[發明專利]化學機械拋光過程中拋光界面的溫度檢測裝置及溫度信號的利用

在審

• 申請號: 201510342452.2
• 申請日: 2015-06-13
• 公開（公告）號: CN104897296A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 魏昕;袁文強;謝小柱;胡偉;宋乾
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16;G01K7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及一種可以在不影響拋光工藝的前提下高精度地實時檢測拋光界面溫度的裝置，本發明還涉及到利用檢測到的溫度信號進行拋光終點判斷和拋光過程監控的方法。

背景技術

化學機械拋光中材料去除率和表面質量受到眾多因素的影響，其中拋光界面溫度就是主要因素之一。溫度的升高，會增加拋光液活性，從而加快化學反應速度，提高材料去除率；同時，溫度的升高還可能會導致拋光液PH值的降低，拋光液中的磨粒團聚。另外，溫度升高會減小拋光墊的彈性和粘彈性，會改變拋光墊表面纖維的特性從而使得拋光墊粗糙凸峰硬度的降低，進一步導致拋光墊的釉化，從而降低拋光速率和使拋光廢液滯留拋光區域而使被拋光工件受到污染。

所以，在拋光機上設計安裝拋光界面溫度檢測裝置，實時檢測監控拋光溫度，對于研究化學機械拋光的機理和監控化學機械拋光過程都有重大意義。

由于化學機械拋光的拋光條件比較特殊，對拋光界面的溫度測量較困難，國內外關于拋光溫度檢測主要有以下方法：

1、采用熱成像攝影儀或者紅外測溫儀間接測量拋光墊溫度或者被拋光工件背面溫度。

該方法是非接觸測溫方式，不會破壞溫度場，但是熱成像攝影儀和紅外測溫儀在低溫測量時的誤差較大，絕對溫度精度很低，設備的成本較高。

2、在工件上打孔安裝溫度傳感器直接測量拋光液溫度。

采用激光或者其他方式在被拋光工件上打孔，溫度傳感器穿過該孔直接與拋光界面的拋光液接觸，進而測得拋光液的溫度。這種方法需要在被拋光工件上打孔，對工件會造成不可恢復的損傷，并且傳感器裸露的端面容易和拋光墊或者磨粒相互摩擦而損壞，且其被摩擦也會產熱，進而影響測溫的精度。

3、用激光誘導熒光技術和透明材料代替工件模擬檢測拋光界面的溫度。

采用雙發射激光誘導熒光(DELIF)技術對拋光液進行溫度測量，并用有機玻璃代替拋光頭，使攝像系統進行數據采集。此方法雖提高了測量精度，但拋光環境與真實的拋光環境不同，測量的并不是真實拋光條件下的拋光界面溫度。

拋光界面的溫度的檢測有著重大的利用價值，比如：利用溫度信號在線檢測化學機械拋光的終點，利用溫度信號監控拋光過程是否存在異常。

利用溫度信號在線檢測化學機械拋光的終點。這個方法在國內外都有學者研究，但是其用于檢測溫度的方法多數是采用非接觸式的方法，比如利用紅外測溫，而如前面所述，非接觸式的測溫方法精度較低，并且所需設備成本較高。

利用溫度信號監控拋光過程是否有差錯。當拋光墊在拋光過程中磨損或者釉化，拋光液中的磨粒發生團聚或者拋光液中混入雜質，或者拋光工件碎裂等情況發生時，拋光界面的溫度均會發生異常變化。因此，通過檢測溫度的異常變化可以監控拋光過程是否正常進行，而有高精度和高靈敏度的測溫裝置是實現這一目的的前提。

發明內容

本發明專利的一個目的在于考慮上述問題而提供一種能夠在不影響拋光工藝過程的前提下高精度地實時檢測拋光界面溫度的裝置。該裝置的溫度傳感器采用接觸式的測量方法測量被拋光工件背面的溫度，傳感器輸出的信號經過處理后由導電滑環將其傳入信號接收裝置進行采集、處理及顯示，導電滑環的作用是實現電路轉動部分和固定部分的連接。該裝置的具體技術方案如下所述。

該溫度檢測裝置是由溫度傳感器、信號處理模塊、導電滑環、信號接收裝置、電源及連接各組件間的導線組成。其中所述的溫度傳感器安裝在被拋光工件的夾持器上，溫度傳感器的感溫區域直接與被拋光工件的背面接觸。其中所述的信號處理模塊是將傳感器輸出的弱信號進行處理，轉化為相對容易傳輸及后期處理的信號，它固定在拋光工件的夾持器上。其中所述的導電滑環是一種實現電路固定部分和旋轉部分連接的器件，它可以實現動力、控制及數字信號混合傳輸，它安裝在被拋光工件的夾持器上，且兩者同軸。其中所述的信號接收裝置的作用是溫度信號的采集、處理、顯示、記錄等，它的形式可以不止一種，比如它的一種形式是安裝有數據采集卡的電腦。其中所述的電源是為信號處理模塊供電。