[发明专利]一种表面清洁度测试装置和测试方法

说明书

本发明公开了一种表面清洁度测试装置和测试方法，属于半导体及晶圆、OLED等高精密加工领域的技术领域。它包括背景光源、同向光源、支架、同轴环形光源、棱镜、棱镜固定支架、液滴、被测试样品和成像系统，棱镜通过顶丝固定螺丝固定到棱镜固定支架上。通过顶视、侧视多视角的同一图像中成像，实现了UV分析、红外分析、表面结构分析、3D接触角分析的有效组合测量，对于评估固体材料的物理化学性质，特别是对于客观存在的表面粗糙度、化学多样性和表面结构导致的表面清洁度误判的解决，提高表面清洁度测试的精度和可靠性，均具有极大提升，在半导体、晶圆、硅片、新材料研究、仿生材料等行业具有非常高的作用，具有极高的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种表面清洁度测试装置和测试方法，属于半导体及晶圆、OLED等高精密加工领域的技术领域。

背景技术

表面清洁度评估是材料评估，特别是半导体、晶圆、液晶屏等高精密行业的重要工具。目前，较为成熟的表面清洁度的评估方法有UV光谱法和表面自由能（接触角）法。UV光谱法对于清洁度的判断只能定性，无法准确定量。同时，对于半导体行业的应用，UV光谱无法测得表面清洁度情况。

其他表面清洁度的方法的技术路线与本专利不同。专利CN201510730678.X《一种机械件表面洁净度的检测方法》中提出了一种称重原理条件下根据不同污染物的重量，测试清洁度的方法。专利CN 201780016301.5《清洁度评价方法、清洗条件决定方法、和硅晶圆的制造方法》提供了一种具有碳化硅表面的部件的清洁度评价方法，其包括：使前述碳化硅表面与氢氟酸、盐酸和硝酸的混酸接触；通过加热浓缩与前述碳化硅表面接触的混酸；将通过前述浓缩而得到的浓缩液稀释从而得到试样溶液，将所得试样溶液供于利用电感耦合等离子体质谱仪的金属成分的定量分析；和，基于通过前述定量分析而得到的金属成分定量结果，评价前述具有碳化硅表面的部件的清洁度。其原理与本专利所述利用材料表面自由能及表面接触角滞后现象的影响因素的原理完全不同。专利CN201810107199 .6《一种铝板带箔表面清洁度检验方法》中提出了一种配置特殊溶液擦试检查表面的清洁度测试方法，与本专利所提及的根据材料固体表面能以及表面化学多样性、异构性、粗糙度特性导致的3D接触角值的原理存在本质的区别。

表面自由能（接触角）法，利用材料的表面自由能是材料的固有特性，不同的材料的表面自由能通常是不一样的，从而判断不同表面自由能或接触角值时，样品可能为不干净的。表面自由能也可以通过接触角的测量值来表征。在实际应用中，采用水或表面张力值比较稳定的液滴的接触角值来用于表征固体材料的表面自由能，并用于分辨或表征不同的固体材料。理论上来讲，晶圆、半导体封装、液晶（OLED）等精密加工过程中，材料的表面洁净度或生产过程的胶的涂覆的均匀度，保护胶的残留等，均可以通过测试蒸馏水的接触角值来进行评估。表面自由能（接触角）法的评估标准为，建立测试样品理想的清洁的情况下的角度值范围的标准，通过测试多滴液滴的接触角值，通过评估标准范围值与测试值的偏差情况，评估材料的表面清洁度。但是，此种测试方法存在如下缺陷：

1、受接触角测试算法影响，评估得到角度值可操作性不强。

目前，主流的接触角测量方法包括量角器法（包括圆拟合、椭圆拟合、切线法（二次曲线或复合曲线）、样条曲线、真实液滴法（TrueDrop）等）以及Young-Laplace方程拟合法。其中，量角器法由于重力的影响，测值的不同测点或不同表面自由能的样品上，结果会明显出现本身测值算法导致的波动或误差，接触角值本身受重力影响而波动过大，无法用于评估得到准确的表面清洁度，特别是半导体、PCB行业的高精度的要求。例如铜或铝的实际水接触角值为80度左右，若按接触角值的评估方式，则可能将不干净的表面出现小于20度的接触角值作为清洁表面，从而出现误判。Young-Laplace方程拟合法要求液滴轮廓左、右对称，对于98%的样品客观上的非轴对称，这个算法同样并不适用。

2、目前的3D接触角测量的技术中，无法解决光路干涉问题，且结构和操作均较为复杂。