GB_T6621-1995硅抛光片表面平整度测试方法

中华 人 民 共 和 国 国 家标 准GB / T 6 6 2 1 一 1 9 9 5硅抛光片表面平整度测试方法代替 G 万 飞 6 6 2 1 一8 6T e s t me t h o d s f o r s u r f a c e f l a t n e s s o f s i l i c o n p o l i s h e d s l i c e s第一篇方法 A 一光千涉法1 主题内容与适用范围本标准规定了用相干光的干涉现象测量硅抛光片表面平整度的方法。本标准适用于检测硅抛光片的表面平整度， 也适用于检测硅外延片和类镜面状半导体晶片的表面平整度。2 术语2 . 1 总指示读数( T I R ) t o t a l i n d i c a t o r r u n o u t ( T I R ) 两个与基准平面平行的平面之间的最小垂直距离。 处于晶片正面的固定优质区( F Q A ) 或局部优质区域内的所有的点在两平行平面的范围内。又称最大峰谷差( 见图1 ) ,惊射入射干涉仪参考棱镜筑准面待侧试样的1 表面峰对谷偏差谷偏差 图 1 基片计量学定义 注 峰和谷的位置可能出现在试样表面的 任何地方巴2 . 2 焦平面 f o c a l p l a n e国家技术监瞥局1 9 9 5 一 0 4 一 1 8 批准1 9 9 5 1 2 - 0 1 实施免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )G B / r 6 6 2 1 一 1 9 9 5 与成像系统的光轴垂直FL 包含成像系统焦点的平面2 . 3 焦平面偏差( F P D ) f o c a l p l a n e d e v i a t i o n ( F P D ) 从晶片表面的一点平行于光轴到焦平面的距离2 . 4 最大 焦 平面 偏差 m a x im u m f o c a l p la n e d e v ia t io n 焦平面偏差( F P D ) 的最大绝对值， 简称最大峰( 谷) 与焦平面的偏差3 方法提要 用真空吸盘吸持试样的背面， 使试样表面尽可能靠近干涉仪的基准面， 来自 单色光源的平面波受到试样表面和于涉仪的基准平面的反射， 在空间迭加形成光干涉。由于各处光程差不同， 在屏幕 仁 出现干涉条纹( 见图 2 、 图 3 ) 。分析得到的干涉条纹， 可度量试样表面平整度 ， 并用总指示读数( T I K ) 表示试样固定架图 2 掠射入射干涉仪示意图免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )G B / T 6 6 2 1 一1 9 9 5签准使镜至干涉仪条 纹观察袋皿/入射线参考光柬侧 试光束诗侧表面试 “基 准 面图 3 测试光束和参考光束测t装置4 . 1 掠射入射干涉仪: 由 单色光源、 聚焦透镜、 毛玻璃散射盘、 准直透镜， 带有基准面的基准棱镜、 目 镜和观察屏组成。仪器灵敏度不低于o . 1 k m， 并可调节其灵敏度大小( 见图2 ) a4 . 2 真空泵和真空量规: 真空度不低于“ 6 6 1 k P a ,4 . 3 真空吸盘: 其表面平整度应小于。 . 2 5 k m， 吸盘的直径与待测试样的直径相匹配。4 . 4 校准劈: 为平整度已知的光学平晶， 用于校准干涉仪的灵敏度( 见图4 )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )G B / r 6 6 2 1 一 1 9 9 5下|呵|拉一-召1|S O mm x7 5 mm升高的光学平面7 0 - x 1 1 0 .- x 16-m石英或类似材料9 . m一.州沁- 万 校准矜汁: 比例 1端头抛光的 破化物销钉鳄可调换的梢钉固定器一一、垫圈粘合拍 滋摘中的村套销钉安装详图注: 比俄S l 图 4 校准劈5 试样 按照规定的抽样方案或商定的抽样方案抽取试样。6 测最程序6 门校准 确定掠射人射干涉仪的灵敏度。6 . 1 . 1 将校准劈的锁钉和千涉仪的基准面相接触， 使校准劈的平面与干 涉仪的基准面之间形成空气劈， 沿着劈的方向， 其儿何厚度呈线性变化。 在人射角0 一定的情况下 使两束相干平面波之l u l 的光程差免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )G a / T 6 6 2 1 - 1 9 9 5沿劈的方向产生周期性的变化， 导致在观察屏七呈现一组平行的干涉条纹， 方向与劈的方向相垂直( 见IN 4 )6 门. 2 调整干涉仪入射光束在校准劈反射面上入射角B , 使已知校准劈平整度等于其光程差与十涉条纹之比值， 此时校准劈平整度就确定为掠射入射干涉仪的灵敏度d62 真空吸盘平整度的检查6 . 2 . 1 将千涉仪的灵敏度调到0 . 5 p - / 条， 使吸盘表面尽可能靠近十涉仪的基准面。6 ， 2 . 2 调节真空吸盘相对干涉仪的倾斜度， 使屏幕上出现4 -6 条干涉条纹为止6 . 2 . 3 按照出现条纹数估算吸盘平整度， 如T I R大于 。2 5 f i m, 则弃去另换一个， 重新按6 . 2 条估 . .直到吸盘平整度T I R不大于0 . 2 5 p m为止6 . 3 测量6 . 3 . 1 测量环境的洁净等级不低于 1 0 0 级6 . 3 . 2 联接真空 泵和吸 盘， 并用真空量规检查真空度， 使其不低于6 6 . 6 6 1 k P .6 . 3 . 3 将试样的背面吸持在适宜的真空吸盘上6 . 3 . 4 使试样的表面尽可能靠近干涉仪的基准面， 但不可接触基准面。6 . 3 . 5 调节真空吸盘的倾斜控制器， 消除因试祥倾斜而产生的千涉条纹， 直到看见的条纹数目 最少( 见图 5 ) 。6 . 3 . 6 确定试样表面优质区内的最高点和最低点， 即峰和谷， 读出峰谷之间产生对应的完整和不完整条纹的总数目。6 . 3 . 7 如果条纹数超过1 0 条， 则需要将干涉仪的灵敏度调低一 倍( 减小入射角) ， 重复6 . 3 . 4 - 6 . 3 . 6条操作6 . 3 . 8 如果条纹数少于2 条， 则需要将千涉仪的灵敏度调高一倍( 增加入射角) ， 重复6 . 3 . 4 -6 . 36 条操作有倾斜无倾斜球形表面n 1丈 二 夕阎杜表面马帐形表面图 5 有无倾斜时的三种典型干涉图免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )c B / T 6 6 2 1 一 1 9 9 5注: 在每种情况 ， 峰对谷平整度等于两条条纹。 当无倾斜时， 最小的干涉条纹数代表表面形状 数字 0 代表高的区域 数字 2 代表低的区域巴了 测量结果计算7 . 1式中掠射入射干涉仪的灵敏度由式( I ) 计算d一 d / 2 n c o s 0 ( 7t7 . 2d -掠射入射干涉仪的灵敏度， K m/ 条;0 入射光和待测试样表面法线之间的夹角， r a d ;x 一 一 干涉仪光源的波长， k m;。 与待测表面相邻介质的折射率( 对空气n 一1 )将校准过的干涉仪的灵敏度d乘以试样的表面最高点和最低点之间( 峰与谷) 对应的完整和不完整干涉条纹的总数目M， 即得到最大峰谷间的偏差( T I R) 。由下式表示:TI R = M。 d”呼 ”. . ”， ， ， (2)式中: T I R 总指示读数, m; d 干涉仪的灵敏度, u m / 条; M 干涉条纹的总数目， 条。8 精密度本方法单实验室精密度T I R为士3 0 . 6 % ( R 3 S )9 试验报告9 门 报告应包括以下内容: a . 试样编号; b . 试样表面的优质区域( F Q A ) ; c . 干涉仪型号; d . 干涉仪在测试时的灵敏度d , e . 真空度， k P a ; f ， 实验室洁净等级; 9 . 试样表面峰谷间的完整和不完整干涉条纹总数目; h平整度值( T I R ) ; 1 . 本标准编号; j . 测量单位和测量者; k . 测量日 期。第二篇方法B 电容法1 0 主题内容与适用范围 本标准规定了 用电容位移传感测定硅抛光片表面平整度的方法免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )C B / T 6 6 2 1 一1 9 9 51 11 1 . 1本标准适用于测量批量硅抛光片的表面平整度和直观地描绘硅片表面的轮廓形貌。方法提要将硅片平放入一对同轴对置的电容位移传感器( 简称探头) 之间， 对探头施加一高频电压， 硅片与探头之间便产生了 高频电场， 其间各形成了 一 个电容。探头中电路测量其间电流变化量， 便可测得该电容值C 。如图6 所示。C由公式( 3 ) 给出:L 掇 头, , I -C卜 探头 图 6 电容位移传感器测量方法示意图了 ，一硅片的厚度; D一 两探头间的距离; dl一上探头到硅片上表面的位移; d 2 一下探头到硅片下表面的位移_K月七 一 下 - 节- - r 十 七。. ， 二” . “ . . . . . 二 . . . . . . . . . . . . f) 配,十Gl .式中: C 在上、 下探头和硅片表面之间所测得总电容值， F ; K自由空间介电常数， F / m; A 探头表面积， m: ; d一 一 上探头到硅片上表面的位移， m; d , 下探头到硅片下表面的位移， m; C , 主要由 探头结构的特征而产生的寄生电容， F o1 1 . 2 由于在测量时， 两探头之间距离和下探头到硅片下 表面的距离d : 已在校准时被固定， 所以仪器测得电 容值C 按公式( 3 ) 进行计算， 就得到d , ， 从而计算硅片表面平整度和其他几何尺寸1 1 . 3 按计算得到的硅片表面儿何尺寸， 以等高线图或正投影的形式， 描绘硅片表面的轮廓形貌， 借助图 形计算机， 打印显示并作出硅片表面轮廓图免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )c B / T 6 6 2 1 一 1 9 9 51 2 仪器装置飞 2 . 飞 带显示的平整度台: 包括两个探头、 真空吸盘、 探头支承架、 运算和图形计算机。1 2 . 1 . 1 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 1 0 。 个数据点。1 2 . 1 . 2 探头 其灵敏度应小于。 . 2 5 N me1 2 . 1 . 3 真空吸盘: 其表面平整度应小于。 . 2 f -， 其直径不大于0 2 3 . 4 m m， 真空度不低f 6 6 . 6 6 1 k P a飞 2 . 2 厚度校准样片; 测量仪器应备有的附件， 用以校准仪器。1 3 试样 按照规定的抽样方案或商定的抽样方案抽取试样。1 4 测盘程序1 4 . ， 校准1 4 . 1 门经清洗过的吸盘和上、 下探头安装在合适的位置上， 并轴向对准， 待校准仪器。1 4 - 1 . 2 输入最接近待测批量硅片的标称厚度值的标准 厚度样片的数值。 令该样片为1 ” 样片， 与1 “ 样片的厚度值相差为士5 0 p m的标准样片分别为2 , 3 “ 样片1 4 - 1 . 3 输入 2 “ 或 3 样片的厚度值。1 4 门. 4 将 1 “ 样片放在两探头之间， 由真空吸盘吸持并对中， 然后调节上探头调节轮， 使显示屏上读数为零。1 4 . 1 . 5 以吸盘上移去1 “ 样片， 放上2 “ 或3 “ 样片， 吸盘吸持并对中， 然后调节上探头调节轮， 使显示屏长 读数为零。1 4 - 1 . 6 移去2 “ 或3 - 样片。此时仪器已校准完毕1 4 . 2 测量1 4 . 2 . 1 测I环境的洁净等级不低于 1 0 。 级。1 4 - 2 . 2 选择“ 校准” 模式， 按 1 4 . 1 条进行1 4 . 2 . 3 选择“ 手动” 模式， 使一些已知值的硅片在平整度台上运行， 如得到准确测量结果， 批量硅片就可运行。否则重复 1 4 . 2 . 2 条进行。1 4 . 2 . 4 运行的硅片经平整台扫描后， 测量出探头到硅片表面各点的电容值C ， 按公式(C 3 ) 计算出探头到硅片表面上各点的位移。1 4 . 2 . 4 . 1 确定一个焦平面: 由硅片正表面上以最小2 乘法拟合的平面或由硅片离边缘等间yp处的3个点组成的一个平面。1 4 - 2 . 5 计算出硅片表面上点到焦平面的最大位移， 其作为最大F P D的度量， 经显示屏显示1 4 - 2 . 6 计算出F P D的最大值和最小值之差， 其作为T I R的度量， 经显示屏上显示1 4 . 2 . 了 选择“ 自 动” 模式， 硅片将从片盒平移送到平整度台进行测试， 经运算计算机运算后， 自 动显示出批量硅片F P D , T I R， 并打印出来。1 4 . 3 形貌图形显示1 4 . 3 . 1 将特殊需要形貌轮廓图 形显示的硅片的表面几何尺寸参数， 图 形类别， 作图形式等输入图形计算机， 或摄取储存在运算计算机中的硅片表面几何尺寸参数。1 4 . 3 . 2 经图形计算机运行， 硅片表面轮廓形貌就按下列四种图形显示并作图。 1 4 . 3 . 2 . 1 三维等高轮廓图; 1 43 . 2 . 2 二维形貌图; 1 4 . 3 - 2 . 3 三维正投影图; 1 4 . 3 - 2 . 4 剖面图免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )G s / r 6 6 2 1 一1 9 9 5巧1 5 . 11 5 . 21 5 . 31 5 . 41 5 . 5计算按公式( 3 川 脚出探头到硅片表面各点的位移值确定 一 个焦平面F P I ) 为 硅片 表面各点到焦平