單晶硅CTE的精確測量和控制，對于確保器件性能和穩(wěn)定性至關重要。在半導體器件制造過程中，單晶硅作為襯底材料，CTE值需與晶體薄膜的CTE值相匹配，以避免晶體薄膜在溫度變化時出現(xiàn)應力變形，從而影響器件性能。在MEMS器件中，單晶硅通常作為結構材料，其CTE值對于器件的尺寸穩(wěn)定性和性能穩(wěn)定性同樣具有重要影響。
新拓三維XTDIC-MICRO顯微應變測量系統(tǒng)，可搭配光學冷熱臺（-190℃—600℃），用于微觀尺度的材料力學測試，及芯片半導體材料和器件的熱膨脹系數(shù)、翹曲和位移、應變等參數(shù)的測試分析，具有精度高、體積小等優(yōu)點。
XTDIC-MICRO顯微應變測量系統(tǒng)技術參數(shù)：
顯微DIC技術用于膨脹參數(shù)CTE測定
單晶硅的CTE值可能會隨著溫度的變化而發(fā)生變化。因此，在實際應用中，需要根據(jù)具體的工作溫度范圍來選擇合適的單晶硅材料，并對其進行相應的CTE測試和控制。
為了測定單晶硅CTE值，采用XTDIC-MICRO顯微應變測量系統(tǒng)，與數(shù)控溫度控制的光學冷熱系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)單晶硅高溫環(huán)境下的非接觸式膨脹參數(shù)測量。
測試目的
采用顯微DIC應變測量系統(tǒng)，在不同溫度環(huán)境下評估單晶硅CTE系數(shù)，并記錄測試過程以及測試結果，相關的試驗數(shù)據(jù)可用于驗證解析模型的正確性。
單晶硅試樣表面制作散斑
顯微DIC測量精確度測試驗證
實驗開始前，使用晶體硅試樣，對顯微DIC測量系統(tǒng)設備準確度分析，已知單晶硅CTE值為：2.62×10^(－6)／℃（引自《集成電路入門》，P．13），以此進行DIC顯微測量準確度確認。
新拓三維顯微DIC測量系統(tǒng)測得數(shù)據(jù)精度較高，初始狀態(tài)對比數(shù)據(jù)：
X 向平均分布：2.75E-06~2.94E-06
Y 向平均分布：2.65E-06~2.88E-06
單晶硅 CTE實驗過程
（1） 試驗前，先將單晶硅測試樣品進行單次熱處理，以消除產(chǎn)品試樣內應力影響。
熱處理條件：分別在光學冷熱系統(tǒng)將單晶硅試樣溫度降至20°C（液氮降溫），然后提升至50°C、75℃、100℃、125℃，中間保持2-5min，溫度保持完成后，DIC顯微測量系統(tǒng)分別以1Hz采集速率采集10張圖片。
X，Y分別9條等距；邊緣留100um，方向：圓形Mark點向右，計算并記錄X，
Y 方向不同位置的CTE，（溫度達到 125℃，穩(wěn)定2min，取10數(shù)據(jù)點的平均值）；
采用DIC軟件分析采集的圖像，可獲取X、Y方向不同位置的CTE。熱脹系數(shù)CTE，通常采用線性膨脹系數(shù)衡量，定義為：單位溫度改變下長度的增加量與原長度的比值，如Z-CTEZ+。CTE值越低，尺寸穩(wěn)定性越好，反之越差。
DIC軟件CTE分析：X向數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)分析分為兩種計算方案，一種為與前狀態(tài)數(shù)據(jù)進行對比，分析CTE。一種是各狀態(tài)與初始狀態(tài)進行對比，分析CTE。
X 方向（橫向）
與上一狀態(tài)對比分析CTE
75℃~100℃： 3.12E-06
與初始狀態(tài)對比分析CTE
20℃~50℃： 2.75E-06
50℃~75℃： 2.76E-06
Y向數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)分析分為兩種計算方案，一種為與前狀態(tài)數(shù)據(jù)進行對比，分析 CTE。一種是各狀態(tài)與初始狀態(tài)進行對比，分析 CTE。
Y 方向（橫向）
與上一狀態(tài)對比分析CTE
75℃~100℃： 3.04E-06
與初始狀態(tài)對比分析CTE
顯微DIC測量系統(tǒng)實測軟件界面：
變量與溫度/應變的關系圖：
說明：此段由于中間刪除 10 張照片導致缺失部分照片，從而坡度較大
單晶硅試樣在25°，50°，100°，125℃溫度下的應變分布圖
單晶硅的熱膨脹系數(shù)是一個非常重要的參數(shù)，其大小余晶體的結構密切相關。在生產(chǎn)制造和科研應用中，需充分了解單晶硅的熱膨脹性質，以便在實際操作中減少由于熱膨脹導致的變形和損壞。
采用新拓三維XTDIC-MICRO顯微應變測量系統(tǒng)，結合光學冷熱臺，在高低溫環(huán)境下對單晶硅進行熱膨脹CTE測試，DIC軟件分析輸出X、Y方向不同位置的CTE，分析單位溫度改變下長度的增加量與原長度的比值，為分析單晶硅熱膨脹系數(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)。