微奈米轉印技術

轉印技術的發展起源於1993 年，美國哈佛大學化工系的 George M.

Whitesides 所提出的微觸轉印製程(Micro contact printing)[31] ；此方法是 仿照沾墨水蓋章的原理，如圖2-16 所示，利用具有彈性的 PDMS 製作微 結構模具，將PDMS 模具沾附 hexadecanethiol(HDT)微觸壓印在表面含金 的基材上，因硫醇分子容易跟金產生化學鍵結而吸附在金表面形成自我 組裝單分子層，SAM(self-assembly monolayer)。由於 SAM 為一層結構很 緊密的單分子層，可以用來當作擋蝕刻層，使用金蝕刻液對基板進行顯 影，便可得到所需之金屬圖案。

圖2- 16 微觸轉印技術在金基材上製作硫醇圖案[31]

Delamarche 等人於 1998 年提出當利用微觸壓印製作金圖案時，吸附 在PDMS 上的 SAMs 會以各種不同路徑擴散到未與 PDMS 接觸的金表 面，進而影響圖案的解析度，因此擴散這個問題是限制微觸轉印發展的 主要原因之一[32] 。

Changsoon Kim 等人於 2000 年提出冷熔接金屬轉印技術( Metal Transfer by Cold Welding )[33] 。方法如圖 2-17 所示，首先在模具表面處 理抗沾黏層，接著蒸鍍上一層金屬於抗沾黏層表面及基材上，將利用兩 相同金屬薄膜進行對壓 [34] ，在室溫下施加極高之壓力，使得模具的金 屬薄膜邊緣產生塑性變形而破裂，進而將凸面的金屬轉移到基材上。由 於此技術需要兩相同性質的金屬薄膜進行對壓，對後續製程不利於選擇 性的蝕刻，且所需壓力過大，造成其應用有限。

圖2- 17 冷熔接金屬轉印技術流程圖[34]

Rogers 等人在 2002 年發表的奈米圖案轉印技術(Nano Transfer Printing)[35] ；方法如圖 2-18 所示，首先在矽基板表面處理

3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS)，在預轉印 PDMS 模具熱蒸鍍 上厚度為10nm 的金層，由於 PDMS 容易與金層脫離，造成凹凸面同時 轉印到基材上，因此在鍍金的同時要避免金形成連續層。接著將PDMS 模具與基板接觸，利用硫醇分子容易與金產生化學鍵結將模具凸面上的 Au 轉印到基板上。此法可得無殘餘層、高解析度之奈米金圖案且明確指 出未來可應用於電路設計或相關之半導體產業。

圖2- 18 利用 SAM 將金轉印至基板之轉印技術流程圖[35]

Y. Han 等人於 2003 年提出不同於化學鍵結的方法，利用加溫到高 分子表面Tg 來轉印金屬薄膜，方法如圖 2-19 所示。首先在基板上塗佈 一層高分子，再與鍍有金層的PDMS 接觸並升溫至高分子的 Tg 點，使 高分子薄膜表面帶有黏性，進而將模具凸面的金屬轉印到高分子薄膜上 [36] 。

圖 2- 19 利用加溫到高分子表面 Tg 轉印金屬薄膜流程圖[36]

Yung-Chun Lee 等人於 2007 年提出紅外雷射輔助式金屬轉印技術 ( Infrared Laser Assisted Metal Contact Printing ) [37] ，步驟如圖 2-20 所 示。首先在模具表面處理抗沾黏層後蒸鍍上金屬薄膜，接著與矽基板接 觸並利用紅外線穿透矽基板加熱金屬薄膜造成熔融，此時熔融的金屬薄 膜會與矽基板黏合在一起，冷卻固化後離模，模具凸面的金屬薄膜便可 轉印到基板上。

圖2- 20 紅外雷射輔助式金屬轉印技術流程圖[37]

Mianqi Xue 等人於 2008 年提出利用 Nano Transfer Printing

(nTP)的方法發展出 Nanotransfer edge printing(nTEP) [38] ，方法如圖 2-21 所示。主要是利用SAM 方式在矽基板上處理硫醇分子(MPTMS)與鍍了 10nm 金層的 PDMS 接觸，將 PDMS 凸面的金轉移，留下側壁的金。此 PDMS 再與另一處理過 MPTMS 矽基板接觸，使側壁金轉移到基板上。

由於鍍金的角度會影響側壁金的形貌，因此可以利用鍍金角度來調控轉 印側壁金的大小及形貌。

圖 2- 21 利用 nTEP 來轉印側壁金[38]

Heon Lee[39] 等人於 2008 年發表利用 UV/ozone 處理 PDMS 模具表 面上的金層及基板，使處理的表面具有高表面能的特性並於表面形成OH 基鍵結。將模具壓印在基板上，離模後，模具凸面的金屬薄膜將會轉移 到基板上，如圖2-22 所示。此方法快速且簡單，但是轉印的金屬圖案邊 緣會有撕裂的情形發生，故應用不廣。

圖2- 22 利用 UV/ozone 轉印金屬圖案流程圖[39]

Suh 等人於 2008 年發表的論文中提到，蒸鍍金薄膜時，蒸鍍速率的 快慢及厚度將會影響金在模具上的表面形貌，進而改變轉印金屬薄膜的 難易程度，流程如圖2-23 所示[40] 。Suh 於 2009 年發表的論文中提到，

PDMS 有透氧的特性[41] 。利用此特性開發出受氧氣影響的 UV 光固化 阻劑。方法是在基板上塗佈光固化阻劑，蓋上PDMS，利用照光時間的 長短來控制薄膜表面固化的程度，如圖2-24 所示。在未固化的表面進行 第二次的壓印，利用此方法來製作第二層的結構。

圖2- 23 利用 PUA 模具與光阻劑轉移鍍金層[40]

圖2- 24 利用 UV/ozone 轉印金屬圖案流程圖[41]