技術 磁気ヘッドの評価方法および磁気ディスク装置とその製造方法

0001

本発明は、磁気ヘッドの評価方法および磁気ディスク装置とその製造方法に関し、さらに詳細には、再生ヘッド部に磁気抵抗効果型再生素子を備える磁気ヘッドの評価方法、およびその方法を適用して製造される磁気ディスク装置、当該製造方法に関する。

0002

磁気ディスク等の磁気媒体用の磁気ヘッドとして、例えば再生ヘッド部にＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等の磁気抵抗効果型再生素子を用いた磁気ヘッドが実用化されている。
しかし、磁気ヘッドは、磁性薄膜の磁気抵抗効果を利用したものであり、磁気媒体との相対速度に依存することなく大きな再生出力を得ることができる反面、出力が変動する不良品が生ずる点が問題となっている。すなわち、出力変動を誘発する磁気ヘッドは、正常な再生動作が期待できないため、製造工程における評価試験によって、排除される必要がある。

0003

しかしながら、磁気ディスク装置への搭載後に出力変動が生ずる等、特性が不安定となる磁気ヘッドを、装置搭載前に、且つ定量的に把握することができなかったため、その評価方法が課題となっていた。

0004

そのような中で、従来の磁気ヘッドの評価方法としては、ＱＳＴ（Ｑｕａｓｉ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｅｓｔ：擬似静特性テスト）測定が一般に利用されている。ＱＳＴ測定は、磁気ヘッドの再生出力特性および磁気的安定性を、磁気ディスク装置への組み込み前に、磁気記録媒体を介さずに評価する手法である。より具体的には、磁気ヘッド（磁気抵抗効果素子）にセンス電流を通電した状態で、一定周期の外部磁界を印加して、該磁気ヘッドの素子電圧−外部磁界特性曲線（Ｖ−Ｈ曲線）を得る。そして、得られたＶ−Ｈ曲線（以下「ＱＳＴ波形」という）に基づき、再生出力特性、再生出力の磁気対称性（Ａｓｙｍ）、極性（Ｐｏｌａｒｉｔｙ）、ノイズ（バルクハウゼンノイズ）等の観点から、規格内であるか規格外であるかを判定する方法である。

0005

ただし、ＱＳＴ波形は様々な曲線形状となり得るため、その評価が難しく、評価者が目視により判定するといった方法も行われている。そのため、ＱＳＴ波形を客観的に評価し、且つ評価精度を向上させる従来技術として、特許文献１記載の方法が提案されている。
これによれば、磁気抵抗効果型素子に外部磁場を印加する入力信号と磁気抵抗効果型素子の磁気抵抗変化の出力信号とからＸ−Ｙグラフを作成し、このＸ−Ｙグラフの波形データ（ＱＳＴ波形）を、例えば、最小二乗法により演算処理して、近似波形を作成し、この近似波形のＲ二乗、元の波形データと近似波形の差、および近似波形の行き帰りのヒステリシスを計算することにより、評価特性を数値化することができ、このため、目視によることなく、客観的に高精度で信頼性の高い特性評価が可能になるというものである。

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特開２０００−３４０８６１号公報

0007

しかしながら、前述のように、ＱＳＴ測定に基づくＡｓｙｍ（上下非対称性）値が、磁気抵抗効果型素子の一般的な「安定性」指標として従来より用いられているが、±最大磁場での出力電圧の変化量を求めたものであって、印加磁場に対応したＱＳＴ波形の直進性（安定性と相関（後述））が定量的に表わされないため、評価手法としては不十分であると考えられる。

0008

このような背景の下、本願発明者らは、ＱＳＴ測定において印加される磁場周期に対する出力波形（ＱＳＴ波形）を微分し、その最大値と最小値との差分値（傾き）を算出することにより、ＱＳＴ波形の直進性すなわち磁気抵抗効果型素子の安定性を評価・選別することが可能となる点を見出した。

0009

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、従来の評価方法では定量的に評価・選別することが困難であった、磁気ディスク装置組み込み後に出力特性が不安定となる可能性の高い磁気ヘッドを選別することが可能な磁気ヘッドの評価方法を提供し、従来の評価方法と組み合わせて製造工程に適用することによって、出力特性の安定した信頼性の高い磁気ディスク装置および当該製造方法を提供することを目的とする。

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本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

0011

この磁気ヘッドの評価方法は、再生ヘッド部に磁気抵抗効果型再生素子を備える磁気ヘッドの評価方法であって、前記磁気抵抗効果型再生素子のＱＳＴ波形を測定する工程と、前記ＱＳＴ波形の直進性の判定を行う工程と、前記ＱＳＴ波形が直進性を有しない前記磁気ヘッドを「安定性無し」と評価する工程と、を備えることを要件とする。

0012

また、この磁気ディスク装置の製造方法は、再生ヘッド部に磁気抵抗効果型再生素子を備える磁気ヘッドが組み込まれる磁気ディスク装置の製造方法であって、前記磁気抵抗効果型再生素子のＱＳＴ波形を測定する工程と、前記ＱＳＴ波形の直進性の判定を行う工程と、前記ＱＳＴ波形の出力軸方向の対称性の判定を行う工程と、前記ＱＳＴ波形が直進性を有さず且つ出力軸方向の対称性を有しない前記磁気ヘッドを選別し、排除する工程と、を備えることを要件とする。

0013

また、この磁気ディスク装置は、再生ヘッド部に磁気抵抗効果型再生素子を備える磁気ヘッドが組み込まれる磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果型再生素子のＱＳＴ波形が直進性を有し且つ出力軸方向の対称性を有する前記磁気ヘッドが組み込まれることを要件とする。

0014

なお、前記ＱＳＴ波形の直進性の判定は、前記ＱＳＴ波形の微分値を算出する工程と、前記微分値の最大値と最小値との差分値を算出する工程と、前記差分値が所定のしきい値以上となる前記ＱＳＴ波形を「直進性を有しない」と判定する工程と、を備えて実施されることを要件とする。

0015

ＱＳＴ波形の「直進性」を判定することで、磁気ヘッドの「安定性」を評価することが可能となる。特に、特にＱＳＴ波形の直進性を定量的に評価することができる。
さらに、従来の評価手法では選別できなかった不安定な磁気ヘッドを選別できるため、当該従来手法と組み合わせて磁気ディスク装置の製造工程に適用することによって、特性が不安定となり易い磁気ヘッドを当該磁気ディスク装置に組み込まれる前に、選別・排除することが可能となり、その結果、出力の安定した信頼性の高い磁気ディスク装置を提供することが可能となる。

0016

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る評価方法の評価対象であると共に、本実施の形態に係る製造方法の実施対称である磁気ヘッド１の構成例を示す概略図である。図２は、ＱＳＴ測定により得られるＱＳＴ波形の例を示す概略図であり、図２（ａ）は正常波形の例であり、図２（ｂ）は異常波形の例である。図３、図４は、本発明の実施の形態に係る評価方法において、測定されるＱＳＴ波形（図３（ａ）、図４（ａ））および該ＱＳＴ波形の微分波形（図３（ｂ）、図４（ｂ））であって、図３が正常波形の例であり、図４が異常波形の例である。図５は複数のサンプル磁気ヘッドについて、従来の評価方法で算出されるＡｓｙｍ値を横軸に、本実施の形態に係る評価方法で算出される微分値の最大値と最小値との差分値を縦軸にプロットしたデータである。図６は、ＱＳＴ波形に基づく従来の評価方法を説明するための説明図である。

0017

前述の通り、ＱＳＴ波形は、ＱＳＴ測定において得られる波形であるが、本実施の形態においては、磁気ヘッド（磁気抵抗効果型再生素子）に所定のセンス電流を通電した状態で−３００〜＋３００［Ｏｅ］の周期波形の外部磁場を印加し、そのときの磁気抵抗効果型再生素子の磁気抵抗変化（素子出力）を測定して、当該外部磁場をＸ軸、当該磁気抵抗変化をＹ軸として、当該ＱＳＴ波形を得ている。

0018

従来は、例えば、このＱＳＴ波形に基づき、出力軸すなわちＹ軸の方向における対称性を指標として、磁気抵抗効果型再生素子が安定なものであるか否かの評価を行っていた。より具体的には、図６に示すように、本来は原点を中心とする対称性を指標として、対称性を有するものを「安定」、対称性の無いものを「不安定」と判定するのであるが、実際には、簡易に判定を行うため、出力軸すなわちＹ軸の方向に着目して、以下の数式１で算出する値によって、ＱＳＴ波形の対称性を判定していた。

0019

0020

なお、上記の数式１から算出される値が、Ａｓｙｍ＝０のときに、当該対称性を有すると判定される。ただし、実際の評価においては、Ａｓｙｍ値が所定のしきい値範囲内にある磁気ヘッドを、「対象性を有する」と判定しており、当該しきい値は、磁気ヘッドの構成、磁気ディスク装置の仕様等に応じて設定される。

0021

本実施の形態において、磁気ヘッドの「安定性」とは、磁気抵抗効果型再生素子の「安定性」であって、磁気ディスク装置に組み込まれた後で、磁気抵抗効果型再生素子に特性不良（出力変動）が現出する可能性の高さを指し示す指標として捉えることができる。
具体的には、磁気ディスク装置に組み込まれた後で、出力変動が現出し易い磁気ヘッドを「不安定」な磁気ヘッド、もしくは「安定性無し」の磁気ヘッドとして扱う。

0022

しかし、当該「安定性」は、これまで、定量的に評価を行う有効な方法が無かった。
加えて、磁気ヘッドが磁気ディスク装置に組み込まれた後の評価試験等の際に、強い外部磁場を印加して初めてその「不安定性」が現出することが多かったため、如何に製造工程の早い段階で、「不安定」な磁気ヘッドを選別し、排除するかが課題となっていた。逆に、再生ヘッド部の形成直後に、過度に強い磁場を印加することは、却って、素子の破壊等を生じさせる原因となり得るため、有効な評価手法とはなり得ない。

0023

本実施の形態に係る磁気ヘッドの評価方法は、磁気ヘッド（磁気抵抗効果型再生素子）の「安定性」と相関していることが見出されたＱＳＴ波形の「直進性」によって当該磁気ヘッドの安定性を評価するものである。

0024

初めに、被評価対象となる磁気ヘッドの構成について、水平記録型の磁気ヘッドを例にとり説明する。ただし、あくまでも一例示に過ぎず、当該構成に限定されるものではない。
図１に示すように、磁気ヘッド１は、ハードディスクなどの磁気記録媒体へ磁気信号を書き込む記録ヘッド部３と磁気抵抗効果を利用して磁気信号を読み出す再生ヘッド部２とを有する複合型薄膜磁気ヘッドである。
再生ヘッド部２の上に記録ヘッド部３が積層され、その積層面に直交する面に浮上面５が設けられて、ヘッドスライダとして構成された後、当該浮上面５によって回転する磁気記録媒体上を浮上して記録・再生を行うものである。

0025

再生ヘッド部２の構成に関して、より具体的には、当該多層構造として、基板１０上に、下部シールド層１１、磁気抵抗効果型再生素子１２、上部シールド層１３が積層される。例えば、基板１０は、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ等の絶縁材料を用いて構成される。

0026

ここで、磁気抵抗効果型再生素子１２は、例えば、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子を用いて構成される。これらＴＭＲ素子およびＧＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができる。

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下部シールド層１１は、磁性材料（軟磁性材）であるＮｉＦｅを用いて構成される。また、上部シールド層１３も、下部シールド層１１と同様にＮｉＦｅ等の磁性材料（軟磁性材）を用いて構成される。

0028

本実施の形態においては、上部シールド層１３の上層には、絶縁材料からなる磁性分離層１４が設けられて、その上に記録ヘッド部３が設けられる。

0029

記録ヘッド部３の構成に関して、より具体的には、ＮｉＦｅ等の磁性材料からなる下部磁極１５、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁材料からなるコイル下部絶縁層１６が設けられる。また、コイル下部絶縁層１６上には、銅等の導電性材料からなる平面螺旋状のコイル層１７が設けられ、該コイル層１７の巻線間にＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料からなるコイル間絶縁層１８が設けられる。

0030

さらにその上層として、ＳｉＯ２等の絶縁材料からなるギャップ層１９、レジスト等の絶縁材料からなる上部磁極盛上げ層２０、ＮｉＦｅ等の磁性材料からなる上部磁極２１、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁材料からなる保護層２２が形成される。

0031

続いて、本実施の形態に係る評価方法の手順を説明する。
まず最初に、評価対象の磁気ヘッドに対してＱＳＴ測定を行う。本実施の形態では、磁気ヘッド（磁気抵抗効果型再生素子）に所定のセンス電流を通電した状態で−３００〜＋３００［Ｏｅ］の周期波形の外部磁場を印加して、磁気抵抗効果型再生素子の磁気抵抗変化（出力電圧）を測定する。
当該測定により得られるＱＳＴ波形の例を図２に示す。ここで、図２（ａ）は正常波形の例であり、図２（ｂ）は異常波形の例である（詳細は後述）。

0032

次いで、得られたＱＳＴ波形の直進性の判定を行う。概念的には、図２（ａ）に示すように、ＱＳＴ波形が直線に近いものを「直進性有り」とし、図２（ｂ）に示すように、ＱＳＴ波形にうねりが生じているものを「直進性無し」とする。
正確なメカニズムの解明には至っていないが、ＱＳＴ波形の「直進性」が、磁気ヘッド（磁気抵抗効果型再生素子）の「安定性」と相関していることが見出された。より具体的には、ＱＳＴ波形が「直進性を有しない」磁気ヘッドは、磁気ディスク装置組み込み後に出力変動を生じ易い、つまり「不安定」な特性を示す傾向にある。
したがって、ＱＳＴ波形が「直進性を有しない」磁気ヘッドを判定することが重要となる。

0033

ここで、本実施の形態に特徴的な構成として、ＱＳＴ波形の直進性の判定を行う工程を以下のように実施する。
まず、ＱＳＴ波形の微分値を算出する。例えば、図３（ａ）に示すように直進性を有するＱＳＴ波形（正常波形の例）の微分波形は図３（ｂ）となる。一方、図４（ａ）に示すように直進性を有しないＱＳＴ波形（異常波形の例）の微分波形は図４（ｂ）となる。
次いで、当該微分値の最大値と最小値との差分値を算出する。例えば、ＱＳＴ波形が直線の場合（図３（ａ））の微分波形は傾きの無い直線（図３（ｂ））となるため、当該差分値は０となる。一方、ＱＳＴ波形にうねりがある場合（図４（ａ））の微分波形は曲線（図４（ｂ））となるため、当該微分値に最大値と最小値とが生じて、その差分値が正の値として算出される。すなわち、当該差分値が所定のしきい値以上となるＱＳＴ波形を「直進性を有しない」として判定することが可能となる。なお、その際のしきい値は、磁気ヘッドの構成、磁気ディスク装置の仕様等に応じて任意に設定すればよい。
上記の工程は、パーソナルコンピュータによって制御される測定装置および演算装置からなる一連のシステムとして構築することによって、自動的に測定・判定を行うことが可能となる。

0034

以上により、磁気ヘッド（磁気抵抗効果型素子）のＱＳＴ波形が「直進性」を有するか否かの判定を行い、「直進性を有しない」当該磁気ヘッドを「不安定」なものとして選別することが可能となる。
その結果、これまで定量的に評価できなかった磁気ヘッドの安定性を、磁気ディスク装置に組み込む前に評価して選別することが可能となる。

0035

ところで、前述の通り、ＱＳＴ波形に基づく従来の磁気ヘッド安定性評価方法として、数式１のＡｓｙｍ値に基づいて、Ｙ軸（出力軸）方向の対称性から判定する方法が利用されている。その方法によれば、不安定と評価される図５のＡおよびＢの領域の磁気ヘッドの選別が可能である。当該図５は複数のサンプル磁気ヘッドについて、従来の数式１で表されるＡｓｙｍ値を横軸に、本実施の形態に係る評価方法で算出される微分値の最大値と最小値との差分値を縦軸にプロットしたデータである。すなわち、この従来の評価方法によれば、横軸のＡｓｙｍ値が±方向のしきい値から外れた磁気ヘッド（図中Ａ、Ｂ領域に該当）を対象性の無い、すなわち不安定な磁気ヘッドとして評価し、選別することが可能である。
これに対し、本実施の形態に係る評価方法では、不安定と評価される図５のＣの領域の磁気ヘッドの選別が可能となる。この領域は、ＱＳＴ波形が、Ｙ軸（出力軸）方向の対称性を有しており、横軸のＡｓｙｍ値が所定のしきい値範囲内となっているため、従来の評価方法では選別不可能な領域であった。より具体的には、当該Ｃ領域は、横軸が所定値内で、且つ縦軸で表される本実施の形態に係る評価方法で算出される微分値の最大値と最小値との差分値が所定のしきい値以上となる磁気ヘッド、すなわち、ＱＳＴ波形がＹ軸方向に対称でありつつも、その波形にうねりが生じている（直進性を有しない）磁気ヘッドである。

0036

したがって、上記の二つの評価手法を磁気ディスク装置の製造方法に適用することによって、当該磁気ディスク装置の安定性を格段に向上させることが可能となる。
すなわち、磁気ディスク装置の製造工程において、数式１で算出されるＡｓｙｍ値から判定される対称性に基づく方法で「不安定」と判定される磁気ヘッド（前記Ａ、Ｂ領域に該当）を選別し、排除する。これに加えて、前記直進性に基づく方法で「不安定」と判定される磁気ヘッド（前記Ｃ領域に該当）をさらに選別し、排除する。
このように、製造工程に、これら二つの工程を追加することによって、製造される磁気ディスク装置の安定性を格段に向上させることが可能となる。すなわち、磁気ヘッドの出力変動が生じない（生じ難い）磁気ディスク装置を提供することが可能となる。

0037

以上説明した通り、従来の評価方法によって、特性が不安定と判定されない磁気ヘッドは、磁気ディスク装置に搭載され、その後の磁気ディスク装置としての検査・評価工程を経ることとなるが、その工程まで至って初めて、特性が不安定な磁気ヘッドであったことが判明することがあった。しかし、本評価方法によれば、従来の評価方法では選別できなかった特性が不安定な磁気ヘッドを、磁気ディスク装置搭載前に、定量的に選別することが可能となる。
したがって、従来の評価方法と組み合わせて磁気ディスク装置の製造工程に適用することによって、特性が不安定となり易い磁気ヘッドを当該磁気ディスク装置に搭載される前に、高精度に選別・排除することが可能となるため、製造コスト（加工・組立コスト）の低減が可能となると共に、製造される磁気ディスク装置の動作安定性、すなわち信頼性を向上させることが可能となる。

0038

ここで、加工・組立コスト低減の面から、本評価方法の実施は、一連の磁気ディスク装置の製造工程中において、できるだけ早い段階で実施するのが好適ではあるが、特に実施時期は限定されるものではない。また、その他の評価方法を併せて実施してもよい。

0039

なお、水平記録型磁気ヘッドを例にとり説明を行ったが、これに限定されるものではない。

0040

本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドの評価方法の評価対象である磁気ヘッドの構成例を示す概略図である。
一般的なＱＳＴ測定により得られるＱＳＴ波形の例を示す概略図である。
本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドの評価方法において、測定されるＱＳＴ波形および該ＱＳＴ波形の微分波形である。
本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドの評価方法において、測定されるＱＳＴ波形および該ＱＳＴ波形の微分波形である。
複数の磁気ヘッドについて、従来の評価方法で算出されるＡｓｙｍ値を横軸に、本実施の形態に係る評価方法で算出される微分値の最大値と最小値との差分値を縦軸にプロットしたデータである。
従来の実施の形態に係る評価方法による磁気ヘッドの評価例を説明するための説明図である。

0041

１磁気ヘッド
２再生ヘッド部
３記録ヘッド部
５浮上面
１０基板
１１ 下部シールド層
１２磁気抵抗効果型再生素子
１３ 上部シールド層
１５ 下部磁極
１７コイル層
２１ 上部磁極