(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気力顕微鏡を利用した磁気ヘッド測定装置であって、
測定対象の磁気ヘッドである試料に対して、一定の直流オフセット振幅に交流信号を加算した信号電流を印加して、当該試料から磁界を発生させるための磁界発生手段と、
前記試料に接近する磁性探針により、前記試料の測定範囲を走査させる走査手段と、
接近した前記試料と前記磁性探針との間に生ずる磁気力相互作用に基づいて、前記信号電流の交流周波数に同期した磁界振幅成分を抽出し、当該磁界振幅成分を前記信号電流の直流オフセット振幅値で微分した磁界−電流微分像として求めて、当該微分像から前記試料の磁界の直流電流値依存性を測定するための測定手段と
を具備したことを特徴とする磁気ヘッド測定装置。
【請求項２】
前記走査手段は、前記磁性探針を、所定の周期で振動させるための振動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド測定装置。
【請求項３】
前記測定手段は、前記振動手段により振動されている前記磁性探針の磁気力学的相互作用変化に対応する直流電流値依存性を測定する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気ヘッド測定装置。
【請求項４】
磁気力顕微鏡を利用した磁気ヘッド測定装置に適用する測定方法であって、
測定対象の磁気ヘッドである試料に対して、一定の直流オフセット振幅に交流信号を加算した信号電流を印加して、当該試料から磁界を発生させるステップと、
前記試料に接近する磁性探針により、前記試料の測定範囲を走査させるステップと、
接近した前記試料と前記磁性探針との間に生ずる磁気力相互作用に基づいて、前記信号電流の交流周波数に同期した磁界振幅成分を抽出し、当該磁界振幅成分を前記信号電流の直流オフセット振幅値で微分した磁界−電流微分像として求めて、当該微分像から前記試料の磁界の直流電流値依存性を測定するステップと
を有する手順を実行することを特徴とする測定方法。
【請求項５】
前記交流信号は、その振幅値が３ｍＡ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド測定装置。
【請求項６】
前記交流信号は、その周波数振幅値が３ｍＡ以下であることを特徴とする請求項４に記載の測定方法。
【請求項７】
前記交流信号は、その周波数が前記磁性探針の振動周波数の１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド測定装置。
【請求項８】
前記交流信号は、その周波数が前記磁性探針部材の振動周波数の１／１０以下であることを特徴とする請求項４に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を利用した磁気ヘッド測定装置に関し、特に記録ヘッドの磁界特性を測定するための磁気ヘッド測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばハードディスクドライブに使用する磁気ヘッドの製造工程などでは、当該磁気ヘッドに含まれる記録ヘッド（ライトヘッド）の磁界分布や磁界の飽和現象などの磁界特性を測定する測定工程が必要不可欠である。記録ヘッドは、例えばインダクティブ型の薄膜ヘッドであり、コイルに印加される信号電流に応じた記録磁界を発生する磁気ギャップを有する。
【０００３】
測定工程での測定方式には、スピンスタンドと呼ぶヘッド・ディスク専用の測定装置を使用する方式や、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を利用した専用の磁気ヘッド測定装置を使用する方式、またはコンピュータシミュレーションによる方式が周知である。
【０００４】
スピンスタンドを使用する測定方式は、測定対象の記録ヘッドに対するライト電流値を変化させながら、ディスク記録媒体に測定用信号（孤立波形）を記録して、再生ヘッド（リードヘッド）により当該記録信号を再生する。そして、スピンスタンドにより、再生ヘッドから出力された記録信号を使用して、測定対象の記録ヘッドの磁界特性を測定する。また、ＭＦＭを利用した測定方式は、測定対象の記録ヘッドに対してＤＣ（直流）電流を印加して、当該記録ヘッドから発生するＤＣ磁界（記録磁界）をＭＦＭにより測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の各種の測定方式には、以下のような問題がある。まず、スピンスタンドを使用する測定方式では、ディスク記録媒体と再生ヘッドとを介在させるために、これらの特性を含めた測定動作となる。このため、記録ヘッドの飽和磁界を直接に観察することができない。飽和現象は、記録ヘッドを構成する磁極の角（エッジ）から生じると推定される。しかし、当該測定方式では、その様子を局所的に捉えることはできない。
【０００６】
次に、ＭＦＭを利用した測定方式では、ＤＣ電流のみを印加して、飽和磁界を測定するため、分解能の向上が期待できない。ＤＣ電流値を増大させると、記録ヘッドから非常に大きな磁界が発生する。このため、ＭＦＭで使用される探針と、記録ヘッドからの記録磁界との相互作用が、探針の先端部だけでなく、探針の背面部にまで及ぶことが確認されている。探針の背面部での相互作用には、探針の周囲からの磁界も含まれるため、磁界による相互作用効果が非常に大きくなる。従って、相対的に探針の先端部からの寄与が少なくなり、分解能が低下することになる。
【０００７】
さらに、コンピュータシミュレーションでは、記録ヘッドでの実際の磁界分布を測定することはできない。
【０００８】
そこで，本発明の目的は、記録ヘッドの磁界特性である飽和磁界を直接かつ高分解能に観察することを実現し、結果的に記録ヘッドの測定性能を向上できる磁気ヘッド測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点に従った磁気ヘッド測定装置は、磁気力顕微鏡を利用した磁気ヘッド測定装置であって、測定対象の磁気ヘッドである試料に対して、一定の直流オフセット振幅に交流信号を加算した信号電流を印加して、当該試料から磁界を発生させるための磁界発生手段と、前記試料に接近する磁性探針により、前記試料の測定範囲を走査させる走査手段と、接近した前記試料と前記磁性探針との間に生ずる磁気力相互作用に基づいて、前記信号電流の交流周波数に同期した磁界振幅成分を抽出し、当該磁界振幅成分を前記信号電流の直流オフセット振幅値で微分した磁界−電流微分像として求めて、当該微分像から前記試料の磁界の直流電流値依存性を測定するための測定手段とを備えた構成である。
【００１１】
このような構成により、測定された磁界−電流微分像を所定の信号処理により画像に変換することにより、測定対象である記録ヘッドの磁極エッジからの磁界の飽和現象を視覚的に観察することが可能となる。また、記録ヘッドに供給する電流値を変化させることにより、当該記録ヘッドの磁界に対する電流依存性（磁界−電流曲線）を求めることも可能となる。要するに、測定対象である記録ヘッドの磁界特性である飽和磁界を直接かつ高分解能に観察することを実現し、結果的に記録ヘッドの測定性能を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
（磁気ヘッド測定装置の構成）
同実施形態の測定装置は、図１に示すように、測定装置本体１及びコンピュータ２０に大別される。測定装置本体１は、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を利用した記録ヘッド（以下試料と呼ぶ場合がある）３の磁界特性を測定するための専用装置である。ここで、従来のＭＦＭは、概略的には走査型プローブ顕微鏡の一種で、通常ではカンチレバー（板バネ部材）に搭載された探針を測定対象試料に接近させて、非接触状態で当該試料から発生する磁界を磁気力相互作用（力または力勾配）を利用して検出する。
【００１４】
測定装置本体１は、磁性体（又は磁性体がコーティングされた）探針１０を支持しているカンチレバー２と、当該カンチレバー２に一定振動振幅の振動を与えるための加振用圧電素子５とを有する。この加振用圧電素子５は、信号発生器６からの駆動用信号に応じて、カンチレバー２の機械的共振周波数（ωｒ）またはその近傍の周波数で、カンチレバー２を振動させる。
【００１５】
一方、測定対象の記録ヘッドである試料３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向に駆動制御される走査用圧電素子部材４により保持されている。走査用圧電素子部材４は、後述するフィードバック回路１２からの制御信号に応じて、試料３と探針１０との３次元の相対位置及び相対距離を変化させる機能を有する。
【００１６】
さらに、本装置１は、カンチレバー２の変位を検出するための変位検出計７と、位相検出器８と、同期検波器９と、振幅／直流電圧変換器１１とを有する。位相検出器８は、変位検出計７及び信号発生器６の各出力信号の位相差を検出する。同期検波器９は、位相検出器８から出力される信号からＡＣ（交流）成分を測定する（測定信号１００を出力する）。即ち、同期検波器９は、探針１０の力学的相互作用により検出された記録ヘッド３の磁界に対応する交流周波数に同期した振幅成分（磁界−電流微分像に相当）を抽出する。
【００１７】
振幅／直流電圧変換器１１は、変位検出計７の出力信号からＡＣ信号の振幅値をＤＣ（直流）信号（１０２）に変換してフィードバック回路１２に出力する。フィードバック回路１２は、振幅／直流電圧変換器１１からの出力信号１０２の振幅を一定にするための信号を、走査用圧電素子部材４を駆動制御信号１０３として出力すると共に、当該試料３の表面形状（凹凸像）の検出信号１０１としてコンピュータ２０に出力する。
【００１８】
信号発生器１３は、試料３である記録ヘッドのコイルに測定用の信号電流１０４を供給するための電流源を有する回路である。信号電流１０４は、ＤＣとＡＣとを合わせたものであり、振幅が非常に小さい当該ＡＣ電流（角振動周波数ωｍ）を含む信号電流である。
【００１９】
コンピュータ２０は、測定装置本体１の全体的制御と共に、測定装置本体１により測定された磁界・電流微分像に相当する測定信号（１００）及び試料の表面形状（凹凸像）に相当する測定信号（１０１）のそれぞれを信号処理して測定評価する機能を有する。また、コンピュータ２０は、装置本体１の測定条件の設定や動作状態の取得を実行する。具体的には、コンピュータ２０は、フィードバック回路１２の時定数及び走査用圧電素子部材４の走査範囲を設定する。また、信号発生器６，１３から信号電流を発生するための周波数，振幅，オフセットなどの動作条件を設定する。
【００２０】
なお、走査用圧電素子部材４は、記録ヘッド３に対して固定されている構造を想定しているが、探針１０と記録ヘッド３との相対位置が変化できるような構造であれば他の配置構成でもよい。
【００２１】
（測定手順）
以下図２のフローチャート、図３及び図４を参照して、同実施形態の測定手順を説明する。
【００２２】
まず、信号発生器１３から試料３である記録ヘッドのコイルに対して、信号電流１０４を印加させる（ステップＳ１）。この信号電流１０４は、ＤＣとＡＣとを合わせて、振幅が非常に小さい当該ＡＣ電流（角振動周波数ωｍ）を含む信号電流である。即ち、一定の直流オフセット振幅に交流信号を加算した信号電流である。ここで、ＡＣ電流の振幅は小さければ小さいほど、磁界の微分に対応した信号が得られる。しかしながら、ＭＦＭの検出感度を考えると、ある程度の振幅が必要である。実際の記録ヘッドの振幅の最大値が３０ｍＡ〜４０ｍＡであることを考慮すると、ＡＣ電流の振幅はおよそ３ｍＡ以下であることが理想的である。また、ＡＣ電流の周波数（ωｍ）は、カンチレバー２の共振周波数（ωｒ）より１／１０以下でなければならない。当該周波数（ωｍ）は、振幅変調信号の変調周波数であるが、探針１０と磁界の相互作用によってカンチレバー２の共振周波数を搬送周波数とする位相変調の変調周波数に変換される。従って、当該周波数（ωｍ）の最大値は、カンチレバー２の共振周波数（探針１０の振動周波数に相当）に依存し、実験的に１／１０以下でなければ感度よく測定できないことが確認されている。当該信号電流１０４の供給に応じて、記録ヘッド３のギャップから磁界（記録磁界）が発生する。
【００２３】
この状態で、探針１０を記録ヘッド３に接近させると、探針１０には磁界による力学的相互作用が働く（ステップＳ２）。探針１０に働く力学的相互作用は、変位検出計７で測定されるカンチレバー１０の振動と信号発生器６の信号位相の差として、位相検出器８により検出される。また、同期検波器９により、当該力学的相互作用（即ち、記録ヘッドの磁界）のＡＣ（交流）成分に同期した信号が測定信号１００として出力される。即ち、この測定信号１００は、交流周波数に同期した振幅成分であり、記録ヘッドから発生する磁界（ｄＨ）を電流（ｄＩ）で微分した磁界−電流微分値（ｄＨ／ｄＩ）に相当する。コンピュータ２０は、探針１０を記録ヘッドのギャップの範囲を走査させることにより、磁界−電流微分像を測定するための測定信号１００を入力する（ステップＳ３）。
【００２４】
一方、試料３の表面形状（凹凸像）を測定するためには、コンピュータ２０は、測定動作を切替えて、フィードバック回路１２から出力される測定信号１０１を入力する（ステップＳ４のＹＥＳ）。即ち、走査用圧電素子部材４を、フィードバック回路１２からの制御信号に応じて、試料３と探針１０との３次元の相対位置及び相対距離を変化させる（ステップＳ５）。
【００２５】
そして、信号発生器６から、カンチレバー２の機械的共振周波数（ωｒ）またはその近傍の周波数の信号を、加振用圧電素子５に供給させる。この加振用圧電素子５により、カンチレバー２を介して探針１０に対して加振される。探針１０は、その先端部が記録ヘッド３の表面を軽く接触（タップ）しながら走査する。
【００２６】
フィードバック回路１２は、振幅／直流電圧変換器１１からの出力信号１０２の振幅を一定にするように走査用圧電素子部材４を駆動制御する。このとき、フィードバック回路１２は、当該駆動制御信号を記録ヘッド３の表面形状（凹凸像）の検出信号１０１としてコンピュータ２０に出力する（ステップＳ６）。
【００２７】
以上のようにコンピュータ２０の制御により、測定装置本体１は、測定対象の記録ヘッド３の磁界特性である磁界・電流微分像（測定信号１００）及び表面形状（凹凸像）を測定する。
【００２８】
ここで、コンピュータ２０は、装置１から得られた測定信号１００に対して所定の信号処理を実行して、図３に示すように、測定結果である記録ヘッド３の磁界・電流微分像を黒コントラストによる画像データに変換する。この画像データをディスプレイの画面上に表示出力することにより、測定対象の記録ヘッド３の磁界特性（飽和現象）を視覚的に直接観察することが可能となる。
【００２９】
図３（Ａ）は、記録ヘッド３に供給する信号電流のＤＣ電流値（Ｉ）が３ｍＡの場合の磁界・電流微分像を示す。また、同図（Ｂ）は、当該ＤＣ電流値（Ｉ）が２０ｍＡの場合の磁界−電流微分像を示す。同図（Ａ）では、記録ヘッド３のギャップを構成する磁極Ｐ１，Ｐ２のエッジコーナに沿って、磁界（微分値）が分布している様子（黒コントラスト）が確認できる。一方、同図（Ｂ）では、磁極Ｐ１，Ｐ２のエッジ周辺の黒コントラストが消失しており、磁界（微分値）がほぼゼロで、磁極エッジでの磁界の飽和が起こっていることが確認される。コンピュータ２０は、信号電流１０４の電流値（ＤＣ電流値）を変化させた測定結果から、記録ヘッド３に対する磁界−電流微分曲線、さらには磁界−電流曲線を算出して、ディスプレイ上に表示出力することができる。
【００３０】
以上のように同実施形態の装置１によれば、測定対象である記録ヘッド３の磁界・電流微分像及びその表面形状（凹凸像）を測定することができる。従って、コンピュータ２０により、測定結果である記録ヘッド３の磁界−電流微分像から画像を生成することにより、当該記録ヘッド３の磁界特性（磁界飽和現象）を視覚的に観察することが可能となる。また、電流値（ＤＣ電流値）を変化させた測定結果から、記録ヘッド３に対する磁界−電流微分曲線、さらには磁界−電流曲線を算出することにより、高い分解能での測定評価を行なうことができる。
【００３１】
（変形例）
図４は同実施形態の装置１での測定方法の変形例に関する図である。図４は、記録ヘッド３に対する探針１０の走査範囲４００、その走査ライン４０１（点線）、及び黒点で示す測定位置４０２を概念的に示す図である。
【００３２】
本変形例は、走査範囲４００において、記録ヘッド３の磁極Ｐ１，Ｐ２の周辺（ギャップ３０）で探針１０を走査させて（走査ライン４０１）、予め設定した測定位置４０２で当該走査を一時的に停止させる。そして、記録ヘッド３に供給する信号電流１０４の電流値（ＤＣ電流値）を変化させたときの同期検波器９からの測定結果（磁界−電流微分値）を、コンピュータ２０が記憶する。コンピュータ２０は、ＤＣ電流値を変化させて得られる複数の測定結果（磁界−電流微分値）を解析して、磁界・電流微分曲線を算出する。さらに、コンピュータ２０は、探針１０を所定の測定位置４０２毎の磁界−電流微分曲線から、記録ヘッド３の磁界−電流曲線を算出する。
【００３３】
このような変形例による測定方法であれば、同実施形態のようにＤＣ電流値の変化２応じて画像データを生成する測定方法に対して、探針１０の走査とＤＣ電流値の変化とを同時的に実行する測定方法であるため、相対的に短時間で磁界−電流微分曲線及び磁界−電流曲線を算出することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を利用して、磁気ヘッドに含まれる記録ヘッドの磁界特性を測定するための磁気ヘッド測定装置において、測定された磁界−電流微分像を所定の信号処理により画像に変換することにより、測定対象である記録ヘッドの磁極エッジからの磁界の飽和現象を視覚的に観察することが可能となる。また、記録ヘッドに供給する電流値を変化させることにより、当該記録ヘッドの磁界に対する電流依存性（磁界−電流曲線）を求めることも可能となる。要するに、測定対象である記録ヘッドの磁界特性である飽和磁界を直接かつ高分解能に観察することを実現し、結果的に記録ヘッドの測定性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関する磁気ヘッド測定装置の要部を示すブロック図。
【図２】同実施形態に関する測定手順を説明するためのフローチャート。
【図３】同実施形態に関する測定結果を説明するための図。
【図４】同実施形態の変形例に関する測定方法を説明するための図。
【符号の説明】
１…測定装置本体
２…カンチレバー
３…試料（記録ヘッド）
４…走査用圧電素子部材
５…加振用圧電素子
６…信号発生器
７…変位検出計
８…位相検出器
９…同期検波器
１０…探針
１１…振幅／直流電圧変換器
１２…フィードバック回路
１３…信号発生器
２０…コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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