JPH11166937A - 交流型磁気力顕微鏡システム - Google Patents
交流型磁気力顕微鏡システムInfo
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- JPH11166937A JPH11166937A JP10058595A JP5859598A JPH11166937A JP H11166937 A JPH11166937 A JP H11166937A JP 10058595 A JP10058595 A JP 10058595A JP 5859598 A JP5859598 A JP 5859598A JP H11166937 A JPH11166937 A JP H11166937A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 プローブ・ティップに磁界を集中させ、磁界
をプローブ・ティップにおいて交番させて、コイルから
の漂遊磁界が磁性試料に影響を及ぼすことなくＭＦＭシ
ステムの分解能を改善することができる改良型のＡＣ−
ＭＦＭシステムおよびＡＣ−ＭＦＭプローブを提供する
こと。 【解決手段】 交流型（ＡＣ）磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）
システムは、システムのカンチレバー５０の自由端に一
体型コイルを備えた改良型のプローブを組み込んでい
る。このプローブは、磁気ヨークの一部分を構成する１
対の磁極と、ヨークを通って巻かれたパターン付きの導
電性コイル１１とを有する。プローブは、一方の磁極に
磁気的に結合されそれから延びる磁気表面の層を有する
プローブ・ティップ２０を含む。
をプローブ・ティップにおいて交番させて、コイルから
の漂遊磁界が磁性試料に影響を及ぼすことなくＭＦＭシ
ステムの分解能を改善することができる改良型のＡＣ−
ＭＦＭシステムおよびＡＣ−ＭＦＭプローブを提供する
こと。 【解決手段】 交流型（ＡＣ）磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）
システムは、システムのカンチレバー５０の自由端に一
体型コイルを備えた改良型のプローブを組み込んでい
る。このプローブは、磁気ヨークの一部分を構成する１
対の磁極と、ヨークを通って巻かれたパターン付きの導
電性コイル１１とを有する。プローブは、一方の磁極に
磁気的に結合されそれから延びる磁気表面の層を有する
プローブ・ティップ２０を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気力顕微鏡（Ｍ
ＦＭ：Magnetic Force Microscopy）に関し、より詳細
には、交流（ＡＣ）モードで動作するＭＦＭシステムに
関する。
ＦＭ：Magnetic Force Microscopy）に関し、より詳細
には、交流（ＡＣ）モードで動作するＭＦＭシステムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】本出願は、「磁気力顕微鏡用プローブお
よびカンチレバー・アセンブリ」という発明の名称であ
る同時出願第＿＿＿と関連する。
よびカンチレバー・アセンブリ」という発明の名称であ
る同時出願第＿＿＿と関連する。
【０００３】磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）は、非接触表面分
析型の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を発展させたものであ
る。ＭＦＭは、磁気記録媒体などの薄膜から出る磁界を
測定するための技術として十分に確立されている。ＭＦ
Ｍシステムでは、磁気試験片の表面の上に配置されたカ
ンチレバー力センサに鋭利な磁気ティップが取り付けら
れ、試験片が従来のＸＹＺ走査ステージによって走査さ
れる。試料からティップに働く磁力によって、カンチレ
バーに静的な振れ（たわみ）が生じる。このような力
は、通常、レーザ検出システムを使って監視され、カン
チレバーの振れにより反射レーザ光線の変位が生じる。
磁化した鉄ティップを使用するＭＦＭは、マーティン
（Martin）他の論文「High-resolution Magnetic Imagi
ng of Domains in TbFe by Force Microscopy」、Appl.
Phys. Lett.、Vol.52、No.3、1988年1月18日、PP.244
〜246に記載されている。ＭＦＭにおけるＮｉＦｅやＣ
ｏＰｔＣｒなどの磁性体の薄膜で被覆したシリコン・テ
ィップの使用は、グラッタ（Grutter）他の論文「Magne
tic Force Microscopy with Batch-fabricated Force S
ensors」、J. Appl. Phys.、Vol. 69、No. 8、1991年4
月15日、pp. 5883〜5885に記載されている。
析型の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を発展させたものであ
る。ＭＦＭは、磁気記録媒体などの薄膜から出る磁界を
測定するための技術として十分に確立されている。ＭＦ
Ｍシステムでは、磁気試験片の表面の上に配置されたカ
ンチレバー力センサに鋭利な磁気ティップが取り付けら
れ、試験片が従来のＸＹＺ走査ステージによって走査さ
れる。試料からティップに働く磁力によって、カンチレ
バーに静的な振れ（たわみ）が生じる。このような力
は、通常、レーザ検出システムを使って監視され、カン
チレバーの振れにより反射レーザ光線の変位が生じる。
磁化した鉄ティップを使用するＭＦＭは、マーティン
（Martin）他の論文「High-resolution Magnetic Imagi
ng of Domains in TbFe by Force Microscopy」、Appl.
Phys. Lett.、Vol.52、No.3、1988年1月18日、PP.244
〜246に記載されている。ＭＦＭにおけるＮｉＦｅやＣ
ｏＰｔＣｒなどの磁性体の薄膜で被覆したシリコン・テ
ィップの使用は、グラッタ（Grutter）他の論文「Magne
tic Force Microscopy with Batch-fabricated Force S
ensors」、J. Appl. Phys.、Vol. 69、No. 8、1991年4
月15日、pp. 5883〜5885に記載されている。
【０００４】米国特許第５４３６４４８号には、同特許
の図７に、このタイプの従来型の静的ＭＦＭシステムの
修正形が図示され記載されている。この修正型ＭＦＭシ
ステムでは、端部に磁気ティップを有するカンチレバー
の周りにコイルが巻かれている。コイル中を交流（Ａ
Ｃ）が通り、ティップの磁化方向を切り換える。ＭＦＭ
システムの分解能を改善するために、一方の極性で得ら
れた磁力データと他方の極性で得られた磁力データが互
いに減分される。このＡＣ−ＭＦＭシステムの欠点は、
ティップからの物理的距離のために、コイルによる磁界
がティップに集中することができず、コイルからの漂遊
磁界が試料からの磁界と相互作用することである。
の図７に、このタイプの従来型の静的ＭＦＭシステムの
修正形が図示され記載されている。この修正型ＭＦＭシ
ステムでは、端部に磁気ティップを有するカンチレバー
の周りにコイルが巻かれている。コイル中を交流（Ａ
Ｃ）が通り、ティップの磁化方向を切り換える。ＭＦＭ
システムの分解能を改善するために、一方の極性で得ら
れた磁力データと他方の極性で得られた磁力データが互
いに減分される。このＡＣ−ＭＦＭシステムの欠点は、
ティップからの物理的距離のために、コイルによる磁界
がティップに集中することができず、コイルからの漂遊
磁界が試料からの磁界と相互作用することである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】プローブ・ティップに
磁界を集中させ、磁界をプローブ・ティップにおいて交
番させて、コイルからの漂遊磁界が磁性試料に影響を及
ぼすことなくＭＦＭシステムの分解能を改善することが
できる、改良型のＡＣ−ＭＦＭプローブおよびＡＣ−Ｍ
ＦＭシステムが必要とされている。本発明の目的は、か
かるシステムを提供することにある。
磁界を集中させ、磁界をプローブ・ティップにおいて交
番させて、コイルからの漂遊磁界が磁性試料に影響を及
ぼすことなくＭＦＭシステムの分解能を改善することが
できる、改良型のＡＣ−ＭＦＭプローブおよびＡＣ−Ｍ
ＦＭシステムが必要とされている。本発明の目的は、か
かるシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、改良型のプロ
ーブを備えたＡＣ−ＭＦＭシステムである。このプロー
ブは、カンチレバーの自由端に配置され、磁気ヨークの
一部分を構成する１対の磁極とそのヨークを通して巻か
れたパターン形成した導電体コイルとを有する。プロー
ブは、磁極の一方に磁気的に結合されその磁極から延び
る磁気表面層を有するプローブ・ティップを含む。ＡＣ
−ＭＦＭシステムがプローブ・コイル中に交流を流す
と、それに対応してプローブ・ティップの磁化方向が交
番する。このようなプローブ・ティップからの交番磁界
と磁性試料からの磁界との相互作用により、カンチレバ
ーは２つの最大位置の間で振れる。好ましい実施形態に
おいては、プローブは、パターン付き薄膜誘導型書き込
みヘッドを後端に備えたディスク・ドライブの空気軸受
スライダの一部分からなる。プローブ・ティップは、書
き込みヘッドのギャップおよび磁極の一方と接するよう
にスライダの空気軸受面から成長させる。プローブは、
次に、従来のＡＦＭカンチレバーに取り付ける。代替実
施形態においては、カンチレバー、プローブ本体および
プローブ・ティップはすべて、従来の薄膜付着およびリ
ソグラフィ・プロセスを利用して一体化単一片構造とし
て形成される。
ーブを備えたＡＣ−ＭＦＭシステムである。このプロー
ブは、カンチレバーの自由端に配置され、磁気ヨークの
一部分を構成する１対の磁極とそのヨークを通して巻か
れたパターン形成した導電体コイルとを有する。プロー
ブは、磁極の一方に磁気的に結合されその磁極から延び
る磁気表面層を有するプローブ・ティップを含む。ＡＣ
−ＭＦＭシステムがプローブ・コイル中に交流を流す
と、それに対応してプローブ・ティップの磁化方向が交
番する。このようなプローブ・ティップからの交番磁界
と磁性試料からの磁界との相互作用により、カンチレバ
ーは２つの最大位置の間で振れる。好ましい実施形態に
おいては、プローブは、パターン付き薄膜誘導型書き込
みヘッドを後端に備えたディスク・ドライブの空気軸受
スライダの一部分からなる。プローブ・ティップは、書
き込みヘッドのギャップおよび磁極の一方と接するよう
にスライダの空気軸受面から成長させる。プローブは、
次に、従来のＡＦＭカンチレバーに取り付ける。代替実
施形態においては、カンチレバー、プローブ本体および
プローブ・ティップはすべて、従来の薄膜付着およびリ
ソグラフィ・プロセスを利用して一体化単一片構造とし
て形成される。
【０００７】代替のプローブ・ティップは、各表面がそ
れぞれ対応する磁極と接触する２つの磁気表面を有す
る。プローブ・ティップの端部は除去されて、非磁性材
料が２つの磁気表面の間のティップの端部に位置するよ
うになる。プローブ・ティップのこの実施形態において
は、コイルによって誘導された磁界が、２つの磁気表面
の間のプローブ・ティップの所で非磁性ギャップを橋絡
する。
れぞれ対応する磁極と接触する２つの磁気表面を有す
る。プローブ・ティップの端部は除去されて、非磁性材
料が２つの磁気表面の間のティップの端部に位置するよ
うになる。プローブ・ティップのこの実施形態において
は、コイルによって誘導された磁界が、２つの磁気表面
の間のプローブ・ティップの所で非磁性ギャップを橋絡
する。
【０００８】スライダ本体上にある従来の薄膜誘導型書
き込みヘッドと同様に、磁極と一体化されプローブ本体
によって遮蔽されたパターン付き薄膜コイルを使用し、
コイルをプローブ・ティップの近くに配置することによ
って、磁界をプローブ・ティップの所に集中させること
ができ、試料からの磁界と干渉を引き起こすコイルから
漂遊磁界が発生することが防止される。
き込みヘッドと同様に、磁極と一体化されプローブ本体
によって遮蔽されたパターン付き薄膜コイルを使用し、
コイルをプローブ・ティップの近くに配置することによ
って、磁界をプローブ・ティップの所に集中させること
ができ、試料からの磁界と干渉を引き起こすコイルから
漂遊磁界が発生することが防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の磁気力顕微鏡
（ＭＦＭ）システムを概略的に示す。ＭＦＭシステム
は、柔軟なカンチレバー５０に取り付けられた本発明の
ＭＦＭプローブ１０を含む。図１では、プローブ１０と
カンチレバー５０は、プローブ１０が試料６０の表面に
最も近い一方の所と試料６０の表面から最も遠い他方の
所の両端位置にある。試料６０は、任意の種類の磁性体
でよいが、図１では、垂直記録磁性薄膜の試料として示
してある。試料６０は、ＭＦＭシステムに使用されるタ
イプの従来のＸＹＺ走査装置上に支持される。ＸＹＺ走
査装置は、ＸＹ方向に動く圧電素子であり、したがって
プローブ１０のティップ２０を試料６０の様々なＸＹ位
置に配置することができる。プローブ１０のティップ２
０と試料の表面との間の距離は、試料６０のＺ位置を制
御する走査装置によって一定に維持される。また、試料
が固定され、プローブを備えたカンチレバーがＸＹＺ走
査装置に取り付けられたＭＦＭシステムも存在する。ま
た、プローブ１０は、変調器７０に接続された導電性コ
イル１１をも含む。変調器７０は、Hewlett-Packard Mo
del 8116A パルス／関数発生器などの市販のパルス発生
器であり、コイル１１に一定周波数ω0の電流パルスを
生成する。したがって、図１におけるＭＦＭシステムは
ＡＣ−ＭＦＭシステムである。レーザ光源７４が、カン
チレバー５０の背面に向けてレーザ光線を発生し、カド
ラント検出器７６が、カンチレバー５０から反射された
光を検出する。ロックイン増幅器７８が、周波数ω0に
おけるカドラント検出器７６からの入力信号の位相とピ
ーク・ピーク振幅を測定する。ロックイン増幅器７８の
出力は、プローブ１０からの信号を表すデータに対応す
る。この信号は、試料６０内の磁区からの磁界と、コイ
ル１１によってプローブ・ティップ２０が磁化されるこ
とによるプローブ・ティップ２０における磁界との間の
相互作用による力を表す。
（ＭＦＭ）システムを概略的に示す。ＭＦＭシステム
は、柔軟なカンチレバー５０に取り付けられた本発明の
ＭＦＭプローブ１０を含む。図１では、プローブ１０と
カンチレバー５０は、プローブ１０が試料６０の表面に
最も近い一方の所と試料６０の表面から最も遠い他方の
所の両端位置にある。試料６０は、任意の種類の磁性体
でよいが、図１では、垂直記録磁性薄膜の試料として示
してある。試料６０は、ＭＦＭシステムに使用されるタ
イプの従来のＸＹＺ走査装置上に支持される。ＸＹＺ走
査装置は、ＸＹ方向に動く圧電素子であり、したがって
プローブ１０のティップ２０を試料６０の様々なＸＹ位
置に配置することができる。プローブ１０のティップ２
０と試料の表面との間の距離は、試料６０のＺ位置を制
御する走査装置によって一定に維持される。また、試料
が固定され、プローブを備えたカンチレバーがＸＹＺ走
査装置に取り付けられたＭＦＭシステムも存在する。ま
た、プローブ１０は、変調器７０に接続された導電性コ
イル１１をも含む。変調器７０は、Hewlett-Packard Mo
del 8116A パルス／関数発生器などの市販のパルス発生
器であり、コイル１１に一定周波数ω0の電流パルスを
生成する。したがって、図１におけるＭＦＭシステムは
ＡＣ−ＭＦＭシステムである。レーザ光源７４が、カン
チレバー５０の背面に向けてレーザ光線を発生し、カド
ラント検出器７６が、カンチレバー５０から反射された
光を検出する。ロックイン増幅器７８が、周波数ω0に
おけるカドラント検出器７６からの入力信号の位相とピ
ーク・ピーク振幅を測定する。ロックイン増幅器７８の
出力は、プローブ１０からの信号を表すデータに対応す
る。この信号は、試料６０内の磁区からの磁界と、コイ
ル１１によってプローブ・ティップ２０が磁化されるこ
とによるプローブ・ティップ２０における磁界との間の
相互作用による力を表す。
【００１０】反射レーザ光検出方法の代わりに、トンネ
ル電流、キャパシタンス、ファイバ干渉法および圧電抵
抗に基づく既知のＡＦＭ測定技術を使用することによっ
てカンチレバー５０の振れを検出することもできる。Ｍ
ＦＭシステムにおいてカンチレバーの振れを測定するた
めのトンネル電流の測定値の使用は、ＩＢＭの米国特許
第５２６６８９７号に記載されている。容量性振れ検出
器の使用は、C.M.メイト（Mate）他の論文「Atomic For
ce Microscopy Studies of Frictional Forcesand of F
orce Effects in Scanning Tunneling Microscopy」、
J. Vac. Sci. Technol. A、1988、Vol. 6、p. 575に記
載されている。ファイバ干渉計振れ検出方法の使用は、
D.ルガー（Rugar）他の論文「Force Microscope Using
a Fiber-Optic Displacement Sensor」、Rev. Sci. Ins
tr.、1988、Vol. 59、p. 2337に記載されている。圧電
抵抗ＡＦＭカンチレバーの使用は、スタンフォード大学
に譲渡された米国特許第５３４５８１５号に記載されて
いる。圧電抵抗カンチレバーは、カンチレバーの長手方
向に圧電抵抗領域を形成するようにドーパントが注入さ
れた単結晶シリコンから形成され、カンチレバーの自由
端の振れによってカンチレバーに応力が生じ、カンチレ
バーの振れに比例して圧電抵抗領域の電気抵抗が変化す
る。
ル電流、キャパシタンス、ファイバ干渉法および圧電抵
抗に基づく既知のＡＦＭ測定技術を使用することによっ
てカンチレバー５０の振れを検出することもできる。Ｍ
ＦＭシステムにおいてカンチレバーの振れを測定するた
めのトンネル電流の測定値の使用は、ＩＢＭの米国特許
第５２６６８９７号に記載されている。容量性振れ検出
器の使用は、C.M.メイト（Mate）他の論文「Atomic For
ce Microscopy Studies of Frictional Forcesand of F
orce Effects in Scanning Tunneling Microscopy」、
J. Vac. Sci. Technol. A、1988、Vol. 6、p. 575に記
載されている。ファイバ干渉計振れ検出方法の使用は、
D.ルガー（Rugar）他の論文「Force Microscope Using
a Fiber-Optic Displacement Sensor」、Rev. Sci. Ins
tr.、1988、Vol. 59、p. 2337に記載されている。圧電
抵抗ＡＦＭカンチレバーの使用は、スタンフォード大学
に譲渡された米国特許第５３４５８１５号に記載されて
いる。圧電抵抗カンチレバーは、カンチレバーの長手方
向に圧電抵抗領域を形成するようにドーパントが注入さ
れた単結晶シリコンから形成され、カンチレバーの自由
端の振れによってカンチレバーに応力が生じ、カンチレ
バーの振れに比例して圧電抵抗領域の電気抵抗が変化す
る。
【００１１】動作に際して、試料を測定する前にまずプ
ローブ・ティップ２０を試料６０の表面と接触するよう
に配置してＭＦＭシステムの準備を行う。次に、走査装
置が、高速走査方向（通常はＸまたはＹ方向）の１本の
線に沿って試料を移動させる。次に、カドラント検出器
７６の出力が、変調器７０による変調を受けずに走査線
に沿った表面プロファイルとして記録され、後で走査装
置のＺ位置を制御するために使用される。次に、走査装
置は、プローブ・ティップ２０からＺ方角に約１０〜５
０ｎｍの距離まで遠ざかる。次に、走査中、記録された
プロファイルに従って、プローブ・ティップ２０と試料
６０の表面との距離が本質的に一定に維持される。
ローブ・ティップ２０を試料６０の表面と接触するよう
に配置してＭＦＭシステムの準備を行う。次に、走査装
置が、高速走査方向（通常はＸまたはＹ方向）の１本の
線に沿って試料を移動させる。次に、カドラント検出器
７６の出力が、変調器７０による変調を受けずに走査線
に沿った表面プロファイルとして記録され、後で走査装
置のＺ位置を制御するために使用される。次に、走査装
置は、プローブ・ティップ２０からＺ方角に約１０〜５
０ｎｍの距離まで遠ざかる。次に、走査中、記録された
プロファイルに従って、プローブ・ティップ２０と試料
６０の表面との距離が本質的に一定に維持される。
【００１２】走査装置が１本の線に沿って試料を移動さ
せるとき、変調器７０は、電流を切り換えて、プローブ
・ティップ２０の磁化を周波数ω0で反対方向に変え
る。次に、試料６０の走査線に沿った領域からの磁界の
強さと方向の結果として、プローブ・ティップ２０が、
両端位置の間で上下に振れる。カドラント検出器７６
が、走査中にカンチレバーの変位を検出し、ロックイン
増幅器７８に信号を送る。ロックイン増幅器７８は、周
波数ω0でカドラント検出器７６からの信号の位相とピ
ーク・ピーク振幅を検出する。ｓの実際の値は、ロック
イン増幅器７８のデータ出力である。データは、図１に
おいてＸＹＺ走査装置の下に、矢印で示す試料６０の磁
界の方向とあわせて示される。したがって各ＸＹ位置に
おけるｓの値によって、試料６０の表面上の対応する地
点における試料６０の磁界の符号と強さが決まる。コイ
ル１１が従来の薄膜誘導型書き込みヘッド上のコイルで
ある好ましい実施形態においては、コイル１１への電流
は、約４０〜１００ミリアンペアの範囲でプラスとマイ
ナスの電流レベルの間で変調される。
せるとき、変調器７０は、電流を切り換えて、プローブ
・ティップ２０の磁化を周波数ω0で反対方向に変え
る。次に、試料６０の走査線に沿った領域からの磁界の
強さと方向の結果として、プローブ・ティップ２０が、
両端位置の間で上下に振れる。カドラント検出器７６
が、走査中にカンチレバーの変位を検出し、ロックイン
増幅器７８に信号を送る。ロックイン増幅器７８は、周
波数ω0でカドラント検出器７６からの信号の位相とピ
ーク・ピーク振幅を検出する。ｓの実際の値は、ロック
イン増幅器７８のデータ出力である。データは、図１に
おいてＸＹＺ走査装置の下に、矢印で示す試料６０の磁
界の方向とあわせて示される。したがって各ＸＹ位置に
おけるｓの値によって、試料６０の表面上の対応する地
点における試料６０の磁界の符号と強さが決まる。コイ
ル１１が従来の薄膜誘導型書き込みヘッド上のコイルで
ある好ましい実施形態においては、コイル１１への電流
は、約４０〜１００ミリアンペアの範囲でプラスとマイ
ナスの電流レベルの間で変調される。
【００１３】次に図２を参照すると、カンチレバー５０
に取り付けられたプローブ１０の側面断面図が示してあ
る。好ましい実施形態においては、プローブ１０は、磁
気記録ディスク・ドライブに使用されるタイプの従来の
空気軸受スライダの一部分を含む。スライダは、１対の
磁極と誘導コイルからなる誘導書き込みヘッドをその後
端に備える。コイルと磁極は、薄膜誘導型書き込みヘッ
ドの製造において周知の従来のリソグラフィ技術を利用
して形成される。図２に示したように、このような薄膜
誘導書き込みヘッドは、スライダ本体の一部分１２と、
非磁性ギャップ１４によって離間された１対の磁極Ｐ１
およびＰ２を有する。磁極Ｐ１およびＰ２は、コイル１
１がその中を通るヨークを形成するように相互接続され
る。図２では、コイル巻線の切断した端部が、コイル１
１として端断面図で示してある。コイル１１中を電流が
通ると、従来の薄膜誘導書き込みヘッドと全く同様に、
ヨーク内に磁界が誘導され、ギャップ１４の両側の磁極
Ｐ１とＰ１の間に磁束が発生する。コイル１１は、図２
のように、磁極を相互接続するヨークの周りにまたは中
を通って「巻く」ことができ、あるいは一方の磁極の周
りに巻くことができるが、すべての実施形態で、コイル
の少なくとも一部分は、コイル電流が磁極の端部の間に
磁束を誘導できるように磁極の間に配置される。
に取り付けられたプローブ１０の側面断面図が示してあ
る。好ましい実施形態においては、プローブ１０は、磁
気記録ディスク・ドライブに使用されるタイプの従来の
空気軸受スライダの一部分を含む。スライダは、１対の
磁極と誘導コイルからなる誘導書き込みヘッドをその後
端に備える。コイルと磁極は、薄膜誘導型書き込みヘッ
ドの製造において周知の従来のリソグラフィ技術を利用
して形成される。図２に示したように、このような薄膜
誘導書き込みヘッドは、スライダ本体の一部分１２と、
非磁性ギャップ１４によって離間された１対の磁極Ｐ１
およびＰ２を有する。磁極Ｐ１およびＰ２は、コイル１
１がその中を通るヨークを形成するように相互接続され
る。図２では、コイル巻線の切断した端部が、コイル１
１として端断面図で示してある。コイル１１中を電流が
通ると、従来の薄膜誘導書き込みヘッドと全く同様に、
ヨーク内に磁界が誘導され、ギャップ１４の両側の磁極
Ｐ１とＰ１の間に磁束が発生する。コイル１１は、図２
のように、磁極を相互接続するヨークの周りにまたは中
を通って「巻く」ことができ、あるいは一方の磁極の周
りに巻くことができるが、すべての実施形態で、コイル
の少なくとも一部分は、コイル電流が磁極の端部の間に
磁束を誘導できるように磁極の間に配置される。
【００１４】スライダ本体の材料は、通常、アルミナと
炭化チタンの複合物である。ギャップ１４のギャップ材
料は、通常、アルミナからなる。磁極Ｐ１およびＰ２の
材料はパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）が好ましいが、他のＮ
ｉ−Ｆｅ合金またはＦｅ−Ｎ合金でもよい。コイル１１
は、銅または他の適切な導電性材料から形成される。ス
ライダは、リソグラフィによって従来の誘導書き込みヘ
ッドを形成した後端１８を有する。ただし、スライダ
は、スライダの一部分だけを使ってプローブ１０の本体
１２が形成されるように、平面１９に沿ってスライスさ
れている。図３の端面図では、コイル１１と磁極Ｐ１
は、本体１２の後端に示されている。
炭化チタンの複合物である。ギャップ１４のギャップ材
料は、通常、アルミナからなる。磁極Ｐ１およびＰ２の
材料はパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）が好ましいが、他のＮ
ｉ−Ｆｅ合金またはＦｅ−Ｎ合金でもよい。コイル１１
は、銅または他の適切な導電性材料から形成される。ス
ライダは、リソグラフィによって従来の誘導書き込みヘ
ッドを形成した後端１８を有する。ただし、スライダ
は、スライダの一部分だけを使ってプローブ１０の本体
１２が形成されるように、平面１９に沿ってスライスさ
れている。図３の端面図では、コイル１１と磁極Ｐ１
は、本体１２の後端に示されている。
【００１５】ティップ２０は、磁極Ｐ１またはＰ２の少
なくとも一方と接触し、好ましくはギャップ１４の端面
とも接触するが、スライダの空気軸受面（ＡＢＳ）から
磁極Ｐ１およびＰ２の端部領域に延びる。プローブ・テ
ィップ２０は、一方の磁極（図２に示したＰ２）と接触
し、磁性体から形成される少なくとも１つの表面または
側面２２を有する。プローブ・ティップ２０は、図では
ほぼ円錐形であるが、実際の形状は、後で説明するよう
に使用する製造プロセスに応じて変わってもよい。
なくとも一方と接触し、好ましくはギャップ１４の端面
とも接触するが、スライダの空気軸受面（ＡＢＳ）から
磁極Ｐ１およびＰ２の端部領域に延びる。プローブ・テ
ィップ２０は、一方の磁極（図２に示したＰ２）と接触
し、磁性体から形成される少なくとも１つの表面または
側面２２を有する。プローブ・ティップ２０は、図では
ほぼ円錐形であるが、実際の形状は、後で説明するよう
に使用する製造プロセスに応じて変わってもよい。
【００１６】図２および図３から分かるように、コイル
１１が変調器７０（図１）から電流を受け取ると、磁界
が誘導され、それによって磁気表面２２を有する磁極テ
ィップ２０の磁化が好ましい方向になる。変調器７０が
コイル１１中を流れる電流の方向を切り換えると、プロ
ーブ・ティップ２０の磁化の方向も反転する。これら２
つの磁気状態を図４および図５に概略的に示す。
１１が変調器７０（図１）から電流を受け取ると、磁界
が誘導され、それによって磁気表面２２を有する磁極テ
ィップ２０の磁化が好ましい方向になる。変調器７０が
コイル１１中を流れる電流の方向を切り換えると、プロ
ーブ・ティップ２０の磁化の方向も反転する。これら２
つの磁気状態を図４および図５に概略的に示す。
【００１７】プローブ１０とカンチレバー５０は、次の
ようにして製造される。従来の磁気記録ディスク・ドラ
イブに組み込むことができるタイプの従来の空気軸受ス
ライダが、平面１９（図２）に沿ってスライスされてプ
ローブ本体１２が形成される。プローブ本体１２は、従
来のエポキシ接着剤を使って窒化シリコンのカンチレバ
ー５０に結合される。カンチレバー５０は、Digital In
strumentsおよびParkScientificから供給されているよ
うな市販のＡＦＭカンチレバーでもよい。また、カンチ
レバー５０は、単結晶半導体級のシリコンなどの代替材
料から形成することもできる。カンチレバー５０を取り
付けたプローブ本体１２は次に走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）中に配置され、それによりギャップ１４と磁極Ｐ１
およびＰ２の２つの露出端部を有する本体１２のＡＢＳ
が、ＳＥＭ電子ビーム供給源の方向に向く。次に、磁極
の端部とギャップから従来のＳＥＭイメージが得られ
る。次に、電子ビームが、ギャップ１４の中心に正確に
位置合せされる。電子ビームの焦点がその位置に留まっ
ている間に、ＳＥＭの真空チャンバ内の残留ガスおよび
材料が、付着物を形成し、それがギャップ領域に針状ま
たはほぼ円すい形のティップとして成長する。ＳＥＭを
利用した上記の付着プロセスは、電子ビーム誘導付着
（ＥＢＩＤ）と呼ばれ、当技術分野で周知である。ＥＢ
ＩＤプロセスは、ＩＢＭの米国特許第５１７１９９２号
にＡＦＭティップを作成するために記載されており、ま
たそのようなティップを成長させるために使用するＳＥ
Ｍ装置が、同発明の図５に概略的に示されている。一般
に、ティップを成形する材料は、’９９２号特許に記載
されているように、本質的に炭素マトリックス構造であ
り、その中に金属粒子が分散されている。
ようにして製造される。従来の磁気記録ディスク・ドラ
イブに組み込むことができるタイプの従来の空気軸受ス
ライダが、平面１９（図２）に沿ってスライスされてプ
ローブ本体１２が形成される。プローブ本体１２は、従
来のエポキシ接着剤を使って窒化シリコンのカンチレバ
ー５０に結合される。カンチレバー５０は、Digital In
strumentsおよびParkScientificから供給されているよ
うな市販のＡＦＭカンチレバーでもよい。また、カンチ
レバー５０は、単結晶半導体級のシリコンなどの代替材
料から形成することもできる。カンチレバー５０を取り
付けたプローブ本体１２は次に走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）中に配置され、それによりギャップ１４と磁極Ｐ１
およびＰ２の２つの露出端部を有する本体１２のＡＢＳ
が、ＳＥＭ電子ビーム供給源の方向に向く。次に、磁極
の端部とギャップから従来のＳＥＭイメージが得られ
る。次に、電子ビームが、ギャップ１４の中心に正確に
位置合せされる。電子ビームの焦点がその位置に留まっ
ている間に、ＳＥＭの真空チャンバ内の残留ガスおよび
材料が、付着物を形成し、それがギャップ領域に針状ま
たはほぼ円すい形のティップとして成長する。ＳＥＭを
利用した上記の付着プロセスは、電子ビーム誘導付着
（ＥＢＩＤ）と呼ばれ、当技術分野で周知である。ＥＢ
ＩＤプロセスは、ＩＢＭの米国特許第５１７１９９２号
にＡＦＭティップを作成するために記載されており、ま
たそのようなティップを成長させるために使用するＳＥ
Ｍ装置が、同発明の図５に概略的に示されている。一般
に、ティップを成形する材料は、’９９２号特許に記載
されているように、本質的に炭素マトリックス構造であ
り、その中に金属粒子が分散されている。
【００１８】図６は、ギャップ１４と少なくとも一方の
磁極の上にこのようにして成長させた後のティップ２０
を示すプローブ本体１２の端部の斜視図である。このよ
うにして成長させたプローブ・ティップ２０は、長さ約
１〜２ミクロンである。
磁極の上にこのようにして成長させた後のティップ２０
を示すプローブ本体１２の端部の斜視図である。このよ
うにして成長させたプローブ・ティップ２０は、長さ約
１〜２ミクロンである。
【００１９】別法として、リソグラフィ・マスクを介し
た蒸着、スパッタリングまたは電着を利用して所望の材
料を付着させることによりギャップ１４の端部および磁
極Ｐ１、Ｐ２の端部にプローブ・ティップ２０を成長さ
せ、次に集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）エッチングを利
用して付着材料を除去することによりティップ２０を所
望の形状に形成することができる。この技術では、プロ
ーブ・ティップ２０をそっくり磁性体から作成し、磁束
がプローブ・ティップの端部に集中できるようにギャッ
プおよび一方の磁極だけと接触させて形成することも可
能である。
た蒸着、スパッタリングまたは電着を利用して所望の材
料を付着させることによりギャップ１４の端部および磁
極Ｐ１、Ｐ２の端部にプローブ・ティップ２０を成長さ
せ、次に集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）エッチングを利
用して付着材料を除去することによりティップ２０を所
望の形状に形成することができる。この技術では、プロ
ーブ・ティップ２０をそっくり磁性体から作成し、磁束
がプローブ・ティップの端部に集中できるようにギャッ
プおよび一方の磁極だけと接触させて形成することも可
能である。
【００２０】次に、プローブ１０とそれに取り付けられ
たティップ２０とを備えるカンチレバー５０を、ティッ
プ２０の長さ方向を付着させる材料の供給源に対してほ
ぼ垂直に向けた状態で真空付着チャンバに入れる。コバ
ルトなどの磁性体の薄膜が、供給源の方向からティップ
２０上に付着されて、ティップ２０の少なくとも片側に
強磁性体の表面層２２が形成される。好ましい実施形態
においては、１６ｎｍのコバルトが付着され、次に３ｎ
ｍの白金が付着される。白金は、下層のコバルトを侵食
から保護する。コバルトと白金の層が、図４および図５
に示した表面２２を形成する。コバルトと白金の層はま
た、従来の蒸着またはスパッタリングによって付着させ
ることもできる。図２に示したように、ティップ２０上
の磁気表面２２が磁極Ｐ１またはＰ２の少なくとも一方
と接触しており、したがってその磁極からの磁束が、テ
ィップ２０の磁気表面２２を通ってティップの端部に向
かうようになることが重要である。プローブ・ティップ
２０の磁気表面２２は、鉄、コバルト、ニッケル、およ
びＣｏＰｔＣｒ、ＮｉＦｅ、ＳｍＣｏなどの合金を含む
それらの合金など任意の強磁性体から形成することがで
きる。また、磁気表面は、パラジウム、白金などの常磁
性体、および鉄、ニッケル、コバルトの小さな（直径約
４ｎｍ）粒子などの超常磁性体から形成することもでき
る。
たティップ２０とを備えるカンチレバー５０を、ティッ
プ２０の長さ方向を付着させる材料の供給源に対してほ
ぼ垂直に向けた状態で真空付着チャンバに入れる。コバ
ルトなどの磁性体の薄膜が、供給源の方向からティップ
２０上に付着されて、ティップ２０の少なくとも片側に
強磁性体の表面層２２が形成される。好ましい実施形態
においては、１６ｎｍのコバルトが付着され、次に３ｎ
ｍの白金が付着される。白金は、下層のコバルトを侵食
から保護する。コバルトと白金の層が、図４および図５
に示した表面２２を形成する。コバルトと白金の層はま
た、従来の蒸着またはスパッタリングによって付着させ
ることもできる。図２に示したように、ティップ２０上
の磁気表面２２が磁極Ｐ１またはＰ２の少なくとも一方
と接触しており、したがってその磁極からの磁束が、テ
ィップ２０の磁気表面２２を通ってティップの端部に向
かうようになることが重要である。プローブ・ティップ
２０の磁気表面２２は、鉄、コバルト、ニッケル、およ
びＣｏＰｔＣｒ、ＮｉＦｅ、ＳｍＣｏなどの合金を含む
それらの合金など任意の強磁性体から形成することがで
きる。また、磁気表面は、パラジウム、白金などの常磁
性体、および鉄、ニッケル、コバルトの小さな（直径約
４ｎｍ）粒子などの超常磁性体から形成することもでき
る。
【００２１】プローブ・ティップの代替実施形態におい
ては、プローブ・ティップの磁気表面が２つの対向部分
にパターン形成される。図７に示したように、プローブ
・ティップ２０の２つの表面２３および２４は、強磁性
体で被覆される。この実施形態では、ティップ端部なら
びに２つの表面２３と２４の間に強磁性体がなくなるよ
うにティップ端部が除去されている。これにより、磁束
が、一方の磁気表面２３からのティップ端部を他方の磁
気表面２４に橋絡することが可能になる。この実施形態
では、各表面２３および２４が、対応する磁極と接触す
るように形成される。
ては、プローブ・ティップの磁気表面が２つの対向部分
にパターン形成される。図７に示したように、プローブ
・ティップ２０の２つの表面２３および２４は、強磁性
体で被覆される。この実施形態では、ティップ端部なら
びに２つの表面２３と２４の間に強磁性体がなくなるよ
うにティップ端部が除去されている。これにより、磁束
が、一方の磁気表面２３からのティップ端部を他方の磁
気表面２４に橋絡することが可能になる。この実施形態
では、各表面２３および２４が、対応する磁極と接触す
るように形成される。
【００２２】図８および図９に本発明の利点を示す。図
８の従来技術において、従来技術の米国特許第５４３６
４４８号の図７に示されているように、遮蔽されていな
いコイル８２からの磁界がカンチレバー（図示せず）ま
たはプローブ・ティップ８０に印加されると、コイル８
２からの漂遊磁界と磁性試料６０との干渉が起こる。こ
れとは対照的に、図９に示すように、本発明のコイル１
１からの磁界は、ギャップ１４材料および磁極Ｐ１、Ｐ
２を含めてコイルを取り囲む材料によって遮蔽されるた
め、試料６０に露出している磁界だけがプローブ・ティ
ップ２０の端部の領域に正確に配置され、そこで磁界が
磁性試料６０の小さな領域と相互作用する。
８の従来技術において、従来技術の米国特許第５４３６
４４８号の図７に示されているように、遮蔽されていな
いコイル８２からの磁界がカンチレバー（図示せず）ま
たはプローブ・ティップ８０に印加されると、コイル８
２からの漂遊磁界と磁性試料６０との干渉が起こる。こ
れとは対照的に、図９に示すように、本発明のコイル１
１からの磁界は、ギャップ１４材料および磁極Ｐ１、Ｐ
２を含めてコイルを取り囲む材料によって遮蔽されるた
め、試料６０に露出している磁界だけがプローブ・ティ
ップ２０の端部の領域に正確に配置され、そこで磁界が
磁性試料６０の小さな領域と相互作用する。
【００２３】カンチレバーとそれに取り付けられたプロ
ーブからなる前述のカンチレバー・アセンブリの代わり
に、カンチレバー・アセンブリを、一体型の単一片構造
として形成することもできる。たとえば、ＩＢＭの米国
特許第５４５４１５８号に図示され記載されているよう
な接触磁気記録用の誘導書き込みヘッドを有する一体型
サスペンション／接触プローブが図３および１０に示し
てある。本発明に使用するこのタイプの構造を図１０に
示すが、これは、本質的に、’１５８号特許の図１０の
構造と同じであり、摩耗層が除去され磁極１４３と１４
４の間のギャップ１４２にプローブ・ティップ１４０が
形成されている。この実施形態では、ティップ１４０
は、磁極１４３および１４４の少なくとも一方の端部と
接触し、ギャップ１４２の上に重なるように形成され
る。図１０の構造は、コイル１２６が、カンチレバー１
３２とほぼ平行な平面内にあり、磁極１４３および１４
４で終端するヨーク中を通って巻かれた、一体型カンチ
レバー・アセンブリである。この実施形態では、一体型
カンチレバー・アセンブリは、ＭＦＭに使用できるよう
に柔軟性を大きくするためにカンチレバー１３２の厚さ
がはるかに薄く作成されていること以外は、’１５８号
特許に記載されたのと同じ方法で製作される。コイル１
２６は、カンチレバー１３２の内部に形成された電気リ
ード１２８に接続され、このリードはパッド１３０で終
端し、そこで変調器７０（図１）に電気接続を行うこと
ができる。ＭＦＭ応用例のためにティップ１４０の周り
の表面が接触するように設計されていないため、摩耗層
は必要でない。プローブ・ティップ１４０とティップ上
の磁気表面は、図２および図３に示した実施形態に関し
て前述した方法で形成される。あるいは、完全な構造を
製作する最後ステップの一部として、リソグラフィおよ
びエッチング技術を利用してプローブ・ティップ１４０
を形成することもできる。また、本発明の一体型カンチ
レバー・アセンブリは、ＩＢＭの米国特許第５４８６９
６３号に図示され記載されている一体型サスペンション
および誘導記録ヘッドの製造方法および構造を利用して
製作することもできる。’９６３号特許では、コイル層
は、磁極の一方が２つのコイル層部分の間に形成され、
したがってコイルが磁極の一方の周りに巻かれる、２つ
の部分として形成される。
ーブからなる前述のカンチレバー・アセンブリの代わり
に、カンチレバー・アセンブリを、一体型の単一片構造
として形成することもできる。たとえば、ＩＢＭの米国
特許第５４５４１５８号に図示され記載されているよう
な接触磁気記録用の誘導書き込みヘッドを有する一体型
サスペンション／接触プローブが図３および１０に示し
てある。本発明に使用するこのタイプの構造を図１０に
示すが、これは、本質的に、’１５８号特許の図１０の
構造と同じであり、摩耗層が除去され磁極１４３と１４
４の間のギャップ１４２にプローブ・ティップ１４０が
形成されている。この実施形態では、ティップ１４０
は、磁極１４３および１４４の少なくとも一方の端部と
接触し、ギャップ１４２の上に重なるように形成され
る。図１０の構造は、コイル１２６が、カンチレバー１
３２とほぼ平行な平面内にあり、磁極１４３および１４
４で終端するヨーク中を通って巻かれた、一体型カンチ
レバー・アセンブリである。この実施形態では、一体型
カンチレバー・アセンブリは、ＭＦＭに使用できるよう
に柔軟性を大きくするためにカンチレバー１３２の厚さ
がはるかに薄く作成されていること以外は、’１５８号
特許に記載されたのと同じ方法で製作される。コイル１
２６は、カンチレバー１３２の内部に形成された電気リ
ード１２８に接続され、このリードはパッド１３０で終
端し、そこで変調器７０（図１）に電気接続を行うこと
ができる。ＭＦＭ応用例のためにティップ１４０の周り
の表面が接触するように設計されていないため、摩耗層
は必要でない。プローブ・ティップ１４０とティップ上
の磁気表面は、図２および図３に示した実施形態に関し
て前述した方法で形成される。あるいは、完全な構造を
製作する最後ステップの一部として、リソグラフィおよ
びエッチング技術を利用してプローブ・ティップ１４０
を形成することもできる。また、本発明の一体型カンチ
レバー・アセンブリは、ＩＢＭの米国特許第５４８６９
６３号に図示され記載されている一体型サスペンション
および誘導記録ヘッドの製造方法および構造を利用して
製作することもできる。’９６３号特許では、コイル層
は、磁極の一方が２つのコイル層部分の間に形成され、
したがってコイルが磁極の一方の周りに巻かれる、２つ
の部分として形成される。
【００２４】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００２５】（１）磁性試料の表面を走査する交流型磁
気力顕微鏡システムであって、試料ホルダと、柔軟なカ
ンチレバーと、カンチレバーの自由端に取り付けられ、
プローブ本体と、本体上に形成された１対の磁極と、本
体上に形成され磁極間にコイルとしてパターン形成され
た導電体層と、磁極の一方の端部に取り付けられ、磁性
体の表面を有するプローブ・ティップとを含むプローブ
と、プローブ・コイルに電気的に接続され、プローブ・
ティップにおいて交番磁界を発生する交流電源と、試料
ホルダをプローブ・ティップに対して移動し、プローブ
・ティップが試料ホルダによって保持された磁性試料表
面の様々な位置を走査できるようにする走査ステージ
と、磁性試料の表面のある位置からの磁界を表す信号を
発生するカンチレバー振れ検出器とを備え、磁性試料か
らの磁界とプローブ・ティップにおける交番磁界との相
互作用により、カンチレバーが対向する方向に振れるシ
ステム。 （２）プローブ・ティップの磁気表面が、コバルト、
鉄、ニッケル、およびコバルト、鉄またはニッケルの合
金からなるグループから選択された強磁性体からなる上
記（１）に記載のシステム。 （３）プローブ・ティップの磁気表面が、本質的に常磁
性体または超常磁性体からなる上記（１）に記載のシス
テム。 （４）プローブ・ティップが両方の磁極の端部に取り付
けられ、磁気表面が、それぞれ対応する磁極と接触する
２つの表面部分を含み、プローブ・ティップの端部が非
強磁性体である上記（１）に記載のシステム。 （５）プローブ・ティップが、基部が磁極の端部にあり
頂点が基部から延びる、ほぼ円錐形に形成される上記
（１）に記載のシステム。 （６）プローブ・ティップ全体が、実質的に磁性体から
形成され、一方の磁極だけと接触する上記（１）に記載
のシステム。 （７）プローブ本体が、空気軸受面を有する磁気記録デ
ィスク・ドライブ・スライダの一部分を含み、プローブ
およびパターン付きコイルが、スライダの後端にパター
ン形成された薄膜誘導書き込みヘッドであり、プローブ
・ティップが、スライダの空気軸受面の近くで一方の磁
極に取り付けられる上記（１）に記載のシステム。 （８）コイルを一方の磁極に巻き付ける上記（１）に記
載のシステム。 （９）２つの磁極を相互接続してヨークを形成し、コイ
ルをそのヨークに巻き付ける上記（１）に記載のシステ
ム。 （１０）カンチレバーが、窒化シリコンから形成される
上記（１）に記載のシステム。 （１１）カンチレバーが、単結晶シリコンから形成され
る上記（１）に記載のシステム。 （１２）カンチレバーとプローブ本体が、一体型単一片
構造として形成される上記（１）に記載のシステム。 （１３）パターン付きコイルが、カンチレバーの平面に
対してほぼ平行な平面内に形成される上記（１）に記載
のシステム。 （１４）磁性サンプルの表面を走査する交流型磁気力顕
微鏡システムであって、試料ホルダと、柔軟でほぼ平ら
な形状のカンチレバーと、カンチレバーの端部近くのカ
ンチレバー上に、２つの磁極を有するヨークとして形成
された磁性体の層と、カンチレバー上に形成され、磁極
の間にコイルとしてパターン形成された導電体の層と、
一方の磁極の端部に取り付けられ、カンチレバーの自由
端からカンチレバーの平面とほぼ垂直な方向に延び、磁
性体の表面を有するプローブ・ティップとを備え、それ
により、コイルが交番電流源に接続されたときに、ヨー
ク中に誘導される磁界が、プローブ・ティップに交番磁
界を発生させるカンチレバー・アセンブリと、コイルに
電気的に接続され、ヨーク内に交流磁界を誘導し、それ
によりプローブ・ティップに交番磁界を発生させる交流
電源と、試料ホルダをプローブ・ティップに対して移動
し、プローブ・ティップが試料ホルダによって保持され
た磁性試料の表面の様々な位置を走査することができる
ようにする走査ステージと、磁性試料の表面のある位置
からの磁界を表す信号を発生するカンチレバー振れ検出
器とを含み、磁性試料からの磁界とプローブ・ティップ
における交番磁界との相互作用により、カンチレバーが
対向する方向に振れるシステム。 （１５）コイルが、カンチレバーの平面とほぼ平行な平
面内に形成される上記（１４）に記載のシステム。 （１６）コイルとしてパターン形成された導電体の層が
２つの層部分として形成され、ヨークとして形成された
磁性体の層が２つのコイル層部分の間に配置される上記
（１４）に記載のシステム。
気力顕微鏡システムであって、試料ホルダと、柔軟なカ
ンチレバーと、カンチレバーの自由端に取り付けられ、
プローブ本体と、本体上に形成された１対の磁極と、本
体上に形成され磁極間にコイルとしてパターン形成され
た導電体層と、磁極の一方の端部に取り付けられ、磁性
体の表面を有するプローブ・ティップとを含むプローブ
と、プローブ・コイルに電気的に接続され、プローブ・
ティップにおいて交番磁界を発生する交流電源と、試料
ホルダをプローブ・ティップに対して移動し、プローブ
・ティップが試料ホルダによって保持された磁性試料表
面の様々な位置を走査できるようにする走査ステージ
と、磁性試料の表面のある位置からの磁界を表す信号を
発生するカンチレバー振れ検出器とを備え、磁性試料か
らの磁界とプローブ・ティップにおける交番磁界との相
互作用により、カンチレバーが対向する方向に振れるシ
ステム。 （２）プローブ・ティップの磁気表面が、コバルト、
鉄、ニッケル、およびコバルト、鉄またはニッケルの合
金からなるグループから選択された強磁性体からなる上
記（１）に記載のシステム。 （３）プローブ・ティップの磁気表面が、本質的に常磁
性体または超常磁性体からなる上記（１）に記載のシス
テム。 （４）プローブ・ティップが両方の磁極の端部に取り付
けられ、磁気表面が、それぞれ対応する磁極と接触する
２つの表面部分を含み、プローブ・ティップの端部が非
強磁性体である上記（１）に記載のシステム。 （５）プローブ・ティップが、基部が磁極の端部にあり
頂点が基部から延びる、ほぼ円錐形に形成される上記
（１）に記載のシステム。 （６）プローブ・ティップ全体が、実質的に磁性体から
形成され、一方の磁極だけと接触する上記（１）に記載
のシステム。 （７）プローブ本体が、空気軸受面を有する磁気記録デ
ィスク・ドライブ・スライダの一部分を含み、プローブ
およびパターン付きコイルが、スライダの後端にパター
ン形成された薄膜誘導書き込みヘッドであり、プローブ
・ティップが、スライダの空気軸受面の近くで一方の磁
極に取り付けられる上記（１）に記載のシステム。 （８）コイルを一方の磁極に巻き付ける上記（１）に記
載のシステム。 （９）２つの磁極を相互接続してヨークを形成し、コイ
ルをそのヨークに巻き付ける上記（１）に記載のシステ
ム。 （１０）カンチレバーが、窒化シリコンから形成される
上記（１）に記載のシステム。 （１１）カンチレバーが、単結晶シリコンから形成され
る上記（１）に記載のシステム。 （１２）カンチレバーとプローブ本体が、一体型単一片
構造として形成される上記（１）に記載のシステム。 （１３）パターン付きコイルが、カンチレバーの平面に
対してほぼ平行な平面内に形成される上記（１）に記載
のシステム。 （１４）磁性サンプルの表面を走査する交流型磁気力顕
微鏡システムであって、試料ホルダと、柔軟でほぼ平ら
な形状のカンチレバーと、カンチレバーの端部近くのカ
ンチレバー上に、２つの磁極を有するヨークとして形成
された磁性体の層と、カンチレバー上に形成され、磁極
の間にコイルとしてパターン形成された導電体の層と、
一方の磁極の端部に取り付けられ、カンチレバーの自由
端からカンチレバーの平面とほぼ垂直な方向に延び、磁
性体の表面を有するプローブ・ティップとを備え、それ
により、コイルが交番電流源に接続されたときに、ヨー
ク中に誘導される磁界が、プローブ・ティップに交番磁
界を発生させるカンチレバー・アセンブリと、コイルに
電気的に接続され、ヨーク内に交流磁界を誘導し、それ
によりプローブ・ティップに交番磁界を発生させる交流
電源と、試料ホルダをプローブ・ティップに対して移動
し、プローブ・ティップが試料ホルダによって保持され
た磁性試料の表面の様々な位置を走査することができる
ようにする走査ステージと、磁性試料の表面のある位置
からの磁界を表す信号を発生するカンチレバー振れ検出
器とを含み、磁性試料からの磁界とプローブ・ティップ
における交番磁界との相互作用により、カンチレバーが
対向する方向に振れるシステム。 （１５）コイルが、カンチレバーの平面とほぼ平行な平
面内に形成される上記（１４）に記載のシステム。 （１６）コイルとしてパターン形成された導電体の層が
２つの層部分として形成され、ヨークとして形成された
磁性体の層が２つのコイル層部分の間に配置される上記
（１４）に記載のシステム。
【図１】本発明によるＭＦＭシステムの概略図である。
【図２】本発明によるＭＦＭプローブの側面図である。
【図３】本発明によるＭＦＭプローブの端面図である。
【図４】プローブ・ティップの磁気表面の一方の磁化方
向を示すＭＦＭプローブ・ティップの図である。
向を示すＭＦＭプローブ・ティップの図である。
【図５】プローブ・ティップの磁気表面の反対の磁化方
向を示すＭＦＭプローブ・ティップの図である。
向を示すＭＦＭプローブ・ティップの図である。
【図６】スライダ部分上の誘導書き込みヘッドの磁極お
よびギャップに対するプローブ・ティップの位置を示
す、磁気記録ディスク・ドライブ・スライダの一部分の
空気軸受面の斜視図である。
よびギャップに対するプローブ・ティップの位置を示
す、磁気記録ディスク・ドライブ・スライダの一部分の
空気軸受面の斜視図である。
【図７】ティップ端部に磁束を生成する２つの表面の磁
化方向を示す２つの磁化表面を有する代替プローブ・テ
ィップの図である。
化方向を示す２つの磁化表面を有する代替プローブ・テ
ィップの図である。
【図８】磁性試料との相互作用を示すＡＣ−ＭＦＭシス
テムの遮蔽されていないコイルの概略図である。
テムの遮蔽されていないコイルの概略図である。
【図９】コイルからの磁界が磁性試料との相互作用から
本質的にどのように遮蔽されるかを示す本発明のプロー
ブの概略図である。
本質的にどのように遮蔽されるかを示す本発明のプロー
ブの概略図である。
【図１０】一体型単一片プローブ・カンチレバーの一部
分として成形されたＡＣ−ＭＦＭプローブの代替実施形
態の側面断面図ある。
分として成形されたＡＣ−ＭＦＭプローブの代替実施形
態の側面断面図ある。
１０ プローブ １１ 導電性コイル ２０ ティップ ５０ カンチレバー ６０ 試料 ７０ 変調器 ７４ レーザ光源 ７６ カドラント検出器 ７８ ロックイン増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディーター・クラウス・ヴェラー アメリカ合衆国95120 カリフォルニア州 サンノゼブルックトリー・ウェイ 7080
Claims (16)
- 【請求項１】磁性試料の表面を走査する交流型磁気力顕
微鏡システムであって、 試料ホルダと、 柔軟なカンチレバーと、 カンチレバーの自由端に取り付けられ、プローブ本体
と、本体上に形成された１対の磁極と、本体上に形成さ
れ磁極間にコイルとしてパターン形成された導電体層
と、磁極の一方の端部に取り付けられ、磁性体の表面を
有するプローブ・ティップとを含むプローブと、 プローブ・コイルに電気的に接続され、プローブ・ティ
ップにおいて交番磁界を発生する交流電源と、 試料ホルダをプローブ・ティップに対して移動し、プロ
ーブ・ティップが試料ホルダによって保持された磁性試
料表面の様々な位置を走査できるようにする走査ステー
ジと、 磁性試料の表面のある位置からの磁界を表す信号を発生
するカンチレバー振れ検出器とを備え、磁性試料からの
磁界とプローブ・ティップにおける交番磁界との相互作
用により、カンチレバーが対向する方向に振れるシステ
ム。 - 【請求項２】プローブ・ティップの磁気表面が、コバル
ト、鉄、ニッケル、およびコバルト、鉄またはニッケル
の合金からなるグループから選択された強磁性体からな
る請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】プローブ・ティップの磁気表面が、本質的
に常磁性体または超常磁性体からなる請求項１に記載の
システム。 - 【請求項４】プローブ・ティップが両方の磁極の端部に
取り付けられ、磁気表面が、それぞれ対応する磁極と接
触する２つの表面部分を含み、プローブ・ティップの端
部が非強磁性体である請求項１に記載のシステム。 - 【請求項５】プローブ・ティップが、基部が磁極の端部
にあり頂点が基部から延びる、ほぼ円錐形に形成される
請求項１に記載のシステム。 - 【請求項６】プローブ・ティップ全体が、実質的に磁性
体から形成され、一方の磁極だけと接触する請求項１に
記載のシステム。 - 【請求項７】プローブ本体が、空気軸受面を有する磁気
記録ディスク・ドライブ・スライダの一部分を含み、プ
ローブおよびパターン付きコイルが、スライダの後端に
パターン形成された薄膜誘導書き込みヘッドであり、プ
ローブ・ティップが、スライダの空気軸受面の近くで一
方の磁極に取り付けられる請求項１に記載のシステム。 - 【請求項８】コイルを一方の磁極に巻き付ける請求項１
に記載のシステム。 - 【請求項９】２つの磁極を相互接続してヨークを形成
し、コイルをそのヨークに巻き付ける請求項１に記載の
システム。 - 【請求項１０】カンチレバーが、窒化シリコンから形成
される請求項１に記載のシステム。 - 【請求項１１】カンチレバーが、単結晶シリコンから形
成される請求項１に記載のシステム。 - 【請求項１２】カンチレバーとプローブ本体が、一体型
単一片構造として形成される請求項１に記載のシステ
ム。 - 【請求項１３】パターン付きコイルが、カンチレバーの
平面に対してほぼ平行な平面内に形成される請求項１に
記載のシステム。 - 【請求項１４】磁性サンプルの表面を走査する交流型磁
気力顕微鏡システムであって、 試料ホルダと、 柔軟でほぼ平らな形状のカンチレバーと、 カンチレバーの端部近くのカンチレバー上に、２つの磁
極を有するヨークとして形成された磁性体の層と、 カンチレバー上に形成され、磁極の間にコイルとしてパ
ターン形成された導電体の層と、 一方の磁極の端部に取り付けられ、カンチレバーの自由
端からカンチレバーの平面とほぼ垂直な方向に延び、磁
性体の表面を有するプローブ・ティップとを備え、それ
により、コイルが交番電流源に接続されたときに、ヨー
ク中に誘導される磁界が、プローブ・ティップに交番磁
界を発生させるカンチレバー・アセンブリと、 コイルに電気的に接続され、ヨーク内に交流磁界を誘導
し、それによりプローブ・ティップに交番磁界を発生さ
せる交流電源と、 試料ホルダをプローブ・ティップに対して移動し、プロ
ーブ・ティップが試料ホルダによって保持された磁性試
料の表面の様々な位置を走査することができるようにす
る走査ステージと、 磁性試料の表面のある位置からの磁界を表す信号を発生
するカンチレバー振れ検出器とを含み、磁性試料からの
磁界とプローブ・ティップにおける交番磁界との相互作
用により、カンチレバーが対向する方向に振れるシステ
ム。 - 【請求項１５】コイルが、カンチレバーの平面とほぼ平
行な平面内に形成される請求項１４に記載のシステム。 - 【請求項１６】コイルとしてパターン形成された導電体
の層が２つの層部分として形成され、ヨークとして形成
された磁性体の層が２つのコイル層部分の間に配置され
る請求項１４に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/821982 | 1997-03-20 | ||
| US08/821,982 US5900728A (en) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | Alternating current magnetic force microscopy system with probe having integrated coil |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11166937A true JPH11166937A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=25234778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10058595A Pending JPH11166937A (ja) | 1997-03-20 | 1998-03-10 | 交流型磁気力顕微鏡システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5900728A (ja) |
| EP (1) | EP0866341B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11166937A (ja) |
| DE (1) | DE69832651T8 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6064201A (en) * | 1998-07-13 | 2000-05-16 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method and apparatus to image metallic patches embedded in a non-metal surface |
| DE19912814C2 (de) | 1999-03-22 | 2002-02-14 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Rastertunnelmikroskopie |
| DE19952319C2 (de) * | 1999-10-29 | 2003-06-18 | Max Planck Gesellschaft | Hall-Sensor und Rasterhallmikroskop zur ortsaufgelösten Detektion magnetischer Felder |
| US6349591B1 (en) * | 2000-01-13 | 2002-02-26 | Universite Pierre & Marie Curie | Device and method for controlling the interaction of a tip and a sample, notably for atomic force microscopy and nano-indentation |
| US6781524B1 (en) * | 2000-03-17 | 2004-08-24 | Magnemotion, Inc. | Passive position-sensing and communications for vehicles on a pathway |
| EP1197726A1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-17 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich | Multipurpose Sensor and cantilever for it |
| US6676813B1 (en) | 2001-03-19 | 2004-01-13 | The Regents Of The University Of California | Technology for fabrication of a micromagnet on a tip of a MFM/MRFM probe |
| US6483125B1 (en) | 2001-07-13 | 2002-11-19 | North Carolina State University | Single electron transistors in which the thickness of an insulating layer defines spacing between electrodes |
| US6653653B2 (en) | 2001-07-13 | 2003-11-25 | Quantum Logic Devices, Inc. | Single-electron transistors and fabrication methods in which a projecting feature defines spacing between electrodes |
| US6983701B2 (en) * | 2001-10-01 | 2006-01-10 | Magnemotion, Inc. | Suspending, guiding and propelling vehicles using magnetic forces |
| US6917136B2 (en) * | 2001-10-01 | 2005-07-12 | Magnemotion, Inc. | Synchronous machine design and manufacturing |
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