1.6. Контроль качества жидкостной обработки

Основная задача – проконтролировать ка­чество очистки поверхности каждой партии обработанных деталей, например, пластин кремния, печатных плат и т.п. С этой задачей связан ряд смежных проблем.

Контроль чистоты сред.

В процессе очистки контролируют чистоту технологических сред, атмосферы, воды, растворителей, реагентов.

Запыленность воздуха и сжатого азота для обдувки изме­ряют следующими методами: седиментационным (определение числа пылинок, оседающих на 1 см² площади чистой полирован­ной поверхности кремниевой пластины или предметного стекла), фильтрационным (определение числа пылинок на поверхности фильтра, через который пропускают необходимый объем воз­духа или азота), оптическим (определение числа электрических импульсов, полученных в результате преобразования световых сигналов, рассеянных пылинками).

Уровень загрязнения сжатого азота парами воды определяют по "точке росы" - температуре, при которой осаждается иней на никелированное зеркало, расположенное в потоке исследуемого газа. Допускаемая "точка росы" (-65 °С) соответствует содержанию паров воды ~0,01 г/см³. При более высоком уров­не паров на поверхности пластины, обдуваемой сжатым возду­хом, могут оставаться пятна и разводы.

Чистоту деионизованной воды, как уже отмечалось, прове­ряют по ее удельному сопротивлению, а наличие пылинок - лазерным анализатором частиц.

Состав жидких реактивов и растворителей гарантируется заводом-поставщиком, но периоди­чески проверяется на соответствие требованиям технических условий.

При составлении отмывочных смесей и травителей обычно контролируют:

водородный показатель – рН-методом;

наличие пылинок – лазерным анализатором части;

химический состав смесей (при пло­хом качестве отмывки или травления).

Для промышленного контроля чистоты поверхности отмы­тых пластин используют прямые и косвенные методы.

Прямые методыпозволяют определить загрязнения непосредственно на поверхности пластин:

— обследование поверх­ности под "косым" пучком осветителя и в темном поле микроско­па

— методы, основанные на смачиваемости

— трибометрический

Микроскопические методы основаны на наблюдении поверхности в светлом или темном поле оптического микроскопа, а также с помощью электронного микроскопа. При наблюдении в темном поле используется косое освещение, исключающее попадание в объектив зеркально отраженных от поверхности лучей. В этом случае выявляются остатки органических растворителей, которые образуют характерные узоры.

При обследовании поверхности пластин под пучком освети­теля или в темном поле микроскопа лучи света, падающие под углом к поверхности, рассеиваются инородными частицами и делают их различимыми в виде светящихся точек, число которых контролируют обычно на всей поверхности пластины или на еди­нице площади (1 см²). Их плотность не должна превышать 10 см ^-2. Наблюдения ведут при увеличении в 5÷400 раз.

Чистоту поверхности пластин по смачиваемости проверяют методами окунания в чистую воду, распыления воды, запотева­ния, конденсации и измерения угла смачивания.

При окунании в чистую водуочищенная поверхность плас­тин, свободная от жировых загрязнений, вследствие адгезии способна удерживать сплошную пленку воды. Жировые загряз­нения делают поверхность пластингидрофобнойи нарушают целостность пленки, что обычно наблюдают визуально после стекания воды с поверхности извлеченной пластины.

Аналогичное явление происходит при распылении чистой водына сухую поверхность очищенной пластины. Чистую по­верхность вода сразу же покрывает сплошным слоем, а на гряз­ной удерживается в виде отдельных пятен. Такой метод распы­ления в несколько раз чувствительнее метода окунания, так как позволяет обнаружить загрязнения малых размеров.

Метод запотеванияоснован на визуальном наблюдении по­верхности пластины после обдува увлажненным воздухом. Влага, конденсируемая па поверхности, образует "фигуры запотева­ния". При наличии загрязнений поверхность покрыта мелкими каплями воды ("серая фигура запотевания"), при хорошем качестве ее отмывки - сплошной пленкой воды ("черная фи­гура запотевания").

Метод конденсацииоснован на аналогичном наблюдении поверхности, но при этом пластину охлаждают жидким азотом до температуры ниже точки росы. Смачивание поверхности конденсатом наблюдается после таяния инея.

Угол смачиванияочищенной поверхности каплей воды определяют теневым методом на установке УКУС-1, на экране которой проецируется изображение капли и поверхности. На гидрофильной поверхности капля растекается, и угол смачива­ния не превышает 1-3°, на гидрофобной - остается в виде шарика, причем угол смачивания близок к 90°. При промежу­точном состоянии поверхности капля растекается частично.

краевой

угол

Рис. 1.19. Измерение краевого угла смачивания

Методы, основанные на изменении смачиваемости, просты, наглядны, но недостаточно чувствительны.

Трибометрический методоснован на измерении усилия, необходимого для перемещения металлической иглы специаль­ной установки по поверхности пластины. Органические загряз­нения уменьшают силу трения при перемещении, на чистой поверхности коэффициент трения значительно выше. Контроль пластин таким методом выполняется только на образцах-спут­никах, так как на рабочих пластинах могут остаться царапины от иглы.

Для визуализации загрязнений используют явление флуоресценциинекоторых веществ под действием ультрафиолетового облучения. Такими веществами являются масла, ПАВ. Для обнаружения других загрязнений в состав технологических сред вводят люминесцентные добавки(измерительный веполь).

В научных исследованиях процессов очистки применяют метод радиоактивныхизотопов,обладающий наибольшей чувствительностью. Эти изотопы искусственно вводят в состав загрязнений. После очистки поверхность контролируется с помощью счетчика Гейгера(задача на обнаружение и измерительный веполь).

Косвенные методыоснованы на удалении с по­верхности загрязнений растворителями или стравливании их вместе с тонким поверхностным слоем. Измеряют удельное со­противление раствора или травителя до и после погружения в него контролируемой пластины либо проводят спектральный анализ сухого остатка после их выпаривания.

Обнаружить остатки продуктов коррозии можно измерением контактного электрического сопротивления.Для очищенной поверхности оно может составить 140^.10^-4Ом, в то время, как коррозионная пленка повышает переходное сопротивление до 2000 Ом.

Свидетельством качества очистки могут служить эксплуатационные характеристики готовых изделий. Например, наличие загрязнений на поверхности полупроводниковых приборов может понизить пробивное напряжение p-n переходов, создать обедненные или инверсионные каналы.

При некачественной очистке поверхностей под пайку снижается усилие разрыва паяных соединений и увеличивается переходное сопротивление “контактная площадка-проводник”.

45