磁測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明在于提供可以測量薄板狀的磁性體試樣的微小區(qū)域的磁特性的磁場測量裝置。其中，在對磁性體試樣(5)施加磁場并使之磁化之后，通過由測量部(2)掃描從而檢測磁性體試樣(5)的泄漏磁通。通過對磁性體試樣(5)的第1區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上使其磁化并減小退磁場(Hd)，從而使磁通泄漏到外部。具體而言，由具有一對以上磁極的磁場產(chǎn)生部(6)來進行多極著磁，或者由磁場產(chǎn)生部(6)施加阻尼振蕩磁場來進行著磁，或者由一邊施加交流磁場一邊掃描試樣表面的局部磁場產(chǎn)生部(3)來進行著磁。
【專利說明】磁測量裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于經(jīng)由起因于剩磁的泄漏磁通的測量來測量薄板狀的磁性體試樣的磁特性特別是微小區(qū)域的磁特性的磁場測量裝置。

【背景技術】
[0002]近年來，通過濺射或激光沉積等物理成膜法，微小尺寸的薄膜磁體(厚度:數(shù)ym?數(shù)百ym程度)得以制作，并在微型機械或傳感器領域中得到使用(專利文獻I)。在利用了這樣的薄膜磁體的微型機械或傳感器領域中的應用中，為了制作預期的器件，有必要以起因于薄膜磁體的剩磁的泄漏磁通為基礎來設計磁路并以亞毫米以下的分辨率來精密地測量薄膜磁體的剩磁的分布即微小區(qū)域的剩磁的做法被追求。
[0003]以往,在磁性體試樣的磁特性測量中，使用B-H曲線示蹤器(B-H curve tracer)或振動樣品磁強計(VSM:Vibrating Sample Magneto-meter)。然而,在這些測量裝置中，只不過是測量成為測量對象的磁性體的平均的磁特性，并不能測量磁特性的分布即微小區(qū)域的磁特性。
[0004]通過由切割加工等來分割成為測量對象的磁性體并用VSM等來進行測定從而測量微小區(qū)域的磁特性的方法也得到考慮。然而，由于加工所引起的對磁性體表面層的損傷而造成不能測量磁性體試樣的本質性的磁特性的情形仍被擔憂。
[0005]為了不伴著磁性體試樣的加工來測量磁性體試樣的微小區(qū)域的磁特性，使用了磁力顯微鏡(MFM:Magnetic Force Microscopy)或掃描霍爾探針顯微鏡(SHPM:ScanningHall Probe Microscopy)等。
[0006]MFM利用由磁性體構成的測量頭來掃描試樣表面，因而能夠精密地測量微小區(qū)域的磁特性。然而，MFM有必要使測量頭接近于試樣表面，不能像B-H曲線示蹤器那樣將試樣作為閉磁路的一部分，因而不得不受到起因于在磁性體試樣的表面所出現(xiàn)的磁極的退磁場Hd的影響。
[0007]退磁場Hd的影響很大程度上依存于試樣的形狀，在一樣磁化后的薄膜磁體那樣的薄板狀的磁性體試樣中退磁場Hd與試樣的自發(fā)磁化J大致相等，因而不能將磁通取出至試樣的外部。即，利用MFM難以評價一樣磁化后的薄板狀的磁性體試樣的磁特性。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本再公表專利W02005/091315號公報


【發(fā)明內容】

[0011]發(fā)明所要解決的技術問題
[0012]本發(fā)明有鑒于認識到這樣的狀況，其目的在于提供一種能夠不受到退磁場Hd的影響并利用起因于剩磁的泄漏磁通來評價薄膜磁體那樣的薄板狀的磁性體試樣的微小區(qū)域的剩磁以及剩磁的分布的測量裝置。
[0013]解決技術問題的手段
[0014]本發(fā)明是一種磁場測量裝置，其特征在于:是測量薄板狀的磁性體試樣的剩磁的磁場測量裝置，具備:施加磁場來使所述磁性體試樣的第I區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上著磁的磁場產(chǎn)生部、以及測量由所述磁場產(chǎn)生部著磁后的所述磁性體試樣的磁場并作為所述磁性體試樣的剩磁輸出的測量部。本發(fā)明通過取得這樣的結構測量著磁后的磁性體試樣，因而如在測量中施加外部磁場的情況那樣不考慮測量部會受到所施加的外部磁場的影響便能夠使測量部接近于試樣表面。另外，由于使第I和第2區(qū)域在彼此相反的方向上著磁，因此能夠不受退磁場的影響地正確測量起因于磁性體試樣的剩磁的泄漏磁通。
[0015]另外，在本發(fā)明中，可選地，所述磁場產(chǎn)生部具有至少一對符號不同的磁極，并通過所述磁極使所述磁性體試樣著磁。
[0016]另外，在本發(fā)明中，可選地，所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生進行阻尼振蕩的磁場來使所述磁性體試樣著磁。
[0017]另外,在本發(fā)明中，可選地,所述磁場產(chǎn)生部一邊掃描所述磁性體試樣的表面一邊在局部區(qū)域產(chǎn)生交流磁場來使所述磁性體試樣著磁。
[0018]再有，將以上的構成要素的任意組合、本發(fā)明的表現(xiàn)在方法或系統(tǒng)等之間變換后的形態(tài)，作為本發(fā)明的形態(tài)均是有效的。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種具備對薄板狀的磁性體試樣(例如磁體薄膜)施加磁場并使所述磁性體試樣的第I區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上著磁的磁場產(chǎn)生部、以及測量由所述磁場產(chǎn)生部著磁后的所述磁性體試樣的起因于剩磁的泄漏磁通的測量部的磁場測量裝置，可以評價薄板狀的磁性體試樣的微小區(qū)域上的磁特性即磁特性的分布。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發(fā)明所涉及的磁場測量裝置的概略立體圖。
[0022]圖2是在本發(fā)明的磁場測量裝置中所具備的具有一對以上磁極的磁場產(chǎn)生部的概略立體圖。
[0023]圖3(a)是表不前述磁場產(chǎn)生部的著磁例的磁場分布圖，圖3(b)是被一樣著磁后的前述磁性體試樣的磁場分布圖。
[0024]圖4(a)、(b)是表示由阻尼振蕩磁場來使前述磁性體試樣著磁的工序的說明圖。
[0025]圖5是被阻尼振蕩磁場著磁的前述磁性體試樣的磁場分布圖。
[0026]圖6 (a)、(b)是表不通過一邊施加交流磁場一邊掃描來使前述磁性體試樣著磁的工序的說明圖。
[0027]圖7是通過一邊施加交流磁場一邊掃描而被著磁的前述磁性體試樣的磁場分布圖。
[0028]符號的說明:
[0029]I 基臺
[0030]2測量部
[0031]3局部磁場產(chǎn)生部
[0032]4支架臂
[0033]5磁性體試樣
[0034]6磁場產(chǎn)生部
[0035]7磁極
[0036]10XYZ 工作臺
[0037]11X工作臺
[0038]12Y工作臺
[0039]13Z工作臺
[0040]20XYZ 臂
[0041]21X 臂
[0042]22Y 臂
[0043]23Z 臂
[0044]30Zm軸驅動系統(tǒng)
[0045]40控制部

【具體實施方式】
[0046]以下，一邊參照附圖一邊詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。再有，對各附圖所示的相同或同等的構成要素、構件、處理等賦予相同的符號，并適當省略重復的說明。另外，實施方式并不是限定發(fā)明的實施方式而是例示，實施方式中所記載的所有特征或其組合未必限于本發(fā)明的實質性的內容。
[0047]圖1是表示本發(fā)明所涉及的磁場測量裝置整體結構的概略立體圖。在圖1中，具有在Xt軸方向(平行于圖示的XYZ正交3軸當中的X軸)上滑動自如的X工作臺11、配置在X工作臺11上并在Yt軸(平行于XYZ正交3軸當中的Y軸)方向上滑動自如的Y工作臺12、以及配置在Y工作臺12上并在Zt軸(平行于XYZ正交3軸當中的Z軸)方向上滑動自如的Z工作臺13的XYZ工作臺10設置在基臺I上，在Z工作臺13上定位并固定有具有薄板狀的形態(tài)的磁性體試樣5。另外，本發(fā)明所涉及的磁場測量裝置包含控制測量裝置各個部分并以所測量的泄漏磁通為基礎來算出磁特性及其分布的控制部40。
[0048]本發(fā)明的成為測量對象的磁性體試樣是指包含=R-T-B系、R-T系那樣的稀土類磁體；Ba鐵氧體、Sr鐵氧體那樣的氧化物磁體；還有磁體那樣的不具有高的矯頑力的軟磁性體。另外，在磁性體試樣的磁化方向相對于薄板狀的試樣的形狀為法線方向的情況下，本發(fā)明可以利用容易的結構來實現(xiàn)，但是在磁化方向為面內(in-plane)的情況下,本發(fā)明也能有效地發(fā)揮功能。
[0049]使磁性體試樣5著磁的磁場產(chǎn)生部可以是具有至少一對符號不同的磁極的磁場產(chǎn)生部6，也可以是與測量部2 —起設置在支架臂4的前端底面的局部磁場產(chǎn)生部3。通過具有至少一對符號不同的磁極的磁場產(chǎn)生部6，能夠使磁性體試樣5的第I區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上著磁。另外，通過由設置在支架臂4的前端底面的局部磁場產(chǎn)生部3一邊產(chǎn)生交流磁場一邊掃描磁性體試樣5的表面，也能夠使磁性體試樣5的第I區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上進行著磁。
[0050]XYZ工作臺10的驅動方式可以是由電機驅動的方式，也可以是由壓電致動器驅動的方式。XYZ工作臺10的在XY方向上的移動行程只要以覆蓋試樣的測量區(qū)域的方式設定即可。由此，可以測量試樣的全體測量區(qū)域。XYZ工作臺10的在XY方向上的移動行程例如為IOX 10mm。XYZ工作臺10的在Z方向上的移動行程只要設置得比試樣的厚度足夠大即可。由此,可以使磁性體試樣5容易接近于測量部2、局部磁場產(chǎn)生部3、磁場產(chǎn)生部6。XYZ工作臺10的在XY方向上的定位分辨率只要設定得比磁性體試樣5的磁疇的大小足夠小即可。由此，微小區(qū)域的測量變得可能。在XY方向上的定位分辨率例如為10nm。XYZ工作臺10的在Z方向上的定位分辨率只要設定得比磁性體試樣5的表面粗糙度足夠小即可。由此，不受表面形態(tài)的影響而起因于試樣的剩磁的泄漏磁通的測量變得可能。
[0051]在基臺I豎立設置并固定有在Zs軸方向(平行于XYZ正交3軸當中的Z軸)上滑動自如的Z臂23，在Z臂23的前面設置有在Xs軸方向(平行于XYZ正交3軸當中的X軸)上滑動自如的X臂21、以及在Ys軸方向(平行于XYZ正交3軸當中的Y軸)上滑動自如的Y臂22，在Y臂22的底面設置有支架臂4，在支架臂4的前端底面設置有測量部2和局部磁場產(chǎn)生部3。
[0052]XYZ臂20的驅動方式可以是由電機驅動的方式，也可以是由壓電致動器驅動的方式。XYZ臂20的在XY方向上的移動行程只要以覆蓋試樣的測量區(qū)域的方式設定即可。由此，可以測量試樣的全體測量區(qū)域。XYZ臂20的在XY方向上的移動行程例如為IOOX 100mm。XYZ臂20的在Z方向上的移動行程只要設定得比試樣的厚度足夠大即可。由此，可以使磁性體試樣5容易接近于測量部2和局部磁場產(chǎn)生部3。XYZ臂20的在XY方向上的定位分辨率只要設定得比磁性體試樣5的磁疇的大小足夠小即可。由此，微小區(qū)域的磁場分布的測量變得可能。在XY方向上的定位分辨率例如為10nm。XYZ臂20的在Z方向上的定位分辨率只要設定得比磁性體試樣5的表面粗糙度足夠小即可。由此，不受表面形態(tài)影響的磁場分布的測量變得可能。
[0053]XYZ工作臺10和XYZ臂20兩個機構是在磁性體試樣5與測量部2和局部磁場產(chǎn)生部3之間的相對的位置關系上做相同動作的機構，但是通過選擇各個機構的不同驅動方式，從而可以以一臺裝置來進行從微小區(qū)域的測量到大面積試樣的測量。例如，可以令XYZ工作臺10的驅動方式為由電機實現(xiàn)的粗動動作，令XYZ臂20的驅動方式為由壓電致動器實現(xiàn)的微動動作。由此，可以由粗動動作進行往試樣中的任意部位的高速移動，并由微動動作來詳細測量微小區(qū)域的剩磁。
[0054]在基臺I豎立設置并固定有在Zm軸方向(平行于XYZ正交3軸當中的Z軸)上滑動自如的Zm軸驅動系統(tǒng)30，在Zm軸驅動系統(tǒng)30的前面設置有磁場產(chǎn)生部6。在本實施方式中，通過該磁場產(chǎn)生部6而使磁性體試樣的第I區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上著磁。為了通過磁場產(chǎn)生部6使磁性體試樣5著磁,而向從磁場產(chǎn)生部6向外部福射磁場的磁極7與磁性體試樣5的表面相對的著磁位置(圖1的虛線位置)移動XYZ工作臺10，并通過Zm軸驅動系統(tǒng)30使磁極7充分接近于磁性體試樣5的表面。由此，可以一樣地或者如磁場產(chǎn)生部6的磁極7所具有的模式那樣來使磁性體試樣5著磁。
[0055]圖2表示前述磁場產(chǎn)生部6的概略圖。在圖2中，磁性體試樣5通過XYZ工作臺10而存在于著磁位置(圖1的虛線位置)，放出磁場的磁極7存在于與磁性體試樣5的表面接近并相對的位置。在圖2所示的實施方式中，磁極7由放出的磁場的符號不同的一對構成，但是本發(fā)明中的磁場產(chǎn)生部并不限定于此?？梢允窍噜徑拥拇艠O彼此的符號不同的微小磁極的基體(Matrix)，也是可以是產(chǎn)生一樣的磁場的基體。
[0056]圖3 (a)是在使用前述磁場產(chǎn)生部6來使磁性體試樣5著磁之后利用測量部2來掃描磁極7所放出的磁場的符號不同的邊界近旁區(qū)域而得到的起因于試樣的剩磁的泄漏磁通的分布的例示。磁極7以所放出的磁場的符號不同的邊界位于測量區(qū)域的大致中央，并且邊界的右側為在正方向(與測量部2相對的面為N極)上被著磁的第I區(qū)域且邊界的左側成為在與第I區(qū)域相反的方向(與測量部2相對的面為S極)上被著磁的第2區(qū)域的方式進行著磁。
[0057]在第I區(qū)域與第2區(qū)域的邊界近旁的區(qū)域中由前述測量部2檢測的信號強度最大，在遠離邊界的區(qū)域信號強度小。這可以認為是起因于在著磁狀態(tài)下的不同的邊界部分近旁來自磁性體試樣的泄漏磁通大的結果。
[0058]圖3(b)是在使用可以產(chǎn)生一樣的外部磁場的磁場產(chǎn)生部來使磁性體試樣5著磁之后由測量部2掃描而得到的起因于試樣的剩磁的泄漏磁通分布的例示。磁性體試樣5在負方向(與測量部2相對的面為S極)上被飽和著磁。
[0059]盡管磁性體試樣被飽和著磁，但由測量部2檢測的信號小。這被認為起因于在具有薄板狀的形態(tài)的磁性體試樣5被一樣地著磁的狀態(tài)下其退磁系數(shù)N約為I,因而磁性體試樣5所具有的磁極化J被退磁場Hd消除且磁通不泄漏至磁性體試樣5的外部。
[0060]圖4(a)是表示通過阻尼振蕩磁場來使前述磁性體試樣5著磁的工序的說明圖。在該圖中，磁性體試樣5通過XYZ工作臺10而存在于著磁位置(圖1的虛線位置)，在本實施方式中放出磁場的磁場產(chǎn)生部即磁極7存在于與磁性體試樣5的表面接近并相對的位置。磁極7所放出的磁場只要是隨著經(jīng)過的時間而一邊振幅減小一邊符號的正負在相反方向上反轉的磁場(阻尼振蕩磁場)即可。
[0061]接著，由圖4(b)來說明磁性體試樣5被阻尼振蕩磁場著磁的過程。為了簡化說明而令在磁性體試樣5中存在有具有高矯頑力、中矯頑力、低矯頑力3個種類的矯頑力成分的區(qū)域，并從磁極7放出的磁場隨著經(jīng)過的時間一邊振幅減小一邊在相反方向上正負反轉3次。
[0062]首先，通過從磁極7放出的在正方向上大強度的磁場，磁性體試樣5的全體在正方向上被著磁。接著，通過從磁極7放出的在負方向上中強度的磁場，僅磁性體試樣5的中矯頑力和低矯頑力部分其磁化方向反轉為負。此時，由于從磁極7放出的中強度的磁場不能使位于磁性體試樣5中的高矯頑力部分磁化反轉，因此高矯頑力部分維持正方向的磁化狀態(tài)。此外，通過從磁極7放出的在正方向上小強度的磁場,僅磁性體試樣5的低矯頑力部分其磁化方向反轉為正。此時，由于從磁極7放出的小強度的磁場不能使位于磁性體試樣5中的中矯頑力部分磁化反轉，因此中矯頑力部分維持正方向的磁化狀態(tài)。
[0063]通過以上的過程，在磁性體試樣5中在正負方向上磁化狀態(tài)不同的第I區(qū)域與第2區(qū)域可以混在一起。磁化狀態(tài)不同的部分混在一起的磁性體試樣5，即使其形狀是薄板狀，其退磁場Hd也會小，且可以由測量部2檢測向外部泄漏的磁通。
[0064]圖5是使用磁場產(chǎn)生部6來使阻尼振蕩磁場產(chǎn)生并著磁后的磁性體試樣5的磁場分布圖的例不。所產(chǎn)生的阻尼振蕩磁場最大為6400kA/m。
[0065]由阻尼振蕩磁場著磁的磁性體試樣5成為由大小為0.5?1.0 μ m左右構成的磁化狀態(tài)不同的區(qū)域(磁疇)混在一起的狀態(tài)。該磁疇的大小可以認為是與磁性體試樣5的結晶顆粒大小大致相等，并反映了具有矯頑力分布的結晶顆粒的剩磁狀態(tài)在正負方向上不同的情形的泄漏磁通的分布被測量后的結果。
[0066]圖6 (a)表不通過由局部磁場產(chǎn)生部3 —邊產(chǎn)生交流磁場一邊掃描而使磁性體試樣5不均勻著磁的工序。在該圖中，磁性體試樣5和局部磁場產(chǎn)生部3存在于與XYZ工作臺10和XYZ臂20相對的位置，局部磁場產(chǎn)生部3的底面與磁性體試樣5的上面接近。如圖6(b)所示，局部磁場產(chǎn)生部3所放出的磁場只要是隨著經(jīng)過的時間而符號的正負反轉的磁場(交流磁場)即可。
[0067]圖7是通過由局部磁場產(chǎn)生部3 —邊產(chǎn)生交流磁場一邊掃描而被著磁的磁性體試樣5的磁場分布圖的例不。磁性體試樣5由磁場產(chǎn)生部6 —樣地飽和著磁(與圖3B相同形態(tài))之后，通過僅對測量區(qū)域的中央部由局部磁場產(chǎn)生部3 —邊產(chǎn)生交流磁場一邊掃描來著磁。
[0068]雖然磁性體試樣5的被一樣著磁的部分(測量區(qū)域的上下)被飽和著磁，但是由于退磁場而磁通不泄漏至外部，且由測量部2檢測的信號強度小。另一方面，通過由局部磁場產(chǎn)生部3—邊產(chǎn)生交流磁場一邊掃描而被著磁的部分(測量區(qū)域的中央)可以認為是通過由測量部2檢測的信號強度大且磁性體試樣5在正負方向上被交替磁化從而由退磁場所造成的影響小且磁通泄漏到外部的部分。
[0069]如圖7所示，即使通過具有規(guī)定的磁場強度的交流磁場，也能夠將磁性體試樣的與該磁場強度相對應的矯頑力以下的部分不均勻地磁化，并且依次變更磁場強度來進行同樣的測量，由此能夠獲得磁性體試樣的磁特性分布。
【權利要求】
1.一種磁場測量裝置，其特征在于: 是測量薄板狀的磁性體試樣的剩磁的磁場測量裝置， 具備: 磁場產(chǎn)生部，其施加磁場并使所述磁性體試樣的第I區(qū)域和第2區(qū)域在彼此相反的方向上著磁；以及 測量部，其測量由所述磁場產(chǎn)生部著磁后的所述磁性體試樣的磁場并作為所述磁性體試樣的剩磁輸出。
2.如權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于: 所述磁場產(chǎn)生部具有至少一對符號不同的磁極，并通過所述磁極使所述磁性體試樣著磁。
3.如權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于: 所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生進行阻尼振蕩的磁場來使所述磁性體試樣著磁。
4.如權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于: 所述磁場產(chǎn)生部一邊掃描所述磁性體試樣的表面一邊產(chǎn)生交流磁場來使所述磁性體試樣著磁。
【文檔編號】G01R33/12GK104081217SQ201280068264
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權日:2012年1月26日
【發(fā)明者】鈴木健一, 近松努, 小川昭雄, 崔京九, 橋本龍司 申請人:Tdk株式會社