JP2022055316A - 両面または片面機械加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】容易、確実、かつフレキシブルに、作業ギャップを常に所望の形状にできる両面または片面機械加工機を提供する。【解決手段】平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、第１の作業ディスク１６とカウンターベアリング要素との間に作業ギャップ１８が形成され、加圧容積部３６が第１の支持ディスク１２と第１の作業ディスク１６との間に配置され、かつ第１の作業ディスク１６に所定の変形を生じさせる圧力が加圧容積部３６内に発生するように作動可能な加圧流体供給部に接続され、温度制御流体供給部に接続された温度制御チャネルが、第１の作業ディスク１６の温度を制御するために設けられており、温度制御チャネル２８は、第１の作業ディスク１６内において、加圧容積部３６よりも作業ギャップ１８の近くに配置され、加圧容積部３６には接続されていない、両面または片面機械加工機に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の支持ディスクに固定された好ましくは環状の第１の作業ディスクと、カウンターベアリング要素とを備えた両面または片面機械加工機であって、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素とが少なくとも１つの駆動シャフトによって互いに対して回転駆動可能であり、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素との間に作業ギャップが形成され、加圧容積部が第１の支持ディスクと第１の作業ディスクとの間に配置され、かつ第１の作業ディスクに所定の変形を生じさせる圧力が加圧容積部内に発生するように作動可能な加圧流体供給部に接続され、温度制御流体供給部に接続された温度制御チャネルが、第１の作業ディスクの温度を制御するために設けられている両面または片面機械加工機に関する。

例えばウェーハなどの平坦なワークピースは、両面機械加工機において、両面同時に加工される。そのため、両面機械加工機は、上部作業ディスクと下部作業ディスクとを有し、これらの間に作業ギャップが形成され、加工行程においては、このギャップに加工対象のワークピースが導かれる。上部作業ディスクは上部支持ディスクに固定され、下部作業ディスクは下部支持ディスクに固定される。機械加工は、少なくとも１つの作業ディスクがその支持ディスクと一緒に回転駆動されることによって、作業ディスク間に相対回転が生じることで行われる。公知の両面機械加工機としては、作業ギャップ内にいわゆるロータディスクが導かれる両面機械加工機が知られている。ロータディスクは、一般に、機械加工対象のワークピースを、浮いた状態で（ｉｎ ａ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ）で、円形開口に収納する。適切な運動学によって、作業ディスクの相対回転と共に、ロータディスクも作業ギャップ内で確実に回転することができる。その結果、ワークピースは、作業ギャップ内のサイクロイド軌道に沿って移動する。これにより、特に均一な表面機械加工が達成できる。

こういった種類の機械加工機では、加工中に生じるプロセス熱に起因して、作業ディスク間の作業ギャップの変化が生じる。特に、作業ディスクの熱によって変形が生じ、規定された形状からのギャップ形状の偏差が生じる。この偏差は、加工結果に悪影響を及ぼす。特に、いわゆるプライムウェーハの非常に高い加工要件の下では問題になる。

ＤＥ１０００７３９０Ｂ４（特許文献１）には、特に半導体ウェーハを機械加工するための、二ディスク型研磨機が開示されている。この研磨機においては、研磨ディスクを支持する支持ディスク内、あるいは支持ディスク内および研磨ディスク内に冷却チャネルが形成され、この冷却チャネルによって冷却が行われて、作業ギャップの形状への悪影響が防止される。さらに、ベース支持体と支持ディスクとの間の相対的な半径方向の運動が可能であり、これによってベース支持体と支持ディスクとの温度が異なる場合でも変形が低減される。

ＤＥ１０２００４０４０４２９Ｂ４（特許文献２）には、作業ディスクの温度を制御することによって、発生するプロセス熱の悪影響を打ち消すことが開示されている。支持ディスクにはチャネルが形成され、冷却水などの温度制御流体が導かれる。しかし、実際には、こういった構成の温度制御装置であっても、機械加工における最大精度要件を常に満たすまでには至っていない。

さらに、ＤＥ１０２００６０３７４９０Ｂ４（特許文献３）には、上部支持ディスクと共に、そこに固定された上部作業ディスクを機械的に変形させる装置が開示されている。この装置では、上部作業ディスクの作業面がもともと平坦である場合、わずかに凹状の面に変更することができる。逆に、上部作業ディスクの作業面がもともとわずかに凸状の場合は、平坦または凹状の作業面に変更することができる。しかし、この上部作業ディスクの全体的な変形によっても、運転中にプロセス熱によって生じる理想的なギャップ形状からの偏差のすべてを補償することはできない。

ＤＥ１０２０１６１０２２２３Ａ１（特許文献４）には、特に作業ディスクに作用する加圧チャンバ内に、例えば水のような加圧媒体を導入することによって、作業ディスクの少なくとも一方を局所的に変形させる手段を備えた、両面または片面機械加工機が開示されている。この構成においては、例えば、作業ディスクの局所的な凹状または凸状の変形を作り出すことができる。また、冷却用の作業ディスクの支持ディスクには、冷却チャネルが形成されている。さらに、ＤＥ１０２００６０３７４９０Ｂ４に開示されるように、全体的な変形を生成するための手段を設けることもできる。

公知のシステムに関する問題は、作業ギャップに直接隣接する作業ディスクが、作動中に、作業ディスクを支持する支持ディスクよりも高温に加熱され得ることである。これにより、作業ディスクと支持ディスクとの間に張力が生じ得る。また、温度差によっては、支持ディスクと作業ディスクとの間の相互的なずれも生じ得る。動作後の冷却において、ディスクは、例えばねじ接続からの移動に対抗する摩擦力などのせいで、完全に元の位置には戻らない。そのため、完全な冷却の後、摩擦力の２倍の力偏差がディスク間に残る可能性がある。これにより、異なる局所形状が形成され得る。さらに、支持ディスクと作業ディスクの間の張力の変化が、作業ディスクの全体的な形状を変化させる可能性もある。また、動作中に、作業ギャップに隣接する作業ディスクの側面とその反対側の面との間でも、大きな温度差が発生する可能性がある。これらは、２つの面に異なる熱膨張をもたらす可能性があり、これにより、作業ディスクを膨張させ、ひいては局所形状の変化を生じさせる。

このような形状変化は加工結果に悪影響を及ぼすため、例えば上記の従来技術に開示された手段によって、かなりの費用をかけて補償しなければならない。ＤＥ１０２０１６１０２２２３Ａ１に開示された従来技術では、所望の局所形状を調整する際の柔軟性、ならびに局所形状を調整する際の圧力がさらに制限されている。

ドイツ特許第１０００７３９０Ｂ４号公報 ドイツ特許第１０２００４０４０４２９Ｂ４号公報 ドイツ特許第１０２００６０３７４９０Ｂ４号公報 ドイツ特許出願第１０２０１６１０２２２３Ａ１号公報

本発明の課題は、上述の従来技術に鑑み、容易、確実、かつフレキシブルに、作業ギャップを常に所望の形状にできる、上記に記載した型の両面または片面機械加工機を提供することである。

本発明は、請求項１の主題によって、上記課題を達成する。有利な実施形態は、従属請求項、明細書及び図面に開示される。

本発明では、温度制御チャネルが加圧容積部よりも作業ギャップの近くに配置され、温度制御チャネルが加圧容積部に接続されない状態で、第１の作業ディスク内に配置される。このような構成とすることで、本発明は、上記タイプの両面または片面機械加工機の上記課題を達成する。

機械加工機は、例えば、研磨機、ラップ盤、又は研削機であってもよい。片面機械加工機において、第１の作業ディスクと、シンプルな重量又は圧力シリンダ等のカウンターベアリング要素との間に作業ギャップが形成される。あるいは、ウェーハのような加工対象のワークピースの両面または片面を加工する両面機械加工機では、第２の作業ディスクとの間に作業ギャップが形成される。機械加工機は、両面機械加工機でも片面機械加工機でもよい。両面機械加工機では、ワークピースの下面及び上面を、作業ギャップ内で同時に加工できることが好ましい。そのため、両作業ディスクが、ワークピース表面を機械加工するための作業面を持っていてもよい。一方、片面機械加工機では、ワークピースの片面だけを加工する。例えば、下部作業ディスクによって下面のみを加工する。この場合、１つの作業ディスクのみが、ワークピースの表面を機械加工する作業面を持つ。この例のカウンターベアリング要素は、作業ディスクによる機械加工に対応するカウンターベアリングを形成するためにのみ機能する。

ワークピースは、機械加工のため、作業ギャップ内に配置されたロータディスクの開口部内に、公知の方法によって、浮かせるように収容することができる。第１の作業ディスクおよびカウンターベアリング要素は、動作中、例えば第１および／または第２の駆動シャフトおよび少なくとも１つの駆動モータによって、相互に回転するように駆動される。カウンターベアリング要素と、第１の作業ディスクの両方を、例えば逆方向に回転するように駆動することができる。その一方で、カウンターベアリング要素、または第１の作業ディスクのいずれか一方のみを回転可能に駆動することも可能である。例えば、両面機械加工機では、この作業ギャップでの相対回転中に、ロータディスクを適切な運動学によって動かすことによって回転させ、それによりロータディスク内に配置されたワークピースが、作業ギャップ内でサイクロイド軌道を描くようにすることができる。例えば、ロータディスクは、その外縁部および／または内縁部に、例えば第１の作業ディスクなどの対応する歯に係合できるような歯を有していてもよい。このような、いわゆる遊星運動学による機器は周知である。

第１の作業ディスクは環状に形成されていてもよい。カウンターベアリング要素、または第２の作業ディスクも環状に形成されていてもよい。第１の作業ディスク、および第２の作業ディスクなどのカウンターベアリング要素は、対向する環状の作業面を有し、これら環状の作業面の間に、環状の作業ギャップが形成される。作業面は、研磨布などの作業用カバーで覆うことができる。作業ディスクを保持する任意の支持ディスクも環状に形成されているか、あるいは、少なくとも環状の支持部分を有していてもよく、この支持部分に作業ディスクが固定される。また、１つの作業ディスクにつき複数の支持ディスクを設けることもできる。

第１の支持ディスクと第１の作業ディスクとの間には、好ましくは環状である加圧容積部が形成されており、この加圧容積部は、加圧流体供給部に接続されており、この加圧流体供給部を操作することで、加圧容積部内に、第１の作業ディスクの所定の局所変形を生じさせる圧力が形成できる。本願では、流体という用語は、液体だけでなく気体も意味する。加圧流体は、液体、特に水であってよく、加圧流体を加圧容積部内に導入することによって、支持ディスクに比べて薄い作業ディスクに圧力を加えることができ、それによって作業ディスクの変形を生じさせる。特に、これにより、作業ディスクは、加圧容積部内の圧力を低く設定することによっては局所的な凹形状に、あるいは中圧に設定することによっては局所的な平坦形状に、及び高く設定することによっては、局所的な凸形状にすることができる。局所的な凸状、またはそれぞれ凹状となるような変形、またはその形状は、特に半径方向において、環状の第１の作業ディスクの内縁部と外縁部との間において形成される。加圧容積部は、自在に変更が可能である。第１の作業ディスクは、異なる圧力によって生成される加圧容積部の容積に応じて変形する膜を形成する。

加圧流体供給部は加圧流体貯蔵器を備え、加圧流体貯蔵器には、加圧容積部に接続された少なくとも１つの加圧ラインが接続され、加圧ライン内には、ポンプおよび制御弁を配置され、それによって、例えば制御および／または調整装置によって、加圧容積部内に所望の圧力を発生させることができる。また、加圧流体供給部は、加圧容積部内の圧力を直接的または間接的に測定し、測定値を制御および／または調整装置に送信する圧力測定装置を備えることもできる。加圧容積部内の加圧流体供給部を適切に作動させることによって、所望の作業ギャップ形状を形成するのに必要な圧力を調整することができる。例えば、作業ディスク間の距離は、半径方向範囲の全体にわたって、変化しないことが望ましい。所望のギャップ形状は、静的動作および／または動的動作において、すなわちワークピースを加工している間でも調整することができる。

基本的に、加圧容積部によって、第１の作業ディスクの局所的な形状を、最大凹形状と最大凸形状との間でスムーズに調整することが可能であり、設置条件、幾何学的条件、及び材料境界条件によって決定される。第１の作業ディスクは、原則として任意の厚さを有することができる。作業ディスクは、ディスク形状の所望の調整範囲に応じて適切な厚さを有するため、その表面領域、特にそのリング幅又は回転半径に応じた圧力で変形させることができる。ＤＥ１０２０１６１０２２２３Ａ１で説明されているように、第１の作業ディスクの局所的な形状が半径方向に調整可能であるため、加工中の温度の影響によるギャップの変化を補償することができる。

さらに、第１の作業ディスクの温度を制御するための温度制御チャネルが設けられおり、温度制御チャネルは、作業ディスク内の、加圧容積部よりも作業ギャップに近い位置に配置される。温度制御チャネルは、温度制御流体を導くように設計され、例えば迷路のように設計されていてもよい。温度制御流体、例えば水のような温度制御液が、機器の温度制御動作において、特に作業ディスクを冷却するための動作中に、温度制御チャネルを通じて導かれる。作業ディスクの熱による変形は、温度制御チャネルによってある程度相殺することができる。

従来技術とは対照的に、本発明によれば、温度制御チャネルを第１の作業ディスク内に、特に専ら第１の作業ディスク内に配置することにより、温度制御チャネルを加圧容積部よりも作業ギャップの近い位置に配置することができる。特に、温度制御流体供給部に接続された支持ディスクを通じて、温度制御流体のための１つの供給部および排出部のみを設けることができる。作業ギャップの近くに配置された温度制御チャネルにより、第１の作業ディスクの冷却がより効果的になり、その結果、特に、支持ディスクよりも作業ディスクがより加熱されるという上述の問題、および作業ディスクの作業ギャップに隣接する側がより加熱されるという上述の問題を回避することができる。また第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間の対応する張力、または第１の作業ディスクの不本意な変形を回避することができる。代わりに、温度制御チャネルは、作業ギャップに隣接する作業ディスクの表面に可能な限り近接して配置され、それにより、作業ディスクを介した支持ディスクへのプロセス熱の侵入を大幅に防止することができる。第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間の熱伝達をさらに最小化するためには、バーあるいは他の隆起部を、第１の支持ディスクおよび／または第１の作業ディスクとの接触領域に設けて、ディスク間の接触面を最小化することが可能である。

さらに、本発明では、温度制御チャネルと加圧容積部は接続されておらず、温度制御チャネルと加圧容積部が互いに接続されて共通の回路を形成する従来技術とは異なる。本発明では、一方は温度制御チャネル用に、他方は加圧容積部用にと、別個の流体システム（回路）が設けられ、これにより、温度制御チャネル内の圧力とは無関係に、加圧容積部内の圧力をより柔軟に調整することが可能になる。さらに、局所形状を調整するための加圧容積部内の有用な圧力は、従来技術とは対照的に、温度制御チャネル内の圧力によって制限されない。

一実施形態によれば、カウンターベアリング要素は、好ましくは環状の第２の作業ディスクによって形成することができ、作業ディスクは同軸に配置され、作業ディスク間に作業ギャップが形成されて、平坦なワークピースの片面にさらなる機械加工を施す。特に、このような機械加工機として、両面機械加工機が挙げられる。第２の作業ディスクは、第２の支持ディスクに固定することができる。また、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクに関して説明したように、加圧容積部および／または温度制御チャネルを設けることもできるが、必須ではない。

別の実施形態によれば、第１の作業ディスクは、互いに接続された２つの好ましくは環状のディスクから形成することができ、その間に温度制御チャネルが形成され、ディスクの一方が作業ギャップに隣接している。したがって、第１の作業ディスクは２つの部分で構成され、第１の作業ディスクは、２つの部分の間に温度制御チャネルを形成した、サンドウィッチ型のような構造を持つ。この構成により、専ら第１の作業ディスク内に温度制御チャネルを形成することが、構造の観点から非常に容易になる。特に実用的な実施形態によれば、２つのディスクは互いにねじ止めすることができる。しかしながら、他のタイプの固定ももちろん可能である。

第１の支持ディスクは、第１の作業ディスクにねじ止めすることもできる。しかしながら、他のタイプの固定も可能である。第２の作業ディスクおよび第２の支持ディスクについても同様である。

特に効果的な温度制御、特に冷却を行うために、温度制御チャネルは、第１の作業ディスク内に、チャネル迷路を形成することができる。温度制御チャネルは、例えば、第１の作業ディスク、例えば第１の作業ディスクを形成する１つまたは２つのディスクにフライス加工を施すことによって形成することができる。

別の実施形態によれば、加圧流体供給部は、第１の支持ディスクに接続された駆動シャフトを介して加圧流体を供給でき、および／または、温度制御流体供給部が、第１の支持ディスクに接続された駆動シャフトを介して温度制御流体を供給および排出することができる。加圧容積部の供給部は、温度制御チャネルの供給部および排出部とは別である。駆動シャフトを介した供給および排出は、回転システムと固定システムとの間の遷移を１つしか必要としないという利点がある。

別の実施形態によれば、作業ギャップの厚さおよび／または作業ディスクの変形を決定するために、距離測定装置を設けてもよい。距離測定装置は、作業ギャップ内の少なくとも１つの箇所において作業ギャップの厚さおよび／または作業ギャップの変形を測定する、少なくとも１つの距離測定センサを備えていてもよい。例えば、少なくとも１つの距離測定センサは、第１の作業ディスクと、この場合は膜として作用する第１の作業ディスクを保持する支持ディスクとの間の距離を測定することができる。また、距離測定センサは、第１の作業ディスクの最大局所変形の半径上、特に作業ディスクの中央に配置されることが好ましい。距離測定センサは、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素の間の距離、または作業ディスク間のそれぞれの距離を測定することができ、例えば第２の作業ディスク内に配置される。

距離測定装置は、さらに、少なくとも２つの半径方向に離間した位置で、作業ギャップの厚さを測定する、少なくとも２つの距離センサを備えることができる。例えば、距離測定センサは、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素との間の距離、またはそれぞれの作業ディスク間の距離を測定することができる。距離センサは、例えば、作業ギャップの縁部領域及び作業ギャップの中央に配置することができる。別の実施形態によれば、距離測定装置は、作業ギャップ形状のより高精度な測定のため、作業ギャップの少なくとも３つの半径方向に離間した点において作業ギャップの厚さを測定する、少なくとも３つの距離測定センサを備えていてもよい。この場合、距離センサは、例えば、作業ギャップの内縁部および外縁部、ならびに中央における距離を測定することができる。全ての距離測定センサは、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素の間の距離、またはそれぞれの作業ディスク間の距離を測定し、例えば第２の作業ディスクに配置してもよい。しかしながら、上述した距離測定装置の各実施形態を組み合わせてもよく、この場合、例えば内縁部および外縁部の距離測定センサが、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素の間の距離、またはそれぞれの作業ディスク間の距離を測定し、作業ギャップの中央の距離測定センサは、第１の作業ディスクと、第１の作業ディスクを保持する第１の支持ディスクとの間の距離を測定する。

別の実施形態として、距離測定装置は、第１の支持ディスク内に配置されて加圧容積部の上面までの距離を測定する、少なくとも１つの距離測定センサを有していてもよい。このようなセンサによって、例えば第１の作業ディスクの半径方向の変形を検出することができる。センサは、様々な形態で実現することができ、例えば、光学センサ、機械センサ、誘導性センサ又は渦電流センサとすることができる。

別の実施形態によれば、距離測定装置で受信された測定データに基づいて、加圧流体供給部を作動させる、制御および／または調整装置を設けてもよく、これにより、第１の作業ディスクの所定の形状が作成される。特に、制御および／または調整装置は、加圧流体供給部を作動させることによって、加圧容積部内の圧力を生成し、第１の作業ディスクの所定の局所的変形を生じさせることができる。この実施形態では、第１の作業ディスクの局所的変形は、制御および／または調整装置によって、制御または個々に調整され、その入力において、測定値が距離測定装置から供給される。制御および／または調整装置が、距離測定装置によって測定された値に基づいて、所定の形状からの作業ギャップ形状の偏差を識別すると、加圧流体供給部が作動し、作業ギャップを、可能な限り所定の形状に戻す。本発明によるこの制御および／または調整は、特に、両面または片面機械加工機の製造作業中に自動的に行われてもよい。温度制御チャネルに温度制御流体を供給することすることによって、さらに、作業ディスクの望ましくない変形を防止できる。これは、制御および／または調整装置によって行うこともできる。例えば、制御および／または調整装置は、温度制御流体の温度が、温度制御チャネルの入口および／または出口における所定の温度に、または温度制御チャネルの入口での温度と出口での温度との間の所定の温度差になるように適切に制御することによって、調整することができる。

さらに、カウンターベアリング要素、特に第２の作業ディスクの全体的な変形を生じさせるための手段を設けることもできる。制御および／または調整装置を、カウンターベアリング要素変形手段も作動させるように設計することも可能である。さらに、制御および／または調整装置による作動は、距離測定装置から得られた測定値に応じて実行することができる。

少なくとも３つの距離測定センサが設けられ、作業ギャップ内の少なくとも３つの半径方向に離間した点で距離を測定する場合、作業ギャップの内縁部および外縁部に設けられた距離測定センサの調停による第２の作業ディスクの全体的な変形によって、作業ギャップの全体的な調整を行うことができる。内側および外側の距離測定センサの間に配置された、第３の中間の距離測定センサは、作業ディスクの内縁部および外縁部の間の半径方向における作業ディスクの平面性、すなわち平面からの偏差および半径方向における偏差を監視する。この局所的な平行度は、第１の作業ディスクの適切な局所的変形によって、最適になるように調整することもできる。最終的な目標は、最適な作業結果を達成するために、作業ギャップおよび平面性の所望の目標値、またはそれらからの偏差が得られるように、第１の作業ディスクおよび／または第２の作業ディスクを適切に変形させ、すべての距離測定センサによって測定された距離値を調整することである。

別の実施形態によれば、カウンターベアリング要素は、第２の支持ディスクに固定された第２の作業ディスクであり、第２の作業ディスク変形手段は、第２の支持ディスクが懸架される支持リングを備えており、制御可能手段は、支持リングと、支持リングの半径方向外側に向かって位置する第２の支持ディスクのリング部分との間に配置され、それによって、力発生装置に補助された半径方向の力が、支持リングの周囲に渡って第２の支持ディスクに加えられ、制御および／または調整装置は、距離測定装置によって測定された距離値に応じて、または測定装置によって測定された圧力値に応じて、力発生装置の力を調整する。支持リングは、第２の支持ディスク及び作業ディスクを回転駆動するため、上部作業シャフトに回転可能に接続することができる。

さらに、支持リングとリング部との間に、周方向に延びる幅の狭い環状チャネルを設けることができる。力発生装置は、環状チャネルに接続されて、環状チャネル内に所定の圧力を発生させる圧力発生装置である。

さらに、ピストンを有するシリンダを支持リング上に配置することができ、ピストンは支持リング内の円筒孔と相互作用することができる。円筒孔は横孔を介して環状チャネルに接続され、液圧媒体が環状チャネルおよび円筒孔内に収容される。ピストンは、液圧源からの制御可能な圧力によって、特に、ハイドロニューマチック方式で、作動させることができる。

作業ディスクを全体的に変形させるための前述の実施形態は、ＤＥ１０２００６０３７４９０Ｂ４から原理的に知られており、本発明に対応する形式で使用することができる。

別の実施形態として、第１の作業ディスクが、その外縁部の領域および内縁部の領域においてのみ、第１の支持ディスクに固定されているような構成としてもよい。上記で説明したように、作業ディスクは特に環状であってもよく、その場合、好ましくは環状の加圧容積部が第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間に形成される。前述の実施形態では、第１の作業ディスクは、作業ディスクに隣接するその半径方向外側および半径方向内側の縁の領域においてのみ、第１の支持ディスクに固定され、例えば分割された円に沿ってねじ留めされるが、逆に、これらの縁領域の間では、作業ディスクは支持ディスクに固定されない。特に、この領域内に加圧容積部を形成することができる。このように、加圧容積部内に適切な圧力を構築することによって、作業ディスクは必要な可動性を有し、所望の方法での変形が可能になる。支持ディスクへの作業ディスクの取り付けは、可能であれば、内縁部および外縁部上の接触面が可能な限り狭く保たれるように行い、作業ディスクの表面全体が、特定の形に変形できるようにすることが望ましい。

本発明の例示的な実施形態は、図面に基づいて下記により詳細に説明されている。

本発明に係る両面機械加工機の第１の例示的な実施形態による部品の断面図を示す。 本発明に係る両面機械加工機の第２の例示的な実施形態による部品の断面図を示す。 本発明に係る両面機械加工機の第３の例示的な実施形態による部品の断面図を示す。

特に明記しない限り、同一の参照番号は、図中の同一の対象を示す。

図１に例示された両面機械加工機は、環状の第１の下部支持ディスク１２と、同様に環状である第２の上部支持ディスク１０を有している。環状の第１の下部作業ディスク１６が下部支持ディスク１２に固定され、同様に環状である第２の上部作業ディスク１４が上部支持ディスク１０に固定される。２つの環状作業ディスク１４，１６の間には、環状の作業ギャップ１８が形成されており、この作業ギャップ１８において、運転中に平坦なワークピース、例えばウェーハが両面加工される。両面機械加工機は、例えば、研磨機、ラップ盤又は研削機であってもよい。

上部支持ディスク１０と上部作業ディスク１４、および／または下部支持ディスク１２と下部作業ディスク１６は、例えば上部駆動シャフトおよび／または下部駆動シャフト、ならびに少なくとも１つの駆動モータを備える適切な駆動装置によって、互いに対して回転可能に駆動することができる。駆動装置自体は公知であるので、発明の明確さの観点から、さらなる説明は省略する。加工対象のワークピースは、これも自体既知の方法で、作業ギャップ１８内でロータディスク内に浮遊するように保持できる。適切な運動学、例えば遊星運動学によって、支持ディスク１０，１２、作業ディスク１４，１６の相対回転時に、作業ギャップ１８を通じたロータディスクの回転も確実に行うことができる。制御および／または調整装置２０は、両面機械加工機の動作を制御又は調整する。さらに、図示の例では、矢印２２，２４，２６で示す３つの距離測定センサが設けられており、これらの距離測定センサは、作業ギャップ１８の、３つの半径方向に離間した点における作業ディスク１４，１６間の距離を測定する。距離測定センサ２２，２４，２６からの測定データは、制御および／または調整装置２０に送られ、制御および／または調整装置２０は、この測定データを使用して、両面機械加工機を制御または調整する。

図１に示される例では、迷路状の温度制御チャネル２８が、下部作業ディスク１６内に設けられている。温度制御チャネル２８は、例えば下部支持ディスク１２及び下部作業ディスク１６を駆動する駆動シャフトを介して、供給部３０及び排出部３２によって温度制御流体供給部に接続されている。制御および／または調整装置２０によって、例えば温度制御流体の所定の温度値を、温度制御チャネルの入口および／または出口において調整することができ、又は温度制御流体の温度を相応に調整することによって、温度制御チャネルの入口における温度と出口における温度との間の所定の温度差を調整することができる。図示された例では、迷路状の温度制御チャネル３４も、上部作業ディスク１４内に形成されており、温度制御チャネル３４もまた、供給部および排出部（図示せず）を介して、温度制御流体供給部に接続されている。この温度制御流体供給部も、制御および／または調整装置２０によって制御される。温度制御流体、例えば水などの冷却剤を、温度制御チャネル２８または３４にそれぞれ供給することによって、作業ディスク１４、１６の加熱および支持ディスク１０、１２への熱の伝達を効果的に妨げることができ、それによる形状の変化が低減される。

さらに、図示の例では、下部支持ディスク１２と下部作業ディスク１６との間に、環状の加圧容積部３６が形成されており、この加圧容積部３６は、供給部３８を介して、さらに例えば、下部支持ディスク１２と下部作業ディスク１６を駆動する駆動シャフトを介して、加圧流体供給部に接続されている。さらには、加圧容積部３６の上面までの距離を測定する、付加的な距離測定センサ２７が、下部支持ディスク１０に配置されており、この距離測定センサ２７からの測定データも、制御および／または調整装置２０に供給される。また、加圧流体供給部も、制御および／または調整装置２０によって作動する。加圧容積部２８内に加圧流体を相応に導入することによって、下部作業ディスク１６の局所的な変形、特にＤＥ１０２０１６１０２２２３Ａ１で原理的に説明されているような、局所的な凹状または凸状の変形を生じさせることができる。

図１に示すように、温度制御チャネル２８は、加圧容積部３６よりも、作業ギャップ１８の近くに配置されている。さらに、加圧容積部３６および温度制御チャネル２８のダクトシステムは、互いに接続されておらず、別々に制御可能であるか、またはそれぞれに調節可能である。

図２に示す例示的な実施形態は、図１に示す例示的な実施形態にほぼ対応している。図２に示す例では、下部作業ディスク１６’が、互いに固定された２つの環状ディスク４０、４２からなるという点のみで、図１とは異なっている。温度制御チャネル２８は、ディスク４０、４２の間において、サンドイッチ構造となるように設計される。このような方法で、下部作業ディスク１６’の温度を、非常に効果的に制御することができる。

また、図３に示される例示的な実施形態は、図２に示される例示的な実施形態にほぼ対応しているが、図２による例示的な実施形態とは対照的に、別の下部支持ディスク１２’が、下部支持ディスク１２と下部作業ディスク１６’との間に配置されており、一方では下部支持ディスク１２に接続され、他方では下部作業ディスク１６’に接続されている。図３による例示的な実施形態では、さらに、迷路状の温度制御チャネル４４が、下部作業ディスク１６’を支持する下部支持ディスク１２’内に形成され、接続ライン４６を介して、下部作業ディスク１６’内に形成された温度制御チャネル２８に接続され、同じ供給部３０および排出部３２を介して、温度制御流体供給部に接続される。下部支持ディスク１２’内のこれらの付加的な温度制御チャネル４４によって、下部作業ディスク１６’から下部支持ディスク１２への熱伝達がより効果的に防止される。

１０ 第２の支持ディスク
１２ 第１の支持ディスク
１２’ 第１の支持ディスク
１４ 第２の作業ディスク
１６ 第１の作業ディスク
１６’ 第１の作業ディスク
１８ 作業ギャップ
２０ 制御および／または調整装置
２２ 距離測定センサ
２４ 距離測定センサ
２６ 距離測定センサ
２７ 距離測定センサ
２８ 温度制御チャネル
３０ 供給部
３２ 排出部
３４ 温度制御チャネル
３６ 加圧容積部
３８ 供給部
４０ ディスク
４２ ディスク
４４ 温度制御チャネル
４６ 接続ライン

Claims (13)

1. 第１の支持ディスク（１２、１２’）に固定された好ましくは環状の第１の作業ディスク（１６、１６’）と、カウンターベアリング要素とを備えた両面または片面機械加工機であって、
   前記第１の作業ディスク（１６、１６’）と前記カウンターベアリング要素とが少なくとも１つの駆動シャフトによって互いに対して回転駆動可能であり、
   平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）と前記カウンターベアリング要素との間に作業ギャップ（１８）が形成され、
   加圧容積部（３６）が前記第１の支持ディスク（１２、１２’）と前記第１の作業ディスク（１６、１６’）との間に配置され、かつ前記第１の作業ディスク（１６、１６’）に所定の変形を生じさせる圧力が前記加圧容積部（３６）内に発生するように作動可能な加圧流体供給部に接続され、
   温度制御流体供給部に接続された温度制御チャネル（２８）が、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）の温度を制御するために設けられており、
   前記温度制御チャネル（２８）は、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）内において、前記加圧容積部（３６）よりも前記作業ギャップ（１８）の近くに配置され、前記加圧容積部（３６）には接続されていないことを特徴とする、両面または片面機械加工機。
2. 前記カウンターベアリング要素が、好ましくは環状の第２の作業ディスク（１４）によって形成され、前記第１の作業ディスクと前記第２の作業ディスク（１４、１６、１６’）は互いに同軸に配置され、前記第１の作業ディスクと前記第２の作業ディスク（１４、１６、１６’）間に前記作業ギャップ（１８）が形成されて、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工することを特徴とする、請求項１に記載の両面または片面機械加工機。
3. 前記第１の作業ディスク（１６、１６’）は、互いに接続された２つの好ましくは環状のディスク（４０、４２）から形成され、その間に前記温度制御チャネル（２８）が形成され、前記ディスク（４０、４２）の一方が前記作業ギャップ（１８）に隣接していることを特徴とする、請求項１または２に記載の両面または片面機械加工機。
4. 前記温度制御チャネル（２８）は、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）内にチャネル迷路を形成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の両面または片面機械加工機。
5. 前記加圧流体供給部は、前記第１の支持ディスク（１２、１２’）に接続された駆動シャフトを介して加圧流体を供給し、および／または、前記温度制御流体供給部が、前記第１の支持ディスク（１２、１２’）に接続された駆動シャフトを介して温度制御流体を供給および排出することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の両面または片面機械加工機。
6. 前記作業ギャップの厚さおよび／または作業ディスクの変形を決定するために、距離測定装置が設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の両面または片面機械加工機。
7. 前記距離測定装置は、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）と、前記作業ギャップ（１８）内の少なくとも１箇所で前記第１の作業ディスク（１６、１６’）を保持する第１の支持ディスク（１２、１２’）との間の距離を測定する、少なくとも１つの距離測定センサ（２２、２４、２６）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の両面または片面機械加工機。
8. 前記距離測定装置は、前記作業ギャップ（１８）内の少なくとも２つの半径方向に離間した点において、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）と前記カウンターベアリング要素との間の距離を測定する、少なくとも２つの距離測定センサ（２２、２４、２６）を備え、前記距離測定装置は、好ましくは、前記作業ギャップ（１８）内の少なくとも３つの半径方向に離間した点において、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）と前記カウンターベアリング要素との間の距離を測定する、少なくとも３つの距離測定センサ（２２、２４、２６）を備えることを特徴とする、請求項６または７に記載の両面または片面機械加工機。
9. 前記距離測定装置は、前記第１の支持ディスク（１２、１２’）内に配置され、前記加圧容積部（２６）の上面までの距離を測定する、少なくとも１つの距離測定センサ（２７）を有することを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載の両面または片面機械加工機。
10. 前記距離測定装置で受信された測定データに基づいて前記加圧流体供給部を作動させる、制御および／または調整装置（２０）が設けられ、それによって、前記第１の作業ディスク（１６、１６’）の所定の形状が作成されることを特徴とする、請求項６から９のいずれか１項に記載の両面または片面機械加工機。
11. 前記カウンターベアリング要素に全体的な変形を生じさせる手段がさらに設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の両面または片面機械加工機。
12. 前記制御および／または調整装置が、前記カウンターベアリング要素全体変形手段も作動させるように設計されていることを特徴とする、請求項１０および１１に記載の両面または片面機械加工機。
13. 前記カウンターベアリング要素は、第２の支持ディスク（１０）に固定された第２の作業ディスク（１４）であり、前記第２の作業ディスク（１４）を変形する前記手段は、前記第２の支持ディスク（１０）が懸架される支持リングを備えており、制御可能手段が、前記支持リングと、前記支持リングの半径方向外側に位置する前記第２の支持ディスク（１０）のリング部分との間に配置され、それによって、力発生装置に補助された半径方向の力が、前記支持リングの周囲に渡って前記第２の支持ディスク（１０）に加えられ、前記制御および／または調整装置（２０）は、前記距離測定装置によって測定された距離値に応じて、または測定装置によって測定された圧力値に応じて、前記力発生装置の力を調整することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の両面または片面機械加工機。

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