一种研磨抛光加工状态在线监测装置

摘要

一种研磨抛光加工状态在线监测装置，其特征是它包括环抛机上由一台电机驱动的研磨抛光盘（1）和由另一台电机驱动保持环（4）转动，在研磨抛光盘（1）上安装有研磨抛光垫（3），保持环（4）中安装有晶圆承载器（2），工件（5）安装在晶圆承载器（2）的下部并在保持环的带动下与垫光垫（3）作相对的研磨抛光加工，在晶圆承载器（2）上安装有传感器（6），传感器（6）与固定安装在平台（10）上的信号调理电路（7）电气相连，信号调理电路（7）与固定安装在平台（10）上的数据采集器（8）电气连接，数据采集器（8）通过导电滑环（9）与计算机相连；所述的平台安装在保持环（4）上并同步转动。本发明对设备要求低，成本低，方便操作。

权利要求

1.一种研磨抛光加工状态在线监测装置，其特征是它包括环抛机上由一台电机驱动的研磨抛光盘（1）和由另一台电机驱动保持环（4）转动，在研磨抛光盘（1）上安装有研磨抛光垫（3），保持环（4）中安装有晶圆承载器（2），工件（5）安装在晶圆承载器（2）的下部并在保持环的带动下与研磨抛光垫 （3）作相对的研磨抛光加工，在晶圆承载器（2）上安装有传感器（6），传感器（6）与固定安装在平台（10）上的信号调理电路（7）电气相连，信号调理电路（7）与固定安装在平台（10）上的数据采集器（8）电气连接，数据采集器（8）通过导电滑环（9）与计算机相连；所述的平台安装在保持环（4）上并同步转动；所述的传感器（6）用来监测研磨抛光过程中的物理量并转换成电信号；由声发射传感器、负载传感器、温度传感器和加速度传感器中的一种或多种组成；所述的传感器被传感器夹具固定于晶圆承载器上；所述的导电滑环（9）的旋转内圈固定于平台（10）的中轴上，与数据采集器（8）相连接；静止外圈与计算机相连接；通过多种传感器对研磨抛光状态进行在线监测，测得声发射、力、振动物理量并实时显示，使得操作者能根据测得研磨抛光状态采取合适的操作，提高加工效率和质量。

2.根据权利要求1所述的研磨抛光加工状态在线监测装置，其特征是所述的信号调理电路对传感器采集的信号进行必要的放大、滤波、衰减、激励、多路复用等。

3.根据权利要求1所述的研磨抛光加工状态在线监测装置，其特征是所述的数据采集器，采集调理后的电信号，将模拟信号转换成数字信号，并对数据进行预处理。

4.根据权利要求1所述的研磨抛光加工状态在线监测装置，其特征是所述的计算机根据采集的信号采用信号处理方法进行研磨抛光的过程监测和结果预测。

说明书

一种研磨抛光加工状态在线监测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种精密、超精密机械加工领域，尤其是一种精加工监测技术，具体地说是一种基于传感器技术、高速数据采集与处理的研磨抛光加工状态在线监测装置。

背景技术

[0002] 随着光学、光电子学、集成电路和材料技术等领域的迅速发展，材料加工表面质量要求也变得越来越高。除此之外，一些功能材料因其独特的性能，在光学、电子、仪器仪表、航空航天等领域有广泛的应用前景和需求。上述材料大都采用超精密研磨、抛光作为其加工手段，如常用的化学机械抛光（CMP）。然而目前对于研磨抛光加工中的很多本质现象如材料去除机理、磨粒运动形式、不同工艺条件的影响规律等还不能进行很好地解释，致使晶片表面质量难以提高，生产效率低，研磨抛光过程不易实现自动化控制等问题。例如，当抛光过程中工件产生划痕等缺陷且尚未去除，当达到抛光的预定时间后终止，则不会达到抛光效果。此外，目前对于抛光效率、抛光后工件质量需要停机离线测量，这就导致时间和成本的浪费。

[0003] 中国专利CN1726116A公开了抛光状态监测装置和抛光装置以及方法，该发明利用光源发出的光施加到工件上，再使用分光镜对采集工件反射的反射光分为各自波长的光线，光接受元件将检测的光线转换为电信息，通过采集电信息，得到反射光的光谱数据，基于所得到光谱数据计算工件表面的特征值，通过特征值来判断抛光状态。中国专利CN102192928A公开了用于监测玻璃板抛光状态的装置和方法，该发明位置测量单元得到玻璃板利用抛光机的位置，电流测量单元得到流入抛光机的电流，通过将不同位置对应的电流值与参考值对比来确定抛光状态是否故障。

[0004] 上述各类在线检测装置均存在结构复杂，处理过程复杂，受外界干扰影响大，精度不高的问题，需要加以解决。

发明内容

[0005] 本发明目的是针对现有的在线检测装置均存在结构复杂，受外界干扰影响大，精度不高的问题，设计一种结构简单，使用方便，可以在线、快速、准确的监测研磨抛光的加工状态的研磨抛光加工状态在线监测装置。

[0006] 本发明所采用的技术方案是：

[0007] 一种研磨抛光加工状态在线监测装置，其特征是它包括环抛机上由一台电机驱动的研磨抛光盘1和由另一台电机驱动保持环4转动，在研磨抛光盘1上安装有研磨抛光垫3，保持环4中安装有晶圆承载器2，工件5安装在晶圆承载器2的下部并在保持环的带动下与垫光垫3作相对的研磨抛光加工，在晶圆承载器2上安装有传感器6，传感器6与固定安装在平台10上的信号调理电路7电气相连，信号调理电路7与固定安装在平台10上的数据采集器8电气连接，数据采集器8通过导电滑环9与计算机相连；所述的平台安装在保持环4上并同步转动。

[0008] 所述的传感器6用来监测研磨抛光过程中的物理量并转换成电信号；由声发射传感器、负载传感器、温度传感器和加速度传感器中的一种或多种组成。

[0009] 所述的信号调理电路对传感器采集的信号进行必要的放大、滤波、衰减、激励、多路复用等。

[0010] 所述的数据采集器，采集调理后的电信号，将模拟信号转换成数字信号，并对数据进行预处理。

[0011] 所述的计算机根据采集的信号采用信号处理方法进行研磨抛光的过程监测和结果预测。

[0012] 所述的传感器被传感器夹具固定于晶圆承载器上。

[0013] 所述的导电滑环9的旋转内圈固定于平台10的中轴上，与数据采集器8相连接；静止外圈与计算机相连接。

[0014] 本发明的有益效果是:

[0015] 本发明通过多种传感器对研磨抛光状态进行在线监测，可以测得声发射、力、振动等多种物理量并实时显示。因此，使得操作者可以根据测得研磨抛光状态采取合适的操作，提高加工效率和质量。

[0016] 本发明同时采集多种物理量综合考虑，可以获得更加全面的加工状态信息，共有利于实现对研磨抛光加工过程的控制。

[0017] 此外本发明提出的在线监测装置是针对传统环抛机改装，对设备要求低，成本低，方便操作。

附图说明

[0018] 图1是本发明的研磨抛光在线监测装置的原理框图。

[0019] 图2是本发明的研磨抛光在线监测装置的结构图。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

[0021] 如图2所示。

[0022] 一种研磨抛光加工状态在线监测装置，它包括研磨抛光盘1、晶圆承载器2、保持环4、传感器6、信号调理电路7、数据采集器8和计算机，研磨抛光盘1由一台电机驱动，保持环4由另一台电机驱动转动，在研磨抛光盘1上安装有研磨抛光垫3，保持环4中安装有晶圆承载器2，工件5安装在晶圆承载器2的下部并在保持环的带动下与垫光垫3作相对的研磨抛光加工，在晶圆承载器2上安装有传感器6，传感器6与固定安装在平台10上的信号调理电路7电气相连，信号调理电路7与固定安装在平台10上的数据采集器8电气连接，数据采集器8通过导电滑环9与计算机相连；所述的平台安装在保持环4上并同步转动。所述的传感器6用来监测研磨抛光过程中的物理量并转换成电信号；由声发射传感器、负载传感器、温度传感器和加速度传感器中的一种或多种组成。所述的信号调理电路对传感器采集的信号进行必要的放大、滤波、衰减、激励、多路复用等。所述的数据采集器，采集调理后的电信号，将模拟信号转换成数字信号，并对数据进行预处理。所述的计算机根据采集的信号采用信号处理方法进行研磨抛光的过程监测和结果预测。所述的传感器被传感器夹具固定于晶圆承载器上。
所述的导电滑环9的旋转内圈固定于平台10的中轴上，与数据采集器8相连接；静止外圈与计算机相连接。

[0023] 实施例1：

[0024] 例如在研磨抛光过程中，安装在晶圆承载器上的声发射传感器采集到由磨粒和工件产生的声发射信号，经过信号调理电路对传感器得到的弱电信号进行必要的放大、滤波，数据采集器以2M的采样率，16位分辨率对处理后的模拟电压信号进行采集，并转换成数字信号传递至计算机，实现显示和存储功能。通过在计算机端对信号进行分析，如将信号进行小波变换，当出现对应工件划痕缺陷的信号特征时，操作人员可以对研磨抛光过程进行适当的操作，以改善研磨抛光的加工状态；建立声发射信号强度和研磨抛光材料去除率的数学关系，通过对加工过程中声发射信号的强度的计算，估算出研磨抛光的材料去除率。

[0025] 实施例2：

[0026] 例如在化学机械抛光过程中，安装在晶圆承载器上的负载传感器采集到工件和研磨抛光垫之间水平方向上的阻力，经过信号调理电路对传感器采集的电信号进行必要的放大、滤波，数据采集器16位分辨率对处理后的模拟电压信号进行采集，并转换成数字信号传递至计算机，实现显示和存储功能。通过在计算机端对信号进行分析，如利用工件水平方向受到的摩擦阻力和垂直方向上的压力，计算出工件和抛光垫的摩擦系数，通过对比不同计算得到的摩擦系数可以得到抛光液在抛光过程中的作用，定性地确定抛光液工件的化学作用产生的软化层的种类；建立摩擦阻力与研磨抛光材料去除率的数学关系，通过对加工过程中摩擦阻力的计算，预估出研磨抛光的材料去除率。

[0027] 实施例3：

[0028] 例如在研磨抛光过程中，安装在晶圆承载器上的加速度传感器采集到晶圆承载器以及工件的振动信号，经过信号调理电路对传感器采集到的电信号进行必要的放大、滤波，数据采集器以16位分辨率对处理后的模拟电压信号进行采集，并转换成数字信号传递至计算机，实现显示和存储功能。通过在计算机端对信号进行分析，如振动信号强度分析，建立振动信号强度与表面粗糙度的关系模型，通过对振动信号强度的计算，预估出加工后工件的表面粗糙度。

[0029] 本发明的工作原理是：

[0030] 如图1所示。

[0031] 1.当研磨抛光加工时，所述的环抛机上研磨抛光垫在电机的驱动下，与另一个电机通过保持环驱动晶圆承载器下的工件产生相对转动，从而实现对工件的研磨抛光加工。

[0032] 2.所述的传感器采集到研磨抛光过程中的物理量并转换成电信号，电信号经过信号调理电路的放大、滤波，传送到数据采集器，数据采集器将模拟电压信号转换成数字信号并穿送至计算机，通过计算机实现都信号的显示、存储和处理。综合采集的信号，在计算机端处理分析信号可以得到研磨抛光的加工状态，从而采取适当的操作。

[0033] 本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

[0034] 本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。