ICS 77.040 CCS H 21
中华人民共和国国家标准
GB/T 32280—2022 代替GB/T 32280—2015
硅片翘曲度和弯曲度的测试自动非接触扫描法
Test method for warp and bow of silicon wafers—Automated non-contact scanning method
2022-10-01实施2022-03-09发布
国家市场监督管理总局发布
国家标准化管理委员会
GB/T 32280—2022
硅片翘曲度和弯曲度的测试自动非接触扫描法
1 范围
本文件描述了利用两个探头在硅片表面自动非接触扫描测试硅片的翘曲度和弯曲度的方法。本文件适用于直径不小于50 mm，厚度不小于100μm的洁净、干燥的硅片，包括切割、研磨、腐蚀、抛光、外延、刻蚀或其他表面状态的硅片，也可用于砷化镓、碳化硅、蓝宝石等其他半导体晶片翘曲度和弯曲度的测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T6619 硅片弯曲度测试方法
GB/T 6620 硅片翘曲度非接触式测试方法GB/T 14264 半导体材料术语GB/T 16596 确定晶片坐标系规范
3 术语和定义
GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
典型片 representative wafer
利用翻转的方法进行重力校正的与被测晶片具有相同的标称直径、标称厚度、基准结构和结晶取向的代表性晶片。3.2
参考片 reference wafer
用以确定是否符合测试设备操作说明中重复性要求的标有翘曲度和弯曲度参数值的晶片。注：参数值是使用测试设备通过大量重复测试获得的平均值，或者是基于设备重复性研究的统计值。3.3
翘曲度 warp
在质量合格区内，一个自由无夹持的晶片中位面相对参照平面的最大和最小距离之差。3.4
弯曲度 bow
自由无夹持晶片中位面的中心点与中位面基准面间的偏离。
注：中位面基准面是由指定的小于品片标称直径的直径圆周上的三个等距离点决定的平面。
GB/T 32280-2022
4 方法原理
将被测晶片放置在平坦、洁净的吸盘或晶片边缘夹持装置上，沿规定的图形在两个相对的探头之间运动，两个探头同时对晶片的上下表面进行扫描，获得一组晶片上下表面分别到最近的探头间的距离数据。
对应扫描的每一点，得到一对X和Y坐标相同的距离数值；成对的位移数值用于构造一个中位面，而在中位面上的重力效应的校正是通过从一个典型片测量值或理论值减去一个重力校正值得到的，也可以通过翻转晶片重复扫描进行校正。从合适的中位面构造一个最小二乘法基准面，计算每对测量点上的基准面偏离。翘曲度即为最大的正数和最小的负数间的代数差，弯曲度即为中心位置的中位面与晶片三点构成的基准面的代数差，而三点基准面是由被修正的中位面的特定点构成的。
注：品片的翘曲可能是由于品片的上下表面不相同的应力造成的，所以不可能通过测量其中一个面确定翘曲度，
中位面包含了向上、向下或两者都有的曲度，在某些情况下，中位面是平的，因此，翘曲度为零或正数值，弯曲度则是一个带正号或负号的数值。
5 试验条件
除另有规定外，应在下列环境中进行测试：a） 温度：23℃±5℃：b）湿度：不大于65%；
c） 根据要求选择，宜使用不低于GB/T25915.1中6级洁净间；d） 防止震动及电磁干扰。
6 干扰因素
6.1 在扫描测试期间，任何探头间或探头沿测试轴的相对运动都会产生横向位置等效测试数据误差。晶片相对于探头测试轴的振动也会引入误差。为了使上述误差降低到最小，测试系统提供了特征分析及校正程序。设备内部的监控系统也可以用来校正重复和非重复的系统机械误差，如未能提供这样的校正可能会导致误差。
6.2 测试系统晶片夹持装置的差异可能引入测试差异。本测试方法允许使用不同的晶片夹持装置，相同的晶片在不同的晶片夹持装置中会得到不同的几何形状结果。6.3 数据点的数量及其间距不同可能影响测试结果。
6.4 本方法不受品片厚度及表面加工状态的影响。因设备具有一定的厚度测试（结合翘曲度和弯曲度）范围，无需调整即可满足要求。如果校准或被测晶片厚度超出测试范围，可能产生错误的结果。操作者可通过设备的超量程信号得知。
6.5 使用重力补偿时，被测晶片与用于重力补偿的晶片在直径、厚度、表面状态、晶向等各种方面的差别都可能引起重力补偿结果的差异。对于不同直径和厚度引起的重力补偿错误的预计见附录A。如果被测晶片的晶向与用于重力补偿晶片的晶向不同，重力补偿引入的测量值与实际值偏差可达15%。6.6 重力可以改变晶片形状，本文件包含了几种消除重力影响的方法，包括典型片翻转的方法。实行重力补偿，不同的方法和不同的实施水平可能会得到不同的测试结果。
6.7 当使用典型片翻转的方法进行重力补偿时，典型片的翘曲度和弯曲度过大可能给测试结果带来影响。建议按照设备商推荐的要求进行。
6.8 选择基准面不同，得到的翘曲度和弯曲度的值可能不同。按GB/T 6620和GB/T 6619使用背表面3点作为基准面测试翘曲度和弯曲度，背表面作为基准面测试翘曲度和弯曲度的结果中包含了厚度差异。本方法使用中位面做基准面时，消除了这一影响，使用最小二乘法平面拟合基准面降低了三点平面计算参考点位置时选择不同点带来的差异。使用特殊的校准或补偿技术，可最大限度地减少重力造成的晶片畸变的影响。
7 仪器设备
7.1 晶片夹持装置，采用吸盘或晶片边缘夹持装置，该装置的类型和尺寸可由测试双方协商确定。7.2 多轴传输系统，提供品片夹持装置或探头在垂直于测试轴的几个方向的可控移动方式。该移动应允许在合格质量区内以指定的扫描方式收集数据，且可设定采样数据点的间距。
7.3 探头部件，带有一对非接触位移传感探头、探头支持装置和指示单元，如图1所示，且应满足下列要求：
a）探头应能独立探测晶片的两个表面到距之最近探头的距离a和b；b） 将探头分别安装在晶片两面，并使两探头相对；c） 两探头同轴，且其共同轴为测试轴；d） 校准和测试时探头距离D应保持不变；e） 位移分辨率应不大于100 nm；
f） 典型的探头传感器尺寸为4mm×4 mm 或2mm×2mm，也可由测试双方确定；g）数据指示分辨率应不大于100 nm。
7.4 采用典型片翻转或晶片翻转的重力补偿方法，测试应在同一位置进行，因此测试系统应在每个方向提供精确的定位。
7.5 控制系统，包括数据处理器及合适的软件。测试系统应具有程序输入及选择清单的功能，可以按照操作者设定的条件自动进行测试、数据处理，并根据操作者的设置数值对晶片分类。必要的计算应在设备系统内部自动完成，并可直接显示测试结果。7.6 晶片传输系统，包括晶片的自动装载和分类功能。