Coated Wafer Mapping Using UV-Vis Spectral Reflection and Transmission Measurements

Význam tématu

Spektrální odrazivost a propustnost jsou klíčovými parametry pro charakterizaci optických vrstev a materiálů. Tato analýza umožňuje přesné stanovení optických vlastností, jako je šířka zakázaného pásu, uniformita povlaků a kvalita substrátů. Výsledky jsou zásadní pro aplikace v polovodičovém průmyslu, fotovoltaice, optickém měření a kvalitativní kontrole.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo představit novou automatizovanou schopnost zařízení Agilent Cary 7000 UMS vybaveného Solids Autosamplerem pro prostorové mapování velkých povlakovaných wafrů. Demonstrace byla provedena na vzorku tenké vrstvy oxidů zinku a cínu (ZTO) nanesené na 4palcový safírový substrát. Hlavním výstupem bylo zmapování energie zakázaného pásu přes průměr substrátu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření bylo využito multisnímací fotometrické spektroskopie (MPS) na přístroji Cary 7000 UMS, který kombinuje odrazová i propustnostní měření v širokém oboru vlnových délek 250–2500 nm a úhlech incidencí 5°–85°. Solids Autosampler zajišťuje automatizované nastavení radiální polohy (z) a otáčení vzorku (Φ) uvnitř komory s rozlišením až 2 × 2 mm, bez nutnosti přerovnávání vzorku. Pro získání spektroskopických dat byla použita šířka spektrálního pásu 4 nm a čas průměrování 0,1 s. Povlak ZTO (cca 14 nm) byl vytvořen kombinací vysokofrekvenčního pulzního magnetronového naprašování (HiPIMS) pro zinek a stejnosměrného magnetronového naprašování (DCMS) pro cín v kyslíkovém prostředí.

Hlavní výsledky a diskuse

Měření propustnosti na 18 bodech rozmístěných v 5 mm krocích ukázalo posun absorpčního okraje směrem k nižším energiím v oblasti bohaté na zinek. Energetická poloha zakázaného pásu byla určena extrakcí lineární regrese z (Absorpce)2 vs energie, přičemž hodnota průsečíku s nulou odpovídá šířce zakázaného pásu. Zjištěné hodnoty se pohybovaly přibližně od 3,35 do 3,7 eV v závislosti na pozici na wafru, což odráží změnu složení od téměř čistého cínu po čistý zinek.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizované mapování tenkovrstvých materiálů bez ručních zásahů umožňuje rychlou a reprodukovatelnou analýzu uniformity povlaku.
• Výsledná prostorová mapa šířky zakázaného pásu podporuje selekci optimálních oblastí pro výrobní procesy a výzkumné aplikace.
• Přístroj eliminuje potřebu výměny příslušenství mezi odrazovými a propustnostními měřeními, čímž minimalizuje chyby spojené s nesouladem vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s rozšířenými úhly měření a polarizačními filtry pro komplexní charakterizaci anizotropních povrchů.
• Rozšíření do blízké infračervené oblasti pro analýzu širší škály materiálů, včetně organických a polymerních vrstev.
• Nasazení v průmyslových výrobních linkách pro inline kontrolu kvality optických komponent.
• Potenciál využití pro vývoj a hodnocení nových polovodičových materiálů, holografických a fotonických struktur.

Závěr

Studie demonstrovala efektivitu přístroje Agilent Cary 7000 UMS se Solids Autosamplerem pro detailní prostorové mapování optických vlastností povlakovaných waferů. Metoda umožňuje přesné určení rozložení energie zakázaného pásu na velkoplošných vzorcích, což je přínosné pro výzkum i průmyslové aplikace v oblasti optické metrologie a výrobní kontroly.

Reference

1. Death DL, Francis RJ, Bricker C, Burt T, Colley C. The UMA: A new tool for Multi-angle Photometric Spectroscopy. Optical Interference Coatings OSA Topical Meeting, 2013.
2. Uchida S, Yamamoto Y, Fujishiro Y, Watanabe A, Ito O, Sato T. Intercalation of titanium oxide in layered H2Ti4O9 and H4Nb6O17 and photocatalytic water cleavage with H2Ti4O9/(TiO2, Pt) and H4Nb6O17/(TiO2, Pt) nanocomposites. J Chem Soc Faraday Trans, 1997;93(17):3229.
3. Batzill M, Diebold U. Review: The surface and materials science of tin oxide. Prog Surf Sci, 2005;79:47–154.
4. Madambi K, Jayaraj, Kachirayil J, Saji, Nomura K, Kamiya T, Hosono H. Optical and electrical properties of amorphous zinc tin oxide thin films examined for thin film transistor application. J Vac Sci Technol B, 2008;26:495.