用于金属膜厚测量的多量程双探头装置
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多量程双探头装置。
背景技术
相关技术中,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参数计算厚度,从而完成金属薄膜的测量;电涡流式非接触测量,利用涡流原理对金属薄膜进行标定,从而推导出涡流信号与薄膜厚度关系,达到测量膜厚的目的。
然而,探针接触式测量会造成被测金属薄膜轻微损伤,不能够实时测量被测金属膜厚度,比如在CMP(Chemical Mechanical polishing,化学机械抛光)过程中。电涡流式测量所对应面积过大,无法定点测量,无法对金属薄膜边缘进行测量,比如wafer边缘,有待解决;单线圈探头测量分辨率不稳定,在不同厚度区间呈现不同的分辨率,很难在较大量程范围内都保持较高的分辨率
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多量程双探头装置,该装置可以有效提高探头的分辨率和稳定性,用于在线CMP过程中。
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多量程双探头装置,包括:激励源,用于提供振荡源;双探头,所述双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,其中,所述第二线圈的穿透深度大于所述第一线圈的穿透深度;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,用于切换线圈通道,使得所述第一线圈或所述第二线圈工作,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多量程双探头装置,不仅能够进行非接触测量,而且能够进行离线、在线实时金属薄膜厚度测量,对金属膜表面无损;相比电涡流式,设计了微型探头,能够定点坐标测量,能够进行金属薄膜边缘测量,并且拓展了其测量范围,有效提高探头的分辨率与稳定性,适合不同厚度的金属薄膜测量。
另外,根据本发明上述实施例的用于金属膜厚测量的多量程双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,所述探头和所述被测金属薄膜间的距离小于5mm。
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,所述双探头包括: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,以得到所述双探头。
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和贯穿深度均相同,且两孔边缘的最小距离大于20mm。
进一步地,在本发明的一个实施例中,双探头还包括:固定孔,用于固定所述多量程双探头装置。
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,且所述双探头的外壳为非金属材质。
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为根据本发明一个实施例的用于金属膜厚测量的多量程双探头装置的结构示意图;
图2为根据本发明一个实施例的双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线圈封装的结构示意图;
图4为根据本发明一个实施例的探头测量结果示例图。
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多量程双探头装置。
图1是本发明实施例的用于金属膜厚测量的多量程双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多量程双探头装置10包括:激励源100、双探头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。双探头200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,其中,第二线圈的穿透深度大于第一线圈的穿透深度。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用于切换线圈通道,使得第一线圈或第二线圈工作,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。本发明实施例的装置10可以通过非接触式测量金属薄膜厚度,不仅可以进行定点式坐标测量,而且可以进行薄膜边缘测量,有效提高探头的分辨率和稳定性。
具体而言,如图1所示,本发明实施例的用于金属膜厚测量的多量程双探头装置10可以利用电涡流原理进行测量,双探头装置10可以在其正下方产生磁场,被测金属薄膜20表面则会产生感应磁场,感应磁场则会削弱双探头装置10产生的磁场,从而使双探头200的线圈阻抗发生变化,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。
另外,双探头200中可以含有两路测量线圈,即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,并分别测量不同的厚度值,其中第一线圈穿透深度低,测量到最大测量上限厚度到1um,有助于提升测量下限到10nm;第二线圈穿透深度高,以提升测量上限,设计为测量铜膜厚度为1um-3um。测量时可以切换启用第二线圈,从而达到扩展量程的目的,同时提高了测量的稳定性与分辨率。
其中,在本发明的一个实施例中,探头和被测金属薄膜20间的距离小于5mm。
进一步地,在本发明的一个实施例中,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20的厚度至设备终端。
可以理解的是,本发明实施例的激励源100可以为双探头200提供振荡源,双探头200可以水平放置,被测金属薄膜20可以水平置于其正下方,且两者距离小于5mm,通过相互感应后,检测双探头200的等效阻抗,通过信号处理电路等,被单片机,即采集模块400所采集,采集模块400可以切换第一线圈通道和第二线圈通道的工作,通过采集的数据可以计算金属薄膜20厚度,计算结果可以通过通讯接口500可以与通用计算机通信。
进一步地,在本发明的一个实施例中,如图2所示,双探头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,以得到双探头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的内径相同和贯穿深度均相同,且两孔边缘的最小距离大于20mm。
其中,在本发明的一个实施例中,线圈封装壳体须为非金属材质,且双探头的外壳为非金属材质。
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可以用于固定线圈封装30的,且第一封装孔201和第二封装孔202内径相同,贯穿深度相同,两孔边缘最小距离大于20mm。
需要说明的是,线圈封装30可以用于灌封设计的线圈,线圈使用的铜线线径、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,应首先确定线圈的参数,最后使用胶灌封线圈并引出引线从而形成了一个单探头。其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,从而形成双探头。并且线圈封装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,双探头200还包括:固定孔203。其中,固定孔203用于固定多量程双探头装置10。
可以理解的是,探头200中的固定孔203可以固定该双探头装置10,以提高装置的稳定性。
举例而言,本发明实施例的探头测量结果示例如图4所示,通过定点坐标式逐步测量一个金属薄膜表面,测量信号与被测金属薄膜厚度关系如图4所示,从下往上分别为175nm,355nm,690nm以及1000nm对应的线条。
根据本发明实施例提出的用于金属膜厚测量的多量程双探头装置,不仅能够进行非接触测量,而且能够进行离线、在线实时金属薄膜厚度测量,对金属膜表面无损;相比电涡流式,设计了微型探头,能够定点坐标测量,能够进行金属薄膜边缘测量,并且拓展了其测量范围,有效提高探头的分辨率与稳定性,适合不同厚度的金属薄膜测量。
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。