[发明专利]涡流传感器

说明书

本申请是发明名称为“涡流传感器”、申请日为2004年10月18日、申请号为200480030744.2的中国发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种涡流传感器，尤其涉及一种适合于检测导电膜厚度的涡流传感器，该导电膜形成在诸如半导体晶片的基板的表面上。本发明还涉及具有这种涡流传感器的基板处理设备，例如抛光设备或基板淀积设备。 

背景技术

为了在诸如半导体晶片的基板中形成互连电路，采用用铜电镀基板的工艺从而在其上形成铜层，然后通过化学机械抛光(CMP)除去铜层中不需要的部分，从而在基板中形成铜互连层。在这种工艺中在化学机械抛光(CMP)期间，必须精确地控制铜层的抛光工艺的进程(铜层的膜厚)。可以采用光学传感器或涡流传感器来控制这种导电膜的膜厚。 

光学传感器基于光的波长来测量导电膜的膜厚。相应地，可以在要施加光的区域中进行膜厚的精确测量。例如，为了在化学机械抛光期间检测形成在半导体基板上的导电膜的膜厚，在抛光过程中必须在通过其而将光直接施加在基板上的位置上形成开口。然而，如此形成开口可能对化学机械抛光设备的抛光性能造成负面的影响。 

涡流传感器基于在导电膜中产生的涡流传感器的大小来测量导电膜的膜厚。因而，例如，可以将涡流传感器安装在化学机械抛光设 备的抛光工具中。此外，涡流传感器可以在抛光期间利用非接触方式测量半导体基板的抛光情况。因此，不要求抛光工具具有用于观察基板的开口。例如，在抛光期间可以利用非接触方式测量形成在半导体基板上的导电膜的膜厚(抛光量)，而不需要在抛光垫中形成任何窗口。此外，有人提出一种能检测超薄膜例如阻挡层的抛光工艺的结束点的涡流传感器。 

然而，当涡流传感器的传感器线圈被掩埋在由诸如不锈钢的导电材料构成的抛光台中时，由传感器线圈产生的磁通量在抛光台中产生涡流。因而，减小了向外发射的磁通量。在这种情况下，由于到达被测量半导体晶片的磁通量减少了，所以在晶片上的导电膜中产生的涡流也减少了。因而，要求涡流传感器具有高灵敏度。 

例如，在将涡流传感器设置在抛光设备中的情况下，将抛光垫设置在半导体基板的导电膜与涡流传感器的传感器线圈之间。如果测量环境例如抛光垫的厚度改变，则来自涡流传感器的信号也改变。因此，要求涡流传感器在将这种测量环境看作为参数之一的情况下来测量基板的膜厚。相应地，需要复杂和麻烦的工艺来测量基板的膜厚。 

当测量超薄导电膜时，在诸如半导体晶片的基板的内部所产生的涡流是不能忽略的。因而，为了测量超薄导电膜的膜厚，应该将来自基板内部的影响作为测量环境来考虑，其将对利用涡流传感器进行的测量造成负面的影响。因此，需要复杂和麻烦的工艺来测量基板的膜厚。 

发明内容

鉴于上述缺陷做出了本发明。因此，本发明的目的是提供一种涡流传感器，它不受测量环境的影响，并且能很容易地以高精确度测量导电膜。 

根据本发明的第一方案，提供一种涡流传感器，其具有设置在形 成在基板上的导电膜附近的传感器线圈，以及用于为传感器线圈提供AC信号以在导电膜中产生涡流的信号源。涡流传感器包括可用于检测在导电膜中产生的涡流的检测电路。检测电路连接到传感器线圈。该涡流传感器还包括由具有高导磁率的材料制成的外壳。外壳在其中容纳传感器线圈。因此，将外壳配置成使得传感器线圈形成磁通的路径，以便有效地在导电膜中产生涡流。 

利用上述设置，来自传感器线圈的磁通形成路径(磁路)，以便穿过位于传感器线圈周围的具有高导磁率的外壳，然后穿过将要测量的导电膜。由于磁通不穿过安装环境中的部件，因此磁通没有衰减。因此，可以通过传感器线圈在导电膜中有效地产生涡流，并且可以以高灵敏度测量导电膜的膜厚。 

外壳可以形成为圆柱形或包围传感器线圈的形状。传感器线圈包括可用于在导电膜中产生涡流的激励线圈以及可用于检测在导电膜中产生的涡流的检测线圈。传感器线圈还可以包括可用于与检测线圈协作来调节检测输出零点的平衡线圈。通过调节零点，可以只放大与导电膜的厚度相应的变量信号。外壳可以设置在导电部件(抛光垫)内。 

根据本发明的第二方案，提供一种涡流传感器，其具有设置在形成在基板上的导电膜附近的传感器线圈，以及用于为传感器线圈提供AC信号以在导电膜中产生涡流的信号源。涡流传感器包括可用于检测在导电膜中产生的涡流的检测电路。检测电路连接到传感器线圈。该涡流传感器还包括其中容纳传感器线圈的绝缘部件。绝缘部件掩埋在导电材料(抛光垫)中。