水滴角測量儀等離子清洗（Plasma)效果評估:評估標準以及算法。本文獻的資料供等離子清洗評估的用戶以及等離子清洗廠家參考。

水滴角測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，評估固體材料的表面自由能或固體材料與水的潤濕角的分析測量儀器。目前，水滴角測量儀主要分為三大類型：

1、等離子清洗機廠家或中國國內(nèi)配套“接觸角測量儀”廠商的儀器。

這類儀器的主要特點在于：（1）僅僅是簡單的測角度的數(shù)碼測角儀，利用臥式顯微鏡添加背景光和進液部分，軟件部分僅提供簡單的圓、橢圓（雙橢圓）或切線法（二次多項式）等為簡單的數(shù)碼量角功能。（2）軟件無法提供的液體表面張力評估功能。通常僅采用為簡單的選點選面并查表法來實現(xiàn)表面張力測量。測值結(jié)果的可靠性非常差。（3）儀器價格非常便宜?？蛇_6000元左右即可。

這類儀器僅僅是等離子清洗機廠提供的隨等離子清洗機配套的儀器。能夠?qū)崿F(xiàn)為簡單的評估功能，但無法實現(xiàn)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，通常這類低價的所謂的水滴角測量儀是無法提供滿足要求的評估數(shù)據(jù)的，或者，其提供的數(shù)據(jù)無法用于評估等離子效果，在一定程度上，其測值結(jié)果會影響到終的生產(chǎn)品質(zhì)控制的精度，導(dǎo)致誤判品質(zhì)結(jié)果的嚴重后果。

出現(xiàn)如上的評價的主要依據(jù)在于：

（1）一臺合格的水滴角測量儀，其首要條件為一臺合格的表面張力儀，能夠敏感的測試得到蒸餾水的表面張力值及其污染時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，為嚴格的要求是測值的重復(fù)性。而事實上，水滴角測量儀測試操作流程的步，也是關(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量法，測試探針液體的表面張力值是否符合文獻要求。如果是采用1940-50年代的過時的查表法的表面張力測量技術(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，測試表面張力的方法在實際應(yīng)用中相對多的是阿莎算法（ADSA-RealDrop或ADSA-P）。如需文獻資料，請上海梭倫的應(yīng)用工程師聯(lián)系。

2、國外級的接觸角測量儀作為水滴角測量儀。

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

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

且在實際應(yīng)用中，半導(dǎo)體行業(yè)的實際測試條件中，極可能在一個水滴位置出現(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，測試時，接觸角測量儀廠商通常僅僅定性的判斷的設(shè)計要求是無法滿足水滴角測量中的高重復(fù)度和高精度的要求的。

更為重要的是，等離子清洗效果評估時，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光源、鏡頭以及相機、樣品臺與鏡頭的各自高精度的水平度配合均有的要求。

（1）需要微米級樣品臺和鏡頭（相機）各自獨立的二維水平調(diào)整光學(xué)調(diào)整架，實現(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，彩色攝像機成像。

（3）需要自動修正重力系數(shù)對于液滴角度測量的變化。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、的水滴角測量儀

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

采用級的水滴角測量儀，評估等離子清洗結(jié)果的操作流程：

1、測試探針液體的表面張力值，如果表面張力值達到純水的文獻標準，如20度測值結(jié)果為72.75mN/m，則可以進行下一步操作。否則，采用超聲波清洗機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、在測試過程中，滴出水滴控制在2-3uL左右，采用阿莎算法測量左、右角度值。如果測點的液滴左、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。如果不是，則確認該材料等離子清洗效果不合格。

3、重復(fù)測試3-4個點，判斷清潔效果的均勻度。

4、不合格樣品進行重新清洗評估。

如下為一個實際的水滴角測量儀的等離子清潔效果評估，測值結(jié)果如下表所示：

采用阿莎算法（ADSA-RealDrop）的測試結(jié)果如下所示：

測值結(jié)果分析：

一、僅就單樣品而言，如何確認樣品的清潔度。
（1）樣品的左、右接觸角值多點測試均小于2度；
（2）樣品的測值標準差小于2度；
其中以條為重要。
測試所采用的算法為阿莎算法，必須修正重力影響，自動將表面張力、接觸角綜合分析。
二、多個樣品對比評估清潔度。
通過平均接觸角值的偏差范圍。滿足低于或位于某個區(qū)間的接觸角值是可認定為清潔的。
但是，您的樣品如果通過這種方法評估清潔度，雖然接觸角值有6度左右的差值。但是，這個差值不足以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。

對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液滴來實現(xiàn)結(jié)果的評估，必須通過多個水滴評估標準差值來實現(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。

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

與橢圓相同，從如上數(shù)據(jù)可以明顯看出，

1、通過不同測點位置的角度標準差值，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液滴來實現(xiàn)結(jié)果的評估，必須通過多個水滴評估標準差值來實現(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，等離子清洗的評估必要堅持：

1、探針液體表面張力測量是必備流程；

2、評估標準的條原則為：清潔度標準，即所有測點位置的左、右角度值偏差不能超過2度；

3、評估標準的第二條原則為：均勻度標準，即標準差不能超過2度。

4、評估等離子清洗的測試算法只有是阿莎算法(ADSA-RealDrop）。

5、遮光板、樣品臺及鏡頭各自獨立微米級控制精度激光用光學(xué)調(diào)整臺、石英玻璃濾光板、彩色攝像機是硬件配置的基礎(chǔ)要求，也是采購水滴角測量儀的驗貨標準配置。

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