(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024069177
(43)【公開日】2024-05-21
(54)【発明の名称】被加工物を形成する方法およびその方法を実施する機械
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20240514BHJP
B24B 9/00 20060101ALI20240514BHJP
B24B 41/06 20120101ALI20240514BHJP
B24B 49/12 20060101ALI20240514BHJP
B24B 47/14 20060101ALI20240514BHJP
B24B 45/00 20060101ALI20240514BHJP
B24B 7/04 20060101ALI20240514BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20240514BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 621C
B24B9/00 601H
B24B41/06 A
B24B49/12
B24B47/14
B24B45/00 A
B24B7/04 Z
H01L21/304 622H
H01L21/304 601B
H01L21/304 631
H01L21/68 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】84
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023191881
(22)【出願日】2023-11-09
(31)【優先権主張番号】63/424,029
(32)【優先日】2022-11-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/503,309
(32)【優先日】2023-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/511,504
(32)【優先日】2023-06-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】505070380
【氏名又は名称】ハーディング， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100126572
【弁理士】
【氏名又は名称】村越 智史
(72)【発明者】
【氏名】ノブズ， マーティン
(72)【発明者】
【氏名】エジェター， マイケル
(72)【発明者】
【氏名】キニー， ブライアン リー
(72)【発明者】
【氏名】ベリー， ベンジャミン
【テーマコード（参考）】
3C034
3C043
3C049
5F057
5F131
【Ｆターム（参考）】
3C034AA01
3C034AA07
3C034BB73
3C034BB93
3C034CA22
3C034CA30
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3C034DD20
3C043BA03
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3C049AA03
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5F057AA14
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5F131KB12
5F131KB23
5F131KB32
5F131KB38
5F131KB53
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ブールやその他の被加工物を成形および／または仕上げ加工する工程を改善する被加工物を形成する方法及び機械を提供する。
【解決手段】システムにおいて、機械１００は、取付けアセンブリ５０によってケース１３内に配置され、被加工物に接触して被加工物を保持する少なくとも１つのワークヘッド１０、１２と、ケース内に配置され、被加工物が少なくとも１つのワークヘッドと接触している間に、被加工物の表面を研削するための工具アセンブリ１７と、ケース内に配置され、少なくとも１つのワークヘッドによって保持された被加工物からＸ線画像および回折データの少なくとも一方を取得するＸ線装置２８と、を備える。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】システムにおいて、機械１００は、取付けアセンブリ５０によってケース１３内に配置され、被加工物に接触して被加工物を保持する少なくとも１つのワークヘッド１０、１２と、ケース内に配置され、被加工物が少なくとも１つのワークヘッドと接触している間に、被加工物の表面を研削するための工具アセンブリ１７と、ケース内に配置され、少なくとも１つのワークヘッドによって保持された被加工物からＸ線画像および回折データの少なくとも一方を取得するＸ線装置２８と、を備える。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物を形成する方法であって、
第１ワークヘッド上に前記被加工物をロードする工程と、
前記被加工物が前記第１ワークヘッドと第２ワークヘッドの両方に接触するように、前記第２ワークヘッドに対して相対的に前記被加工物を位置決めする工程と、
前記第１ワークヘッドおよび第２ワークヘッドに前記被加工物が接触した状態で、前記被加工物の外周面を第１の研削砥石を用いて研削する工程と、
第２の研削砥石を用いて前記被加工物の一面を研削する工程と、
前記被加工物を取り外す工程と、を備える方法。
第１ワークヘッド上に前記被加工物をロードする工程と、
前記被加工物が前記第１ワークヘッドと第２ワークヘッドの両方に接触するように、前記第２ワークヘッドに対して相対的に前記被加工物を位置決めする工程と、
前記第１ワークヘッドおよび第２ワークヘッドに前記被加工物が接触した状態で、前記被加工物の外周面を第１の研削砥石を用いて研削する工程と、
第２の研削砥石を用いて前記被加工物の一面を研削する工程と、
前記被加工物を取り外す工程と、を備える方法。
【請求項2】
前記被加工物をロードする工程は、前記第１ワークヘッドの第１の被加工物保持装置上に前記被加工物を配置することを含み、前記第１の被加工物保持装置は第１真空プレートを有し、前記第１真空プレートは、前記被加工物を保持するために真空力を印加する真空装置と共に使用するように構成され、前記第１真空プレートは、後退位置と伸長位置との間を移動するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第２ワークヘッドに対して相対的に前記被加工物を位置決めする工程は、前記第２ワークヘッドに対して前記被加工物を第２の軸に沿って位置決めするために前記第１ワークヘッドを第１の軸を中心に回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記被加工物に圧力を加えるために、前記第１ワークヘッドもしくは前記第２ワークヘッドのいずれかまたは両方を、前記被加工物に向かって直線的に移動させる工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記被加工物を取り外す工程は、前記第１ワークヘッドが前記第２の軸から離れるように前記第１の軸を中心に前記第１ワークヘッドを回転させることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項6】
前記第２の研削砥石を用いて前記被加工物の一面を研削する工程において、前記第２ワークヘッドの前記被加工物への接触が解除されるように、前記第２ワークヘッドを前記被加工物から後退させること、を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第２ワークヘッドを前記被加工物から後退させる工程と、
Ｘ線装置を介して前記被加工物の軸方向の一面を示すＸ線画像からデータを取得する、または、前記Ｘ線装置を介して前記被加工物の外径面を示すＸ線画像からデータを取得する工程と、
前記第２の研削砥石を用いて前記被加工物の前記一面を研削するべく前記一面の位置決めを支援するために、得られた前記Ｘ線データの結果を用いて、前記被加工物を回転させて適切な方向に向ける工程と、を更に備える、請求項１に記載の方法。
Ｘ線装置を介して前記被加工物の軸方向の一面を示すＸ線画像からデータを取得する、または、前記Ｘ線装置を介して前記被加工物の外径面を示すＸ線画像からデータを取得する工程と、
前記第２の研削砥石を用いて前記被加工物の前記一面を研削するべく前記一面の位置決めを支援するために、得られた前記Ｘ線データの結果を用いて、前記被加工物を回転させて適切な方向に向ける工程と、を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記一面を研削するために、前記被加工物は前記第１のワークヘッドにより保持され、 前記方法は更に、
前記被加工物を前記第１ワークヘッドから前記第２ワークヘッドに搬送する工程と、
前記第２ワークヘッドから前記第１ワークヘッドへと前記被加工物を戻す工程と、を備える請求項１に記載の方法。
前記被加工物を前記第１ワークヘッドから前記第２ワークヘッドに搬送する工程と、
前記第２ワークヘッドから前記第１ワークヘッドへと前記被加工物を戻す工程と、を備える請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第１の研削砥石を用いて、前記第２ワークヘッドに保持された前記被加工物の前記外周面を研削する工程を更に備える、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記第２の研削砥石を用いて、前記第２ワークヘッドに保持された前記被加工物の前記一面を研削する工程を更に備える、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
を更に備える、請求項８に記載の方法。
前記第２の研削砥石を用いて、前記第２ワークヘッドに保持された前記被加工物の前記一面を研削する工程
前記第２の研削砥石を用いて、前記第２ワークヘッドに保持された前記被加工物の前記一面を研削する工程
【請求項12】
前記第１の研削砥石を前記被加工物の前記外周面に接触させた後、前記第１の研削砥石を前記被加工物から離すように後退させる工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記第２の研削砥石を前記被加工物の前記一面に接触させた後、前記第２の研削砥石を前記被加工物から離すように後退させる工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の研削砥石は第３の軸を中心に回転するように構成され、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドの少なくとも一部は、前記第２の軸を中心に回転するように構成され、前記第１の研削砥石は更に、前記被加工物に向かう方向におよび離れる方向に移動するように構成され、
前記被加工物の前記外周面を研削する工程は、前記第１の研削砥石を回転させることと、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドの少なくとも一部を回転させることとを含む、請求項３に記載の方法。
前記被加工物の前記外周面を研削する工程は、前記第１の研削砥石を回転させることと、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドの少なくとも一部を回転させることとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項15】
前記第１ワークヘッドは前記第２の研削砥石に対して前記第１の軸を中心に回転運動するように構成され、前記第２の研削砥石は、前記被加工物の前記一面を研削するために、前記被加工物に対して回転および直線運動するように構成され、
前記被加工物の前記一面を研削する工程は、前記第２の研削砥石を回転させることと、前記被加工の前記一面に対して前記第２の研削砥石を直線的に移動させることと、を含む、請求項３に記載の方法。
前記被加工物の前記一面を研削する工程は、前記第２の研削砥石を回転させることと、前記被加工の前記一面に対して前記第２の研削砥石を直線的に移動させることと、を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項16】
前記被加工物は、ウェハへと切断するように構成された材料のブールである、請求項１に記載の方法。
【請求項17】
被加工物を形成する機械であって、
前記被加工物に接触して保持するように構成された第１ワークヘッドと、
前記被加工物に接触するように構成された第２ワークヘッドと、
前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドに接触した状態の前記被加工物の外周面を研削する第１の研削砥石と、
前記被加工物の一面を研削する第２の研削砥石と、を備える機械。
前記被加工物に接触して保持するように構成された第１ワークヘッドと、
前記被加工物に接触するように構成された第２ワークヘッドと、
前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドに接触した状態の前記被加工物の外周面を研削する第１の研削砥石と、
前記被加工物の一面を研削する第２の研削砥石と、を備える機械。
【請求項18】
前記第１ワークヘッドは第１の被加工物保持装置を有し、前記第１の被加工物保持装置は第１真空プレートを有し、前記第１真空プレートは前記被加工物を保持するために真空力を印加する真空装置と共に使用するように構成され、前記第１真空プレートは後退位置と伸長位置との間を移動するように構成されている、請求項１７に記載の機械。
【請求項19】
前記第１ワークヘッドは、前記第１真空プレートに接続されたアクチュエータを有し、前記アクチュエータは、前記第１真空プレートおよび前記被加工物を前記後退位置と前記伸長位置との間で移動させるように構成されている、請求項１８に記載の機械。
【請求項20】
前記第１の被加工物保持装置はクランプ機構をさらに有し、前記クランプ機構は、前記第１の真空プレートを把持および解放する開位置および閉位置の間を移動するように構成され、前記第１の真空プレートが前記クランプ機構に対して前記後退位置と前記伸長位置との間で移動するように構成され、それにより前記被加工物を前記クランプ機構に対して後退及び突出させる、請求項１８に記載の機械。
【請求項21】
前記第２ワークヘッドに対して前記被加工物を第２の軸に沿って位置決めするために、前記第１ワークヘッドは第１の軸を中心に回転し、前記被加工物を取り外すために前記第１ワークヘッドは前記第２の軸から離れる方向に回転するように構成される、請求項１７に記載の機械。
【請求項22】
前記被加工物に圧力を印加するために、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドのいずれか一方または両方が、前記第２ワークヘッドまたは前記第１ワークヘッドに向かって第２軸に沿って直線移動するように構成されている、請求項２１に記載の機械。
【請求項23】
前記第１の研削砥石は第３の軸を中心に回転するように構成され、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドの少なくとも一部は前記第２の軸を中心に回転するように構成され、前記第１の研削砥石は、前記被加工物に向かう方向および前記被加工物から離れる方向に移動するように更に構成される、請求項２１に記載の機械。
【請求項24】
前記第１ワークヘッドは前記第２の研削砥石に対して第１の軸を中心に回転運動するように構成され、前記第２の研削砥石は、前記被加工物の前記一面を研削するために、前記被加工物に対して回転および直線運動するように構成される、請求項１７に記載の機械。
【請求項25】
前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドの少なくとも一方によって保持された前記被加工物のＸ線画像からデータを取得するために、前記被加工物に対して相対的に移動するように構成されたＸ線装置を更に備える、請求項１７に記載の機械。
【請求項26】
前記第２の研削砥石を使用して前記被加工物の前記一面を研削するために、得られたＸ線データを介して、前記第１ワークヘッドにより前記被加工物が適切な方向に向けられる、請求項２５に記載の機械。
【請求項27】
前記第２ワークヘッドは更に、前記被加工物を保持するおよび／または前記第１ワークヘッドから前記を受け取るように構成される、請求項１７に記載の機械。
【請求項28】
前記被加工物は、ウェハに切断するように構成された材料のブールである、請求項１７に記載の機械。
【請求項29】
得られたＸ線データの結果により前記被加工物を垂直（Ｙ）軸周りに回転させ、前記被加工物の結晶格子を修正された方法で研削し、それによって前記被加工物に幾何学的特徴を付加する、を更に備える、請求項１７に記載の機械。
【請求項30】
得られたＸ線データの結果により前記被加工物をＸ軸またはＺ軸の少なくとも一方である水平軸を中心に回転させ、前記被加工物の結晶格子を修正された方法で研削し、それによって前記被加工物に幾何学的特徴を付加する、を更に備える、請求項１７に記載の機械。
【請求項31】
被加工物を形成するシステムであって、
ケースと、
前記ケース内に配置され、被加工物に接触して前記被加工物を保持するように構成された少なくとも１つのワークヘッドと、
前記ケース内に配置され、前記被加工物が前記少なくとも１つのワークヘッドと接触している間に前記被加工物の表面を研削するための工具アセンブリと、
前記ケース内に配置され、前記少なくとも１つのワークヘッドによって保持された前記被加工物からＸ線画像および回折データの少なくとも一方を取得するように構成されたＸ線装置と、を備えるシステム。
ケースと、
前記ケース内に配置され、被加工物に接触して前記被加工物を保持するように構成された少なくとも１つのワークヘッドと、
前記ケース内に配置され、前記被加工物が前記少なくとも１つのワークヘッドと接触している間に前記被加工物の表面を研削するための工具アセンブリと、
前記ケース内に配置され、前記少なくとも１つのワークヘッドによって保持された前記被加工物からＸ線画像および回折データの少なくとも一方を取得するように構成されたＸ線装置と、を備えるシステム。
【請求項32】
前記第１ワークヘッドは、第１の被加工物保持装置を備え、前記第１の被加工物保持装置は、前記工具アセンブリに対して所望の向きで前記被加工物を保持するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項33】
前記少なくとも１つのワークヘッドに接続され、前記被加工物を保持するために前記被加工物に真空力を印加するように構成された真空システムを更に備える、請求項３２に記載のシステム。
【請求項34】
前記第１の被加工物保持装置は第１の真空プレートを有し、前記第１の真空プレートは後退位置と伸長位置との間を移動するように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項35】
前記第１の真空プレートは前記真空システムと流体連通している、請求項３４に記載のシステム。
【請求項36】
前記第１の被加工物保持装置は前記第１の真空プレートに接続されたアクチュエータを有し、前記アクチュエータは、前記第１の真空プレートおよび前記被加工物を前記後退位置と前記伸長位置との間で移動させるように構成される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項37】
前記第１の被加工物保持装置は、クランプ機構をさらに有し、前記クランプ機構は、前記第１の真空プレートを把持および解放する開位置および閉位置の間を移動するように構成され、前記第１の真空プレートが、前記クランプ機構に対して前記後退位置と前記伸長位置との間で移動するように構成され、それにより前記被加工物を前記クランプ機構に対して後退及び突出させる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項38】
前記少なくとも１つのワークヘッドは、第１のワークヘッドおよび第２のワークヘッドを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項39】
前記第２ワークヘッドに対して前記被加工物を第２の軸に沿って位置決めするために、前記第１ワークヘッドは第１の軸を中心に回転し、前記被加工物を取り外すために前記第１ワークヘッドは前記第２の軸から離れる方向に回転するように構成される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項40】
前記被加工物に圧力を印加するために、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドのいずれか一方または両方が、前記第２ワークヘッドまたは前記第１ワークヘッドに向かって第２軸に沿って直線移動するように構成されている、請求項３８に記載のシステム。
【請求項41】
前記第１ワークヘッドの少なくとも一部および前記第２ワークヘッドの少なくとも一部は、第２の軸を中心に回転するように構成される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項42】
前記第２ワークヘッドは更に、前記被加工物を保持するおよび／または前記第１ワークヘッドから前記を受け取るように構成される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項43】
前記工具アセンブリは第３の軸を中心に回転し、前記被加工物に向かう方向および離れる方向に移動するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項44】
前記工具アセンブリが、少なくとも１つの第１の回転研削砥石および少なくとも１つの第２の回転研削砥石を含み、前記少なくとも１つの第１の回転研削砥石および前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石が、前記被加工物に向かう方向および前記被加工物から離れる方向に移動するように更に構成され、前記少なくとも１つの第１の回転研削砥石及び前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石が、前記被加工物に対して相対的に回転移動するように更に構成されている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項45】
前記工具アセンブリはフレームを有し、前記少なくとも１つの第１の回転研削砥石、前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石および前記Ｘ線装置は、前記フレームに取り付けられている、請求項４４に記載のシステム。
【請求項46】
前記少なくとも１つの第１の回転研削砥石、前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石および前記Ｘ線装置は、前記フレームに対して径方向に分散して配置される、請求項４５に記載のシステム。
【請求項47】
第１のワークヘッドは、前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石に対して第１の軸を中心に回転運動するように構成され、前記少なくとも１つの第２の回転砥石は、前記被加工物の一面を研削するために、前記被加工物に対して回転および直線運動するように構成される、請求項４４に記載のシステム。
【請求項48】
前記少なくとも１つの第１の回転砥石は、第１の交換可能工具によってフレームに取り外し可能に取り付けられる、請求項４４に記載のシステム。
【請求項49】
前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石は、第２の交換可能工具によってフレームに取り外し可能に取り付けられる、請求項４４に記載のシステム。
【請求項50】
前記少なくとも１つの第１の回転研削砥石は、前記被加工物の外周面を研削するように構成される、請求項４４に記載のシステム。
【請求項51】
前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石は、前記被加工物の一面を研削するように構成される、請求項４４に記載のシステム。
【請求項52】
第１のワークヘッドは、前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石に対して第１の軸を中心に回転運動するように構成され、前記少なくとも１つの第２の回転砥石は、前記被加工物の一面を研削するために、前記被加工物に対して回転および直線運動するように構成される、請求項４４に記載のシステム。
【請求項53】
前記少なくとも１つの第２の回転研削砥石を使用して前記被加工物の一面を研削するために、得られたＸ線データを介して、第１ワークヘッドにより前記被加工物が適切な方向に向けられる、請求項４４に記載のシステム。
【請求項54】
取付アセンブリを更に備え、
前記工具アセンブリおよび前記Ｘ線装置が、前記取付アセンブリによって前記ケースの内部に保持される、請求項３１に記載のシステム。
前記工具アセンブリおよび前記Ｘ線装置が、前記取付アセンブリによって前記ケースの内部に保持される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項55】
前記取付アセンブリは多軸マニピュレータである、請求項５４に記載のシステム。
【請求項56】
前記取付アセンブリに接続された工具交換システムを更に備える、請求項５４に記載のシステム。
【請求項57】
前記Ｘ線装置は、前記ケース内に配置され、前記被加工物によって回折されたＸ線を検出するように構成された検出器を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項58】
機械加工される部品を受容するためのプレートと、
前記プレートの外周に配置され、前記機械加工される部品を挟み込むべく前記部品に向かって内側に動くように構成された複数のクランプ爪と、を備え、
前記プレートは前記プレートを貫通する孔を有し、前記孔は前記部品に印加される真空力のための導管を提供し、前記プレートは少なくとも部分的に前記機械加工される部品の表面形状に適合するような適合性を有する、クランプ装置。
前記プレートの外周に配置され、前記機械加工される部品を挟み込むべく前記部品に向かって内側に動くように構成された複数のクランプ爪と、を備え、
前記プレートは前記プレートを貫通する孔を有し、前記孔は前記部品に印加される真空力のための導管を提供し、前記プレートは少なくとも部分的に前記機械加工される部品の表面形状に適合するような適合性を有する、クランプ装置。
【請求項59】
前記部品の前記プレートと接触している表面とは反対側の表面と接触するように構成された対向クランプ構造であって、前記対向クランプ構造及び前記プレートはその間に被加工物に力を加えるように協働する、を更に備える請求項５８に記載のクランプ装置。
【請求項60】
前記力により、適合性を有する前記プレートは少なくとも部分的に前記部品の前記表面に適合する、請求項５９に記載のクランプ装置。
【請求項61】
前記部品に対して前記孔を通して真空を印加することにより、適合性を有する前記プレートが前記部品の前記表面に少なくとも部分的に適合する、請求項５８に記載のクランプ装置。
【請求項62】
前記クランプ爪からの力を前記被加工物に加えることなく、前記プレートおよび前記対向クランプ構造は、研削作業のためにその間に前記部品を固定する、請求項５９に記載のクランプ装置。
【請求項63】
前記対向クランプ構造は、第２のプレートと第２の複数のクランプ爪を備える別のクランプ装置から構成される、請求項５９に記載のクランプ装置。
【請求項64】
プロセッサによって実行されると方法を実行するコンピュータ可読媒体であって、
前記方法は、
被加工物が第１ホルダアセンブリによって保持されている間に、前記被加工物の結晶方位を検査する命令をＸ線装置に送信する工程と、
前記Ｘ線装置からデータを受信して前記被加工物の前記結晶方位を決定する工程と、
決定された前記結晶方位に基づいて工具アセンブリに命令を送信する工程と、を備え、
前記工具アセンブリは、前記命令に基づいて前記結晶方位を修正するべく前記被加工物を研削するように構成された研削砥石を有し、前記被加工物が前記研削砥石によって研削されている間、前記被加工物は前記第１ホルダアセンブリによって保持されたままである、コンピュータ可読媒。
前記方法は、
被加工物が第１ホルダアセンブリによって保持されている間に、前記被加工物の結晶方位を検査する命令をＸ線装置に送信する工程と、
前記Ｘ線装置からデータを受信して前記被加工物の前記結晶方位を決定する工程と、
決定された前記結晶方位に基づいて工具アセンブリに命令を送信する工程と、を備え、
前記工具アセンブリは、前記命令に基づいて前記結晶方位を修正するべく前記被加工物を研削するように構成された研削砥石を有し、前記被加工物が前記研削砥石によって研削されている間、前記被加工物は前記第１ホルダアセンブリによって保持されたままである、コンピュータ可読媒。
【請求項65】
前記方法は更に、
前記第１ホルダアセンブリおよび前記工具アセンブリの位置を示す信号を複数のエンコーダから受信する工程と、
前記第１ホルダアセンブリおよび前記工具アセンブリに関連付けられた少なくとも１つのモータに命令を送り、前記被加工物の前記結晶方位を修正するべく前記研削砥石が前記被加工物の一面を研削するように前記研削砥石および前記第１ホルダアセンブリに保持された前記被加工物が配置されるように、前記第１ホルダアセンブリと前記工具アセンブリとの間に相対運動を発生させる工程と、を備える、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
前記第１ホルダアセンブリおよび前記工具アセンブリの位置を示す信号を複数のエンコーダから受信する工程と、
前記第１ホルダアセンブリおよび前記工具アセンブリに関連付けられた少なくとも１つのモータに命令を送り、前記被加工物の前記結晶方位を修正するべく前記研削砥石が前記被加工物の一面を研削するように前記研削砥石および前記第１ホルダアセンブリに保持された前記被加工物が配置されるように、前記第１ホルダアセンブリと前記工具アセンブリとの間に相対運動を発生させる工程と、を備える、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項66】
前記方法は更に、
前記被加工物が前記第１ホルダアセンブリによって保持されている間に、前記被加工物を第１のモータで結晶修正位置に回転させる工程と、
前記工具アセンブリへの命令に従って、第２の研削砥石を第２のモータでドーム修正位置へと回転させる工程と、
前記第２の研削砥石で前記被加工物の第１の部分を除去し、修正面を形成する工程と、を備える、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
前記被加工物が前記第１ホルダアセンブリによって保持されている間に、前記被加工物を第１のモータで結晶修正位置に回転させる工程と、
前記工具アセンブリへの命令に従って、第２の研削砥石を第２のモータでドーム修正位置へと回転させる工程と、
前記第２の研削砥石で前記被加工物の第１の部分を除去し、修正面を形成する工程と、を備える、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項67】
前記被加工物の第１の部分を除去することは、前記第２の研削砥石を前記被加工物のドーム面に接触するように移動させ、次いで前記第２の研削砥石を多軸パターンで移動させて前記被加工物の前記第１の部分を研削除去することを含む、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項68】
前記方法は更に、
少なくとも１つの第１の光学式エンコーダで前記第１のモータの現在位置を把握し、前記第１のモータの現在位置と前記第１のモータの所望の位置とを比較して、前記第１のモータの適切な出力特性を決定する工程を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
少なくとも１つの第１の光学式エンコーダで前記第１のモータの現在位置を把握し、前記第１のモータの現在位置と前記第１のモータの所望の位置とを比較して、前記第１のモータの適切な出力特性を決定する工程を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項69】
前記適切な出力特性は、前記第１のモータの角度オフセットを含む、請求項６８に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項70】
前記方法は更に、少なくとも１つの第２の光学式エンコーダで前記第２のモータの現在位置を把握し、前記第２のモータの現在位置と前記第２のモータの所望の位置とを比較して、前記第２のモータの適切な出力特性を決定する工程を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項71】
前記適切な出力特性は前記第２のモータの角度オフセットを含む、請求項７０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項72】
前記方法は更に、
前記被加工物を前記第１ホルダアセンブリから第２ホルダアセンブリへと移送する工程と、
前記第２のモータにより第１の研削砥石をシード修正位置へと回転させる工程と、
前記第１の研削砥石で前記被加工物の第２の部分を除去して、修正されたシード面を形成する工程であって、前記修正されたシード面は前記修正面に対して平行である工程と、
前記被加工物を前記第２ホルダアセンブリから前記第１ホルダアセンブリへと移送する工程と、を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
前記被加工物を前記第１ホルダアセンブリから第２ホルダアセンブリへと移送する工程と、
前記第２のモータにより第１の研削砥石をシード修正位置へと回転させる工程と、
前記第１の研削砥石で前記被加工物の第２の部分を除去して、修正されたシード面を形成する工程であって、前記修正されたシード面は前記修正面に対して平行である工程と、
前記被加工物を前記第２ホルダアセンブリから前記第１ホルダアセンブリへと移送する工程と、を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項73】
前記方法は更に、第３のモータが前記第２ホルダアセンブリを直線的に移動させる時に、少なくとも１つの第３の光学式エンコーダで前記第３のモータの現在位置を把握し、前記第３のモータの現在位置と前記第３のモータの所望の位置とを比較して、前記第３のモータの適切な出力特性を決定する工程を備える、請求項７２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項74】
前記適切な出力特性は、前記第３のモータの線形オフセットが含まれる、請求項７３に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項75】
前記方法は更に、真空システムを用いて第１の被加工物保持装置に真空を印加する工程を備え、
前記第１の被加工物保持装置が前記第１ホルダアセンブリに含まれ、真空によって前記第１の被加工物保持装置に対して前記被加工物を保持する、請求項７２に記載のコンピュータ可読媒体。
前記第１の被加工物保持装置が前記第１ホルダアセンブリに含まれ、真空によって前記第１の被加工物保持装置に対して前記被加工物を保持する、請求項７２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項76】
前記方法は更に、
真空システムを用いて第２の被加工物保持装置に真空を印加する工程を備え、
前記第２の被加工物保持装置が前記第２ホルダアセンブリに含まれ、真空によって前記第２の被加工物保持装置に対して前記被加工物を保持する、請求項７２に記載のコンピュータ可読媒体。
真空システムを用いて第２の被加工物保持装置に真空を印加する工程を備え、
前記第２の被加工物保持装置が前記第２ホルダアセンブリに含まれ、真空によって前記第２の被加工物保持装置に対して前記被加工物を保持する、請求項７２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項77】
前記第１の研削砥石で前記被加工物の前記第２の部分を除去することは、前記第１の研削砥石を前記被加工物の前記シード面に接触するように移動させ、次いで前記被加工物の前記第２の部分を研削除去するパターンで前記第１の研削砥石を移動させることを含む、請求項７２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項78】
前記方法は更に、
前記第１のモータで前記被加工物を水平位置へと回転させる工程と、
前記第２のモータで第１の研削砥石を材料除去位置へと回転させる工程と、
形が整えられた表面を形成するために、第１の研削砥石で前記被加工物の所定の部分を除去する工程と、を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
前記第１のモータで前記被加工物を水平位置へと回転させる工程と、
前記第２のモータで第１の研削砥石を材料除去位置へと回転させる工程と、
形が整えられた表面を形成するために、第１の研削砥石で前記被加工物の所定の部分を除去する工程と、を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項79】
前記被加工物の前記所定の部分を除去することは、前記第１の研削砥石を前記被加工物に接触するように移動させた後、前記第１のホルダアセンブリが前記被加工物を回転させている間に前記第１の研削砥石を往復運動させて粗く材料を研削除去することを含む、請求項７８に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項80】
前記方法は更に、
前記第１のモータにより前記被加工物を結晶分析位置へと回転させる工程と、
前記第２のモータにより前記Ｘ線装置を撮影位置へと回転させる工程と、
前記Ｘ線装置を用いて前記被加工物の回折データを取得する工程と、を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
前記第１のモータにより前記被加工物を結晶分析位置へと回転させる工程と、
前記第２のモータにより前記Ｘ線装置を撮影位置へと回転させる工程と、
前記Ｘ線装置を用いて前記被加工物の回折データを取得する工程と、を備える、請求項６６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項81】
前記方法は更に、
前記回折データに基づいて結晶方位を決定し、前記結晶方位と理想化された虚数平面との間の角度差として傾斜角を計算する工程を備える、請求項８０に記載のコンピュータ可読媒体。
前記回折データに基づいて結晶方位を決定し、前記結晶方位と理想化された虚数平面との間の角度差として傾斜角を計算する工程を備える、請求項８０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項82】
前記複数のエンコーダは、複数のロータリエンコーダを含む、請求項６５に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項83】
前記Ｘ線装置から受信するデータは、前記被加工物のＸ線回折データ、所望の基準平面に投影された六方晶ＳｉＣ結晶の６軸表現および光学エンコーダデータのうちの少なくとも１つを含む、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項84】
前記方法は更に、
前記結晶方位が修正された後、前記被加工物の前記結晶方位を再検査するために前記Ｘ線装置に更なる命令を送信する工程と、
前記被加工物の前記結晶方位を再決定するべく、追加データを前記Ｘ線装置から受信する工程と、を備える、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
前記結晶方位が修正された後、前記被加工物の前記結晶方位を再検査するために前記Ｘ線装置に更なる命令を送信する工程と、
前記被加工物の前記結晶方位を再決定するべく、追加データを前記Ｘ線装置から受信する工程と、を備える、請求項６４に記載のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本開示は、２０２２年１１月９日に出願された米国仮特許出願第６３／４２４，０２９号、２０２３年５月１９日に出願された米国仮特許出願第６３／５０３，３０９号、および２０２３年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６３／５１１，５０４号明細書４に関するものであり、これらの各特許出願の開示内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、２０２２年１１月９日に出願された米国仮特許出願第６３／４２４，０２９号、２０２３年５月１９日に出願された米国仮特許出願第６３／５０３，３０９号、および２０２３年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６３／５１１，５０４号明細書４に関するものであり、これらの各特許出願の開示内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は概して、被加工物を加工するための方法およびシステム／機械に関する。
【背景技術】
【0003】
ウェハ（例えば、半導体ウェハ）は、通常、細長い結晶バーまたはインゴット（ブールとも呼ばれる）を、のこぎりまたはスライサーを使用して切断することによって形成される。このようなブールは、ＳｉＣのようなシリコンと炭素で形成され得る。
【0004】
ウェハを切り出すブールを準備するために、ブールそのものを加工する場合があり、例えば、機械加工、研削、研磨等を行う。通常、研削、研磨およびその他の仕上げ工程は、ブールに対して個別に実施される。すなわち、各工程には、適用される仕上げ工程毎にブールを手作業で配置する。例えば、ブールの各々をスピンドル上に個別に接着し、乾燥またはセットした後、接着されたブールに対して研削を行うことができる。加工の各工程は、周期的におよび／または異なるステーションで実行されてもよい。工程またはステーションにおいて、ブールはそれぞれ移動および／または取り除かれる。一般的に、ブールを切断および精度測定するための準備する上記のような加工は時間がかかり、複数の異なるシステムを必要とする。
【0005】
ブールやその他の被加工物を成形および／または仕上げ加工する上記のような工程を改善することは有益であろう。
【発明の概要】
【0006】
本開示の一側面は、ケース内において被加工物を形成するシステムを提供する。システムは、前記ケース内に配置され、被加工物に接触して前記被加工物を保持するように構成された少なくとも１つのワークヘッドを備えてもよい。システムはまた、前記ケース内に配置され、前記被加工物が前記少なくとも１つのワークヘッドと接触している間に前記被加工物の表面を研削するための工具アセンブリを備えてもよい。システムは更に、前記ケース内に配置され、前記少なくとも１つのワークヘッドによって保持された前記被加工物からＸ線画像および回折データの少なくとも一方を取得するように構成されたＸ線装置と、を備えてもよい。
【0007】
本開示の別の側面は、被加工物を形成する方法を提供する。当該方法は、第１ワークヘッド上に前記被加工物をロードする工程と、前記被加工物が前記第１ワークヘッドと第２ワークヘッドの両方に接触するように、前記第２ワークヘッドまたはワークヘッドに対して相対的に前記被加工物を位置決めする工程と、前記第１ワークヘッドおよび第２ワークヘッドに前記被加工物が接触した状態で、前記被加工物の外周面を第１の研削砥石を用いて研削する工程と、第２の研削砥石を用いて、前記第１ワークヘッドに保持された前記被加工物の一面を研削する工程と、前記被加工物を取り外す工程と、を備える。
【0008】
本開示の別の側面は、被加工物を形成する機械を提供する。当該機械は、前記被加工物に接触して保持するように構成された第１ワークヘッドと、前記被加工物に接触するように構成された第２ワークヘッドと、を備える。機械はまた、前記第１ワークヘッドおよび前記第２ワークヘッドに接触した状態の前記被加工物の外周面を研削する第１の研削砥石と、前記第１ワークヘッドによって保持された前記被加工物の一面を研削する第２の研削砥石と、を備える。
【0009】
本開示の別の側面は、プロセッサによって実行されると方法を実行するコンピュータ可読媒体を提供する。方法は、被加工物が第１ホルダアセンブリによって保持されている間に、前記被加工物の結晶方位を検査する命令をＸ線装置に送信する工程を備える。方法は更に、前記Ｘ線装置からデータを受信して前記被加工物の前記結晶方位を決定する工程を備える。方法は更に、決定された前記結晶方位に基づいて工具アセンブリに命令を送信する工程を備える。前記工具アセンブリは、前記結晶方位を修正するべく前記被加工物を研削するように構成された研削砥石を有し、前記被加工物が前記研削砥石によって研削されている間、前記被加工物は前記第１ホルダアセンブリによって保持されたままである。方法は更に、前記結晶方位が修正された後、前記被加工物の前記結晶方位を再検査するために前記Ｘ線装置に更なる命令を送信する工程を備える。方法は更に、前記被加工物の前記結晶方位を再決定するべく、追加データを前記Ｘ線装置から受信する工程を備える。
【0010】
本開示のその他の態様、特徴および利点は、以下の詳細な説明、添付図面および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲に記載される請求項（従属請求項も含む）は独立して読まれるべきであり、参照により発明の概要に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】本開示の実施形態に係る被加工物を形成するための機械の概略図を示す。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【図2B】本開示の実施形態に係る、複数の分配通路を介して真空を印加することにより被加工物をホルダアセンブリに固定するのに使用される真空プレートの概略断面図であり、破線は、複数の分配通路、真空チャネル、真空ラインおよび真空ポンプ間の流体連通を示す。
【0019】
【図3A】第１の位置にある被加工物および第１の位置にある第１ホルダアセンブリの部品を示す、本開示の実施形態に係る第１ホルダアセンブリの断面図である。
【0020】
【0021】
【0022】
【図5A】第２の位置にある被加工物および第２の位置にある第１ホルダアセンブリの部品を示す、本開示の実施形態に係る第１ホルダアセンブリの断面図である。
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【図8】本開示の機械における被加工物のロード位置を示す上面図である。
【0027】
【図9】本開示の機械の第２の位置を示す上面図である。
【0028】
【図10】被加工物を固定する位置にある第１および第２ワークヘッドの上面図である。
【0029】
【図11】実施形態に係る機械を用いて被加工物の外周面を研削する際の研削作業を示す上面図である。
【0030】
【図12A】実施形態に係る、機械を使用して被加工物の一面（例えば、ドーム面）を研削するための必要に応じて行われる研削作業を示す。
【0031】
【図12B】実施形態に係る、機械の第２の研削砥石を使用して被加工物の一面（例えば、ドーム面）を研削するための必要に応じて行われる研削作業を示す。
【0032】
【図13】実施形態に係る、Ｘ線装置を備えた機械の上面図である。
【0033】
【図14】実施形態による、機械内での被加工物の回転運動を示す第１ワークヘッドの断面図である。
【0034】
【図15A】実施形態による、機械を使用して一面が研削される被加工物と共に第１ワークヘッドを示した等角図である。
【0035】
【図15B】実施形態に係る、さらなる軸Ｄ－Ｄを中心に回転可能である第２の研削砥石による研削作業を受ける被加工物と共に第１ワークヘッドを示した等角図である。
【0036】
【図16】機械の第１ワークヘッドから第２ワークヘッドへの被加工物の移送を示す上面図である。
【0037】
【図17A】実施形態に係る、機械を使用して被加工物の外周面を研削する研削作業を示す上面図および斜視図である。
【図17B】実施形態に係る、機械を使用して被加工物の外周面を研削する研削作業を示す上面図および斜視図である。
【図17C】実施形態に係る、機械を使用して被加工物の外周面を研削する研削作業を示す上面図および斜視図である。
【0038】
【図17D】実施形態に係る、被加工物の外周面に切り欠きまたは平坦を研削するための研削作業の斜視図である。
【0039】
【図18A】実施形態に係る、機械を使用して一面が研削される被加工物と共に第１ワークヘッドを示した等角図である。
【0040】
【図18B】実施形態に係る、機械の第２の研削砥石を使用して被加工物の面を研削する研削作業を受ける被加工物を有する第２ワークヘッドの上面図である。
【0041】
【図19】機械の第２ワークヘッドと第１ワークヘッド間の被加工物の移送を示す上面図である。
【0042】
【図20】開示された機械において被加工物を取り外す位置への第１ワークヘッドの移動を示す上面図である。
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【図26】本開示の実施形態に係る第１ワークヘッドの断面図である。
【0049】
【図27】実施形態に係る、コンピュータと機械の電気部品との間の接続を示すシステム図であり、破線は通信ネットワークを介した双方向通信を示す。
【0050】
【図28】実施形態に係るエンコーダベースの制御を可能にするための、プロセッサと機械の電気部品との間の接続を示すシステム図である。
【0051】
【図29】実施形態に係るＸ線撮像を用いて被加工物の結晶方位を修正する方法を示すブロック図である。
【0052】
【図30】実施形態に係る面の粗修正作業の前にワークヘッドと第１ホルダアセンブリによって保持される被加工物の上面図を示す。
【0053】
【図31】実施形態に係る、面の粗修正作業後であって結晶方位が修正される前の、ワークヘッドおよび第１ホルダアセンブリによって保持される被加工物の上面図を示す。
【0054】
【図32】実施形態に係る、点線によって示される被加工物の第１の部分が除去されるように結晶方位が修正された後の、ワークヘッドと第１ホルダアセンブリによって保持された被加工物の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0055】
図面および以下の説明により明らかとなるように、本開示は、被加工物（インゴットまたはブール等）を形成する方法および機械（またはシステム）の両方に関し、より詳細には、異なるサブコンポーネント、ツールおよび制御操作を介して被加工物に仕上げ技術を実行する方法および機械（またはシステム）に関する。この機械は、制御装置および／または処理装置を介して、一連の工程および仕上げ技術が被加工物適用されるように、被加工物を保持および操作するように設計されている。その結果、機械は、一連の工程（ただし、そのような工程の順序は限定されない）により被加工物に対して複数の作業または操作を自動的に実行するように構成され、それによって、（限定されないが）時間、コスト、および無駄を削減するなどの利点が、本明細書全体を通して説明されるように提供される。
【0056】
本開示において、「被加工物（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）」という用語は、半導体の「ブール」であってもよいが、本明細書に記載されるシステムおよび方法の多くは、他の被加工物（例えば、金属被加工物）に適用することができ、したがって、本発明は、ＳｉＣブールまたは半導体用途に限定されないことが理解されよう。
【0057】
本明細書で使用する場合、「～するように構成されている」とは、特定の要素またはアセンブリが、記載された動作を実行するような形状、サイズ、配置を有する、または、接続および／もしくは構成された構造を有することを意味する。例えば、「移動するように構成」されている部材は、その他の要素に移動可能に接続され、当該部材を移動させる要素を含む、または、当該部材がその他の要素またはアセンブリに応じて移動するように構成されている。このように、本明細書で使用される場合、「～するように構成される」とは、構造を示し、機能を示していない。更に、本明細書で使用する場合、「～するように構成される」とは、特定の要素またはアセンブリが、記載された動作を実行することを意図しており、そのように設計されていることを意味する。従って、記載された動作を実行することができるに過ぎないが、記載された動作を実行することを意図しておらず、また、記載された動作を実行するように設計されていない要素は、「～するように構成」されていないと言える。
【0058】
本明細書で使用される場合、「動作可能に接続される」という用語は、２つ以上の構成要素が、１つ以上の中間部品を介して機能的に接続され、接続された構成要素のいずれかの変位、操作、作動または状態の変化が、残りの構成要素に予め定義された応答を引き起こすことを意味するものとする。
【0059】
図１Ａは、被加工物（例えば、様々な図中の被加工物２０を参照）を形成するための機械１００またはシステムの概略図である。機械１００は、被加工物２０を形成するために使用および制御される多数のサブコンポーネント、ツールおよびデバイスが共に組み込まれている。機械１００に含まれ、一体化されているのは、サブコンポーネント、ツールおよび装置（第１および第２ホルダアセンブリまたはワークヘッド１０、１２、および搭載アセンブリ１７、ならびにこれら全てのアセンブリの全てのサブコンポーネントを含む）の各々を制御するように構成されたコントローラ１８および／またはプロセッサである。コントローラ１８は、サブコンポーネント、ツール等の動作および／または起動を制御することに加えて、これらの動きを制御するようにも構成される。図１Ａに示すように、コントローラ８は、自己完結型または分散型のコンピュータシステム１１を含むことができる。
【0060】
コンピュータ１１は、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報処理用のデジタル回路、情報処理用のアナログ回路、ステートマシン、および／または情報を電子的に処理するための他の機構のうちの１つ以上を含んでもよい。図１Ａに、単一のエンティティとしてコンピュータ１１が示されているが、これは単に説明を目的としたものである。いくつかの実施形態では、コンピュータ１１は、複数のコンピュータサブシステムまたは処理ユニットから構成され得る。これらの処理ユニットは物理的に同一の装置内に配置されてもよいまたは共同して動作する複数の装置の処理機能をプロセッサ１１が代表してもよい。
【0061】
コンピュータ１１は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアおよび／もしくはファームウェアの何らかの組み合わせ、および／または、コンピュータ１１上の処理能力を構成するその他の機構を介して、モータおよび／または機構を制御することにより、機械加工または研削動作、Ｘ線撮像動作および工具交換動作を実行または実施するように構成され得る。以下に説明する様々な構成要素または特徴によって提供される機能の説明は、例示を目的とするものであり、構成要素または特徴のいずれかが、説明されているよりも多いまたは少ない機能を提供する可能性もあり、その他の説明が限定的であることを意味していない。例えば、構成要素または特徴の１つまたは複数が削除され、その機能の一部または全部がその他の構成要素または特徴によって提供される場合があり、これはその他の説明が限定的であることを意味するものではない。コンピュータ１１は、１つ以上のコンピュータプログラム構成要素を実行するようにプログラムされてもよい。コンピュータプログラム構成要素または機能は、例えば、コンピュータ１１にコード化および／または他の方法で埋め込まれたソフトウェアプログラムおよび／またはアルゴリズムを含むことができる。
【0062】
コンピュータ１１は、電子記憶装置の形態のメモリを備えてもよい。電子記憶装置は、情報を電子的に記憶する非一時的記憶媒体を含み得る。電子記憶装置の電子記憶媒体には、（ｉ）サーバまたはクライアントデバイスと一体に（例えば、実質的に着脱不能に）設けられたシステムストレージ、または、（ｉｉ）例えばポート（例えばＵＳＢポート、ファイヤーワイヤポート等）またはドライブ（例えばディスクドライブ等）を介してサーバまたはクライアントデバイスに着脱可能に接続されたリムーバブルストレージの一方または両方が含まれるとしてもよい。電子記憶装置には、光学的に読み取り可能な記憶媒体（例えば光学ディスク等）、磁気的に読み取り可能な記憶媒体（例えば磁気テープ、磁気ハードドライブ、フロッピードライブ等）、電荷型記憶媒体（例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等）、ソリッドステート記憶媒体（例えばフラッシュドライブ等）、および／または、これら以外の電子的に読み取り可能な記憶媒体のうち１または複数が含まれるとしてよい。電子記憶装置、一または複数の仮想ストレージリソース（例えば、クラウドストレージ、仮想プライベートネットワーク、および／またはこれら以外の仮想ストレージリソース）を含んでもよい。電子記憶装置は、ソフトウェアアルゴリズム、プロセッサが決定した情報、サーバから取得した情報、クライアントデバイスから取得した情報、または、本明細書に記載する機能を可能とする他の情報を記憶してもよい。
【0063】
図１Ａ、図２７および図２８に示すように、機械１００は、少なくとも１つの外部構成要素１２２（例えば、インゴット製造炉、機械１００のこれ以前の動作によって製造されたブールまたはウェハの様々な側面に関連し、将来の動作を微調整するためにコントローラによって使用され得るクラウドデータを含むサーバ、または機械１００の動作を遠隔制御するための集中サーバおよび／または制御システム）と通信することによって、様々な操作能力を得ることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの追加的構成要素１２２は、機械１００が遠隔データ処理および情報記憶／検索動作を実行することを可能にする、クラウドデータセンタ、サードパーティシステムまたは遠隔データベースを備えてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１８（コンピュータ１１を含む）は、通信ネットワーク１２４（例えば、インターネット、または、インターネットと、ローカルエリアネットワーク、セルラーネットワークもしくはパーソナルエリアネットワーク、組織内ネットワークおよび／もしくはその他のネットワークのような様々なネットワークとの組み合わせ）を介して、少なくとも１つの追加的構成要素１２２と通信することができる。コントローラ１８（コンピュータ１１を含む）は、通信ネットワーク１２４を介して、少なくとも１つの追加的構成要素１２２との間で、データを送受信することができることに留意されたい。図２７に示されるように、図示される機械１００の全ての電子的構成要素２７００は、データ伝送および制御信号のために、コントローラ１８（コンピュータ１１を含む）に通信可能に接続され得る。
【0064】
実施形態では、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、部品および／またはサブコンポーネントは、ケース１３に収容されてもよい。ケース１３内に配置される部品および／またはサブコンポーネントは、ホルダアセンブリ１０、１２、ツールアセンブリ１７および本明細書に開示されるような被加工物２０を機械加工するように構成された全ての装置を含み得るが、これらに限定されない。任意に、ケース１３の一部として１つまたは複数のドア１５を設けることができ、ケース内に配置された部品およびサブコンポーネントへのアクセスを可能におよび／または制限してもよい。ドア１５は、研削作業中、研削液およびブールからの切り屑の全てを機械１００内に収容することを容易にする。更に、ドア１５は、作業中の人員を機械の外部に、また可動部品から遠ざける。一実施形態では、ケース（例えば、複数の囲んでいる壁、床および天井）は、制御された環境を提供することができる。例えば、真空および／または空気（または別の特定の気体混合物）の供給源に接続されてもよい。ケース１３の床は、本明細書に記載される研削作業中にこれらの要素を冷却するために機械の様々な部分（本明細書に記載される１つ以上の研削砥石等）および／または被加工物２０に噴霧され得る冷却液（例えば、水）を排出するための排水システムと接続する排水孔を有してもよい。
【0065】
本明細書のいくつかの実施形態に従って、機械１００によって機械加工される被加工物２０は、ブールであってもよい。一例では、ブールは炭化ケイ素材料から形成される。そのようなブールまたは被加工物２０の例が、図７に示されている。被加工物２０は、典型的には、第１の面４２、第２の面４４４およびこれら面４２、４４の間の外周面４６（外周部分、エッジ、外周または外径（ＯＤ）とも称される）を有する。図示されるように、本明細書の実施形態によれば、被加工物２０の外周は、概して丸みを帯びるまたは円形であってよく、一実施形態では円筒形である。第１の面４２はシード側とも称され、典型的には平坦または平面であり、一方、第２の面４４は、典型的にはアーチ状、湾曲状、ドーム状または不規則な形状であり、凸状および／または凹状のいずれかの構成であり、簡略化のためにドーム側とも称される。以下に説明するように、第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２の一部は、被加工物２０の様々な形状の表面／面に対応するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、被加工物２０は、２つの面４２、４４の間に延びる細長い縁を有する棒状の構造体であってもよい。図示のような被加工物２０の面および表面（外周面、縁）のサイズおよび形状は例示的なものに過ぎず、これらに限定されることを意味するものではない。
【0066】
図１Ｂの上面図（すなわち、上方から見た図）に概略的に示されるように、本明細書の実施形態では、機械１００は、被加工物２０を形成するための多数の部品またはサブコンポーネントがその中に組み込まれている。一実施形態では、図１Ｂに示される全ての部品またはサブコンポーネントは、例えば、図１Ａのケース１３内に設けられるかまたはその中に収容されてもよい。実施形態において、部品またはサブコンポーネントは、ホルダアセンブリ３４を介して被加工物２０に接触し保持するように構成された第１ワークヘッド１０と、ホルダアセンブリ３６を介して被加工物２０に接触する（場合によっては保持する）ように構成された少なくとも第２ワークヘッド１２とを含み得る。ワークヘッド１０、１２はそれぞれ、筐体１３内の空間または部屋に配置されるアームおよび／またはフレーム、スタンド、または同様の構造に取り付けられてもよい。第１ワークヘッド１０は、一実施形態において、Ｚ方向またはＺ平面として記される第１の方向（例えば、一実施形態では、水平方向）に第１の軸Ａ－Ａを有する。第２ワークヘッド１２は、第２の軸Ｂ－Ｂに沿って延在し、この第２の軸Ｂ－Ｂは、軸Ａ－Ａと同一平面（例えば、水平面）内に存在してもよい。軸Ｂ－Ｂは、Ｘ方向に延在すると考えてもよい。一実施形態では、ワークヘッド１０はその軸Ａ－Ａが、ワークヘッド１２の軸Ｂ－Ｂに対して角度的にずれた状態となる（例えば、垂直、４５度もしくはその他の角度）または同軸になり得るように、垂直軸（Ａ１と表示）を中心に枢動可能である。前述のように、一実施形態では、第１ワークヘッド１０は、第１の軸Ａ１（例えば、本明細書ではＹ軸と記す垂直軸、例えば、図２Ａおよび図９参照）を中心に回転するように構成される。垂直軸（湾曲矢印Ｃを参照）を中心とする第１ワークヘッド１０の回転は、いずれの方向への回転であってもよく、被加工物２０を第２ワークヘッド１２に対して軸Ｂ－Ｂと整列した状態で相対的に位置決めするために、被加工物周辺部の研削作業中に被加工物をホルダアセンブリ間にクランプ（挟持）するために、被加工物２０を第１ワークヘッド１０から第２ワークヘッド１２に（例えば、シード面研削のために）移送／搬出するために、および／または、搬入／搬出位置までおよび／または（後述する）面研削作業のために被加工物２０を軸Ｂ－Ｂから離れる方向に回転させるために使用されてもよい。一実施形態では、第２ワークヘッド１２は軸Ｂ－Ｂに沿って直線的に移動し、第１ワークヘッド１０も軸Ａ－Ａに沿って直線的に移動する。一実施形態では、軸Ａ－Ａは（例えば、軸Ａ１を中心として）枢動するが、軸Ｂ－Ｂは枢動しないようになっている。別の任意の実施形態では、軸Ａ－Ａおよび軸Ｂ－Ｂの両方が枢動可能である。一実施形態では、第１ワークヘッド１０および／または第２ワークヘッド１２のいずれか一方または両方が、水平軸Ｂ－Ｂに沿って（すなわち、Ｘ方向に沿って）直線移動するように構成される。本明細書では、特定の方向または平面を「垂直」または「水平」と記載することがあるが、これらの向きは限定的なものではなく、様々な構成要素の取り付け部の向きを移動させるだけで、異なる角度または向きに容易に変更することができるため（例えば、機械１００は、施設の床面ではなく、壁面に取り付けることができる）、これは単なる説明のための例として理解されるべきである。
【0067】
一実施形態では、被加工物２０を形成する方法の間に、例えば、被加工物２０をその間に固定／保持するために被加工物２０の（両方の面に）圧力を加えるため、および／または被加工物２０を一方のワークヘッドから他方のワークヘッドに移送するために、第１ワークヘッド１０を第２ワークヘッド１２に向かう方向に移動させる、または、第２ワークヘッド１２を第１ワークヘッド１０に向かう方向に移動（またはそれらの個別または同時の移動）させることのいずれかが行われる。従って、第２ワークヘッド１２は、形成中に、（第１ワークヘッド１０によって保持される被加工物２０に接触することに加えて）被加工物２０を保持（把持）し、および／または、第１ワークヘッド１０から被加工物２０を受け取るように更に構成されていることも理解されるべきである。更に、例えば、ブールまたは被加工物２０の表面（面４２、４４または外周面４６）に作業を施すために位置決めするべく、第１ワークヘッド１０および／または第２ワークヘッド１２は、多数の軸上で水平、直線、横方向、揺動、旋回および／または回転運動（複数可）するように構成され得る。これら運動の組み合わせが、作業の実行前、実行中、および／または実行後に利用され得る。例えば、ワークヘッド１０、１２のいずれかの回転運動は、特定の軸自体を中心に回転することおよび／または旋回すること、および、その軸に対する角度（例えば、前後方向および／または上下方向）を成すことを含み得、そのような運動の例は、以下および図において示され、説明される。更に、当業者には、被加工物／ブール２０に接触し保持するためのものを含め、被加工物２０を形成し加工するために移動および動作を実行するモータおよびリニアアクチュエータ等の搬送装置および／または駆動装置が機械１００に関連付けられてもよいことも理解されるべきである。一例として、本明細書の実施形態によれば、ブールを把持することに加えて、ワークヘッド１０および１２はそれぞれ、ホルダアセンブリを移動させるため、および／またはホルダアセンブリおよびその把持部品に関連する動作（複数可）を実施するために、自身の駆動機構２５Ａおよび２５Ｂ（図１Ｂ参照）をそれぞれ備えてもよい（本明細書において以下に詳細に説明する）。実施形態において、駆動機構２５Ａ、２５Ｂはそれぞれ、例えば、１つ以上のエンコーダ１２０（例えば、正確な角度位置決めのためのロータリエンコーダ）と対になった直接駆動トルクモータを備えてもよい。駆動機構２５Ａ、２５Ｂおよびその部品を介して開始されホルダアセンブリ１０、１２に対する動きは、例えば、本明細書において以下に詳細に説明されるコントローラ／プロセッサ１８を介して制御され得る。
【0068】
図２Ａは、機械１００またはシステムにワークヘッドを設置するための吊り上げポイントを提供するべく、第２ワークヘッド１２および／または第１ワークヘッド１０に任意で設けることができる吊り具またはフック１１１の例を示す。このような特徴は例示的なものであり、ワークヘッドに必ずしも必要なものではない。
【0069】
図１Ｂは、機械１００が、被加工物２０に対して多数の製造工程を行うように設計された工具アセンブリ１７を含む実施形態を示す。工具アセンブリ１７は、第１の交換可能な工具１４、第２の交換可能な工具１６、フレーム１９およびＸ線装置２８を備えてもよい。第１の交換可能な工具１４および第２の交換可能な工具１６は、工具アセンブリ１７の一部を形成する工具（図示の実施形態では、研削砥石）である。このように様々な工具を機械１００に接続して、機械１００が製造工程における様々な作業を実行できるようにすることができる。例えば、異なるタイプの研削砥石（粗研削砥石、細研削砥石など）に交換することができる。フレーム１９は、被加工物の加工作業中に所望の位置に移動可能となるように、第１の交換可能工具１４、第２の交換可能工具１６およびＸ線装置２８を取り付ける支持構造である。一実施形態では、第１の交換可能工具１４、第２の交換可能工具１６およびＸ線装置２８は、工具アセンブリ１７に対して間隔をあけて配置され、どの構成要素も他の取り付けられた構成要素の動作に干渉しないようにすることができる。更なる実施形態では、電気的接続および流体的接続はフレーム１９を通る配線および配管によってなされ、第１の交換可能工具１４、第２の交換可能工具１６およびＸ線装置２８に接続されてもよい。さらなる実施形態では、複数の工具および検出装置をフレーム１９に取り付けて、機械１００が複数の製造工程を工具交換システム６０（図１Ｆ参照）を作動させることなく同時に実行できるようにしてもよい。
【0070】
一実施形態では、工具交換システム６０は、様々な研削砥石のような様々な加工工具を取り付けることができ、適切な工具が工具アセンブリ１７の適切なスピンドルに整列して取り付けられるように作動させることができる。一例として、工具交換システムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，６４７，６７９号に記載されているような構造を利用することができる。
【0071】
いくつかの具体例では、第１の交換可能工具１４および第２の交換可能工具１６は、図１Ｆに概略的に示されるように、工具交換システム６０によって格納され得るスピンドル、ボーリングヘッド、コレット、ドリルチャック、回転工具、焼きばめ機、タッピングヘッド、工具ポスト、および工具アライメントゲージを含む工具および工具ホルダのホットスワップ可能な接続点として機能し得る。少なくとも図１Ｂ、図１Ｆ、図１５Ｂおよび図１７Ａ～１７Ｃに示されるように、第１の交換可能工具１４は第１の研削砥石１４であってもよく、第２の交換可能工具１６は第２の研削砥石１６であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の研削砥石１４は、第２の研削砥石１６が回転する軸Ｆ－Ｆ（図１Ｆ）から角度的にずらされている軸Ｃ－Ｃを中心に回転する。さらなる実施形態では、２つの軸Ｃ－ＣおよびＦ－Ｆは垂直に配置される。例えば、図１Ｆに示されるように、研削砥石１４は、水平軸を中心に回転するように構成されたスピンドル８ａを中心に回転し、研削砥石１６は、垂直軸を中心に回転するように構成されたスピンドル８ｂを中心に回転する。
【0072】
様々な実施形態において、図１Ｃに概略的に図示されたモータシステム４を構成する様々なモータを介して、研削砥石１４、１６等の工具および／または装置は工具アセンブリ１７の一部として、被加工物２０およびホルダアセンブリ１０、１２に対して移動するように構成される。図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｆは、複数のモータからなるモータシステム４によって任意の数の方向に移動するように構成された工具アセンブリ１７に一体化されている研削砥石１４、１６等の部品および工具を概略的に示しており、移動する方向は、ホルダアセンブリ１０、１２に向かう方向およびホルダアセンブリ１０、１２から離れる方向を含む。研削砥石１４、１６等の工具および／またはフレーム１９の移動は、例えば、ブールまたは被加工物２０に対して作業または操作を実行するために、ホルダアセンブリ１０、１２および／または被加工物２０に対して、多数の軸上での、水平移動、直線移動、横方向移動、枢動、旋回および／または回転であってもよい。移動の組み合わせは、工程の実行前、実行中および／または実行後に利用することができる。一実施形態では、例えば、４軸アーム（図１Ｃおよび図１７Ａ参照）が、研削砥石１４、１６および／または他の工具の移動および使用に利用されてもよい。
【0073】
図１Ａ～図１Ｅに示すように、第１ワークヘッド１０、第２ワークヘッド１２および工具アセンブリ１７は、ケース内の取付けアセンブリ５０によってケース１３内に取り付けられている。取付けアセンブリ５０は、被加工物２０および工具アセンブリ１７の不要な振動および変位を抑制しつつ、研削作業を行うことを容易にする構成を有し、第１ワークヘッド１０、第２ワークヘッド１２および工具アセンブリ１７を支持するために使用される構造である。図１Ｃは、第１ワークヘッド１０、第２ワークヘッド１２および工具アセンブリ１７が、取付けアセンブリ５０として機能する単一の基板（または複数の基板）に取り付けられる実施形態を示す。この実施形態では、取付けアセンブリ５０は、ホルダアセンブリ１０および１２ならびに工具アセンブリ１７を、様々なモータおよび軸受によって移動させるための作業台またはプラットフォームとして機能し、その上で研削作業が実行される。
【0074】
一実施形態では、図１Ｄに示すように、取付けアセンブリ５０は、フレームサブアセンブリ５２およびワークヘッドサブアセンブリ５４を含む。フレームサブアセンブリ５２およびワークヘッドサブアセンブリ５４は、工具アセンブリ１７を第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２から独立して再配置できるようにする独立した支持構造である。図１Ｄは、フレームサブアセンブリが、軸Ａ－Ａに平行で、軸Ａ－Ａからオフセットされた軸Ｄ－Ｄを中心に回転可能なプラットフォームを含む実施形態を示す。第１の研削砥石１４、第２の研削砥石１６およびＸ線装置２８は、研削作業およびＸ線撮像を実行するように配置される。
【0075】
図１Ｅは、フレームサブアセンブリ５２が多軸マニュピレーション装置（例えば、ロボットアーム）を備え、工具アセンブリ１７が、研削、画像化、加法製造、減法製造および多成分組立を含む様々な製造工程を実行するためのエンドエフェクタとして機能し得る実施形態を示す。本明細書で使用される場合、「多軸操作」という用語は、少なくとも図１Ｂ～図１Ｆ、図１１～図１３、図１５Ｂおよび図１７Ｄに示される軸（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ－Ａ、Ｂ－Ｂ、Ｃ－Ｃ、Ｄ－Ｄ、およびＦ－Ｆ軸）に沿った、および、その軸を中心とする直線運動、角度運動および回転運動を指す。これらの動きの１つ以上が、一度に１つずつ行われてもよいし、同時に行われてもよい。従って、被加工物２０に対して研削作業を行う際に、フレームサブアセンブリ５２によって工具アセンブリ１７を任意の数の方向に再配向および再配置することができる。更なる実施形態では、ワークヘッドサブアセンブリ５４は、第１ワークヘッド１０、第２ワークヘッド１２および工具アセンブリ１７が互いに独立して移動できるように構成されてもよい。一実施形態では、第１ワークヘッド１０、第２ワークヘッド１２および工具アセンブリ１７は、工具（例えば、研削砥石および／またはＸ線装置）が５軸の移動軸で移動できるように様々なモータを備えてもよく、特に、本明細書で説明する製造工程を容易にするために、その上に設けられる工具の正確かつ柔軟な移動および位置決めを可能にする。一実施形態では、工具アセンブリ１７は、工具アセンブリ１７の多軸操作を可能にするガントリに取り付けることができる。
【0076】
図１Ｆは、ケース１３内に取り付けられる前述の工具交換システム６０を概略的に示す実施形態を示している。前述のように、工具交換システム６０は、第１の交換可能工具１４および第２の交換可能工具１６として自動的に着脱可能な複数の製造工具を収容する。複数の製造工具は、研削砥石、切削液および冷却システム、穴あけ工具、刃先交換式切削工具、フライス工具、ねじ切り工具、回転工具、中ぐり工具、溝入れ工具および測定ツールを含み得る。さらなる実施形態では、フレームサブアセンブリ５２は、工具交換システム６０内で工具アセンブリ１７を位置決めして、第１の交換可能工具１４および第２の交換可能工具１６に取り付けられた工具の種類を交換することができ、これにより機械１００は自動工具交換を行うことができる。工具を自動的に交換する能力により、機械１００は、機械のダウンタイムなしに、複雑な多工程の研削および製造作業を完了することができる。
【0077】
例示的な実施形態によれば、第１の研削砥石４は、被加工物２０の１つ以上の面４２、４４（例えば、図１２Ａ参照）および／または外周面４６（例えば、図７、図１２Ａ参照）もしくは外周／直径を研削するために使用されてもよく、第２の研削砥石１６（例えば、図１７参照）は、被加工物２０の１つまたは複数の面４２、４４を研削するために使用されてもよく、各研削砥石は、図１Ｂに概略的に描かれている。当業者および上記の説明によって理解されるように、研削砥石１４、１６はそれぞれ、研削エッジを有する概ね円形の形状であってよく、スピンドル８ａ、８ｂ上に設けられて、例えば、回転モータ（図１Ｂのモータ４０２、５０２を参照）および／または直線移動のための歯車を有するアームまたはトラック６（図１Ｃに概略的に示される）を介して回転する。本明細書の実施形態によれば、第１の研削砥石１４は、その研削エッジが被加工物２０の面４２、４４および／もしくは外周面４６に接触するようにまたは接触しないように後退させて、被加工物２０に対して相対的に移動するように構成された工具アセンブリ１７に取り付けられる。一実施形態では、第１の研削砥石４は、少なくとも被加工物２０に向かっておよび被加工物２０から離れるように移動させることができる。一実施形態では、図１１、図１７Ａ～図１７Ｄおよび図２１～図２５を参照して後述するように、第１の研削砥石１４（および／またはその他の機械工具）は、被加工物２０の外周面４６との係合／係合解除のために、被加工物２０が回転可能な軸Ｂ－Ｂ（例えば、図１１の矢印２－３を参照）に対して垂直な軸に沿って、例えば直線的に移動されてもよい。非限定的な一実施形態では、第１の研削砥石１４は、Ｃ－Ｃ軸、例えば、Ｂ－Ｂ軸に対して角度をなす（すなわち、ゼロでない角度）軸を中心に回転するように構成されてもよい。第１の研削砥石１４の研削面１１４は、被加工物の外周面４６と接触するように移動する時、軸Ｃ－Ｃに対して角度をなし、軸Ｂ－Ｂに対して平行に移動する。別の実施形態（例えば、図２３参照）では、軸Ｂ－ＢおよびＣ－Ｃは平行であり、研削砥石１４の端面１１４は軸Ｃ－Ｃに平行である。
【0078】
これらの図面および本開示の全ての図面に関して、全ての異なる順列、向きおよび配置は、互いに交換可能であることが理解されるべきである。したがって、本開示は、様々な異なる実施形態を開示すると考えられるだけでなく、異なる構成要素および構成を説明する様々な実施形態は、本開示を通して本明細書に記載される文脈によって理解されるように、その他のものと交換可能であることも理解されるべきである。
【0079】
一実施形態では、第１の研削砥石１４を用いた被加工物２０の縁部／外周面４６の研削は、被加工物２０が第１ワークヘッド１０によってのみ保持（把持）されている間に行われる。別の実施形態では、第１の研削砥石１４を用いた被加工物２０の外周面４６の研削は、被加工物２０が第２ワークヘッド１２によってのみ保持されている間に行われる。
【0080】
別の実施形態では、図１１に示すように、被加工物２０の外周面４６は、ホルダアセンブリ１０および１２の両方によって接触された状態で研削されてもよい。いくつかの実施形態では、ホルダアセンブリ（例えば、ワークヘッド１０）の一方のみが被加工物２０をクランプ（爪で把持）するように機能し、他方は単に被加工物２０に接触して把持動作をサポートするだけであってもよい。他の実施形態では、両方ホルダアセンブリが、クランプ爪、真空力またはその両方を使用して、被加工物２０を把持する。
【0081】
一実施形態では、第１の研削砥石１４および／またはワークヘッドは、その研削のために、被加工物２０の面４２（または面４４）との係合／係合解除のために、互いに対して相対的に再配向または移動され得る（例えば、砥石は、図１２Ａの線４－５に沿って移動し得る）（図１２Ａ参照）。
【0082】
同様に、本明細書の実施形態によれば、第２の研削砥石１６（図１５、図１５Ｂ、図１７Ｄ参照）は、その研削エッジが被加工物２０の面４２もしくは４４に接触するように、または、接触しないように後退させて、被加工物２０に対して相対的に移動するように構成される。一実施形態では、第２の研削砥石１６は、被加工物２０の面４２、４４を研削するために、被加工物２０に向かって直線的および／または角度をなして移動させることができる。一実施形態では、図１Ｂ～１Ｃに一般的に示され、図１５Ａおよび図１７Ｄを参照して以下に説明されるように、第２の研削砥石１６は、被加工物２０の面４２および／または４４の一方との係合／係合解除のために、例えば、水平軸Ａ－Ａに平行な軸に沿って（Ｚ方向に）直線的に移動されてもよい。第２の研削砥石１６は、本明細書の実施形態に従って、Ｙ軸に平行な軸（例えば、垂直軸）を中心に回転するように構成されてもよい。これに加えておよび／または代えて、第２の研削砥石１６は、本明細書の実施形態に従って、Ｘ軸（例えば、水平軸）に平行な軸を中心に回転するように構成されてもよい。さらなる実施形態では、第２の研削砥石１６は、図１５Ｂの軸Ｄ－Ｄ）を中心に回転するように構成されてもよい。一実施形態において、第２の研削砥石１６を用いた被加工物２０の面４２または４４の研削は、被加工物２０が第１ワークヘッド１０によって保持されている間に行われる。別の実施形態では、被加工物２０の面４２または４４の研削は、被加工物２０が第２ワークヘッド１２によって保持されている間に行われる。本明細書で後述するように、どちらも被加工物２０を形成する方法の一部であってもよい。本明細書の実施形態によれば、第２の研削砥石１６は、Ｙ軸を中心に回転するように構成される。
【0083】
図１１に概略的に示すような非限定的な一実施形態によれば、第１の研削砥石１４は、第３の軸Ｃ－Ｃを中心に回転するように構成されてもよい。本明細書の実施形態によれば、軸Ｃ－Ｃは、Ｘ軸（または、図１１に示されるＢ－Ｂ軸）および／またはＺ軸（または、図１２Ａに示されるＡ－Ａ軸）に対してある角度（すなわち、ゼロでない角度）で設けられてもよい。他の実施形態では、被加工物２０の外周面４６を研削するための１つの回転方向において、軸Ｃ－Ｃは水平軸Ｂ－Ｂ（またはＸ軸）に平行であってもよい。一実施形態では、第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２の少なくとも一部（例えば、ダイヤフラム）は、軸Ｃ－Ｃを中心とする回転方向と同じまたは類似の回転方向において、水平軸Ｂ－Ｂ（またはＸ軸）を中心とする回転をするように構成されてもよい。図１１において、例えば、ホルダアセンブリ１０、１２の一部分（例えば、ダイヤフラム）は、右に向かって回転する軸Ｂ－Ｂ（図１１の矢印１を参照）を中心に回転してもよく、第１の研削砥石１４は、同様に右に向かって回転する軸Ｃ－Ｃを中心に回転してもよい。別の実施形態では、被加工物２０を回転させるための軸Ｂ－Ｂを中心とする回転方向は、軸Ｃ－Ｃを中心とする回転方向とは反対である。図１１において、例えば、ホルダアセンブリ１０、１２は、右に向かって回転する軸Ｂ－Ｂを中心に回転され、一方、第１の研削砥石１４は、左に向かって回転する軸Ｃ－Ｃを中心に回転してもよい。しかしながら、このような方向（すなわち、反対の回転方向）に、限定することを意図していない。いくつかの実施形態では、ホルダアセンブリ１０、１２および研削砥石（単数または複数）１４、１６は、必要に応じて回転方向を変更しながら、ホルダアセンブリ１０、１２の回転する部分に関して同じ回転方向でそれぞれの軸を中心に回転してもよい。軸Ｂ－Ｂおよび／または軸Ｃ－Ｃを中心とする回転運動は、例えば、外周面４６（または面４２および／または４４）の研削中に同時にまたは周期的に行われてもよい。一実施形態では、図１１に示すように、被加工物２０の外周面４６を研削することは、第１の研削砥石１４を一方の回転方向に回転させることと、第１ワークヘッド１０および／または第２ワークヘッド１２の少なくとも一部を同じ回転方向でかつ平行な軸に沿って回転させることとを含む。
【0084】
一実施形態において、第１ワークヘッド１０は、例えば、面４２または４４の研削中に、図１５Ａに概略的に示されるような、第２の研削砥石１６に対してＹ軸を中心とする回転移動するように構成される。一実施形態では、第２の研削砥石１６は、面４２または４４を研削するために、被加工物２０に対して、Ｙ軸を中心とする回転と当該軸のＸ方向および／またはＺ方向への直線移動とを行うように構成されている。従って、一実施形態において、被加工物２０の面４２または４４を研削することは、第２の研削砥石１６を回転させることと、被加工物２０の面４２または４４に対して第２の研削砥石１６を少なくとも直線的に移動させることを含む。
【0085】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、実施形態において、機械１００に含まれ一体化されたコントローラ１８および／またはプロセッサが、少なくとも第１および第２ホルダアセンブリ１０、１２ならびに少なくとも第１および第２の研削砥石１４、１６を含むサブコンポーネント、工具および装置の各々を制御するように構成されていることを示している。サブコンポーネント、工具等の動作および／または起動を制御することに加えて、コントローラ１８は、それらの動き（例えば、図１Ｃに描かれているような動きの方向など）を制御するようにも構成されている。機械１００はまた、被加工物２０の加工および形成中に、第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２に真空力を選択的に加えるための真空システム２２（例えば、図１Ｆを参照）と関連付けられ、一体化されている。真空システム２２の作動は、制御装置１８を介して制御可能である。一実施形態において、真空システム２２は、第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２にそれぞれ真空力を加えるための第１の真空装置および第２の真空装置から構成されてもよい。より具体的には、１つまたは複数の実施形態において、真空装置は吸引を加えることができる真空ポンプ３００を備え、これにより、第１および第２ホルダアセンブリ１０、１２のいずれか一方または両方に加えられる真空力を、被加工物２０をそれぞれのワークヘッドに保持または少なくとも一時的に固定するために被加工物２０に印加することができ、これは、図２～図６および図８～図２０に示される例示的な方法の工程に関して本明細書で更に説明される。
【0086】
本明細書の実施形態に従って、機械１００は、形成中に被加工物２０のＸ線画像を得るために使用されるＸ線装置２８（例えば、図１および図１３参照）も備える。実施形態において、Ｘ線装置２８は、例えば、第１ワークヘッド１０によって保持される被加工物２０のＸ線画像を得るために、少なくとも第１ワークヘッド１０に対して相対的に移動するように構成される（しかし、例えば、第２ワークヘッドによって保持される被加工物２０またはブールのＸ線画像を得るために使用することもできる）。Ｘ線画像を得るために、Ｘ線装置２８を保持するアーム（単数または複数）５２および／または工具アセンブリ１７を介して、被加工物２０およびワークヘッド１０、１２またはその両方に対してＸ線装置２８を周期的に相対的に移動させることができる（例えば、例示的な移動については、図１Ｃ、図１Ｄ、および図１３を参照）。本明細書の実施形態によれば、コントローラ１８は、Ｘ線装置２８のタイミングおよび移動ならびにＸ線画像および関連するＸ線回折データを取得するための動作を制御するように構成され得る。
本明細書の実施形態によれば、得られたＸ線画像および／またはＸ線データは、さらなる処理（例えば、仕上げ、機械加工、研削）を被加工物２０に対して実行するように、被加工物２０を（例えば、第１ワークヘッド１０を介して）の向きを決定するべく、コントローラ１８によって利用され得る。一実施形態では、第２の研削砥石１６を使用して被加工物２０の面に研削できるように、第１ワークヘッド１２１０を移動させることによって被加工物２０の面を回転配向させるべく、（例えば、コントローラ／プロセッサ１８を使用して）Ｘ線画像（複数可）からデータを取得または計算するために得られたＸ線画像が使用される。より具体的には、本明細書の実施形態によれば、Ｘ線データ（例えば、回折データ）が、ブール／被加工物２０内の結晶構造／配向を決定するために取得されてもよく、これにより、被加工物２０のさらなる機械加工のために、構造に対する適切なまたは所望の補償（複数可）が開始され、実行され得る。非限定的な実施形態では、Ｘ線装置２８は、回転旋回点または回転機構、横移動機構および／またはその他の位置決め機構のうちの１つ以上を含むように構成することができる。一実施形態では、Ｘ線装置２８は、少なくとも回転軸（工具アセンブリ１７および／またはアーム（単数または複数）の回転矢印を示す図１Ｂ～１Ｄを参照）および直線軸（図１３の矢印３を参照）に沿って、後退位置（例えば、図１Ｂに概略的に示すような位置）から、図１３に示すような、ブールまたは被加工物２０のドーム側または面の前面のＸ線撮影を可能にする位置まで移動するように構成される。一つの非限定的な実施形態によれば、撮影前および／または撮影中に、被加工物２０の一面（前面）をＸ線装置２８の読取領域、窓または表面へと移動させるおよび整列させるために、図１３の例示的な矢印２を介して示されるように、第１ワークヘッド１０は（Ｙ軸を中心として）例えば、前後および／または上下に揺動、旋回、または回転させることができる。Ｘ線装置１８は、例えば、水平軸（Ｂ－Ｂ軸）に対してある角度（すなわち、ゼロでない角度）で移動して画像を撮影してもよい。一実施形態によれば、Ｘ線装置２８は、材料（ＳｉＣ）の結晶構造／配向を特定するためのＸＲＤまたはＸ線回折ツールの形態で提供されてもよい。一実施形態では、Ｘ線装置２８は、被加工物２０の結晶構造によって入射Ｘ線が多方向に回折し、それが任意の位置（好ましくはケース内）の取付構造上に取り付けられたラウエ検出器、ＣＭＯＳ、ｓＣＭＯＳカメラ等の検出器によって検出されて、結晶方位を検出することができる画像またはデータを得る、および／または、別の実施形態では、被加工物２０の結晶の構造欠陥を特定することができる結晶構造解析法に使用される。
本明細書の実施形態によれば、得られたＸ線画像および／またはＸ線データは、さらなる処理（例えば、仕上げ、機械加工、研削）を被加工物２０に対して実行するように、被加工物２０を（例えば、第１ワークヘッド１０を介して）の向きを決定するべく、コントローラ１８によって利用され得る。一実施形態では、第２の研削砥石１６を使用して被加工物２０の面に研削できるように、第１ワークヘッド１２１０を移動させることによって被加工物２０の面を回転配向させるべく、（例えば、コントローラ／プロセッサ１８を使用して）Ｘ線画像（複数可）からデータを取得または計算するために得られたＸ線画像が使用される。より具体的には、本明細書の実施形態によれば、Ｘ線データ（例えば、回折データ）が、ブール／被加工物２０内の結晶構造／配向を決定するために取得されてもよく、これにより、被加工物２０のさらなる機械加工のために、構造に対する適切なまたは所望の補償（複数可）が開始され、実行され得る。非限定的な実施形態では、Ｘ線装置２８は、回転旋回点または回転機構、横移動機構および／またはその他の位置決め機構のうちの１つ以上を含むように構成することができる。一実施形態では、Ｘ線装置２８は、少なくとも回転軸（工具アセンブリ１７および／またはアーム（単数または複数）の回転矢印を示す図１Ｂ～１Ｄを参照）および直線軸（図１３の矢印３を参照）に沿って、後退位置（例えば、図１Ｂに概略的に示すような位置）から、図１３に示すような、ブールまたは被加工物２０のドーム側または面の前面のＸ線撮影を可能にする位置まで移動するように構成される。一つの非限定的な実施形態によれば、撮影前および／または撮影中に、被加工物２０の一面（前面）をＸ線装置２８の読取領域、窓または表面へと移動させるおよび整列させるために、図１３の例示的な矢印２を介して示されるように、第１ワークヘッド１０は（Ｙ軸を中心として）例えば、前後および／または上下に揺動、旋回、または回転させることができる。Ｘ線装置１８は、例えば、水平軸（Ｂ－Ｂ軸）に対してある角度（すなわち、ゼロでない角度）で移動して画像を撮影してもよい。一実施形態によれば、Ｘ線装置２８は、材料（ＳｉＣ）の結晶構造／配向を特定するためのＸＲＤまたはＸ線回折ツールの形態で提供されてもよい。一実施形態では、Ｘ線装置２８は、被加工物２０の結晶構造によって入射Ｘ線が多方向に回折し、それが任意の位置（好ましくはケース内）の取付構造上に取り付けられたラウエ検出器、ＣＭＯＳ、ｓＣＭＯＳカメラ等の検出器によって検出されて、結晶方位を検出することができる画像またはデータを得る、および／または、別の実施形態では、被加工物２０の結晶の構造欠陥を特定することができる結晶構造解析法に使用される。
【0087】
図１３では概して、Ｘ線装置２８が被加工物２０に面側から接近するように描かれているが、Ｘ線装置２８および第１ワークヘッド１０のこのような接近および移動は、これに限定することを意図するものではない。
例えば、いくつかの実施形態では、Ｘ線装置２８は、被加工物２０の外径に対して直線的に（すなわち、軸Ａ－Ａに平行に、またはＺ軸に平行に）移動するように構成されてもよい。
例えば、いくつかの実施形態では、Ｘ線装置２８は、被加工物２０の外径に対して直線的に（すなわち、軸Ａ－Ａに平行に、またはＺ軸に平行に）移動するように構成されてもよい。
【0088】
図面に描かれているようなＸ線装置の動きは、これに限定することを意図していない。また、実際には、別の実施形態では、Ｘ線装置２８は静止していてもよく、一方、本明細書で開示するホルダアセンブリおよび／またはワークヘッド保持装置は、被加工物２０から所望のデータを得るために、Ｘ線装置２８に対して移動、操作および配置されることも理解されるべきである。本明細書では、このような動きの任意の組み合わせも考えられる。
【0089】
本明細書の実施形態に従った、第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２の例示的な部品に関する更なる詳細を、図２～図６に示す。一実施形態において、第１ワークヘッド１０は、第１被加工物保持装置またはアセンブリ３４を有する。第１の被加工物保持装置３４は、第１真空プレート３０と、クランプ機構３８とを備える。真空プレート３０は、一実施形態では、弾力性のある被加工物係合面２０ａを有し、それを貫通する溝または通路を有するプレートまたは構造の形態でありうる。この第１真空プレート３０は、被加工物２０が真空プレート３０に対して位置決めされると、被加工物２０を保持するために真空力を加える真空システム２２（またはその真空装置）の一部として使用するように構成される。特に、図１Ｆおよび図４に示されるように、第１ワークヘッド１０は、真空ポンプ３００と真空プレート３０とを接続する真空チャネル３５（後述するアクチュエータアーム４０を通って延びる）を含む。真空システム２２の真空ポンプ３００は、真空ライン３０３を介してヘッド内の真空チャネルと連絡している。一実施形態では、真空ポンプ３００は、ケース１３の外側に配置されてもよいが、別の実施形態では、ケース１３の内側に配置されてもよい。更に、図示の実施形態では、単一の真空ポンプ３００が図示されているが、複数の真空ポンプ３００を採用することができることが理解されるべきである。図３～図６を参照して以下に示され説明されるような実施形態では、第１真空プレート３０は、後退位置と伸長位置との間を移動するように構成される。同様に、実施形態において、第２ワークヘッド１２は、第２の被加工物保持装置３６を有する。第２の被加工物保持装置３６は、第２真空プレート３２を有する。この第２真空プレート３２は、被加工物２０が真空プレート３２に対して位置決めされると、被加工物２０を保持するための真空力を被加工物に印加するべく、真空システム２２（またはその真空装置）と共に使用するように構成されている。特に、第２ワークヘッド１２は、真空プレート３２へと向かい（それぞれのアクチュエータを通って延びる）真空プレート３２と連通する真空チャネルのような流路３５も有する。一実施形態では、第２真空プレート３２は、後退位置と伸長位置との間を移動するように構成されている。従って、形成および加工のために被加工物２０を装填することは、被加工物２０を第１ワークヘッド１０の第１の被加工物保持装置３４に配置（ロード）することを含み、真空システム２２を介して真空力が印加されて被加工物２０を保持することであってもよい。同様の方法で、例えば、形成方法の間、被加工物２０は、第１ワークヘッド１０から第２ワークヘッド１２に移送され、真空システム２２を介して印加される真空力を介して第２真空プレート３２に対して保持されてもよい。
【0090】
本明細書では、「プレート」という用語が真空プレートに関連して使用されているが、この用語の使用は、その構造が一実施形態では平坦なものであることができるため、便宜上使用されているに過ぎないことは明らかである。しかしながら、本明細書で使用される「プレート」という用語は、平坦である必要はなく、厚みを有する不規則な形状を有し得る。真空プレートは、本質的に、被加工物または部品に係合または接触する構造にすぎない。それは、一実施形態では、被加工物の形状に適合するように適合性を有してもよく、被加工物に真空力を加えることができるように、複数の穴または孔を有することができる。
【0091】
当業者には明らかであるように、真空プレート３０、３２のはそれぞれ、機械加工／形成される被加工物２０のタイプに基づいて形成されてもよい。一実施形態では、真空プレート３０、３２のいずれか一方または両方は、それぞれのプレートに対して配置される面（例えば、面４２または面４４）の形状に適合する弾性コンプライアンス（または弾力性）を提供する可撓性または弾力性のある中央部分を有してもよい。このようなプレートは、形成される被加工物２０のタイプに基づいて切り替えられてもよい。一実施形態では、真空プレート３０、３２のいずれか一方または両方は、（作動時に）被加工物２０に真空を提供するのを補助する溝または穴を有してもよい。図２Ｂに示すように、非限定的な実施形態では、複数の分配通路３２ａは、真空プレート３０、３２の両方を通って延在してもよい（図２Ｂ、図３Ａ、図４では、例えば、理解の便宜上、両方の真空プレートの番号が示されているが、これらは、図２Ａに示されるように、実際には別個に設けられることを理解されたい）。複数の分配通路３２ａの各々は、真空導管３５および真空ライン３０３を介して真空供給部（真空ポンプ３００）と流体連通している。従って、研削および画像形成工程中の被加工物の固定および搬送のために、真空プレート３０、３２は有利に真空力を分配することができる。
【0092】
一実施形態によれば、真空プレート３０、３２は、鋼またはアルミニウム等の金属材料で形成されてもよく、外面シールとしてウレタン等の可撓性材料を含んでもよい。一実施形態では、真空プレート３０、３２の可撓性中央部分は、被加工物２０／ブールの面の不均一な表面に形状適合するように、ウレタン等の材料から形成されてもよい。
【0093】
一実施形態では、第１の被加工物保持装置３４および第２の被加工物保持装置３６はそれぞれ、図３Ａに示すようなクランプ機構３８、すなわちダイヤフラムまたはダイヤフラムチャックを含む。装置３４、３６のクランプ機構３８は、任意の数、例えば６個のクランプ用チャック爪３７を有してもよい。一実施形態では、クランプ機構３８は、第１真空プレート３０または第２真空プレート３２を把持しない開位置（例えば、図３Ａおよび図３Ｂ参照）と把持する閉位置（または把持位置；例えば、図４参照）との間を移動するように構成されている。図３Ｂは、第１真空プレート３０または第２真空プレート３２の把持解除直後の複数のチャック爪を示す。
【0094】
一実施形態では、第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２はそれぞれ、図２６に示すように、スピンドル７０、空気圧二重シリンダ７１、内側引張棒７２および外側引張棒７３を備える。スピンドル７０は、ホルダアセンブリ３４、３６と空気圧二重シリンダ７１との間に接続され、研削作業中にホルダアセンブリを回転させることができる。空気圧二重シリンダ７１は、一対の引張棒７２、７３を同軸構成にしながら独立して作動させることを可能にする起動装置である。すなわち、内側の引張棒７２は外側の引張棒７３に内包されており、空気圧二重シリンダ７１は、外側の引張棒７３の第１の方向への出し入れを妨げることなく、内側の引張棒７２を第１の方向に選択的に出し入れすることができるようになっている。内側引張棒７２が空気圧二重シリンダ７１とアクチュエータアーム４０との間に接続されるように、内側引張棒７２と外側引張棒７３はスピンドル７０内に延在する。一実施形態では、内側引張棒７２は、真空が真空プレート３０、３２に供給される導管として機能する。外側引張棒３は、空気圧二重シリンダ７１とキャップ４１との間に接続され、本明細書で説明するように、外側引張棒７３の変位によってクランプ機構３８の爪７３が開いたり閉じたりするようにしてもよい。さらなる実施形態では、スピンドルアダプタ７５がスピンドル７０とシリンダアダプタ７６の間に接続されるように、スピンドルアダプタ７５およびシリンダアダプタ７６をスピンドル７０と空気圧二重シリンダ７１との間に接続してもよい。同様に、シリンダアダプタを空気圧二重シリンダ７１とスピンドルアダプタ７５の間に接続してもよい。
【0095】
把持および把持の開放を開始する時、外側引張棒７３は空気圧二重シリンダ７１によって引き込まれるまたは延出される。外側引張棒７３は、作動している空気圧シリンダとクランプ機構３８との間の物理的接続を提供する。外側引張棒７３を介して加えられる力（例えば、押す力Ｐ１または引く力Ｐ２）に基づいて、クランプ機構またはダイヤフラム３８は爪３７の薄肉部３７ａによってわずかに撓み、それによってそのチャック爪３７を被加工物２０に対して開いたり閉じたりさせることができる。一実施形態では、爪３７は通常開いており、そこに加えられる力によって撓みが生じて閉じる。別の実施形態では、爪３７は通常閉じており、力が加わると撓んで開く。
【0096】
図３Ａは、このような把持および把持開放を開始するために、ワークヘッドの一部として提供され得る例示的な部品を示している。ダイヤフラム３８のキャップ４１は引張棒に接続され、爪３７およびダイヤフラム３８を作動させてチャック爪を開閉させる手段を提供することができる。キャップ４１に隣接して（図３Ａの図ではキャップ４１の下方に示されている）、クランプ機構またはダイヤフラム３８を固定するためのベースを提供するダイヤフラムチャックの本体４３が設けられている。この本体４３は、ダイヤフラムチャックをワークヘッド１０、１２のワークヘッドスピンドル７０に固定するためのスピンドルアダプタプレート４５に接続することができる。一実施形態では、スピンドルアダプタプレート４５は、例えば、半径方向の振れが最小値となるように調整するべく、スピンドル７０上でのダイヤフラムチャック３８のセンタリングを可能にするセンタリング機構（例えば、攪拌ねじなど）を備えてもよい。本体４３およびスピンドルアダプタプレート４５は、それぞれの駆動機構（２５Ａまたは２５Ｂ）の電動モータによって回転するように構成され、それにより必要に応じてダイヤフラム３８および被加工物２０を回転させる（本明細書において後述する、例えば図１４参照）。更に、本明細書の実施形態によれば、爪３７の枢動およびダイヤフラム３８の作動を可能にするために、ダイヤフラム３８の底部と本体４３の上部との間にクリアランス４７（図１４参照）を設けてもよい。
【0097】
一実施形態において、第１真空プレート３０および第２真空プレート３２はそれぞれ、クランプ機構３８に対して後退位置（例えば、図５Ａ参照）と伸長位置（例えば、図３Ａ参照）との間を移動するように構成され、それにより、被加工物２０をクランプ機構３８に対して後退および突出した位置に配置させる。特に、図３Ａおよび図３Ｂでは、ダイヤフラム／クランプ機構３８が開位置にある（すなわち、爪３７が真空プレートから離れている）伸長位置にある真空プレート３０、３２の例を示す。図４は、ダイヤフラム／クランプ機構３８が閉位置にある（すなわち、爪３７が真空プレートに接触し、真空プレートの周囲に把持され、爪がブール外周２１から離れ、外周研削のために完全に露出した状態になる一方、ブールへの強制力は本明細書で説明するように、真空および／または対向ホルダへの圧縮力によってのみ加えられる）伸長位置にある真空プレート３０、３２の例を示す。図５および図５Ｂは、ダイヤフラム／クランプ機構３８が開位置にあり（すなわち、爪が被加工物２０から離れているため、ブールがホルダおよびその爪３７によって完全に把持され、本明細書でも説明されるような完全な研削が可能になる）、後退位置にある真空プレート３０、３２の例を示している。図５Ｂは、第１真空プレート３０または第２真空プレート３２による把持を解除した直後のチャック爪を示している。引張棒は、ダイヤフラム３８に押し付け力Ｐ１を加えるように構成されており、その結果、矢印Ｏ１で示されるように、チャック爪が被加工物２０またはブールに対して外側に撓み、爪の開放（デクランプ）が行われる。図６は、ダイヤフラム／クランプ機構３８が閉位置にある（すなわち、爪が被加工物２０の外径に接触して閉じているまたは被加工物２０の外周を把持している）、後退位置にある真空プレート３０、３２の例を示している。引張棒は、ダイヤフラム３８に引張り力Ｐ２を加え、チャック爪３７を旋回させ、その結果、矢印Ｏ２で示すように、爪３７のクランプ面３７ａを被加工物２０またはブールに対して径方向内側に移動させ、その結果、爪を閉じる（クランプする）ように構成されている。
【0098】
真空プレート３０、３２をそれぞれのクランプ機構３８に対して移動させるために、実施形態に従って、ワークヘッド１０、１２は、それぞれの真空プレート３０、３２に接続されるアーム（全体を通して「アクチュエータアーム」とも記す）の形態のアクチュエータ４０を更に備え得る。例示的な実施形態において、例えば、真空プレート３０、３２は、それぞれのアクチュエータアーム４０に固定またはボルト止めされてもよい。ワークヘッド１０、１２のアクチュエータ４０は、それぞれの真空プレート３０、３２およびそれに取り付けられた被加工物２０を、後退位置と伸長位置との間で選択的に移動させるように構成されている。アクチュエータアーム４０は、ダイヤフラム３８に関連するキャップ４１内において、キャップ４１に対して移動可能である。当業者に理解されるように、アクチュエータ４０のアームは、例えば、モータ（電気モータであってもよく、任意にそれぞれのワークヘッド１０、１２の駆動機構の一部であってもよい）を介して可動であってもい。クランプ機構またはダイヤフラム３８に対するアクチュエータ４０、ひいては真空プレート３０、３２の移動方向は、ワークヘッド１０およびその位置（例えば、Ａ－Ａ軸またはＢ－Ｂ軸に沿って配置される）に依存する。
【0099】
上記の説明により理解できるように、本明細書における機械１００は、被加工物２０を形成するための方法を実行するように構成されている。以下に説明するように、この方法は、例えば、被加工物２０を第１ワークヘッド１０上に載置することと、被加工物２０が第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２の両方に接触するように被加工物２０を第２ワークヘッド１２に対して相対的に位置決めすることと、第１の研削砥石１４を用いて第１ワークヘッド１０および第２ワークヘッド１２に接触する被加工物２０の外周面４６を研削することと、第２の研削砥石１６を用いて被加工物２０の面４２、４４を研削することと、被加工物２０を取り外すことと、を含む。より具体的には、図８～図２０は、図１Ａの機械１００を使用して被加工物２０を形成するための例示的な（および必要に応じて行われる）複数の工程を示す。
【0100】
図８に示されるように、実施形態に従って、矢印Ａ１で表されるように、被加工物２０は、最初に第１ワークヘッド１０ホルダアセンブリ３４上に載置（ロード）されてもよい。例えば、オペレータは、被加工物２０のシード面４２を第１ワークヘッド１０の真空プレート３０に対して手動で保持することができる。従って、ドーム側または面４４は、第１真空プレート３０から外向きに離れるように位置決めされる。図８に示される被加工物のロード位置では、第１ワークヘッド１０はＡ－Ａ軸（またはＺ軸）に沿って配置され、真空が第１真空プレート３０に印加されて第１真空プレート３０が伸長位置になり、必要に応じてクランプ機構３８は第１真空プレート３０の周りを把持する。また被加工物のロード位置では、第２ワークヘッド１２は、軸Ｂ－Ｂ（またはＸ軸）に沿って配置され、第２ワークヘッド１２への真空はオフであり、第２真空プレート３２は伸長位置にあり、必要に応じてクランプ機構３８は第２真空プレート３２の周りを把持位置で把持する。
【0101】
図９は、開示された方法における第２の工程を示す。第１ワークヘッド１０は、（軸Ａ－Ａに沿って）ロード位置または水平位置から第２の水平位置まで、Ｙ軸を中心に（矢印Ａ２で表されるように）回転される。図９では上面図が示されているが、第１ワークヘッド１０は、第２ワークヘッド１２に向かって水平に回転されることが理解されるべきである。回転後、第１ワークヘッド１０は、Ｂ－Ｂ（またはＸ）軸に沿って水平に移動され、および／または、第２ワークヘッド１２は、被加工物２０に向かって同じ軸（矢印Ａ３参照）を中心に水平に移動される。従って、第２ワークヘッド１２は、図１０に示すように、被加工物２０のドーム面４４に圧力を加え、被加工物２０を２つホルダアセンブリ１０、１２の間に保持または固定することができる。
【0102】
一実施形態では、真空力のみ、および／またはブールに加えられる圧力のみでも、クランプ機構３８の爪３７を利用することなくブール２０を固定するのに十分である。一実施形態にでは、一旦固定されると、図１１に示されるような研削作業を容易にするために、第１ホルダ３４および第２のホルダ３６が回転される。一実施形態に従って、第１ダイヤフラムホルダ３４および第２ダイヤフラムホルダ３６は、第２の軸（Ｂ－Ｂ軸）を中心に第１の方向に回転される。第１の研削砥石１４は、第１ワークヘッド１０と第２ワークヘッド１２との間に保持されている被加工物２０の外周面４６に接触するように移動される。第１の研削砥石１４は、軸Ｃ－Ｃを中心とする回転によって、被加工物２０の外周面４６に粗研削を施すことができる。一実施形態では、第１の研削砥石１４は、軸Ｂ－Ｂに平行な軸Ｃ－Ｃを中心に回転する。従って、図１１は、第１ワークヘッド１０と第２ワークヘッド１２の両方が研削の構成となっている工程を示している。この構成では、第１真空プレート３０への真空はオンであり、第２真空プレート３２への真空はオフであり、第１真空プレート３０と第２真空プレート３２の両方が伸長位置にある。更に、第１のダイヤフラム３８と第２のダイヤフラム３８の両方が、それぞれの真空プレートの周囲に把持されていてもよい。被加工物２０の外周面４６を研削した後、第１の研削砥石１４は、被加工物２０から離れる方向、例えば、Ｚ軸に平行な水平方向への直線移動するように構成される。実施形態において、第１の研削砥石１４はモータ４０２によって回転されるスピンドル８ａ上に設けられ、第１の研削砥石１４はモータシステム４によって、Ｚ軸に平行な水平方向で、被加工物２０に向かっておよび被加工物２０から離れる方向に直線移動するように構成される。
【0103】
図１２Ａは、実施形態に係る、被加工物２０の（例えば、ドーム側である）第２の面４４のドーム側を研削するための任意の研削作業を示す。図１２Ａに示す作業は、実施形態に従って、例えば、Ｘ線装置２８の使用前に実施されてもよいが、方法またはプロセスにおいて実施されるタイミングに関しては限定されない。この作業は、例えば、ドーム面が（例えば、検査、目視または工具を介して）十分にクリーンでないと判断され、第１のＸ線測定前にドーム面の多少の研削を更に行う必要がある場合に実行されてもよい。しかし、この研削作業は、このような要件に限定されるものではなく、所望に応じて実行することができる。必要に応じて行われる本工程において、被加工物２０の面４４の少なくとも一部の研削作業は、（必要に応じて）Ｘ軸に沿って（矢印１を参照）直線的に、第１ワークヘッド１０によって保持されている被加工物２０から離れるように第２ワークヘッド１２を引き出し、矢印２によって示されるように、第１ワークヘッド１０を、第２の水平位置（軸Ｂ－Ｂに沿って第２ワークヘッド１２と一直線上にある）から軸Ａ－Ａに沿ってそのロード位置または水平位置までＹ軸を中心に回転させることを介して行われ得る。図では上面図が示されているが、第１ワークヘッド１０は第２ワークヘッド１２から離れるように水平に回転していることを理解されたい。図１２Ａに示されるように、第１の研削砥石１４は、第１ワークヘッド１０によって保持される被加工物２０の面４４に接触するように、例えば、矢印４－５で示されるように、少なくとも直線的に所定の位置に移動され得る。研削作業を実施するために、被加工物ホルダアセンブリ３４のダイヤフラム３８は、矢印３で表されるように軸Ａ－Ａを中心に回転する。一実施形態によれば、ダイヤフラム３８は軸Ａ－Ａを中心として第１の方向に回転する。本明細書における非限定的な実施形態によれば、第１の研削砥石１４は、第１の方向とは反対の第２の方向にＣ－Ｃを中心として回転してもよい。第１の研削砥石１４はまた、被加工物２０の面４４へと移動して接触を維持するために、Ａ－Ａに沿った直線移動（矢印４－５あたり）と共に、その回転中に矢印９によって示されるように軸Ｃ－Ｃに沿って直線移動するように構成されてもよい。このようにして、第１の研削砥石１４により、被加工物２０の面４４に粗い研削をすることができる。一実施形態では、第１の研削砥石１４は、軸Ｂ－Ｂに平行な軸Ｃ－Ｃを中心に回転される。被加工物２０の面４４を研削した後、第１の研削砥石１４は、例えば、Ａ－Ａ軸またはＺ軸に平行な水平方向への少なくとも直線移動を介して、被加工物２０から離れるように移動するように構成され、第１ワークヘッド１０はそれと整列するように第２ワークヘッド１２に向かってＹ軸を中心に回転して元の位置に戻されてもよい。
【0104】
しかしながら、先に述べたように、図１２Ａに示された工程は任意であり、Ｘ線の前に実施する必要はない。更に、ホルダアセンブリおよび／または研削砥石は、必要に応じてまたは所望に応じて、枢動／旋回を含む更なる動きができるように構成されてもよい。
【0105】
第１の被加工物ホルダアセンブリ３４と第２の被加工物ホルダアセンブリ３６は、構造的クランプ（例えば、爪３７を介して）と真空クランプ（例えば、関連する真空プレートと関連する真空ラインとポンプを介して）の両方の組み合わせを提供することが理解されるべきである。この構造的クランプと真空クランプの組み合わせは、自動車、航空宇宙および工具産業で使用される不規則な形状の金属部品等、様々なタイプ、材料および形状の被加工物を扱うための多くの異なる用途に適している。
【0106】
図１３は、本明細書の実施形態に従った、本明細書に開示される機械加工プロセスの更なる工程を示す。非限定的な一実施形態では、被加工物２０の縁／外周面を研削した後、被加工物２０の面を研削する前に、Ｘ線装置２８を利用することができる。他の実施形態では、被加工物２０の部分の読み取り値を提供するために、プロセス中の任意のタイミングで行われる１回または複数回のステップとしてＸ線装置２８を利用することができる。図１３において、第２ワークヘッド１２は、第１ワークヘッド１０によって保持されている被加工物２０から離れるように（図１３の矢印１を参照）、任意に直線的に後退させてもよい。Ｘ線装置２８は、被加工物２０に向かって移動するように構成されている。Ｘ線装置２８は、例えば、被加工物２０の表面／面４４に向かって直線的に（矢印３を参照）移動させることができ、および／または、関連する機構を介して必要に応じて回転または旋回させることができる。必要に応じて、前述のように、非限定的な一実施形態によれば、Ｘ線装置２８の使用前および／または使用中に、被加工物２０の（前）面をその読取領域、窓または表面と位置合わせするために、第１ワークヘッド１０をＸ線装置２８に向かってＹ軸を中心に回動、旋回または回転させることができる（図１３の矢印２参照）。このように、実施形態に従って、Ｘ線装置２８は被加工物２０の少なくともドーム面４４のＸ線画像を得るように構成されている。実施形態では、Ｘ線装置２８は、被加工物２０の任意の表面（例えば、面４２、４４および／または表面４６）のＸ線画像を得るように構成される。Ｘ線装置によって得られた画像は、（例えば、コンピュータ、データ処理装置等を含むコントローラ１８を介して）、プロセス／方法においてここまでの被加工物２０の構造的特徴（例えば、結晶構造／配向に対応するデータ）を特定するために使用される。このような画像および決定／計算されたデータにより、更なる処理を行うべく、被加工物２０の明確化および配向が可能になる。例えば、当該技術分野において理解されるように、被加工物２０（ブール）の結晶格子は、通常、被加工物２０の表面（単数または複数）／少なくとも面４４上の懸念事項および／または欠陥を修正するために、特定の配向にある必要がある。図１４の例示的実施形態に関して示されるように、次の工程のために被加工物２０の所望の配向を達成するべく、本明細書の実施形態に従って得られたＸ線（複数可）およびデータの結果として、第１ワークヘッド１０の第１ダイヤフラム３８を回転させてもよい（例えば、軸Ｂ－Ｂの中および軸Ｂ－Ｂの周りに配置される場合；図１４の矢印１を参照）。図１４において、被加工物２０（従って第１の真空プレート３０）は後退位置にある。すなわち、図３および図１３に示すように、被加工物２０を回転させるために、第１の真空プレート３０は、伸長位置から後退位置へと移動する。本体４３およびスピンドルアダプタプレート４５、ひいてはダイヤフラム３８および被加工物２０は、ワークヘッド１０の駆動機構２５Ａのワークヘッドスピンドル７０および電動モータを介して回転させることができる。
【0107】
図１５Ａは、本明細書における実施形態に従って、被加工物２０に第２の研削砥石１６を使用する例を示している。被加工物２０は、真空がオンの状態で第１ワークヘッド１０によって保持され、第１真空プレート３０は後退位置に維持され、第１のダイヤフラム３８は少なくとも第１真空プレート３０についてのクランプ位置に残っている。場合によっては、ダイヤフラム３８のチャック爪が被加工物２０の外周面／縁部を把持してもよい。第２の研削砥石１６は、被加工物２０の面４４に接触するように移動する。第１ワークヘッド１０は、第２の研削砥石１６に対して面４４を研削するために、水平方向、直線方向、旋回方向、および／または回転方向に移動する。例えば、第１ワークヘッド１０の回転運動は、Ｘ軸自体を中心に回転すること、および／または、被加工物２０の面４４を前後および／または上下に、例えば、第２の研削砥石１６に対して相対的に旋回させるために、Ｘ軸に対してある角度（例えば、一例が図１５Ａにおいて矢印１で示されている）で旋回（回転）することを含み得る。第２の研削砥石１６は、回転的および直線的に移動するように構成されている。特に、第２の研削砥石１６は、Ｙ軸を中心に回転する、Ｙ軸を中心に直線的に移動する、および／または、Ａ－Ａ軸に平行に（またはＺ軸に沿って）横方向に移動するように構成される。図１５Ｂは、上述のもの形態に代わる変形例を示している。研削砥石の回転軸の向きが異なり、垂直（Ｙ軸に平行）ではなく水平（Ｘ軸、またはＺ軸に平行）である。研削砥石１６の円周面ではなく側縁が被加工物２０の面４４を研削するために使用されているため、研削工程が異なる。この側縁砥石は、カップ砥石として設計することができる。図１５Ｂの変形例では、通常、研削砥石１６の垂直方向の位置決めは必要ない（図１５ＢのＹに平行な垂直方向の矢印２を参照）。
【0108】
本明細書の実施形態によれば、上述した図１５Ａに示す例示的な作業の前に、Ｘ線装置２８によって得られたＸ線を介して得られたデータ（プロセッサ／コントローラ１８を用いた処理を介して決定、計算、収集等されたものを含む）に基づいて、例えば、被加工物２０のドーム面４４を位置決めするために、第１ワークヘッド１０を、研削のための固定位置に対して軸に沿って特定の向きおよび／または位置に位置決めしてもよい。すなわち、データは、図１５Ａの研削作業の前および／または研削作業中に、第１ワークヘッド１０を介して被加工物２０の結晶構造／格子を特定の位置および／または向きに位置決めするために利用されてもよい。第１ワークヘッド１０は、図１５Ａのような研削作業中に、例えば、回転／旋回可能に構成することもできる。
【0109】
図１６に示すように、実施形態に従って、被加工物２０は第１ワークヘッド１０から第２ワークヘッド１２に移送されてもよい。非限定的な実施形態によれば、図１６の操作は、被加工物２０の面４４の研削後に実行されてもよく、すなわち、被加工物２０は第２の研削砥石１６の使用後に第２ワークヘッド１２へと移送されてもよい。しかしながら、研削砥石１６が利用されない場合、図１６の移送は、図１３に示されるようなＸ線装置２８の使用後および／または図１４に示されるような補正の後に行われてもよい。具体的には、必要に応じて、第１ワークヘッド１０をＸ軸またはＢ－Ｂ軸に沿って第２ワークヘッド１２に向かって移動させてもよく、あるいは、第２ワークヘッド１２を第１ワークヘッド１０に向かって移動させてもよい。第１ワークヘッド１０は、第１ワークヘッド１０に印加される真空を停止し、第１の真空プレート３０を伸長位置に配置させることにより、被加工物２０を第２ワークヘッド１２に移送またはハンドオフするように構成される。第２ワークヘッド１２は、第２の真空プレート３２が伸長位置に配置された状態で、被加工物２０に真空を印加する。第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムは、それぞれの真空プレートに対してクランプした位置のままである。
【0110】
任意に、図１７Ａ、図１７Ｂおよび／または図１７Ｃに示されるような実施形態に従って、第２のおよび／または他の研削故上地（複数可）が、被加工物２０の外周面４６に対して実行されてもよい。実施形態において、図１７Ａ、図１７Ｂおよび／または図１７Ｃに示される工程のいずれかが、図１６に示される操作または工程の後に実行されてもよい。実施形態において、図１７Ａ、図１７Ｂおよび／または図１７Ｃに示される工程のいずれかは、図１１、図１２および／または図１５に示される操作または工程に加えて、図１１、図１２および／または図１５に示される操作または工程の後または前に実行されてもよい。例えば、図１７Ａに関して、第１ワークヘッド１０は、第２ワークヘッド１２から離れる方向に移動してもよい。図示されるように、第１の研削砥石１４は、第２ワークヘッド１２によって保持されている被加工物２０の外周面４６に接触するように（矢印で示されるように、Ｚ軸に対して相対的にまたは平行に）移動されてもよい。図１１に関して上記で同様に説明したように、例えば、この工程では、軸Ｂ－Ｂ（図１７ａの矢印１参照）を中心に第２ワークヘッド１２を回転させることにより、被加工物上の外周面４６の研削を仕上げるために研削を行うことができる。図１７Ｂは、被加工物２０に対する第１の研削砥石１４の相対的な回転の一例と、（先に説明したＸ軸と同様にＺ軸（図１７Ｂの矢印２参照）の両方における）直線移動を示している。一実施形態では、第１の研削砥石１４は、被加工物２０の外周面４６を実質的に平坦になるように研削するように構成され得る。別の実施形態では、（例えば、顧客の要求に応じて、特定の位置に）被加工物２０の外周面４６内に切り欠きを形成するように、第２の研削砥石１６または別の装置が被加工物２０の外周面４６を研削または加工するように直線移動するように構成されてもよい。図１７Ｄは、例えば、例示的なノッチ砥石を用いて、第２ワークヘッド１２によって保持されている被加工物２０の外周面４６に１つ以上のノッチを刻むべく、被加工物２０に関する相対的な直線移動の一例を示す。このようなノッチ砥石は、例えば、先に説明したように、研削砥石１４および／または１６のように移動および回転するように構成してもよい。すなわち、ノッチ砥石は、ワークヘッド／被加工物２０と選択的に係合するために、ワークヘッド／被加工物２０に対して直線的に移動するように構成され、例えば、アームを介して移動し、モータを介してスピンドルまたはシャフトを中心に回転するように作動する工具であってもよい。ノッチ砥石は、非限定的な実施形態によれば、外周面４６にノッチ（１つまたは複数）を付与するために被加工物２０と選択的に係合するべくＸ軸およびＺ軸に沿って直線的に移動し、その動作中に（例えば、被加工物２０に対して前後に）Ｙ軸を中心に回転可能である。無論、図１７Ａ～図１７Ｄに示される操作のいずれもが、被加工物２０が第１ワークヘッド１０によって保持される時に実行されてもよく、必ずしも第２ワークヘッド１２によって保持されることに限定されないことを理解されたい。
【0111】
また、必要に応じて、図１８Ａに示すように第１の研削砥石１４は、（再び）被加工物２０の面を研削するために使用されてもよい。この場合、被加工物２０のドーム面４４が第２真空プレート３２に対して位置決めされるように被加工物２０が第２ワークヘッド１２へと移送されたことにより、シード面４２が露出して外側に配置される。このように、被加工物２０のシード面４２を研削できる。別の実施形態では、図１８Ｂに示すように、シード面４２を研削するために、代わりに第２の研削砥石１６を使用してもよい。
【0112】
第２ワークヘッド１２は、一実施形態に従って、被加工物２０を（任意に）第１ワークヘッド１０に移送または引き渡して被加工物を戻してもよい。一実施形態において、第２ワークヘッド１２によって保持されている時に被加工物２０に対するいずれかおよび／または全ての研削加工（例えば、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ、図１７Ｄ、および／または図１８に示される）が完了した後に、引き渡しが実行されてもよい。図１９に示すように、ワークヘッド１０、１２の真空プレート３０、３２を伸長させ、第２ワークヘッド１２の真空をオフにし第１ワークヘッド１０の真空をオンにすることにより、被加工物２０をまず第１ワークヘッド１０に移動（図１９の矢印１参照）させることができる。その後、図２０に示すように、第１ワークヘッド１０を元の位置またはロード位置に戻すことができる。具体的には、第１ワークヘッド１０を、Ｙ軸を中心に水平方向に回転させて（図２０の矢印１参照）、ロード位置、すなわち、第１ワークヘッド１０が軸Ａ－Ａに沿って整列するようにする。その後、第１ワークヘッド１０に対する真空をオフにし、真空プレート３０は伸長位置に配置されたままにする。オペレータは、真空がオフされると同時にまたは真空がオフされた後に、被加工物２０を取り外すことができる。
【0113】
あるいは、実施形態では、全ての研削作業が行われた後、被加工物２０を第２ワークヘッド１２から取り外す（アンロードする）こともできる。
【0114】
前述のように、本明細書に開示される機械１００の部品および構成要素の動作は、コントローラ１８および／またはプロセッサによって調整されてもよく、コントローラは、構成要素各々と双方向通信し、方法および機械１００に関して本明細書に記載されるような動作および工程を実行するための命令を含むデータをその間に送信し、記載された機能性を提供するためにそれらの動作を調整するように構成される。コントローラ１８は、例えば、１つまたは複数のプロセッサまたはコンピュータによって構成されてもよい（例えば、図１Ａのコンピュータ１１を参照）。コントローラ１８は、ＣＮＣコントローラであってもよい。コントローラ１８を介して制御される機械部分には、例えば、第１および第２ホルダアセンブリ１０、１２、第１および第２の研削砥石１４、１６、真空システム２２、Ｘ線装置２８、並びに、ホルダアセンブリのダイヤフラム３８（または爪）、アクチュエータアーム４０、フレームサブアセンブリ５２およびワークヘッドサブアセンブリ５４が含まれ、先に説明した動きだけでなく、それらの機能的動作も含まれる。コントローラ１８は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはファームウェアの何らかの組み合わせ、複数の環境センサまたは処理能力を構成するためのその他の機構により、構成要素１０、１２、１４、１６、２２、２８、３８、５２、５４および／または４０の動作を指示するように構成され得る。また、本開示の目的上、コントローラ（例えば、コントローラ１８）という用語は、単一のプロセッサ、または必要な機能を提供するために一緒に動作する複数のプロセッサを構成し得ることを理解されたい。本開示に従って、Ｘ線装置２８もしくは本明細書に開示される他の構成要素が動作を起こすかまたは動作を起こすように「指示」される場合、そのような動作は、コントローラ１８によって制御され得ることを理解されたい。
【0115】
本開示におけるいくつかの実施形態では、第１の研削砥石１４は粗研削に使用され、砥石の回転軸に平行に（そしてそれを取り囲むように）延在する円筒状の研削面を有する。一方、第２の研削砥石１６はブール表面の元来のドーム状側面の表面修正に使用され、角度のついた研削面（例えば、回転軸に対して５５度または６５度）を有する。
【0116】
作業を開始するために、真空システム２２によって、ポンプ３００、ライン３０３、開口部３５を介して、真空が第１の被加工物保持装置３４に印加される。
【0117】
ブール２０の平らな面（シード面）を手動またはロボットにより第１の真空プレート３０に接触させ、その後、真空システム２２による真空力の印加によって所定の位置に保持することができる。
【0118】
次いで、モータ２０４は、第１ホルダアセンブリ３４が第２ワークヘッド１２に面するように軸Ａ－Ａを軸Ｃ２（またはＢ－Ｂ）と整列させるべく、第１ワークヘッド１０を軸Ｃ１を中心に回転させる。
【0119】
モータ３０４は、第２ホルダアセンブリ３６が第１のホルダ阿泉風呂３４に向かって移動するように、第２ワークヘッド１２をＺ２方向に沿って（軸Ｂ－Ｂに沿って）直線的に移動させる。一方、ブール２０は第１の真空プレート３０に真空吸着される（この時点でブール２０をクランプするために爪３７は使用しない）。
【0120】
第２ホルダアセンブリ３６は、その真空プレートがブール２０の湾曲した、ドーム状のまたは不規則な形状の側面に係合するように移動する。一実施形態では、第２ワークヘッド１２の真空プレート３２は、ブール２０のドーム状表面の形状に対応し適合するのに十分な厚みと弾力性を有し、その間の表面積接触が対応する形状によって増加する。従って、ドーム側に対して真空プレート３２を移動させることによって加えられる接触力（真空を必要としない）は、ブール２０のシード側で真空プレート３０によって加えられる真空力と組み合わされて、ブールをその間に固定する。別の実施形態では、真空プレート３２を介してドーム側にも真空力が加えられる。一実施形態では、ホルダアセンブリ３４と３６のいずれの爪３７も係合せず、代わりに、真空力および／または圧縮力のみが、ホルダアセンブリ３４と３６の間に挟まれたブール２０の対向する側面に加えられる。爪３７が係合していないため、外周面２１全体が露出し、研削砥石１４または１６による研削が容易となる。
【0121】
次に、ホルダアセンブリ３４および３６は、それぞれの回転モータ２０２および３０２によって共に一体に回転させられ、ブール２０の周縁部２１が研削砥石１４または１６のいずれかによって研削されることを可能にする（おそらく最も典型的には、この時点では、周縁部の粗研削作業を容易にするために第１の研削砥石１４が使用されるが、この時点でより細かい研削が所望される場合を除く）。
【0122】
ブール２０の対向面（シードとドーム）表面に加えられる真空力および／または圧縮力は、研削作業中のホルダアセンブリ３４または３６に対するブール２０の相対的な回転およびぐらつきを実質的に抑制または防止および／またはるのに十分であり、これらの力が印加されない場合にはブールは回転しやすい。
【0123】
ブールの外周面が概ね円筒形となるようにブールの外周が研削された後、真空システム２２によって第２真空プレート３２に加えられていた真空力は停止され、一方、第１の真空プレート３０には真空力が加えられ続け、次いで、第２ホルダアセンブリ３６は、リニアモータ３０４によって第１ホルダアセンブリ３４から離れるように移動される。
【0124】
次いで、ブール２０の研削されたドーム面が平坦（平面）となりツールアセンブリ１７に向かう方向を向くように、モータ２０４により軸Ｃ１を中心に第１ワークヘッド１０を回転させる。
【0125】
その後、第１ホルダアセンブリ３４の爪３７は、ブール２０の外周面２１の周囲に係合するように内側に移動する。
【0126】
工具アセンブリ１７上の研削砥石、例えば、周面２１を研削するために使用されたのと同じ研削砥石１４または１６が、次に、ブール２０のドーム状または不規則な形状の面に向かって移動され、ドーム状の面を平らにして、シード面（または面）に対して実質的に平行になるように研削操作を行う。
【0127】
次いで、工具アセンブリ１７は移動され、Ｘ線装置２８が、リニアモータ６（直線軸に沿って）および回転モータ６ａ（矢印Ｂ１周りの回転を参照）によって、新たに研削されたドーム状表面（これは今や平坦である）に面し近接する。
【0128】
工具アセンブリ１７は必要に応じてモータ６および／または６ａを作動させて、Ｘ線装置２８をブール２０の平坦な研削面表面に向けて移動させ、ブール内の結晶方位を決定する。
【0129】
Ｘ線装置はＸ線データをコンピュータシステム１８に供給し、コンピュータシステム１８はブールの研削された表面に対する結晶の方位を決定する。
【0130】
Ｘ線データにより、研削面が結晶方位に関して正しく配向していないと判断された場合（例えば、研削された平坦面に対して垂直な中心軸に対して結晶構造が約４度の角度で配向していることが一般的に好ましい）、ブール２０のドーム側を更に研削する表面修正工程が行われる。
【0131】
ブール２０自体は特定の結晶方位で成長し、多くの場合、意図された電気的特性または機械的特性のために特定の軸に沿って整列される。半導体ウェハの結晶方位とは、幾何学的平面に対する結晶格子の配列を指し、通常、ミラー指数（例えば、（１００）、（１１０）、（１１１））で示される。結晶方位は、ウェハの電気的特性および機械的特性に影響を与え得る。例えば、異なる配向性は電子移動度に影響を与える可能性があり、これは高速トランジスタやＬＥＤなどの一部の用途にとって重要な場合がある。
【0132】
図３０～図３２に示すように、インゴットまたはブールが成長後、「アイスホッケーのパック」のような構造または「パック」へと研削される。平らな面（例えば、ドーム面４４）を研削する際、主結晶軸２４に対してわずかな角度（多くの場合、約４度）が導入される。これは「オフ角」２４０として知られている。このオフ角２４０の目的は、ウェハ上に作製されるデバイスの特定の特性を最適化することであり、例えば、欠陥を低減したり、電子デバイスや光電子デバイスの性能を向上させたりすることである。
【0133】
研削後にエピタキシャル層をどれだけ所望の結晶方位（例えば４度）に近づけて成長／蒸着させるかによって、エピタキシャル層の品質が決まり、このわずかな角度調整は、高速エレクトロニクス、ＬＥＤ、太陽電池等、最終用途に大きな影響を与える可能性がある。移動度等のパラメータにプラスの影響を与えることができる。したがって、オフ角２４０は単なるランダムな選択ではなく、望ましいデバイス特性に基づいて計算された決定である。
【0134】
平らな面４４を持つ「ホッケーのパック形状」のブールの場合、主結晶軸２４を表す底面に垂直な直線を引くと、４度の「オフアングル」２４０は、第１の直線からわずかにずれた第２の直線として表され、それらの間に４度の角度を形成する。この第２の線は、エピタキシャル層がウェハ上に堆積される方向を表す。４度の角度は、後に作成される半導体デバイスの特定の特性を最適化するために、一般的に選択される方向の１つである（他の方向も使用可能）。
【0135】
ブールの面修正のために、ツールアセンブリ１７は、（角度のついた外周）第２の研削砥石１６（前述の研削砥石に対して角度を成すまたは垂直な回転軸を有するスピンドルに取り付けられている）が、研削される面４４と係合するようにモータ６および６ａによって操作される一方、第１のホルダ３４の爪３７がブール２０の外周２１を把持して移動または回転しないように固定する。
【0136】
工具アセンブリ１７および第１ヘッド１０上の第２の研削砥石１６の正確な位置決めおよび移動は、様々な機械構成要素およびブール２０表面の正確な位置を光学的に決定する光学式エンコーダ１２０によって正確に測られる。具体的には、高分解能光学式エンコーダ１２０を、機械１００上の全ての軸（例えば、ＣＮＣ軸）上の構成部品の移動のために使用してもよい。これらには、全ての直線軸（Ｘ、Ｚ、Ｙ、およびＺ２）用のリニアエンコーダと、回転軸（Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、およびＣ２）または回転運動用のロータリエンコーダの両方が含まれる。これらの光学式エンコーダ１２０は、コンピュータシステム１８に正確な閉ループ位置決めフィードバックを提供する。閉ループ光学式エンコーダ１２０は、ＣＮＣ制御装置およびセンサと密接に連携し、精密部品の精度の達成をサポートする優れた位置決め精度および繰り返し精度の両方を提供する。更に、別の実施形態では、ロータリエンコーダ、リニアエンコーダおよび／または位置エンコーダ１２０を使用することができる。このような他のタイプのエンコーダ１２０は、（前述の光学式エンコーダに関して）追加的または代替的に、機械内の全ての移動軸に関して位置決めされる（例えば、モータ６および６ａ等のすべてのモータ上に位置決めされるかまたはすべてのモータと接続されることを含むが、これに限定されない）。ここで使用され得るエンコーダ１２０は、爪、研削砥石およびモータシステムの正確な位置に関する情報を提供するために、コンピュータシステム内のプロセッサ（複数可）に位置情報を提供する。これらのエンコーダ１２０は位置データをコンピュータシステム１８に供給し、コンピュータシステム１８は、ホルダアセンブリ１０、１２の関連モータおよびその関連部品、ならびに、工具アセンブリ１７のモータおよびその関連部品を制御する。
【0137】
コンピュータシステム１８は、すべてのセンサ、モータ、Ｘ線装置２８、スピンドル８ａ、８ｂ等とやりとりして、本明細書に開示されたすべての動作を実行するコンピュータ可読媒体またはコードからなるプロセッサを有することにも留意すべきである（図２９）。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、Ｘ線装置２８を用いて被加工物２０の結晶構造／配向を分析し、その後、第１の交換可能工具１４および第２の交換可能工具１６（例えば、選択された第１の研削砥石および第２の研削砥石１６）を用いて結晶構造／配向を修正するための方法の命令を含む。具体的には、プロセッサによって実行されると、被加工物２０が第１ホルダアセンブリ３４によって保持されている間に被加工物２０の結晶方位を検査するためにＸ線装置２８に命令を送ることを含む方法２００を実行するコンピュータ可読媒体（２０１）であってもよい。命令は、Ｘ線装置２８を所定の位置に移動させ、被加工物２０のＸ線回折パターンおよび画像データを取り込み、診断検査を実行するためのコマンドを含んでもよい。回折パターンは、指定された結晶方位を有する被加工物２０の画像を含んでもよい。更に、Ｘ線回折パターンは、加工工程中の結晶方位を高い精度で検証する手段を提供する。いくつかの実施形態では、２０１は、Ｘ線装置２８が撮影位置に配置された後に開始してもよい。撮像位置は、第１ホルダアセンブリ３４（図１３）によって結晶分析位置に保持された時にＸ線装置２８が被加工物２０を分析するために有利に配置される、被加工物２０の外面に隣接する領域を示すことができる。
【0138】
方法２００は、続いて、被加工物２０の結晶方位を決定するためにＸ線装置２８からデータを受信してもよい（２０２）。データはＸ線撮像および回折データを含んでもよく、プロセッサ１８は、そこから被加工物２０の現在の結晶方位と被加工物２０の所望の結晶方位との間の差を計算することができる。この計算は、まず回折データに基づいて結晶方位を決定し、次に結晶方位と理想化された仮想平面との間の角度差として傾斜角を計算する計算サブルーチンによって達成することができる。いくつかの実施形態では、Ｘ線装置２８から受信したデータは、被加工物２０のＸ線回折データ、所望の基準平面に投影された六方晶ＳｉＣ結晶の６軸表現および光学エンコーダデータを含むことができる。光学エンコーダデータは、ホルダアセンブリ３４，３６およびＸ線装置２８の位置を示してもよい。さらなる実施形態では、Ｘ線装置２８は、被加工物２０の位置をデジタルテンプレートを生成する機械学習モデルの方向と関連付ける情報を提供することができる。このプロセスにより、コントローラ／プロセッサ（例えば、１１、１８）は、被加工物２０の構造をより高精度に改良し、将来の特性を予測し、設計能力を向上させることができる。
【0139】
図１２Ｂに示すように、方法２００は次いで、交換可能な工具１６（例えば、第２の研削砥石）を用いて被加工物２０を研削するように工具アセンブリ１７に指示を送ってもよく、それにより、決定された結晶方位に基づいて被加工物２０の結晶方位が修正される（２０３）。幾つかの実施形態では、命令は、工具アセンブリ１７のサブコンポーネント（例えば、第１の交換可能な工具１４、第２の交換可能な工具１６、Ｘ線装置２８、モータ４０２、５０２およびスピンドル８ａ、８ｂ）を単独でまたは協働して動作させ、被加工物２０が工具ホルダアセンブリ（例えば、３４、３６）によって保持されている間に、交換可能な工具（例えば、１４、１６）を用いて被加工物２０の外側から材料を除去することによって結晶方位を修正することを実現する。更に、工具アセンブリ１７への命令は、工具アセンブリ１７を矢印Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ１、Ｄ１およびＥ１（図１Ｂ～１Ｆ）に沿ってまたは矢印Ｅ１（図１Ｂ～１Ｆ）に沿って移動させるようにモータシステム４に指示する命令を含むことができる。工具アセンブリ１７への命令は、研削作業を実行する際に工具アセンブリ１７のサブコンポーネントによって実行されるコマンドのシーケンスを含み得る。更なる実施形態において、方法２００は、被加工物２０が第１ホルダアセンブリ３４（図１２Ｂおよび３１）によって保持されている間に、第１のモータ２０４を用いて被加工物２０を結晶修正位置に回転させることによって開始する研削サブルーチンを含んでもよい。このサブルーチンは、工具アセンブリ１７の指示に従い、第２の研削砥石１６を第２のモータ（例えば、４、６ａ）でドーム修正位置へと回転させることによって継続してもよい。いくつかの実施形態では、説明したように、第１ホルダアセンブリ３４および第２の研削砥石１６を結晶修正位置およびドーム修正位置へと移動させることは、プロセッサ１８が、第１ホルダアセンブリ３４および第２の研削砥石１６が既知の位置にある状態で研削動作を開始することを可能にするホーニング動作として機能する。撮像位置、結晶分析位置、結晶補正位置およびドーム補正位置は、プリセット値から提供されてもよいし、Ｘ線データ、エンコーダデータおよびセンサデータに基づいて自動的に計算されてもよいし、ユーザによって供給されてもよいし、第三者システムから取得されてもよい。サブルーチンは続いて、第２の研削砥石１６で被加工物２０の第１の部分２６を除去し修正された表面を形成してもよい。図３１および図３２は、被加工物２０が、シード面４２が［０１］面にあり、主結晶軸２４がミラー指数［０１］面に垂直に延びるような｛１００｝族の結晶方位で始まる場合の表面修正操作の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、第１の部分２６を除去することは、被加工物２０の所望の結晶面２４１がオフ角２４０または傾斜角（図３２）によって主結晶軸２４から角度的にずらされるように、ドーム面４４の部分を研削除去することを含み得る。更に、被加工物２０の第１部分２６を除去することは、第２の研削砥石１６を被加工物のドーム面４４に接触するように移動させ、次いで第２の研削砥石１６を多軸パターンで移動させて被加工物２０の第１部分２６を研削除去することを含んでもよい。多軸パターンは、ドーム面４４に望ましい表面特性を付与するように設計されている。
【0140】
方法２００は、修正された後の被加工物２０の結晶方位を再検査するべく、Ｘ線装置２８にさらなる命令を送信してもよい（２０４）。工程２０４は、工程２０３の研削作業後の被加工物２０の現在の結晶方位を再評価するためのエラー修正および被加工物２０の検証作業として機能する。いくつかの実施形態では、Ｘ線装置２８へのさらなる命令は、被加工物２０を第１のモータ２０４で結晶分析位置に回転させ、Ｘ線装置２８を第２のモータ４で撮像位置に回転させ、Ｘ線装置２８で被加工物２０の回折データを撮像することを含む撮像サブルーチンに含まれていてもよい。撮像サブルーチンは、方法２００の任意の時点で被加工物２０のＸ線撮像を可能にするために、プロセッサ１８によって生成される命令セットに含まれていてもよい。方法２００は更に、被加工物の結晶方位を再決定するためにＸ線装置２８から追加データを受信してもよい（２０５）。いくつかの実施形態では、計算サブルーチンは、工程２０５の再決定中に実行されてもよい。
【0141】
いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体から得られる方法２００は、搭載されているまたはそれと動作可能に結合されているセンサおよびエンコーダ１２０の分散アレイ２８００を監視することにより、機械１００の粒度の細かいフィードバックおよび制御を可能にする（図２８）。この分散アレイ２８００は、複数のエンコーダ１２０（例えば、光学式エンコーダ、絶対位置エンコーダ、インクリメンタル位置エンコーダ、ロータリエンコーダ、角度エンコーダおよびリニアエンコーダ）を含み得る。更に、複数のエンコーダ１２０は、プロセッサ１８が正確で再現性のある研削作業を実行するために使用するフィードバックを生成するために、位置、速度および移動を測定することができる。更に、複数のエンコーダ１２０は、機械１００の構成要素の同期を容易にし、衝突を防止し、研削作業または撮像作業を実行する際にすべてのタイミング制約が満たされるようにすることができる。いくつかの実施形態では、機械１００全体で使用されるサーボモータに搭載される位置決めセンサを補足するために複数のエンコーダ１２０が使用される場合がある。この二次的なフィードバックシステムにより、サーボモータそれぞれをより迅速かつ正確に、オーバーシュートを少なくして、指令された位置に移動させることができる。
【0142】
複数のセンサおよびエンコーダ１２０は、機械１００が、同時におよび独立して動作する複数の制御ループを有する閉ループシステムとして動作することを可能にするフィードバックデータを生成してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、方法２００は、被加工物２０の結晶方位を修正するために、研削動作のエンコーダベースの制御を実施するためのサブルーチンを更に含んでもよい。複数のエンコーダ１２０は、被加工物２０の結晶方位を修正するために工具アセンブリ１７が操作される際に、リアルタイムフィードバック（例えば、研削砥石１４の回転速度データ、第２のモータ４の３次元位置決めデータの連続ストリーム）をプロセッサ１８に提供してもよい。このサブルーチンは、第１ホルダアセンブリ３４および工具アセンブリ１７の位置を示す複数のエンコーダ１２０からの信号を受信することを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ１８は、まず、複数のエンコーダ１２０から機械１００の状態を把握し、次に、第１ホルダアセンブリ３４および工具アセンブリ１７を操作して所望の研削作業を実行する命令セットを生成する（図３０～３２）。いくつかの実施形態において、サブルーチンは続いて、第１ホルダアセンブリ３４および工具アセンブリ１７に関連する少なくとも１つのモータ（例えば、６、６ａ、２５ａ、５２、２０２、２０４、４０２、および５０２）に命令を送り、研削砥石（例えば、１４、１６）と第１ホルダアセンブリ３４によって保持された被加工物２０とが、被加工物２０の結晶方位を修正するために被加工物２０の表面を研削するように研削砥石（例えば、１４、１６）が位置決めされるように、第１ホルダアセンブリ３４および工具アセンブリ１７間の相対運動を発生させる。
【0143】
いくつかの実施形態では、機械１００（例えば、４、６、６ａ、８ａ、８ｂ、２５ａ、２５ｂ、３７、３７ａ、４０、５２、７０、７１、２０２、２０４、３０２、３０４、４０２および５０２）のアクチュエータ、モータおよびスピンドルの各々は、それに動作可能に結合された複数のエンコーダ１２０のうち少なくとも１つの対応するエンコーダまたはセンサを有する（図２８）。従って、プロセッサ１８は、機械１００からのフィードバックをリアルタイムで評価し、それによって正確な研削および撮像動作を繰り返し実行することができる。更に、全ての所望の位置は、予め定義されていてもよい、機械の状態に基づいて計算されていてもよい、ユーザによって供給されてもよいまたは第三者から取得されてもよい。いくつかの実施形態において、第１のモータ２０４を動作させるためのエンコーダベースの制御は、少なくとも１つの第１の光学エンコーダ１２０ａを用いて第１のモータ２０４の現在位置を検出すること、第１のモータ２０４の適切な出力特性を決定するために第１のモータ２０４の現在位置と第１のモータ２０４の所望の位置とを比較することと、を含む。いくつかの実施形態では、適切な出力特性は、第１のモータ２０４の角度オフセットを含む。さらなる実施形態において、第２のモータ（例えば、４、６、６ａ）を動作させるためのエンコーダベースの制御は、少なくとも１つの第２の光学エンコーダ１２０ｂで第２のモータ４の現在位置を検出することと、第２のモータ４の現在位置と第２のモータ４の所望の位置とを比較して第２のモータ４の適切な出力特性を決定することとを含み、適切な出力特性は第２のモータ４の角度オフセットを含む。さらなる実施形態において、第３のモータ（例えば、３０２）を動作させるためのエンコーダベースの制御は、第３のモータ３０２が第２ホルダアセンブリ３６を直線的に移動させる時に、少なくとも１つの第３の光学式エンコーダ１２０Ｃを用いて第３のモータ３０２の現在位置を検出することを含む。次いで、プロセッサ１８は、第３のモータ３０２の適切な出力特性を決定するために、第３のモータ３０２の現在の位置と第３のモータ３０２の所望の位置とを比較してもよい。幾つかの実施形態において、第３のモータ３０２の適切な出力特性は、第３のモータ３０２が第２ホルダアセンブリ３６を第１ホルダアセンブリ３４に近づけるかまたは第１ホルダアセンブリ３４から遠ざけるように移動させるような第３のモータ３０２の線形オフセットを含む。
【0144】
図９～図１１および図１６～図１７Ｃに示すように、プロセッサ１８は、最初に被加工物２０を第１ホルダアセンブリ３４から第２ホルダアセンブリ３６に移送することによって、シード面修正動作を実行するサブルーチンを実行してもよい。いくつかの実施形態では、モータ（例えば、モータ３０２）は、移送の間、軸Ｂ－Ｂに沿って第２ホルダアセンブリ３６を移動させる。この移動は、修正された表面を生成するためにドーム表面４４が研磨された後に開始されてもよい。第１のモータ２０２は、第１ホルダアセンブリまで、第１ワークヘッド１０および第１ホルダアセンブリ３４を軸Ａ１を中心に回転させてもよい（図９）。次に、第３のモータ３０２は、第２ホルダアセンブリ３６が被加工物のドーム面４を把持するまで、軸Ｂ－Ｂに沿って第２ホルダアセンブリ３６を第１ホルダアセンブリ３４に向かって移動させることができ（図１６および図１７）、その後、第２ホルダアセンブリ３６を第１ホルダアセンブリ３４から離す方向に移動させてもよい。サブルーチンは次に、第２のモータ４（図１８Ａ）を用いて第１の研削砥石１４をシード修正位置へと回転させてもよい。サブルーチンは次に、第１の研削砥石１４で被加工物２０の第２の部分を除去して修正されたシード面４２を形成してもよく、ここで、修正されたシード面は修正された面に対して平行である。いくつかの実施形態では、第２の部分を除去することは、シード面４２に対して垂直に配置されるシード面が、オフ角２４０により所望の結晶面２４１から角度的にオフセットされ、新たに修正されたドーム面４４に対して垂直に配置されるように、シード面４２の部分を研削除去することを含み得る。更に、被加工物２０の第２の部分を除去することは、第１の研削砥石１４を被加工物２０のシード面４２に接触するように移動させ、次いで被加工物２０の第２の部分を研削除去するパターンで第１の研削砥石１４を移動させることを含み得る。このようにして修正され、被加工物２０のドーム面４４およびシード面４２の両方が、所望の結晶方位に適合するように整えられる。サブルーチンは次いで、被加工物２０が更なるＸ線撮像または研削操作の準備ができるように、被加工物２０を第２ホルダアセンブリ３６から第１ホルダアセンブリ３４に移動させてもよい。
【0145】
図１２Ａおよび図３０に示されるように、プロセッサ１８は、ドーム面４４が大きくずれている場合には、粗い修正作業を実行するサブルーチンを実行してもよい。サブルーチンでは、まず、第１のモータ２０４で被加工物２０を水平位置に回転させ、第２のモータ４（図１２Ａ）で第１の研削砥石１６を材料除去位置へと回転させる。サブルーチンは次いで、形が整えられた表面を形成するために、第１の研削砥石１４で被加工物２０の所定の部分２９を除去してもよい（図３０）。第１の研削砥石１４を被加工物２０に接触するように移動させ、その後、第１ホルダアセンブリ３４が被加工物２０を回転させる間に第１の研削砥石１４を往復移動させることによって材料を粗く研削除去することにより、所定の部分２９を除去してもよい。いくつかの実施形態では、シード面４２はミラー指数［００１］面内にあり、結晶方位は［００１］面に対して垂直である。このように、所定部分２９を除去することは、ドーム面４４に垂直に配置される中間面２４３が、中間角度２４２だけ主結晶軸２４から角度的にオフセットされるように、ドーム面４４の部分を削り取ることを含み得る。いくつかの実施形態では、形が整えられた表面は、整えられた表面が十分に平坦であることを妨げる工具の跡またはその他の不完全性を有する場合がある。あるいは、整えられた表面は、十分な結晶方位を有しない場合がある。従って、面の粗い修正サブルーチンの後に、被加工物２０が完成する前に、追加の表面修正操作を行う必要がある。いくつかの実施形態では、面の粗い修正操作の後に、第１の部分２６を除去し、中間面２４３が所望の結晶面２４１と一致するように中間角２４２をさら広げる従来の研削操作が行われる。
【0146】
いくつかの実施形態では、プロセッサ１８は、被加工物２０を第１ホルダアセンブリ３４または第２ホルダアセンブリ３６のいずれかに取り付ける際に、真空システム２２を制御するサブルーチンを実行してもよい。プロセッサ１８は、被加工物２０を第１ホルダアセンブリ３４に固定するべく真空を印加するように真空システム２２に指示する命令を生成してもよい。同様に、プロセッサは、被加工物２０を第２ホルダアセンブリ３６に固定するべく第２ホルダアセンブリ３６に真空を印加するように真空システム２２に指示する命令を生成することができる。幾つかの実施形態では、流量センサおよび／または圧力センサが真空システム２２に組み込まれており、プロセッサ１８は、故障または漏れがあるかどうかを判断することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ１８は、複数のエンコーダからの情報を使用して、機械１００の診断評価を実行する。例えば、複数のロータリエンコーダ１２０は、モータのいずれかがスリップしているかどうかを特定することができる。あるいは、複数のセンサは、リニアアクチュエータの軌道上に障害物があるかどうかを判断するために採用されてもよい。第２の研削砥石１６によって行われるブール２０面の表面修正は、典型的には、第１の研削砥石１４によって提供され得るより粗い仕上げと比較して、より仕上げられた／より滑らかな表面を提供するべく、第２の研削砥石１６には角度が付けられより細かい砥粒表面を有する。
【0147】
平坦化されたドーム面（このプロセスによって平坦にされたが、説明を簡単にするためにドーム面または「ドーム状の」面が作られていることを理解されたい）の表面修正中、研削砥石１６が前後および上下に移動するが、ブール２０は静止した状態に保持される（爪３７によって回転されない）。
【0148】
ブール２０の表面修正に続いて、ブール２０の外周面２１も何らかの修正を必要とする場合がある。このような場合、ブール２０は、ブールの平坦化されたドーム面の修正に続いて、第２ワークヘッド１２と係合するように戻され、シード面は、研削されたドーム面と平行になるように修正されてもよい。
【0149】
これは、図１８Ａに示すように、第１ワークヘッド１０を第２ワークヘッド１２に向かって回転させ、第２ワークヘッド１２をブール２０のドーム側と係合させ、ブールのドーム面に真空力を加え、第２のホルダ３６の爪３７でブール２０の周縁部２１を把持し、回転モータ３０２でホルダ３６および爪３７を回転させ、研削砥石１６をシード側４２と係合させることによって達成される。
【0150】
一実施形態では、回転モータ２０４が作動して、ブール２０が第２ホルダホルダアセンブリ３６に対向し、リニアモータ３０４は、第２のホルダアセンブリ３６がブール２０の研削された面に係合するように移動するように動作する。
【0151】
一実施形態では、ホルダアセンブリ３４および３６の両方の爪は、ブール２０の全周縁を露出させるために引っ込められたままであり、ブール２０の対向する側面に加えられる真空力のみによって、および／または、ブール２０がホルダアセンブリ３４および３６の間に挟まれる結果としてブールに加えられる圧縮力のみによって、ブール２０が移動しないまたは回転しないように保持される。
【0152】
一実施形態では、ブール２０のシード側には真空プレート３０によって真空が印加され、研削されたドーム側には真空を適用することなく、真空プレート３２が物理的に接触してドーム側を真空プレート３０に向かって押す。
【0153】
一実施形態では、ホルダアセンブリ３４および３６によって加えられる圧縮力の量は、リニアモータ３０４と力センサとによって正確に調節することができ、力センサは、ホルダアセンブリ３４および３６の間の挟まれた圧縮経路または真空プレートのうちの１つの背後に配置された歪みゲージ（図示せず）等であってもよい。力センサおよびモータ３０４は共にコンピュータシステム１８と通信しており、コンピュータシステム１８はセンサ情報を受信し、そのような情報を使用してモータ３０４を制御し、ブール２０に加えられる圧縮力の量を制御および設定するように構成されたソフトウェアを有する。
【0154】
一実施形態では、ブール２０の周縁研削中に、ブール周縁の最初の粗研削作業に関連して先に説明したプランジャ工具も使用することができる。
【0155】
ブール２０が結晶方位について修正され、対向する面表面が平坦で互いに平行であり（結晶格子に対して所望の方位で角度をなす中心軸を有する）、周辺部が中心軸またはブール２０を中心とする円筒状であるように構成された後、ブール２０の外周部はそこに結晶方位の表示を提供するべく、その上に平坦部分またはノッチを有するように更に研磨されてもよい。具体的には、平坦部（ブールからスライスされることによって形成される半導体ウェハでは「オリフラ」とも呼ばれる）とは、ホッケーのパック形状のブールの外周上における平坦化された縁部であり、一方、ノッチは、縁部に沿った切断領域（ブールの長手方向軸に平行に走る平坦部またはノッチ）であり、これらのいずれかが、ウェハ材料の結晶方位を識別するための参照部として機能する。この平坦部またはノッチの位置と長さは、結晶面だけでなく、場合によってはドーパントの種類をも示すことができる。製造業者やエンジニアは、リソグラフィや化学気相成長などの後続の処理工程でウェハを正しく位置決めするためにこの物理的特徴を利用し、デバイス特性が均一で仕様を満たすことを確かにする。一部の実施形態では、装置１００は、直径１５０ｍｍまでのウェハには識別用平坦部を採用し、２００ｍｍ以上のウェハには識別用ノッチを採用することができる。
【0156】
ノッチを設けるべく図１７Ｄに図示された向きでまたは図示された研削砥石構成で、第２のスピンドル（例えばスピンドル８ｂ）に取り付けられた研削砥石１６ａによってこのようなノッチまたは平坦部を設けることができる。研削砥石１６ａは、ブール２０の外周にノッチを設けるために尖った縁部を有することが理解されよう。あるいは、ノッチの代わりに外周部４６に平坦部を設ける場合、ノッチを形成するために研削砥石１６ａの尖った外周部に対してブール外周部４６を相対的に近づけたり遠ざけたりするのではなく、代わりに研削砥石１６ａおよびブール２０を相対的に上下動させて、砥石がブール２０の小さな円周部分に沿ってそうでなければ円筒形の外周部４６に沿って平坦部を形成するようにすることもできる。回転する研削砥石１６ａによるブール２０の研削を効果的に行うために、任意の動きの組合せを利用できることが理解されるべきである（例えば、ブール２０の動き、研削砥石１６ａの動きまたは両方の動き）。研削砥石１６ａは使用しない時には、工具交換システム６０によって運ばれてもよい。
【0157】
工具交換システム６０は、例えば、第１の主軸８ａに取り付けるように構成された細目砥石および粗目砥石、第２の主軸８ｂ（主軸８ａの主軸軸に対して実質的に垂直な主軸軸を有する）に取り付けるように構成された細目砥石および粗目砥石、第２の主軸８ｂに取り付けるよう構成された図１７Ｄに示されるようなノッチ砥石を含む、複数の砥石を備えることができることが理解されよう。これらの研削砥石は、一実施形態では、２個と少なくすることができ、その場合、工具交換システム６０は使用されない。
【0158】
追加的および／または代替的な作業および工程が、開示された方法およびそれを実施するための機械（前記１つ以上の作業／工程を実施するためにシステムに追加された部品または装置を含む）を含むことができ以下に例を示すが、これらに限定されない。
【0159】
＜センタリング＞
上記したように、実施形態では、ダイヤフラムチャック３８のセンタリングを含む、被加工物のセンタリングおよび／または再センタリングを可能とするべく、センタリング機構を設けてもよい。例えば、顧客がブール／被加工物２０の偏心研削を望む場合、被加工物２０をセンタリングすることによって、適切かつ一貫した加工が可能になる。一例として、センタリングは、成長したブールの直径を（例えば、偏心研削によって）縮小する場合に特に有用であり、これは必ずしもブールの元の中心についてではない。実施形態では、被加工物２０は、例えば、加工中に１回または複数回センタリングされてもよい。
上記したように、実施形態では、ダイヤフラムチャック３８のセンタリングを含む、被加工物のセンタリングおよび／または再センタリングを可能とするべく、センタリング機構を設けてもよい。例えば、顧客がブール／被加工物２０の偏心研削を望む場合、被加工物２０をセンタリングすることによって、適切かつ一貫した加工が可能になる。一例として、センタリングは、成長したブールの直径を（例えば、偏心研削によって）縮小する場合に特に有用であり、これは必ずしもブールの元の中心についてではない。実施形態では、被加工物２０は、例えば、加工中に１回または複数回センタリングされてもよい。
【0160】
＜ＵＶ光検査機能＞
実施形態では、半導体デバイスに使用されるＳｉＣの結晶構造／配向は４Ｈポリタイプである。時々、偶然、より大きなポリタイプ（例えば、６Ｈポリタイプ）がブール上に成長する。このような余分な物質は、所望の４Ｈポリタイプに使用することができないため、当該物質を除去する必要がある（例えば、研削によって）。実施形態によれば、光源からのＵＶ光を使用してブールを照らすと、余分な物質である６Ｈが、４Ｈポリタイプとは異なる色として現れるため、余分な物質である６Ｈが不用意にも成長した可能性のある場所が明らかになる。この機能により、最初に出来上がったパックのポリタイプを調べることができる。このような物質が検出された場合、ブールの方位に対する物質の位置は、例えば、先に説明したＸＲＤ機能／Ｘ線装置によって決定することができる。幾つかの実施形態では、このような光源は、システムの一部であってよく、例えば、研削砥石を参照して説明したのと同様の方法で移動および使用される。実施形態において、被加工物は、例えば、プロセス中に１回以上検査されてもよい。
実施形態では、半導体デバイスに使用されるＳｉＣの結晶構造／配向は４Ｈポリタイプである。時々、偶然、より大きなポリタイプ（例えば、６Ｈポリタイプ）がブール上に成長する。このような余分な物質は、所望の４Ｈポリタイプに使用することができないため、当該物質を除去する必要がある（例えば、研削によって）。実施形態によれば、光源からのＵＶ光を使用してブールを照らすと、余分な物質である６Ｈが、４Ｈポリタイプとは異なる色として現れるため、余分な物質である６Ｈが不用意にも成長した可能性のある場所が明らかになる。この機能により、最初に出来上がったパックのポリタイプを調べることができる。このような物質が検出された場合、ブールの方位に対する物質の位置は、例えば、先に説明したＸＲＤ機能／Ｘ線装置によって決定することができる。幾つかの実施形態では、このような光源は、システムの一部であってよく、例えば、研削砥石を参照して説明したのと同様の方法で移動および使用される。実施形態において、被加工物は、例えば、プロセス中に１回以上検査されてもよい。
【0161】
＜完成部品のレーザースクライビング＞
追跡を目的として、ユーザによっては、機械／システム内にレーザースクライブ機能を搭載してもよく、最終部品が被加工物の少なくとも１つの面にレーザースクライブで示す情報（例えば、ロット番号、炉番号、ブールＩＤ番号など）を含むようにしたい場合がある。いくつかの実施形態では、被加工物またはブールにそのような情報をスクライブするために、レーザースクライブ装置が提供されてもよい。実施形態において、例えば、被加工物が取り外される前にレーザスクライバによってスクライブされてもよい。
追跡を目的として、ユーザによっては、機械／システム内にレーザースクライブ機能を搭載してもよく、最終部品が被加工物の少なくとも１つの面にレーザースクライブで示す情報（例えば、ロット番号、炉番号、ブールＩＤ番号など）を含むようにしたい場合がある。いくつかの実施形態では、被加工物またはブールにそのような情報をスクライブするために、レーザースクライブ装置が提供されてもよい。実施形態において、例えば、被加工物が取り外される前にレーザスクライバによってスクライブされてもよい。
【0162】
＜外部自動化＞
上記の図および説明では、手動によるロードおよび取り外しが可能であることに言及しているが、ワークヘッドに対する被加工物／ブールの取り外しおよび／またはアンロードには、追加的および／または代替的な外部自動化装置（例えば、ロボット）を採用してもよいことに留意されたい。
上記の図および説明では、手動によるロードおよび取り外しが可能であることに言及しているが、ワークヘッドに対する被加工物／ブールの取り外しおよび／またはアンロードには、追加的および／または代替的な外部自動化装置（例えば、ロボット）を採用してもよいことに留意されたい。
【0163】
＜フォトブースおよび／またはビジョンシステム＞
加えて、写真システムおよび／またはビジョンシステムが、本方法および機械１００／システムにおいて採用されてもよく、例えば、カメラ、拡大鏡および／または非常に微細な部品の位置合わせ／調整を行うその他の装置が含まれ、ブールまたは被加工物の高解像度の写真、画像および／または読み取りを行うことができる。実施形態において、写真、画像および／または読み取りは、例えば、工程中に１回または複数回行うことができる。
加えて、写真システムおよび／またはビジョンシステムが、本方法および機械１００／システムにおいて採用されてもよく、例えば、カメラ、拡大鏡および／または非常に微細な部品の位置合わせ／調整を行うその他の装置が含まれ、ブールまたは被加工物の高解像度の写真、画像および／または読み取りを行うことができる。実施形態において、写真、画像および／または読み取りは、例えば、工程中に１回または複数回行うことができる。
【0164】
図には、本明細書の方法および実施形態に従って実施され得る被加工物またはブールを機械加工するための様々な操作および工程が示されているが、工程の順序は、図に示されるような順序に限定されることを意図するものではなく、また、図の順序は、そのような工程および操作の連続的な実施を意味することを意図するものではない。このような工程は、例えば、顧客のニーズおよび／または使用される材料に基づいて、再配置、倍増（例えば、重複および／または複数回実施）ならびに省略される可能性があることを理解されたい。更に、被加工物またはブールに実施される操作は、上述の関連するワークヘッドによるものに限定されない。すなわち、ある操作が、被加工物が第１ワークヘッドによって保持されている時に実行されるものとして説明されることがあるが、被加工物が第２ワークヘッドによって保持されている時に、同じまたは類似の操作が実行されることがあり、その逆もまた同様であることが理解されるべきである。更に、操作は、一方または他方のワークヘッドで実行されることに関して限定される必要はなく、どちらか一方または両方のホルダアセンブリを使用して被加工物に対するそのような操作を実行することも含まれる。
【0165】
また、本開示のいくつかの態様において、様々な図面に現れる同じ参照番号は、たとえ異なるように図示されていても、全体を通して同じまたは類似の構成要素であると考えられることが理解されるべきである。しかしながら、各図およびその説明はまた、それが開示する全てを考慮し、別個の発明としてそれ自体で成り立ち、本明細書中の他の図の参照番号と異なって表示されてもよい。
【0166】
開示された機械および方法は、ブールまたは類似の被加工物を準備するための既知の先行技術の方法と比較して、いくつかの改善および利点をもたらす。手作業による配置や工具を含む工程ではなく、本開示は、一連の工程（そのような工程の順序は問わない）において被加工物に対して複数の操作を自動的に実行するための機械を提供する。このように、被加工物を形成するために従来では１２時間から２０時間かかっていたが、本開示は、被加工物を、例えば、より速いスループットを提供する合計３時間から４時間（３～４時間）という非常に短い時間で準備および形成することを可能にする。更に、人件費や材料費も削減できる。また、消耗品や廃棄物も削減される。
【0167】
上記の例示的な実施形態において本開示の原理が明確にされたが、本開示の実施に使用される構造、配置、比率、要素、材料および構成要素に対して様々な変形を加えることが可能であることは当業者であれば理解できる。
【0168】
従って、そのような変形例であっても本開示の特徴は完全且つ有効に達成されることが証明されるであろう。しかし、上記に示した望ましい具体的な実施形態は、本開示の機能的および構造的な原理を例示することを目的として説明および図示されたものであり、本開示の原理の範囲内において変更可能であるものと認められたい。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲の意図および範囲に含まれる全ての変形例を包含する。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【外国語明細書】