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溫度與壓力對於奈米壓印微影技術的成型是相當重要的參數，因為奈米壓印微影技術是將模仁上的結構轉換至高分子材料上，因此需將高分子材料加熱，再利用加壓方式使模仁上的結構轉換至高分子材料上。所以在加熱以及加壓的情況下，高分子材料熱流動性的分析就成為壓印品質好壞的一個依據。我們利用兩種不同的結構：凹型模仁與凸型模仁在不同溫度或不同壓力下進行一連串的壓印實驗，藉由實驗所得觀察在不同溫度或不同壓力下，配合不同結構的模仁得到高分子的流動行為模式，並藉此找到較佳的壓印溫度與壓印時所施加的壓力，最後評估我們利用奈米壓印微影技術所製作出來微小結構其可運用在微流道與生醫檢測以及光子晶體相關應用上面，達到使用奈米壓印微影技術的最終目的。

Temperature and pressure are quite important parameters for the shaping of nanoimprint lithography technology. It will transform the structure on the mold into polymer, so we need to heat and exert pressure to make the structure on the mold transform into polymer. So in this situation, heat flow analysis of polymer becomes a basis of imprinting quality. We use two kinds of different structure: positive mold and negative mold go on a succession of imprinting experiments under different temperature or different pressure. Observing under different temperature or different pressure with the experiment gets the flow behavior of polymer to match up mold of different structure, and find the better temperature and pressure when we imprint. Finally, we estimate that we use small structure made by nanoimprint lithography technology to apply to microfluidics, bio-detect and photonic crystal, and achieve the final purpose with using nanoimprint lithography technology.

目 次
頁次
中文摘要…………………………………………………………… I
英文摘要…………………………………………………………… II
誌謝………………………………………………………………… III
目錄………………………………………………………………… IV
圖目錄……………………………………………………………… V
表目錄……………………………………………………………… X

第一章 緒 論…………………………………………1

1.1前言……………………………………………………... 1
1.2研究背景…………………………………………………….. 2
1.3文獻回顧…………………………………………..………… 6
1.4研究動機…………………………………………………….. 11
1.5論文架構…………………………………………………….. 11

第二章 奈米壓印微影技術理論探討…………………...13

2.1前言…………………………………………….. 13
2.2壓印高分子材料特性分析………………………………….. 14
2.2.1高分子的由來……………………………………………... 14
2.2.2高分子材料玻璃轉換溫度………………………………... 15
2.2.3高分子材料的機械性質…………………………………... 16
2.2.4高分子材料模數與溫度間關係…………………………... 18
2.2.5高分子材料時間與溫度加成性探討……………………... 20
2.2.6溫度對於高分子材料的影響……………………………... 23
2.2.7高分子獨特黏彈性質…………………………………... 24
2.3不同型奈米壓印理論分析………………………………….. 26
2.3.1加壓加熱式奈米壓印……………………………………... 26
2.3.2紫外光固化式奈米壓印…………………………………... 27
2.3.3雷射輔助式奈米壓印……………………………………... 28

第三章 奈米壓印微影技術實驗前置動作…………………… 31
3.1壓印實驗模仁製作………………………………………….. 31
3.2壓印模仁塗抗沾粘試劑過程……………………………….. 39
3.3壓印實驗機台……………………………………………….. 42
3.4高分子材料的選擇………………………………………….. 46

第四章 壓印實驗結果與討論……………………………………48
4.1溫度效應對於壓印結果探討………………………………… 51
4.1.1 Sal-601高分子材料在不同溫度下壓印的狀況………… 53
4.1.2 NXR-1010高分子材料在不同溫度下壓印的狀況……… 64
4.2凸型模仁所造成隆起現象探討…………………………… 73
4.3模仁特定結構於Sal-601壓印結果的探討………………… 87
4.3.1特定凹型模仁結構………………………………………… 87
4.3.2特定凸型模仁結構……………………………………… 92
4.4壓力效應對於壓印結果探討……………………………… 99

第五章 壓印特徵尺寸結構應用探討………………… 104
5.1奈米壓印微影方式運用於微流道技術與生醫技術………… 104
5.2奈米壓印微影方式壓印光子晶體結構……………………… 111

第六章 結論……………………………………………………… 113
6.1實驗結論……………………………………………………… 113
6.1.1溫度效應對於壓印結果探討……………………………… 113
6.1.2凸型模仁所造成隆起現象探討……………………… 113
6.1.3模仁特定結構對於壓印結果的探討………………….. 114
6.1.4壓力效應對於壓印結果探討……………………………. 114
6.2未來工作與建議……………………………………………… 115
6.2.1溫度效應對於壓印結果探討……………………………... 115
6.2.2凸型模仁所造成隆起現象探討…………………………... 115
6.2.3模仁特定結構對於壓印結果的探討……………………... 115
6.2.4壓力效應對於壓印結果探討……………………………... 115

參考文獻………………………………………………………… 115

表目錄
各種微影技術能力比較表………………………………………. 5
高分子材料製程參數表…………………………………………. 52
圖目錄
圖目錄
圗1.1 摩爾定律曲線………………………………………………………. 4
圗1.2 奈米壓印微影技術優點……………………………………………. 4
圖2-1 奈米壓印微影技術製作流程圖……………………………………. 14
圖2-2 單軸拉伸試驗………………………………………………………. 16
圖2-3 典型材料應力與應變曲線…………………………………………. 17
圖2-4 鋼鐵與高分子的應力與應變比較曲線……………………………. 18
圖2-5 高分子模數隨溫度變化的情形……………………………………. 20
圖2-6 高分子應力張弛的主要的曲線……………………………………. 21
圖2-7 高分子棒拉伸實驗…………………………………………………. 21
圖2.8 高分子在不同溫度下模數隨著時間變化的情形…………………. 23
圖2.9 高分子的η與 在不同溫度下對應關係圖……………………….. 24
圖2.10 高分子因記憶所造成押出膨脹……………………………………. 25
圖2.11 高分子液體虹吸管現象……………………………………………. 26
圖2.12 紫外光奈米壓印技術………………………………………………. 28
圖2.13 雷射直接成型奈米壓印……………………………………………. 30
圖3-1 適用於光子晶體與生醫檢測用模仁Layout圖形……………….… 33
圖3-2 適用於微流道模仁Layout圖形…………………………………… 33
圖3-3 模仁製作過程………………………………………………………. 34
圖3-4 凹型模仁特徵尺寸分佈圖…………………………………………. 35
圖3-5 凸型模仁特徵尺寸分佈圖…………………………………………. 35
圖3-6 模仁上主要設計的圖案(凸型模仁)………………………………... 36
圖3-7 凸型模仁側視圖……………………………………………………. 37
圖3-8 凹型模仁側視圖……………………………………………………. 37
圖3-9 凸型模仁上大致的SEM圖………………………………………… 38
圖3-10 凹型模仁上大致的SEM圖………………………………………… 39
圖3-11 塗佈抗沾黏試劑示意圖……………………………………………. 41
圖3-12 F13-TCS與模仁上化學鍵鍵結……………………………………... 41
圖3-13 NX-1000型壓印機台………………………………………………. 44
圖3-14 NX-1000型氣壓供給優點…………………………………………. 44
圖3-15 NX-1000 放置模仁與高分子材料的Holder……………………… 45
圖3-16 壓印機台真空腔體裡 Air Cushion 作動方式…………………….. 45
圖4-1 操作介面氣壓與溫度作動圖………………………………………. 49
圖4-2 操作介面氣壓與溫度作動圖………………………………………. 49
圖4-3 操作介面氣壓與溫度作動圖………………………………………. 50
圖4-4 操作介面氣壓與溫度作動圖………………………………………. 50
圖4-5 完整壓印氣壓與溫度作動圖………………………………………. 51
圖4-6 Sal-601材料使用凹模在溫度90℃下壓印結果SEM照片………. 53
圖4-7 Sal-601材料使用凹模在溫度100℃下壓印結果SEM照片……… 54
圖4-8 Sal-601材料使用凹模在溫度110℃下壓印結果SEM照片……… 55
圖4-9 Sal-601材料使用凹模在溫度120℃下壓印結果SEM照片……… 56
圖4-10 利用凹模在溫度升高其Sal-601材料壓印後深度對照圖………… 57
圖4-11 Sal-601材料使用凸模在溫度90℃下壓印結果SEM照片………. 59
圖4-12 Sal-601材料使用凸模在溫度100℃下壓印結果SEM照片……… 59
圖4-13 Sal-601材料使用凸模在溫度110℃下壓印結果SEM照片……… 60
圖4-14 Sal-601材料使用凸模在壓溫度110℃下壓印結果SEM照片…… 61
圖4-15 利用凸模在溫度升高其Sal-601材料壓印後深度對照圖………… 62
圖4-16 熱分析儀DSC所測得的Sal-601高分子材料的熱容量曲線圖….. 63
圖4-17 NXR-1010材料使用凹模在溫度90℃下壓印結果SEM照片……. 64
圖4-18 NXR-1010材料使用凹模在溫度100℃下壓印結果SEM照片….. 66
圖4-19 NXR-1010材料使用凹模在溫度100℃下壓印成型示意圖……… 66
圖4-20 NXR-1010材料使用凹模在溫度110℃下壓印結果SEM照片….. 67
圖4-21 NXR-1010材料使用凹模在溫度120℃下壓印結果SEM照片….. 68
圖4-22 NXR-1010材料使用凸模在溫度90℃下壓印結果SEM照片……. 69
圖4-23 NXR-1010材料使用凸模在溫度100℃下壓印結果SEM照片….. 70
圖4-24 NXR-1010材料使用凸模在溫度110℃下壓印結果SEM照片….. 71
圖4-25 NXR-1010材料使用凸模在溫度120℃下壓印結果SEM照片….. 72
圖4-26 熱分析儀DSC所測得的NXR-1010高分子材料的熱曲線圖…… 73
圖4-27 凸模尺寸1um在四種溫度下壓印NXR-1010後的結果…………. 74
圖4-28 凸模尺寸2um在四種溫度下壓印NXR-1010後的結果…………. 75
圖4-29 凸模尺寸3um在四種溫度下壓印NXR-1010後的結果…………. 76
圖4-30 凸模尺寸4um在四種溫度下壓印NXR-1010後的結果…………. 77
圖4-31 凸模尺寸5um在四種溫度下壓印NXR-1010後的結果…………. 78
圖4-32 隆起現象SEM照片與隆起過程示意圖…………………………… 80
圖4-33 凸模特徵尺寸1um在四種溫度下壓印Sal-601後的結果……….. 82
圖4-34 凸模特徵尺寸2um在四種溫度下壓印Sal-601後的結果……….. 83
圖4-35 凸模特徵尺寸3um在四種溫度下壓印Sal-601後的結果……….. 84
圖4-36 凸模特徵尺寸4um在四種溫度下壓印Sal-601後的結果……….. 85
圖4-37 凸模特徵尺寸5um在四種溫度下壓印Sal-601後的結果……….. 86
圖4-38 凹模特定結構在90℃壓印其SEM照片與高分子流動示意圖…… 88
圖4-39 凹模特定結構在100℃下壓印結果SEM照片……………………. 89
圖4-40 凹模特定結構在100℃下壓印結果高分子材料流動示意圖……... 90
圖4-41 凹模特定結構在110℃下壓印結果SEM照片……………………. 91
圖4-42 凹模特定結構在120℃下壓印結果SEM照片……………………. 92
圖4-43 凸模特定結構在90℃下壓印結果SEM照片……………………… 93
圖4-44 凸模特定結構在90℃下壓印結果高分子材料流動示意圖…….… 94
圖4-45 凸模在100℃壓印其特徵尺寸周圍有無涵蓋較大結構比較圖…... 95
圖4-46 凸模在100℃壓印其特徵尺寸周圍涵蓋較大結構SEM剖面圖…. 96
圖4-47 凸模在110℃壓印其特徵尺寸周圍涵蓋較大結構SEM剖面圖…. 97
圖4-48 凸模在120℃壓印其特徵尺寸周圍涵蓋較大結構SEM剖面圖…. 97
圖4-49 凸模特徵尺寸周圍涵蓋較大結構壓印後深度比較圖……………. 98
圖4-50 凹模與凸模在施壓同為380psi下壓印比較圖……………………. 101
圖4-51 凹模與凸模在施壓同為280psi下壓印比較圖……………………. 101
圖4-52 凹模與凸模在施壓同為180psi下壓印比較圖……………………. 102
圖4-53 凹模與凸模在施壓同為180psi下壓印過程示意圖………………. 103
圖5-1 凸模在100℃、380psi、2分30秒所壓印出的微流道結構……… 105
圖5-2 凸模在120℃、380psi、2分30秒所壓印出的微流道結構……… 106
圖5-3 凹模在120℃、380psi、2分30秒所壓印出的微流道結構……… 106
圖5-4 凹模在120℃、380psi、2分30秒所壓印出的微流道結構……… 107
圖5-5 凹模在110℃、380psi、2分30秒所壓印出的奈米柱狀物……… 108
圖5-6 凹模在110℃、380psi、2分30秒所壓印出的奈米柱狀物……… 109
圖5-7 凹模在90℃、380psi、2分30秒所壓印出的奈米柱狀物………. 109
圖5-8 凹模在120℃、380psi、2分30秒所壓印出的奈米柱狀物……… 110
圖5-9 抗原與抗體在奈米柱狀物上的反應示意圖………………………. 109
圖5-10 凸模在90℃、380psi、2分30秒所壓印出的光子晶體結構……. 111
圖5-11 凸模在90℃、380psi、2分30秒所壓印出的光子晶體結構……. 111

文獻參考
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