(57)【要約】【課題】ヘッド表面に急峻な段差や異物が存在しても、Ｚステージをこれに良く追従させ、カンチレバーの損傷を防止すること。【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制御部３０と、変位信号を目標値と比較し、その差分信号に応じてＸＹステージの走査速度を制御する走査速度制御部９０と、を備える。【選択図】図１
2014199690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記変位信号を目標値と比較し、その差分信号に応じて前記ＸＹステージの走査速度を制御する走査速度制御部と、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッド検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ヘッド検査装置であって、
前記走査速度制御部は、前記差分信号が所定値より大きくなったとき、前記走査速度を減速することを特徴とする磁気ヘッド検査装置。
【請求項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、
前記変位信号を目標値と比較し、その差分信号に応じて前記ＸＹステージの走査速度を制御するステップと、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッド検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３０８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気ヘッド検査機では、磁気力顕微鏡にて測定した磁界分布形状から磁気ヘッドの実効トラック幅を検査する。その際カンチレバーの探針は、磁気ヘッド表面から浮上高さ相当分だけ離れた位置で走査される。よって、磁気ヘッド表面に傾斜や段差がある場合は、カンチレバーの高さ位置を表面形状に合わせて補正し、常にヘッド表面から一定の高さで測定することが必要である。カンチレバーの高さ補正は、カンチレバーを保持し高さ方向に調整可能なＺステージにて行う。ヘッド表面に生じる通常の傾斜や段差は、Ｚステージの通常の応答速度で補正できる。しかし、ヘッド表面に急峻な段差や異物が存在する場合には、Ｚステージが表面の変化に追従できず、その結果カンチレバーがヘッド表面や異物に衝突して損傷したり、測定精度が悪化することがある。Ｚステージの応答速度は、主に機構部の機械特性で決まり限界がある。
【０００５】
本発明の目的は、ヘッド表面に急峻な段差や異物が存在しても、Ｚステージをこれに良く追従させ、カンチレバーの損傷を防止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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記変位信号を目標値と比較し、その差分信号に応じて前記ＸＹステージの走査速度を制御する走査速度制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ヘッド表面に急峻な段差や異物が存在しても、Ｚステージをこれに良く追従させ、カンチレバーの損傷を防止することができる。よって、カンチレバーの交換作業を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】走査面の段差と走査速度の関係を説明する図。
【図３】走査時の高さ制御と測定例を示す図（走査速度を一定、比較用）。
【図４】走査時の高さ制御と測定例を示す図（走査速度を可変）。
【図５】磁気ヘッド検査における走査速度制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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の変位信号を目標値と比較しその差分信号を算出する。そして、現在のカンチレバー７の変位信号を制御部３０に出力するとともに、算出した差分信号を走査速度制御部９０に送る。
【００１５】
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。カンチレバー７の高さ位置としては、ハードディスクドライブのヘッド浮上高さ相当に設定するのが好ましい。このようにカンチレバー７の高さを所定値に保持することで、測定された変位信号の分布（すなわち磁界形状）から磁気ヘッドの実効トラック幅を求めることができる。カンチレバー７の高さがヘッド浮上高さと異なる場合は、高さずれに応じて実効トラック幅を補正すればよい。
【００１６】
また制御部（ＰＣ）３０は、カンチレバー７をローバー１上で所定方向に走査させるために、走査速度制御部９０を介してピエゾドライバ２０に対し、検査ステージ１０のＸステージ１１、Ｙステージ１２の走査制御信号（走査開始／停止）を送る。その際走査速度制御部９０は、フィードバックコントローラ７０から出力される差分信号（変位信号と目標値の差分）に基づいて、Ｘステージ１１、Ｙステージ１２に対する走査速度の制御を行う。すなわち後述するように、ローバー１の表面に急峻な段差や異物が存在して差分信号が大きくなった場合、走査速度を減速させることでＺステージ１３のＺ方向の追従性を改善させ、カンチレバー７の振動の大きさが常に一定となるよう制御する。なお、走査速度制御部９０は制御部３０に内蔵させても良い。
【００１７】
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、この発振器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。
【００１８】
図２は、走査面の段差と走査速度の関係を説明する図である。
【００１９】
（ａ）は、走査面の段差を模式的に示したものである。検査物であるローバー１の表面に、走査方向（Ｘ又はＹ方向）に段差部（高低差Δｈ、幅ΔＬ）が存在した場合を想定する。走査速度Ｖｓで走査するカンチレバー７をこの段差形状に追従させるためには、Ｚステージ１３を高さ方向に次の速度Ｖｚで移動させなければならない。
Ｖｚ＝（Δｈ／ΔＬ）・Ｖｓ
すなわち、段差部の傾きΔｈ／ΔＬが急峻なほど、また走査速度Ｖｓが速いほど、Ｚステージ１３の応答速度を速くせねばならない。もしもカンチレバー７がこの段差形状に追従できないと、上り傾斜の場合はカンチレバー７が走査面に衝突し、下り傾斜の場合はカンチレバー７の振動量が過大になり、いずれも正確な測定が困難になる。
【００２０】
Ｚステージ１３の応答速度は、変位センサ４４から走査速度制御部９０、ピエゾドライバ２０を経てＺステージ１３に至るフィードバック系の応答特性で決まる。このうち支配的な要因はＺステージ１３の機械的特性であり、Ｚステージ１３の高剛性化、軽量化、小型化や、機械的共振周波数を上げることで応答性をある程度向上できるが、追従できる速度には限度がある。そこで本実施例では、段差部の傾きが急峻な場合は、走査速度Ｖｓを減速させることで段差部に良く追従させるようにした。
【００２１】
（ｂ）は、走査速度の減速制御を示したものである。段差部の傾きが急峻になるほど、カンチレバー７はこれに追従できず、ローバー１表面からの高さが所定の高さを維持できなくなる。その結果、カンチレバー７の振動の大きさ、すなわち変位信号Ａが目標値Ａｏからずれてくる。フィードバックコントローラ７０は、変位信号Ａと目標値Ａｏの差分信号ΔＡを算出して走査速度制御部９０に送る。走査速度制御部９０は、差分信号ΔＡに応じて走査速度Ｖｓを決定する。差分信号ΔＡが所定値以下では基準速度Ｖｓｏとし、差分信号ΔＡが所定値より大きくなると基準速度Ｖｓｏから減速させる。走査速度を減速させることで、Ｚステージ１３の応答速度をさらに増大させることなく、急峻な段差部にも良く追従させることができる。なお、このしきい値と減速値の与え方は、Ｚステージ１３を中心とするフィードバック系の応答特性から決定する。また、破線で示すように減速値を階段状に与えても良い。さらに、上記したような単純な比例制御では差分信号に残留偏差（オフセット）が生じるので、ＰＩＤ制御を採用することで残留偏差をより低減することができる。
【００２２】
図３と図４は、走査時の高さ制御と測定例を示す図である。図３は走査速度を一定とした場合、図４は本実施例において走査速度を可変とした場合である。
【００２３】
図３は、比較用に走査速度を一定とした場合で、磁気ヘッドの表面高さＨ１に対するＺステージの高さＨ２とカンチレバー変位信号Ａの変化を示す。磁気ヘッド表面高さＨ１は、走査方向の区間ａｂ、区間ｄｅに急峻な段差Δｈが存在する。走査速度Ｖｓは一定値Ｖｓｏなので、Ｚステージの高さＨ２はこの段差に追従できず、磁気ヘッド表面からカンチレバーまでの距離（Ｈ２−Ｈ１）が変動し、区間ａｂでは接近し区間ｄｅでは離れることになる。またＺステージが段差Δｈに到達するまでに要する区間は、区間ａｃと区間ｄｆに拡大される。その結果、カンチレバーの変位信号Ａは目標値Ａｏからずれて、Ａ’又はＡ”に変化する。なお、区間ａｃではカンチレバーの探針が磁気ヘッドの表面に衝突している可能性がある。
【００２４】
図４は、本実施例において走査速度を可変とした場合で、磁気ヘッドの表面高さＨ１（図３と同様）に対するＺステージの高さＨ２とカンチレバー変位信号Ａの変化を示す。本実施例では、走査速度Ｖｓをカンチレバーの変位信号Ａに応じて変化させる。変位信号Ａは走査区間ａｂにて図３に示したように一旦減少し、目標値Ａｏとの差分信号ΔＡが増加する。また、変位信号Ａは走査区間ｄｅにて図３に示したように一旦増加し、目標値Ａｏとの差分信号ΔＡが増加する。走査速度制御部９０はこれらの差分信号ΔＡに応じて、区間ａｂと区間ｄｅにおける走査速度をＶｓ’に減速する。また差分信号ΔＡが所定値以下となったら、走査速度を基準速度Ｖｓｏに戻す。走査速度をＶｓ’に減速することで、Ｚステージの高さＨ２は磁気ヘッド表面高さＨ１の段差形状に良く追従できる。その結果、磁気ヘッド表面からカンチレバーまでの距離（Ｈ２−Ｈ１）はほぼ一定となり、カンチレバーの変位信号Ａはほぼ目標値Ａｏを維持することができる。よって、段差部区間ａｂにてカンチレバーの探針が磁気ヘッドの表面に衝突する恐れはない。
【００２５】
図５は、磁気ヘッド検査における走査速度制御を示すフローチャートである。
Ｓ１０１において、磁気ヘッド（ローバー１）を検査ステージ１０に載置し、２次元走査ステージ（Ｘステージ１１又はＹステージ１２）を駆動し、磁気ヘッドを基準速度Ｖｓｏで走査する。Ｚステージ１３は、励振されたカンチレバーを磁気ヘッドの表面から所定の高さになるよう位置決め調整する。
【００２６】
Ｓ１０２において、変位検出部は、磁気ヘッドの発生する磁界によるカンチレバー７の振動の大きさ（変位量）を検出し、変位信号Ａを生成する。
Ｓ１０３において、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Ａを目標値Ａｏと比較しその差分信号ΔＡを算出する。
【００２７】
Ｓ１０４において、走査速度制御部９０は差分信号ΔＡに基づいて、走査ステージの走査速度をＶｓ’に変更（減速）する。この決定には、例えば図２（ｂ）の特性を用いる。
Ｓ１０５において、走査速度制御部９０はピエゾドライバ２０に走査速度Ｖｓ’を設定し、ピエゾドライバ２０は走査ステージを走査速度Ｖｓ’で駆動する。
【００２８】
Ｓ１０６において、磁気ヘッドを走査速度Ｖｓ’で走査し、磁気ヘッドの検査（磁界形状の測定）を行う。
Ｓ１０７において、走査が終了したかどうか判定し、終了していないときはＳ１０２に戻り走査速度の制御を繰り返す。
【００２９】
このように本実施例によれば、カンチレバーの変位信号を目標値と比較し、差分信号が所定値よりも大きくなったとき走査ステージの走査速度を減速させるようにした。これより、ヘッド表面に急峻な段差や異物が存在しても、Ｚステージをこれに良く追従させ、カンチレバーの損傷を防止することができる。
【符号の説明】
【００３０】
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、
９０…走査速度制御部。
【図１】
2014199690.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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