JP2014199689A - 磁気ヘッド検査装置及び磁気ヘッド検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気力顕微鏡の動作条件を最適化して、微弱な磁界強度の測定に対応すること。【解決手段】磁気ヘッド検査装置は、磁気ヘッド（ローバー１）を載置し２次元方向に走査するＸＹステージ１１，１２と、先端に磁性探針を有し所定周波数で励振されるカンチレバー７と、カンチレバーを磁気ヘッドの表面から所定高さに保持するＺステージ１３と、磁気ヘッドの発生磁界により生じるカンチレバーの変位量を検出して変位信号を出力する変位検出部４４と、変位信号の分布に基づいて磁気ヘッドの実効トラック幅を求める演算手段と、磁気ヘッドのサイズに応じて、カンチレバーの振幅と磁気ヘッドの表面からの高さを設定する制御部３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜磁気ヘッドの磁界形状により実効トラック幅等を検査する磁気ヘッド検査装置及び磁気ヘッド検査方法に関する。

近年、薄膜磁気ヘッドの発生磁界形状を測定し磁気的な実効トラック幅等を検査するために、原子サイズレベルの高分解能を有する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）などを組み込んだ磁気ヘッド検査装置が用いられている。磁気力顕微鏡では磁界検出用の磁性探針を取り付けたカンチレバーを有し、これを磁気ヘッド上で走査移動し、探針の変位量を検出することで磁界形状を測定するものである。特許文献１には、ウエハ上に形成された複数のヘッド素子が連なっているローバー状態の薄膜磁気ヘッドを対象とし、ボンディングパッドにより各ヘッド素子に記録信号を入力し、各ヘッド素子から発生される磁界の様子を、上記カンチレバーにて測定する技術が開示されている。

特開２００９−２３０８４５号公報

ハードディスクの面記録密度の更なる向上のため、信号記録に用いられる薄膜磁気ヘッドは微細化され、またその書込みトラック幅も微小化されている。これに伴い、磁気ヘッドの実効トラック幅などをより高精度に測定することが要求されている。上記した磁気力顕微鏡を組み込んだヘッド検査装置は、基本的に高分解能での磁界測定を可能とするものであるが、磁気ヘッドの微細化に伴い磁気ヘッドから発生する磁界強度も微弱になることから、十分な測定感度が得られない場合がある。そこで、磁気力顕微鏡の動作条件を見直して、微弱な磁界強度の測定に対応することが課題とされている。

本発明の目的は、磁気力顕微鏡の動作条件を最適化して、微弱な磁界強度の測定に対応する磁気ヘッド検査装置及び磁気ヘッド検査方法を提供することである。

本発明の磁気ヘッド検査装置は、磁気ヘッドを載置し２次元方向に走査するＸＹステージと、先端に磁性探針を有し所定周波数で励振されるカンチレバーと、前記カンチレバーを前記磁気ヘッドの表面から所定高さに保持するＺステージと、前記磁気ヘッドの発生磁界により生じる前記カンチレバーの変位量を検出して変位信号を出力する変位検出部と、前記変位信号の分布に基づいて前記磁気ヘッドの実効トラック幅を求める演算手段と、前記磁気ヘッドのサイズに応じて、前記カンチレバーの振幅と前記磁気ヘッドの表面からの高さを設定する制御部と、を備える。

本発明によれば、微弱な磁界強度の測定に対応でき、微小なトラック幅を有する磁気ヘッドを高精度に検査することができる。

本発明の一実施の形態に係る磁気ヘッド検査装置の概略構成を示す図。 本実施例の検査方式の概要を示す図。 カンチレバーの動作条件の最適化を説明する図。 カンチレバーの励振電圧と差動アンプの出力の関係を示す図。 カンチレバーの動作条件の設定を示すフローチャート。

図１は、本発明の一実施の形態に係る磁気ヘッド検査装置の概略構成を示す図である。磁気ヘッド検査装置は、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、磁気ヘッド単体に切り出す前工程のローバー状態の磁気ヘッドについて実効トラック幅などを測定するものである。ローバー１は、通常、３ｃｍ〜５ｃｍ程度の細長いブロック体としてウエハから切り出されたもので、４０個〜６０個程度の磁気ヘッドが配列された構成となっている。

検査ステージ１０は、ローバー１をＸ，Ｙ方向に移動可能なＸステージ１１、Ｙステージ１２から構成されている。Ｙステージ１２の上面には、ローバー１の載置部が設けられて、ローバー１は載置部の上面に形成された段差部に当接されることで、その長軸がＸ軸に平行に位置決めされる。

Ｚステージ１３は、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）のカンチレバー７を保持し、Ｚ方向に移動させるものである。検査ステージ１０のＸステージ１１，Ｙステージ１２、Ｚステージ１３は、それぞれピエゾステージで構成されている。図示していないが、Ｙステージ１２の上方には位置ずれ量測定用のカメラが設けられている。所定の位置決めが終了すると、ローバー１は載置部に吸着保持され、図示していないプローブカードのプローブ先端がローバー１側面の端子に接続される。これによってローバー１の磁気ヘッドの記録用コイルに励磁用信号を供給する。

ピエゾドライバ２０は、Ｘステージ１１、Ｙステージ１２、及びＺステージ１３をそれぞれ駆動制御する。制御部３０は、モニターを含むパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成され、ピエゾドライバ２０を制御する。Ｙステージ１２上に載置されたローバー１の上方には、先端の尖った磁性探針を自由端とするカンチレバー７が対向して配置されている。カンチレバー７は、Ｚステージ１３の下側に設けられた励振部材に取り付けられている。励振部材はピエゾ素子で構成され、ピエゾドライバ２０からの励振電圧によって機械的共振周波数近傍の周波数の交流電圧が印加され、磁性探針は上下方向に振動される。磁気ヘッドからの磁界を受けると磁性探針に引力又は斥力の磁気力が生じ、カンチレバー７のＺ方向の変位量が変化する。

磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）においてカンチレバー７の変位量を検出する変位検出部は、半導体レーザ素子４１と、反射ミラー４２，４３と、２分割光ディテクタ素子からなる変位センサ４４とで構成される。半導体レーザ素子４１から出射した光は、反射ミラー４２で反射されカンチレバー７上に照射される。カンチレバー７で反射された反射光は、反射ミラー４３でさらに反射されて変位センサ４４に導かれる。変位センサ４４から２つの検出信号が出力され、差動アンプ５０は２つの信号の差分信号から変位信号を生成する。差動アンプ５０から出力される変位信号は、カンチレバー７の変位に応じた信号であり、カンチレバー７は振動しているので交流信号となる。ＤＣコンバータ６０は、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ（Root Mean Squared value to Direct Current converter）で構成され、差動アンプ５０から出力される変位信号を実効値の直流信号に変換する。ＤＣコンバータ６０から出力される変位信号は、フィードバックコントローラ７０に出力される。フィードバックコントローラ７０は、現在のカンチレバー７の変位信号を制御部３０とピエゾドライバ２０に送る。

制御部（ＰＣ）３０は、変位信号よりカンチレバー７の振動の大きさをモニターするとともに、変位信号から磁気ヘッドの実効トラック幅を演算する。また制御部３０は、変位信号に応じてピエゾドライバ２０に対し、Ｚステージ１３の制御信号を送る。すなわち、検査時のカンチレバー７がローバー１表面から所定の高さに位置するよう、Ｚステージ１３のＺ方向位置を調整する。これにより、カンチレバー７の振動の大きさが最適化され、測定精度が確保される。ここでカンチレバー７の高さ位置は、磁気ヘッドのサイズに応じて変更して設定する。従来の設定では、例えばハードディスクドライブのヘッド浮上高さに一律に設定していたが、ヘッドのサイズが微小化している場合には、カンチレバー７の高さを小さく設定する。

発振器８０は、カンチレバー７を励振するための発振信号をピエゾドライバ２０に供給する。また制御部３０はピエゾドライバ２０に対して、磁気ヘッドのサイズに応じてカンチレバー７の振幅を規制する振幅制御信号を送る。ピエゾドライバ２０は、発振器８０からの発振信号と制御部３０からの振幅制御信号に基づいて、カンチレバー７を所定の周波数と規制された励振電圧で振動させる。

このように、磁気ヘッドのサイズに応じてカンチレバー７の高さを小さい値に保持し、またカンチレバー７の振幅を小さく設定することで、磁気ヘッドからの微弱な磁界信号を感度良く測定し、磁気ヘッドの実効トラック幅を高精度に求めることができる。

図２は、本実施例の検査方式の概要を示す図であり、（ａ）は、磁気ヘッド近傍の構成を拡大して示す図であり、（ｂ）は、カンチレバーの変位信号の一例を示す図である。図２（ａ）に示すように、カンチレバー７は、ローバー１（磁気ヘッド）の表面から所定の高さＨ（例えばヘッド浮上高さ）にカンチレバー７の磁性探針の先端部が位置するように、Ｚステージ１３によって位置決めされる。カンチレバー７は、ローバー１（磁気ヘッド）に対して相対的にスキャン方向７１にスキャンされる。この実施例では、Ｘステージ１１及びＹステージ１２によってローバー１が移動される。

このとき、磁気ヘッドはＡＣ励磁されているので、カンチレバー７はＡＣ励磁に同期した磁気力を受けて変位する。カンチレバー７の変位状態は図２（ｂ）の変位信号のようになり、この変位信号を検出することによって、磁気ヘッドの実効トラック幅を求めることができる。なお、磁気ヘッドをＡＣ励磁することなく通常のＭＦＭとして検査することによって、磁気ヘッドのポール幅を求めることができる。

本実施例では、磁気ヘッドのサイズに応じてカンチレバー７の高さＨと振幅を最適に設定して測定するものである。これは、励振状態にあるカンチレバー７の振幅を小さくすると、磁気ヘッドから受ける磁気力が相対的に増大し、カンチレバーの変位信号すなわち測定感度を向上させることができるからである。以下その説明を行う。

図３は、カンチレバーの動作条件の最適化を説明する図である。磁気ヘッドのサイズＰが縮小された状態において、（ａ）は、カンチレバー７の励振電圧Ｖを大きく設定した場合、（ｂ）カンチレバーの励振電圧Ｖを小さく設定した場合に、カンチレバーの受けるヘッド磁界を示している。

カンチレバーの振幅Ｗ、ヘッド面からのカンチレバーの高さＨ、カンチレバーが磁界を横切る時間Ｔとするとき、変位信号となるアンプ出力Ａは（１）式で表わされる。
Ａ＝ｋ・｛Ｔ／（Ｈ・Ｗ）｝ （１）
ここにカンチレバーの振幅Ｗはカンチレバーの励振電圧Ｖに比例し、ｋは定数である。

ここで、パラメータＷ、Ｈ、Ｔの間には次のような関係がある。
（イ）振幅Ｗが大きくなると高さＨは大きくなり、Ｗが小さくなるとＨは小さくなる。カンチレバーの振幅Ｗが大きくなると、カンチレバーがヘッド面と接触するのを避けるために高さＨを大きくしてヘッド面から遠ざけねばならない。一方振幅Ｗが小さくなると、振動時にヘッド面と接触しない範囲で高さＨを小さくし、カンチレバーをヘッド面に近づけることができる。

（ロ）高さＨが大きくなると時間Ｔは小さくなり、Ｈが小さくなるとＴは大きくなる。測定対象のローバー状態の磁気ヘッドから発生する磁界は、円弧状に分布する（破線で示す）。カンチレバーの高さＨが大きいと、カンチレバーは円弧領域の周辺部を通過するため、磁界を横切る時間Ｔは小さくなる。一方高さＨが小さいと、円弧領域の中心部を通過するため、時間Ｔは大きくなる。
以上より、振幅Ｗを小さくすることで、高さＨも小さく設定でき、時間Ｔは大きくなる。これらの関係から、（１）式に従いアンプ出力Ａは増大する。

図４は、カンチレバー７の励振電圧Ｖと差動アンプの出力Ａの関係を示す図である。励振電圧Ｖを下げることでアンプ出力Ａは増大し、最大点を過ぎると破線のように減衰する。この最大点は磁気ヘッドのサイズＰに依存し、磁気ヘッドのサイズＰが小さくなるほど最適な励振電圧はＶｐ２からＶｐ１へ小さくなる。

図５は、カンチレバーの動作条件の設定を示すフローチャートである。
Ｓ１０１において、検査する磁気ヘッドのサイズＰの情報を制御部３０に入力する。

Ｓ１０２において、制御部３０はヘッドサイズＰに応じて、カンチレバー７の最適励振電圧Ｖｐをピエゾドライバ２０に設定する。
Ｓ１０３において、制御部３０はヘッドサイズＰに応じて、カンチレバー７のヘッド表面からの高さＨを設定する。

Ｓ１０４において、ピエゾドライバ２０はカンチレバー７を励振電圧Ｖｐで振動させる。またピエゾドライバ２０はＺステージ１３に対し、カンチレバー７のヘッド表面からの高さがＨとなるよう駆動する。
Ｓ１０５において、ＸＹステージにより磁気ヘッドをスキャンし、カンチレバーの変位信号から磁界形状を測定する。

このように本実施例によれば、磁気ヘッドのサイズに応じてカンチレバー７の振幅を小さく設定し、またカンチレバー７の高さを小さく設定することで、磁気ヘッドからの微弱な磁界信号を感度良く測定し、磁気ヘッドの実効トラック幅を高精度に求めることができる。

１…ローバー（磁気ヘッドが配列されたブロック）、
７…カンチレバー、
１０…検査ステージ、
１１…Ｘステージ、
１２…Ｙステージ、
１３…Ｚステージ、
２０…ピエゾドライバ、
３０…制御部（ＰＣ）、
４１…半導体レーザ素子、
４２，４３…反射ミラー、
４４…変位センサ、
５０…差動アンプ、
６０…ＤＣコンバータ、
７０…フィードバックコントローラ、
８０…発振器。

Claims (3)

1. 磁気ヘッドを載置し２次元方向に走査するＸＹステージと、
   先端に磁性探針を有し所定周波数で励振されるカンチレバーと、
   前記カンチレバーを前記磁気ヘッドの表面から所定高さに保持するＺステージと、
   前記磁気ヘッドの発生磁界により生じる前記カンチレバーの変位量を検出して変位信号を出力する変位検出部と、
   前記変位信号の分布に基づいて前記磁気ヘッドの実効トラック幅を求める演算手段と、
   前記磁気ヘッドのサイズに応じて、前記カンチレバーの振幅と前記磁気ヘッドの表面からの高さを設定する制御部と、
   を備えたことを特徴とする磁気ヘッド検査装置。
2. 請求項１に記載の磁気ヘッド検査装置であって、
   前記制御部は、前記磁気ヘッドのサイズが小さくなるに従い、前記カンチレバーの振幅と前記磁気ヘッドの表面からの高さを小さく設定することを特徴とする磁気ヘッド検査装置。
3. 先端に磁性探針を有するカンチレバーを所定周波数で励振するステップと、
   ＸＹステージにより磁気ヘッドを載置し２次元方向に走査するステップと、
   Ｚステージにより前記カンチレバーを前記磁気ヘッドの表面から所定高さに保持するステップと、
   前記磁気ヘッドの発生磁界により生じる前記カンチレバーの変位量を検出して変位信号を出力するステップと、
   前記変位信号の分布に基づいて前記磁気ヘッドの実効トラック幅を求めるステップと、
   前記磁気ヘッドのサイズに応じて、前記カンチレバーの振幅と前記磁気ヘッドの表面からの高さを設定するステップと、
   を備えたことを特徴とする磁気ヘッド検査方法。

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