JP4331383B2 - Interval measurement method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は間隔測定方法に関するものであり、特に、HDD(ハード・ディスク・ドライブ)装置の記録媒体として用いる磁気ディスク等の回転円盤の表面の凹凸の高さ及び浮上量等の微小量を高精度に測定するための手法及び構成に特徴のある間隔測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報処理装置の外部記憶装置として使用されているHDD装置等の磁気記録装置では、情報量の増加にともなって年々記録密度の向上が要請されている。
【0003】
この様な、磁気記録装置に用いられる磁気テープ、或いは、磁気ディスク等の磁気記録媒体は、一般には、磁気記録媒体を構成する磁性層を保護するために、磁性層上に保護潤滑層として、PVD法或いはCVD法を用いて厚さが5〜50nm程度のシリコン酸化物やシリコン窒化物、或いは、アモルファス状態のDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を成膜して保護層とし、次いで、保護層上に5〜100Åの極めて薄い潤滑剤層を形成している。
【0004】
上述の記録密度の上昇に伴って磁気ヘッドの浮上量が減少し、10nm以下になろうとしているが、これに対して、磁気ディスクの表面には数nm程度の凹凸があるため、磁気ヘッドの浮上量の低下に伴って磁気ディスクの表面の凹凸をより正確に測定する技術の必要性が増している。
【0005】
従来は、磁気ディスクを回転させた状態で、磁気ディスクの裏側からレーザ光を照射し、その反射光を測定することによって、光学的に磁気ヘッドの浮上量を測定していた。
【0006】
また、上述のように、磁気ディスクの表面には凹凸があるので、測定用ヘッドの浮上量を制御し、測定用ヘッドを磁気ディスクの表面の凹凸に衝突させることによって、機械的に凹凸の凸部の高さを測定していたが、必ずしも充分な精度が得られるものではなかった。
【0007】
一方、この様な機械的な測定方法に代わるものとして、磁気ヘッドと全く同様の浮上特性を有する測定用ヘッドの先端の磁気ディスクの表面に対向する領域に測定用導電性パターンを設け、この測定用導電性パターンと磁気ディスクとの間の容量を測定することによって磁気ディスクの表面の凹凸の高さや浮上量を求めることが試みられている。
【0008】
即ち、平行平板型のキャパシタを想定すると、静電容量Cは、測定用ヘッドに設けた測定用導電性パターンの面積をS、測定用ヘッドと磁気ディスクとの間隔をd、測定用ヘッドと磁気ディスクとの間に介在する媒体(通常は空気)の比誘電率をεとした場合、
C=εS/d
で表されるので、ε及びSは既知であるので、静電容量Cを電気的に測定することによって測定用ヘッドと磁気ディスクとの間隔d、即ち、測定用ヘッドの浮上量が求められる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表面に凹凸がある場合、静電容量Cは間隔dに反比例して大きくなるので、浮上量が小さくなるほど静電容量Cに対する寄与は凸部の影響が大きくなり、したがって、静電容量から浮上量を測定した場合、磁気ディスクの基準表面、即ち、凹凸の中心高さからではなく、凸部分との距離を測定してしまうことになるので、この事情を図8を参照して説明する。
【0010】
図8(a)参照
図8(a)は、磁気ディスクの表面に設けた導電性保護膜42の表面の凹凸を正弦波で近似した場合を示しており、この場合の微小領域の静電容量ΔC(x)は、
ΔC(x)∝1/d(x)
となり、単位面積当たりの静電容量は、xを0→1まで積分した値に相当する。
なお、この場合の奥行きの形状としては、正弦波を一定に保った波板状の形状と仮定する。
【0011】
この様な正弦波の近似モデルにおいては、例えば、凹凸の凸部の高さbをb=1.5nm、y=0の磁気ディスクの基準表面と測定用導電性パターン41との間隔dをd=a=3nmとした場合、計算によって得た静電容量Cに基づいて、キャパシタを平行平板型に換算して求めた間隔d′は、d′≒2.6nmとなり、浮上量の測定誤差、即ち、基準表面からの浮上量と換算表面43からの浮上量との差は、約13%になる。
【0012】
図8(b)参照
図8(b)は、上述の浮上量の測定誤差の浮上量依存性をシミュレーションした結果を示す図であり、この場合、凸部の高さbをb=1としている。
図から明らかなように、基準表面からの浮上量の低下とともに測定誤差は急激に大きくなることが理解され、したがって、高記録密度化に伴って浮上量が小さくなると、測定誤差が大きくなるという問題がある。
【0013】
したがって、本発明は、表面に凹凸がある場合に、基準表面との間隔及び凸部の高さを、測定した静電容量から精度良く求めることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
(1)本発明は、表面に凹凸2を有する導電性基板1と部品3との間隔aを、導電性基板1と部品3との間の静電容量から求める間隔測定方法に関し、間隔aを既知量変化させてモデル化した近似式で用いた変数の数に同等な数の間隔aにおいて静電容量を測定し、この測定結果を、導電性基板1の表面の凹凸2をモデル化した近似式で求めた静電容量の計算式と対比させることによって、間隔aを求めることを特徴とする。
【0015】
この様に、導電性基板1と部品3との間隔aを既知量変化させてモデル化した近似式で用いた変数の数に同等な数の間隔aにおいて静電容量を測定するとともに、導電性基板1の表面の凹凸2をモデル化した近似式で求めた静電容量の計算式と対比させることによって、多元連立方程式が得られるので、この多元連立方程式を各変数について解くことによって、導電性基板1と部品3との間隔aを測定した静電容量に基づいて精度良く求めることができる。
【0016】
また、本発明は、上記(1)において、導電性基板1の表面の凹凸2を正弦波で近似したことを特徴とする。
特に、凹凸2を正弦波で近似した場合、即ち、図1において、
d(x)=a−b・sin(2πx)
とした場合には、静電容量Cは、
C∝1/(a2 −b2 )1/2
として求まるので、
したがって、2種類の間隔aで静電容量を求めるだけで、簡単な二元連立方程式とすることができるので、簡単に、間隔aを求めることができ、また、合わせて、凸部の高さbも求めることができる。
【0017】
また、本発明は、上記(1)において、間隔aを既知量変化させるために、導電性基板1の回転量を制御しても良い。
この様に、間隔aを制御するためには、導電性基板1の回転量を制御することによって、回転に伴って発生する部品3の浮上量を制御すれば良い。
なお、回転量と浮上量との相関は、表面が平滑な基板1を用いて予め測定すれば良い。
【0018】
また、本発明は、上記(1)において、導電性基板1と部品3とを接触させた状態でも静電容量を測定しても良い。
この様に、導電性基板1と部品3とを接触させた状態でも静電容量を測定することによって、導電性基板1の表面に非導電性の被膜、例えば、非導電性保護膜等が設けられていた場合にも、精度良く非導電性保護膜との間の真の間隔aを測定することが可能になる。
【0019】
また、本発明は、上記(1)において、導電性基板1が磁気記録媒体であり、部品3が、磁気ヘッドと同じ浮上特性を有する間隔測定用ヘッドであることを特徴とする。
この様に、上記の間隔測定方法は、磁気ヘッドの浮上量の制御にとって特に好適になる。
【0024】
【発明の実施の形態】
ここで、図2乃至図7を参照して、本発明の実施の形態の微小間隔測定方法を説明するが、まず、図2を参照して、磁気ディスクの表面の凹凸のモデル化による近似方法と、それに伴う浮上量aの算出方法を説明する。
図2(a)参照
図2(a)は、磁気ディスクの表面に設けた導電性保護層12の表面の凹凸を正弦波で近似した場合を説明する図であり、この場合の奥行きは、正弦波を一定の状態で保った波板状と仮定する。
【0025】
この場合、測定用導電性パターン11と導電性保護膜12との間隔は、横軸をxとしてd(x)で表すと、
d(x)=a−b・sin(2πx)
となり、また、奥行きを単位幅として規格化して考えると、微小領域Δxにおける静電容量ΔCは、
ΔC=εΔx/d(x)
で表される。
【0026】
したがって、単位面積当たりの静電容量Cを求めるためには、上記のεΔx/d(x)、即ち、εdx/〔a−b・sin(2πx)〕を、xが0→1の範囲で積分すれば良く、その結果、
C=1/(a2 −b2 )1/2
として静電容量Cが求まる。
なお、この静電容量Cは、計算処理処理ソフト(Mathematica3.0 for Macintosh)により求めたものであり、また、比誘電率の表記は省略している。
【0027】
上記の静電容量Cの式は、次の、
C2 (a2 −b2 )=1
に変換することができるので、静電容量Cについて2つの測定値があれば、浮上量aと、凸部の高さbを2元連立方程式によって簡単に求めることができる。
まず、第1の状態で測定した場合の静電容量Cの測定値をC1 とし、その時の浮上量をaとする。
【0028】
図2(b)参照
次いで、図2(b)に示すように、浮上量を第1の状態よりAだけ高くした第2の状態で測定した場合の静電容量Cの測定値をC2 とする。
その時の浮上量は、当然a+Aとなる。
【0029】
したがって、これらの測定結果に基づいて、
C1 2(a2 −b2 )=1
C2 2〔(a+A)2 −b2 〕=1
の二元連立方程式が得られ、これらは簡単に解け、その結果、浮上量aは、
a=(C1 2−C2 2−A2 C1 2C2 2)/(2AC1 2C2 2)
となり、C1 ,C2 は夫々実測値であり、また、Aは設定値であるので浮上量aが静電容量の実測値C1 ,C2 に基づいて求められる。
【0030】
また、凸部の高さbも同時に求められ、
b=(C1 4−2C1 2C2 2−2A2 C1 4C2 2+C2 4−2A2 C1 2C2 4+A4 C1 4C2 4)1/2 /(2AC1 2C2 2)
となり、浮上量aと同様に、C1 、C2 、及び、Aの関数であるので、凸部の高さbも実測値に基づいて求めることができる。
【0031】
次に、図3を参照して、静電容量を求めるための測定装置の構成を説明する。
図3参照
図3は、本発明の実施の形態に用いる静電容量測定装置の概念的構成図であり、磁気ディスク21をスピンドルモータ22によって所定回転数で回転させ、アーム23に設けたカンチレバー24の先端に取り付けた測定用の浮上ヘッド25を磁気ディスク21の回転量に応じた浮上量で浮上させた状態で、浮上ヘッド25の磁気ディスク21との対向面に設けた測定用導電性パターン(図示せず)と磁気ディスク21との間の静電容量Cを静電容量測定器26によって測定するものである。
【0032】
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態の第1の測定方法を説明する。
図4(a)参照
まず、磁気ディスク21をスピンドルモータによって第1の回転数で回転させた第1の状態で静電容量を測定することによって静電容量C1 を求める。
この場合の浮上量aは測定対象であるので未知である。
【0033】
図4(b)参照
次いで、スピンドルモータの回転数を上げて第2の回転数で回転させた第2の状態で静電容量を測定することによって静電容量C2 を求める。
この場合の第1の状態と第2の状態との間隔の差Aは、表面が平滑な回転円盤を用いて予め測定した浮上量の差に基づいて、既知である。
したがって、上述の理由によって、C1 ,C2 の測定値に基づいて浮上量aを求めることができる。
【0034】
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態の第2の測定方法に用いる微小間隔測定用センサーを説明する。
図5参照
図5は、本発明の実施の形態の第2の測定方法に用いる微小間隔測定用センサーの先端部の浮上ヘッドの概略的構成図であり、浮上ヘッド25の磁気ディスクとの対向面の主要部には、2つの段差部が設けられており、夫々の段差部に別個の測定用導電性パターン27,28を設けたものである。
なお、両側部に設けた突起は、浮上特性を制御するための浮上レールである。
【0035】
この場合、磁気ディスクをスピンドルモータによって所定の回転数で回転させた状態で、測定用導電性パターン27及び測定用導電性パターン28によって独立に静電容量を測定すれば良く、2つの段差部の段差Aは、浮上ヘッド25の加工精度によって決定される既知の値であるので、測定用導電性パターン27による静電容量の測定値をC1 、測定用導電性パターン28による静電容量の測定値をC2 とすれば、上記の第1の測定方法と同じ状態を実現することになる。
【0036】
この第2の測定方法においては、浮上ヘッド25の浮上量を変えずに2つの状態の測定が可能になり、且つ、段差Aの精度は回転量の制御による差よりも精度が良いので、簡単に且つ高精度の測定が可能になる。
【0037】
次に、図6を参照して、本発明の実施の形態の第3の測定方法に用いる微小間隔測定用センサーを説明する。
図6参照
図6は、本発明の実施の形態の第3の測定方法に用いる微小間隔測定用センサーの先端部の浮上ヘッドの概略的構成図であり、浮上ヘッド25の磁気ディスクとの対向面の主要部に、測定用導電性パターン27及び測定用導電性パターン28を設けるとともに、一方の測定用導電性パターン27上に比誘電率が既知の誘電体層29を部分的に設けたものである。
【0038】
この場合も、磁気ディスクをスピンドルモータによって所定の回転数で回転させた状態で、測定用導電性パターン27及び測定用導電性パターン28によって独立に静電容量を測定すれば良く、2つの測定用導電性パターン27及び測定用導電性パターン28による静電容量の測定値は、誘電体層29の膜厚及び比誘電率によって決定される値だけ異なるので、測定用導電性パターン27による静電容量の測定値をC1 、測定用導電性パターン28による静電容量の測定値をC2 とすれば、上記の第1の測定方法と実効的に同じ状態を実現することになる。
【0039】
この第3の測定方法においても、浮上ヘッド25の浮上量を変えずに2つの状態の測定が可能になり、且つ、静電容量の測定値の差は、誘電体層29の膜厚及び比誘電率によって決まるが、成膜による膜厚の精度は十分高く、且つ、比誘電率は既知であるので、段差加工を施すことなく精度の高い浮上量aを求めることが可能になる。
【0040】
次に、図7を参照して、上記の測定方法によって求めた浮上量a及び凸部の高さbの信頼性を評価する。
図7参照
図7は、磁気ディスクの表面に設けた導電性保護膜32の表面の凹凸をのこぎり波からなる波板でモデル化して近似したものであり、この場合、測定用導電性パターン31と導電性保護膜32との間隔は、横軸をxとしてd(x)で表すと、
d(x)=a−b(2x−1)
となり、また、奥行きを単位幅として規格化して考えると、微小領域Δxにおける静電容量ΔCは、
ΔC=εΔx/d(x)
=εΔx/〔a−b(2x−1)〕
で表される。
【0041】
したがって、単位面積当たりの静電容量Cを求めるためには、上記のεΔx/d(x)=εΔx/〔a−b(2x−1)〕、即ち、εdx/〔a−b(2x−1)〕を、xが0→1の範囲で積分すれば良く、その結果、簡単な積分により、
C=ln(a+b)/2b−ln(a−b)/2b
として静電容量Cが求まる。
なお、この場合の〔ln〕は、loge を意味する。
【0042】
次に、上記の静電容量Cに、a=2,b=1として代入して、第1の状態の静電容量C1 を求めると、
C1 =ln〔3〕/2
となる。
次に、上記の静電容量Cに、a=4(即ち、a=2,A=2),b=1として代入して、第2の状態の静電容量C2 を求めると、
C2 =ln〔5〕/2−ln〔3〕/2
となる。
【0043】
このようにして得られたC1 ,C2 の数値を図2に関して説明した正弦波近似で得られた静電容量Cの式に代入して、再び、二元連立方程式を解くと、
a≒2.00372
b≒0.837144
となる。
【0044】
したがって、のこぎり波近似においてa=2,b=1,A=2と仮定して得られた静電容量C1 ,C2 を正弦波近似の測定値の代わりに代入した場合、浮上量aについては、両者の間で約0.2%の差しかなく、凹凸をモデル化して近似した場合の浮上量aの信頼性はかなり高いものと評価できる。
一方、凸部の高さbについては、両者の間で約20%の差があるので浮上量aに比べて信頼性が低いと評価される。
【0045】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載された解法に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、2つの測定状態における夫々の浮上量をa及びa+Aとして計算したが、aとαaとして計算しても良いものであり、その場合には、上述ののこぎり波近似において、a=2,b=1,α=2と仮定して得られた静電容量の値C1 ,C2 を正弦波近似の式に代入して得られたa,bは、夫々、
a≒2.00124
b≒0.831156
となり、a及びa+Aとして計算した場合とほぼ同様の結果が得られる。
【0046】
また、上記の実施の形態においては、2つの状態において浮上量を測定しているが、モデル化する近似式に応じて3つ以上の変数を設定する場合には、3つ以上の状態で測定すれば良く、それに基づいて多元連立方程式を解けば良い。
【0047】
また、その場合には、図5に示した微小間隔測定用センサーに設ける段差は、設定する状態がnの場合、n個の段差を設ければ良く、また、図6に示した微小間隔測定用センサーに設ける誘電体層パターンは、互いに異なった厚さで(n−1)個、或いは、互いに異なった比誘電率の誘電体を用いて同じ厚さの誘電体層パターンを(n−1)個設ければ良い。
【0048】
また、上記の実施の形態においては、磁気ディスクの表面に設ける保護膜を導電性保護膜として説明しているが、非導電性の保護膜に対しても適用されるものであり、その場合には、上記の2つの状態における静電容量の測定に加えて、浮上ヘッドに設けた測定用導電性パターンと磁気ディスクに設けた保護膜とが接触する状態においても測定すれば良く、その値を用いることによって、非導電性の保護層の基準表面と測定用導電性パターン間の間隔、即ち、真の浮上量を測定することができる。
【0049】
また、上記の実施の形態においては、磁気ヘッドの浮上量及び磁気ディスク表面の凹凸の高さの測定方法として説明しているが、本発明は必ずしもこの様な磁気ヘッドの浮上量の測定に限られるものではなく、表面に微小の凹凸を有する導電性基板と微小部品との間の微小間隔の測定に適用されるものであり、適用対象は限定されるものではない。
【0050】
(付記1) 表面に凹凸を有する導電性基板と部品との間隔を、前記導電性基板と部品との間の静電容量から求める間隔測定方法に関し、前記間隔を既知量変化させてモデル化した近似式で用いた変数の数に同等な数の間隔aにおいて静電容量を測定し、前記測定結果を、前記導電性基板の表面の凹凸を前記モデル化した近似式で求めた静電容量の計算式と対比させることによって、前記間隔を求めることを特徴とする間隔測定方法。
(付記2) 上記間隔を既知量変化させるために、上記導電性基板の回転量を制御することを特徴とする付記1記載の間隔測定方法。
(付記3) 上記導電性基板と上記部品とを接触させた状態でも静電容量を測定することを特徴とする付記1または2に記載の間隔測定方法。
【0051】
【発明の効果】
本発明によれば、表面の凹凸を正弦波等で近似してモデル化するとともに、少なくとも2つの状態において静電容量を測定し、測定値に基づいて、微小間隔及び凹凸の凸部の高さを近似式から算出しているので、微小間隔が凹凸の高さに比べて小さい場合にも精度良く、且つ、短時間で測定・算出することが可能になり、それによって、高記録密度の磁気記憶装置に実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の実施の形態の浮上量算出方法の説明図である。
【図3】本発明の実施の形態に用いる測定装置の概念的構成図である。
【図4】本発明の実施の形態の第1の測定方法の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態の第2の測定方法に用いる微小間隔測定用センサーの概略的構成図である。
【図6】本発明の実施の形態の第3の測定方法に用いる微小間隔測定用センサーの概略的構成図である。
【図7】本発明の実施の形態の計算値の評価方法の説明図である。
【図8】凹凸面上での静電容量の測定誤差の説明図である。
【符号の説明】
1 導電性基板
2 凹凸
3 部品
11 測定用導電性パターン
12 導電性保護層
21 磁気ディスク
22 スピンドルモータ
23 アーム
24 カンチレバー
25 浮上ヘッド
26 静電容量測定器
27 測定用導電性パターン
28 測定用導電性パターン
29 誘電体層
31 測定用導電性パターン
32 導電性保護膜
41 測定用導電性パターン
42 導電性保護膜
43 換算表面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring how, in particular, the height and minute of the flying amount of the unevenness of the surface of the rotating disk such as a magnetic disk used as a recording medium of HDD (hard disk drive) device those related to the distance measuring how characterized by the method and arrangement for measuring with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a magnetic recording apparatus such as an HDD apparatus used as an external storage device of an information processing apparatus, an improvement in recording density is required year by year as the amount of information increases.
[0003]
A magnetic recording medium such as a magnetic tape or a magnetic disk used in such a magnetic recording apparatus is generally used as a protective lubricating layer on the magnetic layer in order to protect the magnetic layer constituting the magnetic recording medium. Using a PVD method or a CVD method, a silicon oxide or silicon nitride film having a thickness of about 5 to 50 nm or a DLC (diamond-like carbon) film in an amorphous state is formed as a protective layer, and then on the protective layer 5 to 100 cm of an extremely thin lubricant layer is formed.
[0004]
As the recording density increases, the flying height of the magnetic head decreases and is about 10 nm or less. On the other hand, the surface of the magnetic disk has irregularities of about several nm. As the flying height decreases, the need for a technique for more accurately measuring the irregularities on the surface of the magnetic disk has increased.
[0005]
Conventionally, the flying height of the magnetic head is optically measured by irradiating a laser beam from the back side of the magnetic disk while the magnetic disk is rotated and measuring the reflected light.
[0006]
Further, as described above, since the surface of the magnetic disk is uneven, by controlling the flying height of the measuring head and causing the measuring head to collide with the unevenness on the surface of the magnetic disk, the unevenness of the magnetic disk is mechanically increased. Although the height of the portion was measured, sufficient accuracy was not always obtained.
[0007]
On the other hand, as an alternative to such a mechanical measurement method, a measurement conductive pattern is provided in a region facing the surface of the magnetic disk at the tip of the measurement head having exactly the same flying characteristics as the magnetic head. Attempts have been made to determine the height of the irregularities and the flying height of the surface of the magnetic disk by measuring the capacitance between the conductive pattern and the magnetic disk.
[0008]
That is, assuming a parallel plate type capacitor, the capacitance C is defined as S for the area of the conductive pattern for measurement provided on the measurement head, d for the distance between the measurement head and the magnetic disk, and the measurement head and magnetic field. When the relative dielectric constant of the medium (usually air) intervening with the disk is ε,
C = εS / d
Since ε and S are known, the distance d between the measuring head and the magnetic disk, that is, the flying height of the measuring head is obtained by electrically measuring the capacitance C.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the surface has irregularities, the capacitance C increases in inverse proportion to the distance d. Therefore, the smaller the flying height, the greater the contribution to the capacitance C is due to the influence of the convex portion. When the flying height is measured, the distance to the convex portion is measured instead of the reference surface of the magnetic disk, that is, the center height of the concave and convex portions. This situation will be described with reference to FIG. .
[0010]
Reference to FIG. 8A FIG. 8A shows a case where the unevenness of the surface of the conductive
ΔC (x) ∝1 / d (x)
Thus, the capacitance per unit area corresponds to a value obtained by integrating x from 0 to 1.
In this case, the depth shape is assumed to be a corrugated shape in which a sine wave is kept constant.
[0011]
In such an approximate sine wave model, for example, the distance d between the reference surface of the magnetic disk and the measurement
[0012]
Reference to FIG. 8B FIG. 8B is a diagram showing the result of simulating the flying height dependence of the above-mentioned flying height measurement error. In this case, the height b of the convex portion is b = 1. .
As is apparent from the figure, it is understood that the measurement error increases rapidly as the flying height from the reference surface decreases. Therefore, the measurement error increases as the flying height decreases as the recording density increases. There is.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to accurately obtain the distance from the reference surface and the height of the convex portion from the measured capacitance when the surface has irregularities.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Refer to FIG. 1 (1) The present invention relates to a distance measuring method for obtaining a distance a between a conductive substrate 1 having a concavo-
[0015]
In this way, the capacitance is measured at the number of intervals a equivalent to the number of variables used in the approximate expression modeled by changing the distance a between the conductive substrate 1 and the
[0016]
Further, the present invention is characterized in that, in the above (1), the
In particular, when the
d (x) = a−b · sin (2πx)
In this case, the capacitance C is
C∝1 / (a 2 -b 2 ) 1/2
Because it is obtained as
Therefore, since it is possible to obtain a simple binary simultaneous equation only by obtaining the capacitance at two kinds of intervals a, the interval a can be easily obtained, and the height of the convex portion is also obtained. b can also be obtained.
[0017]
In the present invention (1), the rotation amount of the conductive substrate 1 may be controlled in order to change the distance a by a known amount.
Thus, in order to control the space | interval a, the floating amount of the
The correlation between the rotation amount and the flying height may be measured in advance using the substrate 1 having a smooth surface.
[0018]
In the present invention (1), the capacitance may be measured even when the conductive substrate 1 and the
In this way, by measuring the capacitance even when the conductive substrate 1 and the
[0019]
Further, the present invention is characterized in that, in the above (1), the conductive substrate 1 is a magnetic recording medium, and the
As described above, the above-described distance measuring method is particularly suitable for controlling the flying height of the magnetic head.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the minute interval measurement method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 7. First, with reference to FIG. 2, an approximation method by modeling the irregularities on the surface of the magnetic disk. A method for calculating the flying height a associated therewith will be described.
Reference to FIG. 2A FIG. 2A is a diagram for explaining the case where the unevenness of the surface of the conductive
[0025]
In this case, the distance between the conductive pattern for
d (x) = a−b · sin (2πx)
In addition, considering the depth as a unit width, the capacitance ΔC in the minute region Δx is
ΔC = εΔx / d (x)
It is represented by
[0026]
Therefore, in order to obtain the capacitance C per unit area, the above εΔx / d (x), that is, εdx / [ab−sin (2πx)] is integrated in the range of 0 → 1. As a result,
C = 1 / (a 2 −b 2 ) 1/2
The capacitance C is obtained as follows.
The capacitance C is obtained by calculation processing software (Mathematica 3.0 for Macintosh), and the relative dielectric constant is not shown.
[0027]
The equation for the capacitance C is as follows:
C 2 (a 2 −b 2 ) = 1
Therefore, if there are two measured values for the capacitance C, the flying height a and the height b of the convex portion can be easily obtained by a binary simultaneous equation.
First, the measured value of the capacitance C when measured in a first state and C 1, the floating amount at that time is a.
[0028]
See FIG. 2B. Next, as shown in FIG. 2B, the measured value of the capacitance C when measured in the second state where the flying height is higher by A than the first state is C 2 . To do.
The flying height at that time is naturally a + A.
[0029]
Therefore, based on these measurement results,
C 1 2 (a 2 −b 2 ) = 1
C 2 2 [(a + A) 2 −b 2 ] = 1
The following two simultaneous equations are obtained, and these are easily solved. As a result, the flying height a is
a = (C 1 2 -C 2 2 -A 2 C 1 2 C 2 2 ) / (2AC 1 2 C 2 2 )
Thus, C 1 and C 2 are actually measured values, and A is a set value, so that the flying height a is obtained based on the actually measured capacitance values C 1 and C 2 .
[0030]
Further, the height b of the convex portion is also obtained at the same time,
b = (C 1 4 -2C 1 2
Thus, like the flying height a, it is a function of C 1 , C 2 , and A, so that the height b of the convex portion can also be obtained based on the actually measured value.
[0031]
Next, with reference to FIG. 3, the structure of the measuring apparatus for calculating | requiring an electrostatic capacitance is demonstrated.
3 is a conceptual configuration diagram of the capacitance measuring device used in the embodiment of the present invention. The
[0032]
Next, a first measurement method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
4A. First, the capacitance C 1 is obtained by measuring the capacitance in the first state in which the
The flying height a in this case is unknown because it is a measurement target.
[0033]
Next, referring to FIG. 4B, the electrostatic capacity C 2 is obtained by measuring the electrostatic capacity in the second state where the rotational speed of the spindle motor is increased and rotated at the second rotational speed.
The difference A between the first state and the second state in this case is known based on the difference in the flying height measured in advance using a rotating disk having a smooth surface.
Therefore, the flying height a can be obtained based on the measured values of C 1 and C 2 for the reasons described above.
[0034]
Next, with reference to FIG. 5, a minute interval measurement sensor used in the second measurement method of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the flying head at the tip of the minute distance measuring sensor used in the second measuring method according to the embodiment of the present invention, and the surface of the flying
Note that the protrusions provided on both sides are levitation rails for controlling the levitation characteristics.
[0035]
In this case, the capacitance may be measured independently by the measurement
[0036]
In this second measurement method, it is possible to measure two states without changing the flying height of the flying
[0037]
Next, with reference to FIG. 6, a minute interval measuring sensor used in the third measuring method of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the flying head at the tip of the minute distance measuring sensor used in the third measuring method according to the embodiment of the present invention, and the surface of the flying
[0038]
In this case as well, it is sufficient to measure the capacitance independently with the measurement
[0039]
Also in this third measurement method, it is possible to measure two states without changing the flying height of the flying
[0040]
Next, referring to FIG. 7, the reliability of the flying height “a” and the height “b” of the convex portion obtained by the above measurement method is evaluated.
7 FIG. 7 is an approximation of the unevenness on the surface of the conductive
d (x) = ab (2x-1)
In addition, considering the depth as a unit width, the capacitance ΔC in the minute region Δx is
ΔC = εΔx / d (x)
= ΕΔx / [ab (2x-1)]
It is represented by
[0041]
Therefore, in order to obtain the capacitance C per unit area, the above-mentioned εΔx / d (x) = εΔx / [ab (2x−1)], that is, εdx / [ab (2x−1). )] May be integrated in the range of x from 0 to 1, and as a result, by simple integration,
C = ln (a + b) / 2b-ln (ab) / 2b
The capacitance C is obtained as follows.
In this case, [ln] means log e .
[0042]
Next, substituting into the above-mentioned electrostatic capacity C as a = 2 and b = 1, and obtaining the electrostatic capacity C 1 in the first state,
C 1 = ln [3] / 2
It becomes.
Next, by substituting as a = 4 (that is, a = 2, A = 2) and b = 1 into the capacitance C, the capacitance C 2 in the second state is obtained.
C 2 = ln [5] / 2-ln [3] / 2
It becomes.
[0043]
Substituting the numerical values of C 1 and C 2 obtained in this way into the expression of the capacitance C obtained by the sinusoidal approximation described with reference to FIG. 2, and solving the binary simultaneous equations again,
a≈2.000372
b≈0.837144
It becomes.
[0044]
Therefore, when the capacitances C 1 and C 2 obtained by assuming that a = 2, b = 1, and A = 2 in the sawtooth wave approximation are substituted for the measured value of the sine wave approximation, the flying height a Is approximately 0.2% between the two, and it can be evaluated that the reliability of the flying height a when the unevenness is modeled and approximated is quite high.
On the other hand, the height b of the convex portion is evaluated as being less reliable than the flying height a because there is a difference of about 20% between the two.
[0045]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the solutions described in the embodiments, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, the flying heights in the two measurement states are calculated as a and a + A, but may be calculated as a and αa. In this case, the above-described sawtooth wave is used. In the approximation, a and b obtained by substituting the capacitance values C 1 and C 2 obtained by assuming that a = 2, b = 1, and α = 2 into the sinusoidal approximation formulas, respectively. ,
a≈2.000124
b≈0.831156
Thus, almost the same result as that obtained when a and a + A are calculated is obtained.
[0046]
In the above embodiment, the flying height is measured in two states. However, when three or more variables are set according to the approximate expression to be modeled, measurement is performed in three or more states. What is necessary is just to solve a multiple simultaneous equation based on it.
[0047]
In this case, the step provided in the sensor for measuring a minute interval shown in FIG. 5 may be provided with n steps when the set state is n. The step for measuring the minute interval shown in FIG. The dielectric layer patterns provided in the sensor for the sensor may be (n−1) pieces having different thicknesses, or the dielectric layer patterns having the same thickness using dielectrics having different relative dielectric constants (n−1). ) Just provide one.
[0048]
In the above embodiment, the protective film provided on the surface of the magnetic disk has been described as a conductive protective film. However, the protective film is also applied to a non-conductive protective film. In addition to the measurement of capacitance in the above two states, the measurement may be performed in a state where the measurement conductive pattern provided on the flying head and the protective film provided on the magnetic disk are in contact with each other. By using it, the distance between the reference surface of the non-conductive protective layer and the conductive pattern for measurement, that is, the true flying height can be measured.
[0049]
In the above embodiment, the method for measuring the flying height of the magnetic head and the height of the irregularities on the surface of the magnetic disk has been described. However, the present invention is not necessarily limited to the measurement of the flying height of such a magnetic head. However, the present invention is applied to measurement of a minute interval between a conductive substrate having minute irregularities on the surface and a minute part, and the application target is not limited.
[0050]
(Additional remark 1) About the space | interval measurement method which calculates | requires the space | interval of the electrically conductive board | substrate which has an unevenness | corrugation on the surface from the electrostatic capacitance between the said electrically conductive board | substrate and a component, the said space | interval was modeled by changing known amount Capacitance is measured at a number of intervals a equal to the number of variables used in the approximate expression, and the measurement result is obtained by using the approximate expression obtained by modeling the irregularities on the surface of the conductive substrate. An interval measuring method, wherein the interval is obtained by comparing with a calculation formula.
(Supplementary note 2) The interval measuring method according to supplementary note 1, wherein the rotation amount of the conductive substrate is controlled in order to change the interval by a known amount.
(Additional remark 3) Capacitance is measured also in the state which contacted the said electroconductive board | substrate and the said component, The space | interval measuring method of
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, the surface unevenness is approximated and modeled by a sine wave or the like, the capacitance is measured in at least two states, and the minute interval and the height of the uneven protrusion are determined based on the measured values. Is calculated from the approximate expression, so even when the minute interval is small compared to the height of the irregularities, it is possible to measure and calculate with high accuracy and in a short time. There is a great contribution to the practical application of storage devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a flying height calculation method according to the embodiment of this invention.
FIG. 3 is a conceptual configuration diagram of a measuring apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a first measurement method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a minute interval measurement sensor used in the second measurement method of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a minute interval measurement sensor used in a third measurement method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a calculation value evaluation method according to the embodiment of this invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a capacitance measurement error on an uneven surface.
[Explanation of symbols]
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