奈米技術與材料在過去十年來,在IC技術及奈米材料之發展下,已有相當突破性的研究成果,這些研究發展主要方向是著重在物理、化學、材料、化工、電機、光電與機械等方面,在實際應用上具有特殊及特定功能性,它的發展需要基礎物理、化學、材料、電機及機械等相關領域做有效之整合。這樣的整合,近年來在研究上有突出的發展,它不只有應用的價值,更在基礎科學開發了許多新領域。例如:奈米結構感測材料、電子陶瓷、光電材料、場發射顯示器、微制動器、微機電系統等應用上的開發。而奈米應用領域擴大有賴於奈米加工技術升級,本研究從技術發展角度探討奈米加工技術未來發展趨勢。
在LIGA技術部分,LIGA技術在國外已發展二十餘年,根據NEXUS Task Forces的調查,目前微系統較為主要的應用產品為資訊產業的硬碟讀取頭、噴墨頭等,另外汽車工業所需的溫度及壓力感測器等。除了上述較為成熟的產品外還有微閥、微幫浦等微機械,光電產業的光切換器、光連接器、光波導與應用於生醫產業的血糖感測器、生物晶片等產品,也漸應用LIGA技術來製作,還有顯示器產業背光模組中膜片模仁製作的比重也逐漸提高。近年來國外有數家廠商投入LIGA的代工服務,如Mezzo Systems、Axsun Technologies等,似亦有走向專業分工的趨勢。
在微機械加工部分,超精密鏡面加工近年來被大量使用於光電產業,在影像(Image)與顯示器(Display)兩大領域應用最廣。我國在1980年代積極投入,先後建立了平面、圓筒、角錐鏡、球面鏡、非球面鏡、Fresnel Lens等鏡面加工技術。此等技術的建立對現今台灣蓬勃發展之光電產業有極大之貢獻。上述元件形狀精度可達Rt:0.2mm,表面粗糙度Ra:6nm,與世界水準齊平。
在放電微細線切割上,目前只有極少數公司的機器具備此功能,其作法均是在大型線切割機上採用微細線(>0.05mm)進行,且只能做立式切割。新興加工技術主要包括電子束直寫微影技術與奈米轉印技術。電子束微影由於可以提供絕佳的解析度,極適合用於製造各種光微影術所需的原型圖罩(Master Mask),因此,它是一種極重要的微影術,在可預見之未來,尚無法由其他微影技術所取代。目前半導體產業對於微影製程技術的要求,在2003年已由0.13微米邁入90奈米,預計在2004年底將達到65奈米。在各種次世代微影技術中,目前最被歐美日大廠所看的技術有二,一是歐美大廠所支持的波長13.5奈米之極短紫外光(Extreme UV)微影技術,其解析度約可達35奈米,另一則是日本大廠所推之電子束投影式(E-Beam Projection)微影技術。由於電子束投影微影技術是由傳統用於光罩製作的圓點束電子束微影技術演變而來,故其所需的硬體週邊和化學阻劑材料相對較為成熟,因此,極可能成為次世代微影(後光學微影)技術的主流。
而奈米轉印技術自1995年起席捲歐、美等國家一股研究熱潮後,發展至今已屆近十年之久,目前為止包括歐洲(德、奧、瑞典…等)、美洲(美、加)及亞洲(台、日、韓)等已至少十幾個國家以上,數十上百個產學研單位參予相關的研究。近幾年來全球雖有大量人力資源投入奈米轉印技術的開發,對於可應用之產品也逐漸明朗化,但目前僅有一家公司宣稱已應用奈米轉印技術製造並販賣奈米光通訊元件(Nano Opto,生產次波長光通訊元件SOE)。大部分的企業對於奈米轉印技術仍抱持觀望的角度。
在應用市場部分,根據NEXUS Task Forces的調查,微系統產品的市場每年以超過20%的增加率成長,在2002年市場總值已經超過40億美元,目前較為主流的產品為資訊產業的硬碟讀取頭、噴墨頭等,兩者產值約佔整個微系統產品的一半以上達24億美元,另外汽車工業所需的溫度及壓力感測器,還有顯示器產業背光模組中膜片也是重要應用。另據Yole Development公司於2004年6月的預測,全球微系統市場規模2005年將達54億美元。為了解奈米加工技術發展趨勢,本研究針對目前微機電最為採用之LIGA作為研究標的,以技術道路圖方式,分析產品功能與關鍵技術,探討未來可能演變及技術缺口,提供給業界做為參考。