长期以来,我国在晶圆制造与检测领域处于相对落后的地位。随着如物联网、5G等高新产业的迅速的发展,对芯片的需求越来越旺盛,芯片产能不足的问题进一步放大了我国在该领域落后的状态。在晶圆应力检测设备领域,国外相关企业起步早、技术强,与我们拉开了较大的差距。此外因中美贸易影响,薄膜应力测量仪的进口也变得困难重重,导致我国许多公司无仪器可用。最后,国产晶圆薄膜应力仪的研发处于较低的水平,在应力测量的精确度和重复性上难以望进口设备的项背。目前对薄膜应力仪仪改进的方法,主要分为三类:（1）改变测量仪器的机械结构或者光路结构。主要方案包括增加激光束、改垂直测量为水平测量、增加旋转托盘等。这些方案的机械结构相对复杂,反而会增加测量结果的不稳定性,使得测量过程不可控、可靠。（2）利用薄膜的光学特性,通过应力双折射法、X射线衍射法对薄膜应力仪重新进行设计。基于该方案的仪器可以进一步提升测量精度和稳定性,但成本相对较高,开发周期长、后期维护比较困难。（3）对传统薄膜应力仪进行软硬件双重升级,对硬件更新换代,对软件优化算法,并对测量流程重新设计。这类方案成本低,见效快,性能提升显著,后期维护简单。本文结合第三类改进方案,选择更为先进的电子元器件等结构模块,优化算法发挥硬件性能,从软件层面进一步降低甚至消除因为硬件本身噪声和机械平台因震动,提出误差补偿公式,弥补平台固有误差对测量结果造成的失准,提升测定结果的稳定性、重复性、精确性。首先,在运动元件模块选用更为精密、稳定的步进电机,在数据采样模块选用分辨率更高、杂散光消除率更高的一维位敏传感器。其次,通过梯形加减速算法优化对运动元件的控制,保证其运动精准、平滑。然后为位敏传感器重新设计运放电路,提升采样精度。最后,提出误差补偿算法对测量结果进行整定。本文的主要贡献和创新点如下:（1）设计并实现了对薄膜应力仪运动元件的精稳控制。针对传统薄膜应力仪运动元件失步或震动等问题,本文重新选型高精度步进电机,通过加减速算法优化步进电机控制,有效减弱了测量过程中的对采样结果的干扰。（2）设计并实现了对薄膜应力仪中位敏传感器的高保真采样。本文根据高分辨率位敏传感器和测量需求重新进行运放电路设计,自定义放大倍数和手动调零。进一步确保传感器数据获取的精确度。（3）提出误差补偿公式。本文对晶圆镀膜前后光片的平均拟合曲率半径相对于理论值的分析,对比两者之间的误差规律提出误差补偿公式,并给出求解补偿系数的方法和实际应用中的校准流程。误差补偿公式有效提升了测量结果的准确性和重复性,补偿系数求解方法有效提高了工作效率,在需要校准时免于反复测试调整。（4）实现了所有基于基片形变法的测量曲率半径或应力的光片材料的统一。除了主要应用于对镀膜前后晶圆的曲率半径、弯曲度和应力检测,亦适用于任何可反射激光的各种刚性材料基体非镀膜表面的曲率半径测试、弯曲度检测,亦适用于任何可反射激光的各种刚性材料基体镀膜表面的曲率半径测试、弯曲度检测及其薄膜残余盈利测试,如钛合金基片、抛光不锈钢基片等。本文的研究成果已经申请了两项国家发明专利（专利号分别是202111154932.8和202110612472.2）和两篇软件著作权。本文实现的薄膜应力原型已经交由合作企业进行产品化、商品化升级。在双方共同努力下,已与数家半导体公司达成了意向订单,下一步的目标则是致力于本薄膜应力仪的全面成果转化和商业推广。