JP2017004774A - Scanning electron microscope for detecting reflection electron - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning electron microscope which detects a reflection electron beam while distinguishing it from a secondary electron.MEANS: Between a scanning device of a probe electron beam and a specimen, both an electric field and a magnetic field are applied. Since directions of progress of the probe electron beam and a reflection electron are reverse, by adjusting azimuth directions and strengths of the electric field and the magnetic field, a relation that " a force applied to the electron by the electric field and a force applied to the electron by the magnetic field are cancelled" is satisfied for the probe electron, and a relation that "the force applied to the electron by the electric field and the force applied to the electron by the magnetic field are made synergistic" is satisfied for the reflection electron. A reflection electron detection device can be disposed at a position away from a path of progress of the probe electron beam, and the reflection electron can be detected while distinguishing it from the secondary electron.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書は、反射電子を検出する走査電子顕微鏡を開示する。   The present specification discloses a scanning electron microscope for detecting reflected electrons.

試料に反射してプローブ電子線と逆方向に進行する反射電子を検出する走査電子顕微鏡が開発されている。その反射電子を検出するためには、プローブ電子線と逆方向に進行する反射電子を検出する必要があり、試料に対してプローブ電子線源と反射電子検出装置を同じ側に配置する必要がある。反射電子検出装置がプローブ電子線と干渉するのを避けるために、反射電子検出装置を円環状とし、円環状の反射電子検出装置の中央開孔をプローブ電子線が通過する構造が開発されている。   Scanning electron microscopes have been developed that detect reflected electrons that are reflected by a sample and travel in the direction opposite to the probe electron beam. In order to detect the reflected electrons, it is necessary to detect the reflected electrons traveling in the opposite direction to the probe electron beam, and it is necessary to arrange the probe electron beam source and the reflected electron detector on the same side with respect to the sample. . In order to prevent the backscattered electron detector from interfering with the probe electron beam, a structure has been developed in which the backscattered electron detector has an annular shape and the probe electron beam passes through the central opening of the annular backscattered electron detector. .

中央開孔をプローブ電子線が通過する円環状の反射電子検出装置の場合、反射電子と二次電子を区別して検出するのが難しい。また反射電子をエネルギーによって分光する分光装置を配置することも困難である。
本明細書では、プローブ電子線と逆方向に進行する反射電子の進行方向を曲げ、プローブ電子線との干渉が問題とならない位置に反射電子検出装置を配置することを可能とする技術を開示する。 In the case of an annular backscattered electron detection device in which a probe electron beam passes through the central aperture, it is difficult to distinguish and detect backscattered electrons and secondary electrons. It is also difficult to arrange a spectroscopic device that divides the reflected electrons by energy.
In the present specification, a technique is disclosed that enables the reflected electron detector to be arranged at a position where the traveling direction of reflected electrons traveling in the direction opposite to the probe electron beam is bent and interference with the probe electron beam does not cause a problem. .

本明細書で開示する走査電子顕微鏡は、プローブ電子線の発生装置と、プローブ電子線の走査装置と、対物レンズと、プローブ電子線が試料で反射して走査装置に向けて進行する反射電子を検出する検出装置を備えている。本明細書で開示する走査電子顕微鏡では、走査装置と対物レンズの間に、電場と磁場の双方を加える電磁場発生装置が挿入されている。磁場が電子に加える力は、電子の進行方向によって変化する。電場と磁場の方位と強度を調整すると、試料に向かって進行する電子には「電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相殺する」関係を得ることができ、試料から離れる向きに進行する電子には「電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相乗する」関係を得ることができる。その結果、試料に向かって進行するプローブ電子線は直進し、試料から離れる向きに進行する反射電子は曲げられる関係を得ることができる。本明細書で開示する走査電子顕微鏡では、電場と磁場が相乗した力によって進行方向が曲げられた反射電子の進行路上に反射電子検出装置を配置する。   The scanning electron microscope disclosed in this specification includes a probe electron beam generator, a probe electron beam scanning device, an objective lens, and reflected electrons that are reflected by the sample and travel toward the scanning device. A detection device for detecting is provided. In the scanning electron microscope disclosed in this specification, an electromagnetic field generator that applies both an electric field and a magnetic field is inserted between a scanning device and an objective lens. The force that the magnetic field applies to the electrons varies depending on the direction of travel of the electrons. By adjusting the direction and intensity of the electric and magnetic fields, the electron traveling toward the sample can have a relationship that "the force applied to the electron by the electric field cancels the force applied to the electron by the magnetic field", and away from the sample. The traveling electron can have a relationship that “the force applied by the electric field to the electron and the force applied by the magnetic field to the electron are synergistic”. As a result, the probe electron beam traveling toward the sample travels straight, and the reflected electrons traveling away from the sample can be bent. In the scanning electron microscope disclosed in this specification, a reflected electron detection device is disposed on a traveling path of reflected electrons whose traveling direction is bent by a force in which an electric field and a magnetic field are combined.

上記によると、プローブ電子線と反射電子検出装置の干渉が避けられ、反射電子検出装置の制約が大幅に緩和される。反射電子のエネルギーによって分光する装置を配置することもできる。また、反射電子と二次電子ではエネルギーレベルが相違することから、電磁場発生装置によって曲げられる角度が相違し、反射電子は反射電子検出装置に到達し、二次電子は反射電子検出装置に到達しない関係を得ることもできる。   According to the above, interference between the probe electron beam and the reflected electron detection device is avoided, and the restrictions on the reflected electron detection device are greatly relaxed. An apparatus for performing spectroscopy using the energy of reflected electrons can also be provided. In addition, since the energy level is different between the reflected electron and the secondary electron, the angle bent by the electromagnetic field generator is different, the reflected electron reaches the reflected electron detector, and the secondary electron does not reach the reflected electron detector. You can also get a relationship.

プローブ電子線に、スピン偏極電子線（スピン方向が偏在している電子線）を利用することができる。この場合スピンＳＥＭが得られる。
現状で利用可能なスピンＳＥＭは、二次電子のスピン方向を検出する。プローブ電子線のスピン方向は、二次電子のスピン方向に保存されない。そこで現状で利用可能なスピンＳＥＭは、スピン方向が偏極していないプローブ電子線を用い、その無偏極プローブ電子線が試料に衝突することで発生する二次原子のスピン方向を検出する。現状のスピンＳＥＭは、スピン方向が偏極しているプローブ電子線の反射を検出するものでない。プローブ電子線のスピン方向と試料との関係が検出できれば、試料に関する研究がさらに進む。また、現状で利用可能なスピンＳＥＭは、二次電子のスピン方向を検出する。スピン方向を検出するためには大型の検出装置を利用して長時間の検出を継続する必要がある。それに対して、プローブ電子線のスピン方向を制御する技術によると、反射電子のスピン方向を検出する必要がなくなり、検出装置を小型化することができ、検出時間を短時間化することが可能となる。特許第５６２６６９４号に、スピン方向が偏在している電子線を発生させるとともに、そのスピン方向を反転させることが可能な電子線源が開示されており、それをプローブ電子線の発生装置に利用することができる。プローブ電子線のスピン方向を反転させ、検出結果の差分を求めることで、コントラストの高い検出結果を得ることができる。 A spin-polarized electron beam (an electron beam in which the spin direction is unevenly distributed) can be used as the probe electron beam. In this case, a spin SEM is obtained.
Currently available spin SEMs detect the spin direction of secondary electrons. The spin direction of the probe electron beam is not preserved in the spin direction of the secondary electrons. Therefore, currently available spin SEMs use a probe electron beam whose spin direction is not polarized, and detect the spin direction of secondary atoms generated when the unpolarized probe electron beam collides with a sample. The current spin SEM does not detect the reflection of the probe electron beam whose spin direction is polarized. If the relationship between the spin direction of the probe electron beam and the sample can be detected, further research on the sample will proceed. Also, currently available spin SEMs detect the spin direction of secondary electrons. In order to detect the spin direction, it is necessary to continue detection for a long time using a large detection device. On the other hand, according to the technique for controlling the spin direction of the probe electron beam, it is not necessary to detect the spin direction of the reflected electrons, the detection device can be downsized, and the detection time can be shortened. Become. Japanese Patent No. 5626694 discloses an electron beam source capable of generating an electron beam having an uneven spin direction and reversing the spin direction, and uses the electron beam source for a probe electron beam generator. be able to. A detection result with high contrast can be obtained by reversing the spin direction of the probe electron beam and obtaining the difference between the detection results.

反射電子に電場と磁場を加えて屈曲させる場合、プローブ電子線にも電場と磁場が加えられる。磁場によってプローブ電子線のスピン方向が変化する。その影響を避けるためには、走査装置に磁場を利用するタイプを採用し、走査装置がプローブ電子線のスピン方向に与える影響と、電磁場発生装置がプローブ電子線のスピン方向に与える影響が相殺する関係とすることが好ましい。この場合、反射電子に電場と磁場を加えて屈曲させる際に反射電子のスピン方向が変化するが、反射電子のスピン方向は観測しないために問題とならない。   When the reflected electron is bent by applying an electric field and a magnetic field, the electric field and the magnetic field are also applied to the probe electron beam. The spin direction of the probe electron beam is changed by the magnetic field. In order to avoid the influence, a type using a magnetic field is adopted for the scanning device, and the influence of the scanning device on the spin direction of the probe electron beam cancels the influence of the electromagnetic field generator on the spin direction of the probe electron beam. It is preferable to have a relationship. In this case, when the reflected electrons are bent by applying an electric field and a magnetic field, the spin direction of the reflected electrons changes. However, since the spin direction of the reflected electrons is not observed, there is no problem.

プローブ電子線にスピン偏極電子線を利用する装置は、反射電子以外の物理現象を検出するのに流用することができる。例えば試料に電子線を照射することで生じる発光現象を検出する技術（逆光電子分光）が知られている。本明細書に開示する装置を利用すると、試料にスピン偏極電子線を照射することで生じる発光現象を検出することが可能となる。その場合、反射電子を検出する必要がないことから、反射電子に電場も磁場を加える必要がない。そのような利用方法が想定される場合には、プローブ電子線の走査装置に磁場を利用しないタイプを採用することが好ましい。磁場を利用しなければ、走査装置がスピン方向に影響することを防止でき、試料とスピン方向の関係を調整しやすくなる。   An apparatus using a spin-polarized electron beam as a probe electron beam can be used to detect physical phenomena other than reflected electrons. For example, a technique (reverse photoelectron spectroscopy) for detecting a light emission phenomenon caused by irradiating a sample with an electron beam is known. By using the apparatus disclosed in this specification, it becomes possible to detect a light emission phenomenon that occurs when a sample is irradiated with a spin-polarized electron beam. In this case, since it is not necessary to detect the reflected electrons, it is not necessary to apply an electric field or a magnetic field to the reflected electrons. When such a utilization method is assumed, it is preferable to employ a type that does not utilize a magnetic field for the scanning device for the probe electron beam. If a magnetic field is not used, the scanning device can be prevented from affecting the spin direction, and the relationship between the sample and the spin direction can be easily adjusted.

磁気記録材料の技術分野では、高密度化の進行とともに磁区サイズが小型化している。本明細書に開示されている走査電子顕微鏡によると、ナノメータの分解能で磁区構造等を観察することが可能となる。磁気記録材料の開発促進に寄与することができる。   In the technical field of magnetic recording materials, the magnetic domain size is becoming smaller as the density increases. According to the scanning electron microscope disclosed in this specification, it is possible to observe the magnetic domain structure and the like with nanometer resolution. This can contribute to the promotion of development of magnetic recording materials.

実施例１の電子顕微鏡の構成を示す図。1 is a diagram illustrating a configuration of an electron microscope of Example 1. FIG. 実施例２の電子顕微鏡の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an electron microscope of Example 2.

以下に説明する実施例の技術的特徴を列記する。
（特徴１）励起光で励起した状態の試料を観測する。
（特徴２）パルス状のプローブ電子線を利用する。 The technical features of the embodiments described below are listed.
(Characteristic 1) A sample excited with excitation light is observed.
(Feature 2) A pulsed probe electron beam is used.

（実施例１）
図１は、実施例１の走査電子顕微鏡２２の構成を模式的に示している。この走査電子顕微鏡２２は、スピン偏極電子線を発生させるプローブ電子線発生装置２と、プローブ電子線に電場や磁場を加えてプローブ電子線の進行方向を回転させるプローブ電子線の進行方向回転装置４と、プローブ電子線を収束する集束レンズ６と、プローブ電子線の進行方向を曲げて試料１２上におけるプローブ電子線の照射位置をｘ−ｙ方向に走査する走査装置８と、プローブ電子線２０と反射電子線１８に電場と磁場の双方を加える電磁場発生装置１４と、対物レンズ１０と、試料１２を保持する装置と、電磁場発生装置１４によって進行方向が回転した（曲げられた）反射電子線１８を検出する反射電子検出装置１６を備えている。電磁場発生装置１４が加える電場と磁場の方位と強度は、試料１２に向かって進行するプローブ電子線２０に対しては、「電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相殺する」関係を満たし、試料１２から離れる向きに進行する反射電子線１８に対しては、「電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相乗して加わる」関係となるように選定されている。プローブ電子線２０は直進し、反射電子線１８は電場と磁場によって曲げられる。反射電子検出装置１６は、電磁場発生装置１４によって進行方向が回転した反射電子線１８の進行路上に置かれており、試料１２で反射された反射電子線１８を検出する。反射電子検出装置１６は、プローブ電子線２０と干渉しない位置にある。 Example 1
FIG. 1 schematically shows the configuration of the scanning electron microscope 22 of the first embodiment. This scanning electron microscope 22 includes a probe electron beam generator 2 that generates a spin-polarized electron beam, and a probe electron beam traveling direction rotating device that applies an electric field or a magnetic field to the probe electron beam to rotate the traveling direction of the probe electron beam. 4, a focusing lens 6 that converges the probe electron beam, a scanning device 8 that scans the irradiation position of the probe electron beam on the sample 12 in the xy direction by bending the traveling direction of the probe electron beam, and the probe electron beam 20 Electromagnetic field generator 14 that applies both an electric field and a magnetic field to reflected electron beam 18, an objective lens 10, a device that holds sample 12, and a reflected electron beam whose traveling direction is rotated (bent) by electromagnetic field generator 14. A backscattered electron detector 16 for detecting 18 is provided. The direction and intensity of the electric field and magnetic field applied by the electromagnetic field generator 14 are related to the probe electron beam 20 traveling toward the sample 12 as “the force applied to the electrons by the electric field cancels the force applied to the electrons by the magnetic field”. And the reflected electron beam 18 traveling in a direction away from the sample 12 is selected so as to have a relationship that “the force applied to the electrons by the electric field and the force applied to the electrons by the magnetic field are combined”. The probe electron beam 20 goes straight, and the reflected electron beam 18 is bent by an electric field and a magnetic field. The reflected electron detector 16 is placed on the traveling path of the reflected electron beam 18 whose traveling direction is rotated by the electromagnetic field generator 14, and detects the reflected electron beam 18 reflected by the sample 12. The backscattered electron detector 16 is in a position where it does not interfere with the probe electron beam 20.

プローブ電子線の発生装置２の詳細は、特許第５６２６６９４号に開示されている。プローブ電子線の発生装置２は、スピン偏極電子線をパルス状に（すなわち間欠的に）発生する。ここでいうスピン偏極電子線は、アップスピンの電子数とダウンスピンの電子数を比較したときに、一方が他方を大きく優越しており、電子のスピン方向が偏在している電子線のことをいう。プローブ電子線の発生装置２は、パルスごとに、アップスピン電子が優越している状態と、ダウンスピン電子が優越している状態を反転させることができる。ここでいうアップスピンは、スピンがプローブ電子線の進行方向（＋ｘ方向）を向いていることをいい。ダウンスピンは、スピンがプローブ電子の反進行方向（-ｘ方向）を向いていることをいう。プローブ電子線は、ｘ―ｙ平面内のスピンをもっている。   Details of the probe electron beam generator 2 are disclosed in Japanese Patent No. 5626694. The probe electron beam generator 2 generates a spin-polarized electron beam in a pulse shape (that is, intermittently). The spin-polarized electron beam here is an electron beam in which one of the spin spins is unevenly distributed when one compares the number of up-spin electrons with the number of down-spin electrons. Say. The probe electron beam generator 2 can reverse the state in which up-spin electrons are dominant and the state in which down-spin electrons are dominant for each pulse. Up-spin here means that the spin is directed in the traveling direction (+ x direction) of the probe electron beam. Down-spin means that the spin is directed in the counter-advancing direction (−x direction) of the probe electrons. The probe electron beam has a spin in the xy plane.

プローブ電子線の進行方向回転装置４の詳細も、特許第５６２６６９４号に開示されている。進行方向回転装置４は、電子に電場と磁場を加え、電子の進行方向を回転させる。図１の場合、ｘ方向に向かう電子の進行方向を回転させてｚ方向に進行させる。原則として、進行方向回転装置４は電子のスピン方向を変化させない。進行方向回転装置４を通過してｚ方向に進行するプローブ電子は、パルスによって、＋ｘ方向のスピンをもつアップスピン電子か、-ｘ方向のスピンをもつダウンスピン電子をもっている。電子の移動速度が低速であれば、電子に電場を加えてもスピン方向は回転しないが、相対論が無視できないほどの高速度で電子が移動する場合には、電場もスピン方向に影響する。電場と磁場の強度を独立に調整することで、電子線の進行方向の回転角とスピン方向の回転角を独立に調整することができる。進行方向は回転し、スピン方向は回転しない関係を実現することもできる。   Details of the probe electron beam traveling direction rotating device 4 are also disclosed in Japanese Patent No. 5626694. The traveling direction rotating device 4 applies an electric field and a magnetic field to electrons and rotates the traveling direction of the electrons. In the case of FIG. 1, the traveling direction of electrons traveling in the x direction is rotated to travel in the z direction. In principle, the traveling direction rotating device 4 does not change the spin direction of electrons. The probe electrons traveling in the z direction through the traveling direction rotating device 4 have up spin electrons having a spin in the + x direction or down spin electrons having a spin in the −x direction, depending on the pulse. If the moving speed of the electrons is low, the spin direction does not rotate even if an electric field is applied to the electrons, but if the electrons move at such a high speed that the relativity cannot be ignored, the electric field also affects the spin direction. By independently adjusting the strengths of the electric and magnetic fields, the rotation angle in the traveling direction of the electron beam and the rotation angle in the spin direction can be adjusted independently. It is also possible to realize a relationship in which the traveling direction rotates and the spin direction does not rotate.

集束レンズ６の詳細も、特許第５６２６６９４号に開示されている。集束レンズ６は、ｘ−ｙ面内においてスピン方向を回転させる能力を持ち、試料１２を観測する最適なスピン方向に回転させることができる。アップスピン電子による検出結果とダウンスピン電子による検出結果の差異が大きくなって鮮明なコントラストが得られるスピン方向に回転させることができる。   Details of the focusing lens 6 are also disclosed in Japanese Patent No. 5626694. The focusing lens 6 has the ability to rotate the spin direction in the xy plane, and can be rotated in the optimum spin direction for observing the sample 12. The difference between the detection result by the up-spin electrons and the detection result by the down-spin electrons is large, and the rotation can be performed in the spin direction in which a clear contrast is obtained.

走査装置８は、プローブ電子線の進行方向を曲げて試料１２上におけるプローブ電子線の照射位置をｘ−ｙ方向に走査する。   The scanning device 8 scans the irradiation position of the probe electron beam on the sample 12 in the xy direction by bending the traveling direction of the probe electron beam.

電磁場発生装置１４は、電場と磁場の両方を発生する。磁場が電子に加える力は、電子の進行方向によって変化する。電磁場発生装置１４は、試料１２に向かって進行するプローブ電子線２０に対して、電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相殺する関係を満たす方位と強度に調整されている電場と磁場を加える。その場合、試料１２から離れる向きに進行する反射電子線１８には、電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相乗して加わる関係となる。プローブ電子線２０は電磁場発生装置１４中を直進し、反射電子線１８は電磁場発生装置１４によって進行方向が回転する。   The electromagnetic field generator 14 generates both an electric field and a magnetic field. The force that the magnetic field applies to the electrons varies depending on the direction of travel of the electrons. The electromagnetic field generator 14 has an electric field adjusted to an azimuth and intensity satisfying a relationship in which the force applied by the electric field to the electrons and the force applied by the magnetic field to the electrons cancel each other with respect to the probe electron beam 20 traveling toward the sample 12. Apply a magnetic field. In this case, the reflected electron beam 18 traveling away from the sample 12 has a relationship in which the force applied by the electric field to the electrons and the force applied by the magnetic field to the electrons are combined. The probe electron beam 20 travels straight through the electromagnetic field generator 14, and the traveling direction of the reflected electron beam 18 is rotated by the electromagnetic field generator 14.

電磁場発生装置１４によって試料から離れる向きに進行する電子線の進行方向が回転するが、進行方向の回転角は電子のエネルギー（電子の速度）によって変化する。反射電子検出装置１６は、電磁場発生装置１４によって進行方向が回転した反射電子線の進行路上に配置されている。反射電子線とは異なるエネルギーを持つ二次電子線は、反射電子検出装置１６に到達しない。図１の走査電子顕微鏡２２によると、二次電子ではなく、反射電子のみを検出することができる。   The traveling direction of the electron beam traveling in a direction away from the sample is rotated by the electromagnetic field generator 14, and the rotation angle in the traveling direction varies depending on the energy of electrons (electron velocity). The backscattered electron detector 16 is disposed on the travel path of the backscattered electron beam whose travel direction is rotated by the electromagnetic field generator 14. A secondary electron beam having energy different from that of the reflected electron beam does not reach the reflected electron detector 16. According to the scanning electron microscope 22 of FIG. 1, only reflected electrons can be detected, not secondary electrons.

電磁場発生装置１４は、電子線に磁場を加えることによってスピン方向を回転させる。本装置の場合、反射電子検出装置１６はスピン方向に依らないことから、電磁場発生装置１４が反射電子線１８のスピン方向を回転させることは問題とならない。
しかしながら、電磁場発生装置１４がプローブ電子線のスピン方向を回転させると、試料とスピン方向の関係に影響してしまう。本実施例では、走査装置８によってプローブ電子線のスピン方向が回転し、電磁場発生装置１４によってプローブ電子線のスピン方向が回転する。両者が打ち消される関係としている。試料とプローブ電子線のスピン方向の関係が、意図した関係からずれ難くしている。 The electromagnetic field generator 14 rotates the spin direction by applying a magnetic field to the electron beam. In the case of this apparatus, since the backscattered electron detector 16 does not depend on the spin direction, it does not matter that the electromagnetic field generator 14 rotates the spin direction of the backscattered electron beam 18.
However, if the electromagnetic field generator 14 rotates the spin direction of the probe electron beam, the relationship between the sample and the spin direction is affected. In this embodiment, the spin direction of the probe electron beam is rotated by the scanning device 8, and the spin direction of the probe electron beam is rotated by the electromagnetic field generator 14. Both are negated. The relationship between the spin direction of the sample and the probe electron beam is difficult to deviate from the intended relationship.

反射電子検出装置１６は、反射電子線の空間的密度分布を計測する。アップスピンによる空間的密度分布と、ダウンスピンによる空間的密度分布の差を検出することができる。差をとることでコントラストの高い分布を得ることができる。空間的密度分布をフーリエ変換することによって、試料表面の情報を細かな分解能（１ｎｍ以下）で知ることが可能となる。スピン偏極電子線の反射率は、試料表面の磁化方向に依存して変化する。試料表面の磁区の分布を細かな分解能で知ることが可能となる。   The backscattered electron detector 16 measures the spatial density distribution of the backscattered electron beam. The difference between the spatial density distribution due to upspin and the spatial density distribution due to downspin can be detected. By taking the difference, a high contrast distribution can be obtained. By performing Fourier transform on the spatial density distribution, it is possible to know information on the sample surface with fine resolution (1 nm or less). The reflectivity of the spin-polarized electron beam changes depending on the magnetization direction of the sample surface. It becomes possible to know the distribution of magnetic domains on the sample surface with fine resolution.

特許第５６２６６９４号に開示されているように、パルス状プローブ電子線２０は、パルス状レーザー光に励起されて発生する。そのパルス状レーザー光の一部が試料１２を照射する関係とすることもできる。この場合、レーザー光によって励起されている状態の試料を観測することが可能となる。またロックインアンプを同様にして、ＳＮ比を下げることもできる。短時間で試料を観測することが可能となる。   As disclosed in Japanese Patent No. 5626694, the pulsed probe electron beam 20 is generated by being excited by a pulsed laser beam. A part of the pulsed laser beam may be irradiated with the sample 12. In this case, it is possible to observe a sample excited by laser light. Similarly, the S / N ratio can be lowered by using a lock-in amplifier. The sample can be observed in a short time.

（実施例２）
図２に示すように、実施例２では、反射電子検出装置として、電子のエネルギーによって分光する分光装置１６ａを用いる。分光装置１６ａには、国際公表ＷＯ２０１４／１０４０２２号公報に開示されている分光装置が利用可能であり、反射電子が分光装置に入射する角（入射位置）と電子のエネルギーによって分光する。これによって、試料とスピン偏極電子の相互作用をより深く観測することが可能となる。 (Example 2)
As shown in FIG. 2, in the second embodiment, a spectroscopic device 16 a that performs spectroscopy using electron energy is used as the reflected electron detection device. As the spectroscopic device 16a, a spectroscopic device disclosed in International Publication No. WO2014 / 104022 can be used, and reflected electrons are dispersed by an angle (incident position) incident on the spectroscopic device and energy of electrons. This makes it possible to observe the interaction between the sample and spin-polarized electrons more deeply.

図１あるいは図２に示した走査電子顕微鏡は、スピン偏極電子をプローブ電子線として試料に照射する。その機能を利用して逆光電子効果を検出することができる。この場合は試料の表面の発光現象を検出できる光検出装置を利用する。光検出装置による逆光電子現象の観測と、反射電子検出装置１６，１６ａによる反射原子の観測を同時に実施してもよい。逆光電子現象を観測する場合には、電磁場発生装置１４によって電場と磁場を発生させる必要はない。図１と図２の電子顕微鏡に光検出装置を組み込むことによって逆光電子現象の観測が可能となる。スピン偏極電子線と試料が相互作用して発光する現象を観測することによって、試料の理解がより深まるものと期待できる。   The scanning electron microscope shown in FIG. 1 or 2 irradiates a sample with spin-polarized electrons as a probe electron beam. The back photoelectron effect can be detected using this function. In this case, a light detection device that can detect the light emission phenomenon on the surface of the sample is used. Observation of the reverse photoelectron phenomenon by the photodetection device and observation of the reflected atoms by the backscattered electron detection devices 16 and 16a may be performed simultaneously. When observing the reverse photoelectron phenomenon, it is not necessary to generate an electric field and a magnetic field by the electromagnetic field generator 14. By incorporating a photodetection device into the electron microscopes of FIGS. 1 and 2, the reverse photoelectron phenomenon can be observed. By observing the phenomenon in which the spin-polarized electron beam and the sample interact to emit light, it can be expected that the sample will be further understood.

プローブ電子線に対して試料を大きく傾斜させると（入射角を浅くすると）、電子が走査装置から離れる側に反射する関係を得ることができる。その関係を利用してプローブ電子線と反射電子検出装置の干渉を避けることが可能である。その場合、スピン偏極電子をプローブ電子線とすることも可能である。この技術によってスピンＳＥＭを実現することも可能であるが、本明細書に記載したように、試料から走査装置の側に向かう反射電子を検出する方が有利である。試料に対するプローブ電子線の入射角が大きいと（９０°に近いと）、分解能が細かくなり、表面が傾斜している試料を観測しやすい。   When the sample is greatly inclined with respect to the probe electron beam (when the incident angle is made shallow), a relationship in which electrons are reflected away from the scanning device can be obtained. By utilizing this relationship, it is possible to avoid interference between the probe electron beam and the reflected electron detector. In that case, the spin-polarized electron can be a probe electron beam. Although it is possible to realize a spin SEM by this technique, it is advantageous to detect the reflected electrons from the sample toward the scanning device as described herein. When the incident angle of the probe electron beam with respect to the sample is large (close to 90 °), the resolution becomes fine and it is easy to observe the sample whose surface is inclined.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

２：スピン偏極電子線発生装置（プローブ電子線発生装置）
４：プローブ電子線の進行方向回転装置
６：集束レンズ
８：走査装置
１０：対物レンズ
１２：試料
１４：電磁場発生装置
１６：反射電子検出装置
１６ａ：反射電子分光装置
１８：反射電子線
２０：プローブ電子線

2: Spin-polarized electron beam generator (probe electron beam generator)
4: Probe electron beam traveling direction rotation device 6: Focusing lens 8: Scanning device 10: Objective lens 12: Sample 14: Electromagnetic field generator 16: Reflected electron detector 16a: Reflected electron spectrometer 18: Reflected electron beam 20: Probe Electron beam

Claims (5)

プローブ電子線の発生装置と、プローブ電子線の走査装置と、対物レンズと、プローブ電子線が試料で反射して前記走査装置に向けて進行する反射電子を検出する検出装置を備えており、
前記走査装置と前記対物レンズの間に、前記試料に向かって進行する電子には「電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相殺する」関係を満たし、前記試料から離れる向きに進行する電子には「電場が電子に加える力と磁場が電子に加える力が相乗する」関係を満たす方位と強度に調整されている電場と磁場を加える電磁場発生装置が挿入されており、
前記検出装置は、前記した相乗した力によって進行方向が曲げられた反射電子の進行路上に配置されており、
プローブ電子線は直進し、反射電子は屈曲することを特徴とする走査電子顕微鏡。 A probe electron beam generator, a probe electron beam scanning device, an objective lens, and a detection device that detects reflected electrons that are reflected from the sample and travel toward the scanning device;
The electrons traveling toward the sample between the scanning device and the objective lens satisfy the relationship that “the force applied to the electrons by the electric field cancels the force applied to the electrons by the magnetic field”, and travel in a direction away from the sample. An electromagnetic field generator that applies an electric field and a magnetic field adjusted to an orientation and intensity satisfying the relationship that “the force applied to the electron by the electric field and the force applied to the electron synergize” is inserted in the electron to be
The detection device is disposed on the traveling path of the reflected electrons whose traveling direction is bent by the synergistic force described above,
A scanning electron microscope characterized in that the probe electron beam goes straight and the reflected electrons bend. 前記発生装置が、スピン方向が偏在しているプローブ電子線を発生させるとともに、時間とともに偏在しているスピン方向を反転させることを特徴とする請求項１の走査電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the generation device generates a probe electron beam having an uneven spin direction and reverses the spin direction uneven with time. 前記走査装置が磁場を利用し、前記磁場が前記プローブ電子線のスピン方向に与える影響と、前記電磁場発生装置が前記プローブ電子線のスピン方向に与える影響が相殺する関係にあることを特徴とする請求項２の走査電子顕微鏡。   The scanning device uses a magnetic field, and the influence of the magnetic field on the spin direction of the probe electron beam is offset from the influence of the electromagnetic field generator on the spin direction of the probe electron beam. The scanning electron microscope according to claim 2. 前記走査装置が、磁場を利用しないことを特徴とする請求項２の走査電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 2, wherein the scanning device does not use a magnetic field. 前記検出装置が前記反射電子のスピン方向に依存しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの１項に記載の走査電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the detection device does not depend on a spin direction of the reflected electrons.
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