最後更新:2026年10月8日清洗晶圓清洗中國大陸:亲水性・疏水性

親水性・疏水性(接觸角)是什麼

Hydrophilicity / Hydrophobicity

親水性是表面容易與水相容的性質,疏水性是排斥水的性質,以置於表面的水滴接觸角表示,角度越小越親水。矽在氫氟酸處理後立即呈氫終端而為疏水性,SC1清洗後或氧化膜表面則為親水性。HMDS處理、晶圓直接接合、浸潤式曝光等許多製程都會依需要運用表面性質。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

親水性(Hydrophilicity)是物體表面容易與水相容、水會薄薄擴展開來的性質;相反地,排斥水而使水滴呈圓珠狀的性質稱為疏水性(撥水性:Hydrophobicity)。偏向哪一種,以表面上水滴邊緣與表面所夾的角度,即接觸角來表示,接觸角越小越親水,越大越疏水。一般以小於90°為親水性、90°以上為疏水性,10°以下極易潤濕的狀態稱為超親水性。

矽晶圓表面會因處理方式不同,親疏水性大幅改變。以氫氟酸(DHF)去除原生氧化層後的矽表面,會以氫終端而呈疏水性,排斥水。利用這個性質,晶圓拉起時若水被排開,即可判斷氧化層已去除。另一方面,經SC1清洗或臭氧水處理的表面以及氧化膜表面,因帶有羥基(-OH)而呈親水性。疏水性表面容易殘留水滴,乾燥時溶解的成分會析出而容易產生水痕(watermark),因此會影響IPA乾燥等乾燥方式的選擇。

親水性、疏水性的控制運用於許多製程。塗佈光阻前的HMDS處理會使表面變為疏水性,以提高光阻附著力。晶圓之間直接貼合的接合,則使表面呈親水性,利用羥基之間的鍵結。浸潤式曝光中,會讓光阻上方的膜層(top coat)呈疏水性,避免水殘留在高速移動的晶圓上。表面狀態以接觸角量測儀量測水滴角度來管理,由於即使微量有機污染也會改變接觸角,也被當作表面潔淨度的簡易指標。

親水性・疏水性(接觸角)的常見問題

親水性與疏水性以接觸角幾度為界?
一般而言,水滴接觸角小於90°為親水性,90°以上為疏水性。像10°以下這樣水會薄薄擴展的狀態稱為超親水性,像150°以上這樣水滴幾乎呈球狀的狀態稱為超撥水性。依領域不同,參考角度也可能不同。
經氫氟酸處理的矽為什麼會排斥水?
因為以氫氟酸去除原生氧化層後,矽表面的鍵結由氫終端,不再有與水相容的羥基。利用這種疏水性,晶圓拉起時若水被排開,即可判斷氧化層已去除。

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