專利名稱：薄膜元件的自動研磨方法和利用這方法的研磨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來研磨包括薄膜元件的工件的自動研磨方法。更準(zhǔn)確地說，涉及用于在探測薄膜元件的高度的同時連續(xù)研磨工件的自動研磨方法，并且涉及利用這種方法的研磨裝置。
例如，在形成磁頭薄膜后，在磁頭制造過程中研磨磁頭薄膜。在磁頭制造過程中，用研磨使磁頭的磁阻膜高度和磁頭薄膜的間隙有某一恒定的值。
對于磁阻層的高度和間隙，要求有亞微米數(shù)量級的精度。因此，需要以高精度來研磨工件或磁薄膜。
圖22A和22B是復(fù)合型磁頭的說明性的示意圖。如圖22A所示，復(fù)合型磁頭包括在基片81上形成的磁阻單元82和寫磁頭85。磁阻單元82由一磁阻膜83和一對導(dǎo)電薄膜84構(gòu)成，如圖22B所示。磁阻單元82的阻值隨外磁場而變。磁阻單元82具有讀出對應(yīng)于磁盤上磁道90的磁場強度值的電流的功能。
因為磁阻單元82是讀出電流的元件，所以，需要有用于寫的不同的元件85。寫元件85包括電感磁頭。電感磁頭包括下磁極86、以一定的間隙面對著下磁極86的上磁極88和線圈87，此線圈處在下磁極86和上磁極88之間，用于對這兩個磁極進行磁激勵。在線圈87四周有非磁性絕緣層89。
在這種復(fù)合型磁頭中，對每個磁頭，需要磁阻單元82中的磁阻膜83有恒定的阻值?？墒?，在磁頭的薄膜制造過程中難以使阻值恒定和一致。因此，在形成磁頭薄膜后，調(diào)節(jié)磁阻膜83的高度(寬度)h，從而使阻值一致。
圖23A，23B，24A，24B，24C和24D是說明復(fù)合型磁頭的制造過程的示意圖。
如圖23A所示，用薄膜技術(shù)在半導(dǎo)體晶片100上形成多個復(fù)合型磁頭。隨后，如圖23B所示，把晶片切成條而得到多條橫條101。橫條101包括多個排列成在一排的磁頭102。在橫條101的左和右端以及中心處有電阻單元102a，用于監(jiān)控制造過程。
如上所述，把磁頭102的磁阻膜83的高度研磨成恒定值或使其一致。可是，橫條101非常薄，例如大約0.3毫米。因而，難以把橫條101直接地裝在研磨夾具上，并且如圖28C所示，用熱熔的蠟把橫條101粘結(jié)在安裝工具或基板103上。
然后，如圖24A所示，把粘結(jié)在安裝基板103上的橫條101放在研磨板104上來研磨橫條101。如日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.2-124262(美國專利No.USP 5023991)或日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.5-123960所指出的那樣，在研磨橫條101時不停地測量監(jiān)控用的電阻元件102a的阻值。然后用這些阻值來探測磁頭102的磁阻膜是否已達到目標(biāo)高度。
當(dāng)利用阻值的測量探測到磁阻膜已研磨到目標(biāo)高度，就終止研磨。此后，如圖24B所示，在橫條101的底面101-1上形成滑動面(slider)。
如圖24C所示，橫條101還在附于安裝板103上時就切成多個磁頭102。如圖24D所說明的那樣，通過加熱和熔化熱熔蠟，把每個磁頭102從安裝板103上取下來。
以這種方法制備出包括多個磁頭102的橫條101，并且對橫條101進行研磨。因此，對多個磁頭102上的磁阻膜的研磨可一步完成。
圖25A和圖25B是說明傳統(tǒng)的研磨裝置的示意圖。
如圖25A所示，監(jiān)控研磨過程用的電阻單元102a，即ELG元件102a包括模擬電阻102-1和數(shù)字電阻102-2。如圖25B所示，模擬電阻102-1具有這樣的特性曲線，其中阻值Ra隨著研磨造成的ELG元件102a的高度h的減小而成比例地增加。
因此，有可能用測量模擬電阻102-1的值來探測ELG元件102a的高度。即可用下面的方程近似地表達阻值Ra與ELG元件102a的高度的關(guān)系Ra＝a/h+b........................................(1)ELG元件102a的高度近似等于磁頭102的磁阻膜的高度。因此，有可能通過探測ELG元件102a的高度來獲得磁阻膜的高度。
可是，模擬電阻102-1的值與ELG元件的高度隨研磨過程的狀態(tài)而變。因此，如日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.2-124262(美國專利5023991)所描述的那樣，設(shè)置一種數(shù)字電阻。
數(shù)字電阻102-2的值Rv在事先決定的off位置上發(fā)生變化，如圖25B的曲線所示。數(shù)字電阻102-2的off位置可從數(shù)字電阻102-2的值的變化探測出來。從而，使修正表達ELG元件102a的高度和模擬電阻102-1的值之間關(guān)系的方程成為可能。即，能修正在關(guān)系表達式(1)中的系數(shù)a和b。
以這種方法，在研磨期間，當(dāng)測量模擬電阻和數(shù)字電阻的值時，就測量了磁阻膜的高度。當(dāng)磁阻膜的高度達到目標(biāo)值，就完成了研磨。在上述的這種研磨方法中，及時地對數(shù)字電阻102-2的值求微分，以便探測數(shù)字電阻的off的位置。
在這樣的測量ELG元件的阻值和控制研磨過程的方法中，出現(xiàn)下面的問題首先，如圖25B所示，隨著ELG元件高度減小，數(shù)字電阻Rv的變化值變小。在上面解釋的方法中，不可能精確地探測出off的位置，因為要及時地對數(shù)字電阻102-2求微分，以便探測數(shù)字電阻的off的位置。因此，有減低研磨工件精度的問題。
其次，不可能正確地測量阻值，因為在研磨工件時測量阻值，阻值會因與研磨板接觸造成的影響而減小。因此，總存在降低研磨工件精度的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供通過正確地測量阻值以便實現(xiàn)研磨精度的自動研磨方法和利用此方法的研磨裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用來正確地探測數(shù)字電阻的off位置、從而實現(xiàn)研磨精度的自動研磨方法和利用此方法的研磨裝置。
本發(fā)明的再另一個目的是提供一種用來去掉異常阻值、從而實現(xiàn)研磨精度的自動研磨方法和利用此方法的研磨裝置。


圖1是本發(fā)明的原理圖。
圖2是應(yīng)用本發(fā)明的研磨裝置的一個例子的透視圖。
圖3是示于圖2的研磨裝置的頂視圖。
圖4是示于圖2的研磨裝置的側(cè)視圖。
圖5是示于圖2的研磨裝置的剖視圖。
圖6A和6B是示于圖2的機構(gòu)的說明圖。
圖7是示于圖6A和6B的橫條的說明圖。
圖8是示于圖7的ELG元件的結(jié)構(gòu)圖.
圖9A和9B是示于圖7的ELG元件的說明圖。
圖10是示于圖2的探針機構(gòu)的說明圖。
圖11是示于圖6A和6B的彎曲機構(gòu)的剖視圖。
圖12是示于圖6A和6B的彎曲機構(gòu)的說明圖。
圖13A和13B是示于圖11的彎曲機構(gòu)的彎曲操作的說明圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方框圖。
圖15是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中的加工過程的第一操作流程圖。
圖16是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中的加工過程的第二操作流程圖。
圖17是示于圖15和16的測量MR-h的操作流程圖。
圖18是示于圖17的探測數(shù)字電阻斷開(off)位置的操作流程圖。
圖19A和19B是示于圖17的去除噪聲的說明圖。
圖20是示于圖17的轉(zhuǎn)換MR-h的說明圖。
圖21是示于圖18的探測數(shù)字電阻off位置的說明圖。
圖22A和22B是復(fù)合型磁頭的說明圖。
圖23A、23B和23C是制造磁頭的第一說明圖。
圖24A、24B、24C和24D是制造磁頭的第二說明圖。
圖25A和25B是探測數(shù)字電阻值中的問題的說明圖。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖，說明根據(jù)本發(fā)明的實施例。在以下的整個描述中，相同的標(biāo)號和符號用來指明對應(yīng)的或相同的元件。
圖1是本發(fā)明的原理圖。
根據(jù)本發(fā)明的研磨裝置包括監(jiān)控元件102a、薄膜元件102和用于研磨與橫條101粘合的工件的研磨板104，其中監(jiān)控元件102a包括一個其阻值Ra隨著工件研磨而模擬地改變的模擬電阻102-1和其阻值Rv隨著工件研磨而線性地改變的數(shù)字電阻102-2?？刂破?83測量監(jiān)控元件102a的阻值并且控制研磨板104以便完成研磨過程。
一種根據(jù)本發(fā)明的用來研磨包括薄膜元件的工件的自動研磨方法，所述工件包括監(jiān)控元件，此監(jiān)控元件包括隨著對薄膜元件的研磨其阻值模擬地改變的模擬電阻和其阻值以數(shù)字方式改變的數(shù)字電阻，此自動研磨方法包括下面的步驟把數(shù)字電阻的值對模擬電阻的值求微分；根據(jù)數(shù)字電阻的微分值探測監(jiān)控元件的數(shù)字電阻的off位置；利用在數(shù)字電阻的off時刻所測得的模擬電阻值來修正模擬電阻與薄膜元件的高度的關(guān)系；把監(jiān)控元件的模擬和數(shù)字電阻值轉(zhuǎn)換成所述薄膜元件的高度；以及當(dāng)所述薄膜元件的高度達到目標(biāo)值時停止對所述薄膜元件的研磨。
在本發(fā)明中，可以利用把數(shù)字電阻102-2的值對模擬電阻102-1的值取微分的方法來探測數(shù)字電阻102-2的off位置。當(dāng)ELG元件的高度減小時，模擬電阻102-1的值明顯地改變。把數(shù)字電阻102-2的值對模擬電阻102-1的值取微分，使得微分值變大。從而，使正確地探測數(shù)字電阻102-2的off位置成為可能。
因此，能精確地修正表達模擬電阻102-1的值與薄膜元件的高度的關(guān)系的關(guān)系表達式。從而，也有可能通過探測模擬電阻來正確地控制研磨過程。
此外，在本發(fā)明的另一模式中，研磨裝置包括橫條101、監(jiān)控元件102a、薄膜元件102、用于研磨與橫條101粘合的工件的研磨板104和用于測量監(jiān)控元件102a上的阻值以便控制研磨板104直到完成研磨過程的控制器183，其中監(jiān)控元件102a起碼有模擬電阻102-1，它的阻值隨研磨過程而模擬地改變。
自動研磨方法包括把監(jiān)控元件102a上的阻值轉(zhuǎn)換成薄膜元件102的高度的步驟，和控制研磨板104，當(dāng)薄膜元件102的高度達到目標(biāo)值時停止研磨過程的步驟。轉(zhuǎn)換步驟包括當(dāng)當(dāng)前測量阻值小于過去測得的阻值時，應(yīng)用過去測得的值作為當(dāng)前測量值。
在本發(fā)明的這一模式中，當(dāng)與橫條101連在一起的薄膜元件高度變小時，監(jiān)控元件102a上的阻值變小。相應(yīng)地，如果測量的阻值正常，則當(dāng)前測量值應(yīng)變得大于過去測得的值。如果當(dāng)前測量值小于過去測得的值，則可能因某種原因而測量到異常阻值。
通過去掉異常測量阻值，就有可能根據(jù)阻值的測量來正確地控制研磨過程。于是，去掉當(dāng)前測量值，即漏過測得的阻值?？墒?，有可能用過去測得的正常值來完善所述測量。因此，使改進研磨精度成為可能。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的研磨裝置的一個例子的透視圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明的研磨裝置的一個例子的頂視圖，圖4是示于圖2的研磨裝置的側(cè)視圖，而圖5是示于圖2的研磨裝置的剖視圖。
如圖2，3和4所示，研磨板104被沒表示在圖上的電動機轉(zhuǎn)動。在研磨基座10的下面有六個墊111。研磨基座10被安放在固定在裝置上的轉(zhuǎn)動軸150上，從而基座10能繞著軸150轉(zhuǎn)動。在研磨基座10的另一端有凸輪118。
擺動機構(gòu)15使研磨基座10擺動。擺動機構(gòu)15具有擺動電動機155、由擺動電動機155轉(zhuǎn)動的凸輪滑輪152、設(shè)置在凸輪滑輪152上的擺動凸輪151。擺動凸輪151與研磨基座10的凸輪孔118嚙合，如圖3和4所示。
因此，研磨基座10隨著擺動電動機155的轉(zhuǎn)動而按圖3所示的箭頭的兩方向擺動。在凸輪滑輪152上有兩個傳感器致動器153。傳感器154探測傳感器致動器153。當(dāng)研磨基座10處在點P的位置，即圖3所示的擺動中心點時，傳感器致動器153就處在被傳感器154探測到的位置。
再看圖2，在研磨基座10上設(shè)置將要解釋的壓力機構(gòu)13。壓力機構(gòu)13對適配器11施加壓力。適配器11裝在研磨基座10上。適配器11作成L形，如圖4所示。粘結(jié)著工件101的安裝基板103裝在適配器11的第一表面11a上。用固定機構(gòu)112把安裝基板103固定在適配器11的第一表面11a上。
適配器11有第二表面11b。在第二表面11b的一端設(shè)置保持器113。設(shè)置在研磨基座10的支持機構(gòu)110有用于調(diào)節(jié)高度的螺釘110b和球形支持部分110a。適配器11的保持器113與支持部分110a嚙合。
因此，適配器11被研磨基座10支持在一個點上。適配器11通過工件101的加工表面與研磨板104接觸。即，適配器11被支持機構(gòu)110的一個點的位置和另外兩個點的位置所支持，此兩點就是粘結(jié)著工件101的安裝基板103上的兩邊緣。從而，安裝基板103能繞著支持機構(gòu)的中心轉(zhuǎn)動，以致安裝基板103能跟隨著研磨板104，而與研磨基座10無關(guān)。
因此，可以把研磨板104作為基準(zhǔn)來研磨粘結(jié)在安裝基板103上的工件，而與研磨基座10的精度無關(guān)。因此，就有可能均勻地研磨工件101。
再看圖2，在研磨基座10上設(shè)置卸載機構(gòu)12。卸載機構(gòu)12推適配器11，如圖4所示，使得適配器11繞著支持部分110a轉(zhuǎn)動，從而把工件101從研磨板104撤出。卸載機構(gòu)12有卸載塊121和卸載缸120。
現(xiàn)在來解釋卸載操作。當(dāng)監(jiān)控橫條101研磨的電阻變成預(yù)先確定的值，就要求停止研磨。當(dāng)研磨板104的轉(zhuǎn)動停止，研磨就停止?？墒?，研磨板104是在停止指令使速度降低后才停止。因此，工件被研磨到研磨板104最后停止時，這引起工件即橫條101的尺寸精度分散。此外，有這樣的情況，即在工件上附加了研磨板104的影響。
因此，在研磨基座10上設(shè)置卸載缸120和卸載塊121，如圖7A所示。如圖7B所示，當(dāng)監(jiān)控研磨的電阻值變成預(yù)先確定的值時，激勵卸載缸120，以便把卸載塊121向外頂。然后，適配器11繞著支持部分110a向上轉(zhuǎn)動，以使工件101與研磨板104分離。從而，當(dāng)監(jiān)控研磨的電阻變成預(yù)先確定的值時，研磨可立即停止。因此，能達到橫條101的尺寸精度。此外，當(dāng)把適配器11裝到研磨基座10時，工件，即橫條101的卸載變得容易了。
如圖3所示，當(dāng)傳感器探測到致動器153處于P點，即擺動的中心點時，進行卸載。這是因為如果擺動機構(gòu)的停止位置是隨機的，研磨板104的影響要根據(jù)所停的位置附加到工件的研磨板上。
因為擺動速度在擺動兩邊變低，所以，有把表面104的影響附加到工件上的傾向。與此相反，在擺動的中心點速度變得最高。因此，不容易把研磨板104的影響附加到工件上。傳感器154探測致動器153，即傳感器154探測到研磨基座10達到擺動的中心點P時，進行工件卸載，如上所述。從而，有可能防止當(dāng)擺動機構(gòu)停止時把研磨板104的影響附加到工件101上。
在研磨基座10的一端設(shè)置探針機構(gòu)14。探針機構(gòu)14與用于監(jiān)控工件即安裝在安裝板103上的橫條101的加工過程的電阻元件電接觸。探針機構(gòu)14有電氣上的探針140，后者與電阻元件電接觸，用于監(jiān)控加工過程。
再看圖2，由修正環(huán)轉(zhuǎn)動機構(gòu)161轉(zhuǎn)動修正環(huán)160。修正環(huán)160使稀漿(研磨液)擴展并使稀漿充滿研磨板104，使得可以保持研磨板104的平面度。
如圖5的剖視圖所示，壓力機構(gòu)13包括三個壓力缸13L，13C和13R。壓力缸13L，13C和13R由支持板132所支持。支持板132能繞轉(zhuǎn)動軸133轉(zhuǎn)動。因此，當(dāng)要把適配器11放在研磨基座10上時，就有可能空出(release)研磨基座10上面的空間，以及通過轉(zhuǎn)動支持板132把適配器11放在研磨基座10上。
圖6A和6B是構(gòu)件的說明圖，圖7是橫條的說明圖，圖8是示于圖9的ELG元件的結(jié)構(gòu)圖，而圖9A和9B是示于圖8的ELG元件的說明圖。
如圖6A所示，安裝基板103有安裝孔103a。橫條101粘結(jié)到安裝基板103上。在安裝基板103上設(shè)置接線端印刷電路板142。接線端印刷電路板142有大的空間。用連接線142a把后面要描述的在橫條101上的用于監(jiān)控的電阻單元即ELG元件的接線端連接到接線端印刷電路板142的接線端上。
在橫條101的ELG元件的接線端空間小。此外，ELG元件的接線端被研磨液復(fù)蓋。因此，即使接線端直接與探針140接觸，也不能穩(wěn)定地進行電阻測量。因此，在本發(fā)明中，探針140與接線端印刷電路板142接觸。由于可以在遠(yuǎn)離研磨表面104的位置設(shè)置接線端印刷電路板142，它就在其上有大的接線端空間。實行穩(wěn)定的電阻測量就成為可能。
如圖6B所示，安裝基板103可安裝到適配器11上。與安裝基板103的孔103a嚙合的適配器11上有用于支持安裝基板103的小凸柱114和固定塊112。安裝基板103由小凸柱114定位，并被裝在第一表面11a與固定塊112之間。
如圖7所示，橫條101包括多個磁頭102和ELG元件102a。ELG元件102a處在橫條101的左、中和右三個位置。
如圖8所示，ELG元件由模擬電阻102-1和數(shù)字電阻102-2構(gòu)成。模擬電阻102-1具有這樣一種圖案，其中的阻值隨電阻膜高度的減小而變大。數(shù)字電阻102-2具有這樣一種圖案，其中阻值隨電阻膜高度的減小而變成斷開(off)，直到變成恒定值。
因此，等效電路如圖9A中所示，而模擬電阻102-1用可變電阻Ra表示。如圖9B所示，當(dāng)ELG元件的高度減小時，阻值增加。數(shù)字電阻102-2用五個開關(guān)電阻表示，如圖9A所示。然后，圖9B表示了一條關(guān)于在每個off位置處電阻變化的曲線。
ELG元件的阻值對應(yīng)于ELG元件的高度。ELG元件的阻值Ra與ELG元件的高度h的關(guān)系可以近似地用上述的方程(1)表示。
可用實驗方法獲得方程(1)的系數(shù)a和b?？墒牵匦噪S每個ELG元件而變。用數(shù)字電阻來補救這問題。數(shù)字電阻的off位置h1到h5事先決定。探測出數(shù)字電阻的off位置，把所測的阻值和off位置代入方程(1)。如果探測出兩個數(shù)字電阻的off位置，就能獲得方程(1)的系數(shù)a和b。
從ELG元件的阻值得到這方程(1)中的ELG元件的高度。從而，有可能用測量ELG元件的阻值來獲得ELG元件的高度。因此，就可以判斷，ELG元件的高度是否已達到目標(biāo)值。如下面要描述的那樣，當(dāng)ELG元件的高度達到目標(biāo)值，就停止研磨。
圖10是示于圖2的探針機構(gòu)的說明圖。
如圖10所示，探針塊140支持著多個探針140a。探針塊140被探針缸141移動。探針缸141推動探針塊140，從而探針140a可接觸接線端印刷電路板142。在另一方面，這使得通過撤除探針140a，能容易地把適配器11裝到研磨基板10上。
圖11是示于圖6B的彎曲機構(gòu)的剖視圖，圖12是彎曲機構(gòu)的說明圖，而圖13A和13B是彎曲操作的說明圖。
如圖13A所示，有這樣的情況，即橫條101被彎曲并被粘結(jié)在安裝基板103上。如果出現(xiàn)彎曲，則難以以亞微米的尺度均勻地研磨工件，即橫條101。
在適配器11設(shè)置彎曲機構(gòu)是為了修正撓曲。如圖6B和11所示，彎曲機構(gòu)包括彎曲臂115和用于控制彎曲的螺釘。彎曲臂115推動安裝基板103上的安裝孔103a的壁。螺釘116控制彎曲臂115推動所述壁的量。
如圖13B所示，當(dāng)彎曲臂115推動孔103a的壁的下段的中心位置時，安裝基板103被彎曲，并且補償橫條101的彎曲。用轉(zhuǎn)動螺釘116來控制補償?shù)牧俊Ｔ诖?，在把工件粘結(jié)到橫條101后，通過測量彎曲量來跟蹤橫條101。然后，根據(jù)彎曲量來決定修正比率。
如圖12所示，在研磨基座10上設(shè)置自動彎曲機構(gòu)17。板手172與螺釘116嚙合用于控制彎曲，如圖15所示。電動機171轉(zhuǎn)動板手172。彎曲缸170驅(qū)使板手172和電動機171向著彎曲控制螺釘116移動。
根據(jù)所測得的彎曲量來控制電動機171的轉(zhuǎn)動量，以便轉(zhuǎn)動螺釘116。從而，使自動補償彎曲成為可能。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方框圖，而圖15和16是一個實施例中的研磨工件的操作流程圖。圖17是MR-h測量的操作流程圖，圖18是示于圖17的探測數(shù)字電阻off位置的操作流程圖，圖19是去除噪聲的說明圖，圖20是示于圖17的轉(zhuǎn)換MR-h的說明圖，圖21是示于圖18的探測數(shù)字電阻off位置的說明圖。
如圖14所示，掃描器180接通或斷開每個探針140a的通道。恒流源181給電阻測量提供恒定電流。數(shù)字萬用表182根據(jù)掃描器180的輸出測量電壓，并把電壓轉(zhuǎn)換成阻值。在研磨板上的轉(zhuǎn)動電動機104a轉(zhuǎn)動研磨板104。
個人計算機(此后稱為控制器)183把測得的從數(shù)字萬用表182輸出的阻值轉(zhuǎn)換成ELG元件的高度(MR-h)以便控制每一階段(section)?？刂破?83控制研磨板104上的擺動電動機155、彎曲電動機171、修正環(huán)電動機161和轉(zhuǎn)動電動機104a?？刂破?83控制每個壓力缸13L、13C和13R?？刂破?83進一步控制卸載機構(gòu)12的缸120和探針機構(gòu)14的缸141?？刂破?83接收擺動機構(gòu)的擺動傳感器15的輸出，以便控制卸載機構(gòu)12。
此后，將結(jié)合圖15和16解釋控制器183的處理過程。
首先，用控制器183的輸入單元輸入起始值(步驟S1)。起始值例如是半導(dǎo)體晶片的數(shù)目、橫條地址或類似的數(shù)據(jù)。在輸入完起始值后，操作者把適配器11放置在研磨基板10上，然后，接通起動開關(guān)(步驟S1-1)。
控制器183令研磨板104轉(zhuǎn)動(步驟S2)。即控制器183令電動機104a轉(zhuǎn)動，以便以高速轉(zhuǎn)動研磨板104?？刂破?83轉(zhuǎn)動擺動電動機155以作擺動操作?？刂破?83進一步轉(zhuǎn)動修正環(huán)電動機161?？刂破?83開始供應(yīng)稀漿。
然后，控制器183接通中心缸13C(步驟S2-1)。從而，在一個壓力缸加載的情況下進行粗加工(階段1)。用粗加工去掉橫條101的毛刺。
控制器183從數(shù)字萬用表182讀出阻值，以測量MR-h，如圖17和18所解釋的那樣(步驟S3)?？刂破?83起動計時器從起動研磨工件時起計時，并判斷計時器的值是否已到60秒。如果計時器的值在60秒以內(nèi)，控制器183測量MR-h(步驟S3-1)。即進行60秒平滑處理。當(dāng)粗加工時，控制器183測量MR-h以探測上述的數(shù)字電阻的off位置。
經(jīng)過60秒之后控制器183完成粗加工。然后，控制器183接通壓力機構(gòu)13的所有的缸13L、13C和13R(步驟S4)。即，控制器183通過加載給工件101的表面倒角(階段2)。倒角可防止橫條101上的ELG元件102a被短路。
控制器183從數(shù)字萬用表182讀出阻值，以測量MR-h，如圖17和18所說明的那樣(步驟S5)?？刂破?83判斷處在左側(cè)、中間和右側(cè)的所有ELG元件的MR-h是否小于0.8微米(步驟S5-1)。如果所有ELG元件的MR-h小于0.8微米，則控制器183測量MR-h。這是因為本申請人發(fā)現(xiàn)，如果所有的MR-h達到0.8微米，可去掉部分短路狀態(tài)。當(dāng)ELG元件的的阻值部分短路狀態(tài)下表現(xiàn)出異常值時，控制器183就去掉這狀態(tài)。
當(dāng)在ELG元件上發(fā)生部分短路狀態(tài)時，模擬電阻的值Ra就變成異常。因此，所轉(zhuǎn)換的高度MR-h也變成異常?？扇サ舨糠侄搪窢顟B(tài)，并且如果所有的MR-h達到0.8微米可消除異常值。從而處理過程就進入用模擬電阻的值來控制處理過程。
在去掉短路狀態(tài)后，就進行彎曲補償和右左差補償(步驟S6)(階段3)?？刂破?83使圖12所描述的彎曲電動機171轉(zhuǎn)動，以補償彎曲。通過圖11所說明的測量操作，給控制器183輸入補償量?？刂破?83用這補償值控制彎曲電動機171?？刂破?83從數(shù)字萬用表182讀出阻值并測量MR-h，如圖17和18所說明的那樣(步驟S7)。
為了獲得重心處ELG元件的高度，控制器183計算左ELG元件的高度MR-h(L)與右ELG元件的高度MR-h(R)之間的平均值。然后，控制器183計算上述計算所得平均值與中心處ELG元件的高度MR-h(C)之間的平均值，從而得到重心處ELG元件的高度MR-h(G)?？刂破?83判斷重心處的MR-h(G)是否小于(目標(biāo)MR-h-精修寬度)(步驟S8)。如果重心處ELG元件的高度MR-h(G)不小于(目標(biāo)MR-h-精修寬度)就進行左右差的修正?？刂破?83找出左ELG元件的高度MR-h(L)與右ELG元件的高度MR-h(R)之差X(步驟S8-1)。
如果差X大于-0.03微米，橫條101的右邊比左邊高出0.03微米(允許量)。因此，把壓力機構(gòu)13的左壓力缸13L關(guān)斷，以便減輕左邊的載荷，然后回到步驟S7(步驟S8-2)。
在另一方面，差X大于0.03微米，橫條101的左邊比右邊高出0.03微米(允許量)。因此，把右壓力缸13L關(guān)斷，以便減輕右邊的載荷，然后回到步驟S7(步驟S8-3)。
當(dāng)差X在-0.03微米與0.03微米之間，橫條101的左右差處在允許范圍。然后，接通所有的壓力缸13L、13C和13R并回到步驟S7(步驟S8-4)。
控制器183確認(rèn)彎曲量(步驟S9)。首先，獲得中心ELG元件的高度MR-h(C)與左右端ELG元件的高度MR-h之間的平均值的差Y?？刂破?83判斷差Y是否大于允許值0.03微米。如果差不大于0.03微米，進入下一步S10。在另一方面，差Y大于允許值0.03微米，就進行步驟S6所說明的彎曲補償量操作(步驟S9-1)。從上述差Y獲得補償量。
控制器183進入細(xì)加工過程(階段4)。于是，控制器183控制電動機104a，以減小研磨板104的轉(zhuǎn)速。控制器183關(guān)閉壓力機構(gòu)上的所有的壓力缸13L、13C和13R。在不加載的情況下進行精修處理(步驟S10)。
控制器183從數(shù)字萬用表182讀出阻值，以測量MR-h，如圖17和18所描述的那樣(步驟S11)。控制器183判斷重心處ELG元件的高度MR-h(G)是否小于目標(biāo)值(步驟S11-1)。
當(dāng)控制器183探測到高度MR-h(G)小于目標(biāo)值時，控制處理過程以便進行精修?？刂破?83判斷圖3所描述的擺動傳感器153是否被接通(步驟S12)。當(dāng)擺動傳感器153被接通，如上所述，研磨基座10處在預(yù)先確定的位置P。
控制器183啟動探針缸141以便撤除探針140(步驟S12-1)。隨后，控制器183啟動卸載機構(gòu)12的卸載缸120以便從研磨板104撤除安裝基板103(步驟S12-2)。然后，控制器183使研磨板104停止并結(jié)束加工過程(步驟S12-3)。
以這種方法，通過改變研磨條件，連續(xù)地實行粗加工和細(xì)加工。因此，與粗加工和細(xì)加工不連續(xù)或分開地進行的裝置不同，有可能實現(xiàn)高的生產(chǎn)率。此外，也有可能使操作者減少麻煩。
下面將根據(jù)圖17和18解釋MR-h測量。
控制器183從數(shù)字萬用表182讀出阻值(步驟S20)。數(shù)字萬用表182分別測量ELG元件102a的模擬電阻102-1的值和數(shù)字電阻102-2的值Ra和Rv。
控制器183把過去測得的阻值R0與剛測得的阻值R1比較(步驟S21)。
如果過去測得的阻值R0大于值R1，就把過去測得的阻值R0作為阻值R(步驟S21-1)。如果值R0不大于值R1，就把阻值R1作為阻值R(步驟S21-2)。
如圖9B所解釋的那樣，隨著元件的高度減小，阻值變大。因此，如果阻值是正常的，則后來取樣的值大于以前測量取樣的阻值。可是，有這樣的情況，其中由于元件部分短路狀態(tài)或研磨液的影響，阻值變得異常。為了去掉電阻異常值，進行下面的操作示于圖19A的被測阻值包括噪聲(異常阻值)?？梢杂檬居趫D19B的消除噪聲處理來去掉噪聲。因此，有可能獲得正確的阻值。對于模擬電阻102-1和數(shù)字電阻102-2的值Ra和Rv，都可以獲得各自的去掉噪聲的正確值，因為對模擬電阻和數(shù)字電阻分別執(zhí)行消除噪聲處理。
控制器183判斷是否已對所有ELG元件的阻值作了測量(步驟S22)。如果沒有完成對所有的ELG元件的測量，變換(switched)掃描器180的通道，處理過程返回步驟S20(步驟S22-1)。
當(dāng)控制器183完成了所有ELG元件的阻值測量，控制器183從阻值的變化探測元件數(shù)字電阻的off位置(步驟S23)，如圖18所示。如上所述，當(dāng)控制器183探測到數(shù)字電阻元件的off位置，控制器183得到示于方程(1)的系數(shù)?？刂破?83把所測得的阻值R轉(zhuǎn)換成高度MR-h，并完成處理過程(步驟S23-1)。
將結(jié)合圖18解釋探測數(shù)字電阻off位置的操作。
控制器183探測數(shù)字電阻102-2值的變化，以便探測數(shù)字電阻102-2的off位置。因此，把數(shù)字電阻值Rv對模擬電阻Ra取微分(步驟S30)。微分方程可表示于下dRv/dRa＝[Rv(n)-Rv(n-1)]/[Ra(n)-Ra(n-1)]..........(2)其中Rv(n)是在第n次取樣的數(shù)字電阻值，Rv(n-1)是在第n-1次取樣的數(shù)字電阻值，Ra(n)是在第n次取樣的模擬電阻值，Ra(n-1)是在第n-1次取樣的模擬電阻值。
如圖21所示，模擬電阻102-1的值Ra表示當(dāng)ELG元件102a的高度減小時的明顯變化。模擬電阻102-1與數(shù)字電阻102-2之間的關(guān)系是固定的。因此，通過把數(shù)字電阻值Rv對模擬電阻Ra取微分，有可能在數(shù)字電阻的off位置處獲得大的微分值。從而，有可能精確地探測到數(shù)字電阻的off次數(shù)，進而容易探測位置。
控制器183把微分值dRv/dRa與預(yù)先確定的閾值作比較。當(dāng)微分值大于閾值時(步驟S31)，可探測到數(shù)字電阻的off位置，并且處理過程進行到下一步驟S32。當(dāng)微分值等于或小于閾值時，就決定，不能探測到數(shù)字電阻的off位置，然后處理過程進行到步驟S33。
在探測到數(shù)字電阻的off位置后，控制器183計算方程(1)的系數(shù)(步驟S32-1)。在這例子中，假定，數(shù)字電阻102-2有五個off位置h1到h5，如圖20所示。
為了獲得方程(1)的系數(shù)a和b需要兩個off位置。例如，可以從off位置h(n)和h(n-1)以及off位置h(n)和h(n-1)處的模擬電阻值Ra(n)和Ra(n-1)獲得系數(shù)a和b(步驟S32-2)。
即，可從方程(1)獲得下面兩方程Ra(n-1)＝a/h(n-1)+b.................................(3)Ra(n)＝a/h(n)+b.................................(4)當(dāng)解出方程(3)和(4)的系數(shù)，就獲得下面兩方程a＝[Ra(n)-Ra(n-1)].h(n).h(n-1)/[h(n)-h(n-1)]........(5)b＝a/h(n)-Ra(n).....................................(6)然后，更新系數(shù)(步驟S33)。
控制器183根據(jù)上述方程(1)，把模擬電阻Ra轉(zhuǎn)換成ELG元件102a的高度h(ELG-h(步驟S33)。
可以把方程(1)修改成ELG-h＝(Ra-b)/a.....................................(7)在此，ELG元件102a圖案的一端與磁頭102的磁阻膜83的一端不在同一位置上。這是因為在晶片100上形成薄膜的步驟中發(fā)生亞微米誤差。磁阻膜83的高度MR-h與ELG元件102a的高度ELG-h不同。產(chǎn)生了MR-h與ELG-h的差ΔI。因此，方程(7)能變成MR-h＝(ELG-h)-ΔI＝(Ra-b)/a-ΔI..............................(8)根據(jù)方程(8)能獲得磁阻膜83的精確高度。每塊晶片的差ΔI都不同。在形成磁阻膜83和ELG元件102a的薄膜后，應(yīng)當(dāng)用光學(xué)測量工具例如CCD攝像機測出差ΔI。然后，所測出的差ΔI被輸入到控制器183。從而，通過輸入晶片的號碼，就可以自動地獲得對應(yīng)的ΔI。
以這種方法，可以用把數(shù)字電阻102-2的值對模擬電阻102-1的值取微分的方法來獲得數(shù)字電阻102-2的off位置。當(dāng)ELG元件的高度減小時，模擬電阻102-1的值明顯地改變。通過把數(shù)字電阻102-2的值對模擬電阻102-1的值取微分，使得微分值變大。從而，使精確地探測數(shù)字電阻102-2的off位置成為可能。
因此，能精確地修正模擬電阻102-1的值與薄膜元件的高度的關(guān)系。從而，有可能通過探測模擬電阻來控制研磨過程。
此外，當(dāng)與橫條101粘結(jié)的工件的高度變小時，監(jiān)控元件102a的阻值表現(xiàn)出變大的傾向。因此，如果所測的值正常，則當(dāng)前測得的值應(yīng)大于過去測得的值。如果當(dāng)前測得的值小于過去測得的值，就應(yīng)看成是因某種原因而測到異常值。通過去掉異常值，就有可能根據(jù)阻值的測量來精確地控制研磨過程。那么，去掉當(dāng)前測得的阻值，即丟棄所測的阻值。但是，用正常的過去測得的值來補償這數(shù)值，這樣就改進了研磨過程的精度。
此外，在一個研磨裝置中，通過改變處理速度，連續(xù)地實行粗加工和細(xì)加工，就有可能實現(xiàn)高生產(chǎn)率。此外，因為工件只一次地安裝到裝置上，就有可能減少操作時間。
雖然已經(jīng)參考實施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些。下面的改進也能應(yīng)用。
(1)在上述的實施例中，作為一種例子，說明了由一排磁頭形成的橫條作為被研磨部分?？墒?，有可能應(yīng)用本發(fā)明去研磨其它另件。
(2)其它元件也可以用作監(jiān)控元件。
如上所述，本發(fā)明在下面幾點上有效(1)因為可以用把數(shù)字電阻102-2的值對模擬電阻102-1的值取微分的方法來探測數(shù)字電阻102-2的off位置，使精確地探測數(shù)字電阻102-2的off位置成為可能。從而有可能用探測數(shù)字電阻的off位置來精確地修正關(guān)系方程，并且當(dāng)用測量模擬電阻值的方法來控制研磨過程時，有可能改進研磨處理的精度。
(2)由于當(dāng)過去測得的值大于當(dāng)前測量值時采用了過去測得的值，就有可能去掉研磨元件的狀態(tài)所引起的噪聲。因此，當(dāng)用測量模擬電阻值的方法來控制研磨過程時，使改進研磨處理精度成為可能。
可用其它特定的形式來實施本發(fā)明，而不超出本發(fā)明的精神或基本特性。當(dāng)然應(yīng)理解到，那些與本發(fā)明的技術(shù)概念相同的東西處在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種研磨薄膜元件的自動研磨方法，所述薄膜元件包括監(jiān)控元件，此監(jiān)控元件包括隨著對薄膜元件的研磨過程其值模擬地改變的模擬電阻和其值以數(shù)字方式改變的數(shù)字電阻，其特征在于所述自動研磨方法包括下面的步驟把數(shù)字電阻的值對模擬電阻的值取微分；根據(jù)數(shù)字電阻的微分值探測監(jiān)控元件的數(shù)字電阻的斷開(off)位置；利用在數(shù)字電阻的斷開(off)時刻所測得的模擬電阻值來修正表達模擬電阻與薄膜元件的高度的關(guān)系的修正方程；把監(jiān)控元件的模擬電阻值和數(shù)字電阻值轉(zhuǎn)換成所述薄膜元件的高度；和當(dāng)所述薄膜元件的高度達到目標(biāo)值時，停止對薄膜元件的研磨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的研磨薄膜元件的自動研磨方法，其特征在于探測所述數(shù)字電阻的off位置的步驟包括用第一數(shù)值除以第二數(shù)值計算出商的步驟和判斷所計算出的商是否大于預(yù)先確定的值的步驟，其中所述第一數(shù)值由當(dāng)前測得的數(shù)字電阻值減去過去測得的數(shù)字電阻值而求出，而第二數(shù)值由當(dāng)前測得的模擬電阻值減去過去測得的模擬電阻值而求出。
3.一種研磨薄膜元件的自動研磨方法，所述薄膜元件包括監(jiān)控元件，此監(jiān)控元件包括隨著對薄膜元件的研磨過程其阻值模擬地改變的模擬電阻和其阻值以數(shù)字方式改變的數(shù)字電阻，其特征在于所述自動研磨方法包括下面的步驟把所述監(jiān)控元件的所述模擬電阻值和數(shù)字電阻值轉(zhuǎn)換成所述薄膜元件的高度；和當(dāng)所述薄膜元件的高度達到目標(biāo)值時，停止對薄膜元件的研磨；所述轉(zhuǎn)換步驟包括當(dāng)當(dāng)前測量阻值小于過去測得的阻值時，利用過去測得的值作為當(dāng)前測量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的研磨薄膜元件的自動研磨方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)換步驟包括判斷當(dāng)前測得的值是否小于過去測得的值，如果當(dāng)前測得的值小于過去測得的值，就把過去測得的值作為當(dāng)前測得的值，如果當(dāng)前測得的值大于過去測得的值，就應(yīng)用當(dāng)前測得的值。
5.一種研磨薄膜元件的自動研磨裝置，其特征在于包括用于研磨與橫條聯(lián)系粘結(jié)的工件的研磨板，所述工件有監(jiān)控元件，所述監(jiān)控元件包括隨著工件研磨過程其阻值模擬地改變的模擬電阻和其阻值數(shù)字化地改變的數(shù)字電阻；和控制器，用來把監(jiān)控元件上的阻值轉(zhuǎn)換成薄膜元件的高度，和當(dāng)所述薄膜元件的高度達到預(yù)定值時，停止研磨過程，所述控制器通過把數(shù)字電阻的值對模擬電阻的值取微分的方法來探測在所述監(jiān)控元件上的所述數(shù)字電阻的off位置，根據(jù)在所述數(shù)字電阻的off位置的所述模擬電阻的測得的值，修正表達所述模擬電阻的值與所述薄膜元件的高度的關(guān)系的修正方程，并根據(jù)這修正方程，把所述模擬電阻值轉(zhuǎn)換成所述薄膜元件的高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的自動研磨裝置，其特征在于控制器通過用一個數(shù)值除以另一個數(shù)值而計算出商和判斷所計算出的商是否大于預(yù)定值，其中所述一個數(shù)值由當(dāng)前測得的數(shù)字電阻值減去過去測得的數(shù)字電阻值而求出，而所述另一個數(shù)值由當(dāng)前測得的模擬電阻值減去過去測得的模擬電阻值而求出。
7.一種研磨薄膜元件的自動研磨裝置，其特征在于包括用于研磨與橫條粘結(jié)的薄膜的研磨板，所述薄膜有監(jiān)控元件，所述監(jiān)控元件起碼包括其阻值隨著研磨而模擬地改變的模擬電阻；和控制器，用來把模擬電阻值轉(zhuǎn)換成所述薄膜元件的高度，和當(dāng)薄膜元件的高度達到目標(biāo)值時，控制所述研磨板停止研磨過程，當(dāng)當(dāng)前測量阻值小于過去測得的阻值時，所述控制器應(yīng)用過去測得的阻值作為當(dāng)前測量的阻值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一種自動研磨裝置，其特征在于所述控制器判斷當(dāng)前測得的阻值是否小于過去測得的阻值，如果當(dāng)前測得的阻值小于過去測得的阻值，就應(yīng)用過去測得的阻值，如果當(dāng)前測得的阻值大于過去測得的阻值，就應(yīng)用當(dāng)前測得的阻值。
全文摘要
一種研磨與橫條粘結(jié)的工件的自動研磨方法和研磨裝置,此工件包括薄膜元件,以便通過精確測量工件的高度來控制研磨過程。自動研磨裝置可包括用于研磨與橫條粘結(jié)的薄膜的研磨板和控制器,薄膜包括監(jiān)控元件,后者起碼包括其阻值隨研磨而模擬地改變的模擬電阻,而控制器把模擬電阻值轉(zhuǎn)換成薄膜元件的高度,并且當(dāng)薄膜元件的高度達到目標(biāo)值時,停止研磨過程,當(dāng)當(dāng)前測量阻值小于過去測量阻值時,控制器應(yīng)用過去測量阻值作為當(dāng)前測量阻值。
文檔編號B24B49/02GK1195599SQ9810383
公開日1998年10月14日 申請日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月10日
發(fā)明者杉山友一, 綿貫基一, 橫井和雄, 柳田芳明, 須藤浩二 申請人:富士通株式會社