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研究生:李芳原
研究生(外文):Fang-Yaung Lee
論文名稱:在(110)晶圓上以溼式蝕刻方法製作各式微結構之研究
論文名稱(外文):Fabrication Study of Various Microstructure using Monolithic Etching Process on (110) Silicon Wafer
指導教授:楊鍚杭 簡瑞與
指導教授(外文):Hsiharng Yang Reiyu Chein
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:(110)晶圓超音波震盪3D立體似六角形微結構微流道
外文關鍵詞:MEMS<110> waferHexagonal-like structureBulk etchingultrasonicmicro-channel.
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本研究主要應用微機電系統技術(MEMS),提出新穎的體型蝕刻方法,在<110>矽基板上製造特殊微結構。本製程在基板上長1μm氧化矽作為保護層及蝕刻遮罩,利用光罩設計及(110)晶格特殊方向特性,蝕刻出微結構,微結構包括三種;1.高深寬比流道,2.3D立體似六角形微結構,3.特殊流道。此實驗微流道設計三個尺寸,在高深寬比微流道方面,本研究之深度比可達11:1。在3D立體似六角型結構方向,主要利用(110)的晶格分佈情況,再配合光罩的設計,就可蝕刻出特殊的3D立體似六角形結構,此結構由六個{111}面所形成的,而特殊流道結合了前兩種實驗方法,在流道底面製作與六角形凹槽,期望提升微尺度熱傳或流體混合之效果。此外,本研究在KOH40wt%蝕刻溶液下,利用快速的機械震盪(超音波震盪)頻率快速的將蝕刻物表面的氫氣泡驅離,達到改善表面粗糙度的效果。
In this research, a novel method to fabricate microstructures on <110>silicon wafer were proposed. A precise bulk etching micro-fabrication processes are to carry out three microstructure fabrications. This process includes depositing 1μm thermal oxide on polished wafer as an etching mask and a protection layer. The microstructures were fabricated based on special design of mask and (110) crystal orientation. The microstructures fabricated included straight side walled micro-channel heat sinks, three-dimensional hexagonal-like fillister structures and special micro-channel with microstructure distributed on the bottom wall. Three sizes of micro-channel were fabricated with highest aspect-ratio of 11. The three-dimensional hexagonal-like structures were fabricated to understand crystal distribution on (110) silicon wafer and design requirement of mask. It consists of six {111} crystal surfaces. The special micro-channel includes three-dimensional hexagonal-like structures distributed on the channel bottom layers. In order to improve the smoothness of the etched surface, the ultrasonic stirring on etchant was employed instead of traditional magnetic stirring. It was found the smoothness was improved significantly.
圖目錄 VII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 微流道熱沉 2
1.2.2 微熱管 4
1.2.3 微型熱交換器 5
1.2.4 散熱器 6
1.3研究目的與動機 8
1.4論文架構 10
第二章 基礎理論 11
2.1 矽的機械材料之特性 11
2.2 矽等向性濕式蝕刻 13
2.3矽非等向性濕式蝕刻 16
2.3.1 <110>矽晶圓 20
2.3.1.1 <110>矽晶片的蝕刻特性 22
2.3.2 蝕刻液之選擇 23
2.4 光蝕刻技術(PHOTOLITHOGRAPHY) 25
2.4.1 光罩(photo-mask) 25
2.4.2 清潔 27
2.4.3 蝕刻遮罩的生長 29
2.4.4 光阻的塗佈 31
2.4.5 烘烤 32
2.4.6 曝光 32
2.4.7 顯影 34
2.4.8 BOE 蝕刻法 34
第三章 實驗規劃與設計 35
3.1實驗設備 35
3.1.1加工設備 35
3.2 實驗規劃 40
3.3光罩對準<110>方位之實驗設計 41
3.4 微結構的製作-微流道之實驗設計 42
3.5 微結構的製作-3D立體似六角形結構 43
3.5.1 3D立體似六角形結構光罩設計 43
3.6微結構的製作-特殊流道之實驗設計 44
3.6.1特殊流道之光罩設計 44
3.7 蝕刻參數的變化與影響 46
第四章 實驗結果之分析與討論 47
4.1實驗量測檢驗設備 47
4.1.1光學顯微鏡(Microscope)及其量測原理 47
4.1.2掃描式電子顯微鏡(SEM) 48
4.1.3 3-D輪廓粗度儀 51
4.1.4 3D共軛焦顯微鏡 54
4.2微流道之製作 55
4.2.1微流道之製程 58
4.2.2 330μm微流道之製作 60
4.2.3 500μm微流道之製作 61
4.2.4 40μm微流道之製作 64
4.2.4.1 40μm微流道之製作(JSR蝕刻遮罩) 65
4.2.4.2 40μm微流道之製作(AZ-5214E蝕刻遮罩) 71
4.3 3D立體似六角形結構製作 79
4.3.1製程 80
4.3.2晶格面說明 83
4.3.3尺寸變化 85
4.3.4 光罩設計與結構之關係 88
4.3.5結構量測 89
4.4特殊流道之製作 91
4.5蝕刻參數之探討 95
4.5.1 實驗過程 95
4.5.2 蝕刻結果討論 96
第五章 結論與未來展望 100
5.1 結論 100
5.2 未來展望 101
5.3 參考資料 101
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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