特許 7605067 カソードルミネッセンス分光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】カソードルミネッセンス分光装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20241217BHJP

   G01N 23/2254 20180101ALI20241217BHJP

   H01J 37/28 20060101ALN20241217BHJP

【ＦＩ】

H01J37/244

G01N23/2254

H01J37/28 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021136446

(22)【出願日】2021-08-24

(65)【公開番号】P2023031001

(43)【公開日】2023-03-08

【審査請求日】2023-11-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三田村 茂宏

【審査官】坂上 大貴

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－２４３８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０７２４２８（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０１２－２２１７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２０６０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カソードルミネッセンス分光装置であって、
試料に電子線を照射する電子銃と、
前記試料への前記電子線の照射によって前記試料から放射されるカソードルミネッセンスを集光する集光機構と、
前記集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスを分光可能に構成された分光素子と、
前記分光素子によって分光されたカソードルミネッセンスの強度を検出する検出器と、
前記検出器から検出結果を受信し、前記カソードルミネッセンス分光装置を制御する制御装置と、
前記集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスのうちの特定波長のカソードルミネッセンスを反射可能に構成された分光結晶と、
前記集光機構の集光先を前記分光結晶または前記分光素子に切り替える切替機構とを備え、
前記分光素子は、
第１ミラーと、前記第１ミラーと対向する位置に設けられた第２ミラーとを含み、
前記第１ミラーは、前記集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させ、
前記第２ミラーは、前記第１ミラーを透過したカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させ、
前記第１ミラーおよび前記第２ミラーは、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間のカソードルミネッセンスを干渉させて、特定波長のカソードルミネッセンスを前記第２ミラーから透過させ、
前記検出器は、前記第２ミラーを透過したカソードルミネッセンスの強度を検出する、カソードルミネッセンス分光装置。

【請求項2】

前記検出器は、第１受光素子および第２受光素子を含み、
前記電子銃は、前記試料の表面における照射領域に電子線を照射し、
前記分光素子は、
前記照射領域のうちの第１領域から放射された第１カソードルミネッセンスを分光し、
前記照射領域のうちの前記第１領域と異なる第２領域から放射された第２カソードルミネッセンスを分光し、
前記第１受光素子は、前記分光素子によって分光された前記第１カソードルミネッセンスを受光し、
前記第２受光素子は、前記分光素子によって分光された前記第２カソードルミネッセンスを受光する、請求項１に記載のカソードルミネッセンス分光装置。

【請求項3】

前記電子線が前記試料に入射するときの入射角は、０度より大きく、９０度より小さい、請求項２に記載のカソードルミネッセンス分光装置。

【請求項4】

前記分光素子は、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間の距離を変化させる駆動装置をさらに備える、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のカソードルミネッセンス分光装置。

【請求項5】

前記駆動装置は、ピエゾ素子を含んで形成される、請求項４に記載のカソードルミネッセンス分光装置。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記分光素子によって分光されたカソードルミネッセンスに基づいて第１画像を形成し、
前記分光結晶に切り替える命令を受信した場合、前記分光結晶によって分光されたカソードルミネッセンスに基づいて第２画像を表示する、請求項１に記載のカソードルミネッセンス分光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、カソードルミネッセンス分光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、試料から放射されるカソードルミネッセンスを検出し、試料の格子欠陥または不純物の分布などの情報を得る技術が知られている。

【0003】

たとえば、特開２０００－２０６０４６号公報（特許文献１）には、試料に電子線を照射することによりカソードルミネッセンスを発生させ、分光結晶を用いてカソードルミネッセンスを分光するカソードルミネッセンス分光装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－２０６０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のカソードルミネッセンス分光装置では、分光器として分光結晶を用いているため、分光結晶自体をカソードルミネッセンス分光装置の内部に配置する必要がある。そのため、カソードルミネッセンス分光装置は、分光結晶を配置するためのスペースを設ける必要があり、分光器が大型化し得る。その結果、カソードルミネッセンス分光装置自体も大型化する懸念がある。

【0006】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、カソードルミネッセンス分光装置において、カソードルミネッセンスを分光するための分光器の小型化を図ることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のカソードルミネッセンス分光装置は、電子銃と、集光機構と、分光素子と、検出器と、制御装置とを備える。電子銃は、試料に電子線を照射する。集光機構は、試料への電子線の照射によって試料から放射されるカソードルミネッセンスを集光する。分光素子は、集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスを分光可能に構成される。検出器は、分光素子によって分光されたカソードルミネッセンスの強度を検出する。制御装置は、検出器から検出結果を受信し、カソードルミネッセンス分光装置を制御する。分光素子は、第１ミラーと、第２ミラーとを含む。第２ミラーは、第１ミラーと対向する位置に設けられる。第１ミラーは、集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させる。第２ミラーは、第１ミラーを透過したカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させる。第１ミラーおよび第２ミラーは、第１ミラーと第２ミラーとの間のカソードルミネッセンスを干渉させて、特定の波長のカソードルミネッセンスを第２ミラーから透過させる。検出器は、第２ミラーを透過したカソードルミネッセンスの強度を検出する。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係るカソードルミネッセンス分光装置は、カソードルミネッセンスを分光する分光素子を備える。分光素子は、互いに対向した位置に配置されたミラーでカソードルミネッセンスを複数回反射されることにより、特定波長のカソードルミネッセンスのみを透過させる。このような構成によって、分光結晶を備える場合と比較して、カソードルミネッセンスを分光するための分光器の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置の概略を示す図である。

【図2】エタロン素子と検出器とを示す概略図である。

【図3】エタロン素子の多重干渉を示す図である。

【図4】実施の形態１における試料から放射されるカソードルミネッセンスの発光強度の表示例を示す図である。

【図5】実施の形態２におけるカソードルミネッセンス分光装置の概略を示す図である。

【図6】電子線が照射されている試料の斜視図である。

【図7】エタロン素子とＣＣＤである検出器の斜視図である。

【図8】実施の形態２における試料から放射されるカソードルミネッセンスの発光強度の表示例を示す図である。

【図9】図８の領域に対応する受光素子のスペクトルの一例を示す図である。

【図10】図８の領域に対応する受光素子のスペクトルの一例を示す図である。

【図11】図８の領域に対応する受光素子のスペクトルの一例を示す図である。

【図12】実施の形態３におけるカソードルミネッセンス分光装置の概略を示す図である。

【図13】実施の形態３における電子線の入射角を説明するための図である。

【図14】実施の形態４におけるカソードルミネッセンス分光装置の構成を示す図である。

【図15】エタロン素子を用いた場合のスペクトルを示す図である。

【図16】分光結晶を用いた場合のスペクトルを示す図である。

【図17】エタロン素子から分光結晶へと切り替える分析処理を示すフローチャートである。

【図18】画像の重ね合わせについて説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

＜カソードルミネッセンス分光装置の全体構成＞
図１は、実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置１００の概略を示す図である。実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置１００は、たとえば、電子線を走査して試料に照射する走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope)である。なお、カソードルミネッセンス分光装置１００は、電子顕微鏡に限られず、電子線を試料に照射することが可能な装置であればよい。

【0012】

カソードルミネッセンス分光装置１００は、電子銃１０と、試料台１５と、ミラー２０と、集光レンズ２５と、エタロン素子３０と、検出器４０と、制御装置５０とを備える。電子銃１０は、電子源１１と、コンデンサレンズ１２と、走査コイル１３と、対物レンズ１４とを備える。

【0013】

なお、以降の説明においては、試料台１５の法線方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面をＸ軸およびＹ軸と規定する。また、各図におけるＺ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。

【0014】

電子銃１０は、試料台１５に載置された試料Ｓｐ１に対して電子線ＥＢ１を照射する。試料台１５に載置されている試料Ｓｐ１のＺ軸の正方向側の面は、試料台１５の面と平行である。電子銃１０と試料Ｓｐ１との間には、ミラー２０が配置されている。電子線ＥＢ１は、ミラー２０に形成された開口２０ａを通過した後に、試料Ｓｐ１に入射する。

【0015】

電子源１１は、電子線ＥＢ１の励起源であって、電圧が印加されることにより電子線ＥＢ１を出射する。コンデンサレンズ１２は、電子線ＥＢ１を集束させる。走査コイル１３は、電子線ＥＢ１を試料Ｓｐ１上で走査させる。対物レンズ１４は、電子線ＥＢ１を微小径に絞る。

【0016】

電子銃１０は、電子源１１が電子線ＥＢ１を発生させることが可能であるように、真空排気機構が接続された筐体内に収容されている。すなわち、筐体内は、電子源１１が電子を発生させることができる真空度に保たれている。

【0017】

試料Ｓｐ１に電子線ＥＢ１が照射されることにより、試料Ｓｐ１の価電子帯の電子は、伝導帯へと励起される。これにより生じた正孔と電子とが再結合することにより、発光が生じる。当該発光は、カソードルミネッセンス（Cathodoluminescence）と呼称される。カソードルミネッセンスは、試料Ｓｐ１から全方位に向けて放射される。また、カソードルミネッセンスは、複数の波長を含む。図１におけるカソードルミネッセンスＣＬ１は、全方位に放射されたカソードルミネッセンスのうちミラー２０に向かって放射されるカソードルミネッセンスである。すなわち、カソードルミネッセンスＣＬ１は、試料Ｓｐ１からミラー２０までの間のカソードルミネッセンスである。

【0018】

ミラー２０は、試料Ｓｐ１から放射されるカソードルミネッセンスＣＬ１を反射する。ミラー２０は、カソードルミネッセンスＣＬ１をカソードルミネッセンスＣＬ２として反射する。カソードルミネッセンスＣＬ２は、集光レンズ２５によってエタロン素子３０に集光される。すなわち、カソードルミネッセンスＣＬ２は、ミラー２０によって反射された後、エタロン素子３０に集光されるまでのカソードルミネッセンスである。なお、ミラー２０および集光レンズ２５は、本開示における「集光機構」に対応する。集光機構であるミラー２０および集光レンズ２５は、ミラーレンズとして一体的に設けられてもよい。

【0019】

エタロン素子３０は、ミラー２０および集光レンズ２５によって集光されたカソードルミネッセンスＣＬ２を分光可能であるように構成されている。すなわち、エタロン素子３０は、複数の波長を含むカソードルミネッセンスＣＬ２のうち、特定波長のカソードルミネッセンスＣＬ２のみをカソードルミネッセンスＣＬ３として透過させる分光器である。以下では、カソードルミネッセンスＣＬ３の波長を「分光後の波長」と称する場合がある。エタロン素子３０は、ファブリペロー干渉計と呼称される。エタロン素子３０は、本開示における「分光素子」に対応する。

【0020】

エタロン素子３０の長さ方向の寸法は５ｍｍ～１５ｍｍ程度であり、幅方向の寸法は１ｍｍ～５ｍｍ程度である。一方で、カソードルミネッセンスを分光するための一般的な分光結晶のサイズは、エタロン素子のサイズよりも大きい。さらに、分光結晶を備えるカソードルミネッセンス分光装置は、分光結晶で分光するための光学系を備える必要がある。光学系および分光結晶を格納する分光器の長さ方向の寸法は１５００ｍｍ～２５００ｍｍ程度であり、幅方向の寸法は１５００ｍｍ～２５００ｍｍ程度である。すなわち、エタロン素子３０を配置する場合に必要となるスペースは、分光結晶を配置する場合に必要となるスペースよりも小さい。

【0021】

検出器４０は、エタロン素子３０によって分光された後のカソードルミネッセンスＣＬ３の強度を検出する。実施の形態１における検出器４０は、フォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）である。すなわち、検出器４０は、いわゆる光電子増倍管である。検出器４０は、内部に設けられた複数のダイノードを用いて光電子を増倍し、微小な光の強度を検出する。

【0022】

制御装置５０は、主たる構成要素として、ＣＰＵ５１（Central Processing Unit）と、メモリ５２とを備える。制御装置５０は、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）による構成であってもよい。メモリは、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、またはＨＤＤ（Hard Disk Drive）によって実現される。

【0023】

制御装置５０は、ディスプレイ６０および入力装置７０に電気的に接続される。制御装置５０は、たとえば、カソードルミネッセンス分光に関する情報をディスプレイ６０に表示させる。カソードルミネッセンス分光に関する情報とは、たとえば、検出器４０の検出結果、分析装置に生じたエラー情報などを含む。制御装置５０は、ユーザーが入力装置７０を用いて入力した命令を受信する。入力装置７０は、たとえば、キーボードである。ディスプレイ６０および入力装置７０は、タッチパネルとして一体に形成されていてもよい。

【0024】

制御装置５０が備える構成のうち少なくとも一部分、ディスプレイ６０、または入力装置７０は、カソードルミネッセンス分光装置１００とは別体として構成し、カソードルミネッセンス分光装置１００との間で双方向に通信を行うように構成してもよい。

【0025】

制御装置５０は、カソードルミネッセンス分光装置１００を統括的に制御する。制御装置５０は、検出器４０から検出値を受信する。制御装置５０は、走査コイル１３へ印加する電圧値と検出器４０から受信した検出値とに基づいて、試料Ｓｐ１のうちの任意の位置におけるカソードルミネッセンスの発光強度を算出する。これにより、制御装置５０は、試料Ｓｐ１におけるカソードルミネッセンスの発光強度の分布を示す画像を形成することができる。制御装置５０は、形成した画像をディスプレイ６０に表示させる。エタロン素子３０は、分光後の波長を任意の波長に変更することが可能であるように構成されている。

【0026】

＜エタロン素子の構成＞
以下では、図２および図３を用いてエタロン素子３０における分光、および分光後の波長を任意の波長に変更する具体例について説明する。図２は、エタロン素子３０と検出器４０とを示す概略図である。エタロン素子３０は、ハーフミラー３１と、ハーフミラー３２と、駆動装置３３とを含む。ハーフミラー３１とハーフミラー３２とは、距離ｄだけ離間して互いに対向する位置に配置されている。距離ｄは、エアギャップと呼称される。

【0027】

ハーフミラー３１は、ミラー２０が反射したカソードルミネッセンスＣＬ２の一部を反射し、一部を透過させる。ハーフミラー３２は、ハーフミラー３１を透過したカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させる。検出器４０は、ハーフミラー３２を透過したカソードルミネッセンスＣＬ３を検出する。

【0028】

図２に示されるように、エタロン素子３０は、ハーフミラー３２とハーフミラー３１とを囲むようにして配置された駆動装置３３を備える。駆動装置３３は、ハーフミラー３２の位置またはハーフミラー３１の位置を移動させることができるように構成される。

【0029】

実施の形態１における駆動装置３３は、ピエゾ素子を含んで形成される。ピエゾ素子は、圧電効果を利用して駆動する素子である。駆動装置３３に含まれるピエゾ素子に電圧が印加されて、ハーフミラー３１およびハーフミラー３２が押圧されることにより、距離ｄは変化する。すなわち、制御装置５０は、駆動装置３３に含まれるピエゾ素子へ印加する電圧値を調整することにより距離ｄを変化させることができる。

【0030】

これにより、制御装置５０はエタロン素子３０を通過するカソードルミネッセンスＣＬ３の波長を調整することができる。なお、駆動装置３３は、ピエゾ素子を用いずに距離ｄを変化させてもよい。たとえば、駆動装置３３はモーターまたは電磁アクチュエーターなどを含む構成であってもよい。

【0031】

図３は、エタロン素子３０の多重干渉を示す図である。図３に示されているように、ミラー２０によって反射されたカソードルミネッセンスＣＬ２は、ハーフミラー３１へ入射する。カソードルミネッセンスＣＬ２の一部は、ハーフミラー３１を透過する。図３では、ハーフミラー３１を透過したカソードルミネッセンスＣＬ２がカソードルミネッセンスＣＬｇとして示されている。

【0032】

カソードルミネッセンスＣＬｇは、ハーフミラー３１とハーフミラー３２との間で反射を繰り返す。ハーフミラー３１およびハーフミラー３２は、波長の整数倍が距離ｄとなるカソードルミネッセンスＣＬｇを複数回反射させることにより、干渉を発生させる。干渉が発生したことで特定波長のカソードルミネッセンスＣＬｇは強め合う。これにより、エタロン素子３０は、特定波長のカソードルミネッセンスＣＬ３のみがハーフミラー３２から透過させることができる。

【0033】

図４は、実施の形態１における試料Ｓｐ１から放射されるカソードルミネッセンスの発光強度の表示例を示す図である。上述の通り、制御装置５０は、試料Ｓｐ１のうちの電子線ＥＢ１が照射されている位置のカソードルミネッセンスの発光強度を算出する。制御装置５０は、電子線ＥＢ１を試料Ｓｐ１の全体に走査することで試料Ｓｐ１の全体におけるカソードルミネッセンスの発光強度の分布を示す画像を形成する。

【0034】

図４では、制御装置５０が形成した画像Ｉｍ１がディスプレイ６０に表示されている例が示されている。図４に示されるように、ディスプレイ６０には、Ｚ軸の正方向側から平面視した試料Ｓｐ１が表示されている。

【0035】

実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置１００において、電子線ＥＢ１は、走査コイル１３へ印加される電圧値が調整され、磁界が変化することによって走査される。これにより、電子線ＥＢ１はＺ軸の正方向側から平面視したときの試料Ｓｐ１の全体に入射する。

【0036】

制御装置５０は、電子線ＥＢ１が入射した位置およびその位置におけるカソードルミネッセンスの発光強度を用いて画像Ｉｍ１を形成する。図４では、画像Ｉｍ１には、実線で示される領域Ａｒ１および破線で示される領域Ａｒ２が示されている。領域Ａｒ１は、領域Ａｒ２よりもカソードルミネッセンスの発光強度が高い領域である。また、画像Ｉｍ１のうち領域Ａｒ１および領域Ａｒ２ではない領域は、走査がされなかった領域もしくはカソードルミネッセンスの発光が検出されなかった領域である。制御装置５０は、カソードルミネッセンスの発光強度を示す画像Ｉｍ１を、２次電子の検出をすることにより得られる試料Ｓｐ１の画像に重ね合わせて表示してもよい。

【0037】

このように、実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置１００では、エタロン素子３０を用いて試料Ｓｐ１に電子線ＥＢ１を照射したときに発生するカソードルミネッセンスの発光強度を視覚的に表示することができる。上述の通り、エタロン素子３０を配置する場合に必要となるスペースは、分光結晶を配置する場合に必要となるスペースよりも小さい。

【0038】

これにより、実施の形態１のカソードルミネッセンス分光装置１００においては、カソードルミネッセンスを分光するための分光器の小型化を図ることができる。その結果、カソードルミネッセンス分光装置１００の小型化またはカソードルミネッセンス分光装置１００の内部に他の機器等を配置することが可能となる。また、エタロン素子３０のコストは、分光結晶のコストと比較して安価であるため、カソードルミネッセンス分光装置１００全体のコストの低減することができる。

【0039】

分光結晶を用いて分光をする場合、分光結晶によって分光されるカソードルミネッセンスの波長は、分光結晶にカソードルミネッセンスが入射する角度によって変化する。そのため、各波長のスペクトルを得るためには、検出の度に分光結晶の角度を変える動作を行う必要がある。分光結晶の角度を変える動作を正確に行うためには、適宜零点補正が必要であるため、分光を行うためのトータル時間は長時間となり得る。

【0040】

一方で、実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置１００では、駆動装置３３が含むピエゾ素子に印加する電圧を調整するだけで分光後の波長を容易に変えることができる。すなわち、実施の形態１におけるカソードルミネッセンス分光装置１００では、分光結晶を用いる場合と比較してカソードルミネッセンスを分析するために要する時間を削減することができる。
［実施の形態２］
実施の形態１のカソードルミネッセンス分光装置１００では、電子線ＥＢ１を走査することにより、試料Ｓｐ１の全面におけるカソードルミネッセンスの発光強度を検出する構成を説明した。実施の形態２においては、電子線ＥＢ１を走査させずにカソードルミネッセンスの発光強度を示す画像を形成する構成について説明する。なお、実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａにおいて実施の形態１のカソードルミネッセンス分光装置１００と重複する構成についての説明は繰り返さない。

【0041】

図５は、実施の形態２におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ａの概略を示す図である。実施の形態２の試料台１５には、実施の形態１と同一の試料Ｓｐ１が載置されている。図５に示されるように、実施の形態２におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ａにおいて、カソードルミネッセンスＣＬ３を検出する検出器４０Ａは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）として実現される。ＣＣＤである検出器４０Ａは、複数の受光素子を有する。検出器４０Ａおよびエタロン素子３０は一体として設けられてもよい。

【0042】

また、実施の形態２においては、電子源１１から出射される電子線ＥＢ２は、対物レンズ１４によって微小径に絞られることなく幅Ｗｄを有した状態で試料Ｓｐ１に入射する。これにより、電子線ＥＢ２は、試料Ｓｐ１のＺ軸の正方向側の表面における一定の領域に照射される。以下では、電子線ＥＢ２が照射される領域を「照射領域」と称する。照射領域の面積は、電子銃光学系により光学集光系に応じた大きさに制御できる。照射領域は、たとえば、０．１６ミリ平方メートル程度の面積を有する。

【0043】

図６は、電子線ＥＢ２が照射されている試料Ｓｐ１の斜視図である。図６において、電子線ＥＢ２は試料Ｓｐ１の表面における照射領域Ｆｃ１に対して照射される。照射領域Ｆｃ１は直径が幅Ｗｄである円形状を有する。点Ｃｐは、円形状である照射領域Ｆｃ１の中心を示す。

【0044】

図６に示されるように、照射領域Ｆｃ１は領域Ｆａ１と領域Ｆａ２と領域Ｆａ３とを含む。電子線ＥＢ２が照射されることによって、領域Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆａ３からカソードルミネッセンスＣＬ１１，ＣＬ１２，ＣＬ１３がそれぞれ放射される。カソードルミネッセンスＣＬ１１，ＣＬ１２，ＣＬ１３は、ミラー２０によりカソードルミネッセンスＣＬ２１，ＣＬ２２，ＣＬ２３として反射されエタロン素子３０へと集光される。

【0045】

図７は、エタロン素子３０とＣＣＤである検出器４０Ａの斜視図である。図７に示されるように、カソードルミネッセンスＣＬ２１，ＣＬ２２，ＣＬ２３は、エタロン素子３０のハーフミラー３１に入射する。多重干渉により特定波長のカソードルミネッセンスＣＬ３１，ＣＬ３２，ＣＬ３３はハーフミラー３２から透過する。ＣＣＤである検出器４０Ａは、受光素子ＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３を含む複数の受光素子を有する。

【0046】

カソードルミネッセンスＣＬ３１は受光素子ＬＥ１によって検出される。カソードルミネッセンスＣＬ３２は受光素子ＬＥ２によって検出される。カソードルミネッセンスＣＬ３３は受光素子ＬＥ３によって検出される。受光素子ＬＥ１の検出値は領域Ｆａ１のカソードルミネッセンスの発光強度を示す。受光素子ＬＥ２の検出値は領域Ｆａ２のカソードルミネッセンスの発光強度を示す。受光素子ＬＥ３の検出値は領域Ｆａ３のカソードルミネッセンスの発光強度を示す。このように、実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、電子銃１０を走査させずとも試料Ｓｐ１の全体におけるカソードルミネッセンスの発光強度を示す画像を形成することができる。

【0047】

図８は、実施の形態２における試料Ｓｐ１から放射されるカソードルミネッセンスの発光強度の表示例を示す図である。ディスプレイ６０は画像Ｉｍ２を表示する。画像Ｉｍ２は、ＣＣＤである検出器４０Ａの検出結果を用いて制御装置５０によって形成された画像である。画像Ｉｍ２のうち、領域Ｆｄ１は図６における照射領域Ｆｃ１に対応する領域である。また、画像Ｉｍ２のうち、領域Ｆｂ１，Ｆｂ２，Ｆｂ３は、図６における領域Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆａ３にそれぞれ対応する。

【0048】

図８における領域Ａｒ１は、図４における領域Ａｒ１と対応する。図８における領域Ａｒ２は、図４における領域Ａｒ２と対応する。すなわち、領域Ａｒ１は、最も発光強度が高い領域であり、領域Ａｒ２は領域Ａｒ１よりも発光強度が低い領域である。さらに、領域Ｆｄ１のうち、領域Ａｒ１および領域Ａｒ２ではない領域Ａｒ３は、カソードルミネッセンスの発光が検出されなかった領域である。これにより、ユーザーは、画像Ｉｍ２を見て受光素子ＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３の順で検出するカソードルミネッセンスの発光強度が高くなることを把握することができる。

【0049】

このように、実施の形態２においても、エタロン素子３０を用いて分光することにより、カソードルミネッセンス分光装置１００Ａにおいて、カソードルミネッセンスを分光するための分光器の小型化を図り、コストを低減することができる。また、上述で説明したように、エタロン素子３０は、ピエゾ素子を含む駆動装置３３を用いて光の波長スキャンを行う。そのため、エタロン素子３０を用いる場合の分析時間は、分光結晶の位置を変更する必要がある分光器を用いる場合の分析時間よりも短くなる。すなわち、実施の形態２においても、分析時間を短縮することができる。さらに、実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、複数の受光素子を備えるＣＣＤと、複数のカソードルミネッセンスを同時に分光することが可能なエタロン素子３０を用いて画像Ｉｍ２を形成する。これにより、制御装置５０は、電子銃１０を走査させずとも試料Ｓｐ１から放射されたカソードルミネッセンスの発光強度を示す画像Ｉｍ２を形成することができ、画像形成に要する時間を削減することができる。また、ＣＣＤである検出器４０Ａとエタロン素子３０が一体として形成されることにより、カソードルミネッセンス分光装置１００Ａをより小型化することができる。

【0050】

さらに、電子線ＥＢ２を走査させる必要がないため、エネルギー分散型特性Ｘ線分析（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）または波長分散型特性Ｘ線分析（Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy）と、カソードルミネッセンス分析とを同時に行うことができる。また、ＣＣＤである検出器４０Ａに含まれる受光素子ごとにスペクトルを検出することが可能となる。すなわち、実施の形態２におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、発光強度のみならず、波長に応じて領域Ａｒ１～Ａｒ３を区別して表示することができる。

【0051】

以下では、図９～図１１を用いて、波長に応じて領域Ａｒ１～Ａｒ３を区別して表示する例について説明する。制御装置５０は、エタロン素子３０のハーフミラー３１とハーフミラー３２との間の距離ｄを変化させながら、検出器４０ＡにカソードルミネッセンスＣＬ３を検出させる。これにより、検出器４０Ａの各受光素子は、複数の波長のカソードルミネッセンスＣＬ３の発光強度を検出する。複数の波長とは、たとえば、波長２００ｎｍから１３００ｎｍまでの間の波長であり得る。図９は、図８の領域Ａｒ１に対応する受光素子ＬＥ３のスペクトルの一例を示す図である。図９に示されるように、受光素子ＬＥ３では、４００ｎｍ近傍の波長において閾値Ｔｈを超える発光強度のカソードルミネッセンスＣＬ３が検出されている。

【0052】

続いて、図１０は、図８の領域Ａｒ２に対応する受光素子ＬＥ２のスペクトルの一例を示す図である。図１０に示されるように、受光素子ＬＥ２では、１０００ｎｍ近傍の波長において閾値Ｔｈを超える発光強度のカソードルミネッセンスＣＬ３が検出されている。さらに、図１１は、図８の領域Ａｒ３に対応する受光素子ＬＥ１のスペクトルの一例を示す図である。図１１に示されるように、受光素子ＬＥ１では、波長２００ｎｍから１３００ｎｍのまでの間において、閾値Ｔｈを超える発光強度のカソードルミネッセンスＣＬ３が検出されていない。閾値Ｔｈは、ＣＣＤである検出器４０Ａの感度などに応じて、予め定められ得る。

【0053】

このように、実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、検出器４０Ａが有する受光素子ごとに、カソードルミネッセンスＣＬ３のスペクトルを検出することができる。そのため、実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、画像Ｉｍ２を表示する際に、各受光素子に対応する領域Ａｒ１～Ａｒ３を発光強度だけではなく波長に応じて異ならせて、表示させることができる。具体的には、制御装置５０は、図８に示すディスプレイ６０上の画像Ｉｍ２に、検出された波長に対応する色を付して表示する。

【0054】

たとえば、制御装置５０は、４００ｎｍ近傍の波長において高い発光強度を検出した受光素子ＬＥ３に対応する領域には、青色を付して表示し、１０００ｎｍの波長において高い発光強度を検出した受光素子ＬＥ２に対応する領域には、赤色を付して表示する。また、制御装置５０は、同一の波長において閾値Ｔｈを超えるカソードルミネッセンスを検出した受光素子を区別するため、発光強度に応じて、表示する色の濃淡を変更してもよい。このように、発光強度および波長に応じて、受光素子に対応する領域の表示方法を変化させることにより、実施の形態２におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、試料Ｓｐ１上の位置ごとの発光強度および波長の差異を容易にユーザーに把握させることができる。

【0055】

［実施の形態３］
実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａにおいては、電子線ＥＢ２を走査することなく複数の受光素子を含む検出器４０Ａを用いてカソードルミネッセンスの発光強度を検出する構成を説明した。実施の形態３においては、電子銃１０の配置を変更した構成について説明する。なお、実施の形態３のカソードルミネッセンス分光装置１００Ｂにおいて、実施の形態２のカソードルミネッセンス分光装置１００Ａと重複する構成についての説明は繰り返さない。

【0056】

図１２は、実施の形態３におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ｂの概略を示す図である。図１２に示されるように、電子銃１０は試料Ｓｐ１とＸ軸方向に離間した位置に配置される。実施の形態２では、電子線ＥＢ２を試料Ｓｐ１に入射する入射角は０度であったが、実施の形態３では、電子線ＥＢは試料Ｓｐ１に入射角が０度よりも大きい角度で入射する。図１２では、集光レンズ２５がミラー２０と試料Ｓｐ１との間に配置される。

【0057】

図１３は、実施の形態３における電子線ＥＢ２の入射角を説明するための図である。実施の形態２および実施の形態３において、試料台１５に載置されている試料Ｓｐ１のＺ軸の正方向側の面は試料台１５の面と平行である。図６に示されるように、実施の形態２における電子線ＥＢ２は、照射領域Ｆｃ１に対して入射する。実施の形態２において照射領域Ｆｃ１の点Ｃｐを通過する電子線ＥＢ２は、試料台１５の法線方向から垂直に入射する。すなわち、入射角は０度である。

【0058】

一方で、図１３に示されるように、照射領域Ｆｃ１の中心である点Ｃｐに照射される電子線ＥＢ２は入射角θで試料Ｓｐ１に入射する。入射角θは０度よりも大きく９０度より小さい角度である。

【0059】

このように、実施の形態３においても、エタロン素子３０を用いて分光することにより、カソードルミネッセンス分光装置１００Ｂにおいて、カソードルミネッセンスを分光するための分光器の小型化を図り、コストを低減し、分析時間を短縮することができる。さらに、電子線ＥＢ２を走査しない場合、電子線ＥＢ２は試料台１５に対して垂直に照射される必要がない。そのため、実施の形態３においては、電子銃１０は電子線ＥＢ２が試料Ｓｐ１に入射する角度が０度よりも大きく９０度より小さい角度となるように照射する。これにより、電子銃１０の配置の自由度は向上する。また、ミラー２０は、開口２０ａが形成される必要がない。
［実施の形態４］
実施の形態１～３のカソードルミネッセンス分光装置１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、エタロン素子３０を用いてカソードルミネッセンスの発光強度を検出する構成を説明した。実施の形態４においては、エタロン素子３０に加えて、分光器をさらに備える構成について説明する。なお、実施の形態４のカソードルミネッセンス分光装置１００Ｃにおいて、実施の形態１のカソードルミネッセンス分光装置１００と重複する構成の説明については繰り返さない。

【0060】

図１４は、実施の形態４におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ｃの構成を示す図である。図１４（Ａ）は、エタロン素子３０を用いて分光する例を示す、図１４（Ｂ）は、分光結晶３５を用いて分光する例を示す。

【0061】

図１４（Ａ）に示されるように、カソードルミネッセンス分光装置１００Ｃは、分光器として、エタロン素子３０に加えて分光結晶３５をさらに備える。分光結晶３５は、ミラー２０によって集光されたカソードルミネッセンスＣＬ２のうちの特定波長のカソードルミネッセンスＣＬ３を反射可能に構成されている。

【0062】

図１４（Ａ）に示されるように、カソードルミネッセンス分光装置１００Ｃは、切替機構８０をさらに備える。切替機構８０は、ミラー２０の集光先をエタロン素子３０と分光結晶３５との間で切り替えることが可能であるように構成される。切替機構８０は、たとえば、エタロン素子３０と分光結晶３５の位置を入れ替えるモーターなどであってもよいし、ミラー２０の角度を変えるモーターなどであってもよい。切替機構８０は、制御装置５０に電気的に接続される。制御装置５０は、切替機構８０を制御してミラー２０の集光先を切り替える。

【0063】

図１４（Ａ）では、ミラー２０の集光先がエタロン素子３０である状態が示されている。検出器４０は、エタロン素子３０によって分光されたカソードルミネッセンスＣＬ３の発光強度を検出する。制御装置５０は、検出器４０の検出結果に基づいて画像を形成する。エタロン素子３０を用いて分光したカソードルミネッセンスＣＬ３に基づいて形成された画像は、本開示の「第１画像」に対応する。

【0064】

図１４（Ｂ）では、ミラー２０の集光先がエタロン素子３０から分光結晶３５に切り替えられた後の状態が示されている。検出器４０は、分光結晶３５によって分光されたカソードルミネッセンスＣＬ３の強度を検出する。制御装置５０は、検出器４０の検出結果に基づいて画像を形成する。分光結晶３５を用いて分光したカソードルミネッセンスＣＬ３に基づいて形成される画像は、本開示の「第２画像」に対応する。制御装置５０は、ミラー２０の集光先が分光結晶３５からエタロン素子３０へと切り替えることも可能である。

【0065】

＜波長分解能について＞
図１５は、エタロン素子３０を用いた場合のスペクトルを示す図である。図１６は、分光結晶３５を用いた場合のスペクトルを示す図である。図１５および図１６では、同一の試料に対してカソードルミネッセンスの分析を行った結果が示されている。

【0066】

図１５および図１６に示されるように、領域Ａｒ３として示されるスペクトルを示す波形の形状が異なる。具体的には、エタロン素子３０を用いた場合は、領域Ｒｇ１内において広い波長の範囲で高い強度が示されている。一方で、分光結晶３５を用いた場合は、領域Ｒｇ２内において、エタロン素子３０を用いた場合よりも狭い波長の範囲で高い強度が示されている。すなわち、分光結晶３５の波長分解能は、エタロン素子３０の波長分解能よりも高い。

【0067】

ようするに、エタロン素子３０による分析では、分光結晶３５による分析と比較して短時間で分析を行うことができるが、エタロン素子３０の方が分光結晶３５よりも波長分解能が低いことから正確な検出結果を得られない場合がある。

【0068】

そのため、実施の形態４において、制御装置５０は、エタロン素子３０を用いて分析を行った後に、分光結晶３５を用いて分析を行う。図１７は、エタロン素子３０から分光結晶３５へと切り替える分析処理を示すフローチャートである。図１４（Ａ）に示すように、制御装置５０はエタロン素子３０を用いて分光する（ステップＳ１）。上述の通り、カソードルミネッセンス分光装置１００Ｃは、エタロン素子３０を用いた場合、短時間で分析を行うことが可能である。

【0069】

制御装置５０は、エタロン素子３０を用いて分光したカソードルミネッセンスＣＬ３に基づいて画像を形成し、当該画像をディスプレイ６０に表示する（ステップＳ２）。このとき、ディスプレイ６０に表示された画像を確認したユーザーが、カソードルミネッセンスの発光強度をより正確に検出することを望む場合が想定される。実施の形態４のカソードルミネッセンス分光装置１００Ｃは、ユーザーが発光強度をより正確に検出することを望む場合、分光結晶３５に切り替えて検出する命令を入力装置７０から受信することができる。

【0070】

カソードルミネッセンス分光装置１００Ｃは、分光結晶３５に切り替えて検出する命令に加えて、電子線ＥＢ１を照射または走査する領域を変更する命令を受け付けてもよい。すなわち、ステップＳ２で表示した画像のうち、一部分のみに対して分光結晶３５による検出を望む場合、ユーザーは試料Ｓｐ１の表面から検出領域を選択することができる。

【0071】

制御装置５０は、ユーザーから分光結晶３５に切り替える命令を受信したか否かを判断する（ステップＳ３）。制御装置５０は、切り替える命令を受信していないと判断する場合（ステップＳ３でＮＯ）、分析処理を終了する受信したか否かを判断する（ステップＳ４）。制御装置５０は、分析処理を終了する受信したと判断する場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、分析処理を終了する。制御装置５０は、分析処理を終了する受信していないと判断する場合（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ３の処理を繰り返す。

【0072】

制御装置５０は、切り替える命令を受信したと判断する場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ミラー２０の集光先を分光結晶３５に切り替える（ステップＳ５）。すなわち、制御装置５０は、切替機構８０を制御する。このとき、検出領域を受信している場合、制御装置５０は、走査コイル１３による電子線ＥＢ１の角度と、対物レンズ１４による絞りを制御して、電子線ＥＢ１が試料Ｓｐ１に入射する領域を変更する。

【0073】

図１４（Ｂ）に示すように、制御装置５０は、分光結晶３５を用いて分光する（ステップＳ６）。分光結晶３５を用いた場合、高い波長分解能による分光を行うことができる。制御装置５０は、分光結晶３５を用いて分光したカソードルミネッセンスＣＬ３に基づいて画像を形成し、当該画像をディスプレイ６０に表示する（ステップＳ７）。

【0074】

このように、実施の形態４においても、エタロン素子３０を用いて分光することにより、カソードルミネッセンス分光装置１００Ａにおいて、分析時間を短縮することができる。さらに、実施の形態４では、分光結晶３５をさらに備え、用途に応じてミラー２０の集光先を切り替えることができる。すなわち、実施の形態４では、短時間で分析をすることが可能なエタロン素子３０を用いて分析を行った後に、より正確な分析が必要な箇所に対して、高い波長分解能の分光結晶３５を用いて分析を行うことができるため、効率的な分析を行うことができる。

【0075】

［変形例］
（１） 実施の形態１では、エタロン素子３０が駆動装置を備える例について説明した。しかしながら、カソードルミネッセンス分光装置１００は、ハーフミラー３１とハーフミラー３２との間の距離ｄが固定されているエタロン素子３０を備える構成であってもよい。カソードルミネッセンス分光装置１００は、距離ｄが異なるエタロン素子３０を複数備え、切替機構８０により、集光先を複数のエタロン素子３０の間で切り替えてもよい。

【0076】

（２） 実施の形態２では、ＣＣＤである検出器４０Ａが検出したカソードルミネッセンスＣＬ３の発光強度または波長に基づいて、画像Ｉｍ２を表示する例について説明した。変形例においては、制御装置５０が画像Ｉｍ２に他の画像を重ね合わせてディスプレイ６０に表示させる構成について説明する。

【0077】

図１８は、画像の重ね合わせについて説明する図である。実施の形態１で説明したように、制御装置５０は、画像Ｉｍ１に２次電子の検出により得られる試料Ｓｐ１の画像を重ね合わせて表示してもよい。また、実施の形態２においても、同様に、制御装置５０は、画像Ｉｍ２に対して、２次電子の検出により得られる画像を重ね合わせて表示させてもよい。

【0078】

実施の形態２では、検出器４０ＡとしてＣＣＤが用いられている。ＣＣＤは、カソードルミネッセンスの反射のみならず、一般的な可視光が照明として用いられた場合においても、試料Ｓｐ１からの反射光を検出することが可能である。実施の形態２における制御装置５０は、画像Ｉｍ２に対して、一般的な可視光が照明として用いられたときの反射光の検出により得られる試料Ｓｐ１の画像を重ね合わせて表示してもよい。

【0079】

図１８（Ａ）に示される画像Ｉｍ３は、２次電子の検出により得られる画像または一般的な可視光が照明として用いられたときの反射光の検出により得られる画像である。すなわち、図１８（Ａ）に示される画像Ｉｍ３は、カソードルミネッセンスを用いることなく、取得される。

【0080】

続いて、図１８（Ｂ）では、ＣＣＤである検出器４０Ａがエタロン素子３０によって分光される前のカソードルミネッセンスＣＬ２を検出したときの画像Ｉｍ４が表示されている。換言すれば、図１８（Ｂ）の画像Ｉｍ４は、図５においてエタロン素子３０が取り除かれた状態において、検出器４０ＡがカソードルミネッセンスＣＬ２を検出することにより取得される。画像Ｉｍ４には、検出器４０ＡがカソードルミネッセンスＣＬ２の発光を検出した領域Ａｒ４が示されている。

【0081】

エタロン素子３０によって分光される前のカソードルミネッセンスＣＬ２は、エタロン素子３０によって分光された後のカソードルミネッセンスＣＬ３よりも、多くの波長のカソードルミネッセンスを含む。たとえば、図９では、エタロン素子３０を用いて、２００ｎｍ～１３００ｎｍごとのカソードルミネッセンスＣＬ３に分光した際のスペクトルについて説明したが、カソードルミネッセンスＣＬ２は、２００ｎｍ～１３００ｎｍ以外の波長のカソードルミネッセンスも含み得る。そのため、領域Ａｒ４は、領域Ａｒ１，Ａｒ２を包括する領域となる。

【0082】

制御装置５０は、画像Ｉｍ３と画像Ｉｍ４とを、図８の画像Ｉｍ２に重ねることができる。図１８（Ｃ）における画像Ｉｍ５は、図８の画像Ｉｍ２に対して、図１８（Ａ）の画像Ｉｍ３と図１８（Ｂ）の画像Ｉｍ４とを重ねた後の画像である。このように、図１８（Ｃ）では、カソードルミネッセンスを用いることなく取得される画像Ｉｍ３とカソードルミネッセンスＣＬ３を検出することにより得られる画像Ｉｍ２とが重ね合わせられている。これにより、カソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、２次電子または可視光の反射から得られた試料Ｓｐ１の画像を用いて、試料Ｓｐ１のいずれの箇所で分光後のカソードルミネッセンスＣＬ３が発光しているかをユーザーに容易に把握させることができる。

【0083】

さらに、図１８（Ｃ）では、分光前のカソードルミネッセンスＣＬ２を検出することにより得られる画像Ｉｍ４と、分光後のカソードルミネッセンスＣＬ３を検出することにより得られる画像Ｉｍ２とが重ね合わせられている。これにより、分光前のカソードルミネッセンスＣＬ２と分光後のカソードルミネッセンスＣＬ３との発光強度の差を容易にユーザーに把握させることができる。

【0084】

たとえば、分光後のカソードルミネッセンスＣＬ３の発光強度が低く、かつ、分光後のカソードルミネッセンスＣＬ３のみがディスプレイ６０に表示されている場合、ユーザーは、カソードルミネッセンス自体の発光がされていないと認識する可能性がある。しかしながら、変形例におけるカソードルミネッセンス分光装置１００Ａでは、画像Ｉｍ４と画像Ｉｍ２とが重ね合わせられていることにより、分光前のカソードルミネッセンスＣＬ２が発光している領域Ａｒ４がディスプレイ６０に表示され、ユーザーがカソードルミネッセンス自体の発光がされていることを見逃すことを防止できる。なお、画像Ｉｍ５は、画像Ｉｍ２と画像Ｉｍ３とだけが重ね合わせられた画像であってもよいし、画像Ｉｍ２と画像Ｉｍ４とだけが重ね合わせられた画像であってもよい。

【0085】

（３） 実施の形態４では、切替機構８０がミラー２０の集光先を分光結晶３５とエタロン素子３０との間で切り替える構成について説明した。しかしながら、ミラー２０によって反射されたカソードルミネッセンスは、分光結晶３５とエタロン素子３０とに同時に集光されてもよい。たとえば、ミラー２０の集光先にさらにハーフミラーが設けられ、当該ハーフミラーによってミラー２０からのカソードルミネッセンスが分光結晶３５とエタロン素子３０とに分岐して、同時に集光されるように構成されてもよい。

【0086】

［態様］
上述した複数の例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0087】

（第１項） 一態様に係るカソードルミネッセンス分光装置は、試料に電子線を照射する電子銃と、試料への電子線の照射によって試料から放射されるカソードルミネッセンスを集光する集光機構と、集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスを分光可能に構成された分光素子と、分光素子によって分光されたカソードルミネッセンスの強度を検出する検出器と、検出器から検出結果を受信し、カソードルミネッセンス分光装置を制御する制御装置とを備える。分光素子は、第１ミラーと、第１ミラーと対向する位置に設けられた第２ミラーとを含む。第１ミラーは、集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させる。第２ミラーは、第１ミラーを透過したカソードルミネッセンスの一部を反射し、一部を透過させる。第１ミラーおよび第２ミラーは、第１ミラーと第２ミラーとの間のカソードルミネッセンスを干渉させて、特定の波長のカソードルミネッセンスを第２ミラーから透過させる。検出器は、第２ミラーを透過したカソードルミネッセンスの強度を検出する。

【0088】

第１項に記載の分析装置によれば、エタロン素子３０を用いて分光することにより、カソードルミネッセンス分光装置１００Ａにおいて、分析時間を短縮することができる。

【0089】

（第２項） 検出器は、第１受光素子および第２受光素子を含む。電子銃は、試料の表面における照射領域に電子線を照射する。分光素子は、照射領域のうちの第１領域から放射された第１カソードルミネッセンスを分光し、照射領域のうちの第１領域と異なる第２領域から放射された第２カソードルミネッセンスを分光する。第１受光素子は、分光素子によって分光された第１カソードルミネッセンスを受光する。第２受光素子は、分光素子によって分光された第２カソードルミネッセンスを受光する。

【0090】

第２項に記載の分析装置によれば、電子銃１０を走査させずとも、試料Ｓｐ１の全体におけるカソードルミネッセンスの発光強度を示す画像を形成することができる。

【0091】

（第３項） 電子線が前記試料に入射するときの入射角は、０度より大きく、９０度より小さい。

【0092】

第３項に記載の分析装置によれば、電子銃１０の配置の自由度が向上する。

【0093】

（第４項） 分光素子は、第１ミラーと第２ミラーとの間の距離を変化させる駆動装置をさらに備える。

【0094】

第４項に記載の分析装置によれば、単一の分光素子を用いて、複数の波長に分光させることができる。

【0095】

（第５項） 駆動装置は、ピエゾ素子を含んで形成される。

【0096】

第５項に記載の分析装置によれば、ピエゾ素子により第１ミラーと第２ミラーとの間の距離を正確かつ短時間で変化させることができる。

【0097】

（第６項） 集光機構によって集光されたカソードルミネッセンスのうちの特定波長のカソードルミネッセンスを反射可能に構成された分光結晶と、集光機構の集光先を分光結晶または分光素子に切り替える切替機構とをさらに備える。

【0098】

第６項に記載の分析装置によれば、用途に応じて分光器を容易に切り替えることができる。

【0099】

（第７項） 制御装置は、分光素子によって分光されたカソードルミネッセンスに基づいて第１画像を形成し、分光結晶に切り替える命令を受信した場合、分光結晶によって分光されたカソードルミネッセンスに基づいて第２画像を表示する。

【0100】

第７項に記載の分析装置によれば、分析時間が短い分光素子で分光をした後に、波長分解能の高い分光結晶での分光を行うことができる。

【0101】

なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。

【0102】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0103】

１０ 電子銃、１１ 電子源、１２ コンデンサレンズ、１３ 走査コイル、１４ 対物レンズ、１５ 試料台、２０ ミラー、２０ａ 開口、３０ エタロン素子、３１，３２ ハーフミラー、３３ 駆動装置、３５ 分光結晶、４０，４０Ａ 検出器、５０ 制御装置、５２ メモリ、６０ ディスプレイ、７０ 入力装置、８０ 切替機構、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ カソードルミネッセンス分光装置、Ａｒ１～Ａｒ４，Ｆａ１～Ｆａ３，Ｆｂ１～Ｆｂ３，Ｆｄ１，Ｒｇ１，Ｒｇ２ 領域、ＣＬ１～ＣＬ３，ＣＬ１１～ＣＬ１３，ＣＬ２１～ＣＬ２３，ＣＬ３１～ＣＬ３３，ＣＬｇ カソードルミネッセンス、Ｃｐ 点、ＥＢ１，ＥＢ２ 電子線、Ｆｃ１ 照射領域、Ｉｍ１～Ｉｍ５ 画像、ＬＥ１～ＬＥ３ 受光素子、Ｓｐ１ 試料、Ｗｄ 幅、ｄ 距離、Ｔｈ 閾値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】