(57)【要約】【解決手段】基板を磁気ディスクメモリに製造するのに使用するための冷却装置であって、冷却プレートが基板に関して動的に配置されるところの冷却装置が説明される。これにより、効果的な冷却のために冷却プレートを基板により近く配置することが可能となる。配置は冷却プレートと冷却すべき基板との間の容量測定値により制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ディスクの製造に使用される基板を冷却するための冷却装置であって、
磁気ディスク製造装置内でディスクを冷却するための真空コンパートメントと、
前記コンパートメント内にある冷却プレートと、
前記冷却プレートの間に冷却すべき基板を配置するための手段と、
前記冷却プレートは、前記冷却プレートの間の位置にある冷却すべき基板と前記冷却プレートとの間に容量を形成するよう電気的に接続されており、前記冷却プレートと前記基板との間の容量を比較し、前記冷却プレートの各々が０.１インチ以下だけそこから離隔されて前記基板と実質的に平行な位置になるまで、前記基板を移動するようプログラムされたサーボモータ制御器と、
から成る冷却装置。
【請求項２】
冷却コンパートメントであって、チャンバと、前記チャンバ内に配置された２つの冷却プレートと、支持体上の基板を前記チャンバの内及び外へ搬入及び搬出を可能にする開口部と、前記チャンバ内で基板に近接しかつ実質的に平行な位置へ前記冷却プレートを移動するためのモータ駆動システムと、前記チャンバ内の所定位置にある基板と各冷却プレートとの間の容量を測定し、前記基板に関して前記チャンバ内に前記冷却プレートを配置するよう駆動回路を制御するための容量制御システムと、前記チャンバ内の圧力及び環境を制御するためのポンプ及び給気システムと、から成る冷却コンパートメント。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却コンパートメントであって、前記チャンバ内の圧力は、冷却時間中に約１０から１５torrの間まで増加する、ところの冷却コンパートメント。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却コンパートメントであって、基板の冷却の後であって、かつ、コンパートメントから基板を除去する前に、真空は約１０−７torrまで排気される、ところの冷却コンパートメント。
【請求項５】
請求項１に記載の冷却装置であって、前記冷却プレートは、約１５０ms以内に０.１インチ以下の所望のギャップの位置まで移動する、ところの冷却装置。
【請求項６】
請求項１に記載の冷却装置であって、前記冷却プレートは、順に所定位置まで移動する、ところの冷却装置。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却装置であって、前記冷却プレートは、同時に所定位置まで移動する、ところの冷却装置。
【請求項８】
請求項２に記載の冷却コンパートメントであって、全体の冷却サイクルは約３.５秒以内に前記チャンバ内で生じる、ところの冷却コンパートメント。
【請求項９】
請求項２に記載の冷却コンパートメントであって、前記冷却プレートは、冷却すべき基板用の支持機構を包囲するように前記冷却プレートが配置された場合よりも前記基板に近接して配置される、ところの冷却コンパートメント。
【請求項１０】
磁気ディスクの製造において処理されている基板を冷却するための方法であって、
冷却すべき基板を冷却コンパートメント内の冷却プレート間に配置する工程と、
前記冷却プレートと前記基板との間にAC電圧を印加する工程と、
前記冷却プレートと前記基板との間の容量を測定する工程と、
前記冷却プレートと前記基板との間の容量の測定値を使って、前記冷却プレートの移動前に選択されたように前記基板から０.１インチ以下の所望の距離に前記冷却プレートが配置されるまで、前記基板に近接して前記冷却プレートを移動する工程と、
から成る方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記所望の距離は約０.０２から０.０５インチの間である、ところの方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、前記冷却プレートと前記基板との間の間隔は、基板に対する冷却プレートの容量を測定し、一度にひとつの冷却プレートを移動することにより達成される、ところの方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、前記冷却プレートと前記基板との間の間隔は、前記冷却プレートの各々に対する容量を同時に決定し、前記冷却プレートを同時に移動し、容量測定値により決定される距離で移動を停止させることにより達成される、ところの方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、前記冷却プレートを停止するための設定ポイントは最終的な停止ポイントより短い、ところの方法。
【請求項１５】
磁気ディスクの製造に使用される基板を冷却するための冷却装置であって、
磁気ディスク製造装置内でディスクを冷却するための真空コンパートメントと、
前記コンパートメント内にあって対向して互いに離隔された冷却プレートと、
前記冷却プレートの間に、冷却すべき基板を配置するための基板支持体と、
前記冷却プレートは、前記プレート間に配置された冷却すべき基板と前記プレートとの間の距離を決定するべく電気的測定を可能にするよう電気的に接続されており、０.１インチ以下だけそこから離隔されて前記基板と実質的に平行な位置になるまで、電気的測定値により制御されて前記冷却プレートを移動するようプログラムされたモータと、
前記コンパートメントから冷却ガスを導入しかつ除去するための結合部と、
から成る冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ用の磁気メモリディスクの製造における基板の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータメモリ用のハードディスクの製造において、基板は真空環境中に運ばれ、そこでさまざまな処理が実行され、さまざまな層が基板の表面上に成長する。さまざまな処理工程は、例えば、基板の加熱、基板の冷却、基板上へのスパッタ層コーティング、化学気相成長及び強化プラズマ技術を使った積層化、基板上への保護カーボン層の蒸着、及び他の処理工程を含む。ある例において、ディスク製造はディスクの最終面上に潤滑剤を配置する。
【０００３】
上記製造処理の間、典型的に、基板はエッジに沿って保持され、処理チャンバ内に移動され、そこでディスクは基板両面を同時に処理される。少なくとも磁気層の蒸着後であって、かつ概してカーボン層を含む最終層の蒸着前に、基板を冷却する必要があり、それを非常に素早く実行する必要がある。従来技術において、米国特許第5,215,420号に記載されるように、処理ステーションは中央真空領域を包囲するように配置される。
【特許文献１】米国特許第5,215,420号
【０００４】
基板のカセットはシステムのロード領域内に移動し、その後中央領域内に移動し、そこで個々のディスクがカセットから持上げられ、システム内に運ばれ、基板は中央領域を包囲するさまざまな処理ステーションを通じて連続的に移動する。リフタはエッジでディスクを保持し、ディスクがすべてのステーションで処理が完了するまで、ディスクをステーションからステーションへ運び、そのポイントでディスクがカセットに戻され、システムから除去される。この種の装置の中央領域を包囲するステーションのひとつまたはそれ以上は冷却ステーションである。このようなステーションは、メモリディスクの製造シーケンスにおいて一回以上現れる。上記した従来技術において、冷却はディスクをヒートシンクの間に配置し、他のコンパートメント及びシステムの中央領域から分離するように冷却コンパートメントを閉止して、ガスを導入することにより実行された。その後、ガスが閉じられたコンパートメント内に加えられ、それが圧力を大気圧付近の、ガス熱伝導率により熱を伝導するための好適圧力まで上昇させることにより、冷却コンパートメント内の圧力が変化する。これが、ディスクからヒートシンクまたはコンパートメント内のディスクの両側に配置された冷却プレートへの熱伝導を促進する。典型的にこの目的で使用されるガスは、ヘリウム、水素またはこれらの混合ガスである。これらのガスは伝熱用の良好な熱伝導性を与えるからである。概して、圧力は約１０から１５torrの間に達するまで上昇する。コンパートメント内の圧力が上昇している間、コンパートメント外部の圧力は約１０−７torrの低い圧力に維持される。上記ステーションは、米国特許第5,181,556号に記載されるものであり、カリフォルニア州サンタクララのインテバック・インコーポレイテッドにて購入可能であり、インテバックのMDP250に組み込まれて販売されてもいる。注意すべきは、そのシステムが、基板がステーションからステーションへ運ばれ、同じ時間インターバルでそれぞれのステーションで同時に処理するように仕向けられていることである。システムは異なる動作も可能であるが、商業的に許容可能な大量のディスクの製造にはそれが最も効率的であるため、このアプローチがこの技術分野で一般に採用されている。したがって、基板を冷却する時間が短く、それがすべての他の特定の基板処理動作を実行するのに適切である場合、システム全体はより速く動作する能力を有し、単位時間により多くのディスクを製造することが可能となる。時間とともに、市場はこれらの製造システムからより高速、より低いディスク製造コスト、及び増加した記憶能力を含む製造ディスクの改良された品質を要求してきた。この要求を満足するために、２００３年２月１０日に出願された米国特許出願第10/361,308号に記載されるような、新しいシステムが開発された。このシステムにおいて、基板はディスクキャリア内でその周辺のエッジでわずかに異なる方法でグリップされて保持されるが、基板の両面の処理が可能である。各処理コンパートメントは自立真空チャンバであり、上記装置の場合と同様にホルダは処理ステーションから処理ステーションへ移動し、そこで基板が処理に晒される。ここで、急速な冷却は重要なファクタである。この出願の開示はここに参考文献として組み込む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板から出る熱フラックスはΔT/Δxに比例し、ここでΔT＝基板温度−冷却プレートの温度、Δx＝基板と冷却プレートとの間のギャップである。冷却プレートが低温学的に冷却されるなら、ΔTを増加することによる冷却速度の有意な改善を達成するのが困難であるかまたは不可能であるが、Δxを減少させることにより冷却ステーション内の基板の冷却速度を有意に増加させることが可能となる。一般に、移送中に基板のエッジをグリップし、冷却ステップ中に連続的に存在する支持キャリア上で基板を移送する方法は、基板の両面処理を実行するが、冷却処理中にキャリアに対して冷却プレート間のクリアランスを要求する。したがって、ディスクキャリアにより強いられたギャップは有効であり、基板の冷却速度を制御することができる。冷却に必要な時間を減少させる方法は、冷却処理中に冷却プレートを基板により近接して配置することである。これは、冷却コンパートメントの内外への基板の移動を許すために、冷却中の基板方向へ及びそれから離れる方向へヒートシンクを移動することを要求する。基板と移動する冷却プレートとの間のギャップを動的に測定する技術が無ければ、ギャップはプレート間の基板の位置の正確性により制限される。言い換えれば、基板の面の位置が±εだけ変化すれば、プレートを接触の危険無しで基板へεより近くへ移動させることは不可能である。これにより、プレートは現在使用されているタイプの処理システムで約０.１００インチより近づくことが制限されている。しかし、プレートが基板から例えば約０.０２５インチ（上記距離の四分の一）に配置されれば、４倍の熱フラックスが基板から放出される。この技術の注目すべき点は、約０.１００インチ以下、特に約０.０２インチから約０.０５０インチの範囲の間隔で表面と作用することができるということである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、０.０２から０.０５インチのオーダーのギャップでの安全動作を可能にするよう、基板と冷却プレートとの間のギャップを動的に測定するための方法及び装置を与え、それにより冷却処理を高速化し、ディスク製造作業をより速くすることを可能にする。この方法は、冷却プレートを移動し、今あるギャップを動的に測定しかつ制御することにより、基板と冷却プレートとの間の間隔を制御することにより達成される。実施例において、冷却コンパートメントの冷却プレート及び基板は平行平板キャパシタを形成するために使用され、その結果プレートがより近接すると、容量は増加する。この容量を測定することにより、ギャップを知ることができる。２つの冷却プレートに関して、ひとつのプレートは容量が測定されるまで基板に近接して移動可能であり、それは所望のギャップに対応している。その後、所望のギャップに対応する容量が測定されるまで、基板の反対側の第2冷却プレートが移動され容量が再び増加する。変形例として、所望の間隔を達成するべく冷却プレートの同時移動中に、容量を測定しかつ間隔を制御する方法がある。多くの技術のいずれもが容量を測定するのに使用可能である。以下に説明する本発明の実施例は、好適アプローチである。しかし、他のアプローチが以下の開示から容易に理解されよう。本発明はディスク製造装置に組み込まれるものであるが、システムと独立して使用すること及び既存のシステムに付加することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を参照して、図１(a)には冷却プレート2及び3が接地されており、基板1と冷却プレート2及び3との間の容量が容量モニター4により測定される実施例が示されている。この実施例において、冷却プレート2及び3は順に配置される。図１(b)において、基板が接地され、冷却プレート2及び3と基板1との間の容量が、２つの冷却プレートの回路中の容量モニター4により測定される。図１(b)に示される実施例は、モニターが独自の測定及び制御を与えることができるため、冷却プレートが同時に移動する。これは、各プレートと基板との間の容量に関する個々の情報を各プレートの独自の移動を制御するのに使用できるよう、基板が接地されているために生じるものである。これらの図において、基板1はディスクホルダ5上に配置され、基板及び２つの冷却プレートはすべてハウジング6内にある。冷却工程が完了すると、冷却プレートは基板から離れる方向へ同時に移動し、その後基板は冷却コンパートメントから移動する。
【０００８】
基板と冷却プレートとの間の測定は間隔を制御する光学または電磁誘導技術を使って為されるが、容量は光学または誘導センサーが使用された場合より非常に廉価な単純な回路により測定可能である。基板に対してわずかに傾斜していれば、ギャップは自動的に補正されることもできる。容量はdA/xに比例していると考えられ、ここで、dAは基板の微小表面積であり、ｘはギャップ長であり、基板表面全体にわたって積分されることがわかる。同様に、基板からの熱フラックスは同じ積分に比例する。したがって、基板に対する傾斜がわずかならば、設定した容量を生じさせるギャップは所望の冷却を与える。
【０００９】
図２は、回路内の容量を測定するひとつの技術を示したものである。この図において、図１と同様に、冷却すべき基板は符号1で示され、冷却プレートは符号2及び3で示され、壁6により形成された冷却チャンバ内で基板を支持するための基板キャリアまたはリフタは符号5で示されている。図２において、容量測定回路4は基板と冷却プレートとの間の容量を測定する。オシレータ11は単一周波数を有する交流信号を与える。正弦波の周波数は任意であるが、迷走インダクタンス及びキャパシタンスが混乱を生じさせない程度に十分に低く、かつ、ACからDCへのフィルタリングが応用に必要な応答時間を満足する帯域幅（例えば、１０kHzから１MHz）を有する信号を生じさせることができる程度に十分に高い周波数を使用するのが便利である。AC信号は、キャパシタ15及び基板と冷却プレートとの間の測定容量から成る容量電圧分配器により減少する。キャパシタ12及び13は同じAC信号を減少させる基準電圧分配器を構成する。キャパシタ13の値は、プレートが離れた初期状態で冷却プレートに対する基板の容量と等しくなるように選択される。この初期条件のために、差動増幅器16への２つの入力電圧は等しく、それにより冷却プレートが“外側”位置にあるとき出力電圧は〜０Vになる。駆動アセンブリ7がプレートを内側に移動するに従い、基板と冷却プレートとの間の容量は増加し、プレートが基板により近づくに従い振幅が増加する正弦波出力を生じさせる。示された例において、差動増幅器16の出力は、バンドパス増幅器18により増幅される。信号は増幅されるが、ほとんどのノイズスペクトルは増幅されないため、この方法は信号対ノイズ比を増加させる。その後AC信号は制御信号として有用となるように整流器19により整流されなければならない。
【００１０】
整流器は、図示されるようなダイオード回路またはRMS（二乗平均）増幅器のような多くの種類のひとつである。容量検知回路4の出力は駆動回路7を制御するモータ制御器により使用される。この図ではひとつの検知回路のみが存在するので、ひとつのプレートが所定位置まで移動し、その後第2のプレートが移動する。図１(b)の回路構成は、冷却中の基板に関して同時に両方の冷却プレートを移動するように与えられている。それぞれの側のプレートに対して、モータ制御器は、センサー信号に対応する設定ポイントを所望の最終位置からの固定距離に与える。プリセット速度及び減速率は、その固定距離がどのようなものであるかを決定する（すなわち、停止を開始した時刻と完全に停止した時刻との間にプレートが移動した距離）。各プレートに対する信号制御が存在する場合、第1のプレートがその移動を完了したとき、第2のプレートがその移動を開始する。容量センサー信号が、所望の最終位置の前の類似の固定距離の位置に対する容量センサー信号に対応する第1閾値より高い第2閾値に達したとき、第2プレートの移動は停止する。図１(b)に示される構成において第2検知回路を付加することにより、両側は同時に移動可能である。しかし、これは使用されているシステムの速度に必ずしも必要ではない。
【００１１】
動作中、基板1は、冷却チャンバ6内の所定位置に移動される。チャンバはシールされ、熱伝導に所望される圧力までチャンバ内の圧力を増加させるために、管状結合手段8を使ってチャンバ6内に、ヘリウム若しくは酸素またはそれらの混合ガスのようなガスが流入される。その後、冷却プレート2は駆動装置7により所望の位置に移動され、その後冷却プレート3が同様の所望位置へ移動される。プレート2及び3は所望の時間中、この位置に維持される。その後、チャンバ内の圧力は再び真空ポンプ10を使って真空レベルまで下げられ、冷却プレートは基板1から離れる方向に分離される。その後チャンバが開かれ、基板がチャンバ6から除去され、付加的な処理のために移動する。その後、基板は他の処理用の他の処理ステーションに移動してもよい。基板がコンパートメントに入る時から出る時まで、約３.５秒かかる。典型的にこれは、米国特許出願第10/361,308号に記載されるようなシステムに取り付けられたコンパートメントにおいて、第2の通路が処理ステーション間でのディスクの移動を許可する時間あたり、約８００枚のディスクを製造するスピードでシステムが実行されている場合である。
【００１２】
図３は上記したシステムの出力を示している。ここでプログラム可能なサーボモータ制御器20は、容量センサー信号を基準アナログ信号（設定ポイント）と比較し、２つの信号が等しくなるまで決められた速度で内側に移動し、その後決められた減速率で停止するようにプログラムされる。設定ポイントは所望の終点からの固定距離である位置に対応する。第1プレートがその動きを完了したとき、他の冷却プレートを基板に近接した位置まで移動させるよう、第2プレートのサーボ制御器20へ信号が送られる。図示されたデータに対して、プレートは１５０ms以内に０.２２５インチのギャップから０.０２５インチのギャップまで移動した。０.２２５インチのギャップにおいて、基板を保持する基板キャリアまたはリフタが存在するにもかかわらず、２つの冷却プレートの間に基板が入る適当な空間がある。間隔、圧力、時間、最初の温度等の条件に応じて、３０℃から５０℃だけ冷却される。
【００１３】
図４は図２で説明した機構の再現性の試験データを示す。この場合、基板の替わりに、固定プレートに関してプレートの最終位置を測定するために固定プレートに設置された誘導センサーを有する各サイドに隣接した２つの移動プレートを有する固定プレートが使用された。固定プレートから分離された同様の距離まで２つのサイドを移動させる試みは為されなかった。このグラフの目的は再現性である。６０００サイクル以上の後、得られた結果を以下の表及び図４に示す。
【００１４】
【表１】
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サイドAのエラーが所望のB位置における読み取りを後ろにシフトするため、サイドBはより広い範囲を有する。Aが近接しすぎて終わった場合、Bはさらに離れて終わるため、これは必ずしも悪くはない。このデータは、上記した方法が単純な回路を使って冷却プレートの非常に正確な再現性のある配置を生じさせることを示すものである。この実験において冷却プレートと同等のこれら２つのプレートは中央プレートから等距離に調節するよう設定されていないが、この結果は移動及び距離を適切に設定制御することにより得ることができるので問題ない。
【００１５】
好適実施例について説明してきたが、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１(a)及び(b)は、測定システムの２つの実施例を略示したものである。
【図２】図２は、基準キャパシタを使って容量が測定されるところのダイナミックな冷却システムの実施例の略示図である。
【図３】図３は、図２の実施例を使って測定した容量のデータを示す。
【図４】図４(a)及び(b)は、実施例に従うデータの再現性を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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