TWI597475B - 用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品 - Google Patents

用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品 Download PDF

Info

Publication number
TWI597475B
TWI597475B TW102135883A TW102135883A TWI597475B TW I597475 B TWI597475 B TW I597475B TW 102135883 A TW102135883 A TW 102135883A TW 102135883 A TW102135883 A TW 102135883A TW I597475 B TWI597475 B TW I597475B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
distance
calibration
sensor
sample
eddy current
Prior art date
Application number
TW102135883A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201423041A (zh
Inventor
布迪亞多愛德華Ｗ
伊根陶德Ｊ
迪日諾狄米奇Ａ
Original Assignee
應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 應用材料股份有限公司 filed Critical 應用材料股份有限公司
Publication of TW201423041A publication Critical patent/TW201423041A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI597475B publication Critical patent/TWI597475B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/105—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品
本描述係關於用於半導體裝置及其他基板薄膜的量測的方法、裝置及電腦程式產品。
半導體裝置經常包括一或更多個導電薄膜。為了促進製造此類裝置，量測此類薄膜的厚度經常為有用的。
已經提出各種方法用於量測導電薄膜的厚度。一個此方法使用渦電流感測器(Eddy-Current Sensor；ECS)，該渦電流感測器根據法拉第感應定律及楞次定律操作。第1圖圖示此ECS 10的一個實例，該ECS 10包括線圈12及諸如交流(alternating current；AC)訊號源的訊號振盪器14。藉由振盪訊號源14驅動的線圈12產生振盪磁場16，該振盪磁場16誘發測試樣品26的導電薄膜24之附近導電材料22內部的環形電流20。導電薄膜24通常為導電金屬。所誘發的渦電流20轉而產生渦電流20自己的磁場30，該等磁場30對抗藉由線圈12產生的磁場16。
所產生的磁場16及所誘發的磁場30之間的相互作用改變線圈12的複數阻抗，該複數阻抗可藉由連接至線圈12的感測電路40(第2圖)偵測到。感測電路40的輸出可藉由 電腦或其他計算裝置42解譯以提供薄膜24的有用量測。
舉例而言，線圈12的複數阻抗的改變程度通常為藉由渦電流20誘發的磁場30的強度的函數。所誘發的渦電流20的強度又為材料22的導電性及線圈12與薄膜24的材料22之間的距離的函數。當薄膜24的厚度(如箭頭50所指示)小於在訊號振盪器14的驅動頻率處外部磁場16(第1圖)的穿透深度時，所誘發的渦電流20亦為薄膜材料厚度50的函數。
最近，在半導體工業中已經使用ECS感測器作為金屬薄膜厚度量測工具。因此，已經使用ECS感測器量測藉由電鍍製程沉積的銅薄膜的厚度。然而，ECS感測器的厚度量測經常為ECS感測器10的線圈12與薄膜24之間的距離52的函數。此距離52經常地被稱為「升離(lift-off)」距離。因此，可靠的薄膜厚度量測可取決於升離距離的良好量測。
一種方法使用獨立的位移感測器(諸如電容探頭或雷射三角量測感測器)量測升離距離52，隨後藉由電腦42依靠該升離距離52而基於感測電路40的輸出及獨立的升離距離量測計算薄膜24的薄膜厚度量測。此方法可具有較高複雜性及相關於提供獨立位移感測器的成本的缺點。此外，在一些實施中，若位移感測器與ECS 10偏軸安裝使得位移感測器可能不量測與ECS 10相同的樣品24上的位置時，則可能存在額外的缺點。
另一方法試圖藉由使用感測電路40補償未知升離距離52，以偵測線圈12的複數阻抗的實數(電阻)及虛數(感 應電抗)部分兩者以使用基於迭代量測的演算法計算薄膜厚度50及距離52。舉例而言，一個此感測電路40輸出振幅訊號及相位訊號兩者，該兩者為線圈12的複數阻抗的函數。電腦42基於感測電路40輸出的迭代的振幅訊號及相位訊號計算薄膜厚度量測及升離量測兩者。因此，ECS感測器可用作距離或位移感測器以量測至導電表面的距離。
ECS感測器亦用於各種物件的其他非破壞性測試。舉例而言，ECS感測器可用於檢查材料以偵測裂紋或其他缺陷。
10‧‧‧ECS
12‧‧‧線圈
14‧‧‧訊號振盪器
16‧‧‧振盪磁場
20‧‧‧渦電流
22‧‧‧導電材料
24‧‧‧導電薄膜
26‧‧‧測試樣品
30‧‧‧磁場
40‧‧‧感測電路
42‧‧‧計算裝置
50‧‧‧箭頭
52‧‧‧距離
100‧‧‧ECS系統
102‧‧‧ECS感測器
104‧‧‧控制器
110‧‧‧感測電路
120‧‧‧計算裝置
200‧‧‧三維曲線
210‧‧‧三維輪廓表面
220a‧‧‧輪廓線
220b‧‧‧輪廓線
220c‧‧‧輪廓線
220n‧‧‧輪廓線
230‧‧‧方塊
240‧‧‧方塊
250‧‧‧方塊
260‧‧‧方塊
270‧‧‧方塊
300‧‧‧致動器
300a‧‧‧致動器
310‧‧‧方向
320‧‧‧曲線
325‧‧‧曲線
330‧‧‧圖形
400‧‧‧渦電流感測器系統
401‧‧‧ECS感測器
402‧‧‧振盪致動器
410‧‧‧曲線
415‧‧‧曲線
430‧‧‧曲線
500‧‧‧二維曲線
510a‧‧‧恆定標稱升離線
510b‧‧‧恆定標稱升離線
512a‧‧‧恆定薄膜厚度線
512b‧‧‧恆定薄膜厚度線
600‧‧‧方塊
610‧‧‧方塊
610a‧‧‧恆定升離線
610b‧‧‧恆定升離線
620‧‧‧方塊
630‧‧‧方塊
650‧‧‧二維曲線
700‧‧‧電腦架構
702‧‧‧處理器
704‧‧‧記憶體
706‧‧‧儲存器
708‧‧‧網路配接器
709‧‧‧視訊控制器
710‧‧‧輸入裝置
712‧‧‧輸出裝置
AL‧‧‧振幅
AS‧‧‧振幅
f1‧‧‧函數
f2‧‧‧函數
fn‧‧‧函數
L‧‧‧升離距離
LN‧‧‧升離距離
M‧‧‧平均值
S‧‧‧訊號
T‧‧‧薄膜厚度
現在參閱圖式，在該等圖式中類似元件符號代表所有圖式中的對應部分：第1圖圖示先前技術渦電流感測器；第2圖圖示先前技術渦電流感測器系統；第3圖圖示渦電流感測器系統的一個實施例，在該渦電流感測器系統中，可包含本文所提供描述的態樣；第4圖圖示根據本描述的一個態樣的可收集的校準資料的一個實例；第5圖圖示根據本描述的一個態樣的第4圖的校準資料的分析的一個實例；第6圖圖示用於使用第3圖的渦電流感測器計算測試樣品的薄膜厚度及升離距離的操作的一個實例；第7圖圖示渦電流感測器系統的另一實施例，在該渦電流感測器系統中，可包含本文所提供描述的態樣； 第8圖圖示根據本描述的一個態樣的針對第7圖的渦電流感測器收集的校準資料的態樣；第9圖圖示根據本描述的一個態樣的可針對第7圖的渦電流感測器收集的校準資料的另一實例；第10圖圖示用於使用第7圖的渦電流感測器計算測試樣品的薄膜厚度及升離距離的操作的一個實例；第11圖圖示根據本描述的一個態樣的可針對渦電流感測器收集的校準資料的另一實例；以及第12圖圖示計算環境，在該計算環境中可包含本文所提供描述的態樣。
本描述的一個態樣係針對量測具有未知厚度薄膜的測試樣品，在該態樣中，在距離測試樣品的未知第一距離處使用渦電流感測器感測測試樣品，以在測試樣品中產生渦電流從而以第一輸出位準產生單個參數的感測器輸出訊號，該第一輸出位準為感測器距離測試樣品的第一未知距離及測試樣品的薄膜的未知厚度的函數。渦電流感測器與測試樣品之間的距離增量已知增量距離至第二未知距離。使用渦電流感測器在距離測試樣品的第二未知距離處再次感測測試樣品，以在測試樣品中產生渦電流從而以第二輸出位準產生單個參數的感測器輸出訊號，該第二輸出位準為感測器距離測試樣品的第二未知距離及樣品的薄膜的未知厚度的函數。感測器第一及第二輸出位準及已知增量距離可與將單個參數的感測器輸出訊號的複數個量測輸出位準相關於複數個校準樣品的 薄膜的複數個已知厚度及相關於校準樣品距離渦電流感測器的複數個已知距離的校準資料比較。可決定感測器距離測試樣品的未知距離及測試樣品的薄膜厚度中的至少一者作為單個參數的第一及第二感測器輸出位準及已知增量距離與校準資料之比較的函數。
在另一態樣中，可振盪渦電流感測器的升離距離，該渦電流感測器位移在距離具有未知厚度薄膜的測試樣品的未知距離處，使得感測器與樣品之間的升離距離振盪。使用渦電流感測器感測測試樣品以在樣品中產生渦電流，同時升離距離振盪以產生振盪感測器輸出訊號。量測振盪感測器輸出訊號及比較振盪感測器輸出訊號量測與校準資料。可將感測器距離樣品的未知距離及樣品的薄膜厚度中的至少一者決定為振盪感測器輸出訊號量測與校準資料之比較的函數。
亦描述其他態樣、特徵及實施例。
在以下描述中，參閱了隨附圖式，該等隨附圖式形成本描述的一部分及該等隨附圖式圖示本揭示案的數個實施例。應理解可使用其他實施例及可進行結構及操作變化而不背離本描述的範圍。
本描述的一個態樣係針對量測測試樣品上的導電薄膜的未知厚度。此外，亦可量測測試樣品距離感測器的未知距離。應理解本描述的態樣可針對其他類型的量測。
在一個實施例中，在距離測試樣品的未知第一距離處使用渦電流感測器感測測試樣品以在測試樣品中產生渦電 流，從而以第一輸出位準產生單個參數的感測器輸出訊號，該第一輸出位準為感測器距離測試樣品的第一未知距離及測試樣品的未知薄膜厚度的函數。舉例而言，單個參數感測器輸出訊號可代表渦電流感測器的線圈的電阻損耗，該電阻損耗為該線圈與測試樣品的導電薄膜中誘發的渦電流相互作用的結果。
應理解，在一些應用中，諸如複數阻抗的相位及振幅的多個參數的感測器資料在一些應用中為不可用的。因此，本描述的一個態樣係針對基於單個參數感測器輸出獲得量測。然而，基於多個參數感測器輸出的量測亦可受益於根據本描述的實施例。同樣地，儘管電阻損耗被描述為單個參數感測器輸出的實例，然而應理解取決於特定應用可使用其他類型的單個參數感測器輸出。
在另一態樣中，渦電流感測器與測試樣品之間的距離增量已知增量距離至第二未知距離。此外，使用渦電流感測器在距離測試樣品的第二未知距離處再次感測測試樣品，以在測試樣品中產生渦電流從而以第二輸出位準產生單個參數的感測器輸出訊號，該第二輸出位準為感測器距離測試樣品的第二未知距離及樣品的未知薄膜厚度的函數。因此，在此實施例中，在藉由已知增量距離分離的兩個不同升離距離處針對單個參數可產生兩個感測器輸出位準。
如本文所使用的，術語「增量的」代表渦電流感測器與測試樣品之間的距離變化。變化可為正的或負的，及可使得渦電流感測器及測試樣品更靠近或離得更遠。
感測器第一及第二輸出位準及已知增量距離可與將單個參數的感測器輸出訊號的複數個量測輸出位準相關於複數個校準樣品的複數個已知薄膜厚度及相關於校準樣品距離渦電流感測器的複數個已知距離的校準資料比較。在一個實施例中，校準資料包括代表量測電阻損耗值相對相關資料對映射的表面曲線。在圖示的實施例中，每一量測電阻值為在校準樣品距離感測器的已知距離處針對已知薄膜厚度的特定校準樣品量測的電阻損耗值。此外，每一量測電阻損耗值可相對相關資料對映射，該相關資料對包含經量測以產生相關量測電阻損耗值的校準樣品的已知薄膜厚度及已知距離。
舉例而言，該校準資料的第一組資料對及相關電阻損耗值可藉由以下步驟產生：使用渦電流感測器感測具有已知第一恆定薄膜厚度的第一校準樣品以在感測器距離第一校準樣品的第一複數個已知距離處在第一校準樣品中產生渦電流，從而產生第一組電阻損耗值，該第一組電阻損耗值為感測器距離校準樣品的第一複數個距離及校準樣品的已知第一恆定薄膜厚度的函數。類似地，該校準資料的第二組資料對及相關電阻損耗值可藉由以下步驟產生：使用渦電流感測器感測具有已知第二恆定薄膜厚度的第二校準樣品，以在感測器距離第二校準樣品的第一複數個已知距離處在第二校準樣品中產生渦電流，從而產生第二組電阻損耗值，該第二組電阻損耗值為感測器距離校準樣品的第一複數個距離及樣品的已知第二恆定薄膜厚度的函數。
在另一態樣中，可將感測器距離測試樣品的未知距 離及測試樣品的薄膜厚度中的至少一者決定為單個參數的第一及第二感測器輸出位準及已知增量距離與校準資料的比較的函數。在又一態樣中，感測器與測試樣品之間的距離可藉由振盪渦電流感測器及樣品之間的距離修改。舉例而言，感測器或測試樣品可安裝在諸如壓電振盪器的物理振盪器上使得渦電流感測器與樣品之間的距離振盪。因此，感測器輸出為振盪輸出，該振盪輸出包括第一及第二輸出位準。
在一個實施例中，感測器振盪輸出訊號具有振幅及平均值，可量測該振幅及平均值及比較該振幅及平均值與校準資料從而識別測試樣品上的導電薄膜的未知薄膜厚度及測試樣品距離感測器的未知距離中的至少一者。測試樣品的感測器振盪輸出訊號的振幅及平均值可與針對各種校準樣品(每一校準樣品具有已知的薄膜厚度及至渦電流感測器的距離)量測的感測器振盪輸出校準訊號的振幅及平均值比較。
第3圖圖示根據本描述的實施例的渦電流感測器(ECS)系統100的一個實例。感測器系統100根據法拉第感應定律及楞次定律操作，且感測器系統100包括ECS感測器102，該ECS感測器102具有線圈12及諸如交流(AC)訊號源的訊號振盪器14。AC驅動線圈與諸如測試樣品的導電物件之間的電磁相互作用(經由物件內部的渦電流的產生)通常受多個變量的影響。該等變量包括線圈至樣品的距離、線圈驅動訊號的AC頻率、線圈幾何結構及尺寸、物件材料的導電性，及(在薄膜樣品的情況中)薄膜的厚度(尤其是在厚度小於電磁場的穿透深度的彼等情況中)。在涉及薄膜厚度量 測的典型應用中，頻率、線圈幾何結構及尺寸及薄膜導電率通常不變化。因此，距離及薄膜厚度的變量經常為影響線圈與樣品的相互作用的主要變量。
在此實施例中，線圈12及振盪器14藉由控制器104控制。在圖示的實施例中，線圈12可藉由振盪器14在(例如)1kHz至10MHz範圍的頻率處驅動。然而，應理解所使用的特定頻率可取決於包括薄膜厚度範圍、材料特性、升離距離限制等等的具體應用。
藉由振盪訊號源14驅動的線圈12產生振盪磁場，該振盪磁場誘發測試樣品26的導電薄膜24的附近導電材料22內部的環形電流。在此實例中，薄膜24為半導體裝置上沉積的導電金屬。誘發的渦電流又產生渦電流自己的磁場，該等磁場對抗藉由線圈12產生的磁場。應理解感測器系統100可用於除導電金屬薄膜以外的其他導電薄膜。
所產生的磁場與誘發的磁場之間的相互作用改變線圈12的複數阻抗。可藉由耦接至線圈12及藉由控制器104控制的感測電路110偵測複數阻抗的改變。在此實例中，感測電路110輸出諸如電阻損耗的單個參數輸出訊號S作為所改變的複數阻抗的函數。應理解感測器系統100可具有其他類型的單個及多個參數感測電路，此取決於特定的應用。感測電路110的輸出S可藉由處理器或其他計算裝置120(藉由控制器104控制)解譯以提供薄膜24的有用的量測。輸出S可為類比或數位形式。若為類比形式，處理器120可包括適當的類比數位轉換電路系統。在所圖示的實施例中，電阻損 耗訊號之量測單位為毫伏。應理解取決於特定應用可使用其他量測單位。
線圈12的複數阻抗的改變程度通常為藉由薄膜14中渦電流誘發的磁場的強度的函數。誘發的渦電流的強度又為材料22的導電性及線圈12與薄膜24的材料22之間的升離距離L的函數。當薄膜24的薄膜厚度T(如箭頭所指示的)小於在訊號振盪器14的驅動頻率處外部磁場的穿透深度時，誘發的渦電流亦為材料薄膜厚度T的函數。
根據本描述的一個態樣，諸如升離距離L及薄膜24的薄膜厚度T的至少兩個未知值可藉由比較感測電路110的訊號S輸出與之前獲得的感測器系統100的校準產生的校準資料來決定。第4圖圖示校準資料的三維曲線200的一個實例，該校準資料可針對感測器系統100獲得。
表面曲線200描繪三個正交維度(L軸、T軸及S軸)中標繪的各個值。在此實例中，所量測的電阻損耗訊號值S在S軸上標繪，相對相關的L、T資料對，該相關的L、T資料對在藉由L軸及T軸界定的L-T平面上標繪。在圖示的實施例中，S軸上標繪的每一量測電阻值為在校準樣品距離感測器的已知升離距離(L值)處針對已知薄膜厚度(T值)的特定校準樣品量測的電阻損耗值(S值)。因此，每一量測電阻損耗值(S值)為相對相關的L、T資料對關聯或映射，該相關的L、T資料對包含經量測以產生相關量測電阻損耗訊號值(S值)的校準樣品的已知薄膜厚度(T值)及已知升離距離(L值)。在圖示的實施例中，以微米單位量測薄膜厚度、 增量距離及升離距離。應理解取決於特定應用可使用其他量測單位。
舉例而言，校準資料的第一組L、T(升離、薄膜厚度)資料對及相關的S(電阻損耗)值可藉由以下步驟產生：使用渦電流感測器系統100感測具有已知第一恆定薄膜厚度Ta的第一校準樣品以在感測器距離第一校準樣品的第一複數個已知升離距離L1、L2、L3…Ln處在第一校準樣品中產生渦電流，從而產生第一組電阻損耗值Sa1、Sa2、Sa3…San，該等電阻損耗值為感測器距離校準樣品的第一複數個距離L1、L2、L3…Ln及校準樣品的已知第一恆定薄膜厚度Ta的函數。
類似地，校準資料的第二組L、T(升離、薄膜厚度)資料對及相關的S(電阻損耗)值可藉由以下步驟產生：使用渦電流感測器系統100感測具有已知第二恆定薄膜厚度Tb的第二校準樣品以在感測器距離第二校準樣品的第一複數個已知升離距離L1、L2、L3…Ln處在第二校準樣品中產生渦電流，從而產生第二組電阻損耗值Sb1、Sb2、Sb3…Sbn，該等電阻損耗值為感測器距離校準樣品的第一複數個距離L1、L2、L3…Ln及校準樣品的已知第二恆定薄膜厚度Tb的函數。
可使用額外校準樣品繼續收集校準資料，額外校準樣品的每一者具有已知薄膜厚度值T的薄膜且在感測器系統100距離每一校準樣品的各種已知升離距離L1、L2、L3…Ln處感測該每一校準樣品，以產生電阻損耗S值的額外集合，該等電阻損耗S值每一者為感測器系統100距離特定校準樣 品的特定升離距離L1、L2、L3…Ln及特定校準樣品的特定已知薄膜厚度T值的函數。
在一個實施例中，校準資料可藉由在已知升離距離L1、L2、L3…Ln的相同共用集合處感測具有不同已知薄膜厚度的不同校準樣品來收集。應理解具有不同已知薄膜厚度的不同校準樣品亦可在已知升離距離的不同集合處感測以收集校準資料，此取決於特定應用。
如第4圖所圖示，在所圖示的實施例中，所收集的量測電阻損耗(S)值(該等電阻損耗值在S軸上標繪，相對相關的升離、薄膜厚度(L、T)資料對，該升離、薄膜厚度(L、T)資料對在由L軸及T軸界定的L-T平面中標繪)定義三維輪廓表面210，該三維輪廓表面210藉由恆定量測電阻損耗值的輪廓線220a、220b、220c…220n界定。因此，輪廓線220a可代表量測電阻損耗表面曲線200的輪廓，在該表面曲線200中沿著輪廓線220a的量測電阻損耗值為(例如)恆定的7000毫伏。類似地，輪廓線220b可代表量測電阻損耗表面曲線200的輪廓，在該表面曲線200中沿著輪廓線220b的量測電阻損耗值為(例如)恆定的6500毫伏。
第5圖圖示恆定量測電阻損耗值輪廓線220a、220b，該等輪廓線220a、220b投射至第4圖的升離、薄膜厚度(L、T)平面中。如其中所圖示，沿著恆定量測電阻損耗值輪廓線220a的第一校準資料點(L1、T1、S1)代表在已知升離距離L1處針對具有已知薄膜厚度T1的校準樣品量測的第一電阻損耗值S1。沿著恆定量測電阻損耗S1的相同輪廓線 220a的第二校準資料點(L2、T2、S1)代表在第二已知升離距離L2處針對具有第二已知薄膜厚度T2的第二校準樣品量測的相同電阻損耗值S1。沿著恆定量測電阻損耗值輪廓線220b的第三校準資料點(L3、T1、S2)代表在第三已知升離距離L3處針對具有已知薄膜厚度T1的第一校準樣品量測的第二電阻損耗值S2。沿著恆定量測電阻損耗S2的相同輪廓線220b的第四校準資料點(L4、T2、S2)代表在第四已知升離距離L4處針對具有第二已知薄膜厚度T2的第二校準樣品量測的相同電阻損耗值S2。
如第5圖所圖示，沿著恆定量測電阻損耗S2的恆定量測電阻損耗值輪廓線220b的校準資料點(L3、T1、S2)與沿著恆定量測電阻損耗S1的恆定量測電阻損耗值輪廓線220a的校準資料點(L1、T1、S1)之間的升離距離的差異由增量距離d1=L3-L1代表。類似地，沿著恆定量測電阻損耗S2的恆定量測電阻損耗值輪廓線220b的校準資料點(L4、T2、S1)與沿著恆定量測電阻損耗S1的恆定量測電阻損耗值輪廓線220a的校準資料點(L2、T2、S1)之間的升離距離的差異由增量距離d2=L4-L2代表。
儘管所圖示的實施例將校準資料描繪為代表收集的校準資料的圖形曲線，然而應理解可以其他形式儲存及存取校準資料。舉例而言，校準資料可儲存在處理器120中作為包含適合於電腦處理的格式的校準資料值的列表或陣列的一或更多個資料結構。
根據本描述的一個態樣，校準資料的恆定量測電阻 損耗值輪廓線220a、220b、220c…220n之間的差分升離距離值d1、d2、d3…dn可用於使用感測器系統100決定薄膜量測中的未知薄膜厚度及未知升離距離。第6圖圖示使用諸如感測器系統100的感測器系統及諸如第4圖、第5圖描繪為(例如)量測電阻損耗表面曲線200的校準資料的校準資料決定薄膜厚度及升離距離的量測中的至少一者的操作的實例。
在第一操作中，例如，在距離測試樣品第一未知升離距離處使用諸如感測器系統100的感測器的渦電流感測器感測(方塊230)具有未知薄膜厚度的導電薄膜的測試樣品。感測器系統100在測試樣品26中產生渦電流，以以第一輸出位準產生單個參數的感測器輸出訊號，該第一輸出位準為感測器距離測試樣品26的第一未知距離及測試樣品26的未知薄膜厚度的函數。在所圖示的實施例中，單個參數輸出訊號藉由感測電路110輸出，且單個參數輸出訊號為線圈12中誘發的電阻損耗的量測。因此，在此實例中，例如，當在薄膜24與感測器系統100的線圈12之間的未知升離距離處量測具有未知薄膜厚度的導電薄膜的測試樣品26時，感測電路110可輸出量測電阻損耗值S1。
在另一操作中，渦電流感測器及測試樣品之間的升離距離增量(方塊240)已知增量距離至第二未知升離跳躍距離。在所圖示的實施例中，感測器系統100包括致動器300，該致動器300可藉由控制器104操作以相對於測試樣品26的薄膜24線性地移動線圈12的位置。線性致動器300可為任 何適當的線性致動器，包括步進電動機或分段電動機，從而控制線圈12相對於薄膜24的移動。
致動器300在垂直於薄膜24的平面的方向310上移動線圈12的相對位置。第3圖包括曲線320，曲線320將沿著方向310的線圈12的相對位置描繪為時間函數。因此，在此實例中，每次增量升離距離時，線圈12沿著方向310的相對位置的變化為階梯函數，在該函數中每一步長的大小為已知的。當線圈12的相對位置增量時，曲線325將升離距離L沿著方向310的變化描繪為時間函數。因此，在此實例中，每次增量升離距離時，沿著方向310的升離距離L的變化為階梯函數，在該函數中每一步長的大小為已知的。應理解升離距離取決於特定應用可用其他方法變化，從而產生其他升離變化函數。
儘管將致動器300描繪為移動線圈12，然而應理解在其他實施例中測試樣品的位置可單獨移動或與線圈的移動一起移動，從而增量線圈及測試樣品的薄膜之間的距離。因此，取決於特定應用，適當的致動器300可耦接至線圈12或耦接至測試樣品26，或耦接至線圈12及測試樣品26兩者，從而增量線圈及測試樣品26的薄膜之間的距離。
此外，如本文所使用的，術語「增量的」係針對渦電流感測器與測試樣品之間的升離距離的變化。變化可為正的或負的，及可使得渦電流感測器及測試樣品更靠近或離得更遠。因此，術語「增量」係針對移動，該等移動增加或減少線圈與測試薄膜之間的距離。
此外，儘管致動器300被描繪為在垂直於薄膜24的表面的方向310上線性地移動線圈12，然而應理解在其他實施例中，線圈12與薄膜24之間的距離可在(例如)非正交(諸如對角線)的方向及(例如)非線性(諸如曲線移動中)的移動中增量。更進一步而言，儘管線圈12被描繪為直接位於薄膜24上方，然而應理解在其他實施例中，線圈12的位置可相對於測試樣品26的薄膜24橫向偏移。
在將渦電流感測器與測試樣品之間的距離增量(方塊240)已知增量距離至第二未知升離距離之後，在距離測試樣品第二未知距離處使用渦電流感測器再次感測(方塊250)相同測試樣品。再次，在測試樣品中產生渦電流從而以第二輸出位準產生單個參數的感測器輸出訊號，該第二輸出位準為感測器距離測試樣品的第二未知距離及樣品的未知薄膜厚度的函數。因此，在此實例中，例如，當在薄膜24與感測器系統100的線圈12之間的第二未知升離距離處量測具有未知厚度的導電薄膜的測試樣品26時，感測電路110可輸出量測電阻損耗值S2。圖形330為描繪每次增量升離距離時量測電阻損耗值S的位準變化的一個實例的曲線。因此，在此實例中，每次增量升離距離時量測電阻損耗值S的位準變化為階梯函數。應理解取決於特定應用，升離距離可用其他方法變化，從而產生其他輸出訊號變化函數。
在另一操作中，將感測器第一及第二輸出位準及已知增量距離與將單個參數的感測器輸出訊號的複數個量測輸出位準相關於複數個校準樣品的複數個已知薄膜厚度及相關 於校準樣品距離渦電流感測器的複數個已知距離的校準資料比較(方塊260)。在此實例中，第一及第二輸出位準為分別在感測操作230及感測操作250處獲得的第一量測電阻損耗值S1及第二量測電阻損耗值S2。因此，量測電阻損耗值S1落在恆定量測電阻損耗S1的輪廓線220a上(第4圖、第5圖)，且量測電阻損耗值S2落在恆定量測電阻損耗S2的輪廓線220b上。
檢查第5圖發現，若渦電流感測器與測試樣品之間的升離距離增量(方塊240)等於增量距離d1的已知增量距離至第二未知升離跳躍距離，則可決定包括兩個量測電阻損耗值S1及S2且藉由增量升離距離d1分離的兩個校準點為兩個校準資料點(L1、T1、S1)及(L3、T1、S2)。因此，決定測試樣品的導電薄膜的厚度具有厚度值T1及感測操作230及感測操作250處的升離距離分別為L1及L3。類似地，檢查第5圖發現，若渦電流感測器與測試樣品之間的升離距離增量(方塊240)等於增量距離d2的已知增量距離至第二未知升離距離，則可決定包括兩個量測電阻損耗值S1及S2且藉由增量升離距離d2分離的兩個校準點為兩個校準資料點(L2、T2、S1)及(L4、T2、S2)。因此，決定測試樣品的導電薄膜的厚度具有厚度值T2及感測操作230及感測操作250處的升離距離分別為L2及L4。以此方式，可決定(方塊270)感測器距離測試樣品的未知距離及測試樣品的薄膜厚度中的至少一者作為單個參數的第一及第二感測器輸出位準及已知增量距離與校準資料的比較的函數。
因此，在距離感測器未知距離L1處置放的具有導電薄膜(具有未知薄膜厚度T)的樣品可產生單個輸出訊號S1。然而，根據第4圖及第5圖中的校準曲線，S1的單個量測相關於或映射至沿著恆定量測電阻損耗S1的輪廓線220a的多個對L與T。舉例而言，若測試樣品移動至另一未知距離L2但移動已知步長或增量距離(諸如100微米)，則可收集第二輸出訊號S2。現在存在兩個訊號S1及S2及仍存在兩個未知L1及T，因為L2=L1+100(或L2=L1-100)。可隨後使用任何數目的眾所周知的查找表演算法求解未知薄膜厚度T及升離距離L1。
在所圖示的實施例中，校準資料的恆定量測電阻損耗值輪廓線220a、220b、220c…220n包括藉由測試獲得的測試資料點及藉由計算獲得的資料點，該等計算獲得資料點藉由測試資料點之間及之中的內插法計算。應理解取決於特定應用，可用其他方法收集及產生校準資料。
根據本描述的此量測方法的一個應用為將測試樣品置放在距離線圈12的相對遠距離處(諸如幾毫米(mm))。測試樣品26及線圈隨後更加彼此靠近已知的增量步長(其中，例如，每一增量步長為100微米)。每一增量步長之後，量測藉由感測電路110輸出的訊號S且藉由處理器120執行查找演算法，從而決定薄膜厚度及升離距離。咸信可在藉由已知增量距離分離的少至兩個升離位置中準確地量測薄膜厚度及升離距離。然而，在一些應用中，可藉由多次增量升離距離及執行決定每一增量步長處的薄膜厚度及升離距離的演算 法來改良準確度。此外，過程可持續直至達到預定的標稱升離距離。
在第3圖的實施例中，感測器系統100包括致動器300，該致動器300可經操作以改變線圈12與測試樣品26的薄膜24之間的升離距離。在此實例中，線圈12與薄膜24之間的升離距離L以增量步長改變。第7圖圖示渦電流感測器系統400的另一實施例，例如，在該渦電流感測器系統400中，ECS感測器401的線圈12安裝在諸如壓電轉換器的振盪致動器402上。藉由控制器104控制的振盪致動器402以固定頻率及固定振幅AL圍繞標稱線圈位置振盪線圈12的位置，如在曲線410中所描繪的，曲線410將沿著方向310的線圈12的位置描繪為時間函數。
儘管致動器402被描繪為振盪線圈12，然而應理解在其他實施例中測試樣品26的位置可單獨振盪或與線圈的振盪一起振盪，從而振盪線圈與測試樣品的薄膜之間的距離。因此，取決於特定應用，適當的致動器300a、致動器402可耦接至線圈12或耦接至測試樣品26，或耦接至線圈12及測試樣品26兩者，從而在控制器104的控制下振盪線圈與測試樣品26的薄膜之間的距離。
此外，儘管致動器300a、致動器402被描繪為使線圈12及測試樣品26在垂直於薄膜24的表面的方向310上相對於彼此線性地移動，然而應理解在其他實施例中，線圈12與薄膜24之間的距離可在(例如)非正交(諸如對角線)的方向上及(例如)非線性(諸如曲線移動中)的移動中振盪。 更進一步而言，儘管線圈12被描繪為直接位於薄膜24上方，然而應理解在其他實施例中，線圈12的位置可相對於測試樣品26的薄膜24橫向地偏移。
曲線415將當線圈12(或測試樣品26)的位置振盪時沿著方向310產生的升離距離L的變化描繪為時間函數。因此，在此實例中，當線圈(或測試樣品26)位置振盪時沿著方向310的升離距離L的變化為正弦函數，在該正弦函數中升離距離L圍繞標稱升離距離LN振盪。藉由正弦函數代表的升離距離L的變化處於振盪器致動器402的頻率及振幅AL處。以此方式，可振盪升離距離L。應理解，取決於特定應用，例如，升離距離可在其他週期函數中變化，從而產生其他升離變化函數，諸如鋸齒函數。
根據本描述的一個態樣，振盪升離距離可產生藉由感測電路110輸出的振盪渦電流感測器輸出訊號S。第7圖包括曲線430，該曲線430描繪當振盪升離距離時諸如振盪量測電阻損耗值S的振盪單個參數訊號的一個實例。因此，在此實例中，當升離距離振盪時量測電阻損耗值S的位準變化為正弦函數。應理解，取決於特定應用，可產生渦電流感測器輸出訊號的其他週期變化函數。
第8圖為圖示針對具有已知薄膜厚度T1的校準樣品的升離距離L與量測電阻損耗值S之間的函數f1的圖形。類似地，第8圖圖示針對分別具有已知薄膜厚度T2及已知薄膜厚度Tn的校準樣品的升離距離L與量測電阻損耗值S之間的函數f2及函數fn。以振盪器致動器402的頻率及振幅AL圍繞 標稱升離距離LN振盪具有已知薄膜厚度的校準樣品的升離距離產生具有振幅AS的振盪量測電阻損耗值S及振盪量測電阻損耗值S的平均值M。
根據本描述的一個態樣，咸信當升離距離L振盪時置放於距離線圈某一標稱升離距離LN處的具有某一厚度的導電薄膜的樣品產生藉由感測電路420輸出的振盪渦電流感測器輸出訊號S的訊號振幅AS的值及訊號平均值M的值的唯一對。舉例而言，可見當以振盪器致動器402的頻率及振幅AL藉由振盪器致動器402圍繞標稱升離距離LN振盪升離距離L時針對校準樣品的振盪量測電阻損耗值S的振幅AS為標稱升離距離LN處彼樣品的函數f的斜率的函數。舉例而言，如第8圖所圖示，相關的函數f的斜率越小，振盪量測電阻損耗值S的振幅AS越小。
此外，咸信各種樣品的函數f1、f2…fn不是線性或並行的。更特定而言，咸信在任何特定量測電阻損耗值S處的函數f1、f2…fn的斜率不同於彼此。因此，例如，若具有諸如函數f1、f2…fn的函數的測試樣品產生具有平均值M的相同特定值的振盪量測電阻損耗值，則咸信仍可基於針對每一此測試樣品產生的振盪量測電阻損耗值S的振幅AS的不同值區別測試樣品。相反，例如，若具有諸如函數f1、f2…fn的函數的測試樣品產生具有相同振幅AS值的振盪量測電阻損耗值，則咸信仍可基於針對每一此測試樣品產生的相關振盪量測電阻損耗值S的平均值M的不同值區別測試樣品。
因此，咸信當升離距離L振盪時置放於距離線圈某 一標稱升離距離LN處的具有某一厚度的導電薄膜的樣品產生藉由感測電路420輸出的振盪渦電流感測器輸出訊號S的訊號振幅AS的值及訊號平均值M的值的唯一對。因此，可針對複數個具有已知薄膜厚度及置放於距離線圈已知標稱升離距離LN處的校準樣品收集校準資料。因此，當測試具有未知薄膜厚度及置放於距離線圈未知標稱升離距離LN處的樣品時，適當的查找表演算法可隨後與校準資料一起使用從而決定測試樣品的薄膜厚度及距離線圈的標稱升離距離LN兩者。
第9圖圖示校準資料的二維曲線500的一個實例，該校準資料可針對感測器系統400獲得。曲線500描繪在兩個正交維度中標繪的各個值、M軸上的振盪訊號平均值(M)及AS軸上的振盪訊號振幅(AS)。在此實例中，包含振盪量測電阻損耗訊號平均值M及振盪量測電阻損耗訊號振幅AS的資料對分別標繪在M-AS平面中，該平面藉由M軸及AS軸界定。在圖示的實施例中，在校準樣品距離感測器的已知標稱升離距離(LN值)處針對已知薄膜厚度(T值)的特定校準樣品量測每一量測振盪訊號平均值M及振盪訊號振幅AS(M、AS)資料對。因此，每一量測M、AS資料對具有相關LN、T資料對，該相關LN、T資料對包含經量測以產生相關量測(M、AS)資料對的校準樣品的已知薄膜厚度(T值)及已知標稱升離距離(LN值)。
舉例而言，校準資料的第一組M、AS資料對及相關的LN、T(標稱升離、薄膜厚度)資料對可藉由以下步驟產生：使用振盪渦電流感測器系統400感測具有已知第一恆定 薄膜厚度Ta的第一校準樣品以在感測器距離第一校準樣品第一複數個已知標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn處在第一校準樣品中產生渦電流，從而產生第一組M、AS資料對(Ma1、ASa1)、(Ma2、ASa2)、(Ma3、ASa3)…(Man、ASan)，該等資料對為感測器距離校準樣品的第一複數個標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn及校準樣品的已知第一恆定薄膜厚度Ta的函數。
類似地，校準資料的第二組M、AS資料對及相關的LN、T(標稱升離、薄膜厚度)資料對可藉由以下步驟產生：使用振盪渦電流感測器系統400感測具有已知第二恆定薄膜厚度Tb的第二校準樣品，以在感測器距離第一校準樣品的第一複數個已知標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn處在第二校準樣品中產生渦電流，從而產生第二組M、AS資料對(Mb1、ASb1)、(Mb2、ASb2)、(Mb3、ASb3)…(MbN、ASbn)，該等資料對為感測器距離校準樣品的第一複數個標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn及校準樣品的已知第二恆定薄膜厚度Tb的函數。
可使用額外校準樣品繼續收集校準資料，額外校準樣品的每一者具有已知薄膜厚度值T的薄膜，且在振盪感測器系統400距離每一校準樣品的各個已知標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn處感測該校準樣品，以產生額外M、AS資料對集合，該等M、AS資料對集合每一者為感測器系統400距離特定校準樣品的特定標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn及特定校準樣品的特定已知薄膜厚度T值的函數。
在一個實施例中，可藉由在已知標稱升離距離LN1、LN2、LN3…LNn的相同共用集合處感測具有不同已知薄膜厚度的不同校準樣品來收集校準資料。應理解具有不同已知薄膜厚度的不同校準樣品亦可在已知標稱升離距離的不同集合處感測以收集校準資料，此取決於特定應用。
如第9圖所圖示，在圖示的實施例中，收集的量測電阻損耗M、AS資料對值標繪在M-AS平面中，該平面藉由M軸及AS軸界定。相關的LN、T(標稱升離、薄膜厚度)資料對藉由將該等資料對重疊在相關的量測電阻損耗M、AS資料對值上來關聯或映射，作為一組恆定標稱升離線510a、510b…及一組恆定薄膜厚度線512a、512b…。因此，在所有M、AS資料對值上重疊恆定標稱升離線510a，使用(例如)恆定標稱升離值LN1量測該等M、AS資料對值。類似地，在所有M、AS校準資料對值上重疊恆定標稱升離線510b，使用(例如)恆定標稱升離值LN2量測該等M、AS校準資料對值。在所有校準M、AS資料對值上重疊恆定薄膜厚度線512a，使用(例如)具有恆定薄膜厚度T1的校準樣品量測該等校準M、AS資料對值。類似地，在所有校準M、AS資料對值上重疊恆定薄膜厚度線512b，使用(例如)具有恆定薄膜厚度T2的校準樣品量測該等校準M、AS資料對值。
因此，沿著恆定標稱升離線510a及沿著恆定薄膜厚度線512a的第一校準資料點(M1、AS1)代表在已知標稱升離距離LN1處針對具有已知薄膜厚度T1的校準樣品量測的第一振盪量測電阻損耗訊號平均值M1及振盪量測電阻損耗訊 號振幅AS1。沿著相同恆定標稱升離線510a的第二校準資料點(M2、AS2)代表在相同已知標稱升離距離LN1處針對具有已知薄膜厚度T2的校準樣品量測的第二振盪量測電阻損耗訊號平均值M2及振盪量測電阻損耗訊號振幅AS2。沿著與第一校準資料點(M1、AS1)相同的恆定薄膜厚度線512a的第三校準資料點(M3、AS3)代表在已知標稱升離距離LN2處針對具有已知薄膜厚度T1的校準樣品量測的第三振盪量測電阻損耗訊號平均值M3及振盪量測電阻損耗訊號振幅AS3。沿著與第二校準資料點(M2、AS2)相同的恆定薄膜厚度線512b及沿著與第三校準資料點(M3、AS3)相同的恆定標稱升離距離線510b的第四校準資料點(M4、AS4)代表在已知標稱升離距離LN2處針對具有已知薄膜厚度T2的校準樣品量測的第四振盪量測電阻損耗訊號平均值M4及振盪量測電阻損耗訊號振幅AS4。
可藉由以下步驟收集沿著相同恆定薄膜厚度線512a的校準資料點：在第一已知升離距離LN1處感測具有已知薄膜厚度(諸如薄膜厚度T1)的校準樣品及隨後移動校準樣品至下一個升離距離及重複感測操作。舉例而言，此操作可藉由使用(例如)適當的線性致動器300a將升離距離增量已知增量值(正的或負的)來完成。替代地，可分別在每一感測升離位置處使用任何適當的已知或以後開發的獨立升離距離量測技術量測升離距離。
儘管所圖示的實施例將第9圖的校準資料描繪為代表收集的校準資料的圖形曲線，然而應理解可以其他形式儲 存及存取校準資料。舉例而言，校準資料可儲存在處理器120的適當儲存器中作為包含適合於電腦處理格式的校準資料值的列表或陣列的一或更多個資料結構。
第10圖圖示使用諸如感測器401的感測器及諸如第9圖描繪的(例如)作為量測電阻損耗振盪訊號平均值及振幅曲線500的校準資料的校準資料決定針對具有未知薄膜厚度及未知升離距離的測試樣品的薄膜厚度及標稱升離距離中的至少一者的操作實例。
在第一操作中，振盪(方塊600)在距離具有未知厚度薄膜的測試樣品未知距離處位移的渦電流感測器的升離距離，使得測試感測器與樣品之間的升離距離振盪。在另一操作中，使用渦電流感測器感測(方塊610)測試樣品以在樣品中產生渦電流，同時升離距離振盪以產生振盪感測器輸出訊號。可量測(方塊620)振盪感測器輸出訊號。在圖示的實施例中，當升離距離L振盪時，藉由感測電路420輸出的振盪渦電流感測器輸出訊號S的訊號振幅AS及訊號平均值M可藉由處理器120的適當偵測及量測電路系統量測。
可比較(方塊620)振盪感測器輸出訊號量測與校準資料。在所圖示的實施例中，例如，藉由感測電路420輸出的振盪渦電流感測器輸出訊號S的訊號振幅AS及訊號平均值M可與第9圖的圖形中標繪的校準資料比較。在第9圖的實例中，例如，針對測試樣品量測的訊號振幅AS及訊號平均值M經描繪為資料對(M5、AS5)。
基於比較，可將感測器距離樣品的未知距離及樣品 的薄膜厚度中的至少一者決定(方塊630)為振盪感測器輸出訊號量測與校準資料的比較的函數。舉例而言，可隨後使用任意數目的眾所周知的查找表演算法求解測試樣品的未知薄膜厚度T及未知標稱升離距離L。
舉例而言，在圖示的實施例中，若針對測試樣品量測的訊號振幅AS5及訊號平均值M5匹配在已知標稱升離距離LN處針對具有已知薄膜厚度T的校準樣品量測的對應的訊號振幅AS及訊號平均值M，則將決定薄膜厚度T及標稱升離距離LN與匹配校準樣品的已知標稱升離距離LN處的已知薄膜厚度T相同。替代地，若針對測試樣品量測的訊號振幅AS5及訊號平均值M5位於諸如校準資料對(M1、AS1)、(M2、AS2)、(M3、AS3)、(M4、AS4)的相鄰校準資料對之間，則可內插測試樣品的薄膜厚度T及標稱升離距離LN至相關於校準資料點(M1、AS1)、(M2、AS2)、(M3、AS3)、(M4、AS4)的已知薄膜厚度值及已知標稱升離距離值之間的值。
在第9圖、第10圖的圖示的實施例中，收集校準資料且測試測試樣品，同時控制器104控制的振盪致動器402以固定頻率及固定振幅AL圍繞標稱線圈位置(如曲線410中所描繪的，曲線410將沿著方向310的線圈12的位置描繪為時間函數)振盪線圈12的位置及由此導致升離距離L的變化。以此方式，升離距離L作為致動器振盪頻率及振幅AL的函數振盪。然而，應理解，取決於特定應用，可以振盪致動器的其他頻率及振幅在其他升離距離處及在以彼等其他致動器頻率及振幅測試的測試樣品處收集校準資料的額外集合。
舉例而言，咸信可藉由增加或減少振盪致動器振幅AL及由此增加或減少升離距離振盪幅度酌情增加或減少感測器系統400的量測敏感性。因此，類似於第9圖的曲線500的校準資料的一系列不同的曲線5001、5002…500n的每一者可在不同的振盪致動器振幅AL1、AL2…ALn(及由此在不同的升離距離振盪幅度)處收集。隨後可在不同振盪致動器振幅AL1、AL2…ALn中的一或更多者處測試測試樣品，及將測試樣品與在測試樣品的相同振盪致動器振幅處收集的校準資料的適當曲線5001、5002…500n中的一或更多者比較。
因此，可在特定振盪致動器振幅AL1處收集類似於第9圖的曲線500的校準資料的曲線5001。測試樣品隨後可在相同振盪致動器振幅AL1處測試及與在對樣品測試的相同振盪致動器振幅AL1處收集的校準資料的曲線5001比較。類似地，可在不同振盪致動器振幅AL2處收集類似於第9圖的曲線500的校準資料的曲線5002。測試樣品隨後可在振盪致動器振幅AL2處測試及與在對樣品測試時的相同振盪致動器振幅AL2處收集的校準資料的曲線5002比較。因此，選擇用於測試測試樣品的振盪致動器測試振幅可從複數個不同振盪致動器校準振幅AL1、AL2…ALn中選擇，針對該等複數個不同振盪致動器校準振幅已經或將收集校準資料。因此，一或更多個振盪致動器測試振幅(及由此一或更多個振盪升離距離振幅)可經選擇用於測試特定測試樣品，從而酌情針對特定測試樣品增加準確性或改變靈敏度。
從以上可見，可在僅諸如電阻損耗的一個輸出參數 為有用的應用中進行薄膜厚度及升離距離兩者的即時量測。因此，在振盪升離距離的彼等應用中，可避免在不同升離距離處針對多個分別的量測增量升離距離。
第11圖圖示根據本描述的另一態樣的校準資料的二維曲線650的實例，該校準資料可針對感測器系統獲得。代替感測振盪輸出訊號的平均值及振幅，藉由諸如阻抗電橋或鎖相迴路迴路電路的電路技術量測導電薄膜24存在時非振盪線圈12的複數阻抗，以提供代表線圈12上的電壓的相位P及振幅AV的訊號，該相位P及振幅AV代表線圈12的複數阻抗。
曲線650描繪兩個正交維度中標繪的各個值，P軸上的電壓訊號相位(P)及AV軸上的電壓訊號振幅(AV)。在此實例中，包含量測電壓相位訊號P及量測電壓振幅AV的資料對在P-AV平面中標繪，該平面分別藉由P軸及AV軸界定。在圖示的實施例中，在校準樣品距離感測器的已知升離距離(L值)處針對已知薄膜厚度(T值)的特定校準樣品量測每一量測電壓訊號值P及電壓訊號振幅AV(P、AV)資料對。因此，每一量測P、AV資料對具有相關的L、T資料對，該相關的L、T資料對包含經量測以產生相關量測(P、AV)資料對的校準樣品的已知薄膜厚度(T值)及已知升離距離(L值)。
如第11圖所圖示，在圖示的實施例中，收集的量測線圈電壓P、AV資料對值在P-AV平面中標繪，該平面藉由P軸及AV軸界定。相關L、T(升離、薄膜厚度)資料對藉由將該等資料對重疊在相關的量測電阻損耗P、AV資料對值上 來映射，作為一組恆定升離線660a、610b…及一組恆定薄膜厚度線612a、612b…。因此，例如，在所有P、AV資料對值上重疊恆定升離線610a，使用恆定升離值L1量測該等P、AV資料對值。類似地，例如，在所有P、AV校準資料對值上重疊恆定升離線610b，使用恆定升離值L2量測該等P、AV校準資料對值。在所有校準P、AV資料對值上重疊恆定薄膜厚度線612a，使用具有恆定薄膜厚度T1的校準樣品量測該等校準P、AV資料對值。類似地，例如，在所有校準P、AV資料對值上重疊恆定薄膜厚度線612b，使用具有恆定薄膜厚度T2的校準樣品量測該等校準P、AV資料對值。
以類似於彼上述內容的方式，電壓感測器輸出訊號量測可與校準資料比較。在圖示的實施例中，例如，藉由渦電流感測器的感測電路輸出的渦電流感測器輸出訊號的電壓訊號振幅AV及訊號P可與第11圖的圖形中標繪的校準資料比較。在第11圖的實例中，例如，針對測試樣品量測的訊號振幅AV及訊號相位P經描繪為資料對(P5、AV5)。
基於比較，可決定感測器距離樣品的未知距離及樣品的薄膜厚度中的至少一者作為電壓感測器輸出訊號量測與校準資料的比較的函數。舉例而言，可隨後使用任意數目的眾所周知的查找表演算法求解測試樣品的未知薄膜厚度T及未知升離距離L。
舉例而言，在圖示的實施例中，若針對測試樣品量測的訊號振幅AS5及訊號P5匹配在已知升離距離L處針對具有已知薄膜厚度T的校準樣品量測的對應的訊號振幅AV及訊 號P，則將決定薄膜厚度T及升離距離L與匹配校準樣品的已知升離距離L處的已知薄膜厚度T相同。替代地，若針對測試樣品量測的訊號振幅AS5及訊號P5位於相鄰的校準資料對之間，則測試樣品的薄膜厚度T及升離距離L可內插至相關於校準資料點的已知薄膜厚度值及已知升離距離值之間的值。以此方式，在具有多個參數ECS輸出(諸如電壓相位及電壓振幅)的應用中可避免增量及振盪兩者。
額外實施例細節
本描述的各種態樣可體現為裝置、系統、方法或電腦程式產品。該等態樣可採取硬體、軟體或硬體及軟體組合的形式。電腦程式產品可包括在儲存有電腦可讀取代碼的一或更多個電腦可讀取儲存媒體中。電腦可讀取儲存媒體可為磁性儲存媒體(諸如硬碟)、電子儲存媒體(諸如隨機存取記憶體或快閃記憶體)或光學記憶體(諸如光碟)，或任何其他有形媒體，在該有形媒體上可儲存程式代碼用於藉由處理器執行。在某些實施例中，感測器實施例可包括在電腦系統中，該電腦系統包括視訊控制器以使得資訊顯示在耦接至電腦系統的監視器上，該電腦系統包含桌上型電腦、工作站、伺服器、大型主機、膝上型電腦、手持電腦等等。替代地，感測器實施例可包括在計算裝置中，該計算裝置不包括視訊控制器，諸如嵌入式控制器、控制器感測器等等。
所圖示的操作顯示以某一順序發生的某些事件。在替代的實施例中，可以不同的順序執行、修改或移除某些操作。此外，操作可增加至上述操作及仍然符合所描述的實施 例。進一步而言，本文描述的操作可依序發生或可並行處理某些操作。
第12圖圖示電腦架構700的一個實施例，該電腦架構700可以諸如第3圖或第7圖圖示的感測器系統100的彼等部件的部件操作。電腦架構700提供電腦的一個實例，該電腦包括控制器104及感測器系統100、400的薄膜厚度及感測器升離處理器120的功能。在其他實施例中，諸如控制器104及薄膜厚度及感測器升離處理器120的彼等功能的感測器系統的功能(例如)可包含在分離的計算裝置中。
架構700可包括處理器702(例如，微處理器)、記憶體704(例如，揮發性記憶體裝置)及儲存器706(例如，非揮發性儲存器，諸如磁碟驅動器、光碟驅動器、磁帶驅動器等等)。舉例而言，處理器702可安裝在母板上。儲存器706可包含內部儲存裝置或附接的或網路可存取的儲存器。儲存器706中的程式載入記憶體704中及藉由處理器702以所屬技術領域中已知的或以後開發的方式執行。程式可(連同其他功能)控制感測器系統的各種裝置及比較感測器資料與儲存在儲存器706中的校準資料，從而識別測試樣品的特徵，諸如薄膜厚度及升離距離，如本文描述的。
架構進一步包括網路配接器708以賦能與網路(諸如乙太網路、光纖通道仲裁迴路等等)的通訊。進一步而言，在某些實施例中，架構可包括視訊控制器709以使資訊顯示在顯示監視器上，其中視訊控制器709可包含在視訊卡上或整合在安裝在母板上的積體電路組件上。某些裝置可具有多 個卡或控制器。
一或更多個輸入裝置710可用於輸入感測器訊號至處理器702。此類感測器輸入訊號可包括從諸如電路系統110的感測電路系統輸出的數位感測器訊號或類比感測器訊號。一個輸入裝置710可包括適當的電路系統以將類比訊號轉換為數位訊號及提供訊號至處理器702。根據本文提供的描述，輸入裝置710亦可包括感測器系統的ECS感測器、致動器及感測電路系統。
輸入裝置710亦可提供使用者輸入至處理器702及可包括鍵盤、滑鼠、筆式觸針、麥克風、觸摸感應顯示熒幕或所屬技術領域中已知或以後開發的任何其他激活或輸入機構。輸出裝置712能夠顯示從處理器702或諸如顯示監視器、列印機、儲存器等等的其他部件傳送的資訊。
網路配接器708或本文描述的其他裝置可安裝在擴充卡上，諸如周圍部件互連(Peripheral Component Interconnect；PCI)卡、PCI-express或耦接至母板或安裝在母板上的積體電路部件上的其他I/O擴充卡。因此，感測器實施例可包含在電腦系統或其他系統中，在該等電腦系統或其他系統中，根據本描述的感測器安裝在母板及擴充卡中的一者上或兩者上。因此，在一些系統實施例中，系統可缺乏擴充卡及根據本描述的感測器可安裝在母板上。在另一系統實施例中，根據本描述的感測器可安裝在擴充卡上而不是母板上。
已經出於說明及解釋目的提供各種實施例的上述描述。不意欲詳盡或限制所揭示的精確形式。根據上述教示， 許多修改及改變為可能的。
12‧‧‧線圈
14‧‧‧訊號振盪器
22‧‧‧導電材料
24‧‧‧導電薄膜
100‧‧‧ECS系統
102‧‧‧ECS感測器
104‧‧‧控制器
110‧‧‧感測電路
120‧‧‧計算裝置
300‧‧‧致動器
300a‧‧‧致動器
310‧‧‧方向
320‧‧‧曲線
325‧‧‧曲線
330‧‧‧圖形

Claims (42)

  1. 一種量測具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的方法，該方法包含以下步驟：使用一渦電流感測器在距離該測試樣品的一未知第一距離處感測該測試樣品以在該測試樣品中產生渦電流，從而以一第一輸出位準產生一單個參數的一感測器輸出訊號，該第一輸出位準為該感測器距離該測試樣品的該第一未知距離及該測試樣品的該薄膜的該未知厚度的一函數；將該渦電流感測器與該測試樣品之間的該距離增量一已知增量距離至一第二未知距離；使用該渦電流感測器在距離該測試樣品該第二未知距離處感測該測試樣品以在該測試樣品中產生渦電流，從而以一第二輸出位準產生該單個參數的一感測器輸出訊號，該第二輸出位準為該感測器距離該測試樣品的該第二未知距離及該樣品的該薄膜的該未知厚度的一函數；比較該等感測器第一及第二輸出位準及該已知增量距離與將該單個參數的一感測器輸出訊號的複數個量測輸出位準相關於複數個校準樣品的複數個已知薄膜厚度及相關於該等校準樣品距離一渦電流感測器的複數個已知距離的校準資料；以及將該感測器距離該測試樣品的該等未知距離及該測試樣品的該薄膜的該厚度中的至少一者決定為該單個參數的該等感測器第一及第二輸出位準及該已知增量距離與該校準資料的該比較的一函數。
  2. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：繼續增量該渦電流感測器及該測試樣品之間的該距離，使用該渦電流感測器感測該測試樣品以在每一增量距離處以另一輸出位準產生該單個參數的另一輸出訊號，比較在每一增量距離處的該等感測器輸出位準與該校準資料，決定在每一增量距離處該感測器距離該測試樣品的該距離，直至決定該測試樣品與該感測器之間的該距離處於一預定距離。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該單個參數為由於該渦電流感測器的一線圈與該樣品之間的相互作用導致的該線圈的該電阻損耗。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該校準資料包括代表量測電阻損耗值相對相關的資料對的一映射的資料，每一量測電阻值為在該校準樣品距離該感測器的一已知距離處針對一已知厚度的一特定校準樣品量測的該電阻損耗值，每一量測電阻損耗值相對一相關資料對映射，該相關資料對包含經量測以產生該相關量測電阻損耗值的該校準樣品的該已知厚度及該已知距離。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該校準資料的一第一組資料對及相關電阻損耗值藉由以下步驟產生：使用一渦電流感測器感測具有一已知第一恆定厚度的一第一校準樣品以在該 感測器距離該第一校準樣品的一第一複數個已知距離處在該第一校準樣品中產生渦電流從而產生一第一組電阻損耗值，該第一組電阻損耗值為該感測器距離該校準樣品的該等第一複數個距離及該等校準樣品的該已知第一恆定厚度的一函數。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該校準資料的一第二組資料對及相關電阻損耗值藉由以下步驟產生：使用一渦電流感測器感測具有一已知第二恆定厚度的一第二校準樣品，以在該感測器距離該第二校準樣品的該第一複數個已知距離處在該第二校準樣品中產生渦電流從而產生一第二組電阻損耗值，該第二組電阻損耗值為該感測器距離該校準樣品的該等第一複數個距離及該等樣品的該已知第二恆定厚度的一函數。
  7. 一種量測具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的方法，該方法包含以下步驟：振盪一渦電流感測器的升離距離，該渦電流感測器以距離具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的一未知距離位移使得該感測器與該樣品之間的該升離距離振盪；使用該渦電流感測器感測該測試樣品以在該樣品中產生渦電流，同時該升離距離振盪以產生一振盪感測器輸出訊號；量測該振盪感測器輸出訊號；比較該振盪感測器輸出訊號量測與校準資料；以及 將該感測器距離該樣品的該等未知距離及該樣品的該薄膜的該厚度中的至少一者決定為該等振盪感測器輸出訊號量測與校準資料的該比較的一函數。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該量測步驟包括以下步驟：量測該振盪感測器輸出訊號的該振幅及平均值。
  9. 如請求項7所述之方法，其中該校準資料將一感測器輸出訊號的輸出位準的複數個量測相關於複數個校準樣品的複數個已知厚度及相關於該等校準樣品距離一渦電流感測器的複數個已知距離。
  10. 如請求項7所述之方法，其中振盪該升離距離的該步驟使用一振盪的壓電轉換器。
  11. 如請求項9所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：產生該校準資料，該產生步驟包含以下步驟：圍繞距離一第一已知厚度的一第一校準樣品的一第一已知升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離圍繞該第一已知距離振盪；使用該渦電流感測器感測該第一校準樣品以在該第一校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第一已知距離振盪以產生一第一振盪感測器校準輸出訊號； 量測該第一振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第一已知校準樣品厚度及該第一已知距離的一第一組校準量測；增量該渦電流感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離至一第二已知升離距離；圍繞距離該已知厚度的校準樣品的該第二已知升離距離振盪該升離距離使得該感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離圍繞該第二已知升離距離振盪；使用該渦電流感測器感測該校準樣品以在該第一校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第二已知距離振盪以產生一第二振盪感測器校準輸出訊號；量測該第二振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第一已知校準樣品厚度及該第二已知升離距離的一第二組校準量測。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該產生步驟進一步包含以下步驟：圍繞距離一第二已知厚度的一第二校準樣品的該第一已知升離距離振盪該渦電流感測器的該位置，使得該感測器與該第二校準樣品之間的該升離距離圍繞該第一已知升離距離振盪；使用該渦電流感測器感測該第二校準樣品以在該第二校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第一已知距離振盪以產生一第三振盪感測器校準輸出訊號； 量測該第三振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第二已知校準樣品厚度及該第一已知距離的一第三組校準量測；增量該渦電流感測器與該樣品之間的該距離至該第二已知升離距離；圍繞距離該第二已知厚度的該第二校準樣品的該第二已知距離振盪該升離距離使得該感測器與該第二校準樣品之間的該升離距離圍繞該第二已知升離距離振盪；使用該渦電流感測器感測該校準樣品以在該校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第二已知升離距離振盪以產生一第四振盪感測器校準輸出訊號；以及量測該第四振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第二已知校準樣品厚度及該第二已知升離距離的一第四組校準量測。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該比較步驟包括以下步驟：比較針對具有該未知厚度薄膜及未知升離距離的該樣品的該等振盪感測器輸出訊號量測與該等校準量測集合。
  14. 如請求項7所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：產生校準資料集合，其中每一組校準資料在從複數個升離距離振盪幅度中選擇的一相關升離距離振盪幅度處產生，從複數個升離距離振盪幅度中選擇一測試振幅，其中該測試樣品的該升離距離的該振盪在該選擇的測試振幅處振盪，及其中 該等振盪感測器輸出訊號量測與校準資料的該比較比較該等振盪感測器輸出訊號量測與在一相關升離距離振盪幅度處產生的一組校準資料，該相關升離距離振盪幅度與該選擇的測試振幅相同。
  15. 一種量測具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的裝置，該裝置包含：一渦電流感測器，該渦電流感測器適用於在距離一測試樣品的一未知第一距離處感測該測試樣品，以在該測試樣品中產生渦電流從而以一第一輸出位準產生一單個參數的一感測器輸出訊號，該第一輸出位準為該感測器距離該測試樣品的該第一未知距離及該測試樣品的該薄膜的該未知厚度的一函數，及適用於在距離該測試樣品的一第二未知距離處使用該渦電流感測器感測該測試樣品以在該測試樣品中產生渦電流從而以一第二輸出位準產生該單個參數的一感測器輸出訊號，該第二位準為距離該測試樣品的該感測器的該第二未知距離及該樣品的該薄膜的該未知厚度的一函數；一致動器；以及一控制器，該控制器適用於控制該致動器以藉由一已知增量距離從該第一未知距離增量該渦電流感測器與該測試樣品之間的該距離至該第二未知距離，其中該控制器進一步具有一處理器，該處理器具有儲存器，該儲存器儲存將該單個參數的一感測器輸出訊號的複數個量測輸出位準相關於複數個校準樣品的複數個已知薄膜厚度及相關於該等校準樣品距 離一渦電流感測器的複數個已知距離的校準資料，其中該控制器適用於控制該處理器以比較該等感測器第一及第二輸出位準及該已知增量距離與該校準資料，及將該感測器距離該測試樣品的該等未知距離及該測試樣品的該薄膜的該厚度中的至少一者決定為該單個參數的該等感測器第一及第二輸出位準及該已知增量距離與該校準資料的該比較的一函數。
  16. 如請求項15所述之裝置，其中該控制器進一步適用於增量該渦電流感測器及該測試樣品之間的該距離，以引起該感測器感測該測試樣品從而在每一增量距離處以另一輸出位準產生該單個參數的另一輸出訊號，及其中該控制器進一步適用於控制該處理器比較在每一增量距離處的該等感測器輸出位準與該校準資料，及決定在每一增量距離處該感測器距離該測試樣品的該距離，直至決定該測試樣品與該感測器之間的該距離處於一預定距離。
  17. 如請求項15所述之裝置，其中該單個參數為由於該線圈及該樣品之間的相互作用而導致的該渦電流感測器的一線圈的該電阻損耗。
  18. 如請求項17所述之裝置，其中該校準資料包括代表量測電阻損耗值相對相關的資料對的一映射的資料，每一量測電阻值為在該校準樣品距離該感測器的一已知距離處針對一已知厚度的一特定校準樣品量測的該電阻損耗值，每一量測電 阻損耗值相對一相關資料對映射，該相關資料對包含經量測以產生該相關量測電阻損耗值的該校準樣品的該已知厚度及該已知距離。
  19. 如請求項18所述之裝置，其中該控制器適用於藉由以下步驟產生該校準資料的一第一組資料對及相關電阻損耗值：引起該感測器感測具有一已知第一恆定厚度的一第一校準樣品以在該感測器距離該第一校準樣品的一第一複數個已知距離處在該第一校準樣品中產生渦電流從而產生一第一組電阻損耗值，該第一組電阻損耗值為該感測器距離該校準樣品的該等第一複數個距離及該等校準樣品的該已知第一恆定厚度的一函數。
  20. 如請求項19所述之裝置，其中該控制器適用於藉由以下步驟產生該校準資料的一第二組資料對及相關電阻損耗值：引起該感測器使用一渦電流感測器感測具有一已知第二恆定厚度的一第二校準樣品，以在該感測器距離該第二校準樣品的該等第一複數個已知距離處在該第二校準樣品中產生渦電流從而產生一第二組電阻損耗值，該第二組電阻損耗值為該感測器距離該校準樣品的該等第一複數個距離及該等樣品的該已知第二恆定厚度的一函數。
  21. 一種量測具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的裝置，該裝置包含： 一控制器；一渦電流感測器，回應於該控制器；一感測電路，回應於該控制器；一處理器，回應於該控制器及具有儲存校準資料的儲存器；一振盪致動器，回應於該控制器；其中該控制器適用於控制該振盪致動器振盪該渦電流感測器及該測試樣品之間的該升離距離，該渦電流感測器位移在距離具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的一未知標稱距離處，使得該感測器與該樣品之間的該升離距離振盪，適用於控制該渦電流感測器感測該測試樣品從而在該樣品中產生渦電流，同時該升離距離振盪以產生一振盪感測器輸出訊號，適用於控制該感測電路量測該振盪感測器輸出訊號以提供振盪感測器輸出訊號量測，適用於控制該處理器比較該等振盪感測器輸出訊號量測與該校準資料，及適用於將該感測器距離該樣品的該未知標稱距離及該樣品的該薄膜的該厚度中的至少一者決定為該等振盪感測器輸出訊號量測與該校準資料的該比較的一函數。
  22. 如請求項21所述之裝置，其中該感測電路適用於量測該振盪感測器輸出訊號的該振幅及平均值。
  23. 如請求項21所述之裝置，其中該校準資料將一感測器輸出訊號的輸出位準的複數個量測相關於複數個校準樣品的複 數個已知厚度及相關於該等校準樣品距離一渦電流感測器的複數個已知標稱距離。
  24. 如請求項21所述之裝置，其中該振盪致動器包括一壓電轉換器。
  25. 如請求項23所述之裝置，該裝置進一步包含一線性致動器，其中該控制器適用於產生該校準資料，其中該控制器適用於：控制該振盪致動器圍繞距離一第一已知厚度的一第一校準樣品的一第一已知標稱升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離圍繞該第一已知距離振盪；控制該感測器感測該第一校準樣品以在該第一校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第一已知標稱升離距離振盪以產生一第一振盪感測器校準輸出訊號；控制該感測電路量測該第一振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第一已知校準樣品厚度及該第一已知標稱升離距離的一第一組校準量測；控制該線性致動器增量該渦電流感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離至一第二已知標稱升離距離；控制該振盪致動器圍繞距離該已知厚度的該校準樣品的該第二已知標稱升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與 該第一校準樣品之間的該升離距離圍繞該第二已知標稱升離距離振盪；控制該感測電路感測該校準以在該第一校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第二已知標稱升離距離振盪以產生一第二振盪感測器校準輸出訊號；以及控制該感測電路量測該第二振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第一已知校準樣品厚度及該第二已知標稱升離距離的一第二組校準量測。
  26. 如請求項25所述之裝置，其中該控制器適用於：控制該振盪致動器圍繞距離一第二已知厚度的一第二校準樣品的該第一已知升離距離振盪該升離距離使得該感測器與該第二校準樣品之間的該升離距離圍繞該第一已知升離距離振盪；控制該感測器感測該第二校準樣品以在該第二校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第一已知距離振盪以產生一第三振盪感測器校準輸出訊號；控制該感測電路量測該第三振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第二已知校準樣品厚度及該第一已知標稱升離距離的一第三組校準量測；控制該線性致動器增量該渦電流感測器與該樣品之間的該距離至該第二已知標稱升離距離；控制該振盪致動器圍繞距離該第二已知厚度的該第二校準樣品的該第二已知標稱升離距離振盪該升離距離，使得該 感測器與該第二校準樣品之間的該升離距離圍繞該第二已知升離距離振盪；控制該感測電路感測該第二校準樣品以在該第二校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第二已知標稱升離距離振盪以產生一第四振盪感測器校準輸出訊號；以及控制該感測電路量測該第四振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第二已知校準樣品厚度及該第二已知標稱升離距離的一第四組校準量測。
  27. 如請求項26所述之裝置，其中該控制器進一步適用於控制該處理器比較具有該未知厚度薄膜及未知升離距離的該樣品的該等振盪感測器輸出訊號量測與該等產生的校準量測集合。
  28. 如請求項21所述之裝置，其中該控制器進一步適用於產生校準資料集合，其中在從複數個升離距離振盪幅度中選擇的一相關升離距離振盪幅度處產生每一組校準資料，適用於控制該振盪致動器在從該等複數個升離距離振盪幅度中選擇的一選擇的測試振幅處振盪該測試樣品的該升離距離，及適用於控制該處理器比較該等振盪感測器輸出訊號量測與在一相關升離距離振盪幅度處產生的一組校準資料，該相關升離距離振盪幅度與該選擇的測試振幅相同。
  29. 一種與一控制器、回應於該控制器的一渦電流感測器、回應於該控制器的一感測電路、回應於該控制器及具有用於儲存校準資料的儲存器的一處理器、回應於該控制器的一致動器及具有一未知厚度薄膜的一測試樣品一起使用的電腦程式產品，該電腦程式產品包含具有電腦可讀取程式代碼包含於其中的一非暫態電腦可讀取儲存媒體，該電腦可讀取程式代碼藉由該控制器執行以執行操作，該等操作包含以下步驟：控制該渦電流感測器在距離該測試樣品的一未知第一距離處感測該測試樣品，以在該測試樣品中產生渦電流從而以一第一輸出位準產生一單個參數的一感測器輸出訊號，該第一輸出位準為該感測器距離該測試樣品的該第一未知距離及該測試樣品的該薄膜的該未知厚度的一函數；控制該致動器增量該渦電流感測器與該測試樣品之間的該距離一已知增量距離至一第二未知距離；控制該渦電流感測器在距離該測試樣品的該第二未知距離處感測該測試樣品以在該測試樣品中產生渦電流，從而以一第二輸出位準產生該單個參數的一感測器輸出訊號，該第二輸出位準為該感測器距離該測試樣品的該第二未知距離及該樣品的該薄膜的該未知厚度的一函數；控制該處理器比較該等感測器第一及第二輸出位準及該已知增量距離與將該單個參數的一感測器輸出訊號的複數個量測輸出位準相關於複數個校準樣品的複數個已知薄膜厚度及相關於該等校準樣品距離該渦電流感測器的複數個已知距離的校準資料；以及 控制該處理器決定該感測器距離該測試樣品的該等未知距離及該測試樣品的該薄膜的該厚度中的至少一者作為該單個參數的該等感測器第一及第二輸出位準及該已知增量距離與該校準資料的該比較的一函數。
  30. 如請求項29所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：控制該致動器增量該渦電流感測器與該測試樣品之間的該距離；控制該感測器感測該測試樣品以在每一增量距離處以另一輸出位準產生該單個參數的另一輸出訊號；以及控制該處理器比較在每一增量距離處的該等感測器輸出位準與該校準資料，及決定在每一增量距離處該感測器距離該測試樣品的該距離，直至決定該測試樣品與該感測器之間的該距離處於一預定距離。
  31. 如請求項29所述之電腦程式產品，其中該單個參數為由於該線圈與該樣品之間的相互作用導致的該渦電流感測器的一線圈的該電阻損耗。
  32. 如請求項31所述之電腦程式產品，其中該校準資料包括代表量測電阻損耗值相對相關的資料對的一映射的資料，每一量測電阻值為在距離該感測器的該校準樣品的一已知距離處針對一已知厚度的一特定校準樣品量測的該電阻損耗值， 每一量測電阻損耗值相對一相關資料對映射，該相關資料對包含經量測以產生該相關量測電阻損耗值的該校準樣品的該已知厚度及該已知距離。
  33. 如請求項32所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：產生該校準資料的一第一組資料對及相關電阻損耗值，該產生操作包括以下步驟：控制該感測器感測具有一已知第一恆定厚度的一第一校準樣品以在該感測器距離該第一校準樣品的一第一複數個已知距離處在該第一校準樣品中產生渦電流，從而產生一第一組電阻損耗值，該第一組電阻損耗值為該感測器距離該校準樣品的該等第一複數個距離及該等校準樣品的該已知第一恆定厚度的一函數。
  34. 如請求項33所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：產生該校準資料的一第二組資料對及相關電阻損耗值，該第二組產生操作包括以下步驟：控制該感測器感測具有一已知第二恆定厚度的一第二校準樣品以在該感測器距離該第二校準樣品的該等第一複數個已知距離處在該第二校準樣品中產生渦電流，從而產生一第二組電阻損耗值，該第二組電阻損耗值為該感測器距離該校 準樣品的該等第一複數個距離及該等樣品的該已知第二恆定厚度的一函數。
  35. 一種與一控制器、回應於該控制器的一渦電流感測器、回應於該控制器的一感測電路、回應於該控制器及具有用於儲存校準資料的儲存器的一處理器、回應於該控制器的一致動器及具有一未知厚度薄膜的一測試樣品一起使用的電腦程式產品，該電腦程式產品包含具有電腦可讀取程式代碼包含於其中的一非暫態電腦可讀取儲存媒體，該電腦可讀取程式代碼藉由該控制器執行以執行操作，該等操作包含以下步驟：控制該致動器振盪該渦電流感測器及該測試樣品之間的升離距離，該渦電流感測器位移在距離具有一未知厚度薄膜的一測試樣品的一未知標稱距離處，使得該感測器與該樣品之間的該升離距離振盪；控制該渦電流感測器以感測該測試樣品從而在該樣品中產生渦電流，同時該升離距離振盪以產生一振盪感測器輸出訊號；控制該感測電路量測該振盪感測器輸出訊號以提供振盪感測器輸出訊號量測；控制該處理器比較該等振盪感測器輸出訊號量測與該校準資料及將該感測器距離該樣品的該未知標稱距離及該樣品的該薄膜的該厚度中的至少一者決定為該等振盪感測器輸出訊號量測與該校準資料的該比較的一函數。
  36. 如請求項35所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：控制該感測電路量測該振盪感測器輸出訊號的該振幅及平均值。
  37. 如請求項35所述之電腦程式產品，其中該校準資料將一感測器輸出訊號的輸出位準的複數個量測相關於複數個校準樣品的複數個已知厚度及相關於該等校準樣品距離一渦電流感測器的複數個已知標稱距離。
  38. 如請求項35所述之電腦程式產品，其中該致動器包括一壓電轉換器。
  39. 如請求項37所述之電腦程式產品，該電腦程式產品進一步與一線性致動器一起使用，其中該等操作進一步包含以下步驟：產生該校準資料，其中該產生操作包含以下步驟：控制該振盪致動器圍繞距離一第一已知厚度的一第一校準樣品的一第一已知標稱升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離圍繞該第一已知距離振盪；控制該感測器感測該第一校準樣品以在該第一校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第一已知標稱升離距離振盪以產生一第一振盪感測器校準輸出訊號； 控制該感測電路量測該第一振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第一已知校準樣品厚度及該第一已知標稱升離距離的一第一組校準量測；控制該線性致動器增量該渦電流感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離至一第二已知標稱升離距離；控制該振盪致動器圍繞距離該已知厚度的校準樣品的該第二已知標稱升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與該第一校準樣品之間的該升離距離圍繞該第二已知標稱升離距離振盪；控制該感測電路感測該校準以在該第一校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第二已知標稱升離距離振盪以產生一第二振盪感測器校準輸出訊號；以及控制該感測電路量測該第二振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第一已知校準樣品厚度及該第二已知標稱升離距離的一第二組校準量測。
  40. 如請求項39所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：控制該振盪致動器圍繞距離一第二已知厚度的一第二校準樣品的該第一已知升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與該第二校準樣品之間的該升離距離圍繞該第一已知升離距離振盪； 控制該感測器感測該第二校準樣品以在該第二校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第一已知距離振盪以產生一第三振盪感測器校準輸出訊號；控制該感測電路量測該第三振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第二已知校準樣品厚度及該第一已知標稱升離距離的一第三組校準量測；控制該線性致動器增量該渦電流感測器與該樣品之間的該距離至該第二已知標稱升離距離；控制該振盪致動器圍繞距離該第二已知厚度的該第二校準樣品的該第二已知標稱升離距離振盪該升離距離，使得該感測器與該第二校準樣品之間的該升離距離圍繞該第二已知升離距離振盪；控制該感測電路感測該第二校準樣品以在該第二校準樣品中產生渦電流，同時該升離距離圍繞該第二已知標稱升離距離振盪以產生一第四振盪感測器校準輸出訊號；以及控制該感測電路量測該第四振盪感測器校準輸出訊號以產生相關於該第二已知校準樣品厚度及該第二已知標稱升離距離的一第四組校準量測。
  41. 如請求項40所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：控制該處理器比較針對具有該未知厚度薄膜及未知升離距離的該樣品的該等振盪感測器輸出訊號量測與該等產生的校準量測集合。
  42. 如請求項35所述之電腦程式產品，其中該等操作進一步包含以下步驟：控制該致動器、渦電流感測器、感測電路及處理器以產生校準資料集合，其中在從複數個升離距離振盪幅度中選擇的一相關升離距離振盪幅度處產生每一組校準資料，控制該振盪致動器在從該等複數個升離距離振盪幅度中選擇的一選擇的測試振幅處振盪該測試樣品的該升離距離，及控制該處理器比較該等振盪感測器輸出訊號量測與在一相關升離距離振盪幅度處產生的一組校準資料，該相關升離距離振盪幅度與該選擇的測試振幅相同。
TW102135883A 2012-10-26 2013-10-03 用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品 TWI597475B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/662,330 US9335151B2 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Film measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201423041A TW201423041A (zh) 2014-06-16
TWI597475B true TWI597475B (zh) 2017-09-01

Family

ID=50545117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102135883A TWI597475B (zh) 2012-10-26 2013-10-03 用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9335151B2 (zh)
TW (1) TWI597475B (zh)
WO (1) WO2014066118A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI681184B (zh) * 2017-12-21 2020-01-01 國立虎尾科技大學 應用於ｐｃｂ多層板之非接觸式上下層銅厚的量測方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9243883B2 (en) * 2014-03-27 2016-01-26 Olympus Ndt, Inc. Apparatus and method for conducting and real-time application of EC probe calibration
CN107017177B (zh) * 2017-04-25 2019-06-07 京东方科技集团股份有限公司 成膜速率检测模组、成膜设备、成膜速率检测方法
EP4053494A1 (en) 2021-03-02 2022-09-07 ABB Schweiz AG Thickness measurement using a pulsed eddy current system

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4000458A (en) 1975-08-21 1976-12-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method for the noncontacting measurement of the electrical conductivity of a lamella
US4286215A (en) 1979-05-18 1981-08-25 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method and apparatus for the contactless monitoring carrier lifetime in semiconductor materials
FR2574938B1 (fr) 1984-12-19 1986-12-26 Snecma Methode de controle par courants de foucault sans contact et dispositif de mise en oeuvre
EP0242492B1 (en) 1985-12-28 1992-08-05 Yamaha Corporation An improved non-contact type pattern sensor
US4849693A (en) 1988-02-29 1989-07-18 Battelle Memorial Institute Automated measurement system employing eddy currents to adjust probe position and determine metal hardness
US5200704A (en) 1991-02-28 1993-04-06 Westinghouse Electric Corp. System and method including a buried flexible sheet target impregnated with ferromagnetic particles and eddy current probe for determining proximity of a non-conductive underground structure
ES2108728T3 (es) 1991-03-13 1998-01-01 Westinghouse Electric Corp Procedimiento para determinar la magnitud de la deformacion inducida en un material en respuesta a una fuerza de compresion.
US5223793A (en) 1991-04-29 1993-06-29 Intex Inc. Apparatus for controlled rotation of a sphere or ball for inspecting or marking the surface with a predetermined pattern
US5394084A (en) 1991-12-23 1995-02-28 The Boeing Company Method and apparatus for reducing errors in eddy-current conductivity measurements due to lift-off by interpolating between a plurality of reference conductivity measurements
US5420507A (en) 1992-09-28 1995-05-30 Edward L. Laskowski Method and apparatus for sensing a target characteristic by measuring both impedance and resonant frequency of a tank circuit
US5552704A (en) 1993-06-25 1996-09-03 Tencor Instruments Eddy current test method and apparatus for measuring conductance by determining intersection of lift-off and selected curves
US5541510A (en) 1995-04-06 1996-07-30 Kaman Instrumentation Corporation Multi-Parameter eddy current measuring system with parameter compensation technical field
US6285183B1 (en) 1996-09-30 2001-09-04 Mcdonnell Douglas Corporation Method and system for measuring the volume loss of a metal substrate
US6346807B1 (en) 1999-10-22 2002-02-12 Bently Nevada Corporation Digital eddy current proximity system: apparatus and method
JP3758439B2 (ja) 1999-12-20 2006-03-22 日本精工株式会社 曲面を有する被検査体の欠陥を曲面に沿って非接触で検出する方法
SE520322C2 (sv) 2000-03-23 2003-06-24 Daprox Ab Sätt och anordning för avståndsbestämning mellan en stator och en denna motstående roterande rotor
JP4874465B2 (ja) * 2000-03-28 2012-02-15 株式会社東芝 渦電流損失測定センサ
US6407546B1 (en) 2000-04-07 2002-06-18 Cuong Duy Le Non-contact technique for using an eddy current probe for measuring the thickness of metal layers disposed on semi-conductor wafer products
US6762604B2 (en) 2000-04-07 2004-07-13 Cuong Duy Le Standalone eddy current measuring system for thickness estimation of conductive films
US20030210041A1 (en) 2000-04-07 2003-11-13 Le Cuong Duy Eddy current measuring system for monitoring and controlling a chemical vapor deposition (CVD) process
US6741076B2 (en) 2000-04-07 2004-05-25 Cuong Duy Le Eddy current measuring system for monitoring and controlling a CMP process
US6549006B2 (en) 2000-04-07 2003-04-15 Cuong Duy Le Eddy current measurements of thin-film metal coatings using a selectable calibration standard
US6593737B2 (en) * 2000-08-24 2003-07-15 Shell Oil Company Method for measuring the wall thickness of an electrically conductive object
JP4467761B2 (ja) 2000-11-07 2010-05-26 株式会社アルバック 基板の処理装置及び基板の処理方法
US6933718B2 (en) 2001-06-12 2005-08-23 The Boeing Company Quantification method and system for corrosion and damage assessment
GB0124910D0 (en) 2001-10-17 2001-12-05 Accentus Plc Measurement of material properties
WO2003034054A2 (en) 2001-10-17 2003-04-24 Aea Technology Plc Method and apparatus for measuring material properties and lift-off components of an object using a magnetic probe
TWI270662B (en) 2002-06-28 2007-01-11 Lam Res Corp Method and apparatus of arrayed, clustered or coupled eddy current sensor configuration for measuring conductive film properties
IL153894A (en) 2003-01-12 2010-05-31 Nova Measuring Instr Ltd Method and system for measuring the thickness of thin conductive layers
DE10331953B3 (de) 2003-07-15 2005-01-13 Eads Space Transportation Gmbh Vorrichtung zur Wirbelstromprüfung
US7295003B2 (en) 2004-09-22 2007-11-13 The Boeing Company Non-destructive testing system and method utilizing a magnetic field to identify defects in a layer of a laminated material
US7830140B2 (en) 2007-08-07 2010-11-09 General Electric Company Eddy current system and method for estimating material properties of parts
GB2472081B (en) * 2009-07-24 2014-03-05 Bios Developments Ltd A method for determining speed of a signal species in a medium and associated apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI681184B (zh) * 2017-12-21 2020-01-01 國立虎尾科技大學 應用於ｐｃｂ多層板之非接觸式上下層銅厚的量測方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014066118A1 (en) 2014-05-01
US20140117982A1 (en) 2014-05-01
US9335151B2 (en) 2016-05-10
TW201423041A (zh) 2014-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Noncontact thickness measurement of metal films using eddy-current sensors immune to distance variation
US6407546B1 (en) Non-contact technique for using an eddy current probe for measuring the thickness of metal layers disposed on semi-conductor wafer products
US6549006B2 (en) Eddy current measurements of thin-film metal coatings using a selectable calibration standard
TWI597475B (zh) 用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品
WO2021128424A1 (zh) 绝对电角度检测方法、系统及计算机可读存储介质
JP5570722B2 (ja) 計量装置の較正
TWI289195B (en) Method and apparatus for measuring object thickness
US20090251137A1 (en) Method for determining the layer thickness of an electrically conductive coating on an electrically conductive substrate
US5416411A (en) System and method for measuring the thickness of a ferromagnetic layer
Stone et al. Geometric effects when measuring small holes with micro contact probes
CN104142431A (zh) 涡流电导率测量传感器
Rodrigues et al. A portable embedded contactless system for the measurement of metallic material conductivity and lift-off
Li et al. An accurate probe pre-travel error compensation model for five-axis on-machine inspection system
Wang et al. A low-cost, high-performance, soft tri-axis tactile sensor based on eddy-current effect
Mathiyazhagan et al. Prediction modeling of surface roughness using capacitive sensing technique in machining process
CN112313783A (zh) 用于导电膜层厚度测量的方法、装置及系统
Chen et al. Resistance-frequency eddy current method for electrical conductivity measurement
CN113030602B (zh) 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质
Avramov-Zamurovic et al. A high-stability capacitance sensor system and its evaluation
CN104006781B (zh) 曲面法矢测量精度的计算方法
Yu et al. Measurement of the M-integral for a hole in an aluminum plate or strip
Hart'anský et al. A new method of measuring the physical quantities
KR20060134764A (ko) 와전류 센서의 금속 모재선별 방법 및 장치
Quinten et al. Capacitive and inductive surface metrology
Morel Uncertainty estimation of shape and roughness measurement