硅片表面的光澤度作為評(píng)價(jià)硅片表面質(zhì)量的指標(biāo)之一,逐漸被各半導(dǎo)體廠重視并加以控制。如果硅片表面的光澤度存在差異性和不穩(wěn)定性,就會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量,所以對(duì)硅片表面光澤度(特別是背面光澤度)需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。為了準(zhǔn)確的測(cè)量硅片表面的光澤度,就可以使用光澤度儀。
硅片表面光澤度測(cè)量的重要性:
硅片表面的光澤度作為評(píng)價(jià)硅片表面質(zhì)量的指標(biāo)之一,逐漸被各半導(dǎo)體廠重視并加以控制。集成電路用大尺寸硅片的后道器件工藝制程中,不可避免地會(huì)使用到通過(guò)硅片背面進(jìn)行工藝溫度探測(cè)以及控溫的制程設(shè)備,例如常見(jiàn)的HDPCVD薄膜沉積設(shè)備等。在這些設(shè)備上加工器件產(chǎn)品時(shí),工藝溫度的探測(cè)值和最終實(shí)際工藝功率/溫度的輸出會(huì)受到硅片背面光澤度的影響,硅片背面光澤度不一致會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的實(shí)際制程溫度出現(xiàn)偏差,進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品參數(shù)的偏差,例如在HDPCVD薄膜沉積制程中,硅片背面光澤度不一致會(huì)導(dǎo)致薄膜沉積速率、薄膜厚度、薄膜中摻雜元素含量等參數(shù)的明顯偏差,而這些薄膜參數(shù)的偏差又會(huì)直接導(dǎo)致集成電路器件產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)(例如擊穿電壓、漏電特性等等)的差異性和不穩(wěn)定性,進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量,所以對(duì)硅片表面光澤度(特別是背面光澤度)需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
光澤度儀測(cè)量硅片表面的光澤度:
國(guó)內(nèi)外對(duì)硅片的表面光澤度測(cè)試沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn);國(guó)際上在其他行業(yè)中有ISO2813,對(duì)應(yīng)GB/T9754《色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°和85°鏡面光澤度的檢測(cè)》;美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)有制定ASTMD523:《鏡面光澤度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》對(duì)鏡面光澤度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一,但是主要的應(yīng)用及示例均為漆膜、大理石板、塑料材料等,不涉及半導(dǎo)體材料。國(guó)內(nèi)國(guó)標(biāo)及推薦國(guó)標(biāo)中光澤度測(cè)量針對(duì)的適用行業(yè)也都是建筑、塑料、建材、大理石板、清漆涂料等,也不涉及半導(dǎo)體。由于傳統(tǒng)的人眼無(wú)法對(duì)硅片表面的光澤度進(jìn)行定量的評(píng)價(jià),因此為了準(zhǔn)確的測(cè)量硅片表面的光澤度就可以使用光澤度儀。具體步驟如下:
1.儀器設(shè)備
(1)光澤度計(jì)由光源、透鏡、測(cè)試口、接收器和計(jì)算系統(tǒng)等組成。
(2)光源:光澤度計(jì)光源必須是符合國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)規(guī)定的D65照明體或A光源。
(3)透鏡:用于接收和傳輸入射光和反射光。
(4)測(cè)試口:測(cè)試口限定光測(cè)試范圍,保證測(cè)試環(huán)境不透光。
(5)接收器:接收器接收光電信號(hào)進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換,接收器光譜響應(yīng)應(yīng)符合視覺(jué)函數(shù)V(λ)的要求。
(6)計(jì)算系統(tǒng):轉(zhuǎn)換光電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)處理及顯示。
2.樣品
(1)樣品應(yīng)表面平整、光滑,測(cè)試區(qū)域無(wú)氣孔、等外觀缺陷。
(2)樣品表面干凈、干燥。
(3)樣品至少保證測(cè)試口位置全覆蓋。
3.校準(zhǔn)
(1)自動(dòng)校準(zhǔn):對(duì)于帶自動(dòng)校準(zhǔn)功能的光澤度計(jì)開(kāi)機(jī)后即自動(dòng)校準(zhǔn),校準(zhǔn)通過(guò)即可使用。
(2)手動(dòng)校準(zhǔn)儀器需按如下流程校準(zhǔn):
<1.選定測(cè)試角度:根據(jù)測(cè)試需求選定測(cè)試角度。
<2.空白校準(zhǔn):將歸零測(cè)試板放在測(cè)試位置,進(jìn)行空白校準(zhǔn)。
<3.標(biāo)準(zhǔn)板校準(zhǔn):將標(biāo)準(zhǔn)版放在測(cè)試位置,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)校正,測(cè)試數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)板值差異不超過(guò)士0.5%。
3.校準(zhǔn)合格后方可使用,若校準(zhǔn)不合格,則光澤度計(jì)及其附屬校準(zhǔn)板必須送檢。
4.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)將樣品放置在測(cè)試臺(tái)上,光澤度計(jì)測(cè)試口完全覆蓋需測(cè)試位置。
(2)選擇要求的入射角度,在對(duì)應(yīng)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,對(duì)于直徑150mm及以下硅片樣品,五個(gè)測(cè)點(diǎn)(如圖2),即硅片中心1點(diǎn)、硅片邊緣4點(diǎn)。測(cè)試邊緣位置時(shí)測(cè)試中心距硅片邊緣2cm左右,邊緣位置按(NOTCH/OF)位置、順時(shí)針90°、180°、270°依次測(cè)試。直徑大于150mm的硅片樣品,九點(diǎn)測(cè)試(中心-邊緣加測(cè)一點(diǎn))。
5.試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
(1)表面光澤度Gs(φ)應(yīng)按照下述公式進(jìn)行計(jì)算:
式中:
Gs(φ)——表面光澤度,單位GU
φ——入射角
φs——相對(duì)于設(shè)定入射角0的樣品表面反射光通量
φos——相對(duì)于設(shè)定入射角0的標(biāo)準(zhǔn)表面反射光通量Gos(0)——所采用的標(biāo)準(zhǔn)表面光澤度,單位GU