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研究生: 陳威廷
Wei-Ting Chen
論文名稱: 一維和二維週期性鋯基金屬玻璃光柵在矽晶片表面上之製備與分析
Fabrication and Chracterication of the grating of 1-D and 2-D Periodic relief Zr-based metallic glass on the Silicon Wafer
指導教授: 陳建光
Jem-Kun Chen
口試委員: 朱瑾
Jinn P. Chu
邱顯堂
Hsien-Tang Chiu
張棋榕
Chi-Jung Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 微影製程,金屬玻璃
外文關鍵詞: lithography,metallic glass
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在本研究中利用微影製程技術製備出奈米結構光阻在矽晶片上,並使用磁控射頻濺鍍分別濺鍍不同厚度之鋯基金屬玻璃薄膜,探討晶片上之光阻與鍍膜去除光阻後鋯基金屬玻璃之奈米結構之光柵現象與親疏水性質。
藉由SEM及AFM觀察發現運用微影製程製備出奈米尺寸線條與洞型圖案之光阻圖案平均分布且連續性佳,光阻高度介於810~840nm;600nm、800nm、1000nm線性圖案光阻於線條垂直方向分別以不同傾角可觀察到明顯之光柵現象;光阻對水之接觸角約68°,而洞寬500nm、700nm、800nm之圖案化光阻對水之接觸角分別增加為83.7°、82.5°、81.8°,可發現其疏水性因其結構變化而增加。觀察經由鍍膜去除光阻之晶片,可發現鍍膜時間900sec其金屬玻璃會沉積於原線型圖案化光阻之間距中,形成高度約30nm~50nm具連續性之線型圖案化鋯基金屬玻璃,且可觀察到具有光柵之效果。洞型圖案光阻經濺鍍再去除光阻後,可觀察到鍍膜時間225sec、450sec、675sec、900sec皆可製備出空心圓柱型態之鋯基金屬玻璃;量測不同濺鍍厚度之500nm、700nm、800nm圓柱型態之對水接觸角,分別增加為96.6°~98.3°、92.1°~95°、91.2°~93.8°,可發現其圓柱型態更提升其疏水性質。經由此實驗研究之分析與觀察可發現製備圖案化之金屬玻璃,且藉由其微米以下尺寸圖型、均一性與連續性,可提升其疏水性質,盼能發展出更多研究與應用。


In this study, nanostructures of photoresists were fabricated by lithographic technologies. And using r.f. magnetron sputtering system to deposite the metallic glass film of different thickness. The nanostructures of photoresists which have patterns of lines and holes, the patterns were complete and good in continuity. The height of patterned photoresists were about 810 to 840nm.The resolutions and duty ratios(line width/line spacing) of the lines were designed from 600nm to 1000nm and 1:1.5,respectively.And the resolutions and the duty ratios(hole width/hole spacing) of the holes were designed from 500nm to 800nm and 1:1.5,respectively.All of the patterned photoresist have great optical property of optical gratings by shining with white light source.After sputtering the bulk metallic glass film onto the lines patterns of photoresist and wash away the photoresist by acetone,the lines patterns of bulk metallic glass still have great optical gratings.

Furthermore, the contact angles on plate surface of positive photoresist is 68°.The contact angles increased to81.8° to 83.7° on the hole matrixes of positive photoresist. After sputtering the bulk metallic glass film onto the holes patterns of photoresist and washing away the photoresist, the contact angles increased to 91.2° to 98.3°because of the hollow cone structure. In this work, we found it is successful to fabricate hollow cone structure of Zr-based metallic glass, and the contact angles increased obviously. The patterns are uniform and complete.

目錄 摘要 I Abstract III 致謝 IV 目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究目的 2 第二章 原理及相關文獻回顧 3 2-1 微影技術介紹 3 2-2 塊狀金屬玻璃介紹 7 2-2-1 塊狀金屬玻璃之發展 7 2-2-2 塊狀金屬玻璃之特性 8 2-3 射頻磁控濺鍍介紹 10 2-3-1 濺鍍原理 10 2-3-2 射頻濺鍍 10 2-3-3 磁控濺鍍 11 2-4 表面接觸角分析 13 2-4-1 物理意義 14 2-4-2 靜態接觸角 15 2-4-3 液滴濕潤表面 16 2-4-4 遲滯角 17 第三章 實驗 19 3-1 實驗材料與藥品 19 3-2 實驗儀器 20 3-2-1 JEOL e-beam-電子束光罩製作系統 20 3-2-2 I-line stepper-I-line 光學步進機 21 3-2-3 自動化光阻塗佈及顯影系統(TRACK) 23 3-2-4 磁控濺鍍系統 25 3-2-5 場發射掃描式電子顯微鏡(FESEM) 26 3-2-6 化學分析光譜儀(ESCA) 27 3-2-7 原子力顯微鏡(AFM) 28 3-2-8 接觸角分析儀(CA) 29 3-3 實驗步驟 30 3-3-1 微影製程 30 3-3-2 鋯基金屬玻璃空心圓柱微結構製備 32 第四章 結果與討論 33 4-1 微觀結構分析 33 4-1-1 圖案定義微影製程結果分析 33 4-1-2 鋯基金屬玻璃空心圓柱微結構結果分析 41 4-2 元素分析 59 4-3 光柵現象分析 62 4-4 接觸角分析 67 第五章 結論 72 參考文獻 73 表目錄 表3-1 磁控濺鍍系統濺鍍參數圖 25 圖目錄 圖2- 1 HMDS改質晶圓表面 4 圖2- 2 微影製程流程圖 6 圖2- 3 各類塊狀金屬玻璃之拉伸應力和楊氏模數關係比較圖 9 圖2- 4 RF濺鍍系統示意圖 11 圖2- 5 磁控濺射系統 12 圖2- 6 接觸角示意圖 14 圖3- 1 JEOL e-beam-電子束光罩製作流程圖 20 圖3- 2 I-line stepper光學步進機 21 圖3- 3 自動化光阻塗佈及顯影系統 23 圖3- 4 TRACK標準製程流程圖 24 圖3- 5 磁控濺鍍系統 25 圖3- 6 場發射掃描式電子顯微鏡 26 圖3- 7 化學分析光譜儀 27 圖3- 8 原子力顯微鏡 28 圖3- 9 接觸角分析儀 29 圖3- 10 實驗步驟流程圖 30 圖4- 1 線寬600nm 線寬與線間距比1:1.5之SEM圖 35 圖4- 2 線寬600nm 線寬與線間距比1:1.5之AFM圖 35 圖4- 3 線寬800nm 線寬與線間距比1:1.5之SEM圖 36 圖4- 4 線寬800nm 線寬與線間距比1:1.5之AFM圖 36 圖4- 5 線寬1000nm 線寬與線間距比1:1.5之SEM圖 37 圖4- 6 線寬1000nm 線寬與線間距比1:1.5之AFM圖 37 圖4- 7 洞寬500nm 洞寬與洞間距比1:1.5之SEM圖 38 圖4- 8 洞寬500nm 線寬與線間距比1:1.5之AFM圖 38 圖4- 9 洞寬700nm 洞寬與洞間距比1:1.5之SEM圖 39 圖4- 10 洞寬700nm 線寬與線間距比1:1.5之AFM圖 39 圖4- 11 洞寬800nm 洞寬與洞間距比1:1.5之SEM圖 40 圖4- 12 洞寬800nm 線寬與線間距比1:1.5之AFM圖 40 圖4- 13 濺鍍200nm厚度鋯基金屬玻璃線寬600nm去除光阻後之 SEM圖 42 圖4- 14 濺鍍200nm厚度鋯基金屬玻璃線寬600nm與線寬600nm光阻線寬與線間距比較圖 42 圖4- 15 濺鍍200nm厚度鋯基金屬玻璃線寬800nm去除光阻後之 SEM圖 43 圖4- 16 濺鍍鋯基金屬玻璃線寬800nm與線寬800nm光阻線寬與線間距比較圖 43 圖4- 17 濺鍍時間225秒鋯基金屬玻璃洞寬500nm去除光阻後之SEM圖 44 圖4- 18 濺鍍時間450秒鋯基金屬玻璃洞寬500nm去除光阻後之SEM圖 45 圖4- 19 濺鍍時間675秒鋯基金屬玻璃洞寬500nm去除光阻後之SEM圖 46 圖4- 20 濺鍍時間900秒鋯基金屬玻璃洞寬500nm去除光阻後之SEM圖 47 圖4- 21 濺鍍不同時間(洞寬500nm)鋯基金屬玻璃對空心圓柱柱壁厚度之影響比較圖 48 圖4- 22 濺鍍不同時間(洞寬500nm)鋯基金屬玻璃對空心圓柱寬度之影響比較圖 48 圖4- 23 濺鍍時間225秒鋯基金屬玻璃洞寬700nm去除光阻後之SEM圖 49 圖4- 24 濺鍍時間450秒鋯基金屬玻璃洞寬700nm去除光阻後之SEM圖 50 圖4- 25 濺鍍時間675秒鋯基金屬玻璃洞寬700nm去除光阻後之SEM圖 51 圖4- 26 濺鍍時間900秒鋯基金屬玻璃洞寬700nm去除光阻後之SEM圖 52 圖4- 27 濺鍍不同時間(洞寬700nm)鋯基金屬玻璃對空心圓柱柱壁厚度之影響比較圖 53 圖4- 28 濺鍍不同時間(洞寬700nm)鋯基金屬玻璃對空心圓柱寬度之影響比較圖 53 圖4- 29 濺鍍時間225秒鋯基金屬玻璃洞寬800nm去除光阻後之SEM圖 54 圖4- 30 濺鍍時間450秒鋯基金屬玻璃洞寬800nm去除光阻後之SEM圖 55 圖4- 31 濺鍍時間675秒鋯基金屬玻璃洞寬800nm去除光阻後之SEM圖 56 圖4- 32 濺鍍時間900秒鋯基金屬玻璃洞寬700nm去除光阻後之SEM圖 57 圖4- 33 濺鍍不同時間(洞寬800nm)鋯基金屬玻璃對空心圓柱柱壁厚度之影響比較圖 58 圖4- 34 濺鍍不同時間(洞寬800nm)鋯基金屬玻璃對空心圓柱寬度之影響比較圖 58 圖4- 35 濺鍍時間900秒鋯基金屬玻璃洞寬800nm去除光阻後EDS(左圖) 濺鍍時間900秒鋯基金屬玻璃線寬800nm去除光阻後EDS(右圖) 59 圖4- 36 洞型500nm圖案化光阻ESCA能譜圖 60 圖4- 37 洞型500nm圖案化光阻濺鍍時間675秒鋯基金屬玻璃 ESCA能譜圖 61 圖4- 38 洞型500nm圖案化光阻濺鍍時間900秒鋯基金屬玻璃 ESCA能譜圖 61 圖4- 39 照光方向垂直及照光方向平行光柵圖案示意圖 63 圖4- 40 各種線型光柵在白光源下垂直線條方向觀察所產生之顏色圖譜 63 圖4- 41 各種線型光柵在白光源下平行線條方向觀察所產生顏色圖譜 64 圖4- 42 各種洞型光柵在白光源下觀察所產生顏色圖譜 65 圖4- 43 各種洞型光柵在白光源下觀察所產生顏色圖譜 66 圖4- 44 圖案化前後之靜態接觸角分析 67 圖4- 45 線條圖案化之定義光阻與金屬玻璃靜態接觸角比較分析圖 68 圖4- 46 洞寬500nm、700nm、800nm濺鍍不同時間 鋯基金屬玻璃之靜態接觸角分析 69 圖4- 47 洞寬500nm、700nm、800nm濺鍍不同時間 鋯基金屬玻璃去除光阻後之靜態接觸角分析 71

1.半導體製程導論,HONG XIAO,歐亞書局,2005
2.半導體元件物理與製作技術,施敏,交大出版社,2006
3.Daniel P. Sanders,Advances in Patterning Materials for 193 nm
Immersion Lithography, Chem. Rev., 2010, 110 (1), pp 321–360
4.Christopher M. Kolodziej and Heather D. Maynard,
Electron-Beam Lithography for Patterning Biomolecules at the
Micron and Nanometer Scale, Chem. Mater., 2012, 24 (5),
pp 774–780
5.Seong-Jun Jeong, Hyoung-Seok Moon, Bong Hoon Kim,
Ju Young Kim, Jaeho Yu, Sumi Lee, Moon Gyu Lee,
HwanYoung Choi, and Sang Ouk Kim,Ultralarge-Area Block
Copolymer Lithography Enabled byDisposable Photoresist
Prepatterning, ACS Nano, 2010, 4 (9), pp 5181–5186
6.X.-M. Yan,S. Kwon,A. M. Contreras,J. Bokor,and G. A. ,
Somorjai, Fabrication of Large Number Density Platinum Nanowire
Arrays by Size Reduction Lithography and Nanoimprint
Lithography , Nano Lett., 2005, 5 (4), pp 745–748
7. Leo Chau-Kuang Liau,Wen-Wei Chou, and Rung-Kang
Wu, Photocatalytic Lithography Processing via Poly(vinyl
butyral)/TiO2 Photoresists by Ultraviolet (UV) Exposure,
Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47 (7), pp 2273–2278
8. 江圳陵,多成分銅基及鋯基薄膜及其應用之研究,
國立台灣海洋大學,2006
9.微結構分析技術之介紹,林麗娟、田大昌,工業材料雜誌,
p.73-79,2002
10.半導體微影技術,龍文安,五南圖書,2004
11.W.Klement,R.H.Willens,andP.Duwez,Nature, 187,869(1960)
12.H.S.Chen, Rep.Prog.Phys.,43,353(1980)
13.H.W.Kui,A.L.Greer,and.Turnbull,Appl.Phys.Lett.,45,615(1984)
14.A.Ioune,Acta Mater,.48,279(2000)
15.T.Zhang,A.Inoue,and T.Masumoto,
Mater.Trans.JIM.,32(1991)1005.
16.A.Inoue,T.Zhang,and T.Masumoto,Mater.Trans.JIM.,30(1989)965.
17.A.Paker,W.L.Johnson,Appl.Phys.Lett.vol.63,1993,p.2342.
18.Z.X.Wang,D.Q.Zhao,M.X.Pan,W.H.Wang,T.Okada,andW.Utsumi,
J.Phys:Condes Matter,15,5923(2003)
19.A.Inoue,B.L.Shen,H.Koshiba,H.Kato,andA.R.Yavari,
ActaMater,52,1631(2004)
20.William D., Callister. Jr., ‘Materials Science and Engineering
An Introduction’, sixth edition, Wiley company,p 427-428(2006)
21.M.A.Nicolet,Thin Solid Films,52,(1978),415.
22.行政院國家科學委員會著,”真空技術與應用”,
精密儀器發展中心出版,(2001)p379.
23.以磁控濺鍍法在聚亞醯胺基材上沉積金屬鍍層之性質研究,
連曼君,國立成功大學材料科學及工程學系,2002
24. M.Ohring,The Materials Science of Thin Films,Acadmic
Press,U.K.,(1992),Chap.3.
25.J.L.Vossen and W.Kern,”Thin Film Process,Academic
Press”,(1991)p.134.
26.Donald L.Smith,”Thin-Film Deposition Principles and
Practice”,(1990)p.483.
27.K. MA, T. S. Chung and R. J. Good J. ‘Surface energy of
thermotropic liquid crystalline polyesters and polyesteramide’,
Polym.Sci B,36,2327(1998)
28. J. P. Chu, H. Wijaya, C. W. Wu, T. R. Tsai, C. S. Wei,
‘Nanoimprint of gratings on a bulk metallic glass’
Appl. Phys. Lett. 90, 034101 (2007)

無法下載圖示 全文公開日期 2017/07/26 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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