動態(tài)表面張力在半導體行業(yè)中的應(yīng)用

5G、人工智能、智慧交通等消費電子、汽車電子、計算機等應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，對芯片的性能提出更高的要求，加快了芯片制程升級，從而帶動了半導體行業(yè)的發(fā)展。半導體晶圓制造工藝包括清洗、曝光、顯影、刻蝕、CMP（化學機械拋光）、切片等環(huán)節(jié)，需要用到各種特殊的液體，如顯影液，清洗液，拋光液等等，這些液體中表面活性劑的濃度對工藝質(zhì)量效果產(chǎn)生深刻的影響。

動態(tài)表面張力在半導體晶圓清洗工藝的應(yīng)用

半導體晶圓清洗工藝要求

芯片制造技術(shù)的進步驅(qū)動半導體清洗技術(shù)快速發(fā)展。在單晶硅片制造中，光刻，刻蝕，沉積等工藝后均設(shè)置了清洗工藝，清洗工藝在芯片制造進程中占比最大，隨著芯片技術(shù)節(jié)點不斷提升，對晶圓表面污染物的控制要求也越來越高。

為了滿足這些高的清潔度要求，在其中部分需要化學清洗的工序，清洗劑的濃度一定要保持在適當?shù)臐舛确秶畠?nèi)，成功的清洗工藝有兩個條件：

1. 為了達成所需的清潔效果，清洗劑的濃度需要在規(guī)定范圍內(nèi)。

2. 在最后的漂洗過程后，須避免表面活性劑在硅晶圓上殘留，殘留的表面活性劑對后面的處理工藝會造成不利影響。

清洗工藝的好壞直接影響下一道工序，甚至影響器件的成品率和可靠性，然而在清洗工藝過程中，工人往往疏于監(jiān)控清洗和漂洗工序中表面活性劑的濃度，表面活性劑經(jīng)常過量，而為了消除表面活性劑過量帶來的不利影響，又往往要費時費力地增加漂洗工序階段的成本。

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀監(jiān)控晶圓清洗工藝中清洗劑的添加

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀通過動態(tài)表面張力的測試，建立清洗槽液的表面張力值與表面活性劑濃度關(guān)系曲線，進而實現(xiàn)通過監(jiān)控晶圓清洗工藝中表清洗劑表面張力的變化來調(diào)整清洗劑的添加量，從而優(yōu)化晶圓清洗工藝。

動態(tài)表面張力在半導體晶圓切片工藝的應(yīng)用

半導體晶圓切片和CMP工藝要求

晶圓切片工藝是在“后端”裝配工藝中的第一步。該工藝將晶圓分成單個的芯片，用于隨后的芯片接合(die bonding)、引線接合(wire bonding)和測試工序。在芯片的分割期間，金剛石刀片碾碎基礎(chǔ)材料(晶圓)，同時去掉所產(chǎn)生的碎片。在切割晶圓時某一種特殊的處理液會用于冷卻工作時的刀片，這種處理液中會加入某種表面活性劑，以此來潤滑刀片并移除切割過程中產(chǎn)生的碎片，改善切割品質(zhì)、延長刀片壽命。

在半導體晶圓CMP工藝中，利用機械力作用于晶圓片表面，同時研磨液中的化學物質(zhì)與晶圓片表面材料發(fā)生化學反應(yīng)來增加其研磨速率。

拋光液是 CMP 技術(shù)中的決定性因素之一，其性能直接影響被加工工件表面的質(zhì)量以及拋光加工的效率。在CMP拋光液中，一般使用水基拋光液作為加工介質(zhì)，以去離子水作為溶劑，加入磨料（如 SiO2、ZrO2 納米粒子等）、分散劑、pH 調(diào)節(jié)劑以及氧化劑等組分，每個組分都具有相應(yīng)的功能，對化學機械拋光過程起到不同的作用。磨料通過拋光液輸送到拋光墊表面后，在拋光墊和被加工表面之間同時受到壓力作用以及相對運動的帶動，通過對被加工表面形成極細微的切削、劃擦以及滾壓作用，對表面材料進行微量去除。磨料的形狀、硬度、顆粒大小對化學機械拋光都具有重要的影響。分散劑是一種兼具親水性與親油性的界面活性劑，能夠均勻分散一些不溶于液體的固體顆粒，對于拋光液而言，分散劑能夠減少拋光液中磨料顆粒的團聚，提高拋光液中磨料的分散穩(wěn)定性。

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀監(jiān)控晶圓切片和CMP工藝種特殊處理液和拋光液的添加

目前在晶圓切片和CMP工藝中，監(jiān)測切片過程中的特殊處理液和研磨液表面活性劑濃度往往容易出現(xiàn)問題，如果將樣品送到第三方實驗室進行檢測，成本高，且有一定時差，無法快速矯正表面活性劑濃度。

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀，可以建立液體表面張力值與表面活性劑濃度關(guān)系曲線。在幾分鐘內(nèi)完成特殊處理液和研磨液動態(tài)表面張力的測量，進而可以量化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)液體表面活性劑濃度，幫助工人迅速將實際值與期望值作比較，及時調(diào)整表面活性劑濃度。

動態(tài)表面張力在半導體晶圓光刻工藝的應(yīng)用

半導體晶圓在光刻工藝中使用顯影劑溶解光刻膠，將光刻膠上的圖形精確復制到晶圓片上。四甲基氫氧化銨（TMAH）溶液是常用的顯影劑，人們往往在四甲基氫氧化銨（TMAH）溶液中添加表面活性劑，以降低表面張力，改善光刻工藝中光刻膠的粘附性，改善光刻顯影液對硅片涂膠面的潤濕，使溶液更易親和晶圓表面，確保一個穩(wěn)定且不與表面幾何形狀相關(guān)的蝕刻過程。

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀監(jiān)控TMAH溶液表面活性劑濃度

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀，可以建立TMAH溶液表面張力值與表面活性劑濃度關(guān)系曲線。通過快速連續(xù)監(jiān)控TMAH溶液表面張力，并在設(shè)定的范圍內(nèi)自動比較數(shù)據(jù)，使用工人可以在表面活性劑濃度超出限定值后，短時間迅速反應(yīng)采取相關(guān)措施。

同時析塔SITA動態(tài)表面張力儀可對MAH溶液的潤濕性能進行簡便快捷的分析。操作簡單、無需任何專業(yè)經(jīng)驗。

動態(tài)表面張力在半導體晶圓蝕刻工藝中的應(yīng)用

在太陽能電池生產(chǎn)過程中，需要對晶圓進行蝕刻工藝，將顯影后的簡要蝕刻區(qū)域的保護膜去除，在蝕刻時接觸化學溶液，達到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果，使用工人往往在蝕刻液中添加異丙醇IPA，以降低蝕刻液表面張力。

晶圓蝕刻工藝中容易存在的問題是：蝕刻過程的對流會引起異丙醇的快速蒸發(fā)，蝕刻液表面張力增加，蝕刻工藝質(zhì)量下降。因此需要將蝕刻液中異丙醇濃度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀監(jiān)控蝕刻液中異丙醇濃度

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀可以精確快速測量蝕刻液動態(tài)表面張力，使用工人可以將測量值與實際所需值進行對比，得出異丙醇濃度是否在規(guī)定范圍內(nèi)，如超出限定值后，則可以在短時間內(nèi)快速采取相應(yīng)措施，達到高質(zhì)量的蝕刻工藝和避免異丙醇過量，節(jié)省成本。

析塔SITA動態(tài)表面張力儀在半導體行業(yè)的客戶案例

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀介紹

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀采用氣泡壓力法測量液體動態(tài)及靜態(tài)表面張力，通過智能控制氣泡壽命，測出液體中表面活性劑分子遷移到界面過程中表面張力的變化過程，即連續(xù)的一系列動態(tài)表面張力值以及靜態(tài)表面張力值。

德國析塔SITA動態(tài)表面張力儀，共有4種型號。

審核編輯：符乾江