WO2011054481A1 - Vorrichtung und verfahren zur doppelseitenbearbeitung flacher werkstücke mit optimierter zufuhr des flüssigen arbeitsmittels - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur doppelseitenbearbeitung flacher werkstücke mit optimierter zufuhr des flüssigen arbeitsmittels Download PDF

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WO2011054481A1
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working
torque
bores
working fluid
workpieces
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PCT/EP2010/006602
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Inventor
Hans-Peter Boller
Marc Reichmann
Original Assignee
Peter Wolters Gmbh
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    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents

Definitions

  • 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.
  • Such devices and methods are used, for example, for double-side polishing of semiconductor wafers.
  • a polishing liquid is introduced into the working gap as the working medium.
  • 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 in the Working gap can be guaranteed. 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.
  • the present invention seeks to provide a device and a method of the type mentioned, with which at any time a sufficient working fluid supply is ensured in the working gap.
  • 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.
  • 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.
  • the processing according to the invention can be material-removing.
  • the device may be, for example, a device for polishing both sides of flat workpieces.
  • the working fluid may accordingly be a polishing fluid. But it comes Other machining 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 may be, for example, 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.
  • 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.
  • suitable pressure lines such as pressure hoses or pressure pipes, run, which promote the working fluid to the working gap.
  • 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.
  • a total of three or more pressurized supply lines can then be provided.
  • certain working gap zones can each be supplied with work equipment by a group of bores.
  • the working fluid pressure is the pressure prevailing in the bores or pressure lines filled with working fluid. 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 with Work equipment supplied hole groups or work gap zones.
  • the supply of working medium for example with a polishing agent
  • the working fluid flow can be regulated depending on the operating parameters (recipe-guided).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • can be relative smooth polishing cloths are 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 selectively 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.
  • 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 communicates with a working fluid reservoir and may, for example, comprise a pump with which the working fluid is pumped through the main supply line to the individual supply lines.
  • 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.
  • 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 further through one of the at least one provided with the bores Working disk associated vertical drive shaft be guided.
  • 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.
  • 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.
  • the cross-section of the holes or the cross-section of guided in the holes liquid lines in the region of their opening into the working surface end can be reduced.
  • the cross section may decrease by more than 50%.
  • 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 of 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, modifies 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.
  • 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 knowledge 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 be Of course, changed in all supply lines, in particular reduced.
  • the holes can be grouped together, depending on how often they are obscured during operation of the device by the workpieces to be machined.
  • 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 during operation of the device are covered by the workpieces to be machined.
  • Different target pressure values for the respective supply line are thus specified for the various groups, with the target pressure values being selected depending on the frequency of obstruction of the bores through the workpieces to be processed, which is to be expected 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 1 shows a part of a device according to the invention in a vertical
  • Fig. 2 is an enlarged view of a detail of a view according to
  • Fig. 3 is an enlarged view of the detail B of Fig. 2, and
  • Fig. 4 is a circuit diagram for illustrating the control according to the invention.
  • a detail of a device 10 according to the invention for double-side machining of flat workpieces is shown.
  • the device is a Doppel togetherpoliermaschine for plane-parallel polishing of semiconductor wafers.
  • the device has three supply lines 36 coming from a polishing liquid reservoir, which are each guided via a connecting piece 22 and a multi-channel rotation guide 18 through a vertical drive shaft 20 of the device.
  • polishing liquid can be conveyed out of the liquid reservoir through the supply line.
  • the supply lines 36 form in the example shown in each case a ring line 36 with outlets to the respective group of holes.
  • the supply lines 36 may be formed by supply hoses.
  • pressure control devices are provided, which are each designed to regulate the working fluid pressure in one of the supply lines 36, as will be explained in more detail below.
  • the device 10 also has, in a manner known per se, an upper and lower annular carrier disk and an annular upper or lower working disk respectively connected to the upper and lower carrier disk.
  • Fig. 1 only the upper support plate 38 and associated with this upper working disk 40 are shown.
  • the upper carrier disk 38 is annular.
  • the device 10 has a substantially symmetrical to the upper carrier and working disk 38, 40 formed, not shown lower carrier disk and working disk. Between their facing annular work surfaces, of which in Fig. 1, the working surface of the upper working disk 40 is shown at reference numeral 46, limit the work discs an annular working gap.
  • the basic structure of such Doppelurgiermaschine with upper and lower working wheels is known per se and described for example in DE 100 07 390 AI.
  • a plurality of axial through holes 48 is provided by the upper working disk 40, each aligned with corresponding through holes 50 in the upper support plate 38.
  • pressure tubes 52 extend through the bores.
  • the annular supply lines 36 are in each case in connection with the upper openings of the pressure tubes 52.
  • the design of the holes 48, 50 and the pressure pipes 52 will be explained in more detail with reference to the enlarged views in Figures 2 and 3.
  • a larger number of supply lines 36, through bores 48, 50 and pressure pipes 52 are provided. Apart from that, the exemplary embodiments do not differ.
  • FIGS. 1 it can be further seen that a plurality of axial through holes 48 is provided by the upper working disk 40, each aligned with corresponding through holes 50 in the upper support plate 38.
  • pressure tubes 52 extend through the bores.
  • the annular supply lines 36 are in each case in connection with the upper openings of the pressure tubes 52.
  • the design of the holes 48, 50 and the pressure pipes 52 will be explained in more detail with reference to the enlarged
  • the pressure pipes 52 are in each case connected to the ring lines 36 at their upper end via a connection 54.
  • the pressure pipes 52 are made of a plastic, for example.
  • a metallic sleeve 58 is used in each case.
  • the pressure pipes 52 In the area of their opening into the working surface 46 end seals a ring seal 60, the pressure pipes 52 relative to the sleeve 58 from.
  • the pressure pipes 52 have a considerable cross-sectional reduction 62 of more than 50% at their lower end.
  • the outlet opening 64 of the pressure pipes 52 thus has a considerably smaller diameter than the main area 66 of the pressure pipes 52.
  • bores 48, 50 are arranged at different radial distances from the working and carrier discs.
  • the upper working disk and thus also the upper support disk carrying it has a plurality of circularly extending at different radial distances from the running through the vertical drive shaft 20 central axis of rotation of the working disk 40 and carrier disk 38 extending rows of axial bores.
  • the holes of a radial distance are each combined into a group and supplied by a ring line 36 with polishing agent.
  • a pump 68 is polishing from a connected to the pump 68 via a check valve 70 not shown polishing agent reservoir in the supply lines 36 required. From there, the polishing agent is further demanded to the pressure control devices 35.
  • the supply lines 36 are still each a two-way valve 72 for switching on and off of the supply lines 36 respectively supplied supply circuits.
  • the pressure control devices 35 With the pressure control devices 35, the polishing agent pressure in each of the ring lines 36 can be regulated separately to a specific value.
  • a flow meter 74 is located in each of the supply lines 36. Such a control or flow control is known per se to a person 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.
  • the different radial groups of holes in the upper working disk 40 are covered with different amounts of workpieces during operation. This can be considered according to the invention by applying the presumably more frequently concealed radial areas of bores by means of the ring line 36 assigned to them in each case and the corresponding pressure regulating device 35 to a higher working medium pressure.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke, umfassend eine obere Arbeitsscheibe (40) und eine untere Arbeitsscheibe, wobei die Arbeitsscheiben (40) zwischen ihren einander zugewandten Arbeitsflächen (46) einen Arbeitsspalt zur Bearbeitung der Werkstücke bilden, und wobei zumindest eine der Arbeitsscheiben eine Mehrzahl von sich durch die Arbeitsfläche erstreckenden Bohrungen (48) zur Zuführung eines flüssigen Arbeitsmittels in den Arbeitsspalt aufweist, wobei die Bohrungen (48) in mehrere Gruppen zusammengef asst sind, wobei jede Gruppe von Bohrungen (48) mit einer separaten druckbeaufschlagten Versorgungsleitung (36) für das Arbeitsmittel verbunden ist, und wobei mindestens eine Druckregeleinrichtung (35) vorgesehen ist, mit der der Arbeitsmitteldruck in den Versorgungsleitungen (36) getrennt voneinander regelbar ist.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR DOPPELSEITENBEARBEITUNG FLACHER WERKSTÜCKE MIT OPTIMIERTER ZUFUHR DES FLÜSSIGEN ARBEITSMITTELS
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.
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 AI 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.
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 Arbeitsmittel Versorgung in dem Arbeitsspalt sichergestellt ist.
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.
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.
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.
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.
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 zugef hrte Arbeitsmittelmenge, beispielsweise eine Poliermittelmenge, gezielt zu variieren, um beispielsweise Bereiche mit erhöhter Prozesstemperatur zu kühlen. Dies optimiert das Arbeitsergebnis weiter.
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 gefuhrt 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.
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 Austrittsöffhungen 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.
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 Aqua- planing. 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.
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. Die Regelung kann dabei derart erfolgen, dass sich insgesamt eine möglichst homogene Verteilung des Arbeitsmittels in dem gesamten Arbeitsspalt ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Entsprechend ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vertikalen
Schnittansicht,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus einer Ansicht gemäß
Fig. 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts B aus Fig. 2, und
Fig. 4 ein Schaltschema zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Regelung.
Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. In Fig. 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-Dreheinfuhrung 18 durch eine vertikale Antriebswelle 20 der Vorrichtung geführt sind. Mittels einer in Figur 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.
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 Fig. 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 Fig. 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 AI beschrieben.
In Fig. 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 Fig. 1 ist weiter zu erkennen, dass die ringförmigen Versorgungsleitungen 36 jeweils in Verbindung mit den oberen Öffnungen der Druckrohre 52 stehen. Die Ausgestaltung der Bohrungen 48, 50 bzw. der Druckrohre 52 soll anhand der vergrößerten Darstellungen in den Figuren 2 und 3 näher erläutert werden. Im Unterschied zu dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 1 ist bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 eine größere Zahl von Versorgungsleitungen 36, Durchbohrungen 48, 50 und Druckrohren 52 vorgesehen. Davon abgesehen unterscheiden sich die Ausfuhrungsbeispiele nicht. In den Figuren 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 Fig. 3 zu erkennen, dass die Druckrohre 52 an ihrem unteren Ende eine erhebliche Querschnittsreduzierung 62 von mehr als 50% aufweisen. Die Austrittsöffhung 64 der Druckrohre 52 besitzt damit einen erheblich kleineren Durchmesser als der Hauptbereich 66 der Druckrohre 52.
Wie insbesondere in den Figuren 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.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll anhand des schematischen Schaltbildes in Fig. 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 gefordert. Von dort wird das Poliermittel weiter zu den Druckregeleinrichtungen 35 gefordert. 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.

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke, umfassend eine obere Arbeitsscheibe (40) und eine untere Arbeitsscheibe, wobei die Arbeitsscheiben (40) zwischen ihren einander zugewandten Arbeitsflächen (46) einen Arbeitsspalt zur Bearbeitung der Werkstücke bilden, und wobei zumindest eine der Arbeitsscheiben (40) eine Mehrzahl von sich durch die Arbeitsfläche (46) erstreckenden Bohrungen (48) zur Zufuhrung eines flüssigen Arbeitsmittels in den Arbeitsspalt aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (48) in mehrere Gruppen zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe von Bohrungen (48) mit einer separaten druckbeaufschlagten Versorgungsleitung (36) für das Arbeitsmittel verbunden ist, und wobei mindestens eine Druckregeleinrichtung (35) vorgesehen ist, mit der der Arbeitsmitteldruck in den Versorgungsleitungen (36) getrennt voneinander regelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (36) jeweils einerseits mit einer gemeinsamen Hauptdruckversorgungsleitung und andererseits mit den Bohrungen (48) einer Gruppe verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Hauptdruckversorgungsleitung durch eine der mindestens einen mit den Bohrungen (48) versehenen Arbeitsscheibe (40) zugeordnete vertikale Antriebswelle (20) gefuhrt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (36) durch eine der mindestens einen mit den Bohrungen (48) versehenen Arbeitsscheibe (40) zugeordnete vertikale Antriebswelle (20) gefuhrt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Bohrungen (48) oder der Querschnitt von in den Bohrungen (48) geführten Flüssigkeitsleitungen (52) im Bereich ihres in die Arbeitsfläche (46) mündenden Endes verringert.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung zur Messung des von einem Drehantrieb auf mindestens eine mit mindestens einer der Arbeitsscheiben verbundene vertikale Antriebswelle (20) aufgebrachten Drehmoments, wobei die Regeleinrichtung (35) 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 (36) so verändert, dass das gemessene Drehmoment wieder das Solldrehmoment annimmt oder in dem Solldrehmomentbereich liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (35) das gemessene Drehmoment mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment vergleicht und, dass wenn das gemessene Drehmoment das Grenzdrehmoment unterschreitet, die Regeleinrichtung (35) den Arbeitsmitteldruck in zumindest einigen Versorgungsleitungen (36) so verringert, dass das gemessene Drehmoment wieder einen Wert oberhalb des Grenzdrehmoments annimmt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (48) in Gruppen zusammengefasst sind in Abhängigkeit davon, wie oft die Bohrungen (48) im Betrieb der Vorrichtung (10) von den zu bearbeitenden Werkstücken verdeckt werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (35) den Arbeitsmitteldruck in den Versorgungsleitungen (36) der Gruppen in Abhängigkeit davon einstellt, wie häufig die Bohrungen (48) einer jeweiligen Gruppe im Betrieb der Vorrichtung (10) von den zu bearbeitenden Werkstücken verdeckt werden,
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Doppelseitenbearbeitung flacher Werkstücke, wobei die Vorrichtung eine obere Arbeitsscheibe (40) und eine untere Arbeitsscheibe aufweist, wobei die Arbeitsscheiben (40) zwischen ihren einander zugewandten Arbeitsflächen (46) einen Arbeitsspalt zur Bearbeitung der Werkstücke bilden, und wobei zumindest eine der Arbeitsscheiben (40) eine Mehrzahl von sich durch die Arbeitsfläche (46) erstreckenden Bohrungen (48) zur Zuführung eines flüssigen Arbeitsmittels in den Arbeitsspalt aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (48) in mehrere Gruppen zusammengefasst werden, wobei jeder Gruppe von Bohrungen (48) druckbeaufschlagt Arbeitsmittel zugeführt wird, und wobei der Arbeitsmitteldruck des den Gruppen (48) jeweils zugeführten Arbeitsmittels getrennt voneinander geregelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das von einem Drehantrieb auf mindestens eine mit mindestens einer der Arbeitsscheiben verbundene vertikale Antriebswelle (20) aufgebrachte Drehmoment gemessen wird und, dass das von der Messeinrichtung gemessene Drehmoment mit einem Solldrehmoment oder einem Solldrehmomentbereich verglichen wird und bei einer Abweichung des gemessenen Drehmoments von dem Solldrehmoment oder dem Solldrehmomentbereich der Arbeitsmitteldruck des zumindest einigen Gruppen zugeführten Arbeitsmittels so verändert wird, dass das gemessene Drehmoment wieder das Solldrehmoment annimmt oder in dem Solldrehmomentbereich liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Drehmoment mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment verglichen wird und, dass wenn das gemessene Drehmoment das Grenzdrehmoment unterschreitet, der Arbeitsmitteldruck des zumindest einigen Gruppen zugeführten Arbeitsmittels so verringert wird, dass das gemessene Drehmoment wieder einen Wert oberhalb des Grenzdrehmoments annimmt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (48) in Gruppen zusammengefasst werden in Abhängigkeit davon, wie oft die Bohrungen (48) im Betrieb der Vorrichtung von den zu bearbeitenden Werkstücken verdeckt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmitteldruck des den Gruppen zugeführten Arbeitsmittels in Abhängigkeit davon eingestellt wird, wie häufig die Bohrungen (48) einer jeweiligen Gruppe im Betrieb der Vorrichtung von den zu bearbeitenden Werkstücken verdeckt werden.
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