1 范围本标准规定了硅单晶切割 片 研磨 片 抛光 片和外延 片 ( 简称硅 片 ) 厚度和总厚度变化的分 立式和扫描式测量 方法 本标准适 用于符合 GB/T 12964,GB/T 12965,GB/T 14139 规定的尺 寸的硅 片的厚度和总厚度变化的测量 在测试仪器允许的情况下, 本标准也可 用于其他规格硅 片的厚度和总厚度变化的测量 2 规范性引 用 文件下列 文件中的条款通过本标准的引 用 而成为本标准的条款. 凡是注 日期的引 用 文件, 其随后所有的修改单 ( 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 日期的引 用 文件, 其最新版本适 用于本标准 GB/T 2828.1 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/T 2828.1-2003,ISO 2859-1:1999,IDT) GB/T 12964 硅单晶抛光 片 GB/T 12965 硅单晶切割 片和研磨 片 GB/T 14139 硅外延 片 3 方法概述 3.1 分 立点式测 里在硅 片中 心点和距硅 片边缘 6mm 圆周上的 4 个对称位置点测量硅 片厚度 其中两点位于与硅 片主参考 面垂直平分线逆时针 方向的夹 角为 30 的直径上, 另外两点位于与该直径相垂直的另 一直径上 ( 见图 1) 硅 片中 心点厚度作为硅 片的标称厚度 5 个厚度测量值中的最 大厚度与最 小厚度的差值称作硅 片的总厚度变化
3.2 扫描式测量硅 片由基准环上的 3 个半球状顶端 支承, 在硅 片中 心点进 行厚度测量, 测量值为硅 片的标称厚度 然后按规定图形扫描硅 片表 面, 进 行厚度测量, 自动指 示仪显 示出总厚度变化 扫描路径图见图 2
4 干扰因素 4.1 分 立点式测量 4.1.1 由于分 立点式测量总厚度变化只基于 5 点的测量数据, 硅 片上其他部分的 无规则 几何变化不能被检测出来 4.1.2 硅 片上某 一点的局部改变可能产 生错误的读数 这种局部的改变可能来源于表 面缺陷例如崩边, 沽污, 小丘, 凹坑, 刀痕, 波纹等 4.2 扫描式测量
4.2.1 在扫描期间, 参考平 面的任何变化都会使测量指 示值产 生误差, 相当于在探头轴线上最 大与最 小值之差在轴线 矢量值的偏差 如果这种变化出现, 可能导致在不正确的位置计算极值 4.2.2 参考平 面与花岗岩基准 面的不平 行度也会引起测试值的误差 4.2.3 基准环和花岗岩平台之间的外来颗粒 沽污会产 生误差 4.2.4 测试样 片相对于测量探头轴的振动会产 生误差 4.2.5 扫描过程中, 探头偏离测试样 片会给出错误的读数 4.2.6 本测试 方法的扫描 方式是按规定的路径进 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 仪器设备 5.1 接触式测厚仪测厚仪由带指 示仪表的探头及 支持硅 片的夹具或平台组成 5.1.1 测厚仪应能使硅 片绕平台中 心旋转, 并使每次测量定位在规定位置的 2mm 范围内 5.1.2 仪表最 小指 示量值不 大于 1μm 5.1.3 测量时探头与硅 片接触 面积不应超过 2m m2 5.1.4 厚度校正标准样 片, 厚度值的范围从 0.13mm-1.3mm, 每两 片间的间隔为 0.13mm±0.025mm 5.2 非接触式测且仪由 一个可移动的基准环, 带有指 示器的固定探头装置, 定位器和平板所组成, 各部分如下 : 5.2.1 基准环由 一个封闭的基座和 3 个半球形 支承柱组成 基准环有数种 ( 见图 3), 皆由 金属制造 ; 其热膨胀系数在室温下不 大于 6 10-6/ ; 环的厚度 至少为 19mm, 研磨底 面的平整度在 0.25µm 之内 外径 比被测硅 片直径 大 50mm, 见表 1
5.2.1.1 3 个半球形 支承柱, 用来确定基准环的平 面并在圆周上等距分布, 允许偏差在 ±0.13mm 范围内 支承柱应由碳化钨或与其类似的 有较 大硬度的 金属材料制成, 标称直径为 3.18mm, 其 高度超过基准环表 面 1.59±0.13mm 各 支承柱的顶端应抛光, 表 面的最 大粗糙度为 0.25μm 基准环放置于平板上, 每个 支承柱顶端和平板表 面之间的距离相等, 其误差为 1.0μm 由基准环确定的平 面是与 3 个 支承柱相切的平 面
5.2.1.2 3 个圆柱形定位销对试样进 行定位, 其在圆周边界上间距 大致相等, 圆周标称直径等于销 子的直径和硅 片最 大允许直径之和 销 子 比 支承柱 至少要 高出 0.38mm 推荐 用硬塑料做定位销 5.2.1.3 探头停放位置 : 在基准环中硅 片标称直径切 口部分, 为探头停放位置, 以便探头装置离开试样, 插 人或取出精密平板 5.2.2 带指 示器的探头装置由 一对 无接触位移传感的探头, 探头 支撑架和指 示单元组成 上下探头应与硅 片上下表 面探测位置相对应 固定探头的公共轴应与基准环所决定的平 面垂直 ( 在 ±20 之内 ) 指 示器应能够显 示每个探头各 自的输出信号, 并能 手动复位 该装置应该满 足下列要求 : 5.2.2.1 探头传感 面直径应在 1.57mm-5.72mm 范围 5.2.2.2 探测位置垂直 方向的位移分辨率不 大于 0.25µm, 5.2.2.3 在标称零位置附近, 每个探头的位移范围 至少为 25μm 5.2.2.4 在满刻度读数的 0.5% 之内呈线性变化 5.2.2.5 在扫描中, 对 自动数据采样模式的仪器, 采集数据的能 力每秒钟 至少 100 个数据点 5.2.2.6 探头传感原理可以是电容的 光学的或任何其他 非接触 方式的, 应选 用适当的探头与硅 片表 面间距 规定 非接触是为防 止探头使试样发 生形变 指 示器单元通常可具有 :(1) 计算和存储成对位移测量的和或差值以及识别这些数量最 大和最 小值的 手段,(2) 存储各探头测量值的选择显 示开关等 显 示可以是数字的或模拟的 ( 刻度盘 ), 推荐 用数字读出, 来消除操作者引 人的读数误差 5.2.3 定位器限制基准环移动的装置, 除停放装置外, 它使探头固定轴与试样边缘的最近距离不能 小于 6.78mm 基准环的定位见图 4
5.2.4 花岗岩平板 : 工作 面 至少为 305mm 355mm 5.2.5 厚度校准样 片 : 变化范围等于待测硅 片标称厚度 ±0.125mm, 约 50μm 为 一档 每个校准样 片的表 面粗糙度在 0.25μm 之内, 厚度变化 小于 1.25μm 标准样 片 面积 至少应为 1.6c m2, 最 小边长为 13mm 6 取样原则与试样制备 6.1 从 一批硅 片中按 GB/T 2828.1 计数抽样 方案或双 方商定的 方案抽取试样 6.2 硅 片应具有清洁 干燥的表 面 6.3 如果待测硅 片不具备参考 面, 应在硅 片背 面边缘处做出测量定位标记 7 测量程序 7.1 测且环境条件 7.1.1 温度 :18-28 7.1.2 湿度 : 不 大于 65% 7.1.3 洁净度 :10 000 级洁净室 7.1.4 具有电磁屏蔽, 且不与 高频设备共 用电源 7.1.5 工作台振动 小于 0.5gn 7.2 仪器校正 7.2.1 用 一组厚度校正标准 片 ( 见 5.2.5) 置于厚度测量仪平台或 支架上进 行测量 7.2.2 调整厚度测量仪, 使所得测量值与厚度校正标准 片的厚度标准值之差在 2µm 以内
7.2.3 以标称厚度为横坐标, 测试值为纵坐标在坐标系上描点, 通过两个端点画 一条直线 在两个端点画出对应端点值 ±0.5% 的两个点, 通过两个 +0.5% 和 一 0.5% 的点各画 一条限制线 ( 如图 5 所 示 ), 观察描绘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 7.3 测量校准 7.3.1 用 一块与被测硅 片厚度相差 50μm 之内的厚度标准 片, 置于厚度测量仪平台或 支架上进 行测量 7.3.2 调整厚度测量仪, 使所得测量值与该厚度校正标准 片的厚度标准值之差在 2μm 以内即可 7.4 测且 7.4.1 分 立点式测量包括接触式与 非接触式两种 7.4.1.1 选取待测硅 片, 正 面朝上放 人夹具中, 或置于厚度测量仪的平台或 支架上 7.4.1.2 将厚度测量仪探头置于硅 片中 心位置 ( 见图 1)( 偏差在 ±2mm 之内 ), 测量厚度记为 ti, 即为该 片标称厚度 ( 采 用接触式测量时, 应翻转硅 片, 重复操作, 厚度记为 tl 7, 比较 ti 与 ti' 较 小值为该 片标称厚度值 ) 7.4.1.3 移动硅 片, 使厚度测量仪探头依次位于硅 片上位置 2.3.45( 见图 1)( 偏差在 ±2mm 之内 ), 测量厚度分别记为 t2 t3 t4 t5
7.4.2 扫描式测量 7.4.2.1 采 用 非接触式测厚仪 如果还未组装, 将与被测硅 片尺 寸相对应的基准环装配在平板上以及装上相应的定位器, 限制环移动, 检查探头应在远离操作者位置 ( 见图 4) 7.4.2.2 把试样放在 支承柱上, 使主参考 面与参考 面取向线平 行, 被测硅 片的周界应与最靠近探头停放位置的两个定位销贴紧 7.4.2.3 将厚度测量仪探头置于硅 片中 心位置 1( 见图 1)( 偏差在 ±2mm 之内 ), 测量厚度记为 t, 即为该 片的标称厚度 7.4.2.4 移动平板上的基准环, 直到探头处于扫描开始位置为 止 7.4.2.5 指 示器复位 7.4.2.6 移动平台上的基准环, 使探头沿曲线和直线段 1-7 扫描 ( 见图 2) 7.4.2.7 沿扫描路线, 以 μm 为单位, 记录被测量点上 下表 面的各 自位移量 对于直接读数仪器, 记录成对位移之和值的最 大值与最 小值之差, 即为该硅 片总厚度变化值 7.4.2.8 仅对仲裁性测量要重复 7.4.2.5-7.4.2.7 操作达 9 次以上 7.4.2.9 放置基准环使探头处于停放位置, 然后取出试样 7.4.2.10 对每个测量硅 片, 进 行 7.4.2.2-7.4.2.9 的操作步骤 8 测量结果计算 8.1 直接读数的测量仪, 对分 立点式测量, 选出 t1 t2 t3 t4 t5 中最 大值和最 小值, 然后求其差值 ; 对扫描式测量, 由厚度最 大测量值减去最 小测量值, 将此差值记录为总厚度变化 8.2 倘若仪器不是直接读数的, 对每个硅 片要计算每对位移值 a 和 b 之和, 同时, 检查和值, 确定最 大和最 小值 根据下列关系计算总厚度变化 (TTV) : 9 精密度通过对厚度范围 360μm-500μm, 直径 76.2mm±0.4mm, 研磨 片 30 片, 抛光 片 172 片, 在 7 个实验室进 行了循环测量 9.1 非接触式测量
9.1.1 对 非接触式厚度测量, 单个实验室的 2 标准偏差 小于 5.4μm, 多个实验室的精密度为 ±0.7% 9.1.2 对 非接触式总厚度变化 (TTV) 测量, 单个实验室的 2 标准偏差扫描法 小于 3.8μm, 分 立点式 小于 4.9µm; 多个实验室间的精密度扫描法为 ±19%, 分 立点式为 ±38% 9.2 接触式测量 9.2.1 对于接触式厚度测量, 单个实验室的 2 标准偏差 小于 4.3μm, 多个实验室间的精密度为 ±0.4% 9.2.2 对于接触式总厚度变化测量, 单个实验室的 2a 标准偏差 小于 3.6μm, 多个实验室间的精密度为 ±32% 10 试验报告试验报告应包括下列内容 : a) 试样批号 编号 ; b) 硅 片标称直径 ; c) 测量 方式说明 ; d) 使 用厚度测量仪的种类和型号, e) 中 心点厚度 ; f) 硅 片的总厚度变化 ; g) 本标准编号 ; h) 测量单位和测量者 ; i) 测量 日期