【所屬領(lǐng)域】
智能制造
【痛點(diǎn)問題】
微觀尺度的工業(yè)測(cè)量和半導(dǎo)體量測(cè)領(lǐng)域是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展制程控制中非常重要的一環(huán)，良率的保障是產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)要求，無論是微觀3D 形貌，關(guān)鍵尺寸還是薄膜膜厚測(cè)量等，都貫穿于整個(gè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)。當(dāng)前工業(yè)上普遍采用的是傳統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量技術(shù)，包括白光干涉，激光共聚焦和光譜測(cè)量等技術(shù)，這些技術(shù)普遍測(cè)量光的某一個(gè)參數(shù)，可以在一定程度上解決測(cè)量的問題，然而隨著未來先進(jìn)制造對(duì)測(cè)量精度的要求越來越高，對(duì)靈敏度的要求越來越高，以及在線高速測(cè)量要求的不斷提升，當(dāng)前測(cè)量方法已無法同時(shí)滿足上述要求，更難以實(shí)現(xiàn)邊制造邊測(cè)量的提效要求。為此，一種新的、一次測(cè)量獲取多個(gè)光學(xué)物理量、突破傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)瓶頸的高速、高靈敏度、高精度光學(xué)測(cè)量產(chǎn)品對(duì)于泛工業(yè)制造具有極其重要的意義。
【成果介紹】
本項(xiàng)目創(chuàng)新性地將具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“振幅-相位-偏振-頻率四元調(diào)制”成像技術(shù)與高速位移、一體化采樣測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，提出了新的工業(yè)測(cè)量和半導(dǎo)體量測(cè)解決方案并開發(fā)對(duì)應(yīng)的原理樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)多類工業(yè)產(chǎn)品的高速、高精度幾何物理量、光學(xué)物理量測(cè)量。
本項(xiàng)目發(fā)展了混合二元光柵集成干涉方案，并通過自主研發(fā)的高精度對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、高魯棒性光場(chǎng)重構(gòu)算法、高穩(wěn)定性系統(tǒng)誤差矯正等多項(xiàng)核心技術(shù)，開發(fā)高度集成化的、可見光波段系統(tǒng)納米成像與檢測(cè)設(shè)備，幾何量測(cè)量精度達(dá)到納米量級(jí)，采樣速度達(dá)到目前業(yè)界最高量級(jí)（可進(jìn)一步提升）。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)多年在工業(yè)測(cè)量和集成電路前道量測(cè)的研究成果，成功開發(fā)出高靈敏度、寬光譜、消色差、高動(dòng)態(tài)范圍的波場(chǎng)相機(jī)、薄膜測(cè)量儀、微區(qū)間三維測(cè)量儀等多種創(chuàng)新技術(shù)與原型系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)反射式，透射式樣件的高速、高分辨率、高精度量測(cè)，可滿足多種樣件實(shí)時(shí)場(chǎng)景的量測(cè)。與此同時(shí)，本項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出基于衍射相位與光強(qiáng)結(jié)合的新技術(shù)路線，不依賴于高亮度等離子體光源等卡脖子核心零部件，通過與高速位移掃描系統(tǒng)的深度結(jié)合，并基于自主開發(fā)的高性能相場(chǎng)測(cè)頭、高速缺陷檢測(cè)算法、時(shí)頻同步抽樣采集等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光刻過程、刻蝕過程等多個(gè)集成電路制造工藝步驟中缺陷的高速、高精度、高魯棒性缺陷檢測(cè)。
本項(xiàng)目產(chǎn)品量測(cè)精度高，應(yīng)用范圍廣，可模塊化設(shè)計(jì)，快速安裝，與國外同類別競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品相比，性價(jià)比高，擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可有效避免“卡脖子”難題。同時(shí)，核心測(cè)頭可以單獨(dú)銷售，既能應(yīng)用在半導(dǎo)體量測(cè)環(huán)節(jié)，也可以拓展到大工業(yè)測(cè)量場(chǎng)景。
圖1 本項(xiàng)目四項(xiàng)核心產(chǎn)品
【性能指標(biāo)】
1.高速高分辨波場(chǎng)相機(jī)：基于自主設(shè)計(jì)的二元混合衍射-干涉光柵模組及配套的高效波場(chǎng)重構(gòu)算法，大幅提升光場(chǎng)采樣分辨率、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，在像方采樣分辨率上達(dá)到目前國際最高的19.5微米量級(jí)，未來可進(jìn)一步提升至6微米以內(nèi)。
2.高速晶圓缺陷檢測(cè)技術(shù)：基于自主開發(fā)的寬光譜、多模態(tài)衍射成像顯微系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)反射式、透射式樣件的高速、高分辨率、高精度缺陷檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度目前已實(shí)現(xiàn)目前業(yè)界最高的1/45波長量級(jí)。
3.集成式光學(xué)量檢測(cè)技術(shù)：通過將自主開發(fā)的多通道光學(xué)散射/衍射測(cè)量頭與高精度位移臺(tái)原位集成，實(shí)現(xiàn)高速薄膜厚度、納米量級(jí)三維形貌測(cè)量，大幅縮短量測(cè)與檢測(cè)時(shí)間；
4.面向IC測(cè)量的AI深度學(xué)習(xí)算法：基于卷積神經(jīng)網(wǎng)路，開發(fā)高速缺 陷分類識(shí)別與結(jié)構(gòu)尺寸映射算法包。
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
與國內(nèi)外產(chǎn)品相比，本項(xiàng)目產(chǎn)品具有高速、高精度和在線集成等優(yōu)勢(shì)。
產(chǎn)品 |
單次測(cè)量點(diǎn)數(shù) |
測(cè)量速度（秒） |
測(cè)量準(zhǔn)確度（納米） |
連續(xù)掃描 |
在線集成 |
本產(chǎn)品 |
>106 |
<10-2 |
<0.5 |
是 |
是 |
國內(nèi)外產(chǎn)品 |
1~103 |
0.5~15 |
<0.5 |
否 |
否 |
【資質(zhì)榮譽(yù)】
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的研究成果已在多個(gè)頂級(jí)期刊上進(jìn)行發(fā)表，已獲授權(quán)及正在申請(qǐng)的發(fā)明專利達(dá)21項(xiàng)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“反對(duì)稱成像檢測(cè)技術(shù)”入選DTR 2020上半年“全球光學(xué)顯微鏡領(lǐng)域五個(gè)重要進(jìn)展”，開發(fā)的光學(xué)缺陷檢測(cè)技術(shù)獲得2023 PIERS國際大會(huì)一等獎(jiǎng)（最高獎(jiǎng)），同時(shí)獲得了IJEM 2022全年最佳論文獎(jiǎng)。
圖2 技術(shù)獲獎(jiǎng)與技術(shù)成果
【技術(shù)成熟度】
已有樣品/樣機(jī)。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已完成產(chǎn)品導(dǎo)入測(cè)試驗(yàn)證，主要驗(yàn)證了光刻掩膜中的系統(tǒng)缺陷檢測(cè)，光刻掩膜中隨機(jī)缺陷檢測(cè)，微透鏡三維尺寸測(cè)量和光子芯片器件三位形貌測(cè)量等。與華工激光，上海傳芯半導(dǎo)體和瑞士SUSS 等公司合作，研發(fā)了多款產(chǎn)品樣機(jī)。同時(shí)自主開發(fā)了與系統(tǒng)匹配的測(cè)量軟件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)量測(cè)過程的可視化及數(shù)智化。
【產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用】
本產(chǎn)品系列可廣泛用于光學(xué)制造、汽車工業(yè)、半導(dǎo)體制造、消費(fèi)電子零組件制造、顯微成像、太陽能光伏、顯示面板、堆疊器件、精密金屬件制造等泛工業(yè)領(lǐng)域中。
應(yīng)用案例
目前，該技術(shù)原型機(jī)已實(shí)現(xiàn)光掩模系統(tǒng)缺陷檢測(cè)、光掩膜隨機(jī)缺陷檢測(cè)、微透鏡三維尺寸測(cè)量和光子芯片器件三維形貌測(cè)量，并獲得相關(guān)企業(yè)技術(shù)認(rèn)可。
圖3 本項(xiàng)目技術(shù)產(chǎn)品完成的工業(yè)樣品量檢測(cè)案例
發(fā)展規(guī)劃
2024：團(tuán)隊(duì)核心成員10人，專利3項(xiàng)，完成核心零部件開發(fā)；
2025：團(tuán)隊(duì)核心成員20人，專利4項(xiàng)，產(chǎn)品進(jìn)入測(cè)試階段；
2026：團(tuán)隊(duì)核心成員30人，專利9項(xiàng)，建成生產(chǎn)線，產(chǎn)品進(jìn)行銷售。
應(yīng)用前景
本項(xiàng)目產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用在微結(jié)構(gòu)的3D形貌測(cè)量、激光準(zhǔn)直、光學(xué)元件表征、光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)測(cè)量等領(lǐng)域，同時(shí)在光學(xué)制造、消費(fèi)電子生產(chǎn)、航空航天、生物醫(yī)療檢測(cè)和新能源檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。此外，部分技術(shù)進(jìn)一步裝備化后，可應(yīng)用在集成電路晶圓圖形化缺陷在線檢測(cè)和膜厚測(cè)量領(lǐng)域。直接和間接的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在200億以上。年度復(fù)合增長率超過10%。
知識(shí)產(chǎn)權(quán)
該成果包括多項(xiàng)已授權(quán)中國發(fā)明專利。
合作方式
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價(jià)入股、技術(shù)開發(fā)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG24016
