スピン検出器、表面分析装置及びターゲット
【課題】性能指標が向上したスピン検出器、及び当該スピン検出器を用いた表面分析装置を提供する。
【解決手段】スピン検出器５は、電子線が照射される面に、面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部５２が形成されたターゲット５１と、突起部５２の傾斜面で電子線が電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙと、を有する。また、表面分析装置１は、試料Ｓ表面に１次電子線を照射する電子線鏡筒３と、上記スピン検出器５と、を有する。
【解決手段】スピン検出器５は、電子線が照射される面に、面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部５２が形成されたターゲット５１と、突起部５２の傾斜面で電子線が電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙと、を有する。また、表面分析装置１は、試料Ｓ表面に１次電子線を照射する電子線鏡筒３と、上記スピン検出器５と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン検出器、スピン検出器を用いた表面分析装置及びスピン検出器に用いられるターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子の持つスピンを利用して情報を伝達及び記憶する技術、所謂スピントロニクスが注目されている。この分野は急速に発展している。例えば、省電力の不揮発性メモリとしてＭＲＡＭ（Magneto-resistive Random Access Memory）等の開発が進んでいる。
【０００３】
スピントロニクスデバイスでは、電子のスピン状態が非常に微細な領域で制御された構造を備えており、その構造の分析装置の需要が高まっている。
分析装置の一つとして、例えば、スピン偏極ＳＥＭ（Scanning Electron Microsope：走査型電子顕微鏡）は、電子線のスピンの方向及び強度（スピン偏極度）を計測するスピン検出器の機能と、電子線を利用して試料表面の顕微鏡画像を生成するＳＥＭの機能とが組み合わされている。
【０００４】
さらに、スピン検出器は、電子が照射されるターゲットと、当該ターゲットの四方に配置され、照射されてターゲットで散乱した電子を検出する電子検出器とを有する。電子検出器は、当該スピン偏極ＳＥＭで試料の磁化構造（磁区）を画像化するためには、まず、１次電子線を試料表面に照射する。すると、当該試料表面から、試料の磁化に依存するスピン偏極度を有する２次電子が放出されて、スピン検出器により当該スピン偏極度が検出される。代表的なスピン検出器は、２次電子を数１０ｋｅＶ以上に加速し、金等の重元素の平板状または薄膜状のターゲットに衝突させる。ターゲットに衝突した２次電子のスピンの正負の違いによる散乱方向の僅かな偏り（非対象性）を、ターゲットの四方に配置した電子検出器が検出し、スピン偏極度を算定する（例えば、特許文献１を参照）。スピン検出器により算定されたスピン偏極度を利用して、ＳＥＭにより試料の磁化構造を画像化することができる。当該画像化では、スピン偏極ＳＥＭは、電子顕微鏡のもつ優れた分解能でスピン状態の差異を観測することができる。また、スピン偏極ＳＥＭは、スピンの向きを含めて定量的に測定できる等、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ：Magnetic Force Microscopy）にはない分析能力を有しており、その適用領域の拡大が期待されている。
【０００５】
一方、スピン検出器の電子検出器で検出される電子の強度は、２次電子の１／１００〜１／１０００程度と微弱であり、さらに、その非対称度は、およそ数％以下である。このため、必要なＳＮ比を確保するためには、十分長い時間を要することになる。特に、スピン偏極ＳＥＭのように２次元的な２次電子のスピン偏極度毎の分布を得るためには、ＳＮ比の確保が大きな障害となるため、スピン検出器の性能向上が課題となっている。
【０００６】
ところで、スピン検出器の性能指標Ｆは次式で表される。
Ｆ＝Ｓ2・Ｃ ・・・（１）
なお、Ｃ＝（ＮＲ＋ＮＬ）／Ｎｉｎ
＝後方散乱係数η０×電子検出器の電子の検出口の立体角Ω ・・・（２）
で表される。
【０００７】
なお、Ｓはシャーマン関数であって、スピン偏極度に対する非対称度の比例定数であり、スピン検出器の配置、構造、寸法、動作条件等の装置構成に依存する。Ｃはスピン検出器の検出効率である。また、Ｎｉｎは、試料から放出される２次電子の電子数に応じた信号、ＮＲ，ＮＬはターゲットで２方向に散乱した電子数に応じた出力信号である。
【０００８】
したがって、スピン検出器の性能指標Ｆを向上させるためには、シャーマン関数Ｓ及び／または検出効率Ｃを向上させる必要がある。シャーマン関数Ｓの向上を図るために、例えば、散乱した２次電子のエネルギーフィルタリングまたは薄膜ターゲットが使用されていた。また、検出効率Ｃの向上を図るために、例えば、電子検出器の電子の検出口を拡大して、立体角Ωの増大等が行われていた（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−１７７５３９号公報
【特許文献２】特開平８−２２０２４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２６９９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、エネルギーフィルタリングまたは薄膜ターゲットの使用によるシャーマン関数Ｓ、並びに電子検出器の立体角Ωの拡大化による検出効率Ｃの向上では、スピン検出器の性能指標Ｆの向上は十分とはいえない状況である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記電子線が前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有することを特徴とするスピン検出器が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の観点によれば、試料表面に１次電子線を照射する電子線照射部と、前記１次電子線が照射された前記試料表面から放出した２次電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記２次電子が前記２次電子のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有するスピン検出器と、を有することを特徴とする表面分析装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点によれば、電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成され、前記突起部の前記傾斜面で前記電子線を前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱させる、ことを特徴とするターゲットが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示のスピン検出器、当該スピン検出器を用いた表面分析装置及び当該スピン検出器に用いられるターゲットによれば、検出効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態の表面分析装置の主要部の概略構成を示す模式図である。
【図２】ターゲットに垂直に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図３】傾斜したターゲットに照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図４】検出信号量のターゲットの傾斜角依存性を示すグラフである。
【図５】一対の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図６】実施の形態のターゲットに形成された突起部の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図７】実施の形態の表面分析装置の全体構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態の分析方法を示すフローチャートである。
【図９】実施例１のターゲットの斜視模式図である。
【図１０】図９のターゲットの製造工程を示す模式図（その１）である。
【図１１】図９のターゲットの製造工程を示す模式図（その２）である。
【図１２】実施例２のターゲットの模式図である。
【図１３】実施例３のターゲットの斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は実施の形態の表面分析装置の主要部の概略構成を示す模式図である。
なお、図１（Ａ）は表面分析装置１の側面図であって、紙面上下方向をｚ方向、紙面左右方向をｙ方向、紙面垂直方向をｘ方向とする。図１（Ｂ）は表面分析装置１の上面図であって、紙面上下方向をｘ方向、紙面左右方向をｙ方向、紙面垂直方向をｚ方向とする。また、図１（Ａ）では、四つの電子検出器Ｄ（ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ）のうちｙ方向の電子検出器ＤＬｙ，ＤＲｙのみを記載しており、電子検出器ＤＬｘ，ＤＲｘの記載は省略している。図１（Ｂ）では、電子光学系４の配置位置を破線で、ターゲット５１で散乱された２次電子の電子検出器Ｄへのそれぞれの進行を矢印で、表している。
【００１７】
表面分析装置１は、試料Ｓが分析対象の表面をｚ方向に向けて載置される試料台２と、試料台２上の試料Ｓの表面に１次電子線Ｌ１を照射する電子線鏡筒３と、試料Ｓから放出される２次電子を受光して加速・集光させる電子光学系４とを有する。なお、当該試料Ｓは様々なサイズ及び磁化方向の磁区から構成されている。したがって、磁区を有する試料Ｓの内部の電子のスピンは当該磁区に応じて偏極しているため、試料Ｓから放出される２次電子もスピン偏極度を有する。
【００１８】
また、スピン検出器５は、主面上に複数の微小な突起部５２が形成され、主面及び突起部５２上に金等の重元素の薄膜（図示を省略）が形成された、電子光学系４で加速・集光された２次電子Ｌ２が照射されるターゲット５１を有する。なお、ターゲット５１の詳細については後述する。さらに、当該ターゲット５１で散乱された２次電子Ｌ３を検出する電子検出器Ｄ（ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ）を有する。なお、電子検出器Ｄは、例えば、低ノイズ、高利得の優れた特徴を持つチャネルトロンを適用することができる。また、電子検出器ＤＲｘ，ＤＬｘ及び電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙは、図１（Ｂ）に示されるように、ターゲット５１を中心にして、ｘ方向，ｙ方向にそれぞれ配置されている。
【００１９】
なお、表面分析装置１には、上記の他に、例えば、次の構成を有する。即ち、電子検出器Ｄにそれぞれ接続され、各電子検出器Ｄで検出した検出信号に基づき、２次電子Ｌ３の電子数を出力する信号処理部（図示を省略）と、当該信号処理部の出力値に基づき２次電子Ｌ３のスピン成分を算出する演算処理部（図示を省略）とを有する。
【００２０】
次に、このような構成からなる表面分析装置１の試料Ｓの分析処理（分析方法）について説明する。
まず、試料台２に載置された試料Ｓの表面に対して、電子線鏡筒３から１次電子線Ｌ１を照射する。すると、試料Ｓから、試料Ｓの照射箇所の磁化に応じたスピン偏極度を有する２次電子が放出され、電子光学系４に入射する。
【００２１】
当該２次電子が電子光学系４で加速・集光された２次電子Ｌ２がターゲット５１の表面の突起部５２に照射される。ターゲット５１の突起部５２に照射された２次電子Ｌ２は、スピン編極度に応じて散乱する。散乱した２次電子Ｌ３は電子検出器Ｄによって検出される。この時、突起部５２で散乱された２次電子Ｌ３に対する検出効率Ｃは向上する。したがって、式（１）により、スピン検出器５の性能指標Ｆも向上する。なお、ターゲット５１の突起部５２による２次電子の散乱及び検出効率Ｃの向上の詳細については後述する。
【００２２】
また、この時の各電子検出器Ｄにおけるｘ，ｙ方向の検出信号量の非対称度Ａ（Ａｘ，Ａｙ）は次式で表される。
Ａｘ＝（ＮＲｘ−ＮＬｘ）／（ＮＲｘ＋ＮＬｘ）＝Ｓ・Ｐｙ ・・・（３）
Ａｙ＝（ＮＲｙ−ＮＬｙ）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝Ｓ・Ｐｘ ・・・（４）
なお、Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）は試料Ｓから放出された２次電子のスピン偏極度のｘ，ｙ成分であり、Ｓはスピン検出器５の配置、構造、寸法、動作条件等の装置構成に依存するシャーマン関数Ｓである。ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙは、各電子検出器Ｄ（ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ）で検出された電子数に対応する検出信号量である。
【００２３】
式（３），（４）によれば、各電子検出器Ｄで略等しい数の電子数が検出される場合には、Ａｘ，Ａｙはそれぞれほぼゼロとなり、非対称度が小さい、即ち、２次電子の散乱方向に偏りが小さいことが分かる。一方、Ａｘ，Ａｙがそれぞれ１に近づくほど、非対称度が大きい、即ち、２次電子の散乱方向に偏りが大きいことが分かる。
【００２４】
信号処理部は、各電子検出器Ｄにおける散乱した２次電子Ｌ３の検出信号から、当該検出信号に基づいて電子数を出力する。そして、演算処理部は、当該検出信号の出力値に基づいて２次電子Ｌ３のスピン成分を算出する。
【００２５】
上記の分析処理を試料Ｓの表面全体に対して行うことにより、試料Ｓを構成する磁化の向きを領域毎に分析でき、試料Ｓ全体の磁区構造を特定することができる。
次に、実施の形態におけるターゲット５１の詳細について説明する。
【００２６】
以下では、２次電子のターゲットに対する入射角と当該入射角に応じた２次電子の散乱との関係について説明し、当該関係に基づいた、性能指標Ｆが向上するターゲット５１の構造の詳細について説明する。
【００２７】
なお、以下では、２次電子Ｌ２はターゲットに照射されて、左右２方向のいずれかに散乱して、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出する場合を例に挙げる。
まず、２次電子Ｌ２をターゲットの表面に対して垂直に照射する場合について説明する。
【００２８】
図２はターゲットに垂直に照射した電子の散乱を示す模式図である。
なお、図２中破線で示されるように、電子検出器ＤＲｙを、２次電子Ｌ２のターゲットＴへの入射方向に対して、およそθの位置に配置している。また、電子検出器ＤＬｙは、２次電子Ｌ２の入射方向に対して、−θの位置、即ち、電子検出器ＤＲｙと対称の位置に配置しているが、その図示については省略している。また、ターゲットＴの表面には金の薄膜（図示を省略）が形成されている。
【００２９】
このような状態の図２では、加速・集光された２次電子Ｌ２（以後、図中では２次電子Ｌ２の電子１つを「ｅ」と表す）は、ターゲットＴの表面Ｔａで散乱される。散乱された２次電子Ｌ３は、図２中の２点鎖線の円形で表される、後方散乱電子の角度分布η１（β）に応じて散乱する。なお、（２次電子Ｌ２の入射方向を基準とした）散乱角βの場合の後方散乱電子の角度分布η１（β）は次式で表される。
【００３０】
η１（β）＝η０・Ａｃｏｓ（β） ・・・（５）
η０＝（１＋ｃｏｓγ）＾（−９／Ｚ＾０．５） ・・・（６）
なお、γはターゲットＴの表面Ｔａの法線に対する入射角であって、ＺはターゲットＴの構成元素の原子番号である。また、図２の場合では入射角γは０°、原子番号Ｚは７９（金原子）である。
【００３１】
次いで、２次電子Ｌ２をターゲットＴの表面Ｔａに対して傾斜して照射する場合について説明する。
図３は傾斜したターゲットに照射した電子の散乱を示す模式図である。
【００３２】
図３は、図２において、ターゲットＴのみを図３中反時計回り方向にγだけ回転（傾斜）させた状態で、ターゲットＴの表面Ｔａに２次電子Ｌ２を照射した場合を示している。即ち、図３の状態は、図２において、２次電子Ｌ２がターゲットＴの表面Ｔａに対して入射角γで入射した場合と等価である。なお、電子検出器ＤＲｙの、２次電子Ｌ２のターゲットＴへの入射方向に対する配置位置は図２と同様にθ＝６０°である。また、図２と同様に、電子検出器ＤＬｙの記載については省略している。
【００３３】
図３では、ターゲットＴの表面Ｔａで散乱された２次電子Ｌ３の後方散乱電子の角度分布η２（β’，γ）は、図２の角度分布η１（β）から変化する。即ち、後方散乱電子の角度分布η２（β’，γ）は、図３中の２点鎖線で表されるように、２次電子Ｌ２の鏡面反射方向Ｌｍ２を中心として、次式で表されるコサインのｎ乗分布となることが知られている。
【００３４】
η２（β’，γ）＝η０・（Ａｃｏｓ（β’））＾ｎ ・・・（７）
なお、鏡面反射方向Ｌｍ２は、２次電子Ｌ２の照射方向に対して２γの角度をなす。η２（β’，γ）の散乱角は、鏡面反射方向Ｌｍ２に対する散乱角β’である。ｎは傾斜角γの増加と共に１〜３程度まで増加する。
【００３５】
また、図３のγ＝６０°の場合のη０は、図２の場合（γ＝０°）よりも、およそ１．３倍増大することが知られている（参考：John T. L. Thong, "Electron Beam Testing Technology", 1993, Prenum Press, New York）。
【００３６】
次に、ターゲットＴを傾斜角γだけ傾斜させた場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される電子数に応じた検出信号量について説明する。
図４は検出信号量のターゲットの傾斜角依存性を示すグラフである。
【００３７】
なお、横軸は図３のターゲットＴの傾斜角γであって、縦軸は傾斜角γに対する、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される電子数に対応する検出信号量をそれぞれ表している。
傾斜角γが０°の場合、即ち、図２に相当する場合には、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙから略等量（１．５程度）の検出信号量が検出される。
【００３８】
この後、傾斜角γを、図３中反時計回り方向に増加していくと、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される検出信号量がそれぞれ変化する。
電子検出器ＤＬｙは、ターゲットＴの傾斜角γが増加するにつれて減少する。傾斜角γがおよそ２０〜２５°を超えると、それ以後、電子検出器ＤＬｙからはほとんど検出信号量が検出されなくなる。即ち、２次電子Ｌ３は、ターゲットＴで電子検出器ＤＬｙ側に散乱されなくなったことが考えられる。
【００３９】
一方、電子検出器ＤＲｙは、ターゲットＴの傾斜角γと共に増加する。傾斜角γが４０°を超えると、電子検出器ＤＲｙで検出される検出信号量は減少していく。即ち、２次電子Ｌ３は、ターゲットＴの傾斜角γが増加するにつれて、電子検出器ＤＲｙに捕獲される散乱した電子数が増加する。当該傾斜角γが３５〜４０°の場合に電子検出器ＤＲｙで捕獲される電子数が最大になり、傾斜角γが０°の場合と比較しておよそ３．６倍増加する。ターゲットＴの傾斜角γが３５〜４０°を超えると、電子検出器ＤＲｙに捕獲される散乱した電子数が減少していくことが考えられる。
【００４０】
次に、上記を踏まえて、ターゲット５１の構造について説明する。
まず、傾斜角γが０°と３５〜４０°との場合の、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される電子数に対応する検出信号量について説明する。
【００４１】
傾斜角γが３５〜４０°の場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される検出信号量ＮＲｙ’，ＮＬｙ’は、傾斜角γが０°（図２）の場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される検出信号量ＮＲｙ，ＮＬｙにより次式で表すことができる。
【００４２】
ＮＲｙ’＝ａＮＲｙ；ａ＝３．６ ・・・（８）
ＮＬｙ’＝ｂＮＬｙ；ｂ＝０ ・・・（９）
傾斜角γ＝０°の場合には、２次電子Ｌ２にスピン偏極度が無ければ、ＮＲｙ＝ＮＬｙ＝Ｎ０となるために、
ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’＝（ａ＋ｂ）Ｎ０＝ａＮ０ ・・・（１０）
となる。
【００４３】
したがって、傾斜角γ＝０°の場合に対する傾斜角γ＝３５〜４０°の場合の検出信号量の増加割合は次の式（１１）で表すことができる。
（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝ａＮ０／２Ｎ０
＝ａ／２＝１．８ ・・・（１１）
式（１１）により、傾斜角γが０°から３５〜４０°に増加した結果、検出信号量が約２倍になったことが分かる。即ち、検出信号量が増加することにより、検出効率Ｃも向上し、さらには性能指標Ｆも向上する。
【００４４】
一方、上記のようにターゲットＴの表面Ｔａを単に一方向に傾斜させるだけでは、式（９）の結果の通り、表面Ｔａの反対側では検出信号量はゼロとなってしまう。
この時の、スピン偏極度が無い２次電子に対する検出信号量の非対称度Ａａ（装置固有の非対称度と呼ぶ）は、
Ａａ＝（ＮＲｙ’−ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）
＝ａＮ０／ａＮ０＝１ ・・・（１２）
この結果から、ターゲットＴの表面Ｔａを単に一方向に傾斜させる場合には、スピン偏極による非対称度が重畳されても検出できないことが考えられる。
【００４５】
そこで、スピン偏極による非対称度が重畳されても検出できるように、次のようなターゲットの構造が考えられる。
図５は一対の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【００４６】
ターゲットＴ１は、図５に示されるように、傾斜角γであって、面積の等しい２つの傾斜面Ｔ１ａ，Ｔ１ｂにより構成されている。
この場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙにおける検出信号量ＮＲｙ’，ＮＬｙ’は次式で表すことができる。
【００４７】
ＮＲｙ’＝ａＮ０／２ ・・・（１３）
ＮＬｙ’＝ａＮ０／２ ・・・（１４）
この時の検出信号量の増加割合は、
（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝ａＮ０／２Ｎ０
＝ａ／２＝１．８ ・・・（１５）
式（１５）の結果から、図３の場合と同様に検出信号量を増加させる効果が得られることが分かる。
【００４８】
また、この時の非対称度Ａａは、
Ａａ＝（ＮＲｙ’−ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）＝０ ・・・（１６）
であって、オフセットを解消することができることが示された。
【００４９】
ところが、このような両面傾斜のターゲットＴ１の場合では、２次電子を正確にその頂点に位置合わせを行うことが必要となり、このような調整は複雑になるという新たな問題点が生じる。
【００５０】
そこで、ターゲット５１は次のような構造で構成されている。
図６は実施の形態のターゲットに形成された突起部の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【００５１】
なお、図６に示される電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙは、既述の通り、２次電子Ｌ２の入射方向に対して、それぞれ６０°の位置に配置されている。また、法線ＮＬは傾斜面５２ａに対して略垂直である。
【００５２】
ターゲット５１は、図６に示されるように、表面に、等面積であって、傾斜角γ、半頂角α（＝９０°−傾斜角γ）とした傾斜面５２ａ，５２ｂを有する微小な突起部５２が複数形成されている。
【００５３】
突起部５２を微小にすることにより、２次電子をターゲット５１に照射するための複雑調整が不要になる。
一方、２次電子Ｌ２が突起部５２の傾斜面５２ａの領域Ａに照射された場合には、散乱した２次電子Ｌ３の進行が、隣接する別の突起部５２に妨げられてしまい、電子検出器ＤＲｙは２次電子Ｌ３を検出できない場合が生じる。また、図示していないが傾斜面５２ｂ側でも同様の現象が生じる。
【００５４】
このような検出不可能領域の存在を考慮して、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙの検出信号量ＮＲｙ’，ＮＬｙ’は次式で表すことができる。
ＮＲｙ’＝ａＮ０／２・ｋ ・・・（１７）
ＮＬｙ’＝ａＮ０／２・ｋ ・・・（１８）
ｋ＝２／（１＋（３＾０．５・ｔａｎγ）） ・・・（１９）
なお、ｋは、領域Ａにおける検出不可能領域の検出不可率を表す。
【００５５】
当該検出不可率ｋは、傾斜角γが３５〜４０°では、０．８２〜０．９０となる。したがって、傾斜角γが、例えば３５°の時の検出信号量の増加割合は、
（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝ａＮ０／２Ｎ０
＝ａ・ｋ／２＝１．６ ・・・（２０）
また、式（２）から、傾斜角γが０°，３５°の場合のそれぞれの検出効率Ｃ，Ｃ’は、
Ｃ ＝（ＮＲｙ ＋ＮＬｙ ）／Ｎｉｎ ・・・（２１ａ）
Ｃ’＝（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／Ｎｉｎ ・・・（２１ｂ）
である。
【００５６】
式（２１ａ），（２１ｂ）に式（２０）の結果を適用すると、
Ｃ’／Ｃ＝（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ ＋ＮＬｙ ）
＝１．６ ・・・（２２）
以上の結果から、等面積であって、傾斜角γ、半頂角α（＝９０°−傾斜角γ）である一対の傾斜面を有する微小な突起部を複数形成したターゲットの検出効率Ｃは、突起部が無い場合と比較して向上する。したがって、式（１）から、スピン検出器の性能指標Ｆが向上する。なお、傾斜角γは、図４から、好ましくは３０〜４５°であって、より好ましくは、３５〜４０°である。
【００５７】
また、性能指標Ｆが向上したスピン検出器を備えたスピン偏極ＳＥＭでは、スピン画像の取得時間の短縮、スピン画像のＳＮ比等が向上する。
このように傾斜角γを有する微小な突起部が形成された具体的なターゲットについて以下に説明する。
【００５８】
［実施例１］
実施例１では、ターゲットに円錐状の突起部が複数形成された場合について説明する。
まず、表面分析装置の全体構成について説明する。
【００５９】
図７は実施の形態の表面分析装置の全体構成を示す模式図である。
表面分析装置１０は、真空チャンバ１１を具備しており、前述した、試料台２、電子光学系４、後述するターゲット６０及び複数の電子検出器Ｄを有するスピン検出器５が真空チャンバ１１内に設置されている。試料Ｓに１次電子線を照射し、試料Ｓの表面のスピン偏極度をもつ２次電子を放出させるための電子線鏡筒３も真空チャンバ１１内に導入される。なお、スピン検出器５のターゲット及び電子検出器Ｄの記載については省略している。
【００６０】
真空チャンバ１１外には、検出器制御部１６、検出信号処理部１７、試料台制御部１８、電子線走査系制御部１９、電子光学系制御部２０が設けられる。さらに、制御計算機２１と制御計算機２１に接続された表示装置２２が設けられている。
【００６１】
検出器制御部１６は、スピン検出器５を制御する。例えば、後述するターゲット６０に印加する電圧を制御する。また、電子検出器Ｄにおいて、２次電子を増倍させるために、例えば、高精度高圧電源を用いてゲインの調整を行う。
【００６２】
検出信号処理部１７は、前述した信号処理部に対応し、図示を省略する、プリアンプ、ディスクリミネータ、カウンタを有しており、各測定位置での電子検出器Ｄからの検出信号（ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙ）を処理する。なお、ディスクリミネータにおいて、電子１個分に対応するパルスを生成するために必要とされる電荷量の閾値を変化させることで、ゲインの調整を行うことができる。その場合、検出器制御部１６での高精度高圧電源によるゲインの調整を行わなくてもよい。
【００６３】
試料台制御部１８は、真空チャンバ１１内の試料台２の位置の制御を行う。
電子線走査系制御部１９は、電子線鏡筒３を制御して、試料Ｓの表面における１次電子線の照射位置を決定する。
【００６４】
電子光学系制御部２０は、電子線鏡筒３から試料Ｓに照射する１次電子線の加速電圧や電子線電流等を調整する。また、電子光学系４における試料Ｓから放出された２次電子の加速電圧及び集光等を調整する。
【００６５】
制御計算機２１は、例えば、コンピュータである。各制御部を制御すると共に、例えば、前述した演算処理部の機能を有し、検出信号処理部１７で処理された検出信号をもとに、スピン成分の算出等を行う。
【００６６】
表示装置２２は、制御計算機２１でのスピン成分の分析結果等を表示する。
なお、上記の構成の他にも、表面分析装置１０には、真空度を計測するための計測ヘッド等が設けられる場合もあるが、図示を省略している。
【００６７】
以下、図７で示した表面分析装置１０の動作（分析方法）を説明する。
図８は実施の形態の分析方法を示すフローチャートである。
［ステップＳ１］ まず、初期設定を行う。ここでは、制御計算機２１の制御に基づき、検出器制御部１６は、スピン検出器５に印加する電圧の設定を行う。また、電子線走査系制御部１９及び電子光学系制御部２０は、照射する１次電子線の走査範囲、加速電圧または電子線電流等を設定する。また、図示しない真空ポンプにより、真空チャンバ１１内を排気する。
【００６８】
［ステップＳ２］ 制御計算機２１の制御に基づき、電子線走査系制御部１９は、電子線鏡筒３による１次電子線の照射位置のＹ座標を決める。なお、座標系は、例えば、試料Ｓの表面における１次電子線の照射位置はＸ−Ｙ座標で示される。
【００６９】
［ステップＳ３］ 制御計算機２１の制御に基づき、電子線走査系制御部１９は、電子線鏡筒３による１次電子線の照射位置のＸ座標を決める。これによって１次電子線の試料Ｓに対する照射位置が決定される。
【００７０】
［ステップＳ４］ 電子線鏡筒３から１次電子線が試料Ｓに照射されると、試料Ｓの表面から２次電子が放出される。放出された２次電子は電子光学系４に入射して、電子光学系制御部２０の制御に基づき、当該電子光学系４で加速及び集光される。集光された２次電子はスピン検出器５に照射されて、スピン検出器５を用いた２次電子の検出処理が開始される。検出結果は、例えば、検出信号処理部１７を介して、制御計算機２１に送信され、制御計算機２１のＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部に格納される。
【００７１】
［ステップＳ５］ 電子線走査系制御部１９は、１次電子線の照射位置のＸ方向のスキャンが終了しているか否かを判定する。次の処理は、判定が終了していない場合には、ステップＳ６に進められ、終了している場合には、ステップＳ７に進められる。
【００７２】
［ステップＳ６］ １次電子線の照射位置のＸ座標を更新する。その後の処理は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。
［ステップＳ７］ 電子線走査系制御部１９は、１次電子線の照射位置のＹ方向のスキャンが終了しているか否かを判定する。次の処理は、判定が終了していない場合には、ステップＳ８に進められ、終了している場合には、ステップＳ９に進められる。
【００７３】
［ステップＳ８］ １次電子線の照射位置のＹ座標を更新する。その後の処理は、ステップＳ２からの処理を繰り返す。
［ステップＳ９］ 制御計算機２１は、ステップＳ４において格納された２次電子の検出結果から、１次電子線の照射位置毎に、前述した４つの測定位置における電子検出器Ｄの検出結果の加算値を求める。そして、その照射位置から放出された２次電子のスピン成分を算出し、スピン成分から一意に決まる試料表面の磁化ベクトルを分析する。制御計算機２１は、例えば、各照射位置での磁化ベクトルを表示装置２２に表示させるようにしてもよい。
【００７４】
このような表面分析装置１０のスピン検出器５に具備されるターゲット６０について説明する。
図９は実施例１のターゲットの斜視模式図である。
【００７５】
ターゲット６０は、図９に示されるように、基板部６１と、基板部６１の主面に複数形成された突起部６２とにより構成されている。突起部６２は、側面が基板部６１の主面に対して傾斜角γであって、半頂角αが９０°−傾斜角γの円錐状であって（図６、参照）、複数が２次元的に略等間隔に配列されている。当該ターゲット６０が、突起部６２を試料Ｓから放出される２次電子に対向するようにスピン検出器５にセットされる。
【００７６】
ターゲット６０に対して垂直に入射する２次電子は、突起部６２の側面に傾斜角γで照射され、後方散乱されて、その一部が電子検出器Ｄのいずれかに検出される。
各電子検出器Ｄで検出信号量ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙが検出されると、式（３），（４）並びにシャーマン関数Ｓを適用して、非対称度Ａ（Ａｘ，Ａｙ）及びスピン偏極度Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）が算出される。
【００７７】
なお、突起部６２における頂点間の間隔及び基板部６１の主面から頂点までの高さは、傾斜面積が最大となるような関係が保たれれば任意である。望ましくは、突起部６２の当該間隔は、ターゲット６０に照射する２次電子の径よりも十分小さくしておく。例えば、微細加工の容易性も考慮して、ターゲット６０に照射する２次電子の径１ｍｍに対して、突起部６２の（頂点間の）間隔は１〜２μｍ程度が好ましい。
【００７８】
次に、ターゲット６０の製造について説明する。
図１０及び図１１は図９のターゲットの製造工程を示す模式図である。
なお、図１０（Ａ）は側面図、図１０（Ｂ）は平面図であって、図１１（Ａ），（Ｂ）はいずれも側面図をそれぞれ表している。
【００７９】
まず、例えば、シリコンで構成される基板部６１を用意して、当該基板部６１の主面に２次元的に配列する円形状のレジストをマスク６３として形成する（図１０）。
次いで、当該マスク６３を利用して基板部６１をエッチングすることにより、円錐状の突起部６２を形成する（図１１（Ａ））。
【００８０】
さらに、マスク６３の除去後、突起部６２及び基板部６１の表面に、１０〜５０ｎｍの厚さの重元素の、例えば金を蒸着して薄膜６４を形成する（図１１（Ｂ））。
以上の工程を経て、基板部６１と、基板部６１に形成された突起部６２とを有するターゲット６０を形成することができる。
【００８１】
なお、突起部６２の形状は円錐状に限らず、同様の傾斜角γ及び半頂角αを有する三角錐、四角錐等の多角錐でも構わない。また、円錐状の突起部６２による後方散乱は、突起部６２の頂点を中心として、全方向に均等に進むために、電子検出器Ｄは、４つよりもさらに複数配置することにより検出効率が向上する。
【００８２】
また、図４で説明したように、傾斜角γは３０〜４５°が好ましく、より好ましくは３５〜４０°である。したがって、半頂角αは４５〜６０°が最適となる。
このように実施例１の円錐状の突起部６２における後方散乱は全方向に均等に進むため、検出効率を向上するためには電子検出器Ｄをターゲット６０の四方に４つだけでなく、より多く設置することが望ましい。一方で、電子検出器Ｄを多く設置するとコストが嵩み、配置に手間がかかる等の可能性がある。
【００８３】
そこで、次の実施例２のような構成が考えられる。
［実施例２］
実施例２では、三角柱状の突起部が複数形成されたターゲットについて説明する。
【００８４】
図１２は実施例２のターゲットの模式図である。
なお、図１２（Ａ）はターゲット７０の斜視図であって、図１２（Ｂ）はターゲット７０の側面図である。
【００８５】
ターゲット７０は、図１２（Ａ）に示されるように、基板部７１と、基板部７１の主面に複数形成された突起部７２とにより構成されている。
突起部７２は、２つ側面（傾斜面）が基板部７１の主面に対して傾斜角γであって、半頂角αが９０°−傾斜角γの二等辺三角柱であって、長辺が図１２中ｘ方向に平行になるように、略等間隔に複数配列されている。当該ターゲット７０が、突起部７２を試料Ｓから放出される２次電子に対向するようにスピン検出器５にセットされる。
【００８６】
なお、当該ターゲット７０に対しては、電子検出器Ｄは、２つの傾斜面に対する位置に１つずつ配置される。例えば、図１２（Ｂ）に破線で示されるように、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙのみが配置される。
【００８７】
このような場合では、ターゲット７０に照射された２次電子の殆どが、突起部７２の２つ傾斜面でそれぞれ２方向（図１２（Ｂ）の矢印方向）に散乱される。一組の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙのみで散乱した２次電子に対する検出信号量ＮＲｙ，ＮＬｙが検出されるため、より効率的な電子検出が可能となる。
【００８８】
その後、当該検出信号量を式（４）に適用して、非対称度Ａｙ及びスピン偏極度Ｐｘが算出される。
なお、突起部７２における頂点間の間隔及び基板部７１の主面から頂点までの高さは、傾斜面積が最大となるような関係が保たれれば任意である。望ましくは、突起部７２の当該間隔は、ターゲット７０に照射する２次電子の径よりも十分小さくしておく。例えば、微細加工の容易性も考慮して、ターゲット７０に照射する２次電子の径１ｍｍに対して、突起部７２の（頂点間の）間隔は１〜２μｍ程度が好ましい。
【００８９】
また、図４で説明したように、傾斜角γは３０〜４５°が好ましく、より好ましくは３５〜４０°である。したがって、半頂角αは４５〜６０°が最適となる。
また、ターゲット７０は、例えば、図１０においてマスク６３の代わりに長方形のマスクを複数形成して、当該マスクで図１１と同様にエッチングを行うことにより製造することが可能である。
【００９０】
［実施例３］
実施例３では、後方散乱電子のｘ，ｙ成分のスピン偏極度を同時に検出できるターゲットについて説明する。
【００９１】
図１３は実施例３のターゲットの斜視模式図である。
ターゲット８０は、基板部８１と、基板部８１の主面に互いに直交する２方向にそれぞれ複数形成された突起部８２，８３とにより構成されている。
【００９２】
基板部８１は、２次電子の径内（１ｍｍ程度）の領域内を複数の等しい領域（図１３では４つの領域）に等分割されている。
突起部８２は、２つ側面（傾斜面）が基板部８１の分割された所定領域の主面に対して傾斜角γであり、半頂角αが９０°−傾斜角γの二等辺三角柱である。当該突起部８２は、長辺が図１３中ｘ方向に平行に、略等間隔に複数配列されている。
【００９３】
突起部８３は、突起部８２と同様に二等辺三角柱であって、基板部８１の分割された所定領域に、長辺が図１３中ｙ方向に平行に、略等間隔に複数配列されている。
これらの突起部８２，８３は同数の領域（図１３では２領域ずつ）に形成されており、各領域に等しい数（図１３では５つずつ）の突起部８２，８３がそれぞれ形成されている。
【００９４】
当該ターゲット８０が、突起部８２，８３を試料Ｓから放出される２次電子に対向するようにスピン検出器５にセットされる。
このようなターゲット８０に照射された２次電子は、突起部８２，８３のそれぞれの２つ傾斜面で２方向にそれぞれ散乱され、電子検出器ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙで検出信号量ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙが確実に検出される。このため、より効率的な電子検出と、スピン偏極度の２成分の検出が同時に可能となる。
【００９５】
また、当該検出信号量を式（４）に適用して、非対称度Ａ（Ａｘ，Ａｙ）及びスピン偏極度Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）が算出される。
なお、突起部８２，８３における頂点間の間隔及び基板部８１の主面から頂点まで高さは、傾斜面積が最大となるような関係が保たれれば任意である。望ましくは、突起部８２，８３の当該間隔は、ターゲット８０に照射する２次電子の径よりも十分小さくしておく。例えば、微細加工の容易性も考慮して、ターゲット８０に照射する２次電子の径１ｍｍに対して、突起部８２，８３の（頂点間の）間隔は１〜２μｍ程度が好ましい。
【００９６】
また、図４で説明したように、傾斜角γは３０〜４５°が好ましく、より好ましくは３５〜４０°である。したがって、半頂角αは４５〜６０°が最適となる。
また、ターゲット８０は、例えば、図１０においてマスク６３の代わりに長方形のマスクをｘ，ｙ方向に複数形成して、当該マスクで図１１と同様にエッチングを行うことにより製造することが可能である。
【００９７】
また、実施例１〜３で説明した各種突起部が形成されたターゲットを全てスピン検出器５に搭載させることも可能である。この場合には、例えば、２次電子が照射される領域に、ターゲットを順次スライド可能な構成にしておくことで、所望の散乱方向に対応したターゲットに適宜セットできる。
【００９８】
以上、実施例１〜３においても、等面積であって、傾斜角γ、半頂角α（＝９０°−傾斜角γ）である側面・傾斜面を有する微小な突起部を複数形成したターゲットの検出効率Ｃは、突起部が無い場合と比較して向上すると共に、スピン検出器の性能指標Ｆも向上する。
【００９９】
また、性能指標Ｆが向上したスピン検出器を備えたスピン偏極ＳＥＭでは、スピン画像の取得時間の短縮、スピン画像のＳＮ比等が向上する。
（付記１） 電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線が前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、
を有することを特徴とするスピン検出器。
【０１００】
（付記２） 前記法線方向に対する前記傾斜面の半頂角は、４５〜６０°であることを特徴とする付記１記載のスピン検出器。
（付記３） 前記電子検出部は、前記電子線の前記ターゲットへの照射方向に対して、６０°の位置に配置されていることを特徴とする付記１記載のスピン検出器。
【０１０１】
（付記４） 前記突起部は等間隔に複数配列された、前記半頂角を有する円錐状であることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
（付記５） 前記突起部は等間隔に複数配列された、前記半頂角を有する多角錐状であることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
【０１０２】
（付記６） 前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
（付記７） 前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、
所定領域に長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置され、
別の所定領域に前記一方向の直交方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
【０１０３】
（付記８） 前記間隔は、前記電子線の径よりも小さいことを特徴とする付記４乃至７のいずれか１項に記載のスピン検出器。
（付記９） 試料表面に１次電子線を照射する電子線照射部と、
前記１次電子線が照射された前記試料表面から放出した２次電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記２次電子が前記２次電子のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有するスピン検出器と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
【０１０４】
（付記１０） 電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成され、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線を前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱させる、
ことを特徴とするターゲット。
【符号の説明】
【０１０５】
１，１０ 表面分析装置
２ 試料台
３ 電子線鏡筒
４ 電子光学系
５ スピン検出器
１１ 真空チャンバ
１６ 検出器制御部
１７ 検出信号処理部
１８ 試料台制御部
１９ 電子線走査系制御部
２０ 電子光学系制御部
２１ 制御計算機
２２ 表示装置
５１，６０，７０，８０，Ｔ，Ｔ１ ターゲット
Ｔａ 表面
５２，６２，７２，８２，８３ 突起部
５２ａ，５２ｂ，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ 傾斜面
６１，７１，８１ 基板部
６３ マスク
６４ 薄膜
Ｄ，ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ 電子検出器
ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙ 検出信号量
Ｓ 試料
Ｌ１ １次電子
Ｌ２，Ｌ３ ２次電子
Ｌｍ２ 鏡面反射方向
ＮＬ 法線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン検出器、スピン検出器を用いた表面分析装置及びスピン検出器に用いられるターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子の持つスピンを利用して情報を伝達及び記憶する技術、所謂スピントロニクスが注目されている。この分野は急速に発展している。例えば、省電力の不揮発性メモリとしてＭＲＡＭ（Magneto-resistive Random Access Memory）等の開発が進んでいる。
【０００３】
スピントロニクスデバイスでは、電子のスピン状態が非常に微細な領域で制御された構造を備えており、その構造の分析装置の需要が高まっている。
分析装置の一つとして、例えば、スピン偏極ＳＥＭ（Scanning Electron Microsope：走査型電子顕微鏡）は、電子線のスピンの方向及び強度（スピン偏極度）を計測するスピン検出器の機能と、電子線を利用して試料表面の顕微鏡画像を生成するＳＥＭの機能とが組み合わされている。
【０００４】
さらに、スピン検出器は、電子が照射されるターゲットと、当該ターゲットの四方に配置され、照射されてターゲットで散乱した電子を検出する電子検出器とを有する。電子検出器は、当該スピン偏極ＳＥＭで試料の磁化構造（磁区）を画像化するためには、まず、１次電子線を試料表面に照射する。すると、当該試料表面から、試料の磁化に依存するスピン偏極度を有する２次電子が放出されて、スピン検出器により当該スピン偏極度が検出される。代表的なスピン検出器は、２次電子を数１０ｋｅＶ以上に加速し、金等の重元素の平板状または薄膜状のターゲットに衝突させる。ターゲットに衝突した２次電子のスピンの正負の違いによる散乱方向の僅かな偏り（非対象性）を、ターゲットの四方に配置した電子検出器が検出し、スピン偏極度を算定する（例えば、特許文献１を参照）。スピン検出器により算定されたスピン偏極度を利用して、ＳＥＭにより試料の磁化構造を画像化することができる。当該画像化では、スピン偏極ＳＥＭは、電子顕微鏡のもつ優れた分解能でスピン状態の差異を観測することができる。また、スピン偏極ＳＥＭは、スピンの向きを含めて定量的に測定できる等、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ：Magnetic Force Microscopy）にはない分析能力を有しており、その適用領域の拡大が期待されている。
【０００５】
一方、スピン検出器の電子検出器で検出される電子の強度は、２次電子の１／１００〜１／１０００程度と微弱であり、さらに、その非対称度は、およそ数％以下である。このため、必要なＳＮ比を確保するためには、十分長い時間を要することになる。特に、スピン偏極ＳＥＭのように２次元的な２次電子のスピン偏極度毎の分布を得るためには、ＳＮ比の確保が大きな障害となるため、スピン検出器の性能向上が課題となっている。
【０００６】
ところで、スピン検出器の性能指標Ｆは次式で表される。
Ｆ＝Ｓ2・Ｃ ・・・（１）
なお、Ｃ＝（ＮＲ＋ＮＬ）／Ｎｉｎ
＝後方散乱係数η０×電子検出器の電子の検出口の立体角Ω ・・・（２）
で表される。
【０００７】
なお、Ｓはシャーマン関数であって、スピン偏極度に対する非対称度の比例定数であり、スピン検出器の配置、構造、寸法、動作条件等の装置構成に依存する。Ｃはスピン検出器の検出効率である。また、Ｎｉｎは、試料から放出される２次電子の電子数に応じた信号、ＮＲ，ＮＬはターゲットで２方向に散乱した電子数に応じた出力信号である。
【０００８】
したがって、スピン検出器の性能指標Ｆを向上させるためには、シャーマン関数Ｓ及び／または検出効率Ｃを向上させる必要がある。シャーマン関数Ｓの向上を図るために、例えば、散乱した２次電子のエネルギーフィルタリングまたは薄膜ターゲットが使用されていた。また、検出効率Ｃの向上を図るために、例えば、電子検出器の電子の検出口を拡大して、立体角Ωの増大等が行われていた（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−１７７５３９号公報
【特許文献２】特開平８−２２０２４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２６９９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、エネルギーフィルタリングまたは薄膜ターゲットの使用によるシャーマン関数Ｓ、並びに電子検出器の立体角Ωの拡大化による検出効率Ｃの向上では、スピン検出器の性能指標Ｆの向上は十分とはいえない状況である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記電子線が前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有することを特徴とするスピン検出器が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の観点によれば、試料表面に１次電子線を照射する電子線照射部と、前記１次電子線が照射された前記試料表面から放出した２次電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記２次電子が前記２次電子のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有するスピン検出器と、を有することを特徴とする表面分析装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点によれば、電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成され、前記突起部の前記傾斜面で前記電子線を前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱させる、ことを特徴とするターゲットが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示のスピン検出器、当該スピン検出器を用いた表面分析装置及び当該スピン検出器に用いられるターゲットによれば、検出効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態の表面分析装置の主要部の概略構成を示す模式図である。
【図２】ターゲットに垂直に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図３】傾斜したターゲットに照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図４】検出信号量のターゲットの傾斜角依存性を示すグラフである。
【図５】一対の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図６】実施の形態のターゲットに形成された突起部の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【図７】実施の形態の表面分析装置の全体構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態の分析方法を示すフローチャートである。
【図９】実施例１のターゲットの斜視模式図である。
【図１０】図９のターゲットの製造工程を示す模式図（その１）である。
【図１１】図９のターゲットの製造工程を示す模式図（その２）である。
【図１２】実施例２のターゲットの模式図である。
【図１３】実施例３のターゲットの斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は実施の形態の表面分析装置の主要部の概略構成を示す模式図である。
なお、図１（Ａ）は表面分析装置１の側面図であって、紙面上下方向をｚ方向、紙面左右方向をｙ方向、紙面垂直方向をｘ方向とする。図１（Ｂ）は表面分析装置１の上面図であって、紙面上下方向をｘ方向、紙面左右方向をｙ方向、紙面垂直方向をｚ方向とする。また、図１（Ａ）では、四つの電子検出器Ｄ（ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ）のうちｙ方向の電子検出器ＤＬｙ，ＤＲｙのみを記載しており、電子検出器ＤＬｘ，ＤＲｘの記載は省略している。図１（Ｂ）では、電子光学系４の配置位置を破線で、ターゲット５１で散乱された２次電子の電子検出器Ｄへのそれぞれの進行を矢印で、表している。
【００１７】
表面分析装置１は、試料Ｓが分析対象の表面をｚ方向に向けて載置される試料台２と、試料台２上の試料Ｓの表面に１次電子線Ｌ１を照射する電子線鏡筒３と、試料Ｓから放出される２次電子を受光して加速・集光させる電子光学系４とを有する。なお、当該試料Ｓは様々なサイズ及び磁化方向の磁区から構成されている。したがって、磁区を有する試料Ｓの内部の電子のスピンは当該磁区に応じて偏極しているため、試料Ｓから放出される２次電子もスピン偏極度を有する。
【００１８】
また、スピン検出器５は、主面上に複数の微小な突起部５２が形成され、主面及び突起部５２上に金等の重元素の薄膜（図示を省略）が形成された、電子光学系４で加速・集光された２次電子Ｌ２が照射されるターゲット５１を有する。なお、ターゲット５１の詳細については後述する。さらに、当該ターゲット５１で散乱された２次電子Ｌ３を検出する電子検出器Ｄ（ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ）を有する。なお、電子検出器Ｄは、例えば、低ノイズ、高利得の優れた特徴を持つチャネルトロンを適用することができる。また、電子検出器ＤＲｘ，ＤＬｘ及び電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙは、図１（Ｂ）に示されるように、ターゲット５１を中心にして、ｘ方向，ｙ方向にそれぞれ配置されている。
【００１９】
なお、表面分析装置１には、上記の他に、例えば、次の構成を有する。即ち、電子検出器Ｄにそれぞれ接続され、各電子検出器Ｄで検出した検出信号に基づき、２次電子Ｌ３の電子数を出力する信号処理部（図示を省略）と、当該信号処理部の出力値に基づき２次電子Ｌ３のスピン成分を算出する演算処理部（図示を省略）とを有する。
【００２０】
次に、このような構成からなる表面分析装置１の試料Ｓの分析処理（分析方法）について説明する。
まず、試料台２に載置された試料Ｓの表面に対して、電子線鏡筒３から１次電子線Ｌ１を照射する。すると、試料Ｓから、試料Ｓの照射箇所の磁化に応じたスピン偏極度を有する２次電子が放出され、電子光学系４に入射する。
【００２１】
当該２次電子が電子光学系４で加速・集光された２次電子Ｌ２がターゲット５１の表面の突起部５２に照射される。ターゲット５１の突起部５２に照射された２次電子Ｌ２は、スピン編極度に応じて散乱する。散乱した２次電子Ｌ３は電子検出器Ｄによって検出される。この時、突起部５２で散乱された２次電子Ｌ３に対する検出効率Ｃは向上する。したがって、式（１）により、スピン検出器５の性能指標Ｆも向上する。なお、ターゲット５１の突起部５２による２次電子の散乱及び検出効率Ｃの向上の詳細については後述する。
【００２２】
また、この時の各電子検出器Ｄにおけるｘ，ｙ方向の検出信号量の非対称度Ａ（Ａｘ，Ａｙ）は次式で表される。
Ａｘ＝（ＮＲｘ−ＮＬｘ）／（ＮＲｘ＋ＮＬｘ）＝Ｓ・Ｐｙ ・・・（３）
Ａｙ＝（ＮＲｙ−ＮＬｙ）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝Ｓ・Ｐｘ ・・・（４）
なお、Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）は試料Ｓから放出された２次電子のスピン偏極度のｘ，ｙ成分であり、Ｓはスピン検出器５の配置、構造、寸法、動作条件等の装置構成に依存するシャーマン関数Ｓである。ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙは、各電子検出器Ｄ（ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ）で検出された電子数に対応する検出信号量である。
【００２３】
式（３），（４）によれば、各電子検出器Ｄで略等しい数の電子数が検出される場合には、Ａｘ，Ａｙはそれぞれほぼゼロとなり、非対称度が小さい、即ち、２次電子の散乱方向に偏りが小さいことが分かる。一方、Ａｘ，Ａｙがそれぞれ１に近づくほど、非対称度が大きい、即ち、２次電子の散乱方向に偏りが大きいことが分かる。
【００２４】
信号処理部は、各電子検出器Ｄにおける散乱した２次電子Ｌ３の検出信号から、当該検出信号に基づいて電子数を出力する。そして、演算処理部は、当該検出信号の出力値に基づいて２次電子Ｌ３のスピン成分を算出する。
【００２５】
上記の分析処理を試料Ｓの表面全体に対して行うことにより、試料Ｓを構成する磁化の向きを領域毎に分析でき、試料Ｓ全体の磁区構造を特定することができる。
次に、実施の形態におけるターゲット５１の詳細について説明する。
【００２６】
以下では、２次電子のターゲットに対する入射角と当該入射角に応じた２次電子の散乱との関係について説明し、当該関係に基づいた、性能指標Ｆが向上するターゲット５１の構造の詳細について説明する。
【００２７】
なお、以下では、２次電子Ｌ２はターゲットに照射されて、左右２方向のいずれかに散乱して、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出する場合を例に挙げる。
まず、２次電子Ｌ２をターゲットの表面に対して垂直に照射する場合について説明する。
【００２８】
図２はターゲットに垂直に照射した電子の散乱を示す模式図である。
なお、図２中破線で示されるように、電子検出器ＤＲｙを、２次電子Ｌ２のターゲットＴへの入射方向に対して、およそθの位置に配置している。また、電子検出器ＤＬｙは、２次電子Ｌ２の入射方向に対して、−θの位置、即ち、電子検出器ＤＲｙと対称の位置に配置しているが、その図示については省略している。また、ターゲットＴの表面には金の薄膜（図示を省略）が形成されている。
【００２９】
このような状態の図２では、加速・集光された２次電子Ｌ２（以後、図中では２次電子Ｌ２の電子１つを「ｅ」と表す）は、ターゲットＴの表面Ｔａで散乱される。散乱された２次電子Ｌ３は、図２中の２点鎖線の円形で表される、後方散乱電子の角度分布η１（β）に応じて散乱する。なお、（２次電子Ｌ２の入射方向を基準とした）散乱角βの場合の後方散乱電子の角度分布η１（β）は次式で表される。
【００３０】
η１（β）＝η０・Ａｃｏｓ（β） ・・・（５）
η０＝（１＋ｃｏｓγ）＾（−９／Ｚ＾０．５） ・・・（６）
なお、γはターゲットＴの表面Ｔａの法線に対する入射角であって、ＺはターゲットＴの構成元素の原子番号である。また、図２の場合では入射角γは０°、原子番号Ｚは７９（金原子）である。
【００３１】
次いで、２次電子Ｌ２をターゲットＴの表面Ｔａに対して傾斜して照射する場合について説明する。
図３は傾斜したターゲットに照射した電子の散乱を示す模式図である。
【００３２】
図３は、図２において、ターゲットＴのみを図３中反時計回り方向にγだけ回転（傾斜）させた状態で、ターゲットＴの表面Ｔａに２次電子Ｌ２を照射した場合を示している。即ち、図３の状態は、図２において、２次電子Ｌ２がターゲットＴの表面Ｔａに対して入射角γで入射した場合と等価である。なお、電子検出器ＤＲｙの、２次電子Ｌ２のターゲットＴへの入射方向に対する配置位置は図２と同様にθ＝６０°である。また、図２と同様に、電子検出器ＤＬｙの記載については省略している。
【００３３】
図３では、ターゲットＴの表面Ｔａで散乱された２次電子Ｌ３の後方散乱電子の角度分布η２（β’，γ）は、図２の角度分布η１（β）から変化する。即ち、後方散乱電子の角度分布η２（β’，γ）は、図３中の２点鎖線で表されるように、２次電子Ｌ２の鏡面反射方向Ｌｍ２を中心として、次式で表されるコサインのｎ乗分布となることが知られている。
【００３４】
η２（β’，γ）＝η０・（Ａｃｏｓ（β’））＾ｎ ・・・（７）
なお、鏡面反射方向Ｌｍ２は、２次電子Ｌ２の照射方向に対して２γの角度をなす。η２（β’，γ）の散乱角は、鏡面反射方向Ｌｍ２に対する散乱角β’である。ｎは傾斜角γの増加と共に１〜３程度まで増加する。
【００３５】
また、図３のγ＝６０°の場合のη０は、図２の場合（γ＝０°）よりも、およそ１．３倍増大することが知られている（参考：John T. L. Thong, "Electron Beam Testing Technology", 1993, Prenum Press, New York）。
【００３６】
次に、ターゲットＴを傾斜角γだけ傾斜させた場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される電子数に応じた検出信号量について説明する。
図４は検出信号量のターゲットの傾斜角依存性を示すグラフである。
【００３７】
なお、横軸は図３のターゲットＴの傾斜角γであって、縦軸は傾斜角γに対する、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される電子数に対応する検出信号量をそれぞれ表している。
傾斜角γが０°の場合、即ち、図２に相当する場合には、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙから略等量（１．５程度）の検出信号量が検出される。
【００３８】
この後、傾斜角γを、図３中反時計回り方向に増加していくと、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される検出信号量がそれぞれ変化する。
電子検出器ＤＬｙは、ターゲットＴの傾斜角γが増加するにつれて減少する。傾斜角γがおよそ２０〜２５°を超えると、それ以後、電子検出器ＤＬｙからはほとんど検出信号量が検出されなくなる。即ち、２次電子Ｌ３は、ターゲットＴで電子検出器ＤＬｙ側に散乱されなくなったことが考えられる。
【００３９】
一方、電子検出器ＤＲｙは、ターゲットＴの傾斜角γと共に増加する。傾斜角γが４０°を超えると、電子検出器ＤＲｙで検出される検出信号量は減少していく。即ち、２次電子Ｌ３は、ターゲットＴの傾斜角γが増加するにつれて、電子検出器ＤＲｙに捕獲される散乱した電子数が増加する。当該傾斜角γが３５〜４０°の場合に電子検出器ＤＲｙで捕獲される電子数が最大になり、傾斜角γが０°の場合と比較しておよそ３．６倍増加する。ターゲットＴの傾斜角γが３５〜４０°を超えると、電子検出器ＤＲｙに捕獲される散乱した電子数が減少していくことが考えられる。
【００４０】
次に、上記を踏まえて、ターゲット５１の構造について説明する。
まず、傾斜角γが０°と３５〜４０°との場合の、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される電子数に対応する検出信号量について説明する。
【００４１】
傾斜角γが３５〜４０°の場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される検出信号量ＮＲｙ’，ＮＬｙ’は、傾斜角γが０°（図２）の場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙで検出される検出信号量ＮＲｙ，ＮＬｙにより次式で表すことができる。
【００４２】
ＮＲｙ’＝ａＮＲｙ；ａ＝３．６ ・・・（８）
ＮＬｙ’＝ｂＮＬｙ；ｂ＝０ ・・・（９）
傾斜角γ＝０°の場合には、２次電子Ｌ２にスピン偏極度が無ければ、ＮＲｙ＝ＮＬｙ＝Ｎ０となるために、
ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’＝（ａ＋ｂ）Ｎ０＝ａＮ０ ・・・（１０）
となる。
【００４３】
したがって、傾斜角γ＝０°の場合に対する傾斜角γ＝３５〜４０°の場合の検出信号量の増加割合は次の式（１１）で表すことができる。
（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝ａＮ０／２Ｎ０
＝ａ／２＝１．８ ・・・（１１）
式（１１）により、傾斜角γが０°から３５〜４０°に増加した結果、検出信号量が約２倍になったことが分かる。即ち、検出信号量が増加することにより、検出効率Ｃも向上し、さらには性能指標Ｆも向上する。
【００４４】
一方、上記のようにターゲットＴの表面Ｔａを単に一方向に傾斜させるだけでは、式（９）の結果の通り、表面Ｔａの反対側では検出信号量はゼロとなってしまう。
この時の、スピン偏極度が無い２次電子に対する検出信号量の非対称度Ａａ（装置固有の非対称度と呼ぶ）は、
Ａａ＝（ＮＲｙ’−ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）
＝ａＮ０／ａＮ０＝１ ・・・（１２）
この結果から、ターゲットＴの表面Ｔａを単に一方向に傾斜させる場合には、スピン偏極による非対称度が重畳されても検出できないことが考えられる。
【００４５】
そこで、スピン偏極による非対称度が重畳されても検出できるように、次のようなターゲットの構造が考えられる。
図５は一対の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【００４６】
ターゲットＴ１は、図５に示されるように、傾斜角γであって、面積の等しい２つの傾斜面Ｔ１ａ，Ｔ１ｂにより構成されている。
この場合の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙにおける検出信号量ＮＲｙ’，ＮＬｙ’は次式で表すことができる。
【００４７】
ＮＲｙ’＝ａＮ０／２ ・・・（１３）
ＮＬｙ’＝ａＮ０／２ ・・・（１４）
この時の検出信号量の増加割合は、
（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝ａＮ０／２Ｎ０
＝ａ／２＝１．８ ・・・（１５）
式（１５）の結果から、図３の場合と同様に検出信号量を増加させる効果が得られることが分かる。
【００４８】
また、この時の非対称度Ａａは、
Ａａ＝（ＮＲｙ’−ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）＝０ ・・・（１６）
であって、オフセットを解消することができることが示された。
【００４９】
ところが、このような両面傾斜のターゲットＴ１の場合では、２次電子を正確にその頂点に位置合わせを行うことが必要となり、このような調整は複雑になるという新たな問題点が生じる。
【００５０】
そこで、ターゲット５１は次のような構造で構成されている。
図６は実施の形態のターゲットに形成された突起部の傾斜面に照射した電子の散乱を示す模式図である。
【００５１】
なお、図６に示される電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙは、既述の通り、２次電子Ｌ２の入射方向に対して、それぞれ６０°の位置に配置されている。また、法線ＮＬは傾斜面５２ａに対して略垂直である。
【００５２】
ターゲット５１は、図６に示されるように、表面に、等面積であって、傾斜角γ、半頂角α（＝９０°−傾斜角γ）とした傾斜面５２ａ，５２ｂを有する微小な突起部５２が複数形成されている。
【００５３】
突起部５２を微小にすることにより、２次電子をターゲット５１に照射するための複雑調整が不要になる。
一方、２次電子Ｌ２が突起部５２の傾斜面５２ａの領域Ａに照射された場合には、散乱した２次電子Ｌ３の進行が、隣接する別の突起部５２に妨げられてしまい、電子検出器ＤＲｙは２次電子Ｌ３を検出できない場合が生じる。また、図示していないが傾斜面５２ｂ側でも同様の現象が生じる。
【００５４】
このような検出不可能領域の存在を考慮して、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙの検出信号量ＮＲｙ’，ＮＬｙ’は次式で表すことができる。
ＮＲｙ’＝ａＮ０／２・ｋ ・・・（１７）
ＮＬｙ’＝ａＮ０／２・ｋ ・・・（１８）
ｋ＝２／（１＋（３＾０．５・ｔａｎγ）） ・・・（１９）
なお、ｋは、領域Ａにおける検出不可能領域の検出不可率を表す。
【００５５】
当該検出不可率ｋは、傾斜角γが３５〜４０°では、０．８２〜０．９０となる。したがって、傾斜角γが、例えば３５°の時の検出信号量の増加割合は、
（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ＋ＮＬｙ）＝ａＮ０／２Ｎ０
＝ａ・ｋ／２＝１．６ ・・・（２０）
また、式（２）から、傾斜角γが０°，３５°の場合のそれぞれの検出効率Ｃ，Ｃ’は、
Ｃ ＝（ＮＲｙ ＋ＮＬｙ ）／Ｎｉｎ ・・・（２１ａ）
Ｃ’＝（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／Ｎｉｎ ・・・（２１ｂ）
である。
【００５６】
式（２１ａ），（２１ｂ）に式（２０）の結果を適用すると、
Ｃ’／Ｃ＝（ＮＲｙ’＋ＮＬｙ’）／（ＮＲｙ ＋ＮＬｙ ）
＝１．６ ・・・（２２）
以上の結果から、等面積であって、傾斜角γ、半頂角α（＝９０°−傾斜角γ）である一対の傾斜面を有する微小な突起部を複数形成したターゲットの検出効率Ｃは、突起部が無い場合と比較して向上する。したがって、式（１）から、スピン検出器の性能指標Ｆが向上する。なお、傾斜角γは、図４から、好ましくは３０〜４５°であって、より好ましくは、３５〜４０°である。
【００５７】
また、性能指標Ｆが向上したスピン検出器を備えたスピン偏極ＳＥＭでは、スピン画像の取得時間の短縮、スピン画像のＳＮ比等が向上する。
このように傾斜角γを有する微小な突起部が形成された具体的なターゲットについて以下に説明する。
【００５８】
［実施例１］
実施例１では、ターゲットに円錐状の突起部が複数形成された場合について説明する。
まず、表面分析装置の全体構成について説明する。
【００５９】
図７は実施の形態の表面分析装置の全体構成を示す模式図である。
表面分析装置１０は、真空チャンバ１１を具備しており、前述した、試料台２、電子光学系４、後述するターゲット６０及び複数の電子検出器Ｄを有するスピン検出器５が真空チャンバ１１内に設置されている。試料Ｓに１次電子線を照射し、試料Ｓの表面のスピン偏極度をもつ２次電子を放出させるための電子線鏡筒３も真空チャンバ１１内に導入される。なお、スピン検出器５のターゲット及び電子検出器Ｄの記載については省略している。
【００６０】
真空チャンバ１１外には、検出器制御部１６、検出信号処理部１７、試料台制御部１８、電子線走査系制御部１９、電子光学系制御部２０が設けられる。さらに、制御計算機２１と制御計算機２１に接続された表示装置２２が設けられている。
【００６１】
検出器制御部１６は、スピン検出器５を制御する。例えば、後述するターゲット６０に印加する電圧を制御する。また、電子検出器Ｄにおいて、２次電子を増倍させるために、例えば、高精度高圧電源を用いてゲインの調整を行う。
【００６２】
検出信号処理部１７は、前述した信号処理部に対応し、図示を省略する、プリアンプ、ディスクリミネータ、カウンタを有しており、各測定位置での電子検出器Ｄからの検出信号（ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙ）を処理する。なお、ディスクリミネータにおいて、電子１個分に対応するパルスを生成するために必要とされる電荷量の閾値を変化させることで、ゲインの調整を行うことができる。その場合、検出器制御部１６での高精度高圧電源によるゲインの調整を行わなくてもよい。
【００６３】
試料台制御部１８は、真空チャンバ１１内の試料台２の位置の制御を行う。
電子線走査系制御部１９は、電子線鏡筒３を制御して、試料Ｓの表面における１次電子線の照射位置を決定する。
【００６４】
電子光学系制御部２０は、電子線鏡筒３から試料Ｓに照射する１次電子線の加速電圧や電子線電流等を調整する。また、電子光学系４における試料Ｓから放出された２次電子の加速電圧及び集光等を調整する。
【００６５】
制御計算機２１は、例えば、コンピュータである。各制御部を制御すると共に、例えば、前述した演算処理部の機能を有し、検出信号処理部１７で処理された検出信号をもとに、スピン成分の算出等を行う。
【００６６】
表示装置２２は、制御計算機２１でのスピン成分の分析結果等を表示する。
なお、上記の構成の他にも、表面分析装置１０には、真空度を計測するための計測ヘッド等が設けられる場合もあるが、図示を省略している。
【００６７】
以下、図７で示した表面分析装置１０の動作（分析方法）を説明する。
図８は実施の形態の分析方法を示すフローチャートである。
［ステップＳ１］ まず、初期設定を行う。ここでは、制御計算機２１の制御に基づき、検出器制御部１６は、スピン検出器５に印加する電圧の設定を行う。また、電子線走査系制御部１９及び電子光学系制御部２０は、照射する１次電子線の走査範囲、加速電圧または電子線電流等を設定する。また、図示しない真空ポンプにより、真空チャンバ１１内を排気する。
【００６８】
［ステップＳ２］ 制御計算機２１の制御に基づき、電子線走査系制御部１９は、電子線鏡筒３による１次電子線の照射位置のＹ座標を決める。なお、座標系は、例えば、試料Ｓの表面における１次電子線の照射位置はＸ−Ｙ座標で示される。
【００６９】
［ステップＳ３］ 制御計算機２１の制御に基づき、電子線走査系制御部１９は、電子線鏡筒３による１次電子線の照射位置のＸ座標を決める。これによって１次電子線の試料Ｓに対する照射位置が決定される。
【００７０】
［ステップＳ４］ 電子線鏡筒３から１次電子線が試料Ｓに照射されると、試料Ｓの表面から２次電子が放出される。放出された２次電子は電子光学系４に入射して、電子光学系制御部２０の制御に基づき、当該電子光学系４で加速及び集光される。集光された２次電子はスピン検出器５に照射されて、スピン検出器５を用いた２次電子の検出処理が開始される。検出結果は、例えば、検出信号処理部１７を介して、制御計算機２１に送信され、制御計算機２１のＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部に格納される。
【００７１】
［ステップＳ５］ 電子線走査系制御部１９は、１次電子線の照射位置のＸ方向のスキャンが終了しているか否かを判定する。次の処理は、判定が終了していない場合には、ステップＳ６に進められ、終了している場合には、ステップＳ７に進められる。
【００７２】
［ステップＳ６］ １次電子線の照射位置のＸ座標を更新する。その後の処理は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。
［ステップＳ７］ 電子線走査系制御部１９は、１次電子線の照射位置のＹ方向のスキャンが終了しているか否かを判定する。次の処理は、判定が終了していない場合には、ステップＳ８に進められ、終了している場合には、ステップＳ９に進められる。
【００７３】
［ステップＳ８］ １次電子線の照射位置のＹ座標を更新する。その後の処理は、ステップＳ２からの処理を繰り返す。
［ステップＳ９］ 制御計算機２１は、ステップＳ４において格納された２次電子の検出結果から、１次電子線の照射位置毎に、前述した４つの測定位置における電子検出器Ｄの検出結果の加算値を求める。そして、その照射位置から放出された２次電子のスピン成分を算出し、スピン成分から一意に決まる試料表面の磁化ベクトルを分析する。制御計算機２１は、例えば、各照射位置での磁化ベクトルを表示装置２２に表示させるようにしてもよい。
【００７４】
このような表面分析装置１０のスピン検出器５に具備されるターゲット６０について説明する。
図９は実施例１のターゲットの斜視模式図である。
【００７５】
ターゲット６０は、図９に示されるように、基板部６１と、基板部６１の主面に複数形成された突起部６２とにより構成されている。突起部６２は、側面が基板部６１の主面に対して傾斜角γであって、半頂角αが９０°−傾斜角γの円錐状であって（図６、参照）、複数が２次元的に略等間隔に配列されている。当該ターゲット６０が、突起部６２を試料Ｓから放出される２次電子に対向するようにスピン検出器５にセットされる。
【００７６】
ターゲット６０に対して垂直に入射する２次電子は、突起部６２の側面に傾斜角γで照射され、後方散乱されて、その一部が電子検出器Ｄのいずれかに検出される。
各電子検出器Ｄで検出信号量ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙが検出されると、式（３），（４）並びにシャーマン関数Ｓを適用して、非対称度Ａ（Ａｘ，Ａｙ）及びスピン偏極度Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）が算出される。
【００７７】
なお、突起部６２における頂点間の間隔及び基板部６１の主面から頂点までの高さは、傾斜面積が最大となるような関係が保たれれば任意である。望ましくは、突起部６２の当該間隔は、ターゲット６０に照射する２次電子の径よりも十分小さくしておく。例えば、微細加工の容易性も考慮して、ターゲット６０に照射する２次電子の径１ｍｍに対して、突起部６２の（頂点間の）間隔は１〜２μｍ程度が好ましい。
【００７８】
次に、ターゲット６０の製造について説明する。
図１０及び図１１は図９のターゲットの製造工程を示す模式図である。
なお、図１０（Ａ）は側面図、図１０（Ｂ）は平面図であって、図１１（Ａ），（Ｂ）はいずれも側面図をそれぞれ表している。
【００７９】
まず、例えば、シリコンで構成される基板部６１を用意して、当該基板部６１の主面に２次元的に配列する円形状のレジストをマスク６３として形成する（図１０）。
次いで、当該マスク６３を利用して基板部６１をエッチングすることにより、円錐状の突起部６２を形成する（図１１（Ａ））。
【００８０】
さらに、マスク６３の除去後、突起部６２及び基板部６１の表面に、１０〜５０ｎｍの厚さの重元素の、例えば金を蒸着して薄膜６４を形成する（図１１（Ｂ））。
以上の工程を経て、基板部６１と、基板部６１に形成された突起部６２とを有するターゲット６０を形成することができる。
【００８１】
なお、突起部６２の形状は円錐状に限らず、同様の傾斜角γ及び半頂角αを有する三角錐、四角錐等の多角錐でも構わない。また、円錐状の突起部６２による後方散乱は、突起部６２の頂点を中心として、全方向に均等に進むために、電子検出器Ｄは、４つよりもさらに複数配置することにより検出効率が向上する。
【００８２】
また、図４で説明したように、傾斜角γは３０〜４５°が好ましく、より好ましくは３５〜４０°である。したがって、半頂角αは４５〜６０°が最適となる。
このように実施例１の円錐状の突起部６２における後方散乱は全方向に均等に進むため、検出効率を向上するためには電子検出器Ｄをターゲット６０の四方に４つだけでなく、より多く設置することが望ましい。一方で、電子検出器Ｄを多く設置するとコストが嵩み、配置に手間がかかる等の可能性がある。
【００８３】
そこで、次の実施例２のような構成が考えられる。
［実施例２］
実施例２では、三角柱状の突起部が複数形成されたターゲットについて説明する。
【００８４】
図１２は実施例２のターゲットの模式図である。
なお、図１２（Ａ）はターゲット７０の斜視図であって、図１２（Ｂ）はターゲット７０の側面図である。
【００８５】
ターゲット７０は、図１２（Ａ）に示されるように、基板部７１と、基板部７１の主面に複数形成された突起部７２とにより構成されている。
突起部７２は、２つ側面（傾斜面）が基板部７１の主面に対して傾斜角γであって、半頂角αが９０°−傾斜角γの二等辺三角柱であって、長辺が図１２中ｘ方向に平行になるように、略等間隔に複数配列されている。当該ターゲット７０が、突起部７２を試料Ｓから放出される２次電子に対向するようにスピン検出器５にセットされる。
【００８６】
なお、当該ターゲット７０に対しては、電子検出器Ｄは、２つの傾斜面に対する位置に１つずつ配置される。例えば、図１２（Ｂ）に破線で示されるように、電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙのみが配置される。
【００８７】
このような場合では、ターゲット７０に照射された２次電子の殆どが、突起部７２の２つ傾斜面でそれぞれ２方向（図１２（Ｂ）の矢印方向）に散乱される。一組の電子検出器ＤＲｙ，ＤＬｙのみで散乱した２次電子に対する検出信号量ＮＲｙ，ＮＬｙが検出されるため、より効率的な電子検出が可能となる。
【００８８】
その後、当該検出信号量を式（４）に適用して、非対称度Ａｙ及びスピン偏極度Ｐｘが算出される。
なお、突起部７２における頂点間の間隔及び基板部７１の主面から頂点までの高さは、傾斜面積が最大となるような関係が保たれれば任意である。望ましくは、突起部７２の当該間隔は、ターゲット７０に照射する２次電子の径よりも十分小さくしておく。例えば、微細加工の容易性も考慮して、ターゲット７０に照射する２次電子の径１ｍｍに対して、突起部７２の（頂点間の）間隔は１〜２μｍ程度が好ましい。
【００８９】
また、図４で説明したように、傾斜角γは３０〜４５°が好ましく、より好ましくは３５〜４０°である。したがって、半頂角αは４５〜６０°が最適となる。
また、ターゲット７０は、例えば、図１０においてマスク６３の代わりに長方形のマスクを複数形成して、当該マスクで図１１と同様にエッチングを行うことにより製造することが可能である。
【００９０】
［実施例３］
実施例３では、後方散乱電子のｘ，ｙ成分のスピン偏極度を同時に検出できるターゲットについて説明する。
【００９１】
図１３は実施例３のターゲットの斜視模式図である。
ターゲット８０は、基板部８１と、基板部８１の主面に互いに直交する２方向にそれぞれ複数形成された突起部８２，８３とにより構成されている。
【００９２】
基板部８１は、２次電子の径内（１ｍｍ程度）の領域内を複数の等しい領域（図１３では４つの領域）に等分割されている。
突起部８２は、２つ側面（傾斜面）が基板部８１の分割された所定領域の主面に対して傾斜角γであり、半頂角αが９０°−傾斜角γの二等辺三角柱である。当該突起部８２は、長辺が図１３中ｘ方向に平行に、略等間隔に複数配列されている。
【００９３】
突起部８３は、突起部８２と同様に二等辺三角柱であって、基板部８１の分割された所定領域に、長辺が図１３中ｙ方向に平行に、略等間隔に複数配列されている。
これらの突起部８２，８３は同数の領域（図１３では２領域ずつ）に形成されており、各領域に等しい数（図１３では５つずつ）の突起部８２，８３がそれぞれ形成されている。
【００９４】
当該ターゲット８０が、突起部８２，８３を試料Ｓから放出される２次電子に対向するようにスピン検出器５にセットされる。
このようなターゲット８０に照射された２次電子は、突起部８２，８３のそれぞれの２つ傾斜面で２方向にそれぞれ散乱され、電子検出器ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙで検出信号量ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙが確実に検出される。このため、より効率的な電子検出と、スピン偏極度の２成分の検出が同時に可能となる。
【００９５】
また、当該検出信号量を式（４）に適用して、非対称度Ａ（Ａｘ，Ａｙ）及びスピン偏極度Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）が算出される。
なお、突起部８２，８３における頂点間の間隔及び基板部８１の主面から頂点まで高さは、傾斜面積が最大となるような関係が保たれれば任意である。望ましくは、突起部８２，８３の当該間隔は、ターゲット８０に照射する２次電子の径よりも十分小さくしておく。例えば、微細加工の容易性も考慮して、ターゲット８０に照射する２次電子の径１ｍｍに対して、突起部８２，８３の（頂点間の）間隔は１〜２μｍ程度が好ましい。
【００９６】
また、図４で説明したように、傾斜角γは３０〜４５°が好ましく、より好ましくは３５〜４０°である。したがって、半頂角αは４５〜６０°が最適となる。
また、ターゲット８０は、例えば、図１０においてマスク６３の代わりに長方形のマスクをｘ，ｙ方向に複数形成して、当該マスクで図１１と同様にエッチングを行うことにより製造することが可能である。
【００９７】
また、実施例１〜３で説明した各種突起部が形成されたターゲットを全てスピン検出器５に搭載させることも可能である。この場合には、例えば、２次電子が照射される領域に、ターゲットを順次スライド可能な構成にしておくことで、所望の散乱方向に対応したターゲットに適宜セットできる。
【００９８】
以上、実施例１〜３においても、等面積であって、傾斜角γ、半頂角α（＝９０°−傾斜角γ）である側面・傾斜面を有する微小な突起部を複数形成したターゲットの検出効率Ｃは、突起部が無い場合と比較して向上すると共に、スピン検出器の性能指標Ｆも向上する。
【００９９】
また、性能指標Ｆが向上したスピン検出器を備えたスピン偏極ＳＥＭでは、スピン画像の取得時間の短縮、スピン画像のＳＮ比等が向上する。
（付記１） 電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線が前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、
を有することを特徴とするスピン検出器。
【０１００】
（付記２） 前記法線方向に対する前記傾斜面の半頂角は、４５〜６０°であることを特徴とする付記１記載のスピン検出器。
（付記３） 前記電子検出部は、前記電子線の前記ターゲットへの照射方向に対して、６０°の位置に配置されていることを特徴とする付記１記載のスピン検出器。
【０１０１】
（付記４） 前記突起部は等間隔に複数配列された、前記半頂角を有する円錐状であることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
（付記５） 前記突起部は等間隔に複数配列された、前記半頂角を有する多角錐状であることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
【０１０２】
（付記６） 前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
（付記７） 前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、
所定領域に長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置され、
別の所定領域に前記一方向の直交方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする付記２記載のスピン検出器。
【０１０３】
（付記８） 前記間隔は、前記電子線の径よりも小さいことを特徴とする付記４乃至７のいずれか１項に記載のスピン検出器。
（付記９） 試料表面に１次電子線を照射する電子線照射部と、
前記１次電子線が照射された前記試料表面から放出した２次電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記２次電子が前記２次電子のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有するスピン検出器と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
【０１０４】
（付記１０） 電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成され、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線を前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱させる、
ことを特徴とするターゲット。
【符号の説明】
【０１０５】
１，１０ 表面分析装置
２ 試料台
３ 電子線鏡筒
４ 電子光学系
５ スピン検出器
１１ 真空チャンバ
１６ 検出器制御部
１７ 検出信号処理部
１８ 試料台制御部
１９ 電子線走査系制御部
２０ 電子光学系制御部
２１ 制御計算機
２２ 表示装置
５１，６０，７０，８０，Ｔ，Ｔ１ ターゲット
Ｔａ 表面
５２，６２，７２，８２，８３ 突起部
５２ａ，５２ｂ，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ 傾斜面
６１，７１，８１ 基板部
６３ マスク
６４ 薄膜
Ｄ，ＤＲｘ，ＤＬｘ，ＤＲｙ，ＤＬｙ 電子検出器
ＮＲｘ，ＮＬｘ，ＮＲｙ，ＮＬｙ 検出信号量
Ｓ 試料
Ｌ１ １次電子
Ｌ２，Ｌ３ ２次電子
Ｌｍ２ 鏡面反射方向
ＮＬ 法線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線が前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、
を有することを特徴とするスピン検出器。
【請求項２】
前記法線方向に対する前記傾斜面の半頂角は、４５〜６０°であることを特徴とする請求項１記載のスピン検出器。
【請求項３】
前記突起部は等間隔に複数配列された、前記半頂角を有する円錐状であることを特徴とする請求項２記載のスピン検出器。
【請求項４】
前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項２記載のスピン検出器。
【請求項５】
前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、
所定領域に長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置され、
別の所定領域に前記一方向の直交方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項２記載のスピン検出器。
【請求項６】
試料表面に１次電子線を照射する電子線照射部と、
前記１次電子線が照射された前記試料表面から放出した２次電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記２次電子が前記２次電子のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有するスピン検出器と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
【請求項７】
電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成され、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線を前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱させる、
ことを特徴とするターゲット。
【請求項１】
電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線が前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、
を有することを特徴とするスピン検出器。
【請求項２】
前記法線方向に対する前記傾斜面の半頂角は、４５〜６０°であることを特徴とする請求項１記載のスピン検出器。
【請求項３】
前記突起部は等間隔に複数配列された、前記半頂角を有する円錐状であることを特徴とする請求項２記載のスピン検出器。
【請求項４】
前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項２記載のスピン検出器。
【請求項５】
前記突起部は、前記半頂角を有する二等辺三角柱であって、
所定領域に長辺が一方向に沿って等間隔で複数配置され、
別の所定領域に前記一方向の直交方向に沿って等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項２記載のスピン検出器。
【請求項６】
試料表面に１次電子線を照射する電子線照射部と、
前記１次電子線が照射された前記試料表面から放出した２次電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成されたターゲットと、前記突起部の前記傾斜面で前記２次電子が前記２次電子のスピン偏極度に応じて散乱する方向側に配置された電子検出部と、を有するスピン検出器と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
【請求項７】
電子線が照射される面に、前記面の法線方向に対して傾斜した傾斜面を有する突起部が形成され、
前記突起部の前記傾斜面で前記電子線を前記電子線のスピン偏極度に応じて散乱させる、
ことを特徴とするターゲット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−９５１５０（Ｐ２０１１−９５１５０Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０４５６（Ｐ２００９−２５０４５６）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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