给晶圆“量体温”的颠覆式创新：上海电机学院团队攻克世界级难题的背后

晶圆制造需要精确到毫厘的温度控制，但传统测温手段要么“看不全”，要么“测不准”。上海电机学院一支师生团队，历时数年潜心钻研，通过融合两大技术路线的奇思妙想，终于找到了破解这一世界级难题的“金钥匙”。

如果把芯片比作人的心脏，那么晶圆测温系统就是手术台上的生命体征监测仪，它的精准度直接关系到芯片的“生死”。在半导体制造的氧化扩散和快速退火环节，晶圆表面的温度哪怕出现细微不均匀，就可能导致整炉产品报废。然而，长期困扰行业的是，现有的接触式与非接触式测温方案，都像是“瘸腿走路”，各有各的毛病。

在上海电机学院的实验室里，刘海川、郑赟涛、陈晴三位同学在王晓芳老师的指导下，决心为这个“卡脖子”难题寻找一个更优解。故事的起点源于一次课堂讨论，当老师讲到中国半导体产业面临的技术封锁时，一种强烈的使命感在他们心中生根发芽。

“常规思路解决不了，我们就从根子上找原因。”指导老师王晓芳说，“接触式的优点是离得近、测得准，缺点是有根‘尾巴’（引线）碍事；非接触式的优点是没有‘尾巴’，但因为环境干扰，眼神又不太好。我们能不能设计一个‘看得准’又‘没有尾巴’的新东西？”

带着这个问题，团队开始了漫长的探索。他们从仿生学中汲取灵感，想到了悬臂梁结构。两种不同材料（氮化硅-二氧化硅和金）的热膨胀系数不同，温度一变，它们就会“较劲”产生形变。把这种形变用激光“读”出来，不就可以既感受到温度（接触），又不用接线（非接触读取）了吗？这个“接触-非接触融合”的大胆构想，成为了项目的灵魂。

但理想丰满，现实骨感。如何让悬臂梁对微小温度变化足够敏感？如何在一片晶圆上布置成千上万个这样的“温度计”而不互相干扰？如何把实验室的原理变成可工程实现的方案？一个个难题接踵而至。团队查阅了无数文献，进行了上百次仿真和实验。陈晴同学负责光学系统搭建，为了消除环境震动对光路的影响，常常在深夜实验室里反复调试；郑赟涛同学则埋头于版图设计，为了让悬臂梁阵列布局更优，画过的图纸摞起来有半米高。

功夫不负有心人。他们最终拿出了包含三大核心创新的一整套技术方案：双材料悬臂梁确保“测的准”，同心圆/轮轴密排布局确保“看的全”，光学读取确保“无干扰”。其成果不仅获得了多项专利，更赢得了业内专家的高度评价。

“我们做的不仅仅是写论文，而是希望有一天能真正用在国产生产线上。”队长刘海川朴实的话语中透着坚定。这群年轻人的故事，正是中国科技创新浪潮中一朵奔涌的浪花。（上海电机学院，王晓芳老师、刘海川、郑赟涛、陈晴）

 

审核：孙诩群 黄霄云 责任编辑：蔺相如