第四章 實驗結果與討論
4.1 施加加熱功率對於賦形性的影響
4.1.1 無施加加熱功率模仁熱壓
為與冷卻保壓階段有使模仁發熱之熱壓成果做比較，先以無附加 加熱功能之模仁做實驗與量測、觀察結果，而後針對高深寬比微結構 的成形轉印性、破壞等，兩者比較，並對熱壓成形條件的影響等進行 綜合的評比和分析。熱壓成果試片如圖4-1 所示，將晶片依密集結構 區分成a-m 13 個區域觀察其賦形性。
以120℃為成形溫度時，由於其成形溫度低，熱壓成果之高深寬 比約在1.5~2 間，冷卻之後試片各處皆可順利脫模，如圖 4-2 所示。
而提高其成形溫度至140℃時，在試片中心位置(g 處)仍可順利脫模，
且其賦形性及高深寬比良好，如圖4-3(a)所示，但在邊界位置之結構 密集區，可由圖4-3(b)所見，脫模破壞明顯。遠離中心之非結構密集 區亦受脫模挾持影響，圖4-4(a)顯示結構剩拔除之殘餘痕跡於表面，
圖4-4(b)則是扭曲嚴重之結構殘留。此些結構破壞皆是受矽晶圓與高 分子材料膨脹係數不同影響，如圖4-5 所示，結構根部同時向中心收 縮，但其頂部還留在模仁內，脫模後才造成這種結構傾倒之現象，圖 4-5(a)、4-5(b)分別觀察相對於中心 g 處之 d-e 與 i-j 處。而其產生脫模 破壞後之熱壓模仁，如圖4-6(a)對應為圖 4-3(b)之模仁，部分結構受 夾持後殘留在模仁內，圖4-6(b)、4-6(c)、4-6(d)則顯示模仁之最邊界 處殘留有更明顯的夾持破壞。
4.1.2 施加加熱功率模仁熱壓 4.1.2.1 施加加熱功率過大之影響
在控制模仁加熱時需考慮施予模仁功率之問題，前章所得之模仁 功率測試其加熱效果乃是以晶片位擺上高分子材料做測試之情況 下，而當實際熱壓時以過高功率熱壓高分子材料，將會使材料過度軟 化，以致於產生結構完全融熔。由SEM 觀察其熱壓後之成品，可見
如圖4-7(a)、(b)、(c)所示分別為不同倍率放大的施加功率過大中心處 結構SEM 圖。而其兩邊邊界處之熱壓結構則分別如圖 4-8 與圖 4-9 所示。
4.1.2.2 各種施加加熱功率方式之影響
依前章所述分四階段施予模仁加熱功率，以觀察不同的施加方式 對賦形性的影響。
施加功率方式(1)是由 140℃降溫至開模溫度，在降溫過程中全程 施加功率，待開模前停止施加功率。施加功率時間主要是依模具由 140℃降溫至開模溫度之時間，施加功率平均時間約為 82 秒，推測由 於是在開模前才停止加熱，材料局部加熱時間過久又同時未有足夠的 降溫及保壓時間，才產生如圖4-10 至圖 4-12 之結果。其結構並非因 為拔模而產生此種扭曲破壞，而是因施予加熱效果不適當而造成，圖 4-10 顯示試片中心處之結構扭曲，越靠近試片邊緣此種現象越明顯，
如圖4-11 所示。圖 4-12 則將中心處與邊界處結構做比較，如圖 4-12(a) 尚有賦形性不佳之結構，至圖4-12(b)的邊界處終至結構全無賦形性。
施加功率方式(2)是 140℃降溫始在保壓過程中全程施加功率，依 設定之保壓時間，施加功率的時間為60 秒。圖 4-13 顯示試片中心處 結構完好，但其邊緣仍會受模仁加熱效果影響，產生有如圖4-14 之 現象，在賦形性上面產生誤差。推測邊界處之結構皆在電路的轉折 處，在通予電流後會有電荷堆積，造成此處的發熱效果會較高，在加 熱時間過長時造成結構融熔而無賦形效果。
施加功率方式(3)是在冷卻保壓階段當溫度降至 120℃開始施加 功率至模具溫度降至開模溫度，依降溫速度為施加功率之時間，平均 為58 秒。結構依此施加功率法熱壓結果如方式(1)所述，未能有足夠 的降溫及保壓時間，所以在邊界處依舊有成形效果不佳的現象，如圖 4-15 所示，而其中心位置處成形結構則如圖 4-16 所示。
施加功率方式(4)是在冷卻保壓階段當溫度降至 120℃開始施加
此方法之熱壓成形效果最好，如圖4-17 顯示中心位置的密集結構，
而圖4-18 則是靠近邊界處結構之圖形。圖 4-19 則顯示了以施加功率 方式(4)在同一試片各部分位置的熱壓成形 SEM 圖，可見到其密集結 構受適當加熱效果後可順利脫模，且各處皆具有完好賦形性的結果。
4.1.2.3 不同高深寬比與線寬施加加熱功率後之影響
圖4-20 即以尺寸標註驗證同一試片其熱壓成形品之各處熱壓成 形性相當，顯示其熱壓均勻性良好。圖4-21(a)、(b)及(c)嘗試模仁製 作不同高深寬比，在模仁製作之時即改變蝕刻時間以達到不同之高深 寬比，賦形性皆相當完好，圖4-21(d)則由上方俯視，觀看其結構邊 緣輪廓。但如圖4-22 所示，在高深寬比大於 6 的結構成形下施加功 率，雖然能成功脱模，但邊界處之結構還是會受到收縮影響，脫模後 有傾倒的現象。
熱壓更小線寬結構(2μm)時，以上述能產生較佳成形性的施加功 率法(2)、(4)做比較，發現以施加功率(2)法邊界處結構成完全融熔狀 態而不具賦形性，如圖4-23 所示。以施加功率(4)法邊界處如圖 4-24 所示，亦呈融熔狀而無結構，或導致脫模後結構扭曲如圖4-25 所示，
僅中心處結構(圖 4-26)可順利脫模，更小線寬的熱壓成形結果不如預 期，在熱壓成形條件或施加功率時機等參數還需做更精準的設定。
4.1.2.4 施加加熱功率後成形品與模仁之觀察
在觀察SEM 時發現到有無施加功率，結構根部會有很明顯的不 同，有施加功率者結構根部會有產生一層明顯再次融熔過的痕跡，包 圍結構，如圖4-27 所示。以同ㄧ試片做有無施加功率之比較，觀察 成形後同一結構密集處，如圖4-28(a)是無施加功率狀態下，其脫模 會產生結構斷裂、成形性差等缺陷，而圖4-28(b)則顯示有加熱效果 其脫模完整且具4 以上高深寬比，且其兩側單一結構亦可見具加熱效 果下產生根部有融熔之痕跡。圖4-29 與圖 4-30 由 SEM 觀察有施加 功率過後的模仁圖，以了解其脫模之後模仁狀態是否有任何缺陷或熱
壓材料殘留。
4.2 收縮率探討
由於材料為非均勻收縮，所以在熱壓過後對成形品的收縮量做探 討。量測方法是從中央至邊緣位置依照圖 4-1，各個密集結構區間距 為標記，利用 CCD 顯微鏡(圖 4-31)觀看，由螺旋測微儀量測間距，
比對模仁與成形品的間距以計算收縮率，量測整片試片的收縮情況。
收縮率計算方式是：
模仁量測點距離-微成形品量測點距離
收縮率= X100%
模仁量測點距離
量測收縮的對象分別為有無對模仁施加加熱功率之成形品，以比 較兩者對收縮之影響，其收縮率經由數據整理後如圖 4-32 及圖 4-33 所示。圖 4-32(a)為未施加加熱功率之熱壓試片，其收縮率較不穩定，
由中心線向外，越往邊緣區域其收縮越大。與圖 4-32(b)施加加熱功 率後對成形品收縮做比較，施加加熱功率對於邊緣區域成形之收縮有 些微幫助。其效果可能受開放模方式熱壓，高分子材料從脫模過後至 放置室溫仍會持續收縮，或試片面積取樣面積太小，所以並非顯著。
圖 4-33 則顯示密集區結構之收縮率，由於受密集區之模仁夾持作用 下，相較於整片試片之收縮率來的高。
圖 4-1 將晶片依密集結構區分成 a-m 13 個區域觀察其賦形性
(a) (b) 圖 4-2 成形溫度低(120℃)其高深寬比低，易脫模
(a) (b)
圖4-3 受成形位置影響脫模成果不同(a)中心位置(b)邊界位置
(a) (b)
圖4-4 邊界處脫模成果(a)a-b 間脫模破壞(b)b-c 位置結構不完整
(a)
(b)
圖4-5 受膨脹係數不同影響結構傾倒
(a)
(b)
(c) (d) 圖4-6 產生脫模破壞殘留夾持結構之模仁
(a)
(b)
(c)
圖4-7 施加功率過大-中心處結構 SEM 圖
(a)
(b) (c)
圖 4-8 施加功率過大-邊界-a-b 間結構 SEM 圖
圖4-9 施加功率過大-邊界-m 處結構 SEM 圖
圖4-10 施加功率法(1)-h 處結構 SEM 圖
(a) (b) 圖4-11 施加功率法(1)-i 處結構 SEM 圖
(a) (b)
圖 4-12 施加功率法(1)-(a)g 處結構 SEM 圖 (b)l 處結構 SEM 圖
圖4-13 施加功率法(2)-g 處結構 SEM 圖
圖4-14 施加功率法(2)-b 處結構 SEM 圖
(a) (b)
圖 4-15 施加功率法(3)-(a)d 處結構 SEM 圖(b)m 處結構 SEM 圖
圖4-16 施加功率法(3)-g 處結構 SEM 圖
(a)
(b)
(c)
圖4-17 施加功率法(4)-g 處結構 SEM 圖
(a)
(b)
(c)
圖4-18 施加功率法(4)-k 處結構 SEM 圖
(a) (b)
(c) (d) 圖 4-19 同一試片以施加功率法(4)各處結構 SEM 圖
(a)a 處 (b)b 處 (c)c 處 (d)d 處
(a) (b)
圖4-20 以施加功率法(4)在同ㄧ試片上不同部位之截面 SEM 圖
(a) (b)
(c) (d) 圖4-21 不同成形尺寸與俯視圖
(a) (b)
圖 4-22 施加功率下高深寬比結構傾倒現象
(a)
(b) (c)
(d) (e)
圖4-23 以施加功率法(2)熱壓 2μm 線寬結構- a-b 處
(a) (b) 圖4-24 以施加功率法(4)熱壓 2μm 線寬結構- m 處
(a) (b) 圖4-25 以施加功率法(4)熱壓 2μm 線寬結構- j 處
(a) (b)
(a) (b) 圖 4-27 施加功率後根部有融熔狀
(a) (b) 圖4-28 有無施加功率之比較-(a)無施加功率 (b)施加功率
(a) (b) 圖4-29 模仁 SEM 圖(1)
(a) (b)
(c)
圖4-30 模仁SEM 圖(2)
圖4-31 CCD 顯微鏡與量測收縮量之螺旋測微儀
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
900 1700 2500 3300 4100 4900 位置(μm)
收縮率(%)
L2 L1 C R1 R2
(a)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
900 1700 2500 3300 4100 4900 位置(μm)
收縮率(%)
L2 L1 C R1 R2
(b)
圖 4-32 有無施加加熱功率對試片收縮率之影響 (a)無施加功率 (b)施加功率
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
700-900 1500-1700 2300-2500 3100-3300 3900-4100 4700-4900
密集區位置(μm)
收縮率(%)
L2 L1 C R1 R2
(a)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
700-900 1500-1700 2300-2500 3100-3300 3900-4100 4700-4900
密集區位置(μm)
收縮率(%)
L2 L1 C R1 R2
(b)
圖4-33 有無施加加熱功率對密集區結構收縮率之影響 (a)無施加功率 (b)施加功率
