JPWO2008114684A1 - エネルギー分析器、２次元表示型エネルギー分析器および光電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

安価、かつ、簡易な構成でエネルギー分析を行うエネルギー分析器、２次元表示型エネルギー分析器および光電子顕微鏡を提供する。エネルギー分析器（１）は、所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子またはイオンビーム（以下、ビーム）から、パスエネルギーＥを有するビームを選別するエネルギー分析器であって、前記ビームを取り込み、集束させる広角電子レンズ（２）と、広角電子レンズ（２）の出射口に設けられ、かつ、前記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた貫通孔Ａが形成された第１アパチャー（３）とを備える。

Description

本発明は、簡易な構成でエネルギー分析を行うエネルギー分析器、２次元表示型エネルギー分析器および光電子顕微鏡に関するものである。

一般に、光電子分光を行うための光電子分光装置は、物質の電子状態や原子構造等を解析するための感度および機能を向上させるために、試料から放出される電子の取り込み角が大きいことが望ましい。

従来から、大きな取り込み角を有した光電子分光装置として、２次元表示型球面鏡分析器があった。２次元表示型球面鏡分析器は、特許文献１〜４に具体的に開示されているが、構造が非常に複雑であるために、あまり普及していない。

そこで、簡易な構成の光電子分光装置として、電子レンズとエネルギー分析器とを組み合わせた装置が研究されている。この場合、試料から放出された大きな開き角の電子または荷電粒子ビーム（以下、ビーム）を取り込むことが可能な、特許文献５に開示されているような、取り込み角が±６０度の広角電子レンズを用いることにより、大きな取り込み角を有した光電子分光装置を実現することができる。

あるいは、特許文献６には、ビームの取り出し角度および検出角度を所定の角度に限定することで特定のエネルギーのビームのみを検出する荷電粒子エネルギー分析器が開示されている。図１３を参照して従来の荷電粒子エネルギー分析器を説明する。

従来の荷電粒子エネルギー分析器４４は、スリット４３と、外円筒電極４５と、金網型内円筒電極４６と、検出器４８と、を備える。外円筒電極４５の内部には、中心軸を揃えて金網型内円筒電極４６が配置されている。金網型内円筒電極４６の内部には、その径方向にリング状のスリット４３が設けられている。金網型内円筒電極４６とスリット４３との間には、所定の角度に放出されたビームのみが通過できるよう所定の間隔が保たれている。金網型内円筒電極４６の内部には上記ビームを検出する検出器４８が配置され、スリット４３に対向する側である検出器４８のビーム入射面には、所定の径幅を有した環状のスリット４９が設けられている。

従来の荷電粒子エネルギー分析器４４の動作を説明する。荷電粒子エネルギー分析器４４の一方の端部（図１３の左側）には、分析に供する試料４２が載置されている。その試料４２に対して上部（図面上側）から一次電子線４１が入射する。その結果として、荷電粒子エネルギー分析器４４に向かって試料４２から様々な角度で二次電子線が放出される。その二次電子線のうち、金網型内円筒電極４６とスリット４３との隙間に入射するのが図１３に示す二次電子線４７である。つまり、試料４２から荷電粒子エネルギー分析器４４の内部に入射するのは、所定の角度を有する二次電子線４７のみである。二次電子線４７は、外円筒電極４５に印加された負電圧から生ずる静電場による偏向を受け、放物線を描いて検出器４８に入射する。より具体的には、二次電子線４７は、スリット４９を通って検出器４８に入射する。そして、二次電子線４７のエネルギー値が検出器４８によって検出され、試料４２の元素分布が測定される。

先に述べたように、金網型内円筒電極４６とスリット４３との間には所定の間隔が保たれている。また、ビーム検出器４８のスリット４９も、所定の径幅を保って環状に形成されている。このように、荷電粒子エネルギー分析器４４は、ビームの取り出し角度および検出角度を所定の角度に限定することにより、試料４２上の電子放出点から検出器４８までの距離によって決まる特定のエネルギーを持つ電子を検出することができる。

特許文献７には、検出器が金網型内円筒電極の内面に対向する複数の検出素子を備え、その検出器によってビームのエネルギーを検出する荷電粒子エネルギー分析器が開示されている。なお、その他の構成は荷電粒子エネルギー分析器４４と同様である。この検出器は、電子エネルギーが異なればビームの到達点も異なるという性質を利用するものであり、各検出素子をビームのエネルギーに対応させて配置している。その結果、電子エネルギーと強度との関係を一時に測定することができる。
日本国特許第１７４０３１６号明細書（公開日：１９８８年５月３０日） 日本国特許第１７３４４２２号明細書（公開日：１９９０年８月１０日） 米国特許第４８４９６２９号明細書（公開日：１９８９年７月１８日） 米国特許第５１０７１１１号明細書（公開日：１９９２年４月２１日） 国際公開第２００６／００８８４０号パンフレット（国際公開日：２００６年１月２６日） 日本国公開特許公報「特開昭６１−２５３７６０（公開日：昭和６１年１１月１１日）」 日本国公開特許公報「特開平４−３５９８５７号公報（公開日：平成４年１２月１４日）」 特開昭６３−１２６１４８号公報（１９８８年５月３０日公開） 特開平２−２０１８５７号公報（１９９０年８月１０日公開） 放射光第６巻第３号（１９９３年）３５〜４２頁

上述したように、電子レンズとエネルギー分析器とを組み合わせた光電子分光装置では、電子レンズとして大きな取り込み角を有した広角電子レンズを用いることにより、試料から出射された大きな開き角のビームを取り込むことが可能である。

しかしながら、広角電子レンズを用いて電子分光装置を構成するためには、上記電子レンズが試料から出射されたビームを各エネルギーに分析する機能を有していないために、必ず広角電子レンズとエネルギー分析器とを組み合わせる必要があった。そのため、試料の拡大像を取得するために広角電子レンズを用いて構成された電子分光装置は、装置が大型化し、製造が容易ではなく、コストがかかってしまう。

図１３を参照して説明した従来の荷電粒子エネルギー分析器は、ビームの取り出し角度および検出角度を所定の角度に限定することで、所定のエネルギーを持つ電子を検出することが可能である。

しかしながら、そのビームは、スリットによってカットされるため、当該角度のビームについては高精度のエネルギー値を検出することができるが、それ以外の角度で放出されたビームは検出されない。つまり、従来の荷電粒子エネルギー分析器では、連続した角度分布にわたってビームを検出することができない。さらに、従来の荷電粒子エネルギー分析器は、後述する本願発明の電子レンズに相当するレンズを具備していないため、試料の連続的な角度分布データを含む拡大像を取得することができないという問題があった。

また、特許文献７に記載の荷電粒子エネルギー分析器では、検出素子の位置に対応した電子エネルギーのデータを取得することはできるが、連続した角度分布の電子エネルギーのデータを検出することができない。そして、上記と同様の理由により、試料の２次元拡大像を取得することもできない。

特許文献８、９、及び非特許文献１に記載の半球型荷電粒子エネルギー分析器５０は、図１４に示すように、球面グリッド５１と、その外側に同心的に配置された球面の電極５２と、を備え、球面グリッド５１の内側で球面グリッド５１の球面中心より離れた位置に試料５３が載置され、試料５３の近傍に映写部材である荷電粒子検出器５４が配置されている。したがって、この構造では試料周りが狭くなり、サイズの大きい試料を適切に分析することができなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価、かつ、簡易な構成でエネルギー分析を行うエネルギー分析器、２次元表示型エネルギー分析器および光電子顕微鏡を提供することである。

本発明のエネルギー分析器は、上記課題を解決するために、所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子または荷電粒子ビーム（以下、ビーム）から、所定のエネルギーを有するビームを選別するエネルギー分析器において、上記ビームを取り込み、集束
させる第１電子レンズと、上記第１電子レンズの出射口に設けられ、かつ、上記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた第１貫通孔が形成された第１板部材とを備えることを特徴としている。

上述したように、広角電子レンズは、所定物面位置から出射されたビームから所定のエネルギーを有するビームのみを選別することができない。そこで、本発明のエネルギー分析器では、所定物面位置から出射されたビームが、エネルギー毎に集束する位置が異なる点に注目している。

すなわち、本発明のエネルギー分析器では、第１貫通孔を有する第１板部材を、所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と、上記第１板部材の第１貫通孔の位置とが一致するように、第１電子レンズの出射口に設けている。

これにより、所定物面位置から出射されたビームのうち、目的のエネルギーを有したビームは、該ビームの集束点と上記第１板部材の第１貫通孔の位置とが一致することにより、該板部材の第１貫通孔を通過することができる。しかし、所定物面位置から出射されたビームのうち、目的のエネルギー以外のエネルギーを有するビームは、該ビームの集束点と上記板部材の第１貫通孔の位置とが異なるために、該第１板部材を通過することができない。

したがって、本発明のエネルギー分析器は、従来のように広角電子レンズとエネルギー分析器とを組み合わせなくても、広角電子レンズの出射口に貫通口を有する板部材を設けるだけで、所定物面位置から出射されたビームから所定のエネルギーを有するビームを選別することができる。したがって、本発明のエネルギー分析器は、安価、かつ、簡易な構成でエネルギー分析をおこなうエネルギー分析器を提供することが可能となる。

また、本発明のエネルギー分析器では、前記所定物面位置に試料が載置される。そして、試料から放出されたビームは、第１貫通孔が形成された第１板部材の側にある後述の映写部材に到達し、分析される。このように試料と映写部材とが離れて配置されているため、本発明のエネルギー分析器では、試料周りを広く取ることができ、サイズの大きい試料を適切に分析することができる。

さらに、本発明のエネルギー分析器では、上記第１電子レンズは、光軸を中心軸とする回転体面からなり、外部電源から任意の電圧が印加される少なくとも２つの電極を備え、上記電極の少なくとも１つは、物面に対して凹面形状を有し、該凹面形状が光軸を中心軸とする回転楕円面からなるメッシュであることを特徴としている。

上記構成により、光軸を中心軸とする回転体面からなる少なくとも２つの電極に対して、外部電源から任意の電圧を印加することにより、該各電極は、メッシュ周辺に減速電場を、それに続いて加速型集束電場を形成することができる。本発明のエネルギー分析器は、上記減速電場と上記加速型集束電場との組み合わせによって、所定物面位置から出射された大きな開き角のビームを集束させることができる。

さらに、本発明の上記構成では、メッシュの形状を、光軸を中心軸とする回転楕円面から構成することにより、メッシュの形状が球面からなる場合と比較して、ビームの取り込み角を±６０度程度まで大きくすることが可能となる。

これにより、本発明のエネルギー分析器は、所定物面位置から出射された大きな開き角のビームを取り込むことが可能となり、感度を向上させることが可能となる。

本発明の２次元表示型エネルギー分析器は、上述したエネルギー分析器と、上記第１板部材の上記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に設けられ、かつ、上記第１板部材の上記第１貫通孔を通過した上記ビームを映し出す映写部材とを備えることを特徴としている。

上記構成により、映写部材を上記第１板部材の上記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に配置することにより、該第１板部材の該第１貫通孔を通過したビームが該映写部材に投影され、所定物面位置から出射されたビームの放出角度分布を表示することが可能となる。

本発明の光電子顕微鏡は、前記第１板部材の前記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に設けられ、かつ、前記第１電子レンズから出射された前記ビームを集束させる少なくとも１つの第２電子レンズを備え、前記映写部材は、前記第２電子レンズから出射された前記ビームを映し出し、上述した第２電子レンズを備えた２次元表示型エネルギー分析器と、上記ビームの通過領域を制限する第２貫通孔が形成されており、上記第１電子レンズおよび上記第２電子レンズの像面および回折面の少なくとも１つに設けられた第２板部材とを備えることを特徴としている。

本発明の光電子顕微鏡は、上述した第２電子レンズを備えた２次元表示型エネルギー分析器において、上記第１電子レンズおよび上記第２電子レンズの像面および回折面の少なくとも１つに、ビームの通過領域を制限する第２貫通孔が形成された第２板部材を備えることにより、エネルギー分析機能に加え、所定物面位置に配置された試料の２次元拡大像を映写部材に表示することが可能となる。

したがって、本発明の上記構成により、簡易な構成で所定物面位置から出射されたビームの放出角度分布および所定物面位置に配置された試料の２次元拡大像を表示することが可能である。

また、試料、偏向板または上記第１板部材を移動させることにより、所定物面位置から出射されたビームのうち、目的の箇所のビームのみを上記第１貫通孔を通過させることができる。これにより、試料の目的の箇所のみからのビームの角度分布や拡大像を、映写部材に投影させることが可能となる。

本発明のエネルギー分析器は、以上のように、所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子または荷電粒子ビーム（以下、ビーム）から、所定のエネルギーを有するビームを選別するエネルギー分析器において、上記ビームを取り込み、集束させる第１電子レンズと、上記第１電子レンズの出射口に設けられ、かつ、上記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた第１貫通孔が形成された第１板部材とを備えることを特徴としている。

上記構成により、試料から出射されたビームのうち、所定のエネルギーを有したビームは、該ビームの集束点と上記第１板部材の第１貫通孔の位置とが一致することにより、該第１板部材の貫通孔を通過することができる。しかし、試料から出射されたビームのうち、所定のエネルギー以外のエネルギーを有するビームは、該ビームの集束点と上記第１板部材の第１貫通孔の位置とが異なるために、該第１板部材を通過することができない。

したがって、本発明のエネルギー分析器は、従来のように電子レンズとエネルギー分析器とを組み合わせなくても、電子レンズの出射口に貫通口を有する板部材を設けるだけで、試料から出射されたビームから所定のエネルギーを有するビームを選別することができる。したがって、本発明のエネルギー分析器は、安価、かつ、簡易な構成でエネルギー分析をおこなうエネルギー分析器を提供することが可能となる。

本発明に係るエネルギー分析器の一実施例の概略構成を示す断面図である。 上記エネルギー分析器の広角電子レンズの概略構成を示す断面図である。 図２に示す広角電子レンズの要部構成を示す断面図である。 上記エネルギー分析器における、アパチャーの貫通孔の直径ｄと、試料から出射されたビームの各エネルギーにおけるアパチャーの透過率との関係を示すグラフである。 上記エネルギー分析器における、アパチャーの貫通孔の直径ｄと、エネルギー分解能との関係を示すグラフである。 上記エネルギー分析器において、試料に約９４０ｅＶの電子線を照射した場合の、アパチャーの貫通孔を通過した電子のスペクトルを示すグラフである。 本発明に係るエネルギー分析器の他の実施例の概略構成を示す断面図である。 上記エネルギー分析器における、アパチャーの貫通孔の直径ｄと、試料から出射されたビームの各エネルギーにおけるアパチャーの透過率との関係を示すグラフである。 上記エネルギー分析器における、アパチャーの貫通孔の直径ｄと、エネルギー分解能との関係を示すグラフである。 上記エネルギー分析器を用いた２次元表示型エネルギー分析器の概略構成を示す断面図である。 上記エネルギー分析器を用いた光電子顕微鏡の概略構成を示す断面図である。 （ａ）はビームの集束位置に作られる試料を投影した図であり、（ｂ）は試料である金網上での距離と光の強度との関係を示したグラフである。 従来の荷電粒子エネルギー分析器の概略図である。 従来の半球型荷電粒子エネルギー分析器の概略図である。

符号の説明

１、１１ エネルギー分析器
２ 広角電子レンズ（第１電子レンズ）
３ 第１アパチャー（第１板部材）
４ 映写部材
５ 障害物（遮断部材）
６ 第２アパチャー（第２板部材）
２１ ２次元表示型エネルギー分析器
３１ 光電子顕微鏡
３２ 第２電子レンズ
３３ 第３電子レンズ
Ａ 貫通孔（第１貫通孔）

本発明の一実施形態について図１〜図１２に基づいて説明すると以下の通りである。

〔エネルギー分析器〕
本発明のエネルギー分析器は、所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子または苛電粒子ビーム（以下、ビーム）から、パスエネルギーＥ（所定のエネルギー）を有するビームを選択する構成である。上記エネルギー分析器は、上記ビームを取り込み、集束させる電子レンズと、該電子レンズの出射口に設けられ、かつ、上記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と一致するように貫通孔Ａが形成された板状の部材とを備えている。

〔第１実施例〕
まず、本発明のエネルギー分析器の一実施例について図１〜図６を参照して説明する。図１は、本発明のエネルギー分析器の第１実施例に係るエネルギー分析器１の概略構成を示す断面図である。

なお、図中の曲線は、試料から出射されたエネルギーＥｓと、パスエネルギーＥとの比Ｅｓ／Ｅが０．９５、１．００、１．０５の場合におけるビームの軌跡を示している。点線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが０．９５のビームを示している。実線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが１．００のビームを示している。破線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが１．０５のビームを示している。

本実施例のエネルギー分析器１は、図１に示すように、広角電子レンズ（第１電子レンズ）２と、アパチャー（第１板部材）３とから構成されている。エネルギー分析器１は、電子分光装置のインプットレンズおよびエネルギー分析器として、または光電子顕微鏡の対物レンズとして好適に用いられる。

広角電子レンズ２は、試料から出射されたビームを取り込んで集束させるものである。本実施例では、広角電子レンズ２として、メッシュ電極Ｍと第１電極ＥＬ１〜第ｎ電極ＥＬｎとから構成されたアインツェル型メッシュレンズを用いている。

アインツェル型メッシュレンズとは、メッシュ電極Ｍ周辺の減速電場と、それに続いて生じる加速型集束電場の組み合わせによって、大きな開き角のビームを集束させるものであり、レンズに取り込まれるビームは一旦減速されるが、すぐに加速され、出口では入口と同じエネルギーを持つ。

ここで、広角電子レンズ２の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、広角電子レンズ２の概略構成を示す断面図である。なお、図中の矢印を付した曲線は、試料から出射されたビームの軌跡を示している。

メッシュ電極Ｍは、試料が配置された物面Ｐ０に対して凹面形状を有しており、広角電子レンズ２の光軸を中心軸とする回転楕円面からなる。また、メッシュ電極Ｍは、第１電極ＥＬ１に一体的に設けられている。なお、メッシュ電極Ｍは、本実施例では第１電極ＥＬ１に一体的に設けられているが、本発明はこれに限られず、第１電極ＥＬ１とは別に設けられていてもよい。また、メッシュ電極Ｍは、本実施例では回転楕円面からなるが、本発明はこれに限られず、球面などの回転体面からなるものであればよい。

第１電極ＥＬ１〜第ｎ電極ＥＬｎは、広角電子レンズ２の光軸を中心とする回転体面からなり、減速電場および加速型集束電場を形成する同心面を有している。第１電極ＥＬ１〜第ｎ電極ＥＬｎは、光軸に沿ってメッシュ電極Ｍから順番に配置されており、外部電源から各電極に任意の電圧が印加される。ここでは、メッシュ電極Ｍおよびメッシュ電極Ｍ周辺に設けられた電極において減速電場を形成するように、かつ、第ｎ電極ＥＬｎを含む像面側の電極において加速型集束電場を形成するように各電極に電圧が印加される。

なお、メッシュ電極Ｍは、第１電極ＥＬ１と一体化して設けられているために、第１電極ＥＬ１と同じ電圧が印加される。また、メッシュ電極Ｍおよび第１電極ＥＬ１が別に設けられている場合は、メッシュ電極Ｍおよび第１電極ＥＬ１のそれぞれに外部電源から任意の電圧が印加される。

なお、本実施例の広角電子レンズ２は、第１電極ＥＬ１および第２電極ＥＬ２の少なくとも２個の電極を有していればよい。広角電子レンズ２は、電極の数が多くなるほど、該レンズの集束性能を高めるとともに、該レンズの製造工程における許容誤差が増加する。しかしながら、電極の数が多くなると、広角電子レンズ２の製造工程が煩雑となるために、電極の数は約３〜約１０の範囲内であることが好ましい。

第１アパチャー３は、図１に示すように、貫通孔（第１貫通孔）Ａを有する板であり、試料から出射されたビームからパスエネルギーＥを有するビームを選別するものである。第１アパチャー３は、広角電子レンズ２のビームの出射口において広角電子レンズ２の光軸に垂直に、かつ、上記貫通孔Ａと、広角電子レンズ２によって集束されるパスエネルギーＥを有するビームの集束点とが一致するように設けられている。また、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径は、広角電子レンズ２の物面Ｐ０から像面Ｐ１までの距離の約１／１００００〜約１／５０であることが好ましく、特に約１／３００であることが望ましい。

なお、図１では、第１アパチャー３は広角電子レンズ２の出射口に、広角電子レンズ２の光軸に対して垂直に設けられている構成であるが、本発明はこれに限られず、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームを広角電子レンズ２の出射口から外側に漏出させない構成であればよい。

また、広角電子レンズ２は、パスエネルギーＥを有するビームに、第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過させるためには、貫通孔Ａの位置に該ビームを集束させる必要がある。そのため、広角電子レンズ２は、図３に示すように、メッシュ電極Ｍの長軸短軸比γ＝ａ／ｂ、各電極に印加される電圧、物面Ｐ０からメッシュ電極Ｍの原点Ｏｅまでの距離ｃ１、および第１電極ＥＬ１の長さＬ１や第２電極ＥＬ２の長さＬ２等の各電極の長さの少なくとも１つを調節することにより、広角電子レンズ２よって集束される所定のエネルギーを有するビームの集束点を、第１アパチャー３の貫通孔Ａと一致させることができる。

ここで、エネルギー分析器１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、試料から出射されたビームの各エネルギーにおける第１アパチャー３の透過率との関係について図４を参照して説明する。図４は、エネルギー分析器１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、試料から出射されたビームの各エネルギーにおける第１アパチャー３の透過率との関係を示すグラフである。なお、ここで用いられるエネルギー分析器１の広角電子レンズ２の物面Ｐ０と像面Ｐ１との距離は３００ｍｍとする。

図４において、縦軸は透過率を、横軸は試料から出射されたビームの各エネルギーとパスエネルギーＥとの差ΔＥと、パスエネルギーＥとの比（ΔＥ／Ｅ）を示す。なお、図中のｄ１〜ｄ４は、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が、ｄ１が１ｍｍ、ｄ２が３ｍｍ、ｄ３が５ｍｍ、ｄ４が１０ｍｍの場合における各エネルギーと透過率との関係を示している。

図４に示すように、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が１ｍｍ（ｄ１）である場合は、ほぼパスエネルギーＥを有するビームのみが貫通孔Ａを通過している。これに対し、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が３ｍｍ（ｄ２）、５ｍｍ（ｄ３）、１０ｍｍ（ｄ４）と大きくなるに伴い、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームが貫通孔Ａを通過してしまう。したがって、エネルギー分析器１において、高精度のエネルギー分析を行う場合には、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径は約１ｍｍにすることが望ましい。

また、本実施例のように、第１アパチャー３を用いて試料から出射されたビームのエネルギー分析を行う場合は、広角電子レンズ２の光軸近傍に沿った方向に試料から出射されるビームは、そのエネルギーにかかわらず第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過してしまう。特に、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が大きくなるに伴い、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有したビームが貫通孔Ａを通過してしまう。

そのため、エネルギー分析器１では、広角電子レンズ２の光軸近傍に沿った位置は、エネルギー分解能が低くなってしまう。すなわち、図４に示すように、各エネルギーと透過率との関係を示す曲線の裾野が広がり、第１アパチャー３の貫通孔Ａを、各エネルギーを有するビームが通過してしまっていることが理解できる。

そこで、エネルギー分析器１では、広角電子レンズ２の光軸近傍のビームを遮断することにより、選別されないままに第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過してしまうビームを遮ることができ、図４に示す曲線の裾野の部分をカットすることができる。その結果、エネルギー分析器１おけるエネルギー分解能を向上させることができる。

ここで、広角電子レンズ２の光軸近傍のビームを遮断する領域と、図４に示す曲線の裾野の部分のカットされる領域（カット領域）との関係について説明する。図４では、物面Ｐ０から１０度、１５度、２０度の範囲内のビームを遮断した場合について説明する。図中のβ１〜３は、それぞれβ１が１０度、β２が１５度、β３が２０度の場合のカット領域を示している。

図４に示すように、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄが小さい場合には、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームが、選別されないまま貫通孔Ａを通過する量が少ないために、カット領域βは１０度で十分に図４に示す曲線の裾野の広がりをカットすることができる。しかしながら、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄが大きくなるに伴い、カット領域βも大きくしなければ、図４に示す曲線の裾野の広がりを十分にカットすることができない。

そこで、エネルギー分析器１では、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径に応じて、物面Ｐ０から約０．５度〜約２０度の範囲内のビームを遮断するように設けることが望ましい。これにより、エネルギー分析器１は、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径に関わらず、選別されないままに第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過してしまうビームを遮ることができ、エネルギー分解能を向上させることができる。

試料から出射されたビームから広角電子レンズ２の光軸近傍のビームを遮断する方法としては、メッシュ電極Ｍの広角電子レンズ２の光軸近傍にビームを遮断するための部材を設けてもよいし、ＣＣＤカメラでビームを測定するときに、広角電子レンズ２の光軸近傍だけデータを取得しないようにしてもよい。

次に、エネルギー分析器１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、第１アパチャー３におけるエネルギー分解能との関係について図５を参照して説明する。図５は、エネルギー分析器１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、第１アパチャー３におけるエネルギー分解能との関係を示すグラフである。図５において、縦軸はエネルギー分解能を、横軸は第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径を示している。ここで、エネルギー分解能とは、図４における透過率が０．５の場合の正と負のΔＥ／Ｅの値を絶対値で加算したものである。

図５に示すように、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄが１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの場合、エネルギー分解能はそれぞれ約０．４％、約１．３％、約２．１％、約４．２％となる。すなわち、エネルギー分析器１では、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄが大きくなるに伴い、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有したビームが第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過してしまい、エネルギー分解能が低下する。

エネルギー分析器１において、高精度のエネルギー分析を行うためのエネルギー分解能としては、約０．１％〜約７％の範囲内であることが好ましく、特に、約１％であることが望ましい。そのため、エネルギー分析器１は、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径を、エネルギー分析器１のエネルギー分解能が約０．１％〜約７％の範囲内、特に約１％となるように設定することにより、高精度のエネルギー分析を行うことが可能となる。

次に、本実施例のエネルギー分析器１を用いた場合において、試料に約９４０ｅＶの電子線を照射したとき、第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過して測定された電子のスペクトルについて図６を参照して説明する。図６は、試料に約９４０ｅＶの電子線を照射した場合における、第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過した電子のスペクトルを示すグラフである。

図６に示すように、第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過した各エネルギーを有するビームの強度は、エネルギーが約９４０ｅＶのビームが最も高いことが分かる。そして、その他のエネルギーを有するビームの強度は、エネルギーが約９４０ｅＶのビームと比較すると低く抑えられている。

したがって、図６の結果から、本実施例のエネルギー分析器１は、試料から出射されたビームから、所望のエネルギー分解能によって、パスエネルギーＥを有するビームを選別可能であると判断できる。

以上のように、本実施形態のエネルギー分析器１は、物面Ｐ０から一定の開き角をもって出射されたビームから、パスエネルギーＥを有するビームを選別するエネルギー分析器であって、前記ビームを取り込み、集束させる広角電子レンズ２と、広角電子レンズ２の出射口に設けられ、かつ、前記パスエネルギーＥを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた貫通孔Ａが形成された第１アパチャー３とを備える。

上述したように、広角電子レンズは、試料から出射されたビームからパスエネルギーＥを有するビームのみを選別することができない。そこで、本発明のエネルギー分析器では、試料から出射されたビームが、エネルギー毎に集束する位置が異なる点に注目している。

すなわち、本実施形態のエネルギー分析器１では、貫通孔Ａを有する第１アパチャー３を、広角電子レンズ２の出射口に、広角電子レンズ２の光軸に対して垂直に、かつ、パスエネルギーＥを有するビームが集束する集束点と、第１アパチャー３の貫通孔Ａの位置とが一致するように設けている。

これにより、試料から出射されたビームのうち、パスエネルギーＥを有したビームは、該ビームの集束点と第１アパチャー３の貫通孔Ａの位置とが一致することにより、第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過することができる。しかし、試料から出射されたビームのうち、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームは、該ビームの集束点と第１アパチャー３の貫通孔Ａの位置とが異なるために、第１アパチャー３を通過することができない。

したがって、エネルギー分析器１は、従来のように電子レンズとエネルギー分析器とを組み合わせなくても、電子レンズの出射口に貫通口を有する板部材を設けるだけで、試料から出射されたビームからパスエネルギーＥを有するビームを選別することができる。したがって、エネルギー分析器１は、安価、かつ、簡易な構成でエネルギー分析をおこなうエネルギー分析器を提供することが可能となる。

〔第２実施例〕
次に、本発明のエネルギー分析器の他の実施例について図７〜図９を参照して説明する。図７は、本発明のエネルギー分析器の第２実施例に係るエネルギー分析器１１の概略構成を示す断面図である。なお、第１実施例のエネルギー分析器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を用いて説明する。

なお、図中の曲線は、試料から出射されたエネルギーＥｓと、パスエネルギーＥとの比Ｅｓ／Ｅが０．９８、１．００、１．０２の場合におけるビームの軌跡を示している。点線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが０．９８のビームを示している。実線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが１．００のビームを示している。破線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが１．０２のビームを示している。

本実施例のエネルギー分析器１１は、図７に示すように、球面収差補正減速型レンズ１２と、第１アパチャー３とから構成されている。第１実施例のエネルギー分析器１では、試料から出射されたビームを集束するために広角電子レンズ２を用いているが、本実施例のエネルギー分析器１１では球面収差補正減速型レンズ１２を用いている。

球面収差補正減速型レンズ１２は、広角電子レンズ２と同様の構成であるが、広角電子レンズ２と異なり加速型集束電場を形成せず、第１電極ＥＬ１〜第ｎ電極ＥＬｎにおいて、物面Ｐ０から出射されたビームを、減速させながら像面Ｐ１において集束させるための減速型集束電場を形成する。そのため、球面収差補正減速型レンズ１２は、高エネルギー、かつ、大きな開き角を有したビームを集束することが可能となる。

したがって、本実施例のエネルギー分析器１１は、試料から高エネルギー、かつ、大きな開き角を有したビームが出射されたとしても、該ビームを取り込むことができ、第１アパチャー３の貫通孔ＡによってパスエネルギーＥを有するビームを選別することができる。

ここで、エネルギー分析器１１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、試料から出射されたビームの各エネルギーにおける第１アパチャー３の透過率との関係について図８を参照して説明する。図８は、エネルギー分析器１１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、試料から出射されたビームの各エネルギーにおける第１アパチャー３の透過率との関係を示すグラフである。なお、ここで用いられるエネルギー分析器１１の球面収差補正減速型レンズ１２の物面Ｐ０と像面Ｐ１との距離は、３００ｍｍとする。

図８において、縦軸は透過率を、横軸は試料から出射されたビームの各エネルギーとパスエネルギーＥとの差ΔＥと、パスエネルギーＥとの比（ΔＥ／Ｅ）を示す。なお、図中のｄ１〜ｄ４は、図４と同様に、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が、ｄ１が１ｍｍ、ｄ２が３ｍｍ、ｄ３が５ｍｍ、ｄ４が１０ｍｍの場合における各エネルギーと透過率との関係を示している。

図８に示すように、エネルギー分析器１１においても、第１実施例のエネルギー分析器１と同様に、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が１ｍｍ（ｄ１）である場合は、ほぼパスエネルギーＥを有するビームのみが貫通孔Ａを通過している。これに対し、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径が３ｍｍ（ｄ２）、５ｍｍ（ｄ３）、１０ｍｍ（ｄ４）と大きくなるに伴い、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームが貫通孔Ａを通過してしまう。したがって、エネルギー分析器１において、高精度のエネルギー分析を行う場合には、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径は約１ｍｍにすることが望ましい。

ただし、エネルギー分析器１１における透過率は、第１実施例のエネルギー分析器１における透過率と比較して、各エネルギーと透過率との関係を示す曲線の裾野の広がりが小さく、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームが、選別されないまま貫通孔Ａを通過する量が少ないことが分かる。すなわち、エネルギー分析器１１は、第１実施例のエネルギー分析器１よりも、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有するビームをカットする効率が高いことが分かる。

次に、エネルギー分析器１１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、第１アパチャー３におけるエネルギー分解能との関係について図９を参照して説明する。図９は、エネルギー分析器１１における、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄと、第１アパチャー３におけるエネルギー分解能との関係を示すグラフである。図９において、縦軸はエネルギー分解能を、横軸は第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径を示している。ここで、エネルギー分解能とは、図８における透過率が０．５の場合の正と負のΔＥ／Ｅの値を絶対値で加算したものである。

図９に示すように、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄが１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの場合、エネルギー分解能はそれぞれ約０．２％、約０．５％、約０．９％、約１．７％となる。すなわち、エネルギー分析器１１では、第１実施例のエネルギー分析器１と同様に、第１アパチャー３の貫通孔Ａの直径ｄが大きくなるに伴い、パスエネルギーＥ以外のエネルギーを有したビームが第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過してしまい、エネルギー分解能が低下する。ただし、エネルギー分析器１１におけるエネルギー分解能は、第１実施例におけるエネルギー分解能の１／２以下となり、エネルギー分析器１１が高いエネルギー分解能を有することが分かる。

このように、試料から出射されたビームを集束するために、球面収差補正減速型レンズ１２を用いることにより、エネルギー分解能を向上することができる。

なお、メッシュ電極Ｍは、本実施例では光軸を中心軸とする回転楕円面から構成されているが、本発明はこれに限られず、光軸を中心軸とする球面から構成されていてもよい。ただし、メッシュ電極Ｍは、光軸を中心軸とする球面からなる場合と比較して、光軸を中心軸とする回転楕円面からなる場合の方が、物面Ｐ０から、すなわち、試料から出射されたビームの取り込み角度を±６０度程度まで大きくすることが可能となる。そのため、メッシュ電極Ｍは、光軸を中心軸とする回転楕円面からなるものを用いることが望ましい。

〔２次元表示型エネルギー分析器〕
次に、本発明のエネルギー分析器を用いて構成された２次元表示型エネルギー分析器について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の２次元表示型エネルギー分析器の一実施例に係る２次元表示型エネルギー分析器２１の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明において、本発明のエネルギー分析器としては第１実施例のエネルギー分析器１を用いる。そのため、第１実施例のエネルギー分析器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

また、図中の曲線は、試料から出射されたエネルギーＥｓと、パスエネルギーＥとの比Ｅｓ／Ｅが０．９５、１．００、１．０５の場合におけるビームの軌跡を示している。点線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが０．９５のビームを示している。実線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが１．００のビームを示している。破線は、試料から出射されたビームのうち、Ｅｓ／Ｅが１．０５のビームを示している。

本実施形態の２次元表示型エネルギー分析器２１は、広角電子レンズ２と、第１アパチャー３と、映写部材４と、障害物（遮断部材）５とを備えている。すなわち、２次元表示型エネルギー分析器２１は、エネルギー分析器１に映写部材４および障害物５が追加された構成である。

映写部材４は、マイクロチャンネルプレートおよびスクリーンから構成されており、第１アパチャー３の広角電子レンズ２が配置されている側とは反対側に配置されている。第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過したビームは、映写部材４のマイクロチャンネルプレートで電子増倍され、スクリーンに投影される。

障害物５は、試料から出射されたビームから広角電子レンズ２の光軸近傍のビームを遮断するものである。障害物５は、エネルギーの選別がなされないままに第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過してしまうビームを遮ることができるために、２次元表示型エネルギー分析器２１のエネルギー分解能を向上させることができる。

本実施形態の２次元表示型エネルギー分析器２１は、映写部材４を第１アパチャー３の広角電子レンズ２が配置されている側とは反対側に配置することにより、第１アパチャー３の貫通孔Ａを通過したビームが映写部材４に投影され、試料から出射されたビームの放出角度分布を表示することが可能となる。

また、２次元表示型エネルギー分析器２１は、第１アパチャー３の広角電子レンズ２が配置されている側とは反対側に、広角電子レンズ２から出射されたビームを集束させる少なくとも１つの電子レンズ（第２電子レンズ）が設けられる構成であってもかまわない。上記電子レンズは、第１アパチャー３の広角電子レンズ２が配置されている側とは反対側に、広角電子レンズ２から出射されたビームが入射するように設けられていればよく、映写部材４には該電子レンズから出射されたビームが投影される。その結果、上記２次元表
示型エネルギー分析器は、広角電子レンズ２以外の電子レンズを備えていないエネルギー分析器２１と比較して、試料から出射されたビームの放出角度分布をより鮮明に映写部材４に表示させることが可能となる。

なお、本実施形態では、試料から出射されたビームからパスエネルギーＥを有するビームを選別するために、エネルギー分析器の第１実施例のエネルギー分析器１を用いているが、本発明はこれに限られず、エネルギー分析器の第２実施例のエネルギー分析器１１を用いる構成であってもかまわない。

〔光電子顕微鏡〕
次に、本発明のエネルギー分析器を用いて構成された光電子顕微鏡について図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、本発明の光電子顕微鏡の一実施例に係る光電子顕微鏡３１の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明において、本発明のエネルギー分析器としては第１実施例のエネルギー分析器１を用いる。そのため、第１実施例のエネルギー分析器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

本実施形態の光電子顕微鏡３１は、図１１に示すように、広角電子レンズ２と、第１アパチャー３と、映写部材４と、第２アパチャー６と、第３アパチャー７と、第２電子レンズ３２と、第３電子レンズ３３とから構成されている。すなわち、光電子顕微鏡３１は、エネルギー分析器１に映写部材４、第２アパチャー６、第３アパチャー７、第２電子レンズ３２および第３電子レンズ３３が追加された構成である。

なお、図１１において、Ｐ１が広角電子レンズ２の像面を、Ｐ２が第２電子レンズ３２の像面を、Ｐ３が第３電子レンズ３３の像面を示しており、ＤＰ１は第２電子レンズ３２の回折面を、ＤＰ２は第３電子レンズ３３の回折面を示している。

第２アパチャー６および第３アパチャー７は、試料から出射されたビームの通過領域を制限するものであり、第２アパチャー６には第２貫通孔が、第３アパチャー７には第３貫通孔が形成されている。第２アパチャー６および第３アパチャー７の構成は、所望の光電子顕微鏡３１の構成に応じて、一般に知られている種々のアパチャーを用いることが可能であり、特に限定されない。

第２電子レンズ３２は広角電子レンズ２から出射されたビームを集束させるものであり、第３電子レンズ３３は第２電子レンズ３２から出射されたビームを集束させるものである。第２電子レンズ３２および第３電子レンズ３３の構成は、所望の光電子顕微鏡３１の構成に応じて、一般に知られている種々の電子レンズを用いることが可能であり、特に限定されない。

光電子顕微鏡３１は、第２電子レンズ３２が、第１アパチャー３の広角電子レンズ２が配置されている側とは反対側に、第２電子レンズ３２の光軸と広角電子レンズ２の光軸とが一致するように設けられている。そして、光電子顕微鏡３１は、第２貫通孔が形成された第２アパチャー６が第２電子レンズ３２の回折面ＤＰ１に設けられており、第３貫通孔が形成された第３アパチャー７が第２電子レンズ３２の出射口に設けられている。さらに、光電子顕微鏡３１は、第３電子レンズ３３が、第３アパチャー７の第２電子レンズ３２が配置されている側とは反対側に、第３電子レンズ３３の光軸と広角電子レンズ２の光軸とが一致するように設けられており、映写部材４が第３電子レンズ３３の出射口側に配置されている。

なお、本実施形態では、第２電子レンズ３２および第３電子レンズ３３は、その光軸が広角電子レンズ２の光軸と一致するように設けられているが、本発明はこれに限られず、第２電子レンズ３２には広角電子レンズ２から出射されたビームが入射するように、第３電子レンズ３３には第２電子レンズ３２から出射されたビームが入射するように設けられていればよい。

上記構成により、光電子顕微鏡３１は、簡易な構成で試料から出射されたビームの放出角度分布および試料の２次元拡大像を映写部材４に表示することが可能となる。また、第２電子レンズ３２の回折面ＤＰ１に第２アパチャー６を設けることにより、広角電子レンズ２が試料から出射された大きな開き角を有するビームを取り込んだ場合、第２アパチャー６の第２貫通孔によって該ビームの通過領域を絞り込んで、映写部材４に投影される像の解像度を上げることができる。

なお、本実施形態の光電子顕微鏡３１は、広角電子レンズ２以外の電子レンズとして、第２電子レンズ３２および第３電子レンズ３３の２つの電子レンズを有している構成であるが、本発明はこれに限られず、少なくとも１つの電子レンズが設けられている構成であればよい。

また、本実施形態の光電子顕微鏡３１は、第１アパチャー３に加えて、第２アパチャー６および第３アパチャー７を有している構成であるが、本発明はこれに限られず、第１アパチャー３に加えて、少なくとも１つのビームの通過領域を制限するアパチャーが設けられている構成であればよい。上記アパチャーが設けられる位置としては、広角電子レンズ２および上記電子レンズの像面若しくは回折面のどちらか、または像面および回折面の両方に設けられていてもよい。

ここで、本実施形態の光電子顕微鏡３１における像の空間分解能を判断するために、試料として４００メッシュの金網を用いた場合の映写部材４（図１０に示す）に投影される像について、図１２を参照して説明する。図１２の（ａ）はビームの集束位置に作られる試料を投影した図であり、図１２の（ｂ）は試料である金網の距離と光の強度との関係を示したグラフである。

試料である金網の網の間隔は、図１２の（ａ）に示すように６５μｍであるが、映写部材４に投影された像における網の間隔は約０．３ｍｍとなり、約５倍拡大されていることが分かる。また、図１２の（ｂ）に示すように、電子強度が試料上の距離に直して約６０μｍ毎に強くなっており、映写部材４には、試料の像が正確に投影されていることが分かる。

また、本実施形態の光電子顕微鏡３１は、図示しない試料移動手段によって試料を移動させることにより、偏向板をビームの軌跡上で移動させることにより、または第１アパチャー３の貫通孔Ａを移動させることにより、試料から出射されたビームのうち、目的の箇所のビームのみを貫通孔Ａに通過させることができ、試料の目的の箇所だけを拡大して映写部材４に投影することが可能となる。この場合、第２電子レンズ３２および第３電子レンズ３３の強さを変えることにより、角度分布が映写部材４に映るようにすることもできる。

なお、本実施形態では、試料から出射されたビームからパスエネルギーを有するビームを選別するために、エネルギー分析器の第１実施例のエネルギー分析器１を用いた構成であるが、本発明はこれに限られず、エネルギー分析器の第２実施例のエネルギー分析器１１を用いる構成であってもかまわない。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、本発明のエネルギー分析器では、所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子または荷電粒子ビーム（以下、ビーム）から、所定のエネルギーを有するビームを選別するエネルギー分析器において、前記ビームを取り込み、集束させる第１電子レンズと、前記第１電子レンズの出射口に設けられ、かつ、前記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた第１貫通孔が形成された第１板部材とを備え、上記第１電子レンズは、光軸を中心軸とする回転体面からなり、外部電源から任意の電圧が印加される少なくとも２つの電極を備え、上記電極の少なくとも１つは、物面に対して凹面形状を有し、該凹面形状が光軸を中心軸とする回転体面からなるメッシュであり、上記各電極は、該各電極に印加された電圧により、上記ビームを減速させるとともに、該ビームに生じる球面収差を補正するための減速型集束電場を形成する構成であってもよい。

上記構成により、光軸を中心軸とする回転体面からなる少なくとも２つの電極に対して、外部電源から任意の電圧を印加することにより、該各電極は、所定物面位置より出射されたビームを減速させるとともに、該ビームに生じる球面収差を補正するための減速型集束電場を形成することができる。これにより、高エネルギーのビームが物面から出射された場合であっても、上記各電極によって形成された減速型集束電場により、該ビームを減速させることができる。

また、上記電極の少なくとも１つとして、物面に対して凹面形状を有し、該凹面形状が光軸を中心軸とする回転体面からなるメッシュを用いることにより、大きな取り込み角を実現することが可能となる。

これにより、本発明のエネルギー分析器は、所定物面位置から出射された高エネルギー、かつ、大きな開き角のビームを取り込むことが可能となり、感度を向上させることが可能となる。

また、本発明のエネルギー分析器では、上記メッシュは、上記光軸を中心軸とする回転楕円面からなる構成であってもよい。

メッシュの形状が光軸を中心軸とする球面からなる場合、ビームの取り込み角は±３０度程度が限界であった。そこで、本発明の上記構成では、メッシュの形状を、光軸を中心軸とする回転楕円面から構成することにより、メッシュの形状が球面からなる場合と比較して、ビームの取り込み角を±６０度程度まで大きくすることが可能となる。

したがって、本発明のエネルギー分析器は、所定物面位置から出射された高エネルギー、かつ、大きな開き角を有したビームを取り込むことが可能となり、感度を向上させることが可能となる。

また、本発明のエネルギー分析器では、上記第１電子レンズは、上記メッシュの長軸短軸比、上記各電極の長さ、所定物面位置から該メッシュまでの距離、および該各電極に印加される電圧の少なくとも１つを調節することによって上記所定のエネルギーを有するビームを集束点に集束させる構成であってもよい。

所定物面位置から出射されたビームのうち、所定のエネルギーを有するビームを、第１板部材の第１貫通孔に通過させるためには、該第１貫通孔の位置に該ビームを集束させる必要がある。

そこで、本発明の上記構成により、メッシュの長軸短軸比、各電極の長さ、所定物面位置から該メッシュまでの距離および該各電極に印加される電圧の少なくとも１つを調節することによって、所定物面位置から出射されたビームのうち、所定のエネルギーを有するビームを集束点に集束させることが可能となる。

また、本発明のエネルギー分析器では、上記第１板部材の上記第１貫通孔の直径は、上記第１電子レンズの所定物面位置から像面までの距離の約１／１００００〜約１／５０であってもよい。

第１板部材の第１貫通孔の直径が大きくなるに伴い、所定のエネルギー以外のエネルギーを有したビームが、該第１貫通孔を通過する割合が高くなる。

そのため、本発明のエネルギー分析器では、高精度のエネルギー分析を行うために、上
記第１貫通孔の直径を、上記第１電子レンズの所定物面位置から像面までの距離の約１／１００００〜約１／５０の範囲内とすることが好ましく、特に約１／３００とすることが望ましい。

これにより、上記エネルギー分析器は、所定のエネルギー以外のエネルギーを有したビームが上記第１板部材の上記第１貫通孔を通過してしまうことを抑制することができ、エネルギー分解能を向上させることができる。その結果、本発明のエネルギー分析器を、例えば光電子顕微鏡に適用した場合は、明瞭な像を投影することが可能となる。

また、本発明のエネルギー分析器では、上記第１板部材の上記第１貫通孔の直径は、上記エネルギー分析器のエネルギー分解能が約０．１％〜約７％となるように設定されていてもよい。

本発明のエネルギー分析器では、エネルギー分解能の数値が大きくなるに伴い、所定のエネルギー以外のエネルギーを有したビームが上記第１板部材の上記第１貫通孔を通過してしまう。そのため、上記エネルギー分析器において、高精度のエネルギー分析を行うためには、エネルギー分解能が約０．１％〜約７％の範囲内であることが好ましく、特に約１％以下であることが望ましい。

そこで、本発明のエネルギー分析器は、上記第１板部材の上記第１貫通孔の直径を、エネルギー分析器のエネルギー分解能が約０．１％〜約７％の範囲内、特に約１％となるように設定することにより、高精度のエネルギー分析を行うことが可能となる。その結果、本発明のエネルギー分析器を、例えば光電子顕微鏡に適用した場合は、明瞭な像を投影することが可能となる。

また、本発明のエネルギー分析器では、上記第１電子レンズの光軸近傍のビームを遮断する遮断部材を備えていてもよい。

本発明のエネルギー分析器では、上記第１板部材の上記第１貫通孔を用いて所定物面位置から出射されたビームのエネルギー分析を行っているが、上記第１電子レンズの光軸近傍に沿った方向に所定物面位置から出射されるビームは、そのエネルギーにかかわらず該第１板部材の該第１貫通孔を通過してしまう。そのため、上記第１電子レンズの光軸近傍に沿った位置では、エネルギー分解能が低くなってしまう。

そこで、本発明のエネルギー分析器では、所定物面位置から出射されたビームから上記第１電子レンズの光軸近傍のビームを遮断する遮断部材を備えることにより、選別されないままに上記第１板部材の上記第１貫通孔を通過してしまうビームを遮ることができる。その結果、本発明のエネルギー分析器におけるエネルギー分解能を向上させることができる。

また、本発明のエネルギー分析器では、上記遮断部材は、所定物面位置から約０．５度〜約２０度の範囲内の上記ビームを遮断するように設けられていてもよい。

本発明のエネルギー分析器では、上記第１電子レンズの光軸近傍に沿った方向に所定物面位置から出射されるビームは、そのエネルギーにかかわらず上記第１板部材の上記第１貫通孔を通過してしまう。特に、上記第１板部材の上記第１貫通孔の直径が大きくなるに伴い、所定のエネルギー以外のエネルギーを有したビームが該第１貫通孔を通過してしまう。そのため、上記第１電子レンズの光軸近傍に沿った位置では、エネルギー分解能が低くなってしまう。

そこで、本発明のエネルギー分析器では、遮断部材を、上記第１板部材の上記第１貫通孔の直径に応じて、所定物面位置から約０．５度〜約２０度の範囲内のビームを遮断するように設けてもよい。これにより、上記エネルギー分析器は、上記第１板部材の上記第１貫通孔の直径に関わらず、選別されないままに該第１板部材の該第１貫通孔を通過してしまうビームを遮ることができ、エネルギー分解能を向上させることができる。

また、本発明の２次元表示型エネルギー分析器は、上記第１板部材の上記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に設けられ、かつ、上記第１電子レンズから出射された上記ビームを集束させる少なくとも１つの第２電子レンズを備え、上記映写部材は、上記第２電子レンズから出射された上記ビームを映し出す構成であってもよい。

上記構成により、第１電子レンズ、第１板部材および映写部材から構成された２次元表示型エネルギー分析器に加えて、上記第１板部材の上記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に、上記第１電子レンズから出射された上記ビームを集束させる第２電子レンズが設けられており、所定物面位置から出射されたビームの放出角度分布をより鮮明に表示させることが可能となる。

本発明のエネルギー分析器は、電子分光装置のインプットレンズおよびエネルギー分析器として、光電子顕微鏡の対物レンズとして、または光電子顕微鏡として好適に適用できる。

Claims (13)

1. 所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子または荷電粒子ビーム（以下、ビーム）から、所定のエネルギーを有するビームを選別するエネルギー分析器において、
   前記ビームを取り込み、集束させる第１電子レンズと、
   前記第１電子レンズの出射口に設けられ、かつ、前記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた第１貫通孔が形成された第１板部材とを備え、
   前記第１電子レンズは、
   光軸を中心軸とする回転体面からなり、外部電源から任意の電圧が印加される少なくとも２つの電極を備え、
   前記電極の少なくとも１つは、物面に対して凹面形状を有し、該凹面形状が光軸を中心軸とする回転体面からなるメッシュであることを特徴とするエネルギー分析器。
2. 所定物面位置から一定の開き角をもって出射された電子または荷電粒子ビーム（以下、ビーム）から、所定のエネルギーを有するビームを選別するエネルギー分析器において、
   前記ビームを取り込み、集束させる第１電子レンズと、
   前記第１電子レンズの出射口に設けられ、かつ、前記所定のエネルギーを有するビームが集束する集束点と同位置に設けられた第１貫通孔が形成された第１板部材とを備え、
   前記第１電子レンズは、
   光軸を中心軸とする回転体面からなり、外部電源から任意の電圧が印加される少なくとも２つの電極を備え、
   前記電極の少なくとも１つは、物面に対して凹面形状を有し、該凹面形状が光軸を中心軸とする回転体面からなるメッシュであり、
   前記各電極は、該各電極に印加された電圧により、前記ビームを減速させるとともに、該ビームに生じる球面収差を補正するための減速型集束電場を形成することを特徴とするエネルギー分析器。
3. 前記メッシュは、前記光軸を中心軸とする回転楕円面からなることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー分析器。
4. 前記第１電子レンズは、前記メッシュの長軸短軸比、前記各電極の長さ、所定物面位置から該メッシュまでの距離、および該各電極に印加される電圧の少なくとも１つを調節することによって前記所定のエネルギーを有するビームを集束点に集束させていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギー分析器。
5. 前記第１板部材の前記第１貫通孔の直径は、前記第１電子レンズの所定物面位置から像面までの距離の約１／１００００〜約１／５０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー分析器。
6. 前記第１板部材の前記第１貫通孔の直径は、前記第１電子レンズの所定物面位置から像面までの距離の約１／３００であることを特徴とする請求項５に記載のエネルギー分析器。
7. 前記第１板部材の前記第１貫通孔の直径は、前記エネルギー分析器のエネルギー分解能が約０．１％〜約７％となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー分析器。
8. 前記第１板部材の前記第１貫通孔の直径は、前記エネルギー分析器のエネルギー分解能が約１％となるように設定されていることを特徴とする請求項７に記載のエネルギー分析器。
9. 前記第１電子レンズの光軸近傍のビームを遮断する遮断部材を備えることを特徴とする
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー分析器。
10. 前記遮断部材は、所定物面位置から約０．５度〜約２０度の範囲内の前記ビームを遮断するように設けられていることを特徴とする請求項９に記載のエネルギー分析器。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギー分析器と、
    前記第１板部材の前記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に設けられ、かつ、前記第１板部材の前記第１貫通孔を通過した前記ビームを映し出す映写部材とを備えることを特徴とする２次元表示型エネルギー分析器。
12. 前記第１板部材の前記第１電子レンズが配置されている側とは反対側に設けられ、かつ、前記第１電子レンズから出射された前記ビームを集束させる少なくとも１つの第２電子レンズを備え、
    前記映写部材は、前記第２電子レンズから出射された前記ビームを映し出すことを特徴とする請求項１１に記載の２次元表示型エネルギー分析器。
13. 請求項１２に記載の２次元表示型エネルギー分析器と、
    前記ビームの通過領域を制限する第２貫通孔が形成されており、前記第１電子レンズおよび前記第２電子レンズの像面および回折面の少なくとも１つに設けられた第２板部材とを備えることを特徴とする光電子顕微鏡。