GB/T29507-2013
硅片平整度、厚度及总厚度变化测试自动非接触扫描法
Testmethodformeasuringflatness,thicknessandtotalthicknessvariationonsiliconwafersbyautomatednon-contactscanning
- 中国标准分类号（CCS）H80
- 国际标准分类号（ICS）29.045
- 实施日期2014-02-01
- 文件格式PDF
- 文本页数13页
- 文件大小1.37M
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硅片平整度、厚度及总厚度变化测试自动非接触扫描法
国家标准 GB/T29507一2013 硅片平整度、厚度及总厚度变化测试 自动非接触扫描法 Iestmethodformeasuringlatness,thieknessandtotalthicknessvariationm onsiliconwafers一Automatednon-contactscannming 2013-05-09发布 2014-02-01实施 国家质量监督检监检疫总局 发布 国家标准花管理委员会国家标准
GB/T29507一2013 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)提出并归口
本标淮起草单位上海合晶硅材料有限公司有研半导体材料股份有限公司
本标准主要起草人:徐新华、王珍、孙燕、曹孜
GB/T29507一2013 硅片平整度、厚度及总厚度变化测试 自动非接触扫描法 范围 本标准规定了直径不小于50mm,厚度不小于1004m的切,研磨、腐蚀,抛光,外延或其他表面 状态的硅片平整度、厚度及总厚度变化的测试
本标准为非破坏性、无接触的自动扫描测试方法,适用于洁净、干燥硅片的平整度和厚度测试,且不 受硅片的厚度变化、表面状态和硅片形状的影响
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T14264半导体材料术语 术语和定义 3.1GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件
3.2硅片平整度参数的缩写及定义见表1
表1硅片平整度参数的缩写及定义 基准面 测试 缩写 基准而 测试参数 方法 基准面构成 区域 GBR 质量 globallatnessbacksidereferenceplane 总的 背表面 理想背表面 TIR 合格区 idealrange GF3R TIR 总的正表面 三点构成的基准面 globallatnessfrontsidereferenceplane 3pointsrange) GF3D goballatnessfrontsidereference3 总的 正表面 三点构成的基准面 FPD pointsdeviation GFLR 质量 TIR 总的正表面最小二乘法构成的基准面 globalflatnessfrontsidereferenceplane 合格区 least-squaresrange
GB/T29507一2013 表1(续 基准面 测试 缩写 基准面 测试参数 方法 基准面构成 区域 GFLD 质量 globallatnessfrontleastsquares 总的 正表面最小二乘法构成的基准面 FPD 合格区 deviation SBIR 质量 sitelatnessbacksidereferenceplane 局部 背表面 理想背表面 TIR 合格区 globalidealrange SBID 质量 FPD 局部背表面 理想背表面 siteatnessbacksidereferenceplane 合格区 globalidealdeviation) SF3R siteflatnessglobalfrontside 局部 正表面 三点构成的基准面 TIR referenceplane3pointsrange SF3D FPp 局部正表面 三点构成的基准面 sitelatnessglobalirontside referenceplane3pointsdeviation) SFLR 质量 sitelatnessglobalfrontsidereference 局部 正表面最小二乘法构成的基准面 TIR 合格区 planeleastsquaresrange) SFLD 质量 局部正表面最小二乘法构成的基准面 sitelatnessglobalfrontsidereference FPD 合格区 planeleastsguaresdeviation SFQR 局部 正表面最小二乘法构成的基准面 局部 TIR siteflatnessfrontsidereferenceplane 区域 siteleastsquaresrange) SFQD 局部 最小二乘法构成的基准面 sitelatnessfrontsidereferenceplane 局部 正表面 FPD 区域 leastsguaresdeviation SFSR 次局部 局部 TIRR 正表面最小二乘法构成的基准面 siteflatnessfrontsub-sidereference 区域 planesiteleastsquaresrange) SFSD 次局部 siteflatnessfrontsubsidereferenee 局部 正表面最小二乘法构成的基准面 FPD 区域 planeleassquaresdeviation
GB/T29507一2013 方法提要 将被测硅片放置在平坦、洁净的小吸盘上,吸盘带动硅片沿规定的图形在两个相对的探头之间运 动,两个探头同时测试得到一对位移数据,构成厚度的数据组[们)
当硅片背表面是理想平面时 数据组描述了硅片的正表面
该数据组可以产生所需的一个或多个参数,需要测量平整度时,在硅片背 表面或正表面构建一个符合要求的基准面和焦平面
计算并报告硅片的厚度、总厚度变化以及相对于 背表面或正表面基准面和焦平面的平整度、局部平整度参数
干扰因素 在测试扫描期间,任何探头间或探头沿探头轴的相对运动都会产生横向位置等效测试数据误差 5.2大多数设备具有一定的厚度测试(结合翘曲度)范围,无需调整即可满足要求
如果校准或测试试 样超出测试范围,可能产生错误的结果
操作者可通过设备的超量程信号得知这一情况
5.3数据点的数量及其间距不同可能影响测试结果 5.4测试局部平整度时,选择测试是否包括硅片边缘的不完整区域,将影响局部平整度的测试值,可通 过插值技术减少这种影响
5.5选择基准面不同,得到的平整度的值可能不同
本方法对硅片背表面微观颗粒相对敏感
5.6 仪器设备 6.1硅片夹持装置;例如吸盘或硅片边缘夹持装置,该装置的材质和尺寸可由测试双方协商确定 6.2多轴传输系统,提供了硅片夹持装置或探头在垂直于测试轴的几个方向的可控移动方式
该移动 应允许在合格质量区域内以指定的扫描方式收集数据,且可设定采样数据点的间距 6.3探头部件,带有一对非接触位移传感探头,具体要求如下 a)探头应能独立探测晶片的两个表面到距之最近探头的距离a和b; b 探头将被分别安装在硅片两面,并使两探头相对; c)两探头同轴且其共同轴为测试轴; d)校准和测试时探头距离D应保持不变; 位移分辨率应小于或等于10 nm f 探头传感器尺寸为4mm×4mm. ,或由测试双方确定 探头支持装置和指示单元(见图1
探头A 硅片 探头B 图1硅片、探头、设备示意图
GB/T29507一2013 6.4控制系统,包括数据处理器及合适的软件
测试设备应具有程序输人选择清单的功能;可以自动 按照操作者设定的条件进行测量、数据处理,并根据操作者的设置数值对硅片分类
必要的计算应可在 设备系统内部自动完成,并可直接显示测量结果
6.5数据报告分辨率应为10nm或更小 注:精确的局部平整度测量需要测量邻接的定位点,足以详细地显示表面布局
推荐局部平整度测量使用一个和 邻近点分隔2mm或更少的数据点阵列
也推荐使用数据组去计算局部平整度,这时数据取自每个局部区域 的拐角处并且沿着每个局部的边界,使得有效局部尺寸等于这局部尺寸区域
6.6硅片传输系统,包括硅片的自动装载和分类功能 测量步骤 参数设置(根据需要选择测试硅片厚度、总厚度变化、平整度 7.1.1硅片的中心点厚度 硅片的中心点厚度为硅片的标称厚度 7.1.2总厚度变化的测试模式选择 7.1.2.15点 扫描方式
平整度参数的测量模式选择 7.1.3 总平整度(G 7.1.3.1 总平整度(G)选择如下 a)范围(总指示读数,TIR)(R); b)偏差(焦平面偏差,FPD)(D)
7.1.3.2局部平整度(s 局部平整度(S)选择如下: a)指示读数(TIR) 每个局部区域局部平整度指示读数的值或最大值,或两者; b) 偏差(FPD) -每个局部区域局部平整度偏差的值或最大值,或两者 c)图形或者柱状图显示部分或全部数值的分布
如果确定选择局部平整度,需定义: a)局部区域的尺寸; b 局部区域相对FQA中心的位置; e局部区域相互之间的位置,例如直线模式或者错层模式 d 选择是否包含局部不完整区域
7.1.3.3基准面的选择 7.1.3.3.1构成基准面的点应位于合格质量区内
基准面选择如下 a 正表面(F b 背表面(B) 7.1.3.3.2对总平整度测试,可选择如下三个基准面之一 理想背表面(I);
GB/T29507一2013 b正表面三点平面(3); 正表面最小二乘法平面(L). 7.1.3.3.3对于选择总基准面的局部平整度测试,可选择如下三个基准面之一 理想背表面平面(I); a b正表面三点平面(3); c)正表面最小二乘法平面(L). 7.1.3.3.4对于选择局部基准面的局部平整度测试,可选择如下基准面 在局部区域内对正表面进行最小二乘法拟合平面(Q)
7.1.3.3.5对于使用次局部区域基准面的扫描局部平整度测试,可选择以下基准面 在次局部区域对正表面进行最小二乘法拟合平面(S)
7.1.3.4合格质量区域的选择 通过规定边缘去除EE尺寸选择合格质量区域(FQA)
注:有关硅片平整度参数的缩写定义及依据平整度确定网络方法参见附录A,平整度的选择参照表1
7.2校准及校准用参考片 7.2.1参考片的总厚度变化值(TTV、平整度应有一组确定的值,该组数值用来判定测试设备所测得 的数据与参考片数值的一致性
7.2.2参考片自身标有一组厚度或平整度参数的数据组(RDS),其中每个参数值是通过大量重复测试 获得的平均值,且是在排除了所有可能的干扰因素之后依照本方法校正后重新得到的数据
7.2.3使用测试设备测试参考片,获得参考片测试数据组(SDS)
7.2.4将同一参数的两数据组相减,获得差值数据组(DDS),见式(1). DDs=RDs-SDs DDS包含很多数值,表示设备测试值与参考片标称值之间的差值
DDS数值用于确定参考片与设 备测试之间的一致程度和可接受水平 最简单的用于衡量是否可接受的标准是差异的最大值,即DD5的最大绝对值
它代表测试结果与 参考片的值之间最大的不一致程度
只有设备的测试差异最大值小于这个值时才认为设备是可用的
更多复杂的计算也可用于判断测试是否可接受
例如,可使用参数值的DDs统计分析(平均值,标准偏 差等)的柱状图
这些数据与可接受限相比较或提供对差异的性质和来源的进一步分析,或者两者都 有,可接受水平由测试双方商定
7.3测量 将硅片放在测量设备上,开始测试
7.4测试结果计算 7.4.1 使用厚度[(r,y)]的原理,用结果数据组计算硅片的厚度和平整度,详见附录B 7.4.2硅片的厚度、总厚度变化和所需的平整度参数的计算可由设备内部自动计算并直接显示
报告 报告应包含以下内容: 日期、时间和测试温度; a b操作者;
GB/T29507一2013 测试实验室; d) 测试设备,包括硅片夹持装置的直径、数据点间距、传感器尺寸和测试方法 测试片信息:;包括硅片编号、直径、中心厚度和规定的边缘去除区域EE e) f 硅片厚度 总厚度变化; g h 平整度,可选择由以下一个或多个描述方法 1总平整度; 2)测试中局部平整度的最大值 3局部平整度的百分数,即允许局部平整度小于或等于设定值的比例; 作为仲裁测试,报告应包含每片测试硅片的标准偏差,有需要时,如测试了局部平整度,列出所 有测试硅片的所有局部平整度的分布情况
精密度 本方法的精密度是经过三个实验室的测试比对确定的,测试硅片试样共30片,硅片直径100mm、 125mm和150mm三种规格
9.2单个实验室精密度厚度不大于0.2生pm(R3s);TTV不大于0.33pm(R3s)sBR不大于 0.17丛mR3S)
9.3多个实验室精密度;厚度不大于1.00m.(R3s);TTV不大于0.40pm(R3s);sBIR不大于 0.39mR3S)
GB/T29507一2013 附录A 资料性附录 依据平整度确定网络和sEMM1530-0707标准中精密度 A.1平整度确定网络 平整度确定网络见图A.1
平整度测量中指示的位置选择环节的缩写 局部平憋度 总平整度 S 正面 背t 最小一来法 3点总的 正 范 燕盟偏差 GBIR G3D FLRGF GF3R 背面 正面 回 店溢最道 灵背谈 3点(总的 3 理想的总的》 R 范 SBIR SBID SE3 SFo FSR 焦平面包含局部区城中心 焦平面=准平面 图A.1平整度确定网络 A.2sEMIIr1530-0707精密度 A.2.1对直径200mm的23片单面抛光片进行了巡回测试,这些片分为三个不同的处理工艺,所有 片的正表面都是裸硅
其中两个背表面是裸硅,另一个背表面有氧化层
A.2.2在八个实验室测量了厚度,在其中的六个测量了平整度
共23个片子
每一片都在自动测量 系统依据本标准进行测量
A.2.3所有测试数据都是在规定了边缘去除3mm获得的
A.2.4平整度值是在定义了15×15的局部,X和Y轴相对硅片中心偏移7.5mm时计算获得的
在
GB/T29507一2013 这137个局部阵列中,精密度统计来源于四种选择;两个完整的局部位于中心区域
两个不完整区域沿 着FQA的边界,如表A.1所示,图A.2展示了全部的137个局部阵列
表A.1局部区域信息 局部区域数量 局部区城类型 硅片上位置 69 完整的 中心点 73 完整的 从中心点60mm(0°y 75 包括不完整的 FQA边界(0" 135 包括不完整的 切口(270' 100 50 102c3134 1cice711on1013 -50 t141!1传m1g1912楼12 aa12136127121313:31 3438消 -100 -50 50 100 100 X 1×15mm 图A.2200mm硅片上边缘去除3mm,15mm 1局部区域阵列 A.2.5本次确定精密度的研究中,实验室、样片以及测量的数目符合ASTME691规定的要求 A.2.6置信水平95%时实验室内重复性(r)和实验室间再现性(R)的统计见表A.2
表A.2不同参数测量统计 平均值/am r/m R/m 数 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 714.86 735.87 0.028 0,o85 0,563 1.039 中心点厚度 TTV 0.94 2.39 0.026 0.091 0.100 0.292 69区域SBIR 0.09 0.24 0.010 0,012 0.017 0.095 73区域SBIR 0.14 0.54 0.013 0,026 0.015 0.037 75区域SBIR 0.29 l.16 0,017 0,093 0.109 0.243 135区域sBIR 0.20 l.05 0.015 0.068 0.035 0.892 A.2.7图A.3图A.8分别显示了对硅片的中心点厚度、TTV和四个不同取点的SBIR参数的平均 值的重复性(r)和实验室间再现性(R)
GB/T29507一2013 0.6 0. 0.2 0.0 ID 表A.3中心点厚度平均值重复性和再现性 表A.4总厚度变化平均值重复性和再现性 a Ea.oe 0.100.120.140.160.180.200.220.24 6区城平均值sBR/n 73区域早均值SBR/m 表A.569区域SBIR重复性和再现性 表A.673区域SBIR重复性和再现性 1.05 0.25 a.e 0.0 我说 8 2a.0 0.05 o 75区域平地值seR/n 135区域平均值SBR/m 表A.775区域SBIR重复性和再现性 表A.8135区域SBIR重复性和再现性
GB/T29507一2013 附 录 B 规范性附录 测试结果计算 使用厚度[(ry)]的原理,用结果数据组计算硅片的厚度和平整度 B.1 概述 硅片的厚度、总厚度变化和所需的平整度参数的计算可由设备内部自动计算并直接显示 以下提供的离线计算是为显示完整的程序
B.2厚度 B.2.1硅片厚度由两探头间的距离以及探头与之最近的硅片表面的距离决定
在每个测试位置,所 有的间距之和都包含在D中,每个测试位置的厚度按式(B.1)计算 B.1 )=D(r,y)-[a(r,)十A(ry) .ry 式中: 探头A,B之间的距离; -探头A和与之最近的硅片表面间的距离 -探头B和与之最近的硅片表面间的距离; -硅片厚度
B.2.2硅片中心点的厚度作为硅片的标称厚度 B.2.3总厚度变化(TTV);由硅片上厚度最大值与厚度最小值相减得到的式(B.2)计算: TTV=一t (B.2 B.3平整度的确定 B.3.1根据数据组(r,y)集做出基准面
注:使用厚度数据组(r,y)基准面,相当于设置了晶片背表面的每个点为乙轴原点,如sEMM20中所定义,则每 点的乙值相当于该点的厚度
这相当于规定了晶片的背表面需放置在一个理想的吸盘上 基准面表示形式如式(B.3) B.3 Z=aRr十Ry十Ce 式中: 常数,选择如式(B.4)和式(B.5)所示: aR,bRcR 对于理想背表面基准面: a aR=bR=CR=0 (B.4 对于最小二乘法基准面: b 习r(c.)-(a十Ay十ao. B.5 选择a
应使式(B.5)差值最小,而基准面区域的选择应遵循;当选择总平整度时为整个合格 4R,bR,CR 质量区域,当选择局部时为合格质量区域中局部区域的那部分,当选择次局部区域时为合格质量区域中 次局部区域的那部分
10
GB/T29507一2013 对于三点基准面,如式(B.6): .z1y=aRr1十bRy十cR B.6 4Rr?十bRy十cR (.r (.r aRr3十bRy十cR 其中(.ri,y),(r.,y)和(.r,y)均匀分布于距硅片边缘3mm处的圆周上
注，d，和a，分别提供了基准面和焦平面的在x方向的斜率,加和加分别提供了基准面和焦平面在Y方向的斜 率,c和分别提供了该点从品片背表面到基准面和焦平面中心点的距离
B.3.2构成焦平面,利用数据集r,)计算偏差参数,焦平面表示如式(B.7) B.7) Zel=apr十by十cp 焦平面与基准面平行,所以在任何情况下都有 4up=4R,bp= 当总焦平面与相应的基准面一致时 CF R 一个局部或次局部区域焦平面用相应的基准面取代时 Cp=1(.royo aprn十bF.yw 式中: ro,y分别是局部或次局部区域中心点的坐标
B.3.3通过式(B.8)确定各点厚度与基准面或焦平面间差异 f.？ =(.x (B.8 a.r十hy十e) r,y r,y 此处下标i取R或F,取决于使用的是基准面或焦平面,(z,y)位于合格质量区城,无论是选择局 部,或次局部区域,分别对应于总的、局部、次局部参数的测定
B.3.4通过式(B.9)确定范围(也称TIR)
B.9 TIR=f(r,y)m一(ry)mn 式中: (r,y)mm -规定的(,y)范围内，/(.r,y)的最大值; y)范围内, f(.r 规定的(.r，y y)的最小值
t )nmin y 在这种情况下,使用焦平面或基准面所得结果相同
注GBIR,用理想背表面做基准面时的平整度TIR,它等于TTv
然而,TTV能够从(r,y)数据组获得而不必构 造基准面
B.3.5使用焦平面确定焦平面偏差(FPD)
FPD取f(r，y)|和f(.r,y)两者中大的值
若 l(r,y),|>l(.r,y)l,则在值前添加“十”号;若lf(.r,y)|>|f(.r,y).l,则在值前添加 -”号 B.3.6记录测定值
B.3.7用于仲裁或其他测试时,如果测试不止一次,计算每片被测硅片的最大值,最小值、标准偏差、 平均值和测试范围
依据测试双方的商定记录标准偏差和其他统计参数
硅片平整度、厚度及总厚度变化测试自动非接触扫描法GB/T29507-2013
硅片是电子工业中常用的基础材料之一，其平整度、厚度以及总厚度的变化对器件性能有着重要影响。传统的硅片检测方法需要进行物理接触式的测试，不仅容易造成损伤，而且速度缓慢，测试效率低下。因此，自动非接触扫描法应运而生。
GB/T29507-2013是我国制定的关于硅片平整度、厚度及总厚度变化测试自动非接触扫描法的标准。该标准规定了硅片检测所需的仪器设备、测试方法以及测试结果的判定标准等内容。
在使用自动非接触扫描法进行硅片检测时，首先需要进行设备校准。然后，将待测硅片放置在测试设备上，并启动测试程序。测试过程中，设备会自动对硅片进行扫描，并记录下其平整度、厚度以及总厚度的变化情况。最终，根据测试结果，可以判断硅片是否符合要求。
与传统的接触式测试方法相比，自动非接触扫描法具有操作简便、测试速度快、测试效率高、测试精度高等优势。因此，在现代电子工业中，自动非接触扫描法已经成为了硅片检测的主流方法之一。
总的来说，GB/T29507-2013标准的出台，推动了我国硅片检测技术的发展，提高了硅片检测的效率和精度，为保障电子产品质量提供了重要保障。
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