Damage-free failure/defect analysis in electronics and semiconductor industries using micro-ATR FTIR imaging

Význam tématu

V moderním elektronickém a polovodičovém průmyslu je rychlá a spolehlivá analýza kontaminantů klíčová pro minimalizaci neplánovaných odstávek a finančních ztrát. Jak se elektronické součástky stále zmenšují a výrobní procesy komplikují, drobné částice prachu, zbytky materiálů či chemické nečistoty mohou zastavit celé výrobní linky. Nedestruktivní mikroskopická FTIR spektroskopie s ATR zobrazováním nabízí možnost rychle identifikovat povrchové kontaminanty bez poškození vzorku a minimalizovat dobu analýzy na jednotky minut.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo demonstrovat použití Agilent Cary 620 FTIR mikroskopu se 64×64 FPA detektorem a mikro-ATR k analýze neviditelných kontaminací na dvou typech elektronických komponent: LCD barevném filtru a plošném spoji (PCB). Studie sledovala postup přípravy vzorku, sběr dat, identifikaci spektrálních signatur a vyhodnocení schopnosti metody detekovat submikrometrické nečistoty rychle, spolehlivě a bez destrukce.

Použitá metodika

Obě komponenty (barevný filtr a PCB) byly analyzovány bez jakékoli chemické přípravy — vzorky byly položeny na motorický posuvný stolek FTIR mikroskopu. Mikroskopická ATR metoda s živým FPA zobrazováním umožnila optimální kontakt ATR diamantového hranolu se vzorkem a kontrolu přítlačné síly v reálném čase. Spektrální sběr a generování chemických obrazů proběhlo automaticky. Heterogenity o velikosti od 2 µm byly detekovány díky rozlišení 1,1 µm na pixel.

Použitá instrumentace

• FTIR spektrometr: Agilent Cary 660
• FTIR mikroskop: Agilent Cary 620 s 64×64 FPA matričním detektorem
• ATR příslušenství: mikro- Germanium ATR hranol
• Spectral resolution: 8 cm⁻¹
• Scans: 128
• Spektrální rozsah: 4000–900 cm⁻¹
• Prostorové rozlišení: 1,1 µm/pixel
• FOV: 70×70 µm
• Počet spekter: 4096
• Celkový čas sběru: 4 minuty

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza LCD filtru odhalila drobné částice prachu, které v chemickém obraze vykazovaly charakteristickou absorpci na 1017 cm⁻¹. Porovnání s interními spektrálními knihovnami ukázalo, že se jednalo o tzv. spacery z výrobního procesu, jež se uvolnily až po montáži. V případě PCB aplikace poskytl živý ATR režim optimální kontakty bez poškození podkladu, načež chemické snímky při 1720 cm⁻¹ identifikovaly kontaminaci jako zbytky polyetherimidu. Obě identifikace proběhly během jednotek minut a nevyžadovaly opakované měření či odstraňování vzorku z mikroskopu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá identifikace kontaminantů na drobných úlomcích a površích v řádu minut.
• Nedestruktivní přístup: vzorky po analýze zůstávají nepoškozené.
• Minimální či žádná příprava vzorku šetří čas a eliminuje riziko další kontaminace.
• Vysoké prostorové rozlišení umožňuje vyhodnotit distribuci nečistot v mikroskopickém měřítku.
• Jednoduchá obsluha vhodná i pro personál bez specializované zkušenosti s FTIR.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj FTIR zobrazovacích technik v oblasti vyššího prostorového a spektrálního rozlišení. Integrace s umělou inteligencí a strojovým učením přinese automatizované vyhodnocení obrazů a identifikaci kontaminací ve výrobě v reálném čase. Kombinace s dalšími analytickými metodami (SEM-EDX, Raman) umožní komplexnější charakterizaci povrchových vad. Rozšíření metodiky do kvantitativních studií přispěje k detailnějšímu monitoringu čistoty v pokročilých výrobních procesech polovodičů a mikroelektroniky.

Závěr

Agilent Cary 620 FTIR mikroskop s FPA detektorem a mikro-ATR příslušenstvím se prokázal jako účinný nástroj pro rychlou, spolehlivou a nedestruktivní analýzu kontaminací na elektronických součástkách. Metoda umožňuje přesnou lokalizaci a identifikaci chemického složení vad o velikosti řádu mikrometrů bez poškození vzorku a významně redukuje výrobní dobu odstávky.

Reference

• Kansiz M., Grant K., Agilent Technologies Application Note 5991-5223EN, říjen 2014.