2010年11月28日 星期日

表面處理於R2R壓印製程之應用-5

1.2類鑽石薄膜(Diamond like carbon films, DLC)
DLC薄膜為一混合sp2與sp3鍵結之非結晶性薄膜,有許多特性也與鑽石相似,因而得名類鑽石(diamond like),表3為DLC膜常見之特性,由於DLC薄膜具有非常好的化學惰性、奈米級的平垣度、高硬度,常被應用於模板或刀工具之抗磨耗披覆10及壓印模板抗沾粘披覆4-6,且僅管FDTS比DLC有更低的表面能,DLC膜的抗沾粘效能較確較FTDS佳;其原可由Owens-Wendt幾合平均估算法說明(Owens and Wendt geometric mean approach);模板與光阻的粘著力WAB 為A與B兩成份極性分量表面能幾合平均與非極性分量表面能幾合平均之和,即:

由於DLC具有比較小的非極性(dispersive or non-polar)分量,而大部份的UV光阻具有較高的非極性分量,因此DLC與光阻間(SU-8)的粘著力較小,如表4所示。儘管DLC在各方面之特性均相當突出,但仍有缺點,即DLC之紫外光穿透性極差,膜厚45nm之DLC薄膜在波長365nm時紫外光穿率僅45%(參圖3),因此在從透明模板側照射紫外光的壓印方式下,DLC膜不可太厚,通常在<100nm。

表3. DLC薄膜特性9
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高的可見光與紅外光穿透性 (能隙=1.0-4.0eV)
化學惰性 (可耐酸、鹼及有機溶劑)
硬度高 (5-80Gpa)
磨擦係數低 <0.01~0.7
奈米級膜平坦度
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1.3含氟類鑽石薄膜(Fluorinate Diamond like carbon films, or Fluorine-doped Diamond like carbon films, F-DLC)
由於DLC特性相當優異,許多研究者研究在DLC成長過程中加入其他元素,如F、Si、N、O甚至金屬原子,試圖改善DLC膜之表面特性及與對手材料之界面作用力,例如F原子之摻雜,可使DLC之水滴接觸角由大約65∘提高至約110∘;表面能由約40mJ/M2降至約20 mJ/M2。F原子的摻雜還可改善DLC膜對紫外光的透光性,如圖4所示為厚度200nm之F-DLC膜,隨著F含量提高,紫外光穿透率也快速增加,當然隨著F含量提高,DLC膜之硬度則相對下降,F含量25%時,硬度僅DLC之三分之一5;另由於C-F之鍵能較C-H鍵高(C-F鍵鍵能:552 kJ/mole, C-H鍵鍵能:413 kJ/mole),因此含F量高之DLC熱穩定性較佳一般DLC高。由文獻資料顯示F-DLC應用於紫外光壓印模板之抗沾粘效果優異,圖案結構轉印率高,並可有效提高模板之使用壽命。




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