基于光纤传感的碳化硅衬底厚度测量探头温漂抑制技术

引言

在碳化硅衬底厚度测量中，探头温漂是影响测量精度的关键因素。传统测量探头受环境温度变化干扰大，导致测量数据偏差。光纤传感技术凭借独特的物理特性，为探头温漂抑制提供了新方向，对提升碳化硅衬底厚度测量准确性意义重大。

光纤传感原理及优势

光纤传感技术基于光在光纤中传输时，外界物理量（如温度、应变等）对光的强度、相位、波长等特性的调制原理 。当温度发生变化，光纤的几何尺寸和折射率会改变，进而引起光的相位或波长漂移。通过检测这些光学参数的变化，就能实现对温度等物理量的高精度测量 。与传统传感器相比，光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、可实现分布式测量等优势 。在碳化硅衬底测量环境中，其抗干扰特性能够有效避免外界复杂电磁环境对测量的影响，且小体积特点便于集成到测量探头内部，实时监测探头温度变化 。

温漂抑制技术

温度实时监测与补偿

将光纤温度传感器嵌入测量探头关键部位，实时监测探头温度变化 。基于光纤传感获取的温度数据，建立温度 - 测量误差补偿模型。例如，通过大量实验数据拟合出探头温度与厚度测量误差的函数关系，当测量过程中检测到温度变化时，系统根据补偿模型自动对测量结果进行修正 。这种实时监测与补偿方式，能够快速响应探头温度波动，减少温漂对测量结果的影响 。

光纤传感与结构优化结合

对测量探头进行结构设计优化，结合光纤传感技术进一步抑制温漂 。采用隔热材料对探头敏感部件进行包裹，降低环境温度对探头的热传导影响 。同时，在探头内部合理布置光纤传感器，监测隔热结构的温度传导情况，评估隔热效果 。若发现局部温度异常，可及时调整隔热结构或优化探头内部布局，确保探头温度场均匀稳定，从结构层面减少温漂产生 。此外，利用光纤传感对探头应力分布进行监测，避免因温度变化导致探头内部应力不均而引起的测量误差 。

光纤传感信号处理优化

针对光纤传感获取的温度信号，采用先进的信号处理算法提升信号质量，增强温漂抑制效果 。运用数字滤波技术，如卡尔曼滤波、小波滤波等，去除信号中的噪声干扰，提高温度测量的准确性 。通过对滤波后信号的快速傅里叶变换（FFT）分析，提取温度变化的特征频率，更精准地掌握探头温度变化规律 。基于这些处理后的信号，优化温度补偿策略，实现对探头温漂的更有效抑制 。

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“主动式减震平台”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。