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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Doppelseitenschleifmaschine und ein Doppelseitenschleifverfahren für Werkstücke, wobei beide Oberflächen eines tafelförmigen Werkstücks, wie z.B. einer Halbleiterscheibe oder eines Quarzsubstrats zur Verwendung als Expositionsplatte, gleichzeitig geschliffen werden.
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BISHERIGER STAND DER TECHNIK
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Bei hochentwickelten Geräten, die eine Siliziumscheibe mit einem großen Durchmesser, wie z.B. einem Durchmesser von 300 mm, verwenden, müssen die Nanotopographie genannten Oberflächenwelligkeitskomponenten reduziert werden.
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Die Nanotopographie ist eine Art Oberflächenform einer Scheibe und zeigt Unregelmäßigkeiten einer Wellenlängenkomponente von 0,2 bis 20 mm, was kürzer ist als die Wellenlänge eines Verzugs oder einer Wölbung und länger als die Wellenlänge der Oberflächenrauheit. Die Nanotopographie hat eine extrem flache Welligkeitskomponente mit einem Spitze-Tal-Wert von 0,1 bis 0,2 µm. Es wird gesagt, dass die Nanotopographie Auswirkungen auf die Ausbeute der Grabenisolationsprozesse (shallow trench isolation = STI) in Geräteprozessen hat, und für Siliziumscheiben, die in Gerätesubstraten verwendet werden, sind strikte Nanotopographieanforderungen sowie eine Schrumpfung der Entwurfsregeln erforderlich.
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Die Nanotopographie entsteht während der Bearbeitung von Siliziumscheiben. Es kann schnell eine Verschlechterung der Nanotopographie auftreten, insbesondere in Bearbeitungsschritten ohne eine Bezugsebene, wie z.B. während des Schneidens mit einer Drahtsäge oder des Doppelseitenschleifens. Es ist wichtig, das relative Mäandern eines Drahts während des Schneidens mit einer Drahtsäge sowie die Scheibenbeanspruchung während des Doppelseitenschleifens zu verbessern und zu kontrollieren.
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Nachstehend wird ein konventionelles Doppelseitenschleifverfahren beschrieben. 10 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine konventionelle Doppelseitenschleifmaschine.
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Wie in 10 dargestellt, umfasst die Doppelseitenschleifmaschine 101 einen drehbaren Ringhalter 102 zum Halten eines tafelförmigen Werkstücks W, ein Paar hydrostatische Lagerungen 103 zum berührungslosen Abstützen des Ringhalters 102 durch den hydrostatischen Druck eines Fluids und ein Paar Schleifscheiben 104 zum gleichzeitigen Schleifen beider Oberflächen des Werkstücks W, das vom Ringhalter 102 gehalten wird. Die beiden hydrostatischen Lagerungen 103 befinden sich an den Seitenflächen der jeweiligen Seiten des Ringhalters 102. Die Schleifscheiben 104 sind an Motoren 112 befestigt und können sich mit hoher Geschwindigkeit drehen.
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Bei der Doppelseitenschleifmaschine 101 wird das Werkstück W zuerst entlang einer Umfangsrichtung von der Außenumfangsseite des Werkstücks vom Ringhalter 102 gehalten. Während der Ringhalter 102 dann in Rotation versetzt wird, um das Werkstück W zu drehen, wird Fluid in die Räume zwischen dem Ringhalter 102 und jede der hydrostatischen Lagerungen 103 geleitet, um den Ringhalter 102 durch den hydrostatischen Druck des Fluids abzustützen. Auf diese Weise werden beide Oberflächen des rotierenden Werkstücks W, das durch den Ringhalter 102 und die hydrostatische Lagerung 103 gehalten wird, von den Schleifscheiben 104 geschliffen, die von den Motoren 112 mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden.
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Beim konventionellen Doppelseitenschleifen gibt es viele Ursachen, die die Nanotopographie verschlechtern. Wie zum Beispiel im Patentdokument 1 offenbart, ist es bekannt, dass eine Lageabweichung des Ringhalters entlang der Richtung seiner rotierenden Achse eine Hauptursache ist. Angesichts dessen ist bekannt, dass ein vorzuziehendes Halterungsverfahren zum Drehen eines Ringhalters mit hoher Präzision darin besteht, eine hydrostatische Lagerung zum berührungslosen Lagern des Ringhalters durch Zuführung von Fluid sowohl aus der Richtung der Drehachse des Ringhalters als auch der Richtung senkrecht zur Drehachse zu verwenden (siehe Patentdokument 2).
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Es besteht allerdings das Problem, dass sich die Nanotopographie trotz der Verwendung einer derartigen hydrostatischen Lagerung verschlechtern kann und es somit nicht möglich ist, eine beständig hochpräzise Nanotopographie zu erreichen.
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Aus der
JP 2005-262343 A ist eine Doppelseitenschleifmaschine mit einer Werkstückhalteranordnung bekannt, die eine hydrostatische Lagerung aufweist. Auf diese Weise ist die Werkstückhalteranordnung in ihrer Achsrichtung und auch senkrecht hierzu berührungslos gelagert.
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ZITATLISTE
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PATENTLITERATUR
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- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung(Kokai) Nr. 2009-190125
- Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung(Kokai) Nr. 2011-161611
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Der Erfinder hat demzufolge das Phänomen der Verschlechterung der Nanotopographie genau untersucht und herausgefunden, dass große Abweichungen der Nanotopographie insbesondere nach dem Wechseln des Werkstücksloses oder dem Austausch der Schleifscheiben auftreten.
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Die vorliegende Erfindung entstand angesichts der oben beschriebenen Probleme. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Doppelseitenschleifmaschine und eines Doppelseitenschleifverfahrens für Werkstücke, welche die Abweichung der Nanotopographie verbessern können, die in Abhängigkeit von den Werkstücklosen oder Schleifscheiben auftritt, um bei jedem Schleifprozess eine beständig hochpräzise Nanotopographie zu erzielen.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine Doppelseitenschleifmaschine gemäß Patentanspruch 1 vor. Diese umfasst: einen drehbaren Ringhalter zum Halten eines tafelförmigen Werkstücks entlang einer Umfangsrichtung von einer Außenumfangsseite des Werkstücks, ein Paar Schleifscheiben zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten des vom Ringhalter gehaltenen Werkstücks und eine hydrostatische Lagerung zum berührungslosen Halten des Ringhalters aus einer Richtung einer Drehachse des Ringhalters und einer Richtung senkrecht zur Drehachse durch den hydrostatischen Druck eines Fluids, das aus beiden Richtungen zugeführt wird, wobei die Eingangsdrücke, mit denen das Fluid aus der Richtung der Drehachse und der Richtung senkrecht zur Drehachse eingeleitet wird, unabhängig voneinander geregelt werden können.
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Eine derartige Doppelseitenschleifmaschine kann die Lagersteifigkeiten des Ringhalters in der Richtung der Drehachse und in der Richtung senkrecht zur Drehachse unabhängig voneinander regeln, wodurch bei jedem Schleifprozess eine gleichbleibend hochpräzise Nanotopographie erzielt werden kann, selbst wenn ein Werkstücklos oder die Schleifscheiben ausgetauscht werden.
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Erfindungsgemäß können die Eingangsdrücke, mit denen das Fluid zugeführt wird, so geregelt werden, dass ein Steifigkeitsgrad A 1,96 N/µm oder weniger und ein Steifigkeitsgrad B 7,85 N/µm oder mehr beträgt, wobei die Steifigkeit A die Verteilung einer Last durch eine Verlagerung darstellt, wenn die Last auf den Ringhalter aus einer Richtung der Drehachse aufgebracht und das Fluid aus einer anderen Richtung zugeführt wird, und die Steifigkeit B die Verteilung einer Last durch eine Verlagerung darstellt, wenn die Last auf den Ringhalter aus der Richtung senkrecht zur Drehachse aufgebracht und das Fluid aus der entgegengesetzten Richtung zugeführt wird.
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Mit einer derartigen Doppelseitenschleifmaschine kann man beständig und zuverlässig eine hochpräzisere Nanotopographie erreichen.
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Des Weiteren sieht die vorliegende Erfindung ein Doppelseitenschleifverfahren für Werkstücke gemäß Patentanspruch 2 vor. Dieses umfasst: Halten eines Metallwerkstücks entlang einer Umfangsrichtung von einer Außenumfangsseite des Werkstücks durch einen Ringhalter sowie gleichzeitiges Schleifen beider Oberflächen des vom Ringhalter gehaltenen Werkstücks mit einem Paar Schleifscheiben unter gleichzeitigem Drehen des Ringhalters, wobei Fluid sowohl aus einer Richtung einer Drehachse des Ringhalters als auch einer Richtung senkrecht zur Drehachse mit unabhängig geregelten Eingangsdrücken zugeführt wird und beide Oberflächen des Werkstücks gleichzeitig geschliffen werden, während der Ringhalter berührungslos aus diesen beiden Richtungen durch den hydrostatischen Druck des zugeführten Fluids mit einem hydrostatischen Lager abgestützt wird.
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Mit einem derartigen Verfahren kann man die Abstützsteifigkeiten des Ringhalters in der Richtung der Drehachse und in der Richtung senkrecht zur Drehachse unabhängig voneinander regeln, wodurch bei jedem Schleifprozess beständig eine hochpräzise Nanotopographie erzielt werden kann, selbst wenn das Werkstücklos gewechselt oder die Schleifscheiben ausgetauscht werden.
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Erfindungsgemäß werden die Eingangsdrücke, mit denen das Fluid zugeführt wird, derart geregelt, dass ein Steifigkeitsgrad A 1,96 N/µm oder weniger und ein Steifigkeitsgrad B 7,85 N/µm oder mehr beträgt, wobei die Steifigkeit A eine Lastverteilung durch eine Verlagerung darstellt, wenn die Last auf den Ringhalter aus einer Richtung der Drehachse aufgebracht und das Fluid aus der anderen Richtung zugeführt wird, und die Steifigkeit B eine Lastverteilung durch eine Verlagerung darstellt, wenn die auf den Ringhalter angewandte Last aus der Richtung senkrecht zur Drehachse aufgebracht und das Fluid aus der anderen Richtung zugeführt wird.
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Auf diese Weise kann eine hochpräzisere Nanotopographie zuverlässig und beständig erreicht werden.
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VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Bei der erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifmaschine wird Fluid sowohl aus der Richtung einer Drehachse eines Ringhalters als auch der Richtung senkrecht zur Drehachse mit unabhängig voneinander geregelten Eingangsdrücken zugeführt und beide Oberflächen des Werkstücks werden gleichzeitig geschliffen, während der Ringhalter berührungslos aus den beiden Richtungen durch den hydrostatischen Druck eines zugeführten Fluids mit einer hydrostatischen Lagerung gehalten wird. Daher kann die Abstützsteifigkeit des Ringhalters in der Richtung der Drehachse und der Richtung senkrecht zur Drehachse unabhängig voneinander geregelt werden und bei jedem Schleifprozess kann zuverlässig eine beständig hochpräzise Nanotopographie erreicht werden, selbst wenn das Werkstücklos gewechselt wird oder die Schleifscheiben ausgetauscht werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Doppelseitenschleifmaschine der vorliegenden Erfindung;
- 2A ist eine schematische Seitenansicht eines exemplarischen Ringhalters der erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifmaschine;
- 2B ist eine schematische Seitenansicht eines Trägers eines exemplarischen Ringhalters der erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifmaschine;
- 3 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens zum Halten eines Ringhalters mit einer hydrostatischen Lagerung;
- 4 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens zur Regelung eines Eingangsdrucks, mit dem Fluid zugeführt wird;
- 5 ist eine Grafik zur Darstellung des Ergebnisses eines Beispiels 1;
- 6 ist eine Grafik zur Darstellung des Ergebnisses eines Beispiels 2;
- 7 ist eine Grafik zur Darstellung des Ergebnisses eines Beispiels 3;
- 8 ist eine Grafik zur Darstellung des Ergebnisses eines Beispiels 4;
- 9 ist eine Grafik zur Darstellung des Ergebnisses eines Vergleichsbeispiels; und
- 10 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer konventionellen Doppelseitenschleifmaschine.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Wie oben erläutert, haben die Untersuchungen des Erfinders gezeigt, dass die Verschlechterung der Nanotopographie durch die Auswirkungen der Rohmaterialwerkstücke und der verwendeten Schleifscheiben verursacht wird. Des Weiteren hat der Erfinder sorgfältig betrachtet, wie die Auswirkungen der Rohmaterialwerkstücke und der zu verwendenden Schleifscheiben durch ein Verfahren reduziert werden können, in dem eine hydrostatische Lagerung zum Halten eines Ringhalters verwendet wird, und fand demnach Folgendes heraus.
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Beim konventionellen Doppelseitenschleifen unterscheiden sich die Schleifbedingungen auf der rechten und linken Seite in Abhängigkeit von Variationen der Form und der vorderen und hinteren Oberflächenrauheit eines Rohmaterialwerkstücks sowie der Selbstschärfung der rechten und linken Schleifscheibe. Man geht davon aus, dass das Schleifen durchgeführt wird, während das Werkstück von beiden Seiten komplexen Kräften ausgesetzt ist. Die rotierenden Oberflächen des Werkstücks weisen demzufolge in jedem Schleifprozess leichte Unterschiede auf, wenn die Kräfte auf beiden Seiten ausgeglichen sind. Man geht davon aus, dass die Abweichung dieser rotierenden Oberflächen von den rotierenden Oberflächen des Ringhalters eine lokale Abweichung des Bearbeitungsdrucks erzeugt, was zu einer geringfügigen Verschlechterung der Nanotopographie führt.
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Es wird die Auffassung vertreten, dass es zur Vermeidung einer Verschlechterung der Nanotopographie effektiv ist, die lokale Abweichung des Bearbeitungsdrucks durch Reduzierung der Abstützsteifigkeit des Ringhalters in Richtung der Drehachse zu eliminieren, um dadurch einen größeren Freiheitsgrad beim Halten zu erreichen, sodass der Ringhalter so rotieren kann, dass er den rotierenden Oberflächen des Werkstücks in dem Zustand folgen kann, in dem die Kräfte an beiden Seiten ausgeglichen sind, die bei jedem Schleifprozess unterschiedlich sind.
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Eine konventionelle hydrostatische Lagerung ist allerdings so konfiguriert, dass sie Fluide aus der Richtung der Drehachse des Ringhalters sowie der Richtung senkrecht zur Drehachse aus einer Quelle zuführt und die Eingangsdrücke des Fluids auf denselben Wert einstellt. Wenn der Freiheitsgrad zum Halten in Richtung der Drehachse des Ringhalters erhöht wird, wird zugleich die Abstützsteifigkeit in der Richtung senkrecht zur Drehachse gesenkt. Somit kann der Ringhalter leicht exzentrisch in der Richtung senkrecht zur Drehachse des Ringhalters rotieren, was ein gleichbleibendes Schleifen verhindert.
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Die vorliegende Erfindung gestattet deshalb eine unabhängige Zuführung der Fluide in der Richtung der Drehachse des Ringhalters und in der Richtung senkrecht zur Drehachse, das heißt, sie weist eine Konfiguration auf, die eine unabhängige Regelung der Eingangsdrücke des Fluids ermöglicht, wodurch das Schleifen mit einem erhöhten Freiheitsgrad zum Halten in Richtung der Drehachse möglich wird, während die Abstützsteifigkeit in der Richtung senkrecht zur Drehachse aufrechterhalten wird, sodass demzufolge beständig eine hochpräzisere Nanotopographie erreicht werden kann.
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Des Weiteren hat der Erfinder vollumfänglich die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Basis der o.g. Betrachtung erwogen und die Erfindung somit zum Abschluss gebracht.
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Nachstehend wird nun eine Doppelseitenschleifmaschine der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, verfügt die erfindungsgemäße Doppelseitenschleifmaschine 1 vor allem über einen Ringhalter 2 zum Halten eines Werkstücks W, eine hydrostatischen Lagerung 3 zum berührungslosen Halten des Ringhalters 2 durch den hydrostatischen Druck eines Fluids und ein Paar Schleifscheiben 4 zum gleichzeitigen Schleifen des Werkstücks W.
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Der Ringhalter 2 stützt das Werkstück W entlang einer Umfangsrichtung des Werkstücks von der Außenumfangsseite her ab und kann um eine Drehachse rotieren. Wie in 2A dargestellt, weist der Ringhalter 2 einen Träger 5 auf, der in der Mitte ein Halterungsloch aufweist, in welches das Werkstück W eingeführt und darin gehaltert werden kann, einen Halterkörper 6 zur Befestigung des Trägers 5 und einen Ring 7 zum Anpressen des befestigten Trägers 5. Wie in 2A und 2B dargestellt, ist der Träger 5 mit Befestigungsbohrungen 8 ausgestattet, durch die der Träger am Halterkörper 6 zum Beispiel mit Schrauben befestigt wird.
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Ein Antriebsrad 10 in Verbindung mit einem Haltermotor 9 ist dazu angeordnet, den Ringhalter 2 zu drehen. Das Antriebsrad 10 ist mit einem Innenzahnrad 11 verbunden, sodass der Ringhalter 2 über das Innenzahnrad 11 durch Rotation des Antriebsrades 10 durch den Haltermotor 9 gedreht werden kann.
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Wie in 2A dargestellt, befindet sich am Rand des Halterungslochs des Trägers 5 ein Vorsprung 14, der nach innen verläuft. Dieser Vorsprung passt zur Form einer Rille, genannt Nut, an einem Teil des Umfangs des Werkstücks W und ermöglicht die Übertragung der rotierenden Bewegung des Ringhalters 2 auf das Werkstück W.
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Der Ringhalter 2 wird durch die hydrostatische Lagerung 3 gehalten, sodass der Ringhalter 2 mit hoher Präzision rotieren kann.
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Im Folgenden wird nun die hydrostatische Lagerung 3 beschrieben. Wie in 3 dargestellt, umfasst die hydrostatische Lagerung 3 ein Lagerteil 3a, das so angeordnet ist, dass es beiden Seitenflächen des Ringhalters 2 gegenüberliegt, und ein Lagerteil 3b, das so angeordnet ist, dass es der Außenumfangsseite des Ringhalters 2 gegenüberliegt. Das Lagerteil 3a ist mit einem Versorgungskanal versehen, durch den Fluid in beide Seitenflächen des Ringhalters 2 eingeführt wird. Das Lagerteil 3b ist mit einem Versorgungskanal versehen, durch den Fluid in die Außenumfangsseite eingeführt wird.
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Wie in 3 dargestellt, wird durch diese Versorgungskanäle von einer Fluidversorgungseinheit 20 ein Fluid 13a in die Zwischenräume zwischen den Seitenflächen des Ringhalters 2 und dem Lagerteil 3a aus der Richtung der Drehachse des Ringhalters 2 und ein Fluid 13b in einen Zwischenraum zwischen der Außenumfangsseite des Ringhalters 2 und dem Lagerteil 3b aus der Richtung senkrecht zur Drehachse zugeführt.
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Auf diese Weise wird der Ringhalter 2 durch den hydrostatischen Druck der zugeführten Fluide aus Richtung der Drehachse von dem Lagerteil 3a und aus der Richtung senkrecht zur Drehachse von dem Lagerteil 3b berührungslos getragen.
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Die Fluidversorgungseinheit 20 ist so ausgeführt, dass sie einen Eingangsdruck, mit dem das Fluid 13a aus Richtung der Drehachse zugeführt wird, und einen Eingangsdruck, mit dem das Fluid 13b aus der Richtung senkrecht zur Drehachse zugeführt wird, unabhängig voneinander regeln kann. Davon abgesehen ist die Fluidversorgungseinheit 20 nicht speziell limitiert; z.B. können Druckeinstellventile in Versorgungskanälen der Fluide angeordnet werden, um jeden der Eingangsdrücke zu regeln, oder es können zwei vollständig separate Fluidversorgungseinheiten vorgesehen werden. Das der hydrostatischen Lagerung 3 zugeführte Fluid kann ohne Beschränkung darauf z.B. Wasser oder Luft sein.
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Wie in 1 dargestellt, sind die Schleifscheiben 4 an Schleifscheibenmotoren 12 angeschlossen und können sich mit hoher Geschwindigkeit drehen. Die Schleifscheibe 4 ist nicht speziell limitiert und kann auch eine konventionelle Schleifscheibe sein. Es kann z.B. eine Schleifscheibe mit einer Schleifkorngröße von #3000 und einem mittleren Schleifkorndurchmesser von 4 µm verwendet werden. Es kann auch eine Schleifscheibe mit einer geringeren Schleifkorngröße von #6000 bis #8000 verwendet werden. Beispiele dieses Typs umfassen eine Schleifscheibe einschließlich Diamantschleifkörnungen mit einem mittleren Schleifkorndurchmesser von 1 µm oder weniger und einem keramischen Bindungsmaterial.
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Die Doppelseitenschleifmaschine 1 kann die Steifigkeiten des Ringhalters 2 in Richtung der Drehachse und in der Richtung senkrecht zur Drehachse durch die unabhängige Regelung der Eingangsdrücke, mit denen die Fluide in die hydrostatische Lagerung 3 eingeführt werden, unabhängig voneinander regeln. Somit kann die Maschine den Eingangsdruck reduzieren, mit dem das Fluid aus Richtung der Drehachse des Ringhalters 2 zugeführt wird, um damit die Steifigkeit des Ringhalters 2 in dieser Richtung zu reduzieren, das heißt, die Maschine kann den Freiheitsgrad zum Halten erhöhen, während sie gleichzeitig den Eingangsdruck erhöht, mit dem das Fluid aus der Richtung senkrecht zur Drehachse des Ringhalters 2 zugeführt wird, um eine ausreichend hohe Steifigkeit des Ringhalters 2 in dieser Richtung aufrecht zu erhalten. Die Maschine kann den Ringhalter 2 unter diesen Bedingungen tragen. Durch das Tragen des Ringhalters 2 auf diese Weise kann eine lokale Druckdifferenz während des Schleifens verhindert werden, was das beständige Erzielen einer hochpräzisen Nanotopographie bei jedem Schleifprozess ermöglicht, selbst wenn ein Werkstücklos gewechselt oder die Schleifscheiben ausgetauscht werden.
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In Bezug auf die Definition der oben beschriebenen Steifigkeit in dieser Ausführungsform wird die Steifigkeit ‚A‘ in Richtung einer Drehachse als Lastverteilung durch eine Verlagerung (N/µm) definiert, wenn die Last auf den Ringhalter 2 aus einer Richtung der Drehachse durch ein Fluid aufgebracht wird, das aus der anderen Richtung zugeführt wird, und die Verlagerung des Ringhalters 2 gemessen wird. Die Steifigkeit ‚B‘ in der Richtung senkrecht zur Drehachse wird als Lastverteilung durch eine Verlagerung (N/µm) definiert, wenn die Last auf den Ringhalter 2 aus der Richtung senkrecht zur Drehachse durch ein Fluid aufgebracht wird, das aus der entgegengesetzten Richtung zugeführt wird, und die Verlagerung des Ringhalters 2 gemessen wird.
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Die Fluidversorgungseinheit 20 ist vorzugsweise dazu in der Lage, die Eingangsdrücke des Fluids so zu regeln, dass der Steifigkeitsgrad A 1,96 N/µm oder weniger und der Steifigkeitsgrad B 7,85 N/µm oder mehr beträgt.
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Die Maschine dieses Typs kann die oben erläuterte lokale Druckdifferenz zuverlässiger verhindern und so das zuverlässigere Erzielen einer hochpräziseren Nanotopographie beständig ermöglichen.
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Wenn keine spezielle Einheit zur Druckerhöhung verwendet wird, beträgt ein Wassereingangsdruck normalerweise ca. 0,30 MPa. In diesem Fall beträgt die maximale Steifigkeit ca. 14,7 N/µm. Die hydrostatische Lagerung muss in Abhängigkeit vom Gewicht des Ringhalters eine Steifigkeit von 0,49 N/µm oder mehr aufweisen, um ihre Funktion auszuüben.
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Als nächstes wird das erfindungsgemäße Doppelseitenschleifverfahren für Werkstücke beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifmaschine 1 gemäß 1 bis 3 beschrieben.
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Zuerst wird ein tafelförmiges Werkstück W, wie z.B. eine Siliziumscheibe, entlang einer Umfangsrichtung von der Außenumfangsseite des Werkstücks mit einem Ringhalter 2 gehalten. Die hydrostatische Lagerung 3 zum Abstützen des Ringhalters 2 ist so angeordnet, dass das Lagerteil 3a, wie oben beschrieben, beiden Seitenflächen des Ringhalters 2 und das Lagerteil 3b der Außenumfangsseite des Ringhalters 2 gegenüberliegt.
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Als nächstes wird von der Fluidversorgungseinheit 20 durch die Versorgungskanäle der hydrostatischen Lagerung 3 ein Fluid in die Zwischenräume zwischen den Seitenflächen des Ringhalters 2 und dem Lagerteil 3a aus Richtung der Drehachse des Ringhalters 2 geleitet, und ein Fluid wird in den Zwischenraum zwischen der Außenumfangsseite des Ringhalters 2 und dem Lagerteil 3b aus der Richtung senkrecht zur Drehachse geleitet. Der Ringhalter 2 wird durch den hydrostatischen Druck der zugeführten Fluide aus Richtung der Drehachse vom Lagerteil 3a und aus der Richtung senkrecht zur Drehachse vom Lagerteil 3b berührungslos getragen.
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Auf diese Weise wird der Ringhalter 2 von der hydrostatischen Lagerung 3 aus Richtung der Drehachse des Ringhalters 2 und der Richtung senkrecht zur Drehachse abgestützt, und beide Oberflächen des Werkstücks W werden gleichzeitig geschliffen, während der Ringhalter 2 vom Haltermotor 9 und die Schleifscheiben 4 von den Schleifscheibenmotoren 12 gedreht werden.
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Wie in der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifmaschine ausgeführt, ist es in dem erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifverfahren für Werkstücke möglich, die Steifigkeiten des Ringhalters in Richtung der Drehachse und in der Richtung senkrecht zur Drehachse unabhängig voneinander zu regeln, um dadurch den Freiheitsgrad zum Halten in Richtung der Drehachse des Ringhalters 2 zu erhöhen, während die Steifigkeit in der Richtung senkrecht zur Drehachse des Ringhalters 2 auf einem ausreichend hohen Niveau gehalten wird, sodass eine lokale Druckdifferenz während des Schleifens verhindert wird. Demzufolge kann in jedem Schleifprozess beständig eine hochpräzise Nanotopographie erreicht werden, selbst wenn ein Werkstücklos gewechselt oder die Schleifscheiben ausgetauscht werden.
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Dabei kann die Steifigkeit des Ringhalters leicht durch Anpassung der Eingangsdrücke geregelt werden, mit denen die Fluide eingeleitet werden. Genauer gesagt kann die Erhöhung des Eingangsdrucks die Steifigkeit erhöhen und die Absenkung des Eingangsdrucks die Steifigkeit herabsetzen. Ein bevorzugter Eingangsdruck des Fluids ist z.B. ein Druck, bei dem die Steifigkeit A in Richtung der Drehachse 1,96 N/µm oder weniger und die Steifigkeit B in der Richtung senkrecht zur Drehachse 7,85 N/µm oder mehr beträgt.
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Auf diese Weise kann dauerhaft eine hochpräzisere Nanotopographie erreicht werden.
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BEISPIEL
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele und ein Vergleichsbeispiel genauer beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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(Beispiele 1 bis 4)
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Eine Siliziumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm wurde mit der erfindungsgemäßen Doppelseitenschleifmaschine 1 gemäß 1 geschliffen. Es wurden Schleifscheiben verwendet, die aus keramischen Bindungsmaterial, SD#3000 (keramische Schleifscheiben, hergestellt von A.L.M.T. Corp.), bestanden. Der Schleifbetrag belief sich auf 40 µm. Wasser wurde als Fluid zum Tragen des Ringhalters verwendet.
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Die Eingangsdrücke, mit denen die Fluide in Richtung der Drehachse des Ringhalters und der Richtung senkrecht zur Drehachse zugeführt wurden, wurden wie folgt eingestellt.
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Wie in 4 dargestellt, wurden die Wirbelstromsensoren 21 und 22 installiert, um die Verlagerung des Ringhalters zu messen. Über Presskraftmesseinrichtungen wurde eine Last von 10 bis 30 N von der gegenüberliegenden Seite jedes Sensors aufgebracht. Jeder Eingangsdruck, mit dem Wasser in die hydrostatische Lagerung geleitet wurde, war so eingestellt, dass die Steifigkeit A und die Steifigkeit B, berechnet anhand der Gleichung Last/Verlagerung(N/llm), gewünschte Werte annahm.
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Die Steifigkeit B betrug im Beispiel 1 11,8 N/µm, 7,85 N/µm im Beispiel 2, 5,88 N/µm im Beispiel 3 und 3,92 N/µm im Beispiel 4; die Steifigkeit A wurde verändert, um die Nanotopographie zu bewerten, während die Siliziumscheibe dem Doppelseitenschleifprozess unterzogen wurde.
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(Vergleichsbeispiel)
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Eine Siliziumscheibe wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 geschliffen, jedoch wurde eine konventionelle Doppelseitenschleifmaschine verwendet, die nicht in der Lage war, Fluide unabhängig voneinander zu regeln, die aus Richtung der Drehachse eines Ringhalter sowie der Richtung senkrecht zur Drehachse zugeführt wurden, und die Eingangsdrücke, mit denen die Fluide aus beiden Richtungen zugeführt wurden, waren identisch. Wie in Beispiel 1 wurde die Nanotopographie bewertet, nachdem die Eingangsdrücke verändert wurden.
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(Ergebnis der Beispiele 1 bis 4 und des Vergleichsbeispiels)
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5 bis 8 zeigen die Ergebnisse der jeweiligen Beispiele 1 bis 4. 9 zeigt das Ergebnis des Vergleichsbeispiels.
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Wie in 5 bis 8 dargestellt, demonstrieren alle Beispiele 1 bis 4, dass dann, wenn die Steifigkeit A geringer ist als die Steifigkeit B, die Nanotopographie verbessert wird. Wie insbesondere in 5 und 6 dargestellt, besteht Einverständnis darüber, dass, wenn die Steifigkeit B 7,85 N/µm oder mehr und die Steifigkeit A 1,96 N/µm oder weniger betrug, die Nanotopographie verglichen mit dem Vergleichsbeispiel erheblich verbessert wurde. Angesichts dieser Tendenz wurden keine deutlichen Unterschiede zwischen Beispiel 1 und Beispiel 2 festgestellt; beide Beispiele wiesen denselben Verbesserungseffekt auf.
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Des Weiteren verschlechterte sich in Beispiel 1 bis 4 die Nanotopographie selbst dann nicht, wenn das Werkstücklos gewechselt und die Schleifscheiben ausgetauscht wurden.
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Im Gegensatz dazu wies, wie in 9 dargestellt, das Vergleichsbeispiel keine Verbesserung der Nanotopographie auf, selbst wenn die Steifigkeiten A und B verändert wurden. Als die Steifigkeiten 1,96 N/µm oder weniger betrugen, wies die Nanotopographie sogar eine Verschlechterungstendenz auf.
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Demzufolge wurde bestätigt, dass die erfindungsgemäße Doppelseitenschleifmaschine und das Doppelseitenschleifverfahren für Werkstücke eine Variation in der Nanotopographie, die in Abhängigkeit von einem Werkstücklos oder den Schleifscheiben auftritt, verbessern können, wodurch in jedem Schleifprozess beständig eine hochpräzise Nanotopographie erzielt werden kann. Es wurde festgestellt, dass Eingangsdrücke des Fluids, die vor allem eine Steifigkeit A von 1,96 N/µm oder weniger und eine Steifigkeit B von 7,85 N/µm oder mehr aufrechterhalten, vorzuziehende Bedingungen der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Hierzu ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannte Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist lediglich eine Veranschaulichung, und sämtliche Beispiele, die im Wesentlichen dieselbe Eigenschaft aufweisen und dieselben Funktionen und Wirkungen haben wie jene des in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzepts, sind Bestandteil des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung.
