小尺寸晶片抛光摩擦力在线测量装置制造方法及图纸

一种小尺寸晶片抛光摩擦力在线测量装置，包括抛光头、电阻应变仪、数据采集仪、导线及计算机。抛光头由配重块，弹性元件、电阻应变片、集电环组成。抛光时，晶片所受摩擦力使抛光头内部的弹性元件产生弹性变形，贴在弹性元件表面的电阻应变片将弹性元件的弹性应变转化成电信号经集电环传给电阻应变仪，并通过数据采集仪输入计算机。本发明专利技术的效果和益处是能够对小尺寸晶片抛光中的摩擦力进行在线测量，不改变抛光状态，适合抛光头随抛光盘转动的抛光方式。该方法直接测量单个晶片的摩擦力，避免了测量多个晶片摩擦合力而引入的测量误差以及间接测量所需的力学分析和计算误差。测量精度高，适合小尺寸晶片抛光摩擦力小、测量精度要求高的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于晶体材料抛光
，涉及到一种小尺寸晶片抛光摩擦力在线测量直O
技术介绍
随着微电子、光电子、超导体、光学透镜等行业的发展，金刚石、单晶硅、蓝宝石和氧化镁等各种晶体材料的应用日益广泛。这些行业的产品对晶片表面质量的要求极其苛刻，必须对表面进行精密或超精密抛光。目前较高效的抛光方式主要以机械抛光和化学机械抛光等接触式抛光为主，其中晶片所受机械作用直接影响抛光效率和表面质量，准确量化机械作用对研究抛光机理和指导抛光工艺均具有重要意义，而摩擦力是量化机械作用最重要和最准确的指标。现存的抛光摩擦力测量方法主要有滑动平台法和扭矩测量法。滑动平台法是将整台抛光机置于一个在X和Y方向可以自由滑动的平台上，抛光时通过测量平台在X和Y方向受到的力来计算出摩擦力。该方法无需改变抛光状态，与实际加工情况较为接近，但是将整台抛光机置于测量平台上会引入大量误差，不能满足小尺寸晶片摩擦力小、测量精度高的要求。扭矩测量法是一种间接测量法，即通过测量抛光头扭矩变化来衡量摩擦力，主要是针对摩擦力不易直接测量的问题。但是抛光中抛光头扭矩是一个综合量，由晶片各个点的摩擦力对抛光头轴线的转矩合成。所以扭矩的变化只能反应所有试件摩擦力的合力。由于每个晶片的所受摩擦力和力臂不同，通过所有试件合力很难准确计算出单个晶片所受的摩擦力。甚至如果抛光头回转中心和抛光盘回转中心存在偏心时，采用该方法无法计算出单个晶片所受摩擦力。总之，在抛光头随动、晶片尺寸较小的抛光中，摩擦力小，所需测量装置精度高，采用目前现存方法会不可避免的引入测量误差，并且通常抛光头底部贴有数片晶片，目前存在的测量方法仅能测量几片晶片摩擦力的合力，不同晶片摩擦力方向不同，合力会掩盖单个晶片所受摩擦力的信息，无法精确反映每个转动周期内单个晶片所受摩擦力的大小及变化情况。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种针对小尺寸晶片抛光中摩擦力在线测量装置。本专利技术摩擦力测量装置包括抛光头、电阻应变仪、数据采集仪、导线以及计算机。 抛光头主要由集电环、三个配重块(配重块A、配重块B、配重块C)、弹性元件、电阻应变片组成。通过调节配重块B的个数和高度来调节抛光压力。在配重块C底面有垂直于该面的孔，孔长度根据配重块尺寸及测试系统灵敏度要求确定，孔径比弹性元件直径略大；在配重块B上加工出M6的螺纹孔，螺纹孔和配重块C的光孔同轴，以方便装夹弹性元件。将一片晶片粘贴在弹性元件的端面，其余晶片均勻布置于配重块C底面。弹性元件材料采用弹性模量较小的铝合金，以满足测试系统的灵敏度要求。弹性元件为圆柱体，直径根据晶片的尺寸确定，比晶片尺寸略大，下端用于贴晶片，上端加工有M6的螺纹，用于与配重块B内部的螺纹孔连接，使其固定于配重块C的孔中。在装配过程中保证弹性元件的圆柱部分不与配重块C接触，弹性元件的下端面与配重块C下底面相平。配重块A、配重块 B和配重块C通过螺栓固定在一起。在距离弹性元件上端约三分之一处绕弹性元件中心轴间隔90°分布两组电阻应变片，以感知摩擦力X方向和Y方向的分量(方向垂直)。线栅方向与轴线方向相同，每组电阻应变片由两片相对的电阻应变片组成，用于补偿温度及正压力带来的误差。电阻应变片采用半桥连接方式。集电环固定于配重块上部A，用于输出摩擦力测量信号。抛光时晶片所受摩擦力使弹性元件产生弹性变形，电阻应变片将弹性应变转化成电信号，通过导线经由集电环和电桥盒输出到电阻应变仪上，并通过数据采集仪输入到计算机。根据摩擦力X和Y方向分量值(Fx和Fy)及公式Ff = ^F2x +F2y即可求得该晶片所受的摩擦力。本专利技术效果和益处是能够在不改变实际抛光状态的条件下，对小尺寸晶片抛光中的摩擦力进行在线测量，适合抛光头随抛光盘转动的抛光方式。并且该方法能够直接测量单个晶片的摩擦力，避免了测量多个晶片摩擦合力而引入的测量误差以及间接测量所需的力学分析和计算误差。因此，该方法测量精度较高，非常适合小尺寸晶片抛光摩擦力小、 测量精度要求高的场合。附图说明图1是本专利技术的测量装置中的抛光头结构示意图。图2是本专利技术的小尺寸晶片抛光摩擦力测量过程示意图。图3a是弹性元件上电阻应变片分布主视图。图北是弹性元件上电阻应变片分布俯视图。图4是摩擦力测量结果图。图中1集电环；2配重块A ；3配重块B ；4配重块C ；5弹性元件；6晶片；7电阻应变片；8滴料器；9抛光液；10抛光盘；11抛光机底盘；12抛光机；13抛光头；14电桥盒；15 电阻应变仪；16数据采集仪；17计算机。Rxi和Rx2是一组对应电阻应变片，用来测量摩擦力X方向分量Fx造成的应变，Ryi 和Ry2是一组对应电阻应变片，用来测量摩擦力Y方向分量Fy造成的应变。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细说明本专利技术具体实施例。实施例如附图1所示，抛光头结构主要包括集电环1、配重块A2、配重块B3、配重块C4、弹性元件5、晶片6、电阻应变片7。配重块C4的直径为100mm，长度为100mm。其上加工出直径20mm的光孔。在配重块B3上加工出M6的螺纹孔，螺纹孔和配重块C4的光孔同轴。通过调节配重块B3的个数和高度可以实现不同的抛光压力。弹性元件5为铝合金材料，长为 120mm。下端圆柱部分直径为15mm，长为100mm，上端为M6的螺纹，长度为20mm。将弹性元件5装入配重块C4的孔中，并通过M6的螺纹固定在配重块B3上。在装配过程中保证弹性元件5的圆柱部分不与配重块C4接触，弹性元件5的下端面与配重块C4下底面相平。集电环1装在配重块A2上。配重块A 2、配重块B3和配重块C4通过螺栓固定在一起。在弹性元件5下底面粘贴面积IOmmX IOmm的CVD金刚石膜，并与配重块C4下底面上的2个CVD 金刚石膜呈圆周均布排列。如图2，将整个抛光头置于抛光盘10上，抛光头回转中心与抛光盘10回转中心存在一定的偏心距。对CVD金刚石膜抛光时，抛光盘10向逆时针方向转动，转速为70r/min，电机驱动抛光头也进行逆时针旋转，转速为23r/min。用滴料器8不断向抛光盘表面滴加抛光液。由于抛光过程摩擦力的作用，弹性元件5发生弹性变形。电阻应变片7将弹性应变转化成电信号，通过导线经由集电环1和电桥盒14输出到电阻应变仪 15上，并通过数据采集仪16输入到计算机17中，实现摩擦力的实时监测。权利要求1.一种小尺寸晶片抛光摩擦力在线测量装置，包括抛光头、电阻应变仪、数据采集仪、 导线以及计算机；抛光头结构主要由集电环(1)、配重块^^2)、配重块8(3)、配重块((4)、弹性元件(5)、电阻应变片(7)组成；配重块C (4)底面有垂直于该面的孔，孔长度根据配重块尺寸及测试系统灵敏度要求确定，孔径比弹性元件直径略大。在配重块B(3)上加工出M6 的螺纹孔，螺纹孔和配重块C(4)的光孔同轴；通过调节配重块BC3)的个数和高度可以实现不同的抛光压力；将一片晶片粘贴在弹性元件的端面，其余晶片均勻布置于配重块C底面； 弹性元件(5)为圆柱体，比晶片尺寸略大，下端用于贴晶片，上端加工有M6的螺纹，用于与配重块B内部的螺纹孔连接，使其固定于配重块C的孔中；在装配过程中保证弹性元件(5) 的圆柱部分不与配重块C(4)接触，弹性元件(5)的下端面与配重块C(4)下底面相平；配重块A本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种小尺寸晶片抛光摩擦力在线测量装置，包括抛光头、电阻应变仪、数据采集仪、导线以及计算机；抛光头结构主要由集电环（１）、配重块Ａ（２）、配重块Ｂ（３）、配重块Ｃ（４）、弹性元件（５）、电阻应变片（７）组成；配重块Ｃ（４）底面有垂直于该面的孔，孔长度根据配重块尺寸及测试系统灵敏度要求确定，孔径比弹性元件直径略大。在配重块Ｂ（３）上加工出Ｍ６的螺纹孔，螺纹孔和配重块Ｃ（４）的光孔同轴；通过调节配重块Ｂ（３）的个数和高度可以实现不同的抛光压力；将一片晶片粘贴在弹性元件的端面，其余晶片均匀布置于配重块Ｃ底面；弹性元件（５）为圆柱体，比晶片尺寸略大，下端用于贴晶片，上端加工有Ｍ６的螺纹，用于与配重块Ｂ内部的螺纹孔连接，使其固定于配重块Ｃ的孔中；在装配过程中保证弹性元件（５）的圆柱部分不与配重块Ｃ（４）接触，弹性元件（５）的下端面与配重块Ｃ（４）下底面相平；配重块Ａ（２）、配重块Ｂ（３）和配重块Ｃ（４）通过螺栓固定在一起。在距离弹性元件（５）上端约三分之一处绕弹性元件中心轴间隔９０°分布两组电阻应变片（７）；线栅方向与轴线方向相同，每组电阻应变片由两片相对的电阻应变片组成；电阻应变片采用半桥连接方式；集电环（１）固定于配重块上部Ａ（２），用于输出摩擦力测量信号；抛光时晶片所受摩擦力使弹性元件（７）产生弹性变形，电阻应变片（７）将弹性应变转化成电信号，通过导线经由集电环（１）和电桥盒（１４）输出到电阻应变仪（１５）上，并通过数据采集仪（１６）输入到计算机（１７）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金洙吉，苑泽伟，王坤，康仁科，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91