3.3.1 本研究超臨界 CO
2下之蝕刻程序與步驟
槽體系統內壓力的控制皆由高壓幫浦及洩壓閥所控制，蝕刻槽體內壓力控制 如圖 3-13 所示，首先會讓鋼瓶壓力緩慢進入槽體中，此時壓力約為 850psi，接著 使用水浴式加熱系統加熱槽體，加熱至實驗溫度 60oC 須時 1 小時，此時壓力會些 微上升至 900psi，接下來使用針筒式幫浦建置壓力，此步驟在 3 分鐘內將壓力從 900psi 升壓至實驗壓力 3000psi，此時溫度及壓力達到實驗所設定的 60oC、3000psi，
開始計算實驗時間，待實驗時間結束後，便開始洩壓降溫，洩壓持續約 1 小時，結 束後便可拿出樣品進行觀察記錄。實驗流程可見圖 3-14 流程圖。
圖 3-13 scCO2蝕刻系統實驗中槽體內部的壓力變化
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探討 scCO2蝕刻時的相態變化，升溫升壓階段 CO2從氣態進入超臨界態，在 這階段中氣態二氧化碳並無法擴散 HF，此情況能避免 HF 在升溫條件中發生蝕刻 反應。當 CO2到達超臨界態，此時 scCO2具有液態的特性，利用其高擴散能力與 近乎為零的表面張力挾帶 HF 與實驗樣品進行化學反應，待實驗結束後，降壓階段 會將 CO2從超臨界態變回氣態，見圖 3-15 (C→B→C)。實驗全程避免 CO2進入液 態相，以防出現蝕刻樣品薄膜因液體表面張力出現破損等缺陷。
圖 3-14 scCO2蝕刻實驗流程圖
圖 3-15 scCO2蝕刻系統實驗中 CO2之相態變化圖
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Temperature 2000psi 2500psi 3000psi 30 oC 0.83579 0.86641 0.8905
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圖 3-16 CO2密度與與溫度壓力之關係圖
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圖 3-17 不同溫度及壓力下 HF/scCO2蝕刻 SOI 之橫向蝕刻面積【[HF]@scCO2 = 273mM】
圖 3-18 不同溫度及壓力下 HF/scCO2蝕刻 SOI 之橫向蝕刻面積【[HF]@scCO2 = 649mM】
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2000 psi 2500 psi 3000 psi
40oC
50oC
60oC
圖 3-19 OM 圖像：不同溫度與壓力下於 HF/scCO2蝕刻 SOI 【[HF]@scCO2 = 273mM】
(scCO2 etching@ [HF](aq)= 49
%
, VHF：VACE = 3.2mL
：3.2mL
, Etching time：1hr
)50
2000 psi 2500 psi 3000 psi
40oC
50oC
60oC
圖 3-20 OM 圖像：不同溫度與壓力下於 HF/scCO2蝕刻 SOI【[HF]@scCO2 = 649mM】
(scCO2 etching@ [HF](aq)= 49
%
, VHF：VACE = 7.6mL
：7.6mL
, Etching time：1hr
)51
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圖 3-22 OM 圖像：相同溫度與壓力下，改變 VHF/VACE體積比，SOI 之表面形貌 隨蝕刻時間之變化
(scCO2 etching@P = 3000psi, T = 60oC)
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[HF]@scCO2(68mM、136mM)中，c-SiNMs 並未完全剝離，推測是由於[HF]@scCO2
過低而導致蝕刻速率下降而致。根據文獻表示[25]，H2O 於 scCO2下的溶解度
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圖 3-23 OM 圖像：固定 VHF/VACE為 1 不同[HF] @scCO2對於 SOI 表面形貌之影響 (P = 3000psi, T = 60 oC, VHF：VACE = 1：1, Etching time：1.5hr)
VHF = VACE = 0.8(mL), [HF] = 68mM VHF = VACE = 1.6(mL), [HF]= 136mM
VHF = VACE = 3.2(mL), [HF]= 273mM VHF =VACE = 4.8(mL), [HF]= 409mM
VHF = VACE = 6.4(mL), [HF]= 546mM VHF = VACE = 7.6(mL), [HF]= 649mM
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3.3.6 小結
導入 scCO2進行蝕刻最主要目的是為了改善 ELO 製程，利用 scCO2近乎為零 的表面張力、高穿透特性，以及其極高的擴散能力來夾帶 HF(aq)對 SOI 進行蝕刻，
從研究從中發現，超臨界流體的蝕刻速率遠高於一般濕蝕刻的蝕刻速率，但 SOI 樣 品在 scCO2中會因為蝕刻液的表面張力產生皺摺與破損，為了維持薄膜完整度，針 對蝕刻液比例進行了多次實驗測試，最後找出最佳化蝕刻條件。
以 HF/scCO2蝕刻 200nm SOI，在條件為(P = 3000psi, T = 60oC , VHF /VACE = 3.2mL：3.2mL, Etching time：1.5hr )，可以得到完整無破損的 c-SiNMs，且在此條 件下 HF(aq)@scCO2 之濃度為[HF] = 273mM，僅使用了極低濃度的蝕刻液，卻使 25mm2的 SOI 樣品在 1.5 小時內蝕刻掀離。本研究成功導入 scCO2改良蝕刻剝離 技術，並以(P = 3000psi, T = 60oC , VHF =VACE = 3.2mL, Etching time：1.5hr ) 來取得 全掀離之 c-SiNMs，接下來的實驗中將以特定的程序將 c-SiNMs 轉移至可撓式透 明基板上。
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