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

Význam tématu

Mapování optických vlastností povlaků na plošných nosičích je klíčové pro kontrolu kvality tenkých filmů používaných v polovodičovém průmyslu, fotovoltaice či optoelektronice. Díky multiúhlové fotometrické spektroskopii lze získat podrobné spektrální informace o odrazu a průchodu světla materiálem, což umožňuje přesné stanovení optické mezery zakázky a uniformity nanesené vrstvy.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo demonstrovat nové automatizované mapovací rozšíření (Solids Autosampler) pro spektrofotometr Agilent Cary 7000 UMS. Testovací aplikací bylo rozložení optické mezery energetické pásma (band gap) v gradiované vrstvě oxidů cínu a zinku (ZTO) o průměru 100 mm, nanesené na safírovém substrátu. Studie ukazuje rychlé a reproducibilní získání prostorově rozlišených spekter v rozlišení až 2 × 2 mm.

Použitá metodika a instrumentace

• Spektrofotometrie: Agilent Cary 7000 Universal Measurement Spectrophotometer (MPS, UV-Vis-NIR, 250–2500 nm)
• Solids Autosampler: automatizované polohování vzorku v osách úhel dopadu Θi (5°–85°), radiální z, rotační Φ
• Spektrální rozlišení: šířka pásma 4 nm, průměrovací čas 0,1 s
• Protokol měření: transmisní spektra v rozsahu 1,7 eV (700 nm) až 7,8 eV (200 nm) v 5 mm krocích přes průměr vzorku

Hlavní výsledky a diskuse

Naměřená transmisní spektra prokázala posun absorpční hrany směrem k nižším energiím v oblasti vyšší koncentrace zinku. Výpočet optické mezery (extrapolací (Absorption)² vs. energie) ukázal rozložení band gap od přibližně 3,3 eV na jednom konci až k 3,6 eV na protilehlém konci disku. Tato prostorová variace reflektuje gradiované složení ZTO vrstvy a potvrzuje schopnost systému produkovat detailní mapu optických vlastností.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé a plně automatizované mapování velkých ploch až do průměru 8″ bez přerušení měření
• Eliminace chyb způsobených přemísťováním vzorku mezi různými optickými sestavami
• Umožnění cíleného výběru dílčích vzorků s požadovanou optickou mezerou pro další aplikace
• Široké využití v QA/QC laboratořích, vývoji optických povlaků, polovodičovém výzkumu či fotovoltaice

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření této metody o měření polarizačních vlastností a difuzních charakteristik, integraci s NIR spektroskopií pro organické a biomateriály a rozvoj softwarových nástrojů pro 3D vizualizaci prostorových vlastností povlaků. Další potenciál spočívá ve zpětné vazbě do výrobních procesů a adaptivní optimalizaci depozičních parametrů v reálném čase.

Závěr

Automatizovaný systém Agilent Cary 7000 UMS se Solids Autosamplerem poskytuje spolehlivou a vysoce rozlišenou metodiku pro prostorové mapování optických vlastností velkých ploch. Případová studie na gradiované vrstvě ZTO potvrdila schopnost přesně určovat variaci band gap energie, což zvyšuje efektivitu vývoje a kontroly kvalitních tenkých filmů.

Reference

1. 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) OSA Topical Meeting, Canada, 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. The surface and materials science of tin oxide. Prog. Surf. Sci., 2005, 79:47–154.
4. Madambi K., Jayaraj K., 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.