水滴角測(cè)量儀等離子清洗（Plasma)效果評(píng)估:評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以及算法。本文獻(xiàn)的資料供等離子清洗評(píng)估的用戶以及等離子清洗廠家參考。

水滴角測(cè)量儀是通過采用蒸餾水作為探針液體，利用水的表面張力的高敏感度，評(píng)估固體材料的表面自由能或固體材料與水的潤濕角的專業(yè)分析測(cè)量儀器。目前，水滴角測(cè)量儀主要分為三大類型：

1、等離子清洗機(jī)廠家或中國國內(nèi)配套“接觸角測(cè)量儀”廠商的儀器。

這類儀器的主要特點(diǎn)在于：（1）僅僅是簡單的測(cè)角度的數(shù)碼測(cè)角儀，利用臥式顯微鏡添加背景光和進(jìn)液部分，軟件部分僅提供簡單的圓、橢圓（雙橢圓）或切線法（二次多項(xiàng)式）等簡單的數(shù)碼量角功能。（2）軟件無法提供準(zhǔn)確的液體表面張力評(píng)估功能。通常僅采用簡單的選點(diǎn)選面并查表法來實(shí)現(xiàn)表面張力測(cè)量。測(cè)值結(jié)果的可靠性非常差。（3）儀器價(jià)格非常便宜。可達(dá)6000元左右即可。

這類儀器僅僅是等離子清洗機(jī)廠提供的隨等離子清洗機(jī)配套的儀器。能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的評(píng)估功能，但無法實(shí)現(xiàn)精確的等離子清洗效果的判斷。本文的后續(xù)提供證明材料。在半導(dǎo)體行業(yè)、晶圓、液晶行業(yè)等要求精度非常高的應(yīng)用中，通常這類低價(jià)的所謂的水滴角測(cè)量儀是無法提供滿足要求的評(píng)估數(shù)據(jù)的，或者，其提供的數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確用于評(píng)估等離子效果，在一定程度上，其測(cè)值結(jié)果會(huì)影響到最終的生產(chǎn)品質(zhì)控制的精度，導(dǎo)致誤判品質(zhì)結(jié)果的嚴(yán)重后果。

出現(xiàn)如上的評(píng)價(jià)的主要依據(jù)在于：

（1）一臺(tái)合格的水滴角測(cè)量儀，其首要條件為一臺(tái)合格的表面張力儀，能夠敏感的測(cè)試得到蒸餾水的表面張力值及其污染時(shí)的表面張力的微小變化。

理由在于：半導(dǎo)體、晶圓、液昌行業(yè)的控制精度要求非常高，同時(shí)，嚴(yán)格的要求是測(cè)值的重復(fù)性。而事實(shí)上，水滴角測(cè)量儀測(cè)試操作流程的步，也是最關(guān)鍵的一步是判斷探針用蒸餾水（超純水）的清潔度或純度。

而清潔度和純度的判斷的辦法就是采用表面張力測(cè)量法，測(cè)試探針液體的表面張力值是否符合文獻(xiàn)要求。如果是采用1940-50年代的過時(shí)的查表法的表面張力測(cè)量技術(shù)，則根本無法判斷出探針蒸餾水的純度與清潔度，更談不成敏感地判斷出污染還是干凈的純水了。

目前，測(cè)試表面張力的方法在實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)多的是阿莎算法（ADSA-RealDrop或ADSA-P）。如需文獻(xiàn)資料，請(qǐng)上海梭倫的應(yīng)用工程師聯(lián)系。

2、國外專業(yè)級(jí)的接觸角測(cè)量儀作為水滴角測(cè)量儀。

這類儀器的主要特點(diǎn)在于：提供了Young-Laplace方程擬合法作為測(cè)試算法，可自動(dòng)修正重力系數(shù)影響，也可較好的測(cè)量出探針液體的表面張力值。

水滴角測(cè)量儀與接觸角測(cè)量儀的主要區(qū)別事實(shí)上就在于水滴角測(cè)量儀的應(yīng)用領(lǐng)域的重復(fù)性和高精度要求。因而，相對(duì)于接觸角測(cè)量儀的定性判斷（判斷是親水還是疏水材料）的精度要求不高而言，水滴角測(cè)量儀的要求更高。因而，探針液體以及測(cè)試水接觸角的方法上也有特殊要求。

且在實(shí)際應(yīng)用中，半導(dǎo)體行業(yè)的實(shí)際測(cè)試條件中，極可能在一個(gè)水滴位置出現(xiàn)：（1）樣品材質(zhì)不同，水滴滴在了樹脂和金屬接觸的位置或同時(shí)滴在金屬和樹脂上了；（2）晶圓表面刻蝕結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水接觸角的不一致；（3）樣品的傾斜度問題導(dǎo)致角度左、右偏差；等等。

因而，測(cè)試時(shí)，接觸角測(cè)量儀廠商通常僅僅定性的判斷的設(shè)計(jì)要求是無法滿足水滴角測(cè)量中的高重復(fù)度和高精度的要求的。

更為重要的是，等離子清洗效果評(píng)估時(shí)，極可能出現(xiàn)的超親水材料的接觸角以及微小變化的接觸角的判斷問題是現(xiàn)有商業(yè)化接觸角測(cè)量儀廠商往往忽視的。超親水接觸角以及微小接觸角變化對(duì)光源、鏡頭以及相機(jī)、樣品臺(tái)與鏡頭的各自高精度的水平度配合均有的要求。

（1）需要微米級(jí)樣品臺(tái)和鏡頭（相機(jī)）各自獨(dú)立的二維水平調(diào)整光學(xué)調(diào)整架，實(shí)現(xiàn)0.01mm控制精度。

（2）需要采用平行光源或遮光板、石英玻璃濾光板、紫外線過濾，彩色攝像機(jī)成像。

（3）需要自動(dòng)修正重力系數(shù)對(duì)于液滴角度測(cè)量的變化。所以，各種簡單的數(shù)碼量角器法，如圓擬合、橢圓擬合、雙圓、差分橢圓、切線法等一概無法適用。

3、專業(yè)的水滴角測(cè)量儀

專業(yè)級(jí)的水滴角測(cè)量儀具有：（1）阿莎算法（ADSA-RealDrop）：自動(dòng)測(cè)量左、右角度值以及偏差值，本征接觸角值（IECA）；（2）自動(dòng)判斷探針液體的表面張力值；（3）提供遮光板以及樣品臺(tái)、鏡頭（相機(jī)）各自獨(dú)立的微米級(jí)控制精度的激光器行業(yè)二維水平定位平臺(tái)；（4）提供高清230萬左右彩色高清攝像機(jī)。

采用專業(yè)級(jí)的水滴角測(cè)量儀，評(píng)估等離子清洗結(jié)果的操作流程：

1、測(cè)試探針液體的表面張力值，如果表面張力值達(dá)到純水的文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，如20度測(cè)值結(jié)果為72.75mN/m，則可以進(jìn)行下一步操作。否則，采用超聲波清洗機(jī)清洗針頭以及注射器，更換探針液體，直到符合潔凈度要求。

2、在測(cè)試過程中，滴出水滴控制在2-3uL左右，采用阿莎算法測(cè)量左、右角度值。如果測(cè)點(diǎn)的液滴左、右角度值出現(xiàn)左、右角度值偏差超過2度，即判斷樣品上水滴位置是否適合（是否滴到了不同材質(zhì)上）或晶圓刻蝕點(diǎn)。如果不是，則確認(rèn)該材料等離子清洗效果不合格。

3、重復(fù)測(cè)試3-4個(gè)點(diǎn)，判斷清潔效果的均勻度。

4、不合格樣品進(jìn)行重新清洗評(píng)估。

如下為一個(gè)實(shí)際的水滴角測(cè)量儀的等離子清潔效果評(píng)估，測(cè)值結(jié)果如下表所示：

采用阿莎算法（ADSA-RealDrop）的測(cè)試結(jié)果如下所示：

測(cè)值結(jié)果分析：

一、僅就單樣品而言，如何確認(rèn)樣品的清潔度。
（1）樣品的左、右接觸角值多點(diǎn)測(cè)試均小于2度；
（2）樣品的測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差小于2度；
其中以條重要。
測(cè)試所采用的算法為阿莎算法，必須修正重力影響，自動(dòng)將表面張力、接觸角綜合分析。
二、多個(gè)樣品對(duì)比評(píng)估清潔度。
通過平均接觸角值的偏差范圍。滿足低于或位于某個(gè)區(qū)間的接觸角值是可認(rèn)定為清潔的。
但是，您的樣品如果通過這種方法評(píng)估清潔度，雖然接觸角值有6度左右的差值。但是，這個(gè)差值不足以準(zhǔn)確判斷出樣品的清潔度。通常10度以上的穩(wěn)定值的偏差方可確認(rèn)。

對(duì)同一樣品的同一圖片采用橢圓擬合分析的結(jié)果如下：

從如上數(shù)據(jù)可以明顯看出，

1、橢圓擬合同樣分辨出了37-4082樣品的是不符合清潔度要求的。但是，其根本無法通過一個(gè)液滴來實(shí)現(xiàn)結(jié)果的評(píng)估，必須通過多個(gè)水滴評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)差值來實(shí)現(xiàn)。

2、橢圓擬合根本無法分辨出37-4246-1樣品是不符合要求的。

對(duì)同一樣品，采用Young-Laplace方程擬合的測(cè)試和分析結(jié)果如下：

與橢圓相同，從如上數(shù)據(jù)可以明顯看出，

1、通過不同測(cè)點(diǎn)位置的角度標(biāo)準(zhǔn)差值，Young-Laplace方程擬合同樣分辨出了37-4082樣品的是不符合清潔度要求的。但是，其根本無法通過一個(gè)液滴來實(shí)現(xiàn)結(jié)果的評(píng)估，必須通過多個(gè)水滴評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)差值來實(shí)現(xiàn)。

2、Young-Laplace方程擬合法根本無法分辨出37-4246-1樣品是不符合要求的。

綜上而言，等離子清洗的評(píng)估必要堅(jiān)持：

1、探針液體表面張力測(cè)量是流程；

2、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的條原則為：清潔度標(biāo)準(zhǔn)，即所有測(cè)點(diǎn)位置的左、右角度值偏差不能超過2度；

3、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的第二條原則為：均勻度標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)差不能超過2度。

4、評(píng)估等離子清洗的測(cè)試算法只有是阿莎算法(ADSA-RealDrop）。

5、遮光板、樣品臺(tái)及鏡頭各自獨(dú)立微米級(jí)控制精度激光用光學(xué)調(diào)整臺(tái)、石英玻璃濾光板、彩色攝像機(jī)是硬件配置的基礎(chǔ)要求，也是采購水滴角測(cè)量儀的驗(yàn)貨標(biāo)準(zhǔn)配置。

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