專利名稱：用于襯底冷卻的電容感測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在用于計算機(jī)的磁性存儲盤的制造過程中襯底的冷卻。
背景技術(shù)：
在用作計算機(jī)存儲器的硬盤的制造過程中，襯底被置入真空環(huán)境中，在所述真空環(huán)境中進(jìn)行各種加工并且將各種涂層沉積在襯底的表面上。所述多種加工步驟可以包括例如加熱襯底、冷卻襯底、向襯底上濺射涂層、使用化學(xué)氣相淀積和增強(qiáng)的等離子體技術(shù)敷設(shè)涂層、在襯底上沉積保護(hù)性碳涂層、以及其它類似的加工步驟。有時，磁盤制造商還將潤滑劑置于磁盤的最終表面上。
在上述的制造加工過程中，典型地，襯底沿其邊緣保持并且移入加工室，在所述加工室中，在襯底的兩側(cè)上同時加工磁盤。至少在沉積磁性涂層之后并在沉積最終涂層(其中一種涂層一般包括碳涂層)之前，通常需要冷卻襯底并且能夠快速地進(jìn)行冷卻。在現(xiàn)有技術(shù)中，例如美國專利5215420，圍繞著中央真空區(qū)域設(shè)置有加工站。襯底盒被移入系統(tǒng)的載入?yún)^(qū)，并隨后載入中央?yún)^(qū)域，在所述中央?yún)^(qū)域中，單個的磁盤從盒子中升起并被置入系統(tǒng)中，在所述系統(tǒng)中磁盤依次移動通過圍繞中央?yún)^(qū)域的各加工站。升降器(lifter)通過其邊緣保持磁盤并且在站與站之間運送磁盤直到磁盤在所有站中均被處理，隨后，所述磁盤返回至盒子中并且從所述系統(tǒng)中移出。圍繞這種類型裝置的中央?yún)^(qū)域的所述站中的一個或多個站為冷卻站。這種冷卻站可以在制造最終的存儲磁盤的過程中出現(xiàn)一次以上。在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，通過將待冷卻的磁盤設(shè)置在散熱片(heat sink)之間、封閉冷卻隔間，使其與其它隔間以及系統(tǒng)的中央?yún)^(qū)域相隔離，并通過氣體傳導(dǎo)進(jìn)行冷卻。接下來，將氣體加入到封閉的隔間中，以使冷卻隔間中的壓力發(fā)生變化，從而所述壓力向著大氣壓力升高直到達(dá)到適于通過氣體傳導(dǎo)的熱傳遞的優(yōu)選壓力。這樣有利于熱量從磁盤傳遞至設(shè)置在隔間中磁盤的各側(cè)上的散熱片或冷卻板。典型地，用于此目的的氣體為氦、氫以及這兩種氣體的混和，其原因在于這些氣體能夠提供利于熱傳遞的優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性。通常，所述壓力升高至達(dá)到約10托至15托的范圍內(nèi)。在隔間中的壓力升高時，隔間外壁的壓力保持較低的、約為10-7托的真空壓力。如上所述的站是美國專利5181556的主題，且包括如上所述的冷卻站的系統(tǒng)已經(jīng)可以從Santa Clara，CA的Intevac，Inc.商業(yè)得到并且并入Intrvac公司的MDP 250中出售。值得注意的是，在所述系統(tǒng)中，襯底以相同的時間間隔同時在站與站之間運送并且在各站中被加工。盡管所述方式可以執(zhí)行不同的操作，然而由于所述系統(tǒng)在商業(yè)適用的成品磁盤的大量生產(chǎn)中更加有效，因此在上述領(lǐng)域通常采用上述方式。因此，如果只需用較少的時間來冷卻襯底并且如果所述較少的時間足以執(zhí)行所有的、襯底經(jīng)歷的所有其它具體操作，則所述整個系統(tǒng)能夠更快地運行并且能夠在單位時間內(nèi)生產(chǎn)更多的成品磁盤。就時間而言，商業(yè)上需要這些制造系統(tǒng)的速度更快、制造磁盤的成本更低、以及改善所制造的磁盤的質(zhì)量(包括增加存儲容量)。為滿足上述需求，已經(jīng)提出一種新的系統(tǒng)，其在2003年2月10日遞交的待審申請系列No.10/361308中描述。在所述系統(tǒng)中，襯底以略微不同的方式，即在磁盤運送器中將襯底在圍繞其圓周的邊緣處夾住的方式而被保持，而同樣允許對襯底的兩側(cè)進(jìn)行加工。各加工隔間為獨立的真空腔室，并且與前述的裝置的情況相同，保持器在其中襯底受到處理的加工站和加工站之間移動。這里同樣地，快速冷卻是非常重要的因素。該待審專利申請所公開的內(nèi)容在此通過參引并入。
離開襯底的熱流量與ΔT/Δx成比例，其中，ΔT＝(襯底的溫度)-(冷卻板的溫度)，且Δx＝襯底與冷卻板之間的間隙。如果冷卻板被低溫冷卻，則難以或不可能通過增加ΔT來實現(xiàn)冷卻速度的重大改進(jìn)，而通過減小間隙Δx，可以在冷卻站中顯著地增加襯底的冷卻速度。一般地，在支承運送器(其在傳輸過程中夾住襯底的邊緣并在冷卻步驟中連續(xù)地出現(xiàn))上傳輸襯底的方法允許在襯底的兩側(cè)進(jìn)行加工，然而在冷卻處理中，在冷卻板之間需要用于運送器的間隙。因此，由磁盤運送器所需的間隙對襯底的冷卻率產(chǎn)生影響并能夠控制襯底的冷卻率。一種減少冷卻所需時間的方法是在冷卻處理中將冷卻板靠近襯底設(shè)置，這樣需要散熱片朝向或遠(yuǎn)離被冷卻的襯底移動，以允許襯底移入冷卻隔間或從冷卻隔間移出。在沒有動態(tài)測量襯底和移動的冷卻板之間的間隙的技術(shù)的情況下，間隙受到板之間的襯底的定位精度的限制。換言之，如果襯底的平面的定位可以在±ε的位置中變化，則在不存在與襯底接觸的風(fēng)險的情況下，所述板不能移動至距襯底的距離小于ε的位置。這樣限制了所述板在現(xiàn)在所使用類型的加工系統(tǒng)中不能比約～0.100英寸更靠近。然而，如果可以將板置于距襯底～0.025英寸處，例如為在上文中描述的距離的1/4，則可以從襯底移走四倍的熱流量。在所述技術(shù)中，令人關(guān)注的是能夠在間隔小于0.100英寸，尤其是間隔在0.02英寸至0.050英寸之間的范圍內(nèi)的表面上工作。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述的本發(fā)明提供了一種用于動態(tài)測量襯底和冷卻板之間的間隙的方法和裝置，其能夠在例如0.02英寸至0.05英寸的級別的間隙進(jìn)行安全操作，從而加速冷卻處理并能夠加快成品磁盤的制造過程中的操作。實現(xiàn)的技術(shù)手段在于通過移動冷卻板和動態(tài)測量并控制所具有的間隙來控制襯底和冷卻板之間的距離。在此描述的實施例中，襯底和冷卻隔間的冷卻板用以形成平行板電容器，這樣當(dāng)所述板靠近時，電容增加。通過測量所述電容，可以知道所述間隙。對兩個冷卻板而言，可以移動一個板靠近襯底，直到所測得的電容與所需間隙相對應(yīng)。隨后，移動位于被冷卻的襯底的另一側(cè)的第二冷卻板，以再次增加電容直到所測得的電容與所需間隙相對應(yīng)。本發(fā)明的一種改型在于在冷卻板同時移動的過程中測量電容并控制間距以獲得所需的間距。大量的技術(shù)中的任意一種都能夠被用來測量電容，以下描述的本發(fā)明的實施例為一種優(yōu)選的方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解其它方式能夠容易地從下文的公開內(nèi)容中得到理解。還應(yīng)當(dāng)理解，盡管本發(fā)明可以并入成品磁盤制作裝置，然而，其也可以獨立于系統(tǒng)而獲得并被加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中。


圖1為在圖1A和圖1B的兩個實施例中示出的測量系統(tǒng)的示意圖；圖2為動態(tài)冷卻系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中使用參照電容器來測量電容；圖3示出了使用圖2的實施例的電容測量的數(shù)據(jù)；圖4示出了根據(jù)所示出的實施例的數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，在圖1A中示出了冷卻板2、3接地并且冷卻板2、3與襯底1之間的電容通過電容監(jiān)測器4測量的實施例。在本實施例中，冷卻板2、3依次放置就位。在圖1B中，襯底接地并且冷卻板2、3與襯底1之間的電容在兩個冷卻板的回路中通過電容監(jiān)測器4測量。圖1B中示出的實施例中示出了由于監(jiān)測器能夠提供獨立的測量和控制因此冷卻板能夠同時移動的實施例。由于襯底接地，因此能夠允許獲得涉及各板和襯底之間的電容的獨立的信息用于控制各板的獨立運動。在圖1A和圖1B的各圖中，襯底1就位于磁盤保持器5上，并且所述襯底和兩個冷卻板均位于殼體6中。當(dāng)冷卻步驟完成時，冷卻板同時從所述襯底移開，隨后襯底可以從冷卻隔間移出。
盡管所述襯底和所述冷卻板之間的測量可以通過光學(xué)技術(shù)或電感技術(shù)進(jìn)行以控制間距，然而也可以通過采用比光學(xué)感測器或電感感測器便宜得多的簡單的回路來測量電容。并且，如果襯底略微傾斜，也可以自動地正確調(diào)節(jié)間隙。考慮到電容與dA/x成比例就能夠理解上述說明，其中dA是襯底表面的單元，x是間隙的長度，并且在所述襯底的整個表面上進(jìn)行積分。類似地，來自所述襯底的熱流量也與所述積分成比例。因此，如果襯底有小的傾斜，則由產(chǎn)生所設(shè)定的電容的間隙將提供所需的制冷。
圖2示出了在回路中測量電容的一個技術(shù)。在圖2中，與圖1類似，附圖標(biāo)記1代表待冷卻的襯底，附圖標(biāo)記2、3代表冷卻板，附圖標(biāo)記5代表襯底運送器或升降器，以將襯底支承在由壁6限定的冷卻腔室中。在圖2中，電容測量回路4測量襯底與冷卻板之間的電容。振蕩器11提供單頻AC信號。并非必須采用正弦波的頻率，而是有利地使用頻率低至不會導(dǎo)致雜散電感和電容引起混亂且高至從AC至DC的濾波能夠產(chǎn)生具有足夠帶寬的信號以滿足應(yīng)用所需的響應(yīng)次數(shù)(例如，10kHz至1MHz)。所述AC信號通過包括電容器15和在襯底和冷卻板之間測量的電容的電容分壓器而減少。電容器12、13包括參照分壓器，其減少與上述相同的AC信號。電容器13的值能夠被選擇為等于襯底至在初始的板分開的狀態(tài)下的冷卻板的電容。在該初始條件下，輸入差分放大器16的兩個輸入電壓相等，這將導(dǎo)致當(dāng)冷卻板位于“輸出(out)”位置時輸出電壓為～0V。當(dāng)驅(qū)動組件7將板移入時，襯底和冷卻板之間的電容增加，導(dǎo)致正弦波輸出，所述正弦波輸出隨著板與襯底不斷接近而成數(shù)量級地增加。在示出的實例中，差分放大器16的輸出通過帶通放大器18放大。由于信號被放大而大部分噪聲頻譜沒有被放大，因此這樣提供了增加信噪比的方法。所述AC信號隨后必須被整流器19整流以用作控制信號。
所述整流器可以是諸如示出的二極管回路或RMA(平方根)放大器之類的多種類型整流器中的一種。所述電容感測回路4的輸出可用于馬達(dá)控制器，所述馬達(dá)控制器控制驅(qū)動回路7。由于在本圖中只有一個感測回路，因此一個板必須先移動就位，然后另一個板再移動就位(在圖1B中，回路構(gòu)造被設(shè)置為相對于被冷卻的襯底同時移動兩個冷卻板)。就每一側(cè)而言，馬達(dá)控制器被給定一設(shè)定點，其對應(yīng)于距所需最終位置一固定距離的感測器信號。預(yù)設(shè)速度和減速將確定該固定距離(即所述板在其開始終止的時間至其完全終止的時間之間運動的距離)。在每個板都有單獨控制的情況下，當(dāng)?shù)谝话逋瓿蛇\動后，第二板開始運動。當(dāng)電容感測器信號到達(dá)第二閾值時停止第二板的運動，該第二閾值高于第一閾值并且對應(yīng)于在所述最終位置之前的相同的固定距離的位置的電容感測器信號。顯然，通過添加在圖1B中示出的構(gòu)造中的第二感測回路可以使兩側(cè)同時移動。然而，這對于現(xiàn)今使用的系統(tǒng)的速度來說并不是必需的。
在操作中，襯底1被移入冷卻腔室6中就位。所述腔室被密封，并且諸如氦、氫或氦氫混合物的氣體通過使用管狀連接器8被供入腔室6中以增加腔室中的壓力至熱傳導(dǎo)所需的值。隨后，冷卻板2通過驅(qū)動器被7移動至所需位置并隨后冷卻板3被移動至類似所需位置。冷卻板2、3在所述位置保持所需的時間。此后，使用真空泵10使腔室中的壓力再次降低至腔室周圍的真空水平，并且將冷卻板與襯底1分開。隨后打開腔室，將襯底從腔室6中移出并移送以進(jìn)行其它加工。隨后所述襯底可移入其它加工站中以進(jìn)一步加工。從襯底進(jìn)入隔間的時間至離開隔間的時間總共需要約3.5秒。這典型地為以下情況即當(dāng)系統(tǒng)以每小時產(chǎn)生800個成品磁盤的速度運行時，該速度允許第二通道在加工站之間傳輸磁盤，將隔間安裝至申請系列No.10/361308所描述的系統(tǒng)中。
圖3示出了上述系統(tǒng)的輸出，其中可編程伺服馬達(dá)控制器20(見圖2)設(shè)計為使電容感測器信號與參照模擬信號(設(shè)定點)進(jìn)行比較，并以預(yù)定速度向內(nèi)移動，直到兩個信號相等，隨后以預(yù)定速度減速并停止。因此，設(shè)定點對應(yīng)于距所需端點一固定距離的位置處。當(dāng)所述第一板完成其移動后，向第二板的伺服控制器20發(fā)送信號以移動該另一控制板至靠近襯底的位置。根據(jù)示出的數(shù)據(jù)，所述板從0.225”的間隙移動至0.025”的間隙所需的時間少于150ms。在間隙為0.225英寸時，盡管有襯底運送器或升降器保持襯底，襯底具有足夠的空間以進(jìn)入到兩個冷卻板之間。根據(jù)諸如間距、壓力、時間、初始溫度等的條件，襯底被冷卻至30℃至50℃。
圖4示出了關(guān)于圖2中所描述的機(jī)構(gòu)的可再現(xiàn)性的一些試驗數(shù)據(jù)。其中，采用固定板來替代襯底。所述固定板與靠近其各側(cè)的兩個移動板一起使用，在所述固定板中安裝有電感感測器以測量所述移動板相對于所述固定板的最終位置。無需使兩側(cè)移動至距固定板相同的距離。使用圖表的目的在于表示可再現(xiàn)性。以下圖表是在多于6000次循環(huán)后得出，圖4A和圖4B示出了得出的結(jié)果。

B側(cè)的范圍較大的原因在于A側(cè)的誤差改變了在所需B位置的重復(fù)。該情況并不嚴(yán)重，原因如果A最終靠得太近則B傾向于最終離得更遠(yuǎn)。所述數(shù)據(jù)示出了所描述的方法能夠?qū)е率褂煤唵蔚幕芈芳茨苁估鋮s板非常精確地可再現(xiàn)地定位。盡管相當(dāng)于冷卻板的這兩個板在本試驗中未調(diào)整至距中央板相等的距離，然而毫無疑問通過恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置控制運動和距離能夠獲得這種結(jié)果。
盡管已經(jīng)示出并探討了目前所認(rèn)為的優(yōu)選實施例，然而顯而易見，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍和所述權(quán)利要求書覆蓋內(nèi)容的情況下進(jìn)行各種變化和改型。
(按照條約第19條的修改)1.一種在磁盤制造中用于冷卻襯底的冷卻裝置，所述冷卻裝置包括真空隔間，用于在磁盤制造設(shè)備中冷卻磁盤；多個在所述隔間中的冷卻板；用于將待冷卻的襯底置入所述冷卻板之間的器件；電連接所述冷卻板以在所述板與在所述板之間就位的待冷卻的襯底之間形成電容；伺服馬達(dá)控制器，其設(shè)計為比較所述板和所述襯底之間的電容，并移動所述板直到各所述板位于基本上平行于所述襯底且與所述襯底隔開小于0.1英寸的位置。
2.一種冷卻隔間，所述冷卻隔間包括封閉的腔室；兩個在所述腔室中的冷卻板；開口，用于允許支撐件上的襯底插入和移出所述腔室；馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)，用于移動所述冷卻板靠近所述腔室中的襯底并位于與所述腔室中的襯底基本平行的位置；電容控制器系統(tǒng)，用于測量各所述冷卻板與在所述腔室中就位的一襯底之間的電容，并用于控制驅(qū)動回路以使所述腔室中的所述冷卻板相對于所述襯底定位；以及泵和進(jìn)給系統(tǒng)，用于控制在所述腔室中的壓力和環(huán)境。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻隔間，其中，在冷卻時所述腔室中的壓力升高至約10托至15托之間。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻隔間，其中，在所述襯底冷卻后以及在所述襯底從所述隔間移出之前，所述真空經(jīng)抽吸降至約10-7托。
5.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，所述板在少于約150ms的時間內(nèi)移動就位至小于0.1英寸的所需間隙。
6.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，所述板相繼地移動就位。
7.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，所述板同時移動就位。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述腔室中的整個冷卻循環(huán)發(fā)生在約3.5秒內(nèi)。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，如果所述冷卻板定位以包圍待冷卻的襯底的支承機(jī)構(gòu)，則所述冷卻板定位成盡可能地靠近所述襯底。
10.一種在磁盤制造過程中冷卻正在加工的襯底的方法，所述方法包括將待冷卻的襯底置入冷卻板之間的冷卻隔間中；在所述冷卻板和所述襯底之間提供AC電壓；測量所述板和所述襯底之間的電容；通過測量所述板和所述襯底之間的電容，移動所述冷卻板靠近所述襯底，直到所述板定位于在所述板移動之前已經(jīng)選定的距所述襯底小于0.1英寸的所需距離。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述所需距離包括在約0.02英寸至0.05英寸之間。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過一次一塊板地將板移向襯底并測量板與襯底之間的距離，從而獲得所述板和所述襯底之間的間距。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過同時移動所述板并確定各所述板的電容以及在通過電容測量確定的一限定距離處停止移動，從而獲得所述板和所述襯底之間的間距。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中用于停止冷卻板的設(shè)定點短于最終停止點。
15.一種用在磁盤制造過程中冷卻襯底的冷卻裝置，所述裝置包括真空隔間，用以在磁盤制造設(shè)備中冷卻磁盤；多個冷卻板，其在所述隔間中彼此相互分開并且彼此面對；襯底支撐件，用于將待冷卻的襯底布置在所述冷卻板之間；所述冷卻板被電連接，以便能夠電測量以確定所述板與在所述板之間就位的待冷卻的襯底之間的距離；馬達(dá)，設(shè)計為根據(jù)通過所述電測量控制所述板移動，直到各所述板基本位于平行于所述襯底且距所述襯底小于0.1英寸的位置處，以及連接件，用以向所述隔間引入冷卻氣體和使冷卻氣體從所述隔間去除。
權(quán)利要求
1.一種在磁盤制造中用于冷卻襯底的冷卻裝置，所述冷卻裝置包括真空隔間，用于在磁盤制造設(shè)備中冷卻磁盤；多個在所述隔間中的冷卻板；用于將待冷卻的襯底置入所述冷卻板之間的器件；電連接所述冷卻板以在所述板與在所述板之間就位的待冷卻的襯底之間形成電容；伺服馬達(dá)控制器，其設(shè)計為比較所述板和所述襯底之間的電容，并移動所述板直到各所述板位于基本上平行于所述襯底且與所述襯底隔開小于0.1英寸的位置。
2.一種冷卻隔間，所述冷卻隔間包括封閉的腔室；兩個在所述腔室中的冷卻板；開口，用于允許支撐件上的襯底插入和移出所述腔室；馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)，用于移動所述冷卻板靠近所述腔室中的襯底并位于與所述腔室中的襯底基本平行的位置；電容控制器系統(tǒng)，用于測量各所述冷卻板與在所述腔室中就位的一襯底之間的電容，并用于控制驅(qū)動回路以使所述腔室中的所述冷卻板相對于所述襯底定位；以及泵和進(jìn)給系統(tǒng)，用于控制在所述腔室中的壓力和環(huán)境。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻隔間，其中，在冷卻時所述腔室中的壓力升高至約10托至15托之間。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻隔間，其中，在所述襯底冷卻后以及在所述襯底從所述隔間移出之前，所述真空經(jīng)抽吸降至約10-7。
5.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，所述板在少于約150ms的時間內(nèi)移動就位至小于0.1英寸的所需間隙。
6.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，所述板相繼地移動就位。
7.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，所述板同時移動就位。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述腔室中的整個冷卻循環(huán)發(fā)生在約3.5秒內(nèi)。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，如果所述冷卻板定位以包圍待冷卻的襯底的支承機(jī)構(gòu)，則所述冷卻板定位成盡可能地靠近所述襯底。
10.一種在磁盤制造過程中冷卻正在加工的襯底的方法，所述方法包括將待冷卻的襯底置入冷卻板之間的冷卻隔間中；在所述冷卻板和所述襯底之間提供AC電壓；測量所述板和所述襯底之間的電容；通過測量所述板和所述襯底之間的電容，移動所述冷卻板靠近所述襯底，直到所述板定位于在所述板移動之前已經(jīng)選定的距所述襯底小于0.1英寸的所需距離。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述所需距離包括在約0.02英寸至0.05英寸之間。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過一次一塊板地將板移向襯底并測量板與襯底之間的距離，從而獲得所述板和所述襯底之間的間距。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過同時移動所述板并確定各所述板的電容以及在通過電容測量確定的一限定距離處停止移動，從而獲得所述板和所述襯底之間的間距。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中用于停止冷卻板的設(shè)定點短于最終停止點。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種在磁盤存儲器中的襯底制造過程中使用的冷卻系統(tǒng)，其中，冷卻板相對于待冷卻的襯底動態(tài)定位。本發(fā)明能夠使冷卻板設(shè)置得更近以便更有效地冷卻。通過冷卻板和待冷卻的襯底之間的電容測量來控制定位。
文檔編號G11B5/84GK101061356SQ200580015497
公開日2007年10月24日 申請日期2005年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者J·H·羅格斯, B·霍夫曼 申請人:英特維克公司