GBT-碳化硅單晶片厚度和平整度測試方法

ICS?77.040CCSH21中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/TXXXXX—XXXX碳化硅單晶片厚度和平整度測試方法Testmethodforthicknessandfltanessofmonocrystallinesiliconcarbidewafers（討論稿）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施GB/TXXXXX—XXXX前??言本文件按照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/T32278-2015《碳化硅單晶片平整度測試方法》和GB/T30867-2014《碳化硅單晶片厚度和總厚度變化測試方法》，與GB/T32278、GB/T30867相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動外，主要技術(shù)變化如下：更改了適用范圍（見第1章，GB/T32278-2015版的第1章、GB/T30867-2014的第1章）；原理內(nèi)容自動非接觸式測量增加自由態(tài)和吸附態(tài)的狀態(tài)內(nèi)容（見第4章，GB/T32278-2015版的第4章、GB/T30867-2014的第4章）；增加接觸式測量的干擾因素，另外對自動非接觸式測量的干擾因素進(jìn)一步識別，增加chunk盤及溫濕度的影響；（見第6章，GB/T32278-2015版的第6章）；更改了測試環(huán)境的要求；（見第6章，GB/T32278-2015版的第7章，GB/T30867-2014的第7章）；儀器設(shè)備進(jìn)行了更改；（見第7章，GB/T32278-2015版的第5章、GB/T30867-2014的第5章）；更改了測試程序內(nèi)容；（見第9章，GB/T32278-2015版的第9章、GB/T30867-2014的第8章）；請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)識別專利的責(zé)任。本文件由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC203）與全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會材料分技術(shù)委員會（SAC/TC203/SC2）共同提出并歸口。本文件起草單位：北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司本文件主要起草人：。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——GB/T32278-2015、GB/T30867-2014；碳化硅單晶片厚度和平整度測試方法范圍本文件規(guī)定了碳化硅單晶片的厚度和平整度，即厚度（THK）、總厚度變化（TTV）、局部厚度變化（LTV）、彎曲度（Bow）、翹曲度（Warp）的測試方法。本文件適用于直徑為50.8mm、76.2mm、100mm、150mm、200mm，厚度0.13mm～1mm碳化硅單晶片厚度和平整度的測試。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語GB/T25915.1潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分:空氣潔凈度等級術(shù)語和定義GB/T14264界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。局部厚度變化localthicknessvariation(LTV)以晶片的底平面為參考面，晶片表面特定（面積）區(qū)域內(nèi)厚度最高點（最大值）和最低點（最小值）之間的差。晶片的LTV指整片上所有測試區(qū)域LTV的最大值，示意圖見圖1。局部厚度變化（LTV）示意圖原理接觸式測量接觸式測量采用五點法。在碳化硅單晶片中心點和距碳化硅單晶片邊緣D/10（D為碳化硅單晶片直徑）的圓周上4個對稱點位置測量碳化硅單晶片厚度，如圖1所示，單晶片中心點厚度為標(biāo)準(zhǔn)厚度，5個厚度測量值中的最大值和最小值的差值為碳化硅單晶片的總厚度變化。接觸式測量方法對晶片表面有損傷，可用于測量碳化硅切割片、研磨片的THK和TTV。D/1054321D/1054321接觸式測量測量點位置示意圖自動非接觸式測量一束平行光被分光鏡（棱鏡）分為兩束光，其中一束經(jīng)過固定的棱鏡底部反射形成參考光，另一束經(jīng)過移動的反射鏡形成測量光，參考光和測量光經(jīng)過分光鏡（棱鏡）后匯合。如果兩束光相位差穩(wěn)定，則發(fā)生干涉現(xiàn)象，兩列光波相位相同時，光波疊加增強，表現(xiàn)為亮條紋，反之，如果兩束光波相位相反，光波相互抵消，則表現(xiàn)為暗條紋。通過干涉條紋可反映出樣品表面的起伏狀態(tài)，進(jìn)而結(jié)合入射光的波長、入射角及干涉條紋的寬度和相位差，可計算出樣品的厚度和平整度。測試光路圖如圖2所示。測試光路示意圖自動非接觸式測量不接觸晶片正表面，可用于測量碳化硅碳化硅單晶拋光片的厚度和平整度。測量方式分為吸附狀態(tài)測量和自由狀態(tài)測量。自由狀態(tài)下WAFER放置于吸盤上時，不施加任何壓力的自由狀態(tài)，用于測量WARP、BOW等需要非加持條件下的測量參數(shù)。吸附狀態(tài)下WAFER放置于吸盤上時，被負(fù)壓吸附于吸盤表面的狀態(tài)。用于測量TTV、LTV、THK等以WAFER背面作為基面的特性參數(shù)；干擾因素接觸式測量由于晶片表面無規(guī)則區(qū)域變化，使用五點測試晶片的總厚度變化，可能導(dǎo)致誤差較大；晶片表面的潔凈度對測試結(jié)果有影響，測試前樣品應(yīng)經(jīng)過清洗，確保晶片表面潔凈；自動非接觸式測量晶片表面上或測試機(jī)臺上的顆粒會對平整度參數(shù)的測試產(chǎn)生較大的影響，因此測試機(jī)臺應(yīng)放置在GB/T25915.1規(guī)定的ISO6級及以上的潔凈室，并且樣品應(yīng)經(jīng)過清洗，確保晶片表面清潔。測試機(jī)臺上樣品的放置方式會對測試結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，如樣品豎直放置，由于需要吸盤固定樣品，會對彎曲度和翹曲度的測試結(jié)果產(chǎn)生影響；如樣品水平放置，則會受到重力的影響，導(dǎo)致測試結(jié)果有偏差。較大振動會對測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。如果測試盤表面有較大傾斜，可能會對測試結(jié)果造成影響。對于手動測試機(jī)，chuck盤的放置位置對其測試結(jié)果有影響。溫濕度偏離合理范圍過多會影響測試結(jié)果，使測試結(jié)果失真。測試環(huán)境除非另有規(guī)定，應(yīng)在下列條件下進(jìn)行測試;溫度：20±2℃，相對濕度：35%-75%RH。大氣壓：86kPa~106kPa。對于接觸式測量測量環(huán)境要求為無塵環(huán)境，要求潔凈度等級不低于ISO8級。對于自動非接觸式測量環(huán)境要求為無塵環(huán)境，要求潔凈度等級不低于ISO6級。儀器設(shè)備接觸式測量測厚儀由帶指示儀表的探頭及支撐單晶片的夾具或者平臺組成；測厚儀應(yīng)能使碳化硅單晶片繞平臺中心旋轉(zhuǎn)，并使每次測量定位在規(guī)定位置的2mm范圍內(nèi)；儀表最小指示量值不大于1μm；測量時探頭與碳化硅單晶片接觸面積不應(yīng)超過2mm2。自動非接觸式測量激光干涉儀測量系統(tǒng)：主要由激光、組合光學(xué)透鏡和反射鏡、高速相機(jī)、電機(jī)等組成；吸盤：放置被測量晶片的平臺；光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)盤：用于校驗設(shè)備靈敏度；控制系統(tǒng)及人機(jī)界面；殼體結(jié)構(gòu)支撐系；樣品碳化硅單晶片應(yīng)具有潔凈、干燥的表面；測試程序接觸式測量調(diào)整測厚儀的零點；將待測碳化硅單晶片正面朝上，置于測厚儀的平臺上；將測厚儀探頭置于碳化硅單晶片中心位置（見圖1），測量厚度記為t1，翻轉(zhuǎn)單晶片，重復(fù)操作，厚度記為t1’，比較t1和t1’，較小值為該單晶片標(biāo)稱厚度值[單位為微米(μm)]；移動碳化硅單晶片，是測厚儀探頭依次位于單晶片位置2、3、4、5（見圖1）（偏差在2mm之內(nèi)），測量厚度分為記為t2、t3、t4、t5。測厚儀探頭中心距碳化硅單晶片邊緣不小于D/10；5個厚度測量值中的最大值和最小值的差值為碳化硅單晶片的總厚度變化[單位為微米(μm)]。自動非接觸式測量開機(jī)預(yù)熱10min。選擇合適的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)盤對儀器進(jìn)行調(diào)平校準(zhǔn)，消除由于卡盤傾斜引入的誤差。將樣品放置在對應(yīng)尺寸的測試吸盤上，樣品放置于吸盤上不施加任何壓力的自由狀態(tài)，用于測量彎曲度（BOW）和翹曲度（Warp）的特性參數(shù)。樣品吸附于吸盤表面的狀態(tài)，用于測量厚度（THK）、總厚度變化（TTV）、局部厚度變化（LTV）以樣品背面作為基面的特性參數(shù)。根據(jù)測試要求選擇相應(yīng)的測試程序，設(shè)置合適的測試參數(shù)，輸入樣品編號。對樣品進(jìn)行調(diào)平，當(dāng)干涉條紋最少時，表示樣品表面已經(jīng)調(diào)整到最佳測試位置。電機(jī)“測試”按鈕進(jìn)行樣品掃描。掃描結(jié)束，保存掃描圖像，記錄測試結(jié)果。取下樣品，收好測試吸盤。精密度本方法的精密度是由起草單位和驗證單位在同樣條件下，對碳化硅單晶進(jìn)行重復(fù)性驗證，并根據(jù)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差公式和重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)計算得出重復(fù)性和再現(xiàn)性的精密度。本方法的精密度使用2片直徑為150m