專利名稱：用于流體動(dòng)力學(xué)地移除研磨下的物質(zhì)及類似物質(zhì)的研磨構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從工件移除物質(zhì)的研磨，且更具體地說，涉及包括根 據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件(fluid-dynamically-designed feature)以有效地 使用設(shè)備的機(jī)械能從工件表面移除(或引導(dǎo))研磨下的物質(zhì)(abraded material )、熱、冷卻液和廢料的研磨。
背景技術(shù)：
在執(zhí)行任何類型的研磨或拋光操作時(shí)，通常產(chǎn)生大量的研磨下的物質(zhì) 并需要將其捕獲以及從工作區(qū)域移除?，F(xiàn)有技術(shù)的研磨磨床(abrasive grinder) —般包括適合于用戶持有的便攜式主體，磨床包括驅(qū)動(dòng)背襯板 (backing plate)的電動(dòng)機(jī)，而背襯板又?jǐn)y帶用于研磨工件表面的研磨構(gòu) 4牛(abrasive component )。研磨4勾4?？刹捎帽P、帶、5支(drum )、 4侖(wheel) 或適合于給定的研磨/拋光操作的任何其它構(gòu)造的形式。
在"真空"類型的磨床中，靠近背襯板和研磨構(gòu)件的罩(shroud)界 定一室，空氣和所夾帶的微粒(entrained particle)經(jīng)過室流動(dòng)到通向聚集 點(diǎn)的出口 。研磨工具和背襯板設(shè)置有孔，在對(duì)齊時(shí)，這些孔形成空氣通路， 以允許應(yīng)用到罩的吸力所吸引的空氣和所夾帶的微粒的流動(dòng)。
基于真空的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的 一個(gè)問題是相對(duì)于小的邊界真空區(qū)域的
5大的研磨區(qū)域和間接路線流動(dòng)(indirect path flow),這導(dǎo)致工件溫度升高 和過程不穩(wěn)定性的增加。在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)研磨盤中熱的產(chǎn)生 尤其成問題，其中工件表面的化學(xué)性質(zhì)將受到局部溫度變化的影響。具有 大的研磨區(qū)域以及高濃度的細(xì)研磨劑的研磨工具(abrasive tool)也典型 地變得載有工件碎屑或屑，從而限制研磨過程的速度，工件被碎屑玷污， 并產(chǎn)生額外的"工件加熱"。
此外，不能可靠控制真空效果，因?yàn)樵谡麄€(gè)研磨表面區(qū)域上的真空必 須充分，以便帶走在研磨任何點(diǎn)處產(chǎn)生的屑(比如，如果斜角研磨，只有 切割的剖面區(qū)域接觸研磨工具)。
具有遍及整個(gè)研磨結(jié)構(gòu)設(shè)置的孔的常規(guī)多孔研磨工具在本領(lǐng)域是眾 所周知的。常規(guī)多孔金屬復(fù)合材料磨輪普遍地通過燒結(jié)松散填充的金屬復(fù) 合材料、或通過把空心玻璃和陶瓷球添加到復(fù)合材料形成。然而，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，這種研磨中難以控制孔的大小和形狀，且如果使用空心球，很難阻止 在制造或使用期間壓碎球。雖然這些多孔研磨工具能夠俘獲移除的碎屑， 但是它們沒有用于從工具自身清理碎屑的任何類型的通道或^各徑。因此， 需要附加機(jī)構(gòu)來從工件和研磨工具之間的界面移除研磨下的物質(zhì)，否貝'J, 可能發(fā)生一樣的堵塞、沾污和過熱。
從各種類型的研磨/拋光操作移除和收集碎屑也可能出現(xiàn)各種健康和 /或環(huán)境問題。例如，移除石棉、涂料、硅石、纖維復(fù)合材料和類似物需 要小心控制，以將可吸入、釋放到環(huán)境或變得再結(jié)合到工件內(nèi)的任何可空 氣傳播的污染物的產(chǎn)生最小化。
因此，需要一種在研磨過程期間將物質(zhì)(即，冷卻液、空氣)有效移 動(dòng)到工件并從工件移除物質(zhì)(即，熱、碎屑)的研磨構(gòu)造。
發(fā)明概述
現(xiàn)有技術(shù)中保留的需要由本發(fā)明解決，本發(fā)明涉及用于從工件移除物 質(zhì)的研磨，且更具體地說，涉及包括根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件的研磨， 所述部件配置為從工件表面有效移除研磨下的物質(zhì)和廢料。依照本發(fā)明，
6穿過部件的流的方向也可反向(即，朝向工件)，以提供清洗流體、冷卻 液、操作助劑和類似物的引入。
依照本發(fā)明，研磨構(gòu)件(和/或背襯板)形成為包括根據(jù)流體動(dòng)力學(xué) 設(shè)計(jì)的部件，所述部件造成將表面物質(zhì)(包括冷卻液或其它處理耗材)和 生成的碎屑(不同地稱為"屑"， 一般意思是由研磨工具移除的任何物質(zhì)) 拉離研磨表面的氣流流動(dòng)/壓力差。形成在研磨工具內(nèi)的各種其它部件可 特別設(shè)計(jì)為將物質(zhì)引入到工件表面上。研磨構(gòu)件自身可采取盤、帶、鼓、 輪或任何其它合適設(shè)計(jì)的形式。根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件包括例如孔、
翼(airfoil )、風(fēng)機(jī)葉片(blower vane)和類似的元件。
本發(fā)明的流體動(dòng)力學(xué)的研磨的流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，所產(chǎn)生的流 動(dòng)特性被用來控制環(huán)境特性，例如工件表面的速率、壓力、密度(包括研 磨顆粒密度)、化學(xué)性質(zhì)、清潔度和溫度。所包含的部件單獨(dú)作用移除局 部碎屑，同時(shí)整體全局作用管理整個(gè)工件和研磨工具表面的環(huán)境條件。通 過在研磨過程的副產(chǎn)物(機(jī)械的、化學(xué)的、熱等等)能與工件(或研磨工 具)相互作用之前將其移除，顯著減少了工件污染(或研磨工具堵塞/阻 塞)的機(jī)會(huì)。同樣如以上提到的，常規(guī)研磨過程在工件區(qū)域生成熱。通過 本發(fā)明的流體動(dòng)力學(xué)的研磨工具降低溫度的能力阻止物質(zhì)過熱。
與流體動(dòng)力研磨相關(guān)聯(lián)的孔和關(guān)聯(lián)的壓力差也允許在接觸區(qū)域上產(chǎn) 生更均勻的流動(dòng)以及對(duì)工件/研磨界面的局部控制(平衡廢料污染和研磨 接觸區(qū)域)。大量孔的使用允許研磨以齒狀切削工具的方式作用，從而生 成最小碎屑大小的屑，同時(shí)最大化"切削工具"清除率。特別地，孔尺寸 和構(gòu)造設(shè)計(jì)成，以有限粒度/分辨度產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的流動(dòng)模式以及宏觀渦流 (macroscopic vortice )或'J匚集；咼i^ ( collected vortice ):以4吏石,屑在1"尤選 方向從表面移動(dòng)(比如，從盤/鼓/輪的邊緣流動(dòng)到中心，從中心到邊緣， 圍繞盤徑向流動(dòng)，在研磨帶上的上升流動(dòng)等等)。背襯板可配置為包括多 個(gè)收集通道(containment channel)以平衡從研磨元件的中心到其外部邊 界的廢物和/或冷卻液流。
有利地，所討論的結(jié)合了各種流體動(dòng)力學(xué)原理的研磨構(gòu)件的獨(dú)特構(gòu)造 提供如下特征整個(gè)過程比現(xiàn)有技術(shù)布置"更清潔"，這是因?yàn)檠心プ陨淼某掷m(xù)運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng))造成從表面移除碎屑的"拉力"而不允許碎屑
重新進(jìn)入或"堵塞"工作區(qū)域或研磨表面；整個(gè)過程"更冷"，這是因?yàn)?相同增加的氣流也起作用來移除產(chǎn)生的熱；從提供相同研磨功能以及在整 個(gè)工件表面上的平衡冷卻(不管工件和研磨工具之間接觸的程度)方面來 說，整個(gè)過程是"均勻的"，使得不允許廢料或副產(chǎn)物與剛暴露的表面相 互作用、損害或污染；整個(gè)過程比需要利用并維護(hù)單獨(dú)的真空源的現(xiàn)有4支 術(shù)系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)；以及整個(gè)過程提供更高質(zhì)量的結(jié)果，因?yàn)槿魏螡撛诘奈廴?立即并不斷地從工作區(qū)域移除，從而顯著減少任何潛在的環(huán)境問題、健康 問題或工作產(chǎn)品污染問題。
在以下討論過程期間并參考附圖，本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)以及 特征將變得明顯。
附圖簡述
現(xiàn)參考附圖，


圖1示出了包括研磨盤和用于從工作區(qū)域移除碎屑的真空系統(tǒng)的現(xiàn) 有技術(shù)工具；
圖2是用于化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)調(diào)節(jié)頭 (conditioning head )的側(cè)視圖，示出包括在調(diào)節(jié)頭里的有孔研磨盤；
圖3是圖2布置的一部分的分解圖，特別示出了調(diào)節(jié)頭的葉輪和有孔 研磨盤構(gòu)件；
圖4是依照本發(fā)明形成的一種示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的研磨 盤的頂視圖5示出本發(fā)明的可選實(shí)施方式，其中研磨盤內(nèi)的孔的幾何形狀自身 配置為提供碎屑移除的流體動(dòng)力學(xué)改進(jìn)；
圖6顯示本發(fā)明的又一實(shí)施方式，其中盤的孔傾斜以造成期望的壓力 差和方向分力；
圖7示出本發(fā)明的另一基于流體動(dòng)力學(xué)的研磨盤設(shè)計(jì)；圖8包含依照本發(fā)明形成的又一基于流體動(dòng)力學(xué)的研磨盤構(gòu)造的說
明；
圖9包含供依照本發(fā)明的研磨盤使用的示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè) 計(jì)的葉輪(背襯板)的等軸側(cè)透視圖IO示出可選的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的葉輪構(gòu)造；
圖11示出依照本發(fā)明形成的示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的研磨
帶；
圖12示出依照本發(fā)明形成的示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的研磨 鼓；以及
圖13示出依照本發(fā)明形成的示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的研磨
輪。 詳述
希望在多種應(yīng)用中找到本發(fā)明的基于流體動(dòng)力學(xué)的研磨構(gòu)件的使用， 其中以下討論中提到的任何明確的應(yīng)用希望僅僅提供本發(fā)明的研磨構(gòu)件 的各種特征的完整說明。實(shí)際上，在多種重型工業(yè)和/或商業(yè)應(yīng)用中，研 磨用于磨光/拋光許多不同的表面(金屬、玻璃、陶瓷及類似物)。在工業(yè) 應(yīng)用中，典型地在1750-3200 rpm范圍的速度下驅(qū)動(dòng)研磨。產(chǎn)生的屑將跟 隨研磨砂礫碰撞的路徑。其它應(yīng)用可利用更高速度的研磨或更低速度的研 磨。例如，在半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用中，當(dāng)拋光/處理半導(dǎo)體晶片的表面，特別 是在調(diào)節(jié)用于執(zhí)行拋光操作的拋光墊時(shí)，通常使用更低速度的研磨。與應(yīng) 用無關(guān)，不認(rèn)為所討論的研磨工具的構(gòu)造依賴于它的使用領(lǐng)域。而是，研 磨工具的流體動(dòng)力學(xué)特性特別被設(shè)計(jì)用于工作速度、流體特性(粘性、體 積、收集、升高、流動(dòng)方向、壓力等等)及類似特性。
在描述本發(fā)明的研磨工具的細(xì)節(jié)之前，將描述常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)研磨盤 的概況，以便提供充足的知識(shí)基礎(chǔ)來獲得對(duì)本發(fā)明特征的最佳理解。
圖1是示例性的現(xiàn)有技術(shù)砂磨頭(sanding head) 1的側(cè)面剖視圖，示
9例性的現(xiàn)有技術(shù)砂磨頭需要使用分開的獨(dú)立真空系統(tǒng)(未顯示)來從正在
砂磨的工件表面移除碎屑。J少磨頭l包括軸2，軸2可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼3 內(nèi)并可機(jī)械地連接到電鉆(未顯示)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。軸2還在一端連接到 背村板4。如已知的，背村板4在其中心具有中空?qǐng)A柱元件5,中空?qǐng)A柱 元件5在其下端由端壁6閉合。研磨盤7以允許研磨盤7旋轉(zhuǎn)和執(zhí)行砂磨 搡作的方式連接到軸2。真空應(yīng)用到真空端口8，于是允許砂磨碎屑在研 磨盤7的邊界周圍拉起，穿過砂磨頭1的內(nèi)室9，然后穿過真空端口8并 進(jìn)入?yún)R集單元(未顯示)。特別是，由研磨盤7產(chǎn)生的碎屑由離心力被射 向盤7的邊界。如圖1中的箭頭所示，沿著邊界的真空碎屑然后被向上抽 到內(nèi)室9內(nèi)并穿過端口 8到達(dá)分離的真空系統(tǒng)。
然而，這種布置的一個(gè)問題是，碎屑的移除依賴于分離的真空系統(tǒng)捕 獲所有已經(jīng)移動(dòng)到盤邊界的物質(zhì)。明顯地， 一些碎屑將總是留在研磨盤的 中心部分。同樣，如以上提到的，這種方法在維持小于全面的研磨接觸(即， 邊緣研磨)和僅在盤的邊界形成真空流動(dòng)的情形也存在問題。
雖然圖1的現(xiàn)有技術(shù)布置顯示了用于許多不同應(yīng)用的常規(guī)砂磨頭，但 是也有如以上提到的需要使用研磨的操作，例如玻璃的精拋光、半導(dǎo)體晶 片的平坦化以及甚至更具體地用于平坦半導(dǎo)體晶片的物質(zhì)的拋光墊表面 的再調(diào)節(jié)的專門應(yīng)用。如本領(lǐng)域眾所周知的，化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP) 系統(tǒng)使用研磨盤從拋光墊的表面移除匯集的碎屑和平坦化流體(稱為"調(diào) 節(jié)"過程)。圖2是示例性的現(xiàn)有技術(shù)CMP調(diào)節(jié)頭20的側(cè)面剖視圖，而 圖3包含調(diào)節(jié)頭20內(nèi)某些有關(guān)元件的分解圖。2003年1月21日發(fā)布給 本申請(qǐng)受讓人的美國專利6,508,697包含這種調(diào)節(jié)布置的全部描述，并且 該專利在這里通過引用并入。
為了理解本發(fā)明的基于流體動(dòng)力學(xué)的研磨工具的益處，將簡要描述調(diào) 節(jié)頭20涉及其研磨盤的方面。參考圖2和圖3，現(xiàn)有技術(shù)調(diào)節(jié)頭20包括 外部殼體22，外部殼體22包括用于將調(diào)節(jié)/清洗劑分配到拋光墊26上的 入口端口 24和一真空出口端口 28。研磨調(diào)節(jié)盤30布置在調(diào)節(jié)頭20底部， 并起作用貼著拋光墊26的表面旋轉(zhuǎn)，從而充分研磨該表面以移除任何嵌 入的微粒。如在以上引用的專利里充分描述的，研磨調(diào)節(jié)盤30包括在整個(gè)表面上形成的多個(gè)孔32。圖3的分解圖最佳示出了孔32的布置和大小。 在這個(gè)具體實(shí)施方式
中，葉4侖34布置在研磨盤30和外部殼體22之間， 其中葉輪34用于為研磨盤30提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
如圖2中的箭頭所示的，真空力通過端口 28的應(yīng)用允許去除的碎屑 和其它流出的物質(zhì)脫離拋光墊26,穿過研磨盤30的孔32并沿葉輪34的 葉片36進(jìn)到真空端口 28內(nèi)。葉輪葉片36的作用是把真空分段。這改進(jìn) 局部壓力和流出物的相應(yīng)移除，且在一些實(shí)施方式中，也可包括用于分配 調(diào)節(jié)物質(zhì)或疏散碎屑(或兩者皆可)的孔。雖然使用有孔研磨盤在改進(jìn)從 墊的表面移除流出物是成功的，但是期望流動(dòng)效率、收集和局部接觸清洗 能力(即，剛超過墊12的邊緣，真空力將破壞)的改進(jìn)。
通過將流體動(dòng)力學(xué)因素結(jié)合到有孔研磨構(gòu)件(如，盤、帶、鼓、輪或 類似部件)的構(gòu)造，如下面描述的，本發(fā)明的各種實(shí)施方式將造成極為局 部的壓力差(即，孔區(qū)域的壓力差，也不同地稱為"文氏管")，其幫助或 代替真空移除才喿作、平衡徑向上的流并朝邊界引導(dǎo)流，因此改進(jìn)研磨性能。 實(shí)際上，流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)在任何研磨應(yīng)用中，從工業(yè)上重型研磨任務(wù)到半 導(dǎo)體工業(yè)的拋光墊的才及其專業(yè)的墊調(diào)節(jié)都是有用的。
圖4是依照本發(fā)明形成的一種示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的研磨 盤100的頂^L圖。與以上描述的研磨盤20類似，基于流體動(dòng)力學(xué)的研磨 盤100包括遍及研磨盤形成的多個(gè)孔110,以允許從工件表面(未顯示) 拉離研磨碎屑。依照本發(fā)明的流體動(dòng)力學(xué)原理，多個(gè)風(fēng)機(jī)葉片120布置在 盤100的外部邊界周圍，如圖4所示。在每對(duì)鄰近的風(fēng)機(jī)葉片之間形成真 空出口通道130。因此，當(dāng)研磨盤IOO旋轉(zhuǎn)時(shí)(圖4中由標(biāo)為"R"的箭 頭示出)，風(fēng)機(jī)葉片120的存在引起研磨盤IOO的表面上的壓力差。就是 說，盤IOO的中心區(qū)域的壓力大于盤100的邊界周圍的壓力，從而促使疏 散的碎屑進(jìn)入真空出口通道130內(nèi)。在這個(gè)具體實(shí)施方式
中，孔110的構(gòu) 造保持與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中的那些類似。更一般地，可以想象本發(fā)明該實(shí)施 方式的這種流體動(dòng)力學(xué)的研磨盤可利用更少的孔(或不同大小的孔-朝著 中心變小，以根據(jù)旋轉(zhuǎn)平衡流動(dòng)和研磨微粒接合)，依賴于由風(fēng)機(jī)葉片120 引起的壓力差，以將碎屑從工件表面移動(dòng)到通道130內(nèi)。
ii應(yīng)理解，多種不同因素與確定由本發(fā)明的流體動(dòng)力研磨引起的壓力差 有關(guān)。 一些因素包括但不限于，研磨工具的轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)速度、風(fēng)機(jī)葉片/翼 的大小、形狀和數(shù)量、風(fēng)機(jī)葉片/翼在研磨工具上的分布、出口通道的大 小和數(shù)量以及類似因素。當(dāng)執(zhí)行用于具體目的的本發(fā)明流體動(dòng)力研磨時(shí)，
可考慮這些因素(和其它的)中的一些或全部。進(jìn)一步，本發(fā)明的研磨工 具可形成為只包括研磨物質(zhì)的表面層或貫穿鑄件或燒結(jié)研磨物質(zhì)的研磨
的分布式體積(distributed volume )。在只使用表面研磨層的這些布置中， 基于流體動(dòng)力學(xué)的屬性形成為研磨層所粘附的"底部件(substrate)"或 背襯板的部分。
如圖4所示且更具體地結(jié)合其余的圖所描述的，本發(fā)明的基于流體動(dòng) 力學(xué)的研磨工具的作用是增加從工件表面移除的廢料的量，并還提供從工 作區(qū)域移除熱的附加益處。特別地，通過將流體動(dòng)力學(xué)原理結(jié)合到有孔研 磨工具的構(gòu)造，可造成不同類型的引導(dǎo)流。就是說，研磨孔可配置為使流 向上遠(yuǎn)離工作區(qū)域(提升)，在研磨工具和工件之間(齊平)，或從中心到 盤/鼓/輪的邊緣引導(dǎo)，或反之亦然(徑向)。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的布置，孔也 可配置為改進(jìn)研磨下的物質(zhì)從研磨的中心部分的疏散，因此改進(jìn)研磨工件 表面以及研磨工具自身的清潔，并有助于從另外的未受控制的廢料分散匯 集/收集。
圖5示出本發(fā)明的可選的盤的實(shí)施方式，其中研磨盤內(nèi)孔的幾何形狀 特別配置為提供碎屑移除的改進(jìn)。在圖5的側(cè)面剖視圖中，示例性的流體 動(dòng)力學(xué)的研磨盤200顯示為包括多個(gè)孔210。依照本發(fā)明的這種實(shí)施方式， 每個(gè)孔210從沿研磨盤200的底面230的第一直徑Dl向外漸變到沿研磨 盤200的頂面240的第二更大的直徑D2。依照本發(fā)明，當(dāng)盤200的旋轉(zhuǎn) 時(shí)，有錐度的孔(從D1增加到D2)造成逆壓力梯度(再次，梯度值隨 例如錐度設(shè)計(jì)、盤旋轉(zhuǎn)速度等因素而變)。這個(gè)壓力梯度由圖5中的參考 +P和-P示出，其在每個(gè)孔210的局部產(chǎn)生，因此為微粒輸送(particle entrainment)提供瞬時(shí)偏置力。
各個(gè)局部文氏管將促使從正在研磨的工件(未顯示)的中心部分移除 的碎屑向上，經(jīng)過并朝研磨盤的邊界向外，其后進(jìn)入廢料流。通過利用本發(fā)明的流體動(dòng)力學(xué)配置的孔，在與標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)比較時(shí)，移除碎屑
的過程顯著加速；實(shí)際上，聚集的氣流可足以消除外部真空源的需要。由
于壓力差是局部的，因此移除的力和效能不受工件大小或研磨接觸區(qū)域的
影響。例如，在CMP墊調(diào)節(jié)領(lǐng)域，使用局部文氏管單獨(dú)補(bǔ)足應(yīng)用的流， 并允許隨著研磨工具向外移動(dòng)越過拋光墊的邊界(在過去，這種情形造成 應(yīng)用的真空力"中斷，，并允許碎屑保留在墊的邊界區(qū)域)而維持足夠的真 空。通過在進(jìn)行研磨的部位使壓力差局部化并將其保持在背襯板內(nèi)，能因 此用更加可預(yù)測(cè)的方式引導(dǎo)屑。從機(jī)械的觀點(diǎn)，在允許局部引入冷卻液、 移除熱以及控制卩I入和移除元件的流方向的能力方面，產(chǎn)生的流動(dòng)的局部 方面也是有用的。
代替形成錐度幾何形狀的孔，多個(gè)孔可自身傾斜來形成類似的壓力 差，如圖6實(shí)施方式所示。在這種情況，流體動(dòng)力學(xué)配置的研磨盤300 包括多個(gè)孔310。每個(gè)孔310具有本質(zhì)上相同的直徑D，如沿著研磨盤300 的底面320和頂面330示出的。然而，顯示的孔傾斜成預(yù)先確定的角度6 ， 其中有角度的布置將造成期望的壓力差或在預(yù)先確定的徑向位置施加預(yù) 先確定方向的力矢量。
本發(fā)明的范圍意圖覆蓋研磨構(gòu)件內(nèi)的部件的任何流體動(dòng)力學(xué)配置的 布置。圖7和圖8示出更多的兩種示例性布置，也以研磨盤的形式顯示。 圖7示出流體動(dòng)力學(xué)的研磨盤400，其中每個(gè)孔410形成為包括穿過盤400 的某一預(yù)先確定的厚度的第一直徑dl,并且其后如開口 420所示向外漸 變到最終直徑d2。所得到的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)漏斗狀構(gòu)造。再次，從dl到d2的 直徑差異將提供足以促使碎屑向上并遠(yuǎn)離工件表面的壓力差(文氏管作 用)?？撞恍枰ň€性側(cè)壁，如圖8實(shí)施方式所示，其中流體動(dòng)力學(xué)的 研磨盤500包括具有彎曲或"翼"形狀的側(cè)壁520的孔510。如以上描述 的，研磨盤500的旋轉(zhuǎn)將物質(zhì)從工件表面拉出并進(jìn)入?yún)R集系統(tǒng)(未顯示)。
在利用與研磨盤結(jié)合的葉輪(或背襯板)的布置中，葉輪葉片自身可 配置為改進(jìn)碎屑從工件表面到廢料系統(tǒng)的流動(dòng)?？梢詫⒀心ケP和葉輪設(shè)計(jì) 為展現(xiàn)流體動(dòng)力學(xué)屬性，或可選地，這樣設(shè)計(jì)一個(gè)或其它構(gòu)件。實(shí)際上， 通過將流體動(dòng)力學(xué)的部件結(jié)合到葉輪設(shè)計(jì)，可獲得附加益處。例如，氣體運(yùn)動(dòng)的作用是冷卻研磨的工件表面(因此防止過熱)。此外，借助于特定 的葉輪構(gòu)造，在工件表面上的清洗材料的應(yīng)用(結(jié)合研磨過程)將相當(dāng)?shù)?更均勻。此外，葉輪可被設(shè)計(jì)為收集移除的廢料或可選地將"冷卻液"泵 回到工件內(nèi)，以獲得附加的工藝益處。
圖9包含形成為包括多個(gè)葉輪葉片610的示例性流體動(dòng)力學(xué)的葉輪 600的等軸側(cè)透視圖。依照本發(fā)明，每個(gè)葉片610被具體設(shè)計(jì)為呈現(xiàn)翼狀 結(jié)構(gòu)(即，從葉輪盤630的外部邊界620朝著葉輪盤630的中心區(qū)域640 向內(nèi)彎曲漸變)。所示方式的葉片610的曲率將改進(jìn)壓力平衡和碎屑從工 件表面向關(guān)聯(lián)的出口端口的流動(dòng)。可選的葉輪構(gòu)造顯示在圖10中，葉片 輪廓的二維更改(對(duì)比圖3顯示的現(xiàn)有技術(shù)葉片)將對(duì)碎屑物質(zhì)從工件表 面移動(dòng)提供基于流體動(dòng)力學(xué)的改進(jìn)。在這個(gè)布置中，葉輪700包括布置為 "風(fēng)車"構(gòu)造類型的一組葉輪葉片710,使得當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，造成的壓力 差將使碎屑移動(dòng)到系統(tǒng)邊界。
雖然迄今討論的本發(fā)明的實(shí)施方式已經(jīng)示出了流體動(dòng)力學(xué)的研磨盤 的形成，但是應(yīng)理解，研磨盤也可采取帶、鼓、輪或適合特定目的的任何 其它的研磨構(gòu)造的形式。圖11示出示例性的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的研磨 帶磨床800，包括關(guān)于正在關(guān)于研磨的工件的線性方向移動(dòng)的帶810，這 個(gè)平移運(yùn)動(dòng)用圖11的箭頭L示出。多個(gè)孔820形成在帶810內(nèi)，造成帶 810的底面830和頂面840之間的壓力差，從而將屑向上引導(dǎo)并遠(yuǎn)離工件 (提升力)。其后，屑被拉動(dòng)通過充真空系統(tǒng)(vacuum plenum ) 850內(nèi)的 孔845，并最終被引導(dǎo)到收集容器(未顯示)內(nèi)。重要的是，圖11的流 體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的布置將基本上從工件抽出所有的屑/碎屑。如以上提到的， 正在研磨的工件包括有害物質(zhì)而該有害物質(zhì)將被引入到廢流中的情形是
很多的。依照本發(fā)明的研磨工具的流體動(dòng)力學(xué)方面提供對(duì)這種物質(zhì)的有效 且完全收集的能力極大減少了環(huán)境污染、被工人吸入和/或該物質(zhì)再結(jié)合 到工件的可能。
圖12示出本發(fā)明的示例性的研磨鼓的實(shí)施方式。如顯示的，鼓900 形成為至少包括研磨物質(zhì)的外表面910 (可選地，砂?？纱┻^鼓的厚度t 布置)，且穿過那里形成有多個(gè)孔920?？椎臄?shù)量和構(gòu)造被認(rèn)為是設(shè)計(jì)選
14擇的問題。依照本發(fā)明，多個(gè)翼930按圖12顯示的方式布置在內(nèi)表面940 上。當(dāng)鼓900旋轉(zhuǎn)(用圖12箭頭r顯示)時(shí)，翼的存在將研磨過程產(chǎn)生 的任何屑拉動(dòng)過孔920并朝著鼓900的中心950運(yùn)動(dòng)。然后，可使用中心 真空附加裝置(未顯示)移除夾帶的屑。
圖13顯示了本發(fā)明的又一實(shí)施方式，在這種情形為具有研磨外表面 1100的研磨輪1000的形式。研磨輪1000顯示為具有厚度T，且穿過其 厚度形成有多個(gè)孔1200。多個(gè)翼1300圍繞輪1000的內(nèi)邊界1400布置。 當(dāng)輪1000旋轉(zhuǎn)時(shí)，孔1200和翼1300的組合將屑朝輪1000的中心拉。在 這個(gè)具體實(shí)施方式
中，包括收集罩(containment shroud) 1500，并且其布 置在輪1000的中心部分周圍以匯集屑。
已經(jīng)以此方式描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可對(duì)具體描述的實(shí)施方式進(jìn)行許多其它變化、變更、更改和改進(jìn)。旨在 這種變化、變更、更改和改進(jìn)是本公開內(nèi)容的一部分，并因此還旨在是本 發(fā)明的一部分。因此，前述的描述和附圖僅僅作為舉例，且本發(fā)明的范圍 更確切地由隨附的權(quán)利要求界定。
權(quán)利要求
1.一種研磨工具，其包括根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件以改進(jìn)從工件移除廢料，所述研磨工具包括底部件，其具有工作表面和背襯表面，其中至少所述工作表面具有研磨組分的涂層；以及形成在所述底部件上或穿過所述底部件形成的多個(gè)部件，其中所述多個(gè)部件配置為在研磨過程期間，在所述底部件的工作表面和背襯表面之間造成壓力差。
2. 如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其中所述底部件包括圓盤，而所 述多個(gè)部件包括連接到所述底部件工作表面并從其向下布置的多個(gè)風(fēng)機(jī) 葉片，所述多個(gè)風(fēng)機(jī)葉片用于在所述研磨工具旋轉(zhuǎn)時(shí)將被導(dǎo)引的廢料引導(dǎo) 到所述圓盤底部件的邊界。
3. 如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其中所述多個(gè)部件包括穿過所述 底部件的厚度形成的多個(gè)孔。
4. 如權(quán)利要求3所述的研磨工具，其中所述多個(gè)孔中的至少一些形 成為包括小于相關(guān)聯(lián)的背襯表面直徑的工作表面直徑，從而在使用所述研 磨工具時(shí)造成壓力差。
5. 如權(quán)利要求4所述的研磨工具，其中所述多個(gè)孔中的所述至少一 些的側(cè)壁形成為包括曲面。
6. 如權(quán)利要求3所述的研磨工具，其中所述多個(gè)孔中的至少一個(gè)關(guān) 于所述底部件的厚度傾斜，當(dāng)使用所述研磨工具時(shí)，傾斜的孔造成壓力差。
7. 如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其中所述底部件包括線性帶。
8. 如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其中所述底部件包括鼓構(gòu)件。
9. 如權(quán)利要求8所述的研磨工具，其中所述底部件包括穿過其形成 的多個(gè)孔和布置在其內(nèi)周邊上的多個(gè)翼，以在所述鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)造成所期望的 壓力差。
10. 如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其中所述底部件包括輪構(gòu)件。
11. 如權(quán)利要求10所述的研磨工具，其中所述底部件包括穿過其形 成的多個(gè)孔和布置在其內(nèi)周邊上的多個(gè)翼，以在所述輪旋轉(zhuǎn)時(shí)造成所期望 的壓力差。
12. —種研磨系統(tǒng)，其包括研磨構(gòu)件，其具有工作表面和背襯表面，至少所述工作表面具有研磨 組分的涂層；多個(gè)孔，其穿過所述研磨構(gòu)件的厚度形成；以及葉輪，其連接到所述研磨構(gòu)件，用于對(duì)所述研磨構(gòu)件施加運(yùn)動(dòng)，所述 葉輪包括連接到所述研磨構(gòu)件的背襯表面的多個(gè)分隔開的葉輪葉片，其中 所述多個(gè)孔和/或所述多個(gè)分隔開的葉輪葉片配置為在所述研磨盤運(yùn)動(dòng)時(shí) 在所述研磨構(gòu)件的工作表面和背襯表面之間造成壓力差。
13. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述葉輪葉片配置為呈現(xiàn) 翼型幾何形狀，用于在運(yùn)動(dòng)時(shí)在所述研磨構(gòu)件的工作表面和背襯表面之間 造成壓力差。
14. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述葉輪葉片配置為呈現(xiàn) 翼型幾何形狀，用于在使用期間從所述研磨構(gòu)件除去熱。
15. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述葉輪葉片配置為呈現(xiàn) 風(fēng)車狀結(jié)構(gòu)，用于在運(yùn)動(dòng)時(shí)在所述研磨構(gòu)件的工作表面和背襯表面之間造成壓力差。
16. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述葉輪葉片配置為呈現(xiàn) 風(fēng)車狀結(jié)構(gòu)，用于在使用期間從所述研磨構(gòu)件除去熱。
17. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述多個(gè)孔中的至少一個(gè) 形成為包括小于相關(guān)聯(lián)的背襯表面直徑的工作表面直徑，從而在所述研磨 盤運(yùn)動(dòng)時(shí)造成壓力差。
18. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述多個(gè)孔中的至少一個(gè) 的側(cè)壁形成為包括至少一個(gè)曲面。
19. 如權(quán)利要求12所述的研磨系統(tǒng)，其中所述多個(gè)孔中的至少一些 關(guān)于所述研磨構(gòu)件的厚度傾斜，當(dāng)所述研磨構(gòu)件移動(dòng)時(shí)，傾斜造成壓力差。
20. —種研磨工具，其包括根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件以收集來自工件的廢料，所述研磨工具包括底部件，其具有工作表面和背襯表面，其中至少所述工作表面具有研磨組分的涂層；形成在所述底部件上或穿過所述底部件形成的多個(gè)部件，其中所述多 個(gè)部件配置為在研磨過程期間在所述底部件的工作表面和背襯表面之間 造成壓力差，以便從工件拉離廢料；以及收集通道，其連接到所述底部件以隔離的方式收集移除的廢料，使得 防止廢料再進(jìn)入到所述工件上。
全文摘要
一種用來從工件移除物質(zhì)的研磨工具，形成為包括被配置為從工件表面有效移除研磨下的物質(zhì)和廢料的根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件(孔、翼)。研磨構(gòu)件(和/或背襯板)形成為包括根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的部件，其造成將產(chǎn)生的碎屑(不同地稱為“屑”，一般意味著由研磨工具移除的任何物質(zhì))拉離研磨表面的氣流流動(dòng)/壓力差。
文檔編號(hào)B24B7/00GK101568406SQ200780046007
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者斯蒂文·J·貝納 申請(qǐng)人:Tbw工業(yè)有限公司