JP3527947B2 - プローブ及びその製造方法並びにプローブを有する顕微鏡及びテスタ - Google Patents
プローブ及びその製造方法並びにプローブを有する顕微鏡及びテスタInfo
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗素子付き
プローブ及びその製造方法並びにプローブを有する顕微
鏡及びＩＣ回路に関するものである。
プローブ及びその製造方法並びにプローブを有する顕微
鏡及びＩＣ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁性体表面の磁気構造を高い空間分解能
で測定するプローブ顕微鏡技術として、例えば、磁気力
顕微鏡（ＭＦＭ）、近接場磁気光学効果顕微鏡（ＳＮＭ
ＯＮ）及び磁気抵抗効果顕微鏡（ＳＭＲＭ）がある。
で測定するプローブ顕微鏡技術として、例えば、磁気力
顕微鏡（ＭＦＭ）、近接場磁気光学効果顕微鏡（ＳＮＭ
ＯＮ）及び磁気抵抗効果顕微鏡（ＳＭＲＭ）がある。
【０００３】ＭＦＭでは、試料からの漏洩磁場の勾配を
測定するので、測定値から漏洩磁場分布及び磁気構造を
定量的に求めるのが困難である。ＳＮＭＯＮでは、近接
場の磁気光学効果を利用しているが、近接場領域におけ
る磁気光学効果についての物理的な原因が明確になって
いないことや、近接場における偏光制御が困難であるこ
とから、測定データの定量的解釈が困難となっている。
測定するので、測定値から漏洩磁場分布及び磁気構造を
定量的に求めるのが困難である。ＳＮＭＯＮでは、近接
場の磁気光学効果を利用しているが、近接場領域におけ
る磁気光学効果についての物理的な原因が明確になって
いないことや、近接場における偏光制御が困難であるこ
とから、測定データの定量的解釈が困難となっている。
【０００４】ＳＭＲＭでは、磁気抵抗素子を用いること
によって、試料からの漏洩磁場を直接測定しており、Ｍ
ＦＭ及びＳＮＭＯＮに比べて定量的な測定が容易にな
る。ＳＭＲＭについては、IEEE. Trans. Mag. 33(1) 89
1 (1997)において基礎的な実験が報告されており、この
ようなＳＭＲＭは、例えば特開平６−５９００４号及び
特開平１０−１９９０７号に開示されている。
によって、試料からの漏洩磁場を直接測定しており、Ｍ
ＦＭ及びＳＮＭＯＮに比べて定量的な測定が容易にな
る。ＳＭＲＭについては、IEEE. Trans. Mag. 33(1) 89
1 (1997)において基礎的な実験が報告されており、この
ようなＳＭＲＭは、例えば特開平６−５９００４号及び
特開平１０−１９９０７号に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−５９００４号公報及び特開平１０−１９９０７
号公報に開示されたような従来のプローブでは、磁気抵
抗素子の幅が数μｍと比較的大きく、そのままでは高分
解能の磁気情報を取得するのが困難である。このような
プローブの分解能を向上させるためには、磁気抵抗素子
の表面に磁性体探針を接合するなどの特別な工夫が必要
となってくる。その結果、プローブの製造方法が複雑に
なり、高分解能のプローブを歩留まり良く多量に製造す
るのが困難となる。
開平６−５９００４号公報及び特開平１０−１９９０７
号公報に開示されたような従来のプローブでは、磁気抵
抗素子の幅が数μｍと比較的大きく、そのままでは高分
解能の磁気情報を取得するのが困難である。このような
プローブの分解能を向上させるためには、磁気抵抗素子
の表面に磁性体探針を接合するなどの特別な工夫が必要
となってくる。その結果、プローブの製造方法が複雑に
なり、高分解能のプローブを歩留まり良く多量に製造す
るのが困難となる。
【０００６】本発明の目的は、歩留まり良く多量に製造
することができる、高分解能のプローブ及びその製造方
法並びにプローブを有する顕微鏡及びＩＣ回路を提供す
ることである。
することができる、高分解能のプローブ及びその製造方
法並びにプローブを有する顕微鏡及びＩＣ回路を提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によるプローブ
は、基板と、一端が基板に固定された可撓性のカンチレ
バーと、そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗
素子とを具え、前記カンチレバーの長手方向に垂直な方
向における前記磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接
合することなく波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出す
ることができるように１０ｎｍと１μｍの間としたこと
を特徴とするものである。
は、基板と、一端が基板に固定された可撓性のカンチレ
バーと、そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗
素子とを具え、前記カンチレバーの長手方向に垂直な方
向における前記磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接
合することなく波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出す
ることができるように１０ｎｍと１μｍの間としたこと
を特徴とするものである。
【０００８】本発明によるプローブは、カンチレバーの
長手方向に垂直な方向（感磁方向）における磁気抵抗素
子の長さを小さくするに従って磁気抵抗素子の分解能が
良好になるという特性を利用している。本発明によれ
ば、磁気抵抗素子の感磁方向における長さを１μｍ以下
にすることによって、従来のように磁性体探針を接合す
ることなく、波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出する
ことができるようになる。その結果、高分解能のプロー
ブを、歩留まり良く多量に製造することができるように
なる。なお、感磁方向における長さが１μｍ以下の磁気
抵抗素子を、電子線リソグラフのようなリソグラフ技術
を用いて形成することができる。
長手方向に垂直な方向（感磁方向）における磁気抵抗素
子の長さを小さくするに従って磁気抵抗素子の分解能が
良好になるという特性を利用している。本発明によれ
ば、磁気抵抗素子の感磁方向における長さを１μｍ以下
にすることによって、従来のように磁性体探針を接合す
ることなく、波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出する
ことができるようになる。その結果、高分解能のプロー
ブを、歩留まり良く多量に製造することができるように
なる。なお、感磁方向における長さが１μｍ以下の磁気
抵抗素子を、電子線リソグラフのようなリソグラフ技術
を用いて形成することができる。
【０００９】磁気抵抗素子の感磁方向における長さを小
さくするに従って、更に小さい波長の漏洩磁場を検出で
きるようになるが、磁気抵抗素子の感磁方向の長さが１
０ｎｍより小さくなると、磁気抵抗素子を構成する磁性
体膜の磁化が熱振動により揺らぎ、磁気抵抗素子が所定
の特性を有さなくなるおそれがある。その結果、磁気抵
抗素子の感磁方向の長さを１０ｎｍ以上にする必要があ
る。
さくするに従って、更に小さい波長の漏洩磁場を検出で
きるようになるが、磁気抵抗素子の感磁方向の長さが１
０ｎｍより小さくなると、磁気抵抗素子を構成する磁性
体膜の磁化が熱振動により揺らぎ、磁気抵抗素子が所定
の特性を有さなくなるおそれがある。その結果、磁気抵
抗素子の感磁方向の長さを１０ｎｍ以上にする必要があ
る。
【００１０】前記磁気抵抗素子を、例えば、磁性体膜か
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
【００１１】好適には、前記磁気抵抗素子に電気的に接
続した抵抗ブリッジ回路を更に具える。これによって、
カンチレバー外部の配線に起因する雑音を低減させるこ
とができ、その結果、歩留まり良く多量に製造すること
ができるプローブの測定の精度を、更に向上させること
ができる。
続した抵抗ブリッジ回路を更に具える。これによって、
カンチレバー外部の配線に起因する雑音を低減させるこ
とができ、その結果、歩留まり良く多量に製造すること
ができるプローブの測定の精度を、更に向上させること
ができる。
【００１２】好適には、前記磁気抵抗素子に接続した位
置制御用の突起部材を更に具える。これによって、凹凸
の比較的大きな試料を測定する場合でも、位置制御の試
料面内追従性が悪化するおそれが大幅に軽減し、その結
果、歩留まり良く多量に製造することができるプローブ
の測定の精度を、更に向上させることができる。突起部
材を磁気抵抗素子に接続するに当たり、従来の製造方法
のような複雑な工程を必要としない。なお、前記突起部
材を、例えばカーボンナノチューブ又は磁性体ウイスカ
とする。
置制御用の突起部材を更に具える。これによって、凹凸
の比較的大きな試料を測定する場合でも、位置制御の試
料面内追従性が悪化するおそれが大幅に軽減し、その結
果、歩留まり良く多量に製造することができるプローブ
の測定の精度を、更に向上させることができる。突起部
材を磁気抵抗素子に接続するに当たり、従来の製造方法
のような複雑な工程を必要としない。なお、前記突起部
材を、例えばカーボンナノチューブ又は磁性体ウイスカ
とする。
【００１３】好適には、前記磁気抵抗素子の個数を２個
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となる。
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となる。
【００１４】本発明によるプローブの製造方法は、可撓
性材料によって構成した層を、基板の一方の面に設ける
ステップと、前記可撓性材料によって構成した層の上に
磁性抵抗素子をリソグラフィによって形成するステップ
と、前記基板の一部を除去して、一端が前記基板に固定
されるとともに他端に前記磁性抵抗素子が配置されたカ
ンチレバーを形成するステップとを具え、前記カンチレ
バーの長手方向に垂直な方向における前記磁気抵抗素子
の長さを、磁性体探針を接合することなく波長が１０μ
ｍ以下の漏洩磁場を検出することができるように１０ｎ
ｍと１μｍの間とすることを特徴とするものである。
性材料によって構成した層を、基板の一方の面に設ける
ステップと、前記可撓性材料によって構成した層の上に
磁性抵抗素子をリソグラフィによって形成するステップ
と、前記基板の一部を除去して、一端が前記基板に固定
されるとともに他端に前記磁性抵抗素子が配置されたカ
ンチレバーを形成するステップとを具え、前記カンチレ
バーの長手方向に垂直な方向における前記磁気抵抗素子
の長さを、磁性体探針を接合することなく波長が１０μ
ｍ以下の漏洩磁場を検出することができるように１０ｎ
ｍと１μｍの間とすることを特徴とするものである。
【００１５】本発明によれば、磁気抵抗素子をリソグラ
フィによって形成しているので、磁気抵抗素子の感磁方
向の幅を１μｍ以下にすることができる。その結果、高
性能のプローブを、歩留まり良く多量に製造することが
できる。なお、リソグラフィを、例えば電子線リソグラ
フィとする。
フィによって形成しているので、磁気抵抗素子の感磁方
向の幅を１μｍ以下にすることができる。その結果、高
性能のプローブを、歩留まり良く多量に製造することが
できる。なお、リソグラフィを、例えば電子線リソグラ
フィとする。
【００１６】また、前記カンチレバーの長手方向に垂直
な方向における前記磁気抵抗素子の長さを、１０ｎｍと
１μｍの間とする。
な方向における前記磁気抵抗素子の長さを、１０ｎｍと
１μｍの間とする。
【００１７】前記磁気抵抗素子を、例えば、磁性体膜か
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
【００１８】好適には、前記磁気抵抗素子に電気的に接
続した抵抗ブリッジ回路を前記カンチレバー上に形成す
るステップを更に具える。これによって、更に測定の精
度が向上したプローブを、歩留まり良く多量に製造する
ことができる。
続した抵抗ブリッジ回路を前記カンチレバー上に形成す
るステップを更に具える。これによって、更に測定の精
度が向上したプローブを、歩留まり良く多量に製造する
ことができる。
【００１９】好適には、前記磁気抵抗素子に位置制御用
の突起部材を接続するステップを更に具える。更に測定
の精度が向上したプローブを、歩留まり良く多量に製造
することができる。なお、前記突起部材を、例えばカー
ボンナノチューブ又は磁性体ウイスカとする。
の突起部材を接続するステップを更に具える。更に測定
の精度が向上したプローブを、歩留まり良く多量に製造
することができる。なお、前記突起部材を、例えばカー
ボンナノチューブ又は磁性体ウイスカとする。
【００２０】好適には、前記磁気抵抗素子の個数を２個
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となるプ
ローブを製造することができる。
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となるプ
ローブを製造することができる。
【００２１】本発明による顕微鏡は、試料表面からの漏
洩磁場を定量的に測定するプローブを具え、そのプロー
ブが、基板と、一端が基板に固定された可撓性のカンチ
レバーと、そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵
抗素子とを具え、前記カンチレバーの長手方向に垂直な
方向における前記磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を
接合することなく波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出
することができるように１０ｎｍと１μｍの間としたこ
とを特徴とするものである。
洩磁場を定量的に測定するプローブを具え、そのプロー
ブが、基板と、一端が基板に固定された可撓性のカンチ
レバーと、そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵
抗素子とを具え、前記カンチレバーの長手方向に垂直な
方向における前記磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を
接合することなく波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出
することができるように１０ｎｍと１μｍの間としたこ
とを特徴とするものである。
【００２２】本発明による顕微鏡は、歩留まり良く多量
に製造することができる高性能のプローブを具えるの
で、性能が更に向上する。
に製造することができる高性能のプローブを具えるの
で、性能が更に向上する。
【００２３】前記磁気抵抗素子を、例えば、磁性体膜か
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
【００２４】好適には、前記磁気抵抗素子に電気的に接
続した抵抗ブリッジ回路を更に具える。これによって、
歩留まり良く多量に製造することができるプローブの測
定の精度を、更に向上させることができ、その結果、顕
微鏡の性能が更に向上する。
続した抵抗ブリッジ回路を更に具える。これによって、
歩留まり良く多量に製造することができるプローブの測
定の精度を、更に向上させることができ、その結果、顕
微鏡の性能が更に向上する。
【００２５】好適には、前記磁気抵抗素子に接続された
位置制御用の突起部材を更に具える。これによって、歩
留まり良く多量に製造することができるプローブの測定
の精度を、更に向上させることができ、その結果、顕微
鏡の性能が更に向上する。なお、前記突起部材を、例え
ばカーボンナノチューブ又は磁性体ウイスカとする。
位置制御用の突起部材を更に具える。これによって、歩
留まり良く多量に製造することができるプローブの測定
の精度を、更に向上させることができ、その結果、顕微
鏡の性能が更に向上する。なお、前記突起部材を、例え
ばカーボンナノチューブ又は磁性体ウイスカとする。
【００２６】好適には、前記磁気抵抗素子の個数を２個
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となる。
その結果、顕微鏡の性能が更に向上する。
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となる。
その結果、顕微鏡の性能が更に向上する。
【００２７】更に好適には、前記磁気抵抗素子を、その
厚さ方向が前記漏洩磁場の方向とほぼ一致するように配
置する。これによって、分解能が更に高い顕微鏡を実現
することができる。
厚さ方向が前記漏洩磁場の方向とほぼ一致するように配
置する。これによって、分解能が更に高い顕微鏡を実現
することができる。
【００２８】本発明によるテスタは、所定幅の配線から
漏洩磁場分布を測定するプローブを具え、そのプローブ
が、基板と、一端が基板に固定された可撓性のカンチレ
バーと、そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗
素子とを具え、前記カンチレバーの長手方向に垂直な方
向における前記磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接
合することなく波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出す
ることができるように１０ｎｍと１μｍの間としたこと
を特徴とするものである。
漏洩磁場分布を測定するプローブを具え、そのプローブ
が、基板と、一端が基板に固定された可撓性のカンチレ
バーと、そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗
素子とを具え、前記カンチレバーの長手方向に垂直な方
向における前記磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接
合することなく波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出す
ることができるように１０ｎｍと１μｍの間としたこと
を特徴とするものである。
【００２９】本発明によるテスタは、歩留まり良く多量
に製造することができる高性能のプローブを具えるの
で、性能が更に向上する。
に製造することができる高性能のプローブを具えるの
で、性能が更に向上する。
【００３０】前記磁気抵抗素子を、例えば、磁性体膜か
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
らなるＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなる
ＧＭＲ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接
合からなるＴＭＲ素子とする。
【００３１】好適には、前記磁気抵抗素子に電気的に接
続した抵抗ブリッジ回路を更に具える。これによって、
歩留まり良く多量に製造することができるプローブの測
定の精度を、更に向上させることができ、その結果、テ
スタの性能が更に向上する。
続した抵抗ブリッジ回路を更に具える。これによって、
歩留まり良く多量に製造することができるプローブの測
定の精度を、更に向上させることができ、その結果、テ
スタの性能が更に向上する。
【００３２】好適には、前記磁気抵抗素子に接続された
位置制御用の突起部材を更に具える。これによって、歩
留まり良く多量に製造することができるプローブの測定
の精度を、更に向上させることができ、その結果、テス
タの性能が更に向上する。なお、前記突起部材を、例え
ばカーボンナノチューブ又は磁性体ウイスカとする。
位置制御用の突起部材を更に具える。これによって、歩
留まり良く多量に製造することができるプローブの測定
の精度を、更に向上させることができ、その結果、テス
タの性能が更に向上する。なお、前記突起部材を、例え
ばカーボンナノチューブ又は磁性体ウイスカとする。
【００３３】好適には、前記磁気抵抗素子の個数を２個
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となる。
その結果、テスタの性能が更に向上する。
以上とする。これによって、磁気抵抗素子が連続する方
向、例えば高さ方向の依存性を同時に測定することがで
き、かつ、高分解能の磁場高さ分布測定が可能となる。
その結果、テスタの性能が更に向上する。
【００３４】更に好適には、前記磁気抵抗素子を、その
厚さ方向が前記漏洩磁場の方向とほぼ一致するように配
置する。これによって、分解能が更に高い顕微鏡を実現
することができる。
厚さ方向が前記漏洩磁場の方向とほぼ一致するように配
置する。これによって、分解能が更に高い顕微鏡を実現
することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】本発明によるプローブ及びその製
造方法並びにプローブを有する顕微鏡及びテスタの実施
の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明によるプローブの製造工程を説明するための図であ
る。先ず、基板としてシリコンウエハ１を用意し、その
両面に窒化膜２，３を低圧ＣＶＤによって形成する。そ
の後、フォトリソグラフ及び反応性イオンエッチングに
よって窒化膜２，３をエッチングして、カンチレバーが
形成されるように窒化膜２の一部を除去するとともに、
後の工程でシリコンウエハ１の一部がエッチングされる
ように窒化膜３の一部を除去し、次の工程で使用する電
子線リソグラフ用の位置合わせマーク４，５を形成す
る。このようにして得られたパーツの側面及び上面をそ
れぞれ図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す。
造方法並びにプローブを有する顕微鏡及びテスタの実施
の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明によるプローブの製造工程を説明するための図であ
る。先ず、基板としてシリコンウエハ１を用意し、その
両面に窒化膜２，３を低圧ＣＶＤによって形成する。そ
の後、フォトリソグラフ及び反応性イオンエッチングに
よって窒化膜２，３をエッチングして、カンチレバーが
形成されるように窒化膜２の一部を除去するとともに、
後の工程でシリコンウエハ１の一部がエッチングされる
ように窒化膜３の一部を除去し、次の工程で使用する電
子線リソグラフ用の位置合わせマーク４，５を形成す
る。このようにして得られたパーツの側面及び上面をそ
れぞれ図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す。
【００３６】次いで、カンチレバーとなるべき部分の先
端部に、電子線リソグラフ及び蒸着によってＭＲ素子６
を形成する。この場合、ＭＲ素子６の大きさを、０．１
ミクロン×０．１ミクロン以下とすることができる。こ
のようにして得られたパーツの側面及び上面をそれぞれ
図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す。
端部に、電子線リソグラフ及び蒸着によってＭＲ素子６
を形成する。この場合、ＭＲ素子６の大きさを、０．１
ミクロン×０．１ミクロン以下とすることができる。こ
のようにして得られたパーツの側面及び上面をそれぞれ
図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す。
【００３７】次いで、ＥＢリソグラフ又はフォトリソグ
ラフ及び蒸着によってリード電極７，８を形成し、ＭＲ
素子６及びリード電極７，８の表面に、保護用の窒化シ
リコン膜又は酸化シリコン膜を形成する。その後、ボン
ディングパッド９，１０を形成する。このようにして得
られたパーツの側面及び上面をそれぞれ図１（ｅ）及び
図１（ｆ）に示す。
ラフ及び蒸着によってリード電極７，８を形成し、ＭＲ
素子６及びリード電極７，８の表面に、保護用の窒化シ
リコン膜又は酸化シリコン膜を形成する。その後、ボン
ディングパッド９，１０を形成する。このようにして得
られたパーツの側面及び上面をそれぞれ図１（ｅ）及び
図１（ｆ）に示す。
【００３８】次いで、基板１の一部を異方性エッチング
によって裏面から除去する。この場合、基板１の一部が
残るように、ＭＲ素子６が配置された面へのエッチング
液の回り込みを防止する。その後、反応性イオンエッチ
ング又はスパッタリングによって、基板１の一部を除去
する。最後に、カンチレバー１１の先端部を集束イオン
ビームによってトリミングする。このようにして得られ
たパーツの側面及び上面をそれぞれ図１（ｇ）及び図１
（ｈ）に示す。
によって裏面から除去する。この場合、基板１の一部が
残るように、ＭＲ素子６が配置された面へのエッチング
液の回り込みを防止する。その後、反応性イオンエッチ
ング又はスパッタリングによって、基板１の一部を除去
する。最後に、カンチレバー１１の先端部を集束イオン
ビームによってトリミングする。このようにして得られ
たパーツの側面及び上面をそれぞれ図１（ｇ）及び図１
（ｈ）に示す。
【００３９】本実施の形態では、カンチレバー１１の長
手方向に垂直な方向（感磁方向）における磁気抵抗素子
６の長さを、１０ｎｍと１μｍとの間とする。また、磁
気抵抗素子６を、例えば、磁性体膜からなるＡＭＲ素
子、磁性体と非磁性体の多層膜からなるＧＭＲ素子、又
は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接合からなるＴＭ
Ｒ素子とする。
手方向に垂直な方向（感磁方向）における磁気抵抗素子
６の長さを、１０ｎｍと１μｍとの間とする。また、磁
気抵抗素子６を、例えば、磁性体膜からなるＡＭＲ素
子、磁性体と非磁性体の多層膜からなるＧＭＲ素子、又
は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接合からなるＴＭ
Ｒ素子とする。
【００４０】本実施の形態によって得られるプローブの
斜視図及び側面図を、図２及び図３にそれぞれ示す。本
実施の形態のように磁気抵抗素子６の感磁方向の長さを
１０ｎｍと１μｍとの間にすることによって、カンチレ
バー１１の先端部分が位置制御用の探針として機能す
る。
斜視図及び側面図を、図２及び図３にそれぞれ示す。本
実施の形態のように磁気抵抗素子６の感磁方向の長さを
１０ｎｍと１μｍとの間にすることによって、カンチレ
バー１１の先端部分が位置制御用の探針として機能す
る。
【００４１】図４は、記録波長と磁気抵抗素子の出力と
の関係を表す図である。この場合、磁気記録媒体の磁場
を計測したときのＭＲ素子出力を計算したものである。
図４において、曲線ａ−ｅはそれぞれ、感磁方向におけ
る磁気抵抗素子の長さがそれぞれ５μｍ，１μｍ，０．
５μｍ，０．１μｍ及び０．０５μｍの場合の特性を示
す。なお、何れの場合も、磁気抵抗素子の電流密度を１
０１１Ａ／ｍ２となる。
の関係を表す図である。この場合、磁気記録媒体の磁場
を計測したときのＭＲ素子出力を計算したものである。
図４において、曲線ａ−ｅはそれぞれ、感磁方向におけ
る磁気抵抗素子の長さがそれぞれ５μｍ，１μｍ，０．
５μｍ，０．１μｍ及び０．０５μｍの場合の特性を示
す。なお、何れの場合も、磁気抵抗素子の電流密度を１
０１１Ａ／ｍ２となる。
【００４２】図４から明らかなように、感磁方向におけ
る磁気抵抗素子の長さが短くなるに従って、検出しうる
記録波長が短くなり、その長さが１μｍ以下になると、
１０μｍ以下の記録波長の漏洩磁場を検出できるように
なり、その結果、従来のように磁性体探針を接合する必
要がないので、高分解能のプローブを歩留まり良く多量
に製造することができる。
る磁気抵抗素子の長さが短くなるに従って、検出しうる
記録波長が短くなり、その長さが１μｍ以下になると、
１０μｍ以下の記録波長の漏洩磁場を検出できるように
なり、その結果、従来のように磁性体探針を接合する必
要がないので、高分解能のプローブを歩留まり良く多量
に製造することができる。
【００４３】リソグラフ技術による感磁方向における磁
気抵抗素子の長さの下限は数ｎｍである。しかしなが
ら、感磁方向における磁気抵抗素子の長さが小さくなる
と、磁性体膜で構成された磁気抵抗素子の磁化に対する
熱振動の効果が顕著となる。感磁方向における磁気抵抗
素子の長さの下限は、磁化を固定する磁気異方性エネル
ギーと熱振動のエネルギーが等しくなる条件 ｖＫ＝ｋＴ／２ によって与えられる。ここで、ｖを、磁気抵抗素子の体
積とし、Ｋを、磁気抵抗素子を構成する磁性体の単位体
積当たりの磁気異方性エネルギーとし、ｋをボルツマン
定数とし、Ｔを絶対温度とする。
気抵抗素子の長さの下限は数ｎｍである。しかしなが
ら、感磁方向における磁気抵抗素子の長さが小さくなる
と、磁性体膜で構成された磁気抵抗素子の磁化に対する
熱振動の効果が顕著となる。感磁方向における磁気抵抗
素子の長さの下限は、磁化を固定する磁気異方性エネル
ギーと熱振動のエネルギーが等しくなる条件 ｖＫ＝ｋＴ／２ によって与えられる。ここで、ｖを、磁気抵抗素子の体
積とし、Ｋを、磁気抵抗素子を構成する磁性体の単位体
積当たりの磁気異方性エネルギーとし、ｋをボルツマン
定数とし、Ｔを絶対温度とする。
【００４４】磁気抵抗素子を構成する磁性体の単位体積
当たりの磁気異方性エネルギーは５×１０３Ｊ／ｍ３前
後であり、室温（Ｔ＝３００Ｋ）における感磁方向にお
ける磁気抵抗素子の長さｖ−３は１０ｎｍとなる。
当たりの磁気異方性エネルギーは５×１０３Ｊ／ｍ３前
後であり、室温（Ｔ＝３００Ｋ）における感磁方向にお
ける磁気抵抗素子の長さｖ−３は１０ｎｍとなる。
【００４５】図５は、本発明による他のプローブの上面
図である。本実施の形態では、リード線１１，１２の配
線パターン及び構成材料を適切に選択し、カンチレバー
１３の上面に抵抗ブリッジ回路１４を形成することによ
って、カンチレバー１３の外部の配線に起因する雑音を
低減させる。これによって、プローブの測定の精度が更
に向上する。なお、抵抗ブリッジ素子１４のトリミング
を行うに当たり、例えばレーザや集束イオンビームを使
用する。
図である。本実施の形態では、リード線１１，１２の配
線パターン及び構成材料を適切に選択し、カンチレバー
１３の上面に抵抗ブリッジ回路１４を形成することによ
って、カンチレバー１３の外部の配線に起因する雑音を
低減させる。これによって、プローブの測定の精度が更
に向上する。なお、抵抗ブリッジ素子１４のトリミング
を行うに当たり、例えばレーザや集束イオンビームを使
用する。
【００４６】図６は、本発明による他のプローブの側面
図である。本実施の形態では、磁気抵抗素子２１に突起
部材２２を接続している。これによって、プローブの磁
場感度が更に向上し、凹凸の比較的大きな試料を測定す
る場合でも、位置制御の試料面内追従性を良好に維持す
ることができる。突起部材２２を、例えばカーボンナノ
チューブ又は磁性体ウイスカによって構成する。
図である。本実施の形態では、磁気抵抗素子２１に突起
部材２２を接続している。これによって、プローブの磁
場感度が更に向上し、凹凸の比較的大きな試料を測定す
る場合でも、位置制御の試料面内追従性を良好に維持す
ることができる。突起部材２２を、例えばカーボンナノ
チューブ又は磁性体ウイスカによって構成する。
【００４７】図７は、本発明による他のプローブの斜視
図である。図示したように、本発明によるプローブによ
って、マルチプローブ又はプローブアレイを構成するこ
ともできる。
図である。図示したように、本発明によるプローブによ
って、マルチプローブ又はプローブアレイを構成するこ
ともできる。
【００４８】図８は、本発明による他のプローブの側面
図である。本実施の形態では、複数の磁気抵抗素子３
１，３２，３３を、１個のカンチレバー３４に形成して
いる。これによって、磁気抵抗素子３１−３３が連続す
る方向Ａについての測定が可能となる。
図である。本実施の形態では、複数の磁気抵抗素子３
１，３２，３３を、１個のカンチレバー３４に形成して
いる。これによって、磁気抵抗素子３１−３３が連続す
る方向Ａについての測定が可能となる。
【００４９】図９は、本発明による他のプローブの側面
図である。本実施の形態では、磁気抵抗素子４１の厚さ
方向が磁場方向Ｂとほぼ一致するように配置する。これ
によって、高分解能のプローブを実現することができ
る。
図である。本実施の形態では、磁気抵抗素子４１の厚さ
方向が磁場方向Ｂとほぼ一致するように配置する。これ
によって、高分解能のプローブを実現することができ
る。
【００５０】図１０は、本発明による他のプローブの側
面図である。本実施の形態では、複数の磁気抵抗素子５
１，５２，５３を、１個のカンチレバー５４に形成し、
磁気抵抗素子５１に突起部材５５を接続する。これによ
って、プローブの高さ方向Ｃの磁気分布を高精度で測定
することができる。
面図である。本実施の形態では、複数の磁気抵抗素子５
１，５２，５３を、１個のカンチレバー５４に形成し、
磁気抵抗素子５１に突起部材５５を接続する。これによ
って、プローブの高さ方向Ｃの磁気分布を高精度で測定
することができる。
【００５１】図１１は、本発明による他のプローブの上
面図である。本実施の形態では、複数の磁気抵抗素子６
１，６２，６３，６４，６５，６６を、１個のカンチレ
バー６７に形成する。これによって、プローブの高さ方
向Ｄ及び幅方向Ｅの分布測定が可能となる。
面図である。本実施の形態では、複数の磁気抵抗素子６
１，６２，６３，６４，６５，６６を、１個のカンチレ
バー６７に形成する。これによって、プローブの高さ方
向Ｄ及び幅方向Ｅの分布測定が可能となる。
【００５２】図１２は、本発明による顕微鏡のブロック
図である。この顕微鏡は、本発明によるプローブ７１
と、試料７２が載せ置かれたＰＺＴチューブ７３と、そ
れに接続された電流発生器７４と、プローブ７１にレー
ザを照射するレーザダイオード７５と、磁界を発生させ
る磁石７６と、カンチレバー７１によって反射されたレ
ーザ光を受光するフォトダイオード７７と、フォトダイ
オード７７からの信号が供給されるＡＦＭコントローラ
７８と、プローブ７１に接続した電流発生器７９及びプ
リアンプ８０と、プリアンプ８０に接続した２次増幅器
８１と、それに接続した基準電圧８２及びローパスフィ
ルタ８３とを具える。
図である。この顕微鏡は、本発明によるプローブ７１
と、試料７２が載せ置かれたＰＺＴチューブ７３と、そ
れに接続された電流発生器７４と、プローブ７１にレー
ザを照射するレーザダイオード７５と、磁界を発生させ
る磁石７６と、カンチレバー７１によって反射されたレ
ーザ光を受光するフォトダイオード７７と、フォトダイ
オード７７からの信号が供給されるＡＦＭコントローラ
７８と、プローブ７１に接続した電流発生器７９及びプ
リアンプ８０と、プリアンプ８０に接続した２次増幅器
８１と、それに接続した基準電圧８２及びローパスフィ
ルタ８３とを具える。
【００５３】ＡＦＭコントローラ７８は、ＰＺＴチュー
ブ７３の３次元座標系の動作の制御を行う。本実施の形
態では、試料７２の表面からの漏洩磁場を定量的に測定
することができ、磁性体表面の磁気構造観察や、磁気記
録ヘッドの漏洩磁場分布測定への適用が可能となる。
ブ７３の３次元座標系の動作の制御を行う。本実施の形
態では、試料７２の表面からの漏洩磁場を定量的に測定
することができ、磁性体表面の磁気構造観察や、磁気記
録ヘッドの漏洩磁場分布測定への適用が可能となる。
【００５４】図１３は、本発明によるテスタのブロック
図である。本実施の形態では、回路基板９１の微小幅の
配線からの漏洩磁場分布測定をして、配線に流れる電流
を測定する。また、漏洩磁場分布を測定することによっ
て、多層配線による磁場分布解析を行い、多層部分の電
流の測定が可能となる。
図である。本実施の形態では、回路基板９１の微小幅の
配線からの漏洩磁場分布測定をして、配線に流れる電流
を測定する。また、漏洩磁場分布を測定することによっ
て、多層配線による磁場分布解析を行い、多層部分の電
流の測定が可能となる。
【００５５】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、磁気抵抗素子を形成するに当たり、上記実施の形態
では電子線リソグラフを用いたが、他の任意のリソグラ
フ技術を用いることができる。また、本発明によるプロ
ーブを顕微鏡及びテスタに適用した例を示したが、本発
明によるプローブを他の用途に適用することもできる。
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、磁気抵抗素子を形成するに当たり、上記実施の形態
では電子線リソグラフを用いたが、他の任意のリソグラ
フ技術を用いることができる。また、本発明によるプロ
ーブを顕微鏡及びテスタに適用した例を示したが、本発
明によるプローブを他の用途に適用することもできる。
【図１】 本発明によるプローブの製造工程を説明する
ための図である。
ための図である。
【図２】 本発明によるプローブの斜視図である。
【図３】 本発明によるプローブの側面図である。
【図４】 記録波長と磁気抵抗素子の出力との関係を表
す図である。
す図である。
【図５】 本発明による他のプローブの上面図である。
【図６】 本発明による他のプローブの側面図である。
【図７】 本発明による他のプローブの斜視図である。
【図８】 本発明による他のプローブの側面図である。
【図９】 本発明による他のプローブの側面図である。
【図１０】 本発明による他のプローブの側面図であ
る。
る。
【図１１】 本発明による他のプローブの上面図であ
る。
る。
【図１２】 本発明による顕微鏡のブロック図である。
【図１３】 本発明によるテスタのブロック図である。
１ シリコンウエハ
２，３ 窒化膜
４，５ 位置合わせマーク
６，２１，３１，３２，３３，４１，５１，５２，５
３，６１，６２，６３，６４，６５，６６ 磁気抵抗素
子 ７，８，１１，１２ リード電極 ９，１０ ボンディングパッド １１，１３，３４，５４，６７ カンチレバー １４ 抵抗ブリッジ回路 ２２，５５ 突起部材 ７１ プローブ ７２ 試料 ７３ ＰＺＴチューブ ７４，７９ 電流発生器 ７５ レーザダイオード ７６ 磁石 ７７ フォトダイオード ７８ ＡＦＭコントローラ ８０ プリアンプ ８１ ２次増幅器 ８２ 基準電圧 ８３ ローパスフィルタ ９１ 回路基板
３，６１，６２，６３，６４，６５，６６ 磁気抵抗素
子 ７，８，１１，１２ リード電極 ９，１０ ボンディングパッド １１，１３，３４，５４，６７ カンチレバー １４ 抵抗ブリッジ回路 ２２，５５ 突起部材 ７１ プローブ ７２ 試料 ７３ ＰＺＴチューブ ７４，７９ 電流発生器 ７５ レーザダイオード ７６ 磁石 ７７ フォトダイオード ７８ ＡＦＭコントローラ ８０ プリアンプ ８１ ２次増幅器 ８２ 基準電圧 ８３ ローパスフィルタ ９１ 回路基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 澤村 誠
北海道札幌市中央区北１条西15丁目 大
通りハイム612
(72)発明者 細井 浩貴
北海道札幌市東区北28条東３丁目１−３
(56)参考文献 特開 平６−59004（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−282401（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−62546（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−19907（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−249703（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−23724（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−172116（ＪＰ，Ａ)
特開2000−346786（ＪＰ，Ａ)
特開2000−174358（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 13/22
G01R 33/09
G12B 21/10
Claims (26)
- 【請求項１】 基板と、 一端が基板に固定された可撓性のカンチレバーと、 そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗素子とを
具え、 前記カンチレバーの長手方向に垂直な方向における前記
磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接合することなく
波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出することができる
ように１０ｎｍと１μｍの間としたことを特徴とするプ
ローブ。 - 【請求項２】 前記磁気抵抗素子を、磁性体膜からなる
ＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなるＧＭＲ
素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接合から
なるＴＭＲ素子としたことを特徴とする請求項１記載の
プローブ。 - 【請求項３】 前記磁気抵抗素子に電気的に接続した抵
抗ブリッジ回路を更に具えることを特徴とする請求項１
又は２記載のプローブ。 - 【請求項４】 前記磁気抵抗素子に接続した位置制御用
の突起部材を更に具えることを特徴とする請求項１から
３のうちのいずれか１項に記載のプローブ。 - 【請求項５】 前記突起部材をカーボンナノチューブ又
は磁性体ウイスカとしたことを特徴とする請求項４記載
のプローブ。 - 【請求項６】 前記磁気抵抗素子の個数を２個以上とし
たことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１
項に記載のプローブ。 - 【請求項７】 可撓性材料によって構成した層を、基板
の一方の面に設けるステップと、 前記可撓性材料によって構成した層の上に磁性抵抗素子
をリソグラフィによって形成するステップと、 前記基板の一部を除去して、一端が前記基板に固定され
るとともに他端に前記磁性抵抗素子が配置されたカンチ
レバーを形成するステップとを具え、 前記カンチレバーの長手方向に垂直な方向における前記
磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接合することなく
波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出することができる
ように１０ｎｍと１μｍの間としたことを特徴とするプ
ローブの製造方法。 - 【請求項８】 前記磁気抵抗素子を、磁性体膜からなる
ＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなるＧＭＲ
素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接合から
なるＴＭＲ素子としたことを特徴とする請求項７記載の
プローブ。 - 【請求項９】 前記磁気抵抗素子に電気的に接続した抵
抗ブリッジ回路を前記カンチレバー上に形成するステッ
プを更に具えることを特徴とする請求項７又は８記載の
プローブの製造方法。 - 【請求項１０】 前記磁気抵抗素子に位置制御用の突起
部材を接続するステップを更に具えることを特徴とする
請求項７から９のうちのいずれか１項に記載のプローブ
の製造方法。 - 【請求項１１】 前記突起部材をカーボンナノチューブ
又は磁性体ウイスカとすることを特徴とする請求項１０
記載のプローブの製造方法。 - 【請求項１２】 前記磁気抵抗素子の個数を２個以上と
することを特徴とする請求項７から１１のうちのいずれ
か１項に記載のプローブの製造方法。 - 【請求項１３】 試料表面からの漏洩磁場を定量的に測
定するプローブを具え、そのプローブが、 基板と、 一端が基板に固定された可撓性のカンチレバーと、 そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗素子とを
具え、 前記カンチレバーの長手方向に垂直な方向における前記
磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接合することなく
波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出することができる
ように１０ｎｍと１μｍの間としたことを特徴とする顕
微鏡。 - 【請求項１４】 前記磁気抵抗素子を、磁性体膜からな
るＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなるＧＭ
Ｒ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接合か
らなるＴＭＲ素子としたことを特徴とする請求項１３記
載の顕微鏡。 - 【請求項１５】 前記磁気抵抗素子に電気的に接続した
抵抗ブリッジ回路を更に具えることを特徴とする請求項
１３又は１４記載の顕微鏡。 - 【請求項１６】 前記磁気抵抗素子に接続された位置制
御用の突起部材を更に具えることを特徴とする請求項１
３から１５のうちのいずれか１項に記載の顕微鏡。 - 【請求項１７】 前記突起部材をカーボンナノチューブ
又は磁性体ウイスカとしたことを特徴とする請求項１６
記載の顕微鏡。 - 【請求項１８】 前記磁気抵抗素子の個数を２個以上と
したことを特徴とする請求項１３から１７のうちのいず
れか１項に記載の顕微鏡。 - 【請求項１９】 前記磁気抵抗素子を、その厚さ方向が
前記漏洩磁場の方向とほぼ一致するように配置したこと
を特徴とする請求項１３から１９のうちのいずれか１項
に記載の顕微鏡。 - 【請求項２０】 所定幅の配線から漏洩磁場分布を測定
するプローブを具え、そのプローブが、 基板と、 一端が基板に固定された可撓性のカンチレバーと、 そのカンチレバーの他端に配置された磁気抵抗素子とを
具え、 前記カンチレバーの長手方向に垂直な方向における前記
磁気抵抗素子の長さを、磁性体探針を接合することなく
波長が１０μｍ以下の漏洩磁場を検出することができる
ように１０ｎｍと１μｍの間としたことを特徴とするテ
スタ。 - 【請求項２１】 前記磁気抵抗素子を、磁性体膜からな
るＡＭＲ素子、磁性体と非磁性体の多層膜からなるＧＭ
Ｒ素子、又は磁性体−絶縁体−磁性体のトンネル接合か
らなるＴＭＲ素子としたことを特徴とする請求項２０記
載のテスタ。 - 【請求項２２】 前記磁気抵抗素子に電気的に接続した
抵抗ブリッジ回路を更に具えることを特徴とする請求項
２０又は２１記載のテスタ。 - 【請求項２３】 前記磁気抵抗素子に接続された位置制
御用の突起部材を更に具えることを特徴とする請求項２
０から２２のうちのいずれか１項に記載のテスタ。 - 【請求項２４】 前記突起部材をカーボンナノチューブ
又は磁性体ウイスカとしたことを特徴とする請求項２３
記載のテスタ。 - 【請求項２５】 前記磁気抵抗素子の個数を２個以上と
したことを特徴とする請求項２０から２４のうちのいず
れか１項に記載のテスタ。 - 【請求項２６】 前記磁気抵抗素子を、その厚さ方向が
前記漏洩磁場の方向とほぼ一致するように配置したこと
を特徴とする請求項２０から２５のうちのいずれか１項
に記載のテスタ。
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