JPH01296180A - 表面磁区観測方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば半導体材料、金属材料及びその他、
種々の工業材料または工業製品等の評価を行なうため、
固体表面の磁区配向を観測する技術に関する。

（従来の技術） 従来、種々の材料の物性を観察することにより、対象と
なる物質の状態を把握し、製品管理を厳密に行なうため
の材料評価技術が開発されでいる。

このような技術のうち、固体表面の磁化配向を観察する
ことにより、例えば原材料としての半導体ウェハ、製品
としての磁気ディスク等の材料特性評価を行なうための
表面磁区観測技術が知られている。

上述した技術の一例として、文献■：［固体物理Ｊ　　
（Ｖｏｌ、２２．Ｎｏ、Ｉｌ、ｌ９８７年、■アグネ技
術センター）に開示されるような、走査型電子顕微鏡を
応用して、電子スピン分析法により固体表面の磁区を観
察することが成されている。

この文献■によれば、数百（人）径程度に細く絞った入
射電子が約１０〜５０（にｅＶ）程度の虻囲内のエネル
ギーにまで加速され、当該電子は、偏向レンズを用いる
ことにより、例えば試料の表面に対してラスター走査さ
れる。

上述の走査により試料表面に対して照射された入射電子
によって、固体表面からは二次電子が放出される。この
二次電子のうち、２　（ｅＶ）以下の運動エネルギーを
有する低速二次電子を引き込みレンズによって選別する
。

この選別された低速二次電子は、加速管により、約１０
０（にｅＶ）程度にまで再加速され、モット（Ｍｏｔｔ
）検出器（モット（Ｍｏｔｔ）散乱に基づくスピン分流
製画）に導入される。

一般に、磁性表面における磁性電子のスピンの方向は、
磁化ベクトルとは逆方向であるため、上述した二次電子
が有するスピンの方向をモット検出器で観測することに
より、試料の表面磁区の配向を知ることができる。即ち
、入射電子か有するスピン方向と、試料となる固体表面
での磁化方向に影！ｉ＃を受けた二次電子のスピン方向
とを知ることによって、固体表面の磁区の配向を観測す
ることとなる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の表面磁区観測技術では、
走査型電子８微鏡と同様な装置構成により行なう必要が
有る。これがため、入射電子の発生と、二次電子（低速
二次電子）のモット検出器への導入（再加速）とで電子
光学系を用いる必要が有り、装置全体が大がかりで、ま
た高価に成るという問題点が有った。

また、従来の走査型電子顕微鏡においで問題と成ってい
たのと同様に、磁区観測に当っての解像度は入射電子の
ビーム径に制限され、当該ビームの広がりを回避するこ
とが難しく、５００（人）程度の解像度しか得ることが
できないという問題も有った。

この発明は、上述した従来の問題点に鑑み成されたもの
であり、優れた解像度を得ることが可能な表面磁区観測
方法と、この方法の実施に好適な比較的簡素かつ安価な
表面磁区観測装置と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） この目的の達成を図るため、この出願に係る表面磁区観
測方法によれば、試料表面の磁区の配向を観測するに当
り、 基準となる磁区の配向と、前記試料の磁区の配向とのす
れをトンネル電流により観測することを特徴としている
。

また、この出願に係る表面磁区観測装置によれば、 強磁性材料または反強磁性材料から成り、基準配向面を
有するエミッタと、このエミッタの軸を中心として回転
するための駆動部とを具えて成ることを特徴としでいる
。

換言すれば、この発明の装置では、従来周知の走査型ト
ンネル顕微鏡のエミッタ（または探針）の代わりに、磁
気的に異方性を有する強磁性材料または反強磁性材料に
よってエミッタを構成して基準配向面を形成する。さら
１こ、このエミッタの軸を中心として回転（自転）させ
るための駆動部を具えている。

（作用） この出願に係る表面磁区観測方法によれば、２つの磁区
の配向を考えた場合、これら２つの磁区方向か重なった
時にトンネル電流か最大となる現象を利用する構成とな
っている。従って、予め所定の配向を有する磁区を基準
としてトンネル電流の大きさを観測することにより、試
料に相当する他方の磁区の配向との回転角θを知ること
ができる。

また、この出願に係る表面磁区観測装置によれば、従来
周知の走査型トンネル顕微鏡のエミッタ部分を強磁性材
料または反強磁性材料のよう（こ、全体として磁気的に
秩序立った配向を有する材料で構成することにより基準
配向面が形成される。

ざらに、このような基準配向面の配向と、試料か有する
磁区の配向との角度（上述した回転角θ）を駆動部によ
り変化させ、この際に生じるトンネル電流の変化を観測
して当該電流の最大値を知ることにより、前述した表面
磁区観測方法を実施することかできる。

（実施例） 以下、この発明の表面磁区観測方法及びその装置の実施
例につき、図面を参照して説明する。

尚、以下の説明においては、表面磁区観測装置の一構成
例を示しで説明する。また、以下に参照する図面は、こ
の出願に係る発明の理解が容易となる程度に概略的に示
しであるに過ぎず、この発明は図示例にのみ限定される
ものではないことを理解されたい。

まず始めに、この実施例に係る表面磁区観測装置の全体
構成につき簡単に説明する。

第１図は、実施例の装Ｍを概略的な構成により示す説明
図である。

この図からも理解できるように、観測対象となる試料１
１は、抵抗１３を介して、直流定電圧電源１５により貝
の電位を印加せしめられた試料台１７に！！置される。

この直流定電圧電源１５の陽極側はエミッタ１９に接続
され、エミッタ１９と試料１１との間には上述の試料台
１７ヲ介して所定の電圧が印加される。

また、例えばピエゾ素子またはその他の圧電素子から成
るアクチュエータ２１と、支持台２３とによって、エミ
ッタ１９は回転駆動可能な状態で保持される。

さらに、上述のアクチュエータ２１と前述した試料台１
７との間には、トンネル電流の制御及び微小電圧を増幅
させるためのアンプ２５が接続されている。

このように、主な装置構成は従来周知の走査型トンネル
顕微鏡と同様なものであるが、この実施例の表面磁区観
測装置では、既に説明したように、エミッタ１９の軸を
中心として回転角θを変化させるため、例えばアクチュ
エータ２１に挿通された回転軸２７が配設され、当該軸
２７のエミッタ１９とは相対する端部側には駆動部２９
が具えられる。

ここで、上述したエミッタ１９につき詳細に説明する。

この実施例では、エミッタを構成する材料の一例として
、強磁性材料のうちで最も広く知られでいる鉄（Ｆｅ）
の単結晶を用いた。従来の走査型トンネル顕微鏡と同様
に、エミッタ１９の先端は電解研磨により成形を行なっ
た。この際、走査型トンネルａｇ！Ｉ鏡で周知の電解研
磨は高解像度を得る目的で、先端に存在する原子が実質
的に１個となるまで尖鋭に行なわれるのに対しで、この
出願に係るエミッタは、磁区配向の観測を安定に行なう
目的で約１　（ｕｍ）径の平面が形成される程度にまで
電解研磨を行なう、この研磨に際しては、塩Ｍ（約１２
規定）と純水とを１：３の容積比で混合した溶液を用い
た。

以下、前述した第１図に示すエミッタ１９のみを拡大し
て斜視的に示す第２図を参照して、エミッタにつき、さ
らに詳細に説明する。

この第２図からも理解できるように、この実施例に係る
エミッタ１９は、強磁性材料としての鉄を用いたため、
磁区の配向は一連の矢印によって示すように、隣り合う
面同士で互いに逆向きの配向を示す、従って、エミッタ
１９の先端に設けられた端面ば、基準となる特定の磁区
配向（矢印ａを付して示す、）ヲ有する単結晶面（例え
ば（＋００）面）とすることができる。これかため、前
述した第１図に示す装置構成で、上述の磁区配向ａを有
する基準配向面（以下、基準配向面３１と称する。）を
利用し、この出願に係る表面磁区観測方法を実施するこ
とができる。

以下、第１図を参照して、上述した装置による磁区配向
の観測手順の一例につき説明する。

ます、従来の走査型トンネル顕微鏡と同様に、試料台１
７に試料１１を載雷した状態で、エミッタ１９の先端に
配設された基準配向面３１（第２図参照）と試料１１の
表面との間の距離を約１　（ｎｍ）とする。

続いて、既に説明したように、直流定電圧電源１５の動
作により、エミッタ１９側が正電位となるように、エミ
ッタ１９と試料１１との間に約１〜１００１０００（程
度の範囲内で所定の大きざの電圧を印加する。

次に、従来の走査型トンネル８像鏡と同様に、試料１１
の表面に平行な面内で、例えば図中矢印Ｘを付して示す
Ｘ方向と図示の紙面に垂直なＹ方向とに亙って走査を行
なう。ざらに、このＸ−Ｙ面方向での走査に加え、前述
した駆動部２９の動作により、駆動軸２７ヲ介してエミ
・ｙり１９自体を各観測点で自転させることにより磁区
の配向を測定する。また、試料１１の凹凸によるトンネ
ル電流への影響やエミッタ１９と試料１１との接触を回
避する目的で、アクチュエータ２Ｊは、図中、矢印ｚｔ
付しで示す方向にも微動可能な三次元アクチュエータと
して構成するのが好適である。

また、この実施例では、得られたトンネル電流変化を検
出し、例えば画像等に表示しで示したり、或いは微動ま
たは粗動といったアクチュエータ制御のための回路構成
等を省略して説明したか、例えば文献ＩＩ　：　ｒ日経
マイクロデバイス」（Ｎｏ、１７．第８０−９７頁、　
１９８６年１１年号１月号マグロウヒル社刊）及びその
他ζこ開示されるように、これらは従来周知の走査型ト
ンネル顕微鏡に用いられでいる技術により、容易に実施
し得るものである。

以下、第３図（Ａ）及び（Ｂ）を参照しで、磁区の配向
を観測する原理につき詳細に説明する。

まず、基準配向面が有する磁区配向ａと、観測点に相当
する試料１１の所定部分の磁区配向すとの関係を模式的
に示す第３図（Ａ）からも理解できるように、前述した
基準配向面３１における磁区配向ａと観測対象となる磁
区配向すとの成す回転角をｅとする。ここで、前述した
ようにエミッタ１９と試料１１との間の電圧を一定に保
った状態で、駆動軸２７を中心とするエミッタ１９の自
転により、同一の観測点におけるトンネル電流は回転角
θの大きさに影１ｆを受けることとなる。

この点につき、実際に、同一の観測点においてエミッタ
１９を回転させてトンネル電流の変化を調べた。その結
果、縦軸にトンネル電流の大きさＩｔ、横軸に回転角θ
を採って示す第３図（Ｂ）からも理解できるように、上
述した２つの磁区配向が重なる際にはトンネル電流Ｉ、
が最大となり、互いの磁区か相対する配向を示す際には
、当該電流■、が最小となる。従って、予め基準配向面
３１が有する磁区配向を所定の方向としでおき、回転角
θの大きざを変えなからトンネル電流工、を観測するこ
とにより、所望とする観測点の磁区配向ｂｖ決定するこ
とができた。

従来の走査型電子顕微鏡を応用した磁区配向観測技術が
前述した数百（人）程度の解像度であったのに比して、
この発明の方法及び装置では電子ビームを用いる必要が
ないため、数（λ）程度の解像度を実現することができ
る。

以上、この出願に係る方法及び装置の実施例につき説明
したが、この発明は、上述した実施例にのみ限定される
ものではない。

例えば、この出願に係る装置においで、エミッタを鉄に
より構成した場合につき説明したが、例えばニッケル（
Ｎｉ）、コバルト（ＣＯ）またはその他の強磁性材料に
より実施しても、上述と同様の効果を期待し得る。また
、このような強磁性材料のみに限定されるものではなく
、反強磁性材料のように、磁気的に秩序を有する配向を
示すものであれば、上述と同様にトンネル電流の変化を
観測することにより、磁区配向を決定することができる
。

これら材料、配Ｎ関係、数値的条件及びその他、上述の
実施例で述べた特定の条件は説明の理解を容易とするた
めの好適例に過ぎず、これら条件は、この発明の目的の
聞囲内で任意好適に設計の変形及び変更を行ない得るこ
と明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、まず、この発明の
表面磁区観測方法によれば、２つの磁区方向が重なった
時にトンネル電流が最大となる現象を利用する構成とな
っている。これがため、予め所定の配向を有する磁区を
基準としてトンネル電流の大きざを観測することにより
、電子ビームを利用することなく、試料に相当する他方
の磁区の配向との回転角θを知ることができる。従って
、走査型電子類ｍ鏡を応用した従来技術のように、電子
ビームの広がりによる解像度の低下を来すことなく、高
感度で表面磁区の配向を知ることが可能となる。

また、この出願に係る表面磁区観測方法によれば、強磁
性材料または反強磁性材料のように、全体として磁気的
に秩序立った配向を有する材料で構成されたエミッタに
より基準配向面が形成ざれ、上述した回転角θを駆動部
により変化させた際に生しるトンネル電流の変化を観測
しで前述した表面磁区観測方法を実施することができる
。

これがため、装置として、電子ビームの発生や低速二次
電子の選択及び再加速といった電子光学系を具える必要
か無く、大規模な装置構成を回避し、しかも、上述した
高解像度の表面磁区観測方法を安価な装置により実現す
ることができる。

また、これら方法及び装置によれば、従来知られている
走査型トンネル顕像鏡と同様に、広範な材料の物性評価
に利用することが期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例を説明するため、この出願に係る製画
の一構成例を概略的に示す説明図、第２図は、第１図に
示す装置のエミッタのみを拡大して斜視的に示す説明図
、 第３図（Ａ）は、この発明の方法に係る原理を説明する
ため、模式的に示す説明図、 第３図（Ｂ）は、実施例を説明するため、トンネル電流
ＩＬと回転角θとの関係を示す特性曲線図である。 １１・・・・試料、１３・・・・抵抗、１５・・・・直
流定電圧電源１７・・・・試料台、１９・・・・エミッ
タ２１・・・・アクチュエータ、２３・・・・支持台２
５・・・・アンプ、２７・・・・回転軸、２９・・・・
駆動部３１・・・・基準配向面 ａ・・・・基準配向面の磁区配向 ｂ・・・・観測対象となる磁区の配向 θ・・・・回転角。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社１１：試料　　
　　　　１３・抵抗　　　　　　１５：直流定電圧電源
１７　　試料台　　　　　１９：エミッタ　　　　２１
　　アクチュエータ２３・支持台　　　　　２５．アン
プ　　　　　２７　　回転軸２９、￥動部 実施例の説明図 第１図 実施例の説明図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料表面の磁区の配向を観測するに当り、基準と
   なる磁区の配向と、前記試料の磁区の配向とのずれをト
   ンネル電流により観測することを特徴とする表面磁区観
   測方法。
2. （２）強磁性材料または反強磁性材料から成り、基準配
   向面を有するエミッタと、該エミッタの軸を中心として
   回転するための駆動部とを具えて成る ことを特徴とする表面磁区観測装置。