雙面磁碟的製作方法

2023-05-20 09:26:21 1

專利名稱：：雙面磁碟的製作方法
技術領域：
：本發明涉及盤驅動器系統的領域，具體地，涉及壓印在圖案化磁碟上以使滑塊與磁碟上的數據對準的伺服圖案(servopattern)。
背景技術：
：很多計算系統使用盤驅動器系統用於信息的海量存儲。磁碟驅動器通常包括一個或多個滑塊，所述滑塊包括讀頭和寫頭。致動器/懸臂保持滑塊於磁碟之上。磁碟包括數據區域和伺服扇區。音圈電機(VCM)移動致動器/懸臂從而利用伺服數據的反饋將滑塊定位在選定的磁寫入數據之上。盤驅動器系統上的電子系統包括寫驅動器、讀信號前置放大器、讀寫通道、控制器和固件。控制器通常是連接在印刷電路板上的各種電路晶片。控制器包括一個或多個微處理器、存儲器、伺服控制電路、硬碟控制電路、主軸電機驅動器以及VCM驅動器。讀寫通道可以包括模數轉換電路、數據時鐘、伺服時鐘以及鎖相環。數據區域和伺服扇區可以包括通過寫頭磁寫入到磁碟上並也通過讀頭從磁碟讀回的信息。數據區域包括可用於存儲終端用戶文件和盤驅動器系統參數數據(或維護數據)的數據道。所述數據通常以512位元組或4千字節的數據塊的方式寫入。每個數據塊通常具有數據同步區段、實際數據(通常被編碼並可能被加密)以及錯誤校正數據。終端用戶可自由地存儲新數據並在以後修改該數據。伺服扇區包括用於定位滑塊的伺服數據。伺服數據通常只在製造廠寫入並且不能被終端用戶改變。有各種技術用於在磁碟上寫入伺服數據；在稱為自伺服寫入(self-servowriting)的常用方法中，利用寫頭寫入以後用於伺服道跟隨的伺服數據以輔助另外伺服數據的寫入，伺服數據從內徑向外徑階梯式擴展。對於伺服寫入(以及正常數據寫入)的一個複雜因素是寫頭和讀頭之間的徑向讀寫偏移距離(radialread-writeoffsetdistanceiRWOXRWO基於讀頭和寫頭在滑塊上的位置以及致動器在磁碟之上產生的弧隨著滑塊在磁碟上的角坐標而改變。通常在自伺服寫入中，讀頭從寫頭朝向內徑偏移，伺服數據從內逕到外徑寫入。伺服數據可以包括同步區段(伺服同步(servosync))、扇區地址標記(SAM)、扇區標識(sector-1D)、道標識(track-1D,有時稱為柱面標識)、伺服脈衝串(servoburst)、可重複偏擺(repeatablerunout:RR0)值、緩衝塊(pad)。數據道通常通過道標識、伺服脈衝串、和/或RRO值的組合來識別。伺服同步通常是當讀頭經過伺服扇區時由其讀取的第一個伺服數據。伺服同步可以被讀寫通道用於建立伺服頻率和伺服時鐘相位。部分伺服同步也可以用於盤驅動器系統的電子系統中的自動增益控制。伺服同步可以以單磁極或以交替磁極寫入，如美國專利申請公開No.2006/0279871A1中所說明的。伺服同步有時被稱為前同步碼(preamble)。常規盤驅動器系統中的伺服頻率從內逕到外徑是恆定的。由於該恆定頻率，伺服扇區在圓周向長度上與徑向位置成比例地增加。例如，伺服扇區在外徑的圓周向長度可為伺服扇區在內徑的長度的大約兩倍。如果採用分區伺服架構(zonedservoarchitecture),伺服頻率從內逕到外徑在伺服區之間增加。伺服頻率在區之間大約隨每個伺服區的平均半徑而改變。每個區內的伺服頻率通常保持恆定。因為伺服扇區分成更短的徑向伺服區，伺服扇區的圓周向長度不像常規伺服設計中那樣變化大。使用分區伺服時的圓周向長度的減小的變化在使用圖案化介質作為伺服圖案時提供了優點，因為分區伺服在圓周向長度上從內逕到外徑更一致。參見美國專利申請號12/699581(簡稱為』581)及以下對幹平坦化設計規則#1和#2的描述。分區伺服的例子可見於美國專利No.6178056的圖2B和2C、7012773的圖10、15、20、28及第11欄(簡稱為』773)、以及7715138的圖2A。』773的圖10示出了具有一系列同心區的設計，所述同心區構成單頻的正常伺服區(「伺服區」)和雙頻的交疊區(「雙頻區」)的交替序列。在雙頻區中，一半伺服扇區使用與鄰接的較低頻率伺服扇區相同的第一伺服頻率，而其餘的伺服扇區使用與鄰接的較高頻率伺服扇區相同的第二伺服頻率。在』773的圖10的設計中，伺服區和雙頻區布置在連續的徑向伺服扇區中。』773的圖15、20和25示出了其他可能的分區伺服布置，其中伺服扇區不是徑向連續的。SAM(也稱為伺服地址標記，伺服開始標記，以及伺服同步字節)作為開始點，從該開始點起定位其他的伺服數據。例如，道標識、扇區標識、以及伺服脈衝串可以按照預定順序位於距離SAM預定距離處。SAM通常是唯一的磁形狀，從而盤驅動器系統的電子系統更容易地將其與寫在磁碟上的其他磁信息區分開。SAM可以不與寫在磁碟上的其他數據遵循相同的規則或限制。例如，SAM可以在不同頻率寫入，或者在寬度和/或間距上不同於其它伺服數據。扇區標識用於在滑塊環繞(circle)道時識別特定的伺服扇區。道可以具有250或更多連續伺服扇區。扇區標識向控制器提供滑塊的圓周位置。隨著每個伺服扇區從內逕到外徑徑向地擴展，在每個伺服扇區的每個道中扇區標識通常基本相同。扇區標識可以是標識特定伺服扇區的唯一數字編號，諸如I和250之間的扇區標識，如果在一個道中有250個伺服扇區的話。扇區標識可以被拆分在幾個伺服扇區之間從而減少每個伺服扇區的圓周向長度；在此情況下，需要讀幾個伺服扇區以確定完整的扇區標識。在一些設計中，磁碟具有道開始標記(startoftrackmark)並且控制器包括計數器；在此情況下,道開始標記復位計數器，當每次讀頭遇到新的SAM時則計數器遞增，從而為完整的扇區標識提供連續計數。在本說明書中，術語扇區標識意欲包括這些可能設計中的每一種。道標識用於在滑塊從內逕到外徑徑向移動時標識特定的徑向位置。道標識通常以格雷碼(graycode)數字格式寫入；有很多格雷碼格式且一些格式加密道標識和/或提供錯誤校正冗餘碼。道標識也可以利用多個相位圖案(例如，V形圖案)寫入，如美國專利申請編號12/634240(簡稱為』240)的圖4A、4B、8和10所示的。道標識向控制器提供滑塊的徑向位置。從內逕到外徑在具體伺服扇區內道標識可以在數值上上升；在特定道的連續伺服扇區內，道標識可以基本相同。道標識可以是標識特定徑向位置的唯一數字編號，諸如I和100000之間的數，如果從內逕到外徑在伺服扇區中有100000個唯一的格雷碼編號的話。通常在磁寫入的數據道和格雷碼的道標識之間沒有一一對應的關係。道標識也可以被拆分在幾個伺服扇區之間以減小每個伺服扇區中道標識的圓周向長度；在此情況下，需要讀取幾個伺服扇區以確定完整的道標識。在本說明書中，術語道標識意欲包括這些可能設計中的每一種。伺服脈衝串用於使滑塊在磁寫入數據道上居中。伺服脈衝串用於建立被控制器使用的位置誤差信號以對滑塊位置進行精細調整並使其在道上居中。伺服脈衝串可以是(i)AB⑶伺服脈衝串，如美國專利No.6490111的圖4中所示的；(ii)格形棋盤(checkerboard)伺服脈衝串，如美國專利No.6643082的圖10和美國專利No.7706092的圖6和7中所示的；或者(iii)相位伺服脈衝串，如』581的圖9中的項804所示的。這裡』581通過引用結合於此。伺服脈衝串可以寫入為具有單磁極性或者具有交替極性，如』871中所示。伺服脈衝串的讀回信號將示出從每個磁轉變產生的隔離脈衝的重複序列。具有交替極性的格形棋盤伺服脈衝串通常被稱為無DC空伺服脈衝串(DC-freenullservoburst)。與ABCD伺服脈衝串和格形棋盤伺服脈衝串不同，相位伺服脈衝串配置為具有斜坡(slope)。通常在伺服脈衝串和道標識的徑向尺寸之間沒有一一對應的關係。伺服脈衝串讀回的信號大小通常被盤驅動器系統的電子系統用來識別道標識的寬度的一部分。數據道通常通過從道標識的讀回信號、伺服脈衝串強度和/或RRO值取得的伺服數據的組合來識別。通常在伺服脈衝串的徑向尺寸和數據道之間沒有一一對應的關係。RRO(或可重複偏擺)值通常在製造期間被確定並被存儲在盤驅動器系統中以在操作期間使用。如果RRO值存儲在伺服扇區中，則它們通常存儲為位於伺服脈衝串之後的信息位。在伺服數據之前和/或之後通常有緩衝塊。緩衝塊不必包含任何特定數據。緩衝塊用於容納寫驅動器、讀信號前置放大器和讀寫通道的讀至寫及寫至讀的轉變時序(transitiontiming)。近來已經出現了圖案化磁碟設計以通過提供更好的道和/或位隔離來提高記錄密度。例如，通過去除磁材料並留下磁材料的離散道或位「島」，可以在磁碟上構圖納米級非磁溝槽。存在兩種常見形式的圖案化磁碟離散道介質(DTM)和位圖案化介質(BPM)。在DTM中，離散道構圖到磁碟中並且數據位被磁寫入到其中。在BPM中，通過道溝槽和交叉的位溝槽可構圖各個位，產生磁材料的島。BPM和DTM二者都建立可磁寫入數據的數據圖案。圖案介質的讀回將示出磁化的磁島和非磁溝槽之間的磁轉變，諸如在BPM中；圖案介質的讀回也將示出在單個磁島內發生的磁轉變，諸如在DTM中。(注意，與DTM或BPM不同，常規非圖案化介質具有濺射到磁碟的整個前表面和後表面上的磁材料的層，並且通常沒有預格式化的圖案)。在BPM和DTM中，盤構圖工藝可用於以伺服數據的各部分的形狀產生各獨特的數據島。在美國專利No.6490111(簡稱為』111)的圖4中，例如，圖案壓印包括所有期望的最終伺服數據(包括格雷碼的道標識)的形狀的磁島。通過』111的設計，在磁島的整體(bulk)直流(DC)磁化(例如，單磁極性)之後，由於磁材料的存在和不存在之間的讀回信號對比，伺服數據可通過讀頭來讀取。然而，該伺服數據寫入方法的問題在於很多現有的平坦化限制難以處理格雷碼道標識格式和扇區標識格式的寬泛變化的尺寸和形狀。某些平坦化限制對圖案化磁碟強加了設計規則。對於基於液體的平坦化，所有的非磁溝槽應該以特定寬度或特定寬度以下構造，該特定寬度允許液體通過毛細力平坦化溝槽。對於幹平坦化(dryplanarization)，諸如真空沉積/回蝕刻平坦化，磁島寬度與非磁溝槽寬度的比率需要在所有的地方都是恆定的(「幹平坦化設計規則#1」)。保證磁島和非磁溝槽寬度在所有的地方都是恆定的(「幹平坦化設計規則#2」)也是有利的。符合這些平坦化限制的伺服圖案有時稱為可兼容平坦化的伺服(PCS)或者可兼容平坦化的伺服圖案(PSP)。預構圖的格雷碼道標識的整體DC磁化的替代方法是在磁碟上僅硬構圖(hardpattern)一部分伺服數據，並通過利用寫頭將期望的伺服數據磁寫入到伺服圖案的其餘部分中而填寫其餘的伺服數據。該工藝稱為用於圖案化介質的輔助伺服道寫入。在』581中，例如，伺服圖案包括單個伺服寫入輔助圖案和多個格形棋盤子圖案。伺服寫入輔助圖案包括徑向磁島和徑向非磁溝槽。如』111的圖6所示，伺服寫入輔助圖案也可以包括圓周向磁行(magneticrow)和圓周向非磁溝槽。在圖案化磁碟裝配到盤驅動器系統中之後，寫頭用於在伺服寫入輔助圖案中磁寫入道標識。通過寫頭寫入道標識不改變伺服寫入輔助圖案的磁島和非磁溝槽的形狀。一種混合伺服寫入方法是結合少量的引導圖案(bootstrappattern)(在DC磁化之後可操作)和主要的伺服寫入輔助圖案(要求通過寫頭的磁寫入)。引導圖案可以包括不符合平坦化限制的預構圖的SAM圖案、格雷碼道標識圖案、扇區標識圖案、以及脈衝串圖案。引導圖案可以被設計為通過使用相位圖案(例如，V形圖案)而符合平坦化限制，諸如』240的圖4A、4B、8和10中所示的。利用預構圖的格雷碼或者相位圖案，引導圖案在磁碟的整體DC磁化之後可操作。引導圖案通常位於內徑處並用於通過寫頭進行起始組的伺服寫入輔助圖案的伺服道寫入期間的道跟隨。在起始組的伺服寫入輔助圖案已經利用用於道跟隨的引導圖案通過寫頭寫入之後，額外的伺服寫入輔助圖案可以通過在該起始組上的道跟隨由寫頭寫入。伺服寫入輔助圖案符合平坦化限制。參見例如美國專利申請編號No.12/800300的圖4和5;以及』581的圖3。圖案化磁碟的製造包括創建少量的母模板(mastertemplate)。母模板用於產生其他模板並且最後可能製作數以億計的單個圖案化磁碟。母模板的創建是昂貴且費時的，有時包括電子束蝕刻步驟。併入到盤驅動器系統中的大多數磁碟是雙面的並且在磁碟的正面和背面存儲數據。如果單個母模板可用於正面和背面，則需要較少的母模板，導致成本和時間的節省。通過引用結合於此的美國專利No.7466506(簡稱為』506)提供一種用於單個母模板的設計，該母模板可以在磁碟的正面和背面使用。然而，使用單個母模板帶來設計困難，因為與磁碟的第一面相比，磁碟的第二面沿相反方向讀取。因此，在磁碟兩面使用的任何伺服圖案需要能夠實現從左到右以及從右到左的讀回。』506提出了對於該挑戰的幾種規避措施(workaround)，包括圖7的伺服圖案設計。』506的圖7的設計符合平坦化限制並且是鏡像對稱的(mirrorsymmetric),從而其能夠沿正向和反向方向被讀回(能夠使用單個母模板)。然而，』506的圖7的設計在每個伺服圖案中提供非常少的道標識的位，導致為了獲得完整的道標識必須讀回很多伺服圖案。因此，需要提供一種加強的伺服圖案，該伺服圖案既符合平坦化限制，又包括能夠使用單個母模板的鏡像對稱伺服圖案。
發明內容這裡描述的實施例提供加強的伺服圖案，該伺服圖案符合平坦化限制並且也允許使用單個母模板用於磁碟的正面和背面的製造。因為僅一部分伺服數據被硬構圖在磁碟上並且硬構圖的伺服數據區域符合平坦化限制，所以滿足平坦化限制。伺服圖案具有兩個對稱的伺服寫入輔助圖案，每個在中心脈衝串圖案的一側。在完成平坦化工藝之後，伺服同步(servosync)、SAM、道標識、扇區標識、和/或RRO值可以通過寫頭磁寫入到這些伺服寫入輔助圖案上。伺服圖案的對稱設計允許從左到右和從右到左的伺服寫入和讀回，從而使得在磁碟製造中能夠使用單個母模板。在本說明書中為了清楚起見，詞語「圖案」意圖描述磁島、非磁溝槽的圖案化介質設計。「數據」意圖描述在圖案上磁寫入的值和場。以下表I的第一列具有描述部分磁碟介質圖案的術語。以下表I的第二列具有描述磁寫入的伺服數據的類型的術語，諸如伺服同步、SAM、道標識、扇區標識、伺服脈衝串、RRO值和緩衝塊。通過磁碟上所有圖案的整體DC磁化或者通過旋轉支架寫入器(spin-standwriter)可完成盤上的磁寫入,然而,道標識和伺服標識通常利用裝配好的盤驅動器系統的寫頭進行寫入。表I一用於位於伺服扇區中的圖案和伺服數據的術語權利要求1.一種雙面磁碟，包括第一面，包括第一圖案；第二面，包括第二圖案，其中所述第二圖案與所述第一圖案基本相同；其中每一面包括多個伺服圖案，每個伺服圖案包括第一伺服寫入輔助圖案、鄰接該第一伺服寫入輔助圖案的中心脈衝串圖案、以及鄰接該中心脈衝串圖案的第二伺服寫入輔助圖案，其中所述第一和第二伺服寫入輔助圖案關於所述中心脈衝串圖案基本彼此對稱，其中所述中心脈衝串圖案至少包括第一子圖案和第二子圖案，其中所述第一和第二子圖案彼此基本對稱，且其中所述第一和第二子圖案相對於彼此徑向地偏移。2.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述中心脈衝串圖案還包括鄰接所述第一和第二子圖案的第三子圖案和第四子圖案，其中所述第三和第四子圖案彼此基本對稱，且其中所述第三和第四子圖案相對於彼此徑向地偏移。3.如權利要求2所述的雙面磁碟，其中所述第一、第二、第三、和第四子圖案一起構成ABCD圖案。4.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述中心脈衝串圖案還包括鄰接所述第一和第二子圖案的中心子圖案，其中所述第一和第二子圖案關於所述中心子圖案彼此基本對稱，且其中所述第一和第二子圖案從所述中心子圖案徑向地偏移。5.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述第一和第二子圖案包括多個格形棋盤子圖案。6.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中每個子圖案包括基本一致尺寸的磁島。7.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述伺服圖案布置到伺服扇區中。8.如權利要求7所述的雙面磁碟，其中所述伺服扇區從所述雙面磁碟的內逕到所述雙面磁碟的外徑基本筆直地延伸。9.如權利要求7所述的雙面磁碟，其中所述伺服扇區從所述雙面磁碟的內逕到所述雙面磁碟的外徑基本弓形地延伸。10.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述第一和第二伺服寫入輔助圖案的每個包括圓周向磁行和圓周向非磁溝槽。11.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述第一和第二伺服寫入輔助圖案的每個包括通過徑向非磁溝槽分開的至少三個徑向磁列。12.如權利要求11所述的雙面磁碟，其中所述徑向磁列和非磁溝槽具有基本相同的寬度。13.如權利要求11所述的雙面磁碟，其中所述徑向磁列的子集包括與所述磁列的其餘部分的寬度不同的非一致寬度。14.如權利要求13所述的雙面磁碟，其中所述磁列的子集包括第一扇區地址標記圖案和第二扇區地址標記圖案，以及其中所述第一和第二伺服扇區地址標記圖案關於所述中心脈衝串圖案彼此基本對稱。15.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述第一伺服寫入輔助圖案包括第一扇區地址標記圖案，所述第二伺服寫入輔助圖案包括第二扇區地址標記圖案，以及其中所述第一和第二伺服扇區地址標記圖案關於所述中心脈衝串圖案彼此基本對稱。16.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述第一和第二伺服寫入輔助圖案的每個圓周向上長於所述中心脈衝串圖案。17.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述第一和第二伺服寫入輔助圖案的每個包括緩衝塊圖案。18.如權利要求I所述的雙面磁碟，其中所述雙面磁碟是位圖案化介質磁碟。19.如權利要求I所述的雙面磁碟,其中所述雙面磁碟是離散道介質磁碟。20.如權利要求I所述的雙面磁碟,其中所述雙面磁碟利用幹平坦化方法被平坦化。全文摘要本發明提供一種雙面磁碟。這裡描述的實施例提供加強的伺服圖案，其符合平坦化限制並也允許使用用於製造磁碟的正面和背面的單個母模板。因為僅一部分伺服數據被硬構圖在磁碟上並且硬構圖的伺服數據區域符合平坦化限制，所以滿足平坦化限制。伺服圖案具有兩個對稱的伺服寫入輔助圖案，每個在中心脈衝串圖案的一側。在完成平坦化工藝之後，伺服同步、SAM、道標識、扇區標識、和/或RRO值可以通過寫頭被磁寫入到這些伺服寫入輔助圖案上。伺服圖案的對稱設計允許從左到右和從右到左的伺服寫入和讀回，從而使得在磁碟製造中能夠使用單個母模板。文檔編號G11B5/74GK102982815SQ201210234400公開日2013年3月20日申請日期2012年7月6日優先權日2011年7月6日發明者野中啟一郎,安那啟,小林正人申請人:Hgst荷蘭公司