GB/T 47089-2026 蓝宝石图形化衬底表面图形几何参数的测定方法

　　ICS 77. 040 CCS H 17

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 47089—2026

　　蓝宝石图形化衬底表面图形几何参数的

　　测定方法

　　Testmethod fordetermininggeometricalparametersofpatternson

　　patterned sapphiresubstrate

　　2026-01-28发布 2026-08-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 47089—2026

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　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专利的责任 。

　　本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203) 与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归 口 。

　　本文件起草单位 :广东中图半导体科技股份有限公司 、徐州美兴光电科技有限公司 、京东方华灿光电股份有限公司 、天通银厦新材料有限公司 、松山湖材料实验室 、南京同溧晶体材料研究院有限公司 。

　　本文件主要起草人 :张能 、米波 、肖桂明 、朱晶 、王子荣 、朱广敏 、康凯 、鲁雅荣 、王新强 、徐军 、袁冶 。

　　GB/T 47089—2026

　　蓝宝石图形化衬底表面图形几何参数的

　　测定方法

　　1 范围

　　本文件描述了蓝宝石图形化衬底表面图形几何参数的测定方法 。

　　本文件适用于蓝宝石图形化衬底表面单个图形和图形阵列几何参数的测定 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 14264 半导体材料术语

　　GB/T 25915. 1—2021 洁净室及相关受控环境 第 1部分 :按粒子浓度划分空气洁净度等级GB/T 43662 蓝宝石图形化衬底片

　　3 术语和定义

　　GB/T 14264和 GB/T 43662界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　点位 pointposition

　　蓝宝石图形化衬底测试位置按照几何中心定义原点坐标 ,依据不同位置的坐标所定位的测试点 。

　　4 原理

　　4. 1 反射率测定法

　　利用蓝宝石图形化衬底表面不同图形大小对应反射率数值的差异 ,获取反射率平均值 、反射率最大值 、反射率最小值 、反射率变异系数 、反射率极差等特征值 ,对整体区域多个图形组成的阵列进行量测表征 ,全面性评估 。

　　4.2 原子力显微镜测定法

　　通过收集待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究样品表面的结构及性质 ,可直接测定蓝宝石图形化衬底表面图形几何参数中确定位置的图形高度 、图形底宽 。

　　4.3 扫描电子显微镜测定法

　　用聚焦的很窄的高能电子束扫描样品 ,通过光束与物质间的相互作用 ,激发各种物理信息 ,对这些信息收集 、放大 、再成像以达到对物质微观形貌表征的 目 的 ,从而测定蓝宝石图形化衬底表面图形几何参数中单个图形的周期 、高度 、底宽 、间距 、图形底部夹角和图形弧间距 。

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　　5 干扰因素

　　5. 1 反射率测定

　　5. 1. 1 反射率 测 定 是 计 算 入 射 光 与 反 射 光 的 信 息 , 当 光 路 发 生 微 小 偏 移 或 污 染 都 会 把 真 实 信 号 淹没 ,导致测定过程中光源的强度衰减 、色温的轻微漂移 、测试平台出现不可察觉的倾斜 ,影响反射率计算数值的偏差 。

　　5. 1.2 镜片组内壁 的 细 微 划 痕 、样 品 表 面 肉 眼 难 辨 的 指 印 或 粉 尘 , 会 在 整 幅 反 射 率 扫 描 图 上 投 下 阴影 ,影响图片均匀性的判断 。

　　5.2 原子力显微镜测定

　　5.2. 1 原子力显微镜通过原子级力场时 ,探针的状态 、机台的热胀冷缩 、扫描时施加的微弱力 ,都会被放大 。探针磨损会让陡峭侧壁看上去变得圆滑 ,室温的轻微起伏或扫描速度稍快 ,会影响样品表面图形的起伏 。

　　5.2.2 静电积聚会使图像轻微拉伸或扭曲 ,导致图形的形貌拟合失真 。

　　5.3 扫描电子显微镜测定

　　5.3. 1 扫描电子显微镜靠电子束成像 , 电荷和剂量会影响测试结果 。

　　5.3.2 当电子束与样品表面法线形成夹角 ,会导致深度信息被压缩 ,使得三维结构的高度测量结果偏小 ,如果测试样品台微小的角度误差或制样时残留的极薄碳层 ,也会让侧壁细节被阴影或伪影掩盖 ,最终影响量测的效果 。

　　6 试验条件

　　试验环境应满足下列要求 。

　　a) 温度 :15 ℃ ~ 35 ℃ 。

　　b) 相对湿度 :40% ~ 60% 。

　　c) 洁净度 :符合 GB/T 25915. 1—2021规定的 ISO 6级(必要时) 。

　　d) 无影响试验准确度的机械振动 、电磁和光照等干扰 。

　　7 仪器设备

　　7. 1 自动光学检测设备(AOI)

　　AOI仪器测试满足下列要求 :

　　a) 像素分辨率应不大于 1. 5 μm;

　　b) 光反射率数值可转换成灰阶(0~ 255) ;

　　c) 取样时应保持样品的洁净度 ;

　　d) 测试时 ,校对设备光源的稳定性 。

　　7.2 原子力显微镜(AFM)

　　AFM仪器测试满足下列要求 :

　　a) 探针针尖的材质 、形状 、尺度根据探测图形的深度及间隙来确定 ;

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　　b) Z 方向的分辨率应达到 0. 5 nm ,XY 的分辨率应达到 10 nm;

　　c) 可在大气和液体环境下对各种样品进行纳米区域的物理性质包括形貌的探测 ;

　　d) 测试时 ,需对设备的标尺进行校正 , 图形高度与底宽数值需要拟合机差 。

　　7.3 扫描电子显微镜(SEM)

　　SEM仪器测试满足下列要求

　　a) 分辨率应不大于 10 nm;

　　b) 放大倍数应不低于 5 000倍 ,可获得样品表面的二次电子像 ;

　　c) 取样时应保持样品的洁净度 ;

　　d) 若样品不导电或机台呈现图像不清晰时 ,应在样品表面喷镀 1 nm~ 2 nm 的金层 ;

　　e) 测试时 ,应对设备的标尺进行校正 。

　　8 试样

　　8. 1 样品要求

　　8. 1. 1 测试 AOI反射率时 ,样品表面应洁净无污染 。

　　8. 1.2 测试 AFM 时 ,样品表面图形结构应完整 ,无明显刻蚀缺陷 ,无边缘崩裂 。

　　8. 1.3 测试 SEM 时 ,应对样品进行剖片 ,并确认截面图形完整 。

　　8.2 试验前样品的处理与检查

　　8.2. 1 为获得较高洁净度的图形表面 ,首先需使用硫酸与双氧水按照体积比 5 ∶ 1 混合液对表面进行清洁 ,去除表面脏污 。

　　8.2.2 使用显微镜或其他检测工具检查样品表面 , 目视确保无刻蚀缺陷和边缘崩裂 。

　　8.3 样品包装与储存

　　8.3. 1 样品包装上应标注样品编号 、制备日期 、制备人等信息 , 以便于追溯和管理 。

　　8.3.2 样品应在干燥 、洁净的环境中 ,避免灰尘 、湿气或其他污染物的污染 。

　　9 试验步骤

　　9. 1 反射率测定法

　　进行 AOI测试时 ,按下列步骤进行试验 :

　　a) 试验取点采用整面扫描 ,使用 AOI对蓝宝石图形化衬底表面进行整面光学扫描确认反射率数值 ,如图 1所示 ;

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　　图 1 整面扫描

　　b) 确认 AOI量测设备的光源为白光 、光强稳定且已校正 ;

　　c) 样品通过人工或者机械手的方式放置在检验平台上 ;

　　d) 选择相应的 AOI程序进行整面扫描方式测试 ,示意图参考图 2;

　　e) 测试完成 ,输出反射率结果 。

　　图 2 反射率测试示意图

　　9.2 原子力显微镜测定法

　　进行 AFM测试时 ,按下列步骤进行试验 。

　　a) 试验取点采用定点扫描 ,使用 AFM对蓝宝石图形化衬底表面图形进行点位测量 ,确认其图形周期 、高度 、底宽 、间距 。针对不同的晶圆尺寸按直径大小设定不同的点位 ,50. 8 mm 晶圆内的所有测量点均以 20 mm 为间距取点测量 , 100 mm 晶圆内的所有测量点以 20 mm、25 mm 为间距取点测量 , 150 mm 晶圆内的所有测量点以 20 mm、50 mm 为间距取点测量 , 200 mm 的晶圆分别以 20 mm、25 mm、75 mm 取点测量 ,如图 3所示 。

　　a) 50.8 mm 晶圆 b) 100 mm 晶圆 c) 150 mm 晶圆 d) 200 mm 晶圆

　　图 3 取点测量的类型

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　　b) 样品应按照测试要求统一放置 ,参考边统一朝向测试者 。

　　c) 根据图形化衬底的晶圆直径大小确定测试点位与坐标 ,参考图 3设定 。

　　d) 单点测试范围选择 10 μm × 10 μm 区域 ,见图 4。

　　e) 启动测试 ,AFM开始下针 ,根据所设定的点位顺序依次完成测试并输出测试结果 。

　　f) 测试结果包含蓝宝石图形化衬底表面图形的高度 、底宽 。

　　图 4 AFM 单位空间内的测试范围

　　9.3 扫描电子显微镜测定法

　　进行 SEM测试时 ,按下列步骤进行试验 。

　　a) 试验取点采用定点扫描 ,使用 SEM对蓝宝石图形化衬底表面图形进行点位测量 ,确认其图形周期 、高度 、底宽 、间 距 、弧 间 距 和 图 形 底 部 夹 角 。 针 对 不 同 的 晶 圆 尺 寸 按 直 径 大 小 设 定 点位 ,50. 8 mm 晶圆内的所有测量点均以 20 mm 为间距取点测量 , 100 mm 晶圆内的所有测量点以 20 mm、25 mm 为间距取点测量 , 150 mm 晶圆内的所有测量点以 20 mm、50 mm 为间距取点测量 , 200 mm 的晶圆分别以 20 mm、25 mm、75 mm 取点测量 ,如图 3所示 。

　　b) 样品置于测试平台按照测试点位要求进行剖片取样 ,如图 5所示 。从侧面图 1 观察 ,样品直立粘贴在导电胶上 ,导电胶则贴在金属样品载台上 。从上方俯视图观察 ,样品被导电胶固定在样品载台上 ,位置居中 。从另一个侧面图 2 观察 ,进一步确认样品是垂直固定的 ,确保 SEM 电子束可垂直扫描样品截面 。

　　c) 将导电胶粘于 SEM测试载台上 ,等待测试取样 。

　　d) 将取好样的样品按照所取位置的顺序依次粘在 SEM载台的导电胶带贴上 。

　　e) 将粘好样品的 SEM载台置于离子溅射仪内进行镀金 , 以增加测量可见度 。

　　f) 镀金完成 ,将 SEM 载台取出并放入 SEM测试支座之内 ,依次调整好测试条件 ,测试界面调整至水平 ,工作距离调整到 8. 4 mm~ 8. 8 mm 范围之内 ,测试倍率选择 40 000倍 ,周期测试倍率选择 10 000倍并开始测试 。

　　g) 测量项目为蓝宝石图形化衬底单个图形的周期 、高度 、底宽 、间距 、图形底部夹角和图形弧间距 ,应按照 GB/T 43662定义分别以符合 P、H、W 、S、θ、R 表示 ,如图 6所示 。

　　h) 为避免测量误差 ,确认电子束与样品法线方向的角度 ,测试点位视场内选择完整的图形 ,且图形已过最高点 。

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　　a) 侧面图 1 b) 俯视图 c) 侧面图 2

　　图 5 晶圆剖片使用导电胶带固定于样品载台示意图

　　a) 剖面示意图 b) 剖面实测图

　　c) 俯视示意图 d) 俯视实测图

　　图 6 SEM 测量示意图

　　10 试验数据处理

　　10. 1 AOI反射率

　　AOI反射率平均值(X) 、标准偏差 (STD) 、变异系数(CV)计算公式如下 :

　　a) AOI量测的反射率平均值(X)见公式(1) 。

　　Xi ……………………( 1 )

　　式中 :

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　　X — 反射率平均值 , 以 0~ 255级灰阶度表示 ;

　　n — 反射率测试点位数 ,单位为个数(个) ;

　　Xi — 单点反射率 , 以 0~ 255级灰阶度表示 。

　　b) 反射率标准偏差(STD)见公式(2) 。

　　STD ( 2 )

　　式中 :

　　STD — 反射率标准偏差 ;

　　n — 反射率测试点位数 ,单位为个 ;

　　Xi — 单点反射率 , 以 0~ 255级灰阶度表示 。

　　c) 反射率变异系数(CV)见公式(3) 。

　　CV ……………………( 3 )

　　式中 :

　　CV — 反射率变异系数 ,反映变量的离散程度 ;

　　STD — 反射率标准偏差 ;

　　— 反射率平均值 , 以 0~ 255级灰阶度表示 。

　　10.2 AFM 以及 SEM 测量尺寸

　　AFM 以及 SEM测量片 内尺寸平均值(X) 、片内尺寸不均匀性(U)计算公式如下 。

　　a) 片内尺寸平均值(X)见公式(4) 。

　　Xi ……………………( 4 )

　　式中 :

　　……………………( 5 )

　　式中 :

　　U — 片内尺寸不均匀性 ;

　　n — 尺寸测量点位数 ,单位为个 ;

　　Xn — 单点尺寸 ,单位为微米(μm) 。

　　11 精密度

　　由同一实验室 、同一操作人员 、同一仪器 、短时间内对同一样品进行 2 次测定 ,2 次测定结果绝对差值不超过测试结果算术平均值的 5% ; 由不同实验室 、不 同 操 作 人 员 、不 同 仪 器 对 同 一 样 品 2 次 测 定 ,

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　　2 次测定结果绝对差值不超过测试结果算术平均值的 10% 。

　　12 试验报告

　　试验报告应至少包含下列内容 :

　　a) 样品编号 、型号 ;

　　b) 本文件编号 ;

　　c) 试验使用仪器型号和操作人员 ;

　　d) 试验结果 ;

　　e) 观察到的异常现象 ;

　　f) 试验日期 。