(57)【要約】【課題】磁気試料表面に形成されている磁区形状を、従来にない高分解能かつ高速に観察可能な検査技術を提供する。【解決手段】スピン偏極電子源と、前記スピン偏極電子源から出射されるスピン偏極電子線を磁区構造を有する磁気試料に照射する照射光学系と、前記磁気試料を載置するステージと、前記磁気試料から反射した電子線を結像し検出する結像光学系とを備えたＳＰＬＥＥＭ観察部２００と、前記磁気試料表面を清浄化し、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部へ搬送する清浄化手段２０８、２１６と、前記結像光学系から得られる画像データを解析する画像処理部とを有し、前記画像データをもとに前記磁気試料面の磁区形状を検査することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピン偏極電子源と、前記スピン偏極電子源から出射されるスピン偏極電子線を磁区構造を有する磁気試料に照射する照射光学系と、前記磁気試料を載置するステージと、前記磁気試料から反射した電子線を結像し検出する結像光学系とを備えたＳＰＬＥＥＭ観察部と、前記磁気試料表面を清浄化し、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部へ搬送する清浄化手段とを有し、前記反射した電子線をもとに前記磁気試料面の磁区形状を検査することを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項２】
スピン偏極電子源と、前記スピン偏極電子源から出射されるスピン偏極電子線を磁区構造を有する磁気試料に照射する照射光学系と、前記磁気試料を載置するステージと、前記磁気試料から反射した電子線を結像し検出する結像光学系とを備えたＳＰＬＥＥＭ観察部と、前記磁気試料表面を清浄化し、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部へ搬送する清浄化手段と、前記結像光学系から得られる画像データを解析する画像処理部とを有し、前記画像データをもとに前記磁気試料面の磁区形状を検査することを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気試料検査装置において、前記清浄化手段は、前記磁気試料表面を清浄化するイオンミリング機構と、前記磁気試料表面の有機物を取り除くプラズマアッシング機構とを有することを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気試料検査装置において、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部を収納する第１の真空室と、前記イオンミリング機構を収納する第２の真空室と、前記プラズマアッシング機構を収納する第３の真空室とが、ゲートバルブを介して接続されていることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気試料検査装置において、前記磁気試料の導入用の第４の真空室を設け、前記第３の真空室にゲートバルブを介して接続してなることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気試料検査装置において、前記ステージ手段は、回転運動および半径方向の直線運動、または縦横方向に稼動し得るよう構成されていることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の磁気試料検査装置において、前記清浄化手段は、前記磁気試料表面を清浄化するイオンミリング機構を有することを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気試料検査装置において、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部を収納する第１の真空室と、前記イオンミリング機構を収納する第２の真空室とが、ゲートバルブを介して接続されていることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気試料検査装置において、前記磁気試料の導入用の第４の真空室を設け、前記第２の真空室にゲートバルブを介して接続してなることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の磁気試料検査装置において、前記ステージ手段は、回転運動および半径方向の直線運動、または縦横方向に稼動し得るよう構成されていることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の磁気試料検査装置において、前記清浄化手段は、前記磁気試料表面を清浄化するイオンミリング機構を有し、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部を収納する第１の真空室内に設置されていることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁気試料検査装置において、前記磁気試料の導入用の第４の真空室を設け、前記第１の真空室にゲートバルブを介して接続してなることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の磁気試料検査装置において、前記ステージ手段は、回転運動および半径方向の直線運動、または縦横方向に稼動し得るよう構成されていることを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１４】
請求項２に記載の磁気試料検査装置において、前記画像処理部は、磁気ディスクを前記磁気試料として、前記ＳＰＬＥＥＭ観察部で得られた磁区画像をトラック方向にフーリエ変換処理を施すことにより磁区形状を検査することを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の磁気試料検査装置において、前記画像処理部は、得られた磁区構造をトラック方向にフーリエ変換した後、磁気ディスク面に形成された該当記録ビットの周波数成分の振幅を解析し、該振幅の大きさやトラック幅方向の広がりより、磁区形状を検査することを特徴とする磁気試料検査装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の磁気試料検査装置において、前記画像処理部は、得られた磁区構造を円周方向にフーリエ変換した後、磁気ディスク面に形成された記録ビットの周波数成分の振幅を解析し、各周波数成分の振幅の大きさを検査することにより、磁区形状を検査することを特徴とする磁気試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その表面に磁性体を有する磁気ディスク等の磁気試料の検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置は、パーソナルコンピュータやビデオデッキ等に組み込まれ、その媒体である磁気ディスクや光ディスクの生産量も増加の傾向にある。また、次世代の半導体デバイスとしてＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）の開発も盛んに行われている。
【０００３】
磁気ディスクやＭＲＡＭ等のような磁気デバイスの高密度化や集積化が進むと、磁気デバイス内での磁区サイズが微小化してゆき、その形状の制御が重要になってくる。例えば、ハードディスクにおいては２００５年においてビット長３０ｎｍレベルのものが製品化されているが、今後さらにビット長が短くなると１０ｎｍ以下のレベルでビット形状を制御しないと充分なＳ/Ｎが得られなくなる。つまり今までになく微小な範囲での磁区の変形でも記録再生に支障をきたす場合が考えられる。その観点から、今まで以上に高分解能な磁気デバイス上の磁区形状検査技術が必要とされている。
【０００４】
従来の記録再生不具合を生じた磁気ディスクの磁区形状検査としては、Kerr顕微鏡やＭＦＭ（Magnetic Force Microscopy）が用いられていた。しかし、Kerr顕微鏡は可視光を用いた手段であるためにその分解能が１μｍレベルに留まっており現状の磁気デバイス評価には不充分である。ＭＦＭも市販のものは分解能が４０ｎｍ程度であり充分とはいえない。また１枚の画像取得に１０分程度かかり、不良個所の特定並びに解析に時間がかかってしまい、今後のデバイスの検査装置としては不充分である。
【０００５】
一方、高分解能で高速な磁区観察法としてＳＰＬＥＥＭ（Spin Polarized Low Energy Electron Microscopy）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方式はスピン偏極した電子ビームを低速（数ｅＶ）で試料に照射し、弾性散乱する電子を収集して画像を得るもので１０ｎｍレベルの分解能が達成されている。また比較的径の大きい（数μｍ〜数十μｍ）電子線を一括照射して画像を得ているので、その画像取得時間は走査型の顕微鏡より格段に短い。約１秒程度とかなり高速であることが知られている。
【０００６】
【非特許文献１】ジャーナル  オブ  フィジックス  ディー、アプライド  フィジックス  第３５巻、第２３２７頁〜第２３３１頁（２００２）（Journal of Physics D: Applied Physics 35、p2327-2331(2002)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したＳＰＬＥＥＭを磁気デバイスの評価に適用した例は無い。それはＳＰＬＥＥＭの信号は試料である磁性体の表面が原子レベルで清浄であり、かつ結晶性がよくないと充分な信号が得られないという原理的な問題のためである。そのため、これまでＳＰＬＥＥＭは真空チャンバ内で作製された試料の観察など、基礎的な研究にのみ使用されている。表面に保護膜を有する試料や、一度大気中に出して酸化層を形成した試料などは観察されておらず、磁気デバイスの評価は困難と思われている。
【０００８】
本発明の目的は、磁気試料表面に形成されている磁区形状を、従来にない高分解能かつ高速に観察可能な検査技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、磁気試料（磁気ディスク、ＭＲＡＭ、等）の表面を清浄化する清浄化手段と、磁気試料面に形成された磁区を観察するＳＰＬＥＥＭ方式の磁区観察部と、得られた画像データを解析する画像処理部とから成る。
【００１０】
磁気試料表面の清浄化手段は、更に２つに分かれる。一つは、酸素プラズマアッシングによる表面保護膜等の剥離を目的とする部分、もう一つは、表面の酸化層等の汚れによる層を剥離するイオンミリングを行う部分である。これら２つの部分は個別の真空チャンバに搭載され、ゲートバルブによって通常は仕切られているが、バルブを開くことにより大気中を介さずに試料の受け渡しができるようにする。酸素プラズマアッシング部分が搭載されている真空チャンバには試料導入用の低真空のチャンバを備えている。
【００１１】
この試料導入用のチャンバから試料を挿入し、まず酸素プラズマアッシングを施す真空チャンバにセットする。例えばハードディスクの場合、ディスクの最表面層はカーボン保護膜であったり、潤滑膜などの有機物であったりする。これらの膜は適当な条件の酸素プラズマアッシングを施すことによって除去できる。
【００１２】
その後、試料はイオンミリングを行う真空チャンバへ搬送される。ここではアルゴンなどのイオンによるミリングを行い、試料表面酸化層などを除去する。この際、イオンの加速度が大きすぎると、アルゴンイオンが試料内部に侵入し、試料の結晶状態を変化させる恐れがあるので、２００〜５００Ｖ程度の低加速度で行う必要がある。充分に試料表面がクリーニングされていることは、最終的にＳＰＬＥＥＭ観察により確認してもいいが、この真空チャンバにオージェ分析装置をとりつけ、試料最表面層の原子を調べることにより確認してもよい。
【００１３】
その後、試料はＳＰＬＥＥＭ観察を行う真空チャンバへ送られる。ＳＰＬＥＥＭ測定では、前述のように表面が清浄であり結晶性のよい試料でないと充分なＳ/Ｎが得られない。磁気試料として、例えばハードディスクの記録層は、例えば現在市販されているものは多結晶構造をとっているが、磁気異方性を確保するため、各結晶粒の結晶軸は一方向に揃えられており、全体としてある程度の結晶性は保たれている。また、前述の酸素プラズマアッシングやイオンミリングなどを行うことにより表面の清浄化が可能である。
【００１４】
この状態でハードディスクを回転ステージに取り付け、試料を回転しながら、また半径方向にも移動させながら順次ＳＰＬＥＥＭ観察を行い、ハードディスク上の記録パターンを検査していく。回転運動は、検出器が例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような静的観察に適するものである場合は、静止と運動を小刻みに繰り返す方式が望ましい。逆にＴＤＩ（time delay and integration）方式のような動的観察にも対応できる場合は、回転を止めずに動かす方が望ましい。１周回転する毎に半径方向に視野分だけずらす多重円を描くような動かし方の方式と、回転運動と同時に半径方向にも少しずつずらしていく渦巻きを描くような動かし方の方式が考えられるがどちらでもよい。
【００１５】
以上の各真空チャンバの構成は、本発明で提案するものの一例である。別の例としては、イオンミリングを行う真空チャンバを省略し、ＳＰＬＥＥＭ観察をする真空チャンバにイオン銃を取り付けるものがある。回転ステージに取り付けた試料を回転させながら、イオン銃の光軸を調整し、試料表面上のＳＰＬＥＥＭ観察をする直前の個所をイオンミリングするようにする。この方式であると、ハードディスクを半径方向には固定して早く回転させながら、短い時間でイオンミリングとＳＰＬＥＥＭ観察を何周かにわたって行い、何周目でＳＰＬＥＥＭ像に充分なコントラストが付くかを観察することにより、最適なイオンミリングの量をＳＰＬＥＥＭ観察しながら確認できる。一度その量を確認すれば、その後は回転速度を落として適量のミリングしながら、回転と半径方向の移動をすることでハードディスクメディア全面の検査ができる。この方式では、真空チャンバの数を減らすだけでなくミリング条件確認の手間が省ける。
【００１６】
次に、画像処理系に関して述べる。ＳＰＬＥＥＭでは、入射させている電子のスピン偏極度の向きと入射電子が照射される箇所の磁化ベクトルの向きの関係で反射率が変化することを利用している。つまり、反射した電子の数を信号とする。２次元的に電子数をマッピングする方法として、前述のように、ＣＣＤやＴＤＩのような検出系が考えられるが、それはハードディスクを搭載する回転ステージの動作方式に関係してくる。得られたデータは画像として観察できる一方、数値データとしても処理ができるようにする。そして、回転ステージの円周方向や半径方向にフーリエ変換できる機能を有する。これにより、記録ビット長が所定の長さかどうか、またトラック幅が所定の幅かどうかを判定することができ、それらが所定の値からずれている場合はエラー個所として登録しておく。このような解析手法によって、ディスク全体の磁化状態を高速でかつ正確に検査することができる。
【００１７】
しかし、この際、充分なＳ/Ｎが得られないと、上記のような数値解析は困難である。このため、これらの解析が充分に可能なだけのＳ/Ｎが確保できる検査時間が必要となるので、スループットの一つの限界はこのＳ/Ｎできまることになる。上記の数値解析によって特定された不良個所は、回転座標系（ｒ、θ）によって記録し、その後の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）やＸ線分析装置（ＥＤＸ）などの分析手法に引き継げるようにしておく。
【００１８】
以上のように、本発明によって得られたＳＰＬＥＥＭシステムを用いることにより、磁気ディスク上に記録されたデータやサーボ信号の検査を高速かつ高分解能で実施することができる。
【００１９】
しかし、本発明の適用範囲は、磁気ディスクに留まらない。回転ステージの代わりに縦横方向に動作するＸＹステージを用いて、ウエハー上に作りこまれたＭＲＡＭの検査をする等、磁気デバイス一般にその用途を拡張することができる。この場合も得られたデータに対して、Ｘ方向或はＹ方向にフーリエ変換を行い、不良個所を解析することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、様々な磁気試料の磁化状態を高速・高分解能で検査できる検査技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００２２】
（実施例１）
図１に、本発明で用いるＳＰＬＥＥＭの概略構造を示す。本例では、磁気試料として磁気ディスクを例にとって説明する。
【００２３】
ＳＰＬＥＥＭ測定は、表面清浄な試料でなければ充分な信号が取れないため、試料表面が汚染されないようにＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ１００は超高真空状態を保つようにしており、例えばイオンポンプ１０１で排気している。真空度は１×１０-９乗Torr程度必要である。スピン偏極電子源１０２は、例えばＧａＡｓ等、適当なバンドギャップを持つ半導体に円偏向した光を照射することによって生成するような方式が考えられる（参照文献：物性研短期研究会「スピン偏極電子によって展開する物性物理学」１９９３年９月  物性研「物性研だより」第３３巻  第３号  １３-１５頁）。スピン偏極電子源１０２より放出されたスピン偏極電子線１０３は、電子光学系１０４を通過して試料１０５へと照射される。この電子光学系１０４は、静電的あるいは磁気的にスピン偏極電子線１０３を収束させながら試料へと搬送するが、電場や磁場を供給する電源である電子光学系制御装置１０６と、高圧ケーブル１０７によって結ばれている。この電子光学系１０４は、電場や磁場によりスピン偏極電子線１０３の軌道だけではなくスピン偏極ベクトルの向きも制御出来るようにする。また、この電子光学系１０４はスピン偏極電子線１０３を数十ｋＶに加速することもできるが、試料１０５に照射される直前ではおよそ１０Ｖ以下まで減速するものとする。これは、ＳＰＬＥＥＭの原理より、表面の磁化状態を反映した反射率を確保するには、入射するスピン偏極電子線１０３は試料１０５の奥深くまで進入してはいけないからである。
【００２４】
試料１０５は、回転ステージ１０８にセットされており、検査を進めるに従い回転運動と半径方向の直線運動を行い、全ての領域にスピン偏極電子線１０３が照射されて検査ができるようにする。試料表面で反射されたスピン偏極電子線１０３は、再び電子光学系１０４により搬送され、スクリーン１０９に結像する。スクリーン１０９は、例えばＣＣＤ方式などが考えられる。また常に動いている試料からのデータをＳ/Ｎを上げる為に積分する方式としてＴＤＩ方式などが有効と思われる。
【００２５】
結像系から得られたデータは、信号搬送ケーブル１１０を通って画像処理システム１１１に搬送される。この画像処理システム１１１では、送られてきたデータを例えば回転座標系に配列し数値解析することにより、磁化に基づくコントラストが得られているか否かの判断や、フーリエ変換等により記録ビット形状の検査などを行うと共に、不良個所が見つかればその個所にマーカーをつけて保存しておく。これらの座標管理をする上で、画像処理システム１１１は回転ステージ１０８と伝達ケーブル１１２を通じて情報のやり取りをする必要がある。このようなＳＰＬＥＥＭ測定をする部分は、本発明のシステムでも中心的な部分である。
【００２６】
図２に、本発明で得られるＳＰＬＥＥＭシステムの一実施例を示す。本図では、図１で示したＳＰＬＥＥＭ測定をする部分全体をＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ２００として簡略表示している。装置全体は４つの真空チャンバを中心に構成される。試料２０１は、まずロードロック２０２に扉２０３を介して挿入し、ロードロックステージ２０４にセットされる。試料を挿入した後、ロードロック２０２は、例えばロータリーポンプ２０５やターボ分子ポンプ２０６で高速に排気されるが、真空度は１×１０-７乗Torr程度でよい。
【００２７】
真空が充分ひけた後、ゲートバルブ２０７を開けて試料を酸素アッシングチャンバ２０８に搬送し、アッシングステージ２０９に固定する。酸素アッシングとは、酸素雰囲気中で電極２１０にＲＦ電源２１１を繋ぎ、酸素をプラズマ化させて、試料２１２の表面上の有機物を化学的に取り除く手法である。この過程で例えば磁気ディスクにおける保護膜などを取り除くことができる。従って、チャンバにはアッシング中に酸素ガスを導入する必要があり酸素ボンベ２１３も必要である。このようなＲＦ電源の出力や酸素ガスの圧力など、アッシング過程全体の制御をアッシング制御装置２１４で行う。真空度は、例えば１×１０-７乗Torr程度でよく、酸素を導入してアッシングをする際は更に悪くなる。本図ではロードロック２０２と排気ポンプは共通にしているが分けてもよい。
【００２８】
酸素アッシング終了後、酸素ガス導入を止めて再び真空を良くし、ゲートバルブ２１５を開けて、試料２１２をミリングチャンバ２１６に搬送し、ミリングステージ２１７に固定する。このチャンバでは、イオン銃２１８より照射される加速されたアルゴンイオンによって、試料２１９の表面を物理的に削ることによりクリーニングする。クリーニングの条件として、高い電圧でイオンを加速すると、イオンが磁性膜中に入り込むなど、結晶性が破壊される恐れがあるので低加速で行う必要がある。しかし低すぎてもミリングに時間がかかってしまうので、例えば２００〜５００Ｖ程度が考えられる。ディスク１枚をミリングする必要があるので、ミリングステージ２１７は回転・並進運動が可能なものとする。
【００２９】
ミリングがどの程度で完了したかを判断する方法として、オージェ分析装置２２０で最表面元素の種類をモニターする方法がある。このオージェ分析法により、ミリング開始からの酸素ピーク或はコバルト等磁性元素のピークをモニターしておき、酸素ピークの減少量あるいは磁性元素ピークの増加量が所定の値に達した場合に、その信号を伝達ケーブル２２１を通じて制御装置２２２に送り、制御装置は伝達ケーブル２２３を通じでイオン銃２１８に信号を送り、ミリングをストップさせる。真空排気系は、ミリング機構を使用していない場合は例えば１×１０-９乗Torr程度の超高真空状態に保つためイオンポンプ２２４で排気しておく。またミリングする際はアルゴンガスを排気するため、例えば１×１０-７乗Torr程度まで真空度は悪くなるので、ターボ分子ポンプ２２５とロータリーポンプ２２６を使用する。
【００３０】
ミリングが完了し、ミリングチャンバ２１６の真空が回復すれば、ゲートバルブ２２７を開けて、図１で示したＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ２００に試料を搬送する。そしてＳＰＬＥＥＭ測定により試料の磁区形状を検査していく。
【００３１】
（実施例２）
図３に、本発明の別の実施例を示す。本実施例は、図２におけるミリングチャンバ２１６とＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ２００を合体させるものであり、図２におけるそれ以外のアッシング工程、試料導入工程にかかる部分は割愛している。また、図３におけるＳＰＬＥＥＭ観察部の構造は基本的には図１と同じになっており、図中の３００〜３１１に相当部分のものは、図１中の１００〜１１１のものと同じ機能を有する。ただし、図中、結像系の電子光学系制御装置と高圧ケーブル、画像処理装置３１１と回転ステージ３０８を結ぶ伝達ケーブルを省略してある。
【００３２】
すなわち、本実施例では、同一の真空室内に、ＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ３００にイオン銃３１２を搭載した構成とした。このイオン銃３１２は、試料３０５の所定範囲をミリングするように光軸を調整しているが、その箇所はその後すぐに試料が回転することによりＳＰＬＥＥＭ観察される部分となるように調整する。このため、ミリングしたあと瞬時にＳＰＬＥＥＭ観察されるため、チャンバ内の残留ガスによる試料表面の汚れが殆どつかない状態で観察することができる。また、試料を順次回転させておき、ある半径の円周上を連続的にミリングとＳＰＬＥＥＭ観察を続けていくと、最初は試料表面が汚れているためにＳＰＬＥＥＭ像が得られなかった状態が、ある時間が経ちミリングが進み表面が清浄化されると像が得られるようになる。像が十分なＳ/Ｎで得られるようになった場合、画像処理装置３１１から伝達ケーブル３１３を通じてイオン銃制御装置３１４に情報を伝達し、ミリングをストップさせるようにする。イオン銃制御装置３１４からイオン銃３１２へは伝達ケーブル３１５を介して情報を伝達する。
【００３３】
この方式では、ＳＰＬＥＥＭ観察に適度なミリング量を直接測定できるほか、オージェ分析装置を必要としないといった利点がある。その反面、ＳＰＬＥＥＭ観察をするチャンバに、ミリング用のターボ分子ポンプ３１６やロータリーポンプ３１７が必要となる。
【００３４】
（実施例３）
図４に、本発明のさらに別の実施例を示す。この実施例でもＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ４００にミリング用イオン銃４１２が搭載されており、ミリングと平衡してＳＰＬＥＥＭ観察が可能である。本図では、ＳＰＬＥＥＭ観察部の構造は基本的には図３と同じになっており、図４中の４００〜４１７に相当部分のものは、図３中の３００〜３１７のものと同じ機能を有する。ただし、ＳＰＬＥＥＭ機構における結像系の電子光学系制御装置と高圧ケーブル、画像処理装置４１１と回転ステージ４０８を結ぶ伝達ケーブルを省略してある。
【００３５】
図３の実施例はその前段階に図２で示すアッシング工程を想定しているが、本実施例では大気中から持ち込んだ試料４０５をそのままミリングする構成としている。そのため、ゲートバルブ４１８を介して試料導入室４１９が取り付けられている。また、その排気のためにターボ分子ポンプ４２０とロータリーポンプ４２１が取り付けられている。
【００３６】
本実施例は、保護膜などを有さないデバイス等、有機物の除去を必要としない試料の観察に適しており、アッシング機構が必要ない分簡単な装置構成が取れる。
【００３７】
（実施例４）
図５に、本発明のさらに別の実施例を示す。本実施例でも、図４に示した実施例と同様に、アッシング機構はない。図中の左端５００は、簡略化されているがＳＰＬＥＥＭ観察チャンバで、図１と同じ機能のものとする。図４での実施例との違いは、イオンミリングとＳＰＬＥＥＭ観察を別のチャンバに分けている、図２の方式に近いという点である。図５中の５００〜５０７、５１６〜５２７に相当部分のものは、図３中の２００〜２０７、２１６〜２２７のものと同じ機能を有する。
【００３８】
本実施例でも、保護膜などを有さないデバイス等、有機物の除去を必要としない試料の観察に適しており、アッシング機構が必要ない分簡単な装置構成が実現できる。
【００３９】
次に、上述した実施例１〜４における画像処理システムの一構成例を、図６に示す。スクリーン６０１から得られた電子個数のデータが伝達ケーブル６０２を通じて画像処理部６００に送られる。また、回転ステージからの情報は伝達ケーブル６０３を伝わって送られてくる。データはまずデータ変換部６０４で数値データに変換され、そのデータは表示部６０５と解析部６０６に送られる。解析部６０６では送られてきたデータを回転座標に並べてフーリエ変換などを行い、不良箇所をチェックする。得られた不良箇所のデータは保存部６０７に蓄積されていく。
【００４０】
図７に、本発明におけるＳＰＬＥＥＭ検査方式における、試料セットから画像取得までのフローチャートの一例を示す。ここでは、図１に示しているＳＰＬＥＥＭ観察部の構成を持つ、例えば先述した実施例１の場合について説明する。まず、前処理が終わった試料１０５を回転ステージ１０８にセットする。次に、スピン偏極電子源１０２より電子線１０３を試料に照射する。そして試料１０５から反射された電子線１０３をスクリーン１０９に搬送する。この際、スピン偏極電子源１０２と試料１０５間、並びに試料１０５とスクリーン１０９間の電子光学系１０４は、電子線１０３を損失無く搬送する役目を負う。これはいくつかの電子レンズより構成されており、各レンズに印加される電圧によって電子線に収束作用を持たせながら搬送する。従って、スクリーン１０９の輝度を充分得るためには、電子光学系制御装置１０６の調整が必要となる。それらの調整によって、スクリーン１０９上で充分な輝度が得られたら回転ステージ１０８を動作させ、順次磁区像を取得し、データを画像処理システム１１１に送る。
【００４１】
同様に、図８には、図３で示すＳＰＬＥＥＭ観察部の構成を持つ、例えば先述した実施例２の場合を示している。この場合は、電子光学系３０４の調整が終わった後、回転ステージ３０８を回転させ、イオン銃３１２を用いて電子線３０３が照射され、ＳＰＬＥＥＭ観察をする直前の個所をイオンミリングする。最初はイオンミリングが充分ではないため、磁区コントラストが得られない。しかし、時間をかけて何周か試料を回転させているうちに、充分なミリングが施され、磁区コントラストが得られるようになる。その段階で画像取得をする。１周分の画像を取得できれば、回転ステージを半径方向に動かし、観察とミリングの場所を移動し、同様の操作をしていく。
【００４２】
図９に、データ解析や保存の際に用いられる回転座標フォーマットの一例を示す。図９の（Ａ）にはディスク試料上における各パラメータの関係を示す。ディスクの内周、外周の半径をそれぞれｒiとｒoとし、半径方向と円周角のデータの刻み幅をそれぞれΔｒとΔθとする。このΔｒとｒΔθで囲まれた範囲はＳＰＬＥＥＭ像の分解能に関わるパラメータで、いわば一つの写真における１画素に対応する。つまり電子線で一度に画像化される領域より小さくなくてはいけない。図９の（Ｂ）には回転座標（ｒ、θ）を用いて各データをマッピングしている例を示している。回転ステージを用いてデータを取得するので、たとえば、まずｒを固定してディスクを回転させながら順次画像をとっていく。スクリーンがＣＣＤ方式の場合はステージを静止させデータを取得し、画像データを数値に変換して、そのデータで（Ｂ）に示す欄をいくつか埋め、またステージを回転させて次のデータを取得するといった方式が考えられる。ステージを移動させる量は一度に画像化される領域とほぼ同じ程度がよく、もちろんｒΔθよりも大きい。また、ＴＤＩ方式の場合は、ディスクは常に回転させておき、電子線照射領域よりも細かい（ただし、rΔθと同じかそれより大きい）移動単位毎に画像を撮影、数値に変換して前後のデータと重ね合わせてＳ/Ｎを向上させ、得られたデータでますを埋めていく。１回転（Δθから２πまで）とり終えたら、回転ステージを半径方向にずらして再び順次データをθ方向に回転させながらとっていく。ｒ方向への移動幅も当然Δrよりも大きく、ＳＰＬＥＥＭで一度に取得できるデータ領域の大きさに依存する。
【００４３】
このように、ステージが回転運動と半径方向への並進運動を繰り返すことにより、図９（Ｂ）において、まず横方向にデータを取得していき、ディスクが１回転し終えたら縦方向に一つ動いて次の欄を埋めていくようにデータを取得する。これによりデータの収集が簡便になり、差分をとったり平均量を見たりする解析もやりやすくなる。また、サーボ情報部などのためにあるθの範囲において磁気情報のフォーマットを変化させている場合においても、このような円周座標表示であると分別しやすい。また、内周と外周でΔθが同じであると、ディスクの円周方向の距離でみた刻み幅が外周側の方が大きくなる。それは検査の分解能が内周と外周で異なる可能性を作るので、内周と外周でΔθを変える方式もある。
【００４４】
図１０に、本発明で行うデータ解析方法の一例を示す。ＳＰＬＥＥＭ像８０１として記録した情報に対応した磁区像が得られる。ここでは円周方向（あるいは、トラック方向）８０２に単一波長の記録単位が並んでいる領域（例えば、サーボ領域など）を例に取っている。下部にはこのデータより得られたフーリエ変換の一例８０４を示す。検査領域のデータをトラック方向にフーリエ変換し、記録単位の周波数成分の振幅の大きさ８０５を半径方向（あるいは、トラック幅方向）８０３にプロットする。これにより、各周波数成分振幅の大きさや幅を解析し、異常な状態か否かを判定していく。
【００４５】
図１１に、本発明で行うデータ解析方法の別の例を示す。ＳＰＬＥＥＭ像９０１として記録した情報に対応した磁区像が得られる。本実施例では、一つのトラック上に異なる波長の記録単位が並んでいる領域を例に取っている。この領域に関して、トラック方向９０２にフーリエ変換を行い、各周波数成分の波長の大きさをプロットしたものが下部の図９０３である。ここでは、縦軸９０４が各周波数成分の振幅の大きさ、横軸９０５が周波数である。記録した周波数成分の振幅が小さかったり、また記録していない周波数成分が出ていたりすれば、異常と判断する。また、最大記録周波数よりも大きな周波数が得られた場合は、磁区形状の異常の可能性のほかに、微小な異物が試料上に付着している可能性も考えられる。このような結果をまとめてデータ保存部に保管する。
【００４６】
図１２に、本発明による画像取得から評価・解析までのフローチャートの一例を示す。或るｒとθにおいてＳＰＬＥＥＭ画像を取得した場合を考える。得られた画像を数値化し、スクリーンがＴＤＩ方式の場合は前後に取得したデータと重ね合わせてＳ／Ｎを向上させ、得られたデータを図９（Ｂ）に示すような円周座標系にマッピングする。その後、フーリエ変換を施し、図１０や図１１で示したデータ解析を行い、異常が見られた場合はその座標を保存しておき、その箇所のｒ、θを別途保存し、その後の詳細な解析にまわせるようにする。
【００４７】
以上詳述したように、本発明によれば、ＳＰＬＥＥＭの手法を磁気デバイス等の磁気試料の検査手法に用いることができる。これにより、従来では得られなかった高分解能かつ高速な磁区観察技術を提供することができ、得られたデータを解析する手法も提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明で磁区観察を行うＳＰＬＥＥＭの概略構造を説明する図。
【図２】本発明の一実施例の構成を説明する図。
【図３】本発明の別の実施例の構成を説明する図。
【図４】本発明のさらに別の実施例の構成を説明する図。
【図５】本発明のさらに別の実施例の構成を説明する図。
【図６】本発明における画像処理システムの一実施例を説明する図。
【図７】本発明におけるＳＰＬＥＥＭ検査方式における、試料セットから画像取得までのフローチャートの一例を説明する図。
【図８】本発明におけるＳＰＬＥＥＭ検査方式における、試料セットから画像取得までのフローチャートの別の例を示す図。
【図９】本発明におけるＳＰＬＥＥＭ検査方式における、データ取得フォーマットにおけるパラメータの定義の一例（Ａ）と、データ取得フォーマットの一例（Ｂ）を説明する図。
【図１０】本発明におけるデータ解析方法の一例を示す図。
【図１１】本発明におけるデータ解析方法の別の例を示す図。
【図１２】本発明における画像取得から評価・解析までのフローチャートの一例を説明する図。
【符号の説明】
【００４９】
１００…ＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ、１０１…イオンポンプ、１０２…スピン偏極電子源、１０３…スピン偏極電子線、１０４…電子光学系、１０５…試料、１０６…電子光学系制御装置、１０７…高圧ケーブル、１０８…回転ステージ、１０９…スクリーン、１１０…信号搬送ケーブル、１１１…画像処理システム、１１２…伝達ケーブル、２００…ＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ、２０１…試料、２０２…ロードロック、２０３…扉、２０４…ロードロックステージ、２０５…ロータリーポンプ、２０６…ターボ分子ポンプ、２０７…ゲートバルブ、２０８…酸素アッシングチャンバ、２０９…アッシングステージ、２１０…電極、２１１…ＲＦ電源、２１２…試料、２１３…酸素ボンベ、２１４…アッシング制御装置、２１５…ゲートバルブ、２１６…ミリングチャンバ、２１７…ミリングステージ、２１８…イオン銃、２１９…試料、２２０…オージェ分析装置、２２１…伝達ケーブル、２２２…制御装置、２２３…伝達ケーブル、２２４…イオンポンプ、２２５…ターボ分子ポンプ、２２６…ロータリーポンプ、２２７…ゲートバルブ、３００…ＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ、３０１…イオンポンプ、３０２…スピン偏極電子源、３０３…スピン偏極電子線、３０４…電子光学系、３０５…試料、３０６…電子光学系制御装置、３０７…高圧ケーブル、３０８…回転ステージ、３０９…スクリーン、３１０…信号搬送ケーブル、３１１…画像処理システム、３１２…イオン銃、３１３…伝達ケーブル、３１４…イオン銃制御装置、３１５…伝達ケーブル、３１６…ターボ分子ポンプ、３１７…ロータリーポンプ、４００…ＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ、４０１…イオンポンプ、４０２…スピン偏極電子源、４０３…スピン偏極電子線、４０４…電子光学系、４０５…試料、４０６…電子光学系制御装置、４０７…高圧ケーブル、４０８…回転ステージ、４０９…スクリーン、４１０…信号搬送ケーブル、４１１…画像処理システム、４１２…イオン銃、４１３…伝達ケーブル、４１４…イオン銃制御装置、４１５…伝達ケーブル、４１６…ターボ分子ポンプ、４１７…ロータリーポンプ、４１８…ゲートバルブ、４１９…試料導入室、４２０…ターボ分子ポンプ、４２１…ロータリーポンプ、５００…ＳＰＬＥＥＭ観察チャンバ、５０１…試料、５０２…ロードロック、５０３…扉、５０４…ロードロックステージ、５０５…ロータリーポンプ、５０６…ターボ分子ポンプ、５０７…ゲートバルブ、５１６…ミリングチャンバ、５１７…ミリングステージ、５１８…イオン銃、５１９…試料、５２０…オージェ分析装置、５２１…伝達ケーブル、５２２…制御装置、５２３…伝達ケーブル、５２４…イオンポンプ、５２５…ターボ分子ポンプ、５２６…ロータリーポンプ、５２７…ゲートバルブ、６００…画像処理システム、６０１…スクリーン、６０２…伝達ケーブル、６０３…伝達ケーブル、６０４…データ変換部、６０５…表示部、６０６…解析部、６０７…保存部、８０１…ＳＰＬＥＥＭ像、８０２…円周方向(トラック方向)、８０３…半径方向(トラック幅方向)、８０４…フーリエ変換の一例、８０５…記録単位の周波数成分の振幅の大きさ、９０１…ＳＰＬＥＥＭ像、９０２…円周方向(トラック方向)、９０３…各周波数成分の波長の大きさをプロットした図、９０４…縦軸、９０５…横軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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