JP2015069664A - 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】微弱な磁界強度においても再現性良くトラック幅を算出すること。
【解決手段】磁気ヘッド検査装置は、磁気ヘッドを載置するステージと、ステージに載置された磁気ヘッドから発生する磁界強度を測定する磁界測定部と、測定された磁界強度分布から磁界強度分布をガウス分布により近似して、近似したガウス分布の分布形状を基に磁気ヘッドの実効トラック幅を算出する制御部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気ヘッドの磁界形状により実効トラック幅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、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、トラック幅を高精度に測定するのは困難となる。

例えば特許文献１に記載の検査装置を用いてヘッド素子をスキャンし、磁界強度の分布(プロファイル)を取得する場合、トラック幅の微小化に伴いそのプロファイルは小さくかつ不安定になる。その理由は、測定ポイント数が減少し、また外乱ノイズ等を受けやすいためで、得られるプロファイルの再現性が悪化するからである。この対策として、従来、測定されたプロファイルの斜辺を直線で近似して実効トラック幅を算出する方法が知られている。しかしながら、磁気ヘッドから発生する本来の磁界分布は曲線状であり、直線近似はプロファイルの一部分にしか適用できないことから、測定精度の向上には限界があった。

本発明の目的は、微弱な磁界強度においても再現性良くトラック幅を算出でき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、磁気ヘッドを載置するステージと、前記ステージに載置された磁気ヘッドから発生する磁界強度を測定する磁界測定部と、測定された磁界強度分布から前記磁界強度分布をガウス分布により近似して、近似した前記ガウス分布の分布形状を基に磁気ヘッドの実効トラック幅を算出する制御部とを備える。

ここに前記制御部は、ガウス分布により近似するとき、測定された磁界強度から磁気記録媒体の保磁力に応じたオフセット量を差し引く補正を行う。

本発明によれば、ガウス分布近似により磁界強度分布の実測値プロファイルに良くフィッティングできるので再現性が良い。その結果、微弱な磁界強度においても実効トラック幅を精度良く算出することができる。

本発明の一実施例に係る磁気ヘッド検査装置の概略構成を示す図である。 本実施例におけるトラック幅算出法を説明する図である。 直線近似によるトラック幅算出法を説明する図である（比較例）。 ガウス分布によるフィッティング手順を説明する図である。

図１は、本発明の一実施例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がローバー１と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。すなわち、磁気ヘッドからの磁界強度はカンチレバー７の変位量に変換される。

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、磁界強度に対応する変位信号から磁気ヘッドの実効トラック幅を算出する。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、測定動作を安定化させる。

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。ピエゾドライバ２０は、発振器８０からの発振信号に基づいて、カンチレバー７を所定の周波数で振動させる。

ここで、制御部３０は、カンチレバー７の変位信号（磁界強度分布）から磁気ヘッドの実効トラック幅を算出する際、磁界強度分布がガウス分布しているものとし、ガウス分布の曲線でフィッティングすることで高精度に実効トラック幅を算出する。これは本発明者等がいくつかの近似曲線を試したところ、ガウス分布を仮定したときに最も良く磁界分布にフィッティングできることを見出したことに基づいている。

図２は、本実施例におけるトラック幅算出法を説明する図である。横軸は磁気ヘッド上の測定位置で、具体的には被測定磁気ヘッド（ローバー１）をスキャンするカンチレバー７のＸ座標である。縦軸は検出磁界強度であり、制御部３０に入力するカンチレバー７の変位信号である。なお、カンチレバーから得られる変位信号は、カンチレバーが振動する際の位相変化量として検出される。

磁気ヘッドを励磁した時に測定される磁界強度分布（プロファイル）の例を実線で示す。本実施例では、このプロファイルをガウス分布の曲線（一点鎖線）をフィッティングさせて近似する。フィッティングする時には、ガウス分布の広がり幅（分散）の調整だけでなく、磁界強度のオフセット分を補正する。このオフセット量は、磁気ディスクの保磁力から決定する。そして、ガウス分布でフィッティングしたプロファイルから、所定のレベル（例えばその半値レベル）における実効トラック幅Ｔｗを求める。

図３は、比較のために、直線近似によるトラック幅算出法を説明する図である。これは従来のトラック幅算出法の１つであり、磁気ヘッドの磁界強度分布に対し、その両側斜辺部を直線（一点鎖線）でフィッティングさせて近似する。そして、所定レベルにおける実効トラック幅Ｔｗを求める。

図２と図３の算出方法を比較すると、図３の直線近似の場合は、実測値プロファイルが曲線状であるため、どの位置でフィッティングするかによって直線の傾きが変化し、算出されるＴｗ値が変動して再現性が悪くなる。これに対し図２のガウス分布近似によれば、実測値プロファイルの大部分の領域で良くフィッティングできることで再現性が良い。また、ディスク保磁力に応じたオフセット補正を行うことで、ディスクへの記録能力を考慮した実効トラック幅を精度良く算出することができる特徴がある。

ここで、フィッティングに用いるガウス分布の式について説明する。ガウス分布は、一般に次の数式１で与えられる。

さらに磁気ディスクへの記録能力を考慮し、数式１に対し振幅（Gain）とオフセット（OFFSET）のパラメータを導入した次の数式２に置き換えて、フィッティングを行う。

ここに、ｘはスキャン方向の位置、σ²は磁界強度の分散、μは平均値、Gainは磁界強度最大値、OFFSETは磁気ディスクの保磁力である。フィッティング時には、Gain、OFFSET、σを調整パラメータとする。

図４は、ガウス分布によるフィッティング手順を説明する図である。
（ａ）は磁界強度分布の実測値を示し、これにオフセットレベルを設定する。なお、フィッティング時はガウス分布の平均値μ＝０とするため、これに合わせて磁界強度の最大位置が測定位置の原点になるように、磁界強度分布全体をシフトさせている。

（ｂ）はオフセット補正を示し、（ａ）で設定したオフセットレベル以下のデータ点を削除して、オフセットレベルの値で置き換える。これは、磁界強度がオフセットレベル以下ではディスクへの書き込みができないから、これを排除するためである。

（ｃ）はガウス分布の曲線（一点鎖線）であり、縦方向はGain、横方向はσのパラメータを変えることで、ガウス分布の曲線形状を調整可能となっている。

（ｄ）はガウス分布によるフィッティングを示す。フィッティングでは、磁界強度分布の最大値が一致するようにガウス分布式中のGain値を調整し、かつ、磁界強度分布の広がりが一致するようにガウス分布式中のσ値を調整する。その際、両者の曲線の一致度を判定するため、各測定位置における両者の差分値（近似誤差）を求めてその差分値の総和が最小になるよう調整する。調整が終わったら、所定レベル（例えば半値レベル）におけるガウス分布の拡がり幅から、実効トラック幅Ｔｗを決定する。

このように本実施例で用いたガウス分布近似によれば、磁界強度分布の実測値プロファイルに良くフィッティングできるので再現性が良い。その結果、微弱な磁界強度においても実効トラック幅を精度良く算出することができる。

以上述べた実施例では、ヘッド磁界検出のため磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いた場合としたが、磁界測定はこれに限らず、走査型ホールプローブ顕微鏡（ＳＨＰＭ）、走査型磁気抵抗効果顕微鏡（ＳＭＲＭ）など任意の方式に適用できる。また、測定対象の磁気ヘッドは、複数のヘッド素子が連なっているローバー状態であっても、あるいは各ヘッド素子に切り出したスライダ状態であっても適用できることは、言うまでもない。

１…ローバー（磁気ヘッド）、
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、
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 (5)

1. 磁気ヘッドを載置するステージと、
   前記ステージに載置された前記磁気ヘッドから発生する磁界強度を測定する磁界測定部と、
   前記測定された磁界強度分布から前記磁界強度分布をガウス分布により近似して、近似した前記ガウス分布の分布形状を基に前記磁気ヘッドの実効トラック幅を算出する制御部と、
   を備える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において、
   前記制御部はガウス分布により近似するとき、測定された磁界強度から磁気記録媒体の保磁力に応じたオフセット量を差し引く補正を行うことを特徴とする磁気ヘッド検査装置。
3. 磁気ヘッドをステージに載置するステップと、
   前記磁気ヘッドから発生する磁界強度を測定するステップと、
   前記測定された磁界強度分布をガウス分布により近似するステップと、
   前記近似した前記ガウス分布の分布形状を基に前記磁気ヘッドの実効トラック幅を算出するステップと、
   を備えることを特徴とする磁気ヘッド検査方法。
4. 請求項３に記載の磁気ヘッド検査方法において、
   前記ガウス分布により近似するステップでは、測定された磁界強度から磁気記録媒体の保磁力に応じたオフセット量を差し引く補正を行うことを特徴とする磁気ヘッド検査方法。
5. 請求項３又は４に記載の磁気ヘッド検査方法において、
   前記ガウス分布により近似するステップは、前記磁界強度分布の最大値を前記ガウス分布と一致するように調整することを特徴とする磁気ヘッド検査方法。

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