电化学法制备奈米压印模具及光学应用.ppt

电化学法制备奈米压印模具及光学应用 数位生活趋势下,使用智能手持装置将成为主流,而在户外使用机会将大增,使得显示产品上须具有高效能抗反射/抗眨眩光功能之光学表面处理,其中,奈米压印技术被认为是具有可大量生产及低成优势之光学表面处理技术之一,而以电化学制备之氧化铝奈米压印模板更是具有低成本/大量生产及商业化之潜力,在形成光学抗反射结构技术上将扮演着要角色;因此本文将介绍奈米压印技术概念及简要说明本实验室于氧化铝奈米模具制作技术/压印及抗反射之研究 王正全C.C.Wang 工研院材化所(MCL/ITRI)资深工程师 从自然生物的结构中发现部分夜行昆虫的眼睛角膜上存有一层蜂巢状结构,每一个蜂巢结构中还含有200-300nm的柱状结构,此结构使得夜行昆虫在行进路径上不受光线的干扰而能顺利飞行; 图一是1967年C.G.Bernhard首先发展的蛾眼结构; 引人深思的是如此大小的凸状结构为何能有抗反射的效果,而至今所使用的显示器都还是以涂布多层膜的方式来避免外在环境的光线反射在屏幕上,造成观赏者的视觉障碍,因此以蛾眼结构来取代多层膜的技术正被科学家热烈研究发展中;被用来制作蛾眼结构的技术,目前以奈米压印技术(Nanoimprint Lithography)为主流,奈米压印技术的研究始于美国普林斯顿大学StephenY.Chou教授的研究团队于1995年发表于AppliedPhysics Letters期刊,其所提出的概念是以传统印刷技术的压印构想,是一种利用光学干涉法先制作出一微奈米结构母模(Template),再搭配不同组合的压印步骤,以机械加压法将母模压在涂有高分子材料(Polymer)之基材(sub-starte)上,使表面高分子层形成图案(包含3D型态成模具),以达到图形转移目的之微奈米机电制程技术,具有高分辨率可大生产和低成本优点; 如图二所示,形成图案的材料可为高分子或功能恒材料(functional Material)或光阻等,处理步骤如基板的转印蚀刻(Transfer Etching)/离子植入(Implantation) /材料沈積(Deposition)及剝離(Lift-off) 一.前言 奈米压印模具制作须采用高分辨率制造技术,主要是以电子束光刻技术让奈米压印搜术达到高分辨率,跨越由光学曝光与电子束曝散射蚀刻的限制;然而其具有如光学曝光般可同时进行处理及大量生产的制造能力,因而被认为是作为下一世代用微电子工业制造集成电路(Integrated Circuit;IC)的重要技术之一 奈米压技术可分为三种,第一为热压式奈米压印技术(HOT Embossing Nanoimprint Technology),是美国普林斯顿大学StephenY.Chou教授的研究团队所提出,将热塑性高分子涂于基板上后,加热到高于其玻离转移温度(Tg点),使高分子材料变成熔融态,可以在相当高的压力下流动,而加热高分子材料黏度仍然比单体分子高很多,达到几个数量(Order Of Magnitude),再由已具备微结构图案之模具透过加压方式来进行转印的程序,通常压力范围约50-100bar;加压完成后,待温度冷却即可进行脱模程序,脱模后即完成转印步骤,而得到微结构图,图三为热压式奈米压印示意图 二.奈米压印技术 第二为紫外光固化奈米压印技术(UV-Nanoimprint Technology),由德国M.Bender和M.Otto教授研究团队所提出,在常温及低压下,利用紫外光照射来固化高分子材料;以模具成形后,同时照射紫外光使高分子固化,接着进行脱膜即完成转印步骤,而得到微结构图案,图四为紫外光固化奈米压印示意图 第三为软压印技术(Soft Nanoimprint Technology),由哈佛大学 GeorgeM. White-sides教授的研究团队提出,采用自组装(Self-Assembled Monolayers)的方式,利用软性高分子材料制作模具(如Polydimethyl - siloxane ; PDMS),透过沾黏方式使模具表面具有硫醇分子修饰,完成具有自组装能力之模板,接着將其与镀金的基板进行接触微压,因硫醇与金会产生共价,以自组装方式在金表面形成单分子层或多层结构,达到图案转移到基板的目的,图五为软奈米压印示意图 藉由电化学阳极处理制程技术形成具奈米结构孔洞之模具,经由转印程序将模具上的孔洞转为凸柱点结构,与昆虫眼睛角膜上的次波长结构(Subwavelength Structure ; SWS)相似,进而达到光学膜的抗反射光学性质: 其转印制程为使用液态UV固化的材料作为光学膜,UV固化后,材料因固化收缩而有利于脱膜,利用孔洞深度/空气