説明

電子顕微鏡の絞り機構

【課題】
絞りホルダの絞りを隔壁の電子ビーム通過口に密着させると共に、絞りホルダ移動による微粉末発生を抑える。
【解決手段】
本発明の電子顕微鏡用絞り機構は、絞りを保持する絞りベースと、該絞りベースを保持すると共に絞りが電子ビーム通過口に一致する位置と外れる位置とに選択的に配置されるよう、隔壁に沿って移動可能に設けられる絞りホルダと、該絞りホルダの周囲に移動方向に沿って配置される凹凸部を有するレールとから構成される。前記絞りベースは前記レールと接する上下ローラを備え、前記絞りホルダは、前記絞りホルダに対して独立に前記絞りベースが前記電子ビーム通過口との距離が変わる方向に移動可能に前記絞りベースを支持し且つ前記絞りベースを前記電子ビーム通過口から離れる方向に付勢する絞りベース付勢手段を備える。前記レールは、絞りが電子ビーム通過口に一致する位置で電子ビーム通過口を塞ぐように前記ローラに力を与える凹凸部を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、隔壁に仕切られると共に、この隔壁に設けられた電子ビーム通過口を介して連通する圧力の異なる2つの真空室間のガスの流通を制限するための電子顕微鏡の絞り機構に関する。
【背景技術】
【0002】
図1は、隔壁により仕切られると共に、この隔壁に設けられた電子ビーム通過口を介して連通する圧力の異なる真空室のガスの流通を制限する手段を備えた電子顕微鏡の一概略例を示したものである。
【0003】
図中1は電子銃室で、該電子銃室内には電子銃2が設けられている。3は照射系レンズ室で、該照射系レンズ室内には前記電子銃2からの電子ビームを集束する集束レンズ4と、該集束した電子ビームで試料5上を二次元的に走査するための走査コイル6が設けられている。
【0004】
7は試料室で、該試料室内に配置される前記試料5はサイドエントリ型の試料ホルダ(図示せず)に装着され、対物レンズの上磁極8と対物レンズの下磁極9の間に配置される。
13は結像系レンズ室で、該結像系レンズ室内には、前記試料5を透過し、前記対物レンズで集束された電子を観察室14内に配置された蛍光板15上に拡大して映し出す中間レンズ16と投射レンズ17が設けられている。
【0005】
該蛍光板は蛍光板退避手段(図示せず)により電子ビーム光軸O上から退避出来、該蛍光板の下方に設けられたCCDカメラ18が前記拡大された像を検出することが出来る様に成っている。
【0006】
19は前記CCDカメラ18の出力信号がAD変換器20を介して送られて来る制御装置であり、透過電子顕微鏡を構成する各手段の制御及び各種演算処理等を行うものである。
【0007】
21は表示装置で、前記制御装置19からの指令に基づいて画面上に試料像等を表示するもの、22はマウスやキーボードの如き入力装置である。
【0008】
23は前記電子銃室2内を排気するための排気ポンプ、24は前記照射系レンズ室3,結像系レンズ室13及び観察室14内を排気する排気ポンプ、25は前記試料室7内を排気する排気ポンプである。
【0009】
26は前記試料室7内に導入される雰囲気ガスが貯蔵されたガスボンベ、27は該ガスボンベの開閉を行うガスバルブ、28は前記ガスボンベ26からの雰囲気ガスの流量を調整するガス流量制御装置、29は先端が前記試料室7内に配置された試料5の近傍に位置し、前記ガスボンベからの雰囲気ガスを該試料近傍に導入するためのガスノズルである。
【0010】
前記対物レンズの上磁極8の上面には絞りホルダ10が、前記対物レンズの下磁極9の電子ビーム通過口内にはオリフィス11が、前記試料室7内に導入された雰囲気ガスが他部(前者が試料室7上部の部屋、後者が該試料室下部の部屋)へ流入するのを制限するために設けられている。尚、実際には、前記対物レンズは電子ビーム通過口を有する隔壁を持つ枠体Wに包まれた形になっているので、前記絞りホルダ10は対物レンズ上磁極側の隔壁の上面に、前記オリフィス11も対物レンズ下磁極側の隔壁の電子ビーム通過口側に設けられている。
【0011】
前記絞りホルダ10の先端部には、径の異なる複数の絞りS1,S2,S3,S4が一直線上に並ぶ様に設けられており、絞りホルダ駆動機構12により前記絞りホルダ10を移動させることにより、前記各絞りS1,S2,S3,S4のいずれかを、電子ビーム光軸Oの位置に配置させることが出来る様に成っている。
【0012】
この様な構成の透過電子顕微鏡において、前記電子銃1からの電子ビームは前記集束レンズ4により集束され、前記対物レンズの上磁極8を通って前記試料5上に集束される。
【0013】
この際、該試料を透過した電子は前記対物レンズの下磁極9,中間レンズ16及び投射レンズ17を通って順次拡大され、前記蛍光板15上に拡大像が形成される。
【0014】
該拡大像は、前記蛍光板退避手段(図示せず)による前記蛍光板15の退避により、前記CCDカメラ18に検出される。
【0015】
該CCDカメラの出力信号は前記AD変換器20を介して前記制御装置19に送られ、該制御装置は前記出力信号(透過電子信号)に所定の信号処理を施して前記表示装置21に送るので、該表示装置の画面上に透過電子像が表示される。
【0016】
さて、最近、この様な透過電子顕微鏡での観察において、試料近傍に雰囲気ガスを供給し、該試料と雰囲気ガスとの反応過程をその場観察することが行われるようになった。
【0017】
この様な観察を行う場合には、前記制御装置19の指令により前記ガスバルブ27を開け、該制御装置からの流量駆動信号を前記ガス流量制御装置28に送ることにより、前記ガスボンベ26からの雰囲気ガスを前記ガスノズル29を介して所定流量で前記試料室7内の試料5の近傍に供給して、該試料との反応を誘発させる。
【0018】
この際、前記対物レンズの上磁極8の上面側の隔壁上において、電子ビーム光軸O上に前記絞りホルダ10の何れかの絞りが位置する様に、前記試料ホルダ駆動機構12により絞りホルダ10が移動されており、前記対物レンズの下磁極9側の隔壁の電子ビーム通過孔側にはオリフィス11が設けられているので、前記試料室7内の雰囲気ガスが前記照射系レンズ室3や結像系レンズ室13に流入することが抑制され、これらの室内の真空度は観察レベルに保たれる。尚、この時、前記絞りホルダ10の何れの絞りを電子ビーム光軸上に位置させるかの選択は、前記試料室内に導入される雰囲気ガス量と前記試料室内の設定圧力に応じて行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】特開2009−152087号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0020】
しかし、前記絞りホルダ10は、前記対物レンズの上磁極8の上面側の隔壁上において、電子ビーム光軸O上にスライドしながら移動する構造であるため、隔壁と絞りホルダ10の密着度が良いと、絞りホルダ10が前記対物レンズの上磁極8の上面側の隔壁上を擦りながら移動するので、両者から微粉末が発生して放電発生の原因が形成されてしまう。
【0021】
また、微粉末の発生を抑えるために、前記隔壁と絞りホルダ10の間にわずかな隙間を持たせると、前記隔壁と絞りホルダ10間の密着度が十分ではなくなり、前記試料室7から、前記照射系レンズ室3に雰囲気ガスが漏れてしまい、雰囲気ガスが前記電子銃室1に達すると、前記電子銃2で放電が発生する恐れがある。
【0022】
このように、前記隔壁と前記絞りホルダ10の密着度と微粉末発生が、トレードオフの関係になっている。
【0023】
本発明は、この様な問題点を解決する新規な透過電子顕微鏡の絞り機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0024】
本発明の電子顕微鏡用絞り機構は、隔壁により仕切られると共に、この隔壁に設けられた電子ビーム通過口を介して連通する圧力の異なる2つの真空室の間のガスの流通を制限するため、絞りで前記電子ビーム通過口を塞ぐように配置する電子顕微鏡用絞り機構であって、前記絞りを保持する絞りベースと、該絞りベースを保持すると共に絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置と外れる位置とに選択的に配置されるよう、前記隔壁に沿って移動可能に設けられる絞りホルダと、該絞りホルダの周囲に移動方向に沿って配置されるレールとから構成され、前記絞りベースは前記レールと接するローラを備え、前記絞りホルダは、前記絞りホルダに対して独立に前記絞りベースが前記電子ビーム通過口との距離が変わる方向に移動可能に前記絞りベースを支持し且つ前記絞りベースを前記電子ビーム通過口から離れる方向に付勢する絞りベース付勢手段を備え、前記レールは、前記絞りホルダの移動に伴い前記絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置に来た時に、前記絞りベースが前記電子ビーム通過口の方向に移動し、その結果前記絞りが前記隔壁に接触して電子ビーム通過口を塞ぐように前記ローラに力を与える凹凸部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、絞りを保持する絞りベースを電子ビーム通過口との距離が変わる方向に移動可能に絞りホルダに支持させると共に、凹凸部を有するレールに絞りベースが備えるローラを接触させるようにしたので、絞りホルダの移動に伴い絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置に来た時に、レールの凹凸に従って前記絞りベースが前記電子ビーム通過口の方向に移動し、その結果前記絞りが前記隔壁に接触して電子ビーム通過口を塞ぎ、絞りが他の位置にある時には常に前記電子ビーム通過口から離れた位置に維持されることになる。
【0026】
このため、電子ビーム通過口と絞りの接触に基づく微粉末の発生を十分に抑制することができ、併せて、絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置に来た時に絞りを電子ビーム通過口に十分に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】試料室にガスを供給し、異なる真空室のガスの流通を制限する手段を備えた電子顕微鏡の一概略例を示したものである。
【図2】本発明の電子顕微鏡の絞りホルダ機構の主要部を成す絞りホルダの一概略例を示したものである。
【図3】図2のはQ-Q線断面図である。
【図4】図2のP-P線断面図である。
【図5】本発明に係る電子顕微鏡の対物レンズ上磁極側の隔壁の主要部概略例を示している。
【図6】上下ローラ接触フランジの一概略例を示している。
【図7】本発明の絞り機構の動作の説明に使用した図である。
【図8】本発明の絞り機構の動作の説明に使用した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
以下、添付図面に従って、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0029】
図2は本発明の電子顕微鏡の絞り機構の主要部を構成する絞りホルダの一概略例を示したもの、図3,図4はその断面を表したもので、図3はQ-Q線断面図、図4はP-P線断面図である。
【0030】
図中31は略直方体状に形成された絞りホルダ30の本体(以後、絞りホルダ本体と称す)で、一方の端部(根元側の部分)が固定ネジ32で絞りホルダ駆動機構(図示せず)に取付けられている。
【0031】
該絞りホルダ本体の他方の端部(先端側の部分)から中央部分にかけ、二段構えの直方体状の凹部33(上段の直方体状凹部を33A,下段の直方体状凹部を33B)が形成されており、ここに、該二段構えの直方体状の凹部より僅かに一回り小さい二段構えの直方体状の絞りベース34が嵌入されている。
【0032】
該絞りベースの両端部各々には、段差を有する孔(段差の上部の孔径<段差の下部の孔径)が二つ設けられており、該各孔内に、段差の上部の孔径より大きく、段差の下部の孔径より少し小さい径のバネ35A,35B,35C,35Dを外周に配置した、段差の上部の孔径より少し小さい径のネジ36A,36B,36C,36Dが挿入され、前記絞りホルダ本体31の下段差の上段面(即ち、上段差の下段面)に捻じ込まれている。従って、前記絞りベース34は前記バネ35A,35B,35C,35Dによって前記絞りホルダ本体31の下段差の上段面(即ち、上段差の下段面)から上方へ押圧されて浮き上がり、前記ネジ36A,36B,36C,36Dのネジ頭により抑えられた状態に成っている。尚、前記絞りホルダ本体31の四つの孔の近傍には、それぞれ、二つのガイド孔Ghが開けられ、又、前記絞りベース34の該各ガイド孔に対向する位置にガイド棒Gbが取付けられており、該各ガイド棒が前記ガイド孔内で上下に動ける様に成っている。
【0033】
前記絞りベース34の中央部には直方体状の凹部37が形成されており、且つ、同中央部には、該凹部の底面に開口部を有する三つの絞り体装着孔38A,38B,38Cが同一間隔を隔てて穿たれている。
【0034】
該絞り体装着孔は二段構えの孔から成り、段差上部孔より段差下部孔の径が大きく成っており、段差下部孔内には、互いに絞り径の異なる絞り39A,39B,39Cが装着されており、落下しない様に絞り押さえ40が絞りベース34の下面に取付けられている。尚、各絞りの中心軸間隔は等しく成っている。
【0035】
又、前記段差上部孔内には、該孔の径より小さい径の鍔を備えたパイプ41A,41B,41Cが装着されており、該各パイプの外周で前記鍔の上にはバネ42A,42B,42Cが挿入されている。
【0036】
そして、前記凹部37には、前記絞り体装着孔の各開口に対向する位置に前記パイプ41A,41B,41Cの径と同一径の孔43A,43B,43Cが形成されたプレート44がはめ込まれ、前記絞りベース34にネジ止めされている。従って、前記バネ42A,42B,42Cは前記プレート44の下面と前記各パイプの鍔の間にあって該パイプを介して前記絞り39A,39B,39Cを下方に押圧する様に成っている。尚、図示しなかったが、前記プレート44には、前記絞り39A,39B,39Cに対応させて孔43A,43B,43Cが設けられているが、これらの孔から離れた位置にこれらの孔の径より遥かに大きい径を有する通常観察用孔が設けられており、該孔に応じて前記絞りべース34にも前記各絞りより径の遥かに大きい通常観察用孔が開けられている。
【0037】
前記ホルダ本体31の、前記凹部33より先端に近い側部と、該凹部より根元に近い側部の一部に段差が形成されており、両部分の段差下段面に上面規制ローラ45U,46Uと下面規制ローラ45D,46Dがそれぞれ取り付けられている。尚、上面規制ローラ45U,46Uは、そのローラの最上点が前記絞りホルダ本体31の上面と同じライン上にある様に、下面規制ローラ45D,46Dは、そのローラの最下点が前記絞りホルダ本体31の下面と同じライン上にある様に、該上面規制ローラと下面規制ローラは取り付けられている。
【0038】
又、前記ホルダ本体31の、前記絞り体装着孔38A,38Bの真ん中に当たる両側部には、それぞれ、上下ローラ47A,47Bが取付けられている。
【0039】
さて、この様に構成されたホルダ30が取付けられる透過電子顕微鏡の対物レンズ上磁極側の隔壁は以下の様な構造を成している。
【0040】
図5は透過電子顕微鏡の対物レンズ上磁極側の隔壁の主要部概略例を示している。
【0041】
図中48は透過電子顕微鏡の対物レンズ上磁極側の隔壁で、該隔壁の電子ビーム通過口49(上側、即ち、照射系レンズ室側の電子ビーム通過口を49A、下側、即ち、試料室側の電子ビーム通過口を49Bとする)の中心軸(電子ビーム光軸O)をその中心軸が交差する様に絞りホルダ挿入空間50が設けられている。
【0042】
前記照射系レンズ室側の電子ビーム通過口49A内には、図6に示す様に、中心部に電子ビーム通過口O´を有し、前記ホルダ30を前記絞りホルダ挿入空間50に挿入した時に、前記上下ローラ47A,47Bがそれぞれ接触するレール51A,51Bが絞りホルダ挿入方向に沿って形成された上下ローラ接触フランジ52が取付けられている。
【0043】
前記レール51A,51Bは、山(凸)の部分MAa,MAb,MAc,MBa,MBb,MBcと谷(凹)の部分VAa,VAb,VAc,VBa,VBb,VBcと山と谷を結ぶ坂(傾斜部)から成り、山(凸)の数は前記絞りの個数と同一に成っており、山と山との距離及び谷と谷との距離は、前記絞りと絞りとの距離に等しく成っている。
【0044】
この様に形成された絞り機構を図1に示す如き試料室にガスを供給する手段を備えた透過電子顕微鏡に組み入れ、試料室内に導入される雰囲気ガスの量(試料室内の圧力に対応)に応じ、該ガスを導入する前に、電子ビーム光軸O上に前記絞りホルダ30の何れかの絞りが位置する様に、前記試料ホルダ駆動機構12により該絞りホルダ30を移動駆動する場合の動作について以下に説明する。
【0045】
前記絞りホルダ挿入空間50に挿入された前記絞りホルダ30を絞りホルダ駆動機構(図1の12)により移動させた場合、前記絞りホルダ本体31に取付けられている上下ローラ47A,47Bが、それぞれ、前記上下ローラ接触フランジ52のレール51A,51Bに接触する。
【0046】
この時、図7の(a)及び(b)((a)の一部拡大図)に示す様に、前記上下ローラ47A,47Bが前記レール51A,51Bの谷(凹)部分に接触した場合(図では、上下ローラ47Aとレール51Aの谷の部分VAbが接触していることを示しているが、実際には、上下ローラ47Bとレール51Bの谷の部分VBbも接触している)、該各上下ローラは該各レールから下方への押圧力を受けないので、前記絞りベース34は、前記バネ35A,35B,35C,35Dによって前記絞りホルダ本体31の下段差の上段面(即ち、上段差の下段面)から上方へ付勢されて浮き上がり、前記ネジ36A,36B,36C,36Dのネジ頭により抑えられた状態にあり、前記各絞り39A,39B,39Cは、図7の(a)の一部詳細図である図7の(c)に示す様に、前記絞りホルダ挿入空間50の下面から僅かに離れた状態になる。
【0047】
一方、図8の(a)及び(b)((a)の一部拡大図)に示す様に、前記上下ローラ47A,47Bが前記レール51A,51Bの山(凸)部分に接触した場合(図では、上下ローラ47Aとレール51Aの山の部分MAbが接触していることを示しているが、実際には、上下ローラ47Bとローラ接触部51Bの山の部分MBbも接触している)、該各上下ローラは該各レールから下方への押圧力を受けるため、前記絞りベース34も該押し圧力を受け、それにより前記バネ35A,35B,35C,35Dが圧縮され、前記各絞り39A,39B,39Cは図8の(c)に示す様に、前記絞りホルダ挿入空間50の下面に密着する状態になる。
【0048】
尚、前記試料室側の電子ビーム通過口49Bの中心軸に対向する前記対物レンズ上磁極側の隔壁48の部分が照射レンズ系室側に僅かに飛び出るように形成されているので、実際には、前記上下ローラが接触する前記レールの山に対応した絞りのみが絞りホルダ挿入空間50の下面に密着する(図8の(c)では絞り39Bが密着している)。
【0049】
この様に、前記絞りホルダ挿入空間50に挿入された前記絞りホルダ30を絞りホルダ駆動機構により移動させ、前記絞りホルダ本体31に取付けられている上下ローラ47A,47Bを、それぞれ、上下ローラ接触フランジ52のレール51A,51Bの何れかの山(凸)部に接触させることにより、任意の絞りを電子ビーム光軸O上に持って来ることが出来る。
【0050】
尚、前述した様に、前記絞り(39A,39B,39C)は前記パイプ(41A,41B,41C)を介して前記バネ(42A,42B,42C)により下方に押圧されているので、前記絞りホルダ挿入孔50の下面に対する絞りの密着度はより確実になる。
【0051】
尚、本発明は上記例に限定されない。
【0052】
例えば、前記例では絞りの数が3個であったが、2個でも、4個以上でも良い。但し、該絞りの個数に応じた数、上下ローラ接触フランジ52に山と谷が、及び、プレート44に孔が、それぞれ形成される。
【符号の説明】
【0053】
5:試料、7:試料室、8:対物レンズ上磁極、
9:対物レンズ下磁極、10:絞りホルダ、11:オリフィス、
S1,S2,S3,S4:絞り、12:絞りホルダ駆動機構、
O:電子ビーム光軸、30:絞りホルダ、31:絞りホルダ本体、
39A,39B,39C:絞り、44:プレート、
45U,46U:上面規制ローラ、45D,46D:下面規制ローラ
47A,47B:上下ローラ、48:対物レンズ上磁極側の隔壁
49A,49B:電子ビーム通過口、50:絞りホルダ挿入孔、
51A,51B:レール、52:上下ローラ接触フランジ
MAa,MAb,MAc,MBa,MBb,MBc:山部(凸部)
VAb,VBa,VBb:谷部(凹部)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
隔壁により仕切られると共に、この隔壁に設けられた電子ビーム通過口を介して連通する圧力の異なる2つの真空室の間のガスの流通を制限するため、絞りで前記電子ビーム通過口を塞ぐように配置する電子顕微鏡用絞り機構であって、
前記絞りを保持する絞りベースと、該絞りベースを保持すると共に絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置と外れる位置とに選択的に配置されるよう、前記隔壁に沿って移動可能に設けられる絞りホルダと、該絞りホルダの周囲に移動方向に沿って配置されるレールとから構成され、
前記絞りベースは前記レールと接するローラを備え、
前記絞りホルダは、前記絞りホルダに対して独立に前記絞りベースが前記電子ビーム通過口との距離が変わる方向に移動可能に前記絞りベースを支持し且つ前記絞りベースを前記電子ビーム通過口から離れる方向に付勢する絞りベース付勢手段を備え、
前記レールは、前記絞りホルダの移動に伴い前記絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置に来た時に、前記絞りベースが前記電子ビーム通過口の方向に移動し、その結果前記絞りが前記隔壁に接触して電子ビーム通過口を塞ぐように前記ローラに力を与える凹凸部を有する、
ことを特徴とする電子顕微鏡用絞り機構。
【請求項2】
前記絞りベースは、前記絞りベースに対して独立に前記絞りが前記電子ビーム通過口との距離が変わる方向に移動可能に前記絞りを支持し且つ前記絞りを前記電子ビーム通過口に接近する方向に付勢する絞り付勢手段を備えることにより、前記絞りホルダの移動に伴い前記絞りが前記隔壁に接触して電子ビーム通過口を塞いだ時に、前記絞り付勢手段により絞りが前記隔壁に押圧されるようにしたことを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡用絞り機構。
【請求項3】
前記絞りベースは、複数の絞りを前記絞りホルダの移動方向に並べて保持し、前記レールは、前記絞りホルダの移動に伴い各絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置に来た時に、前記絞りベースが前記電子ビーム通過口の方向に移動し、その結果前記絞りが前記隔壁に接触して電子ビーム通過口を塞ぐように前記ローラに力を与える凹凸部を有する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の電子顕微鏡用絞り機構。
【請求項4】
1つの絞りを保持した前記絞りベースが前記絞りホルダにその移動方向に並べて保持され、前記レールは、前記絞りホルダの移動に伴い各絞りが前記電子ビーム通過口に一致する位置に来た時に、前記絞りベースが前記電子ビーム通過口の方向に移動し、その結果前記絞りが前記隔壁に接触して電子ビーム通過口を塞ぐように前記ローラに力を与える凹凸部を有する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の電子顕微鏡用絞り機構。

【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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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−146543(P2012−146543A)
【公開日】平成24年8月2日(2012.8.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−4638(P2011−4638)
【出願日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【出願人】(000004271)日本電子株式会社 (811)
【Fターム(参考)】