[发明专利]带电粒子的影像能量过滤器以及使用其的分光计

说明书

本发明涉及带电粒子的影像能量过滤器以及具有这样的能量过滤器的分光计。

能量过滤器被用于确定诸如例如电子之类的带电粒子的能量。

为了分析材料，在电子分光计中激发要被调查的材料的电子。这可用例如被辐射到其中的电子来实现，但也可用X射线辐射或UV辐射来实现。

然后测量电子的动能。为这个目的而使用电子分光计，通过电子分光计，可能确定带有给定动能的被激发电子的数量。

从例如EP1 559 126已知带电粒子的影像能量过滤器。

这种能量过滤器构建于半球形分析器上。半球形分析器包括两个金属半球。一个形为凹入而另一个具有凸出形状。两个半球的曲线的中心点重合。对这两个半球施加不同电压，从而在两个半球之间产生电场。将被能量过滤的电子现在可被入口表面反射到两个半球之间的间隙中。具有位于较窄能量范围(也称为通过能量)中的动能的电子可完全通过分析器且达到设置在出口表面之后的检测器。具有过高能量的电子将撞击外半球而具有过低能量的电子将撞击内半球。

半球分析器发生聚焦，换言之具有同样能量的电子，不论它们进入半球分析器时精确角度如何，以一级近似被几乎聚集于出口孔处的同一点。因此，可在半球分析器的出口检测到具有给定能量的电子。可通过改变内和外半球之间的电场来调节通过能量。

半球分析器用作能量过滤器，换言之，可确定带电粒子的能量。被激发的电子通常以不同角度和/或在不同位置入射到半球分析器的入口表面上。

原则上，位置和角度分度允许推出关于带电颗粒的起源的结论。

如果，例如，用合适的辐射源(诸如例如电子源)照射样本，那么电子可从样本表面分开，或者电子源的电子可在该表面上衍射。

如果样本表面被成像于半球分析器的入口表面，那么电子的位置分布包括有关在此表面上的样本的结构信息。允许从角度分布中得出有关原子的几何排列的信息。

然而，如果出口表面直接成像于检测器上，由于半球分析器的聚焦性质，位置和角度分布会丢失。

因此EP 1 559 126已经提出了使用两个半球分析器，二者连接为一个在另一个之后。在该情况下，第一半球分析器用于仅通过具有通过能量的带电粒子，而第二半球分析器存储带电粒子的位置和角度分布。

为了将从第一半球分析器流出的带电粒子成像于设置在下游的半球分析器的输入处，采用转接透镜，即，用于带电粒子的透镜。这个措施提供了影像能量过滤器作为第二半球分析器，校正了第一半球分析器的影像误差。

然而，已知的是，当使用静态、没有空间电荷且旋转对称的管状透镜时，在带电粒子的光学成像系统中不出现色彩(色彩误差)和球差(孔径误差)。转接透镜固有的这些误差限制了系统的操作效率且，由于以较大角入射在入口表面的电子的成像质量过差而导致仅具有非常小的接受角度的已知系统。

考虑到现有技术的上述状态，因此本发明的目的是提供影像能量过滤器或者具有这样的影像能量过滤器的分光计，其具有较高水平的位置和角度分辨率且可以较大接受角度而被操作。

根据本发明，通过带电粒子影像能量过滤器来实现这个目的，该影像能量过滤器具有带入口平面和出口平面的环状能量分析器，优选地是具有半球状分析器，其中为带电粒子提供了被如此设置的镜子部件：以使通过出口平面离开环状能量分析器的带电粒子通过该镜子部件被反射回该环状能量分析器，从而带电粒子在相反行进方向再一次地穿过环状能量分析器。

表述“在相反进行方向”并不是意味着带电粒子精确地跟随同一个路径而是从出口表面到入口表面穿过能量分析器。在优选实施例中，带电粒子以第一角度入射到入口表面上，在它们穿过能量分析器两次之后以第二角度离开，其中第一角度和第二角度是反向地相同的，换言之，入射光束、入射轴以及出射光束位于一个平面内，且入射角和出射角是相同的。

如已在EP 1 559 126描述的那样，并不是绝对必须使用半球形分析器。原则上，任何环状能量分析器是合适的，例如，还有圆柱形分析器或球形扇区分析器。在EP 1 559 126中描述了相应的示例。

即使在下文中结合特定优选的半球分析器而描述本发明，将理解的是除此之外，还可能使用任何其他环状能量分析器。

根据本发明的合适的带电粒子的反射镜的配置首先规定：可能无需使用第二环状能量分析器。替代此，带电粒子由镜子被反射回第一环状能量分析器。

原则上，可能将反射镜直接放置在环状分析器的出口平面中。然而带电粒子的反射镜一般具有不可忽视的固定的负球面像差和色差。