DE19811347A1 - Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Detektierung und Charakterisierung von Defekten auf Oberflächen von Magnetplatten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Detektierung und Charakterisierung von Defekten auf Oberflächen von MagnetplattenInfo
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Abstract
Es wird eine Kombination von MAG-Tester (magnetischer Tester, Spin-Tester) und AFM/MFM vorgeschlagen, die in der Lage ist, Submikrometerdefekte auf der Oberfläche von Magnetplatten gezielt und schnell zu detektieren und zu charakterisieren.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
gezielten Erkennung und Charakterisierung von Defekten auf
der Oberfläche von Magnetplatten. Speziell betrifft die
Erfindung die Erkennung solcher Defekte, die im
Submikrometerbereich liegen. Sie betrifft auch eine
Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Magnetplatten sind Datenspeicher mit einer sehr großen
Speicherkapazität. 1 GB können auf einer Magnetplatte von
rund 65 mm gespeichert werden.
Neben der hohen Speicherdichte müssen die Platten exakte
magnetische, mechanische und bestimmte tribologische
Eigenschaften aufweisen. Beim späteren Praxiseinsatz bewegen
sich die Platten mit ca. 7200 Umdrehungen pro Minute. Das
bedeutet, daß der äußere Plattenrand eine Geschwindigkeit
von bis zu 100 km/h erreicht, wobei der Schreib-/Lesekopf
weniger als ein zwanzigtausendstel Millimeter (< 50 nm) von
der Plattenoberfläche entfernt ist.
Nur durch allergrößte Präzision bei der Fertigung und durch
statistische Prozeßkontrolle können diese
Qualitätsanforderungen erreicht werden.
Zur Erzielung hoher Speicherdichten wird bei modernen
Hochkapazitätsmagnetplatten ein magnetisches Dünnfilmmedium
für die Aufzeichnung der Daten verwendet.
Defekte, die auf der Oberfläche solcher Dünnfilmplatten
verstreut auftreten, können die Produktionsausbeute von
Plattenlaufwerken signifikant verschlechtern. Diese Defekte
können durch eine lokale Veränderung der Topographie oder
der magnetischen Struktur hervorgerufen sein. Beispiele
hierfür sind sogenannte "Thermal Asperities" oder "Missing
Bits". So können bereits Submikrometerdefekte, d. h.,
Defekte, deren Größe ≦ 1 µm beträgt, zu unbrauchbaren
Magnetplatten führen. Ein exaktes Auffinden und die genaue
Charakterisierung solcher Defekte ist daher bei den heutigen
Magnetplatten ausgesprochen wichtig.
Dabei ist es besonders wichtig, eine Korrelation zwischen
den Submikrometerdefekten, der Topographie der Magnetplatte
bzw. deren magnetischer Struktur und den resultierenden
Lesesignalstörungen herzustellen. Diese ist grundlegend für
eine generelle Analyse von Defekten auf der Platte und der
Beurteilung ihrer Relevanz für das fehlerfreie Funktionieren
des Festplattenlaufwerks, in das diese Magnetplatten
eingebaut werden.
Zum Auffinden von Störungen im Lesesignal werden derzeit
sogenannte Magnet-Tester (MAG-Tester, Spin-Tester)
herangezogen. Eine Charakterisierung einer solchen Störung
hinsichtlich deren Ursache ist mit solchen Testern nicht
möglich.
Diese Charakterisierung hinsichtlich der Topographie und der
magnetischen Eigenschaften wird wiederum mit einem Atomic
Force Microscope (AFM) oder Magnetic Force Microscope (MFM)
durchgeführt. Der maximale Bereich, der mit derartigen
Geräten erfaßt werden kann, beträgt typischerweise
100 µm × 100 µm.
Eine Zuordnung von Signalstörung zu einem bestimmten Defekt
(magnetisch und/oder topographisch) ist nach derzeitigem
Stand der Technik über magnetisches Markieren auf dem MAG-
Tester, Sichtbarmachen der Markierung mit Ferrofluid,
anschließendes mechanisches Markieren, Entfernen des
Ferrofluids und nachfolgender AFM/MFM-Untersuchung möglich
(vgl. weiter unten). Hierbei können jedoch einerseits beim
Entfernen des Ferrofluids auch ggf. relevante Defekte mit
entfernt werden, andererseits können aber auch zusätzliche
Verunreinigungen auf der Magnetplatte verbleiben. Dies macht
jedoch in den allermeisten Fällen eine gezielte Analyse
unmöglich. Des weiteren ist bei dieser Vorgehensweise mit
einem durchschnittlichen Zeitbedarf von 1 Tag oder mehr für
einen einzigen Defekt auszugehen. Dies kann bei der heutigen
hohen Anzahl von täglich produzierten Magnetplatten
keinesfalls toleriert werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die magnetische
Markierungstechnik wie im folgenden Abschnitt beschrieben zu
verfeinern. Hierdurch werden die oben geschilderten
Nachteile bei der Verwendung von Ferrofluid vermieden.
Dadurch ist eine direkte Zuordnung von Signalstörung und
Defekt möglich, die eminent wichtige Aufschlüsse über die
Fehlerursache geben kann. Aber auch bei dieser Methode ist
der Zeitbedarf noch immer so hoch (≧ 1 Tag), daß er nicht
toleriert werden kann. Somit muß auch bei dieser
Vorgehensweise auf eine Untersuchung aller relevanten Fälle
verzichtet, und die Analyse auf Stichproben beschränkt
werden.
Die Magnetplatte mit den darauf enthaltenen Defekten wird
zunächst in den MAG-Tester eingelegt. Defekte werden als
Störung des Lesesignals bei hoher Drehzahl detektiert (vgl.
Fig. 3, obere Kurve) und deren Koordinaten (Radius ri,
Winkelposition ϕi) ermittelt. Der Winkel ϕ wird dabei von
einer durch den Spindelantrieb der Magnetplatte vorgegebenen
Referenzposition (Index 0) aus gezählt. Die Radialposition ri
wird von der Rotationsachse der Spindel aus gemessen. Die
dazu notwendigen Programme stellt der Tester zur Verfügung.
Anschließend wird ein bestimmter Defekt ausgewählt. Auf den
Radius ri der Magnetplatte wird nun eine Spur geschrieben,
wobei an der Position des ausgewählten Defekts eine ca.
50-100 µm große Lücke gelassen wird, so daß der Defekt selbst
nicht überschrieben wird. Die Spurunterbrechung markiert nun
die Defektposition. Eine zweite Spur wird bei ri-10 µm
geschrieben, wobei diese nur von Index 0 bis ϕi reicht.
Soll mehr als ein Defekt untersucht werden, müssen die
zuletzt beschriebenen Schritte für jeden weiteren Defekt
wiederholt werden. Da die Markierung einigen Platz
beansprucht, ist es nicht möglich, Defekte gleichzeitig zu
markieren, deren Radialkoordinaten enger als die Breite der
Markierung zusammenliegen.
Anschließend wird an der Magnetplatte mechanisch eine
Markierung für den Index 0 angebracht. Die Breite dieser
Markierung beträgt in der Regel < 500 µm.
Die Magnetplatte wird nun aus dem MAG-Tester herausgenommen
und in das MFM (bzw. AFM) eingelegt. Durch diesen Ausbau- und
Wiedereinbauschritt ist die Position des
Koordinatenursprungs verlorengegangen. Der Offset zum neuen
Ursprung kann bis zu 700 µm betragen.
Im nächsten Schritt werden Radius ri und Winkel ϕi
grob von Hand eingestellt und die MFM-Messung gestartet.
Sollte eine der vorher geschriebenen Spuren innerhalb des
Meßfensters sichtbar sein, wird das Meßfenster darauf
zentriert. Dazu ist ein Verfahren des Probentisches
notwendig. Ist keine Spur zu finden, wird der Tisch radial
verfahren und erneut eine Messung gestartet, solange, bis
die Spuren gefunden sind.
Nachdem die Radialkoordinate gefunden wurde, wird nun die
Winkelkoordinate eingestellt, dazu sind wiederum MFM- bzw.
AFM- Messungen notwendig, bevor dann die eigentliche MFM- bzw.
AFM-Messung stattfinden kann (vgl. Fig. 3, untere Kurve
für AFM bzw. Fig. 4 unten für MFM). Für das Auffinden der
genauen Position (ri, ϕi) benötigt ein geübter Operator bis
zu 180 Minuten. Der Gesamtzeitaufwand für diese Methode
liegt daher bei ca. 1 Tag pro Defekt und mehr.
Wie bereits weiter oben angedeutet, sind bei den heutigen
Verfahren mindestens zwei Geräte nötig, um die Defektstelle
aufzufinden, zu markieren und zu charakterisieren.
Beim Transfer der Platten vom ersten Gerät, auf dem die
Detektion der Defekte anhand des Lesesignals erfolgt, zum
zweiten Gerät, welches die eigentliche Charakterisierung
vornimmt, muß die Platte aus der Spindelhalterung entfernt
werden. Dabei gehen die Referenzpunkte des
Spindelkoordinatensystems verloren.
Eine Rekonstruktion des Koordinatensystems mit Hilfe der
beschriebenen Markierungstechnik ist sehr aufwendig und nur
von eingeschränkter Genauigkeit, da allein schon durch die
üblichen Fertigungstoleranzen die Magnetplatte weder im
Spin-Stand noch im AFM/MFM zentrisch gelagert werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, Defekte
im Submikrometerbereich auf der Oberfläche einer
Magnetplatte gezielt zu detektieren und gleichzeitig zu
charakterisieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches
Verfahren bereitzustellen, das eine solche Untersuchung
innerhalb eines tolerierbaren Zeitraums durchführt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung
zu stellen.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der
Möglichkeit, erweiterte parametrische Messungen über das
MFM-Signal zur Charakterisierung der Magnetplatte oder des
Schreibelements durchführen zu können.
Außerdem ist nach einer vollständigen Analyse der
Magnetplatte diese weder beschädigt noch kontaminiert, so
daß eine weitere Verwendung bzw. weitere Analyse bzw.
Analysen an der Platte möglich sind.
Zudem besteht die Möglichkeit (bspw. durch
Tintenstrahldüsen), den Defektort auf der Magnetplatte
mechanisch zu markieren. Dadurch kann der Defekt anderen
Charakterisierungsmöglichkeiten zugänglich gemacht werden.
Eine solche Markierung ist zwar auf einem separat stehenden
AFM/MFM auch möglich. Allerdings muß zuvor der Defekt
wiedergefunden werden (vgl. die Beschreibung der
magnetischen Markierungstechnik weiter oben). Der durch das
mechanische Markieren erstrebte Zeitvorteil geht damit also
wieder verloren. Eine Markierung auf dem separaten Spin-
Stand setzt eine Positioniereinrichtung, wie sie hier
beschrieben wird, voraus.
Des weiteren können AFM/MFM-Linescans mit dem gestörten
Signalverlauf örtlich zur Deckung gebracht werden, um so die
physikalischen Ursachen der Signalstörung zu beleuchten.
Diese und andere Ziele und Vorteile werden durch die
Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 und 11 und das Verfahren
nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird im folgenden detailliert beschrieben
unter Zuhilfenahme der Zeichnungen, in denen
Fig. 1 und 2 mögliche erfindungsgemäße Anordnungen eines
kombinierten MAG/MFM-Testers zeigen;
Fig. 3 das Lesesignal des MAG-Testers in
Abhängigkeit von der mit einem AFM bestimmten
Topographie der Magnetplatte darstellt; und
Fig. 4 das Lesesignal des MAG-Testers
in Abhängigkeit einer mit einem MFM
aufgenommenen Bild einer Spur einer
Magnetplatte zeigt
Es ist zunächst zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung
nicht auf die Verwendung eines AFM/MFM beschränkt ist,
sondern daß auch andere hochauflösende Analysegeräte wie
z. B. Lichtmikroskope, Profilometer, Micro-Raman-Geräte, etc.
mit dem MAG-Tester kombiniert werden können. Der Einfachkeit
halber wird im folgenden jedoch nur die Kombination zwischen
MAG-Tester und AFM/MFM beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen mögliche Anordnungen eines
kombinierten MAG-MFM-Testers.
Der Spin-Stand eines MAG-Testers, bestehend aus Grundplatte
1, Positioniereinheit 2, Spindel 3 mit Plattenaufnahme und
der Kopfhalterung 4 wird um den Meßkopf 5 eines MFM
erweitert. Dabei sind grundsätzlich zwei verschiedene
Anordnungen denkbar. Bei der ersten Anordnung (vgl. Fig. 1)
ist der Meßkopf unmittelbar an der Kopfhalterung 4 des MAG-
Testers befestigt. Kopfhalterung und MFM- bzw. AFM-Meßkopf
werden so durch ein und dieselbe, bereits vorhandene,
Positioniereinheit 2 bewegt. Bei der zweiten Anordnung (vgl.
Fig. 2) können Kopfhalterung 4 und MFM-Meßkopf 5 unabhängig
voneinander in dem gemeinsamen Koordinatensystem der Spindel
3 bewegt werden. Dazu wird eine zusätzliche, eigenständige
Positioniereinheit 6 verwendet. Der Meßkopf 3 und der an der
Unterseite der MAG-Kopfhalterung 4 befestigte Schreib-/Lese
kopf (nicht gezeigt) des MAG-Testers greifen so
gleichzeitig von verschiedenen Positionen auf die gleiche zu
untersuchende Magnetplatte 7 zu. In beiden Anordnungen wird
ein festes gemeinsames Koordinatensystem gebildet, das über
den gesamten Charakterisierungsvorgang erhalten bleibt,
d. h., der Koordinatenursprung ist für den gesamten Verlauf
der Messung der gleiche. Dies wiederum ermöglicht die Angabe
der Position des MFM-Meßkopfes 5 relativ zum Index. Zusammen
mit der Radialkoordinate, die von der Rotationsachse der
Spindel 3 aus bestimmt wird, ist so eine exakte
Positionierung eines das Lesesignal störenden Defekts
möglich. Der aus der Anordnung resultierende Versatz
zwischen Kopfhalterung 4 und MFM-Meßkopf 5 muß dazu einmalig
vermessen werden.
Da die Drehung der Magnetplatte in der Regel nicht über den
Spin-Stand eigenen Motor realisiert werden kann, weil zum
einen dessen Schrittgenauigkeit viel zu gering ist, und zum
anderen die hohe Mindestdrehzahl ein punktgenaues Anhalten
der Magnetplatte unmöglich macht, wird ein zusätzlicher
Schrittmotor an die Spindel angekoppelt, der dann die
Einstellung der Winkelkoordinate übernimmt. Das Lesesignal
kann dabei nicht als Feedbacksignal für die
Positionsbestimmung genutzt werden, da bei niedrigen
Drehzahlen der Spindel der magnetische Schreib-/Lesekopf auf
der Magnetplatte schleift. Alternativ ist selbstverständlich
auch eine Verbesserung des Spindelantriebs im Hinblick auf
Schrittauflösung und extremen Langsamlauf möglich.
Für das reibungslose Zusammenspiel zwischen MAG-Tester und
MFM ist der Austausch einiger Daten und Signale zwischen den
Geräten notwendig. Dazu gehört bspw. auch das vom
Spindelantrieb generierte Indexsignal, über das der
Nullwinkel bei schneller und bei langsamer Drehung der auf
der Spindel 3 fest aufliegenden Magnetplatte 7 bestimmt
werden kann. Dieser Daten- und Signalaustausch kann über
eine separate und/oder die Schnittstellen der Meßrechner in
bekannter Weise erfolgen.
Alternativ ist auch die Verwendung eines einzigen
Meßrechners möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:
Zunächst wird die Magnetplatte mit den darauf enthaltenen Defekten in den MAG-Tester eingelegt und die Defekte als Störung des Lesesignals bei hoher Drehzahl detektiert. Die Koordinaten ri, ϕi der Defekte werden ermittelt und für die Motorsteuerungen aufbereitet. Anschließend wird ein beliebiger Defekt ausgewählt.
Zunächst wird die Magnetplatte mit den darauf enthaltenen Defekten in den MAG-Tester eingelegt und die Defekte als Störung des Lesesignals bei hoher Drehzahl detektiert. Die Koordinaten ri, ϕi der Defekte werden ermittelt und für die Motorsteuerungen aufbereitet. Anschließend wird ein beliebiger Defekt ausgewählt.
Ein Schrittmotor dreht die Spindel nun langsam (ca. 50 rpm),
bis das Indexsignal detektiert wird und wieder abfällt.
Während das Indexsignal anliegt, können die Motorschritte
bis zum Abfall des Signals gezählt werden. Die Mitte des
Indexsignals wird als Index 0 gesetzt.
Nun wird die Schrittzahl abgezählt, die benötigt wird, um
vom Index 0 zur Analyseposition ϕi + Δϕ zu kommen, wobei Δϕ den
Winkeloffset zwischen Schreib-/Lesekopf und AFM/MFM-Meßkopf
bezeichnet. Δϕ muß dabei einmalig bei der Initialisierung
des Geräts bestimmt werden.
Ein Lineartisch bewegt den AFM/MFM-Meßkopf nun auf die
Radiusposition ri des Defekts und die AFM/MFM-Charak
terisierung in der lokalen Umgebung des Defekts wird
durchgeführt. Hierbei ist es also nicht notwendig, die
Magnetplatte aus dem einen Gerät zu entfernen und in das
andere einzulegen. Zusätzliche Messungen zum Aufsuchen des
Defekts entfallen somit.
Die gleiche Prozedur kann für weitere Defekte auf der
Magnetplatte wiederholt werden. Der Zeitaufwand für die
Positionierung beträgt ca. 5-10 Minuten. Für die
Gesamtcharakterisierung werden etwa 60 Minuten pro Defekt
benötigt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
also bei gleicher bzw. besserer Qualität eine dramatische
Zeiterparnis erreicht werden.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der
Möglichkeit, erweiterte parametrische Messungen über das
MFM-Signal zur Charakterisierung der Magnetplatte oder des
Schreibelements durchführen zu können.
Außerdem ist nach einer vollständigen Analyse der
Magnetplatte diese weder beschädigt noch kontaminiert, so
daß eine weitere Verwendung bzw. weitere Analysen an der
Platte möglich ist.
Zudem besteht die Möglichkeit (bspw. durch
Tintenstrahldüsen), den Defektort bei stehender Platte
mechanisch zu markieren. Dadurch kann der Defekt anderen
Charakterisierungsmöglichkeiten zugänglich gemacht werden.
Des weiteren können AFM/MFM-Linescans mit dem gestörten
Signalverlauf örtlich zur Deckung gebracht werden, um so die
physikalischen Ursachen der Signalstörung zu beleuchten.
Claims (15)
1. Vorrichtung zur gezielten Detektierung und
gleichzeitigen Charakterisierung von Defekten auf der
Oberfläche von Magnetplatten, bestehend aus einer
Kombination eines MAG-Testers mit einem hochauflösenden
Analysegerät.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das hochauflösende Analysegerät ein Atomic Force
Microscope (AFM) oder ein Magnetic Force Microscope
(MFM) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das hochauflösende Analysegerät ausgewählt ist aus
der Gruppe bestehend aus Lichtmikroskop, Profilometer
und Micro-Raman-Gerät.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der MAG-Tester um den Meßkopf und die Meßelektronik
des AFM oder MFM erweitert ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der MAG-Tester und das
Analysegerät ein festes, gemeinsames Koordinatensystem
besitzen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche
Positionierelemente für den Meßkopf des hochauflösenden
Analysegerätes vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Schreib-/Lesekopf des
Spin-Testers und der Meßkopf von verschiedenen
Positionen auf die zu untersuchende Magnetplatte
zugreifen.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung durch eine
zusätzlichen, langsam drehenden, hochwinkelauflösenden
Schrittmotor für den Spindelantrieb ergänzt wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der bestehende
Spindelantrieb so modifiziert ist, daß geringe
Drehgeschwindigkeiten und hohe Winkelgeschwindigkeiten
realisierbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung um eine
mechanische Markierungseinrichtung erweiterbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Markierungseinrichtung ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus Tintenstrahldüse, Laser und
Stahlnadel.
12. Vorrichtung zur gezielten Detektierung und
gleichzeitigen Markierung von Defekten auf der
Oberfläche von Magnetplatten, bestehend aus einer
Kombination eines MAG-Testers mit einer mechanischen
Markierungseinrichtung.
13. Verfahren zur gezielten Detektierung und gleichzeitigen
Charakterisierung von Defekten auf Oberflächen von
Magnetplatten durch eine Kombination eines MAG-Testers
mit einem hochauflösenden Analysegerät, gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
- a) Detektierung der Defekte als Störung des Lesesignals des MAG-Testers und Festlegung der Koordinaten ri, ϕi des Defekts,
- b) Detektieren des Indexsignals und Bestimmung der Mitte des Indexsignals,
- c) Anfahren der Radiusposition des Defekts und der Analyseposition in einem Winkel ϕi + Δϕ und
- d) Charakterisierung des Defekts mit Hilfe des hochauflösenden Analysegeräts.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als Analysegerät ein AFM/MFM verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als Analysegerät ein Gerät ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Lichtmikroskop, Profilometer und Micro-
Raman-Gerät verwendet wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19811347A DE19811347A1 (de) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Detektierung und Charakterisierung von Defekten auf Oberflächen von Magnetplatten |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19811347A DE19811347A1 (de) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Detektierung und Charakterisierung von Defekten auf Oberflächen von Magnetplatten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=7861056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19811347A Ceased DE19811347A1 (de) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Detektierung und Charakterisierung von Defekten auf Oberflächen von Magnetplatten |
Country Status (2)
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DE (1) | DE19811347A1 (de) |
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