械振动产生频率调制（在未向探针位置施加直流磁场时不使探 针的机械振动产生频率调制）。
[0068] 将通过直流外部磁场使基于从观察试样产生的直流磁场而在探针装置的机械振 动中产生的频率调制成为零时或者使该频率调制的大小为极小时的直流外部磁场实测或 计算为从观察试样产生的直流磁场。
[0069] 根据本发明，能够不干扰从观察试样产生的直流磁场而高精度地测定从观察试样 产生的直流磁场本身。
【附图说明】
[0070] 图1是表示本发明的磁场测定装置的一个实施方式的框图。
[0071] 图2是表示图1的磁场测定装置的作用的流程图。
[0072] 图3是表示直流外部磁场Hzex严与频率调制之间的关系的图，（A)是表示当直流外 部磁场H zex严与直流磁场Hzsm广一致时频率解调波的强度Ifm变为零的情形的图，（B)是说 明通过外插来计算频率解调波的强度I fm为零时的直流磁场Hzex严的大小的图。
[0073] 图4是表示本发明的磁场测定装置的其它实施方式的框图。
[0074] 图5是表示对探针的振动进行频率调制时的频谱强度（边带波频谱）对直流外部 磁场的依赖性的图。
[0075] 图6是现有技术的说明图，（A)是以往的磁力显微镜的说明图，（B)是本发明的发 明者们的提案所涉及的磁力显微镜的说明图。
【具体实施方式】
[0076] 探针装置是遵从胡克定律进行弹簧振动的装置，作为典型的具体例能够列举悬 臂。
[0077] 作为探针装置的检测部的探针含有一种以上的具有磁化强度与外部磁场的大小 成比例这种性质的材料。在此，与外部磁场的大小成比例是指例如不表现磁滞而磁化强度 与外部磁场的大小成比例的意思。即，在探针中使用磁化强度与外部磁场成比例的顺磁性 材料或反磁性材料。另外，也能够使用不表现磁滞的强磁性材料。
[0078] 在探针装置中设置有机械振动源，能够使探针以共振频率或接近共振频率的频率 振动。作为机械振动源的典型的具体例，能够列举压电元件。
[0079] 振动检测装置对探针装置的振动进行光学检测，至少能够测量其频率变化。在本 发明中，能够通过测定例如探针振动频谱中的频率调制的边带波强度、测定频率解调器的 频率解调信号的强度等来测量探针振动的频率调制的大小。
[0080] 振动检测装置能够包括例如设置于探针装置的反射镜、向该反射镜射出激光束的 激光器以及接收反射镜的反射光的光电二极管。
[0081] 如后述那样，交流磁场产生装置例如能够包括以交流驱动的两个电磁线圈。交流 磁场产生装置也可以具有三个以上的电磁线圈。
[0082] 优选的是，从交流磁场产生装置的各电磁线圈产生的交流磁场的、在探针位置处 的探针振动方向（以下简称为"振动方向"。）分量之和为零。
[0083] 另外，优选的是，在探针位置，从交流磁场产生装置产生的交流磁场在振动方向上 的变化率不为零，而是具有尽可能大的值。
[0084] 直流外部磁场产生装置能够包括例如以直流电流驱动的带铁芯的电磁线圈。直流 外部磁场产生装置也可以具有两个以上的电磁线圈。另外，直流外部磁场产生装置也能够 包括通过致动器而移动的永磁体。
[0085] 直流外部磁场调整装置可以是人类操作员操作的装置，并且也可以是（自动化 的）控制装置。该控制装置构成为例如通过PID控制（Proportional Integral Derivative Controller:比例积分微分控制器）、PI 控制（Proportional Integral Controller:比例 积分控制器）来控制直流外部磁场产生装置产生的直流外部磁场使得在探针的机械振动 中不产生频率调制，或者使得探针的机械振动的频率调制的大小为极小。
[0086] 本发明的磁场测定装置能够构成为通过扫描机构来利用探针对观察试样的表面 进行一维、二维或三维扫描，并且通过直流磁场确定装置来确定直流磁场。
[0087] 如后述那样，在直流外部磁场产生装置通过具有带铁芯的电磁线圈形成的情况 下，直流磁场确定装置能够根据在探针的机械振动中不产生频率调制时或在探针的机械振 动的频率调制为极小时流过直流外部磁场产生装置的电磁线圈的直流电流值，来确定观察 试样在探针位置生成的磁场。
[0088] 另外，在直流外部磁场产生装置通过具有带铁芯的电磁线圈形成的情况下，由于 铁芯具有残余磁化强度（磁滞），因此可能有时无法根据流过电磁线圈的直流电流值确定 准确的直流外部磁场。在这样的情况下，使用磁场检测器（例如使用线圈、霍尔元件等的磁 传感器），也能够高精度地确定直流外部磁场。例如在测定之前，将磁场检测器配置在探针 位置，能够由该检测器测定直流外部磁场。
[0089] 另外，在如后述那样，直流外部磁场产生装置通过具有永磁体和用于移动该永磁 体的致动器形成的情况下，直流磁场确定装置能够根据在探针的机械振动中不产生频率调 制时或在探针的机械振动的频率调制为极小时的致动器的移动量（位置），来确定观察试 样在探针前端位置生成的直流磁场。
[0090] 如上述那样，直流外部磁场产生装置除了能够包括电磁线圈以外，还能够包括由 致动器驱动的永磁体。
[0091] 在直流外部磁场产生装置包括带铁芯的电磁线圈的情况下，有时由于铁芯的残余 磁化强度所产生的直流磁场的影响而在探针振动中产生频率调制。为了避免该影响，优选 使上述铁芯的残余磁化强度为零。
[0092] 在使电磁线圈的铁芯的残余磁化强度为零的情况下，直流外部磁场调整装置只要 如后述那样调整流过电磁线圈的电流使得不产生探针振动的频率调制或者使得探针振动 的频率调制的大小为极小即可。
[0093] 从观察试样产生的直流磁场是将残余磁场与直流外部磁场确定装置所确定的直 流磁场相加得到的值，或是从直流外部磁场确定装置所确定的直流磁场减去残余磁场得到 的值。
[0094] 本发明的磁场测定装置能够构成为通过扫描机构来利用探针对观察试样的表面 进行一维、二维或三维扫描，并且由直流磁场确定装置确定直流磁场。而且，将其测定结果 输出到图像显示装置、打印装置等输出装置。
[0095] 以下，参照图1说明本发明的结构及作用。
[0096] 图1是表示本发明的磁场测定装置1的框图。
[0097] 在图1中，磁场测定装置1具备探针装置11、机械振动源12、振动检测装置13、交 流磁场产生装置14、直流外部磁场产生装置15、频率调制检测装置16、直流外部磁场控制 装置（本发明中的"直流外部磁场调整装置"）17以及直流磁场确定装置18。
[0098] 在图1的磁场测定装置1中，探针装置11为悬臂。悬臂包括桥臂112以及设置于 桥臂112的前端的探针111，并且在桥臂112前端的未设置探针111的一侧设置有激光反射 用的反射镜。探针111是用于检测从观察试样100产生的直流磁场H zsm广的覆盖有顺磁性 材料的针尖（tip)。
[0099] 机械振动源12是激励探针装置11 (激励探针111)的装置，在图1的磁场测定装 置1中，机械振动源12包括父流电源121和压电兀件122。
[0100] 振动检测装置13检测探针111的振动波形。在图1的磁场测定装置1中，振动检 测装置13具备激光器131(在图1中用"LD"表示）和光电二极管132(在图1中用"PD" 表不）。
[0101] 交流磁场产生装置14产生在探针前端交流磁场的大小为零（H，= 0)且探针振 动方向（z轴方向）的交流磁场变化率(SH/e/&)大的交流磁场。而且，交流磁场产生装置 14将与激励探针的频率ω。不同的频率ω "的交流磁场H ^施加到探针111。在本实施方 式中，交流磁场产生装置14具有生成在探针的前端彼此消除的磁场的两个交流线圈（空心 线圈）141、142以及交流电源143。
[0102] 在磁场测定装置1中，作为探针装置11的激励频率ω。，能够根据探针装置11的 悬臂的共振频率和Q曲线（将悬臂的Q值相对于频率绘制的曲线）适当地选择共振频率或 使Q曲线具有不为零的梯度的频率。激励频率越接近共振频率，能够使频率调制的边带波 coj的频谱强度越强，因此优选的是，在磁场测定时采用共振频率附近的频率作为激 励频率。此外，在如后述那样扫描试样表面的情况下，从容易进行使探针振动的振幅固定而 将探针-试样间距离保持固定的控制这一点出发，也可以采用由频率变化引起的Q值的变 化大的、Q曲线的梯度陡的频率作为激励频率。作为探针装置11的机械振动的频率，通常选 择共振频率ω ^或共振频率附近的频率的例如ω ^ ω V3Q以上且ω，ω 73Q以下的频率，优 选选择Wi-COi7^Q以上且以下的频率（其中，Q为探针装置11的Q值。）。作 为交流磁场产生装置14所产生的交流磁场的振动频率Co ni，能够适当地选择频率C^iconi 中使Q曲线具有不为零的梯度的频率Coni，例如选择c^/3Q以下的频率，优选选择c^/4Q以 下的频率（其中，Q为探针装置11的Q值。）。作为一例，在共振频率CO1= 300kHz、Q = 500的情况下，能够设为例如ω。= 300. 01kHz、ω IOOHz等。
[0103] 此时，由探针振动的频率调制产生的边带波频谱的频率为ω0± ωη。
[0104] 直流外部磁场产生装置15将振动方向（ζ轴方向）的直流外部磁场Hzex严施加到 探针111。在本实施方式中，直流外部磁场产生装置15包括带铁芯的直流线圈（直流电磁 体）。
[0105] 频率调制检测装置16基于振动检测装置13所检测出的振动波形来检测在探针 111的振动中产生的频率调制。频率调制检测装置16包括频率解调器（PLL :Phase Locked Loop (锁相环））161和锁定放大器162。
[0106] 直流外部磁场控制装置17根据由频率调制检测装置16检测探针振动的频率调制 所得到的检测结果，控制直流外部磁场产生装置15产生的振动方向（z轴方