靜電分析

第三章

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圖3-24 靜電結構兩電極板在驅動電壓為 10 伏特時，模擬分析探針各部所受壓力 的分佈情形

第三章 3.4 微型探針製作結果與討論

本論文所提靜電式微型探針的設計，由於未有標準的製作流程，因此在微型 探針的設計概念成形後，是利用微機電模擬軟體（IntelliSuite）進行結構模擬，

以提供製程及設計的修正，以期微型探針實測時能合乎需求，並能找到克服問題 的方法。

整個微型探針的製程中，光罩的定義與製作是首要完成目標。本研究將光罩 設計好後，是以GDSⅡ的格式輸出，委託國家奈米實驗室（NDL）製作。光罩 大小規格為4 吋，材料是選用玻璃，而後便可開始進行微型探針的製程。

圖3-25 定義探針尖端區域的光罩

（Mask＃2）

圖3-26 探針尖端在完成蝕刻後的向 下凹洞表面輪廓

圖3-25 與圖 3-26 是在光學顯微鏡（Optical Microscopy, OM）下，所拍攝的 微型探針針尖圖。圖3-25 是在經過光阻塗佈，然後利用光罩來定義針尖所要蝕 刻的範圍。所定義的區域是預備利用蝕刻的方式，來形成一個倒三角錐的凹洞，

而後沈積Si3N4作為探針針尖。在這倒三角錐凹洞蝕刻完成後，其表面輪廓，如 圖3-26 所示。

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圖3-27 表面粗度計量測探針針尖倒三角錐凹洞，深度與寬度之輪廓示意圖

微型探針針尖倒三角錐凹洞區域蝕刻完成後，以表面粗度計量測，分析蝕刻 區域的深度與寬度，量測的輪廓如圖3-27 所示。可知蝕刻完後探針基部寬度

（Pitch AB）為 0.136 mm，而深度約在 9.476 與 9.420 μm 之間。

完成微型探針針尖區域的定義、蝕刻後，在晶片表面沈積一層氮化矽

（Si³N⁴），作為探針結構與針尖的材料。而後利用光罩（Mask＃3）定義探針主 體結構，與懸臂樑結構的尺寸。圖3-28 與 3-29 是在光學顯微鏡下，對探針整體 結構與懸臂樑結構的拍攝結果。

圖3-28 利用光罩定義微型探針懸臂 圖3-29 利用光罩定義微型探針

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探針主體結構與懸臂量結構尺寸的定義，是採取濕式蝕刻的方式，針對不要 的區域，把多餘的氮化矽材料去除掉。而後運用表面粗度計量測沈積材料的表面 輪廓，結果如圖3-30 與 3-31 所示。

圖3-30 是針對探針主體結構表面輪廓量測結果，氮化矽材料沈積的厚度約 在25 μm 左右，兩側邊緣稍微厚一點。由任意取三點的高度值（分別為 26.038 μm、23.595 μm 與 23.831μm），可以概括推算平均的高度差約在3 μm，這即為沈 積氮化矽材料表面的平坦度。

圖3-30 微型探針主體結構之表面輪廓示意圖

而針對探針懸臂樑結構之表面輪廓量測，結果如圖3-31 所示，所沈積的氮 化矽材料厚度約在28 μm 與 34 μm 之間。由圖可以得知這種情況形成的原因，

是因為這部分是把先前作為探針針尖區域的倒三角錐凹洞填滿，因此才會造成後 續懸臂樑結構表面有凹下的現象。由任意取三點所得的高度值（分別為32.515 μm、28.255 μm 與 34.104 μm），可以概括推算平均的高度差超過了 5 μm。在實 際工作時，當雷射光打在懸臂樑的金屬反射面時，會由於反射面的凹下現象，而 使雷射光的反射與折射信號，產生干涉效應，造成量測結果的失真。

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圖3-31 微型探針結構懸臂樑之表面輪廓示意圖

完成探針部分的製作，最後的步驟便是將底部基材矽晶圓蝕刻掉，這樣完成 釋放的探針就可拿來使用。圖3-32 是微型探針在光學顯微鏡下，整體結構的全 貌。

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圖3-33 是利用掃描式電子顯微鏡（SEM），對微型探針的拍攝照片。拍攝的 條件是在電壓15kV，放大倍率 80。而圖 3-35 則是在放大 1500 倍下，對微型探 針懸臂量結構與探針針尖所做的拍攝。由圖左側部分可知，探針針尖的部分，是 呈現三角錐的外形，但針尖的長度不夠，而且頂點尖端的部分，也不夠尖銳。這 對後續使用此微型探針之量測精度，可能會有一些影響。

圖3-33 掃描電子顯微鏡（SEM）放大 80 倍之探針整體的照片

圖3-34 掃描電子顯微鏡（SEM）放大 1500 倍之探針懸臂樑與探針針尖的照片