[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。