(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を用いて磁気抵抗効果素子に縦バイアスを印加する手段を有する磁気抵抗効果型ヘッドの評価装置であって、
前記縦バイアスに同方向で前記永久磁石の磁化状態を変化させるための着磁磁界発生用コイルと、交番磁界を縦バイアス方向に印加する手段と、この交番磁界の変化に対する前記磁気抵抗効果型ヘッドの磁気抵抗効果素子の抵抗変化を計測する測定手段と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの評価装置。
【請求項２】
前記縦バイアスにほぼ垂直方向に磁界を印加することによって前記永久磁石を減磁させる減磁磁界発生用コイルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型ヘッドの評価装置。
【請求項３】
縦バイアスを印加する手段として永久磁石を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの評価方法であって、前記永久磁石に対し外部から着磁磁界を前記縦バイアス方向に印加して前記永久磁石の磁化状態を変化させた後に、前記縦バイアス方向に交番磁界を印加しながらその変化に対する磁気抵抗効果素子の抵抗変化を計測し、その抵抗変化値から算出される縦バイアスに対する前記着磁磁界依存性を算定することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの評価方法。
【請求項４】
縦バイアスを印加する手段として永久磁石を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの評価方法であって、前記永久磁石に対し外部から前記縦バイアスにほぼ垂直方向の減磁磁界を印加して前記永久磁石の磁化状態を変化させた後に、前記縦バイアス方向に交番磁界を印加しながらその変化に対する磁気抵抗効果素子の抵抗変化を計測し、その抵抗変化値から算出される縦バイアスに対する前記減磁磁界依存性を算定することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハードディスク装置、ＶＴＲなどの磁気記録装置に使用される磁気ヘッドに係り、特に磁気ヘッドの信号検出部に磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの評価方法および評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置、ＶＴＲ等の磁気記録装置の小型大容量化は急激な勢いで進展している。このような動向に呼応して磁気ヘッドの高性能化が進められ、電磁誘導方式である薄膜磁気ヘッドに代わるものとして、強磁性体の薄膜による磁気抵抗効果現象を利用した磁気抵抗効果型磁気ヘッド（Magneto Resistive head 以下、ＭＲヘッドと称す。）へと発展してきた。ＭＲヘッドはパーマロイなどの強磁性体薄膜の磁気抵抗効果を利用したもので、記録媒体との相対速度に依らず大きな再生出力が得られ、高密度記録の再生に適しているが、その反面バルクハウゼンノイズ等による不安定な再生特性を有するヘッドが生成される場合がある。
【０００３】
バルクハウゼンノイズは、強磁性体内の磁壁が薄膜の欠陥や夾残物などにひっかかりながら移動することに起因するが、この様なバルクハウゼンノイズが生じるヘッドでは、再生動作に信頼性が期待できない。このバルクハウゼンノイズを抑制するため、縦バイアスを印加する磁区制御膜をＭＲ層の両側に配置し、ＭＲ層を単磁区化する素子構造が考案されている。
【０００４】
図９は永久磁石バイアス方式のＭＲヘッド を記録媒体が対面する側から示した拡大正面図である。永久磁石バイアス方式のＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果を発揮するＭＲ層１、非磁性層であるスペーサ層２、ＭＲ層１に対してＳＡＬバイアス（ｙ方向の横バイアス磁界）を与えるＳＡＬ（Soft Adjacent Layer）３を備えている。この３層構造は上部絶縁層４と下部絶縁層５との間に設けられている。ＭＲ層１にｘ方向の縦バイアス磁界を与えるための永久磁石層７の積層方法にアバッテド接合と呼ばれるものがある。これは、ＭＲ層１／スペーサ層２／ＳＡＬ３の３層にテーパー部を形成し、その上に永久磁石層７を成膜するもので、再生の安定性を向上させる上で有効な構造の一つである。永久磁石層７はｘ方向へ磁化されており、永久磁石層７からＭＲ層１に磁気異方性磁界を与え、ＭＲ層１をｘ方向へ単磁区化する働きをする。ＭＲヘッドの再生動作の際には、リード層８および永久磁石層７からＭＲ層１にｘ方向へ定常電流が与えられる。電流がＭＲ層１を流れる際にＳＡＬ３がもたらす静磁結合エネルギーにより、ＭＲ層１に対して横バイアス磁界がｙ方向に与えられる。永久磁石層７によりＭＲ層１がｘ方向に単磁区化され且つＳＡＬ３から横バイアス磁界が与えられることにより、ＭＲ層１の磁界変化に対する抵抗変化が直線性を有する状態に設定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＭＲヘッドは記録媒体上を数十ｎｍと非常に低い所を浮上しながら記録再生動作を行うものである。図１０は記録媒体上を浮上している時の再生ヘッドの模式図である。記録媒体２９上に書き込まれた記録ビット３０からの漏れ磁界３１は記録媒体近傍では非常に大きい。このため、ＡＢＳ（Air BearingSurface）面近傍の永久磁石の磁化状態が、記録ビット３０からの漏れ磁界３１により変化し、再生の安定性を劣化させる可能性がある。これを回避するためには永久磁石の保磁力を向上させる必要がある。
【０００６】
従来、永久磁石の保磁力の測定は、モニタ用のダミー基板上に成膜した永久磁石の単層膜（下地がある場合は下地と永久磁石の２層膜）のＢ−Ｈ曲線を測定するという方法が採られてきた。しかし、縦バイアスに影響を与えるのは、図９のＭＲ層１／スペーサ層２／ＳＡＬ３の近傍の永久磁石であり、微少な領域の永久磁石の特性が重要になる。また、硬磁性体は軟磁性体と接した状態で形成されると接合界面で交換結合し、保磁力や角形性が低下するという現象がある。このため、ＭＲ層１、ＳＡＬ３に接した永久磁石は前記Ｂ−Ｈ曲線とは異なる特性を示す可能性がある。
【０００７】
更に、ＭＲ層１／スペーサ層２／ＳＡＬ３と永久磁石層７のアバッテッド接合の形成工程は、例えば図４に示す様なリフトオフ法で行われる。図１１（ａ）において、まずＳＡＬ３／スペーサ層２／ＭＲ層１の上に感光性レジスト９をコートした後、Ｓｉ０2１０をスッパタなどにより成膜する。次にＳｉＯ2１０の余分な部分をエッチングで除去したあと、ＲＩＥ（Reactive Ion Eching）などによりレジストを選択的にエッチングし、図１１（ｂ）の様な形状を形成する。その後イオンミリングでテーパー部を形成した後、下地膜６および永久磁石膜７、電極膜８を順次スパッタなどで成膜し（図１１（ｃ））、最後にレジスト９とＳｉＯ2１０を有機溶剤などで除去し、アバッテド接合が形成される（図１１（ｄ））。この時問題になるのは、図１１（ｃ）の工程でイオンミリングが不十分でＳＡＬ３の残りがあると、前述のように保磁力や角形性が劣化する可能性がある。
【０００８】
また、永久磁石の特性はその下地となる表面の清浄度や結晶構造などにより敏感に変化する。そのため、永久磁石膜が成膜される表面にＳｉＯ2１０やレジスト９などがミリングにより再付着した場合も、同様に永久磁石の特性が劣化することが考えられる。このため、実素子形状の永久磁石の特性は前記単層膜のＢ−Ｈ曲線で測定できない場合がある。本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創作されたものであり、再生安定性に影響を及ぼす永久磁石の保磁力や角形性などの特性を、実素子形状で測定する評価装置および評価方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の ＭＲヘッドの第１の評価装置は、前記ＭＲヘッドの縦方向に磁界を印加して永久磁石の着磁状態を変化させるための着磁磁界発生用コイルと、前記ＭＲヘッドの縦方向に交番磁界を印加する手段と、前記交番磁界の変化に対するＭＲヘッドの抵抗変化を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のＭＲヘッドの第２の評価装置は、前記ＭＲヘッドの縦方向に磁界を印加して永久磁石の着磁状態を変化させるための着磁磁界発生用コイルと、前記ＭＲヘッドの横方向に磁界を印加して永久磁石を減磁させるための減磁磁界発生用コイルと、前記ＭＲヘッドの縦方向に交番磁界を印加する手段と、前記交番磁界の変化に対するＭＲヘッドの抵抗変化を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のＭＲヘッドの評価方法は、前記ＭＲヘッドにおいて、縦バイアスを印加する手段である永久磁石に対し外部から着磁磁界を前記縦バイアス方向に印加し、前記永久磁石の磁化状態を変化させた後に、前記ＭＲヘッドの縦方向の交番磁界の変化に対する前記ＭＲヘッドの抵抗変化を測定し、前記抵抗変化から計算される縦バイアス磁界の前記着磁磁界依存性を測定することを特徴とする。
【００１２】
または本発明のＭＲヘッドの評価方法は、前記ＭＲヘッドにおいて、縦バイアスを印加する手段である永久磁石に対し外部から前記縦バイアスにほぼ垂直方向の減磁磁界を印加し、前記永久磁石の磁化状態を変化させた後に、前記ＭＲヘッドの縦方向の交番磁界の変化に対する前記ＭＲヘッドの抵抗変化を測定し、前記抵抗変化から計算される縦バイアス磁界の前記減磁磁界依存性を測定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態】
（実施例１）以下図を用いて本発明の構成とその原理を説明する。図２は永久磁石バイアス型ＭＲヘッドの再生部分の模式図である。ＭＲ層１の両側には永久磁石層７があり、矢印の方向に着磁され、ＭＲ層１に対しトラック幅方向（以降、縦方向と称する）に縦バイアス磁界が与えられる。ＭＲヘッドにバイアス電流を通電すると、ＳＡＬ３がもたらす静磁結合エネルギーによりＭＲ高さ方向（以降、横方向と称する）に横バイアス磁界が発生する。ＭＲ層１の磁化の向きθMRを図２のように定義すると、ＭＲヘッドの抵抗はθMRに対して図３の様な関係になるため、抵抗変化の線形性が良いθMR＝４５度の状態になるように、前記縦バイアス磁界と横バイアス磁界が設定される。図２で永久磁石の着磁の向きと逆方向に外部磁界を加えていくと、θMRはプラス側に回転しθMR＝１８０度で回転は止まる。この時の抵抗は外部磁界が増加するにしたがって図３の矢印のように変化し、θMR＝９０度の時に最小値を示す。
【００１４】
図４は縦方向の外部磁界に対するＭＲヘッドの抵抗変化の測定結果である。抵抗が最小値を示す状態はθMRが９０度であり、永久磁石からのバイアスが打ち消された状態にあるので、この時の外部磁界の大きさが縦バイアス磁界である。縦バイアス磁界は永久磁石層７からＭＲ層１へ供給される磁束の総量に比例するため、永久磁石層の残留磁化膜厚積に比例すると推測される。図５に永久磁石の残留磁化膜厚積の変化による縦バイアス磁界の変化を示した。残留磁化膜厚積はモニタ用のダミー基板のＢ−Ｈ曲線から計算される残留磁化の値、縦バイアス磁界はＭＲヘッドの縦方向外部磁界に対する抵抗変化曲線から計算した。図５のように縦バイアス磁界と永久磁石の残留磁化膜厚積が比例していることから、縦バイアス磁界の測定により永久磁石の残留磁化が把握できることが確認できた。このことより、ＭＲヘッド用ウェハ上にＭＲ高さ加工後と同じ形状のテスト素子を配置しておき、ウェハ製造の途中で縦バイアス磁界を測定することで、永久磁石の残留磁化をウェハ段階でモニタできる事が明らかである。
【００１５】
以上のように、本発明の第１の実施例により縦バイアス磁界の測定により永久磁石の残留磁化をウェハ段階で把握できることが示された。
【００１６】
（実施例２）図６は永久磁石の特性モニタ用のダミー基板のＢ−Ｈ曲線である。保磁力が１．５ｋＯｅで保磁力角形比ＳＲ*も ０．９１を示しており十分な特性が得られている。縦バイアス磁界は永久磁石の残留磁化に比例すると考えられるため、外部から永久磁石に縦方向の磁界（以降、着磁磁界と称する）を印加して着磁状態をを変化させた後に、ＭＲヘッドの縦バイアス磁界を測定した。この時縦バイアス磁界の前記着磁磁界の依存性を測定すれば永久磁石の保磁力および保磁力角形比を測定できると考えられる。図７（ａ）は縦バイアス磁界の着磁磁界依存性の測定結果である。測定の手順を以下に示す。まず初期状態として縦方向に＋２．５ｋＯｅの磁界を与えた後、縦バイアス磁界を測定し、次に−０．１〜−２．５ｋＯｅの間を０．１ｋＯｅステップで徐々に着磁磁界を減少させ、それぞれのステップで縦バイアス磁界を測定する。つづいて、＋０．１〜＋２．５ｋＯｅの間を０．１ｋＯｅステップで徐々に着磁磁界を増加させ、同様に縦バイアス磁界を測定する。このように測定した結果が図７（ａ）であり、縦バイアス磁界が０となる時の着磁磁界の大きさを保磁力Ｈｃ、保磁力角形比ＳＲ*を図中に示すように、保磁力Ｈｃでの接線および初期状態の縦バイアス磁界との交点と、初期状態との距離をＡとしてＳＲ* ＝ Ａ／Ｈｃで定義した。この結果、保磁力は１．５ｋＯｅ、保磁力角形比は０．８７と計算され、図６の特性モニタ用のダミー基板とほぼ同様の結果が得られた。
【００１７】
次に、特性モニタ用のダミー基板上の永久磁石膜の特性と実際のＭＲヘッドの永久磁石膜の特性との対応が取れない場合について示す。図７（ｂ）はアバッテト゛接合形成時に図１１（ｃ）のテーパー部を形成する工程において、イオンミリングが不十分な事によりＳＡＬ３が完全に取り除かれていない状態で永久磁石を成膜したウェハについての測定結果である。なお、この時の特性モニタ用のダミーの特性は図９とほとんど同じである。図７（ｂ）より保磁力が１．０ｋＯｅに低下しており、保磁力近傍の変化が２段になっている。これは、ＳＡＬ３と永久磁石層７が交換結合をした事に原因があると考えられる。
【００１８】
このようにして本発明の第２の実施例により、ＭＲヘッドに対して着磁磁界を印加した後に、ＭＲヘッドの縦バイアス磁界を測定し、この縦バイアス磁界の着磁磁界の依存性を測定することで、実素子形状の永久磁石の保磁力および保磁力角形比などを測定できる事が示された。また、この測定方法は前記ＭＲヘッド用ウェハ上のテスト素子に適用可能であり、ダミー基板上の永久磁石膜のＢ−Ｈ測定よりも正確に永久磁石膜の特性を測定できる評価方法である事が明らかになった。
【００１９】
（実施例３）図１０のように記録媒体上の記録ビットからの漏れ磁界はＭＲヘッドに対して横方向に印加され、この影響で永久磁石が減磁し再生特性が不安定になる可能性がある。このため、横方向の磁界（以下、減磁磁界と称する）に対する永久磁石の保磁力も重要である。図８は実施例２で測定した２つのＭＲヘッドについて、縦バイアス磁界の減磁磁界依存性の測定結果である。測定手順は初期状態として、縦方向に＋２．５ｋＯｅの着磁磁界を与え正規の方向に着磁した後、縦バイアス磁界を測定し、次に横方向の減磁磁界を０．１〜２．５ｋＯｅの間で０．１ｋＯｅステップで徐々に増加させ、それぞれのステップで縦バイアス磁界を測定した。この後、再度＋２．５ｋＯｅの着磁磁界を与え永久磁石を正規の方向に着磁した後、今度は横方向の減磁磁界を−０．１〜−２．５ｋＯｅの間を０．１ｋＯｅステップで徐々に減少させ、実施例２と同様の測定を行った。初期状態の縦バイアス磁界に対して縦バイアス磁界が９０％に減磁する時の減磁磁界をこの場合の保磁力とすると、図８（ａ）の永久磁石の特性が良いヘッドは１．０ｋＯｅ、図８（ｂ）の永久磁石の特性が悪いヘッドでは０．６ｋＯｅの保磁力になる。これらの結果の違いは実施例２と同じ理由によるものである。この測定方法は実施例２の測定と比較して、永久磁石の外部磁界に対する安定性をより現実に近い形で評価していると考えられる。なお、図８の縦バイアス磁界は初期状態の縦バイアス磁界の値で規格化している。
【００２０】
このように本発明の第３の実施例によれば、ＭＲヘッドに対し減磁磁界を印加した後に、ＭＲヘッドの縦バイアス磁界を測定し、この縦バイアス磁界の減磁磁界の依存性を測定することで、実素子形状の永久磁石の外部磁界に対する安定性を現実のＭＲヘッドの動作条件に近い形で評価できる事が示された。
【００２１】
（実施例４）図１は本発明の評価装置を概略的に表すブロック図である。図１に おいて、１３と１４はＭＲヘッドに対しそれぞれ縦方向、横方向に外部磁界を印加するためのヘルムホルツコイルであり、本実施例では上下が横方向、左右が縦方向となるように設定されている。縦および横方向の外部磁界はヘルムホルツコイル用電源１９、２０で駆動され、制御用コンピュータ２７から設定できるようになっている。ヘルムホルツコイル内にはＸ−Ｙ−Ｚ−θステージ１７があり、その上にＭＲヘッド用ウェハ１１を固定できるようになっている。プローブ１２ はヘルムホルツコイルの中心部分に設けられており、ウェハ上のＭＲヘッドの各電極端子に電気的に接触できるようになっている。このプローブ１２と各電極端子とは、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ１７およびこれを制御するＸ−Ｙ−Ｚ−θコントローラ２３によって位置合わせされる。この部分を光学系１８を介してＣＣＤ カメラ２４で撮像し、得られた情報を画像処理などを用いて位置を認識できるようにすれば、位置合わせの自動化も可能となる。
【００２２】
プローブ １２を位置合わせした後、定電流源２５からＭＲヘッドの電流端子に対しバイアス電流が通電される。つづいてヘルムホルツコイル１３、１４によりＭＲヘッドに縦方向、もしくは横方向の磁界を変化させ、そのときどきにおける出力電圧をプローブ１２を介して電圧計２６で読み取り、抵抗値の外部磁界依存性を測定する。測定したデータは制御用コンピュータ２７に取り込まれ縦バイアス磁界や再生出力、再生波形の対称性などの値が計算され結果表示部２８に表示される。
【００２３】
着磁磁界用コイル１５、および減磁磁界用コイル１６はヘルムホルツコイル中央の磁界分布を乱さないように、ヘルムホルツコイル中心から離れた場所に設置されており、それぞれ着磁磁界用コイル電源２２、減磁磁界用コイル電源２１により駆動される。また、コイルギャップの先端がウェハ上のＭＲヘッドに物理的に接触しないよう、コイルギャップの先端がプローブ１２の先端よりわずかに高い位置になるように設置されている。プローブ位置から着磁磁界用コイル１５、減磁磁界用コイル１６までのＸ方向、Ｙ方向の距離に関する情報は、予め制御用コンピュータ２７のメモリーに格納されている。実際にウェハ上のＭＲヘッドに着磁磁界、減磁磁界を印加する場合は、まず対象とするＭＲヘッドをプローブ１２に位置合わせした後、制御用コンピュータのメモリー上に格納された情報を基にＸ方向、Ｙ方向の距離だけ移動するようＸ−Ｙ−Ｚ−θコントローラ２３へ命令し、続いて、着磁用コイル電源２２、減磁用コイル電源２１が任意強度の磁界を発生させることで実現できる。なお、ウェハ上のヘッド位置における着磁磁界と減磁磁界は予め校正されている。
【００２４】
本実施例でのＭＲヘッドの評価装置は、ＭＲヘッドの縦バイアス磁界の着 磁磁界依存性、および減磁磁界依存性を測定する事を目的としている。このため、前述のように着磁用コイルおよび減磁用コイルでヘッドの永久磁石の磁化状態を変化させながら、縦方向の外部磁界に対する抵抗変化の測定することで、図１０、図１１に示す縦バイアス磁界の着磁磁界および減磁磁界依存性を測定でき、永久磁石の保磁力、保磁力角形比などの特性を実素子形状で測定可能となる。
【００２５】
このように本発明の第４の実施例によれば、ＭＲヘッドの永久磁石の磁化状態を変化させながら外部磁界に対する抵抗変化を測定し、この抵抗変化から得られる縦バイアス磁界の着磁磁界依存性および減磁磁界依存性を測定することで、永久磁石の保磁力、保磁力角形比などの特性を実素子形状で測定可能となるＭＲヘッド用ウェハの評価装置が提供できることが示された。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の評価方法および評価装置によれば、縦バイ アスを印加する手段として永久磁石を用いたＭＲヘッドについて、永久磁石の着磁状態を変化させながら縦バイアス磁界を測定することにより、永久磁石の保磁 力、角形性などの特性を実素子形状で測定できる。また、ＭＲヘッド用ウェハ上に配置されたＭＲ高さ加工後と同じ形状のテスト素子を、本評価方法および評価 装置で測定することにより、前記永久磁石の特性をウェハ段階で測定可能となる。このため、永久磁石の特性不良に伴うＭＲヘッドの再生不安定性をＭＲヘッド 用ウェハ製造工程の早い段階で把握でき、ＭＲヘッドを単体として完成させる前に特性の不良なウェハを選別できるため、不良品に伴う後工程の製造コストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＭＲヘッドの評価装置の構成の概略ブロック図
【図２】永久磁石バイアス型ＭＲヘッドの再生部分の模式図
【図３】ＭＲ層の磁化の向きと素子抵抗の関係
【図４】縦方向の外部磁界に対する素子抵抗の変化
【図５】永久磁石の残留磁化膜厚積と縦バイアス磁界との関係
【図６】永久磁石の特性モニタ用ダミー基板のＢ−Ｈ曲線
【図７】本発明による実素子形状での永久磁石の着磁磁界依存性
【図８】本発明による実素子形状での永久磁石の減磁磁界依存性
【図９】ＭＲヘッド再生部分の記録媒体対向面から見た拡大図
【図１０】ＭＲヘッドの再生動作時の模式図
【図１１】アバッテド接合の形成工程
【符号の説明】
１  ＭＲ層、２ スペーサ層、３ ＳＡＬ、４ 上部絶縁層、５ 下部絶縁層、６ 下地層、７ 永久磁石層、８ 電極層、９ レジスト層、１０ ＳｉＯ2層、 １１ ＭＲヘッド用ウェハ、１２ プローブ、１３ 縦方向磁界用ヘルムホルツコイル、１４ 横方向磁界用ヘルムホルツコイル、１５ 着磁磁界用コイル、１６ 減磁磁界用コイル、１７ Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ、１８ 光学系、１９ 縦方向磁界用ヘルムホルツコイル電源、２０ 横方向磁界用ヘルムホルツコイル電源、２１ 着磁磁界用コイル電源、２２ 減磁磁界用コイル電源、２３Ｘ−Ｙ−Ｚ−θコントローラ、２４ ＣＣＤカメラ、２５ 定電流源、２６電圧計、２７ 制御用コンピュータ、２８ 結果表示部、２９ 記録媒体、３０記録ビット、３１ 漏れ磁界
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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