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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許哲銓
研究生(外文):Che-Chuan Hsu
論文名稱:利用熱微影技術在無機光阻層材料上製作奈米級圖案之研究
論文名稱(外文):A study of nanoscale patterns fabricated on inorganic resist material by thermal lithography technique
指導教授:劉宗平劉宗平引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:奈米製造技術熱微影技術無機光阻材料
外文關鍵詞:nanofabricationthermal lithographyinorganic resist material
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近年來,國際上發展一種稱為熱微影技術之奈米圖案成形技術。該技術利用曝光源直接在光阻層上選擇區域曝光,曝光區吸收熱能後,會產生由非晶相轉為晶相之相變化。由於曝光與未曝光區域結構之差異,造成顯影液具有不同的蝕刻對比度,經由顯影後可產生奈米級圖案。
在此研究中,採用Ge-Sb-Sn-O作為無機光阻材料。利用波長為405 nm之藍光雷射,搭配0.65的數值孔徑,來產生所需要的曝光源。它可製造出高度為80 nm和寬度為140 nm之奈米級圖案。所製作的圖案之最小寬度,遠小於光學繞射極限的312 nm。此種熱微影製程技術具有很多優點,例如加工便利、成本低和省時等。對於未來的工業應用,利用熱微影技術製造奈米級圖案,將是一大利器。
A thermal lithography technique was proposed for fabricating nanoscale patterns. Due to heat of illuminating laser, the phase of a resist material can be altered from amorphous to crystalline states. The contrast of dissolution rate between these two states can conduct a formation of nanopatterns through development. Using thermal lithography, a minimum pattern width of 140 nm with a height of 80 nm, far beyond the diffraction limit of 312 nm, for Ge-Sb-Sn-O inorganic resist can be obtained with a numerical aperture of 0.65 at the wavelength of 405 nm. Thermal lithography technique will be applied to the mastering process because it is convenient, low-cost and time-saving.
書名頁 …………………………………………………………… i
論文口試委員審定書 …………………………………………… ii
授權書 ………………………………………………………… iii
中文摘要 ………………………………………………………… iv
英文摘要 ………………………………………………………… v
誌謝 ……………………………………………………………… vi
目錄 ……………………………………………………………… vii
表錄 ……………………………………………………………… xi
圖錄 ……………………………………………………………… xiii
第一章 緒論 …………………………………………………… 1
1.1 前言 …………………………………………… 1
1.2 研究動機與目的 ……………………………… 2
1.3 熱微影技術之應用 …………………………… 3
1.4 熱微影技術之光阻劑開發 …………………… 5
1.4.1 有機與無機光阻劑之選擇 …………………… 5
1.4.2 無機光阻劑開發之現況 ……………………… 6
1.4.3 本實驗無機光阻劑材料之開發 ……………… 10
第二章 理論背景 ……………………………………………… 12
2.1 熱微影技術之流程 …………………………… 12
2.2 光微影和熱微影的顯影圖案間之差別 ……… 13
2.3 含氧之相變化材料曝光前後之差異 ………… 13
2.4 真空濺鍍原理 ………………………………… 15
2.4.1 電漿濺鍍 ……………………………………… 15
2.4.2 直流濺鍍 ……………………………………… 15
2.4.3 射頻濺鍍 ……………………………………… 16
2.4.4 磁控濺鍍 ……………………………………… 17
第三章 實驗方法與分析 ……………………………………… 19
3.1 實驗方法之流程 ……………………………… 19
3.2 本實驗之熱微影流程 ………………………… 20
3.3 試片製作 ……………………………………… 21
3.3.1 真空濺鍍設備 ………………………………… 21
3.3.2 基板選取與清潔 ……………………………… 22
3.3.2.1 基板規格 ……………………………………… 22
3.3.2.2 基板清潔 ……………………………………… 23
3.3.3 ZnS-SiO2層 …………………………………… 23
3.3.4 Ge-Sb-Sn-O無機光阻層 …………………… 23
3.3.4.1 Ge-Sb-Sn-O光阻層光學特性之量測儀器 …… 24
3.4 曝光製程與儀器設備 ………………………… 25
3.5 顯影製程 ……………………………………… 26
3.6 顯影圖案之微結構分析 ……………………… 26
3.6.1 光學顯微鏡 …………………………………… 26
3.6.2 原子力顯微鏡 ………………………………… 27
3.6.3 場發射掃描式電子顯微鏡 …………………… 28
3.7 添加Ge-Sn對顯影圖案的影響 ……………… 28
3.8 添加氧氣對顯影圖案的影響 ………………… 29
3.9 不同Ge-Sb-Sn-O厚度之顯影圖案 ………… 29
第四章 實驗結果與討論 ……………………………………… 31
4.1 添加Ge-Sn對顯影圖案之結果 ……………… 31
4.1.1 Ge-Sb-Sn和Ge-Sn靶材之濺鍍速度 ………… 31
4.1.2 試片製作和曝光、顯影條件之設定 ………… 33
4.1.3 Ge-Sb-Sn-O和Ge-Sn靶材共鍍光阻層之光學性質
………………………………………………… 35
4.1.4 共鍍後顯影圖案之微結構分析 ……………… 36
4.1.5 AFM微結構分析 ……………………………… 39
4.2 添加氧氣對顯影圖案之影響 ………………… 42
4.2.1 試片製作和曝光、顯影條件之設定 ………… 42
4.2.2 氧流量對Ge-Sb-Sn-O光阻層的k之影響 …… 44
4.2.3 試片GSSO-06~09之顯影圖案尺寸 ………… 45
4.2.4 顯影時間和顯影圖案線寬之關係 …………… 46
4.2.5 曝光功率和顯影圖案線寬之關係 …………… 47
4.2.6 濺鍍氧氣流量和顯影圖案線寬之關係 ……… 48
4.2.7 AFM微結構分析 ……………………………… 49
4.2.8 SEM微結構分析 ……………………………… 53
4.3 鍍膜之分隔次數改變對顯影圖案之影響 …… 55
4.3.1 Ge-Sb-Sn-O光阻層之光學性質 …………… 55
4.3.2 AFM微結構分析 ……………………………… 57
4.3.3 SEM微結構分析 ……………………………… 58
4.4 不同Ge-Sb-Sn-O膜層厚度之顯影圖案 …… 60
4.4.1 總濺鍍時間200 s …………………………… 60
4.4.1.1 Ge-Sb-Sn-O光阻層厚度38 nm之光學性質 … 62
4.4.1.2 AFM微結構分析 ……………………………… 62
4.4.1.3 改善Ge-Sb-Sn-O厚度38 nm吸收不足之問題… 63
4.4.2 總濺鍍時間1200 s …………………………… 66
4.4.2.1 Ge-Sb-Sn-O光阻層厚度215 nm之光學性質 … 67
4.4.2.2 AFM微結構分析 …………………………… 67
4.5 Ge-Sb-Sn-O厚度越大,顯影圖案角度越大 … 69
第五章 結論 …………………………………………………… 71
參考文獻 ……………………………………………………… 72
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