Spectrophotometric Spatial Profiling of Coated Optical Wafers

Význam tématu

Spektrofotometrická prostorová analýza optických povlaků na plošných substrátech, jako jsou 200 mm polovodičové wafery, je klíčová pro ověření homogenní kvality nánosů před dalším zpracováním. Automatizované UV-Vis-NIR měření s přesným úhlovým a prostorovým rozlišením významně zvyšuje efektivitu kontroly, snižuje náklady na analýzy a podporuje rozvoj robustních QA/QC protokolů v průmyslu i akademickém výzkumu.

Cíle a přehled studie / článku

Práce se zaměřuje na demonstrační aplikaci Agilent Cary 7000 UMS vybaveného Universal Measurement Accessory (UMA) a Agilent Solids Autosampler pro plně automatizované mapování reflexe optických nátěrů na precut waferu o průměru 200 mm. Cílem je ukázat, jak systém umožňuje sběr prostorově a úhlově rozlišených dat s vysokou opakovatelností a detailním rozlišením až 2 mm × 2 mm.

Použitá metodika a instrumentace

Pro studii byly použity tyto klíčové komponenty:

• Spektrofotometr Cary 7000 UMS pro multi‐angle photometric spectroscopy (MPS) v rozsahu 250–2500 nm.
• Universal Measurement Accessory (UMA) zajišťující nezávislé natočení vzorku i detektoru v úhlu 5–85°.
• Agilent Solids Autosampler s radiálním (z) a rotačním (Φ) posuvem vzorku, kroky 0,5° a maximálním průměrem vzorku 200 mm.
• Vzorková miska se třemi pružinovými úchyty a minimálním kontaktem k vzorku.

Měření probíhalo v s‐polarizaci při úhlu dopadu 7° s clonou paprsku 3°×1°, šířkou pásma 4 nm a akvizičním časem 0,5–1 s podle typu experimentu. Prostorové mapování bylo definováno osmi průměrnými čarami (chords) s krokem 5 mm a dvěma body blíže okraji.

Hlavní výsledky a diskuse

Spektrum středu waferu vykázalo reflexi nad 99 % kolem designované vlnové délky 1064 nm v pásmu 950–1150 nm. Prostorové profily ukázaly postupný pokles reflexe směrem k okrajům v obou polarizacích s maximálními odchylkami až 1 %. Opakovatelnost měření středu (RSD < 0,1 %) během celého 6,5 hodinového experimentu potvrdila dlouhodobou stabilitu systému a spolehlivost získaných dat. Identifikované odchylky byly vázány na lokální kontaminaci povrchu waferu a lze je snadno lokalizovat a odstranit.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizované prostorové profilování pomocí Cary 7000 UMS s autosamplerem přináší:

• Vyšší propustnost analýz a snížení nákladů na analýzu.
• Detailní kvalifikaci uniformity nátěrů na velkých desítkách nebo náběhových vzorcích.
• Možnost včasné detekce defektů a kontaminací.
• Implementaci do výrobních i vývojových procesů pro zlepšení výtěžnosti a minimalizaci zmetků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Ve výhledu lze metodu dále rozšířit o: integraci inline výrobních linek pro on‐line kontrolu, pokročilou analýzu dat pomocí strojového učení, rozšíření spektrálního rozsahu do SWIR, dynamické sledování procesů depozice v reálném čase a kombinaci s dalšími charakterizačními technikami (AFM, SEM).

Závěr

Ukázali jsme efektivní využití Agilent Cary 7000 UMS s UMA a Solids Autosamplerem pro detailní a automatizované mapování kvality optických povlaků na 200 mm waferu. Metoda prokázala vysokou opakovatelnost, prostorové rozlišení a schopnost detekovat lokální odchylky kvality, což přispívá k optimalizaci výrobních i vývojových procesů.

Reference

• Burt T.; Haq F. High volume optical component testing using Agilent Cary 7000 Universal Measurement Spectrophotometer with Solids Autosampler. Agilent Technologies, 2005.
• Burt T.; Haq F. Coated wafer mapping using an Agilent Cary 7000 Universal Measurement Spectrophotometer with Solids Autosampler. Agilent Technologies, 2014.
• Death D.L.; Francis R.J.; Bricker C.; Burt T.; Colley C. The UMA: A new tool for Multi‐angle Photometric Spectroscopy. Optical Interference Coatings OIC Topical Meeting, Kanada, 2013.
• Tikhonravov A.V.; Amotchkina T.V.; Trubetskov M.K.; Francis R.J.; Janicki V.; Sancho‐Parramon J.; Zorc H.; Pervak V. Optical characterization and reverse engineering based on multiangle spectroscopy. Applied Optics 2012, 51, 245–254.
• Amotchkina T.V.; Trubetskov M.K.; Tikhonravov A.V.; Janicki V.J.; Sancho‐Parramon J.; Razskazovskaya O.; Pervak V. Oscillations in the spectral behavior of total losses in dielectric films. Optics Express 2012, 20, 16129–16144.
• Amotchkina T.V.; Trubetskov M.K.; Tikhonravov A.V.; Schlichting S.; Ehlers H.; Ristau D.; Death D.L.; Francis R.J.; Pervak V. Quality control of oblique incidence optical coatings based on normal incidence measurement data. Optics Express 2013, 21, 21508–21522.