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Geschrieben von Dr. Amit Pratap Singh
Bewertet von Dr. Alidad Amirfazli
Geprüft: 28
Dies ist ein praktischer Leitfaden zur Oberflächenforschung für Forscher, die in der Halbleiterindustrie arbeiten.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
Halbleiterhersteller stehen vor der ständigen Herausforderung, die Leistung zu maximieren und die Prozesse zu verfeinern. Die oft unterschätzten Oberflächeneigenschaften spielen eine entscheidende Rolle bei der Optimierung dieser Leistungen. Durch die Messung dieser Eigenschaften gewinnen wir wertvolle Einblicke in Materialeigenschaften, Prozesse und Geräteleistung, die letztendlich zu Folgendem führen:
Wir verwenden die folgenden wichtigen Oberflächeneigenschaften, um das Verhalten von Halbleiterprodukten zu verstehen und ihre Qualität zu verbessern.
Young – Laplace-Methode
Polynomiale Methode
Dynamischer Kontaktwinkel
Wenn wir einen Tropfen auf eine feste Oberfläche geben, besteht im Idealfall ein einzigartiger Winkel zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche. Den Wert dieses idealen Kontaktwinkels (den sogenannten Young-Kontaktwinkel) können wir mit Hilfe der Young-Gleichung berechnen. In der Praxis ist der Kontaktwinkelwert auf einer Oberfläche aufgrund der Oberflächengeometrie, Rauheit, Heterogenität, Verschmutzung und Verformung nicht unbedingt eindeutig, sondern liegt innerhalb eines Bereichs. Wir nennen die oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs den fortschreitenden Kontaktwinkel bzw. den zurückweichenden Kontaktwinkel. Auch die Werte des vor- und zurückgehenden Kontaktwinkels für einen festen Untergrund sind sehr empfindlich. Sie können von vielen Parametern beeinflusst werden, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Homogenität und kleinste Verschmutzung der Oberfläche und der Flüssigkeit. So können z.B. der vor- und zurückgehende Kontaktwinkel einer Fläche an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein.
Praktische Oberflächen und Beschichtungen weisen von Natur aus eine Kontaktwinkelhysterese auf, die auf eine Reihe von Gleichgewichtswerten hinweist. Wenn wir statische Kontaktwinkel messen, erhalten wir einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereichs. Sich ausschließlich auf statische Messungen zu verlassen, wirft Probleme auf, wie z. B. schlechte Wiederholgenauigkeit und unvollständige Oberflächenbewertung in Bezug auf Haftung, Sauberkeit, Rauheit und Homogenität.
In der Praxis müssen wir die Leichtigkeit der Flüssigkeitsverteilung (Vorschubwinkel) und die Entfernungsleichtigkeit (Rückzugswinkel) einer Oberfläche verstehen, z. B. beim Lackieren und Reinigen. Die Messung von Vorschub- und Rückzugswinkeln bietet eine ganzheitliche Sicht auf die Flüssig-Feststoff-Wechselwirkung, im Gegensatz zu statischen Messungen, die einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs liefern.
Diese Erkenntnisse sind entscheidend für reale Oberflächen mit Variationen, Rauheit und Dynamik und helfen Branchen wie Kosmetik, Materialwissenschaft und Biotechnologie bei der Gestaltung effektiver Oberflächen und der Optimierung von Prozessen.
Erfahren Sie, wie die Kontaktwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Kontaktwinkelmessung lesen Sie unsere Kontaktwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Diese Eigenschaft misst die Kraft, die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkt, mit dem Ziel, ihre Oberfläche zu minimieren.
Dynamische Oberflächenspannung
Die dynamische Oberflächenspannung unterscheidet sich von der statischen Oberflächenspannung, die sich auf die Oberflächenenergie pro Flächeneinheit (oder die Kraft, die pro Längeneinheit entlang des Randes einer flüssigen Oberfläche wirkt) bezieht.
Die statische Oberflächenspannung charakterisiert den Gleichgewichtszustand der Grenzfläche von Flüssigkeiten, während die dynamische Oberflächenspannung die Kinetik von Änderungen an der Grenzfläche berücksichtigt. Diese Veränderungen können das Vorhandensein von Tensiden, Additiven oder Schwankungen in Temperatur, Druck und Zusammensetzung an der Grenzfläche beinhalten.
Die dynamische Oberflächenspannung ist essentiell für Prozesse, die schnelle Änderungen an der Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche beinhalten, wie z. B. Tröpfchen- und Blasenbildung oder Koaleszenz (Änderung der Oberfläche), Verhalten von Schäumen und Trocknung von Lacken (Änderung der Zusammensetzung, z. B. Verdampfung von Lösungsmittel). Wir messen es, indem wir die Form eines hängenden Tröpfchens im Laufe der Zeit analysieren.
Die dynamische Oberflächenspannung gilt für verschiedene Branchen, darunter Kosmetika, Beschichtungen, Pharmazeutika, Farben, Lebensmittel und Getränke sowie industrielle Prozesse, in denen das Verständnis und die Kontrolle des Verhaltens von Flüssigkeitsgrenzflächen für die Produktqualität und Prozesseffizienz unerlässlich ist.
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenspannung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenspannungsmessung: Der endgültige Leitfaden
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenenergie mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenenergiemessung: Der ultimative Leitfaden
Der Gleitwinkel misst den Winkel, in dem ein flüssiger Film über eine feste Oberfläche gleitet. Es wird häufig verwendet, um die Rutschhemmung einer Oberfläche zu beurteilen.
Erfahren Sie, wie die Gleitwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Gleitwinkelmessung lesen Sie unsere Gleitwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
In der Halbleiterindustrie gibt es mehrere Fallstudien, die die Vorteile der Durchführung von Messungen der Oberflächeneigenschaften veranschaulichen.
In der Photolithografie ist die sorgfältige Erstellung von Mustern der Schlüssel zur Herstellung komplexer Halbleiterbauelemente. Dieser Prozess beruht stark auf dem feinen Zusammenspiel zwischen dem Fotolack und dem Substrat. Die Haftung des Fotolacks auf dem Substrat fungiert als Dreh- und Angelpunkt und bestimmt direkt die Schärfe und Präzision der resultierenden Muster. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, befassen sich die Hersteller mit der Oberflächenwissenschaft dieser Eigenschaften. Durch die Untersuchung der Oberflächenenergie des Substrats und die Analyse des Kontaktwinkels des Fotolacks gewinnen sie wertvolle Erkenntnisse für die Feinabstimmung von Anpassungen.
Dieser Veredelungsprozess verbessert die Hafteigenschaften, was letztendlich zu einem nahtlosen Mustertransfer führt. Die Vorteile sind vielfältig, darunter höhere Ausbeuten, schärfere Ergebnisse und eine deutliche Reduzierung von Defekten während des gesamten Lithografieprozesses.
Chip-Packaging ist stark auf Klebstoffe angewiesen, um den empfindlichen Halbleiterchip sicher mit seinem Schutzgehäuse zu verbinden. Eine große Herausforderung ergeben sich jedoch aus Klebstoffresten, die sich negativ auf die Zuverlässigkeit des Geräts auswirken können.
Um dieses Problem zu bekämpfen, messen und verwalten die Hersteller den Gleitwinkel des Verpackungsmaterials während der Anwendung akribisch. Diese präzise Steuerung sorgt dafür, dass der flüssige Klebstoff sanft weggleitet und keine unerwünschten Rückstände zurückbleiben. Diese Optimierung bietet zwei wesentliche Vorteile: Zum einen reduziert sie das Risiko von Kurzschlüssen oder unbeabsichtigten Verbindungen erheblich, zum anderen steigert sie effektiv die elektrische Gesamtleistung des Geräts.
Um eine erfolgreiche Immersionslithographie zu erzielen, ist ein sorgfältiges Management der Immersionsflüssigkeit von entscheidender Bedeutung. Eine wesentliche Schwachstelle ist der Meniskusrückgang, bei dem Restflüssigkeit als dünne Schicht oder Tröpfchen auf dem Wafer zurückbleibt. Idealerweise sollte die Immersionsflüssigkeit in der Nähe der Linse eingeschlossen sein, damit der Wafer während der Belichtung reibungslos scannen kann.
Für einen Halbleiterhersteller blieb der Meniskusversagensmechanismus eine erhebliche Hürde, die die erfolgreiche Implementierung der Immersionslithographie behinderte. Sie erkannten die entscheidende Rolle der Oberflächenkräfte bei der Entwässerung und dem Zusammenbruch des Musters während der Lithographie und suchten in einem Labor nach einer Lösung. Die Wissenschaftler erkannten die Bedeutung und entwickelten eine neue Flüssigkeitsformulierung mit genau abgestimmten Oberflächenspannungseigenschaften, die eine ordnungsgemäße Flüssigkeitsdrainage erleichterte und das Meniskusproblem beseitigte.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
Wohin wenden sich Halbleiterhersteller in einer Branche, in der Präzision an erster Stelle steht, um sicherzustellen, dass ihre Produkte einer genauen Prüfung standhalten? Die Antwort liegt in Normen und Richtlinien: dem Kompass, der Kosmetikhersteller durch das komplexe Labyrinth von Qualität und Leistung führt.
Bei der ULSI-Herstellung kann die Partikelkontamination auf Siliziumwafern wirken sich negativ auf den endgültigen Ertrag aus. Zur Unterdrückung von Partikeltensiden können zugefügt. In diesem Zusammenhang behandelt D1331-14 die Richtlinien zur Bewertung der Wirksamkeit von oberflächenaktiven Mitteln bei der Verringerung der Oberflächenspannung. Diese Methode hilft auch bei der Vorhersage der Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeiten und feste Oberflächen, die zur Bestimmung der Benetzungseigenschaften verwendet werden können.
Siliziumwafer mit hydrophoben Oberflächen können bei Raumtemperatur (RT) mit Hilfe eines Tauchens in verdünntem HF gebondet werden und wird möglich durch Dispersion van der Waals-Kräfte. D7490-13 Norm nimmt die Hilfe des Konzepts in Anspruch, dass die gesamte freie Energie an einer Oberfläche die Summe der Beiträge verschiedener intermolekularer Kräfte, wie z.B. Dispersion, Polar- und Wasserstoffbrückenbindungen. Dieses Prüfverfahren bietet ein Verfahren zur Berechnung der Oberflächeneigenschaften wie Oberflächenspannung und deren Dispersion sowie polare Bestandteile des Festkörpers.
Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ihnen gezeigt hat, wie Sie die Oberflächenwissenschaft in der Kosmetikindustrie anwenden können.
Nun möchten wir das Wort an Sie übergeben:
Droplet Lab wurde 2016 von Dr. Alidad Amirfazli, Fakultätsmitglied an der York University, und zwei seiner Forscher, Dr. Huanchen Chen und Dr. Jesus L. Muros-Cobos, gegründet.
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