奈米定位技术-国立高雄第一科技大学.ppt

第三章 奈米定位、量測與製造 3.1 前言 積體電路 光纖 國內產業之研發方向 3.2 奈米定位(1/2) 奈米定位(2/2) 定位系統的構成要素 感測器的種類 奈米定位技術上的應用實例 (1/5)壓電致動器 耦合式的致動器 壓電的缺點 解決方法 壓電方程式 奈米定位技術上的應用實例 (2/5)壓電元件與氣壓缸所構成之致動器 奈米定位技術上的應用實例 (3/5)壓電元件與音圈馬達所構成之致動器 奈米定位技術上的應用實例 (4/5)壓電元件與彈簧所構成之微動檯 移動檯的模型示意圖 作動步驟 奈米定位技術上的應用實例 (5/5)壓電元件與彈簧所構成之自走式微動檯 機構之微型化轉換 3.3 奈米量測 原子力顯微鏡技術 單一分子量測 3.4 奈米製造(1/2) 奈米製造(2/2) 微熱壓成型 (2) 微射出成型 3.5 工程產業實例 * * 3.1 前言 3.2 奈米定位 3.3 奈米量測 3.4 奈米製造 3.5 工程產業實例 奈米，這個只有十億分之一米大小的單元，實現了元件微小化的理想，而奈米科技，不僅是目前電子與資訊產業技術急於突破的關鍵技術，甚至對材料、光電、生物、醫療也將帶來前所未有的技術革命。奈米工程技術，是二十一世紀產業革命動力，其匯集力學、電學、光學、材料、化工、製造、量測、生醫工程、微機電技術等結合起來，使製程或產品尺寸控制在100 nm到0.1 nm範圍的綜合技術。各國投入相關研發，涵蓋量測、電子、機械、材料、化工等技術，國內半導體廠商目前也已將IC推到奈米領域，盼藉由奈米技術，將半導體產業由代工升級到領先地位。 近幾年來，積體電路（Integrated Circuits, ICs）的精度需求越來越高，尤其在VLSIs ( Very Large-Scale ICs )，及 ULSIs ( Ultra-Large-Scale ICs )上。 為了獲得極高的精密度，製造過程中必須利用遮罩技術，將電路圖形在晶片上多次重複曝光。在重複曝光過程中，對準精度的要求相當高，線寬約為0.13 m左右。由此可知，將來由於定位精度要求的提高，將突破奈米級數，且為符合高精度定位之要求，超精密微/奈米定位系統之開發，已成為必然的發展趨勢。 光纖在通訊上的使用成長迅速，使光纖自動組裝的定位技術，需求更顯迫切。其中將光纖精準地與光電元件(photonic devices) 對準及組合的工作，是光纖組合中最關鍵的技術之一。光纖與光電元件相連，正如同電子元件皆需接上電導線，方能發揮其應有之功能。然而，因光波與電流的特性不同，積體光學元件與光纖耦合時的複雜程度，遠大於電子元件與電導線的耦合。避免光能量的損失，需要很高的精度，因此在製作上很費時，形成成本的一個瓶頸。為了在組裝製作技術上有突破，需要發展精確且快速的自動組裝系統，降低光纖連接的成本。直徑為125 m的光纖，其中心的導光核心的單模光纖，直徑僅為10 m。若與導波器(wave guide)組合，導波器上的可傳播光波的元件，尺寸大小約為6 m，光纖與導波器的對準(alignment)需求，則為0.5至1 m範圍，並且於角度上的需求，亦十分嚴格。為符合高定位精度的要求，超精密微定位系統之開發，已成為必然的趨勢。 由於國內機械產業的研發方向為精密機械技術，微機電技術與奈米加工技術。而精密機械發展趨勢為高效能化、高精密化、資訊化及綠色環保化。在產品發展方面，則應以創造親人性化、易操作且低成本的精密機械為主。以國內現有資源來說，精密工具機、半導體製程設備、LCD製程設備及精密成形製程設備等四項技術，為精密機械領域發展的重點；至於注重超精密化、細微化的微機電與奈米加工技術，則屬創新前瞻的發展方向。另外，此一發展方向，很適合做為國內機械產業廠商轉型及升級的契機，同時也與國內高科技電子資訊、通訊光電發展利基不謀而合。由於人類對微小化元件的殷切需求，已由微米 (10–6 m) 進入了奈米 (10–9 m) 範圍的時代，在面臨廿一世紀高科技發展的競爭中，奈米技術將是國家高科技發展政策中不可或缺的一環。 奈米科技(Nano Science and Technology, NST)是操控原子、分子，以創造出各種可能應用新面貌的一種科技。奈米定位的精度界限，一般認定是介於100奈米到0.1奈米的原子尺寸間。然而一般的傳統伺服機構，很難達到如此高精密的定位精度。但如壓電材料、磁應變、形狀記憶合金等新興材料的出現，以及量測技術的不斷更新，操控微奈米尺度的技術，在一般較高階的機械裝置上，已漸臻成熟。 奈米科技是操控有關奈米尺度之物質、材料、及微小系統的科技，但是如何才能操控奈米尺度的物質或材料？對於工程領域來說，其最主要的關鍵技術，乃仰賴超微細加工機或掃描式探針顯微鏡(Scanning P