JP2002063706A - 磁気抵抗効果型素子の特性測定装置及び方法、磁気再生ヘッドの特性測定装置及び方法 - Google Patents
磁気抵抗効果型素子の特性測定装置及び方法、磁気再生ヘッドの特性測定装置及び方法Info
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Abstract
基づく良否判定が困難となってきた磁気再生ヘッドにつ
いて、より詳細な特性評価を行うために局所的な磁気特
性を測定する。 【解決手段】 定電流源113により一定電流が印加さ
れたMRヘッド102に対し、一定周期で振動する磁性
体探針103が周期変動する磁界を、磁界発生装置11
4が当該周期変動する磁界に対して緩やかに変化する直
流磁界をそれぞれ印加し、AC増幅アンプ115及び同
期検波器116が印加される磁界強度に応じて変化する
MRヘッド102の抵抗値を検出し、信号処理装置11
1が抵抗値の磁界強度微分−磁界特性を測定する。
Description
記録されたデータを読み出す磁気再生ヘッドの特性測定
装置及び方法に係り、特に磁気再生ヘッドの局所的な磁
気特性を測定する特性測定装置及び特性測定方法に関す
る。
において磁気ディスクに格納されたデータを読み出すた
めのデバイスである。従来、磁気再生ヘッドの動作特性
は、磁気ディスク装置等に組み込んだ後に、実際にデー
タの読み出し処理を行って評価していた。ところが、近
年、磁気ディスクの高密度化とともに磁気再生ヘッドの
小型化が進み、従来の動作特性測定方法に基づく磁気再
生ヘッドの良否判定が困難となってきた。
0929には、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force
Microscope)の原理を用いて、磁気ヘッドの一種であ
る磁気抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)の被測定面にお
ける磁気特性分布を測定する装置が開示されている。
尚、MRヘッドは、印加される外部磁界の変化に伴って
電気抵抗が変化する磁気抵抗効果型素子をヘッドに採用
したものである。
探針を用いて被測定物の表面を走査することにより微細
領域の形状を観察する装置である。そこで、同公開特許
公報では、AFMを用いてMRヘッドの磁気特性を測定
するために探針に磁性体を採用している。
ことにより、この磁性体探針がMRヘッドに与える磁界
が変化することを利用して、以下の方法でMRヘッドの
磁気特性分布を測定するものである。
電流を印加する。
MRヘッド近傍に近づける。
に伴って、MRヘッドの抵抗値が変化し、MRヘッドに
かかる電圧が変化する。
の基本周波数成分及びその二次高調波成分の振幅及び位
相をロックインアンプを用いて同期検波する。
同様の同期検波を繰り返し、前記各成分の分布を測定す
る。
て、各一定磁界強度に応じた磁気特性分布を測定する。
技術においては、一定磁界印加の下に振動する磁性体探
針を用いて磁気ヘッドの被測定面上を走査することによ
って、被測定面内の磁気特性分布を測定することに関し
て有効な手段が提供されている。
り詳細に評価するために、被測定面内の磁気特性分布に
加え、被測定面内の局所における磁気特性を測定するこ
とが望まれていた。
幅信号を自動ゲインコントローラで一定振幅にしてロッ
クインアンプの参照信号として使用しているが、カンチ
レバーの熱振動の影響によりこの信号のQ値は低くなる
ため、同期検波の原理から考えて参照信号としては望ま
しものではない。
されたものであり、磁気再生ヘッドの局所的な磁気特性
を測定する特性測定装置及び方法を提供することを目的
とする。
素子の特性測定装置は、素子上の少なくとも一つの被測
定点において磁気特性を測定するものであり、少なくと
も一部が磁性材料で作られた振動子と、振動子を被測定
点上の所定距離に位置させる位置制御手段と、被測定点
に印加する磁界強度を周期的に変動させるために、位置
制御手段による当該位置を中心に振動子を所定の周波数
で振動させる振動手段と、素子に直流磁界を印加する磁
界印加手段と、この磁界印加手段を制御して素子に印加
される磁界の強度を当該周期的変動と比べて緩やかに変
化させる磁界強度制御手段と、振動子及び磁界印加手段
から印加される磁界強度に応じて素子が生成する信号を
検出する信号検出手段と、この信号検出手段によって検
出された信号の磁界強度依存性を測定する磁気特性測定
手段とを備えている。
ることにより、磁気抵抗効果型素子の局所的な磁気特性
を測定することが可能である。
測定装置において、信号検出手段は素子に一定の電流を
印加して振動子及び磁界印加手段から印加される磁界強
度に応じた素子の抵抗変化を検出し、磁気特性測定手段
は信号検出手段によって検出された抵抗変化から前記所
定周波数の1倍及び又は2倍の周波数に同期した振幅成
分を抽出して素子の抵抗変化の磁界強度に対する特性を
測定する。
ることにより、磁気抵抗効果型素子の抵抗変化の磁界強
度に対する局所的な特性を測定することが可能である。
また、振動手段による振動子の振動周波数を同期検波手
段における参照信号としているため、従来技術における
参照信号の低Q値問題は発生し得ない。
測定装置において、磁気特性測定手段は測定した素子の
抵抗変化の磁界強度に対する特性に基いて素子の抵抗の
磁界強度に対する特性を算出する。
局所的な抵抗磁界特性を測定することが可能である。
装置は、少なくとも一部が磁性材料で作られ、磁気再生
ヘッドの被測定面における形状特性と磁気特性の測定に
用いられる探針と、探針を被測定面の法線方向に所定の
振幅で振動させる振動手段と、形状特性測定のために被
測定面上を当該所定振幅の振動を維持しつつ探針により
走査し、走査中に探針が所定の被測定点に位置したとき
磁気特性測定のために当該所定振幅の振動は維持したま
ま走査を休止する走査制御手段と、走査中の探針の当該
法線方向への変位を検出する変位検出手段と、この変位
検出手段によって検出された探針の当該法線方向への変
位に基づき被測定面の形状を測定する形状測定手段と、
走査休止中にヘッドに磁界を印加する磁界印加手段と、
この磁界印加手段を制御してヘッドに印加される磁界の
強度を探針の振動の周波数と比べて緩やかに変化させる
磁界強度制御手段と、探針及び磁界印加手段から印加さ
れる磁界強度に応じてヘッドが生成する信号を検出する
信号検出手段と、この信号検出手段によって検出された
信号の磁界強度依存性を測定する磁気特性測定手段とを
備えている。
ることにより、磁気再生ヘッドの局所的な磁気特性を測
定することが可能である。また、所定の被測定点におい
て形状特性測定と連動して磁気特性測定を行うため、走
査系全般の熱ドリフトによって測定位置がずれることな
く特性測定が行える。
の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実
施形態に係る磁気再生ヘッド特性測定装置の構成を示す
ブロック図である。
気再生ヘッドの一例であるMRヘッド102の磁気的特
性を測定するために、主要な構成として、磁性体探針1
03、カンチレバー104、加振用圧電素子105、信
号発生器106、走査用圧電素子107、変位検出計1
08、振幅直流電圧変換回路109、フィードバック回
路110、信号処理装置111、定電流源113、磁界
発生装置114、AC増幅アンプ115、及び同期検波
器116を有する。
り、或いは磁性体物質によってコーティングされ磁化し
ており、形状特性測定用の探針として、MRヘッド10
2の被測定面(図1におけるHRヘッド102の上面)
上を走査して表面形状を観測する一方、磁気特性測定用
の磁性体振動子として、取り付けられたカンチレバー1
04の振動によって当該被測定面内の所定の被測定点に
印加する磁界を周期的に変動させる。
圧電素子105に取り付けられており、この加振用圧電
素子105が生成する振動によって被測定面の法線方向
に振動され、その結果、他端に取り付けられた磁性体探
針103を振動させる。
111から入力される操作信号に従って、加振用圧電素
子105に振動数・振幅設定信号を送出し、好適にはカ
ンチレバー104固有の機械的共振周波数ωr、若しく
はその近傍の周波数ωで加振用圧電素子105を振動さ
せる。
rの近傍にて振動するよう加振用圧電素子105に指示
するのは、カンチレバー104が周波数ωr〜ωにおい
て最も安定して一定周期で振動できるからである。尚、
周波数ωrにて振動するように指示したとしても、実際
にカンチレバー104がMRヘッド上を走査する際に
は、MRヘッド102との距離等の要因により、各瞬間
毎に周波数ωrから微少にずれてしまう。
04の当該一端を支持し、カンチレバー104を三次元
的に移動させ、MRヘッド102と磁性体探針103と
の相対位置を所望の位置に調整するものである。即ち、
走査用圧電素子107が信号処理装置111から入力さ
れる操作信号に基づいて三次元方向に歪むことにより、
カンチレバー104が三次元方向に変位し、これにより
磁性体探針103がMRヘッド102の被測定面上を走
査するものである。
は、加振用圧電素子105を介してカンチレバー104
を支持して位置制御するよう構成されているが、MRヘ
ッド102を支持する位置に配置されても構わない。即
ち、MRヘッド102と磁性体探針103との相対的な
位置が調整できるように走査用圧電素子107が配置さ
れていれば良い。
取り付けられたカンチレバー104の先端付近に設けら
れ、振動に伴うカンチレバー104の先端の変位を検出
し、この変位を振幅信号として出力する。ここでは、カ
ンチレバー104の先端の変位を検出しているが、磁性
体探針103自体の変位を検出しても良い。
4分割フォトダイオードとを有し、レーザー光の反射光
を4分割フォトダイオードに入力することによって変位
を検出するが、レーザー光源と光ファイバーとを有し、
レーザー光の干渉によって変位を検出しても良い。
108から出力される振幅信号(AC信号の振幅)を直
流電圧信号に変換する回路(RMS−DC回路)であっ
て、カンチレバー104の先端の振幅に対応する直流電
圧信号がこの振幅直流電圧変換器109から供給され
る。
圧変換器109から出力された直流電圧信号に従い、カ
ンチレバー104の先端の振幅を一定にすべく走査用圧
電素子107を制御するためのフィードバック信号を生
成する。このフィードバック信号は、走査用圧電素子1
07に出力されるとともに、MRヘッド102の形状特
性測定に用いられるAFM信号として信号処理装置11
1に供給される。
コンピュータから構成され、信号発生器106、フィー
ドバック回路110、及び同期検波器113から供給さ
れた信号を保存・処理し、信号発生器106における振
動数及び振幅、並びに磁界発生装置114における磁界
強度の条件設定を行うとともに走査用圧電素子107の
変位を制御する。
104、加振用圧電素子105、信号発生器106、走
査用圧電素子107、変位検出計108、振幅/直流電
圧変換回路109、及びフィードバック回路110を総
称して力測定装置112と呼ばれる。
に応じたMRヘッド102の抵抗値を導出するために一
定電流を印加する。また、磁界発生装置は114は、信
号処理装置111から供給される制御信号に従って、磁
性体探針103の振動周波数と比べて緩やかに変化する
直流磁界をMRヘッド102に印加する。
ヘッド102に関する信号のAC成分だけを増幅する。
また、同期検波器116は、AC増幅アンプ115から
の出力に対し、信号発生器106から供給された振動数
・振幅制御信号を参照信号として同期検波を行う。
6、走査用圧電素子107、変位検出計108及び振幅
直流電圧変換回路109、フィードバック回路110、
及び信号処理装置111は、MRヘッド102の磁気特
性を測定するために新たに開発しても良いが、市販若し
くは既存の装置に組み込む形態で流用することもでき
る。また、磁界発生装置114は、MRヘッド102に
磁界を印加できる構造であればどこに配置しても構わな
い。
115の構成を示すブロック図である。AC増幅アンプ
115は、増幅回路201とフィードバック回路202
を有する。増幅回路201により増幅された出力信号は
フィードバック回路202に供給され、AC増幅アンプ
115のカットオフ周波数ωcがカンチレバー104の
機械的共振周波数ωrと比べて小さい場合にのみ、更に
フィードバック回路202から増幅回路に信号が供給さ
れることにより増幅が行われる。
ωrよりも低い値で設定されており、増幅回路201に
より増幅された出力信号の内、DC成分を除去し、AC
成分だけを増幅する。フィードバック回路202はアナ
ログ処理若しくはデジタル処理のどちらでも構わず、ま
た積分制御若しくは比例制御・微分制御等を適宜使用可
能である。
特性測定装置101によるMRヘッド102の形状特性
測定及び磁気特性の測定手順について説明する。図3
は、MRヘッド102をその被測定面の法線方向から見
たものであり、磁性体探針103による当該被測定面上
の走査測定手順について説明するための図である。ここ
では、MRヘッド102の被測定面上及びその周辺に所
定の被測定領域301が設けられており、また被測定領
域301内には複数の被測定点からなる複数の走査ライ
ン302が設けられている。尚、これらの位置に関して
は、予め信号処理装置111により設定される。
FMの測定方法と同様に、MRヘッド102の表面形状
が測定される。即ち、磁性体探針103がMRヘッド1
02に近づけられ、信号発生器106から加振用圧電素
子105にカンチレバー104の機械的共振周波数ωr
にほぼ等しい周波数ωを設定する振動数振幅設定信号が
印加され、磁性体探針103が振動される。
して走査用圧電素子107が駆動されて、磁性体探針1
03の先端がMRヘッド102の表面を軽く叩き(=タ
ップし)ながら走査ライン302上を走査する。一つの
走査ライン302の走査が終了した後、順次、次の走査
ライン302が走査され、被測定領域301の全域が磁
性体探針103によりニ次元的に走査される。
面の法線方向への変位が変位検出計108で検出され、
振幅信号が振幅直流電圧変換器109に与えられる。振
幅直流電圧変換器109からは、振幅に応じた直流電圧
信号が出力され、これがフィードバック回路110に与
えられる。
針103の振幅を一定に維持すべくフィードバック信号
を発生し、このフィードバック信号が走査用圧電素子1
07に与えられる。従って、常に探針の振幅が一定に維
持された状態でMRヘッド102の表面が走査される。
MRヘッド102の表面に凸凹がある場合には、振幅直
流電圧変換回路109からの直流電圧信号が変動し、フ
ィードバック回路110からのフィードバック信号が表
面の凸凹の大きさに応じて変動される。
して信号処理装置111にも与えられ、保存される。信
号処理装置111は、このAFM信号に基づいてMRヘ
ッド102の表面形状の画像を生成する。
るMRヘッド102上の走査中に、磁性体探針103
が、被測定点の内、予め設定しておいた位置、即ち磁気
特性測定点303にあるときは、磁性体探針103の走
査を一時的に止めてMRヘッド102の形状特性測定後
に走査を休止し、磁気特性の測定を行う。
は、定電流源113による一定電流及び磁界発生装置1
14による直流磁界が印加されている。磁気特性測定点
303上に位置した磁性体探針103が走査中の周波数
ω或いは予め設定された所定周波数にて振動し、周期的
に微少変動する磁界をMRヘッド102に印加する一
方、磁界発生装置114が当該直流磁界を緩やかに変化
させる。
3及び磁界発生装置114により印加される磁界強度H
の変化に応じたMRヘッド102の抵抗値Rの変化(以
下、抵抗変化)測定する。同期検波器116は測定した
抵抗変化から、磁性体探針103に関する当該周波数ω
或いは当該予め設定された所定周波数の基本周波数成分
ω(ω成分)と二次高調波成分2ω(2ω成分)に同期
する各振幅成分を抽出する。
Rヘッド102の表面をタップしながら測定しても良
く、予め設定した距離だけ離れたMRヘッド102上空
で一定周期で振動させて測定しても良い。また、形状特
性測定と磁気特性測定の切り替えは信号処理装置111
によって制御され、磁性体探針103が走査中に磁気特
性測定点303に到達した時点だけでなく、磁性体探針
103が一つの走査ライン302を走査終了毎に行って
も良い。
信号処理装置111で解析される。ここで、ω成分の振
幅Aωは印加される磁界強度Hに応じたMRヘッド10
2の抵抗値Rの磁界強度微分値dR/dHを示し、2ω成分
の振幅A2は抵抗−磁界特性の非線形性を示すものと解
される。このため、磁性体探針103の振動周波数と磁
界発生装置114が印加する直流磁界の時間的変化は、
当該微分値を測定可能なレベルの相対性を有することが
望まれる。
界強度微分値dR/dHに基づいて図4(a)に示すdR/dH-H曲
線が生成され、これが更に積分により信号処理されて図
4(b)に示すR−H曲線が算出され、MRヘッド102
の局所的な磁気特性の測定が行われる。また、これら測
定結果を被測定領域301内における他の磁気特性測定
点と比較することにより、被測定面内におけるより詳細
な磁気特性測定が可能となる。
2と磁性体探針103の相対距離を変えて同様に行い、
CT(Computerized Tomography)の技術を用いてMR
ヘッド102内部の情報を得て、欠陥等を検出すること
も可能となる。尚、一つの磁気特性測定点において磁気
特性測定が終了した後、再び形状特性測定を継続すべく
磁性体探針103によるMRヘッド102上の走査が開
始される。
と2ω成分の各振幅AωとA2ωだけを測定すること
で、MRヘッド102の局所的な磁気特性を測定するこ
とが可能である。尚、ここでの局所的とは、本発明の基
礎技術であるAFMの分解能のレベルを意味する。
幅設定信号を同期検波器116における参照信号として
いるため、従来技術における参照信号の低Q値問題は発
生し得ない。
2上の所定の被測定点において形状特性測定と連動して
磁気特性測定を行うため、走査系全般の熱ドリフトによ
って測定位置がずれることなく特性測定が行える。
て採用した実施形態を用いて本発明を説明したが、本発
明の特徴は印加される外部磁界の変化に伴なって変化す
る被測定物の抵抗値を測定し、その局所的な磁気特性を
測定するものであるため、MRヘッド以外の磁気再生ヘ
ッド、例えば、スピンバルブヘッド、強磁性トンネルヘ
ッド、CMRヘッド、及び人工格子膜ヘッド等、延いて
は磁気抵抗効果型素子全般に適用可能である。
ば、磁気再生ヘッドに印加される、所定周波数で微少変
動する磁界及び緩やかに変化する直流磁界の合計強度に
応じて変化する当該磁気再生ヘッドの抵抗変化を測定
し、当該所定周波数の基本周波数成分と二次高調波成分
に同期する各振幅成分のみを測定することにより、当該
磁気再生ヘッドの局所的な磁気特性を測定することが可
能である。
装置の構成を示すブロック図。
すブロック図。
ド表面の走査測定について説明するための図。
いて説明するための図。
ヘッド、 103…磁性体探針、 104…カンチレバー、 105…加振用圧電素子、 106…信号発生器、 107…走査用圧電素子、 108…変位検出計、 109…振幅直流電圧変換器、 110…フィードバッ
ク回路、 111…信号処理装置、 112…力測定装置、 113…定電流源、 114…磁界発生装置、 115…AC増幅アンプ、 116…同期検波器、 201…増幅回路、 202…フィードバック回路、 301…被測定領域、 302…走査ライン、 303…磁気特性測定点
Claims (8)
- 【請求項1】 磁気抵抗効果型素子上の少なくとも一つ
の被測定点において当該素子の磁気特性を測定する特性
測定装置であって、 少なくとも一部が磁性材料で作られた振動子と、 前記振動子を前記被測定点上の所定距離に位置させる位
置制御手段と、 前記被測定点に印加する磁界強度を周期的に変動させる
ために、前記位置制御手段による位置を中心に前記振動
子を所定の周波数で振動させる振動手段と、 前記素子に磁界を印加する磁界印加手段と、 前記磁界印加手段を制御して、前記素子に印加される磁
界の強度を前記周期的変動と比べて緩やかに変化させる
磁界強度制御手段と、 前記振動子及び前記磁界印加手段から印加される磁界強
度に応じて前記素子が生成する信号を検出する信号検出
手段と、 前記信号検出手段によって検出された信号の磁界強度依
存性を測定する磁気特性測定手段とを具備することを特
徴とする磁気抵抗効果型素子の特性測定装置。 - 【請求項2】 前記信号検出手段は、前記素子に一定の
電流を印加して、前記振動子及び前記磁界印加手段から
印加される磁界強度に応じた前記素子の抵抗変化を検出
し、 前記磁気特性測定手段は、前記信号検出手段によって検
出された前記抵抗変化から前記所定周波数の1倍及び又
は2倍の周波数に同期した振幅成分を抽出して、前記素
子の抵抗変化の磁界強度に対する特性を測定することを
特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果型素子の特性
測定装置。 - 【請求項3】 前記磁気特性測定手段は、測定した前記
素子の抵抗変化の磁界強度に対する特性に基いて当該素
子の抵抗の磁界強度に対する特性を算出することを特徴
とする請求項3に記載の磁気抵抗効果型素子の特性測定
装置。 - 【請求項4】 少なくとも一部が磁性材料で作られ、磁
気再生ヘッドの被測定面における形状特性と磁気特性の
測定に用いられる探針と、 前記探針を前記被測定面の法線方向に所定の振幅で振動
させる振動手段と、 前記形状特性測定のために前記被測定面上を前記所定振
幅の振動を維持しつつ前記探針により走査し、当該走査
中に前記探針が所定の被測定点に位置したとき、前記磁
気特性測定のために当該所定振幅の振動は維持したまま
当該走査を休止する走査制御手段と、 前記走査中の前記探針の前記法線方向への変位を検出す
る変位検出手段と、 前記変位検出手段によって検出された前記探針の前記法
線方向への変位に基づき前記被測定面の形状を測定する
形状測定手段と、 前記走査休止中に前記ヘッドに磁界を印加する磁界印加
手段と、 前記磁界印加手段を制御して、前記ヘッドに印加される
磁界の強度を前記探針の振動の周波数と比べて緩やかに
変化させる磁界強度制御手段と、 前記探針及び前記磁界印加手段から印加される磁界強度
に応じて前記ヘッドが生成する信号を検出する信号検出
手段と、 前記信号検出手段によって検出された信号の磁界強度依
存性を測定する磁気特性測定手段とを具備することを特
徴とする磁気再生ヘッドの特性測定装置。 - 【請求項5】 前記信号検出手段は、前記素子に一定の
電流を印加して、前記振動子及び前記磁界印加手段から
印加される磁界強度に応じた前記素子の抵抗変化を検出
し、 前記磁気特性測定手段は、前記信号検出手段によって検
出された前記抵抗変化から前記所定周波数の1倍及び又
は2倍の周波数に同期した振幅成分を抽出して、前記素
子の抵抗変化の磁界強度に対する特性を測定することを
特徴とする請求項4に記載の磁気再生ヘッドの特性測定
装置。 - 【請求項6】 前記磁気特性測定手段は、測定した前記
素子の抵抗変化の磁界強度に対する特性に基いて当該素
子の抵抗の磁界強度に対する特性を算出することを特徴
とする請求項5に記載の磁気再生ヘッドの特性測定装
置。 - 【請求項7】 磁気抵抗効果型素子上の少なくとも一つ
の被測定点において当該素子の磁気特性を測定する特性
測定方法であって、 少なくとも一部が磁性材料で作られた振動子を前記被測
定点上の所定距離に位置するステップと、 前記振動子を前記位置を中心に所定の周波数で振動させ
て前記被測定点に印加する磁界強度を周期的に変動させ
るステップと、 前記周期的変動と比べて緩やかに変化する磁界を前記素
子に印加するステップと、 前記振動子により周期的に変動する磁界及び前記緩やか
に変化する磁界の強度に応じて前記素子が生成する信号
を検出するステップと、 前記検出された信号の磁界強度依存性を測定するステッ
プとを具備することを特徴とする磁気抵抗効果型素子の
特性測定方法。 - 【請求項8】 磁気再生ヘッドの被測定面上を、少なく
とも一部が磁性材料で作られた探針を当該被測定面の法
線方向に所定の振幅で振動させながら走査するステップ
と、 前記走査中の前記探針の前記法線方向への変位を検出す
るステップと、 検出された前記探針の前記法線方向への変位に基づき前
記被測定面の形状を測定するステップと、 前記走査中に前記探針が所定の被測定点に位置したと
き、当該所定振幅の振動は維持したまま当該走査を休止
するステップと、 前記探針の振動の周波数と比べて緩やかに変化する磁界
を前記ヘッドに印加するステップと、 前記探針により周期的に変動する磁界及び前記緩やかに
変化する磁界の強度に応じて前記ヘッドが生成する信号
を検出するステップと、 前記検出された信号の磁界強度依存性を測定するステッ
プとを具備することを特徴とする磁気再生ヘッドの特性
測定方法。
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