CN109822454A - 一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，包括自供紫外光源模块、装卡模块和晶圆保持模块，其中自供紫外光源模块包括光源电路、中间圆盘、防护罩、环形石英玻璃板、密封盖和O型密封垫圈，该模块中的光源电路包括环形电路板、锂电池组和红外遥控开关；装卡模块包括上圆盘、装卡圆柱和弹簧钢片；晶圆保持模块包括底圆盘和保持环。本发明采用模块化的设计，方便了单个模块互换以及模块间装配；本发明将紫外光源装置与抛光头装置高度集成，提高了紫外光能利用率并节约了大量紫外光能；本发明中的机械结构采用铝合金，减少了抛光头装置质量，降低了电机损耗。本发明的高集成和轻质量特性有效实现了绿色节能。
Description
技术领域
本发明涉及抛光头的技术领域，具体而言，涉及一种在光催化化学机械抛光过程中模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置。
背景技术
在现阶段的光催化化学机械抛光系统中，样品夹持在旋转的抛光头上，通过抛光头施加一定的压力将其压在旋转的抛光垫上，紫外光源装置单独设置在抛光垫的边缘某处，与抛光头有一定的间隔距离，由化学试剂和光催化颗粒组成的抛光液从紫外光源装置下方流过以接受光辐射出的能量，再流过一段距离后与抛光头下方的样品接触，在紫外光能的催化作用下以及化学反应和机械力协同作用下实现超光滑、低损伤的表面。
抛光液中的光催化颗粒(例如二氧化钛纳米颗粒)在接受光源后，在其表面可以生成高活性的电子-空穴对，其中空穴可以将吸附到光催化颗粒表面的氢氧根离子以及水分子氧化成强氧化性的羟基自由基，增加抛光液中羟基自由基的含量，促进氧化反应，提高加工效率。但是由于现有光催化化学机械抛光系统中的抛光头的可利用空间受限以及紫外光源装置的体积较大，抛光头和紫外光源装置均独立存在，抛光液从紫外光源装置流向样品表面的过程中，光生电子与光生空穴可在光催化颗粒的内部以及表面重新复合而消失，复合后的能量以热能或其他形式散发掉；另外现有光催化化学机械抛光系统中的紫外光源装置发出的紫外光发生散射，只有一部分紫外光可以照射到抛光液。因此，紫外光能的利用效率较低，造成资源的浪费。
另外，现阶段的光催化化学机械抛光系统的集成度不高，没有形成模块化，在使用和替换方面都比较麻烦；再者，现阶段的光催化化学机械抛光系统中的抛光头的材质多采用不锈钢，质量较大，在抛光过程中电机的损耗较严重，消耗的能量也很多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其能够解决现阶段的光催化化学机械抛光系统中的如下技术问题：
1、现阶段的光催化化学机械抛光系统中的紫外光源装置单独设置在抛光垫的边缘某处，与抛光头有一定的间隔距离；发出的紫外光也会发生散射，只有一部分的紫外光可以照射到抛光液。因此紫外光能的利用效率较低，造成资源的浪费；
2、现阶段的光催化化学机械抛光系统集成度不高，没有形成模块化，在使用和替换方面都比较麻烦；
3、现阶段的光催化化学机械抛光系统中的抛光头的材质多采用不锈钢，质量较大，在抛光过程中电机的损耗较严重，消耗能量较大。
本发明的实施例是这样实现的：
一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，包括光源电路、防护罩(6)、中间圆盘(5)、密封盖(4)、环形石英玻璃板(7)和O型密封垫圈(11)，所述光源电路包括环形电路板(10)、锂电池组和红外遥控开关，所述环形电路板(10)设置在中间圆盘(5)底部边缘的环形阶梯槽(505)的窄槽中并通过环形石英玻璃板(7)密封，所述锂电池组和红外遥控开关设置在中间圆盘(5)中的矩形空腔(504)内，所述防护罩(6)套装在中间圆盘(5)的外缘并将中间圆盘(5)罩住。
在本发明较佳的实施例中，上述环形电路板(10)上均匀地分布着多颗朝向环形石英玻璃板(7)的发光二极管，多颗发光二极管采用并联结构，锂电池组由至少两节锂电池串联形成，红外遥控开关通过导线串联在环形电路板和锂电池组的正极之间；进一步地，发光二极管为2835灯珠，环形电路板设置有至少50颗2835灯珠；进一步地，环形电路板设置有60颗2835灯珠。环形电路板(10)背部的导线依次穿过中间圆盘(5)上的贯穿导线孔(506)和密封盖(4)的导线孔与矩形空腔(504)内的红外遥控开关和锂电池组连接。
在本发明较佳的实施例中，上述防护罩(6)为顶底开口的圆管形结构且顶部开口的内径小于底部开口的内径，防护罩(6)的底端面边缘低于中间圆盘(5)的底端面，降低了光源电路所发出的紫外光的散射及泄漏。
在本发明较佳的实施例中，上述中间圆盘(5)的顶部边缘设置有向上凸起的边缘环脊(501)，边缘环脊(501)使中间圆盘(5)形成开口向上的圆形空腔(502)，圆形空腔(502)在中间圆盘(5)的顶部形成凹平台，凹平台的边缘向内设置有环形凹槽(503)，凹平台的中部向内设置有矩形空腔(504)，中间圆盘(5)底部的边缘向内设置有环形阶梯槽(505)，环形阶梯槽(505)底部与边缘环脊(501)之间设有贯穿导线孔(506)。
在本发明较佳的实施例中，上述密封盖(4)设置有螺纹孔和导线孔，凹平台设置有螺纹孔，螺钉通过螺纹孔将密封盖(4)固定在凹平台顶部。
在本发明较佳的实施例中，上述环形石英玻璃板(7)设置在环形阶梯槽(505)的宽槽中，通过玻璃胶粘固并密封，以防止在抛光过程中抛光液的溅入而损坏环形电路板。
在本发明较佳的实施例中，上述圆形空腔(502)边缘的环形凹槽(503)内设置有O型密封垫圈，密封盖(4)通过螺钉的带动将O型密封垫圈压紧来完成对矩形空腔(504)的密封，以防止在抛光过程中抛光液的溅入而损坏电路器件。
一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置包括在本发明较佳的实施例中，上述抛光头装置包含自供紫外光源模块、装卡模块和晶圆保持模块；装卡模块设置在模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的中间圆盘(5)的顶端；晶圆保持模块设置在的抛光头装置的自供光源模块的中间圆盘(5)的底端；装卡模块用于将抛光头装置与抛光机的动力机构连接，晶圆保持模块用于将晶圆夹持在抛光头装置的底端面。
在本发明较佳的实施例中，上述装卡模块包括上圆盘(1)、装卡圆柱(2)和弹簧钢片(3)；装卡圆柱(2)水平插装在上圆盘(1)的转轴上，属于过盈配合，弹簧钢片(3)有6个，每个弹簧钢片(3)的外侧端均通过螺钉间隔均匀地固定在中间圆盘(5)的边缘环脊(510)顶端面上，内侧端均通过螺钉与上圆盘(1)底端面连接且相互独立。
在本发明较佳的实施例中，上述晶圆保持模块包括底圆盘(8)和保持环(9)；螺钉穿过密封盖(4)和中间圆盘(5)与底圆盘(8)连接，将底圆盘(8)固定在中间圆盘(5)的底端面，保持环(9)通过螺钉安装在底圆盘(8)的底部。
在本发明较佳的实施例中，上述抛光头装置的机械结构的材质均采用铝合金，减少了抛光头装置的质量，降低了电机的损耗。
本发明的有益效果是：
本发明通过模块化设计，实现了抛光头装置的模块化安装，方便了单个模块的互换以及模块间的装配；本发明将紫外光源装置与抛光头装置高度集成，省去了从现有的紫外光源装置流向抛光头下方的样品的距离，大大减少了光催化颗粒内部以及表面的光生电子和光生空穴的复合，减少了能量耗散，提高了紫外光能的利用效率，同时通过防护罩降低了紫外光的散射及泄漏，节约了大量的紫外光能；本发明中的机械结构采用铝合金，减少了抛光头装置质量，降低了电机损耗。本发明的高集成和轻质量特性有效实现了绿色节能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
图1为本发明模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的剖视结构图；
图2是本发明模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的正视示意图；
图3是本发明模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的俯视示意图；
图4是本发明模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的仰视示意图；
图5是本发明模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的装配结构图；
图6是本发明自供紫外光源模块的中间圆盘的俯视结构图；
图7是本发明自供紫外光源模块的中间圆盘的剖面结构图；
图8是本发明装卡模块的结构图；
图9是本发明晶圆保持模块的结构图；
图标：1-上圆盘；2-装卡圆柱；3-弹簧钢片；4-密封盖；5-中间圆盘；501-边缘环脊；502-圆形空腔；503-环形凹槽；504-矩形空腔；505-环形阶梯槽；506-贯穿导线孔；6-防护罩；7-环形石英玻璃板；8-底圆盘；9-保持环；10-环形电路板；11-O型密封垫圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参照图1、图2和图5，本实施例提供一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，模块化的设计将本发明抛光头装置分成了三个模块，包括自供紫外光源模块、装卡模块和晶圆保持模块，有助于本发明抛光头装置的使用和模块替换；其中自供紫外光源模块包括光源电路、防护罩6、中间圆盘5、密封盖4、环形石英玻璃板7和O型密封垫圈11，光源电路包括环形电路板10、锂电池组和红外遥控开关，光源电路安装在中间圆盘5内，充分地利用了中间圆盘5的有限空间，提高了紫外光能的利用效率；装卡模块包括上圆盘1、装卡圆柱2和弹簧钢片3；晶圆保持模块包括底圆盘8和保持环9。本发明抛光头装置中的机械结构均采用铝合金，减少了抛光头装置的质量，降低了电机的损耗。
请参照图5，抛光头的自供紫外光源模块，其包括光源电路、防护罩6、中间圆盘5、密封盖4、环形石英玻璃板7和O型密封垫圈11，光源电路包括环形电路板10、锂电池组和红外遥控开关，环形电路板10设置在中间圆盘5底部边缘的环形阶梯槽505的窄槽中并通过环形石英玻璃板7密封，锂电池组和红外遥控开关设置在中间圆盘5中空设置的矩形空腔504内，红外遥控开关通过导线串联在环形电路板10和锂电池组的正极之间。环形电路板10背部的导线依次穿过中间圆盘5的贯穿导线孔506和密封盖4上的导线孔与红外开关和锂电池连接。环形电路板10上均匀地分布着60颗朝向环形石英玻璃板7的2835灯珠，60颗2835灯珠间隔均匀的设置，2835灯珠呈长方体状，长2.8mm，宽3.5mm，厚0.8mm，功率为60mAh，60颗2835灯珠采用并联结构，锂电池组由两节18500锂电池串联形成，18500锂电池呈圆柱状，直径18mm，高50mm，电容量1600mAh。
请参照图3、图6和图7，中间圆盘5的顶部边缘设置有向上凸起的边缘环脊501，边缘环脊501使中间圆盘5形成开口向上的圆形空腔502，圆形空腔502在中间圆盘5的顶部形成凹平台，凹平台的边缘向内设置有环形凹槽503，凹平台的中部向内设置有矩形空腔504，中间圆盘5底部的边缘向内设置有环形阶梯槽505，环形阶梯槽505底部与边缘环脊501之间设有贯穿导线孔506，环形电路板10装配在环形阶梯槽505的窄槽中，两者属于间隙配合，三个间隔均匀的螺钉穿过环形电路板10与拧入环形阶梯槽505底部相应的螺纹孔中，将环形电路板10和中间圆盘5固连在一起；边缘环脊501的顶部上设有用于固定弹簧钢片3外端的螺纹孔，该螺纹孔共有六对且间隔均匀的分布，螺钉将六个弹簧钢片3固定在边缘环脊501上并使得六个弹簧钢片3呈辐射状分布，上圆盘1的底部圆盘设置有螺纹孔，与弹簧钢片3的内端螺纹孔相对应，螺钉将六个弹簧钢片3固定在上圆盘1的底端面。
请参照图1和图5，防护罩6为圆管形结构，防护罩6的顶端向中心延展形成环状端面，在环状端面上间隔均匀地分布着六对螺帽孔，固定弹簧钢片3的六对螺钉的螺帽穿过防护罩6顶端环状端面上的螺帽孔，将防护罩6稳固在中间圆盘5上；防护罩6的底端面低于中间圆盘5的底端面，降低了光源电路所发出的紫外光的散射及泄漏，防止照射到人眼。
请参照图1和图4，环形石英玻璃板7装配在环形阶梯槽505的宽槽中，两者属于间隙配合，玻璃胶将两者之间的间隙封住并将环形石英玻璃板7粘固在环形阶梯槽505的宽槽中，以防止在抛光过程中抛光液的溅入而损坏环形电路板10。
请参照图1和图5，密封盖4设置有六个螺纹孔，中间圆盘5的凹平台向内设置有相应的六个螺纹孔，该螺纹孔将中间圆盘5的顶底两端连通，中间圆盘5的圆形空腔502边缘的环形凹槽503内设置有O型密封垫圈11，螺钉通过密封盖4的螺纹孔、中间圆盘5的凹平台螺纹孔并拧入底圆盘8相应的螺纹孔中，将密封盖4的固定在中间圆盘5的凹平台上，同时螺钉带动密封盖4压紧O型密封垫圈11以实现矩形空腔504的密封，防止在抛光过程中抛光液的溅入而损坏电路器件。
一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，包括自供紫外光源模块、装卡模块和晶圆保持模块；装卡模块设置在模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置的中间圆盘5的顶端；晶圆保持模块设置在的抛光头装置的自供光源模块的中间圆盘5的底端；装卡模块用于将抛光头装置与抛光机的动力机构连接，晶圆保持模块用于将晶圆夹持在抛光头装置的底端面。
请参照图8，装卡模块包括上圆盘1、装卡圆柱2和弹簧钢片3；装卡圆柱2水平插装在上圆盘1的转轴上，两者属于过盈配合，弹簧钢片3有六个，每个弹簧钢片3的内端均通过螺钉与上圆盘1底端面连接，弹簧钢片3外端均通过螺钉间隔均匀地固定连接在中间圆盘5的边缘环脊501顶端面上，每个弹簧钢片3的内端相互独立。
请参照图9，晶圆保持模块包括底圆盘8和保持环9；螺钉穿过密封盖4的螺纹孔和中间圆盘5凹平台上的螺纹孔拧入底圆盘8相应的螺纹孔中，将底圆盘8和中间圆盘5固连在一起，保持环9通过螺钉固定在底圆盘8的底端。
本发明通过模块化设计，实现了抛光头装置的模块化安装，方便了单个模块的互换以及模块间的装配；本发明将紫外光源装置与抛光头装置高度集成，省去了从现有的紫外光源装置流向抛光头下方的样品的距离，大大减少了光催化颗粒内部以及表面的光生电子和光生空穴的复合，减少能量耗散，提高了紫外光能的利用效率，同时通过防护罩降低了紫外光的散射及泄漏，节约了大量的紫外光能；本发明中的机械结构采用铝合金，减少了抛光头装置质量，降低了电机损耗。本发明的高集成和轻质量特性有效实现了绿色节能。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，包括光源电路、防护罩(6)、中间圆盘(5)、密封盖(4)、环形石英玻璃板(7)和O型密封垫圈(11)，所述光源电路包括环形电路板(10)、锂电池组和红外遥控开关，所述环形电路板(10)设置在中间圆盘(5)底部边缘的环形阶梯槽(505)的窄槽中并通过环形石英玻璃板(7)密封，所述锂电池组和红外遥控开关设置在中间圆盘(5)中的矩形空腔(504)内，所述防护罩(6)套装在中间圆盘(5)的外缘并将中间圆盘(5)罩住。
2.如权利要求1所述的模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，所述环形电路板(10)上均匀地分布着多颗朝向环形石英玻璃板(7)的发光二极管，多颗发光二极管采用并联结构，所述锂电池组由至少两节锂电池串联形成，环形电路板(10)的导线依次穿过中间圆盘(5)上的贯穿导线孔(506)和密封盖(4)的导线孔与矩形空腔(504)内的红外遥控开关和锂电池组连接。
3.如权利要求1所述的模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，所述防护罩(6)为顶底开口的圆管形结构且顶部开口的内径小于底部开口的内径，防护罩(6)的底端面低于中间圆盘(5)的底端面，降低了光源电路所发出的紫外光的散射及泄漏。
4.如权利要求1所述的模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，所述中间圆盘(5)的顶部边缘设置有向上凸起的边缘环脊(501)，边缘环脊(501)使中间圆盘(5)形成开口向上的圆形空腔(502)，圆形空腔(502)在中间圆盘(5)的顶部形成凹平台，凹平台的边缘向内设置有环形凹槽(503)，凹平台的中部向内设置有矩形空腔(504)，中间圆盘(5)底部的边缘向内设置有环形阶梯槽(505)，环形阶梯槽(505)底部与边缘环脊(501)之间设有贯穿导线孔(506)。
5.如权利要求4所述的模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，所述密封盖(4)设置有螺纹孔和导线孔，所述中间圆盘(5)的凹平台上设置有螺纹孔，螺钉通过螺纹孔孔将密封盖(4)固定在凹平台顶部。
6.如权利要求4所述的模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，所述环形石英玻璃板(7)设置在环形阶梯槽(505)的宽槽中，通过玻璃胶粘固并密封，以防止在抛光过程中抛光液的溅入而受到损坏。
7.如权利要求4所述的模块化设计的自供紫外光源的绿色节能抛光头装置，其特征在于，所属圆形空腔(502)边缘的环形凹槽(503)内设置有O型密封垫圈，密封盖(4)通过螺钉将O型密封垫圈压紧来完成对矩形空腔(504)的密封，以防止在抛光过程中抛光液的溅入而损坏电路器件。
8.一种模块化的抛光头装置，其特征在于，包括权利要求1所述的自供紫外光源模块、装卡模块和晶圆保持模块；所述装卡模块设置在自供紫外光源模块的中间圆盘(5)的顶端；所述晶圆保持模块设置在自供光源模块的中间圆盘(5)的底端；所述装卡模块用于将抛光头装置与抛光机的动力机构连接，所述晶圆保持模块用于将晶圆夹持在抛光头装置的底端面。
9.如权利要求8所述的模块化的抛光头装置，其特征在于，所述装卡模块包括上圆盘(1)、装卡圆柱(2)和弹簧钢片(3)；装卡圆柱(2)水平插装在上圆盘(1)的转轴上，弹簧钢片(3)有6个，每个弹簧钢片(3)外侧端均通过螺钉间隔均匀的固定在中间圆盘(5)的边缘环脊(510)上，内侧端均通过螺钉与上圆盘(1)底端面连接且相互独立。
10.如权利要求8所述的模块化的抛光头装置，其特征在于，所述晶圆保持模块包括底圆盘(8)和保持环(9)；螺钉穿过密封盖(4)和中间圆盘(5)与底圆盘(8)连接，从而将底圆盘(8)固定在中间圆盘(5)的底端面，保持环(9)通过螺钉安装在底圆盘(8)的底部。
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