進行此 精密模仁壓印(imprint)製程，使得此熱塑性高分子材料會隨著模仁表面結構而成 形。待溫度冷卻之後高分子材料固化，移開模仁，並以乾蝕刻清除殘餘光阻，進 而將模仁上之圖案轉印至基板上，其製作流程類似傳統熱壓成型法，製程流程圖 如圖一所示。 模仁 上光阻 光阻 基板 奈米轉印 脫模 1 圖一 奈米轉印技術與傳統熱壓成型技術相似 奈米轉印技術 就奈米轉印技術的意義而言，可定義為「將具有奈米結構之模仁，透過各種 方式（如熱壓、UV 光曝照等）將此結構圖案轉印至特定材料上，使其達到大量 轉印/量產化之目的」。基於此一技術發展的理由，很明顯可看出此一技術的優勢 便在於(1)可達到奈米級(100nm)小線寬：目前技術已經可達到 10nm 左右等級 [2] ，遠比半導體光學曝光顯影技術小甚多；(2)轉印速度快：相對於目前現有奈 米級成型技術（如E-beam 、FIB 等），具有量產優勢。因此，整個技術重點便在 於「模仁結構的精密製作」以及「轉印技術之產率與良率提升」。 根據文獻資料的整理可知，各類創新的相關技術者眾，也各擅其長。在奈米 轉印各類技術中，可歸納為三大主流技術：(1)熱壓成形式奈米轉印（Nanoimprint Lithography, NIL ）：透過熱壓方式達到大面積之奈米結構轉印；(2)步進光感成形 式奈米轉印（Step and Flash Imprinting Lithography, SFIL ）：在室溫下進行UV 光 曝照使奈米結構成型；(3)可撓性奈米轉印（Soft Lithography ）：結合Top-Down 及Bottom-Up 概念，以可撓性模仁可進行具有曲率表面之轉印製程。 1. 熱壓成形式奈米轉印 (Nano-Imprint Lithography, NIL) 此技術為普林斯頓大學Stephen Y. Chou 所主張的概念以及發展的重點，同 時也是發展較久的奈米轉印技術。其奈米模仁之材料可選擇金屬或 Si 晶片