WO2015182564A1

WO2015182564A1 - 磁気力顕微鏡用探針の評価装置および評価方法、ならびに磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法

Info

Publication number: WO2015182564A1
Application number: PCT/JP2015/064975
Authority: WO
Inventors: 準齊藤; 幸則木下; 哲吉村
Original assignee: 国立大学法人秋田大学
Priority date: 2014-05-24
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-12-03
Also published as: JP6528334B2; JPWO2015182564A1

Abstract

　磁気力顕微鏡用探針の評価装置１１は、探針励振部１１１と、探針に交流磁場を印加する交流磁場発生部１１２と、交流磁場発生部を制御する交流磁場制御部１１３と、探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部１１４と、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部１１５と、スペクトルに現われたサイドバンドの強度を抽出するＳＢＩ抽出部１１６と、ＳＢＩ変化測定部１１７と、評価結果出力部１１９とを備える。

Description

磁気力顕微鏡用探針の評価装置および評価方法、ならびに磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法

　本発明は、試料から発生する磁場を測定する磁気力顕微鏡用探針の特性評価に使用される装置および当該特性評価に適用される方法に関する。
　具体的には、本発明は、強磁性体（ハード磁性材料、ソフト磁性材料）、常磁性体、超常磁性を示す材料、または反磁性体からなる磁気力顕微鏡用探針の評価に際して、励振させた探針に強度を変化させた交流磁場を印加し、前記探針の振動から得られるスペクトルに基づき当該探針の特性を評価する技術に関する。
　また、具体的には、本発明は、ソフト磁性探針、常磁性体探針、または超常磁性探針の評価に際して、励振させた探針に直流磁場と交流磁場とを重畳して印加し、それぞれの強度を変化させる際に、探針の振動から得られるスペクトルに基づき当該探針の特性を評価する技術に関する。

　また本発明は、探針振動のスペクトルのサイドバンドの強度変化を観察することで、探針チップに形成されたソフト磁性材料の薄膜の磁化の飽和を検出し、探針磁化の飽和の検出結果に基づき、探針に与える制御用磁場を調整できる、磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法に関する。

　磁性体サンプルの交流磁気特性（交流磁気プロファイル）を測定する技術として、図１に示す磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）７が知られている（特許文献１：ＷＯ２０１３／０４７５３８参照）。
　このＭＦＭ７では、励振した探針７１（カンチレバー）の先端に設けた探針チップ７１１により、試料７２の表面を走査する。図１では試料７２は、交流磁場を生成する、ハードディスクの磁気記録ヘッドである。探針チップ７１１には、試料７２が生成する交流磁場Ｈ＿ＡＣが印加される。探針チップには、主に強磁性体でハード磁気特性を有するものが用いられる。
　レーザ（ＬＡＳＥＲ）７３１とフォトダイオード（ＰＤ）７３２とからなる振動検出器により、探針７１の振動（振動変調）が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料７２の表面の交流磁場勾配を反映した交流磁気プロファイルが測定される。

　磁性体サンプルの直流磁気特性（直流磁気プロファイル）を測定する技術として、図２に示す磁気力顕微鏡（ＭＦＭ８）が知られている（特許文献２：ＷＯ２０１３／０４７５３７参照）。
　このＭＦＭ８では、励振した探針８１（カンチレバー）の先端に設けた探針チップ８１１により、試料８２の表面を走査する。試料８２の下側にはコイル８４が設けられており、探針チップ８１１には、試料８２が生成する直流磁場Ｈ＿ＤＣと、コイル８４が生成する交流磁場Ｈ＿ＡＣとの重畳磁場が印加される。探針チップには、主に強磁性体でソフト磁気特性を有するものが用いられる。
　レーザ（ＬＡＳＥＲ）８３１とフォトダイオード（ＰＤ）８３２とからなる振動検出器により、探針８１の振動（振動変調）が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料８２の表面の直流磁場勾配を反映した直流磁気プロファイルが測定される。

　磁性体サンプルの直流磁気特性（直流磁気プロファイル）を測定する技術として、図３に示す磁気力顕微鏡（ＭＦＭ９）が提案されている。
　このＭＦＭ９では、励振した探針９１（カンチレバー）の先端に設けた、保磁力がゼロで、磁化がヒステリシスを持たない常磁性体、超常磁性を示す材料、または反磁性体を有してなる探針チップ９１１により、試料９２の表面を走査する。試料９２の下側には交流磁場発生コイル９４１，９４２および直流磁場発生コイル９４３が設けられており、交流磁場発生コイル９４１，９４２からは交流磁場Ｈ＿ＡＣ１，Ｈ＿ＡＣ２が生成され、直流磁場発生コイル９４３からは交流磁場Ｈ＿ＤＣ_COILが生成される。
　探針チップ９１１には、試料９２が生成する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLと、交流磁場発生コイル９４１，９４２が生成するＨ＿ＡＣ１，Ｈ＿ＡＣ２と、直流磁場発生コイル９４３が生成するＨ＿ＤＣ_COILが印加される。
　図３では、探針チップの先端で、Ｈ＿ＡＣ１，Ｈ＿ＡＣ２の振動方向成分の磁場の和がゼロになり、磁場勾配が最大になるように、またＨ＿ＤＣ_COILは、探針９１の周波数変調が小さくなるように制御される。
　レーザ（ＬＡＳＥＲ）９３１とフォトダイオード（ＰＤ）９３２とからなる振動検出器により、探針９１の振動が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料９２の表面の直流磁場を反映した直流磁気プロファイルが測定される。

　図４は、図１に示した探針７１、図２に示した探針８１および図３に示した探針９１の先端拡大図である。
　図４に示すように、探針チップ７１１（８１１，９１１）は錐形をなし、錐形部はＳｉに磁性体薄膜ＭＭが成膜されて構成される。磁性体薄膜ＭＭは、強磁性体（ハード磁性体またはソフト磁性体）や、常磁性体、超常磁性を示す材料、反磁性体からなる。
　なお、ハード磁性材料としては、ＰｔとＦｅあるいはＣｏとの合金、ＦｅＮｄＢ系金属間化合物、ＳｍＣｏ系金属間化合物等が知られている。ソフト磁性材料としては、パーマロイ（Ｎｉ－Ｆｅ）、Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎｂ、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ、Ｆｅ－Ｃｏ等が知られている。超常磁性を示す材料としては、粒径が数１０ｎｍ程度のＦｅやＣｏ等の微粒子がお互いに接触しないように非磁性体で取り囲まれた構造をもつグラニューラー合金等が知られている。

　本明細書では、探針チップの錐形部に形成される磁性体としてハード磁性材料（保磁力や残留磁化が大きい強磁性体）が使用された探針はハード磁性探針と称され、当該錐形部に形成される磁性体としてソフト磁性材料（保磁力や残留磁化が小さく、磁化率が大きな磁性体）が使用された探針はソフト磁性探針と称され、錐形部に形成される磁性体として常磁性体または超常磁性を示す材料（保磁力や残留磁化がゼロで、磁化がヒステリシスを持たない）が使用された探針は常磁性探針または超常磁性探針と称され、錐形部に形成される磁性体として反磁性体（磁化が磁場の逆方向に発生し、保磁力や残留磁化がゼロであり、磁化がヒステリシスを持たない）が使用された探針は反磁性探針と称される。
　図１のＭＦＭ７ではハード磁性探針が主に使用される。
　図２のＭＦＭ８ではソフト磁性探針が主に使用される。
　図３のＭＦＭ９では、常磁性探針や超常磁性探針が主に使用される。

ＷＯ２０１３／０４７５３８ＷＯ２０１３／０４７５３７

　図５に保磁力がゼロではなく、磁化がヒステリシスを示し、残留磁化が大きなハード磁性材料のＭ－Ｈ曲線（磁化－磁場特性）の典型例を示す。
　図５では、交流磁場Ｈと、交流変化する磁化Ｍとが併記されている。
　ハード磁性探針は、交流磁場Ｈが与えられたときに、探針の磁化が着磁後の残留磁化の値から変化しない特性を持つことが好ましい。なお、図５では、交流磁場Ｈの強度と比較してハード探針の保磁力が大きな場合の、交流磁場Ｈと、磁化Ｍとの関係を示している。
　図１のＭＦＭ７では、交流磁場Ｈは、試料７２が発生する磁場である。
　図１のＭＦＭ７において、交流磁場Ｈがハード磁性探針の磁化を変化させないように、探針７１はできるだけ大きな保磁力と高い角形比を持つことが好ましい。
　図２のＭＦＭ８において探針８１がソフト磁性探針である場合には、交流磁場Ｈが直流磁場を発生する試料８２を磁気擾乱しないように、ソフト磁性探針８１は、小さな磁場Ｈの領域で、飽和することなく磁化Ｍの変化分を大きくとれる特性を持つことが好ましい。

　図６（Ａ），（Ｂ）にソフト磁性材料のＭ－Ｈ曲線（磁化－磁場特性）の典型例を示す。
　図６（Ａ），（Ｂ）では、交流磁場Ｈと、交流変化する磁化Ｍとが併記されている。図２において、交流磁場Ｈ＿ＡＣに、試料が発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLが重畳されている。
　ソフト磁性探針は、試料からの直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLが加わっても、たとえば図６（Ａ）に参照されるように、探針の磁化Ｍが飽和せずに、交流磁場Ｈ＿ＡＣの印加により大きく変化する特性を持つ必要がある。
　図６（Ｂ）に示すように、試料からの直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLが加わることで探針の磁化Ｍが飽和すると、交流磁場Ｈ＿ＡＣを印加しても探針の磁化Ｍが変化しなくなり、測定ができなくなる。
　ソフト磁性探針の特性は、測定対象である、試料から発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLの強度変化の範囲で、探針の磁化Ｍが飽和せず、かつ計測感度が高いこと（弱い交流磁場強度で、大きな磁化の変化が得られること）が好ましい。
　図２のＭＦＭ８において、探針８１がソフト磁性探針である場合には、交流磁場Ｈが直流磁場を発生する試料８２を磁気擾乱しないように、ソフト磁性探針は磁場強度が小さくても高い磁化を得ることができ、かつ、磁場Ｈが磁化飽和しない領域で動作できる必要がある。

　図７に常磁性体または超常磁性を示す材料のＭ－Ｈ曲線の典型例を示す。
　図７では、交流磁場Ｈと、交流変化する磁化Ｍとが併記されている。常磁性探針では磁化率（磁場Ｈに対する磁化Ｍの傾き）が大きいことが好ましい。
　図３のＭＦＭ９において、探針９１が常磁性探針や超常磁性探針である場合には、磁化率が大きいと、同じ磁場強度でも大きな磁化変化が得られる。

　ＭＦＭに使用される探針（ソフト磁性探針、ハード磁性探針、常磁性探針、超常磁性探針）は、消耗品であり、探針の出荷時に、特性がその用途に適合するように（それが使用されるＭＦＭで正しく動作できるように）、特性評価を行い、品質を一定に保つ必要がある。
　しかし、従来、磁性探針の性能を定量的に評価する技術は提供されておらず、磁性探針の性能の標準化に役立つ技術は提供されていない。
　本発明の第１の課題は、ＭＦＭに使用される探針の特性を評価できる評価技術を提供することにあり、さらに、該評価技術の標準を提供することにある。

　図２１（Ａ），（Ｂ）にソフト磁性材料のＭ－Ｈ曲線（磁化－磁場特性）の典型例を示す。
　図２１（Ａ），（Ｂ）では、説明の便宜上、横軸のレンジを大きくとってある（磁化曲線の勾配を小さくして示してある）。
　また、図２１（Ａ），（Ｂ）には、直流磁場Ｈ＿ＤＣと交流磁場Ｈ＿ＡＣの合成磁場と、磁化Ｍとを併せて示してある。
　たとえば、図２１（Ａ）に示すように、試料８２が発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLの強度が小さいとき（図２１（Ａ）ではＨ＿ＤＣ_SMPLがゼロであるとき）は、重畳磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPL／ＡＣは、特性曲線の線形領域で変化するため、磁化Ｍは飽和領域による影響を受けない。
　しかし、図２１（Ｂ）に示すように、試料８２が発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLの強度が無視できなくなると、重畳磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPL／ＡＣは、特性曲線の非線形領域で変化するため、磁化Ｍは飽和領域による影響を受け、磁化Ｍの変化幅が減少する。
　この結果、ＭＦＭ８は、計測感度が低下する問題を生じる。

　本発明の第２の課題は、試料が発生する直流磁場が大きくてもその測定ができる、直流磁場測定用の磁気力顕微鏡、および、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法を提供することにある。

　本発明は、以下の（１）～（１８）の形態を包含する。
（１）
　試料から発生する直流磁場または交流磁場を測定する磁気力顕微鏡用の探針の特性評価に使用される装置であって、
　評価対象である探針を励振させる探針励振部と、
　交流磁場を発生し探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生部と、
　交流磁場の強度が変化するように交流磁場発生部を制御する交流磁場制御部と、
　探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
　探針振動検出部により生成された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
　スペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）を抽出する、またはスペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）を抽出する、ＳＢＩ（Ｓｉｄｅ　Ｂａｎｄ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）抽出部と、
　ＳＢＩ抽出部により抽出されたサイドバンドの強度の、交流磁場の強度に対する変化を測定するＳＢＩ変化測定部と、
　ＳＢＩ変化測定部により測定された上記変化に基づき探針の特性を評価する、評価結果出力部とを備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。

（２）
　（１）に記載の評価装置であって、
　探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。

（３）
　探針の探針チップが強磁性体のうちハード磁性材料を有してなる、（１）に記載の評価装置であって、
　ＳＢＩ抽出部は、１次および２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）を抽出し、
　評価結果出力部は、
　　交流磁場の強度を増加させたときに１次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st）が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
　　交流磁場の強度を増加させたときに２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。

（４）
　探針の探針チップが強磁性体のうちソフト磁性材料を有してなる、（１）に記載の評価装置であって、
　評価結果出力部は、
　　ＳＢＩ変化測定部により測定された２次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、ＳＢＩ変化遷移点検出部と、
　　遷移点における２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）を取得し、探針の飽和磁化、および、探針の磁化が飽和したときの交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出部とを備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。

（５）
　探針の探針チップが常磁性体もしくは反磁性体、または超常磁性を示す材料を有してなる、（１）に記載の評価装置であって、
　評価結果出力部は、交流磁場の強度を増加させたときに２次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。

（６）
　試料から発生する直流磁場または交流磁場を測定する磁気力顕微鏡用探針の特性評価に適用される方法であって、
　探針を励振させる探針励振ステップと、
　交流磁場を発生させ探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生ステップと、
　交流磁場発生ステップにおいて発生された交流磁場の強度が変化するように交流磁場を制御する交流磁場制御ステップと、
　探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
　探針振動検出ステップにおいて生成された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
　スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）を抽出する、またはスペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）を抽出する、ＳＢＩ抽出ステップと、
　ＳＢＩ抽出ステップにおいて抽出されたサイドバンドの強度の、交流磁場の強度に対する変化を測定するＳＢＩ変化測定ステップと、
　ＳＢＩ変化測定ステップにおいて測定された上記変化に基づき探針の特性を評価する、評価結果出力ステップとを備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。

（７）
　（６）に記載の評価方法であって、
　探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料、または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。

（８）
　探針の探針チップが強磁性体のうちハード磁性材料を有してなる、（６）に記載の評価方法であって、
　ＳＢＩ抽出ステップにおいて、１次および２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）を抽出し、
　評価結果出力ステップにおいて、
　　交流磁場の強度を増加させたときに１次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st）が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
　　交流磁場の強度を増加させたときに２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。

（９）
　探針の探針チップが強磁性体のうちソフト磁性材料を有してなる、（６）に記載の評価方法であって、
　評価結果出力ステップは、
　　ＳＢＩ変化測定ステップにおいて測定された２次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、ＳＢＩ変化遷移点検出ステップと、
　　ＳＢＩ変化遷移点検出ステップにおいて検出された遷移点、および当該遷移点における２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）を取得し、探針の飽和磁化、および、探針の磁化が飽和したときの交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出ステップと
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。

（１０）
　探針の探針チップが、常磁性体もしくは反磁性体、または超常磁性を示す材料を有してなる、（６）に記載の評価方法であって、
　評価結果出力ステップにおいて、交流磁場の強度を増加させたときに２次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。

（１１）
　励振している探針に交流磁場と制御用直流磁場とを印加し、探針により試料の表面を走査し、探針の振動を検出することで、試料の表面の直流磁場を測定する磁気力顕微鏡であって、
　先端に磁性体薄膜が形成された探針チップを備えた探針と、
　探針を励振させる探針励振部と、
　交流磁場と制御用直流磁場との合成磁場を発生する合成磁場発生部と、
　制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、制御用直流磁場の強度を固定して交流磁場の強度を順次変化させる制御を行う磁場制御部と、
　探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
　探針を空間駆動する走査部と、
　探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、探針の振動に生じた変調を解析することで試料の表面の直流磁場を測定する直流磁場特性測定部と、
　探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
　スペクトル測定部により測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき、探針チップに形成された磁性体薄膜の磁化が飽和したときの交流磁場の強度を検出する磁化飽和検出部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。

（１２）
　（１１）に記載の磁気力顕微鏡であって、
　磁化飽和検出部は、
　スペクトル測定部により測定されたスペクトルの２次のサイドバンドの強度を抽出するＳＢＩ抽出部と、
　強度がゼロを含む所定範囲内のある値に設定された制御用直流磁場の下で、交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、ＳＢＩ抽出部により抽出された２次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、該遷移を検出した場合には、該遷移が生じたときの交流磁場の強度を測定するＳＢＩ変化測定部と、
　ＳＢＩ変化測定部による測定結果に基づき、制御用直流磁場の強度の適性および／または交流磁場の強度の適性を判定する磁場強度適性判定部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。

（１３）
　（１１）に記載の磁気力顕微鏡であって、
　探針チップに形成された磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡。

（１４）
　（１１）に記載の磁気力顕微鏡であって、
　合成磁場発生部が、交流電流と直流電流との合成電流により駆動されるコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。

（１５）
　（１１）に記載の磁気力顕微鏡であって、
　合成磁場発生部が、交流電流により駆動される第１のコイルおよび直流電流により駆動される第２のコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。

（１６）
　励振している探針に交流磁場と制御用直流磁場とを印加し、探針により試料の表面を走査し、探針の振動を検出することで、試料の表面の直流磁場を測定する磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法であって、
　探針を励振させる探針励振ステップと、
　交流磁場と制御用直流磁場との合成磁場を発生させ、探針に合成磁場を印加する制御用磁場発生ステップと、
　制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、制御用直流磁場の強度を固定して交流磁場の強度を変化させる制御を行う磁場制御ステップと、
　探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
　探針振動検出ステップにおいて検出された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
　試料の直流磁場の測定に際して、探針の先端に備えた探針チップに形成された磁性体薄膜の磁化が飽和するか否かを、スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき検出する磁化飽和検出ステップと、
有することを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。

（１７）
　（１６）に記載の制御用磁場調整方法であって、
　磁化飽和検出ステップは、
　スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルの２次のサイドバンドの強度を抽出するＳＢＩ抽出ステップと、
　制御用直流磁場の強度をゼロを含む範囲のある値に設定し、交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、ＳＢＩ抽出ステップにおいて抽出された２次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、該遷移を検出した場合には、該遷移が生じたときの交流磁場の強度を測定するＳＢＩ変化測定ステップと、
　ＳＢＩ変化測定ステップにおける測定結果に基づき、制御用直流磁場の強度の適性および／または交流磁場の強度の適性を判定する制御用磁場適性判定ステップと、
を含むことを特徴とする磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。

（１８）
　（１６）に記載の磁気力顕微鏡であって、
　探針チップに形成された磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。

　上記（１）～（１０）の形態によれば、交流が印加されるＭＦＭ用の探針（具体的には、ハード磁性探針、ソフト磁性探針、常磁性探針、超常磁性探針、反磁性探針）の評価に際して、励振させた前記探針に強度が変化した（通常、段階的に変化した）交流磁場を印加し、探針の振動から得られるスペクトルに基づき当該探針の特性を評価することができる。
　上記（１１）～（１８）の形態によれば、試料の直流磁場（試料直流磁場）を検出する磁気力顕微鏡において、制御用直流磁場および／または交流磁場の強度をソフト磁性探針が飽和しない適正な値に調整することができる。

図１は、試料からの交流磁場勾配を測定するための、ハード磁性探針を用いたＭＦＭを示す図である。図２は、試料からの直流磁場勾配を測定するソフト磁性探針、常磁性探針、または超常磁性探針を用いたＭＦＭを示す図である。図３は、試料からの直流磁場の絶対値を測定する常磁性探針または超常磁性探針を用いたＭＦＭを示す図である。図４は、探針の先端の拡大説明図である。図５は、強磁性体（ハード磁性材料）のＭ－Ｈ曲線（磁化－磁場特性）を示す図である。図６は、強磁性体の中のソフト磁性材料のＭ－Ｈ曲線（磁化－磁場特性）の例を示す図である。図７は、常磁性体または超常磁性を示す材料のＭ－Ｈ曲線の典型例を示す図である。本発明において、探針に印加する交流磁場の大きさを、段階的に変化させることで、得られるスペクトルを示す図である。図９は、本発明の第１実施形態を説明するための、磁気力顕微鏡用探針の評価装置の説明図である。図１０は、図９に示した評価装置を用いて探針の評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。図１１は、探針チップがＮｉ－Ｆｅからなるソフト磁性探針について交流磁場の振幅を徐々に増加させながら測定した、探針磁化が飽和する前後の交流磁場の強さと、磁化の強度との関係を示す図である。図１２は、本発明の第２実施形態を説明するための、磁気力顕微鏡用探針の評価装置の説明図である。図１３は、第２実施形態において、スペクトル測定部により測定された探針振動のスペクトルを示す図（スペクトル図の１）である。図１４は、第２実施形態において、スペクトル測定部により測定された探針振動のスペクトルを示す図（スペクトル図の２）である。図１５は、第２実施形態において、スペクトル測定部により測定された探針振動のスペクトルを示す図（スペクトル図の３）である。図１６は、図１２に示した評価装置を用いて探針の評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。図１７は、ソフト磁性探針について測定した磁化が飽和したときの交流磁場の強さと、スペクトル測定部により測定された探針振動のスペクトルの強度との関係を示すグラフである。図１８（Ａ）は、種々のソフト磁性探針について測定した磁化が飽和したときの交流磁場の強さと、スペクトル測定部により測定された探針振動のスペクトルの強度との関係を示す図である。　図１８（Ｂ）は、種々のソフト磁性探針について測定した磁化が飽和したときの交流磁場の強さと、磁化の強度との関係を示す表および相関図である。図１９は、本発明の第３実施形態を説明するための、磁気力顕微鏡用探針の評価装置の説明図である。図２０は、図１９に示した評価装置を用いて探針の評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。図２１は、ソフト磁性材料薄膜のＭ－Ｈ曲線を示す図である。図２２は、本発明の磁気力顕微鏡の実施形態を説明するための、磁気力顕微鏡の説明図である。図２３（Ａ）は、交流磁場と、制御用直流磁場と、試料直流磁場の関係を示す図である。　図２３（Ｂ）は、一つのコイルから構成した合成磁場発生部およびその制御に用いる磁場制御部を示す図である。図２４は、ＳＢＩ抽出部、ＳＢＩ変化測定部および磁場強度適性判定部から構成した磁化飽和検出部を示す図である。図２５（Ａ）は、制御用直流磁場の強度を変化させたときに、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度の変化に対する２次のサイドバンドＳＢＩ＿２ｎｄの強度特性が変化する様子を示す図である。　図２５（Ｂ）は、当該強度特性の遷移点における交流磁場強度の、制御用直流磁場強度に対する変化を示すグラフである。　図２５（Ｃ）は、遷移点における交流磁場強度と制御用直流磁場強度との和を、制御用直流磁場強度に対してプロットしたグラフである。図２６は、図２２に示した磁気力顕微鏡を用いて本発明の制御用磁場調整方法を実施する場合のフローチャートである。図２７は、磁化飽和検出ステップにおいて、磁化飽和検出ステップを、ＳＢＩ抽出ステップ、ＳＢＩ変化測定ステップおよび制御用磁場適性判定ステップから構成した例を示す図である。

　＜１．磁気力顕微鏡用探針の評価装置および評価方法＞
　＜１．１　原理＞
　磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）は、励振した探針（カンチレバー）を観察試料に近づけることにより発生する探針試料間の力勾配を検出する、非接触原子間力顕微鏡の一形態である。
　磁気力顕微鏡では、探針（カンチレバー）の先端の探針チップに磁性体を用いることで、磁場を発生する観察試料と探針チップの間に働く磁気力勾配を検出し、磁場勾配を画像化する顕微鏡である。
　ここで探針の振動方向を試料面に垂直な方向にとりｚ方向とする。探針チップと試料との間に力Ｆ_z ^tip-sampleが働くと、探針（カンチレバー）のバネ定数は、探針試料間の力勾配∂Ｆ_z ^tip-sample／∂ｚの分だけ、見掛け上変化する。このときの探針振動の運動方程式は以下となる。ここでは、Ｆ_z ^tip-sampleの符号を引力の向きに正にとっている。

　ω₀：加振角周波数
　ｍ：探針の等価質量
　γ：減衰係数
　ｋ₀：カンチレバー固有のバネ定数
　その結果、探針の共振周波数は、探針試料間に、Ｆ_z ^tip-sampleが働いていない場合のω₀＝（ｋ₀／ｍ）^1/2から変化し、式（２）で表される。

　Ｆ_z ^tip-sample：探針－試料間に働く力
　ｋ₀：探針のバネ定数
　ω₀：試料からの力が探針に働く前の探針の励振角周波数
　ｍ：探針の等価質量
　磁気力顕微鏡では、バネ定数ｋの実効的な変化Δｋは、探針が双磁極探針および単磁極探針として振る舞う場合、式（３）で表される。

　磁気力顕微鏡の高分解能化には、探針－試料間距離の低減が効果的である。探針－探針間距離を低減した場合には、探針の磁気モーメント長と比較して、探針－試料間距離が小さくなることにより、探針先端の磁極の寄与が主となるので、探針は単磁極探針として振る舞うことになる。
　単磁極探針において、探針に直流磁場Ｈ_z ^dcおよび交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を印加した場合の、Δｋの一般式は、探針磁化の磁場に対する非線形性を考慮すると、式（４）で表される。

　ｑ^dc：探針先端の時間変化しない直流磁極
　ｑ_Nω_m ^ac：探針先端の角周波数Ｎωmで時間変化する交流磁極
　Ｈ_z ^dc：探針先端での試料面に垂直方向（ｚ方向）の直流磁場
　Ｈ_z0 ^ac：探針先端での試料面に垂直方向（ｚ方向）の交流磁場の振幅
　ここで、交流磁場の角周波数ωmが探針の共振周波数と異なる、非共振周波数である場合には、バネ定数の見掛け上の周期的変化項は、探針振動に周波数変調現象を引き起こすことが知られている。バネ定数の見掛け上の周期的変化項の非共振角周波数をωとおくと、探針振動の運動方程式は以下となる。

　ω₀：加振角周波数
　ω：交流磁場の角周波数
　ｍ：ソフト磁性探針（探針チップ８１１）の等価質量
　γ：減衰係数
　ｋ₀：カンチレバー（探針部材８１）固有のバネ定数
　Δｋ₀：カンチレバー（探針部材８１）のバネ定数のみかけ上の周期的変化の振幅
　この解は、次式で表される。

　バネ定数が実効的に種々の非共振周波数で周期的に変化する場合には、探針振動にこれらの非共振周波数による周波数変調成分が加わることになる。
　以下では、種々の典型的な磁性探針について、直流磁場Ｈ_z ^dcおよび交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を印加した場合の実効的バネ定数の変化を説明する。

　最初にハード磁性探針の場合を説明する。ハード磁性探針が理想的なハード磁気特性を有する場合、交流磁場を印加しても探針磁化は変化しないので、先端に交流磁極ｑ^acは生じない。この結果、Δｋは、次式で表される。

　したがって、Δｋは、交流磁場の角周波数ω_mと等しい周波数成分のみとなり、探針振動にω_m成分のみの周波数変調が発生する。
　ハード磁性探針のハード磁気特性が十分でない場合には、交流磁場の印加により探針先端に時間変化する交流磁極ｑ^acが発生するので、Δｋは、次式で表される。

　したがって、Δｋには、交流磁場の角周波数ω_mと等しい周波数成分の他に、新たに２ω_mを主とする高次の周波数成分が発生する。すなわち、２ω_m成分による探針振動の周波数変調の有無により、ハード磁性探針の性能を判断することが可能になる。

　次に、常磁性探針の場合を説明する。常磁性探針は、電磁石で発生できる程度の磁場強度では、磁化は磁場に比例し飽和を示さない。また常磁性探針は、残留磁化を持たず、保磁力がゼロである。直流磁場Ｈ_z ^dcおよび交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を印加した場合、探針先端の時間変化する交流磁極は交流磁場に対してほぼ線形に変化するので、Δｋの一般式は、次式で表される。

　Δｋは、交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）のみを印加した場合、次式で表される。

　２ω_mで変化する探針振動の周波数変調成分の大きさから、測定感度の程度を評価することが可能となる。
　常磁性探針に関する上記の議論は、反磁性探針および超常磁性探針についてもあてはまる。

　次に、ソフト磁性探針の場合を説明する。ソフト磁性探針の磁化は、磁場に対して非線形に変化し、磁場が増加すると飽和する。Δｋは、直流磁場Ｈ^dcならびに交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を印加した場合、次式で表される。

　ここで、交流磁場の強度Ｈ_z0 ^acが小さな場合には、探針磁化はほぼ交流磁場に比例して変化するので、Δｋは、次式で表される。

　したがって、Δｋの２ω_m成分は以下となる。

　ここでｑ_ωm ^acはＨ_z0 ^acにほぼ比例して変化する（ｑ_ωm ^ac＝αＨ_z0 ^ac）ので、Δｋ（２ω_mｔ）はＨ_z0 ^acの２乗に比例して変化することになる。

　交流磁場の強度Ｈ_z0 ^acが大きくなると、ｑ^acは飽和する。磁化曲線が角形で磁場方向が正の場合には、探針磁化がＭ_s、負の場合には、探針磁化が－Ｍ_sとなる、Ｈ_z0 ^acが探針の保磁力に比較して非常に大きな場合には、探針磁化ｍ_z ^tipは矩形状に時間変化し以下で表される。

　したがって、ｑ_ωm ^acの時間変化は以下で表される。

　ｑ_s：探針先端の磁極の飽和値
　このとき、Δｋは、次式で表される。

　このとき、Δｋ（２ω_mｔ）は、次式で表され、Ｈ_z0 ^acの１乗に比例して変化する。

　したがって、Δｋ（２ω_mｔ）は、Ｈ_z0 ^acの増加に伴い、最初はＨ_z0 ^acの２乗に比例して変化し、さらにＨ_z0 ^acが増加して探針磁化が飽和に達すると、Ｈ_z0 ^acの１乗に比例して変化するようになる。ここで、Δｋ（２ω_mｔ）のＨ_z0 ^ac依存性が２次から１次に変化するＨ_z0 ^acが、探針磁化を飽和させる交流磁場強度になる。
　一方、観察試料から探針に直流磁場Ｈ_z ^dcが加わった際のΔｋは、次式で表される。

　したがって、Δｋ（ω_mｔ）は以下のように与えられる。

　したがって、観察試料からの直流磁場勾配∂Ｈ_z ^dc／∂ｚの最大計測感度を、探針磁化が飽和に達した際の、探針先端の磁極の大きさに比例するΔｋ（２ω_mｔ）の大きさから、評価することが可能なことがわかる。
　したがって、種々の磁性探針を加振し、同時に探針の共振周波数と異なる周波数（非共振周波数）の交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を磁性探針に印加し、その際に発生する、周波数変調による振動スペクトルの次数およびこれら振動スペクトルのＨ_z0 ^acの強度に対する依存性を解析することで、磁性探針の性能を評価することができる。

　本発明では、磁性探針の性能を評価するために、探針の振動のスペクトルを観察する。
　交流磁場振幅Ｈ_z0 ^acの大きさを、段階的に変化させることで、図８に示すようなスペクトルが得られる。
　図８に示すように、定性的には２次のサイドバンドの強度の増加が緩やかになり、３次以上のサイドバンドの強度が急激に増加するときが探針の磁化が飽和に達したときである。
　上記の、磁化の飽和を検出する手法は、探針がハード磁性探針、あるいは常磁性探針や超常磁性探針、反磁性探針であるときにも応用できる。

　＜１．２　磁気力顕微鏡用探針の評価装置（１）＞
　図９は、本発明の磁気力顕微鏡用探針の評価装置の第１実施形態を示す説明図である。
　図９では、探針としてハード磁性探針ＰＲＢを使用している。
　図９において、評価装置１１は、探針励振部１１１、交流磁場発生部１１２、交流磁場制御部１１３、探針振動検出部１１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）１１５、ＳＢＩ抽出部１１６、ＳＢＩ変化測定部１１７、および評価結果出力部１１９を備えている。

　ハード磁性探針ＰＲＢは、シリコンにより構成されたカンチレバーであり、図９ではハード磁性探針ＰＲＢの先端の下面に、表面がハード磁性薄膜により形成された探針チップＴＩＰが形成されている。
　探針励振部１１１は、評価対象であるハード磁性探針ＰＲＢを励振させることができる。図９では探針励振部１１１は、交流電源１１１１と圧電素子１１１２とからなる。
　図９では、交流磁場発生部１１２は、交流コイルである。

　交流磁場制御部１１３は、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉが段階的に変化するように（ステップ変化するように）、交流磁場発生部１１２を制御する。
　探針振動検出部１１４は、ハード磁性探針ＰＲＢの振動を検出し振動検出信号ＶＩＢを生成する。探針振動検出部１１４は、レーザ（ＬＳＲ）１１４１とフォトディテクタ（ＰＤ）１１４２とからなる。ハード磁性探針ＰＲＢの先端上面には反射ミラーが形成されている。ＬＳＲ１１４１から出射されたレーザビームＬＢはハード磁性探針ＰＲＢの先端上面で反射されてＰＤ１１４２に入射される。

　スペクトル測定部１１５は、探針振動検出部１１４により検出された振動検出信号ＯＳＣを取得し、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対応する振動検出信号ＯＳＣのスペクトルを測定する。
　ＳＢＩ抽出部１１６は、スペクトル測定部１１５により測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndを抽出する（図８を参照）。

　ＳＢＩ変化測定部１１７は、ＳＢＩ抽出部１１６により抽出されたサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する変化を測定する。

　評価結果出力部１１９は、ＳＢＩ変化測定部１１７によって測定された、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対するサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて、ハード磁性探針ＰＲＢの特性の評価結果ＥＳを出力する。
　評価結果出力部１１９は、交流磁場制御部１１３が交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を増加させたときに１次のサイドバンドＳＢ＿１ｓｔの強度ＳＢＩ_1stが高くなるほど、より高い評価結果ＥＳを出力する。
　また、評価結果出力部１１９は、交流磁場制御部１１３が交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を増加させたときに２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度ＳＢＩ_2ndが高くなるほど、より低い評価結果ＥＳを出力する。
　評価結果出力部１１９が交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する１次および２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて評価結果ＥＳを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stの増大に伴って単調に増加する第１の関数ｆ_１（ＳＢＩ_1st）と、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの増大に伴って単調に減少する第２の関数ｆ_２（ＳＢＩ_2nd）との和からなる評価関数Ｆ（ＳＢＩ_1st，ＳＢＩ_2nd）＝ｆ_１（ＳＢＩ_1st）＋ｆ_２（ＳＢＩ_2nd）により行うことができる。評価結果出力部１１９が評価結果ＥＳの決定に用いるサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の値としては、例えば、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉが交流磁場発生部１１２から発生可能な交流磁場の最大強度であるときのサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の値を好ましく採用できる。
　＜１．３　磁気力顕微鏡用探針の評価方法（１）＞

　図１０は、図９の評価装置１１を用いてハード磁性探針ＰＲＢの評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。
　探針着磁ステップＳ１００：　ハード磁性探針ＰＲＢを着磁する。ハード磁性探針ＰＲＢを着磁するにあたっては、例えば電磁石、パルスマグネット、超電導マグネット等の装置を用いることができる。
　探針装着ステップＳ１０１：　ハード磁性探針ＰＲＢを図９では図示されていない探針ホルダに装着する。
　探針励振ステップＳ１０２：　評価対象であるハード磁性探針ＰＲＢを励振させる。

　交流磁場発生ステップＳ１０３：　交流磁場Ｈ＿ＡＣを発生させ、ハード磁性探針ＰＲＢに交流磁場Ｈ＿ＡＣを印加する。
　交流磁場制御ステップＳ１０４：　交流磁場発生ステップＳ１０３において発生された交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉが変化するように交流磁場Ｈ＿ＡＣを制御する。

　探針振動検出ステップＳ１０５：　ハード磁性探針ＰＲＢの振動を検出し振動検出信号ＶＩＢを生成する。
　スペクトル測定ステップＳ１０６：　探針振動検出ステップＳ１０５において生成された振動検出信号ＶＩＢを取得し、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対応する振動検出信号のスペクトルを測定する。

　ＳＢＩ抽出ステップＳ１０７：　スペクトル測定ステップＳ１０６において測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndを抽出する。
　ＳＢＩ変化測定ステップＳ１０８：　ＳＢＩ抽出ステップＳ１０７において抽出されたサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する変化を測定する。

　評価結果出力ステップＳ１１０：　ＳＢＩ変化測定ステップＳ１０８において測定された、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対するサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて、ハード磁性探針ＰＲＢの特性を評価する。ここで、交流磁場制御ステップＳ１０４において交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉを増加させたときに１次のサイドバンドバンドＳＢ＿１ｓｔの強度ＳＢＩ_1stが高くなるほど、より高い評価結果ＥＳを出力する（ステップＳ１１０Ａ）。また、交流磁場制御ステップＳ１０４において交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉを増加させたときに２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度（ＳＢＩ_2nd）が高くなるほど、より低い評価結果ＥＳを出力する（ステップＳ１１０Ｂ）。
　評価結果出力ステップＳ１１０において交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する１次および２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて評価結果ＥＳを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stの増大に伴って単調に増加する第１の関数ｆ_１（ＳＢＩ_1st）と、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの増大に伴って単調に減少する第２の関数ｆ_２（ＳＢＩ_2nd）との和からなる評価関数Ｆ（ＳＢＩ_1st，ＳＢＩ_2nd）＝ｆ_１（ＳＢＩ_1st）＋ｆ_２（ＳＢＩ_2nd）により行うことができる。評価結果出力ステップＳ１１０が評価結果ＥＳの決定に用いるサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の値としては、例えば、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉが交流磁場発生ステップＳ１０３において発生可能な交流磁場の最大強度であるときのサイドバンドの強度（ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2nd）の値を好ましく採用できる。

　＜１．４　磁気力顕微鏡用探針の評価装置（２）＞
　図１２は、本発明の磁気力顕微鏡用探針の評価装置の第２実施形態を示す説明図である。
　図１２では、探針としてソフト磁性探針ＰＲＢを使用している。
　図１２において、評価装置２１は、探針励振部２１１、交流磁場発生部２１２、交流磁場制御部２１３、探針振動検出部２１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）２１５、ＳＢＩ抽出部２１６、ＳＢＩ変化測定部２１７、ＳＢＩ変化遷移点検出部２１８および探針飽和磁化特性検出部２１９を備えている。

　探針ＰＲＢは、シリコンにより構成されたカンチレバーであり、図１２では探針ＰＲＢの先端の下面に、表面がソフト磁性薄膜により形成された探針チップＴＩＰが形成されている。

　探針励振部２１１、交流磁場発生部２１２、交流磁場制御部２１３、探針振動検出部２１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）２１５、ＳＢＩ抽出部２１６、およびＳＢＩ変化測定部２１７の構成は、図９（第１実施形態）の評価装置１１における、探針励振部１１１、交流磁場発生部１１２、交流磁場制御部１１３、探針振動検出部１１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）１１５、ＳＢＩ抽出部１１６、およびＳＢＩ変化測定部１１７の構成と同じである。

　スペクトル測定部２１５は、探針振動検出部２１４により検出された振動検出信号ＯＳＣを取得し、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対応する振動検出信号ＯＳＣのスペクトルを測定する。測定されたスペクトルの一例を、図１３、図１４、および図１５に示す。

　ＳＢＩ抽出部２１６は、スペクトル測定部２１５により測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndを抽出する（１次のサイドバンドＳＢ＿１ｓｔ、および２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄについては、図１３、図１４、および図１５を参照）。

　ＳＢＩ変化遷移点検出部２１８は、ＳＢＩ変化測定部２１７により測定された、２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の交流磁場強度Ｈｉに対する変化に係る情報を取得し、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndと交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉとの関係に変化が生じた交流磁場強度Ｈｉ、すなわち、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndが交流磁場の強度Ｈｉに対して２乗に比例する関係が、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndが交流磁場の強度Ｈｉの１乗に比例する関係に変化する交流磁場強度Ｈｉを、遷移点Ｔ＿ＰＮＴとして検出する。
　一例として、探針チップがＮｉ－Ｆｅからなる磁性体膜を表面に有するソフト磁性探針について測定した、交流磁場の強度と、２次のサイドバンドの強度との関係を両対数プロットしたグラフを図１１に示す。

　遷移点Ｔ＿ＰＮＴを検出する方法は特に限定されるものではないが、例えば、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndを交流磁場強度Ｈｉに対して両対数プロットしたグラフにおいて、交流磁場強度Ｈｉが相対的に低いデータ点群に対する第１の回帰直線と、交流磁場強度Ｈｉが相対的に高い（すなわち、第１の回帰直線によって回帰されるデータ点群よりも交流磁場強度Ｈｉが高い）データ点群に対する、第１の回帰直線と異なる傾き（通常は第１の回帰直線よりも小さな傾き）を有する第２の回帰直線とを算出するステップと、第１の回帰直線と第２の回帰直線との交点を算出するステップとを経ることにより、該交点を遷移点Ｔ＿ＰＮＴとして検出することができる。第１の回帰直線および第２の回帰直線の算出には、例えば最小二乗法等の公知の最適化法を採用できる。第１の回帰直線によって回帰されるべきデータ点群および第２の回帰直線によって回帰されるべきデータ点群を特定する方法は特に限定されるものではなく、例えば人間にグラフを目視させてデータ点群を分別させてもよいし、また例えば、交流磁場強度Ｈｉの対数をｘ座標とし、２次サイドバンド強度ＳＢＩ_2ndの対数をｙ座標とするＮ個のデータ点（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）（ｉ＝１，…，Ｎ；Ｎは４以上の整数；ｘ_１＜ｘ_２＜…＜ｘ_Ｎ）を、第１の回帰直線によって回帰されるべきデータ点（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）（ｉ＝１，…，ｋ－１；ｋは３以上Ｎ－１以下の整数）と、第２の回帰直線によって回帰されるべきデータ点（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）（ｉ＝ｋ，…，Ｎ）とを分ける整数ｋについて、第１の回帰直線および第２の回帰直線の全ての残差の２乗和を最小にするｋの値を（例えば総当たり法で）求めることにより行ってもよい。

　探針飽和磁化特性検出部２１９は、ＳＢＩ変化遷移点検出部２１８により検出された遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおける交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉおよび２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）を取得し、これらに基づいて、ソフト磁性探針ＰＲＢの飽和磁化、および、ソフト磁性探針ＰＲＢの磁化が飽和したときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉを検出する。具体的には遷移点Ｔ＿ＰＮＴが、ソフト磁性探針ＰＲＢの磁化が飽和したときの交流磁場強度Ｈｉに対応する。遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおける交流磁場強度Ｈｉから、遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおける交流磁場の勾配∂Ｈ_z0 ^ac／∂ｚを知ることができるので、遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおける２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndに基づいて、上記式（６）及び式（１９）からソフト磁性探針ＰＲＢの飽和磁化ｑ_sの大小を評価することができる。

　本発明に関する上記説明では、１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndを抽出するＳＢＩ抽出部２１６を備える形態の評価装置２１を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ＳＢＩ抽出部が２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndのみを抽出する形態の評価装置とすることも可能である。また、ＳＢＩ抽出部は、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndまたは１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndとともに、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。

　＜１．５　磁気力顕微鏡用探針の評価方法（２）＞
　図１６は、図１２の評価装置２１を用いてソフト磁性探針ＰＲＢの評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。
　図１６に示される評価方法は、探針装着ステップＳ２００、探針消磁ステップＳ２０１、探針励振ステップＳ２０２、交流磁場発生ステップＳ２０３、交流磁場制御ステップＳ２０４、探針振動検出ステップＳ２０５、スペクトル測定ステップＳ２０６、ＳＢＩ抽出ステップＳ２０７、ＳＢＩ変化測定ステップＳ２０８、ＳＢＩ変化遷移点検出ステップＳ２０９、および探針磁化飽和特性検出ステップＳ２１０を備える。

　探針装着ステップＳ２００：　ソフト磁性探針ＰＲＢを図１２では図示されていない探針ホルダに装着する。
　探針消磁ステップＳ２０１：　探針磁化を交流消磁する（たとえば、ＡＣ１００Ｈｚで５ｋＯｅから０ｋＯｅまでゆっくり減少させる）。本ステップは、探針に交流磁場を印加するのに際して、探針が直流磁極を持たない消磁状態にするために行うものである。

　探針励振ステップＳ２０２、交流磁場発生ステップＳ２０３、交流磁場制御ステップＳ２０４、探針振動検出ステップＳ２０５、スペクトル測定ステップＳ２０６、ＳＢＩ抽出ステップＳ２０７、およびＳＢＩ変化測定ステップＳ２０８の処理は、図１０（第１実施形態）のフローチャートで示された、探針励振ステップＳ１０２、交流磁場発生ステップＳ１０３、交流磁場制御ステップＳ１０４、探針振動検出ステップＳ１０５、スペクトル測定ステップＳ１０６、ＳＢＩ抽出ステップＳ１０７、およびＳＢＩ変化測定ステップＳ１０８の処理と同じである。

　なお、交流磁場制御ステップＳ２０４において、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を不連続的に（段階的に）変化させる場合には、一の測定点（交流磁場強度）から次の測定点（交流磁場強度）に移る前に、一旦探針磁化を交流消磁することが好ましい。

　ＳＢＩ変化遷移点検出ステップＳ２０９では、ＳＢＩ変化測定ステップＳ２０８において測定された２次サイドバンド強度ＳＢＩ_2ndの交流磁場強度Ｈｉに対する変化が、二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を、遷移点Ｔ＿ＰＮＴとして検出する。

　探針飽和磁化特性検出ステップＳ２１０では、ＳＢＩ変化遷移点検出ステップＳ２０９において検出された遷移点Ｔ＿ＰＮＴ、および該遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおける２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndを取得し、これらに基づいて、ソフト磁性探針ＰＲＢの飽和磁化、および、ソフト磁性探針ＰＲＢの磁化が飽和したときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉを検出する。

　図１７は、ソフト磁性探針の探針チップとしてＦｅ－Ｃｏ－Ｂ磁性体膜を有する探針チップを用いたときの、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する探針振動のスペクトルの強度の特性をプロットしたグラフである。
　図１７において、特性曲線の傾きが、遷移点Ｔ＿ＰＮＴ（変曲点）を過ぎると大きく変化していることがわかる。遷移点Ｔ＿ＰＮＴを検出することにより、探針の磁化が飽和に達する磁場の値がわかる。
　図１７では、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂからなる磁性体膜を表面に有する探針チップを有するソフト磁性探針２個（Ｌ１およびＬ２）について、印加した交流磁場の周波数と等しい周波数をもつ１次のサイドバンドのスペクトル強度ＳＢＩ_1st、および印加した交流磁場の周波数の２倍の周波数をもつ２次のサイドバンドのスペクトル強度ＳＢＩ_2ndの交流磁場振幅依存性を示したグラフ（両対数プロット）である。
　図１７のグラフにおいて、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndは、Ｌ１およびＬ２のいずれにおいても、遷移点Ｔ＿ＰＮＴの前後で傾きが変化している。遷移点Ｔ＿ＰＮＴを過ぎる前は、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの変化は交流磁場振幅Ｈｉに対して２次関数的（交流磁場振幅Ｈｉの２乗に比例）であるが、遷移点Ｔ＿ＰＮＴを過ぎると２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの変化は交流磁場振幅Ｈｉに対して１次関数的な変化（交流磁場振幅Ｈｉの１乗に比例）に遷移している。
　１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stは、Ｌ１およびＬ２のいずれにおいても、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndと比較して小さい。この事実は探針がソフト磁性を有することを示している。これらの１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stは、交流磁場振幅Ｈｉの増加に伴い、遷移点Ｔ＿ＰＮＴを過ぎる前までは増加しているが、遷移点Ｔ＿ＰＮＴを過ぎると減少している。このことは、遷移点Ｔ＿ＰＮＴまでは、探針の磁化曲線がマイナーループであるので、交流磁場振幅を増加させながら測定を行う際に、前測定終了時に残留磁化が残る場合があるが、遷移点Ｔ＿ＰＮＴを過ぎた後は、探針の磁化曲線が飽和するメジャーループとなり、前測定終了時に残留磁化がゼロに近づくためであると推察される。

　図１８（Ａ）に、種々のソフト磁性探針（Ｎｉ－Ｆｅ，Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎｂ，Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ，Ｆｅ－Ｃｏからなる探針チップ）について、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの交流磁場振幅依存性を示す。図に白抜き矢印で示す領域で飽和する磁性Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ探針は、低い交流磁場Ｈ＿ＡＣで、高い磁化（２次のサイドバンド強度）が得られるので、ソフト磁性探針としての性能に優れていることがわかる。
　図１８（Ｂ）は上記の図１８（Ａ）の結果から、各々のソフト磁性探針に対して、探針の磁化が飽和に達する交流磁場振幅とそのときの２次のサイドバンドの強度を表と相関図にまとめたものである。Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂソフト磁性探針が、探針の磁化が飽和に達する交流磁場が低く、かつ２次のサイドバンドの強度が大きいことから、良好なソフト磁性探針の性能を有していることがわかる。

　以上、第１実施形態では探針がハード磁性探針の場合を説明したが、第１実施形態の装置および方法は常磁性探針、超常磁性探針および反磁性探針にも適用できる。
　また、第２実施形態では探針がソフト磁性探針の場合を説明したが、第１実施形態の装置および方法は常磁性探針、超常磁性探針および反磁性探針にも適用できる。

　本発明に関する上記説明では、ＳＢＩ抽出ステップＳ２０７において１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndを抽出する形態の評価方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ＳＢＩ抽出ステップにおいて２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndのみを抽出する形態の評価装置とすることも可能である。また、ＳＢＩステップにおいて、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndまたは１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndとともに、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。

　＜１．６　磁気力顕微鏡用探針の評価装置（３）＞
　図１９は、本発明の磁気力顕微鏡用探針の評価装置の第３実施形態を示す説明図である。
　図１９では、探針として常磁性探針ＰＲＢを使用している。
　図１９において、評価装置３１は、探針励振部３１１、交流磁場発生部３１２、交流磁場制御部３１３、探針振動検出部３１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）３１５、ＳＢＩ抽出部３１６、ＳＢＩ変化測定部３１７、および評価結果出力部３１９を備えている。

　常磁性探針ＰＲＢは、シリコンにより構成されたカンチレバーであり、図１９では常磁性探針ＰＲＢの先端の下面に、表面が常磁性薄膜により形成された探針チップＴＩＰが形成されている。

　探針励振部３１１、交流磁場発生部３１２、交流磁場制御部３１３、探針振動検出部３１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）３１５、およびＳＢＩ変化測定部３１７の構成は、図９（第１実施形態）の評価装置１１における、探針励振部１１１、交流磁場発生部１１２、交流磁場制御部１１３、探針振動検出部１１４、スペクトル測定部（スペクトラムアナライザ）１１５、およびＳＢＩ変化測定部１１７の構成と同じである。
　また、ＳＢＩ抽出部３１６の構成は、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndのみを抽出する点以外は、図９（第１実施形態）の評価装置１１におけるＳＢＩ抽出部１１６の構成と同様である。

　評価結果出力部３１９は、ＳＢＩ変化測定部３１７によって測定された、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて、常磁性探針ＰＲＢの特性の評価結果ＥＳを出力する。
　評価結果出力部３１９は、交流磁場制御部３１３が交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を増加させたときに２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度ＳＢＩ_2ndが高くなるほど、より高い評価結果ＥＳを出力する。
　評価結果出力部３１９が交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて評価結果ＥＳを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの増大に伴って単調に増加する関数Ｇ（ＳＢＩ_2nd）により行うことができる。評価結果出力部３１９が評価結果ＥＳの決定に用いる２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の値としては、例えば、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉが交流磁場発生部３１２から発生可能な交流磁場の最大強度であるときの２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の値を好ましく採用できる。

　本発明に関する上記説明では、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndを抽出するＳＢＩ抽出部３１６を備える形態の評価装置３１を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ＳＢＩ抽出部は、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの他に１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stや、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。例えば２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndに加えて１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stを抽出する形態によれば、磁性探針の製品検査や生産管理に用いる際に、常磁性探針の磁性薄膜の中に強磁性成分が混在する等の不具合を検出することが可能になる。

　上記説明では、常磁性探針ＰＲＢを評価する形態の評価装置３１を例示したが、評価装置３１が評価できる探針は常磁性探針に限定されない。上記説明した評価装置３１は、探針チップが常磁性体を有してなる探針だけでなく、探針チップが反磁性体を有してなる探針や、探針チップが超常磁性を示す材料を有してなる探針の評価にも用いることが可能である。

　＜１．７　磁気力顕微鏡用探針の評価方法（３）＞
　図２０は、図１９の評価装置３１を用いて常磁性探針ＰＲＢの評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。
　図２０に示される評価方法は、探針装着ステップＳ３００、探針消磁ステップＳ３０１、探針励振ステップＳ３０２、交流磁場発生ステップＳ３０３、交流磁場制御ステップＳ３０４、探針振動検出ステップＳ３０５、スペクトル測定ステップＳ３０６、ＳＢＩ抽出ステップＳ３０７、ＳＢＩ変化測定ステップＳ３０８、および評価結果出力ステップＳ３１０を備える。

　探針装着ステップＳ３００、探針消磁ステップＳ３０１、探針励振ステップＳ３０２、交流磁場発生ステップＳ３０３、交流磁場制御ステップＳ３０４、探針振動検出ステップＳ３０５、スペクトル測定ステップＳ３０６、およびＳＢＩ変化測定ステップＳ３０８の処理は、図１０（第１実施形態）のフローチャートで示された、探針装着ステップＳ１００、探針消磁ステップＳ１０１、探針励振ステップＳ１０２、交流磁場発生ステップＳ１０３、交流磁場制御ステップＳ１０４、探針振動検出ステップＳ１０５、スペクトル測定ステップＳ１０６、およびＳＢＩ変化測定ステップＳ１０８の処理と同じである。
　また、ＳＢＩ抽出ステップＳ３０７の処理は、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndのみを抽出する点以外は、図１０（第１実施形態）のフローチャートで示されたＳＢＩ抽出ステップＳ１０７の処理と同様である。

　なお、交流磁場制御ステップＳ３０４において、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を不連続的に（段階的に）変化させる場合には、一の測定点（交流磁場強度）から次の測定点（交流磁場強度）に移る前に、一旦探針磁化を交流消磁することが好ましい。

　評価結果出力ステップＳ３１０：　ＳＢＩ変化測定ステップＳ３０８において測定された、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて、常磁性探針ＰＲＢの特性を評価する。ここで、交流磁場制御ステップＳ３０４において交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉを増加させたときに２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度（ＳＢＩ_2nd）が高くなるほど、より高い評価結果ＥＳを出力する（ステップＳ３１０Ａ）。
　評価結果出力ステップＳ３１０において交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉに対する２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の変化に基づいて評価結果ＥＳを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、例えば、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndの増大に伴って単調に増加する関数Ｇ（ＳＢＩ_2nd）により行うことができる。評価結果出力ステップＳ３１０において評価結果ＥＳの決定に用いる２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の値としては、例えば、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈｉが交流磁場発生ステップＳ３０３において発生可能な交流磁場の最大強度であるときの２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ_2nd）の値を好ましく採用できる。

　本発明に関する上記説明では、ＳＢＩ抽出ステップＳ３０７において２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndを抽出する形態の評価方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ＳＢＩ抽出ステップにおいて、１次および２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1st、ＳＢＩ_2ndとともに、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2ndに加えてさらに１次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_1stを抽出する形態によれば、磁性探針の製品検査や生産管理に用いる際に、常磁性探針の磁性薄膜の中に強磁性成分が混在する等の不具合を検出することが可能になる。

　上記説明では、評価装置３１を用いて常磁性探針ＰＲＢを評価する形態の評価方法を例示したが、図２０に示した評価方法で評価できる探針は常磁性探針に限定されない。図２０に示した評価方法によれば、探針チップが常磁性体を有してなる探針だけでなく、探針チップが反磁性体を有してなる探針や、探針チップが超常磁性を示す材料を有してなる探針も評価することが可能である。

　本発明に関する上記説明では、探針装着ステップＳ３００の後、探針励振ステップＳ３０２の前に、探針消磁ステップＳ３０１を行う形態の常磁性探針の評価方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、常磁性探針（または反磁性探針もしくは超常磁性探針）を意図して作製した探針ＰＲＢが自発磁化を有しないこと（すなわち強磁性体の性質を有しないこと）が予め判っている場合には、探針消磁ステップＳ３０１を省略することも可能である。また例えば、常磁性探針（または反磁性探針もしくは超常磁性探針）を意図して作製した探針ＰＲＢが自発磁化を有しないことが予め判っている場合には、交流磁場制御ステップＳ３０４において交流磁場強度を不連続的に変化させる場合であっても、一の測定点（交流磁場強度）から次の測定点（交流磁場強度）に移る前に探針磁化を交流消磁する処理を省略することも可能である。

　＜２．磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法＞
　試料からの直流磁場を、ソフト磁性探針に交流磁場を印加することにより高感度で計測するのには、小さい磁場で磁気モーメントが大きく変化する磁化率の高いソフト磁性探針を使用すればよい。
　しかし、このようなソフト磁性探針を使用した場合には、試料からの直流磁場が測定場所によって大きく変化すると、図２１（Ｂ）で説明したように、探針の磁化Ｍが交流磁場の印加より飽和してしまう問題が発生する。
　本発明者らは、試料の直流磁場が探針に与える影響は、Ｚ方向（試料面に垂直な方向）の勾配が小さいかＺ方向に勾配を持たない制御用直流磁場により低減でき、感度が高いソフト磁性探針を使用してもソフト磁性探針の磁化飽和を回避することができることを着想した。
　そして、ある直流磁場を与えているときに、ソフト磁性探針の磁化が飽和するときの交流磁場の値は、探針の振動スペクトルを解析することで検出できるとの知見のもと本発明をなすに至った。

　本発明の磁気力顕微鏡では、磁場強度適性判定部の判定結果に応じて、制御用直流磁場の強度の調整および／または交流磁場の強度の調整をすることができる。また、ＳＢＩ変化測定部により測定された遷移が生じたときの制御用直流磁場の強度および交流磁場の強度に基づき、制御用直流磁場の強度範囲および／または探針に印加可能な交流磁場の強度範囲を決定することができる。

　本発明の磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法では、制御用磁場適性判定ステップの判定結果に応じて、制御用直流磁場の強度の調整および／または交流磁場の強度の調整をすることができる。
　また、ＳＢＩ変化測定ステップにおいて測定された遷移が生じたときの制御用直流磁場の強度および交流磁場の強度に基づき、制御用直流磁場の強度範囲および／または探針に印加可能な交流磁場の強度範囲を決定することができる。

　＜２．１　原理＞
　本発明の磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法の適用対象である、観察試料からの直流磁場勾配を計測する、ソフト磁性探針を用いる磁気力顕微鏡の原理を説明する。
　最初に観察試料からソフト磁性探針に加わる直流磁場Ｈ_z ^dcが小さく、かつ外部磁場源からソフト磁性探針に加える交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）の振幅Ｈ_z0 ^acも小さく、磁場印加により探針磁化が飽和しない場合を考える。このとき、探針磁化の交流変化分はほぼ交流磁場に比例して変化するので、探針磁極の交流変化分もほぼ交流磁場に比例して変化し、Δｋは、次式で表される。

　ここで、外部からソフト磁性探針に加える交流磁場が、空間的に一様である場合、

となり、Δｋは、次式で表される。

　したがって、角速度ω_mで周期的に変化する項

に起因する周波数変調信号を、周波数復調することで、試料からの直流磁場勾配∂Ｈ_z ^dc／∂ｚの計測が可能になる。ここでｑ_ωm ^acはＨ_z0 ^acにほぼ比例して変化する（ｑ_ωm ^ac＝αＨ_z0 ^ac）ので、Δｋ（ω_mｔ）はＨ_z0 ^acの１乗に比例して変化することになる。

　また、角速度２ω_mで周期的に変化する項

に着目すると、同様にｑ_ωm ^acはＨ_z0 ^acにほぼ比例して変化する（ｑ_ωm ^ac＝αＨ_z0 ^ac）ので、Δｋ（２ω_mｔ）はＨ_z0 ^acの２乗に比例して変化することになる。

　次に、観察試料からソフト磁性探針に加わる直流磁場Ｈ_z ^dcのみでは、探針磁化は飽和しないが、外部磁場源からソフト磁性探針に加える交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）の強度Ｈ_z0 ^acが大きく、交流磁場印加により探針磁化が飽和し、その結果として探針先端の磁極が飽和する場合を考える。磁化曲線が角形のとき、磁場方向が正の場合には、探針磁化がＭ_s、磁場方向が負の場合には、探針磁化が－Ｍ_sとなる。ここで探針先端の磁極の飽和値をｑ_sとおくと、Ｈ_z0 ^acが大きな場合には、探針先端の磁極は矩形状に時間変化し以下で表される。

　このとき、Δｋは、次式で表される。

　したがって、角速度ω_mで周期的に変化する項

に起因する周波数変調信号を周波数復調することで、試料からの直流磁場勾配∂Ｈ_z ^dc／∂ｚの計測が可能になる。このとき、Ｈ_z0 ^acが増加してもｑ_sは変化しないので、Δｋ（ω_mｔ）はＨ_z0 ^acに対して一定となる。したがって、探針磁化が飽和した後は、Ｈ_z0 ^acを増加させても、試料からの直流磁場勾配∂Ｈ_z ^dc／∂ｚの計測感度は変化しないので、Ｈ_z0 ^acの増加は無意味であり、ソフト磁性探針は飽和直前で使用するのがよいことがわかる。
　一方、角速度２ω_mで周期的に変化する項

に着目すると、Ｈ_z0 ^acに比例してΔｋ（２ω_mｔ）は増加する。

　以上のことから、測定前にソフト磁性探針の感度を最大にできる交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）の振幅Ｈ_z0 ^acを知ることは重要である。これには、Δｋ（２ω_mｔ）に起因する周波数変調強度のＨ_z0 ^ac依存性が利用できる。すなわち、観察試料なしでソフト磁性探針に交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を印加し、周波数変調信号の角速度２ω_mで周期的に変化する項のＨ_z0 ^acに対する依存性の次数が２次から１次に変化するＨ_z0 ^acの値を測定することで、ソフト磁性探針の磁化が飽和する交流磁場の振幅を知ることができる。

　さらに、観察試料からソフト磁性探針に加わる直流磁場Ｈ_z ^dcが大きく探針磁化がほぼ飽和した状態で、外部磁場源からソフト磁性探針に交流磁場を加える場合を考える。この場合、探針磁極の交流変化分ｑ_ωm ^acはほぼゼロとなるので、Δｋは、次式で表される。

　したがって、探針振動の周波数変調が発生しなくなり、試料からの直流磁場の勾配∂Ｈ_z ^dc／∂ｚの計測が困難になる。
　ソフト磁性探針の測定感度を保ったままで、観察試料から発生する直流磁場の勾配∂Ｈ_z ^dc／∂ｚを計測するには、交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）の印加でソフト磁性探針の磁化を飽和させないことに加えて、観察試料から発生する直流磁場Ｈ_z ^dcと逆方向の直流磁場（Ｈ_z ^dc）^exを外部から印加することによりソフト磁性探針の磁化の飽和を防止することが必要である。ここで、外部から印加する直流磁場（Ｈ_z ^dc）^exは、∂Ｈ_z ^dc／∂ｚの測定結果に影響を与えないように、空間的に一様：

である必要がある。
　（Ｈ_z ^dc）^exの大きさは、観察試料の磁気力顕微鏡による走査範囲の中での、観察試料から発生する直流磁場Ｈ_z ^dcの最大値以上である必要がある。

　本発明の磁気力顕微鏡における測定手順、および、本発明の磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法を用いた測定手順は、次の（１）～（４）を含む。
（１）観察試料なしで、ソフト磁性探針に交流磁場を印加して、Δｋ（２ω_mｔ）による周波数変調スペクトルの交流磁場振幅依存性から、ソフト磁性探針が飽和する交流磁場振幅（最大計測感度）を見積もる。
（２）ソフト磁性探針に交流磁場を印加して、観察試料の直流磁場勾配を検出し、直流磁場勾配の絶対値が最大となる観察試料位置を見つける。直流磁場勾配の絶対値が最大となる観察試料位置には、直流磁場が試料面に対して上向きの場所と、直流磁場が試料面に対して下向きの場所とがある。
（３）これらの直流磁場勾配の絶対値が最大となる観察試料位置である２箇所に対して、探針を移動して、外部から直流磁場を印加して、Δｋ（ω_mｔ）あるいはΔｋ（２ω_mｔ）が引き起こす周波数変調スペクトルの外部直流磁場依存性から、探針磁化の飽和が生じない直流磁場値をあらかじめ決定する。
（４）観察試料において、試料からの直流磁場が試料面に対して上向きの場所と下向きの場所について、（３）で決定した直流磁場値の外部直流磁場を観察試料からの直流磁場とは逆向きに印加して測定を行う。
　なお、観察画像の全ての観測点で、探針が飽和しない外部直流磁場値を個別に決定してもよい。

　本発明では、ソフト磁性探針の振動の周波数変調の大きさの変化（探針の見掛け上のバネ定数の変化）を検出するために、ソフト磁性探針の振動の周波数変調のスペクトルを観察する。
　ソフト磁性探針に交流磁場Ｈ_z ^ac＝Ｈ_z0 ^acｃｏｓ（ω_mｔ）を印加して、誘起されるω_mの周波数変調の交流磁場振幅Ｈ_z0 ^acに対する依存性を調べることで、ソフト磁性探針の磁化が飽和に達したか否かを知ることができる。
　具体的には、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度を最初にゼロに設定し、この状態で、交流磁場Ｈ＿ＡＣの大きさを、段階的に変化させる。
　制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣについては、ソフト磁性探針に磁場勾配を与えるとソフト磁性探針の実効的なバネ定数が変化してしまう。よって、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣのＺ方向の勾配はゼロまたは小さいこと（できるだけゼロに近いこと）が必要である。

　＜２．２　磁気力顕微鏡＞
　図２２は本発明の磁気力顕微鏡の一実施形態を示す説明図である。
　図２２において、磁気力顕微鏡４は、ソフト磁性探針（本発明における探針）４０、探針励振部４１、合成磁場発生部４２、磁場制御部４３、探針振動検出部４４、走査部４５、直流磁場特性測定部４６、スペクトル測定部４７、および磁化飽和検出部４８を備えている。

　ソフト磁性探針４０は、シリコンにより構成されたカンチレバーである。アーム４０１の先端に、表面にソフト磁性薄膜４０３が形成された円錐形の探針チップ４０２が備えられている。ソフト磁性薄膜４０３を構成するソフト磁性材料として、たとえば、パーマロイ（Ｎｉ－Ｆｅ），Ｃｏ－Ｚｒ－Ｎｂ，Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ，Ｆｅ－Ｃｏが採用される。
　探針励振部４１は、ソフト磁性探針４０を励振させることができる。探針励振部４１は、交流電源４１１と、ソフト磁性探針４０に振動を与える圧電素子４１２とからなる。

　合成磁場発生部４２は、交流磁場Ｈ＿ＡＣと制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣとの合成磁場Ｈ＿ＡＣ／ＤＣを発生することができる。
　図２２では合成磁場発生部４２は、交流電流ＡＣにより駆動される交流コイル４２１および直流電流ＤＣにより駆動されるコア４２２１付きの直流コイル４２２を有している。
　磁場制御部４３は、交流コイル４２１を駆動する電流ＡＣにより、交流コイル４２１から発生する交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を変化させる制御を行う。
　また、磁場制御部４３は、直流コイル４２２を駆動する電流ＤＣにより、直流コイル４２２から発生する制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度を変化させる制御を行う。磁場制御部４３による、制御用直流磁場の強度を変化させる制御と、交流磁場の強度を変化させる制御は、独立に行うことができる。すなわち、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣをある値に固定しておき、交流磁場Ｈ＿ＡＣを不連続に（段階的に）変化させることができる。

　図２３（Ａ）に、交流磁場Ｈ＿ＡＣと、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣと、ステージＳＴＧにセットされた試料ＳＭＰＬが発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLの関係を示す。
　交流磁場Ｈ＿ＡＣのｚ方向（試料面に対して垂直な方向）成分は、試料ＳＭＰＬが発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLのｚ方向成分に対して、十分に空間的に一様である。具体的には、交流磁場Ｈ＿ＡＣのｚ方向成分の強度Ｈ_z0 ^acと、ステージＳＴＧにセットされた試料ＳＭＰＬが発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLのｚ方向成分の強度Ｈ_z ^dcとは、次の式（３６）の関係を満たすことが好ましい。

　また、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣのｚ方向成分も、ステージＳＴＧにセットされた試料ＳＭＰＬが発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLのｚ方向成分に対して、十分に空間的に一様である。具体的には、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣのｚ方向成分（Ｈ_z ^dc）^exと、ステージＳＴＧにセットされた試料ＳＭＰＬが発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLのｚ方向成分Ｈ_z ^dcとは、次の式（４３）の関係を満たすことが好ましい。

　図２３（Ｂ）に示すように、合成磁場発生部４２は、交流電流ＡＣと直流電流ＤＣとの合成電流ＳＣにより駆動される一つのコイル４２０から構成することもできる。合成磁場発生部４２を一つのコイル４２０から構成した場合には、磁場制御部４３からは交流電流ＡＣと直流電流ＤＣとの合成電流ＳＣが出力される。

　探針振動検出部４４は、ソフト磁性探針４０の振動を検出し振動検出信号ＶＩＢを生成する。探針振動検出部４４は、レーザ（ＬＳＲ）４４１とフォトディテクタ（ＰＤ）４４２とからなる。ソフト磁性探針４０の先端上面には反射ミラーが形成されている。ＬＳＲ４４１から出射されたレーザビームＬＢはソフト磁性探針４０の先端上面で反射されてＰＤ４４２に入射される。
　走査部４５は、ソフト磁性探針４０が、試料ＳＭＰＬの表面を走査できるように、ソフト磁性探針４０を空間駆動（ＸＹ駆動）することができる。図２３では、試料ＳＭＰＬがセットされたステージＳＴＧを移動させることで、ソフト磁性探針４０による試料ＳＭＰＬの表面を走査する例を示しているが、ソフト磁性探針４０を移動させることで、ソフト磁性探針４０による試料ＳＭＰＬの上面を走査することもできる。

　直流磁場特性測定部４６は、探針振動検出部４４により検出された振動検出信号ＶＩＢを取得し、ソフト磁性探針４０に生じた振動変調を解析することで試料ＳＭＰＬの表面の直流磁場特性を測定することができる。
　スペクトル測定部４７は、探針振動検出部４４により検出された振動検出信号ＶＩＢを取得し、振動検出信号ＶＩＢのスペクトルを測定する。
　スペクトル測定部４７は、合成磁場発生部４２が制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣをある値に固定し、交流磁場Ｈ＿ＡＣを不連続に（段階的に）変化させたときのスペクトルを、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACiごとに測定する。

　磁化飽和検出部４８は、試料ＳＭＰＬの直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLの測定に際して、探針チップ４０２に形成されたソフト磁性材料薄膜４０３の磁化が飽和するか否かを、交流磁場Ｈ＿ＡＣを不連続に（段階的に）変化させたときのスペクトルの遷移に基づき（２次のサイドバンドの変化に基づき）検出することができる。

　２次のサイドバンドの変化は、スペクトル図に基づき目視により検出することができる。
　また、図２４に示すように、磁化飽和検出部４８を、ＳＢＩ抽出部４８１、ＳＢＩ変化測定部４８２および磁場強度適性判定部４８３から構成することで、装置検出（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ）することもできる。

　図２４において、ＳＢＩ抽出部４８１は、スペクトル測定部４７により測定されたスペクトルの２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ＿２ｎｄを抽出する。
　ＳＢＩ変化測定部４８２は、強度がゼロを含む所定範囲内のある値に設定された制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの下で、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACiをある値から所定値まで変化させ、ＳＢＩ抽出部４８１により抽出された２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ＿２ｎｄ）の交流磁場強度Ｈ_ACiに対する依存性の変化の有無を検出する。そして、２次のサイドバンドの強度の交流磁場強度Ｈ_ACiに対する依存性に変化が生じた場合には、２次のサイドバンドの強度（ＳＢＩ＿２ｎｄ）の交流磁場強度Ｈ_ACiに対する依存性に変化が生じたときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACiを測定する。

　図２５（Ａ）に、制御用直流磁場の強度を変化させたときに、ＳＢＩ抽出部４８１により作成された、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度の変化に対する２次のサイドバンドＳＢＩ＿２ｎｄの強度特性を両対数プロットしたグラフが変化する様子を示している。図２５（Ｂ）は、当該強度特性の傾きの変化点（遷移点）Ｔ＿ＰＮＴにおける交流磁場強度（探針飽和磁場）の、制御用直流磁場強度に対する変化を示すグラフである。遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおいて、２次のサイドバンドの強度の交流磁場強度に対する依存性の次数が２次から１次に変化している。図２５（Ｃ）は、遷移点Ｔ＿ＰＮＴにおける交流磁場強度と制御用直流磁場強度との和を、制御用直流磁場強度に対してプロットしたグラフである。図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）から、交流磁場強度を一定にして外部から制御用直流磁場を印加すると、制御用直流磁場を印加した分だけ探針が飽和に達する遷移点が変化することがわかる。図２５（Ｃ）から、探針に加わる磁場の最大値が、交流磁場の振幅値と外部からの直流磁場値との和であることが確認できる。
　なお、図２５（Ａ）～（Ｃ）は、図２に示した構成を有する磁気力顕微鏡４において、ソフト磁性探針ＰＲＢとしてＳｉ探針の探針チップ表面に（Ｆｅ_７０Ｃｏ_３０）_８５Ｂ_１５磁性体薄膜（膜厚３０ｎｍ）を形成した探針を用い、電磁石を磁場源とし、観察試料なしで測定した結果に基づく。

　磁場強度適性判定部４８３は、ＳＢＩ変化測定部４８２による測定結果（２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ＿２ｎｄの交流磁場強度Ｈ_ACi依存性の変化の有無、および（２次のサイドバンドの強度の交流磁場強度依存性に変化があった場合には）２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ＿２ｎｄの交流磁場強度依存性に変化が生じたときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACi）に基づき、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度の適性および／または交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度の適性を判定することができる。

　たとえば、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度をある値に固定しておき、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を変化させて、スペクトル測定部４７によりスペクトルを測定したとする。
　磁場強度適性判定部４８３が、強度特性の傾きの変化点Ｔ＿ＰＮＴを検出したとき、そのときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度が、試料ＳＭＰＬの表面の直流磁場特性の測定に適用される交流磁場の強度よりも大きければ、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度も、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度も適正であると判断できる。

　一方、磁場強度適性判定部４８３が、強度特性の傾きの変化点Ｔ＿ＰＮＴを検出したとき、そのときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度が、試料ＳＭＰＬの表面の直流磁場特性の測定に適用される交流磁場の強度以下であれば、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度または交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度が不適正であると判定できる。
　この場合には、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度を小さくするか、または交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を小さくする必要があるので、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度または交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を変更して、再度、スペクトルを測定しなおして、磁場強度の適性を判断する。

　以上述べたように、図２２の磁気力顕微鏡４では、励振しているソフト磁性探針４０に交流磁場Ｈ＿ＡＣと制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣとを印加し、ソフト磁性探針４０により、直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLを発生する試料ＳＭＰＬの表面を走査する。
　この走査において、ソフト磁性探針４０の振動を検出することで、試料ＳＭＰＬの表面の直流磁場特性（直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPL）を測定することができる。

　＜２．３　磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法＞
　図２６は、図２２に示した評価装置を用いて本発明の制御用磁場調整方法を実施する場合の処理を示すフローチャートである。
　試料セットステップＳ４００：測定したい試料ＳＭＰＬを試料テーブルにセットする。
　消磁ステップＳ４１０：　ソフト磁性探針４０の磁化を交流消磁する。たとえば、周波数１００Ｈｚの交流磁場を、強度が５ｋＯｅから０ｋＯｅまでゆっくり減少するよう探針チップ４０２に印加する。

　探針励振ステップＳ４２０：ソフト磁性探針４０を所定の角周波数ω₀で励振させる。
　磁場発生ステップＳ４３０：　交流磁場Ｈ＿ＡＣと制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣとの合成磁場Ｈ＿ＡＣ／ＤＣを発生させ、探針４１０に合成磁場Ｈ＿ＡＣ／ＤＣを印加する。上記したように、交流磁場Ｈ＿ＡＣと、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣと、ステージＳＴＧにセットされた試料ＳＭＰＬが発生する直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLとは、式（４２）及び（４３）の関係を満たすことが好ましい。
　このとき、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度を初期値Ｈ_DCi（ｒ₁）に設定する（Ｓ４３０１）。ここでは、Ｈ_DCi（ｒ₁）＝０としてある。
　また、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を初期値Ｈ_ACi（ｓ₁）に設定する（Ｓ４３０２）。

　磁場制御ステップＳ４４０は、直流磁場制御ステップＳ４４０１と交流磁場制御ステップＳ４４０２からなる。
　直流磁場制御ステップＳ４４０１：　ゼロ回目のループ（ｍ＝１）では、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度をＨ_DCi（ｒ₁）に設定し、（ｊ－１）回目のループ（ｍ＝ｊ）では、制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの強度をＨ_DCi（ｒ_j）に設定する。なおここではＨ_DCi（ｒ₁）＜Ｈ_DCi（ｒ₂）＜…＜Ｈ_DCi（ｒ_M）である。
　交流磁場制御ステップＳ４４０２：ゼロ回目のループ（ｎ＝１）では、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度をＨ_ACi（ｓ₁）に設定する。
　ｋ回目のループ（ｎ＝ｋ＋１）では、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度をＨ_ACi（ｓ_m）に設定する。なおここではＨ_ACi（ｓ₁）＜Ｈ_ACi（ｓ₂）＜…＜Ｈ_ACi（ｓ_N）である。
　探針振動検出ステップＳ４５０：ソフト磁性探針１０の振動を検出し振動検出信号ＶＩＢを生成する。

　スペクトル測定ステップＳ４６０：探針振動検出ステップＳ４５０において検出された振動検出信号ＶＩＢを取得し、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACi（ｓ_n）に対応する、振動検出信号ＶＩＢのスペクトルを測定する。
　磁場制御ステップＳ４４０、探針振動検出ステップＳ４５０、スペクトル測定ステップＳ４６０の処理を、ｎを順次増加させてｎ＝Ｎまで繰り返す。
　磁化飽和検出ステップＳ４７０：試料ＳＭＰＬの直流磁場Ｈ＿ＤＣ_SMPLの測定に際して、ソフト磁性探針４０の先端に形成されている磁性体薄膜の磁化が飽和したとき（２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度ＳＢＩ_2ndの交流磁場強度H_ACiに対する依存性が変化したとき）の交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACi（ｓ_n）を複数のスペクトル（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）にわたる変化に基づき検出する。
　そして、探針チップ４０２に形成されているソフト磁性材料薄膜の磁化が飽和したときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACi（ｓ_n）が、所定の値以下であるか否かを検出する。
　制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）が不適正であるとき（探針チップ４０２に形成されたソフト磁性材料薄膜の磁化が飽和したときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度が所定の値を超えるとき）は、制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）を上げて（ｍの値を１増やして）、ステップＳ４３０からＳ４７０までを繰り返す。
　制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）が適正であるときは、処理を終了する。

　磁化飽和検出ステップＳ４７０は、図２７に示すように、ＳＢＩ抽出ステップＳ４７０１と、ＳＢＩ変化測定ステップＳ４７０２と、制御用磁場適性判定ステップＳ４７０３とを含むことができる。
　ＳＢＩ抽出ステップＳ４７０１では、スペクトル測定ステップＳ４６０において測定された複数のスペクトルの２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度ＳＢＩ_2ndを抽出する。

　ＳＢＩ変化測定ステップＳ４７０２では、２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2nd（ｒ_m）の交流磁場強度Ｈ_ACiに対する依存特性に変化が生じたときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度を測定する。
　すなわち、強度がＨ_DCi（ｒ_m）である制御用直流磁場Ｈ＿ＤＣの下で、交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACiをある値Ｈ_ACi（ｓ₁）から所定値Ｈ_ACi（ｓ_N）まで変化させ、ＳＢＩ抽出ステップＳ４７０１において抽出された２次のサイドバンドの強度ＳＢＩ_2nd（ｒ_m，ｓ_n）の交流磁場強度H_ACi依存性に変化が生じたときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度Ｈ_ACi（ｓ_n）を測定する。
　制御用磁場適性判定ステップＳ４７０３では、ＳＢＩ変化測定ステップＳ４７０１における測定結果（２次のサイドバンドＳＢ＿２ｎｄの強度ＳＢＩ_2ndの交流磁場強度Ｈ_ACi依存特性に変化が生じたときの交流磁場Ｈ＿ＡＣの強度）に基づき、制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）の適性を判定する。

　制御用磁場適性判定ステップＳ４７０３において、制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）が不適正であるときは、制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）を一段階上げて（ｍの値を１増やして）、ステップＳ４３０からＳ４７０までを繰り返す。制御用直流磁場の強度Ｈ_DCi（ｒ_m）が適正であるときは、処理を終了する。

　１１　評価装置
　１１１　探針励振部
　１１２　交流磁場発生部
　１１３　交流磁場制御部
　１１４　探針振動検出部
　１１５　スペクトル測定部
　１１６　ＳＢＩ抽出部
　１１７　ＳＢＩ変化測定部
　１１８　変化遷移点検出部
　１１９　評価結果出力部
　１１１１　交流電源
　１１１２　圧電素子
　１１４１　レーザ（ＬＳＲ）
　１１４２　フォトディテクタ（ＰＤ）
　２１　評価装置
　２１１　探針励振部
　２１２　交流磁場発生部
　２１３　交流磁場制御部
　２１４　探針振動検出部
　２１５　スペクトル測定部
　２１６　ＳＢＩ抽出部
　２１７　ＳＢＩ変化測定部
　２１８　変化遷移点検出部
　２１９　探針飽和磁化特性検出部
　２１１１　交流電源
　２１１２　圧電素子
　２１４１　レーザ（ＬＳＲ）
　２１４２　フォトディテクタ（ＰＤ）
　３１　評価装置
　３１１　探針励振部
　３１２　直流磁場・交流磁場発生部
　３１３　直流磁場・交流磁場制御部
　３１４　探針振動検出部
　３１５　スペクトル測定部
　３１６　ＳＢＩ抽出部
　３１７　ＳＢＩ変化測定部
　３１８　探針品質検出部
　３１１１　交流電源
　３１１２　圧電素子
　３１４１　レーザ（ＬＳＲ）
　３１４２　フォトディテクタ（ＰＤ）
　４　磁気力顕微鏡
　４０　ソフト磁性探針
　４１　探針励振部
　４２　合成磁場発生部
　４３　磁場制御部
　４４　探針振動検出部
　４５　走査部
　４６　直流磁場特性測定部
　４７　スペクトル測定部
　４８　磁化飽和検出部
　４０１　カンチレバーのアーム
　４０２　探針チップ
　４０３　ソフト磁性材料薄膜
　４１１　交流電源
　４１２　圧電素子
　４２１　交流コイル
　４２２　直流コイル
　４２０　コイル
　４４１　レーザ（ＬＳＲ）
　４４２　フォトディテクタ（ＰＤ）
　４８１　ＳＢＩ抽出部
　４８２　ＳＢＩ変化測定部
　４８３　磁場強度適性判定部

Claims

　試料から発生する直流磁場または交流磁場を測定する磁気力顕微鏡用の探針の特性評価に使用される装置であって、
　前記探針を励振させる探針励振部と、
　交流磁場を発生し前記探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生部と、
　前記交流磁場の強度が変化するように前記交流磁場発生部を制御する交流磁場制御部と、
　前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
　前記探針振動検出部により生成された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
　前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた２次のサイドバンドの強度を抽出する、または前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度を抽出する、ＳＢＩ抽出部と、
　前記ＳＢＩ抽出部によって抽出されたサイドバンドの強度の、前記交流磁場の強度に対する変化を測定するＳＢＩ変化測定部と、
　前記ＳＢＩ変化測定部により測定された前記変化に基づいて前記探針の特性を評価する評価結果出力部と
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。
　請求項１に記載の評価装置であって、
　前記探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。
　前記探針の探針チップが強磁性体のうちハード磁性材料を有してなる、請求項１に記載の評価装置であって、
　前記ＳＢＩ抽出部は、前記１次および２次のサイドバンドの強度を抽出し、
　前記評価結果出力部は、
　　前記交流磁場の強度を増加させたときに前記１次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
　　前記交流磁場の強度を増加させたときに前記２次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、
磁気力顕微鏡用探針の評価装置。
　前記探針の探針チップが強磁性体のうちソフト磁性材料を有してなる、請求項１に記載の評価装置であって、
　前記評価結果出力部は、
　　前記ＳＢＩ変化測定部により測定された前記２次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、ＳＢＩ変化遷移点検出部と、
　　前記遷移点における前記２次のサイドバンドの強度を取得し、前記探針の飽和磁化、および、前記探針の磁化が飽和したときの前記交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出部と
をさらに備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。
　前記探針の探針チップが常磁性体もしくは反磁性体、または超常磁性を示す材料を有してなる、請求項１に記載の評価装置であって、
　前記評価結果出力部は、前記交流磁場の強度を増加させたときに前記２次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、
磁気力顕微鏡用探針の評価装置。
　試料から発生する直流磁場または交流磁場を測定する磁気力顕微鏡用探針の特性評価に適用される方法であって、
　前記探針を励振させる探針励振ステップと、
　交流磁場を発生させ前記探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生ステップと、
　前記交流磁場発生ステップにおいて発生された前記交流磁場の強度が変化するように前記交流磁場を制御する交流磁場制御ステップと、
　前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
　前記探針振動検出ステップにおいて生成された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
　前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた２次のサイドバンドの強度を抽出する、または前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた１次および２次のサイドバンドの強度を抽出する、ＳＢＩ抽出ステップと、
　前記ＳＢＩ抽出ステップにおいて抽出されたサイドバンドの強度の、前記交流磁場の強度に対する変化を測定するＳＢＩ変化測定ステップと、
　前記ＳＢＩ変化測定ステップにおいて測定された前記変化に基づいて前記探針の特性を評価する、評価結果出力ステップと
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。
　請求項６に記載の評価方法であって、
　前記探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。
　前記探針の探針チップが強磁性体のうちハード磁性材料を有してなる、請求項６に記載の評価方法であって、
　前記ＳＢＩ抽出ステップにおいて、前記１次および２次のサイドバンドの強度を抽出し、
　前記評価結果出力ステップにおいて、
　　前記交流磁場の強度を増加させたときに前記１次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
　　前記交流磁場の強度を増加させたときに前記２次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。
　前記探針の探針チップが強磁性体のうちソフト磁性材料を有してなる、請求項６に記載の評価方法であって、
　前記評価結果出力ステップは、
　　前記ＳＢＩ変化測定ステップにおいて測定された前記２次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、ＳＢＩ変化遷移点検出ステップと、
　　前記ＳＢＩ変化遷移点検出ステップにおいて検出された遷移点、および当該遷移点における前記２次のサイドバンドの強度を取得し、前記探針の飽和磁化、および、前記探針の磁化が飽和したときの前記交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出ステップと
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。
　前記探針の探針チップが、常磁性体もしくは反磁性体、または超常磁性を示す材料を有してなる、請求項６に記載の評価方法であって、
　前記評価結果出力ステップにおいて、前記交流磁場の強度を増加させたときに前記２次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、
磁気力顕微鏡用探針の評価方法。
　励振している探針に交流磁場と制御用直流磁場とを印加し、前記探針により試料の表面を走査し、前記探針の振動を検出することで、前記試料の表面の直流磁場を測定する磁気力顕微鏡であって、
　先端に磁性体薄膜が形成された探針チップを備えた前記探針と、
　前記探針を励振させる探針励振部と、
　前記交流磁場と前記制御用直流磁場との合成磁場を発生する合成磁場発生部と、
　前記制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、前記制御用直流磁場の強度を固定して前記交流磁場の強度を順次変化させる制御を行う磁場制御部と、
　前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
　前記探針を空間駆動する走査部と、
　前記探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、前記探針の振動に生じた変調を解析することで前記試料の表面の直流磁場を測定する直流磁場特性測定部と、
　前記探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
　前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき、前記探針チップに形成された前記磁性体薄膜の磁化が飽和したときの前記交流磁場の強度を検出する磁化飽和検出部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。
　請求項１１に記載の磁気力顕微鏡であって、
　前記磁化飽和検出部は、
　前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルの２次のサイドバンドの強度を抽出するＳＢＩ抽出部と、
　強度がゼロを含む所定範囲内のある値に設定された前記制御用直流磁場の下で、前記交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、前記ＳＢＩ抽出部により抽出された前記２次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、前記遷移を検出した場合には、前記遷移が生じたときの前記交流磁場の強度を測定するＳＢＩ変化測定部と、
　前記ＳＢＩ変化測定部による測定結果に基づき、前記制御用直流磁場の強度の適性および／または前記交流磁場の強度の適性を判定する磁場強度適性判定部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。
　請求項１１に記載の磁気力顕微鏡であって、
　前記探針チップに形成された前記磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡。
　請求項１１に記載の磁気力顕微鏡であって、
　前記合成磁場発生部が、交流電流と直流電流との合成電流により駆動されるコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。
　請求項１１に記載の磁気力顕微鏡であって、
　前記合成磁場発生部が、交流電流により駆動される第１のコイルおよび直流電流により駆動される第２のコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。
　励振している探針に交流磁場と制御用直流磁場とを印加し、前記探針により試料の表面を走査し、前記探針の振動を検出することで、前記試料の表面の直流磁場を測定する磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法であって、
　前記探針を励振させる探針励振ステップと、
　前記交流磁場と前記制御用直流磁場との合成磁場を発生させ、前記探針に前記合成磁場を印加する制御用磁場発生ステップと、
　前記制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、前記制御用直流磁場の強度を固定して前記交流磁場の強度を変化させる制御を行う磁場制御ステップと、
　前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
　前記探針振動検出ステップにおいて検出された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
　前記試料の直流磁場の測定に際して、前記探針の先端に備えた探針チップに形成された磁性体薄膜の磁化が飽和するか否かを、前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき検出する磁化飽和検出ステップと、
を有することを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。
　請求項１６に記載の制御用磁場調整方法であって、
　前記磁化飽和検出ステップは、
　前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルの２次のサイドバンドの強度を抽出するＳＢＩ抽出ステップと、
　前記制御用直流磁場の強度をゼロを含む範囲のある値に設定し、前記交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、前記ＳＢＩ抽出ステップにおいて抽出された前記２次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、前記遷移を検出した場合には、前記遷移が生じたときの前記交流磁場の強度を測定するＳＢＩ変化測定ステップと、
　前記ＳＢＩ変化測定ステップにおける測定結果に基づき、前記制御用直流磁場の強度の適性および／または前記交流磁場の強度の適性を判定する制御用磁場適性判定ステップと、
を含むことを特徴とする磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。
　請求項１６に記載の磁気力顕微鏡であって、
　前記探針チップに形成された前記磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。