(57)【要約】【課題】外部振動の影響を受けにくく、また、ホルダの追従性を損なわず高分解能像が得られる試料移動装置を提供する。【解決手段】一部が球形支点１４により回転自在に支持され試料載置端が首振運動可能な試料微動手段と、一端が試料微動手段の試料載置端に対してピボット運動可能に支持され他端が固定端に回転自在に支持された少なくとも一部の表面が球面である部分球面部材３９とを備え、固定端における部分球面部材３９の支持力を観察倍率に連動して変化させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が球形支点により回転自在に支持され試料載置端が首振運動可能な試料微動手段と、一端が前記試料微動手段の前記試料載置端に対してピボット運動可能に支持され他端が固定端に回転自在に支持された少なくとも一部の表面が球面である部分球面部材とを備え、
前記固定端における前記部分球面部材の支持力を変化させる手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置用試料移動装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置用試料移動装置において、前記固定端と前記部分球面部材の接触面積を変化させる手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置用試料移動装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置用試料移動装置において、前記球形支点の締め付け力を変化させる手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置用試料移動装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線装置用試料移動装置において、前記固定端における前記部分球面部材の支持力を試料観察倍率に連動して変化させることを特徴とする荷電粒子線装置用試料移動装置。
【請求項５】
請求項２記載の荷電粒子線装置用試料移動装置において、前記固定端と前記部分球面部材の接触面積を試料観察倍率に連動して変化させることを特徴とする荷電粒子線装置用試料移動装置。
【請求項６】
請求項３記載の荷電粒子線装置用試料移動装置において、前記球形支点の締め付け力を試料観察倍率に連動して変化させることを特徴とする荷電粒子線装置用試料移動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線装置用の試料移動装置に係り、特に、試料ホルダの一端又はロッドによって支持されるサイドエントリ構造の荷電粒子線装置の試料移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１及び図２は、従来のサイドエントリ構造の電子顕微鏡の試料移動装置を示す断面図である。図１は電子顕微鏡の光軸に垂直な断面図、図２は電子顕微鏡の光軸を含む断面図である。
【０００３】
電子顕微鏡の鏡体１の片側面には、軸受け金具２がＯリング５４を介して気密に固定されている。軸受け金具２内には微動軸９が収容されている。微動軸９はＯリング６によりシールされている。気密ベローズ７により微動軸９の移動時の気密を保持している。微動軸９はリニア機構４の動きによりテコ５を介して前後運動を行うことが出来る。テコ５は、支点座３により上下運動を左右運動に変換している。微動軸９の先端は、ロッド受け１１にてロッド１０の球面運動を受けている。微動軸９はリニア機構４の送り方向に移動することによりテコ５が押され、微動軸９が真空側に移動し、ロッド１０を介してホルダ１３と試料８の位置が移動する。また、微動軸９はリニア機構４の送り機構を戻すと、微動軸９はバネ５５により引き戻される。ホルダ１３が真空側に引かれることにより、ロッド１０、試料８が移動する。
【０００４】
鏡体１のもう片側面には、受金具１７がＯリング５４を介して気密に固定されている。受金具１７の真空側には球面受け２７が鏡体１に固定されている。球面受け２７と球形支点１４はＯリング１５にて気密されている。球形支点１４は外筒２５と密に固定され、その内側に内筒１９が組み込まれている。ホルダ１３を回転させることによりピン２４がホルダ１３と共に回転し、内筒１９が弁座２６を閉め、鏡体１の気密を保持したままホルダ１３を着脱できる。回転機構２３は歯車２１を介して傾斜筒５６を回転させ、傾斜筒５６に同期してホルダ１３を傾斜させる。傾斜筒５６の動きをスムーズにする為に、軸受け金具１７と傾斜筒５６の間にはベアリング２２が組み込まれている。傾斜筒５６に組み込まれているリニア機構１８により外筒２５、ホルダ１３が球形支点１４を中心に移動する。このリニア機構１８の移動により、試料８が微動軸９の垂直方向に移動する。リニア機構１８を引き戻すと、押し戻し機構２０により試料８が前記と逆方向に移動する。また、リニア機構２９は、リニア機構１８の直角方向の動きを制限している。押し戻し機構２８により、試料８が前記と逆方向に移動する。ホルダ１３はＯリング１６、Ｏリング５７により気密が保たれている。ロッド１０は、球形支点１４を中心とする球面運動によるホルダ１３の位相のズレをロッド受け１１とピポット１２を支点として吸収している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したサイドエントリ構造の試料移動装置を有する電子顕微鏡では、試料ホルダ１３の先端部ピポット１２がロッド１０を介して支持されるため、先端部ピポット１２が外部振動の影響を受け易く、これが電子顕微鏡の分解能を阻害する大きな原因の１つとなっていた。分解能に悪影響を及ぼすロッド１０の振動モードは、ロッド１０の両端を節、中心部を腹として振動するモード（以下、第１の振動モードという）と、ロッド１０の一端を腹、他端を節として振動するモード（以下、第２の振動モードという）とがある。電子顕微鏡の分解能を阻害する振動源としては、床からの数Ｈｚオーダの振動、ターボポンプによる８００〜１２００Ｈｚ近辺の振動、音声や空調器などの音波による振動などがあり、特に０〜１２００Ｈｚ近辺の外部振動が発生しやすい。もっとも、このような外部振動は振幅がさほど大きくなく、それ自身が分解能に及ぼす影響は少ない。ところが、ロッド１０の固有振動数や、ロッド１０、ホルダ１３及び球形支点１４からなる試料支持系の固有振動数が、これら外乱の振動数と一致すると、共振作用によってロッド１０や試料支持系の振動振幅が大きくなり、分解能に大きな悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
例えば、上記した従来の電子顕微鏡では、ロッド１０がリン青銅のむく材で構成され、その固有振動数は約１１２０Ｈｚ、ロッド１０を含む試料支持系の固有振動数は３６０Ｈｚ〜６９０Ｈｚであったため、０〜１２００Ｈｚ近辺の外部振動により、ロッド１０や当該ロッド１０を含む試料支持系が共振する場合があった。しかも、ロッド１０が第２の振動モードで振動し、ロッド１０の一端すなわちホルダ１３のピポット１２が振動の腹になると、振動振幅が大きくなってさらに分解能に大きな悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。また、ロッド１０を外部から固定すると振動特性が良くなり、分解能は良くなるが、ホルダ１３の追従性に悪影響を及ぼしてしまう問題があった。同様に球形支点１４を固定しても、前記と同様の追従性に悪影響を及ぼしてしまう問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決して、外部振動の影響を受けにくい構造の荷電粒子線装置用の試料移動装置を提供することにある。また、本発明の目的は、ホルダの追従性を損なわず高分解能像が得られる荷電粒子線装置用の高性能試料移動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、試料載置端が首振運動する試料微動手段と、一端が試料微動手段の試料載置端に対してピボット運動可能に支持されたロッドとを具備した試料移動装置において、ロッドを軸形状からボール形状に変更し、ボールの締め付け力を可変できるようにした。また、球形支点の締め付け力を可変できるようにした。
【０００９】
すなわち、本発明の荷電粒子線装置用試料移動装置は、一部が球形支点により回転自在に支持され試料載置端が首振運動可能な試料微動手段と、一端が試料微動手段の試料載置端に対してピボット運動可能に支持され他端が固定端に回転自在に支持された少なくとも一部の表面が球面である部分球面部材とを備え、固定端における部分球面部材の支持力を変化させる手段を有することを特徴とする。
【００１０】
固定端における部分球面部材の支持力を変化させる手段として、固定端と部分球面部材の接触面積を変化させる手段を用いてもよい。
【００１１】
荷電粒子線装置の鏡体に対する試料微動手段の球形支点の締め付け力を変化させる手段を有してもよい。
【００１２】
固定端における部分球面部材の支持力、固定端と部分球面部材の接触面積、荷電粒子線装置の鏡体に対する前記試料微動手段の前記球形支点の締め付け力は、試料観察倍率（あるいは試料移動速度）に連動して変化させるのが好ましい。その場合、観察倍率が高いほど支持力、接触面積、あるいは締め付け力が大きくなるように制御する。
【００１３】
本発明によると、荷電粒子観察装置のサイドエントリ構造の外乱振動を抑えることが出来、分解能が向上する。また、従来の構造と同様の微動の追従性が期待できる。特に高倍率の場合、ボール受け、球形支点を完全にロックすると、微動機能は使用出来なくなるが振動、機構部が原因によるドリフトが抑えられ高い解像度が得られるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下では、本発明を電子顕微鏡に適用した例について説明するが、本発明は電子顕微鏡に限らず、一般にサイドエントリ構造の試料移動装置を有する荷電粒子線装置一般に適用可能である。また、以下の図において、図１、図２と同じ機能部分に関しては図１、図２と同じ符号を用いて説明する。
【００１５】
図３は、電子顕微鏡の光軸を含む断面図であり、本発明による電子顕微鏡用の試料移動装置の構成例を示す図である。
【００１６】
同図において、鏡体１の片側面には、受金具２がＯリング５４を介して気密に固定されている。軸受け金具２の内側に微動軸９が組み込まれている。微動軸９は、気密ベローズ７により気密が保たれている。この微動軸９にボール押え４０が取り付けられている。ボール押え４０に密に接触するようにボール受３９が組み込まれている。ボール受３９は、バネ３５により軸３０、ワイヤ３１を介してボール押え４０に引き寄せられている。回転機構３４を回転させることにより歯車３３が軸３０を移動させる。前記の動きによりバネ３５のバネ圧が変動し軸３０、ワイヤ３１を介してボール受３９とボール押え４０との押し付け圧を可変できる。ボール受３９とボール押え４０との押し付け圧はリニア機構４、リニア機構１８などの移動速度にリンクし、回転機構３４にて可変出来る。ワイヤ３１は、ホルダ１３がリニア機構１８、リニア機構２９により移動し、ボール受３９が球面運動した時の変位を吸収している。軸３０の気密はＯリング４１によって保たれている。
【００１７】
同様に鏡体１の片側には、受金具１７がＯリング５４を介して気密に固定されている。球面受け２７は鏡体１に固定している。球形支点１４は球面受け２７の中心点を支点として動き、外筒２５、ホルダ１３の支点となっている。球形支点１４は、鏡体１の気密力と球形押え３８によって気密側に引かれている。球形押え３８は、中空ウォーム軸３６とバネ３７により押さえつけ力を可変できる。リニア機構１８あるいはリニア機構２９の移動速度にリンクして、回転機構６５に取り付けられたウォームホイール６４により中空ウォーム軸３６が移動する。この動きによりバネ３７のバネ圧が変動し、球形押え３８による球形支点１４の押さえつけ力を可変出来る。こうして、球形押え３８による球形支点１４の押さえ付け力を観察倍率に連動させ、観察倍率が高いほど（リニア機構１８あるいはリニア機構２９による試料の移動速度が遅いほど）、押さえ付け力が大きくなるように回転機構６５を制御する。
【００１８】
本実施例によればリニア機構４、リニア機構１８などの移動速度にリンクさせボール受け３９、球形支点１４とボール押え４０、球面受け２７の押し付け力を可変し、試料８に外部から入ってくる振動源をボール受け３９、球形支点１４にて遮断する効果がある。
【００１９】
図４は、本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図である。図には、試料移動装置の一部分のみを示す。
【００２０】
図４において、球形支点１４は圧電素子４６により球面受け２７への押し付け力を可変する。圧電素子４６は外筒２５を取り巻く円筒状の形状を有し、軸受け金具１７に固定された金具４７を端面とし球形支点１４を球面受け２７に押し付けることにより、試料８に入ってくる外乱振動を遮断する。金具４７と圧電素子４６の接触部は球形支点１４の中心を支点とする球面で受けることにより、リニア機構１８、リニア機構２９が移動した時の変位が生じない構造になっている。圧電素子４６の伸長量、すなわち球形支点１４を球面受け２７に押し付ける押し付け力は、観察倍率に連動して（リニア機構４，１８による試料の移動速度に連動して）変化させる。すなわち、観察倍率が高いほど（試料の移動速度が遅いほど）、球形支点１４を球面受け２７に押し付ける押し付け力が大きくなるように圧電素子４６の印加電圧を制御する。
【００２１】
図５は、本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図である。図には、試料移動装置の一部分のみを示す。
【００２２】
図５において、ボール受け５０は軸５２とボール押え４８の間に極わずかな隙間を残して組み込まれている。ボール押え４８に組み込まれた部分の外表面が球面となったボール受け５０の内面には圧電素子４４が組み込まれている。圧電素子４４を伸長させることにより、ボール受け５０が変形し、ボール押え４８との押さえ付け力が変化する。圧電素子４４の伸縮量を観察倍率と連動させ、観察倍率が低倍で、リニア機構４等による試料８の移動速度が高速の時は圧電素子４４への印加電圧を制御してボール受け５０を真球の状態にする。すると、ボール受け５０は、真球の内面を有するボール押え４８の内部で抵抗が少ない状態で回動することができ、ホルダ１３はスムーズに移動する。観察倍率が次第に高くなり、試料８の移動速度が低速になるにつれ、圧電素子４４の印加電圧を制御してボール受け５０の真球からの変形量を増大させていく。そのため、試料の移動速度が遅くなるに従ってボール押え４８とボール受け５０の間の抵抗は次第に増大し、両者が固定されて、外乱振動を受けにくくなる。
【００２３】
図６は、本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図である。図には、試料移動装置の一部分のみを示す。
【００２４】
図６において、軸５３に密に固定されたボール受け４９とボール押え５１でボール受け３９が押えられている。ボール押え５１は軸５３に固定された圧電素子４５の端面に固定されている。ボール受け３９は、例えば筒状の形状を有する圧電素子４５への印加電圧を可変して圧電素子４５の軸方向の伸縮量を変化させることにより、ボール受け４９への押さえつけ力を可変できる。圧電素子４５への印加電圧は観察倍率に連動して制御され、ボール受け３９のボール受け４９への押さえ付け力は、観察倍率が高いほど（リニア機構４，１８による試料の移動速度が遅いほど）大きく設定される。
【００２５】
図７は、本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図である。図には、試料移動装置の一部分のみを示す。
【００２６】
図７において、鏡体１に密に組み込まれた軸受け金具２の内側に微動軸３２が気密を保つように組み込まれている。微動軸３２の端面にはボール押え４０が取り付けてあり、ボール受け３９を球面にて受けている。ボール受け３９はワイヤ３１を介して軸４２と連結されている。ワイヤ３１はホルダ１３が移動した時、ピポット１２を介してボール受け３９が移動し軸４２との変位を吸収する。圧電素子４３は片側が微動軸３２に固定され、もう一方の側が軸４２に固定されている。軸４２は、Ｏリング４１により気密が保たれている。圧電素子４３を伸縮することによりボール受け３９とボール押え４０との摩擦力を変化させ、外部からの振動伝達を調整できる構造になっている。圧電素子４３への印加電圧は観察倍率に連動して制御する。すなわち、観察倍率が低いとき（試料移動速度が大きいとき）は、圧電素子４３を伸長させて、ボール受け３９とボール押え４０の間の摩擦力が小さくなるように制御し、観察倍率が高いとき（試料移動速度が小さいとき）は、圧電素子４３を収縮させて、ボール受け３９とボール押え４０の間の摩擦力が大きくなるように制御する。
【００２７】
図８は、本発明による試料移動装置を備える電子顕微鏡の全体構成を示す概略図である。
【００２８】
電子顕微鏡５８には、微動機構６２，６３を備える本発明の試料移動装置が組み込まれている。主制御ユニット５９は、操作ユニット６０からの入力を受けて、電子顕微鏡本体及び試料移動装置の制御を行う。例えば、オペレータが操作ユニット６０を操作して観察倍率の設定あるいは変更を行うと、主制御ユニット５９はその観察倍率を実現するように、主制御ユニット内に記憶されているレンズデータを参照して電子顕微鏡本体の対物レンズ等、各種レンズの励磁電源を制御する。また、オペレータが操作ユニット６０からモニタ６１に表示されている観察視野の移動を指示すると、主制御ユニット５９は試料移動装置の微動機構６２，６３が備えるリニア機構の駆動部を制御して指示された方向に視野移動する。
【００２９】
主制御ユニット５９は、操作ユニット６０から設定された観察倍率に連動して微動機構６２，６３を制御する。すなわち、微動機構６２，６３が備えるリニア機構４，１８等による試料の移動速度を、観察倍率が高いときは遅く、観察倍率が低いときは速くなるように制御し、モニタ６１上で見たとき観察視野内での試料移動速度が観察倍率によらずほぼ一定になるようにする。
【００３０】
同時に、主制御ユニット５９は、図３に示した実施例の場合、球形押え３８による球形支点１４の押さえつけ力が観察倍率が高いほど大きくなるように、観察倍率に連動して回転機構６５を制御する。図４に示した実施例の場合、主制御ユニット５９は、球形支点１４を球面受け２７に押し付ける押し付け力が大きくなるように、観察倍率に連動して圧電素子４６への印加電圧を制御する。図５に示した実施例の場合、主制御ユニット５９は、ボール押え４８とボール受け５０の間の摩擦抵抗が低倍率時には小さく、高倍率になるに従って大きくなるように、観察倍率に連動して圧電素子４４への印加電圧を制御する。図６に示した実施例の場合、主制御ユニット５９は、ボール受け３９のボール受け４９への押さえ付け力が観察倍率が低いときは小さく、観察倍率が高くなるほど大きくなるように、観察倍率に連動して圧電素子４５への印加電圧を制御する。図７に示した実施例の場合、主制御ユニット５９は、ボール受け３９とボール押え４０の間の摩擦力が観察倍率が低いときは小さく、観察倍率が高くなるほど大きくなるように、観察倍率に連動して圧電素子４３への印加電圧を制御する。
【００３１】
表１に、図３に示した実施例の場合の、観察倍率とボール受け３９の押し付け力及び試料移動速度（リニア機構移動距離／移動時間）との間の関係例を示す。制御ユニット５９は、表１の関係を満たすように、操作ユニット６０から設定された観察倍率に応じてボール押し付け力（実際には圧電素子印加電圧）、及びリニア機構による試料移動速度（実際には、リニア機構が備えるモータの回転速度等）を制御する。表１に示した例では、１００倍程度の低倍率時にはボール押し付け力をゼロにし、リニア機構の速い動きに対応している。また、１００００００倍の高倍率時にはボール受けをロックしている。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
（１）ホルダを支持するボール受け、球形支点の剛性を高めることにより、予想される外乱の振動を試料部に伝達し難くなり、ボール受け自身も共振モードが高くなり、試料載置端の振動が抑制されて高い解像度が得られるようになる。
（２）上記（１）のみでは、低倍率時の微動機構の動きが鈍くなるが、ボール受け、球形支点の締め付け力と移動速度（観察倍率）を連動させることにより、どの移動速度でも微動機構がスムーズに動くようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のサイドエントリ構造の試料移動装置を示す断面図。
【図２】従来のサイドエントリ構造の試料移動装置を示す断面図。
【図３】本発明による電子顕微鏡用の試料移動装置の構成例を示す図。
【図４】本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図。
【図５】本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図。
【図６】本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図。
【図７】本発明による試料移動装置の他の例を示す断面図。
【図８】本発明による試料移動装置を備える電子顕微鏡の全体構成を示す概略図。
【符号の説明】
１…鏡体、２…軸受け金具、３…支点座、４…リニア機構、５…テコ、６…Ｏリング、７…気密ベローズ、８…試料、９…微動軸、１０…ロッド、１１…ロッド受け、１２…ピポット、１３…ホルダ、１４…球形支点、１５…Ｏリング、１６…Ｏリング、１７…軸受け金具、１８…リニア機構、１９…内筒、２０…押し戻し機構、２１…歯車、２２…ベアリング、２３…回転機構、２４…ピン、２５…外筒、２６…弁座、２７…球面受け、２８…押し戻し機構、２９…リニア機構、３０…軸、３１…ワイヤ、３２…微動軸、３３…歯車、３４…回転機構、３５…バネ、３６…中空ウォーム軸、３７…バネ、３８…球形押え、３９…ボール受け、４０…ボール押え、４１…Ｏリング、４２…軸、４３…圧電素子、４４…圧電素子、４５…圧電素子、４６…圧電素子、４７…金具、４８…ボール押え、４９…ボール受け、５０…ボール受け、５１…ボール押え、５２…軸、５３…軸、５４…Ｏリング、５５…バネ、５６傾斜筒、５７…Ｏリング、５８…電子顕微鏡、５９…主制御ユニット、６０…操作ユニット、６１…モニタ、６２…微動機構、６３…微動機構、６４…ウォームホイール、６５…回転機構
【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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