groove 濕蝕刻

( 一 ) 晶圓切割

利用鑽石刀，以手動的方式將 < 1 0 0 > 的矽晶圓切成正方形 的形狀，正方形的每個邊皆為 ( 1 0 0 ) 。點光源元件我們用的是三 吋矽晶圓，厚度 395µm，切成 2.7mm × 2.7mm 的矽晶片；線光源元 件我們用的是四吋矽晶圓，厚度 525µm，切成 3.6mm × 3.6mm 的矽 晶片。

( 二 ) 晶圓清洗

將切好的矽晶片以一般清洗矽晶圓之流程，流程圖如圖 3-2 所示；清洗流程中，丙酮主要是將矽晶片表面的有機物質、金屬物質 以及灰塵清洗掉；但由於水並不能溶解丙酮，所以用異丙醇溶解矽晶 片表面的殘存丙酮，且異丙醇也有類似丙酮的效果，只是比較差一 點；最後再用去離子水把矽晶片的表面殘存異丙醇給沖洗乾淨。用震 盪器及升溫，主要是使得清洗過程更加完全。最後用氮氣把表面水分 吹乾，再用烤箱將矽晶片表面水分烘乾。

圖 3-2 矽晶片清洗流程圖

( 三 ) 成長 Thermal oxide

將清洗乾淨的矽晶片放入石英爐管，將爐管內的溫度加熱至 1030℃，並在溫度達 800℃時通入氧氣，而後氧氣與矽晶片表面反應 成長一層約 2000 Å 的 Thermal oxide ，成長時間為 8 個小時，系統 架設如圖 3-3。成長參數如圖 3-4 所示。

Si wafer

圖 3-3 成長二氧化矽系統架設圖

圖 3-4 高溫二氧化矽成長參數圖 ( 四 ) 黃光微影

將已經成長 Thermal oxide 的矽晶片清洗乾淨，清洗流程如圖 3-2，之後利用光阻塗鋪機分兩段轉速在長有 Thermal oxide 的晶片 上塗鋪光阻 AZ-4210，兩階段參數如下：

第一階段：慢轉速 500 rpm，時間 10 秒。

第二階段：快轉速 5000 rpm，時間 40 秒。

Dry O

Gas

將鋪好光阻的晶片置於 Hot plate 軟烤，溫度為 100℃，時間為 90 秒，

軟烤的目的是去除光阻內溶劑以增加光阻與晶片表面的附著力。

將軟烤完的晶片，利用光罩對準機 I-line 曝光，曝光時間為 18 秒，

曝光的過程中，晶片對準的角度必須準確，不準確的方向將造成蝕刻 時，其將向外擴伸，直至邊碰觸<110>的方向，造成undercut過大[8]，

所以我們以晶片自然斷截面<110>的方向與光罩對準做<100><-100>

的切邊平行之對準，再進行曝光。

之後把 AZ400K 型的顯影液與水以1：4 的比例混合，然後 將曝光完的矽晶片置入其中顯影約 35 秒。將試片用去離子水沖洗乾 淨，再用氮氣吹乾。接著將顯完影的矽晶片放到 Hot plate上進行硬 烤，溫度為120℃，時間為120秒，使光阻硬化，圖形確立。

之後，為了防止在下一步驟濕蝕刻時，對背面的二氧化矽造 成損害，我們在矽晶片背面貼上 UV tab 保護二氧化矽，等到濕蝕刻 進行完畢後，在用 UV 光對 UV tab 進行照射，即可輕易將 UV tab 卸除。

（五）二氧化矽之濕蝕刻

首先，我們先調製 SiO2 的濕蝕刻液 BOE (Buffer oxide etch)

，BOE 為氟化胺(NH4F)及氫氟酸(HF)的混合溶液，調配方法為將 70 克固體氟化胺取出，倒入 135 c.c.的去離子水，之後再將 12 c.c.濃度

為 49%的氫氟酸溶液倒入。

然後將我們的 sample 放進 BOE 溶液中浸泡，浸泡時間為五分 三十秒，蝕刻速率約為 400 Å/min。

(六) 矽 V 型槽濕蝕刻

首先，我們先調製矽的濕蝕刻溶液 EDP (Ethylenediamine–

pyrocatechol)，EDP 為鄰苯二酚(C6H6O2)與無水乙二胺

(NH2CH2NH2CH2)的混合溶液，條配方法為取出固體 C6H6O2 45 克，

並倒入去離子水 120 c.c.，之後再倒入 無水乙二胺 255 c.c.並將溶液 溫度加溫至 110℃，

上述為一倍量的蝕刻溶液，在本實驗進行時我們使用的是兩倍量的蝕 刻溶液溶液，目的是為了得到更好的蝕刻速率與減少因蝕刻液的不足 所造成的(1,1,1)面上的缺陷。

然後將我們 sample 放進 EDP 溶液中浸泡，並在蝕刻過程中，

通入氮氣，目的是為了防止矽氧化，由於矽在<1 1 1>有最緻密的晶格 密度，其次為<1 0 0>，而<1 1 0>的晶格密度最小，於是蝕刻速率以

<1 1 0>速度最快，其次為<1 0 0>，而<1 1 1>的蝕刻速率最慢，而<1 0 0>與<1 1 1>方向夾角為 54.74 度，因此蝕刻形狀成 V 字型，之後將 sample 浸泡至矽晶片蝕刻穿了為止，浸泡時間為 7 小時 30 分鐘，蝕 刻速率約為 50 µm/min。

至此，我們便完成了矽 V 型槽的製作，不過由於在 EDP 蝕刻過程中，

【6】光阻、UV tab 去除

【7】矽 V 型槽蝕刻

【8】SiO₂去除

【9】成長 Thermal oxide

圖 3-5 矽 V 型槽製作流程示意圖

Ｓi

54.74 ^o

Sio2 Sio2

Sio2

Si Si

Sio2 Sio2

Sio2 Sio2

Si Si

Si Si

Sio2 Sio2

3-2. 基板製作流程

在此節中，我們將分別介紹 PC 板基板和矽基板的製作流程。

圖 3-6 PC 板基板製作流程圖