专利名称：磁盘驱动器的磁头磁极宽度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种微观物体边缘检测方法，尤其涉及一种利用图像边缘检测 技术对微观物体边錄J险测的方法，更具体地，本发明涉及一种利用上述技术对 信息记录装置如磁盘驱动器的磁头的磁极宽度测量的方法。
背景技术：
磁盘驱动器为一种常见的信息记录设备。图la展示了一种磁盘驱动器200， 其包括高速旋转的》兹盘201及具有磁头203的磁头折片组合100。所述磁头203 上具有读写元件。通过磁头折片组合100在磁盘201上的径向移动，实现磁头 203在磁盘201表面磁道的移动，最终实现磁头203的读写元件在磁盘201上数 据的读写。
图lb展示了图la所示磁头从底部观察的立体图。该磁头203的一个侧边 上形成磁性读/写元件216，用于实现磁头相对于磁盘201的数据读写操作。所 述;兹头203还具有面向》兹盘201的空气承载面217。当磁盘驱动器运行时，所述 空气承载面217与旋转的磁盘201之间产生空气动力学接触，从而使磁头203 动态地悬浮于磁盘201上方而实现数据读写操作。
图lc展示了图lb所示磁头的磁性读/写元件的放大结构图。磁性读/写元件 216主要由多种功能材料层(比如导磁材料、导电材料等)通过积淀工艺 (deposition )而形成于;兹头的侧面。所述磁性读/写元件216包括用于实现数据 读操作的读元件226 (通常为石兹阻元件)及相关电路(图未示)、用于实现数据 写操作的写元件。该写元件主要包括线圈228、第一感应写磁极221、与该第一 感应写^兹极221相对的第二感应写》兹极220及相关电路(图未示)。当将数据写入 磁盘时，上述线圈228内形成电流，该电流产生磁场并导致上述感应磁极221、220纟皮;兹化，从而将;兹盘的相应;兹道磁化，最终实现数据写入。
所述第一感应写;兹才及221具有一定的宽度，通常称为磁极宽度(pole width)。 该磁极宽度W的尺寸精度对于准确实现数据写操作具有重要意义，因为该尺寸 精度越高，数据写入误差越小。这种尺寸精度通过将实际测量的磁极宽度与设 计情况下的磁极宽度进行比较而获得。业界采用图像边缘检测技术来测量实际 加工形成的》兹4及宽度。下面简单介绍传统的磁极宽度检测方法。
如图2所示，传统;兹极宽度检测方法包括如下步骤获取待测物体表面(磁 极)的原始图像(步骤301);计算原始图像的光强分布轮廓，确定轮廓的最大 及最小光强数据点(步骤302);将最大光强数据点与最小光强数据点的均值设 定为阈值(步骤303 );计算阈值与轮廓之间的交点光强数据(步骤304 );对交 点光强数据进行二次微分，获得二次微分渐近线(步骤305 );计算二次微分渐 近线与阈值的交点(步骤306);计算交点之间的距离，从而获得边缘之间的距 离(步骤307)。图3a-3b对上述方法的部分步骤进行了解释。如图所示，钟形曲 线342表示原始图像的光强分布轮廓。两条竖直平行线341表示理想情况下的磁 极边缘位置。阈值曲线343位于最大光强数据点344与最小光强数据点345之间， 并且为两者的均值，另外，阈值曲线343与钟形曲线(光强分布轮廓曲线)342 之间形成两个4企测点(交点)346。
在上述方法中，通过高放大倍数的光学透镜系统获得原始图像。然而，由 于光线在传播过程中产生衍射现象，该衍射现象导致实际获得的原始图像(放 大状态)相对于理想图像产生一定程度的失真。这种失真降低了测试精度。下 面通过对衍射现象的解释来分析测试精度降低的原因。
图4a解释了光的衍射现象。如图所示，当光源301通过障碍302上的一条缝 隙3(B,将形成一条亮线。当缝隙303减小时，亮线宽度也随之减小，当缝隙303 减小至一个极限尺寸(与光的波长相当)时，光线通过缝隙303后就明显地偏离 了直线传播的方向，照到屏幕上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的条紋， 而且条紋边缘变得模糊。图4b展示了理想状态的光学透镜系统。假定光学透镜 系统无失常，则点光源通过透镜形成的点图像与点光源大小相同。然而，由于
光学透镜系统的制造误差无法避免，同时由于衍射现象的存在，因此经过透镜 实际形成的图像并不是点图像，而是衍射光斑。类似地，可以将面光源(比如 磁极宽度)通过透镜形成的原始图.像看成无数衍射光斑的集合。因此，通过对 衍射光斑进行数学分析即可知道衍射现象对测量精度的影响程度。
在这里，书1"射光斑(艾里光斑)用点扩散函数W义,.)
2
丌O, / r0)
表达。其
中J1是第一类贝塞尔函数，r。-^， di是透镜到成像平面的距离，a是显透镜直 径。为方便测量，现在采用波长为248nm的深紫外线作为光源，其数值孔径(NA) 为0.9。此时,'。=丄=138"/ (焦距平面)。
观察函数h (x,),当x, =0时，该函数图形有一个显著变化点；当 ;c,. > r = 1.22r。 - 168"附时(r为艾里光斑半径)，函数近似等于0。
根据光学原理，当两个艾里光斑互相靠近时，它们的中心点会发生交迭。 对于磁极宽度检测系统来讲，艾里光斑交迭程度越高，则磁极宽度的测量值越 小，测量结果就越偏离真实磁极宽度。下面通过数学算法推导出上述偏离数据。 磁极宽度的光强分布轮廓受无数衍射光斑集合的影响。在这里，将每个衍射光 斑视为艾里光斑，这样光强分布轮廓可以看成无数艾里光斑交迭形成的集合。
通过对所有艾里光斑(即上述点扩散函数)进行巻积运算而完成对艾里光 斑的交迭。当对艾里光斑巻积运算后，磁极宽度的边缘光强及峰顶光强可以表 示为
左边纟彖光强/妙=J^/。(;c,.)A(;c,.)血,. 右边纟彖光强「妙，=f°° /。(义,)/r(、)血. 峰顶光强=
其中-/ =/ +/
由于实际形成的艾里光斑并不对称，因此当磁极宽度很小时，艾里光斑图 形只有一部分发生交迭，在这种情况下，对艾里光斑进行巻积运算后，/一不等
于2/一,或者2/fe/(，而是远大于因此，传统方法中以峰顶光强 的5W处的位置i殳定阈值曲线来确定;兹极的两个边缘位置并不准确，因为受到衍 射现象的影响，实际获得的边缘光强并不是峰顶光强的50%。这种情况从图4c-4d 中可以看出。图4c为磁极宽度为2r (r为艾里光斑半径)时衍射现象对理想磁 极边缘的影响曲线。对艾里光斑巻积后形成的光强分布曲线318与理想的边缘 314之间形成交点312、 316。这两个交点对应的光强大于峰顶光强(100%)的 一半，换句话说，如果以峰顶光强的一半作为阈值曲线，则该阈值曲线与光强 分布曲线318的两个交点将分别位于上述交点312、 316的外侧，即利用现有方 法获得的磁极宽度测试值(阈值曲线与光强分布曲线318的两个交点之间的距 离)将严重偏离理想值(上述交点312、 316之间的距离)。图4d为》兹极宽度小 于2r时衍射现象对理想^兹极边缘的影响曲线。类似地，光强分布曲线313与理 想边缘311之间形成的交点(如图中箭头A、 B所示)对应的光强大于峰顶光强 的一半，说明光强分布曲线313上光强为峰顶光强的一半的位置并不是真实的 磁极边缘位置。
因此，实有必要提供一种改进的边缘检测方法，以提高磁极宽度的测量精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微观物体边缘检测方法，该方法削弱或避免了 衍射现象对边缘4全测的误差影响，从而提高了边缘检测的精度。
为达到上述目的，本发明提供一种微观物体边缘检测方法，其包括如下步 骤(1 )获取磁极表面表面的原始图像；(2)计算原始圓像的光强分布轮廓， 确定轮廓的最大及最小光强数据点；(3)将最大光强数据点与最小光强数据点 的均值设定为阈值；(4)对轮廓二次微分，从而获得二次微分渐近线；(5)确
定二次微分渐近线与阈值的交点；(6)计算交点之间的距离，从而获得初次磁
极宽度；(7)对初次磁极宽度进行数据补偿，从而获得补偿后的磁极宽度。
在本发明的一个实施例中，上述步骤(7)包括步骤(71)提供含有一组 预设》兹极宽度数值及与该组预设》兹极宽度数值对应的补偿数值的补偿数据库； (72)将初次磁极宽度的数值输入到补偿数据库中；(73)比较初次磁极宽度数 值与预设磁极宽度凄史值。其中，当数值相同时，执行步骤(74a)将预设磁极宽 度数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿后的磁极宽度；当数据不同时， 执行步骤(74b)将与初次磁极宽度数值最接近的预设磁极宽度数值与对应的补 偿数据相加，从而获得补偿后的磁极宽度。所述与预设磁极宽度数值对应的补 偿数据为负值。
所述步骤(1)可以包括(a)借助光学放大系统获得磁极表面放大的图像； 及(b)借助电荷耦合器件式相机捕捉放大的图像。所述光学放大系统可以包括 两组透镜放大系统。所述光学放大系统可以使用任何适当的光源。最优地，所 述光源为波长为248nm的深紫外线。
与现有方法比较，由于本发明方法对初次测量的磁极宽度进行了数据补偿， 因此削弱或避免了衍射现象对测量结果的误差影响，从而提高了磁极宽度测量 精度。
本发明同时提供一种微观物体边缘距离测量方法，包括如下步骤(l)获 取微观物体表面的原始图像；(2)对原始图像进行处理，获得初次边缘距离； 及(3)对初次边缘3巨离进行数据补偿，从而获得补偿后的边缘距离。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明磁极宽度测 量方法的实施例。
图la为典型磁盘驱动器的立体图。
图lb为图la所示磁盘驱动器的磁头立体图。
图lc为图lb所示磁头的极尖区域的放大立体图。 图2展示了传统的磁极宽度测量方法流程图。
图3a-3b展示了图2所示方法的部分步骤。
图4a展示了光线在传播过程中发生的衍射现象。
图4b展示了单个透镜成像系统示意图。
图4c-4d展示了衍射现象对图2所示微观物体边缘检测方法的干扰影响。
图5a展示了本发明 一个实施例所述磁极宽度测量方法的流程图。
图5b展示了图5a所示方法的测量装置系统框图。
图6展示了图5所示方法中数据补偿步骤的详细流程。
极宽度的相关性曲线。
图7b展示了图7a所示相关性曲线的低端放大图。
图8展示了利用深紫外线设备(DUV)获得的磁极宽度补偿前及补偿后的 数据与用扫描电子显纟敬设备(SEM)获得的磁极宽度数据进行相关性比较的情况。
具体实施例方式
现在参照
本发明的若干实施例。本发明提供一种磁盘驱动器的磁 头磁极宽度测量方法。通过对初次测量的磁极宽度进行数据补偿，从而获得补 偿后的磁极宽度。这种补偿削弱或避免了光传播过程中的衍射现象引起的对测 量结果造成的不良影响，从而提高了磁极宽度检测的精度。
参考图5a,根据本发明的一个实施例， 一种对磁盘驱动器的磁头磁极宽度 进行测量的方法包括如下步骤获取磁极表面表面的原始图像(步骤401 );计 算原始图像的光强分布轮廓，确定轮廓的最大及最小光强数据点(步骤402); 将最大光强数据点与最小光强凌t据点的均值设定为阈值(步骤403 );对轮廓二 次微分，从而获得二次樣史分渐近线(步骤404);确定二次微分渐近线与阈值的 交点(步骤405 );计算交点之间的距离，从而获得初次磁极宽度(步骤406); 对初次磁极宽度进行数据补偿，从而获得补偿后的磁极宽度(步骤407)。
图6展示了上述步骤407的具体执行过程。如图所示，首先，提供含有一
组预设磁极宽度数值及与该组预设磁极宽度数值对应的补偿数值的补偿数据库
(步骤501);其次，将初次^兹极宽度的数值输入到补偿数据库中(步骤502); 接着，比较初次磁极宽度数值与预设磁极宽度数值(步骤503 )。当数值相同时， 执行步骤(504a)将预设磁极宽度数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿 后的磁极宽度；当数据不同时，执行步骤(504b)将与初次磁极宽度数值最接 近的预设磁极宽度数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿后的磁极宽度。 在这里，由于光衍射现象通常导致初次磁极宽度数值大于理想数值，因此通常 对初次磁极宽度数值进行负补偿，即，与预设磁极宽度数值对应的补偿数据为 负值。
此外，步骤401可以包括(i)借助光学放大系统获得磁极表面放大的图像； 及(ii)借助电荷耦合器件式相机捕捉放大的图像。具体地，如图5b所示，借助 光学放大系统获得磁极表面放大的图像及借助电荷耦合器件式(charge coupled device, CCD)相机捕捉放大的图像的步骤可以借助检测装置700进行的。该检测 装置700包括主单元708及用于控制该主单元708的控制单元709。所述主单元708 从下到上依次包括用于4青确控制待测物体位置的位置移动组件720、用于对待测 物体的表面进行光学放大的光学放大组件730及用于摄取放大图像的图像摄取 组件70L
所述位置移动组件720包括可自由移动且移动方向互相垂直的Y向工作台、 X向工作台、手动Z向工作台，所有这些工作台置于石表平面(stone surface plate) 705上。所述石表平面705由空气支承，因此又叫做气垫平台(air cushion platform)。该气垫平台保证测量的精确度并避免受到坏的外界影响，如摇晃、 振动。所述光学放大组件(光学放大系统)730包括显微镜703及对该显微镜703 提供特定光线的光源702。所述显微镜703具有两组透镜放大系统(图未示)高 倍显微镜(UOOOX)和低倍显微镜(IOOX)。当在低倍显微镜中可以看到待测 物体清晰的图像时，将该位置定为初始位置，然后转用高倍显微镜检测图像并 将其作为原始放大图^^象。应当注意所述光源702可以为任何适当的光源。最优
地，所述光源702为波长为248nm的深紫外线。所述图像摄取组件701可以为图中
所示的电荷耦合器件式相机，用于摄取上述放大的原始图像并通过上述控制单
元709的控制而将摄取的图像保存。
所述控制单元709用于控制主单元708的动作，其包括显示单元731、操作单
元732、驱动单元733、图^f象单元734及网络735等。在这里，所述控制单元709可
以作为本发明方法中获取原始图像步骤之后的其它步骤的执行装置，比如进行
微分运算、补偿运算等。
现在结合图7a-7b及图8说明本发明方法的效果。图7a展示了分别利用本
发明方法及传统方法仿真获得的》兹极宽度与理想》兹极宽度的相关性曲线。图7b
展示了图7a所示相关性曲线的低端放大图。图中，横坐标表示仿真磁极宽度(圓
圈符号表示利用传统方法获得的仿真值，而三角形符号表示本法明方法获得的
仿真值)，纵坐标表示理想磁极宽度。从图中可以清楚地看出，由一组三角形符
号拟合形成的拟合线比由 一组圆圈符号拟合形成的拟合线更加靠近理想曲线
(对角线)，说明本发明方法的测量精度高于传统方法的测量精度，这种优势尤
其体现于待测》兹极宽度很小的情况，如当理想磁极宽度在0.1-0.25um之间时，
这种精度差别比较明显。图8展示了利用深紫外线设备(DUV)获得的磁极宽
度补偿前及补偿后的数据与用扫描电子显微设备(SEM)获得的磁极宽度数据
进行相关性比较的情况。在这里，由于扫描电子显微设备通常测量精度较高，
因此可以将其测量值作为标准，用于判断其它测量精度较低的设备比如深紫外
线设备的测量精度。从图中可以看出，补偿后的测量值曲线(用交叉符号表示，
即用本发明方法获得的测量值)比补偿前的测量值曲线(用圆圏符号表示，即
由传统方法获得的测量值)更靠近扫描电子显微设备的测量值曲线(图中的对
角线)，进而说明本发明法方法具有较高的测量精度。
本发明同时提供一种微观物体边缘距离测量方法，包括如下步骤(1 )
获取微观物体表面的原始图像；(2)对原始图像进行处理，获得初次边缘距离；
及(3)对初次边缘距离进行数据补偿，从而获得补偿后的边缘距离。
所述步骤(3)包括如下步骤(31)提供含有一组预设边缘距离数值及
与该组预设边缘距离数值对应的补偿数值的补偿数据库；(32)将初次边缘距离 的数值输入到补偿数据库中；(33)比较初次边缘距离数值与预设边缘距离数 值；当数值相同时，执行步骤(34a)将预设边缘距离数值与对应的补偿数据相 加，从而获得补偿后的边缘距离；当数据不同时，执行步骤(34b)将与初次边 缘距离数值最接近的预设边缘距离数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿 后的边缘距离。
所述与预设边缘距离数值对应的补偿数据为负值。所述步骤(1 )可以包 括(a)借助光学放大系统获得微观物体表面放大的图像；及(b)借助电荷耦 合器件式相机捕4li丈大的图像。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明 之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖 的范围。
权利要求
1.一种对磁盘驱动器的磁头磁极宽度进行测量的方法，包括如下步骤(1)获取磁极表面的原始图像；(2)计算原始图像的光强分布轮廓，确定轮廓的最大及最小光强数据点；(3)将最大光强数据点与最小光强数据点的均值设定为阈值；(4)对轮廓二次微分，从而获得二次微分渐近线；(5)确定二次微分渐近线与阈值的交点；(6)计算交点之间的距离，从而获得初次磁极宽度；及(7)对初次磁极宽度进行数据补偿，从而获得补偿后的磁极宽度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(7)包括如下步骤 (71 )提供含有一组预设磁极宽度数值及与该组预设磁极宽度数值对应的补偿数值的补偿凄史据库；(72 )将初次^磁极宽度的数值输入到补偿数据库中；(73)比较初次磁极宽度数值与预设磁极宽度数值；当数值相同时，执 行步骤(74a)将预诏J兹极宽度数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿后的 磁极宽度；当数据不同时，执行步骤(74b)将与初次磁极宽度数值最接近的预 设磁极宽度数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿后的磁极宽度。
3. 冲艮据权利要求2所述的方法，其特征在于所述与预设磁极宽度数值对 应的补偿数据为负值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)包括(a)借 助光学放大系统获得磁极表面放大的图像；及(b)借助电荷耦合器件式相机捕 捉放大的图像。
5. 根据权利要求4所迷的方法，其特征在于所述光学放大系统包括两组 透镜;故大系统。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述光学放大系统使用波长 为248nrn的深紫外线作为光源。
7. —种微观物体边缘距离测量方法，包括如下步骤 (1 )获取微观物体表面的原始图像；(2) 对原始图像进行处理，获得初次边缘距离；及(3) 对初次边缘距离进行数据补偿，从而获得补偿后的边缘距离。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤(3)包括如下步骤 (31 )提供含有一组预设边缘距离数值及与该组预设边缘距离数值对应的补偿数值的补偿凄丈据库；(32 )将初次边缘距离的数值输入到补偿数据库中；(33)比较初次边缘距离数值与预设边缘距离数值；当数值相同时，执 行步骤(34a)将预设边缘距离数值与对应的补偿数据相加，从而获得补偿后的 边缘距离；当数据不同时，执行步骤(34b)将与初次边缘距离数值最接近的预 设边缘距离数值与只于应的补偿数据相加，从而获得补偿后的边缘距离。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述与预设边缘距离数值对 应的补偿数据为负值。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤(1 )包括(a)借 助光学放大系统获得微观物体表面放大的图像；及(b)借助电荷耦合器件式相 机捕捉放大的图像。
全文摘要
本发明公开了一种对磁盘驱动器的磁头磁极宽度进行测量的方法，其包括如下步骤获取磁极表面的原始图像；计算原始图像的光强分布轮廓，确定轮廓的最大及最小光强数据点；将最大光强数据点与最小光强数据点的均值设定为阈值；对轮廓二次微分，从而获得二次微分渐近线；确定二次微分渐近线与阈值的交点；计算交点之间的距离，从而获得初次磁极宽度；对初次磁极宽度进行数据补偿，从而获得补偿后的磁极宽度。本发明方法也可以对其它微观物体的边缘之间的距离进行测量。
文档编号G11B5/455GK101183531SQ200610146479
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者娜 何, 宇 李, 程新建, 陈华俊 申请人:新科实业有限公司