硅片厚度和總厚度變化測(cè)試方法（GB/T 6618-2009）

1范圍 　　本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了硅單晶切割片、研磨片、拋光片和外延片（簡(jiǎn)稱(chēng)硅片）厚度和總厚度變化的分立式和掃描式測(cè)量方法。 　　本標(biāo)準(zhǔn)適用于符合GB/T 12964,GB/T 12965,GB/T 14139規(guī)定的尺寸的硅片的厚度和總厚度變化的測(cè)量。在測(cè)試儀器允許的情況下，本標(biāo)準(zhǔn)也可用于其他規(guī)格硅片的厚度和總厚度變化的測(cè)量。 　　2規(guī)范性引用文件 　　下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款．凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 　　GB/T 2828.1計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序第1部分：按接收質(zhì)量限（AQL）檢索的逐批檢驗(yàn)抽樣計(jì)劃(GB/T 2828.1-2003,ISO 2859-1:1999,IDT) 　　GB/T 12964硅單晶拋光片 　　GB/T 12965硅單晶切割片和研磨片 　　GB/T 14139硅外延片 　　3方法概述 　　3.1分立點(diǎn)式測(cè)里 　　在硅片中心點(diǎn)和距硅片邊緣6mm圓周上的4個(gè)對(duì)稱(chēng)位置點(diǎn)測(cè)量硅片厚度。其中兩點(diǎn)位于與硅片主參考面垂直平分線逆時(shí)針?lè)较虻膴A角為30。的直徑上，另外兩點(diǎn)位于與該直徑相垂直的另一直徑上（見(jiàn)圖1)。硅片中心點(diǎn)厚度作為硅片的標(biāo)稱(chēng)厚度。5個(gè)厚度測(cè)量值中的最大厚度與最小厚度的差值稱(chēng)作硅片的總厚度變化。 　　3.2掃描式測(cè)量 　　硅片由基準(zhǔn)環(huán)上的3個(gè)半球狀頂端支承，在硅片中心點(diǎn)進(jìn)行厚度測(cè)量，測(cè)量值為硅片的標(biāo)稱(chēng)厚度。 　　然后按規(guī)定圖形掃描硅片表面，進(jìn)行厚度測(cè)量，自動(dòng)指示儀顯示出總厚度變化。掃描路徑圖見(jiàn)圖2。 　　4干擾因素 　　4.1分立點(diǎn)式測(cè)量 　　4.1.1由于分立點(diǎn)式測(cè)量總厚度變化只基于5點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，硅片上其他部分的無(wú)規(guī)則幾何變化不能被檢測(cè)出來(lái)。 　　4.1.2硅片上某一點(diǎn)的局部改變可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的讀數(shù)。這種局部的改變可能來(lái)源于表面缺陷例如崩邊，沽污，小丘，凹坑，刀痕，波紋等。 　　4.2掃描式測(cè)量 　　4.2.1在掃描期間，參考平面的任何變化都會(huì)使測(cè)量指示值產(chǎn)生誤差，相當(dāng)于在探頭軸線上最大與最小值之差在軸線矢量值的偏差。如果這種變化出現(xiàn)，可能導(dǎo)致在不正確的位置計(jì)算極值。 　　4.2.2參考平面與花崗巖基準(zhǔn)面的不平行度也會(huì)引起測(cè)試值的誤差。 　　4.2.3基準(zhǔn)環(huán)和花崗巖平臺(tái)之間的外來(lái)顆粒、沽污會(huì)產(chǎn)生誤差。 　　4.2.4測(cè)試樣片相對(duì)于測(cè)量探頭軸的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生誤差。 　　4.2.5掃描過(guò)程中，探頭偏離測(cè)試樣片會(huì)給出錯(cuò)誤的讀數(shù)。 　　4.2.6本測(cè)試方法的掃描方式是按規(guī)定的路徑進(jìn)行掃描，采樣不是整個(gè)表面，不同的掃描路徑可產(chǎn)生不同的測(cè)試結(jié)果。 　　5儀器設(shè)備 　　5.1接觸式測(cè)厚儀 　　測(cè)厚儀由帶指示儀表的探頭及支持硅片的夾具或平臺(tái)組成。 　　5.1.1測(cè)厚儀應(yīng)能使硅片繞平臺(tái)中心旋轉(zhuǎn)，并使每次測(cè)量定位在規(guī)定位置的2mm范圍內(nèi)。 　　5.1.2儀表最小指示量值不大于1μm。 　　5.1.3測(cè)量時(shí)探頭與硅片接觸面積不應(yīng)超過(guò)2m㎡。 　　5.1.4厚度校正標(biāo)準(zhǔn)樣片，厚度值的范圍從0.13mm-1.3mm，每?jī)善g的間隔為0.13mm±0.025mm。 　　5.2非接觸式測(cè)且儀 　　由一個(gè)可移動(dòng)的基準(zhǔn)環(huán)，帶有指示器的固定探頭裝置，定位器和平板所組成，各部分如下： 　　5.2.1基準(zhǔn)環(huán) 　　由一個(gè)封閉的基座和3個(gè)半球形支承柱組成?；鶞?zhǔn)環(huán)有數(shù)種（見(jiàn)圖3)，皆由金屬制造；其熱膨脹系 　　數(shù)在室溫下不大于6×10-6／℃；環(huán)的厚度至少為19mm，研磨底面的平整度在0.25µm之內(nèi)。外徑比被測(cè)硅片直徑大50mm，見(jiàn)表1。 　　5.2.1.1 3個(gè)半球形支承柱，用來(lái)確定基準(zhǔn)環(huán)的平面并在圓周上等距分布，允許偏差在±0.13mm范圍內(nèi)。支承柱應(yīng)由碳化鎢或與其類(lèi)似的、有較大硬度的金屬材料制成，標(biāo)稱(chēng)直徑為3.18mm，其高度超過(guò)基準(zhǔn)環(huán)表面1.59±0.13mm。各支承柱的頂端應(yīng)拋光，表面的最大粗糙度為0.25μm?；鶞?zhǔn)環(huán)放置于平板上，每個(gè)支承柱頂端和平板表面之間的距離相等，其誤差為1.0μm。由基準(zhǔn)環(huán)確定的平面是與3個(gè)支承柱相切的平面。 　　5.2.1.2 3個(gè)圓柱形定位銷(xiāo)對(duì)試樣進(jìn)行定位，其在圓周邊界上間距大致相等，圓周標(biāo)稱(chēng)直徑等于銷(xiāo)子的直徑和硅片最大允許直徑之和。銷(xiāo)子比支承柱至少要高出0.38mm。推薦用硬塑料做定位銷(xiāo)。 　　5.2.1.3探頭停放位置：在基準(zhǔn)環(huán)中硅片標(biāo)稱(chēng)直徑切口部分，為探頭停放位置，以便探頭裝置離開(kāi)試樣，插人或取出精密平板。 　　5.2.2帶指示器的探頭裝置 　　由一對(duì)無(wú)接觸位移傳感的探頭，探頭支撐架和指示單元組成。上下探頭應(yīng)與硅片上下表面探測(cè)位置相對(duì)應(yīng)。固定探頭的公共軸應(yīng)與基準(zhǔn)環(huán)所決定的平面垂直（在±20之內(nèi)）。指示器應(yīng)能夠顯示每個(gè)探頭各自的輸出信號(hào)，并能手動(dòng)復(fù)位。該裝置應(yīng)該滿(mǎn)足下列要求： 　　5.2.2.1探頭傳感面直徑應(yīng)在1.57mm-5.72mm范圍。 　　5.2.2.2探測(cè)位置垂直方向的位移分辨率不大于0.25µm, 　　5.2.2.3在標(biāo)稱(chēng)零位置附近，每個(gè)探頭的位移范圍至少為25μm。 　　5.2.2.4在滿(mǎn)刻度讀數(shù)的0.5％之內(nèi)呈線性變化。 　　5.2.2.5在掃描中，對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)采樣模式的儀器，采集數(shù)據(jù)的能力每秒鐘至少100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。 　　5.2.2.6探頭傳感原理可以是電容的、光學(xué)的或任何其他非接觸方式的，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)奶筋^與硅片表面間距。規(guī)定非接觸是為防止探頭使試樣發(fā)生形變。指示器單元通?？删哂校?1)計(jì)算和存儲(chǔ)成對(duì)位移測(cè)量的和或差值以及識(shí)別這些數(shù)量最大和最小值的手段，(2)存儲(chǔ)各探頭測(cè)量值的選擇顯示開(kāi)關(guān)等。顯示可以是數(shù)字的或模擬的（刻度盤(pán)），推薦用數(shù)字讀出，來(lái)消除操作者引人的讀數(shù)誤差。 　　5.2.3定位器 　　限制基準(zhǔn)環(huán)移動(dòng)的裝置，除停放裝置外，它使探頭固定軸與試樣邊緣的最近距離不能小于6.78mm?；鶞?zhǔn)環(huán)的定位見(jiàn)圖4。 　　5.2.4花崗巖平板：工作面至少為305mm×355mm。 　　5.2.5厚度校準(zhǔn)樣片：變化范圍等于待測(cè)硅片標(biāo)稱(chēng)厚度±0.125mm，約50μm為一檔。每個(gè)校準(zhǔn)樣片的表面粗糙度在0.25μm之內(nèi)，厚度變化小于1.25μm。標(biāo)準(zhǔn)樣片面積至少應(yīng)為1.6c㎡，最小邊長(zhǎng)為13mm。 　　6取樣原則與試樣制備 　　6.1從一批硅片中按GB/T 2828.1計(jì)數(shù)抽樣方案或雙方商定的方案抽取試樣。 　　6.2硅片應(yīng)具有清潔、干燥的表面。 　　6.3如果待測(cè)硅片不具備參考面，應(yīng)在硅片背面邊緣處做出測(cè)量定位標(biāo)記。 　　7測(cè)量程序 　　7.1測(cè)且環(huán)境條件 　　7.1.1溫度：18℃-28℃。 　　7.1.2濕度：不大于65％。 　　7.1.3潔凈度：10 000級(jí)潔凈室。 　　7.1.4具有電磁屏蔽，且不與高頻設(shè)備共用電源。 　　7.1.5工作臺(tái)振動(dòng)小于0.5gn。 　　7.2儀器校正 　　7.2.1用一組厚度校正標(biāo)準(zhǔn)片（見(jiàn)5.2.5)置于厚度測(cè)量?jī)x平臺(tái)或支架上進(jìn)行測(cè)量。 　　7.2.2調(diào)整厚度測(cè)量?jī)x，使所得測(cè)量值與厚度校正標(biāo)準(zhǔn)片的厚度標(biāo)準(zhǔn)值之差在2µm以?xún)?nèi)。 　　7.2.3以標(biāo)稱(chēng)厚度為橫坐標(biāo)，測(cè)試值為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)系上描點(diǎn)，通過(guò)兩個(gè)端點(diǎn)畫(huà)一條直線。在兩個(gè)端點(diǎn)畫(huà)出對(duì)應(yīng)端點(diǎn)值±0.5％的兩個(gè)點(diǎn)，通過(guò)兩個(gè)＋0.5％和一0.5％的點(diǎn)各畫(huà)一條限制線（如圖5所示），觀察描繪的點(diǎn)都落在限制線之內(nèi)（含線上），就認(rèn)為設(shè)備滿(mǎn)足測(cè)試的線性要求。否則應(yīng)對(duì)儀器重新進(jìn)行調(diào)整。 　　7.3測(cè)量校準(zhǔn) 　　7.3.1用一塊與被測(cè)硅片厚度相差50μm之內(nèi)的厚度標(biāo)準(zhǔn)片，置于厚度測(cè)量?jī)x平臺(tái)或支架上進(jìn)行測(cè)量。 　　7.3.2調(diào)整厚度測(cè)量?jī)x，使所得測(cè)量值與該厚度校正標(biāo)準(zhǔn)片的厚度標(biāo)準(zhǔn)值之差在2μm以?xún)?nèi)即可。 　　7.4測(cè)且 　　7.4.1分立點(diǎn)式測(cè)量包括接觸式與非接觸式兩種。 　　7.4.1.1選取待測(cè)硅片，正面朝上放人夾具中，或置于厚度測(cè)量?jī)x的平臺(tái)或支架上。 　　7.4.1.2將厚度測(cè)量?jī)x探頭置于硅片中心位置（見(jiàn)圖1)（偏差在±2mm之內(nèi)），測(cè)量厚度記為ti，即為 　　該片標(biāo)稱(chēng)厚度。（采用接觸式測(cè)量時(shí)，應(yīng)翻轉(zhuǎn)硅片，重復(fù)操作，厚度記為tl 7，比較ti與ti較小值為該片標(biāo)稱(chēng)厚度值。） 　　7.4.1.3移動(dòng)硅片，使厚度測(cè)量?jī)x探頭依次位于硅片上位置2.3.45(見(jiàn)圖1)(偏差在±2mm之內(nèi)），測(cè)量厚度分別記為t2、t3、t4、t5。 　　7.4.2掃描式測(cè)量 　　7.4.2.1采用非接觸式測(cè)厚儀。如果還未組裝，將與被測(cè)硅片尺寸相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)環(huán)裝配在平板上以及裝上相應(yīng)的定位器，限制環(huán)移動(dòng)，檢查探頭應(yīng)在遠(yuǎn)離操作者位置（見(jiàn)圖4)。 　　7.4.2.2把試樣放在支承柱上，使主參考面與參考面取向線平行，被測(cè)硅片的周界應(yīng)與最靠近探頭停 　　放位置的兩個(gè)定位銷(xiāo)貼緊。 　　7.4.2.3將厚度測(cè)量?jī)x探頭置于硅片中心位置1(見(jiàn)圖1)(偏差在±2mm之內(nèi)），測(cè)量厚度記為t，即為該片的標(biāo)稱(chēng)厚度。 　　7.4.2.4移動(dòng)平板上的基準(zhǔn)環(huán)，直到探頭處于掃描開(kāi)始位置為止。 　　7.4.2.5指示器復(fù)位。 　　7.4.2.6移動(dòng)平臺(tái)上的基準(zhǔn)環(huán)，使探頭沿曲線和直線段1-7掃描（見(jiàn)圖2)。 　　7.4.2.7沿掃描路線，以μm為單位，記錄被測(cè)量點(diǎn)上、下表面的各自位移量。對(duì)于直接讀數(shù)儀器，記錄成對(duì)位移之和值的最大值與最小值之差，即為該硅片總厚度變化值。 　　7.4.2.8僅對(duì)仲裁性測(cè)量要重復(fù)7.4.2.5-7.4.2.7操作達(dá)9次以上。 　　7.4.2.9放置基準(zhǔn)環(huán)使探頭處于停放位置，然后取出試樣。 　　7.4.2.10對(duì)每個(gè)測(cè)量硅片，進(jìn)行7.4.2.2-7.4.2.9的操作步驟。 　　8測(cè)量結(jié)果計(jì)算 　　8.1直接讀數(shù)的測(cè)量?jī)x，對(duì)分立點(diǎn)式測(cè)量，選出t1、t2、t3、t4、t5中最大值和最小值，然后求其差值；對(duì)掃描式測(cè)量，由厚度最大測(cè)量值減去最小測(cè)量值，將此差值記錄為總厚度變化。 　　8.2倘若儀器不是直接讀數(shù)的，對(duì)每個(gè)硅片要計(jì)算每對(duì)位移值a和b之和，同時(shí)，檢查和值，確定最大和最小值。根據(jù)下列關(guān)系計(jì)算總厚度變化（TTV) : 　　9精密度 　　通過(guò)對(duì)厚度范圍360μm-500μm，直徑76.2mm±0.4mm，研磨片30片，拋光片172片，在7個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了循環(huán)測(cè)量。 　　9.1非接觸式測(cè)量 　　9.1.1對(duì)非接觸式厚度測(cè)量，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室的2。標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.4μm，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的精密度為±0.7%。 　　9.1.2對(duì)非接觸式總厚度變化（TTV)測(cè)量，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室的2。標(biāo)準(zhǔn)偏差掃描法小于3.8μm，分立點(diǎn)式小于4.9µm；多個(gè)實(shí)驗(yàn)室間的精密度掃描法為±19%，分立點(diǎn)式為±38%。 　　9.2接觸式測(cè)量 　　9.2.1對(duì)于接觸式厚度測(cè)量，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室的2。標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.3μm，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室間的精密度為±0.4%。 　　9.2.2對(duì)于接觸式總厚度變化測(cè)量，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室的2a標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.6μm，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室間的精密度為±32%。 　　10試驗(yàn)報(bào)告 　　試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容： 　　a)試樣批號(hào)、編號(hào)； 　　b）硅片標(biāo)稱(chēng)直徑； 　　c)測(cè)量方式說(shuō)明； 　　d)使用厚度測(cè)量?jī)x的種類(lèi)和型號(hào)， 　　e)中心點(diǎn)厚度； 　　f)硅片的總厚度變化； 　　g）本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)； 　　h）測(cè)量單位和測(cè)量者； 　　i）測(cè)量日期。