专利名称：：磁性记录介质及其生产工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及包含在其上形成有磁性记录层的衬底圆盘的磁性记录介质和生产这种磁性记录介质的工艺。尤其是涉及对包含在其上形成有磁性记录层的衬底圆盘的磁性记录介质的改进，以及对生产这种磁性记录介质工艺的改进。所述衬底圆盘的表面具有多个微型凸起，这是通过聚焦激光束使衬底表面起纹理(texturing)而形成的。本发明的磁性记录介质展示出良好的CSS(接触式起止)特性和降低的磁头噪声，从而提高由于磁性硬盘(此后简称为“HD”)和磁头滑动接触所引起磨损持久性。最近加大磁性记录介质密度取得了显著进步。以前硬盘驱动器(其后简称“HDD”)记录密度以大约为每十年十倍的增长率增长，而现今可以说密度增长率大约为每十年一百倍。在HDD中，主要采纳温彻斯特(Winchester)系统，即，CSS(接触式起止)系统，包括由HD和磁头接触引起滑动，HD上方磁头的浮动以及之后由HD和磁头接触引起的滑动等基本操作。CSS系统在很大程度上有助于记录密度增长的迅速发展。然而，该系统存在引人注意的磨擦学问题。尤其，记录密度增长的迅速发展引起圆盘旋转速度的提高以及磁头浮动高度的降低。因此，现在急需改进磁头和圆盘的磨损特性和滑动的稳定性，以及增加HD表面的光滑度。磁头和圆盘磨损特性改善的关键在于提高材料的韧性和减少摩擦系数或者提高润滑性。已经尝试通过使HD表面粗糙化降低摩擦系数，以及在HD覆盖一保护涂层材料，例如金刚石类碳(DLC)或者涂层润滑剂。降低摩擦系数的表面处理称为“纹理处理”，它可有效地减少CSS系统的接触面积，藉此改善磁头和圆盘磨损特性。纹理处理包括在有纹理的HD表面形成多个具有预定高度和深度峰谷的凸起，现今纹理处理是HD生产的必要步骤。纹理处理主要依赖于衬底圆盘的特殊材料。例如，在具有镍磷(NiP)涂层的铝圆盘坯料的情况中，表面的粗化通常受使用研磨颗粒的机械抛光的影响。在玻璃衬底的情况下，已经提出使用平板印刷或平板印刷和打印相结合的刻蚀技术，并且一些提出的技术已经实用化。在纹理处理中，存在着相互矛盾的问题，也就是在提高生产效率的同时很难准确控制表面粗糙度。例如，机械研磨存在过研磨或发生毛刺和纹理区模糊等技术问题，平面刻蚀存在生产步骤复杂的问题。最近几年，一种使用激光束的诸如激光烧蚀和激光刻蚀的纹理处理方法引人注意(例如，美国专利5,062,021和日本未审专利公开(此后简称“JP-A”)62-209,788，3-272018和7-182655)。激光束纹理处理的优点在于，第一，衬底的表面粗糙度能够准确控制，换句话说，由激光束聚焦产生的微型凸起的高度、间距和位置可按要求控制，第二，生产步骤是在不使用任何液体的干态下完成的，因此HD生产可以在不受工作环境污染的条件下进行。例如，美国专利5,062,021公开通过使用波长为1,064nm、振荡频率为12KHz的Q开关脉冲振荡Nd-YAG激光器在镍磷涂层的铝衬底上产生火山口型凸起，每个凸起由包围坑的圆形框组成，具有2.5到100μm的直径以及12.7到25.4μm的点间距。但是，激光束纹理处理存在这样的问题，当提供的凸起高度和间距不足时，磁头到圆盘表面的吸附和CSS特性严重恶化。通常沿衬底圆盘圆周方向的相邻微型凸起的间距是固定的，但是由凸起间距和旋转圆盘沿其圆周方向的线速度会引起磁头和凸起之间发生不需要的自然振荡。自然振动的频率等于圆周速率与凸起间距比率的整数倍。而且，磁头具有固有振动频率，当磁头的固有振动频率等于自然振动频率的整数倍时，产生共振。共振的产生导致检查圆盘表面不需要的凸起的滑动磁头的悬浮稳定性下降，从而加大磁头噪声和正常滑动高度的检查失效，而且，它导致CSS(接触式起止)特性的恶化。当激光束以一定的脉冲重复频率聚焦时，在衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起之间的间距在径向方向变化。换句话说，在衬底圆盘外部圆周凸起的间距大于内部圆周凸起的间距。然而，在相同圆周上的凸起间距相等，因此产生上述的问题。考虑前述的问题，本发明的主要目的在于提供通过聚焦激光束使衬底表面起纹理而在衬底圆盘的表面形成多个微型凸起的磁性记录介质，其特征在于使由圆周方向线速度和凸起间距产生的不必要的自然振动的发生最少，这样使磁记录介质和磁头的共振发生最少，其展示出良好的CSS特性和降低的磁头噪声，从而提高由于圆盘和磁头滑动接触所引起磨损的持久性。本发明的另一个目的在于提供产生磁性记录介质的工艺，包括激光纹理处理衬底表面形成多个微型凸起的步骤，在衬底表面形成具有所需相邻凸起间距的微型凸起，这样可以产生具有上述好处的磁性记录介质。在本发明的一个方面，提出了对包含在其上形成有磁性记录层的衬底圆盘的磁性记录介质的改进，所述衬底圆盘的表面具有多个微型凸起，这是通过聚焦激光束使衬底表面起纹理而形成的。改进在于衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起的间距D在一定范围变化以满足以下公式(1)1≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤200(1)其中Dmax，Dmin和Davg分别是最大间距，最小间距和平均间距，在衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起的间距D中，一种求这些间距的方法是除去2.5％具有最大尺寸的间距D和除去2.5％具有最小尺寸的间距D，Dmax，Dmin和Davg从剩余的95％的间距D中计算。在本发明的另一个方面，提出了包括聚焦激光束用于纹理处理衬底表面，在衬底表面形成多个微型凸起步骤的生产磁性记录介质工艺的改进。改进在于激光束的聚焦以使得在衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起的间距D在一定程度上变化满足上述公式(1)的方式完成。在衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起间距D满足公式(1)的上述变化最好通过下面方法获得，(i)聚焦到圆盘表面的激光束的脉冲重复频率F以满足以下公式(2)的方式调制0.01≤[(Fmax-Fmin)/Favg]≤100(2)其中Fmax，Fmin和Favg分别是激光束的脉冲重复频率的最大值，最小值和平均值；或(ii)激光束传输经过具有穿孔的掩模，在掩模圆周方向上相邻穿孔的间距在特定范围变化；或(iii)激光束经过反射角连续变化工作的镜面反射，控制镜面的反射角使得满足公式(1)。本发明的磁性记录介质的特征在于微型凸起具有在衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起的间距D，间距D在一定范围变化以满足公式(1)。这里使用的词语“凸起间距D”我们指的是微型凸起的中心到相邻微型凸起中心的间距。可能存在很有限的微型凸起具有相当大的间距D或者相当小的间距D。尽管存在相当大的或者相当小的间距D，可以提供可接受的这种数目极少的间距的磁性记录介质。因此，公式(1)中最大间距(Dmax)，最小间距(Dmin)和平均间距(Davg)的确定通过一种方法进行，除去其中2.5％具有最大尺寸的间距D和除去2.5％具有最小尺寸的间距D；除去Dmax、Dmin和Davg；Dmax，Dmin和Davg从剩余的95％的间距D中计算。如果由公式[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)表示的凸起间距的变化小于由公式(1)表示的范围的下限(即，1％)，CSS特性的改善和磁头噪声的降低的目的将不能获得。相反，如果凸起间距变化超过由公式(1)表示的范围的上限(即，200％)，即凸起间距变化过大，滑动噪声增加。最好由公式[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)表示的凸起间距的变化在10％到150％之间。控制由公式“[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)”表示的凸起间距的变化在1％到200％之间的一个优选方法(i)包括调制聚焦到衬底圆盘表面的激光束脉冲重复频率F。在连续波(CW)激光器的情况下，可通过使用外加调制器影响激光束脉冲重复频率F，例如电光调制器(此后简称为“EOM”)和声光调制器(此后简称为“AOM”)。由于事实上当在光学晶体上加一电压时，入射激光束的光路由于光学晶体的电光效应而被改变，EOM具有连续改变激光束的输出的功能。由于事实上当光学晶体以超声波发光时，连续振动激光束的衍射角由于光学晶体的光弹性效应而被改变，AOM具有连续改变直线传播激光束的输出的功能。EOM和AOM都能通过从外部信号例如超声波或电子脉冲实现在MHz频率调制激光束输出，并且激光束输出的调制度易于任意改变。激光束的脉冲重复频率F的调制最好能满足下面的公式(2)0.01≤[(Fmax-Fmin)/Favg]≤100(2)其中Fmax，Fmin和Favg分别是激光束的脉冲重复频率的最大值，最小值和平均值。调制激光束的脉冲重复频率F满足公式(2)的过程没有特殊限制，可以使用任何一种三角波，方波，正弦波，脉冲波和随机波。在至少衬底圆盘和聚焦调制激光束的系统之一被移动，使得衬底圆盘和激光聚焦系统在衬底圆盘径向的相关位置上时，完成激光束到圆盘表面的聚焦。而且，衬底圆盘通常以恒定角速度或以使衬底圆盘的聚焦点在衬底圆盘圆周方向以相对于旋转圆盘恒定的线速度旋转。在衬底圆盘以使衬底圆盘的聚焦点在衬底圆盘圆周方向以相对于旋转圆盘恒定的线速度旋转的情况下，当脉冲宽度和脉冲强度恒定时，在圆盘表面形成的微型凸起的高度可以是一致的。在衬底圆盘以恒定角速度旋转的情况下，当脉冲宽度和脉冲强度恒定时，由于在衬底圆盘圆周方向上相对于旋转衬底圆盘的聚焦点的线速度随着聚焦点往径向外部移动而增加，在圆盘表面形成的微型凸起的高度是不一致的。也就是，微型凸起的高度随着聚焦点沿径向外移而连续增加或减小。然而，通过调制脉冲宽度或者脉冲强度可以使微型凸起的高度一致。在脉冲激光的情况下，用建在激光腔中的EOM或AOM通过Q开关完成调制。这样，可以通过外部信号而不是来自激光腔的脉冲控制信号调制脉冲重复频率F使之满足上述公式(2)。在Q开关脉冲激光的情况下，由于Q开关脉冲重复频率的上限大约是100MHz，也就是，小于EOM或AOM的上限频率。但是，脉冲激光优点在于尽管凸起密度小，但凸起间距可以通过激光腔控制而不使用外部调制器。在获得由公式(1)表示的在衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起间距D的另外的方法(ii)中，激光束通过一个具有反射角连续改变的工作镜面的光学系统反射，以及反射的激光束聚焦到静止衬底，其中控制镜面的反射角以获得满足公式(1)要求的凸起间距D。在此方法中，二维纹理处理通常使用两个镜面，一个工作在衬底圆盘的X轴方向，另外一个工作在Y轴方向。换句话说，通过连续改变X和Y轴方向上的工作速率可以连续改变凸起间距D。仍然是在获得由公式(1)表示的在衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起间距D的另外的方法(ii)中，激光传输经过掩模穿孔然后聚焦到衬底圆盘的表面。在这种方法中，掩模穿孔的特征在于具有在掩模圆周方向上的相邻穿孔间距D’，在一定范围变化以满足下面公式(4)1≤[(D’max-D’min)/D’avg]×100(％)≤200(4)其中D’max，D’min和D’avg分别是最大间距，最小间距和平均间距，在掩模圆周方向上相邻的穿孔的间距D’中，由一种方法确定，其中除去2.5％具有最大尺寸的间距D’和除去2.5％具有最小尺寸的间距D’，D’max，D’min和D’avg从剩余的95％的间距D’中计算。通常传输经过掩模的激光束通过聚合透镜聚焦，因此，掩模表面上的穿孔间距D’应该考虑聚合透镜的放大倍数而决定以获得希望的圆盘表面上的凸起间距D。由公式“[(D’max-D’min)/D’avg]×100(％)”表示的穿孔间距D’最好在10％到150％之间。考虑到最终磁性记录圆盘的磁性记录特性，在衬底表面形成的微型凸起最好具有以下尺寸。平均直径通常在1到10μm之间。如果平均凸起直径小于1μm，CSS特性不能满意。如果平均凸起直径大于10μm，可能凸起撞击磁头和滑动噪声加大。微型凸起的平均高度通常在1到30nm之间，最好在10到30nm之间。如果平均凸起高度小于1nm，不能得到希望的表面纹理处理效果。如果平均凸起高度大于30nm，当圆盘以高速度旋转时，圆盘上的凸起可能撞击磁头从而引起磁头破裂的问题。圆盘圆周方向上凸起的平均间距D通常在1到50μm之间，最好在10到50μm之间。如果平均凸起间距小于1μm，微型凸起的部分和相邻微型凸起产生不希望的接触。如果平均凸起间距大于50μm，滑动噪声将增加。在衬底表面上的微型凸起的面积百分比没有特别限制，可以在衬底表面全部面积的0.1到99.9％之间变化。最好凸起的面积百分比在1到20％之间。假如衬底圆盘可以用激光加纹理，在本发明的工艺中用于磁性记录介质加纹理的衬底圆盘没有特别限制。作为衬底圆盘的具体例子，可以提到由铝或诸如铝镁合金等铝合金制作的圆盘坯料，该铝镁合金被电镀镍磷(NiP)，镍铜(NiCu)或钴磷(CoP)，或被阳极氧化；和由硅或玻璃制作的圆盘坯料。表面纹理化的衬底圆盘可以用溶剂清洗。在表面纹理化的衬底圆盘上，诸如铬层的内涂层，磁性涂层，例如CoCrTa合金层，保护涂层，例如碳层和润滑层通常以这个顺序形成。通常形成磁性涂层或润滑涂层的衬底经胶带抛光(tape-burnishing)去除表面凸起。形成这些涂层的过程、条件和材料没有特别限制，可以常规方法形成。本发明的激光纹理处理不仅可用于没有在其上形成磁性涂层的衬底圆盘，也可用于具有磁性涂层的圆盘或者具有形成于其上的更上层的保护涂层。现在通过以下实例描述发明，这些实例决不表示本发明的权利要求的范围仅限于此。例1到5和对比例1到4激光纹理处理作为连续波(CW)激光源，使用具有5瓦的输出功率，和具有532nm波长双波模的激光二极管注入连续波YAG激光。作为外部激光束调制器，使用具有最大信号翻转率为85％，15ns的上升时间和Imax/Imin比为80(其中Imax是脉冲振动激光束输出幅度的最大值，Imin是脉冲振动激光束输出幅度的最小值)的EOM。把一个波形发生器连接到EOM作为外部信号输入装置。输入到EOM的波形是具有150ns脉宽的脉冲波形。利用波形发生器的频率调制功能，脉冲波形的脉冲重复频率如表1所示设置。用1Khz的三角波进行频率调制。激光束经过透镜聚焦到直径为95mm的镀镍磷的铝衬底圆盘上的一点，直径为5μm。该点以恒定速度(如表1所示)沿衬底圆盘圆周方向旋转并且同时以1mm/s的速度沿径向移动。这样纹理处理的衬底圆盘具有平均直径为5μm的微型凸起。微型凸起的平均高度和平均密度以及沿圆盘圆周方向上相邻凸起间距D的值如表1所示。激光纹理是在17到20nm的区域进行的。凸起间距D的测量由带有差动显微镜(型号“MSS-200”，由日本ChuouSeikiK.K.提供)的自动XY载物台完成。为了作对比，重复上述的激光纹理处理过程，其中不进行脉冲重复频率F的调制(对比例1到4)。沿旋转衬底圆盘圆周方向的恒定速度，激光脉冲频率和微型凸起的尺寸如表1所示。表1</tables>磁性记录介质的准备在圆盘温度为200℃的条件下，通过溅射在由实例1到5和对比例1到4获得的每个激光纹理处理的铝圆盘坯料上依次形成厚度为100nm的铬内涂层，厚度为20nm的CoCrTa合金涂层和随后的厚度为20nm的碳保护涂层。最终在其上涂上全氟聚醚(PFPE)润滑剂以提供磁性记录介质。在特别处理过的磁性记录介质上对恒定增益下磁头的振荡输出进行了评价。磁头的振荡输出用具有11密尔(mil)筏头(catamaranhead)的滑动测试仪(型号“DS-4100”，由Sony-TektronixCo.提供)测量。磁头振荡输出的测量是在由圆周方向速度和凸起间距决定的固有频率以及共振频率下进行的。结果如表2所示。表2</tables>CSS特性由摩擦值表示，摩擦值是在5000个接触起止时间后用CSS测量仪(型号“KT501”，由日本KoyoSeisakushoK.K.提供)测量。上升时间是4秒，下降时间是4秒，旋转速度是5400rpm。结果在表3示出。表3</tables>从表2和表3可以看出，本发明的实例中，由圆周方向速度和凸起间距引起的固有频率减到最小。磁头的固有频率是640kHz，这样，在对比例中在相当程度上是在6.4m/s下观察共振频率。相反，在本发明的实例中共振频率减到最小。因此，本发明的磁性记录介质的好处在于磁头的悬浮稳定性增加，CSS特性得到改善以及磁头噪声减小。更进一步，对由HD和磁头滑动接触引起的磨损的耐久性加大。权利要求1.包含在其上有形成磁性记录层的衬底圆盘的磁性记录介质，所述衬底圆盘具有通过聚焦激光束使衬底表面起纹理而在其表面形成的多个微型凸起；其特征在于衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起的间距D的在一定范围变化以满足以下公式(1)1≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤200(1)其中Dmax，Dmin和Davg分别是最大间距，最小间距和平均间距，在衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起的间距D中，除去2.5％具有最大尺寸的间距D和除去2.5％具有最小尺寸的间距D，Dmax，Dmin和Davg从剩余的95％的间距D中计算。2.如权利要求1的磁性记录介质，其中所述微型凸起的平均直径为1到10μm，平均高度为1到30nm以及在衬底圆盘圆周方向上的相邻微型凸起的平均间距Davg为1到50μm，微型凸起占衬底圆盘表面总面积的0.1到99.9％。3.如权利要求1或2的磁性记录介质，其中衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起的所述间距D在一定范围变化以满足以下公式(3)10≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤150(3)其中Dmax，Dmin和Davg如权利要求1中所定义。4.包括激光纹理处理衬底表面在表面形成多个微型凸起步骤的产生磁性记录介质的工艺，其特征在于激光束以使得衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起的间距D在一定范围变化以满足以下公式(1)的方式聚焦1≤[(Dmax-Dmin)/Davg]×100(％)≤200(1)其中Dmax，Dmin和Davg分别是最大间距，最小间距和平均间距，在衬底圆盘圆周方向上相邻的微型凸起的间距D中，除去2.5％具有最大尺寸的间距D和除去2.5％具有最小尺寸的间距D，Dmax，Dmin和Davg从剩余的95％的间距D中计算。5.如权利要求4的生产磁性记录介质的工艺，其中所述激光束到衬底圆盘的聚焦是在激光束的脉冲重复频率F以满足以下公式(2)方式调制时完成的0.01≤[(Fmax-Fmin)/Favg]≤100(2)其中Fmax，Fmin和Favg分别是激光束的脉冲重复频率的最大值，最小值和平均值；6.如权利要求5的生产磁性记录介质的工艺，其中所述激光束到衬底圆盘的聚焦的完成是在衬底圆盘和聚焦调制激光束的系统沿衬底圆盘径向相互移动时，和衬底圆盘以恒定角速度或以使得衬底圆盘的聚焦点相对于旋转衬底圆盘以恒定的线速度沿衬底圆盘圆周方向移动的速度旋转时进行的。7.如权利要求4的生产磁性记录介质的工艺，其中激光束传输经过掩模穿孔然后聚焦到衬底圆盘的表面；在掩模圆周方向上的相邻穿孔间距D’，在一定范围变化以满足下面公式(4)1≤[(D’max-D’min)/D’avg]×100(％)≤200(4)其中D’max，D’min和D’avg分别是最大间距，最小间距和平均间距，在掩模圆周方向上相邻的穿孔的间距D’中，除去2.5％具有最大尺寸的间距D’和除去2.5％具有最小尺寸的间距D’，D’max，D’min和D’avg从剩余的95％的间距D’中计算。8.如权利要求4的生产磁性记录介质的工艺，其中激光束通过一个具有反射角连续改变工作的镜面的光学系统反射，以及反射的激光束聚焦到衬底圆盘表面，其中控制镜面的反射角以获得满足公式(1)要求的凸起间距。全文摘要包含具有微型凸起的衬底圆盘的磁性记录介质,改变衬底圆盘圆周方向上相邻微型凸起的间距D以满足“1≤[(D文档编号G11B5/82GK1178970SQ9711939公开日1998年4月15日申请日期1997年9月30日优先权日1997年9月30日发明者大泽弘,渡边裕之申请人:昭和电工株式会社