製程流程

4.2 製程流程

新型探針的製程流程如下：

步驟 1. 清潔銅片表面，去除銅片表面的汙染物與氧化層。

步驟 2. 使用黃光微影製程，塗佈光阻(FH-6400) 厚 1.41 mμ 後曝光顯影(Mask)。

步驟 3. 使用濕式蝕刻方法蝕刻銅。

步驟 4. 清除光阻，觀察蝕刻結果。

4.2-1 黃光微影製程

就黃光微影製程方面來說，因為製作新型探針只需要用到一道光罩，所以光 照對準部分的技術影響不大，但是製作光罩時還是保留對準圖形，這次新型探針 設計上最小的尺寸為 20 mμ ，但是探針的厚度卻是 250 mμ ，因為濕式蝕刻具有 等向性蝕刻特性，因此在蝕刻的過程很有可能會將最小尺寸蝕刻掉，所以在光罩 設計上製作測試圖形(Test Pattens)以便將來觀察蝕刻結果，測試圖案大小依序分 別為 600 mμ 、200 mμ 、100 mμ 、50 mμ 、40 mμ 、30 mμ 、20 mμ ， 光罩圖形如

圖 4.3。

Test patterns

2000μm 1600^μm

Test patterns

2000μm 1600^μm

圖 4.3 光罩

這次選用的光阻是正光阻 FH-6400，正光阻的主要成分是酚醛(Novolac)樹 脂，因此在曝光之前就已經是交連狀(Cross-linked)的聚合體(Polymer)，經過曝光 步驟之後，曝光區域的交連狀聚合體會因為光溶解化作用(Photosolubilization)的 光化學反應而斷裂且變成軟性化，然後在被顯影劑所溶解，而未曝光的部份則會 保留在晶圓表面上。

從文獻[5]中得知，光阻厚度會影響蝕刻過程中側蝕的產生，光阻越薄，蝕 刻過程的側蝕現象越小，光阻越厚，蝕刻過程側蝕現象越大。影響光阻厚薄的因 素除了光阻本身的特性之外，還與光阻自旋塗佈機的轉速有關係，最後這次實作 光阻厚度採用 1.41 mμ ，此外機台本身光源的解析度也會影響光阻的最小線寬，

在機台方面將使用本校奈米中心之光罩對準曝光機，如圖 4.4

圖 4.4 光罩對準曝光機(擷自本校奈米中心網頁)

4.2-2 濕式蝕刻

銅擁有好的導電性和熱傳導性，也有很好的延展性與強度，高的抗腐蝕性與 容易組裝，因此是工業上常使用的材料。銅的蝕刻[6]，最常使用的蝕刻劑是FeCL₃ 與CuCl₂這兩種溶液，其蝕刻的化學反應分別如下：

對FeCL 來說 ₃

FeCl₃ +Cu→FeCl₂ +CuCl FeCl₃ +CuCl→FeCl₂ +CuCl₂ CuCl₂ +Cu→2CuCl

而CuCl₂就更簡單了

CuCl₂ +Cu→2CuCl

兩種蝕刻液最後都會產生CuCl。從化學反應式來看FeCL 蝕刻液會有較複雜₃

的化學反應，並產生較多的生成物如Fe 、²⁺ Cu²⁺和Cu ，而⁺ CuCl₂蝕刻液的反應 式簡單多了並且只產生Cu ，因此考量到生成物後續的處理，銅蝕刻似乎使用⁺

CuCl2蝕刻液比較合適。另一方面從實驗中得知經過CuCl₂蝕刻液蝕刻的銅表面 會比較平滑而FeCL 蝕刻液的蝕刻表面則是比較粗糙。至於蝕刻速率方面，蝕刻₃ 液的濃度與蝕刻時的溫度也會影響蝕刻速率，一般來說蝕刻液的濃度越大蝕刻速 率會越快，蝕刻溫度越高蝕刻速率有會越快，然而在相同條件之下FeCL 溶液的₃ 蝕刻速率會比CuCl₂快。

雖然蝕刻速率越快越好，但是考慮探針表面的粗糙度必須越平滑越好，再加 上濕式蝕刻後廢液的處理問題，最後決定使用CuCl₂來當這次的蝕刻液，至於蝕 刻速率方面，可以在CuCl₂溶液裡加上KCl溶液，會提升蝕刻速率[7]。考慮濕式 蝕刻是等向性，從文獻[7]得知加上HCl溶液可讓蝕刻趨向非等向性，因此這次 濕式蝕刻的蝕刻液就是 CuCl₂+KCl+HCl。

4.2-3 蝕刻結果

這次的蝕刻實驗有兩個主要的目的：第一個是想測量銅的蝕刻速度，第二個 則是想知道濕式蝕刻的等向性側蝕速率，第二個目的是最重要的，因為此次要製 作的新型探針的最小線寬與新型探針的厚度比例懸殊達 2：25，因此在濕式蝕刻 的過程中極有可能會將最小線寬側蝕掉，所以要將此部分詳細記錄下來。

實驗一開始先將 8 片經過黃光微影後的銅片依序編號，接著把銅片編號為

#1、#2 和#3 浸入 1.5MCuCl₂+0.5MHCl+0.5MKCl的蝕刻液中，分別將#1 蝕刻 1 小時、#2 蝕刻 2 小時、#3 蝕刻 3 小時，而銅片編號為#4 和#5 則是浸入

3.5MCuCl₂+0.5MHCl+0.5MKCl的蝕刻液中，#4 蝕刻 6 小時、#5 蝕刻 9 小時。

這兩個實驗主要想知道銅片在蝕刻時側邊蝕刻與深度蝕刻的關係，另一點則是蝕

彈簧還是存在，下面的微彈簧則是已經接近被蝕刻完的邊緣，如圖 4.7 所示，圖

圖 4.6 未蝕刻前探針外型

圖 4.7 試片 1 蝕刻結果

圖 4.8 試片 2 蝕刻結果

圖 4.9 試片 3 蝕刻結果

圖 4.10 試片 4 蝕刻結果

圖 4.11 試片 5 蝕刻結果

第五章

結論與未來計畫