[发明专利]机械与化学交互作用测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种机械与化学交互作用的测量装置。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术是利用化学腐蚀和机械磨削的协同效应实现最佳抛光效果的一种抛光技术。它是一个微观动态并且随机的过程，影响因素复杂多变，很难清楚地确定各因素在抛光过程中的单独作用。迄今为止，CMP的材料去除机理没有一个统一的定论，而且没有一个完整描述CMP材料去除机理的模型，这与不能从大量抛光因素中准确提炼出关联机理的信息密切相关。因此，有必要首先对抛光过程中一些本质问题(如CMP过程中机械作用和化学作用哪个占主导地位，它们的交互作用如何测量)进行研究，然后在此基础上展开对抛光机理的探索，故需要相应的实验装置。

现有技术中公开了研究金属材料腐蚀和磨损同步测量的装置，可以对流动着的腐蚀性砂浆体系中金属试样的腐蚀和磨损速率同步测量，尤其适用于材料冲蚀磨损机理的研究，但是对研究CMP系统不合适。现有技术中还有一种腐蚀与磨损交互作用动态测量装置，其公开了一种对金属材料腐蚀与磨损进行同步测量的腐蚀与磨损交互作用动态测量装置，可测出单纯的腐蚀损失量、单纯的磨损损失量以及腐蚀磨损交互作用的损失量，主要适用于测量材料在非浸泡腐蚀环境下的旋转摩擦运动时的腐蚀磨损交互作用，但是无法在线测量摩擦磨损过程中的摩擦力；而且磨球连续摩擦试样表面的同一点，这与CMP微观过程相悖。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是实现化学机械抛光过程中的机械磨损和化学腐蚀交互作用的测量。

(二)技术方案

为达到上述技术方案，本发明提出了一种机械与化学交互作用测量装置，包括机架、摩擦力测量部分、杠杆加载部分、往复直线运动的氮化硅小球和三电极部分，其中，

摩擦力测量部分包括设置于机架上的气浮导轨外壳和设置于所述气浮导轨外壳内的气浮导轨，以及与所述气浮导轨外壳和所述气浮导轨连接的摩擦力传感器，

所述杠杆加载部分包括设置于所述气浮导轨外壳上的平行调节座、设置于所述平行调节座顶部的销轴、设置于所述销轴上的加载杠杆，所述加载杠杆的一端设置有配重杆，另一端为向下垂直延伸的平面，

所述三电极部分包括，设置于机架上的电解池，作为工作电极的样品、辅助电极、参比电极、鲁金毛细管和电化学工作站，所述电解池内充有抛光液，所述工作电极设置在所述加载杠杆向下垂直延伸的平面上并且半浸在所述抛光液中，所述氮化硅小球加载至工作电极的表面，所述辅助电极设置于工作电极的正对面，所述参比电极的一端与所述鲁金毛细管连接，鲁金毛细管靠近所述工作电极，所述工作电极和辅助电极分别与所述电化学工作站的相应端子连接，所述参比电极与所述电化学工作站的参比接口端子连接。

其中，所述机架与所述气浮导轨外壳之间设置有手动平移台。

其中，所述销轴的两端通过调节螺钉与所述平行调节座连接。

其中，所述加载杠杆的一端上设置有砝码，所述配重杆上设置有配重块。

其中，所述销轴上固定有指针，所述加载杠杆上固定有表盘，使得当所述加载杠杆平衡时所述指针指向所述表盘的中心。

其中，所述气浮导轨的两端通过转接板与所述平行调节座连接。

其中，所述机架和所述电解池之间设置有升降台。

其中，所述工作电极为镀铜硅片。

其中，所述参比电极为饱和甘汞电极。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的装置实现了定量研究化学机械抛光(CMP)过程中机械磨损与化学腐蚀交互作用；通过实验可测量CMP过程中单纯的化学腐蚀率、机械磨损率以及交互作用去除率，同时可在线测量机械参数摩擦系数；工作电极侧立、半浸安装，使接线简单，且工作电极与辅助电极平行放置，保证电流均匀分布，便于精确测量电化学参数。在测量过程中，总的材料去除量和机械磨损导致的材料去除量可由称重法或者形貌法测量得到，化学腐蚀导致的材料去除量可由浸泡法或者电化学方法测定，交互作用去除量可由实验结果计算得到。

附图说明

图1是本发明的机械与化学交互作用测量装置实施例的示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的机械与化学交互作用测量装置实施例的左侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。