CN112428098B - 研磨工具、包括该研磨工具的组件和抛光基板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种研磨工具，该研磨工具包括轴，该轴限定第一端部、与第一端部相对的第二端部以及沿着轴的长度的纵向轴线。弹性层邻近第一端部围绕轴的圆周设置。弹性层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第一距离。此外，研磨层围绕弹性层设置并且具有接触表面。研磨层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第二距离。本发明还提供了一种包括上述研磨工具的组件、和一种抛光的方法。

Description

研磨工具、包括该研磨工具的组件和抛光基板的方法

技术领域

本发明涉及研磨旋转工具。

背景技术

玻璃制品广泛存在于家庭、办公室和工厂中，如透镜、棱镜、镜子、显示屏、手持式电子器件和其他物品。这些玻璃表面中的许多与光学部件一起使用，这些光学部件要求玻璃表面光学透明并且没有可见的缺陷和/或瑕疵。许多玻璃表面是弯曲的或包含与其相关的半径。这些半径和曲线通常在玻璃成形工艺中产生。玻璃表面也可包括腔体。弯曲边缘也可设置在过渡表面处，诸如侧壁和腔底之间。这些半径和曲线通常在玻璃成形工艺中产生。然而，作为玻璃成形工艺的结果，诸如模线、粗糙表面、小点和其他小瑕疵的缺陷可能存在于玻璃的外表面上。这些缺陷和/或瑕疵虽然很小，但是会影响玻璃强度以及光学透明度。通常使用研磨精加工工艺来去除此类缺陷和/或瑕疵。

可使用具有研磨工具的计算机数控(CNC)机器来完成研磨精加工。当磨料因精炼和抛光表面(诸如，侧壁或相机孔)而磨损时，研磨工具被转位成使得可以使用新的磨料带。这可以重复若干次，从而允许用单个研磨工具抛光许多玻璃部件。然而，对于新的3D玻璃设计，侧壁和腔底之间的过渡可能是难以精炼和抛光的表面。为了有效地抛光该表面，只有研磨工具的尖端可以用来进行精炼和抛光。随着使用具有3D表面的玻璃的增加，磨料可能仅持续几个部件就被磨损。可能需要丢弃整个研磨工具，因为转位到新的磨料段可能是不可行的。

发明内容

本公开整体涉及具有改进的结构方面的研磨旋转工具。示例性研磨工具包括轴。轴包括第一端部、与第一端部相对的第二端部和沿着轴的长度的纵向轴线。研磨工具包括邻近第一端部围绕轴的圆周设置的弹性层。弹性层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第一距离。研磨工具还包括围绕弹性层设置并具有接触表面的研磨层。研磨层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第二距离。

在一个实施方案中，第一距离小于第二距离。

在一个实施方案中，弹性层具有小于约50且大于约10的肖氏硬度A。

在一个实施方案中，弹性层包括弹性体和泡沫中的至少一者。

在一个实施方案中，轴包括金属或聚合物中的至少一者。

在一个实施方案中，研磨层的接触表面包括多个研磨复合物。

在一个实施方案中，轴在第一端部处包括窄部分，并且其中弹性层围绕窄部分设置。

在一个实施方案中，组件包括计算机控制的加工系统。该计算机控制的加工系统包括计算机控制的旋转工具保持器和基板平台。此外，该组件包括根据本公开的研磨工具，使得研磨工具的轴被固定到旋转工具保持器上。

在另一个实施方案中，抛光方法包括提供基板。该方法还包括提供研磨工具。研磨工具包括轴。轴包括第一端部、与第一端部相对的第二端部以及沿着轴的长度的纵向轴线。研磨工具包括邻近第一端部围绕轴的圆周设置的弹性层。弹性层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第一距离。研磨工具包括围绕弹性层设置并具有接触表面的研磨层。研磨层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第二距离。该方法还包括旋转轴以使用研磨层的接触表面来研磨基板的表面。该方法还包括去除弹性层的至少一部分和研磨层的至少一部分，使得弹性层和研磨层中的每一者沿着纵向轴线延伸到轴的第一端部。该方法还包括去除轴的一部分，使得弹性层和研磨层中的每一者沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部。

在一个实施方案中，使用切削工具去除弹性层的至少一部分和研磨层的至少一部分。

在一个实施方案中，使用切削工具去除轴的一部分。

在一个实施方案中，去除轴的一部分还包括铣削轴。

在一个实施方案中，通过操作计算机控制的加工系统来旋转轴。

在一个实施方案中，该方法还包括提供包括计算机控制的旋转工具保持器和基板平台的计算机控制的加工系统。该方法还包括将研磨工具的轴固定到计算机控制的加工系统的旋转工具保持器。

本公开的一个或多个实施方案的细节在以下附图和说明书中阐述。根据说明书和附图以及权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将显而易见。

附图说明

附图中相同的符号表示相同的元件。点划线表示可选或功能部件，而虚线表示视图外的部件。

图1示意性地示出了用于研磨基板的组件；

图2A示出了根据本公开的一个实施方案的研磨工具的透视图；

图2B示出了根据本公开的一个实施方案的研磨工具的侧视图；

图2C示出了根据本公开的一个实施方案的研磨工具的剖视图；

图2D示出了根据本公开的一个实施方案的研磨基板的研磨工具；

图3A至图3E示意性地示出了根据本公开的一个实施方案的翻新研磨工具所采取的各种步骤；以及

图4示出了根据本公开的一个实施方案的描绘用于抛光基板的步骤的方法流程图。

具体实施方式

本公开描述了具有延长寿命并且可以多次使用的旋转研磨工具。

如本文所讨论的，本公开的旋转研磨工具提供了旋转研磨工具的改进的结构方面以便长时间使用。在一个实施方案中，该旋转研磨工具包括轴。轴包括第一端部、与第一端部相对的第二端部以及沿着轴的长度的纵向轴线。研磨工具包括邻近第一端部围绕轴的圆周设置的弹性层。弹性层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第一距离。研磨工具还包括围绕弹性层设置并具有接触表面的研磨层。研磨层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第二距离。这种悬伸部允许研磨层与对应的弹性层一起在轴的第一端部和基板之间提供研磨接触表面。由于没有相邻的轴部分(轴通常由刚性材料制成)，因此悬伸部的研磨接触区域是柔性的，从而允许研磨层与基板的三维表面区域接触。当研磨层磨损时，可以例如通过切削工艺去除磨损的研磨层和对应的弹性层，并且可以铣削轴以重新形成悬伸部，并且可以再次使用研磨工具。

在另一个实施方案中，抛光方法包括提供基板。该方法包括提供研磨工具。研磨工具包括轴。轴包括第一端部、与第一端部相对的第二端部以及沿着轴的长度的纵向轴线。研磨工具包括邻近第一端部围绕轴的圆周设置的弹性层。弹性层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第一距离。研磨工具包括围绕弹性层设置并具有接触表面的研磨层。研磨层沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部第二距离。该方法包括旋转轴以使用研磨层的接触表面来研磨基板的表面。该方法包括去除弹性层的至少一部分和研磨层的至少一部分，使得弹性层和研磨层中的每一者沿着纵向轴线延伸到轴的第一端部。该方法还包括去除轴的一部分，使得弹性层和研磨层中的每一者沿着纵向轴线延伸超过轴的第一端部，从而产生更新的研磨工具。该方法还可包括旋转轴以使用更新的研磨工具的研磨层的接触表面来研磨基板的表面。该方法还可包括提供第二基板并且旋转轴以使用更新的研磨工具的研磨层的接触表面来研磨第二基板的表面。

该方法允许重新使用磨损的研磨工具，从而延长研磨工具的使用寿命。

图1示出了组件100。组件100包括计算机控制的加工系统102和加工系统控制器104。控制器104被配置为将控制信号发送到加工系统102，以使加工系统102用研磨工具108加工、磨削或研磨基板106。研磨工具108是旋转工具，其安装在加工系统102的旋转工具保持器110内。在一个实施方案中，加工系统102可表示计算机数控(CNC)机器，诸如三轴、四轴或五轴CNC机器，其能够执行布线、车削、钻孔、铣削、磨削、研磨和/或其他加工操作。此外，控制器104可包括CNC控制器，其向旋转工具保持器110发出指令，以利用一个或多个研磨工具108执行基板106的加工、磨削、研磨和/或抛光。控制器104可包括通用计算机运行软件，并且这种计算机可与CNC控制器组合以提供控制器104的功能。应当注意，本公开不限于以任何方式使用的加工系统102和控制器104的类型。

可以便于通过加工系统102精确加工基板106的方式将基板106安装并固定到基板平台112。基板保持固定装置114将基板106固定到基板平台112，并且可相对于加工系统102精确地定位基板106。基板保持固定装置114还可为加工系统102的控制程序提供参考位置。虽然本文所公开的技术可适用于任何材料的工件，但基板106可以是电子设备的部件。在一些实施方案中，基板106可以是电子设备的显示元件，例如透明显示元件，诸如用于电子设备的盖玻璃，或者更具体为智能手机触摸屏的盖玻璃。例如，此类盖玻璃可包括需要高平面度和高成角度的倒角边缘。

组件100还包括切削工位116和端部铣削工位118。切削工位116包括切削工具120，其可用于在研磨工具108上执行切削动作。切削工具120可以是切削刀片。此外，端部铣削工位118包括端部铣削工具122，其可用于在研磨工具108上执行铣削动作。在另选的实施方案中，可提供钻孔工具来代替端部铣削工具122。切削工位116和端部铣削工位118可根据空间和人体工程学限制适当地设置在组件100上。

图2A提供了根据本公开的实施方案的研磨工具302的透视图。图2B提供了根据本公开的实施方案的研磨工具302的侧视图。图2C提供了沿图2A中所示的平面A-A′的研磨工具302的横剖视图。结合参考图2A、图2B和图2C，研磨工具302包括轴304。轴304包括邻近第一端部306的圆周304a(见图2C)。轴304可包括金属或聚合物中的至少一者。在一些实施方案中，轴304可包括聚碳酸酯材料。轴304可由可适用于本公开的各个方面的任何合适的材料构成。轴304包括第一端部306以及与第一端部306相对设置的第二端部308。纵向轴线Y-Y’沿着轴304的长度限定。为了加工基板106，将研磨工具302的轴304固定到旋转工具保持器110(如图1所示)。轴线Y-Y’还充当研磨工具302的旋转轴。研磨工具302通过轴304从加工系统102接收执行研磨动作所需的动力。

研磨工具302包括邻近第一端部306围绕轴304的圆周304a设置的弹性层310。弹性层310沿着纵向轴线Y-Y′延伸超过轴304的第一端部306第一距离D₁。在一个实施方案中，轴304在第一端部306处包括窄部分307，使得弹性层310围绕窄部分307设置。窄部分307的直径小于轴304的其余部分的直径。在一些实施方案中，轴304可具有基本恒定的直径，并且可不存在窄部分307。在一些实施方案中，弹性层310可接触第一端部306的远侧表面。在一些实施方案中，弹性层310不接触第一端部306的远侧表面。

在例示的实施方案中，窄部分307部分地沿着轴304的长度延伸，并且弹性层310可在窄部分307上邻近第一端部306缠绕在圆周304a上。此外，弹性层310部分地沿着窄部分307的长度延伸。在另一个实施方案中，弹性层310完全沿着轴304的窄部分307延伸。在一些其他实施方案中，弹性层310完全沿着轴304的长度延伸。

在一些实施方案中，弹性层310可由根据硬度选择的材料构成。硬度可表示弹性层310响应于力而变形的量度。在一些情况下，对于弹性层310，可使用不同的标度(例如，肖氏计示硬度A)来最适当地测量硬度。在一些实施方案中，弹性层310具有足够低的硬度，使得弹性层310在正常操作条件下抵靠基板变形。在一个实施方案中，弹性层310具有小于约50且大于约10的肖氏硬度A。在一些实施方案中，弹性层310具有肖氏硬度A，该肖氏硬度A小于约50、小于约45、小于约40、小于约30、小于约25或小于约20。

在一些实施方案中，弹性层310可由根据可压缩性选择的材料构成。可压缩性可表示弹性层310的材料响应于压力的相对变化的量度，而术语“可压缩”或“不可压缩”可指可压缩性的材料特性。例如，术语“基本不可压缩”是指泊松比大于约0.45的材料。材料的可压缩性可表示为将材料压缩至参考挠度(例如，25％挠度)所需的特定压力。在一些实施方案中，当弹性层310是泡沫时，可按照ASTM D3574或其修改版本经由压缩力挠度测试来测量弹性层310的可压缩性；并且当弹性层310是柔性多孔材料诸如海绵或可膨胀橡胶时，可按照ASTM D1056经由压缩-挠度测试来测量弹性层310的可压缩性。

在一些实施方案中，对于在研磨期间遇到的操作条件，弹性层310的可压缩性可能相对较高。在一些实施方案中，弹性层310在25％挠度下的可压缩性可小于约1.5MPa(220psi)、小于约1.1MPa(160psi)、小于约0.31MPa(45psi)，并且/或者其泊松比可小于约0.5、小于约0.4、小于0.3或小于约0.1。

在一些实施方案中，弹性层310可由根据弹性选择的材料构成。弹性(或刚度)可表示弹性层310的材料响应于压力(应力)的相对变形(应变)的度量，而术语“弹性”或“无弹性”可指弹性的材料特性。例如，术语“基本无弹性”是指泊松比大于约0.45的材料。材料的弹性可表示为拉伸模量、杨氏模量或弹性模量。在一些实施方案中，可按照ASTM E111-17经由杨氏模量、切线模量和弦模量的标准测试方法来测量弹性层310的弹性。

在一些实施方案中，弹性层310具有足够高的弹性，使得弹性层310在正常操作条件下抵靠基板106压缩。在一些实施方案中，弹性层310的杨氏模量可小于约1.5MPa(220psi)、小于约1.1MPa(160psi)、小于约0.31MPa(45psi)，并且/或者其泊松比可小于约0.5、小于约0.4、小于0.3或小于约0.1。在一些实施方案中，弹性层310包括弹性体和泡沫中的至少一者。在一些实施方案中，弹性层310可包括织物、非织造材料或弹簧。

在一些实施方案中，弹性层310可由根据弹性变形选择的材料构成。弹性变形可表示材料在变形后恢复到其初始状态的能力。材料可以是弹性变形的，例如能够在变形后基本上100％(例如，90％或更多、95％或更多、99％或更多、99.5％或更多，或者99.9％或更多)恢复到其初始状态。

在一些实施方案中，弹性层310可由根据松弛模量例如应力松弛模量选择的材料构成。松弛模量可表示时间依赖性粘弹性特性的量度。在本公开中，松弛模量以百分比表示，并且使用以下公式由应力松弛测试提供的(例如，如使用ASTM D6048测量的)松弛模量与时间曲线来确定：

松弛模量(％)＝(瞬时模量-在恒定压缩应变下松弛2分钟后的模量)/瞬时模量×100。在一些实施方案中，弹性层310的松弛模量小于25％。

在一些实施方案中，弹性层310可被构造用于各种厚度。例如，弹性层310的厚度可与弹性层310的回弹力或距离相关，使得弹性层310可具有相对于由弹性层310产生或吸收的力提供特定移动范围或移动距离的厚度。例如，旨在用于具有相对高平面度的基板的研磨工具的弹性层可比旨在用于具有相对低平面度的基板的研磨工具的弹性层更薄，因为平面度更高可使得弹性层的压缩或行进更小。在一些实施方案中，弹性层310的厚度可小于10mm、小于7mm、小于5mm、小于3mm、小于2mm或小于1mm。在一些实施方案中，弹性层310的厚度可大于0.1mm、大于0.3mm或大于0.5mm。在一些实施方案中，弹性层310包括弹性体、织物或非织造材料中的至少一者。合适的弹性体可包括热固性弹性体，诸如腈类、含氟弹性体、氯丁二烯、表氯醇、硅氧烷、氨基甲酸酯、聚丙烯酸酯、EPDM(乙烯丙烯二烯单体)橡胶、SBR(苯乙烯丁二烯橡胶)、丁基橡胶、尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯等。在一些实施方案中，弹性层310的密度可大于0.2g/cm³、大于0.4g/cm³、大于0.6g/cm³、大于0.8g/cm³、大于0.85g/cm³、大于0.9g/cm³、大于0.95g/cm³、大于1.0g/cm³、大于1.1g/cm³，或甚至大于1.2g/cm³；小于2.0g/cm³、小于1.8g/cm³、小于1.6g/cm³、小于1.4g/cm³，或甚至小于1.2g/cm³。

弹性层310也可由具有上述一个或多个特性的各种材料形成。在一些实施方案中，弹性层310包括泡沫、雕刻、结构化、3D打印或压花弹性体、织物或非织造层或者软橡胶中的一种。合适的泡沫可以是开孔或闭孔(包括例如合成或天然)泡沫、热成形泡沫、聚氨酯、聚酯、聚醚、填充或接枝聚醚、粘弹性泡沫、三聚氰胺泡沫、聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、硅氧烷、离聚物泡沫等。弹性层310还可包括泡沫化弹性体、硫化橡胶(包括例如异戊二烯、氯丁橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、天然橡胶、丁腈橡胶、聚氯乙烯和丁腈橡胶)、乙烯-丙烯共聚物(诸如EPDM(乙烯丙烯二烯单体))和丁基橡胶(例如异丁烯-异戊二烯共聚物)。在一些实施方案中，弹性层310包括各种可压缩结构。例如，弹性层310可包括任何合适的可压缩结构，诸如弹簧、非织造物、织物、气囊等。在一些实施方案中，弹性层310可3D打印以提供所需的泊松比、可压缩性和弹性响应。在一些实施方案中，弹性层310的密度可大于0.2g/cm³、大于0.25g/cm³、大于0.3g/cm³、大于0.35g/cm³、大于0.4g/cm³、大于0.45g/cm³，或甚至大于0.50g/cm³；小于1.2g/cm³、小于1.0g/cm³、小于0.95g/cm³、小于0.90g/cm³、小于0.85g/cm³、小于0.80g/cm³、小于0.75g/cm³，或甚至小于0.70g/cm³。

研磨工具302还包括围绕弹性层310设置的研磨层312。弹性层310充当轴304和研磨层312之间的共形层。研磨层312具有接触表面314。研磨层312的接触表面314可包括多个研磨复合物。接触表面314被构造成接触并研磨基板106的一个或多个表面。研磨可包括磨削、抛光以及从基板106去除材料的任何其他动作。如本领域技术人员将理解的，可以根据多个方法(包括例如模制、挤出、压花及它们的组合)形成接触表面314。

在例示的实施方案中，研磨层312的长度基本上等于弹性层310的长度。在另选的实施方案中，研磨层312的长度可小于或大于弹性层310的长度。在例示的实施方案中，研磨层312部分地沿着窄部分307的长度延伸。在另一个实施方案中，研磨层312可完全沿着窄部分307的长度延伸。

研磨层312没有特别限制，可包括但不限于传统的涂覆磨料和结构化磨料(例如，可从美国明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota)获得的3MTRIZACT ABRASIVE)。研磨层312可包括基底层(例如，背衬层)和接触层。基底层可由聚合物材料形成。例如，基底层可由以下材料形成：热塑性塑料，诸如聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等；热固性材料，诸如聚氨酯、环氧树脂等；或它们的任何组合。基底层可包括任何数量的层。基底层的厚度(即，基底层在垂直于第一主表面和第二主表面的方向上的尺寸)可小于10mm、小于5mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.25mm、小于0.125mm或小于0.05mm。

在一些实施方案中，研磨层312的接触表面314包括微结构化表面。微结构化表面可包括被构造成增加接触表面314在基板106的一个或多个表面上的接触压力的微结构。在一些实施方案中，微结构化表面可包括散布在研磨层312的最外面研磨材料之间的多个腔体。例如，腔体的形状可选自多个几何形状，诸如具有弓形或扁平底表面的立方体、圆柱形、棱柱形、半球形、矩形、锥体形、截头锥体形、圆锥形、截头圆锥形、十字形、柱状，或它们的组合。另选地，一些或所有腔体可具有不规则的形状。在各种实施方案中，形成腔体的一个或多个侧壁或内壁可相对于顶部主表面垂直，或者另选地可在任一方向上成锥形(即，朝向腔体的底部或朝向腔体的顶部或朝向主表面成锥形)。形成锥形的角度可以在约1至75度、约2至50度、约3至35度或约5至15度的范围内。腔体的高度或深度可为至少1微米、至少10微米、至少500微米或至少1000微米；小于10mm、小于5mm或小于1mm。腔体的高度可相同，或者一个或多个腔体可具有与任何数量的其他腔体不同的高度。在一些实施方案中，腔体可以以其中腔体处于对齐的行和列中的布置提供。在一些情况下，一行或多行腔体可以直接与相邻的一行腔体对齐。另选地，一行或多行腔体可以与相邻的一行腔体偏移。在另外的实施方案中，腔体可以以螺旋、螺旋形、螺旋状或格状方式布置。在另外的实施方案中，可以以“无规”阵列(即，并非以有组织的图案)部署复合物。

在一些实施方案中，接触表面314的微结构化表面包括多个精确成形的研磨复合物。“精确成形的研磨复合物”是指模制形状与从模具中去除复合物后留下的模具腔体相反的研磨复合物；优选地，在使用研磨层之前，复合物基本上不含突出超过形状的暴露表面的研磨颗粒，如美国专利号5，152，917(Pieper等人)中所述，该专利全文以引用方式并入本文。多个精确成形的研磨复合物可包括研磨颗粒和形成固定磨料的树脂/粘结剂的组合。在一些实施方案中，接触表面314可形成为二维研磨材料，诸如研磨片，其中一层研磨颗粒通过一个或多个树脂或其他粘结剂层被保持在背衬上。另选地，接触表面314可形成为三维研磨材料，诸如树脂或含有分散在其中的研磨颗粒的其他粘结剂层经由模制或压花工艺形成三维结构(形成微结构化表面)，例如然后固化、交联和/或结晶树脂以凝固并保持三维结构。三维结构可包括多个精确成形的研磨复合物。在任一实施方案中，接触表面314可包括具有适当的高度以允许研磨复合材料在使用和/或修整期间磨损，从而暴露新的研磨颗粒层的研磨复合物。研磨层312可包括三维、纹理化、柔性、固定的研磨构造，该研磨构造包括多个精确成形的研磨复合物。精确成形的研磨复合物可以阵列布置以形成三维、纹理化、柔性、固定的研磨构造。研磨层312可包括被图案化的研磨构造。可以商品名TRIZACT图案化磨料和TRIZACT金刚石片磨料从美国明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota)获得的研磨层312是示例性图案化磨料。图案化的研磨层包括精确对准并由模、模具或其他技术制造的整行研磨复合物。

可针对特定应用(例如，工件材料、工作表面形状、接触表面形状、温度、树脂相材料)选择每个精确成形的研磨复合物的形状。每种精确成形的研磨复合物的形状可以是任何有用的形状，例如具有远侧端部的立方体、圆柱形、棱柱形、右平行六面体、锥体形、截头锥体形、圆锥形、半球形、截头圆锥形、十字形或柱状截面。例如，复合物锥体可具有三个侧面、四个侧面、五个侧面或六个侧面。基底处的研磨复合物的横截面形状可与远侧端部处的横截面形状不同。这些形状之间的过渡可以是平滑的和连续的，或者可在不连续的步骤中发生。精确成形的研磨复合物也可具有不同形状的混合物。精确成形的研磨复合物可以螺旋、螺旋形或格状方式成行布置，或者可无规放置。精确成形的研磨复合物可以意在引导流体流动和/或有利于切屑去除的设计布置。

精确成形的研磨复合物可以预定图案或在研磨层312内的预定位置处摆置。例如，当通过在背衬和模具之间提供磨料/树脂浆料来制成研磨层312时，精确成形的研磨复合物的预定图案将对应于模具的图案。因此，图案从一个研磨层到另一个研磨层可再现。预定图案可以是一种阵列或布置方式，这意味着复合物处于设计的阵列中，诸如对齐的行和列或交替的偏移行和列。在另一个实施方案中，研磨复合物可以“无规”阵列或图案摆置。这意味着复合物并非呈如上所述的规则的行和列阵列。然而，应当理解，该“无规”阵列是预定图案，因为精确成形的研磨复合物的位置是预定的并且对应于模具。

形成研磨层312的接触表面314的研磨材料可包括聚合物材料，诸如树脂。在一些实施方案中，树脂相可包括固化或可固化的有机材料。固化的方法可能不是关键的，并且可包括例如经由能量诸如UV光或热进行固化。合适的树脂相材料的示例包括例如氨基树脂、烷基化脲-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、烷基化苯并胍胺-甲醛树脂、丙烯酸酯树脂(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)、酚醛树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂。

用于研磨层312的合适研磨颗粒的示例包括立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、热处理氧化铝、白色熔融氧化铝、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、氮化硅、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、六方氮化硼、氧化铝-氧化锆、氧化铁、二氧化铈、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、氧化铝基溶胶凝胶衍生的研磨颗粒等。氧化铝研磨颗粒可含有金属氧化物改性剂。金刚石和立方氮化硼研磨颗粒可以是单晶的或多晶的。合适的无机研磨颗粒的其他示例包括二氧化硅、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氧化锡、γ、氧化铝等。研磨颗粒可以是研磨团聚颗粒。研磨团聚颗粒通常包括多个研磨颗粒、粘结剂和可选的添加剂。粘结剂可以是有机的和/或无机的。研磨团聚体可以是无规形状或具有与其相关的预定形状。

在一些实施方案中，研磨层312(包括树脂、研磨颗粒以及分散在树脂中的任何其他添加剂)可以是弹性层310上的涂层。在一些具体实施方案中，研磨层可由沉积在基底层上的研磨复合层形成，基底层可包括研磨复合层和基底层之间的底漆层。基底层本身可定位在弹性层310上方，其中粘合剂将基底层固定到弹性层310。

在一些实施方案中，研磨层例如研磨层312可粘合性地粘结到弹性层例如弹性层310。在一些实施方案中，弹性层可粘合性地粘结到轴例如轴304。在另一个实施方案中，弹性层可以是适形套筒，例如弹性适形套筒。然后通过在轴的第一端部例如第一端部306上滑动适形套筒来制成研磨工具例如研磨工具302。可选择第一端部处轴的直径和适形套筒内径，使得适形套筒紧密配合，即适形套筒的内径可小于第一端部处轴的直径。在轴和弹性层之间可使用薄的胶珠，以进一步降低旋转期间弹性层在轴上滑动的能力。已经预切削成所需尺寸的研磨层可具有粘合剂背衬，然后可以被施加到弹性层上。在一些实施方案中，研磨层包封弹性层的整个圆周，研磨层与其本身没有重叠。在一些实施方案中，研磨层包封弹性层的圆周的一部分，在研磨层的端部之间留下间隙。在一些实施方案中，研磨层包封弹性层的圆周的至少80％、90％、95％或甚至100％。在一些实施方案中，研磨层包封大于弹性层的圆周的100％，在研磨层的端部之间产生重叠。弹性层的圆周通常与轴的圆周重合。在一些实施方案中，还可使用底漆来增加研磨层与弹性层的粘结强度和/或增加弹性层与轴的粘结强度。可基于待粘结的表面的材料类型来选择底漆。

研磨层312沿着纵向轴线Y-Y′延伸超过轴304的第一端部306第二距离D₂。图2D示出了研磨基板316的研磨工具302。如图所示，当研磨工具302压靠基板316进行研磨时，弹性层310和研磨层312变形以接触基板316，使得过渡表面318也可以被有效地研磨。通过弹性层310和研磨层312在第一端部306处相对于轴304的悬伸来促进弹性层310和研磨层312的变形。

图3A至图3E示意性地示出了在研磨工具402的研磨层412在使用期间磨损之后翻新研磨工具402以便重新使用的各种步骤。图3A示出了研磨工具402。研磨工具402具有轴404，该轴具有第一端部406以及与第一端部406相对的第二端部408。轴404包括邻近第一端部406的圆周404a。研磨工具402具有邻近第一端部406围绕轴404的圆周404a设置的弹性层410。在一个实施方案中，轴404在第一端部406处包括窄部分407，使得弹性层410围绕窄部分407设置。在例示的实施方案中，窄部分407部分地沿着轴404的长度延伸。此外，弹性层410包封窄部分407。纵向轴线Z-Z′沿着轴404的长度限定。轴线Z-Z′还充当研磨工具402的旋转轴。弹性层410沿着纵向轴线Z-Z′延伸超过轴404的第一端部406第一距离D₃。研磨工具402还包括围绕弹性层410设置的研磨层412。研磨层412沿着纵向轴线Z-Z′延伸超过轴404的第一端部406第二距离D₄。研磨层412具有接触表面414并且可包括多个研磨复合物。在例示的实施方案中，第一距离D₃等于第二距离D₄。弹性层410可基本上类似于如上文参考图2A至图2D所述的弹性层310。相似地，研磨层412可基本上类似于如上文参考图2A至图2D所述的研磨层312。轴404可基本上类似于如上文参考图2A至图2D所述的轴304。

图3B示出了研磨工具402，其中研磨层412由于进行研磨而被磨损。磨损至少发生在第一端部406附近的研磨层412的悬伸区域中。由于研磨层412被磨损，接触表面414可能无法在轴404的第一端部406附近进行研磨。图3C示出了研磨工具402的切削步骤。组件100的切削工位116用于切削研磨工具402。一般来讲，在切削步骤期间去除研磨层412的至少磨损部分，即通过与基板接触而磨损的研磨层412的区域。切削工位116切削研磨工具402，使得研磨层412、弹性层410和轴404一起被切削。另选地，可仅切削弹性层410和研磨层412以去除磨损部分。图3D示出了研磨工具402，其中弹性层410和研磨层412延伸到轴404的第一端部406。弹性层410和研磨层412与轴404的第一端部406齐平。接下来，端部铣削工位118与端部铣削工具122一起用于加工轴404的第一端部406。图3E示出了研磨工具402，其中轴404的第一端部406被铣削。在铣削之后，弹性层410和研磨层412延伸超过轴404的第一端部406，并且形成更新的研磨工具。现在，在悬伸区域中具有未磨损的磨料的研磨工具402可以重新用于进行研磨。

图4描绘了抛光的方法500。将参考图1以及图3A至图3E来描述方法500。在步骤502处，方法500包括提供基板106。在步骤504处，方法500包括提供研磨工具402。研磨工具402包括轴404，该轴包括第一端部406、与第一端部406相对的第二端408以及沿着轴404的长度的纵向轴线Z-Z′。轴404包括邻近第一端部406的圆周404a。研磨工具402包括邻近第一端部406围绕轴404的圆周404a设置的弹性层410。弹性层410沿着纵向轴线Z-Z′延伸超过轴404的第一端部406第一距离D₃。研磨工具402还包括围绕弹性层410设置并且具有接触表面414的研磨层412。研磨层412沿着纵向轴线Z-Z′延伸超过轴404的第一端部406第二距离D₄。

在步骤506处，方法500包括旋转轴404以使用研磨层412的接触表面414来研磨基板106的表面。在步骤508处，方法500包括去除弹性层410的至少一部分和研磨层412的至少一部分，使得弹性层410和研磨层412中的每一者沿着纵向轴线Z-Z′延伸到轴404的第一端部406。在一个实施方案中，使用切削工具120去除弹性层410的至少一部分和研磨层412的至少一部分。在一些实施方案中，切削工具120是切削刀片。研磨工具402可定位在切削工位116处以执行切削动作。在一些实施方案中，使用切削工具120去除轴404的一部分。在步骤510处，方法500还包括去除轴404的一部分，使得弹性层410和研磨层412中的每一者沿着纵向轴线Z-Z′延伸超过轴404的第一端部406。在一个实施方案中，去除轴404的一部分还包括在第一端部406处铣削轴404。可使用端部铣削工具122进行铣削。方法500还可包括提供包括计算机控制的旋转工具保持器110和基板平台112的计算机控制的加工系统102。方法500还可包括将研磨工具402的轴404固定到计算机控制的加工系统102的旋转工具保持器110。通过操作计算机控制的加工系统102来旋转轴404。

已经描述了本发明的各种实施方案。这些实施方案以及其他实施方案均在以下权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种研磨工具，包括：

轴，所述轴包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部和沿着所述轴的长度的纵向轴线；

弹性层，所述弹性层邻近所述第一端部围绕所述轴的圆周设置，所述弹性层沿着所述纵向轴线延伸超过所述轴的所述第一端部第一距离；和

研磨层，所述研磨层围绕所述弹性层设置并且具有接触表面，所述研磨层沿着所述纵向轴线延伸超过所述轴的所述第一端部第二距离；

其中，至少在沿着所述纵向轴线的所述第一距离处，所述弹性层和所述研磨层与所述纵向轴线径向间隔开，以使得所述研磨层的横截面是中空的；

其中，所述轴包括在所述第一端部处的窄部分，并且其中所述弹性层围绕所述窄部分设置。

2.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述第一距离等于所述第二距离。

3.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述第一距离小于所述第二距离。

4.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述弹性层具有小于50且大于10的肖氏硬度A。

5.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述弹性层包括弹性体和泡沫中的至少一者。

6.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述轴包括金属或聚合物中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的研磨工具，其中所述研磨层的所述接触表面包括多个研磨复合物。

8.一种组件，包括：

计算机控制的加工系统，所述计算机控制的加工系统包括计算机控制的旋转工具保持器和基板平台；和

根据权利要求1至7中任一项所述的研磨工具，其中所述研磨工具的所述轴被固定到所述旋转工具保持器。

9.一种抛光的方法，包括：

提供基板；

提供研磨工具，所述研磨工具包括：

轴，所述轴包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部和沿着所述轴的长度的纵向轴线；

弹性层，所述弹性层邻近所述第一端部围绕所述轴的圆周设置，所述弹性层沿着所述纵向轴线延伸超过所述轴的所述第一端部第一距离；和

研磨层，所述研磨层围绕所述弹性层设置并且具有接触表面，所述研磨层沿着所述纵向轴线延伸超过所述轴的所述第一端部第二距离；

旋转所述轴以使用所述研磨层的所述接触表面来研磨所述基板的表面；

去除所述弹性层的至少一部分和所述研磨层的至少一部分，使得所述弹性层和所述研磨层中的每一者沿着所述纵向轴线延伸到所述轴的所述第一端部；以及

去除所述轴的一部分，使得所述弹性层和所述研磨层中的每一者沿着所述纵向轴线延伸超过所述轴的所述第一端部，从而产生更新的研磨工具。

10.根据权利要求9所述的方法，其中使用切削工具去除所述弹性层的至少所述一部分和所述研磨层的至少所述一部分。

11.根据权利要求10所述的方法，其中使用所述切削工具去除所述轴的一部分。

12.根据权利要求9所述的方法，其中去除所述轴的一部分还包括铣削所述轴。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括：

提供计算机控制的加工系统，所述计算机控制的加工系统包括计算机控制的旋转工具保持器和基板平台；以及

将所述研磨工具的所述轴固定到所述计算机控制的加工系统的所述旋转工具保持器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中通过操作所述计算机控制的加工系统来旋转所述轴。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：

旋转所述轴以使用所述更新的研磨工具的所述研磨层的所述接触表面来研磨所述基板的表面。

16.根据权利要求9所述的方法，还包括：

提供第二基板并且旋转所述轴以使用所述更新的研磨工具的所述研磨层的所述接触表面来研磨所述第二基板的表面。