JP2016126914A

JP2016126914A - リターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ

Info

Publication number: JP2016126914A
Application number: JP2014266881A
Authority: JP
Inventors: 津野　勝重; Katsushige Tsuno; 勝重津野; 啓子木村; Keiko Kimura; 英樹吉川; Hideki Yoshikawa
Original assignee: APCO KK; National Institute for Materials Science
Current assignee: APCO KK; National Institute for Materials Science
Priority date: 2014-12-27
Filing date: 2014-12-27
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2034-12-27
Also published as: JP6432905B2

Abstract

【目的】本発明は、リターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータに関し、リターディングによる減速レンズとフィルタ、フィルタと加速レンズとの間などに生じる収差の影響を最小限に低減すると共にエネルギー選択スリットを挿入して所望のエネルギー電子ビームを選択可能にすることを目的とする。【構成】減速レンズと、フィルタと、加速レンズとを設け、電子ビームを減速レンズ中に第１のフォーカスをさせ、かつフィルタを通過後の電子ビームをフィルタから加速レンズまでの間と加速レンズ中あるいは加速レンズ通過後とに第２と第３のフォーカスをさせ、減速レンズとフィルタおよびフィルタと加速レンズとの間の収差による影響を低減してエネルギー分解能を良くするようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビームを減速してフィルタリングを行い、その後に加速するリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータに関するものである。

従来、エネルギーアナライザの分解能ΔＵは、電子の加速電圧Ｕ０に対しΔＵ／Ｕ０が１／１０００程度であることが多い。つまり、分解能を高めるための最も容易な方法は加速電圧を下げることである。もちろん、その他の方法としてアナライザの大きさあるいは長さを大きくとることもあるが、大きさには適度なサイズが存在するので高いエネルギー分解能を得るために低い加速電圧でアナライザが使われることが普通に行われている。

ところが、分析対象の電子ビームはその発生時点では数ボルト程度と言った低い加速電圧であったとしても、色々な理由からいったん高加速電圧に加速される場合も多い。例えば、ＰＥＥＭ(光電子顕微鏡)などでは発生した電子の電圧は低いが、発生した電子の角度分布が大きく、これを収束させるためいったん加速される。ＳＥＭ(走査電子顕微鏡)用のモノクロメータとしての利用でも、いったん所定の加速電圧まで加速した後、モノクロメータに入る所で減速して使用される。

しかしながら、減速作用はレンズとしても働くが、そのレンズは一般に収差が非常に大きく、またビームは発散されるため、その広がりが避けられない。それでも加速電圧を下げることによって得られる分解能の向上が収差の増大による分解能の低下を上回る限り、リターディング(減速)が行われるのが普通である。このようなリターディングの操作は多くの電子やイオンのアナライザで行われている。

以下に例としてウィーンフィルタを用いた場合について説明する。ウィーンフィルタ以外でも同様のことが生ずる。ただ、ウィーンフィルタは光軸が直線であるため、ビームの進行方向の距離に対してそれと直交する成分を拡大して示すことが容易であるため、現象が理解しやすい特徴がある。

ウィーンフィルタには色々な形のものが従来、提案されているが、図９に示すものは太い４極と細い４極を合わせた８極からなる多極子フィルタであり、コイルを２つに纏めるために途中から極を折り曲げてあるタイプである。各極の角度は図９の（ｂ）に示してある。この構造の利点は、８つの極がバラバラにならずに電極は２つにまとまっており、磁極も上下の極がヨークで一体化していることで、寸法精度の出しやすい構造になっている。もちろん、以下で示す現象はウィーンフィルタの特別な形状に依存しているわけではなく、別の形のフィルタを使った場合にも成立する。

図１０は、このウィーンフィルタについて計算した電子軌道で、フィルタの中心をＺ＝０としたときにＺ＝２２ｍｍでフォーカスするよう電場・磁場の値を調節してある。エネルギー差１０ｅＶのビームはＸＺ面の軌道で分散を示し、ＹＺ面内では分散しない。右端のフォーカス面では両者ともに、左端の出発点よりもフォーカス点でのビームは太くなっており、収差が出ていることが分かる。

ウィーンフィルタはその電子線モノクロメータ、アナライザとしての最初の応用からリターディングを前提として用いられてきた。最初にリターディングウィーンフィルタを電子ビームに用いたのはBoerschら（非特許文献１）である。Boerschらの先験的な研究は１９６０年代に始まり１９８０年代の前半まで続いた。このリターディングウィーンフィルタによるモノクロメータ、アナライザは１９８０年代後半から田中らによって電子顕微鏡上に組み上げられた（非特許文献２）。Boersch の時代には電子軌道のシミュレーションが出来る環境にはなかったが、１９９０年代になると３Ｄシミュレーションの技術も進み、リターディングエネルギーフィルタの中での電子の振る舞いも明らかになってきた。上記の非特許文献の図によると、外から入射した電子ビームはリターディング場を通り抜け、フィルタのフリンジ場付近で入射ビームのフォーカスを作る。次にフィルタの出口のフリンジ場近辺で次のフォーカスを作り、ここでエネルギーの違いによる分散を作る。次いで再び加速場に入りエネルギー分散を残したまま最初の加速電圧に戻る。これが一般的にリターディングエネルギーフィルタにおける電子軌道の振る舞いである。このようにしてエネルギーフィルタ像の取得も可能であると考えられた。

次に、この振る舞いの一例について説明する。ウィーンフィルタの前方並びに後方にここでは３枚の電極からなる後述するバトラーレンズをそれぞれ設け、フィルタの両側にある電極は金属磁性体で作り、フィルタの電場および磁場のフリンジ場の分布を制限するためのミラープレートの役割を果たさせている。ミラープレートはフィルタのフリンジ場の形状を整える役割を持ち、電場のフリンジ場と磁場のそれを同じ分布にすることでフリンジ領域においても電子の直進の条件であるウィーン条件（Ｅ＝ｖＢ)を満たす役割を担っている。

ここで、バトラーレンズはフィールドエミッション電子銃などで用いられ、良く知られているように、当該バトラーレンズの電極の形状は、光軸上の穴のレンズ作用を小さく抑えることが出来るものと言われている。減速レンズによる収差発生の問題をバトラーレンズの採用によって少なくすることが出来るものと考えられる。バトラーレンズは、フィールドエミッション電子銃のためのガンレンズ専用の電極形状として一般に考えられているが、このようなリターディングフィルタに使用することも有効であると考えられる。

図１１は従来の技術の説明図を示す。この図１１は５ｋＶから１００Ｖに加速電圧を下げて電子ビームを減速し、１ｅＶのエネルギー差が分解できるかどうかを見たものである。確かに１ｅＶを分解しているがウィーンフィルタの後の収束点では電子ビームが大きく広がって三角形をなしている。つまり、非常に大きな２次収差を含んでいることが分かる。さらには、加速レンズを通り過ぎた当たりでもう一度フォーカスをしているがそこではもはや１ｅＶのエネルギー差を十分に分離していない。実際に使用する装置では、この加速レンズの後方に電子レンズを置いてこの収束点を拡大してスリット上に投影することでエネルギー選別を行っている。
H. Boersch, J. Geiger, H. Hellwig, Steigerung der Aufloesung bei der Elektronen -Energieanalyse, Physics Letters 3 (1962) 64-66. M. Terauchi, R. Kuzuo, F. Satou, M. Tanaka, K. Tsuno, J. Ohyama, Performanceof a Wien-Filter energy analyzer installed in a TEM for EELS, Proc. XIIth Int. Cong. Electron Microscopy, SanFrancisco Press (1990) 88-89.

上記図１０および図１１の説明から、５ｋＶの加速電圧で直接１ｅＶのエネルギー分解能を得ることには困難が伴い、また、５ｋＶから１００Ｖに減速することで１ｅＶの分離がなされてはいるが、リターディングによる収差の増大があまりにも大きく、それほど有効な方法であるとも考えられないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するため、リターディングによる減速レンズとフィルタ、フィルタと加速レンズとの間などに生じる収差の影響を最小限に低減すると共にエネルギー選択スリットを挿入して所望のエネルギー電子ビームを選択可能にするようにしている。

そのため、本発明は、電子ビームを減速してフィルタリングを行い、その後に加速するリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータにおいて、電子ビームあるいは加速された電子ビームを減速する減速レンズと、減速レンズで減速された電子ビームをフィルタリングするフィルタと、フィルタでフィルタリングされた後の電子ビームを加速する加速レンズとを設け、電子ビームを減速レンズ中に第１のフォーカスをさせ、かつフィルタを通過後の電子ビームをフィルタから加速レンズまでの間と加速レンズ中あるいは加速レンズ通過後とに第２と第３のフォーカスをさせ、減速レンズとフィルタおよびフィルタと加速レンズとの間の収差による影響を低減してエネルギー分解能を高くするようにしている。

この際、減速レンズ、加速レンズとして、バトラーレンズを用いるようにしている。

また、減速レンズについて、一対の３つあるいは２つの極からなるバトラーレンズとしてこのうちフィルタに近い１つの極を、リターディング用電極とフィルタのフリンジ場分布規制用のミラープレートとを兼用させるようにしている。

また、更に、１つの極をフィルタのフリンジ磁場の形をフリンジ電場の形とを一致させるために金属磁性材料で作成するようにしている。

また、加速レンズについて、３つの極からなるバトラーレンズとしてこのうちフィルタに近い１つの極をフィルタのフリンジ場分布規制用のミラープレートとし、他の２つの極を電子ビームを加速するものとしている。

また、エネルギー選択スリットを、フィルタに近い１つの極（第１番目の極）と第２番目の極との間あるいは第３番目の極の後に配置するようにしている。

また、バトラーレンズの曲面側は、凸形状の回転対称の曲面を有しかつ中心に穴を有する形状とするようにしている。

また、フィルタとして、ウィーンフィルタとするようにしている。

また、第１のフォーカスを減速レンズより前に配置する電子ビームを集束するコンデンサーレンズ、減速レンズ、電子ビームの加速電圧のいずれか１つ以上により行い、第２および第３のフォーカスを、コンデンサーレンズ、減速レンズ、フィルタに印加する電界と磁界、加速レンズ、電子ビームの加速電圧のいずれか１つ以上により行うようにしている。

また、減速レンズに入射する電子ビームについて、前段に配置するコンデンサーレンズの絞りの穴径を小さくして電子ビームの広がりを小さくすることにより、エネルギー分解能をより高くするようにしている。

本発明は、減速レンズ、フィルタ、および加速レンズを設け、電子ビームを減速レンズ中に第１のフォーカスをさせ、かつフィルタを通過後の電子ビームをフィルタから加速レンズまでの間と加速レンズ中あるいは加速レンズ通過後とに第２と第３のフォーカスをさせ、減速レンズとフィルタおよびフィルタと加速レンズとの間の収差による影響を低減して高いエネルギー分解能を得ることができ、実験では現時点で０．１５ｅＶ程度という極めて高い分解能が得られた。

また、第２フォーカスの点あるいは近傍、または第３フォーカスの点あるいは近傍にエネルギー選択スリットを挿入して所望のエネルギーの電子を抽出することができる。

本発明は、減速レンズ、フィルタ、および加速レンズを設け、電子ビームを減速レンズ中に第１のフォーカスをさせ、かつフィルタを通過後の電子ビームをフィルタから加速レンズまでの間と加速レンズ中あるいは加速レンズ通過後とに第２と第３のフォーカスをさせ、減速レンズとフィルタおよびフィルタと加速レンズとの間の収差による影響を低減して高いエネルギー分解能を得ることを実現した。

また、第２フォーカスの点あるいは近傍、または第３フォーカスの点あるいは近傍にエネルギー選択スリットを挿入して所望のエネルギーの電子を抽出することを実現した。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。

図１の（ａ）は本発明の減速レンズ（３極）、ウィーンフィルタ、加速レンズ（３極）の断面模式図を示し、図１の（ｂ）は減速レンズ、加速レンズの電界、および電子ビームの軌道例（シミュレーション結果）の模式図を示し、図１の（ｃ）は軸上の電子ビームの電子エネルギーの模式図を示す。ここでは、左から右方向に３ｋｅＶの電子ビーム１が入射して減速レンズ２で１００ｅＶに減速してウィーンフィルタ３に入射し、ウィーンフィルタ３でフィルタリングされた後に１００ｅＶで出射し、加速レンズ４で加速して元の３ｋｅＶの電子ビームが右方向に出射する様子を模式的に示す。

図１において、電子ビーム１は、エネルギーフィルタリングする対象の電子ビームであって、通常は加速された１ｋｅＶないし数十ｋｅＶのエネルギーを有する電子ビームである。図示の例では、左側から３ｋｅＶの電子ビーム（図示外の電子銃で発生された０．１〜数ｅＶのエネルギーを初速度として有する電子を３ｋｅＶの電圧で加速し、コンデンサーレンズで集束した電子ビーム）を入射する。

減速レンズ２は、電子ビームを減速するレンズであって、図示の例ではバトラーレンズ（３極）であり、当該バトラーレンズの電界中に第１フォーカス１１を形成したものである。減速レンズ２の第３番目の極（ウィーンフィルタ３に近い方の極）は、ウィーンフィルタ３のフリンジ場分布の規制用のミラープレートとして設けたものであって、ウィーンフィルタ３のフリンジ磁場の形とフリンジ電場の形とを一致させるために金属磁性材料で作成する。

第１フォーカス１１は、減速レンズ２の減速電界中に電子ビーム１を集束させる部分（点）であって、図示外のコンデンサーレンズ、減速レンズ２、および電子ビーム１の加速電圧のいずれか１つ以上によってフォーカスさせる部分（点）である。第１フォーカスを減速レンズ２の減速電界中に設けたことにより、電子ビーム１の走行経路を軸に可及的に近くにすることができ、減速レンズ２とウィーンフィルタ３との間のフリンジ場の乱れなどによる収差が電子ビーム１に与える影響を最小限に低減することが可能となる。

ウィーンフィルタ３は、磁界と電界の作用によりエネルギーフィルタリングを行う公知のフィルタである（図９、図１０など参照）。

加速レンズ４は、低速の電子ビーム１を加速するレンズであって、図示の例ではバトラーレンズ（３極）であり後段の第２番目と第３番目の極に加速電圧を印加して加速するものである。加速レンズ４の第１番目の極（以下「第１極」という、他も同様）と第２極の間に第２フォーカス１２、第２極と第３極との間あるいは第３極の後に第３フォーカス１３を形成するものである。加速レンズ４の第１極（ウィーンフィルタ３に近い方）は、ウィーンフィルタ３のフリンジ場分布の規制用のミラープレートのために設けたものであって、ウィーンフィルタ３のフリンジ磁場の形とフリンジ電場の形とを一致させるために金属磁性材料で作成する。

第２フォーカス１２は、ここでは、加速レンズ４の電界のない第１極と第２極との間に電子ビーム１をフォーカスさせる部分（点）であって、図示外のコンデンサーレンズ、減速レンズ２、ウィーンフィルタ４に印加する電界・磁界、および電子ビーム１の加速電圧のいずれか１つ以上によってフォーカスさせる部分（点）である。

第３フォーカス１３は、加速レンズ４の第２極と第３極との間の加速電界中に電子ビーム１を集束させる部分（点）であって、図示外のコンデンサーレンズ、減速レンズ２、ウィーンフィルタ３、加速レンズ４および電子ビーム１の加速電圧のいずれか１つ以上によってフォーカスさせる部分（点）である。

ここで、第２フォーカスと第３フォーカスを、ウィーンフィルタ３の出口のフリンジ場の直後の加速レンズ４の第１極と第２極との間、第２極と第３極の間あるいは第３極の後にそれぞれ設けたことにより、電子ビーム１の走行経路を軸に可及的に近くにすることができ、ウィーンフィルタ３と加速レンズ４との間のフリンジ場の乱れなどによる収差が電子ビーム１に与える影響を最小限に低減することが可能となる。更に、後述するエネルギー選択スリットを第２フォーカス１２の部分（加速レンズ４の第１極と第２極との間）、第３フォーカス１３の部分（第２極と第３極との間、あるいは第３極の後）に配置し、所望のエネルギーの電子ビームのみを選択（抽出）することが可能となる。

図２は、本発明の１実施例構成図（その２）を示す。図２は、図１の（ａ）の減速レンズ２を２極とし、バトラーレンズ（２極）に置き換えた例を示す。他の構成は同一であるので説明を省略する。尚、図２の減速レンズ２を図１の（ａ）の３極から２極に代えたことにより、電子ビーム１の進行方向の行程長が１極分だけ短くなるが、その分はウィーンフィルタ３を長くしたり、あるいは行程長が短くなった分だけ減速レンズ２、ウィーンフィルタ３に印加する電界、磁界、更に電子ビーム１の加速電圧などで調整して所望の位置に第２フォーカス、第３フォーカスが得られるようにすればよい。また、図２の減速レンズ２の第２極は、減速用の電極とウィーンフィルタ３のフリンジ場分布の規制用のミラープレートとを兼用させるために、ウィーンフィルタ３のフリンジ磁場の形とフリンジ電場の形とを一致させるために金属磁性材料で作成する。尚、図２のバトラーレンズの１極の電子ビーム１の入射側の面は円板状である。この円板状を加工が少し面倒であるが凸の曲面状にしてもよい。

図３は、本発明のスリット配置例を示す。ここで、図３以降は図２の減速レンズ２であるバトラーレンズが２極を例に以下順次説明する。尚、図１の３極の場合も同様である。

図３の（ａ）は投影レンズ８で投影してエネルギースリット（１）を配置した例を模式的に示し、図３の（ｂ）はバトラー電極７の後端近傍にエネルギースリット（２）を配置した例を模式的に示し、図３の（ｃ）はバトラー電極７の第１極と第２極との間の等電位の部分にエネルギースリット（３）を配置した例を模式的に示す。

図３の（ａ）では、投影レンズ８でバトラー電極７から出射した電子ビームを右側のエネルギースリット（１）上にフォーカス（投影）するため、バトラー電極７の第２極と第３極との間の電界中に電子ビーム１をフォーカスさせても（第３フォーカス）、それを投影してエネルギースリット（１）にフォーカスさせることができ、いわば高電界中に導電性のスリットを配置することが極めて困難な事態を回避して、等価の効果を得ることができる。

図３の（ｂ）では、第３フォーカスをバトラー電極７の後端の極（第３極）の外になる図示のように形成し、この第３フォーカスの部分にエネルギースリット（２）を配置し、所望のエネルギーの電子ビームを簡単な構成で選択（抽出）することができる。この調整はコンデンサーレンズの限られた調整範囲とフィルタ電界・磁界のこれも限られた調整範囲内で行わなければならないが、あらかじめシミュレーションによって条件を見つけておくことによって可能となる。

図３の（ｃ）では、第２フォーカス（バトラー電極７の第１極と第２極との間の電界の印加されない空間の部分）にエネルギースリット（３）を配置し、エネルギースリットを高電圧中に置かなければならないという製作上の困難は伴うものの、所望のエネルギーの電子ビームを簡単な構成で選択（抽出）することができる。

図４は、本発明の説明図（コンデンサーレンズの穴径０．１ｍｍの例）を示す。

図４の（ａ）は電子軌道（シミュレーション）例を模式的に示し、図４の（ｂ）、（ｃ）は加速後のフォーカス点付近Ｚ＝９１ｍｍとＺ＝９２ｍｍでの電子ビーム形状の例をシミュレーションによって示す。図４の（ｂ），（ｃ）から０．１ｅＶのエネルギー差を明確に分離していることが判明する（シミュレーション結果）。

即ち、図４では、ＳＥＭのコンデンサーレンズの絞りの穴径をそれ以前の０．２ｍｍから０．１ｍｍに減らした場合、エネルギースリットのサイズの調整は必要であったものの加速電圧５ｋｅＶのＳＥＭにおいて、０．１ｅＶのエネルギーを選別するモノクロメータを作ることが出来た。

尚、コンデンサーレンズの絞りの穴径をより小さくすると、減速レンズ２、ウィーンフィルタ３、加速レンズ４に入射する電子ビームの広がりがより小さくなり、これによりエネルギー分解能が向上すると推察される。

図５および図６は、本発明の具体例の構成図を示す。図５および図６は既述した図３の（ａ）および（ｃ）に対応する具体的構成図を示す。以下順次詳細に説明する。

図５は、本発明の具体的構成図（その１）を示す。図５は既述した図３の（ａ）に対応するものである。図中で、１、２、３、４は既述した図１から図４中の同一番号に対応する。本例は、レンズ（減速レンズ２および加速レンズ４）としてバトラーレンズを使用している。

図５において、減速レンズ２は、図示のように２極から構成され、左から入射した電子ビーム１のエネルギーを減速（例えば３ｋｅＶから１００ｅＶに減速）するものである。減速レンズ２の第２極（ウィーンフィルタ３に近い極）には減速電圧（リターディング電圧）を印加する役割と共に、ウィーンフィルタ３のフリンジ場分布規制用のミラープレートとしての役目も果たすために、図示のフリンジ場調整電極２１としている。

フリンジ場調整電極２１は、減速レンズ２の第２極であって、上述したように減速電圧を印加すると共に、ウィーンフィルタ３からの磁界と電界を可及的に乱さないようにした電極かつ磁極である。ここでは、金属磁性体で作成しかつ、ウィーンフィルタ３に面した側は例えば円板状かつ中心に小さな電子ビーム１を通過させる穴を設けた形状である。

ウィーンフィルタ３は、電界と磁界とによってエネルギーフィルタリングを行う公知のものである（例えば既述した図９、図１０とその説明参照）。

加速レンズ４は、図示のようにここでは３極から構成され、左から第１極、第２極、第３極とから構成され、第１極と第２極との間には電圧差がなく、第２極と第３極との間に加速電圧を印加し、電子ビーム１のエネルギーを加速（例えば１００ｅＶから３ｋｅＶに加速）するものである。ここでは、既述したように第１極と第２極との間に第２フォーカスし、第２極と第３極との間あるいは第３極の後に第３フォーカスするように構成されている。

フリンジ場調整電極４１は、加速レンズ４の第１極であって、上述したようにここでは電圧差がなく、ウィーンフィルタ３からの磁界と電界を可及的に乱さないようにした電極かつ磁極である。ここでは、金属磁性体で作成しかつ、ウィーンフィルタ３に面した側は例えば円板状かつ中心に小さな電子ビーム１を通過させる穴を設けた形状である。

絞り付きトランスファーレンズ８１は、加速レンズ４の第２極と第３極の間（あるいは第３極の後ろ）に形成された第３フォーカスを、当該絞り付きトランスファーレンズ８１を構成するスリット９に投影し、所望のエネルギーの電子ビーム１のみを選択（抽出）するものである。

スリット９は、エネルギーフィルタリングされた電子ビーム１中から所望のエネルギーの電子ビーム１のみを選択（抽出）するスリットであって、通常は円形または矩形の絞りである。

以上のように構成することにより、左側から入射した電子ビーム１（例えば３ｋｅＶ）は減速レンズ２で１００ｅＶ（５０ｅＶから数百ｅＶの範囲内の所定値）に減速した後、ウィーンフィルタ３に入射してフィルタリングが行われ、ウィーンフィルタ３から出射した電子ビーム１は加速レンズ４で元の電圧（ここでは、３ｋｅＶ）に加速された後、絞り付きトランスファーレンズ８１のスリット９に第３フォーカスが投影・結像され、所望のエネルギーのみの電子ビーム１を選択（抽出）することが可能となる。実験では、後述する図８で説明するように、０．１５ｅＶのエネルギー分解能が得られた。

図６は、本発明の具体的構成図（その２）を示す。図６は、図５のスリット９を、加速レンズ４の第１極と第２極の間の第２フォーカスに図示のスリット９１として配置した例を示す。他は図５と同じであるので説明を省略する。

図６において、スリット９１は、加速レンズ４を構成する第１極と第２極との間の等電位の領域に配置したスリットであって、既述した第２フォーカスの位置に当該スリット９１を配置したものである。

ここで、ウィーンフィルタ３の出口のすぐ後方にできた第２フォーカスでの分散量は加速レンズ４内あるいはその外に作られた第３フォーカスの分散量よりも一般に大きく、しかも、電子ビーム１のシャープさは前者の方が鋭い。このことからスリットの位置としては本来、第２フォーカスの位置に置くことが望ましい。そのため、本実施例では、加速前の第２フォーカスの位置に配置したものである。ただし、加速前であるため、ウィーンフィルタ３と同様に、スリットも高電圧上に設置しなければならない。

図７は、本発明の応用例を示す。

図７の（ａ）は本発明を用いた１応用例の全体構成図を示し、図７の（ｂ）はその要部構成図を示す。

図７の（ａ），（ｂ）において、Ｇｕｎは電子ビーム１を発生させる電子銃である。

ＣＬは、電子銃Ｇｕｎで発生された電子ビーム１を集束するコンデンサーレンズである。

Ｄｅｆは、Ｇｕｎ、ＣＬの軸と、Ｍｏｎｏｃｈｒｏの軸とを合わせる偏向系である。

Ｍｏｎｏｃｈｒｏは、モノクロメータであって、ここでは、ウィーンフィルタである。

Ｓｌｉｔは、スリットであって、既述した加速レンズの後に配置したスリットであり、フィルタリングした後の所望のエネルギーの電子ビーム１を選択（抽出）するためのスリットである。

Ｓｃａｎは、偏向系であって、選択された所望のエネルギーの電子ビーム１をＸＹ方向に走査するものである。

ＯＬは、対物レンズであって、電子ビーム１をサンプル上に細く絞るものである。

サンプルは、細く絞られた本発明の選択されたエネルギーの電子ビーム１でＸＹ方向に走査してその反射電子（必要に応じて２次電子）を検出し、図示外のエネルギーアナライザでエネルギー分析する対象の試料である。

次に、図７の動作を説明する。

（１）図７の（ａ）の左端の電子銃Ｇｕｎから電子ビーム１（例えば３ｋｅＶ）を発生させ，これをコンデンサーレンズＣＬで集束させ、偏向系Ｄｅｆで電子ビーム１を偏向して軸合わせしたウィーンフィルタＭｏｎｏｃｈｒｏに入射する。

（２）ウィーンフィルタから出射した電子ビームを加速レンズで加速した後、スリットＳｌｉｔで所望のエネルギーの電子ビーム１を選択（抽出）する。

（３）選択された電子ビーム１を、偏向系ＳｃａｎでＸ、Ｙ方向に偏向走査し、対物レンズＯＬで電子ビーム１を細く絞って右端のサンプル（例えば銀の板）に照射しつつ平面走査する。

（４）そのときにサンプルで反射された反射電子を図示外のエネルギーアナライザでエネルギー分析すると、後述する図８の実験データが得られる。

図８は、本発明の実験結果例を示す。これは、既述した図３の（ａ），図５、図７の構成で実験したものであって、電子ビーム１は３ｋｅＶで、減速レンズ２で減速後の電子ビーム１は１００ｅＶ、加速レンズ４で加速後の電子ビーム１は３ｋｅＶである。そして、エネルギースリット（１）を通過後の電子ビーム１をＡｇ（銀の板）に照射してそのときに反射した反射電子を、図示外のエネルギーアナライザで当該反射電子のエネルギーを横軸、縦軸をそのときの強度としたものが当該図８の実験結果の一例である。

実験結果の図８から、本発明では電子ビーム１をエネルギーフィルタリングした分解能は約０．１５ｅＶが得られたことが判明する。

尚、本実施例ではバトラーレンズの形状を与える式には電子ビームを通すために必要な穴は考慮されていないが、実際に使うためには穴が必要であり、またバトラーレンズの目的は穴のレンズ作用を軽減することであるため、シミュレーションでは穴付の形状について行った。

尚、本実施例ではフィルタ３としてウィーンフィルタ３を用いたが、これに限られずエネルギーフィルタリングを行うことができればどのようなフィルタでもよい。例えば磁界型セクタなどのように均一扇型磁界／電界中の電子軌道の違いを利用したり、電界型平行平面（Plane Mirror Analyzer;ＰＭＡ）などのように一様電場中の電子軌道の違いを利用したり、電界型円筒セクタ、半球フィルタ、静電レンズ、磁界レンズなどのように色収差を利用したりするフィルタでもよい。

本発明の１実施例構成図である。本発明の１実施例構成図（その２）である。本発明のスリット配置例である。本発明の説明図（コンデンサーレンズの穴径０．１ｍｍの例）である。本発明の具体的構成図（その１）である。本発明の具体的構成図（その２）である。本発明の応用例である。本発明の実験結果例である。ウィーンフィルタの形状例である。ウィーンフィルタの電子軌道例である。従来技術の説明図である。

１：電子ビーム
２：減速レンズ
２１、４１：フリンジ場調整電極
３：フィルタ、ウィーンフィルタ
４：加速レンズ
５：入射レンズ
６、７：バトラー電極
８：投影レンズ
８１：絞り付きトランスファーレンズ
９、９１：スリット

Claims

電子ビームを減速してフィルタリングを行い、その後に加速するリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータにおいて、
電子ビームあるいは加速された電子ビームを、減速する減速レンズと、
前記減速レンズで減速された電子ビームをフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタでフィルタリングされた後の電子ビームを、加速する加速レンズとを設け、
前記電子ビームを、減速レンズ中に第１のフォーカスをさせ、かつ前記フィルタを通過後の電子ビームを、当該フィルタから前記加速レンズまでの間と前記加速レンズ中あるいは当該加速レンズ通過後とに第２と第３のフォーカスをさせ、前記減速レンズと前記フィルタおよび前記フィルタと前記加速レンズとの間の収差による影響を低減して高いエネルギー分解能を得ることを特徴とするリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記減速レンズ、加速レンズとして、バトラーレンズとしたことを特徴とする請求項１記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記減速レンズについて、一対の３つあるいは２つの極からなるバトラーレンズとして、このうち前記フィルタに近い１つの極を、リターディング用電極と当該フィルタのフリンジ場分布規制用のミラープレートとを兼用させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
請求項３において、更に、前記１つの極を当該フィルタのフリンジ磁場の形をフリンジ電場の形とを一致させるために金属磁性材料で作成したことを特徴とするリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記加速レンズについて、３つの極からなるバトラーレンズとしてこのうち前記フィルタに近い１つの極を、当該フィルタのフリンジ場分布規制用のミラープレートとし、他の２つの極を電子ビームを加速するものとしたことを特徴とする請求項１から請求項４いずれか１つに記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
請求項５において、更に、前記１つの極を当該フィルタのフリンジ磁場の形をフリンジ電場の形とを一致させるために金属磁性材料で作成したことを特徴とするリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
エネルギー選択スリットを、フィルタに近い１つの極（第１番目の極）と第２番目の極との間あるいは第３番目の極の後に配置したことを特徴とする請求項５あるいは請求項６に記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記バトラーレンズの曲面側に、凸形状の回転対称の曲面を有しかつ中心に穴を有する形状としたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記フィルタとして、ウィーンフィルタとしたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記第１のフォーカスを、前記減速レンズより前に配置する電子ビームを集束するコンデンサーレンズ、前記減速レンズ、当該電子ビームの加速電圧のいずれか１つ以上により行い、前記第２および第３のフォーカスを、当該コンデンサーレンズ、前記減速レンズ、前記フィルタに印加する電界と磁界、前記加速レンズ、当該電子ビームの加速電圧のいずれか１つ以上により行うことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。
前記減速レンズに入射する電子ビームについて、前段に配置するコンデンサーレンズの絞りの穴径を小さくして電子ビームの広がりを小さくすることにより、上記エネルギー分解能をより良くしたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載のリターディングを用いたエネルギーアナライザ・モノクロメータ。