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研究生： 劉仁福
Jen-Fu Liu
論文名稱： 奈米壓模微影技術的研究
The study of the Nanoimprint Lithography
指導教授： 葉鳳生
Fon-Shan Huang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電子工程研究所
Institute of Electronics Engineering
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 70
中文關鍵詞： 奈米壓模 、微影
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    • 隨著半導體技術的進步，元件的尺寸不斷縮小，根據2003年ITRS(International Technology Roadmap For Semiconductors Conference )的預測元件的1/2 Pitch未來將達到32 nm，傳統微影技術之解析度早因光波繞射與干射效應及基座的backscattering 而無法達其所求。在幾個解決方法中，奈米壓印微影技術由於符合了產業界高生產量和低成本考量要求所以將是未來解決微影技術問題發展重點。
    本篇是第一個做奈米壓印微影技術研究的論文，分成四個部分：首先使用熱塑性的光阻─PMMA作熱壓印研究以初步了解壓印微影技術製程。第二部分為研究另一種塑造物─HSQ熱壓印實驗為主題，以尋求此材料最佳奈米壓印微影技術的製程條件。第三個部分利用HSQ附著力特性使用上述所實驗最好的奈米壓印技術製程條件，來作金線壓印轉換。
    首先在PMMA熱壓印實驗方面，使用180um、120um、80um、40um、10um、4um、2um線寬模具以壓印壓力2.5MPa、壓印溫度130 oC來壓印。實驗結果顯示，40um以下線寬和模具線寬誤差率約2%，線寬愈大愈難壓印成型。HSQ 部分首先配合MIBK以2：1、4：5稀釋，可旋轉塗佈不同厚度。同樣地也使用壓印壓力2.5MPa、壓印溫度130 oC以70um、60um、50um、40um之模具熱壓印HSQ，以做HSQ熱壓印初步分析。最後更進一步研究奈米壓印微影技術以56nm之奈米尺寸模具，配合不同壓力及溫度之壓印條件在找到HSQ最佳的熱壓印條件為HSQ和MIBK稀釋比例4：5、預考溫度150 oC、壓印壓力2.5MPa壓印溫度180 oC，最後成功的完成十微米以上金線壓印轉換，而SEM 圖1~2微米及一百多奈米尺寸金線壓印也有部分轉印。

    目 錄 Abstract 摘要 致謝 目錄 第一章 緒論 ……………………………………………….……… 1 第二章 奈米壓印微影與塑造物(HSQ、PMMA)性質 …….……..3 2-1 奈米壓印微影技術……………………….………………...….…....3 2-2 塑造物性質……………………………………………………….…3 2-2-1 HSQ性質 2-2-2 PMMA性質 第三章 儀器與量測原理 ………………………….……………. .6 4-1 壓印成型設備……………………………………….…...….……..6 4-2 α-step ……………………………………………….………..……7 4-3 高頻C-V曲線量測 (K值量測) ……………………………….8 4-4 原子力探針顯微鏡（AFM） ……………………....……………8 4-5 掃描式電子顯微鏡分析(SEM) ………………………….………..11 第四章 實驗樣品製作及量測 ……….………………………….14 4-1 試片準備 4-1-1 模具的準備…………………………….………………..…..14 4-1-2 塑造物準備……………………………………….…………15 4-2 熱壓印成型研究………………………………..……………..…17 4-2-1 PMMA熱壓製程……………………..……..………….….…20 4-2-2 HSQ熱壓製程………………………….……….……..……..20 4-3 原子力探針顯微鏡 (AFM) …………………….….……………21 4-4 高頻C-V曲線量測 (K值量測) ………………..………….……22 4-5 掃描式電子顯微鏡 (SEM) …………………….………….……23 第五章 實驗結果與討論 ………………..…………… …………27 5-1 模具結構 …………………………………………………………27 5-2 PMMA熱壓印分析 ………………………………………………31 5-3 HSQ熱壓印分析 …………………………………………………34 5-4置換之金線壓印轉換 …………………………….………………40 5-5高頻C-V曲線量測 (K值量測) ………………………….………41 5-6原子力探針顯微鏡 (AFM) …………………….…………………41 第六章 結論 ………………………………..……………………67 參考文獻 ………..……………………………………………….……69 表目錄 表4-1 各模具種類樣品代號分類 ………… …………………………14 表4-2 HSQ稀釋比例與膜厚 …………………………………… ……16 表4-3 HSQ薄膜製作流程………………………………………………16 表4-4 PMMA壓印製程參數……………………………………………20 表4-5 HSQ壓印製程參數………………………………………………20 表4-6 HSQ熱壓印實驗樣品分類………………………………………21 表5-1以 -step量測RIE-Mold 之A、B區域10 um、40 um、80 um、120 um、180 um線圖樣狀況表……… …………………………28 表5-2以 -step量測RIE-Mold 之C、D區域10 um、40 um、80 um、120 um、180 um線圖樣狀況表……………… …………………29 表5-3以 -step量測RIE-Mold 之E、F區域10 um、40 um、80 um、120 um、180 um線圖樣狀況表………… ………………………29 表5-4以 -step量測RIE-Mold 之G、H區域10 um、40 um、80 um、120 um、180 um線圖樣狀況表…………… ……………………30 表5-5 以 -step量測ICP─Mold模具線圖樣狀況表…………………30 表5-6 以SEM量測A─Mold模具線圖樣狀況表……… ……………31 表5-7 以SEM、AFM量測N─Mold模具線圖樣狀況表………………31 表5-8 以RIE─Mold模具熱壓印PMMA的 -step量測結果…………32 表5-9 以RIE─Mold模具熱壓印PMMA後10um、40um之 -step量測比較表 …………………………………………………………33 表5-10以RIE─Mold模具熱壓印PMMA後2um、4um之SEM量測比較表 ……………………………………………………………33 表5-11 ICP─Mold模具和I-H2M1-150-25-130樣品熱壓印後的 -step比較圖 …………………………………………………………36 表5-12 N-Mold模具對表中各樣品熱壓印後之SEM圖結果…………39 表5-13樣品N-H4M5-50-25-25、N-H4M5-150-25-180變形情況比較…39 表5-14樣品N-H4M5-150-25-180熱壓印前，熱壓印後之K值………41 表5-15 各稀釋比例HSQ表面之平坦度………………………………42 圖目錄 圖2-1奈米壓印微影技術製程概要步驟 ………………………………3 圖2-2 HSQ的化學式結構 ………………………………………………4 圖3-1 NX-1000壓印成型設備系統構造示意圖 ………………………6 圖3-2 Air-cushion結構示意圖 …………………………………………7 圖3-3 NX-1000壓印成型設備之氣體管線示意圖… … ………………7 圖3-4 AFM量測原理圖…………………………………………………9 圖3-5 AFM的基本構造圖…… ………………… …… ………………10 圖3-6 SEM構造示意圖…………………………………………………12 圖3-7場發射式電子槍結構示意圖……………………………………13 圖4-1實驗步驟流程……………………………………………………17 圖4-2熱壓印製程條件…… …… …………………………… ………18 圖4-3 Nanonex壓模機托盤………… …………………………… ……18 圖4-4脫膜機結構圖……………………………………………………19 圖4-6 K值量測電容試樣結構…………………………………………22 圖5-1 RIE-Mold模具之4吋矽晶片上線圖樣分布示意圖……………43 圖5-2模具和塑造物之分析量測位址點………………………………43 圖5-3 RIE-Mold模具 D區10 um、 40 um線寬之 -step量測圖………44 圖5-4 RIE-Mold模具 D區80 um、120 um線寬之 -step量測圖………44 圖5-5 RIE-Mold模具 D區180 um線寬之 -step量測圖… …………45 圖5-6 RIE-Mold模具 E區10 um、40um線寬之 -step量測圖………45 圖5-7 RIE-Mold模具 E區80 um、120um線寬之 -step量測圖………46 圖5-8 RIE-Mold模具 E區80 um、120um線寬之 -step量測圖………46 圖5-9 ICP-Mold模具50 um、60um、70um線寬之 -step量測圖………47 圖5-10 ICP-Mold模具 40um線寬之 -step量測圖……………………47 圖5-11 A─Mold模具mask標記1um線寬之SEM圖…………………48 圖5-12 A─Mold模具mask標記2um線寬之SEM圖…………………48 圖5-13 N─Mold模具中間區域表面輪廓之AFM 3D圖………………49 圖5-14 N─Mold模具中間區域表面輪廓之AFM圖…………………49 圖5-15 N─Mold模具中間區域表面輪廓之SEM圖… ………………50 圖5-16 RIE-Mold模具熱壓印PMMA後D區、E區80 um之 -step圖…50 圖5-17 RIE-Mold模具熱壓印PMMA後D區、E區120 um -step圖…51 圖5-18 RIE-Mold模具熱壓印PMMA後D區、E區180 um之 -step…51 圖5-19 RIE-Mold和PMMA熱壓印後D區10um之 -step比較圖……52 圖5-20 RIE-Mold和PMMA熱壓印後之D區40um -step比較圖……52 圖5-21 RIE-Mold和PMMA熱壓印後之E區10um -step比較圖……53 圖5-22 RIE-Mold和PMMA熱壓印後之E區40um -step比較圖……53 圖5-23 RIE-Mold模具熱壓印PMMA後D區線寬SEM圖……………54 圖5-24 RIE-Mold模具熱壓印PMMA後E區線寬SEM圖……………54 圖5-25 RIE-Mold模具熱壓印HSQ三種樣品SEM圖… … …………55 圖5-26 A-Mold熱壓印HSQ之SEM圖………………………… ……55 圖5-27 ICP-Mold和R-H1M0-100-20-25樣品之線寬50 um、60um、70um之 -step比較圖…………………………… …… …… ………56 圖5-28 ICP-Mold和I-H1M0-100-20-25樣品 -step比較圖……………56 圖5-29 N-Mold熱壓印N-H2M1-150-25-130樣品SEM圖… …… ……57 圖5-30 N-Mold熱壓印N-H4M5-150-25-130樣品SEM圖… … ………58 圖5-31 N-Mold熱壓印N-H4M5-150-25-180樣品SEM圖…… ………59 圖5-32 N-Mold熱壓印N-H4M5-150-20-180樣品SEM圖…… ………60 圖5-33 N-Mold熱壓印N-H4M5-50-25-25樣品SEM俯視圖 ……… …61 圖5-34 N-Mold熱壓印N-H4M5-150-25-180樣品放20天後SEM圖…61 圖5-35 金線熱壓印N-H4M5-50-25-25、N-H4M5-150-25-180樣品當天量測之光學顯微鏡圖…………………………………………62 圖5-36 金線壓印N-H4M5-50-25-25樣品之SEM圖…………………62 圖5-37 金線熱壓印N-H4M5-50-25-25、N-H4M5-150-25-180樣品放4天量測之光學顯微鏡圖………………………………………63 圖5-38 樣品N-H4M5-150-25-180還未做熱壓印前C-V圖…………63 圖5-39 樣品N-H4M5-150-25-180還未做熱壓印前C-V圖……………64 圖5-40 樣品N-H4M5-150-25-180做熱壓印後之C-V圖………………65 圖5-41 樣品H4M5-150表面平坦度AFM圖…………………………66 圖5-42 樣品H2M1-150表面平坦度AFM圖…………………………66 圖5-43 樣品H1M0-150表面平坦度AFM圖…………………………66

    參考文獻

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