CN114918817A - 一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Roll‑to‑Roll化学机械抛光装置及方法，该装置包括：抛光机构，用于对待抛光的衬底材料进行抛光；抛光包括：粗抛、半精抛和精抛；检测机构，与抛光机构连接，用于采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；上位机，分别与抛光机构和检测机构连接，用于根据表面图像数据通过神经网络算法生成抛光评价结果，并将抛光评价结果传输给抛光机构；抛光机构还用于根据抛光评价结果调整抛光参数；抛光参数包括衬底材料进料速度、抛光液流量、研抛轮转速、抛光界面压力、气体压力值和冲洗压力值。本发明采用神经网络算法对采集的参数进行实时的评估，提升工件表面加工质量以及化学机械抛光效率。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别是涉及一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置及方法。
背景技术
超精密加工是高端机械制造领域的一个重要方向，是实现超高精度及全局平坦化的唯一加工技术，也是发展LED、芯片及高端集成电路技术的前提与基础。传统化学机械抛光方法都是在定压力、抛光液流量及研磨颗粒数量下进行，即界面抛光压力、抛光液流量及研磨颗粒数量一旦设定好之后，在整个研抛过程中维持恒定不变。事实上化学机械抛光过程中不同阶段对工件表面材料去除率、表面质量的要求都是不同的。粗抛光初始阶段工件表面存在较大粗糙度，要求材料去除率要高，这样能够提高化学机械抛光效率。而精抛阶段主要是为了提升工件表面加工质量，此时要求材料的去除率及发热量要低。此外，工件表面粗糙形貌、抛光垫表面特性等参数也都是实时变化的，定界面压力、抛光液流量及研磨颗粒流量的化学机械抛光工艺方法既不能得到最佳的工件表面质量，也不能进一步提升化学机械抛光效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置及方法，能够提升工件表面加工质量以及化学机械抛光效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置，所述装置包括：
抛光机构，用于对待抛光的衬底材料进行抛光；所述抛光包括：粗抛、半精抛和精抛；
检测机构，与所述抛光机构连接，用于采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；
上位机，分别与所述抛光机构和所述检测机构连接，用于根据所述表面图像数据通过神经网络算法生成抛光评价结果，并将所述抛光评价结果传输给所述抛光机构；
所述抛光机构还用于根据所述抛光评价结果调整抛光参数；所述抛光参数包括衬底材料进料速度、抛光液流量、研抛轮转速、抛光界面压力、气体压力值和冲洗压力值。
可选地，所述抛光机构包括研抛轮、第一伺服电机、第一变频器和步进电机；
所述研抛轮，包括上研抛轮和下研抛轮，用于对所述待抛光的衬底材料进行抛光；所述抛光轮上设置有抛光垫；
所述第一变频器，分别与所述上位机和所述第一伺服电机连接，用于根据所述衬底材料进料速度控制所述第一伺服电机的转速；
所述第一伺服电机，与所述下研抛轮连接，用于带动所述下研抛轮转动；
所述步进电机，分别与所述上位机和所述上研抛轮连接，用于根据所述抛光界面压力调整所述上研抛轮与所述下研抛轮之间的中心距。
可选地，所述抛光机构还包括第一喷头、抛光液存储罐和电磁流量阀；
所述抛光液存储罐用于存储抛光液和研磨颗粒；
所述第一喷头用于向相邻所述研抛轮之间的所述衬底材料喷洒抛光液和研磨颗粒；
所述电磁流量阀，分别与所述上位机、所述第一喷头和所述抛光液存储罐连接，用于根据所述抛光液流量控制所述第一喷头喷洒的抛光液和研磨颗粒的流量。
可选地，所述抛光机构还包括第二喷头、清洗罐和压力泵；
所述清洗罐用于存储清洗液；
所述第二喷头，与所述清洗罐连接，用于向精抛后的衬底材料喷射所述清洗液对精抛后的衬底材料进行清洗；
所述压力泵，分别与所述上位机和所述清洗罐连接，用于根据所述冲洗压力值对所述清洗罐进行打压。
可选地，所述抛光机构还包括第三喷头、气罐和气泵；
所述气罐用于存储气体；
所述第三喷头，与所述气罐连接，用于向清洗后的衬底材料喷射所述气体对清洗后的衬底材料进行吹干；
所述气泵，分别与所述上位机和所述气罐连接，用于根据所述气体压力值对所述气罐进行打压。
可选地，所述检测机构为高速摄像机。
可选地，所述抛光机构还包括放料滚筒、和第二变频器；
所述放料滚筒，包括上放料滚筒和下放料滚筒，用于传送衬底材料；
所述第二变频器，分别与所述上位机和所述第二伺服电机连接，用于根据所述衬底材料进料速度控制所述第二伺服电机的转速；
所述第二伺服电机，与所述下放料滚筒连接，用于带动所述下放料滚筒转动。
一种Roll-to-Roll化学机械抛光方法，所述方法应用于上述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，所述方法包括：
去除衬底材料表面的杂质；
对去除杂质后的衬底材料进行粗抛、半精抛和精抛；
清洗精抛后的衬底材料；
将清洗后的衬底材料吹干，得到完成抛光的衬底材料。
可选地，所述对去除杂质后的衬底材料进行粗抛、半精抛和精抛，具体包括：
在去除杂质后的衬底材料上喷洒粗抛用抛光液进行粗抛，得到粗抛后的衬底材料；
在粗抛后的衬底材料上喷洒半精抛用抛光液进行半精抛，得到半精抛后的衬底材料；
在半精抛后的衬底材料上喷洒精抛用抛光液进行精抛，得到精抛后的衬底材料。
可选地，所述方法还包括：
采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；
基于所述表面图像数据，采用神经网络算法生成抛光评价结果；
并根据所述抛光评价结果调整抛光参数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置，包括：抛光机构，用于对待抛光的衬底材料进行抛光；抛光包括：粗抛、半精抛和精抛；检测机构，与抛光机构连接，用于采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；上位机，分别与抛光机构和检测机构连接，用于根据表面图像数据通过神经网络算法生成抛光评价结果，并将抛光评价结果传输给抛光机构；抛光机构还用于根据抛光评价结果调整抛光参数；抛光参数包括衬底材料进料速度、抛光液流量、研抛轮转速、抛光界面压力、气体压力值和冲洗压力值。本发明将化学机械抛光流程各工艺步骤之间形成闭环系统，在系统中各工艺参数可利用传感器实时采集、传输及共享，并采用神经网络算法对采集的参数进行实时的评估，抛光机构依据评估的结果调整粗抛、精抛及研抛三个阶段的工艺参数，达到提升工件表面加工质量以及化学机械抛光效率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光装置总体结构的示意图；
图2为本发明提供的上位机采用的神经网络算法示意图；
图3为本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光装置中抛光机构的结构示意图；
图4为清洗机构的结构示意图；
图5为吹干用气罐压力神经网络算法示意图；
图6为吹干机构的结构示意图；
图7为放料机构的结构示意图；
图8为放料机构的神经网络算法示意图；
图9为杂质去除机构的结构示意图；
图10为检测机构及收料机构的结构示意图；
图11为本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光装置的工艺路线示意图；
图12为本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光方法流程图。
符号说明：
1-第二变频器，2-第二伺服电机，3-衬底料筒，4-支撑轮，5-放料滚筒，6-同步带，7-第四喷头，8-杂质去除用气泵，9-杂质去除用压力表，10-杂质去除用气罐，11-电磁脉冲阀，12-压力调控器，13-第一喷头，14-抛光液压力表，15-抛光液存储罐，16-抛光液压力泵，17-电磁流量阀，18-研抛轮，19-第一伺服电机，20-第一变频器，21-清洗用压力表，22-清洗罐，23-脉冲电磁阀，24-第二喷头，25-压力泵，26-第三喷头，27-气泵，28-吹干用压力表，29-气罐，30-吹干用电磁脉冲阀，31-第三变频器，32-收料卷筒，33-高速摄像机，34-第三伺服电机，35-半精抛轮，36-精抛轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置及方法，能够提升工件表面加工质量以及化学机械抛光效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置，所述装置包括：抛光机构、检测机构和上位机。
具体的，抛光机构用于对待抛光的衬底材料进行抛光；所述抛光包括：粗抛、半精抛和精抛；这样的设置保证衬底材料表面质量及抛光效率。检测机构与所述抛光机构连接，用于采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；上位机分别与所述抛光机构和所述检测机构连接，用于根据所述表面图像数据通过神经网络算法生成抛光评价结果，并将所述抛光评价结果传输给所述抛光机构。
进一步的，所述抛光机构还用于根据所述抛光评价结果调整抛光参数；所述抛光参数包括衬底材料进料速度、抛光液流量、研抛轮转速、抛光界面压力、气体压力值和冲洗压力值；所述抛光参数还包括杂质去除用气体压力值。
其中，所述抛光机构包括研抛轮18、第一伺服电机19、第一变频器20和步进电机；所述研抛轮18，包括上研抛轮和下研抛轮，用于对所述待抛光的衬底材料进行抛光；所述抛光轮上设置有抛光垫；所述第一变频器20，分别与所述上位机和所述第一伺服电机19连接，用于根据所述衬底材料进料速度控制所述第一伺服电机19的转速；所述第一伺服电机19，与所述下研抛轮连接，用于带动所述下研抛轮转动；具体的，各个研抛轮18的上研抛轮或下研抛轮中的一个由一台伺服电机带动，使得上研抛轮和对应的下研抛轮形成两两配合的抛光滚筒；所述步进电机，分别与所述上位机和所述上研抛轮连接，用于根据所述抛光界面压力调整所述上研抛轮与所述下研抛轮之间的中心距。
在实际应用中，如图3所示。进行粗抛的抛光机构中的研抛轮18为粗抛轮；进行粗抛的抛光机构中包括四对粗抛轮。粗抛轮表面粘结有粗抛用的研抛垫，当衬底材料从四对粗抛轮进入，至输出进行粗抛的研抛机构时，粗抛阶段完成。粗抛轮分别由四个独立的第一伺服电机19给予动力，第一伺服电机19由第一变频器20控制，上位机通过神经网络算法控制第一变频器20，进而通过第一变频器20控制第一伺服电机19的转速，从而使粗抛轮表面与衬底表面的线速度产生一定速度差，实现化学机械抛光。抛光垫螺旋缠绕于粗抛滚筒上，且各圈之间留有一定的间距，以完成研抛轮轴向方向的抛光。此外，抛光界面压力通过调整两粗抛轮之间的中心距控制，两研抛轮中心距越小则界面抛光压力越大，反之越小。粗研抛轮中的下研抛轮固定，上研抛轮与丝杠及步进电机组成压力调控器12，可使上研抛轮上下滑移运动，上位机通过控制步进电机旋向及旋转圈数来实现中心距的调控。每对粗抛轮分别由独立的第一伺服电机19控制，因此各粗抛界面压力可相同或不同。粗抛阶段抛光液的量及研磨颗粒的含量由上位机单独控制，上位机控制抛光液及研磨颗粒的流量计，从而控制抛光液的量及研磨颗粒百分比。进一步的，上位机能够控制研磨颗粒的尺寸。当进行粗抛的时候，研磨颗粒的尺寸比半精抛和精抛大。
在实际应用中，进行半精抛的抛光机构中的研抛轮18为半精抛轮35；进行半精抛的抛光机构中包括三对半精抛轮35。半精抛轮35表面粘结有半精抛用的研抛垫。每对半精抛轮35分别由四个独立的第一伺服电机19控制，通过控制第一伺服电机19的转速，从而实现化学机械抛光。抛光界面压力通过调整上半精抛轮和下半精抛轮之间的中心距控制，下半精抛轮固定，上半精抛可通过步进电机、丝杠实现上下滑移运动调整中心距。半精抛轮35分别由三个独立的第一伺服电机19给予动力，第一伺服电机19由第一变频器20控制，上位机通过神经网络算法控制第一变频器20，进而通过第一变频器20控制第一伺服电机19的转速，从而使半精抛轮35表面与衬底表面的线速度产生一定速度差，实现化学机械抛光。半精抛用的抛光垫螺旋缠绕于半精抛轮35的上表面上，且各圈之间留有一定的间距，以完成研抛轮轴向方向的抛光。此外，半精抛的抛光界面压力通过调整上半精抛轮和下半精抛轮之间的中心距控制，上半精抛轮和下半精抛轮中心距越小则界面抛光压力越大，反之越小。半精抛用研抛轮中的下半精抛轮固定，上半精抛轮与丝杠及步进电机组成压力调控器，可使上半精抛轮上下滑移运动，上位机通过控制步进电机旋向及旋转圈数来实现中心距的调控。每对半精抛轮35分别由独立的第一伺服电机19控制，因此各半精抛的抛光界面压力可相同或不同。半精抛阶段抛光液的量及研磨颗粒的含量由上位机单独控制，上位机控制抛光液及研磨颗粒的流量计，从而控制抛光液的量及研磨颗粒百分比。进一步的，上位机能够控制研磨颗粒的尺寸。当进行半精抛的时候，研磨颗粒的尺寸比精抛大，比粗抛小。
在实际应用中，进行精抛的抛光机构中的研抛轮18为精抛轮36；进行精抛的抛光机构中包括三对精抛轮36。精抛轮36表面粘结有精抛用的研抛垫。每对精抛轮36分别由四个独立的第一伺服电机19控制，通过控制第一伺服电机19的转速，从而实现化学机械抛光。抛光界面压力通过调整上精抛轮和下精抛轮之间的中心距控制，下精抛轮固定，上精抛可通过步进电机、丝杠实现上下滑移运动调整中心距。精抛轮36分别由三个独立的第一伺服电机19给予动力，第一伺服电机19由第一变频器20控制，上位机通过神经网络算法控制第一变频器20，进而通过第一变频器20控制第一伺服电机19的转速，从而使精抛轮36表面与衬底表面的线速度产生一定速度差，实现化学机械抛光。精抛用的抛光垫螺旋缠绕于精抛轮36的上表面上，且各圈之间留有一定的间距，以完成研抛轮轴向方向的抛光。此外，精抛的抛光界面压力通过调整上精抛轮和下精抛轮之间的中心距控制，上精抛轮和下精抛轮中心距越小则界面抛光压力越大，反之越小。精抛用研抛轮中的下精抛轮固定，上精抛轮与丝杠及步进电机组成压力调控器，可使上精抛轮上下滑移运动，上位机通过控制步进电机旋向及旋转圈数来实现中心距的调控。每对精抛轮36分别由独立的第一伺服电机19控制，因此各精抛的抛光界面压力可相同或不同。精抛阶段抛光液的量及研磨颗粒的含量由上位机单独控制，上位机控制抛光液及研磨颗粒的流量计，从而控制抛光液的量及研磨颗粒百分比。进一步的，上位机能够控制研磨颗粒的尺寸。当进行精抛的时候，研磨颗粒的尺寸比精抛大，比粗抛小。
此外，所述抛光机构还包括第一喷头13、抛光液存储罐15和电磁流量阀17；所述抛光液存储罐15用于存储抛光液和研磨颗粒；所述第一喷头13用于向相邻所述研抛轮18之间的所述衬底材料喷洒抛光液和研磨颗粒；所述电磁流量阀17，分别与所述上位机、所述第一喷头13和所述抛光液存储罐15连接，用于根据所述抛光液流量控制所述第一喷头13喷洒的抛光液和研磨颗粒的流量。
在实际应用中，如图3所示，抛光机构包括第一喷头13、抛光液存储罐15和电磁流量阀17；还包括抛光液压力表14和抛光液压力泵16。抛光液通过第一喷头13以一定的压力在衬底材料表面喷洒抛光液。喷洒抛光液的第一喷头13分布于衬底材料两侧并间隔一定的距离。抛光液由位于衬底材料上下两表面的第一喷头13以一定的压力喷出。抛光液存储于抛光液存储罐15中，通过管道与抛光液压力泵16相连，当罐内压力小于预设值时，抛光液压力泵16启动，抛光液存储罐15内压力增加，当达到所定压力值时，抛光液压力泵16停止。抛光液存储清洗罐22压力由抛光液压力表14显示并与上位机存在数据通讯，即上位机可依据神经网络算法得到的抛光液压力值及抛光液压力表14显示的压力值控制抛光液压力泵16启动与停止，并且，在粗抛、半精抛和精抛三个抛光阶段的抛光液流量和磨粒浓度均由上位机控制，根据检查机构提供的抛光评价结果反馈的信号，上位机能够自主调整抛光液的流量的多少以及抛光液中研磨颗粒的浓度的大小，进一步的，还可以调整抛光液中研磨颗粒的尺寸的大小。
此外，所述抛光机构还包括第二喷头24、清洗罐22和压力泵25；所述清洗罐22用于存储清洗液；所述第二喷头24，与所述清洗罐22连接，用于向精抛后的衬底材料喷射所述清洗液对精抛后的衬底材料进行清洗；所述压力泵25，分别与所述上位机和所述清洗罐22连接，用于根据所述冲洗压力值对所述清洗罐22进行打压。
在实际应用中，如图4所示，抛光机构还包括第二喷头24、清洗罐22和压力泵25；还包括脉冲电磁阀23；清洗机构用于衬底表面的杂质的清洗，清洗液通过第二喷头24以一定的压力冲洗衬底材料表面，带走衬底表面残余的抛光液及研磨杂质。清洗用的第二喷头24分布于衬底材料两侧并间隔一定的距离，每排清洗用的第二喷头24均由独立的脉冲电磁阀23控制。清洗液由位于材料上下两表面的第二喷头24以一定的压力喷出。清洗液存储于清洗罐22中，通过管道与压力泵25相连，当罐内压力小于预设值时，压力泵25启动，清洗罐22内压力增加，当达到所定压力值时，压力泵25停止。清洗罐22压力由清洗用压力表21显示并与上位机存在数据通讯，即上位机可依据神经网络算法得到的冲洗压力值及清洗用压力表21显示的压力值控制压力泵25启动与停止。清洗用压力表21、第二喷头24、清洗罐22、压力泵25和脉冲电磁阀23构成清洗机构。
此外，所述抛光机构还包括第三喷头26、气罐29和气泵27；所述气罐29用于存储气体；所述第三喷头26，与所述气罐29连接，用于向清洗后的衬底材料喷射所述气体对清洗后的衬底材料进行吹干；所述气泵27，分别与所述上位机和所述气罐29连接，用于根据所述气体压力值对所述气罐29进行打压。
在实际应用中，如图5和图6所示，抛光机构还包括第三喷头26、气罐29和气泵27，还包括吹干用电磁脉冲阀30。衬底表面吹干主要依靠气体冲击表面来完成，所述第三喷头26为气嘴；气嘴均匀分布于衬底表面两侧，并按照设定的距离等布四排，气嘴开关由吹干用电磁脉冲阀30控制。高压的气体存储于气体罐29内，气体罐通过管道与各排喷嘴相连。气体压力通过气泵27打压来实现，当气体压力低于设定值时，气泵27启动，当达到预设压力时，气泵27停止。气罐29压力由吹干用压力表28显示并输出至上位机，上位机依据吹干用压力表28数据以及气体压力值来控制气泵27启动或停止，从而控制气嘴冲洗压力。第三喷头26、气罐29、气泵27、吹干用电磁脉冲阀30和吹干用压力表28构成吹干机构。
此外，所述抛光机构还包括放料滚筒5、第二伺服电机2和第二变频器1；所述放料滚筒5，包括上放料滚筒和下放料滚筒，用于传送衬底材料；所述第二变频器1，分别与所述上位机和所述第二伺服电机2连接，用于根据所述衬底材料进料速度控制所述第二伺服电机2的转速；所述第二伺服电机2，与所述下放料滚筒连接，用于带动所述下放料滚筒转动。
在实际应用中，如图7和图8所示，所述抛光机构还包括放料滚筒5、第二伺服电机2和第二变频器1，还包括衬底料筒3、支撑轮4和同步带6；所述待抛光的衬底材料放置在衬底料筒3的外表面；所述待抛光的衬底材料的一端通过支撑轮4与上放料滚筒和下放料滚筒接触，所述待抛光的衬底材料的上表面与所述上放料滚筒接触，所述所述待抛光的衬底材料的下表面与所述下放料滚筒接触；所述下放料滚筒与所述第二伺服电机2通过同步带6连接；当所述第二伺服电机2转动的时候，所述下放料滚筒与所述第二伺服电机2同方向转动，由于所述上放料滚筒和所述下放料滚筒夹着衬底材料，所以衬底材料沿所述下放料滚筒的切线方向移动。也就是第二伺服电机2通过同步带6带动放料滚筒5旋转来实现放料，第二伺服电机2转速可利用第二调频器1调频进行控制。电机转速可利用第二调频率及电机型号进行计算n＝60f/p(1-s)，n为电机实际转速，f为调频器频率，p为电机极数，s为转速差。电机转速及调频器频率参数实时传输给上位机，依据神经网络算法得到的衬底材料进料速度以及实时的电机转速对变频器进行调频。具体计算为：n2＝n1*f2/f1，n2为调频后电机转速，n1为原电机转速，f2调整后变频器频率，f1调整前变频器频率。从而实时调整电机转速，控制整个抛光过程中衬底材料的进料速度，进而控制衬底材料表面的抛光时间。放料滚筒5、第二伺服电机2和第二变频器1，还包括衬底料筒3、支撑轮4和同步带6构成放料结构；所述放料结构是所述抛光机构的起始部分。
此外，所述抛光机构还包括第四喷头7、杂质去除用气罐10和杂质去除用气泵8；所述杂质去除用气罐10用于存储高压气体；所述第四喷头7，与所述杂质去除用气罐10连接，用于向放料滚筒5输送来的待抛光的衬底材料喷射所述高压气体对所述待抛光的衬底材料进行杂质去除；所述杂质去除用气泵8，分别与所述上位机和所述杂质去除用气罐10连接，用于根据所述杂质去除用气体压力值对所述杂质去除用气罐10进行打压。
在实际应用中，如图9所示，抛光机构包括第四喷头7、杂质去除用气罐10和杂质去除用气泵8；第四喷头7为高压喷头或高压气嘴；衬底表面杂质去除主要依靠高压气体高速冲击表面来完成，为能更好的去除杂质，高压喷头均匀分布于衬底材料表面两侧，并按照一定的距离等布五排，高压气嘴开关由电磁脉冲阀11控制。位于材料上下两表面的高压喷头放出高压气体，将材料表面杂质吹离材料表面。高压气体存储于杂质去除用气罐10内，气体压力通过杂质去除用气泵8打压来实现，当气体压力低于设定值时，杂质去除用气泵8启动，当达到预设压力时，杂质去除用气泵8停止。杂质去除用气罐10压力由杂质去除用压力表9显示并输出至上位机，上位机依据杂质去除用压力表数据并由神经网络杂质去除用气体压力值来控制杂质去除用气泵8启动或停止，从而控制气嘴冲洗压力。第四喷头7、杂质去除用气罐10、杂质去除用气泵8、电磁脉冲阀11和杂质去除用压力表9构成用于去除待抛光材料杂质的杂质去除机构。
其中，所述检测机构为高速摄像机33；所述高速摄像机33，与所述上位机连接，用于拍摄吹干后的衬底材料的表面图像并将所述表面图像传输给所述上位机。
在实际应用中，如图10所示，吹干后的衬底表面经过高速摄像机33时，表面形貌图片被拍摄，高速摄像机33将拍摄得到的模拟图像实时传送到上位机；上位机应用算法将拍摄得到的模拟图像转换为数值二进制图像，并应用算法对接收到的数值二进制图像进行处理，并对衬底表面抛光效果进行评判，并根据评判的结果给出衬底材料运动速度、抛光界面压力、抛光液流量及磨料浓度等反馈数据，上位机依据反馈数据调控化学机械抛光工艺参数。
此外，如图10所示，所述抛光机构还包括收料机构；所述收料机构主要依靠第三伺服电机34同步带动收料卷筒32旋转来实现，收料用的第三伺服电机34转速与放料用的第二伺服电机2转速同步。具体的，收料机构是所述抛光机构的结束部分。所述收料结构包括收料卷筒32、第三伺服电机34、第三变频器31、传送卷筒、收料支撑轮和收料同步带；所述完成抛光的衬底材料依次经过传送卷筒和收料支撑轮后缠绕在收料卷筒32的外表面；当所述第三伺服电机34转动的时候，收料卷筒32同步旋转，将完成抛光的衬底材料缠绕在收料卷筒32上，实现完成抛光的衬底材料的自主收集以及打卷。所述收料卷筒32的缠绕速度与衬底材料进料速度一致。
另外，作为本实施例的一个具体实施方式，本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光装置的工作过程如下所述：
如图11所示，Roll-to-Roll化学机械抛光装置对衬底材料进行抛光的过程包括柔性超薄衬底材料放料阶段101，材料去除杂质阶段102，对柔性超薄衬底材料粗抛阶段103，对柔性超薄衬底材料半精抛阶段104，对柔性超薄衬底材料精抛阶段105，抛光后的清洗及吹干阶段106，抛光后材料表面粗糙度的检测阶段107以及最后的收料阶段108。
对柔性衬底材料抛光时，首先将材料放置于放料阶段101中的放料滚筒中，同时开动整个装置并将材料依次穿过各个部件。当衬底材料移动到材料去除杂质阶段102时，高压喷头启动，去除衬底材料表层的杂质，并由上位机控制气体输出的大小，保证材料表面杂质可以完全去除且不对材料本身产生破坏。当材料经过对柔性超薄衬底材料粗抛阶段103时，抛光轮对衬底材料进行初步抛光，使表面粗糙度达到一定的数值，以完成粗抛阶段，并对后续加工提供基础。在对柔性超薄衬底材料半精抛阶段104时，对衬底材料进一步的抛光。材料在经过对柔性超薄衬底材料精抛阶段105后，完成全部抛光阶段，使材料表面粗糙度到达预期要求，并在抛光后的清洗及吹干阶段106完成材料表面在抛光阶段沾染的磨料清洗及材料表面的吹干。在抛光后材料表面粗糙度的检测阶段107对材料表面粗糙度进行检测，保证材料表面粗糙度满足要求；当粗糙度不满足要求时，将检测的结果发送给上位机，上位机通过神经网络算法自主调整抛光过程中的工艺参数，以保证抛光完成后材料表面质量达到预期要求；检测完毕后的衬底材料进入收料阶段108，收料阶段108对完成抛光的衬底材料进行收料。
作为本实施例的一个具体实施方式，本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光装置的开始工作的准备步骤如下所述：
第一步，将柔性研抛衬底材料置于送料滚筒上。
第二步，将柔性衬底材料的初始段通过支撑轮并夹于两驱动轮之间。
第三步，连接各伺服电机电源，调整高速摄像机焦距使其能清晰捕捉衬底表面粗糙形貌。
第四步，将压力传感器、流量传感器与监测系统电连接。
第五步，设定初始化学机械抛光工艺参数及抛光后表面形貌量化表征指标。
第六步，开启驱动部件，开始对柔性衬底材料进行抛光。
本发明提供的Roll-to-Roll化学机械抛光装置避免了传统化学机械抛光过程工艺参数选择的盲目性，又实现了抛光工艺参数的实时调控，使柔性衬底表面抛光效率与质量的最佳结合。为进一步优化抛光工艺，提高抛光效率，降低抛光成本奠定了可靠基础。
如图12所示，本发明提供一种Roll-to-Roll化学机械抛光方法，所述方法应用于上述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，所述方法包括：
步骤S1：去除衬底材料表面的杂质；
步骤S2：对去除杂质后的衬底材料进行粗抛、半精抛和精抛；
S2具体包括：
步骤S21：在去除杂质后的衬底材料上喷洒粗抛用抛光液进行粗抛，得到粗抛后的衬底材料。
步骤S22：在粗抛后的衬底材料上喷洒半精抛用抛光液进行半精抛，得到半精抛后的衬底材料。
步骤S23：在半精抛后的衬底材料上喷洒精抛用抛光液进行精抛，得到精抛后的衬底材料。
步骤S3：清洗精抛后的衬底材料；
步骤S4：将清洗后的衬底材料吹干，得到完成抛光的衬底材料。
此外，所述方法还包括：
步骤S5：采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据。
步骤S6：基于所述表面图像数据，采用神经网络算法生成抛光评价结果。
步骤S7：并根据所述抛光评价结果调整抛光参数。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)本发明将整个化学机械抛光过程分为粗抛、半精抛及精抛三个阶段来实行，粗抛阶段主要快速去除衬底材料表面较大粗糙峰及不平度，半精抛阶段主要提升衬底材料表面质量，而精抛阶段主要用来去除衬底材料表面残余腐蚀层及微缺陷。这样即满足了化学机械抛光初始大材料去除率要求，同时又满足了抛光后工件表面腐蚀层及微缺陷去除需要。
(2)本发明中化学机械抛光过程中工艺参数可依据衬底表面材料特性进行实时自适应调控，这样使抛光工艺参数与衬底表面材料表面粗糙参数实现了闭环结合。同时也减少了化学机械抛光工艺参数制定的盲目性，为进一步扩展化学机械抛光设备的通用性奠定了基础。
(3)本发明中衬底材料表面粗糙形貌数据实现了高速摄像实时采集，一方面可以对化学机械抛光效果进行实时监控，另一方面也可以结合神经网络算法对化学机械抛光工艺参数进行评估，为智能自适应化学机械抛光技术的发展提供参考。
(4)本发明中界面抛光压力是利用两滚轮中心距的调节来实现，该方法调节精度高，界面压力调整范围大，易于控制实现。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述装置包括：
抛光机构，用于对待抛光的衬底材料进行抛光；所述抛光包括：粗抛、半精抛和精抛；
检测机构，与所述抛光机构连接，用于采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；
上位机，分别与所述抛光机构和所述检测机构连接，用于根据所述表面图像数据通过神经网络算法生成抛光评价结果，并将所述抛光评价结果传输给所述抛光机构；
所述抛光机构还用于根据所述抛光评价结果调整抛光参数；所述抛光参数包括衬底材料进料速度、抛光液流量、研抛轮转速、抛光界面压力、气体压力值和冲洗压力值。
2.根据权利要求1所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光机构包括研抛轮、第一伺服电机、第一变频器和步进电机；
所述研抛轮，包括上研抛轮和下研抛轮，用于对所述待抛光的衬底材料进行抛光；所述抛光轮上设置有抛光垫；
所述第一变频器，分别与所述上位机和所述第一伺服电机连接，用于根据所述衬底材料进料速度控制所述第一伺服电机的转速；
所述第一伺服电机，与所述下研抛轮连接，用于带动所述下研抛轮转动；
所述步进电机，分别与所述上位机和所述上研抛轮连接，用于根据所述抛光界面压力调整所述上研抛轮与所述下研抛轮之间的中心距。
3.根据权利要求2所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光机构还包括第一喷头、抛光液存储罐和电磁流量阀；
所述抛光液存储罐用于存储抛光液和研磨颗粒；
所述第一喷头用于向相邻所述研抛轮之间的所述衬底材料喷洒抛光液和研磨颗粒；
所述电磁流量阀，分别与所述上位机、所述第一喷头和所述抛光液存储罐连接，用于根据所述抛光液流量控制所述第一喷头喷洒的抛光液和研磨颗粒的流量。
4.根据权利要求3所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光机构还包括第二喷头、清洗罐和压力泵；
所述清洗罐用于存储清洗液；
所述第二喷头，与所述清洗罐连接，用于向精抛后的衬底材料喷射所述清洗液对精抛后的衬底材料进行清洗；
所述压力泵，分别与所述上位机和所述清洗罐连接，用于根据所述冲洗压力值对所述清洗罐进行打压。
5.根据权利要求4所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光机构还包括第三喷头、气罐和气泵；
所述气罐用于存储气体；
所述第三喷头，与所述气罐连接，用于向清洗后的衬底材料喷射所述气体对清洗后的衬底材料进行吹干；
所述气泵，分别与所述上位机和所述气罐连接，用于根据所述气体压力值对所述气罐进行打压。
6.根据权利要求5所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述检测机构为高速摄像机。
7.根据权利要求1所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光机构还包括放料滚筒、第二伺服电机和第二变频器；
所述放料滚筒，包括上放料滚筒和下放料滚筒，用于传送衬底材料；
所述第二变频器，分别与所述上位机和所述第二伺服电机连接，用于根据所述衬底材料进料速度控制所述第二伺服电机的转速；
所述第二伺服电机，与所述下放料滚筒连接，用于带动所述下放料滚筒转动。
8.一种Roll-to-Roll化学机械抛光方法，所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的Roll-to-Roll化学机械抛光装置，其特征在于，所述方法包括：
去除衬底材料表面的杂质；
对去除杂质后的衬底材料进行粗抛、半精抛和精抛；
清洗精抛后的衬底材料；
将清洗后的衬底材料吹干，得到完成抛光的衬底材料。
9.根据权利要求8所述的Roll-to-Roll化学机械抛光方法，其特征在于，所述对去除杂质后的衬底材料进行粗抛、半精抛和精抛，具体包括：
在去除杂质后的衬底材料上喷洒粗抛用抛光液进行粗抛，得到粗抛后的衬底材料；
在粗抛后的衬底材料上喷洒半精抛用抛光液进行半精抛，得到半精抛后的衬底材料；
在半精抛后的衬底材料上喷洒精抛用抛光液进行精抛，得到精抛后的衬底材料。
10.根据权利要求8所述的Roll-to-Roll化学机械抛光方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集完成抛光的衬底材料的表面图像数据；
基于所述表面图像数据，采用神经网络算法生成抛光评价结果；
并根据所述抛光评价结果调整抛光参数。
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