專利名稱：有用以控制滑塊降落區(qū)結構的結構化測試帶的磁記錄盤的制作方法
本申請和同時提出的待審申請，系列號08/379419和系列號08/379242基于共同的說明書。本發(fā)明是針對“具有用以控制滑塊降落區(qū)結構的結構化測試帶的磁記錄盤”，系列號08/379419的申請是針對“用于激光分析具有重復結構圖形表面的方法和設備”，而系列號08/379242的申請是針對“用于磁記錄盤的受控激光形成結構的方法和設備”。
1993年11月10日提出的美國系列號08/150525的待審申請敘述使用二極管泵激光使帶間隔突起陣列的盤基片形成結構的方法。1993年11月10日提出的美國系列號08/149851的待審申請敘述使用激光使玻璃盤基片形成結構的方法。
本發(fā)明總的來說涉及的是具有結構化表面類型的磁記錄盤，更為特別的說本發(fā)明涉及的是帶有為支承磁紀錄頭的滑塊用的結構化降落區(qū)的這種盤。
磁盤驅(qū)動器，也叫磁盤文件，是使用帶包含信息的同心數(shù)據(jù)磁道的旋轉(zhuǎn)磁盤的信息存儲裝置，一磁頭，或稱變換器用來在不同的磁道讀/或?qū)憯?shù)據(jù)，同時一連接在磁頭支架上的致動器用來移動磁頭到希望的磁道上并在讀或?qū)懖僮鲿r保持磁頭在磁道中心線上。典型的是有許多由間隔圈分開的盤片，疊置在由盤驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動的盤軸上。一外殼支承驅(qū)動馬達和磁頭致動器并圍繞磁頭和磁盤為磁頭、磁盤接口提供一基本密封的環(huán)境。
在傳統(tǒng)的磁記錄盤驅(qū)動器中，磁頭支架是一氣墊的滑塊，它在磁盤以其運行速度轉(zhuǎn)動時騎在磁盤表面上面的氣墊上?；瑝K由一連接滑塊和致動器的相對脆弱的懸架保持在磁盤表面的附近?；瑝K要么由來自懸架的小的彈簧力朝磁盤表面偏置，或者通過滑塊上的一“負壓”氣墊表面“自加載”到磁盤表面。
為改善磁盤的耐磨性能以及保持磁特性的一致性，希望使磁盤表面盡可能光滑。可是非常光滑的磁盤表面容易引起一種稱為“靜態(tài)阻力”的問題。這指的是在滑塊與磁盤靜態(tài)接觸一段時間后，滑塊傾向于阻礙其平動即“粘”在磁盤表面上。靜態(tài)阻力是由許多因素引起的，包括靜磨擦和磁盤和滑塊之間由磁盤上的潤滑劑引起的吸附力。在磁盤開始轉(zhuǎn)動，滑塊突然從磁盤表面離開時，磁盤驅(qū)動器上的靜態(tài)阻力可能導致?lián)p壞磁頭或磁盤。另外，由于致動器和滑塊之間的懸架相對脆弱，以便允許滑塊在磁盤表面上飛行，磁盤的突然轉(zhuǎn)動也可能損壞懸架。在一些磁盤驅(qū)動器中，例如在膝上型和筆記本型計算機用的低功率磁盤驅(qū)動器中，驅(qū)動馬達簡直可能由于能使滑塊粘著或過分拖動的吸附力而不能起動或不能達到運行速度。
接觸起動/停止(CSS)磁盤驅(qū)動器在起動和停止時由于沒有足夠的磁盤轉(zhuǎn)速支持氣墊，而滑塊接觸磁盤表面。為盡量減少靜態(tài)阻力效應，CSS磁盤驅(qū)動器經(jīng)常使用專用的結構化的“降落區(qū)”，在驅(qū)動器不工作時滑塊停放在這里。典型的降落區(qū)是磁盤上特殊結構化的非數(shù)據(jù)區(qū)域。磁盤基片在構成磁記錄盤的磁層和其它層沉積在其上之前要形成結構。這些沉積層復制下面基片的結構，從而在滑塊放在磁盤上時減少了靜態(tài)阻力。
一種使磁盤基片形成結構的技術是使用脈沖激光輻射。授于磁外圍設備公(Magnetic Peripherals，Inc.)的美國專利5108781敘述了一種用激光在基片上形成交疊的麻點和熔坑的結構的方法。IBM的待審申請，系列號08/150525，敘述了使用二極管泵激光使磁盤基片產(chǎn)生具有間隔突起的陣列而使磁盤形成結構的方法。IBM的待審申請，系列號08/149851敘述了激光玻璃磁盤基片形成結構的方法。在激光結構化的磁盤基片上發(fā)現(xiàn)的問題是即使基片具有同樣的材料組成，激光產(chǎn)生的突起的平均高度也不能逐片地控制。既然使靜態(tài)阻力成為最小的關鍵決定于形成結構的突起的平均高度，那么就有必要開發(fā)一種方法，它能使形成結構的圖形在所有要制造的磁盤上具有已知的平均突起高度，從而保證加入磁盤的磁盤驅(qū)動器可靠地工作。
本發(fā)明是一磁記錄盤，它具有從結構化降落區(qū)徑向分開的結構化測試帶，并且該測試帶通常具有激光產(chǎn)生的突起，其平均高度明顯不同于在結構化降落區(qū)的激光形成的突起的平均高度。在測試帶和結構化帶兩者之上的突起是在螺旋磁道上形成的，因為形成結構的激光脈沖地加工盤時，盤同時在轉(zhuǎn)動和在徑向平動。然而由于結構化帶上的突起僅在測試帶上突起的平均高度由第二分析激光測量后才能形成，所以兩個螺旋磁道是分開的且不連續(xù)。為制作這種盤(a)形成結構的激光在盤轉(zhuǎn)動時以固定的脈沖能量作用在環(huán)形測試帶上形成結構突起；(b)然后用第二分析激光照射測試帶并且用由沿衍射角范圍配置的一線性光探測器陣列檢測衍射光束；(c)光探測器陣列的輸出用來計算測試帶上突起的平均高度的代表值；(d)響應這個計算值輸出一個或多個校正信號來修改形成結構的激光的一個或多個參量；(e)將盤徑向平動，用修改后的激光束形成降落區(qū)的結構帶；以及(f)然后用分析激光照射結構化降落區(qū)以測量降落區(qū)上突起的平均高度，判定最后是采用還是拒絕該盤。


圖1是表示帶有一個用作接觸起動/停止(CSS)降落區(qū)的結構化帶的盤的CSS盤驅(qū)動器的原理圖。
圖2是說明環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)和徑向分開的環(huán)形結構化帶的盤的俯視圖，并帶一顯示單個激光產(chǎn)生的形成結構的突起的放大了的結構化帶部分。
圖3A-3B分別代表一類激光產(chǎn)生的具有熔坑狀突起的頂視圖和剖視圖。
圖4A-4B分別代表另一類激光產(chǎn)生的具有熔坑狀突起的頂視圖和剖視圖，該類突起帶有高出熔坑邊緣的中心峰點。
圖5是按照本發(fā)明的盤的俯視圖，闡明環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)、徑向分開的環(huán)形結構化帶和徑向分開的用以修改導向結構化帶的激光脈沖功率的環(huán)形測試帶。
圖6是一盤形成結構系統(tǒng)的原理框圖，它使用在盤測試帶上形成的突起的激光分析，以便在之后修改激光參量的一個或多個參量形成結構化帶上的突起。
圖7是反射光的照片，表示由相同的大致為對稱的激光產(chǎn)生的突起的圖形引起的從盤的衍射圖形。
圖8是掃描線光探測器陣列的數(shù)字化輸出的圖，表示作為衍射角的函數(shù)從盤反射的激光強度。
圖9是一組曲線，表示對一組激光結構化盤在恒定激光脈沖寬度和光斑大小時平均突起高度作為激光能量的函數(shù)。
現(xiàn)有技術首先參照圖1，其說明具有一帶結構化降落區(qū)的盤的傳統(tǒng)的盤驅(qū)動器。為了容易說明起見，圖1描述的盤驅(qū)動器是作為具有單記錄磁頭和相應盤面而表示的，雖然傳統(tǒng)的盤驅(qū)動器典型地具有多個頭和盤。盤驅(qū)動器包括基座10，其上固定一帶轉(zhuǎn)動軸18的盤驅(qū)動馬達和一磁頭致動器14。磁記錄盤16連接在軸18上并由驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動。
盤16典型的是一包含一基片的薄軟片盤，像由玻璃、陶瓷或帶鎳磷(NiP)表面涂覆的鋁鎂(ALMg)合金和由在基片上濺射沉積形成的鈷基磁合金軟片做成的空白盤。一保護涂層，像濺射沉積的非晶碳膜片形成在磁層上面以提供抗腐蝕和耐磨損性。在保護盤涂層的表面保持一種液體氟代醚潤滑劑。盤16也可能在基片和磁層之間包括一像鉻(Cr)或鉻釩(CrV)合金層濺射沉積底層，和在磁層和保護涂層之間包括一諸如鉻、鎢(W)或鈦(Ti)層濺射沉積粘著層。
一讀/寫頭或變換器25在一氣墊滑塊20的尾部形成。變換器25可以是一感應讀或?qū)懽儞Q器或一帶有由現(xiàn)有技術中公知的薄片沉積技術形成的磁阻(MR)讀變換器的感應寫變換器。滑塊20由一剛性臂22和懸架24連接到致動器14上。懸架24提供一偏置力，促使滑塊20向紀錄盤16的表面上運動。在盤驅(qū)動器工作時，驅(qū)動器馬達以恒速轉(zhuǎn)動盤16，致動器14繞軸19轉(zhuǎn)動大致沿盤16的表面徑向移動滑塊20，以便讀/寫變換器25可以存取盤16上的不同數(shù)據(jù)磁道。致動器14典型的是一回轉(zhuǎn)音圈馬達(VCM)，它有一線圈21，在給線圈通以電流時，它通過磁鐵組件23中的固定磁場運動。由變換器25從盤16上探測到的數(shù)據(jù)由裝在臂22上的集成電路芯片15中的信號放大與處理電路處理成數(shù)據(jù)讀回信號。從變換器25來的信號通過柔性電纜17傳到芯片15，它又通過電纜1.9送出它的輸出信號。
為改善盤16的耐磨性能和保持在數(shù)據(jù)區(qū)一致的磁特性，通常希望使盤表面盡可能光滑。然而在CSS磁盤驅(qū)動器中非常光滑的磁盤表面會產(chǎn)生所謂的“靜態(tài)阻力”。這意味著在滑塊20與盤16靜態(tài)接觸一會兒以后，滑塊20傾向于阻礙其平動即“粘”在磁盤表面上。靜態(tài)阻力是由許多因素引起的，包括靜磨擦和磁盤和滑塊之間由潤滑劑或由環(huán)境水蒸汽毛細冷凝引起的吸附力。在磁盤開始轉(zhuǎn)動，滑塊20突然從磁盤表面離開時，在CSS磁盤驅(qū)動器中的“靜態(tài)阻力”可能導致?lián)p壞磁頭25或磁盤16。由于致動器14和滑塊20之間的懸架24相對脆弱，以便允許滑塊在磁盤表面上飛行，磁盤16的突然轉(zhuǎn)動也可能損壞懸架24。
對靜態(tài)阻力問題的傳統(tǒng)的解決方法是使磁盤形成結構。典型的做法是磨蝕磁盤基片，使沉積在基片上的一致層形成結構。更新的是授權給磁外設公的美國專利5108781中敘述的方法，磁盤基片可以通過激光加熱在基片表面形成交疊的麻點的圖形而形成結構。在結構化基片上形成的濺射沉積層復制基片上的結構從而當滑塊20停留在盤16上時減少了靜態(tài)阻力。
在CSS磁盤驅(qū)動器中，磁盤16在接近磁盤內(nèi)直徑離開磁盤數(shù)據(jù)區(qū)域處有專用的結構化降落區(qū)34。當盤驅(qū)動馬達停止時致動器14的停放位置使滑塊20與降落區(qū)34上形成了結構的表面處接觸。在這個位置，滑塊20不與磁盤的光滑數(shù)據(jù)區(qū)接觸，磁盤驅(qū)動器可以起動而不會由靜態(tài)阻力引起損壞。
優(yōu)選的實施例圖2是一磁記錄盤100的視圖，它有內(nèi)直徑102、外直徑104和用作滑塊降落區(qū)的激光結構化環(huán)形帶108。盤100有一環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)112(在兩個虛線圓圈之間示出)。環(huán)形結構化帶108在徑向上與盤數(shù)據(jù)區(qū)112分開并且放置在接近磁盤的內(nèi)直徑102處。一部分結構化降落區(qū)108以放大了的視圖顯示，它包含許多相同的通常為對稱形狀的激光產(chǎn)生的突起110。每一突起110由單一激光脈沖形成，產(chǎn)生大約5-30微米范圍直徑的突起。突起110具有用Ds表示的數(shù)量級為25-100微米的平均間隔，取決于激光形成結構時的盤轉(zhuǎn)速和激光脈沖的重復率，其在系列號08/150525的共同待審申請中已有敘述。另一方案是突起可以交疊，這在前面引用的5108781專利中已有敘述。突起是在盤轉(zhuǎn)動時用激光束脈沖盤的表面而形成的。激光的位置是固定的，而盤支承在一平動臺上，它在盤轉(zhuǎn)動時徑向運動，以使突起在沿徑向區(qū)或帶108上的螺旋磁道上形成。如果磁盤是傳統(tǒng)的3.5英寸的盤，降落區(qū)108具有大約為3毫米的典型徑向大小。突起110是由脈沖激光加熱傳統(tǒng)的鋁鎂(AIMg)空白盤上的鎳磷涂復層形成的。然而也可以在其它盤基片材料上形成突起，像玻璃或陶瓷(例如由康寧玻璃(Corning Glass)制成的門考牌(Memcor brand)盤基片)。另外也可以不在磁盤基片表面而在一其后沉積的盤層像盤保護涂層上形成突起。
圖3A是說明在盤的光滑鏡面120上形成的一類激光產(chǎn)生的突起111的圖。圖3B是突起111的橫斷面圖。突起111具有帶高出盤表面120的環(huán)形邊緣113的一般熔坑形狀，其邊緣高度在圖3B中以hr表示。
圖4A是說明另一類激光產(chǎn)生的突起114的圖，而圖4B是突起114的橫斷面圖。突起114也是帶環(huán)形邊緣115的熔坑狀，但是還有一中心峰點116，它大致上位于彈坑的中心。中心峰點116高出盤表面120的高度用hp表示，它高于邊緣hr的高度。突起111、114的邊緣和中心峰點的高度由盤材料的類型和脈沖能量、脈沖寬度和盤表面的斑點大小這些激光參量決定。為保證恰當?shù)匦纬山Y構和防止在磁盤驅(qū)動器上的靜態(tài)阻力，非常重要的是突起的高度，亦即在突起111的熔坑113的高度hr和在突起114中的中心峰點116的高度hp在制造時每一盤上和盤與盤間都要一致。
帶激光結構化的測試帶和結構化降落區(qū)的盤圖5說明按照本發(fā)明的一帶激光產(chǎn)生的結構化帶的磁記錄盤。盤150有一內(nèi)直徑151、一外直徑153、一傳統(tǒng)的環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)152和一環(huán)形結構化帶158。然而盤150還包括激光產(chǎn)生的突起的測試帶160。測試帶160位于盤150的內(nèi)直徑151附近同時也從環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)152和結構化帶158徑向分開。激光產(chǎn)生的突起在結構化帶158和測試帶160兩者之上都基本相同于圖3A-3B或圖4A-4B上所描述的。不過測試帶上的突起具有的平均高度，亦即圖3A-3B中的彈坑狀突起的邊緣高度hr或在圖4A-4B中的突起的中心峰點的高度hp，通常顯著不同于在臨近結構化帶158上的突起的平均高度。這是因為測試帶160首先形成，然后使用測試帶突起的測量平均高度來修改一個或多個激光參量在結構化帶158上來形成有正確的希望的平均高度的突起。從而測試帶160上的突起在第一螺旋磁道上形成，而在結構化帶158上的突起是在第二螺旋磁道上形成，其于第一螺旋磁道不連續(xù)。
如同下面將要詳細敘述的那樣，磁盤是這樣制造的首先形成測試帶160，立即使用本發(fā)明的設備和方法分析測試帶上的突起，其后立即通過修改盤上的入射激光參量形成結構化帶158以保證結構化帶158上的突起的平均高度在可接受的范圍之內(nèi)。以這種方式，對所有磁盤的降落區(qū)形成結構的圖形將具有希望的平均突起高度并保證盤與盤間的一致。
以從結構化測試帶的反饋形成降落區(qū)結構的設備和方法圖6是形成測試和結構化帶、和在形成結構化帶以前分析測試帶以修改入射激光參量的設備的功能原理圖。該設備包括突起形成激光系統(tǒng)200和結構分析激光系統(tǒng)300。帶測試帶160和結構化帶158的盤150(圖5)支承在連接到驅(qū)動馬達212上的轉(zhuǎn)軸210上。驅(qū)動馬達212安裝在平動臺213上，并可在箭頭214、215所指的方向上運動。
在測試帶160和結構化帶158兩者之上形成突起的系統(tǒng)200包括一NdYLF或NdYVO4固態(tài)激光器246。激光器246由二極管泵信號和Q開關控制信號控制。Q開關是一用于極大地增加脈沖固態(tài)激光器的峰值功率輸出的公知技術。Q開關損傷激光腔的Q值，從而允許建立大粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。將Q值恢復到高值可使激光器產(chǎn)生一短的高功率脈沖。例如，激光器246產(chǎn)生一具有20微焦耳能量的脈中的高斯激光束252。通過改變二極管泵功率或改變脈沖重復率可以改變激光脈沖寬度和脈沖能量。一般來說，在脈沖能量和脈沖寬度之間存在著一對一的對應關系。較高的脈沖能量具有較短的脈沖寬度。隨著二極管激光泵功率增加或重復率減小脈沖能量增加(從而脈沖寬度減小)。
快速快門247位于激光輸出處以便在需要時阻斷激光脈沖。然后激光束252穿過一可變準直儀249、一光閥門320和一光束分裂器254。光束分裂器254分出激光束252的一小部分(例如1％)并且將其導向功率計259。然后激光束252穿過物鏡272和反射棱鏡274，將激光束導向盤150。在圖6中，激光束252在盤上大約“3點鐘”的位置擊打盤150，而12點為圖的法線方向。運轉(zhuǎn)時馬達212以每分540轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動盤150。激光器246以10千赫茲的速率脈沖發(fā)射，同時當盤150轉(zhuǎn)動且激光束脈沖發(fā)射時驅(qū)動馬達212在箭頭214的方向上在平動臺213上移動，以便在測試和結構化帶的徑向范圍上形成突起。在3.5英寸盤的實施例中測試帶160具有大約0.5毫米的徑向范圍，而結構化帶158具有大約3毫米的徑向范圍。高斯激光束252的焦點直徑大約為23微米和強度點為1/e2其在盤150上形成直徑大約為15微米的突起。直徑范圍大約為5-30微米的突起可以用激光系統(tǒng)200形成。為易于說明起見，圖6中所示的設備描繪成僅在盤150的一面上工作。然而在實際制造時，激光束252可以用立方激光束分裂器分成兩路激光束，其由適當放置的鏡子導向兩路對稱的路徑，以便盤150的兩個面可以同時被結構化。
在圖6說明的結構分析激光系統(tǒng)用在虛線中的部件300表示。為說明簡單起見，系統(tǒng)300描繪成僅在盤150的一個面上工作。在實際制造時在盤150的另一面復制系統(tǒng)300，以便在盤的兩面可以同時分析。分析激光系統(tǒng)300的基本部件是個人計算機(PC)302，一低功率連續(xù)波(CW)670毫微米激光器312，其把一激光束314導向盤150(開始時導向測試帶160，在驅(qū)動馬達沿平動臺213移動后導向結構化帶158)，一接受從測試或結構化帶衍射的光束317的掃描線性光探測器陣列316，位于光束252路徑上并由馬達250控制的可變準直儀249和同樣位于光束252路徑上的光閥門320。
分析激光系統(tǒng)300與激光突起形成系統(tǒng)200的一般工作在于(a)第一激光器246以固定功率和脈沖寬度作用并在環(huán)形測試帶160上以前述方式形成結構突起(圖4A-4B中的類型)；(b)然后用從第二激光器312來的激光束314照射測試帶160，同時衍射光束317由陣列316沿衍射角的范圍探測；(c)陣列316的輸出以下面即將詳細敘述的方式由PC302接受用以計算測試帶160上突起的平均高度的代表值；(d)PC302響應該計算值對一個或多個光閥門320，激光器246和可變準直儀輸出一個或多個校正信號以修改從第一激光器246來的激光束的參量；(e)盤平動并且用修改的激光束252形成結構化帶158；和(f)然后用從第二激光器312來的激光束314照射結構化帶158，同時用線性陣列316探測衍射光束317以測量結構化帶158上的突起的平均高度，決定最終接受或拒絕該盤。因此結構分析激光系統(tǒng)300用來給激光形成系統(tǒng)200提供自動反饋。然而分析激光系統(tǒng)300也可能作為獨立的或外部系統(tǒng)作用。在這種情況下，結構化模型的特征例如結構化標記或突起的平均高度或標記或者突起的橫斷面圖可以在顯示屏顯示或在連接在PC302上的打印機打印。
激光器312是670毫微米CW激光器，它提供功率級約為0.5毫瓦、光腰大小即光束直徑約為1毫米的輸出光束314。激光器312是激光模塊313的一部分，其包括激光功率源、一光二極管、一把光束314的一部分導向光二極管的光束分裂器、一開普勒望遠鏡和一空間濾波器。從光二極管來的信號反饋給激光功率源以調(diào)節(jié)激光器312的輸出功率。這使激光器312的輸出功率穩(wěn)定在它的正常作用點的+/-0.01％之內(nèi)。激光器312的穩(wěn)定輸出光束導向開普勒望遠鏡把光束直徑設定在1毫米。在開普勒望遠鏡內(nèi)的焦點處放置一空間濾波器并加以調(diào)節(jié)來極大地改善穩(wěn)定激光束的橫模質(zhì)量。
從激光器312來的激光束314投射在盤150約時鐘11點的位置。光束314有約1毫米的直徑，從而覆蓋了測試帶160的整個徑向范圍。因此同時投射在測試帶160的大量或成組的突起上。從測試帶160來的反射光束317沿衍射角區(qū)域衍射并由掃描線性陣列316中的單個光探測器元件探測。
圖7是表示光束317沿衍射角區(qū)域分布的衍射圖形的照片。圖7中的中心斑380代表從入射光束314來的鏡面反射光束，它在衍射光束中沒有意義。但是在圖7中示出許多由黑暗帶383、385、387分開的強峰即環(huán)382、384。環(huán)382、384是光強度峰或最大值，而黑暗帶383、385、387代表光強度谷或最小值。圖7中的精細結構(沿線的水平線和重復點)是由激光突起在盤150上的半周期性質(zhì)引起。在激光模塊313中設置一開普勒望遠鏡以便使斑點混合在一起形成水平線。陣列316的長軸平行于水平線(陣列316的調(diào)準軸在圖7中以線390示出)以便只測量衍射圖形的包絡而不測量其細結構。光束314在接近盤的法線處最好在法線的15度之內(nèi)照射盤。入射光束314和反射光束317在調(diào)準在盤的法線方向且在環(huán)形測試帶160的切線處的一平面內(nèi)。因為陣列316中的線性光探測器元件也調(diào)準在同一平面內(nèi)，它們在該平面內(nèi)的衍射角范圍內(nèi)探測出衍射光的強度。在優(yōu)選的實施例中陣列316是帶1024個分立探測器元件RL1024SBQ型的EG&G陣列。緊接圖7照片的線390表示線性陣列中探測器元件的位置。陣列316的輸出是1024個模擬電壓級的一種分布，其相應于從測試帶160的結構化表面上衍射的光強度的角分布。
圖8表示陣列316為探測元件100到900的數(shù)字化輸出。單個尖峰382、384代表圖7中相應強度峰的包絡，谷383、385、387代表強度峰之間的強度谷，尖峰380代表鏡面反射。圖8中的Y軸是輸出強度的對數(shù)，而X軸代表離開鏡面反射光束的角(按照編號的陣列探測器元件)。圖8中所示的強度的角分布與由光束314照射的突起的平均物理形狀有關。特別是圖8中的數(shù)字化陣列輸出曲線是平均突起的橫斷面圖的富立葉變換的絕對值的平方。因為在重復的結構圖形上的單個突起是成對稱形狀的，所以可以對數(shù)字化陣列輸出施行包括富立葉逆變換運算的一組數(shù)學運算來計算平均突起的橫斷面圖。
陣列316由經(jīng)過修改的型號為RC1030LNN的EG&G掃描器驅(qū)動(圖6中未示出)。從陣列316來的模擬輸出信號被預先放大并送到信號調(diào)節(jié)器322上。信號調(diào)節(jié)器322包括執(zhí)行信號增益、偏置、濾波和硬件平均的電路，以及一12位的模數(shù)數(shù)字轉(zhuǎn)換器。掃描器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器由位于調(diào)節(jié)器322之內(nèi)的時鐘和分度定時電路控制。信號調(diào)節(jié)器322的輸出是一代表1024個離散數(shù)字值的數(shù)字信號，它們對應于由陣列316中的1024個光探測器元件探測到的光強度。信號調(diào)節(jié)器322的數(shù)字輸出導向可購買的國家儀器(National Instruments)AT-DIO-32F卡327，其接在PC302的傳統(tǒng)ISA總線329上，在這里它可以由微處理器330存取，并可被立即處理或存儲在RAM332或像硬盤驅(qū)動器334這樣的外部固定存儲器中。
相應于從陣列316的一個樣本輸出的離散數(shù)字值用來計算光強度角分布的特征值。這個計算的特征值直接與衍射入射激光光束314的形成結構的突起的物理形狀的特征值有關。對于形成磁記錄盤結構的應用，所感興趣的物理形狀特征是突起的高度，亦即對在圖4A-4B中所示類型的突起來說為hp。在優(yōu)選的操作實例中，陣列316的輸出在盤轉(zhuǎn)動時采樣，每一樣本為光強度角分布的一組1024個離散數(shù)字值。這些數(shù)字值組存儲在RAM332中并進行平均。陣列316在盤轉(zhuǎn)速為540RPM時以4毫秒中通過1024點掃描。這使得沿盤面有28個扇區(qū)被取樣。然后可以分析每一扇區(qū)來給出突起高度在圓周上變化的信息。
在優(yōu)選的實施例中，所用光強度的角分布的特征是在接近峰值強度處的那些角的一部分上積分的積分強度值，例如在圖8中圍繞峰值382的探測器元件310和410之間相應于從圖形中心的第一衍射環(huán)。然后利用這個計算的積分強度值和位置(亦即探測器元件的數(shù)目，近似探測器元件370)決定平均突起高度。在微處理器330計算出積分強度和峰位置值后，微處理器將其與存儲在硬盤驅(qū)動器334中的查閱表中相應于已知突起高度的事先校準的數(shù)值進行比較。存儲在查閱表中的校準值由使用掃描隧道顯微鏡(STM)或原子力顯微鏡(AFM)首先測量校準盤上的平均突起高度來決定。這些儀器可以測量激光突起的突起緣高度hr和突起峰點高度hp，精確度可接近1毫微米。然后把在這些校準盤上接近第一和第二衍射環(huán)的積分強度和峰位置值與用AFM測量的突起緣或峰點高度進行相關運算，并存儲到硬盤驅(qū)動器334的查閱表中。
如果在測試帶測量的突起高度過高或過低，PC302中的程序估計新的激光參量(例如脈沖能量、脈沖寬度和/或光斑大小)使突起高度保持在指定的范圍之內(nèi)。所有這三個參量都極大影響突起高度?；緟⒘渴敲}沖能量的變化，而第二參量是激光脈沖寬度的變化。激光斑點大小也可以由包括兩個分開棱鏡的可變準直儀249改變。兩個棱鏡的間隔可以由馬達250調(diào)整，它可以為一直線馬達或一壓電換能堆。不過在優(yōu)選的實施例中可變準直儀249并不變化，從而在盤上的激光斑點大小保持不變。從額定的到極端的鎳磷盤基片范圍的實驗已經(jīng)半定量地確立了盤與激光參量變化怎樣響應的關系。例如，如果脈沖能量在給定盤上以恒定的脈沖寬度和斑點大小變化，則中心峰點突起高度hp將在脈沖能量的特定值處經(jīng)過一最大值。圖9是一組對不同鎳磷盤基片具有恒定脈沖寬度和斑點大小的這樣的脈沖能量曲線，范圍從極高到極低。像圖9中所表示的數(shù)據(jù)存儲在硬盤驅(qū)動器334中，并可由微處理器330存取來決定脈沖能量，必要時也決定脈沖寬度，以產(chǎn)生具有希望平均突起高度的突起。
實際到達盤的脈沖能量由緊靠光閥門320放置的光束分裂器249和功率計259監(jiān)視。型號為45-450的計量儀器公司(Metrologic)的傳統(tǒng)功率計259的輸出輸入到接在PC302的ISA總線329上的國家儀器AT-MIO-16D卡337(圖6)上。如果由于突起高度過高或過低而必須調(diào)整脈沖能量的話，如從測試帶160衍射的第一和第二反射環(huán)的積分強度和峰位置值并將這些值與查閱表比較而決定的，微處理器330給卡337發(fā)一信號以輸出一16位字到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器340上。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器340給光閥門320提供一模擬方波電壓信號。光閥門320是一可購買的百靈光學公司(Meadowlark Optics)液晶可變延時器(LCVR)323和一固定的偏振光束分裂器325。從數(shù)/模轉(zhuǎn)換器340出來的模擬電壓加在LCVR323上。LCVR323響應施加的電壓改變光束252的偏振。于是，依賴于對LCVR323所施加的電壓，從光束252來的一可變部分的光被允許穿過固定的偏振光束分裂器325。結果是到達盤150的激光脈沖的能量由施加于LCVR的電壓控制。
對大多數(shù)盤來說通過控制LCVR323來調(diào)節(jié)脈沖能量已足以使突起高度保持在指定的范圍內(nèi)。然而對一些盤來說在能量曲線(圖9)中的峰值點的最大突起高度hp可能仍然過低。在這種情況下通過減小脈沖寬度來增加突起高度。使用接在PC302的ISA總線329上的國家儀器通用接口板(GPIB)336增加對激光器246的二極管激光泵出功率減小脈沖寬度。也可以通過調(diào)節(jié)激光器246的脈沖重復率來改變脈沖寬度?？偟恼f來，改變脈沖寬度時，必須重新調(diào)節(jié)光閥門320以保證到達盤片的發(fā)射脈沖能量回到希望的數(shù)值。
在優(yōu)選的實施例中，激光脈沖能量是通過卡337控制LCVR323來改變的。然而激光脈沖能量也可以通過用由GPIB336控制的馬達250改變可變準直儀249中的激光斑大小來改變。激光斑大小可以獨立地或與激光脈沖能量結合控制。
盡管在優(yōu)選的實施例中在強度的角分布中的第一峰點(圖8中382)的積分強度和位置值用以決定平均突起高度，但是也可能利用富氏變換的絕對值的平方來決定對稱形狀突起的平均橫斷面圖。光強度的角分布(像圖8中所示，但通過加上以下面敘述的方式在鏡面光束380中的信息而修改過的)事實上是突起橫斷面圖的富氏變換的絕對值的平方。這是因為突起具有同樣的形狀。因為單個突起也是對稱形的，可以對存儲的1024個離散數(shù)字值(或若干組值)施行一組數(shù)學運算來產(chǎn)生由分析激光314照射的突起的平均橫斷面形狀。然而在用像圖8中所示的分布決定突起完整的橫斷面圖之前，必須對鏡面反射光束380進行調(diào)整。鏡面反射光束380包括有關突起的低空間頻率信息。如同圖8中所示，鏡面反射光束380使陣列316的探測器元件飽和。為恢復在鏡面反射光束380附近的低空間頻率信息，必需在激光器312和盤150之間使用第二光閥門(圖6中未示出)。第二光閥門用來減小從激光器312到達盤150的光的強度。在這種不會使接近鏡面反射光束的探測器元件飽和的減少了的激光能量級下，在激光突起在盤上形成之前和之后測量鏡面反射光束的形狀。接近鏡面反射光束的前后強度值之間的差別近似為接近鏡面反射光束的衍射信號，亦即激光突起的低空間頻率信息。然后用第二光閥門增加激光器312的強度以測量分別包含在例如接近第一和第二衍射環(huán)382、384中的高空間頻率信息。然后把高低空間頻率信息結合到單一的光強度角分布中。這種結合的角分布是突起的橫斷面圖的富氏變換的絕對值的平方。然后對這些數(shù)值(或若干組數(shù)值)施行數(shù)學運算。首先得到強度的平方根。然后把在偶數(shù)號衍射環(huán)中得到的平方根值的符號置為負。例如在圖8中這是對在最小值385和387(第二衍射環(huán))之間的強度的平方根值而言。然后對這個經(jīng)過1024個數(shù)學調(diào)整了的值的結果分布施行逆富氏變換。所得結果就會產(chǎn)生由分析激光314照射的突起的平均橫斷面形狀。
使用測試帶和從分析激光器的反饋形成盤結構的過程下面是使用在圖6中敘述和表示的系統(tǒng)形成激光產(chǎn)生的帶希望高度突起的盤降落區(qū)結構的過程步驟
1.移動平動臺213上的盤驅(qū)動馬達212，使得分析激光314照射盤150的非結構化部分并獲得和存儲從陣列314來的一組背景數(shù)字值。
2.在把驅(qū)動馬達212在平動臺213上沿方向214上移動和以每分540轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動盤150時，以預先選取的脈沖寬度、預先選取的在LCVR323上設定的電壓和預先選取的從可變準直儀249設定的光斑大小以10千赫茲的頻率脈沖發(fā)射激光器246。這將產(chǎn)生間隔約為50微米的激光產(chǎn)生的突起的螺旋磁道。這個螺旋磁道是徑向尺寸為0.5毫米的測試帶160。
3.關閉快門247。
4.用分析激光314照射測試帶160的整個徑向區(qū)域以獲得從陣列316來的第一組數(shù)字值。
5.從步驟1存儲的背景數(shù)字值組中減去第一組數(shù)字值以得到相應于由在測試帶160上的激光突起的圖形衍射的光強度角分布的實際數(shù)字值組。在盤150轉(zhuǎn)動時重復幾次這種操作，存儲這些數(shù)字值組，并從存儲在盤150的數(shù)字值組計算出一組平均值。
6.把平均角分布與帶已知突起高度和形狀的校準盤的強度的已知校準分布比較。通過確定第一和第二衍射峰或環(huán)382、384的位置與積分強度做這種比較。把這些數(shù)值與校準盤的數(shù)值比較以確定平均突起高度的數(shù)值。這是通過使用查閱表或描述突起高度和第一和第二衍射環(huán)位置和積分強度之間關系的一組等式來做的。下面是詳細敘述這種操作的偽碼P1＝第一峰(光探測器元件號碼)的位置P2＝第二峰(光探測器元件號碼)的位置
Int1＝第一峰的積分強度Int2＝第二峰的積分強度BH＝計算的突起高度如果150＜P1＜165與102.1＜P2－P1＜130與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0007*Int1＋9.0毫微米如果165＜P1＜167與102.1＜P2－P1＜130與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0007*Int1＋6.0毫微米如果167＜P1＜177與102.1＜P2－P1＜130與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0007*Int1＋3毫微米如果155＜P1＜169與100.0＜P2－P1＜101.9與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0005*Int1＋12.6毫微米如果169＜P1＜170與100.0＜P2－P1＜101.9與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0007*Int1＋9.5毫微米如果170＜P1＜177與100.0＜P2－P1＜101.9與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0005*Int1＋7.0毫微米如果157＜P1＜177與90.0＜P2－P1＜99.5與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0007*Int1－1.5毫微米如果150＜P1＜165與101.9＜P2－P1＜102.1與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0006*Int1＋10.8毫微米如果167＜P1＜177與101.9＜P2－P1＜102.1與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0006*Int1＋5毫微米如果150＜P1＜169與99.5＜P2－P1＜100.0與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0006*Int1＋5.5毫微米如果169＜P1＜177與99.5＜P2－P1＜100.0與1＜Int1/Int2＜30
BH＝0.0006*Int1＋3.0毫微米如果165＜P1＜167與101.9＜P2－P1＜102.1與1＜Int1/Int2＜30BH＝0.0006*Int1＋7.8毫微米7.如果突起高度在指定范圍內(nèi)，不改變激光器246的參量進行到步驟11。
8.如果突起高度過高或過低，確定測試帶位于突起高度對脈沖能量曲線(圖9)的哪一面。通過看第一衍射環(huán)(圖7和圖8中的尖峰382)的峰強度的角位置(在圖8中的探測器元件的數(shù)目)來做這點。實驗數(shù)據(jù)表明，峰382的衍射角對所有盤來說位于它們各自的突起高度對脈沖能量曲線(圖9)峰頂?shù)耐稽c。如果第一衍射環(huán)的峰382出現(xiàn)在比這個已知點小的數(shù)字處，則在測試帶上的突起位于突起高度對能量曲線的“過熱”面上。如果第一衍射環(huán)的尖峰382出現(xiàn)在比這個已知點大的數(shù)字處，則在測試帶上的突起位于突起高度對能量曲線的“欠熱”面上。
9.使用基于相似于圖9上的數(shù)據(jù)的查閱表確定是否可能通過單獨修改脈沖能量而使突起高度處于指定范圍。如果是，使用PC控制的光閥門320建立一新的脈沖能量。
10.如果突起高度即使在突起高度對能量曲線的峰點處仍然過低，使用激光器246的GPIB接口稍微減小激光器246的脈沖寬度。(實驗數(shù)據(jù)表明在脈沖能量恒定時減小脈沖寬度會增加帶低突起高度的盤的突起高度。)11.沿平動臺213移動驅(qū)動馬達212到用于降落區(qū)的結構化帶158要開始的徑向位置。打開快門247。在連續(xù)轉(zhuǎn)動盤150和在箭頭214的方向上沿平動臺213移動驅(qū)動馬達212時，以在LCVR323設定的修改過的電壓(或如果步驟10已經(jīng)進行，修改過的脈沖寬度)以10千赫茲的頻率脈沖發(fā)射激光器246。這產(chǎn)生一間隔約為50微米的激光產(chǎn)生的突起的螺旋磁道。這個螺旋磁道是徑向尺寸為3毫米的結構化帶158。
12.關閉快門247，用激光器312照射結構化帶158以測量結構化帶158上的平均突起高度，如同前述用于測試帶160的情形，然后根據(jù)測量的高度接受或拒絕完成的盤。
盡管詳細敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是很明顯對本發(fā)明的修改和完善可以在不偏離下面的權利要求中敘述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實現(xiàn)。
權利要求
1.磁記錄盤，包括盤基片；在基片上形成的并具有用作磁記錄數(shù)據(jù)區(qū)的環(huán)形區(qū)的磁記錄層；許多在盤基片表面的環(huán)形測試帶上形成的一般來說相同和對稱形狀的突起，該測試帶與位于磁記錄層環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)下面的盤基片的區(qū)域在徑向上分開，突起由和盤基片同樣的材料形成并具有高出盤基片表面的平均高度；和許多在盤基片表面的環(huán)形結構化帶上形成的一般來說相同和對稱形狀的突起，該結構化帶與環(huán)形測試帶在徑向上分開，結構化帶上的突起由和盤基片同樣的材料形成。
2.按照權利要求1的盤，其特征在于，測試帶上的突起在第一螺旋磁道上形成而在結構化帶上的突起在第二螺旋磁道上形成，其與第一螺旋磁道不連續(xù)。
3.按照權利要求1的盤，其特征在于，結構化帶上的突起具有高出盤基片表面的平均高度，其與測試帶上的突起的平均高度基本不同。
4.按照權利要求1的盤，其特征在于，盤基片由玻璃、陶瓷或具有鎳磷涂覆的鋁合金制成。
5.按照權利要求1的盤，其特征在于，測試帶和結構化帶上的突起具有帶高出盤基片表面的外緣的熔坑的物理形狀，
6.按照權利要求4的盤，其特征在于，熔坑狀突起還具有通常位于熔坑中心處的峰點，中心峰點高于熔坑外緣。
7.按照權利要求1的盤，其特征在于，結構化帶也與位于磁記錄層環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)下面的盤基片的區(qū)域在徑向上分開。
8.按照權利要求1的盤，其特征在于，測試帶和結構化帶上的突起是由對盤基片脈沖激光加熱形成的。
全文摘要
一磁記錄盤具有一結構化的測試帶，其與結構化的降落區(qū)徑向上分開，同時典型地具有激光產(chǎn)生的突起，突起的平均高度與在結構化降落區(qū)上激光產(chǎn)生的突起的平均高度基本不同。在測試帶和結構化帶兩者之上的突起在螺旋形磁道上形成，這是因為形成結構的激光脈沖加工盤時盤同時在轉(zhuǎn)動和徑向平動。然而因為結構化帶上的突起僅在測試帶上的突起的平均高度由第二分析激光測量之后才能形成，這兩個螺旋磁道彼此分開且不連續(xù)。
文檔編號G11B5/82GK1135631SQ96100649
公開日1996年11月13日 申請日期1996年1月12日 優(yōu)先權日1995年1月27日
發(fā)明者T·A·阮 申請人:國際商業(yè)機器公司