一种化学机械抛光状况的在线检测装置

1.本发明涉及超精密加工技术领域领域，特别是涉及一种化学机械抛光状况的在线检测装置。


背景技术：

2.化学机械抛光作为超精密加工领域的一个重要的方向，其抛光状况一直是一个备受关注的问题。化学机械抛光设备的抛光状况对工件的加工质量有很大影响，然而现有的化学机械抛光设备无法满足对抛光状况在线检测的需求。传统的roll-to-roll机械化学抛光设备利用抛光轮自身重力所产生的压力，使附着在抛光轮表面的抛光垫与工件充分接触，抛光轮在电机的带动下以一定的速度和方向旋转，抛光液通过设备的加液装置以一定流量滴加到抛光垫上，抛光液中的化学成分被抛光材料发生氧化反应，生成一层较软的氧化膜层，然后通过机械摩擦作用去除氧化膜层，利用循环的氧化成膜-机械摩擦去除的方法，从而达到有效抛光的目的。由传统roll-to-roll化学机械抛光设备的工作过程可知，抛光过程中工件所受压力、工件所受摩擦力、抛光液状况、工件表面状况和抛光垫表面状况五个因素影响着工件的加工质量。无法对上述五个因素进行在线检测就有可能出现由工件所受压力或摩擦力过大而引起的工件损伤、抛光液供给不及时而引起的纯机械抛光、无法检测抛光垫的消耗情况而引起的抛光垫更换不及时、无法掌握工件的加工状况而引起的加工不完全或过度加工等问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种化学机械抛光状况的在线检测装置，能够在线检测化学机械抛光设备的工件所受压力、工件所受摩擦力、抛光液状况、工件表面状况和抛光垫表面状况，实现化学机械抛光设备加工效率的提升，降低废品率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种化学机械抛光状况的在线检测装置，包括：摩擦力检测装置、压力检测装置、抛光液状况检测装置、抛光垫表面状况检测装置和工件表面状况检测装置；
6.所述摩擦力检测装置与被检测设备的抛光轮连接；所述摩擦力检测装置用于检测所述被检测设备的工件所受的摩擦力；
7.所述抛光液状况检测装置包括设置在所述被检测设备的抛光液储液罐内的抛光液orp传感器；所述抛光液orp传感器用于检测所述抛光液储液罐内的抛光液状况；
8.所述压力检测装置、所述抛光垫表面状况检测装置和所述工件表面状况检测装置均设置在所述被检测设备上；所述压力检测装置用于检测所述被检测设备的工件所受的压力；所述抛光垫表面状况检测装置用于检测所述被检测设备的抛光垫表面状况；所述工件表面状况检测装置用于检测所述被检测设备的工件表面状况。
9.可选地，所述摩擦力检测装置包括摩擦力传感器、摩擦力数据显示器和摩擦力传感器支架组；
10.所述摩擦力传感器支架组的一端与所述摩擦力传感器连接；所述摩擦力传感器支架组的另一端与所述被检测设备连接；所述摩擦力传感器与所述抛光轮相切；所述摩擦力数据显示器设置在所述被检测设备上；所述摩擦力数据显示器与所述摩擦力传感器连接。
11.可选地，所述摩擦力传感器包括圆柱形接触单元；
12.所述圆柱形接触单元与所述抛光轮相切。
13.可选地，所述摩擦力传感器支架组包括第一支架、第二支架和第三支架；
14.所述第一支架的一端固定在所述被检测设备上；所述第一支架的另一端与所述第二支架的一端连接；所述第二支架的另一端与所述第三支架的一端连接；所述第三支架的另一端与所述摩擦力传感器连接。
15.可选地，所述压力检测装置包括压力传感器组和与所述压力传感器组连接的压力数据显示器组；
16.所述压力传感器组设置在所述被检测设备的升降装置上；所述压力数据显示器组设置在所述被检测设备上。
17.可选地，所述抛光液状况检测装置还包括与所述抛光液orp传感器连接的抛光液orp数据显示器；所述抛光液orp数据显示器设置在所述抛光液储液罐上。
18.可选地，所述抛光垫表面状况检测装置包括第一工业相机、第一工业相机支架组和抛光垫表面图像显示器；
19.所述第一工业相机支架组的一端与所述第一工业相机连接；所述第一工业相机支架组的另一端与所述被检测设备连接；所述第一工业相机支架组用于调整所述第一工业相机的位置以使所述第一工业相机对准抛光垫；所述抛光垫表面图像显示器与所述第一工业相机连接；所述第一工业相机支架组和所述抛光垫表面图像显示器均设置在所述被检测设备上。
20.可选地，所述第一工业相机支架组包括第四支架、第五支架和第六支架；
21.所述第四支架的一端固定在所述被检测设备上；所述第四支架的另一端与所述第五支架的一端连接；所述第五支架的另一端与所述第六支架的一端连接；所述第六支架的另一端与所述第一工业相机连接。
22.可选地，所述工件表面状况检测装置包括第二工业相机、第二工业相机支架组和工件表面图像显示器；
23.所述第二工业相机支架组的一端与所述第二工业相机连接；所述第二工业相机支架组的另一端与所述被检测设备连接；所述第二工业相机支架组用于调整所述第二工业相机的位置以使所述第二工业相机对准工件；所述工件表面图像显示器与所述第二工业相机连接；所述第二工业相机支架组和所述工件表面图像显示器均设置在所述被检测设备上。
24.可选地，所述第二工业相机支架组包括第七支架、第八支架和第九支架；
25.所述第七支架的一端固定在所述被检测设备上；所述第七支架的另一端与所述第八支架的一端连接；所述第八支架的另一端与所述第九支架的一端连接；所述第九支架的另一端与所述第二工业相机连接。
26.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
27.本发明中摩擦力检测装置与被检测设备的抛光轮连接；所述摩擦力检测装置用于检测所述被检测设备的工件所受的摩擦力；所述抛光液状况检测装置包括设置在所述被检
测设备的抛光液储液罐内的抛光液orp传感器；所述抛光液orp传感器用于检测所述抛光液储液罐内的抛光液状况；所述压力检测装置、所述抛光垫表面状况检测装置和所述工件表面状况检测装置均设置在所述被检测设备上；所述压力检测装置用于检测所述被检测设备的工件所受的压力；所述抛光垫表面状况检测装置用于检测所述被检测设备的抛光垫表面状况；所述工件表面状况检测装置用于检测所述被检测设备的工件表面状况。本发明能够实现在线检测化学机械抛光设备的工件所受压力、工件所受摩擦力、抛光液状况、工件表面状况和抛光垫表面状况，从而实现化学机械抛光设备加工效率的提升，降低废品率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明提供的化学机械抛光状况的在线检测装置的三维整体结构图；
30.图2为本发明提供的化学机械抛光状况的在线检测装置的主视图；
31.图3为本发明提供的化学机械抛光状况的在线检测装置的左视图；
32.图4为本发明提供的工件表面状况检测装置结构示意图；
33.图5为本发明提供的压力检测装置中第一压力传感器结构示意图；
34.图6为本发明提供的压力检测装置中第二压力传感器结构示意图；
35.图7为本发明提供的抛光液orp传感器在抛光液储液罐中的结构示意图。
36.符号说明：
37.1、摩擦力数据显示器；2、摩擦力传感器；3、第二支架；4、第三支架；5、第四支架；6、第五支架；7、第六支架；8、第一工业相机；9、第一工业相机摄像头；10、第一压力数据显示器；11、第一压力传感器；12、第一升降平台一；13、第二工业相机；14、第九支架；15、第八支架；16、第七支架；17、工件表面图像显示器；18、抛光液储液罐；19、抛光液orp数据显示器；20、第二压力数据显示器；21、抛光垫表面图像显示器；22、抛光轮；23、第二工业相机摄像头；24、第一支架；25、圆柱形接触单元；26、第二压力传感器；27、第二升降平台；28、抛光液orp传感器。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种化学机械抛光状况的在线检测装置，能够在线检测化学机械抛光设备的工件所受压力、工件所受摩擦力、抛光液状况、工件表面状况和抛光垫表面状况，实现化学机械抛光设备加工效率的提升，降低废品率。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.如图1-图7所示，本发明提供的一种化学机械抛光状况的在线检测装置，包括：摩擦力检测装置、压力检测装置、抛光液状况检测装置、抛光垫表面状况检测装置和工件表面状况检测装置。
42.所述摩擦力检测装置与被检测设备的抛光轮22连接；所述摩擦力检测装置用于检测所述被检测设备的工件所受的摩擦力。
43.所述抛光液状况检测装置包括设置在所述被检测设备的抛光液储液罐18内的抛光液orp传感器28；所述抛光液orp传感器28用于检测所述抛光液储液罐18内的抛光液状况。
44.所述压力检测装置、所述抛光垫表面状况检测装置和所述工件表面状况检测装置均设置在所述被检测设备上；所述压力检测装置用于检测所述被检测设备的工件所受的压力；所述抛光垫表面状况检测装置用于检测所述被检测设备的抛光垫表面状况；所述工件表面状况检测装置用于检测所述被检测设备的工件表面状况。
45.作为一种可选地实施方式，所述摩擦力检测装置包括摩擦力传感器、摩擦力数据显示器21和摩擦力传感器支架组。
46.所述摩擦力传感器支架组的一端与所述摩擦力传感器连接；所述摩擦力传感器支架组的另一端与所述被检测设备连接；所述摩擦力传感器支架组设置在被检测设备顶部；所述摩擦力传感器与所述抛光轮22相切；所述摩擦力数据显示器21设置在所述被检测设备上，具体设置在被检测设备顶部；所述摩擦力数据显示器21与所述摩擦力传感器连接。
47.作为一种可选地实施方式，所述摩擦力传感器包括圆柱形接触单元25；所述圆柱形接触单元25与所述抛光轮22相切，具体是与抛光轮22的外表面接触并相切。所述圆柱形接触单元25分别与摩擦力传感器支架组和抛光轮22连接。
48.作为一种可选地实施方式，摩擦力传感器支架组结构可调整，所述摩擦力传感器支架组包括第一支架24、第二支架3和第三支架4。
49.所述第一支架24的一端固定在所述被检测设备上，具体固定在被检测设备顶部；所述第一支架24的另一端与所述第二支架3的一端连接；所述第二支架3的另一端与所述第三支架4的一端连接；所述第三支架4的另一端与所述摩擦力传感器连接。为了实现摩擦力传感器支架组结构可调整，第一支架24、第二支架3和第三支架4采用可拆卸螺纹连接。
50.作为一种可选地实施方式，所述压力检测装置包括压力传感器组和与所述压力传感器组连接的压力数据显示器组。
51.所述压力传感器组设置在所述被检测设备的升降装置上，具体为压力传感器组分别设置在被检测设备两端升降装置顶部；所述压力数据显示器组设置在所述被检测设备上。具体为，所述压力数据显示器组分别设置在被检测设备顶部两侧。
52.作为一种可选地实施方式，所述压力传感器组包括第一压力传感器11和第二压力传感器26，所述压力数据显示器组包括第一压力数据显示器10和第二压力数据显示器20，所述第一压力传感器11和第二压力传感器26分别设置在被检测设备两侧的升降装置顶部，具体为第一压力传感器11设置在第一升降平台12上，第二压力传感器26设置在第二升降平台27上。所述第一压力数据显示器10和第二压力数据显示器20接收和显示压力信号并分别设置在被检测设备顶部两端。
53.作为一种可选地实施方式，所述抛光液状况检测装置还包括与所述抛光液orp传
感器28连接的抛光液orp数据显示器19；所述抛光液orp数据显示器19设置在所述抛光液储液罐18上，具体为，抛光液orp数据显示器19设置在抛光液储液罐18顶部。
54.作为一种可选地实施方式，所述抛光垫表面状况检测装置包括第一工业相机8、第一工业相机支架组和抛光垫表面图像显示器21。
55.所述第一工业相机支架组的一端与所述第一工业相机8连接；所述第一工业相机支架组的另一端与所述被检测设备连接；所述第一工业相机支架组用于调整所述第一工业相机8的位置以使所述第一工业相机8对准抛光垫；所述抛光垫表面图像显示器21与所述第一工业相机8连接；所述第一工业相机支架组和所述抛光垫表面图像显示器21均设置在所述被检测设备上，具体均设置在被检测设备顶部。所述第一工业相机8的摄像头对准抛光垫表面，所述第一工业相机支架组调整结构使第一工业相机8保持摄像头对准抛光垫表面的状态。
56.作为一种可选地实施方式，第一工业相机支架组结构可调整，所述第一工业相机支架组包括第四支架5、第五支架6和第六支架7。
57.所述第四支架5的一端固定在所述被检测设备上，具体为固定在被检测设备顶部；所述第四支架5的另一端与所述第五支架6的一端连接；所述第五支架6的另一端与所述第六支架7的一端连接；所述第六支架7的另一端与所述第一工业相机8连接。为了实现第一工业相机支架组结构可调整，第四支架5、第五支架6和第六支架7采用可拆卸螺纹连接。
58.作为一种可选地实施方式，所述工件表面状况检测装置包括第二工业相机13、第二工业相机支架组和工件表面图像显示器17。
59.所述第二工业相机支架组的一端与所述第二工业相机13连接；所述第二工业相机支架组的另一端与所述被检测设备连接；所述第二工业相机支架组用于调整所述第二工业相机13的位置以使所述第二工业相机13对准工件；所述工件表面图像显示器17与所述第二工业相机13连接；所述第二工业相机支架组和所述工件表面图像显示器17均设置在所述被检测设备上，具体为，均设置在被检测设备顶部。第二工业相机13的摄像头对准工件表面，所述第一工业相机支架组调整结构使第二工业相机13的摄像头保持对准工件表面的状态。
60.作为一种可选地实施方式，第一工业相机支架组结构可调整，所述第二工业相机支架组包括第七支架16、第八支架15和第九支架14。
61.所述第七支架16的一端固定在所述被检测设备上，具体为固定在被检测设备顶部；所述第七支架16的另一端与所述第八支架15的一端连接；所述第八支架15的另一端与所述第九支架14的一端连接；所述第九支架14的另一端与所述第二工业相机13连接。为了实现第一工业相机支架组结构可调整，第七支架16、第八支架15和第九支架14采用可拆卸螺纹连接。
62.本发明还提供一种roll-to-roll化学机械抛光状况的在线检测方法，应用于上述的化学机械抛光状况的在线检测装置，包括以下步骤：
63.1)摩擦力传感器支架组一端固定在被检测设备顶部，另一端与摩擦力传感器连接；2)摩擦力传感器支架组调整结构使圆柱形接触单元保持与被抛光轮外表面接触并相切的状态；3)摩擦力数据显示器与摩擦力传感器相连接，开启被检测设备，摩擦力数据显示器即可实时显示工件所受摩擦力；4)第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在被检测设备两侧的升降装置顶部；5)第一压力数据显示器和第二压力数据显示器设置在被检测设备
两端的顶部；6)连接第一压力数据显示器和第二压力数据显示器与第一压力传感器和第二压力传感器，开启被检测设备，第一压力数据显示器和第二压力数据显示器即可实时显示工件所受压力；7)第一工业相机支架组一端固定在被检测设备顶部，另一端与第一工业相机连接；8)第一工业相机支架组调整结构使第一工业相机保持摄像头对准抛光垫表面的状态；9)抛光垫表面图像显示器设置在被检测设备顶部；10)连接抛光垫表面图像显示器与第一工业相机，开启被检测设备，抛光垫表面图像显示器即可实时显示抛光垫表面图像；11)第一工业相机支架组一端固定在被检测设备顶部，另一端与第二工业相机连接；12)工件表面图像显示器设置在被检测设备顶部；13)第一工业相机支架组调整结构使第二工业相机保持摄像头对准工件表面的状态；14)连接工件表面图像显示器与第二工业相机，开启被检测设备，工件图像显示器即可实时显示工件表面图像；15)抛光液orp传感器设置在抛光液储液罐内部；16)抛光液orp数据显示器设置在抛光液储液罐顶部；17)连接抛光液orp传感器与抛光液orp数据显示器，开启被检测设备，抛光液orp数据显示即可实时显示储液罐内部抛光液orp的状态。
64.本发明是将在线检测技术融入到rou-to-rou化学机械抛光过程中。利用传感器和工业相机对rou-to-rou化学机械抛光设备的抛光过程中工件所受摩擦力的信号、工件所受压力的信号、抛光液orp信号、抛光垫表面图像信号和工件表面图像信号进行实时检测；集压力检测、摩擦力检测、抛光液状况检测、工件表面状况检测和抛光垫表面状况为一体；使用本设备即可避免如由工件所受压力或摩擦力过大而引起的工件损伤、抛光液供给不及时而引起的纯机械抛光、无法检测抛光垫的消耗情况而引起的抛光垫更换不及时、无法掌握工件的加工状况而引起的加工不完全或过度加工等问题；提高了roll-to-roll化学机械抛光设备的加工效率。
65.从图1、图2可以详细看出，摩擦力检测装置的具体工作过程是：圆柱形接触单元25与抛光轮22外表面接触并相切，抛光轮22通过机械摩擦作用使圆柱形接触单元25产生扭矩信号，扭矩信号通过摩擦力传感器传送到摩擦力数据显示器21，通过摩擦力数据显示器21实时显示工件所受摩擦力。
66.从图1、图2可以详细看出，抛光垫表面状况检测装置的具体工作过程是：第一工业相机摄像头9所拍摄抛光垫表面图像通过第一工业相机8转化为图像信号传递给抛光垫表面图像显示器21，通过抛光垫表面图像显示器21实时显示抛光垫表面图像。
67.从图1、图3、图4可以详细看出，工件表面状况检测装置的具体工作过程是：第二工业相机摄像头23所拍摄被抛光工件表面图像通过第二工业相机13转化为图像信号传递给工件表面图像显示器17，通过工件表面图像显示器17实时显示被抛光工件表面图像。
68.从图5和图6可以详细看出，压力检测装置的具体工作过程是:第一压力传感器11、第二压力传感器26所受压力转化为力信号传递给第一压力数据显示器10、第二压力数据显示器20，通过第一压力数据显示器10、第二压力数据显示器20实时显示工件所受压力。
69.图7的(a)部分为本发明中抛光液orp数据显示器结构示意图，图7的(b)部分为本发明中抛光液orp传感器在抛光液储液罐内部的结构示意图，从图7可以详细看出，抛光液状态检测装置的具体工作过程是：抛光液orp信号由抛光液orp传感器28传递给抛光液orp数据显示器19，通过抛光液orp数据显示器19实时显示抛光液储液罐18内抛光液orp的状态。
70.本发明将传统的化学机械抛光技术与在线检测技术相融合；根据实际工作环境设置摩擦力传感器、压力传感器、抛光液orp传感器28、第一工业相机8、第二工业相机13
→
将工业相机和传感器分别与各类数据显示器连接
→
开启被检测设备，数据显示器即可实时显示抛光液orp、抛光垫表面图像、工件所受压力、工件所受摩擦力、工件表面图像。经摩擦力检测装置、抛光液orp检测装置、压力检测装置、工件表面状况检测装置、抛光垫表面状况检测装置这五个装置的共同作用下，实现了对rou-to-rou化学机械抛光状况的在线检测、集工件所受压力的检测、工件所受摩擦力的检测、抛光液状况检测、工件表面状况检测和抛光垫表面状况检测为一体，大大的提高roll-to-roll化学机械抛光设备的加工效率，降低了废品率，节约成本。
71.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
72.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。