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寶貝摩天輪
2014/12/17
6:04
用光罩製作積體電路,也就是IC,會面臨光罩設備相當昂貴的問題。如果生產出來的IC有很大的銷路,成本分攤到每一顆IC倒還好,但如果是一顆用途比較少的訂製IC,用光罩生產就可能不敷成本。另外,光罩目前只能把電路印在平面上,如果要在彎曲的表面上製作電路,就要另找方法。 相對來說,軟微影技術的原理就是鑄模打印。這是一種很傳統的工藝,已經有六千年的歷史,最早的應用就是各種印章。鑄模法往往被用來生產平面產品,比方說「書」。人類歷史上的印刷術,包括平板印刷或活字印刷,都是使用鑄模法。而現代除了書以外,有更多的產品是用印刷製作的,例如印刷電路板PCB。
然而,過去大家可能有一個印象,就是這種傳統生產技術,好像跟高精細度扯不上關係;比方我們在生活中,可能看過許多本印壞、印歪了的書,或是報紙印刷的套色不精準,導致照片模糊等等。鑄模法跟先進奈米製程之間的距離,似乎很遙遠不是嗎? 其實,只要有合適的材料,要做到精細、準確的鑄模打印並不難;其中的一個關鍵是墨水,就像印章要蘸印泥、印刷要用油墨一樣,墨水是少不了的。而如果要製作精細的電路或精密的產品,這層墨水就必需非常地薄。對此,美國哈佛大學的懷特塞茲教授給了一個很好的答案,因為他發展出了「自組單層分子膜」;簡單地說,就是把一種特別的分子混合到液體或黏膠當中,等這種分子沉降到底部,它們會自行組合成一層膜。而這層膜單單由一層分子構成,就可以形成幾乎是最薄的印刷墨水了。 1992年前後,美國國防高等研究計劃署看上了這項技術,出資委託懷特塞茲教授進行研究。墨水有了,那麼印章呢?這麼精細的印章要用什麼東西做呢?答案是聚二甲基矽甲烷,又稱PDMS。話說美國在二次世界大戰時,因為天然橡膠不夠用,想要發明替代品,就合成出PDMS這種矽膠。雖然因為它太軟,不能代替橡膠,但卻是一種又軟、又有彈性的奇妙材料。 懷特塞茲為了要做精細的鑄模,找了橡膠廠商尋求建議,廠商馬上想到了PDMS;它這麼軟,簡直可以無孔不入,塑型之後再添加硬化劑,就變成了合適的印章了。這個特製印章上的細微溝槽,甚至可以小到一百奈米的尺度,大約是頭髮直徑的六百分之一。只要用「自組單層分子膜」當墨水,在PDMS做成的印章表面結成膜,再把印章蓋到電路的基板上,印章凸起的紋路就被印上去了。懷特賽茲強調,作一個光罩可能需要好幾個星期;用軟微影技術就只要一天,而且成本便宜很多。
另外,它還能應用在彎曲的表面上。 可惜,PDMS的硬化過程中難免有些微小的變形,現在的積體電路需要多層對準,就算幾十奈米的變形,也會讓層與層之間無法對齊,造成致命的缺陷;因此它無法取代光罩與微影技術。然而,某些特製的電路,如果對精密度的要求稍微低一點,那麼軟微影技術就是不錯的解決方案了。此外,它還可以用在其他的奈米製程,比方說製作微生物培養皿的孔洞和溝槽,進而製造生物偵測器,偵測病毒或生物武器等。因此,軟微影技術在生技產業上的應用,備受矚目。