CN107073674A - 用于对工件进行研磨的化学机械研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对金属筐体等工件进行研磨并进行镜面精加工的化学机械研磨(CMP)装置。化学机械研磨装置包括：研磨垫(2)，该研磨垫(2)具有环状研磨面(2a)，环状研磨面(2a)具有弯曲的纵截面；工件保持部(11)，该工件保持部(11)对具有多边形形状的工件(W)进行保持；旋转装置(15)，该旋转装置(15)使工件保持部(11)绕工件(W)的轴心旋转；按压装置(14)，该按压装置(14)将工件(W)的周缘部按压到环状研磨面(2a)；以及动作控制部(25)，该动作控制部(25)根据工件(W)的旋转角度改变旋转装置(15)使工件(W)旋转的速度。在研磨台(3)的半径方向上，按压装置(14)配置于比工件保持部(11)靠内侧的位置。

Description

用于对工件进行研磨的化学机械研磨装置
技术领域
本发明涉及一种化学机械研磨(CMP)装置，所述化学机械研磨(CMP)装置用于对金属筐体等工件进行研磨并进行镜面加工。
背景技术
从功能性和设计上的观点来看，需要对具有平面和曲面组合而成的立体表面形状的工件进行镜面精加工。作为该类工件的例子，可列举出由铝合金或不锈钢等形成的金属筐体零件、或者树脂筐体零件。这些金属筐体零件以及树脂筐体零件是例如用于手机、智能手机、多功能移动终端、移动游戏机、摄像头、钟表、音乐媒体播放器、个人电脑、电子仪器、汽车零件、装饰品、以及医疗仪器等的。
在以往的研磨技术或抛光技术中，虽然能够对平面进行研磨并进行镜面精加工，但用研磨技术以及抛光技术进行曲面的镜面精加工非常困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置能够对具有由曲面构成的周缘部的工件进行镜面研磨。
本发明的一方式的化学机械研磨装置用于对具有多边形形状的工件进行研磨，其特征在于，包括：研磨垫，所述研磨垫具有环状研磨面，所述环状研磨面具有弯曲的纵截面；研磨台，所述研磨台对所述研磨垫进行支承，并能够旋转；工件保持部，所述工件保持部对所述工件进行保持；旋转装置，所述旋转装置使所述工件保持部绕所述工件的轴心旋转；按压装置，所述按压装置将所述工件的周缘部按压到所述环状研磨面；研磨液供给喷嘴，所述研磨液供给喷嘴将研磨液供给到所述环状研磨面；以及动作控制部，所述动作控制部根据所述工件的旋转角度而改变所述旋转装置使所述工件旋转的速度，在所述研磨台的半径方向上，所述按压装置配置于比所述工件保持部靠内侧的位置。
本发明的优选方式的特征在于，还包括研磨状态监视装置，所述研磨状态监视装置对所述工件的周缘部的研磨状态进行监视。
本发明的优选方式的特征在于，所述研磨垫具有环状的形状，所述环状研磨面由所述研磨垫的内周面形成。
根据本发明，工件的周缘部通过和环状研磨面滑动接触而被研磨。环状研磨面具有弯曲的纵截面，因而构成工件的周缘部的曲面和环状研磨面均匀接触而被镜面研磨。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的化学机械研磨装置的侧视图。
图2是图1所示的化学机械研磨装置的俯视图。
图3是表示旋转角度为0度时的矩形状的工件的图。
图4是表示旋转角度为45度时的矩形状的工件的图。
图5是表示工件的旋转角度和工件的旋转速度的关系的图表。
图6是表示包括多个研磨头的化学机械研磨装置的俯视图。
图7是表示包括表面状态监视装置的化学机械研磨装置的侧视图，所述表面状态监视装置对工件的周缘部的表面状态进行监视。
图8是表示包括电动机电流计的化学机械研磨装置的侧视图，所述电动机电流计对供给到使研磨台旋转的台电动机的电流进行监视。
图9是表示其他实施方式的化学机械研磨装置的侧视图。
图10是图9所示的化学机械研磨装置的俯视图。
图11是表示另一个其他实施方式的化学机械研磨装置的侧视图。
图12是图11所示的化学机械研磨装置的俯视图。
图13是表示化学机械研磨装置的一实施方式的俯视图，所述化学机械研磨装置包括多个图11以及图13所示的研磨头。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的化学机械研磨装置的侧视图。图2是化学机械研磨装置的俯视图。化学机械研磨装置包括：研磨垫2，所述研磨垫2具有环状研磨面2a；研磨台3，所述研磨台3对研磨垫2进行支承，并能够旋转；研磨液供给喷嘴5，所述研磨液供给喷嘴5将研磨液供给到环状研磨面2a；以及研磨头1，所述研磨头1将工件W的周缘部按压到研磨垫2的环状研磨面2a从而对工件W的周缘部进行研磨。
工件W的周缘部由曲面构成。环状研磨面2a在内侧具有弯曲的纵截面，环状研磨面2a的纵截面具有沿着工件W的周缘部的纵截面而形成的形状。环状研磨面2a的弯曲的纵截面的曲率和工件W的周缘部的纵截面的曲率相比，相同或略大。
研磨头1包括：工件保持部11，所述工件保持部11对工件W进行保持；伺服电动机15，所述伺服电动机15作为旋转装置，使工件保持部11绕工件W的轴心旋转；以及气缸14，所述气缸14作为按压装置，通过将伺服电动机15推向研磨垫2的中心，从而将保持于工件保持部11的工件W的周缘部按压到环状研磨面2a。
本实施方式的研磨垫2是圆盘状，环状研磨面2a构成研磨垫2的外周面的至少一部分。研磨垫2安装于研磨台3的上表面。研磨台3以研磨台3的轴心为中心通过台电动机18进行旋转，研磨垫2以研磨垫2的轴心为中心和研磨台3一体地旋转。
工件保持部11利用螺旋夹、磁力、真空吸引、制冷固定、真空吸附卡盘等而能够以能够装拆的方式对工件W进行保持。工件保持部11对工件W水平地进行保持。
工件保持部11和伺服电动机15连结。伺服电动机15是一种旋转装置，该旋转装置使工件保持部11以及保持于该工件保持部11的工件W绕它们的轴心旋转。在伺服电动机15内置有旋转编码器(未图示)，该旋转编码器对工件保持部11以及工件W的旋转角度进行测定。
伺服电动机15保持于水平延伸的线性导轨20，并能够沿线性导轨20的长度方向在水平方向上移动。线性导轨20的长度方向和研磨垫2的半径方向平行，伺服电动机15、工件保持部11、以及工件W能够在研磨垫2的半径方向上移动。
伺服电动机15和气缸14相连接。该气缸14使伺服电动机15、工件保持部11、以及工件W一体地在水平方向(即、研磨垫2的半径方向)上移动。更具体而言，气缸14能够使工件W在从研磨垫2的环状研磨面2a分离的方向上以及在靠近环状研磨面2a的方向上移动。
若气缸14将伺服电动机15推向研磨垫2的中心，则工件保持部11以及工件W和伺服电动机15一体地朝着环状研磨面2a移动，工件W的周缘部按压于环状研磨面2a。利用气缸14来调整工件W的周缘部按压于环状研磨面2a的力。
气缸14以及伺服电动机15与动作控制部25连接。该动作控制部25对气缸14以及伺服电动机15的动作进行控制。更具体而言，动作控制部25对气缸14产生的力、即工件W的周缘部按压于环状研磨面2a的力进行控制，并且，动作控制部25对伺服电动机15使工件W旋转的速度进行控制。
线性导轨20以及气缸14固定于基座27。所述基座27和定位机构29相连结，所述定位机构29用于对基座27的铅垂方向的位置进行调整。气缸14、线性导轨20、以及工件保持部11的铅垂方向的位置由定位机构29来调整。因此，保持于工件保持部11的工件W的相对于环状研磨面2a的相对的铅垂方向的位置也由定位机构29来调整。
研磨液供给喷嘴5的供给口向着研磨垫2的环状研磨面2a，并将浆料等研磨液供给到环状研磨面2a。研磨液供给喷嘴5的供给口在研磨垫2以及研磨台3的旋转方向上配置于工件W的上游侧。因此，从研磨液供给喷嘴5供给来的研磨液利用旋转的环状研磨面2a而被运到工件W的被研磨部即周缘部。
接着，对化学机械研磨装置的研磨动作进行说明。一边使研磨垫2以及研磨台3如图1以及图2所示旋转，一边将研磨液(浆料)从研磨液供给喷嘴5供给到研磨垫2的环状研磨面2a。并且，利用伺服电动机15使工件保持部11以及工件W进行旋转。在该状态下，气缸14将伺服电动机15、工件保持部11、以及工件W推向研磨垫2的中心，并将工件W的周缘部按压于环状研磨面2a。工件W的周缘部在研磨液存在的状态下与环状研磨面2a滑动接触。利用研磨液的化学成分和研磨液所含的磨粒对工件W的周缘部进行镜面研磨。环状研磨面2a具有沿着工件W的周缘部的纵截面的纵截面，因而构成工件W的周缘部的曲面和环状研磨面2a均匀接触而被镜面研磨。
若工件W是矩形状，则优选的是，对工件W的周缘部在该周缘部的整体的范围内均匀地进行研磨。因此，动作控制部25根据工件W的旋转角度而改变工件W的旋转速度。图3是表示旋转角度为0度时的矩形状的工件W的图，图4是表示旋转角度为45度时的矩形状的工件W的图。图5是表示工件W的旋转角度和工件W的旋转速度的关系的图表。图5的纵轴表示工件W的旋转速度“角度/分钟”，横轴表示工件W的旋转角度。工件W的旋转角度为0度时的工件W处于图3所示的状态，工件W的周缘部的直线部和研磨垫2接触。如图5所示，工件W每旋转90度，即以90度的周期使工件W的旋转速度降低。
工件W的旋转角度利用内置于伺服电动机15的上述旋转编码器而取得。该旋转角度的测定值被从旋转编码器输送到动作控制部25。动作控制部25基于旋转角度的测定值而改变工件W的旋转速度。
根据图5所示的实施方式，工件W和环状研磨面2a的接触时间在工件W的周缘部的整体范围内是均匀的。因此，研磨垫2能均匀地对工件W的周缘部进行研磨。
图6是表示包括多个研磨头1的化学机械研磨装置的俯视图。如图6所示，也可以将多个研磨头1沿着研磨垫2的周向排列。多个研磨液供给喷嘴5分别被配置成与多个研磨头1相邻。
也可以设置研磨状态监视装置，所述研磨状态监视装置对工件W的周缘部的研磨状态进行监视。在图7所示的实施方式中，作为研磨状态监视装置，设有表面状态监视装置32，所述表面状态监视装置32对保持于工件保持部11的工件W的周缘部的表面状态进行监视。作为该表面状态监视装置32的例子，能够列举出对工件W的周缘部进行摄像的摄像头(例如包括CCD等图像传感器的数码摄像头)、对从工件W的周缘部反射出的光的强度进行测定的光度计。
表面状态监视装置32将工件W的周缘部的表面状态数值化，并将得到的数值输送到动作控制部25。例如，表面状态监视装置32取得工件W的表面的颜色、凹凸、反射光的强度以作为数值。为了容易检测出颜色的变化，可以事先在工件W的周缘部的表面涂上涂料。动作控制部25基于从表面状态监视装置32输送来的数值(即工件W的周缘部的表面状态)确定工件W的研磨终点。
在图8所示的实施方式中，作为研磨状态监视装置，设有电动机电流计33，所述电动机电流计33对供给到使研磨台3旋转的台电动机18的电流进行监视。若工件W的周缘部被研磨而表面变光滑，则作用于工件W和研磨垫2之间的摩擦力发生变化。该摩擦力的变化表现为供给到台电动机18的电流的变化。电动机电流计33对流动到该台电动机18的电流进行测量，并将该测量值输送到动作控制部25。动作控制部25基于从电动机电流计33输送来的电流的测量值(即工件W的周缘部的表面状态)确定工件W的研磨终点。
图9是表示另一实施方式的化学机械研磨装置的侧视图。图10是图9所示的化学机械研磨装置的俯视图。在本实施方式中，使用环状的研磨垫2。环状研磨面2a由环状的研磨垫2的内周面形成。环状研磨面2a具有向外侧弯曲的纵截面。研磨液被供给到比环状研磨面2a靠内侧的区域，并通过离心力流向外侧而到达环状研磨面2a。由于环状研磨垫2容易地将研磨液保持于该环状研磨面2a上，因此能够减少所使用的研磨液的量。
图11是表示另一实施方式的化学机械研磨装置的侧视图，图12是图11所示的化学机械研磨装置的俯视图。没有特别说明的本实施方式的结构以及动作和图1以及图2所示的实施方式相同，因此省略重复的说明。在本实施方式中，在研磨台3(以及研磨垫2)的半径方向上，气缸14配置于比工件保持部11靠内侧(优选的是沿着工件保持部11的半径方向内侧)的位置。另外，在图11中，即，虽然气缸14位于研磨台3以及研磨垫2的上方，但也可以位于研磨台3以及研磨垫2的下方。气缸14通过使伺服电动机15、工件保持部11、以及工件W向研磨垫2的中心移动，从而将工件W的周缘部按压于环状研磨面2a。
图13是表示包括多个图11以及图12所示的研磨头在内的化学机械研磨装置的一实施方式的俯视图。由于各个研磨头1的气缸14位于研磨台3以及研磨垫2的内侧，因此，由图13可知，能够减小化学机械研磨装置的整体的宽度。
图7所示的表面状态监视装置32以及图8所示的作为表面状态监视装置的另一例子的电动机电流计33也能应用于图11至图13所示的实施方式。并且，也可以将图9以及图10所示的环状的研磨垫2应用于图11至图13所示的实施方式。
在上述实施方式中，工件W的整体是矩形状，工件W的周缘部具有向外侧弯曲的纵截面。上述实施方式的化学机械研磨装置不仅能够用于整体是多边形形状的工件的研磨，也能够用于整体是圆形的工件的研磨。
上述实施方式是以具有本发明所属的技术领域的常用知识的人能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例是凡本领域技术人员就能够完成的，本发明的技术思想也能够应用于其他的实施方式。因此，本发明并不限定于所记载的实施方式，而是指根据由权利要求书所定义的技术思想而得到的最大的范围。
生产上的可能利用
本发明能够应用于化学机械研磨(CMP)装置，所述化学机械研磨装置用于对金属筐体等工件进行研磨并进行镜面精加工。
符号说明
1 研磨头
2 研磨垫
2a 环状研磨面
3 研磨台
5 研磨液供给喷嘴
11 工件保持部
14 气缸
15 伺服电动机
18 台电动机
20 线性导轨
25 动作控制部
27 基座
29 定位机构
32 表面状态监视装置
33 电动机电流计
W 工件

Claims (3)

1.一种化学机械研磨装置，用于对具有多边形形状的工件进行研磨，其特征在于，包括：
研磨垫，所述研磨垫具有环状研磨面，所述环状研磨面具有弯曲的纵截面；
研磨台，所述研磨台对所述研磨垫进行支承，并能够旋转；
工件保持部，所述工件保持部对所述工件进行保持；
旋转装置，所述旋转装置使所述工件保持部绕所述工件的轴心旋转；
按压装置，所述按压装置将所述工件的周缘部按压到所述环状研磨面；
研磨液供给喷嘴，所述研磨液供给喷嘴将研磨液供给到所述环状研磨面；以及
动作控制部，所述动作控制部根据所述工件的旋转角度而改变所述旋转装置使所述工件旋转的速度，
在所述研磨台的半径方向上，所述按压装置配置于比所述工件保持部靠内侧的位置。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，
还包括研磨状态监视装置，所述研磨状态监视装置对所述工件的周缘部的研磨状态进行监视。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，
所述研磨垫具有环状的形状，所述环状研磨面由所述研磨垫的内周面形成。
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