專利名稱：有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及導體膜厚度測量技術領域，特別涉及一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法及裝置。
背景技術：
目前，導體膜厚度的測量方法通常包括:四點探針法、電渦流法、X射線吸收法、X射線熒光法、激光超聲法等。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射線熒光法具有放射性，因此不適宜于在常規環境中應用。傳統的電渦流測量方法多通過單頻點的電渦流傳感器的阻抗變化、電感變化或Q值變化來測量單層薄膜的厚度。在實際應用過程中電渦流法主要存在如下問題:a)測量分辨率和精度有限；b)實際測量過程中存在提離高度(即電渦流傳感器與被測薄膜間的距離)變化的影響。
發明內容
本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。為此，本發明的 一個目的在于提出一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法，該方法可以簡便、快速地測量導體薄膜(即導體膜)厚度，且能夠減小提離(指傳感器與待測樣品之間的測量距離)波動對厚度測量的影響，從而提高測量精度。本發明的另一個目的在于提出一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置。為達到上述目的，本發明第一方面的實施例公開了有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法，包括以下步驟:將所述電渦流傳感器置于與導體膜間隔預定距離的位置；向所述電渦流傳感器輸入預定頻率范圍的交變電流作為激勵信號；獲取所述電渦流傳感器的等效阻抗隨所述激勵信號的頻率的變化關系曲線，以便得到所述等效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值；得到所述比值隨所述激勵信號的頻率變化的關系曲線，并得到所述關系曲線中的峰值點的激勵頻率；以及比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到所述待測導體膜的厚度值。根據本發明實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法，測量導體膜的厚度，受到提離距離波動的影響非常小。因此，盡管測量過程中提離距離可能發生波動，但對厚度測量的結果影響非常小。因此，該方法可以簡便、快速地測量導體膜的厚度、并且可以極大地減小提離距離波動對厚度測量結果的影響。另外，該方法操作簡單，易于實現。另外，根據本發明上述實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法還可以具有如下附加的技術特征:在一些示例中，所述預定頻率范圍位于[1ΚΗζ-200ΜΗζ]之間。在一些示例中，所述導體膜的厚度位于[10納米至5微米]之間。在一些示例中，所述電渦流傳感器的探頭線圈匝數為[I匝至100匝]之間。
本發明第二方面的實施例公開了一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置，包括:電渦流傳感器，所述電渦流傳感器置于與導體膜間隔預定距離的位置；前置信號處理模塊，所述前置信號處理模塊用于向所述電渦流傳感器輸入激勵信號，并獲得所述電渦流傳感器的測量信號，其中，所述激勵信號為預定頻率范圍的交變電流；以及數據采集處理模塊，所述數據采集處理模塊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測量信號，以根據所述測量信號得到所述電渦流傳感器的等效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值，并得到所述比值隨所述激勵信號的頻率變化的關系曲線，并得到所述關系曲線中的峰值點的激勵頻率，以及比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到所述待測導體膜的厚度值。根據本發明實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置，測量導體膜的厚度，受到提離距離波動的影響非常小。因此，盡管測量過程中提離距離可能發生波動，但對厚度測量的結果影響非常小。因此，該裝置可以簡便、快速地測量導體膜的厚度、并且可以極大地減小提離距離波動對厚度測量結果的影響。另外，該裝置結構簡單，成本低。另外，根據本發明上述實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置還可以具有如下附加的技術特征:在一些示例中，所述前置信號處理模塊還用于:將所述測量信號轉換為模擬電信號。進一步地，所述數據采集處理模塊還用于:將所述模擬電信號轉換為數字信號。在一些示例中，所述電渦流傳感器的線圈的外徑大于3毫米，所述線圈的匝數為I膽至100膽。在一些示例中，所述預定頻率范圍位于[1ΚΗζ-200ΜΗζ]之間。本發明附加的方面和優點`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，或通過本發明的實踐了解到。
本發明所述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是根據本發明一個實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法的流程圖；以及圖2是根據本發明另一個實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置的不意圖；圖3a和3b分別示出了采用本發明實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置在不同薄膜厚度和不同提離下，利用電渦流傳感器測量導體膜時傳感器的阻抗實部與激勵頻率的比值隨激勵頻率變化的關系曲線；以及圖4a和4b分別示出了根據本發明一個實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置中激勵頻率隨導體膜厚度和提離變化的關系曲線。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，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，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。在本發明的描述中，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明的限制。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，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所述術語的具體含義。以下結合附圖描述根據本發明實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測
量方法及裝置。圖1是根據本發明一個實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括如下步驟:步驟SlOl:將電渦流傳感器置于與導體膜間隔預定距離的位置。即將電渦流傳感器放置在與導體膜間隔預定提離距離h的位置處，其中，該預定距離(預定提離距離h)根據經驗值確定。
步驟S102:向電渦流傳感器輸入預定頻率范圍的交變電流作為激勵信號。即向電渦流傳感器輸入多頻交變電流，并將該多頻交變電流作為激勵信號。在該示例中，電渦流傳感器的探頭線圈匝數為但不限于[I匝至100匝]之間。另夕卜，預定頻率范圍位于但不限于[1ΚΗζ-200ΜΗζ]之間。步驟S103:獲取電渦流傳感器的等效阻抗隨激勵信號的頻率的變化關系曲線，以便得到等效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值。例如:可通過測量的方式，得到電渦流傳感器的等效阻抗Z隨激勵信號的頻率f的變化關系曲線，并可根據該變化關系曲線推導出等效阻抗Z的實部R與激勵信號的頻率f的比值R/f。步驟S104:得到比值隨激勵信號的頻率變化的關系曲線，并得到關系曲線中的峰值點的激勵頻率。該比值R/f隨激勵信號的頻率f的變化關系曲線中存在一個峰值點，峰值點對應的激勵頻率(即峰值點的激勵頻率)記為fo。由此，當導體膜的厚度處于5微米以內時，激勵頻率f。隨導體膜厚度變化的靈敏度遠遠大于其隨提離距離h變化的靈敏度。在該實例中，導體膜的厚度位于但不限于:[10納米至5微米]之間。步驟S105:比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到待測導體膜的厚度值。例如:首先對激勵頻率fo進行分析，通過比較待測樣品導體膜(待測導體膜)與標樣(導體膜)的峰值頻率值(激勵頻率)fo，從而得出待測導體膜的厚度值。根據本發明實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法可以簡便地、快速地測量導體膜的厚度，并且極大地減小提離波動對厚度測量的影響，從而提升測量的精度。另外，該方法操作簡單，易于實現。圖2是根據本發明一個實施例的有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置的示意圖。
如圖2所示，該有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置10包括:電渦流傳感器100、前置信號處理模塊200和數據采集處理模塊300。其中，電渦流傳感器100置于與導體膜20間隔預定距離的位置。即將電渦流傳感器100放置在與導體膜20間隔預定提離距離h的位置處，其中，該預定距離(預定提離距離h)根據經驗值確定。此外，在本發明的一個或多個實施例中，電渦流傳感器100的線圈的外徑大于3毫米，線圈的匝數為但不限于I匝至100匝。前置信號處理模塊200與電渦流傳感器100相連，用于向電渦流傳感器100輸入激勵信號，并獲得電渦流傳感器100的測量信號，其中，激勵信號為預定頻率范圍的交變電流(即多頻交變電流)。在本發明的一個實施例中，前置信號處理模塊200還用于將測量信號轉換為模擬電信號。即前置信號處理模塊200向電渦流傳感器100輸入激勵信號的同時，將獲得的電渦流傳感器100的測量信號轉換為模擬電信號。數據采集處理模塊300與前置信號處理模塊200相連，數據采集處理模塊300用于在交變電流的預定相位時，采集前置信號處理模塊200提供的測量信號，以根據測量信號得到電渦流傳感器100的等 效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值，并得到比值隨激勵信號的頻率變化的關系曲線，并得到關系曲線中的峰值點的激勵頻率，以及比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到待測導體膜的厚度值。在本發明的一個實施例中，數據采集處理模塊300還用于:將所述模擬電信號轉換為數字信號。即數據采集處理模塊300在交變電流的預定相位時采集前置信號處理模塊200提供的模擬電信號并將模擬電信號轉換為數字信號，繼而通過計算機400處理分析得到比值R/f隨激勵信號頻率f的變化關系，進一步分析得到峰值點頻率(即峰值點的激勵頻率)&，最終通過比較待測樣品與標樣的峰值頻率值(激勵頻率)&，從而得出待測導體膜的厚度值。具體地，結合圖2所示，可以將電渦流傳感器100放置在與已知厚度的導體膜20間隔預定提離距離h的上方位置處。然后向電渦流傳感器100輸入預定頻率范圍的交變電流，例如預定頻率范圍位于[1ΚΗζ-200ΜΗζ]之間，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，導致電渦流傳感器100的電渦流線圈的阻抗Z發生變化。因此電渦流傳感器100的阻抗Z及其分量實部R中會包含導體膜20的厚度、提離h等信息。利用前置信號處理模塊200可以獲得電渦流傳感器100阻抗Z的大小。構造一個新參數:阻抗Z的實部R與激勵信號頻率f的比值R/f。R/f隨f變化的關系曲線存在一個峰值點，峰值點對應的激勵頻率記做該峰值點頻率f。隨導體膜20的厚度變化遠遠大于其隨提離h的變化。因此分析比較待測樣品與標樣的峰值頻率值A可以得到導體膜20的厚度大小，且基本不受測量時提離h變化的影響。例如:選取多個厚度彼此不同的已知厚度的導體膜20 (例如100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm),并且選取一定的提離距離h進行測量，以便得到電潤流傳感器100在多個不同已知厚度下，峰值點頻率&隨導體膜厚度t的關系(例如關系曲線)，得到標定。將電渦流傳感器100放置在與待測厚度的導體膜20間隔所上述一定的提離h的位置處，然后再次進行測量，以便得到待測厚度的導體膜20的峰值點頻率&，最后對比所述關系(例如關系曲線)即可得到所述待測厚度的導體膜20的厚度。利用本發明實施例的測量裝置10測量導體膜20的厚度，受到提離距離h波動的影響非常小。因此，盡管測量過程中提離距離h可能發生波動，但對厚度測量的結果影響非常小。因此，本發明實施例的裝置可以簡便、快速地測量導體膜20的厚度、并且可以極大地減小提離距離h波動對厚度測量結果的影響。圖3a和3b分別示出了在不同薄膜厚度和不同提離下，利用電渦流傳感器測量導體膜時傳感器的阻抗實部R與激勵頻率f的比值R/f隨激勵頻率f變化的關系曲線。由圖3a和圖3b可以看出，R/f隨激勵頻率f變化的關系曲線存在一個峰值點，且峰值點頻率fQ隨膜厚的變化大于其隨提離h的變化。圖4a和4b分別示出了峰值頻率fQ隨導體膜厚度t和提離h變化的關系曲線。由圖4a和圖4b可以看出，峰值點頻率&隨膜厚的變化曲線為冪函數關系，當導體膜20厚度在一定厚度范圍內時，其靈敏度非常高；而峰值點頻率fo隨提離h的變化曲線為線性關系，其靈敏度遠遠小于&隨膜厚的靈敏度。如下表所示，導體膜20處于部分厚度下時，f0隨提離h的靈敏度和其厚度的靈敏度對比。從表I中可以看出，&隨厚度變化的靈敏度遠遠大于其隨提離h變化的靈敏度。即有效的減小了提離波動對膜厚測量精度的影響。
權利要求
1.一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 將所述電渦流傳感器置于與導體膜間隔預定距離的位置； 向所述電渦流傳感器輸入預定頻率范圍的交變電流作為激勵信號； 獲取所述電渦流傳感器的等效阻抗隨所述激勵信號的頻率的變化關系曲線，以便得到所述等效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值； 得到所述比值隨所述激勵信號的頻率變化的關系曲線，并得到所述關系曲線中的峰值點的激勵頻率；以及 比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到所述待測導體膜的厚度值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預定頻率范圍位于[1ΚΗζ-200ΜΗζ]之間。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述導體膜的厚度位于[10納米至5微米]之間。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電渦流傳感器的探頭線圈匝數為[I匝至100匝]之間。
5.一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置，其特征在于，包括: 電渦流傳感器，所述電渦流傳感器置于與導體膜間隔預定距離的位置； 前置信號處理模塊，所述前置信號處理模塊用于向所述電渦流傳感器輸入激勵信號，并獲得所述電渦流傳感器的測量信號，其中，所述激勵信號為預定頻率范圍的交變電流；以及 數據采集處理模塊，所述數據采集處理模塊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測量信號，以根據所述測量信號得到所述電渦流傳感器的等效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值，并得到所述比值隨所述激勵信號的頻率變化的關系曲線，并得到所述關系曲線中的峰值點的激勵頻率，以及比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到所述待測導體膜的厚度值。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述前置信號處理模塊還用于:將所述測量信號轉換為模擬電信號。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述數據采集處理模塊還用于:將所述模擬電信號轉換為數字信號。
8.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述電渦流傳感器的線圈的外徑大于3毫米，所述線圈的匝數為I匝至100匝。
9.根據權利要求5所述的裝置，其特征在 于，所述預定頻率范圍位于[1ΚΗζ-200ΜΗζ]之間。
全文摘要
本發明提出了一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量方法，包括以下步驟將電渦流傳感器置于與導體膜間隔預定距離的位置；向電渦流傳感器輸入預定頻率范圍的交變電流作為激勵信號；獲取電渦流傳感器的等效阻抗隨激勵信號的頻率的變化關系曲線，以便得到等效阻抗的實部與激勵信號的頻率的比值；得到比值隨所述激勵信號的頻率變化的關系曲線；得到關系曲線中的峰值點的激勵頻率；比較待測導體膜對應的峰值激勵頻率與標樣的峰值激勵頻率，以得到待測導體膜的厚度值。該方法可以簡便、快速地測量導體膜厚度，且能夠減小提離波動對厚度測量的影響，從而提高測量精度。本發明還提出了一種有效減小提離波動影響的導體膜厚度測量裝置。
文檔編號G01B7/06GK103234449SQ20131017014
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月9日 優先權日2013年5月9日
發明者趙乾, 余強, 孟永鋼, 路新春 申請人:清華大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
