半导体材料—研发与检测

领域：电子/电器/半导体    资料类型：课件讲义   

半导体材料—研发与检测

在半导体材料研发与检测环节，材料纯度、成分稳定性和工艺一致性直接决定芯片良率与性能极限。需要有覆盖材料体系的高精度分析与自动化解决方案，覆盖光刻胶、CMP浆料、湿化学品、电镀液、电子特气及封装材料等关键工艺点，确保每一道工艺所用材料性能稳定可控。

ALT：研发与检测

更多详细解决方案

光刻胶

光刻工艺是半导体核心工艺制程，其性能直接影响芯片制造的精度和良率。通过控制水含量、固含量，玻璃化转变温度、酸值等参数，可保证光刻胶在涂布、曝光、显影等环节的稳定性，避免因材料性能波动导致图案失真或缺陷。

研发阶段

ALT：光刻胶研发

在研发阶段，树脂聚合工艺极具挑战。梅特勒托利多自动化反应器进行聚合反应的原位监测与优化，通过实时测量来设计、分析和控制生产的系统，适用于开发和生产过程的各个阶段；

水含量直接影响光刻胶的显影速度和均匀性。SEMI C35标准规定对水分≤0.01%的电子级化学品，库仑法是唯一仲裁方法。梅特勒托利多库伦法卡尔费休水分仪具备痕量水分精准捕获能力，测量范围可低至1ppm。此外，针对光刻胶测试建议将溶剂换为醛酮试剂或无醇试剂，抑制副反应；

梅特勒托利多密度计可实现主动控温达到高精度测试结果，定制化的黄光滤光片，确保不会因为光源而固化；梅特勒托利多超越系列折光仪可快速测试光刻胶的折光率，确保光刻胶对光的响应均匀，提高图形分辨率和对比度，以匹配衬底与工艺要求。密度与折光率联用测量解决方案，仅需一次取样，即可完成密度折光的多参数测试。

酸值检测贯穿光刻胶树脂生产流程，梅特勒托利多电位滴定仪可通过非水相酸碱滴定测试光刻胶的酸值。

梅特勒托利多差示扫描量热仪DSC可精确测定样品的玻璃化转变温度，通过热分析数据来精确调控烘烤温度和时间，避免在烘烤过程中因高温导致的分解或性能变化。

生产阶段

在光刻胶的生产阶段，控制固含量是光刻胶生产工艺的核心环节，稳定的固含量可减少因批次差异导致的工艺波动。梅特勒托利多卤素水份仪可在5分钟左右获得稳定的结果，自动判断恒重并计算结果。与传统的烘箱相比，快速水份测定仪可实现在产线的快速抽样检测，还能避免样品在进出烘箱时吸收空气中水份导致的误差。

CMP研磨液

抛光液pH值测定

CMP用于满足芯片制造中对表面平整度、光洁度等严格要求。抛光液pH值的任何微小变化都会影响浆料的化学反应性和材料去除率，监测CMP 浆液的pH值对于保持稳定的浆液极为重要。

抛光液生产厂家通常将 pH 设定在0.05以内的窄窗口内。梅特勒托利多SE/SD系列仪表搭配InLab系列高精度电极满足客户低于0.05pH的重复性要求。

ALT：SE/SD系列仪表

CMP添加剂配比控制

抛光液的添加剂和配比需精细控制，以确保出色抛光度。传统的测试方法有干燥失重法，比重瓶和密度计的方法；

干燥失重法通过天平称量失重质量差测得，但洁净室中较低的湿度会带来静电的干扰，导致天平恒重不通过；梅特勒托利多卤素水份仪采用卤素灯加热和高精度称量传感器相结合重的方法，快速获得稳定的结果；

比重瓶法也可直观反应固含量，但其需耗费大量时间进行恒温；梅特勒托利多密度计，可实现主动温与高精度测试结果，实现更加快速简单且高精度的比重测试。

ALT：CMP浆料关键参数测定

湿化学品

湿电子化学品，又称超净高纯试剂，是电子制造中用于湿法工艺（清洗、刻蚀、显影等）的液体化学品。大规模集成电路制造需G4/G5级的湿化学品以严格控制保证集成电路制造的良率与性能。

湿化学品可分为通用型湿化学品和功能型湿化学品，通用湿电子化学品为单组分高纯试剂，功能湿电子化学品为复配型试剂，以满足特定工艺需求。

金属杂质是湿化学品检测的关键指标之一，通常采用ICP-MS（ICP-QMS）检测，梅特勒托利多自动天平，可基于标准品的实际重量，自动计算并配置设定浓度的溶剂质量，利用重量法实现准确且自动化的标准溶液制备；可选不含金属加样单元，符合SEMI F57标准金属杂质要求。

ALT：自动天平

通用性湿化学品

通用型湿化学品是单一组分的高纯试剂，如氢氟酸、硫酸、氢氧化钠等单一化学品。

氢氟酸是最常见的通用型湿化学品之一，主要用于晶圆清洗和刻蚀，利用其腐蚀性能高效去除氧化硅层（SiO₂）。其浓度测试采用梅特勒托利多电位滴定仪和自动进样器，搭配Sb850-S7/120 + DX202-SC耐氢氟酸电极，有效减缓电极毛损现象及性能老化；

对于高浓度氢氟酸样品，InMotion CoverUp 自动揭盖系统可在样品转移过程中始终密闭，避免样品接触空气，确保滴定结果的准确性。

ALT：电位滴定仪和自动进样器

功能型湿化学品—混酸

功能型湿化学品则是复配的“定制化解决方案”，如显影液、蚀刻液，技术门槛更高。

作为清洗、刻蚀等核心制程的关键材料，混酸在集成电路刻蚀、清洗等工艺中至关重要，其组分比例与纯度的细微偏差都会影响芯片精度、良率与成本。

在质量实验室中，常用电位滴定仪检测混酸含量。梅特勒托利多凭借丰富的经验帮助客户解决测试难题，可参考 酸性混合液的滴定分析获得混酸测试方法。

梅特勒托利多氟离子计搭配复合氟离子电极可精准把控氟离子浓度，密闭接线口保护盖，可有效减少有机蒸汽及酸碱气体对接口的腐蚀。

ALT：混酸滴定解决方案

功能型湿化学品—清洗液

晶圆制造中SC-1与SC-2是湿法清洗的核心溶液，其检测指标需严格匹配颗粒去除、金属控制及氧化层管理三大功能。

梅特勒托利多电位滴定仪与InMotion™自动进样器连接，以及自动吸排液的功能可大幅减少操作人员工作量。超越系列分析天平内置全自动内部校正程序，确保满足正确称量，获得准确称量结果。梅特勒托托利多LabX链接电位滴定仪可根据样品信息提示并自动化开启测试流程，建立智能识别的防错机制，实现智能化传输样品信息和测试结果。

ALT：LabX链接电位滴定仪

功能型湿化学品—显影液

光刻胶显影是微纳加工中的关键步骤，TMAH基显影剂中主含量测试精度直接影响制程节点，显影液浓度波动±0.01%影响光刻线宽精度；梅特勒托利多InMotion CoverUp 自动揭盖系统可在样品转移过程中始终密闭，避免样品接触空气产生副反应；梅特勒托利多库伦法卡尔费休水分仪具备痕量水分精准捕获能力，测量范围可低至1ppm，满足SEMI C046标准中水分含量检测的要求。

ALT：InMotion CoverUp自动揭盖系统

湿电子化学品行业称重应用

湿电子化学品（如研磨液、蚀刻液、清洗液、抛光液等）在生产和使用过程中的化学品提纯、配料和稀释场合，经常需要准确地进行各种物料的配比，尤其是微量物料的添加，借助高精度天平和数字智能称重模块可以更好地控制产品质量，进一步提高生产效率，还能确保企业经营的合规性。

湿电子化学品通常使用的场合需要防爆和防腐，梅特勒托利多提供多种类型的防爆防腐称重方案，减少风险和提升设备使用寿命，让您安心生产。

电镀液

电镀液的成分直接影响镀层的均匀性、厚度、附着力和耐腐蚀性。通过检测电镀液中的金属离子浓度、添加剂以及杂质含量，可及时调整工艺参数。

金属离子浓度检测

电镀液的成分直接影响镀层的均匀性、厚度、附着力和耐腐蚀性。通过检测电镀液中的金属离子浓度、添加剂以及杂质含量，可及时调整工艺参数。

梅特勒托利多电位滴定仪提供多种离子选择电极和光度电极，凭借丰富的经验帮助客户实现多种金属离子的测定方案落地。集成的在线滴定可对电镀槽液成分在线分析，搭配反馈机制确保槽液质量始终可靠。

ALT：自动电位滴定仪

氯离子含量检测

电镀液添加剂中氯离子的过量存在直接导致镀层缺陷与工艺失效。梅特勒托利多电位滴定仪搭配定制化镀AgCl电极和硫化电极，可实现低于200ppm的氯离子含量精确测试。必要时使用加标法可检测低至0.5ppm的氯离子。

ALT：定制化镀AgCl电极

电子特气

特种气体称重

在半导体工业中特种气体主要用于成膜、去膜、蚀刻和掺杂，它的纯度和洁净度直接影响到光电子、微电子元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率，并从根本上制约着电路和器件的精确性。

特种气体的配置需要通过重量法来完成。梅特勒托利多XK155KSD5C 系列质量比较器用于配置瓶装混合或标准气的填充，可实现精准称重控制气体配方比例。

此外，不论是罐装、混配、余量监测等工艺环节，梅特勒托利多气体称重解决方案均可以确保高精度、防爆、抗蠕变、长期稳定的计量。

ALT：质量比较器用于电子特气称重

封装材料

半导体封装的每一道工序都是确保芯片性能稳定和可靠性的关键，封装胶与填充材料是半导体封装过程中的不可或缺的关键材料，在特定温度范围内的热膨胀系数（CTE）、超出可靠性测试范围（-65℃至150℃）的玻璃化转变温度（Tg）对封装的牢固性至关重要。

梅特勒托利多全套热分析技术为半导体封装材料的性能评估和热失效分析提供全面、创新的解决方案：

§ 差示扫描量热仪DSC 可以精准评估材料的Tg、固化度、熔点和Cp。

§ 同步热分析仪TGA/DSC 可以准确测量材料的热分解温度，以及热分解动力学。

§ 热机械分析仪TMA 可以测量热膨胀、固化时的热收缩、以及CTE和Tg。

§ 动态机械分析仪DMA 提供准确弹性模量、剪切模量、泊松比等力学数据，为材料的翘曲和收缩提供可靠数据来源。

§ 梅特勒托利多创新性TMA/SDTA2+的DLTMA（动态载荷TMA）模式结合独家的负力技术可以准确测定凝胶时间。搭配湿度发生器的联用方案可以实现双85（85℃、85%RH）的技术参数，实现原位在线环测封装材料在湿热条件下的尺寸稳定性和力学性能。