硅片局部平整度非接触式标准测试方法

硅片局部平整度非接触式标准测试方法

国家标准 GB/T19922一2005 硅片局部平整度非接触式标准测试方法 Standardtestmeth0dsformeasuringsiteflatnessonsiliconwafersbynoncontact scanning 2006-04-01实施 2005-09-19发布 国家质量监督检验检疫总局 发布 中 国国家标准化管委员会国家标准
GB/T19922一2005 引 言 硅片的局部平整度是直接影响到集成电路光刻等工艺线宽的质量、成品率和可靠性的重要参数之 为满足我国硅材料的生产使用的实际需求,同时考虑到与国际的接轨,我们在对相关国外标准的充 分理解、吸收的基础上,综合我国硅材料的生产使用情况及国际上硅材料的生产和微电子产业的发展和 现状编制了本标准 本标准是进行硅片表面局部平整度测量的指导文件,目的是为硅片的供应方与使用方提供一种通 用的方法来更确切地了解硅片是否满足规定的几何要求 但在双方进行相关性测试比较之前不建议将 此测试方法作为仲裁标准
GB/T19922一2005 硅片局部平整度非接触式标准测试方法 范围 本标准规定了用电容位移传感法测定硅片表面局部平整度的方法 本标灌适用于无接触,非破坏性地渊量干燥.请净的半导体硅片表面的局部平整度 适用于直径 00mm及以上,厚度250m及以上的腐蚀、抛光及外延硅片 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而构成为本标准的条款 凡是注年代的引用文件,其随后所 有的修订单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准 然而,鼓励根楣本标准达成协议的各方 研究是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注明年代的引用文件,其最新版本适用于本标准 GB/T14264半导体材料术语 ASTMF153094自动无接触扫描测试硅片厚度、平整度及厚度变化的标准检测方法 术语和定义 由GB/T1426!确立的及以下半导体术语和定义适用于本标准 3.1 局部平整度sitelatness 当硅片的背面为理想平面时,在硅片表面的局部定域内,相对于特定参照平面的最大偏差,通常报 告硅片上所有局部定域的最大值 如图1所示 根檐所选参照平面的不同,可分别用sF3R,SFLR sFQR,SBIR或SF3D,SFLD,SFQD,SBD来表述 各术语的具体解释详见表1 表1 术 语 SFQR SBIR SF3D SFLD SFQD SF3R SFLR SBID 测量方式 局部 局部 局部 局部 局部 局部 局部 局部 (s) (s) (s) S) (S S (S S) 参照表面 正面 正面 正面 背面 正而 正面 正面 背而 F F F B F F F B 三点 总最佳 局部最佳 理想 三点 总最佳(L局部最佳 理想 参照平面 Q Q 3 L (B 3) B 测量参数 总指示读 总指示读 总指示读 总指示读 焦平面偏 焦平面偏 焦平面偏 焦平面偏 数(R 数(R) 差基(D 数(R 数(R 差(D) 差(D) 差(D)
GB/T19922一2005 SBIR、SF3R SBID、sSFOD、 3FLR、sFOR SF3D、SFLD 图1局部平整度示意图 方法原理 4.1局部平整度的测量是基于对硅片上许多点厚度的测量 将硅片平放人一对同轴对置的电容传感器(简称探头)之间,对探头施加一高频电压,硅片和探头间 便产生了高频电场,其间各形成一个电容 探头中电路测量其间电流变化量,便可测得该电容值 如图 2所示,c由公式(1)给出 探针A 硅片 探针B 图2非接触法硅片厚度测量示意图 C=KA十C/d 式中 在探头和硅片相应表面之间所测得的总电容值,F 自由空间介电常数,F/m; K 探头表面积,m'; 主要由探头结构的特征而产生的寄生电容,F 探头到硅片相应表面的位移,m;分为a及b d
GB/T19922一2005 4.2下列等式由图2导出,被用于以后的计算 ！=D一a十b 其中 -硅片厚度 上下探头间距离; 上探头和硅片上表面距离; 下探头和硅片下表面距离 4.3结果计算 在测量时,两探头之间距离D已在校准时被固定,仪器测得电容值C按公式(1)进行计算,可得a 通过多点的测量,可由计算机计算出参照平面及各点形状.从而计算出局部平整度 和b 干扰因素 在扫描测量的过程中,任何探头间或沿探头测量轴之间的相对运动均会引起测量数据的读数 5.1 错误 绝大多数可进行局部平整度测试的设备均有一定的厚度测量范围 如果样品在校准或测量过程 中超出测量范围,结果可能是错误的 设备应提供相关的过量程报警信息以提醒测量人员 数据测量点的数量及其分布可能会影响到测量结果 设备硬件的不同或关于局部平整度测量参数的不同设置可能会影响到测量结果 仪器设备及环境 测量设备 6. 包括硅片夹持机构传送机构、探头机构、系统控制器/计算机、含数据处理器及合适的软件 6.1.1硅片夹持装置 例如与测量轴垂直的真空吸盘,硅片置于其上进行扫描测量 硅片夹持机构的直径应能满足不同 硅片直径和测试精度的要求,如为22mm,33mm或其他经测试供需方许可的数值 6.1.2传输装置 提供硅片夹持装置或探头装置运动的方法 可提供与测量轴垂直的几个方向可控的运动 该运动 必须允许在整个合格质量区(FQA)内以特定的扫描形式收集数据,数据点间距应为2mm或更小,或其 他测试供需方许可的间距 6.1.3探头装置 含一对无接触位移传感器探头,探头支架及显示装置 两探头分别位于硅片的两边并且探头间的 距离在校准和测量时保持恒定(见图2) 位移显示精度应为10nm或更小 探头传感器尺寸的选定应 能满足不同硅片直径和测试精度的要求 6.2环境 环境温、湿度及环境的洁净度应满足设备规定的要求 取样原则 该测量方法是非破坏性的,可以进行整批100%检测或者按测试供需双方商定的抽样方式抽取 试样 测试步骤 8.1环境测量 检查测量环境的温、湿度及洁净度是否满足设备规定的要求
GB/T19922一2005 8.2设备准备 准备测量硅片的设备,包括数据显示/输出功能的选择及合格质量区(FQA)的设定等其他设备规 定的操作 8.3局部平整度测量参数细节的设定 8.3.1局部区域尺寸 与主参考面平行及垂直的定域的边长 8.3.2局部区域相对rQA中心的位置 使局部测量图形整体水平或垂直移动以产生更多定域的设定 8.3.3局部区域互相之间的位置,直线型或错层型 使单行水平移动以产生更多定域的设定 8.3.4部分局部区域是否测量 该项可选择是否进行部分不在FQA内的定域的测量,但定域的中心应仍在FQA内 8.3.5参照平面 对局部平整度的测量,参照平面应选择以下四种中的一种 正面三点参照平面 a 通过局部定域的中心且与三点正面总参照平面平行的平面 b)正面最佳参照平面 通过局部定域的中心且与正面最小二乘法总参照平面平行的平面 局部最佳参照平面 在局部定域内使用最小二乘法计算出的参照平面 d)背面理想参照平面 通过局部定域的中心且与背部理想平面平行的平面 测量内容的选择 8 测量参数可根楣需方需求任选SF3R、SFLR、SFQR.SBIR或SF3D.SFLD,SFQD,SBD的一种 8 或多种 4.2对任一参数,可测量硅片上每一个局部的值或所有局部的最大值或两者或这些值的分布 8. 4.3局部小块小于规定局部平整度值的比率 8 进行设备的校准过程 8.5.1测量前的校准过程是必须的 8.5.2根檐生产厂家提供的校准程序进行设备校准 进行局部平整度的测试 8. 6 8 设备具备自动进行局部平整度参考面构建及结果计算的能力 详细的过程参见附录A 报告 报告应包括以下内容 9.1日期,时间,测试温、湿度或环境级别 9.2测量单位和测量者 9.3测量设备情况,含设备型号、硅片夹持装置直径、数据点分布、传感器尺寸以及测量方法等 g.4样片标称直径,标称厚度及局部平整度要求等 9. 5 测试结果可包括下述的一到几项 对所有局部定域测得的数据的最大值 a b 局部定域小于规定局部平整度值的比率 所有硅片上所有局部定域测量值的分布 c
GB/T19922一2005 10 精密度 10.1本精密度数据是参照ASTMF1530-94由8个试验室对10个水平的试样所做的试验中确 定的 10.2重复性条款 在重复性条件下获得的两次独立测试结果的测定值,在以下给出的平均值范围内,这两个测试结果 的绝对差值不超过重复性限(),超过重复性限(r)的情况不超过5%,重复性限(r)按表2的规定 表2 SB1R 1. 0.418 0.431 0.521 0.565 0.586 0.668 0.874 0.997 1.026 070 m) R 0.034 0.026 0.027 0.039 0.038 0.022 0.044 0.052 0.029 0.037 m 0.3再现性条款 在再现性条件下获得的两次独立测试结果的绝对差值不超过再现性限(R),超过再现性限(R)的情 况不超过5%,再现性限(R)按表3的规定 表3 SB1R 0,418 0,431 0.521 0.565 0,586 0.668 0,874 0.997 1.026 1,070o m R 0.058 0.083 0.138 0.067 0.133 0.076 0.077 0.058 0.092 0.122 4m 10.4对此种非接触测量方法,尚无标准的偏倚测量 质量保证和控制 应用具有计量部门认可的标准样品,每周或每两周校准一次本测量系统的有效性 当过程失控时， 应找出原因,纠正错误后,重新进行校核
GB/T19922一2005 附 录 A 资料性附录 非接触测量硅片局部平整度参照平面构建方法 设备应具有自动进行以下计算及处理的能力 按公式(1)计算出探头到硅片表面各点的位移值 之后按公式(2)计算出各测量点的厚度 A .r,y) C=(KA十C)/d A.1 1=D-(a十" A.2 根据测得的厚度数据组按定义自动构建参照平面如下所示 ZRe=4R" r十y十cR Z为构建的参照平面模型 其中4R,及c由下列方式产生 A.2.1对理想背面平面类型: 一h aR =cR A.2.2对3点正面平面类型,参照平面由下面三点构建 (.ri,y 4RZ 十y十cR t(.r2,y2 aRr2十bR.y十cR t(.r3y 4Rra十Rya十cR y为规定的等距离分布的,圆周距边缘3毫米的硅片表面的三点 其中 ;及.r， .xr1y;.Z2y2; A.2.3对最小二乘法参照平面类型(Least-SquaresFrontsidePlane),应选择a.、b,c，使 习[(r,y)一(aRr十bRy十cR 对总最佳参照平面来说,应在整个FQA内最小;对局部参照平面来说,应在整个局部内最小 3 如需进行焦平面偏差的测量,焦平面由以下公式构建 A Z=ap.r十 o A.4 by十c" Z为构建的焦平面模型 其中ae,b及ce由下列方式产生 且 a=R 且 =b% ep=(.r,y aFr十by 其中,r,y位于局部定域的中心 按照定义可计算在点x,y处的函数/(x,y),并由此可得局部平整度的数值 ae.r r十房y" y十cp A.5 - (.,y)=(r,y) 其中,r,y的范朋在局部小块内 SF3R,sFLR,SFQR,SBIR=(.r,)max一(.r,y)min sF3D,SFLD,SFQD,SBID=|(r,y)max|或|(.r,y)minl中的较大者