(57)【要約】【課題】一つのセルでサイズの異なる複数の試料の顕微観察を可能にする顕微観察セルを提供する。【解決手段】顕微観察セルは、観察ビームを通過させる第１の窓と試料供給チューブを受け取る第１溝とが形成された第１基板と、試料透過後の前記観察ビームを通過させる第２の窓と前記試料供給チューブを受け取る第２溝が形成された第２基板と、を有し、前記第１基板と前記第２基板は、前記第１溝と前記第２溝が互いに向かい合うように配置され、かつ前記第１基板と前記第２基板の間に所定の角度で拡がる空間が形成されるように組み合わせられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察ビームを通過させる第１の窓と、試料供給チューブを受け取る第１溝とが形成された第１基板と、
試料透過後の前記観察ビームを通過させる第２の窓と、前記試料供給チューブを受け取る第２溝が形成された第２基板と、
を有し、
前記第１基板と前記第２基板は、前記第１溝と前記第２溝が互いに向かい合うように配置され、かつ前記第１基板と前記第２基板の間に所定の角度で拡がる空間が形成されるように組み合わせられている、
ことを特徴とする顕微観察セル。
【請求項２】
前記第１溝と前記第２溝は、前記第１基板と前記第２基板の第１エッジから基板面内の所定の位置まで延びており、
前記第１基板と前記第２基板の間の距離は、前記第１エッジに向かって大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の顕微観察セル。
【請求項３】
前記空間はセル内の流路を形成し、前記第１溝と前記第２溝は、前記空間と連通していることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微観察セル。
【請求項４】
前記第１基板と前記第２基板の角度を前記所定の角度に保ったまま、前記第１基板と前記第２基板の外周を覆う封止層、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の顕微観察セル。
【請求項５】
前記第１の窓は前記第１基板の厚さ方向に形成されており、
前記第２の窓は前記第２基板の厚さ方向に形成されており、
前記第１の窓の中心軸は、前記の第２の窓の中心軸に対して前記所定の角度で傾いていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の顕微観察セル。
【請求項６】
前記第１基板に、複数の前記第１の窓が形成されており、
前記第２基板に、複数の前記第２の窓が形成されている、
請求項５に記載の顕微観察セル。
【請求項７】
前記第１の窓と前記空間の間に配置され、使用波長に対して透明な第１の薄膜と、
前記第２の窓と前記空間の間に配置され、前記使用波長に対して透明な第２の薄膜と、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の顕微観察セル。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の顕微観察セルと、
前記試料供給チューブによって前記空間内に注入された試料と、
を有し、前記第１基板と前記第２基板は、前記空間内に前記試料が収容された状態で封止されていることを特徴とするサンプルチップ。
【請求項９】
第１基板に、観察ビームを通過させる第１の窓と、試料供給チューブを受け取る第１溝を形成し、
第２基板に、試料透過後の前記観察ビームを通過させる第２の窓と、前記試料供給チューブを受け取る第２溝を形成し、
前記第１溝と前記第２溝を向かい合わせにして前記試料供給チューブを挿入し、前記第１基板と前記第２基板の間に所定の角度で拡がる空間が形成された状態で前記第１基板と前記第２基板を固定する、
ことを特徴とする顕微観察セルの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線または光線の照射下での顕微観察に使用されるセルと、その作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線顕微鏡、レーザ顕微鏡などで、粒子線または光線を対象物に照射して顕微観察する際に、試料をセルまたはカプセル内に封入して顕微観察システムの試料室に導入する。顕微観察用のセルまたはカプセル（以下、単に「セル」と呼ぶ）は、一般に、観察ビームを透過させる窓を持っており、試料を収容するセル内の空間は、一定の高さに形成されている（たとえば、特許文献１、及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２２４５１０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８７０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のセル構造は、単一の大きさの試料を測定する場合には適しているが、血液等のように、ナノスケールからマイクロスケールまでの様々な大きさの試料が流体中に存在する場合は、目的と用途に応じて用いるセルの流路の高さを変える必要がある。しかし、従来型のセルはセル構造が固定的であるため、あらかじめ流路の高さが異なる複数種類のセルを準備する必要がある。
【０００５】
本発明は、一つのセルでサイズの異なる複数の試料の顕微観察を可能にする顕微観察セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様では、顕微観察セルは、
観察ビームを通過させる第１の窓と、試料供給チューブを受け取る第１溝とが形成された第１基板と、
試料透過後の前記観察ビームを通過させる第２の窓と、前記試料供給チューブを受け取る第２溝が形成された第２基板と、
を有し、
前記第１基板と前記第２基板は、前記第１溝と前記第２溝が互いに向かい合うように配置され、かつ前記第１基板と前記第２基板の間に所定の角度で拡がる空間が形成されるように組み合わせられている。
【発明の効果】
【０００７】
一つのセルでサイズの異なる複数の試料の顕微観察が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来型の顕微観察セルへの試料の導入を示す模式図である。
【図２】実施形態の顕微観察セルの構成を示す模式図である。
【図３】図２の顕微観察セルの断面模式図である。
【図４】顕微観察セルの斜め流路に試料が充填された状態の拡大模式図である。
【図５】顕微観察セルの作製を説明する図である。
【図６】顕微観察セル内に試料を封入したサンプルチップの模式図である。
【図７】外周を真空シール剤で封止したサンプルチップのＳＥＭ像である。
【図８】複数の観察窓を有するサンプルチップの模式図である。
【図９】図８で用いる顕微観察セルの断面模式図である。
【図１０】実施形態の顕微観察セルが適用される顕微システムの一例を示す図である。
【図１１】図１０のシステムでの観察方法のフローチャートである。
【図１２】顕微観察セル内への試料の導入を説明する図である。
【図１３】顕微観察セル内に流体の試料が導入される様子を示す画像である。
【図１４】ＴＥＭ内部での顕微観察セルの真空テストの評価結果を示す図である。
【図１５】ＴＥＭ内部での顕微観察セルの真空テストの評価結果を示す図である。
【図１６】電子線の試料透過を示す図である。
【図１７】電子線による試料の照射後のセル内部の状態を示すＳＥＭ像である。
【図１８】顕微観察セル内を移動する磁性粒子のＴＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態では、簡単な構成の単一のセルで、異なるスケール（たとえば、ナノスケールからマイクロスケールまで）の大きさの試料の顕微観察を実現する。この明細書と特許請求の範囲で「顕微観察」というときは、光学顕微観察のみならず、電子顕微観察、その他の粒子線顕微観察も含むものとする。顕微観察セルを構成する２枚の基板またはチップを、所望の角度で傾斜を持たせて組み合わせることで、基板の間に傾きを持つ流路を形成する。２枚の基板に形成された溝内に試料供給用のチューブを挟むことで、一方の基板は他方の基板に対して斜めに傾き、かつ、溝内にチューブを挿入することで、２枚の基板は面内方向で自己整合的に位置合わせされる。
【００１０】
実施形態の構成の詳細を説明する前に、従来型の顕微観察セル内に試料を導入するときの課題を、もう少し詳しく説明する。
【００１１】
図１は、従来型の顕微観察セルへの試料の導入を示す模式図である。第１基板１０１−１と第２基板１０１−２の互いに向かい合う面に、流路を構成する空間と、試料供給チューブを受け取る溝が形成され、基板の厚さ方向に、ビームを通過させる窓が形成されている。
【００１２】
具体的には、第１基板１０１−１の第１の面から、流路側の第２の面に向かって窓１０７−１が形成され、窓１０７−１の底面に薄膜１０８−１が設けられている。第２基板１０１−２の第１の面から、流路側の第２の面に向かって窓１０７−２が形成され、窓１０７−２の底面に薄膜１０８−２が設けられている。ここで、「底面」というときは、窓を作製するプロセスでのエッチング進行方向での底面を差す。
【００１３】
第１基板１０１−１の第２の面に形成されている溝１０２−１と溝１０３−１は、流路１０４−１と流路１０５−１に、それぞれつながっている。流路１０４−１と流路１０５−１は、窓１０７−１の底面で互いに連結して、一つの空間が形成される。
【００１４】
第２基板１０１−２の第２の面に形成されている溝１０２−２と溝１０３−２は、流路１０４−２と流路１０５−２に、それぞれつながっている。流路１０４−２と流路１０５−２は、窓１０７−２の底面で互いに連結して、一つの空間が形成される。
【００１５】
溝１０２−１と溝１０２−２を向かい合わせにし、溝１０３−１と溝１０３−２を向かい合わせにして、第１基板１０１−１と第２基板１０１−２を貼り合わせると、挿入孔１０２及び１０３が形成される。また、窓１０７−１の底面の薄膜と、窓１０７−２の底面の薄膜の間に、ほぼ平行な空間が形成される。この平行な空間は、観察用のビームが透過する観察チャンバー１０６となる。
【００１６】
挿入孔１０２及び１０３に試料供給チューブ２０６及び２０７が挿入され、試料を含む流体が注入されると、流路１０４と流路１０５は徐々に試料で満たされ、最終的に、観察チャンバー１０６も試料で満たされる。
【００１７】
この構成では、観察チャンバー１０６の高さが一定であり、観察チャンバー１０６の空間サイズよりも小さい試料しか観察できない。観察チャンバー１０６は流路１０４及び１０５と比較して非常に狭い空間なので、注入される試料のサイズ、粘度等によっては、試料は観察チャンバー１０６に入ることができず、観察ビームを照射しても、何も観察されない。さらに、流路１０４−１と１０５−１が窓１０７−１の底面位置で連結され、流路１０４−２と１０５−２が窓１０７−２の底面位置で連結された複雑な形状は、高い加工精度を要する。
【００１８】
以下で述べる実施形態の構成は、従来型のセルにおけるこれらの課題の少なくとも一部を解決する。
【００１９】
＜実施形態の構成＞
図２は、実施形態の顕微観察セル１０の構成を示す模式図である。従来型のセルと異なり、実施形態では、２枚の基板の間に、試料導入方向に沿って体積または高さに勾配を持つ空間を形成するように、一方の基板を他方の基板に対して斜めに傾けて組み合わせる。
【００２０】
図２の（Ａ）に示すように、顕微観察セル１０は、第１基板１１−１と第２基板１１−２の組み合わせによって形成されている。第１基板１１−１の、第２基板１１−２との対向面に、溝１２−１と溝１３−１が形成され、反対側の面に、観察ビームを通過させる窓１７−１が形成されている。窓１７−１の底面に、薄膜１８−１が設けられている。
【００２１】
第２基板１１−２の、第１基板１１−１との対向面に、溝１２−２と溝１３−２が形成され、反対側の面に、試料を透過後の観察ビームを通過させる窓１７−２が形成されている。窓１７−２の底面に、薄膜１８−２が設けられている。薄膜１８−１と薄膜１８−２の間に形成される空間が、観察チャンバー１６となる。
【００２２】
図２の（Ｂ）に示すように、組み立て時に、第１基板１１−１の溝１２−１及び溝１３−１を、第２基板１１−２の溝１２−２及び溝１３−２と向かい合わせにする。溝１２−１と溝１２−２で形成される空間に、試料供給チューブ２６が挿入される。また、溝１３−１と溝１３−２で形成される空間に、試料供給チューブ２７が挿入される。
【００２３】
試料供給チューブ２６、及び２７は、溝１２−１と１２−２、及び溝１３−１と１３−２の奥の壁に当接し、第１基板１１−１と第２基板１１−２の面内方向の位置を規定する。
【００２４】
第１基板１１−１と第２基板１１−２の間に形成される空間の傾斜は、試料供給チューブ２６及び２７の外径と、溝１２−１，１２−２、１３−１、１３−２の深さの少なくとも一方によって決まる。チューブの径が大きいほど、あるいは溝が浅いほど、第１基板１１−１の第２基板１１−２に対する傾斜角度が大きくなり、基板間に形成される空間の傾きは大きくなる。
【００２５】
溝１２−１、１２−２、１３−１、及び１３−２の深さと形状は、図１の従来型セルの複雑な流路のエッチングと比較して、容易に制御できる。
【００２６】
試料供給チューブ２６及び２７の挿入により、第１基板１１−１と第２基板１１−２の間に形成される傾斜空間の全体が、流路２１となる。流路２１は、第１基板１１−１と第２基板１１−２の対向面の面積に相当する広さをもつ。試料が供給される側で流路２１の高さが高くなっているので、試料は観察チャンバー１６に円滑に導入される。
【００２７】
試料供給チューブの数は２本に限定されず、１本でもよい。その場合は、第１基板１１−１の溝１２−１と、第２基板１１−２の溝１２−２を、エッジのほぼ中央部から窓１７の近傍まで延びるように形成する。試料供給チューブが１本の場合も、第１基板１１−１と第２基板１１−２の間に相対的な傾きをつけることができる。また、第１基板１１−１と第２基板１１−２を、面内方向で自己整合的に位置合わせすることができる。
【００２８】
図３は、図２の顕微観察セル１０の断面模式図である。第１基板１１−１と第２基板１１−２が組み立てられた状態で、窓１７−１と窓１７−２は、照射方向（Ｚ方向）に位置がそろっている。ただし、いずれか一方の基板が、他方の基板に対して傾斜していることで、窓１７−１のＺ軸方向の中心軸Ｃ１と、窓１７−２のＺ軸方向の中心軸Ｃ２は、第１基板１１−１と第２基板１１−２の相対的な傾きに相当する角度でずれている。窓１７−１と窓１７−２の中心軸のずれは、窓１７の内部の空間に吸収される程度のずれなので、観察ビーム、たとえば電子線ＥＢの透過に支障はない。
【００２９】
第１基板１１−１と第２基板１１−２の間に、くさび型またはプリズム型の流路２１が形成されている。使用時に、流路２１は試料供給チューブ２６から注入された流体の試料Ｓで満たされている。流路２１のうち、窓１７−１の底面の薄膜１８−１と、窓１７−２の底面の薄膜１８−１の間の空間が観察チャンバー１６となる。
【００３０】
電子線顕微鏡に、顕微観察セル１０が図３の向きで設置された場合、電子線ＥＢは、第１基板１１−１の窓１７−１から入射して、薄膜１８−１を透過して、試料Ｓと相互反応する。試料Ｓを透過した電子線ＥＭは、薄膜１８−２を透過して、窓１７−２から出射する。顕微観察セル１０の置き方によっては、電子線は逆に第２基板１１−２の窓１７−２から入射して、第１基板の窓１７−１から出射する。
【００３１】
図４は、顕微観察セル１０に試料Ｓが充填された状態の拡大模式図である。第１基板１１−１と第２基板１１−２の間の距離は、試料Ｓが供給される方向に沿って徐々に小さくなり、高さが傾斜した流路２１が形成されている。流路２１のうち、窓１７−１と窓１７−２によって観察ビームが透過する領域が、観察チャンバー１６である。
【００３２】
観察チャンバー１６でも、Ｚ方向の高さが傾斜している。したがって、観察チャンバー１６内には、異なるサイズの試料Ｓが共存し得る。観察チャンバー１６で、観察ビームによる観察位置を変えることで、異なるサイズの複数の試料を観察できる。従来構成のセルでは困難であった同一セル内での混合溶液の観察が可能になる。
【００３３】
図５は、実施形態の顕微観察セル１０の作製を説明する図である。図５の（Ａ）は、顕微観察セル１０を観察ビームの入射側からみた上面図である。基板１１−１の表面に、窓１７−１が形成されている。窓１７−１は、所定の角度で徐々に狭くなるテーパ形状を有し、窓１７−１の底面に薄膜１８−１が形成されている。
【００３４】
基板１１−１の裏面に、一つのエッジから窓１７−１の近傍に向かって、溝１２−１と溝１３−１が形成されている。
【００３５】
図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）のＩ−Ｉ'ラインで見たときの組み立て前の第１基板１１−１と第２基板１１−２の断面図である。第１基板１１−１と第２基板１１−２は同じ方法で形成されるので、第１基板１１−１に着目して説明する。
【００３６】
第１基板１１−１は、たとえばシリコン基板であり、両面にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒膜などの薄膜を形成する。一例として、シリコン窒化膜の薄膜を形成する。
【００３７】
シリコン基板の一方の面で、フォトリソグラフィ法等により、窓１７−１に相当する領域のシリコン窒化膜を部分的にエッチング除去して、シリコン基板の第１面を一部露出する。シリコン基板上に残るシリコン窒化膜をマスクとして用い、たとえばＫＯＨ等のアルカリ溶液による異方性エッチングを行って、シリコン基板に窓１７−１を形成する。他方の面のシリコン窒化膜はエッチングストッパとして機能する。ＫＯＨ溶液を用いてシリコン基板の（１１１）面からエッチングすると、５４．７°の角度で傾斜するエッチング面が得られる。
【００３８】
次に、窓１７−１が形成された面を、再度シリコン窒化膜で覆い、反対側の面で、溝１２−１と１３−１に相当する領域のシリコン窒化膜を部分的にエッチング除去して、シリコン基板の第２面を一部露出する。露出面からＫＯＨ等のアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことで、断面形状が台形の溝１２−１と溝１３−１が形成される。溝１２−１と溝１３−１の深さは、エッチング時間、エッチング量等を制御することで調整可能である。
【００３９】
残存するシリコン窒化膜を除去し、少なくとも窓１７−１の底面を覆う薄膜１８−１を形成する。第２基板１１−２も同じ手順で作製される。
【００４０】
図５の（Ｃ）で、第１基板１１−１と第２基板１１−２を組み合わせる。溝１２−１と溝１２−２を対向させ、試料供給チューブ２６を差し込んで、第１基板１１−１と第２基板１１−２を面内方向で位置合わせする。これと同時に、第１基板１１−１と第２基板１１-２の間に、斜めの空間が形成される。この斜めの空間は、流路２１となる。
【００４１】
第１基板１１−１と第２基板１１−２の間の角度は、溝１２−１、１３−１の深さと、試料供給チューブ２６の径の少なくとも一方で決まる。上述のように、溝１２−１と溝１３−１の加工制御は比較的容易なので、観察対象、目的、使用されるチューブ等に応じて適切に加工することができる。
【００４２】
試料供給チューブ２６、２７を挿入した後に、顕微観察セル１０の外周を樹脂等で封止してもよい。
【００４３】
図６は、顕微観察セル１０に試料が注入されたサンプルチップ２０の模式図である。シリンジ等を用いて、チューブ２６または２７から試料を含む流体を顕微観察セル１０の流路２１（図５（Ｃ）参照）内に注入し、注入後にシール材２２で顕微観察セル１０の周囲を封止してサンプルチップ２０とする。封止される試料が生体試料の場合は、バイオチップとして用いることができる。試料の注入後に、チューブ２６と２７を適切な長さにカットして、チューブ端部を封止してもよい。サンプルチップ２０内で、試料を空気に触れさせずに保存することができ、所望のタイミングで試料を顕微観察することができる。斜めに傾斜する流路２１内に、大きさの異なる複数種類の試料を保存することができ、ひとつのサンプルチップ２０で複数の試料を観察することができる。
【００４４】
図７は、実際に作製したサンプルチップ２０の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）像である。顕微観察セルの表面に観察窓（図６の「窓１７」に対応する）が形成されており、外周が真空シール剤で覆われて密封されている。サンプルチップ２０を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）の内部で使用する場合等は特に、リークを防止する必要がある。その場合は、真空シール剤を二重に塗布する等して、高真空を維持できる構成にしてもよい。
【００４５】
図８は、マルチウィンドウ型のサンプルチップ２０Ａの模式図である。サンプルチップ２０Ａは、試料が封止される顕微観察セル１０Ａと、顕微観察セル１０Ａに接続される試料供給チューブ２６、及び２７を有する。顕微観察セル１０Ａには、複数の窓１７ａ〜１７ｄが設けられている。各窓１７ａ〜１７ｄの底部に薄膜１８が位置する。
【００４６】
顕微観察セル１０Ａは、上述したように、高さ方向に勾配がつけられた内部空間を有する。顕微観察セル１０Ａは循環型のセルであり、試料に含まれる分子あるいは粒子は、セルの内部を流動することができる。複数の窓１７ａ〜１７ｄを設けることで、観察可能な範囲が広がる。窓１７の位置によって粒子の流れが異なるため、複数の窓１７ａ〜１７ｄを通して観察することで、効率のよい顕微観察が実現される。
【００４７】
図９は、図８の顕微観察セル１０Ａの断面模式図である。第１基板１１−１に、観察ビームを通過させる窓１７−１ａ、及び１７−１ｃが形成されている窓１７−１ａと窓１７−１ｃの底面に、薄膜１８−１が設けられている。第２基板１１−２に、試料Ｓを含む流体を透過した観察ビームを通過させる窓１７−２ａ、及び１７−２ｃが形成されている。窓１７−２ａと窓１７−２ｃの底面に、薄膜１８−２が設けられている。薄膜１８−１と薄膜１８−２の間に流路２１、または観察チャンバーが形成される。
【００４８】
異なる位置に設けられた窓１７によって、流路２１の異なる位置で試料Ｓを観察することができる。試料Ｓが異なる大きさや形状を持ち、異なる動きをする場合でも、複数粒子の動きを一度に観察することができる。
【００４９】
図１０は、顕微観察セル１０の顕微システムへの適用例として、ＴＥＭへの適用を示す図である。顕微観察セル１０はホルダ３３に保持されて、ＴＥＭ本体３０に挿入される。この例では、サンプルチップ２０を用いて、顕微観察セル１０内に試料を供給しながらリアルタイムで試料を観察する。
【００５０】
ＴＥＭ本体３０の内部に電子銃３１が配置され、電子銃３１から電子線が出力される。顕微観察セル１０は、電子線が窓１７−１及び１７−２を透過するように、ホルダ３３で保持されている。シリンジ３５から試料供給チューブ２６または２７を介して、顕微観察セル１０の流路２１内に試料を含む流体が注入される。窓１７−１から入射して、流路２１の観察チャンバー１６内の試料を透過した電子線は、窓１７−２を通過して、検出器としての蛍光板３２に入射する。蛍光板３２上でＴＥＭ像が観察される。顕微観察後に、試料を含む流体は、廃液３７としてチューブ３４から排出されてもよい。
【００５１】
図１０では、図示の都合上、ＴＥＭ本体３０で用いられているコンデンサレンズ、中間レンズ、投射レンズ等の光学系は省略されている。顕微観察セル１０は、ＴＥＭだけではなく、ＳＥＭ、レーザ顕微鏡、顕微ラマン分光装置等でも使用可能である。
【００５２】
図１１は、顕微観察方法のフローチャートである。ＴＥＭホルダ等のチップホルダに顕微観察セル１０（またはカプセルチップ）を装着する（Ｓ１１）。顕微観察装置にチップホルダを挿入し（Ｓ１２）、シリンジ等を用いて、外部から顕微観察セル１０内に試料を含む流体（たとえば液体試料）を注入する（Ｓ１３）。顕微観察セル１０を用いることで、試料を含む流体は、斜めの流路２１の一部である観察チャンバー１６内に、確実に流れ込む。電子線、レーザ光線等の観察ビームを照射し（Ｓ１４）、試料を透過、反射、あるいは散乱したビームから、観察像を得る（Ｓ１５）。
【００５３】
＜評価実験＞
図１２は、実施形態の顕微観察セル１０内に確実に試料が注入されることを確認する実験装置の模式図である。窓１７が形成された顕微観察セル１０に、試料供給チューブ２６と排出チューブが挿入された状態で、セルの外周が樹脂封止されている。試料供給チューブ２６をアダプタ３６でシリンジ３５に接続し、シリンジ３５から液体試料を注入する。
【００５４】
図１３は、流路２１内に、確実に液体試料が注入される様子を示す画像である。図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、注入開始の０秒後、５秒後、１３秒後、２０秒後の様子を窓１７から観察したものである。注入開始直後（Ｔ＝０秒）に、液体試料は矢印の方向に流れ込む。注入開始から、５秒、１３秒と時間が経過するにつれて、液体試料は窓１７を通過し、２枚の基板の間の流路２１は徐々に液体で満たされていく。２０秒後には気泡も消えて、流路２１の全体が液体で満たされている。
【００５５】
図１の従来構成では、薄膜１０８−１と１０８−２の間の空間の高さは一定であり、空間の高さ未満の粒子しか観察できない。平行で狭い観察チャンバー内では、粒子が循環しにくく、ファンデルワールス力等によって、試料粒子が薄膜１０８−１または薄膜１０８−２に付着するおそれがある。さらには、観察チャンバー内への試料の導入自体が困難になる。
【００５６】
これに対し、実施形態の顕微観察セル１０では、高さが傾斜する広い流路２１内に試料が流れ込みやすい。観察チャンバー１６を含む流路全体を、容易に試料で満たすことができる。
【００５７】
図１４は、ＴＥＭ内部での顕微観察セル１０の真空テストの評価結果である。横軸は時間、縦軸はＴＥＭ内の圧力である。顕微観察セル１０の外周をトールシールで封止し、さらに瞬間接着剤で封止したものを、ＴＥＭ本体内に配置して、観察期間中のＴＥＭ内の圧力をモニタする。ターボ分子ポンプを用いて、１０−４Ｐａのオーダーまで真空引きを行う。その後、シリンジ３５を用いてホルダ３３の外部から空気を流し、顕微観察セル１０及び試料供給チューブ２６からのリークがないことを確認する。次に、ホルダ３３に顕微観察セル１０をセットしたまま、ＴＥＭ本体３０に挿入して真空テストを行う。
【００５８】
顕微観察セル１０は、２枚の基板間にくさび型の広い流路を有するが、外周を真空シールすることで試料の漏れがなく、ＴＥＭ本体３０内を電子線照射が可能な真空度（１×１０-4Ｐａ以下）に維持することができる。
【００５９】
図１５は、図１４の測定結果の縦軸のスケールを変え、ＴＥＭ使用基準値と比較して示す図である。顕微観察セル１０内に液体試料を封止した状態で、３０分間観察を行った場合でも、ＴＥＭ観察に必要な真空度が保たれ、長時間の観察が可能である。
【００６０】
図１６は、電子線の試料透過を示す図である。図１６の（Ａ）は、流路２１内が空気だけの場合の観察画像である。電子線が空気だけの流路２１をそのまま透過して、蛍光板に当たると、蛍光板は緑色に光る。その蛍光をパーソナルコンピュータに取り込んだイメージが図１３の（Ａ）である。
【００６１】
図１６の（Ｂ）は、液体試料の導入直後のＰＣ上での取得イメージである。ＴＥＭの加速電圧を２００ｋＶに設定し、超純水に流刑が４０ｎｍの金粒子を拡散させた液体試料（５％の金粒子とともに、界面活性剤であるＴｗｅｅｎ２０を１％含む）を注入する。液体試料は流路２１内に入り込み、電子線が金粒子で散乱されて、取得イメージのコントラストが変化する。図１６の（Ｃ）は、液体試料の導入から９秒後の取得イメージである。電子線の照射によって、流路２１内で金粒子が溶融し、電子線がほとんど透過していない。
【００６２】
図１７は、図１６の（Ｃ）の時点での流路２１のＳＥＭ画像である。金ナノ粒子の試料をＴＥＭで観察した後、顕微観察セルを分解してＳＥＭで画像をとったものである。電子線によって、流路２１内の金粒子が溶融した結果、窓１７−１の底部の薄膜１８−１、及び窓１７−２の底部の薄膜１８−２に、溶融した金が付着し、電子性の透過を妨げている。窓１７−１と１７−２で形成される観察用の窓１７は、図１７のＳＥＭ画像の中央部の四角形の領域に対応する。流路２１内の試料が、電子線によって確実に照射されていることが示されている。
【００６３】
図１８は、顕微観察セル１０内を移動する磁性粒子のＴＥＭ像である。ＴＥＭ観察に先立って、顕微観察セル１０の窓１７の底面に、ピント合わせ用のパターンを形成する。一例として、窓１７を覆う薄膜２１の流路２１側の面に、金膜の蒸着により５μｍ×５μｍのパターンを、５μｍ間隔で形成する。
【００６４】
液体試料として、界面活性剤であるＴｗｅｅｎ２０を１％、粒径が２５０ｎｍの磁性粒子（密度が１０ｍｇ／ｍｌ）を０．５％含む溶液を調整する。磁性粒子は、ナノサイズの酸化鉄粒子をポリマーで覆ったものである。ＴＥＭの加速電圧を２００ｋＶに設定し、シリンジ３５（図１０参照）を用いて、ＴＥＭ本体３０内にセットされた顕微観察セル１０に、液体試料を注入する。倍率４５，０００倍で磁性粒子を観察する。
【００６５】
図１８で大きな円形の像は、窓１７の底面に形成されたピント合わせ用の金マークである。「ビーズ（１）」及び「ビーズ（２）」で示す小さな黒丸が、粒径２５０ｎｍの磁性粒子である。観察０秒後の状態を基準にすると、観察３秒後で、磁性粒子が画像の右上から左下の方向に向かって流れていく様子が観察される。このときの流速は、おおよそ１μｍ／ｓである。
【００６６】
以上述べたように、実施形態の顕微観察セル１０によると、２枚の基板の間に、勾配を有する広い流路が形成される。流路の勾配は、試料供給チューブの径、またはチューブを受け取る溝１２及び１３の深さの少なくとも一方を調整することで、制御可能である。試料供給側の流路２１の高さを、たとえば数十μｍから数百μｍに設定し、試料供給側と反対側の端部での流路２１の高さを１μｍ以下に設定することができる。
【００６７】
２枚の基板の間に形成されるくさび型の広い空間内に、サイズの異なる複数種類の試料を導入することができる。導入された試料は、流路内で循環可能であり、一度の顕微観察で複数種類の試料を観察することができる。
【００６８】
さらに、第１基板１１−１と第２基板１１−２の組み立て時に、溝１２及び溝１３内に試料供給チューブを挿入することで、面内で第１基板１１−１と第２基板１１−２が自己整合的にアライメントされる。また、基板の厚さ方向で、窓１７−１と窓１７−２の位置がそろう。
【００６９】
試料の採取後に、採取した試料を顕微観察セル１０内に注入して封止することで、試料を空気に晒さずに保存するサンプルチップが得られる。顕微観察セル１０は、試料の顕微観察だけではなく、試料の保存にも有効である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１０Ａ  顕微観察セル
１１−１  第１基板
１１−２  第２基板
１２、１２−１、１２−２、１３、１３−１、１３−２  溝
１６  観察チャンバー
１７、１７ａ〜１７ｄ、１７−１、１７−２  窓
１８−１、１８−２  薄膜
２０、２０Ａ  サンプルチップ
２１  流路
２６、２７  試料供給チューブ
Ｃ１、Ｃ２  中心軸
ＥＢ  観察ビーム
Ｓ  試料
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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