(57)【要約】【課題】  磁気力顕微鏡において、高周波信号を低共振周波数のプローブを用いて磁気ヘッドの書き込み時の磁界波形の計測を精度良く行う磁界計測技術を提供する。【解決手段】  本発明は、磁気ヘッドからデータ書き込み用に出力される磁界強度を計測するヘッド磁界計測方法であって、カンチレバーの先端部に設けられた磁性針を所望の微小時間だけ磁化することによって磁気ヘッドの書き込み磁界を高精度に検出することを特徴とするヘッド磁界計測方法およびその装置に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヘッドからデータ書き込み用に出力される磁界強度を計測するヘッド磁界計測方法であって、
カンチレバーの先端部に設けられた磁性針を所望の時間だけ磁化することによって前記磁気ヘッドの書き込み磁界を検出することを特徴とするヘッド磁界計測方法。
【請求項２】
前記カンチレバーは軟磁性針および該軟磁性針にパルス磁界を印加するコイルを備え、前記コイルにより発生したパルス磁界によって前記軟磁性針が磁化されている時間だけ前記磁気ヘッドからの書き込み磁界を検出することを特徴とする請求項１に記載のヘッド磁界計測方法。
【請求項３】
前記カンチレバーに設けられたコイルへのパルス磁界の印加により前記軟磁性針を磁化した後、レーザー照射によって前記軟磁性針の温度をキュリー点以上に加熱して前記軟磁性軟磁性針の磁化を消磁することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッド磁界計測方法。
【請求項４】
前記磁気ヘッドに印加されている高周波信号に同期したトリガ信号に対して遅延させながら前記パルス磁界を印加して磁界強度の時間変化を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッド磁界計測方法。
【請求項５】
磁気ヘッドからデータ書き込み用に出力される磁界強度を計測するヘッド磁界計測装置であって、
カンチレバーの先端部に設けられた磁性針を所望の時間だけ磁化することによって前記磁気ヘッドの書き込み磁界を検出することを特徴とするヘッド磁界計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクドライブに用いられる磁気ヘッドの書き込み磁界の時間変化を高精度で計測する高周波磁気力顕微鏡の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスクドライブに用いられる磁気ヘッドの試験においては、被試験ヘッド自身で信号を書き、被試験ヘッド自身で信号を読み取り、その読み取り信号でヘッドの特性を評価する。そのため、試験結果はトータルとしての試験結果である。
【０００３】
磁気ヘッドは、信号を媒体に書くための磁界を発生させるライト（書き込み）ヘッドと、書かれた信号を読み取るリード（読み出し）ヘッドの二つの機能が組み合わされて出来ている。そのため、磁気ヘッドの特性を評価するためには、リード／ライトヘッドはそれぞれ個別に評価したいという要望は強い。しかし、現状のライトヘッド素子の評価においては、ライトヘッドで書き込んだ信号をリードヘッドで読み込んで評価を行うことが多く、その特性にはリードヘッド自身の特性も含まれ、正確な書き込み磁界の計測を困難にしている。
【０００４】
これまでに磁気ヘッドの特性を直接評価する方法として、高周波磁気力顕微鏡（ＨＦ−ＭＦＭ：High Frequency Magnetic Force Microscope）がある（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、磁気ヘッドからの磁界強度分布がどのように広がっているかを観測することができる。ＨＦ−ＭＦＭは、ＭＦＭやＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Atomic Force Microscope ）、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡：Scanning Tunneling Microscope ）といった走査型プローブ顕微鏡の一種であるため、空間的な分解能は高い。その一方で、ライトヘッドからの磁界がどのように変化しているかといった、時間的な変化を計測することはできないため、磁界の時間変化が計測できるようになると磁気ヘッドの設計に重要な情報が得られる期待がある。
【０００５】
しかしながら、ＨＦ−ＭＦＭなどのような磁気力顕微鏡で磁界の時間変化を計測することは容易では無い。その理由として、測定したい磁界の繰り返し周波数が数百ＭＨｚと高く、一方で、センサである磁性針を備えたカンチレバーの共振周波数は数十ｋＨｚであるため、高速に変化する磁界にカンチレバーが追従できないことが挙げられる。
【０００６】
また、一般の磁気力顕微鏡に用いられる磁性針は強磁性針が用いられるため、常に磁気を感じてしまい、時間変動している信号検出に対して時間分解能を上げることが困難になっている。
【非特許文献１】”磁気力顕微鏡による高周波磁界測定の高分解能化”電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ｃ、Ｎｏ．２、ｐ９５（２００２年２月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明では、磁気ヘッドの書き込みヘッドの磁界波形の計測を精度良く行うことを目的として、高周波磁気力顕微鏡において、高周波信号を低周波（低共振周波数）プローブを用いて高時間分解能測定を実現する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の発明は、磁気ヘッドからデータ書き込み用に出力される磁界強度を計測するヘッド磁界計測方法であって、カンチレバーの先端部に設けられた磁性針を所望の時間だけ磁化することによって前記磁気ヘッドの書き込み磁界を検出することを特徴とするヘッド磁界計測方法に関する。
【０００９】
すなわち、第一の発明によれば、磁気センサであるカンチレバー先端部の磁性針を所望の時間だけ磁化させることによって、磁性針の磁界センサとして機能を微小時間だけ動作させるような制御が可能となり、磁気ヘッドが書き込む磁界の時間変動を、高時間分解能かつ高空間分機能で計測することが可能となる。
【００１０】
第二の発明は、前記カンチレバーは軟磁性針および該軟磁性針にパルス磁界を印加するコイルを備え、前記コイルにより発生したパルス磁界によって前記軟磁性針が磁化されている時間だけ前記磁気ヘッドからの書き込み磁界を検出することを特徴とする上記第一の発明に記載のヘッド磁界計測方法に関する。
【００１１】
すなわち、第二の発明によれば、カンチレバー先端に設けられた磁気センサは、軟磁性材料からなる磁性針と、その針に磁界を印加するためのコイルとで構成することによって、コイルに微小時間だけ電流を流すことで磁界を発生させ、軟磁性針も微小時間だけ磁化させることが可能となる。
【００１２】
第三の発明は、前記カンチレバーに設けられたコイルへのパルス磁界の印加により前記軟磁性針を磁化した後、レーザー照射によって前記軟磁性針の温度をキュリー点以上に加熱して前記軟磁性軟磁性針の磁化を消磁することを特徴とする上記第一または第二の発明に記載のヘッド磁界計測方法に関する。
【００１３】
すなわち、第三の発明によれば、微小時間だけ磁化した軟磁性体の磁性針をレーザー光で加熱することによって、磁化した磁性針を短時間のうちに消磁させることができ、磁化した磁性針の磁気モーメントの緩和時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
第四の発明は、前記磁気ヘッドに印加されている高周波信号に同期したトリガ信号に対して遅延させながら前記パルス磁界を印加して磁界強度の時間変化を測定することを特徴とする上記第一乃至第三の発明のいずれかに記載のヘッド磁界計測方法に関する。
【００１５】
すなわち、第四の発明によれば、被測定対象である磁界波形に同期したトリガ信号を基準として、そのトリガ信号と任意の遅延時間に同期させて、微小時間の間だけ磁気センサとして機能させることが可能となり、被測定信号周波数が高い場合でも、高時間分解能で測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
上記したように、本発明により以下の効果が生まれる。
（１）磁気ヘッドの書き込み磁界を検出するための従来の磁性針の代わりに、ある一定時間だけ針を磁化させる機能を備えた磁性針を用いて、磁性針が磁化している微小時間の間だけ磁界を検出することが可能となる。より具体的には、カンチレバーの先端に、軟磁性針とその針にパルス磁界を印加するためのコイルとからなる磁気センサを構成することによって高精度の磁界検出が実現される。
（２）磁性針を磁化した後、レーザーを照射することによって磁性針の温度をキュリー点以上に加熱し、磁性針の磁化を消磁し、磁化検出の時間分解能を向上させることが可能となる。
（３）磁気ヘッドに印加されている高周波信号に同期したトリガ信号に対して遅延させながらパルス磁界を印加して磁界強度を測定することによって、磁界強度の時間変化を測定することが可能となる。
【００１７】
以上、従来の高周波磁気力顕微鏡によるヘッド磁界の測定においては、磁界分布のみを測定していたのに対して、本発明では、磁界強度の時間変化を高精度で測定することが可能となり、また、磁界強度の時間変化（磁気波形）を測定することによって、コイルに印加している電流波形との対比が可能となり、設計通りに機能しているか検証することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係わるヘッド磁界の計測方法に関しての実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。但し、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態になるヘッド磁界計測の基本システム構成を示す。
【００２０】
一般の高周波磁気力顕微鏡システムは、磁性針２を有するカンチレバー１、磁性針２の位置検出をするためのＬＤ（レーザーダイオード）８およびＰＳＤ（Phase-Shift Detector：位相シフト検出器）９、磁界強度の測定対象であるライトヘッド（書き込み磁気ヘッド）７に磁界を発生させるコイル電流の供給源であるファンクションジェネレータ１１と周波数ジェネレータ１２、変調周波数成分を検出するロックイン回路１０、およびこれらの各制御器をコントロールする制御計算機１３から構成されている。
【００２１】
こうした高周波磁気力顕微鏡は、磁気ヘッドの磁界分布を計測するのには適しているが、カンチレバー１の共振周波数は数十ｋＨｚであるため、測定対象の磁界の繰り返し周波数が数百ＭＨｚと高い場合の時間的変化を捉えることはできない。
【００２２】
そこで、本発明では、上記した高周波磁気力顕微鏡の構成に、さらに、タイミング制御器５、遅延制御器６、カンチレバー先端部の軟磁性針の磁化制御器３、および消磁ＬＤ（レーザーダイオード）４を付加した構成とすることによって、高周波磁界を計測するヘッド磁界計測装置を実現している。つまり、カンチレバー１の先端部に設けた磁性針２を所望の時間だけ磁化することによって磁気ヘッドの書き込み磁界を検出する仕組みとしている。
【００２３】
上記のような所望の微小な時間だけ磁性針２を磁化してライトヘッド（書き込み用）７の磁界強度の時間的変化を検出するため、Ｓｉなどの加工性に優れた部材からなるカンチレバー１には、ライトヘッド７の近傍において、自由端となる先端部に磁性針（軟磁性体）２と、その磁性針２を磁化する配線されたコイル（図２にて後述）とが取り付けられ、磁化制御器３により、配線コイルに流す電流を制御することによって磁性針２の微小時間の磁化が制御される構成としている。
【００２４】
また、消磁ＬＤ４は、磁性針２を微小時間だけ加熱することによって、磁化された磁性針２を短時間のうちに消磁させるものである。これによって磁化された磁性針２の磁気モーメントによる緩和時間の短縮が図れる。
【００２５】
また、タイミング制御器５および遅延制御器６が、被測定対象である磁界波形に同期したトリガ信号を基準として、そのトリガ信号と任意の遅延時間に同期させることによって、微小時間の磁気センサ機能が実現される。これによって、被測定信号周波数が高い場合でも、高時間分解能で測定することが可能となる。
【００２６】
さらに、複数回のサンプリングを実施した後に遅延時間の更新を実施することによって、共振周波数の低いカンチレバー１でも高周波磁界波形に追従でき、複数回にわたってサンプリングした信号を加算平均することで、その遅延時間における計測値のＳＮ比を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、高周波磁気力顕微鏡の持つ高空間分解能によって、任意の遅延時間における磁界強度を高空間分解能で計測することができる。つまり、任意の遅延時間における磁界強度分布を計測し、複数の遅延時間における同様の計測を実施することで、高時間分解能と高空間分解能をともなった磁界強度の時間変化を計測することが可能となる。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態になる磁性針の磁化を制御するためカンチレバーの構造例を示す。本実施例は、カンチレバー１の先端部の磁性針（軟磁性体）２を磁化するための磁化制御構造の例を示したものである。
【００２９】
Ｓｉなどの部材からなるカンチレバー１上には、微小なコイル３’が配線されている。ここで発生した磁界により、磁性針２が磁化される。図２では、１ターンの場合のコイルの例を示しているが、数ターンのコイルを形成することも可能であり、微小な外部コイルをカンチレバー１の近傍に設置して磁性針２を磁化することでもよい。また、磁性針２として適用する軟磁性体は、たとえば、ケイ素鉄、パーマロイ、スーパーマロイ、ＭｎＺｎフェライトなどを用いることができ、これ以外にも軟磁性材料の中から選択して使用することが可能である。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態になるレーザー加熱による軟磁性針の消磁状態を表す図である。本実施例は、コイルから発生した磁化が、コイル３’からの磁界が切れた直後から緩和する様子を示している。以下、磁性針２の磁化が半分に減衰するまでの時間を緩和時間と呼ぶ。本発明では、磁性針２が磁化している時間だけ、ライトヘッド（書き込みヘッド）７からの磁界を検出する仕組みとなっているため、この緩和時間と時間分解能が密接に関係している。すなわち、緩和時間が長いと、高速信号検出の時間分解能が低下するため、緩和時間を短くすることが必要である。そこで、本発明では、レーザー加熱により、磁性針２を瞬間的にキュリー点以上に加熱し、磁性針２を消磁することで緩和時間を小さくしている。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態になるストロボサンプリングによる高速波形測定の模式図を示す。本実施例は、ストロボを用いてサンプリングする場合の高周波磁界波形の検出原理を示したものである。高周波磁界信号は、トリガ信号（以下、ＴＲＧ信号と表す）を基準に発生する。
【００３２】
図２および図３に示したように、微小時間だけ磁化した磁性針２で、この磁界波形を検出するには、ＴＲＧ信号から所望の遅延時間に同期して信号をサンプリング、すなわち、軟磁性針を磁化する。上記磁界波形が繰り返されるごとに遅延時間を更新しながら、サンプリングを行い、その測定値と遅延時間から磁界波形１周期分のデータを得ることができる。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態になる磁界のサンプリングとＬＤによる消磁タイミング例を示すチャートである。
【００３４】
チャートは、繰り返し磁界波形を発生させるＴＲＧ信号と、ＴＲＧ信号からの遅延時間をともなったサンプリング信号（ＳＰＬ）、ＳＰＬ信号から一定の遅延時間後に消磁ＬＤ４による磁性針２の消磁を行うタイミングを示している。
【００３５】
サンプリングの遅延時間ＳＰＤｘ（ｘ＝１，２，・・・）は、磁性針２の磁化タイミングを示し、ＴＲＧ信号に対して可変であるが、消磁ＬＤ４の遅延時間ＬＤＤは、ＳＰＬに対して一定の遅延時間となっている。なお、ＬＤの照射時間は、サンプリング波形にも依存するが、大体１０ｐｓｅｃ程度である。
【００３６】
図６は、本発明の実施の形態になる複数サンプリングによるカンチレバーの追従を表す図である。図は、高周波磁界波形を低共振周波数のカンチレバーで検出することの説明図であり、磁界波形におけるカンチレバー軌跡とサンプリング位相（○）の関係、およびカンチレバー追従軌跡を示している。
【００３７】
磁界波形が高周波数で出力している場合、通常の磁気力顕微鏡のカンチレバー探針で追従するのは不可能である。これは、カンチレバー１の共振周波数が、磁界波形にくらべて低いため、ある位相から次の位相に急激な移動ができないためである。
【００３８】
本発明では、ある位相の磁界をカンチレバー１が感じるのは微小時間のみであり、その微小時間が過ぎると、カンチレバー１は、磁界波形に比べてゆっくりと元に戻ろうとする。ここで、直前の位相と同じ位相で微小時間だけ軟磁性針を磁化すると、カンチレバー１は、ほぼ同じ位置に留まろうとする。これを複数回繰り返すことによって、カンチレバー１は、ほぼ同じ位置に留まることになり、計測値を加算平均することが可能となる。
【００３９】
また、所定の加算平均後、サンプリング位相を更新することで、更新後の位相に対してカンチレバーが追従することは容易になる。
【００４０】
このように、本発明では、複数回のサンプリングを実施した後に、遅延時間の更新を実施することを特徴とする。
【００４１】
すなわち、共振周波数の低いカンチレバーでも高周波磁界波形に追従でき、複数回サンプリングした信号を加算平均することで、その遅延時間における計測値のＳＮ比を向上させることが可能となる。
【００４２】
以上述べてきた本発明の実施の態様は、以下の付記に示す通りである。
（付記１）  磁気ヘッドからデータ書き込み用に出力される磁界強度を計測するヘッド磁界計測方法であって、
カンチレバーの先端部に設けられた磁性針を所望の時間だけ磁化することによって前記磁気ヘッドの書き込み磁界を検出することを特徴とするヘッド磁界計測方法。  
（付記２）  前記カンチレバーは軟磁性針および該軟磁性針にパルス磁界を印加するコイルを備え、前記コイルにより発生したパルス磁界によって前記軟磁性針が磁化されている時間だけ前記磁気ヘッドからの書き込み磁界を検出することを特徴とする付記１に記載のヘッド磁界計測方法。
（付記３）  前記カンチレバーに設けられたコイルへのパルス磁界の印加により前記軟磁性針を磁化した後、レーザー照射によって前記軟磁性針の温度をキュリー点以上に加熱して前記軟磁性軟磁性針の磁化を消磁することを特徴とする付記１または２に記載のヘッド磁界計測方法。
（付記４）  前記磁気ヘッドに印加されている高周波信号に同期したトリガ信号に対して遅延させながら前記パルス磁界を印加して磁界強度の時間変化を測定することを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載のヘッド磁界計測方法。
（付記５）  前記トリガ信号に対する同一遅延でのサンプリングを複数回実施し、前記磁気ヘッドからの磁界の検出信号を加算平均して磁界強度の時間変化を測定することを特徴とする付記４に記載のヘッド磁界計測方法。
（付記６）  任意の遅延時間における磁界強度の２次元分布を計測し、さらに複数の遅延時間に対する２次元分布を計測することによって、磁界分布の時間変化マップを作成することを特徴とする付記１乃至５に記載のヘッド磁界計測方法。
（付記７）  磁気ヘッドからデータ書き込み用に出力される磁界強度を計測するヘッド磁界計測装置であって、
カンチレバーの先端部に設けられた磁性針を所望の時間だけ磁化することによって前記磁気ヘッドの書き込み磁界を検出することを特徴とするヘッド磁界計測装置。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態になるヘッド磁界計測の基本システム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態になる磁性針の磁化を制御するためのカンチレバーの構造例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態になるレーザー加熱による軟磁性針の消磁状態を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態になるストロボサンプリングによる高速波形測定の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態になる磁界のサンプリングとＬＤによる消磁タイミング例を示すチャートである。
【図６】本発明の実施の形態になる複数サンプリングによるカンチレバーの追従を表す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  カンチレバー
２  磁性針
３  磁化制御器
３’  コイル
４  消磁ＬＤ（レーザダイオード）
５  タイミング制御器
６  遅延制御器
７  ライトヘッド（書き込みヘッド）
８  ＬＤ（位置検出用）
９  ＰＳＤ（位相シフト検出器）
１０  ロックイン回路
１１  ファンクションジェネレータ
１２  周波数ジェネレータ
１３  制御計算機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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