CN103648666A - 用于聚乙烯醇海绵刷的刷心轴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于清洁基材的清洁设备。所述清洁设备包括基本为圆柱形的刷心轴和圆柱形刷。刷心轴具有其外表面围绕中心轴定位的主体部分。外表面被接合元件截断，所述接合元件具有靠近次要特征的主要特征。刷子具有围绕刷心轴成形的中空腔，其内表面被跟第一接合元件相配合的第二接合元件截断。主要特征基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形并且包括基本上垂直于外表面的第一面。次要特征包括基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面。主要特征不包括成形在任何次要特征上的径向阻挡特征。
Description
相关申请的交叉引用
本申请以2011年6月8日向美国专利商标局提交的申请号为61/494,786且发明名称为“用于聚乙烯醇海绵刷的刷芯(BRUSH CORE FORPVA SPONGE BRUSH)”的美国临时专利申请为基础并且要求其优先权的权益，因此在法律允许的范围内通过全文引用而将其内容并入。
本申请以2011年6月8日向美国专利商标局提交的申请号为29/393,743且发明名称为“用于聚乙烯醇海绵刷的刷芯(BRUSH CORE FORPVA SPONGE BRUSH)”的美国设计专利申请为基础并且要求其优先权的权益，因此在法律允许的范围内通过全文引用而将其内容并入本文。
技术领域
本发明主要涉及用于清洁物品的过程和设备。更具体地，本发明涉及一种用于固定清洁半导体基材所用刷子的刷心轴。
背景技术
铸铁圆柱形聚乙烯醇刷通常在自动清洁系统内用于提供CMP(化学机械平坦化)后处理过程来有效地清洁基材表面例如半导体晶圆或其他的圆盘形基材。铸铁圆柱形聚乙烯醇刷在清洁系统内还用于在平板显示器制造、玻璃生产和印刷电路板组装中清洁和干燥玻璃以及其他的非圆盘形基材。圆柱形刷优选地具有例如短至50毫米或者长达10米的长度。
在清洁过程中，圆柱形刷位于中央刷心轴上并由其驱动。在圆柱形刷和中央刷心轴之间需要有准确且稳定的连接。圆柱形刷在其外表面上可设有结节以帮助清洁基材。
圆柱形刷应该准确地绕其轴旋转并且在其有效期内提供基本为圆柱形的表面和基本稳定的结节压力模式以在最短的时间内对基材表面损伤最小地确定整个基材表面的最佳清洁效果。
在某些情况下，圆柱形刷是围绕中央刷心轴成形。例如可以将刷心轴放置在模具内并将例如聚乙烯醇等化学制品的混合物注入模具内以围绕中央刷心轴制成圆柱形刷。参照图1A和图1B，在现有的刷心轴设计中，刷心轴30可以包括成形在刷心轴30的外表面54上的多个异形的角落、裂纹和裂缝52以更好地接合和固定圆柱形刷。由于圆柱形刷110是围绕刷心轴30成形，因此在圆柱形刷110成形时气泡可能会被截留在裂缝52内并且滞留在裂缝52内或者上升并且被截留在圆柱形刷110中。截留的气泡在圆柱形刷110内形成缺陷从而妨碍圆柱形刷110实现设计效果。
另外，有时在圆柱形刷的使用期内，刷子通常会由于在刷心轴上局部滑动而表现出轴向或旋转移动的趋势，并且这将被视为性能不理想。因此，希望拥有一种刷心轴，所述刷心轴能够在圆柱形刷和中央刷心轴之间提供准确且稳定的连接并且能够避免气泡形成或者被截留在圆柱形刷内。
发明内容
在一种应用中，提供了一种用于清洁基材的清洁设备。所述清洁设备包括但不限于基本为圆柱形的刷心轴和圆柱形刷。刷心轴具有其外表面围绕中心轴定位的主体部分。外表面被第一接合元件截断，所述第一接合元件具有靠近次要特征的主要特征。圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔。中空腔具有被第二接合元件截断的内表面，所述第二接合元件跟刷心轴的第一接合元件相配合并围绕第一接合元件。主要特征是基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形的第一面，目的是为了阻止圆柱形刷相对于刷心轴的旋转移动。次要特征是基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面。第二面具有比较靠近中心轴的第一部分以及比第一部分更远离中心轴的第二部分，目的是为了阻止圆柱形刷相对于刷心轴的轴向移动。
在一种应用中，提供了一种用于清洁基材的清洁设备。所述清洁设备包括但不限于基本为圆柱形的刷心轴和圆柱形刷。刷心轴具有其外表面围绕中心轴对称定位的主体部分。外表面被接合元件截断，所述接合元件具有靠近次要特征的主要特征。圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔。中空腔具有被第二接合元件截断的内表面，所述第二接合元件跟刷心轴的第一接合元件相配合并围绕第一接合元件。主要特征基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形并且包括基本上垂直于外表面的第一面。次要特征包括基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面。主要特征不包括成形在任何次要特征上的径向阻挡特征。
在一种应用中，提供了一种用于清洁基材的方法。所述方法包括但不限于接合基材与清洁设备，所述清洁设备具有基本为圆柱形的刷子，所述圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔，所述刷心轴具有包围中心轴的外表面。外表面被第一接合元件截断，所述第一接合元件具有靠近次要特征的主要特征。圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔。中空腔具有被第二接合元件截断的内表面，所述第二接合元件跟刷心轴的第一接合元件相配合并围绕第一接合元件。主要特征基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形并且包括基本上垂直于外表面的第一面。次要特征包括基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面。主要特征不包括成形在任何次要特征上的径向阻挡特征。
附图说明
参照以下的附图和说明内容能够更好地理解本发明。附图中的部件不一定是按比例的，而是将重点放在说明本发明的原理上。
图1A-1B示出了现有的刷子和心轴组合的各种视图。
图2A-2H根据本发明的一个实施例示出了刷子和刷心轴的各种视图。
图3根据本发明的一个实施例示出了用于清洁和抛光基材的清洁系统的透视图。
具体实施方式
符合本发明的方法和系统通过减少刷子的旋转和轴向滑动以及将刷子内形成的多余气泡减到最少来克服常规的刷子和刷心轴系统的缺点。具体地，一种圆柱形刷被围绕刷心轴成形，所述刷心轴具有被第一接合元件截断的外表面，所述第一接合元件具有主要特征和次要特征，由于主要特征不包括成形在任何次要特征上的径向阻挡特征，因此在围绕刷心轴成形刷子时避免在第一接合元件内截留任何气泡。
参照图3，示出了用于清洁和抛光基材104的清洁系统100。优选地，清洁系统100是自动清洁系统，能够自动或手动地设置用于抛光和/或清洁基材104并且更具体地说是基材104的表面106。基材104包括各种圆盘形或非圆盘形基材中的任意一种，例如：硅基的基材，包括玻璃、干玻璃、半导体晶圆、平板显示器玻璃面板、玻璃生产面板和印刷电路板；聚合物基的基材；还有各种类型的半导体基材例如硅基半导体基材、单元素半导体基材、绝缘体上硅(SOI)型基材、III-V族半导体基材、II-VI族半导体基材、其他二元半导体基材、三元半导体基材、四元半导体基材；光纤基材；超导基材；玻璃基材；熔融石英基材；熔融硅石基材；外延硅基材；以及有机半导体基材。
参照图2A-2G和图3，清洁系统100包括基本为圆柱形的具有中空腔112的刷子110、在中空腔112内接合刷子110的刷心轴130以及接合刷心轴130的旋转设备102。圆柱形刷110可以是用于或一般可用于自动清洁系统以提供化学机械平坦化(CMP)后处理过程来有效地清洁基材104的表面106的任何刷子，例如铸造圆柱形聚乙烯醇(PVA)泡棉刷、聚氨酯泡棉刷或其他的聚合物泡棉刷。
参照图2H，圆柱形刷110包括跟内表面113相对以形成中空腔112且被第二接合元件116截断的外清洁面114。中空腔112优选地通过围绕已成形的刷心轴130注模成形刷子110而被成形在刷心轴130周围。中空腔112由圆柱形刷110的内表面113界定。内表面113被第二接合元件116截断，因为第二接合元件116被围绕第一接合元件140成形，所以第二接合元件116跟刷心轴130的第一接合元件140相配合并围绕第一接合元件140。
第二接合元件116界定中空腔112的轮廓并且跟刷心轴130的第一接合元件140相配合并围绕第一接合元件140。参照图1B，沿着第二接合元件116的截面，沿着垂直于刷心轴130的旋转轴a1的直线A-A界定出中空腔112的轮廓。通过围绕第一接合元件140成形第二接合元件116，刷子110即被牢固地安装至刷心轴130，目的是为了阻止刷心轴130和刷子110之间的滑动和移动。
外清洁面114可以如图3所示基本平滑，或者外清洁面114也可以如图1B所示具有结节118以及成形在结节118之间的通道120。具有结节118和通道120可以有助于刷子110更好地清洁基材104。外清洁面114上的表面特征例如通道120、直线、边缘、点或其他凸起的表面或结节118可以被加入并具有提高扭矩传输水平的有利效果，但是也会由于它们对外清洁面114几何形状改变的影响以及在刷心轴130上成形刷子110的难度而受限。
参照图3和图2A-2G，刷心轴130在中空腔112内接合刷子110。刷心轴130包括主体部分132，其成形有接合并固定至内表面113的外表面133以界定出刷子110的中空腔112。
优选地，刷心轴130基本为圆柱形。如本文中所定义的基本为圆柱形的元件例如圆柱形刷130是围绕纵向中心轴a1成形并且优选地以这样的方式关于中心轴a1平衡的元件：对于相对平衡的刷心轴130而言，在元件围绕中心轴a1旋转时由元件生成的离心力的变化不会超过±20%。因此，刷心轴130不必具有完美的圆柱形外表面133而是可以在其外表面133内具有截断例如第一接合元件140。
参照图2D，外表面133优选地围绕刷心轴130的中心轴a1定位，并且外表面133更优选地围绕刷心轴130的中心轴a1对称定位。为了阻止旋转移动并且优选地阻止刷子110和刷心轴130之间的轴向移动，外表面133的外形或轮廓可以被第一接合元件140截断。如图1B所示，旋转移动在本文中被定义为围绕旋转轴a1沿旋转方向α的移动。轴向移动在本文中被定义为沿基本垂直于旋转轴a1的
内的轴向γ的移动。第一接合元件140是为了更好地接合刷子110的第二接合元件116而截断外表面133整体轮廓的任意特征。如图2A-2G和图3所示，第一接合元件140在沿着外表面133的任意多个位置包括例如条带或一系列条带、凸纹或一系列凸纹、或者通道174或一系列通道174等特征以将刷子110有效地轴向固定至刷心轴130。
在一个实施例中，如图2A和2B所示，第一接合元件包括沿刷心轴130的长度延伸的一条通道174或一系列通道174，其方向优选地基本平行于刷心轴130旋转轴的
内。但是，通道174也可以沿优选基本垂直于刷心轴130旋转轴的
内并且基本平行于刷心轴130旋转方向α的
内的方向围绕刷心轴130。在一个实施例中，通道174以螺旋的方式围绕刷心轴130。
参照图2A和2G，第一接合元件140优选地具有靠近次要特征180的主要特征170。优选地，主要特征170包括以基本垂直于刷心轴130围绕中心轴a1并且从外表面133开始和朝向中心轴a1的旋转方向α的方向变形的第一面172，目的是为了阻止圆柱形刷110相对于刷心轴130的旋转移动。优选地，第一面构成通道174的侧壁。
优选地，次要特征180是基本上以垂直于第一面172的内并且沿中心轴a1的方向变形的第二面182。优选地，第二面182也基本平行于外表面133的
内。优选地，第二面182具有比较靠近中心轴a1的第一部分184以及比第一部分184更远离中心轴a1的第二部分186，目的是为了阻止圆柱形刷110相对于刷心轴130的轴向移动。优选地，在第一部分184和第二部分186之间设有平滑的过渡段，其中优选地没有锐利的边缘或角部，目的是为了在围绕刷心轴130成形圆柱形刷110时避免在通道174或刷子110内截留气泡192。优选地，如图2A所示，平滑的过渡段是一系列弯曲的凸部和凹部。
优选地，通道174开始于第一端175并且终止于第二端176，并且次要特征180是在通道174底部的曲面182，在通道174的第一端175具有第一弯锥177且在通道174的第二端176具有第二弯锥178。由于可供截留气泡192的锐利边缘或角部较少，因此第一锥体177和第二锥体178以及曲面182有助于在围绕刷心轴130成形圆柱形刷110时避免在通道174或刷子110内截留气泡192。
优选围绕并靠近次要特征180的主要特征140并且更优选地是第一面172优选地不包括成形在次要特征180上的径向阻挡特征。径向阻挡特征是跟从次要特征180的表面182上的点引出一条直线并且穿过成形在外表面133上的开口190相比成形在次要特征180上的使直线不能穿过或触及主要特征170任意部分的任何特征。用这种方式，在围绕刷心轴130成形圆柱形刷110时，主要特征170的任何部分都不能阻碍或阻止气泡192离开通道174。
参照图2D和2E，通孔156优选地被成形为从主体部分132的外表面133到流体通道150以用于允许抛光液经通道158从流体通道150到达主体部分132的外表面133和刷子110。
由于第一接合元件140和第二接合元件116，刷心轴130的外表面133和刷子110的内表面113之间的物理配合就提供了充分的滑移阻力。这种滑移阻力能够通过其他的方法来进一步增强，包括粘合剂、心轴的(化学、物理、电晕等)表面处理或者附加的表面特征例如压纹、锐缘、倒钩、点、键或其他的连接特征。
参照图2E,2F和图3，在一个实施例中，刷心轴130还包括旋转接合元件160,162以用于接合并连接旋转设备102。旋转接合元件160,162是能够被用于连接或紧固至另一设备的任何器件，而且包括例如跟刷心轴130整体成形并能紧固至旋转设备102的螺母形部件等内容。旋转设备102包括能够引发刷心轴130旋转动作的任意设备，例如电机、燃气机或发动机、由发动机或人力驱动的曲轴以及自动或人工移动的滑轮、滚轮、机械连接件和/或齿轮的任意组合。旋转设备102具有跟旋转接合元件160,162相连的适配接合元件以用于接合并连接刷心轴130和旋转设备102。
在操作中，优选地通过围绕刷心轴130注模成形刷子110来围绕刷心轴130成形刷子110。在围绕刷心轴130成形刷子110之后，通过连接旋转接合元件160与旋转设备102或其上的接合元件而将刷心轴130和刷子110跟旋转设备102相连。然后，刷子110沿旋转方向α围绕旋转轴a1旋转。在旋转刷子110时或者在旋转刷子110之前，刷子110被放在基材104的表面106附近并与之接合。刷子110在表面106上的旋转动作有助于清洁和/或抛光表面106。参照图3，在一个实施例中，基材104也沿着旋转方向β围绕旋转轴a2旋转。在一个实施例中，抛光液被泵送通过成形在主体部分132内的流体通道150并经过穿透主体部分132的外表面133且到达流体通道150的通孔156送入刷子110内。抛光液有助于进一步清洁和/或抛光基材104。
尽管上述的说明性示例介绍了用于清洁半导体基材104的圆柱形PVA刷110，但是本领域技术人员应该意识到符合本发明的方法和系统并不仅限于此。例如，刷子110可以包括其他材料并且可以被用于清洁其他类型的表面106或基材104。此外，刷子110并不局限于具有圆柱形的形状，而是可以具有任意的形状或结构。
提供公开文本的摘要以允许读者快速掌握技术公开的实质。应该理解提交的摘要并不是用于解读或限制权利要求的保护范围或含义。另外，在以上的具体实施方式部分能够看出为了让公开内容简明而在不同的实施例中将各种特征组合在一起。这种公开方法不应被解读为表达了给出的实施例跟每一项权利要求中明确阐述的内容相比还需要拥有更多特征这样的含义。相反，正如所附权利要求反映的那样，本发明的主题内容表现为少于单个公开实施例中的所有特征。因此在这里将所附权利要求并入具体实施方式部分，其中每一项权利要求自身均可作为单独要求保护的主题。
尽管已经介绍了本发明的各种实施例，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是在本发明的范围内也可以有其他的实施例和实施方式。因此，本发明只能根据所附权利要求及其等价形式加以限定。
Claims (19)
1.一种用于清洁基材的清洁设备，所述设备包括：
基本为圆柱形的刷心轴，所述刷心轴具有其外表面围绕中心轴定位的主体部分，其中所述外表面被第一接合元件截断，所述第一接合元件具有靠近次要特征的主要特征；以及
圆柱形刷，所述圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔，所述中空腔具有被第二接合元件截断的内表面，所述第二接合元件跟刷心轴的第一接合元件相配合并围绕第一接合元件，
其中所述主要特征是基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形的第一面，目的是为了阻止圆柱形刷相对于刷心轴的旋转移动，其中所述次要特征是基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面，并且其中所述第二面具有比较靠近中心轴的第一部分以及比第一部分更远离中心轴的第二部分，目的是为了阻止圆柱形刷相对于刷心轴的轴向移动。
2.如权利要求1所述的清洁设备，其中所述主要特征是开始于第一端且终止于第二端的通道，并且其中所述次要特征是在通道底部的曲面，在通道的第一端具有第一弯锥且在通道的第二端具有第二弯锥。
3.如权利要求1所述的清洁设备，其中所述主要特征不包括成形在次要特征上的径向阻挡特征。
4.如权利要求1所述的清洁设备，其中所述主体部分成形有用于沿主体部分的中心轴接收流体的流体通道，并且其中所述主体部分成形有从主体部分的外表面到流体通道的通孔以用于让流体从流体通道流至主体部分的外表面。
5.如权利要求1所述的清洁设备，进一步包括跟刷心轴相连用于接合旋转设备的旋转接合元件。
6.如权利要求1所述的清洁设备，其中所述第一面并未构成任何次要特征上的任何径向阻挡特征。
7.如权利要求1所述的清洁设备，其中所述圆柱形刷在圆柱形刷的外表面上具有多个结节。
8.一种用于清洁基材的清洁设备，所述设备包括：
基本为圆柱形的刷心轴，所述刷心轴具有其外表面围绕中心轴对称定位的主体部分，其中所述外表面被第一接合元件截断，所述第一接合元件具有靠近次要特征的主要特征；以及
圆柱形刷，所述圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔，所述中空腔具有被第二接合元件截断的内表面，所述第二接合元件跟刷心轴的第一接合元件相配合并围绕第一接合元件，
其中所述主要特征基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形并且包括基本上垂直于外表面的第一面，其中所述次要特征包括基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面，并且其中主要特征不包括成形在任何次要特征上的径向阻挡特征。
9.如权利要求8所述的清洁设备，其中所述第二面具有比较靠近中心轴的第一部分以及比第一部分更远离中心轴的第二部分，目的是为了阻止圆柱形刷相对于刷心轴的轴向移动。
10.如权利要求9所述的清洁设备，其中所述主要特征是开始于第一端且终止于第二端的通道，并且其中所述次要特征是在通道底部的曲面，在通道的第一端具有第一弯锥且在通道的第二端具有第二弯锥。
11.如权利要求8所述的清洁设备，其中所述主体部分成形有用于沿主体部分的中心轴接收流体的流体通道，并且其中所述主体部分成形有从主体部分的外表面到流体通道的通孔以用于让流体从流体通道流至主体部分的外表面。
12.如权利要求8所述的清洁设备，进一步包括跟刷心轴相连用于接合旋转设备的旋转接合元件。
13.如权利要求8所述的清洁设备，其中所述圆柱形刷在圆柱形刷的外表面上具有多个结节。
14.一种用于清洁基材的方法，包括：
接合基材与清洁设备，所述清洁设备具有基本为圆柱形的刷子，所述圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔，所述刷心轴具有包围中心轴的外表面，其中所述外表面被第一接合元件截断，所述第一接合元件具有靠近次要特征的主要特征，
其中所述圆柱形刷具有围绕刷心轴成形的中空腔，所述中空腔具有被第二接合元件截断的内表面，所述第二接合元件跟刷心轴的第一接合元件相配合并围绕第一接合元件，
其中所述主要特征基本上以垂直于刷心轴围绕中心轴旋转方向的方向变形并且包括基本上垂直于外表面的第一面，其中所述次要特征包括基本上以垂直于第一面并且沿中心轴的方向变形的第二面，并且其中主要特征不包括成形在任何次要特征上的径向阻挡特征。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第二面具有比较靠近中心轴的第一部分以及比第一部分更远离中心轴的第二部分，目的是为了阻止圆柱形刷相对于刷心轴的轴向移动。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述主要特征是开始于第一端且终止于第二端的通道，并且其中所述次要特征是在通道底部的曲面，在通道的第一端具有第一弯锥且在通道的第二端具有第二弯锥。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述主体部分成形有用于沿主体部分的中心轴接收流体的流体通道，并且其中所述主体部分成形有从主体部分的外表面到流体通道的通孔以用于让流体从流体通道流至主体部分的外表面。
18.如权利要求14所述的方法，进一步包括跟刷心轴相连用于接合旋转设备的旋转接合元件。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述圆柱形刷在圆柱形刷的外表面上具有多个结节。
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