使用形成聚合物刷构成单个浮动块气垫面的方法

摘要

一种在单个浮动块上构成气垫面的方法，该浮动块作为支撑件用于磁性记录头。气垫面的下凹表面是用下述方法构成的：施加聚合初始剂层(优选地为单氯硅烷)，在初始剂上形成一个图样，形成一个聚合物刷，并且离子研磨。可以浸在溶液中或使用压印施加聚合初始剂层。

说明书

技术领域

本发明总的涉及用于磁盘驱动器的气垫浮动块，特别涉及到在单个浮动块制造中使用形成聚合物刷的方法。

背景技术

在现代的计算机系统中，使用数码信息磁性记录技术的磁盘驱动器贮存了大量信息。磁盘驱动器至少有一个具有离散的同心数据磁迹的旋转磁盘。至少有一个记录头，它通常有一个分离的写入元件和读取元件用于读写磁迹上的数据。记录头构造在一个浮动块上，而浮动块装在一个悬臂梁上。记录头、浮动块和悬臂梁的组合叫做磁头框架组件。除此之外，还有一个执行机构将记录头定位于特定的磁迹上。执行机构首先旋转并寻找特定的磁迹，将记录头定位在那个磁迹上之后，该执行机构保持记录头对准该磁迹。磁盘驱动器内的磁盘有一个基片和在基片上用于磁性记录的磁性材料层。

装着记录头的浮动块有一个构成气垫面的表面。气垫面的目的是允许浮动块浮在气垫上并且定位于磁盘表面附近。在磁盘表面记录的数据密度通常随每一种新的磁盘驱动器产品的出现而增加。随着记录数据密度的增加，需要不断地改进最终浮动块在磁盘表面上滑动高度的宽容度并改进记录传感器的尺寸控制。

使用薄膜的方法将记录头构造在晶片上。在记录头构成之后，晶片按行切割。每行通常会有20到80个记录头。为了确定读写元件的最终尺寸，首先将该行晶片重叠。对于非常高的记录密度，行晶片的重叠不能满足对于读元件的条带高度和记录元件的喉部高度所需要的尺寸控制。在重叠之后，在该行晶片的一个表面上同时构成一些气垫面。首先，用旋转镀膜或加上一张光阻材料，将相对较厚的光阻材料层涂覆在该表面上。用旋转镀膜或加上一张光阻材料的方法获得的相对较厚的光阻材料层限制了在气垫面上产生的特征尺寸。替代方案是，在该表面上吸收聚合物使得该行晶片获得聚合物涂层。用预形成的聚合物分子的吸收工序通常导致涂层太薄而无法抵抗后来的研磨或蚀刻。接下来是对该涂层制作图样并且研磨或蚀刻。

如果首先将该行晶片切成单个浮动块，然后在每个单个浮动块上构成气垫面并且重叠，这样显著地改进了气垫面的精度特征和记录头的尺寸控制。然而，用于在不切片的行晶片上构造气垫面的方法不适用于单个浮动块。比如，在单个浮动块上旋转涂覆光阻材料是非常难以控制。一旦行晶片被切成单个浮动块并且安放在运送装置上，用于平版印刷术的方法必须适用于单个浮动块。

从前面描述可以明白，需要有一种适用于单个浮动块的构成气垫面的方法。

发明内容

在一个优选的实施例中，本发明提供一个适用于单个浮动块的构成气垫面的方法。

在一个实施例中，将薄的聚合初始剂层施加到浮动块的表面上。然后紫外线光通过掩模在初始层上产生的一个需要的图样。在制出图样之后，聚合物刷形成在浮动块的表面所需要的区域上。此后用离子研磨除去浮动块暴露的基体材料部分，以产生下凹的区域。于是一个或多个下凹的区域形成气垫面的一部分。

在另一个实施例中，使用压印方法产生薄的聚合初始剂层。在这个实施例中，不需要暴露在紫外线下而产生需要的图样。聚合物刷的形成和后来的离子研磨与前面的描述一样。

本发明提供的这些实施例可应用在由如氧化铝和碳化钛复合材料构成的浮动块上。或大结晶结构的材料(如硅)一些材料可以用于构造聚合初始剂层。一种特别有效的材料是单氯硅烷(azomonochlorsilane)。

结合附图，从下面的详细说明可以清楚地了解本发明的其它方面和优点，这些附图用举例的方式示出本发明的原理。

附图说明

图1示出滑过旋转磁盘表面的一个浮动块；

图2a是一个完成的浮动块的透视图；

图2b是完成的浮动块的侧视图；

图2c是的浮动块气垫面一侧的视图；

图3a示出从硅晶片形成浮动块；

图3b示出在气垫面形成之前的单个浮动块的安置；

图3c示出在气垫面形成之前的埋入相对较软的基底层的单个浮动块；

图3d示出单个浮动块的聚合物刷的构成；

图4a示出聚合物刷的横剖面图；

图4b示出在浮动块表面上，单氯硅烷与-OH(氢氧根)的接合；

图4c示出从苯乙烯单体构成的一个聚合物分子；

图5a示出在一个浮动块上构成的气垫面结构；

图5b示出已经形成聚合初始剂涂层之后的单个浮动块；

图5c示出浮动块通过掩模暴露在紫外线之下；

图5d示出在除去聚合初始剂层的暴露部分之后的单个浮动块；

图5e示出聚合物刷的结构；

图5f示出在离子研磨后的浮动块；

图5g示出在除去聚合物刷和聚合初始剂层之后的浮动块；

图5h在施加了第二层聚合初始剂层之后的浮动块；

图5i示出浮动块通过第二掩模暴露在紫外线之下；

图5j示出在除去第二聚合初始剂层的暴露部分之后的单个浮动块

图5k示出第二聚合物刷的结构；

图5l示出在第二次离子研磨后的浮动块；

图5m示出完成的气垫面浮动块；

图6a示出施加在压印工具上的聚合初始剂层；

图6b示出使用压印工具的浮动块的聚合初始剂层的施加；

图6c示出在单个浮动块上的聚合初始剂的图案层；

图6d示出聚合物刷的结构；

图6e示出在离子研磨后的浮动块；

图6f示出除去聚合物刷和聚合初始剂层之后的浮动块；

图6g示出将第二聚合初始剂层施加于第二压印工具；

图6h示出使用第二压印工具将第二聚合初始剂层覆盖到浮动块上；

图6i示出单个浮动块和聚合初始剂的图案层；

图6j示出第二聚合物刷的结构；

图6k在第二次离子研磨之后的单个浮动块；

图6l示出完成气垫面的单个浮动块。

具体实施方式

本发明提供一种构成气垫面的有效方法，该气垫面适用于单个浮动块。在构成气垫面之前，该方法将浮动块按行切片重叠。进而，聚合物层的厚度可以用离子研磨或蚀刻操作加以优化。

图1出示装在悬臂梁104上的浮动块102，该浮动块滑过磁盘108的表面106的上面。操作时，磁盘108以标号110指示的方向旋转。典型的浮动块102有一面(未示出)位于构成的气垫面之上。虽然该气垫面本身通常是由许多下凹的表面构成，但浮动块的这一面有时被认为是气垫面。浮动块的气垫面与磁盘106相邻。记录头112构造在浮动块102的后表面114上。在浮动块的气垫面(未示出)和前表面(未示出)的交接处通常有一个倾斜的区域116。该倾斜区域116有助于形成均匀的气垫面。

图2a为典型的浮动块202的透视图。图2a示出了浮动块202的前表面204，倾斜区域206，和气垫面208。有许多种气垫面的设计，其几何特征多少有些不同。气垫面设计的共同特征是大部分都具有二个或多个下凹的或相互偏置的表面。在图2a显示的例子中有三个这种表面。示出的第一表面为片段210，212和214。这些片段不相邻，但大致上位于同一平面，并因此被认为是一个表面。下一个表面由片段216，218和220示出。这些片段也不相邻，但大致上位于同一平面。由片段216，218和220确定的平面低于由片段210，212和214定义的平面。根据气垫面的设计需要下凹或偏移的距离是可变的，通常从约0.1到0.5微米。图2a中的第三表面222通常比由片段210，212和214确定的平面下凹或偏移约0.5到4.0微米。记录头224的位置靠近气垫面208的尾部边缘226。

图2b示出浮动块202的侧视图。可以看到前表面204和倾斜区域206的轮廓。示出了由片段210，212和214确定的平面和由片段216，218和220确定的平面之间的下凹距离226。同样也示出了由片段216，218，220确定的平面和标号222指示的平面之间的下凹距离228。

图2c示出浮动块202的气垫面208一侧的视图。示出了倾斜区域206。还示出了由片段210，212和214确定的平面。也示出了由片段216，218和220确定的平面。最后示出表面222。

形成聚合物刷可有效地用于在要经受离子研磨的浮动块表面上产生所需要的图样。聚合物刷的使用允许用光制成需要的图样与抗蚀刻的聚合物薄膜分离。使用聚合物刷的另一个优点是表面涂层可以由聚合物的增长而获得，而不需要旋转镀膜。当处理单个浮动块的时候，这一个优点特别重要。

图3a，b，c和d示出体现本发明一些优点的一个实例。图3a，b，c和d未按比例绘制。在图3a示出作为基体材料的硅的使用。如图3a所示，记录头304沉积在硅制基体302上，并且用深沟活性离子蚀刻已经形成一些凹槽306在记录头304之间。其结果是将单个浮动块308与硅制基体302分开。然而，这个方法容易形成梯形的凹槽306进入硅302内。于是硅浮动块308容易有梯形的形状。在准备形成气垫面时，一组单个的梯形浮动块放在基底层上之后，其表面轮廓为图3b所示的锯齿结构。在用传统方法(如旋转镀膜)制作聚合物时，这种锯齿结构是不希望有的轮廓。一个解决方法是将浮动块308嵌入相对较软的基底层310，如图3c所示，对该表面进行平面化处理以接受气垫面。然而，在这种嵌入之后一定要覆盖浮动块308。更加要求的解决方法是利用聚合物刷312，如图3d所示。聚合物刷312方法的使用将用于形成单个浮动块的方法与形成气垫面的方法分开。

图4a为聚合物刷的示意图。首先将聚合的初始剂层408施加到浮动块412的表面410上形成聚合物刷406。一个有效的聚合的初始剂的例子是单氯硅烷(azomonochlorsilane)。理想地，聚合的初始剂层408共价地结合到浮动块的表面，特别是结合到表面上的-OH氢氧根组，并且形成单体分子可以开始聚合的表层。浮动块表面通常有包含了-OH氢氧根组的薄的氧化物层。通常空气中的湿气足以产生充份的-OH氢氧根组，然而一个水解过程可以用于增加-OH氢氧根组的密度。当使用硅基体的时候，首先要形成氧化硅层，然后水解。

聚合的初始剂层408(如单氯硅烷azomonochlorsilane)结合到浮动块412的表面410上的-OH氢氧根组，形成通常厚度在1到5纳米之间的单体层408，促使适当的单体聚合，并且易于用紫外线光去活性。图4b是一示意图，示出azomonochlorsilane和包含-OH氢氧根组的表面的反应。图4c示出实例的使用苯乙烯单体制成的聚合物刷的化学结构。用暴露在紫外线下的方法可使azomonochlorsilane的聚合的初始能力去活性。适当的单体包括苯乙烯，异丁烯酸盐[酯]，或本专业技术人员已知的其它聚合的单体。有芳香环结构的单体常生成有超级抗蚀刻能力的聚合物。在聚合的初始剂沉积之后，浮动块暴露于单体分子和自由初始剂[如2-2’-二氮异丁腈，即AIBN(2-2’-azo-bis-isobutyrylnitrile]的混合物，并且聚合物的生长持续到需要的厚度。温度适度地升高到摄氏60度对反应速率是合适的。这个方法的一个优点就是没有用旋转镀膜或压制一片聚合物的方法加上聚合物涂层；这两种方法对于单个浮动块操作是很困难的。最终光阻材料层的厚度可以受到附加的初始剂分子密度的控制，该厚度更容易受到对于聚合单体暴露在升高的温度下的时间控制。聚合物刷的厚度范围可以被控制在较宽的范围内。当构造气垫面时，聚合物刷的有用的厚度范围是大约0.5微米到大约5微米。在特征的解决方案与抗离子研磨和蚀刻之间取得最佳折衷方案时，控制厚度和均匀程度的能力是有利条件。在形成聚合物刷之后，用适当的溶剂冲洗掉未结合的自由聚合物。最终气垫面的精确度和清晰变主要地取决于薄的聚合初始剂层，而很少取决于厚得多的聚合物层。

在更精细的方面，通过结合光活性基团和随后用紫外线照射在聚合物刷分子之间引起交联，产生的交联聚合物更能抵抗后面的离子研磨。

图5a到图5m示出用于构造气垫面的本发明方法的一个实施例。图5a-m的视图未按比例绘制。最通用的浮动块基体材料是氧化铝和碳化钛的复合材料。然而，对于用其它材料(如结晶硅)构造的浮动块，本发明是同样有用的。对于这些材料蚀刻率是不同的，因此聚合物刷最适宜的厚度取决于基体材料而改变。

图5a是单个浮动块502的横剖面图。图5b示出使用某一溶剂在涂覆了薄的聚合的初始剂层504之后的浮动块502。聚合的初始剂层504施加到要构成气垫面的浮动块的一侧506。图5c示出通过掩模510暴露在紫外线508下的具有聚合初始剂层504的浮动块502。通过掩模510暴露在紫外线508下导致在聚合初始剂层504上产生某种图样。参见图5d，聚合初始剂层504暴露在紫外线508下的区域514失去开始聚合的能力。而聚合初始剂层504没有暴露在紫外线508下的区域512依然保持着聚合物增长的初始剂的活性。参见图5e，具有聚合初始剂层504的图样层的浮动块502现在暴露于适当的单体分子中以形成聚合物层。在聚合初始剂层的聚合通常由热处理起动。聚合物分子趋向于沿着与浮动块表面垂直的方向增长，于是形成聚合物“刷子”516。

图5f示出在离子研磨后的浮动块502。聚合物分子516在离子研磨期间受到一些侵蚀，而与聚合物分子516相邻的浮动块502的表面518得到保护。浮动块502表面的未受保护的部分514被离子磨蚀，形成在受保护的表面518和未受保护的表面520之间凹下的距离。图5g示出在除去剩余的聚合物516和聚合初始剂层504之后的浮动块502。

如图2所示，气垫面可以有二个以上具有不同的偏移或下凹距离的表面。当需要另一个表面的时候，图5a-g的基本方法可以再次用于开始于图5g所示的浮动块502。图5h示出应用于已有气垫面的浮动块502的一侧的第二聚合初始剂层522。图5i示出通过第二掩模524暴露在紫外线508下的第二聚合初始剂层522。图5j示出浮动块表面失去聚合初始剂层活性的部分526。图5k示出在聚合初始剂层522生长的第二聚合物刷528。图51示出在离子研磨后剩余的聚合物刷528。活性离子蚀刻是除去材料的更有攻击性的方法，并且也许是适用的，因为最后的表面534下凹的距离530通常大于第二表面520下凹的距离532。最后，图5m示出在除去聚合物刷和聚合初始剂层之后最后的气垫面。

在本发明的另一个实施例中，用压印方法加上聚合初始剂层，如图6a-1所示。图6a-1的视图未按比例绘制。参见图6a，压印工具602在其表面604有一个图样，类似于图5c先前示出的掩模的图样。在压印工具602上的图样最好用蚀刻、离子研磨或任何其它的适用方法制成表面偏移的部分。用相对软的材料(如硅树脂)制作压印工具602是很方便的。通过浸渍608在包含聚合初始剂的溶液606，可以将聚合初始剂层施加到压印工具602上，如图6a所示。也可以用其它方法将聚合初始剂层施加到压印工具602上，如用接触涂料，称为“上墨”。图6b示出有聚合初始剂层610的压印工具602作用到浮动块614有意构成气垫面的一侧612。参见图6c，将压印工具602压在浮动块614上之后，由于压印工具602相应于需要的图样的凸起面的部分，聚合初始剂层610转移到浮动块614上。在这个实施例中，在浮动块上的聚合初始剂层616具有需要的图样，该图样存在于压印工具602上，因此不需要暴露在紫外线下或附加掩模。聚合物刷618的形成如图6d所示。图6e示出离子研磨处理之后的浮动块614。在图6e中，示出了由离子研磨产生的下凹区域620。图6f示出在除去聚合初始剂层616和聚合物刷618之后的浮动块614。

如果在气垫面上需要附加的表面，使用不同的压印工具622，重复图6a-6f所示的过程。图6g示出地聚合初始剂606施加608到另一个压印工具622。图6h示出具有第二聚合初始剂涂层624的第二压印工具622正在压制626到部份地形成了气垫面628的浮动块614上。图6i示出使用第二压印工具622施加了第二聚合初始剂层630之后的浮动块614。图6j示出第二聚合物刷632形成之后的浮动块614。图6k示出在第二次离子研磨或离子蚀刻反应之后的浮动块614。最后，图61示出在除去聚合初始剂层和聚合物刷之后的完成了气垫面634的浮动块614。

上面详细讨论的、并且用图6a-1示出的压印方法特别适用于对单个浮动块的处理。保持压印工具能够对准以压印排列成行的所有浮动块是一件困难的工作。

从前面的描述，明显看到本发明的实施例为在单个浮动块上构造气垫面提供了有利的和有效的方法。虽然仅详细描述了本发明的特定实施例，但本发明不局限于描述和图解的例子，只有权利要求书限定了本发明的范围。