(57)【要約】【課　題】２軸回りに傾斜しても試料の観察位置が光軸から移動しないようにすること。【解決手段】互いに直交する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚの中のＺ軸に沿う荷電粒子線の通路に配置され、球状外周面１７ｂを有するステージ本体１７と、前記ステージ本体１７をその球状外周面１７ｂの中心が前記３軸の交点に配置された状態で、前記Ｘ軸及びＹ軸回りに回転調節可能に支持するステージ本体支持部材１８と、ＸＹ平面にほぼ平行なホルダ着脱方向から試料ホルダＨが接近したときに試料ホルダＨの被装着部Ｈ１と嵌合するホルダ装着溝４２ａを有し、前記試料ホルダＨを着脱可能に保持するホルダ保持部材４２と、前記ステージ本体１７に支持されるとともに、前記ホルダ保持部材４２をＸＹ平面内で移動調節可能に支持する保持部材移動装置ＨＭとを備えた試料ステージ。【選択図】　　図３
2004087141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の構成要件（Ａ０１）〜（Ａ０４）を備えた試料ステージ、（Ａ０１）互いに直交する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚの中のＺ軸に沿う荷電粒子線の通路に配置され、球状外周面を有するステージ本体、
（Ａ０２）前記ステージ本体をその球状外周面の中心が前記３軸の交点に配置された状態で、前記Ｘ軸及びＹ軸回りに回転調節可能に支持するステージ本体支持部材、
（Ａ０３）ＸＹ平面にほぼ平行なホルダ着脱方向から試料ホルダが接近したときに試料ホルダの被装着部と嵌合するホルダ装着溝を有し、前記試料ホルダを着脱可能に保持するホルダ保持部材、
（Ａ０４）前記ステージ本体に支持されるとともに、前記ホルダ保持部材をＸＹ平面内で移動調節可能に支持する保持部材移動装置。
【請求項２】
下記の構成要件（Ａ０５）を備えた請求項１記載の試料ステージ、
（Ａ０５）前記ホルダ保持部材をＺ軸方向に移動調節可能に支持する前記保持部材移動装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２記載の試料ステージを備えた荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、透過型電子顕微鏡）等の荷電粒子線装置において試料を保持した状態で移動する試料ステージ及び前記試料ステージを備えた荷電粒子線装置に関し、特に、電子ビーム等の通過する方向に対して試料を傾斜させる場合に傾斜中心が移動しないユーセントリック機構を備えた試料ステージ及び荷電粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＴＥＭ等の電子顕微鏡では、試料を保持する試料ホルダは、試料移動装置によって電子ビームの光軸に対して移動調節可能に保持されている。前記試料移動装置は、ユーザーの希望する視野（試料の観察目標部分）を撮影または観察できる位置に早くしかも正確に移動することが重要な課題となっている。現在では電子顕微鏡の倍率は１００万倍を超えている。このことは、試料移動の精度がサブナノメートルに達していることを意味している。さらに試料移動の速度は、電子顕微鏡のサンプルの大きさが数ミリメートル程度の範囲であるが、その距離をできるだけ短い時間で移動できることが要求されている。さらに結晶性の試料を観察する場合は、試料の結晶軸と電子顕微鏡の電子ビームの光軸（Ｚ軸）とを一致させて観察する必要がある。この為には試料をＸ軸とＹ軸の２軸回りにそれぞれ傾斜させる必要がある。このような点を鑑み、現状では試料を移動・傾斜させる装置（ゴニオメータ）は大きく分けて次の２つのタイプが使われている。（１）トップエントリータイプ
（２）サイドエントリータイプ
【０００３】
（１）トップエントリータイプ
トップエントリータイプのゴニオメータ（傾斜機構付き試料移動装置）は、ＸＹ方向に移動可能な試料ステージを有している。試料は円筒状の試料筒に取り付けられ、この円筒状の筒が前記試料ステージに装着される。前記試料ステージに装着された試料筒の中の試料は、２重ジンバル機構により傾斜される。前記２重ジンバル機構は従来公知の試料を傾斜させる機構であり、例えば実公昭４９−３９００６号公報等に記載されているので詳細な説明は省略する。
前記トップエントリータイプでは、試料が鏡筒に固定された対物レンズ上に保持されるため、試料と鏡筒間の剛性が高く、外部振動等によって試料の像が揺れにくい特性を持っている。また、試料を加熱した場合、この熱が前記試料筒の周りにほぼ均一に伝導するので、熱的な試料ドリフト（部材等の熱膨張によって試料の位置が変化する現象）に強い特性を持っている。
【０００４】
（２）サイドエントリータイプ
サイドエントリータイプのゴニオメータは電子顕微鏡の鏡筒の側方に配置され、ゴニオメータを貫通する棒状の試料ホルダの先端部に試料が取り付けられる。前記サイドエントリータイプのゴニオメータでは、試料ホルダは鏡筒の側方から装着されるので、棒状の試料ホルダの内側を中空にして、ここから試料を加熱するヒータ用のヒータ電流を供給したり、冷媒によって冷却した金属棒を挿入したりすることによって、試料ホルダ先端部の試料の加熱や冷却を比較的容易に行うことができる。また、試料を試料ホルダの軸方向回りに傾斜させる時（１軸回りの傾斜時）は、ゴニオメータの球面軸受の傾斜中心と試料の観察位置とを結ぶ軸をゴニオメータの軸に一致させて１軸回りに傾斜させることによって、試料の観察位置が移動しない機構（１軸ユーセントリック機構）が実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（前記トップエントリータイプの問題点）
前記トップエントリータイプのゴニオメータでは、前記２重ジンバル機構によって試料を傾斜させる為に、観察位置が試料の傾斜中心からずれていると、試料を傾斜した時に試料高さや視野が移動してしまう欠点がある。また、トップエントリータイプでは、試料を冷却する場合は試料ステージ全体を冷却する必要があり、実用的には大掛かりな装置が必要となる。さらに、この試料ホルダでは、前記試料筒の大きさを試料の大きさ以下にすることができず、且つ試料筒は対物レンズのポールピースに形成されたギャップ（挿入孔）の中に挿入しなければならないので、ポールピースの上側の磁極の孔径は試料筒の大きさに制限されてしまう。高分解能の像を得るには、小さな収差係数のポールピースを得るためにポールピースの孔径を小さくする必要があるので、トップエントリータイプでは高分解能の像を得ることが困難である。
【０００６】
（前記サイドエントリータイプの問題点）
前記サイドエントリータイプのゴニオメータは、１軸回りに傾斜させる場合のユーセントリック機構を備えているが、通常、試料の結晶軸を合わせるには２軸回りに試料を傾斜する必要があるので、実用的には試料をもう１つの軸回りに傾斜する必要がある。前記サイドエントリータイプのゴニオメータでは、２軸回りに傾斜可能なユーセントリック機構をもたせることができないので、実際には試料の傾斜時に試料の観察部分が光軸からずれたり、試料高さが変わったりしてしまう。また、試料は棒状の試料ホルダの先端に取り付けられるので、試料と鏡筒との間の剛性を高くできず、振動には弱い構造となっている。さらに、加熱をしたときの熱の伝導は１方向（試料ホルダの軸方向）しかないので、熱膨張が不均一となり、熱的な試料ドリフトが大きくなっている。その他、試料ホルダが鏡筒外に繋がっているので、音や気圧の変動によって試料の位置が移動しやすい構造となっている。
【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑み、下記の記載内容（Ｏ０１）〜（Ｏ０５）を課題とする。
（Ｏ０１）２軸回りに傾斜しても試料の観察位置が光軸から移動しないようにすること。
（Ｏ０２）試料と鏡筒間の剛性を高くすること。
（Ｏ０３）熱ドリフトを小さくすること。
（Ｏ０４）シンプルな構成で試料の加熱、冷却を可能にすること。
（Ｏ０５）超高真空のような清浄な雰囲気で試料の汚染の原因となる駆動機構を使わない試料移動と傾斜を可能にすること。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
次に、前記課題を解決するために案出した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。
また、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。
【０００９】
（本発明）
前記課題を解決するために、本発明の試料ステージは、下記の構成要件（Ａ０１）〜（Ａ０４）を備えることを特徴とする。
（Ａ０１）互いに直交する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚの中のＺ軸に沿う荷電粒子線の通路に配置され、球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）を有するステージ本体（１７，１７″）、
（Ａ０２）前記ステージ本体（１７，１７″）をその球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心が前記３軸の交点に配置された状態で、前記Ｘ軸及びＹ軸回りに回転調節可能に支持するステージ本体支持部材（１８，１８′，１８″）、
（Ａ０３）ＸＹ平面にほぼ平行なホルダ着脱方向から試料ホルダ（Ｈ）が接近したときに試料ホルダ（Ｈ）の被装着部（Ｈ１）と嵌合するホルダ装着溝（４２ａ）を有し、前記試料ホルダ（Ｈ）を着脱可能に保持するホルダ保持部材（４２）、（Ａ０４）前記ステージ本体（１７，１７″）に支持されるとともに、前記ホルダ保持部材（４２）をＸＹ平面内で移動調節可能に支持する保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）。
【００１０】
前記構成要件を備えた本発明の試料ステージでは、ステージ本体（１７，１７″）は、その球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心が前記３軸の交点に配置された状態で、ステージ本体支持部材（１８，１８′，１８″）によって前記Ｘ軸及びＹ軸回りに回転調節可能に支持されている。また、前記ステージ本体（１７，１７″）は保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）を支持し、前記保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）は前記ホルダ保持部材（４２）をＸＹ平面内で移動調節可能に支持している。したがって、試料（Ｗ）の位置をＸＹ平面内で変更することができる。この結果、保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）によって試料（Ｗ）の観察したい位置をＸＹ平面内で観察位置（球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（Ｏ））に移動させることができる。
【００１１】
したがって、試料ホルダ（Ｈ）をホルダ保持部材（４２）に装着した時に、試料（Ｗ）のＺ軸方向の位置が前記中心（Ｏ）に一致するように設計した場合、またはＺ軸方向の試料位置を調節可能に構成した場合には試料（Ｗ）の観察したい位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸上で前記中心（Ｏ）に一致させることができる。この場合、前記ステージ本体（１７，１７″）がＸ軸及びＹ軸の２軸回りに傾斜・回転しても、ステージ本体（１７，１７″）の球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（Ｏ）である試料（Ｗ）の観察位置は移動しない。この結果、試料（Ｗ）が結晶性である場合、試料（Ｗ）の結晶軸と荷電粒子線の軸とを一致させるために、ステージ本体（１７，１７″）を２軸回りに回転させても前記観察位置（球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（Ｏ））を通過するＺ軸に沿う荷電粒子線の軸から観察位置は移動せず、試料高さや視野が移動せずに観察することができる。
【００１２】
また、前記試料ホルダ（Ｈ）は、ホルダ保持部材（４２）に対しＸＹ平面にほぼ平行なホルダ着脱方向（Ｐ軸方向）から接近し、ホルダ保持部材（４２）のホルダ装着溝（４２ａ）に着脱される。したがって、試料ホルダ（Ｈ）にヒータを備えることにより試料の加熱を行うことができる。また、ホルダ保持部材（４２）等を断熱部材で形成し、冷却した試料ホルダ（Ｈ）を装着することにより試料を冷却することもできる。即ち、本発明の試料ステージ全体を加熱または冷却するための装置を必要とせず、シンプルな構成で試料（Ｗ）を加熱または冷却することができる。
そして、前記試料（Ｗ）を加熱した場合、試料ホルダ（Ｈ）がホルダ保持部材（４２）に装着されているので、熱は、サイドエントリータイプのように１方向ではなく、ホルダ保持部材（４２）全体（全方向）にほぼ均一に伝導する。したがって、本発明の試料ステージは、均一に熱膨張するので、熱的な試料ドリフトを小さくすることができる。
【００１３】
さらに、前記保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）及びステージ本体支持部材（１８，１８′，１８″）としてピエゾ素子を使用することにより、超高真空のような清浄な雰囲気でも、試料の汚染の原因となる駆動機構を使わず、試料移動と傾斜・回転を行うことができる。
【００１４】
また、前記本発明の試料ステージは、下記の構成要件（Ａ０５）を備えることもできる。
（Ａ０５）前記ホルダ保持部材（４２）をＺ軸方向に移動調節可能に支持する前記保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）。
前記構成要件を備えた本発明の試料ステージでは、前記保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）は、前記ホルダ保持部材（４２）をＺ方向に移動調節可能に支持する。したがって、試料ホルダ（Ｈ）がホルダ保持部材（４２）に装着された時、試料のＺ軸方向が前記球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（観察位置）と一致していない場合でも、保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）によってＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に調節することができるので、試料の観察したい位置を観察位置（球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（Ｏ））と一致させることができる。
【００１５】
また、前記課題を解決するために本発明の荷電粒子線装置は、前記構成要件（Ａ０１）〜（Ａ０４）または（Ａ０１）〜（Ａ０５）を備えた試料ステージを備えることを特徴とする。
前記構成要件を備えた本発明の荷電粒子線装置では、前記構成要件（Ａ０１）〜（Ａ０４）または（Ａ０１）〜（Ａ０５）を備えた試料ステージ（Ｓ，Ｓ′，Ｓ″）を備えているので、ステージ本体（１７，１７″）をＸ軸及びＹ軸の２軸回りに傾斜・回転しても、ステージ本体（１７，１７″）の球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心である試料の観察位置は、前記観察位置を通過するＺ軸に沿う荷電粒子線の軸から移動しない。また、本発明の荷電粒子線装置では、保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）が、前記ホルダ保持部材（４２）をＸＹ平面内で移動調節可能に支持しているので、試料の位置をＸＹ平面内で変更することができる。
【００１６】
したがって、本発明の荷電粒子線装置では、試料ホルダ（Ｈ）をホルダ保持部材（４２）に装着した時に、試料（Ｗ）のＺ軸方向の位置が前記中心（Ｏ）に一致するように設計した場合、またはＺ軸方向の試料位置を調節可能に構成した場合には試料（Ｗ）の観察したい位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸上で前記中心（Ｏ）に一致させることができる。この場合、前記ステージ本体（１７，１７″）がＸ軸及びＹ軸の２軸回りに傾斜・回転しても、ステージ本体（１７，１７″）の球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（Ｏ）である試料（Ｗ）の観察位置は移動しない。この結果、試料（Ｗ）が結晶性である場合、試料（Ｗ）の結晶軸と荷電粒子線の軸とを一致させるために、ステージ本体（１７，１７″）を２軸回りに回転させても前記観察位置（球状外周面（１７ｂ，１７ｂ″）の中心（Ｏ））を通過するＺ軸に沿う荷電粒子線の軸から観察位置は移動せず、試料高さや視野が移動せずに観察することができる。
【００１７】
また、前記試料ホルダ（Ｈ）は、ホルダ保持部材（４２）に対しＸＹ平面にほぼ平行なホルダ着脱方向から接近し、ホルダ保持部材（４２）のホルダ装着溝（４２ａ）に着脱される。したがって、鏡筒（２）によって支持された試料ステージ（Ｓ，Ｓ′，Ｓ″）のホルダ保持部材（４２）に試料ホルダ（Ｈ）が装着されるので、試料（Ｗ）と鏡筒（２）間の剛性が高くなり、振動に対して構造的に強い。
さらに、試料ホルダ（Ｈ）にヒータを備えることにより試料（Ｗ）の加熱を行うことができる。さらに、ホルダ保持部材（４２）等を断熱部材で形成し、冷却した試料ホルダ（Ｈ）を装着することにより試料（Ｗ）を冷却した状態で観察することもできる。したがって、試料ステージ（Ｓ，Ｓ′，Ｓ″）全体を加熱または冷却する装置を備える必要が無く、シンプルな構成で試料（Ｗ）を加熱または冷却した状態で観察することができる。
【００１８】
また、前記試料（Ｗ）を加熱した場合、試料ホルダ（Ｈ）がホルダ保持部材（４２）に装着されているので、熱はホルダ保持部材（４２）全体にほぼ均一に伝導する。したがって、ホルダ保持部材（４２）等が均一に熱膨張するので、熱的な試料ドリフトを小さくできる。
さらに、前記保持部材移動装置（ＨＭ，ＨＭ′）及びステージ本体支持部材（１８，１８′，１８″）としてピエゾ素子を使用することにより、超高真空のような清浄な雰囲気でも、試料の汚染の原因となる駆動機構を使わず、試料（Ｗ）の移動及び傾斜・回転を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら、本発明の試料ステージ及び荷電粒子線装置の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、左方、右方、上方、下方、または、前側、後側、左側、右側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の試料ステージを備えた透過型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）の説明図である。
図２は前記図１の矢印ＩＩで示す部分の拡大図である。
図３は実施例１の試料ステージの説明図であり、図３Ａは図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図３Ｂはホルダ搬送装置の保持部の斜視図である。
図４は試料ステージの要部拡大説明図であり、図３ＡのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２１】
図１において、透過型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１は、内部を真空に保持された鏡筒２を有し、鏡筒２上端に電子銃３が設けられている。鏡筒２下端部には、観察窓４および、実線で示す観察位置と二点鎖線で示す退避位置との間で移動可能な蛍光板５が設けられている。また、前記蛍光板５の下方には電子顕微鏡画像を撮影するためのフィルムＦを撮影位置に配置するための装置が配置されている。
前記電子銃３の下方には荷電粒子線照射調整用レンズ７が配置され、前記蛍光板５の上方には拡大用電子レンズ８が配置されている。
【００２２】
図２、図３において、前記鏡筒２の側壁にはホルダ挿入口２ａが形成されており、仕切弁１０ａを介して前記鏡筒２内部に連通する試料交換室１０が側壁に支持されている。前記試料交換室１０の外端壁には、試料ホルダＨを保持する棒状のホルダ搬送装置Ｃが進退移動可能且つ回転可能に装着されている。前記ホルダ搬送装置Ｃの内端部には、中空円筒状の保持部Ｃ１（図３Ｂ参照）が支持されている。前記保持部Ｃ１には、軸方向に沿って形成されたガイド溝Ｃ１ａ（図３Ｂ参照）と、前記ガイド溝Ｃ１ａの外端に連続して円周方向に沿って形成された保持溝Ｃ１ｂとが、軸対称に２箇所形成されている。なお、本明細書において、前記ホルダ搬送装置Ｃの進退移動する方向をＰ軸方向（着脱方向）とし、ホルダ搬送装置Ｃが進入する方向を＋Ｐ方向、後退する方向を−Ｐ方向とする。そして、ＸＹ平面内において前記着脱方向（Ｐ軸方向）に垂直な方向をＱ軸方向とする。実施例１では、前記Ｐ軸方向及びＱ軸方向は、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５°を成す。
図２、図３において、前記荷電粒子線照射調節用レンズ７と拡大用電子レンズ８との間の鏡筒２内部には、試料ステージＳが配置されている。前記試料ステージＳの上下には一対のポールピース１１，１２が配置されている。前記ポールピース１１，１２と試料ステージＳの円筒状の内筒壁１６（図３参照）とは、鏡筒２に固定された部材により固定支持されている。
【００２３】
図３、図４において、前記試料ステージＳの内筒壁１６内部には、ステージ本体１７が配置されている。前記ステージ本体１７は、球体の上下が切除された形状に形成されており、前記ポールピース１１，１２の先端部は、前記切除された部分からステージ本体１７の内部に突出している（図２参照）。前記ステージ本体１７の内部には試料室１７ａが形成されている。また、前記ステージ本体１７は、球体中心Ｏ（図３参照）を中心とした球状外周面１７ｂを有している。前記内筒壁１６及びステージ本体１７には、前記鏡筒２のホルダ挿入口２ａに対応する位置に、前記ホルダ搬送部材Ｃが進退移動する時に通過するためのホルダ挿入口１６ａ及び１７ｃ（図３参照）が形成されている。
前記ステージ本体１７は、ＸＹ平面に沿って配置され且つ前記内筒壁１６に固定支持されたステージ本体支持部材１８によって支持されている。
【００２４】
前記ステージ本体支持部材１８は、前記ステージ本体１７の球状外周面１７ｂをＸ軸方向に押圧しながら当接し（圧接し）、且つ回転可能に支持する前後一対のＸ軸押圧部材２１，２２（図３、図４参照）と、前記球状外周面１７ｂをＹ軸方向に圧接し且つ回転可能に支持する左右一対のＹ軸押圧部材２３，２４（図３参照）とを有する。前記各押圧部材２１〜２４は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿って伸縮するピエゾ素子によって構成されており、その外端部が前記内筒壁１６に固定支持されている。そして、前記押圧部材２１〜２４の内端部は、前記ステージ本体１７の球状外周面１７ｂに対し接触・離隔可能（離接可能）に構成されている。したがって、通常時は全ての押圧部材２１〜２４が前記球状外周面１７ｂを押圧してステージ本体１７を支持し、ピエゾ素子が縮んだ時は、押圧部材２１〜２４の内端部が球状外周面１７ｂから離隔する。そして、前記Ｘ軸押圧部材２１，２２どうしを結ぶ直線上に常にステージ本体１７の球体中心Ｏが位置するように、前記Ｘ軸押圧部材２１、２２が配置されている。同様に、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４どうしを結ぶ直線上に球体中心Ｏが常に位置するように、Ｙ軸押圧部材２３，２４が配置されている。
【００２５】
図４において、前側（＋Ｘ側）の前記Ｘ軸押圧部材２１の上方には、第１Ｙ軸回転部材３１が配置され、下方には第２Ｙ軸回転部材３２が配置されている。また、後側（−Ｘ側）の前記Ｘ軸押圧部材２２の上方には第２Ｙ軸回転部材３３が配置され、下方には第１Ｙ軸回転部材３４が配置されている。前記各Ｙ軸回転部材３１〜３４の外端部は前記内筒壁１６に固定支持され、内端部はステージ本体１７に対して離接可能に構成されている。そして、前記各Ｙ軸回転部材３１〜３４はピエゾ素子によって構成されており、球状外周面１７ｂの径方向に伸縮可能且つ、内端部が球状外周面１７ｂの周方向に沿って移動可能に構成されている。したがって、通常時は前記Ｙ軸回転部材３１〜３４が前記ステージ本体１７の球状外周面１７ｂを押圧して前記ステージ本体１７を支持し、Ｙ軸回転部材３１〜３４が径方向に縮んだ時は内端部が球状外周面１７ｂから離隔する。
同様に、前記各Ｙ軸押圧部材２３，２４の上下にも、前記Ｙ軸回転部材３１〜３４と同様に構成されたＸ軸回転部材（図示せず）が配置されている。
前記Ｘ軸押圧部材２１，２２、Ｙ軸押圧部材２３，２４、Ｘ軸回転部材（図示せず）及びＹ軸回転部材３１〜３４によって前記ステージ本体支持部材１８が構成されている。
【００２６】
図５は実施例１の試料ステージの要部拡大図である。
図６は実施例１の試料ステージの試料ホルダ及びホルダ支持部材の斜視図である。
図７は実施例１の試料ステージの試料ホルダ及びホルダ支持部材の説明図であり、図７Ａはホルダ支持部材の平面図、図７Ｂは試料ホルダの平面図、図７Ｃはホルダ保持部材の側面図である。
【００２７】
図３〜図７において、前記ステージ本体１７内部の試料室１７ａには、ホルダ支持部材４１が配置されている。前記ホルダ支持部材４１は、平板状のホルダ保持部材４２（図６参照）を有している。前記ホルダ保持部材４２の前記Ｑ軸方向（ホルダ搬送装置Ｃが進退移動する方向に垂直な方向）両側面にはスライダ４３が固定支持されている。前記スライダ４３は、前記Ｐ軸方向（ホルダ搬送装置Ｃが進退移動する方向）に延びる円柱状のスライド部４３ａを有している。前記スライダ４３の下方にはスライダ支持部材４４が配置されている。前記スライダ支持部材４４は上方に向かって二又状に突出して形成されたクランプ部４４ａを有している。前記クランプ部材４４ａは、前記スライド部４３ａをＰ軸方向に相対的にスライド移動可能且つＰ軸方向回りに回転可能に支持している。また、前記スライダ支持部材４４はＰ軸方向に延びる円柱状の回転軸４４ｂを有している。そして前記回転軸４４ｂは、ステージ本体１７に固定支持された回転支持部材４６（図５参照）のクランプ部４６ａによって回動可能に支持されている。
前記符号４２〜４６に示す部材等によってホルダ支持部材４１が構成されている。
【００２８】
図７において、前記ホルダ保持部材４２は、Ｐ軸方向に沿って形成された断面台形状のホルダ装着溝４２ａ（図７Ｃ参照）を有している。そして、前記ホルダ保持部材４２のホルダ装着溝４２ａの底部には電子ビーム（荷電粒子線）が通過するためのビーム通過孔４２ｂ（図７Ａ参照）が形成されている。また、前記ホルダ装着溝４２ａの−Ｐ側の側壁部には、バネ装着溝４２ｃが形成され、前記バネ装着溝４２ｃには板バネ４８が支持されている。
【００２９】
図７Ｂにおいて、試料Ｗを保持する断面台形状の試料ホルダＨのＱ軸方向両側には、下方に広がるように傾斜する傾斜面（被装着部）Ｈ１が形成されている。したがって、前記傾斜面Ｈ１がホルダ装着溝４２ａに嵌合して、試料ホルダＨがホルダ保持部材４２に装着される。前記傾斜面Ｈ１には、前記板バネ４８と係合する板バネ係合溝Ｈ１ａが、前記板バネ４８の配置された位置に対応して形成されている。また、前記試料ホルダＨは、ヒータ（図示せず）と被給電端子（図示せず）とを有しており、前記ホルダ保持部材４２に設けられた給電端子（図示せず）から給電されることにより試料Ｗを加熱することができる。前記ヒータや給電端子等の試料Ｗを加熱する構成は、例えば特開平１０−１９９４６１号公報等に記載されているので詳細な説明は省略する。
【００３０】
また、前記試料ホルダＨの−Ｐ側端には被保持部Ｈ２が支持されている。前記被保持部Ｈ２には、前記ホルダ搬送装置Ｃのガイド溝Ｃ１ａ及び保持溝Ｃ１ｂに係合する被保持ピンＨ３がＱ軸方向に突出して固定支持されている。前記ホルダ搬送装置Ｃに試料ホルダＨを装着する時は、まず、前記被保持ピンＨ３とガイド溝Ｃ１ａとが係合した状態で被保持部Ｈ２を中空円筒状の保持部Ｃ１内部に挿入する。そして、前記被保持ピンＨ３がガイド溝Ｃ１ａの外端まで挿入された状態で、前記ホルダ搬送装置Ｃを回転（正回転）させると、前記被保持ピンＨ３が保持溝Ｃ１ｂと係合し、試料ホルダＨがホルダ搬送装置Ｃに保持（装着）される。また、前記試料ホルダＨを離脱させる場合は、ホルダ搬送装置Ｃを回転（逆回転）させてからホルダ搬送装置Ｃを後退させることにより、試料ホルダＨを離脱させることができる。これらの手順により、前記試料ホルダＨをホルダ搬送装置Ｃによって搬送してホルダ保持部材４２に装着することができる。そして、前記試料ホルダＨがホルダ保持部材４２に装着された時、前記板バネ４８が板バネ係合溝Ｈ１ａと係合するので、試料ホルダＨがホルダ保持部材４２に対し堅固に保持される。
【００３１】
図３、図５において、前記ホルダ保持部材４２の＋Ｐ側端部（図３参照）には、ホルダ保持部材４２上面及び下面に当接する上下一対の保持部材移動部材５１，５２が配置されている。同様に、ホルダ保持部材４２の−Ｐ側端部のＱ軸方向両隅（図３参照）には、上下２対の保持部材移動部材５３，５４及び５６，５７が配置されている。図５において、上側（＋Ｚ側）に配置された前記保持部材移動部材５１，５３，５６は、上端部（＋Ｚ端部、外端部）がステージ本体１７の試料室１７ａの上壁に固定支持され、下端部（−Ｚ端部、内端部）がホルダ保持部材４２の上面に離接可能に支持されている。同様に、下側（−Ｚ側）に配置された前記保持部材移動部材５２，５４，５７は、下端部（−Ｚ端部、外端部）がステージ本体１７の試料室１７ａの底壁に固定支持され、上端部（＋Ｚ端部、内端部）がホルダ保持部材４２の下面に離接可能に支持されている。また、前記各保持部材移動部材５１〜５７はピエゾ素子によって構成されており、上下方向（Ｚ軸方向）に伸縮可能且つ、内端部がＰ軸方向及びＱ軸方向に移動可能に構成されている。したがって、通常時は全ての保持部材移動部材５１〜５７がホルダ保持部材４２を上方または下方から圧接して（押圧しながら当接して）支持している。したがって、前記各保持部材移動部材５１〜５７の内端部がホルダ保持部材４２に圧接した状態でＰ軸方向またはＱ軸方向に移動すると、前記ホルダ保持部材４２がＰ軸方向またはＱ軸方向に移動調節される。即ち、前記ホルダ保持部材４２は、Ｐ軸及びＱ軸の配置されたＸＹ平面内で移動調節される。
前記スライダ部材４３、スライダ支持部材４４、回転支持部材４６及び保持部材移動部材５１〜５７等によって、保持部材移動装置ＨＭが構成されている。
【００３２】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の試料ステージＳを備えた透過型電子顕微鏡１では、試料Ｗが保持された試料ホルダＨが前記試料交換室１０内で前記ホルダ搬送装置Ｃの先端部に装着・保持される。そして、前記試料交換室１０の仕切弁１０ａを開放して、ホルダ搬送装置Ｃを鏡筒２内に進入させる。前記試料ホルダＨがホルダ保持部材４２の装着溝４２ａに装着された状態で、前記ホルダ搬送装置Ｃから試料ホルダＨを離脱させ、ホルダ搬送装置Ｃを後退させる。このとき、前記板バネ４８と板バネ係合溝Ｈ１ａとが係合しているので、試料ホルダＨはホルダ保持部材４２にしっかり（堅固に）固定される。
前記試料ホルダＨがホルダ保持部材４２に保持された状態で、前記各保持部材移動部材５１〜５７によってホルダ保持部材４２をＸＹ平面内（Ｐ軸方向及びＱ軸方向）で移動調節して、試料Ｗの観察したい位置を電子ビーム（荷電粒子線）が通過する球体中心Ｏ（観察位置）に移動させる。そして、前記上側の保持部材移動部材５１，５３，５６と下側の保持部材移動部材５２，５４，５７とを連動して伸縮させることにより、ホルダ保持部材４２のＺ軸方向の位置を移動調節する。この結果、前記各保持部材移動部材５１〜５７のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動調節によって、試料Ｗの観察したい位置と観察位置（球体中心Ｏ）とを一致させることができる。
【００３３】
前記各保持部材移動部材５１〜５７は、ピエゾ素子によって構成されているので、移動調節可能な範囲が限定される。限定された範囲（マイクロメータ程度）を超えて移動調節する場合、前記各保持部材移動部材５１〜５７の内端部がある程度（移動限界近く）まで移動した状態で、前記保持部材移動部材５１〜５７のうち、例えば、上下１対の保持部材移動部材５１，５２のみＺ軸方向に短縮させて内端部をホルダ保持部材４２から離隔させる。このとき、前記ホルダ保持部材４２は残りの２対の保持部材移動部材５３〜５７によって保持されている。そして、短縮させた保持部材移動部材５１，５２のＰ軸方向及びＱ軸方向の移動（変形）を初期状態に戻した後で、Ｚ軸方向に伸張させてホルダ保持部材４２に圧接させると、前記保持部材移動部材５１，５２は再びＸＹ平面内で移動調節可能となる。同様にして、他の２対の保持部材移動部材５３〜５７それぞれを初期状態に戻すと、前記ホルダ保持部材４２を前記限定された範囲を超えて移動調節することができる。
【００３４】
前述の移動調節によって試料Ｗの観察したい位置を観察した時に試料Ｗの結晶軸と電子ビームの光軸（Ｚ軸）とが一致していない場合、前記ステージ本体支持部材１８によって球体中心Ｏを中心としてＸ軸回り及びＹ軸回りに前記ステージ本体１７を回転調節することにより、試料Ｗの結晶軸と電子ビームの光軸とを一致させることができる。
【００３５】
Ｙ軸回りに回転させる場合、前記ステージ本体支持部材１８の内、ピエゾ素子によって構成された前記Ｘ軸押圧部材２１，２２（図４参照）及びＸ軸回転部材（図示せず）の内端部をステージ本体１７から離隔させる。このとき、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４（図３参照）の押圧によって形成される回転軸がＹ軸と一致する。そして、図４において、例えば、前記Ｙ軸回転部材３１〜３４を、Ｙ軸（紙面に対して垂直な方向）回りに反時計方向に移動させることにより、前記ステージ本体１７がＹ軸回りに反時計方向に回転する。このとき、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４によって回転軸（Ｙ軸）が固定され且つ、観察位置（球体中心Ｏ）がＹ軸上に位置しているので、Ｙ軸回りに回転調節しても、観察位置（球体中心Ｏ）がずれない。
なお、このときのステージ本体１７の傾斜角度の最小値である最小傾斜角は、Ｙ軸回転部材３１〜３４の移動量によって決まり、ピエゾ素子によって構成された前記Ｙ軸回転部材３１〜３４の移動量はマイクロメータ程度であるので、最小回転角は１０−４［ｒａｄ］程度となる。
【００３６】
前記Ｙ軸回転部材３１〜３４はピエゾ素子によって構成されているので、回転可能な範囲は限定される。限定された範囲を超えて回転させる場合、前記Ｙ軸回転部材３１〜３４の内端部がある程度移動した状態で、前記Ｙ軸回転部材３１〜３４のうち、第１Ｙ軸回転部材３１，３４を径方向に縮めて、内端部をステージ本体１７の球状外周面１７ｂから離隔させる。このとき、前記ステージ本体１７は第２Ｙ軸回転部材３２，３３及びＹ軸押圧部材２３，２４によって保持されている。そして、前記第１Ｙ軸回転部材３１，３４の反時計方向の移動（変形）を初期状態に戻した後、径方向に伸ばして第１Ｙ軸回転部材３１，３４の内端部を球状外周面１７ｂに圧接させると、前記第１Ｙ軸回転部材３１，３４によってさらに回転調節することができる。同様にして、第１Ｙ軸回転部材３１，３４及びＹ軸押圧部材２３，２４によってステージ本体１７を保持した状態で、第２Ｙ軸回転部材３２，３３を初期状態に戻すことにより、限定された範囲を超えて第１Ｙ軸回転部材３１，３４及び第２Ｙ軸回転部材３２，３３で回転調節することができる。
【００３７】
なお、第１Ｙ軸回転部材３１，３４と第２Ｙ軸回転部材３２，３３とを同時にステージ本体１７の球状外周面１７ｂに圧接させず、例えば、第１Ｙ軸回転部材３１，３４で回転調節している間は、第２Ｙ軸回転部材３２，３３をステージ本体１７から離隔させておくことも可能である。この場合、第１Ｙ軸回転部材３１，３４で回転調節可能な範囲まで回転調節した状態で、第２Ｙ軸回転部材３２，３３を圧接させた後、第１Ｙ軸回転部材３１，３４を離隔させることにより、第１Ｙ軸回転部材３１，３４を初期状態に戻す間、第２Ｙ軸回転部材３２，３３によってステージ本体１７を回転調節することができ、短時間で効率的にステージ本体１７を回転調節することができる。
【００３８】
前記ステージ本体１７をＸ軸回りに回転させる場合は、Ｙ軸回りに回転させる場合と同様に、Ｙ軸押圧部材２３，２４及びＹ軸回転部材３１〜３４をステージ本体１７から離隔させた状態で、Ｘ軸回転部材（図示せず）の内端部を移動させることによって、ステージ本体１７を、Ｘ軸押圧部材２１，２２により形成される回転軸（Ｘ軸）回りに回転させることができる。このとき、前記Ｘ軸押圧部材２１，２２によって常に回転軸（Ｘ軸）が固定され且つ、Ｘ軸が球体中心Ｏ（観察位置）がＸ軸上に位置しているので、Ｘ軸回りに回転調節しても、観察位置がずれない。
【００３９】
したがって、実施例１の試料ステージＳを備えた透過型電子顕微鏡１では、ステージ本体１７をＸ軸及びＹ軸回りに回転調節しても、ステージ本体１７の観察位置（球体中心Ｏ）が回転軸（Ｘ軸又はＹ軸）上に常に位置しているので、観察位置が移動しない（ずれない）。即ち、２軸ユーセントリック機構が実現し、２軸回りに回転させて結晶性の試料Ｗの結晶軸と電子ビームの光軸とを一致させる場合でも、試料を観察している位置、視野及び試料高さが変わらないので、ユーザーは非常に容易に試料の傾斜・回転を行うことができる。
また、前記試料ステージＳのホルダ保持部材４２は、保持部材移動装置ＨＭによってＸＹ平面内で移動調節可能に支持され、且つＺ軸方向にも移動調節可能に支持されているので、試料Ｗの任意の場所を観察することができる。
【００４０】
また、実施例１の試料ステージＳでは、前記保持部材移動装置ＨＭ及びステージ本体支持部材１８としてピエゾ素子を使用しているので、一般の駆動機構を使用した場合に部材どうしが擦れて発生するパーティクル（微粒子）等による試料の汚染を防止できる。また、一般の駆動機構では、部材のスライド移動を滑らかにするために潤滑剤が使用されるが、潤滑剤には油成分が含まれているので、前記油成分によって試料が汚染される場合がある。実施例１の試料ステージＳでは、前述のようにピエゾ素子を使用しているので、前記油成分による試料汚染も防止できる。
したがって、超高真空のような清浄な雰囲気でも、試料を汚染せずに試料ＷのＸＹ平面内及びＺ軸方向の移動や、Ｘ軸、Ｙ軸回りの傾斜・回転を行うことができる。
【００４１】
さらに、試料ホルダＨはヒータを備えており、試料Ｗを加熱して観察することができる。そして、試料ホルダＨがホルダ保持部材４２の装着溝４２ａに装着されるので、サイドエントリータイプのように１方向（ゴニオメータの軸方向）ではなく、全体（全方向）にほぼ均一に熱が伝導する。したがって、ヒータによる熱や電子ビームが照射された時に発生する熱で試料ホルダＨ等が不均一に熱膨張することによって発生する、試料Ｗの熱的な試料ドリフトが防止される。
【００４２】
また、試料ホルダＨがホルダ保持部材４２に装着され、且つ試料ステージＳの内筒壁１６を固定支持している部材がポールピース１１，１２を支持しているので、試料ホルダＨはポールピース１１，１２の近傍に固定支持され、且つ鏡筒２に対して固定支持されている。即ち、試料ホルダＨと内筒壁１６を支持する鏡筒２との間の剛性が、サイドエントリータイプのゴニオメータに比べ高くなり、外部振動等に対して構造的に強くなる。
【００４３】
さらに、実施例１のホルダ支持部材４１では、前記ホルダ保持部材４２は、スライド部４３ａがクランプ部４４ａに対してＰ軸方向にスライド移動可能に支持され、且つスライド部４３ａ及び回転軸４４ｂがそれぞれクランプ部４４ａ、４６ａに対して回動可能に支持されている。保持部材移動部材５１〜５７によるホルダ保持部材４２の移動調節時に、保持部材移動部材５１〜５７がホルダ保持部材４２を押圧する力や、各保持部材移動部材５１〜５７とホルダ保持部材４２とが当接する面の平滑度が不均一であったとき、各保持部材移動部材５１〜５７とホルダ保持部材４２とが当接する位置で、移動調節される量に差（ばらつき）が生じる可能性がある。
仮に、前記ホルダ支持部材４１がスライダ４３、スライダ支持部材４４及び回転支持部材４６を有さず、３組の保持部材移動部材５１〜５７のみによってホルダ保持部材４２が支持されている場合、移動調節される量にばらつきが生じると、ホルダ保持部材４２の移動方向が定まらずにＸＹ平面内で回転しながら移動してしまうことがある。
しかしながら、実施例１のホルダ支持部材４１では、前記各保持部材移動部材５１〜５７の内端部がＰ軸方向またはＱ軸方向に移動した時に移動調節される量にばらつきが生じても、クランプ部４４ａ、４６ａ等によって、ホルダ保持部材４２の移動がＰ軸方向またはＱ軸方向に沿う方向に規制される。即ち、ホルダ保持部材４２が、ＸＹ平面内で回転することを防止することができる。
【００４４】
（実施例２）
図８は実施例２の試料ステージの要部拡大説明図であり、前記実施例１の図４に対応する図である。
図９は実施例２の試料ステージの要部拡大図であり、前記実施例１の図５に対応する図である。
なお、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図８において、実施例２の試料ステージＳ′は、球状外周面１７ｂの径方向及び円周方向に移動可能な実施例１のＹ軸回転部材３１〜３４に替えて、円周方向にのみ移動可能なＹ軸回転部材３１′〜３４′を有している。そして、前記第１Ｙ軸回転部材３１′及び第２Ｙ軸回転部材３３′それぞれの外端部は、径方向にのみ伸縮可能な第１Ｙ軸圧接部材３６（図８参照）及び第２Ｙ軸圧接部材３７によって固定支持されている。前記第１Ｙ軸圧接部材３６及び第２Ｙ軸圧接部材３７は、それぞれ、内筒壁１６′に形成されたＹ軸圧接部材収容孔１６ａ′，１６ｂ′に収容されている。
Ｘ軸回転部材（図示せず）も、前記Ｙ軸回転部材３１′〜３４′及びＹ軸圧接部材３６，３７と同様に構成されている。
前記Ｘ軸押圧部材２１，２２、Ｙ軸押圧部材２３，２４、Ｘ軸回転部材（図示せず）、Ｙ軸回転部材３１′〜３４′及びＹ軸圧接部材３６，３７によってステージ本体支持部材１８′が構成されている。
【００４６】
図９において、ホルダ保持部材４２の上部にはホルダ保持部材４２の上面に対向して上板６１が配置されている。前記上板６１の下面には保持部材移動部材５１′，５３′，５６′の上端部（＋Ｚ端部、外端部）が固定支持されている。実施例２の保持部材移動部材５１′〜５７′は、実施例１の保持部材移動部材５１〜５７と異なり、ホルダ保持部材４２の上面または下面に沿う方向（ＸＹ平面に沿う方向）のみに移動可能に構成されている。
【００４７】
そして、前記上板６１の下面と前記試料室１７ａの底部との間には上下方向（Ｚ軸方向）に伸縮可能なピエゾ素子によって構成された３つの移動部材圧接部材６６が支持されている。前記３つの移動部材圧接部材６６（１つ図示せず）は、それぞれ、３組の保持部材移動部材（５１′，５２′）、（５３′，５４′）、（５６′，５７′）に対応して配置されている。即ち、保持部材移動部材５６′，５７′に対応する移動部材圧接部材６６は、球体中心Ｏと保持部材移動部材５６′，５７′とを結ぶ直線の延長線上に配置されている。したがって、保持部材移動部材５６′，５７′に対応する前記移動部材圧接部材６６を伸ばした場合、その部分の上板６１が持ち上がり、保持部材移動部材５６′，５７′がホルダ保持部材４２を押圧する力が弱まる（ほとんどゼロになる）。したがって、保持部材移動部材５６′，５７′は、その内端部がホルダ保持部材４２の表面を滑って初期状態に戻すことができる。このとき、その他の保持部材移動部材５１′〜５４′がホルダ保持部材４２を押圧する力はほとんど低下せず、ホルダ保持部材４２はその他の保持部材移動部材５１′〜５４′によって保持されている。したがって、保持部材移動部材５６′，５７′が初期状態に戻る時、ホルダ保持部材４２はＸＹ平面内で移動しない。
前記スライダ４３、スライダ支持部材４４、回転支持部材４６及び保持部材移動部材５１′〜５７′等によって、保持部材移動装置ＨＭ′が構成されている。
【００４８】
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２の試料ステージＳ′を備えた透過型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）では、保持部材移動部材５１′〜５７′によってホルダ保持部材４２がＸＹ平面内で移動調節される。ピエゾ素子によって構成された前記保持部材移動部材５１′〜５７′によって限定された範囲を超えて移動調節する場合、前記各保持部材移動部材５１′〜５７′がある程度（移動限界近く）まで移動した状態で、前記３つの移動部材圧接部材６６のうちいずれかを伸ばす。そして、伸ばした移動部材圧接部材６６に対応する保持部材移動部材を初期状態に戻した後、移動部材圧接部材６６を縮める。これを繰り返し、３組の保持部材移動部材５１′〜５７′の全てを初期状態に戻すと、限定された範囲を超えて前記ホルダ保持部材４２を移動調節することができる。
【００４９】
結晶性の試料Ｗの結晶軸と電子ビーム（荷電粒子線）の光軸（Ｚ軸）とが一致していない場合、Ｘ軸回り及びＹ軸回りに前記ステージ本体１７を傾斜・回転調節して試料Ｗの結晶軸と電子ビームの光軸とを一致させても観察位置が移動しない（ずれない）。
Ｙ軸回りに回転させる場合、実施例１と同様に、ピエゾ素子によって構成された前記Ｘ軸押圧部材２１，２２を離隔させ、Ｘ軸回転部材がステージ本体１７を押圧する力を弱める。そして、図８において、前記Ｙ軸回転部材３１′〜３４′の内端部をＹ軸（紙面に対して垂直な方向）を中心として反時計方向に移動させると、前記ステージ本体１７がＹ軸回りに反時計方向に回転する。このとき、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４によって常に回転軸（Ｙ軸）が固定され、且つＹ軸が観察位置（球体中心Ｏ）を通過するので、Ｙ軸回りに回転調節しても、観察位置がずれない。
【００５０】
ピエゾ素子によって構成された前記Ｙ軸回転部材３１′〜３４′によって限定された範囲を超えて回転調節する場合、前記Ｙ軸回転部材３１′〜３４′の内端部がある程度移動した状態で、前記第１Ｙ軸圧接部材３６を縮める。このとき、前記第１Ｙ軸回転部材３１′，３４′が球状外周面１７ｂを圧接する力が弱まる（ほとんどゼロになる）ので、第１Ｙ軸回転部材３１′，３４′を初期状態に戻す時に、第１Ｙ軸回転部材３１′，３４′の内端部が球状外周面１７ｂ上を滑って戻すことができる。そして、前記第１Ｙ軸回転部材３１′，３４′を初期状態に戻した後、前記第１Ｙ軸圧接部材３６を伸ばして、第１Ｙ軸回転部材３１′，３４′を球状外周面１７ｂに圧接する。同様にして、第２Ｙ軸回転部材３２′，３３′を初期状態に戻すと、限定された範囲を超えてＹ軸回転部材３１′〜３４′によって回転調節することができる。同様にして、Ｘ軸回りにも限定された範囲を超えて回転調節することができる。
【００５１】
したがって、実施例２の試料ステージＳ′を備えた透過型電子顕微鏡では、実施例１の試料ステージＳと同様に、２軸ユーセントリック機構が実現し、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸回りに回転させて結晶性の試料Ｗの結晶軸と前記光軸とを一致させる場合でも、試料を観察している位置や視野や試料高さが変わらないので、ユーザーは非常に容易に試料の傾斜・回転調節を行うことができる。また、前記試料ステージＳ′のホルダ保持部材４２は、保持部材移動装置ＨＭ′によって、ＸＹ平面内で移動調節可能に支持されているので、試料Ｗの任意の場所を観察することができる。
【００５２】
さらに、実施例２の試料ステージＳ′では、ピエゾ素子によって構成された前記保持部材移動装置ＨＭ′及びステージ本体支持部材１８′を使用しているので、一般の駆動機構を使用した時に発生するパーティクル（微粒子）等の発生を防止できる。したがって、超高真空のような清浄な雰囲気でも、試料を汚染せずに試料のＸＹ平面内の移動や、Ｘ軸、Ｙ軸回りの傾斜・回転を行うことができる。また、実施例１と同様に、試料ホルダＨがホルダ保持部材４２に装着されるので、全体にほぼ均一に熱が伝導する。したがって、試料Ｗの熱的な試料ドリフトを防止することができる。さらに、実施例１と同様に、試料ホルダＨがホルダ保持部材４２にしっかり装着されるので、試料Ｗと鏡筒２との間の剛性が、サイドエントリータイプのゴニオメータに比べ高くなる。即ち、実施例２の試料ステージＳ′も、外部振動等に対して構造的に強い。
【００５３】
（実施例３）
図１０は実施例３の試料ステージの説明図であり、前記実施例１の図３に対応する図である。
図１１は実施例３の試料ステージの側方から見た説明図である。
図１２は実施例３の試料ステージの回転部材を駆動する駆動装置の説明図である。
なお、この実施例３の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図１０、図１１において、実施例３の試料ステージＳ″では、ステージ本体１７″の球状外周面１７ｂ″にガイド溝１７ｄ″（図１１参照）が形成されている。前記ガイド溝１７ｄ″はステージ本体１７″の外周に沿って形成されており、図１１に示すように、溝の幅は上下方向中央部で最も狭く、上方及び下方に行くに従って広くなるように形成されている。前記ガイド溝１７ｄ″は各押圧部材２１〜２４それぞれに対応して形成されており、回転調節する前の初期状態では前記各押圧部材２１〜２４はガイド溝１７ｄ″中央部の溝幅の最も狭い部分（最狭部）１７ｄ１″に当接する。そして、前記ステージ本体１７″をＹ軸回り（又はＸ軸回り）に最大限回転調節させた後、Ｘ軸押圧部材２１，２２（又はＹ軸押圧部材２３，２４）をステージ本体１７″に当接させた時に、Ｘ軸押圧部材２１，２２（又はＹ軸押圧部材２３，２４）の内端部（当接部）が球状外周面１７ｂ″でなくガイド溝１７ｄ″に当接するように前記ガイド溝１７ｄ″の溝の幅が設定されている。
【００５５】
また、実施例３の試料ステージＳ″では、実施例１のＸ軸回転部材及びＹ軸回転部材３１〜３４の替わりに、ステージ本体回転部材７０によってステージ本体１７″を回転可能に支持している。前記ステージ本体回転部材７０は、ステージ本体１７″の球状外周面１７ｂ″の上下方向（Ｚ軸方向）中央部から＋Ｐ方向に突出した状態で固定支持されたＰ側レバー７１と、＋Ｑ方向に突出した状態で固定支持されたＱ側レバー７２とを有している。
【００５６】
図１２において、前記Ｐ側レバー７１の上方にはレバー押圧プレート７６が当接している。前記レバー押圧プレート７６と鏡筒２との間には圧縮バネ７７が支持されており、前記レバー押圧プレート７６は常に下方に付勢されている。前記Ｐ側レバー７１の下方にはレバー位置調節部材７８が配置されている。前記レバー位置調節部材７８は、前記Ｐ側レバー７１に当接する頂壁７８ａと、前記頂壁７８ａの両端部が折り曲げて形成された被ガイド部７８ｂとを有している。前記レバー位置調節部材７８の下方（−Ｚ方向）にはガイド部材７９が図示しない支持部材によって鏡筒２に固定支持されている。前記ガイド部材７９は、ネジ孔７９ａが形成された底壁７９ｂと、前記底壁７９ｂの両端部から上方に突出して形成されたガイド部７９ｃとを有する。前記ガイド部７９ｃは、その内側面が前記被ガイド部７８ｂの外側面に当接して、前記レバー位置調節部材７８の上下方向（Ｚ軸方向）のスライド移動をガイドする。
【００５７】
前記レバー位置調節部材７８及びガイド部材７９の内部には、前記ネジ孔７９ａに螺合する調節ネジ８１が配置されている。前記調節ネジ８１の上端には当接球８１ａが支持されており、前記当接球８１ａは前記レバー位置調節部材７８頂壁７８ａの下面に当接している。前記調節ネジ８１の下端には被駆動ギア８２が固定支持されている。そして、前記被駆動ギア８２と噛合う駆動ギア８３を回転駆動する駆動モータ８４が鏡筒２に固定支持されている。
【００５８】
前記駆動モータ８４を正転・逆転させて駆動ギア８３を回転駆動すると、前記調節ネジ８１が上下方向（Ｚ軸方向）に移動する。前記調節ネジ８１の上下方向の移動によりレバー位置調節部材７８が上下方向に移動し、前記Ｐ側レバー７１の上下方向の位置が調節される。
また、前記Ｑ側レバー７２も、前記Ｐ側レバー７１と同様に、レバー押圧プレート７６及びレバー位置調節部材７８によって挟持されており、駆動モータ８４を回転駆動することによって、上下方向に位置調節される。
前記各レバー７１，７２、レバー押圧プレート７６、圧縮バネ７７、レバー位置調節部材７８、ガイド部材７９、調節ネジ８１、被駆動ギア８２、駆動ギア８３及び駆動モータ８４等によって前記ステージ本体回転部材７０が構成されている。そして、前記ステージ本体回転部材７０、前記Ｘ軸押圧部材２１，２２及び、Ｙ軸押圧部材２３，２４等によってステージ本体支持部材１８″が構成されている。
【００５９】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３の試料ステージＳ″を有する透過型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）では、ステージ本体１７″をＹ軸回りに回転調節する場合、Ｘ軸押圧部材２１，２２を縮め、球状外周面１７ｂ″から離隔させ、Ｙ軸押圧部材２３，２４のみでステージ本体１７″を支持する。そして、前記各レバー７１，７２の駆動モータ８４、８４を駆動させて、Ｐ側レバー７１及びＱ側レバー７２を共に上方又は下方に移動させる。このとき、図１０において、前記球状外周面１７ｂ″の円周方向に沿ってＰ側レバー７１とＱ側レバー７２との間にＹ軸押圧部材２３，２４が配置されてないので、各レバー７１，７２を同じ方向（上方又は下方）に移動させることによって、ステージ本体１７″をＹ軸回りに回転させることができる。このとき、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４によって常に回転軸（Ｙ軸）が固定され、且つＹ軸が観察位置（球体中心Ｏ）を通過するので、Ｙ軸回りに回転調節しても、観察位置がずれない。
【００６０】
さらに、実施例３の試料ステージＳ″では、ステージ本体１７″をＹ軸回りに回転させる時、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４がガイド溝１７ｄ″の最狭部１７ｄ１″に配置されている。したがって、Ｙ軸押圧部材２３，２４は、Ｙ軸回りの回転調節中、最狭部１７ｄ１″の両溝壁によって挟まれ、水平面内（ＸＹ平面内）で移動不能に支持されている。前記ガイド溝１７ｄ″を設けない場合、ステージ本体１７″をＹ軸回りに回転調節中に、球状外周面１７ｂ″の凹凸等によって球状外周面１７ｂ″とＹ軸押圧部材２３，２４との当接位置がずれたり、ステージ本体１７″がＺ軸回りに回転したりすることがある。しかしながら、実施例３の試料ステージＳ″では、前記Ｙ軸押圧部材２３，２４が水平面内で移動不能に支持されているので、前記Ｚ軸回りの回転等が防止され、Ｙ軸回りの回転調節を安定化することができる。
【００６１】
前記ステージ本体１７″をＸ軸回りに回転調節する場合、Ｙ軸押圧部材２３，２４を縮めて球状外周面１７ｂ″から離隔させ、Ｘ軸押圧部材２１，２２のみでステージ本体１７″を支持する。そして、前記Ｐ側レバー７１の駆動モータ８４を正回転駆動させてＰ側レバー７１を上方に移動させ且つ、Ｑ側レバー７２の駆動モータ８４を逆回転駆動させてＱ側レバー７２を下方に移動させることによって、Ｘ軸を回転軸として＋Ｙ側が上方（＋Ｚ方向）に移動するように前記ステージ本体１７″を回転調節することができる。前記ステージ本体１７″をＸ軸回りに逆方向に回転調節する場合、Ｐ側レバー７１の駆動モータ８４を逆回転駆動させ、Ｑ側レバー７２の駆動モータ８４を正回転駆動させればよい。前記回転調節の際、Ｘ軸押圧部材２１，２２によって常に回転軸（Ｘ軸）が固定され且つ、Ｘ軸が観察位置（球体中心Ｏ）を通過するので、観察位置がずれない。
なお、Ｙ軸回りの回転調節を行う前にＸ軸回りの回転調節をする場合、前記Ｘ軸押圧部材２１，２２がガイド溝１７ｄ″の最狭部１７ｄ１″によって水平面内で移動不能に挟持されているので、ステージ本体１７″のＺ軸回りの回転等を防止でき、Ｘ軸回りの回転調節を安定化することができる。
【００６２】
したがって、実施例３の試料ステージＳ″を備えた透過型電子顕微鏡では、実施例１の試料ステージＳと同様に、２軸ユーセントリック機構が実現し、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸回りに回転させて結晶性の試料Ｗの結晶軸と前記光軸とを一致させる場合でも、試料を観察している位置や視野や試料高さが変わらないので、ユーザーは非常に容易に試料の傾斜・回転調節を行うことができる。また、その他の構成は実施例１と同様であるため、実施例１と同様の作用を有する。
【００６３】
なお、前記各レバー７１，７２は、実施例３のようにＸ軸及びＹ軸と４５°の角を成すように配置するのが望ましいが、４５°より大きい角度や小さい角度で配置することも可能である。また、各レバー７１，７２どうしのなす角が９０°より大きい角や小さい角とすることも可能である。
【００６４】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更実施例（Ｈ０１）〜（Ｈ０９）を下記に例示する。
（Ｈ０１）前記各実施例において、試料ホルダＨにヒータを備えず、ホルダ保持部材４２等を断熱部材で形成して、冷却した試料ホルダＨを装着することにより試料Ｗを冷却した状態で観察することもできる。
（Ｈ０２）前記各実施例において、ホルダ保持部材４２を上下方向（Ｚ軸方向）に移動調節可能に支持する保持部材移動部材を別に備えることもできる。例えば、試料室１７ａの底部に、上下方向に伸縮可能なピエゾ素子を複数配置し、そのピエゾ素子の上部に下板を支持する。そして、前記下板の上面に回転支持部材４６、及び下側の保持部材移動部材５２，５４，５７の下部を固定支持する。前記構成により、ピエゾ素子を上下方向に伸縮させることによって、ホルダ保持部材４２の上下方向（Ｚ軸方向）を調節することができ、試料ＷのＺ軸方向の位置を観察位置（球体中心Ｏ）に一致させることができる。
【００６５】
（Ｈ０３）前記各実施例において、試料ステージＳ，Ｓ′全体を鏡筒２に対し、上下方向（Ｚ軸方向）に移動調節する保持部材移動部材を備えることも可能である。この場合も、前記試料Ｗの上下方向（Ｚ軸方向）の位置を観察位置（球体中心Ｏ）に一致させることができる。
（Ｈ０４）前記各実施例において、ステージ本体１７を従来公知の慣性駆動機構を使用して回転調節するよう構成することも可能である。この場合、Ｘ軸回転部材及びＹ軸回転部材を省略し、Ｘ軸押圧部材２１，２２及びＹ軸押圧部材２３，２４のみでステージ本体支持部材１８を構成することができる。
（Ｈ０５）前記各実施例において、Ｘ軸回転部材（図示せず）及びＹ軸回転部材３１〜３４、３１′〜３４′によってステージ本体１７の回転調節を行ったが、例えば、回転部材と球体中心Ｏとを結ぶ直線の成す中心角が互いに１２０°の位置に配置された３つの回転部材と、押圧部材２１〜２４とによってステージ本体１７を支持し、前記３つの回転部材の周方向の移動を組み合わせてＸ軸回り及びＹ軸回りにステージ本体１７を回転調節することも可能である。なお、前記３つの回転部材は同一平面内に配置することも可能であるし、同一平面内に配置しないことも可能である。また、回転部材の数も３つでなくそれ以上の任意の数使用することもできる。
【００６６】
（Ｈ０６）前記各実施例において、試料ホルダＨの着脱方向を変更することにより、Ｐ軸方向及びＱ軸方向と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とを一致させることも可能である。
（Ｈ０７）前記各実施例において、直交するＸ軸、Ｙ軸を回転軸としてステージ本体１７を傾斜・回転調節したが、Ｘ軸、Ｙ軸が直交せず、交差する角度が９０°以外のＸ軸及びＹ軸を回転軸として傾斜・回転調節することもできる。
（Ｈ０８）前記各実施例において、押圧部材２１〜２４のピエゾ素子が縮んだ時に押圧部材２１〜２４と球状外周面１７ｂとが離隔するよう構成したが、押圧部材２１〜２４内端部と球状外周面１７ｂとが離隔せず、押圧力がほとんどゼロの状態で当接し、相互に滑るように構成することも可能である。
（Ｈ０９）前記実施例１及び２において、ステージ本体１７，１７ｃ′の外周面に実施例３のガイド溝１７ｄ″を形成することも可能である。
【００６７】
【発明の効果】
前述の本発明の試料ステージ及び荷電粒子線装置は、下記の効果（Ｅ０１）〜（Ｅ０５）を奏することができる。
（Ｅ０１）２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）回りに傾斜しても試料の観察位置が光軸から移動しないようにすることができる。
（Ｅ０２）サイドエントリータイプに比べ、試料ステージがポールピース近傍で固定支持されているので、試料と鏡筒間の剛性を高くすることができる
（Ｅ０３）試料ステージを光軸に対して軸対称に配置することによって、均一に熱膨張し、熱ドリフトを小さくすることができる。
（Ｅ０４）シンプルな構成で試料の加熱、冷却を可能にすることができる。
（Ｅ０５）超高真空のような清浄な雰囲気で試料の汚染の原因となる駆動機構を使わない試料移動と傾斜を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例の試料ステージを備えた透過型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）の説明図である。
【図２】図２は前記図１の矢印ＩＩで示す部分の拡大図である。
【図３】図３は実施例１の試料ステージの説明図であり、図３Ａは図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図３Ｂはホルダ搬送装置の保持部の斜視図である。
【図４】図４は試料ステージの要部拡大説明図であり、図３ＡのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図５は実施例１の試料ステージの要部拡大図である。
【図６】図６は実施例１の試料ステージの試料ホルダ及びホルダ支持部材の斜視図である。
【図７】図７は実施例１の試料ステージの試料ホルダ及びホルダ支持部材の説明図であり、図７Ａはホルダ支持部材の平面図、図７Ｂは試料ホルダの平面図、図７Ｃはホルダ支持部材の側面図である。
【図８】図８は実施例２の試料ステージの要部拡大説明図であり、前記実施例１の図４に対応する図である。
【図９】図９は実施例２の試料ステージの要部拡大図であり、前記実施例１の図５に対応する図である。
【図１０】図１０は実施例３の試料ステージの説明図であり、前記実施例１の図３に対応する図である。
【図１１】図１１は実施例３の試料ステージの側方から見た説明図である。
【図１２】図１２は実施例３の試料ステージの回転部材を駆動する駆動装置の説明図である。
【符号の説明】
Ｈ…試料ホルダ、ＨＭ，ＨＭ′…保持部材移動装置、Ｈ１…被装着部、Ｓ，Ｓ′…試料ステージ、試料…Ｗ、鏡筒…２、１７，１７″…ステージ本体、１７ｂ，１７ｂ″…球状外周面、１８，１８′，１８″…ステージ本体支持部材、４２…ホルダ保持部材、４２ａ…ホルダ装着溝。
【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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