JP6219332B2 - 熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置及びその方法 - Google Patents

熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置及びその方法 Download PDF

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Description

本発明は、走査プローブ顕微鏡を用いて微小熱源を測定して熱アシスト磁気ヘッド素子の熱アシスト光発光部と磁界発生部を検査する熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置及びその方法に関する。
走査プローブ顕微鏡を用いて微小熱源を測定して熱アシスト磁気ヘッド素子の熱アシスト光発光部と磁界発生部を検査する技術分野の背景技術として、特開２０１３−１０１０９９号公報（特許文献１）、特開２０１１−２４７８９９号公報（特許文献２）及び特開２０１４−２１１４０９号公報(特許文献３)がある。
特許文献１には、「熱アシスト磁気ヘッド素子を検査する検査装置に、探針の表面に磁性膜が形成されていてこの磁性膜の表面に貴金属又は貴金属を含む合金の微粒子又は薄膜が形成されているカンチレバーと、カンチレバーの振動を検出する変位検出手段と、近接場光発光部から発生しカンチレバーの探針の貴金属又は貴金属を含む合金の微粒子又は薄膜で増強された近接場光による散乱光を検出する近接場光検出手段と、変位検出手段と近接場光検出手段とで検出して得た信号を処理する処理手段とを備えた。」と記載されている。
また、特許文献２には、「先端にプローブを有するカンチレバーまたは任意の形状のプローブからなる測定対象に光を照射する光源と、前記光源を駆動する光源駆動回路と、前記光源から測定対象に照射した後の光を所定位置にスポット光として位置合わせを経て受光し光強度を検出する受光面の材質が半導体よりなる光検出器と、前記光検出器の検出信号を所定の増幅率で増幅する増幅器と、該増幅器の増幅率を任意に調整可能にする増幅器可変手段と、前記光源から前記測定対象への照射光強度を任意に変更する光強度可変手段と、を備えた走査型プローブ顕微鏡の変位検出方法において、前記光強度可変手段による前記光源の光強度の変更が、前記測定対象の変形が所定の変形量の値に納める調整と共に、前記増幅率可変手段の増幅率の調整により、前記光検出器での所望の感度での光検出を行なうことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の変位検出方法。」が記載されている。
また、上記特許文献２には、「測定対象の反射率の違いによる受光強度の違いに応じて、光検出器での検出感度が所定の値となるように検出信号を増幅するようにした。」と記載されている。
さらに、特許文献３には、熱アシスト磁気ヘッド検査装置において、特定の磁性材料の薄膜の磁気特性の温度依存性を事前に入手しておき、探針の表面に前記特定の磁性材料を形成したカンチレバーを用いて熱アシスト磁気ヘッドが発生した近接場光による微小熱源のすぐ近傍にある書込み磁界を計測する際に、カンチレバー先端の探針が微小熱源と接触して温度が上昇して探針に形成した磁性材料の磁気特性が変化するのを利用して、事前に入手しておいた磁気特性の温度依存性のデータを用いて、近接場光の温度を推定するようにしたことが記載されている。
特開２０１３−１０１０９９号公報 特開２０１１−２４７８９９号公報 特開２０１４−２１１４０９号公報
次世代ハードディスク用の磁気ヘッドとして、熱アシスト磁気ヘッド素子が検討されている。熱アシスト磁気ヘッド素子から発生する熱アシスト光即ち近接場光は、数十ナノメートル（ｎｍ）以下の範囲で発生する。この近接場光が熱源としてもつエネルギー密度または絶対温度が、ハードディスクの書き込みトラック幅を決める。そのため、熱アシスト磁気ヘッド素子の性能を調べるべく、上記した近接場光の空間強度分布等の情報を取得する検査方法が求められている。近年、熱アシスト磁気ヘッドが発生させる近接場光のような微小な発光エリアに対して、走査プローブ顕微鏡（Scan Probe Microscope: ＳＰＭ）検査技術の１種である近接場光学顕微鏡（Scan Near-field Optical Microscope：ＳＮＯＭ）を用い，近接場光の空間強度分布等を測定する技術が注目されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に開示されている検査装置では、測定においてキーコンポーネントとなるカンチレバーの測定探針の径がカンチレバー毎にばらつきがあることについて配慮されておらず、カンチレバーを交換する毎に測定感度が変わってしまい、安定して精度良く検査することが困難であり、また、測定感度を精度良く校正することは困難である。
一方、上記特許文献２には、ＳＰＭによる検査方法において、「受光強度の違いに応じて、光検出器での検出感度が所定の値となるように検出信号を増幅する」ことにより、検出感度を調整する変位検出方法が開示されている。しかしながら、特許文献２の変位検出方法では、測定探針（プローブ）の径の違いにより散乱光強度が異なることを考慮しておらず、検出感度を精度良く調整することは困難である。
さらに、特許文献３に開示されている熱アシスト磁気ヘッド検査装置においては、測定においてキーコンポーネントとなるカンチレバーの測定探針の径がカンチレバー毎にばらつきがあることに対して配慮されておらず、カンチレバーを交換する毎に測定感度が変わってしまい、安定して精度良く検査することが困難であり、また、測定感度を精度良く校正することは困難である。
そこで本発明は、カンチレバーの測定探針の径がカンチレバー毎にばらつきがあっても高い精度での検査を保証することができる熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置及びその方法を提供するものである。
上記した課題を解決するために、本発明では、熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置を
、熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で熱アシス
ト磁気ヘッド素子の表面を走査するカンチレバーと、カンチレバーに光を照射してカンチ
レバーからの反射光を検出する変位検出系と、熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査す
るカンチレバーからの散乱光を検出する光検出器と、変位検出系からの出力信号と光検出
器からの出力信号を受けて信号を処理する信号処理部と全体を制御する制御部とを備えて
構成し、更に、熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から発生する近接場光とほぼ
同じ近接場光を発生させる近接場光発生サンプルを載置する載置部と、レーザを発射する
レーザ光源と、レーザ光源から発射されたレーザを載置部に載置された近接場光発生サン
プルに照射して近接場光発生サンプルから近接場光を発生させるレーザ照射光学系と、近
接場光発生サンプルを載置する載置部とレーザ照射光学系とを載置して近接場光発生サン
プルをカンチレバーの直下とカンチレバーから離れた場所との間を移動させるテーブル部
とを備えるようにした。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から近接場光を発生させた状態でカンチレバーで熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査し、熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査しているカンチレバーに光を照射してカンチレバーからの反射光を検出し、熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査するカンチレバーからの散乱光を光検出器で検出し、カンチレバーからの反射光を検出した信号と光検出器からの出力信号を受けて信号を処理して熱アシスト磁気ヘッド素子を検査する熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法において、予め、熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から発生する近接場光とほぼ同じ近接場光を発生させる近接場光発生サンプルにレーザ光源から発射されたレーザを照射して近接場光発生サンプルから近接場光を発生させた状態で近接場光発生サンプルの表面をカンチレバーで走査してカンチレバーの探針からの散乱光を光検出器で検出して得た信号の情報を用いて熱アシスト磁気ヘッド素子を検査するようにした。
本発明によれば、カンチレバーの測定探針の径がカンチレバー毎にばらつきがあっても高い精度での検査を保証することができる熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置および検査方法を提供することができるようになった。
本発明の実施例１乃至３に係る発光サンプルの断面図である。 本発明の実施例１乃至３に係る発光サンプルの開口部の形状を示す発光サンプルの平面図である。 本発明の実施例１乃至３に係る発光サンプルにレーザを照射する照明系とレーザ光源の概略の構成を示す側面図である。 本発明の実施例１乃至３に係る標準発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１乃至３に係る検査装置の検出原理を説明する、計測している状態を示すカンチレバーと発光サンプル、及び検出器の側面図である。 本発明の実施例１に係る検出方法を説明する図で、（ａ）はカンチレバーの探針の先端部の径が大きい場合の発光サンプルとカンチレバーの断面図、（ｂ）はカンチレバーの探針の先端部の径が小さい場合の発光サンプルとカンチレバーの断面図、（ｃ）は探針径と検出光量の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る検出方法を説明する処理フロー図である。 本発明の実施例２に係る検出原理を説明する図で、事前に既知な探針径（５０nm〜１００nm）を用いて、発光サンプルを測定した探針径と検出光量の関係を説明するグラフである。 本発明の実施例２に係る検出方法を説明する処理フロー図である。 本発明の実施例３に係る発光サンプルに関するもので、（ａ）は開口形状が円型の場合の発光サンプルの平面図、（ｂ）は発光サンプルをカンチレバーを用いた測定して得られた発光サンプルの画像、（ｃ）は（ｂ）の画像のラインＡ−Ａの信号波形を示す波形図である。
本発明は、カンチレバーの測定探針の径がカンチレバー毎にばらつきがあっても高い精度での検査を保証することができるようにした熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置及び熱アシスト磁気ヘッドの検査方法に関するものである。
また、本発明は、熱アシスト磁気ヘッド素子を検査する装置を、熱アシスト磁気ヘッド素子を載置した平面内で移動可能なテーブルの隣に、近接場光を発光できる標準的なサンプルと前記発光サンプルを発光させられる照明光学系を付加し、前記発光サンプルの近接場光発光部から近接場光を発生させ、カンチレバーの探針が発光サンプルの表面の近傍で上下に振動することによる探針と近接場光との接触による近接場光の散乱光成分をＰＭＴやＰＤ等の光検出器で検出し、カンチレバーを交換する際に、上記近接場光発光サンプルを測ることで、カンチレバーの個体差による近接場光測定ばらつきを記録し、検出器のゲイン調整や、測定結果に補正を付加することで、測定感度のばらつきをなくすようにした。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。本発明の要旨を超えない限り、本発明は以下説明する実施例及び図面に限定されるものではない。
まず、図１及び図２により、本発明の標準近接場光発光サンプル（標準試料：以下、発光サンプルと記す。）の設計・製造情報について説明する。実施例１は、発光サンプルを搭載した熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置において、光発光サンプルを測ることで、カンチレバーの個体差による近接場光測定ばらつきを記録し、光検出器のゲイン調整や、測定結果に補正を付加することで、測定感度のばらつきをなくすことができる熱アシスト磁気ヘッド素子を検査するものである。
熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置に搭載する発光サンプル１００はＳｉＯ２基板１００１上に成膜した薄膜に開口パターン１００４を形成したサンプルである。具体的には、図１に示すように、ＳｉＯ２基板１００１(厚さ:０．６２５ｍｍ)にＣｒ膜１００２(厚さ：２〜５ｎｍ程度)を成膜し、その後にＡｕ膜１００３(厚さ：５０ｎｍ程度)を成膜した。ここで、Ｃｒ膜１００２はバッファ層として、Ａｕ膜１００３がしっかりＳｉＯ２基板１００１に付くようにするために形成した層である。Ａｕ膜１００３は熱アシスト磁気ヘッドの近接場光発光部の材質と同一であり、赤外領域の光に対して、近接場光発光能力が高く、且つ非常に安定な（酸化せず）材質である。
成膜したサンプルに対して、電子描画で各種形状の開口パターン１００４を製作する。パターンの形状は各熱アシスト磁気ヘッドメーカが公開した情報を参考にして設計し、光学シミュレーションにより最適化し、開口５０〜２００ｎｍのパターンを製作した。図２は各パターンの形状を示しており、（ａ）は円型、（ｂ）はＣ型、（ｃ）はＶ型、（ｄ）はＨ型である。
次に、図３により、本実施例による発光サンプル１００への照明系４０２とレーザ光源３０１の構成について説明する。
レーザ光源３０１は波長７９０nmの近赤外領域の波長を持ち、パワーは０〜４０Ｗで可変である。レーザ光源３０１の波長７９０nmは、発光サンプル１００に形成した開口パターン１０４の寸法５０〜２００ｎｍと比べて十分に大きいので、このレーザを開口パターン１０４から出射させると、開口パターン１０４の極近傍に、近接場光が発生する。
照明系４０２は、コリメータレンズ３０３、十字ステージ３０４、集光レンズ３０５、ビームスプリッタ３０６、コリメータレンズ３０３と集光レンズ３０５を固定するパイプ３０７とを備えて構成されている。また、レーザ光源３０１と照明系４０２とは、偏波保持ファイバー３０２で接続されている。
このような構成で、レーザ光源３０１から出射された直線偏光は偏波保持ファイバー３０２を通して、照明系４０２のコリメータレンズ３０３に伝搬され、コリメータレンズ３０３で準平行光化される。この準平行光化されたレーザは、集光レンズ３０５で集光されて、ビームスプリッタ３０６に入射する。集光してビームスプリッタ３０６に入射したレーザは、Ｓ偏光成分が反射されて励起光３０８となってビームスプリッタ３０６の上面から出射し、ビームスプリッタ３０６の上部で発光サンプル１００に入射する。発光サンプル１００にＳｉＯ２基板１０１から入射した励起光３０８は、ＳｉＯ２基板１０１を透過して、表面のＡｕ膜１０３によって形成された発光面に到達する。
ここで、集光レンズ３０５の焦点位置が発光サンプル１００の表面のＡｕ膜１０３の位置に一致するように集光レンズ３０５の焦点位置を調節する。これにより、焦点に集光されて入射した励起光３０８によりＡｕ膜１０３からは近接場光が発生する。また、コリメータレンズ３０３と集光レンズ３０５を固定するパイプ３０７を回転させることにより、ビームスプリッタ３０６で反射して励起光３０８となるＳ偏光の光量を調整することができる（一般的には発光サンプルパワーメータを用いて、ビームスプリッタ３０６の上面から出射するＳ偏光の光量が最大となるようにパイプ３０７を回転させて調整する）。また、パイプ３０７は十字動ステージ３０４に固定され、十字動ステージ３０４の位置を調整ねじ３０４１，３０４２で調整することで、発光サンプル１００に入射してＡｕ膜１０３に形成された開口パターン１０４に到達する光の位置を発光面（ＸＹ平面）で調整することができる。
図４は、本発明に係る発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子検査装置の第１実施形態の基本的な構成図である。
本実施例に係る熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置１０００は、走査型プローブ顕微鏡をベースとしている。熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置１０００は、検査ステージ１０１、検査ステージ１０１に搭載されたＸステージ１０６、Ｙステージ１０５、Ｚステージ１０４、Ｙステージ上にあってローバー４０を載置する載置部１１４、カンチレバー１を振動させる加振部１２２、Ｘステージ１０６とＹステージ１０５とＺステージ１０４と加振部１２２とを図示していないピエゾ素子で駆動させるピエゾドライバ１０７、ピエゾドライバに高周波信号を送る発信機１０２、検査ステージ１０１に固定されてカンチレバー１と載置部１１４に載置されたローバー４０を撮像するカメラ１０３、カンチレバー１にレーザビームを照射する半導体レーザ素子１０９、カンチレバー１で反射したレーザビームを検出する変位センサ１１０、変位センサ１１０の出力信号を増幅する差動アンプ１１１、差動アンプ１１１の出力信号をＡ/Ｄ変換するＤＣコンバータ１１２、ＤＣコンバータ１１２の出力信号を受けてフィードバック信号を生成するフィードバックコントローラ１１３、カンチレバー１の先端部分に形成した探針１１で反射散乱した光を検出する光検出器３、図３を用いて説明した照明系４０２、レーザ光源３０１、偏波面保持ファイバー３０２、発光サンプル１００を載置する載置部４０１、ロックインアンプ(図示せず)を内蔵して全体を制御する制御部ＰＣ１３０を備えて構成されている。
本実施例に係る発光サンプル１００を搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置１０００は、走査型プローブ顕微鏡をベースとしている。発光サンプル１００を搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置１０００は、測定キーコンポーネントのカンチレバー１を交換する際、カンチレバー１の個体差による測定感度のばらつきを測定し、補正することと、熱アシスト磁気ヘッド素子の製造工程において、多数の薄膜熱アシスト磁気ヘッド素子が形成されたウェハを加工してスライダ単体（薄膜磁気ヘッドチップ）を切り出す前の工程のローバー４０（ヘッドスライダが配列されたブロック）の状態で熱アシスト磁気ヘッド素子の発生する近接場光の強度分布を測定することが可能なものである。（通常、多数の薄膜磁気ヘッド素子が形成されたウエハから３ｃｍ〜１０ｃｍ程度の細長いブロック体として切り出されたローバー４０は、４０個〜９０個程度のヘッドスライダ（薄 膜磁気ヘッド素子）が配列された構成となっている。）
Ｙステージ１０５の上方にはローバー４０と発光サンプル１００の位置ずれ量測定用のカメラ１０３が設けられている。Ｚステージ１０４は検査ステージ１０１のカラムに固定されており、カンチレバー１をＺ方向に移動させるものである。検査ステージ１０１のＸステージ１０６、Ｙステージ１０５、Ｚステージ１０４は、それぞれ図示していないピエゾ素子で駆動されるピエゾステージで構成されている。
ローバー４０または発光サンプル１００の所定の位置決めが終了すると、ローバー４０に対して、制御部ＰＣ１３０から出力する発光及び励磁指令信号を供給し、ローバー４０は、載置部１１４に磁気ヘッド素子の熱アシスト光発光部と書込み磁界発生部から熱アシスト光（近接場光）と磁界発生可能な状態で、Ｙステージ１０５に設けた図示していない吸着手段により吸着保持される。また、発光サンプル１００に対して、制御部ＰＣ１３０から出力する発光指令信号をレーザ光源３０１に供給し、レーザ光源３０１からレーザ光を発生し、偏波保持光ファイバー３０２と照明系４０２を通して、発光サンプル１００照射し、発光サンプル１００は、発光サンプル載置部４０１に磁気ヘッド素子の熱アシスト光発光部と書込み磁界発生部から近接場光発生可能な状態で図示していない吸着手段により吸着保持される。
ピエゾドライバ１０７は、この検査ステージ１０１のＸステージ１０６、Ｙステージ１０５、Ｚステージ１０４をそれぞれ駆動するピエゾ素子（図示せず）を駆動制御するものである。制御部ＰＣ１３０は、モニタを含むパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を基本構成とする制御用コンピュータとロックインアンプで構成されている。図に示すように、検査ステージ１０１のＹステージ１０５上に載置されたローバー４０と発光サンプル載置部４０１に載置された発光サンプル１００の上方の対向する位置には、前記近接場光と磁界との両方を測定できるカンチレバー１が配置されている。カンチレバー１は、その先端部分付近に探針１１が形成されており、Ｚステージ１０４の下側に設けられた加振部１２２に取り付けられている。加振部１２２はピエゾ素子で構成され、ピエゾドライバ１０７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、カンチレバー１の先端部の探針１１は上下方向（Ｚ方向）に振動される。
カンチレバー１の探針１１のＺ方向の振動は、半導体レーザ素子１０９と、４分割光ディテクタ素子からなる変位センサ１１０とを備えて構成される変位検出部により検出される。この変位検出部においては、半導体レーザ素子１０９から出射したレーザがカンチレバー１の探針１１が形成されている面と反対側の面に照射され、カンチレバー１で反射したレーザは変位センサ１１０に入射する。
変位センサ１１０は、受光面が４つの領域に分割された４分割センサであり、変位センサ１１０の分割されたそれぞれの受光面に入射したレーザはそれぞれ光電変換されて４つの電気信号として出力される。ここで、変位センサ１１０は、カンチレバー１が加振部１２２により振動が加えられていない状態、即ち静止した状態で半導体レーザ素子１０９からレーザが照射されたときに、カンチレバー１からの反射光が４つに分割された受光面のそれぞれに等しく入射するような位置に設置されている。
差動アンプ１１１は、変位センサ１１０から出力される４つの電気信号の差分信号に所定の演算処理を施してＤＣコンバータ１１２に出力する。すなわち、差動アンプ１１１は、変位センサ１１０から出力される４つの電気信号間の差分に対応した変位信号をＤＣコンバータ１１２に出力する。従って、カンチレバー１が加振部１２２により加振されていない状態では、差動アンプ１１１からの出力はゼロになる。ＤＣコンバータ１１２は、差動アンプ１１１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ＲＭＳ−ＤＣコンバータ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ ｖａｌｕｅ ｔｏ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で構成される。
差動アンプ１１１から出力される変位信号は、カンチレバー１の変位に応じた信号であり、カンチレバー１は振動しているので交流信号となる。ＤＣコンバータ１１２から出力される信号は、フィードバックコントローラ１１３に出力される。フィードバックコントローラ１１３は、カンチレバー１の現在の振動の大きさをモニタするための信号として制御部ＰＣ１３０にＤＣコンバータ１１２から出力される信号を出力すると共に、カンチレバー１の励振の大きさを調整するためのＺステージ１０４の制御用信号として制御部ＰＣ１３０を通じて、ピエゾドライバ１０７にＤＣコンバータ１１２から出力される信号を出力する。この信号を制御部ＰＣ１３０でモニタし、その値に応じて、ピエゾドライバ１０７によりＺステージ１０４を駆動するピエゾ素子（図示せず）を制御することによって、測定開始前に、カンチレバー１の初期位置を調整するようにしている。
書き込磁界を測定する磁気力顕微鏡（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ: ＭＦＭ）モードで測定を行う際、まずカンチレバー１は、ローバー４０に形成された磁気ヘッド素子部の表面から、ヘッド浮上高さＨｆ（探針振動の最下位置と試料表面との距離）に相当する高さにカンチレバー１の磁性膜と貴金属膜を形成した探針１１の先端部が位置するように、Ｚステージ１０４によって位置決めされる。このヘッド浮上高さＨｆは、高速に回転する磁気ディスク(図示せず)上に磁気ヘッドを配置したときに磁気ディスクの表面に対して浮上する磁気ヘッドの高さに相当する。カンチレバー１は、ローバー４０のヘッドの書込み磁界が発生する面に平行する平面を数μm〜数十μmの範囲内で、加振部１２２で駆動されて所定の周波数で振動しながらスキャンされる。
近接場光を測定する走査型近接場光顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＮＯＭ）モードで熱アシスト磁気ヘッドと発光サンプルが発生する近接場光の測定を行う際、カンチレバー１の走査高さを０〜１５０nmの範囲で設定する。また、カンチレバーの振動状態をコントロールするために、発信機１０２から、カンチレバー１を励振するための発振信号をピエゾドライバ１０７に供給する。ピエゾドライバ１０７は、この発信機１０２からの発振信号に基づいて加振部１２２を駆動してカンチレバー１を所定の周波数で振動させ、測定目的によって、加振部１２２がカンチレバーの前記所定周波数での振動振幅を変化させられるようにしている。
また、光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ：ＰＭＴ）またはフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）を備えて構成される光検出器３により検出した光信号は、制御部ＰＣ１３０にあるロックインアンプ（図示せず）に転送され、前記検出光信号をカンチレバー１の所定周波数信号、または所定周波数の整数倍の信号をリファレンス信号として入力しているロックインアンプでカンチレバー１の探針１１が試料４０の表面の近傍で上下に振動することによる探針１１と近接場光との接触による近接場光の散乱光成分と、探針１１の側面から反射した近接場光近傍にある他の伝搬光成分のカンチレバー１の周期振動と関係する光成分を検出できるようにしている。
図５により、本発明の実施例１に係る発光サンプルが発生する近接場光の測定を説明する。
発光サンプル１００には、表面のＡｕ膜１００３に近接場光発生用の開口部１００４が形成されており、発光サンプル１００のＳｉＯ２基板１００１の側からこの開口部１００４に励起光３０８が照射されると、Ａｕ膜１００３の表面の開口部１００４の極近傍に近接場光５０２が発生する。カンチレバー１の探針１１が発光サンプル１００のＡｕ膜１００３に形成された開口部１００４の発光表面との距離を１０nm以下にして（または、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）モードのように試料表面に沿ってスキャンすることにして）、探針１１の先端部分１２が近接場光５０２の発光領域内に入って近接場光５０２と接触することにより、探針１１の先端部分１２の表面から散乱光５０３が発生する。光検出器３は探針１１の先端部分１２の表面から発生した散乱光５０３を検出し、制御部ＰＣ１３０に検出信号を出力する。
一方、測定のキーコンポーネントであるカンチレバー１は消耗品なので、定期的に交換する必要がある。カンチレバー１を交換する際、カンチレバー１の個体差による測定のばらつきが発生する。図６はカンチレバー１の探針１１の先端部分１２の径による測定ばらつきの例として、探針１１の先端部分１２の径が大きい場合を（ａ）に、探針１１の先端部分１２の径が小さい場合を（ｂ）に示す。また、探針１１の先端部分１２の径のばらつきと検出光量(検出信号のピーク値)の関係を（ｃ）に示す。
この（ｃ）に示したグラフより、探針１１の先端部分１２の径が変化すると、検出される光量に差が生じることが判る。すなわち、発光サンプル１００の表面における近接場光の発光強度が同じであっても、探針１１の先端部分１２の径が異なることにより、検出器３で検出される散乱光の強度に差が生じてしまうことになる。従って、カンチレバー１を交換することにより発生するカンチレバー１の個体差による測定のばらつきを抑えるためには、探針１１の先端部分１２の径の変化による散乱光の強度に差を事前に検出して、これを補正する必要がある。
探針１１の先端部分１２はカーボンナノファイバの表面に磁性膜とＡｕの極薄い膜が形成されて作られており、その径はおよそ７０nmお２０nm程度である。本実施例では、事前にＳＥＭ観察により、探針１１の先端部分１２の径が７０nmのカンチレバー１を選出し、この選出したカンチレバー１を標準サンプルとする。そして、この標準サンプルを用いて近接場光の発光が一定である発光サンプル１００に対して測定を行い、標準となる探針を用いた場合に探針１１の先端部分１２からの散乱光を検出器３で検出した検出値を確認し、基準値として記録するようにした。
次に、カンチレバー１を交換した際には、この交換したカンチレバー１で発光サンプル１００上の近接場光を発生させた領域を走査し、探針１１の先端部分１２からの散乱光を検出器３で検出し、先に記憶しておいた標準サンプルを用いて測定したときの検出値(基準値)と比較する。この比較の結果、基準値と異なっていた場合には、基準値と同じになるように、光検出器３のゲイン（例えば、バイアス電圧）を調整して、発光サンプル１００上の近接場光を発生させた領域を走査したときの探針１１の先端部分１２からの散乱光を検出器３で検出したときの検出信号レベルを合せる。
このようにして、交換したカンチレバー１に対して、発光サンプル１００を用い、基準となるカンチレバー１を用いた場合と同じ出力レベルとなるように検出器３のゲインが調整された状態で、Ｘステージ１０６を駆動して載置部１１４に載置されたローバー４０をこの交換したカンチレバー１の下に移動させ、この交換したカンチレバー１を用いてローバー４０に形成された各素子の熱アシスト光発光部と書込み磁界発生部の検査を行う。
図７に、本実施例における検査のフローを示す。
まず、探針１１の先端部分１２の径が所定の値の基準となるカンチレバー１を選定し（Ｓ１０１）、この基準となるカンチレバー１を加振部１２２に取り付けて（Ｓ１０２）、Ｘステージ１０６を駆動して発光サンプル１００に形成した開口部１００４をカンチレバー１の探針１１の直下に位置させる(Ｓ１０３)。次に、レーザ光源３０１からレーザを発射して発光サンプル１００の開口部１００４の近傍に近接場光を発生させた状態で、加振部１２２で基準となるカンチレバー１を加振しながらＹステージ１０５を駆動して探針１１を発光サンプル１００の開口部１００４近傍の近接場光発生領域を走査させて、探針１１の先端部分１２から発生した散乱光を光検出器３で検出する（Ｓ１０４）。この検出した値を、基準値として、制御部ＰＣ１３０に記憶する(Ｓ１０５)。
次に、カンチレバー１を交換した際について説明する。まず、交換するカンチレバー１を加振部１２２に取り付けて（Ｓ１０６）、Ｘステージ１０６を駆動して発光サンプル１００に形成した開口部１００４をカンチレバー１の探針１１の直下に位置させる(Ｓ１０７)。次に、レーザ光源３０１からレーザを発射して発光サンプル１００の開口部１００４の近傍に近接場光を発生させた状態で、加振部１２２で基準となるカンチレバー１を加振しながらＹステージ１０５を駆動して探針１１を発光サンプル１００の開口部１００４近傍の近接場光発生領域を走査させて、探針１１の先端部分１２から発生した散乱光を光検出器３で検出する（Ｓ１０８）。この検出した値を、Ｓ１０５で記憶した基準となるカンチレバー１を用いて測定した値と同じ値になるように、光検出器３のゲインを調整する（Ｓ１０９）。
次に、光検出器３のゲインが調整された状態で、Ｘステージ１０６を駆動して発光サンプル１００を交換したカンチレバー１の下から移動させ、代わりにローバー４０を交換したカンチレバー１の下に位置させてローバー４０に形成された素子の検査を行う(Ｓ１１０)。ローバー４０の検査については、特許文献１及び３に記載されている方法により行う。
本実施例によれば、カンチレバー１を交換する際に、まず発光サンプル１００を用いて近接場光を測定して光検出器３の検出値が予め標準サンプルを用いて測定し記憶しておいた基準値と同じになるように光検出器３のゲインを調整し、この交換したカンチレバーに合わせてゲインを調整した光検出器３を用いてローバー４０に形成された各素子を検査するようにしたので、交換したカンチレバー１の特性のばらつきによる測定感度のばらつきを小さくすることができる。その結果、近接場光発光領域の寸法のばらつきを精度よく検査することができるようになった。
本発明の第２の実施例を、図を用いて説明する。
本発明の実施例２に係る測定方法に利用する発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド検査装置は、実施例１で説明した発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子検査装置と基本的には同じ構造を有している。ここでの重複の説明を省略する。
実施例２において、実施例１と異なる点は、実施例２のカンチレバー交換する際の、探針の径を光検出器３の出力値から、逆推算する点である。
本実施例においては、複数のカンチレバー１について探針１１の先端部分１２の径をＳＥＭで測定しておき、このカンチレバー１を用いて発光サンプル１００で発生させた近接場光を計測したときの光検出器３の出力を記録し、図８に示すような探針１１の先端部分１２の径と光検出器３の出力の関係を示す校正曲線を予め作成しておく。次に、カンチレバーを交換したときに、その交換したカンチレバー１を用いて発光サンプル１００で発生させた近接場光を計測して光検出器３の出力を求め、先に作成しておいた校正曲線から計測した光検出器３の出力に対応する探針１１の先端部分１２の径を求める。
この求めた探針１１の先端部分１２の径の情報を用いることにより、交換したカンチレバー１でローバー４０の素子を検査した場合に、素子の近接場光発光領域の寸法を求めることができる。
図９に、本実施例における検査のフローを示す。
まず、複数のカンチレバー１について、探針１１の先端部分１２の径をＳＥＭを用いて測定する（Ｓ２０１）、このうちの１つのカンチレバー１を加振部１２２に取り付けて（Ｓ２０２）、Ｘステージ１０６を駆動して発光サンプル１００に形成した開口部１００４をカンチレバー１の探針１１の直下に位置させる(Ｓ２０３)。次に、レーザ光源３０１からレーザを発射して発光サンプル１００の開口部１００４の近傍に近接場光を発生させた状態で、加振部１２２で基準となるカンチレバー１を加振しながらＹステージ１０５を駆動して探針１１を発光サンプル１００の開口部１００４近傍の近接場光発生領域を走査させて、探針１１の先端部分１２から発生した散乱光を光検出器３で検出する（Ｓ２０４）。この検出した値を、制御部ＰＣ１３０に記憶する(Ｓ２０５)。
次に、Ｓ２０２〜Ｓ２０５までを、ＳＥＭを用いて先端部分１２の径を測定した別のカンチレバー１と交換して少なくとも２回実行する。このようにしてＳ２０２〜Ｓ２０５までを少なくとも３回実行した後、図８のグラフに示すような探針１１の先端部分１２の径と光検出器３の検出値の関係を校正用の基礎データとして作成する（Ｓ２０６）。
次に、カンチレバー１を交換した際について説明する。まず、交換するカンチレバー１を加振部１２２に取り付けて（Ｓ２０７）、Ｘステージ１０６を駆動して発光サンプル１００に形成した開口部１００４をカンチレバー１の探針１１の直下に位置させる(Ｓ２０８)。次に、レーザ光源３０１からレーザを発射して発光サンプル１００の開口部１００４の近傍に近接場光を発生させた状態で、加振部１２２でカンチレバー１を加振しながらＹステージ１０５を駆動して探針１１を発光サンプル１００の開口部１００４近傍の近接場光発生領域を走査させて、探針１１の先端部分１２から発生した散乱光を光検出器３で検出する（Ｓ２０９）。この検出した値を、Ｓ２０６で求めた探針１１の先端部分１２の径と光検出器３の検出値の関係から現在のカンチレバー１の探針１１の先端部分１２の径を求める（Ｓ２１０）。
次に、Ｘステージ１０６を駆動して発光サンプル１００を交換したカンチレバー１の下から移動させ、代わりにローバー４０を交換したカンチレバー１の下に位置させてローバー４０に形成された素子の検査を行う(Ｓ２１１)。この時、ローバー４０に形成された素子の近接場光発光領域の寸法は、光検出器３の出力信号から求めた近接場光発光領域寸法からＳ２１０で求めた探針１１の先端部分１２の径を差し引くことにより、実際の近接場光発光領域の寸法を求めることができる。なお、ローバー４０の検査については、特許文献１及び３に記載されている方法により行う。
このように、探針１１の先端部分１２の径を推定できれば、近接場光の幅を測定する際に、測定幅と探針１１の先端部分１２の径の差からは実際の光スポットの幅を計算でき、探針径のばらつきにより発生した近接場光幅の測定ばらつきを抑制できる。
本発明の第３の実施例を説明する。
本実施例３に係る測定方法を利用する発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド検査装置は、実施例１で説明した発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子検査装置と基本的には同じ構造を有しているので、重複の説明を省略する。
実施例３において、設計情報が既知である発光サンプルに対する測定を行うことにより、装置の測定アルゴリズムを決定することを説明する。
実施例３の発明では、発光サンプルは熱アシスト磁気ヘッドの近接場光発光部と似た構造で設計・製造した。発光サンプルの発光部(開口部)の形状情報は既知であるため、発光サンプルに対する測定結果を用いて、各種熱アシスト磁気ヘッドの測定結果に対する測定アルゴリズムを決定しやすくなることを特徴としている。
図１０は、発光サンプル１００に形成した開口１００４の形状が円型の場合の一例を示している。発光サンプル１００は、熱アシスト磁気ヘッドの近接場光発生用の開口部と同形状（１００nm程度円形）に設計し、製造した。実際できたサンプルの近接場光発生用の開口部の寸法はＳＥＭにて測定した。
その結果、（ａ）に示したように、開口幅９０．６nmである。このサンプルに対して、カンチレバー１を用いて測定した結果を、図１０（ｂ）に画像を、図１０（ｃ）に（ｂ）の画像のＡ−Ａ断面における信号プロファイルを示す。測定した結果の信号プロファイルから、実際の発光サンプル１００の近接場光発光開口部１００４のサイズと一致する幅の基準を探す。その結果、測定プロファイルのピークから３０％のところが９０nmとなることがわかった。ゆえに、このカンチレバー１を用いてローバー４０に形成された素子を検査した場合、測定プロファイルのピークから３０%のところで幅の測定基準を設定すればよいと考えられる。
カンチレバー１が消耗して別なカンチレバー１に取り換えたときには、同様に発光サンプル１００に形成した開口１００４を測定して、得られた測定プロファイルから発光サンプルの近接場光発光開口部のサイズと一致する幅の基準を探して、この取り換えたカンチレバーで検査するときの測定基準とすればよい。
その他の形状開口についても、上記と同じ方法で事前に発光サンプルの測定を行うことで、測定アルゴリズム、即ち幅の測定基準の設定を行うことができる。
このように、本発明では、上記発光サンプルは熱アシスト磁気ヘッドの近接場光発光部と似た構造で設計・製造した。発光部の形状情報は既知であるため、発光サンプルに対する測定結果を用いて、各種熱アシスト磁気ヘッドの測定結果に対する測定アルゴリズムを決定しやすくなる。
なお、上記実施例においては、磁気ヘッド素子をローバーの状態で検査することについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、磁気ヘッド素子をローバーから1個ずつ切り出したスライダの状態でも、実施例1又は実施例２又は実施例３で説明した熱アシスト磁気ヘッド素子検査装置で測定可能である。
また、上記の実施例においては、ガラス基板上にできた発光サンプルを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、事前に確認ができた安定的な発光ができる熱アシスト磁気ヘッド素子を発光サンプルの代替品としても、実施例1又は実施例２又は実施例３で説明した発光サンプルを搭載する熱アシスト磁気ヘッド素子検査装置で測定可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
１・・・カンチレバー １１・・・カンチレバー先端探針 ３・・・光検出器
４０・・・ローバー １０１・・・測定ステージ １０２・・・発信機 １０３・・・カメラ １０４・・・Ｚステージ １０５・・・Ｙステージ １０６・・・Ｘステージ １０７・・・ピエゾドライバ １０９・・・半導体レーザ素子 １００・・・発光サンプル １１０・・・変位センサ １１１・・・差動アンプ １１２・・・ＤＣコンバータ １１３・・・フィードバックコントローラ １１４・・・載置部 １２２・・・加振部 １３０・・・制御部ＰＣ ３０１・・・レーザ光源 ３０２・・・偏波保持ファイバ ３０３・・・コリメータレンズ ３０４・・・十字動ステージ ３０５・・・集光レンズ ３０６・・・偏光ビームスプリッタ ３０７・・・レンズ固定パイプ ４０１・・・発光サンプル載置部 ４０２・・・照明系 １００４・・・近接場光発光の開口部。

Claims (12)

  1. 熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記熱ア
    シスト磁気ヘッド素子の表面を走査するカンチレバーと、
    前記カンチレバーに光を照射して前記カンチレバーからの反射光を検出する変位検出系
    と、
    前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査する前記カンチレバーからの散乱光を検出
    する光検出器と、
    前記変位検出系からの出力信号と前記光検出器からの出力信号を受けて信号を処理する
    信号処理部と
    全体を制御する制御部と
    を備えた熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置であって、
    更に、前記熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から発生する近接場光とほぼ同じ
    近接場光を発生させる近接場光発生サンプルを載置する載置部と、
    レーザを発射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から発射されたレーザを前記載置部に載置された前記近接場光発生サン
    プルに照射して前記近接場光発生サンプルから前記近接場光を発生させるレーザ照射光学
    系と、
    前記近接場光発生サンプルを載置する前記載置部と前記レーザ照射光学系とを載置して前記近接場光発生サンプルを前記カンチレバーの直下と前記カンチレバーから離れた場所との間を移動させるテーブル部と
    を備えたことを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置。
  2. 請求項１記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置であって、前記制御部は、前記レ
    ーザ照射光学系で前記載置部に載置された前記近接場光発生サンプルに前記レーザ光源か
    ら発射されたレーザを照射した状態で前記カンチレバーを作動させて前記光検出器で検出
    した信号に基づいて、前記光検出器のゲインを調整することを特徴とする熱アシスト磁気
    ヘッド素子の検査装置。
  3. 請求項２記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置であって、前記制御部は、前記ゲ
    インを調整した前記光検出器の出力を受けて前記熱アシスト磁気ヘッド素子の前記近接場光の発光領域の長さのばらつきを管理することを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置。
  4. 請求項１記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置であって、前記制御部は、前記レ
    ーザ照射光学系で前記載置部に載置された前記近接場光発生サンプルに前記レーザ光源か
    ら発射されたレーザを照射して前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記
    カンチレバーを作動させて前記光検出器で検出した信号から、予め求めておいた前記カンチレバーの探針の径と前記光検出器の出力との関係に基づいて前記カンチレバーの探針の径を算出することを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置。
  5. 請求項４記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置であって、前記制御部は、前記熱
    アシスト磁気ヘッド素子の前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を前記カンチレバーで走査したときに前記光検出器で検出した信号から前記近接場光の発光領域に関連する寸法を検出し、前記検出した前記近接場光の発光領域に関連する寸法から前記算出した前記カンチレバーの探針の径の値を差し引いた値を前記近接場光の発光領域の長さとすることを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置。
  6. 請求項１記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置であって、前記制御部は、前記近
    接場光発生サンプルに形成された前記近接場光発光部の寸法情報を用いて、前記レーザ照
    射光学系で前記載置部に載置された前記近接場光発生サンプルに前記レーザ光源から発射
    されたレーザを照射して前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記カンチ
    レバーを作動させて前記光検出器で検出した信号の波形から前記カンチレバーの探針の径
    を求める測定基準を設定し、前記設定した基準に基づいて前記熱アシスト磁気ヘッド素子の前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を前記カンチレバーで走査したときに前記光検出器で検出した信号から前記近接場光の発光領域の長さを求めることを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査装置。
  7. 熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から近接場光を発生させた状態でカンチレ
    バーで前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査し、
    前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査している前記カンチレバーに光を照射して
    前記カンチレバーからの反射光を検出し、
    前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を走査する前記カンチレバーからの散乱光を光検
    出器で検出し、
    前記カンチレバーからの反射光を検出した信号と前記光検出器からの出力信号を受けて
    信号を処理して前記熱アシスト磁気ヘッド素子を検査する熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法であって、
    予め、前記熱アシスト磁気ヘッド素子の近接場光発光部から発生する近接場光とほぼ同
    じ近接場光を発生させる近接場光発生サンプルにレーザ光源から発射されたレーザを照射
    して前記近接場光発生サンプルから前記近接場光を発生させた状態で前記近接場光発生サ
    ンプルの表面を前記カンチレバーで走査して前記カンチレバーの探針からの散乱光を前記
    光検出器で検出して得た信号の情報を用いて前記熱アシスト磁気ヘッド素子を検査するこ
    とを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法。
  8. 請求項７記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法であって、前記近接場光発生サン
    プルの表面を前記カンチレバーで走査して前記カンチレバーの探針からの散乱光を前記光
    検出器で検出して得た信号の情報を用いて、前記散乱光を検出した信号のレベルが予め設
    定したレベルとなるように前記光検出器のゲインを調整し、このゲインを調整した前記光検出器を用いて前記熱アシスト磁気ヘッド素子を検査することを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法。
  9. 請求項８記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法であって、前記ゲインを調整した
    前記光検出器の出力を受けて前記熱アシスト磁気ヘッド素子の前記近接場光の発光領域の長さのばらつきを管理することを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法。
  10. 請求項７記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法であって、前記近接場光発生サンプルに前記レーザ光源から発射されたレーザを照射して前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記カンチレバーを作動させて前記光検出器で検出した信号から、予め求めておいた前記カンチレバーの探針の径と前記光検出器の出力との関係に基づいて前記カンチレバーの探針の径を算出することを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法。
  11. 請求項１０記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法であって、前記熱アシスト磁気
    ヘッド素子の前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を前記カンチレバーで走査したときに前記光検出器で検出した信号から前記近接場光の発光領域に関連する寸法を検出し、前記検出した前記近接場光の発光領域に関連する寸法から前記算出した前記カンチレバーの探針の径の値を差し引いた値を前記近接場光の発光領域の長さとすることを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法。
  12. 請求項７記載の熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法であって、前記近接場光発生サン
    プルに形成された前記近接場光発光部の寸法情報を用いて、前記近接場光発生サンプルに前記レーザ光源から発射されたレーザを照射して前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記カンチレバーを作動させて前記光検出器で検出した信号の波形から前記カンチレバーの探針の径を求める測定基準を設定し、前記設定した基準に基づいて前記熱アシスト磁気ヘッド素子の前記近接場光発光部から近接場光を発生させた状態で前記熱アシスト磁気ヘッド素子の表面を前記カンチレバーで走査したときに前記光検出器で検出した信号から前記近接場光の発光領域の長さを求めることを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド素子の検査方法。
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