(57)【要約】      （修正有）【課題】透過型電子顕微鏡において、見本を傾斜させる時、見本の有益領域では焦点が動かない、または観測分野が動かない動作を提供する。【解決手段】バレル２１の内部には、先端保持部２２を支持するバレル２１の一端に隣接して位置し、しかもバレル２１、スライド枠３７aおよび端版３７bの内壁で囲んだ空間３５がある。カム軸３６の回転で、スライド３１および先端保持部２２は、バレルの長い軸に垂直に移動する。標本は、Ｚ軸（透過型電子顕微鏡の光軸）における実質的な直線通路を移動する。ダイヤルを回すと、スライド３１、先端保持部２２および標本用先端２３が起き上がる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型電子顕微鏡に標本を配置する標本保持部品であって、該標本保持部品は、標本用先端を支持するための先端保持部を具備し、支持軸に実質的に垂直方向に動作するようにして細長い支持部に連結された前記先端保持部と、前記支持部に連結する先端保持部の動作を行なわせるために該支持部に配置する作動器とを具備することを特徴とする標本保持部品。
【請求項２】
前記先端保持部は、前記細長い支持部との間の動作が実質的に直線状であることを特徴とする請求項１記載の標本保持部品。
【請求項３】
前記先端保持部は、前記細長い支持部との間の動作が、前記透過型電子顕微鏡の光学軸に実質的に平行であることを特徴とする請求項１または２記載の標本保持部品。
【請求項４】
前記細長い支持部は、動作方向に伸びる細長い開口または凹部を有し、前記先端保持部は前記細長い開口または凹部とスライドして連動する突起を具備していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項５】
前記細長い開口または凹部は、前記透過型電子顕微鏡の光学軸に実質的に平行方向に伸びていることを特徴とする請求項４記載の標本保持部品。
【請求項６】
前記作動器は、前記先端保持部から離れた位置から操作するのに適していることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項７】
前記先端保持部は、標本を取り外し可能に支持するのに適していることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項８】
前記標本保持部品は、標本を具備していることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項９】
前記先端保持部は、前記標本を取り外し可能に支持するよう締め付け手段を有していることを特徴とする請求項７または８記載の標本保持部品。
【請求項１０】
前記先端保持部は、ピボットに連結した２つの部材と、該２つの部材の間に標本の少なくとも一部を締め付けるように、一方に向かって前記２つの部材を動作させるバイアス手段とを具備していることを特徴とする請求項９記載の標本保持部品。
【請求項１１】
前記細長い支持部はバレルであり、前記作動器は該バレル内部に伸長していることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項１２】
前記作動器は、前記細長い支持部に沿って伸びている回転可能なカム軸を具備し、前記先端保持部の一部を形成するスライドまたは前記先端保持部に連結したスライドに供給するカム従動歯車を連動するように調整し、前記スライドを前記カム軸が回転した時に前記支持軸に実質的に垂直方向に動作するように構成したことを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項１３】
前記支持部は、前記カム軸と前記細長い支持部との間に気体の通路を妨げる封止手段を有していることを特徴とする請求項１２記載の標本保持部品。
【請求項１４】
透過型電子顕微鏡に標本を支持する標本用先端であって、実質的に平らな表面に接着される標本を供給する先端部と、電子が透過する前記標本の下部に位置する切り欠き部とを具備していることを特徴とする標本用先端。
【請求項１５】
前記標本は、見本を具備していることを特徴とする請求項１４記載の標本用先端。
【請求項１６】
前記標本は、配置する格子に接着される見本を具備し、少なくとも平らな表面に前記格子を配置することを特徴とする請求項１５記載の標本用先端。
【請求項１７】
請求項１乃至１３の何れかに記載の標本保持部品であって、前記先端保持部が標本用先端を支持することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れかに記載の標本保持部品。
【請求項１８】
標本保持部品が伸びる排気凹部を有する請求項１乃至１３の何れかまたは請求項１７記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項１９】
前記排気凹部の外部から操作できる作動手段を有する請求項１８記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項２０】
透過型電子顕微鏡に標本を支持する標本用先端に標本を配置する方法であって、該方法は次のようなステップを具備している。
ａ）標本用先端の平らな表面の少なくとも一部に、および／または標本の少なくとも一部に粘着物を使用し、
ｂ）前記標本の少なくとも部分的に電子透過部分を通す電子の通路が、前記標本用先端によって中断しないような位置で、該標本用先端における標本を配置し、および
ｃ）接着手段によって前記標本用先端に配置した標本を接着すること。
【請求項２１】
前記標本が見本を具備していることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記標本は、接着される見本を配置した格子に具備していることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記標本用先端の平らな表面の少なくとも一部に、および／または標本の少なくとも一部に粘着物を使用する前に、前記配置した格子に前記見本を接着することを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記標本用先端の平らな表面の少なくとも一部に、および／または標本の少なくとも一部に粘着物を使用する前に、または前記接着手段によって標本用先端に配置した標本を接着した後に、前記標本用先端を突き出す少なくとも標本のいくつかの領域を取り除くことを特徴とする請求項２０乃至２３の何れかに記載の方法。
【請求項２５】
前記粘着物が、高真空適合の粘着物であることを特徴とする請求項２０乃至２４の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型電子顕微鏡で分析する見本を支持する標本用先端および標本保持部品に関する。更に、本発明は、標本用先端に標本を配置する方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
透過型電子顕微鏡は、生物学から物理化学の分野までの開発領域範囲を通じて広範囲に使用する多角的な道具である。透過型電子顕微鏡は、最も有効な映像装置のひとつであり、表面の形態ばかりでなく、内部構造および金属、半導体、たんぱく質、重合体を含む異なる物質における欠点を研究するために使用することができる。
【０００３】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の動作を図示する配置図を図１に示す。本来的に、透過型電子顕微鏡は、電子の高エネルギー光線を放射する電子ガン１と、研究時に標本の上に光学軸Ａ−Ａに沿って光線を制御したり、平行にする一連の電磁レンズ２とから構成されている。電子が物質を通して送られるように、薄い見本４（厚さ１００ｎｍ以下）が使用される。電子は見本によって分散し、その物質に応じた回折図形特性を形成する。別の一連のレンズ５は、電子線が見本を通じて透過した時に、分散された電子線から映像を形成するために使用される。映像または回折図形は、のぞき窓７を通して電子蛍光物質で塗膜したスクリーン６で見たり、またはカメラ箱８を通してモニターに写した絵に変えたりする。一方、映像を横切る電子濃度の量測定の技術が用いられてもよい。全体の透過型電子顕微鏡孔は、電子線が気体粒子によって粉砕されるのを防ぐために、１０−２Ｐａ以下の圧力に開けられる。
【０００４】
透過型電子顕微鏡でしばしば要求される高い分析を得るために、一般に見本は電磁レンズまたは極片２ｃおよび５ａの内部に配設される。高い分析を行う極片の内部にあるすき間は小さく、そして最大限の大きさに厳しい制限を行っている。典型的な見本４は、直径が３ミリメートル円盤で、最大限の高さが約１ミリメートルである（図２）。電子が見本を通して送られるために、特別な見本を準備する技術は、１００ｎｍ以下に物質を薄くするようにしている。最良の技術では、物質は孔１０がディスクの中心に形成されるまで、電気分解研磨法またはイオン薄膜化法を使用して見本ディスクの中心から離れる。薄い、電子透明領域１１は孔を囲んでいる。
【０００５】
準備した見本４は、要求した場所にその見本を保持するように透過型電子顕微鏡の壁を通して伸びている先端保持部に配置する。見本が保持される先端保持部の終端に標本用先端が配置されている。一般に、これは、先端保持部の不可欠な部分である。標本用先端にはいろいろな種類があり、その具体例は、図３ａ、３ｂ、および３ｃに示される。一般に、見本は標本用先端における環状の凹部に保持され、孔１０で一致する中心開口部１３に供給され、そして見本４の電子透過範囲を囲んでいる。しばしば標本は、見本を支持して供給する薄い網または格子に置かれている。最後に、見本はクリップリングまたは同様の機械的な取付手段によってその場所に保持される。有用な保持部は、加熱場所、冷却場所、標本の電圧と電流を測定する電気的な場所および歪の場所を含んでいる。そのような場所は、例えばアメリカ特許５，２２５，６８３号明細書に記載されており、先端保持部に交換可能に配置できる伝統的な留め金手段および傾斜手段を持った多くのタイプの標本用先端を開示している。
【０００６】
特殊なタイプの見本を配置する限定された技術が存在している。例えば、イギリス特許公開２，１２１，２０８号は、凝固乾燥および低温部分を配置する技術を記載している。圧力要素は標本を位置付けるために使用され、適応した圧力のために、標本は乾燥中マウントに取付けたようになる。
【特許文献１】英国特許公開２，１２１，２０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
見本の一連の透過型電子顕微鏡映像を結合することにより、標本の立体形を創造することが可能となる。これは、"電子断層Ｘ線写真法"と呼ばれ、そして多くの複雑な標本は平面的な投影器自体では等しく描写できないので、重要な開発器材である。例えば、電子断層Ｘ線写真法は、しばしば触媒またはウィルスのような小さな単一の粒子を映像するために使用される。
【０００８】
立体形を形成することが要求される一連の映像を得るために、見本は可能な限り大きな角度を通して傾斜されなければならない。上記に記述したように、アメリカ特許５，２２５，６８３号明細書の記述を含む伝統的な先端保持部は、大きくそして、高い分析極片内部の限られた空間において、一般に見本をプラス／マイナス４０度以上まで傾斜させることはできない。傾斜範囲を増加させるには、保持部のサイズを小さくすることが有益である。
【０００９】
さらに、見本を傾斜させる時に、見本の有益領域では焦点が動かない、または観測分野が動かないことが重要である。有益点は傾斜軸として同じ高さであるように見本を配置することにより成し遂げられる。これは、"頁の中心の高さ"と呼ばれている。伝統的に標準的な保持部は、透過型電子顕微鏡に配置された時に、見本の標準的なサイズや厚さがおよそ頁の中心の高さになるように設計されている。透過型電子顕微鏡に関して、先端保持部の高さは、透過型電子顕微鏡に関する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における保持部の動作を提供する測角器の焦点を調節すればよい。この点に関しては、例えば日本特開２００１−６８０４７に開示されている。しかしながら、見本の厚さの多様性のために、この技術は見本が中心点にあり、見本の乙軸の高さをユーザーが上手に調節できたならば有用となるという事を保証していない。
【００１０】
アメリカ特許３，７７８，６２１号明細書は、電子顕微鏡用標本傾斜装置を開示している。本装置はＸＹ軸に配置する標本の傾斜、およびＸ軸（本装置の軸に平行）における横方向への動作を提供している。標本の場所は、ＸＹ図またはＹＺ図において弓状の通路に沿って標本が動くように回転してもよい。しかしながら、本装置は複雑かつ精巧な構造で、しかもＸＹ図においても標本を動かさないで、標本のＺ軸位置を上手に転回する能力を提供しないものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点は、透過型電子顕微鏡で標本用先端を配置する標本用先端保持体の組立は、標本用先端を支持する標本用先端と、支持軸に実質的に垂直な方向で動作する延長支持部に連結される先端保持部と、支持部に関して先端保持部の動作を生じさせる支持部に配置する作動器とを具備している。
【００１２】
２つの部品から組み立てた先端保持部を形成し、作動手段を提供することにより、支持軸に垂直に支持部に関する先端保持部を置換することが可能である。これは、中心点を上手に転回する透過型電子顕微鏡において、標本の高さを調節することが可能となる。補足説明をすると、用語の"標本"は通常、使用時に見本が配置される網または格子のような追加する支持物を備えているが、研究される見本を備えている。高さの調節は標本用先端保持体の組立部品に組み込まれており、ユーザーが手動で調節してもよい。これは、本来の高さ位置に正確な調節ができ、しかも中心の高さで標本を堅実にセットすることである。これは、どんな標本の厚さでも、高さは観測（高い拡大でさえ）で残存する標本を同じ領域に、しかも支持部が傾斜する角度が何であれ、一般には焦点にセットすることができる。
【００１３】
好ましくは、先端保持部と伸長する支持部との間における動作は、実質的に直線運動である。その調節は、別の軸で置換を避ける一方向で直線に沿って場所を見つける。例えば、動作が実質的に乙軸（透過型電子顕微鏡の光軸に平行）に沿っている場合には、標本の高さは見本の横移動なしに調整してよい。標本用先端保持体の組立部品の中に積算する乙軸調節を有することにより、顕微鏡測角器の高さを偏心する最適位置にセットし、標本の正しい焦点位置をセットすることが可能である。これはまた、顕微鏡測角器を使用する標本を傾斜させるため極片のすき間内に空間を最大限とるものである。
【００１４】
都合のいいことには、伸長する支持部は動作方向に伸びる細長い開口部または凹部で構成され、そして先端保持部は細長い開口部または凹部とスライド的に連動する突起を具備している。
これにより、先端保持部と細長い支持部の間の正確な直線状の関連する動作となる。細長い開口部または凹部に先端保持部の動作が案内される。好ましくは、細長い開口部または凹部は、（乙軸における）透過型電子顕微鏡の光学軸に平行に伸びている。
【００１５】
内部構造を用いる作動器を操作することが可能となる。しかしながら、好ましくは、作動器は、先端保持部を制御する位置から操作するのに適している。
この高さ調整を成し遂げるためのいくつかの異なる配置は考えることができ、例えば、先端保持部の動作は、モーター、圧電素子駆動、熱膨張、レバーまたは片持ばりによって駆動することができる。しかしながら、好ましくは、作動器はカム軸が回転した時に、スライドが支持軸に対して実質的に垂直方向へ動くような先端保持部のスライド形成部に提供した、または先端保持部に連結したカム従動節を連動するように配置した細長い支持部に沿って伸びる回転可能なカム軸を具備し、この配置は、操作者に簡単で、かつ標本の高さを正確な方法で制御することを提供しており、頻繁にメンテナンスを要求するようないかなる複雑な部品を含んでいない。都合のいいことには、細長い支持部における細長い開口部または凹部とスライドして連動する先端保持部にスライドは突起を形成してある。
【００１６】
一般的に、細長い支持部はバレルであり、作動器はバレル内に伸びている。作動手段用に支持と保護を提供すること、および透過型電子顕微鏡の中に取付けるコンパクトユニットに帰着していることは、便利な配置である。
好ましくは、バレルまたは他の細長い支持部は、カム軸とＴＥＭ凹部における真空を保つためのバレルとの間に気体の通路を妨げる内部封止手段をさらに提供する。別の方法として、封止手段は標本保持部品の他の場所に提供するか、または設計から外してもよい。しかしながら、良好な封止がカム軸とバレル自体の間にされた場合には、バレルに封止手段を配置することは便利である。これにより、チップ保持集成体を通じてＴＥＭの中に気体が入ることを防ぐことができる。
【００１７】
先端保持部は、完全に標本用先端で形成してよい。しかしながら、先端保持部は取り外し可能に標本用先端を支持するのに適していることが好ましい。先端保持部から標本用先端を取り外せるようにすることにより、交換可能な標本用先端が用いられる。異なる型式の標本用先端は、検査される見本および使用するＴＥＭ技術に従って選択される。
【００１８】
例えば、多くのＴＥＭはＸ線分析装置を装備しており、エネルギー分散型分光器（ＥＤＳ）のような技術を実施するのに用いる。そのような場合に、ＥＤＳ検出器に面している標本用先端の一側が、検出器の通路に直接的に離れないで切り欠いてあれば有用である。これにより、検出器が使用された場合には、検出器は見本物質および配置した格子からひとつの信号だけを受信する。
標本が標本用先端の上に配置されると、各標本は交換可能な標本用先端と共に集成体として処理され、貯えられる。更に、標本用先端保持集成体は標本用先端を具備していることが好ましい。
【００１９】
標本用先端を取り外し可能に支持するためには、先端保持部をネジまたはクリップで標本用先端を支持するように提供する。
【００２０】
しかしながら、先端保持部は、標本用先端と取り外し可能に支持するために締め付け手段で提供することが好ましい。標本用先端を先端保持部に締め付ける多くの方法はあるが、先端保持部がピボットにより連結した２つの部材、そして少なくとも２つの部材間に標本用先端の一部分を締め付けるように、別の部材に向かって２つの部材を駆り立てるバイアス手段を具備することが好ましい。この直接の配置は操作する上で容易であり、ＴＥＭにおける標本用先端を確実に支持する。
【００２１】
本発明による第２の観点は、透過型電子顕微鏡における標本を支持する標本用先端は、標本が平らな平面に接着され、標本の下部を通して電子が透過するように位置した切り欠き部を提供している。標本用先端による障害物なしに標本を通して電子が透過するように標本用先端が形成されるので効果的である。標本用先端の上に標本を接着することにより、複雑な機械的なクリップまたは試験用支持部にばら荷を加えるケージ（かご）を必要とせずに、ある場所に標本を正確に保持することが可能となる。そこで、ＴＥＭ極片内の限られた場所により大きな角度で傾斜される標本を置くことによって、標本用先端の寸法を小さくすることが可能となる。この配置で、小さな高い分析極片すき間にプラス／マイナス８０度の見本傾斜のような高い傾斜角を実現することができる。
【００２２】
一般的に、固い見本は標本用先端のような上に直接に配置される。しかしながら、より柔らかい見本は更に支持を要求される。そこで、この場合における標本は、配置した格子に見本が接着される格子を具備している。その後、使用時に標本は標本用先端の平らな表面に接着される。標本（配置する格子および見本を含み、見本自体を具備する）は、標本用先端の完全な一部となる。
【００２３】
より進んだものとしては、標本用先端保持集成体の先端保持部は、上述したような標本用先端を支持している。集成体の結合は、本来の場所の高さ調整および超高分析ＴＥＭにおける電子断層写真術を成し遂げるのに特に十分に適した試験用保持体を提供するサイズを小さくした標本を提供する。
小さな標本用先端は、ＴＥＭの中に大きな角度の見本傾斜を行わせることができ、利益ある点が真の中心を持つ高さに位置するように標本の高さを正確に鋭く調整することが可能であるバレル軸に垂直な方向に先端保持部の動作をさせることである。
【００２４】
本発明の更なる観点では、透過型電子顕微鏡は、凹部の中に本発明の第一の観点の延長上にある標本用先端保持集成体を有している。作動手段は、凹部の外側から操作することが好ましい。
【００２５】
また、本発明は透過型電子顕微鏡における標本を支持する標本用先端に標本を配置する方法を提供する。この方法は、次のステップを具備している。
ａ）標本用先端における平らな表面の少なくとも一部に、または標本の少なくとも一部に接着剤を適用し、
ｂ）標本の少なくとも部分的に電子透過部分を通す電子の通路を、標本用先端によって中断しないような位置で、標本用先端における標本を配置し、および
ｃ）接着手段によって標本用先端に配置した標本を接着する。
この配置する手順では、標本用先端に提供される機械的な取付部材を全く要求していない。そのために、標本用先端の大きさを小さくすることができ、ＴＥＭの内部における傾斜角度を増加させることができる。標本を保護し、その操作性を大きく増加する標本用先端に取付けた標本を取り扱い、貯えることができる。
【００２６】
前述したように、見本が十分に固い場合には、標本は見本それ自体を具備すればよい。しかしながら、見本がより多くの支持を要求する場合には、更に標本は配置した格子に標本が接着されていることを備えている。
そのために、更にこの方法ではステップ（ａ）以前に配置した格子に見本を接着するステップを具備している。
【００２７】
この段階で、標本はＴＥＭに使用のために用意する。しかしながら、チップ保持部品のサイズは見本および／または配置した格子の側部を削り落とすことによって、更に小さくすることができる。これは、標本チップに標本を配置する前か後かのいずれかに行われる。そのために、この方法は更に標本チップを突出するまたは突出するだろう標本の少なくともいくつかの領域を取り除く段階を具備している。別の方法として、物理的により小さい標本を使用することもできる。上記各々の方法は、チップに配置した時に標本の改良した傾斜角度を提供する。
【００２８】
ＴＥＭにおける分析後に、望むならば、標本は機械的な手段により、または接着剤が溶解する適当な溶剤の中にチップをつけることにより、標本チップから取り外すことができる。
本発明の第２の観点における標本チップを組成する本発明による標本保持部品の具体例は添付図面を参照して記載し、公知の標本支持部と対比する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
透過型電子顕微鏡における標本用先端を配置する標本用先端保持集成体は図４、５および６に図示されている。集成体２０は、透過型電子顕微鏡の外側から、使用時に見本が配置される極片のすき間まで十分に長く伸長するバレル２１と、バレス２１の一端に連結される先端保持部２２とから構成されている。先端保持部２２は、標本チップ２３を支持するようになっている。図において、標本用先端は別部品として示されているが、標本用先端２３は、先端保持部２２と一体に形成できることが望ましい。集成体の他端には、バレル２１が透過型電子顕微鏡の一側および以下に説明するダイヤル２５に対して適合するように設計したハウジング２４を備える。集成体２０は、集成体を透過型電子顕微鏡に置いた時に、バレルと透過型電子顕微鏡間の気体通路が妨げられるような方法で、バレルの周りに適合する重合体の封止リング２６を供給している。これは、透過型電子顕微鏡が成功する操作のために要求される高い真空を維持できるようにするものである。
【００３０】
先端保持部２２とバレル２１はともに連結されており、２つの部品間の関連する動作がバレルの軸に対して垂直な方向に可能となる。この調整は図７ｂに示してある。バレル２１の内部には、先端保持部２２を支持するバレル２１の一端に隣接して位置し、しかもバレル２１、スライド枠３７ａおよび端板３７ｂの内壁で囲んだ空間３５がある。空間３５または凹部は動作方向に典型的には伸びる。端板３７ｂは、バレル２１の内壁に溶接するか、または取付けられ、先端保持部２２の背面部を通して通過する中央の開口に設けられている。開口は伝統的には円形であるが、動作方向に伸びることができる。これは、先端保持部のいかなる不慮の回転動作を妨げる付随する効果を有している。開口は、そこを通過する先端保持部よりも大きく、先端保持部の関連する置換えができるようになっている。スライド３１は、Ａ方向に沿って上下に動作できるように、空間３５の内部に配設してある。スライドおよび空間（必要ならば開口）の調整を再度方向づけることにより、バレル２１の軸に対して垂直ないかなる方向にもスライド前後に動作させることができるようになる。
【００３１】
先端保持部２２は、ねじ手段３４によりスライド３１に固定されている。これは、先端保持部のメンテナンス、取替、保管のために容易に取り外せるようになっている。また、他の固定方法を使用することも可能であり、またはスライド３１を先端保持部２２と一体成形することも可能である。
バレル２１における開口または凹部にスライドしてかみ合う先端保持部２２に有効に形成する突起は、スライド３１および先端保持部２２の一部に取付けられる。
【００３２】
スライド３１にバイアスカを分配するスプリング３３または他の手段は、スライド３１と空間３５の基台の間に配設される。スライド３１は、カム軸３６と接触するカム従動歯車３２を供給している。スプリング３３は、カム軸３６に対してカム従動歯車３２を押圧する。
【００３３】
カム軸３６は、バレル２１内に回転するように配置されており、カム軸３６がダイヤル２５に連結している離れた端部にバレル２１を通してスライド３１から伸長している。カム軸３６が回転できるようにするために、カム軸はベアリングに配設されている。本実施例では、ブッシュ（図示していない）は用いられているが、ローラーまたは他のベアリングタイプを用いてもよい。カム軸の一端３８で、カム軸３６は偏心する直径を有し、カムを限定し、スライド３１におけるカム従動歯車３２と接触している。内部の封圧リング３９は、標本保持体を通して透過型電子顕微鏡に気体が入らないようにするために、カム軸３６とバレル２１の間に配設されている。
【００３４】
カム軸３６の回転で、スライド３１および先端保持部２２は、バレルの長い軸に垂直に移動する。標本４は、Ｚ軸（実質的に透過型電子顕微鏡の光学軸Ａ−Ａに平行）における実質的な直線通路を移動する。標本４のＺ高さは、標本の横への移動なしで隣接（焦点光線）するように、他の軸における置換を避けている。スプリング３３は、カム従動歯車３２およびカム軸３６のカム端部３８（偏心する直径）が動作範囲で互いに接触するように働いている。カム軸は保持集成体の離れた端部でダイヤル２５を回すことによって回転するようにしてもよい。本実施例では、ダイヤルを右回りに回すと、スライド３１、先端保持部２２および標本用先端２３が起き上がる。反時計方向へダイヤルを回すと、構成部品を低くする。もちろん、集成体はその方向が反対になるように調整することができる。操作者は、顕微鏡の外側の保持集成体の裏側でダイヤル２５を回すことにより、透過型電子顕微鏡に配置した標本のＺ軸部分を調整することができる。このように、真の中心高さは、全体の保持集成体２０を動かさないで、または電子線を再度焦点させないで、上手に転回してもよい。
【００３５】
その機構が最小限または最大限の調整で最も低いまたは最も高い接触点を越えないようにするために、１８０度の角度でハウジング２４から突出するピン（図示していない）と連動するダイヤル面の中に設けたスロットがある。偏心の直径が調整なしでその中間点の接触があり、カム軸３６はプラス／マイナス９０度のような角度以上を通して回転できない事を保証している。操作者を手助けするために、また、標本高さセットの再生産性を改良するために、ダイヤル２５およびハウジング２４に一連のインデックス・マークがある。
【実施例】
【００３６】
第一実施例では、全体の調整範囲は、Ｚ軸に対して７６０マイクロンである。そのため、スライド移動は、プラス／マイナス３８０マイクロンに限定される。もちろん、調整範囲は、カム軸３６およびスライド３１の寸法を変えることにより、増加したり、減少したりすることができる。
【００３７】
本実施では、標本用先端が取り外しおよび取替えできるように先端保持部を調整してある。先端保持部２２は、軸ピン２９およびスプリング３０を介して先端保持部２２の本体に連結した。移動可能な圧縮アーム２８と均一の面にしてある。標本用先端２３は、先端保持部２２の終端にある孔の中に該チップをスライドすることにより、また圧縮アーム２８および先端保持部２２の本体部の間に該チップを置くことにより、先端保持部に保持される。
【００３８】
ピン２９は、十分な広さの先端保持部２２の反対側に伸び、軸に取付ける先端保持部におけるスロットに圧縮アーム２８を保持する。均等の圧力が標本用先端２３の裏の中に構成したフラット表面に及ぼされるように、スプリング３０または他のバイアス手段は圧縮アーム２８の終端に圧力を掛ける。
その後、標本用先端２３は、先端保持部２２、先端保持部２２に停止を促し、圧縮アーム２８からスプリング力を保持する標本２３の裏面における孔の中に標本用先端２３の取付けによって望んでいない直線に移動される。
【００３９】
標本用先端２３は、標本用先端２３および圧縮アーム２８の表面を接触することにより、直角に移動される。操作者は小さい圧力を掛けることにより圧縮アームを外してもよく、例えば、圧縮アーム２８のスプリング端部における円状のすきま領域２８ａにピンセットの一端を用いて外してもよい。この圧力は、スプリング３０を圧縮し、標本用先端２３における圧力を解放する圧縮アーム２８を回転するものである。
【００４０】
標本用先端２３は、先端保持部２２から取外してもよいので、交換可能な標本用先端を用いることができる。以下に詳述するように、異なる標本用先端を異なる標本物質または異なる透過型電子顕微鏡技術から選択してもよい。
図８ａおよび８ｂは２種類の標本用先端を示し、透過型電子顕微鏡における標本を支持するために、上述したチップ保持集成体との関連で使用される。各標本用先端２３ａまたは２３ｂは、一端に薄い平面４０と他端に隣接する平らな縁４２を有する、ある長さの硬質物質から構成されている。チップ物質は、その使用する用途によって選択すればよい。例えば、チタニウムはほとんどの用途に適しているが、Ｘ線によるマイクロ分析にはベリリウムが適している。
【００４１】
平面の領域には、標本用先端２３によって妨げない見本４を通して電子の通路を認めるために４１ａまたは４１ｂのような切り欠きを設けてもよいし、またはその他の形状にしてもよい。図８ａおよび８ｂにそれぞれ示す標本用先端２３ａおよび２３ｂは、支持標本自体の構造を明確に示すために標本を取り外した状態を示してある。
【００４２】
図２に示したような標準的な透過型電子顕微鏡の見本４は、孔１０および見本４の電子透過領域１１が前記切り欠き４１ａまたは４１ｂに位置するように平面４０に配置される。図９に示す完成した標本保持部品は、見本４の縁が以下に詳述するような理由のために取り除かれている。しかしながら、この方法は任意である。見本を注意して配置することにより、見本を通して透過する電子線は、標本用先端２３によってさえぎられない。見本４は、粘着性ある接着剤または他の接着剤の手段により標本用先端２３における位置に接着される。
【００４３】
標本用先端の背面端部の平らな表面４２は、上述したような先端保持部における標本用先端を配置できるようになっている。クリップを使用する、または他の機械的な取付手段というよりは、むしろ標本用先端２３に見本４を粘着することにより、標本用先端の大きさを充分に小さくすればよい。加えて、締め付ける機構または位置を確認する機構のようないかなる種類の標本の必要性は除去され、このように透過型電子顕微鏡極片の狭いすき間の間に、非常に薄い標本を取付けられるようになっている。
【００４４】
実施例では、標本用先端２３は、直径１．５ミリメートルである。違った伝統的な試験用保持体なら、機械的な取付装置を作ることを必要としないので、標本用先端２３は、そこに位置する見本４よりも小さくてよいことが可能である（典型的には、直径３ミリメートル）。標本用先端のサイズを小さくすると、透過型電子顕微鏡で得られる見本の傾斜角を充分に増加させることが可能となる。
【００４５】
検査する見本形状の見本４は、図９ａに示すように、標本用先端２３に直接配置してもよい。しかしながら、要求される見本の寸法は、しばしば壊れやすく、標本用先端に特別な支持が必要となる。そこで、格子９を配置することが必要とされる（見本が粘着されるために）。その後、標本用先端２３の表面４０に粘着される。図９ｂは、格子９を配置し、図９ａのように縁を切り落した標本用先端に粘着されている見本（図示していない）を示している。
【００４６】
もし望むならば、標本用先端集成体の大きさは、さらに試験用見本または格子が図９ａおよび図９ｂに図示したように標本用先端の両側面に対して平らになるように試験用見本または格子の左右の縁を切り落とすことにより小さくしてもよい。これは、見本が標本用先端に接着される前後に行われる。その代わりとして、見本は取付の前に小さくした大きさ（例えば、直径１．５ミリメートルのディスク）を準備する。そのような準備により、小さく高い分析極片のすき間にプラス／マイナス８０％の見本の傾斜を行うことができる。傾斜範囲が増加すると、非常に広い範囲の角度で見本の透過型電子顕微鏡映像が得られ、また電子的な断層Ｘ線写真法のような技術で行われたときに、特殊な使用法である。
【００４７】
一旦、接着すれば、個々の見本は交換可能な部品として取り扱い、貯えておくことができる。標本用先端２３に見本を接着することにより、標本用先端２３は有効に標本を扱い、見本４それ自体よりも硬くなって扱いやすくなる。
これは、検査が行われるたびに、見本を正確に再配置することができるので、柔らかい見本を防護し、また透過型電子顕微鏡で得た結果の再生産性を改良することになる。もし望むならば、標本は機械的手段または接着剤用の適切な溶剤に標本用先端をぬらすことより、取り外すことができる。
【００４８】
多くの型式の標本用先端は、上述した標本保持部品で使用してもよい。図８では、Ｊ形状の標本用先端２３ａおよびＣ形状の標本用先端２３ｂが図示されている。２つの標本用先端は、エネルギー分散型分光器（ＥＤＳ）分析を促進するように構成されている。使用時に標本用先端の範囲は、検出器の路に直接的にならないように、エネルギー分散型分光器が外れる面になる。
【００４９】
Ｃ形状の標本用先端２３ｂは、ほとんどの配置した格子および見本と組み立て可能とすべきである。Ｊ形状の標本用先端２３ａは、薄い配置した格子および壊れやすい見本用にいくつかのより多くの支持を要求する。特別の型式に適合するための特に薄い見本で使用する十分な円形の開口部またはＥＤＳ分析が行われない場合における状況において使用される十分な円形の開口部を含む他の標本用先端の設計は、標本の形状および大きさが直視されている。
交換可能な標本用先端２３は、使用時に見本タイプに再利用できるように、また捨てることができるように作られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】伝統的な透過型電子顕微鏡の働きを図解した略図である。
【図２】図２のａは、透過型電子顕微鏡で分析するために準備する典型的な標本の平面図であり、図２のｂは、図２ａに示す標本のＸ−Ｘ線からの断面図である。
【図３】図３ａ、３ｂおよび３ｃは、様々な伝統的先端保持部の端部を示している。
【図４】本発明の第２の観点である標本用先端を支持する本発明の一例である標本用先端保持体の組立を示す斜視図である。
【図５】図４に示す標本用先端保持体の組立と標本用先端の平面図である。
【図６】図４および図５に示す標本用先端保持体の組立と標本用先端の平面図である。
【図７】図７ａは、図５の拡大部分を示す図であり、図７ｂは、図７ａに示すＹ−Ｙ線に沿った、図４から図６までに図解した標本用先端保持体の組立の一部と標本用先端の断面図である。
【図８】図８ａは、本発明の第２の観点における標本用先端の第一実施例を示す斜視図であり、図８ｂは、本発明の第２の観点における標本用先端の第二実施例を示す斜視図である。
【図９】図９ａは、標本を取付けた標本用先端の斜視図であり、９ｂは、格子を取付けた標本用先端の斜視図である。
【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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【外国語明細書】
SPECIMEN TIP AND TIP HOLDER ASSEMBLY
This invention relates to specimen tips and tip holder assemblies for supporting a sample to be analysed in a transmission electron microscope.  The invention further provides a method for mounting a specimen to a specimen tip.  
Transmission electron microscopy is a versatile tool widely used across a range of research areas from biology to physio-chemical subjects.  The transmission electron microscope is one of the most effective imaging devices available and can be used to study not only the surface morphology but also the internal structure and defects in diverse materials including metals, semiconductors, proteins and polymers.  
A schematic diagram illustrating the workings of a transmission electron microscope (TEM) is shown in Figure 1.  In essence, a TEM consists of an electron gun 1 which produces a high-energy beam of electrons, and a series of electromagnetic lenses 2 which control and collimate the beam along the optic axis A-A onto a specimen under investigation.  A thin sample 4 (〜100nm thick) is used so that electrons may be transmitted through the material.  The electrons are scattered by the sample and form a diffraction pattern characteristic of that material.  A further series of lenses 5 can be used to form an image from the electron beams that had been scattered as they passed through the sample.  The image or diffraction pattern may be viewed on a screen 6 coated  with electron-fluorescent material, through a viewing window 7, or converted to a picture shown on a monitor via camera chamber 8.  Alternatively, techniques for quantitative measurement of the electron intensity across the image may be employed.  The whole TEM cavity is evacuated to a pressure of less than 10-2 Pa, to prevent the beam of electrons being disrupted by gas particles.  
In order to obtain the high resolution that is often required in a TEM, the sample is generally positioned within the electromagnetic lenses or “pole pieces” 2c and 5a.  The gap inside a high-resolution pole piece is small and this places a severe restriction on its maximum size: typically the sample 4 is a disc, 3mm in diameter and with a maximum height of approximately 1mm (Fig. 2).  In order that electrons may be transmitted through the sample, specialist sample preparation techniques are used to thin the material to less than 100 nanometres.  In most techniques, material is removed from the centre of the sample disk using electro-polishing methods or ion thinning until a hole 10 is made in the centre of the disk.  A thin, electron-transparent area 11 surrounds the hole.  
The prepared sample 4 is placed in a specimen holder 3  which extends through the wall of the TEM to hold the sample in the required location.  The end of the specimen holder in which the sample is held is the specimen tip.  This is generally an integral part of the specimen holder 3.  A variety of specimen tips are available, examples of which are shown in Figures 3a, 3b and 3c.  The sample is generally held in a circular recess 12 in the specimen tip, provided with a central aperture 13 intended to coincide with the hole 10 and surrounding electron-transparent region 11 of the sample 4.  Often the tip is equipped with a thin mesh or grid which provides the sample with further support.  Finally, the sample is held in place by a clip ring or similar mechanical fastening means. Available holders include heating and cooling stages, electrical stages which measure voltage and current in the specimen and straining stages.  Examples of such stages are described in US5,225,683 which discloses various types of specimen tip with conventional clamping and tilting means which can be interchangeably mounted to a specimen holder.
Certain specialised techniques exist for mounting particular types of sample.  For example, GB-A-2121208 describes a technique for freeze-drying and mounting cryosections.  A pressure element is used to locate the specimen and, due to the applied pressure, the specimen becomes affixed to the mount during drying.
By combining a series of TEM images of a sample, it is possible to create a three-dimensional model of the specimen.  This is termed “electron tomography” and is an important research tool since many complex specimens cannot be adequately described by a two-dimensional projection alone.  For example, electron tomography is often used to image small single particles, such as catalysts or viruses.
In order to obtain the series of images required to form a 3-D model, the sample must be tilted through as large an angle as possible.  Conventional specimen holders as described above, including those of US5,225,683, are bulky and, in the confined space within a high-resolution pole piece, do not generally allow the sample to be tilted by more than +/- 40°.  It would be advantageous for the holder size to be reduced so that the tilt range could be increased.  
Furthermore, when tilting the sample it is important that the area of interest on the sample does not move out of focus or out of the viewing field.  This is achieved by positioning the sample such that the point of interest is at the same height as the tilt axis.  This is termed the “eucentric height”.  Conventionally standard holders are designed such that a standard size and thickness of sample will be approximately at the eucentric height when placed in the TEM.  The height of the specimen holder relative to the TEM may be adjusted for focus in a goniometer which provides movement of the holder in 3 directions (x, y, z) with respect to the electron optics of the TEM.  This is disclosed, for example, in JP2001-068047.  However, due to the variation in the thickness of the sample, this technique does not guarantee that the sample is at the eucentric point and it would be advantageous if the z-axis height of the sample could be fine-tuned by the user.
US3,778,621 discloses a specimen tilting device for an electron microscope.  The device provides for tilting of a mounted specimen about the X and Y axis, and lateral motion in the X axis (parallel to the axis of the device).  The specimen stage may also be pivoted so as to move the specimen along an arcuate path in the XY or YZ planes.  However the device is of a complex and delicate construction and does not provide the ability to fine-tune the Z-axis position of the specimen without moving the specimen in the XY plane also.
In accordance with a first aspect of the present invention, a specimen tip holder assembly for mounting a specimen tip in a transmission electron microscope comprises a tip holder for supporting a specimen tip, the tip holder being coupled to an elongate support for movement in a direction substantially perpendicular to the axis of the support, and an actuator mounted to the support for causing motion of the tip holder relative to the support.
By forming the tip holder assembly from two parts and providing actuating means, it is possible to displace the tip holder relative to the support perpendicularly to the axis of the support.  This makes it possible to adjust the height of the specimen in the TEM, allowing fine-tuning of the eucentric point.  In the description that follows, the term “specimen” ordinarily comprises the sample to be investigated, although it may also comprise an additional supporting object such as a mesh or grid, to which the sample is mounted in use.  The height adjustment is incorporated into the specimen tip holder assembly and may be manually controlled by the user.  This in situ height adjustment enables accurate and consistent setting of the specimen at the eucentric height. This means that whatever the specimen thickness, the height can be set to allow the same area of the specimen to remain in view (even at high magnification) and generally in focus whatever angle the holder is tilted to. 
Preferably, the movement between the tip holder and the elongate support is substantially rectilinear.  The adjustment takes place along a straight line in a single direction, avoiding any displacement in the other axes.  For example, if the movement is substantially along the Z-axis (parallel to an optic axis of the TEM), the specimen height may be adjusted without lateral movement of the sample under examination.  By having the Z-axis adjustment integrated into the specimen tip holder assembly, it is possible to set the microscope goniometer height to its optimum position for eccentricity and still maintain the correct focus position for the specimen.  This also maximises the space available within the pole piece gap for tilting the specimen using the microscope goniometer.
Conveniently, the elongate support is provided with an elongate aperture or cavity extending in the direction of movement and the tip holder comprises a protrusion which slidably engages with the elongate aperture or cavity.  This ensures accurate linear relative movement between the tip holder and elongate support.  The elongate aperture or cavity guides the motion of the tip holder.  Preferably, the elongate aperture or cavity extends parallel to an optic axis of the TEM (in the Z-axis).
It would be possible to operate the actuator using an internal mechanism.  Preferably, however, the actuator is adapted to be operated from a location remote from the tip holder. 
A number of different arrangements for achieving this height adjustment are conceivable, for example movement of the tip holder could be powered by a motor, piezo-electric drive, thermal expansion, lever or cantilever beam. Preferably, however, the actuator comprises a rotatable camshaft extending along the elongate support, arranged to engage a cam follower provided on a slide forming part of or coupled to the tip holder, such that the slide is caused to move in a direction substantially perpendicular to the axis of the support as the camshaft is rotated.  This arrangement provides the operator with an easy and accurate way of controlling the height of the specimen and does not contain any complex parts which would require frequent maintenance.  Conveniently, the slide forms a protrusion on the tip holder which slidably engages with an elongate aperture or cavity in the elongate support.
Generally, the elongate support is a barrel and the actuator extends within the barrel.  This is a convenient arrangement, providing support and protection for the actuating means and resulting in a compact unit for fitting into a TEM. 
Preferably, the barrel or other elongate support is further provided with internal sealing means which prevent the passage of gas between the camshaft and the barrel to maintain the vacuum in the TEM cavity.  Alternatively, sealing means may be provided elsewhere in the tip holder assembly or left out of the design.  However, it is convenient to position sealing means in the barrel where a good seal may be made between the camshaft and the barrel itself.  This prevents entry of gas into the TEM through the tip holder assembly.
The tip holder may be integrally formed with a specimen tip.  However, it is preferable that the tip holder is adapted to removably support a specimen tip.  By making it possible to remove a specimen tip from the tip holder, interchangeable specimen tips may be used.  Different styles of specimen tips may be chosen in accordance with the sample to be investigated and the TEM techniques to be employed.  For example, many TEMs are equipped with X-ray analysis apparatus and may be used to carry out techniques such as energy dispersive spectroscopy (EDS).  In such a case, it is advantageous if the side of the specimen tip which faces the EDS detector is cut back far enough not to be directly in the detector's path.  This means that the detector will only receive signals from the sample material and mounting grid, should one be employed.
Once the specimen is mounted onto a specimen tip, the individual specimens can also be handled and stored as an assembly with the interchangeable specimen tip.  It is further preferable that the specimen tip holder assembly further comprises a specimen tip.  
In order to removably support a specimen tip, the tip holder could be provided with screw or clips with which to support the specimen tip.  However, the tip holder is preferably provided with clamping means to removably support the specimen tip.  There are various ways in which the specimen tip may be clamped to the tip holder, but preferably the tip holder comprises two members, coupled by a pivot pin, and biassing means for urging the two members towards one another, so as to clamp at least a portion of a specimen tip between them.  This straightforward arrangement is easy to operate and will securely support the specimen tip in the TEM. 
According to a second aspect of the invention, a specimen tip for supporting a specimen in a transmission electron microscope is provided with a substantially planar surface onto which a specimen is bonded, and a cut-out located underneath the specimen through which electrons may pass.  Effectively, the tip is shaped so as to allow electrons to pass through the specimen without obstruction by the specimen tip.  By bonding the specimen onto the specimen tip, it is possible to securely hold the specimen in place without a need for complex mechanical clips or cages which add bulk to the specimen holder.  It is therefore possible to reduce the dimensions of the specimen tip, thereby allowing the specimen to be tilted through a greater angle in the confined space within the TEM pole piece.  This arrangement can achieve high tilt angles such as +/- 80° of sample tilt in small, high resolution pole piece gaps.
Robust samples may generally be mounted directly onto such a specimen tip.  However, more fragile samples may require further support.  The specimen in this case may therefore comprise a mounting grid to which the sample is bonded.  In use, the specimen is then bonded to the planar surface of the specimen tip.  Effectively, the specimen (which may include a mounting grid and a sample, or could comprise a sample alone) becomes an integral part of the specimen tip.
Advantageously, the tip holder of the specimen tip holder assembly supports a specimen tip as above described.  The combination of an assembly provided with in situ height adjustment and reduced-size specimen tips provides a specimen holder particularly well adapted for carrying out electron tomography in an ultra high resolution TEM.  The small specimen tips allow large angles of sample tilt inside the TEM, and the movement of the tip holder in a direction perpendicular to the axis of the barrel makes it possible to accurately fine tune the height of the specimen so that the point of interest is located at the eucentric height.  
According to a further aspect of the invention, a transmission electron microscope has an evacuated cavity into which a specimen tip holder assembly according to the first aspect of the invention extends.  Preferably, the actuating means are operable from outside of the evacuated cavity.  
The invention also provides a method of mounting a specimen to a specimen tip for supporting a specimen in a transmission electron microscope, the method comprising the steps of:
a) applying adhesive to at least part of a planar surface on a specimen tip and/or to at least part of a specimen;
b) positioning the specimen on the specimen tip at a location such that the passage of electrons through an at least partially electron-transparent portion of the specimen is not disrupted by the specimen tip; and
c) bonding the positioned specimen to the specimen tip by means of the adhesive.  
This mounting procedure requires no mechanical fixing components to be provided on the specimen tip.  The size of the specimen tip can therefore be reduced and the tilt angles attainable inside the TEM increased.  The specimen can also be handled and stored attached to the specimen tip, which protects the specimen and greatly increases its ease of handling.  As previously discussed, if the sample is sufficiently robust, the specimen may comprise a sample alone.  However, if the sample requires extra support, the specimen may further comprise a mounting grid to which the specimen is bonded.  Therefore the method may further comprise the step of bonding the sample to the mounting grid prior to step (a).
At this stage the specimen is ready for use in the TEM.  However, the size of the assembly may be further reduced by trimming the side portions of the sample and/or mounting grid.  This may be performed either before or after mounting the specimen to the specimen tip. Therefore, the method may further comprise the step of removing at least some of the area of the specimen which overhangs or will overhang the specimen tip.  Alternatively physically smaller specimens may be used.  Each of the above may provide for improved angles of tilt for the specimen when mounted to the tip.
After analysis in the TEM, if desired, the specimen can be removed from the specimen tip by mechanical means or by soaking the tip in a suitable solvent in which the bonding agent will dissolve. 
An example of a specimen holder assembly in accordance with the present invention incorporating a specimen tip in accordance with a second aspect of the present invention will now be described and contrasted with known specimen holders with reference to the accompanying drawings, in which:-
Figure 1 is a schematic diagram illustrating the workings of a conventional transmission electron microscope;
Figure 2a is a plan view of a typical specimen prepared for analysis in a TEM;
Figure 2b is a cross section along a line X of the specimen shown in Figure 2a;
Figures 3a, 3b and 3c illustrate the end portions of a variety of conventional specimen holders;
Figure 4 is a perspective view of an example of a specimen tip holder assembly in accordance with the present invention, supporting an example of a specimen tip in accordance with a second aspect of the invention;
Figure 5 is a plan view of the specimen tip holder assembly and specimen tip shown in Figure 4;
Figure 6 is a side view of the specimen tip holder assembly and specimen tip shown in Figures 4 and 5;
Figure 7a is an enlarged portion of Figure 5;
Figure 7b is a cross section of a portion of the specimen tip holder assembly and specimen tip illustrated in Figures 4 to 6, along the line Y shown in Figure 7a;
Figure 8a is a perspective view of an example of a specimen tip in accordance with a second aspect of the present invention, with the specimen removed for clarity;
Figure 8b is a perspective view of a second example of a specimen tip in accordance with a second aspect of the invention, with the specimen removed for clarity;
Figure 9a is a perspective view of a specimen tip with a specimen attached, and its sides trimmed; and
Figure 9b is a perspective view of a specimen tip with a mounting grid attached and its sides trimmed.
A specimen tip holder assembly for mounting a specimen tip in a transmission electron microscope (TEM) is illustrated in Figures 4, 5 and 6.  The assembly 20 consists of a barrel 21, long enough to extend from the exterior of a TEM to the pole piece gap where the sample  is positioned in use, and a tip holder 22 coupled to one end of the barrel 21.  The tip holder 22 is adapted to support a specimen tip 23.  In the Figures, the specimen tip is shown as a separate component, but it is envisaged that the specimen tip 23 could form an integral part of tip holder 22 if so desired.  At its other end, the barrel is equipped with a housing 24 designed to fit against the side of a TEM, and a dial 25, discussed below.  The assembly 20 is provided with polymeric sealing rings 26 which are fitted around the barrel in such a way that, when placed in a TEM, the passage of gas between the barrel and the TEM is prevented.  This enables the TEM to maintain the high vacuum required for successful operation.
The tip holder 22 and the barrel 21 are coupled together in such a way that relative movement between the two components is possible in a direction perpendicular to the axis of the barrel.  This arrangement is shown in Figure 7b.  Inside the barrel 21, there is a chamber 35 located adjacent to the end of the barrel 21 supporting tip holder 22 and defined by the inner walls of barrel 21, slide retainer 37a and end plate 37b.  The chamber or cavity 35 is typically elongate in the direction of movement.  The end plate 37b is welded, or otherwise attached, to the inside wall of the barrel 21, and is provided with a central aperture through which a rear portion of the tip holder 22 passes.  The aperture is conveniently round but could be elongate in the direction of movement.  This has the added benefit of preventing any accidental pivotal motion of the tip holder.  The aperture is larger than the portion of the tip holder passing therethrough, to allow relative displacement of the tip holder.  A slide 31 is disposed within chamber 35 in such a way that it is able to move up and down along a direction A.  By re-orientating the slide and chamber arrangement (and aperture if necessary), it would be possible to move the slide back and forth in any direction perpendicular to the axis of the barrel 21.  
The tip holder 22 is fixed to the slide 31 by means of a screw 34.  This allows the tip holder to be easily removed for maintenance, replacement or storage.  Other fixing methods could also be used, or alternatively the slide 31 could form an integral part of tip holder 22.  The slide 31 and the portion of the tip holder 22 to which it is attached effectively form a protrusion on the tip holder 22 which slidably engages the aperture or cavity in the barrel 21.
A spring 33, or other means of imparting a biassing force to the slide 31 is disposed between the slide 31 and the base of the chamber 35.  The slide 31 is provided with a cam follower 32 which abuts a cam shaft 36.  The spring 33 forces the cam follower 32 against the cam shaft 36.
Cam shaft 36 is rotatably mounted within barrel 21 and extends from the slide 31 through the barrel 21 to the far end where the cam shaft 36 is coupled with dial 25.  To enable rotation of camshaft 36, it is mounted in bearings.  In this example, bushes (not shown) are used, but roller or alternative types of bearings may be employed.  At its end 38, cam shaft 36 has an eccentric diameter, defining a cam, which contacts cam follower 32 on slide 31.  Internal sealing rings 39 are positioned between the cam shaft 36 and the barrel 21 to prevent gas entering the TEM through the specimen holder. 
On rotation of the cam shaft 36, slide 31 and tip holder 22 translate perpendicularly to the long axis of the barrel.  The specimen 4 essentially follows a substantially rectilinear path in the Z-axis (substantially parallel to the optic axis A-A of the TEM).  This avoids any displacement in the other axes so that the Z-height of the specimen 4 may be adjusted (and the beam focussed) without lateral movement of the specimen.  The spring 33 ensures that the cam follower 32 and the cam (eccentric diameter) end 38 of the cam shaft 36 stay in contact with each other throughout the range of movement.  The cam shaft may be rotated by turning dial 25 at the far end of the holder assembly 20.  In this example, rotating the dial clockwise raises the slide 31, tip holder 22 and the specimen tip 23.  Rotating the dial in a counter-clockwise direction lowers the components.  Of course, the assembly could be arranged so that the directions are reversed.  An operator can therefore adjust the z-axis position of a specimen mounted in the TEM by rotating the dial 25 at the rear of the holder assembly, outside of the microscope.  Thus, the eucentric height may be fine-tuned without having to move the whole holder assembly 20 or having to re-focus the electron beam. 
To ensure that the mechanism does not exceed its lowest or highest points of contact at minimum and maximum adjustment, there is a slot, at an angle such as 180°, machined into the dial face which mates with a pin (not shown) that protrudes from the housing 24.  This ensures that the eccentric diameter is at its mid-point of contact at zero adjustment and that the cam shaft 36 cannot rotate through more than a certain angle, such as +/- 90°.  To aid the operators, and to improve the reproducibility of the specimen height setting, there is also a set of index marks 27 on the dial 25 and housing 24.
In one example, the total adjustment range is 760 microns along the z-axis.  The slide travel is therefore limited to +/-380 microns.  The adjustment range can of course be increased or decreased by varying the dimensions of the cam shaft 36 and the slide 31. 
In this example, the tip holder is arranged such that the specimen tip 23 may be removed and replaced.  The tip holder 22 is equipped with a movable clamping arm 28, coupled to the main body of the tip holder 22 via a pivot pin 29 and spring 30.  The specimen tip 23 is retained in the tip holder 22 by sliding it into a hole in the end of the tip holder 22 and placing it between the clamping arm 28 and the main part of the tip holder 22.
The pin 29 extends across the full width of the tip holder 22 and retains the clamping arm 28 in a slot in the tip holder 22, permitting it to pivot.  The spring 30 or alternative biassing means puts pressure on one end of the clamping arm 28 so that equal pressure is exerted on a flat surface machined onto the bottom of the specimen tip 23.  The specimen tip 23 is then constrained from unwanted linear movement by the fit of the specimen tip 23 into the hole in the tip holder 22, the rear face of specimen 23 contacting a stop in the tip holder 22 and being held under spring pressure from the clamping arm 28.  The specimen tip 23 is constrained from angular movement by the contacting flat surfaces of the specimen tip 23 and the clamping arm 28.  An operator may release the clamping mechanism by applying slight pressure, for example with the end of a pair of tweezers, to a circular recessed area 28a on the spring end of the clamping arm 28.  This pressure compresses the spring 30 and pivots the clamping arm 28, releasing pressure on the specimen tip 23. 
Since the specimen tip 23 may be removed from the tip holder 22, it is possible to use interchangeable specimen tips.  Different styles of specimen tip may be selected for different types of specimen material or different TEM techniques, as will be discussed in detail below.  
Figures 8a and 8b show two examples of specimen tips which may be used in conjunction with the tip holder assembly described above to support a specimen in a transmission electron microscope.  Each specimen tip 23a or 23b consists of a length of rigid material with a thin planar surface 40 at one end and a flat edge 42 adjacent to the other.  The tip material may be selected according to its intended application.  For example, titanium would be adequate for most applications but for X-ray microanalysis, beryllium is preferable.  The planar area may be provided with a cut-out such as 41a or 41b or may be otherwise shaped so as to allow passage of electrons through the specimen 4 unimpeded by the tip 23.  The specimen tips 23a and 23b shown respectively in Figures 8a and 8b are illustrated without the specimen attached so as to clearly show the structure of the supporting tip itself.   
A standard prepared TEM specimen 4, such as that shown in Figure 2, is positioned on the planar surface 40 so that the hole 10 and electron transparent region 11 of the specimen 4 are located above cut-out 41a or 41b.  The completed assembly is shown in Figure 9a in which the edges of the specimen 4 have been trimmed for reasons which will be discussed below.  This step is however optional.  By carefully positioning the specimens 4 as shown, in use the electron beam transmitted through the specimen will not be intercepted by the specimen tip 23.  The specimen 4 is bonded into position on the specimen tip 23 by means of an adhesive or other bonding agent.  
The flat surface 42 at the rear end of the specimen tip can be used to help mount the specimen tip 23 in a tip holder such as that described above. 
By bonding the specimen 4 to the specimen tip 23 rather than using clips or other mechanical fixing means, the size of the specimen tip may be significantly reduced.  Indeed, the need for any sort of specimen clamping or locating mechanism is eliminated thus allowing a much thinner tip profile to fit between the narrow gap of the TEM pole pieces.  In the example shown, the specimen tip 23 is 1.5mm in diameter.  Unlike conventional specimen holders, it is possible that the specimen tip 23 may be smaller than the specimen 4 mounted to it (typically 3mm diameter), since no allowance need be made for mechanical fixing apparatus.  The reduced-sized specimen tip makes it possible to significantly increase the specimen tilt angles attainable in the TEM.  
The specimen 4 in the form of a sample to be investigated, may be mounted directly to a specimen tip 23 as shown in Figure 9a.  However, the required specimen dimensions often result in a sample being fragile and requiring extra support on a specimen tip.  Therefore a mounting grid 9 may be used (to which the sample is bonded).  This can then be bonded to the surface 40 of the tip 23.  Figure 9b shows a mounting grid 9 and sample (not shown) bonded to a specimen tip, trimmed as per Figure 9a.
If desired, the size of the specimen tip assembly may be further reduced by trimming the left and right edges of the specimen sample or grid such that they are flush to the sides of the tip as depicted in Figures 9a and 9b.  This can be carried out before or after the specimen is bonded to the specimen is bonded to the specimen tip.  Alternatively the sample could be prepared to a reduced size (e.g. a 1.5mm diameter disk) before attachment.  Such an arrangement can achieve +/-80% of sample tilt in small, high-resolution pole piece gaps.  The increased tilt range enables TEM images of the specimen to be obtained over a very wide range of angles and is of particular use when carrying out techniques such as electron tomography.
Once bonded, the individual specimens can be handled and stored as an assembly with the interchangeable specimen tip 23.  By bonding the specimen to the specimen tip 23, the tip 23 effectively becomes the specimen and is much easier to handle, being much more rigid than the specimen 4 alone.  This protects delicate specimens and also improves reproducibility of results obtained in the TEM since it allows the specimen to be accurately repositioned each time examination is carried out.  If desired, the specimen can be removed by mechanical means or by soaking the tip in a suitable solvent for the bonding agent.  
Various styles of specimen tip 23 may be used with the tip holder assembly described above.  In Figure 8, a J-shaped tip 23a and a C-shaped tip 23b are illustrated.  Both tips are machined to facilitate energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis.  The area of the specimen tip which when in use would face the EDS detector is removed so as not to be directly in the detector's path.  The EDS detector will then only receive signals from the sample and grid materials and will not be contaminated with signals from the specimen tip itself.  
The C-shaped tip 23b should be compatible with most mounting grids and specimens.  The J-shaped tip 23a offers some more support for thin mounting grids and fragile specimens.  Other tip designs, to suit specific types, shapes and sizes of specimen are envisaged, including a full-circle aperture for use with particularly thin specimens or in situations where EDS analysis is not to be carried out.  The interchangeable specimen tips 23 may be reusable or disposable tailored to the specimen type in use.
CLAIMS
1.  A specimen tip holder assembly for mounting a specimen tip in a transmission electron microscope (TEM), the specimen tip holder assembly comprising a tip holder for supporting a specimen tip, the tip holder being coupled to an elongate support for movement in a direction substantially perpendicular to the axis of the support, and an actuator mounted to the support for causing motion of the tip holder relative to the support.
2.  A specimen tip holder assembly according to claim 1 wherein the movement between the tip holder and the elongate support is substantially rectilinear.
3.  A specimen tip holder assembly according to claim 1 or claim 2 wherein the movement between the tip holder and the elongate support is substantially parallel to an optic axis of the TEM.
4.  A specimen tip holder assembly according to any of the preceding claims wherein the elongate support is provided with an elongate aperture or cavity extending in the direction of movement, and the tip holder comprises a protrusion which slidably engages with the elongate aperture or cavity.
5.  A specimen tip holder assembly according to claim 4 wherein the elongate aperture or cavity extends in a direction substantially parallel to an optic axis of the TEM.
6.  A specimen tip holder assembly according to any of the preceding claims wherein the actuator is adapted to be operated from a location remote from the tip holder.
7.  A specimen tip holder assembly according to any of the preceding claims wherein the tip holder is adapted to removably support a specimen tip.
8.  A specimen tip holder assembly according to any of the preceding claims which further comprises a specimen tip.
9.  A specimen tip holder assembly according to claim 7 or claim 8 wherein the tip holder is provided with clamping means to removably support the specimen tip.
10.  A specimen tip holder assembly according to claim 9 wherein the tip holder comprises two members, coupled by a pivot pin, and biassing means for urging the two members towards one another, so as to clamp at least a portion of a specimen tip between them.
11.  A specimen tip holder assembly according to any of the preceding claims wherein the elongate support is a barrel, and the actuator extends within the barrel.
12.  A specimen tip holder assembly according to any of the preceding claims wherein the actuator comprises a rotatable camshaft extending along the elongate support, arranged to engage a cam follower provided on a slide forming part of or coupled to the tip holder, such that the slide is caused to move in a direction substantially perpendicular to the axis of the support as the camshaft is rotated.
13.  A specimen tip holder assembly according to claim 12 wherein the support is further provided with sealing means which prevent the passage of gas between the camshaft and the elongate support.
14.  A specimen tip for supporting a specimen in a transmission electron microscope, the tip being provided with a substantially planar surface onto which a specimen is bonded, and a cut-out located underneath the specimen through which electrons may pass.
15.  A specimen tip according to claim 14, wherein the specimen comprises a sample.
16.  A specimen tip according to claim 15 wherein the specimen further comprises a mounting grid to which the sample is bonded, at least the mounting grid being bonded to the planar surface.
17.  A specimen tip holder assembly according to any of claims 1 to 13 wherein the tip holder supports a specimen tip according to any of claims 14 to 16.
18.  A transmission electron microscope having an evacuated cavity into which a specimen tip holder assembly according to any of claims 1 to 13 or 17 extends.
19.  A transmission electron microscope according to claim 18 wherein the actuating means are operable from outside of the evacuated cavity. 
20.  A method of mounting a specimen to a specimen tip for supporting a specimen in a transmission electron microscope, the method comprising the steps of:
a)  applying adhesive to at least part of a planar surface on a specimen tip and/or to at least part of a specimen;
b)  positioning the specimen on the specimen tip at a location such that the passage of electrons through an at least partially electron-transparent portion of the specimen is not disrupted by the specimen tip; and
c)  bonding the positioned specimen to the specimen tip by means of the adhesive.
21.  A method according to claim 20, wherein the specimen comprises a sample.
22.  A method according to claim 21, wherein the specimen comprises a mounting grid to which the sample is bonded.
23.  A method according to claim 22, wherein the method further comprises bonding the sample to the mounting grid prior to step (a).
24.  A method according to any of claims 20 to 23 further comprising, prior to step (a) or after step (c), removing at least some of the area of the specimen which overhangs the specimen tip. 
25.  A method according to any of claims 20 to 24 wherein the adhesive is a high vacuum compatible adhesive.
ABSTRACT
SPECIMEN TIP AND TIP HOLDER ASSEMBLY
A specimen tip holder assembly for mounting a specimen tip in a transmission electron microscope (TEM) is described.  The specimen tip holder assembly comprises a tip holder for supporting a specimen tip.  The tip holder is coupled to an elongate support for movement in a direction substantially perpendicular to the axis of the support.  An actuator is mounted to the support for causing motion of the tip holder relative to the support.
【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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