JPS60177539A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

走査型電子顕微鏡

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JPS60177539A
JPS60177539A JP59032316A JP3231684A JPS60177539A JP S60177539 A JPS60177539 A JP S60177539A JP 59032316 A JP59032316 A JP 59032316A JP 3231684 A JP3231684 A JP 3231684A JP S60177539 A JPS60177539 A JP S60177539A
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scanning electron
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spin
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和幸 小池
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早川 和延
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/266Measurement of magnetic- or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy
    • H01J37/268Measurement of magnetic- or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy with scanning beams

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、走査型電子顕微鏡に関し、特に磁性体表面近
傍のfFi化状態の観測に好適な走査型電子顕微鏡に関
するものである。
〔発明の背景〕
走査型電子顕微鏡による磁化分布の観察法は、2次電子
が表面近傍の磁場で偏向されることを利用するものN)
、C,JO)’他、Ph11.Mag、17(1968
)61)と、反射電子が試料内部の磁場で偏向されるこ
とを利用するもの(J、philil)ert他、Mi
cron 1 (1969) 174 )の2櫛類があ
った。
これらはいずれも、磁区相互の磁化方向の相対的相違は
観察できるものの、その給体方向ヤ、磁化の大きさを知
ることは困難であシ、分解能も1μm止シであった。こ
れは以下の理由による。
前者の方法は、試料磁化に起因する表面漏れ磁場を利用
するため、極端な場合、漏れ磁場のない磁区構造は観察
できない。また漏れ磁場があっても、磁化分布が密にな
ると、表面から離れるに従って異なる磁区に起因する磁
場が打ち消しあい、磁場強度が急激に減少する。このた
め漏れ磁場による2次電子の偏向が困難となって磁化分
布の観察ができなくなる。また漏れ磁場から磁化方向を
決めることは容易でなく、ましてや漏れ磁場によって偏
向された2次電子を使って磁化方向を決めるととは不可
能に近い。
後者の方法は、臥料内部の磁場による反射電子の偏向を
利用し、特定の方向で検出した反射電子強度を映像信号
として磁区観察するものである。
ところが、磁区に起因するコントラストを鮮明にするた
めには、1次電子線のエネルギーを上げねばならず、エ
ネルギーを上げれば試料内部での反射電子線の広がシが
大きくなって分解能が上らない。結局、との方法による
分解能は1μmが限界である。
2次電子を用いて微小構造を観察する通常の走査型電子
顕微鏡は、1次電子線のグローブ径で分解能が決まるが
、上記方法によって磁化分布を観察する場合は、表面漏
れ磁場の強度や、試料内部での磁場強度、試料内部での
反射電子の広がシが分解能の下限を決めてしまい、それ
以下にプローブを絞っても分解能を高めることはできな
い。
〔発明の目的〕
本発明は、か\る点に着目してなされたものであり、磁
性体試料表面の磁化ベクトルの試料面内任意方向成分や
試料面法線方向成分の2次元分布を、高分解能で観測可
能ならしめる走査型電子顕微鏡を提供することを目的と
するう 〔発す」の概要〕 上記目的を達成するために、本発明によれば、試料を保
持する真空容器と、前記試料の表面を清浄にする手段と
、前記試料面上に収束電子線を照射する手段と、前記収
束電子線を前記試料面上で走査すム手股唱、前貢己献料
≠蔦ちの9次官子を龜める手段と、集められた前記2次
電子のスピン偏極ベクトルを検出する手段と、検出され
た前記偏極ベクトルの試料面内任意方向成分及び又は試
料面法線方向成分を走査電顕像の映像信号に変換する手
厳と、その映像信号を表示する手段とを有する如く構成
したものである。
〔発明の実施例〕
最初に、本発明の基本的原理について説明する。
従来、電子線による磁性体観測は、電荷と磁場の間に働
くローレンツ力を利用したものがほとんどであった。と
ころが、近年、磁性体から放出される2次電子のスピン
偏極ベクトルの方向が、その2次電子を放出した場所の
磁化ベクトルの方向と等しいことが発見された。本発明
は、か\るスピン偏極ベクトルに関する考え方を用いて
、磁性体表面の磁化の強さと方向の2次元分布の観測を
実現したものである。
すなわち、第1図において、磁性体4に1次宛子ffM
lを照射したとき発生する2次電子2のスピン偏極ベク
トル3は、その2次電子が放出された場所の磁化ベクト
ルと同じ方向をもつ。従って、1次電子線を試料面上で
走査し、スピン検出器によって2次電子のスピン偏極ベ
クトルの試料面内特定方向成分または試料面法線方向成
分を検出し、それを映像信号としてディスプレイ上に表
示すれば、磁性体表面磁化ベクトルの上記試料面内特定
方向成分または、試料面法線方向成分の2次元分布を観
察することができる。
一般に、電子は内部自由贋スピンをもっておシ、である
。今電子線を構成する個々の電子についてと、この電子
線のi方向のスピン偏極率P+は、次式で与えられる。
ここで、x、y、z軸からなる直交座標系を考え、各軸
方向について測定したスピン偏極率P1をそれぞれPオ
、Pア plとすると、スピン偏極ベクトルPは P=(P、、Pア、P、) ・・・・・・・・・(2)
で与えられる。ここで、P;0の電子線を偏極電子線と
呼ぶ。
か\るスピン偏極率を測定する方法はいくつかあるが、
ここでは、−例としてM o * t 検出器について
第2図によシ説明する。高速の偏極電子線16が金等の
重原子11で大角散乱されると(図中、17は散乱電子
)、スピンに依存する相互作用のために、被測定電子入
射軸のまわシの散乱強要の非対称性を生じる。今x−z
面に対して対称な位置に叙いた2個の電子検出器12.
13によって検出した散乱電子の個数をそれぞれN I
fや。
N、!−とすると、偏極ベクトルPのX成分P8はで与
えられる。ここセSは標的原子の種類、入射電子のエネ
ルギー、散乱1子の散乱角のみによって決まる足載であ
る。同様に、y−z面に対して対称な位置に2個の電子
検出器14.15を置けばP2をめることができる。従
って、x−y面内でX軸と角度θをなす方向の成分、言
換えれば、今例えばx−y面を試料面とすると試料面内
の任意方向成分であるP、は、上記P、、Pアを用いて p、=p、cosθ+P、sinθ −・−・−・−(
4)で与えられる。さらに plについては、ウィーン
フィルタ等のスピン回転器で、偏極ベクトルをX軸又は
Y ill+の回シに90°回転することによシ、をめ
ることによ#)磁性体試料表面の磁化ベクトルの試別面
内任意方向成分や試料面法線方向成分の2次元分布をめ
ることができる。
しかも、この方法の分解能は、2次電子を用いて微小構
造を観察する通常の走査電顕と同様、1次電子線のプロ
ーブ径で決まるため、従来法と比べて、飛躍的な分解能
の向上が期待できる。
次に、本発明の一実施例を第3図によ#)読切する。イ
オン銃32によって、例えば試料33である鉄(001
)表面を7汀伊にした後、亙界放射型箪子銃35からの
電子線を10kVに加速して試料面上で500Aに収束
し、走査する。試料33からの2次電子を引き出し電極
30で集め、例えばMott検出器27へ導く。この検
出器27内部で加速管28によfilooKeVに加速
された電子線は、厚さ500人の金薄膜26で散乱され
、このうち例えば散乱角ψ=120°で+x、 −x。
+y、−y方向に散乱したものをそれぞれ検出器D3〆
+ DI、/l Dt + D21 で検出する。この
うちDs 、 L)4からの出力パルスをF−■変換器
22によってアナログ信号とし、削代(3)に従いアナ
ログ演算器23によってスピン偏極ベクトルのX方向成
分P8に相当したアナログ信号を得る。同様にDI +
 D2の出力パルスからPアに相当したアナログ信号を
得る。上記2信号から、試料面内にあって、X軸と角度
45°をなす方向の成分を、削代(4)に従いアナログ
演算回路24によって得る。
この信号を輝度信号としてディスプレイ25上に表示す
ると、磁化ベクトルの、試料面内にあってχ軸と45°
をなす方向の成分の、2次元分布が見られた。またウィ
ーンフィルタ29によって偏極ベクトルをy軸のまわり
に90°回転すると、回転後のX方向成分は回転前の2
方向成分P、と等しくなるため、上記P8をめたと同様
な方法でP、に相当する信号をめることができた。こ′
の信号を映像信号としてディスプレイ上に表示すると、
磁化ベクトルの試料面法線方向成分の2次元分布が見ら
れた。この方法により、従来法を大きく上まわる500
人の分解能で鉄(001)面上の磁化分布を観移できた
試料の吸収電流34を映像信号とすると、上記磁化分布
を観察したのと同じ視野で試料狭面の幾何学的構造を観
察できた。
2次電子の引き出し’a極で得られた2次゛1子電流3
1を映像11号とすると、上記磁化分布を観察したのと
同じ視野で試料次面の幾何学的構造を観察できた。
上記磁化分布像の明るい部分の一点に1次電子線を固定
照射し、2次電子のスピン偏極率の3成分を測定したら
、px= 16 % 、 Py=16%、p、=。
チであった。
なお、上記磁化分布像を得たときに用いたアナログ信号
処理系21のかわりに、パルスカウンタ。
デジタル演算器路、D−A変換器より構成される信号処
理系を用いると、40dB以上の2次電子電流変動に対
して、同変動の影響を全く受けない磁化分布像を観察で
きた。
また、上述の電子銃35に熱電界放射型電子銃を用いる
と、長時間安定に大電流がとれ、200λの分解能が得
られた。また上述の電子銃15を熱電子放出型電子銃に
すると、I W’Torrより悪い真空中でも動作でき
た。
(発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば、磁性体表面磁化
ベクトルの試料面内任意方向成分や試料面法線方向成分
の2次元分布を高分解能で観測でき、その工業的な価値
は非常に高いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の基本的原理を説明する図、−第2図
は、Mott検出器によるスピン偏極率測定法の一例を
説明する図、第3図は本発明になる走査屋電子顕微鏡の
一実施例を示す図である。 1・・・重原子、2,3,4.5・・・電子検出器、6
・・・被測定電子線、11・・・1次電子線、12・・
・2次電子、13・・・2次電子のスピン偏極ベクトル
、14・・・磁性体試料、21・・・信号処理系、22
・・・F−V変換器、23・・・加減除アナログ演算器
、24・・・三角関数アナログ演算器、25′・・・デ
ィスプレイ、26・・・金薄膜、27・・・Mott検
出器、28・・・加速管、29・・・ウィーンフィルタ
、30・・・引出し電極。 31・・・2次電子電流、32・・・イオン銃、33・
・・試料、34・・・試料吸収電流、35・・・電子銃
。 第 1 図 煽2O −tI 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、試料を保持する真空容器と、前記試料の表面を清浄
    にする手段と、前記試料面上に収束電子線を照射する手
    段と、前記収束電子線を前記試料面上で走査する手段と
    、前記試料からの2次電子を集める手段と、集められた
    前記2次電子のスピン偏極ベクトルを検出する手段と、
    検出された前記偏極ベクトルの試料面内任意方向成分及
    び又は試料面法線方向成分を走査電顕像の映像信号に変
    換する手段と、その映像信号をディスプレイ上に表示す
    る手段とを有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 2、前記試料からの2次電子電流及び又は試料の吸収電
    流を映像信号としてディスプレイ上に表示する手段とを
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の走
    査型電子顕微鏡。 3、前記試料表面清浄化手段がイオン銃であシ、前記電
    子線照射手段が熱電子放出型電子銃または電界放射型電
    子銃まだは熱電界放射型電子銃であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の走査型電子顕微鏡。 4、前記スピン検出器が、試料面と平行な軸のまわシに
    、前記スピン偏極ベクトルを90°回転できるウィーン
    フィルタを備え、かつ被測定電“子線の入射軸のまわシ
    の4回対称な位置に4個の電子検出器を有し、前記スピ
    ン偏極ベクトルの試料面内任意方向成分と、試料面法線
    方向成分を検出できる検出器であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の走査型電子顕微鏡。 5、 前記スピン検出器の出力信号を映像信号に変換す
    る手段が、アナログ加算器とアナログ減算器とアナログ
    割算器とアナログ三角関数演舞、器を含む回路で構成さ
    れるか、または、パルスカウンタとディジタル加算器と
    ディジタル減算器とディジタル割算器とディジタル三角
    関数演算器と1)−A変換器を含む回路で構成されてな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の走査型
    電子顕微鏡。 6、前記ディスプレイが、磁化分布像または2次電子電
    流像または吸収電流像上で任意の一点を指定し、その点
    からの2次電子のスピン偏極率ベクトルの3成分を検出
    して表示する如く構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の走査型電子顕微鏡。
JP59032316A 1984-02-24 1984-02-24 走査型電子顕微鏡 Granted JPS60177539A (ja)

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