半導(dǎo)體晶片近邊緣幾何形態(tài)評(píng)價(jià)第1部分：高度徑向二階導(dǎo)數(shù)法(ZDD)2024-04-25發(fā)布2024-11-01實(shí)施I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T43894《半導(dǎo)體晶片近邊緣幾何形態(tài)評(píng)價(jià)》的第1部分。GB/T43894已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：高度徑向二階導(dǎo)數(shù)(ZDD)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：山東有研半導(dǎo)體材料有限公司、浙江麗水中欣晶圓半導(dǎo)體科技有限公司、金瑞泓微電子(嘉興)有限公司、中環(huán)領(lǐng)先半導(dǎo)體材料有限公司、廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司、鴻星科技(集團(tuán))股份有限公司。郭正江。Ⅱ隨著硅片直徑的增加和線寬的不斷降低，對(duì)硅片幾何參數(shù)的要求也在不斷提高。硅片的近邊緣區(qū)域是影響硅片幾何參數(shù)的重要因素，目前大直徑硅片近邊緣區(qū)域的厚度、平整度等形態(tài)的控制難度較大，因此有效地評(píng)價(jià)和管控大直徑硅片的近邊緣幾何形態(tài)，對(duì)于提高硅片整體質(zhì)量和集成電路芯片的成品率，促進(jìn)技術(shù)代的升級(jí)有著重要的意義。該系列標(biāo)準(zhǔn)目前主要用于硅片，其區(qū)域的劃分和計(jì)算可推廣至其他半導(dǎo)體材料晶片。GB/T43894擬由四個(gè)部分構(gòu)成。——第1部分：高度徑向二階導(dǎo)數(shù)法(ZDD)。目的在于使用徑向二階導(dǎo)數(shù)方法評(píng)價(jià)半導(dǎo)體晶片近邊緣幾何形態(tài)。 第2部分：邊緣卷曲法(ROA)。目的在于使用利用邊緣卷曲度評(píng)價(jià)半導(dǎo)體晶片近邊緣幾何形態(tài)?！?部分：扇形區(qū)域局部平整度法。目的在于獲得近邊緣扇形區(qū)域平整度進(jìn)而評(píng)價(jià)近邊緣幾何形態(tài)。 第4部分：不完整區(qū)域的局部平整度法。目的在于獲得近邊緣不完整區(qū)域的局部平整度進(jìn)而評(píng)價(jià)近邊緣幾何形態(tài)。該系列標(biāo)準(zhǔn)從不同的測(cè)試區(qū)域，用不同的計(jì)算方法得到了對(duì)晶片近邊緣區(qū)域幾何參數(shù)的量化評(píng)價(jià)，有效地評(píng)價(jià)和管控了晶片的近邊緣區(qū)域幾何形態(tài)。本文件在制定過(guò)程中融入了多年來(lái)測(cè)試、校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)，本文件的制定對(duì)發(fā)展我國(guó)大直徑、高質(zhì)量半導(dǎo)體硅片，徹底擺脫在半導(dǎo)體材料和器件方面的落后狀態(tài)，有著非常重要的意義。1半導(dǎo)體晶片近邊緣幾何形態(tài)評(píng)價(jià)第1部分：高度徑向二階導(dǎo)數(shù)法(ZDD)1范圍本文件描述了一系列高度徑向二階導(dǎo)數(shù)法(ZDD)評(píng)價(jià)半導(dǎo)體晶片的近邊緣幾何形態(tài)的方法。本文件適用于硅拋光片、硅外延片、SOI片及其他帶有表面層的圓形晶片，也用于其他半導(dǎo)體材料圓形晶片近邊緣幾何形態(tài)的評(píng)價(jià)。注：目前該方法主要用于直徑300mm的硅片。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T16596確定晶片坐標(biāo)系規(guī)范GB/T25915.1—2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級(jí)GB/T34479硅片字母數(shù)字標(biāo)志規(guī)范3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14264界定的及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。近邊緣曲率near-edgecurvature使用晶片高度的陣列數(shù)據(jù)獲得垂直于硅片中位面一系列Z坐標(biāo)的徑向二階導(dǎo)數(shù)所描述的參數(shù)。4方法原理將晶片按照不同的半徑和圓心角劃分為若干扇形區(qū)域，選取每個(gè)扇形區(qū)域中高度數(shù)據(jù)陣列，逐一計(jì)算沿半徑方向的二階導(dǎo)數(shù)，得到沿半徑的近邊緣曲率，從而定量評(píng)價(jià)半導(dǎo)體晶片的近邊緣幾何形態(tài)。注：數(shù)據(jù)陣列來(lái)源于單一表面(正表面或背表面)的高度或晶片厚度。5干擾因素5.1測(cè)試設(shè)備的定位精度會(huì)影響測(cè)試位置，從而影響采樣點(diǎn)的位置，可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果錯(cuò)誤。5.2用于計(jì)算高度數(shù)據(jù)陣列中的數(shù)據(jù)不足，空間分辨率不夠，定位錯(cuò)誤，噪聲等，對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。5.3高度數(shù)據(jù)陣列的行距、扇形的劃分、曲率計(jì)算方法和高度數(shù)據(jù)的定義會(huì)影響ZDD計(jì)算結(jié)果。5.4晶片邊緣的卷曲導(dǎo)致ZDD隨著半徑增加而快速變化，當(dāng)標(biāo)稱邊緣去除設(shè)置太小，則ZDD的輸出不穩(wěn)定可能影響測(cè)試結(jié)果，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置合理的標(biāo)稱邊緣去除。2GB/T43894.1—20245.5當(dāng)晶片的定位缺口、晶片的激光刻字標(biāo)識(shí)、晶片的夾持夾具出現(xiàn)在高度數(shù)據(jù)陣列的獲取區(qū)域，或圓形晶片的正表面或背表面與合格質(zhì)量區(qū)域(FQA)有相交區(qū)域時(shí)，都會(huì)造成數(shù)據(jù)陣列的采集錯(cuò)誤，應(yīng)事先設(shè)置去除這些對(duì)高度數(shù)據(jù)陣列有影響的區(qū)域。5.6晶片潔凈度可能會(huì)對(duì)掃描結(jié)果產(chǎn)生噪聲干擾，對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。6試驗(yàn)條件測(cè)試應(yīng)在下列環(huán)境中進(jìn)行：c)空氣潔凈度：不低于GB/T25915.1—2021中規(guī)定的5級(jí)。7儀器設(shè)備7.1幾何參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)滿足以下條件：a)可獲得晶片高度數(shù)據(jù)陣列，高度的分辨率不大于1nm;b)可執(zhí)行校準(zhǔn)和邊緣去除，能夠識(shí)別并剔除無(wú)效數(shù)據(jù)；c)空間分辨率應(yīng)適于高度數(shù)據(jù)陣列間距并經(jīng)測(cè)試各方同意，在晶片表面X、Y方向的高度數(shù)據(jù)陣列間距均應(yīng)不大于0.5mm;d)根據(jù)獲得的高度數(shù)據(jù)陣列進(jìn)行ZDD計(jì)算，且提供統(tǒng)計(jì)參數(shù)在內(nèi)的結(jié)果；e)測(cè)試設(shè)備獲取的高度數(shù)據(jù)陣列應(yīng)覆蓋整個(gè)晶片表面，以便計(jì)算各半徑處(去除區(qū)域除外)的ZDD,且半徑上應(yīng)至少有一點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。7.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可按照本文件計(jì)算并提供包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在內(nèi)的結(jié)果輸出。8試驗(yàn)步驟8.1設(shè)置ZDD的半徑(r?,…,r。),最大值(r,)等于標(biāo)稱半徑減去標(biāo)稱邊緣去除。注：典型的晶片邊緣卷曲特性導(dǎo)致ZDD值隨著邊緣處半徑的增加而迅速增加。ZDD的最大報(bào)告半徑受設(shè)備邊緣去除最小值(EE)的限制。8.2選擇扇形區(qū)域的個(gè)數(shù)(N),扇形的圓心角(0、)按公式(1)進(jìn)行計(jì)算： (1)式中：N——扇形的個(gè)數(shù)。推薦N=72,0、=5°,也可由供需雙方協(xié)商確定扇形的個(gè)數(shù)。8.3對(duì)測(cè)試設(shè)備去除區(qū)域的設(shè)置包括以下內(nèi)容。a)邊緣去除。b)晶片刻字區(qū)域去除，也包括直徑450mm圓形晶片的無(wú)切口的刻字定位基準(zhǔn)標(biāo)記區(qū)域。c)數(shù)據(jù)陣列采集區(qū)域內(nèi)可能被遮擋的區(qū)域，如晶片夾具或定位基準(zhǔn)切口遮擋的區(qū)域。d)由供需雙方確定的其他去除區(qū)域。在極坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系中去除區(qū)域的設(shè)置見(jiàn)附錄A。e)晶片識(shí)別標(biāo)記、基準(zhǔn)缺口的位置和最小面積按GB/T16596和GB/T34479的規(guī)定進(jìn)行，或由供需雙方協(xié)商確定，去除區(qū)域的位置和實(shí)際尺寸，可包括系統(tǒng)特定公差的余量。3GB/T43894.1—20248.4確定每個(gè)晶片至少需要報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，應(yīng)包括：最大值、平均值、范圍、標(biāo)準(zhǔn)偏差和第95百分位數(shù)。9試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理9.1將晶片等分出N個(gè)扇形區(qū)域(S?)至(Sy),如圖1所示。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：EE——標(biāo)稱邊緣去除；r——半徑；r?——扇形區(qū)域的最小半徑；rn——扇形區(qū)域的最大半徑；θi——扇形區(qū)域S;的逆時(shí)針側(cè)邊界角；θm——扇形區(qū)域S;的順時(shí)針側(cè)邊界角；θ?——扇形區(qū)域的圓心角。圖1直徑300mm晶片均分成16個(gè)扇形區(qū)域示意圖9.2扇形區(qū)域S;的逆時(shí)針側(cè)邊界角按公式(2)進(jìn)行計(jì)算：式中：θc——扇形區(qū)域S;的逆時(shí)針側(cè)邊界角，單位為度(°);i——扇形區(qū)域的序號(hào)；0、——扇形區(qū)域的圓心角，單位為度()。9.3扇形區(qū)域S;的順時(shí)針側(cè)邊界角按公式(3)進(jìn)行計(jì)算：式中：i——扇形區(qū)域的序號(hào)；4GB/T43894.1—20249.4對(duì)每一個(gè)扇形區(qū)域(S;)而言，當(dāng)去除區(qū)域的面積超過(guò)扇形區(qū)域面積的20%時(shí)，為無(wú)效區(qū)域，不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。9.5將高度數(shù)據(jù)陣列插入每個(gè)有效扇形區(qū)域極坐標(biāo)網(wǎng)格內(nèi)，數(shù)據(jù)點(diǎn)間距同掃描陣列間距一致，包含扇形區(qū)域的邊界。9.6對(duì)扇形區(qū)域內(nèi)和扇形區(qū)域邊界的半徑(r;)上的所有高度數(shù)據(jù)計(jì)算平均值[Zo(r;)],可得到用極坐標(biāo)表示的扇形區(qū)域(S;)的平均徑向剖面。9.7扇形區(qū)域S;中半徑r;的平均二階導(dǎo)數(shù)ZDD(r;)按公式(4)進(jìn)行計(jì)算：式中：(nm/mm2);θ——扇形區(qū)域S;的逆時(shí)針側(cè)邊界角，單位為度(°);O?——扇形區(qū)域S,的順時(shí)針側(cè)邊界角，單位為度(°);r;——第j個(gè)半徑。9.8重復(fù)步驟9.1～9.5,獲得N個(gè)扇形區(qū)域上半徑(r?,…,r。)的二階導(dǎo)數(shù)ZDD(r?,…,r。),進(jìn)而得到整個(gè)晶片沿半徑(r?,…,r,)的平均徑向輪廓半徑的二階導(dǎo)數(shù)。9.9在多次重復(fù)測(cè)試時(shí)，除需要統(tǒng)計(jì)單次的ZDD以外，還需要計(jì)算ZDD統(tǒng)計(jì)量，統(tǒng)計(jì)量應(yīng)至少包括最大值、平均值、范圍、標(biāo)準(zhǔn)偏差、第95百分位數(shù)。當(dāng)扇形數(shù)量較少時(shí)(例如少于100個(gè)),可不統(tǒng)計(jì)第95百分位數(shù)。10精密度選取直徑300mm厚度范圍在760μm～790μm的3片硅拋光片及2片硅外延片樣品，在3個(gè)實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)每個(gè)樣品的厚度ZDD進(jìn)行了5次重復(fù)測(cè)試，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于4%;多個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于5%。選取上述5個(gè)樣品在4個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)每個(gè)樣品的正表面高度ZDD及背表面高度ZDD進(jìn)行了5次的重復(fù)測(cè)試，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于6%;多個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于8%。11試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：a)測(cè)試日期、時(shí)間；b)操作者；c)測(cè)試設(shè)備，包含測(cè)試設(shè)備和計(jì)算設(shè)備(廠家、型號(hào)、軟件版本等);d)空間分辨率和數(shù)據(jù)點(diǎn)間距；e)樣品批號(hào)和晶片編號(hào)、晶片尺寸、標(biāo)稱邊緣去除；f)扇形圓心角；g)每片晶片ZDD的最大值、平均值、范圍、標(biāo)準(zhǔn)偏差和第95百分位數(shù)等，包括各半徑ZDD的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及要求的其他數(shù)據(jù)；h)本文件編號(hào)。5(資料性)極坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系中去除區(qū)域的設(shè)置A.1在極坐標(biāo)系中4個(gè)參數(shù)定義了去除區(qū)域的位置和尺寸，極坐標(biāo)系中去除區(qū)域示意圖見(jiàn)圖A.1。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——晶片切口；0.——極坐標(biāo)系中去除區(qū)域的中心位置角；△θ——極坐標(biāo)系中去除區(qū)域θ.的跨度；r'mi——極坐標(biāo)系中去除區(qū)域的最小半徑；