鑽石擁有多項優異之物理、化學、機械、光學、熱學與電學性質，像是高硬度、高化學惰性、低摩擦係數、寬光學穿透頻率、高熱傳導率與寬電子能隙等；因此鑽石具備解決許多高階工程應用上在材料方面限制的潛力。
    本論文使用氧氣電漿反應離子蝕刻(RIE)對化學氣相沉積(CVD)鑽石膜進行微細蝕刻加工，並同時探討鑽石微結構之形成機制及使用金與白金當作為金屬遮罩材料對RIE電漿蝕刻微結構之影響。而場發射掃描式電子顯微鏡(FESEM)、α-step表面形貌儀(α-step profiler)、與拉曼光譜儀(Raman)等分析儀器亦於研究中被用以檢測蝕刻前後鑽石微結構形貌、表面粗糙度及成分分析。本論文探討三種微金屬遮罩之製作方法，有光微影、雷射選擇性移除與熱重融法。研究結果顯示鑽石蝕刻時使用金為微遮罩易形成鑽石之柱狀微結構，而白金遮罩則有利於形成垂直邊壁微結構，兩種金屬遮罩皆可提供選擇性保護鑽石的功用。

Diamond has many excellent physical, chemical, mechanical, optical, thermal, and electrical properties such as high hardness, extreme chemical inertness, low friction coefficient, wide optical transparency bandwidth, high thermal conductivity, and wide band gap. Therefore, diamond can provide potential solutions to many advanced engineering problems. 
   The reactive ion etching (RIE) method was adopted in this research to etch the CVD diamond using oxygen as the etchant gas. The Au and Pt were used to form micro-mask on CVD diamond film. Three techniques namely photo-lithography, laser selectively removal and reflow method were employed to generate the micro-masks. The etching parameters and the forming mechanism of microstructures were investigated in this study. Field emission scanning electron microscope (FESEM), α-step profiler, and Raman spectrometer were used to observe and analyze the morphology, surface roughness and chemical composition of the obtained microstructures. The results showed that microstructures could successfully produce by the proposed RIE method and the au mask tended to produce pillar-shaped microstructures and Pt mask helped to form vertical sidewall.

目錄
致謝	I
中文摘要	II
英文摘要	III
目錄	V
圖目錄	VIII
表目錄	XIII
第一章 緒論	1
1-1前言	1
1-2研究背景	6
1-3研究動機與目的	8
第二章 文獻回顧	9
2-1鑽石膜成長	9
2-2鑽石材料移除機制	12
2-2-1微裂（Micro-chipping）	12
2-2-2石墨化（Graphitization）	12
2-2-3氣化（Evaporation）	12
2-2-4濺射（Sputtering）	13
2-2-5化學反應（Chemical reaction）	13
2-3鑽石膜平坦化	13
2-3-1機械拋光(Mechanical polishing)	14
2-3-2熱化學拋光(Thermo-chemical polishing)	14
2-3-3化學輔助機械拋光與平坦化(CAMPP)	14
2-3-4雷射拋光(Laser polishing)	14
2-3-5 離子束拋光(Ion beam polishing)	14
2-3-6 複合拋光(Compound Polishing)	15
2-4電漿原理	16
2-5蝕刻原理	21
2-6反應離子蝕刻（Reactive ion etching, RIE）	23
2-7鑽石微結構	24
2-8曝光顯影機制	31
2-9鍍膜機制	32
2-10雷射加工鑽石機制	34
第三章 實驗方法	36
3-1實驗規劃	36
3-2實驗流程	37
3-3實驗步驟	38
3-4實驗設備	45
3-4-1平面硏磨機	45
3-4-2曝光機	45
3-4-3濺鍍機	46
3-4-4反應離子蝕刻系統	46
3-4-5雷射加工機	47
3-4-6高溫爐管	47
3-4-7分析檢測儀器	48
第四章 結果與討論	51
4-1鑽石膜反應離子蝕刻影響	51
4-2不同遮罩材料對蝕刻影響	59
4-2-1鍍金鑽石膜蝕刻影響	59
4-2-2鍍白金鑽石膜蝕刻影響	61
4-3以不同方式製作金屬遮罩的影響	65
4-3-1以微影製程製作金屬遮罩	65
4-3-2以雷射加工製作金屬遮罩	69
4-3-3以熱重融法製作金屬遮罩	73
第五章 結論	85
參考文獻	86

圖目錄
圖1-1-1、鑽石與其他材料之硬度比較	4
圖1-1-2、鑽石與其他材料之熱傳導率比較	4
圖1-1-3、化學氣相沉積鑽石應用	5
圖1-1-4、高頻率表面聲波元件	5
圖1-1-5、全球合成寶石與工業用結晶鑽石產值趨勢	5
圖1-2-1、(a)鑽石的晶胞(b)鑽石晶體結構示意圖	6
圖2-1-1、鑽石膜沉積法示意圖	10
圖2-1-2、化學氣相沉積鑽石膜物理與化學成長過程	11
圖2-1-3、鑽石碳-氫-氧成分相圖	11
圖2-3-1、鑽石膜的理想蝕刻深度	15
圖2-4-1、(A)電漿的電中性(B)電漿放電簡圖	16
圖2-4-2、實驗室與大自然產生的電漿不同密度與溫度比較	17
圖2-4-3、低壓射頻放電中多種電漿密度與能量	18
圖2-4-4、電漿鞘層(a)最初離子位能(b)產生後變化	19
圖2-4-5、射頻電極與電漿鞘層物理模式	20
圖2-5-1、蝕刻原理示意圖(a)物理性蝕刻(b)化學性蝕刻	22
圖2-9-1、高溫快速退火製備金奈米粒子(A)退火前4nm厚島狀金膜(B)退火一分鐘後之金奈米粒子	33
圖2-10-1、準分子雷射在空氣加工鑽石膜(a)經雷射後點周圍影響(b)雷射加工點(b1)圖(b)區域1放大(b2)圖b區域2放大	35
圖2-10-2、準分子雷射在真空加工鑽石膜(a)經雷射後點周圍影響(b)雷射加工點(b1)圖(b)區域1放大(b2)圖b區域2放大	35
圖3-1、實驗規劃流程圖	37
圖3-2、微影製程示意圖	40
圖3-3、雷射加工後蝕刻示意圖	42
圖3-4、金屬鍍層熱重融後蝕刻示意圖	44
圖3-5、曝光機	45
圖3-6、鍍金機	46
圖3-7、(A)RIE反應主機(B)供氣系統(C) RF generator	46
圖3-8、雷射加工機	47
圖3-9、高溫爐管	47
圖3-10、光學顯微鏡	48
圖3-11、表面形貌儀	48
圖3-12、場發射電子顯微鏡 HITACHI S-4160	49
圖3-13、(A)Renishaw Raman光譜儀(B)碳基材拉曼特徵頻譜圖	50
圖4-1-1、鑽石初成膜斷面圖	51
圖4-1-2、鑽石初成膜(A)表面形貌(B)表面粗糙度(C)Raman成分分析	55
圖4-1-3、拋光鑽石膜(A)表面形貌(B)表面粗糙度(C)Raman成分分析	56
圖4-1-4、鑽石初成膜以RIE-O2-50SCCM-180W蝕刻(A) 5分鐘(B) 25分鐘(C) 45分鐘(D) 75分鐘之SEM圖(E)RIE 75分鐘表面粗糙度	57
圖4-1-5、鑽石初成膜以RIE-O2-50SCCM-180W蝕刻              (A) 45分鐘 (B) 75分鐘之Raman成分分析	58
圖4-2-1、鑽石初成膜鍍金後以RIE-O2-50SCCM-180W-25MIN(A)蝕刻前(B)鍍金10秒(C)鍍金20秒(D)鍍金30秒之SEM圖(E)鍍金30秒蝕刻表面粗糙度	62
圖4-2-2、鑽石初成膜鍍白金後以RIE-O2-50SCCM-180W-25MIN(A)蝕刻前(B)鍍白金30秒(C)鍍白金60秒(D)鍍白金90秒之SEM圖(E)鍍白金90秒蝕刻表面粗糙度	63
圖4-2-3、鑽石初成膜濺鍍金屬遮罩後RIE-O2-50SCCM-180W-25min之Raman成分分析(A)濺鍍金30秒(B)濺鍍白金90秒	64
圖4-3-1、鑽石初成膜以微影製作金屬遮罩鍍金180RIE-O2-50SCCM-180W-15MIN (A)表面形貌(B)表面粗糙度(C)Raman成分分析	67
圖4-3-2、鑽石初成膜以微影製程製作金屬遮罩鍍金180秒以RIE-O2-50SCCM-180W之SEM圖(A)(B)蝕刻前後(C)蝕刻前(D)蝕刻15分鐘(E) (F)蝕刻55分鐘	68
圖4-3-3、鑽石初成膜以雷射選擇性移除製作金屬遮罩鍍金180秒以RIE-O2-50SCCM-180W-15MIN (A)表面形貌(B)表面粗糙度(C)Raman成分分析	71
圖4-3-4、鑽石初成膜以雷射選擇性移除製作金屬遮罩鍍金180秒以RIE-O2-50SCCM-180W之SEM圖(A)(B)蝕刻前(C)(D)蝕刻15分鐘(E) (F)蝕刻55分鐘	72
圖4-3-5、鑽石初成膜上濺鍍金薄膜以RIE-O2-50SCCM-25MIN蝕刻前後之SEM圖(A)(B)鍍金10秒(C)(D)鍍金40秒(E)(F)鍍金70秒	79
圖4-3-6、鑽石初成膜上濺鍍金薄膜後經熱重融後內聚形成金粒子遮罩以RIE-O2-50SCCM-25MIN蝕刻前後之SEM圖(A)(B)鍍金10秒(C)(D)鍍金40秒(E)(F)鍍金70秒	80
圖4-3-7、鑽石初成膜上濺鍍金薄膜後濺鍍100秒白金經熱重融後內聚形成網狀複合金屬遮罩以RIE-O2-50SCCM-25MIN蝕刻前後之SEM圖(A)(B)鍍金10秒(C)(D)鍍金40秒(E)(F)鍍金70秒	81
圖4-3-8、鑽石初成膜上濺鍍70秒金薄膜以RIE-O2-50SCCM-25MIN蝕刻前後(A)表面形貌(B)表面粗糙度(C) Raman成分分析	82
圖4-3-9、鑽石初成膜上濺鍍70秒金薄膜後經熱重融後內聚形成金粒子遮罩以RIE-O2-50SCCM-25MIN蝕刻前後之SEM圖(A)表面形貌(B)表面粗糙度(C) Raman成分分析	83
圖4-3-10、鑽石初成膜上濺鍍70秒金薄膜後濺鍍100秒白金經熱重融後內聚形成網狀複合金屬遮罩以RIE-O2-50SCCM-25MIN蝕刻前後 (A)表面形貌(B)表面粗糙度(C) Raman成分分析	84

表目錄
表1-1-1、鑽石與其他材料特性之比較	3
表1-2-1、各種CVD法製作鑽石膜之比較	7
表2-1、射頻與高密度電漿參數比較	20
表2-2、反應離子蝕刻参數與保護遮罩比較表	30
表3-1、無遮罩不同蝕刻時間鑽石膜與RIE的實驗參數	38
表3-2、不同鍍金與鍍白金時間鑽石膜與RIE的實驗參數	38
表3-3、微影製作金屬遮罩與RIE的實驗參數	39
表3-4、雷射選擇性移除製作金屬遮罩與RIE的實驗參數	41
表3-5、金屬鍍層熱重融法製作金屬遮罩與RIE的實驗參數	43

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