Interferometrisches Profilhöhenmessgerät in der Qualitätskontrolle bei IBM
Dipl. phys. Matthias Löffler
Im Rahmen der Produktions- und Qualitätskontrolle von Festplatten-Schreib-/Leseköpfen werden unterschiedliche optische Inspektionstools eingesetzt. Eines dieser Tools, das MIPS (Miniature Interferometric Phase Sensor) ist Gegenstand der Zusammenarbeit zwischen der AG Bergmann und den IBM Speichersystemen Deutschland (IBM SSD).
Diese Kooperation begann im Juni 1997 und hatte zunächst die Wiederherstellung der Einsatzfähigkeit des MIPS-Systems zum Ziel. In einer späteren Phase der Zusammenarbeit wurde eine gründliche Analyse und Weiterentwicklung des Tools durchgeführt (M.Löffler, Diplomarbeit 1999).
Abbildung 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Schreib-/Lesekopfes, wie er in modernen Festplattenlaufwerken Verwendung findet:
In Abbildung 1 ist das eigentliche Schreib-/Leseelement zu erkennen, welches an einem nach aerodynamischen Gesichtspunkten geformten Kopf, dem sogenannten "Slider" befestigt ist. Während ein Slider durchaus makroskopische Abmessungen im Bereich 1x1 mm2 aufweist, nehmen die Dimensionen der Schreib-/Leseelemente immer stärker ab und betragen heute typischerweise 0.5-2 mm.
Die Flugeigenschaften des Sliders über der rotierenden Festplatte werden bestimmt durch seine aerodynamisch geformte Unterseite, die sogenannte ABS (air bearing surface), deren Strukturen über verschiedene Verfahren der Oberflächenbearbeitung hergestellt werden.
Das Messprinzip des MIPS basiert auf differentieller Laserinterferometrie (Abbildung 2): Der Strahl eines Laserdiodenmoduls (Wellenlänge l =670 nm) wird mittels eines Wollaston-Prismas aufgespalten in zwei senkrecht zueinander linear polarisierte Teilstrahlen, die über eine Anordnung verschiedener optischer Elemente auf die zu untersuchende Oberfläche fokussiert werden.
Abbildung 2: Die Höhendifferenz h der beiden Auftreffpunkte ist dann proportional zu einer Phasen-differenz , die über den patentierten Phasenanalysator ausgewertet und in die gesuchte Höhendifferenz umgerechnet werden kann:
h = 4p/l*j
Durch eine interne Scannereinrichtung werden die beiden Teilstrahlen über die zu testende Oberfläche bewegt und deren Profilhöhenverlauf wird gemessen.
In der Qualitätskontrolle der Slider bei IBM SSD wird das MIPS-System vor allem zur Detektion von Kanten der unterschiedlichen ABS-Flächen. Auf diese Weise können deren Abstände gemessen und mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Abweichungen von diesen Sollwerten führen zu einer Auslese der fehlerhaften Slider, was die Qualität der letztlich ausgelieferten Schreib-/Leseköpfe sicherstellt.