KR20230139294A - Polarized microscopy and intra image field correction method - Google Patents

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KR20230139294A
KR20230139294A KR1020220145462A KR20220145462A KR20230139294A KR 20230139294 A KR20230139294 A KR 20230139294A KR 1020220145462 A KR1020220145462 A KR 1020220145462A KR 20220145462 A KR20220145462 A KR 20220145462A KR 20230139294 A KR20230139294 A KR 20230139294A
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토모키 오니시
켄 오자와
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삼성전자주식회사
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Abstract

시야내의 자화 특성을 고정밀도로 측정할 수 있는 편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법을 제공한다.
실시 형태에 관한 편광 현미경 장치는, 조명광을 생성하는 광원과, 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 조명광을 투과시키는 편광자와, 직선 편광을 포함한 조명광으로 시료를 조명함과 동시에, 조명광이 시료에서 반사된 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와, 반사광에서의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자와, 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부와, 시료에 인가하는 외부 자장을 생성하는 자석과, 취득한 화상을 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 화상 처리부는, 시야내의 ROI마다의 편광 회전 각도 분포, 및 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출하고, 장치 정수 및 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 ROI마다 커 회전의 회전각을 산출한다.
A polarizing microscope device capable of measuring magnetization characteristics within a field of view with high precision and a within-field correction analysis method are provided.
The polarizing microscope device according to the embodiment includes a light source that generates illumination light, a polarizer through which the illumination light is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in the first polarization direction, and simultaneously illuminating a sample with the illumination light including linearly polarized light. An objective lens that transmits the reflected light reflected from the sample, an analyzer that transmits the linearly polarized component of the reflected light in the second polarization direction, an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light, and an external magnetic field applied to the sample. It is provided with a generating magnet and an image processing unit that processes the acquired image, wherein the image processing unit calculates a device constant including a polarization rotation angle distribution and an ellipticity square distribution for each ROI in the field of view, and uses the device constant and a hysteresis loop. From the analysis, the rotation angle of the rotation is calculated for each ROI.

Description

편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법{Polarized microscopy and intra image field correction method}Polarized microscope device and intra-field correction analysis method {Polarized microscopy and intra image field correction method}

본 개시는 편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a polarizing microscope device and an in-field correction analysis method.

커(Kerr) 효과 현미경 및 자구 관찰 현미경은, 고전적인 편광 현미경을 기본으로 하고 있으며, 널리 사용되고 있다.Kerr effect microscopy and magnetic domain observation microscopy are based on classical polarization microscopy and are widely used.

특허문헌 1: 미국 특허 제4410277호 명세서Patent Document 1: US Patent No. 4410277 Specification 특허문헌 2: 일본 특개 2009-042040호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Publication No. 2009-042040

비특허문헌 1: 메구로, "국소 자화 검출 가능한 커 효과 현미경의 개발과 공간 자장 검출에 대한 응용", 현미경, Vol.52, No.3 (2017).Non-patent Document 1: Meguro, “Development of a Kerr effect microscope capable of detecting local magnetization and application to spatial magnetic field detection”, Microscope, Vol.52, No.3 (2017). 비특허문헌 2: P. Wolniansky, et.al, "Magneto-optical measurements of hysteresis loop and anisotropy energy constants on amorphous TbxFe1-x alloys", Applied Physics 60, 346 (1986).Non-patent Document 2: P. Wolniansky, et.al, "Magneto-optical measurements of hysteresis loop and anisotropy energy constants on amorphous TbxFe1-x alloys", Applied Physics 60, 346 (1986).

본 개시는, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 자기 특성을 고정밀도로 측정할 수 있는 편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법을 제공한다.The present disclosure has been made in view of the above problems, and provides a polarizing microscope device capable of measuring magnetic properties with high precision and an in-field correction analysis method.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 개시의 기술적 사상은, 조명광을 생성하는 광원; 상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자; 시료에서 반사된 반사광의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자; 상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부; 및 취득한 상기 화상을 처리하는 화상 처리부;를 포함하고, 상기 화상 처리부는, 장치 정수를 산출하고, 관심 영역마다의 복수의 히스테리시스 루프를 취득하며, 및 상기 장치 정수 및 상기 복수의 히스테리시스 루프를 이용하여, 상기 관심 영역마다의 커 회전의 회전각을 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치를 제공한다.In order to solve the above-described problem, the technical idea of the present disclosure is to include a light source that generates illumination light; a polarizer through which the illumination light generated by the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction; an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction of the reflected light reflected from the sample; an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light; and an image processing unit that processes the acquired image, wherein the image processing unit calculates a device constant, acquires a plurality of hysteresis loops for each region of interest, and uses the device constant and the plurality of hysteresis loops. A polarizing microscope device is provided, characterized in that it calculates the rotation angle of Kerr rotation for each region of interest.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 개시의 기술적 사상은, 조명광을 생성하는 광원; 상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자; 시료에서 반사된 반사광의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자; 상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부; 상기 시료에 인가되는 외부 자장을 생성하는 자석; 취득한 상기 화상을 처리하는 화상 처리부;를 포함하고, 상기 화상 처리부는, 상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서, 상기 시료를 자장 인가하지 않은 상태에서 이용함으로써 비자성 경면으로 간주할 수 있는 시료에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함으로써 취득한 복수의 상기 화상으로부터, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출하고, 상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제1 각도로 설정한 경우에, 상기 관심 영역마다의 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하고, 상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제2 각도로 설정한 경우에, 상기 관심 영역마다의 상기 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하고, 상기 장치 정수, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 상기 관심 영역마다 커 회전의 회전각을 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치를 제공한다.In order to solve the above-described problem, the technical idea of the present disclosure is to include a light source that generates illumination light; a polarizer through which the illumination light generated by the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction; an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction of the reflected light reflected from the sample; an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light; A magnet that generates an external magnetic field applied to the sample; an image processing unit that processes the acquired image, wherein the image processing unit rotates the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction at predetermined intervals within a predetermined range, while rotating the sample without applying a magnetic field. From the plurality of images acquired by illuminating the polarized illumination light on a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface by using the state, the polarization rotation angle distribution for each region of interest in the field of view including the plurality of regions of interest, and other When calculating a device constant including the square distribution of the ellipticity by the original image and setting the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction as the first angle, a hysteresis loop of the luminance value for each region of interest is acquired, and when the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the hysteresis loop of the luminance value for each region of interest is acquired, the device constant, the first A polarizing microscope device is provided, wherein a rotation angle of rotation is calculated for each region of interest from analysis using the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 개시의 기술적 사상은, 조명광을 생성하는 광원, 상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자, 상기 직선 편광을 포함한 상기 조명광으로 시료를 조명함과 동시에, 상기 조명광이 상기 시료에서 반사된 반사광을 투과시키는 대물 렌즈, 상기 반사광에서의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자, 상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부, 상기 시료에 인가되는 외부 자장을 생성하는 자석, 및 취득한 상기 화상을 처리하는 화상 처리부를 포함하는 편광 현미경 장치를 이용한 시야내 보정 해석 방법으로서, 상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서, 비자성의 상기 시료, 또는 자성체를 포함한 상기 시료를 자장 인가하지 않은 상태에서 이용함으로써 비자성 경면으로 간주할 수 있는 시료에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함으로써 취득한 복수의 상기 화상으로부터, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출하는 제1 단계; 상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제1 각도로 설정한 경우에, 상기 자성체를 포함한 상기 시료의 상기 자성체 부분에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함과 동시에, 상기 외부 자장을 스위핑하면서 취득한 복수의 화상으로부터 상기 관심 영역마다의 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하고, 상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제2 각도로 설정한 경우에, 상기 자성체를 포함한 상기 시료의 상기 자성체 부분에 대해, 상기 편광된 조명광을 조명함과 동시에, 상기 외부 자장을 스위핑하면서 취득한 복수의 화상으로부터 상기 관심 영역마다의 상기 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하는 제2 단계; 및 상기 장치 정수, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 상기 관심 영역마다 커 회전의 회전각을 산출하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시야내 보정 해석 방법을 제공한다.In order to solve the above-described problem, the technical idea of the present disclosure is to include a light source that generates illumination light, a polarizer through which the illumination light generated by the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction, and the linearly polarized light. illuminating a sample with the illumination light including an objective lens that transmits reflected light reflected from the sample, an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in the second polarization direction in the reflected light, and an image of the reflected light. An in-field correction analysis method using a polarization microscope device including an image acquisition unit to acquire an image, a magnet to generate an external magnetic field applied to the sample, and an image processing unit to process the acquired image, wherein the first polarization direction and the first polarization direction are 2 By rotating the angle formed by the polarization direction at predetermined intervals within a predetermined range and using the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material in a state without applying a magnetic field, polarized light is applied to a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface. A first step of calculating device constants including a polarization rotation angle distribution for each region of interest in a field of view including a plurality of regions of interest, and a square distribution of ellipticity due to ellipticalization, from the plurality of images acquired by illuminating the illumination light. ; When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to the first angle, the polarized illumination light is illuminated on the magnetic material portion of the sample including the magnetic material, and the external When a hysteresis loop of luminance values for each region of interest is acquired from a plurality of images acquired while sweeping a magnetic field, and the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set as a second angle, the magnetic body A second step of illuminating the magnetic portion of the sample with the polarized illumination light and acquiring a hysteresis loop of the luminance value for each region of interest from a plurality of images acquired while sweeping the external magnetic field; And a third step of calculating the rotation angle of the cursor rotation for each region of interest from analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle. Provides an in-field correction analysis method.

본 개시에 의해, 시야내의 자화 특성을 고정밀도로 측정할 수 있는 편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법을 제공한다.According to the present disclosure, a polarizing microscope device capable of measuring magnetization characteristics within a field of view with high precision and a correction analysis method within a field of view are provided.

도 1은, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치를 예시한 구성도이다.
도 2는, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치에서, 커 효과를 예시한 모식도이다.
도 3은, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치에 의해 측정한 시야내의 5개의 관심 영역에서의 히스테리시스 루프를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다.
도 4는, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치로 측정한 시야내의 5개의 ROI에서의 히스테리시스 루프를 각 ROI의 휘도 수치의 평균으로 규격화하고, 나아가 시야 중심의 ROI에서의 평균으로 규격화한 것이다.
도 5는, 비교예에 관한 스폿 계측기로 측정한 시야내의 5개의 ROI에서의 히스테리시스 루프를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 시야 중심의 ROI에서의 평균치로 규격화한 물리량의 커 회전의 회전각을 나타낸다.
도 6은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치를 예시한 구성도이다.
도 7은, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법을 예시한 흐름도이다.
도 8은, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법을 예시한 흐름도이다.
도 9는, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법을 예시한 흐름도이다.
도 10은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 화상을 예시한 도면이다.
도 11은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 복수의 화상으로부터, ROI마다 검광자 투과 각도 데이터로 변환하는 것을 설명하는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 검광자 투과 각도 데이터를 예시한 그래프로서, 횡축은 검광자의 편광 방향의 각도를 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다.
도 13은, (a)~(c)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)에서, 휘도 불균일a(x, y)의 분포, 편광 회전 각도 Θ0(x, y)의 분포, 및, 타원율η의 제곱 η2(x, y)의 분포를 예시한 도면이다.
도 14는, (a)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 복수의 ROI를 포함한 화상을 예시한 도면이고, (b)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 화상으로부터 ROI마다 추출된 히스테리시스 루프를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다.
도 15는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 히스테리시스 루프 및 피팅하는 함수를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다.
도 16은, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법에서 이용하는 수식을 예시한 도면이다.
도 17은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치에 의해 취득되는 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및 슬로프α(x, y)의 정의를 예시한 그래프이다.
도 18은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치에 의해 취득되는 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및 슬로프α(x, y)의 정의를 예시한 그래프이다.
도 19는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치에서, 외부 자장을 인가하지 않은 경우의 편광면의 회전 및 타원화를 예시한 도면이다.
도 20은, 빔 스플리터가 없는 상태에서, 시료에서 반사된 반사광이 화상 취득부의 촬상면에 도달할 때까지의 광 경로를 예시한 도면이다.
도 21은, 빔 스플리터가 있는 상태에서, 시료에서 반사된 반사광이 화상 취득부의 촬상면에 도달할 때까지의 광 경로를 예시한 도면이다.
도 22는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치에서, 외부 자장을 인가한 경우의 편광면의 회전 및 타원화를 예시한 도면이다.
도 23은, (a)은, 검광자의 편광 방향의 각도를 +4°로 설정한 경우의 히스테리시스 루프의 고저 그레이 레벨 차이 레인지를 시야 중심의 그레이 레벨로 규격화한 것이며, (b)는, 히스테리시스 루프의 콘트라스트를 단순히 평균 휘도 수치로 나누어 시야 중심에서의 값을 기준으로 규격화한 것이며, (c)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치가 취득한 시료의 자화 콘트라스트의 분포를 예시한 도면이며, (d)는, 스폿계측기가 취득한 자화 콘트라스트의 분포를 예시한 도면이다.
도 24는, (a)~(c)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)의 정량 해석의 결과를 예시한 도면이며, (d)~(f)는, 스폿 계측의 결과를 예시한 도면이다.
도 25는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법의 특징을 예시한 도면이다.
1 is a configuration diagram illustrating a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example.
Figure 2 is a schematic diagram illustrating the Kerr effect in a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example.
Figure 3 is a graph illustrating hysteresis loops in five regions of interest in the field of view measured by a polarizing microscope such as a magnetic domain microscope according to a comparative example, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the luminance value.
Figure 4 shows the hysteresis loop in five ROIs in the field of view measured with a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope for a comparative example, normalized to the average of the luminance values of each ROI, and further normalized to the average in the ROI at the center of the field of view. will be.
FIG. 5 is a graph illustrating hysteresis loops in five ROIs in the field of view measured with a spot meter according to a comparative example, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the magnitude of the physical quantity normalized to the average value in the ROI at the center of the field of view. Indicates the rotation angle of rotation.
Figure 6 is a configuration diagram illustrating a polarizing microscope device according to Embodiment 1.
Figure 7 is a flowchart illustrating the in-field correction analysis method according to Embodiment 1.
Fig. 8 is a flowchart illustrating the in-field correction analysis method according to Embodiment 1.
Fig. 9 is a flowchart illustrating the in-field correction analysis method according to Embodiment 1.
FIG. 10 is a diagram illustrating images acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1.
FIG. 11 is a diagram illustrating conversion of a plurality of images acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1 into analyzer transmission angle data for each ROI.
Figure 12 is a graph illustrating analyzer transmission angle data acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents the angle of the polarization direction of the analyzer, and the vertical axis represents the luminance value.
Figure 13 shows (a) to (c) the distribution of luminance unevenness a(x, y), distribution of polarization rotation angle Θ 0 (x, y) in the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, and a diagram illustrating the distribution of the square of ellipticity η η 2 (x, y).
FIG. 14 is (a) a diagram illustrating an image including a plurality of ROIs acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1, and (b) is a diagram illustrating images acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1 for each ROI. This is a graph illustrating the extracted hysteresis loop, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the luminance value.
Fig. 15 is a graph illustrating the hysteresis loop and fitting function acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the luminance value.
FIG. 16 is a diagram illustrating equations used in the in-field correction analysis method according to Embodiment 1.
Fig. 17 is a graph illustrating the definitions of contrast C(x, y), coercive force Hc(x, y), and slope α(x, y) acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1.
Fig. 18 is a graph illustrating the definitions of contrast C(x, y), coercive force Hc(x, y), and slope α(x, y) acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1.
FIG. 19 is a diagram illustrating the rotation and ellipticalization of the polarization plane in the polarizing microscope device according to Embodiment 1 when no external magnetic field is applied.
FIG. 20 is a diagram illustrating the optical path until the reflected light reflected from the sample reaches the imaging surface of the image acquisition unit in the absence of a beam splitter.
FIG. 21 is a diagram illustrating the optical path until the reflected light reflected from the sample reaches the imaging surface of the image acquisition unit in the presence of the beam splitter.
FIG. 22 is a diagram illustrating the rotation and ellipticalization of the polarization plane when an external magnetic field is applied in the polarizing microscope device according to Embodiment 1.
Figure 23 shows (a) normalizing the high and low gray level difference range of the hysteresis loop to the gray level at the center of the field of view when the angle of the polarization direction of the analyzer is set to +4°, and (b) shows the hysteresis loop The contrast is simply divided by the average luminance value and normalized based on the value at the center of the field of view, (c) is a diagram illustrating the distribution of magnetization contrast of the sample acquired by the polarizing microscope device according to Embodiment 1, (d) ) is a diagram illustrating the distribution of magnetization contrast acquired by the spot meter.
24, (a) to (c) are diagrams illustrating the results of quantitative analysis of the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, and (d) to (f) are diagrams illustrating the results of spot measurement. It is a drawing.
FIG. 25 is a diagram illustrating the characteristics of the polarizing microscope device and the in-field correction analysis method according to Embodiment 1.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.

커 효과 현미경은, 자성 박막 등의 자성체를 포함한 시료에 대해, 외부 자장을 스위핑하면서 레이저광을 입사하여 반사광의 편광 성분의 변화량을 계측함으로써 시료상 1점의 자기 히스테리시스 루프(Hysteresis Loop)를 얻을 수 있다. 한편, 자구 관찰 현미경은, 자성 박막 등의 자성체를 포함한 시료에 대해 외부 자장을 인가하고, 인코히어런트 광원으로부터의 광을 편광자에 의해 편광광으로 하여 시료에 입사되었을 때의 반사광의 편광 성분 변화를 화상 센서의 휘도 변화로서 기록하는 것으로서, 시야내의 자구 패턴을 기록할 수 있다.The Kerr effect microscope is capable of obtaining a magnetic hysteresis loop at one point on a sample by measuring the amount of change in the polarization component of the reflected light by incident laser light while sweeping an external magnetic field on a sample containing a magnetic material such as a magnetic thin film. there is. On the other hand, in a magnetic domain observation microscope, an external magnetic field is applied to a sample containing a magnetic material such as a magnetic thin film, the light from an incoherent light source is polarized by a polarizer, and the change in the polarization component of the reflected light when incident on the sample is observed. By recording as a change in luminance of the image sensor, the magnetic domain pattern within the field of view can be recorded.

자구 관찰 현미경으로도 외부 자장을 스위핑하면서 화소마다 휘도를 기록하면 화소마다의 히스테리시스 루프를 얻을 수 있지만, 자구 관찰 현미경에서는, 시야내의 편광 특성의 격차가 시료에서 발생하는 편광 변화에 비해 크다. 따라서, 시야내의 히스테리시스 루프를 정량적으로 평가하기 어려워 자화 특성을 고정밀도로 측정할 수 없다.Even with a magnetic domain observation microscope, a hysteresis loop for each pixel can be obtained by recording the luminance for each pixel while sweeping an external magnetic field. However, in a magnetic domain observation microscope, the gap in polarization characteristics within the field of view is larger than the polarization change occurring in the sample. Therefore, it is difficult to quantitatively evaluate the hysteresis loop within the field of view, making it impossible to measure magnetization characteristics with high precision.

(비교예)(Comparative example)

실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치를 설명하기 전에, 비교예에 관한 편광 현미경 및 그 과제를 설명하기로 한다. 이로써 본 실시 형태의 편광 현미경을 보다 명확히 한다. 아울러 비교 예의 구성 및 과제도, 실시 형태의 기술 사상의 범위에 포함된다.Before explaining the polarizing microscope device according to Embodiment 1, the polarizing microscope according to Comparative Example and its problems will be explained. This makes the polarizing microscope of this embodiment more clear. In addition, the configuration and problems of the comparative example are also included in the scope of the technical idea of the embodiment.

도 1은, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치를 예시한 구성도이다. 도 1에 도시한 것처럼, 비교예에 관한 편광 현미경 장치(101)는, 광원(Light Source)(10), 렌즈(11), 편광자(Polarizer)(12), 빔 스플리터(Beam Splitter)(13), 대물 렌즈(Objective Lens)(14), 시료대(Stage)(15), 자석(Magnet)(16), 검광자(Analyzer)(17), 이미징 렌즈(Imaging Lens)(18), 및 화상 취득부(19)를 구비하고 있다. 시료대(15) 상에는 시료(Sample)(20)가 배치되어 있다.1 is a configuration diagram illustrating a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example. As shown in FIG. 1, the polarizing microscope device 101 according to the comparative example includes a light source 10, a lens 11, a polarizer 12, and a beam splitter 13. , Objective Lens (14), Sample Stage (15), Magnet (16), Analyzer (17), Imaging Lens (18), and Image Acquisition It is equipped with a unit (19). A sample 20 is placed on the sample stand 15.

여기서, 편광 현미경 장치(101)의 설명의 편의를 위해 XYZ 직교 좌표축계를 도입한다. 예를 들면, 시료대(15)의 상면에 직교되는 방향을 Z축방향으로 하고, 시료대(15)의 상면에 평행한 면을 XY평면으로 한다. 이하에서, 각 구성을 설명하기로 한다.Here, for convenience of explanation of the polarizing microscope device 101, the XYZ orthogonal coordinate axis system is introduced. For example, the direction perpendicular to the upper surface of the sample stand 15 is referred to as the Z-axis direction, and the plane parallel to the upper surface of the sample stand 15 is referred to as the XY plane. Below, each configuration will be described.

광원(10)은 조명광(21)을 생성한다. 광원(10)은, 예를 들면 할로겐 램프, 백색 LED(Light Emitting Diode) 등이다. 조명광(21)은 백색광이어도 좋다. 광원(10)은, 생성한 조명광(21)을 편광자(12)에 대해 출사한다. 광원(10)과 편광자(12) 사이에 렌즈(11)를 배치시켜도 좋다. 렌즈(11)에 의해 평행광으로 변환된 조명광(21)은 편광자(12)에 입사된다.The light source 10 generates illumination light 21. The light source 10 is, for example, a halogen lamp, a white LED (Light Emitting Diode), or the like. The illumination light 21 may be white light. The light source 10 emits the generated illumination light 21 to the polarizer 12. A lens 11 may be disposed between the light source 10 and the polarizer 12. Illumination light 21 converted into parallel light by the lens 11 is incident on the polarizer 12.

편광자(12)는, 조명광(21)의 조명 동공(23) 또는 그 근방에 배치되어 있다. 편광자(12)에는, 광원(10)에서 생성된 조명광(21)이 입사된다. 편광자(12)는, 입사된 조명광(21)을 직선 편광을 포함한 조명광(21)으로 변환한다. 예를 들면, 편광자(12)는 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 조명광을 투과시킨다. 예를 들면, 제1 편광 방향은 Z축방향이다. 이 경우에는, 편광자(12)는 Z축방향의 직선 편광을 포함하도록 조명광(21)을 변환한다. 즉, 편광자(12)의 투과축은 Z축방향이다. 편광자(12)에 의해 직선 편광을 포함하도록 변환된 조명광(21)은 빔 스플리터(13)에 입사된다.The polarizer 12 is disposed at or near the illumination pupil 23 of the illumination light 21. Illumination light 21 generated by the light source 10 is incident on the polarizer 12 . The polarizer 12 converts the incident illumination light 21 into illumination light 21 containing linearly polarized light. For example, the polarizer 12 transmits illumination light including linearly polarized light in the first polarization direction. For example, the first polarization direction is the Z-axis direction. In this case, the polarizer 12 converts the illumination light 21 to include linearly polarized light in the Z-axis direction. That is, the transmission axis of the polarizer 12 is in the Z-axis direction. The illumination light 21 converted to include linearly polarized light by the polarizer 12 is incident on the beam splitter 13.

빔 스플리터(13)는, 입사된 조명광(21)의 일부를 대물 렌즈(14)에 대해 반사시킨다. 빔 스플리터(13)에서 반사된 조명광(21)은, 예를 들면, X축방향의 직선 편광을 포함한다. 대물 렌즈(14)는, 빔 스플리터(13)와 시료(20) 사이에 배치되어 있다. 대물 렌즈(14)는 동공면(Pupil Plane)(24)의 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 대물 렌즈(14)는, 빔 스플리터(13)에서 반사된 조명광(21)을 시료(20)에 집광한다. 대물 렌즈(14)는, 직선 편광을 포함한 조명광(21)으로 시료(20)를 조명한다. 아울러, 본 발명에서의 자성 박막 시료는 비패턴 박막 시료 내지는 충분히 큰 사이즈(예를 들면 Φ가 수 백μm)의 아일랜드 패턴이다.The beam splitter 13 reflects a part of the incident illumination light 21 toward the objective lens 14. The illumination light 21 reflected by the beam splitter 13 includes linearly polarized light in the X-axis direction, for example. The objective lens 14 is disposed between the beam splitter 13 and the sample 20. The objective lens 14 is disposed at or near the pupil plane 24. The objective lens 14 focuses the illumination light 21 reflected by the beam splitter 13 onto the sample 20. The objective lens 14 illuminates the sample 20 with illumination light 21 containing linearly polarized light. In addition, the magnetic thin film sample in the present invention is a non-patterned thin film sample or an island pattern of a sufficiently large size (for example, Φ is several hundred μm).

시료(20)는, 자성 박막 등의 자성체를 포함한다. 시료(20)는, 예를 들면, 웨이퍼(Wafer) 상에 성막된 자성 박막이어도 좋다. 또 시료(20)는, MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)에 이용되는 자성 박막이어도 좋다. 시료대(15) 상에 배치된 시료(20)의 자성체는, 예를 들면 Z축방향의 외부 자장이 인가되어도 좋다. 외부 자장의 방향이 상향 또는 하향으로 변화될 경우에, 자성체의 자화 방향이 상향 또는 하향으로 변화되어도 좋다. 아울러 후술하는 캘리브레이션에서의 시료(20)는 비자성 시료(20)여도 좋다.The sample 20 contains a magnetic material such as a magnetic thin film. The sample 20 may be, for example, a magnetic thin film formed on a wafer. Additionally, the sample 20 may be a magnetic thin film used in MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory). An external magnetic field in the Z-axis direction may be applied to the magnetic material of the sample 20 placed on the sample stand 15, for example. When the direction of the external magnetic field changes upward or downward, the magnetization direction of the magnetic material may change upward or downward. In addition, the sample 20 in the calibration described later may be a non-magnetic sample 20.

자석(16)은, 시료(20)와 대물 렌즈(14) 사이에 배치되어 있다. 자석(16)은, 예를 들면, 시료 상으로의 자장 강도, 방향을 변조할 수 있는 전자석이다. 아울러 자석(16)은 영구자석이어도 좋다. 자석(16)은 시료(20)에 인가하는 외부 자장을 생성한다. 이로써 자석(16)은 시료(20)에 대해 외부 자장을 인가한다. 예를 들면, MRAM의 수직 자기 이방성 재료로 구성된 프리(Free)층을 검사할 경우에는, Polar Kerr Effect(극(極)커 효과라고 부른다.)가 검출된다. 따라서, 자석(16)은 시료(20)의 표면에 대해 수직 방향의 자장을 인가한다. 자석(16)이 전자석인 경우에는, 전자석에 흘리는 전류값, 방향을 제어함으로써 +Z방향에서 -Z방향의 소정 범위의 외부 자장을 시료(20)에 인가한다.The magnet 16 is disposed between the sample 20 and the objective lens 14. The magnet 16 is, for example, an electromagnet that can modulate the strength and direction of the magnetic field on the sample. Additionally, the magnet 16 may be a permanent magnet. The magnet 16 generates an external magnetic field applied to the sample 20. Accordingly, the magnet 16 applies an external magnetic field to the sample 20. For example, when examining the free layer composed of a perpendicular magnetic anisotropy material of MRAM, the Polar Kerr Effect (also called the Polar Kerr Effect) is detected. Accordingly, the magnet 16 applies a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the sample 20. When the magnet 16 is an electromagnet, an external magnetic field within a predetermined range from the +Z direction to the -Z direction is applied to the sample 20 by controlling the current value and direction flowing through the electromagnet.

또, 극커 효과를 검출하기 위해서는, 시료(20)에 입사되는 입사광은, 시료(20)의 표면에 대해 수직 입사이며, 전기장의 진동 방향이 XY면 내에 있는 직선 편광이 필요하다. 시료(20)는 외부 자장의 자장 강도(H)에 따라 커 효과에 의해 편광 상태가 약간 변화된다. 커 효과는, 편광축의 회전(Kerr Rotation, 커 회전이라고 부른다.)과 커 타원화(Kerr Ellipticity)를 포함하고 있다.In addition, in order to detect the polarization effect, the incident light incident on the sample 20 must be linearly polarized so that it is incident perpendicular to the surface of the sample 20 and the oscillation direction of the electric field is within the XY plane. The polarization state of the sample 20 slightly changes due to the Kerr effect depending on the magnetic field strength (H) of the external magnetic field. The Kerr effect includes rotation of the polarization axis (called Kerr rotation) and Kerr ellipticity.

도 2는, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치에서, 커 효과를 예시한 모식도이다. 도 2에 도시한 것처럼, 커 효과는, 편광축의 회전의 회전각ΔΘ(편광 방향의 회전의 회전각ΔΘ라고도 부른다)와, 타원율의 변화Δη를 포함한 타원화를 포함하고 있다. 타원율의 변화Δη는, 예를 들면, tan-1(OB/OA)이다. 여기서, OA는 단반경, OB는 장반경이다. 시료(20)에서 반사된 반사광(22)은, 시료(20)에 의한 커 효과에 의해 편광 상태로 변조된다.Figure 2 is a schematic diagram illustrating the Kerr effect in a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example. As shown in FIG. 2, the Kerr effect includes ellipticalization including the rotation angle ΔΘ of the rotation of the polarization axis (also called the rotation angle ΔΘ of the rotation of the polarization direction) and the change in ellipticity Δη. The change Δη in ellipticity is, for example, tan -1 (OB/OA). Here, OA is the minor axis and OB is the major axis. The reflected light 22 reflected from the sample 20 is modulated into a polarized state by the Kerr effect caused by the sample 20.

도 1로 돌아와, 시료(20)에서 반사된 반사광(22)은 대물 렌즈(14)에 입사된다. 대물 렌즈(14)는, 조명광(21)이 시료(20)에서 반사된 반사광(22)을 투과시킨다. 반사광(22)은, 대물 렌즈(14) 및 빔 스플리터(13)를 투과하여 검광자(17)에 입사된다.Returning to Figure 1, the reflected light 22 reflected from the sample 20 is incident on the objective lens 14. The objective lens 14 transmits the reflected light 22 in which the illumination light 21 is reflected from the sample 20. The reflected light 22 passes through the objective lens 14 and the beam splitter 13 and enters the analyzer 17.

검광자(17)는, 빔 스플리터(13)와 화상 취득부(19) 사이에 배치되어 있다. 검광자(17)는, 반사광(22)에서의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시킨다. 제2 방향은, 예를 들면, Y축방향이다. 이 경우에는, 검광자(17)는 Y축방향의 직선 편광을 포함하도록 반사광(22)을 변환한다. 즉, 검광자(17)의 투과축은 Y축방향이다. 검광자(17)가 투과시키는 직선 편광의 방향(투과축)은, 편광자(12)가 투과시키는 직선 편광의 방향(투과축)에 대해 직교하도록 배치되어도 좋다. 예를 들면, 편광자(12)가 투과시키는 직선 편광의 방향은 X축방향이며, 검광자(17)가 투과시키는 직선 편광의 방향은 Y축방향이어도 좋다. 이와 같이, 검광자(17)의 투과축이 편광자(12)의 투과축에 대해 직교되는 배치를 직교니콜(Cross Nicole) 배치라고 부른다. 직교니콜 배치는, 직선 편광을 포함한 편광광의 변화를 휘도 변화로서 고감도로 검출할 수 있다. 시료(20)에서 약간 회전 및 타원화된 편광광을 포함한 반사광(22)은, 검광자(17)의 투과축에 투영된 진폭의 제곱 강도가 투과된다. 검광자(17)를 투과한 반사광(22)은, 예를 들면, 이미징 렌즈(18)를 사이에 두고 화상 취득부(19)에 입사된다.The analyzer 17 is disposed between the beam splitter 13 and the image acquisition unit 19. The analyzer 17 transmits the linearly polarized component of the reflected light 22 in the second polarization direction. The second direction is, for example, the Y-axis direction. In this case, the analyzer 17 converts the reflected light 22 to include linearly polarized light in the Y-axis direction. That is, the transmission axis of the analyzer 17 is in the Y-axis direction. The direction (transmission axis) of linearly polarized light transmitted by the analyzer 17 may be arranged orthogonal to the direction (transmission axis) of linearly polarized light transmitted by the polarizer 12. For example, the direction of linearly polarized light transmitted by the polarizer 12 may be the X-axis direction, and the direction of the linearly polarized light transmitted by the analyzer 17 may be the Y-axis direction. In this way, an arrangement in which the transmission axis of the analyzer 17 is orthogonal to the transmission axis of the polarizer 12 is called a cross Nicole arrangement. The orthogonal Nicol arrangement can detect changes in polarized light, including linearly polarized light, as changes in luminance with high sensitivity. The reflected light 22, which includes slightly rotated and elliptical polarized light from the sample 20, is transmitted at an intensity equal to the square of the amplitude projected on the transmission axis of the analyzer 17. The reflected light 22 that has passed through the analyzer 17 is incident on the image acquisition unit 19 through the imaging lens 18, for example.

화상 취득부(19)는, 반사광(22)의 편광 성분의 변화를 강도의 변화로서 검출한다. 이로써, 화상 취득부(19)는 반사광(22)의 화상을 취득한다. 예를 들면, 화상 취득부(19)는 시야내의 화상을 취득한다. 화상 취득부(19)는, 예를 들면, 카메라이다. 화상 취득부(19)는, 예를 들면, PD(Photodiode) 어레이(Array)를 포함한 이미지 센서(Image Sensor)여도 좋다. 아울러 화상 취득부(19)는, 화상을 취득할 수 있다면 카메라, 이미지 센서로 한정되지는 않는다. 화상 취득부(19)의 촬상면(26)은 시료(20)의 측정면(25)과 공액상(Image conjugate)의 관계로 되어 있다.The image acquisition unit 19 detects a change in the polarization component of the reflected light 22 as a change in intensity. Thereby, the image acquisition unit 19 acquires the image of the reflected light 22. For example, the image acquisition unit 19 acquires an image within the field of view. The image acquisition unit 19 is, for example, a camera. The image acquisition unit 19 may be, for example, an image sensor including a PD (Photodiode) array. Additionally, the image acquisition unit 19 is not limited to cameras and image sensors as long as it can acquire images. The imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 is in an image conjugate relationship with the measurement surface 25 of the sample 20.

여기서, 전술한 MRAM용 시료(20)에서 발생하는 편광 방향 회전의 회전각ΔΘ는 전형적으로는 0.1°이하이다. 또, 타원율의 변화Δη도 회전각ΔΘ와 동일한 레벨의 약간의 변화이다. 타원율η는, 타원의 편평도를 arctan으로 정의한 타원율각(각도량)이다. 자구 현미경은 시야내의 자구(Pattern)에 착안한 현미경이다. 따라서 자구 현미경은, 시야내의 자구를 시인(視認)할 수 있다면 충분하고, 회전각ΔΘ 및 타원율의 변화

Figure pat00001
η의 정량치에는 주목하지 않았다. 또 자구 현미경은, 시야내의 장소간의 시인성(Pattern Contrast)의 정량 해석 오차에 주목하지 않았다.Here, the rotation angle ΔΘ of polarization direction rotation occurring in the above-described MRAM sample 20 is typically 0.1° or less. Additionally, the change in ellipticity Δη is also a slight change at the same level as the rotation angle ΔΘ. The ellipticity η is an ellipticity angle (angular quantity) defined as arctan, which is the flatness of an ellipse. A magnetic domain microscope is a microscope that focuses on magnetic domains (patterns) within the field of view. Therefore, it is sufficient for a magnetic domain microscope to be able to visually see the magnetic domain within the field of view, and the change in rotation angle ΔΘ and ellipticity
Figure pat00001
No attention was paid to the quantitative value of η. Additionally, magnetic domain microscopy did not pay attention to quantitative analysis errors in visibility (pattern contrast) between places in the field of view.

도 1의 오른쪽 위에 도시한 것처럼, MRAM의 시료(20)의 경우에는, 회전각ΔΘ 및 타원율의 변화Δη는, 장치(Tool)에 의한 오차에 비해 1자리수 이상 작아 시료에서 발생한 커 효과를 검출하기 어려울 수 있다. 한편, 통상의 자성 시료의 경우에는, 장치(Tool)에 의한 오차에 비해 시료에서 발생하는 커 효과가 크기 때문에 커 효과를 검출할 수 있다.As shown in the upper right corner of FIG. 1, in the case of the MRAM sample 20, the rotation angle ΔΘ and the change in ellipticity Δη are more than one order of magnitude smaller than the error due to the device (tool), making it difficult to detect the Kerr effect generated in the sample. It can be difficult. Meanwhile, in the case of a typical magnetic sample, the Kerr effect occurring in the sample is larger than the error caused by the device (tool), so the Kerr effect can be detected.

우선, 이후의 설명에서, 기준이 되는 장치인, 레이저광을 이용한 스폿(Spot) 계측을 설명하기로 한다. 이것도 잘 알려진 장치이며, 대부분의 제품도 시장에 있다. 이하에서는, 스폿 계측을 하는 장치를 스폿 계측기라고 한다.First, in the following description, spot measurement using laser light, which is a standard device, will be described. This is also a well-known device and most of the products are also available in the market. Hereinafter, a device that performs spot measurement is referred to as a spot measuring device.

스폿 계측기는, 차동 편광법에 의해 계측하는 것이다. 스폿 계측기는, 시료에 직선 편광을 포함한 레이저광을 입사시켜 시료에 인가하는 자장을 스위핑한다. 그리고 스폿 계측기는 자장을 스위핑하면서 시료로 변조된 편광광을 포함한 반사광을 편광 분리 프리즘에서 s편광, p편광으로 분기한다. 이로써, 스폿 계측기의 2개의 포토디텍터(Photo Detector)에 의한 록인(Lock-in) 차분 처리에 의해 시료에서 발생한 커 회전(Kerr rotation)에서의 회전각을 계측한다. 따라서, 횡축에 자장을 플롯팅(plotting)하고, 종축에 회전각을 플롯팅함으로써 히스테리시스 루프를 얻을 수 있다. 일반적으로, MOKE 장치(Magneto-optical Kerr Effect), 커 효과 측정 장치라는 것은 이것들을 가리킨다. 얻어지는 히스테리시스 루프는, 물리량을 계측하기 때문에 자성 박막의 정량 특성이 평가될 수 있다. 또, 시료를 이동시키면서 평가 위치를 바꾸는 방식으로서, 광학계의 중심만을 사용하고 있고 또한 반사광속(光束) 모두를 포토디텍터로 검출하고 있기 때문에, 평가 위치에 장치 오차는 포함되지 않는다.A spot meter measures using the differential polarization method. The spot meter sweeps the magnetic field applied to the sample by incident laser light containing linearly polarized light on the sample. And while the spot measuring instrument sweeps the magnetic field, the reflected light, including the polarized light modulated by the sample, is split into s-polarized light and p-polarized light at the polarization separation prism. In this way, the rotation angle in the Kerr rotation generated in the sample is measured by lock-in differential processing by the two photo detectors of the spot meter. Therefore, a hysteresis loop can be obtained by plotting the magnetic field on the horizontal axis and the rotation angle on the vertical axis. In general, the MOKE device (Magneto-optical Kerr Effect), a Kerr effect measurement device, refers to these. Since the obtained hysteresis loop measures a physical quantity, the quantitative characteristics of the magnetic thin film can be evaluated. In addition, as a method of changing the evaluation position while moving the sample, only the center of the optical system is used and all reflected light flux is detected by a photodetector, so the evaluation position does not include device error.

그런데, 전술한 자구 현미경에서, 외부 자장을 스위핑하면서 화상을 취득한 경우에, 횡축에 외부 자장을 플롯팅하고 종축에 휘도 수치를 플롯팅하면, 히스테리시스 루프를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 히스테리시스 루프는, 레이저광을 이용한 스폿 계측에서의 히스테리시스 루프와 대략 상관된다. 자구 현미경도 하나의 기능으로서 히스테리시스 루프를 얻을 수 있다. 그러나, 자구 현미경에서의 히스테리시스 루프를 얻는 기능은 어디까지나 기준이다. 예를 들면, 자구 현미경에서, 시야내의 복수의 다른 측정 좌표에서 취득한 히스테리시스 루프는 측정 좌표간에 서로 큰 차이(오차)가 난다는 것을 발명자는 발견했다. 이것을 이하의 도 3을 이용하여 설명하기로 한다.However, in the magnetic domain microscope described above, when an image is acquired while sweeping an external magnetic field, a hysteresis loop can be obtained by plotting the external magnetic field on the horizontal axis and the luminance value on the vertical axis. The hysteresis loop obtained in this way is roughly correlated with the hysteresis loop in spot measurement using laser light. Magnetic domain microscopy can also obtain hysteresis loops as a function. However, the ability to obtain a hysteresis loop in magnetic domain microscopy is only a standard. For example, in magnetic domain microscopy, the inventor discovered that hysteresis loops obtained from a plurality of different measurement coordinates in the field of view have large differences (errors) between the measurement coordinates. This will be explained using Figure 3 below.

도 3은, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치에 의해 측정한 시야내의 5개의 관심 영역(Region of Interest, 이하, ROI라고 부른다.)에서의 히스테리시스 루프를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다. 도 3에서 5개의 ROI는, 시야내에서의 시야 중심(CE), 시야 우상(UR), 시야 좌상(UL), 시야 우하(LR), 및 시야 좌하(LL)를 포함한다.FIG. 3 is a graph illustrating hysteresis loops in five regions of interest (hereinafter referred to as ROI) in the field of view measured by a polarizing microscope such as a magnetic domain microscope according to a comparative example, and the abscissa is the external axis. It represents the magnetic field, and the vertical axis represents the luminance value. The five ROIs in FIG. 3 include the center of the visual field (CE), upper right (UR), upper left (UL), lower right (LR), and lower left (LL) of the visual field.

도 4는, 비교예에 관한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치로 측정한 시야내의 5개의 ROI에서의 히스테리시스 루프를 각 ROI의 휘도 수치의 평균으로 규격화하고, 나아가 시야 중심(CE)의 ROI에서의 평균으로 규격화한 것이다. 도 4에는, 규격화 후의 값을 표로서 나타낸다. 즉, 각 ROI에서의 휘도 수치의 최대치와 최소치와의 차이, 및 시야 중심(CE)에 대한 각 ROI의 휘도 수치의 평균의 비를 나타낸다.Figure 4 shows the hysteresis loop in five ROIs in the field of view measured with a polarizing microscope such as a magnetic domain microscope for a comparative example, normalized to the average of the luminance values of each ROI, and further, the average in the ROI at the center of the field of view (CE). It is standardized. In Figure 4, the values after normalization are shown in a table. That is, it represents the difference between the maximum and minimum luminance values in each ROI and the ratio of the average of the luminance values in each ROI to the center of view (CE).

도 5는, 비교예에 관한 스폿 계측기로 측정한 시야내의 5개의 ROI에서의 히스테리시스 루프를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 시야 중심(CE)의 ROI에서의 평균치로 규격화한 물리량의 커 회전의 회전각을 나타낸다. 도 5에는, 규격화 후의 값을 표로서 나타낸다. 즉, 각 ROI에서의 커 회전의 회전각, 및 시야 중심(CE)에 대한 비를 나타낸다.Figure 5 is a graph illustrating hysteresis loops in five ROIs in the field of view measured with a spot meter related to a comparative example, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis is normalized to the average value in the ROIs at the center of the field of view (CE). It is a physical quantity and represents the rotation angle of rotation. In Figure 5, the values after normalization are shown in a table. That is, it represents the rotation angle of the curr rotation in each ROI and the ratio to the center of view (CE).

도 4에 도시한 것처럼, 자구 현미경에서는, 시야내의 각 ROI의 자화 콘트라스트는 ±20% 정도의 격차를 가지고 있다. 한편 도 5에 도시한 것처럼, 스폿 계측기에서는, 시야내의 각 ROI의 회전각은 ±5% 정도의 격차를 가지고 있다. 이와 같이, 자구 현미경에서는 시야내의 각 ROI의 자화 콘트라스트에서의 격차는, 히스테리시스 루프를 정량적으로 검지 평가하는 것을 어렵게 한다.As shown in Fig. 4, in magnetic domain microscopy, the magnetization contrast of each ROI in the field of view has a difference of approximately ±20%. On the other hand, as shown in FIG. 5, in a spot measuring instrument, the rotation angle of each ROI within the field of view has a difference of approximately ±5%. In this way, in magnetic domain microscopy, the difference in magnetization contrast of each ROI in the field of view makes it difficult to quantitatively detect and evaluate the hysteresis loop.

따라서, 자구 현미경의 시야내의 위치(ROI의 좌표 내지 상고(像高))마다 자화 콘트라스트의 격차(오차)를 보정할 수 있다면, 시야내의 국소 히스테리시스 루프를 정량적으로 취급할 수 있다. 따라서, 자구 현미경을 이용한 면(2차원)에서의 국소 히스테리시스 루프의 계측을 성립시킨다. 이것은, 레이저광을 이용한 스폿 계측기에 대해, 처치 시간이 크게 개선되는 것을 의미한다. 본 실시 형태는, 이러한 자구 현미경 등의 편광 현미경 장치를 이용한 면(2차원)에서의 국소 히스테리시스 루프의 계측을 실시한다. 이후에는, 이러한 계측을 이미징 MOKE(Imaging MOKE)라고 부르기로 한다.Therefore, if the difference (error) in magnetization contrast can be corrected for each position (ROI coordinates or image height) in the field of view of the magnetic domain microscope, local hysteresis loops in the field of view can be treated quantitatively. Therefore, measurement of the local hysteresis loop in a plane (two-dimensional) using a magnetic domain microscope is established. This means that treatment time is greatly improved for spot measuring instruments using laser light. In this embodiment, local hysteresis loops are measured in a plane (two-dimensional) using a polarizing microscope such as a magnetic domain microscope. Hereinafter, this measurement will be referred to as Imaging MOKE (Imaging MOKE).

(실시 형태 1)(Embodiment 1)

다음으로, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치 및 시야내 보정 해석 방법을 설명하기로 한다. 도 6은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치를 예시한 구성도이다. 도 6에 도시한 것처럼, 본 실시 형태의 편광 현미경 장치(1)는, 비교예의 편광 현미경 장치(101)의 구성에 추가하여 화상 처리부(30)를 더 구비하고 있다. 화상 처리부(30)는 화상 취득부(19)가 취득한 화상을 처리한다.Next, the polarizing microscope device and in-field correction analysis method according to Embodiment 1 will be described. Figure 6 is a configuration diagram illustrating a polarizing microscope device according to Embodiment 1. As shown in FIG. 6, the polarizing microscope device 1 of the present embodiment further includes an image processing unit 30 in addition to the configuration of the polarizing microscope device 101 of the comparative example. The image processing unit 30 processes the image acquired by the image acquisition unit 19.

예를 들면, 화상 처리부(30)는 하기에 도시한 편광 현미경 장치(1)를 이용한 시야내 보정 해석 방법에서의 화상 처리를 실시한다.For example, the image processing unit 30 performs image processing in the in-field correction analysis method using the polarizing microscope device 1 shown below.

도 7 내지 도 9는, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법을 예시한 흐름도이다. 본 실시 형태의 시야내 보정 해석 방법은, 도 7에 도시한 (i) 자장 스위핑 없는 사전 캘리브레이션, 도 8에 도시한 (ii) 자성체를 포함한 시료에서의 자장 스위핑에 의한 화상 취득과 ROI마다의 해석, 도 9에 도시한 (iii) (i) 및 (ii)의 계측 데이터와 물리 모델식에 의한 커 효과의 보정 처리, 의 3가지 구성을 가지고 있다. 아울러, 이후의 설명에서는, 회전 방향을, 광의 진행 방향에서 보아 시계 방향(CW)을 +, 반시계 방향(CCW)을 -로 정의한다.7 to 9 are flowcharts illustrating the in-field correction analysis method according to Embodiment 1. The in-field correction analysis method of this embodiment includes (i) pre-calibration without magnetic field sweeping, shown in FIG. 7, and (ii) image acquisition by magnetic field sweeping on a sample containing a magnetic material and analysis for each ROI, shown in FIG. 8. , (iii) shown in FIG. 9, and a correction process for the Kerr effect using the measurement data (i) and (ii) and the physical model equation. In addition, in the following description, the direction of rotation is defined as + for clockwise (CW) and - for counterclockwise (CCW) when viewed from the direction of light travel.

<(i) 자장 스위핑 없는 사전 캘리브레이션><(i) Pre-calibration without magnetic field sweeping>

사전 캘리브레이션에서, 우선, 시료대(15)에 경면 시료를 배치한다(도 7의 단계 S11). 경면 시료는, 패터닝되지 않은 자화 박막이어도 좋고, 실리콘 웨이퍼 등이어도 좋다. 이와 같이, 경면 시료로서 비자성 시료(20)를 배치해도 좋고, 조명광(21)을 자장 인가하지 않은 상태에서 패터닝되지 않은 자성 박막을 비자성 경면 시료로서의 시료(20)를 배치해도 좋다.In pre-calibration, first, a mirror surface sample is placed on the sample table 15 (step S11 in FIG. 7). The mirror surface sample may be an unpatterned magnetized thin film, a silicon wafer, or the like. In this way, the non-magnetic sample 20 may be disposed as a mirror surface sample, or the sample 20 may be disposed as a non-magnetic mirror surface sample using an unpatterned magnetic thin film in a state where the illumination light 21 is not applied as a magnetic field.

다음으로, 편광자(12)와 검광자(17)를 직교니콜 배치가 되도록 위치를 조정한다(도 7의 단계 S12). 전형적으로는, 시료대(15)의 상면에서, 조명광(21)에 포함되는 편광광의 편광 방향이 X축방향 또는 Y축방향 중 어느 한 방향, 예를 들면, X축방향과 일치하도록 한다.Next, the positions of the polarizer 12 and the analyzer 17 are adjusted to achieve orthogonal Nicol arrangement (step S12 in FIG. 7). Typically, on the upper surface of the sample stage 15, the polarization direction of the polarized light included in the illumination light 21 is aligned with either the X-axis direction or the Y-axis direction, for example, the X-axis direction.

다음으로, 편광자(12)의 편광 방향을 고정시킨다. 예를 들면, 편광자(12)의 편광 방향을, 시료대(15)의 상면에서 X축방향이 되도록 고정시킨다. 이 경우에는, 직교니콜 배치가 된 검광자(17)의 위치에서, 화상 취득부(19)가 취득하는 화상의 휘도는 낮아진다.Next, the polarization direction of the polarizer 12 is fixed. For example, the polarization direction of the polarizer 12 is fixed so that it is in the X-axis direction on the upper surface of the sample stand 15. In this case, the luminance of the image acquired by the image acquisition unit 19 becomes low at the position of the analyzer 17 in the orthogonal Nicol arrangement.

이 때의 검광자(17)의 위치를 제로(zero)점으로 설정한다. 이하, 제로점에서의 검광자(17)의 편광 방향의 각도Θa를 0°로 정의한다. 아울러 각도Θa의 a는, Θ의 첨자이다.At this time, the position of the analyzer 17 is set to the zero point. Hereinafter, the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 at the zero point is defined as 0°. In addition, a of angle Θ a is a subscript of Θ.

다음으로, 편광자(12)의 편광 방향과 검광자(17)의 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서 경면 시료에 대해 조명광(21)을 조명한다. 이로써, 복수의 화상을 취득한다(도 7의 단계 S13). 편광자(12)의 편광 방향과 검광자(17)의 편광 방향이 이루는 각도의 소정 범위는, 예를 들면, ±10° 정도의 범위 내이며, 소정 간격은, 예를 들면, 1°이다. 그 경우에는, ±10°정도의 범위내에서 1°간격으로 회전시키면서 21매의 화상을 취득한다. 아울러 소정 범위는 ±10°정도로 한정되지는 않는다. 또, 소정 간격은 1°로 한정되지는 않는다. 또한 취득하는 화상의 매수는 21매로 한정되지는 않는다.Next, the illumination light 21 is illuminated on the mirror surface sample while rotating the angle between the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 at predetermined intervals within a predetermined range. Thereby, a plurality of images are acquired (step S13 in FIG. 7). The predetermined range of the angle formed by the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 is, for example, within a range of ±10°, and the predetermined interval is, for example, 1°. In that case, 21 images are acquired while rotating at 1° intervals within a range of approximately ±10°. Additionally, the predetermined range is not limited to ±10°. Additionally, the predetermined interval is not limited to 1°. Additionally, the number of images acquired is not limited to 21.

도 10은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 화상을 예시한 도면이다. 도 10에서는, 간단하게 11매의 화상을 도시한다. 도 10에 도시한 것처럼, 제로점에서의 검광자(17)의 편광 방향의 각도Θa=0의 직교니콜 배치의 경우에, 원리적으로 휘도 수치가 최소가 된다.FIG. 10 is a diagram illustrating images acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1. Figure 10 simply shows 11 images. As shown in Fig. 10, in the case of an orthogonal Nicol arrangement where the angle Θ a = 0 of the polarization direction of the analyzer 17 at the zero point, the luminance value is, in principle, the minimum.

다음으로, 취득한 복수의 화상으로부터, 복수의 ROI를 포함한 시야내의 ROI마다, 검광자(17)를 투과한 검광자 투과 각도 데이터(Through angle of analyzer data)의 데이터군을 산출하여 연산 처리를 한다(도 7의 단계 S14).Next, from the plurality of acquired images, a data group of analyzer transmission angle data (Through angle of analyzer data) that passed through the analyzer 17 is calculated for each ROI in the field of view including the plurality of ROIs, and calculation processing is performed ( Step S14 in FIG. 7).

도 11은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 복수의 화상으로부터, ROI마다 검광자 투과 각도 데이터로 변환하는 것을 설명하는 도면이다. 도 11에 도시한 것처럼, 복수의 화상으로부터, ROI마다 검광자 투과 각도 데이터로 변환한다. 여기서, ROI는 1화소가 아니며, 노이즈를 줄이기 위해, 예를 들면, 직사각형(10화소Х10화소) 또는 원형(φ20화소) 등으로 비닝(binning) 처리하는 것이 바람직하다. 아울러 도면이 번잡해지지 않도록 몇 개의 부호는 생략된다.FIG. 11 is a diagram illustrating conversion of a plurality of images acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1 into analyzer transmission angle data for each ROI. As shown in Fig. 11, the plurality of images are converted into analyzer transmission angle data for each ROI. Here, the ROI is not 1 pixel, and in order to reduce noise, it is desirable to do binning, for example, into a rectangle (10 pixels Ø 10 pixels) or a circle (ϕ20 pixels). In addition, some symbols are omitted so as not to complicate the drawing.

도 12는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 검광자 투과 각도 데이터를 예시한 그래프로서, 횡축은 검광자(17)의 편광 방향의 각도Θa를 나타내고, 종축은 ROI 내의 평균 휘도 수치(Gray Level)를 나타낸다. 도 12에 도시한 것처럼, 검광자(17)의 편광 방향의 각도Θa가 작을수록 휘도 수치가 작은 경향이 있다. 그러나, ROI마다 휘도 수치가 가장 작아지는 위치는, 각도Θa=0으로부터 ROI마다 어긋나 있다. 가장 작아지는 각도Θa를 편광 회전 각도Θ0라고 부르기로 한다.FIG. 12 is a graph illustrating analyzer transmission angle data acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents the angle Θa in the polarization direction of the analyzer 17, and the vertical axis represents the average luminance within the ROI. Indicates the numerical value (Gray Level). As shown in FIG. 12, the smaller the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17, the smaller the luminance value tends to be. However, the position where the luminance value becomes smallest for each ROI is shifted from the angle Θ a = 0 for each ROI. The smallest angle Θ a is called the polarization rotation angle Θ 0 .

다음으로, ROI마다의 검광자 투과 각도 데이터를 소정의 함수로 피팅(Fitting)한다. 후술하겠지만, 피팅에 이용하는 함수는, 편광 광학 분야에서는 잘 알려진 말뤼스(Malus) 법칙 또는 그에 준한 것이다(도 7의 단계 S15).Next, the analyzer transmission angle data for each ROI is fitted with a predetermined function. As will be described later, the function used for fitting is the well-known Malus law or its equivalent in the field of polarization optics (step S15 in FIG. 7).

도 13의 (a)~(c)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)에서, 휘도 불균일a(x, y)의 분포, 편광 회전 각도Θ0(x, y)의 분포, 및, 타원율η의 제곱η2(x, y)의 분포를 예시한 도면이다. 도 13에 도시한 것처럼, ROI마다의 검광자 투과 각도 데이터를 소정의 함수로 피팅함으로써, ROI마다의 휘도 불균일a(x, y)의 분포, 편광 회전 각도Θ0(x, y)의 분포, 및 타원율η의 제곱η2(x, y)의 분포를 산출할 수 있다(도 7의 단계 S16). ROI마다의 휘도 불균일a(x, y)의 분포, 편광 회전 각도Θ0(x, y)의 분포, 및 타원율η의 제곱η2(x, y)의 분포를, 이후의 설명에서 장치 함수 또는 장치 정수라고 부른다.13(a) to 13(c) show, in the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, distribution of luminance unevenness a(x, y), distribution of polarization rotation angle Θ 0 (x, y), and , This is a diagram illustrating the distribution of the square of ellipticity η η 2 (x, y). As shown in Figure 13, by fitting the analyzer transmission angle data for each ROI with a predetermined function, the distribution of luminance unevenness a(x, y) for each ROI, distribution of polarization rotation angle Θ 0 (x, y), And the distribution of the square of the ellipticity η η 2 (x, y) can be calculated (step S16 in FIG. 7). In the following description, the distribution of the luminance non-uniformity a(x, y) for each ROI, the distribution of the polarization rotation angle Θ 0 (x, y), and the distribution of the square of the ellipticity η η 2 (x, y) are used as device functions or These are called device constants.

이와 같이 화상 처리부(30)는, 편광자(12)의 편광 방향과 검광자(17)의 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서, 비자성 시료(20) 또는 자성체를 포함한 시료(20)에 자장을 인가하지 않고 비자성 경면 시료로서 이용한 시료에 대해 조명광(21)을 조명함으로써 복수의 화상을 취득한다. 그리고 화상 처리부(30)는, 취득한 복수의 화상으로부터, 복수의 ROI를 포함한 시야내의 ROI마다의 휘도 불균일 분포, 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출한다.In this way, the image processing unit 30 rotates the angle formed by the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 at predetermined intervals within a predetermined range, while rotating the non-magnetic sample 20 or the sample containing a magnetic material. A plurality of images are acquired by illuminating the sample used as a non-magnetic mirror surface sample with illumination light 21 without applying a magnetic field to (20). Then, the image processing unit 30 calculates device constants including the luminance non-uniformity distribution for each ROI in the field of view including the plurality of ROIs, the polarization rotation angle distribution, and the square distribution of the ellipticity due to ellipticalization from the acquired plurality of images.

이 때, 검광자(17)는 편광자(12)에 대해 직교니콜 배치를 기준으로 하여 소정 범위를 회전시켜도 좋다. 또 화상 처리부(30)는, 말뤼스 법칙을 이용하여 ROI마다의 장치 정수(장치 함수)를 산출해도 좋다. 또한 검광자(17)의 방위를 고정시키고 편광자(12)를 소정 범위에서 회전시켜 데이터를 취득해도 등가인 것은 말할 것도 없다.At this time, the analyzer 17 may be rotated within a predetermined range based on the orthogonal Nicol arrangement with respect to the polarizer 12. Additionally, the image processing unit 30 may calculate a device constant (device function) for each ROI using Malus' law. Additionally, it goes without saying that it is equivalent to acquiring data by fixing the orientation of the analyzer 17 and rotating the polarizer 12 within a predetermined range.

<(ii) 자장 스위핑에 의한 화상 취득과 ROI마다의 해석><(ii) Image acquisition by magnetic field sweeping and analysis for each ROI>

다음으로, 자장 스위핑에 의한 화상 취득과 ROI마다의 해석을 설명하기로 한다. 우선, 시료대(15)에 평가하는 자성체를 포함한 시료(20)를 배치시킨다(도 8의 단계 S21). 시료(20)는, 예를 들면, 자성 박막이 형성된 웨이퍼이다.Next, image acquisition by magnetic field sweeping and analysis for each ROI will be explained. First, the sample 20 containing the magnetic material to be evaluated is placed on the sample stand 15 (step S21 in FIG. 8). The sample 20 is, for example, a wafer on which a magnetic thin film is formed.

다음으로, 편광자(12) 및 검광자(17)를 직교니콜 배치로 조정하여 제로점으로 설정한다(도 8의 단계 S22). 그 후, 검광자(17)의 편광 방향의 각도Θa를, 전술한 캘리브레이션의 각도 범위내의 몇개의 각도β1으로 설정한다(도 8의 단계 S23). 각도β1은, 통상은, 예를 들면, 5°정도가 사용된다.Next, the polarizer 12 and the analyzer 17 are adjusted to the orthogonal Nicol arrangement and set to the zero point (step S22 in FIG. 8). After that, the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 is set to some angle β 1 within the angle range of the above-described calibration (step S23 in FIG. 8). The angle β 1 is usually about 5°, for example.

다음으로, 평가하는 시료(20)의 보자력Hc의 ±10배 정도(여유를 가지고 포화 자화에 도달하는 레벨)로 자장을 스위핑하면서 화상을 취득한다(도 8의 단계 S24). 이 때, 충분한 시간 분해 능력으로 화상을 취득한다. 자석(16)이 전자석인 경우에는, 자장의 제어치 및 화상 취득부(19)의 촬상 시각은 타임 스탬프(Timestamp)로 연결된다. 화상 취득의 간격은, 히스테리시스 루프의 상승/하강 슬로프(Slope) 안에 몇 점의 측정점이 들어가도록 1화상당 노광 시간(Exposure time), 프레임 레이트(Frame rate), 자장 스위핑 시간을 설정한다.Next, an image is acquired while sweeping the magnetic field at approximately ±10 times the coercive force H c of the sample 20 to be evaluated (a level that reaches saturation magnetization with a margin) (step S24 in FIG. 8). At this time, images are acquired with sufficient time resolution capability. When the magnet 16 is an electromagnet, the control value of the magnetic field and the imaging time of the image acquisition unit 19 are linked by a timestamp. For the interval of image acquisition, the exposure time, frame rate, and magnetic field sweeping time per image are set so that a number of measurement points fall within the rising/falling slope of the hysteresis loop.

도 14(a)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 복수의 ROI를 포함한 화상을 예시한 도면이다. 도 14(b)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 화상으로부터 ROI마다 추출된 히스테리시스 루프를 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다. 도 11(a) 및 (b)에 도시한 것처럼, 취득한 화상을 ROI마다, 자장을 스위핑한 데이터의 자장 스위핑 데이터(Through Magnetic field)군을 연산 처리한다(도 8의 단계 S25). ROI 좌표, ROI 내의 화소 비닝 처리는 캘리브레이션으로 정렬시키는 것이 바람직하다. 연산 처리한 데이터군을, 횡축에 자장을 플롯팅하고, 종축에 휘도 수치를 플롯팅함으로써, 도 14(b)에 도시한 것처럼, ROI마다 무보정의 히스테리시스 루프를 취득할 수 있다.FIG. 14(a) is a diagram illustrating an image including a plurality of ROIs acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1. FIG. 14(b) is a graph illustrating a hysteresis loop extracted for each ROI from an image acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents an external magnetic field and the vertical axis represents a luminance value. As shown in FIGS. 11(a) and 11(b), the magnetic field sweeping data (Through Magnetic field) group of magnetic field swept data is processed for each ROI of the acquired image (step S25 in FIG. 8). It is desirable to align ROI coordinates and pixel binning processing within the ROI through calibration. By plotting the magnetic field on the horizontal axis and the luminance value on the vertical axis of the processed data group, an uncorrected hysteresis loop can be obtained for each ROI, as shown in Fig. 14(b).

다음으로, ROI마다의 히스테리시스 루프를 근사 함수로 피팅한다. 도 15는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 히스테리시스 루프 계측치 및 그 피팅 함수 곡선을 예시한 그래프로서, 횡축은 외부 자장을 나타내고, 종축은 휘도 수치를 나타낸다. 도 15에 도시한 것처럼, 취득한 ROI마다의 히스테리시스 루프를 근사 함수로 피팅한다. 근사 함수는, 경험적 함수(Empirical function)여도 좋다. 근사 함수는 물리 모델식이 아니어도 좋다.Next, the hysteresis loop for each ROI is fitted with an approximation function. FIG. 15 is a graph illustrating the hysteresis loop measurement value and its fitting function curve acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the luminance value. As shown in Fig. 15, the hysteresis loop for each acquired ROI is fitted with an approximation function. The approximate function may be an empirical function. The approximation function does not have to be a physical model equation.

도 16은, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법에서 이용하는 수식을 예시한 도면이다. 도 16에 도시한 것처럼, 본 실시 형태에서는 이하의 (0)식에서 도 14 및 도 15에 나타낸 ROI마다의 히스테리시스 루프를 피팅한다.FIG. 16 is a diagram illustrating equations used in the in-field correction analysis method according to Embodiment 1. As shown in Fig. 16, in this embodiment, the hysteresis loop for each ROI shown in Figs. 14 and 15 is fitted with the following equation (0).

I=D+Rtanh(α(H±Hc)) (0)I=D+Rtanh(α(H±H c )) (0)

이 피팅에 의해, 히스테리시스 루프의 형상으로부터 ROI마다 콘트라스트(Contrast):C(x, y), 보자력:Hc(x, y), 슬로프(Slope):α(x, y)라는 자화 지표에서의 시야내 맵(Map)을 얻을 수 있다(도 8의 단계 S26).By this fitting, from the shape of the hysteresis loop, the magnetization indices of Contrast: C(x, y), Coercivity: H c (x, y), and Slope: α(x, y) are obtained for each ROI. A map within the field of view can be obtained (step S26 in FIG. 8).

도 17 및 도 18은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)에 의해 취득되는 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및 슬로프α(x, y)의 정의를 예시한 그래프이다. 도 17에 도시한 것처럼, 콘트라스트C(x, y)는, 히스테리시스 루프에 (0)식을 피팅한 경우의 레인지R 및 휘도D로부터, 콘트라스트C=0.5×(R/D)에 의해 산출할 수 있다. 여기서 레인지R는, 플러스측의 포화 자화 상태의 휘도 수치와 마이너스측의 포화 자화 상태의 휘도 수치와의 차이이다. 휘도D는, 플러스측과 마이너스측의 포화 자화 상태의 평균 휘도 수치다.17 and 18 show definitions of contrast C (x, y), coercive force H c (x, y), and slope α (x, y) acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1. This is an example graph. As shown in Figure 17, contrast C(x, y) can be calculated by contrast C=0.5×(R/D) from range R and luminance D when fitting equation (0) to the hysteresis loop. there is. Here, the range R is the difference between the luminance value in the saturation magnetization state on the plus side and the luminance value in the saturation magnetization state on the minus side. The luminance D is the average luminance value of the saturation magnetization states of the plus side and the minus side.

보자력Hc(x, y)은, 도 17 및 도 18에 도시한 것처럼, 히스테리시스 루프의 2개의 포화 자화의 중간치와 히스테리시스 루프와의 교점으로부터 구해진다. 슬로프α(x, y)는, 도 17 및 도 18에 도시한 것처럼, 히스테리시스 루프 상승의 경사로부터 구해진다. 아울러 슬로프를 스티프니스라고도 부른다.The coercive force H c (x, y) is obtained from the intersection of the midpoint of the two saturation magnetizations of the hysteresis loop and the hysteresis loop, as shown in FIGS. 17 and 18. The slope α(x, y) is obtained from the slope of the hysteresis loop rise, as shown in FIGS. 17 and 18. Additionally, slope is also called stiffness.

이와 같이, 본 실시 형태의 (ii)에서는, 화상 처리부(30)는 편광자(12)의 편광 방향과 검광자(17)의 편광 방향이 이루는 각도를 각도β1으로 설정한 경우에, 자성체를 포함한 시료(20)의 자성체 부분에 대해, 조명광(21)을 조명함과 동시에 외부 자장을 스위핑하면서 복수의 화상을 취득한다. 그리고 화상 처리부(30)는, 취득한 복수의 화상으로부터 ROI마다의 휘도 수치의 히스테리시스 루프를 취득한다. 화상 처리부(30)는, 또한 ROI(x, y)마다 히스테리시스 루프를 경험적인 근사 함수에 피팅함으로써 ROI(x, y)마다의 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및 슬로프α(x, y)를 산출한다. 검광자(17)의 편광 방향의 각도β1의 경우의 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및, 슬로프α(x, y)를, 각각 콘트라스트C1(x, y), 보자력Hc1(x, y), 및 슬로프α1(x, y)이라고 부른다.In this way, in (ii) of the present embodiment, when the image processing unit 30 sets the angle formed by the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 to angle β 1 , the image processing unit 30 includes the magnetic material. A plurality of images are acquired while illuminating the magnetic portion of the sample 20 with the illumination light 21 and simultaneously sweeping an external magnetic field. Then, the image processing unit 30 acquires a hysteresis loop of the luminance value for each ROI from the plurality of acquired images. The image processing unit 30 further adjusts the contrast C(x, y), coercive force H c (x, y), and and slope α(x, y) is calculated. The contrast C (x, y), the coercive force H c (x, y), and the slope α (x, y) in the case of the angle β 1 of the polarization direction of the analyzer 17 are respectively defined by the contrast C 1 (x, y), the coercive force H c1 (x, y), and the slope α 1 (x, y).

다음으로, 검광자(17)의 편광 방향의 각도Θa를, 각도 1과는 다른 각도 2로 설정한다(단계 S27). β2는 전술한 캘리브레이션의 각도 범위내의 어느 한 각도이다. 예를 들면, β2=-β1 등이지만, 캘리브레이션의 각도 범위내라면 특별히 한정되지는 않는다. 다음으로, 각도β1의 경우와 마찬가지로, 평가하는 시료(20)의 보자력Hc의 ±10배 정도로 자장 스위핑하면서 화상을 취득한다(도 8의 단계 S28). 이 때, 충분한 시간 분해 능력으로 화상을 취득하는 등, 화상 취득의 조작을 각도β1의 경우와 동일하게 한다. 그리고, 취득한 화상을 ROI마다 자장 스위핑 데이터군을 연산 처리한다(도 8의 단계 S29). 그리고, ROI마다의 히스테리시스 루프를 근사 함수로 피팅함으로써 ROI마다 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 슬로프α(x, y)를 얻을 수 있다(도 8의 단계 S30).Next, the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 is defined as the angle An angle different from 1 Set to 2 (step S27). β 2 is an angle within the angle range of the above-described calibration. For example, β 2 = -β 1 , etc., but there is no particular limitation as long as it is within the angle range of the calibration. Next, as in the case of angle β 1 , an image is acquired while sweeping the magnetic field at approximately ±10 times the coercive force H c of the sample 20 to be evaluated (step S28 in FIG. 8). At this time, the image acquisition operation is the same as in the case of angle β 1 , such as acquiring the image with sufficient time resolution ability. Then, the magnetic field sweeping data group is processed for each ROI on the acquired image (step S29 in FIG. 8). Then, by fitting the hysteresis loop for each ROI with an approximation function, the contrast C (x, y), coercive force H c (x, y), and slope α (x, y) can be obtained for each ROI (step S30 in FIG. 8). .

이와 같이, 본 실시 형태의 (ii)에서는, 화상 처리부(30)는 편광자(12)의 편광 방향과 검광자(17)의 편광 방향이 이루는 각도를 각도 2로 설정한 경우에도, 자성체를 포함한 시료(20)의 자성체 부분에 대해, 조명광(21)을 조명함과 동시에 외부 자장을 스위핑하면서 복수의 화상을 취득한다. 그리고 화상 처리부(30)는, 취득한 복수의 화상으로부터 ROI마다의 휘도 수치의 히스테리시스 루프를 취득한다. 화상 처리부(30)는, 또한 ROI(x, y)마다 히스테리시스 루프를 경험적인 근사 함수에 피팅함으로써 ROI(x, y)마다의 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및 슬로프α(x, y)를 산출한다. 검광자(17)의 편광 방향의 각도 2의 경우의 콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 및, 슬로프α(x, y)를, 각각 콘트라스트C2(x, y), 보자력Hc2(x, y), 및 슬로프α2(x, y)라고 부른다.In this way, in (ii) of the present embodiment, the image processing unit 30 determines the angle formed by the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17. Even when set to 2 , a plurality of images are acquired while illuminating the magnetic material portion of the sample 20 containing a magnetic material with the illumination light 21 and simultaneously sweeping an external magnetic field. Then, the image processing unit 30 acquires a hysteresis loop of the luminance value for each ROI from the plurality of acquired images. The image processing unit 30 further adjusts the contrast C(x, y), coercive force H c (x, y), and and slope α(x, y) is calculated. Angle of polarization direction of analyzer 17 The contrast C (x, y), coercive force H c (x, y), and slope α (x, y) in the case of 2 are respectively contrast C 2 (x, y) and coercive force H c2 (x, y). , and the slope α 2 (x, y).

콘트라스트C(x, y), 보자력Hc(x, y), 슬로프α(x, y)는, 히스테리시스 루프의 중요하면서 특징적인 형상을 나타내고 있다. 모두, 예를 들면,

Figure pat00006
RAM 디바이스로서의 최종 성능(동작 속도, 소비 전력, 신뢰성)에 관련된 지표이다. 아울러, 이 3개의 지표 이외에 다른 지표를 정의해도 상관없다. 발명자에 의한 해석에 의하면, 자화 반전이 발생하는 외부 자장의 지표인 보자력Hc(x, y)는, 보정 없이 스폿 계측과 거의 유사한 결과를 얻을 수 있다. 그러나, 포화 자화량 Ms(x, y)는 자화 콘트라스트에 상관하는 특성량이지만, 전술한 비교예에서의 도 3 및 도 4에서 설명한 것처럼, 스폿 계측과의 괴리가 커서 보정이 필요하다. 또 슬로프α(x, y)는, 보자력Hc(x, y)와 Ms(x, y)가 뒤섞인 지표로서, 역시 보정이 필요하다.Contrast C (x, y), coercive force H c (x, y), and slope α (x, y) show the important and characteristic shape of the hysteresis loop. All, for example:
Figure pat00006
This is an indicator related to the final performance (operation speed, power consumption, reliability) of a RAM device. Additionally, it is okay to define other indicators in addition to these three indicators. According to the inventor's analysis, the coercive force H c (x, y), which is an indicator of the external magnetic field where magnetization reversal occurs, can obtain results almost similar to spot measurements without correction. However, although the saturation magnetization amount M s (x, y) is a characteristic quantity that is correlated with the magnetization contrast, as explained in FIGS. 3 and 4 in the above-mentioned comparative example, the difference from spot measurement is large and correction is necessary. In addition, the slope α(x, y) is an index that is a mixture of the coercive forces H c (x, y) and M s (x, y), so correction is also required.

<(iii) 계측 데이터 및 물리 모델식을 이용한 보정 처리><(iii) Correction processing using measurement data and physical model equation>

다음으로, 물리 모델식을 이용하여 ROI(x, y)마다, 편광 방향 회전의 회전각

Figure pat00007
Θ(x, y)를 산출한다(도 9의 단계 S31). 구체적으로는, 화상 처리부(30)는, 장치 정수, 각도β1에서의 히스테리시스 루프 및 각도β2에서의 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 ROI마다 커 회전의 회전각ΔΘ(x, y)을 산출한다. 물리 모델식을 도 16의 (1)식 및 (2)식에 나타낸다. 또, 하기에도 (1)식 및 (2)식을 나타내는데, 지면 관계상, (1)식을 분할하여 (1-1)~(1-4)식으로 나타낸다.Next, using the physical model equation, for each ROI (x, y), the rotation angle of the polarization direction rotation
Figure pat00007
Θ(x, y) is calculated (step S31 in FIG. 9). Specifically, the image processing unit 30 calculates the rotation angle ΔΘ(x, y) of the cursor rotation for each ROI from analysis using the device constant, the hysteresis loop at the angle β 1 , and the hysteresis loop at the angle β 2 . The physical model equations are shown in equations (1) and (2) in FIG. 16. In addition, equations (1) and (2) are shown below, but for reasons of space, equation (1) is divided into equations (1-1) to (1-4).

2ΔΘ(x, y)=(P1-P2)/P3 (1-1)2ΔΘ(x, y)=(P1-P2)/P3 (1-1)

P1=C2(x, y){(1-2η2(x, y)) sin22-Θ(x, y))+η2(x, y)}P1=C 2 (x, y){(1-2η 2 (x, y)) sin 22 -Θ(x, y))+η 2 (x, y)}

(1-2) (1-2)

P2=AC1(x, y){(1-2η2(x, y)) sin21-Θ(x, y))+η2(x, y)}P2=AC 1 (x, y){(1-2η 2 (x, y)) sin 21 -Θ(x, y))+η 2 (x, y)}

(1-3) (1-3)

P3=(1-2η2(x, y)){sin(2(β2-Θ(x, y))-Asin(2(β1-Θ(x, y))}P3=(1-2η 2 (x, y)){sin(2(β 2 -Θ(x, y))-Asin(2(β 1 -Θ(x, y))}

(1-4) (1-4)

여기서, (1)식 및 (1-3)식, (1-4)식의 A는, 이하의 (2)식이다.Here, A in equations (1), (1-3), and (1-4) is the following equation (2).

A={1+cos(2(β1-Θ(x, y)}/{1+cos(2(β2-Θ(x, y)}A={1+cos(2(β 1 -Θ(x, y)}/{1+cos(2(β 2 -Θ(x, y)}

(2) (2)

(1)식 및 (2)식의 설명과 도출은, 실시예에서 나타낸다. (ii)에서, 적어도 검광자(17)의 편광 방향을 2개의 각도β1 및 β2로 설정하고, 자장 스위핑하면서 화상을 촬상한다. 그리고, 화상내의 ROI마다 히스테리시스 루프를 해석 처리함으로써 ROI마다 2개의 콘트라스트C1(x, y) 및 C2(x, y)의 값을 산출한다.The explanation and derivation of equations (1) and (2) are shown in the examples. In (ii), the polarization direction of at least the analyzer 17 is set to two angles β 1 and β 2 and an image is captured while sweeping the magnetic field. Then, by analyzing the hysteresis loop for each ROI in the image, two contrast values C 1 (x, y) and C 2 (x, y) are calculated for each ROI.

따라서, 화상 처리부(30)는, 전술한 (i)에서의 장치 정수의 캘리브레이션 결과, (ii)에서의 검광자(17)의 편광 방향의 각도β1 및 β2의 설정치, 및 (ii)에서의 콘트라스트C1(x, y) 및 C2(x, y)를 상기 물리 모델식(1) 및 (2)에 대입함으로써 보정된 커 회전의 회전각ΔΘ(x, y)의 계측치를 얻을 수 있다.Accordingly, the image processing unit 30 determines the calibration result of the device constant in (i) described above, the setting values of angles β 1 and β 2 of the polarization direction of the analyzer 17 in (ii), and By substituting the contrast C 1 (x, y) and C 2 (x, y) into the physical model equations (1) and (2), the measured value of the rotation angle ΔΘ (x, y) of the corrected Kerr rotation can be obtained. there is.

(1) 및 (2)식에서는, 모두 <(i) 사전 캘리브레이션>, <(ii) 자장 스위핑에 의한 화상 취득과 ROI마다의 해석>에서 계측된 값, 및 설정한 각도β1, β2이다. 따라서, ROI(x, y)에서 시료(20)에서 발생한 커 회전의 회전각ΔΘ(x, y)은, 보정된 정량치가 된다.In equations (1) and (2), the values measured in <(i) pre-calibration>, <(ii) image acquisition by magnetic field sweeping and analysis for each ROI>, and the set angles β 1 and β 2 are . Therefore, the rotation angle ΔΘ(x, y) of the Kerr rotation occurring in the sample 20 in ROI(x, y) becomes a corrected quantitative value.

<편광 현미경 자체에서 발생하는 편광 오차의 커 회전으로의 전파><Propagation of polarization error occurring in the polarization microscope itself to Kerr rotation>

다음으로, 상기에서 과제로 한 편광 현미경 자체에서 발생하는 편광 오차(장치 정수)가 시료(20)에 의해 발생하는 커 회전으로 오차 전파되는 것을 설명하기로 한다.Next, we will explain how the polarization error (device constant) generated in the polarization microscope itself, which was the subject discussed above, is propagated by the Kerr rotation generated by the sample 20.

우선, 시료(20)에 외부 자장을 인가하지 않은 경우를 고려한다. 또, ROI(x, y)를 임의의 1좌표로 고려한다. 편광자(12)의 편광 방향을 X축방향으로 하고, 검광자(17)의 편광 방향을 Y축방향으로 한 이상적인 직교니콜 배치로 한다. 이 때, 편광자(12)를 투과한 X축방향의 진폭을 가진 직선 편광이 편광 현미경 장치(1)의 광학계를 통과함으로써 편광면은 Θ회전함과 동시에 타원율η로 타원화된다.First, consider the case where no external magnetic field is applied to the sample 20. Also, consider ROI(x, y) as an arbitrary coordinate. An ideal orthogonal Nicol arrangement is set in which the polarization direction of the polarizer 12 is in the X-axis direction and the polarization direction of the analyzer 17 is in the Y-axis direction. At this time, as linearly polarized light with an amplitude in the

도 19는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)에서, 외부 자장을 인가하지 않은 경우의 편광면의 회전 및 타원화를 예시한 도면이다. 입사되는 직선 편광의 방위를 X축, 검광자의 방위를 Y축으로 한다. 도 19에 도시한 것처럼, 반사광(22)의 편광 방위OA는, 편광 현미경 장치(1)를 통과함으로써 X축으로로부터 Θ회전 및 타원화(타원 장축OA, 단축OB)된다.FIG. 19 is a diagram illustrating the rotation and ellipticalization of the polarization plane in the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1 when no external magnetic field is applied. The direction of the incident linearly polarized light is the X-axis, and the direction of the analyzer is the Y-axis. As shown in FIG. 19, the polarization direction OA of the reflected light 22 is rotated about the

이 Θ회전 및 타원화는, 대물 렌즈(14)의 곡률, 반사 방지막, 빔 스플리터(13)의 코팅(Coating)에 의해 발생하는 s편광 및 p편광의 진폭차이(타원화), 및 s편광 및 p편광의 위상차이(편광면의 회전)에 기인한 것이다. 화상 취득부에서는 OA, OB의 Y축으로의 투영 성분의 합이 검출된다. 또, 화상 취득부(19)의 촬상 소자의 좌표(상(像)위치)에 도달할 때까지의 광 경로가 상위치마다 다르기 때문에, 편광의 변화량은 상위치에 따라 바뀐다.This Θ rotation and ellipticalization are caused by the curvature of the objective lens 14, the anti-reflective film, the amplitude difference (ellipticization) between s-polarized light and p-polarized light caused by the coating of the beam splitter 13, and the s-polarized light and This is due to the phase difference (rotation of the polarization plane) of p-polarized light. The image acquisition unit detects the sum of the projection components of OA and OB on the Y axis. Additionally, since the optical path until it reaches the coordinates (image position) of the imaging device of the image acquisition unit 19 is different for each higher value, the amount of change in polarization changes depending on the higher value.

도 20은, 빔 스플리터(13)가 없는 상태에서, 시료(20)에서 반사된 반사광(22)이 화상 취득부(19)의 촬상면(26)에 도달할 때까지의 광 경로를 예시한 도면이다. 도 21은, 빔 스플리터(13)가 있는 상태에서, 시료(20)에서 반사된 반사광(22)이 화상 취득부(19)의 촬상면(26)에 도달할 때까지의 광 경로를 예시한 도면이다. 도 20 및 도 21에 도시한 것처럼, 빔 스플리터(13)가 있으면, 화상 취득부(19)의 촬상면(26)에 도달할 때까지의 광 경로가 상위치마다 다르다. 또, 3개의 광선은 물체 위치(시료 위치)에 의존하여 빔 스플리터(13)에 입사되는 각도가 다른 것을 나타내고 있다. 일반적인 빔 스플리터(13)에서는 유전체 다층막으로 반사율, 투과율을 제어하고 있지만, 편광 의존성까지는 고려되지 않았다.FIG. 20 is a diagram illustrating an optical path until the reflected light 22 reflected from the sample 20 reaches the imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 in the absence of the beam splitter 13. . FIG. 21 is a diagram illustrating the optical path until the reflected light 22 reflected from the sample 20 reaches the imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 in the presence of the beam splitter 13. . As shown in FIGS. 20 and 21, when the beam splitter 13 is present, the optical path until it reaches the imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 is different for each higher value. Additionally, the angles at which the three light rays are incident on the beam splitter 13 are different depending on the object position (sample position). In a typical beam splitter 13, reflectance and transmittance are controlled using a dielectric multilayer film, but polarization dependence is not taken into consideration.

따라서, 이 각도차이에 따라 편광면의 회전, 타원화 정도가 바뀐다. 사례로서 빔 스플리터(13)의 유전체 다층막을 들었으나, 이것은 광 경로를 구성하는 대물 렌즈 각면의 반사 방지 코팅 등이어도 동일하며, 상위치에 도달하는 광 경로 전체적으로 편광 성분의 변동은 상위치에 따라 다르다. 따라서, 편광 방향의 변화량은 상위치에 따라 바뀐다. 이것은, 정도의 차이는 있지만 불가피한 것이다.Therefore, the degree of rotation and ellipticalization of the polarization plane changes depending on this angle difference. As an example, the dielectric multilayer film of the beam splitter 13 is used, but this is the same even if it is an anti-reflection coating on each side of the objective lens constituting the optical path, and the variation of the polarization component as a whole of the optical path reaching the upper value varies depending on the higher value. . Therefore, the amount of change in the polarization direction changes depending on the difference value. This is, to varying degrees, inevitable.

에너지(Energy)를 OA2+OB2=1로 할 때, OA, OB의 검광자(17)로의 투영 성분은 각각

Figure pat00008
sinΘ, ηcosΘ가 된다. 이들은, 서로 직교되는 진동면을 갖기 때문에 비간섭이다. 따라서, 검광자(17)를 투과하는 강도는 (1-η2) sin2Θ+η2cos2Θ가 되며, 또한 변형되어 이하 및 도 16의 (3)식을 얻는다. When the energy is set to OA 2 + OB 2 = 1, the projection components of OA and OB to the analyzer 17 are respectively
Figure pat00008
becomes sinΘ, ηcosΘ. They are non-interfering because they have vibration planes that are orthogonal to each other. Therefore, the intensity passing through the analyzer 17 becomes (1-η 2 ) sin 2 Θ+η 2 cos 2 Θ, and is further modified to obtain equation (3) below and in FIG. 16.

I(Θ,η)=(1-2η2) sin2Θ+η2 (3)I(Θ,η)=(1-2η 2 ) sin 2 Θ+η 2 (3)

이 식은, 검광자(17)를 투과하는 광강도를 표시하는 말뤼스 법칙으로 알려져 있다. 따라서, 전술한 (i)사전 캘리브레이션에서, 검광자(17)의 각도Θa를 흔들면서 화상 취득부(19)에서 휘도 수치를 기록했을 때에는, 하기 및 도 16의 (4)식이 된다.This equation is known as Malus' law, which indicates the intensity of light passing through the analyzer 17. Therefore, in the above-mentioned pre-calibration (i), when the luminance value is recorded in the image acquisition unit 19 while shaking the angle Θ a of the analyzer 17, equation (4) below and in FIG. 16 is obtained.

I(Θ,η)=a[(1-2η2) sin2a-Θ)+η2] (4)I(Θ,η)=a[(1-2η 2 ) sin 2a -Θ)+η 2 ] (4)

여기서, I, a, η2, Θ는 시야내의 위치(x, y)마다 다른 값을 가진다. 즉, I(x, y)이다. 이하에서는, (x, y)의 표기는 생략한다. 또, I(Θ,η)로 표시한다. a는, 총에너지 1에 걸리는 계수로서, 소위, 휘도 불균일에 상당한다. sin2의 진폭 1-2η2와 DC성분 η2의 비율인 η2/(1-2η2)는 소위, 소광비(消光比)에 상당한다. (i) 사전 캘리브레이션에서, 발명자의 검증에 의하면, 시야내의 ROI마다 이 실험 커브(Curve)가 다르다. 이와 같이 하여 ROI마다 (4)식에 의한 피팅으로부터, a(x, y), η2(x, y), Θ(x, y)를 장치 정수로서 취득한다. 발명자에 의한 시험에서는, 시야내 격차 a(x, y)는 ±10% 정도, η2(x, y)는 ±20% 정도, Θ(x, y)는 ±0.5° 정도이다(도 13 참조). 또 Θ(x, y), η2(x, y)의 절대치는, 계측 대상의 자성 박막에서 발생하는 커 회전 및 커 타원화와 비교하여 1자리수 이상 큰 양이다.Here, I, a, η 2 , and Θ have different values for each position (x, y) within the field of view. That is, I(x, y). Hereinafter, the notation of (x, y) is omitted. Also, it is expressed as I(Θ,η). a is a coefficient for the total energy of 1, and corresponds to so-called luminance unevenness. η 2 /(1-2η 2 ), which is the ratio between the amplitude 1-2η 2 of sin 2 and the DC component η 2 , corresponds to the so-called extinction ratio. (i) In preliminary calibration, according to the inventor's verification, this experimental curve is different for each ROI in the field of view. In this way, a(x, y), η 2 (x, y), and Θ(x, y) are obtained as device constants from fitting according to equation (4) for each ROI. In tests conducted by the inventor, the gap in the field of view a(x, y) is approximately ±10%, η 2 (x, y) is approximately ±20%, and Θ(x, y) is approximately ±0.5° (see Fig. 13) ). Additionally, the absolute values of Θ(x, y) and η 2 (x, y) are quantities that are more than one order of magnitude larger than the Kerr rotation and Kerr ellipticalization that occur in the magnetic thin film of the measurement object.

다음으로, 외부 자장을 스위핑했을 때의 자성 박막 등의 자성체를 포함한 시료(20)에서의 미세한 커 회전 및 커 타원화를 부가하여 생각하기로 한다. 도 22는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)에서, 외부 자장을 인가한 경우의 편광면의 회전 및 타원화를 예시한 도면이다. 도 22에 도시한 것처럼, 커 회전은 Θ를 중심으로 하여 ±ΔΘ, 타원율은 η를 중심으로 하여 ±Δη로 변조되는 것으로 한다. 모두, 외부 자장의 스위핑에서의 ±포화 자장에서 생각하면 충분하다.Next, we will consider adding minute Kerr rotation and Kerr ellipticalization in the sample 20 containing a magnetic material such as a magnetic thin film when an external magnetic field is swept. FIG. 22 is a diagram illustrating the rotation and ellipticalization of the polarization plane when an external magnetic field is applied in the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1. As shown in Figure 22, the Kerr rotation is modulated by ±ΔΘ with Θ as the center, and the ellipticity is modulated by ±Δη with η as the center. In all, it is sufficient to think of the ± saturation magnetic field in the sweeping of the external magnetic field.

장치 정수는, (i) 사전 캘리브레이션일 때와 동일하게 생각하여 이하 및 도 16의 (5)식이다.The device constants are considered the same as in the case of (i) pre-calibration and are expressed in equation (5) below and in Fig. 16.

I±=a[(1-2(η±Δη)2) sin2a-(Θ±ΔΘ))+(η±Δη)2]I±=a[(1-2(η±Δη) 2 ) sin 2a -(Θ±ΔΘ))+(η±Δη) 2 ]

(5) (5)

ΔΘ<<Θ, Δη<<η이므로, 근사(approximation) 및 식 변형을 하고, 간단화를 위해 Θa-Θ=Θ로 표기하고 a를 생략한다. 그렇게 하면, 이하 및 도 16의 (6)식이 된다.Since ΔΘ<<Θ, Δη<<η, approximation and equation transformation are performed, and for simplicity, it is written as Θ a -Θ=Θ and a is omitted. Then, equation (6) below and in Figure 16 becomes.

I±≒[(1-2(η2±2ηΔη)2) sin2(Θ±ΔΘ)]+η2±2ηΔη]I±≒[(1-2(η 2 ±2ηΔη) 2 ) sin 2 (Θ±ΔΘ)]+η 2 ±2ηΔη]

(6) (6)

정량 평가하는 지표는 ΔI=I+-I-이므로, (6)식으로부터 ΔI로 표기하고 변형한다.Since the indicator for quantitative evaluation is ΔI=I + -I - , it is expressed as ΔI from equation (6) and transformed.

ΔI=(1-2η2+4ηΔη) sin(2Θ) sin(2ΔΘ)+4ηΔη (1+cos(2(Θ+ΔΘ))) (7)ΔI=(1-2η 2 +4ηΔη) sin(2Θ) sin(2ΔΘ)+4ηΔη (1+cos(2(Θ+ΔΘ))) (7)

이 식으로부터 ΔΘ와 Δη에는, 장치 정수가 계수로서 걸려 있어 분리할 수 없다. 또, 미정 계수는 ΔΘ와 Δη의 2개이므로 1회의 계측으로는 각각을 도출하는 것이 불가능하다는 것을 알 수 있다.From this equation, ΔΘ and Δη have device constants as coefficients and cannot be separated. In addition, since there are two undetermined coefficients, ΔΘ and Δη, it can be seen that it is impossible to derive each from one measurement.

따라서, 가장 간편하게 상태를 바꾸는 수단으로서 검광자(17)의 각도β를 2수준(Θ11-Θ, Θ22-Θ)으로 2회 계측하는 것으로 한다. 그런데, (7)식까지는, 무차원의 광강도이지만, 실제로 기록되는 것은 화상 취득부(19)의 촬상 소자의 화소치(휘도 수치: 그레이 레벨)이다. 따라서 (7)식을 (4)식으로 나눈 무차원의 콘트라스트(Contrast)치를 도입한다. 이 때, (4)식의 a는 (7)식에도 걸리므로 상쇄된다. 즉, 콘트라스트C를, 이하의 (8-1)~(8-4)식 및 도 16의 (8)식에서 정의한다.Therefore, as the easiest means of changing the state, the angle β of the analyzer 17 is measured twice at two levels (Θ 1 = β 1 -Θ, Θ 2 = β 2 -Θ). However, up to equation (7), although it is a dimensionless light intensity, what is actually recorded is the pixel value (luminance value: gray level) of the imaging device of the image acquisition unit 19. Therefore, a dimensionless contrast value is introduced by dividing equation (7) by equation (4). At this time, a in equation (4) also occurs in equation (7), so it is canceled out. That is, contrast C is defined by equations (8-1) to (8-4) below and equation (8) in FIG. 16.

C=(Q1+Q2)/Q3 (8-1)C=(Q1+Q2)/Q3 (8-1)

Q1=(1-2η2+4ηΔη) sin(2Θ) sin(2ΔΘ)) (8-2)Q1=(1-2η 2 +4ηΔη) sin(2Θ) sin(2ΔΘ)) (8-2)

Q2=4ηΔη(1+cos(2(Θ+ΔΘ))) (8-3)Q2=4ηΔη(1+cos(2(Θ+ΔΘ))) (8-3)

Q3=[(1-2η2) sin2(Θ)+η2] (8-4)Q3=[(1-2η 2 ) sin 2 (Θ)+η 2 ] (8-4)

이것은, 실계측 데이터에서는, 외부 자장의 스위핑시에 히스테리시스 루프의 높낮이 차이(휘도 차이)/평균치에 상당한다. 콘트라스트C는, 도 17에서의 콘트라스트(Contrast)이다. 검광자(17)의 2수준에서의 히스테리시스 루프로부터 도출되는 콘트라스트를, 콘트라스트C1 및 C2로 하여 2개의 (8)식의 연립 방정식으로부터 Δη를 소거하여 ΔΘ를 도출하면, 이하의 (9-1)~(9-4)식 및 도 16의 (9)식이 된다.In actual measurement data, this corresponds to the height difference (luminance difference)/average value of the hysteresis loop when sweeping an external magnetic field. Contrast C is the contrast in FIG. 17. By using the contrast derived from the hysteresis loop at the second level of the analyzer 17 as contrast C 1 and C 2 and eliminating Δη from the two simultaneous equations of equation (8) to derive ΔΘ, the following (9- Equations 1) to (9-4) and (9) in FIG. 16 are used.

U1=U2 (9-1)U1=U2 (9-1)

U1=(1-2η2)(C2sin2Θ2-C1sin2Θ1)+η2(C2-C1) (9-2)U1=(1-2η 2 )(C 2 sin 2 Θ 2 -C 1 sin 2 Θ 1 )+η 2 (C 2 -C 1 ) (9-2)

U2=(1-2η2)[sin(2Θ2) sin(2ΔΘ)-sin(2Θ1) sin(2ΔΘ)·U3]U2=(1-2η 2 )[sin(2Θ 2 ) sin(2ΔΘ)-sin(2Θ 1 ) sin(2ΔΘ)·U3]

(9-3) (9-3)

U3=(1+cos(2Θ2) cos(2ΔΘ))/(1+cos(2Θ1) cos(2ΔΘ))U3=(1+cos(2Θ 2 ) cos(2ΔΘ))/(1+cos(2Θ 1 ) cos(2ΔΘ))

(9-4) (9-4)

여기서, ΔΘ는 충분히 작은 양이므로, sin(2ΔΘ)≒ΔΘ, cos(2ΔΘ)≒1로 근사하여 식 변형한다. 그렇게 하면, 도 16의 (1) 및 (2)식을 얻는다.Here, since ΔΘ is a sufficiently small quantity, the equation is modified by approximating sin(2ΔΘ)≒ΔΘ, cos(2ΔΘ)≒1. By doing so, equations (1) and (2) in Figure 16 are obtained.

또 Δη(x, y)도, 이하의 (10-1)~(10-4)식 및 도 16의 (10)식과 같이 도출된다.In addition, Δη(x, y) is also derived as equations (10-1) to (10-4) below and equation (10) in FIG. 16.

2Δη(x, y)=(V1-V2)/V3 (10-1)2Δη(x, y)=(V1-V2)/V3 (10-1)

V1=C1{(1-2η2(x, y)) sin21-Θ(x, y))+η2(x, y)} (10-2)V1=C 1 {(1-2η 2 (x, y)) sin 21 -Θ(x, y))+η 2 (x, y)} (10-2)

V2=(1-2η2(x, y)) sin(2(β1-Θ(x, y))×2ΔΘ(x, y) (10-3)V2=(1-2η 2 (x, y)) sin(2(β 1 -Θ(x, y))×2ΔΘ(x, y) (10-3)

V3=2η(x, y){1+cos(2(β1-Θ(x, y)))} (10-4)V3=2η(x, y){1+cos(2(β 1 -Θ(x, y)))} (10-4)

그러나, 분모에 있는 η(x, y)의 부호의 동정(同定)이 필요하다. 이것은, λ/4 파장판을 이용한 별도의 계측이 필요하다. 또, 상술한 수식 및 도 16의 표현은, 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 본질적인 물리 현상을 표기한다면, sinΘ≒Θ 등의 근사 표기를 이용해도 좋다. 구체적으로는, 상술한 설명, 및 도 16에 나타낸 일련의 수식은, 가능한 한 근사를 하지 않은 표기이지만, 각각에 넣는 실측치, 설정치의 순서에 따른 근사 표기를 이용하더라도 본질적인 물리 표기는 변함없다.However, the sign of η(x, y) in the denominator needs to be identified. This requires separate measurement using a λ/4 wave plate. In addition, the above-mentioned equations and the expressions in FIG. 16 can be appropriately changed without departing from the spirit. For example, if you are expressing an essential physical phenomenon, you may use an approximate notation such as sinΘ≒Θ. Specifically, the above description and the series of equations shown in FIG. 16 are representations that do not make approximations as much as possible, but the essential physical notation does not change even if approximate representations according to the order of actual measured values and set values entered into each are used.

본 실시 형태에 의하면, 시야내의 격차를 보정하여 스폿 계측과 동등한 정밀도로 시야내의 편광 특성의 분포를 계측할 수 있다. 예를 들면, 특허 문헌 2에는, 커 회전각 등의 편광 특성을 해석하는 편광 현미경이 기재되어 있지만, 시야내에서의 격차를 보정하는 것은 기재되어 있지 않다. 본 실시 형태의 편광 현미경 장치(1)는, 계측 및 보정에 의해 스폿 계측(Φ가 수 십μm)과 동등한 정밀도에서의 계측이 면계측(Φ가 수 천μm)으로 실현될 수 있어 처리 시간을 대폭 단축할 수 있다.According to this embodiment, it is possible to correct the disparity within the field of view and measure the distribution of polarization characteristics within the field of view with an accuracy equivalent to spot measurement. For example, Patent Document 2 describes a polarizing microscope that analyzes polarization characteristics such as Kerr rotation angle, but does not describe correcting differences in the field of view. The polarizing microscope device 1 of this embodiment can realize measurement with an accuracy equivalent to spot measurement (Φ is several tens of μm) by surface measurement (Φ is several thousand μm) through measurement and correction, thereby reducing the processing time. It can be significantly shortened.

<실시예 1><Example 1>

다음으로, 상기 실시 형태의 방법에서의 사전 캘리브레이션에 의해, 실제로 장치 정수를 취득하고, 자장 스위핑에 의한 화상 취득과 ROI마다의 해석을 실시한 결과를 설명하기로 한다. 즉, 검광자(17)의 2개의 편광 방향의 각도 1 2에서 계측하는 이미징 MOKE로 자화 콘트라스트C를 평가했다.Next, the results of actually acquiring device constants through pre-calibration in the method of the above embodiment, image acquisition by magnetic field sweeping, and analysis for each ROI will be explained. That is, the angles of the two polarization directions of the analyzer 17 1 and The magnetization contrast C was evaluated by imaging MOKE measured in 2 .

또, 시야내의 커 회전의 회전각을 스폿 계측으로 미리 계측해 두고 이것을 정답 데이터로서 비교하였다. 시료(20)는, MRAM에서 일반적으로 사용되고 있는 CoFeB의 프리(Free)층을 가진 것이다. 구체적으로는, 시료(20)는 CoFeB의 프리층과 프리층의 상하층에 배치된 수직 자기 이방성을 출현시키기 위한 층과 최표층에 캡(Cap)층으로서 적층된 금속(Metal)층을 구비하고 있다.In addition, the rotation angle of the cursor rotation within the field of view was measured in advance by spot measurement, and this was compared as the correct answer data. The sample 20 has a free layer of CoFeB, which is commonly used in MRAM. Specifically, the sample 20 includes a free layer of CoFeB, a layer for generating perpendicular magnetic anisotropy disposed above and below the free layer, and a metal layer laminated as a cap layer on the outermost layer. there is.

외부 자장은, 보자력Hc의 10배 이상을 취하여 충분히 포화 자화에 도달하는 레벨로 설정하였다. 또, 이미징 MOKE의 시야내의 ROI 좌표는, 스폿 계측의 계측 스폿 좌표와 동일하게 하였다. 또 스폿 계측과 이미징 MOKE의 자장 스위핑 속도(단위:Oe/sec)도 공통으로 되어 있다.The external magnetic field was set to a level that sufficiently reaches saturation magnetization by taking more than 10 times the coercive force H c . In addition, the ROI coordinates within the field of view of imaging MOKE were the same as the measurement spot coordinates of spot measurement. In addition, the magnetic field sweeping speed (unit: Oe/sec) of spot measurement and imaging MOKE is also common.

도 23(a)은, 검광자(17)의 편광 방향의 각도를 +4°로 설정한 경우의 각 ROI의 히스테리시스 루프의 그레이 레벨 차이 레인지를 시야 중심의 그레이 레벨 차이 레인지로 규격화한 것이다. 도 23(a)는 무보정의 로우 데이터(Raw data)이다. 이 경우에는, σ/AVE로 9.7%의 공간 격차였다.Figure 23(a) shows the gray level difference range of the hysteresis loop of each ROI when the angle of the polarization direction of the analyzer 17 is set to +4°, normalized to the gray level difference range centered on the field of view. Figure 23(a) is uncorrected raw data. In this case, there was a spatial gap of 9.7% in σ/AVE.

도 23(b)는, 히스테리시스 루프의 콘트라스트를 단순히 각 ROI의 평균 휘도 수치로 나누고 시야 중심에서의 값을 기준으로 규격화한 것이다. 이 경우에는, 공간 격차는 11.4%이지만, (a)의 로우 데이터, 및 스폿 계측에 의한 (d)의 정답 분포와는 괴리가 크다.In Figure 23(b), the contrast of the hysteresis loop is simply divided by the average luminance value of each ROI and normalized based on the value at the center of the field of view. In this case, the spatial gap is 11.4%, but there is a large gap between the raw data in (a) and the distribution of correct answers in (d) by spot measurement.

도 23(c)은, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)가 취득한 시료(20)의 콘트라스트의 분포를 예시한 도면이다. 도 23(c)에 도시한 것처럼, 본 실시 형태의 콘트라스트의 분포는, 검광자(17)의 편광 방향의 각도를 β1=+4° 및 β2=-4°로 설정한 2회의 계측의 결과로부터 도출한 것이다. 이 경우에는, 공간 격차는 3.2%이다. FIG. 23(c) is a diagram illustrating the contrast distribution of the sample 20 acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1. As shown in FIG. 23(c), the distribution of contrast in this embodiment is the result of two measurements in which the angle of the polarization direction of the analyzer 17 was set to β 1 = +4° and β 2 = -4°. It is derived from the results. In this case, the spatial gap is 3.2%.

도 23(a) 및 (b)과 같은 장치 정수에 기인한다고 생각되는 특징적인 형태(Fingerprint)에는 있고, (d)의 정답 분포에는 없는 형태가 양호하게 제거된 것을 알 수 있다.It can be seen that the characteristic shape (Fingerprint) that is thought to be due to device constants as shown in Figures 23(a) and (b), but not in the correct answer distribution in (d), has been successfully removed.

도 23(d)은, 스폿 계측기가 취득한 콘트라스트의 분포를 예시한 도면이다.Figure 23(d) is a diagram illustrating the distribution of contrast acquired by the spot meter.

도 23(d)에 도시한 것처럼, 스폿 계측에 의한 결과는, 격차가 줄어 장치 정수에 기인한다고 생각되는 특징적인 형태는 없다.As shown in Fig. 23(d), in the results of spot measurement, the gap is reduced and there is no characteristic pattern that is believed to be due to device constants.

도 24(a)~(c)는, 실시 형태 1에 관한 편광 현미경 장치(1)의 정량 해석의 결과를 예시한 도면이며, (d)~(f)는, 스폿 계측의 결과를 예시한 도면이다. 도 24(a)~(c)에는, 시야내의 포화 자화 Ms(∝Δ2Θ), 보자력Hc, 슬로프α의 분포를 나타낸다. 도 24(d)~(f)에는, (a)~(c)와 동일한 개소를 스폿 계측으로 계측한 결과를 나타낸다.24(a) to 24(c) are diagrams illustrating the results of quantitative analysis of the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, and (d) to 24(f) are diagrams illustrating the results of spot measurement. am. Figures 24(a) to 24(c) show the distribution of saturation magnetization M s (∝Δ2Θ), coercive force H c , and slope α within the field of view. Figures 24(d) to 24(f) show the results of spot measurement at the same locations as (a) to (c).

도 24(a)~(c)에 도시한 것처럼, 본 실시 형태는, 도 18에서 나타낸 히스테리시스 루프의 지표를 모두 정량 해석할 수 있다. 또, 본 실시 형태의 각 지표의 분포의 수치에는 스케일링이 곱해져 있지만, 스폿 계측에 의한 분포와 상관은 있다. 반도체 제조의 분야에서는 계수 관리가 가능하므로 실용상은 문제 없다.As shown in FIGS. 24(a) to 24(c), this embodiment can quantitatively analyze all the indicators of the hysteresis loop shown in FIG. 18. In addition, although the distribution values of each indicator in this embodiment are multiplied by scaling, there is a correlation with the distribution by spot measurement. In the field of semiconductor manufacturing, coefficient management is possible, so there is no problem in practical terms.

도 24(b)에 도시한 것처럼, 보자력Hc은, 장치 정수인 자화 방향의 스케일링이 들어가지 않는다. 따라서, 보정은 불필요하다. 도 24(c)에 도시한 것처럼, 슬로프α는, 포화 자화Ms로 실시한 자화 방향의 스케일링 계수를, 도 16의 (0)식의 경험적 모델식의 R에 곱함으로써 보정할 수 있다. 구체적으로는, ΔΘ(x, y)를 시야 중심에 대해 규격화하여 상대 분포ΔΘ'(x, y)를 산출한다(도 9의 단계 S32). 다음으로, 무보정 레인지R(x, y)를 시야 중심에 대해 규격화하여 상대 분포를 산출한다(도 9의 단계 S33). 그리고, 슬로프의 Y축 보정 계수를 ROI마다 산출한다. ΔΘ'(x, y)/R(x, y) Slope(x, y)에 의해 슬로프의 분포를 보정한다(도 9의 단계 S34).As shown in FIG. 24(b), the coercive force H c does not include scaling of the magnetization direction, which is a device constant. Therefore, correction is unnecessary. As shown in Fig. 24(c), the slope α can be corrected by multiplying the scaling coefficient of the magnetization direction obtained with the saturation magnetization M s by R in the empirical model equation (0) in Fig. 16. Specifically, ΔΘ(x, y) is normalized to the center of the field of view to calculate the relative distribution ΔΘ'(x, y) (step S32 in FIG. 9). Next, the uncorrected range R(x, y) is normalized to the center of the field of view to calculate the relative distribution (step S33 in FIG. 9). Then, the Y-axis correction coefficient of the slope is calculated for each ROI. The slope distribution is corrected by ΔΘ'(x, y)/R(x, y) Slope(x, y) (step S34 in FIG. 9).

다음으로, 본 실시 형태의 효과를 설명하기로 한다. 본 실시 형태의 편광 현미경 장치(1)는, 스폿 계측과 동등한 정밀도로 시야내의 편광 특성 분포를 계측할 수 있어 정량적인 면계측을 실현할 수 있다.Next, the effects of this embodiment will be explained. The polarizing microscope device 1 of this embodiment can measure the polarization characteristic distribution within the field of view with an accuracy equivalent to spot measurement, and can realize quantitative surface measurement.

도 25은, 실시 형태 1에 관한 시야내 보정 해석 방법의 효과를 예시한 도면이다. 도 25에 도시한 것처럼, 본 실시 형태의 시야내 보정 해석 방법은, 검광자(17)의 편광 방향의 각도β를, 예를 들면 -4° 및 +4°로 설정하여 시료(20)에 대해 외부 자장을 스위핑했을 때의 그레이 레벨 차이 레인지 화상(로우 데이터)을 취득한다. 이 경우의 로우 데이터에는, 각각 σ=8.6% 및 σ=10% 정도의 격차를 가지고 있다. 각 데이터를 규격화함으로써 콘트라스트C1(x, y) 및 C2(x, y)를 취득하지만, 각 콘트라스트에는 장치 기인의 오차가 포함되어 있다. 이 C1, C2는 휘도에 의한 규격화라는, 소위, 종래의 사고 방식에 의한 보정 결과이다.FIG. 25 is a diagram illustrating the effect of the in-field correction analysis method according to Embodiment 1. As shown in FIG. 25, the in-field correction analysis method of the present embodiment sets the angle β of the polarization direction of the analyzer 17 to, for example, -4° and +4° with respect to the sample 20. Acquire a gray level difference range image (raw data) when sweeping an external magnetic field. The raw data in this case has gaps of about σ = 8.6% and σ = 10%, respectively. Contrasts C 1 (x, y) and C 2 (x, y) are obtained by normalizing each data, but each contrast contains errors due to the device. These C 1 and C 2 are correction results based on the so-called conventional method of standardization based on luminance.

본 실시 형태에서는, 그러한 장치 기인의 오차를, 미리 취득하는 장치 정수를 이용하여 보정한다. 그렇다면, 격차는 σ=3, 2% 정도까지 감소시킬 수 있다(도 25 중의 3). 장치 정수 기인의 특징적인 경사 분포도 제거되어 있다. 이로써, 스폿 계측의 결과에 접근할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태의 편광 현미경 장치(1)는 단시간에 대량 계측이 가능해져 MRAM의 자성막의 자화 특성 관리시에 효과적이다.In this embodiment, such device-induced errors are corrected using device constants acquired in advance. If so, the gap can be reduced to σ = 3, about 2% (3 in Figure 25). The characteristic slope distribution due to device constants has also been removed. This allows access to the results of spot measurements. In addition, the polarizing microscope device 1 of the present embodiment enables mass measurement in a short time and is effective when managing the magnetization characteristics of the magnetic film of the MRAM.

비교예의 자구 편광 현미경과 같이, 편광 현미경을 베이스(Base)로 하는 자구 관찰 현미경에서는, 자구(Magnetic domain)의 관찰에 기능이 머물러 있다. 한편, 본 실시 형태에 의하면, 시야내의 히스테리시스 루프를 정량적으로 평가할 수 있다.Like the magnetic domain polarization microscope of the comparative example, in a magnetic domain observation microscope that uses a polarization microscope as its base, the function remains in the observation of magnetic domains (magnetic domains). On the other hand, according to this embodiment, the hysteresis loop within the field of view can be quantitatively evaluated.

또, 비교예의 커 효과 측정 장치 및 스폿 계측기에서는, 포인트 계측인데 반해, 본 실시 형태는 면계측이다. 또한 본 실시 형태는, 시야내의 ROI마다 히스테리시스 루프를 정량적으로 해석할 수 있다. 또 히스테리시스 루프의 형상으로부터, 포화 자화Ms, 보자력Hc, 슬로프α라는 MRAM 디바이스의 최종 성능에 직결되는 성능 지표를 면에서 정량 평가할 수 있다. 따라서, 평가 점수를 비약적으로 증대시킬 수 있기 때문에, 볼륨 데이터(Volume date)에 의한 수율 관리를 할 수 있다.In addition, while the Kerr effect measuring device and spot measuring device of the comparative example are point measurements, the present embodiment is surface measurements. Additionally, this embodiment can quantitatively analyze the hysteresis loop for each ROI in the field of view. In addition, from the shape of the hysteresis loop, performance indicators directly related to the final performance of the MRAM device, such as saturation magnetization M s , coercive force H c , and slope α, can be quantitatively evaluated in terms of surface. Therefore, since the evaluation score can be dramatically increased, yield management can be performed using volume data (Volume date).

본 발명은, 상기 실시 형태 1 및 실시예에 한정되지는 않으며, 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태 1 및 실시예의 각 구성은 서로 조합할 수 있다.The present invention is not limited to the above-mentioned Embodiment 1 and Examples, and may be appropriately modified without departing from the spirit. For example, the components of Embodiment 1 and Examples can be combined with each other.

또, 상술한 화상 처리부(30)는, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터 등의 정보처리 장치여도 좋다. 아울러 화상 처리부(30)는 퍼스널 컴퓨터에 한정되지는 않으며, 정보처리를 하는 것이라면, 서버, 태블릿, 휴대 단말 등이어도 좋고, 클라우드상의 것이어도 좋다. 화상 처리부(30)는, 미도시된 구성으로서 프로세서, 메모리 및 기억장치, 통신 장치를 구비해도 좋다. 또 기억장치는, 화상 처리부(30)가 실시하는 처리를 프로그램으로 하여 기억해도 좋다. 또 프로세서는, 기억장치로부터 프로그램을 메모리에 읽혀 해당 프로그램을 실행해도 좋다. 이로써, 프로세서는 화상 처리부(30)의 기능을 실현한다.Additionally, the image processing unit 30 described above may be an information processing device such as a personal computer, for example. In addition, the image processing unit 30 is not limited to a personal computer, and may be a server, tablet, mobile terminal, etc., or may be on the cloud as long as it processes information. The image processing unit 30 may include a processor, memory and storage device, and communication device as components not shown. Additionally, the storage device may store the processing performed by the image processing unit 30 as a program. Additionally, the processor may read a program from a storage device into memory and execute the program. Thereby, the processor realizes the functions of the image processing unit 30.

화상 처리부(30)는, 전용 하드웨어로 실현되어도 좋다. 또, 화상 처리부(30)의 일부 또는 전부는, 범용 또는 전용 회로(circuitry), 프로세서 등이나 이들 조합에 의해 실현되어도 좋다. 이들은, 단일 칩에 의해 구성되어도 좋고, 버스를 사이에 두고 접속되는 복수의 칩에 의해 구성되어도 좋다. 화상 처리부(30)의 일부 또는 전부는, 상술한 회로 등과 프로그램의 조합에 의해 실현되어도 좋다. 또, 프로세서로서 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), FPGA(field-programmable gate array), 양자 프로세서(양자 컴퓨터 제어 칩) 등을 이용할 수 있다.The image processing unit 30 may be realized with dedicated hardware. In addition, part or all of the image processing unit 30 may be realized by a general-purpose or dedicated circuit, a processor, or the like, or a combination thereof. These may be comprised of a single chip, or may be comprised of a plurality of chips connected across a bus. Part or all of the image processing unit 30 may be realized by a combination of the above-described circuits, etc., and programs. Additionally, as a processor, a CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), FPGA (field-programmable gate array), quantum processor (quantum computer control chip), etc. can be used.

또, 화상 처리부(30)의 일부 또는 전부가 복수의 정보처리 장치나 회로 등에 의해 실현되는 경우에는, 복수의 정보처리 장치나 회로 등은 집중 배치되어도 좋고 분산 배치되어도 좋다. 예를 들면, 정보처리 장치나 회로 등은 클라이언트 서버 시스템, 클라우드 컴퓨팅 시스템 등 각각이 통신 네트워크를 사이에 두고 접속되는 형태로서 실현되어도 좋다. 또, 화상 처리부(30)의 기능이 SaaS(Software as a Service) 형식으로 제공되어도 좋다.Additionally, when part or all of the image processing unit 30 is realized by a plurality of information processing devices or circuits, the plurality of information processing devices or circuits may be centrally arranged or dispersedly arranged. For example, information processing devices, circuits, etc. may be implemented as a client server system, cloud computing system, etc., each connected through a communication network. Additionally, the functions of the image processing unit 30 may be provided in SaaS (Software as a Service) format.

또, 상술한 시야내 보정 해석 방법을 컴퓨터에 읽혀 실행시키는 하기 시야내 보정 해석 프로그램도 실시 형태의 기술적 사상의 범위내이다. 시야내 보정 해석 프로그램은, 비일시적인 컴퓨터 가독 매체 또는 실체가 있는 기억 매체에 격납되어도 좋다.In addition, the following within-field-of-view correction analysis program that reads and executes the above-described within-field-of-view correction analysis method into a computer is also within the scope of the technical idea of the embodiment. The in-field correction analysis program may be stored in a non-transitory computer-readable medium or a tangible storage medium.

한정이 아닌 예로서, 컴퓨터 가독 매체 또는 실체가 있는 기억 매체는 random-access memory(RAM), read-only memory(ROM), 플래쉬 메모리, solid-state drive(SSD) 또는 그 외의 메모리 기술, CD-ROM, digital versatile disc(DVD), Blu-ray(등록상표) 디스크 또는 그 외의 광디스크 스토리지, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 스토리지 또는 그 외의 자기 스토리지 디바이스를 포함한다. 시야내 보정 해석 프로그램은, 일시적인 컴퓨터 가독 매체 또는 통신 매체상에서 송신되어도 좋다. 한정은 아닌 예로서 일시적인 컴퓨터 가독 매체 또는 통신 매체는 전기적, 광학적, 음향적, 또는 그 외의 형식의 전반 신호를 포함한다.By way of example, and not limitation, computer readable media or tangible storage media may include random-access memory (RAM), read-only memory (ROM), flash memory, solid-state drive (SSD) or other memory technology, CD-ROM, Includes ROM, digital versatile disc (DVD), Blu-ray (registered trademark) disk or other optical disk storage, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk storage or other magnetic storage devices. The in-field correction analysis program may be transmitted on a temporary computer-readable medium or communication medium. By way of example, and not limitation, transitory computer-readable or communication media includes signals in an electrical, optical, acoustic, or other form.

(부기 1)(Appendix 1)

조명광을 생성하는 광원과,A light source that generates illumination light,

상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자와,a polarizer through which the illumination light generated by the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction;

상기 직선 편광을 포함한 상기 조명광으로 시료를 조명함과 동시에, 상기 조명광이 상기 시료에서 반사된 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와,An objective lens that illuminates a sample with the illumination light including the linearly polarized light and transmits reflected light reflected from the sample by the illumination light;

상기 반사광에서의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자와,an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction in the reflected light;

상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부와,an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light;

상기 시료에 인가되는 외부 자장을 생성하는 자석과,A magnet that generates an external magnetic field applied to the sample,

상기 취득한 화상을 처리하는 화상 처리부,an image processing unit that processes the acquired image;

를 구비한 편광 현미경 장치를 이용한 시야내 보정 해석 프로그램으로서,An in-field correction analysis program using a polarizing microscope device equipped with,

상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서, 비자성의 상기 시료, 또는 자성체를 포함한 상기 시료를 자장 인가하지 않은 상태에서 이용함으로써 비자성 경면으로 간주할 수 있는 시료에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함으로써 취득한 복수의 상기 화상으로부터, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 상기 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출하는 제1 단계와,The non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material is considered to be a non-magnetic mirror surface by using the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material without applying a magnetic field while rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction at predetermined intervals within a predetermined range. For a sample that can be used, from the plurality of images acquired by illuminating the polarized illumination light, the distribution of the polarization rotation angle for each region of interest in the field of view including the plurality of regions of interest, and the square distribution of the ellipticity by ellipticalization are obtained. A first step of calculating a device constant including;

상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제1 각도로 설정한 경우에, 상기 자성체를 포함한 상기 시료의 상기 자성체 부분에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함과 동시에, 상기 외부 자장을 스위핑하면서 취득한 복수의 화상으로부터 상기 관심 영역마다의 휘도치의 히스테리시스 루프를 취득하고,When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to the first angle, the polarized illumination light is illuminated on the magnetic material portion of the sample including the magnetic material, and the external Obtaining a hysteresis loop of luminance values for each region of interest from a plurality of images acquired while sweeping a magnetic field,

상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제2 각도로 설정한 경우에, 상기 자성체를 포함한 상기 시료의 상기 자성체 부분에 대해, 상기 편광된 조명광을 조명함과 동시에 상기 외부 자장을 스위핑하면서 취득한 복수의 화상으로부터, 상기 관심 영역마다의 상기 휘도치의 히스테리시스 루프를 취득하는 제2 단계와,When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the polarized illumination light is illuminated on the magnetic material portion of the sample including the magnetic material and the external magnetic field is simultaneously illuminated. a second step of acquiring a hysteresis loop of the luminance value for each region of interest from a plurality of images acquired while sweeping;

상기 장치 정수, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 상기 관심 영역마다 커 회전의 회전각을 산출하는 제3 단계,A third step of calculating a rotation angle of Kerr rotation for each region of interest from analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle,

를 컴퓨터에 실행시키는 시야내 보정 해석 프로그램.An in-field correction analysis program that runs on a computer.

(부기 2)(Appendix 2)

상기 제1 단계에서,In the first step,

상기 검광자는, 상기 편광자에 대해 직교니콜 배치를 기준으로 하여 상기 소정 범위를 회전시키는,The analyzer rotates the predetermined range based on an orthogonal Nicol arrangement with respect to the polarizer.

부기 1에 기재된 시야내 보정 해석 프로그램.In-field correction analysis program described in Appendix 1.

(부기 3)(Appendix 3)

상기 제1 단계에서,In the first step,

말뤼스 법칙을 이용하여 상기 관심 영역마다의 상기 각도 분포, 및 상기 제곱 분포를 포함한 상기 장치 정수를 산출시키는,Calculating the device constant including the angle distribution and the square distribution for each region of interest using Malus' law,

부기 1 또는 2에 기재된 시야내 보정 해석 프로그램.In-field correction analysis program described in Appendix 1 or 2.

(부기 4)(Appendix 4)

상기 제1 단계에서,In the first step,

상기 장치 정수는, 휘도 분포를 포함하고,The device constants include a luminance distribution,

상기 관심 영역마다의 상기 휘도 분포를 포함한 상기 장치 정수를 산출시키는,calculating the device constant including the luminance distribution for each region of interest,

부기 1~3 중 어느 1항에 기재된 시야내 보정 해석 프로그램.The in-field correction analysis program described in any one of Appendices 1 to 3.

(부기 5)(Appendix 5)

상기 제2 단계에서,In the second step,

상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 경험적인 근사 함수에 피팅함으로써 상기 관심 영역마다의 콘트라스트, 보자력 및 슬로프를 산출시키는,Calculating the contrast, coercivity, and slope for each region of interest by fitting the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle to an empirical approximation function,

부기 1~4 중 어느 1항에 기재된 시야내 보정 해석 프로그램.The in-field correction analysis program described in any one of Appendices 1 to 4.

(부기 6)(Appendix 6)

상기 제3 단계에서,In the third step,

상기 제1 각도, 상기 제2 각도, 상기 제1 각도에서의 휘도 콘트라스트 및 상기 제2 각도에서의 휘도 콘트라스트에 기초하여 상기 관심 영역마다의 상기 회전각을 산출시키는,Calculating the rotation angle for each region of interest based on the first angle, the second angle, the luminance contrast at the first angle, and the luminance contrast at the second angle,

부기 5에 기재된 시야내 보정 해석 프로그램.In-field correction analysis program described in Appendix 5.

이상, 본 개시를 예시적인 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 개시는 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 개시의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.Above, the present disclosure has been described in detail using exemplary embodiments, but the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present disclosure. and change is possible.

1, 101 편광 현미경 장치, 10 광원, 11 렌즈, 12 편광자, 13 빔 스플리터, 14 대물 렌즈, 15 시료대, 16 자석, 17 검광자, 18 이미징 렌즈, 19 화상 취득부, 20 시료, 21 조명광, 22 반사광, 23 조명 동공, 24 동공면, 25 측정면, 26 촬상면, 30 화상 처리부1, 101 polarizing microscope device, 10 light source, 11 lens, 12 polarizer, 13 beam splitter, 14 objective lens, 15 sample stage, 16 magnet, 17 analyzer, 18 imaging lens, 19 image acquisition unit, 20 sample, 21 illumination light, 22 reflected light, 23 illumination pupil, 24 pupil plane, 25 measurement plane, 26 imaging plane, 30 image processing unit

Claims (10)

조명광을 생성하는 광원;
상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자;
시료에서 반사된 반사광의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자;
상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부; 및
취득한 상기 화상을 처리하는 화상 처리부;를 포함하고,
상기 화상 처리부는,
장치 정수를 산출하고,
관심 영역마다의 복수의 히스테리시스 루프를 취득하며, 및
상기 장치 정수 및 상기 복수의 히스테리시스 루프를 이용하여, 상기 관심 영역마다의 커 회전의 회전각을 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
A light source that generates illumination light;
a polarizer through which the illumination light generated by the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction;
an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction of the reflected light reflected from the sample;
an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light; and
An image processing unit that processes the acquired image,
The image processing unit,
Calculate the device constant,
Obtaining a plurality of hysteresis loops for each region of interest, and
A polarizing microscope device, wherein the rotation angle of Kerr rotation for each region of interest is calculated using the device constant and the plurality of hysteresis loops.
제1 항에 있어서,
상기 장치 정수는 복수의 상기 화상으로부터, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
According to claim 1,
A polarizing microscope device, wherein the device constant includes a polarization rotation angle distribution for each region of interest in a field of view including a plurality of regions of interest from the plurality of images, and a square distribution of ellipticity due to ellipticalization.
제1 항에 있어서,
상기 장치 정수는, 휘도 분포를 더 포함하고,
상기 화상 처리부는, 상기 관심 영역마다의 상기 휘도 분포를 포함한 상기 장치 정수를 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
According to claim 1,
The device constant further includes a luminance distribution,
A polarizing microscope device, wherein the image processing unit calculates the device constant including the luminance distribution for each region of interest.
제1 항에 있어서,
상기 검광자는, 상기 편광자에 대해 직교니콜 배치를 기준으로 하여 소정 범위를 회전하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
According to claim 1,
A polarizing microscope device, characterized in that the analyzer rotates a predetermined range based on an orthogonal Nicol arrangement with respect to the polarizer.
조명광을 생성하는 광원;
상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자;
시료에서 반사된 반사광의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자;
상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부;
상기 시료에 인가되는 외부 자장을 생성하는 자석;
취득한 상기 화상을 처리하는 화상 처리부;를 포함하고,
상기 화상 처리부는,
상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서, 상기 시료를 자장 인가하지 않은 상태에서 이용함으로써 비자성 경면으로 간주할 수 있는 시료에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함으로써 취득한 복수의 상기 화상으로부터, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출하고,
상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제1 각도로 설정한 경우에, 상기 관심 영역마다의 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하고,
상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제2 각도로 설정한 경우에, 상기 관심 영역마다의 상기 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하고,
상기 장치 정수, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 상기 관심 영역마다 커 회전의 회전각을 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
A light source that generates illumination light;
a polarizer through which the illumination light generated by the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction;
an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction of the reflected light reflected from the sample;
an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light;
A magnet that generates an external magnetic field applied to the sample;
An image processing unit that processes the acquired image,
The image processing unit,
Polarized light is applied to a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface by rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction at predetermined intervals within a predetermined range and using the sample in a state without applying a magnetic field. From the plurality of images acquired by illuminating the illumination light, calculate device constants including a polarization rotation angle distribution for each region of interest in a field of view including a plurality of regions of interest, and a square distribution of ellipticity due to ellipticalization,
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set as a first angle, obtain a hysteresis loop of the luminance value for each region of interest,
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, obtain a hysteresis loop of the luminance value for each region of interest,
A polarizing microscope device, wherein a rotation angle of Kerr rotation is calculated for each region of interest from analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle.
제5 항에 있어서,
상기 화상 처리부는, 외부 자장을 인가하지 않은 상태에서,
복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 상기 검광자를 투과한 검광자 투과 각도 데이터(through angle of analyzer data)를 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
According to clause 5,
The image processing unit, without applying an external magnetic field,
A polarizing microscope device, characterized in that it calculates through angle of analyzer data transmitted through the analyzer for each region of interest in a field of view including a plurality of regions of interest.
제5 항에 있어서,
상기 화상 처리부는, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 이용하여 상기 관심 영역마다의 콘트라스트, 보자력 및 슬로프를 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 현미경 장치.
According to clause 5,
The image processing unit calculates contrast, coercivity, and slope for each region of interest using the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle.
조명광을 생성하는 광원,
상기 광원에서 생성된 상기 조명광이 입사되어 제1 편광 방향의 직선 편광을 포함한 상기 조명광을 투과시키는 편광자,
상기 직선 편광을 포함한 상기 조명광으로 시료를 조명함과 동시에, 상기 조명광이 상기 시료에서 반사된 반사광을 투과시키는 대물 렌즈,
상기 반사광에서의 제2 편광 방향의 직선 편광의 성분을 투과시키는 검광자,
상기 반사광의 화상을 취득하는 화상 취득부,
상기 시료에 인가되는 외부 자장을 생성하는 자석, 및
취득한 상기 화상을 처리하는 화상 처리부를 포함하는 편광 현미경 장치를 이용한 시야내 보정 해석 방법으로서,
상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 각도를 소정 범위 내에서 소정 간격으로 회전시키면서, 비자성의 상기 시료, 또는 자성체를 포함한 상기 시료를 자장 인가하지 않은 상태에서 이용함으로써 비자성 경면으로 간주할 수 있는 시료에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함으로써 취득한 복수의 상기 화상으로부터, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 편광 회전 각도 분포, 및 타원화에 의한 타원율의 제곱 분포를 포함한 장치 정수를 산출하는 제1 단계;
상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제1 각도로 설정한 경우에, 상기 자성체를 포함한 상기 시료의 상기 자성체 부분에 대해, 편광된 상기 조명광을 조명함과 동시에, 상기 외부 자장을 스위핑하면서 취득한 복수의 화상으로부터 상기 관심 영역마다의 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하고,
상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향이 이루는 상기 각도를 제2 각도로 설정한 경우에, 상기 자성체를 포함한 상기 시료의 상기 자성체 부분에 대해, 상기 편광된 조명광을 조명함과 동시에, 상기 외부 자장을 스위핑하면서 취득한 복수의 화상으로부터 상기 관심 영역마다의 상기 휘도값의 히스테리시스 루프를 취득하는 제2 단계; 및
상기 장치 정수, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 이용한 해석으로부터 상기 관심 영역마다 커 회전의 회전각을 산출하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시야내 보정 해석 방법.
A light source that generates illumination light,
A polarizer through which the illumination light generated from the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in a first polarization direction;
An objective lens that illuminates the sample with the illumination light including the linearly polarized light and transmits reflected light reflected from the sample by the illumination light;
An analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction in the reflected light,
an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light;
A magnet that generates an external magnetic field applied to the sample, and
An in-field correction analysis method using a polarizing microscope device including an image processing unit that processes the acquired image, comprising:
The non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material is considered to be a non-magnetic mirror surface by using the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material without applying a magnetic field while rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction at predetermined intervals within a predetermined range. From the plurality of images acquired by illuminating the polarized illumination light for a sample that can be used, a polarization rotation angle distribution for each region of interest in a field of view including a plurality of regions of interest, and a square distribution of ellipticity due to ellipticization are included. A first step of calculating device constants;
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to the first angle, the polarized illumination light is illuminated on the magnetic material portion of the sample including the magnetic material, and the external Obtaining a hysteresis loop of luminance values for each region of interest from a plurality of images acquired while sweeping a magnetic field,
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the polarized illumination light is illuminated on the magnetic material portion of the sample including the magnetic material, and the external a second step of acquiring a hysteresis loop of the luminance value for each region of interest from a plurality of images acquired while sweeping a magnetic field; and
A third step of calculating a rotation angle of rotation for each region of interest from analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle. How to interpret my calibration.
제8 항에 있어서,
상기 제2 단계에서,
상기 화상 처리부는, 복수의 관심 영역을 포함한 시야내의 상기 관심 영역마다의 자장 스위핑 데이터 군을 산출하는 것을 특징으로 하는 시야내 보정 해석 방법.
According to clause 8,
In the second step,
An in-field correction analysis method wherein the image processing unit calculates a group of magnetic field sweeping data for each region of interest in a field of view including a plurality of regions of interest.
제8 항에 있어서,
상기 제2 단계에서,
상기 화상 처리부는, 상기 제1 각도에서의 상기 히스테리시스 루프 및 상기 제2 각도에서의 상기 히스테리시스 루프를 경험적인 근사 함수(Empirical function)에 피팅함으로써 상기 관심 영역마다의 콘트라스트, 보자력 및 슬로프를 산출하는 것을 특징으로 하는 시야내 보정 해석 방법.
According to clause 8,
In the second step,
The image processing unit calculates the contrast, coercivity, and slope for each region of interest by fitting the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle to an empirical approximation function. Characterized in-field correction analysis method.
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4410277A (en) 1978-11-01 1983-10-18 Hitachi, Ltd. Apparatus for detecting magneto-optical anisotropy
JP2009042040A (en) 2007-08-08 2009-02-26 Oji Keisoku Kiki Kk Polarization analyzer utilizing polarization imaging camera

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌 1: 메구로, "국소 자화 검출 가능한 커 효과 현미경의 개발과 공간 자장 검출에 대한 응용", 현미경, Vol.52, No.3 (2017).
비특허문헌 2: P. Wolniansky, et.al, "Magneto-optical measurements of hysteresis loop and anisotropy energy constants on amorphous TbxFe1-x alloys", Applied Physics 60, 346 (1986).

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