一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于超精密机械加工领域，具体涉及一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置及方法，包括抛光机构、图像采集装置、晶圆承载装置、及控制处理装置，抛光机构其用以对晶圆进行抛光，图像采集装置用以采集晶圆加工面的图像，晶圆承载装置用以承载晶圆，并能够带动晶圆在抛光工位和采集工位之间来回切换，控制处理装置用以对采集的图像进行实时分析处理，判断晶圆当前的加工状态并根据加工状态反馈控制加工。本发明专利技术适用高硬脆材料精密研磨加工状态下采集图像，避免加工过程中将工件取下检测造成的负面影响，无需对下抛光盘结构改造，不影响加工平面度，对研磨加工过程影响小，提高加工质量。提高加工质量。提高加工质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及超精密机械加工领域，尤其是一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置及方法。

技术介绍

[0002]随着光学、集成电路和半导体技术等领域的飞速发展，对材料表面加工质量的要求也越来越高。一些功能材料如半导体基片因其独特的性能优势，广泛应用于新能源汽车及其充电桩、大数据中心、轨道牵引、高压电网、新能源逆变等领域，成为重点发展的战略性先进材料。
[0003]上述材料大都通过超精密研磨、抛光提高工件表面质量，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没有明确的研究结论，导致材料表面质量难以提高，生产效率不高，研磨抛光过程不易实现自动化控制等。例如，当抛光过程中工件已经产生划痕裂纹等缺陷后仍未停止，花费大量时间和能源后在预定时间停止并不能达到抛光效果，或者工件已经加工完成但因未到预定时间仍在加工导致浪费成本甚至对成品造成二次损伤。
[0004]中国专利CN1849198A公开了一种能监测抛光进度的抛光状态监测设备，该设备通过在扫描工件的待抛光表面时，按照固定间隔设置采样点进行采样获得表示该表面的加工状态的特征值，根据特征值判断其抛光进度。中国专利CN106956216B公开了一种研磨抛光加工状态在线监测装置，该装置使用多种传感器对研磨抛光状态进行在线监测，获取声发射、力、振动等多种物理量并实时显示，根据这些物理量评估研磨抛光状态。
[0005]上述各类在线监测装置均存在结构复杂和处理过程复杂，易受外界因素干扰，监测精度不高等问题，需要加以改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于，提供一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置及方法。本专利技术具有采集速度快，评估速度快、对研磨加工过程影响小的优点，能够在高硬脆材料研磨加工状态下采集高质量图像并快速判断出当前材料的研磨加工状态以及研磨加工进度，避免加工过程中将工件取下检测造成的负面影响，提高加工质量。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术提供一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置，包括：
[0009]抛光机构，所述抛光机构位于抛光工位，其用以对晶圆进行抛光；
[0010]图像采集装置，所述图像采集装置位于采集工位，其用以采集晶圆加工面的图像；
[0011]晶圆承载装置，所述晶圆承载装置用以承载晶圆，并能够带动晶圆在抛光工位和采集工位之间来回切换；以及
[0012]控制处理装置，所述控制处理装置用以对采集的图像进行实时分析处理，判断晶圆当前的加工状态并根据加工状态反馈控制加工。
[0013]进一步地，所述抛光机构包括由底座电机带动旋转的下抛光盘和设置于下抛光盘上的抛光垫，所述抛光垫配置为：在加工过程中位于晶圆和下抛光盘之间，粘附在下抛光盘上与晶圆相互摩擦达到抛光目的。
[0014]进一步地，所述抛光垫使用抛光液代替。
[0015]进一步地，所述晶圆承载装置包括控制箱、晶圆承载器、转轴和支点轴，所述转轴与控制箱配合连接，控制箱能够带动转轴旋转，所述晶圆承载器用以承载晶圆，其设置于转轴下端，所述支点轴与控制箱配合连接，控制箱能够相对支点轴进行旋转，进而使晶圆承载器上的晶圆在抛光工位和采集工位之间来回切换。
[0016]进一步地，所述控制箱内置第一电机和第二电机，所述第一电机用以驱动转轴旋转，所述第二电机用以驱动控制箱相对支点轴旋转。
[0017]进一步地，所述图像采集装置包括定位传感器和摄像头，所述定位传感器用以检测晶圆是否移动到采集工位，所述相机用以对晶圆加工面进行拍摄并将采集的图像发送到控制处理装置。
[0018]本专利技术还提供一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测方法，包括：
[0019]步骤1，采集晶圆加工面图像；
[0020]步骤2，图像预处理；
[0021]步骤3，根据工件表面的粗糙度所形成的不同表面形貌特征，建立卷积神经网络样本数据库；
[0022]步骤4，利用构建的卷积神经网络在样本数据库上按照给定的加工状态标签进行训练测试；
[0023]步骤5，通过卷积神经网络将当前采集的晶圆加工面图像处理后的显著特征与样本数据库进行比对，确定当前的加工状态。
[0024]进一步地，所述步骤1包括：
[0025]步骤1.1，定位传感器检测待测晶圆移动到图像采集区域；
[0026]步骤1.2，图像采集装置拍照并上传图像至控制处理装置。
[0027]进一步地，所述步骤2包括：
[0028]步骤2.1，对步骤1获得的图像滤波处理，提高图像质量；
[0029]步骤2.2，将滤波处理后的图像样本转换为单通道的加工表面灰度图以提高识别度。
[0030]进一步地，所述步骤3包括：
[0031]步骤3.1，对步骤2获得的图像样本，根据工件表面粗糙度所形成的不同形貌特征分类给定标签建立数据库；
[0032]步骤3.2，因为采集图像方向不能保持相同，为了增强网络鲁棒性，对数据库中的样本旋转变换处理，扩大数据库样本数量。
[0033]所述步骤4包括：
[0034]步骤4.1，为实现多类标签识别，对每层卷积特征图做归一化处理，以Softmax为分类器建立卷积神经网络模型；
[0035]步骤4.2，利用构建的卷积神经网络在样本数据库上按照给定的加工状态标签进行训练测试。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0037]本专利技术适用高硬脆材料精密研磨加工状态下采集图像，避免加工过程中将工件取下检测造成的负面影响，无需对下抛光盘结构改造，不影响加工平面度，对研磨加工过程影响小，提高加工质量。
[0038]本专利技术的图像采集模块将整个晶圆移出加工区域，加工面正对专业的高像素相机，拍照时工件静止，能够采集高质量图像数据，使得监测精度更高，避免误判断。
[0039]本专利技术通过控制处理装置实时分析处理采集的图像，快速判断出当前材料的研磨加工状态以及研磨加工具体进度并根据情况反馈控制加工，根据需求细分到判断晶圆从加工开始到结束的各个研磨阶段，更利于研究以及之后的研磨质量改善。此外，过程无需人工操作，节约人力资源。
附图说明
[0040]图1是本专利技术的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置的结构图；
[0041]图2是本专利技术的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置研磨模块结构图；
[0042]图3是本专利技术的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置下抛光盘结构图；
[0043]图4是本专利技术的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置驱动控制箱转动的结构图；
[0044]图5是本专利技术的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置的原理图；
[0045]图6为本专利技术的一种基于图像的高硬脆材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置，其特征在于，包括：抛光机构，所述抛光机构位于抛光工位，其用以对晶圆进行抛光；图像采集装置，所述图像采集装置位于采集工位，其用以采集晶圆加工面的图像；晶圆承载装置，所述晶圆承载装置用以承载晶圆，并能够带动晶圆在抛光工位和采集工位之间来回切换；以及控制处理装置，所述控制处理装置用以对采集的图像进行实时分析处理，判断晶圆当前的加工状态并根据加工状态反馈控制加工。2.根据权利要求1所述的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置，其特征在于，所述抛光机构包括由底座电机带动旋转的下抛光盘和设置于下抛光盘上的抛光垫，所述抛光垫配置为：在加工过程中位于晶圆和下抛光盘之间，粘附在下抛光盘上与晶圆相互摩擦达到抛光目的。3.根据权利要求2所述的基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置及方法，其特征在于，所述抛光垫使用抛光液代替。4.根据权利要求1所述的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置，其特征在于，所述晶圆承载装置包括控制箱、晶圆承载器、转轴和支点轴，所述转轴与控制箱配合连接，控制箱能够带动转轴旋转，所述晶圆承载器用以承载晶圆，其设置于转轴下端，所述支点轴与控制箱配合连接，控制箱能够相对支点轴进行旋转，进而使晶圆承载器上的晶圆在抛光工位和采集工位之间来回切换。5.根据权利要求4所述的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置，其特征在于，所述控制箱内置第一电机和第二电机，所述第一电机用以驱动转轴旋转，所述第二电机用以驱动控制箱相对支点轴旋转。6.根据权利要求1所述的一种基于图像的高硬脆材料研磨状态在线监测装置，其特征在于，所述图像采集装置包括定位传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文宏，黄智明，桂州，沈宽，郭俊阳，程旭，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：