KR20020000158A - 모듈 제어 플래튼 준비 시스템 및 그 방법 - Google Patents

모듈 제어 플래튼 준비 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

래핑 작업을 수행하기 위한 플래튼(114)을 준비하기 위한 시스템 및 방법이 개시되고 있다. 시스템은 기부(110) 상에 회전가능하게 장착되고 그 위에 플래튼을 수용하도록 설계된 플래터(120)를 포함한다. 주 구동 모터(118)가 플래터(120) 및 그 위에 배치된 플래튼을 회전시키기 위해 제공된다. 복수의 압착 아암(128)이 기부(110) 상에 배치되고 플래튼(114)의 래핑 표면(116)과 정렬하여 위치될 수 있는 공구 수용부를 포함하도록 구성된다. 공구(132)가 각각의 공구 수용부에 부착되어 소정의 작업이 플래튼의 래핑 표면 상에서 수행된다. 모니터(138)가 소정의 변수를 검사하여 플래튼을 준비하는 동안 사실상 일정한 상태를 유지하도록 제공된다.

Description

모듈 제어 플래튼 준비 시스템 및 그 방법{MODULAR CONTROLLED PLATEN PREPARATION SYSTEM AND METHOD}
래핑 장치는 반도체 웨이퍼, 자기 디스크 기판, 자기 헤드 유닛 등과 같은 다양한 작업 재료 상에서 래핑 작업을 수행하기 위해 통상적으로 이용된다. 이러한 래핑 장치는 작업 재료 상에 분쇄 및/또는 연마를 수행하는 래핑 플레이트를 이용한다. 하드 디스크 드라이브의 소형화 및 증가된 용량을 위한 현재의 경향은 정밀한 공차를 유지하면서 고 평탄도를 갖는 재료를 요구하고 있다. 결과적으로, 이러한 재료를 분쇄하고 연마하기 위해 이용되는 래핑 플레이트는 높은 정밀도로 형성되어야 한다.
래핑 플레이트는 일반적으로 한쪽 또는 양쪽 표면이 소정 농도의 연마 재료를 포함하도록 구성된다. 래핑 플레이트는 종종 분쇄 또는 래핑 작업 중에 연마 재료를 함유하는 슬러리와 연계하여 이용된다. 시간이 경과함에 따라, 래핑 플레이트 내에 함유된 연마재는 마모되어, 래핑 플레이트의 유효성을 감소시킨다. 따라서, 래핑 플레이트의 재료 및 설계는 사용 수명을 향상시키고 제조 비용을 감소시키기 위해 중요하다.
래핑 플레이트의 연마 표면을 구성하기 위해 다양한 형태의 재료 및 방법이 사용되어졌다. 예컨데, 연마 표면은 종종 차아징으로 공지된 공정에서 래핑 플레이트 안으로 다이아몬드 입자를 매립함으로써 형성된다. 다이아몬드 입자는 그 경도 특성으로 인해 마모에 강한 저항을 갖는 경향이 있다. 래핑 플레이트 내에 다이아몬드 입자를 매립하기 위한 과정은 공구에 의한 수동 차아징으로부터 다양한 공구를 구비한 래핑 장치 상의 차아징으로 분류할 수 있다. 또한, 금속 결합 다이아몬드 플래이트 조절 링이 래핑 플레이트를 텍스쳐라이징하기 위해 이용된다. 조절 링은 일반적으로 전기도금된 니켈 증착물에 의해 제위치에 유지되는 단층의 다이아몬드로 피복된 한 면을 갖는 금속 링으로 구성된다.
래핑 플레이트를 제조하기 위해 특별히 설계되는 시스템은 현재 존재하지 않는다. 현재의 장치는 래핑 작업을 위한 플래튼을 준비하기 위한 사용을 위해 변경된 래핑 머신의 형태를 취하고 있다. 이러한 장치는 래핑 플레이트를 준비하기 위해 사용될 때 이하의 단점을 갖는다. 예컨대, 래핑 플레이트를 제조하기 위한 공정은 여러 공정 단계들을 필요로 하며, 각각의 공정 단계를 위해 장치는 변경되어야 한다. 이러한 장치는 각 공정 단계에 최적화될 수 없으므로, 결과적인 래핑 플레이트는 다소 결함이 있다.
래핑 플레이트를 차아징하기 위한 공정을 개시한 문헌에 다양한 실시예들이 나타나 있다. 예컨데, 무치(Mucci)에 의해 허여된 미국 특허 제5,107,626호는 특정 패턴을 갖는 연마 재료을 이용하여 기판 상에 패턴화된 표면을 제공하는 방법을 개시하고 있다. 연마 재료는 이에 결합된 적어도 하나의 연마 조성물을 갖는 등판(backing)을 포함한다. 연마 조성물은 바인더 내에 분산되고 복수개의 돌출부 및 골로 구성되는 소정의 배열로 배치되는 연마 알갱이의 형태를 취하고 있다.
홈스트랜드(Holmstrand)등에 의해 허여된 미국 특허 제4,866,886호 및 제4,821,461호는 개선된 사용 수명 및 개선된 연마 일관성을 위해 선택적으로 텍스쳐라이징된 래핑 플레이트를 개시하고 있다. 유리 비드(bead)는 소정의 밀도 뿐 아니라 균일한 크기 및 분포의 구형 공동을 형성하기 위해 래핑 플레이트의 래핑 표면 상으로 연속하여 추진된다. 이러한 공동은 실질적으로 옆으로 미끄러지는 현상을 방지하도록 래핑 표면의 불연속성을 제공한다. 또한, 공동은 떨어진 연마 알갱이, 공작물 파편 및 다른 오염물을 수용하여 보다 매끈하게 기계가공된 공작물 표면이 되게 한다.
래핑 플레이트를 준비하기 위한 장치의 다른 다양한 예들이 있다. 예컨데, 미국 특허 제3,680,265호, 제3,903,653호, 제4,418,501호, 제5,713,123호 및 제5,749,769호를 참조하면 된다. 그러나, 종래의 장치들은 래핑 플레이트를 준비하기 위하여 설계되지는 않았다. 결과적으로, 이러한 장치들은 래핑 플레이트의 성능을 최적화할 수 없다.
따라서, 래핑 플레이트를 준비하고, 따라서, 래핑 플레이트의 성능을 최적화하도록 특별히 설계된 플래튼 준비 시스템을 위한 필요성이 제기된다.
본 발명은 플래튼 준비 시스템에 관한 것으로서, 특히 다양한 시스템 변수를 정확하게 제어하기 위한 기술을 갖는 플래튼을 텍스쳐라이징(texturizing)하고 차아징(charging)하기 위한 시스템에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따라 구성된 플래튼 준비 시스템을 도시하고 있다.
도2는 플래튼 준비 시스템의 상부 평면도이다.
도3은 내부 요소들을 도시하는 도2를 절단한 도면이다.
도4는 플래튼 준비 시스템의 정면도이다.
도5는 모니터 및 그 작업을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도6은 래핑 작업을 수행하기 위한 플래튼을 준비하면서 수행되는 단계들을도시하는 공정 차트이다.
도7은 본 발명에 따라 구성된 모듈 제어 플래튼 준비 시스템을 도시하고 있다.
본 발명의 이점은 래핑 작업을 수행하기 위한 플래튼을 준비하도록 특별히 설계된 플래튼 준비 시스템이다.
이러한 및 다른 이점들은 래핑 작업을 위한 플래튼을 준비하기 위한 시스템이 선택된 작업을 수행하는 동안 사실상 일정한 조건을 유지하도록 다양한 작업 변수를 제어하는 모니터를 포함하는 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 래핑 작업을 위한 플레이트를 준비하기 위한 장치는 기부, 주 구동 모터, 적어도 하나의 압착 아암, 각각의 압착 아암에 결합된 액츄에이터 및 모니터를 포함한다. 플래터(platter)는 기부 상에 회전가능하게 장착되어 그 위에 플래튼을 수납하도록 설계된다. 주 구동 모터는 기부에 부착되고 플래터에 작동식으로 결합되어, 플래터와 그 위에 배치된 플래튼이 회전하게 된다. 압착 아암은 기부 상에 배치되고 플래튼의 래핑 표면과 정렬하여 위치설정되는 공구 수납부를 포함한다. 공구는 각각의 공구 수납부에 위치설정되어, 소정의 작업이 플래튼의 래핑 표면 상에서 수행된다. 액츄에이터는 다양한 작업을 수행하도록 소정의 압력 수준에서 플래튼의 래핑 표면과 접촉하여 압착 아암을 위치시킨다. 선택된 작업중에, 모니터는 사실상 일정한 조건을 유지하도록 소정의 기준을 검사한다. 이러한 시스템에 따르면, 고 품질의 래핑 플레이트가 단일 장치를 사용하여 준비될 수 있다. 또한, 일정한 상태를 유지하도록 일정한 기준을 검사함으로써, 래핑 플레이트에는 반복되는 일관성과 품질이 제공되게 된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 래핑 작업을 위한 플래튼을 준비하기 위해 플래튼 준비 장치를 사용하는 방법은 플래튼의 래핑 표면을 연마 마감하는 단계와,플래튼의 래핑 표면을 마이크로 텍스쳐라이징하는 단계와, 차아징된 래핑 표면을 형성하도록 다이아몬드 입자로 플래튼의 래핑 표면을 차아징하는 단계와, 플래튼 상에서 사실상 일정한 상태를 유지하도록 실시간으로 차아징하는 단계와, 다이아몬드 입자를 균일하게 노출시키도록 차아징된 래핑 표면을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 이점 및 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명의 부분에서 기술되고, 상기 부분에서 이하의 검토로 기술분야에서 숙련된 자들에게 명백하게 되고, 또는 본 발명의 실시에 의해 이해될 수 있다. 도시되고 설명된 실시예는 본 발명을 실시하기 위해 고려될 수 있는 가장 좋은 형태의 설명을 제공하고 있다. 본 발명은 그 기술사상 및 범위를 벗어남이 없이, 다양하고 명백한 점에서 수정이 가능하다. 따라서, 도면 및 설명은 본질상 설명으로서 간주되고, 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 이점들은 첨부된 청구범위에 특히 지적된 수단 및 조합에 의해 실시되고 얻어질 수 있다.
첨부된 도면에서는 전체를 통해 동일한 참조부호를 갖는 요소들은 유사한 요소들을 나타내도록, 참조부호가 붙여진다.
먼저 도1 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 태양에 따라 구성된 래핑 플레이트(즉, 플래튼 준비 시스템)를 준비하기 위한 시스템(100)을 도시하고 있다. 플래튼 준비 시스템(100)은 강성 또는 고강도 재료로 제작된 기부(110)를 포함한다. 도1에 도시된 바와 같이, 기부(110)는 스텐드, 즉 적절한 지지 부재상에 장착된다. 플래터(112)는 기부(110) 상에 회전가능하게 장착된다. 플래터(112)는 래핑 작업을 수행하기 위해 준비되는 플래튼(114)을 수용하도록 설계된다. 특히, 플래튼(114)은 실제적인 래핑 작업을 수행하기 위해 사용되는 하나 이상의 래핑 표면(116)(하나만 도시됨)을 포함한다.
도4에 도시된 바와 같이, 주 구동 모터(118)는 기부(110)에 부착되어, 플래튼 준비 시스템(100)이 작업중에 플래터(112)를 회전시키기 위해 필요한 힘을 제공한다. 본 발명의 도시된 실시예에 따르면, 스핀들(spindle) 조립체(120)가 플래터(112)를 회전시키기 위해 주 구동 모터(118)에 결합된다. 스핀들 조립체(120)는 주 구동 모터(118)에 부착되는 제1 스핀들(122)을 포함한다. 제2 스핀들(124)이 플래터(112)에 연결된다. 폐 루프 벨트와 같은 연결 장치(126)가제1 스핀들(122)로부터 제2 스핀들(124)로 회전 운동을 전달하도록 사용되어 플래터(112)를 회전시킨다.
플래튼 준비 시스템(100)은 기부(110) 상에 배치된 한 쌍의 압착 아암(128)을 포함한다. 도면에는 단지 2개의 압착 아암(128)이 도시되지만, 다양한 다른 구성이 가능함을 이해할 수 있다. 예를 들면, 하나의 압착 아암(128)이 제공될 수도 있고, 2개 이상의 압착 아암이 제공될 수도 있다. 각각의 압착 아암(128)은 공구 수납부(130)를 포함한다. 공구(132)는 플레이트(114)의 래핑 표면(116) 상의 작업을 수행하기 위해 각각의 공구 수납부(130)에 부착된다. 각각의 공구 수납부(130)는 각각의 압착 아암(128)에 회전가능하게 장착된다. 각각의 압착 아암(128)은 공구 수납부(130)의 회전을 제어하는 스핀들 모터(134)를 더 포함한다. 본 발명의 개시된 실시예에 따르면, 공구 수납부(130)는 다양한 텍스쳐라이징 및 차아징 공구를 용이하게 수납하도록 신속한 변환 배열로 구성된다. 압착 아암(128)이 래핑 작업의 준비에서 플래튼(114) 상에 텍스쳐라이징 작업 및 차아징 작업을 수행하도록 (공구(132)와 연계하여) 사용된다.
본 발명의 도시된 실시예에 따르면, 액츄에이터(136)는 각각의 압착 아암(128)과 결합된다. 액츄에이터(136)는 플래튼(114)의 래핑 표면(116)과 접촉하도록 공구(132)를 위치시키는 기능을 한다.
특히, 액츄에이터(136)은 다양한 작동 위치에 압착 아암(128)을 위치시킬 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 공구 수용부(130)는 공구(132)가 플래튼의 래핑 표면(116)과 접촉하는 제1 위치에 놓일 수 있다. 제2 위치는 또한 공구(132)가 승강되어 플래튼(114)과 정렬되지 않는 것으로 도시된다. 또한, 액츄에이터(136)는 도2에 도시된 두 위치 사이의 임의의 중간 위치에 공구(132)를 위치시킬 수 있음을 이해하여야 한다. 이의 작동 모드에 의해서 액츄에이터(136)는 설명된 압력 레벨에서 플래튼(114)의 래핑 표면과 접촉되게 공구(132)를 위치시키도록 제어가능하다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 능력은 일정한 작동에서 개선된 결과를 제공한다.
플래튼 준비 시스템(100)은 기부(110) 상에 장착된 슬러리 분배 유닛(138)을 포함한다. 슬러리 분배 유닛(138)은 플래튼(114)의 래핑 표면(116) 상으로 제어된 양의 슬러리를 분배하기 위해 사용된다. 공지된 바와 같이, 플래튼(114) 상으로 분배된 슬러리는 소정 농도의 연마재 입자를 포함하는 유체의 형태이다. 본 발명의 슬러리 분배 유닛(138)은 수행되는 특정 작동에 따라 다양한 방식으로 슬러리를 분배하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 슬러리 분배 유닛(138)은 래핑 표면(116) 상으로 적하(dripping) 형태로 슬러리를 분배하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 슬러리는 분무 형태로 분배될 수 있다. 이러한 특징은 적하가 슬러리를 래핑 표면(116)으로 유동하게 하는 환경에서 플래튼(114) 상으로 슬러리를 균일하게 분포시킬 수 있는 장점을 갖는다. 슬러리 분배 유닛(138)은 수행될 작동의 특정 요구에 따라 소정의 시간 간격동안 슬러리를 분배하거나 분배하지 않도록 더 제어될 수 있다.
또한, 플래튼 준비 시스템(100)은 플래튼(114) 상의 작동 동안 사실상 일정한 상태를 유지하기 위해서 계속하여 다양한 기능을 감시하고 제어하는모니터(140)(도5 참조)를 포함한다. 모니터(140)는 플래튼의 다양한 부품에 연결된 다수의 센서(142)를 포함한다. 도1 내지 도5를 참조하면, 센서(142)는 주 구동 모터(118), 압착 아암(128), 액츄에이터(136) 및 슬러리 분배 유닛(138)에 연결된다. 센서(142)는 주 구동 모터(118)에 의해 생성되는 토오크의 양, 플래터(112)의 회전 속도, 분배된 슬러리의 양, 스핀들 모터(134)의 회전 속도 및 토오크 및 압착 아암(128)에 의해 래핑 표면(116) 상에 생성되는 압력의 양을 포함하는 다양한 기능들을 감시하고 제어하지만, 기능은 이에 제한되지는 않는다. 추가적인 센서(142)가 플래튼 준비 시스템(100)의 다른 변수들을 감시하기 위해 제공될 수 있다.
또한, 모니터(140)는 센서(142)에 의해 수집된 자료를 수용하여 분석하는 제어 유닛(144)을 포함한다. 제어 유닛(144)은 주 구동 모터(118), 스핀들 모터(134), 액츄에이터(136) 및 슬러리 분배 유닛(138)을 제어하기 위해서 하나 이상의 제어 신호를 출력한다. 제어 유닛(144)은 예를 들면, (도시되지 않은) 자료 저장부 내에 저장된 정보의 형태로 미리 프로그램된 조건에 기초한 자료의 분석을 허용하는 처리 유닛을 포함할 수 있다. 도5에 도시된 점선으로 제시된 바와 같이, 제어 유닛(144)으로부터의 제어 신호는 사용된 센서(142)의 형태 및 센서(142)가 개별 부품에 연결된 방식에 따라 상이한 경로를 통해서 이동될 수 있다. 예를 들면, 만일 선택된 센서(142)가 자료를 수집할 수만 있도록 연결된다면, 제어 유닛(144)은 개개의 부품으로 직접 하나 이상의 신호를 출력할 것이다. 선택적으로, 선택된 센서(142)가 자료를 수집하고 개개의 부품들을 제어할 수 있도록 연결될 경우, 제어 유닛(144)은 센서(142)로 또는 직접 개개의 부품으로 제어 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 시스템(146)은 센서(142)에 직접 연결되거나 또는 제어 유닛(144)에 연결될 수 있다. 센서(142)에 연결될 때, 컴퓨터 시스템(146)은 플래튼 준비 시스템(100)의 작동 변수를 제어하기 위해서 자료를 수용 및 분석할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(146)은 적절한 나중의 분석을 위해서 자료를 저장할 수도 있다. 제어 유닛(144)과 연결될 때, 컴퓨터 시스템(146)은 나중의 분석을 위해서 자료를 저장하거나 또는 플래튼 준비 시스템(100)의 작동 변수의 제어를 위해서 제어 유닛(144)과 연계하여 사용될 수 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 모니터(140)는 피드백 방식으로 작동한다. 다시 말하면, 정보는 실시간으로 센서(142)로부터 수용되고, 제어 신호는 수용된 정보에 응답하여 출력된다.
도6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 래핑 작동을 위해 플래튼(114)을 준비할 때 수행되는 단계를 도시하는 공정 차트가 도시된다. 특정하게 도시되지는 않았지만, 플래튼(114)은 래핑 표면(116)을 위한 원하는 표면 형상을 얻기 위해서 예비 단계에서 기계가공되어야 한다. 예비 단계는 개시된 플래튼 준비 시스템(110)을 사용하여 수행될 수 있거나 또는 전문 기계를 사용하여 수행될 수 있다. 예비 단계에서 래핑 표면(116)이 어떻게 준비되는 가에 관계없이, 플래튼(114)은 처리를 위해 플래터(112) 상에 연속하여 위치되어야 한다.
단계 S610에서, 래핑 표면(116)은 압착 아암(128) 중 하나를 사용하여 연마 마감된다. 연마 마감 단계(S610)는 래핑 표면(116)을 기계가공하는 예비 단계로부터 발생하는 표면 손상 및 변형을 제거하는 검사/매크로 텍스쳐라이징(macro texturizing)에 해당한다. 단계(S610)는 래핑 표면(116)의 표면 영역 변형을 감소시키기 위해서 다이아몬드 조성 공구를 사용한다. 다이아몬드 조성 공구는 대략 3 내지 6 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다. 이러한 공구는 본 발명의 양수인(엔지스 코포레이션)에 의해 생산되고 이로부터 용이하게 입수할 수 있다. 또한, 전문 윤활제가 사용되는 공구(132)의 형태, 플래튼(114)이 구성되는 재료 또는 둘 다에 따라서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연마 마감은 2 단계, 즉 제1 및 제2 텍스쳐라이징 단계로 수행될 수 있다. 제1 텍스쳐라이징 단계는 약 6 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 조성 공구를 사용한다. 다음, 제2 텍스쳐라이징 단계는 약 3 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 조성 공구를 사용한다. 사용된 특정 재료에 따라, 제2 텍스쳐라이징 단계는 약 1 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 조성 공구를 사용하여 수행될 수 있다. 선택적으로, 제2 텍스쳐라이징 단계가 1 미크론의 다이아몬드 조성 공구를 사용하여 수행될 수 있다.
작업중에, 각각의 공구는 소정의 시간동안 활주가 가능하게 된다. 예를 들면, 단계(S610)가 단일 단계에서 수행될 경우, 공구는 대략 5 내지 15분 동안 활주하게 된다. 단계(S610)가 다중 단계에서 수행될 경우, 각각의 공구는 대략 5분 동안 활주하게 되어, 4 미크론, 3 미크론, 또는 1 미크론의 마이크로 다이아몬드 크기의 다음 공구로 교체된다. 각각의 공구 교환 사이에, 래핑 표면(116)은 잔여물을 제거하고 표면 상태의 손상을 방지하도록 가볍게 세척된다. 윤활제 및/또는 슬러리는 단계(S610) 중에 분배된다. 텍스쳐라이징 단계중의 윤활제의 사용은 중요하고 최상의 결과를 얻기위해 감시되어야 한다. 너무 많은 윤활제가 사용될 경우, 공구(132)는 옆으로 미끄러져서 효과적인 절삭이 되지 않을 것이다. 너무 적은 윤활제가 사용될 경우, 공구(132)는 래핑 표면(116)에 심한 변형을 유도할 것이다. 바람직하게는, 모니터(140)가 윤활제가 분배되는 방법과 양을 제어하도록 사용된다. 선택적으로, 슬러리 분배 유닛(138)이 모니터(140)의 제어하에서 윤활제를 분배하도록 사용된다. 본 발명의 대표적인 실시예에 따르면, OS형 Ⅳ 윤활제(엔지스 코포레이션으로부터 입수가능한)가 사용된다. L6364-1Ⅴ(역시 엔지스 코포레이션으로부터 입수가능한)와 같은 다른 형태의 윤활제가 다른 사용에서 또한 사용될 수 있다. 최적의 사용 정도는 주어진 윤활제에서 특정되고 확실히 한정하여 결정되어야 한다.
단계(S612)에서, 래핑 표면(116)은 마이크로 텍스쳐라이징이 이루어진다. 제어된 방식으로 단계(S612)는 공동들과 래핑 표면(116)에서 대체로 균일한 크기, 분포 및 밀도의 승강 랜드 영역들을 만들어 낸다. 이는 여러 가지 방법으로 달성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대략 0.1 내지 1 미크론 범위의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 함유하는 다이아몬드 조성 공구가 적당한 윤활제와 연계하여 사용된다. 추가적으로, 슬러리가 래핑 표면(116) 상에 분배된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 조성 공구는 대략 0.1 내지 1 미크론 범위의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 함유하는 고품질 연마 슬러리와 연계하여 사용된다.이러한 슬러리는 엔지스 코포레이션으로부터 입수할 수 있다.
단계(S614)에서, 래핑 표면(116)은 차아징된 래핑 표면을 형성하도록 다이아몬드 입자로 차아징된다. 차아징은 액체에서 현탁된 자유 연마제(즉, 다이아몬드 입자)를 래핑 표면(116)으로 매립하는 공정으로 형성된다. 단계(S614)는 다이아몬드 차아징 슬러리와 연계하여 조성 다이아몬드 공구를 사용하여 수행된다. 특히, 압착 아암(128)은 플레이트(114)상에 압력을 가하고 슬러리 내에 함유된 다이아몬드 입자를 래핑 표면(116)안으로 매립시킨다. 단계(S614)는 바람직하게는 일정한 상태하에서 수행된다. 따라서, 차아징 공구의 회전 속도, 압착, 슬러리 농도는 정확히 제어되어야 한다. 단계(S614)의 수행이 조성 다이아몬드 공구의 사용으로 제한될 필요는 없음을 이해할 수 있다. 텍스쳐라이징 작업에서 일반적으로 사용되는 세라믹 조절 링과 같은 다양한 다른 공구가 조성 다이아몬드 공구를 대신하여 사용된다.
단계(S616)는 플레이트 상에서 사실상 일정한 상태를 유지하도록 차아징 단계(S614) 동안 다양한 변수를 조사한다. 모니터(140)는 도6에 제시된 바와 같이, 이러한 변수를 검사하고 제어하고 단계(S614)와 사실상 동시에 단계(S616)를 수행한다. 특히, 제어 유닛(144)은 공구(132)와 플래터(112)의 회전 속도, 센서(142)를 사용하여 래핑 표면(116) 상의 슬러리 농도와 압력과 같은 각각의 변수들의 데이터를 수집한다. 데이터는 실시간 분석되고, 제어 신호들은 각각의 요소들을 제어하고 사실상 일정한 회전 속도와 플레이트(114) 상의 압력을 유지하도록 센서(142)로 출력된다.
본 발명의 개시된 실시예에 따르면, 단계(S614)는 대략 15분 동안 수행되고 래핑 표면(116)을 차아징하기 위한 다이아몬드 입자의 유일한 공급원으로서 자유 연마 슬러리를 사용한다. 또한, 슬러리 안에 함유된 것 외에 추가적인 윤활제를 제공할 필요는 없다. 공구의 회전 속도는 바람직하게는 예를 들어, 약 30 rpm의 저속에서 유지되어, 다이아몬드 입자들이 래핑 표면(116) 내에 완전히 매립되도록 한다. 그러나, 다른 값들은 압착 아암(128)에 의해 가해진 압력과 같은 다른 실시간 조건에 기초하여 회전 속도를 선택할 수 있다.
단계(S618)에서, 래핑 표면(116)은 단계(S614) 동안 매립된 다이아몬드 입자를 균일하게 노출시키도록 연마된다. 특히, 미세 연마제가 차아징에 의한 변형을 없애도록 사용되고 연속적인 래핑 작업을 위해 다이아몬드 연마제를 완전히 노출시킨다. 단계(S618)은 특별한 화학 용액와 연계하여 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 사용하여 두 부분에서 수행된다. 화학 용액은 바람직하게는 높은 PH 농도를 갖는다. 화학 용액은 적하 방법으로 래핑 표면(116) 상에 분배된다. 연마 단계(S618)의 제1 부분은 제1 CMP 공정에서 공구 수납부(130)에 부착된 다공성 연마 패드(도시되지 않음)를 사용하여 수행된다. 다음으로, 제2 CMP 공정은 공구 수납부(130)에 부착된 보풀(nap)이 낮은 천을 사용하여 수행된다. 화학 용액은 바람직하게는 엔지스 코포레이션으로부터 입수할 수 있는 제품 번호 MECH CHEM 6391-1을 선택한다. 또한, 화학 용액은 약 분당 1.33 온스의 비율로 도포된다. 작업에서, 각각의 CMP 공정(즉, 다공성 광택 패드와 보풀 천을 사용하는)은 바람직하게는 약 5분동안 수행된다. 그후 래핑 표면(116)은 단계(S620)에서 즉시 세척되어, 폐쇄 실리콘의건조중에 흔히 형성되는 불용성 산화물 또는 거울상의 형성을 방지한다. 이 시점에서, 플래튼(114)은 래핑 작업을 수행할 준비가 된다.
본 발명의 플래튼 준비 시스템은 래핑 작동을 수행하기 위해 하나 이상의 플래튼을 자동적으로 준비하도록 구성될 수 있다. 도7은 본 발명의 실시예에 따라 모듈식으로 제어되는 플래튼 준비 시스템(200)을 도시한다. 모듈식 플래튼 준비 시스템(200)은 저장 유닛(210), 복수의 플래튼 준비 장치(220A 내지 220E, 일괄적으로 220), 그리고 자동 로더(loader)(230)를 포함한다. 도7에 도시된 모듈식 플래튼 준비 시스템(200)은 래핑 작업을 위해 여러 개의 플래튼을 자동적으로 준비하도록 설계된다.
저장 유닛(210)은 래핑 작업을 위해 준비되는 하나 이상의 플래튼(114)을 저장하도록 구성된다. 각각의 플래튼 준비 장치(220)는 도1 내지 도6에 따라 설명된 플래튼 준비 시스템(100)과 유사하게 구성된다. 그러나, 각각의 플래튼 준비 장치(220)는 하나의 특정 도구만으로 장치되고, 예컨대 텍스쳐라이징 또는 차아징 등의 전용 작동을 수행하는 것이 제한된다.
도7에 도시된 대표적인 실시예에 따르면, 모듈식 플래튼 준비 시스템(200)은 5개의 플래튼 준비 장치(220)를 포함한다. 장치(220A)는 플래튼(114)의 래핑 표면을 기계가공하도록 구성된다. 이는 전술한 예비 단계에 해당한다. 장치(220B)는 플래튼의 래핑 표면을 텍스쳐라이징하도록 구성된다. 어떤 실시예에서, 이는 연마 마감 및 마이크로 텍스쳐라이징 모두를 포함할 수 있다. 선택적으로, 하나의 플래튼 장치(220)는 플래튼(114)을 연마 마감하도록 제공되고, 다른 플래튼 준비장치(220)는 플래튼(114)을 마이크로 텍스쳐라이징하도록 제공된다. 장치(220C 내지 220E)는 플래튼(114)의 래핑 표면을 차아징하도록 구성된다. 그러나, 세 개의 플래튼 준비 장치(220C 내지 220E)가 플래튼(114)의 래핑 표면을 차아징하기 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 본 발명의 특정한 수행에 따라서, 단지 하나의 플래튼 준비 장치(220)만이 플래튼(114)의 래핑 표면을 차아징하도록 제공될 수 있다.
자동 로더(230)는 저장 유닛(210)과 복수의 플래튼 준비 장치(220)에 작동식으로 결합된다. 본 발명의 설명된 실시예에 따르면, 자동 로더(230)는 플래튼(114)을 저장 유닛(210)으로부터 각각의 플래튼 준비 장치(220)로 물리적으로 이동시키고, 저장 유닛(210)으로 복귀시킨다. 특히, 저장 유닛(210)은 준비되는 모든 플래튼(114)을 처음에 저장한다. 표준 작업 동안, 자동 로더(230)는 제1 플래튼을 기계가공하기 위해 저장 유닛(210)으로부터 제1 플래튼 준비 장치(220A)로 이동시킨다. 다음에, 자동 로더(230)는 제1 플래튼을 제1 플래튼 준비 장치(220A)로부터 텍스쳐라이징하기 위해 제2 플래튼 준비 장치(220B)로 이동시킨다. 이러한 과정은 제1 플래튼이 각각의 플래튼 준비 장치(220)에 의해 작동될 때까지 반복된다. 마지막으로, 자동 로더(230)는 제1 플래튼을 다시 저장 유닛(210)으로 복귀시킨다. 이러한 단계는 초기에 저장 유닛(210) 내에 저장된 모든 플래튼(114)이 래핑 작업을 위해 준비되었을 때까지 반복된다.
본 발명의 실시예에 따라, 모듈식 플래튼 준비 시스템(200)은 각각의 플래튼 준비 장치(220)의 동시 작동에 의해 최적화된다. 이러한 실시예에 따라, 제1 플래튼이 제1 플래튼 준비 장치(220A)로부터 제2 플래튼 준비 장치(220B)로 이동한 후에, 자동 로더(230)는 제1 플래튼 준비 장치(220A) 상의 위치설정을 위해 연속하는 플래튼을 복귀시킨다. 제1 플래튼이 연속하는 플래튼 준비 장치(220)로 이동함에 따라, 남아있는 플래튼은 또한 연속하는 플래튼 준비 장치(220)로 이동한다. 이러한 점에서, 제1 플래튼 준비 장치(220A)는 활용 가능하게 되고, 부가적인 플래튼은 자동 로더(230)에 의해 저장 유닛으로부터 복귀되어 제1 플래튼 준비 장치(220A) 상에 위치될 수 있다. 모듈식 플래튼 준비 시스템(200)은 저장 유닛(210)으로 복귀된 플래튼의 수뿐만 아니라, 초기에 저장 유닛(210)에 저장된 플래튼의 수도 추적하는 능력을 포함하는 것을 알아야 한다. 이러한 능력은 유리하게도 저장 유닛(210) 내로 복귀된 플래튼이 제1 플래튼 준비 장치로 다시 이동하여 불필요하게 작동되는 것을 방지한다. 이러한 능력은 또한 추적의 목적을 위해 저장 유닛(210) 내에 저장된 플래튼의 수를 수동으로 입력하여야 할 필요를 없앨 수 있다.
본 발명의 플래튼 준비 시스템은, 반복적이고 일정한 래핑 성능 특성을 만들어 낼 수 있지만, 플래튼의 래핑 표면 상에서 일정한 품질로 제어되는 매크로/마이크로 텍스쳐 또는 표면 거칠기를 마련하기 위한 소정의 단계 또는 국면에서 정지되도록 또한 제어되는 방식으로 (부 마이크론 입자를 포함하는) 다이아몬드 입자를 매립하는 공정을 자동화한다.
전술한 설명에서, 본 발명이 이해되도록 특정 재료, 구조 및 공정 등과 같은 많은 특정한 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명은 특정하게 설명된 세부 사항에 의존하지 않고 실시될 수 있다. 다른 예에서,본 발명이 불필요하게 모호하게 되지 않도록 공지된 공정의 구조는 상세히 설명되지 않았다.
본 발명의 바람직한 실시예와 그의 다양한 예만이 여기서 도시되고 설명되었다. 본 발명은 다양한 다른 조합 및 환경에서 사용할 수 있고, 본 명세서에서 설명한 바와 같은 발명 개념의 범위 내에서 변화 또는 변경이 가능함을 이해할 수 있다.

Claims (30)

  1. 래핑 작업을 실시하기 위해 플래튼을 준비하기 위한 장치에 있어서,
    기부와,
    상기 기부상에 회전 가능하게 장착되는 플래터와,
    상기 기부에 부착되고 상기 플래터에 작동식으로 연결되는 주 구동 모터와,
    상기 기부상에 배치되고 플래튼의 래핑 표면과 정렬하여 위치될 수 있는 공구 수용부를 포함하는 하나 이상의 압착 아암과,
    각각의 공구 수용부에 부착되는 공구와,
    상기 하나 이상의 압착 아암들의 각각에 연결되는 액츄에이터와,
    적어도 상기 하나 이상의 압착 아암들 상의 상태를 감시하기 위하여 상기 시스템에 연결되는 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 압착 아암들의 각각에 연결되는 스핀들 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 모니터는,
    하나 이상의 센서와,
    제어 유닛을 포함하고,
    상기 플래터의 회전 속도, 상기 하나 이상의 압착 아암들의 각각에 부착된공구의 회전 속도 및 각 액츄에이터에 의해 인가되는 압력이 사실상 일정한 수준에서 정밀하게 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기부상에 장착되는 슬러리 분배 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 슬러리 분배 유닛은 적하 방식으로 상기 슬러리를 분배하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 슬러리 분배 유닛은 분무식으로 상기 슬러리를 분배하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 래핑 작업을 위한 플래튼을 준비하도록 플래튼 준비 장치를 사용하는 방법에 있어서,
    플래튼의 래핑 표면을 연마 마감하는 단계와,
    플래튼의 래핑 표면을 마이크로 텍스쳐라이징하는 단계와,
    차아징된 래핑 표면을 형성하도록 다이아몬드 입자들로 플래튼의 래핑 표면을 차아징하는 단계와,
    플래튼상에 사실상 일정한 상태를 유지하도록 실시간으로 차아징 단계를 감시하는 단계와,
    다이아몬드 입자들을 균일하게 노출시키도록 차아징된 래핑 표면을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 마이크로 텍스쳐라이징 단계는 약 0.1 내지 약 1 미크론 범위의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자들을 포함하는 공구를 사용하여 플래튼의 래핑 표면을 마이크로 텍스쳐라이징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 마이크로 텍스쳐라이징 단계는 약 0.1 내지 약 1 미크론 범위의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자들을 포함하는 연마 슬러리와 연계하여 조성 공구를 사용하여 플래튼의 래핑 표면을 마이크로 텍스쳐라이징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 감시 단계는,
    하나 이상의 센서를 사용하여 플래튼의 래핑 표면상의 회전 속도, 압력 및/또는 슬러리 농도를 나타내는 데이터를 수집하는 단계와,
    실시간 분석을 위해 제어 유닛으로 수집된 데이터를 전송하는 단계와,
    실시간 분석을 기초로 하여 플래튼상의 사실상 일정한 회전 속도 및 압력을 유지하기 위해 플래튼 준비 장치로 하나 이상의 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 차아징된 래핑 표면을 연마하는 단계는,
    플래튼의 래핑 표면상으로 비교적 높은 pH 농도를 갖는 화학 용액을 적하하는 단계와,
    적하 단계와 함께 다공성의 연마 패드를 사용하여 제1의 화학 기계적 연마 단계를 수행하는 단계와,
    적하 단계와 함께 보풀이 낮은 천을 사용하여 제2의 화학 기계적 연마를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제7항에 있어서, 플래튼의 래핑 표면을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제7항에 있어서, 차아징 단계는 차아징된 래핑 표면을 형성하도록 다이아몬드 입자들을 포함하는 슬러리와 함께 조성 다이아몬드 공구를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 차아징 단계 중에 조성 다이아몬드 공구의 회전 속도가 약 30 rpm으로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제7항에 있어서, 연마 마감 단계는,
    고 연마 공구를 사용하여 래핑 표면을 텍스쳐라이징하는 제1 단계와,
    중간 연마 공구를 사용하여 래핑 표면을 텍스쳐라이징하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 텍스쳐라이징의 제1 단계는 약 6 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자들을 포함하는 공구를 사용하여 래핑 표면을 텍스쳐라이징하는 제1 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 텍스쳐라이징의 제2 단계는 약 3 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 공구를 사용하여 래핑 표면을 텍스쳐라이징하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 약 1 미크론의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 공구를 사용하여 래핑 표면을 텍스쳐라이징하는 제3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 제1 단계의 텍스쳐라이징 이후에 플래튼의 래핑 표면을 가볍게 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 래핑 작업을 수행하기 위한 플래튼을 준비하기 위한 시스템에 있어서,
    기부와,
    플래튼을 수용하기 위하여 상기 기부 상에 회전 가능하게 장착된 플래터와,
    상기 기부에 부착되고 상기 플래터를 회전시키기 위하여 상기 플래터에 작동식으로 연결된 주 구동 모터와,
    상기 기부 상에 배치되고, 상기 플래튼의 래핑 표면과 정렬하여 위치될 수 있는 공구 수용부를 포함하는 하나 이상의 압착 아암과,
    플래튼의 래핑 표면 상에서 소정의 작업을 수행하기 위하여 각각의 공구 수용부에 부착된 공구와,
    상기 소정의 작업을 수행하도록 설정된 압력 수준에서 플래튼의 래핑 표면과 접촉하여 상기 공구를 위치시키기 위한 상기 하나 이상의 압착 아암 각각에 연결된 액츄에이터와,
    플래튼 상의 선택된 작업 중에 사실상 일정한 상태를 유지하기 위한 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 공구를 회전시키기 위하여 상기 하나 이상의 압착 아암 각각에 연결된 스핀들 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 모니터는
    상기 플래터의 회전 속도를 나타내는 데이터, 상기 하나 이상의 압착 아암 각각에 부착된 공구의 회전 속도 및 각 액츄에이터에 의해 인가되는 압력의 양을수집하는 하나 이상의 센서와,
    상기 하나 이상의 센서에 의해 수집된 데이터를 수용하고 분석하며, 상기 주 구동 모터, 각각의 상기 스핀들 모터 및 각각의 상기 액츄에이터를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 출력하기 위한 제어 유닛를 포함하고,
    그에 따라 상기 플래터의 회전 속도, 상기 하나 이상의 압착 아암 각각에 부착된 공구의 회전 속도 및 각각의 액츄에이터에 의해 인가되는 압력은 사실상 일정한 수준으로 정밀하게 유지되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제20항에 있어서, 제어된 양의 슬러리를 플래튼의 래핑 표면 상으로 분배하기 위하여 상기 기부 상에 장착된 슬러리 분배 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 래핑 작업을 위한 복수의 플래튼을 준비하는 플래튼 준비 시스템을 사용하는 방법에 있어서,
    플래튼 준비 시스템 상으로 제1 및 연속하는 플래튼 중 하나를 적재하는 단계와,
    적재된 플래튼의 래핑 표면을 연마 마감하는 단계와,
    적재된 플래튼의 상기 래핑 표면을 마이크로 텍스쳐라이징하는 단계와,
    차아징된 래핑 표면을 형성하도록 다이아몬드 입자로 적재된 플래튼의 래핑 표면을 차아징하는 단계와,
    적재된 플래튼 상에서 사실상 일정한 상태를 유지하도록 실시간으로 차아징 단계를 검사하는 단계와,
    준비된 플래튼을 형성하도록 다이아몬드 입자를 균일하게 노출시키도록 차아징된 래핑 표면을 연마하는 단계와,
    플래튼 준비 시스템으로부터 준비된 플래튼을 제거하는 단계와,
    복수의 플래튼으로부터 모든 플래튼이 준비될 때까지 적재 단계, 연마 마감 단계, 마이크로 텍스쳐라이징 단계, 차아징 단계, 검사 단계, 연마 단계 및 제거 단계를 반복하는 단계를 포함하고,
    준비된 플래튼 모두는 사실상 일정한 일관성과 품질을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 래핑 작업을 수행하기 위하여 하나 이상의 플래튼을 준비하기 위한 모듈 제어 플래튼 준비 시스템에 있어서,
    준비 이전 및 이후에 하나 이상의 플래튼을 보유하기 위한 저장 유닛과,
    복수의 플래튼 준비 장치와,
    상기 저장 유닛 및 상기 복수의 플래튼 준비 장치에 작동식으로 연결된 자동 로더를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 제어 플래튼 준비 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 자동 로더는 상기 저장 유닛으로부터 상기 복수의 플래튼 준비 장치 각각으로 하나 이상의 플래튼을 이동시키고, 상기 저장 유닛으로복귀시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 모듈 제어 플래튼 준비 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 자동 로더는 연속하는 플래튼을 상기 저장 유닛 또는 플래튼 준비 장치 중 하나로부터 상기 플래튼 준비 장치중의 연속하는 하나로 이동시키도록 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈 제어 플래튼 준비 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 복수의 플래튼 준비 장치는
    플래튼의 래핑 표면을 기계가공하기 위하여 구성된 제1 플래튼 준비 장치와,
    플래튼의 래핑 표면을 텍스쳐라이징하기 위하여 구성된 제2 플래튼 준비 장치와,
    플래튼의 래핑 표면을 차아징하기 위하여 구성된 제3 플래튼 준비 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 제어 플래튼 준비 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 플래튼의 래핑 표면을 차아징하기 위하여 하나 이상의 추가적인 플래튼 준비 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 제어 플래튼 준비 시스템.
  30. 제25항에 있어서, 상기 복수의 플래튼 준비 장치 각각은
    기부와,
    상기 기부상에 회전 가능하게 장착된 플래터와,
    상기 기부에 부착되고 상기 플래터에 작동식으로 연결된 주 구동 모터와,
    상기 기부 상에 배치되고 플래튼의 래핑 표면과 정렬되게 위치될 수 있는 공구 수용부를 포함하는 하나 이상의 압착 아암과,
    각각의 공구 수용부에 부착된 공구와,
    상기 하나 이상의 압착 아암 각각에 연결된 액츄에이터와,
    상기 하나 이상의 압착 아암 상의 상태를 검사하기 위하여 상기 시스템에 연결된 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 제어 플래튼 준비 시스템.
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