DE2925790C2

DE2925790C2 - Einrichtung zum Zubereiten und Zuführen einer ein Schleifmittel enthaltenden Suspension zum Wirkungsbereich der Werkzeuge von Polier- und Läppmaschinen

Info

Publication number: DE2925790C2
Application number: DE19792925790
Authority: DE
Inventors: Albert Vladimirovi&ccaron; Alekseev; Pavel Nikolaevi&ccaron; Maslennikov; Aleksandr Ivanovi&ccaron; Pergunov; Vladimir Ivanovi&ccaron; Vorone&scaron; Seljutin; Vladimir Fedorovi&ccaron; U&scaron;akov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1983-09-01
Also published as: DE2925790A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zubereiten und Zuführen einer ein Schleifmittel enthaltenden Suspension zum Wirkungsbereich der Werkzeuge von Polier- und Läppmaschinen, mit einer Einheit zur Suspensionszubereitung aus Ausgangskomponenten, die über eine Austrittsöffnung mit einer Verteilungseinheit in Verbindung steht, welche in Form einer Rohrleitung mit Ableitstutzen zur Suspensionszufuhr zu jedem Werkzeug ausgeführt und mit ihrem Ausgang mit einer ersten Eintrittsöffnung der Einheit zur Suspensionszubereitung in Verbindung gesetzt ist, sowie einem Behälter zum Sammeln der verbrauchten Suspension, der mit einer Einheit zum Reinigen der verbrauchten Suspension in Verbindung steht, welche ihrerseits mit einer zweiten Eintrittsöffnung der Einheit zur Suspensionszubereitung verbunden ist.

Die Erfindung kann mit Erfolg beim Polieren von Platten aus Halbleitermaterial angewendet werden.

Die Hauptbedingungen für die Gewährleistung einer gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung beim Polieren mittels ungebundenen Schleifmittels sind in der dem Wirkungsbereich der Polierscheiben zugeführten Suspension die Aufrechterhaltung eines konstanten Verhältnisses zwischen der festen Phase (Schleifmittelteilchen) und der flüssigen Phase, eines konstanten pH-Wertes (des Säuregehaltes) der Lösung und eines konstanten mengenmäßigen Suspensionsverbrauchs.

Eine Störung des vorgegebenen Verhältnisses zwischen der festen und der flüssigen Phase in der "Suspension führt beispielsweise bei Vergrößerung der Menge ypn Schleifmittelteilchen zum Auftreten von Kratzern auf der zu polierenden Oberfläche. Eine Abnahme des Suspensionsstromes (Verringerung des Verbrauchs) wird gleichfalls von ψϊψβ.^erminderung der Qualität der zu bearbeitenden ÖBerOäciie begleitet, und zwar entstehen ,auf dieser dannj Kratzer und Aufschmelzungen.

Bei einer bekannten (US-PS 40 59 929) Einrichtung zum Zubereiten und Zuführen einer ein Schleifmittel enthaltenden Suspension zum Wirkungsuereich der Werkzeuge von Polier- und Läppmaschinen der eingangs beschriebenen Art wird die Konstanz des Suspensionsverbrauchs mit Hilfe von Pumpen und Ventilen aufrechterhalten, die in der Hauptleitung für die Suspensionszuführung eingebaut sind. Diese bekannte Einrichtung enthält eine Einheit zum Zubereiten der Suspension aus Ausgangskomponenten, die aus zwei Behältern besteht, in welche getrennt das Suspensionskonzentrat und ein Lösungsmittel eingebracht werden. Jeder Behälter steht mit einer eigenen Verteilungseinheit in Verbindung, die in Form einer Rohrleitung konstanten Querschnitts mit Ableitstutzen zum Zuführen der Suspension über Mischköpfe zu jedem Werkzeug ausgeführt ist Die Einrichtung enthält auch einen Behälter zum Sammeln der verbrauchten Suspension, der mit einer Einheit zur Reinigung der verbrauchten Suspension verbunden ist, wo das Absetzen fester Teilchen (des Schleifmittels) am Behälterboden sowie das Oberpumpen des Lösungsmittels in den jeweiligen Behälter der Einheit zur Suspensionszubereitung zwecks seiner Wiederverwendung erfolgen. Dieses System arbeitet auf folgende Weise:

Das Suspensionskonzentrat und Lösungsmittel werden aus den entsprechenden Behältern mittels Pumpen zu den Verteilungseinheiten mit Stutzen für die Zuführung der Komponenten in die Mischköpfe gefördert.

In den Mischköpfen wird das Suspensionskonzentrat mit dem Lösungsmittel veinischt. Die erhaltene Suspension wird aus den Mischköpfen der Bearbeitungszone zugeführt. Das Verhältnis von fester und flüssiger Phase wird über die Förderleistung der Pumpen gesteuert. Die überschüssigen Komponenten werden aus der Verteilungseinheit in die Ausgangsbehälter zurückgeführt.

Der bei diesem System für jede Bearbeitungsstelle vorgesehene eigene Mischkopf verteuert die Einheit für das Zubereiten der Suspension indes erheblich. Verzichtet kann bei der bekannten Einrichtung auf die Mischköpfe aber auch nicht ohne weiteres werden, weil sich bei einer Versorgung mehrerer Arbeitsstellen aus einem einzigen Mischer u. U. wesentlich längere Rohrleitungen zwischen Mischer und Bearbeitungsstelle ergeben können, wobei mit zunehmender Rohrlänge auch die Gefahr des Absetzens der Schleifmittelteilchen in der Rohrleitung und der schichtweisen Trennung der Suspension in ihre Bestandteile nach deren spezifischem Gewicht zunimmt. Besonders hoch ist die Gefahr des Ausfallens von festen Teilchen ggfs. dabei an Abzweig-Stellen von Ableitstutzen, die einen kleineren Querschnitt als die Rohrleitung der Verteilungseinheit aufweisen. Hier entstehen Wirbelströme, die die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension zusätzlich herabsetzen, was zu ungleichmäßiger Dispergierung, Verunreinigung und Verstopfung der Ableitstutzen führt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die bekannte Einrichtung so weiterzubilden, daß es des Einsatzes separater Mischköpfe für jede Bearbeitungsstelle nicht mehr bedarf und zwar ohne daß dabei die Gefahr einer Entmischung der zuzuführenden Suspension und der Ablagerung von Schleifmittelteilchen in den Rohrleitungen steigt.

Ausgehend von der Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrleitung wechselweise aus zylindrischen Ajschnitten und nichtzylindriscrien Abschnitten besteht wobei die letzteren, von dem Durchmesser der zylindrischen Abschnitte ausgehend, sich zunächst auf einen bestimmten größeren Durchmesser erweitern und dann wieder jeweils verjüngen, und daß die Abzweigstellen der Ableitstutzen in der Zone des maximalen Durchmessers der nichtzylindrischen Abschnitte angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise wird dabei die Größe der Fläche des Querschnittes mit dem maximalen Durchmesser der nichtzylindrischen Abschnitte so gewählt, daß sie das Drei- bis Fünffache der Größe der Fläche des Querschnittes der zylindrischen Abschnitte beträgt.

Diese Ausführung der Verteilungseinheit führt überraschenderweise zu einer Aufrechterhaltang der Gleichheit der Suspensionszusammensetzung auf der gesamten Länge der Rohrleitung der Verteilungseinheit und das Vorhandensein von abwechselnd verbreiterten und verengten Rohrleitungsabschnitten schließt damit die Möglichkeit des Ausfallens der festen Suspensionsbestandteile, der Entstehung von Stillstandszoaen und der Verstopfung der Ableitstutzen weitgehend aus.

Aus der FR-PS 21 90 242 ist eine derartige Ausbildung der Rohrleitung einer Verteilereinheit nun an sich zwar bereits bekannt Diese Einrichtung besteht aus einer äußeren Hülse, in welcher ein Abschnitt der Rohrleitung angeordnet ist. Innerhalb der Hülse sind zylindrische und nichtzylindrische Abschnitte der Rohrleitung zusammengefügt, wobei die letzteren von dem Durchmesser des zylindrischen Abschnittes ausgehen, der sich bis zu einem bestimmten Durchmesser erweitert und jeweils wieder verjüngt. Diese bekannte Einrichtung wird jedoch zum Schutz einer bestimmten Zone der Rohrleitung vor mechanischen Beschädigungen durch Einwirkung äußerer Kräfte verwendet, ohne daß dabei auch eine Beeinflussung des Verlaufs der Flüssigkeitsbewegung innerhalb der Rohrleitung beabsichtigt ist.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung einer konkreten Ausführungsvariante derselben und anhand der Zeichnungen erläutert: in den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Konstruktionsschema der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Zubereiten und Zuführen einer ein Schleifmittel enthaltenden Suspension zu den Werkzeugen von Polier- und Läppmaschinen und

Fig. 2die Einzelheit Aaus Fig. I,vergrößert.

Die Haupteinheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die Einheit 1 zur Suspensionszubereitung aus Ausgangskomponenten, die über eine Austrittsöffnung 2 mit einer Verteilungseinheit 3 verbunden ist. die in Form einer Rohrleitun 4 mit Ableitstutzen 5 zur Suspensionszuluhr zum Wirkungsbereich der Werkzeuge von Polier- und LS maschinen 6 ausgeführt ist. Die Poliermaschinen 6 : hen mit einem Behälter 7 zum Sammeln der verbrachten Suspension in Verbindung, der über seinen Ausgang 8 mil einer Einheit 9 zum Reinigen der verbrauchten Suspension veibunden ist.

Die Einheit 9 zum Reinigen der verbrauchten Suspension ist ihrerseits mit einer Öffnung 10 der Einheit 1 zur Suspensionszubereitung verbunden. Die Einheit 1 zur Suspensionszubereitung besieht aus einem Behälter 11 zum Zubereiten der Suspension und einem Behälter 12 zum Speichern der fertigen Suspension. Der Behälter 11 ist mit dem Behälter 12 mittels einer Rohrleitung 13 verbunden. In der Rohrleitung 13 sind eine Zentrifuge 14 und ein Filter 15 eingebaut die zum

ίο Reinigen der Suspension von größeren Schleifmittelteilchen und anderen größeren Fremdteilchen bestimmt sind.

Der Behälter 11 stellt einen geschlossenen Raum dar, in dessen Deckel 16 ein Mischer 17 befestigt ist

is Der Mischer 17 besteht aus einem Elektromotor 18, an dessen Welle ein Propellerrührwerk 19 starr befestigt ist, und einem zur Achse des Rührwerks 19 koaxialen Hohlzylinder 20 mit Öffnungen 21 in den Wandungen.

Außerdem sind im Deckel 16 Stutzen 22 vorhanden, durch welche das Zuführen von Komponenten (Wasser, Schleifmittel und chemisch aktiven Stoffen, wie z. B. Säuren oder Basen) in den Behälter Jl erfolgt Zur Kontrolle der Suspensionsparameter sind in die Wandung des Behälters 11 Aufnehmer 23 von Geräten zur Kontrolle der Suspensionsqualität eingebaut

Unter den Geräten zur Kontrolle der Suspensionsqualität werden beispielsweise Meßgeräte zur Bestimmung von pH-Werten und Geräte zur Bestimmung der

jo Menge der festen Suspensionsbestandteile in der Flüssigkeit u. a. verstanden (diese Geräte sind in den Zeichnungen nicht gezeigt).

Im Boden des Behälters 11 ist ein Absperrventil 24 zum Steuern des Suspensionsabflusses aus dem Behälter

J5 11 in die Rohrleitung 13 angeordnet. Zur Kontrolle des Vorhandenseins der Suspension im Behälter 11 sind Höhenstandsgeber 25 vorgesehen, die mit einer Leuchttafel 26 elektrisch gekoppelt sind.

Der Behälter 12 ist zum Speichern der fertigen Suspension bestimmt und mit einem mechanischen Rührwerk 27 versehen, das an der Welle eines Elektromotors 28 angebracht ist. Im Boden des Beb ilters 12 ist ein Absperrventil 29 angeordnet, das die Austrittsöffnung 2 aus dem Behälter 12 überdeckt. Zur Kontrolle des Vorhandenseins der Suspenjion sind im Behälter 12 Höhenstandsgeber 30 angeordnet, die ebenfalls mit der Leuchttafel 26 elektrisch gedoppelt sind.

Die Verteilungseinheit 3 besteht aus der Rohrleitung

in 4 veränderlichen Querschnitts und den Ableitstutzen 5. Die Rohrleitung 3 besitzt nichtzylindrische Abschnitte 31 mit einem größeren Querschnitt, die an den Abzweigstellen der Ableitstutzen 5 liegen, sowie zwischen den Abschnitten 31 befindliche zylindrische Abschnitte 32 mit einem kleineren Querschnitt Die Abschnitte 31 können im Längsschnitt ellipsenförmig ausgebildet sein. Fertigungstechnisch leich.er realisierbar ist jedoch die in F i g. 2 gezeigte Form. Hier ist ein Abschnitt 31 dargestellt, der aus einem sich verbreiternden Kegel 33 (Diffusor), einem zylindrischen Teil 34, welcher den maximalen Querschnitt F_m, hat, und einem sich verengenden Kegel 35 (Konfusor) besteht. Der Ableitstutzen 5 ist in der Nähe des zylindrischen Teils 34 angebracht und seine Achse verläuit unter einem spitzen Winkel zur Achse der Rohrleitung 4 in Ausbreitungsrichtung der Suspension. Der zylindrische Abschnitt 32 weist avn minimalen Querschnitt F_mi„ auf. Die geometrischen Abmessungen dieser Elemente

(2Θ\25 790

werden in Abhängigkeit .-von;: demr> erforderlichen Suspensionsvcrbrauch_; an der Maschine & gewählt. Üblicherweise. wird die Querscjipitlsfläche /, ; des Ableitstutzens 5 etwas größer, als^di&< rechnerisch? gewählt.um eine Regelung des-Süspensionj^lromes zu errnöglichen. Die Größe ^,inwirdjsusgieh.erid _;von djer Bedingung gew?hlt„d3&,/f_mrtriX>:/'..ß; darin bedeutet η die Anzahl de^.rnit ,den, Maschinen, ^verbundenen Ableitstutzen 5. Die?Fläche riesmaximplqn_;(5uerschnit,is F,_m, wird in Abhängigkeit yon dec Grppe dgs örtliches

Eine optimale Variante ist, wenn die Größe _:der Fläche des Querschnittes mit.dem maximalen Durchmesser der nichtaylindrischeiv Abschnitte 31 gleich ist der drei- bis fünffachen Größe der Fläche . des Querschnittes derzylijidrischen Abschnitte 32.

In diesem Fall entsteht im· Abschnitt der Suspensionsentnahme ein Druck; der zur Überwindung des örtlichen Widerstandes des Ableitstutzens 5 ausreichend ist. Die weitere Vergrößerung von F_ma» führ» zu- ungerechtfertigten Vergrößerungen der Außenabmessungen. Der Kegelwinkel θ kann in einem Bereich von 30 ...40° gewählt werden. Dies erlaubt die Stillstandszonen über die Länge des Abschnittes 31 auf ein Minimum zu reduzieren und ein ruhigeres Strömen der Suspension zu erzielen, bei dem die Bedingungen ihrer ,Entnahme verbessert werden. Die Länge des · zylindrischen Abschnittes 34 ist mindestens gleich seinem Durchmesser. · -

Zur Steuerung des zur Poliermaschine 6 (Fig.l) gelangenden Suspenstonsstromes sind , Ventile 36 vorgesehen, die in den Ableitstutzen 5 eingebaut sind. Als Ventile-; 36 sind zweekmäöigeFweise Ventile zu verwenden, deren Arbeitsprinzip auf der Einschnürung der elastischen Rohrleitung beruht.

Der Speicherbehälter, 12 und die Verteilungseinheit 3 stehen miteinander mittels Rohrleitungen. 37, 3βίη Verbindung und bilden einen, geschlossenen Kreis. Im Strang der Rohrleitung 37 ist eine Druckpumpe 39 installiert Die Maschinen 6 sind über Stutzen 40 mit dem Behälter 7 zum Sammeln der "Verbrauchten Suspension in Verbindung gesetzt. Der Behälter' 7 ist über die Atistrittsöffciünge mittels«iner Rohrleitung.41 mit der Einheit 9 züifi Reinigen, der Suspension verbunden. Die Einheit 9 umfaßt ehr Filter42 und eine Zentrifuge 43, die im Strang der !Rohrleitung: 41 eingebaut sind, ^und »feinen mit xfcr ,Rohrleitung 41 verbundenen Behälter 44. Der Behälter 44 ist mit einem mechanischen Rührwerk 45 versehe;^ das an der Welle eines Elektromotors 46 befestigt ist, und im Boden des Behälters 44 ist ein Absperrventil 47 angeordnet. Zur Kontrolle des Vorhandenseins der Suspension im Behälter 44 sind Höhenstandsgeber 48 vorgesehen; die den Gebern 25, 30 in den Behältern 11, 12 ähnlich und gleichfalls mit der Leuchttafel 26 verbunden sind; Der Behälter 44 der Reinigungseinhei.t 9 und der, Behälter 11 der Einheit 1 _:zur Suspensionszubereitung sind mitcinander mittels eriner Rohrleitung 49 verbunden, in deren Strang eine Druckpumpe 50 angeordnet ist.

Die Ausführung der Rohrleitung 4 der Verteilurtgseinheit 3 in Form einer Rohrleitung veränderlichen Querschnitts gestattet es. die Bedingungen für die

π Suspensionsentnahme zu verbessern. Dies ist dadurch bedingt, daß in den Abschnitten 31 mit dem größeren Querschnitt eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit eintritt. Die Bewegung des Stroms beruhigt sich und geht in¹ einen Zustand über, der dem

:n laminaren Strömungszustand (für feindisperse SiOr Pulver) nahekommt. Hierbei nimmt in den erweiterten Abschnitten 31 der örtliche Druck zu, was günstige Bedingungen für die Suspensionsentnahme in die Ableitstutzen 5 schafft. In den zylindrischen Abschnitten

>5 32 der Rohrleitung 4 (Abschnitte mjt dem kleineren Querschnitt) steigt die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension,, der Strom geht in den turbulenten Zustand übßr wodurch die Suspension intensiv durchgemischt sowie nach der festen Phase homogen wird und dann in

jo den folgenden Abschnitt 31 mit dem größeren Querschnitt gelangt usw. Somit bietet die abwechselnde Verminderung und Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension unter gleichzeitiger Druckänderung die Möglichkeit, den Effekt der Homogenität der

J₅ Suspension auf der gesamten· Länge der Rohrleitung und verbesserte Bedingungen,der Suspensionsentnah-■me zu den Maschinen zu erzielen. ·■■.·. ■

Die Anordnung der Ablejtstutzen 5, für die Suspension unter einem spitzen w'inkei z,ur Achse- der Rohrleitung 4 k». Bewegungsrichtung der Suspension erlaubt es, den örtlichen Eingangswiderstand der Ableitstutzen 5 zu verringern.und Wirbelströme, die an den Anschlußstellen der Ableitstu.tzeii 5 entstehen, puf ein Minimum zu reduzieren ·.sowie,'dadunch die Möglichkeit des Ausfallens des Schleifmittels, und der Verstopfung der öffnungen i«r den Sftuzen S auf ein Mindestmaß zu vermindern. ..·,· _, ·.·, ,-j. ,-_s..

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2'Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Zubereiten und Zuführen einer ' ein Schleifmiittel enthaltenden Suspension zum Wirkungsbereich der Werkzeuge von Polier- und Läppmaschinen, mit einer Einheit zur Suspensionszubereitung aus Ausgangskomponenten, die über eine Austrittsöffnung mit einer Verteilungseinheit in Verbindung steht, welche in Form einer Rohrleitung mit Ableitstutzen zur Suspensionszufuhr zu jedem Werkzeug ausgeführt und mit ihrem Ausgang mit einer ersten Eintrittsöffnung der Einheit zur Suspensionszubereitung in Verbindung gesetzt ist, sowie einem Behälter zum Sammeln der verbrauchten Suspension, der mit einer Einheit zum Reinigen der verbrauchten Suspension in Verbindung steht, welche ihrerseits mit einer zweiten Eintrittsöffnung der Einheit zur Suspensionszubereitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (4) wechselweise aus zylindrischen Abschnitten (32) und nichtzylindrischen Abschnitten (31) besieht, wobei die letzteren, von dem Durchmesser der zylindrischen Abschnitte (32) ausgehend, sich zunächst auf einen bestimmten größeren Durchmesser erweitern und dann wieder jeweils verjüngen, und daß die Abzweigstellen der Ableitstutzen (5) in der Zone des maximalen Durchmessers der nichtzylindrischen Abschnitte (31) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Fläche des Querschnittes mit dem maximalen Durchmesser der nichtzylindrischt Abschnitte (31) das Drei- bis Fünffache der Größe der Fläche des Querschnittes der zylindrischen Abschnitte (32) beträgt.