【摘 要】
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长期以来,我国在芯片制造和测量领域明显落后于世界领先水平。晶圆薄膜应力测量系统用于测量晶圆表面镀膜质量,在芯片制造工艺流程中起到至关重要的作用。我国对晶圆薄膜应力测量系统的需求基本依赖于进口,在实际使用过程共存在两个问题:一是测量系统的设备调试和使用流程过于繁琐,影响生产效率。二是测量结果精度较低,测量重复性无法得到保证。尤为重要的是,在当今国际科技竞争局势下,该测量系统的进口也变得愈加困难,这显
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长期以来,我国在芯片制造和测量领域明显落后于世界领先水平。晶圆薄膜应力测量系统用于测量晶圆表面镀膜质量,在芯片制造工艺流程中起到至关重要的作用。我国对晶圆薄膜应力测量系统的需求基本依赖于进口,在实际使用过程共存在两个问题:一是测量系统的设备调试和使用流程过于繁琐,影响生产效率。二是测量结果精度较低,测量重复性无法得到保证。尤为重要的是,在当今国际科技竞争局势下,该测量系统的进口也变得愈加困难,这显然不利于我国芯片制造产业的发展。为了解决上述问题,基于相关高新技术企业的需求,本文设计和实现了一个基于激光测量技术的晶圆薄膜应力测量系统。本文主要贡献和创新点如下:（1）实现了对晶圆薄膜应力测量系统运动电机稳定控制。针对测量系统的运动电机振动问题,设计与实现以矢量控制技术为基础的电机自适应稳定运动控制系统,有效减小了运动电机启停过程中产生振动及运行速度不稳定对测量结果的影响。（2）实现了晶圆薄膜应力测量系统中光电位置敏感探测器高精度采样。根据晶圆薄膜应力激光测量原理和计算公式,推导和设计出光电位置敏感探测器外围高精度运放与模数转换电路。电路的输出直接为激光测量计算关系式的输入,不仅简化了晶圆薄膜应力计算流程,而且确保了探测器采集数据的精确度。（3）实现了晶圆薄膜应力测量系统误差自动补偿。针对系统设备结构误差、测量元件精度误差、测量光路长度误差和由环境因素引起的误差等,提出了拟合系数误差补偿算法,从而提高测量结果的准确度和重复性。同时设计和实现了误差补偿自动校正功能,大幅度减少了误差补偿系数的调试复杂度,极大提高了工作效率。（4）实现了晶圆薄膜应力测量系统晶圆表面镀膜特征可视化。本文设计和实现晶圆表面测量数据可视化,提出了晶圆表面弯曲度计算关系式和光电位置敏感探测器上测量激光反射点位置偏移变化关系曲线。在可视化界面上的测量数据曲线图中,可以直观体现了晶圆表面镀膜特征,使晶圆薄膜应力测量的结果更具有真实性。
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