JP2017059279A - Magnetic head inspection device and magnetic head inspection method - Google Patents
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Abstract
【課題】カンチレバーの感度を下げることなく、カンチレバーの応答特性を補正して、磁気ヘッドの書き込みトラック幅がさらに微細化しても、スキャン速度を下げてタクトタイムを長くすることなく、磁気ヘッドの実効トラック幅の測定を行う。【解決手段】磁気ヘッドへ励磁用信号を供給し、先端部分に磁性探針が形成されたカンチレバー7を、所定の周波数で振動させながら、磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させ、カンチレバー7の変位を検出して、検出信号を出力する。検出信号から磁気ヘッドの実効トラック幅を検出する制御部30は、カンチレバー7の応答特性を、伝達関数G(s)がG(s)=1/(s×Τc+1)である伝達回路のステップ応答特性として近似して、検出信号に対し、この伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行う補正手段(35a,35b)を有する。【選択図】図3[PROBLEMS] To correct the response characteristics of a cantilever without lowering the sensitivity of the cantilever, and even if the write track width of the magnetic head is further miniaturized, the effective speed of the magnetic head is reduced without reducing the scanning speed and increasing the tact time. Measure the track width. An excitation signal is supplied to a magnetic head, and a cantilever having a magnetic probe formed at a tip portion is scanned and moved relative to the surface of the magnetic head while vibrating at a predetermined frequency. The displacement is detected and a detection signal is output. The control unit 30 that detects the effective track width of the magnetic head from the detection signal indicates the response characteristic of the cantilever 7 and the step response of the transfer circuit whose transfer function G (s) is G (s) = 1 / (s × sc + 1). There are correction means (35a, 35b) that perform correction processing that approximates the characteristics and cancels the step response characteristics of the transmission circuit with respect to the detection signal. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、磁気ヘッドの書き込みトラック幅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。 The present invention relates to a magnetic head inspection apparatus and a magnetic head inspection method for inspecting a write track width of a magnetic head.
近年、ハードディスクドライブ(HDD)の面記録密度の急激な増加に伴い、磁気ヘッドの書き込みトラック幅も微細化され、磁気ヘッドの記録ヘッドにより磁気ディスク上に書き込まれる書き込みトラック幅を、正確に検査する技術の重要性が増している。 In recent years, with the rapid increase in surface recording density of hard disk drives (HDDs), the write track width of the magnetic head is also miniaturized, and the write track width written on the magnetic disk by the magnetic head recording head is accurately inspected. The importance of technology is increasing.
従来は、磁気ヘッドとサスペンションとが一体化されたヘッド・ジンバル・アセンブルの状態(HGA状態)又は擬似HGA状態で、スピンスタンドと呼ばれるヘッド・ディスク専用の測定装置を用いて、書き込みトラック幅を検査していた。しかしながら、スピンスタンドを用いた検査は、HGA状態又は擬似HGA状態という磁気ヘッド製造工程の終盤段階でなければ、書き込みトラック幅の検査を実施できないため、生産性の向上や、製造工程の早期にフィードバックを行うといった観点からは、あまり好ましくなかった。 Conventionally, in the head gimbal assembly state (HGA state) where the magnetic head and suspension are integrated (HGA state) or the pseudo HGA state, the write track width is inspected by using a head disk measuring device called a spin stand. Was. However, the inspection using the spinstand is not the final stage of the magnetic head manufacturing process in the HGA state or the pseudo HGA state, so the write track width cannot be inspected. From the viewpoint of carrying out the process, it was not so preferable.
これに対し、特許文献1に記載された磁気ヘッド検査方法及び磁気ヘッド検査装置では、ローバー状態の磁気ヘッドに励磁用信号(記録信号)を供給した状態で、磁気ヘッドの記録ヘッド部により発生される磁界の様子を、磁気ヘッドの浮上高さ相当分だけ離間した位置で、磁気力顕微鏡(MFM:Magnetic Force Microscope)により直接測定することで、磁気ヘッドの実効トラック幅の検査を実施している。 On the other hand, in the magnetic head inspection method and the magnetic head inspection apparatus described in Patent Document 1, the magnetic head is generated by the recording head portion of the magnetic head in a state where an excitation signal (recording signal) is supplied to the magnetic head in the row bar state. The effective track width of the magnetic head is inspected by directly measuring the state of the magnetic field with a magnetic force microscope (MFM) at a position that is separated by the flying height equivalent of the magnetic head. .
磁気ヘッドの書き込みトラック幅を磁気力顕微鏡(MFM)により検査する場合、検査時間(タクトタイム)の短縮に関しては、先端部分に磁性探針が形成されたカンチレバーを磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させる際のスキャン速度が、重要な要素となってくる。ハードディスクドライブ(HDD)の面記録密度のさらなる増加に伴い、磁気ヘッドの書き込みトラック幅がさらに微細化すると、スキャン速度を維持したまま検査を行うためには、カンチレバーの応答速度を上げる必要が生じる。カンチレバーの応答速度を向上させる方法としては、カンチレバーの応答特性であるQ値を小さくすることが考えられるが、Q値を小さくすると、カンチレバーの感度が下がり、微小な磁界を検出できなくなる恐れがある。そのため、従来は、磁気ヘッドの書き込みトラック幅のさらなる微細化に対応するため、スキャン速度を遅くしなければならず、その結果、タクトタイムが長くなるという問題があった。 When the write track width of the magnetic head is inspected with a magnetic force microscope (MFM), the cantilever with the magnetic probe formed at the tip is scanned and moved relative to the surface of the magnetic head in order to shorten the inspection time (tact time). The scanning speed at the time of making it becomes an important factor. As the surface recording density of a hard disk drive (HDD) further increases, if the write track width of the magnetic head is further reduced, it is necessary to increase the response speed of the cantilever in order to perform inspection while maintaining the scan speed. As a method for improving the response speed of the cantilever, it is conceivable to reduce the Q value which is the response characteristic of the cantilever. However, if the Q value is reduced, the sensitivity of the cantilever is lowered, and a minute magnetic field may not be detected. . For this reason, conventionally, in order to cope with further miniaturization of the write track width of the magnetic head, there has been a problem that the scan speed has to be slowed, and as a result, the tact time becomes long.
本発明の課題は、カンチレバーの感度を下げることなく、カンチレバーの応答特性を補正して、磁気ヘッドの書き込みトラック幅がさらに微細化しても、スキャン速度を下げてタクトタイムを長くすることなく、磁気ヘッドの実効トラック幅の測定を行うことである。 The object of the present invention is to correct the response characteristics of the cantilever without lowering the sensitivity of the cantilever, and even if the write track width of the magnetic head is further reduced, the magnetic speed can be reduced without reducing the scan speed and increasing the tact time. It is to measure the effective track width of the head.
本発明の磁気ヘッド検査装置は、先端部分に磁性探針が形成され、所定の周波数で振動するカンチレバーと、カンチレバーを、磁性探針が磁気ヘッドの磁気ディスクに対する浮上高さ相当分だけ磁気ヘッドの表面から離間した状態で、磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させる検査ステージと、カンチレバーの変位を検出して、検出信号を出力する検出部と、磁気ヘッドへ励磁用信号を供給し、検出部の検出信号から、磁気ヘッドの実効トラック幅を検出する制御部とを備え、制御部が、カンチレバーの応答特性を、伝達関数G(s)が
G(s)=1/(s×Τc+1)
である伝達回路のステップ応答特性として近似して、検出部の検出信号に対し、伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行う補正手段を有するものである。
In the magnetic head inspection apparatus of the present invention, a magnetic probe is formed at the tip, and a cantilever that vibrates at a predetermined frequency, and the cantilever, the magnetic probe of the magnetic head is equivalent to the flying height of the magnetic head relative to the magnetic disk. An inspection stage that scans and moves relative to the surface of the magnetic head in a state separated from the surface, a detection unit that detects the displacement of the cantilever and outputs a detection signal, an excitation signal is supplied to the magnetic head, and the detection unit And a control unit for detecting the effective track width of the magnetic head from the detection signal, the control unit shows the response characteristic of the cantilever, and the transfer function G (s) is G (s) = 1 / (s × Τc + 1)
The correction means approximates the step response characteristic of the transfer circuit and corrects the detection signal of the detection unit to cancel the step response characteristic of the transfer circuit.
また、本発明の磁気ヘッド検査方法は、磁気ヘッドへ励磁用信号を供給し、先端部分に磁性探針が形成されたカンチレバーを、所定の周波数で振動させながら、磁性探針が磁気ヘッドの磁気ディスクに対する浮上高さ相当分だけ磁気ヘッドの表面から離間した状態で、磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させ、カンチレバーの変位を検出して、検出信号を出力し、カンチレバーの応答特性を、伝達関数G(s)が
G(s)=1/(s×Τc+1)
である伝達回路のステップ応答特性として近似して、検出信号に対し、伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行い、補正処理を行った検出信号から、磁気ヘッドの実効トラック幅を検出するものである。
In the magnetic head inspection method of the present invention, an excitation signal is supplied to the magnetic head, and the magnetic probe is oscillated at a predetermined frequency while the cantilever having the magnetic probe formed at the tip is vibrated at a predetermined frequency. While moving away from the surface of the magnetic head by an amount equivalent to the flying height relative to the disk, scan movement is performed on the surface of the magnetic head, displacement of the cantilever is detected, a detection signal is output, and the response characteristics of the cantilever are transmitted. The function G (s) is G (s) = 1 / (s × Τc + 1)
Approximate the step response characteristics of the transfer circuit, and correct the detection signal to cancel the step response characteristics of the transfer circuit, and detect the effective track width of the magnetic head from the detected detection signal. It is.
発明者は、シミュレーションによる分析の結果、カンチレバーを振動させるための発振信号をオンにしたときの、カンチレバーの振幅信号の立ち上がりの軌跡が、電気回路におけるローパスフィルタのステップ応答の波形に酷似していることを発見した。この発見に基づき、本発明では、カンチレバーの応答特性を、ローパスフィルタの伝達関数と同じ上記の伝達関数G(s)を持つ伝達回路のステップ応答特性として近似して、検出信号に対し、この伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行う。これにより、検出信号の波形が改善され、磁気ヘッドの書き込みトラック幅がさらに微細化しても、スキャン速度を下げてタクトタイムを長くすることなく、磁気ヘッドの実効トラック幅の測定を行うことが可能となる。 As a result of analysis by simulation, the inventors have found that the rise path of the amplitude signal of the cantilever when the oscillation signal for vibrating the cantilever is turned on is very similar to the waveform of the step response of the low-pass filter in the electric circuit. I discovered that. Based on this discovery, in the present invention, the response characteristic of the cantilever is approximated as the step response characteristic of the transfer circuit having the same transfer function G (s) as the transfer function of the low-pass filter, and this transfer is made to the detection signal. Correction processing for canceling the step response characteristic of the circuit is performed. As a result, the waveform of the detection signal is improved, and the effective track width of the magnetic head can be measured without reducing the scan speed and increasing the tact time even if the write track width of the magnetic head is further reduced. It becomes.
さらに、本発明の磁気ヘッド検査装置及び磁気ヘッド検査方法は、カンチレバーの応答特性を、カンチレバーの共振特性において振幅が最大値から3dB減衰したときの周波数幅の半値をカットオフ周波数とするローパスフィルタのステップ応答特性として近似するものである。これは、上記の発見から、ローパスフィルタのステップ応答特性を、そのままカンチレバーの応答特性に当てはめたものであり、伝達回路の伝達関数G(s)の時定数Τcが容易に決定される。 Furthermore, the magnetic head inspection apparatus and magnetic head inspection method according to the present invention provides a response characteristic of a cantilever with a low-pass filter having a cut-off frequency that is half the frequency width when the amplitude is attenuated by 3 dB from the maximum value in the resonance characteristic of the cantilever. It approximates as step response characteristics. From the above findings, the step response characteristic of the low-pass filter is directly applied to the response characteristic of the cantilever, and the time constant Τc of the transfer function G (s) of the transfer circuit is easily determined.
あるいは、本発明の磁気ヘッド検査装置及び磁気ヘッド検査方法は、伝達回路の伝達関数G(s)の時定数Τcを、カンチレバーを振動させるための発振信号をオンにしたときの、検出信号の過渡特性から、フィッティング処理により求めたものである。これにより、前述の場合に比べて、さらに正確な近似が可能となる。 Alternatively, according to the magnetic head inspection apparatus and magnetic head inspection method of the present invention, the time constant Τc of the transfer function G (s) of the transfer circuit and the detection signal transient when the oscillation signal for vibrating the cantilever is turned on. From the characteristics, it is obtained by the fitting process. As a result, a more accurate approximation is possible than in the case described above.
補正手段として、インパルス応答の継続時間が無限で、出力を入力へ帰還するフィードバック構成を持つ、無限インパルス応答(IIR:Infinite Impulse Response)フィルタを用いて、検出信号に対するハード的な処理により、伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行ってもよい。あるいは、補正手段として、検出信号をディジタル化した信号に対して演算処理を行うディジタル信号処理回路を用いて、ソフト的な処理により、伝達回路の応答特性を打ち消す補正処理を行ってもよい。 As a correction means, a transmission circuit is provided by hardware processing on a detection signal using an infinite impulse response (IIR) filter having an infinite impulse response duration and a feedback configuration in which an output is fed back to an input. Correction processing for canceling the step response characteristic may be performed. Alternatively, as a correction unit, a digital signal processing circuit that performs arithmetic processing on a signal obtained by digitizing the detection signal may be used to perform correction processing that cancels the response characteristic of the transmission circuit by software processing.
本発明によれば、カンチレバーの感度を下げることなく、カンチレバーの応答特性を補正することができるので、磁気ヘッドの書き込みトラック幅がさらに微細化しても、スキャン速度を下げてタクトタイムを長くすることなく、磁気ヘッドの実効トラック幅の測定を行うことができる。 According to the present invention, since the response characteristic of the cantilever can be corrected without lowering the sensitivity of the cantilever, even if the write track width of the magnetic head is further reduced, the scanning speed is lowered and the tact time is lengthened. Therefore, the effective track width of the magnetic head can be measured.
さらに、カンチレバーの応答特性を、カンチレバーの共振特性において振幅が最大値から3dB減衰したときの周波数幅の半値をカットオフ周波数とするローパスフィルタのステップ応答特性として近似することにより、伝達回路の伝達関数G(s)の時定数Τcを容易に決定することができる。 Further, by approximating the response characteristic of the cantilever as a step response characteristic of a low-pass filter having a half-value of the frequency width when the amplitude is attenuated by 3 dB from the maximum value in the resonance characteristic of the cantilever, the transfer function of the transfer circuit is obtained. The time constant Τc of G (s) can be easily determined.
あるいは、伝達回路の伝達関数G(s)の時定数Τcを、カンチレバーを振動させるための発振信号をオンにしたときの、検出信号の過渡特性から、フィッティング処理により求めることにより、さらに正確な近似が可能となり、カンチレバーの応答特性をさらに精度良く補正することができる。 Alternatively, a more accurate approximation can be obtained by obtaining the time constant Τc of the transfer function G (s) of the transfer circuit from the transient characteristics of the detection signal when the oscillation signal for vibrating the cantilever is turned on by fitting processing. Thus, the response characteristic of the cantilever can be corrected with higher accuracy.
図1は、本発明の一実施の形態による磁気ヘッド検査装置の概略構成を示す図である。本実施の形態の磁気ヘッド検査装置は、スライダ単体(チップ)を切り出す前のローバー(スライダが配列されたブロック)の状態で、磁気ヘッドの実効トラック幅の測定を行うものである。磁気ヘッド検査装置100は、カンチレバー7、検査ステージ10、載置部121、ピエゾドライバ20、制御部30、変位検出部40、差動アンプ50、DCコンバータ60、フィードバックコントローラ70、及び発振器80を含んで構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic head inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. The magnetic head inspection apparatus according to the present embodiment measures the effective track width of the magnetic head in the state of the row bar (block in which the slider is arranged) before cutting out the single slider (chip). The magnetic
通常、ローバー1は、3cm〜5cm程度の細長いブロックとしてウエハから切り出され、40個〜60個程度のスライダが配列された構成となっている。本実施の形態による磁気ヘッド検査装置100は、ローバー1をワークとして所定の検査を行う様に構成されている。ローバー1は、通常、図示しないトレイ内に20〜30本程度、短軸方向に所定間隔で収納されている。図示しないハンドリングロボットが、ローバー1を図示しないトレイから一本ずつ取り出して、検査ステージ10へ搬送する。
Usually, the row bar 1 is cut out from a wafer as an elongated block of about 3 cm to 5 cm, and about 40 to 60 sliders are arranged. The magnetic
検査ステージ10は、ローバー1をX方向へ移動するXステージ11、ローバー1をY方向へ移動するYステージ12、及びZステージ13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の位置決め用の載置部121が設けられている。載置部121の上面側縁部には、ローバー1の形状にほぼ合致した段差部が設けられている。ローバー1は、この段差部の底面と側面とにそれぞれ当接されることによって、所定位置に設置される。段差部の側面には、ローバー1の後側面(磁気ヘッドの接続端子のある面の反対面)が当接される。Yステージ12の上方には、図示しない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121に吸着されて保持される。
The
図2(a)はローバーの一部の前側面図、図2(b)はローバーの一部の上面図である。図2(b)において、ローバー1には、複数のスライダ2が配列されており、各スライダ2の上面(磁気ディスクと向き合う面)には、記録ヘッド及び読み出しヘッドを含むヘッド部3が構成されている。図2(a)は、図2(b)の矢印Aで示す方向に見た、ローバー1の前側面図である。ローバー1の前側面には、スライダ2毎に、ヘッド部3の記録ヘッド及び読み出しヘッドに接続された複数の接続端子4がそれぞれ設けられている。
2A is a front side view of a part of the row bar, and FIG. 2B is a top view of a part of the row bar. In FIG. 2B, a plurality of
なお、図2(a)は、各スライダ2のヘッド部3に、1つの記録ヘッドと、読み出しヘッドを構成する3組の磁気検出素子とが搭載され、それらに接続された合計8つの接続端子が、各スライダ2に設けられた例を示している。しかしながら、記録ヘッドの数及び読み出しヘッドの磁気検出素子の数、並びに接続端子4の数は、これに限るものではない。
In FIG. 2A, the
各スライダ2の接続端子4のうち、記録ヘッドに接続された接続端子4に、プローブカード6のプローブピンを接続することにより、各スライダ2のヘッド部3の記録ヘッドの検査が可能な状態となる。図2(c)はプローブカードを接続した状態を示す図である。プローブカード6は、接続端子4に接触する複数のプローブピンを有し、制御部30の制御により、プローブピンから記録ヘッドのコイルへ励磁用信号(記録信号)を供給する。
By connecting the probe pin of the
図1において、Zステージ13は、磁気力顕微鏡(MFM)のカンチレバー7をZ方向へ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、及び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。ピエゾドライバ20は、制御部30の制御に基づいて、検査ステージ10のXステージ11、Yステージ12、及びZステージ13を駆動制御する。
In FIG. 1, a
載置部121上に載置されたローバー1の上方の対向する位置には、先端の尖った磁性探針を自由端とするカンチレバー7が配置されている。カンチレバー7の磁性探針の表面には、磁性体材料から成る薄膜(磁性膜)が形成されている。カンチレバー7の固定端は、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り機械的共振周波数近傍の周波数の交流電圧が印加されて、磁性探針を上下方向に振動させる。カンチレバー7の磁性探針が磁気ヘッドの記録ヘッドから磁界を受けると、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。
A
変位検出部40は、半導体レーザ素子41と、反射ミラー42,43と、変位センサ44とで構成されている。半導体レーザ素子41から射出された光は、反射ミラー42により反射されて、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によりさらに反射されて、変位センサ44へ照射される。変位センサ44は、2分割光ディテクタ素子からなり、各光ディテクタ素子が受光した光の強度に応じた2つの信号を出力する。
The
差動アンプ50は、変位センサ44から出力された2つの信号の差分信号に所定の演算処理を施して、変位センサ44から出力された2つの信号の差分に対応する変位信号を、制御部30及びDCコンバータ60へ供給する。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。
The
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から出力された変位信号を、実効値の直流信号に変換する。DCコンバータ60から出力された変位信号は、フィードバックコントローラ70へ供給される。フィードバックコントローラ70は、DCコンバータ60から出力された変位信号を、制御部30及びピエゾドライバ20へ供給する。
The
制御部30は、モニター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で構成されている。制御部30は、フィードバックコントローラ70から供給された変位信号から、カンチレバー7の振動の大きさをモニターし、ピエゾドライバ20に対して、Zステージ13の制御信号を送る。ピエゾドライバ20は、この制御信号に応じてZステージ13を制御することにより、検査時のカンチレバー7のZ方向の位置を調整する。本実施の形態では、ハードディスクドライブ(HDD)のヘッド浮上高さを、カンチレバー7のZ方向の位置として設定する。
The
発振器80は、カンチレバー7を振動させるための発振信号を、ピエゾドライバ20へ供給する。ピエゾドライバ20は、発振器80からの発振信号に基づいて、Zステージ13の下側に設けられた励振部材を振動させて、カンチレバー7を所定の周波数で振動させる。そして、カンチレバー7がローバー1の表面に対してスキャン移動する様に、検査ステージ10のXステージ11及びYステージ12により、ローバー1を載置した載置部121をX方向及びY方向へ移動して、磁気ヘッドの記録ヘッドの検査を行う。
The
検査時、制御部30は、差動アンプ50から供給された変位信号から、磁気ヘッドの実効トラック幅を検出する。図3は、本発明の一実施の形態による制御部のブロック図である。本実施の形態の制御部30は、アナログディジタル変換器31、ロックインアンプ32、画像データメモリ33、モニター34、無限インパルス応答(IIR)フィルタ35a、補正画像メモリ36、及び演算回路37を含んで構成されている。
At the time of inspection, the
アナログディジタル変換器31は、差動アンプ50から出力されたアナログの変位信号を、ディジタル信号に変換する。ロックインアンプ32は、ディジタル信号に変換された変位信号を、カンチレバー7の振動の振幅を示す振幅信号と、カンチレバー7の振動の位相差を示す位相差信号とに変換して出力する。画像データメモリ33は、ロックインアンプ32から出力された振幅信号及び位相差信号を、画像データとしてサンプリングして記憶する。
The analog-
無限インパルス応答(IIR)フィルタ35aは、ロックインアンプ32から出力された信号を入力し、ハード的な処理により、後述する補正処理を行う。補正画像メモリ36は、無限インパルス応答(IIR)フィルタ35aにより補正された信号を、画像データとしてサンプリングして記憶する。演算回路37は、補正画像メモリ36に記憶された画像データから、磁気ヘッドの実効トラック幅を演算する。モニター34は、画像データメモリ33に記憶された画像データ、補正画像メモリ36に記憶された画像データ、及び演算回路37の演算結果を表示する。
The infinite impulse response (IIR)
図4は、本発明の他の実施の形態による制御部のブロック図である。本実施の形態の制御部30は、図3の無限インパルス応答(IIR)フィルタ35aの代わりに、ディジタル信号処理回路35bを含んで構成されている。その他の構成要素は、図3に示した実施の形態と同様である。ディジタル信号処理回路35bは、画像データメモリ33に記憶された画像データに対して演算処理を行って、ソフト的な処理により、後述する補正処理を行う。
FIG. 4 is a block diagram of a control unit according to another embodiment of the present invention. The
図5は、磁界の有無によるカンチレバーの共振特性の変化を説明する図である。図5(a)は、カンチレバー7の振動の周波数と振幅との関係を示している。カンチレバー7の振動に影響を与える強さの磁界が無い場合、カンチレバー7は、実線で示す波形Bの様に、周波数f0で振幅が最大となる共振特性を有しているものとする。カンチレバー7は、この振幅が最大となる周波数f0で振動される。カンチレバー7を、カンチレバー7の振動に影響を与える強さの磁界が発生している領域へ移動すると、カンチレバー7の共振特性は、磁界の影響を受け、例えば、破線で示す波形Cへと変化する。従って、カンチレバー7の共振特性は、振幅が最大となる周波数がf0からずれて、カンチレバー7を振動させる周波数f0においては、振幅が減衰する。
FIG. 5 is a diagram for explaining changes in the resonance characteristics of the cantilever depending on the presence or absence of a magnetic field. FIG. 5A shows the relationship between the frequency and amplitude of vibration of the
図5(b)は、カンチレバーの振動の周波数と位相との関係を示している。カンチレバー7の振動に影響を与える強さの磁界が無い場合、カンチレバー7は、実線で示す波形Dの位相特性を有しているものとする。このカンチレバー7を、カンチレバー7の振動に影響を与える強さの磁界が発生している領域へ移動すると、カンチレバー7の位相特性は、磁界の影響を受け、例えば、破線で示す波形Eへと変化する。従って、カンチレバー7を振動させる周波数f0においては、位相がずれ、磁界の有無により位相差が発生する。
FIG. 5B shows the relationship between the frequency and phase of the cantilever vibration. When there is no magnetic field having a strength that affects the vibration of the
図6は、磁界の強さと位相差信号との関係を示す図である。図6(a)は、磁気ヘッドの記録ヘッドにより図6(b)に示す磁界が発生している領域を、カンチレバー7の磁性探針が移動するときの位相差信号を、横軸を時間に置き換えて示している。図6(a)において、位相差信号は、理想的には、実線で示す波形Fの様に変化する。ところが、カンチレバー7の応答速度が遅いと、位相差信号は、例えば、破線で示す波形Gの様に変化する。本実施の形態では、位相差信号の波形を、波形Gから波形Fへ近づける補正処理を行う。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the phase difference signal. 6A shows the phase difference signal when the magnetic probe of the
図7は、カンチレバーを振動させるための発振信号をオンにしたときの、振幅信号の過渡特性を示す図である。図7(a)は、カンチレバーを振動させるための発振信号を示しており、図7(b)は発振信号のオンオフをステップ信号としてとらえたものである。図7(c)は、このときの振幅信号の変化を示し、図7(d)は、図7(c)に破線で示す立ち上がりの軌跡を示したものである。 FIG. 7 is a diagram showing the transient characteristics of the amplitude signal when the oscillation signal for vibrating the cantilever is turned on. FIG. 7A shows an oscillation signal for oscillating the cantilever, and FIG. 7B shows on / off of the oscillation signal as a step signal. FIG. 7C shows changes in the amplitude signal at this time, and FIG. 7D shows a rising locus indicated by a broken line in FIG. 7C.
発明者は、シミュレーションによる分析の結果、図7(d)に示すカンチレバーの振幅信号の立ち上がりの軌跡が、電気回路におけるローパスフィルタのステップ応答の波形に酷似していることを発見した。この発見に基づき、カンチレバー7の応答特性を、伝達関数G(s)が、ローパスフィルタの伝達関数と同じ、
G(s)=1/(s×Τc+1)
である伝達回路のステップ応答特性として近似する。そして、検出した信号に対し、この伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行う。伝達回路の伝達関数が定まれば、その伝達回路のステップ応答特性を打ち消すフィルタの設計や、その伝達回路のステップ応答特性を打ち消す演算処理は、従来の技術を用いて容易に実施することができる。
As a result of analysis by simulation, the inventor has found that the rising trajectory of the amplitude signal of the cantilever shown in FIG. 7D is very similar to the waveform of the step response of the low-pass filter in the electric circuit. Based on this discovery, the response characteristic of the
G (s) = 1 / (s × Τc + 1)
Is approximated as a step response characteristic of the transfer circuit. And the correction process which cancels the step response characteristic of this transmission circuit is performed with respect to the detected signal. Once the transfer function of the transfer circuit is determined, the design of a filter that cancels the step response characteristic of the transfer circuit and the arithmetic processing that cancels the step response characteristic of the transfer circuit can be easily performed using conventional techniques. .
ローパスフィルタのステップ応答特性を、そのままカンチレバー7の応答特性として適用する例について説明する。図8は、カンチレバーの共振特性を示す図である。カンチレバー7の共振特性において、周波数がf0の時の最大振幅に対し、振幅が3dB減衰したときの周波数幅をfwとする。
An example in which the step response characteristic of the low-pass filter is applied as it is as the response characteristic of the
図9は、ローパスフィルタの周波数特性を示す図である。図9(a)に示すローパスフィルタの周波数特性においては、振幅が3dB減衰するときの周波数fcが、カットオフ周波数である。本実施の形態では、カンチレバー7の応答特性を、カンチレバー7の共振特性において振幅が最大値から3dB減衰したときの周波数幅fwの半値をカットオフ周波数fcとする(fc=fw/2)、ローパスフィルタのステップ応答特性として近似する。これは、上記の伝達関数G(s)において、時定数Τcを、Τc=1/(π×fw)としたことを意味している。
FIG. 9 is a diagram illustrating frequency characteristics of the low-pass filter. In the frequency characteristics of the low-pass filter shown in FIG. 9A, the frequency fc when the amplitude is attenuated by 3 dB is the cutoff frequency. In the present embodiment, the response characteristic of the
図3の無限インパルス応答(IIR)フィルタ35a、及び図4のディジタル信号処理回路35bは、このローパスフィルタのステップ応答特性を打ち消す補正処理を行う。同時に、無限インパルス応答(IIR)フィルタ35a、及びディジタル信号処理回路35bは、図9(b)おいて、カットオフ周波数fhが検出した信号の周波数帯域にある、破線で示す波形Hの周波数特性を有するローパスフィルタの応答を施す処理を行う。無限インパルス応答(IIR)フィルタ35a、及びディジタル信号処理回路35bの伝達回路としての伝達関数Gh(s)は、全体として、
Gh(s)=(s×Τc+1)/{s/(2π×fh)+1}
となる。
The infinite impulse response (IIR)
Gh (s) = (s × Τc + 1) / {s / (2π × fh) +1}
It becomes.
伝達関数G(s)の時定数Τcを、カンチレバー7を振動させるための発振信号をオンにしたときの、振幅信号の過渡特性から、フィッティング処理により求めることもできる。上記の伝達関数G(s)が、図7(d)に示す振幅信号の立ち上がりの軌跡に最も適合する時定数Τcを、計算処理によって求める。これにより、さらに正確な近似が可能となる。
The time constant Τc of the transfer function G (s) can also be obtained by fitting processing from the transient characteristics of the amplitude signal when the oscillation signal for vibrating the
以上説明した実施の形態によれば、カンチレバー7の感度を下げることなく、カンチレバー7の応答特性を補正することができるので、磁気ヘッドの書き込みトラック幅がさらに微細化しても、スキャン速度を下げてタクトタイムを長くすることなく、磁気ヘッドの実効トラック幅の測定を行うことができる。
According to the embodiment described above, the response characteristic of the
さらに、カンチレバー7の応答特性を、カンチレバー7の共振特性において振幅が最大値から3dB減衰したときの周波数幅fwの半値をカットオフ周波数fcとするローパスフィルタのステップ応答特性として近似することにより、伝達回路の伝達関数G(s)の時定数Τcを容易に決定することができる。
Further, by approximating the response characteristic of the
あるいは、伝達回路の伝達関数G(s)の時定数Τcを、カンチレバー7を振動させるための発振信号をオンにしたときの、振幅信号の過渡特性から、フィッティング処理により求めることにより、さらに正確な近似が可能となり、カンチレバー7の応答特性をさらに精度良く補正することができる。
Alternatively, the time constant Τc of the transfer function G (s) of the transfer circuit is obtained by fitting processing from the transient characteristics of the amplitude signal when the oscillation signal for vibrating the
なお、以上説明した実施の形態では、カンチレバーを磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させる際、磁気ヘッドを検査ステージによりX方向及びY方向へ移動していたが、磁気ヘッドを固定して、カンチレバーをX方向及びY方向へ移動してもよい。 In the above-described embodiment, when the cantilever is scanned and moved with respect to the surface of the magnetic head, the magnetic head is moved in the X direction and the Y direction by the inspection stage. May be moved in the X and Y directions.
100 磁気ヘッド検査装置
1 ローバー
2 スライダ
3 ヘッド部
4 接続端子
6 プローブカード
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
121 載置部
13 Zステージ
20 ピエゾドライバ
30 制御部
31 アナログディジタル変換器
32 ロックインアンプ
33 画像データメモリ
34 モニター
35a 無限インパルス応答(IIR)フィルタ
35b ディジタル信号処理回路
36 補正画像メモリ
37 演算回路
40 変位検出部
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
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記カンチレバーを、前記磁性探針が磁気ヘッドの磁気ディスクに対する浮上高さ相当分だけ前記磁気ヘッドの表面から離間した状態で、前記磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させる検査ステージと、
前記カンチレバーの変位を検出して、検出信号を出力する検出部と、
前記磁気ヘッドへ励磁用信号を供給し、前記検出部の検出信号から、前記磁気ヘッドの実効トラック幅を検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記カンチレバーの応答特性を、伝達関数G(s)が
G(s)=1/(s×Τc+1)
である伝達回路のステップ応答特性として近似して、前記検出部の検出信号に対し、前記伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行う補正手段を有することを特徴とする磁気ヘッド検査装置。 A magnetic probe is formed at the tip, and a cantilever that vibrates at a predetermined frequency;
An inspection stage that scans and moves the cantilever with respect to the surface of the magnetic head in a state where the magnetic probe is separated from the surface of the magnetic head by an amount corresponding to the flying height of the magnetic head relative to the magnetic disk;
A detector that detects the displacement of the cantilever and outputs a detection signal;
A control unit for supplying an excitation signal to the magnetic head and detecting an effective track width of the magnetic head from a detection signal of the detection unit;
The control unit has a response characteristic of the cantilever, and a transfer function G (s) is G (s) = 1 / (s × Τc + 1)
A magnetic head inspection apparatus, comprising: a correction unit that approximates the step response characteristic of the transfer circuit and corrects the detection signal of the detection unit to cancel the step response characteristic of the transfer circuit.
先端部分に磁性探針が形成されたカンチレバーを、所定の周波数で振動させながら、前記磁性探針が前記磁気ヘッドの磁気ディスクに対する浮上高さ相当分だけ前記磁気ヘッドの表面から離間した状態で、前記磁気ヘッドの表面に対してスキャン移動させ、
前記カンチレバーの変位を検出して、検出信号を出力し、
前記カンチレバーの応答特性を、伝達関数G(s)が
G(s)=1/(s×Τc+1)
である伝達回路のステップ応答特性として近似して、前記検出信号に対し、前記伝達回路のステップ応答特性を打ち消す補正処理を行い、
補正処理を行った検出信号から、前記磁気ヘッドの実効トラック幅を検出することを特徴とする磁気ヘッド検査方法。 Supply excitation signal to magnetic head,
While the cantilever having a magnetic probe formed at the tip portion is vibrated at a predetermined frequency, the magnetic probe is separated from the surface of the magnetic head by an amount corresponding to the flying height of the magnetic head with respect to the magnetic disk. Scanning and moving the surface of the magnetic head;
Detecting the displacement of the cantilever and outputting a detection signal;
As for the response characteristics of the cantilever, the transfer function G (s) is G (s) = 1 / (s × Τc + 1)
Is approximated as a step response characteristic of the transfer circuit, and a correction process is performed on the detection signal to cancel the step response characteristic of the transfer circuit,
A magnetic head inspection method, wherein an effective track width of the magnetic head is detected from a detection signal subjected to correction processing.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH08122341A (en) * | 1994-10-24 | 1996-05-17 | Olympus Optical Co Ltd | Scanning probe microscope |
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| JP2009230845A (en) * | 2008-02-28 | 2009-10-08 | Hitachi High-Technologies Corp | Magnetic head inspecting method, magnetic head inspecting device, and magnetic head manufacturing method |
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2015
- 2015-09-14 JP JP2015180584A patent/JP2017059279A/en not_active Ceased
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