基于微加工线圈折纸堆叠技术的微型涡流传感器实现电感125倍提升与半导体制造终点检测应用

本综述介绍了利用高分辨率光刻与折纸堆叠技术制备的多层微型涡流传感器（ECS），通过将25μm厚聚酰亚胺薄膜上的二维铜线圈（线宽25μm）进行三维堆叠，在3MHz频率下实现电感值提升125倍（12层堆叠），传感器总厚度小于1mm。该技术突破了传统平面电感在尺寸与灵敏度间的矛盾，为半导体化学机械抛光（CMP）终点检测及高精度无损检测（NDT）提供了微型化解决方案。

　　

Highlight

通过微加工折纸堆叠技术实现的超薄涡流传感器展现出电感值的显著提升与卓越传感性能，为高精度工业检测和生物医学监测开辟了新路径。

设计原理与制造工艺

电感层与互连层的掩模设计采用5mm外径、0.1mm线宽与间距的10匝螺旋线圈，通过顺时针与逆时针成对排列优化磁场耦合。利用光刻与金属化技术在聚酰亚胺薄膜上构建微图案，并通过折纸层压实现三维堆叠。

超薄薄膜涡流传感器通过折纸层压实现电感增强

原子力显微镜（AFM）与光学显微镜（OM）表征显示，聚酰亚胺薄膜上的铜微电感图案具有清晰的电极接口与12μm阶差结构。折叠后多层结构在3MHz频率下电感值提升125倍，有限元模拟证实电感随层数增加遵循幂律增长趋势，源于增强的磁耦合效应。与商用6mm直径线圈相比，折纸电感在相近厚度下电感值高出2.46-5.77倍。

结论

折纸堆叠策略成功解决了微型化与高电感间的矛盾，通过垂直堆叠实现电感值的二次方增长。该传感器在金属厚度与 proximity 检测中表现出高灵敏度，适用于半导体 planarization 终点检测及其他高精度传感场景。