化学机械抛光过程中抛光界面的温度检测装置及温度信号的利用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种在不影响抛光工艺过程的前提下高精度地实时检测抛光界面温度的装置，还提供了利用检测到的温度信号进行抛光终点判断和抛光过程监控的方法。该温度检测装置由温度传感器、信号处理模块、导电滑环、信号接收装置、电源及连接各组件间的导线组成。其中，温度传感器的感温区域直接与被抛光工件的背面接触，传感器输出的弱信号经过信号处理模块处理后由导电滑环将其传输到信号接收装置，再由信号接收装置对信号进行采集、处理和显示等操作。当从被抛光工件的一层材料层上去除另外一种材料层时，可以根据抛光界面温度的变化情况判断抛光终点。将抛光界面温度和同一工艺参数下抛光界面的正常温度范围对比，可以判断加工过程是否正常。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种可以在不影响抛光工艺的前提下高精度地实时检测抛光界面温度的装置，本专利技术还涉及到利用检测到的温度信号进行抛光终点判断和抛光过程监控的方法。
技术介绍
化学机械抛光中材料去除率和表面质量受到众多因素的影响，其中抛光界面温度就是主要因素之一。温度的升高，会增加抛光液活性，从而加快化学反应速度，提高材料去除率；同时，温度的升高还可能会导致抛光液PH值的降低，抛光液中的磨粒团聚。另外，温度升高会减小抛光垫的弹性和粘弹性，会改变抛光垫表面纤维的特性从而使得抛光垫粗糙凸峰硬度的降低，进一步导致抛光垫的釉化，从而降低抛光速率和使抛光废液滞留抛光区域而使被抛光工件受到污染。所以，在抛光机上设计安装抛光界面温度检测装置，实时检测监控抛光温度，对于研究化学机械抛光的机理和监控化学机械抛光过程都有重大意义。由于化学机械抛光的抛光条件比较特殊，对抛光界面的温度测量较困难，国内外关于抛光温度检测主要有以下方法：1、采用热成像摄影仪或者红外测温仪间接测量抛光垫温度或者被抛光工件背面温度。该方法是非接触测温方式，不会破坏温度场，但是热成像摄影仪和红外测温仪在低温测量时的误差较大，绝对温度精度很低，设备的成本较高。2、在工件上打孔安装温度传感器直接测量抛光液温度。采用激光或者其他方式在被抛光工件上打孔，温度传感器穿过该孔直接与抛光界面的抛光液接触，进而测得抛光液的温度。这种方法需要在被抛光工件上打孔，对工件会造成不可恢复的损伤，并且传感器裸露的端面容易和抛光垫或者磨粒相互摩擦而损坏，且其被摩擦也会产热，进而影响测温的精度。3、用激光诱导荧光技术和透明材料代替工件模拟检测抛光界面的温度。采用双发射激光诱导荧光(DELIF)技术对抛光液进行温度测量，并用有机玻璃代替抛光头，使摄像系统进行数据采集。此方法虽提高了测量精度，但抛光环境与真实的抛光环境不同，测量的并不是真实抛光条件下的抛光界面温度。抛光界面的温度的检测有着重大的利用价值，比如：利用温度信号在线检测化学机械抛光的终点，利用温度信号监控抛光过程是否存在异常。利用温度信号在线检测化学机械抛光的终点。这个方法在国内外都有学者研究，但是其用于检测温度的方法多数是采用非接触式的方法，比如利用红外测温，而如前面所述，非接触式的测温方法精度较低，并且所需设备成本较高。利用温度信号监控抛光过程是否有差错。当抛光垫在抛光过程中磨损或者釉化，抛光液中的磨粒发生团聚或者抛光液中混入杂质，或者抛光工件碎裂等情况发生时，抛光界面的温度均会发生异常变化。因此，通过检测温度的异常变化可以监控抛光过程是否正常进行，而有高精度和高灵敏度的测温装置是实现这一目的的前提。
技术实现思路
本专利技术专利的一个目的在于考虑上述问题而提供一种能够在不影响抛光工艺过程的前提下高精度地实时检测抛光界面温度的装置。该装置的温度传感器采用接触式的测量方法测量被抛光工件背面的温度，传感器输出的信号经过处理后由导电滑环将其传入信号接收装置进行采集、处理及显示，导电滑环的作用是实现电路转动部分和固定部分的连接。该装置的具体技术方案如下所述。该温度检测装置是由温度传感器、信号处理模块、导电滑环、信号接收装置、电源及连接各组件间的导线组成。其中所述的温度传感器安装在被抛光工件的夹持器上，温度传感器的感温区域直接与被抛光工件的背面接触。其中所述的信号处理模块是将传感器输出的弱信号进行处理，转化为相对容易传输及后期处理的信号，它固定在抛光工件的夹持器上。其中所述的导电滑环是一种实现电路固定部分和旋转部分连接的器件，它可以实现动力、控制及数字信号混合传输，它安装在被抛光工件的夹持器上，且两者同轴。其中所述的信号接收装置的作用是温度信号的采集、处理、显示、记录等，它的形式可以不止一种，比如它的一种形式是安装有数据采集卡的电脑。其中所述的电源是为信号处理模块供电。该装置进一步的设计为：当抛光界面温度上升速度较慢或者温度上升速度不影响热电阻温度传感器对温度测量的准确性时，温度传感器采用热电阻温度传感器。热电阻温度传感器是根据导体或者半导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性来测量温度的，它在低温测量时有很高的精度，其内部感温元件在传感器的底部，即温度传感器与被抛光工件接触的一端，感温元件优选横向放置方式，使感温元件与被抛光工件更加贴近，从而测温精度更高、响应更快。当抛光界面温度上升速度较快或者温度上升速度影响热电阻温度传感器对温度测量的准确性时，温度传感器采用热电偶温度传感器。热电偶温度传感器是根据塞贝克效应来测量温度的，它的响应速度比热电阻温度传感器快，但是精度不及热电阻温度传感器。温度传感器的安装方式有压簧式安装、螺纹式安装或者直接将温度传感器嵌入被抛光工件的夹持器内的安装方式，使其感温区域与被抛光工件背面接触。温度传感器的个数可以根据需要选择，可以将其安装在被抛光工件背部的不同位置；信号处理模块采用与温度传感器配合使用的温度变送器，其将温度传感器输出的信号进行放大、去噪声等处理后转化为对应的电流或者电压输出，电源通过导电滑环与其连接并为其供电；导电滑环的通道数根据传感器的个数而确定；信号接收装置采用装有数据采集卡和LabVIEW软件的电脑，其可以对信号进行采集、处理、显示、记录等操作。本专利技术专利的另一个目的是提供一种利用检测得到的抛光界面温度信号进行抛光终点在线检测的方法。当被抛光工件是由至少两层材料组成时，比如被抛光工件有底层和覆盖于底层的待去除层，两层材料有不一样的物理特性，例如其与抛光垫的摩擦系数、热传导率等不一样。这样的工件在被抛光的过程中，当待去除层被去除后露出底层材料时，工件与抛光垫的摩擦状态会发生改变，进而导致抛光界面温度的改变。例如：待去除层材料与抛光垫的摩擦系数小于底层材料与抛光垫的摩擦系数，当待去除层材料被抛光后露出底层材料时，抛光界面的温度变化曲线会明显有上升变化。因此，检测温度的变化就能检测出是否到达抛光终点。该终点在线检测方法至少应该包括如下步骤：(1)利用本专利技术专利所提供的温度检测装置检测抛光界面的温度；(2)利用温度检测装置中信号接收装置对信号进行处理，得到抛光界面温度变化曲线；(3)监控温度变化曲线，并根据其变化判断是否达到抛光终点。该方法的进一步设计为：利用本专利技术提供的温度检测装置检测抛光界面的温度，其中信号接收器采用装有数据采集卡和LabVIEW软件的电脑，应用LabVIEW软件编制的程序对温度信号进行适当的处理，并显示成温度曲线，根据温度曲线的变化判断是否达到抛光终本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光过程中抛光界面的温度检测装置，其特征在于：包括温度传感器、信号处理模块、导电滑环、信号接收装置、电源及连接各组件间的导线，其中，温度传感器通过导线与信号处理模块连接，信号处理模块通过导电滑环与信号接收装置和电源连接，温度传感器安装在被抛光工件的夹持器上，其感温区域与被抛光工件的背面接触，信号处理模块固定于夹持器上，导电滑环安装在夹持器上并与夹持器同轴；当抛光界面温度上升速度不影响热电阻温度传感器对温度测量的准确性时，所述温度传感器采用热电阻温度传感器，当抛光界面温度上升速度影响热电阻温度传感器对温度测量的准确性时，所述温度传感器采用热电偶温度传感器。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光过程中抛光界面的温度检测装置，其特征在于：包括温度传感器、
信号处理模块、导电滑环、信号接收装置、电源及连接各组件间的导线，其中，温度传感器
通过导线与信号处理模块连接，信号处理模块通过导电滑环与信号接收装置和电源连接，温
度传感器安装在被抛光工件的夹持器上，其感温区域与被抛光工件的背面接触，信号处理模
块固定于夹持器上，导电滑环安装在夹持器上并与夹持器同轴；当抛光界面温度上升速度不
影响热电阻温度传感器对温度测量的准确性时，所述温度传感器采用热电阻温度传感器，当
抛光界面温度上升速度影响热电阻温度传感器对温度测量的准确性时，所述温度传感器采用
热电偶温度传感器。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光过程中抛光界面的温度检测装置，其特征在于：
所述温度传感器通过压簧式安装方式安装于夹持器上，温度传感器通过弹簧紧压于被抛光工
件背面，弹簧弹力需要根据抛光压力调节，使其不至于导致工件变形；或者所述温度传感器
通过螺钉式安装方式安装于夹持器上，传感器的端面与夹持器的底面在同一平面上，使其能
与被抛光工件背面良好接触；或者所述温度传感器嵌入于夹持器中，传感器的底面与夹持器
的底面在同一平面上，使其能与被抛光工件背面良好接触。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光过程中抛光界面的温度检测装置，其特征在于：
所述热电阻温度传感器的感温元件在传感器的底部，即温度传感器与被抛光工件接触的一端，
感温元件优先采用横向放置，使感温元件与被抛光工件更贴近。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光过程中抛光界面的温度检测装置，其特征在于：
所述信号处理模块为与温度传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏昕，袁文强，谢小柱，胡伟，宋乾，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44