Gepolijste oppervlakken kwantificeren

Polijsten verwijst naar het gebruik van chemicaliën om een oppervlak gladder te maken. Polijsten wordt in verschillende sectoren gebruikt, zoals bij lappen tijdens het fabricageproces van halfgeleiders.
In dit gedeelte worden de basiskenmerken van polijsten en etsen geïntroduceerd, samen met toepassingsvoorbeelden van 3D-profielmeetsystemen.

Lappolijsten
Boenen (polijsten)
Elektrolytisch polijsten (elektropolijsten)
Chemisch polijsten
Voorbeeld slijtageanalyse
Voorbeeld van profielmeting van een polijstpad
Voorbeeld van profielmeting van een slijpsteen
Verschillende soorten etsen
Observeren van gepolijste metalen constructies
Voorbeeld van de hoeveelheidsevaluatie van etsen
Voorbeeld van de meting van de oppervlakteoneffenheid na chemisch polijsten

Lappolijsten

Plaats een object op een vlakke oppervlakteplaat die een lapmachine wordt genoemd, breng lappoeder (zoals diamant, siliciumcarbide of aluminiumoxide) aan tussen het object en de oppervlakteplaat als schuurmiddel en draai de tafel om het oppervlak van het object te polijsten.

A

Zijaanzicht

B

Slurry

C

Slurry-invoer

D

Wafer

E

Draagfolie

F

Polijstpad

G

Draaitafel voor polijsten

Boenen (polijsten)

Een schuurmiddel wordt op een wiel geplaatst dat tegen het te polijsten oppervlak drukt. Het wiel draait dan om het oppervlak te polijsten.

Elektrolytisch polijsten (elektropolijsten)

Het monster wordt ondergedompeld in een oplossing en er wordt een elektrische stroom doorheen geleid zodat het monster als de anode fungeert. Kleine hoeveelheden ijzer- of nikkelatomen lossen op van de tegenovergestelde pool om het monster te etsen. Het polijstoppervlak kan worden gewijzigd door de locatie van de kathode te wijzigen. Dit zorgt voor een fijne regeling van de ruwheid met een kleine hoeveelheid etsen.

Monster ondergedompeld in polijstelektrolyt.

Chemisch polijsten

Het monster wordt ondergedompeld in een zure polijstoplossing om het oppervlak gedeeltelijk op te lossen. In tegenstelling tot elektrolytisch polijsten kan het polijstoppervlak niet worden gekozen, zodat het gehele oppervlak dat in contact komt met de oplossing, gelijkmatig wordt geëtst.

	Elektrolytisch polijsten (Elektropolijsten)	Chemisch polijsten
Hoeveelheid polijsten	Ongeveer 1 tot 5 μm (Regelbaar met verwerkingstijd en oplossing)	Ongeveer 1 tot 20 μm (Regelbaar met verwerkingstijd)
Beschikbare nauwkeurigheid	Sub-micron	Micron
Elektrode	Vereist (Selectief polijsten op basis van de locatie van de elektrode)	Niet vereist (Uniform polijsten van het hele object)

Voorbeeld slijtageanalyse

Door de oppervlaktetextuur en het slijtagepatroon voor en na het etsen te analyseren, is het mogelijk om de samenstelling van het materiaal en de chemische samenstelling tot in detail te classificeren en te kwantificeren, waardoor er geen productiekosten verspild worden.

Lasermicroscoop

Meerdere datasets kunnen gelijktijdig worden geanalyseerd, onder dezelfde voorwaarden.
De op het oppervlak gebaseerde evaluatie maakt de analyse van de ruwheid, het volume en het oppervlak mogelijk.

Oppervlaktecondities voorafgaand aan de slijtage

Voorbeeld van profielmeting van een polijstpad

De oppervlaktecondities van de polijstpads beïnvloeden de vlakheid en uniformiteit van het gepolijste monster.
Het begrijpen van het oppervlak van polijstpads maakt het mogelijk om hun kwaliteit en levensduur te verbeteren.

Lasermicroscoop

Het meetbereik is groot genoeg om het hele object met slechts één meting te evalueren.
Geen monstervoorbereiding vereist.
Het profiel en de onregelmatigheden van het oppervlak kunnen worden gekwantificeerd.

De groefdiepte, -breedte en -volume kunnen worden gemeten voor versleten pads. Veranderingen die in de loop van de tijd zijn geregistreerd, kunnen worden gebruikt om het vervangingsinterval van de pads te bepalen.

Voorbeeld van profielmeting van een slijpsteen

Een slijpsteen bevat slijpkorrels van diamant, geplateerd op een onedel metaal.
Inzicht in het profiel van gegalvaniseerde slijpstenen kan leiden tot een beter rendement.

Lasermicroscoop

Er is geen beperking op de steekproefomvang, wat een niet-destructieve evaluatie mogelijk maakt.
Het profiel en de onregelmatigheden van het oppervlak kunnen worden gekwantificeerd.

Verschillende soorten etsen

Etsen kan grofweg worden onderverdeeld in nat etsen, waarbij er gebruik wordt gemaakt van chemische oplossingen zoals zuren of alkalische basen, en droog etsen, waarbij er gebruik wordt gemaakt van ionen, gas of radicalen.

Nat etsen

Isotroop etsen

Bij de maskeropening wordt het object met dezelfde snelheid radiaal geëtst, zodat het gebied direct onder het masker wordt geboord (zij-etsen, ondersnijding).

A: Masker

Anisotroop etsen

Deze methode zorgt bij het zij-etsen dat er enkel in een specifieke richting geëtst wordt door gebruik te maken van kristallijne anisotropie.

A: Masker

Droog etsen

Chemisch etsen (isotroop etsen)

Deze methode maakt gebruik van de chemische reactie tussen een geïoniseerd of radicaal reactiegas en het object.

A

Ionen plasma

B

Weerstand

C

SiO₂ of andere oxidefilm (isolatiemateriaal)

D

Silicium-wafer

E

Films die niet door de weerstand zijn bedekt, worden door de ionen verwijderd.

Directioneel etsen

Deze methode etst het object door ionen of snelle neutrale deeltjes met gerichte eigenschappen tegen hoge snelheid ertegen uit te zenden.

Observeren van gepolijste metalen constructies

Metalen constructies die alleen met een SEM te zien waren, kunnen worden waargenomen. De meting van de hoogte van onderdelen die zijn geërodeerd door etsen, maakt de evaluatie van de structuur mogelijk.

Lasermicroscoop

De hoge beeldkwaliteit maakt de observatie van metalen constructies mogelijk die voorheen alleen met een SEM te zien waren.
Omdat het profiel en de ruwheid van het oppervlak worden gekwantificeerd, is er geen arbeid nodig voor analyse.
Door de hoogte van de door het etsen verwijderde delen te meten, kunnen de componenten van de structuur worden geïdentificeerd.

Voorbeeld van de hoeveelheidsevaluatie van etsen

Het effect van etsen kan worden gekwantificeerd door het oppervlakteprofiel of de oppervlakteruwheid bij verschillende intervallen of temperaturen te evalueren.

Lasermicroscoop

Verschillen in het oppervlakteprofiel kunnen worden gekwantificeerd.
Oppervlakteruwheid kan worden beoordeeld zonder te worden beïnvloed door de vorm of slijtage van de styluspunt.

Etstijd: 0 minuten; 5 minuten; 10 minuten

Voorbeeld van de meting van de oppervlakteoneffenheid na chemisch polijsten

Het meten van de oppervlakteruwheid verbetert het inzicht in de effecten van chemisch polijsten op het basismateriaal, wat het rendement verbetert.

Lasermicroscoop

Er worden 2D- en 3D-beelden vastgelegd, waardoor er kwantitatief en kwalitatief inzicht in het oppervlak mogelijk is.
Het meten van de ruwheid over het gehele oppervlak zorgt voor een hoge mate van reproduceerbaarheid.

INHOUDSOPGAVE