荷電粒子線装置の試料位置決め装置
【課題】試料のドリフトを抑制できる荷電粒子線装置の試料位置決め装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子線装置の試料位置決め装置１００は、減圧状態に維持可能な試料室１と、試料室１に連通する孔１２を有する管状部材１０と、孔１２に移動可能に装着される試料ホルダー２０と、試料ホルダー２０に装着され、管状部材１０の内面に接するＯリング３０と、試料室１における試料ホルダー２０の位置を変える駆動機構６０と、を含み、試料ホルダー２０は、先端部が試料室１に配置される第１部分２２と、孔１２に配置される第２部分２４と、を有し、第１部分２２は、先端部に、試料Ｓを保持可能な試料保持部２３を有し、第２部分２４は、リニアガイドを介して、第１部分２２を移動可能に支持し、Ｏリング３０は、第２部分２４に装着され、駆動機構６０は、第１部分２２を移動させる。
【解決手段】荷電粒子線装置の試料位置決め装置１００は、減圧状態に維持可能な試料室１と、試料室１に連通する孔１２を有する管状部材１０と、孔１２に移動可能に装着される試料ホルダー２０と、試料ホルダー２０に装着され、管状部材１０の内面に接するＯリング３０と、試料室１における試料ホルダー２０の位置を変える駆動機構６０と、を含み、試料ホルダー２０は、先端部が試料室１に配置される第１部分２２と、孔１２に配置される第２部分２４と、を有し、第１部分２２は、先端部に、試料Ｓを保持可能な試料保持部２３を有し、第２部分２４は、リニアガイドを介して、第１部分２２を移動可能に支持し、Ｏリング３０は、第２部分２４に装着され、駆動機構６０は、第１部分２２を移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置の試料位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡で試料を原子レベルの高い観察倍率で観察する際や試料を高い精度で分析する際には、試料のドリフトが問題となる場合がある。
【０００３】
試料のドリフトの原因としては、例えば、試料ホルダーやゴニオメーターなどの熱的、機械的不安定性に起因するもの、電子レンズの熱的不安定性に起因するもの、試料の変形や試料のチャージアップに起因するものなどが挙げられる。
【０００４】
ここで、電子顕微鏡では、試料位置決め装置によって試料の支持および移動を行う。試料位置決め装置において、試料の支持は、一般的に、先端に試料保持部を有する試料ホルダーによって行われる。この試料ホルダーには、試料室を気密に封止するためのＯリングが装着されるが、このＯリングの弾性変形が、試料をドリフトさせる原因の一つとなる場合がある。具体的には、Ｏリングは、ゴム等の粘弾性材料からなるため、試料ホルダーの移動に伴って摺動することにより弾性変形する。弾性変形によりＯリングには、応力が生じる。Ｏリングに生じた応力は、徐々に緩和されるため、結果として、試料ホルダーも徐々に移動し、試料がドリフトする。
【０００５】
上記のようなＯリングによるドリフトの影響を低減するために、例えば、特許文献１には、試料ホルダーに装着されたＯリングと試料微動装置とが機械的に接触しないような構成とした電子顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−９８５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、試料のドリフトを抑制できる荷電粒子線装置の試料位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置は、
減圧状態に維持可能な試料室と、
前記試料室に連通する孔を有する管状部材と、
前記孔に移動可能に装着される試料ホルダーと、
前記試料ホルダーに装着され、前記管状部材の内面に接するＯリングと、
前記試料室における前記試料ホルダーの位置を変える駆動機構と、
を含み、
前記試料ホルダーは、
先端部が前記試料室に配置される第１部分と、
前記孔に配置される第２部分と、
を有し、
前記第１部分は、前記先端部に、試料を保持可能な試料保持部を有し、
前記第２部分は、リニアガイドを介して、前記第１部分を移動可能に支持し、
前記Ｏリングは、前記第２部分に装着され、
前記駆動機構は、前記第１部分を移動させる。
【０００９】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、駆動機構によって第１部分を移動させる際に、Ｏリングが装着された第２部分を移動させないことができる。すなわち、駆動機構によって第１部分を移動させる際に、Ｏリングを移動させないことができる。したがって、Ｏリングに応力が発生することを抑制することができ、試料のドリフトを抑制することができる。
【００１０】
（２）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分と前記第２部分とを接続する弾性部材を有してもよい。
【００１１】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、弾性部材によって、第１部分を駆動機構に押しつけることができる。これにより、第１部分を安定して移動させることができる。
【００１２】
（３）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分の移動を制限するストッパーを有してもよい。
【００１３】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、第１部分が第２部分から脱落することを防ぐことができる。
【００１４】
（４）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置において、
前記試料ホルダーは、前記第２部分に接続された第３部分を、さらに有し、
前記第３部分は、前記孔の径よりも大きい幅を有してもよい。
【００１５】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、第３部分を、試料室の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、管状部材に固定することができる。そのため、試料室の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダーにかかる力を、管状部材で支えることができる。したがって、大気圧の変動による試料ホルダーの移動を抑制でき、試料のドリフトを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る電子顕微鏡の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る電子顕微鏡の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る電子顕微鏡の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。
【図４】アフタードリフトを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１８】
１． 試料位置決め装置の構成
まず、本実施形態に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置の構成について図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、本実施形態に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図１〜図３は、試料位置決め装置１００の使用状態、すなわち、試料ホルダー２０をシフター１０に装着した状態を示している。以下、試料位置決め装置１００の使用状態について説明する。なお、本実施形態では、試料位置決め装置１００は、透過型電子顕微鏡の試料位置決め装置である。
【００１９】
試料位置決め装置１００は、図１に示すように、試料室１と、管状部材（以下「シフター」ともいう）１０と、試料ホルダー２０と、Ｏリング３０と、Ｘ駆動機構６０と、Ｙ駆動機構７０と、を含む。試料位置決め装置１００は、さらに、シフター支持部材４を含むことができる。
【００２０】
試料位置決め装置１００では、試料室１は、図１に示すように、壁部２によって囲まれている。シフター１０は、壁部２を貫通するように設けられたシフター支持部材４によって支持されている。シフター１０は、試料室１に連通する孔１２を有しており、試料ホルダー２０は、この孔１２に移動可能に装着されている。試料ホルダー２０にはＯリング３０が装着され、試料ホルダー２０とシフター１０との間が気密に封しされている。試料ホルダー２０は、先端部が試料室１に配置されている第１部分２２を有しており、Ｘ駆動機構６０は、この第１部分２２を移動させることにより、試料ＳをＸ軸方向に沿って移動させる。Ｙ駆動機構７０は、シフター１０を回動させることにより試料ＳをＹ軸方向に沿って移動させる。
【００２１】
試料位置決め装置１００は、試料Ｓを試料室１の所望の位置へ移動および静止させることができる。具体的には、試料位置決め装置１００は、試料ホルダー２０によって試料Ｓを支持し、駆動機構６０，７０によってＸ，Ｙ軸方向に対して、試料Ｓを直線的に移動させることができる。また、試料位置決め装置１００は、Ｚ駆動機構（図示しない）によって、Ｚ軸方向に対して、試料Ｓを直線的に移動させてもよいし、傾斜機構（図示しない）によって、試料ＳをＸ軸周りに傾斜させてもよい。なお、図示の例において、Ｚ軸方向は、試料室１を通過する電子線（図示しない）の進行方向である。
【００２２】
試料室１は、減圧状態に維持可能である。試料室１は、公知のポンプ（図示しない）によって真空排気されることにより減圧状態に維持される。試料室１には、試料ホルダー２０によって試料Ｓが導入される。そして、試料室１において、試料Ｓに電子線が照射される。
【００２３】
シフター支持部材４は、壁部２を貫通する円筒状の部材である。シフター支持部材４には、シフター１０が挿入されている。シフター支持部材４の試料室１側には、球面軸受部６が設けられている。球面軸受部６は、その内面が球面状に形成されている。
【００２４】
シフター１０は、管状の部材であり、試料室１に連通する孔１２を有している。図示の例では、孔１２は、Ｘ軸方向に貫通している。孔１２の形状は、例えば、円柱状であり、孔１２の中心軸（図示しない）は、Ｘ軸と平行である。孔１２には、試料ホルダー２０が装着される。これにより、試料ホルダー２０は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の移動が規制され、Ｘ軸方向に直線的に移動可能となる。シフター１０の内側には、試料ホルダー２０を支持するベアリング１４が設けられている。図示の例では、ベアリング１４は、シフター１０の両端部（孔１２の開口付近）に設けられている。ベアリング１４は、試料ホルダー２０のＸ軸方向への移動を円滑にすることができる。なお、ベアリング１４の位置および数は、図１の例に限定されず、試料ホルダー２０を直線的に移動可能に支持できる位置および数であればよい。
【００２５】
シフター１０は、試料室１側の端部に、球面部１６を有する。球面部１６の表面は、中心が孔１２の中心軸上にある球面状に形成されている。球面部１６は、球面軸受部６により支持される。球面軸受部６は、その内面が球面部１６の表面に接するように形成されている。これにより、球面部１６は、球面軸受部６に摺動可能に支持される。そのため、シフター１０は、球面部１６の中心を回動中心として、回動することができる。球面部１６と球面軸受部６との間には、試料室１を気密に封止するためのＯリング１９が設けられている。
【００２６】
試料ホルダー２０は、シフター１０の孔１２に移動可能に装着される。試料ホルダー２０は、第１部分２２と、第２部分２４と、第３部分２６と、を有する。試料ホルダー２０は、さらに、図２に示すように、第１部分２２と第２部分２４とを接続する弾性部材５０と、第１部分２２の移動を制限するストッパー５２と、を有する。
【００２７】
第１部分２２の先端部は、図１に示すように、試料室１に配置される。第１部分２２は、試料Ｓを保持可能な試料保持部２３を有する。試料保持部２３は、第１部分２２の先端部に設けられる。試料保持部２３は、図示はしないが、例えば、試料Ｓをねじの締め付けにより固定してもよいし、試料Ｓをリング状のばねを用いて押さえることにより固定してもよい。第１部分２２は、図２に示すように、リニアガイド４０を介して、第２部分２４に支持されている。図示の例では、第１部分２２は、さらに、ベアリング１４（試料室１側）によって支持されている。第１部分２２は、第１部分２２と第２部分２４との接続部分を覆うカバー部２１を有している。
【００２８】
第２部分２４は、図１に示すように、シフター１０の孔１２に配置される。第２部分２４には、Ｏリング３０が装着されている。具体的には、第２部分２４の外周面には、溝２５が周設されており、この溝２５内にＯリング３０が装着されている。第２部分２４の先端には、図２に示すように、Ｘ軸方向に穴が設けられており、第１部分２２は、この穴に挿入され、リニアガイド４０を介して、第２部分２４によって支持される。
【００２９】
第３部分２６は、図１に示すように、第２部分２４に接続されている。第３部分２６の幅Ｗ（Ｙ軸方向の長さ）は、シフター１０の孔１２の径よりも大きい。そのため、第３部分２６は、シフター１０の孔１２に挿入されず、試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、シフター１０に押しつけられる。すなわち、第３部分２６は、試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、シフター１０に固定されている。図示の例では、第３部分２６の接触面２７が、シフター１０の端面１１に押しつけられている。
【００３０】
Ｏリング３０は、シフター１０の内面と接して、シフター１０と試料ホルダー２０との間を気密に封止している。Ｏリング３０は、第２部分２４の移動に伴って、シフター１０の孔１２内を摺動する。Ｏリング３０の材質は、例えば、ゴムなどの粘弾性材料である。
【００３１】
リニアガイド４０は、図２および図３に示すように、第１部分２２に形成された第１ガイド溝４２ａと、第２部分２４に形成された第２ガイド溝４２ｂと、ボール４４と、を含んで構成されている。ガイド溝４２ａ，４２ｂは、Ｘ軸方向に沿って形成されている。図示の例では、第１ガイド溝４２ａは、第１部分２２に２本設けられ、第２ガイド溝４２ｂは、第２部分２４に２本設けられている。なお、ガイド溝４２ａ，４２ｂの本数は特に限定されない。ボール４４は、第１ガイド溝４２ａと第２ガイド溝４２ｂとに、転動可能に挟持されている。これにより、第１部分２２は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の移動が規制され、Ｘ軸方向に直線的に移動可能となる。さらに、第１部分２２は、Ｘ軸方向に対して、第２部分２４から独立して移動可能である。ボール４４は、例えば、球状である。ボール４４の材質は、例えば、金属、セラミックス、プラスチック等である。また、ボール４４は、図示の例では、１本のガイド溝４２ａ，４２ｂに対して５個挟持されているが、その数は限定されない。
【００３２】
弾性部材５０は、図２に示すように、第１部分２２と第２部分２４とを接続している。弾性部材５０は、カバー部２１の内側の空隙に収容されている。弾性部材５０の一方の端部は、カバー部２１に接続されており、他方の端部は、第２部分２４に接続されている。弾性部材５０は、第１部分２２に−Ｘ軸方向（第２部分２４から遠ざかる方向）の力を作用させている。そのため、第１部分２２は、図１に示すように、Ｘ駆動機構６０のレバー６２に押しつけられている。弾性部材５０の発生力（弾性部材５０によって第１部分２２に働く力）は、試料室１の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダー２０にかかる荷重よりも小さくなるように設定される。弾性部材５０は、例えば、圧縮ばねである。
【００３３】
ストッパー５２は、図２に示すように、第１部分２２に設けられた孔５３と、第２部分２４に設けられ、孔５３に挿入された突起部５４と、を含んで構成されている。図示の例では、孔５３は、カバー部２１に設けられている。孔５３は、カバー部２１の−Ｘ軸方向側の側面５５ａからカバー部２１の＋Ｘ軸方向側の側面５５ｂまでＸ軸方向に沿って延びる長孔である。突起部５４は、孔５３に挿入されている。突起部５４は、図示の例では、第２部分２４に固定されたねじである。突起部５４は、第１部分２２が＋Ｘ軸方向に所定距離だけ移動すると側面５５ａに当接し、第１部分２２が−Ｘ軸方向に所定距離だけ移動すると側面５５ｂに当接するように設けられている。そのため、第１部分２２のＸ軸方向の移動範囲が規制される。
【００３４】
駆動機構６０，７０は、試料室１における試料ホルダー２０の位置を変えることができる。具体的には、駆動機構６０，７０は、試料Ｓを試料室１の所望の位置へ移動および静止させるように、試料ホルダー２０を動作させる。
【００３５】
Ｘ駆動機構６０は、試料ホルダー２０の第１部分２２をＸ軸方向に沿って移動させる。Ｘ駆動機構６０は、図１に示すように、レバー６２と、Ｘモーター６４と、平歯車対６６と、Ｘ送りねじ６８と、を含んで構成されている。
【００３６】
レバー６２は、軸６３を回転中心とするてこ式のレバーである。レバー６２の試料室１側の端部には、ベアリング６１が設けられ、ベアリング６１を介して第１部分２２を支持している。ベアリング６１は、ＹＺ平面内を転動することができる。そのため、後述する試料Ｓ（第１部分２２）のＹ軸方向への移動が円滑になる。第１部分２２には、弾性部材５０によって−Ｘ軸方向の力が働いているため、第１部分２２は、レバー６２（ベアリング６１）に押しつけられている。レバー６２の試料室１側とは反対側の端部には、Ｘ送りねじ６８が接している。
【００３７】
Ｘ送りねじ６８は、Ｘモーター６４の回転によって、Ｘ軸方向に直線的に移動する。このＸ送りねじ６８の移動により、レバー６２は、軸６３を回転中心として回転し、第１部分２２をＸ軸方向に直線的に移動させる。これにより、試料ＳをＸ軸方向に直線的に移動させることができる。平歯車対６６は、Ｘモーター６４の回転をＸ送りねじ６８に伝達することができる。ベローズ６９は、試料室１を減圧状態に保ちつつ、レバー６２の移動を円滑にすることができる。
【００３８】
Ｙ駆動機構７０は、Ｙモーター７４と、平歯車対７６と、Ｙ送りねじ７８と、戻しばね７９と、を含んで構成されている。Ｙ送りねじ７８の先端は、図１に示すように、シフター１０の＋Ｙ軸方向側の外周面に接している。シフター１０の−Ｙ軸方向側の外周面には、戻しばね７９が設けられている。シフター１０は、戻しばね７９によって、＋Ｙ軸方向に付勢されている。Ｙ送りねじ７８は、Ｙモーター７４の回転によって、Ｙ軸方向に直線的に移動する。このＹ送りねじ７８の移動により、シフター１０は、球面部１６の中心を回動中心として回動する。これにより、試料ＳをＹ軸方向に直線的に移動させることができる。平歯車対７６は、Ｙモーター７４の回転をＹ送りねじ７８に伝達することができる。
【００３９】
なお、試料位置決め装置１００は、試料ＳをＺ軸方向に移動させるＺ駆動機構（図示せず）をさらに有していてもよい。Ｚ駆動機構は、Ｙ駆動機構７０と同様の構成であってもよい。また、試料位置決め装置１００は、試料ＳをＸ軸まわりに傾斜させる機構（図示しない）を有していてもよい。
【００４０】
２． 試料位置決め装置の動作
次に、試料位置決め装置の動作について説明する。
【００４１】
試料位置決め装置１００では、図１に示すＸ駆動機構６０によって試料ホルダー２０の第１部分２２をＸ軸方向に移動させることにより、試料ＳをＸ軸方向に移動させる。具体的には、Ｘモーター６４の回転によって、Ｘ送りねじ６８をＸ軸方向に移動させ、レバー６２を回転させる。これにより、第１部分２２がＸ軸方向に直線的に移動し、試料ＳがＸ軸方向に移動する。このとき、第１部分２２が移動しても、第２部分２４は移動しない。これは、第２部分２４が、リニアガイド４０を介して、第１部分２２を独立して移動可能に支持しているためである。
【００４２】
試料位置決め装置１００では、Ｙ駆動機構７０によってシフター１０を移動させることにより、試料ホルダー２０を移動させて、試料ＳをＹ軸方向に移動させる。具体的には、Ｙモーター７４の回転によって、Ｙ送りねじ７８をＹ軸方向に直線的に移動させ、シフター１０を球面部１６の中心を回動中心として、回動させる。このシフター１０の回動に伴って試料ホルダー２０も回動し、試料ＳがＹ軸方向に移動する。
【００４３】
なお、試料ＳのＺ軸方向への移動については、上述したＹ駆動機構７０と同様であるため、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係る試料位置決め装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４５】
試料位置決め装置１００では、試料ホルダー２０の第２部分２４が、リニアガイド４０を介して、第１部分２２を移動可能に支持している。これにより、Ｘ駆動機構６０によって第１部分２２を移動させる際に、第２部分２４を移動させないことができる。すなわち、Ｘ駆動機構６０によって第１部分２２を移動させる際に、Ｏリング３０を移動させないことができる。したがって、Ｏリング３０に応力が発生することを抑制することができ、試料Ｓのドリフトを抑制することができる。以下、その理由について詳細に説明する。
【００４６】
例えば、第１部分と第２部分とが独立して移動可能となっておらず、一体的に形成された試料ホルダーの場合、Ｘ駆動機構によって試料をＸ軸方向（試料ホルダーの軸方向）に移動させると、試料がＸ軸方向に移動し続ける現象が発生する。ここでは、この現象をアフタードリフトという。このアフタードリフトの速度が、試料の観察・分析のために十分な程度に遅くなるまでの時間は、数十分以上を要することがあり、観察・分析のスループットが抑制される問題がある。
【００４７】
図４は、アフタードリフトを説明するための図である。なお、図４では、便宜上、Ｘモーター６４ａは、回転するものではなく、直動するものとして図示した。Ｘモーター６４ａがＡ方向（例えば、＋Ｘ軸方向）に駆動したとき、試料ホルダー２０ａは、シフター１０ａに設けられたベアリング１４ａによって支持されながらＡ方向に直線的に移動させられる。このとき、試料ホルダー２０ａには、Ａ方向とは反対方向のＢ方向（例えば、−Ｘ軸方向）に、大気圧（試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力）Ｐ、および試料ホルダー２０ａに装着されたＯリング（図１および図２のＯリング３０に相当）の摩擦抵抗力Ｆが働く。なお、ベアリング１４ａの転がり抵抗は小さいため考慮しない。モーター６４ａと試料ホルダー２０ａとの間には、レバーやベアリング等のＸ送り機構の剛性（ばね性）６２ａが存在する。したがって、試料ホルダー２０ａの位置は、Ｘモーター６４ａの駆動量だけではなく、大気圧Ｐと、Ｏリングの摩擦抵抗力Ｆと、Ｘ送り機構の剛性６２ａとのバランスによって決定される。Ｏリングの摩擦抵抗力Ｆがない場合には、大気圧ＰとＸ送り機構の剛性６２ａのたわみによる力がつり合うため、Ｘモーター６４ａの移動量と試料ホルダー２０ａの移動量は一致する。しかし、Ｏリングの摩擦抵抗力Ｆがあるために、試料ホルダー２０ａの移動量は、Ｘモーター６４ａの駆動量よりも小さくなる。
【００４８】
ところで、Ｏリングの素材であるゴムなどの粘弾性材料には、応力緩和が生じることが知られている。試料ホルダー２０ａの移動によってＯリングは変形させられ、Ｏリングには応力が発生する。当該応力は、応力緩和によって時間経過とともに漸減する。したがって、Ｏリングの摩擦抵抗力ＦによってＸ送り機構６２ａの剛性に発生したたわみは、時間経過とともに少なくなる。つまり、試料ホルダー２０ａは、Ｘモーター６４ａによって移動させられた方向（Ａ方向）に移動しつづける。これが、試料移動後のアフタードリフトとして観察される。
【００４９】
試料位置決め装置１００によれば、上述したように、Ｘ駆動機構６０によって第１部分２２を移動させる際に、Ｏリング３０が装着された第２部分２４を移動させないことができるため、Ｏリング３０に応力（摩擦抵抗力）が発生することを抑制することができる。したがって、試料位置決め装置１００では、アフタードリフトの発生を抑制することができる。
【００５０】
試料位置決め装置１００では、弾性部材５０が、試料ホルダー２０の第１部分２２と第２部分２４との間を接続している。これにより、第１部分２２を、レバー６２（ベアリング６１）に押しつけることができる。したがって、第１部分２２を安定して移動させることができる。
【００５１】
試料位置決め装置１００は、試料ホルダー２０の第１部分２２の移動を制限するストッパー５２を有する。これにより、例えば、試料ホルダー２０をシフター１０の孔１２から取り外すときに、第１部分２２が第２部分２４から脱落することを防ぐことができる。
【００５２】
試料位置決め装置１００では、試料ホルダー２０の第３部分２６が、シフター１０の孔１２の径よりも大きい幅を有している。これにより、第３部分２６を、試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、シフター１０に固定することができる。そのため、この圧力差によって試料ホルダー２０にかかる力を、シフター１０で支えることができる。したがって、大気圧の変動による試料ホルダー２０の移動を抑制でき、試料Ｓのドリフトを抑制することができる。
【００５３】
例えば、従来、試料位置決め装置では、試料室の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダーにかかる力は、ベアリングやレバー（図１のベアリング６１、レバー６２に相当）等のＸ駆動機構によって支えられてきた。しかしながら、このような試料位置決め装置では、電子顕微鏡が設置された部屋の扉の開閉などによって生じる大気圧の変動により、図４で説明した力のバランスが崩れ、試料ホルダーの位置がＡ方向やＢ方向に変動し、試料がドリフトする場合があった。
【００５４】
試料位置決め装置１００によれば、上述のように、試料室１の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダー２０にかかる力を、シフター１０で支えることができる。そのため、試料ホルダーにかかる力をＸ駆動機構によって支える場合と比べて、大気圧の変動による試料ホルダーの移動を抑制することができる。したがって、試料位置決め装置１００によれば、大気圧の変動による試料Ｓのドリフトを抑制することができる。なお、シフター１０にも大気圧がかかっているが、試料ＳのＸ軸方向の位置を規制しているのは、レバー６２（ベアリング６１）である。したがって、シフター１０が移動しても、試料Ｓの位置はほとんど変動しないため、シフター１０にかかる大気圧の影響はわずかである。
【００５５】
なお、ここでは、試料位置決め装置１００を、透過電子顕微鏡に適用した場合について説明したが、試料位置決め装置１００は、透過電子顕微鏡に限らず、その他の荷電粒子線装置に適用することができる。荷電粒子線装置としては、例えば、電子顕微鏡、集束イオンビーム装置、電子ビーム露光装置等が挙げられる。
【００５６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００５７】
１ 試料室、２ 壁部、４ シフター支持部材、６ 球面軸受部、
１０ 管状部材（シフター）、１１ 端面、１２ 孔、１４ ベアリング、
１６ 球面部、１９ Ｏリング、２０ 試料ホルダー、２１ カバー部、
２２ 第１部分、２３ 試料保持部、２４ 第２部分、２５ 溝、２６ 第３部分、
２７ 接触面、３０ Ｏリング、４０ リニアガイド、４２ａ，４２ｂ ガイド溝、
４４ ボール、５０ 弾性部材、５２ ストッパー、５３ 孔、５４ 突起部、
５５ａ 第１側面、５５ｂ 第２側面、６０ Ｘ駆動機構、６１ ベアリング、
６２ レバー、６３ 軸、６４ Ｘモーター、６６ 平歯車対、６８ Ｘ送りねじ、
６９ ベローズ、７０ Ｙ駆動機構、７４ Ｙモーター、７６ 平歯車対、
７８ Ｙ送りねじ、７９ 戻しばね、１００ 試料位置決め装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置の試料位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡で試料を原子レベルの高い観察倍率で観察する際や試料を高い精度で分析する際には、試料のドリフトが問題となる場合がある。
【０００３】
試料のドリフトの原因としては、例えば、試料ホルダーやゴニオメーターなどの熱的、機械的不安定性に起因するもの、電子レンズの熱的不安定性に起因するもの、試料の変形や試料のチャージアップに起因するものなどが挙げられる。
【０００４】
ここで、電子顕微鏡では、試料位置決め装置によって試料の支持および移動を行う。試料位置決め装置において、試料の支持は、一般的に、先端に試料保持部を有する試料ホルダーによって行われる。この試料ホルダーには、試料室を気密に封止するためのＯリングが装着されるが、このＯリングの弾性変形が、試料をドリフトさせる原因の一つとなる場合がある。具体的には、Ｏリングは、ゴム等の粘弾性材料からなるため、試料ホルダーの移動に伴って摺動することにより弾性変形する。弾性変形によりＯリングには、応力が生じる。Ｏリングに生じた応力は、徐々に緩和されるため、結果として、試料ホルダーも徐々に移動し、試料がドリフトする。
【０００５】
上記のようなＯリングによるドリフトの影響を低減するために、例えば、特許文献１には、試料ホルダーに装着されたＯリングと試料微動装置とが機械的に接触しないような構成とした電子顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−９８５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、試料のドリフトを抑制できる荷電粒子線装置の試料位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置は、
減圧状態に維持可能な試料室と、
前記試料室に連通する孔を有する管状部材と、
前記孔に移動可能に装着される試料ホルダーと、
前記試料ホルダーに装着され、前記管状部材の内面に接するＯリングと、
前記試料室における前記試料ホルダーの位置を変える駆動機構と、
を含み、
前記試料ホルダーは、
先端部が前記試料室に配置される第１部分と、
前記孔に配置される第２部分と、
を有し、
前記第１部分は、前記先端部に、試料を保持可能な試料保持部を有し、
前記第２部分は、リニアガイドを介して、前記第１部分を移動可能に支持し、
前記Ｏリングは、前記第２部分に装着され、
前記駆動機構は、前記第１部分を移動させる。
【０００９】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、駆動機構によって第１部分を移動させる際に、Ｏリングが装着された第２部分を移動させないことができる。すなわち、駆動機構によって第１部分を移動させる際に、Ｏリングを移動させないことができる。したがって、Ｏリングに応力が発生することを抑制することができ、試料のドリフトを抑制することができる。
【００１０】
（２）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分と前記第２部分とを接続する弾性部材を有してもよい。
【００１１】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、弾性部材によって、第１部分を駆動機構に押しつけることができる。これにより、第１部分を安定して移動させることができる。
【００１２】
（３）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分の移動を制限するストッパーを有してもよい。
【００１３】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、第１部分が第２部分から脱落することを防ぐことができる。
【００１４】
（４）本発明に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置において、
前記試料ホルダーは、前記第２部分に接続された第３部分を、さらに有し、
前記第３部分は、前記孔の径よりも大きい幅を有してもよい。
【００１５】
このような荷電粒子線装置の試料位置決め装置によれば、第３部分を、試料室の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、管状部材に固定することができる。そのため、試料室の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダーにかかる力を、管状部材で支えることができる。したがって、大気圧の変動による試料ホルダーの移動を抑制でき、試料のドリフトを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る電子顕微鏡の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る電子顕微鏡の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る電子顕微鏡の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。
【図４】アフタードリフトを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１８】
１． 試料位置決め装置の構成
まず、本実施形態に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置の構成について図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、本実施形態に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図１〜図３は、試料位置決め装置１００の使用状態、すなわち、試料ホルダー２０をシフター１０に装着した状態を示している。以下、試料位置決め装置１００の使用状態について説明する。なお、本実施形態では、試料位置決め装置１００は、透過型電子顕微鏡の試料位置決め装置である。
【００１９】
試料位置決め装置１００は、図１に示すように、試料室１と、管状部材（以下「シフター」ともいう）１０と、試料ホルダー２０と、Ｏリング３０と、Ｘ駆動機構６０と、Ｙ駆動機構７０と、を含む。試料位置決め装置１００は、さらに、シフター支持部材４を含むことができる。
【００２０】
試料位置決め装置１００では、試料室１は、図１に示すように、壁部２によって囲まれている。シフター１０は、壁部２を貫通するように設けられたシフター支持部材４によって支持されている。シフター１０は、試料室１に連通する孔１２を有しており、試料ホルダー２０は、この孔１２に移動可能に装着されている。試料ホルダー２０にはＯリング３０が装着され、試料ホルダー２０とシフター１０との間が気密に封しされている。試料ホルダー２０は、先端部が試料室１に配置されている第１部分２２を有しており、Ｘ駆動機構６０は、この第１部分２２を移動させることにより、試料ＳをＸ軸方向に沿って移動させる。Ｙ駆動機構７０は、シフター１０を回動させることにより試料ＳをＹ軸方向に沿って移動させる。
【００２１】
試料位置決め装置１００は、試料Ｓを試料室１の所望の位置へ移動および静止させることができる。具体的には、試料位置決め装置１００は、試料ホルダー２０によって試料Ｓを支持し、駆動機構６０，７０によってＸ，Ｙ軸方向に対して、試料Ｓを直線的に移動させることができる。また、試料位置決め装置１００は、Ｚ駆動機構（図示しない）によって、Ｚ軸方向に対して、試料Ｓを直線的に移動させてもよいし、傾斜機構（図示しない）によって、試料ＳをＸ軸周りに傾斜させてもよい。なお、図示の例において、Ｚ軸方向は、試料室１を通過する電子線（図示しない）の進行方向である。
【００２２】
試料室１は、減圧状態に維持可能である。試料室１は、公知のポンプ（図示しない）によって真空排気されることにより減圧状態に維持される。試料室１には、試料ホルダー２０によって試料Ｓが導入される。そして、試料室１において、試料Ｓに電子線が照射される。
【００２３】
シフター支持部材４は、壁部２を貫通する円筒状の部材である。シフター支持部材４には、シフター１０が挿入されている。シフター支持部材４の試料室１側には、球面軸受部６が設けられている。球面軸受部６は、その内面が球面状に形成されている。
【００２４】
シフター１０は、管状の部材であり、試料室１に連通する孔１２を有している。図示の例では、孔１２は、Ｘ軸方向に貫通している。孔１２の形状は、例えば、円柱状であり、孔１２の中心軸（図示しない）は、Ｘ軸と平行である。孔１２には、試料ホルダー２０が装着される。これにより、試料ホルダー２０は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の移動が規制され、Ｘ軸方向に直線的に移動可能となる。シフター１０の内側には、試料ホルダー２０を支持するベアリング１４が設けられている。図示の例では、ベアリング１４は、シフター１０の両端部（孔１２の開口付近）に設けられている。ベアリング１４は、試料ホルダー２０のＸ軸方向への移動を円滑にすることができる。なお、ベアリング１４の位置および数は、図１の例に限定されず、試料ホルダー２０を直線的に移動可能に支持できる位置および数であればよい。
【００２５】
シフター１０は、試料室１側の端部に、球面部１６を有する。球面部１６の表面は、中心が孔１２の中心軸上にある球面状に形成されている。球面部１６は、球面軸受部６により支持される。球面軸受部６は、その内面が球面部１６の表面に接するように形成されている。これにより、球面部１６は、球面軸受部６に摺動可能に支持される。そのため、シフター１０は、球面部１６の中心を回動中心として、回動することができる。球面部１６と球面軸受部６との間には、試料室１を気密に封止するためのＯリング１９が設けられている。
【００２６】
試料ホルダー２０は、シフター１０の孔１２に移動可能に装着される。試料ホルダー２０は、第１部分２２と、第２部分２４と、第３部分２６と、を有する。試料ホルダー２０は、さらに、図２に示すように、第１部分２２と第２部分２４とを接続する弾性部材５０と、第１部分２２の移動を制限するストッパー５２と、を有する。
【００２７】
第１部分２２の先端部は、図１に示すように、試料室１に配置される。第１部分２２は、試料Ｓを保持可能な試料保持部２３を有する。試料保持部２３は、第１部分２２の先端部に設けられる。試料保持部２３は、図示はしないが、例えば、試料Ｓをねじの締め付けにより固定してもよいし、試料Ｓをリング状のばねを用いて押さえることにより固定してもよい。第１部分２２は、図２に示すように、リニアガイド４０を介して、第２部分２４に支持されている。図示の例では、第１部分２２は、さらに、ベアリング１４（試料室１側）によって支持されている。第１部分２２は、第１部分２２と第２部分２４との接続部分を覆うカバー部２１を有している。
【００２８】
第２部分２４は、図１に示すように、シフター１０の孔１２に配置される。第２部分２４には、Ｏリング３０が装着されている。具体的には、第２部分２４の外周面には、溝２５が周設されており、この溝２５内にＯリング３０が装着されている。第２部分２４の先端には、図２に示すように、Ｘ軸方向に穴が設けられており、第１部分２２は、この穴に挿入され、リニアガイド４０を介して、第２部分２４によって支持される。
【００２９】
第３部分２６は、図１に示すように、第２部分２４に接続されている。第３部分２６の幅Ｗ（Ｙ軸方向の長さ）は、シフター１０の孔１２の径よりも大きい。そのため、第３部分２６は、シフター１０の孔１２に挿入されず、試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、シフター１０に押しつけられる。すなわち、第３部分２６は、試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、シフター１０に固定されている。図示の例では、第３部分２６の接触面２７が、シフター１０の端面１１に押しつけられている。
【００３０】
Ｏリング３０は、シフター１０の内面と接して、シフター１０と試料ホルダー２０との間を気密に封止している。Ｏリング３０は、第２部分２４の移動に伴って、シフター１０の孔１２内を摺動する。Ｏリング３０の材質は、例えば、ゴムなどの粘弾性材料である。
【００３１】
リニアガイド４０は、図２および図３に示すように、第１部分２２に形成された第１ガイド溝４２ａと、第２部分２４に形成された第２ガイド溝４２ｂと、ボール４４と、を含んで構成されている。ガイド溝４２ａ，４２ｂは、Ｘ軸方向に沿って形成されている。図示の例では、第１ガイド溝４２ａは、第１部分２２に２本設けられ、第２ガイド溝４２ｂは、第２部分２４に２本設けられている。なお、ガイド溝４２ａ，４２ｂの本数は特に限定されない。ボール４４は、第１ガイド溝４２ａと第２ガイド溝４２ｂとに、転動可能に挟持されている。これにより、第１部分２２は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の移動が規制され、Ｘ軸方向に直線的に移動可能となる。さらに、第１部分２２は、Ｘ軸方向に対して、第２部分２４から独立して移動可能である。ボール４４は、例えば、球状である。ボール４４の材質は、例えば、金属、セラミックス、プラスチック等である。また、ボール４４は、図示の例では、１本のガイド溝４２ａ，４２ｂに対して５個挟持されているが、その数は限定されない。
【００３２】
弾性部材５０は、図２に示すように、第１部分２２と第２部分２４とを接続している。弾性部材５０は、カバー部２１の内側の空隙に収容されている。弾性部材５０の一方の端部は、カバー部２１に接続されており、他方の端部は、第２部分２４に接続されている。弾性部材５０は、第１部分２２に−Ｘ軸方向（第２部分２４から遠ざかる方向）の力を作用させている。そのため、第１部分２２は、図１に示すように、Ｘ駆動機構６０のレバー６２に押しつけられている。弾性部材５０の発生力（弾性部材５０によって第１部分２２に働く力）は、試料室１の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダー２０にかかる荷重よりも小さくなるように設定される。弾性部材５０は、例えば、圧縮ばねである。
【００３３】
ストッパー５２は、図２に示すように、第１部分２２に設けられた孔５３と、第２部分２４に設けられ、孔５３に挿入された突起部５４と、を含んで構成されている。図示の例では、孔５３は、カバー部２１に設けられている。孔５３は、カバー部２１の−Ｘ軸方向側の側面５５ａからカバー部２１の＋Ｘ軸方向側の側面５５ｂまでＸ軸方向に沿って延びる長孔である。突起部５４は、孔５３に挿入されている。突起部５４は、図示の例では、第２部分２４に固定されたねじである。突起部５４は、第１部分２２が＋Ｘ軸方向に所定距離だけ移動すると側面５５ａに当接し、第１部分２２が−Ｘ軸方向に所定距離だけ移動すると側面５５ｂに当接するように設けられている。そのため、第１部分２２のＸ軸方向の移動範囲が規制される。
【００３４】
駆動機構６０，７０は、試料室１における試料ホルダー２０の位置を変えることができる。具体的には、駆動機構６０，７０は、試料Ｓを試料室１の所望の位置へ移動および静止させるように、試料ホルダー２０を動作させる。
【００３５】
Ｘ駆動機構６０は、試料ホルダー２０の第１部分２２をＸ軸方向に沿って移動させる。Ｘ駆動機構６０は、図１に示すように、レバー６２と、Ｘモーター６４と、平歯車対６６と、Ｘ送りねじ６８と、を含んで構成されている。
【００３６】
レバー６２は、軸６３を回転中心とするてこ式のレバーである。レバー６２の試料室１側の端部には、ベアリング６１が設けられ、ベアリング６１を介して第１部分２２を支持している。ベアリング６１は、ＹＺ平面内を転動することができる。そのため、後述する試料Ｓ（第１部分２２）のＹ軸方向への移動が円滑になる。第１部分２２には、弾性部材５０によって−Ｘ軸方向の力が働いているため、第１部分２２は、レバー６２（ベアリング６１）に押しつけられている。レバー６２の試料室１側とは反対側の端部には、Ｘ送りねじ６８が接している。
【００３７】
Ｘ送りねじ６８は、Ｘモーター６４の回転によって、Ｘ軸方向に直線的に移動する。このＸ送りねじ６８の移動により、レバー６２は、軸６３を回転中心として回転し、第１部分２２をＸ軸方向に直線的に移動させる。これにより、試料ＳをＸ軸方向に直線的に移動させることができる。平歯車対６６は、Ｘモーター６４の回転をＸ送りねじ６８に伝達することができる。ベローズ６９は、試料室１を減圧状態に保ちつつ、レバー６２の移動を円滑にすることができる。
【００３８】
Ｙ駆動機構７０は、Ｙモーター７４と、平歯車対７６と、Ｙ送りねじ７８と、戻しばね７９と、を含んで構成されている。Ｙ送りねじ７８の先端は、図１に示すように、シフター１０の＋Ｙ軸方向側の外周面に接している。シフター１０の−Ｙ軸方向側の外周面には、戻しばね７９が設けられている。シフター１０は、戻しばね７９によって、＋Ｙ軸方向に付勢されている。Ｙ送りねじ７８は、Ｙモーター７４の回転によって、Ｙ軸方向に直線的に移動する。このＹ送りねじ７８の移動により、シフター１０は、球面部１６の中心を回動中心として回動する。これにより、試料ＳをＹ軸方向に直線的に移動させることができる。平歯車対７６は、Ｙモーター７４の回転をＹ送りねじ７８に伝達することができる。
【００３９】
なお、試料位置決め装置１００は、試料ＳをＺ軸方向に移動させるＺ駆動機構（図示せず）をさらに有していてもよい。Ｚ駆動機構は、Ｙ駆動機構７０と同様の構成であってもよい。また、試料位置決め装置１００は、試料ＳをＸ軸まわりに傾斜させる機構（図示しない）を有していてもよい。
【００４０】
２． 試料位置決め装置の動作
次に、試料位置決め装置の動作について説明する。
【００４１】
試料位置決め装置１００では、図１に示すＸ駆動機構６０によって試料ホルダー２０の第１部分２２をＸ軸方向に移動させることにより、試料ＳをＸ軸方向に移動させる。具体的には、Ｘモーター６４の回転によって、Ｘ送りねじ６８をＸ軸方向に移動させ、レバー６２を回転させる。これにより、第１部分２２がＸ軸方向に直線的に移動し、試料ＳがＸ軸方向に移動する。このとき、第１部分２２が移動しても、第２部分２４は移動しない。これは、第２部分２４が、リニアガイド４０を介して、第１部分２２を独立して移動可能に支持しているためである。
【００４２】
試料位置決め装置１００では、Ｙ駆動機構７０によってシフター１０を移動させることにより、試料ホルダー２０を移動させて、試料ＳをＹ軸方向に移動させる。具体的には、Ｙモーター７４の回転によって、Ｙ送りねじ７８をＹ軸方向に直線的に移動させ、シフター１０を球面部１６の中心を回動中心として、回動させる。このシフター１０の回動に伴って試料ホルダー２０も回動し、試料ＳがＹ軸方向に移動する。
【００４３】
なお、試料ＳのＺ軸方向への移動については、上述したＹ駆動機構７０と同様であるため、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係る試料位置決め装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４５】
試料位置決め装置１００では、試料ホルダー２０の第２部分２４が、リニアガイド４０を介して、第１部分２２を移動可能に支持している。これにより、Ｘ駆動機構６０によって第１部分２２を移動させる際に、第２部分２４を移動させないことができる。すなわち、Ｘ駆動機構６０によって第１部分２２を移動させる際に、Ｏリング３０を移動させないことができる。したがって、Ｏリング３０に応力が発生することを抑制することができ、試料Ｓのドリフトを抑制することができる。以下、その理由について詳細に説明する。
【００４６】
例えば、第１部分と第２部分とが独立して移動可能となっておらず、一体的に形成された試料ホルダーの場合、Ｘ駆動機構によって試料をＸ軸方向（試料ホルダーの軸方向）に移動させると、試料がＸ軸方向に移動し続ける現象が発生する。ここでは、この現象をアフタードリフトという。このアフタードリフトの速度が、試料の観察・分析のために十分な程度に遅くなるまでの時間は、数十分以上を要することがあり、観察・分析のスループットが抑制される問題がある。
【００４７】
図４は、アフタードリフトを説明するための図である。なお、図４では、便宜上、Ｘモーター６４ａは、回転するものではなく、直動するものとして図示した。Ｘモーター６４ａがＡ方向（例えば、＋Ｘ軸方向）に駆動したとき、試料ホルダー２０ａは、シフター１０ａに設けられたベアリング１４ａによって支持されながらＡ方向に直線的に移動させられる。このとき、試料ホルダー２０ａには、Ａ方向とは反対方向のＢ方向（例えば、−Ｘ軸方向）に、大気圧（試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力）Ｐ、および試料ホルダー２０ａに装着されたＯリング（図１および図２のＯリング３０に相当）の摩擦抵抗力Ｆが働く。なお、ベアリング１４ａの転がり抵抗は小さいため考慮しない。モーター６４ａと試料ホルダー２０ａとの間には、レバーやベアリング等のＸ送り機構の剛性（ばね性）６２ａが存在する。したがって、試料ホルダー２０ａの位置は、Ｘモーター６４ａの駆動量だけではなく、大気圧Ｐと、Ｏリングの摩擦抵抗力Ｆと、Ｘ送り機構の剛性６２ａとのバランスによって決定される。Ｏリングの摩擦抵抗力Ｆがない場合には、大気圧ＰとＸ送り機構の剛性６２ａのたわみによる力がつり合うため、Ｘモーター６４ａの移動量と試料ホルダー２０ａの移動量は一致する。しかし、Ｏリングの摩擦抵抗力Ｆがあるために、試料ホルダー２０ａの移動量は、Ｘモーター６４ａの駆動量よりも小さくなる。
【００４８】
ところで、Ｏリングの素材であるゴムなどの粘弾性材料には、応力緩和が生じることが知られている。試料ホルダー２０ａの移動によってＯリングは変形させられ、Ｏリングには応力が発生する。当該応力は、応力緩和によって時間経過とともに漸減する。したがって、Ｏリングの摩擦抵抗力ＦによってＸ送り機構６２ａの剛性に発生したたわみは、時間経過とともに少なくなる。つまり、試料ホルダー２０ａは、Ｘモーター６４ａによって移動させられた方向（Ａ方向）に移動しつづける。これが、試料移動後のアフタードリフトとして観察される。
【００４９】
試料位置決め装置１００によれば、上述したように、Ｘ駆動機構６０によって第１部分２２を移動させる際に、Ｏリング３０が装着された第２部分２４を移動させないことができるため、Ｏリング３０に応力（摩擦抵抗力）が発生することを抑制することができる。したがって、試料位置決め装置１００では、アフタードリフトの発生を抑制することができる。
【００５０】
試料位置決め装置１００では、弾性部材５０が、試料ホルダー２０の第１部分２２と第２部分２４との間を接続している。これにより、第１部分２２を、レバー６２（ベアリング６１）に押しつけることができる。したがって、第１部分２２を安定して移動させることができる。
【００５１】
試料位置決め装置１００は、試料ホルダー２０の第１部分２２の移動を制限するストッパー５２を有する。これにより、例えば、試料ホルダー２０をシフター１０の孔１２から取り外すときに、第１部分２２が第２部分２４から脱落することを防ぐことができる。
【００５２】
試料位置決め装置１００では、試料ホルダー２０の第３部分２６が、シフター１０の孔１２の径よりも大きい幅を有している。これにより、第３部分２６を、試料室１の圧力と大気圧との圧力差により生じる力によって、シフター１０に固定することができる。そのため、この圧力差によって試料ホルダー２０にかかる力を、シフター１０で支えることができる。したがって、大気圧の変動による試料ホルダー２０の移動を抑制でき、試料Ｓのドリフトを抑制することができる。
【００５３】
例えば、従来、試料位置決め装置では、試料室の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダーにかかる力は、ベアリングやレバー（図１のベアリング６１、レバー６２に相当）等のＸ駆動機構によって支えられてきた。しかしながら、このような試料位置決め装置では、電子顕微鏡が設置された部屋の扉の開閉などによって生じる大気圧の変動により、図４で説明した力のバランスが崩れ、試料ホルダーの位置がＡ方向やＢ方向に変動し、試料がドリフトする場合があった。
【００５４】
試料位置決め装置１００によれば、上述のように、試料室１の圧力と大気圧との圧力差によって試料ホルダー２０にかかる力を、シフター１０で支えることができる。そのため、試料ホルダーにかかる力をＸ駆動機構によって支える場合と比べて、大気圧の変動による試料ホルダーの移動を抑制することができる。したがって、試料位置決め装置１００によれば、大気圧の変動による試料Ｓのドリフトを抑制することができる。なお、シフター１０にも大気圧がかかっているが、試料ＳのＸ軸方向の位置を規制しているのは、レバー６２（ベアリング６１）である。したがって、シフター１０が移動しても、試料Ｓの位置はほとんど変動しないため、シフター１０にかかる大気圧の影響はわずかである。
【００５５】
なお、ここでは、試料位置決め装置１００を、透過電子顕微鏡に適用した場合について説明したが、試料位置決め装置１００は、透過電子顕微鏡に限らず、その他の荷電粒子線装置に適用することができる。荷電粒子線装置としては、例えば、電子顕微鏡、集束イオンビーム装置、電子ビーム露光装置等が挙げられる。
【００５６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００５７】
１ 試料室、２ 壁部、４ シフター支持部材、６ 球面軸受部、
１０ 管状部材（シフター）、１１ 端面、１２ 孔、１４ ベアリング、
１６ 球面部、１９ Ｏリング、２０ 試料ホルダー、２１ カバー部、
２２ 第１部分、２３ 試料保持部、２４ 第２部分、２５ 溝、２６ 第３部分、
２７ 接触面、３０ Ｏリング、４０ リニアガイド、４２ａ，４２ｂ ガイド溝、
４４ ボール、５０ 弾性部材、５２ ストッパー、５３ 孔、５４ 突起部、
５５ａ 第１側面、５５ｂ 第２側面、６０ Ｘ駆動機構、６１ ベアリング、
６２ レバー、６３ 軸、６４ Ｘモーター、６６ 平歯車対、６８ Ｘ送りねじ、
６９ ベローズ、７０ Ｙ駆動機構、７４ Ｙモーター、７６ 平歯車対、
７８ Ｙ送りねじ、７９ 戻しばね、１００ 試料位置決め装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧状態に維持可能な試料室と、
前記試料室に連通する孔を有する管状部材と、
前記孔に移動可能に装着される試料ホルダーと、
前記試料ホルダーに装着され、前記管状部材の内面に接するＯリングと、
前記試料室における前記試料ホルダーの位置を変える駆動機構と、
を含み、
前記試料ホルダーは、
先端部が前記試料室に配置される第１部分と、
前記孔に配置される第２部分と、
を有し、
前記第１部分は、前記先端部に、試料を保持可能な試料保持部を有し、
前記第２部分は、リニアガイドを介して、前記第１部分を移動可能に支持し、
前記Ｏリングは、前記第２部分に装着され、
前記駆動機構は、前記第１部分を移動させる、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分と前記第２部分とを接続する弾性部材を有する、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分の移動を制限するストッパーを有する、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記試料ホルダーは、前記第２部分に接続された第３部分を、さらに有し、
前記第３部分は、前記孔の径よりも大きい幅を有する、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項１】
減圧状態に維持可能な試料室と、
前記試料室に連通する孔を有する管状部材と、
前記孔に移動可能に装着される試料ホルダーと、
前記試料ホルダーに装着され、前記管状部材の内面に接するＯリングと、
前記試料室における前記試料ホルダーの位置を変える駆動機構と、
を含み、
前記試料ホルダーは、
先端部が前記試料室に配置される第１部分と、
前記孔に配置される第２部分と、
を有し、
前記第１部分は、前記先端部に、試料を保持可能な試料保持部を有し、
前記第２部分は、リニアガイドを介して、前記第１部分を移動可能に支持し、
前記Ｏリングは、前記第２部分に装着され、
前記駆動機構は、前記第１部分を移動させる、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分と前記第２部分とを接続する弾性部材を有する、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記試料ホルダーは、前記第１部分の移動を制限するストッパーを有する、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記試料ホルダーは、前記第２部分に接続された第３部分を、さらに有し、
前記第３部分は、前記孔の径よりも大きい幅を有する、荷電粒子線装置の試料位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５１０２８（Ｐ２０１２−１５１０２８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７８１（Ｐ２０１１−９７８１）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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