DE3533290A1 - Verfahren zur herstellung von unterdruck-gleitstuecken - Google Patents
Verfahren zur herstellung von unterdruck-gleitstueckenInfo
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- G11B5/58—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Unterdruck-Gleitstücken (sliders).
Derzeit eingesetzte Magnetplatten-Antriebe oder -Laufwerke verwenden federbelastete, luftgelagerte Gleitstücke
oder "Schleifer" (sliders), die davon abhängig sind, daß ihre geringe Schwebehöhe über der Plattenoberfläche
durch ein zwischen dem federbelasteten Gleitstück und der rotierenden Platte erzeugtes Luftlager
realisiert werden kann. Das Gleitstück trägt typischerweise an seiner (in Bewegungsrichtung nachlaufenden)
Hinterkante einen magnetischen Lese/Einschreibkopf. Das Gleitstück "schwebt" auf dem Luftlager,
wobei seine Schwebehöhe durch die externe Belastungskraft der auf das Gleitstück wirkenden Federvorbelastung
eingestellt wird. Zur Vermeidung eines Signalverlusts sollte die Schwebehöhe möglichst gering
sein. Um bei einem derartigen Gleitstück die Schwebehöhe zu verringern, wird die externe (von außen einwirkende)
Belastungskraft erhöht.
Dieses federbelastete Gleitstück arbeitet auf einer Berührungs-Start/Stop-Basis, wobei das Gleitstück zu
Beginn der Plattendrehung, und bis die Platte eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, mit der Platte in
körperlicher Berührung steht; nach Erreichen der bestimmten Drehzahl wird das Luftlager zum Abheben des
Gleitstücks von der Platte aufgebaut. Bei der späteren Beendigung der Drehung der Platte kommt das Gleitstück
wieder in unmittelbare Berührung mit der Platte. Wenn nun zur Verringerung der Schwebehöhe die Belastungskraft erhöht wird, vergrößert sich auch der zwischen
der Oberfläche der Platte und dem Gleitstück bei Betriebsbeginn und -ende hervorgerufene Abrieb. Der Reibungsabrieb
kann durch Verwendung eines sog. Unterdruck-Gleitstücks (negative pressure slider) ver-
ringert werden. Ein derartiges Gleitstück weist in seiner Luftlagerfläche eine Unterdruck-Ausnehmung zur
Erzeugung eines Unterdrucks auf, der das Gleitstück gegen die Platte zieht. Der an der Oberfläche des
Aufzeichnungsträgers erzeugte Luftstrom erzeugt seinerseits einen' Unterdruckbereich oder ein teilweises
Vakuum in der Unterdruck-Ausnehmung der Luftlagerfläche,
wodurch die zur Einstellung der gewünschten oder Soll-Schwebehöhe erforderliche Belastungskraft
herabgesetzt wird* Beispiele für solche Unterdruck-Gleitstücke finden sich in den US-PSen
3 811 856 und 4 141 049.
Bei einem solchen Gleitstück bestimmen die Tiefe und die Ausgestaltung (Form) der Unterdruck-Ausnehmung
die Schwebehöhe des Gleitstücks. Aus diesem Grund muß diese Ausnehmung in der Luftlagerfläche des Gleitstücks
sehr genau ausgebildet werden.
Es ist praktisch unmöglich, eine Ausnehmung der erforderlichen
Größe und Form durch mechanische Zerspanung genau und reproduzierbar zu formen. Einige
Alternativen zur spanabhebenden Bearbeitung sind chemisches Ätzen, Plasmaätzen und Ionenstrahl-"Fräsen"
oder -Abtragen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Gleitstück-Ausnehmungen
durch Ionenstrahl-"Fräsen" oder -Abtragen unter Verwendung einer Metallschichtmaske zum Schütze
der Luftlagerfläche während der Ausbildung der Ausnehmungen
zu formen; vgl. z.B. IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag. 16, Nr. 5, September 1980,
Artikel "Floating Thin Film Head Fabricated By Ion Etching Method" von T. Nakanishi und Mitarbeitern.
Beim Ionenstrahlabtragungsverfahren (ion milling process) un#ter Verwendung einer Metallmaske wird im
allgemeinen zunächst ein Metall (gewöhnlich Chrom)
^ 35332E
auf das Gleitstück aufgesprüht; sodann wird das Gleitstück durch Schleuderbeschichten mit einem Photoresistmaterial
versehen; das Photoresistmaterial wird einer Musterbildung zur Freilegung des die Unterdruckausnehmung
definierenden Bereichs unterworfen; sodann wird die Metallschicht chemisch aus der Ausnehmung
herausgeätzt; nach dem Abtragen des Photoresistmaterials werden die Gleitstück-Ausnehmungen einer
Ionenstrahlabtragung unterworfen, wobei die Metallschicht die Schwebe- oder Luftlagerfläche (flying
surface) des Gleitstücks schützt; schließlich werden die restlichen Abschnitte der Metallschicht durch
chemisches Ätzen entfernt.
Die Anwendung des obigen Verfahrens ist mit verschiedenen Problemen verbunden. Zunächst bedingt die
Notwendigkeit für das Aufsprühen und Ätzen einer Metallschicht eine Erhöhung der Kosten und des Aufwands
für das Verfahren sowie eine längere Zeit für seine Durchführung. Zudem ist es dabei ziemlich
schwierig, die Unterdruck-Ausnehmungen genauestens auf dem Gleitstück anzuordnen. Weiterhin können nach
diesem Verfahren nur vergleichsweise flache Ausnehmungen ausgearbeitet werden, weil die Metallschutzschicht
dem Ionenstrahlabtragverfahren nur bis zu Ausnehmungstiefen
von etwa 4 μΐπ standzuhalten vermag. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Kennlinie für die
Beziehung Schwebehöhe/Ausnehmungstiefe, die typisch ist für Gleitstücke mit Unterdruckausnehmungen der
erfindungsgemäß vorgesehenen Art und der Art gemäß US-PSen 4 286 297 und 4 141 049, müssen zur Erzielung
einer Schwebehöhe von 0,25 μπι (10 micro inches) die Ausnehmungen mit einer Tiefe von entweder 2 μπι
(microns) oder 12 μπι (microns) ausgebildet sein. Da die Kennlinie am 2 μπι-Punkt ein steileres Gefälle
zeigt als am 12 μπι-Punkt, ist es vorteilhafter, diese
Ausnehmungen mit einer Tiefe von 12 μπι auszubilden,
353329 - ι .
weil dabei Abweichungen der tatsächlichen Ausnehmungstiefe einen weniger ausgeprägten Einfluß auf die
Schwebehöhe haben. Aufgrund der Einschränkungen, des ° beschriebenen bisherigen Verfahrens lassen sich jedoch
nur vergleichsweise flache Ausnehmungen mit Tiefen im Bereich von bis zu 4 μπι ausbilden; vgl. z.B. IEEE
Transactions on Magnetics, Vol.Mag. 15, Nr. 3, Mai 197 9, Artikel "Narrow Track Magnetic Head Fabricated
by Ion Etching Method" von T. Nakanishi und Mitarbeitern, worin angegeben ist, daß "sich nach dem
Ionenfräsverfahren keine große Ätztiefen erzielen lassen".
1^ Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung von Unterdruck-Gleitstücken, nach dem sich durch Ionenstrahlabtragung (ion
milling) vergleichsweise tiefe Unterdruck-Ausnehmungen einer genauen (genau einhaltbaren) Tiefe von 12 μΐη
oder mehr ausbilden lassen, und zwar unter Vermeidung der Notwendigkeit für den Auftrag einer Schutzmetallschicht
und damit unter Verringerung des Aufwands und der Herstellungskosten im Vergleich zu bisherigen Verfahren.
Mit diesem Verfahren soll weiterhin gewährleistet werden, daß die Unterdruck-Ausnehmungen auf
dem Gleitstück sehr genau angeordnet sind, so daß sich die Schwebehöhe besser steuern läßt und die Leistung
des Gleitstücks verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
Kurz gesagt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine vergleichsweise dicke Schicht eines trockenen
Negativ-Photoresistmaterials auf die Luftlagerfläche des Gleitstücks aufgebracht und mit Hilfe einer photolithographischen
Maske, die ein die Unterdruck-Aus-
nehmungen genauestens auf der Luftlagerfläche des Gleitstücks festlegendes Muster aufweist, gemustert.
Zur, Ausrichtung der Maske werden in dieser vorgesehene Ausricht- oder Justiermarken in eine vorbestimmte
räumliche Beziehung zu den Polschuhspitzen (pole tips) der Magnetköpfe an den Gleitstücken gebracht. Diese
Justiermarken sind so dünn, daß die Photoresistschicht sie nicht aufzulösen vermag; damit wird das Problem
vermieden, daß diese Marken in der Photoresistschicht nach dem Entwickeln einen Freiraum (void) hervorrufen.
Ein negatives anstelle eines positiven Photoresistmaterials muß eingesetzt werden, damit während der
Ausrichtung die Polschuhspitzen durch die Maskenöffnungen hindurch sichtbar sind. Sobald die dicke
Photoresistschicht gemustert worden ist, werden die Ausnehmungen durch Ionenstrahlabtragung (ion milled)
ausgearbeitet, während die Photoresistschicht die Schwebe- oder Luftlagerfläche des Gleitstücks schützt.
Anschließend wird die restliche Photoresistschicht entfernt.
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Schwebehöhe und Ausnehmungstiefe
für ein erfindungsgemäß hergestelltes Gleitstück (slider),
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Gleitstück-Stabs vor der Ausbildung der Unterdruck-Ausnehmungen
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des von einer Bearbeitungsvorrichtung gehalterten
Gleitstück-Stabs,
Fig. 4 den in eine Photoresist-Beschichtungsvorrichtung
eingeführten Gleitstück-Stab,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Gleitstück-Stabs
nach dem Auftragen der Photo-
resistschicht mit teilweise weggebrochener Bearbeitungsvorrichtung,
Fig. 6 eine erfindungsgemäß angewandte photolithographische
Maske,
Fig. 7 ein typisches H-förmiges Muster der Maske,
Fig. 8 das dem Gleitstück-Stab überlagerte Ausrichtmuster,
Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung des dem einen Ende des Gleitstück-Stabs
überlagerten H-förmigen Musters,
Fig. 10 eine Fig. 5 ähnelnde Darstellung des Gleitstück-Stabs
nach dem Mustern der Photoresistschicht,
Fig. 11 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische
Darstellung eines Endes des Gleitstück-Stabs nach dem Mustern der Photoresistschicht
und dem durch Ionenabtragung erfolgenden Ausbilden der Gleitstück-Ausnehmungen,
mit nur teilweise dargestellter
Bearbeitungsvorrichtung,
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung des Gleitstück-Stabs nach der Ionenstrahlabtragbehandlung
(ion milling operation) und mit entfernten Restabschnitten der Photoresistschicht
und
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Unterdruck-Gleitstücks.
Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.
Gemäß Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren in
1^ bevorzugter Ausführungsform auf einen Gleitstück-Stab
10 anwendbar, von dem die einzelnen Gleitstücke abgesägt werden sollen. Der Stab 10 weist ein erstes Ende
12, ein gegenüberliegendes Ende 14, eine in Bewegungsrichtung vorlaufende oder Vorderkante 16, eine nach-
laufende oder Hinterkante 18 und eine sich senkrecht an letztere anschließende Rückfläche 19 auf. Zwischen
den Enden 12 und 14 sind zahlreiche nebeneinander angeordnete Gleitstücke 20a - 2 0m vorgesehen, die jeweils
durch Sägen voneinander getrennt werden sollen
Und die jeweils gemäß Fig. 2 durch zwei gestrichelte
Linien 22a, 24a; 22b, 24b; 22c, 24c usw. begrenzt sind. Wenn die Gleitstück-Ausnehmungen auf noch zu
beschreibende Weise im Stab 10 ausgearbeitet worden sind, wird der Stab 10 längs dieser gestrichelten
Linien durchschnitten, um die 13 Gleitstücke 20a - 20m abzutrennen. Das Gleitstück 20a stellt ein erstes End-Gleitstück,
das am gegenüberliegenden Ende befindliche Gleitstück 20m ein zweites End-Gleitstück dar, und
die Gleitstücke 20b - 201 bilden dazwischen liegende
oder Zwischen-Gleitstücke. Jedes Gleitstück 20a - 20m weist zwei magnetische Lese/Einschreibköpfe (nicht
dargestellt) auf, die nahe der Hinterkante 18 des
Stabs 10 angeordnet sind und bei denen es sich um Dünnschicht-Magnetköpfe handelt, die nach an sich bekannter
Dünnschichttechnik auf die Rückfläche 19 der Gleitstücke 20a - 20m aufgebracht worden sind. Jeder
Magnetkopf weist eine Polschuhspitze bzw. einenLese/-Einschreib( luft) spalt auf, die bzw. der sich an der
Gleit- oder Schwebefläche des betreffenden Gleitstücks befindet und eine genau vorherbestimmte Lage in diesem
einnimmt. Beispielsweise enthalten das Gleitstück 20a
Polschuhspitzen (pole tips) 26a, 28a, das Gleitstück 20b Polschuhspitzen 26b, 28b usw.. Die Magnetkopf-Polschuhspitzen befinden sich in dem Bereich des Gleitstücks,
der sich im Schwebezustand am dichtesten am Aufzeichnungsträger befindet und das Auslesen aus ihm
und/oder Einschreiben in ihn bewirkt. Die Polschuhspitzen 26a - 26m, 28a - 28m sind unter Vergrößerung
für das Auge sichtbar, nachdem der Gleitschuh-Stab in einer Projektionsausrichtvorrichtung eingespannt
worden ist, und sie können für die Ausrichtung oder Justierung einer die Größe, Form und Lage der Unterdruck-Ausnehmungen
festlegenden photolithographischen Maske herangezogen werden, da sie in bezug auf die
Luftlagerflächen genauestens ausgerichtet sind.
Der Gleitstück-Stab 10 kann z.B. aus Alsimag, FOTO-CERAM
oder Ferrit bestehen (FOTOCERAM = eingetr. Warenzeichen der Firma Corning Glass Works, Corning,
New York/USA).
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Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren zur
Herstellung oder Bearbeitung des Gleitstück-Stabs 10 im einzelnen erläutert.
Zunächst wird gemäß Fig. 4 eine Schicht 50 aus einem
transparenten Trockenfilm-Negativresistmaterial, wie
RISTON (der Firma DuPont de Nemours and.Company) auf
den Gleitstück-Stab 10 aufgebracht. Ein solches Photoresistmaterial,
das typischerweise mit Ultraviolettlicht oder anderem Licht belichtbar ist, kann in den
unbelichteten Bereichen in einem chlorierten Kohlenwasserstoff-Lösungsmittelentwickler,
wie 1,1,1-Trichlorethan, lösbar sein. Das zum Ankleben des Stabs 10 an einer noch zu beschreibenden Trägervorrichtung
40 verwendete Cyanoacrylat- o.dgl. Klebmittel sollte
einem Auflösen durch den Photoresist-Entwickler widerstehen können. Dieses Negativ-Photoresistmaterial
bleibt nach dem Entwickeln durch Auflösen seiner unbelichteten Bereiche mittels des chlorierten Kohlenwasserstoff-Entwicklers
in Form eines Photoresist-
!5 material-Musters entsprechend den mit aktivierendem
Ultraviolettlicht oder anderem Licht belichteten Bereichen zurück; aus diesem Grund wird es als "negativ"
bezeichnet. Während der Ausbildung der gewünschten, 10 - 12 μΐη tiefen Ausnehmungen im Stab 10 werden
mindestens 25 - 40 μΐη (1 - 1,5 mils) des Photoresistmaterials
durch die Ionenabtragbehandlung abgetragen. Wesentlich ist, daß das Photoresistmaterial 50 während
dieser Abtragung (milling) an keiner Stelle durchlöchert oder perforiert wird, weil sich in diesem Fall
eine Abtragung an unerwünschten Stellen des Gleitstück-Stabs 10 ergeben würde. Das aufgetragene Photoresistmaterial
50 sollte daher mindestens 50 μπι dick sein, um eine gewisse Sicherheitsspanne zu gewährleisten.
Das Photoresistmaterial muß transparent bzw. durchsichtig sein, damit die Polschuhspitzen 26a - 26m,
28a - 28m durch dieses Material hindurch sichtbar sind. Während der Ausricht- oder Justierphase dieses
Verfahrens stehen mithin die Polschuhspitzen für die Positionierung oder Justierung der Maske zur Verfügung.
Zum Auftragen des Photoresistmaterials auf den Gleitstück-Stab
10 wird dieser zunächst in eine Aluminium-Bearbeitungsvorrichtung
40 (vgl. Fig. 3) eingesetzt bzw. darin festgelegt. Vorzugsweise wird der Stab 10
dabei durch Ankleben mit Hilfe eines Klebmittels, wie Cyanoacrylat, in der Vorrichtung 40 befestigt. Dieses
Klebmittel ist in verschiedenen aromatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln,
wie Methylethylketon und Aceton, löslich, nicht aber in den chlorierten Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln,
wie 1,1,1-Trichlorethan,
wie sie für das Entwickeln des Photoresistmaterials verwendet werden. Durch Auflösen des Klebmittels
während des Entwickeins würde der Stab 10 vorzeitig von der Vorrichtung 40 gelöst werden. Wie dargestellt,
ragt der Gleitstück-Stab 10 25 μΐη weit über die Vorrichtung
40 hinaus. Wie ersichtlich sein dürfte, verbleibt der Stab 10 nahezu während des gesamten Bearbeitungsvorgangs
in der Vorrichtung 40. Vor dem Auftragen der Photoresistschicht werden der Stab 10 und
die Vorrichtung 40 einem Vorbeschichtungs-Einbrennschritt unterworfen, in welchem der Stab zur Verbesserung
der Haftung des Photoresistmaterials auf eine Oberflächentemperatur von 900C erwärmt wird. Nach
diesem Vorgang werden die Vorrichtung 4 0 und der Stab 10 zwischen die Walzen 47, 49 einer Walzen-Beschichtungsmaschine
eingeführt (z.B. DYNACHEM Model Nr. 120 der Firma Thiokol/Dynachem Corporation, Elmhurst,
111./USA) (vgl. Fig. 4). Mit der oberen Walze 47 wird
dabei eine Lage des Trockenfilm-Photoresistmaterials
50 so an den Stab 10 angedrückt, daß sie gemäß Fig. 5 als Schicht 54 am Stab 10 haftet. Die Photoresistschicht
54 wird so aufgebracht, daß Überlappungsabschnitte 56, 57 über die Vorder- bzw. Hinterkante des
Stabs 10 hinausragen. Der über die Hinterkante , 18 hinausragende Abschnitt 57 schützt die auf die Rückfläche
19 des Stabs 10 auflaminierten Dünnschicht-Magnetköpfe
vor dem Ionenstrahl beim Ionen(strahl)ab-
tragungsvorgang (noch zu beschreiben).
Nach dem Auftragen der Photoresistschicht 54 werden der Gleitstück-Stab 10 und die Vorrichtung 40 in den
Werkstückhalter einer nicht dargestellten Projektions-Ausricht- oder -Justiermaschine (z.B. Cobilt Model
Nr. CA400A der Firma Cobilt Corp., Sunnyvale, Calif./ USA) eingesetzt. In den Maskenhalter dieser Justiervorrichtung
ist eine in Fig. 6 dargestellte photolithographische Maske 60 eingesetzt, die mit Ausnahme
eines Öffnungs- oder Lochmusters 74, das sowohl für Ultraviolettlicht als auch sichtbares Licht durchlässig
ist, lichtundurchlässig ist. Ein Muster 64 (der
Ig Maske) besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl von
auf gleiche Abstände verteilten, nebeneinander angeordneten, identischen H-förmigen Öffnungen 70a - 70m,
die zwischen einem ersten Endmuster 70a und einem zweiten Endmuster 70m verteilt sind. Das Belichtungs-Muster
64 umfaßt ein erstes Grobjustierfenster 66, das auswärts vom ersten Endmuster 70a angeordnet ist
und ein zweites Grobjustierfenster 68, das auswärts vom zweiten Endmuster 70m ausgebildet ist. Eine
typische H-förmige Öffnung 70a ist in Fig. 7 näher (in vergrößertem Maßstab) veranschaulicht. Die Muster-Öffnung
70a besteht aus zwei lotrechten Schenkeln 71a, 74a, die durch einen waagerecht angeordneten Quersteg
77a verbunden sind. Der Schenkel 71a weist einen oberen Abschnitt 72a und einen unteren Abschnitt 73a
gO auf. Ebenso umfaßt der Schenkel 74a einen oberen Abschnitt
75a und einen unteren Abschnitt 76a. Im untersten Teil des Schenkels 71a ist eine Justiermarke
80a in Form einer opaken bzw. undurchsichtigen Linie vorgesehen. Ebenso ist eine gleichartige Justiermarke
gc 82 im untersten Teil des Schenkels 74 vorgesehen (vgl.
Fig. 7). Weitere undurchsichtige Justiermarken sind an entsprechenden Stellen in mindestens einer anderen
Öffnung, vorzugsweise der Öffnung 70m am anderen Ende
der Maske 60 vorgesehen, falls nur eine einzige weitere Öffnung derartige Marken aufweist.
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Die Ausricht- oder Justiermarken 80a, 82a usw. sind jeweils in den Öffnungen 70a - 70m in einer vorbestimmten
Lage angeordnet, derart, daß bei einer Ausrichtung der Marken in einer vorbestimmten räumlichen
Beziehung zu den Polschuhspitzen 26a - 26m, 28a - 28m die Maske so ausgerichtet oder justiert ist, daß die
durch ihre Öffnungen 70a - 70m definierten Bereiche der Luftlagerflachen genau den die Unterdruck-Ausnehmungen
umgebenden Bereichen entsprechen. Die genannte räumliche Beziehung kann eine beliebige derartige
sein, die beim Ausricht- oder Justiervorgang zur Ermöglichung der genauen Ausrichtung der Maske
auf der Luftlagerfläche des Stabs 10 durch Sichtbetrachtung bestimmt werden kann, um damit die genaue
endgültige Lage der Unterdruck-Ausnehmungen festzulegen. Während des Justiervorgangs werden die Justiermarken
80a, 82a usw. sowie die Polschuhspitzen 26a - 26m und 28a -■ 28m zur Erleichterung der Justierung
mit sichtbarem Licht beleuchtet.
Da die Polschuhspitzen 26a - 26m, 28a - 28m die einzigen tatsächlich vorhandenen, in der zu bearbeitenden
Fläche genau positionierten unterscheidbaren Merkmale darstellen, werden bevorzugt diese Polschuhspitzen
für die Ausrichtung oder Justierung herangezogen. Da die Polschuhspitzen selbst nicht bearbeitet
werden sollen, ist die Verwendung eines durchsichtigen Negativ-Photoresistmaterials erforderlich, damit die
Polschuhspitzen während der Justierung durch die Maskenöffnungen hindurch sichtbar sind. Die Justiermarken
80a, 82a usw. nehmen gemäß Fig. 7 nur eine sehr kleine Fläche der Maskenöffnungen ein.
Es hat sich herausgestellt, daß die Justiermarken 80a, 82a usw. unter Erzeugung von entwickelbaren Bereichen
auf dem 50 μπι (2 mil) dicken Photoresistmaterial durch
dieses nicht aufgelöst werden können, wenn sie dünner sind als etwa 5 μΐη im Fall eines Materials, wie RISTON
Das 50 μΐη dicke Photoresistmaterial besitzt nämlich
ein Auflösungsvermögen nur für Linien einer Dicke oder Breite von mehr als 5 μΐη. Selbstverständlich können
andere Photoresistmaterialien und Photoresistmaterialdicken ein Auflösungsvermögen für feinere oder gröbere
Linien als solche der angegebenen Breite von etwa 5 μπι besitzen, weshalb die für diese Justiermarken
80a und 82a gewählte Breite aus den im folgenden genannten Gründen Einschränkungen unterworfen ist.
Wesentlich ist, daß die Justiermarken 80a, 82a usw. in der Photoresistschicht 54 kein entwickelbares
Muster bilden, weil dann beim Abtragungsvorgang in der Luftlagerfläche nahe der Polschuhspitzen eine unerwünschte
Ausnehmung entstehen würde, während möglicherweise auch ein gewisses Abtragen der Polschuhspitzen selbst auftreten könnte. Gleichzeitig müssen
die Justiermarken aber dick bzw. breit genug sein, um für die Bedienungsperson bei der Justierung unter
Vergrößerung sichtbar zu sein; diese Bedingung wird durch die 5 μΐη dicken oder breiten Linien erfüllt.
Weiterhin entsprechen Linien einer Breite im Bereich von 5 μπι einer Größenordnung von einigen 100 % der
typischen Abmessungen der Polschuhspitzen 26a - 26m, 28a - 28m, so daß die vorbestimmte räumliche Beziehung
(oder Lagenbeziehung) zwischen den Justiermarken 80a, 82a usw. und den Polschuhspitzen 26a, 28a usw. ohne
weiteres erkannt bzw. festgestellt und durch die die Maske 60 auf der Luftlagerfläche justierende Bedienungsperson
eingestellt werden kann. Die vorbestimmte Lage der Maske 60 läßt sich somit zuverlässig
einstellen, so daß letztlich die Unterdruck-Au-
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nehmungen auf bzw. in den Luftlagerflächen genau ausgerichtet sind.
Für die Ausrichtung oder Justierung des Öffnungsmusters 64 auf den Gleitstücken 20a - 20m des Gleitstück-Stabs
10 werden letzterer und die Maske 60 mit sichtbarem Licht, welches die Photoresistschicht 54
photographisch nicht belichtet, beleuchtet, worauf der Stab 10 durch einen geeigneten Positioniermechanismus
zur symmetrischen Ausrichtung der Enden 12 und 14 des Stabs 10 in den Grobjustierfenstern 66 und 68
des Musters 64 entsprechend verschoben wird. (Wahlweise kann die Maske 60 bei stillstehendem Stab 10
verschoben werden.) Fig. 8 veranschaulicht diese Ausrichtung des Stabs 10 gegenüber dem Muster 64. .Sobald
diese Grobjustierung erfolgt ist, führt die Bedienungsperson
eine Feinjustierung der Gleitstücke 20a - 20m zum Muster 64 durch, indem sie zunächst - üblicherweise
unter Vergrößerung - das Endmuster 70a beobachtet und den Stab 10 verschiebt, bis die Polschuhspitzen 26a, 28a des Gleitstücks 20a mit den
Justiermarken 80a, 82a des H-fÖrmigen Musters 70a (vgl. Fig. 9) übereinstimmen und die vorbestimmte
räumliche Beziehung erreicht ist. Die Polschuhspitzen 26a, 28a sind sichtbar, weil das Photoresistmaterial
für sichtbares Licht durchsichtig ist. Die Justiermarken 80a, 82a befinden sich in der bevorzugten
räumlichen Beziehung, wenn sie lotrecht zentriert und gemäß Fig. 9 in bezug auf die Polschuhspitzen 26a,
28a symmetrisch angeordnet sind. Zur abschließenden Feinjustierung des Stabs 10 relativ zur Maske 60 beobachtet
sodann die Bedienungsperson das am entgegengesetzten
Ende befindliche Endmuster 70m unter Ver-Schiebung des Stabs 10 zwecks Ausrichtung der Polschuhspitzen 26m und 28m des Gleitstücks 2 0m auf die
Justiermarken 80m, 82m des H-förmigen Musters 7 0m auf
dieselbe Weise, wie in Fig. 9 veranschaulicht. Sobald
die Polschuhspitzen der beiden endseitigen Gleitstücke 20a und 20m mit den entsprechenden Justiermarken der Öffnungen 70a bzw. 70m ausgefluchtet sind, ist der Feinjustiervorgang abgeschlossen. Durch Heranziehung der Polschuhspitzen der Gleitstücke 20a und 20m als Bezugspunkte können die Unterdruck-Ausnehmungen gegenüber den Polschuhspitzen der einzelnen Gleitstücke mit größter Genauigkeit auf den Gleitstücken 20a - 2 0m angeordnet oder ausgerichtet werden, so daß sie mithin in den Luftlagerflächen der einzelnen Gleitstücke sehr genau angeordnet sind.
die Polschuhspitzen der beiden endseitigen Gleitstücke 20a und 20m mit den entsprechenden Justiermarken der Öffnungen 70a bzw. 70m ausgefluchtet sind, ist der Feinjustiervorgang abgeschlossen. Durch Heranziehung der Polschuhspitzen der Gleitstücke 20a und 20m als Bezugspunkte können die Unterdruck-Ausnehmungen gegenüber den Polschuhspitzen der einzelnen Gleitstücke mit größter Genauigkeit auf den Gleitstücken 20a - 2 0m angeordnet oder ausgerichtet werden, so daß sie mithin in den Luftlagerflächen der einzelnen Gleitstücke sehr genau angeordnet sind.
Nach dieser Justierung des Maskenmusters 64 auf den Gleitstücken 20a - 20m wird Ultraviolettlicht durch
die Maske 60 hindurchgestrahlt, um die H-förmigen Muster 70a - 70m auf der Photoresistschicht 54 der
Gleitstücke 2 0a - 2 0m zu belichten. Unter Anwendung äes photolithographischen Negativ-Resistprozesses
werden die belichteten H-förmigen Muster unter Entfernung der unbelichteten Bereiche der Photoresistschicht
54 beispielsweise mittels eines Niederdrucksprühstrahls von 1,1,1-Trichlorethan entwickelt. An
diesem Punkt des Verfahrens verbleiben somit von der Photoresistschicht 54 nur die dreizehn H-förmigen
Muster 90a - 90m gemäß Fig. 10 zurück.
Wie erwähnt, ragen die Schenkel der H-förmigen Muster 70a - 70m über Vorder- und Hinterkanten 16 bzw. 18
des Stabs 10 hinaus. Die über die Hinterkante 18 hinaus vorstehenden Überlappungsabschnitte 98 schützen
die freiliegenden Bereiche der nicht dargestellten Magnetköpfe, die auf vorher beschriebene Weise auf
die Rückfläche 19 aufgebracht worden sind. Der Überstand der Photoresistschicht zur Abdeckung der freiliegenden
Bereiche der Magnetköpfe ist deshalb von äußerster Wichtigkeit, weil während des Ionenstrahl-
abtragvorgangs die Ionen unter einem Neigungswinkel
von z.B. 45 - 25° relativ zur Oberfläche des Stabs 10 auf diesen projiziert bzw. aufgestrahlt werden.
Die freiliegenden Bereiche der Magnetköpfe würden somit abgetragen werden, wenn sie nicht auf die beschriebene
Weise geschützt wären.
Nach der Musterung der Photoresistschicht wird die Bearbeitungsvorrichtung 40, an welcher der Gleitstück-Stab
10 noch befestigt ist, in eine Ionenstrahlabtragmaschine (ion milling machine) (z.B. Modell
10-1500-10 Ion Source Machine der Firma Ion Tech.Inc.
Fort Collins, Colorado/USA) eingespannt. Die Vorrichtung 40 wird während der Ionenstrahlbehandlung
oder -abtragung zur Begünstigung einer gleichmäßigen Abtragung gedreht. Während der Ionenstrahlbehandlung
schützen die H-förmigen Photoresistmuster 90a - 90m die unmittelbar darunter liegenden Bereiche der Gleitstücke
20a - 2 0m vor einer Abtragung, während die Unterdruck-Ausnehmungen bis zur vorgesehenen Tiefe
ausgearbeitet werden. Zu diesem Zweck werden Abtragungs- oder Bearbeitungszeit, Ionenbeschleunigungsspannung
und Ionenstrom zweckmäßig gewählt. Der unmittelbar unter dem H-förmigen Photoresistmuster befindliche
Teil jedes Gleitstücks stellt die Luftlager-Schwebefläche (oder -Gleitfläche) des Gleitstücks dar.
Beispielsweise schützt gemäß den Fig. 11 bis 13 das
Photoresistmuster 90a die Schwebefläche 21a des Gleit-Stücks
20a. Fig. 11 veranschaulicht das Gleitstück 20a nach Abschluß der Ionenstrahlabtragung mit auf
die richtige Tiefe ausgearbeiteten Unterdruck-Ausnehmungen 100a und 102a. Die Ausnehmung 100a ist dabei
durch die unteren Abschnitte der Schenkel 91a, 94a und den Quersteg 97a festgelegt. Die Ausnehmung 102a
wird durch die oberen Abschnitte der Schenkel 91a, 94a und den Quersteg 97a definiert. Während die Aus-
7ο
nehmungen 100a, 102a des Gleitstücks 20a ausgearbeitet werden, werden gleichzeitig die Ausnehmungen 100b 100m,
102b - 102m in den betreffenden Gleitstücken 20b - 20m erzeugt. Bei der Ionenstrahlbearbeitung des
Gleitstück-Stabs 10 entsteht Wärme, die zur Vermeidung einer Überhitzung der Gleitstücke 20a - 20m vom Stab
10 abgeleitet werden muß. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die den Gleitstück-Stab 10 tragende
Bearbeitungsvorrichtung 40 in der Ionenstrahlbearbeitungsmaschine derart festgelegt, daß das Cyanoacrylat-Klebmittel
die so erzeugte Wärme zur Vorrichtung 40 und von dieser zu dem in der Vorrichtung 40
umgewälzten Kühlwasser ableitet, wodurch eine Überhitzung der Gleitstücke 20a - 20m verhindert wird.
Nach beendeter Ionenstrahlbearbeitung können die Photoresistmuster 90a - 90m dadurch entfernt werden,
daß der Stab 10 beispielsweise zunächst mit einem Acetonbad gewaschen oder in dieses eingetaucht und
anschließend in ein Ultraschall-Reinigungsbad eingebracht wird. Die Verwendung von Aceton oder Methylethylketon
bietet den zusätzlichen Vorteil eines Loslösens des Stabs 10 von der Bearbeitungsvorrichtung
40 gleichzeitig mit der Entfernung des nach der Ionenstrahlbearbeitung zurückbleibenden, belichteten Photoresistf
ilms,. wodurch ein weiterer Verfahrensschritt entfällt.
Nach der Entfernung der restlichen Photoresistschicht und dem Loslösen des Gleitstück-Stabs 10 von der Bearbeitungsvorrichtung
40 wird der in Fig. 12 dargestellte Stab 10 erhalten, bei dem die dreizehn Gleitstücke
20a - 20m jeweils zwei genau angeordnete und ausgebildete Unterdruck-Ausnehmungen 100a - 100m und
102a - 102m aufweisen. Die Gleitstücke 20a - 20m können nunmehr vom Gleitstück-Stab 10 abgesägt werden.
Zum Abtrennen des Gleitstücks 20a vom Stab 10 kann
mit einer Diamantschleifscheibe ein Schnitt längs der
strichpunktierten Linien 110a, 112a (entsprechend den gestrichelten Linien 22a, 24a gemäß Fig. 2) geführt werden.
Ebenso können die restlichen Gleitstücke 20b 20m durch Schnitte längs der strichpunktierten Linien
HOb - HOm und 112b - 112m abgetrennt werden. Hierauf
können die Luftlager- oder Schwebeflächen 21a - 21m leicht geläppt werden. Zum Abschluß des Verfahrens
können die Gleitstücke 20a - 2 0m sodann in Aceton und Wasser gereinigt werden.
Als Ergebnis dieses Verfahrens wird ein in Fig. 13 dargestelltes typisches Gleitstück 20a erhalten. Dieses
weist eine H-förmige Luftlager-Schwebefläche 21a
und zwei sehr genau angeordnete bzw. ausgerichtete und ausgebildete Unterdruck-Ausnehmungen 100a, 102a
auf. Die Polschuhspitzen 26a und 28a des Gleitstücks
20a können dann unter Optimierung der Leistung des Magnetkopfes in einer genau kontrollierten Schwebehöhe
(flying height) über die Aufzeichnungsfläche geführt
werden.
Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform wird als
Werkstoff für den Gleitstück-Stab 10 Alsimag verwendet.
Das Photoresistmaterial (wie erwähnt, RISTON) wird in einer Dicke von etwa 48 μΐη aufgebracht. Wie
angegeben, werden die Unterdruck-Ausnehmungen 100a 100m,
102a - 102m mit einer Tiefe von 12 μπι ausgearbeitet. Zur Erzielung dieser Abtragungstiefe von 12
μπι mit der erwähnten Ionenstrahlbearbeitungsmaschine
wird eine Ionenbeschleunigungsspannung von 1200 V bei einem Ionenstrom von 125 mA während einer Dauer
von 150 min angewandt. Der Abtragungs-Ionenstrahl besitzt einen Durchmesser von 10 cm. Infolge dieser
Parameter wird eine Leistung von 1,9 W/cm2 an der Oberfläche des Gleitstück-Stabs 10 zerstreut bzw. verbraucht. Wie angegeben, ist der Gleitstück-Stab 10
durch eine wassergekühlte Bearbeitungsvorrichtung 40 gehaltert, durch welche diese Wärme abgeleitet wird.
Während der Ausarbeitung der Ausnehmungen 110a - 110m, 112a - 112m wird auch die RISTON-Schicht abgetragen.
Während die Unterdruck-Ausnehmungen bis zu einer Tiefe von 12 μΐη ausgearbeitet werden, werden etwa 36 μη der
48 μΐη dicken RISTON-Schicht abgetragen.
Typischerweise wird der Ionenstrahl unter einem Winkel von 45° zu der zu bearbeitenden Fläche gerichtet. Zur
Vermeidung einer Wiederablagerung des abgetragenen Materials auf der Bearbeitungsfläche kann jedoch dieser
lonenstrahlwinkel (milling angle) variiert werden. 5 Beispielsweise wird im Fall eines Gleitstück-Stabs
aus PHOTOCERAM mit einem lonenstrahlwinkel von 25° eine Wiederablagerung vermieden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet somit eine sehr genaue Ausrichtung der Unterdruck-Ausnehmungen
des Gleitstücks bei gleichzeitiger Gewährleistung äußerst präzise geformter Ausnehmungen mit
der gewünschten Tiefe von 12 μΐπ. Außerdem ist das erfindungsgemäße
Verfahren gegenüber dem bisherigen Verfahren insofern stark vereinfacht, als die Metallablagerungs-
und Musterungsschritte entfallen.
Obgleich beim beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dreizehn einander benachbarte
Gleitstücke gleichzeitig hergestellt werden, sind andere Konfigurationen der Gleitstücke bei entsprechenden
Änderungen der Maske für das Mustern der Photoresistschicht ebenfalls möglich.
— Leerseite -
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Unterdruck-Gleitstücken
durch in jeder Luftlagerfläche auf einem
Stab, von dem durch Sägen eine Anzahl von Luftlager-
oder Unterdruck-Gleitstücken abtrennbar sind, die jeweils einen Magnetkopf aufweisen,
^ dessen Polschuhspitze zur Luftlagerfläche des Gleitstücks vorsteht und eine vorbestimmte Lage
auf dieser Fläche einnimmt, erfolgende Ausbildung einer Unterdruck-Ausnehmung einer vorbestimmten
Form und einer vorbestimmten, von der Polschühspitze beabstandeten Lage in der Luftlagerfläche
des Gleitstücks,
dadurch gekennzeichnet, daß
dadurch gekennzeichnet, daß
a) auf die Luftlagerfläche, einschließlich der Polschuhspitzen, eine Schicht aus einem durch-
sichtigen Negativ-Photoresistmaterial, das ein
Auflösungsverirtögen nur für Linien einer größeren
als einer vorgegebenen Breite besitzt, aufgebracht wird,
b) an oder auf den Luftlagerflächen eine Maske angeordnet
wird, die ein Muster von die Gesamtbereiche der die Unterdruck-Ausnehmungen umschließenden
Luftlagerflächen definierenden Öffnungen aufweist, von denen mindestens zwei
innerhalb ihrer Fläche vorbestimmte Lagen-Justiermarken in Form opaker oder undurchsichti
ger Linien einer kleineren Breite als die vorgegebene Breite aufweisen, wobei bei diesem Anordnungsschritt
die Maske mit den Justiermarken in eine vorbestimmte räumliche Beziehung zu den
Polschuhspitzen in den Luftlagerflächen gebracht
wird und damit dio undiirrlis i .rhi iqon T)r>rc'irbo
iU*i"" Mn.-.ko nliri(|Ct irlilr'l wn ilrii , iiln aiii ilr-ti l.nll
lagerflächen die von den Unterdruck-Ausnehmungen
einzunehmenden Lagen zu definieren,
c) das Photoresistmaterial hierauf mittels durch die Maske hindurch einfallenden Lichts photographisch
belichtet wird, um in ihm ein Muster unbelichteten Photoresistmaterials entsprechend der vorbestimmten
Form und Lage der Unterdruck-Ausnehmungen zu erzeugen ,
d) anschließend die Maske entfernt wird,
e) danach das Photoresistmaterial durch Waschen mit einem die unbelichteten Bereiche auflösenden Lösungsmittel
entwickelt wird und
f) hierauf die Luftlagerflächen zur Ausbildung der Unterdruck-Ausnehmungen einer Ionenstrahl(abtrag)-bearbeitung
(ion milling) unterworfen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Vorbereitungsschritt der Stab an einer
(Bearbeitungs-)Vorrichtung mit Hilfe eines Klebmittels angeklebt wird, das einem Auflösen durch
das für das Entwickeln des Photoresistmaterials verwendete Lösungsmittel widersteht, und daß zum
Entfernen des Photoresistmaterials die Vorrichtung und der Stab mit einem Lösungsmittel gewaschen oder
gespült werden, welches sowohl das Photoresistmaterial als auch das den Stab mit der Vorrichtung
verbindende Klebemittel auflöst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab an der (Bearbeitungs-)Vorrichtung mit
Hilfe von Cyanoacrylat als Klebmittel befestigt wird und daß ein Photoresistmaterial aufgebracht wird,
das in Methylethylketon oder Aceton löslich ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/
daß ein Photoresistmaterial, das ein Auflösungsvermögen nur für Linien einer Breite von mehr als
5 μΐη (2 00 μϊη) besitzt, in einer Dicke von etwa
50 μπν (2 mils) aufgebracht wird.
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