CPO量产引爆磷化铟需求，衬底厚度翘曲关口如何守住？

近日，英伟达宣布全球首款200G/lane共封装光学（CPO）Spectrum-X以太网交换机系统已全面量产。随着CPO交换机规模化落地、OCS全光交换机技术持续推进，光互联产业链价值分配将迎来重构，传统的光模块组装利润和需求将下滑，上游的磷化铟（InP）材料迎来强劲需求和发展机遇。由此，产业链对InP衬底的均匀性、缺陷密度、表面质量提出了更高要求。

CPO量产磷化铟不可替代

当前，CPO光引擎分为两条技术路线：一是用硅光SOI做调制器；二是用薄膜铌酸锂做调制器。但不管是硅光还是薄膜铌酸锂，都不具备高效发光能力，需要外置部署高功率 EML/CW 激光器承担集中供光任务。因此，负责发光的激光器芯片成为CPO光引擎的关键器件,而激光器芯片的制造则需要一层“地基”——衬底,芯片的各功能层都生长在这层衬底上面。

磷化铟正是制造这类激光器芯片所用的衬底材料,其物理特性决定了基于磷化铟的激光器发出的波长集中在1310纳米和1550纳米附近,这两个波长恰好是光纤传输损耗最低的窗口,目前尚无其他材料能同时满足高频调制、高效发光和低传输损耗这三项要求。业内分析普遍认为，至少未来5年,磷化铟在数据中心光互连领域仍无可替代方案。

高功率场景下衬底质量门槛同步抬升

CPO规模化量产带来的不仅是需求的增长，更是对InP衬底质量的严峻考验。与传统可插拔模块不同，CPO 采用外置光源集中供光，单颗 CW/EML 激光器需要承担远超以往的输出功率和连续工作强度。功率升级带来的直接后果，是激光器对材料缺陷的容忍度大幅下降，衬底厚度均匀性（TTV）与翘曲（Bow/Warp）控制成为良率关键。

外延层生长在衬底之上，衬底厚度不均会改变晶圆在生长过程中的热传导路径与受热均匀性，使外延层生长速率出现片内差异，导致量子阱层的厚度和应变不均，进而造成发射波长不一致，降低芯片间的波长匹配度。衬底翘曲的影响则体现在两个环节：在光刻时，晶圆表面偏离最佳焦平面，曝光图形模糊，波导等关键结构尺寸出现偏差；在解理时，晶圆受力不均，解理面容易产生崩边或角度偏移，直接影响巴条良率。

由此，衬底几何参数的精确测量，便成为工艺管控中不可回避的核心环节。然而，测量本身恰恰是另一道难关。

优可测APS全自动测量仪非接触式测量方案破题

传统接触式测厚仪在测量超薄、易碎晶圆时，不仅存在划伤或压痕的风险，而且单点接触难以获得全片的真实厚度分布；接触测量引入的局部应力还可能加剧薄片的形变，导致测量结果失真。尤其是在晶圆加工过程中会进行减薄工艺，对切割后的晶圆表面的切痕及粗糙凸峰进行高效去除。当衬底减薄至100μm以下时，磷化铟晶圆极易发生翘曲变形，使得精确测量其厚度分布与翘曲度变得异常困难。因此，如何在超薄、易翘曲状态下实现非接触、高分辨率、全片扫描的几何参数测量，成为衬底供应商和设备厂商共同面临的技术难题。

针对这些难题，优可测全自动非接触厚度测量仪APS系列提供了一种高效可行的解决路径。该设备采用光谱共焦与分光干涉双头对射技术，上下双探头同步采集，单次测量即可同时输出厚度、TTV、Bow、Warp、TIR、LTV等全部关键几何参数。上下反对射的架构有效消除了移动平台震动误差和虚拟基准面误差，显著提升了翘曲测量的精度与重复性。

为验证其在磷化铟衬底上的实际表现，我们使用APS系列对InP晶圆进行了扫描测试。实测结果如下：

APS系列一次扫描同步输出厚度翘曲信息

APS系列测量的磷化铟衬底热力图

实测效果显示，APS系列的非接触无损检测避免了对减薄后薄片的二次损伤。同时，设备支持4至12英寸晶圆，TTV重复精度达到0.015μm，能够以亚微米级精度精准监控减薄与退火工艺的稳定性。其高速全片扫描能力可匹配产线节拍，满足批量生产环境下的在线检测需求，有助于提升磷化铟衬底的良率与一致性，从而为CPO高功率激光器芯片的稳定制造提供可靠的数据支撑。

CPO 的规模化量产正在重塑光互联产业链的价值分布，磷化铟衬底作为高功率激光器芯片的基础材料，其质量水平直接决定了 CPO 光源的性能与良率。厚度均匀性与翘曲度等几何参数的精确测量，已成为衬底质量管控中不可缺失的一环。随着 CPO 渗透率持续提升，非接触、高精度、全片扫描的几何参数测量技术，将在保障磷化铟衬底一致性与激光器芯片批量制造能力方面发挥越来越关键的作用。

参考文献

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