電子スピン分析器及び表面観察装置
【課題】試料表面のスピン状態分布を高精度に分析するための電子スピン分析器を提供する。
【解決手段】試料Ｗから放出される二次電子を入射方向に対して横方向に走査する走査偏向器５ａ、５ｂを通してパルス化された二次電子を放出するパルスゲートユニット４と、パルスゲートユニット４から出る二次電子を加速させる加速ユニット７と、加速ユニット７から出た二次電子を照射するターゲット８と、ターゲット８の周囲に配置される電子スピン検出器１５ａ〜１５ｄと、電子スピン検出器１５ａ〜１５ｄから出る二次電子を受けるコレクタ１０ｂとを有する。
【解決手段】試料Ｗから放出される二次電子を入射方向に対して横方向に走査する走査偏向器５ａ、５ｂを通してパルス化された二次電子を放出するパルスゲートユニット４と、パルスゲートユニット４から出る二次電子を加速させる加速ユニット７と、加速ユニット７から出た二次電子を照射するターゲット８と、ターゲット８の周囲に配置される電子スピン検出器１５ａ〜１５ｄと、電子スピン検出器１５ａ〜１５ｄから出る二次電子を受けるコレクタ１０ｂとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン分析器及び表面観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スピントロニクスデバイスの分野は急速に発展しており、例えば、不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）などの開発が進んでいる。スピントロニクスデバイスは、電子にもともと備わっている角運動量、つまりスピンを使って情報を伝える機能を有している。
【０００３】
スピントロニクスデバイスは微細な構造となっているため、そのような微細な構造におけるスピン状態を有する試料を高分解能で分析できる分析技術の需要が高まっている。
試料表面のスピン方向分布を分析する分析装置として、２次電子の偏極、即ちスピンの偏りを測定する電子スピン分析用検出器と、ＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)とを組み合わせたスピン偏極ＳＥＭが知られている。
【０００４】
スピン偏極ＳＥＭは、電子顕微鏡のもつ優れた分解能で磁区像を観察することができ、しかも、磁化ベクトル方向の直接測定など、磁気力顕微鏡など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】
スピン偏極ＳＥＭでは、磁化した試料の表面に１次電子線を照射し、磁化情報を持つ２次電子を試料から放出させる。そして、放出された２次電子をターゲット、例えば金属膜に衝突させ、これにより散乱した２次電子をターゲットの周りの複数の電子検出器により検出する。検出器は、例えばＸ方向とＹ方向にそれぞれ１対ずつ配置され、これにより検出される２次電子の計数差によって試料表面の磁気ベクトルの向きを知ることができる。
【０００６】
なお、電子１個の電荷量は極めて小さいため、電子検出器では、一般にチャネルトロンに代表される電子増倍管などを用いて入射電子を増倍させて入射電子１個に相当する増倍電子量として検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】スピン偏極走査電子顕微鏡、早川、小池、松山 電子顕微鏡 Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．３、１９８８、１８７−１９４頁
【特許文献１】特開昭６０−１７７５３９号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のスピン偏極ＳＥＭなどの表面観察装置に使用される電子スピン検出器は、元々検出効率が低いので、表面観察精度を高くすることが難しい。
本発明の目的は、試料表面のスピン状態分布を高精度に分析するための電子スピン分析器および表面観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの観点によれば、試料から放出される二次電子を収集する収集ユニットと、前記収集ユニットを通った前記二次電子の入射方向に対して横方向に走査する走査偏向器を通してパルス化された前記二次電子を放出するパルスゲートユニットと、前記パルスゲートユニットから出る前記二次電子を加速させる加速ユニットと、前記加速ユニットから出た前記二次電子を照射するターゲットと、前記ターゲットの周囲に配置される電子スピン検出器と、前記電子スピン検出器から出る前記二次電子を受けるコレクタと、を有することを特徴とする電子スピン分析器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異なる位置で散乱したパルス二次電子を入射することにより電子検出器に時間的、空間的に電子密度を下げることができ、カウントロスの低減が可能になり、検出効率の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る電子スピン分析器及び表面分析装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る電子スピン分析器及び表面分析装置の一部を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る電子スピン分析器内のパルスゲートユニットを示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る電子スピン分析器及び表面分析装置の構成図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る電子スピン分析器内のパルスゲートユニットを示す斜視図である。
【図６】図６は、表面分析装置の比較例の電子スピン分析器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
【００１３】
電子スピン分析器の電子検出器とこれに接続される処理部は、例えば図６（ａ）の比較例に示すように、二次電子１０２を入射する電子検出器１０１と、電子検出器１０１の電子放出端から出る電子を収集するコレクタ１０３とを有する。さらに、コレクタ１０３からの電子流を増幅するプリアンプ１０４と、プリアンプ１０４から出力された電子流を入力するディスクリミネータ１０５と、ディスクリミネータ１０５から出力されるパルスを計数するカウンタ１０６を有している。
【００１４】
そのような装置によれば、図６（ｂ）に示すように、例えば１個の二次電子１０２が電子検出器１０１に入射すると電子検出器１０１内部で二次電子１０２が増倍され、その数が増加する。さらに、電子検出器１０１の後方のコレクタ１０３で二次電子を捕獲すると、コレクタ１０３からプリアンプ１０４に多数の電子が流れる。
【００１５】
そして、プリアンプ１０４から出力された電流が閾値を越えると、ディスクリミネータ１０５は、電子検出器１０１に１個の電子が入射したと判断し、１個のパルスをカウンタ１０６に出力する。これにより、カウンタ１０６は、電子の数を１個と計数する。
【００１６】
ところで、電子検出器１０１に例えば複数の電子が同時に入射した場合、それぞれの電子が増倍されることになる。そのため、プリアンプ１０４に入射する電子量は多くなるにもかかわらず、入射する電子が１個でも複数個でも、ディスクリミネータ１０５からパルスが１つしか出力されない。その結果、電子検出器１０１に入射した電子は、カウンタ１０６により１個としか計数されず、カウントロスが発生する。
従って、できるだけカウントロスを発生させないようにすることが望まれている。
【００１７】
そこで以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施形態に係る表面分析装置の構成要素の配置図である。
【００１８】
表面分析装置１は、試料Ｗに一次電子線を照射する電子銃２と、試料Ｗの上方に配置されて試料Ｗの表面から放出される二次電子を収集する収集ユニット３と、収集ユニット３により引き込んだ二次電子ビームをパルス化するパルスゲートユニット４とを有している。さらに、パルスゲートユニット４から出た二次電子を加速する加速ユニット７と、加速された二次電子を衝突させるターゲット８と、ターゲット８の周囲に配置されて二次電子を検出する第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄとを有している。
なお、電子銃２、収集ユニット３、加速ユニット７等は制御部２０に接続されて制御される。制御部２０は、ＣＰＵ、記憶デバイス等を備えたコンピュータであってもよい。
【００１９】
パルスゲートユニット４は、収集ユニット３に対して二次電子の進行方向の前方に配置され、その内部には、図２に示すように一対の走査偏向電極５ａ、５ｂと導電性のチョッピングアパーチャ６を有している。一対の走査偏向電極５ａ、５ｂは、二次電子の進路を挟んでその周囲に対向配置される。さらに、一方の走査偏向電極５ａは、二次電子のビームをチョッピングアパーチャ６表面で移動させるための電界発生用の第１電圧源１１に接続される。また、他方の走査偏向電極５ｂは、所定電位、例えば接地電位に保持される。
なお、第１電圧源１１から出力される電圧の波形は制御部２０により制御される。
【００２０】
チョッピングアパーチャ６は、図３に示すように、二次電子を通過させる微小孔６ａを有し、それ以外の領域は二次電子を遮る遮蔽領域６ｂとなっている。チョッピングアパーチャ６内の微小孔６ａは、直線状の二次電子走査方向に間隔をおいて一次元的に複数形成されている。なお、チョッピングアパーチャ６は、所定の電位、例えば０Ｖ或いは接地電位に維持される。
【００２１】
加速ユニット７の上方に配置されるターゲット８は金属標的であり、その材料として例えば金（Ａｕ）などの重金属が用いられる。ターゲット６には、加速ユニット７で加速された二次電子を衝突させるために例えば２０ｋＶ〜１２０ｋＶ程度の第２電圧源１２が接続される。第２電圧源１２は、制御部２０に接続されてその出力電圧が制御される。
【００２２】
第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄは、スピン軌道相互作用に応じた角度でターゲット８の下面で散乱する二次電子を検出するために、ターゲット８の周囲に互いに一定間隔で配置されている。
【００２３】
例えば、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄは、ターゲット８からの二次電子の散乱の範囲内であって、加速ユニット７の円筒軸に対して４回対称となる位置に配置されている。即ち、第１、第２の多チャンネル電子検出器９ａ、９ｂは、Ｘ−Ｚ面に対して対称な位置に置かれ、また、第３、第４の多チャンネル電子検出器９ｃ、９ｄは、Ｙ―Ｚ面に対して対称な位置に置かれる。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに９０°をなす関係にある。なお、ターゲット８からの二次電子の散乱角は例えば１２０°である。
【００２４】
第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄとして、例えばマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）がある。ＭＣＰは、両端を揃えて複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａを例えば円柱状に束ねた構造を有している。チャンネル型二次電子増倍管１０ａは、例えば、ガラス管の内壁を二次電子放出素材、例えばアルカリをドープしたシリカ層でコーティングして形成される。二次電子放出素材として、その他に、銀マグネシウムや銅ベリリウムの合金表面を部分酸化した金属やセラミックなどがある。
【００２５】
チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの両端には、前端から入射した二次電子を後端に向けて移動させる極性の電圧を印可する第３電圧源１３が接続されている。また、チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの後方には、後端から放出された二次電子を捕獲するコレクタ１０ｂが配置されている。
第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄのそれぞれには、第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄが接続されている。
【００２６】
第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄは、コレクタ１０ｂのそれぞれに接続されるプリアンプ１６を有し、さらに各プリアンプ１６の出力端に直列に接続されるディスクリミネータ１７を有している。
【００２７】
また、複数のディスクリミネータ１７の出力端は、第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄの系統毎にそれぞれ並列に接続され、さらに系統毎にカウンタ１８に接続されている。カウンタ１８は、各ディスクリミネータ１７から出る電流パルスを計数し、計数データを演算処理部１９に出力する。
第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄにより計数されたそれぞれのパルスの個数は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄのそれぞれに入射した二次電子の個数に対応する。
【００２８】
演算処理部１９は、第１、第２の信号処理部１５ａ、１５ｂにより計数された二次電子のＸ方向のスピンを持つ電子の個数Ｎx+とＮx-に基づいて次式（１）により偏極ベクトルのＸ軸成分のスピン偏極率Ｐxを演算する。第１、第２の信号処理部１５ａ、１５ｂにより計数されたパルスの個数は、第１、第２の多チャンネル電子検出器９ａ、９ｂのそれぞれに入射した二次電子の個数に対応する。
Ｐx＝（１／Ｓ）・（Ｎx+−Ｎx-）／（Ｎx+＋Ｎx-） （１）
【００２９】
また、演算処理部１９は、第３、第４の信号処理部１５ｃ、１５ｄからそれぞれ出力された二次電子のＹ方向のスピンを持つ電子の個数Ｎy+とＮy-に基づいて次式（２）により偏極ベクトルのＹ軸成分のスピン偏極率であるＰyを演算する。第３、第４の信号処理部１５ｃ、１５ｄにより計数されたパルスの個数は、第３、第４の多チャンネル電子検出器９ｃ、９ｄのそれぞれに入射した二次電子の個数に対応する。
Ｐy＝（１／Ｓ）・（Ｎy+−Ｎy-）／（Ｎy+＋Ｎy-） （２）
なお、式（１）、（２）において、Ｓは、標的原子の種類、入射電子のエネルギー、散乱電子の散乱角により決まる定数である。
【００３０】
さらに、演算処理部１９は、上記の式（１）、（２）に基づいて試料Ｗの面内の任意方向成分のスピン偏極率であるＰθを次式（３）に基づいて演算する。
Ｐθ＝Ｐxｃｏｓθ＋Ｐyｓｉｎθ （３）
演算処理部１９は、式（１）〜（３）の他にＺ軸成分のスピン偏極率Ｐz等を演算し、それらの演算結果に基づく磁気情報の画像を表示部２１に表示する。
なお、上記の電子銃２、試料Ｗ、収集ユニット３、パルスゲートユニット４、ターゲット８、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄは減圧雰囲気中に配置される。
【００３１】
以上の表面分析装置１において、磁性体である試料Ｗに向けて電子銃１から一次電子ビームを照射すると、試料Ｗの表面から二次電子がたたき出される。二次電子のスピン状態は試料Ｗ表面のスピン状態を保持する。
試料Ｗから出た二次電子は、収集ユニット３により引き出され且つ集束され、パルスゲートユニット４に導かれる。
【００３２】
パルスゲートユニット４に入射した二次電子ビームはチョッピングアパーチャ６に到達する途中で、制御部２０及び第１電圧源１１による一対の走査偏向用電極５ａ、５ｂの内部の電界分布を制御することにより、入射方向に対して横方向に走査される。
これにより、図３に示すように、チョッピングアパーチャ６の微小孔６ａでは二次電子ビームが通過して加速ユニット７へ進行する一方、遮蔽領域６ｂに照射された二次電子はチョッピングアパーチャ６に吸収される。
【００３３】
これにより、チョッピングアパーチャ６を通過した二次電子はパルス二次電子となって加速ユニット７に到達する。そして、加速ユニット７で加速されたパルス二次電子は、ターゲット８表面で一点に集中するのではなく、チョッピングアパーチャ６の微小孔６ａの位置に合わせて微小領域の異なる位置に照射され、そこで散乱する。
【００３４】
ターゲット８からＸ方向及びＹ方向に散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する。また、ターゲット８表面で微小領域内での異なる位置で散乱した二次電子のパルスは、塊で連続照射する場合に比べて、時間的及び空間的に散乱密度が低くなる。
【００３５】
これにより広く散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄを構成する互いに隣接した複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの前端に入射する。さらに、パルス二次電子は、各チャンネル型二次電子増倍管１０ａの内壁で衝突を繰り返して増幅される。そして、各チャンネル型二次電子増倍管１０ａの後端から放出されたパルス二次電子は、各コレクタ１０ｂを介してプリアンプ１６に流れる。
【００３６】
各プリアンプ１６に流入した二次電子の電流は、増幅されてディスクリミネータ１７に流入し、その中で所定値を越えたパルス電流はディスクリミネータ１７からカウンタ１８に送信される。なお、４つの各カウンタ１８は、複数のディスクリミネータ１７からの電流パルスの個数を計数する。
【００３７】
この場合、ターゲット８には一点に向けて加速ユニット７から二次電子が照射されるのではなく、それよりも広がって照射される。これにより、パルス二次電子は、多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄの複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに分散して照射されることになる。
しかも、パルス二次電子は照射順に時間的にずれて複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに入射するので、複数のディスクリミネータ１７からカウンタ１８に同時にパルスが入力することが回避され、カウントミスが防止される。
【００３８】
従って、二次電子の個数の増減に応じた数のパルス電流の生成が可能になるので、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する二次電子の数のカウントロスを低減して高い精度で計数することができ、試料Ｗの磁気情報を高い精度で検出することができる。
【００３９】
そして、演算処理部１９は、カウンタ１８によるパルス二次電子の計数結果に基づき、上記の式（１）、（２）、（３）等に基づいてスピン偏極率Ｐy、Ｐx、Ｐθ等を求める。そして、その演算結果に基づいて例えば試料Ｗの磁化分布が表示部２１に表示される。
【００４０】
なお、上記の収集ユニット３、パルスゲートユニット４、ターゲット８、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄ、第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄを含む装置は、電子スピン分析器である。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る表面分析装置の構成要素の配置図である。
本実施形態の表面分析装置１は、パルスゲートユニット４の構造を除いて、図１と同様な要素を有している。パルスゲートユニット４は、一対の走査偏向電極５ａ、５ｂを有しているが、第１実施形態と異なり、チョッピングアパーチャを有しない構造を有している。
【００４２】
パルスゲートユニット４は、試料Ｗから叩き出されて収集ユニット３により引き出された二次電子の進路の空間を挟んで対向する１対の走査偏向電極５ａ、５ｂを有している。また、一対の走査偏向電極５ａ、５ｂは、第１実施形態と同様に、一方は第１電圧源１１に接続され、他方は所定電位に保持される。
また、一次電子を照射する電子銃２は、一次電子ビームをパルス化して試料Ｗに照射するように制御部２０により制御される。これにより、電子銃２と制御部２０はパルス一次電子供給部となる。
【００４３】
そのような実施形態において、制御部２０は、電子銃２を制御してパルス一次電子を試料Ｗ、例えば磁性体膜に照射する。これにより、試料Ｗからはパルス二次電子が収集ユニット３に向けて放出される。
さらに、パルス二次電子は、走査偏向電極５ａ、５ｂに印加される第１電圧源１１の制御部２０による電圧制御により、ターゲット８表面の微小領域の異なる位置に照射される。
【００４４】
ターゲット８からＸ方向及びＹ方向に散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する。また、パルス二次電子は、ターゲット８表面の異なる位置で散乱するので、空間的な散乱密度が低くなり、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄ毎の複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに広がって入射することになる。
【００４５】
散乱したパルス二次電子は、複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａそれぞれの前端に入射し、それらの内壁で衝突を繰り返して増幅されて後端からコレクタ１０ｂに放出される。チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれから出た二次電子はコレクタ１０ｂを介してプリアンプ１６に流れる。
【００４６】
各プリアンプ１６に流入したパルス二次電子の電流は、第１実施形態と同様に、ディスクリミネータ１７を介してカウンタ１８に送信され、複数のディスクリミネータ１７からの電流パルスの個数がカウンタ１８により計数される。
【００４７】
従って、ターゲット８で散乱する二次電子の個数の増減に応じた数のパルス電流の生成が可能になるので、二次電子の数のカウントロスを低減した高い精度で計数することができ、試料Ｗの表面の磁気情報を高精度で検出することが可能になる。
さらに、パルスゲートユニット４にはチョッピングアパーチャが不要になり、装置の構造を簡単にすることができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る表面分析装置のパルスゲートユニットを示す斜視図である。
本実施形態の表面分析装置１は、パルスゲートユニット４の構造を除いて、図１と同様な要素を有している。
【００４９】
パルスゲートユニット４は、二次電子の進路の周囲に二対の走査偏向電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとチョッピングアパーチャ６を有している。
第１組の走査偏向電極５ａ、５ｂにおいて、一方の走査偏向電極５ａは第１電圧源１１に接続され、他方の走査偏向電極５ｂは所定電圧に保持されている。また、第２組の走査偏向電極５ｃ、５ｄにおいて、一方の走査偏向電極５ｃは第４電圧源２２に接続され、他方の走査偏向電極５ｄは所定電圧に保持されている。
【００５０】
チョッピングアパーチャ６は、二次元的、即ち縦横に間隔をおいて形成された複数の微小孔６ｃを有し、さらに微小孔６ｃの周囲は遮光領域６ｄとなっている。
【００５１】
制御部２０は第１電圧源１１を制御することにより、行方向（縦方法）に並ぶ微小孔６ｃに沿って二次電子を往復させる信号電圧を第１電圧源１１から出力させる。また、制御部２０は第４電圧源２２を制御することにより、第１電圧源１１による二次電子の走査方向を変えるタイミングで、行方向に直交する列方向（横方向）に隣接する微小孔６ｃに二次電子照射位置を変更する信号電圧を第４電圧源２２から出力させる。
【００５２】
以上の表面分析装置１において、磁性体である試料Ｗに向けて電子銃１から一次イオンを照射すると、試料Ｗの表面から二次電子が叩き出される、この場合、二次電子のスピン状態は試料Ｗ表面のスピン状態を保持する。
試料Ｗ表面から出たパルス二次電子は、収集ユニット３により引き出されパルスゲートユニット４に導かれる。
【００５３】
パルスゲートユニット４内では、第１電圧源１１を制御部２０により制御することにより、二次電子をチョッピングアパーチャ６の行方向に連続して往復走査させる波形を第１対の走査偏向電極５ａ、５ｂに印加する。また、第４電圧源２２を制御部２０により制御することにより、二次電子の照射位置が列方向の微小孔６ｃ内を順にステップ状に移動する波形を第２対の走査偏向電極５ｃ、５ｄに印加する。
【００５４】
これにより、二次元電子はチョッピングアパーチャ６の微小孔６ｃと遮光領域６ｄを逐次移動することになるので、チョッピングアパーチャ６の縦横の微小孔６ｃを通過した二次電子はパルス状になって加速ユニット７へ向かう一方、遮蔽領域６ｄに照射された二次電子はチョッピングアパーチャ６に吸収される。
さらに、加速ユニット７により加速されたパルス二次電子は、ターゲット８表面の微小領域を二次元的に異なる位置に照射されて所定散乱角内で散乱することになる。
【００５５】
ターゲット８から散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する。また、パルス二次電子は、パルスゲートユニット４内の二対の走査偏向電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにより走査されているので、微小領域の二次元的に異なる位置で散乱したパルス二次電子は広がり、点から散乱する場合に比べて、空間的な散乱密度が低くなる。
【００５６】
これにより微小面で散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄを構成する複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの前端の広い範囲に入射する。そして、複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａの内壁で衝突を繰り返して増幅されて後端からコレクタ１０ｂに放出される。チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれから出射された二次電子はコレクタ１０ｂを介してプリアンプ１６に流れる。
【００５７】
各プリアンプ１６に流入した二次電子の電流は、増幅されてディスクリミネータ１７に流入し、さらにカウンタ１８に送信される。そして、各カウンタ１８では、複数のディスクリミネータ１７からの電流パルスの個数を計数する。
【００５８】
この場合、ターゲット８には一点に向けて加速ユニット７から二次電子の塊が照射されるのではなく、二次元、即ち面に広がって照射されるので、多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄの複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに低散乱密度で広く分散して二次電子が照射されることになる。しかも、パルス二次電子は照射順に時間的にずれて複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに入射するので、複数のディスクリミネータ１７からカウンタ１８に同時にパルスが入力することが回避され、カウントミスが防止される。
【００５９】
従って、二次電子の個数の増減に応じた数のパルス電流の生成が可能になるので、二次電子の数のカウントロスを低減して高い精度で計数することができ、試料Ｗの表面の磁化情報を高精度で検出することが可能になる。
その後に、カウンタ１８を含む第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄによるパルス二次電子の計数結果に基づき、演算処理部１９がスピン偏極率Ｐy、Ｐx、Ｐθ等を演算する。そして、その演算結果に基づく磁気情報が例えば表示部２１に表示される。
【００６０】
なお、本実施形態において、試料Ｗに一次電子を照射するための電子銃２から出射される一次電子の制御は、第２実施形態と同様に、制御部２０の制御によりパルス状に出射されるように制御してもよい。この場合、パルスゲートユニット４内では、上記と同様に２対の走査偏向電極５ａ〜５ｄを有するが、チョッピングアパーチャ６は不要となる。
【００６１】
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 表面分析装置
２ 電子銃
３ 収集ユニット
４ パルスゲートユニット
５ａ、５ｂ 走査偏向電極
６ ブランキングアパーチャ
７ 加速ユニット
８ ターゲット
９ａ〜９ｄ 多チャンネル電子検出器
１０ａ チャンネル型二次電子増倍管
１０ｂ コレクタ
１１、１２、１３、２２ 電圧源
１５ａ〜１５ｄ 信号処理部
１６ プリアンプ
１７ ディスクリミネータ
１８ カウンタ
１９ 演算処理部
２０ 制御部
２１ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン分析器及び表面観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スピントロニクスデバイスの分野は急速に発展しており、例えば、不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）などの開発が進んでいる。スピントロニクスデバイスは、電子にもともと備わっている角運動量、つまりスピンを使って情報を伝える機能を有している。
【０００３】
スピントロニクスデバイスは微細な構造となっているため、そのような微細な構造におけるスピン状態を有する試料を高分解能で分析できる分析技術の需要が高まっている。
試料表面のスピン方向分布を分析する分析装置として、２次電子の偏極、即ちスピンの偏りを測定する電子スピン分析用検出器と、ＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)とを組み合わせたスピン偏極ＳＥＭが知られている。
【０００４】
スピン偏極ＳＥＭは、電子顕微鏡のもつ優れた分解能で磁区像を観察することができ、しかも、磁化ベクトル方向の直接測定など、磁気力顕微鏡など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】
スピン偏極ＳＥＭでは、磁化した試料の表面に１次電子線を照射し、磁化情報を持つ２次電子を試料から放出させる。そして、放出された２次電子をターゲット、例えば金属膜に衝突させ、これにより散乱した２次電子をターゲットの周りの複数の電子検出器により検出する。検出器は、例えばＸ方向とＹ方向にそれぞれ１対ずつ配置され、これにより検出される２次電子の計数差によって試料表面の磁気ベクトルの向きを知ることができる。
【０００６】
なお、電子１個の電荷量は極めて小さいため、電子検出器では、一般にチャネルトロンに代表される電子増倍管などを用いて入射電子を増倍させて入射電子１個に相当する増倍電子量として検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】スピン偏極走査電子顕微鏡、早川、小池、松山 電子顕微鏡 Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．３、１９８８、１８７−１９４頁
【特許文献１】特開昭６０−１７７５３９号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のスピン偏極ＳＥＭなどの表面観察装置に使用される電子スピン検出器は、元々検出効率が低いので、表面観察精度を高くすることが難しい。
本発明の目的は、試料表面のスピン状態分布を高精度に分析するための電子スピン分析器および表面観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの観点によれば、試料から放出される二次電子を収集する収集ユニットと、前記収集ユニットを通った前記二次電子の入射方向に対して横方向に走査する走査偏向器を通してパルス化された前記二次電子を放出するパルスゲートユニットと、前記パルスゲートユニットから出る前記二次電子を加速させる加速ユニットと、前記加速ユニットから出た前記二次電子を照射するターゲットと、前記ターゲットの周囲に配置される電子スピン検出器と、前記電子スピン検出器から出る前記二次電子を受けるコレクタと、を有することを特徴とする電子スピン分析器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異なる位置で散乱したパルス二次電子を入射することにより電子検出器に時間的、空間的に電子密度を下げることができ、カウントロスの低減が可能になり、検出効率の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る電子スピン分析器及び表面分析装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る電子スピン分析器及び表面分析装置の一部を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る電子スピン分析器内のパルスゲートユニットを示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る電子スピン分析器及び表面分析装置の構成図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る電子スピン分析器内のパルスゲートユニットを示す斜視図である。
【図６】図６は、表面分析装置の比較例の電子スピン分析器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
【００１３】
電子スピン分析器の電子検出器とこれに接続される処理部は、例えば図６（ａ）の比較例に示すように、二次電子１０２を入射する電子検出器１０１と、電子検出器１０１の電子放出端から出る電子を収集するコレクタ１０３とを有する。さらに、コレクタ１０３からの電子流を増幅するプリアンプ１０４と、プリアンプ１０４から出力された電子流を入力するディスクリミネータ１０５と、ディスクリミネータ１０５から出力されるパルスを計数するカウンタ１０６を有している。
【００１４】
そのような装置によれば、図６（ｂ）に示すように、例えば１個の二次電子１０２が電子検出器１０１に入射すると電子検出器１０１内部で二次電子１０２が増倍され、その数が増加する。さらに、電子検出器１０１の後方のコレクタ１０３で二次電子を捕獲すると、コレクタ１０３からプリアンプ１０４に多数の電子が流れる。
【００１５】
そして、プリアンプ１０４から出力された電流が閾値を越えると、ディスクリミネータ１０５は、電子検出器１０１に１個の電子が入射したと判断し、１個のパルスをカウンタ１０６に出力する。これにより、カウンタ１０６は、電子の数を１個と計数する。
【００１６】
ところで、電子検出器１０１に例えば複数の電子が同時に入射した場合、それぞれの電子が増倍されることになる。そのため、プリアンプ１０４に入射する電子量は多くなるにもかかわらず、入射する電子が１個でも複数個でも、ディスクリミネータ１０５からパルスが１つしか出力されない。その結果、電子検出器１０１に入射した電子は、カウンタ１０６により１個としか計数されず、カウントロスが発生する。
従って、できるだけカウントロスを発生させないようにすることが望まれている。
【００１７】
そこで以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施形態に係る表面分析装置の構成要素の配置図である。
【００１８】
表面分析装置１は、試料Ｗに一次電子線を照射する電子銃２と、試料Ｗの上方に配置されて試料Ｗの表面から放出される二次電子を収集する収集ユニット３と、収集ユニット３により引き込んだ二次電子ビームをパルス化するパルスゲートユニット４とを有している。さらに、パルスゲートユニット４から出た二次電子を加速する加速ユニット７と、加速された二次電子を衝突させるターゲット８と、ターゲット８の周囲に配置されて二次電子を検出する第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄとを有している。
なお、電子銃２、収集ユニット３、加速ユニット７等は制御部２０に接続されて制御される。制御部２０は、ＣＰＵ、記憶デバイス等を備えたコンピュータであってもよい。
【００１９】
パルスゲートユニット４は、収集ユニット３に対して二次電子の進行方向の前方に配置され、その内部には、図２に示すように一対の走査偏向電極５ａ、５ｂと導電性のチョッピングアパーチャ６を有している。一対の走査偏向電極５ａ、５ｂは、二次電子の進路を挟んでその周囲に対向配置される。さらに、一方の走査偏向電極５ａは、二次電子のビームをチョッピングアパーチャ６表面で移動させるための電界発生用の第１電圧源１１に接続される。また、他方の走査偏向電極５ｂは、所定電位、例えば接地電位に保持される。
なお、第１電圧源１１から出力される電圧の波形は制御部２０により制御される。
【００２０】
チョッピングアパーチャ６は、図３に示すように、二次電子を通過させる微小孔６ａを有し、それ以外の領域は二次電子を遮る遮蔽領域６ｂとなっている。チョッピングアパーチャ６内の微小孔６ａは、直線状の二次電子走査方向に間隔をおいて一次元的に複数形成されている。なお、チョッピングアパーチャ６は、所定の電位、例えば０Ｖ或いは接地電位に維持される。
【００２１】
加速ユニット７の上方に配置されるターゲット８は金属標的であり、その材料として例えば金（Ａｕ）などの重金属が用いられる。ターゲット６には、加速ユニット７で加速された二次電子を衝突させるために例えば２０ｋＶ〜１２０ｋＶ程度の第２電圧源１２が接続される。第２電圧源１２は、制御部２０に接続されてその出力電圧が制御される。
【００２２】
第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄは、スピン軌道相互作用に応じた角度でターゲット８の下面で散乱する二次電子を検出するために、ターゲット８の周囲に互いに一定間隔で配置されている。
【００２３】
例えば、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄは、ターゲット８からの二次電子の散乱の範囲内であって、加速ユニット７の円筒軸に対して４回対称となる位置に配置されている。即ち、第１、第２の多チャンネル電子検出器９ａ、９ｂは、Ｘ−Ｚ面に対して対称な位置に置かれ、また、第３、第４の多チャンネル電子検出器９ｃ、９ｄは、Ｙ―Ｚ面に対して対称な位置に置かれる。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに９０°をなす関係にある。なお、ターゲット８からの二次電子の散乱角は例えば１２０°である。
【００２４】
第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄとして、例えばマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）がある。ＭＣＰは、両端を揃えて複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａを例えば円柱状に束ねた構造を有している。チャンネル型二次電子増倍管１０ａは、例えば、ガラス管の内壁を二次電子放出素材、例えばアルカリをドープしたシリカ層でコーティングして形成される。二次電子放出素材として、その他に、銀マグネシウムや銅ベリリウムの合金表面を部分酸化した金属やセラミックなどがある。
【００２５】
チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの両端には、前端から入射した二次電子を後端に向けて移動させる極性の電圧を印可する第３電圧源１３が接続されている。また、チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの後方には、後端から放出された二次電子を捕獲するコレクタ１０ｂが配置されている。
第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄのそれぞれには、第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄが接続されている。
【００２６】
第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄは、コレクタ１０ｂのそれぞれに接続されるプリアンプ１６を有し、さらに各プリアンプ１６の出力端に直列に接続されるディスクリミネータ１７を有している。
【００２７】
また、複数のディスクリミネータ１７の出力端は、第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄの系統毎にそれぞれ並列に接続され、さらに系統毎にカウンタ１８に接続されている。カウンタ１８は、各ディスクリミネータ１７から出る電流パルスを計数し、計数データを演算処理部１９に出力する。
第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄにより計数されたそれぞれのパルスの個数は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄのそれぞれに入射した二次電子の個数に対応する。
【００２８】
演算処理部１９は、第１、第２の信号処理部１５ａ、１５ｂにより計数された二次電子のＸ方向のスピンを持つ電子の個数Ｎx+とＮx-に基づいて次式（１）により偏極ベクトルのＸ軸成分のスピン偏極率Ｐxを演算する。第１、第２の信号処理部１５ａ、１５ｂにより計数されたパルスの個数は、第１、第２の多チャンネル電子検出器９ａ、９ｂのそれぞれに入射した二次電子の個数に対応する。
Ｐx＝（１／Ｓ）・（Ｎx+−Ｎx-）／（Ｎx+＋Ｎx-） （１）
【００２９】
また、演算処理部１９は、第３、第４の信号処理部１５ｃ、１５ｄからそれぞれ出力された二次電子のＹ方向のスピンを持つ電子の個数Ｎy+とＮy-に基づいて次式（２）により偏極ベクトルのＹ軸成分のスピン偏極率であるＰyを演算する。第３、第４の信号処理部１５ｃ、１５ｄにより計数されたパルスの個数は、第３、第４の多チャンネル電子検出器９ｃ、９ｄのそれぞれに入射した二次電子の個数に対応する。
Ｐy＝（１／Ｓ）・（Ｎy+−Ｎy-）／（Ｎy+＋Ｎy-） （２）
なお、式（１）、（２）において、Ｓは、標的原子の種類、入射電子のエネルギー、散乱電子の散乱角により決まる定数である。
【００３０】
さらに、演算処理部１９は、上記の式（１）、（２）に基づいて試料Ｗの面内の任意方向成分のスピン偏極率であるＰθを次式（３）に基づいて演算する。
Ｐθ＝Ｐxｃｏｓθ＋Ｐyｓｉｎθ （３）
演算処理部１９は、式（１）〜（３）の他にＺ軸成分のスピン偏極率Ｐz等を演算し、それらの演算結果に基づく磁気情報の画像を表示部２１に表示する。
なお、上記の電子銃２、試料Ｗ、収集ユニット３、パルスゲートユニット４、ターゲット８、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄは減圧雰囲気中に配置される。
【００３１】
以上の表面分析装置１において、磁性体である試料Ｗに向けて電子銃１から一次電子ビームを照射すると、試料Ｗの表面から二次電子がたたき出される。二次電子のスピン状態は試料Ｗ表面のスピン状態を保持する。
試料Ｗから出た二次電子は、収集ユニット３により引き出され且つ集束され、パルスゲートユニット４に導かれる。
【００３２】
パルスゲートユニット４に入射した二次電子ビームはチョッピングアパーチャ６に到達する途中で、制御部２０及び第１電圧源１１による一対の走査偏向用電極５ａ、５ｂの内部の電界分布を制御することにより、入射方向に対して横方向に走査される。
これにより、図３に示すように、チョッピングアパーチャ６の微小孔６ａでは二次電子ビームが通過して加速ユニット７へ進行する一方、遮蔽領域６ｂに照射された二次電子はチョッピングアパーチャ６に吸収される。
【００３３】
これにより、チョッピングアパーチャ６を通過した二次電子はパルス二次電子となって加速ユニット７に到達する。そして、加速ユニット７で加速されたパルス二次電子は、ターゲット８表面で一点に集中するのではなく、チョッピングアパーチャ６の微小孔６ａの位置に合わせて微小領域の異なる位置に照射され、そこで散乱する。
【００３４】
ターゲット８からＸ方向及びＹ方向に散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する。また、ターゲット８表面で微小領域内での異なる位置で散乱した二次電子のパルスは、塊で連続照射する場合に比べて、時間的及び空間的に散乱密度が低くなる。
【００３５】
これにより広く散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄを構成する互いに隣接した複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの前端に入射する。さらに、パルス二次電子は、各チャンネル型二次電子増倍管１０ａの内壁で衝突を繰り返して増幅される。そして、各チャンネル型二次電子増倍管１０ａの後端から放出されたパルス二次電子は、各コレクタ１０ｂを介してプリアンプ１６に流れる。
【００３６】
各プリアンプ１６に流入した二次電子の電流は、増幅されてディスクリミネータ１７に流入し、その中で所定値を越えたパルス電流はディスクリミネータ１７からカウンタ１８に送信される。なお、４つの各カウンタ１８は、複数のディスクリミネータ１７からの電流パルスの個数を計数する。
【００３７】
この場合、ターゲット８には一点に向けて加速ユニット７から二次電子が照射されるのではなく、それよりも広がって照射される。これにより、パルス二次電子は、多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄの複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに分散して照射されることになる。
しかも、パルス二次電子は照射順に時間的にずれて複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに入射するので、複数のディスクリミネータ１７からカウンタ１８に同時にパルスが入力することが回避され、カウントミスが防止される。
【００３８】
従って、二次電子の個数の増減に応じた数のパルス電流の生成が可能になるので、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する二次電子の数のカウントロスを低減して高い精度で計数することができ、試料Ｗの磁気情報を高い精度で検出することができる。
【００３９】
そして、演算処理部１９は、カウンタ１８によるパルス二次電子の計数結果に基づき、上記の式（１）、（２）、（３）等に基づいてスピン偏極率Ｐy、Ｐx、Ｐθ等を求める。そして、その演算結果に基づいて例えば試料Ｗの磁化分布が表示部２１に表示される。
【００４０】
なお、上記の収集ユニット３、パルスゲートユニット４、ターゲット８、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄ、第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄを含む装置は、電子スピン分析器である。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る表面分析装置の構成要素の配置図である。
本実施形態の表面分析装置１は、パルスゲートユニット４の構造を除いて、図１と同様な要素を有している。パルスゲートユニット４は、一対の走査偏向電極５ａ、５ｂを有しているが、第１実施形態と異なり、チョッピングアパーチャを有しない構造を有している。
【００４２】
パルスゲートユニット４は、試料Ｗから叩き出されて収集ユニット３により引き出された二次電子の進路の空間を挟んで対向する１対の走査偏向電極５ａ、５ｂを有している。また、一対の走査偏向電極５ａ、５ｂは、第１実施形態と同様に、一方は第１電圧源１１に接続され、他方は所定電位に保持される。
また、一次電子を照射する電子銃２は、一次電子ビームをパルス化して試料Ｗに照射するように制御部２０により制御される。これにより、電子銃２と制御部２０はパルス一次電子供給部となる。
【００４３】
そのような実施形態において、制御部２０は、電子銃２を制御してパルス一次電子を試料Ｗ、例えば磁性体膜に照射する。これにより、試料Ｗからはパルス二次電子が収集ユニット３に向けて放出される。
さらに、パルス二次電子は、走査偏向電極５ａ、５ｂに印加される第１電圧源１１の制御部２０による電圧制御により、ターゲット８表面の微小領域の異なる位置に照射される。
【００４４】
ターゲット８からＸ方向及びＹ方向に散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する。また、パルス二次電子は、ターゲット８表面の異なる位置で散乱するので、空間的な散乱密度が低くなり、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄ毎の複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに広がって入射することになる。
【００４５】
散乱したパルス二次電子は、複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａそれぞれの前端に入射し、それらの内壁で衝突を繰り返して増幅されて後端からコレクタ１０ｂに放出される。チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれから出た二次電子はコレクタ１０ｂを介してプリアンプ１６に流れる。
【００４６】
各プリアンプ１６に流入したパルス二次電子の電流は、第１実施形態と同様に、ディスクリミネータ１７を介してカウンタ１８に送信され、複数のディスクリミネータ１７からの電流パルスの個数がカウンタ１８により計数される。
【００４７】
従って、ターゲット８で散乱する二次電子の個数の増減に応じた数のパルス電流の生成が可能になるので、二次電子の数のカウントロスを低減した高い精度で計数することができ、試料Ｗの表面の磁気情報を高精度で検出することが可能になる。
さらに、パルスゲートユニット４にはチョッピングアパーチャが不要になり、装置の構造を簡単にすることができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る表面分析装置のパルスゲートユニットを示す斜視図である。
本実施形態の表面分析装置１は、パルスゲートユニット４の構造を除いて、図１と同様な要素を有している。
【００４９】
パルスゲートユニット４は、二次電子の進路の周囲に二対の走査偏向電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとチョッピングアパーチャ６を有している。
第１組の走査偏向電極５ａ、５ｂにおいて、一方の走査偏向電極５ａは第１電圧源１１に接続され、他方の走査偏向電極５ｂは所定電圧に保持されている。また、第２組の走査偏向電極５ｃ、５ｄにおいて、一方の走査偏向電極５ｃは第４電圧源２２に接続され、他方の走査偏向電極５ｄは所定電圧に保持されている。
【００５０】
チョッピングアパーチャ６は、二次元的、即ち縦横に間隔をおいて形成された複数の微小孔６ｃを有し、さらに微小孔６ｃの周囲は遮光領域６ｄとなっている。
【００５１】
制御部２０は第１電圧源１１を制御することにより、行方向（縦方法）に並ぶ微小孔６ｃに沿って二次電子を往復させる信号電圧を第１電圧源１１から出力させる。また、制御部２０は第４電圧源２２を制御することにより、第１電圧源１１による二次電子の走査方向を変えるタイミングで、行方向に直交する列方向（横方向）に隣接する微小孔６ｃに二次電子照射位置を変更する信号電圧を第４電圧源２２から出力させる。
【００５２】
以上の表面分析装置１において、磁性体である試料Ｗに向けて電子銃１から一次イオンを照射すると、試料Ｗの表面から二次電子が叩き出される、この場合、二次電子のスピン状態は試料Ｗ表面のスピン状態を保持する。
試料Ｗ表面から出たパルス二次電子は、収集ユニット３により引き出されパルスゲートユニット４に導かれる。
【００５３】
パルスゲートユニット４内では、第１電圧源１１を制御部２０により制御することにより、二次電子をチョッピングアパーチャ６の行方向に連続して往復走査させる波形を第１対の走査偏向電極５ａ、５ｂに印加する。また、第４電圧源２２を制御部２０により制御することにより、二次電子の照射位置が列方向の微小孔６ｃ内を順にステップ状に移動する波形を第２対の走査偏向電極５ｃ、５ｄに印加する。
【００５４】
これにより、二次元電子はチョッピングアパーチャ６の微小孔６ｃと遮光領域６ｄを逐次移動することになるので、チョッピングアパーチャ６の縦横の微小孔６ｃを通過した二次電子はパルス状になって加速ユニット７へ向かう一方、遮蔽領域６ｄに照射された二次電子はチョッピングアパーチャ６に吸収される。
さらに、加速ユニット７により加速されたパルス二次電子は、ターゲット８表面の微小領域を二次元的に異なる位置に照射されて所定散乱角内で散乱することになる。
【００５５】
ターゲット８から散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄに入射する。また、パルス二次電子は、パルスゲートユニット４内の二対の走査偏向電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにより走査されているので、微小領域の二次元的に異なる位置で散乱したパルス二次電子は広がり、点から散乱する場合に比べて、空間的な散乱密度が低くなる。
【００５６】
これにより微小面で散乱したパルス二次電子は、第１〜第４の多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄを構成する複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれの前端の広い範囲に入射する。そして、複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａの内壁で衝突を繰り返して増幅されて後端からコレクタ１０ｂに放出される。チャンネル型二次電子増倍管１０ａのそれぞれから出射された二次電子はコレクタ１０ｂを介してプリアンプ１６に流れる。
【００５７】
各プリアンプ１６に流入した二次電子の電流は、増幅されてディスクリミネータ１７に流入し、さらにカウンタ１８に送信される。そして、各カウンタ１８では、複数のディスクリミネータ１７からの電流パルスの個数を計数する。
【００５８】
この場合、ターゲット８には一点に向けて加速ユニット７から二次電子の塊が照射されるのではなく、二次元、即ち面に広がって照射されるので、多チャンネル電子検出器９ａ〜９ｄの複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに低散乱密度で広く分散して二次電子が照射されることになる。しかも、パルス二次電子は照射順に時間的にずれて複数のチャンネル型二次電子増倍管１０ａに入射するので、複数のディスクリミネータ１７からカウンタ１８に同時にパルスが入力することが回避され、カウントミスが防止される。
【００５９】
従って、二次電子の個数の増減に応じた数のパルス電流の生成が可能になるので、二次電子の数のカウントロスを低減して高い精度で計数することができ、試料Ｗの表面の磁化情報を高精度で検出することが可能になる。
その後に、カウンタ１８を含む第１〜第４の信号処理部１５ａ〜１５ｄによるパルス二次電子の計数結果に基づき、演算処理部１９がスピン偏極率Ｐy、Ｐx、Ｐθ等を演算する。そして、その演算結果に基づく磁気情報が例えば表示部２１に表示される。
【００６０】
なお、本実施形態において、試料Ｗに一次電子を照射するための電子銃２から出射される一次電子の制御は、第２実施形態と同様に、制御部２０の制御によりパルス状に出射されるように制御してもよい。この場合、パルスゲートユニット４内では、上記と同様に２対の走査偏向電極５ａ〜５ｄを有するが、チョッピングアパーチャ６は不要となる。
【００６１】
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 表面分析装置
２ 電子銃
３ 収集ユニット
４ パルスゲートユニット
５ａ、５ｂ 走査偏向電極
６ ブランキングアパーチャ
７ 加速ユニット
８ ターゲット
９ａ〜９ｄ 多チャンネル電子検出器
１０ａ チャンネル型二次電子増倍管
１０ｂ コレクタ
１１、１２、１３、２２ 電圧源
１５ａ〜１５ｄ 信号処理部
１６ プリアンプ
１７ ディスクリミネータ
１８ カウンタ
１９ 演算処理部
２０ 制御部
２１ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から放出される二次電子を収集する収集ユニットと、
前記収集ユニットを通った前記二次電子の入射方向に対して横方向に走査する走査偏向器を通してパルス化された前記二次電子を放出するパルスゲートユニットと、
前記パルスゲートユニットから出る前記二次電子を加速させる加速ユニットと、
前記加速ユニットから出た前記二次電子を照射するターゲットと、
前記ターゲットの周囲に配置される電子スピン検出器と、
前記電子スピン検出器から出る前記二次電子を受けるコレクタと、
を有することを特徴とする電子スピン分析器。
【請求項２】
前記パルスゲートユニットは、前記走査偏向器により走査される前記二次電子を通過させる複数の微小孔を有するチョッピングアパーチャを有することを特徴とする請求項１に記載の電子スピン分析器。
【請求項３】
パルス化された一次電子を前記試料に照射するパルス一次電子供給部を有することを特徴とする請求項１に記載の電子スピン分析器。
【請求項４】
前記電子スピン分析器は、前記ターゲットにより散乱する前記二次電子を空間的に異なる位置で入射する複数の二次電子増倍領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子スピン分析器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子スピン分析器と、
前記コレクタから流れるパルス電流を増幅するアンプと、
前記アンプの出力端に接続されるディスクリミネータと、
前記ディスクリミネータから流れるパルスを計数するカウンタと、
前記カウンタにより計数された前記パルスの数に基づいて前記試料の表面特性を演算する演算処理部と、
を有することを特徴とする表面観察装置。
【請求項１】
試料から放出される二次電子を収集する収集ユニットと、
前記収集ユニットを通った前記二次電子の入射方向に対して横方向に走査する走査偏向器を通してパルス化された前記二次電子を放出するパルスゲートユニットと、
前記パルスゲートユニットから出る前記二次電子を加速させる加速ユニットと、
前記加速ユニットから出た前記二次電子を照射するターゲットと、
前記ターゲットの周囲に配置される電子スピン検出器と、
前記電子スピン検出器から出る前記二次電子を受けるコレクタと、
を有することを特徴とする電子スピン分析器。
【請求項２】
前記パルスゲートユニットは、前記走査偏向器により走査される前記二次電子を通過させる複数の微小孔を有するチョッピングアパーチャを有することを特徴とする請求項１に記載の電子スピン分析器。
【請求項３】
パルス化された一次電子を前記試料に照射するパルス一次電子供給部を有することを特徴とする請求項１に記載の電子スピン分析器。
【請求項４】
前記電子スピン分析器は、前記ターゲットにより散乱する前記二次電子を空間的に異なる位置で入射する複数の二次電子増倍領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子スピン分析器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子スピン分析器と、
前記コレクタから流れるパルス電流を増幅するアンプと、
前記アンプの出力端に接続されるディスクリミネータと、
前記ディスクリミネータから流れるパルスを計数するカウンタと、
前記カウンタにより計数された前記パルスの数に基づいて前記試料の表面特性を演算する演算処理部と、
を有することを特徴とする表面観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５９０５７（Ｐ２０１１−５９０５７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１７９２（Ｐ２００９−２１１７９２）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【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３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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