DE69420812T2

DE69420812T2 - Verfahren zur Oberflächentexturierung von sprödem Material

Info

Publication number: DE69420812T2
Application number: DE69420812T
Authority: DE
Inventors: Peter Michael Baumgart; Wing Pun Leung; Hung Viet Nguyen; Thao Anh Nguyen; Andrew Ching Tam; Anthony Wu
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: SG87048A1; ATE185015T1; CN1056009C; KR100187827B1; US5595791A; SG44398A1; MY111612A; CN1118920A; US5567484A; KR950014014A; DE69420812D1; EP0652554B1; JP2745480B2; EP0652554A1; JPH07182655A; US6246543B1; TW300879B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Texturieren der Oberfläche eines spröden Materials, wie z. B. ein Glassubstrat für eine magnetische Datenspeicherplatte, und genauer gesagt, solche Verfahren, die die Oberfläche zum Texturieren bestrahlen.
Neuere Magnetplatten-Laufwerkkonstruktionen benutzen ein allgemein Contact Start-Stop (CSS) System genanntes Verfahren, in dem der Magnetkopf die Magnetplattenoberfläche berührt, wenn die Platte in Ruhe steht. Wenn die Platte dann in Rotationsbewegung anläuft, gleitet der Magnetkopf auf der Oberfläche, gegebenenfalls hebt er voll ab aufgrund einer laminaren Luftströmung auf der Plattenoberfläche.
Im Fachbereich wird eine glatte, spiegelnde Aufzeichnungsoberfläche bevorzugt, damit der Magnetkopf möglichst nahe über der Plattenoberfläche gleiten kann. Um die übermäßige Kontakt-Haftreibung und die Reibung, die sich beim Anlaufen und Anhalten der Plattenrotation entwickelt, zu überwinden, wird beim CSS für das Aufsetzen des Magnetkopfs auf der metallischen Plattenoberfläche ein "texturierter" Bereich eingerichtet. Der Magnetkopf wird dabei vom Antriebs- Controller jeweils zur richtigen Zeit zum "CSS-Bereich" bewegt. Die Spiegelglätte auf dem Rest der Plattenoberfläche bleibt gewahrt, um eine hochdichte magnetische Datenaufzeichnung zu gewährleisten.
Zum Texturieren von Metallplattenoberflächen wurden bereits verschiedene brauchbare Techniken vorgeschlagen. Z. B. ist die Anwendung wiederholter Laserimpulse zum Schaffen reproduzierbarer Poren auf Blechpreßteil-Oberflächen, Flüssigübertragungsflächen und Metall-Datenspeicherplattenoberflächen bekannt, wie in "Procedure Employing a Diode-pumped Laser for Controllably Texturing a Disc Surface", US-Anmeldung No. 150525 (SA9-93-005), eingereicht am 10. November 1993 vom Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung diskutiert wird; Kopie derselben wird hiermit als Anlage eingereicht. Leider sind solche Techniken nicht allgemein zum Texturieren spröder, nichtmetallischer Plattensubstrat-Flächen brauchbar, wie z. B. für das Glassubstrat, das dem Fachmann für bestimmte Datenspeicherplattenanwendungen bekannt ist. Bei einer spröden, nichtmetallischen Oberfläche, insbesondere bei einer Glasoberfläche, muß man erwarten, daß sie beim Schleifen oder bei Anwendung von Lasertexturierungstechniken, die dem Fachmann für Metallplattensubstrate bekannt sind, bricht oder sich übermäßig deformiert. Demgemäß werden im Fachbereich chemische Oberflächentexturierungstechniken und andere Musterabscheidungstechniken für spröde Oberflächen, wie Ferrit oder Glas, vorgezogen.
So offenbaren in den US-Patenten 5,079,657 und 5,162,073 Michael I. Aronoff et al. eine selektive chemische Ätztechnik zum Texturieren der Oberfläche eines fliegenden Magnetkopfs. Aronoff et al. lehren ein haftreibungsminderndes Verfahren, das die Notwendigkeit zum Texturieren eines CSS-Bereichs auf der aufzeichnenden Platte vermeidet, das aber den Nachteil hat, daß es sich auf bestimmte Kopfflächenmaterialien beschränkt.
In US-Patent 4,985,301 offenbaren Toshinori, Morizane et al. ein Verfahren zum Fertigen einer Glasgrundplatte für eine Aufzeichnungsscheibe, das die Grundplatte chemischen Ätzbehandlungen unterzieht, die zwischen einem kristallinen Material und einem amorphen Material verschiedene Ätzraten vorsehen. Morizane et al. lehren die Anwendung ihrer Methode zum Schaffen eines texturierten CSS-Bereichs auf der Grundplatte, der durch eine anschließend abgeschiedene Aufnahmematerialschicht reproduziert wird. Andere Praktiker haben vorgeschlagen, zum Erzeugen aufgerauhter Zonen auf einer Glasplattenfläche vor der Ablage der magnetischen Aufzeichnungsdünnschicht weitergehend Dampfabscheidungsprozesse (CVD) zu benutzen.
Beim Drucken ist die Anwendung von Laserimpulsen zum Erzeugen vieler winziger Poren in der Oberfläche eines spröden Materials, wie z. B. Wolframcarbid, bekannt. Die US-Patente 5,143,578 und 5,236,763 offenbaren z. B. ein Verfahren zum Gravieren einer Reihe aufeinanderfolgender Zellen oder Poren in eine feste Oberfläche wie z. B. die Flüssigkeitsübertragungsfläche einer Druckwalze. Diese Technik wird empfohlen zum Überwinden der Oberflächenhärte der Keramik- und Metallcarbid-Oberflächen, die im Normalfall bei Gravieranwendungen benutzt werden, aber die Patente betrachten keineswegs Lösungen für das besondere Problem der CSS-Bereichsanwendungen für spröde nichtmetallische Plattenflächen, noch schlagen sie diese vor, um die Kopf-Haftreibung zu überwinden.
Andere haben sich das besondere Problem der Verwendung von Laserenergie zum Reduzieren der Haftreibung in datenaufzeichnenden Platten mit Glassubstraten überlegt. Z. B. offenbart Maeta Hiroshi im Japanischen Patent 4-311814 eine Technik zum Texturieren des Glassubstrats ohne Reduzierung der Oberflächenhaltbarkeit durch Anlegen eines Laserimpulses von der Rückseite des durchscheinenden Substrats zum Brechen und Verstreuen kleiner Glaspartikel an der Vorderfläche. Der Laserimpuls induziert einen Wärmeschock, der die Vorderfläche effizient in kleine Körner aufbricht, die dann geglüht werden und vermutlich teilweise an die Frontoberfläche haften, und somit eine aufgerauhte Topographie erzeugen, die zur Reduzierung der Haftreibung in der magnetischen Aufzeichnungsdünnschicht geeignet ist, die später zur vorderen Glassubstrat-Oberfläche hinzugesetzt wird. Hiroshi diskutiert jedoch nicht das Problem, wie seine Methode die Probleme aus der unkontrollierten Oberflächenbeschädigung lösen will.
In den US-Patenten 5,062,021 und 5,108,781, offenbaren Rajiv Ranjan et al. einen Prozeß zum Schaffen einer Reihe von dichtgepackten Narben in der metallischen Oberfläche einer magnetischen Aufzeichnungsplatte zur Reduzierung der Haftreibung. Ranjan et al. lehren die Anwendung eines blitzlampengepumpten Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat-Lasers (Nd : YAG), um die erforderliche Oberflächenrauheit zu schaffen. Sie weder ziehen in Erwägung noch deuten sie an die Anwendung ihres Texturierungsverfahrens auf Glasplattensubstrate oder sonstige spröde, nichtmetallische Oberflächen, und in der Tat ist ihr Verfahren im allgemeinen als unbrauchbar für spröde, nichtmetallische Materialien bekannt.
Praktiker im Fach vermeiden generell die Anwendung von Laserimpulsen zum Schaffen gesteuerter Veränderungen in der Topographie einer spröden, nichtmetallischen Oberfläche, und erwarten Haarrisse oder Oberflächenmaterialschäden. Diese Schäden, oft in mikroskopischer Größe, werden nach dem Laserschmelzen eines spröden, nichtmetallischen Materials wie z. B. Glas, wegen des schnellen Schmelzens mit Wiedererstarren, das von einem kurzen Laserimpuls bewirkt wird, häufig beobachtet. Dieses schnelle Schmelzen und Wiedererstarren verursacht im allgemeinen eine übermäßige Spannung im Glas, die die Oberfläche zum Reißen und Aufbrechen bringt.
Das wird in diesem Zusammenhang so betrachtet, daß die Laserimpulse hier eine Spannung hervorrufen, die eine "Wärmeschockschwelle" für das spröde, nichtmetallische Oberflächenmaterial überschreitet. Das oben angezogene Patent von Hiroshi stützt sich auf dieses Wärmeschock-Mikroriß-Phänomen als Vorteil für die beanspruchte Erfindung. Laserimpulsenergiewerte unterhalb dieser Schwelle werden im allgemeinen als nutzlos für die Veränderung der Topographie von spröden nichtmetallischen Oberflächen angesehen.
Dementsprechend sieht die Erfindung ein Verfahren zum Texturieren der Oberfläche 14 eines spröden Glasmaterials vor durch Bestrahlen der Oberfläche mit Strahlungsenergie an einer Vielzahl von Orten, und dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie ein kurzer Laserimpuls mit einer Fluenz fp an jeder Oberflächenstelle ist, wobei die Fluenz fp kleiner ist als die Wärmeschockschwelle für das spröde Glasmaterial, so daß sich an jeder Oberflächenstelle ein Buckel ausbildet, wobei dieser Buckel eine maximale Durchmessergröße dd aufweist und sich zu einer maximalen Höhe hd über der Oberfläche erhebt.
Eine solche Texturierungstechnik sieht für metallische Oberflächen die Steuerbarkeit und weitere Vorteile der Laser- Texturierungstechniken vor, die dem Fachmann bekannt sind.
Vorzugsweise hat die Strahlungsenergie einen Laserenergie- Impuls Ep mit einer Dauer tp und einem Brennpunkt mit einem maximalen Durchmesser Dp, wobei Ep, tp und Dp so ausgewählt sind, daß sie die Fluenz fp auf einen Wert unterhalb des Wärmeschockschwellenwerts beschränken, wobei sich an jedem Zielpunkt ein Buckel bildet, und die Impulsdauer tp im Intervall [10&supmin;&sup9;, 10&supmin;¹] Sekunden liegt, und der maximale Punktdurchmesser Dp im Intervall [1, 500] um liegt. Ferner wird bevor zugt, daß sich der Buckel auf maximal hd über der spröden Oberfläche erhebt, wobei die maximale Buckelhöhe hd im Intervall [1, 1000] nm liegt, und jeder Buckel einen maximalen Durchmesser Dd (< Dp) aufweist und jeder Ort vom am nächsten liegenden Ort durch einen Abstand DS > Dd getrennt ist.
In einer alternativen Anordnung hat jeder Buckel eine maximale Durchmessergröße Dd, und jeder Ort ist von dem am nächsten gelegenen Ort durch eine Abstandsentfernung Ds, getrennt, die im wesentlichen kleiner ist als der maximale Durchmesser Dd, wobei sich eine Vielzahl dieser Buckel mit ihren benachbarten Buckeln zusammenschiebt, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Grat auf der Oberfläche zu bilden.
Das spröde Material ist in der Regel Glas, und der Laserenergieimpuls hat eine Wellenlänge λp, so daß die optische Durchdringung des Laserenergieimpulses in die Glasoberfläche im Intervall [10&supmin;&sup8;, 10&supmin;³] Meter liegt, und die Laserimpulse von einem Kohlendioxid-(CO&sub2;)-Laser generiert werden und die Wellenlänge λp in einem Spektralbereich liegt, der von der spröden Glasoberfläche stark absorbiert wird.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Herstellen einer Datenaufzeichnungsplatte vor, die eine Glasplatte mit spröder Oberfläche benutzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Polieren der Glasoberfläche auf eine vorbestimmte Glätte;
Texturieren der Glasoberfläche durch Anwenden des Verfahrens in einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche; und
Aufbringen einer Schicht aus einem datenabspeichernden Magnetmaterial, um eine Datenaufzeichnungsschicht zu erzeugen.
Die Erfindung sieht ferner vor eine Magnetaufzeichnungsplatte mit einer Außenoberfläche zum Speichern von magnetischlesbaren Daten, wobei die Platte enthält:
eine Schicht aus sprödem Glassubstratmaterial mit einer im wesentlichen planaren Substratfläche; und
eine magnetisierbare Dünnschicht, die über das spröde Glassubstrat gelegt ist, mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke und einer im wesentlichen planaren Aufzeichnungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß
diese Außenfläche eine Vielzahl von Buckeln aufweist, die anfänglich von einem Laserimpuls mit einer Fluenz fp auf der spröden Glasschicht ausgebildet werden, wobei jeder Buckel einen maximalen Durchmesserwert Dd und einen Anstieg auf eine maximale Höhe hd über der planaren Aufzeichnungsoberfläche ansteigt.
Die obige Lösung benutzt die unerwartete Entdeckung, daß hochreproduzierbare Buckel gesteuert auf einer Glasplattenoberfläche erzeugt werden können durch Anwenden einzelner Laserimpulse mit genau gesteuerter Energiefluenz. Die Fluenzsteuerung ist erforderlich zum Ausnutzen eines unerwarteten, vergleichsweisen engen Betriebsbereichs genau unterhalb der abrupten Wärmeschockfluenzschwelle für sprödes nichtmetallisches Material. Die Fluenzsteuerung wird erreicht durch Anwenden ausgewählter Kombinationen von Laserwellenlänge, Impulsbreite und Wiederholungsrate, kombiniert mit dem richtigen Buckelabstand, um eine Überbeanspruchung des laserbestrahlten Bereichs zu vermeiden. Dieser enge Betriebs fluenzbereich ist begrenzt nach oben durch die Wärmeschockschwelle und nach unten durch den Schmelz- oder Erweichungspunkt des Materials.
So kann ein Verfahren angewandt werden zum Texturieren einer spröden Oberfläche, die im wesentlichen aus spröden Materialien besteht, mit einer Wärmeschockfluenzschwellenhöhe, über der das spröden Material bricht, wobei das Verfahren einen Schritt beinhaltet, der besteht aus:
Konzentrieren von Strahlungsenergie selektiv auf eine Vielzahl beabstandeter Punkte über einen Behandlungsbereich der spröden Oberfläche zum Verändern der Topographie der spröden Oberfläche in einem Zielgebiet an jedem dieser beabstandeten Punkte, wobei die Strahlungsenergie eine Fluenz fp an diesem beabstandeten Punkt aufweist und diese Fluenz fp kleiner ist als die Wärmeschockschwelle für das spröde Material.
Viele mikroskopische Buckel können in einem gewünschten CSS- Bereich einer Glas-, Keramik- oder sonstigen spröden nichtmetallischen Substratoberfläche geschaffen werden, um Haftreibung, Verschleiß, Reibung oder Beschichtbarkeit der Oberfläche zu erzeugen, oder zur Vorbereitung der Oberfläche als "Preßflächen"-Form zum Reproduzieren eines Negativeindrucks. Hochreproduzierbare mikroskopische Buckel lassen sich gesteuert auf einem ausgewählten Bereich auf einer Oberfläche ausbilden unter Verwendung eines Impulslasers ohne Beschädigung der spröden nichtmetallischen Oberfläche durch Mikrorisse unter der Einwirkung der Laserimpuls-Aufheizung. Die Laserimpulsfluenz wird innerhalb des geeigneten Bereichs eben unter der Wärmeschockfluenzschwelle genau gesteuert, an der sich Haarrisse auf der Glasoberfläche ausbilden und Material abgesplittert wird. Dieses Merkmal entsteht aus der völlig unerwarteten Entdeckung, daß es eine abrupte Wandlungsenergiefluenzschwelle (die "Wärmeschockschwelle") gibt, unter der die Laserimpulsenergiefluenz entweder keine Wirkung hat oder nur einen Buckel ohne Schaden erzeugt. Bei einer Glasplatte mit komprimierenden Oberflächenbeanspruchung erhebt sich ein solcher Buckel unerwarteterweise fast ganz über die Solloberfläche, was bemerkenswert nützlich ist zum Reduzieren der Haftreibung auf Datenspeicherplatten.
Jetzt soll beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausführungsform anhand der folgenden Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben werden:
Fig. 1 ist ein Funktionsschaltbild eines beispielhaften Geräts zum Texturieren einer Glasoberfläche oder einer anderen spröden Oberfläche gemäß einem Verfahren der Erfindung;
Fig. 2A-2C zeigen eine typische Oberfächenbuckelanordnung und ein Buckelprofil, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurden;
Fig. 3A-3D zeigen die Oberflächentextur eines Glassubstrats für vier unterschiedliche Fluenzhöhen, von denen zwei eine Mikrorißbildung in der Oberfläche bewirken;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine rotierbare Magnetaufzeichnungsplatte mit einem Magnetkopf, einschließlich eines Kontakt-Start-Stop-Bereichs (CSS - Contact Start-Stop) zur Berührung zwischen dem Magnetkopf und der Aufzeichnungsplatte;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Magnetplatte aus Fig. 4; und
Fig. 6 ist ein funktionelles Bockschaltbild eines Direktzugriffsspeichers (DASD - Direct Access Storage Device), der eine Ausführungsform der texturierten Aufzeichnungsplatte benutzt.
Die vorliegende Erfindung entsteht aus der unerwarteten Entdeckung, daß hochreproduzierbare mikroskopische Buckel gesteuert, billig und schnell auf einer Glasplattenoberfläche erzeugt werden können unter Verwendung einzelner Laserimpulse der richtigen Wellenlänge, Impulsbreite und Wiederholungsrate, in Kombination mit der richtigen Bewegung der Plattenoberfläche. Fig. 1 ist ein Funktionsschaltbild eines beispielhaften Geräts, das zur Implementierung der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Diese Offenbarung betrifft vornehmlich die Texturierung von Glas-Speicherplatten-Substraten zur reduzierten Haftreibung, obwohl das Gerät der Fig. 1 auch zum Schaffen eines gewünschten Musterbereichs auf Glas, Keramik oder einer sonstigen nichtmetallischen Substratfläche zum Zweck der reduzierten Haftreibung, verbessertem Verschleiß oder verbesserter Beschichtungsmöglichkeit oder aber als "Stempelfäche" zur Verwendung in der Massenproduktion, der sonstigen Oberflächen, die mit dem Negativ der Stempelplatten gedreht werden, eingesetzt werden kann. Somit kann die vorliegende Erfindung bewertet werden als mit einer generellen Anwendbarkeit, obwohl sie ursprünglich zu dem Zweck der Erzeugung einer Textur in Glasplatten zur Datenspeicherung beabsichtigt war.
In Fig. 1 wird ein gepulster Laser 10 so gewählt, daß die optische Durchdringung der auf das Glasplattensubstrat 12 einfallenden Strahlung länger als 10 nm und kürzer als 1 mm ist, um eine wirksames "oberflächennahe" Erwärmung des Glassubstrats zu bewirken. Die Impulsbreite wird so gewählt, daß sie länger als 1 ns und kürzer als 100 ms ist, um eine wirksame Erwärmung des Wechselwirkungsvolumens ohne Erzeugen eines übermäßigen Wärmeschocks (unter 1 ns) oder einer übermäßigen räumlichen Erwärmung durch Thermodiffusion (über 100 ms) zu bewirken. Die Laserspitzenleistung und die Brennpunktgröße auf den beiden Oberflächen 14 und 16 der Glasplatte 12 werden für eine "Energiedichte" oder "Fluenz" gewählt, die ausreicht, um eine sanfte Oberflächenerweichung oder -schmelze über eine kurze Zeitspanne zu erzeugen ohne Bewirken der Zertrümmerung und Materialauswerfen von den Oberflächen 14-16, die bei höheren Fluenzwerten zu erwarten sind.
Der Laser 10 wird von einem gepulsten Hochfrequenz-(HF)- Erregersignal 18 gesteuert, um eine Impulswiederholungsrate zu bewirken, die in Kombination mit einer geeigneten Translations- und Rotationsbewegung des Glassubstrats 12 eine Einzel-Laserimpulsaktion bei jedem Feuern des Lasers in einem neuen Zielgebiet auf den Oberflächen 14 und 16 erzeugt. Diese Voraussetzung ist notwendig, weil es einen breiteren Operationsbereich der Fluenzen unter der "Wärmeschockschwelle" vorsieht, bei der das Oberflächenbrechen und der Materialauswurf eintritt. Zwar ist dieses "räumlich getrennte" Zielbereichs-Forderung bevorzugt, es können jedoch auch überlappende Bestrahlungszielbereiche vorgesehen werden, aber mit einem engeren zulässigen Betriebsbereich für die Fluenzen unter der Wärmeschockfluenzschwelle.
Jetzt soll der Betrieb des Geräts in Fig. 1 beschrieben werden. Das Plattensubstrat 12 wird auf einer Welle 20 rotiert mittels eines Motors 22, und die ganze Motor-Wellen- Baugruppe wird radial durch ein geeignetes Translationsmittel (nicht dargestellt) verschoben. Synchron mit der Plattenrotation und -translation wird der Laser 10 durch Signal 18 gepulst, um die Ausgangsimpulse 24 vorzusehen. Die Ausgangsimpulse 24 können durch Ablenkung durch einen beweglichen Spiegel 26 getrennt zu einen oberen stationären Spiegel 28 oder zu einem unteren stationären Spiegel 30 geführt werden. Impulse 24, die den oberen Pfad entlang wandern, werden vom Spiegel 28 gespiegelt und laufen durch eine ZnSe-Sammellinse 32 zu einem stationären Spiegel 34 und von diesem zur oberen Fläche 14 der Glassubstratplatte 12. Auf ähnliche Wiese laufen Impulse 24 den unteren Pfad entlang, werden vom Spiegel 30 gespiegelt und laufen durch die ZnSe-Sammellinse 36 zum Spiegel 38 und von diesem zur unteren Oberfläche 16 der Platte 12. Somit können mit der geeigneten mechanischen Steuerung des Spiegels 26 beide Seiten 14 und 16 gleichzeitig texturiert werden.
In Fig. 1 wird das Texturieren in den Oberflächen 14 und 16 durch die Kombination aus Impulsenergie, Bennfleckgröße, Impulsrate, Impulsbreite, Plattenrotationsrate und Plattentranslationsrate gesteuert. Zusätzlich zu diesen Steuerelementen wird eine Laserwellenlänge so gewählt, daß sie einen oberflächennahen Erwärmungseffekt erzielt. Die Energiefluenz in den Oberflächen 14, 16 wird genau gesteuert auf eine Weise, die durch die obige Diskussion im Zusammenhang mit Fig. 1 beispielhaft dargestellt wird. Diese Forderung ist bedeutsam wegen der unerwarteten Entdeckung, daß es eine ziemlich abrupte Energiefluenz-"Wärmeschockschwellenhöhe" für viele spröde, nichtmetallische Oberflächen gibt, einschließlich Glas. Über diesem Schwellenwert wird die Glasoberfläche mindestens teilweise zertrümmert und Material kann ausgeworfen werden. In einem großen Teil des Energiefluenzbereichs unter der Wärmeschockfluenzschwelle reichen die Energien nicht aus, um eine topographische Veränderung in der spröden, nichtmetallischen Oberfläche zu bewirken. Die vorliegende Erfindung nutzt den bisher unbekannten und verhältnismäßig engen Fluenzbereich eben unter der Wärmeschockschwelle, um nützliche Oberflächentexturen in spröden, nichtmetallischen Materialien zu erzeugen.
Fig. 2A zeigt die Textur auf einer Glasoberfläche, die sich aus einer beispielhaften Kombination von Prozeßparametern zum Schaffen einer CSS-Zone auf einem Aufzeichnungsplattensubstrat aus Glas ergibt. Die Vielzahl der Buckel in Fig. 2A zeigt beispielhaft die erzeugte Textur, und zeigt jeden Buckel von seinem Nachbarbuckel durch einen gewünschten Trennabstand D5 getrennt. Fig. 2B zeigt das Profil eines atomaren Kraftmikroskops (FM), gemessen entlang dem Pfad, der den einzelnen Buckel überquert, wie in Fig. 2C gezeigt ist. Im Profil in Fig. 2B sieht man, daß der Buckel eine maximale Durchmesserlänge Dd von im wesentlichen 60 um (d. h. von 30 bis 90 um) und eine maximale Höhe hd von im wesentlichen 100 nm über der umgebenden ebenen Substratoberfläche aufweist. Die Buckel sind sehr glatt und ideal geeignet zum Reduzieren der Haftreibung in einem CSS-Bereich einer Datenspeicherplatte. Auch mit einer hochstehenden Höhe hd vom 100 nm für die Buckel wird keine Rißbildung oder Zertrümmerung auf der Glasfläche beobachtet. Geringere Buckelhöhe, d.i. hd etwa in der Größe von 3 bis 40 nm, kann für das Texturieren der CSS- Bereich stärker erwünscht sein. Diese kürzeren Buckel können durch Anwenden geringerer Laserfluenzen erzeugt werden, als sie für die 100 nm Buckel nötig sind. Auch beim Erzeugen solcher kürzeren Buckel wird kein Reißen oder Zertrümmern bewirkt.
Hier nachstehend werden die Prozeßparameter geoffenbart als Beispiel für ein akzeptabel arbeitendes Fenster, das eine Energiefluenz unter der Wärmeschockschwelle für eine Glasoberfläche bewirkt:
Laserwellenlänge, λp, = 10, 6 um;
Laserimpulsbreite, tp = 60 us;
Laserimpuls-Spitzenleistung, Pp = 12 W;
Durchmesser des Zielbrennpunkts, Dp = 200 um
Impulswiederholung, Fp = 1500 Hz;
Plattendrehzahl, ω = 4π rad/s;
Platten-Translationsgeschwindigkeit, vr = 200 um/s; und
Radialer Buckelsollabstand, rs = 100 um.
Hier muß darauf hingewiesen werden, daß zwar die Zielfleckgröße Dp 200 um beträgt, aber die Buckelgröße Dd nur 30 um ist. Dieses Verhältnis illustriert die "Schwellen"- Charakteristik des Laser-Texturierungsprozesses, der eine Merkmalsgröße erzeugt, die viel kleiner ist als die Größe des bestrahlten Flecks. Es wird vermutet, daß der unerwartete "voll-ausgebeulte" Grübcheneffekt sich aus einer Relaxation der Oberflächenspannung, bewirkt durch die laser-ausgelöste Oberflächenerweichung oder durch die laser-bewirkte Wärmeausdehnung ergibt, die dann "einfriert", wenn die Oberfläche unter den Erweichungspunkt abkühlt, obwohl das nicht gesichert ist.
Durch diese Technik lassen sich Buckel mit einer Höhe von hd von ein paar nm bis zu vielen um erzeugen. Es wurde gezeigt, daß größere Buckelhöhen erzeugt werden können durch wiederholtes Impulsstrahlen auf den gleichen Zielbereichspunkt, ohne daß es zu Rissen kommt, vorausgesetzt, die Wärmeschockschwellenfluenzhöhe wird auch nicht von einem einzigen Impuls überschritten.
Fig. 3A-3D illustriert die Auswirkungen des Überschreitens der Wärmeschockfluenzschwelle auf einer Glasoberfläche und zeigt auch die abrupte Obergrenze des akzeptablen Fluenzbetriebsbereichs. Jede der Oberflächen in Fig. 3A-3D wurde mit den gleichen Betriebsparametern erzeugt, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2A diskutiert ist, abgesehen von Wiederholungsrate (Fp = 2 000 Hz anstatt 1 500 Hz) und Impulsbreite tp. Der Buckelabstand in den Fig. 3A-3D ist kleiner als in Fig. 2A wegen der höheren Wiederholungsrate Fp.
Fig. 3D zeigt die Oberflächentextur, die sich aus einer Impulsbreite tp = 60 us ergibt. Fig. 3C zeigt die Ober flächentextur, die mit einer 30%igen Steigerung des tp auf 80 us erzeugt wurde. Die Oberfläche in Fig. 3C bleibt frei von sichtbaren Mikrorissen und Trümmern. Fig. 3B zeigt jedoch verbreitete Anzeichen von Mikrorissen, die sich aus einer nur 12,5%igen Steigerung der Impulsbreite tp auf 90 us ergibt. Es ist diese unerwartet abrupte Wärmeschockfluenzschwellencharakteristik der spröden nichtmetallischen Oberflächen, die das Motiv für das verfeinerte Fluenzsteuerelement des hier beschriebenen Texturierungsprozesses war. Schließlich zeigt Fig. 3A die ausgedehnte Oberflächenbeschädigung mit Materialauswurf, die dem Fachmann bei laser-texturierten spröden nichtmetallischen Oberflächen bekannt ist. Fig. 3A wird erzeugt durch eine Impulsbreite tp = 150 us, was 250% des für Fig. 3 benutzten Wertes ist.
Fig. 4 und 5 zeigen eine magnetische Speicherplatte 40 mit einer äußeren Spiegelfläche 42 und einem texturierten ringförmigen Bereich 44 zur Verwendung in den Kontakt-Start-Stop- (CSS)-Zyklen des Magnetkopfs 46. Magnetkopf 46 sitzt auf einem Arm 48, der mit Mitteln (nicht dargestellt) zum Positionieren des Kopfes 46 in einer im allgemeinen radialen Richtung gegenüber der rotierenden Platte 40 verbunden ist. Im einzelnen ist der Kopf 46 über dem texturierten Ringbereich 44 positioniert, wenn die Rotation der Platte 40 anläuft oder angehalten wird.
Die äußere Spiegelfläche 42 der Platte 40 (Fig. 5) kann mehrere Schichten der betroffenen Materialien überdecken. Z. B. kann ein Glassubstrat 12 ausgebildet und gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Auftragen der anschließenden magnetischen Aufzeichnungsschicht 50 und der Schutzschicht 52 texturiert werden. Die topographischen Merkmale der texturierten Oberfläche des Glassubstrats 12 reproduzieren sich auf der Oberfläche jeder der darauffolgend abgeschiedenen Schichten und legen so die gewünschte Textur in dem CSS- Bereich 44 auf der Außenfläche 42 fest. Als Alternative kann jede der über dem Glassubstrat aufgetragenen Schichten zuerst aufgetragen und dann gemäß der vorliegenden Erfindung texturiert werden. So weist die Außenfläche 26 effektiv die Oberfläche jeder der Schichten 12, 50 oder 52 auf, die topographisch gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert wird. Schließlich zeigt bei Datenspeicherplattenanwendungen die Oberfläche der Schutzschicht 52 im CSS-Bereich die gewünschte Textur, die vom texturierten Ringbereich 44 vorgesehen ist.
Fig. 6 zeigt ein Funktionsschaltbild einer Direktzugriffsspeichervorrichtung (DASD) 54, die die texturierte Platte 40 mit dem Glassubstrat 12 benutzt. DASD 54 beinhaltet eine Steuereinheit 56, die den Betrieb aller Elemente mit der rotierenden Platte 40 koordiniert. Die Steuereinheit 56 sieht ein Motorsteuersignal 58 für einen Laufwerksmotor 60 vor, der die Platte 40 über die Welle 62 antreibt. Steuereinheit 56 betreibt auch ein Kopfstellglied 64 durch eine Positionssteuerleitung 66. Das Stellglied 64 ist über zwei flexible Glieder 68 und 70 mit den beiden Magnetköpfen 72 und 74 entsprechend mechanisch gekoppelt. Der Magnetkopf 72 ist so angeordnet, daß er Daten auf der oberen Fläche 42 der Platte 40 liest bzw. schreibt, und Kopf 74 ist entsprechend angeordnet, daß er Daten auf der unteren Fläche 76 der rotierenden Platte 40 liest und schreibt. Die Köpfe 72 und 74 sind über einen Lese/Schreibkanal 78 mit der Steuereinheit 56 gekoppelt, wobei digitale Daten auf und von einer rotierenden Platte 40 übertragen werden.

Claims

1. Ein Verfahren zum Texturieren der Oberfläche (14) eines spröden Glasmaterials durch Bestrahlen der Oberfläche mit Strahlungsenergie an einer Mehrzahl von Stellen, und dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie ein kurzer Laserimpuls mit einer Fluenz fp an jeder Oberflächenstelle ist, wobei die Fluenz fp kleiner ist als die Wärmeschockschwelle für das spröde Glasmaterial, so daß sich an jeder Oberflächenstelle ein Buckel ausbildet, wobei dieser Buckel eine maximale Durchmessergröße dd aufweist und bis zu einer maximalen Höhe hd über die Oberfläche vorsteht.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem die Strahlungsenergie einen Impuls von Laserenergie Ep einer Dauer tp, und einen fokussierten Fleck mit einer maximalen Durchmessergröße Dp umfaßt, wobei Ep, tp und Dp so gewählt werden, daß die Fluenz 4, auf einen Wert unter der Wärmeschockschwelle begrenzt wird.

3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, in dem die Impulsdauer tp im Intervall [10&supmin;&sup9;, 10&supmin;¹] s liegt und die maximale Fleckdurchmessergröße Dp im Intervall [1, 500] um liegt.

4. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, in dem die maximale Buckelhöhe hd im Intervall [1, 1000] nm liegt.

5. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, in dem der Ort jedes Buckels vom nächstliegenden benachbarten Ort durch einen Abstand Dp ≥ Dd getrennt ist.

6. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, in dem der Ort jedes Buckels vom nächstliegenden benachbarten Ort durch einen Abstand Ds, getrennt ist, der im wesentlichen kleiner als der maximale Durchmesser Dd ist, wobei eine Mehrzahl dieser Buckel sich mit ihren benachbarten Buckeln zusammenschiebt um einen im wesentlichen kontinuierlichen Grat auf der Oberfläche zu bilden.

7. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6, in dem der Laserenergieimpuls eine Wellenlänge λp aufweist, so daß die optische Durchdringung des Laserenergieimpulses in die Glasoberfläche im Intervall [10&supmin;&sup8;, 10&supmin;³] Meter liegt.

8. Das verfahren gemäß Anspruch 7, in dem die Laserimpulse durch einen Kohlendioxid-(CO&sub2;)-Laser generiert werden und die Wellenlänge λp in einem Spektralbereich liegt, der von der spröden Glasoberfläche stark absorbiert wird.

9. Ein Verfahren zum Herstellen einer Datenaufzeichnungsplatte, die eine Glasplatte (12) mit spröder Oberfläche benutzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Polieren der Glasoberfläche auf eine vorbestimmte Glätte;

Texturieren der Glasoberfläche durch Anwenden des Verfahrens gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche; und

Aufbringen einer Dünnschicht aus einem datenabspeichernden Magnetmaterial (50) auf die Glasoberfläche, um eine Datenaufzeichnungsschicht zu erzeugen.

10. Eine Magnetaufzeichnungsplatte (40) mit einer Außenoberfläche zum Speichern von magnetischlesbaren Daten, wobei die Platte enthält:

eine Schicht aus sprödem Glassubstratmaterial (12) mit einer im wesentlichen planaren Substratoberfläche; und

eine magnetisierbare Dünnschicht (50), die auf die spröde Glassubstratoberfläche aufgetragen wird und eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke und im wesentlichen planare Aufzeichnungsflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

diese Außenfläche eine Vielzahl von Buckeln aufweist, die anfänglich auf der spröden Glasschicht von einem Laserimpuls mit einer Fluenz fp ausgebildet werden, wobei jeder Buckel einen maximalen Durchmesserwert Dd hat und auf eine maximale Höhe hd über der planaren Aufzeichungsoberfläche ansteigt.

11. Die magnetische Aufzeichnungsplatte gemäß Anspruch 10, in der die maximale Durchmessergröße Dd < Ds im Intervall [1, 200] um und die Buckelhöhe hd im Intervall [1, 1000] nm liegt.

12. Die magnetische Aufzeichnungsplatte gemäß Anspruch 10 oder 11, in der die Vielzahl Buckel durch einen Mindestabstand Ds > Dd im Intervall [1, 500] um voneinander getrennt sind.

13. Die magnetische Aufzeichnungsplatte gemäß Anspruch 10 oder 11, in der jeder Buckel vom nächsten benachbarten Buckel durch einen Abstand Ds, der im wesentlichen kleiner als die maximale Durchmessergröße Dd ist, getrennt ist, wobei eine Vielzahl dieser Buckel sich mit ihren benachbarten Buckeln zusammenschiebt, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Grat auf der Oberfläche zu bilden.

14. Eine Speichervorrichtung mit direktem Zugriff zum Lesen und Speichern von Daten einschließlich einer magnetischen Aufzeichnungsplatte gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, eines Magnetkopfs (46), und Mittel zum Haltern des Kopfes in einer ausgewählten Orientierung und für eine im allgemeinen gesteuerte Bewegung relativ zu dieser Platte.