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Bereich der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Dünnfilmmagnetköpfe zum
Lesen und Schreiben von Daten auf Magnetmedien und insbesondere
Dünnfilmmagnetköpfe mit konturierten
Oberflächen
sowie Systeme und Verfahren zur Herstellung derselben.
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Hintergrund der Erfindung
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Dünnfilm-Magnetschreibköpfe haben
in der Datenspeicherindustrie weithin Anklang gefunden. Aufgrund
ihrer geringen Größe bilden
Dünnfilmmagnetköpfe schmale
Datenspuren auf dem Magnetmedium von Magnetspeichergeräten wie
Computer-Festplatten
und digitalen Datenbandlaufwerken. Auf diesen schmalen Datenspuren
kann das Gerät mehr
Datenspuren pro Flächeneinheit
des Mediums und somit mehr Daten pro Gerät speichern. Demzufolge hat
die Reduzierung der Größe des Schreibkopfes
eine Erhöhung
der Gesamtdatenspeicherkapazität
eines Magnetspeichergerätes
zur Folge.
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Ein Dünnfilmmagnetkopf wird gewöhnlich von
einem Substrat gebildet, das eine Polspitzenbaugruppe aufweist,
die zwei leitende Schichten, Pole genannt, umfasst, die an einem
Ende durch eine Isolierschicht getrennt und am gegenüberliegenden Ende
leitend verbunden sind, so dass ein einzelnes Magnetgerät entsteht,
das Magnetfelder erzeugen und erkennen kann. Die Größe der Polspitzenbaugruppe,
die Merkmale in der Größenordnung
von einem halben Mikron beinhaltet, bestimmt teilweise das von der
Polspitzenbaugruppe erzeugte Magnetfeldmuster. Dieses Magnetfeldmuster
beeinflusst, wie eng der Schreibkopf Datenspuren aufzeichnen kann.
Demgemäß versuchen
Hersteller, die Geometrie der Polspitzenbaugruppe so präzise wie
möglich zu
bilden, um dadurch Polspitzenbaugruppen zu erzielen, die Magnetfeldmuster
bereitstellen können, die
zum Lesen und Schreiben von schmalen Spuren von Schreibdaten geeignet
sind.
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Hersteller versuchen derzeit, die
genaue Form der Polspitzenbaugruppe mithilfe von Lithografietechniken
zur Herstellung der Lese-/Schreibköpfe zu bilden. Mit Lithografietechnik
werden abwechselnde Schichten von leitenden und isolierenden Materialien
mittels einer Aufdampf-, Sputter-, Schichtabscheide- oder anderen
Auftragstechnik auf das Substrat aufgebracht, mit der die Auftragsstärken genau reguliert
werden können.
In einem nachfolgenden Schritt des eingesetzten Verfahrens werden
die aufgetragenen Schichten durch chemisches Ätzen, reaktives Ionenätzen (RIE)
oder mit anderen Mitteln zu einer Polspitzenbaugruppe mit der gewünschten
Geometrie gestaltet und gebildet.
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Die existierenden Lithografietechniken
reichen zwar zur Erzielung von Polspitzenbaugruppen mit Merkmalsgrößen aus,
die für
die heutige Datenspeicherkapazität
geeignet ist, aber diese Lithografietechniken erreichen rasch ihre
Grenze in Bezug auf die Merkmalsgrößen, die erzeugt werden können. So
erfordern beispielsweise die derzeitigen fotolithografischen Methoden
einen präzisen
Auftrag von Fotoresistschichten auf die Oberfläche der Polbaugruppe. Die Fotoresistschicht
wird üblicherweise
mit einer Topologie aufgebracht, die Leerstellen mit einem Seitenverhältnis von
10 : 1 beinhaltet. Solche Fotoresisttopologien lassen sich nur schwer
zuverlässig
und konsequent erzielen, Herstellungsdefekte sind an der Tagesordnung.
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Darüber hinaus sind diese lithografischen Techniken
für die
Massenherstellung schlecht geeignet. So ist insbesondere das lithografische Ätzen von Polspitzenbaugruppen
zeitaufwändig
und materialintensiv. Ferner ist der Zweck des lithografischen Ätzens von
Polspitzenbaugruppen die Korrektur von Herstellungsdefekten, die
bei der Herstellung der Polspitzenbaugruppe aufgetreten sind. Die
mangelhaften Geometrien, die beim Herstellungsprozess entstehen,
lassen sich jedoch nur schwer vorhersagen und unterliegen starken
Variationen. Demgemäß ist das
Auftragen einer universellen Fotoresiststruktur auf die Oberfläche einer
Polspitzenbaugruppe eine generelle Lösung, die häufig für den jeweiligen Herstellungsdefekt
eines fraglichen Lese-/Schreibkopfs nur schlecht geeignet ist. Daher
haben derzeitige Techniken zum Erzeugen eines magnetischen Aufzeichnungskopfes
mehrere ernsthafte Beschränkungen
in Bezug auf ihre Fähigkeit,
die physikalische Geometrie des Aufzeichnungskopfes zu kontrollieren.
Demzufolge sind derzeitige Techniken für die Zwecke des akkuraten
Gestaltens der Schreibköpfe für den Einsatz
in dichteren Datenspeichergeräten nicht
akzeptabel, wie sie von heutigen Computerbenutzern gewünscht werden.
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Die US-Patentspezifikation Nr. US-A-4,639,301
offenbart die Merkmale im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, verbesserte Herstellungsverfahren zur Herstellung von
Dünnfilm-Magnetlese-/-schreibköpfen und
insbesondere zum präzisen Gestalten
der Polspitzenbaugruppe eines Magnetlese-/-schreibkopfes bereitzustellen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Verfahren zum Herstellen von Lese-/Schreibköpfen bereitzustellen, die die
Menge der bei den Herstellungsprozessen eingesetzten Chemikalien
reduzieren.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Herstellungsprozesse bereitzustellen, mit denen sich die Geometrie
einer Polspitzenbaugruppe leichter anpassen lässt.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, Dünnfilm-Magnetköpfe mit
Polspitzenbaugruppen bereitzustellen, die konturierte Oberflächen aufweisen.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Herstellen von Lese-/Schreibköpfen bereitzustellen,
die eine verbesserte Qualitätskontrolle
ermöglichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in
Verbindung mit bestimmten Ausgestaltungen beschrieben; es ist für die durchschnittliche
Fachperson im Bereich Herstellung von Halbleiterbauelementen jedoch
offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und
Subtraktionen an den nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen vorgenommen
werden können,
ohne von Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung kann ein fokussierter Partikelstrahl zum Fräsen einer
Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe eingesetzt werden, indem mittels
Mustererkennung präzise
die Koordinaten der Polspitzenbaugruppe und Teile der Polspitzenbaugruppe
ermittelt werden können, die
zum Erzielen der gewünschten
Polspitzengeometrie entfernt werden sollen. Ein fokussierter Partikelstrahl
kann einen Ionenstrahl, einen Elektronenstrahl, einen Röntgenstrahl,
einen Lichtstrahl oder eine beliebige andere Quelle einer richtbaren
Strahlungsenergie beinhalten.
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Die Erfindung stellt Dünnfilm-Magnetschreibköpfe und
-systeme sowie Verfahren zu deren Herstellung bereit. In einer Ausgestaltung
wird die Erfindung als fokussiertes Partikelstrahlsystem verstanden,
das ein Mustererkennungselement beinhaltet und dieses zum Abbilden
und Analysieren der Form der Polspitzenbaugruppe eines Schreibkopfes
einsetzt und einen Prozessor verwendet, um Befehlssignale zu erzeugen,
die einen fokussierten Ionenstrahl zum Entfernen von gewählten Abschnitten
des Schreibkopfes und somit zum Formen der Polspitzenbaugruppe des
Schreibkopfes richten. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann
ein Mustererkennungssystem ein Bild einer Polspitzenbaugruppe analysieren,
um Koordinateninformationen zu erzeugen, die die präzise Geometrie
der Form der Polspitzenbaugruppe beschreiben. Der fokussierte Ionenstrahl
stellt ein Präzisionsfräsgerät dar, das
die Koordinateninformationen zum selektiven Fräsen des Schreibkopfes und somit
zum Gestalten der Geometrie der Polspitzenbaugruppe verwenden kann.
Es ist eine weitere Realisierung der vorliegenden Erfindung, dass
ein Mustererkennungssystem gut für
die Analyse der Geometrie der Form der Polspitzenbaugruppe geeignet
ist und dem Prozessor Koordinateninformationen geben kann, die zum
Ermitteln eines effizientesten oder wirtschaftlichsten Fräsmusters zum
Gestalten einer Polspitzenbaugruppe anhand dieser Geometrie geeignet
sind.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung, dass ein fokussierter Partikelstrahl, wie z. B. ein
fokussierter Ionenstrahl, eine präzise und veränderliche
Regelung der Frästiefe
bereitstellen kann, die während
des Entfernungsvorgangs erzielt wird, um dadurch Dünnfilm-Magnetlese-/-schreibköpfe mit konturierten
Oberflächen
bereitzustellen. Der hierin verwendete Begriff konturierte Oberfläche umfasst jedes
Oberflächenmerkmal
des Lese-/Schreibkopfes, das die Polspitzenbaugruppe beinhaltet,
das einen ständig
geneigten Abschnitt wie z. B. einen Krümmungsabschnitt oder einen
linear geneigten Abschnitt beinhaltet. Darüber hinaus erleichtert die Erfindung
die Bildung von Schreibköpfen
mit gestuften Oberflächen
und stellt Systeme und Verfahren zum Bilden solcher gestufter Oberflächen bereit.
Der hierin verwendete Begriff gestufte Oberfläche ist so zu verstehen, dass
er jede Oberfläche
oder jeden Teil einer Oberfläche
beinhaltet, der mehrere erhabene Flächen aufweist. Diese konturierten
und gestuften Oberflächen
sollen die von der Polspitzenbaugruppe erzeugten Magnetfelder bewirken.
Es ist demzufolge zu verstehen, dass die Erfindung Dünnfilmmagnetköpfe sowie
Systeme und Verfahren für
deren Herstellung bereitstellt, die konturierte Oberflächen aufweisen,
die zum Erzeugen von Magnetfeldmustern mit Auswahlcharakteristiken
wie Feldmuster, Feldstärke
oder andere Charakteristiken angepasst sind.
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In einer Ausgestaltung beinhaltet
die Erfindung eine Vorrichtung zum Gestalten einer Polspitzenbaugruppe
eines Schreibkopfes mit einem fokussierten Partikelstrahl, wobei
die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Plattform zum Aufnehmen
des Schreibkopfes mit der Polspitzenbaugruppe und zum Anordnen des
Schreibkopfes für
einen Kontakt mit dem fokussierten Partikelstrahl, ein Element zum
Erzeugen eines Bildsignals der Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe und zum Erzeugen,
als Reaktion auf das Bildsignal, eines Koordinatensignals, das für eine Position
der Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe in Bezug auf den fokussierten
Partikelstrahl repräsentativ
ist, und ein Prozessorelement, das als Reaktion auf das Koordinatensignal
ein Frässignal
erzeugt, das für
eine Anweisung zum Applizieren des fokussierten Partikelstrahls
auf einen gewählten
Abschnitt des Schreibkopfes zum Gestalten der Polspitzenbaugruppe
durch Fräsen
des gewählten
Abschnittes des Schreibkopfes repräsentativ ist.
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Das Element zum Erzeugen eines Bildsignals
kann eine Quelle eines fokussierten Partikelstrahls wie z. B. eines
fokussierten Ionenstrahls beinhalten, die über die Oberfläche des
Schreibkopfes zum Erzeugen eines Bildsignals abgetastet werden kann.
Alternativ können
die Bilderzeugungselemente ein Kameraelement wie z. B. eine CCD-Kamera beinhalten,
die optische Bilder des Schreibkopfes erzeugt. Das erfindungsgemäße System
beinhaltet vorzugsweise ein Ladungsneutralisierungselement zum Neutralisieren
einer statischen Ladung auf dem Schreibkopf, die sich gewöhnlich während des
Kontakts mit dem Ionenstrahl auf der Schreibkopfoberfläche aufbaut.
Ein solches Ladungsneutralisierungselement kann ein Elektronenkanonenelement
zum Erzeugen eines Strahls von Elektronen beinhalten, der auf den
Schreibkopf gerichtet ist.
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Es ist zu verstehen, dass der Strahl
von Elektronen einen statischen Ladungsaufbau auf der Oberfläche des
Schreibkopfes neutralisiert, so dass sich mehrere Vorteile ergeben,
wie z. B. eine präzisere
Erfassung von Bildern durch ein Abbildungselement, das einen fokussierten
Ionenstrahl oder einen anderen geladenen Partikelstrahl zum Erzeugen
des Bildsignals einsetzt, und zum Verhindern eines statischen Ladungsaufbaus
auf dem Schreibkopf, der den fokussierten Ionenstrahl während des
Fräsvorgangs
defokussieren, destabilisieren oder unscharf machen würde. Demgemäß kann das
Ladungsneutralisierungselement eine präzisere Abbildung des Schreibkopfes
zulassen, so dass präzisere
Bilder der Polspitzenbaugruppengeometrie entstehen, und somit die
Erzeugung präziserer
Koordinateninformationen in Bezug auf die Geometrie der Polspitzenbaugruppe
zulassen. Ferner reduziert das Ladungsneutralisierungselement einen
akkumulierten Ladungsaufbau auf der Schreibkopfoberfläche und
reduziert somit eine Entfokussierung des Ionenstrahls während des
Fräsvorgangs,
um präzisere
Partikelstrahlfräsvorgänge und
präziser
gestaltete Polspitzenbaugruppen zu erzielen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung beinhaltet das Element zum Erzeugen eines Bildsignals
ein Randerfassungselement zum Erzeugen eines Randsignals, das einen
On eines Randes der Polspitzenbaugruppe repräsentiert. Ferner kann das Element
zum Erzeugen eines Bildsignals ein Merkmalsextraktionsmittel zum
Ermitteln eines geometrischen Mustersignals beinhalten, das einen
Umriss eines Teils der Polspitzenbaugruppe repräsentiert. Ferner kann das Element
zum Erzeugen eines Bildsignals ein Element zum Erzeugen des Koordinatensignals
in Abhängigkeit
von diesem geometrischen Mustersignal beinhalten.
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Das Prozessorelement kann ein Trimkonturierelement
zum Erzeugen, in Abhängigkeit
von dem Koordinatensignal, eines geometrischen Musters beinhalten,
das für
den gewählten
Teil des zu fräsenden Schreibkopfes
repräsentativ
ist. Ferner kann das Trimkonturierelement ein Adapterelement zum
Erzeugen des Trimkonturiersignals in Abhängigkeit von einer Prozesszeit
zum Fräsen
des Schreibkopfes oder in Abhängigkeit
von einer Fläche
des gewählten Teils
des zu fräsenden
Schreibkopfes beinhalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung kann das Mittel zum Erzeugen eines Bildsignals ein Steuermittel
beinhalten, das ein Bildsignal des gefrästen Schreibkopfes und ein
Fräsen-erfolgreich-Signal
in Abhängigkeit
von diesem Bild beinhaltet, das den Abschluss eines erfolgreichen
Fräsvorgangs
zum Gestalten der Polspitzenbaugruppe repräsentiert.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung beinhaltet die Plattform ein Zufuhrablagenelement zum
Ablegen mehrerer Schreibköpfe
für den Kontakt
mit dem fokussierten Partikelstrahl.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung kann das System ein Prozessorelement beinhalten, das ein
mehrdimensionales Fräselement
zum Erzeugen von Frässignalen
zum Konturieren einer Oberfläche
des Schreibkopfes hat. Das mehrdimensionale Fräselement kann ein Dosisregelelement zum
Regulieren der von einem Partikelstrahl einem Abschnitt des Schreibkopfes
zugeführien
Energie beinhalten. In einer Ausgestaltung beinhaltet das Dosisregelelement
eine Abtastgeneratorplatte mit einem Verweilzeitregelelement zum
Erzeugen eines Verweilzeitsignals, das für ein Maß der Zeit repräsentativ ist,
während
der der fokussierte Pariikelstrahl auf den Schreibkopf gerichtet
ist. In einer Ausgestaltung beinhaltet das Dosisregelelement ein
Pixeldosisregelelement zum Erzeugen, in Abhängigkeit von dem Koordinatensignal,
eines Pixelsignals, das für
ein Maß an
Zeit repräsentativ
ist, während
der der fokussierte Pariikelstrahl auf eine diskrete Stelle des
Schreibkopfes gerichtet ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung beinhaltet das System eine Quelle eines fokussierten
Partikelstrahls mit einem Fokussierelement zum Erzeugen eines fokussierten
Partikelstrahls, der einen reduzierten Strahlenschweif hat. Der
fokussierte Partikelstrahl beinhaltet gewöhnlich eine Ionenstrahlquelle
zum Erzeugen eines fokussiereen Ionenstrahls, und die Ionenstrahlquelle
beinhaltet eine erste Linse, die mit einer Stromquelle gekoppelt
ist, um die erste Linse negativ vorzuspannen. In dieser Ausgestaltung
erzeugt die fokussierte Partikelstrahlquelle einen fokussierten
Partikelstrahl mit einem Strom mit reduziertem Strahlenschweif.
Die Ionenstrahlquelle kann eine Flüssigmetallionenquelle oder
eine Gasfeldionenquelle beinhalten.
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In einem weiteren Aspekt stellt die
Erfindung Dünnfilm-Magnetschreibköpfe bereit,
die einen positiven und einen negativen Pol zum Erzeugen eines Magnetfeldes
beinhalten und wobei einer der Pole eine kontinuierlich geneigte
Oberfläche
zum Erzeugen des Magnetfeldes mit einer gewählten Feldcharakteristik hat.
In einer Ausgestaltung hat der Dünnfilm-Magnetschreibkopf
eine kontinuierlich geneigte Oberfläche, die eine Mulde zwischen
einer ersten Oberfläche
des Schreibkopfes und einer zweiten Oberfläche des Schreibkopfes bildet.
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Demzufolge stellt die Erfindung Verfahren zum
Einsetzen eines fokussierten Partikelstrahls zum Gestalten einer
Polspitzenbaugruppe eines Schreibkopfes bereit, umfassend die folgenden Schritte:
Anordnen des Schreibkopfes auf einer Plattform für den Kontakt mit dem Partikelstrahl,
Erzeugen eines Bildsignals des Schreibkopfes, Erzeugen, als Reaktion
auf das Bildsignal, eines Koordinatensignals, das für eine Position
der Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe relativ zu dem fokussierten
Partikelstrahl repräsentativ
ist, und Erzeugen von Frässignalen,
die für
eine Anweisung zum Applizieren des fokussierten Partikelstrahls
auf einen gewählten
Abschnitt des Schreibkopfes zum Gestalten der Polspitzenbaugruppe
durch Fräsen
des gewählten
Abschnittes des Schreibkopfes repräsentativ ist. Das Verfahren
beinhaltet vorzugsweise den ersten Schritt des Bereitstellens eines
Ladungsneutralisierungselementes zum Neutralisieren einer statischen
elektrischen Ladung, die an dem Schreibkopf auftreten kann.
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In einer Ausgestaltung beinhaltet
der Schritt des Erzeugens eines Koordinatensignals den Schritt des
Erkennens eines Randes des Schreibkopfes und des Erzeugens eines
Randsignals, das für
eine Stelle des Randes des genannten Schreibkopfes relativ zu dem
fokussierten Partikelstrahl repräsentativ
ist. Ferner kann das Verfahren einen Schritt zum Erzeugen von Frässignalen
beinhalten, der auch den Schritt des Erzeugens, in Abhängigkeit
von dem Bildsignal, eines Darstellungssignals beinhaltet, das für eine Musterdarstellung
des Schreibkopfes repräsentativ ist.
Ferner kann der Schritt des Erzeugens von Frässignalen den Schritt des Vergleichens
des Darstellungssignals mit einem Mustersignal beinhalten, das für eine Schreibkopf-wählen-Topografie
repräsentativ ist.
Der Schritt des Vergleichens des Darstellungssignals mit dem Mustersignal
kann den Schritt des Ermittelns eines Ätzmustersignals beinhalten,
das für einen
oder mehrere Bereiche repräsentativ
ist, um von dem Schreibkopf so zu ätzen, dass der Schreibkopf
im Wesentlichen mit der genannten Schreibkopf-wählen-Topografie konform ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann
das Verfahren so angepasst werden, dass das Ätzverfahren so möglichst
effizient ist. In einer Ausgestaltung beinhaltet der Schritt des
Ermittelns eines Ätzmustersignals
den Schritt des Ermittelns eines Mindestätzzeitsignals, das ein Fräsmuster
mit einer Mindestzeitdauer repräsentiert,
damit der Schreibkopf im Wesentlichen mit der Schreibkopf-wählen-Topografie konform
ist. Ebenso kann der Schritt des Ermittelns eines Ätzmustersignals
den Schritt des Ermittelns eines Mindestätzflächensignals beinhalten, das
für ein Fräsmuster
mit einem Mindestbereich repräsentativ ist,
der entfernt werden muss, damit der Schreibkopf im Wesentlichen
mit der Schreibkopf-wählen-Topografie
konform ist. In dieser Ausgestaltung beinhaltet das Verfahren vorzugsweise
einen weiteren Schritt des Erzeugens von Frässignalen durch Vergleichen des
Darstellungssignals mit mehreren der Mustersignale und zum Auswählen von
einem der Mustersignale in Abhängigkeit
von dem Vergleich.
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Demzufolge kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Bild der Darstellung der Polspitzenbaugruppe erzeugt und dieses
Bild durch Vergleichen der Darstellung der Polspitzenbaugruppe mit
einer Reihe von bekannten Mustersignalen und zum Auswählen eines
im Wesentlichen optimalen Mustersignals zum Ätzen der Polspitzenbaugruppe
analysiert werden. Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Vergleichens
der Darstellung der abgebildeten Polspitzenbaugruppe mit mehreren
gespeicherten modellierten Darstellungssignalen beinhalten, die
jeweils eine mögliche
Darstellung einer Polspitzenbaugruppe repräsentieren, und zum Ermitteln,
welches der modellierten Darstellungssignale dem abgebildeten Darstellungssignal
am stärksten ähnelt, und
um anhand dieses Vergleichs ein Mustersignal zum Fräsen der
Polspitzenbaugruppe zu ermitteln.
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In einer Ausgestaltung erzeugt das
Verfahren Anweisungssignale, die für Stellen zum Ablenken des
Partikelstrahls repräsentativ
sind. Alternativ kann das Verfahren einen Schritt zum Erzeugen eines
Anweisungssignals beinhalten, das für Stellen zum Bewegen der Plattform
repräsentativ
ist. Alternative Methoden zum Applizieren des fokussierten Ionenstrahls
auf den Schreibkopf können
mit der vorliegenden Erfindung praktiziert werden, ohne von deren Umfang
abzuweichen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung beinhaltet das Verfahren einen Schritt zum Erzeugen
von Frässignalen,
die den fokussierten Partikelstrahl zum Ätzen in drei Dimensionen steuern.
Der Schritt des Steuerns des fokussierten Partikelstrahls beinhaltet
vorzugsweise den Schritt des Regelns der von dem fokussierten Partikelstrahl
auf einen Abschnitt des Schreibkopfes zugeführten Energie und kann den
Schritt des Regelns einer Verweilzeit beinhalten, die für ein Maß der Zeitdauer
repräsentativ
ist, während
der der fokussierte Partikelstrahl auf eine Stelle auf dem Schreibkopf
gerichtet wird. Das Verfahren kann ferner einen weiteren Schritt
des Erzeugens, für
jede diskrete gefräste
Position oder jedes gefräste
Pixel, einer Dosis für
diesen diskreten Abschnitt beinhalten. Alternativ kann das Verfahren
einen Schritt zum Ermitteln einer Häufigkeit zum Abtasten über einen
gewählten
Abschnitt des Schreibkopfes zum Regeln der zugeführten Dosis beinhalten, um
somit die Frästiefe
des Schreibkopfes zu regeln.
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In einem weiteren Aspekt wird die
Erfindung als Dünnfilmschreibkopf
verstanden, der mit einem Fräsverfahren
ausgebildet wird, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen
einer Quelle eines fokussierten Partikelstrahls, Platzieren des
Schreibkopfes auf einer Plattform und Positionieren des Schreibkopfes
für einen
Kontakt mit dem fokussierten Partikelstrahl, Erzeugen eines Bildsignals
des Schreibkopfes, Erzeugen, als Reaktion auf das Bildsignal, eines
Koordinatensignals, das für
eine Position des Schreibkopfes relativ zum fokussierten Partikelstrahl
repräsentativ
ist, und Erzeugen von Frässignalen,
die für
eine Anweisung zum Applizieren des fokussierten Partikelstrahls
auf den Schreibkopf zum Ätzen
des Schreibkopfes in drei Dimensionen repräsentativ ist, um dadurch konturierte
Oberflächen
auf dem genannten Schreibkopf zu fräsen. Dünnfilmschreibköpfe gemäß diesem
Aspekt der Erfindung können
konturierte Oberflächen
haben, die zwischen einer Oberseite des Schreibkopfes und einer
Unterseite des Schreibkopfes verlaufen.
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Die obige Zusammenfassung sowie die nachfolgende
ausführliche
Beschreibung der beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung werden besser
verstanden, wenn sie in Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren
gelesen werden. Zum Illustrieren der Erfindung veranschaulichen
die beiliegenden Figuren die Ausgestaltungen, die derzeit bevorzugt
werden. Es ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten
präzisen
Anordnungen und Details begrenzt ist.
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Kurze Beschreibung
der illustrierten Ausgestaltungen
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1 veranschaulicht
ein System gemäß der Erfindung
zum Herstellen von Dünnfilm-Magnetschreibköpfen;
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2 veranschaulicht
einen Dünnfilm-Magnetschreibkopf
gemäß der Erfindung,
der über
einer Datenspur eines Magnetmediums angeordnet ist;
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3 veranschaulicht
ausführlicher
die Polspitzenbaugruppe des in 2 gezeigten
Schreibkopfes;
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4 veranschaulicht
den Betrieb eines Mustererkennungselementes und eines Prozessorelementes
des in 1 gezeigten Systems;
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5 veranschaulicht
einen digitalen Rasterfräsprozess,
der zur Ausführung
durch das in 1 gezeigte
System geeignet ist;
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6 veranschaulicht
eine erfindungsgemäß hergestellte
Polspitzenbaugruppe;
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7 veranschaulicht
eine erfindungsgemäß hergestellte
alternative Polspitzenbaugruppe mit einer konturierten Oberfläche;
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8 veranschaulicht
eine Zufuhrablage zum Zuführen
mehrerer Lese-/Schreibköpfe
zu dem in 1 veranschaulichten
System;
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9 veranschaulicht
eine Ionensäule,
die für
den Einsatz mit dem in 1 gezeigten
System geeignet ist; und
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10 illustriert
eine Ablauftabelle eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Herstellen
von Lese-/Schreibköpfen.
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Ausführliche Beschreibung der illustrierten
Ausgestaltungen
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Die Erfindung stellt verbesserte
Dünnfilmmagnetköpfe und
-systeme sowie Verfahren zum Einsetzen von fokussierten Partikelstrahlen
zur Herstellung der präzisen
Geometrie einer Polspitzenbaugruppe bereit, damit sich die verbesserten
Dünnfilmmagnetköpfe der
Erfindung ergeben. Die Erfindung wird durch die folgende ausführliche
Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausgestaltungen verständlich.
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1 zeigt
ein fokussiertes Partikelstrahlsystem 10 gemäß der Erfindung
zur Herstellung von Dünnfilmmagnetköpfen. Das
System 10 von 1 beinhaltet
eine Ionensäule 12,
eine Vakuumkammer 22, ein fakultatives Reaktionsmaterial-Zufuhrsystem 34 sowie
eine Bedienstation 50. Das System 10 stellt ein
fokussiertes Partikelstrahlsystem bereit, mit dem Dünnfilmschreibköpfe präzise gefräst werden
können,
einschließlich
Dünnfilmschreibköpfen mit
konturierten Oberflächen.
Diese Schreibköpfe
sitzen in der Vakuumkammer 22 und werden mit einem Partikelstrahl
bearbeitet, der von der Säule 12 erzeugt
wird, um die Polspitzenbaugruppe des Schreibkopfes zu fräsen. Der
Deutlichkeit halber zeigt 2 ein
Beispiel für
einen Schreibkopf der in der Kammer 22 positioniert und
von dem System 10 bearbeitet werden kann.
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2 illustriert
ein Beispiel für
einen Typ von vom System 10 hergestellten Dünnfilmschreibkopf. 2 zeigt eine Festplatte 70,
den Dünnfilm-Magnetlese-/-schreibkopf 72,
eine Polspitzenbaugruppe 74, eine Datenspur 76 und
einen Verlängerungsarm 80.
Wie in 2 gezeigt, ist
der Lese-/Schreibkopf 72 am distalen Ende des Arms 80 angeordnet
und sitzt unmittelbar oberhalb der rotierenden Platte 70. Der
Lese-/Schreibkopf schreibt und liest digitale Daten durch Erzeugen
oder Darstellen von Magnetimpulsen, die die Datenspur 76 bilden.
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3 zeigt
die Polspitzenbaugruppe des in 2 gezeigten
Lese-/Schreibkopfes 72 ausführlicher. 3 zeigt die Polspitzenbaugruppe 74,
einen ersten Pol 82, einen zweiten Pol 84, eine
Pollücke 86, eine
Aussparungsfläche 90,
eine Aussparungsfläche 92 und
die Platte 70.
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Die Querschnittsansicht von 3 illustriert, dass die
Pole 82 und 84 des Lese-/Schreibkopfes 74 in
das Substrat des Lese-/Schreibkopfes 74 verlaufen. 3 zeigt ferner, dass die
Pole 82 und 84 durch die Lücke 86 getrennt sind,
so dass eine Trennung zwischen den Polen entsteht. Wie in der Technik
der Dünnfilm-Magnetköpfe bekannt
ist, entsteht durch die Trennung 86 zwischen den beiden
Polen 82 und 84 ein Magnetfeldmuster zwischen
den beiden Polen und über
der Lücke 86.
Auf diese Weise erzeugt eine Polspitzenbaugruppe 74 ein
Magnetfeldmuster, das eine magnetische Ansprechung in dem Magnetplattenmedium 70 induziert,
die zur Folge hat, dass auf der Platte 70 ein Magnetismusbereich
entsteht. Auf diese Weise kann der Lese-/Schreibkopf 74 digitale Daten
in die Spur 76 schreiben. Ebenso bildet ein Magnetfleck
auf einer Platte 70 ein Magnetfeld, wenn er in der Nähe der Polspitzenbaugruppe 82 und 84 passiert.
Das von dem Fleck auf der Platte 70 erzeugte Magnetfeld
bewirkt eine magnetische Ansprechung durch die Polspitzenbaugruppe
und kann von dem Magnetlese-/-schreibkopf 74 erkannt werden. Auf
diese Weise kann der Schreibkopf 72 verwendet werden, um
auf die Platte 70 geschriebene Magnetdaten zu lesen.
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Wieder mit Bezug auf die in 1 illustrierte Ausgestaltung,
die Ionensäule 12 beinhaltet
eine Ionenquelle 14, eine Extraktionselektrode 16,
ein Fokussierelement 18, Ablenkelemente 19 und
einen fokussierten Ionenstrahl 20. Die Ionensäule 12 sitzt über der
Vakuumkammer 22, und die Vakuumkammer 22 beherbergt
eine Stufe 24, eine Plattform 26, einen Lese-/Schreibkopf 30,
einen Sekundärpartikeldetektor 28 und
ein Ladungsneutralisierungselement 32. Wie weiter in 1 dargestellt ist, beinhaltet
das fakultative Reaktionsmaterial-Zufuhrsystem 34 ein Reservoir 36,
ein Manometer 40, ein motorisiertes Ventilelement 42 sowie
eine Zufuhrleitung 44. Die Bedienstation 50 beinhaltet
den Prozessor 52, ein Mustererkennungselement 54,
das Speicherelement 56, ein Anzeigeelement 60,
ein Abtastgeneratorelement 62 sowie Verweilzeitregister 64.
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Wie für die durchschnittliche Fachperson
offensichtlich ist, beinhaltet das in 1 veranschaulichte
System 2 ein herkömmliches
fokussiertes Ionenstrahlsystem (FIB) mit einer über einer Vakuumkammer 22 angeordneten
Ionensäule 12.
Diese Vakuumkammer 22 beinhaltet ein fakultatives Reaktionsmaterial-Zufuhrsystem 34,
um Reaktionsmaterialien ins Innere der Kammer 22 zu leiten.
Wie die durchschnittliche Fachperson verstehen wird, ist die veranschaulichte
Ionensäule 12 eine
schematische Darstellung von einer Ionensäule, die für die Praxis der Erfindung
geeignet ist. Die veranschaulichte Ionensäule 12 beinhaltet
eine Ionenquelle 14, die eine Flüssigmetallionenquelle (LMIS)
wie z. B. eine Galliumionenquelle oder eine Gasfeldionenquelle (GFIS) wie
z. B. eine Heliumionenquelle sein kann. Die Ionenquelle 14 sitzt über der
Extraktionselektrode 16. Die Extraktionselektrode 16 erzeugt
ein ausreichendes elektrisches Feld, um einen Ionenstrahl aus der Ionenquelle 14 zu
ziehen. Der Ionenstrahl wandert an dem Fokussierelement 18 vorbei,
bei dem es sich um herkömmliche
elektrooptische Linsen handeln kann, die den Ionenstrahl auf den
feinfokussierten Strahl 20 fokussieren. Wie weiter veranschaulicht
ist, beinhaltet die Ionensäule 12 die
Ablenkelemente 19, die den Ionenstrahl 20 zum
Abtasten über
die Oberfläche
des Lese-/Schreibkopfes 30 ablenken.
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Ebenso kann die Evakuierungskammer 22 eine
herkömmliche
Evakuierungskammer sein, die ein Bühnenelement 24 als
Auflage für
ein Werkstück beinhaltet,
wie z. B. die Zufuhrauflage 26, die das Schreibkopfwerkstück 30 trägt. Die
Plattform 24 ist vorzugsweise eine bewegliche Arbeitsbühne, die eine
dreidimensionale Regelung der Verschiebung des vom System 10 bearbeiteten
Werkstücks
ermöglicht.
Ebenso beinhaltet die Evakuierungskammer 22 ein Ladungsneutralisierungselement 32 wie
z. B. eine Elektronenkanone und beinhaltet ferner einen Sekundärpartikeldetektor 28 zum
Erkennen von Sekundärpartikeln
wie z. B. Elektronen, Ionen oder beliebige andere Partikel, die
zum Erzeugen eines Bildes des Werkstückes geeignet sind. Jede beliebige Vakuumkammer 22 wie
herin schematisch dargestellt kann mit der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden, einschließlich
der Vakuumkammer, die mit der von Micrion Corporation aus Peabody
in Massachusetts erhältlichen
Ionenstrahl-Workstation verkauft wird.
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Ebenso kann das fakultative Reaktionsmittel-Zufuhrsystem 34 ein
beliebiges herkömmliches Reaktionsmittel-Zufuhrsystem
sein, das zum Zuführen
von Reaktionsmittel wie z. B. Precursor-Gasen ins Innere der Vakuumkammer 22 und
insbesondere in die Kammer 22 und in die Nähe der Oberfläche des Werkstücks geeignet
ist. Das Reaktionsmittel-Zufuhrsystem 34 kann Materialien
zur Oberfläche
des Lese-/Schreibkopfes 74 zuführen, um das Ätzen von Material
von der Oberfläche
zu unterstützen,
oder alternativ um Material auf die Oberfläche des Kopfes aufzutragen.
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Das beschriebene Reaktionsmittel 34 beinhaltet
ein Reservoir 36, das mit der Fluidzufuhrleitung 44 in
Fluidverbindung ist, deren distaler Abschnitt als Düse zum Zuführen von
Reaktionsmittel zur Oberfläche
des Werkstücks
ausgebildet ist. Das beschriebene Reaktionsmittel-Zufuhrsystem 34 beinhaltet
ein Manometer 40, das mit der Leitung 44 zum Messen des
Zufuhrdrucks in der Leitung 44 von Reaktionsmittel gekoppelt
ist, das zur Oberfläche
des Werkstücks 30 geführt wird.
Das Manometer 40 ist ferner mit dem motorisierten Ventilelement 42 gekoppelt.
Das motorisierte Ventilelement 44 ist selektiv regelbar,
um den Fluss von Reaktionsmittel des Reservoirs 36 durch die
Fluidzufuhrleitung 44 zu erhöhen oder zu verringern. Die
Anordnung des Manometers 40 und des motorisierten Ventils 42 gemäß Illustration
in 1 bildet ein Rückkopplungsregelsystem,
bei dem das Manometer 40 den Zufuhrdruck in der Leitung 44 misst
und das motorisierte Ventil 42 selektiv steuert, um den
Fluss von Reaktionsmittel zu erhöhen
oder zu verringern, um somit einen gewählten Zufuhrdruck aufrechtzuerhalten.
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Der Betrieb der Ionensäule 12,
des Ladungsneutralisierungselementes 32 und des Sekundärpartikeldetektors 28 werden
von der Bedienstation 50 gesteuert. Die beschriebene Bedienstation 50 beinhaltet
ein Prozessorelement 52, das ein Abtastgeneratorelement 62 hat,
das ein Verweilzeitregister 64 beinhaltet. Das Prozessorelement 52 hat über einen Übertragungspfad
Verbindung mit einem Steuerelement 58, das mit der Ionenstrahlsäule 12 verbunden ist.
Das beschriebene Prozessorelement 52 kann ein herkömmliches
Computer-Prozessorelement
sein, das ein CPU-Element, einen Programmspeicher, einen Datenspeicher
und ein Ein-/Ausgabegerät
beinhaltet. Ein geeignetes Prozessorelement 52 ist eine Sun
Workstation, auf der ein Unix-Betriebssystem läuft.
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Wie weiter in 1 zu sehen ist, kann das Prozessorelement 52 über das
Ein-/Ausgabegerät mit
einem Abtastgeneratorelement 62 verbunden sein. In einer
Ausgestaltung ist das Abtastgeneratorelement eine Leiterplattenbaugruppe,
die den Prozessor 52 über
das Prozessor-Ein-/Ausgabegerät verbindet.
Das in 1 gezeigte Leiterplattenbaugruppe-Abtastgeneratorelement 62 beinhaltet
einen Abtastspeicher zum Speichern von Daten, die für ein Abtastmuster
repräsentativ
sind, das vom System 10 zum Abtasten des Innenstrahls 20 über die
Oberfläche
des Werkstücks 30 implementiert
werden kann, um die Oberfläche
des Werkstücks 30 selektiv
zu fräsen
oder zu ätzen.
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Das in 1 beschriebene
Abtastgeneratorplattenelement 62 kann eine herkömmliche
Computer-Speicherleiterplatte mit ausreichend Speicherkapazität zum Speichern
von digitalen Dateninformationen sein, die für Stellen des Schreibkopfes
repräsentativ
sind, die vom Partikelstrahlsystem 10 verarbeitet werden
sollen. Eine für
die Ausführung
der vorliegenden Erfindung geeignete Abtastgeneratorplatte beinhaltet
eine Reihe von Speicherstellen, die jeweils einer Stelle auf der
Schreibkopfoberfläche
entsprechen. Jede Speicherstelle speichert Daten, die für eine X-
und Y-Stelle des Schreibkopfes repräsentativ sind, und hat vorzugsweise
für jede
X- und Y-Stelle ein Verweilzeitregister zum Speichern von digitalen Daten,
die für
eine Zeit repräsentativ
sind, während der
der Partikelstrahl auf der Oberfläche des Schreibkopfs auf der
durch das X-, Y-Paar repräsentierten Stelle
gehalten wird. Demzufolge bietet das Verweilzeitregister eine Speicherstelle
zum Speichern einer Verweilzeit zum Applizieren des fokussierten
Partikelstrahls auf die Oberfläche
des Schreibkopfs, so dass die dem Schreibkopf zugeführte Dosis
geregelt werden kann.
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Wie für die durchschnittliche Fachperson
im Bereich fokussierter Partikelstrahlverfahren und -systeme offensichtlich
sein wird, die zu einer Stelle auf einer Werkstückoberfläche geführte Dosis kann allgemein die
Tiefe bestimmen, bis zu der Material von dieser Stelle des Werkstücks entfernt
werden soll. Demgemäß kann das
im Verweilzeitregister gespeicherte Verweilzeitsignal auch als für eine Tiefe
oder Z-Dimension
für den
Partikelstrahlfräsprozess
verstanden werden. Somit bietet der Prozessor 52, der mit
einer solchen Abtastgeneratorplatte 62 verbunden ist, ein
mehrdimensionales Fräselement
zum Erzeugen von Frässignalen,
die in drei Dimensionen den Fräs-
oder Ätzprozess
des fokussierten Partikelstrahlsystems steuern können.
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Demgemäß verwendet der Prozessor 52 die von
der Abtastgeneratorplatte 62 geführten X-, Y- und Z-Daten zum
Erzeugen von Frässignalen,
die über
den Übertragungsweg 66 zum
Steuerelement 58 der Ionensäule 12 übertragen
werden. In der veranschaulichten Ausgestaltung versorgen die Frässignale
das Steuerelement 58 mit Informationen zum Betreiben der
Ablenkelemente 19, um den fokussierten Partikelstrahl zum
Abtasten oder Rastern des fokussierten Partikelstrahls über die
Oberfläche
des Schreibkopfes 30 abzulenken und um den Partikelstrahl
für eine
vorgegebene Verweilzeit auf der gewählten Stelle zu halten, so
dass bis zu einer gewählten
Tiefe gefräst
wird. Die Oberfläche
des Schreibkopfes 30 entspricht allgemein einer zweidimensionalen
Ebene, die von einem orthogonalen Paar X- und Y-Achsen definiert
werden kann. Eine Z-Achse, die allgemein als parallel zum Pfad des
fokussierten Innenstrahls 20 verlaufend verstanden wird,
ist auch allgemein orthogonal zu der Ebene, die von der X- und Y-Achse
der Oberfläche
des Schreibkopfes 30 definiert wird. Durch Steuern der
Stelle des Partikelstrahls 20 und der Zeitperiode, während der
der Strahl 20 auf die Oberfläche des Schreibkopfes 30 auftrifft,
kann Material an gewählten
Stellen des Schreibkopfes 30 entfernt werden. Demgemäß bietet das
System 10 eine mehrdimensionale Steuerung des Fräsverfahrens,
so dass der Partikelstrahl 20 gewählte Abschnitte der Schreibkopfoberfläche entfernen
und die präzise
geometrische Form der Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe bilden kann.
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1 veranschaulicht
zwar eine Ionensäule 12,
die Ablenkelemente 19 zum Ablenken eines Innenstrahls 20 zum
Abtasten über
die Oberfläche
des Schreibkopfes 30 und somit zum Richten des fokussierten
Innenstrahls auf eine gewählte
Stelle auf der Oberfläche
des Schreibkopfes 30 beinhaltet, aber es ist für die durchschnittliche
Fachperson im Bereich der fokussierten Partikelstrahlenverarbeitung
offensichtlich, dass ein beliebiges System mit der Erfindung verwendet
werden kann, das zum Richten des fokussierten Innenstrahls auf gewählte Stellen
der Schreibkopfoberfläche
geeignet ist. So kann die Plattform 24 beispielsweise in
einer alternativen Ausgestaltung in einem X-, Y- oder Z-Raum bewegt werden,
der dem X-, Y- und Z-Raum des Fräsprozesses entspricht,
und die Ivom Prozessor 52 erzeugten Frässignale können einem Bühnensteuersystem
zugeführt
werden, das die den Schreibkopf 30 tragende Bühne bewegt,
um so einen gewählten
Abschnitt des Schreibkopfes direkt in den Pfad des fokussierten Partikelstrahls
zu setzen, um den Schreibkopf 30 zu fräsen. Weitere Systeme und Verfahren
zum Richten des Partikelstrahls können im Rahmen der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz kommen, ohne von deren Umfang abzuweichen.
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Ferner ist es für die durchschnittliche Fachperson
im Bereich Partikelstrahlverfahren und -systeme offensichtlich,
dass das veranschaulichte Abtastgeneratorelement 62, das
als Leiterplattenbaugruppe des Lese-/Schreib-Computerspeichers illustriert
ist, alternativ als Software-Programmcode ausgeführt werden kann, der auf einer
Computerplattform mit seinem zugängigen
Datenspeicher läuft,
der von dem Programmcode so konfiguriert wird, dass er Speicherstellen
zum Speichern der Daten bereitstellt, die für die X- und Y-Stellen repräsentativ
sind, sowie von Daten, die für
die Verweilzeit repräsentativ
sind. Eine solche Modifikation liegt durchaus im Kompetenzbereich
der durchschnittlichen Fachperson und weicht nicht vom Umfang der
Erfindung ab.
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In dieser Ausgestaltung der Erfindung
erzeugt das Mustererkennungselement 54 ein Bild der Oberfläche des
Abschnitts des Schreibkopfes 30, der die Polspitzenbaugruppe
beinhaltet, und verarbeitet das Bild, um die präzise Position der Polspitzenbaugruppe
zu ermitteln. Die Position der Polspitzenbaugruppe kann mit einem
Koordinatensignal repräsentiert
werden, das in einer Ausgestaltung die Koordinaten der Peripherie
der Form der Polspitzenbaugruppe relativ zu einem vordefinierten
Positionierungspunkt definieren kann. Die Verwendung von vordefinierten
Positionierungspunkten, die als Landmarken dienen, ist in der Technik
der Ionenstrahlverarbeitung für
eine manuelle Positionierung eines Werkstücks während eines vorläufigen Schrittes
eines fokussierten Partikelstrahlprozesses bekannt. Weitere Systeme
und Verfahren zum Initialisieren des vom Mustererkennungssystem 54 verwendeten Koordinatensystems
können
mit der vorliegenden Endung zum Einsatz kommen, ohne von deren Umfang
abzuweichen.
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Das in 1 veranschaulichte
System 10 beinhaltet ein Mustererkennungssystem 54,
das über den Übertragungspfad 48 mit
der gezeigten Ionensäule 12 und
ferner über
den Übertragungspfad 68 mit
dem Sekundärpartikeldetektor 28 Verbindung hat,
wobei der Übertragungspfad 68 Bilddaten
zum Mustererkennungselement 54 führt und ferner über den Übertragungspfad 46 mit
dem Ladungsneutralisierungselement 32 verbunden ist, wobei
der Übertragungspfad 46 ein
Steuersignal zum Ladungsneutralisierungselement 32 zum
Aktivieren und Deaktivieren des Ladungsneutralisierers 32 führt. In
der beschriebenen Ausgestaltung hat das Mustererkennungselement 54 ferner über einen
bidirektionalen Bus mit dem Speicherelement 56 Verbindung,
das als Computerspeicherelement zum Speichern von Daten dient, die
für bekannte
Polbaugruppenformdarstellungen repräsentativ sind.
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In der in 1 veranschaulichten Ausgestaltung verwendet
das Mustererkennungssystem 54 die fokussierte Ionenstrahlsäule 12 und
den Sekundärpartikeldetektor 28 zum
Erzeugen eines Bildes der Oberfläche
des Schreibkopfes 30. Insbesondere erzeugt das Mustererkennungselement 54 eine
Reihe von abgetasteten Steuersignalen, die über den Übertragungspfad 48 zum
Steuerelement 58 der Ionensäule 12 übertragen
werden. Die abgetasteten Steuersignale richten das Steuerelement 58 zum
Abtasten des fokussierten Innenstrahls über die XY-Ebene, die die Oberfläche des
Schreibkopfes 30 definiert, und insbesondere zum Abtasten
des Innenstrahls über
den Abschnitt der Oberfläche 30,
der die Polspitzenbaugruppe beinhaltet. Das Abtasten des Innenstrahls 20 über die
Schreibkopfoberfläche 30 bewirkt
eine Emission von Sekundärpartikeln,
einschließlich
Sekundärelektronen
und Sekundärionen. Der
Sekundärpartikeldetektor 28 erkennt
die ausgelassenen Sekundärpartikel
und legt ein Bildsignal 68 an das Mustererkennungssystem 54 an.
Das Mustererkennungssystem 54 koordiniert das Bildsignal
mit den Abtastsignalen, die Ablenksignale erzeugen, die sich auf
die Ablenkelemente 19 beziehen, und korreliert das Bildsignal
mit den Ablenksignalen, so dass Änderungen
in den erkannten Signalen mit bestimmten Ablenksignalamplituden
assoziiert sind, die einer bestimmten Stelle auf der Schreibkopfoberfläche 30 entsprechen.
Die Detektoren 28 können
von einem beliebigen aus vielen Typen wie z. B. Elektronenvervielfacher,
Mikrokanalplatten, Sekundärionenmassen-Analysegeräten oder
Photondetektoren sein. Die hierin beschriebenen Abbildungstechniken
sind im Bereich fokussierte Ionenstrahlverarbeitung bekannt, und
eventuelle Substitutionen, Modifikationen, Zusätze oder Weglassungen zu der
hierin beschriebenen Abbildungstechnik sind als in den Umfang der
Erfindung fallend anzusehen. Das Mustererkennungselement 54 erzeugt
während
des Abbildungsprozesses vorzugsweise ein Steuersignal, das über den Übertragungspfad 46 zum
Ladungsneutralisierungselement 32 übertragen wird. Das in 1 beschriebene Ladungsneutralisierungselement 32 ist
ein Elektronenkanonenelement, das einen Strahl von Elektronen in
Richtung auf die Oberfläche
des Schreibkopfes 30 richtet. Der Elektronenstrahl neutralisiert
eine sich aufbauende statische elektrische Ladung, die während des
Abbildungsvorgangs auf der Schreibkopfoberfläche 30 entsteht. Durch
Abbauen der aufgebauten elektrischen statischen Ladung reduziert der
Ladungsneutralisierer die beim Abtasten der Werkstückoberfläche 30 durch
die positive Oberflächenladung
auf dem Schreibkopf 30 verursachte Entfokussierung und
Ablenkung des positiv geladenen Innenstrahls 20. Demgemäß lässt es das
Ladungsneutralisierungselement 32 zu, dass das System 10 präzisere Bilder
der Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe erzeugt.
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Das Mustererkennungselement 54 speichert das
Bildsignal, das für
das Bild des Schreibkopfes repräsentativ
ist, und einen Computerspeicher, der einen Teil des Bilderkennungselementes 54 bildet.
Das Mustererkennungselement 54 beinhaltet einen Mustererkennungsprozessor
wie z. B. einen, der von der Cognex Corportation aus Needham in
Massachusetts hergestellt und verkauft wird. Ferner kann das Mustererkennungssystem 54 das
Bildsignal der Schreibkopfoberfläche
zum Display 60 senden, wo die Polspitzenbaugruppe dem Systembenutzer
angezeigt wird.
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Das Mustererkennungselement 54 analysiert das
im Computerspeicher des Erkennungselementes gespeicherte Bildsignal.
In einer Ausgestaltung der Erfindung arbeitet das Mustererkennungselement 54 mit
einer Randerkennungstechnik, um Abschnitte des Bildsignals zu identifizieren,
die für
die Ränder der
Form der Polspitzenbaugruppe repräsentativ sind. Das Randsignal
gibt Präzisionsinformationen über den
Ort der Polspitzenbaugruppe relativ zu einem bekannten Positionierungspunkt
des Systems 10. Demgemäß kann das
System 10 den erkannten Rand zum präzisen Definieren des Ortes
der Polspitzenbaugruppe verwenden, die verarbeitet werden soll.
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In einer weiteren Ausgestaltung identifiziert das
Mustererkennungselement 54 jeden Rand der Form der Polspitzenbaugruppe.Das
Erkennungselement verarbeitet diese erkannten Ränder, um Merkmalsinformationen
aus dem Bildsignal zu extrahieren. Die Merkmale repräsentieren
gewöhnlich
geometrische Muster wie z. B. Quadrate, Kurven oder andere geometrische
Formen, die eine Kontur eines Abschnitts der Polspitzenbaugruppe
repräsentieren. Die
geometrischen Signale, die von den Randsignalen gebildet werden,
ergeben präzise
Koordinateninformationen über
den Ort der Merkmale der Polspitzenbaugruppe. Das Merkmalsextraktionselement des
Mustererkennungselementes 54 kann ein Signalverarbeitungsprogramm
sein, das in einem Programmspeicher des Mustererkennungselementes 54 gespeichert
ist und von dem Mustererkennungsprozessorelementimplementiert wird.
Der Merkmalsextraktionscode analysiert die Ortsinformationen jedes erkannten
Randes, um Sätze
von abgestimmten Koordinaten zwischen verschiedenen erkannten Rändern zu
identifizieren. Ein abgestimmter Satz von Koordinaten identifiziert
einen Schnittpunkt zwischen zwei Rändern. Das Merkmalsextraktionselement
verwendet die Ränder
und Schnittpunkte zum Identifizieren des von den erkannten Rändern gebildeten geometrischen
Musters. Die geometrischen Muster umreißen die Pole der Polspitzenbaugruppe.
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Wie in 1 gezeigt,
hat das Mustererkennungssystem 54 über einen Übertragungspfad Verbindung
mit dem Prozessorelement 52 und beinhaltet eine Schnittstelle
zum Senden der geometrischen Musterinformationen zum Prozessorelement 52.
Es ist für
die durchschnittliche Fachperson im Bereich Elektrotechnik offensichtlich,
dass Informationssignale als elektronische digitale Datensignale
repräsentiert
werden können,
die für
eine Übertragung über elektrische Übertragungsleitungen
geeignet sind.
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In einer Ausgestaltung beinhaltet
der Prozessor 52 ein Trimkonturierelement, das die geometrischen
Musterinformationen der Polspitzenbaugruppe zum Erzeugen eines geometrischen
Musters verwendet, das einen gewählten
Abschnitt des zu fräsenden
Schreibkopfes repräsentiert.
Der Prozessor 52 erzeugt anhand dieser Trimkontur eine
Reihe von Fräsanweisungen,
die über
den Übertragungspfad 66 zum
Steuerelement 58 der Ionensäule 12 gesendet werden.
Die Fräsanweisungen
können
Ablenksignale umfassen, die bewirken, dass die Ablenkelemente 19 gemäß dem vom
Prozessor 52 ermittelten geometrischen Muster die Oberfläche des
Schreibkopfes 30 abtasten. Auf diese Weise erzeugt der
Prozessor 52 Fräsanweisungen,
die den Ionenstrahl 20 so richten, dass er einen gewählten Abschnitt
des Schreibkopfes 30 wegätzt.
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In einer Ausgestaltung findet das
Prozessorelement 52 Merkmale, die im Hinblick auf Größe und Position
variieren können.
Das Prozessorelement 52 kann eine vorbestimmte Frässchablone
relativ zu den gefundenen tatsächlichen
Merkmalen vordefinieren. Die relative Platzierungs- und Größenkompensation
erfolgt mittels Pinning von Rändern
der Schablone auf Ränder
des Modells, nach denen die Mustererkennung sucht. Eine Modellabstimmung
ist im Bereich der Mustererkennung hinlänglich bekannt.
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Der Pinning-Vorgang des Prozessors 52 wird als
logisches Fixieren eines geometrischen Fräsortrandes (in einem Bild)
an einem Modellrand verstanden. Modelle können als Daten in einem Prozessordatenspeicher
gespeichert werden. Dieses Fixieren lässt es zu, dass der Fräsort dem
jeweiligen Merkmal im Bildbereich folgt. Pins können auch bewirken, dass sich
die Fräsortgeometrie
um das erkannte Merkmal herum „aufschrumpft". Dieser Effekt,
in Verbindung mit der Fähigkeit,
einen „Pin-Bias" anzuwenden, lässt es zu,
dass dasselbe Muster von variierenden Merkmalsgrößen gefräst wird. Eine Beschränkung bewirkt,
dass ein oder zwei Trimorte ein explizites Maß haben. Wenn ein spezielles
Maß zum
Fräsen
benötigt
wird, was häufig
der Fall ist, dann kann eine Beschränkung auferlegt werden, um
zu gewährleisten,
dass infolge des Pinning die benötigten
Maße intakt
bleiben. Demzufolge kann das Muster so adaptiert werden, dass immer
der richtige bearbeitete Lese-/Schreibkopf erzeugt wird.
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Wie aus der obigen Beschreibung sichtbar wird,
ergibt das in 1 beschriebene
System 10 ein System zur Herstellung von Dünnfilm-Magnetlese-/Schreibköpfen, das
automatisch Ort und Geometrie einer Polspitzenbaugruppe identifiziert
und anhand der Orts- und Geometrieinformationen einen Satz von Frässignalen
erzeugt, die den fokussierten Partikelstrahl zum Fräsen des
Schreibkopfes richten und somit eine Polspitzenbaugruppe erzeugen,
die die präzise
Geometrie hat, die zum Erzeugen des gewählten Magnetfeldmusters geeignet
ist. Ein solcher Vorgang ist in den 4a, 4b und 4c illustriert.
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Die 4a, 4b und 4c beschreiben eine Sequenz von Prozessschritten
zum Erzeugen von Frässignalen
zum Verarbeiten der Polspitzenbaugruppe eines Schreibkopfes. 4a zeigt ein Bildsignal,
das von einem Mustererkennungselement 54 erzeugt wurde
und bewirkt, dass der Ionenstrahl 20 die Obeifläche des
Schreibkopfes 30 abtastet. Wie in 4a illustriert, beinhaltet die gezeigte
Polspitzenbaugruppe 100 einen ersten Pol 102,
einen zweiten Pol 104 und eine Lücke 106 zwischen dem
ersten und dem zweiten Pol. Die gezeigte Polspitzenbaugruppe 100 hat
einen ersten Pol 102, der allgemein quadratisch ist, und
einen zweiten Pol 104, der allgemein rechteckig ist und
dessen Außenabschnitte
weiter verlaufen als die Außenabschnitte
des Pols 102. Demgemäß erzeugt
das vom Mustererkennungselement 54 der Polspitzenbaugruppe 100 erfasste
Bildsignal Informationen über
die Darstellung der Polspitzenbaugruppe 100 auf dem Partikelstrahlverarbeitungssystem 10.
Die Darstellung der Polspitzenbaugruppe 100 gibt einem
System 10 Informationen über Ort und Ausrichtung jedes
Pols 102 und 104 der Polspitzenbaugruppe 100.
Ferner gibt das Bild der Polspitzenbaugruppendarstellung dem System
Informationen über
die besonderen Herstellungsdefekte, die bei der Herstellung des
Lese-/Schreibkopfes auftreten. In der in 4a gezeigten Ausgestaltung ergibt die
Darstellung der Polspitzenbaugruppe 100 ausführliche
Informationen über
die ungleichen Größen der
beiden Pole 102 und 104.
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Das Bildsignal der Polspitzenbaugruppe 100 wird
vom Mustererkennungselement wie in 4a gezeigt
verarbeitet. 4b illustriert
die Polspitzenbaugruppe 100, wobei über das Bild der Polspitzenbaugruppe 100 eine
erste rechteckige Kontur 110 und eine zweite rechteckige
Kontur 112 gelegt wurde. Wie weiter in 4b zu sehen ist, umfasst die erste rechteckige
Kontur 110 vier Ränder,
die als 14a, 14b, 14c und 14d dargestellt
sind. Die Ränder 14a und 14b kommen
an Schnittstellen zusammen, die eine Ecke 116-* bilden.
Der Deutlichkeit halber werden nur die Ränder der rechteckigen Kontur 110 beschrieben,
und es wird nur eine Ecke 116 beschrieben. Für die durchschnittliche
Fachperson im Bereich der Mustererkennung ist es jedoch offensichtlich,
dass der Aufbau der rechteckigen Kontur 112 ähnlichen Techniken
wie mit Bezug auf die rechteckige Kontur 110 beschrieben
folgt. Wie oben beschrieben, identifiziert das Mustererkennungselement 54 für den Pol 110 einen
Satz von vier Rändern 114a, 114b, 114c und 114d,
die die Form des Pols 110 allgemein beschreiben.
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Das Merkmalsextraktionsprogramm ermittelt die
Schnittpunkte zwischen Rändern,
wie z. B. den Schnittpunkt 116 zwischen den Rändern 114a und 114b,
der die linke obere Ecke des Rechtecks 110 bildet. Anhand
der Randsignale und anhand der Schnittpunkte ermittelt der Merkmalsextraktionscode ein
geometrisches Muster, das die Form des Pols 100 geeignet
repräsentiert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der präzise Ort der Polspitzenbaugruppe
durch Erzeugen eines Bildes des Schreibkopfes ermittelt, der groß genug
ist, um ein Bild eines Positionierungspfostens zu beinhalten, der
sich in der Nähe
des Schreibkopfes befindet. Wie in der Technik bekannt ist, kann
ein Positionierungspfosten einen präzise definierten Ort haben.
Das Mustererkennungselement 54 verwendet die bekannte Position des
Positionierungspfostens, um einen Satz von Versatzkoordinaten zu
ermitteln, die die Position der Polspitzenbaugruppe relativ zu dem
Positionierungspfosten repräsentieren.
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In der beschriebenen Ausgestaltung
befindet sich der Positionierungspfosten weit genug von der Polspitzenbaugruppe
des Schreibkopfes entfernt, damit ein erstes Bild mit ausreichend
niedriger Vergrößerung genommen
werden kann, um ein Bild zu erzeugen, das sowohl den Positionierungspfosten als
auch die Polspitzenbaugruppe des Lese-/Schreibkopfes umfasst. In
einem nachfolgenden Schritt erzeugt das Mustererkennungselement 54 ein zweites
Bild, das mit einer stärkeren
Vergrößerung die
Polspitzenbaugruppe 100 des Lese-/Schreibkopfes repräsentiert.
Bei dieser starken Vergrößerung erscheint
der Positionierungspfosten nicht innerhalb der Grenzen des Bildes.
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Das Mustererkennungselement 54 leitet
die in 4b gezeigten
geometrischen Musterinformationen zum Prozessorelement 52 weiter.
Das Prozessorelement 52 erzeugt ein Trimkontursignal, in 4c dargestellt, das eine
erste Trimkontur 120 und eine zweite Trimkontur 122 beinhaltet,
die jeweils geometrische Muster repräsentieren, die über das Bild
der Polspitzenbaugruppe 100 gelegt werden. Jede Trimkontur 120 und 122 repräsentiert
ferner einen gewählten
Abschnitt des Schreibkopfes, der mit dem Ionenfräsprozess entfernt werden soll.
In der beschriebenen Ausgestaltung identifizieren die Trimkonturen 120 und 122 von 4c zwei Ätzbereiche, die selektiv Abschnitte
des Schreibkopfes und der Polspitzenbaugruppe verschieben, so dass
eine Polspitzenbaugruppe 100 entsteht, die gleich bemessene
Oberflächen
für beide
Pole 102 und 104 hat.
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Der Prozessor 52 erzeugt
einen Satz von Fräsanweisungen
anhand der Trimkontursignale 120 und 122, um den
Partikelstrahl 20 zum Fräsen der Oberfläche des
Schreibkopfes 30 zu richten. In einer Ausgestaltung erzeugt
der Prozessor 52 eine Reihe von Fräsanweisungen zum Betreiben
der Ionensäule 12,
um ein digitales Rastermuster wie in 5 gezeigt
zu implementieren. 5 illustriert
ein digitales Rastermuster 130, das eine Reihe von Pixelstellen 132 umfasst,
die jeweils der Punktgröße des Innenstrahls 20 entsprechen
und durch einen Abstand 134 getrennt sind, der in dem gezeigten
digitalen Rastermuster 130 ebenso auf die Strahlenpunktgröße bemessen
und vorzugsweise klein genug ist, damit eine Überlappung während des
Fräsprozesses
möglich ist.
Ein solcher Strahlenpunkt hat eine Größe von etwa 0,7 Mikron. Wie
in 5 gezeigt, erzeugt
das Prozessorelement 52 somit anhand der Trimkontur 120 einen
Satz von Fräsanweisungen,
die die X- und Y-Orte repräsentieren,
des Partikelstrahls 20 zum Fräsen der Oberfläche des
Schreibkopfes 30 zu richten und den vom Trimkontursignal 120 umrissenen Abschnitt
des Schreibkopfes entfernen.
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Wie oben beschrieben, beinhaltet
das Prozessorelement 52 in einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung ein Abtasterzeugungselement, das für jeden Pixelort 132 ein
Verweilzeitsignal setzen kann, das die Zeitdauer repräsentiert,
um den Partikelstrahl 20 am Ort 132 zu halten.
Auf diese Weise repräsentieren
die vom Prozessor 52 erzeugten Frässignale X-, Y- und Z-Parameter
zum Entfernen von Material vom Schreibkopf 30. Alternativ
kann der Prozessor 52 eine Reihe von Fräsanweisungen erzeugen, die
für ein
analoges Rastermuster repräsentativ
sind, das eine kontinuierliche Ablenkung des fokussierten Partikelstrahls über den
vom Trimkotttursignal 120 definierten Oberflächenbereich
ist. In einer solchen Ausgestaltung kann die Tiefe, bis zu der der Partikelstrahl
die Oberfläche
fräst,
durch Regeln der Häufigkeit
reguliert werden, mit der der Partikelstrahl über einen gewählten Bereich
Schreibkopffläche 30 streicht.
Weitere Techniken zum Regeln der dem Schreibkopf 30 zugeführten Dosis
können
gemäß der Erfindung
angewendet werden, um zu regulieren, bis zu welcher Tiefe Material
entfernt wird, ohne von deren Umfang abzuweichen.
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6 zeigt
eine Schreibkopf-Polspitzenbaugruppe 140, die von einem
System gemäß der Erfindung
gefräst
wurde, um selektiv Abschnitte der Schreibkopfoberfläche zu entfernen.
Wie in 6 gezeigt, hat
der fokussierte Partikelstrahl zwei rechteckige Abschnitte von beiden
Seiten der Polspitzenbaugruppe entfernt, um die ursprüngliche
Geometrie der Polspitzenbaugruppe so zu verändern, dass alle Oberflächen der
beiden Pole im Wesentlichen dieselbe Größe haben. Jeder in 6 gezeigte gefräste Teil
entspricht den in 4 gezeigten
Trimkonturen 120 und 122. In der in 6 illustrierten Ausgestaltung
richten die vom Prozessor 52 erzeugten Frässignale
den Partikelstrahl 20 so, dass über den gesamten Abschnitt
der Trimkontur im Wesentlichen bis auf dieselbe Tiefe gefräst wird.
Demgemäß beinhaltet
die Polspitzenbaugruppe 140 zwei Pole jeweils mit einer Oberseite
und einer ausgesparten Unterseite, die von der Oberseite den Abstand
hat, der von dem fokussierten Partikelstrahl weggeätzt wurde,
und der von dem überschüssigen Material
gebildet wird, das bei dem Fräsprozess
nicht entfernt wurde.
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7 zeigt
eine alternative Ausgestaltung der Polspitzenbaugruppe 140.
Gemäß 7 hat das erfindungsgemäße System
einen Abschnitt von jeder Seite der Polspitzenbaugruppe weggeätzt, so
dass zwei Pole jeweils mit Oberseiten entstehen, die im Wesentlichen
dieselbe Größe haben.
Wie in 7 ferner zu sehen
ist, entspricht jeder von der Polspitzenbaugruppe entfernte Abschnitt
einer der in 4 gezeigten
Trimkonturen 120 bzw. 122. 7 zeigt ferner einen Fräsprozess,
der das in 1 gezeigte Abtastgeneratorelement 62 verwendet.
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Insbesondere beinhaltet, wie in 7 gezeigt wird, die Polspitzenbaugruppe
zwei Pole jeweils mit einer ersten Oberseite und jeweils mit einer
zweiten ausgesparten Fläche
rund ferner mit einer Mulde, die zwischen der Oberseite und der
ausgesparten Fläche
ausgefräst
wurde. Die in 7 gezeigte
Polspitzenbaugruppe 150 hat Mulden 156 jeweils
auf gegenüberliegenden
Seiten der Polspitzenbaugruppe 150 und jeweils zwischen
der Oberseite 160 und den ausgesparten Flächen 152 und 154.
Das Prozessorelement 52 richtet den Partikelstrahl 20 zum
Bilden von Mulden 156, indem es den Partikelstrahl 20 so richtet,
dass eine größere Dosis
an der Stelle des Schreibkopfes 30 zugeführt wird,
an der Mulden 156 gebildet werden. Wie oben beschrieben,
kann das Abtastgeneratorelement ein Dosisregelelement wie z. B.
eine Abtastgeneratorplatte mit den Verweilzeitregistern beinhalten,
um die Frästiefe
des Ätzvorgangs
selektiv zu regeln. Demgemäß kann das
erfindungsgemäße System
Schreibköpfe
mit Polspitzenbaugruppen wie den Polspitzenbaugruppen 150 bereitstellen,
die konturierte Oberflächen
haben. Diese konturierten Oberflächen
können
kontinuierliche Neigungen besitzen, so dass geneigte Oberflächen entstehen,
die zwischen einer Oberseite und einer ausgesparten Fläche verlaufen.
Durch Steuern der Bildung von geneigten Aussparungen erzeugt das
erfindungsgemäße System
Schreibköpfe
mit gewählten Magnetfeldmustercharakteristiken,
einschließlich
einer gewählten
Richtungscharakteristik oder Pulsbreitencharakteristik.
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8 zeigt
eine Zufuhrauflage 170, die für die Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung geeignet ist und mehrere Schriebköpfe ergibt, die von dem System 10 bearbeitet
werden sollen. Ferner beinhaltet die Zufuhrauflage 170 Positionierungspfosten 174, 176 und 178,
die vom Mustererkennungselement 54 zum Ermitteln der präzisen Koordinaten oder
Polspitzenbaugruppen auf den Schreibköpfen 172 verwendet
werden. Demgemäß ermöglichen
erfindungsgemäße Systeme
ein Präzisionsfräsen von Polspitzenbaugruppen
für mehrere
Schreibköpfe. Demgemäß sind endungsgemäße Systeme
für eine Großserienherstellung
von Dünnfilm-Magnetlese-/-schreibköpfen mit
Polspitzenbaugruppen mit präzisen
Merkmalen geeignet.
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9 zeigt
eine bevorzugte Ionensäule 200 für die Verwendung
mit der Erfindung. 9 zeigt
die Ionensäule 200 mit
einer Ionenquelle 202, einer Extraktionselektrode 204,
einer Linse 206, einer zweiten Linse 210, Ablenk-
(Oktopol-) Elementen 212, die für eine Vorlinsenablenkung konfiguriert
sind, einer Stromversorgung 214, einem fokussierten Ionenstrahl 216,
einer Säulenabschirmung 218 und
einem Gehäuse 220.
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Die in 9 gezeigte
Ionensäule 200 ist
speziell so gestaltet, dass sie den Strahlenschweif reduziert, der
während
des Ionenfräsprozesses
auftritt. Wie in der Technik bekannt ist, ist der Strahlenschweifeffekt
im Wesentlichen eine unerwünschte Verteilung
des fokussierten Innenstrahls, so dass eine Penumbra von spärlichen
Ioenpartikeln entsteht, die den Kernstrahl von Partikeln umgeben.
Diese Penumbra wird in der Technik im Allgemeinen als Strahlenschweif
bezeichnet. Der Strahlenschweifeffekt wurde zuerst bei Elektronenstrahlprozessen
beobachtet und ist in der Technik in dem Artikel von Rempfer et
al., Journal of Applied Physics, Bd. 63(7), S. 2187 (1988) beschrieben.
Wie darin beschrieben, entsteht der Strahlenschweifeffekt aufgrund
der späriichen
Aberrationen im optischen Ionenlirisenelement, die für Hochstromstrahlen
intensiver werden.
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Die in 9 gezeigte
Ionensäule 200 ist
eine Universal-Ionensäule,
die Ionenstrahlen mit niedriger und hoher Energie erzeugt, einschließlich eines Hochenergie-Ionenstrahls (50.000
kV) mit einem reduzierten Strahlenschweif. Die Säule 200 ergibt eine Ionenquelle 202,
die sich in unmittelbarer Nähe
zur Extraktionselektrode 204 befindet, um die Quelle 202 so
nahe wie möglich
an das erste Linsenelement 206 heranzubringen. In einer
Ausgestaltung der Erfindung wird die Quelle 202 auf einen
Abstand von maximal 15 Millimetern zur ersten Linse 206 gebracht. Experimente
weisen darauf hin, dass eine größere Nähe zur ersten
Linse 206 eine größere Reduzierung des
Strahlenschweifs ergeben könnte,
aber die Anordnung der Extraktionselektrode oder anderer mechanischer
Elemente zwischen der Quelle 202 und der ersten Linse 206 können die
Platzierung der Quelle 202 relativ zur ersten Linse 206 stören.
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Wie in 9 ferner
zu sehen ist, ist die Säule 200 eine
Zweilinsen-Säule
mit einer ersten Linse 206 und einer zweiten Linse 210.
Wie in 9 weiter gezeigt,
hat die erste Linse 206 eine negative Vorspannung relativ
zur Extraktionselektrode 204. Die zweite Linse 210 hat
eine positive Vorspannung relativ zu Masse und ist trotzdem relativ
zur Extraktionselektrode 204 negativ vorgespannt. In der
beschriebenen Ausgestaltung reduziert die am ersten Linsenelement 206 anliegende
negative Vorspannung die sphärische
Aberration der optischen Ionenlinsenbaugruppe noch weiter. Experimente
haben gezeigt, dass entweder die obere oder die untere Linse 206 oder 210 eine
negative Vorspannung relativ zur Extraktionselektrode 204 empfangen
kann. In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erhält jedoch die
erste Linse 206 die negative Vorspannung.
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Die in 9 gezeigte
Ionensäule 200 wird längenmäßig etwa
4 Zoll von einer konventionellen Ionenstrahlensäule erhöht. Die gezeigte 9 hat eine Gesamtlänge, gemessen
vom oberen Rand des Säulengehäuses 220 bis
zum unteren Rand der Säulenabschirmung 218,
von etwa 20 Zoll. Die größere Länge der
Ionensäule 200 ergibt
eine verbesserte Vergrößerung über den
Betriebsbereich der Universal-Ionensäule.
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Experimente zeigen, dass der Inonstrahl 216 einen
reduzierten Strahlenschweif über
herkömmliche
Ionenstrahlen hatte, die bei etwa denselben Energiepegeln arbeiteten.
In einem Test wurde die in 9 gezeigte
Ionensäule 200 in
einem unausgeblendeten Modus für
etwa 5 Sekunden betrieben und auf die Oberfläche eines Testsubstrats aus
Siliciummaterial gerichtet. Nach 5 Sekunden wurde der Ionenstrahl 216 von
dem Testsubstrat entfernt, und das Testsubstrat wurde untersucht.
Das Substrat zeigte einen allgemein kreisförmigen gefrästen Abschnitt mit einer 1
bis 2 Mikron großen
zentralen Fräsung und
praktisch keiner Strahlenschweiffräsung, die als eine Entfernung
von Material um die Peripherie des mittleren Fräsflecks erscheinen würde. Diese
Testergebnisse zeigen, dass die Ionensäule 200 einen Ionenstrahl 216 mit
einem Strahlenschweif ergibt, der praktisch vollkommen eliminiert
ist.
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10 zeigt
einen Prozess 300 gemäß der Erfindung
zum Verwenden eines fokussierten Partikelstrahls zum Gestalten einer
Polspitzenbaugruppe eines Schreibkopfes und umfasst die folgenden Schritte:
Schritt 310 zum Erzeugen eines Bildsignals des Schreibkopfes
und vorzugsweise zum Bereitstellen eines Ladungsneutralisierungselementes
zum Neutralisieren einer statischen elektrischen Ladung, die an
dem Schreibkopf auftreten kann; Schritt 320 zum Durchführen einer
Mustererkennung an dem Bildsignal; Schritt 330 zum Analysieren
der Ränder der
Polspitze zum Ermitteln einer Trimkontur; Schritt 340 zum
Erzeugen von X- und Y-Frässignalen,
die für eine
Anweisung zum Applizieren des fokussierten Partikelstrahls auf einen
gewählten
Abschnitt des Schreibkopfes repräsentativ
sind; Schritt 350 zum Erzeugen von Z-Frässignalen, die für eine Anweisung zum
Applizieren des fokussierten Partikelstrahls auf einen gewählten Abschnitt
des Schreibkopfs zum Gestalten der Polspitzenbaugruppe durch Fräsen des
gewählten
Abschnittes des Schreibkopfes auf eine gewählte Tiefe repräsentativ
sind; Schritt 360 zum Erzeugen einer Verweilzeit für jeden
X-, Y-Punkt und zum Erzielen der Z-Koordinatentiefe; Schritt 370 zum
Abtasten des Innenstrahls zum Fräsen
des Schreibkopfes; und Schritt 380 zum Abbilden des gefrästen Kopfes
zum Prüfen
auf einen erfolgreichen Fräsvorgang.
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In Schritt 380 beinhaltet
das Prozessorelement 52 ein Qualitätskontrollelement, das einen
Datenbankspeicher zum Speichern von Polspitzenmerkmalsparameterdaten
beinhaltet, die akzeptable Parameter für eine gefräste Polspitzenbaugruppe oder
einen gefrästen
Schreibkopf beschreiben. Der Prozessor verwendet das Bild des gefrästen Kopfes und
kann das Mustererkennungselement zum Ermitteln der geometrischen
Merkmale des gefrästen
Kopfes verwenden, um zu ermitteln, ob der Kopf erfolgreich gefräst wurde.
Wenn der Fräsvorgang
erfolgreich war, dann erzeugt das System ein Fräsen-erfolgreich-Signal, und
der nächste
Kopf wird gefräst. Alternativ
ermittelt der Prozessor 52, ob ein neuer Satz von Frässignalen
erzeugt werden kann, um das Ätzen
der Polspitzenbaugruppe zu vervollständigen.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann
der Prozess so angepasst werden, dass der Ätzprozess so effizient wie
möglich
gemacht wird. In einer Ausgestaltung beinhaltet der Schritt des
Ermittelns eines Ätzmustersignals
den Schritt des Bestimmens eines Mindestätzzeitsignals, das ein Fräsmuster
mit einer Mindestzeitdauer repräsentiert,
damit der Schreibkopf mit der Schreibkopf-wählen-Topografie im Wesentlichen
konform ist. Ebenso kann der Schritt des Ermittelns eines Ätzmustersignals
den Schritt des Ermittelns eines Mindestätzbereichssignals beinhalten, das
für ein Ätzmuster
mit einem Mindestbereich repräsentativ
ist, der entfernt werden muss, damit der Schreibkopf im Wesentlichen
mit der Schreibkopf-wählen-Topografie
konform ist. In dieser Ausgestaltung beinhaltet der Prozess vorzugsweise
einen weiteren Schritt des Erzeugens von Frässignalen durch Vergleichen
des Darstellungssignals mit mehreren der Mustersignale und zum Auswählen von
einem der Mustersignale in Abhängigkeit
von dem Vergleich.
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Demgemäß kann ein erfindungsgemäßes Verfahren
ein Bild zur Darstellung der Polspitzenbaugruppe und zum Analysieren
dieses Bildes durch Vergleichen der Darstellung der Polspitzenbaugruppe
mit einer Reihe von bekannten Mustersignalen und zum Auswählen eines
im Wesentlichen optimalen Mustersignals zum Ätzen der Polspitzenbaugruppe
erzeugen. Ferner kann der Prozess einen Schritt des Vergleichens
der Darstellung der abgebildeten Polspitzenbaugruppe mit mehreren
der gespeicherten modellierten Darstellungssignale beinhalten, die jeweils
eine mögliche
Darstellung einer Polspitzenbaugruppe repräsentieren, und um zu ermitteln,
welches der modellierten Darstellungssignale dem abgebildeten Darstellungssignal
am meisten ähnelt, und
um anhand dieses Vergleichs ein Mustersignal zum Fräsen der
Polspitzenbaugruppe zu ermitteln.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich wird,
stellen die Systeme und Verfahren gemäß der Erfindung verbesserte
Systeme und Verfahren zum Bilden von Dünnfilmschreibköpfen und
zum Bereitstellen von Schreibköpfen
mit konturierten Oberflächen
bereit. Daher ist ferner verständlich,
dass die Erfindung nicht auf die hierin offenbarten besonderen Ausgestaltungen
begrenzt ist, sondern dass Modifikationen im Wesen und Umfang der
vorliegenden Erfindung gemäß Definition
in den beiliegenden Ansprüchen
fallen.