JP2024023654A - 冶金試料調製機において流体供給装置を制御する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】研削機／研磨機の流体を供給するシステム、研削機／研磨機、及び、流体供給装置を制御する方法の提供。【解決手段】冶金試料調製機において流体供給装置を制御する方法及び装置が開示される。研削機／研磨機の流体を供給する例示のシステムは、流体供給装置であって、流体を貯蔵する流体リザーバーと、流体を研削／研磨面上に供給するノズルとを備える、流体供給装置と、研削動作又は研磨動作中に研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、プロセッサであって、温度信号を閾値と比較することと、温度信号が所定の閾値を満たすときに供給信号を流体供給装置に送信するプロセッサとを備え、流体供給装置は、供給信号に応答して流体を供給する。【選択図】図４
Description
［関連出願の相互参照］
本出願は、「SYSTEM AND METHOD FOR INFRARED MONITORING AND CONTROL OF FLUID DISPENSING UNITS FOR A GRINDER/POLISHER」と題する２０１８年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／６８８，２９３号及び「METHODS AND APPARATUS TO CONTROL A FLUID DISPENSER ON A METALLURGICAL SPECIMEN PREPARATION MACHINE」と題する２０１９年６月１９日に出願された米国特許出願第１６／４４５，６７６号の優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／６８８，２９３号及び米国特許出願第１６／４４５，６７６号の全体は、引用することにより本明細書の一部をなす。
本出願は、「SYSTEM AND METHOD FOR INFRARED MONITORING AND CONTROL OF FLUID DISPENSING UNITS FOR A GRINDER/POLISHER」と題する２０１８年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／６８８，２９３号及び「METHODS AND APPARATUS TO CONTROL A FLUID DISPENSER ON A METALLURGICAL SPECIMEN PREPARATION MACHINE」と題する２０１９年６月１９日に出願された米国特許出願第１６／４４５，６７６号の優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／６８８，２９３号及び米国特許出願第１６／４４５，６７６号の全体は、引用することにより本明細書の一部をなす。
本開示は、研削機／研磨機等の冶金試料調製機において流体供給装置を制御する方法及び装置に関する。冶金試料の表面を調製する研削機、研磨機等と併せて使用される流体供給装置は、通常、研磨流体／スラリーリザーバーと、このリザーバーと接続されて流体／スラリーをノズルに押し進めるポンプ、サイフォン、又は空気源等のアクチュエーターとを備える。このノズルは、冶金試料の調製において使用される研削機／研磨機の機械の回転可能なプラテン又はラッピングホイールの方向に向けられている。
従来技術では、ともに「Grinder/Polisher」という発明の名称の特許文献１及び特許文献２が、流体供給装置がともに使用される金属調製機を開示している。従来技術において知られている流体供給装置は、通常、研磨スラリー等の流体の供給（dispensation：吐出）の手動モード又はバーストモードを含んでいる。従来技術では、「Modular fluid-dispensing system」という発明の名称の特許文献３及び「Abrasive slurry supply system for use in metallographic sample preparation」という発明の名称の特許文献４が、手動流体供給装置又はバースト流体供給装置の構成を開示している。手動構成では、流体は、ユーザーの作動によって供給される。バースト構成では、流体は、所定の間隔、頻度、又はレートで供給される。
容易に理解することができるように、潤滑剤及びスラリーのレート又は配置の制御が行われないと、研削／研磨面及びサンプルへの過度の損傷、結果物の不十分な品質、作業者間のばらつき及び材料の浪費が生じるおそれがある。さらに、バーストモードでは、使用されるいずれの設定も、各面、サンプルタイプ、サンプル数及び使用される潤滑剤／スラリーの組み合わせに合わせて変更する必要がある。
したがって、冶金試料調製において品質及び効率の双方の改善をもたらす流体供給装置のアクティブフィードバック制御が必要とされている。
上記に鑑み、本開示は、研削機／研磨機の流体供給装置の赤外線監視及び制御のためのシステム及び方法を含む。流体供給レートのアクティブフィードバックを有する研削機／研磨機が、サンプル調製の品質及び研削機／研磨機の効率を改善する。少なくとも１つの赤外線センサーを有する温度センサーが、研削機／研磨機の研削／研磨面の温度を検出する。この温度センサーは、研削機／研磨機に取り付けることもできるし、研削機／研磨機の基部又はヘッドのいずれかから延在する別個の温度検知アームに取り付けることもできる。
温度センサーは、研削機／研磨機の動作中に研削／研磨面の温度を検出及び監視する。温度信号が、温度センサーからプロセッサ（例えば、これに限定されるものではないが、流体供給装置又は研削機／研磨機のプロセッサ）に送信される。プロセッサは、温度変化が研削／研磨面に発生したか否かを判断する。幾つかの実施の形態では、プロセッサは、温度センサーからの温度信号を所定の閾値と比較する。この所定の閾値は、最高温度、温度範囲、又は温度変化率等であるが、これらに限定されるものではない。
上記判断及び／又は比較に基づいて、プロセッサは、供給信号を流体供給装置に送信し、流体供給装置は、リザーバーからノズルを通して研削／研磨面上に流体を供給する。したがって、研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体は、必要に応じて研削／研磨面に塗布され、流体を過剰に使用することなく研削機／研磨機及びサンプルを保護するのに十分な潤滑が与えられる。
本開示のこれらの特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付特許請求の範囲とともに、以下の詳細な説明から明らかになる。
本開示の利益及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討した後に当業者に容易に明らかになるであろう。
図面は、必ずしも正確な縮尺ではない。適切な場合は、同様の又は同一の参照番号を使用して、同様の又は同一の構成要素を指す。
本開示の好ましい例は、添付図面を参照して以下で説明することができる。以下の説明では、よく知られた機能又は構成は、不必要に詳細に説明すると本開示を不明瞭にする場合があるので、詳細に説明されない。
研削機／研磨機は、或るタイプの冶金試料調製機を指し、多くの産業において使用されている。研削機／研磨機は、多くの場合に、金属、ポリマー、セラミック等のサンプルを、顕微鏡検査等による更なる検査のために調製するのに使用される。本明細書において使用されるように、用語「研削機／研磨機」は、研削及び研磨のいずれか又は双方を行う機械を指すことができる。幾つかの例において、研削機／研磨機が研削動作又は研磨動作のいずれを行うのかは、調製される材料、使用される研磨剤、及び／又は機械の速度に依存し得る。
従来の研削機／研磨機では、流体は、バースト動作モード又は手動動作モードに従って供給される。手動モードでは、ユーザーは、流体供給を手動で起動及び起動停止し、流体の供給の開始又は停止のいずれかを行う。バースト動作モードでは、メモリが、ユーザーによって選択された定性的な設定に関連したポンプオン時刻及びポンプオフ時刻を記憶する。流体は、ユーザーが選択した設定に関連したポンプオン時刻及びポンプオフ時刻に従って供給される。上記で説明したように、流体供給の従来の技法は、供給が不十分であるという欠点を有する場合があり、これは、研削／研磨結果の品質の低下及び／又は研削機／研磨機の構成要素の過度の摩耗をもたらすおそれがある。
開示されている方法及び装置は、研削機／研磨機の流体供給装置の赤外線監視及び制御を行う。開示されている例は、研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体の供給の一貫性及び／又は制御を改善し、金属組織サンプルの調製レート及び／又は品質を改善し、消耗流体の使用効率を改善し（それによって、浪費を少なくする）、不十分な潤滑によって引き起こされる研削／研磨面に対する損傷を削減又は防止し、及び／又は金属組織調製内のオートメーションのレベルを高め、これによって、調製プロセス、試験プロセス、及び解析プロセスの品質及び／又は再現性を改善することができる。
本明細書において使用されるように、用語「約」及び／又は「およそ」は、値（又は値の範囲）、位置、向き、及び／又は動作を修飾又は記述するために使用されるときは、その値、値の範囲、位置、向き、及び／又は動作に合理的に近いことを意味する。したがって、本明細書において記載した例は、列挙された値、値の範囲、位置、向き、及び／又は動作にのみ限定されるものではなく、逆に、合理的に実現可能な偏差を含むことになる。
本明細書で使用されるように、「及び／又は」は、「及び／又は」によって連結されるリストにおける項目のうちの任意の１つ以上の項目を意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚのうちの１つ以上」を意味する。
本明細書で使用されるように、用語「例えば」は、１つ以上の非限定的な例、事例又は例証のリストを強調する。
研削機／研磨機の流体を供給する開示されるシステムは、流体供給装置であって、流体を貯蔵する流体リザーバーと、流体を研削／研磨面上に供給するノズルとを備える、流体供給装置と、研削動作又は研磨動作中に研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、プロセッサであって、温度信号を閾値と比較することと、温度信号が閾値を満たすときに供給信号を流体供給装置に送信するプロセッサとを備え、流体供給装置は供給信号に応答して流体を供給する。
幾つかの例において、温度センサーは非接触温度センサーである。幾つかの例において、非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である。幾つかの例において、温度センサーは、研削研磨面上の複数の箇所において研削／研磨面の温度を測定する。幾つかの例において、温度センサーは、複数の箇所において同時に測定された温度の中で最も高い温度を表す温度信号を出力する。幾つかの例示のシステムにおいて、温度センサーは、複数の箇所の平均温度を表す温度信号を出力する。
幾つかの例において、流体供給装置は供給信号に応答して所定の量の流体を出力する。幾つかの例において、流体供給装置は供給信号の値に基づく量の流体を出力する。幾つかの例において、プロセッサは、温度の変化を閾値変化と比較し、温度の変化が閾値変化を満たすことに応答して供給信号を出力する。
幾つかの例において、流体供給装置は、複数の流体リザーバーを備え、流体供給装置は、研削動作若しくは研磨動作のタイプ、研削／研磨面の材料、又は、研削／研磨面を介して調製されるサンプルの材料のうちの少なくとも１つに基づいて流体を供給する。幾つかの例において、プロセッサは、基準温度に基づいて閾値を決定する。幾つかの例において、基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に又は研削動作又は研磨動作の開始に応答して測定された研削／研磨面の温度を含む。
開示される例示の研削機／研磨機は、材料サンプルに対して研削又は研磨するプラテンと、流体供給装置であって、流体を貯蔵する流体リザーバーと、流体をプラテンの研削／研磨面上に供給するノズルとを備える、流体供給装置と、研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、プロセッサであって、温度信号を閾値と比較することと、温度信号が所定の閾値以上であるときに供給信号を流体供給装置に送信するプロセッサとを備える。
幾つかの例において、温度センサーは非接触温度センサーである。幾つかの例において、非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である。幾つかの例において、温度センサーは、研削研磨面上の複数の箇所において研削／研磨面の温度を測定する。幾つかの例において、温度センサーは、複数の箇所において同時に測定された温度の中で最も高い温度を表す温度信号を出力する。幾つかの例示のシステムにおいて、温度センサーは、複数の箇所の平均温度を表す温度信号を出力する。
幾つかの例において、流体供給装置は供給信号に応答して所定の量の流体を出力する。幾つかの例において、流体供給装置は供給信号の値に基づく量の流体を出力する。幾つかの例において、プロセッサは、温度の変化を閾値変化と比較し、温度の変化が閾値変化を満たすことに応答して供給信号を出力する。
幾つかの例において、流体供給装置は、複数の流体リザーバーを備え、流体供給装置は、研削動作若しくは研磨動作のタイプ、研削／研磨面の材料、又は、研削／研磨面を介して調製されるサンプルの材料の少なくとも１つに基づいて流体を供給する。幾つかの例において、プロセッサは基準温度に基づいて閾値を決定する。幾つかの例において、基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に又は研削動作又は研磨動作の開始に応答して測定された研削／研磨面の温度を含む。
流体供給装置を制御する開示される例示の方法は、温度センサーを使用して研削／研磨面の温度を監視することと、制御ユニットにおいて、温度を閾値温度と比較することと、温度信号が所定の閾値以上であるときに、制御ユニットから流体供給装置に供給ユニットを送信することと、流体供給装置の少なくとも１つの流体リザーバーに接続されたノズルを使用して、流体を研削／研磨面上に供給することとを含む。
図１は、複数の流体供給装置１０２を備える一例示の研削機／研磨機１００を示している。研削機／研磨機１００はプラテン１０４を備える。研削／研磨される材料がサンプルホルダー１０６の内部に配置され、プラテン１０４に対して保持されている間、プラテン１０４が回転され、これによって、制御された力を用いて研削／研磨面を提供することができる。幾つかの例において、プラテン１０４及びサンプルホルダー１０６の双方がサンプル調製中に回転する。このように、同時に発生する２つの回転する動きが存在する。
研磨粒子を含むことができるスラリーは、プラテン１０４上に注入され、試料を研削又は研磨するための研磨媒体及び／又は潤滑媒体を提供する。プラテン１０４の表面は、様々な研削面又は研磨面の間で交換可能である。例示の研削面及び研磨面には、ダイヤモンド研削ディスク、研磨布、並びに研磨ラッピングディスク及び／又は研磨ラッピングフィルムが含まれるが、これらに限定されるものではない。
図２は、図１の研削機／研磨機１００を実施するために使用することができる例示の研削機／研磨機を示している。研削機／研磨機１０は、一般に、基部１２、ヘッド１４及び制御パネル１６を備える。基部１２は、プラテン２２と、流体供給及びすすぎ構成要素２６とを収容する。基部１２は、収集ボウル２８も収容する。この収集ボウルには、流体が収集されるとともに、研削／研磨中に生成されるデブリも収集される。スプラッシュガード３６が、基部のケーシング１８から上方に延在し、ボウル２８を取り囲んでいる。例示のプラテン２２は、プラテンドライブからのベルトによって駆動されるが、他の技法を使用して駆動されてもよい。プラテン２２は、通常、１０回転毎分（ｒｐｍ）～約５００ｒｐｍで回転する。幾つかの例において、印加される負荷にかかわらず、プラテン２２の実質的に一定の速度及びトルクを保証するために、高トルクモーターが使用される。
研削プロセス中、表面を潤滑して摩擦／熱の生成を制御するとともに研削された材料を除去することが望ましい。研磨プロセス中、研磨剤及び／又は潤滑剤が研磨面に加えられ、このプロセス中に潤滑を行い、摩擦／熱を制御し、高濃度の研磨粒子を保持する。研磨剤及び／又は潤滑剤は、少なくとも１つの流体供給装置（図１及び図３に示す）によって供給される。流体供給装置は、研削機／研磨機内に組み込むこともできるし、分離して実装することもできる。幾つかの例において、研削機／研磨機１０は、異なる流体供給装置が同じ又は異なる流体タイプを貯蔵及び供給することができる複数の流体供給装置を使用するように構成することができる。貯蔵及び供給することができる流体の例には、ダイヤモンド懸濁液、アルミナ（Ａｌ2０3）懸濁液、炭化ケイ素（ＳｉＣ）懸濁液、二酸化ケイ素（Ｓｉ０2）懸濁液、及び／又は他の研磨剤懸濁液、潤滑剤等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
図３は、図１の研削機／研磨機１００及び流体供給装置１０２の例示の実施態様のブロック図である。チューブ／ノズル１１０が、流体供給装置１０２のボトル１１８から研削機／研磨機１００のプラテン１０４に流体を提供する。幾つかの例において、流体供給装置１０２は、ボトル１１８から流体を引き出し、この流体をチューブ／ノズル１１０を通してプラテン１０４に送り込むポンプ１０８を備える。ポンプ１０８は、例えば、蠕動ポンプとすることができる。電源装置１１２がシステムに電力を提供する。例示の電源装置は、通常の１２０ボルトＡＣ電気コンセント又は他の任意の電圧にプラグ接続される１２ボルトＤＣ変圧器を含むことができる。
図３の例示の研削機／研磨機１００は、制御スイッチ１１４及びプロセッサ１１６を備える。例示のプロセッサ１１６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application-specific integrated circuit）、プログラマブルゲートアレイ（例えば、ＦＰＧＡ等）、及び／又は他の任意のタイプのアナログ回路機構及び／又はデジタル回路機構を含むことができる。
従来技術の流体供給装置の従来の手動動作モードを用いると、ユーザーは、研削機／研磨機を監視するように要求される。訓練を受けていないユーザーは、研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を十分に使用せず、それによって、研削機／研磨機の表面に損傷を引き起こし及び／又サンプルを損なう場合もあるし、研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を過剰使用し、それによって、各サンプル調製当たりの流体の過剰使用及び追加のコストをもたらす場合もある。従来技術の流体供給装置のバースト動作モードを用いると、ユーザーは、調製されるサンプル、研削機／研磨機の設定、並びに利用可能な研磨面及び供給可能な流体の正確な知識を持っていなければならない。セットアップは、数分を要する可能性もあれば、不正確に行われる可能性もあり、それによって、流体及び作業時間の浪費をもたらす可能性がある。さらに、バーストモードは、固定のレート又は頻度でしか流体を供給せず、例えば、流体を設定されたレートで点滴注入する。サンプルの合成物は、サンプルを適切に研削及び研磨するのに必要とされる流体レートの変更を必要とする場合がある。
図４は、図１の研削機／研磨機１００及び複数の流体供給装置１０２の１つの作用を例示する概略図である。流体供給装置１０２からのノズル４０２は、研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を、回転するプラテン１０４に取り付けられた交換可能な研削／研磨面４０４上に堆積させる。研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体は、研削／研磨面４０４とサンプルホルダー１０６との間を通過し、研磨及び／又は潤滑を提供する。
回転プレート及びホルダーの上方には、赤外線（ＩＲ）センサー等の温度センサー４０６が、プラテン１０４上の研削／研磨面４０４の温度を監視する。幾つかの例において、温度センサー４０６はサーモグラフィックカメラを含む。図５Ａは、対応する視野５０２を有する例示の温度センサー４０６を備える図１の例示の研削機／研磨機１００を示している。図５Ｂは、図５Ａに示す例示の温度センサー４０６及び視野５０２のより詳細な図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、温度センサー４０６は、その放射検出器とその標的である研削／研磨面４０４との間の赤外線放射熱交換を測定する非接触温度計として機能する。温度センサー４０６は、研削／研磨面４０４によって放出された赤外線放射の波長を検出し、検知された温度を表す電気信号をプロセッサ１１６に出力する。他の接触温度センサー技術及び／又は非接触温度センサー技術を使用して温度センサー４０６を実施することもできる。
プロセッサ１１６は、研削／研磨面４０４の温度を示す温度信号を温度センサー４０６から受信する。温度信号が、少なくとも１つのＩＲセンサーが研削／研磨面４０４上の温度変化を検出したことを示しているとき、プロセッサ１１６は、より多くの研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を放出するために供給信号を流体供給装置１０２に送信する。幾つかの例において、この供給信号は、流体供給装置１０２に所定の量の流体を出力させる。追加又は代替として、供給信号は、対応する量の流体を流体供給装置１０２に出力させる可変の値又は大きさを有することができる。例えば、検知温度が高いほど、プロセッサ１１６は、相対的により多くの量の流体を流体供給装置１０２に供給させる供給信号を出力することができる。供給される流体は、一般に研削／研磨面の温度を低下させる。
幾つかの例において、プロセッサ１１６及び／又は流体供給装置１０２は、上昇した温度に対する応答を抑えるようにレート制限される。例えば、プロセッサ１１６は、流体が冷却効果をもたらすことができるように、単位時間当たりの供給信号の数を制限することができ、及び／又は、供給信号間の最小時間を実施することができる。
幾つかの例において、温度センサー４０６は、冶金試料を調製する研削機／研磨機１００の動作に先立ち基準温度を測定する。幾つかの例において、この基準温度は、この動作の開始時及び／又はこの動作の開始直後に取得されてもよい。基準温度は、例えば、研削機／研磨機１００の動作前の研削／研磨面４０４の温度及び／又は周囲の室温とすることができる。動作中、研削／研磨面４００と試料との間の摩擦が摩擦熱を引き起こす。温度センサー４０６は、１つ以上の箇所において研削／研磨面４０４の温度を測定する。温度センサー４０６は、例示のレートとして研削機／研磨機の１０ミリ秒の機械動作ごとに温度信号を生成するように構成することができるが、このレートは、これよりも速くすることもできるし、遅くすることもできる。温度センサー４０６からプロセッサ１１６に送信される温度信号は、例えば、測定された温度、及び／又は、測定された温度と基準温度との間の差とすることができる。サンプル調製サイクルの目標温度範囲は、サンプルタイプ及び研削／研磨面に依存する。
例示のプロセッサ１１６は、温度信号（例えば、研削／研磨面の測定された温度を示す）が所定の閾値（例えば、これに限定されるものではないが、基準温度よりも２℃～５℃高い温度）よりも大きいときに供給信号を送信する。或る温度変化が研削／研磨中に許容及び予想されるが、急速な温度変化は面４０４及び／又はサンプルを損傷させる可能性がある。したがって、プロセッサ１１６は、温度センサー４０６からの測定された温度又は温度変化率のいずれかに基づいて供給信号を流体供給装置１０２に送信する。
追加又は代替として、プロセッサ１１６は、温度信号の変化率及び所定の閾値に基づいて供給信号を流体供給装置１０２に送信する。例えば、プロセッサ１１６は、毎秒０．５℃を越える温度上昇を検出し、供給信号を出力することによってこれに対応することができる。１０秒ごとに１℃（すなわち、毎秒０．１℃）を越える温度変化率等の他の温度変化率を使用して、プロセッサ１１６をトリガーし、供給信号を出力することもできる。
幾つかの例において、プロセッサ１１６は、温度センサー４０６からの温度信号に基づいて研削／研磨面に沿った温度範囲を求める。この温度範囲が、面に沿った５℃の変動等の所定の閾値よりも大きい場合には、プロセッサ１１６は供給信号を送信する。
図５Ａ及び図５Ｂの例では、温度センサー４０６は、研削／研磨面４０４の上方に位置決めされる。幾つかの例において、温度センサー４０６は、研削機／研磨機１００のヘッドに取り付けられる。幾つかの例において、温度センサー４０６は、研削機／研磨機１００の基部又はヘッドのいずれかから延在する別個の温度検知アームに取り付けられる。図５Ａ及び図５Ｂに示す例では、温度センサー４０６は８つのＩＲセンサーを含む。これらのＩＲセンサーは一列に配列され、プラテン１０４及び研削／研磨面４０４に向けられる。プラテン１０４は、例えば、直径が１０インチと１６インチとの間にすることができるが、これに限定されるものではない。例示のＩＲセンサーは、プラテン１０４及び／又は面４０４の半直径ライン（half-diameter line）を監視する。プラテン１０４は、研削機／研磨機の機械動作中に回転するので、面４０４及び／又はプラテン１０４の表面の実質的に全てが、各回転とともに温度センサー４０６によって監視される。
温度センサー４０６内のＩＲセンサーの様々な構成が可能である。非接触温度センサー（すなわち、ＩＲセンサー）は、レンズを使用して対物視野角にわたってそれらの感度特性を達成する。幾つかの例において、最大感度は、レンズ視野の半分にわたって利用可能である。例えば、図５Ａ及び図５ＢのＩＲセンサーは、シリコンレンズを使用することによって対物視野角にわたって感度特性を達成し、最も高い感度の５０％のエリア角度（area angle）として指定された視野（ＦＯＶ：field of view）を有する。
図５Ｂでは、温度センサー４０６は、研削機／研磨機１００のプラテン１０４のおよそ７インチ～８インチの上方にある。８つのＩＲセンサーは、プラテン１０４の１平方インチ部分における温度を検出する。ＩＲセンサーの数及び／又はプラテン１０４の直径に応じて、温度センサー４０６の異なる高さを使用してもよい。研削機／研磨機１００は、様々なサイズの交換可能なプラテン１０４を使用することができる。幾つかの例において、温度センサー４０６は、ＩＲセンサーが研削機／研磨機１００とともに使用されるプラテン１０４のサイズに基づいて再合焦されるように調整可能な高さを有する。温度センサー４０６の高さは、例えば、研削機／研磨機１００の一部分に沿った温度検知アームの移動又は温度センサー４０６の摺動によって調整することができる。幾つかの例において、温度センサー４０６内の少なくとも１つのＩＲセンサーの位置決めが調整される。少なくとも１つのＩＲセンサーの位置決めは、例えば、この少なくとも１つのＩＲセンサーの角度又は向きを変更することによって調整することができる。
温度センサー４０６は、例えば、ＵＳＢ、ＲＳ－２３２シリアル、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ（プロフィバス）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）（イーサネット（登録商標））、及び／又は他の任意の通信インターフェースによって例示のプロセッサ１１６に接続される。温度センサー４０６によってプロセッサ１１６に送信される温度信号は、８つのＩＲセンサーの温度測定に基づいている。１つの実施形態では、プロセッサ１１６は、流体供給装置１０２の赤外線監視及び制御に専用化された個別の回路基板である。この個別の回路基板は、例えば、研削機／研磨機１００のヘッド、温度検知アーム、又は流体供給装置１０２に配置することができる。
図６は、開示された例による流体供給技法を使用したプラテン温度を、従来技術の技法を使用したプラテン温度と比較する試験結果６０２、６０４、６０６のグラフ６００である。試験結果６０２～６０６を取得するために、類似のサンプル収集を研削／研磨用のサンプルホルダーに配置した。各流体供給技法の１００秒の機械動作にわたって、使用される流体の温度及び量の変化を追跡した。右側の画像は、プロセスを検査するために試験中にサーモグラフィックカメラによって撮影したものである。研削／研磨面上の高温エリアは、研削機／研磨機におけるサンプル調製中に潤滑が不十分であることを示している。
供給が事前に設定された間隔で行われたバーストモードの流体供給（結果６０２として示す）は、３８ｍＬの研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を使用し、研削／研磨面上の最高温度のおよそ６℃の変化を可能にした。流体供給がユーザーによって制御される手動モードの流体供給（結果６０４として示す）は、約２０ｍＬの研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を使用し、最高温度のおよそ４℃の変化を可能にした。本開示の態様に従って行われたＩＲ監視モードの流体供給（結果６０６として示す）は、１３ｍＬの研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を使用し、最高温度のおよそ３℃の変化を可能にした。温度センサーである少なくとも１つの赤外線センサーは、流体供給装置を制御するために研削／研磨面の温度を監視した。上記で開示されたＩＲ監視は、より少ない研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を使用しつつ、１００秒の使用後に研削／研磨面のより低い最高温度を達成した。
図７は、流体を研削機／研磨機１００に供給するように図１の例示の流体供給装置１０２を制御する例示の方法７００を表すフローチャートである。例示の方法７００は、非一時的機械可読媒体に記憶された機械可読命令を、プロセッサ１１６及び温度センサー４０６によって、及び／又は、より一般的には研削機／研磨機１００によって実行することによって実行することができる。例示の方法７００の複数の部分は、同時に、並列に、又は図示した逐次実行方法と異なる順序で実行可能である。方法７００は、図示した実施形態に示すものよりも少ないステップを使用して実行可能とすることもできる。
方法７００は、研削機／研磨機の動作中の流体供給を制御するのに使用される。ブロック７０２において、温度センサー４０６は、研削／研磨面４０４の表面温度を測定する。研削／研磨面４０４の温度を示す信号が、温度センサー４０６によってプロセッサ１１６に送信される。幾つかの例において、プロセッサ１１６に送信される温度信号は、温度センサー４０６によって実質的に同時に検出された複数の温度のうちの最も高い温度である。
ブロック７０４において、プロセッサ１１６は、表面温度が閾値温度を満たすか否かを判断する。幾つかの例において、研削／研磨面４００の測定された温度が所定の閾値よりも大きいときに、プロセッサ１１６は供給信号を送信する。所定の閾値は、例えば、基準温度よりも２℃～５℃高い値とすることができる。基準温度は、研削機／研磨機１００の動作前の研削／研磨面４０４の温度又は周囲の室温とすることができる。研削機／研磨機１００とともに使用される様々な表面は、流体供給装置１０２とともに使用される異なる所定の閾値を有することができる。
幾つかの例において、プロセッサ１１６は、複数の表面の所定の閾値を記憶するメモリに結合される。ユーザーは、使用される研削／研磨面及び調製される試料のタイプを、研削機／研磨機１００又は流体供給装置１０２上のユーザーインターフェース（例えば、図２の制御パネル１６）を介して選択することができる。ユーザーによる表面及び試料のタイプの選択によって、温度信号の比較及び供給信号を流体供給装置１０２に送信するか否かの判定のためにプロセッサ１１６によって使用される所定の閾値（例えば、周囲温度からの温度変化）は変化する。
幾つかの例において、プロセッサ１１６は、供給信号を流体供給装置１０２に送信するか否かを判断するために、温度の変化率が所定の閾値（例えば、これに限定されるものではないが毎秒０．５℃）よりも大きいか否かを判断する。幾つかの例において、プロセッサ１１６は、温度センサーからの温度信号に基づいて研削／研磨面に沿った温度範囲を求める。温度範囲が所定の閾値（例えば、これに限定されるものではないが表面に沿った５℃の変動）よりも大きい場合には、プロセッサ１１６は、供給信号を流体供給装置に送信する。
したがって、ブロック７０４において、プロセッサ１１６は、温度センサー４０６からの温度信号を、温度に関する所定の閾値と比較する。幾つかの例において、プロセッサ１１６は、メモリ又はルックアップテーブルに保存された複数の所定の閾値のうちの１つを参照する。他の実施形態では、供給信号を流体供給装置に送信するか否かを判断するのに、２つ以上の所定の閾値が使用される。
表面温度が閾値温度を満たす（ブロック７０４）場合には、ブロック７０６において、プロセッサ１１６は、流体を表面に供給するように流体供給装置１０２を制御する。幾つかの例において、プロセッサ１１６は、流体を供給するために１または複数の流体供給装置１０２を選択し、選択された供給装置１０２に供給信号を送信する。例えば、温度変化が所定の閾値以上であると判断された場合には、プロセッサ１１６は供給信号を送信する。流体供給装置１０２は、供給信号を受信し、研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を研削／研磨面４０４上に放出する。流体供給装置１０２は、少なくとも１つの流体リザーバーと接続されたポンプ、サイフォン、又は空気源等のアクチュエーターを起動し、流体／スラリーをノズルに押し出す。ノズルは、回転する研削／研磨面４０４の方向に向けられている。
幾つかの例において、流体供給装置１０２は、プロセッサ１１６から供給信号を受信すると、事前に設定された量の研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を放出する。事前に設定された量は、メモリに記憶することができ、ユーザーは、ユーザーインターフェース（例えば、図２の制御パネル１６）を使用して、事前に設定された流体量を選択可能とすることができる。流体供給装置１０２が事前に設定された量の次の流体を放出するには、プロセッサ１１６からの後続の供給信号が必要とされる。幾つかの例において、流体供給装置１０２は、プロセッサ１１６が、温度センサーからの温度信号が所定の閾値よりも小さいと判断するまで研磨剤流体及び／又は潤滑剤流体を放出する。
例示の流体供給装置１０２は、研削機／研磨機内に組み込むこともできるし、分離した装置とすることもできる。幾つかの例において、複数の流体供給装置１０２が１つの研削機／研磨機１００とともに使用され、各流体供給装置１０２は異なる流体タイプを含む。用語「流体」は、様々なダイヤモンド懸濁液、アルミナ（Ａｌ2０3）懸濁液、炭化ケイ素（ＳｉＣ）懸濁液、二酸化ケイ素（Ｓｉ０2）懸濁液、及び／又は他の研磨剤懸濁液、潤滑剤等を含むが、これらに限定されるものではない。１つのサンプル調製中に数個の流体及び表面が使用される場合がある。
流体を供給した（ブロック７０６）後、又は温度信号が閾値を満たさない（ブロック７０４）場合には、制御はブロック７０２に戻り、温度センサー４０６は、研削／研磨面の温度の監視と、プロセッサ１１６への温度信号の送信とを続ける。方法７００は、したがって、研削機／研磨機１００の動作中に研削／研磨面の温度を絶えず監視することができ、監視された温度に基づいて流体を供給することができる。
本装置、システム及び／又は方法を、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本装置、システム及び／又は方法の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本装置、システム及び／又は方法は、開示されている特定の実施態様に限定されず、本装置、システム及び／又は方法は、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含むことが意図される。
１０ 研磨機
１２ 基部
１４ ヘッド
１６ 制御パネル
１８ ケーシング
２２ プラテン
２８ 収集ボウル
２８ ボウル
３６ スプラッシュガード
１００ 研磨機
１０２ 流体供給装置
１０４ プラテン
１０６ サンプルホルダー
１０８ ポンプ
１１０ ノズル
１１２ 電源装置
１１４ 制御スイッチ
１１６ プロセッサ
１１８ ボトル
４００ 研磨面
４０２ ノズル
４０４ 研磨面
４０６ 温度センサー
５０２ 視野
６００ グラフ
６０２ 試験結果
６０３ 試験結果
６０４ 試験結果
６０５ 試験結果
６０６ 試験結果
１２ 基部
１４ ヘッド
１６ 制御パネル
１８ ケーシング
２２ プラテン
２８ 収集ボウル
２８ ボウル
３６ スプラッシュガード
１００ 研磨機
１０２ 流体供給装置
１０４ プラテン
１０６ サンプルホルダー
１０８ ポンプ
１１０ ノズル
１１２ 電源装置
１１４ 制御スイッチ
１１６ プロセッサ
１１８ ボトル
４００ 研磨面
４０２ ノズル
４０４ 研磨面
４０６ 温度センサー
５０２ 視野
６００ グラフ
６０２ 試験結果
６０３ 試験結果
６０４ 試験結果
６０５ 試験結果
６０６ 試験結果
本装置、システム及び／又は方法を、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本装置、システム及び／又は方法の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本装置、システム及び／又は方法は、開示されている特定の実施態様に限定されず、本装置、システム及び／又は方法は、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含むことが意図される。
［構成１］
流体供給装置であって、
流体を貯蔵する流体リザーバーと、
前記流体を研削／研磨面上に供給するノズルと、
を備える、流体供給装置と、
研削動作又は研磨動作中に前記研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、
プロセッサであって、
前記温度信号を閾値と比較することと、
前記温度信号が前記閾値を満たすときに供給信号を前記流体供給装置に送信することと、
を行うプロセッサとを具備し、
前記流体供給装置が、前記供給信号に応答して前記流体を供給する研削機／研磨機の流体を供給するシステム。
［構成２］
前記温度センサーは非接触温度センサーを含む構成１に記載のシステム。
［構成３］
前記非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である構成２に記載のシステム。
［構成４］
前記温度センサーは、前記研削研磨面上の複数の箇所において前記研削／研磨面の前記温度を測定する構成１に記載のシステム。
［構成５］
前記温度センサーは、前記複数の箇所において同時に測定された温度の中で最も高い温度を表す前記温度信号を出力する構成４に記載のシステム。
［構成６］
前記温度センサーは、前記複数の箇所の平均温度を表す前記温度信号を出力する構成４に記載のシステム。
［構成７］
前記流体供給装置は、前記供給信号に応答して所定の量の前記流体を出力する構成１に記載のシステム。
［構成８］
前記流体供給装置は、前記供給信号の値に基づく量の前記流体を出力する構成１に記載のシステム。
［構成９］
前記プロセッサは、前記温度の変化を閾値変化と比較し、前記温度の前記変化が前記閾値変化を満たすことに応答して前記供給信号を出力する構成１に記載のシステム。
［構成１０］
前記流体供給装置は、複数の流体リザーバーを備え、前記流体供給装置は、研削動作若しくは研磨動作のタイプ、前記研削／研磨面の材料、又は、前記研削／研磨面を介して調製されるサンプルの材料のうちの少なくとも１つに基づいて前記流体を供給する構成１に記載のシステム。
［構成１１］
前記プロセッサは基準温度に基づいて前記閾値を決定する構成１に記載のシステム。
［構成１２］
前記基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に又は前記研削動作又は前記研磨動作の開始に応答して測定された前記研削／研磨面の温度を含む構成１１に記載のシステム。
［構成１３］
材料サンプルに対して研削又は研磨を行うプラテンと、
流体供給装置であって、
流体を貯蔵する流体リザーバーと、
前記流体を前記プラテンの研削／研磨面上に供給するノズルと、
を備える、流体供給装置と、
前記研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、
プロセッサであって、
前記温度信号を閾値と比較することと、
前記温度信号が所定の閾値以上であるときに供給信号を前記流体供給装置に送信することと、
を行うプロセッサとを具備する研削機／研磨機。
［構成１４］
前記温度センサーは非接触温度センサーを含む構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成１５］
前記非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である構成１４に記載の研削機／研磨機。
［構成１６］
前記温度センサーは、前記研削／研磨面上の複数の箇所において前記研削／研磨面の前記温度を測定する構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成１７］
前記プロセッサは、基準温度に基づいて前記閾値を決定する構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成１８］
前記基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に測定された前記研削／研磨面の温度を含む構成１７に記載の研削機／研磨機。
［構成１９］
前記プロセッサは、前記温度の変化を閾値変化と比較し、前記温度の前記変化が前記閾値変化を満たすことに応答して前記供給信号を出力する構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成２０］
流体供給装置を制御する方法であって、
温度センサーを使用して研削／研磨面の温度を監視することと、
制御ユニットにおいて、前記温度を閾値温度と比較することと、
温度信号が所定の閾値以上であるときに、制御ユニットから前記流体供給装置に供給ユニットを送信することと、
前記流体供給装置の少なくとも１つの流体リザーバーに接続されたノズルを使用して、流体を前記研削／研磨面上に供給することとを含む方法。
［構成１］
流体供給装置であって、
流体を貯蔵する流体リザーバーと、
前記流体を研削／研磨面上に供給するノズルと、
を備える、流体供給装置と、
研削動作又は研磨動作中に前記研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、
プロセッサであって、
前記温度信号を閾値と比較することと、
前記温度信号が前記閾値を満たすときに供給信号を前記流体供給装置に送信することと、
を行うプロセッサとを具備し、
前記流体供給装置が、前記供給信号に応答して前記流体を供給する研削機／研磨機の流体を供給するシステム。
［構成２］
前記温度センサーは非接触温度センサーを含む構成１に記載のシステム。
［構成３］
前記非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である構成２に記載のシステム。
［構成４］
前記温度センサーは、前記研削研磨面上の複数の箇所において前記研削／研磨面の前記温度を測定する構成１に記載のシステム。
［構成５］
前記温度センサーは、前記複数の箇所において同時に測定された温度の中で最も高い温度を表す前記温度信号を出力する構成４に記載のシステム。
［構成６］
前記温度センサーは、前記複数の箇所の平均温度を表す前記温度信号を出力する構成４に記載のシステム。
［構成７］
前記流体供給装置は、前記供給信号に応答して所定の量の前記流体を出力する構成１に記載のシステム。
［構成８］
前記流体供給装置は、前記供給信号の値に基づく量の前記流体を出力する構成１に記載のシステム。
［構成９］
前記プロセッサは、前記温度の変化を閾値変化と比較し、前記温度の前記変化が前記閾値変化を満たすことに応答して前記供給信号を出力する構成１に記載のシステム。
［構成１０］
前記流体供給装置は、複数の流体リザーバーを備え、前記流体供給装置は、研削動作若しくは研磨動作のタイプ、前記研削／研磨面の材料、又は、前記研削／研磨面を介して調製されるサンプルの材料のうちの少なくとも１つに基づいて前記流体を供給する構成１に記載のシステム。
［構成１１］
前記プロセッサは基準温度に基づいて前記閾値を決定する構成１に記載のシステム。
［構成１２］
前記基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に又は前記研削動作又は前記研磨動作の開始に応答して測定された前記研削／研磨面の温度を含む構成１１に記載のシステム。
［構成１３］
材料サンプルに対して研削又は研磨を行うプラテンと、
流体供給装置であって、
流体を貯蔵する流体リザーバーと、
前記流体を前記プラテンの研削／研磨面上に供給するノズルと、
を備える、流体供給装置と、
前記研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、
プロセッサであって、
前記温度信号を閾値と比較することと、
前記温度信号が所定の閾値以上であるときに供給信号を前記流体供給装置に送信することと、
を行うプロセッサとを具備する研削機／研磨機。
［構成１４］
前記温度センサーは非接触温度センサーを含む構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成１５］
前記非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である構成１４に記載の研削機／研磨機。
［構成１６］
前記温度センサーは、前記研削／研磨面上の複数の箇所において前記研削／研磨面の前記温度を測定する構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成１７］
前記プロセッサは、基準温度に基づいて前記閾値を決定する構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成１８］
前記基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に測定された前記研削／研磨面の温度を含む構成１７に記載の研削機／研磨機。
［構成１９］
前記プロセッサは、前記温度の変化を閾値変化と比較し、前記温度の前記変化が前記閾値変化を満たすことに応答して前記供給信号を出力する構成１３に記載の研削機／研磨機。
［構成２０］
流体供給装置を制御する方法であって、
温度センサーを使用して研削／研磨面の温度を監視することと、
制御ユニットにおいて、前記温度を閾値温度と比較することと、
温度信号が所定の閾値以上であるときに、制御ユニットから前記流体供給装置に供給ユニットを送信することと、
前記流体供給装置の少なくとも１つの流体リザーバーに接続されたノズルを使用して、流体を前記研削／研磨面上に供給することとを含む方法。
Claims (20)
- 流体供給装置であって、
流体を貯蔵する流体リザーバーと、
前記流体を研削／研磨面上に供給するノズルと、
を備える、流体供給装置と、
研削動作又は研磨動作中に前記研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、
プロセッサであって、
前記温度信号を閾値と比較することと、
前記温度信号が前記閾値を満たすときに供給信号を前記流体供給装置に送信することと、
を行うプロセッサとを具備し、
前記流体供給装置が、前記供給信号に応答して前記流体を供給する研削機／研磨機の流体を供給するシステム。 - 前記温度センサーは非接触温度センサーを含む請求項１に記載のシステム。
- 前記非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である請求項２に記載のシステム。
- 前記温度センサーは、前記研削研磨面上の複数の箇所において前記研削／研磨面の前記温度を測定する請求項１に記載のシステム。
- 前記温度センサーは、前記複数の箇所において同時に測定された温度の中で最も高い温度を表す前記温度信号を出力する請求項４に記載のシステム。
- 前記温度センサーは、前記複数の箇所の平均温度を表す前記温度信号を出力する請求項４に記載のシステム。
- 前記流体供給装置は、前記供給信号に応答して所定の量の前記流体を出力する請求項１に記載のシステム。
- 前記流体供給装置は、前記供給信号の値に基づく量の前記流体を出力する請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記温度の変化を閾値変化と比較し、前記温度の前記変化が前記閾値変化を満たすことに応答して前記供給信号を出力する請求項１に記載のシステム。
- 前記流体供給装置は、複数の流体リザーバーを備え、前記流体供給装置は、研削動作若しくは研磨動作のタイプ、前記研削／研磨面の材料、又は、前記研削／研磨面を介して調製されるサンプルの材料のうちの少なくとも１つに基づいて前記流体を供給する請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサは基準温度に基づいて前記閾値を決定する請求項１に記載のシステム。
- 前記基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に又は前記研削動作又は前記研磨動作の開始に応答して測定された前記研削／研磨面の温度を含む請求項１１に記載のシステム。
- 材料サンプルに対して研削又は研磨を行うプラテンと、
流体供給装置であって、
流体を貯蔵する流体リザーバーと、
前記流体を前記プラテンの研削／研磨面上に供給するノズルと、
を備える、流体供給装置と、
前記研削／研磨面の温度を示す温度信号を出力する温度センサーと、
プロセッサであって、
前記温度信号を閾値と比較することと、
前記温度信号が所定の閾値以上であるときに供給信号を前記流体供給装置に送信することと、
を行うプロセッサとを具備する研削機／研磨機。 - 前記温度センサーは非接触温度センサーを含む請求項１３に記載の研削機／研磨機。
- 前記非接触温度センサーは、赤外線センサー又はサーモグラフィックカメラの少なくとも一方である請求項１４に記載の研削機／研磨機。
- 前記温度センサーは、前記研削／研磨面上の複数の箇所において前記研削／研磨面の前記温度を測定する請求項１３に記載の研削機／研磨機。
- 前記プロセッサは、基準温度に基づいて前記閾値を決定する請求項１３に記載の研削機／研磨機。
- 前記基準温度は、研削動作又は研磨動作の前に測定された前記研削／研磨面の温度を含む請求項１７に記載の研削機／研磨機。
- 前記プロセッサは、前記温度の変化を閾値変化と比較し、前記温度の前記変化が前記閾値変化を満たすことに応答して前記供給信号を出力する請求項１３に記載の研削機／研磨機。
- 流体供給装置を制御する方法であって、
温度センサーを使用して研削／研磨面の温度を監視することと、
制御ユニットにおいて、前記温度を閾値温度と比較することと、
温度信号が所定の閾値以上であるときに、制御ユニットから前記流体供給装置に供給ユニットを送信することと、
前記流体供給装置の少なくとも１つの流体リザーバーに接続されたノズルを使用して、流体を前記研削／研磨面上に供給することとを含む方法。
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