近年来各类电子产品的需求快速增长,经常出现因为芯片缺货而导致的产能不足的现象。高端芯片的生产受关键技术水平限制良率较低、产能不足。提高芯片产能、满足市场需求,就需要继续推进化学机械抛光这一芯片制造的关键技术的研究。化学机械抛光在如今的芯片制造中扮演的角色越来越重要,表面平坦度的要求随着特征尺寸的缩小而变得越来越高,集成电路的多层结构也使得化学机械抛光在芯片制造中使用的次数大幅增加。有必要进一步研究化学机械抛光技术,探索其加工机理、优化工艺参数、提高加工质量和生产效率。摩擦力作为化学机械抛光表征机械作用大小的关键变量,目前的研究还非常不充分。为了更好地进行摩擦力相关研究,本设计将对化学机械抛光摩擦力在线检测系统进行设计和研究,主要内容如下:为了满足在线检测系统的数据采集对抛光机的性能需求,设计了一台试验用抛光机。对抛光机主体的抛光盘系统、抛光头系统、检测单元和外围附件四部分根据所设定的性能参数进行设计。设计了一种基于直驱电机的运行平稳、结构刚度高的抛光盘系统。设计了一种基于伺服电动缸的压力加载装置,使用PID控制方法实现抛光压力的闭环准确控制。设计了一种加载装置推杆与主轴连接的结构,能够在压力加载时使推杆能够压紧主轴但不随主轴旋转。使用调速电机来驱动抛光头主轴旋转,并可以通过控制器进行转速控制。对摩擦力在线检测系统的硬件进行了设计,针对抛光压力控制系统中伺服电动缸内置压力传感器性能的不足,选用拉压力传感器对其进行改进,能够实现抛光压力从零开始加载。对比了多种测量方案,最后选择使用多维力传感器对摩擦直接进行测量方式,该方式力学模型简单,测量方式直接,不受抛光运动形式的影响。根据传感器测量信号的特点,选择美国国家仪器的NI-USB-6001数据采集卡。该采集卡的输入电压量程、模拟输入端口数量、模数转换分辨率、采样频率等参数都满足传感器信号的采集需求,并且NI-USB-6001数据采集卡在基于虚拟仪器的系统软件设计时,Lab VIEW对其有较好的支持。对摩擦力在线检测系统的软件进行了设计,设计了在线检测系统的登录验证功能,包括前面板设计与程序框图的设计。设计了采集卡配置功能,可以在数据采集系统住界面下进行采集参数的设定。设计了各路信号的采集、处理与显示功能,可以在数据采集系统住界面对各个力信号的波形实时显示。设计了数据记录与保存功能,可以将实时测的数据进行记录并保存为Excel文件。