[实用新型]一种抛光液大颗粒在线监测装置

说明书

一种抛光液大颗粒在线监测装置，包括光学系统、数据采集与处理系统、系统标定与检验和辅助系统，光学系统包括观察窗口、激光光源、激光发射光路、激光衰减接收光路和激光散射接收光路，实现对抛光液中大颗粒光衰减、光散射信号的光电转换，数据采集与处理系统包括激光衰减、激光散射信号的采集与处理的模拟与数字电路；标定及检验系统利用标准颗粒悬浮液对抛光液大颗粒检测系统进行标定，建立激光衰减、激光散射电信号与标准颗粒已知尺寸之间的关系；辅助系统包括抽样系统、清洗系统和气泡消除系统。本实用新型检测范围大，实时在线检测，对提升高表面完整性的抛光加工的良品率有重要作用，降低生产成本。

技术领域

本实用新型属于颗粒在线监测装置技术领域，特别是涉及一种抛光液大颗粒在线监测装置。

背景技术

精密超精密抛光加工能使被加工工件获得极高的表面完整性，以及纳米级粗糙度的超光滑表面、无划痕/凹坑等损伤、极低的亚表面损伤层，广泛应用于大规模集成电路的生产过程，是LED蓝宝石衬底、激光陀螺用石英晶片、智能手机摄像模组蓝玻璃滤光片、静音轴承滚子等高精度零件的必须加工工艺，对电子信息、半导体、光学、航空航天、武器军工等行业的发展起到了重要的支撑与促进作用。

常见的精密超精密抛光加工方式是将抛光液(纳米级磨粒的悬浮液)加注在抛光垫上，抛光垫的回转运动将抛光液输送到被加工表面下方，通过磨粒的滚压、切削等作用，实现材料去除完成加工。显然，抛光液中磨粒的尺寸，对抛光加工的表面完整性有决定性的作用，抛光液中的大颗粒(尺寸比所用磨粒大的颗粒)，是被加工表面出现划痕/凹坑等微缺陷、表面完整性受到限制的根本原因。研究表明，当抛光液中出现1μm以上颗粒时(抛光用磨粒尺寸通常在30nm～200nm)，被加工表面往往出现划痕、凹坑等表面缺陷。同时，即使大颗粒与磨粒数量的比例在十万分之一的极低水平，表面完整性也会受到显著影响。已知的抛光液中大颗粒的来源主要有四个：微细磨粒的团聚(纳米级颗粒因比表面积大、表面能高，易发生团聚)、抛光垫磨屑、抛光垫修整器的脱落物、被加工表面产生的材料脱落。可见，大颗粒的产生是难以避免且不能预知的。因而，对抛光液中大颗粒的数量进行实时在线监测并及时预警，是保证被加工工件获得高表面完整性、保证大批量生产的良品率的有效途径。

目前，国内企业所用或所生产的抛光设备均无抛光液大颗粒在线监测系统，普遍采用被动的事后检测方法，良品率的提高受到极大限制、生产成本高、生产效率低。由于抛光加工过程具有相当程度的随机性与复杂性，生产企业通常采用经验工艺参数进行抛光加工，加工完成后对零件进行检测分选。如果检测过程中，发现划痕、凹坑等表面缺陷引起的废品率超出预期，才开始调整工艺参数(过滤器、抛光液寿命，清洗设备周期等)。此时，往往已经产生了数量可观的废品，由于抛光已是精密零件的终加工工艺，此时出现废品，之前各道工艺的人力物力投入均失去意义。更为严重的是，由于大颗粒的产生无法预测、控制，加工经验往往是不十分可靠的，表面缺陷常常不可预计的提前出现，致使废品率极高。在实际生产中，因划痕、凹坑等缺陷造成的废品率高达30％。另一方面，频繁的工艺调整，不仅使过滤器、抛光液、抛光垫等耗材的使用寿命显著缩短，而且严重影响了生产效率，进一步使生产成本大幅上升。

精密抛光加工自1991年成功用于64Mb的DRAM生产后，一直是大规模集成电路行业发展的重要支撑。随着线宽的逐步降低，抛光过程中产生的划痕等微小缺陷成为导致器件成品失效的不可忽略的因素。为提高大规模集成电路大批量生产的良品率，国外学者进行了大量研究，已经确定：(1)抛光液中尺寸超过磨粒的大颗粒(尺寸超过1μm的颗粒，抛光液中磨粒平均粒径为0.1μm)，是引起微划痕等缺陷的根本原因；(2)大颗粒的主要来源有，抛光液中微细磨粒的团聚、抛光液循环使用过程中抛光垫产生的磨屑、抛光垫修整器上脱落的金刚石颗粒、被加工表面产生的材料脱落。