臺灣博碩士論文加值系統

在本篇論文中主要分為兩大主題，第一大主題是利用金屬奈米壓印與轉印技術，製作各種週期性結構的金屬膜，探討其表面電漿引發的高穿透性質，並應用於發光元件的光取出效率的增強上；第二大主題則是利用不同的製程參數調變六甲基矽氧烷（HMDSO）的介電與光學特性，製作出同時可以作為抗反射層，又可以作為低介電係數絕緣層的材料。
近年來有許多探討表面電漿的研究，因為週期性結構引發的表面電漿，會導致金屬膜有異常高的穿透率，而此現象可廣泛的運用在光電元件上。在本論文中，利用改良後的金屬奈米壓印技術，能夠以低壓、低溫壓印出傳統製程難以製作的結構連續金屬膜，並輕鬆調變了傳統製程難以調變的結構深度，發現其穿透率竟可以有十倍的增強。我們更利用FDTD方法模擬進一步探討連續金屬膜的異常穿透機制。並以奈米轉印原理為基礎，我們發展出金屬膜轉印技術，搭配壓印技術，我們有能力製作各種不同結構金屬膜，甚至可以探討連續金屬膜與孔洞陣列金屬膜的光學現象差異，發現連續金屬膜在有折射率匹配層狀況下，可以有強於孔洞陣列金屬膜的穿透率。最後我們將壓印的研究成果應用至有機發光元件，並成功的增強其放光效率。
隨著奈米科技的發達，積體電路製程尺寸也越來越小，然而隨之而越來越嚴重的RC時間延滯，限制了元件的工作效率，因此低介電係數材料的研發也就越漸重要。本篇論文利用改變不同的製程條件，可以調變六甲基矽氧烷的介電常數與光學特性，而藉著摻雜氟在六甲基矽氧烷中，成功的使介電係數降至2.0以下，搭配光學薄膜理論，我們更發現了其可使各種高反射底材在ArF（193 nm）波段反射率降至1％以下的優良抗反射層的特性，因此我們成功的製作出可以同時作為光學微影抗反射層與低介電係數的先進材料。

There are two main topics in this thesis. First, we investigate the optical properties of metal films patterned by metal nanoimprint and reversal imprint technologies. Further, the research is applied for the enhancement of light extraction efficiency from organic light emitting diodes. Second, we prepare HMDSO to be a low dielectric and an antireflection layer in ArF optical lithography.
Recently, surface plasma of metal film with periodic structures was found to have extraordinary transmittance phenomenon, and has evoked great attention for the various applications. In this study, metal film with wavy structures is patterned by advanced metal nanoimprint technology. Various shape and depth of metal films are difficult to fabricate by conventional lithography processes. In this thesis, we successfully tune the depth and shape of patterned metal films with different pressure and mold, and find that the transmittance can be dramatically enhanced from 5% to 50%. Furthermore the optical mechanism is investigated by the finite-difference time domain (FDTD) method. Base on reversal imprint technology, we develop a novel metal reversal imprint technology for patterning deep metal film structure with various shapes in low temperature and pressure. The continuous metal film was found to have higher transmittance than non-continuous metal films with hole-array structures. In this study, we also successfully enhance the light extraction efficiency of OLED devices by nano-imprint metal technology.
With the progress of nano-technology, the requirement of next generation integrated circuits (IC) is definitely higher package density and speed. However, the resistance-capacitance (RC) time delay in high performance devices has become a serious problem. Therefore, it is more important to find novel low dielectric constant (low-K) materials for metal interconnection processes. In this study, we adjust the optical and dielectric properties of HMDSO with different process parameters, such as the flow ratio of O2, CHF3 and HMDSO with different plasma conditions. By increasing the participation of fluorine, the dielectric constant could be successfully reduced to less than 2.0. By optical thin film theoy, we find optimized low-K HMDSO films can also reduce the reflectance of various highly reflective to less than 1% for the reduction of the standing wave effect in ArF lithography.

摘要 I
AbstractII
致謝IV
目錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XVII
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 論文架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1表面電漿現象 3
2.1.1異常穿透現象 3
2.1.2表面電漿的色散曲線及公式推導 6
2.1.3金屬膜上週期結構激發表面電漿現象 9
2.2金屬奈米壓印與轉印技術 12
2.2.1奈米壓印技術原理 12
2.2.2奈米轉印技術原理 14
2.3有機電致發光二極體的介紹 16
2.3.1結構與發光原理 16
2.3.2表面電漿對發光元件放光效率的影響 18
2.3.3金屬陽極之發光元件結構及電性 21
2.4六甲基矽氧烷(HMDSO)低介電與光學特性 24
2.4.1低介電材料的介紹 24
2.4.2六甲基矽氧烷(HMDSO)介紹 26
2.4.3六甲基矽氧烷(HMDSO)的介電性質 27
2.4.4六甲基矽氧烷(HMDSO)的光學性質 29
第三章 金屬奈米壓印技術 31
3.1實驗動機與目的 31
3.2實驗藥品與設備 33
3.3實驗步驟 35
3.4實驗結果與討論： 40
3.4.1 模板製作技術 40
3.4.2週期結構增益金屬膜穿透率的機制 49
3.4.3製程參數對壓印與其穿透率的影響 55
3.4.3.1破膜的影響 55
3.4.3.2模板形狀的影響 56
3.4.3.3壓力對壓印穿透率的影響 58
3.4.3.4壓印時間的影響 63
3.4.3.5溫度的影響 65
3.4.3.6週期對壓印穿透率的影響 66
3.4.3.7壓印次數對壓印與穿透率的影響 70
3.5金屬奈米壓印技術之總結 77
第四章 金屬奈米轉印技術 78
4.1實驗動機與目的 78
4.2實驗藥品與設備 79
4.3實驗步驟 81
4.4實驗結果與討論： 83
4.4.1脫模劑對轉印的影響 83
4.4.2模板形狀對轉印的影響 84
4.4.3壓力對轉印與穿透率的影響 91
4.4.4溫度對轉印與穿透率的影響 93
4.4.5軟烤時間對轉印與穿透率的影響 96
4.4.6模板深度對轉印與穿透率的影響 97
4.5金屬奈米轉印技術之總結 105
第五章 壓印技術在有機發光元件上的應用 107
5.1實驗動機與目的 107
5.2實驗藥品與設備 108
5.3實驗步驟 110
5.3.1 週期與圖案的選擇 111
5.3.2 試片的製備 112
5.3.2.1膜厚對穿透率的影響 112
5.3.2.2不同模板的影響 114
5.3.2.3不同金屬材料的影響 119
5.3.2.5 壓印薄金屬膜對電性的影響 122
5.3.3 發光材料的選擇 124
5.4有機發光二極體之結構 126
5.5實驗結果與討論 127
5.5.1 蒸鍍有機層對穿透率的影響 127
5.5.2 蒸鍍鋁電極對穿透率的影響 128
5.5.3 光入射角度的影響 131
5.5.4 金屬穿透率對元件光取出效率的影響 133
5.6 利用壓印技術增益發光元件光取出效率之總結 136
第六章 六甲基矽氧烷的光學與低介電性質探討 137
6.1實驗動機與目的 137
6.2實驗藥品與設備 139
6.3實驗步驟 140
6.4實驗結果與討論： 141
6.4.1製程條件對材料性質的影響 141
6.4.1.1前處理的影響 141
6.4.1.2氧含量的影響 145
6.4.1.3退火處理的影響 148
6.4.1.4氧電漿的影響 155
6.4.1.5氟含量的影響 161
6.5六甲基矽氧烷光學與低介電性質探討總結 170
第七章 結論 171
7.1實驗總結 171
7.2未來展望 173
參考文獻 174

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