[發明專利]一種基片均勻拋光裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 201811151004.4
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109304664B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 朱祥龍;康仁科;董志剛;李彧;高尚;郭江;金洙吉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02;B24B1/00;B24B49/04;B24B41/06;B24B51/00;B24B41/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福;李馨

1.一種基片均勻去除拋光裝置，其特征在于：至少包括控制系統、驅動器、拋光模塊(1)、撥叉(2)、拋光墊(3)、拋光盤(4)和接頭(26)，所述的拋光盤(4)之上設置拋光墊(3)，所述的撥叉(2)用于調節拋光模塊(1)的位置；所述的拋光模塊(1)置于拋光墊(3)上，所述的拋光模塊(1)包括基座(5)、在線檢測單元和自動配重單元，所述的在線檢測單元和自動配重單元組成一體化結構并安裝在基座(5)上；所述的在線檢測單元的輸出端與控制系統連接；所述的控制系統通過驅動器控制自動配重單元；

所述的在線檢測單元包括四個微位移傳感器，即在基座(5)的等半徑圓上均勻分布著微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)，微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)通過自身螺紋固定在基座(5)上；

所述的自動配重單元包括四組配重調整機構，每兩個微位移傳感器之間設置一組配重調整機構，四組配重調整機構沿基座(5)的等半徑圓上均勻分布；每組配重調整機構包括兩個配重調整子機構，即一個徑向配重調整子機構和一個周向配重調整子機構，每個配重調整子機構包括一個音圈電機和一個配重滑塊，所述的徑向配重調整子機構的音圈電機的軸線與基座(5)的徑向線共線，所述的周向配重調整子機構的音圈電機的軸線與基座(5)的徑向線垂直；

四組配重調整機構包括音圈電機A(7)、音圈電機B(9)、音圈電機C(12)、音圈電機D(14)、音圈電機E(17)、音圈電機F(19)、音圈電機G(22)和音圈電機H(24)，所述的音圈電機A(7)用于調節配重滑塊A(8)的位置，音圈電機B(9)用于調節配重滑塊B(10)的位置，音圈電機C(12)用于調節配重滑塊C(13)的位置，音圈電機D(14)用于調節配重滑塊D(15)的位置，音圈電機E(17)用于調節配重滑塊E(18)的位置，音圈電機F(19)用于調節配重滑塊F(20)的位置，音圈電機G(22)用于調節配重滑塊G(23)的位置，音圈電機H(24)用于調節配重滑塊H(25)的位置；

所述的音圈電機A(7)、音圈電機C(12)、音圈電機E(17)和音圈電機G(22)用于調節徑向配重量，音圈電機B(9)、音圈電機D(14)、音圈電機F(19)和音圈電機H(24)用于調節周向配重量；

所述的接頭(26)用于連接真空設備。

2.一種基片均勻去除拋光裝置的工作方法，基于環狀拋光盤法原理，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、通過真空吸附方式將基片吸附于拋光模塊(1)的基座(5)的下方，設定拋光預去除厚度h，設微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)的中心所在點分別為P1、P2、P3和P4，調零微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)的示值，即h_P1＝h_P2＝h_P3＝h_P4＝0；

步驟二、開始拋光加工，微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)實時檢測基片四點的厚度并通過數據采集卡將數據傳輸給控制系統，控制系統根據“三點確定一個平面”原理加權計算此時基片的平面，得到基片最高點即最小去除厚度位置坐標P_高和基片最低點即最大去除厚度位置坐標P_低；

利用微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)的示值計算基片平面過程如下：以基座(5)的中心為原點，音圈電機G(22)的運動方向為x軸，音圈電機E(17)的運動方向為y軸，垂直于基座(5)的方向為z軸建立三維直角坐標系，微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)對應坐標位置分別為：

r為微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)距原點的距離，h_P1、h_P2、h_P3和h_P4分別為微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)的示值；根據“三點確定一個平面”的原理，取其中任意三點坐標，得到一個平面方程，共得四個平面方程，四個平面方程分別是：

以單個平面方程比平面方程總數的比值，即1/4為權數，對上述四個平面方程進行加權平均計算，得最終平面方程為：

S:ax+by+cz+d＝0；

最后，根據條件極值進行求解，即求得基片最高點坐標P_高(x,y,z_高)和基片最低點坐標P_低(-x,-y,z_低)，其中x²+y²＝r²；

步驟三、根據步驟二中計算得到的最小去除厚度位置坐標P_高和最大去除厚度位置坐標P_低，利用重心計算公式，控制系統通過運動控制卡控制8個音圈電機分別調整8個配重滑塊的等效重心M，使等效重心M始終位于最小去除厚度P_高位置與基座(5)的中心連線上；具體計算方法如下：

設配重滑塊A(8)、配重滑塊B(10)、配重滑塊C(13)、配重滑塊D(15)、配重滑塊E(18)、配重滑塊F(20)、配重滑塊G(23)和配重滑塊H(25)的質量都為m，初始坐標分別為M8(x_M8,y_M8)、M10(x_M10,y_M10)、M13(x_M13,y_M13)、M15(x_M15,y_M15)、M18(x_M18,y_M18)、M20(x_M20,y_M20)、M23(x_M23,y_M23)和M25(x_M25,y_M25)，根據重心計算公式：

則等效重心坐標為且

由于利用重心計算公式讓配重滑塊等效重心M位于最小去除厚度位置P_高與原點O的連線上的解不唯一，為了降低拋光過程中由電機運動帶來的干擾，實際中每次只需調整音圈電機A(7)、音圈電機B(9)、音圈電機E(17)和音圈電機F(19)或調整音圈電機C(12)、音圈電機D(14)、音圈電機G(22)和音圈電機H(24)，即調整音圈電機A(7)、音圈電機B(9)、音圈電機E(17)和音圈電機F(19)運動時，保持音圈電機C(12)、音圈電機D(14)、音圈電機G(22)和音圈電機H(24)位于初始位置，反之，調整音圈電機C(12)、音圈電機D(14)、音圈電機G(22)和音圈電機H(24)運動時，保持音圈電機A(7)、音圈電機B(9)、音圈電機E(17)和音圈電機F(19)位于初始位置；

步驟四、當微位移傳感器A(6)、微位移傳感器B(11)、微位移傳感器C(16)和微位移傳感器D(21)的示值相同且達到預設去除厚度h時，即h_P1＝h_P2＝h_P3＝h_P4＝h，停止拋光，完成拋光實驗，否則，重復步驟三，直到h_P1＝h_P2＝h_P3＝h_P4＝h。