JP2010112944A - Surface analyzer and analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面分析装置及び分析方法に関する。 The present invention relates to a surface analysis apparatus and an analysis method.
磁性体試料表面の磁化ベクトルを分析する分析装置として、2次電子の偏極(スピンの偏り)を測定する電子スピン分析器と、SEM(Scanning Electron Microscope)とを組み合わせたスピン偏極SEMが知られている。 A spin polarization SEM that combines an electron spin analyzer that measures secondary electron polarization (spin bias) and a scanning electron microscope (SEM) is known as an analyzer that analyzes the magnetization vector of the surface of a magnetic material. It has been.
スピン偏極SEMでは、試料表面に1次電子線を照射し、磁化情報をもつ2次電子を放出させる。そして、放出された2次電子を金属標的(ターゲット)に衝突させ、ターゲットの周りに配置された複数の電子検出器で検出する。ここで、各方向に配置された電子検出器で検出される2次電子の計数差によって、試料表面の磁気ベクトルの向きを知ることができる。 In spin-polarized SEM, a sample surface is irradiated with a primary electron beam, and secondary electrons having magnetization information are emitted. Then, the emitted secondary electrons collide with a metal target (target) and detected by a plurality of electron detectors arranged around the target. Here, the direction of the magnetic vector on the sample surface can be known from the counting difference of the secondary electrons detected by the electron detectors arranged in each direction.
なお、電子1個の電荷は極めて小さいため、一般的に電子検出器では、チャネルトロンなどに代表される電子増倍管などを用いて入射電子を増倍させて、入射電子1個に相当する増倍電子量として検出する。 In addition, since the charge of one electron is extremely small, in general, an electron detector corresponds to one incident electron by multiplying the incident electron by using an electron multiplier such as a channeltron. It is detected as the amount of multiplied electrons.
近年、たとえば、磁気記録においては高密度化が進み、磁気ヘッドサイズ、記録パターンも微細化が進んでいる。このため、微細な磁区構造を有する試料を高分解能で分析できる分析技術の需要が高まっている。スピン偏極SEMは、電子顕微鏡のもつ優れた分解能で磁区像を観察することができる。また、磁化ベクトル方向の直接測定など、磁気力顕微鏡などにはない分析能力を有している。スピン偏極SEMは、従来は基礎物理研究用装置として用いられることが主であったが、近年、高密度磁気記録技術の開発といった産業用として用いられ始めている。 In recent years, for example, in magnetic recording, the density has increased, and the magnetic head size and recording pattern have also been miniaturized. For this reason, the demand of the analysis technique which can analyze the sample which has a fine magnetic domain structure with high resolution is increasing. A spin-polarized SEM can observe a magnetic domain image with an excellent resolution of an electron microscope. In addition, it has analytical capabilities that are not available in magnetic force microscopes, such as direct measurement of the magnetization vector direction. Conventionally, spin-polarized SEM has been mainly used as an apparatus for basic physics research, but has recently begun to be used for industrial purposes such as development of high-density magnetic recording technology.
しかしながら、スピン偏極SEMの電子検出器は検出効率が低いため、できるだけ正確に入射した電子数に対応した計数値を得る必要があるが、電子検出器で正確な計数値を得ることは難しく、分析精度を向上させることが困難であった。 However, since the electron detector of the spin-polarized SEM has low detection efficiency, it is necessary to obtain a count value corresponding to the number of incident electrons as accurately as possible, but it is difficult to obtain an accurate count value with the electron detector, It was difficult to improve analysis accuracy.
上記の点を鑑みて、本発明は、高精度に試料表面の磁化分布を分析可能な表面分析装置及び分析方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a surface analysis apparatus and an analysis method capable of analyzing a magnetization distribution on a sample surface with high accuracy.
上記目的を達成するために、以下のような構成を有する表面分析装置が提供される。この表面分析装置は、試料から放出される2次電子を衝突させて散乱させるための金属標的と、散乱された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、試料面に対して垂直方向を回転軸として、各前記電子検出器を回転させ複数の測定位置に移動させる回転部と、それぞれの前記測定位置における、複数の前記電子検出器の検出値の加算値をもとに、前記2次電子のスピン成分を算出する演算処理部と、を有する。 In order to achieve the above object, a surface analysis apparatus having the following configuration is provided. The surface analysis apparatus includes a metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from a sample, a plurality of electron detectors for detecting the scattered secondary electrons, and a direction perpendicular to the sample surface. And a rotation unit that rotates each of the electron detectors and moves them to a plurality of measurement positions, and the addition value of the detection values of the plurality of electron detectors at each of the measurement positions. An arithmetic processing unit that calculates a spin component of secondary electrons.
また、上記目的を達成するために、以下のような構成を有する表面分析装置が提供される。この表面分析装置は、試料から放出される2次電子を衝突させて散乱させるための金属標的と、パルス電圧が印加され、前記試料から放出されるビーム状の前記2次電子をパルス化して、前記金属標的の方向に引き込む引き込み電極と、前記引き込み電極に前記パルス電圧を印加するパルス電圧供給部と、前記金属標的で散乱されパルス化された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、を有する。 Moreover, in order to achieve the said objective, the surface analyzer which has the following structures is provided. The surface analyzer is configured to pulse the secondary electron emitted from the sample by applying a pulse voltage to a metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from the sample, A lead-in electrode that pulls in the direction of the metal target; a pulse voltage supply that applies the pulse voltage to the lead-in electrode; a plurality of electron detectors that detect the secondary electrons scattered and pulsed by the metal target; Have.
開示の表面分析装置及び分析方法によれば、高精度で試料表面の磁化分布を分析できる。 According to the disclosed surface analysis apparatus and analysis method, the magnetization distribution on the sample surface can be analyzed with high accuracy.
以下、本発明の表面分析装置及び分析方法の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
表面分析装置の電子検出器で正確な入射電子の計数値を得ることが難しい原因として、たとえば、以下のようなものが挙げられる。
Embodiments of a surface analysis apparatus and an analysis method of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Examples of the reasons why it is difficult to obtain an accurate count value of incident electrons with the electron detector of the surface analyzer include the following.
1つ目の原因は、ターゲットの周囲に配置された複数の電子検出器における計数値が、電子増倍管の増倍率のずれなどにより、ばらつくというものである。これにより、各方向に配置された電子検出器間での2次電子の計数差にも、上記のばらつきによるオフセット成分が重畳され、分析精度の低下を招く。 The first cause is that the count values in a plurality of electron detectors arranged around the target vary due to a shift in multiplication factor of the electron multiplier. As a result, the offset component due to the above-described variation is also superimposed on the secondary electron count difference between the electron detectors arranged in each direction, resulting in a decrease in analysis accuracy.
2つ目の原因は、複数の電子が電子検出器に入射される間隔が短い場合、たとえば、2つの電子が同時に電子検出器に入射された場合、電子検出器の計数値は1とカウントされてしまう場合があるというものである(詳細は後述する)。 The second cause is that when the interval at which a plurality of electrons are incident on the electron detector is short, for example, when two electrons are incident on the electron detector at the same time, the count value of the electron detector is counted as 1. (Details will be described later).
以下では、まず上記1つ目の原因による分析精度の低下を防止する表面分析装置及び分析方法を説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の表面分析装置の主要部の概略構成を示す図である。
In the following, a surface analysis apparatus and an analysis method for preventing a decrease in analysis accuracy due to the first cause will be described first.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a main part of the surface analysis apparatus according to the first embodiment.
表面分析装置1は、照射された1次電子線により試料2の表面から放出される2次電子を衝突させるターゲット3と、ターゲット3で散乱された2次電子を検出する電子検出器4−1,4−2,4−3,4−4と、を有している。さらに、表面分析装置1は、電子検出器4−1〜4−4を回転させる回転部5、信号処理部6及び演算処理部7を有している。
The
ターゲット3には、たとえば、Au(金)、U(ウラン)などの重金属が用いられる。また、ターゲット3には、2次電子を加速して衝突させるために、たとえば、20kV〜120kV程度の電圧が印加される。
For the
電子検出器4−1〜4−4は、ターゲット3において、スピン成分によるスピン軌道相互作用に応じた角度で散乱される2次電子を検出するために、ターゲット3の周囲に一定間隔で4つ配置されている。
The electron detectors 4-1 to 4-4 detect four secondary electrons scattered at a certain interval around the
回転部5は、たとえば、±360°回転、または、±180°回転可能なモータであり、試料面に対して垂直方向を回転軸として、電子検出器4−1〜4−4を回転させる。たとえば、図1に示すようなXYZ座標系を設定した場合、Z軸を回転軸とする。
The rotating
図2は、電子検出器及び信号処理部の構成例を示す図である。
図1の電子検出器4−1〜4−4は、たとえば、チャネルトロン電子増倍管4aである。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the electron detector and the signal processing unit.
The electron detectors 4-1 to 4-4 in FIG. 1 are, for example,
信号処理部6は、プリアンプ6a、ディスクリミネータ(波高弁別器)6b及びカウンタ6cを有している。
入射される1個の2次電子8の電荷は極めて小さいため、チャネルトロン電子増倍管4aとプリアンプ6aにより増倍し、電荷量が一定量を超えた場合、1個の2次電子8が入射されたと見なし、ディスクリミネータ6bが1つのパルスを出力するようにしている。
The
Since the incident charge of one
カウンタ6cは、ディスクリミネータ6bから出力されるパルス数を計数し、計数値をチャネルトロン電子増倍管4aに入射された電子数として出力する。
なお、電子検出器4−1〜4−4として、電子増倍管の一種であるMCP(Micro-Channel Plate)を用いてもよい。
The
As the electron detectors 4-1 to 4-4, MCP (Micro-Channel Plate) which is a kind of electron multiplier may be used.
図1の演算処理部7は、信号処理部6から出力される電子検出器4−1〜4−4の検出値から、2次電子のスピン成分を算出する。
次に、図1に示す表面分析装置1の動作を説明する。
The
Next, the operation of the
まず、比較例として電子検出器4−1〜4−4を回転させない場合について説明する。
図3は、4つの電子検出器の配置を模式的に示した上面図である。
ターゲット3の位置を中心としたX−Y座標において、2次電子のスピンのx成分を検出するために、X軸上のX+の位置に電子検出器4−1、X−の位置に電子検出器4−3が配置されている。また、スピンのy成分を検出するために、Y軸上のY+の位置に電子検出器4−2が配置され、Y−の位置に電子検出器4−4が配置されている。
First, a case where the electron detectors 4-1 to 4-4 are not rotated will be described as a comparative example.
FIG. 3 is a top view schematically showing the arrangement of four electron detectors.
In order to detect the x component of the spin of secondary electrons in the XY coordinates centered on the position of the
電子検出器4−1〜4−4で検出される検出値(電子数)を、SD1〜SD4とすると、スピンx成分Sxとスピンy成分Syは、演算処理部7にて以下のように求められる。
Sx=(SD1−SD3) (1)
Sy=(SD2−SD4) (2)
スピンx成分Sxと、y成分Syは、試料2の1次電子線の照射位置の磁気ベクトルのx成分と、y成分とに相当し、Sx,Syを求めることで、試料2の表面の磁化分布を分析することができる。
When the detection values (number of electrons) detected by the electron detectors 4-1 to 4-4 are SD1 to SD4, the spin x component Sx and the spin y component Sy are obtained by the
Sx = (SD1-SD3) (1)
Sy = (SD2-SD4) (2)
The spin x component Sx and the y component Sy correspond to the x component and the y component of the magnetic vector at the irradiation position of the primary electron beam of the
しかしながら、電子検出器4−1〜4−4の増倍率のずれがあると、正しいスピン成分が得られない。
これを防止するために、本実施の形態の表面分析装置1では、回転部5は、試料面に対して垂直方向を回転軸として電子検出器4−1〜4−4を回転させ、複数の測定位置に移動させる。
However, if there is a shift in the multiplication factor of the electron detectors 4-1 to 4-4, a correct spin component cannot be obtained.
In order to prevent this, in the
たとえば、図3で示した電子検出器4−1〜4−4の配置の場合、回転部5は、電子検出器4−1をX+の位置からY+,X−,Y−と移動させていき、それぞれの測定位置で2次電子の検出を行わせる。電子検出器4−1〜4−4は、たとえば、共通の部材に接続されており、それぞれが連動して4つの測定位置(X+,X−,Y+,Y−)に移動し、4つの測定位置にて同時に検出が行われる。
For example, in the arrangement of the electron detectors 4-1 to 4-4 shown in FIG. 3, the
各測定位置における電子検出器4−1〜4−4の検出結果の加算値を、(SD1+SD2+SD3+SD4)_X+,(SD1+SD2+SD3+SD4)_X−,(SD1+SD2+SD3+SD4)_Y+,(SD1+SD2+SD3+SD4)_Y−とする。このとき、スピン成分は、演算処理部7にて以下のように求められる。
Sx={(SD1+SD2+SD3+SD4)_X+}−{(SD1+SD2+SD3+SD4)_X−} (3)
Sy={(SD1+SD2+SD3+SD4)_Y+}−{(SD1+SD2+SD3+SD4)_Y−} (4)
このように、本実施の形態の表面分析装置1では、それぞれの測定位置において、電子検出器4−1〜4−4を用いて検出した2次電子の検出値の総和を用いてスピン成分を求めるので、電子検出器4−1〜4−4間の増倍率のばらつきの影響を低減できる。これにより、高精度で試料表面の磁化分布を分析することが可能になる。
The added values of the detection results of the electron detectors 4-1 to 4-4 at each measurement position are (SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _X +, (SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _X−, (SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _Y +, (SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _Y−. At this time, the spin component is obtained by the
Sx = {(SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _X +} − {(SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _X−} (3)
Sy = {(SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _Y +} − {(SD1 + SD2 + SD3 + SD4) _Y−} (4)
As described above, in the
以下、図1に示した主要部を含む表面分析装置の全体構成の一例を示す。
図4は、第1の実施の形態の表面分析装置の一例の構成を示す図である。
表面分析装置10は、真空チャンバ11を具備しており、前述した複数の電子検出器4−1〜4−4とターゲット3を有する電子スピン分析器12と、試料台13が真空チャンバ11内に設置されている。試料表面に1次電子線を照射し、試料表面の磁化情報をもつ2次電子を放出させるためのSEM鏡筒14も真空チャンバ11内に導入される。
Hereinafter, an example of the entire configuration of the surface analysis apparatus including the main part illustrated in FIG. 1 will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an example of the surface analysis apparatus according to the first embodiment.
The
真空チャンバ11外には、回転機構15、回転機構制御回路16、検出器制御回路17、検出信号処理回路18、試料台制御回路19、ビーム走査系制御回路20、電子光学系制御回路21が設けられる。さらに、制御計算機22と制御計算機22に接続された表示装置23が設けられる。
Outside the
回転機構15は、たとえば、モータであり、その駆動軸とフィードスルーなどにより接続された電子スピン分析器12の電子検出器4−1〜4−4を回転させる。なお、回転機構15は、真空チャンバ11内に設けてもよい。回転機構15は、たとえば、±360°、あるいは、±180°回転可能なものを用いる。
The
回転機構制御回路16は、回転機構15を制御する。たとえば、電子検出器4−1〜4−4を回転させ、図3で示したような測定位置で停止するように制御する。
検出器制御回路17は、電子スピン分析器12を制御する。たとえば、図1に示したターゲット3に印加する電圧を制御する。また、電子検出器4−1〜4−4において、2次電子を増倍させるために、たとえば、高精度高圧電源を用いてゲインの調整を行う。
The rotation
The
検出信号処理回路18は、図1及び図2で示した信号処理部6に対応し、プリアンプ6a、ディスクリミネータ6b、カウンタ6cを有しており、各測定位置での電子検出器4−1〜4−4からの検出信号(X+,X−,Y+,Y−検出信号)を処理する。なお、検出信号処理回路18は、ディスクリミネータ6bにおいて、電子1個分に対応するパルスを生成するために必要とされる電荷量の閾値を変化させることで、ゲインの調整を行うことができる。その場合、検出器制御回路17は、高精度高圧電源によるゲインの調整を行わなくてもよい。
The detection
試料台制御回路19は、真空チャンバ11内の試料台13の位置の制御を行う。
ビーム走査系制御回路20は、SEM鏡筒14を制御して、試料表面における1次電子線の照射位置を決める。
The sample
The beam scanning
電子光学系制御回路21は、SEM鏡筒14から試料に照射する1次電子線の加速電圧や電子線電流などを調整する。
制御計算機22は、たとえば、コンピュータである。各制御回路を制御するとともに、たとえば、図1で示した演算処理部7の機能を有し、検出信号処理回路18で処理された検出信号をもとに、スピン成分の算出などを行う。
The electron optical
The
表示装置23は、制御計算機22でのスピン成分の分析結果などを表示する。
なお、上記の構成のほかにも、表面分析装置10には、真空度を計測するための計測ヘッドなどが設けられる場合もあるが、図示を省略している。
The
In addition to the above configuration, the
以下、図4で示した表面分析装置10の動作(分析方法)を説明する。
図5は、画素加算方式を用いた分析方法を示すフローチャートである。
画素加算方式を用いた分析方法は、試料表面における1次電子線の照射位置ごとに、分析に必要な2次電子の量を得る方式である。
Hereinafter, the operation (analysis method) of the
FIG. 5 is a flowchart showing an analysis method using the pixel addition method.
The analysis method using the pixel addition method is a method of obtaining the amount of secondary electrons necessary for analysis for each irradiation position of the primary electron beam on the sample surface.
まず、初期設定が行われる(ステップS1)。ここでは、制御計算機22の制御のもと、検出器制御回路17は、電子スピン分析器12に印加する電圧の設定を行う。また、ビーム走査系制御回路20や電子光学系制御回路21は、照射する1次電子線の走査範囲、加速電圧または電子線電流などを設定する。また、図示しない真空ポンプにより、真空チャンバ11内が排気される。
First, initial setting is performed (step S1). Here, under the control of the
次に、制御計算機22の制御のもと、ビーム走査系制御回路20は、SEM鏡筒14による1次電子線の照射位置のY座標を決める(ステップS2)。なお、座標系は、たとえば、図1に示したように設定されており、試料表面における1次電子線の照射位置はX−Y座標で示される。
Next, under the control of the
次に、制御計算機22の制御のもと、ビーム走査系制御回路20は、SEM鏡筒14による1次電子線の照射位置のX座標を決める(ステップS3)。これによって1次電子線の照射位置が決まる。
Next, under the control of the
1次電子線の照射位置が決まりSEM鏡筒14から1次電子線が試料に照射されると、試料表面から2次電子が放出され、電子スピン分析器12を用いた2次電子の検出処理が開始される(ステップS4)。検出結果は、たとえば、検出信号処理回路18を介して、制御計算機22に送信され、制御計算機22のRAM(Random Access Memory)などの記憶部に格納される。2次電子の検出処理の詳細については後述する。
When the irradiation position of the primary electron beam is determined and the sample is irradiated with the primary electron beam from the
ビーム走査系制御回路20は、照射位置のX方向のスキャンが終了しているか否かを判定し(ステップS5)、X方向のスキャンが終了していない場合には、1次電子線の照射位置のX座標を更新する(ステップS6)。その後は、ステップS3からの処理を繰り返す。X方向のスキャンが終了した場合には、ビーム走査系制御回路20は、Y方向のスキャンが終了しているか否かを判定する(ステップS7)。そして、ビーム走査系制御回路20は、Y方向のスキャンが終了していない場合には、1次電子線の照射位置のY座標を更新する(ステップS8)。その後は、ステップS2からの処理を繰り返す。
The beam scanning
Y方向のスキャンが終了した場合、制御計算機22は、格納された2次電子の検出結果から、1次電子線の照射位置ごとに、前述した4つの測定位置における電子検出器4−1〜4−4の検出結果の加算値を求める。そして、式(3),(4)から、その照射位置から放出された2次電子のスピン成分を算出し、スピン成分から一意に決まる試料表面の磁化ベクトルを分析する(ステップS9)。制御計算機22は、たとえば、各照射位置での磁化ベクトルを表示装置23に表示させるようにしてもよい。
When the scanning in the Y direction is completed, the
次に、上記のステップS4の処理である2次電子の検出処理を説明する。
図6は、2次電子の検出処理の流れを示すフローチャートである。
制御計算機22の制御のもと、回転機構制御回路16は、回転機構15を回転させて、電子スピン分析器12の電子検出器4−1〜4−4を、図3で示したような4つの測定位置(X+,X−,Y+,Y−)に設定する(ステップS10)。
Next, the secondary electron detection process that is the process of step S4 will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of secondary electron detection processing.
Under the control of the
次に、検出信号処理回路18は、一定期間における4つの測定位置での電子検出器4−1〜4−4で検出された電子数を計数する(ステップS11)。具体的には、検出信号処理回路18は、電子検出器4−1〜4−4での2次電子の検出結果(X+検出信号、X−検出信号、Y+検出信号、Y−検出信号)を受信する。そして、図2に示したようなプリアンプ6aで各検出信号を増幅したのち、ディスクリミネータ6b及びカウンタ6cにより、各電子検出器4−1〜4−4に入力されたとみなす電子数(SD1〜SD4)を計数する(ステップS11)。
Next, the detection
なお、試料表面における1次電子線の各照射位置で、分析に必要な量の電子数を得るための計測時間をTとすると、回転機構15は、電子検出器4−1〜4−4による各測定位置での1回の計測時間を、T/4となるように電子検出器4−1〜4−4を回転させる。これにより、電子検出器4−1〜4−4を固定して検出する場合と同等の時間で計測を行うことができ、2次電子の計測時間の増加を防ぐことができる。
If the measurement time for obtaining the number of electrons necessary for analysis is T at each irradiation position of the primary electron beam on the sample surface, the
分析に必要な量の電子数を得るための計測時間Tは、検査対象の磁性体試料や、照射する1次電子線の加速電圧や、電子線電流に応じて適宜決定される。たとえば、1次電子線の加速電圧や電子線電流が大きい場合には、より多く2次電子が放出されるので、計測時間Tは短くてすむ。 The measurement time T for obtaining the number of electrons necessary for the analysis is appropriately determined according to the magnetic sample to be inspected, the acceleration voltage of the primary electron beam to be irradiated, and the electron beam current. For example, when the acceleration voltage or electron beam current of the primary electron beam is large, more secondary electrons are emitted, and therefore the measurement time T can be shortened.
次に、回転機構制御回路16は、電子検出器4−1〜4−4がそれぞれ全測定位置での検出が終了したか否かを判定し(ステップS12)、終了していなければ電子検出器4−1〜4−4を回転させ、次の測定位置に移動させる(ステップS13)。その後は、ステップS10からの処理を繰り返す。
Next, the rotation
全測定位置での検出が終了した場合には検出処理を終了する。
なお、電子検出器4−1〜4−4を回転させている間は、そのまま試料に1次電子線を照射し続けてもよいが、電子数の計数は行わない。たとえば、カウンタ6cでの計数を停止する。また、たとえば、ビーム走査系制御回路20がSEM鏡筒14を制御して、1次電子線の照射方向を調節して、試料に照射されないようにしてもよい。
When the detection at all measurement positions is completed, the detection process is terminated.
While the electron detectors 4-1 to 4-4 are rotated, the sample may continue to be irradiated with the primary electron beam, but the number of electrons is not counted. For example, counting by the
次に、面加算方式を用いた分析方法を説明する。
図7は、面加算方式を用いた分析方法を示すフローチャートである。
面加算方式は、同一の試料表面に対して、1次電子線を複数回スキャンさせて照射して、分析に必要な2次電子の量を得る方式である。
Next, an analysis method using the surface addition method will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing an analysis method using the surface addition method.
The surface addition method is a method of obtaining the amount of secondary electrons required for analysis by irradiating the same sample surface with a primary electron beam scanned a plurality of times.
まず、初期設定を行う(ステップS21)。ここでは、制御計算機22の制御のもと、検出器制御回路17は、電子スピン分析器12に印加する電圧の設定を行う。また、ビーム走査系制御回路20や電子光学系制御回路21は、照射する1次電子線の走査範囲、加速電圧または電子線電流などを設定する。さらに、分析に必要な2次電子の量を得るための同一の試料表面に対して行う1次電子線の照射回数(面加算回数)を設定する。
First, initial setting is performed (step S21). Here, under the control of the
ステップS22〜S28の処理は、図5に示した分析方法のステップS2〜S8の処理と同じである。
ステップS27の処理で、Y方向のスキャンが終了したと判定された場合には、ビーム走査系制御回路20は、設定された面加算回数のスキャンが終了したか否か判定する(ステップS29)。ここで、終了していないと判定された場合には、ステップS22からの処理が繰り返される。
The process of steps S22 to S28 is the same as the process of steps S2 to S8 of the analysis method shown in FIG.
If it is determined in step S27 that scanning in the Y direction has been completed, the beam scanning
面加算回数のスキャンが終了した場合、制御計算機22は、格納された2次電子の検出結果から、照射位置ごとに、前述した4つの測定位置における電子検出器4−1〜4−4の検出結果の加算値を求める。そして、制御計算機22は、式(3),(4)から、その照射位置から放出された2次電子のスピン成分を算出し、スピン成分から一意に決まる試料表面の磁化ベクトルを分析する(ステップS30)。
When the scan of the number of surface additions is completed, the
なお、ステップS24の2次電子検出処理については、図6で示したフローと同じであるが、面加算方式の分析方法の場合、電子検出器4−1〜4−4による各測定位置あたりの1回の計測時間は、以下のように、画素加算方式の場合よりも短くなる。 Note that the secondary electron detection process in step S24 is the same as the flow shown in FIG. 6, but in the case of the surface addition method analysis method, the measurement is performed for each measurement position by the electron detectors 4-1 to 4-4. One measurement time is shorter than in the case of the pixel addition method as follows.
試料表面における1次電子線の各照射位置で、分析に必要な量の電子数を得るための総計測時間をT、面加算回数をn回とすると、ビーム走査系制御回路20は、T/n時間ごとに照射位置を更新させる。本実施の形態の分析方法では、回転機構15は、このT/n時間の間に、電子検出器4−1〜4−4を、4つの測定位置に移動させて計測させるので、各測定位置での1回の計測時間は、T/(4n)となる。
Assuming that the total measurement time for obtaining the number of electrons necessary for the analysis at each irradiation position of the primary electron beam on the sample surface is T and the number of surface additions is n, the beam scanning
このような面加算方式を用いた分析方法によれば、電子検出器4−1〜4−4を固定して検出する場合と同等の時間で、2次電子の計測を行うことができ、計測時間の増加を防ぐことができる。また、T/n時間ごとに、照射位置をスキャンさせるので、1つの照射位置に、長時間1次電子線が照射されることを防止でき、表面状態の変化を抑制することができる。 According to the analysis method using such a surface addition method, secondary electrons can be measured in the same time as when the electron detectors 4-1 to 4-4 are fixed and detected. An increase in time can be prevented. In addition, since the irradiation position is scanned every T / n time, it is possible to prevent the irradiation of the primary electron beam for a long time to one irradiation position, and it is possible to suppress the change in the surface state.
次に、分析方法の他の例を説明する。
図8は、分析方法の他の例を示すフローチャートである。
図8で示される分析方法は、電子検出器4−1〜4−4の測定位置を固定したままで、試料表面の走査範囲に対し1次電子線を照射して2次電子の計測を行い、終了したら電子検出器4−1〜4−4を回転させ、2次電子の計測を繰り返す方式である。
Next, another example of the analysis method will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing another example of the analysis method.
The analysis method shown in FIG. 8 measures the secondary electrons by irradiating the scanning range of the sample surface with the primary electron beam while fixing the measurement positions of the electron detectors 4-1 to 4-4. When completed, the electron detectors 4-1 to 4-4 are rotated to repeat the measurement of secondary electrons.
ステップS31〜S33の処理は、図5に示した分析方法のステップS1〜S3の処理と同じである。
ステップS33の処理で、1次電子線の照射位置が決まりSEM鏡筒14から1次電子線が試料に照射されると、それぞれの測定位置で固定した電子検出器4−1〜4−4が、試料表面から放出されターゲット3で散乱される2次電子を検出する。そして、検出信号処理回路18は、各測定位置で固定した電子検出器4−1〜4−4からの検出信号をもとに、各測定位置における2次電子数をカウントする(ステップS34)。
The process of steps S31 to S33 is the same as the process of steps S1 to S3 of the analysis method shown in FIG.
When the irradiation position of the primary electron beam is determined in the process of step S33 and the sample is irradiated with the primary electron beam from the
ステップS35〜S38の処理は、図5で示した分析方法のステップS5〜S8の処理と同じである。走査範囲のスキャンが終了した場合には、回転機構制御回路16の制御のもと、回転機構15は、電子検出器4−1〜4−4を次の測定位置まで回転する(ステップS39)。
The processing of steps S35 to S38 is the same as the processing of steps S5 to S8 of the analysis method shown in FIG. When the scan of the scanning range is completed, the
回転機構制御回路16は、制御計算機22は、すべての測定位置での検出が終了したか否かを判定し(ステップS40)、終了していなければ、ステップS32からの処理を繰り返させる。
The rotation
全測定位置でのスキャンが終了した場合、制御計算機22は、格納された2次電子の検出結果から、照射位置ごとに、4つの測定位置における電子検出器4−1〜4−4の検出結果の加算値を求める。そして、制御計算機22は、式(3),(4)から、その照射位置から放出された2次電子のスピン成分を算出し、スピン成分から一意に決まる試料表面の磁化ベクトルを分析する(ステップS41)。
When scanning at all measurement positions is completed, the
なお、ステップS34の計測時間は、試料表面における1次電子線の各照射位置で、分析に必要な量の電子数を得るための計測時間をTとすると、T/4とする。これにより、電子検出器4−1〜4−4を回転させて全測定位置での検出が終わったときに、各照射位置あたりの計測時間がTとなり、十分な電子数を得ることができるとともに、計測時間の増加を防ぐことができる。 Note that the measurement time in step S34 is T / 4, where T is the measurement time for obtaining the number of electrons necessary for analysis at each irradiation position of the primary electron beam on the sample surface. Thereby, when the electron detectors 4-1 to 4-4 are rotated and the detection at all measurement positions is completed, the measurement time per irradiation position becomes T, and a sufficient number of electrons can be obtained. , Increase in measurement time can be prevented.
以上のように第1の実施の形態の表面分析装置10及び分析方法では、複数の測定位置において、電子検出器4−1〜4−4が検出した2次電子の検出値の総和を用いてスピン成分を求める。これにより、電子検出器4−1〜4−4間の増倍率のばらつきの影響を低減でき、高精度で試料表面の磁化分布を分析することが可能になる。
As described above, in the
なお、上記の図5、図7、図8で示した分析方法では、Y座標を先に決めてX軸方向にスキャンする場合について説明したが、先にX座標を決めて、Y軸方向にスキャンするようにしてもよいことはいうまでもない。 In the analysis methods shown in FIGS. 5, 7, and 8, the case where the Y coordinate is determined first and scanning in the X-axis direction has been described. However, the X coordinate is determined first and the Y-axis direction is determined. Needless to say, scanning may be performed.
また、スピン成分の算出は、制御計算機22のソフトウェアで行うようにしてもよいが、検出信号処理回路18でハードウェア的に行うようにしてもよい。
ところで、制御計算機22または検出信号処理回路18は、電子検出器4−1〜4−4間の増倍率のばらつきを補正するための補正値をあらかじめ求めて、実測定時に補正値をもとに各電子検出器4−1〜4−4の検出値を補正するようにしてもよい。補正値は以下のように求められる。
The calculation of the spin component may be performed by software of the
By the way, the
ビーム走査系制御回路20は、SEM鏡筒14を制御して、試料表面で磁化していない位置、あるいは試料台13に1次電子線を照射させる。このとき、放出される2次電子のスピン方向はランダムになる。
The beam scanning
回転機構制御回路16は、回転機構15により電子検出器4−1〜4−4を回転させて、図3で示したような各測定位置(X+,X−,Y+,Y−)で2次電子の計測を行わせる。
The rotation
ここで、電子検出器4−1の各測定位置での検出値を(Sd1_X+,Sd1_X−,Sd1_Y+,Sd1_Y−)、電子検出器4−2の各測定位置での検出値を(Sd2_X+,Sd2_X−,Sd2_Y+,Sd2_Y−)とする。また、電子検出器4−3の各測定位置での検出値を(Sd3_X+,Sd3_X−,Sd3_Y+,Sd3_Y−)、電子検出器4−4の各測定位置での検出値を(Sd4_X+,Sd4_X−,Sd4_Y+,Sd4_Y−)とする。 Here, the detection values at each measurement position of the electron detector 4-1 are (Sd1_X +, Sd1_X−, Sd1_Y +, Sd1_Y−), and the detection values at each measurement position of the electron detector 4-2 are (Sd2_X +, Sd2_X−). , Sd2_Y +, Sd2_Y−). The detection values at the measurement positions of the electron detector 4-3 are (Sd3_X +, Sd3_X-, Sd3_Y +, Sd3_Y-), and the detection values at the measurement positions of the electron detector 4-4 are (Sd4_X +, Sd4_X-, Sd4_Y +, Sd4_Y−).
このとき、制御計算機22または検出信号処理回路18は、各電子検出器4−1〜4−4の検出値の平均値SDA1〜SDA4を、以下の式から求める。
SDA1={(Sd1_X+)+(Sd1_X−)+(Sd1_Y+)+(Sd1_Y−)}/4 (5)
SDA2={(Sd2_X+)+(Sd2_X−)+(Sd2_Y+)+(Sd2_Y−)}/4 (6)
SDA3={(Sd3_X+)+(Sd3_X−)+(Sd3_Y+)+(Sd3_Y−)}/4 (7)
SDA4={(Sd4_X+)+(Sd4_X−)+(Sd4_Y+)+(Sd4_Y−)}/4 (8)
次に、制御計算機22または検出信号処理回路18は、SDA1〜SDA4の平均値SDA=(SDA1+SDA2+SDA3+SDA4)/4とSDA1〜SDA4との比を、各電子検出器4−1〜4−4の補正値P1〜P4として求める。すなわち、補正値P1〜P4は、以下のように求まる。
P1=SDA1/SDA (9)
P2=SDA2/SDA (10)
P3=SDA3/SDA (11)
P4=SDA4/SDA (12)
実測定時には、式(3),(4)におけるSD1にP1、SD2にP2、SD3にP3、SD4にP4をそれぞれ乗算して用いることで、より精度よくスピン成分を算出することができる。
At this time, the
SDA1 = {(Sd1_X +) + (Sd1_X −) + (Sd1_Y +) + (Sd1_Y −)} / 4 (5)
SDA2 = {(Sd2_X +) + (Sd2_X −) + (Sd2_Y +) + (Sd2_Y −)} / 4 (6)
SDA3 = {(Sd3_X +) + (Sd3_X −) + (Sd3_Y +) + (Sd3_Y −)} / 4 (7)
SDA4 = {(Sd4_X +) + (Sd4_X −) + (Sd4_Y +) + (Sd4_Y −)} / 4 (8)
Next, the
P1 = SDA1 / SDA (9)
P2 = SDA2 / SDA (10)
P3 = SDA3 / SDA (11)
P4 = SDA4 / SDA (12)
In actual measurement, the spin component can be calculated with higher accuracy by multiplying SD1 in Equations (3) and (4) by P1, SD2 by P2, SD3 by P3, and SD4 by P4.
なお、この場合、実測定時には電子検出器4−1〜4−4を回転しなくても、式(1),(2)におけるSD1〜SD4に上記補正値P1〜P4を乗算したものを用いることでも、精度よくスピン成分を算出することができる。 In this case, even if the electron detectors 4-1 to 4-4 are not rotated at the time of actual measurement, those obtained by multiplying the correction values P1 to P4 by SD1 to SD4 in the equations (1) and (2) are used. Even so, the spin component can be calculated with high accuracy.
上記では、電子検出器が4つの場合について説明したがこの数に限定されるものではない。たとえば、図3で示した対向に配置される2つの電子検出器4−1,4−3のみを用いてもよい。 In the above description, the case where there are four electron detectors has been described. However, the number is not limited to this. For example, only the two electron detectors 4-1 and 4-3 arranged opposite to each other as shown in FIG. 3 may be used.
その場合も、回転機構制御回路16は2つの電子検出器4−1,4−3のそれぞれを90°ごとに回転させながら、X軸上またはY軸上の2つの測定位置にて同時に2次電子の検出を行わせる。そして、制御計算機22は4つの測定位置(X+,X−,Y+,Y−)における電子検出器4−1,4−3の2次電子の検出値の加算値(SD1+SD3)_X+,(SD1+SD3)_X−,(SD1+SD3)_Y+,(SD1+SD3)_Y−を求める。スピン成分は、これらの加算値をもとに以下のように求められる。
Sx={(SD1+SD3)_X+}−{(SD1+SD3)_X−} (13)
Sy={(SD1+SD3)_Y+}−{(SD1+SD3)_Y−} (14)
すなわち、複数の電子検出器を回転させて、4つの測定位置(X+,X−,Y+,Y−)での検出値をもとめ、その加算値からスピン成分を求めることで、複数の電子検出器の増倍率のばらつきの影響を低減することができる。これにより、高精度で試料表面の磁化分布を分析することが可能になる。
In this case as well, the rotation
Sx = {(SD1 + SD3) _X +}-{(SD1 + SD3) _X-} (13)
Sy = {(SD1 + SD3) _Y +}-{(SD1 + SD3) _Y-} (14)
That is, a plurality of electron detectors are obtained by rotating a plurality of electron detectors to obtain detection values at four measurement positions (X +, X−, Y +, Y−) and obtaining a spin component from the added value. The influence of variations in the multiplication factor can be reduced. This makes it possible to analyze the magnetization distribution on the sample surface with high accuracy.
なお、前述した補正値も、電子検出器が4つの場合と同様に、以下のように算出して、用いることができる。
電子検出器4−1の各測定位置での検出値を(Sd1_X+,Sd1_X−,Sd1_Y+,Sd1_Y−)、電子検出器4−3の各測定位置での検出値を(Sd3_X+,Sd3_X−,Sd3_Y+,Sd3_Y−)とする。このとき各電子検出器4−1,4−3の検出値の平均値SDA1,SDA3は、以下のようになる。
SDA1={(Sd1_X+)+(Sd1_X−)+(Sd1_Y+)+(Sd1_Y−)}/4 (15)
SDA3={(Sd3_X+)+(Sd3_X−)+(Sd3_Y+)+(Sd3_Y−)}/4 (16)
SDA1,SDA3の平均値SDA=(SDA1+SDA3)/2とSDA1,SDA3との比を、各電子検出器4−1,4−3の補正値P1,P3とする。すなわち、補正値P1,P3は、以下のようになる。
P1=SDA1/SDA (17)
P3=SDA3/SDA (18)
実測定時には、式(13),(14)におけるSD1にP1、SD3にP3をそれぞれ乗算して用いることで、より精度よくスピン成分を算出することができる。
The correction values described above can also be calculated and used as follows, as in the case of four electron detectors.
The detection values at each measurement position of the electron detector 4-1 are (Sd1_X +, Sd1_X−, Sd1_Y +, Sd1_Y−), and the detection values at each measurement position of the electron detector 4-3 are (Sd3_X +, Sd3_X−, Sd3_Y +, Sd3_Y−). At this time, average values SDA1 and SDA3 of detection values of the electron detectors 4-1 and 4-3 are as follows.
SDA1 = {(Sd1_X +) + (Sd1_X −) + (Sd1_Y +) + (Sd1_Y −)} / 4 (15)
SDA3 = {(Sd3_X +) + (Sd3_X −) + (Sd3_Y +) + (Sd3_Y −)} / 4 (16)
The ratio between the average value SDA = (SDA1 + SDA3) / 2 of SDA1 and SDA3 and SDA1 and SDA3 is set as the correction values P1 and P3 of the electron detectors 4-1 and 4-3. That is, the correction values P1 and P3 are as follows.
P1 = SDA1 / SDA (17)
P3 = SDA3 / SDA (18)
In actual measurement, the spin component can be calculated with higher accuracy by multiplying SD1 by P1 and SD3 by P3 in equations (13) and (14).
なお、上記では、2次電子の散乱方向分布を測定する電子検出器の測定位置を(X+,X−,Y+,Y−)の4つとしたが、4以上としてもよい。測定位置の数をmとすると、図5で示した画素加算方式の分析方法や、図8で示した分析方法において、各測定位置での電子検出器の1回の測定時間は、T/mとなる。また、図7で示した面加算方式の分析方法では、各測定位置での電子検出器の1回の測定時間は、面加算回数をnとすると、T/(n×m)となる。 In the above, four measurement positions (X +, X−, Y +, Y−) of the electron detector for measuring the scattering direction distribution of the secondary electrons are set to four or more. Assuming that the number of measurement positions is m, in the pixel addition method analysis method shown in FIG. 5 and the analysis method shown in FIG. 8, one measurement time of the electron detector at each measurement position is T / m. It becomes. In the analysis method of the surface addition method shown in FIG. 7, the measurement time for one electron detector at each measurement position is T / (n × m), where n is the number of surface additions.
その場合も、2次電子のスピン成分は、各測定位置における、複数の電子検出器の検出値の加算値をもとに算出することが可能である。
次に、表面分析装置の電子検出器で正確な入射電子(散乱2次電子)の計数値を得ることが難しい2つ目の要因について説明する。
In this case as well, the spin component of the secondary electrons can be calculated based on the added value of the detection values of the plurality of electron detectors at each measurement position.
Next, the second factor in which it is difficult to obtain an accurate count value of incident electrons (scattered secondary electrons) with the electron detector of the surface analyzer will be described.
図9は、入射電子の検出の様子を示す図であり、(A)は1つの2次電子が電子検出器に入射した場合を示し、(B)は複数の2次電子が同時に電子検出器に入射した場合を示している。 FIG. 9 is a diagram showing how incident electrons are detected. FIG. 9A shows a case where one secondary electron is incident on the electron detector, and FIG. 9B shows a plurality of secondary electrons simultaneously detected by the electron detector. The case where it injects into is shown.
図9(A)に示すように、電子検出器4−1〜4−4であるチャネルトロン電子増倍管4aに、1つの2次電子8が入射された場合、チャネルトロン電子増倍管4aとプリアンプ6aにより増倍される。そして、ディスクリミネータ6bは、電荷量が一定量を超えた場合に1つのパルスを出力し、カウンタ6cはこのパルスを、電子1つ分としてカウントする。
As shown in FIG. 9A, when one
一方、図9(B)に示すように、チャネルトロン電子増倍管4aに、2つの2次電子8a,8bが同時に入射された場合、チャネルトロン電子増倍管4aの増倍電子数の上限や不感時間などにより、パルスが2つ出力されない。これによりカウントロスが発生する。
On the other hand, as shown in FIG. 9B, when two
以下では、図9(B)に示すような、複数電子の電子検出器への同時入射時のカウントロスによる分析精度の低下を防止する表面分析装置及び分析方法を説明する。
(第2の実施の形態)
図10は、第2の実施の形態の表面分析装置の主要部の概略構成を示す図である。
Hereinafter, a surface analysis apparatus and an analysis method for preventing a decrease in analysis accuracy due to a count loss at the time of simultaneous incidence on an electron detector of a plurality of electrons as shown in FIG. 9B will be described.
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of a main part of the surface analysis apparatus according to the second embodiment.
図1と同じ構成要素については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
表面分析装置50において、電子スピン分析器12aは、引き込み電極51、ビーム偏向部52、加速管53を有している。また、表面分析装置50は、引き込み電極51にパルス電圧を印加するパルス電圧供給部54を有している。なお、パルス電圧供給部54は、電子スピン分析器12aに設けられていてもよい。また、電子検出器も4つに限定されるものではない。
The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the
引き込み電極51にはパルス電圧が印加され、照射された1次電子により試料2の表面から放出されるビーム状の2次電子をパルス化して、電子スピン分析器12a内のターゲット3の方向に引き込む。以下、パルス化された2次電子ビームを2次電子パルスと呼ぶ。
A pulse voltage is applied to the drawing
ビーム偏向部52は引き込んだ2次電子パルスの収束や、走査偏向を行う。
加速管53は2次電子パルスを加速させてターゲット3に衝突させる。
なお、パルス電圧供給部54はパルス電圧の周期を、たとえば、チャネルトロン電子増倍管などの電子検出器4−1〜4−4内に電子が入射してから出力されるまでの増倍に要する時間Ttまたは、電子検出器4−1〜4−4の不感時間Tdから決定する。TtやTdの間は電子が入射されても計数値としてカウンタ6cで取得されないため無駄となる。そのため、この期間は電子が入射されないように、パルス電圧供給部54は、パルス電圧の半周期が、たとえば、TtとTdのうち大きい方と等しいか、それ以上となるようにする。
The
The
Note that the pulse
図11は、引き込み電極に印加される電圧の差異によって引き込まれる2次電子の違いを示す図である。図11(A)は、引き込み電極51に直流電圧を印加した場合、図11(B)は、引き込み電極51にパルス電圧を印加した場合について示している。
FIG. 11 is a diagram illustrating a difference in secondary electrons drawn due to a difference in voltage applied to the drawing electrode. FIG. 11A shows a case where a DC voltage is applied to the
図11(A)に示すように、引き込み電極51に一定の直流電圧が印加される場合、引き込んだ2次電子はビーム状となる。これに対し、図11(B)に示すように、引き込み電極51にパルス電圧が印加される場合、引き込んだ2次電子ビームもパルス状となる。
As shown in FIG. 11A, when a constant DC voltage is applied to the drawing
このように、引き込んだ2次電子をパルス状にすることで、電子検出器4−1〜4−4で検出される散乱2次電子もパルス状となる。これにより、電子検出器4−1〜4−4に到達する2次電子の時間的な電子密度を小さくすることが可能になり、複数の2次電子が同時に1つの電子検出器に入射されることを抑制でき、電子数のカウントロスを抑制することができる。 Thus, by making the drawn secondary electrons into a pulse shape, the scattered secondary electrons detected by the electron detectors 4-1 to 4-4 also become a pulse shape. This makes it possible to reduce the temporal electron density of the secondary electrons that reach the electron detectors 4-1 to 4-4, and a plurality of secondary electrons are simultaneously incident on one electron detector. This can be suppressed, and the count loss of the number of electrons can be suppressed.
電子検出器4−1〜4−4で検出され信号処理部6で計数された結果は、演算処理部7に入力され、ここで、式(1),(2)による演算が行われてスピンx成分Sxとスピンy成分Syが求められる。
The results detected by the electron detectors 4-1 to 4-4 and counted by the
本実施の形態の表面分析装置50では、電子検出器4−1〜4−4による電子数のカウントロスを抑制することができるので、スピンx成分Sxとスピンy成分Syを精度よく求めることができ、高精度で試料2の表面の磁化分布を分析することができる。
In the
なお、パルス電圧供給部54は、図11に示したような矩形パルスではなく、以下に示すようなパルス電圧を、引き込み電極51に印加するようにしてもよい。
図12は、引き込み電極に印加するパルス電圧の変形例を示す図である。
The pulse
FIG. 12 is a diagram illustrating a modification of the pulse voltage applied to the lead-in electrode.
パルス電圧供給部54は、時定数を調整してパルスの立ち上がり時間または立ち下がり時間を増加させ、図12に示すような、チャープパルスのように鈍った波形のパルス電圧を生成するようにしてもよい。
The pulse
2次電子は、引き込み電極51を通過するタイミングの際の電極電圧に応じたエネルギーを受け取ることになる。つまり、引き込み電極51を通過するタイミングの際の電極電圧が異なると、引き込まれる2次電子の速度も変わってくる。
The secondary electrons receive energy corresponding to the electrode voltage at the timing of passing through the drawing
そのため、パルス電圧供給部54が図12に示すようなパルス電圧を引き込み電極51に印加することで、引き込んだ2次電子をパルス化できると同時に、2次電子パルスに含まれる電子の速度成分分布に広がりができる。これにより、1つのパルスに含まれる電子の空間密度を小さくすることができるので、2次電子が1つの電子検出器4−1〜4−4に同時に入力され、カウントロスが発生することをさらに抑制することができる。
Therefore, when the pulse
以下、図10に示した主要部を含む表面分析装置の全体構成の一例を示す。
図13は、第2の実施の形態の表面分析装置の一例の構成を示す図である。
図4及び図10で示した構成要素と同じものには同一符号を付している。図13で示される表面分析装置60は、前述の構成のほかに、レンズ55、レンズ制御回路56、偏向信号制御回路57、加速電圧制御回路58を有している。
Hereinafter, an example of the entire configuration of the surface analysis apparatus including the main part illustrated in FIG. 10 will be described.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an example of a surface analysis apparatus according to the second embodiment.
The same components as those shown in FIGS. 4 and 10 are denoted by the same reference numerals. The
レンズ55は電子スピン分析器12b内に設けられ、引き込み電極51によって引き込まれた2次電子を収束する。
レンズ制御回路56はレンズ55に印加する電圧を制御する。
The
The
偏向信号制御回路57はビーム偏向部52に印加する電圧を制御する。
加速電圧制御回路58は加速管53に印加する電圧を制御する。
パルス電圧供給部54、レンズ制御回路56、偏向信号制御回路57及び加速電圧制御回路58は、検出器制御回路17によって制御されている。これらは、電子スピン分析器12bに設けられていてもよい。
The deflection
The acceleration
The pulse
なお、図4で示したような真空チャンバ11については図示を省略している。また、ターゲット3には、加速管53における最終加速電圧と同等の、たとえば、20kV〜120kV程度の電圧が印加されているが、その構成については図示を省略している。
Note that the
以上のような表面分析装置60を用いた分析処理は、図5、図7で示したフローチャートで説明したものとほぼ同じである。すなわち、制御計算機22の制御のもと、初期設定及び1次電子線の照射位置が決定され、2次電子検出処理が行われる。
The analysis process using the
SEM鏡筒14から1次電子が試料2に照射されると、試料2の表面から2次電子が放出される。前述したように、引き込み電極51には、パルス電圧供給部54によりパルス電圧が印加されるため、引き込まれた2次電子はパルス状となる。2次電子パルスはレンズ55によって収束され、ビーム偏向部52、加速管53を介してターゲット3に衝突する。
When primary electrons are irradiated from the
ターゲット3で散乱される2次電子は、それぞれの測定位置で固定された電子検出器4−1〜4−4で検出される。そして、検出信号処理回路18は、電子検出器4−1〜4−4からの検出信号をもとに、各測定位置における2次電子数をカウントする。
Secondary electrons scattered by the
前述したように、パルス電圧で2次電子を引き込むことにより、電子検出器4−1〜4−4で検出される2次電子の時間的な電子密度を下げることが可能になり、複数の2次電子が同時に1つの電子検出器4−1〜4−4に入射されることを抑制できる。これにより、検出信号処理回路18でのカウントロスが抑制され、精度よく計数することができる。また、パルス電圧供給部54により、図12に示したように、パルスの立ち上がり時間と立ち下り時間を長くして鈍ったパルス波形のパルス電圧を生成し、引き込み電極51に印加することで、1つのパルスに含まれる電子の空間密度を下げることができる。これにより、2次電子が電子検出器4−1〜4−4に同時に入力され、カウントロスが発生することをさらに抑制することができる。
As described above, by drawing the secondary electrons with the pulse voltage, it becomes possible to reduce the temporal electron density of the secondary electrons detected by the electron detectors 4-1 to 4-4. It can suppress that a secondary electron is simultaneously incident on one electron detector 4-1 to 4-4. Thereby, the count loss in the detection
各測定位置での2次電子数のカウントが終わると、たとえば、制御計算機22は、前述した式(1),(2)により、1次電子の入射位置でのスピン成分Sx,Syを計算する。スピン成分Sx,Syは、試料2の1次電子線の照射位置の磁気ベクトルのx成分と、y成分とに相当する。そして、図5、図7で示したような処理により、試料2の各照射位置におけるスピン成分Sx,Syを求めることで、試料2の表面の磁化分布を分析することができる。
When the counting of the number of secondary electrons at each measurement position is completed, for example, the
このように、本実施の形態の表面分析装置60では、2次電子のカウントロスを抑制できるので、高精度で試料2の表面の磁化分布を分析できる。
なお、2次電子の空間密度を減少させるために、ビーム偏向部52が、以下のように、2次電子パルスを1次元または2次元で走査するようにしてもよい。
As described above, the
In order to reduce the spatial density of secondary electrons, the
図14は、2次電子パルスを1次元で走査する様子を示す図である。
図14ではさらに、偏向信号制御回路57で生成される電圧波形の一例を示している。横軸は時間、縦軸は印加電圧である。なお、ここでは図13で示した加速管53などの構成については図示を省略している。
FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which the secondary electron pulse is scanned in one dimension.
FIG. 14 further shows an example of a voltage waveform generated by the deflection
ビーム偏向部52は、対向する一組の電極52−1,52−2を有している。一方の電極52−1には偏向信号制御回路57から図14のような鋸刃状の電圧が印加され、他方の電極52−2は接地されている。偏向信号制御回路57は、電極52−1への印加電圧をVa、Vb(0V)、Vcの間で変化させると、B点を中心として、A点からC点の間で2次電子パルスを1次元方向で走査することができる。
The
図15は、2次電子パルスを2次元で走査する様子を示す図である。
図15ではさらに、偏向信号制御回路57で生成される2種の電圧波形の一例を示している。横軸は時間、縦軸は印加電圧である。
FIG. 15 is a diagram showing how the secondary electron pulse is scanned two-dimensionally.
FIG. 15 further shows an example of two types of voltage waveforms generated by the deflection
ビーム偏向部52は、対向する2組の電極52−1,52−2と電極52−3,52−4を有している。一方の組の電極52−1,52−2と他方の組の電極52−3,52−4とは互いに直交している。偏向信号制御回路57は、電極52−1,52−3に異なる周期の鋸刃状の電圧を印加する。電極52−2,52−4は接地されている。
The
図15の例において、偏向信号制御回路57は電極52−3に対して、図14で示したような電圧Va−Vcの間で変化する電圧を印加しており、これにより、ターゲット3のX方向で2次電子パルスを走査させている。また、偏向信号制御回路57は、電極52−1に対して、電極52−3に印加する電圧波形の4倍の周期の電圧を印加している。偏向信号制御回路57は電極52−1への印加電圧をVd、Ve(0V)、Vfの間で変化させると、ターゲット3のY方向で、E点を中心としてD点からC点の間で2次電子パルスを走査する。これにより、1走査面あたり4本のX方向走査がなされる。
In the example of FIG. 15, the deflection
以上のように、2次電子パルスを1次元または2次元で走査することにより、2次電子パルスを空間的に分散させ、電子検出器4−1〜4−4において検出される散乱電子密度を時間的、空間的に小さくすることができる。これにより、電子検出器4−1〜4−4に、複数の電子が同時に入射されることをさらに抑制することができる。 As described above, by scanning the secondary electron pulse in one or two dimensions, the secondary electron pulse is spatially dispersed, and the scattered electron density detected by the electron detectors 4-1 to 4-4 is changed. It can be reduced in time and space. Thereby, it can further suppress that a plurality of electrons are simultaneously incident on the electron detectors 4-1 to 4-4.
このとき、電子検出器4−1〜4−4は、位置分解能を有するもの、たとえば、複数の検出チャネル(多チャンネル)を有するものを用いることが望ましい。
図16は、多チャンネル電子検出器の一例を示す図である。
At this time, it is desirable to use the electron detectors 4-1 to 4-4 having a position resolution, for example, having a plurality of detection channels (multiple channels).
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a multi-channel electron detector.
1次元または2次元で走査された2次電子パルスは、空間的な電子密度が小さくなっているので、図16に示すような多チャンネル電子検出器4bを用いることで、ターゲット3によって散乱された散乱電子の検出効率を向上させることができる。多チャンネル電子検出器4bの各チャネルに散乱電子が入射した場合、各チャネルに接続されたプリアンプ/ディスクリミネータ6dにてパルスが生成される。
Since the secondary electron pulse scanned in one or two dimensions has a low spatial electron density, it is scattered by the
なお、多チャンネル電子検出器4bとして、たとえば、電子増倍管の一種であるMCPなどがある。
以上、複数の電子の電子検出器への同時入射時のカウントロスによる分析精度の低下を防止する表面分析装置を説明してきたが、第1の実施の形態のように、電子検出器4−1〜4−4を回転させるようにしてもよい。すなわち、図4に示したように回転機構15や回転機構制御回路16により電子検出器4−1〜4−4を回転させ、各検出位置での電子検出器4−1〜4−4の検出値の総和を用いて、スピン成分を求めるようにしてもよい。これにより、電子検出器4−1〜4−4間の増倍率のばらつきの影響を低減でき、さらに、高精度で試料表面の磁化分布を分析することができる。
As the multi-channel electron detector 4b, for example, there is MCP which is a kind of electron multiplier.
As described above, the surface analysis apparatus for preventing a decrease in analysis accuracy due to a count loss at the time of simultaneous incidence of a plurality of electrons on the electron detector has been described. However, as in the first embodiment, the electron detector 4-1 ˜4-4 may be rotated. That is, as shown in FIG. 4, the electron detectors 4-1 to 4-4 are rotated by the
以上、複数の実施の形態に基づき、本発明の表面分析装置及び分析方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
以上説明した複数の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
As described above, one aspect of the surface analysis apparatus and the analysis method of the present invention has been described based on a plurality of embodiments, but these are only examples and are not limited to the above description.
The following additional notes are further disclosed with respect to the plurality of embodiments described above.
(付記1) 試料から放出される2次電子を衝突させて散乱させるための金属標的と、
散乱された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、
試料面に対して垂直方向を回転軸として、各前記電子検出器を回転させ複数の測定位置に移動させる回転部と、
それぞれの前記測定位置における、複数の前記電子検出器の検出値の加算値をもとに、前記2次電子のスピン成分を算出する演算処理部と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
(Supplementary note 1) A metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from a sample,
A plurality of electron detectors for detecting the scattered secondary electrons;
A rotating unit that rotates each of the electron detectors to a plurality of measurement positions with a direction perpendicular to the sample surface as a rotation axis;
An arithmetic processing unit that calculates a spin component of the secondary electrons based on an addition value of detection values of the plurality of electron detectors at each measurement position;
A surface analysis apparatus comprising:
(付記2) 前記試料における1次電子線の各照射位置あたりの前記2次電子の計測時間をT、前記測定位置の数をmとした場合、前記回転部は、前記電子検出器の各前記測定位置での1回の計測時間をT/mとするように、前記電子検出器を回転させることを特徴とする付記1記載の表面分析装置。
(Additional remark 2) When the measurement time of the said secondary electron per each irradiation position of the primary electron beam in the said sample is set to T, and the number of the said measurement positions is set to m, the said rotation part is each said each of the said electron detector. The surface analysis apparatus according to
(付記3) 前記試料における1次電子線の各照射位置あたりの前記2次電子の総計測時間をT、同一の前記試料への前記1次電子線の照射回数をn(n≧2)、前記測定位置の数をmとした場合、前記回転部は、前記電子検出器の各前記測定位置での1回の計測時間をT/(n×m)とするように、前記電子検出器を回転させることを特徴とする付記1記載の表面分析装置。
(Supplementary Note 3) T is the total measurement time of the secondary electrons per each irradiation position of the primary electron beam in the sample, n is the number of times of irradiation of the primary electron beam to the same sample (n ≧ 2), When the number of measurement positions is m, the rotating unit sets the electron detector so that one measurement time at each measurement position of the electron detector is T / (n × m). The surface analysis apparatus according to
(付記4) 前記演算処理部は、前記電子検出器ごとに、各前記測定位置における前記検出値から、あらかじめ補正値を算出し、実測定時に前記補正値をもとに前記検出値を補正することを特徴とする付記1乃至3のいずれか一項に記載の表面分析装置。
(Additional remark 4) The said arithmetic processing part calculates a correction value beforehand from the said detected value in each said measurement position for every said electron detector, and correct | amends the said detected value based on the said corrected value at the time of an actual measurement The surface analysis apparatus according to any one of
(付記5) 前記試料のうち非磁化領域に前記1次電子線を照射して、前記非磁化領域から放出された前記2次電子の前記検出値をもとに、前記補正値を算出することを特徴とする付記4記載の表面分析装置。
(Supplementary Note 5) The correction value is calculated based on the detection value of the secondary electrons emitted from the non-magnetized region by irradiating the non-magnetized region of the sample with the primary electron beam. The surface analysis apparatus according to
(付記6) 試料から放出される2次電子を衝突させて散乱させるための金属標的と、
パルス電圧が印加され、前記試料から放出されるビーム状の前記2次電子をパルス化して、前記金属標的の方向に引き込む引き込み電極と、
前記引き込み電極に前記パルス電圧を印加するパルス電圧供給部と、
前記金属標的で散乱されパルス化された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
(Appendix 6) A metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from a sample;
A pulling electrode to which a pulse voltage is applied, pulsates the beam-shaped secondary electrons emitted from the sample, and draws them in the direction of the metal target;
A pulse voltage supply for applying the pulse voltage to the lead-in electrode;
A plurality of electron detectors for detecting the secondary electrons scattered and pulsed by the metal target;
A surface analysis apparatus comprising:
(付記7) 前記パルス電圧供給部は、時定数を調整して立ち上がり時間または立ち下がり時間を増加させた前記パルス電圧を前記引き込み電極に印加し、前記引き込み電極を通過する前記2次電子の速度成分分布を広げること特徴とする付記6記載の表面分析装置。
(Supplementary Note 7) The pulse voltage supply unit applies the pulse voltage, whose rise time or fall time is increased by adjusting a time constant, to the drawing electrode, and the speed of the secondary electrons passing through the drawing electrode The surface analyzer according to
(付記8) 前記引き込み電極で引き込んだ前記2次電子を前記金属標的上で1次元走査または2次元走査させる偏向部を有し、前記電子検出器は複数の検出チャネルを有し前記金属標的上の異なる位置で散乱した前記2次電子を検出することを特徴とする付記6または7のいずれか一項に記載の表面分析装置。
(Additional remark 8) It has a deflection | deviation part which makes the said secondary electron drawn by the said drawing electrode 1-dimensionally scans or 2-dimensionally scans on the said metal target, The said electron detector has a some detection channel, and on the said metal target The surface analysis apparatus according to any one of
(付記9) 試料から放出され、金属標的に衝突して散乱された2次電子を、複数の測定位置に配置された複数の電子検出器により検出し、
回転部により、試料面に対して垂直方向を回転軸として各前記電子検出器を回転させて、次の前記測定位置に移動させて前記2次電子の検出処理を繰り返させ、
それぞれの前記測定位置における、複数の前記電子検出器の検出値の加算値をもとに、前記2次電子のスピン成分を算出することを特徴とする分析方法。
(Supplementary Note 9) Secondary electrons emitted from a sample and collided with a metal target and scattered are detected by a plurality of electron detectors arranged at a plurality of measurement positions,
The rotating unit rotates each of the electron detectors with the direction perpendicular to the sample surface as a rotation axis, moves to the next measurement position, and repeats the detection process of the secondary electrons,
An analysis method comprising: calculating a spin component of the secondary electrons based on an addition value of detection values of a plurality of the electron detectors at each measurement position.
(付記10) 試料から放出される2次電子を金属標的の方向に引き込むための引き込み電極にパルス電圧を印加して前記2次電子をパルス化し、
前記金属標的で散乱されパルス化された前記2次電子を電子検出器で検出することを特徴とする分析方法。
(Additional remark 10) Applying a pulse voltage to the drawing electrode for drawing the secondary electron emitted from the sample in the direction of the metal target to pulse the secondary electron,
An analysis method, wherein the secondary electrons scattered and pulsed by the metal target are detected by an electron detector.
(付記11) 試料から放出される2次電子を衝突させて散乱させるための金属標的と、
パルス電圧が印加され、前記試料から放出されるビーム状の前記2次電子をパルス化して、前記金属標的の方向に引き込む引き込み電極と、
前記金属標的で散乱されパルス化された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、
を有することを特徴とする電子スピン分析器。
(Supplementary Note 11) A metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from a sample;
A pulling electrode to which a pulse voltage is applied, pulsates the beam-shaped secondary electrons emitted from the sample, and draws them in the direction of the metal target;
A plurality of electron detectors for detecting the secondary electrons scattered and pulsed by the metal target;
An electron spin analyzer characterized by comprising:
1 表面分析装置
2 試料
3 ターゲット
4−1,4−2,4−3,4−4 電子検出器
5 回転部
6 信号処理部
7 演算処理部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
散乱された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、
試料面に対して垂直方向を回転軸として、各前記電子検出器を回転させ複数の測定位置に移動させる回転部と、
それぞれの前記測定位置における、複数の前記電子検出器の検出値の加算値をもとに、前記2次電子のスピン成分を算出する演算処理部と、
を有することを特徴とする表面分析装置。 A metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from the sample;
A plurality of electron detectors for detecting the scattered secondary electrons;
A rotating unit that rotates each of the electron detectors to a plurality of measurement positions with a direction perpendicular to the sample surface as a rotation axis;
An arithmetic processing unit that calculates a spin component of the secondary electrons based on an addition value of detection values of the plurality of electron detectors at each measurement position;
A surface analysis apparatus comprising:
パルス電圧が印加され、前記試料から放出されるビーム状の前記2次電子をパルス化して、前記金属標的の方向に引き込む引き込み電極と、
前記引き込み電極に前記パルス電圧を印加するパルス電圧供給部と、
前記金属標的で散乱されパルス化された前記2次電子を検出する複数の電子検出器と、
を有することを特徴とする表面分析装置。 A metal target for colliding and scattering secondary electrons emitted from the sample;
A pulling electrode to which a pulse voltage is applied, pulsates the beam-shaped secondary electrons emitted from the sample, and draws them in the direction of the metal target;
A pulse voltage supply for applying the pulse voltage to the lead-in electrode;
A plurality of electron detectors for detecting the secondary electrons scattered and pulsed by the metal target;
A surface analysis apparatus comprising:
回転部により、試料面に対して垂直方向を回転軸として各前記電子検出器を回転させて、次の前記測定位置に移動させて前記2次電子の検出処理を繰り返させ、
それぞれの前記測定位置における、複数の前記電子検出器の検出値の加算値をもとに、前記2次電子のスピン成分を算出することを特徴とする分析方法。 Secondary electrons emitted from the sample, colliding with the metal target and scattered are detected by a plurality of electron detectors arranged at a plurality of measurement positions,
The rotating unit rotates each of the electron detectors with the direction perpendicular to the sample surface as a rotation axis, moves to the next measurement position, and repeats the detection process of the secondary electrons,
An analysis method comprising: calculating a spin component of the secondary electrons based on an addition value of detection values of a plurality of the electron detectors at each measurement position.
前記金属標的で散乱されパルス化された前記2次電子を電子検出器で検出することを特徴とする分析方法。 Applying a pulse voltage to the drawing electrode for drawing the secondary electrons emitted from the sample in the direction of the metal target to pulse the secondary electrons;
An analysis method, wherein the secondary electrons scattered and pulsed by the metal target are detected by an electron detector.
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JP2009232576A JP2010112944A (en) | 2008-10-06 | 2009-10-06 | Surface analyzer and analysis method |
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US8779359B2 (en) | 2010-11-05 | 2014-07-15 | Advantest Corp. | Defect review apparatus and defect review method |
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