【国家标准(GB)】 硅片翘曲度非接触式测试方法

ICS.29.045
中华人民共和国国家标准
GB/T6620—2009
代替GB/T6620—1995
硅片翘曲度非接触式测试方法
Test method for measuring warp on silicon slices by noncontact scanning2009-10-30发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会　
2010-06-01实施
GB/T6620—-2009
本标准修改采用SEMIMF657-0705《硅片翘曲度和总厚度变化非接触式测试方法》。本标准与SEMIMF657-0705相比，主要有如下变化：本标准没有采用SEMI标准中总厚度变化测试部分内容；一本标准测试硅片厚度范围比SEMI标准中要窄；-本标准编制格式按GB/T1.1规定。本标准代替GB/T6620—1995《硅片翘曲度非接触式测试方法》。本标准与GB/T6620-1995相比，主要有如下变动：修改了测试硅片厚度范围；
增加了引用文件、术语、意义和用途、干扰因素和测量环境条件等章节；修改了仪器校准部分内容；
增加了仲裁测量；
一删除了总厚度变化的计算；
一增加了对仲裁翘曲度平均值和标准偏差的计算。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口。本标准起草单位：洛阳单晶硅有限责任公司，万向硅峰电子股份有限公司。本标准主要起草人：张静雯、蒋建国、田素霞、刘玉芹、楼春兰。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：-GB6620--1986.GB/T6620--1995。I
1范围
硅片翘曲度非接触式测试方法
GB/T6620—2009
本标准规定了硅单晶切割片、研磨片、抛光片（以下简称硅片）翘曲度的非接触式测试方法。本标准适用于测量直径大于50mm，厚度大于180μm的圆形硅片。本标准也适用于测量其他半导体圆片的翘曲度。本测试方法的目的是用于来料验收或过程控制。本测试方法也适用于监视器件加工过程中硅片翘曲度的热化学效应。2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本标准的条款。凡是注日期的引用文件，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，鼓励根据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。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划(GB/T2828.1—2003,ISO2859-1:1999,IDT)GB/T6618硅片厚度和总厚度变化测试方法GB/T14264半导体材料术语
3术语和定义
由GB/T14264确立的及以下半导体材料术语和定义适用于本标准。3.1
中位面mediansurface
与晶片的正表面和背表面等距离点的轨迹。3.2
翘曲度warp
在质量合格区内，一个自由的，无夹持的硅片中位面相对参照平面的最大和最小距离之差。4方法提要
硅片置于基准环的3个支点上，3个支点形成一基准平面。测试仪的一对探头在硅片上、下表面沿规定的路径同步扫描。在扫描过程中，成对地给出上、下探头与硅片最近表面之间的距离，求出每对距离的差值。成对距离差值的最大与最小值之差的一半就是硅片翘曲度的测试值。扫描路径如图1所示。硅片典型翘曲形态的示意图如图2所示。1
GB/T6620—2009
5干扰因素
其始位置
图1扫描图形
扫描图形
5.1参考平面的变化，可能导致在不正确的位置计算极值，扫描过程中参考平面的任何变化都会使显示的测试结果产生误差。
5.2测试值与不平行度有关，参考平面与花岗岩基准面的不平行度会产生误差。5.3基准环和花岗岩平台之间的外来颗粒、沾污会产生误差。测试样品相对于探头测试轴的振动会产生误差。5.4
5.5在扫描过程中，探头离开测试样品会给出错误的读数。5.6本测试方法中，翘曲度由规定的路径进行扫描，采样不是整个表面，不同的扫描路径可产生不同的测试结果。
5.7采集数据的频率不同，可产生不同的测试结果。5.8本测试方法并不能完全把厚度变化和翘曲度分开，在某些情况下，中位面是平面仍显示一个非零的翘曲度。
5.9设备硬件的不同或测量参数的不同设置可能会影响到测量结果。5.10翘曲度的变化对半导体加工的成品率有较大影响。5.11在加工过程中，硅片的翘曲度变化对后序的处理和加工可能产生不利影响。6仪器设备与环境
6.1基准环
基准环由基座、3个支撑球、3个定位柱组成的专用器具，如图3所示。6.1.1基座由温度系数小于6×10-6/℃的金属材料制成，基座外径比被测硅片直径大50.8mm左右，基座厚度大于19mm。基座底面应光滑，平整度应小于0.25μm。6.1.23个支撑球由碳化钨或其他硬质合金制成，等间距地分别置于基座一定的圆周上，标称直径3.18mm，其高度超出基准环1.59mm士0.13mm，该圆周直径小于硅片标称直径6.35mm士0.13mm。高度误差小于1.0μm，各支撑球的顶端应表面光滑，粗糙度应小于0.25μm。2
b—a=0-2=-2
b-g=0-4=-4
a=0—2=-2
中心面
基准平面
-2-4=—6
Warp=1/2[-2-—6)]=2
Warp=1/2[1-(—6)]=31/2
Warp=1/2[-4—(—8)]=2
Warp=1/2[-2-(-7)] =2 1/2
Warp=1/2[-4-(-6)]=1
Warp=1/2[-4-(—4)]=0
-0—3=—3
Warp=1/2[-2—(-4)]=1
T1代表2个单位，T2代表4个单位，T3代表3个单位；b-g=0-bzxz.net
9=0—2=2
5-g0-4:
b-a=04=-4
b-Q=0-4=-4
被测硅片上表面与基准平面的距离，上表面在基准平面上面为正，下面为负；被测硅片下表面与基准平面的距离，下表面在基准平面上面为负，下面为正；Warp
被测硅片的翘曲度；翘曲度用公式(1)计算。图2硅片典型翘曲形态示意图
GB/T6620—2009
单位为微米
翘曲度
GB/T6620—2009
6.1.33个定位柱由硬质塑料制成，位于3个支撑球对应的位置上，用以保证被测硅片中心与3个支点的几何中心相重合，偏差小于1.0mm。定位柱对硅片不能有任何作用力。3个定位柱所在圆周的标称直径等于柱子的直径与硅片最大允许直径之和，定位柱至少比支撑球高出0.38mm。6.1.4探头停放位置：基准环中在标称硅片直径缺口部分为探头停放位置，以便探头装置离开试样。单位为亲米
探头停放位置
接地线插孔
硅片定位线
3个直径为3.18mm
的硬质合金球以120*
排列，中心距为x
锻子钳的进退格
6.2测量仪
图3基准环
测量仪由测量探头、显示器、花岗岩平台3部分组成。min
6.2.1测量探头：测量探头是一对无接触位移传感器，上、下探头处在同一轴线上，能上、下垂直调节，轴线与基准平面的法线之间的夹角应小于2°，每只探头能独立地测量与硅片最近表面的距离。探头的分辨率应小于0.25μm。探头传感面直径应在1.5mm～6.0mm。每个探头在标称零位置附近的位移范围至少士0.25mm。线性变化在满刻度读数的0.5%之内。6.2.2显示器应能够独立显示每个探头的输出信号，并能手动复位。对能够自动数据采集模式的仪器，在扫描中显示器将测量探头输出的信号进行数字处理，计算并存贮每对距离的差值，并能判断其中的最大值和最小值，将测量数据显示出来。在测量扫描过程中，自动采集数据的能力应不小于100个/秒。
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6.2.2.1探头传感可以是电容的、光学的或其他非接触方式的，适于测定探头与硅片表面之间的距离。6.2.2.2显示器通常应包括：计算和存成对位移测量的差值，以及识别这些数量最大和最小值的手段；可复位调零；各探头测量值显示的选择开关，显示可以是数字的或模拟的，推荐用数字显示以消除操作者引入的读数误差。
6.2.3花岗岩平台：花岗岩平台是一块结构细密、表面光滑的石板，面积应大于305mm×355mm，以适应所使用最大的环，测量区表面的平整度应小于0.25μm，并装有限制基准环移动的限位器。并且保证下探头的固定。限位器是限制基推环移动的装置，除停放位置外，它使探头固定轴与试样边缘的最近距离不能小于6.78mm。根据仪器的设计，每个基准环可能需要一个相配的限位器。6.3系统机械平行度：确保基准环上三个支撑球构成的平面与花岗岩平台的平行度小于1.0μm。6.4厚度标准样片：每个标准样片的表面平整度在0.25μm之内，总厚度变化小于1.25μm。测量仪应备有的附件，用以校正测量仪。6.5测量环境条件
6.5.1温度：23℃士5℃。
6.5.2湿度：不大于65%。
6.5.3洁净度：10000级或更高级别洁净室。7取样原则与试样制备
7.1从一批硅片中按GB/T2828.1计数抽样方案或双方商定的方案抽取试样。7.2试样表面应清洁、干燥。
7.3无参考面的硅片，测量前在硅片边缘应做出标记以代替参考面进行定位。8测量程序
仪器校准与确认
通过测试与被测样品标称直径一致的厚度标准样品，按照如下步骤校准和确认仪器：8.1.1根据待测硅片直径和厚度的大小，选用相应规格的基准环和厚度标准片，标准片的厚度范围等于待测硅片厚度土125μm，约50μm一档，共6个标准片。8.1.2按GB/T6618测量每个标准片的厚度。8.1.3以标称厚度为横坐标，测试值为纵坐标在坐标系上描绘出6个点，通过两个端点画一条直线。在两个端点画出对应端点值士0.5%的两个点，通过两个十0.5%和一0.5%的点各画一条限制线（如图4所示），观察描绘的点，如果所有的点都落在限制线之内（含线上），就认为设备满足测试的线性要求。否则应对仪器重新进行调整。A+0.5%
标称厚度
.4-0.5%
图4仪器的厚度线性校准
GB/T6620—2009
8.2测量校准
8.2.1选取厚度与待测硅片厚度相差50μm之内的一片厚度标准片，置于厚度测量仪基准环上进行测量。
8.2.2调整厚度测量仪，使所得测量值与该厚度标准片标称值之差在2μm之内即可。8.3测量
8.3.1将试样放人基准环，使其主参考面（或标记)与基准环上的标线平行。8.3.2移动基准环，使探头处于“开始扫描”位置，见图1。8.3.3显示器复位。
8.3.4沿图1的扫描路径。平稳移动基准环，使探头沿曲线和直线段1～7扫描。8.3.5沿扫描路线，以微米为单位，记录被测量点上下表面与各自相应测量探头之间的距离，对于直接读数仪器，显示的是成对距离差值的最大值与最小值之差，即为被测样品的翘曲度。8.3.6若对仲裁测量，重复8.3.2～8.3.5操作达9次以上。8.3.7移动基准环使探头处于停放位置，然后取出样品。9测量结果计算
9.1测量仪自动测量时，直接读取翘曲度的值并记录。9.2如果仪器不是自动测量时，要计算被测硅片上每对距离值α和6之差，并确定最大差值和最小差值，根据公式（1)，计算硅片翘曲度。Warp=1/2E I (b-a)mx-(b-a)min/」式中：
硅片翘曲度，单位为微米（μm）；被测硅片上表面与上探头的距离，单位为微米（μm)；a
b一一被测硅片下表面与下探头的距离，单位为微米（um）；max表示最大值，min表示最小值。9.3对于日常测试，记录计算的翘曲度。9.4对于仲裁测试，计算翘曲度的平均值和标准偏差，并记录9.5计算硅片翘曲度的实例见图5。探
9=4/2-4=3
基准面
厂=8-6=10-7=8--6=6/2-6=8
6-a=5b-a=9b=5ba=2b-a=5
[b-a圾大
b-a最小
曲度=(9-2)=3
图5利用仪器测量的几何尺寸计算翘曲度6
...（1)
精密度
GB/T 6620—2009
本方法的精密度是经5个实验室巡回测试确定的，测试硅片试样共25片，硅片直径100mm、150mm和200mm3种规格，2倍标准偏差的平均值为士4.0μm。11
试验报告
试验报告应包括以下内容：
硅片试样批号、规格；
测试仪器名称和型号
翘曲度的测试值；
本标准编号；
测量单位名称及测量者；
测试日期。
对于仲裁测试，报告还应包括每个硅片翘曲度的标准偏差。11.2
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