JP2009301610A - 磁界強度測定方法および磁界強度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、磁界強度の測定方法に関し、より詳細には磁気ヘッドのライト素子およびライト素子の近傍における磁界強度の測定方法および測定装置に関するものである。
【解決手段】 本発明の磁気ヘッドのライト素子の磁界強度を測定する磁界強度測定方法は、ライト素子に所定のライト駆動電流を印加し、磁気ヘッドの浮上面に対向して磁気センサを近接配置し、浮上面のライト素子およびライト素子近傍の所定領域を走査して磁界強度を測定、または浮上面のライト素子およびライト素子近傍の所定位置の磁界強度を測定する、よう構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁界強度の測定方法に関し、より詳細には磁気ヘッドのライト素子およびライト素子の近傍における磁界強度の測定方法および測定装置に関するものである。

ハードディスク装置の挟トラック化に伴い、磁気ヘッドのライトコア幅が磁気ヘッドの品質や歩留りに大きく影響するようになってきている。このため、従来ではライトコア幅やその他の特性が所定の規格を満足するかどうかをチェックするために、ウェーハから切り出し個片化した磁気ヘッドをＨＧＡ（Head Gimbal Assembly）として組み立て、ライト素子により磁気記録媒体上にテストデータを書き込み磁気記録媒体の磁化強度を測定して確認していた。より詳細には、図１０（ａ）に示すようにＨＧＡ２０を磁気記憶装置に搭載したときと同様に磁気記録媒体１０上に浮上させてライト素子によりテストデータを磁気記録媒体に記録し、リード素子２１を磁気記録媒体の半径方向にテストデータを記録したトラック３０を横断するように移動（図１０（ａ）の矢印が移動方向を示す）させて磁界強度を測定し、測定で得られた磁界強度のプロファイルからライトコア幅やその他の特性を求めていた。図１０（ｂ）は、リード素子２１を用いて測定した磁界強度のプロファイル例を示している。例えばライトコア幅は、図１０（ｂ）のプロファイルから最高磁界強度の半分の強度を示すときの幅（図１０（ｂ）の矢印で示される幅）と定義している。

このような磁気ヘッド製造工程におけるチェックは、ウェーハからサンプリングした磁気ヘッドで行われ、問題がないことが確認できるとそのウェーハの磁気ヘッドのプロセスを進め、ＨＧＡとして組み立てられて製品に搭載される。チェックで得られた特性に基づいて製品搭載の際に調整することも行われている。また、チェックで不良と判定されたウェーハの磁気ヘッドはロット不良として破棄される。

上記の他にライト素子の磁界を測定する方法として、いろいろな方式が提案されている。例えば、ＭＦＭ（Magnetic Force Microscope）を用いてカンチレバーに搭載した探針をライト素子に接近させて磁気力相互作用によりライト素子の磁界を検出する方法（特許文献１）や、同じくカンチレバーに感磁素子を取り付けＡＦＭ（Atomic Force Microscope）を用いてカンチレバーの撓みによりライト素子の磁界を検出する方法（特許文献２）がある。また、ライト素子が発生する磁界中に磁性膜を置き、この磁性膜にレーザを検出光として与えてファラデー効果、またはカー効果によりライト素子の磁界強度を測定する方法（特許文献３）、電子ビームをライト素子の面に当て反射される偏向量から３次元の磁界分布を求める方法（特許文献４）等がある。
特開２００３−２４８９１号公報 特開２００３−５１１０４号公報 特開平０８−５４４５２号公報 特開平０６−２５８４１３号公報

上記に述べたように、磁気ヘッドはその製造プロセスの途中でライトコア幅を含めたチェックが行われる。このチェックは、ウェーハからサンプリングして行われるが、サンプリングによる磁気ヘッドは図１１に示す工程を得てチェックされる。

即ち、まずウェーハ上に薄膜プロセスで磁気ヘッドを形成し、複数の磁気ヘッドを一列にしたスライダバーとしてウェーハから切り出す（Ｓ１００−Ｓ１２０）。サンプリングする磁気ヘッドを含むスライダバーに対して浮上面となる切断面のラッピングを行い、浮上面形成として浮上面にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜を生成し、吸着防止のパッドパターンを形成する。その後、スライダバーを個片化してＨＧＡ組み立てを行う。ＨＧＡを磁気ヘッド検査装置に搭載して図１０で示した方法によりチェックを行う（Ｓ１３０−Ｓ１８０）。チェック結果がＮＧならサンプリングしたウェーハの磁気ヘッドは総て破棄され、ＯＫであればサンプリングした以外のスライダバーに対して、ラッピング、浮上面形成、個片化およびＨＧＡ組み立てを行って製品に搭載する（Ｓ１９０−Ｓ２３０）。

以上に述べたように、従来ではサンプリングした磁気ヘッドはＨＧＡ組み立てまで行ってチェックすることになるので、チェック結果が判明するまで多大の時間を要するという問題があった。

また、従来のライトコア幅を求める方法は、磁気記録媒体に記録された磁化強度を測定しており、ライト素子の特性に磁気記録媒体の特性を含めたを特性を測定していたことになる。更に、ライト素子からは磁気記録に不要なイレーズ磁界が形成される場合があり、磁気記録媒体を使用した測定ではイレーズ磁界がライト素子のどの箇所から発生しているかを特定することが難しい、という問題もあった。

また、特許文献１−４で提案された方法は、それぞれにライト素子の磁気的特性を得ることができるが、測定には高価な設備が必要でありコストの点から問題がある。

本発明は、コストを抑えながらライトコア幅を含めた磁気的特性を求めるためのライト素子の磁界強度測定方法および磁界強度測定装置を提供することを目的とする。

本発明の磁気ヘッド検査方法は以下のように構成される。
（１）第１の発明
第１の発明の磁界強度測定方法は、磁気ヘッドのライト素子の磁界強度を測定する磁界強度測定方法であり、ライト素子に所定のライト駆動電流を印加して磁気ヘッドの浮上面に対向して磁気センサを近接配置し、浮上面のライト素子およびそのライト素子近傍の所定領域を走査して磁界強度を測定するものである。または、浮上面のライト素子およびそのライト素子近傍の所定位置の磁界強度を測定するものである。
（２）第２の発明
第２の発明の磁界強度測定方法は、第１の発明の所定のライト駆動電流が予め定めた複数のライト駆動電流、または予め定めた電流範囲のライト駆動電流であり、第１の発明の磁界強度の測定が予め定めた複数のライト駆動電流のそれぞれについて所定領域を走査して磁界強度を測定する、ことを特徴とする。または、予め定めた電流範囲にライト駆動電流を変化させて所定位置の磁界強度を測定する、ことを特徴とする。
（３）第３の発明
第３の発明の磁界強度測定方法は、第１の発明のライト駆動電流は予め定めた複数の周波数のライト駆動電流、または予め定めた周波数範囲のライト駆動電流であり、第１の発明の磁界強度の測定が予め定めた複数の複数の周波数のライト駆動電流のそれぞれについて所定領域を走査して磁界強度を測定する、ことを特徴とする。または、予め定めた周波数範囲にライト駆動電流を変化させて所定位置の磁界強度を測定する、ことを特徴とする。
（４）第４の発明
第４の発明の磁界強度測定方法は、第１から第３の発明の磁気ヘッドが、ウェーハから切り出したスライダバー、または個片化されたスライダに形成されたもの、またはＨＧＡ（ヘッドジンバルアセンブリ）として組み立てられたものである、ことを特徴とする。
（５）第５の発明
第５の発明の磁界強度測定装置は、磁気ヘッドのライト素子の磁界強度を測定する磁界強度測定装置であり、駆動電流印加手段、支持台、磁気センサ、磁界強度測定手段およびステージを備える。

駆動電流印加手段は、磁気ヘッドのライト素子に所定のライト駆動電流を印加するものであり、支持台は磁気ヘッドを支持し、磁気センサは磁界強度を検知し、磁界強度測定手段は磁気センサを用いて磁界強度を測定し、ステージは記磁気センサを搭載して微小移動の制御が可能とする。そして、支持台に固定した磁気ヘッドの浮上面に対向して、ステージに搭載した磁気センサを近接配置し、その磁気センサが浮上面の所定領域を走査するようステージを移動させて磁界測定手段を用いてライト素子およびそのライト素子近傍の磁界強度を測定する。または、磁気センサが浮上面の所定位置に位置するようステージを移動させて磁界測定手段を用いてライト素子およびそのライト素子近傍の磁界強度を測定する、ことを特徴とするものである。

上述のように本発明によれば、次に示す効果が得られる。

第１の発明により、ライト素子が発生する磁界強度を直接測定するので、高い精度でライトコア幅等を求めることが可能な測定方法の提供ができる。

第２の発明により、ライト駆動電流に対する磁界強度に対する依存性を求めることができ、磁気ヘッドの磁気記録装置への組み込みにおいて最適なチューニングを行うことができる。

第３の発明により、ライト駆動周波数に対する磁界強度に対する依存性を求めることができ、磁気ヘッドの磁気記録装置への組み込むにおいて最適なチューニングを行うことができる。

第４の発明により、磁気ヘッドをスライダバー、スライダあるいはＨＧＡのいずれの形態でも磁界分布の測定が可能であり、チェックのタイミングの選択肢が拡がる。特に、スライダバーでのチェックは、磁気ヘッド製造工程の早い段階で磁気ヘッドの良否判別ができる。

第５の発明により、第１と発明と同様の効果を奏する磁界強度測定装置の提供ができる。

本発明の磁界強度測定方法の実施形態説明するが、その前に磁気ヘッドの主な構成例を説明する。図２（ａ）は、薄膜プロセスで作成したインダクティブ型の磁気ヘッド２００であり、アルチック等の基板２１０上にリード素子２２０とライト素子２３０で構成される。

リード素子２２０は、下部シールド２２１とＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子２２２と上部シールド２２３とで構成する。ＧＭＲ素子２２２は、巨大磁気抵抗効果による電気抵抗の変化を利用して磁気記録媒体に記録された磁化方向を検出する。下部シールド２２１と上部シールド２２３は、磁気記録媒体に記録された磁化方向に応じて生じる磁界を検出する。隣接するビットの影響を受けないように上下のシールド部で挟んだ構造にしている。

ライト素子２３０は、下部磁極２３１、ギャップ２３２、上部磁極２３３およびコイル２３４で構成している。

下部磁極２３１はコイル２３４に印加された電流により磁化され、これによって発生した磁束はギャップ２３２を介して上部電極２３３を経て下部磁極２３１に戻る磁路を形成している。ギャップ２３２は絶縁物で充填されおり、このギャップ２３２を通る磁束によって形成される磁界が磁気記録媒体に作用し、磁気記録媒体を磁化することで情報の記録がなされることになる。

図２（ａ）の磁気ヘッド２００は図２（ｂ）に示すスライダ２５０の端部に形成される。スライダ２５０はジンバルを介してアームに支持され、上述したＨＧＡに組み立てられる。図２（ｂ）に示すスライダ２５０は下面が磁気記録媒体と対向する浮上面２５１となり、スライダ２５０の右側には薄膜プロセスによって作られた磁気ヘッド２００およびリード電極２５２、ライト電極２５３を形成している。

次に、本発明の磁界強度測定装置の実施形態例を図１を用いて説明する。本実施形態では、磁気センサとして磁気ヘッドのリード素子を用いている。

図１において、磁界強度測定装置１００は、支持台４００、磁気センサとしての磁気ヘッド３００を搭載したスライダ３５０、ステージ５００、駆動電流印加装置６００、磁界強度測定装置７００および制御／処理装置８００から構成する。

ステージ５００は、スライダ３５０上の磁気ヘッド３００を上方に向けて（即ち、浮上面を上に向けて）搭載し、送り機構は例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛セラミック）等の圧電体を用いた駆動素子によってＸ、ＹおよびＺ方向に微小移動が可能である。後述する制御／処理装置８００の指令に基づいて、磁気センサを測定対象のライト素子とライト素子の近傍の指定領域を走査する。また、上下の微小移動も可能とする。

支持台４００には測定対象の磁気ヘッド２００を搭載したスライダ２５０を支持する。スライダ２５０は磁気ヘッド２００が下方に向くように（即ち、浮上面を下に向けて）配置し固定する。即ち、測定対象の磁気ヘッド２００と磁気センサとしての磁気ヘッド３００とが対向して配置されることになる。

駆動電流印加装置６００は、スライダ２５０のライト電極２５３と電気的に接続し、制御／処理装置８００の指令に基づいて、所定の駆動電流をライト素子２３０に対して印加する。

磁界強度測定装置７００は、スライダ３５０のリード電極３５２の電気的に接続し、制御／処理装置８００の指令に基づいて、磁気センサである磁気ヘッド３００のリード素子３２０にセンス電流を印加すると共に、ステージ５００の走査の制御と連動して磁界強度のデータを取得する。

制御／処理装置８００は、測定対象のライト素子２３０に対する駆動電流の印加、磁気センサのリード素子３２０に対するセンス電流の印加と磁界強度データの取得、およびステージ５００の走査制御の指令を行うと共に、取得した磁界強度データを基に磁界強度のプロファイルや磁界分布を作成する。また、磁界強度プロファイルを基にライトコア幅を求める。

次に、磁界強度測定装置１００を用いて磁界強度を測定する方法を説明する。まず、測定対象のスライダ２５０を磁気ヘッド２００が下方なるように支持台４００に取り付ける。支持台４００には、駆動電流印加装置６００に接続する図示しないピン端子があり、スライダ２５０を支持台３００の所定位置に配置するとこのピン端子がスライダ２５０のライト電極２５３に押圧し電気的接続がなされるようになっている。スライダ２５０を支持台４００に取り付けた後、制御／処理装置８００によりステージ５００を上昇させ、ステージ５００上に搭載したスライダ３５０とスライダ２５０とのそれぞれの浮上面を一旦接触させた後、所定距離（例えば、磁気ヘッドが磁気記録媒体上を浮上する数１０ｎｍ）ステージ５００を下降させる。この状態からスライダ２５０に形成した（磁気ヘッド２００の）ライト素子２３０の指定された領域を制御／処理装置８００によりステージ５００を移動させて、スライダ３５０のリード素子３２０から出力された磁界強度のデータを磁界強度測定装置７００が取得する（なお、リード素子３２０からの出力の取得においては、磁界強度測定装置７００からリード素子３２０に対してはセンス電流を印加している）。制御／処理装置８００は磁界強度測定装置７００が取得した磁界強度データに基づいて磁界強度のプロファイルを作成する。

リード素子３２０を例えばライト素子２３０のギャップ２３２の中央位置に位置づけし、この位置で駆動電流印加装置６００からライト素子２３０に所定の電流範囲（例えば、２０−６０ｍＡ）にライト駆動電流を変化させて印加し、磁界強度を測定してもよい。あるいはライト駆動電流の周波数を変化させて（２０−７００ＭＨｚ）磁界強度を測定してもよい。

図１で示した検査対象のスライダ２５０と磁気センサとしてのスライダ３５０とが対向して配置した状態は、より詳細には図３に示すようにライト素子２３０とリード素子３２０とが対向して配置された状態でもある。即ち、リード素子３２０のＧＭＲ素子３２２がライト素子２３０のライトギャップ２３２近辺に対向している。

ライト素子２３０に対する磁気センサのスキャン領域は、例えば図４（ａ）に示すようにライト素子２３０の略全体の領域をスキャンする。矢印は磁気センサのスキャンの方向を示している。また、図４（ｂ）に示すように、ライトギャップ２３２を中心とした領域（１）、上部電極２３３を中心とした領域（２）、下部電極２３１を中心とした領域（３）と磁気記録媒体に対する記録に影響する領域を定め、その領域内をスキャンするようにしてもよい。領域（１）の磁界強度を測定することによりライトコア幅を求めることができ、領域（２）と領域（３）の磁界強度を測定することによりイレーズ磁界の強度を知ることができる。

図１では説明を簡単にするため、検査対象のスライダ２５０を個片化した状態で測定しているが、スライダバーの状態で測定可能である。むしろ、ウェーハ上に形成した磁気ヘッドの良否判定ではスライダバーの状態でチェックを行うことで従来多くの時間を要していたチェック用のサンプルを短時間で得ることができる。

また、磁気センサとしてＧＭＲ素子２２２を用いた例を示したが、ＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistive）素子であってもよく、他の磁気センサであってもよい。さらに、検査対象のライト素子２３０は水平磁気記録型の例を示したが、垂直磁気記録型のものでもよい。

磁界強度を測定して得られたプロファイルの例を次に示す。図５の上左の図は、ライト素子２３０を図に示すようにスキャンする様子を示し、そのスキャンの中で太実線で示したスキャン（１）−（３）で得られたプロファイルを下方の図に示す。スキャン（１）と（２）は、上部電極２３３をスキャンした結果で、得られた磁界強度は磁気記録媒体に対してはイレーズ磁界として作用する。スキャン（３）は、ライトギャップ２３２をスキャンした結果で、得られた磁界強度からライトコア幅を求めることができる。図５下方の図の矢印は、ピークの磁界強度の半分の強度を示す位置で、この幅をライトコア幅としている。図５の上右の図は細かくスキャン（点線および太実線で示したスキャン）したときの磁界強度のピーク値をプロットしたものである。下の大きなピーク値はライトギャップ２３２の磁界強度であり、上の小さなピークは上部電極２３３から漏れた磁束による磁界強度（即ち、イレーズ磁界の強度）である。

磁界強度を所定の強度範囲で表示した磁界強度分布の例を図６に示す。このような磁界分布の表示は磁気ヘッドの開発において有効に利用できる。

また、ライト素子２３０の所定位置で、ライト駆動電流の値を変化させたときの磁界強度プロファイルを得ることができる。磁気記憶装置として磁気ヘッドを組み込むとき、ライト駆動電流に依存する特性に合わせて調整することで性能を高めることができる。図７は、ライトギャップ２３２の中央位置にＧＭＲ素子３２２を配置し、ライト駆動電流を変えたときの磁界強度のプロファイル例を示す。図７のプロファイル（１）は標準的なライト駆動電流の例で、プロファイル（２）は高ライト駆動電流での発生磁界強度は高いが、低ライト駆動電流では発生磁界強度が低い例である。プロファイル（３）は、低ライト駆動電流での発生磁界強度は高いが、高ライト駆動電流では発生磁界強度が低い例である。

また、ライト素子２３０の所定位置で、ライト駆動電流の周波数を変化させたときの磁界強度プロファイルを得ることができる。図８は図７と同様にライトギャップ２３２の中心位置にＧＭＲ素子３２２を配置し、ライト駆動電流の周波数を変えたときの磁界強度のプロファイル例を示す。図８のプロファイル（１）は標準的な周波数特性を示す例で、プロファイル（２）は周波数が高くなるに従い標準的なものに較べて発生磁界が少ないプロファイルの例を示している。

次に、磁気ヘッドの製造工程における本発明によるチェックを行う例を図９に示す。図９は、図１１に対応して描いたもので、ウェーハ上に磁気ヘッドを形成し、複数の磁気ヘッドを一列にしたスライダバーとしてウェーハから切り出す（Ｓ３００−Ｓ３２０）。続いて、サンプリングする磁気ヘッドを含むスライダバーに対してラッピングを行い、ラッピングしたスライダバーの状態で磁界強度を測定しチェックする。本発明では、ＨＧＡとして組み立て、磁気記録媒体に浮上させて測定する必要がないので、スライダバーの状態で測定できる（Ｓ３３０−Ｓ３５０）。以降は、図９と同様でチェック結果がＮＧならサンプリングしたウェーハの磁気ヘッドは総て破棄され（Ｓ１９０）、ＯＫであればサンプリングした以外のスライダバーに対して、ラッピング、浮上面形成、個片化およびＨＧＡ組み立てを行って製品に搭載する（Ｓ３６０−Ｓ４００）。

図９から判るように、本発明の測定方法ではスライダバーの状態でライト素子２３０の特性をチェックできるので、従来に較べて大幅に短い時間でチェック用のサンプルの作成が可能となる。

本発明による磁界分布測定装置の構成例である。 磁気ヘッドとスライダの構成例である。 検査対象のライト素子と磁気センサのリード素子の配置例である。 測定領域のスキャン例である。 磁界強度フロファイル例である。 本発明の方法により求めた磁界分布例である。 ライト駆動電流を変えたときの磁界強度プロファイル例である。 ライト駆動電流の周波数を変えたときの磁界強度プロファイル例である。 磁気ヘッド製造工程における本発明のチェック例である。 従来技術によるライトコア幅チェック方法である。 磁気ヘッド製造工程における従来のチェック例である。

符号の説明

１０ 磁気記録媒体
２０ ＨＧＡ
２１ リード素子
３０ トラック
１００ 磁界強度測定装置
２００ 磁気ヘッド
２１０ 基板
２２０ リード素子
２２１ 下部シールド
２２２ ＧＭＲ素子
２２３ 上部シールド
２３０ ライト素子
２３１ 下部磁極
２３２ ライトギャップ
２３３ 上部磁極
２３４ コイル
２３５ コイル
２５０ スライダ
２５１ 浮上面
２５２ リード電極
２５３ ライト電極
３００ 磁気ヘッド
３２２ ＧＭＲ素子

Claims (5)

1. 磁気ヘッドのライト素子の磁界強度を測定する磁界強度測定方法であって、
   前記ライト素子に所定のライト駆動電流を印加し、
   前記磁気ヘッドの浮上面に対向して磁気センサを近接配置し、該浮上面の前記ライト素子および該ライト素子近傍の所定領域を走査して磁界強度を測定、または該浮上面の該ライト素子および該ライト素子近傍の所定位置の磁界強度を測定する
   ことを特徴とする磁界強度測定方法。
2. 前記所定のライト駆動電流は、予め定めた複数のライト駆動電流、または予め定めた電流範囲のライト駆動電流であり、
   前記磁界強度の測定は、前記複数のライト駆動電流のそれぞれについて前記所定領域を走査して磁界強度を測定、または前記電流範囲にライト駆動電流を変化させて前記所定位置の磁界強度を測定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁界強度測定方法。
3. 前記所定のライト駆動電流は、予め定めた複数の周波数のライト駆動電流、または予め定めた周波数範囲のライト駆動電流であり、
   前記所定のライト駆動電流は、前記複数の周波数のライト駆動電流のそれぞれについて前記所定領域を走査して磁界強度を測定、または前記周波数範囲にライト駆動電流を変化させて前記所定位置の磁界強度を測定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁界強度測定方法。
4. 前記磁気ヘッドは、ウェハーから切り出したスライダバー、または個片化されたスライダに形成されたもの、またはＨＧＡ（ヘッドジンバルアセンブリ）として組み立てられたものである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の磁界強度測定方法。
5. 磁気ヘッドのライト素子の磁界強度を測定する磁界強度測定装置であって、
   前記磁界強度測定装置は、
   前記磁気ヘッドのライト素子に所定のライト駆動電流を印加する駆動電流印加手段と、
   前記磁気ヘッドを支持する支持台と、
   磁界強度を検知する磁気センサと、
   前記磁気センサを用いて磁界強度を測定する磁界強度測定手段と、
   前記磁気センサを搭載して微小移動の制御が可能なステージとを備え、
   前記支持台に固定した前記磁気ヘッドの浮上面に対向して、前記ステージに搭載した前記磁気センサを近接配置し、該磁気センサが該浮上面の所定領域を走査するよう該ステージを移動させて前記磁界測定手段を用いて前記ライト素子および該ライト素子近傍の磁界強度を測定する、または該磁気センサが該浮上面の所定位置に位置するよう該ステージを移動させて該磁界測定手段を用いて該ライト素子および該ライト素子近傍の磁界強度を測定する
   ことを特徴とする磁界強度測定装置。
   

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