作者：Thomas Luxbacher，Anton Paar GmbH首席科学家

AZoM与Thomas Luxbacher博士就半导体行业中表面电荷分析如何发挥重要作用、以及Anton Paar如何影响这个领域进行了交流。

请您简要介绍一下表面电荷分析如何在半导体领域发挥作用?

当我们提到表面电荷分析时，我们考虑的是物质和周围水溶液界面上的电荷。

就半导体场而言，了解晶圆-水界面的电荷对于化学蚀刻、晶圆清洗和化学-机械平面化(CMP)等工艺极为重要。

CMP工艺不仅涉及晶圆片表面与溶质(如酸、碱或表面活性剂)的相互作用，还涉及分散的浆料颗粒。

表面电荷和zeta电位可以用Anton Paar的SurPASS 3来测量。

zeta电位分析在半导体生产中可以解决的关键挑战是什么?

让我们再次思考一下CMP工艺：晶圆和CMP研磨颗粒各自承担电荷和主宰晶圆-颗粒之间互作用的静电力。

为了使CMP研磨颗粒远离晶圆表面，需要有利于静电斥力的工艺条件。

测量晶圆片表面和研磨颗粒的zeta电位可以预测CMP工艺的有效性。

当调整研磨液的组份时，可以减少研磨颗粒在晶圆表面的吸附。

对具有不同表面涂层的晶圆以及研磨颗粒进行zeta潜力分析，有助于研磨液厂商开发特殊应用的配方和晶圆厂选择适合的研磨液。

颗粒与表面的相互作用并不局限于半导体晶圆片。

通过采用CMP垫片，它阻止颗粒从一个晶圆转移到另一个晶圆片上，可消除交叉污染。

在清洗工艺中，聚乙烯醇（PVA）制成的刷子也能吸收颗粒沉积。

zeta电位提供的信息对于垫片和PVA刷的聚合物材料及相应的解决方案有助于避免污染。

如何确定研磨颗粒和晶圆片表面的zeta电位?

通过采用两种不同的方法来评估研磨颗粒和大面积材料的表面的zeta电位。CMP研磨液被认为是胶状样品，它能选择的粒子分析方法是电泳光散射(ELS)，可用于Litesizer 500。

在ELS过程中，电场作用于粒子色散，驱动带电粒子向相应的电极移动。通过记录激光光束的散射强度和频移，可以间接测量粒子的迁移率。

对于大型的固态样品，如半导体晶片，采用了一种不同但类似的技术，即流动电位的测量。

这可以用SurPASS 3来实现。在上述方法中固体样品是这样安排的，提供毛细管流动通道。对测试溶液施加压力梯度，迫使液体通过毛细管通道流动。

液体流动产生一个电势，这个电势被记录为流动电势。尽管这两种技术产生完全不同的原始信号，但计算出的zeta电位基于单一的理论来源；电泳光散射和毛细管流动电位测量得到的结果是可以比较的。

Anton Paar提供了涵盖两种zeta电位分析方法的仪器，即Litesizer 500和exceed 3。

如何为半导体晶圆片创建一个流动通道?

原则上，解决办法很简单。你需要两份相同的样品，然后将平整的有源层相对排列，这样就可以通过一个小的毛细管距离将样品分开。通常，这种方法需要切割样品，例如，1-2cm2的尺寸。

Since this is undesirable for subsequent use of the same sample for other analytical techniques or further processing steps, a sample holder for SurPASS 3 is available for the non-destructive zeta potential analysis of semiconductor wafers, but also other solid samples such as sensor chips or EUV masks for state-of-the-art lithography.

The small but acceptable drawback of this sample holder is the requirement to use a reference sample that completes the flow channel, i.e., one side of the channel is comprised of the sample, such as a wafer, and the opposite side faces the reference, preferably an already built-in high grade polymer.

Anton Paar是否也提供其他仪器用于晶圆生产?

Anton Paar provides wafer metrology tools for monitoring the quality of thin films, evaluating surface roughness during metallization, understanding the surface chemistry of outer layers and characterizing wafer defects.

Our instruments help determine and adjust many different parameters throughout the wafer manufacturing process - from thin films to testing, assembly and packaging - to create a better end product.

Tosca, our atomic force microscope (AFM), delivers reproducible, quantitative and rapid surface roughness measurements on the sub-nanometer scale.

For the mechanical surface characterization of wafers, Anton Paar offers two state-of-the-art measuring technologies, namely scratch testing and instrumented indentation testing.

Density and concentration measurement is important to determine the correct concentration of the etching substance, which is key to obtaining consistent etching results with the highest precision.

Anton Paar also provides instruments for SAXS, particle analysis, solid density analysis and microwave digestion.

你认为生产过程中哪些方面需要改进，Anton Paar能提供什么帮助?

在生产过程中测量某些参数意味着控制它们并能够对变化做出反应，以及用于设计原材料和工艺，最终达到最高的效率和产品质量。

例如，在集成电路开发过程中，纳米划痕测试与纳米压痕测试相结合，可挖暖控制沉积功能层。

AFM能够通过确定晶粒尺寸和分布来确保金属化工艺参数的变化不会引起键合问题。

此外，带有耐化学腐蚀的哈氏合金u形管的密度计可以快速测量氢氟酸的浓度，有利于重现蚀刻过程。

作者简介

Thomas Luxbacher博士于1996年在格拉茨工业大学获得技术化学博士学位。在2003年加入Anton Paar之前，他曾担任半导体和汽车领域的产品经理。从那时起，他一直参与仪器和表面zeta电位分析市场的开发。2018年，他成为首席科学家，现在负责开发zeta potential材料表征的应用程序。他与他人合作在科学期刊上发表了近100篇论文。