專利名稱：導體膜的厚度的測量裝置和測量導體膜的厚度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種導體膜的厚度的測量裝置和利用所述測量裝置測量導體膜的厚度的方法。
背景技術：
目前，導體膜的厚度的測量方法包括四點探針法、電渦流法、X射線吸收法和X熒光法。四點探針法會對導體膜的表面造成損傷。X射線吸收法與X熒光法具有放射性，因此不適宜于在一般的環(huán)境中應用。電渦流法通過單頻點的電渦流傳感器的阻抗變化、電感變化或Q值變化來測量導體膜的厚度，但存在后續(xù)信號處理復雜、對可靠性和穩(wěn)定性的要求較高等缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種可以簡便地、快速地測量導體膜的厚度的
測量裝置。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種可以簡便地、快速地測量導體膜的厚度的方法。為了實現上述目的，根據本發(fā)明第一方面的實施例提出一種導體膜的厚度的測量裝置，所述導體膜的厚度的測量裝置包括電渦流傳感器；測力傳感器，所述測力傳感器與所述電渦流傳感器相連用于測量所述電渦流傳感器受到的所述導體膜的電磁力的大?。磺爸眯盘柼幚砟K，所述前置信號處理模塊與所述電渦流傳感器相連用于向所述電渦流傳感器輸入具有預定頻率的交變電流，所述前置信號處理模塊與所述測力傳感器相連用于獲得所述測力傳感器的測量信號且將所述測量信號轉換為模擬電信號；和數據采集模塊，所述數據采集模塊與所述前置信號處理模塊相連用于在所述交變電流的預定相位時采集所述前置信號處理模塊提供的所述模擬電信號并將所述模擬電信號轉換為數字信號。通過利用根據本發(fā)明實施例的導體膜的厚度的測量裝置測量導體膜的厚度，不會對所述導體膜的表面造成損傷。而且，所述測量裝置通過設置所述測力傳感器，從而可以利用所述電渦流傳感器受到的所述導體膜的電磁力的大小來表征所述導體膜的厚度，這樣不僅可以大大地簡化測量過程，而且可以大大地簡化后續(xù)的信號處理過程。因此，所述測量裝置可以簡便地、快速地測量所述導體膜的厚度。另外，根據本發(fā)明實施例的導體膜的厚度的測量裝置還可以具有如下附加的技術特征根據本發(fā)明的一個實施例，所述電渦流傳感器的線圈的外徑大于3毫米，所述線圈的匝數大于100。這樣可以使所述源電磁場的磁場強度足夠大，以便更加精確地測量所述晶圓的金屬膜的厚度。根據本發(fā)明的一個實施例，所述測力傳感器為壓電石英晶體動態(tài)力傳感器。通過利用所述壓電石英晶體動態(tài)力傳感器，可以更加精確地測量所述電渦流傳感器受到的所述導體膜的電磁力的大小。根據本發(fā)明的一個實施例，所述測力傳感器的測量精度大于lmN。這樣可以更加精確地測量所述電渦流傳感器受到的所述導體膜的電磁力的大小，并進而可以更加精確地測量所述導體膜的厚度。根據本發(fā)明第二方面的實施例提出一種測量導體膜的厚度的方法，所述測量導體膜的厚度的方法包括A)將電渦流傳感器放置在與已知厚度的導體膜間隔預定距離的位置處，向所述電渦流傳感器輸入預定頻率的交變電流，且利用測力傳感器測量所述電渦流傳感器受到的所述已知厚度的導體膜的電磁力的大?。籅)利用前置信號處理模塊獲得所述測力傳感器的測量信號且將所述測量信號轉換為模擬電信號，然后利用數據采集模塊在所述交變電流的預定相位時采集所述前置信號處理模塊提供的所述模擬電信號并將所述模擬電信號轉換為數字信號以便得到所述電渦流傳感器受到的所述電磁力的測量值；C) 重復所述步驟A)和所述B)多次以便得到所述電渦流傳感器受到的多個已知厚度的導體膜的電磁力的測量值，其中所述多個已知厚度的導體膜的厚度彼此不同，然后建立所述多個已知厚度的導體膜的厚度與所述電渦流傳感器受到的所述多個已知厚度的導體膜的電磁力的測量值的關系；和D)將所述電渦流傳感器放置在與待測厚度的導體膜間隔所述預定距離的位置處，重復所述步驟A)和所述B)以便得到所述電渦流傳感器受到的所述待測厚度的導體膜的電磁力的測量值，且根據所述關系得到所述待測厚度的導體膜的厚度。根據本發(fā)明實施例的測量導體膜的厚度的方法通過利用根據本發(fā)明第一方面所述的測量裝置來測量所述導體膜的厚度，從而可以簡便地、快速地測量所述導體膜的厚度。根據本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟A)中，利用所述前置信號處理模塊向所述電渦流傳感器輸入預定頻率的交變電流。根據本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟B)中，所述信號采集模塊產生所述預定頻率的脈沖信號以便在所述預定相位采集所述前置信號處理模塊提供的模擬電信號。這樣可以使所述數據采集模塊更加精確地在所述預定相位采集所述前置信號處理模塊提供的模擬電信號，從而可以使所述測量裝置更加精確地測量所述電渦流傳感器受到的所述導體膜的電磁力的大小，即可以使所述測量裝置更加精確地測量所述導體膜的厚度。根據本發(fā)明的一個實施例，所述待測厚度的導體膜為晶圓的金屬膜。根據本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟A)中，所述電渦流傳感器對所述晶圓的金屬膜進行全局掃描。這樣可以對所述晶圓的金屬膜進行全局測量。根據本發(fā)明的一個實施例，所述預定頻率為4MHZ-5MHZ。這樣可以更加精確地測量所述導體膜的厚度。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據本發(fā)明實施例的導體膜的厚度的測量裝置的結構示意圖2是根據本發(fā)明實施例的測量導體膜的厚度的方法的流程圖；圖3示出了在零相位時在不同的導體膜的厚度下電渦流傳感器受到的電磁力的大小與交變電流的頻率的關系曲線；圖4示出了在零相位時在不同的交變電流的頻率下電渦流傳感器受到的電磁力的大小與導體膜的厚度的關系曲線；和圖示出了由圖4中的電磁力-膜厚關系曲線生成的線性度曲線。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、 “連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。下面參考圖1描述根據本發(fā)明實施例的導體膜20的厚度的測量裝置10。如圖1 所示，根據本發(fā)明實施例的導體膜20的厚度的測量裝置10包括電渦流傳感器100、測力傳感器200、前置信號處理模塊300和數據采集模塊400。測力傳感器200與電渦流傳感器100相連用于測量電渦流傳感器100受到的導體膜20的電磁力的大小。前置信號處理模塊300與電渦流傳感器100相連用于向電渦流傳感器100輸入具有預定頻率的交變電流，前置信號處理模塊300與測力傳感器200相連用于獲得測力傳感器200的測量信號且將所述測量信號轉換為模擬電信號。數據采集模塊 400與前置信號處理模塊300相連用于在所述交變電流的預定相位時采集前置信號處理模塊300提供的模擬電信號并將所述模擬電信號轉換為數字信號。下面參考圖2描述根據本發(fā)明實施例的測量導體膜20的厚度的方法。如圖2所示，根據本發(fā)明實施例的測量導體膜20的厚度的方法包括A)將電渦流傳感器100放置在與已知厚度的導體膜20間隔預定距離L的位置處， 向電渦流傳感器100輸入預定頻率的交變電流，且利用測力傳感器200測量電渦流傳感器 100受到的已知厚度的導體膜20的電磁力的大小；B)利用前置信號處理模塊300獲得測力傳感器200的測量信號，且前置信號處理模塊300將所述測量信號轉換為模擬電信號，然后利用數據采集模塊400在所述交變電流的預定相位時采集前置信號處理模塊300提供的所述模擬電信號并將所述模擬電信號轉換為數字信號以便得到電渦流傳感器100受到的所述電磁力的測量值；C)重復所述步驟A)和所述B)多次以便得到電渦流傳感器100受到的多個已知厚度的導體膜20的電磁力的測量值，其中所述多個已知厚度的導體膜20的厚度彼此不同，然后建立所述多個已知厚度的導體膜20的厚度與電渦流傳感器100受到的所述多個已知厚度的導體膜20的電磁力的測量值的關系；和D)將電渦流傳感器100放置在與待測厚度的導體膜20間隔所述預定距離L的位置處，重復所述步驟A)和所述B)以便得到電渦流傳感器100受到的所述待測厚度的導體膜20的電磁力的測量值，且根據所述關系得到所述待測厚度的導體膜20的厚度。具體地，首先可以將電渦流傳感器100放置在與已知厚度的導體膜20間隔預定距離L(即提離高度h)的位置處，例如可以將電渦流傳感器100放置在所述已知厚度的導體膜20的上方。然后向電渦流傳感器100輸入預定頻率的交變電流，這樣可以在電渦流傳感器100的周圍產生源電磁場。由于所述源電磁場的作用，已知厚度的導體膜20中會產生感應電渦流，并且伴隨產生相應的感應電磁場。由于所述源電磁場和所述感應電磁場的相互作用，以及已知厚度的導體膜20和電渦流傳感器100中的電流流動，因此在電渦流傳感器100和已知厚度的導體膜20之間就會產生相互作用的電磁力。利用測力傳感器200可以測量電渦流傳感器100受到的已知厚度的導體膜20的電磁力的大小。其中，電渦流傳感器100受到的已知厚度的導體膜20的電磁力與已知厚度的導體膜20受到的電渦流傳感器 100的電磁力大小相等且方向相反。其中，所述感應電磁場的大小與提離高度h、導體膜20的厚度、導體膜20的電導率 σ和所述交變電流的頻率有關。換言之，電渦流傳感器100受到的所述電磁力的大小與提離高度h、導體膜20的厚度、導體膜20的電導率ο和所述交變電流的頻率有關。通過保持提離高度h、導體膜20的電導率ο和所述交變電流的頻率不變，可以使電渦流傳感器100 受到的所述電磁力的大小與導體膜20的厚度一一對應。即可以利用電渦流傳感器100受到的所述電磁力的大小來表征導體膜20的厚度。由于所述交變電流的交變特性，電渦流傳感器100受到的所述電磁力的大小和方向也會以相應的頻率發(fā)生周期性變化，因此在每一次測量中可以利用數據采集模塊400在所述交變電流的預定相位時采集前置信號處理模塊300提供的所述模擬電信號。數據采集模塊400將所述模擬電信號轉換為數字信號以便得到電渦流傳感器100受到的所述電磁力的測量值?？梢岳蔑@示裝置(例如計算機500)讀取電渦流傳感器100受到的所述電磁力的測量值。選取多個厚度彼此不同的已知厚度的導體膜20(例如50nm、100nm、200nm、300nm、 400nm、500nm、700nm、900nm、1200nm、1500nm)，并且對應地重復所述步驟A)和所述B)多次
以便得到電渦流傳感器100受到的多個已知厚度的導體膜20的電磁力的測量值，然后建立所述多個已知厚度的導體膜20的厚度與電渦流傳感器100受到的所述多個已知厚度的導體膜20的電磁力的測量值的關系(例如關系曲線)。將電渦流傳感器100放置在與待測厚度的導體膜20間隔所述預定距離L的位置處以便保持提離高度h不變，然后重復所述步驟A)和所述B)以便得到電渦流傳感器100 受到的所述待測厚度的導體膜20的電磁力的測量值，最后根據所述關系即可得到所述待測厚度的導體膜20的厚度。
通過利用根據本發(fā)明實施例的導體膜20的厚度的測量裝置10測量導體膜20的厚度，不會對導體膜20的表面造成損傷。而且，測量裝置10通過設置測力傳感器200，從而可以利用電渦流傳感器100受到的導體膜20的電磁力的大小來表征導體膜20的厚度，這樣不僅可以大大地簡化測量過程，而且可以大大地簡化后續(xù)的信號處理過程。因此，測量裝置10可以簡便地、快速地測量導體膜20的厚度。根據本發(fā)明實施例的測量導體膜20的厚度的方法通過利用測量裝置10來測量導體膜20的厚度，從而可以簡便地、快速地測量導體膜20的厚度。在本發(fā)明的一些實施例中，在所述步驟A)中，可以利用前置信號處理模塊300 向電渦流傳感器100輸入預定頻率的交變電流。具體地，所述交變電流的頻率可以是 100KHz-50MHz,即所述預定頻率為 100KHz_50MHz。在本發(fā)明的一個實施例中，在所述步驟B)中，數據采集模塊400可以產生所述預定頻率的脈沖信號以便在所述預定相位(例如零相位)采集前置信號處理模塊300提供的模擬電信號。換言之，所述脈沖信號的頻率等于所述交變電流的頻率。這樣可以使數據采集模塊400更加精確地在所述預定相位采集前置信號處理模塊300提供的模擬電信號，從而可以使測量裝置10更加精確地測量電渦流傳感器100受到的導體膜20的電磁力的大小， 即可以使測量裝置10更加精確地測量導體膜20的厚度。圖3示出了在零相位時在不同的導體膜的厚度下電渦流傳感器100受到的導體膜 20的電磁力的大小與所述交變電流的頻率的關系曲線。由圖3可以看出，電渦流傳感器100 受到的導體膜20的電磁力的大小足夠分辨不同的導體膜20的厚度之間的差別。圖4示出了在零相位時在不同的所述交變電流的頻率下電渦流傳感器100受到的導體膜20的電磁力的大小與導體膜20的厚度的關系曲線。由圖4可以看出，當所述交變電流的頻率為3MHz-6MHz時，所述關系曲線的線性度最好。對3ΜΗζ_6ΜΗζ頻率段的所述關系曲線進行線性擬合，可以得到如圖5所示的線性度曲線。由圖5可以看出，當所述交變電流的頻率為4ΜΗζ-5ΜΗζ時，所述線性度曲線的線性程度最好。有利地，所述預定頻率可以是 4ΜΗζ-5ΜΗζ。換言之，所述交變電流的頻率可以是4ΜΗζ_5ΜΗζ。這樣可以更加精確地測量導體膜20的厚度。在本發(fā)明的一些示例中，測力傳感器200的測量精度可以大于lmN。這樣可以更加精確地測量電渦流傳感器100受到的導體膜20的電磁力的大小，并進而可以更加精確地測量導體膜20的厚度。有利地，測力傳感器200的最大分辨率可以大于等于0. lmN/nm，這樣可以利用測量裝置10對納米量級的導體膜20的厚度進行測量。在本發(fā)明的一個示例中，測力傳感器200可以是壓電石英晶體動態(tài)力傳感器。通過利用所述壓電石英晶體動態(tài)力傳感器，可以更加精確地測量電渦流傳感器100受到的導體膜20的電磁力的大小。在本發(fā)明的一些示例中，所述待測厚度的導體膜20可以是晶圓的金屬膜。換言之，可以利用測量裝置10和所述測量導體膜20的厚度的方法來測量所述晶圓的金屬膜的厚度。在本發(fā)明的一個示例中，電渦流傳感器100的線圈的外徑可以大于3毫米，所述線圈的匝數可以大于100。這樣可以使所述源電磁場的磁場強度足夠大，以便更加精確地測量所述晶圓的金屬膜的厚度。在本發(fā)明的一個具體示例中，在所述步驟A)中，電渦流傳感器100可以對所述晶圓的金屬膜進行全局掃描。這樣可以對所述晶圓的金屬膜進行全局測量。根據本發(fā)明實施例的測量裝置10可以簡便地、快速地測量導體膜20的厚度。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種導體膜的厚度的測量裝置，其特征在于，包括電渦流傳感器；測力傳感器，所述測力傳感器與所述電渦流傳感器相連用于測量所述電渦流傳感器受到的所述導體膜的電磁力的大小；前置信號處理模塊，所述前置信號處理模塊與所述電渦流傳感器相連用于向所述電渦流傳感器輸入具有預定頻率的交變電流，所述前置信號處理模塊與所述測力傳感器相連用于獲得所述測力傳感器的測量信號且將所述測量信號轉換為模擬電信號；和數據采集模塊，所述數據采集模塊與所述前置信號處理模塊相連用于在所述交變電流的預定相位時采集所述前置信號處理模塊提供的所述模擬電信號并將所述模擬電信號轉換為數字信號。
2.根據權利要求1所述的導體膜的厚度的測量裝置，其特征在于，所述電渦流傳感器的線圈的外徑大于3毫米，所述線圈的匝數大于100。
3.根據權利要求1所述的導體膜的厚度的測量裝置，其特征在于，所述測力傳感器為壓電石英晶體動態(tài)力傳感器。
4.根據權利要求1或3所述的導體膜的厚度的測量裝置，其特征在于，所述測力傳感器的測量精度大于lmN。
5.一種測量導體膜的厚度的方法，其特征在于，包括A)將電渦流傳感器放置在與已知厚度的導體膜間隔預定距離的位置處，向所述電渦流傳感器輸入預定頻率的交變電流，且利用測力傳感器測量所述電渦流傳感器受到的所述已知厚度的導體膜的電磁力的大小；B)利用前置信號處理模塊獲得所述測力傳感器的測量信號且將所述測量信號轉換為模擬電信號，然后利用數據采集模塊在所述交變電流的預定相位時采集所述前置信號處理模塊提供的所述模擬電信號并將所述模擬電信號轉換為數字信號以便得到所述電渦流傳感器受到的所述電磁力的測量值；C)重復所述步驟A)和所述B)多次以便得到所述電渦流傳感器受到的多個已知厚度的導體膜的電磁力的測量值，其中所述多個已知厚度的導體膜的厚度彼此不同，然后建立所述多個已知厚度的導體膜的厚度與所述電渦流傳感器受到的所述多個已知厚度的導體膜的電磁力的測量值的關系；和D)將所述電渦流傳感器放置在與待測厚度的導體膜間隔所述預定距離的位置處，重復所述步驟A)和所述B)以便得到所述電渦流傳感器受到的所述待測厚度的導體膜的電磁力的測量值，且根據所述關系得到所述待測厚度的導體膜的厚度。
6.根據權利要求5所述的測量導體膜的厚度的方法，其特征在于，在所述步驟A)中，利用所述前置信號處理模塊向所述電渦流傳感器輸入預定頻率的交變電流。
7.根據權利要求5所述的測量導體膜的厚度的方法，其特征在于，在所述步驟B)中，所述信號采集模塊產生所述預定頻率的脈沖信號以便在所述預定相位采集所述前置信號處理模塊提供的模擬電信號。
8.根據權利要求5所述的測量導體膜的厚度的方法，其特征在于，所述待測厚度的導體膜為晶圓的金屬膜。
9.根據權利要求8所述的測量導體膜的厚度的方法，其特征在于，在所述步驟A)中，所述電渦流傳感器對所述晶圓的金屬膜進行全局掃描。
10.根據權利要求5所述的測量導體膜的厚度的方法，其特征在于，所述預定頻率為 4MHz-5MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導體膜的厚度的測量裝置和測量導體膜的厚度的方法。所述導體膜的厚度的測量裝置包括電渦流傳感器；測力傳感器，測力傳感器與電渦流傳感器相連用于測量電渦流傳感器受到的導體膜的電磁力的大??；前置信號處理模塊，前置信號處理模塊與電渦流傳感器相連用于向電渦流傳感器輸入具有預定頻率的交變電流，前置信號處理模塊與測力傳感器相連用于獲得測力傳感器的測量信號且將測量信號轉換為模擬電信號；和數據采集模塊，數據采集模塊與前置信號處理模塊相連用于在交變電流的預定相位時采集前置信號處理模塊提供的模擬電信號并將模擬電信號轉換為數字信號。根據本發(fā)明實施例的測量裝置可以簡便地、快速地測量導體膜的厚度。
文檔編號G01B7/06GK102538655SQ20121000491
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者余強, 孟永鋼, 趙乾, 路新春 申請人:清華大學