(57)【要約】【課題】磁界プローブ、磁界測定装置、及び磁界測定方法において、磁界プローブの小型化を図ること。【解決手段】測定対象Ｓに近接する先端部２ａを備えたベース２と、先端部２ａに設けられた磁気抵抗素子８と、磁気抵抗素子８の横の前記ベース２に設けられ、磁気抵抗素子８に印加する第１のバイアス磁界H1を発生させる第１の磁界発生部３と、ベース２に設けられ、第１のバイアス磁界H1とは異なる向きの第２のバイアス磁界H2を発生させて、磁気抵抗素子８に前記第２のバイアス磁界H2を印加する第２の磁界発生部４とを有し、第１のバイアス磁界H1の向きを切り替えることにより、第１のバイアス磁界H1と第２のバイアス磁界H2とを合成した合成バイアス磁界Hsの向きが、ベース２の先端方向Dtから９０°変化する磁界プローブによる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部を備えたベースと、
前記先端部に設けられた磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子の横の前記ベースに設けられ、前記磁気抵抗素子に印加する第１のバイアス磁界を発生させる第１の磁界発生部と、
前記ベースに設けられ、前記第１のバイアス磁界とは異なる向きの第２のバイアス磁界を発生させて、前記磁気抵抗素子に前記第２のバイアス磁界を印加する第２の磁界発生部とを有し、
前記第１のバイアス磁界の向きを切り替えることにより、前記第１のバイアス磁界と前記第２のバイアス磁界とを合成した合成バイアス磁界の向きが、前記ベースの先端方向から９０°変化することを特徴とする磁界プローブ。
【請求項２】
前記第２の磁界発生部は永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の磁界プローブ。
【請求項３】
前記先端部の近傍に補助磁気抵抗素子が設けられ、
前記補助磁気抵抗素子の法線方向が前記磁気抵抗素子の法線方向に対して垂直であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁界プローブ。
【請求項４】
測定対象を載置するテーブルと、
前記測定対象に近接する先端部を備えたベースと、該先端部に設けられて前記測定対象から発生した外部磁界に曝される磁気抵抗素子とを備えた磁界プローブと、
前記外部磁界によって前記磁気抵抗素子に発生した電圧又は電流に基づいて、該外部磁界の強度を測定する磁界測定部とを備え、
前記磁界プローブが、前記磁気抵抗素子の横の前記ベースに設けられて前記磁気抵抗素子に第１のバイアス磁界を印加する第１の磁界発生部と、前記ベースに設けられて前記第１のバイアス磁界とは異なる向きの第２のバイアス磁界を前記磁気抵抗素子に印加する第２の磁界発生部とを有し、
前記第１の磁界発生部から発生する前記第１のバイアス磁界の向きを切り替えることにより、前記第１のバイアス磁界と前記第２のバイアス磁界とを合成した合成バイアス磁界の向きが、前記ベースの先端方向から９０°変化することを特徴とする磁界測定装置。
【請求項５】
測定対象から発生した外部磁界に磁気抵抗素子を曝し、
第１のバイアス磁界と第２のバイアス磁界とを合成してなり前記測定対象の表面に垂直な合成バイアス磁界を前記磁気抵抗素子に印加することにより、前記表面に平行な前記外部磁界の第１の方向成分の強度を前記磁気抵抗素子で測定し、
前記第１のバイアス磁界の向きを変えて前記合成バイアス磁界の方向を前記表面に平行にし、前記表面に垂直な前記外部磁界の第２の方向成分の強度を前記磁気抵抗素子で測定することを特徴とする磁界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界プローブ、磁界測定装置、及び磁界測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ等の電子機器では、内部の部品から様々な強度の磁界が発生し、その磁界が原因で電子機器内においてノイズが発生することがある。そのようなノイズを抑制する対策としては、電子機器内における磁界分布を測定し、磁界の発生源となる部品を特定するのが有効である。
【０００３】
磁界分布は磁界プローブにより測定し得る。磁界プローブにより磁界分布を測定する方法として様々な方法が提案されているが、いずれにおいても改善の余地がある。
【０００４】
例えば、磁界プローブとしてループコイルを使用し、そのループコイルに発生する起電力に基づいて外部磁界を測定する方法が提案されている。但し、この方法では、ループコイルが立体的形状を有するためプローブを小型化するのが難しい。
【０００５】
また、磁界プローブとして複数の磁気抵抗素子を設ける方法も提案されている。この方法では、複数の磁気抵抗素子の各々が異なる方向の磁界を測定することで、磁界の強度だけでなくその方向も測定できるとされている。但し、磁気抵抗素子を複数設けるので、プローブの大型化を招いてしまうという問題がこの方法にはある。
【０００６】
一方、発生する磁界の向きが９０°異なる二つのバイアスコイルを併用することで、磁界プローブに設ける磁気抵抗素子を一つのみとする方法も提案されている。
【０００７】
この方法では、測定対象の外部磁界の向きに応じて二つのバイアスコイルの一方のみを励磁し、そのバイアスコイルから発生したバイアス磁界に磁気抵抗素子を曝すことで、一つの磁気抵抗素子でも二つの方向の外部磁界を測定できるとされている。
【０００８】
しかし、各バイアスコイルは磁気抵抗素子を覆うように設けられるため、バイアスコイルが邪魔で測定対象に磁気抵抗素子を近接させるのが難しく、測定対象の表面近傍の磁界を測定するのが困難である。
【０００９】
更に、二つのバイアスコイルの各々に対応して二つの電流源を使用するため、磁界プローブだけでなく装置全体も大型化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−１３０１３７号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０５９６号公報
【特許文献３】特開平０９−１２６７８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１４５３０２号公報
【特許文献５】特表２０００−５１４９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
磁界プローブ、磁界測定装置、及び磁界測定方法において、磁界プローブの小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下の開示の一観点によれば、先端部を備えたベースと、前記先端部に設けられた磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子の横の前記ベースに設けられ、前記磁気抵抗素子に印加する第１のバイアス磁界を発生させる第１の磁界発生部と、前記ベースに設けられ、前記第１のバイアス磁界とは異なる向きの第２のバイアス磁界を発生させて、前記磁気抵抗素子に前記第２のバイアス磁界を印加する第２の磁界発生部とを有し、前記第１のバイアス磁界の向きを切り替えることにより、前記第１のバイアス磁界と前記第２のバイアス磁界とを合成した合成バイアス磁界の向きが、前記ベースの先端方向から９０°変化する磁界プローブが提供される。
【００１３】
また、その開示の他の観点によれば、測定対象を載置するテーブルと、前記測定対象に近接する先端部を備えたベースと、該先端部に設けられて前記測定対象から発生した外部磁界に曝される磁気抵抗素子とを備えた磁界プローブと、前記外部磁界によって前記磁気抵抗素子に発生した電圧又は電流に基づいて、該外部磁界の強度を測定する磁界測定部とを備え、前記磁界プローブが、前記磁気抵抗素子の横の前記ベースに設けられて前記磁気抵抗素子に第１のバイアス磁界を印加する第１の磁界発生部と、前記ベースに設けられて前記第１のバイアス磁界とは異なる向きの第２のバイアス磁界を前記磁気抵抗素子に印加する第２の磁界発生部とを有し、前記第１の磁界発生部から発生する前記第１のバイアス磁界の向きを切り替えることにより、前記第１のバイアス磁界と前記第２のバイアス磁界とを合成した合成バイアス磁界の向きが、前記ベースの先端方向から９０°変化する磁界測定装置が提供される。
【００１４】
更に、その開示の別の観点によれば、測定対象から発生した外部磁界に磁気抵抗素子を曝し、第１のバイアス磁界と第２のバイアス磁界とを合成してなり前記測定対象の表面に垂直な合成バイアス磁界を前記磁気抵抗素子に印加することにより、前記表面に平行な前記外部磁界の第１の方向成分の強度を前記磁気抵抗素子で測定し、前記第１のバイアス磁界の向きを変えて前記合成バイアス磁界の方向を前記表面に平行にし、前記表面に垂直な前記外部磁界の第２の方向成分の強度を前記磁気抵抗素子で測定する磁界測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以下の開示によれば、合成バイアス磁界の向きを変えることで測定する外部磁界の方向成分を選択できると共に、磁界発生部を磁気抵抗素子の横に設けることで磁界プローブの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る磁界プローブの平面図である。
【図２】図２は、図１のI−I線に沿う断面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る磁界プローブの動作について説明するための平面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る磁界測定装置の構成図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る磁界測定方法のフローチャートである。
【図６】図６は、第２実施形態に係る磁界プローブの平面図である。
【図７】図７は、図６のII−II線に沿う断面図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る磁界プローブの平面図である。
【図９】図９は、図８のIII−III線に沿う断面図である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る磁界プローブの動作について説明するための平面図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態に係る磁界プローブの平面図である。
【図１２】図１２は、図１１のIV−IV線に沿う断面図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る磁界プローブの動作について説明するための平面図である。
【図１４】図１４は、第５実施形態に係る磁界プローブの斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る磁界プローブの動作について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る磁界プローブの平面図である。
【００１８】
この磁界プローブ１は、ベース２とその上に設けられた磁気抵抗素子８とを有する。
【００１９】
ベース２の材料は特に限定されないが、サファイヤ基板等のような絶縁基板をベース２として使用するのが好ましい。或いは、表面に酸化シリコン膜のような絶縁膜が形成されたシリコン基板をベース２として使用してもよい。
【００２０】
ベース２は、切断加工で所定の外形に整形されて、先端方向Dtに向かって細くなる先端部２ａを備える。
【００２１】
一方、磁気抵抗素子８は、先端部２ａに設けられたAMR(Anisotropic Magneto Resistance)素子であって、Ni81Fe19合金（パーマロイ）膜を矩形状にパターニングして形成される。その磁気抵抗素子８の両端には、磁気抵抗素子８にバイアス電流Ibを供給するための第１の電極１１と第２の電極１２が接続される。第１の電極１１と第２の電極１２は、例えば、金膜等の金属膜をパターニングすることで形成され得る。
【００２２】
更に、磁気抵抗素子８の横のベース２上には、第１の磁界発生部３と第２の磁界発生部４が設けられる。
【００２３】
このうち、第１の磁界発生部３は、鉄芯等のコア３ａにコイル３ｂを巻いてなる電磁石であって、配線３ｃからコイル３ｂに励磁電流Iaを流すことで励磁し、磁気抵抗素子８に第１のバイアス磁界H1を印加するように機能する。そして、その励磁電流Iaの向きを反転することで、互いに反対方向の第１の方向D1と第２の方向D2のいずれかに第１のバイアス磁界H1を向けることができる。
【００２４】
これに対し、第２の磁界発生部４は永久磁石であって、向きが固定された第２のバイアス磁界H2を磁気抵抗素子８に印加するように機能する。
【００２５】
磁気抵抗素子８は、上記の第１のバイアス磁界H1と第２のバイアス磁界H2とを合成してなる合成バイアス磁界Hsに曝されることになる。
【００２６】
なお、第１のバイアス磁界H1と第２のバイアス磁界H2の各々の強度は特に限定されないが、本実施形態ではこれらの磁界H1、H2の各々の強度を同一とする。
【００２７】
更に、第１のバイアス磁界H1と第２のバイアス磁界H2の各々の向きも限定されない。本実施形態では、先端方向Dtから時計回りに測った第２のバイアス磁界H2の角度θH2を４５°にする。
【００２８】
また、第１のバイアス磁界H1の向きについては、第１のバイアス磁界H1が第１の向きD1を向いているときに先端方向Dtから時計回りに測った角度θH1を−４５°とする。
【００２９】
そして、磁気抵抗素子８内を流れるバイアス電流Ibの向きも限定されないが、本実施形態では先端方向Dtから時計回りに測ったバイアス電流Ibの角度θiを４５°にする。
【００３０】
図２は、図１のI−I線に沿う断面図である。
【００３１】
図２に示すように、第１の電極１１と第２の電極１２の各々は、磁気抵抗素子８の上面の一部に重なるように形成される。
【００３２】
次に、この磁界プローブ１の動作について説明する。
【００３３】
図３（ａ）、（ｂ）は、磁界プローブ１の動作について説明するための平面図である。
【００３４】
なお、図３（ａ）、（ｂ）では、外部磁界の測定対象Sとして配線基板を例示している。その配線基板は、基材１４とその上に形成された配線１５とを備える。
【００３５】
配線１５を電流Iが流れることにより測定対象Sからは様々な方向成分を有する外部磁界が発生するが、その方向成分の傾向は配線１５の配置に依存する。
【００３６】
例えば、図３（ａ）のように配線１５が孤立している場合は、配線１５から生じる外部磁界には基材１４の表面に平行な水平成分Hxが多く含まれる。
【００３７】
一方、図３（ｂ）のように二つの配線１５が隣接しており、各配線１５を流れる電流Iの向きが逆の場合は、配線１５から生じる外部磁界には基材１４の表面に垂直な垂直成分Hzが多く含まれる。
【００３８】
ここで、上記した合成バイアス磁界Hsの向きは、第１のバイアス磁界H1が第１の方向D1と第２の方向D2のどちらを向いているかにより変わる。
【００３９】
図３（ａ）は、第１のバイアス磁界H1が第１の方向D1を向いている場合の平面図である。
【００４０】
この場合は、合成バイアス磁界Hsは先端方向Dtに向くので、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度は０°となる。
【００４１】
合成バイアス磁界Hsは、磁気抵抗素子８の磁化の向きを磁界Hsと同じ向きに揃える役割を担う。そのため、磁気抵抗素子８が合成バイアス磁界Hsに曝されると、磁気抵抗素子８が単磁区化されると共に、磁気抵抗素子８の磁化の向きが合成バイアス磁界Hsと実質的に同じ方向を向く。磁気抵抗素子８の抵抗値R（θ）は、磁気抵抗素子８の磁化とバイアス電流Ibとの間の角度θに依存し、次の式（１）のように表されることが知られている。
【００４２】
R（θ）＝R0＋ΔR×cos2（θm−θi）・・・（１）
θ＝θm−θi
なお、式（１）において、θmは、先端方向Dtから時計回りに測った磁気抵抗素子８の磁化の角度である。上記のように磁気抵抗素子８の磁化は合成バイアス磁界Hsと同じ方向を向くため、θmは、先端方向Dtから時計回りに測った合成バイアス磁界Hsの角度に実質的に等しい。
【００４３】
また、式（１）において、θiは、先端方向Dtから時計回りに測ったバイアス電流Ibの角度である。そして、R0とΔRは所定の定数である。
【００４４】
ここで、合成バイアス磁界Hsとは非平行の外部磁界に磁気抵抗素子８が曝されると、その外部磁界が原因で磁気抵抗素子８の磁化に回転モーメントが発生する。これにより、磁気抵抗素子８の磁化が僅かに回転して式（１）のθが変化し、それにより抵抗値R（θ）も変わる。
【００４５】
例えば、図３（ａ）のように測定対象の外部磁界に水平成分Hxが含まれている場合、その水平成分Hxによって磁気抵抗素子８の磁化が回転し、抵抗値R（θ）が変わる。
【００４６】
一方、外部磁界が合成バイアス磁界Hsに平行な場合には、外部磁界が原因で磁気抵抗素子８の磁化に生ずるモーメントが０となるため、磁化は合成バイアス磁界Hsに平行方向を向いたままとなる。
【００４７】
そのため、上記の水平成分Hxに垂直な垂直成分Hzが測定対象の外部磁界に含まれていても、垂直成分Hzが原因で磁気抵抗素子８の磁化が回転することはなく、抵抗値R（θ）に変化は生じない。
【００４８】
このように、図３（ａ）の場合は、外部磁界の水平成分Hxの強度のみを測定でき、測定結果から垂直成分Hzを排除することができる。
【００４９】
一方、図３（ｂ）は、第１のバイアス磁界H1が第２の方向D2を向いている場合の平面図である。
【００５０】
この場合は、合成バイアス磁界Hsは先端方向Dtに対して垂直な方向に向く。よって、磁気抵抗素子８の磁化の角度θmも、先端方向Dtから時計周りに測ると９０°となる。
【００５１】
磁化の角度θmがこのように９０°となると、測定対象の外部磁界の水平成分Hxに磁化が曝されても磁化は回転せず、式（１）の抵抗値R（θ）は変わらない。
【００５２】
これに対し、外部磁界の垂直成分Hzに磁化が曝されると、磁化に回転モーメントが発生し、磁化の角度θmが９０°から僅かにずれる。そのずれにより式（１）の抵抗値R（θ）が変化し、外部磁界の垂直成分Hzの強度を測定できる。
【００５３】
よって、図３（ｂ）の場合は、外部磁界の垂直成分Hzの強度のみを測定でき、測定結果から水平成分Hxを排除することができる。
【００５４】
このように、本実施形態では、図３（ａ）、（ｂ）のように合成バイアス磁界Hsの向きを変えることで、一つの磁気抵抗素子８のみで外部磁界の水平成分Hxと垂直成分Hzのどちらか一方のみを選択的に測定することができる。
【００５５】
そのため、各成分Hx、Hzを個別に測定するために二つの磁気抵抗素子８を設ける場合と比較して磁界プローブ１を小型化できるので、測定対象Sに磁界プローブ１を近接させることができ、測定対象Sの表面近傍の外部磁界を精度良く測定することが可能となる。
【００５６】
更に、磁気抵抗素子８の横のベース２に第１の磁界発生部３と第２の磁界発生部４を設けるため、各磁界発生部３、４が先端部２ａの微細化を阻害せず、微細な先端部２ａを備えた磁界プローブ１を実現できる。これにより、測定対象Sが配線基板等のように表面に凹凸がある場合でも、その凹凸に倣うように測定対象Sに磁界プローブ１を近づけることができ、測定対象Sの表面近傍の外部磁界を測定することが可能となる。
【００５７】
しかも、このように磁気抵抗素子８の横のベース２に第１の磁界発生部３と第２の磁界発生部４を設けることで、各磁界発生部３、４が原因でベース２の厚み方向に磁界プローブ１が厚くならず、磁界プローブ１の一層の小型化を実現できる。
【００５８】
また、第２の磁界発生部４として永久磁石を使用し、第１の磁界発生部３のみを電磁石にすることで、二つの磁界発生部３、４の両方に励磁電流Iaを供給する必要がなく、装置構成が簡単となる。
【００５９】
ところで、外部磁界の各成分Hx、Hzの強度を測定するには、磁気抵抗素子８に一定の大きさのバイアス電流Ibを流しておき、抵抗値R（θ）の大きさに応じて磁気抵抗素子８に生じる電圧を測定するようにすればよい。
【００６０】
そして、外部磁界の測定感度を高めるには、僅かなθの変動に対して抵抗値R（θ）の変動がなるべく大きくなるようにし、θの変動に伴なう磁気抵抗素子８に生じる電圧の変動を大きくするのが好ましい。
【００６１】
そこで、式（１）をθについて微分すると、次の式（２）が得られる。
【００６２】
R'（θ）＝−２×ΔR×cos（θm−θi）×sin（θm−θi）・・・（２）
本実施形態では上記のようにθi＝４５°である。このとき、θm＝０°とすると、R'（θ）はその値がΔRとなって最大となるので、水平成分Hxに対する測定感度が最大となる。
【００６３】
また、θm＝９０°とすると、R'（θ）はその値が−ΔRとなって最小となるので、この場合もR'（θ）の絶対値が最大となり、垂直成分Hzに対する測定感度が最大となる。
【００６４】
つまり、本実施形態のようにθi＝４５°とすれば、θmが０°で水平成分Hxを測定する場合（図３（ａ））と、θmが９０°で垂直成分Hzを測定する場合（図３（ｂ））のいずれにおいても、外部磁界の測定感度を高めることができる。
【００６５】
なお、θiが−４５°と±１３５°のいずれかであっても、上記と同じ理由で外部磁界の測定感度を高めることができる。
【００６６】
更に、上記のようにθiが±４５°と±１３５°のいずれかの場合は、θmを１８０°又は２７０°としても、外部磁界の測定感度を高めることができる。
【００６７】
なお、外部磁界の強度変動に伴なう抵抗Rの変化率は、磁気抵抗素子８の測定感度とみなせる。外部磁界をHeで表す場合、そのような抵抗Rの変化率は、Heが微小な場合には次の式（３）のように表される。
【００６８】
（∂R／∂He）／R0＝R'（θ）×（∂θm／∂He）／R0・・・（３）
ここで、磁気抵抗素子８の厚みが面サイズに比べて十分薄く、かつ、磁気抵抗素子８の反磁界を無視すれば、磁気抵抗素子８を単磁区化するような適度な合成バイアス磁界の強度をHbとして次の式（４）が成り立つ。
【００６９】
｜∂θm／∂He｜＝１／Hb・・・（４）
式（４）を用いれば、式（３）は次の式（５）のようになる。
【００７０】
｜（∂R／∂He）／R0｜＝｜R'（θ）｜／（R0×Hb）・・・（５）
式（５）の左辺は、磁気抵抗素子８による磁界の測定感度である。その測定感度は、式（５）によれば、｜R'（θ）｜に比例することが分かる。
【００７１】
次に、上記の磁界プローブ１を備えた磁界測定装置について説明する。
【００７２】
図４は、本実施形態に係る磁界測定装置２０の構成図である。
【００７３】
この磁界測定装置２０は、上記の磁界プローブ１、テーブル２１、Ｙ軸ステージ２２、及びＸＺθ軸ステージ２３を有する。
【００７４】
磁界測定装置２０には直交座標系としてＸＹＺ座標系が設定されており、上記のＹ軸ステージ２２はテーブル２１の上をＹ軸方向に沿って移動する。また、ＸＺθ軸ステージ２３は、Ｘ軸とＺ軸に沿って移動できると共に、測定の中心軸Ｃを中心にして回転することもできる。
【００７５】
各ステージ２２、２３の移動量は、ステージドライバ２７により制御される。例えば、Ｙ軸ステージ２２のＹ方向の移動量は、ステージドライバ２７から出力される第１のステージ信号S1により制御される。また、ＸＺθ軸ステージ２３のＸ方向とＺ方向の移動量や、中心軸Ｃを基準にした回転角度は、ステージドライバ２７から出力される第２のステージ信号S2により制御される。
【００７６】
磁界プローブ１は、筐体３８の先端に設けられており、テーブル２１の上に載置された配線基板等の測定対象Ｓから発生した磁界の強度を測定するのに使用される。
【００７７】
そして、その磁界プローブ１の第１の電極１１は、筐体３８内に設けられた第１の同軸ケーブル３３の芯線を介してバイアスティー３７内部のキャパシタ３２に接続される。一方、磁界プローブ１の第２の電極１２は、第１の同軸ケーブル３３のグランド線に接続され、接地電位に維持される。
【００７８】
上記のキャパシタ３２は、信号の直流成分をカットするバイアスティー３７の一部を担い、第１の電極１１を出入りする信号はキャパシタ３２によってその直流成分がカットされる。
【００７９】
更に、キャパシタ３２にはアンプ３１が接続される。アンプ３１は、バイアスティー３７により直流成分がカットされた信号を増幅するように機能する。
【００８０】
また、筐体３８は、第２〜第４の同軸ケーブル３４〜３６の各々のグランド線と接続されており、接地電位に維持されている。これら第２〜第４の同軸ケーブル３４〜３６の各々の芯線は、それぞれバイアス磁界発生用電源２８、バイアス電流源２９、及び磁界測定部３０に接続される。
【００８１】
ここで、第２の同軸ケーブル３４の芯線とグランド線の各々は、第１の磁界発生部３の配線３ｃ（図１参照）と電気的に接続される。上記のように、第１の磁界発生部３は電磁石であり、第２の同軸ケーブル３４から励磁電流Iaの供給を受けて励磁する。
【００８２】
そして、バイアス磁界発生用電源２８は、第２の同軸ケーブル３４に上記の励磁電流Iaを供給するのに供される。
【００８３】
また、第３の同軸ケーブル３５の芯線は、バイアスティー３７内部のインダクタ３９を介して上記の磁界プローブ１の第１の電極１１と電気的に接続される。なお、インダクタ３９は、第３の同軸ケーブル３５を流れる電流から高周波成分をカットし、直流や低周波電流のみをその芯線に流す機能を有する。
【００８４】
そして、第３の同軸ケーブル３５に接続されたバイアス電流源２９は、第３の同軸ケーブル３５にバイアス電流Ibを供給するのに供される。
【００８５】
このように磁気抵抗素子８にバイアス電流Ibを供給すると、第１の電極１１と第２の電極１２との間に磁気抵抗素子８の抵抗値Rに応じた電圧が発生する。その電圧は、バイアスティー３７において直流成分がカットされ、更にアンプ３１において増幅された後、磁界測定信号VHとして出力される。
【００８６】
第４の同軸ケーブル３６の芯線は、アンプ３１の出力端に接続される。そして、上記の磁界測定信号VHは、第４の同軸ケーブル３６を介して磁界測定部３０に入力される。磁界測定部３０は、磁界測定信号VHの電圧値に基づいて測定対象Sから発生している外部磁界の強度を測定し、当該強度を示す磁界強度信号SHを出力する。
【００８７】
その磁界強度信号SHは、磁界測定部３０の後段に設けられた電子計算機２４に入力される。
【００８８】
電子計算機２４は、ステージドライバ２７、バイアス磁界発生用電源２８、及びバイアス電流源２９を制御する機能を備える。
【００８９】
例えば、バイアス磁界発生用電源２８は、電子計算機２４の制御下において励磁電流Iaの向きを反転させ、これにより図３（ａ）や図３（ｂ）のように合成バイアス磁界Hsの向きが変わる。
【００９０】
更に、電子計算機２４の制御下でバイアス電流源２９がバイアス電流Ibを発生させることで、磁気抵抗素子８の磁化の向きがバイアス電流Ibの向きに揃う。
【００９１】
また、電子計算機２４は、磁界を測定するポイントの空間座標（X,Y,Z）をステージドライバ２７に出力することで、磁界プローブ１の先端が空間座標（X,Y,Z）に移動するのに要するステージ信号S1、S2をステージドライバ２７に生成させる。
【００９２】
そして、複数の空間座標（X,Y,Z）の各々において磁界測定信号VHを取得することにより、電子計算機２４は測定対象Sから発生した外部磁界の強度分布を得ることができる。その強度分布は、例えば、電子計算機２４に接続されたモニタ２５に表示され、測定対象Sのどの部分において外部磁界が強く発生しているかをユーザが知ることができる。
【００９３】
次に、この磁界測定装置２０を用いた磁界測定方法について説明する。
【００９４】
図５は、本実施形態に係る磁界測定方法のフローチャートである。
【００９５】
最初のステップＰ１では、ステージドライバ２７の制御下で各ステージ２２、２３を駆動することにより、所定の空間座標（X,Y,Z）に磁界プローブ１の先端を移動させ、測定対象Sから発生している外部磁界に磁気抵抗素子８を曝す。
【００９６】
次いで、ステップＰ２に移り、図３（ａ）に示したように、合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtを向くように磁気抵抗素子８に第１のバイアス磁界H1と第２のバイアス磁界H2を印加しながら、磁気抵抗素子８により外部磁界の水平成分Hxの強度を測定する。
【００９７】
次に、ステップＰ３に移り、ステップＰ２におけるのとは第１のバイアス磁界H1の向きを逆にする。これにより、図３（ｂ）に示すように、先端方向Dtから９０°の方向を向いた合成バイアス磁界Hsに磁気抵抗素子８が曝され、磁気抵抗素子８により外部磁界の垂直成分Hzの強度が測定される。
【００９８】
以上により、空間座標（X,Y,Z）における外部磁界の水平成分Hxと垂直成分Hzの各々の強度の測定が終了する。
【００９９】
その後は、上記とは別の複数の空間座標（X,Y,Z）おいて各ステップＰ１、Ｐ２を行うことで、測定対象Sから発生している外部磁界の強度分布を得ることができる。そして、ユーザは、その強度分布を利用して配線基板等の測定対象Sのどの部分から強い磁界が発生しているのかを把握することができ、磁界を低減するために測定対象Sを設計変更する際の判断材料を得ることができる。
【０１００】
上記した本実施形態によれば、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明したようにプローブ１の小型化が容易であるため、測定対象Sに磁界プローブ１を近接させてその測定対象Sの表面の極近傍の磁界分布を高精度に得ることができる。
【０１０１】
（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、第１の磁界発生部３として電磁石を利用した。
【０１０２】
本実施形態は、第１の磁界発生部３の構成のみが第１実施形態と異なり、これ以外は第１実施形態と同じである。
【０１０３】
図６は、本実施形態に係る磁界プローブ４０の平面図である。なお、図６において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１０４】
図６に示すように、本実施形態では、磁気抵抗素子８の上方に第１の磁界発生部４１として金パターン等の導体パターンを形成する。
【０１０５】
その第１の磁界発生部４１の両端には、励磁電流Iaが流れる第１の配線４１ａと第２の配線４１ｂが接続される。そして、第１の磁界発生部４１に励磁電流Iaが流れると、第１の磁界発生部４１から第１のバイアス磁界H1が発生し、その第１のバイアス磁界H1に磁気抵抗素子８が曝される。
【０１０６】
また、第１実施形態と同様に、励磁電流Iaの向きを反転することで、互いに反対方向の第１の方向D1と第２の方向D2のいずれかに第１のバイアス磁界H1を向けることができる。
【０１０７】
第１の磁界発生部４１を流れる励磁電流Iaの方向は特に限定されない。本実施形態では、時計周りを角度の正の方向として、先端方向Dtと励磁電流Iaの方向との間の角度θeを４５°にする。
【０１０８】
また、励磁電流Iaの大きさも特に限定されないが、第１のバイアス磁界H1の強度が第２のバイアス磁界H2の強度に等しくなるように励磁電流Iaの大きさを設定するのが好ましい。
【０１０９】
第１の磁界発生部４１を流れる励磁電流Iaの大きさと方向をこのようにすることで、第１実施形態と同様に、各バイアス磁界H1、H2を合成した合成バイアス磁界Hsの向きを、先端方向Dtと同じ向きにしたり、先端方向Dtに対して垂直にしたりすることができる。
【０１１０】
図７は、図６のII−II線に沿う断面図である。
【０１１１】
図７に示すように、磁気抵抗素子８、第１の電極１１、及び第２の電極１２の各々の上には酸化シリコン膜等をパターニングしてなる絶縁膜４３が形成され、その絶縁膜４３の上に上記の第１の磁界発生部４１として金パターンが形成される。
【０１１２】
以上説明した本実施形態によれば、図６に示したように、磁気抵抗素子８の上方に第１の磁界発生部４１として導体パターンを形成する。
【０１１３】
これによれば、磁気抵抗素子８の横に第１の磁界発生部３を設ける第１実施形態（図１）と比較して、ベース２に空きスペースができるので、その空きスペースをなくしてベース２を小型化する余裕が生じ、磁界プローブ４０の更なる小型化を実現することができる。
【０１１４】
（第３実施形態）
第１実施形態では磁気抵抗素子８としてAMR素子を使用した。これに対し、本実施形態では、以下のように磁気抵抗素子８としてGMR(Giant Magneto Resistive)素子を使用する。
【０１１５】
図８は、本実施形態に係る磁界プローブ５０の平面図である。なお、図８において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１１６】
図８に示すように、磁気抵抗素子８として設けられるGMR素子は、その平面形状が矩形状に整形される。
【０１１７】
図９は、図８のIII−III線に沿う断面図である。
【０１１８】
図９に示すうように、磁気抵抗素子８として形成されるGMR素子は、下から順に下地膜５１、反強磁性膜５２、固定側磁性膜５３、非磁性膜５４、自由側磁性膜５５、及びカバー膜５６をこの順にベース２上に積層してなる。
【０１１９】
各膜の材料は特に限定されないが、下地膜５１としてはTa膜を形成し、反強磁性膜５２としてはPtMn膜を形成し得る。
【０１２０】
また、固定側磁性膜５３は、例えばNiFe膜であって、その磁化の向きは反強磁性膜５２によって一方向に固定される。なお、固定側磁性膜５３の磁化の好適な向きについては後述する。
【０１２１】
非磁性層５４は例えばCu膜であり、自由側磁性膜５５は例えばNiFe膜である。その自由側磁性膜５５の磁化は、外部磁界によって面内で容易に回転する。そして、カバー膜５６としては、例えばTa膜等を形成し得る。
【０１２２】
また、磁気抵抗素子８の両端には金膜等をパターニングしてなる第１の電極１１と第２の電極１２が接続される。
【０１２３】
磁気抵抗素子８として形成されるGMR素子の抵抗値Rは、固定側磁性層５３の磁化の方向と自由側磁性層５５の磁化の方向との間の角度に依存する。そして、上記のように自由側磁性層５５の磁化の方向が外部磁界によって回転するので、磁気抵抗素子８の抵抗値から外部磁界の強度を測定することができる。
【０１２４】
次に、この磁界プローブ５０の動作について説明する。
【０１２５】
図１０（ａ）、（ｂ）は、磁界プローブ５０の動作について説明するための平面図である。
【０１２６】
図１０（ａ）は、第１実施形態の図３（ａ）と同様に、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度が０°の場合の図である。
【０１２７】
磁気抵抗素子８が合成バイアス磁界Hsに曝されると、自由側磁性膜５５（図９参照）の磁化にモーメントが発生し、当該磁化が合成バイアス磁界Hsと同じ方向を向く。
【０１２８】
ここで、固定側磁性膜５３の磁化の方向をDp、自由側磁性膜５５の磁化の方向をDfとすると、磁気抵抗素子８として形成されるGMR素子の抵抗値Rは次の式（６）のように表される。
【０１２９】
R（β）＝R0−（ΔR／２）×cos（θf−θp）・・・（６）
β＝θf−θp
なお、θfは、方向Dfと先端方向Dtとの間の角度である。そして、θpは、方向Dpと先端方向Dtとの間の角度である。また、いずれの角度θf、θpも、先端方向Dtから時計回りに測った場合を正としている。
【０１３０】
各磁性膜５３、５５の磁化のうち、固定側磁性膜５３の磁化の方向は下地の反強磁性膜５２により固定されている。
【０１３１】
一方、自由側磁性膜５５の磁化は、合成バイアス磁界Hsにより合成バイアス磁界Hsと実質的に同一の方向を向くが、測定対象となる外部磁界によって素子面内で僅かに回転する。そのような磁化の回転により式（６）中のβが変化するため、外部磁界の強度に応じて抵抗値R（β）が変わることになる。
【０１３２】
抵抗値R（β）が変わるかどうかは外部磁界の向きによる。例えば、図１０（ａ）のように合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtと同じ方向を向いている場合は、外部磁界の水平成分Hxにより自由側磁性膜５５の磁化にモーメントが発生するため、当該磁化が僅かに回転してβが変化し、抵抗値R（β）が変化する。
【０１３３】
一方、外部磁界の垂直成分Hzに自由側磁性膜５５が曝されても、自由側磁性膜５５の磁化は既に当該垂直成分Hzと同じ方向を向いているので、当該磁化にモーメントは発生しない。よって、この場合は、自由側磁性膜５５の磁化は回転せず、垂直成分Hzが原因で抵抗値R（β）が変化することはない。
【０１３４】
このように、図１０（ａ）の場合は、外部磁界の水平成分Hxの強度のみを測定でき、測定結果から垂直成分Hzを排除することができる。
【０１３５】
一方、図１０（ｂ）は、第１実施形態の図３（ｂ）と同様に、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度が９０°の場合の図である。
【０１３６】
この場合は、自由側磁性膜５５の磁化が既に先端方向Dtと９０°の方向を向いているので、外部磁界の水平成分Hxに自由側磁性膜５５の磁化が曝されてもその磁化は回転せず、式（６）の抵抗値R（β）は変わらない。
【０１３７】
これに対し、外部磁界の垂直成分Hzに自由側磁性膜５５の磁化が曝されると、回転モーメントにより当該磁化が僅かに回転してβが変化するため、式（６）の抵抗値R（β）が変化し、外部磁界の垂直成分Hzの強度を測定できる。
【０１３８】
よって、図１０（ｂ）の場合は、外部磁界の垂直成分Hzの強度のみを測定でき、測定結果から水平成分Hxを排除することができる。
【０１３９】
このように、磁気抵抗素子８としてGMR素子を用いる本実施形態でも、図１０（ａ）、（ｂ）のように合成バイアス磁界Hsの向きを変えることで、外部磁界の水平成分Hxと垂直成分Hzのどちらか一方のみを選択的に測定することができる。
【０１４０】
これにより、第１実施形態と同様に、各成分Hx、Hzに専用に磁気抵抗素子８を設ける場合と比較して磁界プローブ１を小型化できる。その結果、測定対象Sに磁界プローブ５０を近接させることができ、測定対象Sの表面近傍の外部磁界を精度良く測定することが可能となる。
【０１４１】
ところで、外部磁界の各成分Hx、Hzの強度を測定するには、AMR素子を使用する第１実施形態と同様に、磁気抵抗素子８に一定の大きさのバイアス電流Ibを流しておき、抵抗値R（β）の大きさに応じて磁気抵抗素子８に生じる電圧を測定するようにすればよい。
【０１４２】
そして、外部磁界の測定感度を高めるには、僅かなβの変動に対して抵抗値R（β）の変動がなるべく大きくなるようにし、βの変動に伴なう磁気抵抗素子８に生じる電圧の変動を大きくするのが好ましい。
【０１４３】
そこで、式（６）をβについて微分すると、次の式（７）が得られる。
【０１４４】
R'（β）＝（ΔR／２）×sin（θf−θp）・・・（７）
ここで、θp＝４５°とすると、θf＝０°のときにR'（−４５°）＝−ΔR／（２√２）となり、θf＝９０°のときにR'（４５°）＝ΔR／（２√２）となる。
【０１４５】
このように、θp＝４５°とする場合、R'（−４５°）とR'（４５°）の各々の絶対値はΔR／（２√２）となるが、この値はR'（β）の最大値であるΔR／２よりも１／√２だけ小さくなる。
【０１４６】
しかし、この結果より、θp＝４５°としておけば、θf＝０°とθf＝９０°のどちらにおいても同じ大きさの微分係数R'（β）が得られることが分かる。既述のように、自由側磁性膜５５の磁化は合成バイアス磁界Hsと実質的に同じ方向を向く。そのため、θf＝０°は合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtに平行な場合（図１０（ａ））に得られ、θf＝９０°は合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtに垂直な場合（図１０（ｂ））に得られる。
【０１４７】
つまり、θp＝４５°とすることにより、図１０（ａ）と図１０（ｂ）のどちらの場合でも同じ測定感度を達成することができる。
【０１４８】
なお、角度θpは、既述のように固定側磁性膜５３と先端方向Dtとの間の角度であり、磁気抵抗素子８の製造時に所定の値に設定することが可能である。
【０１４９】
また、上記ではθfを０°（図１０（ａ））と９０°（図１０（ｂ））としたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、θf＝１８０°、θf＝２７０°としても、上記と同じ理由により、これら二つの角度の各々で同じ測定感度を得ることができる。
【０１５０】
更に、θpも４５°に限定されず、θpを−４５°と±１３５°のいずれの値に設定しても、図１０（ａ）と図１０（ｂ）のそれぞれにおいて同じ測定感度を得ることができる。
【０１５１】
（第４実施形態）
本実施形態では、磁気抵抗素子８としてTMR(Tunneling Magneto Resistive)素子を形成する。これ以外については、本実施形態は第１実施形態と同じである。
【０１５２】
図１１は、本実施形態に係る磁界プローブ６０の平面図である。なお、図１１において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１５３】
本実施形態では、ベース２の先端部２ａにおいて、第１の電極１１、磁気抵抗素子８、及び第２の電極１２がこの順に積層される。
【０１５４】
図１２は、図１１のIV−IV線に沿う断面図である。
【０１５５】
図１２に示すように、第１の電極１１と磁気抵抗素子８の横には酸化シリコン膜等の絶縁膜６１が形成され、その絶縁膜６１によって第１の電極１１と第２の電極１２とが絶縁される。
【０１５６】
また、点線円内に示すように、磁気抵抗素子８として設けられるTMR素子は、下地膜６３、反強磁性膜６４、固定側磁性膜６５、トンネルバリア膜６６、自由側磁性膜６７、及びカバー膜６８をこの順に積層してなる。
【０１５７】
これらの膜の材料は特に限定されないが、下地膜６３としては例えばTa膜を形成し、反強磁性膜６４としては例えばPtMn膜を形成し得る。
【０１５８】
また、固定側磁性膜６５は、例えばNiFe膜であって、その磁化の向きは反強磁性膜６４によって一方向に固定される。なお、固定側磁性膜６５の磁化の好適な向きについては後述する。
【０１５９】
トンネルバリア膜６６は例えばAl2O3膜であり、自由側磁性膜６７は例えばNiFe膜である。その自由側磁性膜６７の磁化は、外部磁界によって面内で容易に回転する。そして、カバー膜６８としては、例えばTa膜を形成し得る。
【０１６０】
磁気抵抗素子８として形成されるTMR素子のコンダクタンスGは、固定側磁性層６５の磁化の方向と自由側磁性層６７の磁化の方向との間の角度に依存する。そして、上記のように自由側磁性層６７の磁化の方向が外部磁界によって回転するので、磁気抵抗素子８の抵抗値から外部磁界の強度を測定することができる。
【０１６１】
次に、この磁界プローブ６０の動作について説明する。
【０１６２】
図１３（ａ）、（ｂ）は、磁界プローブ６０の動作について説明するための平面図である。
【０１６３】
図１３（ａ）は、第１実施形態の図３（ａ）と同様に、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度が０°の場合の図である。
【０１６４】
磁気抵抗素子８が合成バイアス磁界Hsに曝されると、自由側磁性膜６７（図１２参照）の磁化にモーメントが発生し、当該磁化が合成バイアス磁界Hsと同じ方向を向く。
【０１６５】
ここで、固定側磁性膜６５の磁化の方向をDp、自由側磁性膜６７の磁化の方向をDfとすると、磁気抵抗素子８として形成されるTMR素子のコンダクタンスGは次の式（７）のように表される。
【０１６６】
G（β）＝G0（１＋ε×cos（θf−θp））・・・（７）
β＝θf−θp
なお、θfは、方向Dfと先端方向Dtとの間の角度である。そして、θpは、方向Dpと先端方向Dtとの間の角度である。また、いずれの角度θf、θpも、先端方向Dtから時計回りに測った場合を正としている。
【０１６７】
各磁性膜６５、６７の磁化のうち、固定側磁性膜６７の磁化の方向は下地の反強磁性膜６４により固定されている。
【０１６８】
一方、自由側磁性膜６７の磁化は、合成バイアス磁界Hsにより合成バイアス磁界Hsと実質的に同一の方向を向くが、測定対象となる外部磁界によって素子面内で僅かに回転する。そのような磁化の回転により式（７）中のβが変化するため、外部磁界の強度に応じてコンダクタンスG（β）が変わることになる。
【０１６９】
コンダクタンスG（β）が変わるかどうかは外部磁界の向きによる。例えば、図１３（ａ）のように合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtと同じ方向を向いている場合は、外部磁界の水平成分Hxにより自由側磁性膜６７の磁化にモーメントが発生するため、当該磁化が僅かに回転してβが変化し、コンダクタンスG（β）が変化する。
【０１７０】
一方、外部磁界の垂直成分Hzに自由側磁性膜６７が曝されても、自由側磁性膜６７の磁化は既に当該垂直成分Hzと同じ方向を向いているので、当該磁化にモーメントは発生しない。よって、この場合は、自由側磁性膜６７の磁化は回転せず、垂直成分Hzが原因でコンダクタンスG（β）が変化することはない。
【０１７１】
このように、図１３（ａ）の場合は、外部磁界の水平成分Hxの強度のみを測定でき、測定結果から垂直成分Hzを排除することができる。
【０１７２】
一方、図１３（ｂ）は、第１実施形態の図３（ｂ）と同様に、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度が９０°の場合の図である。
【０１７３】
この場合は、外部磁界の水平成分Hxに自由側磁性膜５５の磁化が曝されてもその磁化は回転せず、式（７）のコンダクタンスG（β）は変わらない。
【０１７４】
これに対し、外部磁界の垂直成分Hzに自由側磁性膜５５の磁化が曝されると、回転モーメントにより当該磁化が僅かに回転してβが変化するため、式（７）のコンダクタンスG（β）が変化し、外部磁界の垂直成分Hzの強度を測定できる。
【０１７５】
よって、図１３（ｂ）の場合は、外部磁界の垂直成分Hzの強度のみを測定でき、測定結果から水平成分Hxを排除することができる。
【０１７６】
このように、磁気抵抗素子８としてTMR素子を用いる本実施形態でも、図１３（ａ）、（ｂ）のように合成バイアス磁界Hsの向きを変えることで、外部磁界の水平成分Hxと垂直成分Hzのどちらか一方のみを選択的に測定することができる。
【０１７７】
したがって、本実施形態においても、各成分Hx、Hzに専用に磁気抵抗素子８を設ける場合と比較して磁界プローブ１が小型になるので、測定対象Sに磁界プローブ６０を近接させて測定対象Sの表面近傍の外部磁界を精度良く測定することが可能となる。
【０１７８】
ところで、外部磁界の各成分Hx、Hzの強度を測定するには、GMR素子を使用する第３実施形態と同様に、磁気抵抗素子８に一定の大きさのバイアス電流Ibを流しておき、コンダクタンスG（β）の大きさに応じて磁気抵抗素子８に生じる電圧を測定すればよい。
【０１７９】
そして、外部磁界の測定感度を高めるには、僅かなβの変動に対してコンダクタンスG（β）の変動がなるべく大きくなるようにし、βの変動に伴なう磁気抵抗素子８に生じる電圧の変動を大きくするのが好ましい。
【０１８０】
そこで、式（７）をβについて微分すると、次の式（８）が得られる。
【０１８１】
G'（β）＝−ε×G0×sin（θf−θp）・・・（８）
ここで、θp＝４５°とすると、θf＝０°のときにG'（−４５°）＝ε×G0／√２となり、θf＝９０°のときにG'（４５°）＝−ε×G0／√２となる。
【０１８２】
このように、θp＝４５°とする場合、G'（−４５°）とG'（４５°）の各々の絶対値はε×G0／√２となるとなるが、この値はG'（β）の最大値であるε×G0よりも１／√２だけ小さくなる。
【０１８３】
しかし、この結果より、θp＝４５°としておけば、θf＝０°とθf＝９０°のどちらにおいても同じ大きさの微分係数G'（β）が得られることが分かる。既述のように、自由側磁性膜６７の磁化は合成バイアス磁界Hsと実質的に同じ方向を向く。そのため、θf＝０°は合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtに平行な場合（図１３（ａ））に得られ、θf＝９０°は合成バイアス磁界Hsが先端方向Dtに垂直な場合（図１３（ｂ））に得られる。
【０１８４】
つまり、θp＝４５°とすることにより、図１３（ａ）と図１３（ｂ）のどちらの場合でも同じ測定感度を達成することができる。
【０１８５】
なお、角度θpは、既述のように固定側磁性膜６５と先端方向Dtとの間の角度であり、磁気抵抗素子８の製造時に所定の値に設定することが可能である。
【０１８６】
また、上記ではθfを０°（図１３（ａ））と９０°（図１３（ｂ））としたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、θf＝１８０°、θf＝２７０°としても、上記と同じ理由により、これら二つの角度の各々で同じ測定感度を得ることができる。
【０１８７】
更に、θpも４５°に限定されず、θpを−４５°と±１３５°のいずれの値に設定しても、図１３（ａ）と図１３（ｂ）のそれぞれにおいて同じ測定感度を得ることができる。
【０１８８】
（第５実施形態）
第１〜第４実施形態では、外部磁界の水平成分Hxと垂直成分Hzの２成分のみを測定した。
【０１８９】
これに対し、本実施形態では、水平成分Hxと垂直成分Hzの双方に垂直な外部磁界の奥行き成分Hyも測定する。
【０１９０】
図１４は、本実施形態に係る磁界プローブ７０の斜視図である。
【０１９１】
なお、図１４において、第１〜第４実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１９２】
この磁界プローブ７０は、第３実施形態で説明した磁界プローブ５０（図８参照）に補助板７１を立設してなる。
【０１９３】
補助板７１の材料は特に限定されない。補助板７１の材料としては、例えば、サファイヤ等の絶縁材料を使用し得る。或いは、表面に酸化シリコン膜のような絶縁膜が形成されたシリコン基板を補助板７１として使用してもよい。
【０１９４】
その補助板７１は接着剤によりベース２の主面上に接着され、当該主面に対して補助板７１の主面は垂直にされる。
【０１９５】
また、補助板７１の主面には、補助磁気抵抗素子７４、第３の電極７３、及び第４の電極７４が設けられる。
【０１９６】
このうち、補助磁気抵抗素子７４は、ベース２の先端部２ａの近傍に設けられたGMR素子であって、その法線方向n2は磁気抵抗素子８の法線方向n1に対して垂直である。  補助磁気抵抗素子７４は、磁気抵抗素子８に十分近接して配置されているため、磁気抵抗素子８と同様の合成バイアス磁界Hsに曝される。
また、第３の電極７３と第４の電極は、例えば金膜等をパターニングしてなり、補助抵抗素子７４に補助バイアス電流Ibaを供給するのに供される。
【０１９７】
このような磁界プローブ７０では、第３実施形態で説明したように、第１の磁界発生部３から発生する第１のバイアス磁界H1の向きを切り替えることで、磁気抵抗素子８により外部磁界の水平成分Hxと垂直成分Hzが測定される。
【０１９８】
また、補助磁気抵抗素子７４は、測定対象の外部磁界の奥行き成分Hyを測定するのに供される。
【０１９９】
次に、この磁気抵抗素子７０の動作について説明する。
【０２００】
図１５（ａ）、（ｂ）は、磁界プローブ７０の動作について説明するための模式図である。
【０２０１】
図１５（ａ）は、第３実施形態の図１０（ａ）と同様に、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度が０°の場合の図である。
【０２０２】
この場合は、第３実施形態に従って、磁気抵抗素子８で外部磁界の水平成分Hxの強度を測定する。
【０２０３】
また、その水平成分Hxの強度の測定とは独立して、補助磁気抵抗素子７４により、外部磁界の奥行き成分Hyも測定する。
【０２０４】
図１５（ｂ）は、第３実施形態の図１０（ｂ）と同様に、先端方向Dtと合成バイアス磁界Hsとの間の角度が９０°の場合の図である。
【０２０５】
この場合は、第３実施形態に従って、磁気抵抗素子８で外部磁界の垂直成分Hzの強度を測定する。
【０２０６】
以上説明した本実施形態によれば、補助抵抗素子７４を設けたことで、水平成分Hxと垂直成分Hzに加え、外部磁界の奥行き成分Hyをも測定できる。これにより、簡単な構造の磁界プローブ７０により、測定対象Sから発生する外部磁界の三次元的な分布を調べることが可能となる。
【０２０７】
なお、上記では、合成バイアス磁界Hsの角度を９０°変化させるとして説明したが、実際にHx、Hy、Hzの各成分がより正確に分離して測定できるように、第１のバイアス磁界H1の強さを微調整してもよい。
【０２０８】
以上、各実施形態について詳細に説明したが、各実施形態は上記に限定されない。例えば、上記では磁気抵抗素子８に生じる電圧に基づいて外部磁界を測定したが、磁気抵抗素子８を流れる電流に基づいて外部磁界を測定するようにしてもよい。
【０２０９】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２１０】
（付記１）  先端部を備えたベースと、
前記先端部に設けられた磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子の横の前記ベースに設けられ、前記磁気抵抗素子に印加する第１のバイアス磁界を発生させる第１の磁界発生部と、
前記ベースに設けられ、前記第１のバイアス磁界とは異なる向きの第２のバイアス磁界を発生させて、前記磁気抵抗素子に前記第２のバイアス磁界を印加する第２の磁界発生部とを有し、
前記第１のバイアス磁界の向きを切り替えることにより、前記第１のバイアス磁界と前記第２のバイアス磁界とを合成した合成バイアス磁界の向きが、前記ベースの先端方向から９０°変化することを特徴とする磁界プローブ。
【０２１１】
（付記２）  前記第２の磁界発生部は永久磁石であることを特徴とする付記１に記載の磁界プローブ。
【０２１２】
（付記３）  前記磁気抵抗素子の一方の端部に接続された第１の電極と、
前記磁気抵抗素子の他方の端部に接続された第２の電極とを更に有し、
前記磁気抵抗素子がAMR素子であると共に、前記第１の電極から前記磁気抵抗素子を通って前記第２の電極にバイアス電流が流れ、
前記磁気抵抗素子を流れる前記バイアス電流の向きが前記先端方向から±４５°又は±１３５°だけ傾いていることを特徴とする付記１に記載の磁界プローブ。
【０２１３】
（付記４）  前記磁気抵抗素子は、固定側磁性膜と自由側磁性膜とを備えたGMR素子であり、
前記固定側磁性膜の磁化の向きが、前記先端方向から±４５°又は±１３５°だけ傾いていることを特徴とする付記１に記載の磁界プローブ。
【０２１４】
（付記５）  前記磁気抵抗素子は、固定側磁性膜と自由側磁性膜とを備えたTMR素子であり、
前記固定側磁性膜の磁化の向きが、前記先端方向から±４５°又は±１３５°だけ傾いていることを特徴とする付記１に記載の磁界プローブ。
【０２１５】
（付記６）  前記先端部の近傍に補助磁気抵抗素子が設けられ、
前記補助磁気抵抗素子の法線方向が前記磁気抵抗素子の法線方向に対して垂直であることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれかに記載の磁界プローブ。
【０２１６】
（付記７）  測定対象を載置するテーブルと、
前記測定対象に近接する先端部を備えたベースと、該先端部に設けられて前記測定対象から発生した外部磁界に曝される磁気抵抗素子とを備えた磁界プローブと、
前記外部磁界によって前記磁気抵抗素子に発生した電圧又は電流に基づいて、該外部磁界の強度を測定する磁界測定部とを備え、
前記磁界プローブが、前記磁気抵抗素子の横の前記ベースに設けられて前記磁気抵抗素子に第１のバイアス磁界を印加する第１の磁界発生部と、前記ベースに設けられて前記第１のバイアス磁界とは異なる向きの第２のバイアス磁界を前記磁気抵抗素子に印加する第２の磁界発生部とを有し、
前記第１の磁界発生部から発生する前記第１のバイアス磁界の向きを切り替えることにより、前記第１のバイアス磁界と前記第２のバイアス磁界とを合成した合成バイアス磁界の向きが、前記ベースの先端方向から９０°変化することを特徴とする磁界測定装置。
【０２１７】
（付記８）  前記第２の磁界発生部は永久磁石であることを特徴とする付記７に記載の磁界測定装置。
【０２１８】
（付記９）  測定対象から発生した外部磁界に磁気抵抗素子を曝し、
第１のバイアス磁界と第２のバイアス磁界とを合成してなり前記測定対象の表面に垂直な合成バイアス磁界を前記磁気抵抗素子に印加することにより、前記表面に平行な前記外部磁界の第１の方向成分の強度を前記磁気抵抗素子で測定し、
前記第１のバイアス磁界の向きを変えて前記合成バイアス磁界の方向を前記表面に平行にし、前記表面に垂直な前記外部磁界の第２の方向成分の強度を前記磁気抵抗素子で測定することを特徴とする磁界測定方法。
【０２１９】
（付記１０）  前記第２のバイアス磁界として、永久磁石から発生した磁界を用いることを特徴とする付記９に記載の磁界測定方法。
【符号の説明】
【０２２０】
１…磁界プローブ、２…ベース、２ａ…先端部、３…第１の磁界発生部、３ａ…コア、３ｂ…コイル、３ｃ…配線、４…第２の磁界発生部、８…磁気抵抗素子、１１…第１の電極、１２…第２の電極、１４…基材、１５…配線、２０…磁界測定装置、２１…テーブル、２２…Ｙ軸ステージ、２３…ＸＺθ軸ステージ、２７…ステージドライバ、２８…バイアス磁界発生用電源、２９…バイアス電流源、３０…磁界測定部、３１…アンプ、３２…キャパシタ、３３〜３６…第１〜第４の同軸ケーブル、３７…バイアスティー、３８…筐体、４０…磁界プローブ、４１…第１の磁界発生部、４１ａ…第１の配線、４１ｂ…第２の配線、４３…絶縁膜、５１…下地膜、５２…反強磁性膜、５３…固定側磁性膜、５４…非磁性膜、５５…自由側磁性膜、５６…カバー膜、６０…磁界プローブ、６１…絶縁膜、６３…下地膜、６４…反強磁性膜、６５…固定側磁性膜、６６…トンネルバリア膜、６７…自由側磁性膜、６８…カバー膜、７０…磁界プローブ、７１…補助板、７３…第３の電極、７４…第４の電極、７４…補助磁気抵抗素子。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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