(57)【要約】【課題】従来の磁気探針は空間分解能が悪く、この空間分解能を上げようとすると、機械的強度が不十分となり、耐久性の点で問題があった。【解決手段】本発明による磁気探針１２は、非磁性体にて錐状に形成された本体１４と、この本体１４の外周面１４ｆの一部にその母線に沿って延在する磁性層１５とを具え、非磁性体にて本体１４を錐状に形成し、さらにこの本体１４の外周面１４ｆ全域に磁性層１５を形成した後、磁性層１５の一部が本体１４の母線に沿って延在し、かつその面積が本体１４の外周面１４ｆ全体の面積の１／２以下となるように除去することによって得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体にて錐状に形成された本体と、
この本体の外周面の一部にその母線に沿って延在する磁性層と
を具え、前記磁性層の面積が前記本体の外周面全体の面積の１／２以下であることを特徴とする磁気探針。
【請求項２】
前記磁性層は、前記母線に沿って一定の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気探針。
【請求項３】
少なくとも前記磁性層を覆う耐摩耗層をさらに具えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気探針。
【請求項４】
前記耐摩耗層の膜厚は、前記磁性層の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の磁気探針。
【請求項５】
非磁性体にて本体を錐状に形成するステップと、
本体の外周面全域に磁性層を形成するステップと、
磁性層の一部が前記本体の母線に沿って延在し、かつその面積が前記本体の外周面全体の面積の１／２以下となるように除去するステップと
を具えたことを特徴とする磁気探針の製造方法。
【請求項６】
前記磁性層を除去するステップは、イオンビーム照射によるドライエッチングにて行われることを特徴とする請求項５に記載の磁気探針の製造方法。
【請求項７】
前記磁性層が前記母線に沿って一定の幅となるように、前記磁性層の一部をさらに除去するステップを具えたことを特徴とする請求項５に記載の磁気探針の製造方法。
【請求項８】
前記磁性層の一部をさらに除去するステップは、収束イオンビーム照射によるドライエッチングにて行われることを特徴とする請求項７に記載の磁気探針の製造方法。
【請求項９】
少なくとも前記磁性層を覆う耐摩耗層を形成するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項５から請求項８の何れかに記載の磁気探針の製造方法。
【請求項１０】
前記耐摩耗層を形成するステップは、前記磁性層を除去するステップの前に行われることを特徴とする請求項９に記載の磁気探針の製造方法。
【請求項１１】
前記耐摩耗層を形成するステップは、前記磁性層を除去するステップの後に行われることを特徴とする請求項９に記載の磁気探針の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気探針およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、磁気テープや磁気ディスクなどの磁化パターンを測定するため、磁気力顕微鏡が用いられている。この磁気力顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡の一つであり、磁化された強磁性部が設けられた探針の先端を磁性体試料の測定表面に近づけることにより、探針と磁性体試料との間に働く磁気的相互作用を直接検出するものである。実際には、探針を測定表面に沿って走査移動させ、これらの間に働く磁気的相互作用を検出することにより、磁性体試料の測定表面に存在する磁化パターンなどを画像化することができる。
【０００３】
このような磁気力顕微鏡に用いられる探針は、一般にピラミッド型の四角錐形状を有しており、強磁性体や非磁性体にて形成され、非磁性体にて形成されたものは、その表面に強磁性体の薄膜が形成される。探針の先端は、約１０ｎｍの曲率半径を有し、この場合における磁気力分布の空間分解能は約３０ｎｍ程度と見積もられている。
【０００４】
なお、本明細書では空間分解能を以下のように定義する。すなわち、磁気力顕微鏡を用いて得られる測定表面の画像にフーリエ変換を施し、得られた２次元スペクトルから１次元スペクトルを抽出した場合、この１次元スペクトルにおけるある波数以上の強度が一定値、すなわちノイズレベル以下となり、磁気的な情報が失われたことを意味する。従って、この波数に対応する波長の半波長が本明細書にて言う空間分解能である。
【０００５】
非特許文献１に記載されているように、空間分解能は探針の形状に依存することが知られており、シミュレーションにより検討されている。空間分解能を高めるためには、探針の先端から漏洩する磁場を細くし、かつ磁場の広がりを小さくする必要がある。そのためには、探針自体または強磁性体の薄膜を細く、かつ平行に設定する必要がある。
【０００６】
一方、先端部を除き、磁気シールド材にて磁気的に遮蔽した構成の探針が特許文献１にて提案されている。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｄ．  Ｒｕｇａｒ，  Ｈ．  ｊ．  Ｍａｍｉｎ，  Ｐ．  Ｇｕｅｔｈｎｅｒ，  Ｓ．  Ｅ．  Ｌａｍｂｅｒｔ，  Ｊ．Ｅ．Ｓｔｅｒｎ，  Ｉ．  ＭｃＦａｄｙｅｎ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｙｏｇｉ，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ６８（３），  １１６９−１１８３  （１９９０）
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１５２４７４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
昨今の急激な高記録密度化が進められている磁気ディスク装置などにおいて、２００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ２の面記録密度を達成するためには、１Ｂｉｔの長さが約２０ｎｍ程度になるため、このような磁気ディスク装置の磁気ディスク表面を測定する場合、磁気力顕微鏡における空間分解能の向上は重要な課題となっている。
【００１０】
しかしながら、空間分解能を向上するために非磁性体にて形成された探針本体に強磁性体の薄膜を任意の形状に形成することは困難である。また、探針本体を強磁性体にて形成する場合、これを極めて細く加工する必要が生じ、得られる探針の強度が不足して実用に耐えないという不具合が生ずる。
【００１１】
特許文献１に開示された探針は、上述した探針の問題を解消できるものの、磁気シールド材が存在しない探針先端の開口部の直径が１００ｎｍ程度もあるため、得られる空間分解能が１００ｎｍ以上となり、要求される空間分解能の点で不充分である。また、このような開口部はイオンビームエッチングによって形成されるが、開口部の直径はエッチング量に大きく依存するため、目的とする直径の開口部を形成するためには、エッチング量を極めて正確に制御する必要があり、安定した寸法形状の開口部を得ることが困難である。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の目的は、強度上の問題を解決し得ると共に良好な空間分解能を得ることが可能な磁気探針およびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、非磁性体にて錐状に形成された本体と、この本体の外周面の一部にその母線に沿って延在する磁性層とを具え、前記磁性層の面積が前記本体の外周面全体の面積の１／２以下であることを特徴とする磁気探針にある。
【００１４】
本発明の第２の形態は、非磁性体にて本体を錐状に形成するステップと、本体の外周面全域に磁性層を形成するステップと、磁性層の一部が前記本体の母線に沿って延在し、かつその面積が前記本体の外周面全体の面積の１／２以下となるように除去するステップとを具えたことを特徴とする磁気探針の製造方法にある。
【００１５】
本発明においては、磁気指針の先端部から漏洩する磁場が細くなり、磁場の広がりも小さくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による磁気探針において、磁性層が母線に沿って一定の幅を有するものであることが好ましい。
【００１７】
少なくとも磁性層を覆う耐摩耗層をさらに具えることができる。この場合、耐摩耗層の膜厚は、磁性層の膜厚よりも薄いことが好ましい。
【００１８】
本発明の第２の形態による磁気探針の製造方法において、磁性層を除去するステップは、イオンビーム照射によるドライエッチングにて行うことができる。
【００１９】
磁性層が母線に沿って一定の幅となるように、磁性層の一部をさらに除去するステップを具えることができ、このステップは、収束イオンビーム照射によるドライエッチングにて行うことができる。
【００２０】
少なくとも磁性層を覆う耐摩耗層を形成するステップをさらに具えることができる。この場合、耐摩耗層を形成するステップは、磁性層を除去するステップの前に行うか、あるいは磁性層を除去するステップの後に行うことができる。
【００２１】
【実施例】
本発明による磁気探針およびその製造方法を磁気力顕微鏡のプローブに対して応用した実施例について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００２２】
本実施例におけるプローブの先端部の外観を図１に示す。すなわち、本実施例におけるプローブ１０は、シリコンなどの非磁性体にて形成された平板状をなすカンチレバー１１と、このカンチレバー１１の先端に一体的にシリコンなどの非磁性体にて形成された円錐状をなす磁気探針１２とを具えている。カンチレバー１１の先端部の幅寸法は約２０μｍ，その板厚は約５μｍであり、磁気探針１２の底部１３の径は約１０μｍ，その高さ（磁気探針１２の先端からその底部１３までの最短距離）は約１５μｍである。本実施例における磁気探針１２は、シリコンなどの非磁性体にて円錐状に形成された本体１４と、この本体１４の外周面１４ｆの一部にその母線に沿って、つまり本体１４の先端からカンチレバー１１の表面（底部１３）に亙って延在する磁性層１５と、この磁性層１５を覆う図示しない耐摩耗層とを具え、本実施例ではＣｏＣｒＰｔ系合金にて形成された５０ｎｍの膜厚の磁性層１５と、炭素（Ｃ）にて形成された４ｎｍの膜厚の耐摩耗層とが本体１４の外周面１４ｆ全体の面積のほぼ１／２に亙って形成されている。
【００２３】
この場合、本体１４の円周方向に沿った磁性層１５の形成位置は、図示のようにカンチレバー１１の基端側（図１中、右下側）に面する領域に限定されず、任意の領域であってよい。また、耐摩耗層の膜厚が厚すぎると、磁気検出能力が低下するので、耐摩耗層の膜厚は磁性層１５の膜厚よりも薄く設定することが好ましい。
【００２４】
なお、磁性層１５は、その磁束が本体１４の母線に沿って形成されるように着磁されている。また、上述したカンチレバー１１や磁気探針１２の寸法形状などは、あくまで一例であり、磁気探針１２に要求される特性に応じて適切な寸法形状が選択されるものであることは自明である。
【００２５】
このようなプローブ１０は、以下の手順によって製造することができる。すなわち、まずカンチレバー１１の先端部に所定形状の本体１４を一体的に形成する（図２参照）。これは、従来から周知の方法によって行われる。次に、プローブ１０の先端部にＣｏＣｒＰｔ系合金による磁性層１５をイオンスパッタリングにより均一な膜厚で形成する（図３参照）。この場合、特に本体１４の外周面１４ｆに均一に磁性層１５が形成されればよく、カンチレバー１１の表面などに磁性層１５が形成されても特に問題はない。さらに、この磁性層１５の上に耐摩耗層（図示せず）をイオンスパッタリングにより均一な膜厚で同様に形成する。しかる後、図４に示すように本体１４の側方からカンチレバー１１の表面に沿って図中、白抜き矢印の如く耐摩耗層および磁性層１５に対してエッチング効果のあるイオンビームを本体１４に照射し、イオンビームの上流側に面する本体１４の外周面１４ｆに形成されていた耐摩耗層および磁性層１５をドライエッチングにて除去した。そして、例えばＮｄＦｅＢ系の永久磁石を磁気探針１２の先端に近付けることにより、磁性層１５を着磁させて図１に示すようなプローブ１０を完成した。
【００２６】
なお、本体１４の外周面１４ｆ全体に磁性層１５を形成した後、耐摩耗層を形成せずに磁性層１５のドライエッチング処理を行い、最後に耐摩耗層を本体１４の外周面１４ｆ全域に形成することによって、プローブ１０を完成させることも可能である。また、磁性層１５に対するドライエッチング処理の際にイオンビームの照射方向を磁気探針１２の底部１３の周方向に沿って相対的にずらすことにより、磁性層１５の形成領域を本体１４の外周面１４ｆの全面積の１／２未満に設定し、プローブ１０の空間分解能を高めるようにすることも可能である。
【００２７】
上述した実施例では、本体１４を円錐形状にしたが、針状あるいは多角錐にて本体１４を形成することも可能である。例えば、本体１４を四角錐状に形成した本発明による他の実施例の外観を図５に示し、その平面形状を図６に示す。これらの図において、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例におけるプローブ１０は、本体１４の４つの錐面１４ａ〜１４ｄの内の任意の２つの錐面（図示例では隣接する２つの錐面１４ａ，１４ｂ）にのみ磁性層１５および耐摩耗層を形成したものであり、この場合においても磁性層１５の面積は本体１４の外周面、つまり錐面１４ａ〜１４ｄ全体の面積の１／２となる。
【００２８】
なお、隣接する２つの錐面１４ａ，１４ｂではなく、対向する一対の錐面１４ａ，１４ｃまたは１４ｂ，１４ｄに磁性層１５および耐摩耗層を形成しても、ほぼ同じ性能を持つプローブ１０を得ることが可能である。ただし、対向する一対の錐面１４ａ，１４ｃまたは１４ｂ，１４ｄに磁性層１５および耐摩耗層を形成する場合には、ドライエッチングにより除去する工程を２回行う必要があり、作業性の点で上述した実施例よりも不利である。
【００２９】
また、４つの錐面１４ａ〜１４ｄの内の任意の１つの錐面にのみ磁性層１５および耐摩耗層を形成することも可能であり、この場合には、ドライエッチングにより除去する工程を２回行わなければならないが、先の実施例よりも磁性層１５の面積を少なくすることができる、つまり磁性層１５の面積は本体１４の外周面、つまり錐面１４ａ〜１４ｄ全体の面積の１／４となるため、プローブ１０の空間分解能をより高めることができる。
【００３０】
さらに、プローブ１０の空間分解能を高める目的で、一定の幅を持った磁性層１５を本体１４の母線に沿って形成することも可能である。このような本発明による別な実施例の外観を図７に示すが先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例におけるプローブ１０は、４つの錐面１４ａ〜１４ｄの内の１つの錐面（図示例では１４ｃにのみ磁性層１５′が形成されているが、この磁性層１５′は、本体１４の母線に沿って延在し、例えば５０ｎｍの幅寸法を有する。このような一定の幅を持つ磁性層１５′を形成する場合、上述したイオンビームによるドライエッチング処理によって１つの錐面１４ｃにのみ磁性層１５を残留させた後、収束イオンビーム照射によるドライエッチングにて残留している磁性層１５の幅方向両側（錐面１４ｃの斜辺側）をドライエッチングすることによって、所望の幅寸法を持つ帯状の磁性層１５′を本体１４の外周面の一部、例えば錐面１４ｃに形成することができる。
【００３１】
このような一定の幅を持つ磁性層１５′は、上述した多角錘のみならず、図８の平面図に示すような円錐形状の本体１４を持ったプローブ１０にも適用させることができ、磁束、つまり磁場の漏れをより少なくすることができるので、何れの場合もプローブ１０の空間分解能をより高めることが可能である。
【００３２】
本発明による磁気探針１２の性能を確認するため、上述した実施例のうち、図１に示したもの（実施例１）と、図５，図６に示したもの（実施例２）と、本体１４が四角錐状をなし、その１つの錐面全体にのみ磁性層１５が形成されたもの（実施例３）と、図７に示したもの（実施例４）とを用意し、さらに比較のために本体が四角錐状をなし、その３つの錐面に磁性層が形成されたもの（比較例１）と、本体が円錐状をなし、その外周面全域に磁性層が形成されたもの（比較例２）と、本体が四角錐状をなし、その外周面全域に磁性層が形成されたもの（比較例３）とを用意した。そして、ＡＣ消磁を施した垂直磁気記録媒体の所定領域、この場合には一辺が３μｍの正方形の領域を磁気力顕微鏡にて観察し、個々の実施例１〜４および比較例１〜３を用いた場合における空間分解能の値をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１から明らかなように、磁性層１５の面積を本体１４の外周面全体の面積の１／２以下に設定することにより、比較例１〜３のものよりも空間分解能を向上させることができる。特に、磁性層１５の面積を本体１４の外周面全体の面積の１／４に設定した実施例３や、一定の幅寸法を持つ帯状の磁性層１５を形成した実施例４の場合、２０ｎｍ以下の空間分解能を得られることが確認できた。このため、本発明は磁気テープや磁気ディスクなどの磁化パターン測定などの分野において非常に有効な手段となることが理解し得よう。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の磁気探針によると、非磁性体にて錐状に形成された本体の外周面の一部にその母線に沿って延在する磁性層を設け、この磁性層の面積を本体の外周面全体の面積の１／２以下にしたので、先端部から漏洩する磁場を細くすることができる上、磁場の広がりも小さくすることが可能となり、高い空間分解能かつ高強度の磁気力顕微鏡用の探針を得ることができる。
【００３６】
磁性層が母線に沿って一定の幅を有する場合には、先端部から漏洩する磁場をさらに細くすることができると共に磁場の広がりを小さくすることが可能となる。この結果、より高い空間分解能およびより高強度の探針を得ることができる。
【００３７】
少なくとも磁性層を覆う耐摩耗層をさらに設けた場合には、探針の耐久性をさらに向上させることができる。
【００３８】
耐摩耗層の膜厚を磁性層の膜厚よりも薄くすることにより、空間分解能に悪影響を与えることなく、探針の耐久性を維持することができる。
【００３９】
本発明の磁気探針の製造方法によると、非磁性体にて本体を錐状に形成し、本体の外周面全域に磁性層を形成し、磁性層の一部が本体の母線に沿って延在し、かつその面積が本体の外周面全体の面積の１／２以下となるように除去することにより、高い空間分解能かつ高強度の磁気力顕微鏡用の探針を得ることができる。
【００４０】
イオンビーム照射によるドライエッチングにて磁性層を除去することにより、ドライエッチングによる探針の先端に対する悪影響を回避して磁性層を除去する前の探針の先端の曲率半径を維持することができる。
【００４１】
磁性層が母線に沿って一定の幅となるように、磁性層の一部をさらに除去した場合には、より高い空間分解能かつ高強度の磁気力顕微鏡用の探針を得ることができる。
【００４２】
収束イオンビーム照射によるドライエッチングにて磁性層の一部をさらに除去することにより、任意の形状の磁性層を本体の外周面に容易に形成することができる。
【００４３】
少なくとも磁性層を覆う耐摩耗層を形成することにより、探針の耐久性をさらに向上させることができる。
【００４４】
磁性層を除去する前に耐摩耗層を形成した場合には、磁性層から耐摩耗層まで一貫した工程となり、磁性層に対する酸化などの劣化現象を最小限に抑えることができる。
【００４５】
磁性層を除去した後に耐摩耗層を形成する場合には、探針全体の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気探針を磁気力顕微鏡用探針として用いた一実施例におけるプローブの先端部の外観を表す投影図である。
【図２】図１に示したプローブの製造過程における本体の外観を表す投影図である。
【図３】図１に示したプローブの製造過程において、本体の外周面全域に磁性層を形成し状態を表す一部破断投影図である。
【図４】図１に示したプローブの製造過程において、イオンビーム照射によるドライエッチングにて本体の外周面から磁性層を除去している状態を表す作業概念図である。
【図５】本発明による磁気探針の他の実施例の外観を表す投影図である。
【図６】図５に示した実施例の平面図である。
【図７】本発明による磁気探針の別な実施例の外観を表す投影図である。
【図８】本発明による磁気探針のさらに他の実施例の外観を表す平面図である。
【符号の説明】
１０  プローブ
１１  カンチレバー
１２  磁気探針
１３  底部
１４  本体
１４ａ〜１４ｄ  錐面
１４ｆ  外周面
１５，１５′  磁性層
【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】
2004257767.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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