CN107717718B - 化学机械抛光设备及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光设备及其操作方法，化学机械抛光设备包括夹片组件，夹片组件上安装有抛光件；保持环，保持环设在夹片组件上，抛光件位于保持环内；抛光盘，抛光盘设在保持环和抛光件的下方；其特征在于，还包括：保持环调节装置，保持环调整装置包括：调节装置，调节装置包括向上调节保持环的拉杆和向下调节保持环的压杆；压力分布检测装置，压力分布检测装置设在抛光盘上以用于检测保持环与抛光盘以及抛光件与抛光盘之间的压力分布，调节装置根据压力分布检测装置的检测信息调节保持环。根据本发明的化学机械抛光设备，能够保证抛光件抛光后的面形精度，提高抛光效果。

Description

化学机械抛光设备及其操作方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种化学机械抛光设备及其操作方法。

背景技术

化学机械抛光设备的抛光件例如硅反射镜等，是强激光反射系统的重要元件，其表面平整度要求较高；在抛光件制造过程中，需利用超精密磨削技术、化学机械抛光技术和离子束面形修正技术处理抛光件表面，同时控制抛光件的平整度、表面粗糙度及面形精度。超精密磨削可将抛光件面形精度降至亚微米级别，化学机械抛光为超精密磨削的下一个工序，其主要是去除磨削过程引入的残留缺陷，并在不破坏抛光件面形精度的条件下将抛光件表面粗糙度降至亚纳米级别，从而为之后的离子束面形修正技术做准备。在对抛光件进行化学机械抛光的过程中，如何保持抛光件面形精度，使抛光件保持水平，保证抛光件与保持环平面的相对位置非常重要，是保证化学机械抛光效果的关键所在。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种化学机械抛光设备，所述化学机械抛光设备能够保证抛光件的面形精度，提高抛光效果。

本发明还提出了一种化学机械抛光设备的操作方法。

根据本发明第一方面实施例的化学机械抛光设备，包括夹片组件，所述夹片组件上安装有抛光件；保持环，所述保持环设在所述夹片组件上，所述抛光件位于所述保持环内；抛光盘，所述抛光盘设在所述保持环和所述抛光件的下方；还包括：保持环调整装置，所述保持环调整装置包括：调节装置，所述调节装置包括向上调节所述保持环的拉杆和向下调节所述保持环的压杆；压力分布检测装置，所述压力分布检测装置设在抛光盘上以用于检测所述保持环与所述抛光盘以及所述抛光件与所述抛光盘之间的压力分布，所述调节装置根据所述压力分布检测装置的检测信息调节所述保持环。

根据本发明实施例的化学机械抛光设备，通过压力分布检测装置可将保持环的底面与抛光件的底面之间的高度指标转化为压力指标，根据压力分布检测装置检测的压力分布调节保持环在竖直方向的位置，进而调节抛光件在竖直方向的位置，以使得抛光件的底面能够保持在同一平面上，也能使得抛光件的底面与抛光盘之间的压力更加均匀，这样，在抛光过程中，从而有利于保证抛光件抛光后的面形精度，也可使得抛光件的底面各部分的抛光速率更加均匀，使得抛光件的抛光面更加平整，提高抛光设备的抛光效果。

另外，根据本发明实施例的化学机械抛光设备还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述拉杆和所述压杆分别为多个，多个所述拉杆和所述压杆沿所述保持环的周向间隔开设置。

可选地，多个所述拉杆和多个所述压杆沿所述保持环的周向交错间隔开设置。

根据本发明的一些实施例，所述压力分布检测装置为压力传感器，所述压力传感器与显示器相连，所述显示器显示所述压力传感器的区域内的压力分布。

可选地，所述压力分布检测装置为柔性薄膜网格状触觉压力传感器。

根据本发明的一些实施例，所述压力分布检测装置具有防水件。

根据本发明第二方面实施例的根据上述实施例的化学机械抛光设备的操作方法，包括：

S1：将所述保持环预装在所述夹片组件上，并将所述抛光件固定在所述夹片组件上；

S2：安装所述压力分布测量装置，将所述压力分布测量装置平铺在所述抛光盘上；

S3：所述夹片组件竖直向下运动，使所述夹片组件作用在所述抛光盘上的所述压力分布测量装置上；

S4：查看所述抛光件以及所述保持环的受力分布；

S5：根据所述压力分布测量装置的显示信息调节所述调节装置，保证所述保持环所在的平面和所述抛光件的底平面的位置在设定范围。

根据本发明实施例的化学机械抛光设备的操作方法，通过将抛光件与保持环之间的高度指标转化为压力指标，根据检测的压力值对保持环进行调整，进而对抛光件进行调整，这样在抛光过程中，从而有利于保证抛光件的面形精度，保证抛光件的抛光面的平整度，提高抛光效果。

可选地，在步骤S5中，所述保持环所在的平面和所述抛光件的底平面的位置在设定范围满足：所述抛光件对应压力b是所述保持环对应压力a的0.5-3倍。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的化学机械抛光设备的结构示意图和压力分布示意图；

图2是根据本发明实施例的化学机械抛光设备的部分结构示意图；

图3是根据本发明实施例的保持环调节方法的流程图。

附图标记：

100：化学机械抛光设备；

10：夹片组件，20：保持环，30：吸附垫，40：抛光件；50：压杆，60：拉杆，70：压力分布检测装置，80：显示器，90：抛光盘。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图描述根据本发明实施例的化学机械抛光设备100。

如图1所示，根据本发明实施例的化学机械抛光设备100可以包括夹片组件10、保持环20、抛光盘90和保持环调整装置。

具体地，夹片组件40上安装有抛光件40，保持环20设在夹片组件10上，抛光件40位于保持环20内，如图1所示，保持环20和抛光件40均设在夹片组件10的下部且安装在夹片组件10上，保持环20设在夹片组件10的外侧，抛光件40安装在夹片组件10的下方且设在保持环20内。其中，抛光件40可以为硅镜等。化学机械抛光设备100用于对抛光件40进行抛光。

保持环调整装置用于调整保持环，保持环调整装置可以包括调节装置和压力分布检测装置。调节装置与保持环20相连以调节保持环20，如图1和图2所示，调节装置可以包括向上调节保持环20的拉杆60和向下调节保持环20的压杆50。从而可实现对保持环20在上下方向上的调节，抛光件40安装在夹片组件10上，通过调节保持环20，进而可调节抛光件40和保持环20的相对位置。

压力分布检测装置70设在抛光盘90上以用于检测保持环20和抛光件40与抛光盘90之间的压力分布，调节装置根据压力分布检测装置70的检测信息调节保持环20。如图1所示，抛光盘90设在保持环20和抛光件40的下方，压力分布检测装置70设在抛光盘90上，当保持环20和抛光件40向下移动落在抛光盘90上时向抛光盘90施加压力，通过压力分布检测装置70可以检测抛光件40与抛光盘90、保持环20与抛光盘90之间的压力的分布，进而根据压力分布情况，操纵调节装置调节保持环20。

相关技术中为了保证抛光件40抛光后的面形精度，避免抛光过程中因抛光件40表面各部分抛光速率不均匀而造成抛光件40表面不平整，抛光件40抛光过程中需要严格控制抛光件40的表面与其周围保持环20的表面的相对位置，由于抛光件40的底面所在平面与保持环20的底面所在平面的两平面之间间距仅为数十微米，两者之间的距离测量难度大。

由此，根据本发明实施例的化学机械抛光设备100，通过设置保持环调整装置，通过压力检测分布装置70检测的压力分布可反映出保持环20和抛光件40的相对位置，即通过压力分布检测装置70可将保持环20的底面与抛光件40的底面之间的高度指标转化为压力指标，这样根据压力分布检测装置70检测的压力分布向上或向下调节保持环20，从而实现对保持环20在上下方向的微调，通过对保持环20与抛光盘90之间的压力，使得压力分布检测装置70检测的抛光件40的压力分布与保持环20的压力分布满足设定范围要求，从而实现对抛光件40与保持环20的相对位置的调节。从而在抛光过程中使得抛光件40的底面各部分的抛光速率更加均匀，抛光件40的抛光面更加平整，以提高抛光设备100的抛光效果，进而可保证抛光件40抛光后的面形精度和平整度，降低抛光件的粗糙度。

而且通过压力分布检测装置70可实时反馈抛光件40与抛光盘90以及保持环20与抛光盘90之间的压力值，操作人员根据实时反馈的压力值可调整保持环20和抛光件40之间的距离，以保证两者的相对位置稳定且在预定范围内，确保保持环20调整便捷且调整精度高。

如图1所示，保持环20的底面即对抛光盘90的的压力分布检测装置70的施力面，抛光件40的底面即抛光件40对抛光盘90的压力分布检测装置70的施力面，通过检测施保持环20的底面对抛光盘90的压力分布以及抛光件40的底面对抛光盘90的压力分布以反映出抛光件40底面与保持环20的底面的平整度，通过对保持环20的微调以实现对抛光件40的底面与保持环20的底面的相对位置的调整，以提高抛光件40抛光效果。

可选地，拉杆60和压杆50可以分别为多个，多个拉杆60和压杆50可沿保持环20的周向间隔开设置。由此，根据压力分布检测装置70检测的压力分布情况，可对沿保持环20周向的多个位置对保持环20进行调节，从而可调整保持环20在压力分布检测装置70上的压力分布，使得保持环20的压力分布能够满足设备需要，也能够进一步地有利于抛光件40的底面与保持环20的底面的相对位置的调整，保证抛光件40的底面与保持环20的底面的平行度，使得抛光件40在抛光过程中抛光面更加的平整，抛光效果更好。

可选地，多个拉杆60和多个压杆50沿保持环20的周向交错设置。换言之，任意两个相邻压杆50之间设有一个拉杆60，任意相邻两个拉杆60之间可设有一个压杆50，从而使得保持环20沿周向方向调节更加均匀。在本发明的一些具体示例中，拉杆60和压杆50的数量相等，例如，压杆50和拉杆60可以均为四个，四个拉杆60和四个压杆50沿保持环20的轴向间隔开设置且交错布置。进一步地，多个拉杆60可沿保持环20的周向均匀设置且多个压杆50也沿保持环20的周向均匀设置，从而更有利于保持环20调节，使得保持环20在压力检测分布装置70上的压力更加均匀。

在本发明的一些具体示例中，拉杆60和压杆50可分别与保持环20和夹片组件10螺纹连接，拉杆60可通过螺纹连接上拉，压杆50可通过螺纹连接下压，以调节保持环20在夹片组件10上的竖向位置。

在本发明的一些实施例中，压力分布检测装置70可以为压力传感器，压力传感器与显示器80相连，显示器80用于显示压力传感器的区域内的压力分布。由此，通过压力传感器可感受抛光件40以及保持环20的压力检测区域的多处的压力值，通过显示器80可将压力分布情况直观反映出来，从而有利于操作人员的操作和理解。例如，压力传感器可以为一层柔性薄膜网格状触觉压力传感器，其上面分布有网格状的压敏元件，可以测量压力传感器上每一个网格区域内所受的压力，其中压力传感器的一端可通过特制的夹子与数据线连接，从而连接到显示器80。

压力标定后，通过显示器80观测到整个压力传感器区域内的压力分布。可选地，压力分布可以用不同的颜色块直观地表示出来，同时还可做一些压力分析，如平均压力、特定区域内或特定直线上的压力等等。

需要注意的是，在抛光盘90上放置压力传感器时，要注意放置得平整，避免出现褶皱，同时要注意此时抛光垫上要保持干燥，这样可以防止水进入压力传感器内部的电路中导致损坏电路。进一步地，压力分布检测装置70具有防水件。换言之，压力分布检测装置70具有防水功能，从而可以防止压力分布检测装置70进水，以调高压力分布检测装置70的安全性。

可选地，如图1和图2所示，化学机械抛光设备100还可以包括吸附垫30，吸附垫30设在夹片组件10的下方以吸附抛光件40。换言之，抛光件40可以通过吸附垫30吸附在夹片组件10上，结构简单且抛光件40安装方便。一方面吸附垫30起到吸附的作用，避免抛光件40在抛光过程中从竖直方向掉落，另一方面也可起到缓冲的作用，防止抛光件40抛光过程中由于施加了一定的压力引起抛光件40破碎。进一步地，吸附垫30可以为弹性吸附垫30。其中为了增加吸附垫30的吸附效果，安装前应在吸附垫30与抛光件40背面加少量的水，这样可以靠大气压力实现真空吸附。

在本发明的一些实施例中，夹片组件10的下部可形成有安装槽，保持环20设在安装槽内。从而方便保持环20安装。如图1和图2所示，保持环20的内径大于抛光件40的外径，从而可以限制抛光件40在抛光过程中不会发生水平的位移，起到保持的作用。进一步地，保持环20的内径可与略大于抛光件40的外径，以起到更好的保持效果，需要注意的是，在安装抛光件40的过程中，由于保持环20内径与抛光件40的外径相差较小，安装时要小心谨慎，避免抛光件40的边缘与保持环20边缘发生碰撞而造成破损。

如图3所示，本发明还提出了一种上述化学机械抛光设备100的操作调节方法，包括以下步骤：

S1：将保持环20预装在夹片组件10上，并将抛光件40固定在夹片组件10上；

S2：安装压力分布测量装置，将压力分布测量装置平铺在抛光盘90上；

S3：夹片组件10竖直向下运动，使夹片组件10作用在抛光盘90上的压力分布测量装置上；

S4：查看抛光件40以及保持环20的受力分布；

S5：根据压力分布测量装置的显示信息调节调节装置，保证保持环20所在的平面和抛光件40的底平面的位置在设定范围。

由此，根据本发明实施例的化学机械抛光设备100的操作方法，通过将抛光件40与保持环20之间的高度指标转化为压力指标，根据检测的压力值对保持环20进行调整，进而对抛光件40进行调整，这样在抛光过程中，从而有利于保证抛光件40的面形精度，保证抛光件40的抛光面的平整度，提高抛光效果。

可选地，在步骤S5中，保持环20所在的平面和抛光件40的底平面的位置在设定范围可以满足：抛光件40对应压力b是保持环20对应压力a的0.5-3倍。换言之，在调节保持环20的过程中，当压力分布检测装置70检测的抛光件40的压力是保持环20压力的0.5-3倍时，可认为保持环20已调节至合适位置，即抛光件40已调整至合适位置，从而可避免抛光过程中，抛光件40表面各部分由于抛光速率不均匀而导致抛光件40的表面不平整，以提高抛光件40的面形精度和抛光效果。

下面参考附图描述根据本发明实施例的化学机械抛光设备100以及根据所述化学机械抛光设备100的操作方法的一个具体示例，值得理解的是，下述描述只是示例性说明，而不能理解为对本发明实施例的限制。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的化学机械抛光设备100包括夹片组件10、保持环20、抛光盘90、调节装置和压力分布检测装置70。

夹片组件10的下部设有安装槽，保持环20安装在安装槽内，抛光件40安装在夹片组件10上且位于保持环20内，具体地，夹片组件10上设有吸附垫30，抛光件40通过吸附垫30吸附在夹片组件10上，吸附垫30一方面起到吸附的作用，避免抛光件40在抛光过程中从竖直方向掉落，另一方面起到缓冲的作用，防止抛光件40抛光过程中由于施加了一定的压力引起抛光件40破碎。

保持环20的内径略大于抛光件40的外径，这样可以限制抛光件40在抛光过程中不会发生水平的位移，起到保持的作用。在安装抛光件40至夹片组件10的过程中，由于保持环20内径与抛光件40外径相差很小，安装时要小心谨慎，避免抛光件40边缘与保持环20边缘发生碰撞而造成破损。另外，为增加吸附垫30的吸附效果，安装前应在吸附垫30与抛光件40背面加少量的水，这样可以靠大气压力实现真空吸附。

抛光盘90位于夹片组件10、抛光件40和保持环20的下方，压力分布检测装置70平铺在抛光盘90上，压力分布检测装置70可以为一层柔性薄膜网格状触觉压力传感器，上面分布有网格状的压敏元件，可以测量压力传感器上每一个网格区域内所受的压力。抛光盘90上设有抛光垫，抛光盘90可以是铸铁盘或玻璃盘，抛光垫可以是硬质抛光垫suba800或软质抛光垫politex。在抛光盘90上粘贴抛光垫后需要将抛光垫用滚子滚平，去除抛光垫与抛光盘90中间可能出现的气泡，这样是为了避免间隙中的气泡对抛光过程中硅镜表面的平整度产生不利影响。

抛光件40下降与抛光垫接触的方式与抛光设备的设计方法有关，例如可以为平移方式。抛光件40下降时的速度应为先快后慢，在抛光件40即将接触到抛光垫的时候，速度应当下降至合理范围，以免对抛光垫造成冲击。抛光件40与抛光垫的接触压力应根据实际实验条件中的压力进行设置，这样可以最大限度地模拟实验过程中的真实情况。

如图1和图2所示，调节装置可以包括压杆50和拉杆60，调整保持环20高度可以通过调整保持环20周围的压杆50或拉杆60来实现。保持环20周围的压杆50和拉杆60可各有4个，旋紧压杆50可以降低保持环20高度，旋紧拉杆60可以升高保持环20高度。四个压杆50和四个拉杆60可沿保持环20的周向均匀间隔开且交错分布设置，由此，从而可均匀调节保持环20，进而有利于调节保持环20在压力分布检测装置70上的压力分布，也有利于调整保持环以使得保持环20的周向各处的压力分布比较均匀。

例如所述抛光件40施加的压力为5kg-20kg，所述抛光件40的直径可以是200mm，厚度可以是5mm。施加的压力可以根据抛光实验的不同要求进行改变，例如所述预定值为保持环20与抛光件40所受压力大体一致，并且保持环20与抛光件40区域内部压力分布均匀。

调整时可以一边查看显示器80中压力分布一边调整压杆50或拉杆60，根据显示器80的反馈来调整各个压杆50或拉杆60的松紧程度。一般来讲，首先需要将所有压杆50和拉杆60都释放，让保持环20自然下落在抛光垫上，此时由于抛光件40上施加了一定的压力，所以抛光件40区域的压力要比保持环20区域的压力大；然后再以保持环20圆心为中心对称地慢慢拧紧压杆50，逐渐加大保持环20区域的压力，直至保持环20区域的压力与抛光件40区域的压力大体比较接近，同时保持环20区域的压力和抛光件40区域的压力都比较均匀；最后，将剩余的拉杆60同样中心对称地拧紧，保证保持环20不会脱落，同时起到固定保持环20，使其不会在抛光过程中产生松动的作用。

保持环调节方法包括：将保持环20预装在夹片组件10上，并将抛光件40固定在夹片组件10上；安装压力分布测量装置，将压力分布测量装置平铺在抛光盘90上；夹片组件10竖直向下运动，使夹片组件10作用在抛光盘90上的压力分布测量装置上；查看抛光件40以及保持环20的受力分布；根据压力分布测量装置的显示信息，调节夹片组件10与保持环20之间的拉杆60或压杆50，保证保持环20所在的平面和抛光件40的底平面的位置在设定范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种化学机械抛光设备，所述化学机械抛光设备包括：夹片组件，所述夹片组件上安装有抛光件；保持环，所述保持环设在所述夹片组件上，所述抛光件位于所述保持环内；抛光盘，所述抛光盘设在所述保持环和所述抛光件的下方；其特征在于，还包括：保持环调整装置，所述保持环调整装置包括：

调节装置，所述调节装置包括向上调节所述保持环的拉杆和向下调节所述保持环的压杆；

压力分布检测装置，所述压力分布检测装置设在抛光盘上以用于检测所述保持环与所述抛光盘以及所述抛光件与所述抛光盘之间的压力分布，所述调节装置根据所述压力分布检测装置的检测信息调节所述保持环。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述拉杆和所述压杆分别为多个，多个所述拉杆和所述压杆沿所述保持环的周向间隔开设置。

3.根据权利要求2所述的化学机械抛光设备，其特征在于，多个所述拉杆和多个所述压杆沿所述保持环的周向交错设置。

4.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述压力分布检测装置为压力传感器，所述压力传感器与显示器相连，所述显示器显示所述压力传感器的区域内的压力分布。

5.根据权利要求4所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述压力分布检测装置为柔性薄膜网格状触觉压力传感器。

6.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述压力分布检测装置具有防水件。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的化学机械抛光设备的操作方法，其特征在于，包括：

S1：将所述保持环预装在所述夹片组件上，并将所述抛光件固定在所述夹片组件上；

S2：安装所述压力分布测量装置，将所述压力分布测量装置平铺在所述抛光盘上；

S3：所述夹片组件竖直向下运动，使所述夹片组件作用在所述抛光盘上的所述压力分布测量装置上；

S4：查看所述抛光件以及所述保持环的受力分布；

S5：根据所述压力分布测量装置的显示信息调节所述调节装置，保证所述保持环的底面和所述抛光件的底面的位置在设定范围。

8.根据权利要求7所述的化学机械抛光设备的操作方法，其特征在于，在步骤S5中，所述保持环底平面和所述抛光件的底面的位置在设定范围满足：所述抛光件对应压力b是所述保持环对应压力a的0.5-3倍。