GB∕ T 32280-2022 硅片翹曲度和彎曲度的測(cè)試 自動(dòng)非接觸掃描法（正式版）

代替GB/T32280—2015硅片翹曲度和彎曲度的測(cè)試國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T32280—2015《硅片翹曲度測(cè)試自動(dòng)非接觸掃描法》,與GB/T32280—2015相a)更改了范圍(見(jiàn)第1章，2015年版的第1章);b)增加了“彎曲度”的相關(guān)內(nèi)容(見(jiàn)第1章、第4章、第6章、第9章、第10章);d)增加了2mm×2mm的探頭傳感器尺寸(見(jiàn)7.3);e)刪除了校準(zhǔn)用參考片(見(jiàn)2015年版的8.2)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：有研半導(dǎo)體硅材料股份公司、山東有研半導(dǎo)體材料有限公司、合肥中南光電有限材料股份有限公司、開(kāi)化縣檢驗(yàn)檢測(cè)研究院、天津中環(huán)領(lǐng)先材料技術(shù)有限公司、義烏力邁新材料有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司。本文件于2015年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。1GB/T32280—2022硅片翹曲度和彎曲度的測(cè)試自動(dòng)非接觸掃描法本文件描述了利用兩個(gè)探頭在硅片表面自動(dòng)非接觸掃描測(cè)試硅片的翹曲度和彎曲度的方法。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T6619硅片彎曲度測(cè)試方法GB/T6620硅片翹曲度非接觸式測(cè)試方法GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T16596確定晶片坐標(biāo)系規(guī)范3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14264界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.13.2參考片referencewafer用以確定是否符合測(cè)試設(shè)備操作說(shuō)明中重復(fù)性要求的標(biāo)有翹曲度和彎曲度參數(shù)值的晶片。注：參數(shù)值是使用測(cè)試設(shè)備通過(guò)大量重復(fù)測(cè)試獲得的平均值，或者是基于設(shè)備重復(fù)性研究的統(tǒng)計(jì)值。3.3翹曲度warp3.4彎曲度bow自由無(wú)夾持晶片中位面的中心點(diǎn)與中位面基準(zhǔn)面間的偏離。注：中位面基準(zhǔn)面是由指定的小于晶片標(biāo)稱直徑的直徑圓周上的三個(gè)等距離點(diǎn)決定的平面。2GB/T32280—20224方法原理運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)探頭同時(shí)對(duì)晶片的上下表面進(jìn)行掃描，獲得一組晶片上下表面分別到最近的探頭間的距離數(shù)據(jù)。而在中位面上的重力效應(yīng)的校正是通過(guò)從一個(gè)典型片測(cè)量值或理論值減去一個(gè)重力校正值得到的，也可以通過(guò)翻轉(zhuǎn)晶片重復(fù)掃描進(jìn)行校正。從合適的中位面構(gòu)造一個(gè)最小二乘法基準(zhǔn)面，計(jì)算每對(duì)測(cè)量點(diǎn)上的基準(zhǔn)面偏離。翹曲度即為最大的正數(shù)和最小的負(fù)數(shù)間的代數(shù)差，彎曲度即為中心位置的中位面與度則是一個(gè)帶正號(hào)或負(fù)號(hào)的數(shù)值。5試驗(yàn)條件b)濕度：不大于65%;c)根據(jù)要求選擇，宜使用不低于GB/T25915.1中6級(jí)潔凈間；d)防止震動(dòng)及電磁干擾。6干擾因素6.1在掃描測(cè)試期間，任何探頭間或探頭沿測(cè)試軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生橫向位置等效測(cè)試數(shù)據(jù)誤差。晶片相對(duì)于探頭測(cè)試軸的振動(dòng)也會(huì)引入誤差。為了使上述誤差降低到最小，測(cè)試系統(tǒng)提供了特征分析及校正程序。設(shè)備內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)也可以用來(lái)校正重復(fù)和非重復(fù)的系統(tǒng)機(jī)械誤差，如未能提供這樣的6.2測(cè)試系統(tǒng)晶片夾持裝置的差異可能引入測(cè)試差異。本測(cè)試方法允許使用不同的晶片夾持裝置，相同的晶片在不同的晶片夾持裝置中會(huì)得到不同的幾何形狀結(jié)果。6.3數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量及其間距不同可能影響測(cè)試結(jié)果。6.4本方法不受晶片厚度及表面加工狀態(tài)的影響。因設(shè)備具有一定的厚度測(cè)試(結(jié)合翹曲度和彎曲度)范圍，無(wú)需調(diào)整即可滿足要求。如果校準(zhǔn)或被測(cè)晶片厚度超出測(cè)試范圍作者可通過(guò)設(shè)備的超量程信號(hào)得知。別都可能引起重力補(bǔ)償結(jié)果的差異。對(duì)于不同直徑和厚度引起的重力補(bǔ)償錯(cuò)誤的預(yù)計(jì)見(jiàn)附錄A。如果被測(cè)晶片的晶向與用于重力補(bǔ)償晶片的晶向不同，重力補(bǔ)償引入的測(cè)量值與實(shí)際值偏差可達(dá)15%。6.6重力可以改變晶片形狀，本文件包含了幾種消除重力影響的方法，包括典型片翻轉(zhuǎn)的方法。實(shí)行6.7當(dāng)使用典型片翻轉(zhuǎn)的方法進(jìn)行重力補(bǔ)償時(shí)，典型片的翹曲度和彎曲度過(guò)大可能給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)影響。建議按照設(shè)備商推薦的要求進(jìn)行。6.8選擇基準(zhǔn)面不同，得到的翹曲度和彎曲度的值可能不同。按GB/T6620和GB/T6619使用背表面3點(diǎn)作為基準(zhǔn)面測(cè)試翹曲度和彎曲度，背表面作為基準(zhǔn)面測(cè)試翹曲度和彎曲度的結(jié)果中包含了厚度3GB/T32280—2022面計(jì)算參考點(diǎn)位置時(shí)選擇不同點(diǎn)帶來(lái)的差異。使用特殊的校準(zhǔn)或補(bǔ)償技術(shù)，可最大限度地減少重力造7.2多軸傳輸系統(tǒng)，提供晶片夾持裝置或探頭在垂直于測(cè)試軸的幾個(gè)方向的可控移動(dòng)方式。該移動(dòng)應(yīng)允許在合格質(zhì)量區(qū)內(nèi)以指定的掃描方式收集數(shù)據(jù)，且可設(shè)定采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的間距。a)探頭應(yīng)能獨(dú)立探測(cè)晶片的兩個(gè)表面到距之最近探頭的距離a和b;d)校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)探頭距離D應(yīng)保持不變；e)位移分辨率應(yīng)不大于100nm;f)典型的探頭傳感器尺寸為4mm×4mm或2mm×2mm,也可由測(cè)試雙方確定；g)數(shù)據(jù)指示分辨率應(yīng)不大于100nm。7.4采用典型片翻轉(zhuǎn)或晶片翻轉(zhuǎn)的重力補(bǔ)償方法，測(cè)試應(yīng)在同一位置進(jìn)行，因此測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)在每個(gè)方7.5控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理器及合適的軟件。測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有程序輸入及選擇清單的功能，可以按t/2Z探頭At/2ZD/2晶片1D/2探頭B測(cè)量軸a——探頭A與最近的晶片表面(晶片上表面)的距離；b——探頭B與最近的晶片表面(晶片下表面)的距離；D——探頭A和探頭B間的距離；Zm——測(cè)量點(diǎn)上Z軸的中位面距離。4GB/T32280—20228試驗(yàn)步驟8.1參數(shù)設(shè)置8.1.1根據(jù)需要選擇測(cè)試晶片的參數(shù)，例如：直徑、晶片厚度、數(shù)據(jù)顯示和輸出方式等。8.1.2選擇下列重力校正方法中的一種：a)翻轉(zhuǎn)典型片的方法；b)翻轉(zhuǎn)晶片的方法；c)理論模型的方法。8.1.3對(duì)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，可進(jìn)行基準(zhǔn)面的選擇，構(gòu)成基準(zhǔn)面的點(diǎn)應(yīng)位于合格質(zhì)量區(qū)內(nèi)：a)最小二乘法擬合的基準(zhǔn)面(bf);b)背表面3點(diǎn)擬合的基準(zhǔn)面(3p)。8.1.4通過(guò)規(guī)定邊緣去除(EE)尺寸選擇合格質(zhì)量區(qū)(FQA)。8.2校準(zhǔn)8.2.1用翹曲度不大于20μm且彎曲度不大于10μm的參考片確定由測(cè)試設(shè)備測(cè)得的翹曲度與參考片翹曲度間的一致程度，二者之間的偏差△wap的可接受水平由供需雙方協(xié)商確定?！鱳ap按公式(1)計(jì)算：△warp——測(cè)試晶片翹曲度與參考片翹曲度之間的偏差，單位為微米(μm);warpsample——測(cè)試晶片的翹曲度，單位為微米(μm)。8.2.2執(zhí)行一個(gè)校準(zhǔn)設(shè)備的測(cè)量因子和其他常數(shù)的程序設(shè)置。如果使用翻轉(zhuǎn)典型片的方法校正重力，校準(zhǔn)過(guò)程也確定了設(shè)備的機(jī)械信號(hào)和晶片上的重力效果，建議使用設(shè)備商推薦的校準(zhǔn)方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。將測(cè)試晶片正表面朝上放入測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，確定和記錄每個(gè)測(cè)量點(diǎn)兩探頭間的距離及每個(gè)探頭到最近的晶片表面的距離a和b。根據(jù)事先確定的翻轉(zhuǎn)晶片或者典型片的方法，對(duì)中位面進(jìn)行重力校正，使用最小二乘法對(duì)掃描的所有測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合構(gòu)建一個(gè)中立補(bǔ)償?shù)闹形幻孀鳛榛鶞?zhǔn)面，由此計(jì)算晶片的翹曲度和彎曲度。9試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理9.1測(cè)試結(jié)果的計(jì)算通常由設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)完成，為顯示完整的計(jì)算程序，以下提供離線計(jì)算過(guò)程。9.2沿掃描路徑間距測(cè)量?jī)蓚€(gè)探頭間和每個(gè)探頭到最近的晶片表面的一對(duì)距離數(shù)據(jù)。9.3設(shè)定Z軸原點(diǎn)在兩個(gè)探頭A和B的中點(diǎn)。9.4找出晶片每一測(cè)量點(diǎn)上Z軸的中位面距離Zm,Zm按公式(2)或公式(3)計(jì)算：5GB/T32280—2022 (4) (5)式中：D——探頭A和B間的距離，單位為微米(μm);a——探頭A與最近的晶片表面(晶片上表面)的距離，單位為微米(μm);b——探頭B與最近的晶片表面(晶片下表面)的距離，單位為微米(μm);9.5晶片正表面朝上時(shí)的測(cè)量值稱為中位點(diǎn)Znor。9.6翻轉(zhuǎn)晶片，即晶片背表面朝上時(shí)的測(cè)量值稱為中位點(diǎn)Ziny。9.7對(duì)使用典型片或晶片翻轉(zhuǎn)方法，對(duì)中位面進(jìn)行重力校正，可得Zgraviy,按公式(6)計(jì)算：是典型片的形狀效果記憶抵消了重力的影響，因此它是重力校正后的測(cè)量值。9.8確定中位面的重力補(bǔ)償方法如下：a)利用翻轉(zhuǎn)典型片的方法抵消重力影響后被測(cè)晶片的測(cè)量值Zcom按公式(7)計(jì)算。…………(7)Zcom——利用翻轉(zhuǎn)典型片的方法抵消重力影響后被測(cè)晶片的測(cè)量值，單位為微米(μm)。注：翻轉(zhuǎn)典型片方法不僅與一階重力影響有關(guān)，也與其他影響因素有關(guān)，如晶片邊緣輪廓、形貌及機(jī)械參數(shù)特性等，這些可能影響測(cè)量值。b)翻轉(zhuǎn)晶片的方法，從每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的Zoe值減去重力校正后的中位面距離Zgravity,相當(dāng)于將翻轉(zhuǎn)前后每點(diǎn)的測(cè)量值取差值。c)理論模型的方法，應(yīng)用理論模型得到重力校正，近似的校正可參考附錄A計(jì)算。9.9使用最小二乘法對(duì)掃描的所有測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合構(gòu)建一個(gè)重力補(bǔ)償?shù)闹形幻孀鳛榛鶞?zhǔn)面，基準(zhǔn)面Zrei的計(jì)算見(jiàn)公式(8):Zref=aRx+bRy+CR (8) 9.10掃描路徑中所有點(diǎn)的Zom基準(zhǔn)面偏差RPD按公式(10)計(jì)算：RPD=Zcom—Zre 9.11晶片翹曲度warp按公式(11)計(jì)算：warp=RPDma—RPDmin (11)式中：RPDmax——Zcom基準(zhǔn)面偏差RPD的最大值(最正);6GB/T32280—2022RPDmin——Zcom基準(zhǔn)面偏差RPD的最小值(最負(fù))。9.12記錄計(jì)算翹曲度的值。9.13以三點(diǎn)位置作為基準(zhǔn)面計(jì)算彎曲度時(shí)，這三點(diǎn)位于GB/T16596坐標(biāo)系中的90°、210°和330°,而在GB/T16596確定的坐標(biāo)系中，晶片的主基準(zhǔn)面是在270°(見(jiàn)圖2)。這些點(diǎn)是在同一半徑，以三點(diǎn)做基準(zhǔn)面時(shí)，點(diǎn)的半徑值rgp按公式(12)計(jì)算：式中：r?p——以三點(diǎn)做基準(zhǔn)面時(shí)，點(diǎn)的半徑，單位為毫米(mm);dn———晶片半徑距離邊緣的距離，單位為毫米(mm)。圖2構(gòu)成基準(zhǔn)面三點(diǎn)的角度9.14通過(guò)在掃描模式中最接近三點(diǎn)的重力補(bǔ)償中位面數(shù)據(jù)，建立一個(gè)三點(diǎn)基準(zhǔn)面，三點(diǎn)作基準(zhǔn)面的坐標(biāo)按公式(13)計(jì)算：Zref?=ar?x+bR?y+CR3…………(13)式中：ref3——三點(diǎn)作基準(zhǔn)面的坐標(biāo)；9.15晶片的彎曲度，按公式(14)計(jì)算：bow=com(0,0)一≈re?(0,0)…………(14)式中：zcom(0,0)——晶片中心點(diǎn)的中位面坐標(biāo)；reis(0,0)——修正后晶片中心點(diǎn)基準(zhǔn)面的指標(biāo)。9.16記錄計(jì)算彎曲度的值。9.17對(duì)仲裁或其他測(cè)量，晶片被測(cè)量次數(shù)大于一次時(shí)，計(jì)算被測(cè)晶片在所有測(cè)量范圍的最大值、最小9.18記錄晶片測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差和其他測(cè)試雙方約定的測(cè)量數(shù)據(jù)。10精密度單個(gè)實(shí)驗(yàn)室使用四臺(tái)不同型號(hào)的非接觸全自動(dòng)掃描設(shè)備(包含了不同探頭尺寸、選擇不同參考面以7GB/T32280—2022及不同的取樣間距和不同的設(shè)備精度),對(duì)直徑200mm、翹曲度范圍12pμm～72μm的10片硅片進(jìn)行了每片3次的重復(fù)性測(cè)試，同一硅片在同一基準(zhǔn)面測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)偏差<1.5μm。使用八臺(tái)不同型號(hào)的非接觸全自動(dòng)掃描設(shè)備(包含了不同探頭尺寸、選擇不同參考面以及不同的取樣間距和不同的設(shè)備精度),的10片硅片進(jìn)行了每片10次的重復(fù)性測(cè)試，同一硅片在同一基準(zhǔn)面測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)偏差<1.4pm,同一硅片在同一基準(zhǔn)面測(cè)試的翹曲對(duì)14片直徑150mm、翹曲度范圍5μm～47μm的硅單晶SEMIMF1390-1014中翹曲度測(cè)試的精密度見(jiàn)附錄B。b)測(cè)試環(huán)境；d)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室；g)翹曲度和彎曲度測(cè)試結(jié)果；測(cè)試雙方約定的內(nèi)容；i)本文件編號(hào)。8(資料性)典型片和被測(cè)晶片間由于直徑和厚度的差異帶來(lái)的測(cè)量誤差A(yù).1支撐硅片的中心，邊緣由于重力下垂或傾斜引起的偏差按公式(A.1)計(jì)算：式中：s——偏差，單位為微米(μm);k——幾何常數(shù)(0.5854);g——重力加速度(980cm/s2);d——硅片密度(2.329g/cm3);D——硅片標(biāo)稱直徑，單位為毫米(mm);E——楊氏模量，1.6×102達(dá)因/cm2;t——硅片標(biāo)稱厚度，單位為微米(μm);K——比例常數(shù)，7.83×10-3μm3/mm?。A.2表A.1給出了SEMIM1-0215中100mm～300mm的標(biāo)稱直徑和厚度的硅片由于地球引力引入的下垂估計(jì)值。表A.1100mm～300mm標(biāo)稱直徑和厚度的硅片的下垂估計(jì)值直徑厚度下垂估計(jì)值mm23.84.9表A.2給出了重力影響下直徑和厚度的標(biāo)稱值的微小相對(duì)變化。重力引起的直徑的變化按公式重力引起的厚度的相對(duì)變化按公式(A.3)計(jì)算：由公式(A.4)得到重力效應(yīng)的相對(duì)變化是直徑相對(duì)變化的4倍，由公式(A.5)得到重力效應(yīng)的相對(duì)變化是厚度相對(duì)變化的2倍。)9GB/T32280—2022表A.2～表A.6給出了極端情況下，100mm～300mm標(biāo)稱直徑硅片的直徑和厚度的允許偏差范表A.2300mm標(biāo)稱直徑不同厚度硅片的重力引入誤差示例厚度300mm直徑允許偏差范圍內(nèi)的重力引入誤差—1.68—6.84—5.25—4.98表A.3200mm標(biāo)稱直徑不同厚度硅片的重力引入誤差示例厚度200mm直徑允許偏差范圍內(nèi)的重力引入誤差—0.57—0.52—1.26—1.17表A.4150mm標(biāo)稱直徑不同厚度硅片的重力引入誤差示例厚度150mm直徑允許偏差范圍內(nèi)的重力引入誤差0.490.540.59—0.050.000.05—0.54—0.49—0.45—0.450.510.56—0.050.000.05—0.52—0.47—0.42表A.5125mm標(biāo)稱直徑不同厚度硅片的重力引入誤差示例厚度1250mm直徑允許偏差范圍內(nèi)的重力引入誤差—0.08—0.37—0.30—0.22GB/T32280—2022表A.6100mm標(biāo)稱直徑不同厚度硅片的重力引入誤差示例厚度100mm直徑允許偏差范圍內(nèi)的重力引入誤差99.5mm0.170.230.290.000.06—0.26—0.15(資料性)SEMIMF1390-1014中翹曲度測(cè)試的精密度B.1測(cè)試中23個(gè)直徑200mm的圓形硅拋光片，是采用三種不同的工藝過(guò)程進(jìn)行加工的，