碳化硅衬底厚度测量探头温漂与材料各向异性的耦合影响研究

在碳化硅衬底厚度测量中，探头温漂与材料各向异性均会影响测量精度，且二者相互作用形成耦合效应。深入研究这种耦合影响，有助于揭示测量误差根源，为优化测量探头性能提供理论支撑。

耦合影响机制分析

材料各向异性对温漂的促进作用

碳化硅材料具有显著的各向异性，其热膨胀系数、导热系数等热物理性能在不同晶向存在差异 。当测量探头所处环境温度发生变化时，由于材料各向异性，探头不同方向的热膨胀程度不一致，导致内部产生不均匀应力 。这种不均匀应力会进一步影响探头内部传感器的性能，加剧温漂现象 。例如，在沿碳化硅某一晶向，热膨胀系数较大，温度升高时该方向伸长较多，挤压与之相连的传感器部件，使传感器的输出特性发生改变，导致测量误差增大 。

温漂对材料各向异性表现的干扰

测量探头的温漂会改变探头与碳化硅衬底的接触状态或测量环境，从而干扰材料各向异性的准确测量 。温度变化引起探头结构变形，使得探头与衬底表面的接触压力分布不均，不同晶向的测量受力条件改变，导致基于接触式测量获取的材料各向异性参数出现偏差 。同时，温漂导致探头内部电子元件性能波动，影响测量信号的采集与处理，使反映材料各向异性的测量数据失真 。

实验设计与分析

实验方案

设计对比实验，选取具有不同晶向的碳化硅衬底样品，在不同温度环境下，使用同一测量探头进行厚度测量 。实验中，利用高精度温度控制设备，将环境温度设定为多个梯度（如 20℃、40℃、60℃等），在每个温度点稳定后进行测量 。采用应变片、热电偶等传感器，同步监测探头在测量过程中的应力变化和温度变化 。同时，借助先进的光学测量设备，对碳化硅衬底的晶向和材料特性进行精准表征，为后续分析提供基础数据 。

数据处理与分析

对实验测量数据进行处理，分析不同温度、不同晶向条件下，测量探头温漂与材料各向异性对测量结果的影响 。通过计算测量误差，研究温漂与材料各向异性之间的相关性 。运用统计分析方法，如方差分析，判断二者耦合影响在测量误差中的占比 。结合有限元模拟，建立探头 - 碳化硅衬底的耦合模型，模拟不同条件下的应力、温度分布情况，从理论层面验证实验结果，深入探究温漂与材料各向异性的耦合影响规律 。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震pt”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。