旋轉塗佈（spin-coating）機 Hot plate或熱電至冷器 超音波震盪器
UV雷射
製作流程如下：
圖 3.1 SU-8樣品製作流程圖
1. 清洗玻璃基版
a.用脫脂劑刷洗玻璃表面，並放入超音波震盪器中清洗 15 分鐘 b.將玻璃基版浸泡在稀釋之脫脂劑中，用超音波震盪器中清洗 15 分
鐘
c.將玻璃基版浸入去離子水中，用超音波震盪器中清洗 15 分鐘 d.將玻璃基版浸泡在丙酮中，用超音波震盪器中清洗 15 分鐘 e.將玻璃基版浸在 IPA 中，用超音波震盪器中清洗 15 分鐘 f.將洗好的玻璃基版用氮氣吹乾
2. 塗佈光阻
取適量的SU-8 劑量倒在玻璃基版上，使用旋轉塗佈機（500rpm，10
秒；4000rpm，30秒）將SU-8 均勻塗佈在玻璃基版上，預期厚度為
30um(表3-2 )。
3. 軟烤
以熱電至冷器或hot plate均勻加熱樣品，攝氏 65度加熱3分鐘，接 著攝氏95 度烤5分鐘；軟烤目的是要將SU-8 中的溶劑趕出，樣品將 會變硬且稍微具有淡黃色並附著在玻璃基板上(表 3-3)。
4. 曝光
將做好的樣品以351nm 雷射照射出干涉圖形，並使SU-8 產生光酸作 為加熱反應時的媒介。
5. 曝後烤
以熱電至冷器或hot plate均勻加熱樣品，控制溫度攝氏 65度加熱 1分鐘，接著以攝氏95 度加熱5分鐘；曝後烤的目的是促使SU-8 分子產生交互鍊結反應，將圖案定形。
6. 顯影
將樣品浸泡在SU-8 專用之顯影液內，並施以持續搖晃 4~5 分鐘，
無參與鏈結反應的分子會離開基版溶於顯影液中，留下定形的圖案 結構。
3-2. 負光阻 SU-8 特性介紹
實驗上所採用的光阻是由MicroChem. Co. Ltd. 公司所製造的新式
SU-8 2050負型光阻劑，此型光阻劑厚度最多可以達50um，可以製作
厚膜是SU-8 的特性之一；由於2050 此型光阻劑較具有黏稠性，若要 製作薄光阻，則可以依據需求添加溶劑稀釋，讓光阻更容易均勻的分 佈散開。負光阻的特性是受到曝光的部分在顯影後會留下結構，而正 光阻是受到光照射的曝光部分會形成可溶性的物質並在經過顯影之 後被洗掉，未曝光部分則留下結構；SU-8光阻是一種環氧型樹脂，
其主要組成成分有三：
a. 高分子( Epoxy ) ：形成結構的主要材料，由一個氧原子連接 另兩個特定原子，而環氧型樹脂則是具有多個環氧官能基的分
子，圖3.2。
b. 溶劑( solvent ) ：加入溶劑可以適度的讓光阻具有流動性。
c. 光起始劑( Photoiniator )：曝照紫外光會有化學反應，光酸
( Lewis acids )的來源，
6 6
UV
Ar SbF − H SbF−
+ − − → +
Carbon Oxygen
圖 3.2 高分子化學結構示意圖
SU-8感光波段是在光波長350~400nm 的範圍(圖3.5 )，在351nm 波長之下折射率是1.67，曝光時視光阻的厚度決定曝光量的多寡，
光阻層厚度較薄需要較少的曝光量，厚光阻層需要較多的曝光能 量；此外基版的材質也會影響曝光所需的時間，若是以矽晶圓為基 版就需要注意UV 光會被反射的問題，這些都是需要考慮的因素；
而SU-8 光阻劑的另一個特性是可以均勻的吸收UV光能量，上下層 光阻所接收到的能量差異小，產生的結構差異可以降低到最小；而 光阻劑內的光起始劑分子照射UV 光後會發生光酸反應而產生氫離
子作為鏈結反應的媒介，舊式SU-8 光阻劑是使用光酸混和物PAC
( Photo Acid Compound )，氫離子會參與反應而減少，必須持續曝照
產生氫離子，所以需要曝照較多能量，而新式SU-8 光阻劑是屬於化 學增幅型光阻，採用光酸產生物PAG( Photo Acid Generator )，光酸 反應產生的氫離子可以一直重複參與反應，所以曝光能量需要較
1. 在玻璃基版上塗佈光阻後，將其放置在暗處平坦位置，靜置 一段時間( 約30分鐘 )，讓光阻分佈均勻再進行烘烤步驟。
2. 光阻曝光後烘烤步驟對結構成形影響很大，必須在曝光後即 進行烘烤，溫度變化必須緩慢昇溫，溫度變化大容易造成未 硬化結構的流動，影響結構形狀。
圖3.3(a) SU-8 照UV 光，產生氫離子示意圖
圖 3.3(b) SU-8分子官能基抓取氫離子示意圖
圖 3.3(c) SU-8硬烤後產生鏈結反應示意圖
H+
H+
H+
H+
H+
H+ H+
圖3.3(d) 氫離子可重複反應示意圖
3-3 單束光曝光能量測定
根據上一節所制訂的樣品製作步驟所做出來的成品，將要先做
曝光能量值的測定，目的是先初步找出SU-8 光阻劑的臨界曝光能 量值，實驗之中也一併試驗熱烤時間對光阻硬化成形的影響。實驗 上使用波長351nm紫外雷射光當光源，光束經過空間濾波器( spatial filter )並擴束，接著通過一個快門( shutter )，快門連接一個控制器，
控制器設定快門啟閉間隔以調整曝光時間，之後放置一個單位面積 的孔徑( aperture )，最後光線到達樣品上。
實驗結果如表3-1，曝光能量由16 (mJ / cm2) ~ 28 (mJ / cm2)，每
次能量間隔4 (mJ / cm2)；曝後烤時間由1分鐘開始，每次增加1 分 鐘，逐次提升至 5分鐘；從表中可以看出，曝光能量必須要在20(mJ / cm2)以上，光阻吸收能量之後經過加熱後才會有光阻留存；而曝 後烤時間必須要在攝氏95度三分鐘以上，光阻存留才會完整(不出 現破損與白色殘留)。接著實驗將以此製程條件範圍，調整找出較 適當的製程參數。
圖3.4 單束光曝光能量測定裝置圖
表3-1 單束光曝光能量結果
表 3-2 光阻厚度對轉速關係 [12]
表 3-3 厚度對軟烤時間關係表[12]
圖3.5 波長對吸收率關係[12]
3-4 表面分析儀器介紹
（1） 穿透電子(Transmitted Electrons)：如果樣本很薄的話，一部分 電子可以直接穿透樣本而不改變能量。
（2） 背反電子(Backscattered Electrons)：電子受原子核散射作用， 訊號，經由適當之檢測器（Detector）接收後，再經放大器（Amplifier） 放大，然後送到螢光幕上成像。
電子槍所能收聚的電子束最小，可獲得更佳之解析度，但真空度的要 求也相對提高，成本也較昂貴。
掃描式電子顯微鏡所使用的樣本必須是導電體，這樣電子束撞擊時 才易產生電子，因此對金屬試件之觀察，無須特殊處理即可直接觀 察；非導體如礦物、聚合物等，則須鍍上一層導電性良好之金屬膜，
如金(Au)或白金(Pt)，再作觀察。
圖3.6 SEM 電子束路徑示意圖
3-4-2 原子力探針顯微鏡(AFM) 若以二維函數儲存起來便是樣品的表面圖形( surface topography)。因 探針與樣品表面的作用力可以控制在非常微小的量，約在
用力很小，仍會損壞樣品，尤其是軟性材質，但是較大的作用力通常 會取得較佳的解析度，所以選擇適當的作用力便十分重要了。
(2) 非接觸式：探針與材料表面總維持著一定的距離
利用原子間的長吸引力—凡得瓦力來運作，不過此力對距離變化
的敏感度小，因此必須使用調變技術來增強訊號雜訊比。非接觸式 AFM一般只有50nm的解析度，不過在真空中即可得到原子級的解 析，此操作方式的發展原因乃是為了解決接觸式損害樣品的缺點。
(3) 輕敲式：介於接觸式和非接觸式之間
探針以高頻在 z方向振動，但其振幅較非接觸式小，而且每一振
動週期中，探針在振盪底部和樣品表面接觸一次。與非接觸式比較，
由於此式直接接觸樣品表面，因此解析度提高為5至10nm;而與接觸 式比較，雖然解析度較差，但破壞樣品的機率卻大為降低，同時也較 不受摩擦力的干擾。由於高頻率敲擊的影響，對很硬的物體而言，探 針針尖可能受損，而對很軟的樣品，則樣品仍可能會遭到破壞。對 SU8 顯影完成之樣品，雖然結構硬化，但是對於探針而言還是相對偏 軟，所以輕敲式比較適合SU8 樣品量測。
圖 3.7 AFM工作原理示意圖[13]