JPH0279351A - Spin polarential scanning electron microscope - Google Patents
Spin polarential scanning electron microscopeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は試料から放出される電子の個数が観察領域内で
大きく変化する場合に好適なスピン偏極走査電子顕微鏡
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a spin-polarized scanning electron microscope suitable for cases where the number of electrons emitted from a sample varies greatly within an observation region.
従来、特開昭５４−４８４７８号に記載されているよう
に、表示装置に導入される直前の信号強度を弁別し、そ
の出力信号に応じて表示装置の走査速度を変化させるス
ピン偏極走査電子顕微鏡が知られている。しかし、表示
装置直前の信号強度は画像の雑音に無関係であるため、
上述の如き従来手法では雑音の制御は出来ない。また従
来手法では定量的制御に対する配慮も不十分であった。Conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-48478, a spin-polarized scanning electron system that discriminates the signal intensity immediately before being introduced into a display device and changes the scanning speed of the display device according to the output signal. Microscope is known. However, since the signal strength immediately before the display device is unrelated to image noise,
Conventional methods such as those described above cannot control noise. In addition, conventional methods did not give sufficient consideration to quantitative control.
本発明は画像信号の強度が画質に無関係なスピン偏極走
査電子顕微鏡の場合にも画像信号の雑音を１画素毎に定
量的に制御できる装置を提供することを目的としてなさ
れたものである。An object of the present invention is to provide an apparatus that can quantitatively control image signal noise for each pixel even in the case of a spin-polarized scanning electron microscope in which the intensity of the image signal is unrelated to the image quality.
上記目的を達成するために本発明においては、電子ビー
ム照射手段と電子ビーム偏向手段と複数の電子検出器を
備えたスピン検出手段とその検出手段から出力される複
数の信号より、画像信号となるスピン偏極度を演算する
手段と前記電子ビーム偏向手段と同期して上記画像信号
を視覚化する表示手段を備えたスピン偏極走査電子顕微
鏡に於て、スピン検出器内に配置された電子検出器に関
して１つ１つの入射電子を検出可能なものとし、電子検
出器からの出力信号と予め設定された値に応じて電子ビ
ーム偏向手段へ制御命令を出方する制御手段を設ける。In order to achieve the above object, in the present invention, an image signal is obtained from a spin detection means including an electron beam irradiation means, an electron beam deflection means, and a plurality of electron detectors, and a plurality of signals output from the detection means. An electron detector disposed in a spin detector in a spin polarized scanning electron microscope comprising means for calculating spin polarization and display means for visualizing the image signal in synchronization with the electron beam deflection means. The electron beam deflection means is configured to be able to detect each incident electron one by one, and is provided with a control means for issuing a control command to the electron beam deflection means in accordance with an output signal from the electron detector and a preset value.
あるいは上記電子検出器からの出方信号と予め設定され
た値に応じて、電子ビーム強度を可変にするための手段
を設けることにより前記目的が達せられる。Alternatively, the above object can be achieved by providing means for making the electron beam intensity variable depending on the output signal from the electron detector and a preset value.
画像信号の雑音（統計誤差）はスピン検出器内に配置さ
れた２つの電子検出器へ入射する電子の個数の揺らぎか
ら理論的に計算できる。今、電子検出器へ入射する電子
数をＮｌ、Ｎ２とすると、統計誤差へＰは次式で与えら
れる。Noise (statistical error) in the image signal can be theoretically calculated from fluctuations in the number of electrons incident on the two electron detectors arranged within the spin detector. Now, assuming that the number of electrons incident on the electron detector is Nl and N2, the statistical error P is given by the following equation.
Δｐ＝□ ・・・（１）Ｓ Ｎ１＋Ｎ
２
（Ｓは装置固有の定数）
予め八ｐを各画素に対して設定おくと、各画素での２つ
の電子検出器に入射すべき電子数の和が（２）式より決
まる。Δp=□...(1)S N1+N
2 (S is a constant unique to the device) If 8p is set in advance for each pixel, the sum of the number of electrons to be incident on the two electron detectors at each pixel is determined from equation (2).
Ｎ１十Ｎ２＝１／Ｓ”／ＡＰ” ”・（２）
電子ビームを試料上の１点に照射する。前記制御手段に
より電子検出器へ入射する電子数が（２）式より多くな
ったとき、電子ビーム偏向手段へ１画素相当分電子ビー
ムを移動させる命令をビーム偏向器へ出力し、かつスピ
ン偏極度を計算し、前記表示手段に出力する。同様の処
理を各画素で行うことにより、１画素当りのビーム照射
時間が可変となり、画素毎に指定された統計誤差で画像
をリアルタイムで得ることが出来る。N10N2=1/S”/AP””・(2)
A single point on the sample is irradiated with an electron beam. When the number of electrons incident on the electron detector becomes larger than the number expressed by equation (2), the control means outputs a command to the beam deflector to move the electron beam by an amount equivalent to one pixel to the electron beam deflection means, and the spin polarization is calculated and output to the display means. By performing similar processing on each pixel, the beam irradiation time per pixel can be varied, and an image can be obtained in real time with a statistical error specified for each pixel.
電子ビームを試料の１点に照射する。予め設定した時間
の後２つの電子検出器へ入射した電子数の和と（２）式
で決められる設定値とを比較し、和が設定値より小さけ
れば、あらかじめ決められた演算式に従い前記ビーム強
度を可変にするための手段により、ビーム強度を増加さ
せる。電子数の和が設定値以上になるまで上記の一連の
処理を繰り返す。但し電子検出器へ入射した電子数は上
記処理中積算する。設定値以上になったならば、試料上
でのビーム位置に関して１画素相当分移動させる命令を
ビーム偏向器へ出力する。更にスピン偏極度を計算し、
それを前記表示手段へ出力する。A single point on the sample is irradiated with an electron beam. After a preset time, the sum of the number of electrons incident on the two electron detectors is compared with the set value determined by equation (2), and if the sum is smaller than the set value, the beam is The beam intensity is increased by means for making the intensity variable. The above series of processes is repeated until the sum of the numbers of electrons exceeds the set value. However, the number of electrons incident on the electron detector is integrated during the above processing. If the value exceeds the set value, a command to move the beam position on the sample by an amount equivalent to one pixel is output to the beam deflector. Furthermore, calculate the spin polarization,
It outputs it to the display means.
以上の処理を繰り返すことにより画素毎に指定された統
計誤差で画像をリアルタイムで得ることが出来る。By repeating the above processing, an image can be obtained in real time with a statistical error specified for each pixel.
以下、本発明の実施例を第１図を用いて説明する。この
走査電子顕微鏡は２次電子のスピン偏極度を利用して試
料の磁化情報を画像化するものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. This scanning electron microscope uses the spin polarization of secondary electrons to image magnetization information of a sample.
電子銃１より照射された１次電子線２は偏向器３を経て
試料５上に入射する。そのとき試料５から放出される２
次電子６はスピン検出器７内へ導かれる。スピン偏極度
はスピン検出器内の２つの電子検出器に入射する散乱電
子の個数の非対称性として検出されるのであるが、この
とき各電子検出器に入射した電子の個数は電気パルスに
変換され、スピン検出器から出力される。A primary electron beam 2 irradiated by an electron gun 1 passes through a deflector 3 and is incident on a sample 5. At that time, 2 released from sample 5
The secondary electrons 6 are guided into a spin detector 7. Spin polarization is detected as the asymmetry in the number of scattered electrons incident on the two electron detectors in the spin detector, but at this time, the number of electrons incident on each electron detector is converted into an electric pulse. , output from the spin detector.
信号処理装置１０は処理部Ａ、処理部Ｂ２画像・表示用
メモリ、吸収電流用の画像・表示用メモリに大きく分け
られ、先ず処理部Ａからカウンタ８．９の初期設定（カ
ウンタクリア）命令、続いてカウント開始命令が出力さ
れる。カウンタ８゜９はスピン検出器から出力された各
パルス列をΔを時間カウントし、そのカウント値Ｎｌ、
Ｎ２を信号処理装置１０に出力する。その後、各カウン
タはまたΔを時間カウントを開始し、以前のカウント値
に積算する。カウンタ８，９は信号処理装置１０内め処
理部Ａからカウント中止命令が出るまでこ゛の積算・出
力の動作を繰り返す。The signal processing device 10 is roughly divided into a processing section A, a processing section B2 image/display memory, and an image/display memory for absorbed current. Subsequently, a count start command is output. The counter 8゜9 counts Δ for each pulse train output from the spin detector, and the count value Nl,
N2 is output to the signal processing device 10. Thereafter, each counter also starts counting Δ in time and integrates it to the previous count value. The counters 8 and 9 repeat this integration and output operation until a count stop command is issued from the internal processing unit A of the signal processing device 10.
処理部Ａは自身の内部にある高速演算器でＮ１とＮ２の
和と（２）式から求まる設定値とを比較する。和が設定
値以下ならばカウンタ８，９の出力結果を待つ。ここで
Ｎｌ、Ｎ２の取り込みから比較までをΔを時間以内に行
う。カウンタがカウント値Ｎｌ、Ｎ２を出力後、処理部
Ａは再度Ｎｌ。Processing unit A compares the sum of N1 and N2 with the set value determined from equation (2) using a high-speed arithmetic unit located within itself. If the sum is less than the set value, the output results of counters 8 and 9 are waited for. Here, the process from taking in Nl and N2 to comparison is performed within Δ time. After the counter outputs the count values Nl and N2, the processing unit A outputs the count values Nl and N2 again.
Ｎ２を取り込み、設定値と比較を行う。処理部Ａは以上
のカウント値の取り込みから比較までの処理を繰り返し
、和が設定値以上に達したならば、カウント値Ｎｌ、Ｎ
２を処理部Ｂへ転送し、処理部Ａより走査回路４へ１次
電子線２を試料上で１画素相当分偏向させるための命令
を出力する。走査回路４はこの命令を受は偏向器３を動
作させる。Load N2 and compare it with the set value. Processing unit A repeats the process from capturing the count values to comparing them, and when the sum reaches the set value or more, the count values Nl, N
2 is transferred to the processing unit B, and the processing unit A outputs a command to the scanning circuit 4 to deflect the primary electron beam 2 by an amount equivalent to one pixel on the sample. The scanning circuit 4 receives this command and operates the deflector 3.
これと同時に処理部Ａはカウンタ８，９を初期設定（カ
ウンタクリア）し、Δを時間カウントを開始させる。処
理部Ａは以上の処理を繰り返し行う。At the same time, the processing unit A initializes the counters 8 and 9 (clears the counters), and causes Δ to start counting time. Processing section A repeatedly performs the above processing.
次に、処理部Ｂは転送されたＮｌ、Ｎ２よりスピン偏極
度
ｐ＝（Ｎｌ−Ｎ２）／（Ｎ１＋Ｎ２）／Ｓを内部の高速
演算器を使って計算し、画像メモリ及び表示用メモリへ
格納する。このときの格納場所は試料上での１次電子線
照射位置に対応させる。Next, processing unit B calculates the spin polarization p=(Nl-N2)/(N1+N2)/S from the transferred Nl and N2 using an internal high-speed arithmetic unit and stores it in the image memory and display memory. do. The storage location at this time corresponds to the primary electron beam irradiation position on the sample.
またスピン偏極度の計算からメモリへの格納までをΔを
時間以内に行う。処理部Ｂは以上の処理を繰り返し行う
。In addition, the process from calculating the spin polarization to storing it in memory is performed within Δ time. Processing section B repeatedly performs the above processing.
アンプ１２で増幅された試料吸収電流はＡＤコンバータ
１３でディジタル信号に変換され、処理部Ｂに入力され
る。そして、１画素毎にスピン偏極度と同様に吸収電流
用の画像・表示用メモリへ格納される。The sample absorption current amplified by the amplifier 12 is converted into a digital signal by the AD converter 13 and input to the processing section B. Then, it is stored in the image/display memory for absorbed current in the same way as the spin polarization for each pixel.
ＴＶＩＩは表示用メモリのデータを輝度変調して視覚化
するもので磁区像（スピン偏極度像）、吸収電流像を１
つの画面内に表示する。このとき表示用メモリの内容を
常に読みだしＴＶＩＩに表示するようにする。TVII visualizes the data in the display memory by modulating the brightness, and displays magnetic domain images (spin polarization images) and absorption current images in one image.
Display within one screen. At this time, the contents of the display memory are always read out and displayed on the TVII.
その結果、画素毎に統計誤差指定された磁区像をリアル
タイムで得ることが出来る。またＴＶｌｌを使用してい
るため、例えば１画素表示に長時間かかつても既に表示
している画素が消えることはない。データが数値として
メモリに格納されているので、得られた画像に対して各
種の画像処理が可能である。As a result, a magnetic domain image with statistical errors specified for each pixel can be obtained in real time. Furthermore, since TVll is used, pixels that have already been displayed will not disappear, even if it takes a long time to display one pixel, for example. Since the data is stored in the memory as numerical values, various image processing can be performed on the obtained image.
ここで画像メモリと表示用メモリの２つを用意した理由
は、画像メモリをデータ保存用メモリとして、表示用メ
モリをＴＶｌｌの専用メモリとして使用するためである
。画像メモリに於ける１画素当りのデータのビット長は
スピン偏極度の精度により決まり、表示用メモリに於け
る１画素当りのデータのビット長はＴｖｌｌの１画素の
階調表示能力で決められる。そして、それらは−船釣に
はビット長が異なる。The reason why two memories, an image memory and a display memory, are prepared here is that the image memory is used as a data storage memory, and the display memory is used as a dedicated memory for TVll. The bit length of data per pixel in the image memory is determined by the precision of spin polarization, and the bit length of data per pixel in the display memory is determined by the gradation display capability of one pixel of Tvll. And they have different bit lengths for boat fishing.
本実施例はスピン偏極ベクトルの１方向成分だけを表示
するものであるが、独立な２方向、或は３方向の成分を
表示するように拡張することも出来る。３方向成分表示
の場合、スピン検出器を３成分検出可能なものとし、カ
ウンタと画像・表示用メモリをもう２組用意する。そし
て各成分に対して上記と同様の処理を行えばよい。Although this embodiment displays only one direction component of the spin polarization vector, it can be expanded to display components in two or three independent directions. In the case of three-directional component display, the spin detector is made capable of detecting three components, and two additional sets of counters and image/display memories are prepared. Then, the same processing as above may be performed for each component.
この場合、観察後にメモリに記憶しであるデータより、
スピン偏極ベクトルの任意方向成分の画像を再構成する
ことも出来る。In this case, from the data stored in memory after observation,
It is also possible to reconstruct images of components in any direction of the spin polarization vector.
上記実施例は１画素毎の１次電子線照射時間を制御して
いるが、第２図で示すように制御回路１４を加えること
により、１次電子線照射時間及び１次電子線強度を可変
にし、統計誤差を制御することも出来る。電界放射型電
子銃の場合、１次電子線強度を制御するには電子銃１内
の電子線照射部分であるチップとアノード間の電圧Ｖを
制御すればよい。予めスピン検出器でΔを時間の間に各
検出器で検出される電子数の和Ｎと電圧Ｖとの間の関係
を調べておかなければならない。その関係が次式のよう
になったとする。The above embodiment controls the primary electron beam irradiation time for each pixel, but by adding a control circuit 14 as shown in FIG. 2, the primary electron beam irradiation time and primary electron beam intensity can be changed. It is also possible to control statistical errors. In the case of a field emission type electron gun, the primary electron beam intensity can be controlled by controlling the voltage V between the tip and anode, which is the electron beam irradiation part in the electron gun 1. The relationship between the voltage V and the sum N of the number of electrons detected by each spin detector during the time Δ must be investigated in advance. Suppose that the relationship is as shown in the following equation.
Ｖ＝ｆ（Ｎ） ・・・（３
）先ず処理部Ａは、適当な１次電子線照射強度となるよ
うに、制御回路１４から電圧Ｖｏを出力させ、１次電子
線を適当な照射位置に固定する。次にカウンタ８，９を
初期設定した後、カウントを開始させる。各カウンタは
初期設定されるまで積算を続けなからΔｔの時間間隔で
カウント値を出力する。カウンタからの１回目の出力か
ら、スピン偏極度の統計誤差を設定値以下にするために
必要な各カウント数の合計Ｎを処理部Ａは各カランタの
出力Ｎｌ、Ｎ２より、次式で求める。V=f(N)...(3
) First, the processing unit A causes the control circuit 14 to output a voltage Vo so that the primary electron beam irradiation intensity is appropriate, and fixes the primary electron beam at an appropriate irradiation position. Next, after initializing the counters 8 and 9, counting is started. Each counter continues to integrate until it is initialized, and then outputs a count value at time intervals of Δt. From the first output from the counter, the processing unit A calculates the total number N of each count necessary to make the statistical error of the spin polarization less than or equal to the set value from the outputs Nl and N2 of each counter, using the following equation.
Ｎ＝Ｎ１’ ＋Ｎ２’ −（Ｎ１＋Ｎ２） ・・・
（４）ここでＮｌ’ ＋Ｎ２’はΔＰを統計誤差の設定
値としたときに（２）式から求まる電子数の和である。N=N1'+N2' - (N1+N2)...
(4) Here, Nl' + N2' is the sum of the number of electrons found from equation (2) when ΔP is the set value of the statistical error.
Ｎが正ならば、（３）式を次式のように補正する。If N is positive, equation (3) is corrected as shown in the following equation.
Ｖ＝ｆ（Ｎ）＋Ｖｏ−ｆ（Ｎ１＋Ｎ２） ＝（５
）（４）式のＮを使い、（５）式からＶを計算し、制御
回路１４から電圧■を出力させる。更に、２回目のカウ
ンタ出力から上と同様に、Ｎの計算から電圧■の出力ま
でを行う。以後同様の処理をＮがＯより小さくなるまで
繰り返す。Ｎが○より小さくなったならば、処理部Ａは
制御回路１４に電圧Ｖｏを出力させる。１次電子線２を
試料上で１画素相当分偏向させる命令を走査回路４へ出
力した後、カウンタを初期設定し、カウントを開始させ
る。次にＮｌ、Ｎ２を処理部Ｂへ転送する。処理部Ａは
以上の処理を繰り返す。その他は実施例１と同様の処理
を行う。V=f(N)+Vo-f(N1+N2)=(5
) Using N in equation (4), calculate V from equation (5), and output voltage ■ from the control circuit 14. Furthermore, from the second output of the counter, the calculation of N and the output of voltage ■ are performed in the same way as above. Thereafter, similar processing is repeated until N becomes smaller than O. If N becomes smaller than ◯, the processing section A causes the control circuit 14 to output the voltage Vo. After outputting a command to the scanning circuit 4 to deflect the primary electron beam 2 by an amount equivalent to one pixel on the sample, the counter is initialized and starts counting. Next, Nl and N2 are transferred to processing section B. Processing unit A repeats the above processing. Otherwise, the same processing as in the first embodiment is performed.
本発明によれば、画像の雑音を予め画素毎に設定できる
ので、使用者の希望する画質の像を最短時間で得ること
が出来る。According to the present invention, since image noise can be set in advance for each pixel, an image of the quality desired by the user can be obtained in the shortest possible time.
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は本発明の実施例のスピン偏極走査電子
顕微鏡の基本構成のブロック図である。
１・・・電子銃、２・・・１次電子線、３・・・偏向器
、４・・・走査回路、５・・・試料、６・・・２次電子
、７・・・スピン検出器、８・・・カウンタ■、９・・
・カウンタ■、１０・・・信号処理装置、１１・・・Ｔ
Ｖ、１２・・・アンプ、１３・・・ＡＤコンバータ、１
４・・・制御回路。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 and 2 are block diagrams of the basic configuration of a spin-polarized scanning electron microscope according to an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electron gun, 2... Primary electron beam, 3... Deflector, 4... Scanning circuit, 5... Sample, 6... Secondary electron, 7... Spin detection Container, 8...Counter ■, 9...
・Counter ■, 10...signal processing device, 11...T
V, 12...Amplifier, 13...AD converter, 1
4...Control circuit.
Claims (1)
電子検出器を備えたスピン検出手段とその検出手段から
出力される複数の信号より、画像信号となるスピン偏極
度を演算する手段と前記電子ビーム偏向手段と同期して
上記画像信号を視覚化する表示手段を備えたスピン偏極
走査電子顕微鏡に於て、上記検出手段からの出力信号に
応じて上記電子ビームを制御する手段を備えたことを特
徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。 ２、上記電子ビームを制御する手段が電子ビームの走査
速度の制御であることを特徴とする請求項第１項記載の
スピン偏極走査電子顕微鏡。 ３、上記電子ビームを制御する手段が電子ビームの強度
の制御であることを特徴とする請求項第１項記載のスピ
ン偏極走査電子顕微鏡。[Claims] 1. Spin polarization that becomes an image signal is determined from a spin detection means that includes an electron beam irradiation means, an electron beam deflection means, and a plurality of electron detectors, and a plurality of signals output from the detection means. In a spin-polarized scanning electron microscope, the electron beam is controlled in accordance with an output signal from the detection means in a spin-polarized scanning electron microscope, which includes a calculation means and a display means for visualizing the image signal in synchronization with the electron beam deflection means. 1. A spin-polarized scanning electron microscope characterized by comprising means for: 2. The spin-polarized scanning electron microscope according to claim 1, wherein the means for controlling the electron beam is control of the scanning speed of the electron beam. 3. The spin-polarized scanning electron microscope according to claim 1, wherein the means for controlling the electron beam is control of the intensity of the electron beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63228681A JP2852054B2 (en) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Spin-polarized scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63228681A JP2852054B2 (en) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Spin-polarized scanning electron microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0279351A true JPH0279351A (en) | 1990-03-19 |
| JP2852054B2 JP2852054B2 (en) | 1999-01-27 |
Family
ID=16880144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63228681A Expired - Lifetime JP2852054B2 (en) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Spin-polarized scanning electron microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2852054B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011228223A (en) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Hitachi High-Technologies Corp | Transmission electron microscope and method for correcting visual field deviation |
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| JPS60177539A (en) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Hitachi Ltd | Scanning electron microscope |
| JPS6255616A (en) * | 1985-08-30 | 1987-03-11 | シ−メンス、アクチエンゲゼルシヤフト | Method and apparatus for operating scan type microscope |
-
1988
- 1988-09-14 JP JP63228681A patent/JP2852054B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| JP2852054B2 (en) | 1999-01-27 |
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