KR100187827B1 - 유리디스크와 같은 취성 비금속 표면의 텍스쳐 가공 방법과 자기 데이터 기록 디스크 - Google Patents

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포만 제프리 엘
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Abstract

융기부 배열을 생성하여 데이터 기록 디스크용 유리와 같은 취성 비금속 표면을 텍스쳐 가공하는 방법. 이 텍스쳐 가공 방법은 레이저를 사용하여 적절한 에너지 밀도의 펄스를 취성 유리 표면에 제공함으로써 상기 표면에 복수의 볼록한 융기부들을 생성한다. 취성 비금속 표면 재료에 대한 돌연한 열충격 밀도 임계 레벨 미만에서 발견된 좁은 동작 지역의 값까지 레이저 펄스 밀도를 제한함으로써 원치 않은 미소 균열이나 재료 분출이 없이 융기부가 생성된다. 이 방법은 광학 디스크와 같은 표면 패턴의 음각을 접촉 재생하기 위한 스탬핑 표면(stamping surfaces)으로 사용되는 텍스쳐와 같은 다른 취성 표면 텍스쳐에도 응용 가능하다.

Description

유리 디스크와 같은 취성 비금속 표면의 텍스쳐 가공 방법과 자기 데이터 기록 디스크
제1도는 본 발명의 방법에 따라 유리(glass) 또는 다른 취성(brittle) 비금속 표면을 텍스쳐 가공(texturing)하는 예시적 장치의 개략적인 기능선도.
제2a-2c도는 본 발명의 방법을 사용하여 얻어진 대표적인 표면 범프배열(surface bump array) 및 범프 프로필(bump profile)을 나타내는 도면.
제3a-3d도는 4개의 상이한 밀도 레벨에 대하여 본 발명의 방법에 따라 생성된 유리 기판의 표면 텍스쳐(surface texture)를 나타내는 도면인데, 그중 2개의 밀도 레벨들은 기판 표면에 미소한 균열을 일으킨다.
제4도는 회전가능 자기 기록 디스크 및 자기 헤드의 평면도로서 자기 헤드와 기록 디스크 사이의 접촉을 위한 접촉 개시-정지(Contact Start-Stop:CSS) 지역을 포함하는 도면.
제5도는 제4도 자기 디스크의 확대 단면도.
제6도는 본 발명의 텍스쳐형 기록 디스크의 실시예를 사용하는 직접 접근 기억 장치(Direct Access Storage Device:DASD)의 기능 블럭선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 유리 기판 20 : 축
22 : 모터 24 : 출력 펄스
32 : 집속 렌즈 14,16 : 표면
42 : 외측 표면 50 : 자기 기록층
52 : 보호층 56 : 제어장치
72,74 : 자기 헤드 78 : 판독/기록 채널
[관련출원의 상호 참조]
본 발명과 동일한 발명자에 의하여 본 발명과 동일자로 미국 특허 상표청에 출원되어 심사 대기중인 발명의 명칭 디스크 표면을 제어가능하게 텍스쳐 가공하는 다이오드 펌프형 레이저를 사용하는 방법(PROCEDURE EMPLOYING A DIODE-PUMPED LASER FOR CONTROLLABLY TEXTURING A DISK SURFACE)인 미국 특허출원 번호 제 08/150,525호는 본 발명의 일부를 이룬다.
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 데이터 저장 디스크 기판을 텍스쳐 가공하는 방법에 관한 것으로, 특히 데이터 저장 디스크용 유리기판(glass substrate)과 같은 취성 비금속 표면을 고도로 제어가능한 레이저로 텍스쳐 가공하는 방법(highly controllable laser texturing process)에 관한 것이다.
[관련 기술의 설명]
최근의 자기 디스크 드라이브 설계는 자기 디스크가 정지해 있을 때 자기 헤드가 자기 디스크 표면에 접촉하고 있는 소위 CSS(Contact Start-Stop) 시스템을 사용한다. 자기 디스크가 회전하기 시작하면 자기 헤드는 디스크 표면을 따라 미끄러져(slide) 결국은 디스크 표면의 층기류(laminar air flow)로 인해 디스크 표면으로부터 완전히 부양하여(fully lifted) 비행하게 된다.
본 발명이 속하는 기술분야에서는, 자기 헤드가 디스크 표면에 가능한한 근접하여 이동하도록 거울같이 평탄한 기록 표면(smooth, specular recording surface)인 것이 바람직하다. 본 발명이 속하는 기술분야에서는 CSS동안 자기 헤드가 접촉하는 금속 디스크 표면상에 텍스쳐 가공된 영역(textured region)을 생성시켜 디스크 회전의 개시와 정지중에 발생하는 과도한 접촉 정지마찰(excessive contact stiction and friction)을 극복한다. 자기 헤드는 구동 제어기(drive controller)에 의해 적절한 시간에 CSS 영역으로 이동한다. 디스크 표면의 다른 영역은 거울같은 평활성(specular smoothness)이 유지되어 고밀도의 자기 데이터 기록을 가능케 한다.
당업자에 의해 금속 디스크 표면을 텍스쳐 가공하는 몇가지의 유용한 기술이 제안되어 왔다. 예컨대, 반복 레이저 펄스를 사용하여 금속 표면상에 재생가능한 피트(pit)들을 생성시키는 방법이, 상기 심사 대기중인 특허출원에 논의된 바와 같이 시트-금속 스탬핑 표면(sheet-metal stampint surfaces), 액체 전달 표면(liquid transfer surfaces) 및 금속 데이터 저장 디스크 표면에 응용가능한 기술로 알려져 있다. 그러나, 위와 같은 기술은 특정한 데이터 저장 디스크 응용 기술을 위해 당업계에 알려진 유리 기판(glass substrate)과 같은 취성 비금속 디스크 기판 표면을 텍스쳐 가공하는 데에는 일반적으로 유용하지 못하다. 유리 표면과 같은 취성 비금속 표면은 금속 디스크 기판에 대해 당업계에서 공지된 기술로 연마가공(grinding)하거나 레이저로 텍스쳐 가공(texturng)하는 동안에 깨지거나 과도하게 변형될 수 있다. 따라서, 페라이트(ferrite)나 유리와 같은 취성 표면에 대하여는 화학적 표면 텍스쳐 가공 기술 및 기타 다른 패턴형 도포기술(patterned deposition technique)을 이용하는 것이 바람직하다.
예컨대, 마이클 아이, 아로노프(Michael I. Aronoff) 등에게 허여된 미국 특허 제5,079,657호 및 제5,162,073호에는 자기 헤드의 비행 표면(flying surface)을 텍스쳐 가공하는 선택적 화학 에칭 기술(selective chemical etching technique)이 개시되어 있다. 상기 특허는 기록 디스크상의 CSS 영역을 텍스쳐 가공할 필요가 없는 장점을 가지지만, 특정한 헤드 표면 물질에 제한되는 약점을 가지는 정지마찰 감소 방법(stiction-reducing approach)을 개시하고 있다.
도시노리 모리자네(Toshinori Morizane)등에게 허여된 미국 특허 제4,985,301호는 기록 디스크용 유리 기판(glass base plate)을 제조하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 결정 물질(crystallized material)과 비정질 물질(amorphous material) 사이에 서로 다른 에칭율을 갖도록 기판을 화학 에칭 처리하는 단계를 포함한다. 상기 특허에는 연속적으로 도포되는 기록 물질층을 통해 재생되는 기판 내에 텍스쳐 가공된 CSS 영역을 생성시키는 방법이 개시되어 있다. 이 밖에 고가의 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition:CVD) 처리를 이용함으로써 자기 기록 필름층의 도포 전에 유리 디스크 표면위에 거친 영역을 생성하는 방법이 제안되어왔다.
인쇄 기술분야에서는, 레이저 펄스를 이용하여 텅스텐 카비이드(tungsten carbide)와 같은 취성 재료의 표면에 작은 피트를 다수 생성시키는 방법이 공지되어 있다. 예컨대, 피에르 루디(Pierre Luthi)의 미국 특허 제5,143,578호와 제5,236,763호에는 프린팅 롤러(printing roller)의 액체 전달 표면과 같은 고형 표면에 일련의 연속적인 셀이나 피트를 각인(engrave)하는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허에는 각인 기술에 통상 사용되는 세라믹 및 금속 카바이드 표면의 표면 경도(surface hardness)를 극복하는 기술이 개시되어 있으나, 헤드 마찰을 극복하기 위해 취성 비그속 디스크 표면상에 CSS 영역을 생성하는 문제에 대한 해결책은 제시되어 있지 않다.
또한, 당업자들은 유리 기판을 가진 데이터 기록 디스크상의 마찰을 감소시키기 위해 레이저 에너지를 이용하는 특정한 해법을 제시하였다. 예컨대, 마에다 히로시(Maeta Hiroshi)의 일본 특허 평4-311814호에는 유리 전면의 작은 입자들을 부수고 산란시키기 위해 투명 기판의 후면으로부터 레이저 펄스를 인가함으로써 표면의 내구력을 감소시키지 않고 유리 기판을 텍스쳐 가공하는 기술이 개시되어 있다. 레이저 펄스는 유리 전면을 부분적으로 어닐링되는 가는 입자로 효과적으로 파괴하는 열 충격(thermal shock)을 유도하고, 나중에 전면 유리 기판 표면에 부가되는 자기 기록 필름층의 정지마찰(stiction)을 감소시키기에 적절한 거친 형상(topography)을 생성시킨다. 그러나 상기 히로시 특허에는 제어되지 않은 표면 손상으로부터 야기되는 문제점을 극복하는 방법은 개시되어 있지 않다.
라지브 란잔(Rajiv Ranjan)등의 미국 특허 제5,062,021호와 제5,108,781호에는 자기 기록 디스크의 금속 표면에 일련의 밀집된 피트를 생성시켜 마찰을 감소시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허에는 플래시램프-펌프형(flashlamp-pumped) 네오디뮴-이트륨-알루미늄-가네트(neodymium-yttrium-aluminum-garnet:Nd, YAG) 레이저를 이용하여 필요한 표면 거칠기(surface roughness)를 생성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허는 상기 텍스쳐 가공 방법을 유리 디스크 기판이나 다른 비금속 표면에 응용하는 기술은 개시하지 않고 있으며, 일반적으로 상기 방법은 취성 비금속 재료에 이용하기에는 비실용적인 것이라고 알려져 있다.
본 기술분야의 당업자들은 일반적으로 매우 가는 균열(hair-line cracking)이나 표면 재료 손상이 예상되기 때문에, 취성 비금속 재료의 형상(topography)에 제어된 변화를 생성하는데 레이저 펄스를 사용하는 것을 피하고 있다. 이러한 손상은 흔히 미세한 수준이지만 짧은 레이저 펄스에 의한 급속한 융해 및 재응고 때문에 유리와 같은 취성 비금속 물질의 레이저 융해 후에 관찰된다. 이와 같은 급속한 융해 및 재응고는 통상 유리에 과도한 응력을 야기하여 유리 표면을 균열시켜 파괴한다. 이러한 레이저 펄스는 취성 비금속 표면 물질의 열충격 임계 레벨(thermal shock threshold level)을 초과하는 응력을 일으키는 것으로 알려져 있다. 실제로, 상기 인용된 히로시 특허는 청구된 발명의 유용성으로서 이와 같은 열충격 미소 균열 현상에 의존한다. 이 임계치 미만의 레이저 펄스 에너지는 취성 비금속 표면의 형상(topography)을 변경하는데는 일반적으로 쓸모없다고 생각된다.
따라서, 금속 표면 기술 분야에 알려진 레이저 텍스쳐 가공 기술의 조절 가능성과 기타 장점을 구비하는 취성 비금속 표면 텍스쳐 가공 기술의 필요성이 명백하다. 이와 관련된 미해결 과제와 결함들이 당분야의 기술에 요구되고 있으며 이하에 기술하는 방식으로 본 발명에 의해 해결된다.
[발명의 개요]
에너지 밀도(energy fluence)가 정밀하게 제어되는 단일 레이저 펄스를 사용하여 유리 디스크 표면위에 높은 재생성을 갖는 범프들(high-reproducible bumps)을 제어가능하게 만들 수 있다는 우연한 발견을 이용함으로써 본 발명은 상기 문제점을 해결한다. 취성 비금속 물질에 대한 급격한 열 충격 밀도 임계값 바로 밑에서 예기치 않은 비교적 좁은 동작 영역을 이용하기 위해서는 에너지 밀도를 제어할 필요가 있다. 레이저 방사 영역의 과도한 응력을 피하기 위하여 적절한 범프 간격과 조합된 레이저 파장, 펄스폭 및 반복률(repetition rate)의 선택된 조합을 이용함으로써 밀도 제어가 달성된다. 본 발명의 좁은 동작 유도 영역의 상한은 열충격 임계값이고 하한은 물질의 융점 즉 연화점(softening point)이다.
본 발명의 목적은 유리, 세라믹 또는 기타 취성 비금속 기판 표면의 원하는 CSS 영역의 미소 범프(microscopic bumps)를 다수 생성하여 그러한 표면의 정지마찰(strction), 마모성, 마찰성 또는 피복성(coatability)을 개선하거나 그 표면을 음각 재생용 스탬핑 표면 몰드(stamping surface mold for reproducing a negative impress ion)로 제공하는 것이다. 본 발명의 장점은 펄스형 레이저를 사용하여 표면의 선택된 지역에 재생성이 높은 미소 범프들을 제어 가능하게 생성할 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 펄스 가열 때문에 취성 비금속 표면에 생기는 손상을 방지하는 것이다. 본 발명의 특징이자 장점은 유리 표면에 매우 가는 선의 균열이 생겨 물질이 분출하는 열충격 밀도 임계 레벨 바로 밑의 적절한 영역내에서 레이저 펄스 밀도가 정밀하게 제어된다는 것이다. 이러한 특징은 급격한 과도적 에너지 밀도 임계 레벨(abrupt transitional energy fluence threshold)(즉, 열충격 임계값)이 존재하고 이 임계값 미만에서는 레이저 펄스 에너지 밀도가 아무런 영향을 주지 않거나 손상없이 범프를 생성할 뿐이라는 전혀 우연한 발견에서 비롯되었다. 압축 표면 응력을 받는 유리 디스크에 있어서, 이러한 범프는 예기치 않게도 공칭 표면(norminal surface) 위로 거의 완전히 돌출하며, 이 범프는 데이터 저장 디스크들의 정지마찰(stiction)을 감소시키는데 매우 유용하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 특징 및 장점을 상술한다.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명은 유리 디스크 표면의 적절한 이동과 연관된 적절한 파장, 펄스폭 및 반복율의 단일 레이저 펄스를 사용함으로써 제어가능하게, 저렴하게 그리고 신속하게 유리 디스크 표면에 높은 재생성의 미소 범프들을 생성할 수 있다는 의외의 발견에서 나온 것이다. 제1도는 본 발명의 방법을 실현하는 적합한 전형적인 장치의 개략적인 기능선도를 나타낸다. 본 발명은 주로 정지마찰을 감소시킨 유리 저장 디스크 기판의 텍스쳐 가공에 관한 것이지만, 제1도의 장치는 정지마찰을 감소시키고 마모나 피복성을 개선하기 위해 유리, 세라믹 또는 기타 다른 취성 비금속 기판 표면상에 원하는 패턴의 영역을 생성하거나, 스탬핑 패턴의 음각으로써 각인된 다른 표면의 대량 생산에 사용할 스탬핑 표면으로서 기판 표면을 생성하는데 채용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 개시가 데이터 저장용 유리 디스크의 텍스쳐 가공에 관한 것이지만, 본 발명의 방법은 일반적인 응용 가능성이 있다고 볼 수 있다.
제1도에서, 유리 디스크 기판(12)상에 입사하는 방사선의 광투과 거리가 10 나노미터 이상이고 1밀리미터 미만으로 유리 기판의 근접 표면(near-surface)을 효과적으로 가열하도록 펄스형 레이저(10)가 선택된다. 펄스폭은 1나노초 이상 100밀리초 미만으로 선택되어, 과도한 열충격(1 나노초 미만)이나 열확산(100 밀리초 이상)을 통한 과도한 용량 가열(excessive volummetric heating)을 일으키지 않고 상호 작용 용적(interaction volume)을 효율적으로 가열하도록 한다. 짧은 시간 주기에 걸쳐 표면을 점진적으로 연화시키거나 용융시키는데 충분한 에너지 밀도(energy density) 즉 밀도(fluence)를 갖도록 유리 디스크(12)의 두 표면(14,16)상에 집중된 스폿 크기(focussed spot size) 및 레이저 피크 출력(laser peak power)을 정하여, 밀도값(fluence values)이 높아지면 발생하게 되는 표면(14,16)으로부터의 재료분출(material ejection)과 비산(shattering:부서져 흩어지는 것)을 방지한다.
레이저(10)는 펄스형 무선주파수(Radio-Frequency:RF) 여기 신호(18)에 의해 제어되어 다음과 같은 펄스 바녹률(repetition rate)을 제공한다. 즉, 이 펄스 반복률이 유리 기판(12)의 적절한 수평 및 회전 운동과 조합되면 레이저가 발사될 때마다 표면(14,16)상의 새로운 목표 지역에 단일 레이저 펄스 작용이 일어난다. 이러한 조건은 표면 균열과 재료 분출이 일어나는 열 충격 임계값 미만에서 더 넓은 밀도 작동 범위를 제공하므로 본 발명의 방법에 필요하다. 상기와 같은 이격된(spaced-apart) 목표 영역 조건이 바람직하지만, 본 발명의 방법은 열충격 밀도 임계값 미만에서 더 좁은 밀도의 허용 작동 범위와 방사 목표 스폿(irradiation target spots)을 중첩시키는데도 이용될 수 있다.
제1도에 도시된 장치의 작동을 설명한다. 디스크 기판(12)이 모터(22)에 의해 축(20)을 중심으로 회전하고, 전체 모터-축 조립체는 어떤 유용한 수평이동수단(도시안됨)에 의해 반경방향으로 수평이동된다. 디스크 회전 및 수평운동과 동기적으로 레이저(10)가 신호(18)에 의해 펄스화되어 출력 펄스(24)를 제공한다. 출력 펄스(24)가 가동 미러(movable mirror)(26)에 의해 편향 분할되어 상부 고정 미러(28)나 하부 고정 미러(30)로 보내질 수 있다. 상부 경로를 따라가는 펄스(24)는 미러(28)에서 반사되어 ZnSe 집속 렌즈(32)를 통과해서 고정 미러(34)로 간 다음 여기서 다시 유리 디스크 기판(12)의 상부 표면(14)에 입사한다. 마찬가지로, 하부 경로를 따라가는 펄스(24)는 미러(30)에서 반사되어 ZnSe 집속 렌즈(36)를 통과해서 미러(38)로 간 다음 여기서 다시 유리 디스크 기판(12)의 하부 표면(16)에 입사한다. 따라서, 미러(26)의 적절한 기계적 조절을 통해 기판의 양 표면(14,16)이 동시에 텍스쳐 가공된다.
제1도에서, 표면(14,16)의 텍스텨 가공은 펄스 에너지, 스폿 크기, 펄스율, 펄스폭, 디스크 회전속도 및 디스크 수평 이동 속도의 조합에 의해 제어된다. 이러한 제어 요소외에도, 전술한 바와 같은 표면 근접 가열 효과를 얻기 위하여 레이저 파장이 선택된다. 본 발명 방법의 필수적 요소는, 표면(14,16)에서의 에너지 밀도가 제1도와 관련하여 이미 설명한 전형적인 방식으로 정밀하게 제어된다는 것이다. 유리를 포함하는 여러 가지 취성 비금속 표면들에 있어서 다소 급격한 에너지 밀도 즉 열충격 임계 레벨이 존재한다는 예기치 않은 발견 때문에 위와 같은 요건은 중요하다. 이러한 임계 레벨을 초과하게 되면, 유리 표면은 적어도 부분적으로 부서져 흩어지고 재료가 분출될 수 있다. 열충격 밀도 임계 레벨 미만인 에너지 밀도 영역 대부분에서는, 에너지는 취성 비금속 표면에 대해 어떤 형태적 변경을 일으키기에는 불충분하다. 본 발명의 방법은 열충격 임계 레벨보다 적절히 아래에 있으며 지금까지 알려지지 않은 비교적 좁은 밀도 영역을 이용하여, 취성 비금속 물질에 유용한 표면 텍스쳐를 생성한다.
제2a도는 유리 기록 디스크 기판상에 CSS 구역을 형성하도록 발명자가 채용한 공정 파라미터들의 전형적인 조합에 의해 생긴 유리 표면상의 텍스쳐를 나타낸다. 제2a도의 복수 범프들(bumps)은 본 발명의 텍스쳐의 특징이 되고, 각 범프는 그 인접 범프와 소정의 분리 간격 Ds만큼 분리되어 있다.
제2b도는 제2c도에 도시된 단일 범프를 가로지르는 경로를 따라 측정된 원자력 현미경(Atomic Force Microscope:AFM) 프로필을 나타낸다. 제2b도의 프로필은 완만한 경사를 가진 돔 형태로 대략 60(90-30) 마이크로미터의 최대 직경 Dd와 주변 기판 평면 위로 대략 100 나노미터의 최대 높이 hd를 갖는다. 이 범프는 매우 매끄럽고, 데이터 저장 디스크의 CSS 지역에서 정지마찰을 감소시키는데 이상적이다. 범프의 돌출높이 hd가 100 나노미터인 경우에도, 유리표면에서 균열이나 비산이 발견되지 않는다. hd=3 내지 40 나노미터의 더 낮은 범프 높이가 CSS 지역 텍스쳐 가공에 더 바람직하다. 100 나노미터 범프에 필요한 것보다 더 낮은 레이저 밀도를 사용함으로써 이와 같이 더 짧은 범프가 생성될 수 있다. 또한, 이와 같이 더 짧은 범프의 생성중에도 균열이나 비산이 생기지 않는다.
유리 표면의 열충격 임계 레벨 미만의 에너지 밀도를 제공하는 허용가능한 동작 윈도우(acceptable operating window)의 일예로서 다음과 같은 공정 파라미터들이 개시된다.
레이저 파장, λp= 10.6 마이크로미터;
레이저 펄스 폭, tp= 60 마이크로초;
레이저 펄스 피크 출력, Dp= 12 와트;
집속된 목표 스폿 직경, Dp= 200 마이크로미터;
펄스 반복률, Fp= 1500 헤르쯔;
디스크 회전 속도, W = 4π 라디안/초;
디스크 수평 속도, V1= 200 마이크로미터/초; 및
공칭 반경방향 범프 간격, rs= 100 마이크로미터.
목표 지역 스폿 크기 Dp가 200 마이크로미터이지만, 범프 크기 Dd는 단지 30 마이크로미터라는 것을 알 수 있다. 이러한 관계는 조사된 스폿크기(the radiated spot size)보다 훨씬 더 작은 특징적 크기(feature size)를 형성하는 본 발명의 레이저 텍스쳐 가공 방법의 임계 특성을 나타낸다. 입증한 바 없지만, 발명자는 예기치 않은 완전 돌출 요철 효과(fully-protruded dimpling effect)가 레이저 유도 표면 연화 작용이나 레이저 유도 열 팽창으로 인한 표면 응력의 이완에서 비롯되고 표면이 연화점 미만에서 냉각할 때 굳어진다고 가정하고 있다.
본 발명의 기술에 의하여 수 나노미터에서 수 마이크로미터에 이르는 높이 hd의 범프가 생성될 수 있다. 본 발명자들은 어느 한 펄스도 열충격 임계 밀도 레벨을 초과하지 않는다면, 균열을 일으키지 않고 동일한 목표 지역 스폿에 반복적으로 펄스를 조사함으로써 더 큰 높이의 범프가 생성될 수 있다는 것을 보여주었다.
제3a-3d도는 유리 표면에서 열충격 밀도 임계 레벨을 초과하는 경우의 효과를 나타내며 허용 가능한 밀도 작동 영역의 급격한 상한(abrupt upper limit)도 보여준다. 제3a-3d도의 각 표면은 반복률(Fp= 1,500 Hz 대신 2,000 Hz를 사용함) 및 펄스폭 tp를 제외하고 제2a도와 관련하여 상술한 바와 동일한 동작 파라미터들을 사용하여 생성된다. 제3a-3d도의 범프 간격은 반복률 Fp의 증가 때문에 제2a도의 간격보다 더 작다.
제3d도는 펄스폭 tp= 60 마이크로초인 경우의 표면 텍스쳐를 나타낸다. 제3c도는 tp가 80 마이크로초까지 33% 증가한 경우에 생성되는 표면 텍스쳐를 나타낸다. 제3c도의 표면은 가시적인 미소 균열과 파편이 없다. 그러나, 제3b도는 펄스폭 tp가 90 마이크로초까지 12.5% 더 증가한 경우에 생기는 미소 균열의 확실한 증거를 나타낸다. 본 발명에서 설명되는 텍스쳐 가공 방법의 정밀한 밀도 제어 요소가 필요한 이유는 취성 비금속 표면에 있어서 이와 같이 예기치 않은 열충격 밀도 특성 때문이다. 마지막으로, 제3a도는 레이저 텍스쳐 가공된 취성 비금속 표면에 관하여 당업계에 공지된 넓은 표면 손상과 재료 분출을 나타낸다. 제3a도는 제3d도에 사용된 값의 25%인 펄스폭 tp= 150 마이크로초인 경우이다.
제4도 및 제5도에 도시한 자기 저장 디스크(40)는 자기 헤드(46)의 접촉 개시-정지(CSS) 순환에 사용할 거울면 같은 외측표면(42)과 텍스쳐 가공된 환형 지역(44)을 구비한다. 자기 헤드(46)가 아암(48)에 고정되고, 이 아암(48)은 회전 디스크에 대해 대략 반경 방향으로 헤드(46)를 위치 조정하는 수단(도시안됨)에 연결된다. 특히, 헤드(46)는 디스크(40)의 회전이 시작되거나 정지될 때마다 텍스쳐 가공된 환형 지역(44) 위에 위치한다.
제5도에서 디스크(40)의 거울면 같은 외측표면(42)은 수개의 층상 물질들을 덮고 있다. 예컨대, 유리 기판(12)이 본 발명의 방법에 따라 성형되고 텍스쳐 가공된 다음에 이어서 자기 기록층(50)과 보호층(52)이 도포된다. 이와 같이 나중에 도포된 층의 표면에서 유리기판(12)의 텍스쳐 가공된 표면의 형태적 특징이 재생됨으로써, 외측면(42)의 CSS 지역(44)에 원하는 텍스쳐가 제공된다. 대안으로서, 유리기판(12)위에 어느 한 층이 우선 도포되고 나서 본 발명의 방법이나 당해 기술에 알려진 유용한 방법에 따라 텍스쳐 가공될 수도 있다. 따라서, 여기서 외측표면(outer surface)(42)이란 층(12),(50) 또는 (52) 중 어느 한 층의 표면이 본 발명의 방법에 따라서 형태 변경되는 것을 가리킨다. 결국, 데이터 저장 디스크 응용에 있어서, 보호층(52)의 표면은 텍스쳐 가공된 환형 지역(44)에 마련된 CSS 지역에서 원하는 텍스쳐를 보여준다.
제6도는 본 발명의 유리 기판(12)을 구비한 텍스쳐 가공된 디스크(40)를 채용하는 직접 접근 기억장치(Direct Access Storage Device:DASD)(54)의 기능 블록 선도를 나타낸다. DASD(54)는 제어 장치(56)를 포함하고, 이 제어장치(56)는 회전 디스크(40)와 모든 요소들의 동작을 조정한다. 제어 장치(56)는 구동 모터(60)에 모터 제어 신호(58)를 공급하고, 이 구동 모터(60)는 축(62)을 통해 디스크(40)를 회전시킨다. 제어 장치(56)는 또한 위치 제어 라인(66)을 통해 헤드 작동기(64)를 동작시킨다. 작동기(actuator)(64)는 두 개의 가요성 부재(68,70)를 통해 두 개의 자기 헤드(72,74)에 각각 기계적으로 결합된다. 자기 헤드(72)는 디스크(40)의 상부 표면(42)에서 데이터를 판독하고 기록하도록 배치되고, 마찬가지로 자기 헤드(74)는 회전 디스크(40)의 하부 표면(76)에서 데이터를 판독하고 기록하도록 배치된다. 헤드(72,74)는 판독/기록 채널(78)을 통해 제어 장치(56)에 결합됨으로써 디지털 데이터가 회전 디스크(40) 양방향으로 전송된다.
당업자라면 본 발명의 개시 내용을 참조하여 본 발명의 다른 실시예 및 수정이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 특허청구범위에 의해서만 한정되며, 상기 설명 및 첨부 도면과 관련하여 기술한 모든 실시예 및 변경을 포함한다.

Claims (24)

  1. 표면을 텍스쳐 가공하는 방법에 있어서, a) 열 충격 임계 밀도 레벨(thermal shock threshold fluence level)을 가지는 유리 재료(glass material)-여기서 유리 재료는 상기 열 충격 임계 밀도 레벨 이상에서 균열(fractures)됨-로 필수적으로 구성되며 표면(surface)을 가지는 부재(element)를 제공하는 단계; 및 b) 상기 표면의 처리 영역에 걸쳐서 복수의 이격된 장소들에 레이저 에너지 펄스-여기서 레이저 에너지 펄스 각각은 상기 이격된 장소 각각에서 밀도(fluence) fp를 가지며, 상기 밀도 fp는 상기 유리 재료에 대한 열충격 임계 밀도 레벨보다 작음-를 선택적으로 집중시켜, 상기 이격된 장소 각각의 목표 영역내의 상기 표면의 형상을 변경시키는 단계를 포함하며, 상기 각각의 레이저 에너지 펄스는 i) 레이저 에너지 Ep, 지속기간 tp와 최대 스폿 직경치수 Dp-여기서 Ep, tp 및 Dp는 상기 열충격 임계 밀도 레벨 미만의 값까지 상기 에너지 밀도 fp를 제한하도록 선택됨으로써, 상기 각각의 목표 영역에 범프(bump)가 형성되며, 상기 각각의 범프는 최대 범프 직경치수 Dd를 가지며 상기 표면 위로 최대 높이 hd까지 돌출됨-를 갖는 집속된 스폿을 가지며, ii) 상기 펄스 지속 기간 tp는 10-9 내지 10-1초 범위에 있고, 상기 최대 스폿 직경치수 Dp(Dp Dd)는 1 내지 500 마이크로미터 범위에 있으며, 상기 레이저 에너지 펄스의 파장 λp는 상기 표면에서 상기 레이저 에너지 펄스의 광 투과 길이가 10-8 내지 10-3 미터 범위에 있도록 정해지는 표면 텍스쳐 가공 방법.
  2. 데이터 기록 디스크(data recording disk) 제조 방법에 있어서, a) 표면을 가지는 유리 기판-여기서 유리 기판은 열 충격 임계 밀도 레벨을 가지며, 상기 열 충격 임계 밀도 레벨 이상에서 균열(fractured)됨-을 제공하는 단계; b) 상기 표면을 연마하는 단계; c) 상기 표면의 처리 영역에 걸쳐있는 복수의 이격된 장소들 위에 레이저 에너지 펄스를 집중시켜, 상기 이격된 장소 각각의-여기서 이격된 장소 각각에서의 레이저 에너지 펄스는 레이저 에너지 밀도가 fp이며, 이 밀도값은 상기 열충격 임계 밀도 레벨까지로 제한됨-상기 표면상에 최대 직경치수 Dd를 갖는 범프를 형성하는 단계; 및 d) 상기 표면상에 자기 데이터 기록 재료 필름을 도포시켜 데이터 기록층을 생성하는 단계를 포함하는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  3. 자기적으로 판독 가능한 데이터를 저장하기 위한 공칭 평면(nominal surface)을 갖는 외측 표면을 구비한 자기 기록 디스크(magnetic recording disk)에 있어서, a) 실질적으로 평탄한 기판 표면을 갖는 유리 기판 재료층; b) 상기 유리 기판 표면 상에 도포되고, 자기 헤드를 이륙(take-off)시키고 착륙(landing)시키기 위한 디스크 접촉 개시-정지(contact start and stop:CSS) 영역 및 디스크 기록 영역을 구비한 대체로 균일한 두께와 대체로 평탄한 표면을 갖는 자화가능한 필름층을 포함하고, i) 상기 기판 표면은 디스크 CSS 영역 아래에 기판 CSS 영역을 가지며; ii) 상기 기판 CSS 영역은 규칙적으로 이격된 복수의 범프(regularly-spaced-apart-elevations)를 가지며, 각각의 범프는 1 내지 100 마이크로미터 범위의 직경치수 Dd를 가지며 상기 기판 표면 상으로 최대 높이 hd 100 나노미터까지 돌출되며; iii) 각각의 범프는 완만한 경사를 가진 돔(smoothly shaped dome) 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없는 자기 기록 디스크.
  4. 제3항에 있어서, 상기 최대 높이 hd가 3 내지 40 나노미터 범위에 있는 자기 기록 디스크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 범프들이 1 내지 500 마이크로미터 범위의 간격 Ds(Ds Dd)만큼 서로 이격되어 있는 자기 기록 디스크.
  6. 제3항에 있어서, 상기 복수의 범프들이 1 내지 500 마이크로미터 범위의 간격 Ds(Ds Dd)만큼 서로 이격되어 있는 자기 기록 디스크.
  7. 제3항에 있어서, 인접한 상기 이격된 장소들이 상기 최대 직경 Dd 보다 상당히 더 작은 간격 Ds만큼 서로 이격되어 있어, 상기 복수의 범프들이 인접 범프들과 합쳐져 상기 기판 표면에 대략 연속한 릿지를 형성하는 자기 기록 디스크.
  8. 데이터 판독 및 기록용 직접 접근 저장 장치(Direct Access Storage Device:DASD)에 있어서, a) 외측 평면 기록 표면의 하부에 있으며, 기판 기록 영역, 디스크 기록 영역의 하부에 있는 상기 기판 표면의 기판 자기 헤드 접촉 개시-정지 영역, 및 기록 표면의 디스크 자기 헤드 접촉 개시-정지(CSS) 영역을 각각 구비한 평면 기판 영역을 가진 유리 기판 소재 층을 구비한 자기 기록 디스크; b) 자기 헤드 및 상기 헤드를 선택된 방위로 지지하고 상기 디스크에 대해 대략 반경방향으로 제어된 이동을 하는 수단을 포함하고, i) 상기 기판 자기 헤드 CSS 영역 및 상기 디스크 자기 헤드 CSS 영역 양자 모두는 규칙적으로 이격된 복수의 범프(regularly-spaced-apart-elevations)를 가지며, 각각의 상기 범프는 1 내지 100 마이크로미터 범위의 직경치수 Dd를 가지며 상기 기판 표면 상으로 최대 높이 hd 100 나노미터까지 돌출되며; ii) 각각의 범프는 완만한 경사를 가진 돔(smoothl shaped dome) 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없는 직접 접근 기억 장치.
  9. 제3항에 있어서, 각각의 범프가 완만한 경사를 가진 돔(smoothly shaped dome) 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없도록, 상기 각각의 범프는 유리 기판의 열 충격 에너지 밀도 임계 레벨 이하의 에너지 밀도 레벨을 가진 적어도 하나의 레이저 펄스에 의해 생성되는 자기 기록 디스크.
  10. 자기 디스크에 있어서, a) 유리 기판; b) 자성층(magnetic layer)을 포함하고, i) 상기 자성층은 유리 기판에 대해 기판 자기 헤드 접촉 개시-정지(CSS) 영역 및 기판 기록 영역 상부에 자기 헤드 접촉 개시-정지 영역 및 기록 영역을 각각 가지며; ii) 유리 기판의 CSS 영역은 완만한 경사를 가진 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없는 돔 형태로 서로 이격된 복수의 범프를 가지며; iii) 각각의 범프는 완만한 경사를 가진 돔(smoothly shaped dome) 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없도록, 상기 각각의 범프는 유리 기판의 열 충격 에너지 밀도 임계 레벨 이하의 에너지 밀도 레벨을 가진 적어도 하나의 레이저 펄스에 의해 생성되는 자기 디스크.
  11. 감소된 정지마찰(stiction)을 가진 자기 기록 디스크에 있어서, a) 유리 기판; b) 상기 기판을 덮으며(cover) 상기 유리 기판의 높이 변동과 대략 동일한 높이를 가지는 자성층을 포함하고, i) 상기 유리 기판은 완만한 경사를 가진 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없는 돔 형태로 서로 이격된 복수의 범프를 가지며; ii) 각각의 범프는 완만한 경사를 가진 돔(smoothly shaped dome) 형태이고 표면 균열 및 재료 분출이 없도록, 상기 각각의 범프는 유리 기판의 열 충격 에너지 밀도 임계 레벨 이하의 에너지 밀도 레벨을 가진 적어도 하나의 레이저 펄스에 의해 생성되는 자기 기록 디스크.
  12. 데이터 기록 디스크를 제조하는 방법에 있어서, a) 공칭 표면 평면을 갖는 표면을 구비한 기판을 포함하는 유리를 제공하는 단계; 및 b) 기판을 포함하는 상기 유리 표면 상의 복수의 장소에 복수의 레이저 펄스-여기서 각 레이저 펄스는 기판을 포함하는 상기 유리 표면 상의 각 장소에서 에너지 밀도(fluence) fp 및 지속기간 tp를 가짐-를 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 기판을 포함하는 유리는 상기 각 장소에서 열충격 임계 밀도 레벨(thermal shock threshold fluence level)을 가지며, 상기 열충격 임계 밀도 레벨 이상에서 부서지거나 재료를 분출하며, 상기 각 레이저 펄스는 상기 각 장소에서 상기 열충격 임계 밀도 레벨을 초과함이 없이 상기 각 장소에 있는 공칭 표면 평면 상에 직경 Dd 및 높이 hd의 범프를 생성하도록 선택되는 에너지 밀도(fluence) fp 및 지속기간 tp를 갖는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 레이저 펄스가 상기 장소의 적어도 일부 각각에서 각 범프의 높이를 증가시키기 위한 상기 장소의 적어도 일부분 각각에 지향되고, 또한 상기 장소의 적어도 일부분 각각에서 상기 열충격 임계 밀도 레벨이 초과되지 않도록 선택되는 펄스 반복률(pulse repetition rate) Fp를 갖는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 각 범프의 높이 hd는 1 내지 1000 나노미터이고, 상기 범프의 직경 Dd는 1 내지 200 마이크로미터인 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 각 범프의 표면 균열 및 재료 분출이 없는 완만한 경사를 가진 돔형인 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서, 공간적으로 이격된 상기 각 범프가 가장 가까이 이격된 장소로부터 중심과 중심 간의 이격 거리 Ds-여기서 Ds는 Ds≥Dd이고, 1 내지 500 마이크로미터 범위 내에 있음-만큼 이격되어 있는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 지속기간 tp는 10-9초 내지 10-1초 범위 내이고, 상기 레이저 펄스는 상기 각 장소에서 1 내지 500 마이크로미터 범위의 스폿 크기 Dp를 갖는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 각 레이저 펄스는 근처의 표면을 가열시켜 상기 각 장소에서 기판을 녹이는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 그 레이저 펄스가 기판 상의 각 장소에서 10-8 내지 10-3 미터 범위의 깊이로 투과하도록 하는 파장 λp를 갖는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 기판은 제1스펙트럼 영역에서 레이저 에너지를 강하게 흡수하며, 상기 레이저 펄스는 상기 제1스펙트럼 영역 내에 있는 파장 λp를 갖는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  21. 제제12항에 있어서, 상기 기판을 포함하는 유리 상에 자화 가능한 재료로된 층을 도포하는 단계를 포함하는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 자화 가능한 층은 환상(annular) 기록 영역 및 CSS 영역을 가지며, 상기 모든 범프는 상기 CSS 영역에 위치하는 데이터 기록 디스크 제조 방법.
  23. 유리 재료를 필수 요소로 하는 기판을 텍스쳐 가공하는 방법에 있어서, a) 열충격 임계 밀도 레벨(thermal shock threshold fluence level)을 가지는 유리 재료-여기서 유리 재료는 상기 열충격 임계 밀도 레벨 이상에서 부서짐-를 주 구성요소로 하고 있으며, 기판 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 및 b) 상기 표면의 처리 영역에 걸쳐 있는 복수의 이격된 장소들 상에서 선택적으로 레이저 에너지의 펄스들-여기서 레이저 에너지의 각 펄스는 상기 이격된 장소 각각에서 에너지 밀도(fluence) fp를 갖고, 상기 밀도 fp는 상기 유리 재료에 대한 열충격 임계 밀도 레벨보다 작음-을 집중시켜 상기 이격된 장소 각각의 목표 영역 내에 있는 상기 기판 표면의 형상을 변경시키는 단계를 포함하고, 상기 레이저 에너지의 각 펄스는 레이저 에너지 Ep, 지속기간 tp, 및 지속된 스폿-여기서 스폿은 최대의 스폿 직경 Dp를 가짐-을 가지며, 상기 Ep, tp 및 Dp는 상기 에너지 밀도(fluence) fp를 열충격 임계 밀도 레벨 미만의 값으로 제한하도록 선택됨으로써 범프가 상기 각 목표 영역에 형성되며, 상기 각 범프는 최대 범프 직경 치수 Dd를 가지며 상기 기판 표면 상으로 최대 높이 hd까지 올라오는 표면 텍스쳐 가공 방법.
  24. 부재 표면을 텍스쳐 가공하는 방법에 있어서, a) 공칭 표면 평면을 갖는 표면을 구비한 비금속 취성 부재를 제공하는 단계; 및 b) 상기 부재 표면 상의 복수의 장소에 복수의 레이저 펄스-여기서 각 레이저 펄스는 상기 부재 표면 상의 각 장소에서 에너지 밀도(fluence) fp 및 지속기간 tp를 가짐-를 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 부재는 상기 각 장소에서 열충격 임계 밀도 레벨(thermal shock threshold fluence level)을 가지며, 상기 열충격 임계 밀도 레벨 이상에서 부서지거나 재료를 분출하며, 상기 각 레이저 펄스는 상기 각 장소에서 상기 부재의 열충격 임계 밀도 레벨을 초과함이 없이 상기 각 장소에 있는 공칭 표면 평면 상에 직경 Dd 및 높이 hd의 범프(bump)를 생성하도록 선택되는 에너지 밀도(fluence) fp 및 지속기간 tp를 갖는 부재 표면 텍스쳐 가공 방법.
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