(57)【要約】　　　（修正有）【課題】専用の設備を用いることなく、探針の尖端のみの磁化を行い、安定した高分解能能の磁気力観察を行うことが出来る磁気力顕微鏡を実現する。【解決手段】高精度な位置合わせ機構や磁気力の制御など専用の設備を用いずに、通常使用される磁気力顕微鏡の試料台に載置されて磁化させた磁性膜１９を有する磁化プレート１３’と、一般的に使用されている磁気力顕微鏡用カンチレバー３’’’に設置された探針４’’と、を接近させることで、探針の微小領域のみを磁化させる。【選択図】　図６
2004020213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバー先端の探針と、前記探針に対向して設置された試料台に置載された試料とを接近させて、磁気情報を検出する磁気力顕微鏡であって、
磁化可能な前記探針と、前記試料台に置載した磁化された磁性膜を有する磁化用プレートを備え、
前記探針と前記磁化用プレートとを接近させることで、前記探針を磁化させる磁気力顕微鏡。
【請求項２】
前記探針が非磁性体よりなり、表面に磁性体が成膜されたことを特徴とした請求項１に記載した磁気力顕微鏡。
【請求項３】
前記探針全体が磁性体よりなることを特徴とした請求項１に記載した磁気力顕微鏡。
【請求項４】
前記探針を予め消磁したことを特徴とした請求項１乃至請求項３のいずれかに記載した磁気力顕微鏡。
【請求項５】
カンチレバー先端の探針を、磁化された磁性膜に接近させて、前記探針を磁化させる磁気力顕微鏡用探針の磁化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、試料表面の磁場分布を観察する磁気力顕微鏡に関し、特にカンチレバー先端の探針の磁化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査プローブ顕微鏡の１種で、試料表面の磁気情報を検出し、画像化する装置が磁気力顕微鏡である。図１は、磁気力顕微鏡のカンチレバー部分の概略図である。試料５表面からの漏洩磁界６とカンチレバー３先端に設置された探針４との間に働く磁気力を測定する。探針４は、表面に磁性膜１がコートされ、磁化されている。磁気力の検出には、図示しないレーザー光線等をカンチレバー３先端に照射し、その反射スポットを図示しない検出器で検出する光てこ法が用いられる。カンチレバー３は、エッチング等で形成されたシリコン等の母材に、磁性膜１が真空蒸着やスパッタリングによりコートされている。磁性膜１にはＦｅ、Ｃｏ及びＣｒ等の磁性材料又はこれらの合金が用いられる。
【０００３】
図２は、磁性膜をコートしただけの、探針の尖端部分である。カンチレバー先端に設置された探針母材８に磁性膜１’がコートしてあるが、磁性膜１’はだだコートしだけではほとんど磁化されていない。磁性膜１’は、磁性の最小ユニットである磁区２’が多数集合したもので、それぞれの磁区２の磁化方向７は揃っておらず、磁気力の感知部として機能しない。
【０００４】
図３は従来技術によるカンチレバーの磁化方法である。従来、磁性膜をコートしたカンチレバーを磁化させるには、カンチレバー３’先端に設置された探針４’を永久磁石や電磁磁石等の磁石１０に接近させていた。
【０００５】
図４は、図３におけるＡ部詳細であり、従来技術で磁化された探針４’の尖端部分である。各磁区２’’における磁化方向７’は、全て一定方向に揃っており、磁気力の感知部として機能する。磁化された部分は広範囲であるため、生ずる磁力線２０の範囲も大きい。
【０００６】
しかし、図３のように強い磁力線９が出ている磁石１０にカンチレバー３’を接近させて磁化を行うと、図４のように探針４’の広範囲な部分やカンチレバー３’までもが磁化されることになる。このため、磁気力の検出は探針４’の広範囲な部分で行われるので、試料の磁気力観察を行う場合、水平方向の分解能が落ちてしまう。特に、漏洩磁場が強い試料の観察を行う場合には、検出する磁気力が大きくなりすぎて安定して測定を行うことが出来ない。そして、漏洩磁場が強い試料は比較的遠いところまで磁気力が到達するので、安定して測定が出来るところまで探針を試料から遠ざけると、水平方向の分解能が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
この改善策としては、磁力線の範囲が微小な区間に限られた磁石を用いて探針の尖端のみ磁力線が及ぶようにして磁化を行う方法があった。しかし、探針の尖端は半径が２０ｎｍ程度と非常に微小なため、探針の尖端のみ磁化するためには高精度な位置合わせ機構や磁気力の制御など専用の設備を用いなければならなかった。また、磁化する範囲が非常に微小なため、位置合わせ等の作業も非常に困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする問題点は、専用の設備を用いることなく、探針の尖端のみの磁化を行い、安定した高分解能の磁気力観察を行うことが出来る磁気力顕微鏡を実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、カンチレバー先端の探針と、探針に対向して設置された試料台に置載された試料とを接近させて、磁気情報を検出する磁気力顕微鏡であって、磁化可能な探針と、試料台に置載した磁性膜を有する磁化用プレートを備え、探針と磁化用プレートとを接近させることで、探針を磁化させることを特徴としている。
【００１０】
第２の本発明は、探針が非磁性体よりなり、表面に磁性体が成膜されたことを特徴としている。
【００１１】
第３の本発明は、探針全体が磁性体よりなることを特徴としている。
【００１２】
第４の本発明は、探針を予め消磁したことを特徴としている。
【００１３】
第５の本発明は、カンチレバー先端の探針を、磁性膜に接近させて、探針を磁化させることを特徴としている。
【００１４】
【実施例】
図５は、本発明による磁気力顕微鏡の磁気力観察部分の断面図である。図示しない粗動機構によりＸ，Ｙ及びＺ方向に移動自在な試料ステージ１７に、Ｘ，Ｙ及びＺ方向に微小に変位自在なスキャナ１６が設置されている。さらに、スキャナ１６上部には、試料台１４を固定する試料ホルダ１５が設置されている。試料台１４は図示しないネジ等を緩めることにより、容易に試料ホルダ１５より着脱することが出来る。試料台１４上部には、磁化された磁性膜を有する磁化用プレート１３が着脱自在に載置されている。試料ステージ１７の外側には架台１８が設置されており、架台１８の上部にはヘッド１２が設置されている。ヘッド１２内部には、カンチレバーホルダ１１が着脱自在に設置されている。カンチレバーホルダ１１には、磁化可能なカンチレバー３’’が、磁化用プレート１３に対向するように設置されている。カンチレバー３’’は、非磁性体に磁性体がコートしてあってもよく、全体が磁性体からなっていてもよい。
【００１５】
次に、上記のような装置の動作を説明する。磁化されていないカンチレバー３’’と磁化用プレート１３の距離を、図示しない粗動機構により試料ステージ１７を上昇させ、接近させる。カンチレバー３’’が破損しない程度まで磁化用プレート１３の表面を近づける。この時、磁気力顕微鏡に装備されている図示しない探針アプローチ機能を使用すると、カンチレバー３’’と磁化用プレート１３の間に働く力を、光てこ法を用いて検出するまで自動的に接近させることが出来る。
【００１６】
図６は、図５におけるカンチレバー部分の概略図である。カンチレバー３’’’の先端に設置された探針４’’が磁化プレート１３’に接近すると、探針４’’にコートされた磁性膜１’’’’が磁化される。しかし、永久磁石や電磁磁石とは異なり、磁化プレート１３’の表面にしか磁界が存在しないので、探針４’’にコートされた磁性膜は、微小領域のみが磁化される。
【００１７】
図７は、図６におけるＢ部詳細であり、本発明により磁化されたカンチレバー先端に設置された探針の尖端である。磁化された微小領域から生ずる磁力線２０’の範囲も小さい。探針尖端の微小な領域のみが磁化されているため、高分解能において安定して試料表面の磁気力分布を観察することが出来る。
【００１８】
そして、図５における試料台１４を試料ホルダ１５より外し、磁化用プレート１３を図示しない試料に交換し、再度、試料台１４を試料ホルダ１５に装着すれば、磁気力顕微鏡として試料を観察する異ができる。
【００１９】
また、図５におけるホルダ１１を、図示しない走査プローブ顕微鏡用カンチレバーホルダ又は原子間力顕微鏡用カンチレバーホルダ等に交換することで、走査プローブ顕微鏡又は原子間力顕微鏡としても使用することが出来る。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、永久磁石や電磁磁石で磁化させるのではなく、磁化させた磁性膜を有する磁化プレートとカンチレバーに設置された探針とを接近させることで、探針の微小領域のみを磁化させることが出来、磁気力顕微鏡の高分解能化が実現出来る。
【００２１】
また、一般的に使用されている磁気力顕微鏡用カンチレバーを用いて、通常使用される磁気力顕微鏡の試料台に磁化用プレートを載置するだけで、探針を磁化させることが出来るため、高精度な位置合わせ機構や磁気力の制御など専用の設備を用いずに、高分解能の磁気力顕微鏡用カンチレバーを製作することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気力顕微鏡におけるカンチレバー部分の概略図である。
【図２】磁性膜をコートしただけのカンチレバー先端に設置されている、探針尖端部分の図である。
【図３】従来技術を用いた探針の磁化方法の概略図である。
【図４】図３におけるＡ部詳細図である。
【図５】本発明を用いた磁気力顕微鏡の磁気力観察部分の断面図である。
【図６】本発明を用いた探針の磁化方法の概略図である。
【図７】図６におけるＢ部詳細図である。
【符号の説明】
１　磁性膜
１’　磁性膜
１’’　磁性膜
１’’’　磁性膜
１’’’’　磁性膜
１’’’’’　磁性膜
２　磁区
２’　磁区
２’’　磁区
２’’’　磁区
３　カンチレバー
３’　カンチレバー
３’’　カンチレバー
３’’’　カンチレバー
４　探針
４’　探針
４’’　探針
５　試料
６　漏洩磁界
７　磁化方向
７’　磁化方向
７’’　磁化方向
８　探針母材
８’　探針母材
８’’　探針母材
９　磁力線
９’　磁力線
１０　磁石
１１　カンチレバーホルダ
１２　ヘッド
１３　磁化用プレート
１３’　磁化用プレート
１４　試料台
１５　試料ホルダ
１６　スキャナ
１７　試料ステージ
１８　架台
１９　磁性膜
２０　磁力線
２０’　磁力線
【図１】
2004020213.tif 000003
【図２】
2004020213.tif 000004
【図３】
2004020213.tif 000005
【図４】
2004020213.tif 000006
【図５】
2004020213.tif 000007
【図６】
2004020213.tif 000008
【図７】
2004020213.tif 000009