JPH07167933A

JPH07167933A - 磁気偏光顕微鏡

Info

Publication number: JPH07167933A
Application number: JP5315100A
Authority: JP
Inventors: Keiko Okiguchi; 圭子沖口; Toshimitsu Okane; 利光岡根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】試料表面の磁化状態を、より高い分解能および
高い感度で検出できる磁気偏光顕微鏡を提供する。【構成】表面の一部が磁性体からなるプローブ１と、試
料２表面の磁化状態が転写された当該磁性体でのカー効
果を測定する磁気光学効果測定手段１００と、測定され
たカー効果を示す微弱な信号を高いＳ／Ｎ比で検出する
ための測定補助手段２００と、プローブ１と試料２との
相対位置を変位させて、測定位置を変位させる走査手段
３００と、測定補助手段２００が検出したカー効果を示
す信号に基づいてプローブ１の磁化状態を算出して、そ
の算出結果と、走査手段３００により変位された測定位
置とから、試料２表面における磁化状態を算出して表示
する描画処理装置４００を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料表面の磁化状態を
測定する磁気顕微鏡に係り、特に、磁化状態を高い空間
分解能および高い感度で測定することのできる磁気偏光
顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の応用に、カ
ンチレバーの先端に磁性体からなるプローブを設けて、
プローブの受ける力を検出することによって、物質表面
の磁化状態を測定する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）がある。

【０００３】磁気力顕微鏡は、磁性体からなるプローブ
で、磁化を有する試料表面近傍を走査するものである。
その際、試料表面とプローブとの間で発生する磁気的な
力の大きさによって、プローブを保持しているカンチレ
バーがたわむ。このようなカンチレバーのたわみ具合を
検出すれば、試料表面近傍の磁界を測定することがで
き、最終的に、試料表面の磁化状態を知ることができ
る。

【０００４】さらに、測定感度を上げるためには、カン
チレバーを、その共振周波数付近の周波数で励振しなが
ら試料表面近傍で走査する。すると、プローブと試料表
面との間に発生する磁気的力により、振動状態が変化す
る。すなわち、磁気力顕微鏡において、プローブの振動
振幅は、試料表面から受ける磁力の大きさに応じて変化
する。そのため、プローブの振動周波数を一定にして、
振幅を逐次検出しながら試料表面上を走査することで、
試料表面近傍の磁界状態を測定することができる。

【０００５】プローブの振幅は、例えば、プローブとし
てカンチレバーを用いる場合には、レバーの背面にレー
ザ光を照射して、その反射光の反射方向変化をモニター
することで、検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気力
顕微鏡では、試料表面からの原子間力の影響を受けない
ようにするために、プローブを、試料表面から数１０ｎ
ｍ離した状態で測定を行う必要があった。ここで、プロ
ーブに影響を与える試料表面の領域は、一般的に言っ
て、試料表面とプローブとの距離が大きくなるに従い、
増加する。このため、従来の磁気力顕微鏡では、その面
内分解能が数１０ｎｍ程度に制限されるという問題があ
る。

【０００７】さらに、磁気力顕微鏡では、試料表面か
ら、プローブが受けるすべての力が測定に影響するた
め、受けている力が表面磁化に由来するものなのか、表
面形状に由来するものなのかの区別を行うことができな
いという問題もある。

【０００８】本発明は、上記問題点を考慮して、試料表
面の磁化状態を、より高い分解能および高い感度で検出
できる磁気偏光顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、試料の分析
対象面に対して、予め定めた測定位置に保持される、少
なくとも表面の一部が磁性体であるプローブと、当該対
象面の表面磁化に影響されて変化する、プローブの磁性
体の磁化状態に起因する磁気光学効果を測定する磁気光
学効果測定手段と、測定された磁気光学効果に基づい
て、当該分析対象面の磁化状態を算出する処理手段とを
有し、磁気光学効果測定手段は、予め定めた偏光状態の
光をプローブの磁性体へ照射する光照射装置と、当該磁
性体で反射された光の偏光状態における変化を検出する
ことで、磁気光学効果を測定する偏光状態変化測定装置
と、照射された光の偏光状態を予め定めた周波数で変調
し、さらに、測定された結果のうち、当該周波数と同じ
成分だけを検出することにより、測定感度を高める測定
補助装置とを有することを特徴とする磁気偏光顕微鏡に
より達成することができる。

【００１０】

【作用】本発明を適用した磁気偏光顕微鏡においては、
少なくとも表面の一部に磁性体を有するプローブを用い
て、試料の表面の磁化状態を測定する。

【００１１】試料の分析対象面に対して、予め定めた測
定位置に保持されたプローブの磁性体は、試料表面の磁
化状態の影響により磁化される。ここで、プローブと試
料表面との距離は限定されないが、当該磁性体が影響を
受ける試料表面磁化の領域を限定するため、できるだけ
当該距離を減少させた方がよく、接触させることが望ま
しい。

【００１２】磁気光学効果測定手段は、この磁性体に光
を照射して、そこで起る磁気光学効果を測定して、測定
結果を示す信号を出力する。

【００１３】測定する磁気光学効果は、当該磁性体の磁
化状態によって決定されるものである。ただし、このよ
うな磁気光学効果は非常に小さい場合が多く、そのた
め、磁気光学効果測定手段から出力される信号では、測
定した磁気光学効果を示す真の信号に比較して、雑音の
方が大きく、充分なＳ／Ｎ比を得られないことがある。

【００１４】本発明では、測定補助手段を用いて、磁気
光学効果の測定における、測定感度を改善し、プローブ
の磁性体の磁化状態により起る、磁気光学効果を高感度
で測定する。

【００１５】ここで、測定する磁気光学効果を示す信号
は、微弱信号であり、その背景に存在し、Ｓ／Ｎ比を悪
化させている雑音は、特定の周波数成分を持たずほぼ白
色であると考えられる。さらに、このような雑音の振幅
は、検出している周波数帯域の平方根に比例するという
性質がある。

【００１６】したがって、測定補助手段では、磁気光学
効果を測定するために用いる光の偏光状態を特定の周波
数で変調すると共に、測定結果のうち、変調に用いられ
た周波数と同じ周波数成分だけを検出する。これによ
り、本発明では、当該出力信号の周波数帯域を実効的に
狭め、観測される雑音を減少させるものである。

【００１７】最後に、本発明の処理手段は、上記のよう
に、高感度で測定された磁気光学効果を受け入れて、プ
ローブの磁性体の磁化状態を算出し、さらに、この結果
に基づいて、測定位置における試料の磁化状態を取得す
る。

【００１８】

【実施例】本発明による磁気偏光顕微鏡の一実施例を、
図１〜図３を用いて説明する。本実施例は、磁気光学効
果として、磁気カー効果を測定するものである。

【００１９】本実施例は、図１に示すように、表面が磁
性体からなるプローブ１と、試料２表面の磁化状態が転
写された当該磁性体でのカー効果を測定する磁気光学効
果測定手段１００と、測定されたカー効果を示す微弱な
信号を高いＳ／Ｎ比で検出する測定補助手段２００と、
プローブ１と試料２との相対位置を変位させて、測定位
置を変位させる走査手段３００とを有する。

【００２０】本実施例は、さらに、測定補助手段２００
が検出したカー効果を示す信号に基づいてプローブ１の
磁化状態を算出して、その算出結果と、走査手段３００
により変位された測定位置とから、試料２表面における
磁化分布を算出して表示する描画処理装置４００を有す
る。

【００２１】ここで、プローブ１および磁気光学効果測
定手段１００には、例えば、本願と同じ発明者が先に出
願した特願平５−７２０３５号記載の発明に述べられて
いるプローブ（探針）および磁化状態検出手段を使用す
ることができる。

【００２２】すなわち、プローブ１は、図２に示すよう
に、板状のカンチレバー部５４と、カンチレバー部５４
の先端部に設けられる探針部５５との２つの部分を有す
る。プローブ１は、探針部５５の先端部５５ａが、試料
２の分析対象面を向くように、設置されている。また、
探針部５５の裏面５４ａでは、以下に説明する磁気光学
効果測定手段１００で用いられるレーザ光３が反射され
る。

【００２３】プローブ１のこれら両部分は、例えば、窒
化シリコンから成る芯体５１と、レーザ光３を反射する
ために芯体５１上面に形成された金被膜５３と、レーザ
光３が反射される探針部５５の裏面５４ａから、芯体５
１の試料２表面に向いた下面にまで連続して形成され
る、磁性体被膜５２とを有する。ここで、磁性体被膜５
２は、レーザ光３が反射される探針部５５の裏面５４ａ
では、金被膜５３を覆うようにして形成される。ここで
は、金被膜を使っているが、金ではなく、反射率の高い
ものならば、別の部材を用いても構わない。

【００２４】本実施例のプローブ１では、芯体５１と磁
性体被膜５２とを用いているが、本発明のプローブはこ
れに限定されない。プローブ１は、磁性体自身で構成さ
れても構わないし、適当な物質からなる基材の表面にス
パッタリング法等により磁性体を被膜させてもよい。磁
性体は、強磁性、かつ、試料表面の磁化状態の影響を受
けやすい軟磁性の材料が好ましい。さらに、カー回転角
が大きい材料が望ましい。

【００２５】磁気光学効果測定手段１００は、図１に示
すように、レーザ光３をプローブ１の探針部５５の裏面
５４ａに照射するレーザ光源１０１と、レーザ光源１０
１から出射されたレーザ光３の偏光状態を、予め定めた
方向における直線偏光にする偏光子１０２と、偏光子１
０２と直交する偏光板から構成される検光子１０３と、
プローブ１で反射されたレーザ光３を検光子１０３を通
して受光し、当該反射光の強度を示す信号を出力する光
検出器１０４とを有する。

【００２６】レーザ光源１０１は、可視光を発生するも
ので、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発信器を用いることが
できる。

【００２７】測定補助手段２００は、偏光子１０２を通
過したレーザ光３の偏光面を予め定めた角度範囲および
周波数で振動させるファラデーセル２０１と、ファラデ
ーセル２０１の振動周波数を制御するための、例えば、
１ｋＨｚ程度の交流信号を発信して、ファラデーセル２
０１へ出力する発信器２０２とを有する。

【００２８】測定補助手段２００は、さらに、発信器２
０２からの交流信号と光検出器１０４の出力する検出し
たレーザ光３の強度を示す信号とを用いて、発信器２０
２の交流信号と同じ周波数を有する振動成分を、光検出
器１０４から出力される信号の中から検出して、その振
動成分を増幅して出力するロックインアンプ２０３とを
有する。ここで、ロックインアンプ２０３から出力され
る信号は、後記するように、プローブ１で反射されたレ
ーザ光３のカー回転の角度および回転方向を示す。

【００２９】本実施例では、偏光面の変調にファラデー
セルを用いたが、この代わりにポッケルスセルや、回転
させた１／２波長板など偏光面に変調を加えることので
きる他の素子を用いてもよい。

【００３０】走査手段３００は、プローブ１の測定位置
を変位させるための機構であり、試料２を載置してＸＹ
Ｚ方向に移動させるＸＹＺアクチュエータ３０２と、当
該アクチュエータ３０２を駆動して、変位方向および変
位量を制御すると共に、少なくともＸＹ方向における変
位を示す信号を出力する駆動コントローラ３０３と、プ
ローブ１を試料２表面上に保持すると共に、試料２を載
置したアクチュエータ３０２を保持する保持器３０１と
を有する。ここで、図１中の矢印で示されたように、Ｚ
方向は、上方向であり、Ｘ、Ｙ方向は、それと直行する
方向である。

【００３１】ＸＹＺアクチュエータ３０２には、例え
ば、図３に示すような、いわゆる、チューブスキャナ型
圧電素子を用いることができる。この圧電素子は、円筒
状の圧電セラミックス６０と、その外周面に設けられた
Ｘ方向走査用の電極６１ａ、６１ｂと、Ｙ方向走査用の
電極６２ａ、６２ｂと、内周面に設けられた共通電極６
３とを有する。

【００３２】このようなＸＹＺアクチュエータ３０２を
ＸまたはＹ方向に走査する場合、駆動コントローラ３０
３により、それぞれの方向の各電極間に、大きさが同じ
で符号が逆である電位を印加する。また、Ｚ方向に走査
する場合は、駆動コントローラ３０３により、方向によ
って、正負どちらか一方の電圧を設定して、この電圧を
外周面に設けられているすべての電極６１ａ、６１ｂ、
６２ａ、６２ｂと、共通電極６３との間に印加する。

【００３３】描画処理装置４００は、ロックインアンプ
２０３から出力されるレーザ光３の磁気光学効果を示す
信号と、駆動コントローラ３０３から出力される、測定
位置の変位を示す信号とから、レーザ光３におけるカー
回転の回転角および方向を算出し、その結果から、試料
２表面における磁化分布を算出する処理手段４０１と、
算出結果を表示する表示手段４０２とを有する。

【００３４】処理手段４０１には、例えば、ＣＰＵ、メ
モリ等を備えたコンピュータまたはワークステーション
が使用でき、表示手段４０２には、ＣＲＴ等が使用でき
る。

【００３５】次に、本実施例の作用を説明する。

【００３６】本実施例の磁気偏光顕微鏡では、磁気カー
効果による反射光の偏光面の回転、すなわち、磁気カー
回転角を、いわゆる、位相敏感法を利用して測定するこ
とにより、試料表面の磁化分布を高い面内分解能および
高い感度で測定する。

【００３７】本実施例においては、駆動コントローラ３
０３の予め定められている制御に基づいて、ＸＹＺアク
チュエータ３０２を駆動して、プローブ１の探針部５５
を、試料２表面の予め定めた測定位置へ、試料２上方か
ら接近させる。このとき、試料２表面とプローブ１との
距離は、試料２表面の磁化状態（磁界の向きおよび強
さ）がプローブ１の磁性体被膜５２へ転写される程度以
下とし、本実施例では、プローブ１の探針部５５の先端
５５ａを試料２表面に接触させた状態とする。

【００３８】駆動コントローラ３０３は、さらに、ＸＹ
Ｚアクチュエータ３０２を制御して、この状態でプロー
ブ１の測定位置を変位させ、試料２表面の予め定めた範
囲内を走査する。

【００３９】プローブ１の探針部５５には、図２に示す
ように、磁性体被膜５２が施されている。このため、プ
ローブ１が試料２表面に接近すると、磁性体被膜５２
は、試料２表面近傍の磁界により磁化される。この磁性
体被膜５２の磁化状態の向きおよび強度は、試料２表面
近傍の磁界によって決定されるものであり、このような
作用は磁化状態の転写と呼ばれる。

【００４０】特に、プローブ１と試料２とが接触する場
合、実際に接触するのは探針部５５の先端部５５ａだけ
であるため、磁性体被膜５２の磁化状態は、接触点にお
ける試料２の磁化状態を最も強く反映する。

【００４１】プローブ１の磁性体被膜５２に転写された
磁化状態は、磁気光学効果である磁気カー効果を利用す
ることで検出される。磁気カー効果とは、磁化された磁
性体に、直線偏光を有する光を反射させると、反射光の
偏光状態は楕円偏光となるように、偏光が回転される事
をいう。さらに、偏光の回転角は、磁化の向きと強さに
よって変化する。

【００４２】本実施例においては、磁気カー回転の方向
と角度とを求めるために、偏光状態が既知であるレーザ
光３を、プローブ１の磁性体被膜５２が施されている反
射部５４ａで反射し、その反射されたレーザ光３の偏光
状態を検出して、それら偏光状態の変化を求めるもので
ある。

【００４３】ただし、磁気カー効果は非常に小さい場合
があり、充分なＳ／Ｎ比で試料表面の磁化状態を測定す
ることが難しい場合がある。そこで、本実施例では、微
弱な信号を高いＳ／Ｎ比で検出するため、測定補助手段
を用いて同期検出を行なう。

【００４４】すなわち、検出したい微弱信号の背景に存
在し、Ｓ／Ｎ比を悪化させている雑音は、特定の周波数
成分を持たずほぼ白色と考えてよい。さらに、このよう
な雑音の振幅は、検出している周波数帯域の平方根に比
例するという性質がある。そこで、微弱信号と相関を持
った特定の周波数成分のみを測定し、周波数帯域を実行
的に狭め、観測される雑音を減少させればよい。

【００４５】本実施例において、これを実現するには、
ファラデーセル２０１および発信器２０２により、レー
ザ光源１０１で発生され偏光子１０２で直線偏光とされ
たレーザ光の偏光面に変調を加えると共に、光検出器１
０４から出力される信号のうち、発信器２０２の発生す
る交流信号と同期した信号成分のみを、ロックインアン
プ２０３によって検出する。以下に、この作用を説明す
る。

【００４６】最初に、ファラデーセル２０１により、レ
ーザ光３の偏光面に変調が加えられない場合を説明す
る。レーザ光源１０１で発生され、偏光子１０２を通過
した後の光電場Ｅは、レーザ光３の光電場の電場ベクト
ル方向にｘ軸を取ると、

【００４７】

【数１】

【００４８】である。ここで、光の進行方向であるｚ成
分は常に０であるので省略した。

【００４９】この光が、試料２表面の磁化状態が転写さ
れた、プローブ１の磁性体被膜５２で起る磁気カー効果
により、偏光面の回転θを受けると、

【００５０】

【数２】

【００５１】本実施例において、偏光子１０２を通った
レーザ光３は、偏光子１０２と直行する検光子１０３を
通して、光検出器１０４により検出される。すなわち、
θ＝０のときは光が通過できないような配置であるた
め、プローブ１で反射されたレーザ光３が、検光子１０
３を通ると、光電場は、

【００５２】

【数３】

【００５３】従って、光検出器１０４で検出される信号
Ｓは、

【００５４】

【数４】

【００５５】となる。

【００５６】一方、レーザ光３が偏光子１０２を通過し
た後に、ファラデーセル２０１を用いて偏光面の変調を
行う場合、変調の深さをφo、変調周波数をｆとして、
正弦変調を加えると、偏光面φは、

【００５７】

【数５】

【００５８】プローブ１上面で、磁気カー効果により偏
光面がθ回転したとすると、光電場は、

【００５９】

【数６】

【００６０】である。検光子１０３に、このレーザ光３
を通すと、

【００６１】

【数７】

【００６２】となる。

【００６３】したがって、光検出器１０４で検出される
光電場は、

【００６４】

【数８】

【００６５】である。

【００６６】ところで、この光電場をベッセル関数展開
すると、

【００６７】

【数９】

【００６８】この光電場をロックインアンプ２０３で同
期検出すると、周波数ｆによる振動成分のみが検出さ
れ、信号Ｓは、

【００６９】

【数１０】

【００７０】従って、本実施例によれば、ファラデーセ
ル２０１を用いて、レーザ光３の偏光面に変調をかけて
ロックインアンプ２０３により同期検出を行なうと、迷
光に由来する雑音や電気系に重畳する雑音と、カー効果
を直接示す微弱信号とを分けて検出することができる。
さらに、（１０）式に示されるように、ロックインアン
プ２０３から出力される信号Ｓでは、カー効果はｓｉｎ
θの２乗ではなく、ｓｉｎ２θに比例する。したがっ
て、小さなカー回転角θを、高いＳ／Ｎ比で、測定する
ことができる。

【００７１】また、上記で示したように、レーザ光３の
偏光面に変調を加えないで、カー回転を検出する場合で
は、光検出器１０４から出力される信号Ｓは、（４）式
に示されるように、ｓｉｎθの２乗に比例する。このた
め、カー回転の方向にかかわらず信号は常に正である。

【００７２】一方、本実施例のように、ファラデーセル
２０１を用いて変調を加える場合、光検出器１０４から
出力されロックインアンプ２０３で同期検出される、反
射レーザ光３の強度信号Ｓは、ｓｉｎ２θに比例するた
め、その正負が、すなわち、カー回転の向きとなる。し
たがって、試料２の磁化の向きも、カー回転角と同時に
測定することができる。

【００７３】ところで、Ｊ0（φo）Ｊ1（φo）はφoの
値によって変化するので、最も高い感度で測定をするた
めには、Ｊ0（φo）Ｊ1（φo）が最も大きくなるφoを
選ぶ必要がある。これについて考慮すると、Ｊ0（φo）
Ｊ1（φo）はφo＝１．０８（ｒａｄ）で極大値０．３
３９を持つので、これを変調の深さとして選べばよい。
本実施例において、上記のような情報を含む、ロック
インアンプ２０３から出力される信号は、描画処理装置
４００の処理手段４０１により処理される。

【００７４】処理手段４０１は、ロックインアンプ２０
３からの信号を入力として、上記（１０）式を用いて、
カー回転角およびその方向を算出する。処理手段４０１
は、さらに、プローブ１に用いている磁性体材料の磁化
と、カー回転との関係から、試料２表面の磁化を算出す
る。

【００７５】本実施例においては、さらに、駆動コント
ローラ３０３からの制御信号により、ＸＹＺアクチュエ
ータ３０２を用いて、プローブ１を試料２表面上で走査
しながら、上記カー回転の検出を実施する。処理手段４
０１は、このようにして求めた、走査範囲における各測
定位置での磁界から、試料２表面の磁化分布を算出し
て、その結果を表示手段４０２に表示する。

【００７６】本実施例によれば、プローブ１を試料２表
面に必要なだけ接近させる事ができるので、試料２表面
の磁化状態を高い空間分解能で測定することができる。
さらに、本実施例によれば、レーザ光３の偏光面に変調
をかけて同期検出する方法を用いているので、小さなカ
ー回転角θの回転角度を高いＳ／Ｎ比で測定することが
可能になるのと同時に、そのカー回転の向きを測定する
こともできる。

【００７７】本発明を適用した磁気偏光顕微鏡の他の実
施例を、図４を用いて説明する。

【００７８】本実施例は、上記実施例の構成に加えて、
プローブ１の変位を測定する変位測定手段を設け、この
変位測定手段を用いて、試料表面の磁化分布と共に、表
面形状を検出するものである。

【００７９】本実施例は、図４に示すように、試料２表
面の磁化が転写されるように、表面の一部が磁性体から
なるプローブ１と、カー効果を利用してプローブ１の磁
化状態を検出する磁気光学効果測定手段１００と、磁化
状態の検出における微弱な信号を検出するための測定補
助手段２００と、プローブ１と試料２との相対位置を変
位させる走査手段３００と、各手段１００、２００、３
００から出力される信号に基づいて、試料２表面におけ
る磁化分布を算出して表示する描画処理装置４００とを
有する。

【００８０】ここで、磁気光学効果測定手段１００、測
定補助手段２００、走査手段３００、および、描画処理
装置４００における構成要素には、上記実施例と同じも
のを使用することができる。

【００８１】本実施例は、さらに、試料２の表面形状に
起因するプローブ１の変位を検出する変位測定手段とし
て、レーザ光４をプローブ１に照射する第２のレーザ光
源５０１と、プローブ１で反射されたレーザ光４を受光
する２分割光検出器５０２と、２分割光検出器５０２か
ら出力される差動出力が、予め定めた値となるようにフ
ィードバック信号を出力するフィードバックアンプ５０
３と、フィードバック信号および駆動コントローラ３０
３からの位置情報信号に基づいて、試料２表面の形状を
算出し、その結果を表示手段４０２に出力する第２の処
理手段５０４とを有する。

【００８２】ここで、第２のレーザ光源５０１の種類
は、特に限定されないが、例えば、レーザ光源１０１と
同様なものを使用することができる。

【００８３】本実施例において、駆動コントローラ３０
３は、フィードバックアンプ５０３から出力されるフィ
ードバック信号に基づいて、ＸＹＺアクチュエータ３０
２のＺ方向（図４中の上下方向）変位を制御する。すな
わち、本実施例では、変位測定手段によって、試料２の
表面形状に起因するプローブ１の変位が、常に、一定に
保たれるように、ＸＹＺアクチュエータ３０２が制御さ
れるものである。

【００８４】次に、本実施例の作用を説明する。

【００８５】本実施例では、最初、駆動コントローラ３
０３の制御により、ＸＹＺアクチュエータ３０２を駆動
して、プローブ１の探針部５５を、試料２表面の上方か
ら接近させ、接触させる。さらに、このように接触した
状態で、ＸＹＺアクチュエータ３０２を駆動して、試料
２表面の予め定めた測定範囲において、プローブ１の走
査を行なう。

【００８６】このとき、各測定位置において、上記実施
例と同様に、磁気光学効果測定手段１００および測定補
助手段２００により、高い空間分解能と高いＳ／Ｎ比に
よって、プローブ１に転写された磁化状態を検出する。
さらに、その結果に基づいて、描画処理装置４００の処
理手段４０１は、試料２表面の磁化分布を算出して、そ
の結果を表示手段４０２により表示する。

【００８７】これと同時に、本実施例においては、各測
定位置での試料２表面とプローブ１との接触圧力が、例
えば、常に、０．５μＮ程度となるように、変位測定手
段が、駆動コントローラ３０３を介して、ＸＹＺアクチ
ュエータ３０２のＺ方向変位を制御する。

【００８８】すなわち、プローブ１と試料２表面とが接
触した状態で、プローブ１をＸまたはＹ方向に走査する
と、試料２表面形状におけるＺ方向の凸凹により、プロ
ーブ１がたわむ。このたわみ量は、接触圧力と関係して
おり、予め定めた圧力よりも高い圧力が加わることで、
プローブ１がたわむと、プローブ１で反射されるレーザ
光４の光路が変位する。２分割光検出器５０２は、この
レーザ光４を検出し、その光路の変位量に対応する差動
出力信号を出力する。

【００８９】フィードバックアンプ５０３は、その信号
に基づいて、プローブ１のたわみを補正するように、フ
ィードバック信号を駆動コントローラ３０３へ出力す
る。駆動コントローラ３０３は、このフィードバック信
号を受け入れ、ＸＹＺアクチュエータ３０２を駆動し
て、プローブ１のたわみ量、つまり、プローブ１と試料
２表面との接触圧力が、予め定めた値となるようにす
る。

【００９０】第２の処理手段５０４は、フィードバック
アンプ５０３から出力されるＺ方向の変位を示す信号
と、駆動コントローラ３０３から出力されるＸＹ方向の
位置情報を示す信号とに基づき、プローブ１の測定位置
と、その位置でのＺ方向の変位量とを取得する。さら
に、第２の処理手段は、試料２の表面形状を画像として
再構築し、それを示す信号を表示手段４０２へ出力す
る。表示手段４０２は、この表面形状を示す信号に基づ
いて、試料２表面の形状画像を表示する。

【００９１】本実施例においては、プローブ１の変位を
測定するために、プローブ１で反射された光路の変位を
２分割光検出器で検出したが、プローブ１の変位を、サ
ブナノメートル程度の分解能で測定できるものであれ
ば、本発明の変位測定手段は、これに限定されるもので
はない。

【００９２】本実施例によれば、試料２表面の形状に起
因するプローブ１の変位を測定することで、試料２表面
の形状を測定することができると共に、試料２表面の磁
化分布を高い空間分解能と、高い感度で測定することが
できる。

【００９３】本発明を適用した磁気偏光顕微鏡の他の実
施例を、図５を用いて説明する。

【００９４】本実施例は、表面形状測定のために変位測
定手段を備えた磁気偏光顕微鏡であり、１つの光照射装
置を用いて、磁気光学効果およびプローブ変位の測定を
実施するものである。

【００９５】本実施例は、図５に示すように、試料２表
面の磁化が転写されるように、表面の一部が磁性体から
なるプローブ１と、カー効果を利用してプローブ１の磁
化状態を検出する磁気光学効果測定手段１００と、磁化
状態の検出における微弱な信号を検出するための測定補
助手段２００と、プローブ１と試料２との相対位置を変
位させる走査手段３００と、各手段１００、２００、３
００から出力される信号に基づいて、試料２表面におけ
る磁化分布を算出して表示する描画処理装置４００とを
有する。ここで、これらの構成要素には、上記図４の実
施例と同じものを使用することができる。

【００９６】本実施例は、さらに、変位測定手段とし
て、プローブ１で反射されたレーザ光３を２つに分割す
るビームスプリッタ５０５と、分割された光のうち、一
方のレーザ光５を受光する２分割光検出器５０２と、２
分割光検出器５０２から出力される差動出力が、予め定
めた値となるようにフィードバック信号を出力するフィ
ードバックアンプ５０３と、フィードバック信号および
駆動コントローラ３０３からの位置情報信号に基づい
て、試料２表面の形状を算出し、その結果を表示手段４
０２に出力する第２の処理手段５０４とを有する。ここ
で、ビームスプリッタ５０５以外の構成要素には、上記
図４の実施例と同様なものを使用することができる。こ
こでは、説明の便宜上、表面における磁化状態を算出す
る処理手段４０１と、表面形状を算出する処理手段５０
４とを別々としたが、これは必須の要件ではなく、これ
ら両者４０１、５０４に共通のコンピュータ等を用いて
も良い。

【００９７】本実施例の作用は、下記の作用を除いて、
上記図４の実施例と同じである。

【００９８】すなわち、本実施例において異なるのは、
プローブ１で反射されたレーザ光３が、ビームスプリッ
タ５０５において、２つに分割され、さらに、分割され
た光は、それぞれ、検光子１０３および２分割光検出器
５０２とで受光される点である。本実施例では、これら
分割された２つの光から、試料２表面の磁化状態および
表面形状を測定する。

【００９９】したがって、本実施例によれば、試料２表
面の形状および磁化分布を、高い空間分解能と高い感度
とで測定できる磁気偏光顕微鏡において、光照射装置を
１つだけ用いているので、装置全体の小型化が図りやす
く、光学系の準備調整に費やす手間を減らすことができ
る。

【０１００】

【発明の効果】本発明によれば、高い空間分解能および
高いＳ／Ｎ比で、試料表面の磁化状態を測定できる磁気
偏光顕微鏡を提供することができる。

【０１０１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気偏光顕微鏡の一実施例の構成を示
すブロック図。

【図２】本発明の磁気偏光顕微鏡に用いられるプローブ
の一例の断面を示す説明図。

【図３】本発明の磁気偏光顕微鏡に用いられるアクチュ
エータの一例を示す斜視図。

【図４】本発明の磁気偏光顕微鏡の、他の実施例の構成
を示すブロック図。

【図５】本発明の磁気偏光顕微鏡の、他の実施例の構成
を示すブロック図。

【符号の説明】

１…プローブ、２…試料、３…レーザ光、５１…芯体、
５２…磁性体被膜、５３…金被膜、５４…カンチレバー
部、５５…探針部、１００…磁気光学効果測定手段、１
０１…レーザ光源、１０２…偏光子、１０３…検光子、
１０４…光検出器、２００…位相敏感補助手段、２０１
…ファラデーセル、２０２…発振器、２０３…ロックイ
ンアンプ、３００…走査手段、３０１…保持器、３０２
…ＸＹＺアクチュエータ、３０３…駆動コントローラ、
４００…描画処理装置、４０１…処理手段、４０２…表
示手段、５０１…第２のレーザ光源、５０２…２分割光
検出器、５０３…フィードバックアンプ、５０４…第２
の処理手段、５０５…ビームスプリッタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の分析対象面に対して、予め定めた測
定位置に保持される、少なくとも表面の一部が磁性体で
あるプローブと、当該対象面の表面磁界に影響されて変化する、プローブ
の磁性体の磁化状態に起因する磁気光学効果を測定する
磁気光学効果測定手段と、測定された磁気光学効果に基づいて、当該分析対象面の
磁化状態を算出する処理手段とを有し、磁気光学効果測定手段は、予め定めた偏光状態の光をプローブの磁性体へ照射する
光照射装置と、当該磁性体で反射された光の偏光状態における変化を検
出することで、磁気光学効果を測定する偏光状態変化測
定装置と、照射された光の偏光状態を予め定めた周波数で変調し、
さらに、測定された結果のうち、当該周波数と同じ成分
だけを検出することにより、測定感度を高める測定補助
装置とを有することを特徴とする磁気偏光顕微鏡。
【請求項２】請求項１において、前記測定補助装置は、予め定めた周波数の交流信号を発生する発信器と、前記光照射装置で照射された光の偏光面を、前記予め定
めた偏光面を基準として、当該交流信号に基づいて、予
め定めた振幅で、変調する偏光状態変調器と、偏光状態変化測定装置からの測定結果のうち、当該交流
信号と同期である信号成分だけを検出する同期検出器と
を有することを特徴とする磁気偏光顕微鏡。
【請求項３】請求項２において、前記磁気光学効果測定手段は、磁気光学効果として、前
記プローブの磁性体における磁気カー効果を測定するも
のであり、前記処理手段は、前記同期検出器から出力される信号を
入力として、磁気カー効果におけるカー回転の向きおよ
び回転角の大きさを算出して、これらの結果から前記測
定位置における分析対象面での磁化状態を取得すること
を特徴とする磁気偏光顕微鏡。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、試料と前記プローブとの相対位置を変化させることで、
測定位置を変位すると共に、当該位置を示す信号を出力
する走査手段をさらに有し、前記処理手段は、走査手段から出力される測定位置を示
す信号と、当該位置における前記磁気光学効果測定手段
からの出力信号とに基づいて、分析対象面の磁化状態を
算出することを特徴とする磁気偏光顕微鏡。
【請求項５】請求項４において、前記走査手段は、試料および前記プローブのうち、いずれか一方の位置を
微動する微動機構と、微動機構を制御すると共に、前記プローブの測定位置を
示す信号を出力する微動機構制御器とを有することを特
徴とする磁気偏光顕微鏡。
【請求項６】請求項５において、試料表面形状に起因する前記プローブの変位を検出する
変位測定手段をさらに有することを特徴とする磁気偏光
顕微鏡。
【請求項７】請求項６において、前記変位測定手段は、前記プローブに第２の光を照射する第２の光照射装置
と、試料表面形状に起因する前記プローブの変位によって変
化する、前記プローブで反射された当該第２の光の光路
の変位を測定する光路変化検出装置と、測定された光路変位に基づいて、表面形状を取得する第
２処理手段とを有することを特徴とする磁気偏光顕微
鏡。
【請求項８】請求項６において、前記変位測定手段は、前記プローブと前記偏光状態変化測定装置との間に設け
られ、前記プローブで反射された光を２つに分割する光
分割装置と、分割された光のうちの一方の光における、試料表面形状
に起因する前記プローブの変位によって変化する光路の
変位を測定する光路変化検出装置と、測定された光路変位に基づいて、表面形状を取得する第
２処理手段とを有し、前記偏光状態変化測定手段は、光分割装置により分割さ
れた、もう一方の光を受け入れて、偏光状態を検出する
ことを特徴とする磁気偏光顕微鏡。
【請求項９】請求項７または８のいずれかにおいて、前記変位測定手段で検出された前記プローブの変位が、
予め定めた値となるための制御信号を、前記微動機構制
御器へ出力するフィードバック制御器をさらに有し、前記微動機構制御器は、当該制御信号に基づき、試料の
分析対象面と前記プローブとの距離を変位させる信号を
前記微動機構へ出力するものであることを特徴とする磁
気偏光顕微鏡。