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Gegenstand der Erfindung ist ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Läppscheiben.
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Läppscheiben
werden als Bearbeitungswerkzeug in Läppmaschinen eingesetzt, um
Oberflächen
scheibenförmiger
Werkstücke
zu bearbeiten. Während
des Läppvorgangs
wird das Werkstück, beispielsweise
eine Halbleiterscheibe, zwischen zwei entgegengesetzt rotierenden
Läppscheiben
unter Zuführung
einer Läppsuspension
(auch als „Slurry" bezeichnet) abrasiv
bearbeitet.
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Die Läppscheiben sind an ihren Oberflächen mit
schmalen und tiefen Nuten und Bohrungen versehen, in denen sich
während
des Läppvorgangs
Slurry, Korrosionsprodukte und abgetragenes Material vom Werkstück ablagern.
Außerdem
bilden sich an den Kanten der Nuten durch Verschleiß der Läppscheiben
Grate. Die Ablagerungen bilden Konglomerate, die sich während des
Läppvorgangs
lösen und Kratzer
auf der Werkstückoberfläche verursachen. Aus
diesem Grund müssen
die Läppscheiben
regelmäßig gereinigt
werden. Eine manuelle mechanische Reinigung mit anschließender Spülung ist
nicht zielführend,
da sich die Ablagerungen bei der Spülung zum Teil lediglich in
dem System von Nuten räumlich umverteilen,
aber nicht vollständig
entfernt werden.
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In den
JP 20021178258 A und
der
JP 07009342 wird
jeweils das das Reinigen von zwei Schleif- bzw. Polierscheiben mittels
eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl
beschrieben, wobei die Flüssigkeit
nur aufgebracht wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe bestand somit darin, eine wirksame Reinigung von Läppscheiben
zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
eine Reinigungsvorrichtung, umfassend zwei parallel zueinander angeordnete
Platten mit jeweils wenigstens einer in die Platte integrierten,
nach außen
gerichteten Hochdruckdüse
mit Flüssigkeitszuführung zum
Erzeugen eines Flüssigkeitsstrahls
und jeweils einer ringförmig
um jede Hochdruckdüse
angebrachten Absaugöffnung
mit einer Flüssigkeitsabführung, die mit
einer Saugpumpe verbunden ist.
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Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch
ein Verfahren zum gleichzeitigen Reinigen beider Läppscheiben
einer Läppmaschine,
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wobei die Läppscheiben in einen geeigneten Abstand
zueinander gebracht werden und anschließend auf den Arbeitsflächen anhaftende
Ablagerungen mit jeweils zumindest einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl
von beiden Läppscheiben
gleichzeitig abgelöst
werden, die Flüssigkeit
unmittelbar nach ihrem Auftreffen auf die Arbeitsfläche einer
Läppscheibe gemeinsam
mit abgelösten
Verunreinigungen in unmittelbarer Nähe des Flüssigkeitsstrahls mit Vakuum abgesaugt
wird und wobei durch eine geeignete Relativbewegung zwischen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen
und Läppscheiben
die gesamte Arbeitsfläche
der beiden Läppscheiben
abgerastert wird.
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Erfindungsgemäß werden die Arbeitsflächen beider
Läppscheiben
einer Läppmaschine
gleichzeitig mit jeweils mindestens einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl
gereinigt, wobei durch den hohen Druck auch festsitzende Ablagerungen
von der Oberfläche der
Arbeitsscheibe gelöst
werden. Mittels Hochdruckdüsen,
die zwischen den Läppscheiben
geführt werden,
wird gleichzeitig an beiden Läppscheiben die
Nutung mit einer Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, freigestrahlt. Die Flüssigkeit wird sofort, gemeinsam
mit abgelösten
Partikeln, abgesaugt, bevor sie sich über größere Bereiche der teilweise
bereits gereinigten Läppscheiben
verteilen und diese erneut mit Partikeln verunreinigen kann.
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1 zeigt
eine der Erfindung entsprechende Reinigungsvorrichtung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zwei
parallel zueinander angeordnete Platten, eine obere Platte 1 und
eine untere Platte 2. Die Platten dienen der Führung der
Reinigungsvorrichtung zwischen den beiden Läppscheiben (obere Läppscheibe 3 und
untere Läppscheibe 4)
sowie der Abschirmung gegen Spritzwasser. Die Platten weisen vorzugsweise
glatte Oberflächen
auf, die auf der Arbeitsfläche der
Läppscheiben
gleiten können.
Vorzugsweise sind die Oberflächen
der Platten mit einer Kunststofffolie beschichtet. Falls ein direktes
Gleiten der Platten auf den Arbeitsflächen der Läppscheiben vermieden werden
soll, sind in jede Platte wenigstens drei Rollen 8 integriert,
die über
die Arbeitsfläche
einer Läppscheibe
rollen und einen definierten Abstand zwischen Platte und Läppscheibe
gewährleisten.
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In jede der beiden Platten ist zumindest
eine Hochdruckdüse 6 integriert,
die einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl
erzeugt. Die Hochdruckdüsen
sind mit einer Flüssigkeitszuführung 9,
beispielsweise einem Rohr oder einem Schlauch, und mit einer Hochdruckpumpe
verbunden, die die Flüssigkeit unter
hohem Druck in die Flüssigkeitszuführung einspeist
(Druck vorzugsweise zwischen 5 und 240 bar). Der in der Hochdruckdüse erzeugte
Flüssigkeitsstrahl
trifft vorzugsweise etwa senkrecht auf die zu reinigende Arbeitsfläche der
Läppscheibe,
sodass der Strahl problemlos in die schmalen, tiefen Nuten 5 und
Läppmittelzuführungsbohrungen 12 der
Läppscheibe
eindringen und diese von Ablagerungen befreien kann.
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In unmittelbarer Nähe jeder
Hochdruckdüse ist
eine Absaugöffnung 7 in
die Platte integriert, vorzugsweise in Form einer Ringöffnung,
die die Hochdruckdüse 6 ringförmig umgibt.
Die Absaugöffnung ist
mit einer Flüssigkeitsabführung 10,
beispielsweise einem Rohr oder einem Schlauch, und mit einer Saugpumpe
verbunden, die die mit Partikeln verunreinigte Flüssigkeit
absaugt, bevor sie sich über
größere Bereiche
der zu reinigenden Läppscheibe
verteilen kann.
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Die Kombination aus Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen,
die die Nuten der Läppscheiben
freispülen
und auch von festsitzenden Ablagerungen befreien, mit einer sofortigen
Absaugung der verunreinigten Flüssigkeit
gewährleisten
eine sehr hohe Reinigungseffizienz.
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Um die gesamte Fläche der Läppscheiben zu reinigen, muss – unter
Berücksichtigung
der Anzahl und Anordnung der Hochdruckdüsen – für eine geeignete Relativbewegung
zwischen der Reinigungsvorrichtung und den Läppscheiben gesorgt werden,
sodass die gesamte zu reinigende Arbeitsfläche der Läppscheiben im Laufe des Reinigungsvorgangs
erfasst wird. Vorzugsweise wird der Antrieb der Läppscheiben
zur Erzeugung dieser Relativbewegung benutzt. Dabei werden die Läppscheiben während der
Reinigung in eine langsame Rotation versetzt, während die Reinigungsvorrichtung
an einer festen Position verbleibt. Auf diese Weise beschreibt jede
Hochdruckdüse
eine kreisförmige
Bahn auf der zu reinigenden Läppscheibe,
die nach einer Rotation um 360 ° geschlossen
ist.
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Dabei müssen in jede der beiden Platten
der Reinigungsvorrichtung in der gesamten Breite der zu reinigenden
Fläche
(die Breite der zu reinigenden Fläche ist der Abstand zwischen
innerem und äußerem Rand
der Läppscheibe)
eine Vielzahl von Hochdruckdüsen
integriert sein, um die gesamte Breite gleichzeitig zu reinigen.
Alternativ kann, was bevorzugt ist, mit einer geringeren Anzahl
an Hochdruckdüsen
gearbeitet und damit auf eine gleichzeitige Reinigung der gesamten
Breite der Läppscheiben verzichtet
werden. In diesem Fall muss jedoch zusätzlich zur Rotation der Läppscheiben
für eine
bezüglich
der Läppscheiben
radiale Vorschubbewegung der Reinigungsvorrichtung gesorgt werden.
Die Reinigungsvorrichtung umfasst in diesem Fall vorzugsweise zusätzlich einen
Rahmen, auf dem die obere und untere Platte linear beweglich (beispielsweise
mit Führungsstangen)
angebracht sind. Die lineare Bewegung kann beispielsweise mit einem Zahnstangen-Gewindespindelantrieb
erreicht werden, der die beiden Platten der Reinigungsvorrichtung
mit den integrierten Hochdruckdüsen
und Absaugöffnungen
relativ zum Rahmen und damit radial bezüglich der Läppscheiben bewegt. Der radiale
Antrieb ist vorzugsweise regelbar, um die Vorschubgeschwindigkeit
und damit die Reinigungsintensität
variieren zu können.
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Die Rotation der Läppscheiben
und die radiale Vorschubbewegung der Reinigungsvorrichtung sind
so aufeinander abzustimmen, dass im Laufe der Reinigung die gesamte
zu reinigende Arbeitsfläche der
Läppscheiben
erfasst wird. Beispielsweise kann die langsame Rotation der Läppscheiben
mit einer sehr langsamen radialen Vorschubbewegung kombiniert werden,
sodass jede einzelne Düse
auf der Läppscheibe
eine spiralförmige
Bahn beschreibt. In diesem Fall ist eine Rotation um deutlich mehr
als 360 ° nötig, um die
gesamte Fläche
zu reinigen. Beispielsweise können
im Lauf der Reinigung zwei oder mehr vollständige Rotationen stattfinden.
Alternativ kann jedoch auch während
einer Läppscheibenrotation
um 360 ° eine
schnellere oszillierende radiale Bewegung der Reinigungsvorrichtung
erfolgen, sodass jede Hochdruckdüse
auf der Läppscheibe
eine „sternförmige" oder „Zick-Zack"-Bahn beschreibt.
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Anzahl und Anordnung der Hochdruckdüsen, Querschnitt
der erzeugten Flüssigkeitsstrahlen, Größe der zu
reinigenden Fläche,
Geschwindigkeit der radialen Bewegung (der Reinigungsvorrichtung) und
der Rotationsbewegung (der Läppscheiben)
bestimmen die Reinigungsintensität
und sind so aufeinander abgestimmt, dass die gesamte Arbeitsfläche der
Läppscheiben
zumindest einmal komplett gereinigt wird.
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Um die Reinigungswirkung weiter zu
erhöhen,
ist es bevorzugt, die Arbeitsflächen
in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Durchgängen mehrmals vollständig zu
reinigen. Dabei wird vorzugsweise jeweils die Rotationsrichtung
der Läppscheiben
gewechselt.
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Um eine optimale Reinigungswirkung
zu erreichen, wird der Abstand zwischen den Platten der Reinigungsvorrichtung
mit den integrierten Hochdruckdüsen
und Absaugöffnungen
und den Läppscheiben
vorzugsweise möglichst
gering gewählt. Vorzugsweise
gleiten die Platten, die beispielsweise mit einer Kunststofffolie
beschichtet sind, direkt auf den Läppscheiben. Um eine möglichst
enge Führung der
Platten entlang der Läppscheiben
zu erreichen und etwaige Dicken- oder Abstandsinhomogenitäten der
Läppscheiben
auszugleichen, werden die obere und untere Platte 1 bzw.
2 der Reinigungsvorrichtung vorzugsweise durch eine oder mehrere
Federn oder Pneumatik- oder Hydraulikzylinder auseinander und damit
gegen die Läppscheiben 3 und 4 gedrückt. Dadurch
wird ein bestimmter Düsenabstand
zur Läppscheibe
gegeben und ein Abheben der Reinigungsvorrichtung verhindert.
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Um eine sichere und während des
gesamten Reinigungsvorgangs stabile Positionierung der Reinigungsvorrichtung
zu gewährleisten,
wird die Reinigungsvorrichtung bevorzugt an einem unbeweglichen
Teil der Läppmaschine
befestigt, besonders bevorzugt am äußeren Stiftkranz 11 der
Läppmaschine. Beispielsweise
wird die Reinigungsvorrichtung auf den Stiftkranz aufgesteckt oder
am Stiftkranz festgeklemmt. Die Reinigungsvorrichtung umfasst daher vorzugsweise
zusätzlich
eine an den Stiftkranz der Läppmaschine
angepasste Steck- oder Klemmvorrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens
wird zunächst
bei geöffneter
Läppmaschine
(obere Läppscheibe
entfernt) die Reinigungsvorrichtung am Stiftkranz festgeklemmt.
Anschließend
wird die Flüssigkeitszuführung mit
einer Hochdruckpumpe sowie die Flüssigkeitsabführung mit
einer Saugpumpe verbunden. Nachdem die obere Läppscheibe in Reinigungsstellung,
d. h. in einige Zentimeter Abstand zur unteren Läppscheibe (abhängig von
der Dicke der Reinigungsvorrichtung), gebracht wurde, werden die
Platten der Reinigungsvorrichtung auseinander und damit gegen die
Läppscheiben
gedrückt
(d. h. im Falle von Federn werden diese entriegelt, im Falle von
Hydraulik- oder Pneumatikzylindern werden diese mit Druck beaufschlagt).
Der Antrieb der oberen und unteren Läppscheibe wird mit geringer
Drehzahl aktiviert, die Hochdruckpumpe und die Saugpumpe sowie der
radiale lineare Antrieb der Reinigungsvorrichtung werden eingeschaltet.
Die Reinigung läuft
anschließend
in Abhängigkeit
von den Prozessparametern (Anzahl und Anordnung der Hochdruckdüsen, Querschnitt
der erzeugten Flüssigkeitsstrahlen,
Größe der zu
reinigenden Fläche,
Geschwindigkeit der radialen und der Rotationsbewegung) zumindest
so lange, bis die gesamte Arbeitsfläche der Läppscheiben zumindest einmal
vollständig
gereinigt wurde. Nach der Reinigung werden die zur Vorbereitung ausgeführten Schritte
in umgekehrter Reihenfolge und Richtung wiederholt.
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Die Erfindung eignet sich zur Reinigung
von Läppscheiben,
die zum Läppen
harter Materialien, beispielsweise Halbleitermateri al wie Silicium,
verwendet werden. Sie eignet sich jedoch generell zur Reinigung
von gegenüberliegenden
rotierenden Scheiben.