硅片的几何参数及测试

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随着 Ic工艺 、技术的不断发展 ，硅片的产量越来越大(见表 1)，直径尺寸越做越大(见 图 1)，厚度越做越保表 1 1997～2002年全球硅片的生产情况、 l997 l998 1999 200o 2001 2002 20o2/2001项 目 、、 增长速度硅片生产的总面积 ， 39.55 36.13 44.69 55 51 39.40 46 81 19 亿平方英寸年总产值/亿美元 70.0o 5400 59.0o 75.0O 52.oo 55.OO 6硅片平均价格 / 1.77 1.51 l32 1-35 1.39 1.17 -16 (美元/mz)50mm 100ram I25ram 150ram 200- 300ram图 1 硅片直径的变化随着大规模集成电路 、超大规模集成电路和特超大规模 集成电路 的发展 ，对硅片的质量特征参数的要求越来越高 。硅片的几何参数主要有以下几个方面 ：直 径 (Diameter)；厚 度 (Thickness)；平 整度 (Flatness)；粗糙度(RoughheSS)；弯曲度(Bow)；翘 度(Warp)；总厚度变化 (Total Thickness Variation)。

1 硅片的几何参数及测试1.1直径(1)定义 。直径是硅片的重要参数 ，是指横越硅片表面，通过硅片中心点且不包含任何参考面或圆周基准区的直线距离。直径是依照 ASTM Std F-613来测量的。

(2)测试仪器 。硅片的直径可 以使用光学比较仪和标准测量块组进行测量。光学比较仪要求放大倍数 20～4O倍 ，载 物台水 平移动 的分辨率 ≤2.5um，样 品夹具旋转角度为 360。，分辨率为 ±5。。标准测量块组是以 SEMI规范提 供 相 应 的硅 片尺 寸 标 称 100mm、125mm、150mm 和156mm的基准长度，精度 ≥2.5urn。

(3)测试方法 。把硅片置 于样品夹具 中 ，使样品 的投影图像对准水平轴 ，旋转测微计转轴 ，使硅片边缘与垂直轴接触(见图 2a)，得到测微计数据 F。选用-个 长度为 L的标称直径测量块 ，旋转测微计转轴 ，使硅片边缘与垂直轴接触(见图 2b)，得 到测微计数据 S，可 以得到硅片的直径 ：D：L(S-F)。每个硅片都要测三组直径数据，可计算出硅片的平均直径。

(a)最初对准图 (b)最后对准图图 2 测试仪器显示图1.2厚度(1)定义。厚度是指硅片给定点处穿过硅片的垂直距离 。硅片中心点的厚度称作硅片的标称厚度 ，单位是 um。

厚度是在硅片中心依据 ASTM Std F-533用厚度测量仪测量 的 。

(2)测试仪器。厚度测量分为接触式或非接触式∮触式测量采用电感测微仪或千分尺进行 ，非接触测量-般采用静 电电容法实现 。

(3)测试方法 。以静 电电容测量硅 片厚度为例 。上 、下探头之间输入高频信号 ，硅片放置于两个探头之间 ，传感器的电容板和硅片的表面形成- 电容 ，可以与标准 电容做比较，可以求出电流的变化量，可得到硅片的电容量。

1.3平整度(1)定义。平整度是指硅片表面与基准平面之间最高点和最低点的差值。对-个硅片来说，如果它被完全平坦地放置 ，参考面在理论上就是绝对平坦 的背面 ，比如利用真空压力把它拉到-个清洁的面上 ，见图 4。硅片的平整度是硅片的最重要参数 ，平整度 目前分为直接投影 和间工 艺 与 装 备W aferb)图 3 静电电容法测量硅片厚度接投影 ，直接投影的系统需要考虑 的是整个硅片 的平整度 ，而分步进行投影的系统需要考虑 的是投影 区域 的局部的平整度 。硅 片的平整度-般用 TIR和 FPD这两个参数来 表示 。平整度是-个表面(surface)特性 ，用 nm表示且能依据 ASTM Std F-775-83来测量。

图 4 硅片的表面平整度(2)测试仪器 。测量硅片平整度 有声学 法 、干涉测量法 、电容法和激光束反射法 四种常用的方法 ，都是非接触式 ，是为了减少对硅片表面的损伤和沾污 。

(3)测试方法 。TIR(Total Indication Reading)表示法对于在真空吸盘上的硅片的上表面 ，最常用 的参数是用 TIR来表示。如图 5所示 ，假定-个通过对于硅片的上表面进行最小二次方拟合得到的参考平面 ，TIR定义则为相对于这- 参考平面的最大正偏差与最大负偏差之和 ：TIRab焦平正偏差负偏差图 5 TIR和 FPD的定义FPD(Focal P1ane Deviation)表示 法 ，如果 选择 的参考 面与掩 膜的焦平 面-致 ，FPD定义则 是相对 于该参 考 面的正或负的最大偏差中数值较大的-个，如图4所示。

即FPD：f ( b J1.4 粗糙度(1)定义。粗糙度泛指 晶片表面轮廓高低起伏的度量值。-般在 102-105nm度量值范围内。包括平均粗糙度(Average roughness)、微粗糙度(Micro roughness)、均方根微粗糙度 (Rms micro roughness)和均方根区域微粗糙度(Rmsarea micro roughness)。

(2)平均粗糙度 Ra。平均粗糙度是指求值长度 L内对于 中间线 (平均线 )来说 ，表面轮廓高度偏差 z(x)的平均值 。

(3)微粗糙度。微粗糙度是指硅片表 面粗糙度分量(凹凸不平 )的不均匀度之间的间隔小于 100um。它是硅片表 面纹理 的标志 。微粗糙度测量了硅 片表 面最高点和最低点的高度差别 ，它的单位是纳米 。

(4)均方根微粗糙度 Rq。均方根微粗糙度是表 面轮廓高度 与求值长 度 L内得 出的相 对于 中心线 的表 面剖 面(轮廓 )高度偏差 z(X)的均方根值。

(5)均方根 区域微粗糙度 RA。均方根区域微粗糙度指表面轮廓高度 与求 值 区域 L内(L )，得 出的相对于中心面的表面相形貌偏差 z(x)的均方根值 。

1.5弯 曲度(1)定义。弯 曲度是指硅片处于没有受 到夹持或置于真空吸盘上的状态下 ，整个硅 片凹或 凸的程度 ，该方法 与硅片厚度变化无关 。弯曲是 硅片而不是硅 片表面 的松密度 (bulk)特性 ，弯曲度的单位是 Hm。弯 曲度是依据 ASTMStd F-534-84来测量的。

(2)测试仪器。测量仪器由测量夹具和位移测量装置组成。测量夹具的三个支承柱等距离地配置在比硅片标称直径小 6.35±0.13mm 的圆周上 。位移测量装置 的分辨率为 lure，测量压力应小于 278mN。

(3)测试方法。使硅片正面朝上 ，测量硅片正 面中心点和由三个 支承柱所形成 的基准面之间的距离 ，得到测量值 f，使硅片反面朝上 ，测量硅 片反面 中心点和 由三个支承柱所形成的基准面之间的距离 ，得到测量值 b。通过两组数据即可计算 出硅片 的弯曲度(见图 6)：Bow(b-f)，2H图 6 硅片弯 曲度测量方法1.6 翘 曲度(1)定义。翘 曲度是指硅片处于没有受到夹持状态下的中心面与参考面之间的最大距离 与最朽离之差 。翘曲也是 -种松密度 (bulk)特性 (用 um表示 )且不 应与平整度混淆起来。这能依据 ASTM Std F-657-80来测量的。

(2)测试仪器。测量仪器 由测量仪 和(下转 第 57页 )工 艺 与 装 备 57Study and Improvement of 12500kVA Submerged-arcFurnace Pressure Ring and a Protection Sleeve LeakageDONG Jian，LIU Ming(Shandong Shiheng Special Steel Group Co.，Feicheng 271612)Abstract： This paper mainly analyzes the influence of waterleakage，oil leakage and pressure ring protective sheath water leakage(上接第 43页)探头组成 。探头是非接触式 ，分辨率不低于 0.25um。

(3)测试方法。把硅 片放在支承柱上 ，使探头沿 扫描图形路线进行曲线和直线段扫描(见 图 7)，分别成对记 录被测点上 、下表面的位移量 。在每组数据中，a为硅片上表面与上探 头之 间的距 离 ，b为下 表面与下探 头之 间的距离 ，被测硅片的翘 曲度可以表示 为：Warp(b-a)max-(b-a)min]/2图 7 探头扫描路径1.7总厚度变化(1TrV)(1)定义。总厚度变化是指在厚度扫描或-系列点的厚度测量 中，最大厚度与最旭度的绝对差值 。它是依据ASTM Std F-533来测量的。

(3)测试方法。在进行厚度测量时 ，由最大值减去最小值就得到总厚度变化(见 图 8)。

Trvb-a2 结束语fault causes as the running environment and equipment structure itselftwo aspects.The improved device structure，effectively eliminating thepressure ring water leakage oil leakage and water leakage fault protectivesleeve，reduces ore furnace downtime，brings good economic benefits。

Key words：ore furnace，cylinder type pressure ring，cover， bolder/Ihk'hnt，s.s 'f，l'ilt[OH图 8 硅 片 11、，测量方法硅片几何参数完全撒于硅片加工过程 ，因此与硅 片生产 直接相关 。随着生产工艺技 术的发 展和产 品标准 的提高 ，对硅片 的几何参数 的要求越来越高 ，其检测水平也会进入新的阶段。