CN207197432U - 涡流效应厚度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开一种涡流效应厚度传感器，包括采用双路差动式设计的上传感器和下传感器、振动电路、控制电路及频率计时器，所述上传感器和下传感器分别位于机械传动部分的金属板的正上方和正下方，上传感器和下传感器分别通过传感器接线与两个振动电路连接，所述上传感器和下传感器均包括磁芯、激励线圈及设置于磁芯端部的玛瑙片，所述磁芯的垂直于磁芯高度方向的截面为矩形截面，所述激励线圈沿所述矩形截面的周向缠绕在所述磁芯的外周壁上；所述振动电路与频率计时器分别与控制电路连接。本实用新型实施例避免了金属板与传感器距离较远时测量精度不高的情况，能有效提高测量精确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及测厚装置技术领域，具体为一种涡流效应厚度传感器。
背景技术
目前，化学机械抛光工艺前后均采用涡流传感器测量硅片的铜膜厚度和形貌。随着硅片特征尺寸的减小，芯片制造时的观察窗也随之减小。对于化学机械抛光过程来说，准确而灵敏地测量铜膜厚度是极其重要的。增大传感器探针的尺寸能增强灵敏度，但它会牺牲径向轮廓测量时的径向分辨率。而多区域控制的化学机械抛光工艺对硅片形貌测量时的分辨率要求极高。
现有技术中用于测量厚度的电涡流传感器存在检测精度方面的不足，目前市场上的涡流厚度传感器多采用一路传感器检测，由于传感器本身的精度范围限制，当测量距离较远时会出现检测不准确的情况。
实用新型内容
本实用新型实施例要解决的技术问题是，提供一种涡流效应厚度传感器，提高检测精度。
为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了如下技术方案：一种涡流效应厚度传感器，包括采用双路差动式设计的上传感器和下传感器、振动电路、控制电路及频率计时器，所述上传感器和下传感器分别位于机械传动部分的金属板的正上方和正下方，上传感器和下传感器分别通过传感器接线与两个振动电路连接，所述上传感器和下传感器均包括磁芯、激励线圈及设置于磁芯端部的玛瑙片，所述磁芯的垂直于磁芯高度方向的截面为矩形截面，所述激励线圈沿所述矩形截面的周向缠绕在所述磁芯的外周壁上；所述振动电路与频率计时器分别与控制电路连接，所述上传感器和下传感器还包括绕设于磁芯且分别分布于激励线圈两端的串联连接、匝数相同、旋向相反的测量线圈和补偿线圈。
进一步地，所述磁芯为长方体，所述矩形截面的长宽比为10～15∶1，且所述矩形截面的宽度为3～5mm。
进一步地，所述磁芯的外周壁上设有周向凹槽，其中所述激励线圈容纳在所述凹槽内。
进一步地，还包括壳体，所述壳体内限定有容纳腔，所述壳体的顶壁上设有开口，其中所述磁芯和激励线圈设置在所述容纳腔内。
进一步地，所述壳体为长方体。
进一步地，所述壳体为金属壳体。
进一步地，所述壳体为铝壳体或铁壳体。
进一步地，所述开口为长槽，其中所述长槽的长度方向与所述磁芯的矩形截面的长度方向一致。
进一步地，所述长槽在垂直于所述磁芯的矩形截面的长度的方向上的截面为矩形截面或梯形截面。
进一步地，所述长槽在垂直于所述磁芯的矩形截面的长度的方向上的两侧壁为朝向彼此突出的圆弧形。
通过采用上述技术方案，本实用新型实施例的有益效果如下：本实用新型实施例通过采用双路差动式设计设有上传感器和下传感器，上传感器和下传感器中的激励线圈在工作时产生一个交变磁场，置于该磁场范围内的金属板内会产生电涡流，电涡流将产生一个新磁场，新磁场与原磁场反向，对原磁场起抵消作用，从而导致上、下传感器激励线圈的电感量、阻抗都发生变化，由于上、下传感器与振动电路，从而引起输出电压也发生变化。根据电压的变化判断金属板与上、下传感器激励线圈的距离，选用距离金属板较近的传感器作为工作传感器，避免了金属板与传感器距离较远时测量精度不高的情况，能有效提高测量精确度。
附图说明
图1是本实用新型涡流效应厚度传感器一个实施例的双路差动结构示意图。
图2是本实用新型涡流效应厚度传感器一个实施例传感器的结构示意图。
图3是本实用新型涡流效应厚度传感器另一个实施例的剖视图。
图4是本实用新型涡流效应厚度传感器另一个实施例的俯视图。
图5是本实用新型涡流效应厚度传感器另一个实施例的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定，而且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1至图5所示，本实用新型一个实施例提供一种涡流效应厚度传感器，包括采用双路差动式设计的上传感器1和下传感器2、振动电路11、控制电路13及频率计时器12，所述上传感器1和下传感器2分别位于机械传动部分的金属板3的正上方和正下方，上传感器1和下传感器2分别通过传感器接线4与两个振动电路11连接，所述上传感器1和下传感器2均包括磁芯51、激励线圈61及设置于磁芯51端部的玛瑙片52，所述磁芯51的垂直于磁芯51高度方向的截面为矩形截面，所述激励线圈61沿所述矩形截面的周向缠绕在所述磁芯51的外周壁上；所述振动电路11与频率计时器12分别与控制电路13连接，所述上传感器1和下传感器2还包括绕设于磁芯51且分别分布于激励线圈61两端的串联连接、匝数相同、旋向相反的测量线圈62和补偿线圈63。
本实施例通过采用双路差动式设计设有上传感器1和下传感器2，上传感器1和下传感器2中的激励线圈61在工作时产生一个交变磁场，置于该磁场范围内的金属板3内会产生电涡流，电涡流将产生一个新磁场，新磁场与原磁场反向，对原磁场起抵消作用，从而导致上传感器1和下传感器2的激励线圈61的电感量、阻抗都发生变化，由于上传感器1和下传感器2与振动电路，从而引起输出电压也发生变化。根据电压的变化判断金属板3与上传感器1和下传感器2激励线圈61的距离，选用距离金属板2较近的传感器作为工作传感器，避免了金属板2与传感器距离较远时测量精度不高的情况，能有效提高测量精确度。
此外，采用了长磁芯结构，激励线圈61和测量线圈62直接缠绕在磁芯51上，提高了传感器的穿透能力，扩大了测量范围，减小了涡流线圈的直径；测量线圈62和补偿线圈63在磁芯51上同轴反向绕制，串联连接，环境电磁干扰对两个线圈的影响相反，两个线圈串联叠加后大大减小了温度参数对传感器的影响。玛瑙片52提高传感器的耐磨性，延长使用寿命。
另外，由于磁芯51的垂直于磁芯51高度方向的截面为矩形截面，可以通过保持较小的矩形截面宽度不变而增大矩形截面长度来增大探测面积，从而提高根据本实用新型实施例的涡流效应厚度传感器的灵敏度。
在一个可选实施例中，所述矩形截面的长度和宽度可以根据具体的测量要求来确定。总之，所述矩形截面的宽度越小，根据本实用新型实施例的涡流效应厚度传感器的径向分辨率越高；在所述矩形截面的宽度不变的情况下，所述矩形截面的长度越大，根据本实用新型实施例的涡流效应厚度传感器的灵敏度越高。
在一个可选实施例中，磁芯51可以为长方体，长方体的磁芯51容易制备，且磁芯51的矩形截面的长度远远大于宽度。在一个示例中，磁芯51的矩形截面的长宽比为10～15∶1，且所述矩形截面的宽度为3～5mm，这样可以使上传感器1和下传感器2具有高灵敏度和高径向分辨率。
在一个可选实施例中，磁芯51的外周壁上设置有周向凹槽11，激励线圈61容纳在所述周向凹槽11内，即激励线圈61缠绕在周向凹槽11内。通过设置周向凹槽11，不仅便于缠绕激励线圈61，而且可以使激励线圈61更稳固地缠绕在磁芯51的外周壁上。当然，也可以仅仅在磁芯51的外周壁的两端设置凹槽11，激励线圈61缠绕在所述两端的凹槽11内。
在一个可选实施例中，还包括壳体7，壳体7内限定有容纳腔71，磁芯51和激励线圈61设置在容纳腔71内。壳体7的顶壁上设置有开口72，开口72沿厚度贯通壳体7的顶壁。带有开口72的壳体7可以限制上传感器1和下传感器2的磁场方向沿着磁芯51的宽度方向，从而提高本实用新型涡流效应厚度传感器的径向分辨率。
在一个可选实施例中，磁芯51为长方体，且壳体7为长方体。例如，壳体7的垂直于壳体7的高度方向的截面为矩形截面，壳体7的矩形截面的长宽比为10～15∶1。这样，磁芯51和壳体7可以更好地配合。另一可选实施例中，壳体7为金属壳体。例如，壳体7为铝壳体或铁壳体等。
在一个可选实施例中，开口72为长槽，所述长槽的长度方向与磁芯51的所述矩形截面的长度方向一致。在一个具体实施例中，所述长槽的垂直于磁芯51的高度方向的截面为矩形截面。
在一个具体示例中，所述长槽在垂直于磁芯51的所述矩形截面的长度方向上的截面为矩形截面或梯形截面。在另一个具体实施例中，所述长槽在垂直于磁芯51的所述矩形截面的长度方向上的两侧壁为朝向彼此突出的圆弧形。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涡流效应厚度传感器，其特征在于：包括采用双路差动式设计的上传感器和下传感器、振动电路、控制电路及频率计时器，所述上传感器和下传感器分别位于机械传动部分的金属板的正上方和正下方，上传感器和下传感器分别通过传感器接线与两个振动电路连接，所述上传感器和下传感器均包括磁芯、激励线圈及设置于磁芯端部的玛瑙片，所述磁芯的垂直于磁芯高度方向的截面为矩形截面，所述激励线圈沿所述矩形截面的周向缠绕在所述磁芯的外周壁上；所述振动电路与频率计时器分别与控制电路连接，所述上传感器和下传感器还包括绕设于磁芯且分别分布于激励线圈两端的串联连接、匝数相同、旋向相反的测量线圈和补偿线圈。
2.根据权利要求1所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述磁芯为长方体，所述矩形截面的长宽比为10～15∶1，且所述矩形截面的宽度为3～5mm。
3.根据权利要求2所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述磁芯的外周壁上设有周向凹槽，其中所述激励线圈容纳在所述凹槽内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：还包括壳体，所述壳体内限定有容纳腔，所述壳体的顶壁上设有开口，其中所述磁芯和激励线圈设置在所述容纳腔内。
5.根据权利要求4所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述壳体为长方体。
6.根据权利要求4所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述壳体为金属壳体。
7.根据权利要求6所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述壳体为铝壳体或铁壳体。
8.根据权利要求4所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述开口为长槽，其中所述长槽的长度方向与所述磁芯的矩形截面的长度方向一致。
9.根据权利要求8所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述长槽在垂直于所述磁芯的矩形截面的长度的方向上的截面为矩形截面或梯形截面。
10.根据权利要求8所述的涡流效应厚度传感器，其特征在于：所述长槽在垂直于所述磁芯的矩形截面的长度的方向上的两侧壁为朝向彼此突出的圆弧形。
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| CN (1) | CN207197432U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112729096A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-30 | 清华大学 | 一种用于化学机械抛光的金属膜厚测量装置 |
| CN112986376A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 大连海事大学 | 一种高梯度磁场感抗式油液检测装置及其制作方法 |
| WO2023221128A1 (zh) * | 2022-05-20 | 2023-11-23 | 华为技术有限公司 | 测量导电膜的厚度的装置和传感器 |
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