DE102009052070A1

DE102009052070A1 - Apparatus and method for double side machining of flat workpieces

Info

Publication number: DE102009052070A1
Application number: DE102009052070A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.- Ing. Boller; Marc Dipl.-Ing. Reichmann
Original assignee: Peter Wolters GmbH
Current assignee: Lapmaster Wolters GmbH
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-12
Also published as: EP2496384A1; US20120220197A1; KR101824564B1; KR20120101371A; JP5689891B2; CN102666015A; WO2011054481A1; JP2013510007A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke, umfassend eine obere Arbeitsscheibe und eine untere Arbeitsscheibe, wobei die Arbeitsscheiben zwischen ihren einander zugewandten Arbeitsflächen einen Arbeitsspalt zur Bearbeitung der Werkstücke bilden, und wobei zumindest eine der Arbeitsscheiben eine Mehrzahl von sich durch die Arbeitsfläche erstreckenden Bohrungen zur Zuführung eines flüssigen Arbeitsmittels in den Arbeitsspalt aufweist, wobei die Bohrungen in mehrere Gruppen zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe von Bohrungen mit einer separaten druckbeaufschlagten Versorgungsleitung für das Arbeitsmittel verbunden ist, und wobei mindestens eine Druckregeleinrichtung vorgesehen ist, mit der der Arbeitsmitteldruck in den Versorgungsleitungen getrennt voneinander regelbar ist.The invention relates to a device for double-sided machining of flat workpieces, comprising an upper working disc and a lower working disc, the working discs forming a working gap between the mutually facing working surfaces for machining the workpieces, and wherein at least one of the working discs has a plurality of bores extending through the working surface for supplying a liquid working fluid into the working gap, the bores being combined into several groups, each group of bores being connected to a separate pressurized supply line for the working fluid, and at least one pressure regulating device being provided with which the working fluid pressure in the supply lines can be regulated separately.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke, umfassend eine obere Arbeitsscheibe und eine untere Arbeitsscheibe, wobei die Arbeitsscheiben zwischen ihren einander zugewandten Arbeitsflächen einen Arbeitsspalt zur Bearbeitung der Werkstücke bilden, und wobei zumindest eine der Arbeitsscheiben eine Mehrzahl von sich durch die Arbeitsfläche erstreckenden Bohrungen zur Zuführung eines flüssigen Arbeitsmittels in den Arbeitsspalt aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke, wobei die Vorrichtung eine obere Arbeitsscheibe und eine untere Arbeitsscheibe aufweist, wobei die Arbeitsscheiben zwischen ihren einander zugewandten Arbeitsflächen einen Arbeitsspalt zur Bearbeitung der Werkstücke bilden, und wobei zumindest eine der Arbeitsscheiben eine Mehrzahl von sich durch die Arbeitsfläche erstreckenden Bohrungen zur Zuführung eines flüssigen Arbeitsmittels in den Arbeitsspalt aufweist.The invention relates to a device for double side machining of flat workpieces, comprising an upper working disk and a lower working disk, wherein the working disks form a working gap between their facing working surfaces for machining the workpieces, and wherein at least one of the working disks has a plurality of holes extending through the working surface for supplying a liquid working fluid in the working gap. The invention also relates to a method for operating a device for double side machining of flat workpieces, wherein the apparatus comprises an upper working disk and a lower working disk, wherein the working disks between their facing work surfaces form a working gap for machining the workpieces, and wherein at least one of the working disks a Has a plurality of extending through the working surface bores for supplying a liquid working fluid in the working gap.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren dienen beispielsweise zum Doppelseitenpolieren von Halbleiterscheiben (Wafern). Zum Polieren wird als Arbeitsmittel eine Polierflüssigkeit in den Arbeitsspalt eingebracht. Zu diesem Zweck ist beispielsweise aus DE 100 07 390 A1 eine Zweischeibenpoliermaschine bekannt. Die darin beschriebene Polierscheibe besitzt eine Reihe von achsparallelen Durchbohrungen, die mit entsprechenden Durchbohrungen in der diese Polierscheibe tragenden Trägerscheibe ausgerichtet und mit Leitungen verbunden sind, über die ein Poliermittel zur Arbeitsfläche der Polierscheibe geleitet wird. Die Bohrungen sind in der oberen Arbeitsscheibe vorgesehen, wobei das Poliermittel durch Schwerkraftwirkung nach unten in den Polierspalt gefördert wird. Ein Problem besteht dabei darin, dass nicht immer eine gleichmäßige Poliermittelversorgung in dem Arbeitsspalt gewährleistet werden kann. Insbesondere kommt es in Bereichen der Polierscheibe, die bei der Bearbeitung häufig von Werkstücken überstrichen werden, zu einer Poliermittelverarmung. Dies kann das Polierergebnis beeinträchtigen.Such devices and methods are used, for example, for double-side polishing of semiconductor wafers. For polishing, a polishing liquid is introduced into the working gap as the working medium. For this purpose, for example DE 100 07 390 A1 a two-disc polishing machine known. The polishing wheel described therein has a series of axially parallel bores which are aligned with corresponding bores in the support plate carrying said polishing pad and connected to lines through which a polishing agent is directed to the working surface of the polishing pad. The bores are provided in the upper working disk, wherein the polishing agent is conveyed by gravity down into the polishing nip. A problem is that not always a uniform polishing agent supply can be guaranteed in the working gap. In particular, it comes in areas of the polishing pad, which are often swept over by workpieces during machining, to a polishing agent depletion. This can affect the polishing result.

Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen jederzeit eine ausreichende Arbeitsmittelversorgung in dem Arbeitsspalt sichergestellt ist.Based on the explained prior art, the present invention seeks to provide an apparatus and a method of the type mentioned, with which at any time a sufficient working fluid supply is ensured in the working gap.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren.This object is achieved according to the invention by the subject-matter of independent claims 1 and 10. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims, the description and the figures.

Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Bohrungen für die Flüssigkeitszuführung in mehrere Gruppen zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe von Bohrungen mit einer separaten druckbeaufschlagten Versorgungsleitung für das Arbeitsmittel verbunden ist, und wobei mindestens eine Druckregeleinrichtung vorgesehen ist, mit der der Arbeitsmitteldruck in den Versorgungsleitungen getrennt voneinander regelbar ist. Für ein Verfahren der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Bohrungen in mehrere Gruppen zusammengefasst werden, wobei jeder Gruppe von Bohrungen druckbeaufschlagt Arbeitsmittel zugeführt wird, und wobei der Arbeitsmitteldruck des den Gruppen jeweils zugeführten Arbeitsmittels getrennt voneinander geregelt wird.For a device of the type mentioned, the invention solves the problem in that the holes for the liquid supply are combined into several groups, each group of holes is connected to a separate pressurized supply line for the working fluid, and wherein at least one pressure regulating device is provided, with which the working fluid pressure in the supply lines can be controlled separately. For a method of the type mentioned above, the invention solves the problem in that the holes are combined into several groups, each group of bores pressurized working fluid is supplied, and wherein the working fluid pressure of the groups respectively supplied working fluid is controlled separately.

Die erfindungsgemäße Bearbeitung kann materialabtragend sein. Die Vorrichtung kann z. B. eine Vorrichtung zum beidseitigen Polieren flacher Werkstücke sein. Die Arbeitsflüssigkeit kann entsprechend eine Polierflüssigkeit sein. Es kommen aber auch andere Bearbeitungsverfahren in Frage, beispielsweise Schleifen oder Läppen. Bei den erfindungsgemäß beispielsweise planparallel zu bearbeitenden Werkstücken kann es sich beispielsweise um Halbleiterscheiben (Wafer) handeln. Die Arbeitsscheiben können z. B. ringförmig sein. Entsprechend kann auch der Arbeitsspalt ringförmig sein. Mit einer oder beiden Arbeitsscheiben kann eine vertikale Antriebswelle verbunden sein. Sofern die Arbeitsscheiben jeweils von einer Trägerscheibe getragen werden, kann diese Verbindung durch die Trägerscheibe erfolgen. Mindestens eine dieser Antriebswellen kann von einem geeigneten Antrieb drehend angetrieben werden, so dass entsprechend die mit dieser Antriebswelle verbundene Arbeitsscheibe drehend bewegt wird. Zwischen den sich relativ zueinander drehenden Arbeitsscheiben werden die Werkstücke bearbeitet. In mindestens einer der Arbeitsscheiben, beispielsweise der oberen Arbeitsscheibe, sind Durchbohrungen vorgesehen. Natürlich können solche Durchbohrungen auch in beiden Arbeitsscheiben vorgesehen sein. Durch die Bohrungen der Arbeitsscheibe(n) können geeignete Druckleitungen, z. B. Druckschläuche oder Druckrohre, verlaufen, die das Arbeitsmittel zu dem Arbeitsspalt fördern.The processing according to the invention can be material-removing. The device may, for. B. be a device for two-sided polishing flat workpieces. The working fluid may accordingly be a polishing fluid. But there are also other processing methods in question, such as grinding or lapping. The workpieces to be machined, for example, plane-parallel according to the invention may be, for example, semiconductor wafers. The work disks can z. B. be annular. Accordingly, the working gap may be annular. With one or both working disks can be connected to a vertical drive shaft. If the working disks are each supported by a carrier disk, this connection can be made through the carrier disk. At least one of these drive shafts can be rotationally driven by a suitable drive, so that correspondingly the working disk connected to this drive shaft is moved in rotation. Between the relatively rotating work disks, the workpieces are processed. In at least one of the working wheels, for example, the upper working disk, through holes are provided. Of course, such holes can also be provided in both working wheels. Through the holes of the working disk (s) suitable pressure lines, z. As pressure hoses or pressure pipes, run, which promote the working fluid to the working gap.

Erfindungsgemäß wird die Vielzahl an vorgesehenen Bohrungen in mehrere, beispielsweise drei oder mehr, Gruppen eingeteilt. Den Gruppen ist jeweils eine druckbeaufschlagte Versorgungsleitung zugeordnet. In dem erwähnten Beispiel können dann also insgesamt drei oder mehr druckbeaufschlagte Versorgungsleitungen vorgesehen sein. Beispielsweise können bestimmte Arbeitsspaltzonen jeweils durch eine Gruppe Bohrungen mit Arbeitsmittel versorgt werden. Der Arbeitsmitteldruck ist der in den mit Arbeitsmittel befüllten Bohrungen oder Druckleitungen herrschende Druck. Er bestimmt die Durchflussrate von Arbeitsflüssigkeit aus den Bohrungen in den Arbeitsspalt. Die Erfindung ermöglicht eine separate Regelung des Arbeitsmitteldrucks und damit des Arbeitsmitteldurchflusses in den Arbeitsspalt für die einzelnen Versorgungsleitungen und damit für die einzelnen von diesen mit Arbeitsmittel versorgten Bohrungsgruppen bzw. Arbeitsspaltzonen. Dadurch kann die Versorgung mit Arbeitsmittel, beispielsweise mit einem Poliermittel, in flexibler Weise an die im Betrieb herrschenden Anforderungen angepasst werden. So kann der Arbeitsmitteldurchfluss z. B. abhängig von den Arbeitsparametern (rezeptgeführt) geregelt werden. Die Zonen bzw. Gruppen können so eingeteilt werden, dass die Bohrungen einer Zone im Betrieb der Vorrichtung weitgehend gleichen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind. So können die Bohrungen einer Arbeitsspaltzone im Betrieb im Wesentlichen gleich häufig von Werkstücken überstrichen werden. Die Bohrungen können beispielsweise in bestimmten radialen Bereichen des Arbeitsspalts jeweils einer Gruppe zugeordnet werden. Es werden dann also Gruppen aus in ringförmigen Zonen liegenden Bohrungen gebildet. Durch die Zonen bzw. Gruppen kann dann jeweils durch eine für diese Zone gemeinsame Regelung des Drucks und damit des Durchflusses durch die Bohrungen die jeweils optimale Arbeitsflüssigkeitsversorgung gewährleistet werden. Insbesondere kann auf einen für jede Versorgungsleitung individuell vorgegebenen konstanten Arbeitsmitteldruck geregelt werden. Dadurch ist eine konstante Poliermittelversorgung in dem gesamten Arbeitsspalt möglich, obwohl die Bohrungen unterschiedlicher Zonen unterschiedlichen Betriebsbedingungen unterliegen. Natürlich können mehr als eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise jeweils eine pro Versorgungsleitung bzw. Bohrungsgruppe. Es ist jedoch auch denkbar, eine gemeinsame Regeleinrichtung vorzusehen, die den Arbeitsmitteldruck in sämtlichen Versorgungsleitungen regelt.According to the invention, the plurality of provided bores are divided into a plurality, for example three or more, groups. The groups are each assigned a pressurized supply line. In the example mentioned, a total of three or more pressurized supply lines can then be provided. For example, certain working gap zones can each be supplied with work equipment by a group of bores. The working fluid pressure is in the filled with working fluid holes or Pressure lines prevailing pressure. It determines the flow rate of working fluid from the holes in the working gap. The invention enables a separate control of the working fluid pressure and thus of the working fluid flow in the working gap for the individual supply lines and thus for the individual of these supplied with working fluid hole groups or working gap zones. As a result, the supply of working medium, for example with a polishing agent, can be flexibly adapted to the requirements prevailing in operation. Thus, the working fluid flow z. B. depending on the working parameters (recipe-controlled) are regulated. The zones or groups can be classified so that the holes of a zone are exposed during operation of the device largely the same operating conditions. Thus, the holes of a work nip zone during operation can be overrun substantially equal parts of workpieces. The holes can be assigned to a group, for example, in certain radial areas of the working gap. It then groups are formed from lying in annular zones holes. Through the zones or groups can then be ensured in each case by a common control for this zone of the pressure and thus the flow through the holes each optimal working fluid supply. In particular, it is possible to regulate to a constant working fluid pressure predetermined individually for each supply line. As a result, a constant polishing agent supply in the entire working gap is possible, although the holes of different zones are subject to different operating conditions. Of course, more than one control device may be provided, for example, one per supply line or hole group. However, it is also conceivable to provide a common control device which regulates the working fluid pressure in all supply lines.

Erfindungsgemäß wird somit jederzeit eine gleichmäßige und ausreichende Arbeitsmittelversorgung des Arbeitsspalts gewährleistet. Neben der Optimierung des Arbeitsergebnisses wird dadurch auch das Arbeitsmittel effektiver eingesetzt, so dass sich der Arbeitsmittelbedarf insgesamt verringert. Kratzer oder ähnliche Bearbeitungsfehler werden zuverlässiger vermieden. Ebenfalls können verhältnismäßig glatte Poliertücher verwendet werden. Wenn dies gewünscht ist, können Werkstücke beispielsweise von einer mit den Bohrungen versehenen oberen Arbeitsscheibe abgespült werden, indem der Arbeitsmitteldruck kurzzeitig stark erhöht wird. Ein unerwünschtes Anhaften der Werkstücke beim Abheben der oberen Arbeitsscheibe nach Prozessende wird so sicher vermieden. Auch ist es möglich, die dem Arbeitsspalt zugeführte Arbeitsmittelmenge, beispielsweise eine Poliermittelmenge, gezielt zu variieren, um beispielsweise Bereiche mit erhöhter Prozesstemperatur zu kühlen. Dies optimiert das Arbeitsergebnis weiter.According to the invention, therefore, a uniform and sufficient working medium supply of the working gap is ensured at all times. In addition to the optimization of the work result, the work equipment is thereby used more effectively, so that the total work equipment requirement is reduced. Scratches or similar machining errors are more reliably avoided. Also, relatively smooth polishing cloths can be used. If desired, workpieces can be rinsed off, for example, by a top working disk provided with the bores, by briefly increasing the working fluid pressure considerably. An undesirable adhesion of the workpieces when lifting the upper working disk after the end of the process is thus reliably avoided. It is also possible to specifically vary the amount of working fluid supplied to the working gap, for example a quantity of polishing agent, in order, for example, to cool regions with an elevated process temperature. This further optimizes the work result.

Nach einer besonders praxisgemäßen Ausgestaltung können die Versorgungsleitungen jeweils einerseits mit einer gemeinsamen Hauptdruckversorgungsleitung und andererseits mit den Bohrungen einer Gruppe verbunden sein. Die Hauptversorgungsleitung steht mit einem Arbeitsmittelreservoir in Verbindung und kann z. B. eine Pumpe aufweisen, mit der die Arbeitsflüssigkeit durch die Hauptversorgungsleitung zu den einzelnen Versorgungsleitungen gepumpt wird. In den Versorgungsleitungen ist dann beispielsweise jeweils eine Druckregeleinheit angeordnet, mit der der Arbeitsflüssigkeitsdruck in der jeweiligen Versorgungsleitung unabhängig von den anderen Versorgungsleitungen geregelt werden kann. Auch ist es möglich, in den Versorgungsleitungen Durchflussmesseinrichtungen vorzusehen, deren Messsignale an entsprechenden Durchflussregeleinrichtungen anliegen, die aufgrund der Messsignale der Durchflussmesseinrichtungen den Flüssigkeitsdurchfluss regeln. Die Versorgungsleitungen können in an sich bekannter Weise Ringleitungen oder Ringkanäle sein, die mit einer Vielzahl von Zuführleitungen, beispielsweise Zuführschläuchen verbunden sind, die durch die Bohrungen der Arbeitsscheibe verlaufen. Solche druckdichten Ringleitungen dienen in besonders einfacher und zuverlässiger Weise zur Versorgung einer Vielzahl von mit diesen kommunizierenden Leitungen. Die gemeinsame Hauptdruckversorgungsleitung kann weiterhin durch eine der mindestens einen mit den Bohrungen versehenen Arbeitsscheibe zugeordnete vertikale Antriebswelle geführt sein. Die vertikale Antriebswelle wird von einem Antrieb, beispielsweise einem Motor, drehend angetrieben. Dadurch wird die mit der Antriebswelle verbundene Arbeitsscheibe gedreht. Es ist also eine druckdichte Einkanal-Dreheinführung durch den Antriebsschaft vorgesehen, um das Arbeitsmittel auf die verschiedenen Versorgungsleitungen zu verteilen. In vorteilhafter Weise muss dabei nur eine Hauptdruckversorgungsleitung von dem feststehenden Maschinengehäuse in die sich drehenden Bauteile geführt werden. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, in der Arbeitsscheibe eine elektrische Ansteuerung für die Aufteilung der Hauptdruckversorgungsleitung in die einzelnen Versorgungsleitungen vorzusehen. Dies kann in bestimmten Anwendungsbereichen unerwünscht sein. Daher ist alternativ auch eine Mehrkanal-Dreheinführung möglich, bei der die Aufteilung in die einzelnen Versorgungsleitungen bereits vor der Antriebswelle erfolgt und durch die Antriebswelle entsprechend mehrere Leitungen geführt werden.According to a particularly practical embodiment, the supply lines can be connected on the one hand with a common main pressure supply line and on the other hand with the holes of a group. The main supply line is connected to a working fluid reservoir and can, for. B. have a pump with which the working fluid is pumped through the main supply line to the individual supply lines. In the supply lines then, for example, in each case a pressure control unit is arranged, with which the working fluid pressure in the respective supply line can be regulated independently of the other supply lines. It is also possible to provide in the supply lines flow measuring devices, the measurement signals are present at corresponding flow control devices that regulate the liquid flow due to the measurement signals of the flow measuring devices. The supply lines can be in a conventional manner ring lines or ring channels, which are connected to a plurality of supply lines, for example supply hoses, which extend through the bores of the working disk. Such pressure-tight ring lines are used in a particularly simple and reliable way to supply a variety of communicating with these lines. The common main pressure supply line may be further guided by one of the at least one provided with the bores working disk vertical drive shaft. The vertical drive shaft is driven in rotation by a drive, such as a motor. As a result, the working disk connected to the drive shaft is rotated. Thus, a pressure-tight single-channel rotary input is provided by the drive shaft in order to distribute the working fluid to the various supply lines. In an advantageous manner, only one main pressure supply line has to be guided from the stationary machine housing into the rotating components. In this case, however, it is necessary to provide an electrical control for the division of the main pressure supply line into the individual supply lines in the working disk. This may be undesirable in certain applications. Therefore, alternatively, a multi-channel rotary input is possible in which the division into the individual supply lines already takes place before the drive shaft and a plurality of lines are guided by the drive shaft accordingly.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann sich der Querschnitt der Bohrungen oder der Querschnitt von in den Bohrungen geführten Flüssigkeitsleitungen im Bereich ihres in die Arbeitsfläche mündenden Endes verringern. Der Querschnitt kann sich beispielsweise um mehr als 50% verringern. Durch solche Querschnittsreduzierungen im Bereich der Mündung in den Arbeitsspalt baut sich bei ausströmendem Arbeitsmittel ein Staudruck auf, welcher auch bei freier Ausströmung die Aufrechterhaltung eines Mindestdrucks in der Versorgungsleitung gewährleistet. Es kommt insbesondere nicht zu einem Zusammenbruch des Arbeitsmitteldrucks, wenn einzelne oder mehrere Austrittsöffnungen freiliegen. Anders als beim Stand der Technik tritt das Poliermittel nicht nur durch die von Werkstücken freien Bohrungen aus, sondern kann grundsätzlich auch aus Bohrungen austreten, die von Werkstücken verdeckt werden. Insbesondere kommt es zu einem Flüssigkeitsaustritt, sofern der Druck in der Versorgungsleitung gleich oder größer als der spezifische Arbeitsdruck in dem Arbeitsspalt ist. Durch das Aufrechterhalten eines bestimmten Druckniveaus in den Versorgungsleitungen wird sichergestellt, dass an allen Austrittsöffnungen ein Durchfluss auftritt.According to a further embodiment, the cross section of the holes or the cross section of guided in the holes liquid lines in the area of their in the work surface reduce the end of the process. For example, the cross section may decrease by more than 50%. By such cross-sectional reductions in the region of the mouth in the working gap builds up a back pressure on escaping working fluid, which ensures the maintenance of a minimum pressure in the supply line even with free outflow. In particular, there is no collapse of the working fluid pressure when single or multiple outlet openings are exposed. Unlike in the prior art, the polishing agent not only passes through the bores free of workpieces, but can basically emerge from holes that are covered by workpieces. In particular, there is a leakage of liquid, provided that the pressure in the supply line is equal to or greater than the specific working pressure in the working gap. Maintaining a certain level of pressure in the supply lines will ensure that flow occurs at all outlet ports.

Da die Reibung zwischen dem Arbeitsbelag der Arbeitsscheiben und den Werkstücken abhängig von der Flüssigkeitsmenge ist, kann weiterhin eine Messeinrichtung zur Messung des von einem Drehantrieb auf mindestens eine mit mindestens einer der Arbeitsscheiben verbundene vertikale Antriebswelle aufgebrachten Drehmoments vorgesehen sein, wobei die Regeleinrichtung das von der Messeinrichtung gemessene Drehmoment mit einem Solldrehmoment oder einem Solldrehmomentbereich vergleicht und bei einer Abweichung des gemessenen Drehmoments von dem Solldrehmoment oder dem Solldrehmomentbereich den Arbeitsmitteldruck in zumindest einigen Versorgungsleitungen so verändert, dass das gemessene Drehmoment wieder das Solldrehmoment annimmt oder in dem Solldrehmomentbereich liegt. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung das gemessene Drehmoment mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment vergleicht. Wenn das gemessene Drehmoment das Grenzdrehmoment unterschreitet, verringert die Regeleinrichtung den Arbeitsmitteldruck in zumindest einigen Versorgungsleitungen so, dass das gemessene Drehmoment wieder einen Wert oberhalb des Grenzdrehmoments annimmt. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Überversorgung des Arbeitsspalts mit Arbeitsflüssigkeit sich das von dem Antrieb zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl aufzubringende Drehmoment sprunghaft verringert, ähnlich wie bei Aquaplaning. Dies führt zu einer unerwünschten Beeinträchtigung der Werkstückbearbeitung. Daher wird in einem solchen Fall die Arbeitsmittelversorgung durch eine Druckverringerung in den Versorgungsleitungen abgesenkt, bis das Drehmoment wieder in dem vorgegebenen Bereich liegt. Insbesondere kann der Druck dabei selbstverständlich in sämtlichen Versorgungsleitungen verändert, insbesondere verringert werden.Since the friction between the working surface of the working wheels and the workpieces is dependent on the amount of liquid, a measuring device for measuring the torque applied by a rotary drive to at least one connected to at least one of the working wheels vertical drive shaft torque may be provided, wherein the control device by the measuring device compares measured torque with a desired torque or range of torque and, in the event of a deviation of the measured torque from the desired torque or range, changes the fluid pressure in at least some supply lines such that the measured torque resumes the desired torque or is within the desired torque range. It may further be provided that the control device compares the measured torque with a predetermined limit torque. If the measured torque falls below the limit torque, the controller reduces the working fluid pressure in at least some supply lines so that the measured torque again assumes a value above the limit torque. This refinement is based on the finding that when the working gap is over-supplied with working fluid, the torque to be applied by the drive to reach a predetermined rotational speed decreases suddenly, similar to aquaplaning. This leads to an undesirable impairment of workpiece machining. Therefore, in such a case, the working fluid supply is lowered by a pressure reduction in the supply lines until the torque is again in the predetermined range. In particular, the pressure can of course be changed in all supply lines, in particular reduced.

Die Bohrungen können in Gruppen zusammengefasst sein, in Abhängigkeit davon wie oft sie im Betrieb der Vorrichtung von den zu bearbeitenden Werkstücken verdeckt werden. Auf dieser Grundlage kann der Arbeitsmitteldruck in den Versorgungsleitungen der Gruppen jeweils umso höher eingestellt werden, je häufiger die Bohrungen einer jeweiligen Gruppe im Betrieb der Vorrichtung von den zu bearbeitenden Werkstücken verdeckt werden. Es werden für die verschiedenen Gruppen also unterschiedliche Solldruckwerte für die jeweilige Versorgungsleitung vorgegeben, wobei die Solldruckwerte abhängig von der im Betrieb zu erwartenden Häufigkeit der Verdeckung der Bohrungen durch die zu bearbeitenden Werkstücke gewählt werden. Erfindungsgemäß können in an sich bekannter Weise Läuferscheiben mit mindestens einer, insbesondere einer Mehrzahl von Aufnahmen, vorgesehen sein, in denen die zu bearbeitenden Werkstücke schwimmend gehalten werden. Die Läuferscheiben werden drehend in dem Arbeitsspalt angetrieben, wobei sich die in ihnen gehaltenen Werkstücke entlang zykloidischer Bahnen in dem Arbeitsspalt bewegen. Bei der Werkstückbearbeitung ergeben sich dadurch unterschiedliche Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in radialer Richtung des Arbeitsspalts. So kann die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Werkstücke in Randbereichen des Arbeitsspalts und insbesondere am inneren Rand höher sein, als beispielsweise in der Mitte. Diesem Sachverhalt wird durch die vorgenannte Ausgestaltung Rechnung getragen. So können Bohrungen in bestimmten Ringzonen des Arbeitsspalts in einer Gruppe zusammengefasst werden, wobei jeder der Ringzonen eine bestimmte Aufenthaltswahrscheinlichkeit für die Werkstücke zugeordnet wird. Je höher diese Aufenthaltswahrscheinlichkeit für eine dieser Ringzonen bzw. Gruppen ist, desto größer ist auch der Sollarbeitsmitteldruck für die dieser Gruppe zugeordnete Versorgungsleitung.The holes can be grouped together, depending on how often they are obscured during operation of the device by the workpieces to be machined. On this basis, the working fluid pressure in the supply lines of the groups can in each case be set the higher, the more frequently the bores of a respective group are obscured during operation of the device by the workpieces to be machined. Different target pressure values for the respective supply line are therefore specified for the various groups, with the target pressure values being selected as a function of the expected frequency of covering the bores by the workpieces to be processed during operation. According to the invention can be provided in a conventional manner runners with at least one, in particular a plurality of receptacles, in which the workpieces to be machined are kept floating. The carriers are rotationally driven in the working gap, with the workpieces held in them moving along cycloidal paths in the working gap. In workpiece machining, this results in different residence probabilities in the radial direction of the working gap. Thus, the probability of residence of the workpieces in the edge regions of the working gap and in particular at the inner edge may be higher than, for example, in the middle. This fact is taken into account by the aforementioned embodiment. Thus, holes in certain ring zones of the working gap can be grouped together, with each of the ring zones being assigned a certain probability of occupancy for the workpieces. The higher this probability of residence for one of these ring zones or groups, the greater the desired working fluid pressure for the supply line assigned to this group.

Die Regelung kann dabei derart erfolgen, dass sich insgesamt eine möglichst homogene Verteilung des Arbeitsmittels in dem gesamten Arbeitsspalt ergibt.The control can be carried out in such a way that the overall result is a very homogeneous distribution of the working fluid in the entire working gap.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Entsprechend ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.The inventive method can be carried out in particular with the device according to the invention. Accordingly, the device is suitable for carrying out the method according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to figures. They show schematically:

1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vertikalen Schnittansicht, 1 a part of a device according to the invention in a vertical sectional view,

2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus einer Ansicht gemäß 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, 2 an enlarged view of a section of a view according to 1 according to a further embodiment,

3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts B aus 2, und 3 an enlarged view of the section B from 2 , and

4 ein Schaltschema zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Regelung. 4 a circuit diagram for illustrating the control according to the invention.

Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. In 1 ist ausschnittsweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke gezeigt. In dem Beispiel handelt es sich um eine Doppelseitenpoliermaschine zum planparallelen Polieren von Halbleiterwafern. Die Vorrichtung besitzt in dem gezeigten Beispiel drei von einem Polierflüssigkeitsreservoir kommende Versorgungsleitungen 36, die jeweils über ein Anschlussstück 22 und eine Mehrkanal-Dreheinführung 18 durch eine vertikale Antriebswelle 20 der Vorrichtung geführt sind. Mittels einer in 1 nicht näher dargestellten Pumpe kann Polierflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir durch die Versorgungsleitung 36 gefördert werden. Die Versorgungsleitungen 36 bilden in dem gezeigten Beispiel jeweils eine Ringleitung 36 mit Abgängen zu der jeweiligen Gruppe von Bohrungen. Die Versorgungsleitungen 36 können durch Versorgungsschläuche gebildet sein. Weiterhin sind nicht näher dargestellte Druckregeleinrichtungen vorgesehen, die jeweils dazu ausgebildet sind, den Arbeitsmitteldruck in einer der Versorgungsleitungen 36 zu regeln, wie dies unten noch näher erläutert werden wird.Unless otherwise indicated, like reference characters designate like items throughout the figures. In 1 is a detail of a device according to the invention 10 shown for double side machining of flat workpieces. In the example, it is a Doppelseitenpoliermaschine for plane-parallel polishing of semiconductor wafers. In the example shown, the device has three supply lines coming from a polishing fluid reservoir 36 , each with a connector 22 and a multi-channel rotary input 18 through a vertical drive shaft 20 the device are guided. By means of an in 1 Pump not shown, polishing liquid from the liquid reservoir through the supply line 36 be encouraged. The supply lines 36 each form a ring line in the example shown 36 with departures to the respective group of holes. The supply lines 36 can be formed by supply hoses. Furthermore, not shown pressure control devices are provided, which are each adapted to the working fluid pressure in one of the supply lines 36 to regulate, as will be explained in more detail below.

Die Vorrichtung 10 besitzt darüber hinaus in an sich bekannter Weise eine obere und untere ringförmige Trägerscheibe sowie eine mit der oberen und unteren Trägerscheibe jeweils verbundene ringförmige obere bzw. untere Arbeitsscheibe. In 1 sind lediglich die obere Trägerscheibe 38 sowie die mit dieser verbundene obere Arbeitsscheibe 40 gezeigt. Die obere Trägerscheibe 38 ist ringförmig ausgebildet. Die Vorrichtung 10 besitzt eine weitgehend symmetrisch zu der oberen Träger- und Arbeitsscheibe 38, 40 ausgebildete, nicht dargestellte untere Trägerscheibe und Arbeitsscheibe. Zwischen ihren einander zugewandten ringförmigen Arbeitsflächen, von denen in 1 die Arbeitsfläche der oberen Arbeitsscheibe 40 bei dem Bezugszeichen 46 dargestellt ist, begrenzen die Arbeitsscheiben einen ringförmigen Arbeitsspalt. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Doppelseitenpoliermaschine mit oberen und unteren Arbeitsscheiben ist an sich bekannt und beispielsweise in DE 100 07 390 A1 beschrieben.The device 10 Moreover, in a manner known per se, has an upper and lower annular carrier disk and an annular upper or lower working disk respectively connected to the upper and lower carrier disk. In 1 are only the upper carrier disc 38 and the associated with this upper working disk 40 shown. The upper carrier disc 38 is annular. The device 10 has a largely symmetrical to the upper carrier and working disk 38 . 40 trained, not shown, lower carrier disk and work disk. Between their facing annular work surfaces, of which in 1 the working surface of the upper working disk 40 at the reference numeral 46 is shown, limit the work discs an annular working gap. The basic structure of such a double-side polishing machine with upper and lower working wheels is known and, for example, in DE 100 07 390 A1 described.

In 1 ist weiter zu erkennen, dass durch die obere Arbeitsscheibe 40 eine Mehrzahl von axialen Durchbohrungen 48 vorgesehen ist, die jeweils mit entsprechenden Durchbohrungen 50 in der oberen Trägerscheibe 38 fluchten. Durch die Bohrungen erstrecken sich jeweils Druckrohre 52. In 1 ist weiter zu erkennen, dass die ringförmigen Versorgungsleitungen 36 jeweils in Verbindung mit den oberen Öffnungen der Druckrohre 52 stehen.In 1 is further to recognize that through the upper working disk 40 a plurality of axial through holes 48 is provided, each with corresponding through holes 50 in the upper carrier disk 38 aligned. Through the holes each pressure pipes extend 52 , In 1 It can be further seen that the annular supply lines 36 each in conjunction with the upper openings of the pressure pipes 52 stand.

Die Ausgestaltung der Bohrungen 48, 50 bzw. der Druckrohre 52 soll anhand der vergrößerten Darstellungen in den 2 und 3 näher erläutert werden. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 eine größere Zahl von Versorgungsleitungen 36, Durchbohrungen 48, 50 und Druckrohren 52 vorgesehen. Davon abgesehen unterscheiden sich die Ausführungsbeispiele nicht. In den 2 und 3 ist zu erkennen, dass die Druckrohre 52 an ihrem oberen Ende jeweils über einen Anschluss 54 mit den Ringleitungen 36 in Verbindung stehen. Die Druckrohre 52 bestehen beispielsweise aus einem Kunststoff. In die Bohrungen 50 bzw. 48 in der oberen Trägerscheibe 38 bzw. der oberen Arbeitsscheibe 40 ist jeweils eine metallische Hülse 58 eingesetzt. Im Bereich ihres in die Arbeitsfläche 46 mündenden Endes dichtet eine Ringdichtung 60 die Druckrohre 52 gegenüber der Hülse 58 ab. Weiterhin ist in 3 zu erkennen, dass die Druckrohre 52 an ihrem unteren Ende eine erhebliche Querschnittsreduzierung 62 von mehr als 50% aufweisen. Die Austrittsöffnung 64 der Druckrohre 52 besitzt damit einen erheblich kleineren Durchmesser als der Hauptbereich 66 der Druckrohre 52.The design of the holes 48 . 50 or the pressure pipes 52 is based on the enlarged representations in the 2 and 3 be explained in more detail. In contrast to the embodiment according to 1 is in the embodiment of the 2 and 3 a larger number of supply lines 36 , Punctures 48 . 50 and pressure pipes 52 intended. Apart from that, the embodiments do not differ. In the 2 and 3 it can be seen that the pressure pipes 52 at its upper end in each case via a connection 54 with the ring lines 36 keep in touch. The pressure pipes 52 For example, consist of a plastic. In the holes 50 respectively. 48 in the upper carrier disk 38 or the upper working disk 40 is in each case a metallic sleeve 58 used. In the area of her in the work surface 46 opening end seals a ring seal 60 the pressure pipes 52 opposite the sleeve 58 from. Furthermore, in 3 to recognize that the pressure pipes 52 at its lower end a significant cross-sectional reduction 62 of more than 50%. The outlet opening 64 the pressure pipes 52 thus has a considerably smaller diameter than the main area 66 the pressure pipes 52 ,

Wie insbesondere in den 1 und 2 zu erkennen ist, sind Bohrungen 48, 50 in unterschiedlichen radialen Abständen zu den Arbeits- und Trägerscheiben angeordnet. Die obere Arbeitsscheibe und damit auch die sie tragende obere Trägerscheibe besitzt mehrere kreisförmig in unterschiedlichen radialen Abständen zu der durch die vertikale Antriebswelle 20 verlaufenden zentralen Drehachse der Arbeitsscheibe 40 und Trägerscheibe 38 verlaufende Reihen von axialen Bohrungen. Die Bohrungen eines radialen Abstands werden jeweils zu einer Gruppe zusammengefasst und von einer Ringleitung 36 mit Poliermittel versorgt.As in particular in the 1 and 2 can be seen are holes 48 . 50 arranged at different radial distances from the working and carrier discs. The upper working disk and thus also the upper carrier disk supporting it has a plurality of circular at different radial distances to the through the vertical drive shaft 20 extending central axis of rotation of the working disk 40 and carrier disk 38 extending rows of axial bores. The bores of a radial distance are each combined into a group and from a loop 36 supplied with polish.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll anhand des schematischen Schaltbildes in 4 weiter erläutert werden. Über eine Pumpe 68 wird Poliermittel aus einem mit der Pumpe 68 über ein Rückschlagventil 70 verbundenes nicht dargestelltes Poliermittelreservoir in die Versorgungsleitungen 36 gefördert. Von dort wird das Poliermittel weiter zu den Druckregeleinrichtungen 35 gefördert. In den Versorgungsleitungen 36 befindet sich weiterhin jeweils ein Zweiwegeventil 72 zum An- und Abschalten der durch die Versorgungsleitungen 36 jeweils versorgten Versorgungkreise. Mit den Druckregeleinrichtungen 35 kann der Poliermitteldruck in jeder der Ringleitungen 36 separat auf einen bestimmten Wert geregelt werden. Weiterhin befindet sich in den Versorgungsleitungen 36 jeweils ein Durchflussmesser 74. Eine solche Regelung bzw. Durchflusssteuerung ist dem Fachmann an sich bekannt und soll daher nicht näher erläutert werden. Die zu bearbeitenden Werkstücke können beispielsweise in an sich bekannter Weise in Läuferscheiben gehalten werden, so dass sie sich in dem Arbeitsspalt entlang zykloidischer Bahnen bewegen. Dabei ergeben sich unterschiedliche Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Werkstücke in dem Arbeitsspalt während der Bearbeitung. Insbesondere werden die unterschiedlichen radialen Gruppen von Bohrungen in der oberen Arbeitsscheibe 40 im Betrieb unterschiedlich häufig von Werkstücken verdeckt. Dies kann erfindungsgemäß berücksichtigt werden, indem die voraussichtlich häufiger verdeckten radialen Bereiche von Bohrungen durch die ihnen jeweils zugeordnete Ringleitung 36 und die entsprechende Druckregeleinrichtung 35 mit einem höheren Arbeitsmitteldruck beaufschlagt werden.The function of the device according to the invention is based on the schematic diagram in FIG 4 be explained further. About a pump 68 Polishing agent will be one with the pump 68 via a check valve 70 connected unillustrated polishing agent reservoir in the supply lines 36 promoted. From there, the polishing agent continues to the pressure control devices 35 promoted. In the supply lines 36 is still each a two-way valve 72 to turn on and off the through the supply lines 36 each supplied supply. With the pressure control devices 35 the polish pressure in each of the ring lines 36 be regulated separately to a certain value. Continue to be located in the supply lines 36 one flowmeter each 74 , Such a control or flow control is known per se to those skilled in the art and will therefore not be explained in detail. The workpieces to be machined can, for example, be held in carriers in a manner known per se so that they move in the working gap along cycloidal paths. This results in different probabilities of residence of the workpieces in the working gap during processing. In particular, the different radial groups of holes in the upper working disk 40 Covered by workpieces with varying frequency during operation. This can be considered according to the invention by the expected more frequently hidden radial areas of holes through the respective associated ring line 36 and the corresponding pressure control device 35 be subjected to a higher working fluid pressure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10007390 A1 [0002, 0021]

Claims

Apparatus for double-side machining of flat workpieces, comprising an upper working disk ( 40 ) and a lower working disk, wherein the working disks ( 40 ) between their facing work surfaces ( 46 ) form a working gap for machining the workpieces, and wherein at least one of the working disks ( 40 ) a plurality of through the work surface ( 46 ) extending bores ( 48 ) for supplying a liquid working fluid into the working gap, characterized in that the bores ( 48 ) are grouped into several groups, each group of holes ( 48 ) with a separate pressurized supply line ( 36 ) is connected to the working fluid, and wherein at least one pressure control device ( 35 ) with which the working fluid pressure in the supply lines ( 36 ) is controllable separately from each other.

Device according to claim 1, characterized in that the supply lines ( 36 ) on the one hand with a common main pressure supply line and on the other hand with the holes ( 48 ) are connected to a group.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the common main pressure supply line through one of the at least one with the bores ( 48 ) provided working disk ( 40 ) associated vertical drive shaft ( 20 ) is guided.

Device according to claim 2, characterized in that the supply lines ( 36 ) through one of the at least one with the holes ( 48 ) provided working disk ( 40 ) associated vertical drive shaft ( 20 ) are guided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the bores ( 48 ) or the cross-section of in the holes ( 48 ) guided liquid lines ( 52 ) in the area of her in the work surface ( 46 ).

Device according to one of the preceding claims, further characterized by a measuring device for measuring the by a rotary drive on at least one connected to at least one of the working wheels vertical drive shaft ( 20 ) applied torque, wherein the control device ( 35 ) compares the torque measured by the measuring device with a setpoint torque or a setpoint torque range and, in the case of a deviation of the measured torque from the setpoint torque or the setpoint torque range, the working fluid pressure in at least some supply lines ( 36 ) is changed so that the measured torque again assumes the target torque or is in the target torque range.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the control device ( 35 ) compares the measured torque with a predetermined limit torque and that when the measured torque falls below the limit torque, the control device ( 35 ) the working fluid pressure in at least some supply lines ( 36 ) so that the measured torque again assumes a value above the limit torque.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bores ( 48 ) are grouped according to how often the holes ( 48 ) during operation of the device ( 10 ) are covered by the workpieces to be machined.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the control device ( 35 ) the working fluid pressure in the supply lines ( 36 ) of the groups depending on how often the holes ( 48 ) of a respective group in the operation of the device ( 10 ) are covered by the workpieces to be machined,

Method for operating a device for double side machining of flat workpieces, the device comprising an upper working disk ( 40 ) and a lower working disk, wherein the working disks ( 40 ) between their facing work surfaces ( 46 ) form a working gap for machining the workpieces, and wherein at least one of the working disks ( 40 ) a plurality of through the work surface ( 46 ) extending bores ( 48 ) for supplying a liquid working fluid into the working gap, characterized in that the bores ( 48 ) are grouped into several groups, each group of holes ( 48 ) pressurized working fluid is supplied, and wherein the working fluid pressure of the groups ( 48 ) each supplied working fluid is regulated separately from each other.

A method according to claim 10, characterized in that by a rotary drive on at least one connected to at least one of the working wheels vertical drive shaft ( 20 ) is measured and that the torque measured by the measuring device with a target torque or a target torque range is compared and is changed in a deviation of the measured torque of the target torque or the target torque range of the working fluid pressure of at least some groups of working fluid supplied so that the measured Torque again that Assumes target torque or is in the target torque range.

A method according to claim 11, characterized in that the measured torque is compared with a predetermined limit torque and that when the measured torque is less than the limit torque, the working fluid pressure of the at least some groups supplied working fluid is reduced so that the measured torque is again above the value Adjusts limit torque.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the holes ( 48 ) are grouped according to how often the holes ( 48 ) are obscured during operation of the device by the workpieces to be machined.

A method according to claim 13, characterized in that the working fluid pressure of the working fluid supplied to the groups is set depending on how often the holes ( 48 ) of a respective group in the operation of the device are covered by the workpieces to be machined.