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Dokumentenidentifikation DE19919583A1 04.11.1999
Titel Poliereinrichtung
Anmelder Speedfam Corp., Chandler, Ariz., US
Erfinder Anderson, Robert L., Scottsdale, Ariz., US;
Manseau, Michael, Chicago, Ill., US;
Derza, Janusz Aleksander, Prospect Heights, Ill., US;
Bussan, John Edward, Libertyville, Ill., US
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 29.04.1999
DE-Aktenzeichen 19919583
Offenlegungstag 04.11.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.11.1999
IPC-Hauptklasse B24B 29/02
Zusammenfassung Eine Poliermaschine weist eine Plattformanordnung auf, die innerhalb von drei Halterungssäulen angebracht ist. Die Plattformanordnung weist von einem Fluid unter Druck gesetzte Bälge auf, um die obere Polierplatte zur unteren Polierplatte hin und von dieser weg zu drücken. Bei einer Ausführungsform ist eine bewegliche Halterungssäule von einem darüberliegendem Gestell aus abgehängt. Die Halterungssäule steht im Eingriff mit der oberen Polierplatte, um so selektiv die Plattformanordnung anzuheben und abzusenken. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Plattform durch Gewindestangen angehoben und abgesenkt, um so in Eingriff mit der oberen Polierplatte zu gelangen und diese zu verschieben.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Poliermaschinen, und insbesondere Maschinen, die dazu dienen, bei einem oder mehreren Werkstücken eine wohldefinierte Endbearbeitung zu erreichen. Die vorliegende Erfindung ist besonders gut dazu geeignet, Platten von Computerfestplattenspeicherlaufwerken doppelseitig exakt zu polieren.

Es gibt bereits Maschinen zur Bereitstellung einer sehr glatten, wohldefinierten Endbearbeitung auf Werkstücken, beispielsweise Platten von Computerfestplattenspeichern. Obwohl in begrenztem Ausmaß ein einseitiges Polieren durchgeführt wurde, konzentrieren sich heutzutage die Anstrengungen auf die doppelseitige Bearbeitung von Speicherplatten, so daß beide Hauptoberflächen einer Plattenanordnung als Speicher genutzt werden können, wodurch die Abmessungen von Speichergeräten verringert werden, und eine größere Speicherkapazität für ein Festplattenlaufwerk mit vorbestimmten Abmessungen zur Verfügung gestellt werden kann. Im Verlauf der Zeit hat die magnetische Dichte von Speicherplatten wesentlich zugenommen, mit entsprechend ansteigender Anzahl an Datenbits, die auf der Fläche einer Oberfläche mit vorbestimmten Abmessungen gespeichert werden können. Dies hat dazu geführt, daß Datenspeicherbits immer kleinere Abschnitte auf einer Plattenoberfläche einnehmen. Dies hat dazu geführt, daß die Oberflächeneigenschaften von Speicherplatten stärker beachtet wurden, wobei ein äußerst exakt definiertes Polieren der Speicherplattenoberfläche erforderlich ist.

Um Festplattenzugriffszeiten und Speicherübertragungsraten zu verbessern werden Speicherplatten mit höheren Plattenumdrehungsgeschwindigkeiten betrieben. Die Gesamtabmessungen (sogenannte Globalabmessungen) und die Toleranzen von Speicherplatten werden daher für verbesserte Festplattenleistungen immer wichtiger. Mit zunehmenden Plattengeschwindigkeiten wird es darüber hinaus erforderlich, die Wandler, die üblicherweise als "Magnetköpfe" bezeichnet werden, so nahe wie möglich an der Oberfläche der Speicherplatte zu halten, um eine nutzbare Signalstärke zu erzielen. Dies bringt steigende Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Speicherplatten mit sich, und Oberflächenunregelmäßigkeiten von Speicherplatten werden genauer untersucht, um "hohe Punkte" zu verringern, obwohl deren Höhe ohnehin immer weiter abnimmt. Weiterhin wird bei bestimmten Arten von Festplattenlaufwerksmechanismen die Parallelität der doppelseitigen Oberflächen immer wichtiger, um die gewünschte Geräteleistung zu erzielen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hochleistungspoliermaschine, die an sich genau ist, einfach zu verwenden ist, und die sich mit den üblichen Bedingungen bei der Herstellung verträgt. Es ist wesentlich, daß eine derartige Poliermaschine an sich während sämtlicher Phasen eines Poliervorgangs stabil ist, ohne daß sich ändernde Umstände speziell berücksichtigt werden müssen, sowie Effekte, welche sich ergebende Abweichungen auf die Oberflächenqualität des behandelten Werkstücks haben mögen.

Bei bestimmten Anwendungen ist es erforderlich, daß sich die Werkstücke weiter drehen, wenn der Polierdruck freigegeben wird, und zu diesen Zeiten wird den Polieroberflächen und dem umgebenden Mechanismus, der diese Oberflächen haltert, ein bestimmtes Ausmaß an Bewegungsfreiheit gegeben. Jede wesentliche Fehlausrichtung oder innere Bewegung der verschiedenen zusammenwirkenden Bauteile kann zu einer unerwünschten Berührung der Polieroberflächen mit den bearbeiteten Werkstücken führen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Kontrolle derartiger Berührungen.

Es hat sich als wesentlich herausgestellt, die Steifigkeit der Konstruktion der gesamten Maschine zu untersuchen, und neue Anordnungen zum Haltern der Polierteile zu entwickeln, um unerwünschte Bewegungen auszuschalten, insbesondere während kritischer Momente, beispielsweise dann, wenn der Polierdruck gelöst wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weiter Vorteile und Merkmale hervorgehen. Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung zum Polieren eines Werkstücks zur Verfügung gestellt, welche aufweist:

ein Gestell;

eine obere Polierplatte;

eine untere Polierplatte, die unterhalb der oberen Polierplatte angeordnet ist;

eine Plattenhalterungswelle, die von der oberen Polierplatte aus nach oben verläuft und eine Zentrumsachse aufweist;

eine Montagevorrichtung zum Montieren der Plattenhalterungswelle, so daß diese sich in Vertikalrichtung hin- und herbewegen kann, und sich um ihre Zentrumsachse drehen kann;

eine Plattform, die durch die Welle so gehaltert wird, daß sie sich mit dieser zusammen bewegt, wobei die Plattenhalterungswelle durch diese Plattform geht;

eine Plattformhalterungsvorrichtung, die von dem Gestell getragen wird, so daß sie mit der Plattform in einer festen Position im Eingriff steht, während sie eine Bewegung der Welle in Bezug auf die Plattform zuläßt; und

eine Positioniervorrichtung, welche eine doppelt wirkende, von einem Fluid unter Druck gesetzte Balgvorrichtung aufweist, die von der Plattform getragen wird, und in Eingriff mit der Plattenhalterungswelle gelangt, um die Plattenhalterungswelle und daher die obere Polierplatte in Bezug auf die Plattform verschieben, damit die obere Polierplatte zur unteren Polierplatte oder von dieser weg bewegt wird.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer Poliereinrichtung gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine entsprechende Vorderansicht;

Fig. 3 eine entsprechende Aufsicht;

Fig. 4 eine entsprechende Seitenansicht;

Fig. 5 eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von Fig. 3;

Fig. 6 eine Teilansicht einer alternativen Anordnung, in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 einen Abschnitt von Fig. 6 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer alternativen Anordnung;

Fig. 9 eine Teilquerschnittsansicht ähnlich wie Fig. 6, wobei jedoch eine alternative Anordnung für die Montage der oberen Polierplatte gezeigt ist;

Fig. 10 eine Vorderansicht eines Polierwerkzeugs;

Fig. 11 eine entsprechende Aufsicht, teilweise weggeschnitten;

Fig. 12A und 12B zusammen eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer alternativen Poliereinrichtung gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Aufsicht, teilweise weggeschnitten, einer Poliermaschine, bei welcher die Einrichtung von Fig. 12 vorgesehen ist;

Fig. 14 eine entsprechende Vorderansicht; und

Fig. 15 eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 15-15 von Fig. 13.

Es wird zunächst auf die Fig. 1 bis 11 Bezug genommen, in welchen ein Polierwerkzeug 8 (vergleiche Fig. 10) gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung eine innere Maschinenanordnung aufweist, die in Fig. 1 dargestellt ist, und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das Werkzeug 8 war sofort im Handel erfolgreich, auf dem Gebiet des Polierens von Speicherplattensubstraten, obwohl das Werkzeug 8 auch leicht an andere Einsatzzwecke angepaßt werden kann, einschließlich Schleifen, Polieren, Texturieren und Einebnen von Werkzeugmaschinenteilen und Wafern für integrierte Schaltungen, als Beispiel.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird mit einer großen Anzahl an Werkstücken, (beispielsweise 50), etwa Speicherplatten, Plattensubstraten, Maschinenteilen oder anderen Werkstücken, eine gleichzeitige doppelseitige Polierung durchgeführt, was für den Benutzer des Werkzeugs wesentliche Kostenvorteile mit sich bringt. Um eine große Anzahl an Werkstücken aufzunehmen, werden Arbeitskäfigmechanismen eingesetzt, einschließlich mit Zahnrädern versehener Werkstückhalter oder Träger 12 (siehe Fig. 11), um die Werkstücke während eines Poliervorgangs festzuhalten. Allgemein wird bevorzugt, daß die Werkstückkäfigmechanismen vom Planetentyp sind, bei welchen man mehrere Träger 12 zwischen einem äußeren Ringzahnrad 14 und einem zentralen "Sonnenrad" 16 umlaufen läßt. Die äußeren gezahnten Ränder der Träger kämmen mit dem zentralen Sonnenrad, welches eine Drehbewegung auf die Träger überträgt, so daß sich die Werkstücke in jeweiligen, überlicherweise zykloidenförmigen Pfaden bewegen, und um die Achse ihrer Träger umlaufen, wenn sich die Träger in Bezug auf die Achse des zentralen Sonnenrades drehen. Weiterhin kann die Drehung der oberen und unteren Polierplatten und des Werkstückkäfigmechanismus, der zwischen den Polierplatten angeordnet ist, in entgegengesetzter Richtung erfolgen, wenn dies gewünscht ist. Durch Einstellung der Richtungen und Geschwindigkeiten der Umdrehung der Sonnen- und Ringzahnräder, sowie der oberen und unteren Polierplatten, kann praktisch jede gewünschte Polierwirkung erzielt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform werden fünf Speicherplatten 18 in jeden Träger geladen, wobei zehn Träger in kämmendem Eingriff zwischen dem zentralen Sonnenrad und dem äußeren, umgebenden Ringzahnrad angeordnet sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in den Figuren nur zwei Speicherplatten dargestellt. Allerdings kann praktisch jede Anzahl an Speicherplatten oder anderen Werkstücken aufgenommen werden, wenn geeignete Änderungen der Konstruktion der Träger vorgenommen werden. Der gesamte Werkstückkäfigmechansimus wird mit einer unabhängig steuerbaren Geschwindigkeit gedreht, während die obere und untere Polierplatte 20, 26 (vergleiche beispielsweise Fig. 12B) unabhängig mit ihren eigenen ausgewählten Geschwindigkeiten gedreht werden. Wie nachstehend noch verdeutlicht wird, wird die obere Polierplatte 20 von oberhalb durch einen Motor 44 (siehe Fig. 12A) angetrieben, wogegen die untere Polierplatte 26 von unterhalb auf herkömmliche Weise angetrieben wird, durch eine Einrichtung, die in einem hohlen Basisschrank 48 enthalten ist. Der Zugang zu den Einrichtungen zum Antrieb der unteren Polierplatte erfolgt über Zugangstüren 52, wie aus Fig. 10 hervorgeht.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, daß die obere und untere Polierplatte mit einander gegenüberliegenden kreisringförmigen Polieroberflächen versehen sind, und daß sie unabhängig drehbar auf einer einzelnen gemeinsamen Achse angebracht sind (siehe die gestrichelte Linie 28 in Fig. 12B). Um die gewünschten Polierergebnisse zu erzielen hat es sich als wesentlich herausgestellt, daß eine gemeinsame Ausrichtung der Achsen erzielt wird, oder eine sogenannte "Fokussierung", insbesondere wenn die zahnradgetriebenen Käfigmechanismen zu komplizierten Bewegungen veranlaßt werden, wie dies bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Um die konzentrische Ausrichtung oberer und unterer Polierplatten zu verbessern, und diese Ausrichtung in verschiedenen Phasen des Betriebs der Maschinen sicherzustellen, wird allgemein vorgezogen, daß die Anordnung, welche die obere und untere Polierplatte haltert, so hergestellt wird, daß ihre Positionierungselemente bei der Herstellung gleichzeitig gefräst werden, wobei die Bauteile an ihre jeweiligen Positionen angeordnet sind.

Wie nachstehend noch deutlicher wird, weisen verschiedene Teile der Halterungsanordnung einen im wesentlichen dreieckigen Aufbau auf. Daher wird allgemein vorgezogen, daß drei vertikale Halterungssäulen 32, 34 und 36 verwendet werden, wobei sich eine dreieckigen, im wesentlichen horizontal verlaufende obere Wand 38 zwischen den oberen Enden der Säulen erstreckt (vergleiche beispielsweise Fig. 12A). Die Basis 40 des Rahmengestells ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie im wesentlichen rechteckförmig ist (siehe Fig. 12B), obwohl auch eine dreiseitige, im wesentlichen dreieckige Form verwendet werden könnte.

Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, gehen die Halterungssäulen 32 bis 36 von der oberen Wand 38 aus, und werden von unten gehaltert, wobei sie durch das Basisabteil 48 (siehe Fig. 10) zur Maschinenbasis 40 heruntergehen. Gemäß Fig. 4 und 5 weist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnete Plattformanordnung eine Plattform 66 auf, die so ausgebildet ist, daß sie innerhalb der Halterungssäulen 32, 34 und 36 eine Vertikalbewegung durchführen kann.

Die mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnete Plattformanordnung, bei welcher Linearlager 72 ein Gleitlager zur Verfügung stellen, weist eine zentrale Halterungssäule 70 auf (siehe Fig. 5). Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist die Zentralhalterung 70 hohl ausgebildet, so daß eine Drehantriebsspindel 72 sich durch die Plattformanordnung bewegen kann, so daß ihr unteres Ende 74 mit der oberen Polierplatte 20 gekuppelt ist, und sich gemeinsam mit dieser drehen kann. Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung ist die zentrale Halterungssäule 70 mit einer Hebevorrichtung gekuppelt (beispielsweise eine Anordnung aus Ritzel und Zahnstange), die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, und oben auf der Wand 38 angebracht ist. Die Hebevorrichtung tritt in Eingriff mit der zentralen Halterungswelle 70, um die Halterungswelle 70 in einem gewünschten Ausmaß anzuheben oder abzusenken.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist die zentrale Halterungswelle 70 an ihrem unteren Ende mit einer Lageranordnung 78 verbunden. Das Lager 78 wiederum ist mit einer oberen Druckplatte 20 gekuppelt. Eine Drehantriebsspindel 74 kann sich frei um ihre Zentrumsachse drehen, um hierdurch die obere Druckplatte 20 zu drehen. Die zentrale Halterungssäule 70 ist vorzugsweise so angebracht, daß sie sich wie erwähnt anheben und absenken kann, jedoch nicht drehen kann.

Wie wiederum aus Fig. 5 hervorgeht, weist die Plattformanordnung 60 einen Halterungstisch auf, der eine obere Wand 82 und Seitenwände 84 aufweist, deren unter Enden an der Plattform 66 befestigt sind. Eine im Wesentlichen vollständige Umhüllung ist innerhalb des Tabels angeordnet und bildet einen Hohlraum, welcher die zentrale Halterungssäule umgibt. Die Umhüllung weist eine obere Wand 86 auf, eine zylindrische Außenwand 88, und Bodenwände 90, 92. Die zentrale Halterungssäule 70 weist ein erstes und ein zweites vorspringendes, scheibenförmiges Plattenteil 94 beziehungsweise 96 auf. Die erste Platte 94 ist innerhalb des Hohlraums so angeordnet, daß die Platte 94 mit der oberen Wand 86 so zusammenarbeitet, daß ein erster Kammerabschnitt gebildet wird, und mit der unteren Wand 90, so daß ein zweiter Kammerabschnitt gebildet wird. Die zweite Platte 96 ist in dem Hohlraum angeordnet, der zwischen der Bodenwand 92 und der Plattform 66 vorhanden ist.

Ein oberer, von einem Fluid unter Druck gesetzter Balg 102 ist in dem ersten Kammerabschnitt angeordnet, und ein zweiter, von einem Fluid unter Druck gesetzter Balg 104 ist in dem übrigen (unteren) Kammerabschnitt vorgesehen. Die von einem Fluid unter Druck gesetzten Bälge 102, 104 können einen elastischen (also aufblasbaren) Aufbau ausweisen, oder einen inelastischen Aufbau mit gefalteten Wänden, damit sich das Volumen vergrößern kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die von einem Fluid unter Druck gesetzten Bälge 102, 104 aus einem elastischen Material hergestellt, beispielsweise einer Gummiverbindung.

Gemäß Fig. 5 wird, wenn der untere Balg 104 druckbeaufschlagt wird, der Balg aufgebläht, so daß er vollständig den unteren Kammerabschnitt unterhalb der Platte 94 einnimmt. Wie in Fig. 5 gezeigt wird der Balg durch die Platte 94 begrenzt, die äußere zylindrische Wand 88 und die untere Wand 90, die gegen eine Bewegung festgehalten ist. Bei einem weiteren Druckanstieg drückt der Balg 104 die Platte 94 in Richtung nach oben, wodurch das Volumen des oberen Kammerabschnitts verringert wird, und hierdurch der obere Balg 102 abgeflacht wird, was durch einen ausreichend niedrigen Innendruck unterstützt werden kann.

Abhängig von dem Druck innerhalb des oberen Balges 102 hört die Druckvergrößerung des unteren Balges 104 bei einem bestimmten Betriebspunkt auf. Da die Platte 94 an der zentralen Halterungssäule 70 befestigt ist, die wiederum an der oberen Druckplatte 20 befestigt ist, kann die Position der oberen Druckplatte 20 so wie der Druck, der auf die Werkstücke durch die obere Druckplatte 20 ausgeübt wird, einfach festgelegt werden. Wenn ein Druckanstieg gewünscht ist, oder wenn die Druckplatte 20 weiter abgesenkt werden muß, kann Druck aus dem unteren Balg 104 abgelassen werden, so daß sich die Platte 94 an einem tiefer gelegenen Punkt innerhalb der Umhüllung absetzt. Falls gewünscht kann auch der Druck innerhalb des oberen Balges 102 erhöht werden, um einen größeren Steuerbereich in Bezug auf die obere Druckplatte 20 zur Verfügung zu stellen. Wenn beispielsweise der obere und untere Balg 102, 104 vollständig druckbeaufschlagt bleiben, so daß sie vollständig in den Kammerabschnitten aufgeblasen sind, in welchen sie sich befinden, so wird der Druckplatte 20 zusätzliche Positionsstabilität und Steifigkeit bei jedem gewünschten Betriebspunkt verliehen, so daß sie momentanen Kräften widersteht, die sie verschieben wollen.

Wie erwähnt wird die untere Platte 96 innerhalb einer Kammer festgehalten, die zwischen der Plattform 66, der Wand 92 und der äußeren zylindrischen Wand 84 gebildet ist. Der Freiheitsgrad, der für die untere Platte 96 zugelassen wird, setzt den Bereich der Bewegung der oberen Druckplatte 20 fest. Wie noch verdeutlicht wird, wird vorgezogen, die Plattform 66 an einem festen Ort in Bezug auf die Halterungsanordnung festzulegen. Die untere Platte 96 wird vorzugsweise so angeordnet, daß sie bei einem bestimmten Betriebspunkt die Plattform 66 berührt, um die weiteste Verschiebung nach unten der oberen Druckplatte 20 festzulegen, falls dies für den Betrieb wesentlich sein sollte.

In Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist es im Allgemeinen vorzuziehen, daß die Plattform 66 und die obere Druckplatte 20 von oben aus aufgehängt werden (beispielsweise der oberen Wand 38), durch die zentrale Halterungssäule 70. Wie noch verdeutlicht wird, werden im Betrieb die Plattform 66 und die obere Druckplatte 20 zusammen angehoben und abgesenkt, und zwar gemeinsam. Während des Absenkvorgangs wird die Plattform 66 an einen vorbestimmten Punkt angehalten, und wird daraufhin die obere Druckplatte 20 um einen weiteren Betrag abgesenkt, der von der Relativbewegung zwischen der Plattform und der oberen Druckplatte abhängt. In dieser Hinsicht ist es dazu vorzuziehen, daß die Halterung der oberen Druckplatte 66 so fest und stabil ist, wie dies überhaupt nur möglich ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird deutlich, daß die Plattform 66 ein Bezugsgestell für das Linearlager 72 zur Verfügung gestellt, und daß eine stabile Halterung der Linearlager dazu führt, daß ein weiteres Absenken der oberen Druckplatte exakter erfolgt. Daher sind, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, mehrere einstellbare Anschlagteile 110 auf den Halterungssäulen 32, 34 und 36 angebracht. Weiterhin sind diamantförmige Stifthalterungen 112 an den Anschlagteilen 110 befestigt, und werden in entsprechend geformten Ausnehmungen aufgenommen, die in der Unterseite der Plattform 66 vorgesehen sind. Auf die Weise wird eine exakte Positionierung der Plattform 66 sichergestellt, mit wiederholbarer Präzision für jeden Zyklus des Betriebs des Polierwerkzeuges. Falls gewünscht können die Anschlagstifte einstellbar ausgebildet werden. Durch Befestigung der Plattform 66 in ihrer Position wird auch das Linearlager 72 und daher die obere Polierplatte 20 exakt in ihrer Position festgelegt, in Bezug auf den Überbau oder das Rahmengestell für das Werkzeug.

Wie wiederum aus den Fig. 10 und 11 hervorgeht, sind die zentrale Halterungswelle und eine Drehantriebsspindel innerhalb einer flexiblen faltenbalgartigen Manschette 116 angebracht. Der Ritzel-Zahnstangenhebemechanismus für die zentrale Halterungssäule 70 ist in einer Umhüllung 118 angeordnet, die oben auf der oberen Wand 88 angebracht ist. Abschnitte der zentralen Halterungssäule, die über die obere Wand 38 vorstehen, sind vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 118 angeordnet. Der Drehantrieb für die Spindel 74 umfaßt vorzugsweise einen Antriebsmotor, der oben auf der zentralen Halterungssäule 70 angebracht ist, und vom Gehäuse 118 umschlossen ist, wobei die obere Druckplatte 20 pendelartig von der oberen Wand 38 durch die zentrale Halterungssäule 70 gehaltert wird. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird der untere Abschnitt der zentralen Halterungssäule durch ein Linearlager 72 geführt, welches innerhalb der Plattform 66 angeordnet ist. Die untere Druckplatte 26 (siehe Fig. 10) wird von unterhalb durch eine herkömmliche Halterung gehaltert, und einen Antriebsmechanismus, der innerhalb des Gehäuseabschnitts 48 vorgesehen ist. Der Halterungsantriebsmechanismus für den unteren Tisch 26 ist herkömmlich ausgebildet, und in den Zeichnungen nicht dargestellt. Gemäß Fig. 5 wird nach Beendigung eines Poliervorgangs die zentrale Halterungssäule 70 angehoben, wodurch die obere Druckplatte 20 angehoben wird.

Allgemein wird vorgezogen, daß das anfängliche Anheben der oberen Polierplatte 20 dadurch durchgeführt wird, daß der untere Balg 104 unter Druck gesetzt wird, und falls erforderlich der obere Balg 102 druckentlastet wird. Dies wirkt sich so aus, daß die Anfangshebekraft über die Tischwände 84 auf die Plattform 66 übertragen wird. Wie voranstehend erwähnt wird die Kraft wiederum über die Stifte 112 und die Halterungsblöcke 110 auf die Halterungssäulen 32 bis 36 und schließlich auf die Basisplatte 40 übertragen. Die zentrale Halterungssäule 70 wird dann angehoben, wie bereits erwähnt, und gelangt schließlich in Berührung mit der unteren Oberfläche der Plattform 66. Daraufhin werden, wobei das Anheben der zentralen Halterungssäule 70 weitergeht, die obere Druckplatte 20, die Plattform 66 und die Plattform 60, die darauf gehaltert ist, zusammen als einzelne Einheit angehoben, um einen zusätzlichen Abstand zwischen der oberen und unteren Polierplatte 20 beziehungsweise 26 zur Verfügung zu stellen, damit ein bequemes Abnehmen und Ersetzen von Werkstücken erfolgen kann, die poliert werden. Daraufhin wird der Polierwerkzeugzyklus wiederholt, unter Absenkung der oberen Druckplatte, damit ein neuer Poliervorgang begonnen werden kann.

Am Anfang wird die zentrale Halterungssäule abgesenkt, wobei die Plattform 66 und die zugehörige Plattformanordnung 60 oben auf der oberen Druckplatte 22 aufliegen. Bei weiterem Absenken der zentralen Halterungssäule 70 gelangt die Plattform 66 schließlich in Berührung mit den Halterungsstiften 112, auf die in Fig. 2 dargestellte Weise. An diesem Punkt ist im Allgemeinen vorzuziehen, daß die obere Polierplatte 20 mit einem geringen Abstand oberhalb der Werkstücke angeordnet sind, die auf der unteren Polierplatte 26 gelagert sind. Falls erwünscht kann die obere Druckplatte direkt in Berührung mit den Werkstücken gebracht werden. Für Poliervorgänge mit hoher Genauigkeit ist es jedoch wesentlich, daß die Bewegung der oberen Polierplatte sorgfältig kontrolliert wird, während sie in Berührung mit den zu polierenden Werkstücken gebracht wird. Es hat sich insbesondere als wesentlich herausgestellt, den endgültigen Polierdruck zu kontrollieren, der von der oberen Druckplatte 20 aufgebracht wird, und ebenso die Zunahmerate des Polierdrucks.

Durch die vorliegende Erfindung kann die Zunahmerate des Polierdrucks auf bessere Weise kontrolliert werden, so daß eine gewünschte Betriebsablaufskurve, welche die Erhöhung des Polierdrucks repräsentiert, wiederholt erreicht werden kann, und zwar kostengünstig und exakt. Im Betrieb wird, wenn die Plattform 66 in einer bestimmten Position festgesetzt ist, wie es beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, das Gewicht der oberen Polierplatte 20 von dem unteren Balg 104 abgefangen. Durch Verringerung des Druckes in dem unteren Balg 104 wird die obere Polierplatte 20 so abgesenkt, daß der Polierdruck bei dem Werkstück zunimmt, das auf der unteren Polierplatte 26 gehaltert wird. In Fig. 5 ist mit dem Bezugszeichen 122 eine Keil- und Schlitzanordnung in der oberen und unteren Polierplatte 20, 26 bezeichnet, die dazu dient, ihre gegenseitig konzentrische Anordnung sicherzustellen. Weiterhin ist schematisch eine kardanische Aufhängung dargestellt, bei welcher die obere Polierplatte 20 an der zentralen Halterungssäule 70 befestigt ist.

Falls gewünscht kann der Luftdruck in dem oberen Balg 102 auf praktisch jedem gewünschten Druckniveau gehalten werden. Bei einer Betriebsart beeinflußt dies die Federeigenschaften der Kombination aus den Bälgen 102 und 104, und widersteht irgendwelchen Ausweichbewegungen nach oben der oberen Polierplatte 20, die während eines Poliervorganges auftreten können. Alternativ hierzu kann, wenn erwünscht ist, ein Abfedern derartiger Ausweichbewegungen nach oben zu erzielen, der Druck in dem oberen Balg 102 etwas abgesenkt werden, um die gewünschte Pufferwirkung zur Verfügung zu stellen, ohne daß die doppelt wirkende Federbelastung in Bezug auf die zentrale Halterungssäule 70 wegfällt.

In Fig. 6 ist eine alternative Anordnung für die zentrale Halterungswelle dargestellt, die hier mit dem Bezugszeichen 126 bezeichnet ist. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, stellt die zentrale Halterungssäule 126 eine hängenden Halterung für die obere Polierplatte 20 zur Verfügung, ohne daß eine im Inneren angeordnete Antriebsspindel vorgesehen ist (wie dies beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist). Statt dessen wird die zentrale Halterungssäule zur Drehung von oben aus angetrieben, durch eine geeignete Antriebsvorrichtung, die oben auf der oberen Platte 38 angebracht ist und innerhalb des Gehäuses 118 angeordnet ist, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Es können verschiedenen Anordnungen dazu eingesetzt werden, den Reibungseingriff zwischen dem plattenförmigen Vorsprung 94 und den Bälgen 102 und 104 zu verringern.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, werden zwei Lager 128 verwendet, wobei jedem Balg jeweils ein Lager zugeordnet ist. Die übrigen Einzelheiten der Plattformanordnung 60 sind ebenso, wie dies voranstehend in Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben wurde. Beispielsweise wird allgemein vorgezogen, daß die Lager 130, 132 neben der oberen Wand 86 beziehungsweise der unteren Wand 90 angeordnet sind. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist ein Luftspalt oder Spalt zwischen der zentralen Halterungssäule und der oberen Tischwand 82 und der unteren Umhüllungswand 92 vorhanden. Fall gewünscht könnte in diesem Bereich ein luftdichtes Lager eingesetzt werden, jedoch hat sich dies als unnötig herausgestellt.

In Fig. 8 ist eine alternative Fluidsteuer- oder Regelanordnung für die obere Polierplatte dargestellt. Die Anordnung von Fig. 8 gleicht im Wesentlichen jener von Fig. 7. Beispielsweise sind Lager 128 auf beiden Seiten des plattenförmigen Vorsprungs 94 vorgesehen. Allerdings sind die Bälge von Fig. 7 durch einen oberen beziehungsweise unteren Faltenbalg 140, 142 ersetzt. Fluidleitungen 144, 146 sind an einem Ende an eine Steuereinheit oder Regeleinheit 148 angeschlossen, und gehen durch die Wände der umgebenden Umhüllung hindurch, so daß sie in das Innere der Faltenbälge 140, 142 hineingelangen. Die Faltenbälge können sich in Vertikalrichtung ausdehnen und zusammenziehen, sind ansonsten jedoch vorzugsweise unelastisch. Wie in Fig. 8 gezeigt, weisen die Faltenbälge Innenwände auf, die in einem Abstand zur zentralen Halterungssäule 126 angeordnet sind. Alternativ können, falls erwünscht, die Faltenbälge ein offenes Inneres aufweisen, wobei der Fluiddruck auf die Außenoberfläche der zentralen Halterungssäule 126 einwirkt. Bei dieser letztgenannten Alternative ist ein druckdichtes Lager oder eine andere Abdichtungsvorrichtung vorzugsweise in Hohlräumen 150, 152 vorgesehen.

In Fig. 9 ist eine Anordnung zum Haltern der oberen Polierplatte 20 im Wesentlichen ebenso aufgebildet, wie dies voranstehend im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben wurde, abgesehen von der Bereitstellung einer kardanischen Aufhängung 158, damit sich die obere Polierplatte 20 geringfügig hin- und herbewegen kann, wenn die Werkstücke druckbeaufschlagt werden. Bei einer Betriebsart führt die kardanische Aufhängung dazu, daß die obere Polierplatte einen Eingriff in enger Berührung mit einem Feld aus Werkstücken erzielen kann, die auf der unteren Polierplatte angeordnet sind, trotz Änderungen der Werkstücke. Ohne die kardanische Aufhängung würden sich die Polierkräfte zunächst auf die dickeren Werkstücke konzentrieren, wobei auf die dünneren Werkstücke ein geringerer Bearbeitungsdruck einwirkt, bis eine ausreichende Materialmenge von den dickeren Werkstücken entfernt ist, so daß insgesamt eine gleichmäßige Werkstückdicke vorhanden ist.

In den Fig. 12-15 ist eine weitere Ausführungsform des Polierwerkzeugs dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet (siehe die Fig. 13 und 14) Zahlreiche Merkmale des Polierwerkzeuges 22 sind ebenso, wie dies voranstehend bereits beschrieben wurde. Beispielsweise gehen, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt, die Halterungssäulen 32, 34 und 36 von der oberen Wand 38 aus, und sind von unten aus gehaltert, wobei sie durch das Basisabteil 48 bis zur Maschinenbasis 40 gehen. Eine Plattform 26 führt eine Gleitbewegung aufwärts und abwärts entlang den Halterungssäulen 32-36 durch. Kugelumlaufspindelteile 210 stellen eine Verbindung der Plattform 206 mit Schraubenwellen oder Gewindestangen 210, 212 und 214 zur Verfügung. Die Gewindestangen 210, 212 und 214 werden wiederum von oben aus durch die obere Wand 38 gehaltert, und werden zur Drehung durch Antriebsmotoren 216, 218 und 220 angetrieben (siehe Fig. 12A).

Wie in Fig. 15 gezeigt wird, wenn ein Poliervorgang beendet ist, und ein "weiches Lösen" erwünscht ist, der Druck in dem unteren Balg 104 erhöht, und falls erforderlich der Druck in dem oberen Balg 102 verringert, wie dies voranstehend bereits geschildert wurde, um so die obere Polierplatte 20 um einen Anfangsbetrag anzuheben. Daraufhin werden die Antriebsmotoren 216, 218 und 220 in Betrieb gesetzt, um die Gewindestangen 210, 212 und 214 zu drehen, und hierdurch das Plattformteil 206 anzuheben. Bei fortgesetztem Anheben tritt die obere Oberfläche 214 der Plattform in Eingriff mit dem plattenförmigen Vorsprung 96, der an der zentralen Halterungssäule 70 befestigt ist. Während sich die Gewindestangen 210, 212 und 214 weiter drehen, werden dann die zentrale Halterungssäule 70 und daher die obere Polierplatte 20 angehoben, wobei sie sich zusammen mit der Plattform 240 in Richtung nach oben bewegen, um einen erhöhten Abstand zwischen der oberen und unteren Polierplatte 20 beziehungsweise 26 zur Verfügung zu stellen.

Nachdem die Werkstücke ersetzt wurden, ist das Polierwerkzeug für einen neuen Betriebszyklus bereit. Am Anfang werden die Antriebsmotoren 216, 218 und 220 in Betrieb gesetzt, um die Gewindewellen 210, 212 und 214 in entgegengesetzte Richtung zu drehen, damit die Plattform 206, die durch sie gehalterte Plattformanordnung 60 und die zentrale Halterungssäule 70 mit der sich entsprechend bewegenden oberen Polierplatte 20 abgesenkt werden. Während dieses Betriebszeitraums bleibt der plattenförmige Vorsprung 96 im Eingriff mit der oberen Oberfläche 240 der Plattform 206. Wenn sich die Gewindewellen 210, 212 und 214 weiterdrehen, wird die untere Oberfläche der Plattform 206 in Berührung mit einstellbaren Führungsstiften 246 gebracht, die vertikal einstellbar auf Stützen angebracht sind, die von Halterungskragen 248 ausgehen. Die Führungsstifte 246 können eine Außengewindeoberfläche für die Vertikaleinstellung aufweisen, oder es können alternativ die Anschlagkragen 248 im Gewindeeingriff mit den Halterungssäulen 32, 34 und 36 stehen (mit oder ohne die Führungsstifte 246), um eine Vertikalanschlagseinstellung für die Plattform 206 zur Verfügung zu stellen. Bei weitergehender Drehung der Gewindestangen 210, 212 und 214 wird die Plattform 206 so abgesenkt, daß sie in Berührung mit den Führungsstiften 246 gelangt, und werden dann die Motoren 216, 218 und 220 abgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist es allgemein vorzuziehen, daß die obere Polierplatte 20 sich zumindest geringfügig oberhalb der unteren Polierplatte 26 befindet, wobei die Plattform 206 in einer festen, stabilen Position festgelegt ist. Bei einer Druckverringerung in dem Balg 104, einer Druckerhöhung in dem oberen Balg 102, oder beidem, wird die zentrale Halterungssäule 70 und daher die an ihrem Boden gehalterte obere Druckplatte 20 um ein weiteres Ausmaß abgesenkt, bis der gewünschte Polierdruck erzielt wird. Wie voranstehend erwähnt gestattet es die Verwendung der von einem Fluid druckbeschlagten Bälge, daß eine exakte Kontrolle der Änderung und Änderungsrate der Polierdrucke erfolgt. Durch Verwendung mehrerer Bälge kann darüberhinaus die Doppelwirkungskontrolle der oberen Polierplatte leicht erzielt werden, auf eine Weise, in welcher wirkungsvoll Vibrationen bei Auslenkbewegungen in der oberen Polierplatte während eines Betriebszyklus gedämpft oder anderweitig gesteuert werden.

Wie bei den vorherigen Ausführungsformen ist das Gewicht der Plattform und der Plattformanordnung größer als die nach unten gerichtet Kraft, die dazu erforderlich ist, die gewünschten Polierdrucke zu erzeugen. Daher ist es nicht erforderlich, die Gewindestangen 210, 212 und 214 nach dem Eingriff anzutreiben, um die gewünschten Polierdrucke bereitzustellen. Wie bereits erwähnt wird es jedoch vorgezogen, daß die nach unten gerichtete Kraft dadurch erhöht wird, daß der Druck in dem oberen Balg 102 erhöht wird, obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform diese erhöhte, nach unten gerichtete Kraft relativ klein ist, im Vergleich zum Gewicht der oberen Polierplatte und der zugehörigen Bauteile, etwa der zentralen Halterungssäule 70. Obwohl dies im Allgemeinen nicht vorgezogen wird, ist es möglich, die Betätigung der von einem Fluid unter Druck gesetzten Bälge 102, 104 wegzulassen, durch Steuern der Polierdrucke durch die Gewindestangen 210, 212 und 214.

In Bezug auf die Zeichnungen und die voranstehende Beschreibung ist es nicht erwünscht, daß diese die einzigen Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in Bezug auf konstruktive Einzelheiten und den Betriebsablauf. Es lassen sich Änderungen der Form und der Proportionen von Teilen überlegen, und ebenso der Austausch durch Äquivalente, wie dies unter bestimmten Umständen wünschenswert oder sinnvoll sein kann; zwar wurden bestimmte Begriffe verwendet, jedoch sind sie allgemein und beschreibend zu verstehen, und nicht einschränkend, wobei sich Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung zum Polieren eines Werkstückes, welche aufweist:

    ein Gestell;

    eine obere Polierplatte;

    eine untere Polierplatte, die unterhalb der oberen Polierplatte angeordnet ist;

    eine Plattenhalterungswelle, die von der oberen Polierplatte nach oben verläuft, und eine Zentrumsachse aufweist;

    eine Montagevorrichtung zur Montage der Plattenhalterungswelle, damit diese sich in Vertikalrichtung hin- und herbewegen kann, und um ihre Zentrumsachse drehen kann;

    eine Plattform, die von der Welle so gehalten wird, daß sie sich mit ihr zusammen bewegt, wobei die Plattenhalterungswelle durch die Plattform hindurch geht;

    eine Plattformhalterungsvorrichtung, die von dem Gestell gehaltert wird, um mit der Plattform an einer festen Position in Eingriff zu gelangen, während eine Bewegung der Welle in Bezug auf die Plattform zugelassen wird; und

    eine Positioniervorrichtung, die eine doppelt wirkende, von einem Fluid druckbeaufschlagte Balgvorrichtung aufweist, die von der Plattform getragen wird, und in Eingriff mit der Plattenhalterungswelle gelangt, um die Plattenhalterungswelle und daher die obere Polierplatte in Bezug auf die Plattform zu verschieben, um so die obere Polierplatte zur unteren Polierplatte hin beziehungsweise von dieser weg zu bewegen.
  2. 2. Poliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattformhalterungsvorrichtung mehrere Anschlagblöcke aufweist, die durch das Gestell gehaltert sind, und so mit der Plattformvorrichtung wechselwirken, daß sie deren Bewegung begrenzen, und um die Plattformvorrichtung an einer festen Position oberhalb der oberen Polierplatte zu haltern.
  3. 3. Poliereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagblöcke in Bezug auf das Gestell einstellbar positionierbar ausgebildet sind.
  4. 4. Poliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Plattformteil jeweils einen im wesentlichen dreieckigen Aufbau aufweisen, und daß das Gestell eine im wesentlichen dreieckige obere Wand aufweist, welche eine Hängehalterung für die obere Polierplatte zur Verfügung stellt.
  5. 5. Poliereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusammenwirkende Ausrichtungsvorrichtung auf der oberen und der unteren Polierplatte vorgesehen ist, um die obere und untere Polierplatte zueinander ausgerichtet auszurichten, wenn die oberen Enden unterer Polierplatten zusammengebracht werden.
  6. 6. Poliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Polierplatte eine Zentrumsachse aufweist, und daß die Poliereinrichtung weiterhin eine Vorrichtung zum Drehen der oberen Polierplatte um die Zentrumsachse aufweist.
  7. 7. Poliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander zusammenwirkend eine Sonnenradvorrichtung, eine Ringzahnradvorrichtung und mehrere mit Zähnen versehene Trägervorrichtungen vorgesehen sind, die koplanar zur Sonnenradvorrichtung und der Ringzahnradvorrichtung ausgerichtet und zwischen diesen angeordnet sind, wobei die Sonnenradvorrichtung, die Ringzahnradvorrichtung und die mehreren gezahnten Träger auf der unteren Polierplatte gehaltert werden, so daß die mit Zähnen versehenen Träger um ihre jeweiligen Zentrumsachsen gedreht werden, wenn die gezahnten Träger um die Zentrumsachse der unteren Polierplatte gedreht werden.
  8. 8. Poliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsvorrichtung eine Kammer aufweist, die auf der oberen Polierplatte gehaltert ist, einen Vorsprung, der auf der Plattenhalterungswelle gehaltert ist, und innerhalb der Kammer angeordnet ist, sowie einen ersten und zweiten druckdichten Behälter, die jeweils Außenwände aufweisen und innerhalb der Kammer angeordnet sind, ein Behälter an jeder Seite des Vorsprungs, wobei die Außenwände in Eingriff mit dem Vorsprung gelangen, um die Plattenhalterungswelle in Bezug auf die Plattform zu verschieben.
  9. 9. Poliereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest entweder der erste oder der zweite druckdichte Behälter elastische Außenwände aufweist, welche ihre Größe in Reaktion auf den Druck innerhalb des betreffenden Behälters ändern.
  10. 10. Poliereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Behälter aufblasbar ist.
  11. 11. Poliereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Behälter als Faltenbalg ausgebildet ist.
  12. 12. Poliereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest entweder der erste oder der zweite druckdichte Behälter mit dem Vorsprung so zusammenwirkt, daß mit diesem ein Faltenbalg ausgebildet wird.
  13. 13. Poliereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des zumindest einen druckdichten Behälters im wesentlichen unelastisch ist, wobei der Hauptanteil der Kraft, die gegen den Vorsprung entwickelt wird, dem Öffnen mit dem Federbalg zugeordnet ist.
  14. 14. Poliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Transportvorrichtung vorgesehen ist, um die Plattformhalterungsvorrichtung und die Positioniervorrichtung zu der unteren Polierplatte und von dieser weg zu transportieren.
  15. 15. Poliereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung eine Vorrichtung zum Anheben und Absenken der Plattenhalterungswelle aufweist, und eine erste Eingriffsvorrichtung, die auf der Plattform gehaltert ist, um in Eingriff mit der Plattenhalterungswelle zu gelangen, so daß sie zusammen mit dieser gehaltert wird, wenn die Plattenhalterungswelle angehoben und abgesenkt wird.
  16. 16. Poliereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung eine Vorrichtung zum Anheben und Absenken der Plattform aufweist, sowie eine zweite Eingriffsvorrichtung, die auf der Plattenhalterungswelle gehaltert ist, um in Eingriff mit der Plattform zu gelangen, um mit dieser gehaltert zu werden, wenn die Plattform angehoben und abgesenkt wird.
  17. 17. Poliereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform einen im wesentlichen dreieckigen Aufbau aufweist, und daß das Gestell Halterungssäulen aufweist, die durch Öffnungen hindurchgehen, die in der zweiten Plattform vorgesehen sind, um so eine Gleithalterung zur Verfügung zu stellen.
  18. 18. Poliereinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell eine im wesentlichen dreieckige obere Wand aufweist, die eine Hängehalterung für die Plattform zur Verfügung gestellt, und daß die Vorrichtung zur Bewegung des ersten Plattformteils zur unteren Polierplatte hin und von dieser weg eine Plattformaufhängevorrichtung für die hängende Halterung des ersten Plattformteils von der oberen Wand aufweist.
  19. 19. Poliereinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung mehrere zur Drehung angetriebene Stangen aufweist, die im Gewindeeingriff mit dem ersten Plattformteil stehen.






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