(57)【要約】【課題】試料が分散した液滴の溶媒を乾燥させることで試料を作製する場合において、試料台等での結露の発生を防止する。【解決手段】下側構造体１２によって、試料台が設けられる試料室１８が形成される。上側構造体１４によって、試料室１８の上方にノズル室２０が形成される。試料室１８とノズル室２０はゲートバルブ１６によって仕切られている。ノズル室２０には、試料を吐出するノズル３４における少なくとも先端開口部３６が臨んでいる。制御装置７４は、下側構造体１２と上側構造体が連通するときに、試料室１８内のガス圧力がノズル室２０内のガス圧力よりも高くなるよう関係を維持する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台が設けられる試料室を形成する下側構造体と、
前記試料室の上方にノズル室を形成する上側構造体と、
前記試料室と前記ノズル室とを仕切るゲートバルブと、
前記試料室内のガス圧力を制御する制御手段と、
を含み、
前記ノズル室には、試料を吐出するノズルにおける少なくともノズル先端開口部が臨んでおり、
前記制御手段は、前記下側構造体と前記上側構造体が連通するときに、前記試料室内のガス圧力が前記ノズル室内のガス圧力よりも高くなるよう関係を維持する、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試料作製装置において、
前記下側構造体と前記上側構造体が連通する時期は、前記試料台に試料を滴下する工程に含まれる時期である、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の試料作製装置において、
前記制御手段は、前記試料室内のガス圧力が前記ノズル室内のガス圧力よりも高くなるように、前記試料室内への乾燥ガスの供給を制御する、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項４】
請求項３に記載の試料作製装置において、
前記制御手段は、前記ゲートバルブを開けた後に、前記試料室に乾燥ガスを供給して、前記試料室と前記ノズル室との間のガス圧力の前記関係を維持する、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の試料作製装置において、
前記試料台を冷却する冷却手段を更に含み、
前記制御手段は、前記試料台が前記冷却手段によって冷却された上で、前記ゲートバルブを開ける前に、前記試料室のガス圧力が前記ノズル室のガス圧力よりも高くなるようにガス圧力を制御する、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項６】
請求項５に記載の試料作製装置において、
前記試料室を減圧する真空装置を更に含み、
前記制御手段は、前記ゲートバルブが閉じている状態で、前記真空装置によって前記試料室内を減圧し、前記冷却手段によって前記試料台を冷却し、前記試料室内に乾燥ガスを供給し、その上で、前記試料室と前記ノズル室との間のガス圧力の関係を形成してから、前記ゲートバルブを開ける、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の試料作製装置において、
前記上側構造体と前記下側構造体との間で前記ノズルを搬送する搬送機構を更に含み、
前記上側構造体は、前記ノズルの運動に伴って変形する変形部材を含む、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項８】
請求項７に記載の試料作製装置において、
前記ゲートバルブの周囲において前記ゲートバルブの開口を囲むように配置された硬質のフレームを更に含み、
前記変形部材は、前記フレームの開口縁から前記ノズルの周囲までを封止する袋状の部材である、
ことを特徴とする試料作製装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の試料作製装置において、
前記制御手段は、前記ノズルによって前記試料台に試料を滴下する工程と、前記試料台に試料を滴下した後、前記試料室内を減圧して真空乾燥を行う工程と、を更に制御する、
ことを特徴とする試料作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡用の試料を作製する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡等の顕微鏡で観察する微粒子試料を、微粒子を溶媒に分散した溶液を原液とする液滴（以下、「微粒子分散液滴」と記載する）から作製する場合がある。例えば、微粒子分散液滴を、冷却された試料台に滴下して冷却し（例えば凝固させ）、その状態で液滴の溶媒を乾燥させることで、微粒子試料を作製する技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、環境によっては、試料の作製過程で試料台等にて結露が発生し、結露で生じた水分中の汚染物質によって、試料が汚染される場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、試料が分散した液滴の溶媒を乾燥させることで試料を作製する場合において、試料台等での結露の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る試料作製装置は、試料台が設けられる試料室を形成する下側構造体と、前記試料室の上方にノズル室を形成する上側構造体と、前記試料室と前記ノズル室とを仕切るゲートバルブと、前記試料室内のガス圧力を制御する制御手段と、を含み、前記ノズル室には、試料を吐出するノズルにおける少なくともノズル先端開口部が臨んでおり、前記制御手段は、前記下側構造体と前記上側構造体が連通するときに、前記試料室内のガス圧力が前記ノズル室内のガス圧力よりも高くなるよう関係を維持する、ことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によると、試料室のガス圧力がノズル室のガス圧力よりも高いため、ノズル室から試料室への空気の流入を防止又は抑制することが可能となる。これにより、試料室内を冷却して試料室内の温度を下げた場合であっても、試料台等での結露の発生を防止することが可能となる。試料作製時においては、ゲートバルブが開き、ノズル室から試料室へノズルが搬送される。試料台には、例えば試料ホルダが設置され、ノズル先端開口部から試料ホルダに液滴が吐出される。液滴には、試料（例えば微粒子）が分散している。例えば、試料室が真空ポンプによって減圧され、これにより、液滴の溶媒が乾燥して、試料ホルダに試料（例えば微粒子試料）が残存することになる。
【０００８】
前記下側構造体と前記上側構造体が連通する時期は、前記試料台に試料を滴下する工程に含まれる時期である。
【０００９】
前記制御手段は、前記試料室内のガス圧力が前記ノズル室内のガス圧力よりも高くなるように、前記試料室内への乾燥ガスの供給を制御する。
【００１０】
前記制御手段は、前記ゲートバルブを開けた後に、前記試料室に乾燥ガスを供給して、前記試料室と前記ノズル室との間のガス圧力の前記関係を維持する。これにより、ゲートバルブを開けて、試料室とノズル室が繋がった場合であっても、試料室のガス圧をノズル室のガス圧よりも高い圧力に維持することが可能となる。
【００１１】
前記試料台を冷却する冷却手段を更に含み、前記制御手段は、前記試料台が前記冷却手段によって冷却された上で、前記ゲートバルブを開ける前に、前記試料室のガス圧力が前記ノズル室のガス圧力よりも高くなるようにガス圧力を制御する。
【００１２】
前記試料室を減圧する真空装置を更に含み、前記制御手段は、前記ゲートバルブが閉じている状態で、前記真空装置によって前記試料室内を減圧し、前記冷却手段によって前記試料台を冷却し、前記試料室内に乾燥ガスを供給し、その上で、前記試料室と前記ノズル室との間のガス圧力の関係を形成してから、前記ゲートバルブを開ける。
【００１３】
前記上側構造体と前記下側構造体との間で前記ノズルを搬送する搬送機構を更に含み、前記上側構造体は、前記ノズルの運動に伴って変形する変形部材を含む。
【００１４】
前記ゲートバルブの周囲において前記ゲートバルブの開口を囲むように配置された硬質のフレームを更に含み、前記変形部材は、前記フレームの開口縁から前記ノズルの周囲までを封止する袋状の部材である。
【００１５】
上記の構成によると、フレームによって、試料室への変形部材の入り込みや巻き込み等を防止することが可能となる。例えば、変形部材によってノズル室が形成される。
【００１６】
前記制御手段は、前記ノズルによって前記試料台に試料を滴下する工程と、前記試料台に試料を滴下した後、前記試料室内を減圧して真空乾燥を行う工程と、を更に制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、試料が分散した液滴の溶媒を乾燥させることで試料を作製する場合において、試料台等での結露の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る試料作製装置を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る試料作製装置を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る試料作製装置を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る試料作製装置を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る試料作製装置を示す図である。
【図６】第３実施形態に係る試料作製装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る試料作製装置について説明する。図１には、第１実施形態に係る試料作製装置１０の概略構成が示されている。試料作製装置１０は、顕微鏡で観察される試料を作製する装置である。試料作製装置１０は、例えば試料冷却乾燥装置であり、微粒子を溶媒に分散した溶液を原液とする液滴（以下、「微粒子分散液滴」と記載する）を冷却しつつ、液滴の溶媒を乾燥させることで、微粒子試料を作製する。
【００２０】
観察対象の微粒子は、例えば粒径（例えば微粒子の最も短い部分の長さ）が１ｎｍ〜１００μｍの範囲に含まれる微粒子である。もちろん、粒径がこの範囲以外となる粒子が、観測対象の粒子として用いられてもよい。微粒子分散液滴の容量は、例えば、１ｐＬ（ピコリットル）程度である。もちろん、微粒子分散液滴の容量は、１ｐＬ以外の容量であってもよい。液滴の溶媒として、例えば、水、エタノール、メタノール、等が用いられる。もちろん、これら以外の溶媒が用いられてもよい。
【００２１】
顕微鏡は、例えば、電子ビームやイオンビーム等を用いた顕微鏡であり、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）、光やレーザーを用いる光学顕微鏡、等である。
【００２２】
試料作製装置１０は、大別して、下側構造体１２と、下側構造体１２の上方に設けられた上側構造体１４と、ゲートバルブ１６と、を含む。下側構造体１２は、内部に試料室１８を形成する部材である。下側構造体１２は、例えば真空チャンバであり、試料室１８は気密性を有する空間である。上側構造体１４は、内部にノズル室２０を形成する部材である。ノズル室２０は、試料室１８の上方に形成されている。ノズル室２０は、例えば、完全な気密室ではなく、簡易な部屋である。ゲートバルブ１６は、開閉動作を行う部材であり、下側構造体１２と上側構造体１４との間に設けられ、試料室１８とノズル室２０とを仕切るための部材（可動仕切り部材）である。ゲートバルブ１６が閉じた状態では、試料室１８とノズル室２０とがゲートバルブ１６によって仕切られ、ゲートバルブ１６が開いた状態では、試料室１８とノズル室２０とが連通する（繋がる）。図１に示す例では、ゲートバルブ１６は閉じているため、試料室１８とノズル室２０は仕切られている。ゲートバルブ１６が閉じている状態では、試料室１８は密閉された状態となる。
【００２３】
試料室１８内には、試料ホルダ台２２が設けられている。試料ホルダ台２２上に、微粒子分散液滴が滴下される試料ホルダ２４が設置されている。試料ホルダ２４には、例えば、複数の細孔や細溝等が、グリッド状あるいはアレイ状あるいはハニカム状等、規則性をもって配置されており、又は、電子顕微鏡用グリッドメッシュや支持膜付グリッドメッシュが搭載されており、個々の細孔や細溝に微粒子分散液滴が滴下される。もちろん、試料ホルダ２４は、基板等のように別の形状を有する部材であってもよい。試料ホルダ台２２と試料ホルダ２４は、例えば、アルミニウムや銅等の金属やファインセラミックス等の材料で構成されており、試料ホルダ２４の一部は、有機物の薄膜で構成されていてもよい。つまり、試料ホルダ台２２と試料ホルダ２４は、熱伝導を妨げない材料によって構成されていればよい。試料ホルダ台２２は、試料冷却部材２６上に設けられている。試料冷却部材２６は、試料ホルダ２４に滴下された微粒子分散液滴を冷却するための部材であり、例えば、ペルチェ素子を用いて微粒子分散液滴を冷却する。微粒子分散液滴は、試料冷却部材２６によって、例えば−４０℃〜−２０℃程度に冷却される。もちろん、別の手法によって微粒子分散液滴を冷却してもよい。なお、例えば、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４、及び、試料冷却部材２６によって、「試料台」が構成される。
【００２４】
下側構造体１２の上部には開口部２８が形成されている。ゲートバルブ１６が開いた状態では、開口部２８を介して、試料室１８とノズル室２０とが連通する。
【００２５】
また、下側構造体１２の側面には透明な窓３０（例えばガラス窓）が設けられていてもよい。下側構造体１２の外側にはカメラ３２が設置されており、カメラ３２は、窓３０越しに試料室１８内を撮影する。例えば、試料ホルダ２４に滴下された微粒子分散液滴をカメラ３２によって撮影することで、作業者は、微粒子分散液滴や試料ホルダ２４等の状態を観察することが可能となる。例えば、結露の発生の有無を確認することが可能となる。
【００２６】
下側構造体１２は、例えば、アルミニウムや銅等の金属によって構成されている。もちろん、別の材料によって下側構造体１２が構成されていてもよい。
【００２７】
ノズル室２０には、ノズル３４における少なくとも先端開口部３６が臨んでいる。つまり、先端開口部３６は、ノズル室２０内に配置されている。もちろん、ノズル３４の全体が、ノズル室２０内に配置されてもよい。ノズル３４は、例えばインクジェットノズルである。微粒子が分散された溶液が、図示しない溶液供給システムからノズル３４に供給され、ノズル３４は、先端開口部３６から微粒子分散液滴を吐出する。ノズル３４は、後述する搬送機構４０によって、少なくとも上下方向（Ｚ方向）に移動可能となっている。
【００２８】
上側構造体１４は、ノズル３４の運動に伴って変形する変形部材としてのカバー部材３８を含む。カバー部材３８は、例えば、ゲートバルブ１６の開口縁からノズル３４の周囲までを囲んで封止する袋状の部材である。このカバー部材３８によって囲まれた空間が、ノズル室２０に相当する。もちろん、カバー部材３８は、袋状以外の形状を有する部材、例えば、ノズル３４の運動に伴って変形する蛇腹状の部材であってもよい。カバー部材３８は、例えば、伸縮性を有する材料（例えば樹脂）によって構成されている。
【００２９】
また、試料作製装置１０は、搬送機構４０を含む。搬送機構４０は、少なくとも上下方向（Ｚ方向）にノズル３４を搬送する機構である。搬送機構４０は、例えば、ノズル３４を上下方向に搬送することで、下側構造体１２と上側構造体１４との間でノズル３４を搬送する。もちろん、搬送機構４０は、上下方向（Ｚ方向）に直交する複数の方向（例えば左右方向（Ｘ方向）、前後方向（Ｙ方向））にノズル３４を搬送する機能を備えていてもよい。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交する方向である。
【００３０】
また、ノズル３４の上方にはカメラ４２が設けられている。このカメラ４２によって、ノズル室２０内を上方から撮影することが可能となり、また、ゲートバルブ１６が開いている状態で、試料室１８内を上方から撮影することが可能となる。
【００３１】
なお、試料作製装置１０は、例えば、収納ラック等の台車４４上に設置されていてもよい。台車４４内には、例えば、ノズル３４による微粒子分散液滴の吐出動作や、搬送機構４０によるノズル３４の搬送動作等を制御する制御装置が格納されていてもよい。もちろん、試料作製装置１０は、台車４４上に設置されずに、床等に設置されてもよい。
【００３２】
微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に滴下する場合、図２に示すように、ゲートバルブ１６を開けることで、試料室１８とノズル室２０とが繋がり、この状態で、搬送機構４０によって、ノズル３４がノズル室２０から試料室１８内に搬送される。このとき、ノズル３４の移動に伴って、カバー部材３８が変形する（例えば折り畳まれる）。ノズル３４の先端開口部３６が試料ホルダ２４の近くに配置されるまで、ノズル３４が搬送され、この状態で、ノズル３４は、先端開口部３６から微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に吐出する。これにより、試料ホルダ２４に微粒子分散液滴が滴下される。例えば、搬送機構４０によってノズル３４をＸ，Ｙ方向に移動させながら、ノズル３４から微粒子分散液滴を吐出することで、試料ホルダ２４上には複数の微粒子分散液滴が滴下される。例えば、グリッド状に形成された複数の細孔や細溝内に微粒子分散液滴が滴下される。試料ホルダ２４に滴下された微粒子分散液滴は、試料冷却部材２６によって凍結される。
【００３３】
微粒子分散液滴の滴下が完了した後、搬送機構４０によって、ノズル３４が試料室１８内からノズル室２０内に搬送される。その搬送が完了した後、ゲートバルブ１６が閉じられる。この状態で、試料室１８内が真空ポンプによって減圧され、試料室１８内が真空状態となる。これにより、真空乾燥が行われる。つまり、微粒子分散液滴の溶媒が蒸発し（凍結した溶媒が昇華し）、試料ホルダ２４に微粒子が残存する。残存した微粒子が、顕微鏡用の試料として用いられる。もちろん、顕微鏡による観測条件によっては、溶媒が残存していてもよい。
【００３４】
以下、図３を参照して、試料作製装置１０の構成について更に詳しく説明する。図３には、試料作製装置１０のより詳細な構成が示されており、図１に示されている試料作製装置１０の構成に加えて、配管等が示されている。
【００３５】
図１に示す構成と同様に、試料作製装置１０は、下側構造体１２、上側構造体１４、ゲートバルブ１６及びノズル３４を含む。下側構造体１２内には試料室１８が形成されており、試料室１８内には、試料冷却部材２６が設置されている。試料作製時には、試料冷却部材２６上に試料ホルダ台２２が設置され、試料ホルダ台２２上に試料ホルダ２４が設置される。上側構造体１４はカバー部材３８を含み、上側構造体１４内にはノズル室２０が形成されている。ノズル室２０には、ノズル３４における少なくとも先端開口部３６が臨んでいる。図３に示す例では、ゲートバルブ１６は閉じており、これにより、試料室１８とノズル室２０とが仕切られている。ゲートバルブ１６が開いた状態では、下側構造体１２の開口部２８を介して、試料室１８とノズル室２０とが連通する（繋がる）。また、ノズル３４は、搬送機構４０によって、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に搬送される。なお、図３には示されていないが、図１に示すように、下側構造体１２に窓３０が設けられて、カメラ３２によって試料室１８内が撮影されてもよい。また、カメラ４２によって、試料室１８内が上方から撮影されてもよい。
【００３６】
試料冷却部材２６には、温度センサ４６が設けられている。温度センサ４６は、試料冷却部材２６の温度を計測する。温度センサ４６の計測値（温度データ）は、後述する制御装置７４に出力される。例えば、試料冷却部材２６の温度は、温度センサ４６の計測値に基づいて制御される。
【００３７】
下側構造体１２には、真空用配管４８が設置されている。真空用配管４８の一方端は、試料室１８内に配置されており、他方端は真空ポンプＰに接続されている。真空乾燥時には、試料室１８内は真空ポンプＰによって減圧される。例えば、２０Ｐａから０．１Ｐａ程度まで減圧される。もちろん、この数値は一例に過ぎず、試料作製の条件に応じて、減圧の量が調整されてもよい。
【００３８】
また、下側構造体１２には、乾燥ガス用配管５０が設置されている。乾燥ガス用配管５０の一方端は、試料室１８内に配置されており、他方端は、図示しない乾燥ガス供給システムに接続されている。乾燥ガス供給システムから供給された乾燥ガスは、乾燥ガス用配管５０を介して試料室１８内に供給される。乾燥ガスとして、試料台の到達温度よりも低い露点温度を持つ、例えば、窒素ガスや乾燥空気、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。乾燥ガス用配管５０には、電磁弁５２が設けられており、この電磁弁５２の開閉状態を制御することで、試料室１８内への乾燥ガスの供給量を調整することができる。電磁弁５２の開閉の制御は、後述する制御装置７４によって行われる。
【００３９】
また、下側構造体１２には、リリーフバルブ５４が設けられている。試料室１８内の圧力が予め設定された圧力（第１設定圧力）以上になると、リリーフバルブ５４が開いて、試料室１８内のガスを試料室１８の外部に排出し、試料室１８内の圧力が第１設定圧力未満では、リリーフバルブ５４は閉じている。
【００４０】
試料室１８内には、温度湿度センサ５６や圧力センサ５８が設けられていてもよい。例えば、温度湿度センサ５６と圧力センサ５８は、試料室１８内において下側構造体１２の内側の側面に取り付けられている。温度湿度センサ５６は、試料室１８内の温度と湿度を計測し、圧力センサ５８は、試料室１８内の圧力を計測する。温度湿度センサ５６の計測値（温度データと湿度データ）と圧力センサ５８の計測値（圧力データ）は、後述する制御装置７４に出力される。例えば、温度湿度センサ５６の計測値や圧力センサ５８の計測値に基づいて、試料室１８内に供給される乾燥ガスの量を制御してもよい。
【００４１】
上側構造体１４は、カバー部材３８の他、硬質のフレーム６０を含む。フレーム６０は、ゲートバルブ１６の周囲において、開口部２８とゲートバルブ１６の開口部を囲むように、ほぼ垂直に立てられている。カバー部材３８は、フレーム６０の上側の開口縁からノズル３４の周囲までを囲んで封止している。フレーム６０を用いることにより、ノズル３４が試料室１８内に搬送されたときに、カバー部材３８が、ノズル３４の先端開口部３６からの液滴の吐出を妨げる位置に入り込むことを防止することが可能となる。カバー部材３８とフレーム６０とによって囲まれている空間が、ノズル室２０に相当する。もちろん、フレーム６０が設けられていなくてもよい。この場合、カバー部材３８は、ゲートバルブ１６の開口縁からノズル３４の周囲までを囲んで封止することになり、カバー部材３８によって囲まれた空間が、ノズル室２０に相当する。
【００４２】
フレーム６０には、乾燥ガス用配管６２が設置されている。乾燥ガス用配管６２の一方端は、ノズル室２０内に配置されており、他方端は、図示しない乾燥ガス供給システムに接続されている。乾燥ガス供給システムから供給された乾燥ガスは、乾燥ガス用配管６２を介してノズル室２０内に供給される。乾燥ガス用配管６２には、電磁弁６４が設けられており、この電磁弁６４の開閉状態を制御することで、ノズル室２０内への乾燥ガスの供給量を調整することができる。電磁弁６４の開閉の制御は、後述する制御装置７４によって行われる。
【００４３】
また、フレーム６０には、リリーフバルブ６６が設けられている。ノズル室２０内の圧力が予め設定された圧力（第２設定圧力）以上になると、リリーフバルブ６６が開いて、ノズル室２０内のガスをノズル室２０の外部に排出し、ノズル室２０内の圧力が第２設定圧力未満では、リリーフバルブ６６は閉じている。ノズル室２０に設置されているリリーフバルブ６６の第２設定圧力は、試料室１８に設置されているリリーフバルブ５４の第１設定圧力よりも低い（第１設定圧力＞第２設定圧力）。これにより、ノズル室２０内のリリーフバルブ６６は、試料室１８内のリリーフバルブ５４よりも、低い圧力のときに機能してガスを外部に排出するので、乾燥ガスの供給時において、試料室１８内の気圧（ガス圧力）をノズル室２０内の気圧（ガス圧力）よりも高い気圧に維持することが可能となる。
【００４４】
ノズル室２０内には、温度湿度センサ６８と圧力センサ７０が設けられていてもよい。例えば、温度湿度センサ６８と圧力センサ７０は、ノズル室２０内においてフレーム６０の内側の側面に取り付けられている。温度湿度センサ６８は、ノズル室２０内の温度と湿度を計測し、圧力センサ７０は、ノズル室２０内の圧力を計測する。温度湿度センサ６８の計測値（温度データと湿度データ）と圧力センサ７０の計測値（圧力データ）は、後述する制御装置７４に出力される。例えば、温度湿度センサ６８の計測値や圧力センサ７０の計測値に基づいて、ノズル室２０内に供給される乾燥ガスの量を制御してもよい。
【００４５】
ノズル３４には、試料供給用配管７２が接続されている。微粒子を溶媒に分散した溶液が、試料供給用配管７２を介して、図示しない試料供給システムからノズル３４に供給される。ノズル３４は、試料供給システムから供給された溶液を受けて、微粒子分散液滴を吐出する。微粒子分散液滴の吐出動作は、後述する制御装置７４によって制御される。
【００４６】
制御装置７４は、ゲートバルブ１６の開閉、試料冷却部材２６による冷却動作、ノズル３４による液滴の吐出動作、搬送機構４０による搬送動作、ポンプＰの動作、電磁弁５２，６４の開閉、等を制御する装置である。制御装置７４は、例えば、試料作製の各段階に応じて、各部の動作を制御する。また、制御装置７４は、温度湿度センサ５６，６８の測定値や圧力センサ５８，７０の測定値に基づいて、電磁弁５２，６４の開閉を制御してもよい。制御装置７４は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサとプログラムを記憶した記憶装置（例えばメモリやハードディスク等）とを備えており、プロセッサがプログラムを読み込んで実行することで、制御装置７４による制御が実現される。もちろん、制御装置７４は、ハードウェアとしての回路によって構成されていてもよい。
【００４７】
制御装置７４は、例えば、試料室１８内の圧力（ガス圧力）が、ノズル室２０内の圧力（ガス圧力）よりも高くなるように、ガス圧力を制御する。例えば、制御装置７４は、試料室１８内のガス圧力がノズル室２０内のガス圧力よりも高くなるように、試料室１８内に供給される乾燥ガスの量を制御する。より具体的には、制御装置７４は、試料冷却部材２６によって試料ホルダ台２２と試料ホルダ２４を冷却した状態で、ゲートバルブ１６を開ける前に、試料室１８内のガス圧力がノズル室２０内のガス圧力よりも高くなるように乾燥ガスの量を制御する。更に詳しく説明すると、制御装置７４は、ゲートバルブ１６を閉じた状態で、真空ポンプＰによって試料室１８内を減圧し（真空状態にし）、その後、試料冷却部材２６によって試料ホルダ台２２と試料ホルダ２４を冷却する。微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に滴下する場合、制御装置７４は、その状態で、試料室１８内に乾燥ガスを導入し、試料室１８内のガス圧力がノズル室２０内のガス圧力よりも高くなってから、ゲートバルブ１６を開き、ノズル３４をノズル室２０から試料室１８に搬送する。制御装置７４は、ゲートバルブ１６を開けた後に、試料室１８に乾燥ガスを供給して、試料室１８とノズル室２０との間のガス圧力の関係を維持してもよい。
【００４８】
微粒子分散液滴の滴下前の状態や真空乾燥時においては、図３に示すように、ゲートバルブ１６は閉じられている。
【００４９】
微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に滴下する場合、制御装置７４の制御の下、図４に示すように、ゲートバルブ１６が開けられ、試料室１８とノズル室２０とが繋がる。この状態で、制御装置７４の制御の下、搬送機構４０によって、ノズル３４がノズル室２０から試料室１８内に搬送される。図４には、試料室１８内に搬送されたノズル３４が実線で示されている。図２を参照して説明したように、ノズル３４の移動に伴って、カバー部材３８が変形する。ノズル３４の先端開口部３６が試料ホルダ２４の近くに配置されるまで、ノズル３４が搬送される。この状態で、制御装置７４の制御の下、ノズル３４は、先端開口部３６から微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に吐出する。これにより、試料ホルダ２４に微粒子分散液滴が滴下される。例えば、制御装置７４の制御の下、搬送機構４０によって、ノズル３４をＸ，Ｙ方向に移動させながら、ノズル３４から微粒子分散液滴を吐出することで、試料ホルダ２４上には複数の微粒子分散液滴が滴下される。
【００５０】
以下、図３及び図４を参照して、試料作製時における試料作製装置１０の動作、つまり、第１実施形態に係る試料作製方法について詳しく説明する。
【００５１】
（１）まず、試料冷却部材２６上に試料ホルダ台２２を設置し、試料ホルダ台２２上に試料ホルダ２４を設置する。次に、制御装置７４の制御の下、図３に示すように、ゲートバルブ１６を閉じた状態で、試料室１８内をポンプＰによって減圧し、試料室１８内を真空状態に維持する。
【００５２】
（２）次に、制御装置７４の制御の下、ポンプＰによる減圧動作を停止し、電磁弁５２，６４を開き、試料室１８内とノズル室２０内に乾燥ガスを供給する。なお、乾燥ガスを、試料ホルダ台２２や試料ホルダ２４に直接向けて供給しないことが好ましい。試料室１８内の温度と湿度は温度湿度センサ５６によって測定され、試料室１８内の圧力は圧力センサ５８によって測定され、各測定データは制御装置７４に出力される。同様に、ノズル室２０内の温度と湿度は温度湿度センサ６８によって測定され、ノズル室２０内の圧力は圧力センサ７０によって測定され、各測定データは制御装置７４に出力される。
【００５３】
（３）次に、制御装置７４の制御の下、電磁弁５２，６４を閉じ、試料冷却部材２６による冷却を開始する。これにより、試料室１８内とノズル室２０内への乾燥ガスの供給が停止され、試料ホルダ台２２と試料ホルダ２４が冷却される。試料冷却部材２６の温度は温度センサ４６によって測定され、その測定データは制御装置７４に出力される。
【００５４】
（４）試料冷却部材２６による冷却によって試料冷却部材２６の温度が低下し、これにより、試料室１８内の雰囲気の温度が低下し、ボイルシャルルの法則により、試料室１８内の気圧が低下する。例えば、試料室１８内の気圧が１ａｔｍの場合において、試料室１８内の温度が２０℃（２９３Ｋ）から０℃（２７３Ｋ）に低下した場合、試料室１８内の気圧は、０．９３ａｔｍ（＝２７３／２９３）となる。次に、制御装置７４の制御の下、試料室１８側の電磁弁５２を開き、試料室１８内に乾燥ガスを供給する。このとき、試料室１８内の気圧（ガス圧力）がノズル室２０内の気圧（ガス圧力）よりも高くなるように、電磁弁５２を制御して、試料室１８内に供給される乾燥ガスの流量を調整する。例えば、制御装置７４は、圧力センサ５８，７０の測定データに基づいて、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高くなるように、試料室１８内に供給される乾燥ガスの流量を調整する。なお、試料冷却部材２６による冷却開始の前に、試料室１８内に乾燥ガスを供給し、その後、試料冷却部材２６による冷却を開始してもよいし、試料冷却部材２６の冷却開始と同時に、試料室１８内に乾燥ガスを供給してもよい。
【００５５】
（５）試料冷却部材２６が冷却されて、試料冷却部材２６の温度が予め設定された閾値温度以下になり、かつ、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高くなった場合、図４に示すように、制御装置７４の制御の下、ゲートバルブ１６を開く。閾値温度は、例えば、−４０℃〜−２０℃の範囲に含まれる温度である。もちろん、閾値温度は、この温度範囲以外の温度であってもよい。
【００５６】
（６）ゲートバルブ１６が開くと、試料室１８内の気圧とノズル室２０内の気圧との差（気圧差）によって、試料室１８内からノズル室２０内へ乾燥ガスが流れる。これにより、ノズル室２０内の暖かい空気が、試料室１８内へ流入し、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４及び試料冷却部材２６に当たることを防止又は抑制することが可能となる。その結果、試料冷却部材２６、試料ホルダ台２２及び試料ホルダ２４での結露の発生を防止することが可能となる。つまり、上述したように、試料室１８内の温度の低下に起因して試料室１８内の気圧が低下し、これにより、ノズル室２０内から試料室１８内へ暖かい空気が入り込もうとするが、本実施形態では、乾燥ガスの供給によって、試料室１８内の気圧をノズル室２０内の気圧よりも高い状態に維持しているため、試料室１８内への暖かい空気の流入を防止又は抑制することが可能となる。その結果、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４及び試料冷却部材２６での結露の発生を防止することが可能となる。
【００５７】
（７）次に、制御装置７４の制御の下、図４に示すように、搬送機構４０によってノズル３４を降下させることで、ノズル３４の先端開口部３６を試料ホルダ２４の近くに配置する。この状態で、制御装置７４の制御の下、ノズル３４は、先端開口部３６から微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に吐出する。これにより、試料ホルダ２４に微粒子分散液滴が滴下される。例えば、搬送機構４０によって、ノズル３４をＸ，Ｙ方向に移動させながら、ノズル３４から微粒子分散液滴を吐出することで、試料ホルダ２４上には複数の微粒子分散液滴が滴下される。ゲートバルブ１６が開いているとき、制御装置７４の制御の下、電磁弁５２を開けて、試料室１８内に乾燥ガスを供給し続ける。これにより、試料室１８内とノズル室２０内との間の圧力差をより確実に維持することが可能となる。
【００５８】
（８）ノズル３４による微粒子分散液滴の滴下処理が終了すると、制御装置７４の制御の下、図３に示すように、搬送機構４０によってノズル３４を上昇させ、ノズル３４をノズル室２０内に配置し、ゲートバルブ１６を閉じる。
【００５９】
（９）試料ホルダ２４は試料冷却部材２６によって冷却されているため、試料ホルダ２４に滴下された微粒子分散液滴は凍結する。
【００６０】
（１０）次に、制御装置７４の制御の下、電磁弁５２を閉じて試料室１８内への乾燥ガスの供給を停止し、試料室１８内を真空ポンプＰによって減圧する。これにより、試料室１８内が真空状態となり、真空乾燥が行われる。真空乾燥では、微粒子分散液滴の溶媒が蒸発し（凍結した溶媒が昇華し）、試料ホルダ２４に微粒子が残存する。この残存した微粒子が、顕微鏡用の試料として用いられる。もちろん、顕微鏡による観測条件によっては、溶媒が残存していてもよい。
【００６１】
（１１）微粒子分散液滴の溶媒が蒸発し（昇華し）、微粒子の試料が作製されると、制御装置７４の制御の下、試料冷却部材２６を温める。例えば、試料冷却部材２６自体（例えばペルチェ素子）によって試料冷却部材２６を温めてもよいし、ヒータ等によって試料冷却部材２６を温めてもよい。例えば、試料冷却部材２６を室温（例えば２５℃程度）まで温める。これにより、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４及び微粒子試料の温度が、室温程度まで温められる。このように、試料ホルダ台２２等を室温程度まで温めることで、試料の取り出し時に結露が発生することを防止することが可能となる。
【００６２】
（１２）次に、制御装置７４の制御の下、真空ポンプＰによる減圧処理を停止し、電磁弁５２を開いて、試料室１８内に乾燥ガスを供給する。例えば、試料室１８内の気圧が大気圧になるまで乾燥ガスを試料室１８内に供給する。
【００６３】
（１３）試料冷却部材２６の温度が室温に維持され、試料室１８内の気圧が大気圧に維持された後、試料室１８から試料ホルダ２４を取り出す。これにより、試料としての微粒子が取り出される。以上の手順により、微粒子試料の作製が完了する。
【００６４】
以上のように、第１実施形態では、ノズル３４から試料ホルダ２４に微粒子分散液滴を滴下するときに、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高い状態が維持される。これにより、ノズル室２０から試料室１８内への暖かい空気の流入を防止又は抑制することが可能となり、その結果、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４及び試料冷却部材２６での結露の発生を防止することが可能となる。そのため、結露に起因する微粒子試料の汚染を防止することが可能となる。
【００６５】
また、フレーム６０を設けることにより、ノズル３４が試料室１８内に搬送された場合に、試料室１８へのカバー部材３８の進入や巻き込みを防止することが可能となる。
【００６６】
なお、試料室１８内をカメラ３２によって撮影し、作業者は、カメラ３２によって得られた映像によって、試料室１８内を観察してもよい。例えば、作業者が試料冷却部材２６の周辺で結露の徴候を確認した場合、試料室１８内への乾燥ガスの供給量を多くするように指示してもよい。制御装置７４は、その指示に従って、試料室１８内への乾燥ガスの供給量を増大する。これにより、試料冷却部材２６の周辺での結露の発生を防止することが可能となる。
【００６７】
また、制御装置７４は、温度湿度センサ５６によって得られた測定データ（温度と湿度）に基づいて、試料室１８内への乾燥ガスの供給量（つまり、電磁弁５２の開き度合い）を制御してもよい。例えば、制御装置７４は、試料室１８内の湿度（例えば相対湿度）が予め設定された目標湿度以下となるように、試料室１８内への乾燥ガスの供給量を制御する。例えば、相対湿度（試料室１８内の雰囲気の水蒸気量Ａ／その雰囲気における飽和水蒸気量Ｃ）が、目標相対湿度（試料冷却部材２６における飽和水蒸気量Ｂ／雰囲気における飽和水蒸気量Ｃ）以下となるように、制御装置７４は、試料室１８内への乾燥ガスの供給量を制御してもよい。
【００６８】
（第２実施形態）
以下、図５を参照して、第２実施形態に係る試料作製装置１０Ａについて説明する。図５には、第２実施形態に係る試料作製装置１０Ａの構成が示されている。
【００６９】
第２実施形態に係る試料作製装置１０Ａは、図３に示されている第１実施形態に係る試料作製装置１０の構成を含み、更に、冷却部材７６を含む。冷却部材７６は、ノズル室２０内において、例えばフレーム６０の内側の側面に設置されている。冷却部材７６は、ノズル室２０内の温度を低下させるための部材であり、例えば、ペルチェ素子を用いてノズル室２０内の温度を低下させる。もちろん、別の手法によってノズル室２０内の温度を低下させてもよい。第２実施形態では、制御装置７４は、冷却部材７６の冷却動作を更に制御する。
【００７０】
第２実施形態では、冷却部材７６によってノズル室２０内を冷却する。ノズル室２０内の温度が低下することで、ノズル室２０内の気圧（ガス圧力）が低下する。これにより、ノズル室２０内の気圧が試料室１８内の気圧よりも高くなることを防止又は抑制することが可能となる。
【００７１】
以下、試料作製時における試料作製装置１０Ａの動作、つまり第２実施形態に係る試料作製方法について説明する。
【００７２】
（２１）まず、試料冷却部材２６上に試料ホルダ台２２を設置し、試料ホルダ台２２上に試料ホルダ２４を設置する。次に、制御装置７４の制御の下、ゲートバルブ１６を閉じた状態で、試料室１８をポンプＰによって減圧し、試料室１８内を真空状態に維持する。
【００７３】
（２２）次に、制御装置７４の制御の下、ポンプＰによる減圧動作を停止し、電磁弁５２，６４を開き、試料室１８内とノズル室２０内に乾燥ガスを供給する。試料室１８内の温度と湿度は温度湿度センサ５６によって測定され、試料室１８内の圧力は圧力センサ５８によって測定され、各測定データは制御装置７４に出力される。同様に、ノズル室２０内の温度と湿度は温度湿度センサ６８によって測定され、ノズル室２０内の圧力は圧力センサ７０によって測定され、各測定データは制御装置７４に出力される。
【００７４】
（２３）次に、制御装置７４の制御の下、電磁弁５２，６４を閉じ、試料冷却部材２６による冷却と冷却部材７６による冷却を開始する。これにより、試料室１８内とノズル室２０内への乾燥ガスの供給が停止され、試料ホルダ台２２と試料ホルダ２４が試料冷却部材２６によって冷却され、ノズル室２０内が冷却部材７６によって冷却される。
【００７５】
（２４）試料冷却部材２６による冷却によって試料冷却部材２６の温度が低下し、これにより、試料室１８内の雰囲気の温度が低下し、ボイルシャルルの法則により、試料室１８内の気圧が低下する。同様に、冷却部材７６による冷却によって冷却部材７６の温度が低下し、これにより、ノズル室２０内の雰囲気の温度が低下し、ボイルシャルルの法則により、ノズル室２０内の気圧が低下する。このとき、制御装置７４の制御の下、試料室１８内の気圧（ガス圧力）がノズル室２０内の気圧（ガス圧力）よりも高くなるように、つまり、ノズル室２０内の気圧が試料室１８内の気圧よりも低くなるように、ノズル室２０内の温度、つまり、冷却部材７６の冷却動作を制御する。例えば、制御装置７４は、圧力センサ５８，７０の測定データに基づいて、ノズル室２０内の気圧が試料室１８内の気圧よりも低くなるように、冷却部材７６の冷却動作を制御する。別の例として、制御装置７４は、試料室１８内の温度湿度センサ５６の測定データと、ノズル室２０内の温度湿度センサ６８の測定データと、に基づいて、ノズル室２０内の気圧が試料室１８内の気圧よりも低くなるように、冷却部材７６による冷却動作を制御してもよい。例えば、試料室１８内の気圧が１ａｔｍの場合において、試料室１８の温度が２０℃から０℃に低下した場合、試料室１８内の気圧は０．９３ａｔｍとなる。ノズル室２０内の気圧を０．９３ａｔｍ未満とするためには、ノズル室２０内の温度を０℃（２７３Ｋ）未満に低下させる。この場合、制御装置７４は、ノズル室２０内の温度が０℃未満となるように、冷却部材７６の冷却動作を制御する。
【００７６】
（２５）試料冷却部材２６と冷却部材７６が冷却されて、試料冷却部材２６の温度が予め設定された温度閾値以下となり、かつ、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高くなった場合、制御装置７４の制御の下、ゲートバルブ１６を開く。ゲートバルブ１６を開ける前の、試料室１８内の気圧とノズル室２０内の気圧との差（気圧差）について、僅かであるか、等しい場合等は、制御装置７４の制御の下、予め、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高くなるように、電磁弁５２を開いて、試料室１８内に乾燥ガスを供給してもよい。もちろん、気圧差が大きい場合であっても、冷却部材７６によってノズル室２０内を冷却しつつ、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高くなるように、ゲートバルブ１６を開ける前に試料室１８内に乾燥ガスを供給してもよい。
【００７７】
（２６）ゲートバルブ１６が開くと、試料室１８内の気圧とノズル室２０内の気圧との差（気圧差）によって、試料室１８内からノズル室２０内へ乾燥ガスが流れる。これにより、ノズル室内の空気が、試料室１８内へ流入し、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４及び試料冷却部材２６に当たることを防止又は抑制することが可能となる。その結果、試料冷却部材２６、試料ホルダ台２２及び試料ホルダ２４での結露の発生を防止することが可能となる。
【００７８】
（２７）次に、制御装置７４の制御の下、搬送機構４０によってノズル３４を降下させることで、ノズル３４の先端開口部３６を試料ホルダ２４の近くに配置する。この状態で、制御装置７４の制御の下、ノズル３４は、先端開口部３６から微粒子分散液滴を試料ホルダ２４に吐出する。この結果、試料ホルダ２４に微粒子分散液滴が滴下される。この間、ノズル室２０内の冷却部材７６の温度を、試料冷却部材２６の温度よりも低くしてもよい。これにより、仮に、対流等によって、ノズル室２０内の空気が試料室１８内に流入したとしても、冷却部材７６はコールドトラップとして機能するので、試料ホルダ台２２等での結露の発生の防止に役立つ。なお、制御装置７４の制御の下、電磁弁５２を開けて、試料室１８内に乾燥ガスを供給し続けてもよい。こうすることで、試料室１８内とノズル室２０内との間の圧力差をより確実に維持することが可能となる。
【００７９】
（２８）ノズル３４による微粒子分散液滴の液滴処理が終了すると、制御装置７４の制御の下、搬送機構４０によってノズル３４を上昇させ、ノズル３４をノズル室２０内に配置し、ゲートバルブ１６を閉じる。
【００８０】
（２９）試料ホルダ２４は試料冷却部材２６によって冷却されているため、試料ホルダ２４に滴下された微粒子分散液滴は凍結する。
【００８１】
（３０）次に、制御装置７４の制御の下、電磁弁５２を閉じて試料室１８内への乾燥ガスの供給を停止し、試料室１８内を真空ポンプＰによって減圧する。これにより、試料室１８内が真空状態となり、真空乾燥が行われ、その結果、試料ホルダ２４に試料としての微粒子が残存する。
【００８２】
（３１）微粒子分散液滴の溶媒が蒸発し（昇華し）、微粒子の試料が作製されると、制御装置７４の制御の下、試料冷却部材２６を例えば室温まで温める。
【００８３】
（３２）次に、試料冷却部材２６の温度が室温に維持され、試料室１８内の気圧が大気圧に維持された後、試料室１８から試料ホルダ２４を取り出す。これにより、試料としての微粒子が取り出される。以上の手順により、微粒子試料の作製が完了する。
【００８４】
以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、試料室１８内の気圧がノズル室２０内の気圧よりも高い状態に維持され、ノズル室２０から試料室１８内への空気の流入を防止又は抑制することが可能となる。それ故、試料ホルダ台２２、試料ホルダ２４及び試料冷却部材２６での結露の発生を防止することが可能なり、微粒子試料の汚染を防止することが可能となる。
【００８５】
（第３実施形態）
以下、図６を参照して、第３実施形態に係る試料作製装置１０Ｂについて説明する。図６には、第３実施形態に係る試料作製装置１０Ｂの構成が示されている。
【００８６】
第３実施形態に係る試料作製装置１０Ｂは、図３に示されている第１実施形態に係る試料作製装置１０の構成を含み、更に、カバー支持部材７８を含む。カバー支持部材７８は、カバー部材３８の外側（ノズル室２０の外側）の表面に設置されており、例えば、紐や伸縮性を有するゴム等の部材が取り付けられる。紐やゴム等によってカバー支持部材７８が、ノズル室２０の外側の方向に引っ張られることにより、その張力がカバー部材３８に加わり、カバー部材３８が、ノズル室２０の外側の方向に引っ張られる。これにより、ノズル３４が試料室１８内に搬送されたときに、カバー部材３８が試料室１８内に入り込んだり巻き込まれたりすることを防止することが可能となる。
【００８７】
試料作製時における試料作製装置１０Ｂの動作、つまり第３実施形態に係る試料作製方法は、第１実施形態に係る試料作製装置１０の動作、つまり第１実施形態に係る試料作製方法と同じであるため、説明を省略する。
【００８８】
第３実施形態に係る試料作製装置１０Ｂは、第２実施形態に係る試料作製装置１０Ａと同様に、冷却部材７６を備えていてもよい。この場合、試料作製時における試料作製装置１０Ｂの動作、つまり第３実施形態に係る試料作製方法は、第２実施形態に係る試料作製装置１０Ｂの動作、つまり第２実施形態に係る試料作製方法と同じになる。この動作についても、説明を省略する。
【００８９】
別の例として、試料作製装置１０Ｂは、フレーム６０を備えていなくてもよい。この場合においても、カバー部材３８は、カバー支持部材７８を介した張力によって、ノズル室２０の外側の方向に引っ張られるため、試料室１８内へのカバー部材３８の入り込みや巻き込みを防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  試料作製装置、１２  下側構造体、１４  上側構造体、１６  ゲートバルブ、１８  試料室、２０  ノズル室、２２  試料ホルダ台、２４  試料ホルダ、２６  試料冷却部材、３４  ノズル、３６  先端開口部。
【図１】
2018116025.tif 000003
【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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