研磨设备和研磨方法

专利名称：研磨设备和研磨方法
技术领域：
本发明涉及研磨(lapping)设备和方法。本发明可包括用于加工如要求 高准确度的磁头元件这样的工件的研磨设备和研磨方法。
背景技术：
硬盘驱动设备用作个人计算机、视频设备等等的存储设备。因为硬盘驱 动设备与其他记录设备相比而言具有大容量的记录面积，所以硬盘设备适于用作视频设备等等的存储设备。近年来，希望硬盘驱动设备有更大的容量。
虽然目前的硬盘驱动设备使用称为水平记录方法的记录技术，但是通过 水平记录方法增加容量有限。因此，需要发展采用其他记录方法的硬盘驱动 设备。
为了获得更大的硬盘容量，提出了一种称为垂直记录方法的记录技术来 代替水平记录方法。如果在硬盘驱动设备中使用垂直记录方法，那么就不是 在水平方向上，而是在与硬盘的记录表面垂直的方向上形成磁路来实现记 录。因此，可使得磁畴更窄，从而能够在单个硬盘上记录更多的信息。
在采用传统的水平记录方法的硬盘驱动设备中，使用装备了用于写入的 写入元件和用于读取的读取元件的复合型磁头。在复合型磁头中，为了将信 息写入硬盘的记录表面以及从硬盘的记录表面读取信息，需要精确地保持读 取元件的极端(extreme end)与硬盘记录表面之间的距离以及写入元件的极端 与硬盘记录表面之间的距离。因此，在传统的复合型磁头中，是利用研磨设 备通过精加工来获得期望的高准确度磁头。
下面描述复合型磁头的制造工艺。在复合型磁头的制造工艺的第一步骤 中，通过晶圆工艺在二维配置中制造出多个复合型磁头，每个磁头同时包括 写入元件和读取元件。此时，在每个复合型磁头的写入元件和读取元件附近 分别嵌入写入元件电阻元件和读取元件电阻元件(都称为ELG)。这些电阻元 件的电阻值随磨损量而变化。因此，通过监测这些电阻元件的电阻值，就能
够在研磨时准确地获知磨损量，从而对复合型磁头实现准确的研磨工艺。
然后，在第二步骤中，将晶圆切割成矩形以形成条形棒(rowbar)，每 个条形棒有多个复合型磁头排列成直线。然后，在第三步骤中，将条形棒附 接到研磨设备，使得排列在条形棒中的多个磁头能够同时进行研磨。此时， 通过研磨设备来检测第一步骤中在晶圆上形成的每个用于读取元件的电阻 元件以及用于写入元件的电阻元件的电阻值。当电阻值变成预定值的时候， 就确定获得了期望的最终尺寸，并停止研磨。之后，在第四步骤中切割条形 棒，将条形棒中的多个复合型磁头个体化，从而获得多个复合型磁头。
图1示出要进行上述研磨工艺的条形棒。图1所示的条形棒100是用于 形成垂直记录型磁头的条形棒。图1示出经过研磨工艺之后的状态。包括读 取元件的读取部分RD形成在条形棒100内，包括写入元件的写入部分WR 形成在读取部分RD附近。在垂直记录型磁头中，读取元件与写入元件之间 的距离极小，例如小至6/zm。此外，读取元件的高度和写入元件的高度要求 高准确度。为了高准确度地获得高度，如上所述对条形棒110的处理表面100a 进行研磨。
在水平记录型磁头中，读取元件的高度MR-h要求高准确度，但是读取 元件的高度MR-h的这种高准确度不是写入元件的颈部高度NH所要求的。 因此，如果在研磨处理表面100a的时候，当读取元件的高度MR-h为预定尺 度时结束研磨，则写入元件的颈部高度NH落入预定的尺度范围内。
另一方面，在垂直记录型磁头中，要求以与读取元件的高度MR-h的尺 度准确度相同的高准确度来形成写入元件的颈部高度HT。如果类似于传统 的研磨方法，当读取元件的高度MR-h为预定尺度时结束研磨，就会出现这 样的问题如果读取元件和写入元件的配置的方向关于研磨表面倾斜，则写 入元件的颈部高度会变短或变长一个与条形棒的倾斜对应的尺度，因此不能 设定为预定尺度。上述的条形棒100的倾斜对应于横向上的倾斜(图1中的左 右方向)。
因此，当处理垂直记录型磁头时，需要调节条形棒的倾斜。但是，因为 条形棒的这种倾斜在传统的磁头研磨设备中不会造成上述问题，所以没有调 节机构在横向上来调节条形棒的倾斜。
在此，提出通过提供检测装置来检测支撑类似于研磨设备的碾磨
(grinding)设备中的碾磨头的圆柱的倾斜，在处理之前检测并调节圆柱的 倾斜(例如参照专利文献1)。此外，提出响应抛光设备中抛光头上设置的倾 斜传感器的检测值，改变抛光压力，以抛光自由曲面(例如参照专利文献2)。
专利文献l:日本特开No. 11-207615
专利文献2:日本特开No. 2001-260020
为了提高处理准确度，处理磁头的研磨设备使用特殊的机构和结构，并 且与传统的研磨设备以及碾磨设备的结构不同。特别地，向用于夹持条形棒 并将其压在研磨滚筒(lapplaten)上的机构设置摆动机构，这使得研磨设备 与传统的研磨设备不同。因此，专利文献1、 2中所公开的调节机构和倾斜 传感器不适用于研磨磁头的研磨设备。

发明内容
本发明的一般目的是提供一种新颖的、改良的、有用的研磨设备和方法， 其中消除了上述问题。
本发明的另一目的是提供一种能够高准确度地研磨工件的研磨设备和 方法。
为了实现上述目的，根据一个方案提供一种用于研磨工件的研磨设备， 包括研磨滚筒，具有研磨表面，所述研磨表面与所述工件待处理的处理表 面接触；研磨基座，具有支撑表面，所述支撑表面与所述研磨表面接触，并 由所述研磨表面支撑；适配器(adapter)，具有第一支撑部、第二支撑部和臂 部，所述第一支撑部由所述研磨基座支撑，所述第二支撑部附接所述工件， 使得所述工件的所述处理表面接触所述研磨表面，所述臂部在所述第一支撑 部与所述第二支撑部之间延伸；高度调节机构，用于调节从所述研磨表面到 所述适配器的所述第一支撑部的高度；以及倾斜检测器，设置在所述适配器 上，用于检测所述适配器的倾斜，其中，通过所述高度调节机构调节所述第 一支撑部的高度，从而调节所述适配器相对于所述研磨表面的倾斜。
根据另一方案提供一种用于研磨工件的研磨方法，包括步骤将所述工 件附接到适配器的第二支撑部，使得所述工件待处理的处理表面与研磨滚筒 的研磨表面接触；通过调节所述适配器的第一支撑部的高度，调节所述工件 待处理的所述处理表面的倾斜，所述适配器支撑在研磨基座上，所述研磨基
座能在所述研磨表面上滑动；以及在研磨过程中检测所述适配器的倾斜，并 基于所述倾斜的检测结果，在所述研磨过程中调节待处理的所述表面的倾 斜。
利用本发明，能够在调节待研磨表面的倾斜的同时高准确度地进行研磨 处理。
当结合附图阅读下面的详细描述时，其他目的、特征和优点将变得更加 明显。


图1是要进行研磨工艺的条形棒的侧视图2是可应用本发明的研磨设备的立体图3是图1所示适配器的侧视图4是图3所示适配器的立体图5是图2所示左右差异校正机构的前视图6是图2所示研磨设备中设置的弯曲校正机构的侧视图7是图6所示夹持器的放大立体图8是设置有倾斜机构和倾斜传感器的适配器的剖视图9是图8所示适配器的平面图IO是示出研磨过程中条形棒的运动的示意图11是波形图，示出当两个倾斜传感器关于枢轴摆动中心对称配置时 由于枢轴摆动动作而产生的输出(检测的角度)的波动；
图12是实际研磨过程中通过绘出两个倾斜传感器的输出值而得到的波 形图13是组合摆动过程中图12所示一部分波形的波形图； 图14是简单摆动过程中图12所示一部分波形的波形图； 图15是包括研磨设备的整个研磨工艺设备的外形立体图； 图16是图15所示研磨工艺设备的功能方框图； 图17是倾斜传感器的校准过程的流程图； 图18是专用屏幕的实例的示意图19是示出与单一块中包括的多个条形棒对应的偏移值的表格；
图20是研磨工艺的流程图21是示出将条形棒软着陆(soft-landing)在研磨滚筒上的操作的示意
图22是放置在研磨滚筒上的条形棒的侧视图23是示出当根据图16所示的控制器中设置的每个控制部来研磨条形 棒时，条形棒的构造变化状态的转变的示意图；以及 图24是倾斜控制过程的流程图。
具体实施例方式
首先描述应用本发明实施例的研磨设备。图2是应用本发明实施例的研 磨设备l的立体图。图3是图3所示适配器的侧视图。图4是图3所示适配 器12的立体图。图5是图2所示左右差异校正机构14的前视图。图6是图 2所示研磨设备1中设置的弯曲校正机构的侧视图。图7是图6所示夹持器 1201的放大立体图。
研磨设备1是用于研磨条形棒ioo(作为条形棒的最后完成工序)的处理
设备，条形棒100是工件。研磨设备1包括研磨滚筒10、研磨基座11和适 配器12，研磨滚筒10顶部的研磨表面相对于条形棒100移动，研磨基座11 的底部部件111的支撑表面与研磨表面接触，研磨基座11在预定支撑点1210 支撑适配器12(参照图4)。适配器12的臂部120从支撑点1210水平延伸， 然后从其端部进一步向下延伸，适配器12的支撑部121(第一支撑部)在支撑 点1210可旋转地支撑臂部120。如图3和图4所示，适配器12的臂部120 构造为使得夹持器1201可附接。夹持器1201是用于支撑条形棒100的部件， 条形棒100通过粘合剂固定在夹持器1201上。
臂部120端部被夹持器1201(也就是条形棒100)附接的部分对应于适配 器12的第二支撑部。因此在适配器12中，臂部120是延伸在第一支撑部121 与第二支撑部之间的部分，第一支撑部121具有支撑点1210，夹持器1201 附接至第二支撑部。
注意，支撑部121设置有旋转机构，通过旋转臂部120，使得条形棒100 能够移动接近或远离研磨滚筒10。在进行研磨之前就旋转臂部120，使条形 棒100附接到夹持器1201，并且在之后反向旋转臂部120，以将条形棒100
设定在研磨滚筒10的研磨表面上。此外，虽然附图中未示出，但是臂部120 还设置有电阻检测探针，用以检测用于写入元件的电阻元件的电阻值和用于 读取元件的电阻元件的电阻值。
在研磨设备1中，通过研磨基座支撑部13可旋转、可摆动地支撑研磨 基座ll(参见图2)。通过将适配器12所支撑的条形棒100的处理表面100a(待 研磨表面)跟随研磨滚筒10的研磨表面，构造和配置为总是保持条形棒100 的处理表面100a与研磨滚筒10的研磨表面之间的平行关系，即使在旋转研 磨滚筒10的时候研磨滚筒10的旋转轴略有变化。
此外，研磨设备1设置有负载调节机构14，通过从上方处理臂部120来 调节条形棒100的研磨负载。当经由适配器12通过负载调节机构14给条形 棒100加上研磨负载时，条形棒100的处理表面100a与研磨滚筒10的研磨 表面可靠地接触，从而实现稳定研磨。通过用三个布置在与臂部120的延伸 方向垂直的方向上的致动器141至143来构造负载调节机构14(如图5所示)， 能够校正研磨过程中条形棒100的倾斜，也就是左右差异。
此外，考虑到条形棒100具有图4所示的拉长形状，设置图6所示的弯 曲校正机构，因此，如果条形棒100中产生起伏或翘曲，它们就能够被校正 或纠正。注意，图7是图6所示夹持器1201的放大立体图。
通过向夹持器1201中设置的多个孔1201h插入链接(link)部件36、 38， 并且将链接部件36、 38压到孔1201h的内表面，从而使夹持器1201变形， 图6所示的弯曲校正机构15纠正条形棒100的处理表面100a中的部分起伏 和部分翘曲。
在具有上述结构的研磨设备1中，夹持器1201和夹在上面的条形棒100 附接到适配器12的臂部120的端部。臂部120绕支撑部121旋转(参照图3)， 条形棒100的处理表面100a布置在与研磨滚筒10的研磨表面相面对的位置。
当通过负载调节机构14从上方向臂部120施加研磨负载时，条形棒100 的处理表面100a与研磨滚筒10的研磨表面接触，当施加适当的压力时，进 行研磨。
当研磨滚筒10旋转并对条形棒100进行研磨时，负载调节机构14充当 左右差异校正机构，使得条形棒100的纵向总是平行于研磨滚筒10的研磨 表面，并且，通过弯曲校正机构纠正条形棒100的起伏和翘曲。
此外，如上所述，研磨基座ll由研磨基座支撑部13可旋转、可摆动地 支撑，使得条形棒100的处理表面100a总是跟随研磨表面。因此，当进行 研磨并且条形棒100的横截面形状改变时，条形棒100的处理表面100a被 调节为与研磨滚筒10的研磨表面平行，从而高准确度地进行研磨。
这里，如上面参照图l所述，因为磁畴变窄，所以垂直记录型磁头在称 为颈部(neck)高度的尺度上以及在称为MR-h的尺度上要求高准确度，颈 部高度是写入元件的元件尺度，MR-h是读取元件的元件尺度。因此，图1 所示的条形棒100(复合型磁头)的处理表面100a的短侧方向不允许倾斜。因 此对于上述研磨设备1，变得难以研磨利用垂直记录方法的硬盘驱动设备所 使用的复合型磁头的磁头。
因此，根据本发明的实施例，为图3所示的适配器12设置高度调节机 构和倾斜检测器。图8是设置有倾斜机构16和倾斜传感器18的适配器12a 的剖视图，倾斜机构16充当高度调节机构，倾斜传感器18充当倾斜检测器。
如图8所示，倾斜机构16具有线性致动器130和枢轴PB。枢轴PB设 置在研磨基座11上以支撑适配器12a的支撑点1210a(线性致动器130上的 点)。线性致动器130是具有主体和杆的致动器，根据控制信号来调节杆从主 体的延伸量。线性致动器130的主体固定于臂部120a，线性致动器130的杆 的端部接触枢轴PB，因此能够根据杆的延伸量精细地调节支撑点1210a的 高度。注意在该实例中，使用Chiba Seimitsu Co.， Ltd.制造的标记为 MSD-23D23H10的线性致动器(分辨率1//m ，冲程10mm)作为线性致动器 130。
开始研磨之前，利用使用光学平面的方法来确定线性致动器130的冲程 量，使得条形棒100的处理表面100a与研磨滚筒10的研磨表面被设定为相 互平行。在这种状态下，操作线性致动器130将杆延伸，使支撑点的高度增 加200/zm。然后，将排列在条形棒100短侧方向上的读取元件RD与写入元 件WR之间的高度差设定在10nm内。因为线性致动器130能够进行1//w的 调节作为最小分辨率，所以最少能将读取元件RD与写入元件WR之间的平 行关系提高到0.05nm的高度差。
如上所述，倾斜机构16充当高度调节机构，以调节适配器12a的第二 支撑部的高度，并且，通过调节具有支撑点1201a的第一支撑部121a的高度
(到研磨表面的距离)，倾斜机构16能够调节适配器12a关于研磨表面的倾斜。 通过调节适配器12a的倾斜，能够调节附接到适配器的第二支撑部的条形棒 100短侧方向上的倾斜。
倾斜传感器18设置在臂部120a的被夹持器1201a附接的部分(也就是适 配器12a的第二支撑部)的附近。倾斜传感器18检测适配器的倾斜(附图中箭 头所示的方向)，也就是在短侧方向上，固定于夹持器1201a的条形棒100 的倾斜。利用倾斜传感器18输出的倾斜检测值，在研磨过程中可调节适配 器12a的倾斜。
也就是说，虽然倾斜机构16在开始研磨之前调节条形棒100的倾斜， 但是如果进行研磨，则条形棒100变短，导致条形棒100稍微倾斜。但是， 基于倾斜传感器18的倾斜检测值，在研磨过程中通过驱动线性致动器130 来调节臂部120a的倾斜，就能够高准确度地调节条形棒100的倾斜。因此， 根据图8所示的结构，通过线性致动器130能够准确地调节图1所示在短侧 方向上的倾斜，并且因此，能够高准确度地调节读取元件和写入元件的高度。
下面描述倾斜传感器18。因为倾斜传感器18必须体积小、分辨率高， 所以优选使用磁阻元件型倾斜传感器。在磁阻元件型倾斜传感器的结构中， 用减震油中的板簧来支撑磁体形成的重量。如果传感器本身倾斜，则磁体因 为重力而移置，并且，通过磁阻元件能够检测磁体的移置。因为移置量与传 感器本身的倾斜角成比例，所以能够准确地检测倾斜角。
但是，如果这种倾斜传感器18附接靠近臂部120a的端部，则臂部120a 的摆动动作会对倾斜传感器18起作用，导致难以准确地检测倾斜。也就是 说，因为臂部120a的摆动动作，惯性力对磁阻元件型倾斜传感器的重量起 作用，所以由于惯性力而产生的移置量包括在仅由于倾斜而产生的移置量 中。
下面参照图9和图10描述臂部120a的摆动动作。图9是从上方观察时 适配器12a的平面图。根据研磨设备的研磨，适配器12a构造和配置为进行 两种摆动动作，也就是简单摆动动作和枢轴摆动动作，从而均匀地研磨条形 棒100的处理表面100a。也就是说，当研磨滚筒10旋转时，通过移动图8 中的适配器12a(为两种摆动动作的组合)，均匀地研磨条形棒100的处理表面 100a。
简单摆动动作是一种往复绕轴旋转运动，旋转半径大，其摆动中心在适
配器12a纵轴的延长线上。因此，由于简单摆动动作而产生的惯性力对倾斜 传感器18起作用。另一方面，枢轴摆动动作是摆动中心与条形棒100的中 心一致的往复绕轴旋转运动，其周期比简单摆动动作的短。因此，由于枢轴 摆动动作而产生的惯性力对倾斜传感器18起作用。惯性力的方向与倾斜传 感器18的重量移置的方向一致。之后，将组合简单摆动动作和枢轴摆动动 作而获得的摆动动作称为组合摆动动作。
图10是示出研磨过程中，条形棒100的组合摆动动作的示意图。图10 中所示的箭头表示研磨滚筒的旋转方向、简单摆动动作的方向以及枢轴摆动 动作的方向。在简单摆动动作的一个往复运动过程中，进行两种往复运动。
为了消除由于上述组合摆动动作而产生的对倾斜传感器18起作用的惯 性力的影响，在左右对称的位置设置两个倾斜传感器18，如图9所示。通过 设置两个倾斜传感器18，组合摆动动作的影响表现为倾斜传感器18中相反 方向上的倾斜。因此，通过总和两个倾斜传感器18的输出，能够消除与由 于组合摆动动作而产生的倾斜对应的检测值。
图11是波形图，示出当两个倾斜传感器(传感器1和传感器2)关于枢轴 摆动动作的中心对称配置时，由于枢轴摆动动作而产生的输出(检测的角度) 的波动。因为相反方向上的惯性力对传感器1和传感器2起作用，如图11 所示，所以传感器1和传感器2的输出的符号(正和负)相反。因此，通过总 和输出，就能够将由于枢轴摆动动作而产生的输出(检测角度)的波动完全消 除。虽然优选将两个倾斜传感器18配置在枢轴摆动动作的中心轴上，但是 如果难以将传感器设置成这种配置，就可以将倾斜传感器18配置在关于枢 轴摆动动作的中心对称的位置上。在这种情况下，通过向将两个输出总和而 获得的角度检测值加入偏移值，能够获得准确的角度检测值。
图12是实际研磨过程中通过绘出两个倾斜传感器18的输出值而得到的 波形图。将左、右倾斜传感器18的其中一个设定为传感器1，另一个设定为 传感器2，以测量传感器1和传感器2每一个的输出(倾斜角度)。测量间隔 为0.1秒。枢轴摆动动作的周期大约为1.35秒，简单摆动动作的周期大约为 2.7秒。
图中的组合摆动动作是简单摆动动作和枢轴摆动动作同时进行时的摆 动动作，对应于图io所示的摆动动作。在组合摆动动作的过程中，传感器l 和传感器2的输出(倾斜角度)大到约士0.1度。在简单摆动动作的过程中，传 感器1和传感器2的输出(倾斜角度)小到约士0.02度。这表明枢轴动作的影 响比简单摆动动作的影响大。
图11所示的指示值是当传感器1和传感器2的输出中消除了摆动动作 的影响时的值，并且可认为这个值表示实际的倾斜。当进行研磨时，条形棒 IOO的高度因而降低，从而导致臂部120a的倾斜增加。因此，指示值向负方 向增加。图8中，负方向是右手侧(也就是第二支撑部)向下移动的方向，表 示条形棒100在右侧的倾斜方向。本实施例中，通过将两个倾斜传感器18 的输出的总和取平均，并通过软件对平均值实行过滤处理，能够以士0.01度 的准确度来检测条形棒100的倾斜。
图13是组合摆动过程中图12中所示一部分波形的波形图，其中时间轴 放大。在组合摆动动作的过程中，传感器1和传感器2的每个输出在正侧和 负侧交替摆动，并且传感器1和传感器2的输出向相对侧摆动。因此，波形 中传感器1的峰值被与传感器1逆向摆动的传感器2的峰值抵消。因此，指 示值基本上在传感器1和传感器2的输出的中间。注意，本实例中通过将传 感器1的输出和传感器2的输出总和、对总和取平均(半值)、并且沿着时间 轴对半值取平均，来计算该指示值。
图14是简单摆动动作过程中图12所示一部分波形的波形图，其中时间 轴放大。在只有简单摆动动作的情况下，传感器l的输出以轻微的波动向负 侧摆动，传感器2的输出以轻微的波动向正侧摆动。此外，在这种情况下， 通过将传感器1的输出和传感器2的输出总和、对总和取平均(半值)、并且 沿着时间轴对半值取平均，来计算该指示值。
如上所述，通过在左右对称的位置上设置两个倾斜传感器18，并根据传 感器的输出来获取倾斜，能够容易地获得条形棒100的倾斜。然后，通过将 研磨过程中检测到的倾斜反馈回倾斜控制器，能够更准确地调节条形棒100 的处理表面100a的倾斜。
此外，在条形棒100的自动处理中，如果条形棒100与研磨滚筒10的 研磨表面接触，则由倾斜传感器18检测倾斜，将线性致动器130启动，从 而将倾斜设定为O士O.Ol度。因此，高准确度地将条形棒100的处理表面100a
设定为与研磨表面平行。之后，开始研磨滚筒10的旋转和适配器12a的摆 动动作。这样就没有条形棒100的边缘损伤研磨滚筒10的问题，从而能够 开始稳定的研磨过程。
下面参照图15描述包括研磨设备1的研磨工艺设备的实例的整个结构。 图15是包括研磨设备1的研磨工艺设备的外形立体图。
图15所示的研磨工艺设备包括控制部210、研磨机220和两个机构部分 240-1、 240-2，控制部210包括控制计算机。研磨机220的研磨滚筒222(对 应于图2所示的研磨滚筒IO)具有研磨表面。机构部分240-1、 240-2布置在 研磨滚筒222的两侧。通过转动，机构部分240-1、 240-2的每一个可以将适 配器12a放置在研磨滚筒222上，条形棒100附接适配器12a。设置两个机 构部分的原因是通过同时研磨两个条形棒100来提高生产率。机构部分 240-1、 240-2的每一个和研磨机220共同形成研磨设备。
图16是图15所示研磨工艺设备的功能方框图。设置在控制部210上的 控制装置1000a配备有CPU 1001a。根据存储器1002a中存储的程序的处理 进程，CPU 1001a通过执行处理向每个控制部发送指令。
在控制装置1000a中设置有公共机构控制部1003a，公共机构控制部 1003a控制马达，马达用于旋转研磨机220的研磨滚筒222，并将液态浆作 为研磨液提供给研磨滚筒222。在公共机构控制部1002a中设置有驱动器和 驱动部，驱动器用于驱动滚筒旋转机构170中的马达，驱动部用于驱动浆转 换机构160中的电磁阀。当从CPU 1001a向公共机构控制部1003a的驱动器 和驱动部提供指令时，滚筒旋转机构170的马达旋转，从而使研磨滚筒222 旋转，并且，浆转换机构160的电磁阀打开，从而向研磨滚筒22提供浆液， 然后开始研磨。
当研磨滚筒222开始旋转、条形棒100开始研磨时，在CPU1001a的控 制下，通过ELG电阻计150开始检测条形棒100中读取元件的电阻元件的 电阻值和写入元件的电阻元件的电阻值。
控制装置1000a中的CPU 1001a使得研磨设备中的噪声/异常值去除部 1004a去除噪声等等。依次检测条形棒100中排列的多个复合型磁头的每一 个中设置的电阻元件的准确电阻值，并且，基于存储器1002a中的程序，棒 形生产部通过图像处理开始棒形的生产。基于棒形生产的结果，CPU 1001a
向左右差异校正控制部1005a发出指令，使得左右差异校正机构14在条形 棒100的纵向上调节左右差异。此外，CPU 1001a向弯曲控制部1007a发出 指令，使得弯曲校正机构15(参照图6)调节条形棒100的起伏、翘曲和弯曲。 此外，CPU 1001a向倾斜控制部1006a发出指令，使得倾斜机构16在短侧方 向上调节条形棒100的倾斜角。
来自两个倾斜传感器18的测量值被输入倾斜控制部1006a。基于来自两 个倾斜传感器18的测量值，通过进行反馈控制来驱动倾斜机构16，从而倾 斜控制部1006a调节条形棒100的倾斜。
下面描述利用上述研磨工艺设备进行的研磨工艺。在自动处理条形棒 100之前，进行倾斜传感器18的校准。首先，将作为条形棒100高度基准的 主棒附接至夹持器1201，并且在观察光学平面上的干涉图案的同时，通过驱 动线性致动器130来调节适配器12a的支撑部121a的高度。特别地，在控制 部210的校准屏幕上，以慢步(jogging)移动模式操作线性致动器130，从 而将干涉带最大化的位置设定为致动器位置的原点。
接着，根据图17流程图所示的进程进行倾斜传感器18的校准。校准对 于倾斜传感器18的每一个进行。
首先，在步骤SllO，将研磨工艺设备的操作屏幕切换为手动模式。然后 在步骤Slll，当主棒附接到机构部分240-l(240-2)的适配器12a之后，将机 构部分240-1(240-2)布置在研磨滚筒222上，然后使主棒与研磨滚筒222接 触(加载)。
完成主棒的加载之后，在步骤S112，驱动负载调节机构14，以将研磨 负载设定为实际处理中要提供给条形棒的负载。然后在步骤S113，按下用于 倾斜角检测的校准按钮。然后在步骤S114，从按下校准按钮之后等待两秒钟， 以0.1秒的间隔获取倾斜传感器18的输出。随后在步骤S116，根据连续十 组输出数据计算移动平均值。进而在步骤S117，计算100个移动平均值，并 将该值设定为偏移值。在步骤S118，将倾斜传感器18的测量值设定为通过 减去这样获得的偏移值而得到的值，然后结束校准过程。
对每个倾斜传感器18独立地进行上述校准过程。通过两个倾斜传感器 18，将校准之后的倾斜角设定为测量值的平均值。
完成倾斜传感器18的校准之后，过程进入条形棒100的自动处理。作
为自动处理的准备阶段，通过控制部210的专用屏幕将条形棒的数量输入控 制部210。图18是示出专用屏幕的实例的示意图。当输入晶圆数量和条形棒 地址之后，从数据服务器获取关于条形棒的信息，并立即反映一系列处理次 序和一组倾斜角。虽然图18屏幕上的"倾斜角"是从数据库输入的值，但 是也可以通过屏幕手动地输入该值。倾斜角的最小设定值为0.01度。
虽然在上述实例中操作者手动输入晶圆数量和条形棒数量，但是为了防 止输入错误和减少处理数量，优选根据棒编码输入晶圆数量和条形棒数量。
作为待处理对象，条形棒的形式是堆叠有多个条形棒的块(block)。例 如在所谓的Femto (飞)滑动器中，最多用8片条形棒形成一个块。因此， 要根据一个块中包含的条形棒的数量来进行高度的调节。图19是示出与一 个块中包含的条形棒的数量对应的偏移值的表格。在图19中，将包含8个 条形棒的块(堆叠8个)的厚度设定为基准，包含8个条形棒的块提供最大高 度。
从数据服务器获取的关于条形棒的信息(堆叠信息)包含堆叠数量(块中 的条形棒数量)，如果输入条形棒数量，则自动从数据服务器获取堆叠信息。
下面参照图20描述自动处理中条形棒的研磨工艺。图20是研磨工艺的 流程图。
当进行条形棒100的研磨工艺时，操作者将要进行研磨处理的条形棒100 附接到机构部分240-1(240-2)。然后当进行了准备操作(例如上述的倾斜传感 器18的校准)之后，操作者按下自动启动按钮，以启动自动处理。
当启动自动处理以后，首先在步骤S200，根据堆叠数量进行高度调节。 特别地，通过图19所示的偏移量来操作线性致动器130，线性致动器130是 用于倾斜的致动器。然后在步骤S201，将机构部分240-l(240-2)移动到研磨 滚筒222上的位置。在步骤S202,将机构部分240-1(240-2)加载给研磨机220。 之后，将附接有条形棒100的适配器12a轻柔地放置在研磨滚筒222上(软着 陆)。
图21是示出将条形棒100软着陆在研磨滚筒222上的操作的示意图。 通过驱动气缸(air cylinder) 30，由支撑部121a作为支撑点，将适配器12a 的臂部121a向上旋转，将其升起。将机构部分240-1(240-2)加载在研磨滚 筒222上以后，驱动气缸30，适配器12a的臂部121a向下移动。这样，将
条形棒100轻柔地放置在研磨滚筒222上。图22是放置在研磨滚筒222上 的条形棒100的侧视图。
在步骤S202将机构部分240-1(240-2)加载以后，在步骤S203确定是否 正确地进行了加载。通过检査下限传感器是导通还是关断来实现加载的确 定。如果下限传感器关断，则重复确定直到下限传感器导通。如果下限传感 器导通，则在步骤S204向条形棒100施加压力，并开始倾斜传感器18的测 量过程。此时在步骤S205，等待预定的时间直到倾斜传感器18的输出变稳 定。在该实例中，预定的时间为2秒。
然后在步骤S206，通过倾斜传感器18进行角度测量，并确定测得的角 度是否在0士0.01度的范围内。如果超出范围，则处理进行到步骤S207，从 而通过启动用于倾斜的致动器(线性致动器130)，进行角度的精细调节。如 果角度在0士0.01度的范围内，则处理进行到步骤S208，等待预定的时间。 在这种情况下，预定的时间为0.5秒。
上述过程为加载过程。然后，处理进入主过程。在步骤S208经过0.5 秒的预定时间之后，在步骤S209提供研磨液。然后在步骤S210，低速旋转 研磨滚筒222。在步骤S211，开始条形棒IOO(适配器12a)的组合摆动动作。 因此，当以低负载将条形棒100压在研磨滚筒22上时，进行组合摆动动作， 将条形棒100的处理表面100a抛光。这个研磨过程称为研磨过程1。
在步骤S222确定研磨过程1是否完成。如果研磨过程1完成了，则过 程进行到步骤S223，将研磨滚筒222的转速改变为高速。然后在步骤S224， 增加提供给条形棒100的处理压力，并继续该处理。这个研磨过程称为研磨 过程2。
然后在步骤S225确定研磨过程2是否完成。如果研磨过程2完成了， 则过程进行到步骤S226，将研磨液改变为修整研磨液，继续该处理。这个研 磨过程称为研磨过程3。然后在步骤S228确定研磨过程3是否完成。如果研 磨过程2完成了，则过程进行到步骤S228,将研磨滚筒22的转速改变为中 速。然后在步骤S229，减少处理压力，继续该处理。这个研磨过程称为研磨 过程4。
然后在步骤S230确定研磨过程4是否完成。如果研磨过程4完成了， 则过程进行到步骤S231,将研磨滚筒222的转速改变为低速。然后在步骤
S232,停止枢轴摆动动作，只继续进行单一摆动动作。
然后在步骤S233确定读取元件高度MR-h的平均值是否等于目标尺度。 如果读取元件高度MR-h的平均值不等于目标尺度，则继续处理不作改变。 如果读取元件高度MR-h的平均值变为与目标尺度相等，则处理进行到步骤 S234，开始卸载处理。
在卸载处理中，在步骤S235停止研磨滚筒222的旋转，并停止条形棒 100的摆动动作。然后在步骤S236，停止提供研磨液。之后在步骤S237，将 适配器12a升起，将条形棒100从研磨滚筒222分离。之后，将机构部分 240-1(240-2)移到待机位置，结束处理。
下面描述上述研磨处理中条形棒的处理控制。在条形棒100的处理中， 测量嵌入条形棒100的多个ELG元件的电阻。然后进行左右差异校正、弯 曲校正和倾斜校正，使得通过将测量值转换为高度而获得的条形棒100的处 理表面100a的构造变直。
图23是示出当根据图16所示的控制装置1000a中设置的每个控制部来 研磨条形棒100时，条形棒100的构造变化状态的转变的示意图。
图23右侧示出通过左右校正机构14、弯曲校正机构15以及倾斜机构 16进行调节之前、以及在各个控制部的控制下通过任一个机构进行校正之 后，短侧方向上条形棒100的侧视图。
如上方左部曲线所示，研磨处理之前纵向上条形棒100的构造不直，其 中心部分的弯曲表面突起。当完成研磨处理以后，在纵向上条形棒100变直， 但是在短侧方向上存在倾斜，从而得到期望的高度。
首先，当研磨处理开始时，根据ELG电阻计150测得的读取元件的电 阻值，控制装置1000a的CPU 1001a检测条形棒100的处理表面100a的构 造，并产生图中最上方位置示出的棒形状的图像。研磨前条形棒100的处理 表面100a的形状在图23最上方位置的棒形状的右侧示出。
首先，控制装置1000a向左右差异校正控制部1005a发出指令，使得左 右差异校正机构14在纵向上调节条形棒100的倾斜。由此，消除了条形棒 IOO在纵向上的倾斜，从而导致图23中从顶部起的第二位置处的棒形状。随 后，控制装置100a向弯曲控制部1007a发出指令，使得弯曲校正机构15调 节起伏和翘曲。由此，校正条形棒100的处理表面100a的起伏和翘曲，如
图23中从顶部起的第三位置处的棒形状所示。同时，控制装置1000a向倾 斜控制部1006a发出指令，使得倾斜机构16调节倾斜角。此时，基于上述 倾斜传感器18的输出进行倾斜角的调节。
在纵向的棒形状变直如从顶部起的第三位置处的棒形状所示之后，并且 直到读取元件WR的高度MR-h变为目标尺度为止，在进行左右倾斜控制、 弯曲控制和倾斜控制的同时进行研磨处理。然后，处理表面100a变平，如 图23中最下面的位置所示，并且条形棒100的形状完成，其中处理表面100a 适当地倾斜到使得读取元件RD和写入元件WR的高度尺度都得到调节。
下面参照图24描述倾斜控制。图24是倾斜控制过程的流程图。
倾斜控制独立于左右差异控制和弯曲控制。根据倾斜控制，每3秒钟将 倾斜角精细调节0.001度。当开始倾斜控制时，首先在步骤S300确定条形棒 是否正被处理。如果条形棒没有被处理，就结束处理。如果条形棒正被处理， 则处理进行到步骤S301。
在步骤S301确定倾斜传感器18检测的倾斜角是否等于指定角度。如果 检测的倾斜角等于指定角度，则研磨过程继续，处理返回步骤S300。如果检 测的倾斜角不等于指定角度，则处理进行到步骤S302，通过驱动倾斜机构 16调节条形棒的倾斜，使倾斜角接近指定角度。然后在步骤S303，等待预 定的时间。本实例中，预定的时间为3秒钟。然后在步骤S304，保持当前时 刻的倾斜量，结束倾斜控制。
本实例中，以固定的间隔将角度增加一个很小的角度。但是，为了抑制 研磨速度波动的影响，对于每个固定的研磨量，可以增加恒定的小角度。
此外，在异常值持续固定时间周期的情况下，例如在两个倾斜传感器的 检测值的平均值远离预定范围的情况下，确定机构部分240-1和240-2中出 现异常，或者研磨液出现不足。因此在这种情况下，通过停止研磨滚筒222 和机构部分240-1和240-2的操作，可强制结束研磨过程。这是因为，如果 这种异常情况继续，就可能在研磨滚筒222或者机构部分240-1、 240-2中出 现问题。
应注意，在本实施例中，通过构成倾斜机构的线性致动器130，每3秒 钟以等于或小于0.001度的微小角度逐步调节条形棒100待研磨的处理表面 与研磨滚筒的研磨表面的接触角度。通过构造或配置能够以这样精细的分辨
率进行调节，处理表面100a处的读取元件RD和写入元件WR都可以被研 磨，从而准确地平行于研磨滚筒的研磨表面。此外，通过使得能够由倾斜机 构16来调节倾斜角度，就可以进行稳定的研磨，不会对研磨滚筒产生损害。 此外，为了防止研磨滚筒受损，当通过负载调节机构14暂时降低施加 在条形棒100上的处理压力时，优选通过驱动倾斜机构16来调节倾斜角。 此外，为了防止研磨滚筒222受损，当由倾斜机构16调节接触角时，通过 向公共机构控制部1003a的驱动器发送指令，可控制滚筒旋转机构的马达减 速或停止。
虽然本实施例中将磁阻元件型倾斜传感器用于倾斜传感器18，但是也可 以使用其它传感器，例如激光角度计、陀螺仪传感器、电位计、画线工具比 例尺(liner scale)(将两点之间的高度差转换为角度)。
如上所述，根据本实施例提供一种研磨设备和使用这种研磨设备的研磨 方法，能够在调节待研磨表面的倾斜的同时高准确度地进行研磨处理，研磨 处理应用于复合磁头，复合磁头用于使用垂直记录方法的硬盘驱动设备。
本发明不限于上面具体公开的实施例，可以做出各种变型和改型而不脱 离本发明的范围。
本申请基于2007年8月29日提交的日本在先申请No. 2007-222742，并
通过参考将其全部内容合并在本申请中。
权利要求
1、一种用于研磨工件的研磨设备，包括研磨滚筒，具有研磨表面，所述研磨表面与所述工件待处理的处理表面接触；研磨基座，具有支撑表面，所述支撑表面与所述研磨表面接触，并由所述研磨表面支撑；适配器，具有第一支撑部、第二支撑部和臂部，所述第一支撑部由所述研磨基座支撑，所述第二支撑部附接所述工件，使得所述工件的所述处理表面接触所述研磨表面，所述臂部在所述第一支撑部与所述第二支撑部之间延伸；高度调节机构，用于调节从所述研磨表面到所述适配器的所述第一支撑部的高度；以及倾斜检测器，设置在所述适配器上，用于检测所述适配器的倾斜；其中，通过所述高度调节机构调节所述第一支撑部的高度，从而调节所述适配器相对于所述研磨表面的倾斜。
2、 如权利要求1所述的研磨设备，其中，所述倾斜检测器包括一对倾 斜传感器，所述一对倾斜传感器配置在关于所述工件的摆动动作中心对称的 位置上。
3、 如权利要求2所述的研磨设备，其中，所述倾斜传感器的每一个是 磁阻元件型倾斜传感器。
4、 如权利要求3所述的研磨设备，其中，所述倾斜传感器设置在所述 工件附接在所述第二支撑部中的位置附近。
5、 如权利要求1所述的研磨设备，其中，所述工件附接至所述适配器， 使得所述工件的所述处理表面的构造的短侧方向与所述适配器的所述臂部 的延伸方向一致，并且通过所述高度调节机构的高度调节来调节所述工件的 所述短侧方向。
6、 如权利要求1所述的研磨设备，其中，所述高度调节机构包括枢轴 和线性致动器，所述枢轴设置在所述研磨基座中，所述线性致动器设置在所 述适配器的所述第一支撑部中，并且所述线性致动器与所述枢轴接触并由所 述枢轴支撑。
7、 如权利要求1所述的研磨设备，还包括左右差异校正机构，用于在 所述工件的纵向上校正附接至所述第二支撑部的所述工件的倾斜，其中，所 述左右差异校正机构包括沿着所述工件的纵向布置的多个致动器，以从上方 按压所述臂部，使得所述左右差异校正机构通过部分地按压所述工件附接的 部分，在所述纵向上校正所述工件的倾斜。
8、 如权利要求1所述的研磨设备，还包括夹持器，所述工件固定在所述夹持器上，在所述工件由所述第二支撑部 支撑的状态下，通过附接至所述第二支撑部的所述夹持器，使得所述工件与 所述研磨表面接触；以及弯曲校正机构，通过沿着所述工件待处理的所述表面的方向部分地按压 所述夹持器，所述弯曲校正机构在纵向上校正所述工件的弯曲。
9、 一种用于研磨工件的研磨方法，包括步骤将所述工件附接到适配器的第二支撑部，使得所述工件待处理的处理表面与研磨滚筒的研磨表面接触；通过调节所述适配器的第一支撑部的高度，来调节所述工件的所述处理 表面的倾斜，所述适配器支撑在研磨基座上，所述研磨基座能在所述研磨表 面上滑动；以及在研磨过程中检测所述适配器的倾斜，并基于所述倾斜的检测结果，在 所述研磨过程中调节待处理的所述表面的倾斜。
10、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，基于所述适配器的倾斜的所 述检测结果，通过调节所述第一支撑部的高度，在所述研磨过程中调节待处 理的所述表面的倾斜。
11、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，在所述适配器的所述第二支 撑部检测所述适配器的所述倾斜。
12、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，当通过摆动所述适配器来摆 动所述工件时进行研磨，在第二支撑部上关于摆动中心对称的两个点处检测 倾斜，从而基于所述两个点处的倾斜获取所述适配器的倾斜。
13、 如权利要求12所述的研磨方法，其中，通过将所述两个点处的倾 斜的检测值的总和取平均，获取所述适配器的倾斜。
14、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，将所述第一支撑部的高度调节与等于或小于0.001度的所述适配器的倾斜角相对应的高度。
15、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，在研磨过程中，校正所述工 件的所述处理表面的倾斜之后，校正纵向上所述处理表面的弯曲，并校正所 述处理表面的倾斜。
16、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，当校正所述处理表面的倾斜 时，暂时降低研磨负载。
17、 如权利要求9所述的研磨方法，其中，当校正所述处理表面的倾斜 时，暂时降低所述研磨滚筒的转速，或者暂时停止所述研磨滚筒的旋转。
18、 一种磁头的处理方法，包括按照研磨方法研磨具有读取元件和写入 元件的所述磁头，所述研磨方法包括步骤将工件附接到适配器的第二支撑部，使得所述工件待处理的处理表面与 研磨滚筒的研磨表面接触；通过调节所述适配器的第一支撑部的高度，来调节所述工件的所述处理 表面的倾斜，所述适配器支撑在研磨基座上，所述研磨基座能在所述研磨表 面上滑动；以及在研磨过程中检测所述适配器的倾斜，并基于所述倾斜的检测结果，在 所述研磨过程中调节所述处理表面的倾斜。
全文摘要
研磨滚筒具有研磨表面与工件表面接触。研磨基座具有支撑表面与研磨表面接触并由研磨表面支撑。适配器具有第一支撑部、第二支撑部和臂部。第一支撑部由研磨基座支撑。工件附接至第二支撑部，使得待处理的工件表面接触研磨表面。臂部在第一、第二支撑部之间延伸。高度调节机构调节从研磨表面到第一支撑部的高度。倾斜检测器设置在适配器上以检测适配器的倾斜。通过高度调节机构调节第一支撑部的高度，从而调节适配器相对于研磨表面的倾斜。利用本发明，能够在调节待研磨表面的倾斜的同时高准确度地进行研磨处理。
文档编号B24B37/10GK101376230SQ20081013368
公开日2009年3月4日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年8月29日
发明者柳田芳明, 西冈照秋, 须藤浩二 申请人:富士通株式会社