應用光阻與角度步進光微影於滾輪表面製作無電鍍鎳微結構

Direct fabrication of microstructures on metal roller using stepped rotating lithography and electroless nickel plating

黃子健(Tzu-Chien Huang)

指導教授 ： 楊申語

國立臺灣大學/工學院/機械工程學研究所/博士(2009年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2009.00069

摘要

滾輪壓印是目前最能夠高速且連續製作微結構成型之製程，但目前微結構滾輪在常使用鎳膜包覆與軟模包覆，使用包覆模具法雖可得到滾輪表面結構，但連續加工性受到侷限。使用精密單晶鑽石加工，能製作之微結構外型種類較少；而使用電子束或X-Ray等高能量束直寫於滾輪上，加工時間長、而且昂貴。本研究開發一直接於金屬滾輪上製作微結構之滾輪製程。
　　本研究應用滾輪角度分度達到步進式曝光，並進行無電鍍鎳，直接在長度120 mm、外徑80 mm之鋁合金滾輪上製作微結構。滾輪基材以精密單晶鑽石車削，使表面粗度達到10-20 nm Ra，接著無電鍍鎳於滾輪表面，得到表面為鎳基之滾輪。接著在滾輪表面塗佈EPG510之負型光阻、以角度分度步進曝光顯影，最後無電鍍鎳製作結構。本研究首先研究光阻塗佈於滾輪表面的製程，探討使用浸潤式塗佈、浸潤式旋轉塗佈、直接噴霧式塗佈與靜電式噴霧塗佈不同製程的膜厚與參數。使用各種塗佈方式塗佈EPG510光阻於滾輪表面上，可得到之厚度分別為: 噴霧式直接塗佈膜厚3.1-6.3 μm、旋轉浸潤式塗佈膜厚400-1050 nm、浸潤式70-600 nm。最薄方式為靜電式噴霧塗佈，膜厚在24-100 nm之間。
接著探討使用45 μm、 23 μm 、11.6 μm等不同寬度直線光罩曝光，由步進分度控制周期，當步進角度為1/12度與1/6度時，可於滾輪表面製作週期116.32 μm 與58.18 μm之結構。無電鍍鎳製作鎳微結構於滾輪表面，可藉由無電鍍時間控制微結構高度。使用寬度45 μm光罩可製作出平均高度0.96 μm、結構寬度23 μm光罩製作平均高度1.065 μm 、結構寬度11.6 μm光罩製作平均高度0.342 μm連續直線微結構於滾輪表面。

關鍵字

滾輪壓印 ； 微結構 ； 光阻塗佈 ； 無電鍍鎳

並列摘要

Roller embossing has attracted more attention due to its rapid, continuous nature; it is especially good for mass production. The fabrication of microstructure rollers is the key technology. Most of the microstructure rollers fabrication methods are very complicated and costly, employing high-end facilities. Furthermore, mold sliding and warping problems are frequently encountered because of the weak adhesion between molds and rollers. Soft rollers with microstructures have problems such as poor strength durability and temperature endurance.

This work proposes a novel fabrication method of roller mold with microstructure on the surface using stepped rotating lithography and electroless nickel plating. First of all, the photoresist is coated onto the roller surface using three methods: dip coating, rotatory dip coating and electrostatic coating. Then the photoresist on the roller surface is patterned using stepped rotating lithography, followed by developing. The roller is subsequently treated with electroless nickel plating. Finally, the residual photoresist is removed. A roller with rigid nickel microstructures can be obtained.

It was found that the thickness of PR coating on roller are 400-1050 nm using rotatory dip coating, 70-600 nm using dip coating, and 24-100 nm using electrostatic coating. Results prove that the microstructures can be successfully fabricated onto the metal roller using proposed stepped rotating lithography and electroless nickel plating. In addition, the microstructures with various pitches on single metal roller also can be fabricated by adjusting the rotating degree of stepped rotating lithography.

並列關鍵字

Roller Imprint ； Microstructures ； PR Coating ； electroless nickel plating

參考文獻

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