【所属领域】

智能制造

【痛点问题】

微观尺度的工业测量和半导体量测领域是现代工业发展制程控制中非常重要的一环，良率的保障是产品生产的基础要求，无论是微观3D 形貌，关键尺寸还是薄膜膜厚测量等，都贯穿于整个生产制造环节。当前工业上普遍采用的是传统的光学测量技术，包括白光干涉，激光共聚焦和光谱测量等技术，这些技术普遍测量光的某一个参数，可以在一定程度上解决测量的问题，然而随着未来先进制造对测量精度的要求越来越高，对灵敏度的要求越来越高，以及在线高速测量要求的不断提升，当前测量方法已无法同时满足上述要求，更难以实现边制造边测量的提效要求。为此，一种新的、一次测量获取多个光学物理量、突破传统测量技术瓶颈的高速、高灵敏度、高精度光学测量产品对于泛工业制造具有极其重要的意义。

【成果介绍】

本项目创新性地将具有完全自主知识产权的“振幅-相位-偏振-频率四元调制”成像技术与高速位移、一体化采样测量技术相结合，提出了新的工业测量和半导体量测解决方案并开发对应的原理样机，实现多类工业产品的高速、高精度几何物理量、光学物理量测量。

本项目发展了混合二元光栅集成干涉方案，并通过自主研发的高精度对准技术、高鲁棒性光场重构算法、高稳定性系统误差矫正等多项核心技术，开发高度集成化的、可见光波段系统纳米成像与检测设备，几何量测量精度达到纳米量级，采样速度达到目前业界最高量级（可进一步提升）。项目团队根据多年在工业测量和集成电路前道量测的研究成果，成功开发出高灵敏度、宽光谱、消色差、高动态范围的波场相机、薄膜测量仪、微区间三维测量仪等多种创新技术与原型系统，能实现对反射式，透射式样件的高速、高分辨率、高精度量测，可满足多种样件实时场景的量测。与此同时，本项目创新性地提出基于衍射相位与光强结合的新技术路线，不依赖于高亮度等离子体光源等卡脖子核心零部件，通过与高速位移扫描系统的深度结合，并基于自主开发的高性能相场测头、高速缺陷检测算法、时频同步抽样采集等多项关键技术，实现对光刻过程、刻蚀过程等多个集成电路制造工艺步骤中缺陷的高速、高精度、高鲁棒性缺陷检测。

本项目产品量测精度高，应用范围广，可模块化设计，快速安装，与国外同类别竞争对手产品相比，性价比高，拥有核心自主知识产权，可有效避免“卡脖子”难题。同时，核心测头可以单独销售，既能应用在半导体量测环节，也可以拓展到大工业测量场景。

图1 本项目四项核心产品

【性能指标】

1.高速高分辨波场相机：基于自主设计的二元混合衍射-干涉光栅模组及配套的高效波场重构算法，大幅提升光场采样分辨率、灵敏度和动态范围，在像方采样分辨率上达到目前国际最高的19.5微米量级，未来可进一步提升至6微米以内。

2.高速晶圆缺陷检测技术：基于自主开发的宽光谱、多模态衍射成像显微系统，实现反射式、透射式样件的高速、高分辨率、高精度缺陷检测，检测灵敏度目前已实现目前业界最高的1/45波长量级。

3.集成式光学量检测技术：通过将自主开发的多通道光学散射/衍射测量头与高精度位移台原位集成，实现高速薄膜厚度、纳米量级三维形貌测量，大幅缩短量测与检测时间；

4.面向IC测量的AI深度学习算法：基于卷积神经网路，开发高速缺 陷分类识别与结构尺寸映射算法包。

【技术优势】

与国内外产品相比，本项目产品具有高速、高精度和在线集成等优势。

【资质荣誉】

项目团队的研究成果已在多个顶级期刊上进行发表，已获授权及正在申请的发明专利达21项，团队研发的“反对称成像检测技术”入选DTR 2020上半年“全球光学显微镜领域五个重要进展”，开发的光学缺陷检测技术获得2023 PIERS国际大会一等奖（最高奖），同时获得了IJEM 2022全年最佳论文奖。

图2 技术获奖与技术成果

【技术成熟度】

已有样品/样机。

项目团队现已完成产品导入测试验证，主要验证了光刻掩膜中的系统缺陷检测，光刻掩膜中随机缺陷检测，微透镜三维尺寸测量和光子芯片器件三位形貌测量等。与华工激光，上海传芯半导体和瑞士SUSS 等公司合作，研发了多款产品样机。同时自主开发了与系统匹配的测量软件，实现整个量测过程的可视化及数智化。

【产业化应用】

本产品系列可广泛用于光学制造、汽车工业、半导体制造、消费电子零组件制造、显微成像、太阳能光伏、显示面板、堆叠器件、精密金属件制造等泛工业领域中。

应用案例

目前，该技术原型机已实现光掩模系统缺陷检测、光掩膜随机缺陷检测、微透镜三维尺寸测量和光子芯片器件三维形貌测量，并获得相关企业技术认可。

图3 本项目技术产品完成的工业样品量检测案例

发展规划

2024：团队核心成员10人，专利3项，完成核心零部件开发；

2025：团队核心成员20人，专利4项，产品进入测试阶段；

2026：团队核心成员30人，专利9项，建成生产线，产品进行销售。

应用前景

本项目产品可广泛应用在微结构的3D形貌测量、激光准直、光学元件表征、光波导结构测量等领域，同时在光学制造、消费电子生产、航空航天、生物医疗检测和新能源检测等多个领域有着广泛的应用。此外，部分技术进一步装备化后，可应用在集成电路晶圆图形化缺陷在线检测和膜厚测量领域。直接和间接的市场规模预计在200亿以上。年度复合增长率超过10%。

知识产权

该成果包括多项已授权中国发明专利。

合作方式

专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。

【联系方式】

CG24016