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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Musters aus senkrecht
magnetisierten Bereichen in einer magnetischen Festplatten-Aufzeichnungsschicht,
die eine senkrechte magnetische Anisotropie hat.
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Herkömmliche
Festplattengeräte
mit magnetischer Aufzeichnung verwenden eine horizontale oder longitudinale
Aufzeichnung, d. h., dass die magnetisierten Bereiche, die die magnetisch
aufgezeichneten Datenbits definieren, in der Ebene der Aufzeichnungsschicht
auf der Fest- oder Hartplatte orientiert sind. Die senkrechte Magnetaufzeichnung wurde
als viel versprechender Weg zu ultra hohen Aufzeichnungsdichten
bei Festplattengeräten
mit magnetischer Aufzeichnung vorgeschlagen. Der am meisten übliche Typ
eines Senkrechtaufzeichnungssystems ist eines, das einen Schreibkopf
mit einem einzigen Schreibpol oder einer „Sonde" mit einem „Zweischichten"-Medium als Aufzeichnungsplatte verwendet.
Das Zweischichten-Medium hat eine magnetische Senkrecht-Datenaufzeichnungsschicht
mit einer senkrechten magnetischen Anisopotrie, die auf einer „weichen" oder eine verhältnismäßig geringe Koerzitivkraft
aufweisende, magnetisch permeable Unterschicht ausgebildet ist,
wobei die Unterschicht als Plus-Rücklaufpfad für das Feld
von dem Schreibpol dient. 1 ist eine
schematische Darstellung solch eines Systems, das senkrecht magnetisierte Bereiche
in der Aufzeichnungsschicht und ein herkömmliches, magnetoresistives
Leseelement zum Lesen der aufgezeichneten Daten zeigt.
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Für Festplattengeräte mit sowohl
longitaldinaler als auch senkrechter magnetischer Aufzeichnungen
besteht das am meisten übliche
Verfahren zum Erzeugen der festen, vorher aufgezeichneten Servomuster,
die zur Positionierung des Aufzeichnungskopfes auf die gewünschte Spur
und die Aufzeichnungsstelle auf der Platte verwendet werden, darin,
dass die Muster auf der Grundlage von Spur zu Spur entweder mit
einem speziellen Schreibkopf und einer Servo-Schreibeinrichtung
oder mit dem Produktionskopf in dem Festplattengerät „servo-eingeschrieben" werden. Dies ist
ein zeitraubendes und daher teures Verfahren.
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Die
magnetische Kontaktvervielfältigung oder – übertragung
(CMT = contact magnetic duplication), die gelegentlich als magnetisches
Drucken bezeichnet wird, ist ein Verfahren zur sofortigen Aufzeichnung
von Magnetemustern auf magnetischen Medien über großen Bereichen, und sie wurde
vorgeschlagen, um Servomuster auf longitudinale magnetische Aufzeichnungsplatten
in Festplattengeräten
zu übertragen.
Das CMT-Verfahren verwendet eine „Master"-Platte mit einem Muster aus weichmagnetischem
(geringe Koerzitivkraft aufweisendem) Material entsprechend dem
Servomuster, das auf die magnetische Aufzeichnungsplatte (die „Slave"-Platte) übertragen
werden soll. Wie in den
2A–
2B gezeigt
ist, wird die Slave-Platte
als erstes einem gleichförmigen
Magnetfeld (d. h. „Gleichstrom"-magnetisiert) mit
einem Magneten
1 ausgesetzt, der ein in der Ebene liegendes,
horizontales (longitudinales) Magnetfeld in einer ersten Richtung
2 über einem Spalt
3 zwischen
den Magnetpolen anlegt, wie in
1A gezeigt
ist. Die Master-Festplatte, die in einem Träger gelagert ist, wird dann
in Kontakt mit der gleichstrommagnetisierten Slave-Platte gepresst, und
ein zweites, horizontales, magnetisches Gleichstromfeld wird durch
den Magneten
1 in der Richtung
4 entgegengesetzt
zu der Richtung
2 der ersten Gleichstrommagnetisierung
angelegt, wie in
2B gezeigt ist. Dies erzeugt
ein Magnetisierungsmuster auf der Slave-Platte, weil die erste Magnetisierung auf
der Slave-Platte von dem zweiten Gleichstromfeld in den Bereichen
abgeschirmt wird, wo die Inseln
5 aus weichmagnetischem
Material der Master-Platte vorhanden sind, und die erste Magnetisierung
auf der Slave-Platte wird in den Bereichen unterhalb den Öffnungen
6 in
dem Muster umgekehrt (die Bereiche zwischen dem weichmagnetischen
Material auf der Master-Platte), wie durch die Pfeile
7 in
2B gezeigt
ist. Das Magnetfeld, das an die Slave-Platte unterhalb der Öffnungen
6 angelegt
wird, wird durch die Dipol-Felder
8 in den weichmagnetischen
Bereichen angrenzend zu den Öffnungen
6 verstärkt, weil
in Anwesenheit des Feldes von dem Magneten diese Bereiche ihre eigenen
Felder erzeugen. CMT wurde zuerst zur Erzeugung von Servomustern
in longitudinalen, magnetischen Aufzeichnungsmedien in dem
U.S.-Patent 3,869,711 vorgeschlagen.
Die gleichzeitig anhängige
Anmeldung mit den Aktenzeichen 10/055,638, die am 22. Januar 2002
eingereicht wurde und auf die gleiche Übertragungsnehmerin wie die vorliegende
Anmeldung übertragen
wurde, beschreibt ein CMT-Verfahren für longitudinale, magnetische
Festplatten, das eine flexible Master-Platte und einen differentiellen
Luftdruck verwendet, um die flexible Master-Platte in Kontakt der
starren Slave-Platte zu platzieren. In jüngerer Zeit hat Ishida T. et
al. „Magnetic
Printing Technology-Application to HDD", TMRC 2002, Dokument A6, The 13th Magnetic
Recording Conference, 26.–28.
August 2002, Santa Clara, Kalifornien, vorgeschlagen, dass das gleiche
CMT-Verfahren für
longitudinale, magnetische Aufzeichnungsplatten, bei dem ein longitudinales
Magnetfeld in der Ebene der Aufzeichnungsschicht angelegt wird,
wie in den
2A–
2B gezeigt
ist, auch zur Übertragung
von Servomustern auf magnetische Senkrecht-Aufzeichnungsplatten
angewendet werden kann. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist es jedoch,
dass er senkrechte Feldkomponenten nur an den Rändern der Merkmale auf der
Master-Platte erzeugt. Dies schränkt
die Form und die Größe der Magnetmuster,
die übertragen werden können, ein
und hat auch das Potential, dass es zu schlecht definierten Grenzen
in den übertragenen Mustern
führt.
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In
der
EP-A-1260969 (siehe
Oberbegriff von Anspruch 1) wird eine vorteilhafte, magnetische Übertragung
auf ein magnetisches Senkrecht-Aufzeichnungsmedium durchgeführt. Ein
Master-Medium ist mit einem Substrat (3a) versehen, auf dessen Oberfläche vorspringende
Abschnitte (3b) ausgebildet worden sind, die ein Muster entsprechend
den Daten, die übertragen
werden sollen, bilden und eine formbare Schicht darauf haben. Das
Master-Medium ist des weiteren mit einer weichmagnetischen Schicht
versehen, die in den Vertiefungsabschnitten zwischen den vorstehenden
Abschnitten ausgebildet ist und die magnetisch mit der weichmagnetischen Schicht
der vorstehenden Abschnitte verknüpft ist. Die weichmagnetische
Schicht der Oberfläche
der vorstehenden Abschnitte ist mit der magnetischen Aufzeichnungsschicht
(2b) eines magnetischen Senkrecht-Aufzeichnungsmediums verbunden,
um einen Verbundkörper
zu bilden, und ein magnetisches Übertragungsfeld
(Hdu) wird an den Verbundkörper
in der Richtung von dem Substrat des Master-Mediums zu dem Slave-Medium
hin angelegt, um die magnetische Übertragung durchzuführen.
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In
der
US-A-2003 068462 ist
ein Herstellungsverfahren für
ein magnetisches Aufzeichnungsmedium offenbart. Wenn die Länge einer
ferromagnetischen Dünnschicht
auf dem Master-Informationsträger
entsprechend der Länge
zwischen einem Paar von Magnetisierungs-Übergangsbereichen angrenzend
zueinander gleich A in der Magnetisierungsinformation, die auf dem
magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, beträgt, ist
die Schichtdicke der ferromagnetischen Dünnschicht t und A/t ist k,
wobei k auf nicht weniger als 0,8 bis zu nicht mehr als 8 eingestellt
ist.
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Die
US-A-5 121 258 zeigt
eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von Information auf einer flexiblen, magnetischen
Slave-Platte durch die Kontaktübertragung
von Information, die auf einer flexiblen, magnetischen Master-Platte
aufgezeichnet ist, wobei sie eine U-förmige, elektromagnetische Vorrichtung
umfasst, die Respektive in einer ersten, ebenen Polspitze endet,
die axial mit einer zweiten, bewegbar montierten, ebenen Polspitze
ausgerichtet ist, um vorherrschend einen einzigen, den Fluss leitenden
Weg in einer geschlossenen Schleife zu definieren, der sich durch
die Kontaktübertragungszone
zwischen den Polspitzen erstreckt. Eine lineare Betätigungsvorrichtung,
die mit der bewegbaren Polspitze gekoppelt ist, dient dazu, die
Master-Platte in einer intimen, zugewandten Beziehung mit der Slave-Platte
in der Kontaktübertragungszone
zwischen den ebenen Polspitzen lösbar
zu montieren. Eine Steuerschaltung legt ein elektrisches Wechselstromsignal
an die U-förmige,
elektromagnetische Vorrichtung an, um ein magnetisches Wechselfeld
in dem Fluß-leitenden,
geschlossenen Weg aufzubauen, das ein entsprechendes, magnetisches Übertragungs-Wechselfeld
erzeugt, dass sich axial in der Kontaktübertragungszone zwischen den
ebenen Polspitzen erstreckt.
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In
der
US-A-2002 101670 umfasst
ein Master-Informationsträger
ein Substrat, dessen Oberfläche
ein eingeprägtes
Muster entsprechend einem Informationssignal hat. Wenigstens eine
Oberfläche des
vorstehenden Abschnittes des eingeprägten Musters ist aus einem
ferromagnetischen Material hergestellt. Ein Verfahren zum Einschreiben
eines Informationssignals in eine Band- oder plattenförmiges,
magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer ferromagnetischen Dünnschicht
oder Beschichtung wird dadurch durchgeführt, dass die Oberfläche des magnetischen
Aufzeichnungsmediums in Kontakt mit dem Master-Informationsträger gebracht
wird, um ein magnetisches Muster entsprechend dem eingeprägten Muster
des Master-Informationsträgers in
das magnetische Aufzeichnungsmedium einzuschreiben.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein CMT-Verfahren für Servomuster
auf magnetischen Senkrecht-Aufzeichnungsfestplatten bereitzustellen, das
die Übertragung
von beliebig geformten, magnetischen Muster mit scharfen Randgrenzen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
charakterisiert.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines magnetischen Senkrecht-Aufzeichnungssystems nach
dem Stand der Technik ist, das eine Zweischichtenplatte (d. h. eine
magnetische Senkrecht-Datenaufzeichnungsschicht, die auf einer „weichen", magnetisch permeablen
Unterschicht ausgebildet ist) einen einpoligen Schreibkopf und ein
Leseelement umfasst;
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die 2A–2B den
Stand der Technik bei der magnetischen Kontaktübertragung auf eine magnetische
Longitudinal-Aufzeichnungsplatte zeigen;
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die 3A–3B eine
Draufsicht bzw. eine teilweise geschnittene Darstellung einer magnetischen
Aufzeichnungsfestplatte sind, die ein Muster von Servosektoren zeigt,
die sich im Wesentlichen radial über
eine ringförmige
Datenbank erstreckt;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
von einem der Servosektoren von 3A ist,
die die Servoblocks, die in oder aus der Papierebene heraus magnetisiert
sind;
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5A eine
schematische Darstellung des Gleichstrom-Magnetisierungsverfahrens
für die
vorliegende Erfindung ist;
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5B eine
schematische Darstellung des Wechselstrom-Löschverfahrens für die vorliegende Erfindung
ist;
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5C eine
schematische Darstellung des Servomuster-Erzeugungsverfahrens für die vorliegende
Erfindung ist und das Master-Template positioniert auf der magnetischen
Senkrecht-Aufzeichnungsplatte zeigt;
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6 eine
Familie von Kurven des berechneten Magnetfeldes gerade unterhalb
der Inselbereiche und der Ausnehmungsbereiche des Master- Templates
für verschiedene
Dicken der ersten Schicht in dem Template ist,
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7 eine
Darstellung des Verfahrens der Kontaktierung der Senkrecht-Aufzeichnungsplatte mit
dem Muster der Inseln unter Verwendung einer flexiblen Folie ist,
um mit der Krümmung
der Platte konform zu gehen,
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8A–8B sind
eine seitliche Schnittdarstellung bzw. eine Draufsicht der Vorrichtung,
die bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Eine
magnetische Senkrecht-Aufzeichnungsfestplatte mit einem senkrecht
magnetisierten Servomuster, das durch magnetische Kontaktübertragung
gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet ist, ist in Draufsicht in 3A und
im Schnitt in 3B gezeigt. Die magnetische
Aufzeichnungsplatte 10 umfasst ein starres Substrat 11 (beispielsweise
Glas), eine weichmagnetische Unterschicht 12, eine magnetische
Aufzeichnungsschicht 13, die eine senkrechte magnetische
Anisotropie hat, und eine äußere Schicht 15 (beispielsweise
eine Schutzbeschichtung, typischerweise amorpher „diamantartiger" Kohlenstoff). Ein
Schmiermittel, beispielsweise Perfluorpolyethylen (PFPE), ist typischerweise
auf der Oberfläche
der äußeren Schicht 15.
Die Platte 10 hat einen ringförmigen Datenabschnitt oder
ein Band, das durch einen Innendurchmesser (ID) 14 und
einen Außendurchmesser
(OD) 16 definiert ist. In dem Datenband sind unter gleichen
Winkeln beabstandete Servosektoren, beispielsweise ein typischer Servosektor 18,
eingefügt.
Die Servosektoren haben eine kurvenförmige oder bogenförmige Gestalt
von ID zu OD, weil der Lese/Schreib-Kopf im Festplattengerät durch
eine sich drehende Betätigungsvorrichtung
bewegt wird, die einem bogenförmigen
Pfad von ID zu OD folgt. Die Servosektoren sind jedoch als gerade,
radiale Linien in 3A zur Vereinfachung der Darstellung
gezeigt. Die Schnittdarstellung von 3B ist
entlang der Spur- oder Umfangsrichtung entnommen und zeigt das Substrat 11,
die Unterschicht 12 und die magnetische Senkrecht-Aufzeichnungsschicht 13 mit
typischen magnetisierten Bereichen 48, 34, 38,
die das Servomuster bilden, und die Außenschicht 15. Die
magnetisierten Bereich sind in Bezug auf die Ebenen der Aufzeichnungsschicht 13 senkrecht
magnetisiert, d. h., entweder in die Aufzeichnungsschicht hinein
oder daraus heraus, wie durch die Pfeile nach oben und unten in
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3B und
Pfeilspitzen und Pfeilenden in 4 gezeigt
ist. Im Betrieb des Festplattengeräts liest der Lese/Schreib-Kopf
oder schreibt Daten auf einer ausgewählten aus der Vielzahl der
konzentrischen Datenspuren, die zwischen den ID 14 und
dem OD 16 des ringförmigen
Datenbandes liegen. Um die Daten von einer ausgewählten Spur
genau zu lesen oder dort zu schreiben, muss der Kopf über der
Mittellinie der Spur gehalten werden. Entsprechend empfängt jedes
Mal, wenn einer der Servosektoren, beispielsweise der typische Sektor 18,
unter dem Kopf vorbei läuft,
das Steuersystem zur Positionierung des Festplattenkopfes eine Servoinformation von
den senkrecht magnetisierten Servoblöcken, die innerhalb des Servosektors
enthalten sind. Die in den Servoblöcken enthaltene Information
erzeugt ein Positions-Fehlersignal,
das von dem Kopfpositionierungs-Steuersystem verwendet wird, um
den Kopf zu der Spurmittellinie hin zu bewegen. Während einer vollständigen Umdrehung
der Platte 10 wird somit der Kopf kontinuierlich durch
die Servoinformation von den Servoblöcken in aufeinander folgenden
Servosektoren über
der Spurmittellinie gehalten.
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Eine
vergrößerte Darstellung
des typischen Servosektors 18 und Abschnitte der drei Datenspuren
sind in 4 gezeigt. Die drei Datenspuren 20, 22, 24 sind
im Umriss gezeigt. Alle schraffierten Bereiche von 4 stellen
magnetisierte Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13 dar,
die durch das magnetische Kontaktübertragungsverfahren gemäß der Erfindung
bemustert worden sind. Die Pfeilspitzen und Pfeilenden zeigen die
Richtung der Magnetisierung für
jeden magnetisierten Bereich an. Die nicht schraffierten Bereiche
von 4 stellen die Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13 dar,
die ihre ursprüngliche senkrechte
Gleichstrommagnetisierungsrichtung beibehalten, wenn die Platte
zuerst mit Gleichstrom magnetisiert wurde, oder alternativ die Bereiche,
die ihre Magnetisierung umregiert haben, wenn die Platte zuerst
Wechselstrom gelöscht
wurde. Ein Abschnitt des Servosektors 18 ist ein Servofeld 30,
das unter Abstand angeordnete Servoblöcke umfasst, beispielsweise
die typischen Servoblöcke 32, 34 und 36, 38. In
dem Servosektor 18 ist auch ein Feld 40 mit radialen
Streifen 42, 44, 46, 48 enthalten,
die dazu verwendet werden, eine Synchronisation und Verstärkungssteuerung
für nachfolgend
gelesene Servosignale von den Servoblöcken 32, 34,
und 36, 38 zu liefern. Eine zusätzliche
Information, beispielsweise Zeitgebermarkierungen, die den Beginn
eines Servosektors und/oder ein Muster zur Identifizierung der speziellen
Servospur durch Spurnummern bezeichnen, kann ebenfalls in dem Servosektor 18 enthalten sein.
Die Servoblöcke 32, 34 und 36, 38 in
dem Servofeld 30 und die radialen Streifen 42, 44, 46, 48 in den
Synchronisations/Verstärkungs-Feld 40 sind senkrecht
gleichstrommagnetisiert in Bezug auf die Ebene der Aufzeichnungsschicht 13,
d. h. in die Papierebenenfigur 4 hinein oder aus dieser
heraus.
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Das
Verfahren zur Ausbildung des Servomusters in einer magnetischen
Senkrecht-Aufzeichnungsplatte
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 5A–5C gezeigt.
Wie in der ersten Ausführung
in 5A gezeigt ist, wird die Platte 10 mit der
Aufzeichnungsschicht 13, die eine senkrechte, magnetische
Anisotropie hat, und die äußere Schutzschicht 15 als
erstes einem magnetischen Gleichstromfeld von dem Magnet 100 unterworfen.
Der Magnet 100 kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet
sein. Der Magnet kann relativ zu der Ebene der Aufzeichnungsschicht 13 bewegt
werden entweder durch Bewegen des Magneten relativ zu der stationären Platte
oder durch Bewegen der Platte relativ zu dem stationären Magneten.
Die Platte 10 kann auch stationär sein und einem magnetischen
Feld von einem stationären
Magneten ausgesetzt werden, der groß genug ist, um die gesamte
Fläche
der Platte dem Magnetfeld auszusetzen. Jedes dieser Verfahren der
Gleichstrommagnetisierung hat als Ergebnis, dass die gesamte Aufzeichnungsschicht 13 in
einer ersten Richtung senkrecht zu ihrer Ebene senkrecht magnetisiert
ist. In der alternativen Ausführung,
die in 5B gezeigt ist, wird die Platte 10 mit
der Aufzeichnungsschicht 13 wechselstromgelöscht durch Beaufschlagung
mit einem Elektromagneten mit hochfrequentem Wechselstrom, der ein
Magnetfeld mit abwechselnd entgegengesetzten Richtungen senkrecht
zu der Ebene der Aufzeichnungsschicht 13 anlegt. Nach der
Wechselstromlöschung
hat die Aufzeichnungsschicht 13 keine senkrechte Magnetisierung.
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Die
Master-Platte oder das Master-Template 50 ist in einer
Schnittdarstellung in 5C gezeigt und umfasst eine
Basis 52, eine erste Schicht 54 aus weichmagnetischem
Material und eine Vielzahl von Inseln 56 aus weichmagnetischem
Material auf der ersten Schicht 54. Die Bereiche des Templates 50 zwischen
den Inseln 56 sind als Ausnehmungen 58 gezeigt.
Die Basis 52 kann flexibel, beispielsweise als Kunststofffolie
aus Polyethylenterephtalat (PET), Naphtalat (PEN) oder Polyimide
sein. Die erste Schicht 54 aus weichmagnetischem Material
wird vorzugsweise durch Sputtern auf der Basis 52 abgeschieden.
Das weichmagnetische Material kann NiFe(22/78) oder NiFe(32/68)
oder NiFeCo(35/12/53) oder NiFe(55/45) oder NiFe(55/45) oder FeCo(62/38) oder
andere Legierungen von Ni, Fe und/oder Co aufweisen. Eine zweite
Schicht aus weichmagnetischem Material, die die Inseln 56 bilden
wird, wird dann auf der ersten Schicht 54 abgeschieden.
Als nächstes
wird eine Resistschicht auf der Oberseite der zweiten Schicht abgeschieden
und dann lithographisch belichtet und entwickelt, um ein Muster
in der Resistschicht zu bilden. Das weichmagnetische Material in
der zweiten Schicht wird dann unter Verwendung des Resistmusters
als Ätzmaske
entfernt, und der Resist wird entfernt, wobei das gewünschte Muster
aus Inseln 56 und Ausnehmungen 58 übrig bleibt. Wenn
es erwünscht
ist, dass die erste Schicht 54 und die Inseln 56 aus
der gleichen weichmagnetischen Materialzusammensetzung sind, dann
kann eine einzige Schicht aus weichmagnetischem Material mit den
Inselbereichen und den Ausnehmungsbereichen zwischen den Inselbereichen
lithographisch, wie oben beschrieben, ausgebildet werden, wobei
in diesem Fall die Inselbereiche eine Dicke haben, die im Wesentlichen
gleich der Dicke der einstückigen Schicht
ist.
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Wie
in 5C gezeigt ist, wird die Aufzeichnungsplatte 10 dann
mit ihrer oberen Schicht 15 in der Nachbarschaft (entweder
sehr nahebei oder in Kontakt mit) der Inseln 56 des Templates 50 positioniert.
Die obere Schicht 15 und die Inseln 56 können dadurch
in Kontakt platziert werden, dass die Aufzeichnungsplatte und das
Template mechanisch aufeinander gepresst werden, oder durch die
Verwendung einer Pumpe, um den Druck zwischen der Platte und dem
Template zu reduzieren, wodurch der atmosphärische Druck die beiden in
Kontakt miteinander bewegen kann. Wenn die Platte zuerst gleichstrommagnetisiert
wurde, legt der Magnet 100 oder ein anderer Magnet, wenn
das Gleichstrommagnetisierungsverfahren an einer anderen Stelle
in der Produktionslinie durchgeführt
worden ist, ein Magnetfeld in einer zweiten senkrechten Richtung
entgegengesetzt zu der ersten Richtung an die Aufzeichnungsschicht 13 an.
Wenn die Schicht zuerst gleichstrommagnetisiert wurde, kann das
Feld in der Weise angelegt werden, wie oben für das Gleichstrommagnetisierungsverfahren
beschrieben wurde. Wie durch die gestrichelten Feldlinien in 5C gezeigt
ist, tritt das senkrechte, magnetische Feld durch die erste Schicht 54,
die Inseln 56 und die Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13 unterhalb
der Inseln 56 hindurch, wodurch eine Umkehr der Magnetisierung
in diesen Bereichen bewirkt wird. Diese umgekehrte Magnetisierung
bleibt erhalten, nachdem das Feld von dem Magneten 100 entfernt
worden ist, weil die Stärke
des angelegten, magnetischen Feldes durch die Bereiche unterhalb
der Inseln 56 größer ist
als die Koerzitivkraft der Aufzeichnungsschicht 13. In
den Bereichen der Aufzeichnungsschicht 13 unterhalb der
Ausnehmungen 58 bleibt die Magnetisierung unverändert, weil
das Magnetfeld von den Abständen oder
Luftspalten in den Ausnehmungen 58 weg und zu den Inseln 56 hingerichtet
ist.
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Alternativ,
wenn die Platte zuerst wechselstromgelöscht wurde, tritt das senkrechte
Magnetfeld von dem Magneten 100 durch die erste Schicht 54, die
Inseln 56 und die Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13 unterhalb
der Inseln 56 hindurch, was eine Magnetisierung in diesen
Bereichen in der gleichen Richtung wie das angelegte Feld (in der „abwärts"-Richtung in 5C)
bewirkt. Wenn die Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13 unterhalb
der Aus nehmungen 58 dem Feld von dem Magneten 100 ausgesetzt
werden, haben sie die gleiche Magnetisierungsrichtung wie die Bereiche
unterhalb der Inseln („abwärts"). Sobald das Feld
von dem Magneten 100 von den Bereichen unterhalb der Ausnehmungen
entfernt wird, wird jedoch die Magnetisierung in diesen Bereichen
sich spontan umkehren („aufwärts” in 5C)
aufgrund der Dipolkopplung von den „abwärts"-magnetisierten Bereichen unterhalb
der Inseln. Dies beruht darauf, dass die Stärke des Magnetfeldes von dem
Magneten 100 in den Bereichen unterhalb der Ausnehmungen
geringer ist als die Koerzitivkraft der Aufzeichnungsschicht 13.
Dieses Wechselstromlöschverfahren
wird am besten auf „Hochfrequenz"-Servomuster angewendet, d. h. auf solche,
bei denen die Ausnehmung 58 verhältnismäßig kleine Abmessungen entlang
der Umfangs- oder Spurrichtung haben. Dies ermöglicht, dass die Dipolkopplungen
von den magnetisierten Bereichen unterhalb der Inseln 56 leichter
ihre Magnetisierung in den Bereichen unterhalb der Ausnehmungen 58 umkehren.
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Es
ist wichtig, sicherzustellen, dass alle Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13,
der Aufzeichnungsplatte unterhalb der bemusterten Inseln 56 des Master-Tamplates 50 magnetisiert
sind, und dass keiner der anderen Bereiche der Aufzeichnungsschicht 13 magnetisiert
sind. Dies wird durch eine geeignete Auswahl der Stärke des
Feldes von dem Magneten 100 und der Dicke und der Materialzusammensetzung
der ersten Schicht 54 und der Inseln 56 erreicht.
Die Dicke der Inseln 56 bestimmt die Dicke des Abstandes
zwischen der ersten Schicht 54 und der Aufzeichnungsschicht 13 in
den Ausnehmungen 58. Typische Beispiele dieser Parameter
sind 80–1600
nm für
die Dicke der Inseln 56 und 400–1600 nm für die Dicke der Schicht 54. 6 ist eine
Familie von Kurven des berechneten Magnetfeldes unmittelbar unterhalb
der Inselbereiche und der Ausnehmungsbereiche für verschiedene Dicken der ersten
Schicht in dem Template. Für
diese Daten war die erste Schicht 54 aus NiFe (1,1 Tesla)
und die Inseln 56 waren aus FeCo (2,2 Tesla) mit einer
Dicke von 160 nm. Die Täler
in der Familie der Kurven entsprechen dem berechneten Feld unterhalb
der Ausnehmungen 58 in dem Template. 6 zeigt,
dass eine Erhöhung
in der Dicke der Schicht 54 zu einem erhöhten Kontrast
führt,
der zwischen den Spitzen in den Kurven (entsprechend dem Feld unterhalb
der Inseln und den Tälern
in den Kurven) entsprechend dem Feld unterhalb der Ausnehmungen)
erhalten wird. Wenn der Wert des Feldes unterhalb der Ausnehmungen
kleiner ist als die magnetische Koerzitivkraft der Aufzeichnungsschicht 13,
und wenn der Wert des Feldes unterhalb der Inseln größer ist
als die Koerzitivkraft der Schicht 13, überträgt sich das Muster von dem
Template 50 auf die magnetische Aufzeichnungsschicht 13.
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Die
Positionierung der Aufzeichnungsplatte mit ihrer äußeren Schicht
in der Nachbar schaft zu den Inseln des Master-Templates ist schwierig,
weil die Aufzeichnungsplatte nicht flach ist sondern stattdessen
eine Krümmung
zeigt, wobei die Schwankung von Spitze zu Spitze in der axialen
Richtung (senkrecht zu der platten Oberfläche) 5 μm über einen Bereich oder einer
Periode von 20 mm und 0,25 μm über einer
Periode von 4 mm beträgt.
Aus diesem Grund ist es bevorzugt, ein flexibles Master-Template mit
einer flexiblen Folie als Base und einen Differenz-Gasdruck zu verwenden,
um die äußere Schicht der
Aufzeichnungsplatte in Kontakt mit den Inseln zu platzieren. Dies
ist in 7 gezeigt, wo das Master-Template 50 eine
flexible Folie als Basis 52 hatte und wo ein kleiner Differenz-Gasdruck ΔP an die
flexible Folie angelegt wird, um die Inseln 56 in Kontakt mit
der äußeren Schicht 15 der
Aufzeichnungsplatte 10 zu drücken, so dass das Master-Template
50 im Wesentlichen die gleiche Krümmung wie die Aufzeichnungsplatte 10 hat.
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Die
Vorrichtung für
CMT, die das flexible Template und den Differenz-Gasdruck verwendet,
ist in den 8A–8B gezeigt.
Eine Kammer 101 hat eine obere Öffnung 102 mit einem
Außenumfang 104.
Die Öffnung 102 ist
durch das flexible Template 50 mit den bemusterten Inseln 56 und
Ausnehmungen bedeckt. Die Kammeröffnung 102 wird
durch eine Klemme 106 und einen O-Ring 108 abgedichtet. Das
Innere der Kammer 101 hat einen Auslass 109, der
mit einem Druckregler 110 verbunden ist, der mit einer
Stickstoff-Druckquelle verbunden ist. Eine Drehbühne 120 liegt innerhalb
der Kammer 101 und trägt
eine Plattform 122, die sich um eine Achse 124 dreht.
Ein Permanentmagnet 100 und ein Gegengewicht 140 für den Magneten 100 sind
außerhalb
der Achse auf der Plattform 122 montiert. Wie in der Draufsicht
von 7B gezeigt ist, wobei das Template 50 entfernt
worden ist, sind die Feldlinien 132 des Magneten 100 aus
der Papierebene heraus orientiert, so dass die Aufzeichnungsplatte
in einer Richtung senkrecht zu der Ebene ihrer Aufzeichnungsschicht
magnetisiert wird. Die Bühne 120 ist
auch in der vertikalen Z-Richtung parallel zu der Achse 124 bewegbar,
so dass der Magnet 100 unter einem gewünschten Abstand von dem Template 50 positioniert
werden kann. Die Aufzeichnungsplatte 10, die bemustert
werden soll, ist auf einem Greiferarm 150 montiert, der
in den X-Y-Z Richtungen oberhalb des Templates 50 bewegbar
ist. Die Bewegung des Greiferarms 150 und der Bühne 120 wird
durch einen Bewegungscontroller, typischerweise einen PC, gesteuert.
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Um
mit der CMT der Servomuster auf die Aufzeichnungsplatte 10 zu
beginnen, wird die vorher gleichstrommagnetisierte Platte 10 (oder
die vorher wechselstromgelöschte
Platte 10) über
dem Template 50 durch den bewegbaren Greiferarm 150 positioniert
und zentriert. In diesem Beispiel wurde die Platte 10 in
einer ersten senkrechten Richtung nach unten und dem Template 50 in 8A zugewandt
(entgegengesetzt zu den Pfeilen 132) in einer separaten Produktionsstation
gleichstrommagnetisiert. Die Platte 10 wird in der Z-Richtung
so positioniert, dass ihre äußere Oberfläche die
Musterinseln 56 auf dem Tablett 50 leicht berührt. Als
nächstes
wird der Druckregler 110 verwendet, um den Druck in der
Kammer 101 leicht über
den atmosphärischen
Druck zu erhöhen, um
das Template 50 nach außen zu bewegen, so dass die
Inseln 56 in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der
Platte 10 gedrückt
werden. Während
ein anfänglich
leichter Kontakt der äußeren Oberfläche der
Platte 10 mit den Inseln 56 bevorzugt wird, kann die
Platte 10 so positioniert werden, dass sie sehr nahe bei
jedoch nicht in Kontakt oder nur in teilweisem Kontakt mit einigen
der Inseln steht, solange die Platte nur nahe genug angeordnet ist,
dass die Druckdifferenz die Inseln 56 so bewegt, dass sie
in den vollen Kontakt gepresst werden. Der Druck in der Kammer 101 und
die Flexibilität
der Folie gestattet es, dass die Inseln 56 der Kontur der äußeren Oberfläche der
Platte 10 folgen. Der Magnet 100 wird in der Z-Richtung
auf einen gewünschten
Abstand von dem Template 50 bewegt. Dieser Abstand hängt von der
Feldstärke
des Magneten 100, der Dicke des Templates 50,
dem Material und der Dicke der bemusterten Inseln 56 und
dem Material in der Aufzeichnungsschicht der Platte 10 ab.
Beispielsweise ist, wenn der Magnet ein 10 MGOe(mega Gauss-Oersted)-NiFeB-Permanentmagnet
mit einem Magnetfeld senkrecht zu der Ebene der Platte 10 ist und
wenn die Kunststoff-Folie ein 25 μm
dicker Polyemidfilm ist und wenn 160 nm dicke Musterinseln aus Ni32Fe68 gebildet sind,
der Abstand so gewählt,
dass er zwischen 0,1 und 0,3 mm liegt. Die Bühne 120 wird dann
gedreht, und der Magnet 100 legt das Feld 132 an
das ringförmige
Datenband auf der Platte 10 an. Dies kehrt die Magnetisierung
des ringförmigen
Datenbandes in den Bereichen der Aufzeichnungsschicht um, die unterhalb
der Inseln 56 auf dem Template 50 liegen (oder
induziert die Magnetisierung unterhalb der Inseln 56, wenn
die Aufzeichnungsschicht anfänglich
wechselstromgelöscht
worden ist). Dies führt
dazu, dass gerade nur diese Bereiche in der Aufzeichnungsschicht
unterhalb der Ausnehmungen 58 in der ersten senkrechten
Richtung gleichstrommagnetisiert bleiben (oder sich spontan umkehren, nachdem
das Feld von dem Magneten 100 entfernt worden ist, wenn
die Platte ursprünglich
wechselstromgelöscht
war).
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Das
Verfahren wurde mit einer Aufzeichnungsplatte beschrieben, die vorher
in einer Richtung gleichstrommagnetisiert wurde. Die Platte kann jedoch
in der Vorrichtung der 8A–8B gleichstrommagnetisiert
werden, wenn der Permanentmagnet durch einen Elektromagneten ersetzt
wird. In diesem Fall wird, nachdem die Platte 10 über den
Inseln 56 auf dem Template 50 positioniert, jedoch nicht
in Kontakt damit gebracht wurde, der Elektro magnet unterhalb des
Templates 50 positioniert, und ein Strom wird an den Elektromagneten
zugeführt, um
ein Feld in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Pfeile 132 (8B)
erzeugen. Die Bühne 120 wird
gedreht, und weil die Musterinseln 56 nicht in Kontakt
mit der äußeren Schicht
der Platte 10 sind, magnetisiert das Feld vorne den Elektromagneten
die gesamte Platte und zwar selbst diejenigen Bereiche, die direkt
gegenüberliegen
jedoch nicht in Kontakt mit den Ausnehmungen 58 sind. Das
Verfahren geht dann wie oben beschrieben weiter mit der Ausnahme,
dass Strom an den Elektromagneten in der entgegen gesetzten Richtung
angelegt wird, so dass das Feld auf die Platte in der Richtung der
Pfeile 132 angelegt wird. Wenn die Platte 10 zuerst
wechselstromgelöscht
worden ist, kann auch dies in der Vorrichtung der 8A–8B mit
einem Elektromagneten durchgeführt
werden.
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Die
flexible Folie für
die Basis ist vorzugsweise ein Kunststofffilm, beispielsweise aus
PET, PEN oder Polyimid, mit einer Dicke im Bereich zwischen 5 und
200 μm.
Im Handel erhältliche
Folien, die für
die Kunststof-Folie geeignet sind, umfassen Melinex 453, Melinex
725, Melinex 561, Mylar D1 und Kadanex 1000, die alle von DuPont
erhältlich
sind, und schleuderbeschichtete (sein-coated) Polyimidfolien, die
von HD MicroSystems erhältlich
sind. Die Druckdifferenz wird an das Template 50 angelegt,
um das Maß des
Kontakts der Inseln 56 mit der äußeren Schicht 15 der
Aufzeichnungsplatte 10 zu steuern. Es wurde gefunden, dass
ein Druck im Bereich zwischen 0,1 psi und 1,5 psi oberhalb des atmosphären Drucks verwendet
werden kann, um den Kontakt erfolgreich zu erreichen. Der für das Erreichen
des Kontakts erforderliche Druck hängt von der Periode der Krümmung der
Aufzeichnungsplattenoberfläche
und der Dicke und Steifigkeit der flexiblen Folie ab.
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Das
Ziel der Herstellung der flexiblen Folie mit den Musterinseln ist
es, eine mechanisch stabile, dauerhafte Master-Platte zu erzeugen,
die viele Male verwendet werden kann. In einem Verfahren zur Herstellung
der Kunststofffolie wird eine Polyimidlösung auf einem herkömmlichen,
einen kristallinen Siliziumwafer durch Schleudern als Schicht aufgebracht
und dann bei hohen Temperaturen ausgehärtet. Der ausgehärtete Polyimidfilm
kann dann für
sich von dem Wafer entfernt werden, oder der mittlere Abschnitt des
Wafers kann durch Ätzen
von der gegenüberliegenden
Seite des Polyimidfilms her entfernt werden, wobei der Polyimidfilm übrig bleibt,
der mit dem äußeren Siliziumring,
der nach dem Ätzen übrig bleibt, befestigt
ist und davon getragen wird. In einem alternativen Verfahren der
Herstellung der Kunststofffolie wird eine dünne Kunststofffolie aus PTE
oder PEN-Material an einem starren Substrat unter Verwendung eines
Klebemittels, das auf der einen Seite der Kunststofffolie angebracht
wird, befestigt wird. Die Kunststofffolie wird dann an dem Substrat
erst während
des Herstellungsverfahrens befestigt. Der Klebstoff kann ein mit
ultraviolettem Licht lösbaren Kunststoff
sein, so dass, wenn ein transparentes Substrat (beispielsweise Glas)
verwendet wird, das Lösen
der Kunststofffolie von dem Substrat an dem Ende des Herstellungsverfahrens
durch Bestrahlung mit ultra-violettem Licht durch das Substrat hindurch erreicht
wird.