[发明专利]一种抛光垫微观接触状态的测量装置及其使用方法

权利要求书

1.一种抛光垫微观接触状态的测量装置，其特征在于：包括基座(9)、Z向宏微复合直线运动进给装置(11)、力传感器(13)、蓝宝石观测窗口(25)、两个单筒显微镜、两个CCD摄像机、两个显微镜支架、XY两向移动工作台(18)、运动控制系统和计算机；

所述Z向宏微复合直线运动进给装置(11)通过直角固定支架(10)安装于基座(9)上，具有宏动和微动复合移动功能，定位精度优于5μm，微动过程闭环运动精度不低于100nm；

所述力传感器(13)通过力传感器连接架(12)固定在Z向宏微复合直线运动进给装置(11)上；所述力传感器(13)用于测量法向力即Z向力F_z；

所述蓝宝石观测窗口(25)通过蓝宝石观测窗口连接架(14)固定在基座(9)上；所述蓝宝石观测窗口(25)为双面抛光，表面粗糙度优于1nm；

所述抛光垫样品(24)从待测抛光垫表面裁剪得到，通过样品连接杆(22)固定在力传感器(13)的下部；其中抛光垫样品(24)的面积S和法向力F_z的关系满足下式：

F_Z＝P·S

其中，P为抛光压力，psi；化学机械抛光过程中的抛光压力P的范围为0.1～20psi；法向力F_z小于力传感器(13)的量程范围；

所述抛光垫样品(24)的侧面蒸镀一层50nm厚的金原子层；

所述两个单筒显微镜为单筒显微镜A(15)和单筒显微镜B(19)，所述两个CCD摄像机为CCD摄像机A(17)和CCD摄像机B(20)；

所述单筒显微镜A(15)通过显微镜支架A(16)安装于XY两向移动工作台(18)的台面上，镜头垂直放置；所述CCD摄像机A(17)安装于单筒显微镜A(15)下部；所述单筒显微镜A(15)、CCD摄像机A(17)、显微镜支架A(16)和XY两向移动工作台(18)作为整体放置于蓝宝石观测窗口(25)下方；

所述单筒显微镜B(19)通过显微镜支架B(21)固定在蓝宝石观测窗口(25)的侧方，镜头水平放置；所述单筒显微镜B(19)和CCD摄像机B(20)配套连接；

所述两个单筒显微镜的放大倍数不低于400倍；所述两个CCD摄像机具有自动对焦功能，图片分辨率优于1μm/像素；所述XY两向移动工作台(18)用于调节单筒显微镜拍摄的位置，定位精度优于5μm；

所述运动控制系统分别与Z向宏微复合直线运动进给装置(11)和XY两向移动工作台(18)连接，用于控制Z向宏微复合直线运动进给装置(11)和XY两向移动工作台(18)的运动；

所述计算机通过数据线分别与运动控制系统、力传感器(13)和CCD摄像机连接；

所述计算机中安装图像处理软件；所述图像处理软件对微观接触图像进行处理，输出真实微观接触图像，并统计微观接触特征信息，所述微观接触特征信息包括微观接触点数目、微观接触点平均尺寸和微观接触点分布；所述图像处理软件基于数字图像相关方法即DIC方法，对抛光垫接触前后的图像进行相关计算，输出抛光垫全场变形云图，并获得抛光垫粗糙层的压缩刚度。

2.根据权利要求1所述的一种抛光垫微观接触状态的测量装置，其特征在于：所述单筒显微镜采用同轴光光源。

3.根据权利要求1所述的一种抛光垫微观接触状态的测量装置，其特征在于：所述CCD摄像机通过相机数据线，连接至计算机USB接口，并将拍摄数据保存在计算机指定目录中。