(57)【要約】      （修正有）【課題】反射電子回折装置において、ガス中に置かれた試料の反射電子回折像を得るための効果的な差動排気機構を提供する。【解決手段】試料２とスクリーン４の間に配置された、電子レンズ１０、１１及びオリフィス２０、２１の組において、オリフィス２０、２１は電子レンズ１０、１１による収束位置に配置される。オリフィス１０、１１を小径化することにより差動排気によって圧力差を維持し、ガス環境下での試料２の表面構造の解析を行う。【選択図】図５
2017010618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と試料保持装置とスクリーンを備えており、
前記試料保持装置と前記スクリーンの間に、電子レンズとオリフィスの組が配置されており、
前記電子レンズによる電子線の収束位置に前記オリフィスが配置されており、
前記オリフィスの前後の空間の各々に、独立した排気装置が接続されていることを特徴とする反射電子回折装置。
【請求項２】
前記電子レンズが、磁界レンズであることを特徴とする請求項１の反射電子回折装置。
【請求項３】
前記試料保持装置と前記スクリーンの間に、電子レンズとオリフィスの組が２組配置されており、
試料と１段目のオリフィスの間の距離をＬ１、１段目のオリフィスと２段目のオリフィスの間の距離をＬ２、試料と１段目の電子レンズの主点の間の距離をａ１、１段目のオリフィスと２段目の磁界レンズの主点の間の距離をａ２としたとき、ａ２の値が(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１の値に等しいことを特徴とする請求項１または２の反射電子回折装置。
【請求項４】
前記１段目の磁界レンズのポールピースの間隙長をＳ１とし、直径をＤ１とし、
前記２段目の磁界レンズのポールピースの間隙長をＳ２とし、直径をＤ２としたとき、(Ｓ２＋Ｄ２)/(Ｓ１＋Ｄ１)値がＬ２/Ｌ１の値に等しいことを特徴とする請求項３の反射電子回折装置。
【請求項５】
前記１段目の磁界レンズを励磁するコイルの巻数と、前記２段目の磁界レンズを励磁するコイルの巻数とが等しいことを特徴とする請求項３または４の反射電子回折装置。
【請求項６】
電子源と試料保持装置とスクリーンを備えており、
前記電子源と前記試料保持装置の間に、電子線の進行方向を曲げる偏向装置と、電子レンズとオリフィスの組が配置されており、
前記偏向装置は、前記電子源に最も近い前記オリフィスの位置を支点とし、前記電子源から発せられた電子線の前記オリフィスに対する入射方向を偏向し、
前記電子レンズによる電子線の収束位置に前記オリフィスが配置されており、
前記オリフィスの前後の空間の各々に、独立した排気装置が接続されていることを特徴とする反射電子回折装置。
【請求項７】
前記電子レンズが、磁界レンズであることを特徴とする請求項６の反射電子回折装置。
【請求項８】
前記電子源と前記試料保持装置の間に、電子レンズとオリフィスの組が２組配置されており、試料に近い側を１段目とし、試料から遠い側を２段目としたときに、
試料と１段目のオリフィスの間の距離をＬ１、１段目のオリフィスと２段目のオリフィスの間の距離をＬ２、試料と１段目の電子レンズの主点の間の距離をａ１、１段目のオリフィスと２段目の磁界レンズの主点の間の距離をａ２としたとき、ａ２の値が(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１の値に等しいことを特徴とする請求項６または７の反射電子回折装置。
【請求項９】
前記１段目の磁界レンズのポールピースの間隙長をＳ１とし、直径をＤ１とし、
前記２段目の磁界レンズのポールピースの間隙長をＳ２とし、直径をＤ２としたとき、(Ｓ２＋Ｄ２)/(Ｓ１＋Ｄ１)値がＬ２/Ｌ１の値に等しいことを特徴とする請求項８の反射電子回折装置。
【請求項１０】
前記１段目の磁界レンズを励磁するコイルの巻数と、前記２段目の磁界レンズを励磁するコイルの巻数とが等しいことを特徴とする請求項８または９の反射電子回折装置。
【請求項１１】
電子源と試料保持装置とスクリーンを備えており、
前記電子源と前記試料保持装置の間に、電子線の進行方向を曲げる偏向装置と、電子レンズとオリフィスの組が配置されており、
前記試料保持装置と前記スクリーンの間に、電子レンズとオリフィスの組が配置されており、
前記偏向装置は、前記電子源に最も近いオリフィスの位置を支点とし、前記電子源から発せられた電子線の前記オリフィスに対する入射方向を偏向し、
前記電子レンズによる電子線の収束位置に前記オリフィスが配置されており、
前記オリフィスの前後の空間の各々に、独立した排気装置が接続されていることを特徴とする反射電子回折装置。
【請求項１２】
前記電子源と前記試料保持装置とその間に配置されている前記オリフィスが配置されている軸と、
前記試料保持装置と前記スクリーンとその間に配置されている前記オリフィスが配置されている軸が、ｖ字をなして交差することを特徴とする請求項１１の反射電子回折装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ガス環境下に置かれた試料の表面構造解析技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
試料の表面構造を解析するために反射電子回折法が開発されている。反射電子回折法では、電子源から発せられた電子線を試料に斜入射し、その反射回折パターンを観察する。反射電子回折装置の一例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
電子の進行路は高真空である必要がある。その一方においてガス環境下に置かれた試料を観察したいという要求もある。そこで図２のような差動排気構造が開発されている。図２は、二段差動排気の一例を示しており、電子源１と試料２との間に二カ所のオリフィス３ａ，３ｂを設け、オリフィス３ａ，３ｂの前後を独立に排気７する。それによって電子源１の収容空間６１と中間室６２の間に圧力差を作り、中間室６２と試料２の収容空間６３の間に圧力差を作る。それによって試料２が低真空下（ガス環境下）にあり、電子源１が高真空下にある状態を作り出す。大きな圧力差を必要としなければオリフィスは一カ所でも構わない。図２において、参照番号５は入射電子線、６は回折電子線、４はスクリーン、８はガス導入を示している。試料２の収容空間６３のガス種とガス密度は、ガス導入８と排気７によって制御される。収容空間６３のガス密度が低く、収容空間６３内での電子の移動距離が短ければ、電子がガスによって散乱される程度を抑えながら、スクリーン４上に回折パターンを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１２８９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示す従来技術では、電子源１の側のみを差動排気する。すなわち試料２から出射した回折電子線６は、収容空間６３内を２０〜３０ｃｍだけ進行してスクリーン４に到達する。この間に、収容空間６３内のガスによって電子が散乱される。電子源１の側のみの差動排気では、収容空間６３に導入できるガス圧力の最大値は０．１Ｐａ程度であり、これよりも高濃度なガス雰囲気に試料２を晒すことができない。この問題を回避するには、試料２とスクリーン４の間の距離を短くすればよいが、この距離を短くすると反射電子による回折図形が著しく小さくなって観察が困難になるとともに回折図形の測定精度が低下する。さらに試料２を加熱した状態で観測したい場合もある。この場合、前記距離を短くすると、試料２を加熱することでスクリーン４にダメージを与える可能性が高まる。
【０００６】
試料２とスクリーン４の間に隔壁を設けて試料２の収容空間６３とスクリーン４の収容空間の間に圧力差を確保できるようにし、その隔壁にオリフィスを設ければ、スクリーン４の収容空間を高真空とし、回折電子線６がガスによって散乱される現象を抑制することができるはずである。しかしながら、入射電子線５は細く絞られた状態で進行することから、オリフィス３ａ，３ｂは小径でよいのに対し、回折電子線６は試料２で反射されて図２の角度δの範囲に広がって進行して回折像を形成することから、試料２とスクリーン４を仕切る隔壁に形成するオリフィスは大径化せざるを得ない。オリフィスが大径化すると、その前後において確保できる圧力差が小さくなってしまう。試料２とスクリーン４の間に隔壁を設け、その隔壁にオリフィスを設けるだけの構造では、回折電子線６のガスによる散乱を抑制する効果的な対策にならない。
本明細書では、回折電子線６がガスによって散乱される現象を効果的に抑制することができる技術を提案する（以下では第１課題という）。
【０００７】
図２中のθは、試料に対する電子線の入射視射角であり、その入射視射角θを必要角度に調整したい場合がある。入射電子線５の進行方向は、電子源１とオリフィス３ａ，３ｂの機械的な配置で決まる。このため、電子線の入射視射角θを変えるためには、試料２上の電子線照射位置を支点にして、電子源１とオリフィス３ａ，３ｂを含む電子銃の全体を機械的に回転させるか、あるいは試料２上の電子線照射位置を支点にして、試料２を回転させる必要がある。前者の方法では高速に入射視射角θを変えることが困難である。後者の方法では、高精度な角度制御が困難であるとともにスクリーンサイズを大きくしないと回折図形の全体を捉えることができない。オリフィス３ｂを出た後の入射電子線５を偏向する方法もあり得るが、この方法だとオリフィス３ｂと試料２と間の距離が長くなり、ガス分子による入射電子の散乱が問題となる。同様に、反射電子線６を偏向する方法もあり得るが、この方法だと試料２とスクリーン４間の距離が長くなり、ガス分子による反射電子の散乱が問題となる。
本明細書では、入射視射角θを必要角度に容易に調整することを可能とする技術をも提案する（以下では第２課題という）。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する反射電子回折装置では、試料とスクリーンの間に電子レンズとオリフィスの組が配置されており、オリフィスの前後を独立に排気する排気装置を備える。オリフィスは電子レンズによって反射電子線が集束する位置に配置されている。電子レンズとオリフィスの組は、少なくとも一組あればよく、複数組を利用して多段の差動排気構造を実現してもよい。
【０００９】
図３を用いて本発明の作用を示す。図３（ａ）は、入射電子線５が試料２に入射し、試料２で反射して角度δの範囲に広がって出射した回折電子線６がスクリーン４に至る軌跡を模式的に表したものである。図３（ａ）は、電子レンズとオリフィスの組を三段に配置した例を示している。電子レンズ１０とオリフィスの２０の組と、電子レンズ１１とオリフィスの２１の組と、電子レンズ１２とオリフィスの２２の組が、試料２とスクリーン４を結ぶ線上に配置されている。実際の電子レンズは電界または磁界の分布であるが、図では概念的にレンズ形状で示している。電子レンズ１０，１１，１２は、電界または磁界の強さを変えることで、焦点距離を変えることができる。電子レンズ１０は、試料２から広がって出射した回折電子線６を収束させる。その集束位置にオリフィス２０が配置されている。電子レンズ１１は、オリフィス２０を通過して広がった回折電子線６を収束させる。その集束位置にオリフィス２１が配置されている。電子レンズ１２は、オリフィス２１を通過して広がった回折電子線６を収束させる。その集束位置にオリフィス２２が配置されている。オリフィス２０，２１，２２はいずれも小径である。試料２とスクリーン４の間は、３枚の隔壁７０，７１，７２によって仕切られ、各隔壁で仕切られた空間ごとに独立に排気することができる。オリフィス２０，２１，２２がいずれも小径であることから、隣接する空間の間に大きな圧力差を確保することができる。この結果、回折電子線６が試料２と同じガス圧の空間を通過する距離が短くなり、回折電子線６がガスによって散乱される現象を効果的に抑制することができる。第１課題が解決される。
【００１０】
図３（ａ）では３組の電子レンズとオリフィスの組を用いることで、３段の差動排気構造を構成している。１組の電子レンズとオリフィスがあれば１段の差動排気構造を実現でき、２組であれば２段の差動排気構造を構成できる。また、必要に応じて、より多段の構成としても良い。
差動排気構造を構成する電子レンズには、電界レンズまたは磁界レンズを用いることが可能であるが、ガス導入環境下で電界レンズを用いると放電が起こる可能性が高いため、磁界レンズを用いる方が望ましい。
【００１１】
本明細書で開示する反射電子回折装置の他の特徴は、電子源と試料の間にオリフィスと電子レンズの組が配置されており、オリフィスの前後を独立に排気する排気装置を備えることにある。オリフィスと電子レンズは、電子線側のオリフィスを通過して広がった入射電子線が電子レンズによって試料側のオリフィス位置で集束する位置関係に配置されている。オリフィスと電子レンズの組は、少なくとも一組あればよく、複数組を利用して多段の差動排気構造を実現してもよい。この反射電子回折装置は、電子源に最も近いオリフィス位置を支点とし、電子源から発せられた入射電子線の進行方向を偏向するための機構を有することを特徴とする。
【００１２】
図３（ｂ）は、電子源１から出た入射電子線５が試料２に至るまでの軌跡を模式的に表したものである。電子源１は、細く絞られた入射電子線５を試料２側に射出する。その入射電子線５は、偏向コイル３０，３１による磁界を通過する。紙面に垂直で奥から手前に向かう磁界を通過すると電子線は上向き(図中ａの方向)に曲げられ、紙面に垂直で手前から奥に向かう磁界を通過すると電子線は下向き(図中ｂの方向)に曲げられる。偏向コイル３０，３１の各々は、紙面に垂直な磁界を発生させる。偏向コイル３０が発生する磁界の方向と偏向コイル３１が発生する磁界の方向は逆向きである。すなわち、偏向コイル３０が入射電子線を上向き(図中ａの方向)に曲げると、偏向コイル３１は入射電子線を下向き(図中ｂの方向)に曲げる。
【００１３】
偏向コイル３０，３１に通電しない場合は、電子源１から出た入射電子線５は直進し、５ｃの経路で進行する。偏向コイル３０に紙面手前向きの磁界を発生させ、偏向コイル３１に紙面奥向きの磁界を発生させると、入射電子線は５ａの経路で進行する。偏向コイル３０に紙面奥向きの磁界を発生させ、偏向コイル３１に紙面手前向きの磁界を発生させると、入射電子線は５ｂの経路で進行する。進路５ｃ，５ａ，５ｂは一点で交差する。その交差位置に、電子源１に最も近いオリフィス２６が配置されている。偏向コイル３０による偏向角と偏向コイル３１による偏向角は、偏向コイル３０による偏向を偏向コイル３１が逆向きに偏向し、偏向コイル３１で偏向された電子線がオリフィス２６を通過する関係に調整される。入射電子線６は、進路を問わずオリフィス２６を通過する。また、オリフィス２６を通過する入射電子線の進行方向は、偏向コイル３０による偏向角と偏向コイル３１による偏向角の差に等しくなり、偏向コイル３０による偏向角に依存して変化する。偏向コイル３１による偏向角は偏向コイル３０による偏向角に依存し、両者の偏向角の差も偏向コイル３０による偏向角に依存するからである。偏向コイル３０，３１は、隔壁７３に対する入射電子線５の入射方向を偏向する装置の一例である。偏向コイル３０，３１は、電子源１に最も近いオリフィス２６の位置を支点として、電子源１から発せられた入射電子線５の進行方向を偏向することがわかる。
【００１４】
オリフィス２６を通過した入射電子線５は、電子レンズ１６に入射する。入射電子線５の電子レンズ１６に対する入射角は、隔壁７３に対する入射電子線５の入射方向に依存して変化する。電子レンズ１６は、入射電子線５の進行方向を曲げる。電子レンズ１６は、電子レンズ１６に対する入射角に依らず、入射電子線５がオリフィス２５を通過するように曲げる。電子レンズ１６による収束位置にオリフィス２５を配置しておくと、電子レンズ１６に対する入射電子線５の入射角に依らず、入射電子線５がオリフィス２５を通過する関係を得ることができる。電子レンズ１６は、その集束機能を利用して入射電子線５の入射角に依らずに入射電子線５がオリフィス２５を通過する関係を得る。この場合の電子レンズ１６は、広がった電子線を集束するものでなく、電子線の進行方向を曲げることでオリフィス２５を通過させる。従って、電子レンズ１６に代えて、偏向コイル３０，３１と同種の偏向コイルを利用してもよい。偏向コイルによっても、前段の偏向コイルで曲げられた電子線を、その曲げ角に依らないで共通の位置を通過するように曲げることができる。偏向コイルに比して電子レンズの方が短い距離内で進行方向を曲げることができる。電子線の進行距離を短くして散乱を防止するためには、偏向コイルに代えて電子レンズを用いるのが有利である。
【００１５】
オリフィス２５を通過した入射電子線５は、電子レンズ１５に入射する。入射電子線５の電子レンズ１５に対する入射角は、隔壁７３に対する入射電子線５の入射方向に依存して変化する。電子レンズ１５は、入射電子線５の進行方向を曲げる。電子レンズ１５は、電子レンズ１５に対する入射角に依らず、入射電子線５が試料２を照射するように曲げる。電子レンズ１５による収束位置に試料２を配置しておくと、電子レンズ１５に対する入射電子線５の入射角に依らず、入射電子線５が試料２を照射する関係を得ることができる。電子レンズ１５は、その集束機能を利用して入射電子線５の入射角に依らずに入射電子線５が試料２を照射する関係を得る。ただし、実際に集束するものでなく、電子線の進行方向を曲げることで試料２を照射する。電子レンズ１５に代えて、偏向コイル３０，３１と同種の偏向コイルを利用してもよい。偏向コイルによっても、前段の偏向コイルで曲げられた電子線を、その曲げ角に依らないで共通の位置を通過するように曲げることができる。偏向コイルに比して電子レンズの方が短い距離内で進行方向を曲げることができる。電子線の進行距離を短くして散乱を防止するためには偏向コイルに代えて電子レンズ１５を用いるのが有利である。電子レンズ１５を通過した入射電子線５は、入射電子線５の入射角に依らずに共通点を通過する。その位置に試料２の表面を一致させる。その場合、入射電子線５の入射角に依らず、常に試料上の同一点に入射電子線５を到達させることができる。
前記によると、偏向コイル３０，３１に対する通電量を変えることで、試料２に対する入射電子線５の入射視射角θを変えることができる。電子源１、試料２、オリフィス２６，２５の位置や角度を変えることなく、通電量を調整するだけで、試料に対する電子線の入射視射角を変えることが可能である。入射視射角θを必要角度に容易に調整するができる。第２課題が解決される。
【００１６】
図３（ｂ）の場合、オリフィス２６，２５がいずれも小径であることから、隣接する空間の間に大きな圧力差を確保することができる。この結果、入射電子線５が試料２と同じガス圧の空間を通過する距離が短くなり、入射電子線５がガスによって散乱される現象を効果的に抑制することができる。偏向コイル３０，３１のための比較的大きな空間が必要とされても、ガスによる入射電子線の散乱は生じない。
【００１７】
図３（ｂ）では２組のオリフィスと電子レンズを用いることで、２段の差動排気構造を構成している。１組あるいは３組以上であってもよい。
【００１８】
図３（ａ）の出射側差動排気構造と、図３（ｂ）の入射側差動排気構造の両方を用いることも可能である。この場合は、入射側差動排気構造を構成する電子レンズとオリフィスが配置されている軸と、射出側差動排気構造を構成する電子レンズとオリフィスが配置されている軸がｖ字をなす関係とする。入射側の軸と射出側の軸が、試料表面に立てた法線に対して左右対称の関係におくと、回折図形をスクリーン全体に投影したり、入射視射角の変化範囲を広くとることが可能となる。なお、必要な入射視射角は、用いる電子線の加速電圧に依存するが、一般的には数度から十数度程度である。図３（ｂ）に例示する装置で必要な仕様を満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例を示す説明図
【図２】従来の差動排気を有する反射電子回折装置を示す説明図
【図３】（ａ）（ｂ）（Ｃ）は、本発明の作用を示す説明図
【図４】第２実施例を示す説明図
【図５】第３実施例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
２組の磁界レンズとオリフィスを用いた２段の差動排気構造に関して、磁界レンズとオリフィスの位置関係を説明する。
図３（Ｃ）は出射側の差動排気構造を示しており、試料位置をＡ、１段目のオリフィス位置をＢ、２段目のオリフィス位置をＣ、１段目の磁界レンズの主点をＤ、２段目の磁界レンズの主点をＥとしている。ポールピース４０は１段目の磁界レンズの磁路の間隙であり、ポールピース４１は２段目の磁界レンズの磁路の間隙である。ＡＢ間の距離をＬ１、ＢＣ間の距離をＬ２、ＡＤ間の距離をａ１、ＢＥ間の距離をａ２、ＤＢ間の距離をｂ１、ＥＣ間の距離をｂ２としている。
【００２１】
回折電子線６がガス中を通過する距離Ｌ１を短くするためには、ａ１とｂ１を短くする必要がある。一般的にａ１は試料サイズおよび磁界レンズの大きさによって制約を受けるため、設計上の自由度はほとんどない。このため、Ｌ１の短縮にはｂ１を短縮する必要がある。ａ１＞ｂ１の場合、角度δで広がって出てきた回折電子線６は、角度δより大きな角度φでオリフィスＢから出射する。ａ１：ｂ１＝ｂ２：ａ２の条件を満たすと、四角形ＡＤ１ＢＤ２と四角形ＣＥ１ＢＥ２は相似形となり、オリフィスＣから出射する角度は再び角度δに戻る。前記条件をｂ１、ｂ２の代わりにＬ１，Ｌ２を用いて表すと、ａ２=(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１となる。前記条件を概ね満たすように磁界レンズとオリフィスを配置すると、試料２から出射した回折電子線の角度δを保った状態で回折像をスクリーン４に投影することが可能となる。すなわち、出射側に差動排気構造を実現するために磁界レンズを配置した場合の回折像と、出射側に磁界レンズが配置されていない場合の回折像を等しくすることができる。本明細書では、ａ２の値と(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１の値が厳密には一致しないものの、両者の差異が小さく、オリフィスＣから出射する回折電子線６の広がり角度δと、試料２から反射する回折電子線６の広がり角度δが等しいとして解析できる場合には、ａ２の値と(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１の値が等しいという。両者が等しければ、出射側に磁界レンズを挿入して差動排気構造を組み込んだ後も、差動排気構造を組み込む前に作成した回折像の解析プログラムをそのまま利用することができる。
【００２２】
次に、磁界レンズのポールピース形状について考える。図３（Ｃ）に示すように、１段目の磁界レンズのポールピースの間隙長をＳ１、直径Ｄ１、２段目の磁界レンズのポールピースの間隙長をＳ２、直径をＤ２とする。また、１段目の電子レンズの焦点距離をｆ１、２段目の電子レンズの焦点距離をｆ２とする。ただし、図３では焦点距離を示していない。
磁界レンズが発生する磁界強度(磁界レンズを構成するコイルの巻数と通電電流の積に依拠する)と電子線の加速電圧の双方が一定の場合、磁界レンズの焦点距離はポールピースの間隙長と直径との和に比例することが知られており、ｆ１:ｆ２=Ｓ１＋Ｄ１:Ｓ２＋Ｄ２となる。一方、前記のａ２=(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１との条件が満たされているとき、ｆ１:ｆ２は、四角形ＡＤ１ＢＤ２と四角形ＣＥ１ＢＥ２の相似比、すなわち、Ｌ１:Ｌ２と等しい。
【００２３】
ところで、磁界レンズはローレンツ力によって電子線を収束させるため、光学レンズのように直線的な収束ではなく、螺旋状にねじれながら収束する。また、このときのねじれの角度と方向は磁界レンズの起磁力の大きさと励磁電流の方向に依存する。ここで、（Ｓ２＋Ｄ２)/(Ｓ１＋Ｄ１)=Ｌ２/Ｌ１の条件を満たすようにポールピースの形状を設計することで、２つの磁界レンズに与える起磁力が等しくすることができる。このときには、２つの磁界レンズを励磁する電流の回転方向を反対向きとすることで、電子線収束時に生じるねじれ角度を互いに打ち消し合って０とすることができる。本明細書では、電子線収束時に生じるねじれ角度が互いに打ち消し合ってねじれの影響を無視して解析できる場合を（Ｓ２＋Ｄ２)/(Ｓ１＋Ｄ１)の値とＬ２/Ｌ１の値が等しいという。両者が厳密に一致しなくても、その差が小さければ、ねじれの影響を無視して解析できる程度にまでねじれの影響が打ち消される。上記条件を概ね満たすように磁界レンズを設計することで、電子線の加速電圧や磁界レンズの起磁力に依存せず、試料から出射した回折電子線の広がり角度だけではなく、その方向（図３（ｃ）のｃ軸に沿って観測したときのｃ軸周りの回転角）を保って蛍光板に投影することが可能となる。
更に、２つの磁界レンズを構成するコイルの巻数を等しくすれば、ねじれを相殺するために必要な励磁電流値も等しくなり、２個の電子レンズを単一電源で駆動することが可能となる。
前記したａ２=(Ｌ１・Ｌ２−ａ１・Ｌ２)/Ｌ１の条件式と、(Ｓ２＋Ｄ２)/(Ｓ１＋Ｄ１)=Ｌ２/Ｌ１の条件式は、出射側の差動排気構造を用いて説明したが、電子レンズの相反定理により逆向きの電子線は逆向きの軌跡を通るため、これらの条件は入射側の差動排気構造にも適応できる。
【実施例】
【００２４】
本明細書では、同一または類似の部材には同じ参照番号を用い、重複説明は省略する。
（実施例１）
図１は、第１実施例の反射電子回折装置の構成を示している。実施例１では、試料２とスクリーン４の間に、電子レンズ１０とオリフィス２０によって構成された出射側差動排気構造を持つ。実際の反射電子回折装置では、試料２の位置に試料保持装置を備えており、その試料保持装置によって試料２を保持した状態で用いる。参照番号９は、試料マニピュレータを示しており、試料２を図示した位置に維持する。後記説明は、装置の使用状態を説明するものであり、装置自体の説明では、試料２を図示した位置に保持する保持装置と読み替えるものとする。
試料２で回折した回折電子線６は、電子レンズ１０によってオリフィス２０の位置に収束され、集束した状態でオリフィス２０を通過し、その後にスクリーン４に到達して反射電子回折像を形成する。本実施例では電子レンズ１０に磁界レンズを用いる。
オリフィス２０は隔壁に設けられた微小径の開孔である。本明細書では、隔壁の存在をいちいち指摘せず、オリフィスの存在を直接的に説明する。実際の装置には、隔壁が存在し、その隔壁にオリフィスが形成されている。
【００２５】
電子源１は従来技術で構成されており、一つのオリフィス３によって仕切られた構造である。電子源１の収容空間６１と、試料２の収容空間６４と、スクリーン４の収容空間６５は、それぞれ独立した排気ポンプ系５０，５２，５１によって差動排気されている。ポンプ系５０とポンプ系５１は共通化されていてもよい。試料２の収容空間６４には、図示は省略されているが、図２に示したガス導入８と同様のものが接続されている。試料収容空間６４の雰囲気ガス種とガス圧が調整可能となっている。図４と図５の場合も同様である。
【００２６】
本実施例の構成では、磁界レンズ１０によって反射電子回折図形にねじれの影響が現れる。スクリーン４に投射される反射電子回折像の回転角度は、磁界レンズ１０の起磁力と入射電子線５の加速電圧に依存する。
【００２７】
本実施例では、電子源１側に従来技術を用いているため、入射電子線５の入射視射角を自由に変更することは困難であるが、反射電子回折を試料の表面状態のモニタとしてのみ用いる場合には、本構成でも実用上問題はない。
【００２８】
（実施例２）
図４は、実施例２の反射電子回折装置の構成を示す図である。本実施例では、電子源１と試料２の間に、１対の偏向コイル３０，３１、第１のオリフィス２６、軸調整用の偏向コイル３５、第１の電子レンズ１６、第２のオリフィス２５、第２の電子レンズ１５を配置している。偏向コイル３５は、オリフィス２６，２５と試料２を電子光学的に軸調整するためのものである。
実施例２では、電子レンズとして磁界レンズを用いている。実施例２では、電子レンズ１６の焦点距離を電子レンズ１５の焦点距離より長くすることによって、オリフィス２５とオリフィス２６の間の距離を長くしており、差動排気のための空間を確保している。
【００２９】
実施例２の場合、電子源１と試料２の間に２段の差動排気７が行われているが、スクリーン４側は従来技術の構成であるため、試料２とスクリーン４は同じガス環境である。実施例２は、０．１Ｐａを超える試料室圧力が必要な場合には適切ではないが、０．１Ｐａ以下程度のガス環境下で用いる場合には有効である。電子線の入射視射角を自由に変更したい場合には有効な構成である。
【００３０】
（実施例３）
図５は、実施例３の反射電子回折装置の構成を示す図である。実施例３では、試料２とスクリーン４の間に、電子レンズ１０、オリフィス２０、電子レンズ１１、オリフィス２１が順に配置されており、射出側に２段の差動排気機構が組み込まれている。偏向コイル３４は、試料２とオリフィス２０，２１を電子光学的に軸調整するためのものである。また、電子源１と試料２の間に、実施例２で説明した２段の差動排気機構が組み込まれている。
【００３１】
本実施例では、オリフィス２０からオリフィス２１までの距離が、試料２からオリフィス２０までの距離の倍になっており、且つ、電子レンズ１１のポールピースの大きさが電子レンズ１０のポールピースの大きさの倍となっている。また、オリフィス２０から電子レンズ１１の主点までの距離は、オリフィス２０から電子レンズ１０の主点までの距離の倍となっている。すなわち、試料２からの反射電子線６の広がり角δとオリフィス２１からの反射電子線６の広がり角δが等しく、電子レンズ１０による反射電子線６のねじれ角が電子レンズ１１による反射電子線のねじれ角によって打ち消される関係に設定されている。更に、本実施例では入射側差動排気構造と出射側差動排気構造が試料２に対して鏡面対称に配置されている。すなわち、入射側の光路中心線と射出側の光路中心線が、試料２の表面に立てた法線に対して左右対称となっている。また、オリフィスを形成する隔壁と電子レンズは、入射側と射出側で共通であり、その左右を反転して配置した関係にある。入射側と出射側の差動排気構造を左右対称とすることで、共通部品を使用することが可能となり、設計および部品製造のコストを低減できる。
【００３２】
差動排気構造を構成する４つの電子レンズ１０、１１、１５、１６は、全て同じ起磁力で動作させればよい。各電子レンズを構成するコイルの巻数は全て等しくされており、一つの定電流電源で４つの電子レンズ１０、１１、１５、１６を駆動することができる。電子レンズ１０と電子レンズ１１、および、電子レンズ２０と電子レンズ２１は、それぞれ逆向きの励磁電流で駆動され、磁界レンズによる回折像の回転をキャンセルするようになっている。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
１：電子源
２：試料
３：オリフィス
４；スクリーン
５：入射電子線
６：回折電子線
７：排気
８：ガス導入
９：試料マニピュレータ
１０：電子レンズ
１１：電子レンズ
１２：電子レンズ
１５：電子レンズ
１６：電子レンズ
２０：オリフィス
２１：オリフィス
２２：オリフィス
２５：オリフィス
２６：オリフィス
３０：偏向コイル
３１：偏向コイル
３４：偏向コイル
３５：偏向コイル
４０：ポールピース
４１：ポールピース
５０：排気ポンプ系
５１：排気ポンプ系
５２：排気ポンプ系
６１：電子線源収容空間
６２：入射側中間室
６３：試料・スクリーン収容空間
６４：試料収容空間
６５：スクリーン収容空間
６６：射出側中間室
７０，７１，７２，７３，７４：隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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