(57)【要約】【課題】試料表面からの磁界以外の外界からの磁界の影響を排除することができ、試料の表面の局所的な磁界を検出することができる磁界検出方法、磁界検出装置、情報記憶器を提供する。【解決手段】加振器９により加振されたカンチレバー４をＸＹＺ軸駆動装置７により試料１表面に移動し、試料１表面の磁界とカンチレバー４の自由端に設けられた磁性体チップ６との磁気力によるカンチレバー４の振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、試料１表面の磁界を検出する方法において、磁界発生装置１０から発生する既知の磁界から、磁界変換係数を導出し、この磁界変換係数を用いて試料１表面の磁界を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを加振させながら試料の磁界を検出する磁界検出方法であって、
磁界発生源から発生させた所定の磁界による、加振されたプローブの変動パラメータの変化量に基づき、上記所定の磁界を発生させて検出される外界の磁界が混在する磁界を、外界の磁界が混在しない磁界に変換するための磁界変換係数を導出する磁界変換係数導出過程と、
試料の磁界による、加振されたプローブの変動パラメータの検出結果と、上記磁界変換係数とを用いて、試料の磁界を検出することを特徴とする磁界検出方法。
【請求項２】
上記磁界検出過程の前に、上記試料表面の形状情報を検出する表面形状情報検出過程を有することを特徴とする請求項１に記載の磁界検出方法。
【請求項３】
上記磁界変換係数導出過程は、上記磁界発生源に対する上記プローブの所定の角度（θｉα）における、上記加振されたプローブの振動振幅の変化量または位相の変化量を検出し、下記（１）式から上記磁界変換係数を導出し、
Ｈｉ＝η（ΔＡｉ／θｉα）又はＨｉ＝η（Δφｉ／θｉα）―――（１）
（式中、Ｈｉは磁界発生源から発生させた磁界、θｉαは磁界発生源に対するプローブの角度、ΔＡｉ及びΔφｉはそれぞれカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量、ηは磁界変換係数である。）
上記磁界変換係数導出過程は、上記試料に対する上記プローブの所定の角度（θｓα）における、上記加振されたプローブの振動振幅の変化量または位相の変化量を検出し、その検出結果と上記磁界変換係数とを用いて、下記（２）式から試料表面の磁界を検出することを特徴とする請求項１に記載の磁界検出方法。
Ｈ＝η（ΔＡｓ／θｓα）又はＨ＝η（Δφｓ／θｓα）―――（２）
（式中、Ｈは試料表面から発生した磁界、θｓαは試料に対するプローブの角度であってθｉα＝θｓαであり、ΔＡｓ及びΔφｓはそれぞれカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量、ηは磁界変換係数である。）
【請求項４】
上記磁界変換係数導出過程は、複数の上記角度（θｉα）に対する上記磁界発生源の変化量を検出して、上記（１）式から複数の磁界変換係数を導出し、
上記磁界検出過程は、上記複数の角度（θｉα）に対応する複数の角度（θｓα）に対する上記試料の上記変化量を検出し、その検出結果と上記複数の磁界変換係数とを用いて、上記（２）式から上記試料表面の磁界を検出することを特徴とする請求項３に記載の磁界検出方法。
【請求項５】
上記磁界変換係数導出過程は、上記プローブを加振させる振動周波数の高調波成分における上記変化量を検出し、上記磁界変換係数を導出することを特徴とする請求項３または４に記載の磁界検出方法。
【請求項６】
上記磁界変換係数導出過程は、上記所定の角度（θｉα）に対して、上記磁界発生源から複数の磁界を発生させて、上記複数の磁界に対する上記変化量を検出し、上記磁界変換係数を導出することを特徴とする請求項３に記載の磁界検出方法。
【請求項７】
試料を保持する試料台と、磁界を検出するプローブと、上記プローブを加振する加振手段と、加振させたプローブの振動を検出する検出手段と、上記プローブと上記試料台との相対位置を制御する位置制御手段とを備え、プローブを加振させながら試料の磁界におけるプローブの変動パラメータの変化量に基づいて、試料の磁界を検出する磁界検出装置において、
試料の磁界と共に検出される試料以外からの磁界を、試料の磁界のみに変換する磁界変換係数を導出する磁界変換手段を備えていることを特徴としている磁界検出装置。
【請求項８】
上記磁界変換手段は、上記プローブと所定の距離で、所定の磁界を発生する磁界発生源を備えることを特徴とする請求項７に記載の磁界検出装置。
【請求項９】
上記磁界変換手段は、加振されたプローブの振動領域で所定の磁界を発生することを特徴とする請求項８に記載の磁界検出装置。
【請求項１０】
上記磁界変換手段は、複数の異なる磁界を発生することを特徴とする請求項８に記載の磁界検出装置。
【請求項１１】
上記磁界変換手段は、コイルと、該コイルに電流を供給するための磁界発生電源と、上記基準面を有する磁界発生用部材とを備えていることを特徴とする請求項９に記載の磁界検出装置。
【請求項１２】
さらに、上記試料および磁界発生源に対するプローブの角度を調節する角度制御手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の磁界検出装置。
【請求項１３】
上記プローブの保磁力は、上記試料の最大発生磁界よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の磁界検出装置。
【請求項１４】
上記プローブは、柱状構造の磁性体チップを備えることを特徴とする請求項７に記載の磁界検出装置。
【請求項１５】
上記磁界発生源は、上記コイルと上記磁界発生用部材との間に、断熱材を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の磁界検出装置。
【請求項１６】
上記磁界発生源は、上記磁界発生用部材と上記プローブとを同電位に設定する帯電防止手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の磁界検出装置。
【請求項１７】
請求項７に記載の磁界変換係数を記憶した記憶手段を備えた情報記憶器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の情報記録器に記憶された磁界変換係数を用いて試料の磁界を検出する磁界検出方法であって、
試料の磁界による、加振させたプローブの変動パラメータの検出結果と、上記磁界変換係数とを用いて、試料の磁界を検出することを特徴とする磁界検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界検出方法、磁界検出装置、および情報記憶器に関する。より詳しくは、磁気記録媒体や磁性膜等の表面の局所的な磁界を測定する場合に用いられる磁界測定装置、磁界検出方法、および情報記憶器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、磁気記録媒体や磁性体膜などの表面の局所的な磁気力を高空間分解能で検出する手段として、原子間力顕微鏡の技術を発展させた磁気力顕微鏡が実用化されている。
【０００３】
上記のような磁気力顕微鏡として、例えば、特許文献１の技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、表面の形状を除くパラメータを示す表面の測定値を発生するか、または表面に仕事を行うようプローブを表面上に走査するための装置及び方法が開示されている。この走査は２つの段階から成る。まず、第１回の走査では、形状情報を得て、この情報を記憶し、第２回の走査では記憶した形状情報を使用してプローブの高さを制御しながら形状を除く表面のパラメータを測定するか、仕事を行う。
【０００５】
サンプル表面の形状を除くパラメータを磁気力とした場合、第１回の走査でサンプルの表面形状を得て、その情報を記憶し、第２回の走査では、プローブの磁気先端をサンプルの表面に配置させ、上記磁気先端に働く磁気力によるプローブの振動周波数の変化を検出することにより、試料の表面の局所的な磁気情報を検出する。ここでは、磁気変換を上げるために、プローブを共振周波数付近で加振し、プローブの振動や位相の変化を検出する方法を取っており、サンプルの表面の局所的な磁気力の分布を検出している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２１３９１０公報（１９９４年８月５日公開）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来の磁界検出装置では、以下の問題が生じる。
【０００８】
従来の磁界検出装置を用いて、磁気記録媒体や磁性膜の表面の磁界を局所的に検出するとき、サンプル表面からの磁界以外に外界からの磁界（自然磁界、磁界検出装置からの漏洩磁界等）を含んだ磁界を検出してしまうため、上記サンプルにおける外界からの磁界を含まないサンプル表面の磁界を検出することができない。すなわち、従来の磁界検出装置において、磁界勾配の変化量による力と外界からの磁界によるプローブの磁気先端に生じる偶力とが混在した力がプローブ先端に働き、上記の混在した力を磁気力として検出してしまい、サンプル表面の磁界を検出することができない。したがって、従来の磁界検出装置を用いた場合、磁界の検出感度が低下するという問題が生じる。
【０００９】
さらに、サンプル表面上の磁界が外界からの磁界と比べて極めて低い、またはほぼ同等である場合（例えば、高密度磁気記録された磁気記録媒体表面上の磁界）、従来の磁界検出装置の磁界検出感度は極めて低いという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サンプル表面からの磁界以外の外界からの磁界の影響を排除することができ、サンプルの表面の局所的な磁界を検出することができる磁界検出方法、磁界検出装置、並びに情報記憶器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、以下のような磁界検出方法、磁界検出装置、および情報記憶器を提供する。
【００１２】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、プローブを加振させながら試料の磁界を検出する磁界検出方法であって、磁界発生源から発生させた所定の磁界による、加振されたプローブの変動パラメータの変化量に基づき、上記所定の磁界を発生させて検出される外界の磁界が混在する磁界を、外界の磁界が混在しない磁界に変換するための磁界変換係数を導出する磁界変換係数導出過程と、試料の磁界による、加振されたプローブの変動パラメータの検出結果と、上記磁界変換係数とを用いて、試料の磁界を検出することを特徴としている。
【００１３】
通常、プローブを用いて試料の磁界を検出すると、検出結果には、試料の磁界と、試料以外の外界からの磁界とが混在して検出される。したがって、試料のみの磁界を検出することができず、検出精度は低いものとなっていた。
【００１４】
より具体的には、例えば、上記プローブがカンチレバーと磁性体チップとを備えており、加振させたカンチレバーを試料表面に移動させ、磁性体チップと試料表面の磁界との磁気力により発生するカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量に基づいて、試料表面の磁界の検出するような磁界検出方法では、外界からの磁界と試料表面の磁界とが混在する磁界を検出してしまう。そのため、そのような磁界検出方法の磁界検出感度は外界からの磁界に依存し、この外界からの磁界が高いほど、磁界検出感度は低下する。
【００１５】
上記の発明によれば、磁界変換係数導出過程において、所定の磁界発生時と非発生時とにおける加振させたプローブの変動パラメータの変化量に基づいて、磁界変換係数を算出する。すなわち、この過程では、まず、既知の磁界を発生させた時の、加振させたプローブの変動パラメータを検出する。この変動パラメータによって算出される磁界は、前述のように外界の磁界が混在している。しかしながら、この過程では、既知の磁界を発生させているので、検出された磁界と、既知の磁界とによって、磁界変換係数を算出できる。すなわち、磁界変換係数は、磁界発生源から発生する所定の磁界と共に検出される磁界発生源以外からの磁界から、磁界発生源以外の磁界を取り除き、磁界発生源からのみの磁界とするための係数である。
【００１６】
続いて、磁界検出過程では、同様にして、試料存在下と非存在下における、加振させたプローブの変動パラメータの変化量を検出し、その検出結果と前記過程で算出した磁界変換係数とを用いれば、試料の磁界を検出できる。ここで検出した試料の磁界の検出結果は、磁界変換係数によって、外部の磁界が排除された試料表面のみの磁界である。したがって、上記の方法によれば、高い検出感度で試料表面の磁界を検出することができる。
【００１７】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、上記磁界検出過程の前に、上記試料表面の形状情報を検出する表面形状情報検出過程を有することを特徴としている。
【００１８】
上記の方法によれば、上記表面形状情報検出過程にて得られた試料表面の形状情報を用いて、磁界検出過程において磁界変換係数から、外界の磁界に影響されない試料表面のみの磁界を検出している。これにより、試料の表面形状をモニタリングしながら、試料の特定の領域の磁界を検出することができる。
【００１９】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換係数導出過程は、上記磁界発生源に対する上記プローブの所定の角度（θｉα）における、上記加振されたプローブの振動振幅の変化量または位相の変化量を検出し、下記（１）式から上記磁界変換係数を導出し、
Ｈｉ＝η（ΔＡｉ／θｉα）又はＨｉ＝η（Δφｉ／θｉα）―――（１）
（式中、Ｈｉは磁界発生源から発生させた磁界、θｉαは磁界発生源に対するプローブの角度、ΔＡｉ及びΔφｉはそれぞれカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量、ηは磁界変換係数である。）
上記磁界変換係数導出過程は、上記試料に対する上記プローブの所定の角度（θｓα）における、上記加振されたプローブの振動振幅の変化量または位相の変化量を検出し、その検出結果と上記磁界変換係数とを用いて、下記（２）式から試料表面の磁界を検出することを特徴としている。
【００２０】
Ｈ＝η（ΔＡｓ／θｓα）又はＨ＝η（Δφｓ／θｓα）―――（２）
（式中、Ｈは試料表面から発生した磁界、θｓαは試料に対するプローブの角度であってθｉα＝θｓαであり、ΔＡｓ及びΔφｓはそれぞれカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量、ηは磁界変換係数である。）。
【００２１】
上記の方法によれば、上記変動パラメータの変化量として、所定の振動周波数でプローブを振動させたときの振動振幅または位相の変化を検出し、磁界発生源または試料に対するプローブの取り付け角度θｉαと、θｓαとは同じ角度である。
【００２２】
上記の方法によれば、上記磁界変換係数導出過程において、加振されたプローブに備えられた磁性体チップを所望の磁界Ｈｉを発生する磁界発生源の所望の位置に、かつ磁界発生源に対するプローブの取り付け角度θｉαで移動させたとき、上記加振されたプローブの振動振幅及び位相は、上記磁界Ｈｉを発生していないときに比べ変化する。この変化量をそれぞれΔＡｓ及びΔφｓとすると、磁界変換係数ηは（１）式により導出することができる。
【００２３】
また、上記磁界検出過程では、加振されたプローブを試料表面の所望の位置に移動させる。このときの試料に対するプローブの取り付け角度をθｓαとし、カンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量をΔＡｓ及びΔφｓとすると、上記磁界変換係数導出過程で導出された磁界変換係数ηを用いて、試料表面の磁界Ｈは、上記（２）式により導出される。
【００２４】
これにより、磁界変換係数導出過程では、所望の位置及び所望のプローブの取り付け角度θｉαにおける磁界変換係数ηを導出することができ、この磁界変換係数ηを用いて、上記磁界検出過程で試料表面における外界からの磁界に影響されない、試料表面のみの磁界を検出することができ、磁界の検出感度の向上できる。
【００２５】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換係数導出過程は、複数の上記角度（θｉα）に対する上記磁界発生源の変化量を検出して、上記（１）式から複数の磁界変換係数を導出し、上記磁界検出過程は、上記複数の角度（θｉα）に対応する複数の角度（θｓα）に対する上記試料の上記変化量を検出し、その検出結果と上記複数の磁界変換係数とを用いて、上記（２）式から上記試料表面の磁界を検出することを特徴としている。
【００２６】
上記の方法によれば、上記磁界変換係数導出過程において、所定の位置における磁界発生源に対するプローブの取り付け角度（θｉα）を変化させ、それぞれの取り付け角度に対する加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、複数の磁界変換係数を導出している。そして、上記磁界検出過程では、上記複数の取り付け角度（θｉα）に対応する、試料に対するプローブの複数の取り付け角度（θｓα）における、対する加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、その検出結果と上記複数の磁界変換係数とを用いて試料表面の磁界を検出している。
【００２７】
これにより、外界からの磁界に対して上記プローブで発生する磁界の向きの角度を変えることができる。上記磁界変換係数導出過程において、導出された磁界変換係数は磁界発生源に対するプローブの取り付け角度に依存する。それゆえ、上記取り付け角度に依存した磁界変換係数を用いて、試料表面に対するプローブの取り付け角度に依存した磁界を検出することができ、外界からの磁界の影響を排除した磁界を高精度で検出することができる。
【００２８】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換係数導出過程は、上記プローブを加振させる振動周波数の高調波成分における上記変化量を検出し、上記磁界変換係数を導出することを特徴としている。
【００２９】
上記の方法によれば、ある振動周波数で加振したプローブのうち、高調波成分用いて導出した磁界変換係数を用いて、試料表面の磁界を検出している。
【００３０】
これにより、上記の加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量は、試料表面の磁界に対して一次の振動周波数の変化量より大きくなる。したがって、試料表面での磁界検出精度を向上することができる。
【００３１】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換係数導出過程は、上記所定の角度（θｉα）に対して、上記磁界発生源から複数の磁界を発生させて、上記複数の磁界に対する上記変化量を検出し、上記磁界変換係数を導出することを特徴としている。
【００３２】
上記の方法によれば、磁界発生源から複数の磁界を発生させて（すなわち、発生させる所定の磁界を変化させて）、加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量に対応した磁界変換係数を導出している。言い換えれば、上記磁界変換係数導出過程では、複数の磁界に対する、複数の磁界変換係数が導出される。
【００３３】
これにより、磁界検出過程において、加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量に対応した、複数の磁界変換係数を用いることができ、外界からの磁界が排除された試料表面の磁界を高精度に検出することができる。
【００３４】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、試料を保持する試料台と、磁界を検出するプローブと、上記プローブを加振する加振手段と、加振させたプローブの振動を検出する検出手段と、上記プローブと上記試料台との相対位置を制御する位置制御手段とを備え、プローブを加振させながら試料の磁界におけるプローブの変動パラメータの変化量に基づいて、試料の磁界を検出する磁界検出装置において、試料の磁界と共に検出される試料以外からの磁界を、試料の磁界のみに変換する磁界変換係数を導出する磁界変換手段を備えていることを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、上記加振手段により加振されたプローブと試料表面の磁界との磁気力による、上記プローブの振動による変動パラメータの変化量（例えば、振動振幅の変化量及び位相の変化量）を上記検出手段により検出する磁界検出装置に、磁界変換手段を備えている。上記磁界変換手段は、試料の磁界と共に検出される試料以外からの磁界を、試料の磁界のみに変換する磁界変換係数を導出する。そして、検出手段は、この磁界変換係数を用いて、試料表面上の外界からの磁界が混在した磁界を外界からの磁界が混在しない磁界に変換することができる。
【００３６】
これにより、外界からの磁界の影響を排除し、試料の磁界のみを検出することができる磁界検出装置を実現することができる。
【００３７】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換手段は、所望の高さで所望の磁界を発生する磁界発生源を備えることを特徴としている。
【００３８】
これにより、上記の所望の磁界での、加振されたカンチレバーの振動振幅または位相の変化量を検出し、磁界変換係数を導出することができ、外界からの磁界の影響を排除することができる磁界検出装置を実現することができる。
【００３９】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、加振されたプローブの振動領域で所定の磁界を発生することを特徴とすることを特徴としている。
【００４０】
これにより、磁界発生源で発生する磁界は、上記プローブの振動領域で均一になる。したがって、上記磁界変換手段によって磁界変換係数を導出するに際し、磁界発生源からの磁界分布の変化による影響を排除することができ、外界からの磁界の影響を排除することができる磁界検出装置を実現することができる。
【００４１】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換手段は、複数の異なる磁界を発生することを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、複数の異なる磁界のそれぞれについて、磁界変換係数を導出する。そして、加振されたプローブの振動によって変動する変動パラメータに対応した磁界変換係数を、複数導出することができる。したがって、試料表面の磁界を検出するに際し、例えば、試料表面の磁界での加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量に応じた複数の磁界変換係数を用いることができる。したがって、外界からの磁界の影響を排除することができる精度の高い磁界検出装置を実現することができる。
【００４３】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換手段は、コイルと、該コイルに電流を供給するための磁界発生電源と、上記基準面を有する磁界発生用部材とを備えていることを特徴としている。
【００４４】
これにより、磁界発生電源が供給する電流の量により、磁界発生源で発生する磁界を調節することができる。したがって、磁界発生源で発生する磁界を変化させることができ、精度の高い磁界検出装置を実現することができる。
【００４５】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記試料および磁界発生源に対するプローブの角度を調節する角度制御手段をさらに備えることを特徴としている。
【００４６】
これにより、外界からの磁界に対して上記プローブで発生する磁界の向きの角度を変えることができる。導出された磁界変換係数は、プローブの取り付け角度に依存する。試料表面の磁界を検出する際に、上記のプローブの取り付け角度に依存した磁界変換係数を用いて、試料表面におけるプローブの取り付け角度に依存した磁界を検出することができる。それゆえ、外界からの磁界の影響を排除した磁界を高精度で検出することができる磁界検出装置を実現することができる。
【００４７】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記プローブの保磁力は、上記試料の最大発生磁界よりも大きいことが好ましい。例えば、上記プローブが、保磁力の高い磁性体により構成されていることが好ましい。
【００４８】
これにより、上記プローブが試料表面の磁界により磁化反転するのを防ぐことができ、プローブの保磁力付近まで試料表面の磁界を検出することができる。
【００４９】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記プローブは、柱状構造の磁性体チップを備えることが好ましい。上記の構成によれば、柱状構造を有する磁性体チップの形状磁気異方性から、磁性体チップの磁化の配向分布が急峻になり磁界検出の分解能を向上することができる。
【００５０】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記コイルと上記磁界発生用部材との間に断熱材を備えていることを特徴としている。これにより、磁界発生源から磁界を発生する時に、コイルから発生するジュール熱によって生じる上記基準面の熱膨張ドリフトによるカンチレバーの振動振幅及び位相のズレの影響を排除し、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる磁界検出装置を提供することができる。
【００５１】
本発明にかかる磁界検出装置は、上記の課題を解決するために、上記磁界発生源は、上記磁界発生用部材と上記プローブとを同電位に設定する帯電防止手段を有することを特徴としている。これにより、試料表面の磁界を検出するに際し、静電力によるプローブの振動によって変動する変動パラメータ（例えば、振動振幅または位相）のズレの影響を排除し、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる磁界検出装置を提供することができる。
【００５２】
本発明にかかる情報記憶器は、上記の課題を解決するために、上記磁界変換係数を記憶した記憶手段を少なくとも備えていることを特徴としている。これにより、上記磁界変換手段を備えていない従来の磁界検出装置においても、上記情報記憶器を備えることにより、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる磁界検出装置を提供することができる。
【００５３】
本発明にかかる磁界検出方法は、上記の課題を解決するために、上記情報記録器に記憶された磁界変換係数を用いて試料の磁界を検出する磁界検出方法であって、試料の磁界による、加振させたプローブの変動パラメータの検出結果と、上記磁界変換係数とを用いて、試料の磁界を検出することを特徴とすることを特徴としている。
【００５４】
上記の方法によれば、上記情報記憶器に記録された磁界変換係数を用いた磁界検出方法において、その磁界変換係数を用いて試料表面の磁界を検出している。
【００５５】
これにより、前述のように、予め、磁界発生源を用いて、磁界変換係数を導出することなく、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界をより容易に検出することができる。すなわち、従来の磁界検出装置に、上記情報記録器に記憶された磁界変換係数を読み込ませることにより、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０に基づいて、本発明の実施の一形態について説明する。
【００５７】
（１）磁界検出装置
本実施の形態にかかる磁界検出装置３００の概略の構成を図１に示す。同図に示すように、本実施の形態にかかる磁界検出装置３００は、試料１及びその試料１を保持する試料台２と、プローブ３と、ＸＹＺ軸駆動装置７（位置制御手段）と、プローブ３に振動を加えるための加振器８（加振手段）と、加振されたプローブ（より具体的にはカンチレバー４）の振動振幅または振動周波数から位相ズレを検出する検出器９（検出手段）とを備えている。また、上記試料台２上には磁界発生装置１０（磁界発生源）が備えられている。本明細書において、試料台２の表面に対して垂直方向をＺ軸方向とする。上記Ｚ軸を基準とした試料台２の表面と平行方向に、互いに垂直なＸ軸及びＹ軸が設定されている。なお、試料台２に対してプローブ３側の垂直方向を上向きとし、その反対方向を下向きとする。また、図１〜図４において、破線部分は側面図、それ以外の部分はブロック図として示す。
【００５８】
図１に示すように、磁界発生装置１０は、磁界発生用部材１２、コイル１３及びその電源である磁界発生用電源１４からなり、コイル１３内部に基準面１１を有する磁界発生用部材１２を備えている。
【００５９】
この構成により、磁界発生装置１０において基準面１１の表面にプローブ３を配置させたとき、基準面１１における所望の高さｈ及び所定の磁界Ｈｉでの加振されたカンチレバー４の振動振幅または振動周波数ｆからの位相ずれを検出し、プローブ３における磁界変換係数ηを導出することができる。さらに、試料１の表面での磁界情報を検出するに際し、上記磁界変換係数ηを用いて、カンチレバー４の振動振幅または振動周波数ｆからの位相ズレから磁界Ｈの強度及び方向を検出することができる。
【００６０】
上記磁界発生装置１０は、上記プローブ３に空間的に均一な磁界Ｈｉを印加するために備えられている。磁界発生用部材１２の基準面１１表面の磁界Ｈｉは既知のものがよい。これにより、磁界発生用電源１４による電流制御で基準面１１の表面での所望の磁界Ｈｉを得ることができる。また、上記磁界発生用部材１２は、その基準面１１に磁区構造が存在しないため、ナノメートルサイズの領域でも均一な磁界を得ることができる。これにより、磁界発生装置１０の基準面１１に空間意的に均一な磁界を発生させて、プローブ３の磁界変換係数ηを導出するに際し、磁界分布変化の影響を排除することができる。
【００６１】
また、磁界発生用部材１２の材料は基準面１１を有し、コイル１３及び磁界発生用電源１４により磁界を発生することができるものであれば特に限定しないが、例えば、  ＳｉＯ２が挙げられる。磁界発生用部材１２としてＳｉＯ２を用いると、非磁性体なので磁区が存在せず、ナノメートルサイズの領域でも均一な磁界を得ることができる。
【００６２】
また、試料台２から基準面１１までの高さは、試料台２から試料１表面までの高さと同じであることが好ましい。これより、試料１表面及び磁界発生用部材１２の基準面１１のＺ軸方向の位置が同じになる。試料１表面の磁界を検出するに際し、ＸＹＺ軸駆動装置７による試料１表面に対するプローブ３の相対位置制御は、Ｘ軸及びＹ軸のみの位置制御となり、位置制御が容易になる。
【００６３】
また、図示はしないが、基準面１１には帯電防止手段を備えることが好ましい。例えば、帯電防止手段として、基準面１１の表面を金属膜でコーテイングし、金属膜とプローブ３とが同電位になるように接続する。これにより、プローブ３の磁界変換係数ηを導出する際に、静電力による影響を抑えることができる。上記金属膜としてはＡｕなどの非磁性金属で酸化物を形成しない金属が望ましい。
【００６４】
また、図示はしないが、基準面１１とコイル１３との間には断熱剤が備えられていることが好ましい。上記断熱剤により、磁界発生時にコイル１３から発生するジュール熱による基準面１１の部材への熱伝導を抑えることことができる。よって、プローブ３の磁界変換係数ηを導出するに際し、基準面１１上でのプローブ３の熱膨張ドリフトの影響を抑えることができる。上記断熱材として、基準面１１を有する磁界発生用部材１２への熱伝導を抑えることができるものであれば、特に限定しないが、例えば発砲スチロールが挙げられる。
【００６５】
上記プローブ３は、カンチレバー４と、カンチレバー４を支持するための支持基板５と、カンチレバー４に設けられた磁性体チップ６とを備える。カンチレバー４において支持基板５が備えられている側と反対側の先端に、磁性体チップ６はカンチレバー４に対して垂直下向きに備えられている。本明細書では、このように設けられた磁性体チップ６を、本明細書では、「カンチレバー４の自由端に設けられた磁性体チップ６」と記す。また、本実施の形態では、磁性体チップ６の形状は、図１に示すような、該磁性体チップ６においてカンチレバー４側を底面とする角錐（円錐）形状を有する。
【００６６】
また、プローブ３は、支持基板５に複数のカンチレバー４が備えられた構成であってもよい。この構成により、試料１表面の磁界を検出するに際し、試料１表面で発生する磁界を、同時に複数の場所で検出することかできる。
【００６７】
また、カンチレバー４の自由端に設けられた磁性体チップ６の材料としては、保磁力の高い磁性体が望ましい。これにより、試料１から生じる磁界による磁性体チップ６の磁化反転を防ぐことができ、磁性体チップ６の保磁力付近まで磁界測定が可能になる。つまり、磁性体チップ６の保磁力の大きさは、磁界検出対象となる試料１の最大発生磁界より大きくすることが必要である。また、上記磁性体チップ６の磁化の向きについては、カンチレバー４に対して垂直に配向しているものが望ましい。磁化の配向分布が急峻であれば、磁界検出の分解能が向上する。上記のような磁性体チップ６の材料として、例えばＣｏ合金が挙げられる。
【００６８】
また、磁性体チップ６の形状は、特に限定しないが、例えば図１０に示す形状が望ましい。同図から、磁性体チップ１０６はカンチレバー１０４に対して垂直方向に備えられており柱状構造を有している。これにより、形状磁気異方性から磁性体チップ１０６の磁化の配向分布が急峻になり磁界検出の分解能が向上する。また、カンチレバー１０４の振動振幅や位相変化が及ぼす磁界勾配による影響は、磁性体チップ１０６の長さに比例する為、柱状構造の高さを短くすれば、磁界勾配の影響を低減することができる。上記磁性体チップ１０６の長さは、特に限定しないが、上記の磁界勾配の影響を低減することができる１〜２０μｍが好ましい。なお、図１０において、磁性体チップ１０６に示された矢印は、磁界の方向を示す。
【００６９】
上記ＸＹＺ軸駆動装置７は、プローブ３と試料台２との相対位置制御を行う。
試料１または磁界発生装置１０の磁界を測定するときに、磁性体チップ６を試料１または磁界発生装置１０の基準面１１の表面に位置させるように動作する。磁界検出装置３００では、試料台２がＸＹＺ軸方向に位置制御され移動するＸＹＺ軸駆動装置７を構成としているが、これに限定されず、プローブ３と試料台２との相対位置が制御することができればよい。例えば、プローブ３がＸＹＺ軸方向に位置制御され移動するものでもよい。また、試料台２に対してはＸＹ軸方向に、プローブ３に対してはＺ軸方向に位置制御され移動することができるＸＹＺ軸駆動装置７であってもよい。
【００７０】
上記加振器８は、上記プローブ３を所望の振動周波数ｆで振動するために、励振波形発生回路３０と励振用圧電素子２２とを備えている。
【００７１】
上記励振用圧電素子２２は、図７に示すように、上部電極１７、中央部電極１８、下部電極１９を備え、それぞれの電極に挟まれた上部圧電体２０及び下部圧電体２１により構成されている。すなわち、励振用圧電素子２２は、支持基板５に、下部電極１９、下部圧電体２１、中央部電極１８、上部圧電体２０、および上部電極１７が、この順で積層した構成となっている。また、上部電極１７及び下部電極１９は接地されており、中央部電極１８は、励振波形発生回路３０と接続している。また、励振用圧電素子２２の下部にプローブ３の支持基板５が取り付けられている。励振波形発生回路３０から中央部電極１８に印加された励振波形のベース電圧が、プローブ３を振動させる。
【００７２】
上記検出器９は、光てこ方式を用いた場合、レーザ源９１、ポジションセンサ素子９２、撓み検出回路９３及び励振波形発生回路３０からの振動周波数ｆの信号に対するロックイン検出回路４０から構成されている。ポジションセンサ素子９２は、撓み検出回路９３と通して、ロックイン検出回路４０と接続されている。上記検出器９として、本実施の形態では光てこ方式を採用したが、これに限定されず試料１の表面形状情報及び磁界情報を検出することができる方式を採用したものであればよい。例えば、検出器９として、光干渉方式、静電容量方式、光臨界方式などを採用することができる。
【００７３】
上記加振器８は、試料１の表面にプローブ３を配置させたときの表面形状情報及び磁界情報または磁界発生装置１０の基準面１１表面の磁界情報を検出する。
すなわち、加振器８により加振されたカンチレバー４の振動振幅もしくは振動周波数ｆからの位相ズレを検出する。具体的には、レーザ源９１から、レーザ光がカンチレバー４の自由端付近に照射される。そして、上記のカンチレバー４の自由端付近に照射されたレーザ光の反射光を、ポジションセンサ素子９２が受光する。上記反射光におけるポジションセンサ素子９２の受光の位置情報は、撓み検出回路９３に送られる。撓み検出回路９３は上記位置情報をカンチレバー４の撓み量に変換する。上記撓み量は、ロックイン検出回路４０によりカンチレバー４の自由端の振動振幅及び位相情報として検出される。
【００７４】
加振されたカンチレバー４の振動振幅もしくは振動周波数ｆからの位相ズレを検出する検出器９については、振動周波数成分ｆ及びその２倍以上の高調波成分２ｆにおけるそれぞれの振動振幅及び位相変化を個別に検出することができるようになっている。高調波成分２ｆにおける振動振幅及び位相変化を検出することにより、プローブ３の磁界変換係数ηを導出することができる。導出した磁界変換係数ηから試料１の表面での磁界強度とその方向を検出することができる。
【００７５】
また、磁界検出装置３００は、試料１の表面または基準面１１に対してプローブ３の取り付け角度を調節する取り付け角度制御手段を備えることが好ましい。
これにより、磁性体チップ６の磁化の向きを制御することができる。したがって、試料１の表面または基準面１１から発生している磁界と磁性体チップ６との磁化によって生じる偶力の大きさを制御することができる。
【００７６】
また、ＸＹＺ軸駆動装置７を用いて広域を走査する場合、ＸＹＺ軸駆動装置７によっては、装置の構造的歪み（具体的にＸＹＺ軸駆動装置を構成する圧電素子の反りなど）から、走査領域の淵の領域でプローブ３の試料１の表面または基準面１１に対しての取り付け角度がずれる。上記の取り付け角度制御手段により、プローブ３の試料１の表面または基準面１１に対して所望の取り付け角度に制御しながら広域を走査することが出来る。
【００７７】
図８に、プローブ３のカンチレバー４の取り付け角度θαを調節する取り付け角度制御手段を示す。上記取り付け角度θαは、試料１または磁界発生装置１０に対する、カンチレバー４の角度とも換言できる。同図に示すように、上記取り付け角度制御手段を備えた加振器５８は、励振波形発生回路２３０及び励振用圧電素子２２２から構成されている。上記励振用圧電素子２２２は、上部電極２１７、中央部電極２１８、下部電極２１９を備え、それぞれの電極に挟まれた上部圧電体２２０及び下部圧電体２２１により構成されている。また、上記中央部電極２１８は、左中央部電極２３、右中央部電極２４を有し、２分割されている。
図８では、左中央部電極２３、右中央部電極２４との間には、互いに電気的に接続されないように間隔が設けられている。上部電極２１７及び下部電極２１９は接地されており、左中央部電極２３及び右中央部電極２４は、それぞれ左ベース電圧端子３１及び右ベース電圧端子３２を介して励振波形発生回路２３０と接続している。
【００７８】
励振波形発生回路２３０により左中央部電極２３及び右中央部電極２４に印加される励振波形のベース電圧は、左ベース電圧端子３１及び右ベース電圧端子３２により設定できるようになっている。すなわち、上記加振器５８は、励振用圧電素子２２２の左右両側で個別にベース電圧を印加することができる。これにより、上記加振器５８は、励振用圧電素子２２２の左右両端での伸縮を変えることによりプローブ３の取り付け角を調節することができる。また、左ベース電圧端子３１及び右ベース電圧端子３２は、取り付け角度制御回路５０（図１参照）により設定されている。
【００７９】
図８に示す取り付け角度制御手段は、励振用圧電素子２２２と角度制御用圧電素子８０（図１参照）とが一体化したものであるが、単に励振用圧電素子２２２に角度制御用圧電素子８０を接着しただけの構成でもよい。
【００８０】
また、取り付け角度制御手段によりカンチレバーの取り付け角度θαを制御したときに、カンチレバー４の先端からレーザ光が外れないようレーザ源９１とポジションセンサ９２との取り付け位置の制御もしくは、レーザ光の光軸が制御されていることが望ましい。
【００８１】
さらに、上記取り付け角度制御手段の別の構成を図９に示す。同図に示すように、上記取り付け角度制御手段を備えた加振器６８は、上記同様に、励振波形発生回路３３０及び励振用圧電素子３２２から構成されている。上記励振用圧電素子３２２は上部電極３１７、中央部電極３１８、下部電極３１９を備え、それぞれの電極に挟まれた上部圧電体３２０及び下部圧電体３２１により構成されている。上記の構成において、上部電極３１７及び下部電極３１９は２分割されており、それぞれ右上部電極２５及び左上部電極２６と、右下部電極２７及び左下部電極２８とを備えている。上記の上部圧電体３２０及び下部圧電体３２１もまた２分割され、右上部圧電体３２５及び左上部圧電体３２６と、右下部圧電体３２７及び左下部圧電体３２８とを備えている。上記の構成において、中央部電極３１８は接地されている。右上部電極２５及び右下部電極２７は接続されており、右ベース電圧端子３３２を介して励振波形発生回路３３０に接続されている。また、左上部電極２６及び左下部電極２８は接続されており、左ベース電圧端子３３１を介して励振波形発生回路３３０に接続されている。
【００８２】
励振波形発生回路３３０により右上部電極２５及び右下部電極２７、左上部電極２６及び左下部電極２８に印加される励振波形のベース電圧は、右ベース電圧端子３３２及び左ベース電圧端子３３１により設定できるようになっている。すなわち、上記加振器６８は、励振用圧電素子３２２の左右両側で個別にベース電圧を印加することができる。これにより、上記加振器６８は、励振用圧電素子３２２の左右両端での伸縮を変えることによりプローブ３の取り付け角度（プローブ３と試料１または磁界発生装置１０との成す角）θαを調節することができる。また、右ベース電圧端子３３２及び左ベース電圧端子３３１は、取り付け角度制御回路５０により設定されている。
【００８３】
本発明の磁界検出装置３００では、複数の励振用圧電素子２２、２２２、３２２が並列に構成されていても良い。複数化することで、プローブ３の取り付け角度θαを調整時に、支持基板５に掛かる応力ストレスを、支持基板５全体に均一化することができ、加振中での磁界に依存しないプローブ３の共振周波数のズレを抑えることができる。
【００８４】
次に、本実施の形態にかかる磁界検出装置３００における情報処理装置２００の接続形態について図１に基づいて説明する。
【００８５】
情報処理装置２００はＸＹＺ軸駆動装置７に接続されている。情報処理装置２００の指示によりＸＹＺ軸駆動装置７は、磁性体チップ６を試料１または基準面１１の表面の所望の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に配置する。また、情報処理装置２００は、励振波形発生回路３０に接続されている。情報処理装置２００の指示により励振波形発生回路３０は、所望の振動周波数ｆまたその高調波成分である２ｆと振幅の励振波形とを発生する。励振波形発生回路３０は、励振用圧電素子２２及びロックイン検出器４０に接続されている。励振用圧電素子２２は、励振波形発生回路３０の励振波形によりプローブ３を加振する。レーザ源９１からのレーザ光がカンチレバー４の自由端付近に照射され、その反射光はポジションセンサ９２により受光される。ポジションセンサ９２は撓み検出回路９３に接続されており、ポジションセンサ９２から反射光受光の位置情報が撓み検出回路９３に送られる。撓み検出回路９３は上記の反射光受光の位置情報をカンチレバー４の撓み量に変換する。また、撓み検出回路９３はロックイン検出器４０とも接続している。ロックイン検出器４０は、励振波形発生回路３０から発生した振動周波数ｆもしくはその高調波成分２ｆの成分にカンチレバー４自由端の振動振幅及び位相情報を検出する。ロックイン検出器４０は情報処理装置２００と接続しており、検出された振動振幅及び位相情報がフィードバックされている。また、情報処理装置２００は取り付け角度制御回路５０に接続しており、さらに取り付け角度制御回路５０は角度制御用圧電素子８０に接続している。情報処理装置２００の指示により取り付け角度制御回路５０は、プローブ３が所望の取り付け角度θαに成るように、角度制御用圧電素子８０のベース電圧を設定する。また、情報処理装置２００は、磁界発生用電源１４と接続しており、基準面１１の所望の高さｈでの所望の磁界Ｈを発生するように、コイル１３に流す電流を設定することができる。また、情報処理装置２００は、磁界変換係数メモリ７０及び表面形状情報メモリ１１０及び磁界情報メモリ１４０と接続している。また、情報処理装置２００は表示装置１２０とも接続されている。
【００８６】
磁界検出装置３００を適用した磁界検出方法において、後述する磁界変換係数導出過程、表面形状情報検出過程、及び磁界検出過程によって、上記の情報処理装置２００、磁界変換係数メモリ７０、表面形状情報メモリ１１０、磁界情報メモリ１４０、及び表示装置１２０の接続形態も異なる。
【００８７】
（２）磁界検出方法
次に、本実施の形態にかかる磁界検出装置３００を適用した磁界検出方法について説明する。
【００８８】
（２−１）磁界検出の原理
本発明は、磁界発生装置１０の磁界発生用部材１２の基準面１１上で発生する既知の磁界Ｈｉを検出することにより磁界変換係数ηを導出し、該磁界変換係数ηを用いて試料１表面の磁界Ｈを検出することを特徴としている。これにより、試料１表面の外界からの磁界に影響されない磁界Ｈを検出することができる。
【００８９】
以下に、本実施の形態にかかる磁界発生装置３００を適用した磁界検出原理について説明する。加振器８が周波数ωで駆動しているとき、カンチレバー４は振動周波数ｆで加振されているとすると、ω＝２πｆの等式が成立する。そこで振動周波数ｆで加振された磁性体チップ６を備えたカンチレバー４についての振動系の運動方程式は以下のとおりになる。
【００９０】
【数１】
2005024471.tif 000003
【００９１】
ここで、ｚは振動時のカンチレバー４自由端の変位量、ω０はカンチレバーの共振周波数、ｋはカンチレバーのばね定数、ｍαは振動系の換算質量、σは緩和係数、Ｒは加振器８の振幅を表わす。ｃｃは複素共役を表わす。本明細書で、カンチレバー４自由端とは、カンチレバーの磁性体チップ６設置側の端のことをいう。
【００９２】
試料１表面から所望の高さｈで、試料１表面に対して平行な面を基準面にして、その基準面とカンチレバー４とがなす角をθｓαとしたとき、カンチレバー４自由端の振動中心の基準面からのズレをｚα（ｚα〜Ｌθｓα）とする。ｍはカンチレバーに取り付けられた磁性体チップの磁荷、ｌは磁性体チップの長さ、Ｌはカンチレバーの長さ、Ｈは試料表面から高さｈの場所での磁界である。
【００９３】
また、βはカンチレバーの振動方向での磁界勾配の変化量（ｄ２Ｈ／ｄｚ２）による力の項、γは外界からの磁界と磁性体チップの磁気モーメントによる偶力の項である。
【００９４】
上記（３）式において、外界からの磁界の影響で、上記の振動系の共振周波数ω０はω１にシフトする（シフト量Δω＝ω１‐ω０）。つまり共振周波数ω０で共振していた磁性体チップ６を備えたカンチレバー４が、外界からの磁界によりカンチレバーの共振周波数がω１にシフトする。そして、外界からの磁界の影響でカンチレバー４の振動振幅及び位相が変化する。
【００９５】
ここで、上記のカンチレバー４の、振動振幅及び位相の変化量をそれぞれΔＡ、Δφとし、磁界変換係数ηを導入すると、磁界Ｈは以下の式のように表わされる。
【００９６】
Ｈ＝ηΔＡ／θα又はＨ＝ηΔφ／θα――――（４）
（４）式において、振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφを検出することにより、磁界Ｈの強度を検出することができる。また、磁界Ｈを既知の磁界とする（以下、既知の磁界をＨｉと記す）と、上記の既知の磁界の強度に対する振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφを検出することにより、（４）式から磁界変換係数ηを導出することができる。
【００９７】
上記の導出された磁界変換係数ηを用いて試料１表面上の未知の磁界Ｈの強度を検出することができる。すなわち、試料１表面上での振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφを検出することにより、（４）式及び上記磁界変換係数ηから、試料１表面の磁界Ｈの強度を検出することができる。
【００９８】
また、カンチレバー４自由端の振動中心と試料１表面からの高さｈを変えずに、カンチレバーの取り付け角度θαを変えるとき、振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφの取り付け角度θαに対する勾配（∂ΔＡ／∂θα又は∂Δφ／∂θα）を求めることで、（３）式における磁界勾配の変化量による力の項に影響されないで、磁界Ｈの向き（Ｈ＝η∂ΔＡ／∂θα又はＨ＝η∂Δφ／∂θα）が得られる。
【００９９】
また、振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφをモニタリングし、その磁界Ｈの強度の変化量が極小値もしくは極大値になるときのθαの角度が得られれば、カンチレバー４自由端の振動方向と試料１から発生している磁界Ｈの向きが平行になることが分かる（∂ΔＡ／∂θα＝０又は∂Δφ／∂θα＝０のとき）。このとき、カンチレバー４自由端の振動中心の基準面からのズレｚα＝０になる。よって（３）式において、ｚα＝０に対応しβが決定するので、（３）式における磁界勾配の変化量による力の項が分かる。従って、予め均一な磁界でその磁界の方向に対してカンチレバー４の取り付け角度θαを変えて磁界変換係数ηを導出しておけば、試料１表面の任意の高さでの磁界の方向、強度、磁界勾配の変化量をそれぞれ分離して検出することができる。
【０１００】
また、（３）式の運動方程式からも分かるように偶力の項はカンチレバーの変位量に対して２次の項で入ってきているため、この振動系は高次の周波数成分の振動を含む。従って、高次周波数成分の振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出することで、試料１表面での磁界検出精度を向上させることができる。
【０１０１】
このように、本発明では、磁気的トルク量検出（抽出）し、そのトルク量から磁界を導出する点が、従来とは異なる。また、従来の技術では上記βの混入のため測定できなかった磁界強度そのものを、プローブ式の検出器を用いて検出することが可能となる。
【０１０２】
（２−２）磁界検出方法
次に、本発明の磁界検出方法について、磁界検出装置３００を例に挙げて説明する。
【０１０３】
磁界検出装置３００を用いた磁界検出方法は、（ａ）磁界発生源である磁界発生装置１０を用いて磁界変換係数ηを導出する磁界変換係数導出過程、（ｂ）試料１の表面形状情報を検出する表面形状情報検出過程、及び（ｃ）試料１表面の磁界を検出する磁界検出過程からなっている。
【０１０４】
前述のように磁界変換係数ηは、外界からの磁界に影響されない試料表面にのみ発生する磁界を検出するための係数である。
【０１０５】
磁界変換係数導出過程により導出された磁界変換係数ηと、表面形状情報検出過程より得られた試料１の表面形状情報とを基にして、磁界検出過程において試料１表面の磁界を検出する。
【０１０６】
これにより、上記磁界検出過程において、外界からの磁界の影響を排除した、試料１表面の磁界を検出することができる。また、表面形状情報検出過程により得られた試料１の表面形状情報を磁界検出過程に用いることにより、試料１表面上の磁界検出領域に対するプローブ３の相対位置制御が容易になる。
【０１０７】
以下、各過程を詳細に説明する。
【０１０８】
（ａ）磁界変換係数導出過程
まず、磁界変換係数導出過程を図２に基づいて説明する。図２は磁界変換係数導出過程を示した概略図である。
【０１０９】
磁界変換係数導出過程は、図２に示すように、磁界発生装置１０から発生する既知の磁界Ｈｉに対するカンチレバー４の振動振幅の変化量ΔＡｉ及び位相の変化量Δφｉを検出し、カンチレバー４の取り付け角度θαに対する磁界変換係数ηを導出し、その情報を記録する。また同図に示すように、情報処理装置２００は、磁界変換係数メモリ７０と接続されており、複数または一つの所望の、既知の磁界Ｈｉ、高さｈ、及び取り付け角度θαにおける磁界変換係数情報を上記磁界変換係数メモリ７０に記録する。
【０１１０】
磁界変換係数ηを導出するためには、まず、磁界発生用部材１２の基準面１１の基準位置を決定する必要がある。そこで、情報処理装置２００の指示により、プローブ３を加振しながら、所定の取り付け角度θαでプローブ３と基準面１１との間の距離を近づける。このとき基準面１１から磁界は発生させない。ロックイン検出器４０からの振動振幅の変化により、プローブ３が基準面１１に近接する基準位置を決定する。
【０１１１】
図５は上記のように、プローブ３を加振させながら磁界発生用部材１２の基準面１１に近づけたときのカンチレバー４の振動振幅と基準面１１からのＺ軸高さとの関係を示したグラフである。同図に示すように、Ｚ軸高さに対するカンチレバー４の振動振幅の勾配に変化が生じるときのＺ軸高さの近傍を基準面１１の基準位置とする。
【０１１２】
次に、基準面１１に磁界を発生させていないとき（無磁界時）のカンチレバー４の振動振幅Ａ０及び位相φ０を設定する。情報処理装置２００の指示により、上記の基準位置から所望の高さｈにプローブ３を加振させながら配置する。このとき、情報処理装置２００から励振波形発生回路３０に向けて上記基準位置の決定時とは異なる設定を行っても良い。具体的には、プローブ３の振動周波数ｆあるいは振動振幅Ａ０を変えることができる。これにより得られるロックイン検出器４０からの情報を、無磁界時の振動振幅Ａ０及び位相φ０の情報として情報処理装置２００に読み取らせてもよい。
【０１１３】
次に、基準面１１に磁界を発生したとき（磁界印加時）のカンチレバー４の振動振幅Ａｉ及び位相φｉを検出する。まず、情報処理装置２００から磁界発生用電源１４に向け、所望の磁界Ｈｉを発生するためにコイル１３に流す電流の設定を行う。このとき発生する磁界Ｈｉによって、プローブ３のカンチレバー４自由端に設けた磁性体チップ６が磁気的に相互作用することにより、カンチレバー４の振動振幅及び位相がＡｉ及びφｉに変化する。検出器９は、上記のカンチレバー４の振動振幅Ａｉ及び位相φｉを検出する。そして、ロックイン検出器４０から磁界印加時の振動振幅Ａｉ及び位相φｉの情報が得られ、この情報を情報処理装置２００が読み取る。
【０１１４】
次に、上述の無磁界時と磁界印加時とでの、振動振幅の変化量ΔＡｉ（ΔＡ＝Ａｉ−Ａ０）及び位相の変化量Δφｉ（Δφ＝φｉ−φ０）を求め、この変化量から磁界変換係数ηを導出する。情報処理装置２００では、得られた無磁界時と磁界印加時での所定の振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφを求め、所定の磁界Ｈｉ、高さｈ、取り付け角度θαでの磁界変換係数η（η＝Ｈｉθα／ΔＡｉ又はη＝Ｈｉθα／Δφｉ）を導出し、その情報を磁界変換係数メモリ７０に記録する。
【０１１５】
また、情報処理装置２００により複数の磁界Ｈｉ、高さｈ、及び取り付け角度θαに対して磁界変換係数ηを導出し、その情報を磁界変換係数メモリ７０に記録してもよい。
【０１１６】
これにより、磁界Ｈｉ以外は同一条件で、複数の異なる磁界Ｈｉに対して、カンチレバー４の変化量ΔＡｉ及び位相の変化量Δφｉを得ることができる。上記の複数の磁界Ｈｉに対する磁界変換係数ηを導出することにより、得られた磁界変換係数ηの信頼性が高くなる。したがって、磁界発生装置１０に印加した磁界Ｈｉ以外の外界からの磁界（自然磁界、磁界検出装置３００からの漏洩磁界等）の影響を排除することができ、後述する磁界検出過程において、試料１表面の磁界Ｈの強度を高精度で検出することができる。
【０１１７】
また、情報処理装置２００により取り付け角度θαのみを変化させ、一定の磁界Ｈｉ及び高さｈ対して磁界変換係数ηを導出し、その情報を磁界変換係数メモリ７０に記録してもよい。以下、取り付け角度θαに依存して導出された磁界変換係数ηをηθとする。
【０１１８】
これにより、振動振幅の変化量ΔＡｉ及び位相の変化量Δφｉの取り付け角度θαに対するゼロでない磁界勾配（∂ΔＡｉ／∂θα又は∂Δφｉ／∂θα）を求めることで、一定の既知の磁界Ｈｉの強度に対して磁界変換係数ηθ（ηθ＝Ｈｉ／（∂ΔＡｉ／∂θα）又はηθ＝Ｈｉ／（∂Δφｉ／∂θα））を導出することができる。磁界発生装置１０に印加した磁界Ｈｉ以外の外界からの磁界（自然磁界、磁界検出装置３００からの漏洩磁界等）の影響を排除することができ、後述する磁界検出過程において、試料１表面の磁界Ｈの強度を高精度で検出することができる。
【０１１９】
ここで、取り付け角度θαを変える場合は、カンチレバー４自由端の振動中心と試料表面の距離は一定（所定の高さｈ）になるように、情報処理装置２００からＸＹＺ軸駆動装置７に向け、所望の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に配置するよう指示がなされる。
【０１２０】
図６は、上記の複数の磁界Ｈｉと該磁界Ｈｉより得られたカンチレバー４の位相の変化量Δφとの関係を示すグラフである。同図では、典型的な磁界Ｈｉに対する位相変化曲線して示している。このとき、磁性体チップ６の保磁力すなわち既知の磁界Ｈｉの増減に伴い変化する磁性体チップ６の磁束密度がゼロになるときの磁界Ｈｉの強度は３００Ｏｅ付近である。同図に示すように、磁界Ｈｉが保磁力３００Ｏｅに近づくとカンチレバー４の位相の変化量Δφが発散してしまうため、磁界の検出感度が低下してしまう。したがって、磁界の高い試料１を検出するときには、保磁力の高い磁性体チップ６が必要になる。磁性体チップ６の保磁力は、特に限定しないが、３００Ｏｅ〜２０ｋＯｅのものが好ましく、４ｋＯｅ〜１０ｋＯｅのものがより好ましい。また、磁界発生装置１０の磁界発生用部材１２の基準面１１に印加される磁界Ｈｉの範囲は、特に限定しないが、１Ｏｅ〜２０ｋＯｅのものが好ましい。これにより、磁性体チップ６に保磁力以上の磁界を印加することが出来、磁性体チップ６の磁化の向きを磁界検出装置３００内で所望の方向に容易に反転できる。
【０１２１】
以上述べた磁界変換係数ηの導出方法は、基準面１１表面で磁界Ｈｉの有無をコイル１３により制御できるので、カンチレバー４の振動振幅及び位相に及ぼす磁気力と原子間力による影響を明確に分離できる。また、それぞれのプローブ３に対して磁界変換係数ηを導出すれば、プローブ３の作製段階での形状のバラツキ等による影響を受けず、高精度の磁界検出が可能になる。
【０１２２】
また、加振器８により加振されるプローブ３の振動周波数としては、上記の振動周波数ｆの他に２倍以上の高調波成分である２ｆが挙げられる。高調波成分である２ｆにおける磁界変換係数ηを導出することにより、後述する磁界検出過程において、試料１表面の磁界Ｈの強度をより高精度で検出することができる。
【０１２３】
（ｂ）表面形状情報検出過程
次に、本磁界検出方法における、表面形状情報検出過程を図３に基づいて説明する。図３は表面形状情報検出過程を示した概略図である。
【０１２４】
表面形状情報検出過程は、図３に示すように、試料１表面に対して表面形状情報を検出し、その情報を記録する。また、同図に示すように、情報処理装置２００は、表面形状情報メモリ１１０と接続されており、試料１表面の形状情報を表面形状情報メモリ１１０に記録する。
【０１２５】
表面形状情報の検出に関しては、Ｚ軸方向に移動している加振されたカンチレバー４の振動振幅の勾配に変化が生じる振動振幅に対して、その振動振幅が一定になるようにサーボ制御を行いながら、そのときの３次元位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を検出する。具体的には、情報処理装置２００から取り付け角度制御回路５０にむけ、所望のプローブ３の取り付け角度θαを設定し、試料１表面にプローブ３を近接させる。プローブ３のカンチレバー４自由端に設けられた磁性体チップ６が試料１表面に近接したとき、ロックイン検出器４０からのカンチレバー４の振動振幅のＺ軸に対する勾配に変化が生じる。このときの振動振幅を一定にするように情報処理装置２００を介してＸＹＺ軸駆動装置７を制御する。
【０１２６】
試料１表面を所望のＸＹ平面走査手順に従って、振動振幅が一定に成るようにフィードバック制御を行いながら所定のＸＹ位置でのＺ位置を検出する。これにより、試料１の表面形状情報が得られる。上記ＸＹ平面走査手順については、試料１表面の制限された領域の全面あるいは直線あるいは多点についてフィードバック制御が行われる。得られた表面形状情報は表面形状情報メモリ１１０に記録し、表示装置１２０に表示される。
【０１２７】
このように、表面形状情報検出過程では、試料１表面の形状情報を用いて、後続する磁界検出過程において磁界変換係数から試料表面の外界の磁界に影響されない磁界を検出している。すなわち、磁界検出過程において、カンチレバー４に備えられた磁性体チップ６を試料１表面に移動するのに際し、表面形状情報検出過程で得られた試料１表面の形状情報を用いることができる。
【０１２８】
（ｃ）磁界検出過程
次に、本磁界検出方法における、磁界検出過程を図４に基づいて説明する。図４は磁界検出過程を示した概略図である。
【０１２９】
磁界検出過程は、図４に示すように、試料１に対して磁界情報を検出し、その情報を記録する。上記の磁界変換係数導出過程により得られた磁界変換係数η及び表面形状情報検出過程により得られた試料１表面の表面形状情報を用いて試料１表面の磁界を検出する。また、情報処理装置２００は、磁界変換係数メモリ７０及び表面形状情報メモリ１１０及び磁界情報メモリ１４０と接続している。
【０１３０】
磁界検出過程は、試料１表面上でのカンチレバー４の振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓを検出し、磁界変換係数導出過程で得られた磁界変換係数ηを用いて、試料１表面の外界からの磁界に影響されない磁界Ｈを検出する。
また、表面形状情報検出過程により得られた試料１の表面形状情報を用いることにより、磁界検出時の試料１表面上の全ての位置決めが可能になる。
【０１３１】
磁界情報の検出に関しては、情報処理装置２００は、表面形状情報メモリ１１０から試料１の表面形状情報を読み取り、ＸＹＺ軸駆動装置７に向け、上記表面形状情報１１０メモリにおける所定の（Ｘ，Ｙ）位置を設定する。さらに、ＸＹＺ軸駆動装置７は、それぞれの（Ｘ，Ｙ）位置に対して試料１表面から所望の高さｈまで離れた位置に、プローブ３のカンチレバー４自由端に設けられた磁性体チップ６を配置する。磁界検出過程において上述のように設定された試料１表面に対する磁性体チップ６の位置を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）位置とする。
【０１３２】
プローブ３のカンチレバー４自由端に設けられた磁性体チップ６は表面形状情報検出過程により得られた試料１表面の表面形状情報を用いることにより全て位置決めができる。これにより、ＸＹＺ軸駆動装置７は、試料１表面を示す表面形状情報メモリ１１０を用いて試料１表面上における任意の位置決めが可能になり、磁界検出過程における試料１表面の磁性体チップ６の位置決めを容易にすることができる。
【０１３３】
また、このとき、情報処理装置２００は、励振波形発生回路３０に向けてカンチレバー４の振動振幅Ａｓ０及び位相φｓ０を設定し、カンチレバー４を加振する。ここで、ＸＹＺ軸駆動装置７により試料１表面上で位置決めされた、（Ｘ，Ｙ）位置及び所望の高さｈでの磁界により、カンチレバー４の振動振幅及び位相がそれぞれＡｓ及びφｓに変化したとき、磁界検出過程でのカンチレバー４の振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓは、それぞれΔＡｓ＝Ａｓ−Ａｓ０、Δφｓ＝φｓ−φｓ０となる。
【０１３４】
次に、情報処理装置２００は、取り付け角度制御回路５０に向け、所望のプローブ３の取り付け角度θαを設定するよう指示する。
【０１３５】
上述のようにカンチレバー４を配置すると、試料１表面から発生する磁界Ｈによって、プローブ３のカンチレバー４自由端に設けた磁性体チップ６が磁気的に相互作用することにより、カンチレバー４の振動振幅及び位相がＡｓ及びφｓに変化する。検出器９は、上記のカンチレバー４の振動振幅Ａｓ及び位相φｉを検出する。そして、ロックイン検出器４０から、上記の試料１表面から所望の高さｈでの磁界Ｈに、カンチレバー４の振動振幅Ａｓ及び位相φｓの情報が得られ、情報処理装置２００にその情報を読み取る。
【０１３６】
次に、情報処理装置２００は、上記の振動振幅Ａｓ及び位相φｓから振動振幅の変化量ΔＡｓ（ΔＡ＝Ａｓ−Ａｓ０）及び位相の変化量Δφｓ（Δφｓ＝φｓ−φ０）を求める。また、情報処理装置２００は、磁界変換係数メモリ７０から所定の角度θα及び高さｈでの磁界変換係数ηの情報を読み出し、ロックイン検出器４０から得られたカンチレバー４の振動振幅の変化量ΔＡ及び位相の変化量Δφから、上記（４）式を用いて試料１表面の所定位置での磁界Ｈ（Ｈ＝ηΔＡｓ／θα又はＨ＝ηΔφｓ／θα）を導出する。
【０１３７】
表面形状情報検出過程と同様に、所望のＸＹ平面走査手順に従って、試料１表面の磁界Ｈを導出することができ、所望の高さｈでのＸＹ平面内での外界からの磁界に影響されない磁界Ｈの強度分布が得られる。得られた磁界情報は、磁界情報メモリ１４０に記録し、表示装置１２０に表示される。
【０１３８】
また、上述したカンチレバー４の取り付け角度θαに依存した磁界変換係数ηθを用いて、試料１表面の所定の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）位置での磁界Ｈを検出することができる。これにより、試料１表面の所望の高さｈでの磁界Ｈの方向、強度、及び磁界勾配の変化量をそれぞれ分離して検出することができる。
【０１３９】
情報処理装置２００は、ＸＹＺ軸駆動装置７及び取り付け角度制御回路５０に向け、カンチレバー４自由端の振動中心及び試料１表面からの高さｈを変えずに、カンチレバー４の取り付け角度θαのみを変化させるように設定することができる。この時、情報処理装置２００は、複数の取り付け角度θαに振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓを磁界情報メモリ１４０に記録する。取り付け角度θαの制御終了後、磁界情報メモリ１４０に記録された取り付け角度θαに依存する上記振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓの情報から、それぞれの変化量（∂ΔＡｓ／∂θα又は∂Δφｓ／∂θα）が極小値あるいは最小値になる取り付け角度θαを検出する。これにより、上記（３）式における磁界勾配の変化量による力の項に影響されないで、試料１表面からの磁界Ｈの向きを決定することができる。
【０１４０】
また、このとき、上記振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓの取り付け角度θαに対するゼロでない勾配（∂ΔＡｓ／∂θα又は∂Δφｓ／∂θα）を求め、磁界変換係数導出過程で得られたカンチレバー４の取り付け角度θαに依存する磁界変換係数ηθを導入することで、上記（３）式における磁界勾配の変化量による力の項に影響されないで、磁界Ｈの強度（Ｈ＝ηθ∂ΔＡｓ／∂θα又はＨ＝ηθ∂Δφｓ／∂θα）が得られ、磁界情報メモリ１４０に記録される。
【０１４１】
また、上記振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓの取り付け角度θαに対する勾配がゼロの場合（∂ΔＡｓ／∂θα＝０又は∂Δφｓ／∂θα＝０）、カンチレバー４自由端の振動方向と試料１表面からの磁界Ｈの向きとが平行になる。この時、同時に上記（３）式における磁界勾配の変化量による力の項が導出される。そして、磁界情報メモリ１４０に記録された所定ＸＹＺ位置での振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓから、磁界勾配の変化量による寄与を差し引いた振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓに対して、磁界変換係数メモリ７０から読み出した磁界の方向にカンチレバー４の取り付け角度θαを変えた磁界変換係数ηθを導入することにより、所定ＸＹＺ位置での磁界Ｈの強度を導出することができる。
【０１４２】
以上の幾つかの手法により、試料１表面の任意の高さｈでの磁界Ｈの方向、強度、磁界、及び勾配の変化量をそれぞれ分離して検出を行うことができる。
【０１４３】
また、加振器８により振動周波数ｆまたはその高調波成分である２ｆで加振されているカンチレバー４を用いて、試料１表面の磁界Ｈを検出してもよい。このとき、ロックイン検出回路４０で振動周波数ｆまたは高調波成分２ｆの成分にカンチレバー４自由端の振動振幅Ａｓ及び位相φｓの情報を検出する。そして、情報処理装置２００が振動振幅の変化量ΔＡｓ及び位相の変化量Δφｓを求める。
次に、磁界変換係数メモリ７０より予め導出しておいた周波数成分ｆ及び２ｆにおける磁界変換係数ηを読み取り、試料１表面での磁界Ｈを導出する。これにより磁界検出装置３００による磁界の検出精度を向上させることができる。
【０１４４】
また、磁界検出装置３００を適用した磁界検出方法において、磁界変換係数導出過程において磁界変換係数ηが導出されれば、この磁界変換係数ηに関する情報をメモリとして記憶された上記磁界変換係数メモリ７０のみを用いて試料１表面の磁界Ｈを検出することができる。
【０１４５】
これにより、上記磁界変換係数メモリ７０があれば、磁界変換係数導出過程は必要なくなり、表面形状情報検出過程及び磁界検出過程のみにより、外界からの磁界に影響されない試料１表面の磁界Ｈを検出することができる。よって、より容易に試料１表面の磁界を検出することができる。
【０１４６】
また、磁界検出時に外界からの磁界の影響を受ける従来の磁界検出装置においても、上記磁界変換係数メモリ７０を導入することにより、外界からの磁界の影響を受けない磁界の検出が可能になる。
【０１４７】
上記磁界変換係数メモリ７０の中に、パラメータとして少なくとも磁界発生装置１０の磁界発生用部材１２の基準面１１で発生される既知の磁界Ｈｉ、該磁界Ｈｉに対応するカンチレバー４自由端の振動振幅の変化量ΔＡｉ及び位相の変化Δφｉ、カンチレバー４の取り付け角度θα、磁界Ｈｉの検出時の所望の高さｈ及び磁界変換係数ηが記憶されていることが好ましい。
【０１４８】
また上記パラメータにおいて、既知の磁界Ｈｉが複数である場合、それぞれの磁界Ｈｉに対応する磁界変換係数ηが磁界変換係数メモリ７０に記憶されていることが好ましい。
【０１４９】
また、上記パラメータにおいて、カンチレバー４の取り付け角度θαが複数である場合、それぞれの取り付け角度θαに対応する磁界変換係数ηθが磁界変換係数メモリ７０に記憶されていることが好ましい。
【０１５０】
また、本実施の形態にかかる磁界検出装置３００は、従来の磁界検出装置で検出可能な磁気記録媒体や磁性膜等の表面の局所的な磁界を外界からの磁界の影響を受けずに測定することができる。また、従来の磁界検出装置では外界からの磁界の影響により検出できない集積回路の微小細線の電流から発生する磁界や高密度磁気記録がなされた磁気記録媒体上の磁気ビットを測定することが可能である。また、振動振幅の変化量または位相の変化量以外にも、例えば、周波数シフト量などによっても、試料表面の磁界を検出することも可能である。
【０１５１】
なお、本発明は、以下のように表現することも可能である。
【０１５２】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、所望の磁界を発生することができる磁界発生源を用いて、外界からの磁界の混在した磁界を外界からの磁界の混在しない磁界に変換するための磁界変換係数を導出する磁界変換係数導出過程と、上記磁界変換係数導出過程より得られた磁界変換係数を用いて試料表面の磁界を検出する磁気検出過程を有する構成である。
【０１５３】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界検出過程の前に、上記試料表面の形状情報を検出する表面形状情報検出過程を有する構成である。これにより、試料表面上の磁性体チップの位置決めを簡略化することができるという効果を奏する。
【０１５４】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、上記磁界発生源に対して所望の位置に上記磁性体チップを移動し、上記磁界発生源から所望の磁界を発生し、所望のカンチレバーの取り付け角度に対する、加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、上記磁界発生源から発生した磁界をＨｉ、所望のカンチレバーの取り付け角度をθα、上記カンチレバーの振動振幅の変化量及び移送の変化量をΔＡｉ及びΔφｉ、磁界変換係数をηとして、
Ｈｉ＝η（ΔＡｉ／θα）又はＨｉ＝η（Δφｉ／θα）―――（１）
上記式から、上記磁界Ｈｉに対する磁界変換係数ηを導出する過程であり、
上記磁気検出過程は、試料表面に対して所望の位置に上記磁性体チップを移動し、上記取り付け角度に対する、加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、上記試料表面から発生した磁界をＨ、カンチレバーの取り付け角度をθα、上記カンチレバーの振動振幅の変化量及び移送の変化量をΔＡｓ及びΔφｓ、磁界変換係数をηとして、
Ｈ＝η（ΔＡｓ／θα）又はＨ＝η（Δφｓ／θα）―――（２）
上記式から、上記磁界変換係数ηを用いて上記試料表面から所望の位置での磁界Ｈを検出する過程である構成である。
【０１５５】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、上記磁界発生源に対して所望の位置に上記磁性体チップを移動し、上記磁界発生源から所望の磁界を発生し、カンチレバーのカンチレバーの取り付け角度を変化させ、複数の取り付け角度に対する、加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、（１）式より上記磁界に対する磁界変換係数を導出する過程であり、上記磁気検出過程は、試料表面に対して所望の位置に上記磁性体チップを移動し、上記の複数の取り付け角度に対する、加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、（２）式より上記磁界変換係数を用いて上記試料表面から所望の位置での磁界を検出する過程である構成である。これにより、上記のカンチレバーの取り付け角度に依存した磁界変換係数を用いて、試料表面におけるカンチレバーの取り付け角度に依存した磁界を検出することができ、外界からの磁界の影響を排除した磁界を高精度で検出することができるという効果を奏する。
【０１５６】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記加振されたカンチレバーの振動周波数が高調波成分である構成である。これにより、上記の加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量は、試料表面の磁界に対して大きくなる。したがって、試料表面での磁界検出精度を向上することができるという効果を奏する。
【０１５７】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、上記磁界発生源に対して所望の位置に上記磁性体チップを移動し、上記磁界発生源から発生させる所望の磁界を変化させ、カンチレバーの所望の取り付け角度に対する、加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、上記の変化させた磁界に対する磁界変換係数を導出する過程である構成である。
【０１５８】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、試料を保持する試料台と、カンチレバー及び磁性体チップを備えたプローブと、上記カンチレバーを加振するための加振手段と、加振時のカンチレバーの撓みを検出する検出手段と、上記磁性体チップと上記試料台との相対位置を制御する位置制御手段を備え、試料表面の磁界と磁性体チップとの磁気力による、加振されたカンチレバーの振動振幅または位相の変化量を検出することにより、試料表面の磁界を検出する磁界検出装置において、磁界変換係数を用いて、試料表面上の外界からの磁界が混在した磁界を外界からの磁界が混在しない磁界に変換するための磁界変換手段を備える構成である。
【０１５９】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界変換手段は、所望の高さで所望の磁界を発生する磁界発生源を備える構成である。
【０１６０】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界発生源は、上記所定の高さに磁性体チップを移動させるための基準面を有し、加振時のカンチレバーにおける磁性体チップの振動領域で一定の磁界を発生する構成である。
【０１６１】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界発生源に発生する一定の磁界を変化させることができる構成である。
【０１６２】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界発生源は、コイルと、該コイルに電流を供給するための磁界発生電源と、基準面を有する磁界発生用部材とを備えている構成である。
【０１６３】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記試料表面に対するプローブの取り付け角度を調節する取り付け角度制御手段を備える構成である。
【０１６４】
これにより、外界からの磁界に対して上記磁性体チップで発生する磁界の向きの角度を変えることができる。磁界変換係数を導出するに際し、導出された磁界変換係数はカンチレバーの取り付け角度に依存する。試料表面の磁界を検出するに際し、上記のカンチレバーの取り付け角度に依存した磁界変換係数を用いて、試料表面におけるカンチレバーの取り付け角度に依存した磁界を検出することができ、外界からの磁界の影響を排除した磁界を高精度で検出することができる磁気検出装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１６５】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁性体チップが保磁力の高い磁性体により構成されている構成である。
【０１６６】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁性体チップが柱状構造である構成である。
【０１６７】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記コイルと上記磁界発生用部材との間に断熱材が備えられている構成である。
【０１６８】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記部材と磁性体チップとを同電位に設定する帯電防止手段を有する構成である。
【０１６９】
本発明にかかる情報記憶器は、以上のように、上記磁界検出方法における磁界変換係数導出過程で得られた、磁界発生源から所望の高さで発生する磁界及びカンチレバーの取り付け角度に対応する磁界変換係数の情報を記憶構成である。
【０１７０】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記情報記録器を備え、試料を保持する試料台と、カンチレバー及び磁性体チップを備えたプローブと、上記カンチレバーを加振するための加振手段と、加振時のカンチレバーの撓みを検出する検出手段と、上記磁性体チップと上記試料台との相対位置を制御する位置制御手段を備え、試料表面の磁界と磁性体チップとの磁気力による、加振されたカンチレバーの振動振幅または位相の変化量を検出することにより、試料表面の磁界を検出する磁界検出装置を適用した磁界検出方法であって、試料表面に対して所望の位置に上記磁性体チップを移動し、所望のカンチレバーの取り付け角度に対する、加振されたカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、上記情報記憶器に記憶された磁界変換係数を用いて上記試料表面から所望の位置での磁界を検出する構成である。
【０１７１】
【発明の効果】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、プローブを加振させながら試料の磁界を検出する磁界検出方法であって、磁界発生源から発生させた所定の磁界による、加振されたプローブの変動パラメータの変化量に基づき、上記所定の磁界を発生させて検出される外界の磁界が混在する磁界を、外界の磁界が混在しない磁界に変換するための磁界変換係数を導出する磁界変換係数導出過程と、試料の磁界による、加振されたプローブの変動パラメータの検出結果と、上記磁界変換係数とを用いて、試料の磁界を検出することを特徴としている。
【０１７２】
通常、プローブを用いて試料の磁界を検出すると、検出結果には、試料の磁界と、試料以外の外界からの磁界とが混在して検出される。したがって、試料のみの磁界を検出することができず、検出精度は低いものとなっていた。
【０１７３】
より具体的には、例えば、上記プローブがカンチレバーと磁性体チップとを備えており、加振させたカンチレバーを試料表面に移動させ、磁性体チップと試料表面の磁界との磁気力により発生するカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量に基づいて、試料表面の磁界の検出するような磁界検出方法では、外界からの磁界と試料表面の磁界とが混在する磁界を検出してしまう。そのため、そのような磁界検出方法の磁界検出感度は外界からの磁界に依存し、この外界からの磁界が高いほど、磁界検出感度は低下する。
【０１７４】
上記の発明によれば、磁界変換係数導出過程において、所定の磁界発生時と非発生時とにおける加振させたプローブの変動パラメータの変化量に基づいて、磁界変換係数を算出する。すなわち、この過程では、まず、既知の磁界を発生させた時の、加振させたプローブの変動パラメータを検出する。この変動パラメータによって算出される磁界は、前述のように外界の磁界が混在している。しかしながら、この過程では、既知の磁界を発生させているので、検出された磁界と、既知の磁界とによって、磁界変換係数を算出できる。すなわち、磁界変換係数は、磁界発生源から発生する所定の磁界と共に検出される磁界発生源以外からの磁界から、磁界発生源以外の磁界を取り除き、磁界発生源からのみの磁界とするため係数である。
【０１７５】
続いて、磁界検出過程では、同様にして、試料存在下と非存在下における、加振させたプローブの変動パラメータの変化量を検出し、その検出結果と前記過程で算出した磁界変換係数とを用いれば、試料の磁界を検出できる。ここで検出した試料の磁界の検出結果は、磁界変換係数によって、外部の磁界が排除された試料表面のみの磁界である。したがって、上記の方法によれば、高い検出感度で試料表面の磁界を検出することができる。
【０１７６】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界検出過程の前に、上記試料表面の形状情報を検出する表面形状情報検出過程を有することを特徴としている。
【０１７７】
上記の方法によれば、上記表面形状情報検出過程にて得られた試料表面の形状情報を用いて、磁界検出過程において磁界変換係数から、外界の磁界に影響されない試料表面のみの磁界を検出している。これにより、試料の表面形状をモニタリングしながら、試料の特定の領域の磁界を検出することができる。
【０１７８】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、上記磁界発生源に対する上記プローブの所定の角度（θｉα）における、上記加振されたプローブの振動振幅の変化量または位相の変化量を検出し、下記（１）式から上記磁界変換係数を導出し、
Ｈｉ＝η（ΔＡｉ／θｉα）又はＨｉ＝η（Δφｉ／θｉα）―――（１）
（式中、Ｈｉは磁界発生源から発生させた磁界、θｉαは磁界発生源に対するプローブの角度、ΔＡｉ及びΔφｉはそれぞれカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量、ηは磁界変換係数である。）
上記磁界変換係数導出過程は、上記試料に対する上記プローブの所定の角度（θｓα）における、上記加振されたプローブの振動振幅の変化量または位相の変化量を検出し、その検出結果と上記磁界変換係数とを用いて、下記（２）式から試料表面の磁界を検出することを特徴としている。
【０１７９】
Ｈ＝η（ΔＡｓ／θｓα）又はＨ＝η（Δφｓ／θｓα）―――（２）
（式中、Ｈは試料表面から発生した磁界、θｓαは試料に対するプローブの角度であってθｉα＝θｓαであり、ΔＡｓ及びΔφｓはそれぞれカンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量、ηは磁界変換係数である。）。
【０１８０】
上記の方法によれば、上記変動パラメータの変化量として、所定の振動周波数でプローブを振動させたときの振動振幅または位相の変化を検出し、磁界発生源または試料に対するプローブの取り付け角度θｉαと、θｓαとは同じ角度である。
【０１８１】
上記の方法によれば、上記磁界変換係数導出過程において、加振されたプローブに備えられた磁性体チップを所望の磁界Ｈｉを発生する磁界発生源の所望の位置に、かつ磁界発生源に対するプローブの取り付け角度θｉαで移動させたとき、上記加振されたプローブの振動振幅及び位相は、上記磁界Ｈｉを発生していないときに比べ変化する。この変化量をそれぞれΔＡｓ及びΔφｓとすると、磁界変換係数ηは（１）式により導出することができる。
また、上記磁界検出過程では、加振されたプローブを試料表面の所望の位置に移動させる。このときの試料に対するプローブの取り付け角度をθｓαとし、カンチレバーの振動振幅の変化量及び位相の変化量をΔＡｓ及びΔφｓとすると、上記磁界変換係数導出過程で導出された磁界変換係数ηを用いて、試料表面の磁界Ｈは、上記（２）式により導出される。
【０１８２】
これにより、磁界変換係数導出過程では、所望の位置及び所望のプローブの取り付け角度θｉαにおける磁界変換係数ηを導出することができ、この磁界変換係数ηを用いて、上記磁界検出過程で試料表面における外界からの磁界に影響されない、試料表面のみの磁界を検出することができ、磁界の検出感度の向上できる。
【０１８３】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、複数の上記角度（θｉα）に対する上記磁界発生源の変化量を検出して、上記（１）式から複数の磁界変換係数を導出し、上記磁界検出過程は、上記複数の角度（θｉα）に対応する複数の角度（θｓα）に対する上記試料の上記変化量を検出し、その検出結果と上記複数の磁界変換係数とを用いて、上記（２）式から上記試料表面の磁界を検出することを特徴としている。
【０１８４】
上記の方法によれば、上記磁界変換係数導出過程において、所定の位置における磁界発生源に対するプローブの取り付け角度（θｉα）を変化させ、それぞれの取り付け角度に対する加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、複数の磁界変換係数を導出している。そして、上記磁界検出過程では、上記複数の取り付け角度（θｉα）に対応する、試料に対するプローブの複数の取り付け角度（θｓα）における、対する加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量を検出し、その検出結果と上記複数の磁界変換係数とを用いて試料表面の磁界を検出している。
【０１８５】
これにより、外界からの磁界に対して上記プローブで発生する磁界の向きの角度を変えることができる。上記磁界変換係数導出過程において、導出された磁界変換係数は磁界発生源に対するプローブの取り付け角度に依存する。それゆえ、上記取り付け角度に依存した磁界変換係数を用いて、試料表面に対するプローブの取り付け角度に依存した磁界を検出することができ、外界からの磁界の影響を排除した磁界を高精度で検出することができる。
【０１８６】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、上記プローブを加振させる振動周波数の高調波成分における上記変化量を検出し、上記磁界変換係数を導出することを特徴としている。
【０１８７】
上記の方法によれば、ある振動周波数で加振したプローブのうち、高調波成分用いて導出した磁界変換係数を用いて、試料表面の磁界を検出している。
【０１８８】
これにより、上記の加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量は、試料表面の磁界に対して大きくなる。したがって、試料表面での磁界検出精度を向上することができる。
【０１８９】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記磁界変換係数導出過程は、上記所定の角度（θｉα）に対して、上記磁界発生源から複数の磁界を発生させて、上記複数の磁界に対する上記変化量を検出し、上記磁界変換係数を導出することを特徴としている。
【０１９０】
上記の方法によれば、磁界発生源から複数の磁界を発生させて（すなわち、発生させる所定の磁界を変化させて）、加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量に対応した磁界変換係数を導出している。言い換えれば、上記磁界変換係数導出過程では、複数の磁界に対する、複数の磁界変換係数が導出される。
【０１９１】
これにより、磁界検出過程において、加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量に対応した、複数の磁界変換係数を用いることができ、外界からの磁界が排除された試料表面の磁界を高精度に検出することができる。
【０１９２】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、試料を保持する試料台と、磁界を検出するプローブと、上記プローブを加振する加振手段と、加振させたプローブの振動を検出する検出手段と、上記プローブと上記試料台との相対位置を制御する位置制御手段とを備え、プローブを加振させながら試料の磁界におけるプローブの変動パラメータの変化量に基づいて、試料の磁界を検出する磁界検出装置において、試料の磁界と共に検出される試料以外からの磁界を、試料の磁界のみに変換する磁界変換係数を導出する磁界変換手段を備えていることを特徴としている。
【０１９３】
上記の構成によれば、上記加振手段により加振されたプローブと試料表面の磁界との磁気力による、上記プローブの振動による変動パラメータの変化量（例えば、振動振幅の変化量及び位相の変化量）を上記検出手段により検出する磁界検出装置に、磁界変換手段を備えている。上記磁界変換手段は、試料の磁界と共に検出される試料以外からの磁界を、試料の磁界のみに変換する磁界変換係数を導出する。そして、検出手段は、この磁界変換係数を用いて、試料表面上の外界からの磁界が混在した磁界を外界からの磁界が混在しない磁界に変換することができる。
【０１９４】
これにより、外界からの磁界の影響を排除し、試料の磁界のみを検出することができる磁界検出装置を実現することができる。
【０１９５】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界変換手段は、所望の高さで所望の磁界を発生する磁界発生源を備えることを特徴としている。
【０１９６】
これにより、上記の所望の磁界での、加振されたカンチレバーの振動振幅または位相の変化量を検出し、磁界変換係数を導出することができ、外界からの磁界の影響を排除することができる磁界検出装置を実現することができる。
【０１９７】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、加振されたプローブの振動領域で所定の磁界を発生することを特徴とすることを特徴としている。
【０１９８】
これにより、磁界発生源で発生する磁界は、上記プローブの振動領域で均一になる。したがって、上記磁界変換手段によって磁界変換係数を導出するに際し、磁界発生源からの磁界分布の変化による影響を排除することができ、外界からの磁界の影響を排除することができる磁界検出装置を実現することができる。
【０１９９】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界変換手段は、複数の異なる磁界を発生することを特徴としている。
【０２００】
上記の構成によれば、複数の異なる磁界のそれぞれについて、磁界変換係数を導出する。そして、加振されたプローブの振動によって変動する変動パラメータに対応した磁界変換係数を、複数導出することができる。したがって、試料表面の磁界を検出するに際し、例えば、試料表面の磁界での加振されたプローブの振動振幅の変化量及び位相の変化量に応じた複数の磁界変換係数を用いることができる。したがって、外界からの磁界の影響を排除することができる精度の高い磁界検出装置を実現することができる。
【０２０１】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界変換手段は、コイルと、該コイルに電流を供給するための磁界発生電源と、上記基準面を有する磁界発生用部材とを備えていることを特徴としている。
【０２０２】
これにより、磁界発生電源が供給する電流の量により、磁界発生源で発生する磁界を調節することができる。したがって、磁界発生源で発生する磁界を変化させることができ、精度の高い磁界検出装置を実現することができる。
【０２０３】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記試料および磁界発生源に対するプローブの角度を調節する角度制御手段をさらに備えることを特徴としている。
【０２０４】
これにより、外界からの磁界に対して上記プローブで発生する磁界の向きの角度を変えることができる。導出された磁界変換係数は、プローブの取り付け角度に依存する。試料表面の磁界を検出する際に、上記のプローブの取り付け角度に依存した磁界変換係数を用いて、試料表面におけるプローブの取り付け角度に依存した磁界を検出することができる。それゆえ、外界からの磁界の影響を排除した磁界を高精度で検出することができる磁界検出装置を実現することができる。
【０２０５】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記プローブの保磁力は、上記試料の最大発生磁界よりも大きいことが好ましい。例えば、上記プローブが、保磁力の高い磁性体により構成されていることが好ましい。
【０２０６】
これにより、上記プローブが試料表面の磁界により磁化反転するのを防ぐことができ、プローブの保磁力付近まで試料表面の磁界を検出することができる。
【０２０７】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記プローブは、柱状構造の磁性体チップを備えることが好ましい。上記の構成によれば、柱状構造を有する磁性体チップの形状磁気異方性から、磁性体チップの磁化の配向分布が急峻になり磁界検出の分解能を向上することができる。
【０２０８】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記コイルと上記磁界発生用部材との間に断熱材を備えていることを特徴としている。これにより、磁界発生源から磁界を発生する時に、コイルから発生するジュール熱によって生じる上記基準面の熱膨張ドリフトによるカンチレバーの振動振幅及び位相のズレの影響を排除し、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる磁界検出装置を提供することができる。
【０２０９】
本発明にかかる磁界検出装置は、以上のように、上記磁界発生源は、上記磁界発生用部材と上記プローブとを同電位に設定する帯電防止手段を有することを特徴としている。これにより、試料表面の磁界を検出するに際し、静電力によるプローブの振動によって変動する変動パラメータ（例えば、振動振幅または位相）のズレの影響を排除し、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる磁界検出装置を提供することができる。
【０２１０】
本発明にかかる情報記憶器は、以上のように、上記磁界変換係数を記憶した記憶手段を少なくとも備えていることを特徴としている。これにより、上記磁界変換手段を備えていない従来の磁界検出装置においても、上記情報記憶器を備えることにより、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる磁界検出装置を提供することができる。
【０２１１】
本発明にかかる磁界検出方法は、以上のように、上記情報記録器に記憶された磁界変換係数を用いて試料の磁界を検出する磁界検出方法であって、試料の磁界による、加振させたプローブの変動パラメータの検出結果と、上記磁界変換係数とを用いて、試料の磁界を検出することを特徴とすることを特徴としている。
【０２１２】
上記の方法によれば、上記情報記憶器に記録された磁界変換係数を用いた磁界検出方法において、その磁界変換係数を用いて試料表面の磁界を検出している。
【０２１３】
これにより、前述のように、予め、磁界発生源を用いて、磁界変換係数を導出することなく、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界をより容易に検出することができる。すなわち、従来の磁界検出装置に、上記情報記録器に記憶された磁界変換係数を読み込ませることにより、外界からの磁界の影響を排除した試料表面の磁界を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施の一形態の磁界検出装置の概略の構成を示す模式図である。
【図２】本発明にかかる実施の一形態の磁界変換係数導出過程を示す模式図である。
【図３】本発明にかかる実施の一形態の表面形状情報検出過程を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる実施の一形態の磁界検出過程を示す模式図である。
【図５】磁界変換係数導出過程において、プローブを加振させながら部材の基準面に近づけたときのプローブの振動振幅と基準面からのＺ軸高さとの関係を示したグラフである。
【図６】複数の既知の磁界と該磁界での加振されたカンチレバーの位相の変化量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる実施の一形態の磁界検出装置の加振器の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明にかかる実施の一形態の磁界検出装置における、取り付け角度制御手段を備えた加振器の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明にかかる実施の一形態の磁界検出装置における、別の取り付け角度制御手段を備えた加振器の構成を示す断面図である。
【図１０】柱状構造を有する磁性体チップを備えたプローブの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１    試料
２，１０２    試料台
３，１０３    プローブ
４，１０４    カンチレバー
５    支持基板
６    磁性体チップ
７    ＸＹＺ軸駆動装置（位置制御手段）
８，５８，６８    加振器（加振手段）
９    検出器（検出手段）
１０    磁界発生装置（磁気発生源）
１１    基準面
１２    磁界発生用部材
１３    コイル
１４    磁界発生用電源
２２，２２２，３２２    励振用圧電素子
３０，２３０，３３０    励振波形発生回路
５０    取り付け角度制御回路
８０    角度制御用圧電素子（取り付け角度制御手段）
９１    レーザ源
９２    ポジションセンサ素子
９３    撓み検出回路
１１０  表面形状情報メモリ
１２０  表示装置
１４０  磁界情報メモリ
２００  情報処理装置
３００  磁界検出装置
【図１】
2005024471.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005024471.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005024471.tif 000008
【図６】
2005024471.tif 000009
【図７】
2005024471.tif 000010
【図８】
2005024471.tif 000011
【図９】
2005024471.tif 000012
【図１０】
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