電子束微影製程流程（如圖 4.14）

圖 4.14 微影流程圖。

（a）矽基板清潔（Cleaning）

首先，將已經利用黃光微影設計好的金電極矽基板（chip,，二氧化矽氧化 層 150 nm、重摻雜棚、0.7×0.7 cm²，如圖 4.3）取出置於燒杯中，依序以丙

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酮（Acetone, ACE）、酒精（Ethanol）、去離子水（De-ionized water, DIW）

在超音波震洗機中，各震盪十分鐘，其化學原理主要為低極性溶劑溶解有 機汙染物、高極性溶劑溶解無機汙染物，待洗淨完畢後，從去離子水中夾 取出來，再以去離子水沖洗，最後以高壓氮氣吹乾基板。

（b）電子阻劑旋轉塗佈（Spin coating）

將清洗乾淨後的矽基板，放置於旋轉塗佈機（spin-coater）上，先設定好時 間與轉速〆第一階段為低轉速、短時間（1500 rpm，持續 15 秒），目的是 將阻劑均勻散開佈滿整個基板々第二階段為高轉速、長時間（5500 rpm，

持續 35 秒），目的在控制阻劑於基板上的厚度。之後以微量滴管吸取電子 阻劑（Polymethyl methacrylate, PMMA，此次實驗光阻型號為 950A5，為一 正光阻劑）滴於矽基板上，並且避免電子阻劑滴落在矽基板時產生氣泡（易 造成塗佈不均）々滴好電子阻劑後，蓋上塗佈機外蓋並啟動塗佈機，當旋轉 器帶動基板旋轉之後，在基板表面的光阻將因為離心力（centrifugal force）

而往基板外圍移動，最後形成一層厚度極均勻的光阻層（layer）々在此條件 之下，其塗佈之阻劑厚度約為 350 nm。

（c）軟烤（Soft bake）

先將加熱板溫度設定為 180 ℃，待溫度穩定之後，將塗佈完成後的矽基板 置於熱墊板（hot plate）上，藉由熱傳導（conduction）方式，進行軟烤動 作，持續時間為 90 秒，其目的在於藉由加溫蒸發去除電子阻劑中的溶劑，

並增加阻劑對基板的附著力，並且降低阻劑層內部應力，防止阻劑層的龜 裂々此程序亦可稱為預烤（pre-bake）。

（d）電子束微影（Electron-beam lithography, EBL）

此次實驗我們所利用的掃描式電子顯微鏡（Scanning electron microscopy, SEM，型號 JSM-6380 熱游離燈絲式）々將軟烤後的矽基板放入掃描式電子 顯微鏡的腔室（chamber）後，進行抽真空的動作，之後將電子束移到樣品

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載台上的法拉第杯(Faraday cup)，利用與其連結之 Keithely 6485 電流計測 量電子束電流大小，伴隨著選定之曝光劑量(dose，μC/cm²)、電子束曝光每 一點之步進距離（increasement）…等，可決定出曝光停留時間（Dwell time）。

接下來應用 XENOS 公司之微影軟體 Expose Control Program（ECP）讀取 設計好之電極圖樣，並將其轉為曝光動作控制檔案（.ctl）、曝光圖樣檔案

（.bpd）々動作控制檔案中，可藉由程式指令指定曝光原點（expose origin）、

曝光區域（field size），用以決定動作起始點與曝光區域大小。搭配著電子 束擋板、DEBEN 公司所製造之 PCD Bean Blanker 2.04，掃描矽基板上一連 串黃光微影之方形標記點（Mark-aligning process），，當電子束在不頇曝光 的區域時，電子束擋板會施加一個偏壓讓電子束產生偏折，因此不會有微 影動作，藉由像素點（pixel）的差異，可在欲曝寫的區域，進行準確地微 影動作。

（e）顯影（Development）

顯影主要的目的在於將阻劑經曝光後之圖案，定義顯現在矽基板上。當電 子阻劑與電子束作用之後，依照光阻不同，曝光過後呈現的結果也大不相 同〆對正光阻（positive resist）而言，當阻劑曝光過後，其感光化合物吸收 能量，打斷本身化學鍵結，因此可溶於顯影液中，此種電子阻劑，即為我 們所應用之光阻々負光阻劑（negative resist）曝光之後，感光化合物吸收能 量並將其轉換成化學能，引起聚合物連結（Polymer linking）反應，使得聚 合物分子交互連結（cross-link），導致聚合物分子具有較大的分子量，因此 難溶於顯影液中 [16]。

將曝光後的矽基板由腔室取出，藉由表 4.1 所示 [17]，我們可以得知當浸 泡於顯影液比例為（developer，Methyl isobutyl ketone（MIBK，甲基異丁 基酮）〆Isopropyl alcohol（IPA，異丙醇）＝1〆3），將會使顯影之圖樣解析 度最高。浸泡作用時間約 60 秒，待作用時間結束後，由顯影液中取出，以

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異丙醇將殘餘的顯影液沖洗乾淨，最後以高壓氮氣將矽基板吹乾。

表 4.1 顯影液成分分析 [17]。

（f）熱蒸鍍（thermal evaporation）

首先取適量靶材（鈦線、金錠），將其與鎢舟（W-boat）、鋁片（黏附矽基 板用）分別以丙酮、酒精、去離子水在超音波震盪器中，各別震洗 10 分鐘 後，以高壓氮氣吹乾。隨後，將靶材、鎢舟設置在蒸鍍腔室中欲通電流的 銅柱上、顯影後的矽基板樣品（以雙面銅膠黏附鋁片上）則放置在樣品載 台（sample holder）上，保持著欲鍍面朝下（蒸鍍源在樣品下方），並將擋 板轉至載台正下方，遮蔽樣品（如圖 4.15）。

為了達到高平整的蒸鍍效果，首先使用機械幫浦（mechanical pump）做為 前級幫浦，粗抽至 2×10^-2 torr，再以渦輪幫浦（turbo pump）抽至 10^-6 torr々 由於 Ti 為活性強的化合物，極易與其他氣體分子化合成低蒸氣壓的固體 [18]，如〆

O2 + Ti → TiO N₂ + Ti → 2TiN H2 + Ti → TiH2

H₂O + Ti → TiO + H2 + Ti → TiO + TiH2

因此在正式鍍膜之前，先空鍍一次 Ti，待其與腔室中殘留氣體分子反應形 成固體後，即可藉由幫浦的運轉抽氣，提高腔體內的真空度。

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當腔體內壓力穩定之後，開啟電源供應器調變流經鎢舟的電流，隨著電流 大小的不同，反應在鎢舟的受熱功率，藉此控制熱蒸鍍揮發速率々第一階 段，蒸鍍 Ti 膜〆當裝載有 Ti 線的鎢舟通電流受熱之後，Ti 會逐漸融化蒸 發，此時開啟膜厚計偵測蒸鍍速率，控制鍍膜速率約在 0.2-0.5 nm/s（可獲 得平整度較高之薄膜），待其蒸發達 5 nm（由於一開始蒸鍍氣體中含較多 雜質，此步驟亦可使腔室中充滿欲蒸鍍之材料氣體）厚度之後，旋開擋板，

使 Ti 蒸氣可直接到達矽基板上，直到膜厚計顯示其達到預鍍之厚度，關閉 擋板，將電流源緩降歸零。蒸鍍鈦膜主要是由於 Ti 與基板上之二氧化矽鍵 結能力優良，且與金膜能形成緊密接合，因此用來做為金與二氧化矽間橋 接角色々第二階段，蒸鍍金膜〆同鍍 Ti 膜程序，但需先待其揮發達 10 nm，

且控制蒸鍍速率在 0.4-0.8 nm/s，此次實驗中 Ti 與 Au 電極厚度各為 10 nm 與 150 nm。

圖 4.15 熱蒸鍍機示意圖。

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（g）舉離（Lift off）

將蒸鍍好的矽基板由蒸鍍腔體中取出，浸泡在丙酮中兩個小時，由於丙酮 會將電子阻劑除去，伴隨著光阻溶解，Ti/Au 薄膜也會隨之剝落，此時再以 丙酮大量沖洗，用以完整地除去矽基板上的 Ti/Au 薄膜與電子阻劑，最後 再以高壓氮氣吹乾，留下的即為電子術微影所設計之電極圖樣。

（h）焊線（Wire bond）

接著利用清洗乾淨之導線架，將蒸鍍有設計好電極之矽基板，以雙面銅膠 黏貼其上，並以打線機將金線連結於矽基板上電極（Au pad）與導線架之 間，其主要原因為介電泳動時，樣品溶劑甲苯會與銀膠反應，造成銀膠溶 解於樣品當中，使得同時泳動銀膠與硒化鉛奈米陣列，因此採用焊線技術，

避免此情況發生。