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普考申論題 114年 [化學工程] 工業化學概要

第 一 題

📖 題組:
請回答下列有關電子材料工業的問題。(每小題 3 分,共 12 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

「電漿蝕刻(plasma etching)」是屬於「濕蝕刻(wet etching)」還是屬於「乾蝕刻(dry etching)」?

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看到「電漿蝕刻」,應聯想其反應介質為氣體放電產生的電漿(離子與自由基),而非液態化學溶劑。根據蝕刻過程是否使用液體溶劑作為區分標準,即可明確判定其歸屬類別。

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「電漿蝕刻(plasma etching)」屬於乾蝕刻(dry etching)。 其原理為利用氣體輝光放電產生電漿(包含高活性的自由基與離子),使其與晶圓表面的薄膜材料發生化學反應,生成揮發性氣體產物後再由真空系統抽出。由於整個反應過程中完全不需要使用液態化學溶劑,因此歸類為乾蝕刻技術。

小題 (二)

「濕蝕刻」和「乾蝕刻」何者對不同材料會有較高的選擇性?

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考生看到此題應先聯想「濕蝕刻」與「乾蝕刻」的作用機制差異。濕蝕刻主要依賴純粹的化學反應,通常具備高度專一性;而乾蝕刻(如電漿蝕刻)則常伴隨離子的物理轟擊,物理撞擊較無差別,從而可推導出何者的材料選擇性較高。

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【破題】 「濕蝕刻」對不同材料具有較高的選擇性。 【論述】

小題 (三)

「濕蝕刻」是屬於「等向性(isotropic)蝕刻」還是屬於「非等向性(anisotropic)蝕刻」?

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看到本題應聯想「濕蝕刻」的物理化學機制。濕蝕刻主要依賴化學藥液與材料的化學反應,而液體的化學反應通常缺乏方向性,垂直與水平的反應速率均等,藉此即可判斷其蝕刻特性屬等向性。

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「濕蝕刻」屬於「等向性(isotropic)蝕刻」。 濕蝕刻是利用化學藥液與半導體材料表面進行化學反應來移除特定區域的材料。由於化學溶液在各個方向(垂直與水平)的反應與侵蝕速率大致相同,蝕刻不僅會向下進行,也會向兩側的保護膜下方進行(即產生側向鑽蝕,Undercut 現象),因此表現出等向性蝕刻的特徵。

小題 (四)

「乾蝕刻」是屬於「等向性(isotropic)蝕刻」還是屬於「非等向性(anisotropic)蝕刻」?

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看到此題應立刻聯想半導體製程中「濕蝕刻」與「乾蝕刻」的特性差異。濕蝕刻主要依賴純化學反應,通常無方向性(等向性);而乾蝕刻(如電漿蝕刻或反應離子蝕刻)則利用離子垂直轟擊晶圓表面,具有高度的方向性,故答題時應直指其非等向性特徵並簡述原因。

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「乾蝕刻」主要屬於「非等向性(anisotropic)蝕刻」。 在電子材料與半導體製程中,乾蝕刻(如反應離子蝕刻,RIE)是利用電漿解離出的高能離子,受電場引導以垂直方向轟擊晶圓表面。這種結合物理性轟擊與化學性反應的蝕刻方式,具有高度的方向性,能有效向下蝕刻而極少產生側向鑽蝕(Undercut)現象。因此,乾蝕刻被歸類為非等向性蝕刻,廣泛應用於高深寬比及微細線寬的圖案轉移製程。

📝 半導體蝕刻技術比較
💡 比較濕蝕刻與乾蝕刻之反應媒介、方向性與選擇性差異。
比較維度 濕蝕刻 (Wet Etching) VS 乾蝕刻 (Dry Etching)
反應媒介 化學藥液(酸鹼) 電漿或離子氣體
方向性 等向性 (Isotropic) 非等向性 (Anisotropic)
材料選擇性 極高 (專一性強) 較低 (物理轟擊性)
適用製程 大尺寸、移除殘膜 奈米級線路、高深寬比
💬濕蝕刻優於選擇性與產率,乾蝕刻優於尺寸控制精度(解析度)。
🧠 記憶技巧:濕等選高(濕蝕、等向、選擇性高),乾非精密(乾蝕、非等向、精密線路)。
⚠️ 常見陷阱:易誤解乾蝕刻(電漿)在所有性能皆優於濕蝕刻,實際上乾蝕刻的物理轟擊特性會降低其材料選擇性。
黃光微影製程 側蝕(Undercut)現象 反應離子蝕刻(RIE)

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