[发明专利]一种能够防止金属污染的金属膜厚测量装置

说明书

本发明公开了一种能够防止金属污染的金属膜厚测量装置，包括：电涡流传感器，其包括磁芯和线圈，线圈沿磁芯的周向缠绕在磁芯的外周壁上，电涡流传感器还包括电磁屏蔽壳，电磁屏蔽壳的芯层由金属材料制成，并且表面涂覆有非金属材料层以防止金属离子污染；前置信号处理模块，与电涡流传感器连接，用于对电涡流传感器输入正弦激励信号，并通过电涡流传感器采集与金属膜厚相关的电压信号；数据采集处理模块，与前置信号处理模块连接，用于接收前置信号处理模块输出的电压信号将其转换为数字信号，并根据预存的厚度标定表将数字信号转换为对应的膜厚值；通讯模块，用于实现数据采集处理模块与上位机之间的通讯。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种能够防止金属污染的金属膜厚测量装置。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种手段。随着集成电路制造技术的飞速发展，纳米量级金属薄膜厚度的生长、表征及其非接触式的厚度精确测量显得十分重要。具体到化学机械抛光过程中，通常使用电涡流传感器对薄膜厚度进行在线测量，从而控制抛光过程工艺参数，实现对晶圆表面的金属薄膜进行准确的去除，并在去除到指定的厚度值时停止抛光。

然而，基于电涡流效应的传感器都需要使用金属材料，会产生金属离子扩散到生产环境中发生金属污染，金属污染一方面会使金属膜厚测量不准确，另一方面在化学机械抛光过程中容易发生晶圆表面被金属污染物划伤和/或金属污染物超标的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种能够防止金属污染的金属膜厚测量装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例提供了一种能够防止金属污染的金属膜厚测量装置，包括：

电涡流传感器，其包括磁芯和线圈，所述线圈沿所述磁芯的周向缠绕在所述磁芯的外周壁上；所述电涡流传感器还包括电磁屏蔽壳，所述电磁屏蔽壳内限定有用于容纳所述磁芯和线圈的容纳腔，所述电磁屏蔽壳的芯层由金属材料制成，并且表面涂覆有非金属材料层以防止金属离子污染；

前置信号处理模块，与所述电涡流传感器连接，用于对所述电涡流传感器输入正弦激励信号，并通过所述电涡流传感器采集与金属膜厚相关的电压信号，其中，所述正弦激励信号的频率由所需测量的金属膜厚范围及金属类型确定；所述前置信号处理模块包括恒压源、谐振电容和分压电阻，分压电阻和电涡流传感器并联后与谐振电容和恒压源串联；

数据采集处理模块，与所述前置信号处理模块连接，用于接收所述前置信号处理模块输出的所述电压信号将其转换为数字信号，并根据预存的厚度标定表将所述数字信号转换为对应的膜厚值；

通讯模块，用于实现所述数据采集处理模块与上位机之间的通讯。

在一个实施例中，所述谐振电容可根据以下算式计算得到：

其中，f₀为选定的目标激励频率，L为电涡流传感器的电感，C为谐振电容的电容，r为电涡流传感器的内阻。

在一个实施例中，所述分压电阻取谐振时电涡流传感器的两端阻抗的实部。

在一个实施例中，所述电涡流传感器还包括封装外壳，所述封装外壳开设有槽，用于容纳装有所述磁芯和线圈的所述电磁屏蔽壳。

在一个实施例中，所述磁芯为长方体，所述磁芯的长度为其宽度的2-10倍，所述磁芯的宽度为2-4mm，所述磁芯的高度为1-3mm；所述线圈沿所述磁芯的横截面周向缠绕在所述磁芯的外周壁上，其中，所述横截面垂直于磁芯高度方向。

在一个实施例中，所述磁芯材料为镍锌铁氧体或者锰锌铁氧体。

在一个实施例中，所述线圈由漆包铜线绕制，漆包铜线的直径为0.05mm-0.2mm。