硅片翘曲度测试自动非接触扫描法

硅片翘曲度测试自动非接触扫描法

国家标准 GB/T32280一2015 硅片翘曲度测试 自动非接触扫描法 Testmethodforwarpofsiliconwafers Automatednon-contactscamningmethod 2015-12-10发布 2017-01-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T32280一2015 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)与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/sC2)共同提出并归口 本标准起草单位:有研半导体材料有限公司、上海合晶硅材料有限公司,杭州海纳半导体有限公司、 浙江金瑞泓科技股份有限公司、浙江省硅材料质量检验中心、东莞市华源光电科技有限公司 本标准主要起草人:孙燕何宇将徐新华、王飞尧、张海英、楼春兰,向兴龙
GB/T32280一2015 硅片翘曲度测试 自动非接触扫描法 范围 本标准规定了硅片翘曲度的非破坏性、自动非接触扫描测试方法 本标准适用于直径不小于50mm,厚度不小于1004m的洁净、干燥的切割,研磨、腐蚀、抛光,刻 蚀、外延或其他表面状态硅片的翘曲度测试 本方法可用于监控因热效应和(或)机械效应引起的硅片 翘曲,也可用于呻化嫁、蓝宝石等其他半导体晶片的翘曲度测试 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/T6620硅片翘曲度非接触式测试方法 GB/T14264半导体材料术语 GB/T29507硅片平整度、厚度及总厚度变化测试自动非接触扫描法 GB50073一2013洁净厂房设计规范 术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 典型片representativewafer 利用翻转的方法进行重力校正的代表性晶片 典型片应与被测晶片具有完全相同的标称直径、标 称厚度、基准结构和结晶取向 方法提要 将被测晶片放置在平坦,洁净的小吸盘上,吸盘带动晶片沿规定的图形在两个相对的探头之间运 动,两个探头同时对晶片的上下表面进行扫描,获得一组晶片上下表面分别到最近的探头间的距离数 据 对应扫描的每一点,得到一对x和Y坐标都相同的距离数值;成对的位移数值用于构造一个中位 面,而在中位面上的重力效应的校正是通过从一个典型片测量值,或理论值减去一个重力校正值得到 的,也可以通过翻转晶片重复扫描进行校正 从合适的中位面构造一个最小二乘法基准面,计算每对测 量点上的基准面偏离(RPD) 翘曲度即为最大的正数(RPD)和最小的负数(RPD)间的代数差 注晶片的翘曲可能是由于晶片的上下表面不相同的应力造成的,所以它不可能通过测量其中一个面确定 中位 面包含了向上、向下或两者都有的曲度,在某些情况下,中位面是平的,因此,翘曲度为零或正数值 干扰因素 5.1在扫描测试期间,任何探头间或探头沿测试轴的相对运动都会产生横向位置等效测试数据误差
GB/T32280一2015 晶片相对于探头测试轴的振动也会引人误差 为了使上述误差降低到最小,系统提供了特征分析及校 正程序 设备内部的监控系统也可以用来校正重复和非重复的系统机械误差,如未能提供这样的校正 可能会导致误差 5.2系统晶片夹持装置的差异可以引人测试差异 本测试方法允许使用不同的晶片夹持装置(见 6.1),相同的晶片在不同的晶片夹持装置中会得到不同的几何形状结果 5.3数据点的数量及其间距不同可能影响测试结果 5.4 本方法不受晶片厚度及表面加工状态的影响 因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 如果校准或被测晶片厚度超出测试范围,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 5.5使用重力补偿时,被测晶片与用于重力补偿的晶片在直径、厚度、表面状态、晶向等各种方面的差 对于不同直径和厚度引起的重力补偿错误的预计见附录A 别都可能引起重力补偿结果的差异 如果 被测晶片的晶体取向与用于重力补偿晶片的晶体取向不同,重力补偿引人的测量值与实际值偏差 达15% 重力可以改变晶片形状,本标准包含了儿种消除重力影响的方法,包括翻转典型片的方法 5.6 实行 重力补偿,不同的方法和不同的实施水平可能会得到不同的测试结果 5.7当使用翻转典型片的方法进行重力补偿时,典型片的翘曲度过大可能给测试结果带来影响 建议 按照设备商推荐的要求进行 5.8选择基淮面不同,得到的翘曲度值可能不同 GBy/T6820是使用背表面3点作为基准平面测量翘 曲度,而背表面基准平面的翘曲度结果中包含了厚度差异 本方法使用中位面做基准平面消除了这一 影响,使用最小二乘法平面拟合参照平面降低了三点平面计算参考点位置时选择不同点带来的差异 使用特殊的校准或补偿技术,可最大限度地减少重力造成的晶片畸变的影响 仪器设备 晶片夹持装置;采用吸盘或晶片边缘夹持装置,该装置的类型和尺寸可由测试双方协商确定 6.1 6.2多轴传输系统,提供晶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,探头支持装置和指示单元,如图1所示,且应满足下列 要求: 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)将探头分别安装在晶片两面,并使两探头相对; 两探头同轴,且其共同轴为测试轴; c 校准和测试时探头距离D应保持不变 d 位移分辨率应不大于100nm; 典型的探头传感器尺寸为4mmX4mm,或由测试双方确定 数据指示分辨率应不大于100nm 采用典型片翻转或晶片翻转的重力补偿方法,测试应在同一位置进行,因此测试设备应在每个方 6.4 向提供精确的定位 6.5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及选择清单的功能,可以按 照操作者设定的条件自动进行测试,数据处理,并根据操作者的设置数值对晶片分类 必要的计算应可 在设备系统内部自动完成,并可直接显示测试结果 6.6晶片传输系统,包括晶片的自动装载和分类功能
GB/T32280一2015 n/2 探头A 探头B 测鼠物 说明 D -探头A和B间的距离; -探头A与最近的品片表面晶片上表面)的距离 -探头B与最近的晶片表面晶片下表面)的距离; 晶片厚度 图1探头部件示意图 测试环境 除另有规定外,应在下列环境中进行测试 温度:23C士5; a b)湿度;不大于65%; 空气洁净度;根据使用要求选择,建议使用不低于GB500732013中6级洁净间 c) d)防止震动及电磁干扰 测试步骤 8.1参数设置 8.1.1根据需要选择翘曲度测试晶片的参数,例如直径,晶片厚度,数据显示和输出方式等 8.1.2选择下列重力校正方法中的一种: a)翻转典型片方法; b 翻转晶片的方法; e)理论模型的方法 8.1.3对自动测试设备,可进行基准面的选择,构成基准面的点应位于合格质量区域内 a)最小二乘法拟合的基准面(bf); D 背表面3点拟合的基准面(3p) 8.1.4通过规定边缘去除(EE)尺寸选择合格质量区域(FQA) 8.2校准及校准用参考片 -自身标有翘曲度参数的数据,该参数值是使用测试设备通过大量重复测试获得的平 8.2.1参考片
GB/T32280一2015 均值,或者是基于设备重复性研究的统计值,用以确定是否符合该设备操作说明中的可重复性要求 用 翘曲度值不大于204m的参考片确定由测试设备测得的翘曲度值与参考片翘曲度值间的一致程度,二 者之间的偏差4warp的可接受水平由供需双方协商确定 Awarp按式(1)计算 Awarp=warPrferne一warPple 注，如果测试设备也用来测试其他参数,如除翘曲度外还测量平整度和厚度变化,参考片的翘曲度值可以被列人由 GB/T29507指定的参考片的系列数据中 8.2.2校准执行一个校准设备的测量因子和其他常数的程序设置 如果使用典型片翻转方法校 正重力,校准过程也确定了设备的机械信号和晶片上的重力效果 建议使用设备制造商推荐的校准方 法对设备进行校准,并使之规范化 8.3测试 将被测晶片正面朝上放人测试设备,通过测试确定和记录每个测试位置两探头间的距离及每个探 头到最近的晶片表面的距离 和b 根据事先确定的方法翻转晶片或者典型片,得到对重力带来的晶 片变形影响的校正 测试结果的计算 9.1测试结果的计算通常由设备内部自动完成,以下提供的离线计算是为显示完整的程序 9.2沿扫描路径间距测量两个探头间和每个探头到最近的晶片表面的一对距离数据 设定么轴原点在两个探头A租B的中点 9.3 找出晶片每一点上乙轴的中位面距离Z ,Z 按式(2)或式(3)计算 9.4 D 2 Z= -a 2 D (3 Z = 十b+ 2 式(2)与式(3)相加,得到式(4),式(5). D 2Z +力+ 2 -二" 即Zm ( 式中: D 探头A和B间的距离; -探头A与最近的晶片表面(晶片上表面)的距离 -探头B与最近的晶片表面晶片下表面)的距离; 晶片厚度 9.5晶片正面朝上时的测量值称为中位点Zm 9.6翻转晶片,即晶片背面朝上时的测量值称为中位点Zm 9.7对使用典型片或晶片翻转方法,对中位面进行重力校正,可得Z,按式(6)计算 Z十Z Zei 注，典型片的形状效果记忆抵消了重力的影响 9.8确定中位面的重力补偿方法如下: 翻转典型片方法 -从每个测量点的Z值减去重力Zem,得到测试晶片的Zam 由典型片 翻转悄后每一点的渊鼠差值得到么-的计算.式7
GB/T32280一2015 注:翻转典型片方法不仅与一阶重力影响有关,也与其他影响因素有关,如品片边缘、机械参数特性等,这些可能影 响测量值 Zr十Zim 2nor一2im 7 Z=Z一Zem,=Zmn 翻转晶片方法 从每个测量点的Z值减去重力Z 注意这相当于每点翻转前后的测 b wnvityo 量值取差值; 理论模型方法 应用理论模型得到重力校正 虽然严格的模型并不知道,近似的校正可计 算出来(参见附录A 9.9使用最小二乘法对扫描的所有测量点数据拟合构建一个重力补偿的中位面作为基准面,基准面 Z的形式见式(8) 一 Z=dRr十bR.y十cR 选择a只、bR、c 常数值,使式(9)的数值最小: 习[Z.(r,y)-(aR十bay十cR] 9 9.10从补偿值Z值减去基准面的Z 在扫描路径中所有点的Z基准面偏差RPD按式(10)计算 RPD=Z一Z， (10 用最大值(最正)与最小值(最负)RPD,按式(11)计算晶片翘曲度 9.11 warp=RPDm一RPDmm 11) 9.12记录计算的翘曲度值 9.13对仲裁或其他测量,晶片被测量次数大于一次时,计算被测晶片在所有测量范围的最大值、最小 值、标准偏差、平均值 9.14记录晶片测量标准偏差和其他测试双方约定的测量数据 10 精密度 10.1 重复性 单个实验室使用4台不同型号的非接触全自动扫描设备,其中探头传感器尺寸有4mm×4mm和 2mm×2mm;扫描间距也有区别 选取直径200mm,翘曲度分布在12am一72 m之间的10个硅 片,每台设备对每片重复测量3次的最大标准偏差<1.5 4台设备逐一对10片硅片的每一片翘曲 .m k1 度测量3次,计算平均值,重复性为0.49m. 10.2再现性 n一47am之间的14个硅片,在4个实验室进行巡 ,翘曲崖分布在54mr 4个实验室对直径150mm 回测试 测试同一片的最大差值为3.89pm,平均偏差2.02m,再现性为0.27 4m 附录B中给出了SEMMF1390-0707中的精密度 11 试验报告 试验报告应包含以下内容; a 测试日期,时间; b测试环境; c 操作者; d)测试实验室;
GB/T32280一2015 测试设备,包括晶片夹持装置的直径、数据点间距、传感器尺寸、重力校正方法 e 测试晶片信息;包括晶片编号,直径、标称厚度、规定的边缘去除区域EE g翘曲度测试结果; h)如作为仲裁测试,试验报告应包含测试晶片的标准偏差、测量统计信息以及测试双方约定的 内容; 本标准编号
GB/I32280一2015 附 录A 资料性附录 典型片和被测晶片间由于直径和厚度的差异带来的测量误差 A.1支撑硅片的中心,边缘由于重力下垂或倾斜引起的偏差按式(A.1)计算 (3×10')kgdD'KD1 .(A.1 32Er 式中: 偏差,单位为微米(Am); 几何常数,0.5854; 重力加速度(980cm/s) g 硅片密度(2.329g/cm'); 杨氏模量,1.6×10'达因/em?; 硅片标称直径,单位为毫米(mm); 硅片标称厚度,单位为微米(um); 比例常数,7.83×10》4m/mm K A.2表A.1给出了SEMIM1-0812中不同标称直径(100mm300mm)和厚度的硅片由于重力引人 的下垂估计值 表A.1不同标称直径(100mm~300mm)和厚度硅片的下垂估计值 直径/mm 厚度/m 下垂估计值/4m 300 775 105,6 725 200 23.8 15o 675 8.7 15o 625 10.l 125 625 4.9 00 525 2.8 表A.2给出了重力影响下直径和厚度的标称值的微小相对变化 从式(A.2)可以得到重力引起的 直径的变化,从式(A.3)可以得到重力引起的厚度的相对变化 aa. R A.2 aD a -" A.3 从式(A.4)得到;重力效应的相对变化是直径相对变化的4倍,从式(A.5)得到重力效应的相对变 化是厚度相对变化的2倍 aD os (A.4 D as O1 A.5 1300 表A.2给出了最坏情况下,l00mm mm标称直径硅片的直径和厚度的允许偏差范围内重力 效应的误差
GB/T32280一2015 表A.2重力影响的误差示例 影响因素 重力引人误差/um 00mm直径硅片 直径 299.8mmm 300mm 300,2mm 755 3.90 5.67 5.96 厚度 一1.68 0.28 775 0.00 m 795 -6.84 5.25 4.98 200mm直径硅片 直径 199,8mm 200mm 200.2mm 705 0.77 1.37 1,47 厚度 -0.57 0.10 725 0.00 Am 745 -0.52 1.26 1.17 150mm直径硅片 直径 149,8mm 150mm 150.2mm 610 -0.45 0.51 0.56 625 -0.05 0,00 0.05 -0,52 0.47 -0,42 厚度 640 655 0.54 0.59 m 0.49 675 -0.05 0,00 0.05 695 一0,.54 一0,49 -0,.45 125mm直径硅片 直径 124.5mm 125mm 125.5mm 605 0.25 0.33 0.4l 厚度 625 0.00 -0.08 0.08 m 645 -0.37 -0.30 一0.22 100mm直径硅片 直径 99.5mm 100mm 100.5nmm 505 0.17 0.23 0.29 厚度 525 -0.06 0.00 0.06 4m 545 -0.26 -0.20 -0,15
GB/T32280一2015 附 录 B 资料性附录 SEMMF1390-0707给出的精密度 B.123个200mm直径的圆形抛光片,采用3个不同的工艺过程进行加工,所有硅片正表面都是裸片 其中两个工艺过程加工的硅片背表面也是裸片,另一个背表面有氧化层 B.2B.1中的23个硅片在8个实验室完成翘曲度的测量,硅片的翘曲度测量值范围见表B.1 这 23个硅片,每片都在同一天在自动测量系统上使用本方法连续测量了3次(盒对盒3次). B.3所有测量数据都是在边缘去除3mm的要求下获得的 B.4SEMIMF1390-0707中确定精密度的实验室和样品的最小数目按ASTME691的规定进行 B.5在95%包含区间范围是对同一样品在两次测量内的统计做出的,实验室内部的重复性和实验室 之间的再现性见表B.1 B.6图B.1包含了相对翘曲度平均值的实验室内部重复性(r)和实验室间再现性(R)的95%包含 区间 表B.1翘曲度测量值范围 数 翘曲度 最小值 4.30 平均/4m 31.25 最大值 0.184 最小值 重复性(r)/pm" 最大值 0.695 最小值 1.112 再现性(R)/umm 最大值 2.097 2.5 再现性 2.0- 口 口 n 1.5- 回 口 .0- 重复性 0.5- 20 平均 翘曲度/m 图B.1翘曲度平均值的重复性、再现性曲线
GB/T32280一2015 参 考 文 献 1]sEMIM10812硅单晶抛光片规范(Specifieationsforpolishedsinglecrystalsiliconwa- fers [2]SEMIMF1390-0707硅片翘曲度的自动非接触扫描测试法Testmethodfor measuring siliconwafersbyautomatednoncontaetscanning warpon [E3 ASTME691 cticeforconduc 开展实验室间研究以确定试验方法精度的规程(Standard praC interlaboratorystudytodeterminetheprecisionofatestmethod) tngan" 10o

硅片翘曲度测试自动非接触扫描法GB/T32280-2015

随着科技的飞速发展，硅片在电子、光电子等领域中得到了广泛应用。而硅片的质量不仅影响着其在各个领域的应用效果，更直接关系到整个行业的发展水平和竞争力。

硅片翘曲度测试是衡量硅片质量的重要指标之一。传统的翘曲度测试方法多采用机械测量或光学测量，存在精度低、测试时间长、易受环境干扰等缺陷。为了解决这些问题，自动非接触扫描法应运而生。

自动非接触扫描法是利用光栅干涉仪等设备，对硅片进行快速高精度的翘曲度测试。该方法与传统测量方法相比，具有精度高、测试时间短、不受环境影响等优点。同时，该方法还可以对硅片的其他质量指标进行测试。

自动非接触扫描法在国内得到了广泛应用，并已制定了相应的标准GB/T32280-2015。该标准规定了硅片翘曲度测试的方法、仪器设备要求、测试数据处理等内容，为硅片翘曲度测试提供了科学可靠的依据。

总之，自动非接触扫描法是一种快速、高效、精确的硅片翘曲度测试方法，其依据的标准GB/T32280-2015对于保障硅片质量、推动行业发展具有重要意义。

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