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La purezza, la planarità della superficie, la pulizia e la contaminazione da impurità dei wafer di silicio semiconduttori hanno un'influenza estremamente importante sui chip. La planarità locale del wafer di silicio è uno dei parametri importanti che influenza direttamente la qualità, la resa e l'affidabilità delle larghezze delle linee di processo come la litografia a circuito integrato. La planarità del wafer di silicio è una proprietà della superficie, espressa in um, che si riferisce alla differenza tra il punto più alto e il punto più basso tra la superficie del wafer e il piano di riferimento.

Esistono quattro metodi comunemente usati per la misurazione della planarità dei wafer di silicio: metodo acustico, metodo di interferometria, metodo di capacità e metodo di riflessione del raggio laser. Tutti i metodi sono senza contatto, al fine di ridurre i danni e la contaminazione sulla superficie dei wafer di silicio. Prendi ad esempio il metodo della capacità:

Metodo standard per la misurazione della planarità del wafer lucido: sensore di spostamento capacitivo

1. Applicabilità del sensore di spostamento capacitivo per l'ispezione della planarità del wafer di silicio

Un metodo di sensori di spostamento capacitivi è adatto per misurare la tolleranza di planarità del wafer di silicio lucidato. Anche i wafer di taglio, i wafer di macinazione e i wafer di incisione possono fare riferimento a questo metodo.

Questo metodo è adatto per misurare la planarità superficiale di wafer lucidati al silicio con diametri standard di 76 mm, 100 mm, 125 mm, 150 mm, 200 mm, resistività non superiore a 200 Ω•cm e spessore non superiore a 1000 um e descrizione intuitiva della superficie della forma del contorno dei wafer di silicio.

2. Sensore di spostamento capacitivo che misura la planarità del wafer di silicio

Metti il ​​wafer di silicio in piano tra una coppia di sensori di spostamento capacitivi coassiali opposti (sonde in breve), applica una tensione ad alta frequenza alle sonde e si forma un campo elettrico ad alta frequenza tra il wafer di silicio e la sonda e un condensatore si forma tra loro. Il circuito nella sonda misura la quantità di variazione di corrente durante il periodo e può essere misurato il valore di capacità C. Come mostrato in Figura 1. C è dato dall'equazione (1):

D – distanza tra le sonde A e B;

a – la distanza tra la sonda A e la superficie superiore;

b – la distanza tra la sonda B e la superficie inferiore;

t – spessore della fetta di silicio.

Figura 1 Diagramma schematico del sensore di spostamento capacitivo per la misurazione della planarità del wafer di silicio

Nella formula:

C – la capacità totale misurata tra le sonde superiore ed inferiore e la superficie del wafer, in Farad (F);

K – permittività dello spazio libero in Farad per metro F/m;

A – la superficie della sonda, in metri quadrati (m2);

a – la distanza tra la sonda A e la superficie superiore, in metri (m);

b – la distanza tra la sonda B e la superficie inferiore, in metri (m);

C₀– Capacità parassita dovuta principalmente alla struttura della sonda, in Farad (F)

Poiché la distanza D tra le due sonde e la distanza b dalla sonda inferiore alla superficie inferiore sono state fissate durante la calibrazione, il valore di capacità C misurato dallo strumento viene calcolato secondo la formula (1), e si può ottenere a, in tal modo calcolo della planarità della superficie del wafer e altri parametri geometrici. Scegliere il piano di riferimento e il piano focale appropriati per calcolare i parametri richiesti.

3. Come determinare la planarità del wafer mediante il sensore di spostamento capacitivo?

3.1 Selezionare Area di qualità qualificata (FQA) di wafer di silicio

Il bordo di 3 mm di wafer di silicio non è compreso nell'area di qualità qualificata. Se ci sono requisiti speciali di planarità del wafer di silicio, può essere selezionato in base al valore concordato tra il fornitore e l'acquirente.

3.2 Selezionare il parametro di planarità del wafer di silicio

Selezionare la superficie di riferimento – Fronte (F) o Retro (B)

Selezionare un piano di riferimento tra i seguenti:

a) backplane ideale (I);

b) Piano anteriore a tre punti (3);

c) Piano frontale dei minimi quadrati (L).

3.3 Selezionare Parametri di misurazione

TIR – Lettura Indicazione Totale

FPD – Deviazione del piano focale

4. Come calcolare i dati sulla planarità del wafer di silicio?

Il piano di riferimento è descritto dalla seguente forma:

Piano di riferimento della superficie posteriore ideale:

Superficie di riferimento dei minimi quadrati:

Scegli un_R, b_R, c_Rsoddisfare (4) come valore minimo.

Piano di riferimento a tre punti:

Nella formula: x₁, y₁; X₂, y₂; X₃, y₃sono distribuiti uniformemente sulla circonferenza a 3 mm dal bordo del wafer di silicio.

Il piano focale è descritto da:

Il piano focale è parallelo al piano di riferimento e il piano focale è considerato uguale al piano di riferimento quando si calcola la planarità, quindi

a_F=a_R

b_F= b_R

c_F=c_R

La differenza tra lo spessore di ciascun punto del campione e il piano di riferimento o focale è descritta dalla seguente forma:

Nella formula:

i – può essere R o F;

x, y – dovrebbe essere all'interno di FQA

Il TIR è calcolato come segue:

FPD è calcolato come segue:

* La precisione di laboratorio singolo di questo metodo: FPD non è maggiore di 0,21 um (R3S);

TIR non è maggiore di 0,27 um (R3S).

* Precisione multi-laboratorio di questo metodo: FPD non è maggiore di 0,48 um(R3S);

TIR non è maggiore di 0,54 um(R3S).

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