專利名稱：對研磨工藝建模以實現(xiàn)受控材料去除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固定磨料制品，更具體而言是涉及用于控制研磨制造工藝的技術(shù)。
背景技術(shù)：
研磨制造工藝包含磨料制品對工件進行拋光、磨削、或另外從工件中去除材料的應(yīng)用。在許多工藝中都期望能夠控制從工件中去除的材料量。例如，通常期望以恒定的速率去除材料，也就是使用磨料制品實現(xiàn)恒定的磨削速率。更確切地說，通常期望在一個時間周期從工件中去除相對恒定的材料量。在其它情況下，是期望從工件中去除固定的材料量。在另一些情況下，期望能夠控制即使在磨料制品發(fā)生磨損時的去除材料量。
一種控制從工件中的去除材料量的通常方法是強制磨料制品以恒定的速率推進工件。換句話說，在該過程中可以使用機器以預(yù)定的增量物理上向工件中移動磨料制品。這些機器通常往往是笨重、剛性的機器，這些機器對于構(gòu)造和維護來說都很昂貴。而且，這些機器局限于定義明確的工件幾何形狀，并可能很容易地損傷工件。例如，當快速地推進磨料制品時，如果機器意外的接觸到工件就可能損壞該工件。
其它研磨制造工藝使用以手動或自動方式的反饋控制來控制從工件中去除的材料量。例如，有些研磨機包括能夠測量從工件中的去除材料量的傳感器，并且可以根據(jù)測量來調(diào)整工藝變量，例如磨料制品的應(yīng)用力(application force)，冷卻液流量，磨耗時間，磨料制品相對工件的速度等。替換的，操作員可以測量研磨的工件或去除的材料，并根據(jù)測量對一個或多個工藝變量進行手動的調(diào)整，從而設(shè)法實現(xiàn)工件的恒定磨削速率。
通常，使用手動的測量和調(diào)整易于產(chǎn)生差錯，并可能很容易導致不合格工件的生產(chǎn)。然而，使用反饋回路和自動控制可能對研磨制造工藝增加較大的開銷。而且，這些系統(tǒng)可能局限于為特定類型的工件，并不能夠容易地應(yīng)用于不同類型的工件。
發(fā)明總結(jié)總的來說，本發(fā)明針對的技術(shù)提供了一種研磨制造工藝，該研磨制造工藝能夠?qū)崿F(xiàn)例如材料去除控制量的控制性能參數(shù)，而不依靠在工藝中使用閉環(huán)反饋。更為具體地，通過數(shù)學上模型化磨料制品的磨削速率，并根據(jù)該模型來控制研磨制造工藝就能夠?qū)崿F(xiàn)控制材料的去除。
本文使用的術(shù)語“磨料制品”通常是指固定磨料制品，即其中的磨粒被固定地附加到基片上的磨料制品。采用固定磨料的研磨在技術(shù)文獻中有時被稱為兩個物體磨削，其中磨料制品是一個物體，工件是另一個物體，材料從工件中被研磨掉?？偟膩碚f，本文敘述的技術(shù)是通過預(yù)定模型的研磨磨耗來控制固定磨料制品的應(yīng)用，并對磨料制品的磨耗進行補償，從而實現(xiàn)控制性能。
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種方法，該方法包括當在研磨周期應(yīng)用一種類型的工件時，產(chǎn)生磨料制品的磨削速率的開環(huán)模型，并根據(jù)該模型使用磨料制品來研磨該工件類型的工件，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個機器，它使用磨料制品來研磨工件；一個控制器，它通過機器來控制磨料制品對工件的應(yīng)用，以便實現(xiàn)磨料制品充分恒定的磨削速率。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種包含指令的計算機可讀介質(zhì)，該指令使可編程控制器命令機器使用磨料制品來研磨工件，以便實現(xiàn)在研磨周期磨料制品的充分恒定的磨削速率。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種包含數(shù)據(jù)的計算機可讀介質(zhì)，該數(shù)據(jù)表示機器使用的模型，用于使用磨料制品來研磨工件，從而實現(xiàn)在研磨周期磨料制品的充分恒定的磨削速率。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種方法，該方法包括當在研磨周期應(yīng)用一種類型的工件時，產(chǎn)生磨料制品的磨削速率的開環(huán)模型；并根據(jù)該模型使用磨料制品來研磨該工件類型的工件，從而實現(xiàn)在研磨期間從工件中去除的材料量的控制。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種方法，該方法包括當在研磨周期應(yīng)用一種類型的工件時，產(chǎn)生磨料制品的磨削速率的開環(huán)模型；并根據(jù)該模型使用具有變化時間周期的磨料制品來研磨該工件類型的多個工件，以便從每個工件中去除恒定數(shù)量的材料。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種方法，該方法包括當應(yīng)用一種類型的工件時，產(chǎn)生磨料制品的性能參數(shù)的開環(huán)模型，并根據(jù)該模型使用具有變化時間周期的磨料制品來研磨該工件類型的多個工件，從而實現(xiàn)在研磨周期充分恒定的研磨性能參數(shù)值。該性能參數(shù)可以包括在研磨周期期間的一個磨料制品的磨削速率，在研磨周期期間通過該制品去除的材料量，和通過該磨料制品實現(xiàn)的工件的合成幾何形狀。
本發(fā)明可以提供多種優(yōu)點。例如，本文敘述的技術(shù)可以應(yīng)用在研磨制造工藝中來實現(xiàn)充分控制的磨削或表面光潔度，而不需要使用在研磨制造工藝中的反饋控制。而且，本技術(shù)可以減少對研磨工件的手動質(zhì)量控制測量的需要，以及減少對研磨制造工藝的手動調(diào)整的需要。
此外，本技術(shù)可以減少在工件之間的任何變率。更具體而言，可以使用該技術(shù)來模型化和補償在時間期間中磨料制品的磨耗。根據(jù)使用的持續(xù)時間，通過自動調(diào)整例如應(yīng)用力的工藝變量，就可以使用該技術(shù)更加精確地研磨工件。
作為另一個優(yōu)點，本技術(shù)可以使用普通的磨料制品提供數(shù)量增多的加工工件。例如，應(yīng)用本技術(shù)在一系列的工件上實現(xiàn)充分恒定的磨削，可以減少在研磨使用壽命的初期期間用于每個工件的時間，研磨使用壽命的初期期間也就是當磨料制品是新的時，這樣可以增加在以后磨料制品使用壽命的研磨時間。因此，與整個磨料制品的使用壽命中對每個工件使用固定研磨時間的常規(guī)技術(shù)相比，該磨料制品可以在工件初樣中經(jīng)受減少的磨耗。
本發(fā)明的一個或更多實施例的內(nèi)容將參照附圖和下文的敘述進行闡述。本發(fā)明的其它特征，目的和優(yōu)點將從說明書和附圖以及權(quán)利要求中變得更加清楚。
附圖簡述

圖1是研磨制造工藝的功能圖，該研磨制造工藝通過使用磨料制品的數(shù)學模型在研磨時間期間實現(xiàn)充分恒定的磨削速率；圖2是描述了在模型產(chǎn)生中使用的一個磨料測試設(shè)備實例的示意圖；圖3是更多描述產(chǎn)生數(shù)學模型過程的流程圖；圖4是描述示例性的磨削速率數(shù)據(jù)的圖解，該磨削速率數(shù)據(jù)沿著單個指數(shù)在時間上減少；圖5是描述示例性的磨削速率數(shù)據(jù)的圖解，該磨削速率數(shù)據(jù)可以更加精確的采用兩個指數(shù)分量之和的擬合曲線來表示；
圖6是描述在研磨周期能夠?qū)崿F(xiàn)充分磨削速率的預(yù)測應(yīng)用力的圖解；圖7是描述在研磨周期預(yù)測恒定的磨削速率的圖解；圖8是更多描述根據(jù)該模型來控制研磨制造工藝的技術(shù)的流程圖，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
發(fā)明詳述圖1是研磨制造工藝2的功能圖，該研磨制造工藝實現(xiàn)在研磨期間控制材料的去除?？刂破?向研磨機6提供控制信號5來控制磨料制品8對工件10的應(yīng)用。響應(yīng)于控制信號5，研磨機6采用相對移動方式將磨料制品8應(yīng)用到工件10，以便進行拋光、磨削或另外的研磨工件的表面。
控制器4根據(jù)工藝控制值11輸出控制信號5來控制一個或多個工藝控制參數(shù)。例如，控制器4可以輸出控制信號5來控制應(yīng)用力(F)，研磨機6以這個應(yīng)用力將磨料制品8應(yīng)用到工件10。作為另一個實例，控制器4根據(jù)工藝控制值11可以控制研磨工件10的時間周期，研磨機6的旋轉(zhuǎn)軸13應(yīng)用磨料制品8的角速度，冷卻液流量速率，和其它的工藝設(shè)置。
控制器4可以從計算機12中接收工藝控制值11，計算機12保持開環(huán)數(shù)學模型14以便計算工藝控制值。更具體而言，計算機12計算用于控制研磨機6的工藝控制值11，以便獲得理想的研磨性能，例如在研磨周期期間充分控制的磨削。數(shù)學模型14就某種意義來說被稱為“開環(huán)”，該模型并不依賴在研磨工件10的過程中獲得的實時反饋信號。換句話說，控制器4和制造工藝2可以實現(xiàn)控制材料的去除，而不需要實時的反饋。但是，控制器4仍然可以使用結(jié)合反饋信號的開環(huán)模型14。工藝2例如可以使用實時的或延遲的反饋信號來改進模型14，或者使用該模型來控制不能被計算的其它工藝控制值。
如本文的敘述，模型14在數(shù)學上表示為時間長度函數(shù)的磨料制品8的磨削速率，該時間長度為磨料制品已經(jīng)應(yīng)用于工件10的時間長度。因此，可以使用模型14來預(yù)測和補償在研磨周期中磨料制品8的磨耗。根據(jù)這個表示，計算機12可以使用模型14計算在研磨周期內(nèi)使用的工藝控制值11，以便控制從工件10中去除的材料量。例如，計算機12可以調(diào)用模型14來計算在研磨周期期間用于調(diào)整控制信號5的工藝控制值11，以便實現(xiàn)在研磨周期期間恒定的磨削速率，或者在研磨周期期間去除目標材料量?？梢钥刂频膶嵗に囎兞堪チ现破?相對于工件10的應(yīng)用力，磨料制品8相對工件10的應(yīng)用速度，研磨周期的持續(xù)時間，一個或多個冷卻液的流量等。
模型14的產(chǎn)生和使用可以使制造工藝2實現(xiàn)在常規(guī)系統(tǒng)中的許多優(yōu)點。例如，研磨制造工藝2可以實現(xiàn)工件10充分恒定的磨削速率，或者目標材料量的去除，而不依賴反饋控制的使用。而且，本技術(shù)可以減少在研磨時間周期期間對操作員18的依靠。例如，操作員18不需要進行研磨工件10的質(zhì)量控制測量，以及手動的調(diào)整工藝控制值16，這在一些常規(guī)的研磨制造工藝中很常見。
此外，本技術(shù)可以減少在工件10和后續(xù)工件之間的變率。更具體而言，模型14在時間周期補償對磨料制品8的磨耗。因此，控制器4和研磨機6可以根據(jù)磨料制品8的使用持續(xù)期間來使用工藝控制值11，以便驅(qū)動例如應(yīng)用力(F)的工藝變量。因此，可以根據(jù)工藝控制值11和模型14重復使用磨料制品8，以便在延長周期中更加精確的研磨多個工件?？刂破?可以依據(jù)模型14來計算研磨每個工件的持續(xù)時間，以便提供控制材料的去除。例如，在研磨每個工件的過程中根據(jù)工藝控制值11和模型14可以實現(xiàn)恒定的磨削速率或固定材料量的去除。
因此，在某些情況下本技術(shù)可以實際延長磨料制品8的使用壽命。例如，應(yīng)用工藝控制值11來實現(xiàn)充分的控制磨削可以減少在磨料制品使用壽命的初期期間所使用的應(yīng)用時間，磨料制品使用壽命的初期也就是當磨料制品8相對新的時候，并且可以增加在研磨周期期間的應(yīng)用時間。換句話說，在研磨工件10或后續(xù)工件過程中可以根據(jù)工藝控制值11改變應(yīng)用時間，以便實現(xiàn)充分控制的磨削。因此，與在整個磨料制品的使用壽命中使用固定研磨時間的傳統(tǒng)技術(shù)相比較，磨料制品8在初期期間可以經(jīng)受減少的磨耗。
研磨制造工藝2可以采用任何一種形式，本文敘述的技術(shù)并不限制研磨制造工藝的特定類型。例如，研磨制造工藝2可以通過化學機械拋光(CMP)工藝來產(chǎn)生半導體晶片，凸輪軸和曲柄軸的量度和表面光潔度，滾壓表面加工，精研，制造光纖連接器和光學裝置等。因此，計算機12可以產(chǎn)生模型14來實現(xiàn)磨料制品充分恒定的研磨性能參數(shù)，例如磨削速率，制品去除的材料量，表面光潔度，工件幾何形狀等。
類似的，本發(fā)明并不限制磨料制品8的特定類型。例如，磨料制品可以提供研磨，表面光潔度，拋光，調(diào)節(jié)或另外方式來研磨工件10，并且可以采用帶狀、板狀(pad)、圓盤等形狀。而且，磨料制品8可以以各種方式來構(gòu)造。例如，磨料制品8可以包括涂覆在襯板上的磨料表面。磨料表面可以包括粘合劑，例如聚合的，陶瓷的，金屬的等，并且通常包括磨粒，磨粒向工件10提供理想的表面光潔度。磨?？梢苑稚⒃谡麄€粘合劑上，僅僅沿著粘合劑的最外表面分散，或在整個粘合劑上和沿著最外表面分散。磨?？梢园ㄓ材チ＃浤チ?，這包括有機和無機的顆粒。
通過使用在時間周期中從研磨制造工藝2的研磨機6中收集的數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生模型14。替換的，可以使用磨料測試設(shè)備20生成模型14。磨料測試設(shè)備20和計算機12可以與研磨制造工藝2脫機地設(shè)置，但是要直接通信的連接到控制器4，例如通過網(wǎng)絡(luò)。替換的，磨料測試設(shè)備20，計算機12或這兩者都通過磨料制品8的制造商來維護。磨料測試設(shè)備20和計算機12可以例如位于制造平臺內(nèi)，在制造平臺內(nèi)生產(chǎn)磨料制品8，磨料測試設(shè)備20和計算機12也可以例如經(jīng)由個人或公共網(wǎng)絡(luò)將模型14，工藝控制值16或這兩者電子傳送到控制器4。
圖2是描述在產(chǎn)生磨料制品的模型14中使用的磨料測試設(shè)備20實例的示意圖。如圖2中所示，在臺板36上可以保持一個或多個工件30。磨料制品22位于磨料測試設(shè)備20中，并通過安裝到旋轉(zhuǎn)軸26的夾具24進行保持。因此，磨料制品22，夾具24和軸26通過外殼32內(nèi)的馬達(未顯示)所提供的動力進行旋轉(zhuǎn)。
在該實例的實施例中，外殼32可以沿著支撐軸34垂直的驅(qū)動，以便以理想力(F)提供嚙合磨料制品22與工件30的方法。磨料制品22的磨料表面28可以設(shè)置成直接接觸工件30的表面，以便研磨工件30的表面。臺板36支撐工件30，并幫助保持工件30和磨料制品22之間的接觸。臺板36可以環(huán)繞支撐軸40的軸心進行旋轉(zhuǎn)，這可以通過基座38內(nèi)封裝的馬達(未顯示)進行旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動。采用這種方式，磨料制品22和工件30可以在力(F)作用下彼此相對的旋轉(zhuǎn)，以便研磨工件30。
在操作中，磨料測試設(shè)備20可以作為測試臺來評價和表征磨料制品的磨削速率的特性，以便用于確定模型14。通常，設(shè)備20可以執(zhí)行一系列有代表性的研磨操作，以便表征對磨料制品22的普通工藝參數(shù)的響應(yīng)特性。為了提供在研磨制造工藝2中使用的精確數(shù)據(jù)，工件30和磨料制品22可以分別具有與圖1中的工件10和磨料制品8相同的類型。而且，如果設(shè)備20并沒有聯(lián)機地用作例如研磨機10的研磨制造工藝2的一部分，可以使用或模擬通用的設(shè)備和條件來進一步改進收集數(shù)據(jù)的精確性。
圖3是更多的描述產(chǎn)生示例性的數(shù)學模型過程的流程圖，該數(shù)學模型用于控制研磨制造工藝2來實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。盡管出于示例性的目的參照特定的數(shù)學方程進行了敘述，但是可以認識到本技術(shù)并不局限于此。換句話說，通過使用對于各種工件類型，磨料制品類型，工藝控制設(shè)置等的技術(shù)，可以產(chǎn)生不同的數(shù)學模型。
為了產(chǎn)生模型14，操作員，例如圖1中的操作員18最初選擇一個或多個磨料制品，例如選擇磨料制品22(42)。出于示例性的目的，將參照操作員的磨料測試設(shè)備20來敘述本技術(shù)。然而在其他的實施例中，操作員可以使用研磨制造工藝2的研磨機6來產(chǎn)生數(shù)據(jù)。
根據(jù)選擇的磨料制品，操作員18控制磨料測試設(shè)備20開始一系列的一個或多個研磨操作(44)。例如，操作員18命令磨料測試設(shè)備20通過使用測試研磨周期的恒定力(Fc)，將磨料制品22應(yīng)用到工件30。根據(jù)測試的磨料制品和工件的類型，研磨周期可以從幾分鐘到多個小時或甚至幾天。
在測試研磨周期的期間，操作員18在各種間隔收集磨削數(shù)據(jù)(54)。該數(shù)據(jù)通常指示從開始應(yīng)用磨料制品到測量點的材料總量。間隔可以是固定的，或者可以根據(jù)應(yīng)用到工件30的磨料制品22的時間長度來改變。例如，由于當應(yīng)用恒定力(Fc)時磨料制品22的磨削速率在研磨期間可以通常按指數(shù)規(guī)律減少，因此可以使用對數(shù)性地增加時間間隔來記錄從工件30中去除的材料量。
可以使用收集的磨削數(shù)據(jù)來計算在每個間隔期間去除的材料量，這可以用于確定在間隔期間磨料制品22實現(xiàn)的磨削速率(55)。例如，通過將間隔的時間量除在相應(yīng)的時間間隔期間去除的材料量，就可以為每個間隔確定每單位時間的磨削速率。接著，通過計算在時間間隔N和N-1之間以及在時間間隔N和N+1之間的磨削速率，并且取這兩個數(shù)的平均值，就能夠計算對于時間間隔N的磨削速率的估計。
例如，下面表格描述了從磨料測試設(shè)備20中測量的一部分實例磨削數(shù)據(jù)表格1

在上面實例中，對于間隔N＝6的磨削速率(R)可以被計算為如下所述R6=12[196.7-164.850-40+225.6-196.760-50]=3.04---(1)]]>接著，可以例如通過計算機12擬合計算的磨削速率數(shù)據(jù)的曲線(50)。在某些情況下，磨削速率數(shù)據(jù)指示磨削速率在沿著單個指數(shù)曲線的時間上減少。圖4是例如描述示例性的磨削速率數(shù)據(jù)的圖形，該磨削速率數(shù)據(jù)沿著單一指數(shù)56在時間上減少。更普遍的，磨削速率更好的是由兩個或多個指數(shù)的和來匹配。圖5是描述示例性的磨削速率數(shù)據(jù)的圖形，該磨削速率數(shù)據(jù)采用擬合曲線57可以得到更加精確的表示，該曲線57是指數(shù)58A和58B的和。更為精確的，磨削速率(R)可以在數(shù)學上表達成如下所示R=R1×e-t/T1+R2×e-t/T2.---(2)]]>在方程2中，R1和R2是根據(jù)磨料制品22的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)。特別是，R1+R2等于磨料制品22的初始磨削速率，即圖5中的y截距。而且，t等于應(yīng)用到工件30的磨料制品的時間長度，T1和T2是時間常數(shù)，e表示通常用于自然對數(shù)的底。
在某些過程中，一種磨料類型的磨削速率將隨著單一指數(shù)而下降。在方程2中，R2將為零。在這種情況下，方程2可以采用自然對數(shù)變換成如下所示的線性方程
Ln(R)=Ln(R1)+[-1T1]×t.---(3)]]>在這個形式中，方程3的斜率(m)被定義為 y截距(b)被定義為b＝Ln(R1)。實際的磨削速率數(shù)據(jù)可能包括一些內(nèi)因變量，這歸因于工藝和測量。通過使用周知的最小平方方法，就可以找到對線性方程的最優(yōu)擬合線。這個方法將最小化從擬合線中減去的殘差數(shù)據(jù)的平方和。更具體而言，可以使用最小平方方法尋找該線的斜率和截距。然后，通過采用截距和時間常數(shù)T1的逆對數(shù)來得到R1，它將是斜率的負倒數(shù)。
更為通常的，采用如方程2中的兩個指數(shù)曲線的和將更好的擬合磨料的磨削速率，在方程2中R1和R2都為非零。通過迭代處理可以得到方程2的指數(shù)分量。特別是，通過使用斜率(m)和y截距(b)來估計第一個緩慢下降的指數(shù)58B，就可以例如通過圖1中的計算機12來執(zhí)行最小平方擬合。這可以通過檢驗該數(shù)據(jù)，并估計快速下降的指數(shù)曲線58A已經(jīng)變得不顯著的位置，并僅僅使用在這點之后的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。所得到的具有單個指數(shù)分量的方程可以在每個間隔從磨削速率數(shù)據(jù)中被減去，以便產(chǎn)生每個間隔的剩余數(shù)據(jù)。以類似的方式，通過使用最小平方分析可以從這個剩余數(shù)據(jù)中計算出快速轉(zhuǎn)到0的第二個指數(shù)分量58A。然后，在每個間隔從原始的磨削數(shù)據(jù)中減去第二個指數(shù)分量，來提供對第一個指數(shù)方程更精確的估計?？梢灾貜瓦@個過程，例如可以重復計算對指數(shù)分量更精確的估計，直到剩余量下降到預(yù)定的門限之前?？梢愿淖儼谥笖?shù)分量估計中的數(shù)據(jù)點的數(shù)目，以便減少或最小化在每個間隔對最后剩余量的標準偏差?？梢允褂闷渌夹g(shù)來擬合對該數(shù)據(jù)的方程2?？梢云骄鶑囊环N磨料類型的幾個采樣中的數(shù)據(jù)，以便找到平均提供對該磨料類型的磨削速率數(shù)據(jù)良好擬合的方程。
根據(jù)解析所述的方程2，可以將模型14擴展為表示在研磨周期期間實現(xiàn)控制磨削速率所需要的磨料制品22的應(yīng)用力(F)(52)。換句話說，將上面方程推導為表示在應(yīng)用恒定力(Fc)的時間上的磨料制品22的磨削速率。從這個關(guān)系中，可以推導出對于該應(yīng)用力的數(shù)學表達，該應(yīng)用力需要在研磨周期中的任何一個點來實現(xiàn)控制磨削速率。例如，可以推導磨料制品22對工件30的應(yīng)用力的數(shù)學表達，該應(yīng)用力是作為將磨料制品應(yīng)用到工件上的目標恒定磨削速率和時間長度的函數(shù)。
根據(jù)實驗，確定出方程2的R1和R2隨著應(yīng)用力而增加。該實驗測試了一種類型的多個磨料制品，其中每個制品在它的整個使用壽命中以恒定力進行測試。對每個制品使用不同的力，以便觀察方程2的常數(shù)是如何隨著力而改變。該實驗顯示當使用不同的力時，時間常數(shù)T1和T2不會變化。
同時也觀察單個磨料制品的磨削速率是如何隨著應(yīng)用力而變化的。該實驗是以這種方式進行，它忽略在實驗期間研磨磨耗的影響。首先使用磨料，以便通過磨耗減少磨削速率，對于該點忽略了快速下降指數(shù)58A的貢獻。例如，在快速下降指數(shù)的兩個或三個時間常數(shù)之后。磨削速率接著改變?yōu)檩^低速率。然后以一系列單調(diào)增加的力來測試磨料，該磨料被用于充足的時間周期，在該時間周期可以使用一些精確的度數(shù)來測量磨削速率。由于在測試期間磨料將發(fā)生磨耗，因此不希望具有長的測量周期。在峰值力處停止力的增加，然后使用當力增加時所使用的相同幅度的單調(diào)減少的力來進行測試。每個力水平的磨削速率值都進行平均。磨削速率僅在最高力水平處測量一次。例如，可以使用下面順序的力20，30，40，30和20牛頓。磨損的平均狀態(tài)將存在于40牛頓處測試的中間位置。如果在這次測試期間磨料根本沒有磨耗，平均在20和30牛頓處的磨削速率測量將提供在每個力的磨削速率所具有的良好估計。
實驗表明使用最小平方方法能夠使經(jīng)過平均的磨削速率數(shù)據(jù)與直線良好的擬合。該線被找到具有非零的截距。進一步的實驗顯示在不同磨耗狀態(tài)下的磨削速率可以被擬合成一系列直線，這些直線具有不同的斜率但具有相同的非零截距。非零截距是在磨料工作范圍之外的磨削速率的外推。正是數(shù)學構(gòu)造幫助在磨料工作范圍內(nèi)計算磨削速率。磨料的工作范圍是磨料有效地磨削工件所使用的力的范圍。在工作范圍以下的弱力，磨料在磨削工件時是無效的。在工作范圍以上的強力將會損壞磨料或工件。
采用在磨料制品使用壽命中以恒定力的磨料制品的磨削速率是如何改變的方程，以及在磨料制品的使用壽命中磨削速率是如何隨著在固定點處的力而改變的方程，就可以找到如何通過改變力來實現(xiàn)磨削恒定速率的模型。首先，變量G定義為如下形式R(t)＝G(t)×F+I，(4)其中R是磨削速率，F(xiàn)是力，I是從如上所述磨削速率與力的相對測量中的y截距。
而且，G(t)是表示作為時間函數(shù)的每單元力的磨削速率的函數(shù)。它獨立于應(yīng)用力，并且可以通過以固定力FFixed測量R(t)來確定，它的形式如下G(t)=R(t)-IFFixed.---(5)]]>接著，可以定義假力F’，如下所示形式R(t)＝G(t)×F’。(6)因此，可以推導出下面方程F’×G(t)＝F×G(t)+I，和 (7)F'=F+IG(t).---(8)]]>在方程8中，當I是常數(shù)時第二項獨立于力。因此，可以定義在Rc的恒定磨削速率，它表示為獨立于時間的磨削理想電平
它可以寫為F(t)=RC-IG(t).---(10)]]>方程10表示作為時間函數(shù)的應(yīng)用力，以便實現(xiàn)目標恒定的磨削速率。方程10和方程3可以合并為F(t)=[RC-IR1e-t/T1+R2e-t/T2]×Fc.---(11)]]>其中RC表示在研磨周期期間目標恒定的磨削速率，R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)，F(xiàn)C表示用于確定方程2的恒定力，I表示從磨削速率與力的相對測量中的y截距值。本文敘述的技術(shù)可以應(yīng)用于各種磨料制品和研磨制造工藝。例如，本技術(shù)可以很容易的應(yīng)用于這種磨料制品，其中在制品的使用壽命中當前磨削速率是應(yīng)用的法向力的函數(shù)，例如是線性函數(shù)。
實例1出于舉例目的，當在透鏡拋光機上應(yīng)用塑料透鏡時測量硅碳化物磨料制品的磨削速率。具體來說，透鏡拋光機是由South Windsor，CT.的Gerber Coburn Optical公司制造的Gerber Optical Apex機器。聚碳酸脂透鏡是來自Dudley，MA的Gentex Optics的76毫米SRSV PDQ B4.25透鏡。硅碳化物磨料是來自St.Paul，MN的3M公司的P2803M734磨料。
為了測試，該磨料被切割成7-花瓣的76毫米菊花狀。透鏡拋光機被修改為使用加載彈簧的單個作用氣缸替換為雙作用汽缸，以便當透鏡發(fā)生磨耗時提供更加一致的力。使用2μm的過濾器來過濾自來水，并在拋光工藝期間使用自來水洗掉去除的切屑。第一次測試測量磨削速率與力的對比的線性，并找到截距，或者推斷在零力位置的磨削速率，它實質(zhì)是常數(shù)。經(jīng)過了若干22次磨料測試獲得下面結(jié)果
表2

在經(jīng)過各種磨耗量之后，使用三個磨料菊花狀((平均值1，平均值2，平均值3)重復線性測試。第三個磨料菊花狀被測試三次(平均值3-1，平均值3-2，平均值3-3)。在測試期間使用的法向力(列1，行2-6)表示為克，測量的磨削(行2-6)表示為微米。當測試期間指示磨料制品的磨削速率的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，就計算每個力級別的平均磨削速率。行7和8列出了用于數(shù)據(jù)計算的斜率和y截距。最后，行9列出了“相關(guān)系數(shù)”r，它是數(shù)據(jù)線性的統(tǒng)計測量。較接近的r是1，較好的直線適合經(jīng)過平均的數(shù)據(jù)。使用的22次測量具有充足精確測量的磨削。對于20秒測試找到的截距是平均-20微米或每秒-1微米。
接著，繼續(xù)該測試，以便通過使用多個不同的力來表征磨削速率中的指數(shù)衰減。在下面表格中描述了當使用9283克的恒定應(yīng)用力時的測量數(shù)據(jù)
表格3

列1列出了在以秒為單位的測試研磨周期中的時間間隔。列2列出了對測試研磨工藝的累計磨削。列3列出了如上所述計算的平均磨削速率。根據(jù)所述的數(shù)據(jù)來確定常數(shù)R1，R2和時間常數(shù)T1和T2。這是采用多個不同的力進行重復，為每個力確定方程2的常數(shù)，如下面表格中的表示表格4

在表格4中，列2-5，行2-6列出了對于測試期間使用的法向力得出的常數(shù)。行7和行8分別列出了常數(shù)的平均值和標準偏差。
然后，根據(jù)上述數(shù)據(jù)使用方程9來計算作為時間函數(shù)的法向應(yīng)用力，該法向應(yīng)用力將實現(xiàn)充分恒定的磨削速率F(t)=[1.5um/sec+1.0um/sec2.55um/sec×e-t/528sec+1.84um/sec×e-t/32sec+1.0um/sec]×9283g.---(12)]]>特別是，使用在表格4中列出的平均時間常數(shù)，和從表格3的數(shù)據(jù)中推導出的R1和R2。從表格2的數(shù)據(jù)中推導出截距I＝-1μm/sec。應(yīng)用力被選為9283克，如表格4中列出的。任意的目標恒定磨削速率(Rc)被選為1.5μm/sec。下面表格列出了可以從該方程中計算的一部分數(shù)據(jù)
表格5

列2描述了法向應(yīng)用力的預(yù)測值，該法向應(yīng)用力是使用磨料制品來實現(xiàn)充分恒定的磨削速率所需的應(yīng)用力，該磨料制品例如是圖1的磨料制品8。列5描述了在每個時間間隔的預(yù)測磨削速率。如表格5中的敘述，磨削速率將充分保持為例如低于百分之20或30偏差的常數(shù)。平均磨削速率是大約2.2μm/sec，它高于在整個研磨期間中的1.5μm/sec的理想率。而且，通過采用更多數(shù)據(jù)的平均值來確定平均值R1和R2可以減少偏差。例如，在整個研磨期間的持續(xù)時間中可以實現(xiàn)低于10％或甚至5％的偏差。
圖6是描述在研磨期間上為實現(xiàn)充分磨削速率的表格5的預(yù)測力的簡圖。圖7是描述在研磨周期期間中預(yù)測恒定磨削速率的簡圖。從圖7中可以看到，當應(yīng)用力變化時，磨料制品的磨削速率在研磨周期期間保持為充分恒定。
實例2如實例1中的描述，可以將磨料制品的應(yīng)用力計算作為工藝控制變量。作為另一個實例，從開環(huán)模式中可以計算研磨時間，并使用研磨時間來控制工件的磨削量。在這個實例中使用與實例1中相同的工件類型，磨料類型和機器。在這個實例中，通過平均從以恒定力的三個抽樣磨料中的速率和時間常數(shù)來得到磨料的模型。力被設(shè)置為10,536克。
在實驗期間，使用下面的數(shù)據(jù)
表格6

通過如前所述的求和兩個指數(shù)項來制作磨料磨削速率的模型。平均從這三個抽樣的每一個抽樣中的常數(shù)來確定工藝的平均模型。這顯示在下面的表格中
表格7

然后使用該模型來確定一系列的時間間隔，該時間間隔為使用一個磨料制品從工件中去除60微米的材料的時間間隔。結(jié)合方程2提供作為時間函數(shù)的工件的累計磨削。
C=R1×T1×(1-e-t/T1)+R2×T2×(1-e-t/T2)---(13)]]>其中C是磨料制品去除的總的累計材料。盡管這個方程不能轉(zhuǎn)化為求解時間t，但是采用逐次近似值的方法或其它類似技術(shù)可以找到滿足需要精確度的任何給定累計磨削的時間。諸如華盛頓，Remond，微軟公司中的Excel的程序包括求解函數(shù)，可以使用這些函數(shù)得到給定累計磨削的時間。在研磨工件之后，使用研磨工件的時間量乘以目標磨削來確定理想的累計磨削。然后使用方程13確定總的研磨時間。通過從特定間隔結(jié)束時的總時間中減去在以前研磨間隔結(jié)束時磨料制品的總研磨時間，來得到特定研磨間隔的研磨時間。
接著，將工件研磨等于所計算間隔的時間長度，并測量磨削。在這個實例中，力是保持恒定，以便不需要測量由于力發(fā)生變化時的磨削的變化。在表格8中顯示了從每個時間間隔的研磨中計算的時間間隔和所得到的磨削。
表格8

該表格顯示出每間隔的磨削幾乎為常數(shù)，并且接近目標的60微米。
盡管該實例使用了相同的工件，但是可以使用該方法從一系列類似的工件中去除目標的材料量。換句話說，可以使用實例1或2的方法來控制一個工件或一系列工件的磨削。在時間不能改變的工藝中可以更值得期望使用力控制。例如，拋光經(jīng)過生產(chǎn)線的很長長度的金屬板可以不提供在研磨時間中的變化。
當研磨分離的工件時，可以更值得期望改變時間。例如，半導體晶片的化學機械拋光(CMP)使用固定磨料來研磨和調(diào)節(jié)用于拋光具有殘渣晶片的墊。為了保持一致的處理，需要為每個晶片去除最小平均量的墊。墊通常在晶片之間研磨一些時間。改變調(diào)節(jié)時間而不是調(diào)節(jié)力可以更加的精確。在其它的CMP應(yīng)用中，可以連續(xù)的進行調(diào)節(jié)。在這種情況下，不能改變調(diào)節(jié)的時間，但可以如實例1中所述來改變力。當墊調(diào)節(jié)是新的和靈敏的時候，在經(jīng)過了固定時間和力CMP的墊調(diào)節(jié)，就會去除過多的墊材料。減少用于僅僅研磨需要數(shù)量的力或時間將會延長昂貴的CMP墊的使用壽命。使用該模型可以延長墊的使用壽命，并提供更加一致的CMP處理。
圖8是更多描述根據(jù)該模型來控制研磨制造工藝2的技術(shù)的流程圖，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。最初，操作員，例如圖1的操作員18執(zhí)行連續(xù)的磨料操作來產(chǎn)生磨削速率模型，這正如上面內(nèi)容中的敘述(60)。接著，在研磨制造工藝2期間操作員選擇磨料制品8的目標恒定磨削速率(64)。該磨削速率通常是最小理想的磨削速率。在上面的實例中，選擇15μm/sec的目標恒定磨削速率。
根據(jù)該模型和理想的磨削速率，計算機12調(diào)用模型14計算工藝控制值11，例如表格5中列3的預(yù)測法向應(yīng)用力，以便實現(xiàn)充分的恒定磨削速率(66)。這些工藝控制值11被傳送給控制器4，例如作為查詢表，用于驅(qū)動控制信號5來控制研磨機6。
一旦配置完畢，在研磨周期期間可以使用研磨制造工藝2來研磨一個或多個工件10。最初，操作員18選擇第一個磨料制品8(68)?？刂破?可以根據(jù)選擇的實際磨料制品8來更新工藝控制值11。例如，每個磨料制品8可以具有一些磨削速率中的變率。因此，每個制品可以帶有表示特定制品的磨削速率的性能指數(shù)，正如在Gary M.Palmgren在2002年4月3日提交的美國專利申請序列號10/115,538，標題為“Abrasive Articles and Methods for the Manufacture and Use of Same”中的更多內(nèi)容敘述?？刂破?可以讀取性能指數(shù)，并調(diào)整工藝控制值11來補償偏差。如果性能指數(shù)指示選擇的磨料制品8的磨削速率是例如91％的平均磨料制品的磨削速率，那么控制器4可以簡單地將應(yīng)用力增加倍數(shù)M＝I/0.91＝1.10，以便實現(xiàn)理想的恒定磨削速率。
在更新工藝控制值11之后，控制器4命令研磨機6研磨工件10。特別的，控制器4應(yīng)用通過模型14產(chǎn)生的工藝控制值11，來實現(xiàn)使用磨料制品8的充分控制磨削。在完成后(74)，例如在研磨工件10預(yù)定的時間周期之后，操作員18可以選擇新的工件10(75，76)，新的磨料制品8(77，68)，或選擇這兩者。如果選擇了新的磨料制品8，控制器4可以更新工藝控制值11，如果需要的話，根據(jù)例如為新時間T0的新的研磨周期來控制研磨機6。如果不選擇新的磨料制品8，控制器4根據(jù)在當前研磨周期內(nèi)的當前時間來命令研磨機6研磨新的選擇工件10。換句話說，用于計算工藝控制值11的研磨周期可以跨越多個工件10，這樣允許控制器4能夠預(yù)測和調(diào)整由于應(yīng)用以前的工件所產(chǎn)生的磨料制品8的磨耗。
本文已經(jīng)敘述了本發(fā)明的各種實施例。這些實施例和其它實施例都在后面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括當在研磨周期期間被應(yīng)用于工件類型時，產(chǎn)生磨料制品類型的磨削速率的開環(huán)模型，根據(jù)該模型使用該磨料制品類型的磨料制品來研磨該工件類型的工件，以便實現(xiàn)基本恒定的磨削速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中研磨工件還包括獲得表示該工件狀態(tài)的反饋信號，根據(jù)該開環(huán)模型和反饋信號將磨料制品應(yīng)用到工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中研磨工件包括根據(jù)一個或多個工藝控制變量相對于工件來應(yīng)用磨料制品；和根據(jù)該模型在研磨周期中調(diào)整至少一個工藝控制變量，來實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中調(diào)整至少一個工藝控制變量包括調(diào)節(jié)以下中的至少一個根據(jù)該模型的磨料制品相對于工件的應(yīng)用力，根據(jù)該模型的磨料制品相對工件的應(yīng)用速度，研磨周期的持續(xù)時間和冷卻液流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中研磨工件包括選擇目標磨削速率；通過使用作為對模型輸入的目標磨削速率，根據(jù)該模型預(yù)先計算在研磨周期的工藝控制變量的值；和根據(jù)計算值在研磨周期中控制工藝控制變量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中預(yù)先計算值包括計算應(yīng)用力值，控制工藝控制變量包括根據(jù)該計算值來控制應(yīng)用力，在研磨周期上以該應(yīng)用力相對于工件來應(yīng)用磨料制品。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中包括從多個磨料制品中選擇磨料制品；根據(jù)選擇的制品來更新工藝控制變量的計算值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中更新計算值包括從選擇的磨料制品中讀取性能指數(shù)；使用作為對模型輸入的性能指數(shù)來計算工藝控制變量的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括測量在研磨周期期間研磨工件的實際磨削速率；根據(jù)實際的磨削速率和該模型來實時的自動重新計算工藝控制變量的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括在拋光機中存儲計算值；根據(jù)工藝控制變量的計算值在研磨周期上使用拋光機利用磨料制品來研磨工件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生模型包括在測試研磨周期期間使用磨料制品來研磨測試工件；在測試研磨周期期間測量在每個間隔從測試工件中去除的材料量；根據(jù)測量的材料量來產(chǎn)生表示每單位時間的磨削速率的磨削速率數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中產(chǎn)生磨削速率數(shù)據(jù)包括根據(jù)在至少兩個間隔期間測量的去除材料量來計算每個間隔的平均磨削速率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中還包括根據(jù)方程和磨削速率數(shù)據(jù)來計算殘差；根據(jù)計算的殘差來調(diào)整方程的指數(shù)分量數(shù)目。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生模型包括產(chǎn)生模型來計算作為時間長度函數(shù)的磨料制品的磨削速率，該磨料制品已經(jīng)以充分恒定力被應(yīng)用到工件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中產(chǎn)生模型包括產(chǎn)生模型來計算作為兩個指數(shù)和的磨削速率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中產(chǎn)生模型包括根據(jù)下面的第一方程來產(chǎn)生表示磨削速率R的模型R＝R1×e-t/T1+R2×e-t/T2，其中R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)，t等于將磨料制品應(yīng)用到工件上的時間長度，T1和T2是時間常數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中產(chǎn)生模型包括產(chǎn)生計算磨料制品對于工件的應(yīng)用力的模型，該模型是作為將磨料制品應(yīng)用到工件上的目標恒定磨削速率和時間長度的函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中產(chǎn)生模型包括根據(jù)下面的第二個方程來產(chǎn)生表示應(yīng)用力(F)的模型F(t)=[RC-IR1e-t/T1+R2e-t/T2-I]×Fc,]]>其中RC表示在研磨周期期間的目標恒定的磨削速率，R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)FC表示用于確定第一方程的充分恒定力，I表示在初始時間T0從第一方程中的截距值。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生模型包括以下的一個步驟產(chǎn)生工藝控制變量值，該工藝控制變量值用于在研磨周期中研磨工件，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率；產(chǎn)生在研磨周期期間用于實時計算工藝控制變量值的方程。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中研磨工件包括使用磨料制品來研磨工件，以便實現(xiàn)超過至少500秒的研磨周期的充分恒定磨削速率。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中研磨工件包括使用磨料制品來研磨工件，以便實現(xiàn)超過至少一個小時的研磨周期的充分恒定磨削速率。
22.一個系統(tǒng)，包括一個機器，它使用磨料制品研磨工件；一個控制器，它根據(jù)開環(huán)模型通過機器來控制磨料制品對工件的應(yīng)用，以便實現(xiàn)磨料制品充分恒定的磨削速率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中該控制器獲得表示工件狀態(tài)的反饋信號，并根據(jù)開環(huán)模型和反饋信號來控制機器將磨料制品應(yīng)用到工件。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中控制器根據(jù)一個或多個工藝控制變量來控制該機器，并在研磨周期中調(diào)整至少一個工藝控制變量，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中控制器調(diào)整以下中的至少一個磨料制品相對于工件的應(yīng)用力，磨料制品相對工件的應(yīng)用速度，研磨周期的持續(xù)時間和冷卻液流量。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中該控制器包括計算機可讀介質(zhì)，該介質(zhì)用于存儲在研磨周期期間用于控制該機器的一組工藝控制變量的值。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中這組值表示在研磨周期內(nèi)的應(yīng)用力和相關(guān)時間間隔，控制器根據(jù)這些值在研磨周期期間命令機器相對于工件應(yīng)用磨料制品，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中控制器根據(jù)與磨料制品相聯(lián)系的性能指數(shù)來更新工藝控制變量的值。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中控制器在研磨周期期間接收指示磨料制品的實際磨削速率的數(shù)據(jù)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)實時的重新計算工藝控制變量的值。
30.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，還包括一個計算機可讀介質(zhì)，該介質(zhì)用于存儲數(shù)學模型，該數(shù)學模型將在研磨周期內(nèi)磨料制品的磨削速率與磨削制品相對于工件的應(yīng)用力和時間相聯(lián)系。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中當研磨工件時，控制器調(diào)用模型實時的計算為機器使用的工藝控制變量的值，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，還包括一個計算機，該計算機用于產(chǎn)生模型，并將該模型存儲在計算機中包含的計算機可讀介質(zhì)上，其中計算機根據(jù)該模型來計算工藝控制變量值，并當研磨工件時將這些值傳送給機器使用，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，還包括一個由計算機提供的用戶接口，用于接收目標磨削速率，其中該計算機根據(jù)該模型通過使用作為模型輸入的目標磨削速率來計算這些值。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，還包括一個由計算機提供的用戶接口，用于接收輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)指示在測試研磨周期期間在相關(guān)的間隔從測試工件中去除的材料量。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中計算機通過根據(jù)輸入數(shù)據(jù)計算磨削速率數(shù)據(jù)來產(chǎn)生模型，該磨削速率數(shù)據(jù)指示每單位時間的磨削速率，并擬合對磨削速率數(shù)據(jù)的方程來計算作為時間函數(shù)的磨料制品的磨削速率。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中計算機通過根據(jù)在至少兩個間隔期間測量的去除材料量來計算平均磨削速率，以便計算磨削速率數(shù)據(jù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中計算機根據(jù)方程和磨削速率數(shù)據(jù)來計算殘差；并根據(jù)計算的殘差來調(diào)整方程指數(shù)分量的數(shù)目。
38.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中該模型表示作為時間長度函數(shù)的磨料制品的磨削速率，該磨料制品已經(jīng)以充分恒定的力應(yīng)用到工件。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中該模型表示作為兩個指數(shù)和的磨削速率。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中該模型表示根據(jù)下面第一個方程的磨削速率(R)R＝R1×e-t/T1+R2×e-t/T2，其中R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)，t等于將磨料制品應(yīng)用到工件上的時間長度，T1和T2是時間常數(shù)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中該模型表示磨料制品對工件的應(yīng)用力，它是作為將磨料制品應(yīng)用到工件上的目標恒定磨削速率和時間長度的函數(shù)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中該模型表示根據(jù)下面第二個方程的應(yīng)用力(F)F(t)=[RC-IR1e-t/T1+R2e-t/T2-I]×FC,]]>其中RC表示在研磨周期期間的目標恒定的磨削速率，R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)，F(xiàn)C表示用于確定第一方程的充分恒定力，I表示在初始時間T0從第一方程中的截距值。
43.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該機器以充分恒定的磨削速率使用磨料制品來研磨工件超過至少500秒的研磨周期。
44.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該機器以充分恒定的磨削速率使用磨料制品來研磨工件超過至少一個小時的研磨周期。
45.一種包含指令的計算機可讀介質(zhì)，該指令使可編程控制器根據(jù)開環(huán)模型命令機器使用磨料制品來研磨工件，以便實現(xiàn)在研磨周期中磨料制品的充分恒定磨削速率。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的計算機可讀介質(zhì)，其中該指令使控制器根據(jù)一個或多個工藝控制器相對于工件來應(yīng)用磨料制品，并在研磨周期中調(diào)整至少一個工藝控制變量，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的計算機可讀介質(zhì)，其中該指令使控制器調(diào)整至少以下的一個(1)在研磨周期期間磨料制品相對于工件的應(yīng)用力，和(2)在研磨周期期間磨料制品相對于工件的應(yīng)用速度。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的計算機可讀介質(zhì)，其中該指令使控制器根據(jù)一組工藝控制變量值在研磨周期期間來命令機器，這組工藝控制變量值是從磨料制品的磨削速率的數(shù)學模型中計算得到的。
49.根據(jù)權(quán)利要求47的計算機可讀介質(zhì)，其中這組值表示在研磨周期內(nèi)的應(yīng)用力和相關(guān)的時間間隔，該指令使控制器根據(jù)這些值在研磨周期期間來命令機器相對于工件應(yīng)用磨料制品，以便實現(xiàn)充分恒定的磨削速率。
50.根據(jù)權(quán)利要求48的計算機可讀介質(zhì)，其中該指令使控制器接收來自執(zhí)行該模型的計算裝置的值。
51.根據(jù)權(quán)利要求48的計算機可讀介質(zhì)，其中該指令使控制器調(diào)用用于實時計算這些值的模型。
52.一種包含數(shù)據(jù)的計算機可讀介質(zhì)，該數(shù)據(jù)表示為機器使用的開環(huán)模型，用于使用磨料制品來研磨工件，以便實現(xiàn)在研磨周期中磨料制品充分恒定的磨削速率。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的計算機可讀介質(zhì)，其中該模型表示作為時間長度函數(shù)的磨料制品的磨削速率，該磨料制品已經(jīng)以充分恒定的力應(yīng)用到工件。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的計算機可讀介質(zhì)，其中該模型表示作為兩個指數(shù)和的磨削速率。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的計算機可讀介質(zhì)，其中該模型表示根據(jù)下面第一個方程的磨削速率(R)R＝R1×e-t/T1+R2×e-t/T2，其中R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)，t等于將磨料制品應(yīng)用到工件上的時間長度，T1和T2是時間常數(shù)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的計算機可讀介質(zhì)，其中該模型表示磨料制品對工件的應(yīng)用力，它是作為將磨料制品應(yīng)用到工件上的目標恒定磨削速率和時間長度的函數(shù)。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的計算機可讀介質(zhì)，其中該模型表示根據(jù)下面第二個方程的應(yīng)用力(F)F(t)=[RC-IR1e-t/T1+R2e-t/T2-I]×FC,]]>其中RC表示在研磨周期期間目標恒定的磨削速率，R1和R2是根據(jù)磨料制品的初始磨削速率所設(shè)置的常數(shù)，F(xiàn)C表示用于確定第一方程的充分恒定力，I表示在初始時間T0從第一方程中的截距值。
58.一種方法，包括當在研磨周期中應(yīng)用工件類型時，產(chǎn)生一種磨料制品類型的磨削速率的開環(huán)模型，根據(jù)該模型使用該磨料制品類型的磨料制品來研磨該工件類型的工件，以便實現(xiàn)在研磨周期期間從工件中去除的材料量的控制。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的方法，其中研磨工件還包括根據(jù)該模型來研磨工件，來實現(xiàn)在研磨周期期間充分恒定的磨削速率。
60.根據(jù)權(quán)利要求58的方法，其中研磨工件包括根據(jù)該模型來研磨工件，以便在研磨周期期間從工件中去除目標材料量。
61.一種方法，包括當在研磨周期中應(yīng)用工件類型時，產(chǎn)生一種磨料制品類型的磨削速率的開環(huán)模型，根據(jù)該模型使用具有變化時間周期的該磨料制品類型的磨料制品來研磨該工件類型的多個工件，以便去除每個工件中的恒定數(shù)量的材料。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中研磨工件還包括計算時間周期的持續(xù)時間；在相應(yīng)的計算持續(xù)時間將磨料制品應(yīng)用于每個工件。
63.一種方法，包括當應(yīng)用一種類型的工件時收集一種類型磨料制品的研磨性能；根據(jù)收集的研磨性能數(shù)據(jù)來產(chǎn)生作為工藝控制參數(shù)函數(shù)的性能參數(shù)的開環(huán)模型；根據(jù)該模型使用該磨料制品類型的一個或多個磨料制品來研磨該工件類型的一個或多個工件。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中研磨一個或多個工件包括根據(jù)開環(huán)模型使用單個磨料制品來研磨多個工件，以便實現(xiàn)對每個工件充分一致的研磨性能。
65.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中研磨一個或多個工件包括根據(jù)開環(huán)模型使用多個磨料制品來研磨至少一個工件，以便實現(xiàn)對這些工件的充分一致的研磨性能，這些工件是使用多個磨料制品進行研磨。
66.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中理想的研磨性能包括以下中的至少一個磨削速率，從工件中去除的總材料，給予工件的表面光潔度，通過磨料制品實現(xiàn)的工件幾何形狀。
67.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中開環(huán)模型的工藝控制參數(shù)包括以下的至少一個磨料制品的應(yīng)用力，在磨料制品和工件之間的相對速率，保持磨料接觸的時間，和冷卻液流量速率。
68.一種方法，包括當應(yīng)用一種類型的半導體調(diào)節(jié)墊時，產(chǎn)生一種磨料制品類型的性能參數(shù)的開環(huán)模型；使用該調(diào)節(jié)墊類型的調(diào)節(jié)墊來拋光多個半導體晶片；根據(jù)該模型使用該磨料制品類型的磨料制品來重復研磨該調(diào)節(jié)墊，以便在每個研磨期間從墊中去除充分相等的材料量。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中重復研磨調(diào)節(jié)墊包括根據(jù)該模型改變每個研磨的時間周期。
70.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中重復研磨調(diào)節(jié)墊包括根據(jù)該模型在研磨周期期間改變磨料制品的應(yīng)用力。
全文摘要
總的來說，本文敘述的技術(shù)是提供一種在不需要使用研磨制造工藝中的反饋控制的情況下，實現(xiàn)控制性能參數(shù)的研磨制造工藝，該控制性能參數(shù)例如是去除的材料量。例如，系統(tǒng)包括一個使用磨料制品來研磨工件的機器，和一個通過該機器控制磨料制品對工件的應(yīng)用的控制器，以便實現(xiàn)磨料制品充分恒定的磨削速率。該控制器根據(jù)開環(huán)數(shù)學模型控制一個或多個工藝變量，該開環(huán)數(shù)學模型將磨料制品的磨削速率與磨料制品的應(yīng)用力相聯(lián)系，從而實現(xiàn)控制材料的去除。例如，當根據(jù)該模型研磨一個或多個工件時可以實現(xiàn)恒定的磨削速率，并可以去除固定的材料量。
文檔編號B24B37/04GK1744969SQ200380109432
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者格雷·M·帕爾姆格倫 申請人:3M創(chuàng)新有限公司