磁性記錄介質及其生產工藝的製作方法

2023-05-14 17:45:11

專利名稱：：磁性記錄介質及其生產工藝的製作方法
技術領域：
：本發明涉及包含在其上形成有磁性記錄層的襯底圓盤的磁性記錄介質和生產這種磁性記錄介質的工藝。尤其是涉及對包含在其上形成有磁性記錄層的襯底圓盤的磁性記錄介質的改進，以及對生產這種磁性記錄介質工藝的改進。所述襯底圓盤的表面具有多個微型凸起，這是通過聚焦雷射束使襯底表面起紋理(texturing)而形成的。本發明的磁性記錄介質展示出良好的CSS(接觸式起止)特性和降低的磁頭噪聲，從而提高由於磁性硬碟(此後簡稱為「HD」)和磁頭滑動接觸所引起磨損持久性。最近加大磁性記錄介質密度取得了顯著進步。以前硬碟驅動器(其後簡稱「HDD」)記錄密度以大約為每十年十倍的增長率增長，而現今可以說密度增長率大約為每十年一百倍。在HDD中，主要採納溫徹斯特(Winchester)系統，即，CSS(接觸式起止)系統，包括由HD和磁頭接觸引起滑動，HD上方磁頭的浮動以及之後由HD和磁頭接觸引起的滑動等基本操作。CSS系統在很大程度上有助於記錄密度增長的迅速發展。然而，該系統存在引人注意的磨擦學問題。尤其，記錄密度增長的迅速發展引起圓盤旋轉速度的提高以及磁頭浮動高度的降低。因此，現在急需改進磁頭和圓盤的磨損特性和滑動的穩定性，以及增加HD表面的光滑度。磁頭和圓盤磨損特性改善的關鍵在於提高材料的韌性和減少摩擦係數或者提高潤滑性。已經嘗試通過使HD表面粗糙化降低摩擦係數，以及在HD覆蓋一保護塗層材料，例如金剛石類碳(DLC)或者塗層潤滑劑。降低摩擦係數的表面處理稱為「紋理處理」，它可有效地減少CSS系統的接觸面積，藉此改善磁頭和圓盤磨損特性。紋理處理包括在有紋理的HD表面形成多個具有預定高度和深度峰谷的凸起，現今紋理處理是HD生產的必要步驟。紋理處理主要依賴於襯底圓盤的特殊材料。例如，在具有鎳磷(NiP)塗層的鋁圓盤坯料的情況中，表面的粗化通常受使用研磨顆粒的機械拋光的影響。在玻璃襯底的情況下，已經提出使用平板印刷或平板印刷和列印相結合的刻蝕技術，並且一些提出的技術已經實用化。在紋理處理中，存在著相互矛盾的問題，也就是在提高生產效率的同時很難準確控制表面粗糙度。例如，機械研磨存在過研磨或發生毛刺和紋理區模糊等技術問題，平面刻蝕存在生產步驟複雜的問題。最近幾年，一種使用雷射束的諸如雷射燒蝕和雷射刻蝕的紋理處理方法引人注意(例如，美國專利5,062,021和日本未審專利公開(此後簡稱「JP-A」)62-209,788，3-272018和7-182655)。雷射束紋理處理的優點在於，第一，襯底的表面粗糙度能夠準確控制，換句話說，由雷射束聚焦產生的微型凸起的高度、間距和位置可按要求控制，第二，生產步驟是在不使用任何液體的幹態下完成的，因此HD生產可以在不受工作環境汙染的條件下進行。例如，美國專利5,062,021公開通過使用波長為1,064nm、振蕩頻率為12KHz的Q開關脈衝振蕩Nd-YAG雷射器在鎳磷塗層的鋁襯底上產生火山口型凸起，每個凸起由包圍坑的圓形框組成，具有2.5到100μm的直徑以及12.7到25.4μm的點間距。但是，雷射束紋理處理存在這樣的問題，當提供的凸起高度和間距不足時，磁頭到圓盤表面的吸附和CSS特性嚴重惡化。通常沿襯底圓盤圓周方向的相鄰微型凸起的間距是固定的，但是由凸起間距和旋轉圓盤沿其圓周方向的線速度會引起磁頭和凸起之間發生不需要的自然振蕩。自然振動的頻率等於圓周速率與凸起間距比率的整數倍。而且，磁頭具有固有振動頻率，當磁頭的固有振動頻率等於自然振動頻率的整數倍時，產生共振。共振的產生導致檢查圓盤表面不需要的凸起的滑動磁頭的懸浮穩定性下降，從而加大磁頭噪聲和正常滑動高度的檢查失效，而且，它導致CSS(接觸式起止)特性的惡化。當雷射束以一定的脈衝重複頻率聚焦時，在襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起之間的間距在徑向方向變化。換句話說，在襯底圓盤外部圓周凸起的間距大於內部圓周凸起的間距。然而，在相同圓周上的凸起間距相等，因此產生上述的問題。考慮前述的問題，本發明的主要目的在於提供通過聚焦雷射束使襯底表面起紋理而在襯底圓盤的表面形成多個微型凸起的磁性記錄介質，其特徵在於使由圓周方向線速度和凸起間距產生的不必要的自然振動的發生最少，這樣使磁記錄介質和磁頭的共振發生最少，其展示出良好的CSS特性和降低的磁頭噪聲，從而提高由於圓盤和磁頭滑動接觸所引起磨損的持久性。本發明的另一個目的在於提供產生磁性記錄介質的工藝，包括雷射紋理處理襯底表面形成多個微型凸起的步驟，在襯底表面形成具有所需相鄰凸起間距的微型凸起，這樣可以產生具有上述好處的磁性記錄介質。在本發明的一個方面，提出了對包含在其上形成有磁性記錄層的襯底圓盤的磁性記錄介質的改進，所述襯底圓盤的表面具有多個微型凸起，這是通過聚焦雷射束使襯底表面起紋理而形成的。改進在於襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起的間距D在一定範圍變化以滿足以下公式(1)1≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤200(1)其中Dmax，Dmin和Davg分別是最大間距，最小間距和平均間距，在襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起的間距D中，一種求這些間距的方法是除去2.5％具有最大尺寸的間距D和除去2.5％具有最小尺寸的間距D，Dmax，Dmin和Davg從剩餘的95％的間距D中計算。在本發明的另一個方面，提出了包括聚焦雷射束用於紋理處理襯底表面，在襯底表面形成多個微型凸起步驟的生產磁性記錄介質工藝的改進。改進在於雷射束的聚焦以使得在襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起的間距D在一定程度上變化滿足上述公式(1)的方式完成。在襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起間距D滿足公式(1)的上述變化最好通過下面方法獲得，(i)聚焦到圓盤表面的雷射束的脈衝重複頻率F以滿足以下公式(2)的方式調製0.01≤[(Fmax-Fmin)/Favg]≤100(2)其中Fmax，Fmin和Favg分別是雷射束的脈衝重複頻率的最大值，最小值和平均值；或(ii)雷射束傳輸經過具有穿孔的掩模，在掩模圓周方向上相鄰穿孔的間距在特定範圍變化；或(iii)雷射束經過反射角連續變化工作的鏡面反射，控制鏡面的反射角使得滿足公式(1)。本發明的磁性記錄介質的特徵在於微型凸起具有在襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起的間距D，間距D在一定範圍變化以滿足公式(1)。這裡使用的詞語「凸起間距D」我們指的是微型凸起的中心到相鄰微型凸起中心的間距。可能存在很有限的微型凸起具有相當大的間距D或者相當小的間距D。儘管存在相當大的或者相當小的間距D，可以提供可接受的這種數目極少的間距的磁性記錄介質。因此，公式(1)中最大間距(Dmax)，最小間距(Dmin)和平均間距(Davg)的確定通過一種方法進行，除去其中2.5％具有最大尺寸的間距D和除去2.5％具有最小尺寸的間距D；除去Dmax、Dmin和Davg；Dmax，Dmin和Davg從剩餘的95％的間距D中計算。如果由公式[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)表示的凸起間距的變化小於由公式(1)表示的範圍的下限(即，1％)，CSS特性的改善和磁頭噪聲的降低的目的將不能獲得。相反，如果凸起間距變化超過由公式(1)表示的範圍的上限(即，200％)，即凸起間距變化過大，滑動噪聲增加。最好由公式[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)表示的凸起間距的變化在10％到150％之間。控制由公式「[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)」表示的凸起間距的變化在1％到200％之間的一個優選方法(i)包括調製聚焦到襯底圓盤表面的雷射束脈衝重複頻率F。在連續波(CW)雷射器的情況下，可通過使用外加調製器影響雷射束脈衝重複頻率F，例如電光調製器(此後簡稱為「EOM」)和聲光調製器(此後簡稱為「AOM」)。由於事實上當在光學晶體上加一電壓時，入射雷射束的光路由於光學晶體的電光效應而被改變，EOM具有連續改變雷射束的輸出的功能。由於事實上當光學晶體以超聲波發光時，連續振動雷射束的衍射角由於光學晶體的光彈性效應而被改變，AOM具有連續改變直線傳播雷射束的輸出的功能。EOM和AOM都能通過從外部信號例如超聲波或電子脈衝實現在MHz頻率調製雷射束輸出，並且雷射束輸出的調製度易於任意改變。雷射束的脈衝重複頻率F的調製最好能滿足下面的公式(2)0.01≤[(Fmax-Fmin)/Favg]≤100(2)其中Fmax，Fmin和Favg分別是雷射束的脈衝重複頻率的最大值，最小值和平均值。調製雷射束的脈衝重複頻率F滿足公式(2)的過程沒有特殊限制，可以使用任何一種三角波，方波，正弦波，脈衝波和隨機波。在至少襯底圓盤和聚焦調製雷射束的系統之一被移動，使得襯底圓盤和雷射聚焦系統在襯底圓盤徑向的相關位置上時，完成雷射束到圓盤表面的聚焦。而且，襯底圓盤通常以恆定角速度或以使襯底圓盤的聚焦點在襯底圓盤圓周方向以相對於旋轉圓盤恆定的線速度旋轉。在襯底圓盤以使襯底圓盤的聚焦點在襯底圓盤圓周方向以相對於旋轉圓盤恆定的線速度旋轉的情況下，當脈衝寬度和脈衝強度恆定時，在圓盤表面形成的微型凸起的高度可以是一致的。在襯底圓盤以恆定角速度旋轉的情況下，當脈衝寬度和脈衝強度恆定時，由於在襯底圓盤圓周方向上相對於旋轉襯底圓盤的聚焦點的線速度隨著聚焦點往徑向外部移動而增加，在圓盤表面形成的微型凸起的高度是不一致的。也就是，微型凸起的高度隨著聚焦點沿徑向外移而連續增加或減小。然而，通過調製脈衝寬度或者脈衝強度可以使微型凸起的高度一致。在脈衝雷射的情況下，用建在雷射腔中的EOM或AOM通過Q開關完成調製。這樣，可以通過外部信號而不是來自雷射腔的脈衝控制信號調製脈衝重複頻率F使之滿足上述公式(2)。在Q開關脈衝雷射的情況下，由於Q開關脈衝重複頻率的上限大約是100MHz，也就是，小於EOM或AOM的上限頻率。但是，脈衝雷射優點在於儘管凸起密度小，但凸起間距可以通過雷射腔控制而不使用外部調製器。在獲得由公式(1)表示的在襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起間距D的另外的方法(ii)中，雷射束通過一個具有反射角連續改變的工作鏡面的光學系統反射，以及反射的雷射束聚焦到靜止襯底，其中控制鏡面的反射角以獲得滿足公式(1)要求的凸起間距D。在此方法中，二維紋理處理通常使用兩個鏡面，一個工作在襯底圓盤的X軸方向，另外一個工作在Y軸方向。換句話說，通過連續改變X和Y軸方向上的工作速率可以連續改變凸起間距D。仍然是在獲得由公式(1)表示的在襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起間距D的另外的方法(ii)中，雷射傳輸經過掩模穿孔然後聚焦到襯底圓盤的表面。在這種方法中，掩模穿孔的特徵在於具有在掩模圓周方向上的相鄰穿孔間距D』，在一定範圍變化以滿足下面公式(4)1≤[(D’max-D’min)/D』avg]×100(％)≤200(4)其中D’max，D’min和D』avg分別是最大間距，最小間距和平均間距，在掩模圓周方向上相鄰的穿孔的間距D』中，由一種方法確定，其中除去2.5％具有最大尺寸的間距D』和除去2.5％具有最小尺寸的間距D』，D’max，D’min和D』avg從剩餘的95％的間距D』中計算。通常傳輸經過掩模的雷射束通過聚合透鏡聚焦，因此，掩模表面上的穿孔間距D』應該考慮聚合透鏡的放大倍數而決定以獲得希望的圓盤表面上的凸起間距D。由公式「[(D’max-D’min)/D』avg]×100(％)」表示的穿孔間距D』最好在10％到150％之間。考慮到最終磁性記錄圓盤的磁性記錄特性，在襯底表面形成的微型凸起最好具有以下尺寸。平均直徑通常在1到10μm之間。如果平均凸起直徑小於1μm，CSS特性不能滿意。如果平均凸起直徑大於10μm，可能凸起撞擊磁頭和滑動噪聲加大。微型凸起的平均高度通常在1到30nm之間，最好在10到30nm之間。如果平均凸起高度小於1nm，不能得到希望的表面紋理處理效果。如果平均凸起高度大於30nm，當圓盤以高速度旋轉時，圓盤上的凸起可能撞擊磁頭從而引起磁頭破裂的問題。圓盤圓周方向上凸起的平均間距D通常在1到50μm之間，最好在10到50μm之間。如果平均凸起間距小於1μm，微型凸起的部分和相鄰微型凸起產生不希望的接觸。如果平均凸起間距大於50μm，滑動噪聲將增加。在襯底表面上的微型凸起的面積百分比沒有特別限制，可以在襯底表面全部面積的0.1到99.9％之間變化。最好凸起的面積百分比在1到20％之間。假如襯底圓盤可以用雷射加紋理，在本發明的工藝中用於磁性記錄介質加紋理的襯底圓盤沒有特別限制。作為襯底圓盤的具體例子，可以提到由鋁或諸如鋁鎂合金等鋁合金製作的圓盤坯料，該鋁鎂合金被電鍍鎳磷(NiP)，鎳銅(NiCu)或鈷磷(CoP)，或被陽極氧化；和由矽或玻璃製作的圓盤坯料。表面紋理化的襯底圓盤可以用溶劑清洗。在表面紋理化的襯底圓盤上，諸如鉻層的內塗層，磁性塗層，例如CoCrTa合金層，保護塗層，例如碳層和潤滑層通常以這個順序形成。通常形成磁性塗層或潤滑塗層的襯底經膠帶拋光(tape-burnishing)去除表面凸起。形成這些塗層的過程、條件和材料沒有特別限制，可以常規方法形成。本發明的雷射紋理處理不僅可用於沒有在其上形成磁性塗層的襯底圓盤，也可用於具有磁性塗層的圓盤或者具有形成於其上的更上層的保護塗層。現在通過以下實例描述發明，這些實例決不表示本發明的權利要求的範圍僅限於此。例1到5和對比例1到4雷射紋理處理作為連續波(CW)雷射源，使用具有5瓦的輸出功率，和具有532nm波長雙波模的雷射二極體注入連續波YAG雷射。作為外部雷射束調製器，使用具有最大信號翻轉率為85％，15ns的上升時間和Imax/Imin比為80(其中Imax是脈衝振動雷射束輸出幅度的最大值，Imin是脈衝振動雷射束輸出幅度的最小值)的EOM。把一個波形發生器連接到EOM作為外部信號輸入裝置。輸入到EOM的波形是具有150ns脈寬的脈衝波形。利用波形發生器的頻率調製功能，脈衝波形的脈衝重複頻率如表1所示設置。用1Khz的三角波進行頻率調製。雷射束經過透鏡聚焦到直徑為95mm的鍍鎳磷的鋁襯底圓盤上的一點，直徑為5μm。該點以恆定速度(如表1所示)沿襯底圓盤圓周方向旋轉並且同時以1mm/s的速度沿徑向移動。這樣紋理處理的襯底圓盤具有平均直徑為5μm的微型凸起。微型凸起的平均高度和平均密度以及沿圓盤圓周方向上相鄰凸起間距D的值如表1所示。雷射紋理是在17到20nm的區域進行的。凸起間距D的測量由帶有差動顯微鏡(型號「MSS-200」，由日本ChuouSeikiK.K.提供)的自動XY載物臺完成。為了作對比，重複上述的雷射紋理處理過程，其中不進行脈衝重複頻率F的調製(對比例1到4)。沿旋轉襯底圓盤圓周方向的恆定速度，雷射脈衝頻率和微型凸起的尺寸如表1所示。表1磁性記錄介質的準備在圓盤溫度為200℃的條件下，通過濺射在由實例1到5和對比例1到4獲得的每個雷射紋理處理的鋁圓盤坯料上依次形成厚度為100nm的鉻內塗層，厚度為20nm的CoCrTa合金塗層和隨後的厚度為20nm的碳保護塗層。最終在其上塗上全氟聚醚(PFPE)潤滑劑以提供磁性記錄介質。在特別處理過的磁性記錄介質上對恆定增益下磁頭的振蕩輸出進行了評價。磁頭的振蕩輸出用具有11密爾(mil)筏頭(catamaranhead)的滑動測試儀(型號「DS-4100」，由Sony-TektronixCo.提供)測量。磁頭振蕩輸出的測量是在由圓周方向速度和凸起間距決定的固有頻率以及共振頻率下進行的。結果如表2所示。表2CSS特性由摩擦值表示，摩擦值是在5000個接觸起止時間後用CSS測量儀(型號「KT501」，由日本KoyoSeisakushoK.K.提供)測量。上升時間是4秒，下降時間是4秒，旋轉速度是5400rpm。結果在表3示出。表3從表2和表3可以看出，本發明的實例中，由圓周方向速度和凸起間距引起的固有頻率減到最小。磁頭的固有頻率是640kHz，這樣，在對比例中在相當程度上是在6.4m/s下觀察共振頻率。相反，在本發明的實例中共振頻率減到最小。因此，本發明的磁性記錄介質的好處在於磁頭的懸浮穩定性增加，CSS特性得到改善以及磁頭噪聲減小。更進一步，對由HD和磁頭滑動接觸引起的磨損的耐久性加大。權利要求1.包含在其上有形成磁性記錄層的襯底圓盤的磁性記錄介質，所述襯底圓盤具有通過聚焦雷射束使襯底表面起紋理而在其表面形成的多個微型凸起；其特徵在於襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起的間距D的在一定範圍變化以滿足以下公式(1)1≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤200(1)其中Dmax，Dmin和Davg分別是最大間距，最小間距和平均間距，在襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起的間距D中，除去2.5％具有最大尺寸的間距D和除去2.5％具有最小尺寸的間距D，Dmax，Dmin和Davg從剩餘的95％的間距D中計算。2.如權利要求1的磁性記錄介質，其中所述微型凸起的平均直徑為1到10μm，平均高度為1到30nm以及在襯底圓盤圓周方向上的相鄰微型凸起的平均間距Davg為1到50μm，微型凸起佔襯底圓盤表面總面積的0.1到99.9％。3.如權利要求1或2的磁性記錄介質，其中襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起的所述間距D在一定範圍變化以滿足以下公式(3)10≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤150(3)其中Dmax，Dmin和Davg如權利要求1中所定義。4.包括雷射紋理處理襯底表面在表面形成多個微型凸起步驟的產生磁性記錄介質的工藝，其特徵在於雷射束以使得襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起的間距D在一定範圍變化以滿足以下公式(1)的方式聚焦1≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤200(1)其中Dmax，Dmin和Davg分別是最大間距，最小間距和平均間距，在襯底圓盤圓周方向上相鄰的微型凸起的間距D中，除去2.5％具有最大尺寸的間距D和除去2.5％具有最小尺寸的間距D，Dmax，Dmin和Davg從剩餘的95％的間距D中計算。5.如權利要求4的生產磁性記錄介質的工藝，其中所述雷射束到襯底圓盤的聚焦是在雷射束的脈衝重複頻率F以滿足以下公式(2)方式調製時完成的0.01≤[(Fmax-Fmin)/Favg]≤100(2)其中Fmax，Fmin和Favg分別是雷射束的脈衝重複頻率的最大值，最小值和平均值；6.如權利要求5的生產磁性記錄介質的工藝，其中所述雷射束到襯底圓盤的聚焦的完成是在襯底圓盤和聚焦調製雷射束的系統沿襯底圓盤徑向相互移動時，和襯底圓盤以恆定角速度或以使得襯底圓盤的聚焦點相對於旋轉襯底圓盤以恆定的線速度沿襯底圓盤圓周方向移動的速度旋轉時進行的。7.如權利要求4的生產磁性記錄介質的工藝，其中雷射束傳輸經過掩模穿孔然後聚焦到襯底圓盤的表面；在掩模圓周方向上的相鄰穿孔間距D』，在一定範圍變化以滿足下面公式(4)1≤[(D’max-D’min)/D』avg]×100(％)≤200(4)其中D’max，D’min和D』avg分別是最大間距，最小間距和平均間距，在掩模圓周方向上相鄰的穿孔的間距D』中，除去2.5％具有最大尺寸的間距D』和除去2.5％具有最小尺寸的間距D』，D’max，D’min和D』avg從剩餘的95％的間距D』中計算。8.如權利要求4的生產磁性記錄介質的工藝，其中雷射束通過一個具有反射角連續改變工作的鏡面的光學系統反射，以及反射的雷射束聚焦到襯底圓盤表面，其中控制鏡面的反射角以獲得滿足公式(1)要求的凸起間距。全文摘要包含具有微型凸起的襯底圓盤的磁性記錄介質,改變襯底圓盤圓周方向上相鄰微型凸起的間距D以滿足「1≤[(D文檔編號G11B5/82GK1178970SQ9711939公開日1998年4月15日申請日期1997年9月30日優先權日1997年9月30日發明者大澤弘,渡邊裕之申請人:昭和電工株式會社