DE3533290A1

DE3533290A1 - Verfahren zur herstellung von unterdruck-gleitstuecken

Info

Publication number: DE3533290A1
Application number: DE19853533290
Authority: DE
Inventors: Paul Stanley Bloomington Minn. Blaske; Arthur Minnetonka Minn. Calderon; Leroy Leland Buffalo Minn. Longworth; Larry Dean Apple Valley Minn. Zimmerman
Original assignee: Magnetic Peripherals Inc
Current assignee: Seagate Technology International
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1986-06-12
Also published as: GB2166888A; GB8524431D0; JPS61120326A; GB2166888B; FR2573223A1; AU4843785A; AU574848B2; JPH058488B2; US4564585A

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)

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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,

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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.

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-

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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.

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Claims

Patentansprüche

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

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.