DE10218039A1

DE10218039A1 - Bearbeitungskopf zur Oberflächenbearbeitung

Info

Publication number: DE10218039A1
Application number: DE10218039A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Stacklies
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-13
Also published as: AU2003229695A1; WO2003090973A1; US6951500B2; US20040116049A1

Abstract

Ein Bearbeitungskopf (5) zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken (3), insbesondere zum Polieren von Glasflächen, weist wenigstens ein mit der zu bearbeitenden Oberfläche (2) in Kontakt tretendes Bearbeitungswerkzeug (6) auf, dessen Längsachse (7) im Wesentlichen senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche (2) ausgerichtet ist. Das Bearbeitungswerkzeug (6) ist zur Bearbeitung der Werkstücke (3) mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung (9) in einer wenigstens annähernd senkrecht zu seiner Längsachse (7) verlaufenden Richtung (X; Y) verfahrbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken.

Aus der DE 197 51 750 A1 ist ein gattungsgemäßer Bearbeitungskopf bzw. ein Werkzeug sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen optischer Linsen bekannt. Die Vorrichtung ist dabei in der Lage, mehrere Spindeln, an denen die Bearbeitungsköpfe bzw. Werkzeuge angehängt sind, in x-, y- und z-Richtung zu verstellen bzw. zu bewegen.

Die DE 298 03 158 U1 beschreibt eine Mehrspindel-Poliermaschine mit verschiedenen Polierwerkzeugen. Hierbei wird das Polierwerkzeug jeweils auf einer vorbestimmten Bahn über die zu polierende Fläche geführt, wobei das Bearbeitungswerkzeug bzw. die Polierauflage, also derjenige Teil des Bearbeitungskopfes, der für die eigentliche Bearbeitung verantwortlich ist, gegenüber dem gesamten Bearbeitungskopf starr ist.

Der Nachteil dieser Bearbeitungsköpfe bzw. des mit diesen Bearbeitungsköpfen ausgeführten Verfahrens besteht darin, daß durch das zwangsläufig regelmäßige Abfahren der zu bearbeitenden Fläche entlang bestimmter Bahnen entsprechend regelmäßige Strukturen auf der Oberfläche erzeugt werden, was jedoch insbesondere bei Spiegel- oder Linsenflächen, die in Lithographiesystemen eingesetzt werden sollen, äußerst problematisch ist, weil hierdurch beispielsweise Streulicht-Effekte erzeugt werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bearbeitungskopf zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken zu schaffen, mit dem es möglich ist, bei der Bearbeitung unregelmäßige Strukturen auf der Oberfläche zu erzeugen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, wenigstens eine Antriebseinrichtung, durch welche das Bearbeitungswerkzeug senkrecht zu seiner Längsachse verfahrbar ist; läßt sich das Bearbeitungswerkzeug unabhängig von einer Vorrichtung, an der der Bearbeitungskopf angebracht ist, und damit sehr schnell beliebig variierend verfahren bzw. verstellen, wodurch die Erzeugung von regelmäßigen Strukturen verhindert wird. Eine Drehbewegung des Bearbeitungskopfes ist dabei nicht unbedingt vorgesehen.

Die sich durch den erfindungsgemäßen Bearbeitungskopf ergebenden Strukturen auf der Oberfläche des Werkzeugs sind somit sehr unregelmäßig und rein statistisch, wodurch Einrasteffekte vermieden werden und sich besonders für hochgenaue Anwendungen in der Optik entsprechende Werkstücke herstellen lassen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß sich über den gesamten Bearbeitungsbereich des Bearbeitungskopfes eine gleichmäßige Bearbeitungsgeschwindigkeit ergibt, was zu einer weiteren Verbesserung der Oberflächenqualität führt.

Wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wenigstens eine zweite Antriebseinrichtung vorgesehen ist, durch welche das Bearbeitungswerkzeug zusammen mit der ersten Antriebseinrichtung in einer wenigstens annähernd senkrecht zu der Längsachse des Bearbeitungswerkzeugs verlaufenden Ebene verfahrbar ist, so ist es möglich, das in unmittelbarem Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche stehende Bearbeitungswerkzeug in beliebigen Richtungen und innerhalb kürzester Zeit zu verstellen bzw. verfahren, so daß völlig unregelmäßige Strukturen auf der Oberfläche geschaffen werden können, was zu einer insgesamt stark verbesserten Oberflächenrauheit führt.

Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens zwei Linearmotoren aufweist, so ergibt sich eine Erhöhung der Verstellkraft für das Bearbeitungswerkzeug, wodurch dieses noch schneller verfahren werden kann. Die Vorteile derartiger Linearmotoren liegen neben ihren äußerst hohen Verfahrgeschwindigkeiten vor allem in dem kleinen Bauraum, was für den vorliegenden Anwendungsfall von besonderer Bedeutung ist.

Eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken ist in Anspruch 5 angegeben.

Mit der dabei vorgesehenen Handhabungseinrichtung ist eine Ausrichtung des erfindungsgemäßen Bearbeitungskopfes in den verschiedensten Richtungen gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück möglich, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, eine vielfältige Art von Werkstücken zu bearbeiten.

Ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mit dem erfindungsgemäßen Bearbeitungskopf ist in Anspruch 10 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung mit einer Handhabungseinrichtung und einem daran angebrachten, erfindungsgemäßen Bearbeitungskopf in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Bearbeitungskopfes aus Fig. 1; und
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus Fig. 2.
Eine Vorrichtung 1 zur Bearbeitung einer Oberfläche 2 eines Werkstücks 3 weist eine äußerst schematisch dargestellte Handhabungseinrichtung 4 auf, an der ein Bearbeitungskopf 5 angebracht ist.
Die Handhabungseinrichtung 4 kann beispielsweise ein an sich bekannter Sechs-Achsen-Roboter sein, der den Bearbeitungskopf 5 in x-, y- und z-Richtung orientieren und zusätzlich in drei Achsrichtungen verdrehen kann. Bei dem Werkstück 3 handelt es sich vorzugsweise um eine aus Glas bestehende Linse oder einen Spiegel für ein nicht dargestelltes Lithographiesystem für die Halbleiter-Lithographie. Die Oberfläche 2 des Werkstücks 3 ist insbesondere asphärisch ausgeführt und besitzt eine erforderliche Maßgenauigkeit von weniger als 1 µm. Die bis zu dem Zeitpunkt des Einsatz des Bearbeitungskopfes 5 durchgeführten Bearbeitungschritte an dem Werkstück 3 sind an sich bekannt und werden daher im folgenden nicht näher erläutert. Die Aufgabe des Bearbeitungskopfes 5 ist das Feinpolieren der Oberfläche 2 des Werkstücks 3, was die abschließende Bearbeitung des Werkstücks 3 darstellt und für eine sehr geringe Mikrorauheit der Oberfläche 2 sorgen soll.
Der in Fig. 2 im Schnitt dargestellte Bearbeitungskopf 5 weist eine Polierauflage bzw. allgemein ein Bearbeitungswerkzeug 6 mit einer Längsachse 7 auf, die im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 2 des Werkstücks 3 verläuft. Die entsprechende Ausrichtung des Werkzeuges 5 gegenüber dem Werkstück 3 wird durch die Handhabungseinrichtung 4 übernommen. Das Bearbeitungswerkzeug 6 selbst kann von an sich bekannter Bauart sein und bei entsprechender Änderung des zu bearbeitenden Werkstückes 3 auch ausgewechselt werden.
In einem auch als Halter zu bezeichnenden Gehäuse 8 des Bearbeitungskopfes 5 ist eine in Richtung des Pfeiles X, also in x- Richtung, wirkende Antriebseinrichtung 9 angeordnet, die im vorliegenden Fall zwei in gleicher Richtung wirkende, elektronisch gekoppelte Linearmotoren 10 und 11 aufweist. Die Antriebseinrichtung 9 ist in der Lage, das Bearbeitungswerkzeug 6 senkrecht zu seiner Längsachse 7 zu verstellen bzw. zu verfahren, was durch an das Bearbeitungswerkzeug 6 gekoppelte Sekundärteile 12 und 13 der Linearmotoren 10 und 11 bewerkstelligt wird. Der maximale Verfahrweg des Bearbeitungswerkzeuges 6 innerhalb des Gehäuses 8 ist durch das Bezugszeichen "a" angedeutet. In an sich bekannter Weise verschieben sich die Sekundärteile 12 und 13 bei entsprechender Ansteuerung bzw. Bestromung gegenüber ihren Primärteilen 14 und 15 und sind zusätzlich innerhalb des Gehäuses 8 in im vorliegenden Fall als Kugellager ausgebildeten Lagereinrichtungen 16 und 17 gelagert.
Durch die hohe Verfahrgeschwindigkeit der Linearmotoren 10 und 11 ist es möglich, das Bearbeitungswerkzeug 6 innerhalb kürzester Zeit in x-Richtung zu verfahren und auf diese Weise eine sehr hohe Verfahrgeschwindigkeit, die ja die Schnittgeschwindigkeit für die Bearbeitung der Oberfläche 2 des Werkstücks 3 darstellt, zu erreichen. Dadurch wird insbesondere beim Polieren von Glasflächen erreicht, daß sich durch eine Veränderung der Ansteuerung der Antriebseinrichtung 9 eine mehr oder weniger zufällige Bearbeitung der Oberfläche 2 ergibt. Eine derartige Ansteuerung wird durch eine Weggebereinrichtung 18 erzielt, die entsprechende Signale an die Antriebseinrichtung 9 weitergibt.
Um ein Verfahren des Bearbeitungswerkzeuges 6 in einer Ebene senkrecht zu seiner Längsachse 7 zu erreichen, ist eine zweite Antriebseinrichtung 19 vorgesehen, die in Fig. 3 dargestellt ist. Die zweite Antriebseinrichtung 19 wirkt in Richtung des Pfeiles Y, also in y-Richtung, und somit sowohl senkrecht zu der Längsachse 7 des Bearbeitungswerkzeuges 6 als auch senkrecht zu der Bewegungsrichtung der ersten Antriebseinrichtung 9.
Auch die zweite Antriebseinrichtung 18 weist zwei Linearmotoren 20 und 21 auf, die im vorliegenden Fall identisch mit den beiden Linearmotoren 10 und 11 der ersten Antriebseinrichtung 9ausgeführt sind und somit ebenfalls elektronisch miteinander gekoppelt sind. Außerdem weisen auch die Linearmotoren 20 und 21 entsprechende Sekundärteile, Primärteile und Lagereinrichtungen auf, die jedoch nicht näher dargestellt sind. Durch die in y-Richtung wirkende Antriebseinrichtung 19 ist auf diese Weise, zusammen mit der in x-Richtung wirkenden ersten Antriebseinrichtung 9 eine Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges 6 innerhalb einer kompletten Ebene möglich.
Die Ansteuerung der Weggebereinrichtung 18 erfolgt über eine in Fig. 1 angedeutete Steuerungseinrichtung 22 und eine Rechnereinrichtung 23, die auch die Handhabungseinrichtung 4 ansteuern. Dadurch ist es möglich, das Bearbeitungswerkzeug 6 in beliebigen Geometrien zu verfahren, wobei sowohl überlagerte Bewegungen des Bearbeitungswerkzeuges 6 mit der Handhabungseinrichtung 4 als auch Bewegungen lediglich des Bearbeitungswerkzeuges 6 möglich sind.

Claims

1. Bearbeitungskopf zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Polieren von Glasflächen, mit wenigstens einem mit der zu bearbeitenden Oberfläche in Kontakt tretenden Bearbeitungswerkzeug, dessen Längsachse im wesentlichen senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (6) zur Bearbeitung der Werkstücke (3) mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung (9) in einer wenigstens annähernd senkrecht zu seiner Längsachse (7) verlaufenden Richtung (X; Y) verfahrbar ist.

2. Bearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zweite Antriebseinrichtung (19) vorgesehen ist, durch welche das Bearbeitungswerkzeug (6) zusammen mit der ersten Antriebseinrichtung (9) in einer wenigstens annähernd senkrecht zu der Längsachse (7) des Bearbeitungswerkzeugs (6) verlaufenden Ebene verfahrbar ist.

3. Bearbeitungskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsrichtungen (X, Y) der beiden Antriebseinrichtungen (9, 19) im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

4. Bearbeitungskopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebseinrichtungen (9, 19) in einem Gehäuse (8) des Bearbeitungskopfes (5) angeordnet ist.

5. Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Antriebseinrichtung (9) wenigstens zwei Linearmotoren (10, 11) aufweist.

6. Bearbeitungskopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei gleichwirkenden Linearmotoren (10, 11) elektronisch miteinander gekoppelt sind.

7. Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mit einer Handhabungseinrichtung (4) und mit wenigstens einem an der Handhabungseinrichtung (4) angebrachten Bearbeitungskopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Antriebseinrichtung (9) des Bearbeitungskopfes (5) über eine Rechnereinrichtung (23) steuerbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Rechnereinrichtung (23) mit wenigstens einer Steuerungseinrichtung (22) und wenigstens einer Weggebereinrichtung (18) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Handhabungseinrichtung (4) als Sechs-Achsen-Roboter ausgebildet ist.

11. Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mit einem Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (6) mittels der wenigstens einen Antriebseinrichtung (9) ständig bewegt wird.