光阻塗佈前的基板電漿處理

光阻以感光材料建立微影圖案

光阻（photoresist）是一類能在曝光後改變顯影溶解性的材料配方。旋塗型光阻通常包含樹脂、感光成分、溶劑與少量添加劑：樹脂形成光阻圖案的主要結構，感光成分控制曝光前後的化學反應與溶解性，溶劑使光阻能以液態塗佈，添加劑則可調整附著、表面張力、顯影與塗膜特性。

常見的傳統正型光阻，多以 Novolak 酚醛樹脂作為主要樹脂，並使用重氮萘醌（diazonaphthoquinone，DNQ）類感光成分。曝光後，受光區域在鹼性顯影液中的溶解速度提高，因此顯影時由受光區域被移除。

負型光阻則採取相反的圖案形成方式。受光區域經由交聯或光聚合反應變得較不易溶解，顯影後留下曝光區域。SU-8 是微機電與微流體製程中常見的環氧樹脂負型光阻，能形成厚膜、高縱橫比及近垂直側壁的微結構，也可在曝光與固化後保留為永久結構層、鈍化層或微流道結構。

光阻圖案形成後續製程所需的遮罩與結構

光阻完成曝光與顯影後，會在基板上形成具有選擇性的保護圖案。未被光阻覆蓋的位置，可接續濕式蝕刻、乾式蝕刻、離子佈植或材料沉積；保留光阻的位置則暫時保護下方基板。

在金屬圖案製作中，光阻也可作為 lift-off 製程的暫時遮罩。金屬先沉積在光阻圖案與基板開口上，之後移除光阻，使光阻上方的金屬一起脫離，只留下直接沉積在基板上的圖案。厚膜負型光阻還可作為電鍍模具，用來製作金屬柱、微結構與其他立體元件。

因此，不同光阻需要的特性並不完全相同。用於高解析圖案的光阻重視解析度與尺寸控制；用於蝕刻遮罩的光阻需要足夠的耐蝕性；厚膜光阻則必須兼顧膜厚、側壁形狀與內部應力。

光阻旋轉塗佈的目標是形成連續且可控制的薄膜

旋轉塗佈（spin coating）是光阻最常見的塗佈方式之一。液態光阻先滴加到基板上，再透過基板旋轉向外鋪展；多餘的光阻被甩離邊緣，溶劑同時逐漸揮發，最後形成具有特定厚度的薄膜。旋轉速度、光阻黏度、溶劑揮發、基板尺寸與表面結構都會影響最後的膜厚及均勻性。

旋轉塗佈的目的是讓光阻完整覆蓋預定區域，並得到可重複控制的厚度與表面形貌。如果基板表面無法讓液態光阻穩定展開並維持連續覆蓋，旋塗時可能出現局部退縮、露底或膜厚不均。光阻成膜後若與基板的附著力不足，則可能在烘烤、顯影或後續製程中出現起翹與剝離。基板上的局部污染、殘留水分、材料組成差異與表面能變化，都可能進一步放大這些不一致。

這也是電漿處理位於旋塗之前的原因。它所處理的不是尚未塗上的光阻，而是光阻即將接觸的基板表面。

低壓電漿同時進行表面清潔與表面改質

低壓電漿是由電子、離子及中性原子或分子組成的部分游離氣體。射頻電場使氣體中的電子獲得能量，並經由碰撞產生離子、自由基與激發態分子。這些活性物種接觸基板後，可在材料最外層進行物理或化學反應，而不必對整體材料進行高溫處理。

在光阻塗佈前，空氣或氧氣電漿主要具有兩項作用。

第一項是表面清潔。活性含氧物種可與基板表面的微量有機污染反應，使污染物轉化為較易揮發的產物，再由真空系統帶走。這類處理適合去除搬運、儲存或前段加工留下的有機表面污染，使後續光阻接觸較一致的基板表面。

第二項是表面改質或活化。電漿與基板最外層反應後，可能形成羥基、羰基或羧基等極性官能基，使表面能及液體潤濕狀態發生改變。電漿處理提高基板的表面能與潤濕性後，可使多種光阻在旋塗時更均勻地展開於基板表面。

低壓電漿在這個製程中的價值，是能在同一個乾式表面步驟中處理有機污染，並改變基板最外層的化學狀態。它不需要將基板浸入另一槽化學藥劑，也不必對基板整體進行材料改造，因此適合作為研究室中光阻旋塗前的表面準備工具。

光阻需要的是合適且可重複的表面條件

矽晶圓上的原生氧化層、二氧化矽與玻璃表面，在吸收水分後通常會形成帶有羥基的親水表面。然而，許多傳統光阻的樹脂相對偏非極性，過度親水或殘留水分的表面不一定能提供理想附著。

六甲基二矽氮烷（hexamethyldisilazane，HMDS）是常見的附著促進劑。HMDS 可在乾燥的氧化物表面反應，使表面形成甲基端基，建立相對疏水、較適合部分有機光阻的界面。

因此，電漿與 HMDS 並不是單純互相取代的兩種方法。在部分製程中，電漿位於較前段，負責移除有機污染及重新建立表面狀態；脫水烘烤與 HMDS 則用來控制水分及形成光阻所需的最終界面。

Harrick Plasma 的光阻製程案例

矽晶圓上的 SU-8 微流道母模

美國麻省理工學院與布萊根婦女醫院研究團隊於 2007 年發表一項梯度微流體裝置製作研究。

研究團隊先以 Harrick Plasma 對矽晶圓進行反應性氧電漿處理，處理完成後，立即在矽晶圓上以 1,000 rpm 旋塗 SU-8 50 負型光阻，再進行軟烤、紫外光曝光、曝光後烘烤及顯影，製作具有約 100 µm 高度微流道圖案的矽晶圓母模。

這項研究的重要性，在於清楚記錄了以下製程順序：

矽晶圓電漿處理 → SU-8 旋轉塗佈 → 烘烤與曝光 → 顯影形成母模

玻璃基板上的 SU-8 光聚合微結構

匈牙利科學院生物研究中心研究團隊以 SU-8 2007 製作雙光子光聚合微結構。玻璃蓋玻片先經清洗，再使用 Harrick Plasma PDC-002 進行氧電漿處理；研究人員接著在玻璃表面滴加 50 μL SU-8，以 3,000 rpm 旋轉塗佈 30 秒，再進行軟烤、雷射光聚合、後烤與顯影。

在這項製程中，電漿處理位於 SU-8 旋轉塗佈之前，後續再以分光形成的多個雷射焦點，同步製作直柱與螺旋形微結構。

S1813 微影建立親疏水表面圖案

青島大學、逢甲大學與中國醫藥大學研究團隊，以矽晶圓製作超疏水背景與親水圖案。矽晶圓先使用 Harrick Plasma 清洗機進行氧電漿清潔，再以 2,000 rpm 旋轉塗佈 Shipley S1813 正型光阻 60 秒，接續烘烤、紫外光曝光與顯影。

這項研究同時在顯影後以氧電漿處理光阻開口區，再進行甲基三氯矽烷表面反應並移除光阻，形成超疏水背景中的親水圖案。這些圖案可用來控制液滴沉積、分裂與反彈方向。