Kiểm định chất lượng Wafer bán dẫn bằng Kính hiển vi Raman đồng tiêu hãng Edinburgh Instruments

Kính hiển vi Raman đồng tiêu hãng Edinburgh Instruments là giải pháp được tin dùng trong nghiên cứu.

1. Giới thiệu Kính hiển vi Raman đồng tiêu hãng Edinburgh 

Tầm soát nhanh chất lượng tấm wafer là quan trọng để duy trì hiệu suất sản xuất bán dẫn. Truyền thống như kính hiển vi quang hoặc kiểm tra điện sẽ bị hạn chế thông tin, như.cấu trúc nền, tính không đồng nhất; dẫn đến lỗi ở công đoạn sau.

Kính hiển vi Raman đồng tiêu khảo sát không phá hủy trên toàn bộ tấm wafer. Model RMS1000 (Hình 1), với WaferMap® cùng mô-đun RamanQA Python, mang đến luồng công việc tự động hóa. RamanQA trích xuất phổ đồ then chốt, áp dụng ngưỡng sai số,.và sử dụng phân tích đa biến để phân loại Pass/Fail.

2. Phương pháp RamanQA trên kính hiển vi đồng tiêu RMS1000

Phương pháp RamanQA áp dụng trích xuất phổ tự động và thống kê dung sai trên khối dữ liệu. Quy trình như sau:

Bước 1: Ghi nhận dữ liệu bằng WaferMAP

Trong WaferMAP, phổ Raman được thu thập trên wafer. Số lượng phổ lớn; mỗi phổ đại diện cho một vùng wafer, với thông tin.như ứng suất cục bộ, các khuyết tật, …

Bước 2: Tính năng trích Peak Raman bằng Kính hiển vi đồng tiêu RMS1000

Phổ Raman của wafer cơ bản tại 520 cm⁻¹ cho Si; 567 cm⁻¹ cho GaN; 1581 cm⁻¹ cho graphene. Vị trí cùng cường độ peak, và FWHM được trích xuất (Bảng 1). Các giá trị này là thước đo cốt lõi về chất lượng vật lý tấm wafer.

Bảng 1: Thông số peak được trích xuất từ RamanQA.và các nguyên nhân có thể gây ra sự khác biệt

Thông số peak	Các nguyên nhân có thể gây ra sự khác biệt trong tham số
Cường độ peak	Độ kết tinh, phụ gia, tạp chất bề mặt
Vị trí peak (cm⁻¹)	Độ biến dạng, phụ gia, độ kết tinh
FWHM (cm⁻¹)	Độ hỗn loạn, khuyết tật, biến dạng

Xuyên suốt các điểm ghi nhận, giá trị trung vị từng thông số phổ trích xuất sẽ được tính toán. Các giá trị trung vị này xác định phản hồi kỳ vọng Raman “bình thường” của tấm wafer. Nó cũng có thể xác định theo dữ liệu lịch sử, nếu cùng loại tấm wafer được phân tích lặp.

Bước 3: Phân tích tính nhất quán phổ đa biến

RamanQA có các tùy chọn phân tích đa biến để phát hiện các sai lệch nhỏ khó nhận diện được. Hai công cụ phân tích hiện có là tương quan Pearson và Mahalanobis (MD). Cả 2 phương pháp đảm bảo độ nhạy và ổn định trong phát hiện các sai lệch phổ.

Bước 4: Lựa chọn dung sai

Các ngưỡng dung sai do người dùng xác định như.± 2 cm⁻¹ với vị trí, ± 20% cường độ peak và FWHM. Mỗi phổ sẽ được phân loại dựa vào yếu tố các thông số có thuộc khoảng dung sai không. Các ngưỡng dung sai cũng được thiết lập cho hệ số tương quan Pearson và MD. Với hệ số Pearson, r = 0.95 so với phổ trung vị là đạt;.nếu r < 0.9 có khả năng lỗi hoặc có tạp chất. Đối với MD, ngưỡng thực tế là 3. Giá trị như bộ lọc thống kê; MD > 3 rằng 99% tại điểm đó của tấm wafer là bất thường.

Bước 5: Xác định tỷ lệ đạt

Tỷ lệ đạt được tính bằng % số phổ đáp ứng tất cả các tiêu chí đã chọn.

Bước 6: Phân loại cuối cùng

Nếu tỷ lệ Pass > mức yêu cầu cài đặt (được tùy chỉnh), xác nhận mẫu Pass; ngược lại là Fail. Chương trình hỗ trợ sàng lọc lưu lượng lớn, cùng chi tiết trong chẩn đoán lỗi.

Bước 7: Lập bản đồ vùng Pass / Fail

Trong RamanQA, các kết quả hiển thị ở quy mô tấm wafer được tự động tạo ra, gồm:

+ Bản đồ tổng quát Pass/Fail, hiển thị những điểm ảnh nào đáp ứng tất cả các tiêu chí dung sai

+ Các bản đồ peak đặc trưng, minh họa những biến đổi không gian về vị trí peak, cường độ và FWHM.

+ Bản đồ tương quan Pearson, giúp xác định các phổ có độ tương quan thấp so với phổ trung bình trên tấm wafer

+ Bản đồ PCA MD, làm nổi bật các điểm ngoại lệ về mặt thống kê trong không gia phổ đa biến

Ngoài ra, các biểu đồ tần suất và biểu đồ hộp cho từng chỉ số được tạo ra nhằm tóm tắt các phân bố trên toàn bộ tấm wafer, cung cấp tầm nhìn định lượng về độ biến thiên, sai lệch và sự xuất hiện giá trị ngoại lai.

3. RamanQA trên mẫu thực bằng kính hiển vi Raman đồng tiêu hãng Edinburgh Instruments

Dữ liệu Raman của tấm wafer (ống nano carbon 4″ trên nền silicon) được ghi nhận bằng WaferMAP trên RMS1000. Lựa chọn tấm wafer này vì độ biến thiên trên bề mặt. Có 17.560 phổ được thu thập trên bề mặt, với bước 650 μm. Hình 2 minh họa biến thiên phản hồi quang tại peak phonon silicon 520 cm⁻¹.

Bằng mô-đun RamanQA Python IDE, các phổ đã được trích xuất, dải 520 cm⁻¹ được hiệu chỉnh,.cường độ peak, vị trí và FWHM tại mỗi pixel được tính toán. Với cửa sổ dung sai được thiết lập như sau:

• Cường độ: +/- 50% so với trung vị
• Vị trí: +/- 2 cm⁻¹ so với trung vị
• FWHM: +/- 20% so với trung vị
• Hệ số tương quan (r) Pearson tối thiểu: 0.9 so với trung vị
• MD tối đa: 3

Ngưỡng được thiết lập ở mức 90% tổng số phổ; để đánh giá “Pass”, 90% phổ phải thuộc dung sai. Dù chỉ một thông số không thuộc, kết quả là “Fail”. Các kết quả được trình bày trong Bảng 2. Xét theo ngưỡng 90% nêu trên, kết quả cuối là “Fail”

Bảng 2: Kết quả RamanQA của ống nano carbon trên Silicon bằng cách liên kết Silicon

Chỉ số đo lường	Dung sai	% Đạt
Cường độ peak Silicon	+/- 50% so với trung vị	66.85
Vị trí peak Silicon	+/- 2 cm-1 so với trung vị	73.64
FWHM peak Silicon	+/- 20% so với trung vị	99.41
Hệ số tương quan Pearson	> 0.9 so với trung vị	55.77
MD	< 3	94.92
Kết quả Wafer	Fail (cường độ peak, vị trí peak, hệ số tương quan Pearson)

Mở rộng: Phân tích dữ liệu sau khi phân tích trên Kính hiển vi Raman đồng tiêu Edinburgh

Hình 3 là bản đồ loại wafer theo chỉ số, xuất ra từ RamanQA. Những biểu đồ này tự động tổng hợp thành báo cáo PDF.

Nguyên nhân vật lý dẫn đến sự biến thiên diện rộng (cả cường độ peak và tổng thể) là sự phân bố không đồng đều CNT trên bề mặt wafer.

Những biến thiên của màng CNT sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ peak Raman từ lớp silicon nền, thông qua các hiệu ứng tán xạ, hấp thụ hoặc giao thoa. Tỷ lệ đạt chuẩn thấp đối với chỉ số cường độ xác nhận rằng có sự không đồng nhất đáng kể trên bề mặt wafer. Tương tự, nếu lớp phủ CNT không đồng đều, một số khu vực có thể hiển thị rõ peak tín hiệu Silicon cùng các đặc trưng phổ của CNT, trong khi những khu vực có thể chỉ cho thấy peak tín hiệu Silicon, hoặc peak này bị suy giảm ở các mức độ khác nhau. Điều này làm thay đổi hình dạng phổ tổng thể, dẫn đến hệ số tương quan Pearson thấp, giảm tỷ lệ đạt chuẩn.

4. Kết luận

RMS1000, với sự tích hợp RamanQA với WaferMAP cùng các quy trình thống kê phản hồi phổ tự động hóa trên Python IDE, trở thành công cụ mạnh mẽ, khách quan và không phá hủy mẫu, phục vụ công tác QA tấm wafer.

Bằng cách tự động trích xuất các thông số phổ chính của bán dẫn (vị trí peak, cường độ, FWHM) và thực hiện phân tích đa biến mạnh mẽ (tương quan Pearson và khoảng cách Mahalanobis-MD) dựa trên các ngưỡng dung sai do người dùng thiết lập, RamanQA nhanh chóng chuyển đổi các tập dữ liệu phổ phức tạp thành các quyết định Pass/Fail, có tính ứng dụng cao, cùng bản đồ phân bố khuyết tật. Cần lưu ý rằng RamanQA có khả năng tùy chỉnh linh hoạt và điều chỉnh để áp dụng cho bất kỳ loại vật liệu bán dẫn nào. Hệ thống cũng cho phép trích xuất các tỷ số cường độ peak và độ tách của dịch chuyển Raman giữa 2 dải phổ bán dẫn, tùy vào loại vật liệu cụ thể đang được nghiên cứu.

Khả năng này cho phép các nhà sản xuất tối ưu quy trình QA tấm wafer, xác định nhanh các bất thường, đồng thời sàng lọc nhanh với lưu lượng cao, lẫn chẩn đoán.

—————-

VIỆT NGUYỄN là đại lý phân phối chính thức Kính hiển vi Raman đồng tiêu hãng Edinburgh Instruments

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI – DỊCH VỤ – KỸ THUẬT VIỆT NGUYỄN
Địa chỉ	VP. HCM: số N36, đường số 11, Phường Đông Hưng Thuận VP. HN: Tòa Intracom, Số 33 Cầu Diễn, Phường Xuân Phương VP. ĐN: Số 10 Lỗ Giáng 5, phường Hòa Xuân
Liên hệ	0826 664 422 (Mr. Thành) – E: thanh.hongco@vietnguyenco.vn
Email	info@vietnguyenco.vn
Website	https://www.vietcalib.vn| https://vietnguyenco.vn