DE69431152T2

DE69431152T2 - Interferometrisches flughöhenmessgerät

Info

Publication number: DE69431152T2
Application number: DE69431152T
Authority: DE
Inventors: P. Danson; R. Hollars
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 1993-04-29
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2014-04-16
Also published as: EP0700505A1; JPH08509812A; ATE221984T1; EP0700505A4; JP3027769B2; WO1994025822A1; DE69431152D1; US5473431A; EP0700505B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum genauen Messen der Schwebehöhe eines Lese-/Schreib-Kopfs über einer sich drehenden Platte oder dergleichen, und insbesondere auf ein interferometrisches Weißlichtgerät und ein Verfahren, das extrem kleine Schwebehöhen bis zu Null Mikroinch messen kann.

Beschreibung des Standes der Technik

Lese-/Schreib-Köpfe in Magnetspeichergeräten sind dazu bestimmt, über dem Speichermedium zu "schweben". Bei Festplattenlaufwerken vom Winchester-Typ zwingt beim Anlaufen des Laufwerks ein Polster zirkulierender Luft über der Oberfläche der Platte, sobald die Speicherplatte eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit erreicht hat, den Kopf nach oben von der Oberfläche der Platte weg, um dadurch eine Schwebehöhe zu erreichen. Sehr niedrige Schwebehöhen bieten mehrere Vorteile, zuallererst denjenigen, dass das Schwebenlassen des Kopfs sehr nahe an der Plattenoberfläche eine hohe Datenbitdichte ermöglicht (das heißt, die Anzahl von Datenbits pro Inch auf einer Datenspur der Speicherplatte). So sind im gesamten Industriezweig Anstrengungen unternommen worden, um die Höhe zu verringern, mit der Lese-/Schreib-Köpfe über den Aufzeichnungsflächen gehalten werden. In den 60er-Jahren betrugen Schwebehöhen üblicherweise etwa 2,54 · 10³ mm (100 Mikroinch (u")). Heutzutage haben technologische Fortschritte bei Lese- /Schreib-Köpfen und bei der Plattenlaufwerkgestaltung die Verringerung der Schwebehöhen bis auf nicht mehr als einen Bruchteil eines Mikrons ermöglicht.
Um die Arbeitsweise und die Leistung eines Plattenlaufwerks zu entwerfen und effektiv einzuschätzen, ist es nötig, genau zu bestimmen, wie hoch der Kopf über der Platte schwebt, und ob es irgendeine signifikante Abweichung in der Schwebehöhe gibt, wenn sich die Platte dreht. Wenn Kopf- /Schwebe-Höhen größer waren, wurden Verfahren, wie zum Beispiel ein herkömmliches Interferometrie-Verfahren unter Verwendung von Weißlich oder monochromatischem Licht, angewandt, um die Höhe genau zu messen.
Bei der herkömmlichen Weißlicht-Interferometrie gemäß Fig. 1a wird eine Weißlichtquelle 15 (das heißt, das Spektrum aller elektromagnetischer Wellen mit sichtbarer Frequenz) beispielsweise durch die Unterseite einer Glasplatte 16 gerichtet. Ein erster Abschnitt bzw. Teil des Lichts 15a wird von der oberen Oberfläche der Platte nach unten zurückgeworfen, während ein zweiter Abschnitt bzw. Teil des Lichts 15b durch die Platte hindurchgeht und von der unteren Oberfläche des Luftlager-Gleitstücks (air-bearing slider) 17 zurückgeworfen wird. Jede der mehreren Wellenlängen sowohl im ersten als auch im zweiten Lichtabschnitt weisen nach wie vor die gleiche Phase bei der Reflexion auf, die Phase des ersten Abschnitts ist jedoch in Bezug auf den zweiten Abschnitt verschoben. Somit bilden die ersten und zweiten Lichtabschnitte bei der Rekombination ein Interferenzmuster. Dieses Interferenzmuster ist für das menschliche Auge als mindestens eine Farbe aus dem sichtbaren Lichtspektrum enthaltend sichtbar (ein übliches Beispiel eines Interferenzmusters in einem anderen Kontext ist das von einer Ölspur auf dem Pflaster reflektierende Licht. Die sichtbaren Farben ergeben sich aus einem Interferenzmuster in Folge von Lichtwellen, die sich nach dem Abprallen von den oberen und unteren Oberflächen des Öls rekombinieren.) Die Farben des Interferenzmusters, das sich aus von der oberen Oberfläche einer Platte und einem Luftlager-Gleitstück reflektierten Lichtwellen ergibt, zeigen ausschließlich die Höhe des Luftlagergleitstücks über der Oberfläche der Platte an.
Ein Problem bei einem solchen Verfahren besteht darin, dass zwar die Farbe eines Interferenzmusters eine gute Einschätzung der Frequenz der darin enthaltenen Lichtwellen ergibt, dass es jedoch extrem schwierig ist, mit dem nackten Auge die tatsächlichen Frequenzen der vielen Lichtquellen in dem Muster zu bestimmen. Ohne bekannte Frequenzen ist die Bestimmung der Schwebehöhe eine reine Schätzung. Dieses Problem ist durch Eingeben des Interferenzmusters in ein Spektrophotometer gelöst worden, das genau alle in dem Muster vorhandenen Frequenzen messen kann. Das Spektrophotometer erzeugt ein Intensitätsprofil, welches anschließend durch einen Computer-Algorithmus analysiert werden kann, um die Schwebehöhe genau zu bestimmen.
Ein Beispiel einer solchen interferometrischen Schwebehöhen-Messvorrichtung wird durch Pacific Precision Laboratories Inc. (PPL), 9207 Eton Avenue, Chatworth, CA 91311, hergestellt. Die PPL-Vorrichtung ist in der Lage, Schwebehöhen von etwa 101,6 · 10&supmin;&sup6; mm bis etwa 127 · 10&supmin;&sup6; mm (4-5 Mikroinch (u")) zu messen. Es ist jedoch bei dem PPL- Gerät und anderen herkömmlichen interferometrischen Schwebehöhen-Messgeräten äußerst schwierig. Schwebehöhen zu messen, die kleiner als diese Größen sind. Mit Schwebehöhen unter 101,6 · 10&supmin;&sup6; bis 127 · 10&supmin;&sup6; mm (4-5 u") ist die Phasenverschiebung des ersten Abschnitts von von der oberen Oberfläche der Platte reflektiertem Licht sehr gering in Bezug auf den zweiten Abschnitt des vom Luftlager-Gleitstück reflektierten Lichts. Diese geringfügige Phasenverschiebung ergibt ein Interferenzmuster, bei dem die Intensität jeder Wellenlänge relativ schwach ist und das Intensitätsprofil aller Wellenlängen zusammen eine relativ flache Kurve ergibt.
Fig. 1b zeigt mehrere Intensitätsprofile und die Schwebehöhen, bei denen sie erzeugt werden. Wie daraus zu ersehen ist, sind die Kurven unterhalb 101,6 · 10&supmin;&sup6; bis 127 · 10&supmin;&sup6; mm (4-5 u") relativ flach und nicht unterscheidbar. Es ist somit sehr schwierig, eine Schwebehöhe aus diesen Profilen genau zu bestimmen. Zur Zeit werden Plattenlaufwerke mit Schwebehöhen entwickelt, die geringer sind als 101,6 · 10&supmin;&sup6; bis 127 · 10&supmin;&sup6; mm (4-5 u"), und herkömmliche Weißlicht- Interferometervorrichtungen sind in der Lage, diese Schwebehöhen genau zu messen.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen interferometrischen Messung von Schwebehöhen besteht darin, dass die Oberfläche der Glasplatte kein guter Reflektor ist, und die Intensität des vom Gleitstück reflektierten Lichts viel stärker ist als die Intensität des von der oberen Oberfläche der Platte reflektierten Lichts. Dies ergibt ein schwaches Interferenzmuster.
Es ist auch eine monochromatische Interferometrie verwendet worden, um Kopf-Schwebehöhen zu messen. In solchen Systemen wird eine monochromatische Lichtwelle, beispielsweise von einem Laser, auf eine Glasplatte und ein Luftlager-Gleitstück gerichtet, und es ergibt sich ein Interferenzmuster nach obiger Beschreibung. Die Verwendung einer Einzelfrequenz-Lichtquelle ermöglicht eine einfachere Messung des sich ergebenden Interferenzmusters.
Monochromatische Interferometer-Messgeräte sind zwar fähig, extrem kleine Schwebehöhen zu messen, sie sind jedoch sehr teuer. Die Durchschnittskosten einer solchen Maschine betragen etwa das 5- bis 10-fache von interferometrischen Weißlicht-Schwebehöhen-Messgeräten. Außerdem sind monochromatische Geräte schwer zu eichen und müssen in einer stark überwachten Umgebung verwendet werden. Alle diese Faktoren machen monochromatische Geräte unpraktisch für eine Verwendung in größerem Maßstab beim Testen von Lese-/Schreib- Kopf-Schwebehöhen in Produktionsstraßen.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 26, Nr. 9,9. Februar 1984, Seiten 4822-4823, "Interferometrie Thickness Measurement of very thin air gaps or films" offenbart eine Anordnung, die für die Analyse der Schwebehöhe von Magnetplattenköpfen geeignet ist.

ABRISS DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur bereitzustellen, welche die Schwebehöhe eines Lese-/Schreib-Kopfs über einer Platte bei extrem kleinen Schwebehöhen bis zu Null Mikroinch genau messen kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Schwebehöhe durch Interferometrie unter Verwendung einer Weißlichtquelle zu berechnen.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur wie die obige bereitzustellen, die billig ist und die leicht und kostengünstig in bestehende Schwebehöhen-Messvorrichtungen eingegliedert werden kann.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, die auf eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 19 zum genauen Messen von Schwebehöhen bis auf Null Mikroinch gerichtet ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Messen einer Schwebehöhe eines Lese-/Schreib-Kopfs über einer sich drehenden Platte bereitgestellt, wobei das System umfasst:
eine transparente Platte (20),
eine Abstandsschicht (24), die eine obere Oberfläche aufweist und auf einer strahlaufteilenden oberen Oberfläche (22) der transparenten Platte angeordnet ist,
ein Spektrophotometer (52), und
eine Weißlichtquelle (28), die so angeordnet ist, dass sie einen auf eine Unterseite der transparenten Platte so auftreffenden Lichtstrahl liefert, dass ein erster Teil des Lichtstrahls von der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte reflektiert wird und ein zweiter Teil des Lichtstrahls von einer Unterseite des Lese-/Schreib-Kopfs reflektiert wird, wobei die ersten und zweiten Lichtstrahlen ein Interferenzmuster zur Erfassung durch das Spektrophotometer bilden und für die Schwebehöhe des Lese- /Schreib-Kopfs über der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte repräsentativ sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
eine lichtreflektierende Oberfläche (44) an der oberen Oberfläche der Abstandsschicht so angeordnet ist, dass ein dritter Teil des Lichtstrahls, der von der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte reflektiert wird, und ein vierter Teil des Lichtstrahls, der von der lichtreflektierenden Oberfläche reflektiert wird, ein Bezugsinterferenzmuster zur Erfassung durch das Spektrophotometer bilden, wobei das Bezugs-Interferenzmuster repräsentativ für die Dicke der Abstandsschicht ist, um zu ermöglichen, dass die Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs über der sich drehenden Platte durch Subtrahieren der Dicke der Abstandsschicht von der Höhe des Lese-/Schreib-Kopfs über der strahlteilenden Oberfläche bestimmt wird.
Vorteilhafterweise umfasst das System eine Strahlteilerschicht (22), die eine obere Oberfläche aufweist und auf der oberen Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist, wodurch die strahlteilende obere Oberfläche der transparenten Platte die obere Oberfläche der Strahlteilerschicht (22) umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer Schwebehöhe eines Lese- /Schreib-Kopfs über einer sich drehenden Platte bereitgestellt, umfassend:
Richten von Weißlicht auf eine Unterseite einer transparenten Platte (20),
Erhalten eines Interferenzmusters mittels eines ersten Teils des von einer strahlteilenden oberen Oberfläche (22) der transparenten Platte reflektierten Weißlichts, sowie eines zweiten Teils des durch eine Abstandsschicht (24), die eine obere Oberfläche aufweist und auf der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist, hindurchgehenden Weißlichts, wobei der zweite Teil von einer Unterseite des Lese-/Schreib-Kopfs reflektiert wird und die ersten und zweiten Teile in Kombination das Interferenzmuster bilden, das für die Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs über der strahlteilenden Oberfläche repräsentativ ist,
Erfassen des Interferenzmusters mittels eines Spektrophotometers (52), gekennzeichnet durch:
Erhalten eines Bezugs-Interferenzmusters, das aus einem dritten Teil des von der strahlteilenden Oberfläche reflektierten Weißlichts und einem vierten Teil des von einer an der oberen Oberfläche der Abstandsschicht angeordneten, lichtreflektierenden Oberfläche reflektierten Weißlichts entsteht, wobei der dritte und vierte Teil kombiniert werden, um das Bezugs-Interferenzmuster zu bilden, das für die Dicke der Abstandsschicht repräsentativ ist, und
Erfassen des Bezugs-Interferenzmusters mittels eines Spektrophotometers, um so zu ermöglichen, dass die Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs durch Subtrahieren der Dicke der Abstandsschicht von der Höhe des Lese-/Schreib- Kopfs über der strahlteilenden Oberfläche bestimmt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Vorsehen einer Strahlteilerschicht auf der oberen Oberfläche der transparenten Platte, wodurch die strahlteilende Oberfläche eine obere Oberfläche der Strahlteilerschicht umfasst.
Die Schwebehöhe des Kopfs über der Plattenoberfläche wird durch Richten von Weißlicht auf die Unterseite der sich drehenden Platte berechnet. Die dünne Metallschicht wirkt als Strahlteiler, wobei sie einen ersten Abschnitt des Strahls zurück nach unten reflektiert und einen zweiten Abschnitt des Luftlager-Gleitstücks weg nach unten zurück reflektiert zu werden. Nach der Reflexion ist die Phase des zweiten Lichtabschnitts in Bezug auf den ersten Abschnitt verschoben, und die beiden Abschnitte rekombinieren sich, um ein Interferenzmuster zu bilden. Die Hinzufügung der Abstandsschicht erhöht die Phasenverschiebung im Interferenzmuster, wodurch sich ein Muster mit relativ intensiven und unterschiedlichen Wellenlängen ergibt. Dieses Muster wird dann einem Spektrophotometer eingegeben, welches ein Intensitätsprofil mittels grafischer Darstellung der Intensität jeder Licht-Wellenlänge innerhalb des Interferenzmusters erzeugt (Fig. 1b). Jedes Intensitätsprofil stellt eine einzelne Höhe des Luftlager-Gleitstücks über der Strahlteilerschicht dar, wobei die Höhe unter Verwendung eines Computerprogramms berechnet werden kann.
Um eine Eichungsreferenz für die Berechnung der Schwebehöhe zu erhalten, wird ein zweiter Lichtstrahl wie vorher auf die gleitstückartige Struktur gerichtet, die auf der Oberfläche der Abstandsschicht befestigt ist, und die Höhe der gleitstückartigen Struktur über der Strahlteilerschicht (das heißt die Dicke der Abstandsschicht) wird berechnet. Die Schwebehöhe ergibt sich dann aus der Differenz aus der Höhe des Luftlager-Gleitstücks über der Strahlteilerschicht und der Höhe der gleitstückartigen Struktur über der Strahlteilerschicht.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1a eine Schnittansicht einer Kopf-/Platten- Grenzfläche mit einer auf sie einwirkenden Lichtquelle bei herkömmlicher Interferometrie,
Fig. 1b das Intensitätsprofil für mehrere Schwebehöhen, bestimmt durch herkömmliche Interferometrie,
Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer Kopf- Betätigeranordnung und Plattenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3a eine vergrößerte Schnittansicht der Kopf- und Plattenanordnung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3b eine vergrößerte Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Kopf- und Plattenanordnung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Kopf- und Plattenanordnung gemäß Fig. 2, ferner eine darauf einwirkende Lichtquelle bei herkömmlicher Interferometrie zeigend,
Fig. 5a eine schematische Darstellung der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erhalten eines Interferenzmusters,
Fig. 5b eine schematische Darstellung einer alternativen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erhalten eines Interferenzmusters,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7a eine vergrößerte Schnittansicht einer Plattenanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 7b eine vergrößerte Schnittansicht einer Kopf- und Plattenanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Struktur zum genauen Messen extrem kleiner Schwebehöhen von Lese-/Schreib-Köpfen über sich drehenden Speicherplatten in Festplattenlaufwerken vom Winchester-Typ. Die Struktur wendet interferometrische Prinzipien an, um ein Interferenzmuster aus einem auf die Kopf-/Platten-Grenzfläche gerichteten Weißlichtquellenstrahl zu erhalten. Anschließend kann eine Spektrophotometrie angewandt werden, um das Interferenzmuster als Wellenlängen-Intensitätsprofil anzuzeigen, welches eindeutig die Schwebehöhe angibt.
Gemäß den Fig. 2 bis 7 umfasst die vorliegende Erfindung eine Plattenanordnung 18 mit einer Standard-Glasplatte 20, wie sie beispielsweise in der PPL-Schwebehöhen- Testvorrichtung verwendet wird. Die Platte 20 kann in der Dicke gleichmäßig variieren, zeigt aber die Eigenschaft, gegenüber Licht durchlässig zu sein (das sichtbare Spektrum im Frequenzband von etwa 3,84 · 10¹&sup4; Hz bis etwa 7,69 · 10¹&sup4; Hz). Die Plattenanordnung 18 umfasst ferner eine dünne Reflexionsschicht 22, die auf die obere Oberfläche der Platte 20 aufgebracht ist. Wie im "Hintergrund der Erfindung" bemerkt wurde, ist die obere Oberfläche der Glasplatte 20 ein relativ schwacher Lichtreflektor mit einem Brechungsindex (n) von etwa 1,5, und die Aufnahme der Schicht 22 verbessert die Reflexivitat von Licht an der oberen Oberfläche der Platte 20 erheblich. Die Schicht 22 kann vorzugsweise aus Chrom bestehen, es kann jedoch jedes von mehreren Materialien mit einem hohen Brechungsindex von zum Beispiel 2,5 verwendet werden. Die Schicht 22 kann alternativ Titandioxid (TiO&sub2; oder Ti&sub2;O&sub3;) umfassen. Zusätzlich zu einem hohen Brechungsindex ist Titanoxid ein ausgezeichneter Lichtüberträger mit sehr geringer interner Absorption. Andere mögliche Materialien, aus denen die Schicht 22 gebildet werden kann, umfassen verschiedene Metalle, Metalllegierungen und Dielektrika. Die Schicht 22 sollte so gewählt sein, dass darauf auf treffendes Licht gespalten wird, wobei ein erster Abschnitt reflektiert und ein zweiter Abschnitt übertragen wird. Solche Materialien werden für gewöhnlich als "Strahlteiler" (beam Splitters) bezeichnet. Die Strahlteilerschicht 22 kann durch einen Dünnschicht-Aufbringungsprozess wie zum Beispiel Sputtern oder Plattieren aufgetragen werden. Wenn die Schicht 22 aus Chrom gebildet wird, beträgt die optimale Dicke etwa 10,0 Manometer und kann vorzugsweise zwischen 8 und 10 Manometer liegen.
Die Plattenanordnung 18 weist ferner eine Abstandsschicht 24 auf, die an der oberen Oberfläche der Strahlteilerschicht 22 vorgesehen ist. Die Abstandsschicht 24 kann vorzugsweise aus Quarz oder einem anderen Material, das zumindest gegenüber sichtbaren Lichtfrequenzen durchlässig ist, bestehen. Die Abstandsschicht 24 wird gleichmäßig und einheitlich auf der Strahlteilerschicht 22 aufgebracht und weist eine glatte obere Oberfläche auf, die eine ausreichende Härte hat, um einem Aufschlag durch den Lese-/Schreib-Kopf oder anderen Stößen zu widerstehen. Wenn die Abstandsschicht aus Quarz gebildet ist, beträgt die optimale Dicke etwa 300,0 Manometer. Es ist anzumerken, dass diese Dicke über einen bestimmten Bereich verstärkt oder verringert werden kann, so dass das bei der Interferometrie mit einer gegebenen Dicke der Abstandsschicht 24 erhaltene Interferenzmuster selbst bei einer Null-Schwebehöhe im sichtbaren Lichtspektrum bleibt.
Die Strahlteilerschicht 22 hat die zusätzliche Funktion, eine starke und widerstandsfähige Bindeschicht zwischen den Oberflächen der Platte 20 und der Abstandsschicht 24 bereitzustellen. Die Hafteigenschaften der Strahlteilerschicht 22 liefern eine robustere Gestaltung der Plattenanordnung als nur die Platte 20 und die Abstandsschicht 24 für sich allein.
Wie weiter unten näher erläutert wird, wird bei Auftreffenlassen von Licht auf die Unterseite der Plattenanordnung 18 ein erster Abschnitt 27a (Fig. 3a) von der Strahlteilerschicht 22 weg reflektiert, und ein zweiter Abschnitt 27b wird von der Unterseite des Gleitstücks 36 weg reflektiert. Diese Abschnitte 27a und 27b rekombinieren sich, um das die Schwebehöhe angebende Interferenzmuster zu bilden. Es ist erwünscht, dass beide Abschnitte 27a und 27b Wellen mit hoher Intensität und hoher Amplitude sind, wodurch sie ein Interferenzmuster mit klar definierten Maxima- und Minima-Punkten ergeben.
Wenn aber Licht von einer Substanz zu einer zweiten Substanz übergeht und die Substanzen verschiedene Brechungsindizes aufweisen, wird eine bestimmte Lichtmenge durch die erste Substanz zurück reflektiert, ohne in die zweite Substanz einzutreten. Damit wird ein Abschnitt bzw. Teil des Lichts 27, der von der Abstandsschicht 24 in das Fluid zwischen der Abstandsschicht und dem Gleitstück 36 übertritt, von der oberen Oberfläche der Abstandsschicht 24 durch die Abstandsschicht 24 zurück reflektiert, wodurch die Intensität des Teils 27b vermindert wird. Wenn die Abstandsschicht aus Quarz besteht und das Fluid zwischen der Abstandsschicht und dem Gleitstück Luft ist, wird etwa 3% des Lichts zurückgeworfen.
Um dies zu vermeiden, kann gemäß Fig. 3b die obere Oberfläche der Abstandsschicht 24 eine herkömmliche Anti- Reflexionsbeschichtung 25 aufweisen. Die Beschichtung 25 verringert die von der oberen Oberfläche der Abstandsschicht 24 zurückgeworfene Lichtmenge erheblich und ermöglicht, dass Licht durch diese hindurchgeht, um von der Unterseite des Gleitstücks 36 zurückgeworfen zu werden. Auf diese Weise kann die Intensität des Abschnitts bzw. Teils 27b maximiert werden. Die Beschichtung 25 kann außerdem eine hohe Härte aufweisen, um Kratzer und Verschleiß zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung kann ferner mit Flüssigkeit als Fluid zwischen der Plattenoberfläche und dem Gleitstück arbeiten. In diesem Fall würde die Flüssigkeit oder ein der Flüssigkeit zugesetztes Dotiermittel so gewählt, dass sich der Brechungsindex der Flüssigkeit stark dem Brechungsindex der Abstandsschicht 24 annähert. Auf diese Weise wird die an der Grenze zwischen der Flüssigkeit und der Abstandsschicht reflektierte Lichtmenge minimiert.
Gemäß Fig. 4 ist die Platte 20 mit einem Lampen- Referenzabschnitt 26, vorzugsweise am Außendurchmesser der Platte 20, versehen, wobei dieser Abschnitt freiliegt und nicht mit der Strahlteilerschicht 22 oder der Abstandsschicht 24 beschichtet ist. Der Zweck des Lampen-Referenzabschnitts 26 besteht darin, eine Kalibrierung bzw. Eichung der Lampe 28 zu liefern (Fig. 5a und 5b). Die Intensität der Lampe 28 kann an irgendeinem bestimmten Tag geringfügig variieren, und diese Variation muss gegebenenfalls vor der Erstellung des Interferenzmusters bestimmt werden. Daher wird vor der Messung der Schwebehöhe Licht von der Lampe 28 auf den Abschnitt 26 gerichtet. Die vom Abschnitt 26 zurückgeworfene Lichtmenge wird gemessen, und, da der Brechungsindex und die Reflexivität des Abschnitts 26 bekannt sind, die Intensität der Lampe 28 so berechnet.
Die Lampe 28 kann vorzugsweise eine herkömmliche Quecksilberdampflampe, Halogenlampe oder eine andere ähnliche Lichtquelle sein. Das von der Lampe emittierte Licht wird unter Verwendung von optischen Linsen (nicht dargestellt) fokussiert, so dass das auf die Platte auftreffende Licht etwa 1 bis 2 mm Durchmesser aufweist. Es ist anzumerken, dass die Lichtquelle durch andere Mittel und in anderen Durchmessern fokussiert werden kann.
Ein Lese-/Schreib-Kopf 30 kann durch eine Betätigeranordnung 32 getragen sein, um den Kopf in Bezug auf die Plattenanordnung 18 zu positionieren. Der Lese-/Schreib- Kopf 30 kann alternativ an einem Halterungsarm angebracht sein, der durch einen Controller 54 (Fig. 6) gesteuert wird, um sich in einer X-Y-Ebene parallel zu der Oberfläche der Platte 20 zu bewegen. Entweder mit dem Betätiger oder mit dem Halterungsarm bewegt der Controller 54 den Kopf 30 in Bezug auf die Oberfläche der Plattenanordnung 18 entweder in einer bogenförmigen Bahn (mit Schräglaufwinkel) oder einer linearen Bahn. Der Lese-/Schreib-Kopf 30 weist einen Wandler 34 und ein Luftlager-Gleitstück 36 auf. Bei einem arbeitenden Plattenlaufwerk liest der Wandler in Reaktion auf Signale von der Steuerschaltung Daten von einer Speicherplatte und schreibt Daten auf diese. In der vorliegenden Erfindung schreibt oder liest der Wandler 34 keine Daten, sondern ist nur vorhanden, um zu gewährleisten, dass Schwebehöhen- Testbedingungen identisch mit Bedingungen sind, unter denen ein Lese-/Schreib-Kopf während des normalen Betriebs über einer Platte eines Plattenlaufwerks schwebt.
Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist der Wandler 34 an einem Luftlager-Gleitstück 36 angebracht, welches wiederum an einer Betätigeranordnung oder einem Halterungsarm 32 angebracht ist und von diesem gehaltert wird. Die Konfiguration des Luftlager-Gleitstücks 36 im Allgemeinen weist Seitenschienen 38a und 38b auf, die sich von der Vorderkante des Gleitstücks 36 nach hinten erstrecken. Da die vorliegende Erfindung auf die Messung der Schwebehöhe in irgendeiner von mehreren Kopfgestaltungen angewandt ist, versteht es sich, dass das Gleitstück 36 auf mehrere verschiedene Weisen konfiguriert sein kann. Beispielsweise kann/können die Schiene 38a und/oder 38b eine keilförmige Abschrägung an ihrer Vorder- oder Hinterkante aufweisen. Außerdem kann die Breite und die Höhe der Schiene 38a und/oder der Schiene 38b variieren. Ferner kann die Schiene 38a und/oder 38b eine transversale Druckbeaufschlagungskontur aufweisen, wie sie in dem US-Patent Nr. 4 673 996 im Namen von White beschrieben und beansprucht ist. Bei der transversalen Druckbeaufschlagungskontur sind Rillen oder Konturen entlang der Länge einer oder beider Schienen 38a und 38b (das heißt, von der Vorderkante des Gleitstücks 36 nach hinten verlaufend) an der Innenseite und/oder der Außenseite beider Schienen eingeschnitten. Das Gleitstück 36 kann aus Titancarbid oder einem Verbundwerkstoff aus Titancarbid und Aluminiumoxid oder irgendeinem opaken, reflektierenden Material gebildet sein, aus dem herkömmliche Gleitstücke gebildet sind. Die Schienen 38a und 38b des Gleitstücks 36 sind glatt, um so sowohl eine gleichmäßige Schwebehöhe als auch gleichmäßige Reflexionseigenschaften zu bieten.
Die Betätigeranordnung oder der Halterungsarm 32 umfassen einen Arm 40, welcher ein Biegeelement 42 trägt, an dem der Lese-/Schreib-Kopf 30 angebracht ist. Der Arm 40 belastet den Lese-/Schreib-Kopf 30 zur Oberfläche der Plattenanordnung 18 mit einer Gramm-Last vor, welche je nach der Gestaltung des zu testenden Plattenlaufwerks variiert. Das Biegeelement 42 dient zum Tragen der Bodenfläche der Schienen 38a und 38b in einer Ebene parallel zur oberen Oberfläche der Quarz-Abstandsschicht 24.
Die lineare Geschwindigkeit der sich drehenden Plattenanordnung 18, vom Kopf 30 aus gesehen, variiert radial an der Plattenanordnung 18 gemäß der Beziehung, dass v = ω · r, wobei v die lineare Geschwindigkeit, vom Kopf aus gesehen, ist, ω die Winkelgeschwindigkeit der Plattenanordnung 18 ist, und r der Radius von der Drehachse der Plattenanordnung 18, an der der Kopf 30 liegt, ist. Somit wäre die lineare Geschwindigkeit der Plattenanordnung 18, vom Kopf 30 aus gesehen, wenn dieser an den äußeren Abschnitten der Platte gelegen ist, größer als die vom Kopf 30 aus betrachtete, wenn dieser an den inneren Abschnitten der Platte gelegen ist. Die Lineargeschwindigkeit der Platte bewirkt eine Schwebehöhe der Art, dass der Kopf bei größeren Geschwindigkeiten höher über der Platte schwebt. Daher können durch Einstellen der Position des Kopfs 30 über der Oberfläche der Plattenanordnung 18 verschiedene Schwebehöhen gemessen werden.
An der oberen Oberfläche der Quarz-Abstandsschicht 24 ist eine gleitstückartige Struktur 44 befestigt. Die gleitstückartige Struktur 44 kann durch bekannte Dünnschicht- Aufbringungsverfahren, wie zum Beispiel Sputtern oder Plattieren, auf die Quarz-Abstandsschicht 24 aufgebracht werden, während der Rest der Oberfläche der Abstandsschicht 24 geschützt bzw. abgeschirmt wird. Das Material der Struktur 44 wird vorzugsweise so gewählt, dass es die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Reflexivität wie das Gleitstück 36 aufweist, wodurch es optisch ein Luftlager-Gleitstück in permanentem, direktem Kontakt mit der freiliegenden oberen Oberfläche der Abstandsschicht 24 darstellt. Es wird jedoch für bestimmte Schwebehöhentests in Betracht gezogen, dass die Gleitstückstruktur 44 eine größere Reflexivität aufweisen kann als das Gleitstück 36.
Die Struktur 44 ist vorzugsweise in Ringform und konzentrisch mit dem Außendurchmesser der Abstandsschicht 24 vorgesehen. Das bei der Ausbildung der Struktur 44 verwendete Material kann Titancarbid, ein Verbundwerkstoff aus Titancarbid und Aluminiumoxid oder irgendein anderes Material sein, das eine Oberflächen-Reflexionseigenschaft aufweist, die im Wesentlichen äquivalent zu der des im Test befindlichen Luftlager-Gleitstücks 36 ist. Solche Gleitstücke sind allgemein optisch opak und reflektieren in etwa 19 bis 20% des auf sie auftreffenden Lichts. Wie später im Einzelnen erläutert wird, ist der Zweck der gleitstückähnlichen Struktur 44, eine Null-Schwebehöhen- Referenzhöhe zu liefern, gegenüber der die Höhe des Gleitstücks 36 über der Strahlteilerschicht 22 zu versetzen ist, um die tatsächliche Schwebehöhe des Gleitstücks 36 zu erhalten. Bei herkömmlichen Schwebehöhen-Testvorrichtungen wird die Null-Referenzschwebehöhe durch Landenlassen des Kopfs auf der Platte an mehreren verschiedenen Stellen und durch Mittelung berechnet. Zusätzlich zu den Schwierigkeiten bei der Berechnung von Schwebehöhen, die kleiner als 101,6 · 10&supmin;&sup6; mm (4u") nach obiger Beschreibung sind, ist dieses Verfahren zeitraubend, und Unebenheiten auf der Oberfläche der Platte oder des Lese-/Schreib-Kopfs verhindern einen vollkommenen Kontakt des Kopfs mit der Plattenoberfläche, wodurch sie eine echte Null-Referenzmessung verhindern. Durch Ablagern der Gleitstückstruktur 44 direkt auf die Platte kann eine schnelle und genaue Null-Referenzmessung durch Drehen der Platte und Vornehmen verschiedener Messungen erhalten werden. Da ein glatter, integraler Kontakt der Gleitstückstruktur 44 mit der Plattenoberfläche besteht, ist darüber hinaus die Messung eine echte Null-Referenzmessung.
Die Plattenanordnung 18 kann von einem herkömmlichen Spin-Motor 46 gedreht werden, der zum Umlauf mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit vorgesehen sein kann. Wie oben festgestellt wurde, variiert die Geschwindigkeit der Plattenanordnung 18, vom Kopf 30 aus gesehen, gemäß der Radialposition des Kopfs 30 in Bezug auf die Plattenanordnung 18. Da jedoch erwünscht sein kann, die Geschwindigkeit der Platte noch mehr zu variieren, liegt es im Schutzumfang der Erfindung, einen Spin-Motor mit variabler Geschwindigkeit bereitzustellen. Die Plattenanordnung 18 kann vorzugsweise auf einer Nabe 48 durch eine Plattenklemme 50 angebracht sein. Die Nabe 48 ist umfangsmäßig um den Spin-Motor 46 herum so angebracht, dass der Spin-Motor 46 im Zentrum der Plattenanordnung 18 gelegen ist.
Im Betrieb wird der Lichtstrahl von der Lampe 28 anfänglich auf einen Lampen-Referenzabschnitt 26 gerichtet, um die Lampe 28 nach obiger Beschreibung zu eichen. Sobald die Lampe 28 richtig geeicht ist, wird der Lichtstrahl von der Unterseite der Glasplatte 20 zum Lese-/Schreib-Kopf 30 gerichtet. Der Durchmesser des Strahls kann genügend verengt werden, um den Strahl entweder auf die Seitenschiene 38a oder 38b des Gleitstücks 36 zu fokussieren. Wie in den Fig. 3a, 3b und 4 gezeigt ist, dient die Schicht 22 als Strahlteiler, und zwar so, dass ein erster Abschnitt bzw. Teil des Lichtstrahls durch die Glasplatte 20 hindurchgeht und von der Oberfläche der Strahlteilerschicht 22 nach unten zurückgeworfen wird. Ein zweiter Abschnitt des Lichtstrahls passiert die Strahlteilerschicht 22 und wird von einer der Schienen 38a oder 38b des Gleitstücks 36 nach unten zurückgeworfen.
Das Variieren der Dicke der Strahlteilerschicht 22 verändert das Verhältnis der reflektierten Lichtmenge zu der übertragenen bzw. durchgehenden Lichtmenge. Eine relativ dicke Strahlteilerschicht 22 reflektiert einen hohen Prozentsatz an darauf auftreffendem Licht im Vergleich zu der übertragenen Lichtmenge. Auf analoge Weise überträgt eine relativ dünne Abstandsschicht 22 einen hohen Prozentsatz an Licht im Vergleich zu der reflektierten Lichtmenge. Die Dicke der Abstandsschicht 22 wird optimal so gewählt, dass die Intensität des ersten Lichtteils (27a, Fig. 3a und 3b) beim Austreten aus der unteren Oberfläche der Platte 20 im Wesentlichen gleich der Intensität des zweiten Lichtteils (27b, Fig. 3a und 3b) beim Austreten aus der unteren Oberfläche der Platte 20 ist. Die ersten und zweiten Lichtteile bzw. Lichtabschnitte sind zueinander phasenverschoben und rekombinieren sich, um ein Interferenzmuster zu bilden. Eine optimale Dicke der Strahlteilerschicht 22 kann durch Variieren der Dicke der Strahlteilerschicht erhalten werden, bis ein Interferenzmuster maximaler Intensität erzielt wird.
Das sich aus dem Phasenunterschied ergebende Muster ist eindeutig repräsentativ für die Höhe der Schienen 38a und 38b über der Strahlteilerschicht 22. Da Weißlicht verwendet wird, wird Licht aller verschiedenen sichtbaren Wellenlängen sowohl von der Strahlteilerschicht 22 als auch dem Gleitstück 36 reflektiert und rekombiniert, um das Interferenzmuster zu bilden. Um die Präsenz und Intensität der verschiedenen sichtbaren Wellenlängen in dem Muster zu ermitteln, wird es in ein herkömmliches Spektrophotometer 52 eingegeben, wie zum Beispiel das bei der interferometrischen Schwebehöhen- Messvorrichtung verwendete, das von Pacific Precision Laboratories hergestellt wird. Gemäß Fig. 6 wird das Interferenzmuster nach dem Austreten aus der Plattenanordnung 18 durch den Musterdetektor 51 in bekannter Weise abgefühlt. Der Musterdetektor 51 vermittelt dann das Interferenzmuster an das Spektrophotometer 52. Das Spektrophotometer 52 ist in der Lage, die Intensität jeder Lichtwellenlänge in dem Interferenzmuster zu bestimmen, um ein Wellenlängenintensitätsprofil zu erzeugen (wie das in Fig. 1b gezeigte). Die Einbeziehung der Abstandsschicht 24 verstärkt die Phasendifferenz zwischen dem von der Strahlteilerschicht 22 reflektierten Licht und dem von dem Gleitstück 36 reflektierten Licht. Daher weist das resultierende Interferenzmuster relativ variierende und intensive Wellenlängen auf, die einfach gemessen werden können.
Das Intensitätsprofil des Interferenzmusters ist eindeutig repräsentativ für die Höhe der Seitenschienen 38a und 38b über der Strahlteilerschicht 22. Diese Höhe kann durch eine Modifikation eines herkömmlichen Verfahrens bestimmt werden. Ein solches herkömmliches Verfahren besteht in einem Computer-Algorithmus, wie er durch das von Pacific Precision Laboratories hergestellte interferometrische Schwebehöhen-Messgerät exemplarisch gezeigt ist. In einem solchen System analysiert ein Programm im Computer 56 die Form einschließlich der Maxima und Minima des Intensitätsprofils und gibt eine entsprechende Höhe aus. Bei der vorliegenden Erfindung ist dieses Programm so modifiziert, dass es die Dicke der Ab Stands Schicht 24 berücksichtigt. Infolge der Abstandsschicht 24 zeigt das Intensitätsprofil selbst für sehr kleine Schwebehöhen klar erkennbare und präzise messbare Maxima und Minima, woraus die Höhe des Gleitstücks 36 über der Strahlteilerschicht 22 durch das Computerprogramm genau berechnet werden kann.
Nachdem die Höhe des Gleitstücks 36 über der Strahlteilerschicht 22 bestimmt ist, wird das Verfahren wiederholt, indem der Lichtstrahl von der gleitstückartigen Struktur 44 weg gerichtet wird. Wie bei dem Luftlager- Gleitstück wird ein Teil des Lichts von der Strahlteilerschicht 22 nach unten zurückgeworfen, und ein zweiter Teil geht durch die Strahlteilerschicht 22 hindurch und wird von der Unterseite der gleitstückartigen Struktur 44 nach unten zurückgeworfen. Das so erhaltene Interferenzmuster wird in das Spektrophotometer 52 eingegeben und ein Intensitätsprofil nach obiger Beschreibung erhalten. Dieses Profil wird durch das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung nach obiger Beschreibung analysiert, um die Höhe der gleitstückartigen Struktur 44 über der Strahlteilerschicht 22 zu bestimmen. Wenn die Strahlteilerschicht 22 in unmittelbarem Kontakt mit der Abstandsschicht 24 steht, die ihrerseits in unmittelbarem Kontakt mit der gleitstückartigen Struktur 44 steht, ist die so erhaltene Höhe der gleitstückartigen Struktur 44 über der Strahlteilerschicht 22 einfach die Dicke der Abstandsschicht 24. Durch Subtrahieren dieser Dicke von der Höhe des Luftlager-Gleitstücks über der Strahlteilerschicht 22 kann so die Höhe des Luftlager-Gleitstücks über der oberen Oberfläche der Abstandsschicht 24 erhalten werden. Dies ist die Schwebehöhe des Kopfs 30 über der Plattenanordnung 18.
Wie in Fig. 5a gezeigt ist, kann der Einfallwinkel des Lichtstrahls in Bezug auf die Glasplatte (das heißt der Winkel, den der Lichtstrahl mit einer zur Ebene, auf der sich die Platte 20 befindet, senkrechten Achse bildet) 0º betragen. In dieser Ausführungsform wird Licht von der Lampe 28 von einem Spiegel 60 durch einen Strahlteiler 62 auf die Unterseite der Plattenanordnung 18 reflektiert. Daraufhin wird das Licht aufgespalten und nach obiger Beschreibung rekombiniert, um ein Interferenzmuster zu bilden. Das Muster wird dann vom Strahlteiler 62 reflektiert und an das Spektrophotometer 52 übermittelt.
Ein Nachteil der unter Bezugnahme auf Fig. 5a beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass ein Teil des Interferenzmusters, das von der Plattenanordnung 18 und dem Gleitstück 36 reflektiert wird, durch den Strahlteiler 62 hindurch zurückfällt. Daher ist der Abschnitt des Interferenzmusters, der zum Spektrophotometer 52 hin reflektiert wird, von moderat geringer Intensität. Dieses Problem wird jedoch in der in Fig. 5b gezeigten Ausführungsform behoben. In dieser Ausführungsform ist der Einfallwinkel des Lichts ein beliebiger Winkel außer 0º. Licht von der Lampe 28 wird vom Spiegel 60 auf die Unterseite der Plattenanordnung 20 reflektiert. Daraufhin wird das Licht nach obiger Erläuterung getrennt und rekombiniert, um das Interferenzmuster zu bilden, das dem Spektrophotometer 52 über den Spiegel 64 übermittelt wird. Ein Ablenkblech 66 wird einbezogen, um zu gewährleisten, dass das Interferenzmuster nicht durch das Licht von der Lampe 28 beeinflusst wird, bevor es in die Plattenanordnung 18 eintritt.
Wie Fig. 6 zeigt, weist die vorliegende Erfindung einen Controller 54 zum Steuern des Betriebs und der Interaktion des Kopfs 30 und der Plattenanordnung 18 auf. Der Controller 54 weist eine Steuerschaltungsanordnung zum Erzeugen und Senden von Steuersignalen zu der Betätigeranordnung oder dem Halterungsarm 32 auf, um so den Kopf 30 in Bezug auf die Plattenanordnung 18 zu positionieren. Darüber hinaus kann der Controller 54 eine Steuerschaltungsanordnung zum Erzeugen und Senden von Steuersignalen zum Spin-Motor 46 aufweisen, um so die Geschwindigkeit, mit der sich die Plattenanordnung 18 dreht, zu variieren und zu steuern. In einer alternativen Ausführungsform kann der Controller 54 modifiziert werden, um die Intensität, Richtung und Dauer der Lichtquelle von der Lampe 28 zu steuern. Der Controller 54 kann auch modifiziert werden, um die Interaktion des Spektrophotometers 52 mit dem Rest des Systems zu steuern; das heißt, der Controller 54 kann den Musterdetektor 51 steuern, um das Interferenzmuster in das Spektrophotometer 52 einzugeben, und kann ferner die Übertragung des Intensitätsprofils vom Spektrophotometer 52 zu dem Computer 56 für die Bestimmung der Höhe aus dem Intensitätsprofil steuern. Der Controller 54 kann vorzugsweise ein Teil des Computers 56 sein. Ein Anwender kann Systemparameter in den Controller 54 über eine Tastatur oder eine ähnliche Struktur eingeben, die als Teil des Computers 56 aufgenommen ist.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Fig. 7a und 7b kann die Schwebehöhe des Gleitstücks 36 über der Plattenanordnung 18 genau berechnet werden, indem ein erstes Interferenzmuster ohne das eingebaute Gleitstück 36 erhalten und gespeichert wird, und dann ein zweites Interferenzmuster mit dem eingebauten Gleitstück 36 erhalten wird. Die Differenz zwischen den ersten und zweiten Interferenzmustern gibt eindeutig die Höhe des Gleitstücks 36 über der Plattenanordnung 18 an. Im Einzelnen wird gemäß Fig. 7a Licht 70 von der Lampe 28 auf die Unterseite der Plattenanordnung 18 nach obiger Beschreibung gerichtet. Licht wird an jeder Grenze in der Plattenanordnung 18 nach unten reflektiert. Das heißt, ein Abschnitt 70a wird von der Unterseite der Platte 20 reflektiert, ein Abschnitt 70b wird von der Strahlteilerschicht 22 reflektiert, und ein Abschnitt 70c wird von der oberen Oberfläche der Abstandsschicht 24 reflektiert. (Ein Lichtabschnitt der Lampe 28, der Abschnitt 70a in Fig. 7a, ist zwar aus Klarheitsgründen in den Fig. 3 bis 5 weggelassen, wird jedoch immer von der Unterseite der Platte 20 reflektiert, ohne in die Plattenanordnung 18 einzudringen.)
In dieser Ausführungsform ist es erwünscht, die Intensität der Abschnitte 70b und 70c zu maximieren, die von der Schicht 22 bzw. der oberen Oberfläche der Abstandsschicht 24 reflektiert werden. Daher wird keine anti-reflektierende Beschichtung auf die obere Oberfläche der Abstandsschicht 24 aufgebracht. Außerdem kann ein Ablenkblech oder eine nicht- reflektierende Beschichtung, die auf die untere Oberfläche der Platte 20 aufgebracht wird, dazu verwendet werden, die Intensität des Abschnitts 70a relativ zu den Abschnitten 70b und 70c zu minimieren. Da kein Gleitstück vorhanden ist, bleibt der Abschnitt 70d weiter ohne Reflexion. Das Interferenzmuster aufgrund der Abschnitte 70a, 70b und 70c wird dann durch das Spektrophotometer 52 analysiert und die Ergebnisse im Computer 56 gespeichert.
Anschließend wird gemäß Fig. 7b das Gleitstück 34 über der Plattenanordnung 18 gehalten, und wie vorher wird Licht 70 von der Lampe 28 auftreffen gelassen. Nun wird ein zusätzlicher Abschnitt 70e vom Gleitstück 36 nach unten zurückgeworfen. Das so aus den Abschnitten 70a, 70b, 70c und 70e erhaltene Interferenzmuster wird in das Spektrophotometer 52 eingegeben und die Ergebnisse mit den Ergebnissen verglichen, die mit dem Aufbau gemäß Fig. 7a erhalten wurden. Die Differenz in den beiden Interferenzmustern ist ein Ergebnis der zusätzlichen Komponente 70e, die von der Unterseite des Gleitstücks 36 reflektiert wird. Die beiden Ergebnisse können durch einen Computer-Algorithmus im Computer 56 analysiert werden, um so die Schwebehöhe des Gleitstücks 36 über der Plattenanordnung 18 zu ergeben.
Wie aus der obigen Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich ist, können extrem kleine Schwebehöhen unter Verwendung relativ billiger Weißlicht-Interferometrie-Techniken gemessen werden. In der Tat ist die vorliegende Erfindung in der Lage, so geringe Schwebehöhen wie Null Mikroinch zu messen. Dies ist natürlich der Fall, wenn das Luftlager-Gleitstück 36 auf der Oberfläche der sich drehenden Plattenanordnung 18 ruht und sowohl die Höhe des Luftlager-Gleitstücks 36 als auch der gleitstückartigen Struktur 44 über der Strahlteilerschicht 22 die gleiche ist. In der Praxis sind Plattenlaufwerke nicht so gestaltet, dass sie eine Null-Mikroinch-Schwebehöhe aufweisen, da die Verschleißreibung zwischen dem Kopf und der Platte schnell zu einem Ausfall des Plattenlaufwerks führen würde. Es ist jedoch der Wunsch von Plattenlaufwerk- und Computer-Designern, sich Null Mikroinch anzunähern, und da Fortschritte in der Technologie weitere Abnahmen der Schwebehöhe in Zukunft ermöglichen, kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, jede beliebige Schwebehöhe genau zu messen.
Die Erfindung ist zwar hier im Detail beschrieben worden, es ist jedoch anzumerken, dass die Erfindung nicht auf die hier offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Beispielsweise ist anzumerken, dass, obwohl dies ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, die Strahlteilerschicht 22 wegfallen kann, so dass die obere Oberfläche der Platte 20 als der Strahlteiler fungiert. Außerdem ist anzumerken, dass das Fluid, auf dem der Kopf über der Platte gehalten wird, entweder ein Luftkissen wie bei herkömmlichen Plattenlaufwerken oder ein Flüssigkeitskissen, wie es im US-Patent Nr. 5 097 368 im Namen von Lemke offenbart ist, sein kann. Wo Schwebehöhenmessungen bei Vorhandensein einer Flüssigkeit vorgenommen werden, wird das Computerprogramm im Computer 56, der das Intensitätsprofil analysiert, modifiziert, um den Brechungsindex der Flüssigkeit zu berücksichtigen.
Verschiedene andere Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen können an der vorliegenden Erfindung durch Fachleute vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. System zum Messen einer Schwebehöhe eines Lese-/Schreib- Kopfs (30) über einer sich drehenden Platte, wobei das System umfasst:

eine transparente Platte (20),

eine Abstandsschicht (24), die eine obere Oberfläche aufweist und auf einer strahlaufteilenden oberen Oberfläche (22) der transparenten Platte angeordnet ist,

ein Spektrophotometer (52), und

eine Weißlichtquelle (28), die so angeordnet ist, dass sie einen auf eine Unterseite der transparenten Platte so auftreffenden Lichtstrahl liefert, dass ein erster Teil des Lichtstrahls von der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte reflektiert wird und ein zweiter Teil des Lichtstrahls von einer Unterseite des Lese-/Schreib-Kopfs reflektiert wird, wobei die ersten und zweiten Lichtstrahlen ein Interferenzmuster zur Erfassung durch das Spektrophotometer bilden und für die Schwebehöhe des Lese- /Schreib-Kopfs über der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte repräsentativ sind, dadurch

gekennzeichnet, dass:

eine lichtreflektierende Oberfläche (44) an der oberen Oberfläche der Abstandsschicht so angeordnet ist, dass ein dritter Teil des Lichtstrahls, der von der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte reflektiert wird, und ein vierter Teil des Lichtstrahls, der von der lichtreflektierenden Oberfläche reflektiert wird, ein Bezugsinterferenzmuster zur Erfassung durch das Spektrophotometer bilden, wobei das Bezugs-Interferenzmuster repräsentativ für die Dicke der Abstandsschicht ist, um zu ermöglichen, dass die Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs über der sich drehenden Platte durch Subtrahieren der Dicke der Abstandsschicht von der Höhe des Lese-/Schreib-Kopfs über der strahlteilenden Oberfläche bestimmt wird.

2. System nach Anspruch 1, wobei die lichtreflektierende Oberfläche die obere Oberfläche der Abstandsschicht umfasst.

3. System nach Anspruch 1, wobei die lichtreflektierende Oberfläche eine auf der oberen Oberfläche der Abstandsschicht angeordnete Bezugs-Gleitstückstruktur (44) umfasst, wobei die Struktur eine reflektierende Unterseite in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Abstandsschicht aufweist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Strahlteilerschicht (22), die eine obere Oberfläche aufweist und auf der oberen Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist, wodurch die strahlteilende obere Oberfläche der transparenten Platte die obere Oberfläche der Strahlteilerschicht (22) umfasst.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Strahlteilerschicht eine Dicke von etwa 10 nm aufweist.

6. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Strahlteilerschicht aus einem metallischen Stoff besteht.

7. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Strahlteilerschicht entweder aus Chrom, einem Dielektrikum oder Titanoxid besteht.

8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abstandsschicht eine derartige Dicke aufweist, dass das Interferenzmuster in dem sichtbaren Lichtspektrum bei einer Null-Schwebehöhe liegt.

9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abstandsschicht eine Dicke von etwa 300 nm aufweist.

10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem anti-reflektierenden Material (25) auf der oberen Oberfläche der Abstandsschicht.

11. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem anti-reflektierenden Material auf einer Unterseite der transparenten Platte.

12. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abstandsschicht aus Quarz besteht.

13. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spektrophotometer ein erstes Wellenlängen-Intensitätsprofil des Interferenzmusters und ein zweites Wellenlängenintensitätsprofil des Bezugs-Interferenzmusters bestimmt und ferner Berechnungsmittel zur Analyse des ersten und zweiten Profils vorgesehen sind.

14. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem Strahlteiler (62) in der Bahn des auftreffenden Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle und der transparenten Platte.

15. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einer Ablenkplatte bzw. Baffle (66), die zwischen dem auftreffenden Lichtstrahl und den reflektierten Lichtstrahlen vorgesehen ist, wodurch gewährleistet wird, dass das Interferenzmuster von dem auftreffenden Lichtstrahl nicht beeinflusst ist bzw. wird.

16. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem Musterdetektor (51) und einem Controller (54).

17. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schwebehöhe weniger als 101 6 · 10&supmin;&sup6; mm, 76,2 · 10&supmin;&sup6; mm, 50,8 · 10&supmin;&sup6; mm oder 25,4 · 10&supmin;&sup6; mm (4, 3, 2 oder 1 Mikroinch) beträgt.

18. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Weißlichtquelle eine Quecksilberdampflampe oder eine Halogenlampe umfasst.

19. Verfahren zum Messen einer Schwebehöhe eines Lese- /Schreib-Kopfs (30) über einer sich drehenden Platte, umfassend:

Richten von Weißlicht auf eine Unterseite einer transparenten Platte (20),

Erhalten eines Interferenzmusters mittels eines ersten Teils des von einer strahlteilenden oberen Oberfläche (22) der transparenten Platte reflektierten Weißlichts, sowie eines zweiten Teils des durch eine Abstandsschicht (24), die eine obere Oberfläche aufweist und auf der strahlteilenden oberen Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist, hindurchgehenden Weißlichts, wobei der zweite Teil von einer Unterseite des Lese-/Schreib-Kopfs reflektiert wird und die ersten und zweiten Teile in Kombination das Interferenzmuster bilden, das für die Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs über der strahlteilenden Oberfläche repräsentativ ist,

Erfassen des Interferenzmusters mittels eines Spektrophotometers (52), gekennzeichnet durch:

Erhalten eines Bezugs-Interferenzmusters, das aus einem dritten Teil des von der strahlteilenden Oberfläche reflektierten Weißlichts und einem vierten Teil des von einer an der oberen Oberfläche der Abstandsschicht angeordneten, lichtreflektierenden Oberfläche reflektierten Weißlichts entsteht, wobei der dritte und vierte Teil kombiniert werden, um das Bezugs-Interferenzmuster zu bilden, das für die Dicke der Abstandsschicht repräsentativ ist, und

Erfassen des Bezugs-Interferenzmusters mittels eines Spektrophotometers, um so zu ermöglichen, dass die Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs durch Subtrahieren der Dicke der Abstandsschicht von der Höhe des Lese-/Schreib- Kopfs über der strahlteilenden Oberfläche bestimmt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend das Vorsehen einer Strahlteilerschicht (22) auf der oberen Oberfläche der transparenten Platte, wodurch die strahlteilende Oberfläche eine obere Oberfläche der Strahlteilerschicht umfasst.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, umfassend das Bestimmen der Schwebehöhe des Lese-/Schreib-Kopfs durch Erhalten eines ersten Wellenlängen-Intensitätsprofils des Interferenzmusters mittels des Spektrophotometers und des Erhaltens eines zweiten Wellenlängen-Intensitätsprofils des Bezugs-Interferenzmusters mittels des Spektrophotometers, und ferner das Analysieren des ersten und zweiten Profils umfassend.