(57)【要約】【課題】様々な大きさの被測定物表面の透磁率測定を簡易且つ高精度に実現すること。【解決手段】この透磁率測定用プローブヘッド１は、コイル４がＹ軸方向に沿って巻き付けられた第１磁性体部２ａと、第１磁性体部２ａに結合され、且つＹ軸方向に延在する端部９ａからＹ軸方向に対して略直交する方向に突出して延びる第３磁性体部２ｂと、第１磁性体部２ａに結合され、且つ第１磁性体部２ａにおいてコイル４を挟んで端部９ａの反対側に延在する端部９ｂから、Ｙ軸方向に対して略直交する方向に突出して延びる第４磁性体部２ｃと、第３磁性体部２ｂと第４磁性体部２ｃとの間を結合する補助コア６ａ，６ｂとを備え、補助コア６ａと補助コア６ｂとの間には穴が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻き付けられた第１磁性体部と、
前記第１磁性体部から発生する磁場が所定範囲に閉磁路を形成するように、前記第１磁性体部と結合された第２磁性体部とを備え、
前記第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている、
ことを特徴とする透磁率測定用プローブ。
【請求項２】
コイルが所定の巻回方向に巻き付けられた第１磁性体部と、
前記第１磁性体部に結合され、且つ前記第１磁性体部の前記巻回方向に延在する第１連結部から前記巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第３磁性体部と、
前記第１磁性体部に結合され、且つ前記第１磁性体部において前記コイルを挟んで前記第１連結部に対して反対側に延在する第２連結部から、前記巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第４磁性体部と、
前記第３磁性体部と前記第４磁性体部との間を結合する第２磁性体部とを備え、
前記第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている、
ことを特徴とする透磁率測定用プローブ。
【請求項３】
前記穴又は溝は、前記第１磁性体部における前記コイルの巻回領域に対向する前記第２磁性体部の面に沿って形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の透磁率測定用プローブ。
【請求項４】
被測定物の透磁率を測定するための透磁率測定装置であって、
前記被測定物に近接して配置するための透磁率測定用プローブと、
前記被測定物に対する前記透磁率測定用プローブの相対的な位置及び方向を調整する調整機構とを備え、
前記透磁率測定用プローブは、
コイルが巻き付けられた第１磁性体部と、
前記第１磁性体部から発生する磁場が所定範囲に閉磁路を形成するように、前記第１磁性体部と結合された第２磁性体部とを備え、
前記第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている、
ことを特徴とする透磁率測定装置。
【請求項５】
被測定物の透磁率を測定するための透磁率測定装置であって、
前記被測定物に近接して配置するための透磁率測定用プローブと、
前記被測定物に対する前記透磁率測定用プローブの相対的な位置及び方向を調整する調整機構とを備え、
前記透磁率測定用プローブは、
コイルが所定の巻回方向に巻き付けられた第１磁性体部と、
前記第１磁性体部に結合され、且つ前記第１磁性体部の前記巻回方向に延在する第１連結部から前記巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第３磁性体部と、
前記第１磁性体部に結合され、且つ前記第１磁性体部において前記コイルを挟んで前記第１連結部に対して反対側に延在する第２連結部から、前記巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第４磁性体部と、
前記第３磁性体部と前記第４磁性体部との間を結合する第２磁性体部とを備え、
前記第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている、
ことを特徴とする透磁率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透磁率測定用プローブ及びそれを用いた透磁率測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁性体等の試料の透磁率を測定する装置が種々知られている。下記特許文献１には、断面矩形状の帯状コイルからなる磁界発生用コイルと、測定用試料を挿入するための貫通孔が設けられ、その磁界発生用コイルの内部に配置可能な測定用コイルとを有し、測定用試料を挿入した状態及び挿入していない状態で測定用コイルに発生する誘起電圧を測定することにより、試料の透磁率を演算する装置が開示されている。この装置では、ループ状の磁界発生用コイルで生じる磁場を被測定物となる磁性薄膜に印加するが、その際に薄膜に一様な磁場が印加されるように、薄膜の大きさは磁界発生用コイルの幅よりも小さくなっている。また、下記特許文献２には、３枚の金属板により構成されるセル状の磁界発生源の内部に測定用コイルが固定された装置が記載されている。
【特許文献１】特開平７−１０４０４４号公報
【特許文献２】特開２００４−６９３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような装置では、被測定物として磁性体薄膜が形成されたウェハ等のある程度の大きさを有する材料を選択した場合、その材料表面の局所的な透磁率を測定することが困難であった。すなわち、測定用コイルとして大きな径を有するものを用いて材料をその測定用コイルの内側に配置すれば、材料全体の平均的な透磁率を得ることは可能であるが、材料表面の特定部分に関する透磁率を得ることは困難である。また、測定用コイルを大型化すると検出信号の周波数特性が劣化するという問題もある。従って、材料の局所的な透磁率の測定結果を得るためには、その材料を分割して対象部分のみを測定装置内に配置させることが必要とされていた。
【０００４】
また、ウェハ等のある程度の大きさを有する材料の透磁率を測定するには、測定用コイルのみならず磁界発生用コイルも大型化が必要となるため、測定装置全体の大型化を招いてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、様々な大きさの被測定物表面の透磁率測定を簡易且つ高精度に実現する透磁率測定用プローブ及びそれを用いた透磁率測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の透磁率測定用プローブは、コイルが巻き付けられた第１磁性体部と、第１磁性体部から発生する磁場が所定範囲に閉磁路を形成するように、第１磁性体部と結合された第２磁性体部とを備え、第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている。
【０００７】
このような透磁率測定用プローブによれば、第１磁性体部に巻き付けられたコイルに電流が流されることによって磁束が生成されるが、第２磁性体部が設けられることでその磁束が所定範囲に閉磁路を形成するように形成される。従って、第２磁性体部に形成された穴又は溝を被測定物に近接して被測定物に磁束を当てることにより被測定物の透磁率を測定することで、被測定物の大きさに関わらずに被測定物表面の局所的な透磁率の測定が可能になるとともに、プローブのみで透磁率が測定できるので測定装置全体の小型化が容易になる。この際、プローブの所定範囲から外への漏れ磁束を低減することができる。その結果、プローブを当てた部分を測定範囲として透磁率が検出されるので、高精度な測定が実現されるとともに、測定する磁化の方向を明確に切り分けることができる。
【０００８】
或いは、本発明の透磁率測定用プローブは、コイルが所定の巻回方向に巻き付けられた第１磁性体部と、第１磁性体部に結合され、且つ第１磁性体部の巻回方向に延在する第１連結部から巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第３磁性体部と、第１磁性体部に結合され、且つ第１磁性体部においてコイルを挟んで第１連結部に対して反対側に延在する第２連結部から、巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第４磁性体部と、第３磁性体部と第４磁性体部との間を結合する第２磁性体部とを備え、第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている。
【０００９】
このような透磁率測定用プローブによれば、第１磁性体に巻き付けられたコイルに電流が流されることによって第１磁性体部から第３磁性体部、及び第４磁性体部に沿って磁束が生成されるが、第３磁性体部と第４磁性体部との間に第２磁性体部が設けられることでその磁束が所定範囲に閉磁路を形成するように形成される。従って、第２磁性体部に形成された穴又は溝を被測定物に近接して被測定物に磁束を当てることにより被測定物の透磁率を測定することで、被測定物の大きさに関わらずに被測定物表面の局所的な透磁率の測定が可能になるとともに、プローブのみで透磁率が測定できるので測定装置全体の小型化が容易になる。この際、プローブの所定範囲から外への漏れ磁束を低減することができる。その結果、プローブを当てた部分を測定範囲として透磁率が検出されるので、高精度な測定が実現されるとともに、測定する磁化の方向を明確に切り分けることができる。
【００１０】
穴又は溝は、第１磁性体部におけるコイルの巻回領域に対向する第２磁性体部の面に沿って形成されていることが好ましい。この場合、プローブを被測定物に当てた際に被測定物の表面に沿って均一に磁界を印加することができ、被測定物の表面の磁化に関する測定精度がさらに向上する。
【００１１】
本発明の透磁率測定装置は、被測定物の透磁率を測定するための透磁率測定装置であって、被測定物に近接して配置するための透磁率測定用プローブと、被測定物に対する透磁率測定用プローブの相対的な位置及び方向を調整する調整機構とを備え、透磁率測定用プローブは、コイルが巻き付けられた第１磁性体部と、第１磁性体部から発生する磁場が所定範囲に閉磁路を形成するように、第１磁性体部と結合された第２磁性体部とを備え、第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている。
【００１２】
或いは、本発明の透磁率測定装置は、被測定物の透磁率を測定するための透磁率測定装置であって、被測定物に近接して配置するための透磁率測定用プローブと、被測定物に対する透磁率測定用プローブの相対的な位置及び方向を調整する調整機構とを備え、透磁率測定用プローブは、コイルが所定の巻回方向に巻き付けられた第１磁性体部と、第１磁性体部に結合され、且つ第１磁性体部の巻回方向に延在する第１連結部から巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第３磁性体部と、第１磁性体部に結合され、且つ第１磁性体部においてコイルを挟んで第１連結部に対して反対側に延在する第２連結部から、巻回方向に対して略直交する方向に突出して延びる第４磁性体部と、第３磁性体部と第４磁性体部との間を結合する第２磁性体部とを備え、第２磁性体部の一部には、穴又は溝が形成されている。
【００１３】
このような透磁率測定装置によれば、プローブの第１磁性体部に巻き付けられたコイルに電流が流されることによって、磁束が生成されるが、第２磁性体部が設けられることでその磁束が所定範囲に閉磁路を形成するように形成される。そして、調整機構を用いて被測定物に対するプローブの位置及び方向を調整することにより、第２磁性体部に形成された穴又は溝を被測定物に近接して被測定物に磁束を当てることができる。このようして、被測定物の透磁率を測定することで、被測定物の大きさに関わらずに被測定物表面の局所的な透磁率の測定が可能になるとともに、プローブのみで透磁率が測定できるので測定装置全体の小型化が容易になる。この際、プローブの所定範囲から外への漏れ磁束を低減することができる。その結果、プローブを当てた部分を測定範囲として透磁率が検出されるので、高精度な測定が実現されるとともに、測定する磁化の方向を明確に切り分けることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の透磁率測定用プローブ及び透磁率測定装置によれば、様々な大きさの被測定物表面の透磁率測定が簡易且つ高精度に実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る透磁率測定用プローブヘッド及び透磁率測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る透磁率測定用プローブヘッド１の概略構成を示す斜視図、図２は、透磁率測定用プローブヘッド１の側面図、図３は、透磁率測定用プローブヘッド１の底面図である。このプローブヘッド１は、磁性薄膜が形成されたウェハ等の被測定物の表面に近接して配置させることにより、その被測定物の透磁率を測定するための測定子である。ここで、プローブヘッド１は、被測定物の損傷を防止するために、被測定物の表面に樹脂等のスペーサを介して配置されてもよい。
【００１７】
透磁率測定用プローブヘッド１は、略直方体状のフェライト等の磁性材料からなるコア７を有し、コア７は、主コア２に補助コア（第２磁性体部）６ａ，６ｂが接合されて構成されている。この主コア２は、主面側にＨ字型に切り抜かれた形状の第１磁性体部２ａを有し、その第１磁性体部２ａの中央部には所定の肉厚を有する矩形平板状のコイル巻き付け部３が形成されている。そして、このコイル巻き付け部３の全長に亘って第１磁性体部２ａにおけるコイル巻き付け部３の幅方向に沿ってコイル４が巻き付けられ、このコイル４の両端は、図示しないインピーダンスアナライザ等の測定器に接続される。ここで、図１〜３において、コイル巻き付け部３の形成方向に沿ってＸ軸を、第１磁性体部２ａの表面に沿ったＸ軸に対して垂直な方向、すなわちコイル４の巻回方向に沿ってＹ軸を設定するものとする。
【００１８】
主コア２の第１磁性体部２ａにおけるＸ軸方向の両端部（第１及び第２の連結部）９ａ，９ｂは、Ｙ軸方向に延びるように直線状をなし、第３磁性体部２ｂ及び第４磁性体部２ｃと連結されている。詳細には、第１磁性体部２ａの両端部９ａ，９ｂは、コイル巻き付け部３の幅より大きい幅を有する矩形平板状の第３磁性体部２ｂ及び第４磁性体部２ｃが、コイル巻き付け部３と一体的に磁性材料によって形成されている。この第３磁性体部２ｂ及び第４磁性体部２ｃは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に略直交する方向に突出して延びている。また、第３磁性体部２ｂ及び第４磁性体部２ｃがコイル巻き付け部３を挟んでほぼ対称な矩形形状を有することにより、主コア２の主面２ａと対向する面に平坦面２ｄが形成され、その平坦面２ｄの全体を横切ってコイル巻き付け部３、第３磁性体部２ｂ、及び第４磁性体部２ｃによって囲まれた溝部５が形成されている。このような主コア２の形状により、コイル４は、主コア２に対して溝部５の延在方向（図１〜図３のＹ軸に沿った方向）に沿って巻かれることになる。
【００１９】
このような主コア２の平坦面２ｄ上のＹ軸に沿った方向における両端部には、溝部５の間隙を埋めるための主コア２と同一の磁性材料からなる補助コア６ａ，６ｂが接合されている。この補助コア６ａ，６ｂは、溝部５のＸ軸方向の幅と同一の幅を有するような略直方体形状を有し、その溝部５の両端部の間に、その間隙の全幅に亘って平坦面２ｄに沿ってＸ軸方向に直線的に延びるように結合されている。言い換えれば、コア７の平坦面２ｄにおけるＹ軸方向における両端部には、補助コア６ａ，６ｂによって磁性材料からなる長尺状の連続面が形成され、その２つの連続面の間には、コイル巻き付け部３に対面する平坦面２ｄに沿って補助コア６ａ，６ｂと主コア２で囲まれた穴部が形成されている。このような補助コア６ａ，６ｂは、溝部５のＹ軸方向の最端部に接合されることにより、そのＹ軸方向におけるそれぞれの端面８ａ，８ｂが、コイル巻き付け部３のＹ軸方向における縁部よりも外側に位置するように配置される。
【００２０】
次に、図４を参照しながら、透磁率測定用プローブヘッド１を含む透磁率測定装置２０の構成について説明する。
【００２１】
同図に示すように、透磁率測定装置２０は、透磁率測定用プローブヘッド１を先端に有する測定プローブ２１と、被測定物Ａに対するプローブヘッド１の位置及び方向を調整するための調整機構２２とを備えており、磁性薄膜が形成されたウェハ等の被測定物Ａの表面の透磁率を測定するための装置である。
【００２２】
測定プローブ２１は、棒状のプローブ本体２３を有し、このプローブ本体２３の基端側にはシャフト２４が取り付けられ、その先端側にはプローブヘッド１がその平坦面２ｄを外側に向けた状態で取り付けられている。また、この測定プローブ２１には、プローブヘッド１のコイル４と外部の測定器とを接続するための信号ケーブル２５が設けられている。この測定プローブ２１は、プローブヘッド１の平坦面２ｄを被測定物Ａの表面の対称部位に近接して配置されて使用される。
【００２３】
調整機構２２は、矩形状の枠部材が脚部によって支持されてなる支持枠２６を有している。その支持枠２６上には、長尺状のスライダ２７が、水平面に沿ったその短手方向（図４のＹ１軸方向）に摺動可能に載置され、さらにスライダ２７上には、水平面に沿ったスライダ２７の長手方向（図４のＸ１軸方向）に摺動可能に軸受部２８が載置されている。そして、この軸受部２８には、測定プローブ２１が、そのシャフト２４及びプローブ本体２３を回転軸として回転可能に支持される。また、測定プローブ２１と軸受部２８との間には測定プローブ２１を被測定物Ａに向けて付勢するバネが取り付けられている。被測定物Ａは、このような支持枠２６の内側の下部に水平面に沿って配置された後、調整機構２２によってプローブヘッド１の水平面に沿った位置及び方向が調整されて被測定物Ａの対称部位に平坦面２ｄが近づけられることにより、特定部位及び特定方向の透磁率が測定される。
【００２４】
以上説明した透磁率測定用プローブヘッド１及び透磁率測定装置２０によれば、コア７の第１磁性体部２ａのコイル巻き付け部３に巻き付けられたコイル４に電流が流されることによって、第１磁性体部２ａから第３磁性体部２ｂ、及び第４磁性体部２ｃに沿って溝部５の間隙を横切るような一方向を向く磁束Φ１が生成される（図３参照）。そして、コア７の平坦面２ｄを被測定物Ａに近接して配置した場合とその平坦面２ｄを被測定物Ａから離した場合との間のコイル４のインピーダンス変化に基づいて、被測定物Ａの表面の透磁率が測定される。これにより、被測定物Ａの大きさに関わらずに被測定物Ａ表面の局所的な透磁率の測定が可能になるとともに、プローブのみで透磁率が測定できるので測定装置全体の小型化が容易になる。
【００２５】
この際、第３磁性体部２ｂと第４磁性体部２ｃとの間には、溝部５の間隙を直線的に埋めるようにその平坦面２ｄに沿って補助コア６ａ，６ｂが備えられているので、平坦面２ｄの端部における磁束Φ２を平坦面２ｄの縁部に沿って一方向に向けることができる（図３参照）。すなわち、平坦面２ｄにおいて第３磁性体部２ｂと第４磁性体部２ｃとで囲まれた所定範囲内に閉磁路を形成することができる。これにより、平坦面２ｄに沿った磁束の所定範囲から外への漏れ磁束を低減することができる。すなわち、図８に示すような従来のＵ型コアを使用した場合は、溝部の端部から外側に曲線状に漏れ磁束が発生してしまうが、本実施形態ではそのような漏れ磁束を効果的に低減できる。その結果、プローブヘッド１の平坦面２ｄを当てた部分を測定範囲として透磁率が検出されるので、高精度な測定が実現されるとともに、一軸異方性を有する被測定物Ａの透磁率を測定する際に磁化の方向を明確に切り分けることができる。
【００２６】
平坦面２ｄ上にはその表面に沿って穴が形成されているので、プローブヘッド１を被測定物Ａに当てた際に被測定物Ａの表面に沿って均一に磁界を印加することができ、被測定物Ａの表面の磁化に関する測定精度がさらに向上する。
【００２７】
また、補助コア６ａ，６ｂは、溝部５の全幅に亘ってＸ軸方向に延びているので、平坦面２ｄの端部におけるＹ軸方向の外側における漏れ磁束をより一層低減することができ、測定精度がさらに向上する。
【００２８】
また、補助コア６ａ，６ｂは、それぞれの端面８ａ，８ｂが、コイル巻き付け部３のＹ軸方向の両端部よりも外側に位置しているので、平坦面２ｄの端部における漏れ磁束をより一層低減することができる。その結果、測定精度の向上が可能となる。
【００２９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、コア７の主コア２及び補助コア６ａ，６ｂは一体的に構成されていてもよい。また、コア７の第１磁性体部２ａの表面は、さらに磁性材料によって覆われていてもよい。また、コア７の平坦面２ｄに沿って主コア２及び補助コア６ａ，６ｂで囲まれた穴が形成されているが、平坦面２ｄの中央部に溝が形成されてもよい。
【００３０】
また、図５に示す本発明の変形例である透磁率測定用プローブヘッド１０１のように、コア１０７の補助コア１０６ａ，１０６ｂのそれぞれの端面１０８ａ，１０８ｂが、コイル巻き付け部３のＹ軸方向の両端面と同一平面上に位置していてもよい。この場合、コア１０７の平坦面２ｄに対して効率的に磁束を発生させることができるため、コア１０７を小型化した場合であっても透磁率測定の感度が維持できる。ただし、コアの平坦面の端部における漏れ磁束を低減するという点においては、補助コアの端面が、コイル巻き付け部の両端部よりも外側に位置していることがより好ましい。
【００３１】
また、図６及び図７に示す本発明の変形例である透磁率測定用プローブヘッド２０１，３０１のように、補助コア２０６ａ，２０６ｂ，３０６ａ，３０６ｂが、平坦面２０２ｄ，３０２ｄ上に形成された溝部２０５，２０６の間隙をＸ軸方向に沿って部分的に塞ぐように形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る透磁率測定用プローブヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の透磁率測定用プローブヘッドの側面図である。
【図３】図１の透磁率測定用プローブヘッドの底面図である。
【図４】図１の透磁率測定用プローブヘッドを含む透磁率測定装置の斜視図である。
【図５】本発明の変形例である透磁率測定用プローブヘッドの斜視図である。
【図６】本発明の変形例である透磁率測定用プローブヘッドの底面図である。
【図７】本発明の変形例である透磁率測定用プローブヘッドの底面図である。
【図８】従来例であるＵ型コアの底面図、及びそのＵ型コアにおける漏れ磁場の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１０１，２０１，３０１…透磁率測定用プローブヘッド、２ａ…第１磁性体部、２ｂ…第３磁性体部、２ｃ…第４磁性体部，２ｄ…平坦面、４…コイル、５，２０５，３０５…溝部、６ａ，６ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，２０６ａ，２０６ｂ，３０６ａ，３０６ｂ…補助コア（第２磁性体部）、９ａ，９ｂ…端部（連結部）、２０…透磁率測定装置、２２…調整機構、Ａ…被測定物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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