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Infrared reflection spectroscopy and optical modelling for the characterization of polymer films
Cornelia Jakopin
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Drug Discovery and Development
Betreuer*in
Bernhard Lendl
DOI
10.25365/thesis.78851
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10569.34862.858628-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) ist eine zerstörungsfreie und einfache Analysemethode, die häufig zur Materialcharakterisierung verwendet wird. Bei der Anwendung auf polymerbeschichtete Siliziumproben wird die Interpretation der Spektra jedoch aufgrund von Interferenzmustern und Verzerrungen in den Spektra erschwert. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung eines mathematisch unterst¨utzten Algorithmus, der FTIR-Spektren korrigiert und eine zuverlässige Interpretation ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde auch der Einfluss von unterschiedlichen Schichtdicken der Polymere auf die optischen Eigenschaften untersucht, mit dem Ziel, Informationen über die Struktur und Eigenschaften innerhalb der Schichten zu gewinnen. Dabei werden Polymere wie Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polystyrol (PS) mit Hilfe FTIR-Spektroskopie analysiert. Außerdem wurde festgestellt, dass das Substratmaterial, nämlich Silizium, ausgeprägtere Interferenzmuster aufweist als Gold. Diese Beobachtung erschwert die spektrale Korrektur. Zur Behebung dieses Problems, wurde ein Algorithmus entwickelt, dessen Genauigkeit durch Berechnungen überprüft und anhand von simulierten Daten getestet wurde. Der Algorithmus ist in der Lage, sowohl die Schichtdicke als auch den Brechungsindex der untersuchten Polymerschichten zu bestimmen. In dieser Arbeit konnten Absorptionsspektren für dünne Polymerschichten auf Siliziumsubstraten erfolgreich korrigiert werden. Darüber hinaus konnte die Schichtdicke und der Brechungsindex der Polymere bestimmt werden. Diese Bestimmung wurde optimiert durch Anpassungen des experimentellen Aufbaus. Es wurden 3D-gedruckte Blenden eingesetzt, um den Einfallswinkel einzuschränken. Trotz dieser Fortschritte stellten die Absorptionsspektren dickerer Polymerschichten wegen stärkerer Interferenzeffekte größere analytische Herausforderungen dar. Diese Erkenntnisse finden praktische Anwendung in der Halbleiterindustrie, insbesondere bei der Herstellung von Wafern. Darüber hinaus ermöglicht dies die Kontrolle von Dicke und Homogenität der Polymerschicht während des Herstellungsprozesses. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Weiterentwicklung von FTIR-Spektroskopie und ermöglicht die Materialcharakterisierung von Polymerproben.
Abstract
(Englisch)
Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) is a fast and non-destructive analytical method widely used for material characterization. However, when applied to the analysis of polymer-coated silicon wafers, it is complicated by challenges such as interference fringes and spectral distortions, which hinder accurate interpretation of the spectrum. To overcome these difficulties, this thesis focuses on the development of advanced computational methods for refining FTIR spectra and enabling reliable interpretation. This study explores the impact of thickness variations of the polymer layer on the optical behavior with the ultimate goal of gaining information on the bulk properties of the polymers. Polymers such as polymethyl-methacrylate (PMMA) and polystyrene (PS) were analyzed using FTIR spectroscopy. Furthermore, it was observed that the substrate (silicon) has a pronounced fringe pattern and thus distorts the spectrum. This observation makes the spectral correction more challenging. For this correction, an algorithm was developed. To ensure the accuracy of the algorithm, the calculations implemented were verified and tested by applying them to the simulated data. Moreover, the algorithm was able to determine the thickness of the polymer layer and refractive index of the polymers studied. This research successfully corrected the absorption spectra for thin polymer layers on silicon substrates. In addition to determining the polymer layer thickness and refractive index with high precision, modifications of the experimental setup were required. 3D printed apertures were implemented that improved the control of the angle of incidence. Despite these advancements, the absorption spectra of thicker polymer layers presented greater analytical challenges because of the increased interference effects in the spectra. These findings have practical applications within the semiconductor industry, in particular in the production of wafers. It enables monitoring of the thickness and uniformity of the polymer layer during the fabrication process. Therefore, this work contributes to the advancement of FTIR spectroscopy as a tool for material characterization, enabling its application in research and industry.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
FTIR Spektroskopie Interferenzmuster optische Modellierung Polymer Silizium Substrat
Schlagwörter
(Englisch)
FTIR spectroscopy fringe optical modelling polymer silicon substrate
Autor*innen
Cornelia Jakopin
Haupttitel (Englisch)
Infrared reflection spectroscopy and optical modelling for the characterization of polymer films
Paralleltitel (Deutsch)
Infrarot-Reflexionsspektroskopie und optische Modellierung zur Charakterisierung von Polymerfilmen
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
III, 88 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bernhard Lendl
Klassifikation
35 Chemie > 35.39 Analytische Chemie. Sonstiges
AC Nummer
AC17596105
Utheses ID
76526
Studienkennzahl
UA | 066 | 606 | |