離子層析-IC 蝕刻液中的混酸比例會影響蝕刻效果

蝕刻液中的混酸比例會影響蝕刻效果 20120625-1

蝕刻是一種在Wafer、半導體、PCB等製程中常見的一種程序，主要是要透過物理或是化學的方式將表面材料移除以達到設計上的需求，蝕刻技術可以分為『濕蝕刻』(wet etching)及『乾蝕刻』(dry etching)兩類。在濕蝕刻中是使用化學溶液，經由化學反應以達到蝕刻的目的，而乾蝕刻通常是一種電漿蝕刻(plasma etching)，電漿蝕刻中的蝕刻的作用，可能是電漿中離子撞擊晶片表面的物理作用，或者可能是電漿中活性自由基(Radical)與晶片表面原子間的化學反應，甚至也可能是這兩者的複合作用。

而濕法化學蝕刻乃利用液體化學物質與基質表面的特定材料反應溶出，此程序廣泛的應用於一般的蝕刻製程中。最常使用的侵蝕液，如下：
1.硝酸(HNO3)。
2.氫氟酸(HF)的水溶液。
3.醋酸(CH3COOH)溶液。

另外一般濕式製程中的蝕刻及清洗則使用大量的酸鹼溶液，基本上有氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、鹽酸(HCIl及氨(NH3)等，使用時大都形成混合液(buffer solution)。

一般混酸的比例以及蝕刻的時間會直接影響到蝕刻的深度距離，而針對不同的材料以及應用，所需要搭配的酸也不一樣，在蝕刻液的檢測我們就必須精確地知道其中的配比，以確保在使用時能夠達到預期的標準，分析不同混合酸的比例最好的方法是使用離子層析儀(Ion Chromatograph)。

IC離子層析儀是利用層析技術分離陰陽離子成份，而層析分離技術可以將混和樣品分開成單一成份，透過各種離子鍵結能力的強弱來將不同的離子依據沖提時間的順序將其分開，進而達到對其進行定性以及定量。

上圖是實際檢測出來的圖譜，X軸是時間，依據不同時間流出的物質可以判定這項物質是什麼，也就是定性；而Y軸則是接收的訊號量，依據高低可以分析出物質的含量，也就是定量。定量的方式是先利用標準品去建立檢量線，在透過內插法進行比對，進而比對出含量。

下面這個例子就是針對混酸進行分析

主要的三種酸類為

1. Acetate(醋酸)

2. Nitrate(硝酸)

3. Phosphate(磷酸)

所使用的是IC離子層析儀

離子層析儀條件設定

層析儀器	ICS-1100
層析管柱	Anion AS9-HC(4mm)
抑制器	Anion ASRS(4mm)
流洗液	9mM Na₂CO₃
再生液	Recycle
管柱溫控	30℃
注入體積	10ul
流洗液流速	1 ml/min

標準品：(ppm)

	Acetate	Nitrate	Phosphate
Std a	10	2.5	30
Std b	20	5	60
Std c	200	50	600

樣品處理

處理方法
混酸	取樣品0.0503g，定量至50mL後上機測試

數據處理

		第一次	第二次	平均	換算樣品中濃度 (%)
濃度 (ppm)	Acetate	177.778	179.115	178.446	17.7
	Nitrate	52.475	52.755	52.615	5.2
	Phosphate	605.322	615.684	610.503	60.7

結論：

透過IC離子層析儀我們可以正確地定量出混酸中各種類的濃度以及比例，在處理蝕刻的效果時才會正確，這是可以對於蝕刻液進行IQC的檢測，除此之外IC還可以進行無鹵的檢測，利用離子層析分離的方式來檢測Cl & Br的含量，可以說是非常多元的應用，而IC也是業界各大廠的一些基礎檢測設備。

離子層析除了有實驗室使用外，還有線上即時監控離子層析儀(IC-Ion Chromatograph)。