WO2012000426A1

WO2012000426A1 - 抛光垫修整头

Info

Publication number: WO2012000426A1
Application number: PCT/CN2011/076500
Authority: WO
Inventors: 路新春; 沈攀; 何永勇; 雒建斌
Original assignee: 清华大学
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-01-05
Also published as: CN101972988B; US20120115403A1; CN101972988A

Description

拋光垫修整头技术领域

本发明涉及化学机械抛光设备技术领域，特别涉及一种抛光垫修整头。背景技术

化学机械抛光设备中 ,抛光垫在使用一段时间后，随着自身的磨损以及磨屑对抛光垫表面微孔的填充，抛光垫表面变得平滑，形成釉化层，使抛光垫存储、输送磨料的能力降低，导致材料去除率和抛光表面质量下降。通过修整头上金刚石盘对抛光垫进行适当的修整，可去除釉化层以及抛光垫上的磨屑，提高抛光垫粗糙度及其使用寿命，降低成本，保证抛光一致性。修整头带动金刚石盘下压与抛光垫接触，并带动金刚石盘旋转，金刚石盘在与抛光垫接触并旋转的过程中对抛光垫进行修整。

目前的抛光垫修整头结构都较为复杂，产生下压运动的腔体与金刚石盘的夹持机构是分离独体的，下压运动的导向和扭矩的传递都通过键连接来实现，上下伸缩运动的限位需要增加额外的零件来实现。发明内容

根据本发明的实施例提供了一种结构简单紧凑，易于加工装配的抛光垫修整头。根据本发明实施例的抛光垫修整头，包括：轴承座、主轴、保护盖、压盘、自适应盘、金刚石盘和柔性环；所述轴承座的上端安装有轴承端盖；所述主轴通过轴承可旋转地安装在所述轴承座内，所述主轴内设有沿其轴向贯通的轴向通道，所述主轴的上端从所述轴承端盖延伸出，所述主轴的下端从所述轴承座的下端延伸出且所述轴承座的下端与所述主轴之间设有密封，所述主轴的上端安装有同步带轮，所述轴向通道的上端处安装有旋转接头，所述主轴的下端安装有法兰，所述法兰的下表面安装有压片；所述保护盖围绕所述法兰设置；所述压盘与所述保护盖相连；所述自适应盘的下端与所述压盘相连且所述自适应盘的上端可移动地配合在所述轴向通道内，所述自适应盘内设有连通通道；所述金刚石盘安装在所述压盘的下表面上；所述柔性环的上沿夹在所述法兰与所述压片之间，所述柔性环的下沿夹在所述保护盖与所述压盘之间，其中所述柔性环、所述法兰、所述压盘、和所述自适应盘共同形成密闭空腔，所述保护盖、所述压盘、所述自适应盘和所述金刚石盘通过所述柔性环能够随所述主轴旋转且通过所述柔性坏的伸缩变形能够相对于所述主轴上下移动，所述密闭空腔通过所述连通通道与所述轴向通道连通。

根据本发明实施例的抛光垫修整头具有结构简单紧凑美观，易于加工制造及装配，运动平稳可靠，具有很高的实用性，可广泛用于抛光设备中。

根据本发明的一些实施例，所述压盘与自适应盘之间设有第一密封圈，所述保护盖与所述压盘之间设有第二密封圏，所述主轴与所述法兰之间设有第三密封圏。

根据本发明的一个实施例，所述轴承座的下端与所述主轴之间的密封为迷宫式密封。

根据本发明的一些示例，所述轴承座内设有第一气孔，所述轴承端盖内设有与所述第一气孔连通的第二气孔，所述第二气孔的上端处安装有快换接头，所述第一气孔的下端通向所述轴承座的内底面与所述主轴之间的空间以便所述轴承座的下端与所述主轴之间的密封为气封。

根据本发明的一个示例，所述轴向通道包括上段和下段，其中所述下段径向尺寸大于所述上段的径向尺寸。

根据本发明的一个具体示例，所述轴向通道具有圓形横截面。

根据本发明的一个实施例，所述柔性环的上沿和下沿为平板状且所述上沿和所述下沿通过弯曲过渡部相连。

根据本发明的一些实施例，所述自适应盘包括下盘体和上轴部，所述下盘体的下表面设有凹槽，所述上轴部的下端与所述下盘体的上表面相连，且所述上轴部的下端配合在所述轴向通道内，所述连通通道形成在所述上轴部内。

根据本发明的一些示例，所述连通通道包括彼此连通的竖向通道部分和横向通道部分，所述竖向通道部分从所述上轴部的上端向下延伸预定长度，所述横向通道部分沿所述上轴部的周向延伸以将所述竖向通道部分与所述密闭空腔连通。

根据本发明的一些实施例，所述凹槽的顶壁为薄片结构且具有 0. 1 mm-0.5mm的厚度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。酎图说明

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图 1是根据本发明实施例的抛光垫修整头的结构示意图；

图 2是根据本发明实施例的柔性环的立体结构示意图；

图 3是根据本发明实施例的柔性环的剖视示意图；

图 4是根据本发明实施例的自适应盘的立体结构示意图；和

图 5是根据本发明实施例的自适应盘的剖视示意图。具体实旄方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语 "中心，，、 "纵向，，、 "横向，，、 "上" 、 "下" 、 "前" 、 "后" 、 "左" 、 "右" 、 "竖直" 、 "水平，，、 "顶" 、 "底" "内" 、 "外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和筒化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语 "第一" 、 "第二" 仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 "安装" 、 "相连，，、 "连接，' 应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图描述根据本发明实施例的抛光修整头。

如图 1至图 5所示，根据本发明一个实施例的抛光垫修整头包括：轴承座 6、主轴 14、保护盖 5、压盘 3、自适应盘 19、金刚石盘 1和柔性环 18。

具体地，主轴 14可以通过轴承 9可旋转地安装在轴承座 6内。轴承座 6的上端可以安装有轴承端盖 13 , 由此，轴承端盖 13用于将釉承 9固定在轴承座 6内。例如主轴 14可以通过两组轴承 9轴向定位，避免主轴 14轴向串动，在两组轴承 9之间可以设置套筒 8 , 由此两组轴承 9可以通过轴承端盖 13和套筒 8固定在轴承座 6内。

如图 1所示，主轴 14 内可以设有沿其轴向（图 1 中的上下方向）贯通的轴向通道 141 , 主轴 14的上端从轴端盖 13延伸出，主轴 14的下端从轴座 6的下端延伸出，轴座 6的下端与主轴 14之间设有密封 20。更具体而言，主轴 14与轴座 6下端的供主轴 14的下端伸出的开口之间设有密封 20 , 由此可以避免在抛光过程中液体进入到轴承座 6内。

主轴 14的上端安装有同步带轮 10 , 例如主轴 14的上端部通过螺钉与同步带轮 10 固定连接，同步带轮 10可以通过皮带与驱动装置（未示出，例如驱动电机）相连，由此可以驱动主轴 14旋转。

轴向通道 141的上端处安装有旋转接头 1 1 , 由此，旋转接头 1 1可以与气源（未示出）或抽真空装置（未示出，例如真空泵）相连，由此在主轴 14旋转期间可以对轴向通道 141抽真空或向轴向通道 141 内供给气体。

主轴 14的下端安装有法兰 15，法兰 15的下表面安装有压片 17 , 例如法兰 15通过螺钉固定在主轴 14的下端面上，而压片 17通过螺钉固定在法兰 15的下端面上。

保护盖 5围绕法兰 15设置，如图 1所示，保护盖 5的内腔设有台阶，压盘 3与保护盖 5相连。更具体而言，如图 1所示，压盘 3通过销轴连接在保护盖 5的内腔中的台阶的下端面上，自适应盘 19的下端与压盘 3相连且自适应盘 19的上端可移动地配合在轴向通道 141 内，自适应盘 19内设有连通通道 191 (参见图 5 ) , 金刚石盘 1安装在压盘 3的下表面上。保护盖 5、压盘 3、自适应盘 19和金刚石盘 1四者可以通过螺钉连接成一体，从而将法兰 15和压片 17包覆固定。

柔性环 18的上沿 181夹在法兰 15与压片 17之间，柔性环 18的下沿 182夹在保护盖 5与压盘 3之间，其中柔性环 18、法兰 15、压盘 3、和自适应盘 19共同形成密闭空腔 M, 保护盖 5、压盘 3、自适应盘 19和金刚石盘 1通过柔性环 18能够随主轴 14旋转且通过柔性环 18的伸缩变形能够相对于主轴 14上下移动，密闭空腔 M通过连通通道 191与轴向通道 141连通。

使用中，通过旋转接头 11对密闭空腔 M抽真空时，金刚石盘 1、压盘 3、保护盖 5和自适应盘 19将一起向上运动，对密闭空腔 M加正压（通过旋转接头 1 1 向密闭空腔 M内充气）时，金刚石盘 1、压盘 3、保护盖 5和自适应盘 19将通过柔性环 8的变形一起向下运动。修整头的上下运动通过柔性环 18实现，金刚石盘 1向下运动时，柔性环 18向下伸长，且主轴 14通过柔性环 18将扭矩传递给金刚石盘 1 并与金刚石盘 1 共同旋转，从而对抛光垫进行修整；金刚石盘 1向下运动与抛光垫接触的过程中，自适应盘 19能产生弹性变形，从而使金刚石盘 1具有自适应性，能在修整抛光垫的过程中与之完全面面贴合，得到良好的修整效果。

当密闭空腔 M抽真空时，金刚石盘 1、压盘 3、保护盖 5和自适应盘 19将一起向上运动，抽真空的真空度可以为 0-100kPa。通过控制正压压力（向密封空腔 M内充气的压力），金刚石盘 1与抛光垫的接触时修整头的下压力可线性变化，可以根据需要调整正压压力大小来获得不同的修整头下压力，从而满足不同的抛光垫以及同种抛光垫不同的修整工艺要求，下压力修整压力范围为 0-300牛顿。

如图 1所示，根据本发明的一些实施例，压盘 3与自适应盘 19之间可以设有第一密封圏 2 , 保护盖 5与压盘 3之间可以设有第二密封圈 4 , 主轴 14与法兰 15之间可以设有第三密封圈 7。由此，提高了密闭空腔 M 的密封性，提升了抛光修整头的性能和可靠性。

如图 1所示，根据本发明的一个实施例，轴承座 6的下端与主轴 14之间的密封 20 可以为气封。具体地，轴承座 6内可以设有第一气孔 61 , 轴承端盖 13 内可以设有与第一气孔 61连通的第二气孔 131 , 第二气孔 131的上端处安装有快换接头 12, 第一气孔 61 的下端通向轴 7|座 6的内底面与主轴 14之间的空间以便轴 7|座 6的下端与主轴 14 之间的密封 20为气封。需要说明的是，气体通过快换接头 12进入轴承座 6腔内，部分气体从主轴 14与轴承座 6之间的间隙吹出，形成气封，从而避免在抛光过程中有液体进入轴承座 6腔内。

可选地，轴承座 6的下端与主轴 14之间的密封 20可以为迷宫式密封。由此，可以避免在抛光过程中有液体进入轴承座 6腔内。

如图 1所示，才据本发明的一些示例，轴向通道 141 包括上段 1411和下段 1412, 其中下段 1412径向尺寸大于上段 1411的径向尺寸。需要说明的是，金刚石盘 1可以实现上下伸缩运动，轴向通道 141可以起到对自适应盘 19进行导向的作用，从而对金刚石盘 1进行导向。

具体地，金刚石盘 1向上运动时，自适应盘 19的顶端与下段 1412的顶端顶靠，这样就限定了自适应盘 19向上运动的上限位点。金刚石盘 1向下运动时，保护盖 5的斜边与法兰 15的轴肩斜边贴合，限定了自适应盘 19向下运动的下限位点，从而限定了金刚石盘 1上下运动的行程。例如金刚石盘 1上下运动的行程可以限定为 0-15mm。

根据本发明的一个示例，轴向通道 141可以具有圆形横截面，这样便于加工。然而，轴向通道 1 14也可以具有矩形横截面。

如图 1-3所示，根据本发明的一个实施例，柔性环 18的上沿 181和下沿 182可以为平板状且上沿 181和下沿 182通过弯曲过渡部 183相连。由此，可以使柔性环 18的上沿 181夹在法兰 15与压片 17之间，柔性环 18的下沿 182夹在保护盖 5与压盘 3之间。

参见图 1、图 4和图 5 , 根据本发明的一个实施例，自适应盘 19 包括下盘体 192 和上轴部 193，下盘体 192的下表面设有凹槽 194，上轴部 193的下端与下盘体 192的上表面相连，且上轴部 193的下端配合在轴向通道 141 内，连通通道 191形成在上轴部 193 内。由此，可以实现通过旋转接头 1 1、轴向通道 141连通通道 191和密闭空腔 M 的连通。

进一步地，连通通道 191 包括彼此连通的竖向通道部分 1911和横向通道部分 1912, 竖向通道部分 1911从上轴部 193的上端向下延伸预定长度，横向通道部分 1912沿上轴部 193的周向延伸以将竖向通道部分 1911与密闭空腔 M连通。由此，可以实现通过旋转接头 1 1对密闭空腔 M抽真空或加压。

优选地，凹槽 194的顶壁为薄片结构且具有 0.1mm-0.5mm的厚度。例如为 0.3mm。由此可以使自适应盘 19产生较适合的弹性变形，从而使金刚石盘 1具有自适应性。

根据本发明实施例的抛光垫修整头，结构简单，金刚石盘 1具有自适应性，提高了抛光垫修整的精度和效率。

在本说明书的描述中，参考术语 "一个实施例，，、 "一些实施例" 、 "示例" 、 "具体示例" 、或 "一些示例" 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

权利要求书

1、一种抛光垫修整头，其特征在于，包括：

轴承座（6) , 所述轴承座（6) 的上端安装有轴承端盖（13 ) ；

主轴（ 14 ) ，所述主轴（ 14 )通过轴承（ 9 )可旋转地安装在所述轴承座（ 6 ) 内，所述主轴（14) 内设有沿其轴向贯通的轴向通道（141 ) , 所述主轴（14) 的上端从所述轴承端盖（13 )延伸出，所述主轴（14) 的下端从所述轴承座（6) 的下端延伸出且所述轴承座（6) 的下端与所述主轴（14)之间设有密封（20) , 所述主轴（14) 的上端安装有同步带轮（ 10) , 所述轴向通道（ 141 ) 的上端处安装有旋转接头（11 ) , 所述主轴（14) 的下端安装有法兰（ 15) , 所述法兰（15) 的下表面安装有压片（17) ；保护盖（5) , 所述保护盖（5) 围绕所述法兰（15)设置；

压盘（ 3 ) 、所述压盘（ 3 ) 与所述保护盖（ 5 )相连；

自适应盘（ 19) , 所述自适应盘（ 19) 的下端与所述压盘（3)相连且所述自适应盘（19) 的上端可移动地配合在所述轴向通道（ 141 ) 内，所述自适应盘（19) 内设有连通通道（ 191 ) ；

金刚石盘（ 1 ) , 所述金刚石盘（1 )安装在所述压盘（3) 的下表面上；和柔性环（ 18) , 所述柔性环（18) 的上沿（181 ) 夹在所述法兰（15) 与所述压片 ( 17)之间，所述柔性环（18) 的下沿（182) 夹在所述保护盖（5) 与所述压盘（3) 之间，其中所述柔性环（ 18 )、所述法兰（ 15 )、所述压盘（ 3 )、和所述自适应盘（ 19 ) 共同形成密闭空腔（M) , 所述保护盖（5) 、所述压盘（3) 、所述自适应盘（ 19)和所述金刚石盘（ 1 )通过所述柔性坏（18) 能够随所述主轴（14)旋转且通过所述柔性环（ 18) 的伸缩变形能够相对于所述主轴（ 14)上下移动，所述密闭空腔（M)通过所述连通通道（ 191 ) 与所述轴向通道（ 141 ) 连通。

2、根据权利要求 1所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述压盘（3 )与自适应盘 ( 19)之间设有第一密封圏（2) ，所述保护盖（5) 与所述压盘（3)之间设有第二密封圏（4) , 所述主轴（14) 与所述法兰（15)之间设有第三密封圈（7) 。

3、根据权利要求 1所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述轴承座（6)的下端与所述主轴（ 14)之间的密封（20) 为迷宫式密封。

4、根据权利要求 1所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述轴承座（6) 内设有第一气孔（61 ) ,所述轴承端盖（ 13 )内设有与所述第一气孔（61 )连通的第二气孔（ 131 ) , 所述第二气孔（131 ) 的上端处安装有快换接头（12) , 所述第一气孔（61 ) 的下端通向所述轴承座（ 6 )的内底面与所述主轴（ 14 )之间的空间以便所述轴承座（ 6 )的下端与所述主轴（ 14 )之间的密封（ 20 ) 为气封。

5、根据权利要求 1所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述轴向通道（ 141 )包括上段（ 1411 )和下段（ 1412) , 其中所述下段（ 1412 )径向尺寸大于所述上段（ 1411 ) 的径向尺寸。

6、根据权利要求 5所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述轴向通道（ 141 )具有圓形横截面。

7、根据权利要求 1所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述柔性环（18) 的上沿 ( 181 )和下沿（ 182)为平板状且所述上沿（ 181 )和所述下沿（ 182)通过弯曲过渡部

( 183 )相连。

8、根据权利要求 1所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述自适应盘（19) 包括下盘体（192)和上轴部（193) , 所述下盘体（192) 的下表面设有凹槽（194) , 所述上轴部（ 193 ) 的下端与所述下盘体（192) 的上表面相连，且所述上轴部（ 193) 的下端配合在所述轴向通道（ 141 ) 内，所述连通通道（ 191 )形成在所述上轴部（ 193 ) 内。

9、 #居权利要求 8所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述连通通道（ 191 )包括彼此连通的竖向通道部分（ 1911 )和横向通道部分（ 1912) , 所述竖向通道部分（ 1911 ) 从所述上轴部（193 ) 的上端向下延伸预定长度，所述横向通道部分（1912) 沿所述上轴部（ 193 ) 的周向延伸以将所述竖向通道部分（ 1911 ) 与所述密闭空腔（M) 连通。

10、根据权利要求 8所述的抛光垫修整头，其特征在于，所述凹槽（194) 的顶壁为薄片结构且具有 0.1mm-0.5mm的厚度。