磁場(chǎng)值測(cè)定裝置以及磁場(chǎng)值測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)定觀察試樣所產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)測(cè)定裝置以及磁場(chǎng)測(cè)定 方法。
[0002] 本發(fā)明特別涉及一種能夠高精度地測(cè)定上述直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)測(cè)定裝置以及磁場(chǎng) 測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 以往，作為對(duì)觀察試樣所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行觀察的裝置，已知有磁力顯微鏡 (Magnetic Force Microscope :MFM) 〇
[0004] 在MFM中，存在觀察交流磁場(chǎng)（AC磁場(chǎng)）的顯微鏡和觀察直流磁場(chǎng)（DC磁場(chǎng)）的 顯微鏡。
[0005] 本發(fā)明是與觀察DC磁場(chǎng)的MFM有關(guān)的技術(shù)，因此在下面對(duì)觀察DC磁場(chǎng)的以往的 MFM進(jìn)行說(shuō)明。
[0006] 圖6的（A)是觀察DC磁場(chǎng)的以往的MFM的說(shuō)明圖（參照專利文獻(xiàn)1)。在圖6的 (A)所示的MFM中，懸臂81的探針811含有硬磁性材料。硬磁性材料是指一旦磁化就很難 發(fā)生反磁化的材料。在圖6的（A)中，作為硬磁性材料，使用鈷和鉻的合金、鐵和鉑的合金 等。
[0007] 在圖6的⑷的MFM中，懸臂81通過(guò)壓電元件812以共振頻率或接近共振頻率的 頻率（例如300kHz左右）被激勵(lì)。在圖6的（A)中，用AC表示激勵(lì)用的電源。在探針811 與觀察試樣82之間產(chǎn)生磁性的相互作用。
[0008] 通過(guò)該磁性的相互作用，懸臂81的彈簧系數(shù)發(fā)生表觀變化。通過(guò)該彈簧系數(shù)的表 觀變化，懸臂81的共振頻率發(fā)生變化。其結(jié)果，探針811的振動(dòng)的狀態(tài)（振幅、相位）也發(fā) 生變化。
[0009] 在圖6的⑷的MFM中，對(duì)探針811的振動(dòng)的振幅以及相位的變化（懸臂81的彈 簧系數(shù)的變化）進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。由此，能夠以圖像獲取觀察試樣82的表面的磁場(chǎng)梯度的分 布。
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003-65935號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :國(guó)際公開2009/0101992號(hào)手冊(cè)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0013] 在圖6的（A)的MFM中，并不是直接測(cè)定觀察試樣82的磁場(chǎng)，而是根據(jù)懸臂81的 彈簧系數(shù)的變化值（振幅和相位的變化值），來(lái)檢測(cè)觀察試樣82的磁場(chǎng)梯度。
[0014] 另外，在圖6的（A)的MFM中，在觀察試樣82的表面附近，與作為遠(yuǎn)程力的磁力相 比，表面附近的范德華力等近程力較強(qiáng)，因此很難進(jìn)行磁場(chǎng)梯度的檢測(cè)。因而，以使磁力比 近程力大的探針與觀察試樣之間的距離來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)梯度，從而空間分辨率的提高受以磁力 為主的上述探針與觀察試樣之間的距離的限制。
[0015] 本申請(qǐng)的申請(qǐng)人為了消除該問(wèn)題，提出了圖6的（B)所示的技術(shù)（專利文獻(xiàn)2)。 在該技術(shù)中，懸臂91通過(guò)壓電元件912以共振頻率或接近共振頻率的頻率而被激勵(lì)。在圖 6的⑶中，用AC表示激勵(lì)用的電源。懸臂91的前端部的探針911包括軟磁性體，使用線 圈93對(duì)探針911施加交流外部磁場(chǎng)Η Αε。而且，使探針911的磁化周期性地變化，并測(cè)量由 于來(lái)自觀察試樣92的直流磁場(chǎng)而向探針911的強(qiáng)制振動(dòng)導(dǎo)入的頻率調(diào)制的程度?；谠?測(cè)量結(jié)果能夠測(cè)定觀察試樣92的表面的直流磁場(chǎng)梯度3H sur/0Z。
[0016] 當(dāng)應(yīng)用專利文獻(xiàn)2的技術(shù)時(shí)，通過(guò)交流外部磁場(chǎng)Hac對(duì)由壓電元件912引起的探針 911的強(qiáng)制振動(dòng)進(jìn)行頻率調(diào)制，由此能夠高精度地檢測(cè)觀察試樣92的表面的直流磁場(chǎng)梯度 SHsur/SZ。
[0017] 但是，在專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，適用于觀察試樣92的表面的磁場(chǎng)梯度的檢測(cè)，但是 無(wú)法檢測(cè)磁場(chǎng)本身。
[0018] 另外，在專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，在觀察試樣92的矯頑力低的情況下，表面磁場(chǎng)Hsur 被交流外部磁場(chǎng)ΗΑε干擾。因此，存在無(wú)法滿足更高精度的磁場(chǎng)測(cè)定要求這樣的情況。
[0019] 本發(fā)明的目的在于，不干擾從觀察試樣產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)而高精度地測(cè)定該直流磁 場(chǎng)本身。
[0020] 用于解決問(wèn)題的方案
[0021] 以下說(shuō)明本發(fā)明的典型的作用。
[0022] (a)向已激勵(lì)的含有順磁性材料等（具有磁化強(qiáng)度與外部磁場(chǎng)的大小成比例這種 性質(zhì)的材料）的探針施加該探針的振動(dòng)方向上的變化率不為零的（大的）交流外部磁場(chǎng)。
[0023] (b)向探針前端位置施加上述探針的機(jī)械振動(dòng)方向上的變化率不為零且頻率與上 述探針的機(jī)械振動(dòng)頻率不同的交流磁場(chǎng)。
[0024] (C)通過(guò)直流外部磁場(chǎng)以消除施加于探針前端的來(lái)自觀察試樣的直流磁場(chǎng)的方式 改變來(lái)自觀察試樣的直流磁場(chǎng)，由此探針振動(dòng)的頻率調(diào)制減弱。
[0025] (d)在不產(chǎn)生頻率調(diào)制時(shí)或頻率調(diào)制的大小為極小時(shí)測(cè)定直流外部磁場(chǎng)。該磁場(chǎng) 為從觀察試樣產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)。
[0026] 本發(fā)明的磁場(chǎng)測(cè)定裝置包含以下方式。
[0027] (1) -種檢測(cè)從觀察試樣產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，具備：
[0028] 振動(dòng)式的探針裝置，其具備探針，該探針含有一種以上的具有磁化強(qiáng)度與外部磁 場(chǎng)的大小成比例這種性質(zhì)的材料；
[0029] 機(jī)械振動(dòng)源，其對(duì)探針進(jìn)行機(jī)械激勵(lì)；
[0030] 振動(dòng)檢測(cè)裝置，其檢測(cè)探針的機(jī)械振動(dòng)頻率和機(jī)械振動(dòng)振幅；
[0031] 交流磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其向探針施加交流磁場(chǎng)，該交流磁場(chǎng)在探針的機(jī)械振動(dòng)方向 上的變化率不為零且頻率與探針的機(jī)械振動(dòng)頻率不同；
[0032] 直流外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其向探針施加機(jī)械振動(dòng)方向的直流外部磁場(chǎng)；
[0033] 頻率調(diào)制檢測(cè)裝置，其基于振動(dòng)檢測(cè)裝置所檢測(cè)出的機(jī)械振動(dòng)頻率來(lái)檢測(cè)在探針 的機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生的頻率調(diào)制；
[0034] 直流外部磁場(chǎng)調(diào)整裝置，其對(duì)直流外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置向探針施加的機(jī)械振動(dòng)方向 的直流外部磁場(chǎng)的大小進(jìn)行調(diào)整；以及
[0035] 直流磁場(chǎng)確定裝置，其根據(jù)頻率調(diào)制的大小為極小時(shí)的直流外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的 輸出值、或者要使頻率調(diào)制的大小成為極小時(shí)的直流外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的預(yù)測(cè)輸出值，來(lái) 確定從觀察試樣產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)方向的直流磁場(chǎng)的值。
[0036] (2)根據(jù)⑴所述的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，
[0037] 直流外部磁場(chǎng)調(diào)整裝置調(diào)整直流外部磁場(chǎng)使得直流外部磁場(chǎng)將直流磁場(chǎng)全部消 除。
[0038] (3)根據(jù)⑴所述的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，
[0039] 直流外部磁場(chǎng)調(diào)整裝置調(diào)整直流外部磁場(chǎng)使得直流外部磁場(chǎng)將直流磁場(chǎng)的一部 分消除。
[0040] (4)根據(jù)⑴~（3)中的任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，
[0041] 交流磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置具有電磁線圈。
[0042] (5)根據(jù)⑴~（4)中的任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，
[0043] 交流磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置具有兩個(gè)以上的電磁線圈，
[0044] 通過(guò)該兩個(gè)以上的電磁線圈產(chǎn)生在探針的前端為彼此消除的朝向的多個(gè)磁場(chǎng)，由 此交流磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生具有磁場(chǎng)振幅為零的位置的磁場(chǎng)，并且
[0045] 交流磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁場(chǎng)振幅為零的位置處的磁場(chǎng)梯度比上述兩 個(gè)以上的電磁線圈各自單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該位置處的磁場(chǎng)梯度中的任一個(gè)都大。
[0046] (6)根據(jù)⑴~（5)中的任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，
[0047] 直流外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置具有向探針施加磁場(chǎng)的電磁線圈，
[0048] 直流外部磁場(chǎng)調(diào)整裝置具有電流調(diào)整裝置。
[0049] (7)根據(jù)⑴~（6)中的任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)測(cè)定裝置，其特征在于，
[0050] 還具備利用探針對(duì)觀察試樣的表面進(jìn)行一維、二維或三維掃描的機(jī)構(gòu)。
[0051] (8) -種磁場(chǎng)測(cè)定方法，使用具備探針的振動(dòng)式的探針裝置來(lái)測(cè)定從觀察試樣產(chǎn) 生的直流磁場(chǎng)，其中，該探針含有一種以上的具有磁化強(qiáng)度與外部磁場(chǎng)的大小成比例這種 性質(zhì)的磁性材料，該磁場(chǎng)測(cè)定方法的特征在于，包括以下工序：
[0052] 對(duì)探針進(jìn)行機(jī)械激勵(lì)；
[0053] 向探針施加在探針的機(jī)械振動(dòng)方向上的變化率不為零且頻率與探針的機(jī)械振動(dòng) 頻率不同的交流磁場(chǎng)，并且向探針施加消除從觀察試樣產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)的朝向的、機(jī)械振 動(dòng)方向的直流外部磁場(chǎng)；
[0054] 檢測(cè)在探針的機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生的頻率調(diào)制；
[0055] 根據(jù)頻率調(diào)制的檢測(cè)結(jié)果，調(diào)整向探針施加的機(jī)械振動(dòng)方向的直流外部磁場(chǎng)的大 ?。灰约?br>[0056] 根據(jù)不產(chǎn)生頻率調(diào)制時(shí)或頻率調(diào)制的大小為極小時(shí)的直流外部磁場(chǎng)的值、或者要 使頻率調(diào)制的大小成為極小時(shí)的直流外部磁場(chǎng)的預(yù)測(cè)值，來(lái)確定從觀察試樣產(chǎn)生的機(jī)械振 動(dòng)方向的直流磁場(chǎng)的值。
[0057] (9)根據(jù)（8)所述的磁場(chǎng)測(cè)定方法，其特征在于，
[0058] 還具有以下工序：調(diào)整直流外部磁場(chǎng)使得直流外部磁場(chǎng)將直流磁場(chǎng)全部消除
[0059] (10)根據(jù)（8)所述的磁場(chǎng)測(cè)定方法，其特征在于，還具有以下工序：
[0060] 調(diào)整直流外部磁場(chǎng)使得直流外部磁場(chǎng)將直流磁場(chǎng)的一部分消除；以及
[0061] 根據(jù)至少兩個(gè)直流外部磁場(chǎng)的值以及與該至少兩個(gè)直流外部磁場(chǎng)的值對(duì)應(yīng)的頻 率調(diào)制的大小，來(lái)確定從觀察試樣產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)方向的直流磁場(chǎng)的值。
[0062] (11)根據(jù)⑶~（10)中的任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)測(cè)定方法，其特征在于，
[0063] 還具有以下工序：在未設(shè)置觀察試樣時(shí)，（a)校正交流磁場(chǎng)使得頻率調(diào)制為零，或 者（b)校正交流磁場(chǎng)使得頻率調(diào)制接近零
[0064] (12)根據(jù)⑶~（11)中的任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)測(cè)定方法，其特征在于，
[0065] 還具有以下工序：利用探針對(duì)觀察試樣的表面進(jìn)行一維、二維或三維掃描。
[0066] 發(fā)明的效果
[0067] 在本發(fā)明中，對(duì)具備探針的探針裝置進(jìn)行激勵(lì)，向探針施加交流外部磁場(chǎng)，該探針 含有一種以上的磁化強(qiáng)度與外部磁場(chǎng)的大小成比例的材料，交流外部磁場(chǎng)在向探針位置施 加直流磁場(chǎng)時(shí)使探針的機(jī)