Spectrophotometric Spatial Profiling of Coated Optical Wafers

Význam tématu

Automatizovaná a cenově efektivní spektrofotometrická charakterizace optických povlaků je klíčová pro zajištění vysoké kvality a konkurenceschopnosti tenkovrstvých optických vrstev. Zvláště u velkých podložek (200 mm průměr) je nutné přesně a rychle posoudit uniformitu povlaku před dalším členěním wafru nebo sériovou výrobou. Plně automatizované systémy mohou snížit náklady na analýzu, zvýšit produktivitu a rozšířit programy kontroly kvality.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ověřit schopnost systému Agilent Cary 7000 Universal Measurement Spectrophotometer (UMS) vybaveného Solids Autosamplerem pro prostorové mapování reflexe povlaků na 200 mm průměrném waferu. Autoři představují nastavení měření, limity rozsahu, provozní parametry a demonstrují, jak lze získaná data využít k posouzení uniformity povlaku v různých úhlech polarizace.

Použitá metodika a instrumentace

Systém zahrnoval:

• Cary 7000 UMS spektrofotometr s rozsahem 250–2500 nm pro Multi-angle Photometric Spectroscopy (MPS).
• Universal Measurement Accessory (UMA) s možností měnit úhly dopadu od 5° do 85° bez zásahu obsluhy.
• Solids Autosampler pro automatické polohování vzorku v radiálním (z) a rotačním (Φ) směru, s krokovou přesností 0,5°.
• Vzorková deska pro 200 mm wafer, uchycená třemi pružinovými svorkami a ochranným kroužkem dotýkajícím se vzorku pouze po okraji.

Metodika měření:

• Stanovení maximálního poloměru bez stínění svorkami optickým testem dopadajícího svazku (limit 94 mm).
• Reflexní spektrální měření při úhlu dopadu 7° s polarizací S nebo P, spektrální šířkou 4 nm a krokem 1–4 nm.
• Mapování osmi průměrů rozložených po úhlovém kroku 22,5°; na každé dráze 29 bodů (5 mm rozestupy plus dva jemné kroky 1 mm k okraji).

Hlavní výsledky a diskuse

Spektrum ve středu waferu vykazovalo více než 99 % odrazivost kolem návrhové vlnové délky 1064 nm na úzkém pásmu 950–1150 nm. Mapovací profily při 1064 nm v S a P polarizaci ukázaly systematický pokles odrazivosti směrem k okraji, přičemž variabilita měření ve středu byla pod 0,1 % během 6,5 h kontinuálního experimentu. Výjimečné odchylky identifikované v určitých bodech bylo možné přiřadit nežádoucímu znečištění povrchu waferu.

Přínosy a praktické využití metody

Tato automatizovaná procedura umožňuje:

• Rychlou a vysoce reprodukovatelnou kontrolu uniformity povlaků na velkých kruhových substrátech.
• Detekci lokálních vad a nejednotností, což vede k minimalizaci odpadů a optimalizaci výrobních parametrů.
• Integraci do výrobních linek jako klíčovou součást procesu QA/QC i vývojových cyklů nových povlakových procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření automatizace spektroskopie kombinací s pokročilými algoritmy analýzy dat a umělou inteligencí pro prediktivní detekci vad. Vývoj multi-modalních snímačů a integrace s robotickými systémy umožní bezobslužné sekvenční vyhodnocení větších sad vzorků a nových typů substrátů (např. netradiční tvary nebo flexibilní materiály). Dále se otevírá prostor pro real-time procesní kontrolu přímo v depoziční komoře.

Závěr

Studie prokázala, že kombinace Agilent Cary 7000 UMS a Solids Autosampleru poskytuje spolehlivou, vysoce přesnou a plně automatizovanou platformu pro prostorové mapování optických povlaků na 200 mm waferech. Metoda nabízí vynikající reprodukovatelnost a schopnost diagnostikovat nejednotnosti, což přispívá k optimalizaci výrobních postupů a zkvalitnění konečného produktu.

Reference

1. Burt T., Haq F. High volume optical component testing using Agilent Cary 7000 UMS with Solids Autosampler, Agilent Technologies, 5991-4071EN, 2005.
2. Burt T., Haq F. Coated wafer mapping using an Agilent Cary 7000 UMS with Solids Autosampler, Agilent Technologies, 5991-4072EN, 2014.
3. Death D.L. et al. The UMA: A new tool for Multi-angle Photometric Spectroscopy, OIC OSA Topical Meeting, Kanada, 2013.
4. Tikhonravov A.V. et al. Optical characterization and reverse engineering based on multiangle spectroscopy, Appl. Opt. 2012, 51, 245–254.
5. Amotchkina T.V. et al. Oscillations in spectral behavior of total losses in dielectric films, Opt. Exp. 2012, 20, 16129–16144.
6. Amotchkina T.V. et al. Quality control of oblique incidence optical coatings based on normal incidence measurement data, Opt. Exp. 2013, 21, 21508–21522.