CN108489373A - 用于金属膜厚测量的差分探头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属膜厚测量的差分探头装置，包括：激励源，用于提供振荡源；差分探头，差分探头具有第一线圈通道和第二线圈通道，且对应包括第一线圈和第二线圈；采集模块，用于在探头正下方产生磁场，且在探头正下方的被测金属薄膜的表面产生感应磁场时，采集探头的等效阻抗；中央处理模块，用于使得第一线圈和第二线圈同时工作，并且根据等效阻抗得到线圈阻抗的变化值，以根据线圈阻抗的变化值得到被测金属薄膜的厚度。该装置可以通过非接触式进行金属膜厚的测量，从而消减共模量的干扰，提高测试的稳定性。

Description

用于金属膜厚测量的差分探头装置

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种用于金属膜厚测量的差分探头装置。

背景技术

相关技术通过探针方式测量金属薄膜，利用四个探针测量一个矩形区域内的电阻，再根据电阻值以及被测金属薄膜的电阻率等理论参数计算膜厚值，从而完成金属薄膜厚度的测量；电涡流式一般非接触，利用电磁互感测量由金属薄膜所改变的磁场的表征量，以此推导测量信号与金属膜厚的关系。

然而，探针接触式测量会造成被测金属薄膜轻微损伤，并且不能够实时测量金属膜厚度，比如在CMP(Chemical Mechanical polishing，化学机械抛光)过程中；电涡流式实时测量时，易受机械震动造成提离的影响并没有相关硬件措施处理，探测线圈距离被测金属薄膜较远易受影响而变得不可靠，探测线圈与电路板结合在一起，更换探测线圈不方便，有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于金属膜厚测量的差分探头装置，该装置可以消减共模量的干扰，消除在CMP过程中抛光垫磨损带来的提离影响，提高测试的稳定性，用于CMP过程中实时测量。

本为达到上述目的，本发明实施例提出了一种用于金属膜厚测量的差分探头装置，包括：激励源，用于提供振荡源；差分探头，所述差分探头具有第一线圈通道和第二线圈通道，且对应包括第一线圈和第二线圈；采集模块，用于在探头正下方产生磁场，且在所述探头正下方的被测金属薄膜的表面产生感应磁场时，采集所述探头的等效阻抗；中央处理模块，用于使得所述第一线圈和所述第二线圈同时工作，并且根据所述等效阻抗得到线圈阻抗的变化值，以根据所述线圈阻抗的变化值得到所述被测金属薄膜的厚度。

本发明实施例的用于金属膜厚测量的差分探头装置，可以通过非接触式进行测量，不会损伤被测金属薄膜表面，而且能够消减共模量的干扰，可以用于在线、离线方式测量，近距离测试金属薄膜厚度有效提高了信号的稳定性，提高测试的稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的用于金属膜厚测量的差分探头装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：通讯接口，用于发送所述被测金属薄膜的厚度至设备终端。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述差分探头包括：第一封装孔和第二封装孔，用于封装线圈；第一线圈封装和第二线圈封装，用于灌封所述线圈，并引出引线，且分别安装到所述第一封装孔和所述第二封装孔，以得到所述差分探头。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一封装孔和所述第二封装孔的内径相同，贯穿深度不同，且两孔边缘的最小距离大于20mm，所述第二封装孔与所述第一封装孔的贯穿深度差大于1mm。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一线圈封装和所述第二线圈封装周围6mm内不能含有金属材料。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：垫圈，用于调节所述第一线圈和所述第二线圈的高度，以形成高度差，其中，所述垫圈厚度是固定的。

进一步地，在本发明的一个实施例中，差分探头还包括：固定孔，用于固定所述差分探头装置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，线圈封装壳体须为非金属材质，且所述差分探头的外壳为非金属材质。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一线圈和所述第二线圈的高度差小于或等于2mm。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述差分探头与所述中央处理模块通过至少一根导线相连，以便于拆卸更换。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的用于金属膜厚测量的差分探头装置的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的差分探头侧视图的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的差分探头剖视图的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的探测线圈封装的结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的垫圈的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的用于金属膜厚测量的差分探头装置。

图1是本发明实施例的用于金属膜厚测量的差分探头装置的结构示意图。

如图1所示，该用于金属膜厚测量的差分探头装置包括：激励源100、差分探头200、中央处理模块300和采集模块400。

其中，激励源100用于提供振荡源。差分探头200差分探头具有第一线圈通道和第二线圈通道，且对应包括第一线圈和第二线圈。采集模块400用于在探头正下方产生磁场，且在探头正下方的被测金属薄膜20的表面产生感应磁场时，采集探头的等效阻抗。中央处理模块300用于使得第一线圈和第二线圈同时工作，并且根据等效阻抗得到线圈阻抗的变化值，以根据线圈阻抗的变化值得到被测金属薄膜20的厚度。本发明实施例的装置10可以通过非接触式进行金属膜厚的测量，从而消减共模量的干扰，提高测试的稳定性。

具体而言，如图1所示，本发明实施例可以通过电涡流原理进行测量，本发明实施例的差分探头装置10可以在其正下方产生磁场，被测金属薄膜则会产生感应磁场，感应磁场会削弱差分探头装置10产生的磁场，从而使得差分探头200中的线圈阻抗发生变化，根据等效阻抗得到线圈阻抗的变化值，以根据线圈阻抗的变化值得到被测金属薄膜20的厚度，其中，由于第一线圈和第二线圈同时工作，差分探头能够有效消减共模量的干扰，比如温漂、环境干扰等。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，本发明实施例的装置10还包括：通讯接口500。其中，通讯接口500用于发送被测金属薄膜的厚度至设备终端。

可以理解的是，如图1所示，激励源100可以为差分探头200提供振荡源，差分探头200含有两路探测线圈，是差分式的。差分探头200可以水平放置，被测金属薄膜20水平置于其正下方，并通过相互感应后，测量差分探头200的等效阻抗，通过信号检测、处理电路等，被单片机，即采集模块400所采集，从而将采集的数据可以通过通讯接口500传输到通用计算机，上位机软件根据采集的数据可以进行信号处理以计算被测金属薄膜20厚度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，差分探头200包括：第一封装孔201、第二封装孔202、第一线圈封装和第二线圈封装。其中，第一封装孔201和第二封装孔202用于封装线圈。第一线圈封装和第二线圈封装用于灌封线圈，并引出引线，且分别安装到第一封装孔201和第二封装孔202，以得到差分探头200。

其中，在本发明的一个实施例中，第一封装孔201和第二封装孔202的内径相同，贯穿深度不同，且两孔边缘的最小距离大于20mm，第二封装孔202与第一封装孔201的贯穿深度差大于1mm。

其中，在本发明的一个实施例中，第一线圈封装和第二线圈封装周围6mm内不能含有金属材料。

可以理解的是，结合图2和图3所示，第一封装孔201和第二封装孔202是用于固定第一线圈封装和第二线圈封装的，且第一封装孔201和第二封装孔202的内径相同，但贯穿深度是不同的，第二封装孔202与第一封装孔201的贯穿深度至少要深1mm，而且两孔边缘的最小距离大于20mm。

如图4所示，线圈封装30用于灌封设计的探测线圈，线圈可以使用铜线线径、缠绕的内外径、高度参数不同，线圈则呈现出不同的感应效果，可以根据被测金属材质应首先确定线圈的参数，最后使用热熔胶灌封线圈并引出引线。线圈封装30的外径小于等于第一封装孔201和第二封装孔202的内径，选用两个线圈封装安装到第一封装孔201和第二封装孔202，由于第一封装孔201和第二封装孔202的贯穿深度不同从而形成差分式探头，需要说明的是，线圈封装30周围6mm内不能含有金属材料。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，本发明实施例的装置10还包括：垫圈600。其中，垫圈600用于调节第一线圈和第二线圈的高度，以形成高度差，其中，垫圈厚度是固定的。

其中，在本发明的一个实施例中，第一线圈和第二线圈的高度差小于或等于2mm。

可以理解的是，如图5所示，垫圈600是固定厚度的，比如可为0.5mm，是可以放入第二封装孔202，也就是贯穿深度较深的孔中，放入垫圈600的个数不同，形成的累计高度也不同，用于调节第二封装孔202的垫高，但不要和第一封装孔201的贯穿深度相同，以调节探测线圈封装30放入的高低，从而使得第一线圈封装和第二线圈封装放入第一封装孔201和第二封装孔202的深度不同而形成提离差，进而调节差分探头200距离被测金属薄膜20表面的提离，其中，第一线圈和第二线圈的高度差小于或等于2mm，并且本发明实施例可以通过调节提离差调整不同线圈的磁场强弱程度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，差分探头200还包括：固定孔203。其中，固定孔用于固定差分探头装置。

可以理解的是，如图2所示，固定孔203可以用于固定该差分探头装置10。

进一步地，在本发明的一个实施例中，线圈封装壳体须为非金属材质，且差分探头的外壳为非金属材质。

进一步地，在本发明的一个实施例中，差分探头200与中央处理模块300通过至少一根导线相连，以便于拆卸更换。

可以理解的是，本发明实施例的差分探头200可以通过一根或者多根导线与中央处理模块300相连接，也就是说，差分探头200是与电路板分离的，从而使得拆装更换更加方便。

根据本发明实施例提出的用于金属膜厚测量的差分探头装置，可以通过非接触式进行测量，不会损伤被测金属薄膜表面，而且能够消减共模量的干扰，可以用于在线、离线方式测量，近距离测试金属薄膜厚度有效提高了信号的稳定性，提高测试的稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，包括：

激励源，用于提供振荡源；

差分探头，所述差分探头具有第一线圈通道和第二线圈通道，且对应包括第一线圈和第二线圈；

采集模块，用于在探头正下方产生磁场，且在所述探头正下方的被测金属薄膜的表面产生感应磁场时，采集所述探头的等效阻抗；以及

中央处理模块，用于使得所述第一线圈和所述第二线圈同时工作，并且根据所述等效阻抗得到线圈阻抗的变化值，以根据所述线圈阻抗的变化值得到所述被测金属薄膜的厚度。

2.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，还包括：

通讯接口，用于发送所述被测金属薄膜的厚度至设备终端。

3.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，所述差分探头包括：

第一封装孔和第二封装孔，用于封装线圈；

第一线圈封装和第二线圈封装，用于灌封所述线圈，并引出引线，且分别安装到所述第一封装孔和所述第二封装孔，以得到所述差分探头。

4.根据权利要求3所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，所述第一封装孔和所述第二封装孔的内径相同，贯穿深度不同，且两孔边缘的最小距离大于20mm，所述第二封装孔与所述第一封装孔的贯穿深度差大于1mm。

5.根据权利要求3所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，所述第一线圈封装和所述第二线圈封装周围6mm内不能含有金属材料。

6.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，还包括：

垫圈，用于调节所述第一线圈和所述第二线圈的高度，以形成高度差，其中，所述垫圈厚度是固定的。

7.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，差分探头还包括：

固定孔，用于固定所述差分探头装置。

8.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，线圈封装壳体须为非金属材质，且所述差分探头的外壳为非金属材质。

9.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈的高度差小于或等于2mm。

10.根据权利要求1所述的用于金属膜厚测量的差分探头装置，其特征在于，所述差分探头与所述中央处理模块通过至少一根导线相连，以便于拆卸更换。