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研究生:吳建寬
研究生(外文):Chien-kaun Wu
論文名稱:應用氣壓壓印微結構之研究
論文名稱(外文):Application of Uniform Gas Pressure To Microplastic Embossing
指導教授:黃男農
指導教授(外文):Nan-Nong Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:機械與輪機工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:氣壓壓印微結構
外文關鍵詞:pneumatic pressuremicrostructure
相關次數:
  • 被引用被引用:3
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本論文主旨在探討氣壓壓印技術之相關問題。利用氣壓之均勻壓力來達到大量複印及重複使用母模之成效。一般熱壓機是以壓頭直接接觸模仁,在壓印的過程由於壓力不均,導致晶圓碎裂。因此本研究將傳統熱壓機改良為以氣壓壓印,並測試其壓印之成效。
利用非等向性蝕刻技術,在矽晶圓基材製作出倒四角錐微結構陣列。將矽基模仁及高分子材料置入所設計之壓力箱中加熱及抽真空,並且灌入氮氣加壓。實驗結果顯示,利用氣壓能使模仁及微結構能有效的均勻受力,可提高矽基模仁之重複使用率及進行大面積材料之壓印。在成型方面,壓印溫度及壓力影響成型最為顯著。離模冷卻過程中,急速冷却容易發生收縮及變形等的現象,成型之缺陷皆可透過實驗參數之調整更改而改善。
The usage of pneumatic pressure for microplastic embossing is investigated in this study. In traditional hot embossing, the contact force between loading plate and silicon mould may fracture the silicon wafer. A nitrogen-pressed coupled equipment with vacuum function is designed and facilitated in the current research. The uniform pressure provided by this equipment improves the yield of large-area micro-embossing and prolongs the service life of silicon mould.
The pyramid cavity array with various dimensions is fabricated on the silicon wafer by anisotropic etching. PMMA plates are used as substrates. The optical microscope, SEM and surface profiler are employed to examine the quality of pattern transfer. The influence of pressure and temperature on the formation of microstructures is also investigated.
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 3
1-3 文獻回顧 3
1-4 論文大綱 7
第二章 製程設備介紹 8
2-1 傳統熱壓機 8
2-2 微機電製程設備 8
2-2-1 光阻塗佈機 8
2-2-2對準曝光機 8
2-2-3 反應離子蝕刻機 9
2-2-4 表面輪廓儀 9
2-2-5 光學顯微鏡 9
2-2-6 化學清洗槽 10
2-2-7電磁加熱攪拌器 10
2-2-8 掃描式電子顯微鏡 10
2-3 製程材料 11
2-3-1 微模仁基材 11
2-3-2 光阻溶液 11
2-3-3 蝕刻溶液 11
2-3-4 塑膠高分子材料 11
第三章 氣壓壓印設備及微結構製程 18
3-1氣壓設備之設計與製作 19
3-2矽基模仁之製作流程 27
3-3 矽基模仁之詳細製程與討論 31
3-3-1 光罩製作 31
3-3-2 晶圓清洗 32
3-3-3 微影製程 33
3-3-4 蝕刻製程 36
3-3-5 模仁檢測 38
3-4 氣壓壓印 43
第四章 實驗結果與討論 48
4-1 微結構壓印結果 48
4-2實驗結果討論 69
4-2-1氣壓壓力箱 69
4-2-2 壓印成品 69
第五章 結論 75
參考文獻 78
























表目錄
表2-1 PMMA性質表 17
表3-1 旋塗AZP4620參數表 33
表3-2 RIE蝕刻參數設定值 36
表3-3 壓印參數設定值 44
表4-1 50μm之模仁在不同壓印條件之成型高度 52
表4-2 100μm之模仁在不同壓印條件之成型高度 57
表4-3 150μm之模仁在不同溫度壓印之微結構高度 62
表4-4 200μm之模仁在不同溫度壓印之微結構高度 67











圖目錄
圖1-1 壓印之溫度及力量歷程圖 2
圖2-1 傳統熱壓機 13
圖2-2 光阻塗佈機 13
圖2-3 對準曝光機 14
圖2-4 反應離子蝕刻機 14
圖2-5 表面輪廓儀 15
圖2-6 光學顯微鏡 15
圖2-7 化學清洗槽 16
圖2-8 電磁加熱攪拌器 16
圖2-9 描式電子顯微鏡 17
圖3-1 實驗架構圖……………………………………………………..18 
圖3-2 氣壓設備剖面圖………………………………………………..22
圖3-3 氣壓設備爆炸圖 23
圖3-4 上蓋尺寸圖 24
圖3-5 下蓋尺寸圖 24
圖3-6 氣壓系統設備組裝 25
圖3-7 真空設備…………………………………………….….………25
圖3-8 氣壓設備管路配置圖 26
圖3-9 矽基模仁之製作流程圖 29
圖3-9 矽基模仁之製作流程圖(續) 30
圖3-10 光罩設計圖 32
圖3-11 顯影過顯及不完全之顯微影像圖 35
圖3-12 KOH溫度與蝕刻速率曲線圖…………………………………39
圖3-13 蝕刻V形槽示意圖 40
圖3-14 光學顯微鏡拍攝蝕刻製程圖 40
圖3-15 陣列模仁之SEM影像圖 41
圖3-16 模仁剖面之SEM影像圖 42
圖3-17 α-STEP表面輪廓儀量掃描路徑 43
圖3-18 熱壓實驗流程圖………………………………………………44
圖3-19 氣壓設備之壓印流程圖 46
圖3-19 氣壓設備之壓印流程圖(續) 47
圖4-1 在不同壓印參數條件下50μm微結構之OM圖 50
圖4-1 在不同壓印參數條件下50μm微結構之OM圖(續) 51
圖4-2 溫度與壓印高度之關係圖(50μm PMMA轉印成品) 53
圖4-3 在不同壓印參數條件下100μm為結構之OM圖 55
圖4-3 在不同壓印參數條件下100μm為結構之OM圖(續) 56
圖4-4 溫度與壓印高度之關係圖(100μm PMMA轉印成品) 58
圖4-5 在不同壓印參數條件下150μm微結構之OM圖 60
圖4-5 在不同壓印參數條件下150μm微結構之OM圖(續) 61
圖4-6 溫度與壓印高度之關係圖(150μm PMMA轉印成品) 63
圖4-7 在不同壓印參數條件下200μm微結構之OM圖 65
圖4-7 在不同壓印參數條件下200μm微結構之OM圖(續) 66
圖4-8 溫度與壓印高度之關係圖(150μm PMMA轉印成品)………..68
圖4-9 晶圓破裂 72
圖4-10 PI模破裂情形 72
圖4-11冷卻過快所造成之收縮 72
圖4-12 未抽真空邊緣產生氣泡 72
圖4-13 微陣列結構SEM圖(140℃,30 kg/㎝2,10min)…………….73
圖4-13 微陣列結構SEM圖 (140℃,30 kg/㎝2,10min) (續) 74
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