[发明专利]一种电涡流传感器、金属膜厚度监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种电涡流传感器、金属膜厚度监测系统及方法，电涡流传感器，包括：激励模块，包括激励线圈、磁芯和第一电容，磁芯包括容纳部、束口部和缠绕部，容纳部和束口部连接以形成一放置腔，缠绕部设置在放置腔内，激励线圈绕设于缠绕部上，束口部远离容纳部的一侧的开口小于靠近容纳部的一侧的开口；接收模块，包括接收线圈和第二电容，接收线圈设置于束口部远离容纳部的一侧的开口处。该电涡流传感器、金属膜厚度监测系统及方法相较于现有技术，在晶圆边缘处衰减区域更窄、膜厚监测更精确，有效避免因边缘效应带来的厚度监测数据失真，提升加工准确性，拓展了晶圆可利用区域。

技术领域

本发明涉及金属膜厚度监测技术领域，尤其涉及一种电涡流传感器、金属膜厚度监测系统及方法。

背景技术

在集成电路制造工艺中，晶圆衬底金属膜在沉淀后，经过化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)工艺处理，能有效提高光刻工艺的套刻精度。因此，金属膜厚度在化学机械抛光工艺过程中需要实时监测，在预定厚度值停止继续研磨。

现有的晶圆表面金属膜的在线测量过程通常采用集成于工艺设备上的非接触电涡流传感器模块，电涡流测量金属膜厚技术是通过给传感器线圈施加一定频率交流电压，使得传感器端的LC电路形成振荡回路产生交变磁场，交变磁场在量测对象的金属薄膜表面形成涡流效应，形成与传感器线圈相反的磁场，改变传感器线圈的视在阻抗，通过关联金属膜厚度与相关电气参数，实现金属膜厚测量。其中，电涡流传感器在检测晶圆表面边缘处金属膜厚时，由于电涡流边缘效应会在边缘10mm的范围内出现反馈信号的衰减，越靠近边缘衰减越严重，导致反馈信号无法反映实际膜厚导致在线测量数据失真，现有技术通过改变磁芯形状，尽量减小磁芯横向宽度以获得晶圆轴向上较好的空间分辨率，将电涡流边缘效应产生的信号衰减降至较低水平，但是由于传感器线圈谐振频率及品质因数Q值等多种参数匹配的限制，无法将磁芯本体缩小至足够满足高阶工艺要求，所以依然存在晶圆边缘区域数据信号衰减严重的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电涡流传感器、金属膜厚度监测系统及方法，解决目前主流的电涡流传感器的边缘信号衰减严重，不能满足高阶工艺要求的问题。

本发明提出的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种电涡流传感器，包括激励模块和接收模块：

激励模块，包括激励线圈、磁芯和第一电容，所述磁芯包括容纳部、束口部和缠绕部，所述容纳部和束口部连接以形成一放置腔，所述缠绕部设置在所述放置腔内，所述激励线圈绕设于所述缠绕部上，所述束口部远离所述容纳部的一侧的开口小于靠近所述容纳部的一侧的开口，所述第一电容和所述激励线圈连接以形成第一LC振荡回路；

接收模块，包括接收线圈和第二电容，所述接收线圈设置于所述束口部远离所述容纳部的一侧的开口处，所述第二电容和所述接收线圈连接以形成第二LC振荡回路。

本发明实施例第一方面的一种电涡流传感器，将现有的电涡流传感器模块改进为激励模块和接收模块，将激励和接收部分的功能分别用两个不同的模块实现，原理是通过将激励线圈的磁芯设置为具有束口部的结构，进而提高监测金属膜边缘的空间分辨率。该电涡流传感器相较于现有的传感器，磁芯将激励线圈几乎完全包裹，因此金属膜表面产生的涡流反馈信号对激励线圈的影响将显著降低。又因束口部为一侧大另一侧小的收口形状，再在束口处增加接收线圈对金属膜表面电涡流参数变化进行接收及监测，由于接收线圈不需要实现激励作用，因此不需要设置磁芯，其大小容易改变，只需要改变接收线圈的大小，就能使监测到金属膜边缘的数据更窄更精确。该电涡流传感器相较于现有技术，监测晶圆金属膜厚度时，在晶圆边缘处衰减区域更窄、膜厚监测更精确，有效避免因边缘效应带来的厚度监测数据失真，提升加工准确性，拓展了晶圆可利用区域。

根据本发明实施例第一方面提供的一种电涡流传感器，所述束口部远离所述容纳部的一侧的开口和所述容纳部的距离越远，开口越小。