Ionenstrahltrimmen der Magnetpole von Festplatten-Schreib-/Leseköpfen

Die Herstellung eines Festplatten-Schreib-/Lesekopfes ist ein aufwändiger Produktions­vorgang aus mehreren hundert einzelnen Produktionsschritten. Jeder einzelne Schritt erfordert dabei höchste Präzision, um viele Schreib-/Leseköpfe mit identischen Eigen­schaften herzustellen.

Die Pol­breite der Schreib­köpfe muss sehr präzise eingestellt werden, da diese direkt die Stärke des magnetischen Schreib­feldes in der Fest­platte bestimmt. Ist die Pol­breite zu gering reicht die Feldstärke nicht aus um die einzelnen Datenbits zu schreiben. Ist die Pol­breite zu groß, ist auch die Feld­stärke so groß, dass die Gefahr besteht, auch benachbarte Daten­bits um­zu­magnetisieren, es droht ein totaler Daten­verlust.

Die Schicht­dicke muss zudem sehr gleich­mäßig sein, da der Fest­platten-Schreib-/Lesekopf mit hohen Relativ­ge­schwin­dig­keiten von mehreren 10 m/s über die Speicher­schicht fliegt. In­ho­mo­ge­ni­täten können hier zu Luft­­wirbeln führen, in deren Folge der Schreib-/Lesekopf me­cha­nisch auf der Speicher­schicht aufliegt, diese verkratzt und damit dauerhaft zerstört.

Die derzeit im Einsatz befindlichen Produktions­anlagen stoßen dabei an die Grenzen ihrer Leistungs­fähigkeit, sodass eine Nach­bearbeitung erforderlich ist.

Diese erfolgt normalerweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP), wobei die Wafer­oberfläche durch die verwendete Polier­mittel-Suspension ab­ge­tragen wird um die gewünschte Pol­breite einzustellen (vgl. Abb. 1, links). Dieses Verfahren kann jedoch zu einem Auf­rauen der Ober­fläche und zu einer Stufenstruktur im Polier­stopp führen, was sich extrem negativ auf die Weiter­verarbeitung und Aus­beute auswirkt.

Durch lokales Ionenstrahlätzen kann die Schichtdicke mit hoher Präzision ein­gestellt und damit die laterale Aus­dehnung des Schreib­pols festgelegt und die Ober­fläche geglättet (Abb. 1, rechts) werden. Der Ionen­strahl scannt über die Wafer­oberfläche und trägt entsprechend seiner Verweil­dauer an verschiedenen Stellen jeweils die gewünschte Menge an Material ab.

Dabei hängt die Abtrags­rate sowohl vom zu trimmenden Material als auch vom Einfalls­winkel des Ionen­strahls auf die Wafer­oberfläche ab. Dadurch ist es möglich, das Verhältnis der Abtrags­raten verschiedener im Wafer verwendeter Materialien nahezu beliebig einzustellen. So kann der Schreib­pol aus NiFe-Legierung und die ihn umgebende Matrix aus Al2O3 bei einem Einfalls­winkel von etwa 55° mit der gleichen Rate abgetragen werden  (Abb. 2). Damit kann die Breite des Schreib­pols eingestellt werden, ohne dass es zur Bildung von Stufen auf dem Wafer kommt.

Passendes Produkt: scia Trim 200 zum Ionenstrahltrimmen

  • Dickeneinstellung, Einstellung der Polbreite
  • Verbesserung der Schichtdickenhomogenität
  • Erhöhung der Ausbeute
  • Produktionsanlage für hohen Durchsatz
  • Ausgestattet mit einem Handling-System für Standard-Waferkassetten

Abb. 1: Querschnittsansicht

Schematische Darstellung einer NiFe-Legierung eingebettet in eine Matrix aus Al2O3. Links: Die Waferoberfläche zeigt deutliche Höhenschwankungen. Rechts: Definierter Materialabtrag führt zu geglätteter Oberfläche und angepasster Zielpolbreite.

Abb. 2: Abtragsrate

Abtragsrate von NiFe und Aluminiumoxid als Funktion des Einfallswinkels des Ionenstrahls. Bei einem Einfallswinkel von etwa 55° werden beide Materialien mit der gleichen Rate abgetragen.