本项目研究开发的20-14nm晶圆高精度膜厚设备的技术来源自项目承担公司前期的技术积累。本设备核心量测模块是光谱椭偏模块（SE）以及光谱反射模块（SR）。其中，光谱反射模块是项目承担公司的成熟技术，已经在前置产品Cypress E2得到应用，形成相关专利、用户证明和销售记录等文件。光谱椭偏模块（SE）在Cypress E2产品基础上进行技术改造升级，基本原理清晰，利用该原理和其他技术方案形成的光谱椭偏产品，已经在国外出现相关同类产品。 本项目采用椭偏偏振测量技术的原理，具有测量速度快、高灵敏度、无损测量等优点。宽光谱椭圆偏振测量（Spectroscopic Ellipsometer, SE）的基本原理是将一束偏振态已知的光斜射到样品表面，光束在样品表面反射时，会因为与样品表面形貌结构及膜层的相互作用导致偏振态变化，通过测量反射后光的偏振态推出样品对光束偏振态的改变作用，利用光谱反演分析得到待测样品表面形貌结构及光学特性信息。除光谱椭偏仪外，系统还将集成垂直入射的宽光谱反射仪（Spectroscopic Reflectometer, SR）模块，测量样品的宽光谱反射率曲线，通过光谱反演分析待测样品表面形貌结构及光学特性信息。 本研究设备目前可以实现技术指标：光谱范围200nm-900nm；可测膜层种类：氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、光刻胶；支持Φ300mm晶圆测量；平均无故障时间MTBF≥1000小时。光谱反射模式(SR)：准确度0.3Å (3nm-30nm)，0.01%(30nm-1µm)，0.0% (1µm-60µm) ；光谱椭偏模式(SE)：准确度0.4Å (1nm-30nm)，0.02%(30nm-1µm)，0.01%(1µm-5µm)。光谱反射模式(SR)：重复性0.1Å(3nm-30nm)，0.1Å (30nm-500nm)，0.003%(500nm-60µm)；光谱椭偏模式(SE)：重复性0.05Å(0-20nm)，0.06Å(20nm-500nm)，0.002%(500nm-2µm)；折射率精度0.0002。光谱反射模式(SR)及椭偏模块（SE）测量速度：SR：111片/小时(5点)，SE：110片/小时(5点)。依据广东重点领域研发计划项目任务书“20-14nm晶圆高精度膜厚测量设备研发及产业化”的考核指标要求，验证20-14nm晶圆高精度膜厚测量设备样机的性能指标是否满足任务书中涵盖的考核指标要求，为验收提供参考依据。 本项目的先进性表现在其能够应对现代半导体工艺中不断变化和复杂化的薄膜层要求。随着半导体工艺的发展，薄膜层的厚度变得越来越薄，甚至进入亚纳米尺度。传统的测量技术难以胜任这一挑战，而超薄膜层厚度、折射率的椭偏精确测量技术在这方面具有明显的先进性。它能够以高精度、高分辨率的方式测量超薄膜层，使其适应复杂的半导体工艺需求。高速反射光谱测量技术无移动光学元件，可以高速、高精度地获取反射光谱信息。这使得在半导体工厂内能够更快速地进行测量，提高了生产效率。此外，它还能够在紫外-可见-红外波长范围内进行测量，适用于不同材料和工艺要求，这进一步提高了其先进性。算法上，拟合方式是选择不同波长数据计算傅里叶系数然后反向拟合出校准参数。由于可以选择不同波长，在光学元件色散关系已知的条件下，可以仅使用一片标准膜在不同波长下进行拟合以获得足够的限制方程数。然而由于标准膜也存在着有误差的可能性，不宜过度依赖一个标准膜。本项目采用多个标准膜多波长拟合，减小偶然性，提高测量稳定性。 本项目的创造性在于采用宽光谱消色差小光斑的椭偏光路设计，在全波段光斑尺寸小于50μm，可以测量先进制程的微小尺寸图型晶圆。超薄膜层厚度、折射率的椭偏精确测量技术充分利用了宽波段光学特性和薄膜层的交互作用，更宽的波长范围，包括近红外光和紫外光，以确保足够的穿透深度。这有助于减小吸收效应对测量的影响。相比于传统的机械测量或光学反射方法，这项技术更为高效且准确，能够在短时间内提供大量有关超薄膜层的关键信息。这种创新性有助于提高半导体工艺的效率和质量，使其适应不断变化的市场需求。 本研究设备为确保产品质量稳定性和一致性而设计了质量保障综合性框架。该体系涵盖了从产品产生到装配流程、制造工艺以及检测方法的控制与标准，以确保制造出符合要求的高质量半导体设备。包括但不限于（1）供应链： 对原材料和关键零部件供应链进行管理，确保供应商提供的材料和零部件符合质量标准。（2）质量审核和审批： 对供应商进行质量审核，确保其符合质量要求，并进行必要的审批。（3）装配工艺控制： 定义和标准化装配过程，确保产品在装配过程中不会受到污染、损坏或误操作的影响。 本项目技术完成度达到8级，产品设计定型，通过功能性能测试，可进行产品批量生产；完成产品使用维护说明书；所有制造设备、工装、检测和分析系统通过小批量生产验证；关键材料或者零部件具备稳定 的供货渠道。 本研究设备已经在多个客户端推广应用（包括但不限于长江存储、士兰微、芯恩、中芯绍兴、联合微电子中心、拓荆，长鑫等客户），各项性能指标满足客户生产要求。 本研究开发的高精度薄膜量测设备的各项指标与进口产品相当，适合芯片制造企业在产线上二次开发，可极大缩短研发中的检测验证周期，提高生产效率，充分拓展设备在新材料新结构上的量测应用。