JP2023142687A - Polarizing microscope device and in-visual field correction analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光顕微鏡装置及び視野内補正解析方法に関する。 The present invention relates to a polarizing microscope device and an intra-field correction analysis method.
カー(Kerr)効果顕微鏡及び磁区観察顕微鏡は、古典的な偏光顕微鏡を基にしており、既に、複数のメーカ(Maker)から製品化されている。このことは、例えば、非特許文献1に記載されている。 Kerr effect microscopes and magnetic domain observation microscopes are based on classical polarizing microscopes, and have already been commercialized by multiple manufacturers. This is described in, for example, Non-Patent Document 1.
カー効果顕微鏡は、磁性薄膜等の磁性体を含む試料に対して、外部磁場を掃引しつつレーザ光を入射し、反射光の偏光成分の変化量を計測することで、試料上1点の磁気ヒステリシスループ(Hysteresis Loop)を得ることができる。一方、磁区観察顕微鏡は、磁性薄膜等の磁性体を含む試料に対して外部磁場を印加し、インコヒーレント光源からの光を偏光子によって偏光光にして試料に入射したときの反射光の偏光成分の変化を画像センサの輝度の変化として記録するものであり、視野内の磁区パターンを記録することが可能である。 The Kerr effect microscope uses laser light to enter a sample containing a magnetic material such as a magnetic thin film while sweeping an external magnetic field, and measures the amount of change in the polarization component of the reflected light. A hysteresis loop can be obtained. On the other hand, a magnetic domain observation microscope applies an external magnetic field to a sample containing a magnetic material such as a magnetic thin film, and converts the light from an incoherent light source into polarized light using a polarizer.The polarized light component of the reflected light when it enters the sample This method records changes in the brightness of the image sensor as changes in the brightness of the image sensor, making it possible to record magnetic domain patterns within the field of view.
磁区観察顕微鏡でも外部磁場を掃引しながら画素毎に輝度を記録すれば画素毎のヒステリシスループを得られるが、磁区観察顕微鏡では、視野内の偏光特性のばらつきが試料で発生する偏光変化に対して大きい。よって、視野内のヒステリシスループを定量的に評価することが困難であり、磁化特性を高精度に測定することができない。 Even with a magnetic domain observation microscope, you can obtain a hysteresis loop for each pixel by recording the brightness for each pixel while sweeping an external magnetic field, but with a magnetic domain observation microscope, variations in polarization characteristics within the field of view are sensitive to polarization changes occurring in the sample. big. Therefore, it is difficult to quantitatively evaluate the hysteresis loop within the field of view, and the magnetization characteristics cannot be measured with high precision.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、磁気特性を高精度に測定することができる偏光顕微鏡装置及び視野内補正解析方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a polarizing microscope device and an intra-field correction analysis method that can measure magnetic properties with high precision.
本発明に係る偏光顕微鏡装置は、照明光を生成する光源と、前記光源で生成された前記照明光が入射され、第1の偏光方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、前記直線偏光を含む前記照明光で試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した反射光を透過させる対物レンズと、前記反射光における第2の偏光方向の直線偏光の成分を透過させる検光子と、前記反射光の画像を取得する画像取得部と、前記試料に印加する外部磁場を生成する磁石と、前記取得した画像を処理する画像処理部と、を備え、前記画像処理部は、前記第1の偏光方向と、前記第2の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、非磁性の前記試料、または、磁性体を含む前記試料を磁場印加しない状態で用いることで非磁性鏡面と見なせる試料に対して、前記照明光を照明することにより取得した複数の前記画像から、複数の着目領域を含む視野内の前記着目領域毎の前記偏光回転角度分布、及び、楕円化による楕円率の2乗分布を含む装置定数を算出し、前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第1角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の輝度値のヒステリシスループを取得し、前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第2角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得し、前記装置定数、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを用いた解析から前記着目領域毎に試料で発生したカー回転の回転角を算出する。 A polarizing microscope device according to the present invention includes: a light source that generates illumination light; a polarizer that receives the illumination light generated by the light source and transmits the illumination light that includes linearly polarized light in a first polarization direction; an objective lens that illuminates the sample with the illumination light including the linearly polarized light, and that transmits reflected light that is reflected by the illumination light on the sample; and an objective lens that transmits the linearly polarized component of the reflected light in a second polarization direction. The image processing unit includes an analyzer, an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light, a magnet that generates an external magnetic field to be applied to the sample, and an image processing unit that processes the acquired image. , while rotating the angle between the first polarization direction and the second polarization direction within a predetermined range in predetermined increments, the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material is subjected to a magnetic field. The polarization rotation for each region of interest within a field of view including a plurality of regions of interest is obtained from the plurality of images obtained by illuminating the sample with the illumination light, which can be regarded as a non-magnetic mirror surface when used in a state where no voltage is applied. When calculating device constants including the angular distribution and the square distribution of ellipticity due to ovalization, and setting the angle between the first polarization direction and the second polarization direction as the first angle, A hysteresis loop of the brightness value for each region of interest is determined from a plurality of images acquired while illuminating the magnetic body part of the sample containing the magnetic body with the illumination light and sweeping the external magnetic field. and when the angle between the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the illumination is applied to the portion of the magnetic material of the sample containing the magnetic material. A hysteresis loop of the luminance value for each region of interest is acquired from a plurality of images acquired while illuminating the light and sweeping the external magnetic field, and the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the first From the analysis using the hysteresis loop at two angles, the rotation angle of Kerr rotation occurring in the sample is calculated for each region of interest.
上記偏光顕微鏡装置では、前記検光子は、前記偏光子に対してクロスニコル配置を基準にして前記所定の範囲を回転させてもよい。 In the polarizing microscope device, the analyzer may be rotated in the predetermined range with respect to the polarizer based on a crossed Nicol arrangement.
上記偏光顕微鏡装置では、前記画像処理部は、マリュス則を用いて、前記着目領域毎の前記角度分布、及び、前記2乗分布を含む前記装置定数を算出してもよい。 In the polarizing microscope device, the image processing section may calculate the device constant including the angular distribution and the square distribution for each region of interest using Malus' law.
上記偏光顕微鏡装置では、前記装置定数は、輝度分布を含み、前記画像処理部は、前記着目領域毎の前記輝度分布を含む前記装置定数を算出してもよい。 In the polarizing microscope device, the device constant may include a brightness distribution, and the image processing unit may calculate the device constant including the brightness distribution for each region of interest.
上記偏光顕微鏡装置では、前記画像処理部は、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを、経験的な近似関数にフィッティングすることにより、前記着目領域毎の磁化コントラスト、保磁力及びスロープを算出してもよい。磁化コントラストは、試料に外部磁場を掃引しながら輝度を記録したときの輝度の最大、最小で定義される輝度コントラストを表す。 In the polarizing microscope device, the image processing unit fits the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle to an empirical approximation function, thereby determining the magnetization contrast for each region of interest; Coercive force and slope may also be calculated. Magnetization contrast represents the brightness contrast defined by the maximum and minimum brightness when the brightness is recorded while sweeping an external magnetic field across the sample.
上記偏光顕微鏡装置では、前記画像処理部は、前記第1角度、前記第2角度、前記第1角度における前記磁化コントラスト及び前記第2角度における前記磁化コントラストに基づいて、前記着目領域毎の前記回転角を算出してもよい。 In the polarizing microscope device, the image processing unit may rotate the rotation for each region of interest based on the first angle, the second angle, the magnetization contrast at the first angle, and the magnetization contrast at the second angle. You may also calculate the angle.
本発明に係る視野内補正解析方法は、照明光を生成する光源と、前記光源で生成された前記照明光が入射され、第1の偏光方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、前記直線偏光を含む前記照明光で試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した反射光を透過させる対物レンズと、前記反射光における第2の偏光方向の直線偏光の成分を透過させる検光子と、前記反射光の画像を取得する画像取得部と、前記試料に印加する外部磁場を生成する磁石と、前記取得した画像を処理する画像処理部と、を備えた偏光顕微鏡装置を用いた視野内補正解析方法であって、前記第1の偏光方向と、前記第2の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、非磁性の前記試料、または、磁性体を含む前記試料を磁場印加しない状態で用いることで非磁性鏡面と見なせる試料に対して、前記照明光を照明することにより取得した複数の前記画像から、複数の着目領域を含む視野内の前記着目領域毎の前記偏光回転角度分布、及び、楕円化による楕円率の2乗分布を含む装置定数を算出する第1ステップと、前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第1角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の輝度値のヒステリシスループを取得し、前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第2角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得する第2ステップと、前記装置定数、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを用いた解析から前記着目領域毎に試料で発生したカー回転の回転角を算出する第3ステップと、を備える。 The intra-field correction analysis method according to the present invention includes a light source that generates illumination light, and a polarizer that receives the illumination light generated by the light source and that transmits the illumination light that includes linearly polarized light in a first polarization direction. and an objective lens that illuminates the sample with the illumination light including the linearly polarized light and transmits reflected light reflected by the illumination light on the sample, and a linearly polarized component of the reflected light in a second polarization direction. A polarizing microscope device comprising: an analyzer for transmitting light; an image acquisition section for acquiring an image of the reflected light; a magnet for generating an external magnetic field to be applied to the sample; and an image processing section for processing the acquired image. An in-field correction analysis method using the non-magnetic sample while rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction in a predetermined step within a predetermined range. , or a plurality of regions of interest are obtained from the plurality of images obtained by illuminating the sample with the illumination light on a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface by using the sample containing a magnetic substance without applying a magnetic field. a first step of calculating device constants including the polarization rotation angle distribution for each of the regions of interest in the field of view and the square distribution of ellipticity due to ovalization; and the first polarization direction and the second polarization direction. When the angle formed by the magnetic substance is set to a first angle, a plurality of images obtained while illuminating the illumination light and sweeping the external magnetic field are applied to a portion of the magnetic substance of the sample containing the magnetic substance. A hysteresis loop of the luminance value for each region of interest is obtained from the image, and when the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the magnetic material is A step of illuminating the magnetic material portion of the sample with the illumination light and acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest from a plurality of images acquired while sweeping the external magnetic field. and a third step of calculating a rotation angle of Kerr rotation occurring in the sample for each region of interest from an analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle. and.
上記視野内補正解析方法では、前記第1ステップにおいて、前記検光子は、前記偏光子に対してクロスニコル配置を基準にして前記所定の範囲を回転させてもよい。 In the intra-field correction analysis method, in the first step, the analyzer may rotate the predetermined range with respect to the polarizer based on a crossed Nicol arrangement.
上記視野内補正解析方法では、前記第1ステップにおいて、マリュス則を用いて、前記着目領域毎の前記角度分布、及び、前記2乗分布を含む前記装置定数を算出してもよい。 In the intra-field of view correction analysis method, in the first step, the device constant including the angular distribution and the square distribution for each region of interest may be calculated using Malus' law.
上記視野内補正解析方法では、前記第1ステップにおいて、前記装置定数は、輝度分布を含み、前記着目領域毎の前記輝度分布を含む前記装置定数を算出してもよい。 In the intra-visual field correction analysis method, in the first step, the device constant may include a brightness distribution, and the device constant including the brightness distribution for each region of interest may be calculated.
上記視野内補正解析方法では、前記第2ステップにおいて、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを、経験的な近似関数にフィッティングすることにより、前記着目領域毎のコントラスト、保磁力及びスロープを算出してもよい。 In the intra-field of view correction analysis method, in the second step, the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle are fitted to an empirical approximation function to determine the contrast of each region of interest. , coercive force and slope may be calculated.
上記視野内補正解析方法では、前記第3ステップにおいて、前記第1角度、前記第2角度、前記第1角度における前記磁化コントラスト及び前記第2角度における前記磁化コントラストに基づいて、前記着目領域毎の前記回転角を算出してもよい。 In the intra-field correction analysis method, in the third step, the first angle, the second angle, the magnetization contrast at the first angle, and the magnetization contrast at the second angle are used for each region of interest. The rotation angle may be calculated.
本発明により、視野内の磁化特性を高精度に測定することができる偏光顕微鏡装置及び視野内補正解析方法を提供する。 The present invention provides a polarizing microscope device and an intra-field correction analysis method that can measure magnetization characteristics within a field of view with high precision.
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. Further, in each drawing, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted as necessary.
(比較例)
実施形態1に係る偏光顕微鏡装置を説明する前に、比較例に係る偏光顕微鏡及びその課題を説明する。これにより、本実施形態の偏光顕微鏡をより明確にする。なお、比較例の構成及び課題も、実施形態の技術思想の範囲に含まれる。
(Comparative example)
Before explaining the polarizing microscope device according to the first embodiment, a polarizing microscope according to a comparative example and its problems will be explained. This makes the polarizing microscope of this embodiment more clear. Note that the configuration and problems of the comparative example are also included in the scope of the technical idea of the embodiment.
図1は、比較例に係る磁区顕微鏡等の偏光顕微鏡装置を例示した構成図である。図1に示すように、比較例に係る偏光顕微鏡装置101は、光源(Light Source)10、レンズ11、偏光子(Polarizer)12、ビームスプリッタ(Beam Splitter)13、対物レンズ(Objective Lens)14、試料台(Stage)15、磁石(Magnet)16、検光子(Analyzer)17、イメージングレンズ(Imaging Lens)18、画像取得部19を備えている。試料台15上には、試料(Sample)20が配置されている。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example. As shown in FIG. 1, the polarizing microscope device 101 according to the comparative example includes a light source 10, a lens 11, a polarizer 12, a beam splitter 13, an objective lens 14, It includes a sample stage 15, a magnet 16, an analyzer 17, an imaging lens 18, and an image acquisition unit 19. A sample 20 is placed on the sample stage 15 .
ここで、偏光顕微鏡装置101の説明の便宜のために、XYZ直交座標軸系を導入する。例えば、試料台15の上面に直交する方向をZ軸方向とし、試料台15の上面に平行な面をXY平面とする。以下で、各構成を説明する。 Here, for convenience of explanation of the polarizing microscope device 101, an XYZ orthogonal coordinate axis system will be introduced. For example, the direction perpendicular to the top surface of the sample stage 15 is the Z-axis direction, and the plane parallel to the top surface of the sample stage 15 is the XY plane. Each configuration will be explained below.
光源10は、照明光21を生成する。光源10は、例えば、ハロゲンランプ、白色LED(Light Emitting Diode)等である。照明光21は、白色光でもよい。光源10は、生成した照明光21を偏光子12に対して出射する。光源10と偏光子12との間にレンズ11を配置させてもよい。レンズ11によって平行光に変換された照明光21は、偏光子12に入射する。 Light source 10 generates illumination light 21 . The light source 10 is, for example, a halogen lamp, a white LED (Light Emitting Diode), or the like. The illumination light 21 may be white light. The light source 10 emits the generated illumination light 21 to the polarizer 12 . A lens 11 may be placed between the light source 10 and the polarizer 12. Illumination light 21 converted into parallel light by lens 11 enters polarizer 12 .
偏光子12は、照明光21の照明瞳23またはその近傍に配置されている。偏光子12には、光源10で生成された照明光21が入射される。偏光子12は、入射した照明光21を、直線偏光を含む照明光21に変換する。例えば、偏光子12は、第1の偏光方向の直線偏光を含む照明光を透過させる。例えば、第1の偏光方向は、Z軸方向である。この場合には、偏光子12は、Z軸方向の直線偏光を含むように照明光21を変換する。つまり、偏光子12の透過軸は、Z軸方向である。偏光子12によって直線偏光を含むように変換された照明光21は、ビームスプリッタ13に入射する。 The polarizer 12 is placed at or near the illumination pupil 23 of the illumination light 21 . Illumination light 21 generated by the light source 10 is incident on the polarizer 12 . The polarizer 12 converts the incident illumination light 21 into illumination light 21 containing linearly polarized light. For example, the polarizer 12 transmits illumination light containing linearly polarized light in a first polarization direction. For example, the first polarization direction is the Z-axis direction. In this case, the polarizer 12 converts the illumination light 21 to include linearly polarized light in the Z-axis direction. That is, the transmission axis of the polarizer 12 is in the Z-axis direction. Illumination light 21 converted by polarizer 12 to include linearly polarized light enters beam splitter 13 .
ビームスプリッタ13は、入射した照明光21の一部を対物レンズ14に対して反射させる。ビームスプリッタ13で反射した照明光21は、例えば、X軸方向の直線偏光を含むようになる。対物レンズ14は、ビームスプリッタ13と試料20との間に配置されている。対物レンズ14の瞳面(Pupil Plane)24の位置またはその近傍に配置されている。対物レンズ14は、ビームスプリッタ13で反射した照明光21を試料に集光する。対物レンズ14は、直線偏光を含む照明光21で試料20を照明する。尚、本発明における磁性薄膜試料は非パターン薄膜試料ないしは十分に大きなサイズ(例えばΦ数100um)の島パターンである。 The beam splitter 13 reflects a part of the incident illumination light 21 toward the objective lens 14 . The illumination light 21 reflected by the beam splitter 13 includes, for example, linearly polarized light in the X-axis direction. Objective lens 14 is arranged between beam splitter 13 and sample 20. It is arranged at or near the pupil plane 24 of the objective lens 14 . The objective lens 14 focuses the illumination light 21 reflected by the beam splitter 13 onto the sample. The objective lens 14 illuminates the sample 20 with illumination light 21 containing linearly polarized light. Incidentally, the magnetic thin film sample in the present invention is a non-patterned thin film sample or an island pattern of a sufficiently large size (for example, several 100 um in diameter).
試料20は、磁性薄膜等の磁性体を含む。試料20は、例えば、ウェハ(Wafer)上に成膜された磁性薄膜でもよい。また、試料20は、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)に用いられる磁性薄膜でもよい。試料台15上に配置された試料20の磁性体は、例えば、Z軸方向の外部磁場を印加されてもよい。外部磁場の方向が上向きまたは下向きに変化する場合に、磁性体の磁化方向が上向きまたは下向きに変化してもよい。なお、後述するキャリブレーションにおける試料20は、非磁性の試料20でもよい。 The sample 20 includes a magnetic material such as a magnetic thin film. The sample 20 may be, for example, a magnetic thin film formed on a wafer. Further, the sample 20 may be a magnetic thin film used in MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory). For example, an external magnetic field in the Z-axis direction may be applied to the magnetic body of the sample 20 placed on the sample stage 15. When the direction of the external magnetic field changes upward or downward, the magnetization direction of the magnetic body may change upward or downward. Note that the sample 20 in the calibration described below may be a non-magnetic sample 20.
磁石16は、試料20と対物レンズ14との間に配置されている。磁石16は、例えば、試料上への磁場強度、方向を変調できる電磁石である。なお、磁石16は、永久磁石でもよい。磁石16は、試料20に印加する外部磁場を生成する。これにより、磁石16は、試料20に対して外部磁場を印加する。例えば、MRAMの垂直磁気異方性材料で構成されたフリー(Free)層を検査する場合には、Polar Kerr Effect(極カー効果と呼ぶ。)を検出する。そのため、磁石16は、試料20の表面に対して垂直方向の磁場を印加する。磁石16が電磁石の場合には、電磁石に流す電流値、方向を制御することにより、+Z方向から-Z方向の所定範囲の外部磁場を試料20に印加する。 Magnet 16 is placed between sample 20 and objective lens 14 . The magnet 16 is, for example, an electromagnet that can modulate the strength and direction of the magnetic field on the sample. Note that the magnet 16 may be a permanent magnet. Magnet 16 generates an external magnetic field that is applied to sample 20. Thereby, the magnet 16 applies an external magnetic field to the sample 20. For example, when inspecting a free layer made of a perpendicular magnetic anisotropic material of an MRAM, a Polar Kerr effect (referred to as a polar Kerr effect) is detected. Therefore, the magnet 16 applies a magnetic field perpendicular to the surface of the sample 20. When the magnet 16 is an electromagnet, an external magnetic field in a predetermined range from the +Z direction to the -Z direction is applied to the sample 20 by controlling the value and direction of the current flowing through the electromagnet.
また、極カー効果を検出するためには、試料20に入射する入射光は、試料20の表面に対して垂直入射であり、電場の振動方向がXY面内にある直線偏光が必要となる。試料20は外部磁場の磁場強度(H)に応じてカー効果によって、偏光状態が僅かに変化する。カー効果は、偏光軸の回転(Kerr Rotation、カー回転と呼ぶ。)とカー楕円化(Kerr Ellipticity)を含んでいる。 Furthermore, in order to detect the polar Kerr effect, the incident light that enters the sample 20 needs to be linearly polarized light that is perpendicular to the surface of the sample 20 and whose electric field oscillates in the XY plane. The polarization state of the sample 20 changes slightly due to the Kerr effect depending on the magnetic field strength (H) of the external magnetic field. The Kerr effect includes rotation of the polarization axis (called Kerr rotation) and Kerr ellipticity.
図2は、比較例に係る磁区顕微鏡等の偏光顕微鏡装置において、カー効果を例示した模式図である。図2に示すように、カー効果は、偏光軸の回転の回転角ΔΘ(偏光方向の回転の回転角ΔΘとも呼ぶ)と、楕円率の変化Δηを含む楕円化と、を含んでいる。楕円率の変化Δηは、例えば、tan-1(OB/OA)である。ここで、OAは短半径、OBは長半径である。試料20で反射した反射光22は、試料20によるカー効果によって偏光状態に変調を受けている。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the Kerr effect in a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example. As shown in FIG. 2, the Kerr effect includes a rotation angle ΔΘ of rotation of the polarization axis (also referred to as a rotation angle ΔΘ of rotation of the polarization direction) and ovalization including a change in ellipticity Δη. The change in ellipticity Δη is, for example, tan −1 (OB/OA). Here, OA is the minor axis and OB is the major axis. The reflected light 22 reflected by the sample 20 has its polarization state modulated by the Kerr effect caused by the sample 20.
図1に戻り、試料20で反射した反射光22は、対物レンズ14に入射する。対物レンズ14は、照明光21が試料20で反射した反射光22を透過させる。反射光22は、対物レンズ14及びビームスプリッタ13を透過して検光子17に入射する。 Returning to FIG. 1, the reflected light 22 reflected by the sample 20 enters the objective lens 14. The objective lens 14 transmits reflected light 22 from the illumination light 21 reflected by the sample 20. The reflected light 22 passes through the objective lens 14 and the beam splitter 13 and enters the analyzer 17 .
検光子17は、ビームスプリッタ13と画像取得部19との間に配置されている。検光子17は、反射光22における第2の偏光方向の直線偏光の成分を透過させる。第2の方向は、例えば、Y軸方向である。この場合には、検光子17は、Y軸方向の直線偏光を含むように反射光22を変換する。つまり、検光子17の透過軸は、Y軸方向である。検光子17が透過させる直線偏光の方向(透過軸)は、偏光子12が透過させる直線偏光の方向(透過軸)に対して直交するように配置されてもよい。例えば、偏光子12が透過させる直線偏光の方向は、X軸方向であり、検光子17が透過させる直線偏光の方向はY軸方向でもよい。このように、検光子17の透過軸が偏光子12の透過軸に対して直交する配置をクロスニコル(Cross Nicole)配置と呼ぶ。クロスニコル配置は、直線偏光を含む偏光光の変化を輝度変化として高感度に検出することができる。試料20で僅かに回転及び楕円化した偏光光を含む反射光22は、検光子17の透過軸に射影した振幅の2乗強度が透過する。検光子17を透過した反射光22は、例えば、イメージングレンズ18を介して、画像取得部19に入射する。 The analyzer 17 is arranged between the beam splitter 13 and the image acquisition section 19. The analyzer 17 transmits the linearly polarized component of the reflected light 22 in the second polarization direction. The second direction is, for example, the Y-axis direction. In this case, the analyzer 17 converts the reflected light 22 to include linearly polarized light in the Y-axis direction. That is, the transmission axis of the analyzer 17 is in the Y-axis direction. The direction of the linearly polarized light transmitted by the analyzer 17 (transmission axis) may be arranged to be orthogonal to the direction of the linearly polarized light transmitted by the polarizer 12 (transmission axis). For example, the direction of the linearly polarized light transmitted by the polarizer 12 may be the X-axis direction, and the direction of the linearly polarized light transmitted by the analyzer 17 may be the Y-axis direction. An arrangement in which the transmission axis of the analyzer 17 is orthogonal to the transmission axis of the polarizer 12 in this manner is called a cross Nicole arrangement. The crossed Nicol arrangement can detect changes in polarized light including linearly polarized light as changes in brightness with high sensitivity. The reflected light 22 containing polarized light slightly rotated and ovalized by the sample 20 transmits the square intensity of the amplitude projected onto the transmission axis of the analyzer 17. The reflected light 22 that has passed through the analyzer 17 enters the image acquisition unit 19 via the imaging lens 18, for example.
画像取得部19は、反射光22の偏光成分の変化を強度の変化として検出する。これにより、画像取得部19は、反射光22の画像を取得する。例えば、画像取得部19は、視野内の画像を取得する。画像取得部19は、例えば、カメラである。画像取得部19は、例えば、PD(Photodiode)アレイ(Array)を含むイメージセンサ(Image Sensor)でもよい。なお、画像取得部19は、画像を取得できれば、カメラ、イメージセンサーに限らない。画像取得部19の撮像面26は、試料20の測定面25と像共役(Image conjugate)の関係となっている。 The image acquisition unit 19 detects a change in the polarization component of the reflected light 22 as a change in intensity. Thereby, the image acquisition unit 19 acquires an image of the reflected light 22. For example, the image acquisition unit 19 acquires an image within the field of view. The image acquisition unit 19 is, for example, a camera. The image acquisition unit 19 may be, for example, an image sensor including a PD (Photodiode) array. Note that the image acquisition unit 19 is not limited to a camera or an image sensor as long as it can acquire an image. The imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 has an image conjugate relationship with the measurement surface 25 of the sample 20.
ここで、前述のMRAM向けの試料20で発生する偏光方向の回転の回転角ΔΘは、典型的には、0.1度以下である。また、楕円率の変化Δηも回転角ΔΘと同じレベルの僅かな変化である。楕円率ηは、楕円の扁平度をarctanで定義した楕円率角(角度量)である。磁区顕微鏡は、視野内の磁区(Pattern)に着目する顕微鏡である。よって、磁区顕微鏡は、視野内の磁区の視認ができれば十分であり、回転角ΔΘ及び楕円率の変化Δηの定量値には着目していない。また、磁区顕微鏡は、視野内の場所間の視認性(Pattern Contrast)の定量解析誤差に着目していない。 Here, the rotation angle ΔΘ of the rotation of the polarization direction that occurs in the sample 20 for MRAM described above is typically 0.1 degree or less. Further, the change in ellipticity Δη is also a slight change on the same level as the rotation angle ΔΘ. The ellipticity η is an ellipticity angle (angle amount) defined by the flatness of an ellipse in terms of arctan. A magnetic domain microscope is a microscope that focuses on magnetic domains (Pattern) within a field of view. Therefore, with a magnetic domain microscope, it is sufficient to be able to visually recognize the magnetic domains within the field of view, and the focus is not on the quantitative values of the rotation angle ΔΘ and the change in ellipticity Δη. Furthermore, the magnetic domain microscope does not focus on quantitative analysis errors in visibility (pattern contrast) between locations within the field of view.
図1の右上に示すように、MRAMの試料20の場合には、回転角ΔΘ及び楕円率の変化Δηは、装置(Tool)による誤差に比べて、1桁以上小さく、試料で発生したカー効果を検出することが困難であるからである。一方、通常の磁性試料の場合には、装置(Tool)による誤差に比べて、試料で発生するカー効果が大きいので、カー効果を検出することができる。 As shown in the upper right of FIG. 1, in the case of MRAM sample 20, the rotation angle ΔΘ and the change in ellipticity Δη are more than an order of magnitude smaller than the errors caused by the device (Tool), and are due to the Kerr effect generated in the sample. This is because it is difficult to detect. On the other hand, in the case of a normal magnetic sample, the Kerr effect generated in the sample is larger than the error caused by the device (tool), so the Kerr effect can be detected.
まず、以降の説明において、基準となる装置である、レーザ光を用いたスポット(Spot)計測を説明する。これもよく知られた装置であり、多くの製品も市場にある。以下では、スポット計測を行う装置をスポット計測器と呼ぶ。 First, in the following description, spot measurement using a laser beam, which is a reference device, will be explained. This is also a well-known device and there are many products on the market as well. Hereinafter, a device that performs spot measurement will be referred to as a spot measuring device.
スポット計測器は、差動偏光法により計測するものである。スポット計測器は、試料に直線偏光を含むレーザ光を入射させ、試料に印加する磁場を掃引する。そして、スポット計測器は、磁場を掃引しながら、試料で変調を受けた偏光光を含む反射光を偏光分離プリズムでs偏光、p偏光に分岐する。これにより、スポット計測器の2つのフォトディテクタ(Photo Detector)によるロックイン(Lock-in)差分処理によって、試料で発生したカー回転(Kerr rotation)における回転角を計測する。したがって、横軸に磁場をプロットし、縦軸に回転角をプロットすることで、ヒステリシスループを得ることができる。一般に、MOKE装置(Magneto-optical Kerr Effect)、カー効果測定装置と言うのはこちらを指す。得られるヒステリシスループは、物理量を計測しているため、磁性薄膜の定量特性を評価することが可能である。また、試料を移動させながら評価位置を変える方式であり、光学系の中心しか使用していなく、且つ、反射光束の全てをフォトディテクタで検出しているために、評価位置に装置誤差は含まれない。 The spot measuring device measures by differential polarization method. A spot measuring instrument makes a laser beam containing linearly polarized light enter a sample, and sweeps a magnetic field applied to the sample. Then, while sweeping the magnetic field, the spot measuring device splits the reflected light, including the polarized light modulated by the sample, into s-polarized light and p-polarized light using a polarization splitting prism. Thereby, the rotation angle in the Kerr rotation generated in the sample is measured by lock-in difference processing by the two photo detectors of the spot measuring instrument. Therefore, a hysteresis loop can be obtained by plotting the magnetic field on the horizontal axis and the rotation angle on the vertical axis. Generally speaking, this is referred to as a MOKE device (Magneto-optical Kerr Effect) or a Kerr effect measuring device. Since the obtained hysteresis loop measures a physical quantity, it is possible to evaluate the quantitative characteristics of the magnetic thin film. In addition, since this method changes the evaluation position while moving the sample, only the center of the optical system is used, and all reflected light flux is detected by a photodetector, the evaluation position does not include equipment errors. .
ところで、前述の磁区顕微鏡において、外部磁場を掃引しながら画像を取得した場合に、横軸に外部磁場をプロットし、縦軸に輝度値をプロットすると、ヒステリシスループを得ることができる。このようにして得られたヒステリシスループは、レーザ光を用いたスポット計測でのヒステリシスループと凡そ相関する。磁区顕微鏡も1つの機能として、ヒステリシスループを得ることができる。しかしながら、磁区顕微鏡におけるヒステリシスループを得る機能は、あくまでも目安である。例えば、磁区顕微鏡において、視野内の複数の異なる測定座標で取得したヒステリシスループは、測定座標間で相互に大きな差(誤差)が出ることを発明者は見出した。このことを以下の図3を用いて説明する。 By the way, in the above-described magnetic domain microscope, when an image is acquired while sweeping an external magnetic field, a hysteresis loop can be obtained by plotting the external magnetic field on the horizontal axis and the brightness value on the vertical axis. The hysteresis loop obtained in this manner roughly correlates with the hysteresis loop in spot measurement using laser light. A magnetic domain microscope can also provide a hysteresis loop as one function. However, the ability to obtain a hysteresis loop in a magnetic domain microscope is only a guideline. For example, the inventor discovered that in a magnetic domain microscope, hysteresis loops obtained at a plurality of different measurement coordinates within the field of view have a large difference (error) between the measurement coordinates. This will be explained using FIG. 3 below.
図3は、比較例に係る磁区顕微鏡等の偏光顕微鏡装置によって測定した視野内の5つの着目領域(Region of Interest、以下、ROIと呼ぶ。)におけるヒステリシスループを例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、輝度値を示す。図3において、5つのROIは、視野内における視野中心CE、視野右上UR、視野左上UL、視野右下LR、及び視野左下LLを含む。 FIG. 3 is a graph illustrating hysteresis loops in five regions of interest (hereinafter referred to as ROI) within a field of view measured by a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example, and the horizontal axis is , indicates the external magnetic field, and the vertical axis indicates the brightness value. In FIG. 3, the five ROIs include a visual field center CE, an upper right visual field UR, an upper left visual field UL, a lower right visual field LR, and a lower left visual field LL within the visual field.
図4は、比較例に係る磁区顕微鏡等の偏光顕微鏡装置で測定した視野内の5つのROIにおけるヒステリシスループを各ROIの輝度値の平均で規格化し、さらに視野中心CEのROIにおける平均で規格化したものである。図4には、規格化後の値を表にして示している。すなわち、各ROIにおける輝度値の最大値と最小値との差、及び、視野中心CEに対する各ROIの輝度値の平均の比を示している。 Figure 4 shows the hysteresis loops in five ROIs within the field of view measured with a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope according to a comparative example, normalized by the average of the brightness values of each ROI, and further normalized by the average in the ROI at the center of the field of view CE. This is what I did. FIG. 4 shows the values after normalization in a table. That is, it shows the difference between the maximum and minimum brightness values in each ROI, and the ratio of the average brightness value of each ROI to the visual field center CE.
図5は、比較例に係るスポット計測器で測定した視野内の5つのROIにおけるヒステリシスループを例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、視野中心CEのROIにおける平均値で規格化した物理量のカー回転の回転角を示す。図5には、規格化後の値を表にして示している。すなわち、各ROIにおけるカー回転の回転角、及び、視野中心CEに対する比を示している。 FIG. 5 is a graph illustrating hysteresis loops in five ROIs within the field of view measured with a spot measuring device according to a comparative example, in which the horizontal axis represents the external magnetic field, and the vertical axis represents the average in the ROI at the center of the field of view CE. Indicates the rotation angle of the Kerr rotation of the physical quantity normalized by the value. FIG. 5 shows the values after normalization in a table. That is, the rotation angle of Kerr rotation in each ROI and the ratio to the visual field center CE are shown.
図4に示すように、磁区顕微鏡では、視野内の各ROIの磁化コントラストは、±20%程度のばらつきを有している。一方。図5に示すように、スポット計測器では、視野内の各ROIの回転角は、±5%程度のばらつきを有している。このように、磁区顕微鏡では、視野内の各ROIの磁化コントラストにおけるばらつきは、ヒステリシスループを定量的に検知評価することを困難にしている。 As shown in FIG. 4, in the magnetic domain microscope, the magnetization contrast of each ROI within the field of view has a variation of about ±20%. on the other hand. As shown in FIG. 5, in the spot measuring instrument, the rotation angle of each ROI within the field of view has a variation of about ±5%. As described above, in a magnetic domain microscope, variations in the magnetization contrast of each ROI within the field of view make it difficult to quantitatively detect and evaluate a hysteresis loop.
したがって、磁区顕微鏡の視野内の位置(ROIの座標ないしは像高)毎に、磁化コントラストのばらつき(誤差)を補正できれば、視野内の局所ヒステリシスループを定量的に扱うことができる。よって、磁区顕微鏡を用いた面(2次元)での局所ヒステリシスループの計測を成立させる。これは、レーザ光を用いたスポット計測器に対して、処置時間が大きく改善することを意味する。本実施形態は、このような磁区顕微鏡等の偏光顕微鏡装置を用いた面(2次元)での局所ヒステリシスループの計測を行う。以降では、このような計測をイメージングMOKE(Imaging MOKE)と呼ぶ。 Therefore, if variations (errors) in magnetization contrast can be corrected for each position (ROI coordinates or image height) within the field of view of a magnetic domain microscope, local hysteresis loops within the field of view can be quantitatively handled. Therefore, measurement of a local hysteresis loop in a plane (two-dimensional) using a magnetic domain microscope is established. This means that the treatment time is greatly improved compared to spot measuring instruments that use laser light. In this embodiment, a local hysteresis loop is measured in a plane (two-dimensional) using a polarizing microscope device such as a magnetic domain microscope. Hereinafter, such measurement will be referred to as imaging MOKE.
(実施形態1)
次に、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置及び視野内補正解析方法を説明する。図6は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置を例示した構成図である。図6に示すように、本実施形態の偏光顕微鏡装置1は、比較例の偏光顕微鏡装置101の構成に加えて、画像処理部30をさらに備えている。画像処理部30は、画像取得部19が取得した画像を処理する。例えば、画像処理部30は、下記に示す偏光顕微鏡装置1を用いた視野内補正解析方法における画像処理を行う。
(Embodiment 1)
Next, a polarizing microscope device and an intra-field correction analysis method according to the first embodiment will be described. FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a polarizing microscope device according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the polarizing microscope device 1 of this embodiment further includes an image processing section 30 in addition to the configuration of the polarizing microscope device 101 of the comparative example. The image processing unit 30 processes the image acquired by the image acquisition unit 19. For example, the image processing unit 30 performs image processing in an intra-field correction analysis method using the polarizing microscope device 1 described below.
図7~図9は、実施形態1に係る視野内補正解析方法を例示したフローチャート図である。本実施形態の視野内補正解析方法は、図7に示す(i)磁場掃引なしでの事前キャリブレーション、図8に示す(ii)磁性体を含む試料での磁場掃引による画像取得とROI毎の解析、図9に示す(iii)(i)及び(ii)の計測データと物理モデル式によるカー効果の補正処理、の3つの構成を有している。尚、以降の説明では、回転方向を、光の進行方向から見て時計回り(CW)を「+」、反時計回り(CCW)を「-」と定義する。 7 to 9 are flowcharts illustrating the intra-field correction analysis method according to the first embodiment. The intra-field of view correction analysis method of this embodiment includes (i) pre-calibration without magnetic field sweep as shown in FIG. 7, and (ii) image acquisition by magnetic field sweep on a sample containing a magnetic material and It has three configurations: (iii) (i) and (ii) shown in FIG. In the following description, the rotation direction will be defined as "+" for clockwise (CW) and "-" for counterclockwise (CCW) when viewed from the direction in which the light travels.
<(i)磁場掃引なしでの事前キャリブレーション>
事前キャリブレーションにおいて、まず、試料台15に鏡面試料を配置する(図7のステップS11)。鏡面試料は、パタ-ンニングしていない磁化薄膜でもよいし、シリコンウエハ等でもよい。このように、鏡面試料として、非磁性の試料20を配置してもよいし、照明光21を磁場印加しない状態でパターンニングされていない磁性薄膜を非磁性の鏡面試料としての試料20を配置してもよい。
<(i) Pre-calibration without magnetic field sweep>
In pre-calibration, first, a mirror sample is placed on the sample stage 15 (step S11 in FIG. 7). The mirror sample may be an unpatterned magnetized thin film, a silicon wafer, or the like. In this way, the non-magnetic sample 20 may be placed as a mirror sample, or the sample 20 may be placed as a non-magnetic mirror sample using an unpatterned magnetic thin film with no magnetic field applied to the illumination light 21. It's okay.
次に、偏光子12と検光子17とをクロスニコル配置となるように位置を調整する(図7のステップS12)。典型的には、試料台15の上面において、照明光21に含まれる偏光光の偏光方向がX軸方向またはY軸方向のどちらかの方向、例えば、X軸方向と一致するようにする。 Next, the positions of the polarizer 12 and the analyzer 17 are adjusted so that they form a crossed Nicol arrangement (step S12 in FIG. 7). Typically, on the upper surface of the sample stage 15, the polarization direction of the polarized light included in the illumination light 21 is made to match either the X-axis direction or the Y-axis direction, for example, the X-axis direction.
次に、偏光子12の偏光方向を固定する。例えば、偏光子12の偏光方向を、試料台15の上面において、X軸方向となるように固定する。この場合には、クロスニコル配置とされた検光子17の位置において、画像取得部19が取得する画像の輝度は、低くなる。このときの検光子17の位置をゼロ(zero)点して設定する。以下、ゼロ点における検光子17の偏光方向の角度Θaを0度と定義する。なお、角度Θaのaは、Θの添え字である。 Next, the polarization direction of the polarizer 12 is fixed. For example, the polarization direction of the polarizer 12 is fixed on the upper surface of the sample stage 15 so that it is in the X-axis direction. In this case, the brightness of the image acquired by the image acquisition unit 19 becomes low at the position of the analyzer 17 in the crossed Nicol arrangement. The position of the analyzer 17 at this time is set as the zero point. Hereinafter, the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 at the zero point is defined as 0 degrees. Note that a of the angle Θ a is a subscript of Θ.
次に、偏光子12の偏光方向と、検光子17の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、鏡面試料に対して、照明光21を照明する。これにより、複数の画像を取得する(図7のステップS13)。偏光子12の偏光方向と、検光子17の偏光方向と、のなす角度の所定の範囲は、例えば、±10度程度の範囲内であり、所定の刻みは、例えば、1度である。その場合には、±10度程度の範囲内で、1度刻みで回転させながら、21枚の画像を取得する。なお、所定の範囲は、±10度程度に限らない。また、所定の刻みは、1度に限らない。さらに、取得する画像の枚数は、21枚に限らない。 Next, the mirror surface sample is illuminated with the illumination light 21 while rotating the angle between the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 within a predetermined range in predetermined increments. As a result, a plurality of images are acquired (step S13 in FIG. 7). The predetermined range of the angle between the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 is, for example, within a range of approximately ±10 degrees, and the predetermined increments are, for example, 1 degree. In that case, 21 images are acquired while rotating in 1 degree increments within a range of approximately ±10 degrees. Note that the predetermined range is not limited to approximately ±10 degrees. Further, the predetermined increment is not limited to one time. Furthermore, the number of images to be acquired is not limited to 21.
図10は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得した画像を例示した図である。図10では、簡単のため、11枚の画像を示している。図10に示すように、ゼロ点における検光子17の偏光方向の角度Θa=0のクロスニコル配置の場合に、原理的に、輝度値が最小になる。 FIG. 10 is a diagram illustrating an image acquired by the polarizing microscope device 1 according to the first embodiment. In FIG. 10, 11 images are shown for simplicity. As shown in FIG. 10, in the case of a crossed Nicol arrangement in which the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 at the zero point is 0, the luminance value is theoretically minimized.
次に、取得した複数の画像から、複数のROIを含む視野内のROI毎に、検光子17を透過した検光子透過角度データ(Through angle of analyzerdata)のデータ群を算出し、演算処理を行う(図7のステップS14)。 Next, from the plurality of acquired images, a data group of analyzer transmission angle data (Through angle of analyzer data) transmitted through the analyzer 17 is calculated for each ROI in a field of view including a plurality of ROIs, and arithmetic processing is performed. (Step S14 in FIG. 7).
図11は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得した複数の画像から、ROI毎に検光子透過角度データに変換することを説明する図である。図11に示すように、複数の画像から、ROI毎に検光子透過角度データに変換する。ここで、ROIは、1画素ではなく、ノイズを低減するために、例えば、矩形(10画素×10画素)または円形(φ20画素)等でビニング(binning)処理することが望ましい。なお、図が煩雑にならないように、いくつかの符号は省略されている。 FIG. 11 is a diagram illustrating converting a plurality of images acquired by the polarizing microscope device 1 according to the first embodiment into analyzer transmission angle data for each ROI. As shown in FIG. 11, multiple images are converted into analyzer transmission angle data for each ROI. Here, it is preferable that the ROI is not a single pixel, but is subjected to binning processing, for example, into a rectangle (10 pixels x 10 pixels) or a circle (φ20 pixels), etc., in order to reduce noise. Note that some symbols are omitted to avoid cluttering the diagram.
図12は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得した検光子透過角度データを例示したグラフであり、横軸は、検光子17の偏光方向の角度Θaを示し、縦軸はROI内の平均輝度値(Gray Level)を示す。図12に示すように、検光子17の偏光方向の角度Θaが小さいほど、輝度値が小さい傾向を有している。しかしながら、ROI毎に輝度値が最も小さくなる位置は、角度Θa=0からROI毎にずれている。最も小さくなる角度Θaを偏光回転角度Θ0と呼ぶ。 FIG. 12 is a graph illustrating analyzer transmission angle data acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, in which the horizontal axis indicates the angle Θa of the polarization direction of the analyzer 17, and the vertical axis indicates the angle Θa of the polarization direction of the analyzer 17. The average brightness value (Gray Level) is shown. As shown in FIG. 12, the smaller the angle Θa of the polarization direction of the analyzer 17, the smaller the brightness value tends to be. However, the position where the brightness value is the smallest for each ROI is shifted from the angle Θa=0 for each ROI. The angle Θ a that is the smallest is called the polarization rotation angle Θ 0 .
次に、ROI毎の検光子透過角度データを所定の関数にフィッティング(Fitting)する。後述するが、フィッティングに用いる関数は、偏光光学分野ではよく知られたマリュス(Malus)則またはそれに準じたものである(図7のステップS15)。 Next, the analyzer transmission angle data for each ROI is fitted to a predetermined function. As will be described later, the function used for fitting is the Malus law, which is well known in the field of polarization optics, or a function similar thereto (step S15 in FIG. 7).
図13(a)~(c)は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1において、輝度ムラa(x、y)の分布、偏光回転角度Θ0(x、y)の分布、及び、楕円率ηの2乗η2(x、y)の分布を例示した図である。図13に示すように、ROI毎の検光子透過角度データを所定の関数でフィッティングすることにより、ROI毎の輝度ムラa(x、y)の分布、偏光回転角度Θ0(x、y)の分布、及び、楕円率ηの2乗η2(x、y)の分布を算出することができる(図7のステップS16)。ROI毎の輝度ムラa(x、y)の分布、偏光回転角度Θ0(x、y)の分布、及び、楕円率ηの2乗η2(x、y)の分布を、以降の説明において、装置関数、または、装置定数と呼ぶ。 13(a) to (c) show the distribution of brightness unevenness a(x, y), the distribution of polarization rotation angle Θ 0 (x, y), and the ellipticity in the polarizing microscope device 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating the distribution of η squared η 2 (x, y). As shown in FIG. 13, by fitting the analyzer transmission angle data for each ROI with a predetermined function, the distribution of brightness unevenness a (x, y) for each ROI and the polarization rotation angle Θ 0 (x, y) can be determined. The distribution and the distribution of the square of the ellipticity η 2 (x, y) can be calculated (step S16 in FIG. 7). In the following explanation, the distribution of brightness unevenness a(x, y), polarization rotation angle Θ 0 (x, y), and square of ellipticity η 2 (x, y) for each ROI will be explained. , called a device function or device constant.
このように、画像処理部30は、偏光子12の偏光方向と、検光子17の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、非磁性の試料20、または、磁性体を含む試料20に磁場印加しないで非磁性の鏡面試料として用いた試料に対して、照明光21を照明することにより複数の画像を取得する。そして、画像処理部30は、取得した複数の画像から、複数のROIを含む視野内のROI毎の輝度ムラ分布、偏光回転角度分布、及び、楕円化による楕円率の2乗分布を含む装置定数を算出する。 In this way, the image processing unit 30 rotates the angle between the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 within a predetermined range in predetermined increments, while rotating the non-magnetic sample 20 or A plurality of images are acquired by illuminating a sample 20 containing a magnetic material with illumination light 21, which is used as a non-magnetic mirror sample without applying a magnetic field. Then, the image processing unit 30 calculates a luminance unevenness distribution for each ROI in a field of view including a plurality of ROIs, a polarization rotation angle distribution, and an apparatus constant including a square distribution of ellipticity due to ovalization from the plurality of acquired images. Calculate.
この際に、検光子17は、偏光子12に対してクロスニコル配置を基準にして所定の範囲を回転させてもよい。また、画像処理部30は、マリュス則を用いて、ROI毎の装置定数(装置関数)を算出してもよい。さらに、検光子17の方位を固定にして、偏光子12を所定の範囲で回転させてデータを取得しても等価であることは言うまでもない。 At this time, the analyzer 17 may be rotated within a predetermined range with respect to the polarizer 12 based on the crossed Nicol arrangement. Further, the image processing unit 30 may calculate an apparatus constant (apparatus function) for each ROI using Malus' law. Furthermore, it goes without saying that it is equivalent to obtain data by fixing the orientation of the analyzer 17 and rotating the polarizer 12 within a predetermined range.
<(ii)磁場掃引による画像取得とROI毎の解析>
次に、磁場掃引による画像取得とROI毎の解析を説明する。まず、試料台15に評価する磁性体を含む試料20を配置させる(図8のステップS21)。試料20は、例えば、磁性薄膜が形成されたウェハである。
<(ii) Image acquisition by magnetic field sweep and analysis for each ROI>
Next, image acquisition by magnetic field sweeping and analysis for each ROI will be explained. First, the sample 20 containing the magnetic material to be evaluated is placed on the sample stage 15 (step S21 in FIG. 8). The sample 20 is, for example, a wafer on which a magnetic thin film is formed.
次に、偏光子12及び検光子17をクロスニコル配置に調整し、ゼロ点に設定する(図8のステップS22)。その後、検光子17の偏光方向の角度Θaを、前述のキャリブレーションの角度範囲内のいずれかの角度β1に設定する(図8のステップS23)。角度β1は、通常は、例えば、5度程度が使われる。 Next, the polarizer 12 and analyzer 17 are adjusted to a crossed nicol arrangement and set to the zero point (step S22 in FIG. 8). Thereafter, the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 is set to any angle β 1 within the above-described calibration angle range (step S23 in FIG. 8). The angle β 1 is usually about 5 degrees, for example.
次に、評価する試料20の保磁力Hcの±10倍程度(余裕を持って飽和磁化に達するレベル)で磁場掃引しながら画像を取得する(図8のステップS24)。この際、十分な時間分解能で画像を取得する。磁石16が電磁石の場合には、磁場の制御値及び画像取得部19の撮像時刻は、タイムスタンプ(Timestamp)で紐付けされる。画像取得の刻みは、ヒステリシスループの立ち上がり/立ち下りスロープ(Slope)の中に数点の測定点が入るように、1画像あたりの露光時間(Exposure time)、フレームレート(Frame rate)、磁場掃引時間を設定する。 Next, an image is acquired while sweeping the magnetic field at about ±10 times the coercive force Hc of the sample 20 to be evaluated (a level that reaches saturation magnetization with a margin) (step S24 in FIG. 8). At this time, images are acquired with sufficient temporal resolution. When the magnet 16 is an electromagnet, the control value of the magnetic field and the imaging time of the image acquisition unit 19 are linked by a timestamp. Image acquisition steps are determined by adjusting the exposure time, frame rate, and magnetic field sweep per image so that several measurement points fall within the rising/falling slope of the hysteresis loop. Set the time.
図14(a)は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得した複数のROIを含む画像を例示した図である。図14(b)は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得した画像からROI毎に抽出されたヒステリシスループを例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、輝度値を示す。図11(a)及び(b)に示すように、取得した画像をROI毎に、磁場を掃引したデータの磁場掃引データ(Through Magnetic field)群を演算処理する(図8のステップS25)。ROI座標、ROI内の画素ビニング処理は、キャリブレーションと揃えることが望ましい。演算処理したデータ群を、横軸に磁場をプロットし、縦軸に輝度値をプロットすることにより、図14(b)に示すように、ROI毎に無補正のヒステリシスループを取得することができる。 FIG. 14A is a diagram illustrating an image including a plurality of ROIs acquired by the polarizing microscope device 1 according to the first embodiment. FIG. 14(b) is a graph illustrating a hysteresis loop extracted for each ROI from an image acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the brightness. Show value. As shown in FIGS. 11A and 11B, a magnetic field sweep data (Through Magnetic field) group of data obtained by sweeping the magnetic field of the acquired image is processed for each ROI (step S25 in FIG. 8). It is desirable that the ROI coordinates and pixel binning processing within the ROI be the same as the calibration. By plotting the magnetic field on the horizontal axis and the brightness value on the vertical axis of the arithmetic-processed data group, it is possible to obtain an uncorrected hysteresis loop for each ROI, as shown in FIG. 14(b). .
次に、ROI毎のヒステリシスループを近似関数でフィッティングする。図15は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得したヒステリシスループ計測値及びそのフィッティング関数曲線を例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、輝度値を示す。図15に示すように、取得したROI毎のヒステリシスループを近似関数でフィッティングする。近似関数は、経験的関数(Empirical function)でもよい。近似関数は、物理モデル式でなくてもよい。 Next, a hysteresis loop for each ROI is fitted using an approximation function. FIG. 15 is a graph illustrating the hysteresis loop measurement value and its fitting function curve acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, where the horizontal axis represents the external magnetic field and the vertical axis represents the brightness value. As shown in FIG. 15, the hysteresis loop for each obtained ROI is fitted with an approximation function. The approximation function may be an empirical function. The approximate function does not have to be a physical model formula.
図16は、実施形態1に係る視野内補正解析方法で用いる数式を例示した図である。図16に示すように、本実施形態では、以下の(0)式で、図14及び図15に示したROI毎のヒステリシスループをフィッティングする。 FIG. 16 is a diagram illustrating formulas used in the intra-field correction analysis method according to the first embodiment. As shown in FIG. 16, in this embodiment, the following equation (0) is used to fit the hysteresis loop for each ROI shown in FIGS. 14 and 15.
I=D+Rtanh(α(H±Hc)) (0) I=D+Rtanh(α(H±Hc)) (0)
このフィッティングにより、ヒステリシスループの形状から、ROI毎に、コントラスト(Contrast):C(x、y)、保磁力:Hc(x、y)、スロープ(Slope):α(x、y)という磁化指標での視野内マップ(Map)を得ることができる(図8のステップS26)。 Through this fitting, the magnetization indices Contrast: C (x, y), Coercive force: Hc (x, y), and Slope: α (x, y) are determined for each ROI from the shape of the hysteresis loop. An intra-field map can be obtained (Step S26 in FIG. 8).
図17及び図18は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1によって取得されるコントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、及び、スロープα(x、y)の定義を例示したグラフである。図17に示すように、コントラストC(x、y)は、ヒステリシスループに(0)式をフィッティングした場合のレンジR及びブライトネスDから、コントラストC=0.5*(R/D)により算出することができる。ここで、レンジRは、プラス側の飽和磁化状態の輝度値と、マイナス側の飽和磁化状態の輝度値との差である。ブライトネスDは、プラス側とマイナス側の飽和磁化状態の平均輝度値である。 17 and 18 illustrate definitions of contrast C(x, y), coercive force Hc(x, y), and slope α(x, y) acquired by the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1. This is a graph. As shown in FIG. 17, the contrast C(x, y) is calculated from the range R and brightness D when formula (0) is fitted to the hysteresis loop, and the contrast C=0.5*(R/D). be able to. Here, the range R is the difference between the brightness value in the saturated magnetization state on the plus side and the brightness value in the saturated magnetization state on the negative side. Brightness D is the average brightness value of the saturated magnetization state on the plus side and the minus side.
保磁力Hc(x、y)は、図17及び図18に示すように、ヒステリシスループの2つの飽和磁化の中間値とヒステリシスループとの交点から求められる。スロープα(x、y)は、図17及び図18に示すように、ヒステリシスループの立ち上がりの傾斜から求められる。なお、スロープを、スティープネスとも呼ぶ。 As shown in FIGS. 17 and 18, the coercive force Hc (x, y) is determined from the intersection of the hysteresis loop and the intermediate value of the two saturation magnetizations of the hysteresis loop. The slope α(x, y) is determined from the rising slope of the hysteresis loop, as shown in FIGS. 17 and 18. Note that the slope is also called steepness.
このように、本実施形態の(ii)では、画像処理部30は、偏光子12の偏光方向と、検光子17の偏光方向とのなす角度を角度β1に設定した場合に、磁性体を含む試料20の磁性体の部分に対して、照明光21を照明するとともに、外部磁場を掃引しながら複数の画像を取得する。そして、画像処理部30は、取得した複数の画像から、ROI毎の輝度値のヒステリシスループを取得する。画像処理部30は、さらに、ROI(x、y)毎にヒステリシスループを、経験的な近似関数にフィッティングすることにより、ROI(x、y)毎のコントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、及びスロープα(x、y)を算出する。検光子17の偏光方向の角度β1の場合のコントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、及び、スロープα(x、y)を、それぞれ、コントラストC1(x、y)、保磁力Hc1(x、y)、及び、スロープα1(x、y)と呼ぶ。 As described above, in (ii) of the present embodiment, the image processing unit 30 detects the magnetic material when the angle between the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 is set to angle β 1 . A plurality of images are acquired while illuminating the magnetic material portion of the sample 20 with illumination light 21 and sweeping an external magnetic field. Then, the image processing unit 30 acquires a hysteresis loop of brightness values for each ROI from the plurality of acquired images. The image processing unit 30 further fits the hysteresis loop to an empirical approximation function for each ROI (x, y), thereby calculating the contrast C (x, y) and coercive force Hc for each ROI (x, y). (x, y) and slope α(x, y). The contrast C (x, y), the coercive force Hc (x, y), and the slope α (x, y) when the angle β 1 of the polarization direction of the analyzer 17 is expressed as the contrast C 1 (x, y), respectively. ), coercive force Hc 1 (x, y), and slope α 1 (x, y).
次に、検光子17の偏光方向の角度Θaを、角度β1とは異なる角度β2に設定する(ステップS27)。β2は前述のキャリブレーションの角度範囲内のいずれかの角度である。例えば、β2=-β1などであるが、キャリブレーションの角度範囲内であれば特に限定はない。次に、角度β1の場合と同様に、評価する試料20の保磁力Hcの±10倍程度で磁場掃引しながら画像を取得する(図8のステップS28)。この際、十分な時間分解能で画像を取得する等、画像取得の操作を角度β1の場合と同様にする。そして、取得した画像をROI毎に、磁場掃引データ群を演算処理する(図8のステップS29)。そして、ROI毎のヒステリシスループを近似関数でフィッティングすることにより、ROI毎に、コントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、スロープα(x、y)を得ることができる(図8のステップS30)。 Next, the angle Θ a of the polarization direction of the analyzer 17 is set to an angle β 2 different from the angle β 1 (step S27). β 2 is any angle within the angular range of the calibration described above. For example, β 2 =-β 1 , but there is no particular limitation as long as it is within the calibration angle range. Next, as in the case of angle β 1 , an image is acquired while sweeping the magnetic field at about ±10 times the coercive force Hc of the sample 20 to be evaluated (step S28 in FIG. 8). At this time, image acquisition operations are performed in the same way as in the case of angle β 1 , such as acquiring images with sufficient temporal resolution. Then, the acquired image is subjected to arithmetic processing on the magnetic field sweep data group for each ROI (step S29 in FIG. 8). Then, by fitting the hysteresis loop for each ROI with an approximation function, the contrast C (x, y), coercive force Hc (x, y), and slope α (x, y) can be obtained for each ROI ( Step S30 in FIG. 8).
このように、本実施形態の(ii)では、画像処理部30は、偏光子12の偏光方向と、検光子17の偏光方向とのなす角度を角度β2に設定した場合にも、磁性体を含む試料20の磁性体の部分に対して、照明光21を照明するとともに、外部磁場を掃引しながら複数の画像を取得する。そして、画像処理部30は、取得した複数の画像から、ROI毎の輝度値のヒステリシスループを取得する。画像処理部30は、さらに、ROI(x、y)毎にヒステリシスループを、経験的な近似関数にフィッティングすることにより、ROI(x、y)毎のコントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、及び、スロープα(x、y)を算出する。検光子17の偏光方向の角度β2の場合のコントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、及び、スロープα(x、y)を、それぞれ、コントラストC2(x、y)、保磁力Hc2(x、y)、及び、スロープα2(x、y)と呼ぶ。 In this way, in (ii) of the present embodiment, the image processing unit 30 can detect the magnetic material even when the angle between the polarization direction of the polarizer 12 and the polarization direction of the analyzer 17 is set to angle β 2 . A plurality of images are acquired while illuminating the magnetic material portion of the sample 20 containing the magnetic material with the illumination light 21 and sweeping an external magnetic field. Then, the image processing unit 30 acquires a hysteresis loop of brightness values for each ROI from the plurality of acquired images. The image processing unit 30 further fits the hysteresis loop to an empirical approximation function for each ROI (x, y), thereby calculating the contrast C (x, y) and coercive force Hc for each ROI (x, y). (x, y) and slope α(x, y) are calculated. The contrast C (x, y), the coercive force Hc (x, y), and the slope α (x, y) in the case of the angle β 2 of the polarization direction of the analyzer 17 are respectively expressed as the contrast C 2 (x, y ), coercive force Hc 2 (x, y), and slope α 2 (x, y).
コントラストC(x、y)、保磁力Hc(x、y)、スロープα(x、y)は、ヒステリシスループの重要かつ特徴的形状を示している。いずれも、例えば、МRAMデバイスとしての最終性能(動作速度、消費電力、信頼性)に関連する指標である。尚、この3つの指標以外に、他の指標を定義しても構わない。発明者による解析によると、磁化反転が発生する外部磁場の指標である保磁力Hc(x、y)は、補正なしで、スポット計測とほぼ相似の結果が得られる。しかしながら、飽和磁化量Ms(x、y)は磁化コントラストに相関する特性量であるが、前述の比較例における図3及び図4で説明したように、スポット計測との乖離が大きく補正が必要である。また、スロープα(x、y)は、保磁力Hc(x、y)とMs(x、y)とが混ざったような指標であり、やはり補正が必要である。 The contrast C(x,y), the coercive force Hc(x,y), and the slope α(x,y) show important and characteristic shapes of the hysteresis loop. All of these are, for example, indicators related to the final performance (operating speed, power consumption, reliability) as a MRAM device. Note that other indicators may be defined in addition to these three indicators. According to the analysis by the inventor, the coercive force Hc (x, y), which is an index of the external magnetic field in which magnetization reversal occurs, provides results that are almost similar to spot measurement without correction. However, although the saturation magnetization amount Ms(x, y) is a characteristic quantity that correlates with the magnetization contrast, as explained in FIGS. 3 and 4 in the above-mentioned comparative example, the deviation from the spot measurement is large and correction is necessary. be. Further, the slope α(x, y) is an index that is a mixture of the coercive force Hc(x, y) and Ms(x, y), and therefore requires correction.
<(iii)計測データ及び物理モデル式を用いた補正処理>
次に、物理モデル式を用いてROI(x、y)毎に、偏光方向の回転の回転角ΔΘ(x、y)を算出する(図9のステップS31)。具体的には、画像処理部30は、装置定数、角度β1におけるヒステリシスループ及び角度β2におけるヒステリシスループを用いた解析からROI毎にカー回転の回転角ΔΘ(x、y)を算出する。物理モデル式を図16の(1)式及び(2)式に示す。また、下記にも(1)式及び(2)式を示すが、紙面の関係上、(1)式を分割して(1-1)~(1-4)式に示す。
<(iii) Correction processing using measurement data and physical model formula>
Next, a rotation angle ΔΘ(x, y) of rotation of the polarization direction is calculated for each ROI (x, y) using a physical model equation (step S31 in FIG. 9). Specifically, the image processing unit 30 calculates the rotation angle ΔΘ(x, y) of Kerr rotation for each ROI from an analysis using device constants, a hysteresis loop at angle β 1 , and a hysteresis loop at angle β 2 . The physical model equations are shown in equations (1) and (2) in FIG. Further, equations (1) and (2) are shown below, but due to space constraints, equation (1) is divided into equations (1-1) to (1-4).
2ΔΘ(x、y)=(P1-P2)/P3 (1-1)
P1=C2(x、y){(1-2η2(x、y))sin2(β2-Θ(x、y))+η2(x、y)}
(1-2)
P2=AC1(x、y){(1-2η2(x、y))sin2(β1-Θ(x、y))+η2(x、y)}
(1-3)
P3=(1-2η2(x、y)){sin(2(β2-Θ(x、y))-Asin(2(β1-Θ(x、y))}
(1-4)
2ΔΘ(x,y)=(P1-P2)/P3 (1-1)
P1=C 2 (x, y) {(1-2η 2 (x, y)) sin 2 (β 2 -Θ(x, y))+η 2 (x, y)}
(1-2)
P2=AC 1 (x, y) {(1-2η 2 (x, y)) sin 2 (β 1 -Θ(x, y))+η 2 (x, y)}
(1-3)
P3=(1−2η 2 (x, y)) {sin(2(β 2 −Θ(x, y))−A sin(2(β 1 −Θ(x, y))}
(1-4)
ここで、(1)式並びに(1-3)式、(1-4)式のAは、以下の(2)式である。 Here, A in equation (1), equations (1-3), and equations (1-4) is the following equation (2).
A={1+cos(2(β1-Θ(x、y)}/{1+cos(2(β2-Θ(x、y)}
(2)
A={1+cos(2(β 1 - Θ(x, y)})/{1+cos(2(β 2 - Θ(x, y)}
(2)
(1)式及び(2)式の説明と導出は、実施例で示す。(ii)において、少なくとも検光子17の偏光方向を2つの角度β1及びβ2に設定し、磁場掃引しながら画像を撮像している。そして、画像内のROI毎にヒステリシスループを解析処理することで、ROI毎に2つのコントラストC1(x、y)及びC2(x、y)の値を算出している。 Explanation and derivation of Equations (1) and (2) will be shown in Examples. In (ii), at least the polarization direction of the analyzer 17 is set to two angles β 1 and β 2 , and images are captured while sweeping the magnetic field. Then, by analyzing the hysteresis loop for each ROI in the image, two contrast values C 1 (x, y) and C 2 (x, y) are calculated for each ROI.
したがって、画像処理部30は、前述の(i)における装置定数のキャリブレーション結果、(ii)における検光子17の偏光方向の角度β1及びβ2の設定値、及び、(ii)におけるコントラストC1(x、y)及びC2(x、y)を上記の物理モデル式(1)及び(2)に代入することで、補正されたカー回転の回転角ΔΘ(x、y)の計測値を得ることができる。 Therefore, the image processing unit 30 calculates the calibration results of the device constants in (i) above, the set values of the angles β 1 and β 2 of the polarization direction of the analyzer 17 in (ii), and the contrast C in (ii). By substituting 1 (x, y) and C 2 (x, y) into the above physical model equations (1) and (2), the measured value of the rotation angle ΔΘ (x, y) of the corrected Kerr rotation is obtained. can be obtained.
(1)及び(2)式では、すべて、<(i)事前キャリブレーション>、<(ii)磁場掃引による画像取得とROI毎の解析>で計測された値、及び、設定した角度β1、β2である。よって、ROI(x、y)において試料20で発生したカー回転の回転角ΔΘ(x、y)は、補正された定量値となる。 In equations (1) and (2), the values measured in <(i) pre-calibration>, <(ii) image acquisition by magnetic field sweep and analysis for each ROI>, and the set angle β 1 , β2 . Therefore, the rotation angle ΔΘ(x,y) of the Kerr rotation generated in the sample 20 in the ROI(x,y) becomes a corrected quantitative value.
<偏光顕微鏡自体で発生する偏光誤差のカーローテーションへの伝播>
次に、上記で課題とした偏光顕微鏡自体で発生する偏光誤差(装置定数)が試料20により発生するカー回転へ誤差伝播することを説明する。
<Propagation of polarization error generated in the polarizing microscope itself to Kerr rotation>
Next, it will be explained that the polarization error (device constant) generated in the polarization microscope itself, which was the problem discussed above, propagates to the Kerr rotation generated by the sample 20.
まず、試料20に外部磁場を印加しない場合を考える。また、ROI(x、y)を任意の1座標で考える。偏光子12の偏光方向をX軸方向とし、検光子17の偏光方向をY軸方向とした理想的なクロスニコル配置とする。このとき、偏光子12を透過したX軸方向の振幅を持つ直線偏光が偏光顕微鏡装置1の光学系を通ることにより、偏光面は、Θ回転するとともに、楕円率ηで楕円化する。 First, consider the case where no external magnetic field is applied to the sample 20. Also, consider ROI (x, y) as one arbitrary coordinate. The polarizer 12 has an ideal crossed Nicol arrangement in which the polarization direction is the X-axis direction and the analyzer 17 is the Y-axis direction. At this time, the linearly polarized light having an amplitude in the X-axis direction that has passed through the polarizer 12 passes through the optical system of the polarizing microscope device 1, so that the plane of polarization is rotated by Θ and becomes elliptical with an ellipticity η.
図19は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1において、外部磁場を印加しない場合の偏光面の回転及び楕円化を例示した図である。入射する直線偏光の方位をX軸、検光子の方位をY軸としている。図19に示すように、反射光22の偏光方位OAは、偏光顕微鏡装置1を通ることにより、X軸からΘ回転及び楕円化(楕円長軸OA,短軸OB)する。このΘ回転及び楕円化は、対物レンズ14の曲率、反射防止膜、ビームスプリッタ13のコーティング(Coating)によって発生するs偏光及びp偏光の振幅差(楕円化)、並びに、s偏光及びp偏光の位相差(偏光面の回転)に起因するものである。画像取得部ではOA、OBのY軸への射影成分の和が検出される。また、画像取得部19の撮像素子の座標(像位置)に到達するまでの光路が像位置毎に異なるため、偏光の変化量は、像位置によって変わる。 FIG. 19 is a diagram illustrating rotation and ellipticalization of the plane of polarization when no external magnetic field is applied in the polarization microscope device 1 according to the first embodiment. The direction of the incident linearly polarized light is the X axis, and the direction of the analyzer is the Y axis. As shown in FIG. 19, the polarization direction OA of the reflected light 22 is rotated by Θ from the X axis and made into an ellipse (ellipse major axis OA, minor axis OB) by passing through the polarizing microscope device 1. This Θ rotation and ovalization are caused by the amplitude difference (elliptization) between s-polarized light and p-polarized light caused by the curvature of the objective lens 14, the anti-reflection film, and the coating of the beam splitter 13, and the This is caused by a phase difference (rotation of the plane of polarization). The image acquisition unit detects the sum of projected components of OA and OB onto the Y axis. Further, since the optical path to reach the coordinates (image position) of the image sensor of the image acquisition unit 19 differs depending on the image position, the amount of change in polarization changes depending on the image position.
図20は、ビームスプリッタ13がない状態において、試料20で反射した反射光22が画像取得部19の撮像面26に到達するまでの光路を例示した図である。図21は、ビームスプリッタ13がある状態において、試料20で反射した反射光22が画像取得部19の撮像面26に到達するまでの光路を例示した図である。図20及び図21に示すように、ビームスプリッタ13があると、画像取得部19の撮像面26に到達するまでの光路が像位置毎に異なる。また、3つの光線は物体位置(試料位置)に依存してビームスプリッタ13に入射する角度が異なることを示している。一般的なビームスプリッタ13では誘電体多層膜で反射率、透過率を制御しているが、偏光依存性までは考慮されていない。よって、この角度差に応じて偏光面の回転、楕円化の程度が変わる。事例としてビームスプリッタ13の誘電体多層膜を挙げたが、これは光路を構成する対物レンズ各面の反射防止コート等でも同様であり、像位置に至る光路全体として偏光成分の変動は像位置によって異なる。よって、偏光方向の変化量は、像位置によって変わる。これは、程度の差はあれ不可避なものである。 FIG. 20 is a diagram illustrating the optical path of the reflected light 22 reflected by the sample 20 until it reaches the imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 in a state where the beam splitter 13 is not present. FIG. 21 is a diagram illustrating an optical path of the reflected light 22 reflected by the sample 20 until it reaches the imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 in a state where the beam splitter 13 is present. As shown in FIGS. 20 and 21, when the beam splitter 13 is provided, the optical path to reach the imaging surface 26 of the image acquisition unit 19 differs depending on the image position. It also shows that the angles at which the three light rays enter the beam splitter 13 differ depending on the object position (sample position). In a general beam splitter 13, reflectance and transmittance are controlled using a dielectric multilayer film, but polarization dependence is not taken into account. Therefore, the degree of rotation and ellipticalization of the plane of polarization changes depending on this angular difference. The dielectric multilayer film of the beam splitter 13 was given as an example, but the same applies to anti-reflection coatings on each surface of the objective lens that make up the optical path, and the polarization component of the entire optical path leading to the image position varies depending on the image position. different. Therefore, the amount of change in the polarization direction changes depending on the image position. This is inevitable to varying degrees.
エネルギー(Energy)を、OA2+OB2=1とするとき、OA、OBの検光子17への射影成分はそれぞれ、√(1-η2)sinΘ、ηcosΘとなる。これらは、互いに直交する振動面を持つので非干渉である。よって、検光子17を透過する強度は、(1-η2)sin2Θ+η2cos2Θとなり、さらに、変形して、以下及び図16の(3)式を得る。 When energy is OA 2 +OB 2 =1, the projected components of OA and OB onto the analyzer 17 are √(1−η 2 )sinΘ and ηcosΘ, respectively. These have non-interfering vibration planes that are perpendicular to each other. Therefore, the intensity transmitted through the analyzer 17 is (1-η 2 )sin 2 Θ+η 2 cos 2 Θ, which is further transformed to obtain equation (3) below and in FIG. 16.
I(Θ、η)=(1-2η2)sin2Θ+η2 (3) I (Θ, η) = (1-2η 2 ) sin 2 Θ+η 2 (3)
この式は、検光子17を透過する光強度を表すマリュス則として知られている。よって、前述の(i)事前キャリブレーションにおいて、検光子17の角度Θaを振りながら画像取得部19で輝度値を記録したときは、下記及び図16の(4)式となる。 This equation is known as Malus' law, which expresses the intensity of light transmitted through the analyzer 17. Therefore, in the above-mentioned (i) pre-calibration, when the image acquisition unit 19 records the brightness value while changing the angle Θa of the analyzer 17, the following and equation (4) in FIG. 16 are obtained.
I(Θ、η)=a[(1-2η2)sin2(Θa-Θ)+η2] (4) I (Θ, η) = a [(1-2η 2 ) sin 2 (Θ a - Θ) + η 2 ] (4)
ここで、I、a、η2、Θは、視野内の位置(x、y)毎に異なる値を持つ。即ち、I(x、y)である。以下では、(x、y)の表記は省略する。また、I(Θ、η)と表す。aは、総エネルギー1に掛かる係数であり、所謂、輝度ムラに相当する。sin2の振幅1-2η2と、DC成分η2との比率であるη2/(1-2η2)は、所謂、消光比に相当する。(i)事前キャリブレーションにおいて、発明者の検証によると、視野内のROI毎に、この実験カーブ(Curve)が異なる。このようにして、ROI毎に(4)式によるフィッティングから、a(x、y)、η2(x、y)、Θ(x、y)を装置定数として取得する。発明者による試験では、視野内ばらつきa(x、y)は、±10%程度、η2(x、y)は±20%程度、Θ(x、y)は、±0.5度程度である(図13参照)。また、また、Θ(x、y)、η2(x、y)の絶対値は、計測対象の磁性薄膜で発生するカー回転及びカー楕円化と比較して1桁以上大きな量である。 Here, I, a, η 2 , and Θ have different values for each position (x, y) within the field of view. That is, I(x,y). In the following, the notation of (x, y) will be omitted. Further, it is expressed as I(Θ, η). a is a coefficient applied to the total energy 1, and corresponds to so-called brightness unevenness. The ratio η 2 /(1-2η 2 ) between the amplitude 1−2η 2 of sin 2 and the DC component η 2 corresponds to the so-called extinction ratio. (i) In pre-calibration, according to the inventor's verification, this experimental curve differs for each ROI within the field of view. In this way, a(x, y), η 2 (x, y), and Θ(x, y) are obtained as device constants from fitting using equation (4) for each ROI. In tests conducted by the inventor, the variation within the visual field a(x, y) was approximately ±10%, η 2 (x, y) was approximately ±20%, and Θ(x, y) was approximately ±0.5 degrees. (See Figure 13). Moreover, the absolute values of Θ(x, y) and η 2 (x, y) are larger than the Kerr rotation and Kerr ellipticization that occur in the magnetic thin film to be measured by at least one order of magnitude.
次に、外部磁場を掃引したときの磁性薄膜等の磁性体を含む試料20での微小なカー回転及びカー楕円化を付加して考える。図22は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1において、外部磁場を印加した場合の偏光面の回転及び楕円化を例示した図である。図22に示すように、カー回転は、Θを中心にして±ΔΘ、楕円率は、ηを中心にして±Δηと変調されるとする。いずれも、外部磁場の掃引における±飽和磁場で考えれば十分である。装置定数は、(i)事前キャリブレーションのときと同様に考えて、以下及び図16の(5)式である。 Next, consider adding a minute Kerr rotation and Kerr ellipse in the sample 20 containing a magnetic material such as a magnetic thin film when an external magnetic field is swept. FIG. 22 is a diagram illustrating rotation and ellipticalization of the plane of polarization when an external magnetic field is applied in the polarizing microscope device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 22, it is assumed that the Kerr rotation is modulated as ±ΔΘ with Θ as the center, and the ellipticity is modulated as ±Δη with η as the center. In either case, it is sufficient to consider the ±saturation magnetic field in the sweep of the external magnetic field. The device constant is considered as in the case of (i) pre-calibration, and is expressed by the equation (5) below and in FIG. 16.
I±=a[(1-2(η±Δη)2)sin2(Θa-(Θ±ΔΘ))+(η±Δη)2]
(5)
I ± = a[(1-2(η±Δη) 2 ) sin 2 (Θ a -(Θ±ΔΘ))+(η±Δη) 2 ]
(5)
ΔΘ<<Θ、Δη<<ηであるので、近似と式変形を施し、簡単のため、Θa-Θ=Θと表記し、aを省略する。そうすると、以下及び図16の(6)式となる。 Since ΔΘ<<Θ and Δη<<η, approximation and formula transformation are performed, and for simplicity, it is written as Θ a −Θ=Θ, and a is omitted. Then, the following and equation (6) in FIG. 16 are obtained.
I±≒[(1-2(η2±2ηΔη)2)sin2(Θ±ΔΘ)]+η2±2ηΔη]
(6)
I ± ≒ [(1-2(η 2 ±2ηΔη) 2 ) sin 2 (Θ±ΔΘ)]+η 2 ±2ηΔη]
(6)
定量評価する指標は、ΔI=I+-I-であるので、(6)式からΔIと表記し、変形する。 Since the index for quantitative evaluation is ΔI=I + −I − , it is expressed as ΔI from equation (6) and transformed.
ΔI=(1-2η2+4ηΔη)sin(2Θ)sin(2ΔΘ)+4ηΔη(1+cos(2(Θ+ΔΘ)))
(7)
ΔI=(1-2η 2 +4ηΔη) sin(2Θ) sin(2ΔΘ)+4ηΔη(1+cos(2(Θ+ΔΘ)))
(7)
この式よりΔΘとΔηには、装置定数が係数として掛かっており分離ができない。また、未定係数はΔΘとΔηの2つあるので1回の計測ではそれぞれを導出することが不可能であることが分かる。 From this equation, ΔΘ and Δη are multiplied by the device constant as a coefficient and cannot be separated. Furthermore, since there are two undetermined coefficients, ΔΘ and Δη, it is understood that it is impossible to derive each of them in one measurement.
よって、最も簡便に状態を変える手段として、検光子17の角度βを2水準(Θ1=β1-Θ、Θ2=β2-Θ)で2回計測するとする。ところで、(7)式までは、無次元の光強度であるが、実際に記録されるものは、画像取得部19の撮像素子の画素値(輝度値:グレイレベル)である。よって、(7)式を(4)式で除した無次元のコントラスト(Contrast)値を導入する。このとき、(4)式のaは、(7)式にも掛かるので相殺される。すなわち、コントラスCを、以下の(8-1)~(8-4)式及び図16の(8)式で定義する。 Therefore, as the simplest means to change the state, it is assumed that the angle β of the analyzer 17 is measured twice at two levels (Θ 1 =β 1 -Θ, Θ 2 =β 2 -Θ). Incidentally, although the equations up to equation (7) represent dimensionless light intensity, what is actually recorded is the pixel value (luminance value: gray level) of the image sensor of the image acquisition unit 19. Therefore, a dimensionless contrast value obtained by dividing equation (7) by equation (4) is introduced. At this time, a in equation (4) is also multiplied by equation (7), so it is canceled out. That is, the contrast C is defined by the following equations (8-1) to (8-4) and equation (8) in FIG.
C=(Q1+Q2)/Q3 (8-1)
Q1=(1-2η2+4ηΔη)sin(2Θ)sin(2ΔΘ)) (8-2)
Q2=4ηΔη(1+cos(2(Θ+ΔΘ))) (8-3)
Q3=[(1-2η2)sin2(Θ)+η2] (8-4)
C=(Q1+Q2)/Q3 (8-1)
Q1=(1-2η 2 +4ηΔη) sin(2Θ) sin(2ΔΘ)) (8-2)
Q2=4ηΔη(1+cos(2(Θ+ΔΘ))) (8-3)
Q3=[(1-2η 2 )sin 2 (Θ)+η 2 ] (8-4)
これは、実計測データでは、外部磁場の掃引時にヒステリシスループの高低差(輝度差)/平均値に相当する。コントラストCは、図17におけるコントラスト(Contrast)である。検光子17の2水準でのヒステリシスループから導出するコントラストを、コントラストC1及びC2として、2つの(8)式の連立方程式からΔηを消去してΔΘを導出すると、以下の(9-1)~(9-4)式及び図16の(9)式となる。 In actual measurement data, this corresponds to the height difference (brightness difference)/average value of the hysteresis loop when sweeping the external magnetic field. Contrast C is the contrast in FIG. 17. The contrasts derived from the hysteresis loop at two levels of the analyzer 17 are taken as contrasts C 1 and C 2 , and ΔΘ is derived by eliminating Δη from the two simultaneous equations (8), as follows (9-1). ) to (9-4) and equation (9) in FIG.
U1=U2 (9-1)
U1=(1-2η2)(C2sin2Θ2-C1sin2Θ1)+η2(C2-C1)
(9-2)
U2=(1-2η2)[sin(2Θ2)sin(2ΔΘ)-sin(2Θ1)sin(2ΔΘ)・U3]
(9-3)
U3=(1+cos(2Θ2)cos(2ΔΘ))/(1+cos(2Θ1)cos(2ΔΘ))
(9-4)
U1=U2 (9-1)
U1=(1-2η 2 )(C 2 sin 2 Θ 2 -C 1 sin 2 Θ 1 )+η 2 (C 2 -C 1 )
(9-2)
U2=(1-2η 2 )[sin(2Θ 2 )sin(2ΔΘ)−sin(2Θ 1 )sin(2ΔΘ)・U3]
(9-3)
U3=(1+cos( 2Θ2 )cos(2ΔΘ))/(1+cos( 2Θ1 )cos(2ΔΘ))
(9-4)
ここで、ΔΘは、十分小さい量なので、sin(2ΔΘ)≒2ΔΘ、cos(2ΔΘ)≒1と近似して、式変形する。そうすると、図16の(1)及び(2)式を得る。 Here, since ΔΘ is a sufficiently small amount, the equation is transformed by approximating sin(2ΔΘ)≒2ΔΘ and cos(2ΔΘ)≒1. Then, equations (1) and (2) in FIG. 16 are obtained.
また、Δη(x、y)も、以下の(10-1)~(10-4)式及び図16の(10)式のように導出される。 Further, Δη(x, y) is also derived as in the following equations (10-1) to (10-4) and equation (10) in FIG.
2Δη(x、y)=(V1-V2)/V3 (10-1)
V1=C1{(1-2η2(x、y))sin2(β1-Θ(x、y))+η2(x、y)}
(10-2)
V2=(1-2η2(x、y))sin(2(β1-Θ(x、y))×2ΔΘ(x、y)
(10-3)
V3=2η(x、y){1+cos(2(β1-Θ(x、y)))}
(10-4)
2Δη(x,y)=(V1-V2)/V3 (10-1)
V1=C 1 {(1-2η 2 (x, y)) sin 2 (β 1 -Θ(x, y))+η 2 (x, y)}
(10-2)
V2=(1-2η 2 (x, y)) sin(2(β 1 -Θ(x, y))×2ΔΘ(x, y)
(10-3)
V3=2η(x,y) {1+cos(2(β 1 -Θ(x,y)))}
(10-4)
しかしながら、分母にあるη(x、y)の符号の同定が必要である。これは、λ/4波長板を用いた別の計測が必要になる。また、上述した数式及び図16の表現は、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本質的な物理現象を表記していれば、sinΘ≒Θ等の近似表記を用いてもよい。具体的には、上述の説明、および、図16に示した一連の数式は、可能な限り近似をしない表記であるが、個々に入れる実測値、設定値のオーダに応じた近似表記を用いても本質的な物理表記は変わらない。 However, it is necessary to identify the sign of η(x,y) in the denominator. This requires another measurement using a λ/4 wavelength plate. Further, the above-mentioned mathematical expressions and the expression in FIG. 16 can be changed as appropriate without departing from the spirit. For example, if an essential physical phenomenon is expressed, an approximate notation such as sinΘ≒Θ may be used. Specifically, the above explanation and the series of mathematical formulas shown in FIG. 16 are expressed using approximations as little as possible; The essential physical notation remains the same.
本実施形態によれば、視野内のばらつきを補正し、スポット計測と同等の精度で視野内の偏光特性の分布を計測することができる。例えば、特許文献2には、カー回転角等の偏光特性を解析する偏光顕微鏡が記載されているが、視野内でのばらつきを補正することは記載されていない。本実施形態の偏光顕微鏡装置1は、計測及び補正により、スポット計測(Φ数10μm)と同等の精度での計測が面計測(~数Φ1000μm)で実現することができ、大幅な処理時間を短縮することができる。 According to this embodiment, variations within the field of view can be corrected and the distribution of polarization characteristics within the field of view can be measured with accuracy equivalent to spot measurement. For example, Patent Document 2 describes a polarizing microscope that analyzes polarization characteristics such as Kerr rotation angle, but does not describe correcting variations within the field of view. Through measurement and correction, the polarizing microscope device 1 of this embodiment can achieve measurement with the same accuracy as spot measurement (a few 10 μm in diameter) with surface measurement (up to several 1000 μm in diameter), and significantly shorten processing time. can do.
<実施例1>
次に、上記実施形態の方法における事前キャリブレーションによって、実際に、装置定数を取得し、磁場掃引による画像取得とROI毎の解析を行った結果を説明する。すなわち、検光子17の2つの偏光方向の角度β1及びβ2で計測するイメージングMOKEで磁化コントラストCを評価した。
<Example 1>
Next, the results of actually acquiring device constants through pre-calibration in the method of the above embodiment, image acquisition by magnetic field sweep, and analysis for each ROI will be described. That is, the magnetization contrast C was evaluated by imaging MOKE, which is measured at angles β 1 and β 2 of the two polarization directions of the analyzer 17.
また、視野内のカー回転の回転角をスポット計測で予め計測しておき、これを正解データとして比較した。試料20は、MRAMで一般的に使われているCoFeBのフリー(Free)層を有するものである。具体的には、試料20は、CoFeBのフリー層と、フリー層の上下の層に配置された垂直磁気異方性を出現させるための層と、最表層にキャップ(Cap)層として積層された金属(Metal)層と、を備えている。 In addition, the rotation angle of Kerr rotation within the visual field was measured in advance by spot measurement, and this was compared as correct data. Sample 20 has a free layer of CoFeB, which is commonly used in MRAM. Specifically, sample 20 was laminated with a CoFeB free layer, layers arranged above and below the free layer for producing perpendicular magnetic anisotropy, and a cap layer on the outermost layer. It includes a metal layer.
外部磁場は、保磁力Hcの10倍以上を取って十分飽和磁化に達するレベルに設定した。また、イメージングMOKEの視野内のROI座標は、スポット計測の計測スポット座標と同一にした。また、スポット計測とイメージングMOKEの磁場掃引速度(単位:Oe/sec)も共通にしている。 The external magnetic field was set at a level that was at least 10 times the coercive force Hc and sufficiently reached saturation magnetization. Further, the ROI coordinates within the field of view of the imaging MOKE were made the same as the measurement spot coordinates of the spot measurement. Furthermore, the magnetic field sweep speed (unit: Oe/sec) is the same for spot measurement and imaging MOKE.
図23(a)は、検光子17の偏光方向の角度を+4度に設定した場合の各ROIのヒステリシスループのグレイレベル差レンジを視野中心のグレイレベル差レンジで規格化したものである。図23(a)は、無補正の生データ(Raw data)である。この場合には、σ/AVEで、9.7%の空間ばらつきであった。 FIG. 23A shows the gray level difference range of the hysteresis loop of each ROI normalized by the gray level difference range at the center of the visual field when the angle of the polarization direction of the analyzer 17 is set to +4 degrees. FIG. 23(a) is uncorrected raw data. In this case, the spatial variation in σ/AVE was 9.7%.
図23(b)は、ヒステリシスループのコントラストを単純に各ROIの平均輝度値で除し、視野中心での値を基準に規格化したものである。この場合には、空間ばらつきは、11.4%であるが、(a)の生データ、及び、スポット計測による(d)の正解分布とは乖離が大きい。 In FIG. 23(b), the contrast of the hysteresis loop is simply divided by the average brightness value of each ROI and normalized using the value at the center of the visual field as a reference. In this case, the spatial variation is 11.4%, but there is a large deviation from the raw data in (a) and the correct answer distribution in (d) obtained by spot measurement.
図23(c)は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1が取得した試料20のコントラストの分布を例示した図である。図23(c)に示すように、本実施形態のコントラストの分布は、検光子17の偏光方向の角度をβ1=+4度及びβ2=-4度に設定した2回の計測の結果から導出したものである。この場合には、空間ばらつきは、3.2%である。図23(a)及び(b)のような装置定数起因と思われる特徴的な模様(Fingerprint)にはあって、(d)の正解分布にはない模様が良好に除去されていることが分かる。 FIG. 23(c) is a diagram illustrating the contrast distribution of the sample 20 acquired by the polarizing microscope device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 23(c), the contrast distribution of this embodiment is based on the results of two measurements in which the angle of the polarization direction of the analyzer 17 is set to β 1 = +4 degrees and β 2 = -4 degrees. This is what was derived. In this case, the spatial variation is 3.2%. It can be seen that the characteristic patterns (fingerprints) that appear to be caused by device constants as shown in Figures 23(a) and (b), but not in the correct distribution in (d), have been successfully removed. .
図23(d)は、スポット計測器が取得したコントラストの分布を例示した図である。図23(d)に示すように、スポット計測による結果は、ばらつきが低減され、装置定数起因と思われる特徴的な模様はない。 FIG. 23(d) is a diagram illustrating the contrast distribution acquired by the spot measuring device. As shown in FIG. 23(d), the results obtained by spot measurement have reduced variations, and there is no characteristic pattern that is considered to be caused by the device constants.
図24(a)~(c)は、実施形態1に係る偏光顕微鏡装置1の定量解析の結果を例示した図であり、(d)~(f)は、スポット計測の結果を例示した図である。図24(a)~(c)には、視野内の飽和磁化Ms(∝Δ2Θ)、保持力Hc、スロープαの分布を示す。図24(d)~(f)には、(a)~(c)と同じ個所をスポット計測で計測した結果を示す。 24(a) to (c) are diagrams illustrating the results of quantitative analysis of the polarizing microscope device 1 according to Embodiment 1, and (d) to (f) are diagrams illustrating the results of spot measurement. be. FIGS. 24(a) to 24(c) show the distributions of saturation magnetization Ms (∝Δ2Θ), coercive force Hc, and slope α within the field of view. FIGS. 24(d) to 24(f) show the results of spot measurement at the same locations as in FIGS. 24(a) to 24(c).
図24(a)~(c)に示すように、本実施形態は、図18で示したヒステリシスループの指標を全て定量解析することができる。また、本実施形態の各指標の分布の数値には、スケーリングが乗っているものの、スポット計測による分布と、相関は取れている。半導体製造の分野では係数管理が可能であるので実用上は問題ない。 As shown in FIGS. 24(a) to 24(c), this embodiment can quantitatively analyze all the indicators of the hysteresis loop shown in FIG. 18. Moreover, although scaling is applied to the numerical values of the distribution of each index in this embodiment, there is a correlation with the distribution obtained by spot measurement. In the field of semiconductor manufacturing, it is possible to manage coefficients, so there is no problem in practice.
図24(b)に示すように、保持力Hcは、装置定数である磁化方向のスケーリングが入らない。よって、補正は不要である。図24(c)に示すように、スロープαは、飽和磁化Msで施した磁化方向のスケーリング係数を、図16の(0)式の経験的モデル式のRに乗ずることで補正することができる。具体的には、ΔΘ(x、y)を視野中心に対して規格化して相対分布ΔΘ’(x、y)を算出する(図9のステップS32)。次に、無補正のレンジR(x、y)を視野中心に対して規格化して相対分布を算出する(図9のステップS33)。そして、スロープのY軸補正係数をROI毎に算出する。ΔΘ’(x、y)/R(x、y)Slope(x、y)によりスロープの分布を補正する(図9のステップS34)。 As shown in FIG. 24(b), the coercive force Hc does not include scaling in the magnetization direction, which is a device constant. Therefore, no correction is necessary. As shown in FIG. 24(c), the slope α can be corrected by multiplying R in the empirical model equation (0) in FIG. 16 by the scaling coefficient of the magnetization direction applied by the saturation magnetization Ms. . Specifically, ΔΘ(x, y) is normalized with respect to the center of the visual field to calculate the relative distribution ΔΘ'(x, y) (step S32 in FIG. 9). Next, the uncorrected range R(x, y) is normalized with respect to the center of the visual field to calculate the relative distribution (step S33 in FIG. 9). Then, a slope Y-axis correction coefficient is calculated for each ROI. The slope distribution is corrected by ΔΘ'(x, y)/R(x, y)Slope(x, y) (step S34 in FIG. 9).
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の偏光顕微鏡装置1は、スポット計測と同等の精度で視野内の偏光特性分布を計測することができ、定量的な面計測を実現することができる。 Next, the effects of this embodiment will be explained. The polarizing microscope device 1 of this embodiment can measure the polarization characteristic distribution within the field of view with an accuracy equivalent to spot measurement, and can realize quantitative surface measurement.
図25は、実施形態1に係る視野内補正解析方法の効果を例示した図である。図25に示すように、本実施形態の視野内補正解析方法は、検光子17の偏光方向の角度βを、例えば、-4度及び+4度と設定して、試料20に対して外部磁場を掃引した時のグレイレベル差レンジ画像(生データ)を取得する。この場合の生データには、それぞれ、σ=8.6%及びσ=10%程度のバラツキを有している。各データを規格化することによりコントラストC1(x、y)及びC2(x、y)を取得するが、各コントラストには、装置起因の誤差が含まれている。このC1,C2は輝度による規格化と言う、所謂、従来の考え方による補正結果である。 FIG. 25 is a diagram illustrating the effect of the intra-field correction analysis method according to the first embodiment. As shown in FIG. 25, the intra-field correction analysis method of this embodiment sets the angle β of the polarization direction of the analyzer 17 to, for example, −4 degrees and +4 degrees, and applies an external magnetic field to the sample 20. Obtain the gray level difference range image (raw data) when sweeping. The raw data in this case has variations of approximately σ=8.6% and σ=10%, respectively. Contrasts C 1 (x, y) and C 2 (x, y) are obtained by normalizing each data, but each contrast includes errors caused by the apparatus. These C 1 and C 2 are correction results based on the so-called conventional concept of normalization based on brightness.
本実施形態では、そのような装置起因の誤差を、予め取得する装置定数を用いて補正する。そうすると、ばらつきはσ=3,2%程度まで減少させることができる図25中の3)。装置定数起因の特徴的な傾斜分布も除去できている。これにより、スポット計測の結果に近づけることができる。そして、本実施形態の偏光顕微鏡装置1は、短時間での大量計測が可能となり、MRAMの磁性膜の磁化特性管理にとって有効である。 In this embodiment, such errors caused by the device are corrected using device constants obtained in advance. In this case, the variation can be reduced to about σ=3.2% (3) in FIG. 25. The characteristic slope distribution caused by device constants can also be removed. This makes it possible to approximate the result of spot measurement. The polarizing microscope device 1 of this embodiment is capable of performing mass measurements in a short period of time, and is effective for managing the magnetization characteristics of the magnetic film of MRAM.
比較例の磁区偏光顕微鏡のように、偏光顕微鏡をベース(Base)にする磁区観察顕微鏡では、磁区(Magnetic domain)の観察に機能が留まっている。一方、本実施形態によれば、視野内のヒステリシスループを定量的に評価することができる。 In a magnetic domain observation microscope based on a polarization microscope, such as the magnetic domain polarization microscope of the comparative example, the function is limited to observation of magnetic domains. On the other hand, according to this embodiment, the hysteresis loop within the visual field can be quantitatively evaluated.
また、比較例のカー効果測定装置及びスポット計測器では、ポイント計測であるのに対して、本実施形態は、面計測である。さらに、本実施形態は、視野内のROI毎にヒステリシスループを定量的に解析することができる。また、ヒステリシスループの形状から、飽和磁化Ms、保磁力Hc、スロープαといったMRAMデバイスの最終性能に直結する性能指標を面で定量評価することができる。よって、評価点数を飛躍的に増大させることが可能なため、ボリュームデータ(Volume date)による歩留まり管理をすることができる。 Further, while the Kerr effect measuring device and the spot measuring device of the comparative example use point measurement, the present embodiment uses surface measurement. Furthermore, in this embodiment, the hysteresis loop can be quantitatively analyzed for each ROI within the field of view. Furthermore, from the shape of the hysteresis loop, performance indicators directly connected to the final performance of the MRAM device, such as saturation magnetization Ms, coercive force Hc, and slope α, can be quantitatively evaluated in terms of surface. Therefore, since it is possible to dramatically increase the evaluation score, yield management can be performed using volume data (Volume date).
本発明は、上記実施形態1及び実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態1及び実施例の各構成は、相互に組み合わせることができる。 The present invention is not limited to the first embodiment and examples described above, and can be modified as appropriate without departing from the spirit. For example, the configurations of Embodiment 1 and Examples can be combined with each other.
また、上述した画像処理部30は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置でもよい。なお、画像処理部30は、パーソナルコンピュータに限らず、情報処理を行うものであれば、サーバ、タブレット、携帯端末等でもよいし、クラウド上のものでもよい。画像処理部30は、図示しない構成として、プロセッサ、メモリ及び記憶装置、通信装置を備えてもよい。また、記憶装置は、画像処理部30が行う処理をプログラムにして記憶してもよい。また、プロセッサは、記憶装置からプログラムをメモリへ読み込ませ、当該プログラムを実行してもよい。これにより、プロセッサは、画像処理部30の機能を実現する。 Further, the image processing section 30 described above may be an information processing device such as a personal computer, for example. Note that the image processing unit 30 is not limited to a personal computer, but may be a server, a tablet, a mobile terminal, etc. as long as it performs information processing, or may be a device on the cloud. The image processing unit 30 may include a processor, a memory and storage device, and a communication device as components not shown. Further, the storage device may store the processing performed by the image processing unit 30 as a program. Further, the processor may read a program from the storage device into the memory and execute the program. Thereby, the processor realizes the functions of the image processing section 30.
画像処理部30は、専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、画像処理部30の一部又は全部は、汎用または専用の回路(circuitry)、プロセッサ等やこれらの組合せによって実現されてもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。画像処理部30の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組合せによって実現されてもよい。また、プロセッサとして、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(field-programmable gate array)、量子プロセッサ(量子コンピュータ制御チップ)等を用いることができる。 The image processing section 30 may be realized by dedicated hardware. Further, part or all of the image processing unit 30 may be realized by a general-purpose or dedicated circuit, a processor, etc., or a combination thereof. These may be configured by a single chip or multiple chips connected via a bus. A part or all of the image processing section 30 may be realized by a combination of the above-mentioned circuits and the like and a program. Further, as the processor, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), an FPGA (field-programmable gate array), a quantum processor (quantum computer control chip), etc. can be used.
また、画像処理部30の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。また、画像処理部30の機能がSaaS(Software as a Service)形式で提供されてもよい。 Further, when part or all of the image processing unit 30 is realized by a plurality of information processing devices, circuits, etc., the plurality of information processing devices, circuits, etc. may be centrally arranged or distributed. Good too. For example, information processing devices, circuits, etc. may be realized as a client server system, a cloud computing system, or the like, in which each is connected via a communication network. Furthermore, the functions of the image processing unit 30 may be provided in a SaaS (Software as a Service) format.
また、上述した視野内補正解析方法をコンピュータに読み込ませて実行させる下記の視野内補正解析プログラムも実施形態の技術的思想の範囲内である。視野内補正解析プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory(RAM)、read-only memory(ROM)、フラッシュメモリ、solid-state drive(SSD)又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc(DVD)、Blu-ray(登録商標)ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。視野内補正解析プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。 Further, the following intra-field correction analysis program that causes a computer to read and execute the above-described intra-field correction analysis method is also within the scope of the technical idea of the embodiment. The intra-field correction analysis program may be stored on a non-transitory computer-readable medium or a tangible storage medium. By way of example and not limitation, computer readable or tangible storage media may include random-access memory (RAM), read-only memory (ROM), flash memory, solid-state drive (SSD) or other memory technology, CD -Includes ROM, digital versatile disc (DVD), Blu-ray disc or other optical disc storage, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disc storage or other magnetic storage device. The intra-field correction analysis program may be transmitted on a transitory computer-readable medium or communication medium. By way of example and not limitation, transitory computer-readable or communication media includes electrical, optical, acoustic, or other forms of propagating signals.
(付記1)
照明光を生成する光源と、
前記光源で生成された前記照明光が入射され、第1の偏光方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
前記直線偏光を含む前記照明光で試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した反射光を透過させる対物レンズと、
前記反射光における第2の偏光方向の直線偏光の成分を透過させる検光子と、
前記反射光の画像を取得する画像取得部と、
前記試料に印加する外部磁場を生成する磁石と、
前記取得した画像を処理する画像処理部と、
を備えた偏光顕微鏡装置を用いた視野内補正解析プログラムであって、
前記第1の偏光方向と、前記第2の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、非磁性の前記試料、または、磁性体を含む前記試料を磁場印加しない状態で用いることで非磁性鏡面と見なせる試料に対して、偏光した前記照明光を照明することにより取得した複数の前記画像から、複数の着目領域を含む視野内の前記着目領域毎の前記偏光回転角度分布、及び、楕円化による楕円率の2乗分布を含む装置定数を算出する第1ステップと、
前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第1角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、偏光した前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の輝度値のヒステリシスループを取得し、
前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第2角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記偏光した照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得する第2ステップと、
前記装置定数、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを用いた解析から前記着目領域毎にカー回転の回転角を算出する第3ステップと、
をコンピュータに実行させる視野内補正解析プログラム。
(付記2)
前記第1ステップにおいて、
前記検光子は、前記偏光子に対してクロスニコル配置を基準にして前記所定の範囲を回転させる、
付記1に記載の視野内補正解析プログラム。
(付記3)
前記第1ステップにおいて、
マリュス則を用いて、前記着目領域毎の前記角度分布、及び、前記2乗分布を含む前記装置定数を算出させる、
付記1または2に記載の視野内補正解析プログラム。
(付記4)
前記第1ステップにおいて、
前記装置定数は、輝度分布を含み、
前記着目領域毎の前記輝度分布を含む前記装置定数を算出させる、
付記1~3のいずれか1項に記載の視野内補正解析プログラム。
(付記5)
前記第2ステップにおいて、
前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを、経験的な近似関数にフィッティングすることにより、前記着目領域毎のコントラスト、保磁力及びスロープを算出させる、
付記1~4のいずれか1項に記載の視野内補正解析プログラム。
(付記6)
前記第3ステップにおいて、
前記第1角度、前記第2角度、前記第1角度における輝度コントラスト及び前記第2角度における輝度コントラストに基づいて、前記着目領域毎の前記回転角を算出させる、
付記5に記載の視野内補正解析プログラム。
(Additional note 1)
a light source that generates illumination light;
a polarizer into which the illumination light generated by the light source is incident and which transmits the illumination light containing linearly polarized light in a first polarization direction;
an objective lens that illuminates a sample with the illumination light including the linearly polarized light and transmits reflected light that is reflected by the illumination light on the sample;
an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction in the reflected light;
an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light;
a magnet that generates an external magnetic field to be applied to the sample;
an image processing unit that processes the acquired image;
An in-field correction analysis program using a polarizing microscope device equipped with
Applying a magnetic field to the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material while rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction in predetermined increments within a predetermined range. The polarized light for each region of interest within a field of view including a plurality of regions of interest is obtained from the plurality of images obtained by illuminating the polarized illumination light onto a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface when used in a non-magnetic state. A first step of calculating device constants including a rotation angle distribution and a square distribution of ellipticity due to ovalization;
When the angle between the first polarization direction and the second polarization direction is set to a first angle, the illumination light polarized with respect to the magnetic body part of the sample containing the magnetic body from a plurality of images acquired while illuminating the area and sweeping the external magnetic field, acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest,
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the polarized illumination light is applied to the magnetic material portion of the sample containing the magnetic material. a second step of acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest from a plurality of images acquired while illuminating the area and sweeping the external magnetic field;
a third step of calculating a rotation angle of Kerr rotation for each region of interest from an analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle;
An intra-field correction analysis program that allows a computer to execute the following.
(Additional note 2)
In the first step,
The analyzer rotates the predetermined range with respect to the polarizer based on a crossed Nicol arrangement.
The intra-field correction analysis program described in Appendix 1.
(Additional note 3)
In the first step,
calculating the angular distribution for each region of interest and the device constant including the square distribution using Malus'law;
The intra-field correction analysis program described in Supplementary note 1 or 2.
(Additional note 4)
In the first step,
The device constant includes a brightness distribution,
calculating the device constant including the brightness distribution for each region of interest;
The intra-field correction analysis program according to any one of Supplementary Notes 1 to 3.
(Appendix 5)
In the second step,
calculating the contrast, coercive force, and slope for each region of interest by fitting the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle to an empirical approximation function;
The intra-field correction analysis program according to any one of Supplementary Notes 1 to 4.
(Appendix 6)
In the third step,
Calculating the rotation angle for each region of interest based on the first angle, the second angle, the brightness contrast at the first angle, and the brightness contrast at the second angle;
The intra-field correction analysis program described in Appendix 5.
1、101 偏光顕微鏡装置
10 光源
11 レンズ
12 偏光子
13 ビームスプリッタ
14 対物レンズ
15 試料台
16 磁石
17 検光子
18 イメージングレンズ
19 画像取得部
20 試料
21 照明光
22 反射光
23 照明瞳
24 瞳面
25 測定面
26 撮像面
30 画像処理部
1, 101 Polarizing microscope device 10 Light source 11 Lens 12 Polarizer 13 Beam splitter 14 Objective lens 15 Sample stage 16 Magnet 17 Analyzer 18 Imaging lens 19 Image acquisition section 20 Sample 21 Illumination light 22 Reflected light 23 Illumination pupil 24 Pupil plane 25 Measurement Surface 26 Imaging surface 30 Image processing section
Claims (12)
前記光源で生成された前記照明光が入射され、第1の偏光方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
前記直線偏光を含む前記照明光で試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した反射光を透過させる対物レンズと、
前記反射光における第2の偏光方向の直線偏光の成分を透過させる検光子と、
前記反射光の画像を取得する画像取得部と、
前記試料に印加する外部磁場を生成する磁石と、
前記取得した画像を処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記第1の偏光方向と、前記第2の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、非磁性の前記試料、または、磁性体を含む前記試料を磁場印加しない状態で用いることで非磁性鏡面と見なせる試料に対して、偏光した前記照明光を照明することにより取得した複数の前記画像から、複数の着目領域を含む視野内の前記着目領域毎の偏光回転角度分布、及び、楕円化による楕円率の2乗分布を含む装置定数を算出し、
前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第1角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、偏光した前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の輝度値のヒステリシスループを取得し、
前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第2角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記偏光した照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得し、
前記装置定数、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを用いた解析から前記着目領域毎にカー回転の回転角を算出する、
偏光顕微鏡装置。 a light source that generates illumination light;
a polarizer into which the illumination light generated by the light source is incident and which transmits the illumination light containing linearly polarized light in a first polarization direction;
an objective lens that illuminates a sample with the illumination light including the linearly polarized light and transmits reflected light that is reflected by the illumination light on the sample;
an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction in the reflected light;
an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light;
a magnet that generates an external magnetic field to be applied to the sample;
an image processing unit that processes the acquired image;
Equipped with
The image processing unit includes:
Applying a magnetic field to the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material while rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction in predetermined increments within a predetermined range. From the plurality of images obtained by illuminating the polarized illumination light onto a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface when used in a non-magnetic state, polarization rotation for each region of interest within a field of view including a plurality of regions of interest is obtained. Calculate device constants including the angular distribution and the square distribution of ellipticity due to ovalization,
When the angle between the first polarization direction and the second polarization direction is set to a first angle, the illumination light polarized with respect to the magnetic body part of the sample containing the magnetic body from a plurality of images acquired while illuminating the area and sweeping the external magnetic field, acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest,
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the polarized illumination light is applied to the magnetic material portion of the sample containing the magnetic material. from a plurality of images acquired while illuminating the area and sweeping the external magnetic field, acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest;
calculating a rotation angle of Kerr rotation for each region of interest from an analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle;
Polarized light microscope equipment.
請求項1に記載の偏光顕微鏡装置。 The analyzer rotates the predetermined range with respect to the polarizer based on a crossed Nicol arrangement.
The polarizing microscope device according to claim 1.
請求項1または2に記載の偏光顕微鏡装置。 The image processing unit calculates the angular distribution for each region of interest and the device constant including the square distribution using Malus' law.
The polarizing microscope device according to claim 1 or 2.
前記画像処理部は、前記着目領域毎の前記輝度分布を含む前記装置定数を算出する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の偏光顕微鏡装置。 The device constant includes a brightness distribution,
the image processing unit calculates the device constant including the brightness distribution for each region of interest;
A polarizing microscope device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか1項に記載の偏光顕微鏡装置。 The image processing unit calculates the contrast, coercive force, and slope for each region of interest by fitting the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle to an empirical approximation function. ,
The polarizing microscope device according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の偏光顕微鏡装置。 The image processing unit calculates the rotation angle for each region of interest based on the first angle, the second angle, the brightness contrast at the first angle, and the brightness contrast at the second angle.
The polarizing microscope device according to claim 5.
前記光源で生成された前記照明光が入射され、第1の偏光方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
前記直線偏光を含む前記照明光で試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した反射光を透過させる対物レンズと、
前記反射光における第2の偏光方向の直線偏光の成分を透過させる検光子と、
前記反射光の画像を取得する画像取得部と、
前記試料に印加する外部磁場を生成する磁石と、
前記取得した画像を処理する画像処理部と、
を備えた偏光顕微鏡装置を用いた視野内補正解析方法であって、
前記第1の偏光方向と、前記第2の偏光方向と、のなす角度を所定の範囲内において所定の刻みで回転させながら、非磁性の前記試料、または、磁性体を含む前記試料を磁場印加しない状態で用いることで非磁性鏡面と見なせる試料に対して、偏光した前記照明光を照明することにより取得した複数の前記画像から、複数の着目領域を含む視野内の前記着目領域毎の偏光回転角度分布、及び、楕円化による楕円率の2乗分布を含む装置定数を算出する第1ステップと、
前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第1角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、偏光した前記照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の輝度値のヒステリシスループを取得し、
前記第1の偏光方向と前記第2の偏光方向とのなす前記角度を第2角度に設定した場合に、前記磁性体を含む前記試料の前記磁性体の部分に対して、前記偏光した照明光を照明するとともに、前記外部磁場を掃引しながら取得した複数の画像から、前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得する第2ステップと、
前記装置定数、前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを用いた解析から前記着目領域毎にカー回転の回転角を算出する第3ステップと、
を備えた視野内補正解析方法。 a light source that generates illumination light;
a polarizer into which the illumination light generated by the light source is incident and which transmits the illumination light containing linearly polarized light in a first polarization direction;
an objective lens that illuminates a sample with the illumination light including the linearly polarized light and transmits reflected light that is reflected by the illumination light on the sample;
an analyzer that transmits a component of linearly polarized light in a second polarization direction in the reflected light;
an image acquisition unit that acquires an image of the reflected light;
a magnet that generates an external magnetic field to be applied to the sample;
an image processing unit that processes the acquired image;
An in-field correction analysis method using a polarizing microscope device equipped with
Applying a magnetic field to the non-magnetic sample or the sample containing a magnetic material while rotating the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction in predetermined increments within a predetermined range. From the plurality of images obtained by illuminating the polarized illumination light onto a sample that can be regarded as a non-magnetic mirror surface when used in a non-magnetic state, polarization rotation for each region of interest within a field of view including a plurality of regions of interest is obtained. A first step of calculating device constants including an angular distribution and a square distribution of ellipticity due to ovalization;
When the angle between the first polarization direction and the second polarization direction is set to a first angle, the illumination light polarized with respect to the magnetic body part of the sample containing the magnetic body from a plurality of images acquired while illuminating the area and sweeping the external magnetic field, acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest,
When the angle formed by the first polarization direction and the second polarization direction is set to a second angle, the polarized illumination light is applied to the magnetic material portion of the sample containing the magnetic material. a second step of acquiring a hysteresis loop of the brightness value for each region of interest from a plurality of images acquired while illuminating the area and sweeping the external magnetic field;
a third step of calculating a rotation angle of Kerr rotation for each region of interest from an analysis using the device constant, the hysteresis loop at the first angle, and the hysteresis loop at the second angle;
An intra-field correction analysis method with
前記検光子は、前記偏光子に対してクロスニコル配置を基準にして前記所定の範囲を回転させる、
請求項7に記載の視野内補正解析方法。 In the first step,
The analyzer rotates the predetermined range with respect to the polarizer based on a crossed Nicol arrangement.
The intra-field correction analysis method according to claim 7.
マリュス則を用いて、前記着目領域毎の前記角度分布、及び、前記2乗分布を含む前記装置定数を算出する、
請求項7または8に記載の視野内補正解析方法。 In the first step,
calculating the device constants including the angle distribution and the square distribution for each region of interest using Malus'law;
The intra-field correction analysis method according to claim 7 or 8.
前記装置定数は、輝度分布を含み、
前記着目領域毎の前記輝度分布を含む前記装置定数を算出する、
請求項7~9のいずれか1項に記載の視野内補正解析方法。 In the first step,
The device constant includes a brightness distribution,
calculating the device constant including the brightness distribution for each region of interest;
The intra-field correction analysis method according to any one of claims 7 to 9.
前記第1角度における前記ヒステリシスループ及び前記第2角度における前記ヒステリシスループを、経験的な近似関数にフィッティングすることにより、前記着目領域毎のコントラスト、保磁力及びスロープを算出する、
請求項7~10のいずれか1項に記載の視野内補正解析方法。 In the second step,
calculating the contrast, coercive force, and slope for each region of interest by fitting the hysteresis loop at the first angle and the hysteresis loop at the second angle to an empirical approximation function;
The intra-field correction analysis method according to any one of claims 7 to 10.
前記第1角度、前記第2角度、前記第1角度における輝度コントラスト及び前記第2角度における輝度コントラストに基づいて、前記着目領域毎の前記回転角を算出する、
請求項11に記載の視野内補正解析方法。 In the third step,
calculating the rotation angle for each region of interest based on the first angle, the second angle, the brightness contrast at the first angle, and the brightness contrast at the second angle;
The intra-field correction analysis method according to claim 11.
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