表面張力微液體混合器之製程步驟

d. 利用電感藕合電漿蝕刻機（Induced Couple Plasma, ICP）將預定之凹槽結 構位置以乾蝕刻方法蝕刻出來，其凹槽深度為 3μm。

e. 浸泡於丙酮約 10 min，以去除光阻。

f. 浸泡甲醇 5 min，異丙醇 5 min，以去除吸附在矽晶片上之有機物。

g. 沖泡去離子水 10min，清除在表面之化學溶劑，所顯露之部分即為吾人所 定義之凹槽結構。

h. 將製造完成之矽晶圓放入電漿輔助化學沉積儀（Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD），沉積厚度為 1μm 之二氧化矽於其表面上，使 其具有親水表面。同時，使用化學氣相沉積法之目的，乃是能降低表面階 2000rpm，時間 30sec。二階段轉速主要目的是使 Teflon 塗佈均勻。第一 階段是讓鐵氟龍均勻分佈，第二階段是控制厚度為 0.1μm。圖 4.2.1 為旋

l. 使用離子反應蝕刻機（Reactive Ion Etching, RIE）乾蝕刻，使用氧電漿，

時間為 120sec。此步驟之目的主要在增加鐵氟龍表面的粗糙度，以使得接 下來光阻旋佈在鐵氟龍表面時，不會因為鐵氟龍的疏水特性而使得光阻之 附著力不佳而脫落。

m. 旋佈光阻 S1813 (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)，旋佈機轉速 3000 rpm，時 間 30 sec。

圖 4.2.1 鐵氟龍的轉速與高度的關係（台灣杜邦提供）

n. 軟烤溫度 90℃，時間 90 sec，以增加光阻附著力及消除其內應力。

o. 使用曝光機，曝光時間為 7 sec。顯影液為 MF 319，顯影時間 90 sec。

p. 沖去離子水 10 min，以清除吸附在光阻及晶片上之顯影液。

q. 硬拷溫度 120℃，時間 20 min，徹底移去光阻中剩餘的溶劑，增加光阻在 晶片上的附著力，並增加光阻對蝕刻液的抵抗能力。

r. 經過黃光顯影製程後，利用乾蝕刻技術，使用離子反應蝕刻機（Reactive Ion Etching, RIE） 導入 CF4與O2氣體電漿把流道部分之鐵氟龍區域移除，

使得吾人定義之流道部分為親水流道，而，親水流道外部則是以疏水之鐵 氟龍加以限制液體流動之區域。製程反應時間為 12min。

s. 浸泡於丙酮中 10min，以移除光阻。

t. 浸泡甲醇 5min、異丙醇 5min，以去除吸附在晶圓表面之丙酮。

u. 沖泡去離子水 10min，清除在表面之化學溶劑，所顯露之部分即為吾人所 定義之儲水區與親疏水流道之圖形。

v. 接著，旋佈厚膜正光阻 SJR5740 (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)，旋轉塗佈 機轉速 3000 rpm，時間為 30sec。圖 4.2.2 為厚膜正光阻 SJR5740 在表面

塗佈之高度與旋轉轉速之關係圖。

bb. 準備經由硫酸、過氧化氫混合液（Piranha solution）浸泡過之戴玻片，以 確保載玻片表面之潔淨。接著利用旋轉塗佈機塗佈鐵氟龍於載玻片之上。

真空接合在一起，測試之前並加上自行組裝(Home-made kit)之夾具以確保 設定之流道測試高度不會因為液體之表面能量表示而使得液體將上蓋與 下基底間距離撐大。元件最後可以得到設定流道下基底為親水之二氧化矽 層，上蓋為疏水之鐵氟龍層，流體在元件中流動區域並以下表面疏水之鐵 氟龍層加以限制，使得液體固定經過所設定之區域而不會逸流於外部。儲 水區以及流道，壓住使其間距如吾人所設定之光阻墊高高度，以進行微流 體混合之實驗。

圖4.2.3 表面張力致動式微液體混合器製程步驟圖。(a)使用電感耦合電漿蝕刻機 (ICP)將凹槽結構以乾蝕刻之方式顯示出圖案，再將製造完成之矽晶圓放入電漿輔 助化學沉積儀(PECVD)中，沉積二氧化矽於矽晶圓表面之上，使其具有親水性 質。(b)利用旋轉塗佈機(Spin coater)塗佈1%之鐵氟龍液在矽晶圓表面之上，經由 加熱固化之後，將鐵氟龍溶液轉為吸附於矽晶圓表面之鐵氟龍固態薄層，此時厚 度為0.5µm，接著利用乾蝕刻技術，使用離子蝕刻機RIE將多餘之鐵氟龍區域移 除，得到設定區域疏水表面性質。(c)使用厚光阻SJR5740，經過黃光微影製程後，

在元件流道旁形成圖案，以得到元件上蓋與下基底間墊高之距離，此步驟可清楚 顯示元件為無側牆之設計。(d)上蓋之玻璃試片利用旋轉塗佈機塗佈鐵氟龍於其 上，再經由加熱固化加以固定鐵氟龍薄層於上蓋玻璃試片之上，此上蓋層完全呈 現疏水性之特性表現。(e)上蓋之玻璃試片與基底具有微結構設定之矽晶圓藉由光 阻以及抽真空接合在一起。元件最後可以得到設定流道下基底為親水之二氧化矽 層，上蓋為疏水之鐵氟龍層，流體在元件中流動區域並以下表面疏水之鐵氟龍層 加以限制，使得液體固定經過所設定之區域而不會流於外部。

4.2.1 流場流速之計算

首先利用電腦同步觀察流體進入流道之情形，接著藉由電腦上影像擷取卡 的功能，將流體在流道內流動的畫面記錄成影片檔，再將影像擷取下來成為一系 列的圖片檔，便能將影片作影格的分析，每秒能擷取到 12 張圖像，由此方法便 可以得知流體在圖像上的位置及時間的關係，最後由電腦分析其位置與所得之作 用時間，即可得到此流體在流道中的流速分布，電腦的分析判定，乃是利用影像 追蹤辨識之技術以及台大土木系卡艾偉老師所提供的粒子影像處理分析程式及 吾人撰寫之副程式判定，其速度之判定原理如圖 4.2.4，利用影像追蹤技術將依 序排列之圖片，利用圖片之矩陣相剪後摺積，可以得到一明顯的粒子，將粒子的 位置標示出後，經由一系列粒子位置可以得到速度分布之曲線。

圖 4.2.4 利用影像追蹤之方式以得到粒子位置。

4.2.2 混合效率之判定

由於螢光微粒在低溫螢光顯微鏡下會呈現明亮亮點反應，因此吾人先利用 螢光顯微鏡攝得兩流體間之混合分佈情形，再將流道中各個位置之混流影像截取 下來，接著，使用吾人所撰寫之影像處理程式，對其影像作像素分析，如此便可 計算流道中各個位置之混合情形，進而分析此混合器之混合效率。