ICS77.040.99 H21 中华人民共和国国家标准 GB/T31353—2014 蓝宝石衬底片弯曲度测试方法 Testmethodsforbowofsapphiresubstrates 2014-12-31发布 2015-09-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)和全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。 本标准起草单位:江苏协鑫软控设备科技发展有限公司、中国科学院上海光学精密机械研究所、 北京合能阳光新能源技术有限公司。 本标准主要起草人:薛抗美、魏明德、黄修康、杭寅、林清香、肖宗杰。 ⅠGB/T31353—2014 蓝宝石衬底片弯曲度测试方法 1 范围 本标准规定了蓝宝石切割片、研磨片、抛光片(以下简称蓝宝石衬底片)弯曲度的测试方法。 本标准适用于直径50.8mm~304.8mm,厚度为不小于200μm的蓝宝石衬底片弯曲度的测试。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是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/T2828.1 计数抽样检验程序 第1部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB/T6619 硅片弯曲度测试方法 GB/T14264 半导体材料术语 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 弯曲度 bow 自由无夹持晶片中位面的中心点与中位面基准平面间的偏离。 3.2 中位面基准平面 mediansurfacereferenceplane 由指定的小于晶片标称直径的直径圆周上的3个等距离点决定的平面。 4 方法提要 4.1 接触式测试 将蓝宝石衬底片放置在基准环的3个支点上,3支点形成一个基准平面,利用低压力位移指示器测 试蓝宝石衬底片中心点偏离基准平面的距离,翻转衬底片,重复测试。两次测试值之差的一半表示衬底 片的弯曲度。 4.2 非接触式测试 将蓝宝石衬底片放置在基准环的3个支点上,3个支点形成一个基准平面,利用非接触式位移传感 器测试蓝宝石衬底片中心点偏离基准平面的距离,翻转衬底片,重复测试。两次测试值之差的一半表示 衬底片的弯曲度。 4.3 白光干涉式测试 激光照射蓝宝石衬底片表面,光经过反射相互叠加干涉,干涉图经光学成像系统记录,开始高低形 貌测试;物镜在Z轴方向上不断微小的移动,在每个移动位置上,光学成像系统进行拍照收集图片,形 1GB/T31353—2014 成整个三维形貌数据。经信号处理系统后得到衬底片的弯曲度。 5 干扰因素 5.1 接触式和非接触式测试 5.1.1 参考平面的变化,可能导致在不正确的位置计算极值,扫描过程中参考平面的任何变化都会使 显示的测试结果产生误差。 5.1.2 测试值与不平行度有关,参考平面与基准面的不平行度会产生误差。 5.1.3 基准环和蓝宝石衬底片之间的外来颗粒、沾污会产生误差。 5.1.4 测试样品相对于探头测试轴的振动会产生误差。 5.1.5 在扫描过程中,探头离开测试样品会给出错误的读数。 5.1.6 接触式和非接触式测试方法中,弯曲度由规定的路径进行扫描,采样不是整个表面,不同的扫描 路径可产生不同的测试结果。 5.1.7 如果中位面的弯曲不是处处朝着相同的方向,用弯曲度不能完全表示中位面的形变,接触式和 非接触式测试方法测定的数值也可能不代表中位面同参考平面的偏差。 5.1.8 采集数据的频率不同,可产生不同的测试结果。 5.1.9 设备硬件的不同或测试参数的不同设置可能会影响到测试结果。 5.2 白光干涉式测试 5.2.1 蓝宝石衬底片表面的沾污会影响反射光强的大小,从而影响弯曲度测试的准确性。 5.2.2 入射光源的强度会影响成像的清晰度,从而影响弯曲度测试的准确性。 5.2.3 成像系统的分辨率大小直接影响弯曲度测试的准确性。 5.2.4 测试过程中,蓝宝石衬底片的振动或者挪移会影响成像的清晰度,从而影响弯曲度测试。 5.2.5 使用不同算法进行数据处理可能会影响弯曲度测试结果。 6 仪器和设备 6.1 接触式测试仪 6.1.1 接触式测试仪由基准环、带有数字显示的位移指示器、读数仪表及带有定位标识的测试平台 组成。 6.1.2 基准环:由基座、3个支撑球、3个定位柱组成的专用器具。 6.1.3 位移指示器:指示器指针应处于基准环中心,移动方向垂直于基准平面,偏差小于1°。指针头部 呈半球状,球体半径在1.0mm~2.0mm之间。指针头部对被测蓝宝石衬底片的压力应不大于0.3N。 位移指示器分辨率为1μm。 6.1.4 读数仪表:读取位移数值的电动仪表,显示有效数字3位以上,单位为微米(μm)。 6.1.5 测试平台:一块结构细密、表面光滑的石板,测试区表面的平整度应小于0.25μm,并装有限制基 准环移动的限位器,保证下探头的固定。 6.2 非接触式测试仪 6.2.1 非接触式测试仪由基准环、带有数字显示的位移传感器、带有定位标识的测试平台和厚度校准 片组成。 6.2.2 基准环是由基座、3个支撑球、3个定位柱组成的专用器具。 2GB/T31353—2014 6.2.3 位移传感器由一对同轴的无接触传感探头(探头传感原理可以是电容的、光学的或其他非接触 方式的)、探头支架和信号采集系统及数字显示屏组成。上下探头同轴,与蓝宝石衬底片上下表面探测 位置相对应。固定探头的公共轴应与测试平台上的平面垂直(在±2°之内),传感器可感应各探头的输 出信号,并能通过采集、数据处理及运算在显示屏显示当前点的弯曲度。显示有效数字3位以上,单位 为微米(μm)。 6.2.4 测试平台是一块结构细密、表面光滑的石板,测试区表面的平整度应小于0.25μm,并装有限制 基准环移动的限位器,保证下探头的固定。 6.2.5 厚度校准片是测试仪应备有的附件,用以校正测试仪。 6.3 白光干涉式测试仪 6.3.1 白光干涉式测试仪由光学照明系统、光学成像系统、垂直扫描系统及信号处理系统组成。 6.3.2 光学照明系统采用半导体激光或He-Ne激光作为光源。 6.3.3 光学成像系统采用无限远光学成像系统,由显微物镜和成像目镜组成。 6.3.4 垂直扫描系统采用闭环反馈控制方式驱动显微物镜垂直移动,移动范围100μm~1000μm,位 置移动精度10-4μm。 6.3.5 信号处理系统由计算机和数字信号协处理器组成,采集系列原始图像数据并使用专用数字信号 协处理器完成数据解析。 7 试样 7.1 从一批蓝宝石衬底片中按GB/T2828.1计数抽样方案或双方商定的方案抽取试样。 7.2 蓝宝石衬底片应具有清洁、干燥的表面。 7.3 如果待测片不具备参考面,应在衬底片背面边缘处作出测试定位标记。 8 测试环境 除另有规定外,应在下列条件下进行测试: a) 环境温度:20℃~25℃; b)相对湿度:≤65%; c)洁净度:8级洁净室或以上; d)配置有防振平台。 9 测试程序 9.1 非接触式测试仪器校正 9.1.1 从一组厚度校准片中选取厚度与待测衬底片厚度相差在125μm范围内的厚度校正标准片进行 校正测试。 9.1.2 仪器可自动调整厚度测试仪,使所得测试值与该厚度校准片的厚度标准之差在2μm以内。 9.2 测试 9.2.1 接触式或非接触式测试 9.2.1.1 根据衬底片试样的直径大小,选用或调整基准环的3个支点的位置。 3GB/T31353—2014 9.2.1.2 将衬底片试样的正面(或规定面)朝上,放入基准环。 9.2.1.3 衬底片如有参考面,应调整参考面的位置与基准环上的标线平行。 9.2.1.4 移动基准环,使衬底片中心处在指示器指针或传感器探头之下。 9.2.1.5 测试衬底片试样中心的位置,记录指示器的读值,并记作F1。 9.2.1.6 顺时针转动试样片,每转90°测试一次,读取数值并记录,分别记为F2、F3、F4。 9.2.1.7 翻转试样片,重复上述步骤,读取数值并记录,分别记为B1、B2、B3、B4,需考虑数值的正负 符号。 9.2.1.8 依据式(1)计算衬底片弯曲度。 9.2.2 白光干涉式测试 9.2.2.1 根据衬底片试样的直径大小,选用或调整吸衬底片的平台的位置。 9.2.2.2 将衬底片放到吸衬底片的平台上然后打开吸气开关。 9.2.2.3 选择解析装置上激光光源。 9.2.2.4 进行计算后调整衬底片位置。 9.2.2.5 打开解析装置进行测试。 9.2.2.6 测试仪直接读取弯曲度数值。 10 测试结果的计算 10.1 本标准建议采用GB/T6619中规定的方法计算衬底片弯曲度,如图1所示。弯曲度的计算按照 式(1)进行: BOWi=|Fi-Bi| 2……………………………(1) 式中: BOWi———衬底片的弯曲度,单位为微米(μm); Fi———衬底片正面测试数值,单位为微米(μm); Bi———衬底片反面测试数值,单位为微米(μm)。 图1 弯曲度正面、反面测试示意图 10.2 取BOW1、BOW2、BOW3、BOW4中的最大值作为蓝宝石衬底片的弯曲度。 11 精密度 本方法的精密度是经过4个试验室巡回测试确定的,测试衬底片试样共25片,衬底片直径为 50.8mm,单个实验室的2σ标准偏差小于