第三章 微元件製作於實驗系統
3.1 微元件製作方法
矽微米線陣列之製程如圖3.1所示。其製程步驟詳述如下: (a)以光阻 (PR)在矽晶圓上定義出矽微米線陣列的圖形；(b)使用反應式離子深蝕刻儀 器蝕刻出矽微米線陣列；(c)去除光阻後則得到所需結構。
21
圖 3.1、矽微米線陣列製程示意圖：(a)以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線 陣列的圖形；(b)使用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻出矽微米線陣列；(c)去除 光阻後則得到所需結構。
所得結構之高解析度場發射掃描電子顯微鏡(SEM)圖如圖3.2所示。圖 3.2(a)-(b)分別為高度100 μm之矽微米線陣列上視圖與側視圖。
(a)
(b)
(c)
PR
Si
22
圖 3.2、矽微米線陣列之電子顯微鏡圖：(a)高度 100 μm 之矽微米線陣列上 視圖；(b)為(a)側視圖。
為增強矽微米線陣列之親水性，本研究於矽微米線陣列表面上成長一 層二氧化矽薄膜。圖3.3為成長二氧化矽薄膜之矽微米線陣列製程示意圖所 示：(a)以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線陣列的圖形；(b)使用反應式離子 深蝕刻儀器蝕刻出矽微米線陣列；(c)去除光阻後則得到所需結構。(d)以爐 管成長一層二氧化矽薄膜即完成製程。
(a) (b)
100 μm 62 μm
32 μm
33 μm
23
圖 3.3、矽微米線陣列製程示意圖：(a)以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線 陣列的圖形；(b)使用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻出矽微米線陣列；(c)去除 光阻後則得到所需結構；(d)以爐管成長一層二氧化矽薄膜。
所 得 結構 之高 解析 度 場發 射掃 描電 子 顯微 鏡圖 如圖 3.4所 示 。圖 3.4(a)-(b)分別為高度170 μm之矽微米線陣列上視圖與側視圖。
(a)
(b)
(c)
(d)
SiO2 PRSi
167 μm
65 μm
32 μm
33 μm
(a) (b)
24
圖 3.4、矽微米線陣列之電子顯微鏡圖：(a)高度 170 μm 之矽微米線陣列上 視圖；(b)為(a)側視圖。
嵌入微孔洞矽微米線陣列之製程如圖3.5所示。其製程步驟詳述如下:
(a)以光阻在矽晶圓上定義出矽微孔洞的圖形；(b)使用反應式離子深蝕刻儀 器蝕刻出矽微孔洞；(c)去除光阻後，再以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線 陣列的圖形；(d)使用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻出矽微米線陣列；(e)去除 光阻後則得到所需結構。
(b)
(c)
(d)
(e)
(a)
PRSi
25
圖 3.5、嵌入微孔洞矽微米線陣列製程示意圖：(a)以光阻在矽晶圓上定義 出矽微孔洞的圖形；(b)使用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻出矽微孔洞；(c) 去除光阻後，再以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線陣列的圖形；(d)使用反 應式離子深蝕刻儀器蝕刻出矽微米線陣列；(e)去除光阻後則得到所需結 構。
所得結構之高解析度場發射掃描電子顯微鏡圖如圖3.6所示。圖3.6 (a) 高度100 μm矽微米線陣列嵌入寬度30 μm深度110 μm微孔洞之毛細結構之 上視圖；圖3.6 (b)為圖3.6 (a)側視圖；圖3.6 (c)高度100 μm矽微米線陣列嵌 入寬度60 μm深度130 μm微孔洞之毛細結構之上視圖；圖3.6 (d)為圖3.6 (c) 之側視圖。
26
圖 3.6、嵌入微孔洞矽微米線陣列之電子顯微鏡圖：(a)高度 100 μm 矽微米 線陣列嵌入寬度30 μm 深度 110 μm 微孔洞之毛細結構之上視圖；(b)為(a) 側視圖；(c)高度100 μm 矽微米線陣列嵌入寬度 60 μm 深度 130 μm 微孔洞 之毛細結構之上視圖；(d)為(c)之側視圖。
由於此製程無法精確控制孔洞深度，故設計第二種製程，製程二之步 驟如圖3.7所示。其步驟敘述如下:(a)利用電漿輔助化學氣相沉積濺鍍二氧 化矽(SiO2)；(b)以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線陣列之圖形；(c)使用反 應式離子深蝕刻儀器將多餘的二氧化矽去除；(d)去除光阻後，再以光阻在 矽晶圓上定義矽微孔洞之圖形；(e)使用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻矽微孔
93 μm
109 μm 33 μm
65.5 μm 132 μm 95.2 μm
33 μm
32.8 μm
(a) (b)
(c) (d)
27
洞；(f)去掉光阻後，再次利用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻，做出矽微米線 陣列；(g)最後為增強親水性，洗淨結構再送入爐管長二氧化矽薄膜即完成 製程。
(a) (e)
(f) (b)
(g) (c)
(d)
Si SiO2
PR
28
圖 3.7、嵌入微孔洞矽微米線陣列製程二示意圖：(a)利用電漿輔助化學氣 相沉積濺鍍二氧化矽(SiO2)；(b)以光阻在矽晶圓上定義出矽微米線陣列之 圖形；(c)使用反應式離子深蝕刻儀器將多餘的二氧化矽去除；(d)去除光阻 後，再以光阻在矽晶圓上定義矽微孔洞之圖形；(e)使用反應式離子深蝕刻 儀器蝕刻矽微孔洞；(f)去掉光阻後，再次利用反應式離子深蝕刻儀器蝕刻，
做出矽微米線陣列；(g)最後為增強親水性，洗淨結構再送入爐管長二氧化 矽薄膜即完成製程。
所得結構之高解析度場發射掃描電子顯微鏡圖如圖3.8所示。圖3.8 (a) 高度170 μm矽微米線陣列嵌入寬度30 μm深度30 μm微孔洞之毛細結構之 上視圖；圖3.8 (b)為圖3.8 (a)側視圖；圖3.8 (c)高度160 μm矽微米線陣列嵌 入寬度40 μm深度40 μm微孔洞之毛細結構之上視圖；圖3.8 (d)為圖3.8 (c) 之側視圖；圖3.8 (e)高度170 μm矽微米線陣列嵌入寬度70 μm深度50 μm微 孔洞之毛細結構之上視圖；圖3.8 (f)為圖3.8 (e)之側視圖。
29
172 μm 28 μm 27 μm
161 μm
42 μm 39 μm
26 μm
38 μm
172 μm 49 μm
71 μm 71 μm
63 μm
32 μm 32 μm
30 μm
63 μm
32 μm
31 μm
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
30
圖 3.8、製程二所得之結構電子顯微鏡圖：(a)高度 170 μm 矽微米線陣列嵌 入寬度30 μm 深度 30 μm 微孔洞之毛細結構之上視圖；(b)為(a)側視圖；(c) 高度160 μm 矽微米線陣列嵌入寬度 40 μm 深度 40 μm 微孔洞之毛細結構 之上視圖；(d)為(c)之側視圖；(e)高度170 μm 矽微米線陣列嵌入寬度 70 μm 深度50 μm 微孔洞之毛細結構之上視圖；(f)為(e)之側視圖。
完成微孔洞矽微米線陣列之毛細結構後，因為實驗需要控制熱源，因 此需要在結構背面製作加熱器。圖3.9為加熱器製程示意圖。製程步驟敘述 如下:(a)以光阻在嵌入微孔洞矽微米線陣列背面定義出加熱器圖形；(b)濺 鍍銦錫氧化物(ITO)作為加熱器，利用舉離製程，將多餘之銦錫氧化物去 除；(c)以光阻在嵌入微孔洞矽微米線陣列背面定義加熱器之電極圖形；(d) 濺鍍銅(Cu)做為電極，之後使用舉離製程，將多餘之銅去除，即可得到結 構與加熱器。
31
圖 3.9、微加熱器製程示意圖：(a)以光阻在嵌入微孔洞矽微米線陣列背面 定義出加熱器圖形；(b)濺鍍銦錫氧化物(ITO)作為加熱器，利用舉離製程，
將多餘之銦錫氧化物去除；(c)以光阻在嵌入微孔洞矽微米線陣列背面定義 加熱器之電極圖形；(d)濺鍍銅(Cu)做為電極，之後使用舉離製程，將多餘 之銅去除，即可得到結構與加熱器。
圖3.10為本實驗的測試端元件完成圖。圖3.10(a)-(b)分別為其示意圖與 實際圖。測試端元件之製作方法如下：首先以導熱環氧樹脂(KT1000, FLYING DRA-GONS Engineering) 將 熱 電 偶 線 (T Type, OMEGA Engineering Inc.)固定於微結構背面之加熱器上，再使用導電銀膠(16034, ED PELLA INC.)將電線黏於微結構背面之銅電極上，最後再利用矽膠將黏 好的電線、熱電耦線及矽晶圓固定以完成測試端元件。
(a) (c)
(d) (b)
Si
SiO2
PR
ITO Cu