[发明专利]一种基片均匀抛光装置及其工作方法

权利要求书

1.一种基片均匀去除抛光装置，其特征在于：至少包括控制系统、驱动器、抛光模块(1)、拨叉(2)、抛光垫(3)、抛光盘(4)和接头(26)，所述的抛光盘(4)之上设置抛光垫(3)，所述的拨叉(2)用于调节抛光模块(1)的位置；所述的抛光模块(1)置于抛光垫(3)上，所述的抛光模块(1)包括基座(5)、在线检测单元和自动配重单元，所述的在线检测单元和自动配重单元组成一体化结构并安装在基座(5)上；所述的在线检测单元的输出端与控制系统连接；所述的控制系统通过驱动器控制自动配重单元；

所述的在线检测单元包括四个微位移传感器，即在基座(5)的等半径圆上均匀分布着微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)，微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)通过自身螺纹固定在基座(5)上；

所述的自动配重单元包括四组配重调整机构，每两个微位移传感器之间设置一组配重调整机构，四组配重调整机构沿基座(5)的等半径圆上均匀分布；每组配重调整机构包括两个配重调整子机构，即一个径向配重调整子机构和一个周向配重调整子机构，每个配重调整子机构包括一个音圈电机和一个配重滑块，所述的径向配重调整子机构的音圈电机的轴线与基座(5)的径向线共线，所述的周向配重调整子机构的音圈电机的轴线与基座(5)的径向线垂直；

四组配重调整机构包括音圈电机A(7)、音圈电机B(9)、音圈电机C(12)、音圈电机D(14)、音圈电机E(17)、音圈电机F(19)、音圈电机G(22)和音圈电机H(24)，所述的音圈电机A(7)用于调节配重滑块A(8)的位置，音圈电机B(9)用于调节配重滑块B(10)的位置，音圈电机C(12)用于调节配重滑块C(13)的位置，音圈电机D(14)用于调节配重滑块D(15)的位置，音圈电机E(17)用于调节配重滑块E(18)的位置，音圈电机F(19)用于调节配重滑块F(20)的位置，音圈电机G(22)用于调节配重滑块G(23)的位置，音圈电机H(24)用于调节配重滑块H(25)的位置；

所述的音圈电机A(7)、音圈电机C(12)、音圈电机E(17)和音圈电机G(22)用于调节径向配重量，音圈电机B(9)、音圈电机D(14)、音圈电机F(19)和音圈电机H(24)用于调节周向配重量；

所述的接头(26)用于连接真空设备。

2.一种基片均匀去除抛光装置的工作方法，基于环状抛光盘法原理，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、通过真空吸附方式将基片吸附于抛光模块(1)的基座(5)的下方，设定抛光预去除厚度h，设微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)的中心所在点分别为P1、P2、P3和P4，调零微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)的示值，即h_P1＝h_P2＝h_P3＝h_P4＝0；

步骤二、开始抛光加工，微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)实时检测基片四点的厚度并通过数据采集卡将数据传输给控制系统，控制系统根据“三点确定一个平面”原理加权计算此时基片的平面，得到基片最高点即最小去除厚度位置坐标P_高和基片最低点即最大去除厚度位置坐标P_低；

利用微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)的示值计算基片平面过程如下：以基座(5)的中心为原点，音圈电机G(22)的运动方向为x轴，音圈电机E(17)的运动方向为y轴，垂直于基座(5)的方向为z轴建立三维直角坐标系，微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)对应坐标位置分别为：

r为微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)距原点的距离，h_P1、h_P2、h_P3和h_P4分别为微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)的示值；根据“三点确定一个平面”的原理，取其中任意三点坐标，得到一个平面方程，共得四个平面方程，四个平面方程分别是：

以单个平面方程比平面方程总数的比值，即1/4为权数，对上述四个平面方程进行加权平均计算，得最终平面方程为：

S:ax+by+cz+d＝0；

最后，根据条件极值进行求解，即求得基片最高点坐标P_高(x,y,z_高)和基片最低点坐标P_低(-x,-y,z_低)，其中x²+y²＝r²；

步骤三、根据步骤二中计算得到的最小去除厚度位置坐标P_高和最大去除厚度位置坐标P_低，利用重心计算公式，控制系统通过运动控制卡控制8个音圈电机分别调整8个配重滑块的等效重心M，使等效重心M始终位于最小去除厚度P_高位置与基座(5)的中心连线上；具体计算方法如下：

设配重滑块A(8)、配重滑块B(10)、配重滑块C(13)、配重滑块D(15)、配重滑块E(18)、配重滑块F(20)、配重滑块G(23)和配重滑块H(25)的质量都为m，初始坐标分别为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)，根据重心计算公式：

则等效重心坐标为且

由于利用重心计算公式让配重滑块等效重心M位于最小去除厚度位置P_高与原点O的连线上的解不唯一，为了降低抛光过程中由电机运动带来的干扰，实际中每次只需调整音圈电机A(7)、音圈电机B(9)、音圈电机E(17)和音圈电机F(19)或调整音圈电机C(12)、音圈电机D(14)、音圈电机G(22)和音圈电机H(24)，即调整音圈电机A(7)、音圈电机B(9)、音圈电机E(17)和音圈电机F(19)运动时，保持音圈电机C(12)、音圈电机D(14)、音圈电机G(22)和音圈电机H(24)位于初始位置，反之，调整音圈电机C(12)、音圈电机D(14)、音圈电机G(22)和音圈电机H(24)运动时，保持音圈电机A(7)、音圈电机B(9)、音圈电机E(17)和音圈电机F(19)位于初始位置；

步骤四、当微位移传感器A(6)、微位移传感器B(11)、微位移传感器C(16)和微位移传感器D(21)的示值相同且达到预设去除厚度h时，即h_P1＝h_P2＝h_P3＝h_P4＝h，停止抛光，完成抛光实验，否则，重复步骤三，直到h_P1＝h_P2＝h_P3＝h_P4＝h。