專利名稱：通過光學干涉技術校準硬盤驅動器磁頭飛行高度測試儀的系統和方法
技術領域：
本發明涉及光學間隙測量工具校準。更加具體地說，本發明涉及通過光學干涉技術校準硬盤驅動器磁頭飛行高度測試儀的系統和方法。
背景技術：
圖1表示一典型的硬盤驅動器。在現有的硬盤驅動器中，磁讀/寫頭102通常集成在滑塊102中，所述滑塊被設計成響應于隨旋轉盤104移動的氣流，滑塊102在所述旋轉盤上行進。磁頭/滑塊102靠近盤104的表面飛行。在制造這種磁頭/滑塊102的過程中，通常需要測試頭102的流體動力學特性以檢驗它們的性能。頭102運行的不能離盤104表面太遠或太近很重要。此外，防止頭102以關于盤表面104的不適當的角運行也是重要的。頭102在盤表面104上運行的太高將導致低于期望的面密度。頭102運行的太低可引起頭102和盤104之間的界面故障。
為了測試磁頭的飛行高度，通常使用飛行高度測試儀。通常利用光干涉技術來確定磁頭和盤之間的距離。一單色光源被指向一以類似于磁盤的旋轉速度旋轉的透明代用盤，例如玻璃盤，正被測試的磁頭組件以其相對于盤的正常飛行方位固定在一個支架上。單色光被以與盤表面成預定的角度射向盤。所述光被最靠近磁頭的盤表面反射，以及從飛行磁頭本身的表面反射，并到達光敏檢測器上。
由從盤和滑塊表面結合的反射產生的干涉效應提供了飛行高度信息。計算機從飛行高度測試儀接收數據并計算感知的飛行高度和磁頭的角度。隨著硬盤驅動器變得越來越小和數據存儲容量的增加，期望的磁頭飛行高度不斷降低。因此，飛行高度測試儀的精度，并因此其校準的精度就變成了主要問題。
圖2表示用于校準飛行高度測試儀的典型裝置。通常利用例如在美國專利第5552884號中所描述的調校標準器。如從圖2a可以看出，所述調校標準器包括通過加載彈簧52與透明盤44接觸的模擬頭48。透明盤44具有多個形成在面對模擬頭48的表面中的凹槽60。一蓋殼56在一端被附接至玻璃盤44并對模擬頭48組件和透明盤44之間的界面提供密封的環境。對于利用該裝置存在若干個問題。例如，在建立H1 204的過程中，所述H1對于評估飛行高度是重要的(下述)，設計的性質由于使用光干涉裝置而會引起問題。一定不能將H1的測量205設置得太靠近脊64的邊緣，否側測量光束返回路徑206、208之一(或二者)將有一部分通過空氣(通過120和124處的壁分開)傳播。空氣和透明盤(玻璃等)之間的光學屬性的差異會干涉傳播路徑，因此會引起不精確的光學干涉測量結果(即，結果得到的光束206和208不在正確的位置處和/或遠離精確測量的正確距離)。因此，只能朝向脊64的中心采取H1測量(在任何程度上(if at all))。這防止了對模擬盤48的表面不規則性76的適當補償。此外，必須使用分開的裝置來確定飛行高度測試儀的最小和最大光強度，其是在校準中必需的步驟，如下所述。該分開的裝置增加了校準處理的成本和復雜性。
因此期望具有一種校準飛行高度測試儀的系統和方法，其能避免上述的問題，還具有附加的益處。
發明內容
在本發明的一個方面中，一種用于校準間隙測量工具的方法包括提供一調校標準器，其包括至少一個將與一模擬盤接觸的模擬滑塊，所述滑塊包括一凹陷部分，所述凹陷部分是關于一盤表面凹陷的滑塊表面；確定在至少一個位置處的所述盤和所述滑塊的凹陷部分的表面之間的實際距離；通過光學測量確定在所述位置中所述至少一個位置處的所述盤和所述滑塊的凹陷部分的表面之間的觀測距離；和將每個所述位置處的所述觀測距離與所述實際距離進行比較。
在本發明的另一個方面中，一種用于校準間隙測量工具的系統包括一調校標準器，其包括至少一個將與一模擬盤接觸的模擬滑塊，所述滑塊包括一凹陷部分，所述凹陷部分是關于一盤表面凹陷的滑塊表面，其中在至少一個位置處確定所述盤和所述滑塊的凹陷部分的所述表面之間的實際距離；通過光學測量確定在所述位置中所述至少一個位置處的所述盤和所述滑塊的凹陷部分的所述表面之間的觀測距離；和將每個所述位置處的所述觀測距離與所述實際距離進行比較。
在本發明的又一個方面中，一種用于校準間隙測量工具的方法包括提供一調校標準器，其包括至少一個將與一模擬盤接觸的模擬滑塊，所述滑塊包括具有一傾斜表面的模擬滑塊，所述傾斜表面用于維持隨所述盤和所述滑塊之間的位置而變化間隙；在至少一個位置處確定所述盤和所述傾斜表面之間的實際間隙尺寸；通過光學測量確定在所述位置中所述至少一個位置處的所述盤和所述傾斜表面之間的觀測間隙尺寸；產生多條表示關于所述傾斜表面上的位置的光強的曲線，每條曲線與一特定的光頻率相關聯；和對于多個位置中的每一個，將光強值的組合與它們各自的測量間隙尺寸相關聯。
附圖的簡略說明圖1表示一典型的硬盤驅動器；圖2表示用于校準飛行高度測試儀的典型裝置；圖3表示根據本發明實施例的飛行高度測試儀調校標準器；圖4表示表面不規則性補償并對根據本發明實施例的兩個模擬頭提供了進一步詳細的圖示；圖5表示根據本發明實施例原理的對于提供與頭/盤間隙的范圍相關的唯一取值組合的連續光譜所利用的“唯一相稱”解的曲線圖；圖6表示根據本發明一可選實施例的模擬頭設計；圖7表示根據本發明可選擇實施例的三個模擬頭設計。
具體實施例方式
圖3表示根據本發明實施例的飛行高度測試儀調校標準器。如從圖3a可以看出，在一個實施例中，調校標準器100包括透明的模擬盤10和通過一個或多個負載彈簧40以與模擬盤10基本接觸放置的一個或多個模擬頭20。在該實施例中，利用蓋50來保護標準器免受污染物例如灰塵和碎片的影響。在本實施例中，使用兩個螺釘71、72將蓋50(并因此，將模擬頭20)固定到模擬盤10上。在該實施例中，模擬盤10由基本上平滑、透明的材料例如玻璃制成。此外，在本實施例中，通過薄膜化學沉積為模擬頭20提供一保護涂層以模仿磁頭/滑塊的光學性能。
在一個實施例中，高度標準器100扮演兩個角色光強校準工具和高度校準工具。作為光強校準工具，利用了在一個或多個模擬頭20上的傾斜表面22。如圖3b所示，在一個實施例中，飛行高度測試儀的光源80沿傾斜表面22移動(關于標準器)。隨著測試儀通過傾斜表面22，光學干涉技術(下述)產生一種振動，即包含高強度光片段和暗色光段的連續光譜。從該連續光譜，能夠為在解碼器90處接收的最大光強和最小光強建立值。在該實施例中，光強值被存儲在與飛行高度測試儀相關聯的計算機(未示)中。
在為飛行高度測試儀建立光強范圍之后，在一個實施例中，使用飛行高度測試儀測量至少一個表面凹槽302的深度(飛行高度)以確定盤10和凹陷部分302的表面23之間的至少一個“觀察”距離。在本實施例中，可通過類似原子力顯微鏡(AFM)的裝置來確定模擬頭20的物理尺寸，因此，盤10和凹陷部分302的表面23之間的“實際”距離能夠與“觀測”距離進行比較用于校準飛行高度測試儀。“實際”和“觀測”距離之間的差值可用于調節飛行高度測試儀以進行校準。在一個實施例中，布置有多個不同深度(高度)的凹陷部分以改進校準(用于不同高度的校準)。此外，因為傾斜表面22的尺寸是已知的，所以它也能用于執行間隙校準(即，任意位置x處的深度已知)。
如上所述，在本發明的一個實施例中，為了校準飛行高度測試儀，調校標準器100被放置在飛行高度測試儀中以代替測試儀的原始玻璃盤(未示)并位于測試儀的光源80的下面。如圖3b和3c所示，在校準飛行高度測試儀的過程中，通過所述測試儀進行高度測量，從而產生“觀測”距離。將“觀測”距離與那些位置處的“實際”距離進行比較。在一個實施例中，利用一線性翻譯器和計算機(未示)來近似的定位標準器100用于進行測量。在該實施例中，在每個測量點，單色光88a通過光源80引向(透明的)模擬盤10，如圖3b所示。光88a以與第一模擬盤表面12入射θ角入射到盤10上并沿路徑88b通過(玻璃)模擬盤10繼續傳播至第二模擬盤表面11，在此它分裂開并被部分反射。反射的部分遵循路徑88c通過盤10到達第一表面12，和遵循路徑88d到達飛行高度測試儀的傳感器90(未示)。剩下的光遵循路徑88e到達模擬滑塊(頭)表面22，在此所述光通過路徑88f被反射至模擬盤10。所述光到達模擬盤10的第二表面11、遵循路徑88g通過盤10和遵循路徑88h到達測試儀傳感器90。由于Snell效應將在空氣/盤表面處的路徑之間產生略微的角度偏差。為了說明的目的，高度h2和入射角θ在圖3b中都被夸大了。對于典型的飛行高度測試儀來說，路徑88a實際上基本垂直于模擬盤表面12。
圖4表示表面不規則性補償并對根據本發明實施例的兩個模擬頭提供了進一步詳細的圖示。如圖4a所示，由于每個模擬頭20的頂部的表面不規則性，從盤到模擬頭表面21的距離He隨位置改變。在本發明的一個實施例中，可通過諸如輪廓曲線儀的裝置來確定模擬頭的表面輪廓。該表面輪廓與(通過AFM等)知道的模擬頭20的“實際”尺寸相結合能夠改進校準。模擬頭20的凹陷部分的真實深度Ha略微不同于表觀深度H1(因為模擬頭20表面上的高點402)。利用Ha作為“實際”距離提供了更加精確的值。在一個實施例中，所獲得的表面不規則信息可由飛行高度測試儀計算機使用以提供用于校準的校正因數或一系列的校正因數。
圖4b和4c進一步表示根據本發明實施例的具有凹陷表面23和傾斜表面22的模擬頭滑塊20(參見圖4b)和具有一系列以變化深度形成的凹陷表面(凹槽)23的模擬頭滑塊20(參見圖4c)。在一個實施例中，凹陷表面23長度L1大于50微米，凹陷表面23深度(飛行高度)H1大于2納米。在一個實施例中，傾斜表面高度(上升)H2在12和13微英寸(.31-.33微米)之間，傾斜表面22長度(大體)L2接近100密耳(2540微米)。如上所述，可在調校標準器100中一起使用多個模擬頭20(參見圖3a)，或者它們可以在調校標準器100中單獨使用。
圖5表示根據本發明實施例原理的對于提供與頭/盤間隙的范圍相關的唯一取值的組合的連續光譜所利用的“唯一相稱”解的曲線圖。在一個實施例中，將多個波長的光(例如，三個波長501、502、503)引向將被測量的表面。在一個實施例中，當改變模擬頭和模擬盤之間的距離以獲得最大和最小光強(用于光強校準)時，可顯示出多條曲線。在以不同的波長(均衡幅度)校準光強之后，疊加顯示的波長提供了可用于“唯一相稱”解光譜的多個曲線。通過光學干涉，通過檢測器接收的光強524隨著測量距離的增加(或降低)而在最大值526和最小值528之間重復振動。雖然每個曲線隨著測量距離的增加(或降低)在可能的值范圍內都通過相同的光強值多次，但通過多波長光源提供的值511、512、513的組合對于可能的距離范圍522中的每個距離是唯一的。該“唯一相稱”解提供了一個光強組合范圍，其與將被測量的可能距離范圍直接且唯一的相關的。
根據本發明的實施例，向校準裝置提供了光強/唯一相稱理論值(傾斜表面；參見例如圖4b)和特定的深度(飛行高度)測量標度(凹陷表面；參見例如圖4c)。在該實施例中，兩個模擬頭都提供在相同的調校標準器中(與需要單獨的標準器/裝置相反)。如先前所述，現有技術中典型的調校標準器僅僅提供一系列的用于間隙校準的凹槽(在盤側，而不是在磁頭側)。為了光強校準和理論曲線的研制，需要添加單獨的部件(楔形零件)，從而增加了制造和操作的成本。因此，除了具有模擬頭上改變深度的凹槽(與模擬盤上的相反，如上所述)的優點之外，從復雜性和成本的觀點來說，將所有部件集成在單一調校標準器中是有利的。此外，由于其硬度，在例如玻璃模擬盤中形成凹槽(例如通過離子磨或化學蝕刻)的處理比在模擬頭(基底)中形成類似的凹槽更加困難。此外，用種方法蝕刻玻璃產生的表面粗糙度(不規則性)將大至0.4微英寸(～10納米)或更大，從而加劇了校準難度。
此外，例如現有技術(參見圖2a)中采用利用模擬盤44中形成的校準凹槽60的光學干涉技術將引起相當大的誤差。如果測量位置太靠近脊64的邊緣，則光束返回路徑中的一個或多個可通過空氣212(玻璃-空氣-玻璃，而非僅僅是玻璃)，從而改變了光的路徑(參見圖2c)。因為一條光束傳播通過空氣的距離定義了感知的高度測量，所以光應該通過穿過玻璃的一致路徑進行傳播(即，一致厚度的模擬盤，例如本發明)。
圖6表示根據本發明一可選擇實施例的模擬頭設計。在該實施例中，模擬頭20具有兩個分離的傾斜表面22、24。在該實施例中它們是通過不同的斜度(H2/L2和H4/L4)形成的。具有淺斜面的傾斜表面22、24可用于進行精確的調節校準，具有陡峭斜面的傾斜表面22、24可用于進行大范圍的調節。
圖7表示根據本發明可選擇實施例的三個模擬頭設計。如圖7a所示，在一個實施例中，模擬頭20具有一個圓柱形的凸出(彎曲)的部分702和一個凹陷的表面部分704。在該實施例中，圓柱形部分702用于光強校準和間隙光譜校準(通過光強曲線，如上所述)。在該實施例中，可通過AFM和已知的幾何學原理確定圓柱形部分702的尺寸以產生“實際”(飛行高度)距離H 706(類似于傾斜表面22，參見圖3b)。類似于上述，在該實施例中，凹陷部分704用于特定的飛行高度校準。如圖7b所示，在另一個實施例中，在調校標準器中利用了一個具有圓柱形部分702的模擬頭20。在該實施例中，圓柱形部分702被用于光強校準、間隙光譜校準(通過光強曲線)和特定的飛行高度校準。在該實施例中，特定的間隙測量校準是在期望的位置進行的(通過“實際”與“測量”的差)。如所述的，通過例如AFM的裝置可獲知“實際”距離。在另一個實施例中，圖7a和7b中所示的設計的彎曲表面702是球形(凸出)表面。在一可選擇實施例中，如圖7c所示，彎曲表面702(例如，球形的、圓柱形的，等等)占據了具有傾斜表面部分的模擬頭20的頂部，從而提供了進一步的校準靈活性。
雖然此處已經特定描述和說明了若干個實施例，但應該意識到在不脫離本發明的精神和預期范圍的情況下，通過上面的教導并且在后附權利要求的范圍內，可對本發明做出各種修改和變形。
權利要求
1.一種用于校準間隙測量工具的方法，包括提供一調校標準器，其包括至少一個將與一模擬盤接觸的模擬滑塊，所述滑塊包括一凹陷部分，所述凹陷部分是關于一盤表面凹陷的滑塊表面；在至少一個位置處確定所述盤和所述滑塊的凹陷部分的表面之間的實際距離；在所述位置的所述至少一個位置處通過光學測量確定所述盤和所述滑塊的凹陷部分的表面之間的觀測距離；和將每個所述位置處的所述觀測距離與所述實際距離進行比較。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據每個測量距離和其相關的實際距離之間的差校準所述間隙測量工具。
3.根據權利要求1所述的方法，進一步包括確定一表面輪廓，和根據所述輪廓補償表面不規則性。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述確定表面輪廓的步驟是通過輪廓曲線儀進行的。
5.根據權利要求1所述的方法，進一步包括提供具有傾斜表面的模擬滑塊，所述傾斜表面用于維持關于位置變化的所述盤和所述滑塊之間的間隔。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括通過化學沉積工藝形成所述滑塊的所述凹陷部分。
7.根據權利要求5所述的方法，其中所述確定所述實際距離的步驟是通過原子力顯微鏡(AFM)執行的。
8.根據權利要求5所述的方法，其中通過一個蓋保護所述調校標準器免受污染。
9.根據權利要求5所述的方法，其中通過至少一個彈簧在所述模擬滑塊和所述模擬盤之間維持接觸。
10.根據權利要求5所述的方法，其中所述間隙隨位置變化。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述間隙從由下面構成的組中選擇的一種方式變化線性地、拋物線式地、彎曲地、和凹地。
12.根據權利要求5所述的方法，其中所述光學測量包括光學干涉測量。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括在一個或多個位置處確定所述盤和所述傾斜表面之間的實際間隙尺寸；在所述位置的一個或多個位置處通過光學測量確定所述盤和所述傾斜表面之間的觀測間隙尺寸；和將每個所述位置處的所述觀測間隙尺寸與所述實際間隙尺寸進行比較。
14.根據權利要求13所述的方法，進一步包括產生多條表示關于所述傾斜表面上的位置的光強的曲線，每條曲線與一特定的光頻率相關聯；和對于多個位置中的每一個，將光強值的組合與它們各自的測量間隙尺寸相關聯。
15.根據權利要求13所述的方法，進一步包括對于每個位置，將測量的間隙尺寸與實際間隙尺寸進行比較；和根據每個測量間隙尺寸和其相關的實際間隙尺寸之間的差校準所述間隙尺寸測量工具。
16.根據權利要求14所述的方法，進一步包括利用光強曲線確定最小光強和最大光強。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括根據所述最小光強和所述最大光強校準所述間隙尺寸測量工具。
18.一種用于校準間隙測量工具的系統，包括一調校標準器，其包括至少一個將與一模擬盤接觸的模擬滑塊，所述滑塊包括一凹陷部分，所述凹陷部分是關于一盤表面凹陷的滑塊表面，其中在至少一個位置處確定所述盤和所述滑塊的凹陷部分的所述表面之間的實際距離；在所述位置的所述至少一個位置處通過光學測量確定所述盤和所述滑塊的凹陷部分的所述表面之間的觀測距離；和將每個所述位置處的所述觀測距離與所述實際距離進行比較。
19.根據權利要求18所述的系統，其中根據每個測量距離和其相關的實際距離之間的差校準所述間隙測量工具。
20.根據權利要求18所述的系統，其中在一個或多個位置處通過光學測量確定所述盤和所述滑塊的頂表面之間的不規則間隙。
21.根據權利要求18所述的系統，其中所述模擬滑塊具有一傾斜表面，所述傾斜表面用于維持關于位置變化的所述盤和所述滑塊之間的間隔。
22.根據權利要求21所述的系統，其中所述滑塊的所述凹陷部分是通過化學沉積工藝形成的。
23.根據權利要求21所述的系統，其中所述實際距離是通過原子力顯微鏡(AFM)確定的。
24.根據權利要求21所述的系統，其中通過一蓋保護所述調校標準器免受污染。
25.根據權利要求21所述的系統，其中通過至少一個彈簧在所述模擬滑塊和所述模擬盤之間維持接觸。
26.根據權利要求21所述的系統，其中所述間隙隨位置變化。
27.根據權利要求26所述的系統，其中所述間隙從由下面構成的組中選擇的一種方式變化線性地、拋物線式地、彎曲地、和凹地。
28.根據權利要求21所述的系統，其中所述光學測量包括光學干涉測量。
29.根據權利要求28所述的系統，其中在一個或多個位置處確定所述盤和所述傾斜表面之間的實際間隙尺寸；通過光學測量確定一個或多個所述位置處的所述盤和所述傾斜表面之間的觀測間隙尺寸；和將每個所述位置處的所述觀測間隙尺寸與所述實際間隙尺寸進行比較。
30.根據權利要求29所述的系統，其中產生多條表示關于所述傾斜表面上的位置的光強的曲線，每條曲線與一特定的光頻率相關聯；和對于多個位置中的每一個，將光強值的組合與各自的測量間隙尺寸相關聯。
31.根據權利要求29所述的系統，其中對于每個位置，將測量的間隙尺寸與實際間隙尺寸進行比較；和根據每個測量間隙尺寸和其相關的實際間隙尺寸之間的差校準所述間隙尺寸測量工具。
32.一種用于校準間隙測量工具的方法，包括提供一調校標準器，其包括至少一個將與一模擬盤接觸的模擬滑塊，所述滑塊包括具有一傾斜表面的模擬滑塊，所述傾斜表面用于維持隨所述盤和所述滑塊之間的位置而變化的間隙；在至少一個位置處確定所述盤和所述傾斜表面之間的實際間隙尺寸；在所述位置的所述至少一個位置處通過光學測量確定所述盤和所述傾斜表面之間的觀測間隙；產生多條表示關于所述傾斜表面上的位置的光強的曲線，每條曲線與一特定的光頻率相關聯；和對于多個位置中的每一個，將光強值的組合與它們各自的測量間隙尺寸相關聯。
33.根據權利要求32所述的方法，進一步包括對于每個位置，將測量的間隙尺寸與實際間隙尺寸進行比較；和根據每個測量間隙尺寸和其相關的實際間隙尺寸之間的差校準所述間隙尺寸測量工具。
全文摘要
本發明披露了一種通過光學干涉技術由包括模擬滑塊和模擬盤的調校標準器校準硬盤驅動器磁頭飛行高度測試儀的系統和方法。
文檔編號G11B5/60GK1735787SQ03825832
公開日2006年2月15日 申請日期2003年1月20日 優先權日2003年1月20日
發明者胡遠展, 李宇, 田宏 申請人:新科實業有限公司