(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線が照射される試料が先端部に取り付けられる第一回転冶具と、
入力される１つの運動を２つの運動に分離する動力分離器と、
前記動力分離器を保持する保持棒と、
前記動力分離器から生み出される動力を伝え、前記第一回転冶具に直進運動を与える直進運動伝達機構と、
前記動力分離器から生み出される動力を伝え、前記第一回転冶具に回転運動を与える回転運動伝達機構と、
前記動力分離器に運動を与える動力部と、
前記保持棒の延在方向を回転軸として前記第一回転冶具に第１の回転を与える第１の回転制御部と、
を有し、
前記直進運動伝達機構は前記第一回転冶具を前記回転軸に対して線対称の位置にスライドさせる試料ホルダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記動力分離器は、
回転体と、
前記回転体の回転面の第１面に取り付けられた第一ピンと、
前記第１面とは反対側の第２面に取り付けられた第二ピンと、
を有しており、
入力される運動を前記回転体の回転運動に変換するようにされる試料ホルダ。
【請求項３】
請求項２において、
前記回転運動伝達機構は、
前記第一ピンが入る第一ピン遊動長孔を有する第三歯車と、
前記第三歯車の回転を前記第一回転冶具に伝達する第二歯車と、
を有し、
前記第一ピンによって前記第一回転冶具が回転運動するようにされる試料ホルダ。
【請求項４】
請求項２において、
前記直進運動伝達機構は、
一端に前記第二ピンを受けるＶ字溝と、
その反対側の一端に前記第一回転冶具を保持している第二回転冶具と、
を有し、
前記第二ピンによって前記第二回転冶具が回転することで前記第一回転冶具が直進運動するようにされる試料ホルダ。
【請求項５】
請求項２において、
前記動力分離器は、前記第一ピンの位置、前記第二ピンの位置および第一ピン遊動長穴の長さを調整することによって、前記第一回転冶具の直進運動と回転運動間の運動位相を制御するようにされる試料ホルダ。
【請求項６】
請求項１において、
前記動力分離器は、
回転体と、
前記回転体の回転面の第１面に取り付けられた第一欠歯歯車と、
前記第１面とは反対側の第２面に取り付けられた第二欠歯歯車と、
を有しており、
入力される運動を前記回転体の回転運動に変換するようにされる試料ホルダ。
【請求項７】
請求項６において、
前記回転運動伝達機構は、前記第一欠歯歯車の回転を前記第一回転冶具に伝達する第二歯車を有し、
前記第一欠歯歯車が回転することで前記第一回転冶具が回転運動するようにされる試料ホルダ。
【請求項８】
請求項６において、
前記直進運動伝達機構は、第四歯車を保持している第二回転冶具を有し、
前記第二欠歯歯車によって前記第二回転冶具が回転することで前記第一回転冶具が直進運動するようにされる試料ホルダ。
【請求項９】
請求項６において、
前記動力分離器は、前記第一欠歯歯車と前記第二欠歯歯車の欠歯領域の長さと位置を調整することによって、前記第一回転冶具の直進運動と回転運動間の運動位相を制御するようにされる試料ホルダ。
【請求項１０】
試料に荷電粒子線を照射する照射部と、
前記荷電粒子線に対する試料の位置と角度を設定する試料ホルダと、
を備え、
前記試料ホルダは
先端部に前記試料が取り付けられる第一回転冶具と、
入力される１つの運動を２つの運動に分離する動力分離器と、
前記動力分離器を保持する保持棒と、
前記動力分離器から生み出される動力を伝え、前記第一回転冶具に直進運動を与える直進運動伝達機構と、
前記動力分離器から生み出される動力を伝え、前記第一回転冶具に回転運動を与える回転運動伝達機構と、
前記動力分離器に運動を与える動力部と、
前記保持棒の延在方向を回転軸として前記第一回転冶具に第１の回転を与える第１の回転制御部と、
を備え、
前記直進運動伝達機構は前記第一回転冶具を前記回転軸に対して線対称の位置にスライドさせる荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記動力分離器は、
回転体と、
前記回転体の回転面の第１面に取り付けられた第一ピンまたは第一欠歯歯車と、
前記第１面とは反対側の第２面に取り付けられた第二ピンまたは第二欠歯歯車と、
を有しており、
入力される運動を前記回転体の回転運動に変換するようにされる荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記回転運動伝達機構は、
前記第一ピンが入る第一ピン遊動長孔を有する第三歯車と、
前記第三歯車の回転を前記第一回転冶具に伝達する第二歯車と、
を備え、
前記第一ピンによって前記第一回転冶具が回転運動するようにされ、
または、
前記回転運動伝達機構は、前記第一欠歯歯車の回転を前記第一回転冶具に伝達する第二歯車を備え、前記第一欠歯歯車が回転することで前記第一回転冶具が回転運動するようにされる、
荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記直進運動伝達機構は、
一端に前記第二ピンを受けるＶ字溝と、
その反対側の一端に前記第一回転冶具を保持している第二回転冶具と、
を備え、
前記第二ピンによって前記第二回転冶具が回転することで前記第一回転冶具が直進運動するようにされ、
または、
前記直進運動伝達機構は、第四歯車を保持している第二回転冶具を備え、前記第二欠歯歯車によって前記第二回転冶具が回転することで前記第一回転冶具が直進運動するようにされる、
荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記動力分離器は、前記第一ピンの位置、前記第二ピンの位置および第一ピン遊動長穴の長さを調整することによって、前記第一回転冶具の直進運動と回転運動間の運動位相を制御するようにされ、
または、
前記動力分離器は、前記第一欠歯歯車と前記第二欠歯歯車の欠歯領域の長さと位置を調整することによって、前記第一回転冶具の直進運動と回転運動間の運動位相を制御するようにされる、
荷電粒子線装置。
【請求項１５】
試料に荷電粒子線を照射する照射部と、前記荷電粒子線に対する前記試料の位置と角度を設定する試料ホルダとを備える荷電粒子線装置における観察方法であって、
（ａ）前記荷電粒子線の照射軸と直交する方向を第１の回転軸と前記試料のｘ軸とを平行に設定し、前記試料を観察領域に配置する工程と、
（ｂ）前記第１の回転軸の周りに第１の回転を前記試料に与え、前記観察領域のｘ軸周り−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像を得る工程と、
（ｃ）前記第１の回転軸と前記試料のｙ軸とを平行に設定し、前記試料を前記観察領域に配置する工程と、
（ｄ）前記第１の回転軸の周りに第１の回転を前記試料に与え、前記観察領域のｙ軸周り−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像を得る工程と、
を有し、
前記（ａ）工程は、
（ａ１）入力される１つの動力を分離し、第一回転治具に回転運動を与えることにより、前記試料に第２の回転を与える工程と、
（ａ２）前記入力される１つの動力を分離し、前記第一回転治具に直進運動を与えることにより、前記試料を第１の方向に移動させる工程と、
を有し、
前記（ｃ）工程は、
（ｃ１）入力される１つの動力を分離し、前記第一回転治具に回転運動を与えることにより、前記試料に第３の回転を与える工程と、
（ｃ２）前記入力される１つの動力を分離し、前記第一回転治具に直進運動を与えることにより、前記試料を第２の方向に移動させる工程と、
を有する、
観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ホルダ、荷電粒子線装置および観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡像から試料の電磁場構造を３次元的に解析する技術として、非特許文献１に記載のベクトル場トモグラフィーがある。電磁場のベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）を再構成するには、観察領域のｘ軸周り任意角度すなわち−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像と、ｙ軸周り任意角度すなわち−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像が必要であることが記載されている。
上記ｘ軸周り回転シリーズ像とｙ軸周り回転シリーズ像を観察可能な電子線干渉顕微鏡等の試料ホルダとして、特許文献１（特開２０１３−１４９５０７号公報）またはこれに対応する国際公開第２０１３／１０８７１１号（特許文献２）がある。特許文献１または特許文献２には、「先端部に試料を取り付ける取付部を有する試料取付台と、前記試料取付台を保持する取付台保持部を有する回転冶具と、前記回転冶具を保持する保持部を有する試料保持棒と、前記保持棒の延在方向を軸として−１８０°から＋１８０°の第１の回転を前記試料保持棒に与える第１の回転制御部と、前記第１の回転の回転軸に直交する方向を軸として±45度以上の第２の回転を前記回転冶具に与える第２の回転制御部と、を有し、前記試料取付台は円錐状または多角錐状の形状であることを特徴とする。」と記載されている（[００１５]参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４９５０７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／１０８７１１号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】C. Phatak, M. Beleggia and M. De Graef : Ultramicroscopy, Vol. 108, (2008) 503-513.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１または特許文献２に記載の技術は、第２の回転軸周りに試料を回転させた際、第１の回転軸上から試料が離れてしまう。そこで、スライド冶具を付与し、第１の回転軸上に試料を戻す機構を有している（[００２８]参照）。第２の回転軸周りの試料回転は、ワイヤー、スライド棒、リニアアクチュエータを用いて、試料室内で回転させることができる。しかし、スライド冶具を用いて第１の回転軸上に試料を戻す行為は、試料室外で行う必要がある（[００３７]参照）。スライド冶具を用いて第１の回転軸上に試料を戻す行為も試料室内で行うためには、スライド冶具の移動機構を付与するための追加のスペースが試料ホルダ内に必要になる。追加のスペースを確保するには、部品の小型化もしくは試料ホルダサイズの拡張で対応する必要があるが、部品加工の困難さ、ホルダを搭載する透過電子顕微鏡の仕様変更が伴い、実現するのは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、観察領域のｘ軸周り任意角度すなわち−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像の取得から、ｙ軸周り任意角度すなわち−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像の取得までの一連の行為を、試料を試料室外に取り出すことなく実施可能な試料ホルダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、試料ホルダは、荷電粒子線が照射される試料が先端部に取り付けられる第一回転冶具と、入力される１つの運動を２つの運動に分離する動力分離器と、前記動力分離器を保持する保持棒と、前記動力分離器から生み出される動力を伝え、前記第一回転冶具に直進運動を与える直進運動伝達機構と、前記動力分離器から生み出される動力を伝え、前記第一回転冶具に回転運動を与える回転運動伝達機構と、前記動力分離器に運動を与える動力部と、前記保持棒の延在方向を回転軸として前記第一回転冶具に第１の回転を与える第１の回転制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記の試料ホルダによれば、観察領域のｘ軸周り任意角度の回転シリーズ像の取得から、ｙ軸周り任意角度の回転シリーズ像の取得までの一連の行為を、試料を試料室外に取り出すことなく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】試料の動きを説明する概念図である。
【図２】実施例１に係る試料ホルダの上面図であり、（Ａ）は試料のｘ軸周りの回転シリーズ像を撮影する際の、（Ｂ）は試料のｙ軸周りの回転シリーズ像を撮影する際の各部品の配置を示している。
【図３】実施例１に係る試料ホルダの先端部の構成図である。
【図４】実施例１に係る試料ホルダの各部品の動きを示す説明図である。
【図５】実施例１に係る試料ホルダの各部品の動きを示す説明図である。
【図６】実施例２に係る試料ホルダの先端部の構成図である。
【図７】実施例２に係る動力分離器の構成図である。
【図８】実施例３に係る試料ホルダの先端部の構成図である。
【図９】実施例３に係る試料ホルダの先端部の側面図である。
【図１０】実施例４に係る試料ホルダの先端部の構成図である。
【図１１】実施例５に係る試料ホルダの先端部の構成図である。
【図１２】実施例６に係る試料ホルダの先端部の構成図である。
【図１３】実施例７に係る試料ホルダの各部品の動きを示す説明図である。
【図１４】実施の形態に係る試料ホルダを説明するための図である。
【図１５】実施例１に係る試料ホルダを用いる荷電粒子線装置における撮影手順を説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態および実施例について図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【００１１】
観察領域のｘ軸周りの回転シリーズ像と観察領域のｙ軸周りの回転シリーズ像を取得するときの試料の状態について図１を用いて説明する。図１は試料、第１の回転軸、第２の回転軸、の関係を示す概念図である。
観察領域のｘ軸周りの回転シリーズ像を取得するために、試料００３−１の状態にする。その状態で試料００３−１を第１の回転軸ＲＡ１の周りに−１８０°から＋１８０°回転させ、観察領域のｘ軸周りの回転シリーズ像を取得する。なお、試料００３−１と後述する試料００３−２とは同じものであるが、試料の動きを説明するために、図１では異なる符号を付している。試料の動きに関係ない説明をするとき、試料の符号として「００３」を用いている。また、図２以降では、試料の符号として「００３」を用いている。
【００１２】
次に、第２の回転軸ＲＡ２の周りに試料００３−１を時計回りに９０°回転させ、第２の回転軸ＲＡ２を第１の回転軸ＲＡ１に対して線対称の位置（Ｙ軸方向）にスライドさせる。試料００３−２の状態になり、観察領域のｙ軸周りの回転シリーズ像を取得する。なお、観察領域は少なくとも試料００３−１および試料００３−２の両方の全体が納まる程度の大きさである。試料００３−１を回転させると観察領域から外れるため、スライドさせて観察領域に入れている。
ここで、試料００３は円柱状（棒状）であり、試料００３に固定された座標ｘｙｚは、円柱の長軸とｘ軸のなす角が−４５°に、円柱の長軸とｙ軸のなす角が＋４５°に、円柱の長軸とｚ軸のなす角が垂直になるように設定する（後述する実施例においても同様とする。）。試料００３−１の円柱の長軸と第１の回転軸ＲＡ１のなす角は＋４５°に、試料００３−２の円柱の長軸と第１の回転軸ＲＡ１のなす角は−４５°になるように設定する（後述する実施例においても同様とする。）。また、筐体に固定された座標系ＸＹＺは、荷電粒子線の入射方向を−Ｚ方向に設定する（後述する実施例においても同様とする。）。第１の回転軸ＲＡ１はＸ軸に平行であり、第２の回転軸ＲＡ２はＺ軸に平行である。なお、第２の回転軸ＲＡ２を第１の回転軸ＲＡ１に対して線対称の位置にスライドさせ、第２の回転軸ＲＡ２の周りに試料００３−１を時計回りに９０°回転させてもよい。また、第２の回転軸ＲＡ２の周りに試料００３−１を回転させるのと、第２の回転軸ＲＡ２を第１の回転軸ＲＡ１に対して線対称の位置（Ｙ軸方向）にスライドさせるのとを並行にして行ってもよい。
【００１３】
つまり、観察領域のｘ軸周りの回転シリーズ像の試料状態から観察領域のｙ軸周りの回転シリーズ像の試料状態に遷移させるためには、第２の回転軸ＲＡ２周りの回転運動と第２の回転軸ＲＡ２のスライド、つまり直進運動が必要になる。
上記動作を実現するために、実施の形態に係る試料ホルダに１つの運動を導入し、試料ホルダ内に組み込んだ動力分離器を使って、第２の回転軸周りの回転運動と第２の回転軸の直進運動の２つの運動を生み出す。図１４は実施の形態に係る試料ホルダを説明するための図である。試料ホルダ１００は動力部ＰＯと動力分離器ＰＤと回転運動伝達機構ＰＯと直進運動伝達機構ＰＴとを備える。動力分離器ＰＤは動力部ＰＯの１つの運動を分離して回転運動伝達機構ＰＯと直進運動伝達機構ＰＴに分配する。回転運動伝達機構ＰＯは第２の回転軸周りの回転運動を与える。直進運動伝達機構ＰＴは第２の回転軸の直進運動を与える。
【実施例１】
【００１４】
実施の形態に係る試料ホルダの第一の実施例（実施例１）について図２から図４を用いて説明する。図２に実施例１に係る試料ホルダの先端部の上面図を示す。図２（Ａ）は観察領域のｘ軸周りの回転シリーズ像を取得するときの試料ホルダの状態例を示し、図２（Ｂ）は観察領域のｙ軸周りの回転シリーズ像を取得するときの試料ホルダの状態例を示している。試料００３が図２（Ａ）と図２（Ｂ）で９０°回転している。図３は実施例１に係る試料ホルダの先端部の構成図である。図３には保持筒００１および試料００３を図示していない。
【００１５】
実施例１に係る試料ホルダ１００Ａは、保持筒００１と、保持筒００１の内部に配置された保持棒００２と、保持棒００２の先端に配置された第２の回転冶具００９と、第２の回転冶具００９の先端に配置された第１の回転冶具００６と、第１の回転冶具００６の外周に試料を設置させる針状ステージホルダ００５と、針状ステージ００４と、を備える。試料ホルダ１００Ａの先端を透過電子顕微鏡等の荷電粒子線装置の試料室（真空容器）に挿入した際、荷電粒子線装置に搭載されている試料ホルダ移動機構と接触するのは保持筒００１である。なお、試料ホルダ１００Ａの挿入方向をＸ方向に設定する。保持筒００１には荷電粒子線が通過するための開口部１１０が設けられており、試料００３はその開口部１１０に設置されている。試料ホルダ１００Ａは荷電粒子線に対する試料の位置と角度を設定する。第１の回転軸ＲＡ１はＸ方向に平行であり、荷電粒子線の照射軸はＺ方向に平行であるので、第１の回転軸ＲＡ１は荷電粒子線の照射軸に垂直である。なお、試料００３の大きさは、例えば、直径が１００〜３００ｎｍ程度、長さが１〜５μｍ程度である。試料００３の直径は透過像が得られる細さであればよい。試料ホルダ１００Ａの幅（Ｙ方向の長さ）は、例えば７ｍｍ程度、開口部１１０の幅（Ｙ方向の長さ）は、例えば４ｍｍ程度である。
【００１６】
保持棒００２は、保持筒００１とは独立に、保持筒００１内で、第１の回転軸ＲＡ１の周りに−１８０°から＋１８０°回転可能である。保持棒００２の回転を制御する第１の回転制御部（図示せず）には、例えば保持棒００２を回転させるパルスモータを用いる。第１の回転制御部は試料室の外部（常圧内）に配置するのが好ましい。また、第１の回転冶具００６は保持筒００１内で、第１の回転軸ＲＡ１と直交する第２の回転軸ＲＡ２の周りに少なくとも９０°の回転が可能である。
【００１７】
試料００３は針状ステージ００４の先端部に設置されている。針状ステージ００４は針状ステージホルダ００５に挿入されており、ピンセット等を用いて着脱することが可能である。針状ステージホルダ００５は第一回転冶具００６に固定されている。第一回転冶具００６と第一歯車００７は固定されており、第一回転冶具００６が第一歯車軸００８を回転軸として回転した際は第一歯車００７も同様に回転する。
【００１８】
本実施例は試料００３を移動させる動力として、試料ホルダに直進運動が導入された場合の例である。スライド棒０１９が延伸方向（Ｘ方向）に直進運動する。ワイヤー０１８は第一滑車０１５につながっている。ワイヤー０１８の一部がスライド棒０１９に固定されており、スライド棒０１９の直進運動によって第一滑車（回転体）０１５が回転する。スライド棒０１９の移動には、例えばリニアクチュエータ（図示せず）を用いる。リニアクチュエータは試料室の外部（常圧内）に配置するのが好ましい。ワイヤー０１８およびスライド棒０１９が動力部ＰＯに相当する。
【００１９】
第一滑車０１５および第三歯車０１２は保持棒００２内に設置されており、第三歯車軸０１３を回転軸として回転することができる。保持棒００２は複数の部品００２−１、００２−２に分け、第一滑車０１５および第三歯車０１２等を両サイドから挟み込む構造になっている。第一滑車０１５には回転面に対して下（第１面）に第一ピン０１６が、上（第２面）に第二ピン０１７が取り付けられている。なお、＋Ｚ方向を上、−Ｚ方向を下としている（以下の説明でも同じ）。第一滑車０１５、第一ピン０１６、第二ピン０１７が動力分離器ＰＤに相当する。第一滑車０１５の回転を、第一ピン０１６につながっている回転運動伝達機構ＲＯと、第二ピン０１７につながっている直進運動伝達機構ＰＴを使って、第一回転冶具００６の回転運動と直進運動に分離する。
【００２０】
第三歯車０１２は第一ピン遊動長孔０１４を有しており、第一ピン０１６は第一ピン遊動長孔０１４に挿入されている。第一滑車０１５の回転によって第一ピン０１６も回転する。第一ピン０１６が第一ピン遊動長孔０１４の端部に当たると、第三歯車０１２は第一滑車０１５と供に回転する。第一ピン０１６が第一ピン遊動長孔０１４の端部に接していないときは、第一滑車０１５の回転は第三歯車０１２に伝達されない。
【００２１】
第二歯車０１０は、第二歯車軸０１１を回転軸として回転することができる。第三歯車０１２の回転は第二歯車０１０に伝達され、さらに第一歯車００７に伝達される。
第一歯車００７は、試料００３が取り付けられている第一回転冶具００６に固定されているため、第一ピン０１６の回転は第一回転冶具００６の回転を導く。動力分離器ＰＤの一部である第一ピン０１６によって分離された動力が第一回転冶具００６を回転させるまでの機構が回転運動伝達機構ＲＯに相当する。また、第一回転冶具００６の回転は図１に示した第２の回転軸ＲＡ２周りの回転運動に相当する。すなわち、第一歯車軸００８が第２の回転軸ＲＡ２に相当する。
【００２２】
第二回転冶具００９は複数の部品００９−１、００９−２に分け、第一回転治具００６等を挟み込む構造になっている。第二回転冶具００９の部品００９−２にはＶ字溝０２１が設けられており、第二ピン０１７がＶ字溝に入るようになっている。第一滑車０１５の回転によって第二ピン０１７が回転し、第二ピン０１７がＶ字溝０２１に当たると、第二回転冶具００９は第二ピン０１７に押されて第二歯車軸０１１を回転軸として回転する。第二ピン０１７がＶ字溝０２１から離れると、第二回転冶具００９の回転は止まる。
第二回転冶具００９のＶ字溝０２１と反対側の端部には第一回転冶具００６が設置されている。第二ピン０１７によって第二回転冶具００９が回転すると、第一回転冶具００６はＹ方向にスライドすることになる。動力分離器ＰＤの一部である第二ピン０１７によって分離された動力が第一回転冶具００６をスライドさせるまでの機構が直進運動伝達機構ＰＴに相当する。また、第一回転冶具００６のスライドは図１に示した第２の回転軸の直進運動に相当する。
【００２３】
第一回転冶具００６の回転および第一回転冶具００６のスライドするタイミングは、第一ピン０１６と第二ピン０１７の第一滑車０１５上の配置、第一ピン遊動長孔０１４の長さによって決定することができる。
【００２４】
各部品の動きについて図４および図５で説明する。図４および図５は実施例１に係る試料ホルダの先端部分の上面図である。保持棒００２、第一滑車０１５は図示していない。開始時は図４（Ａ）のように、第一回転冶具００６、第二回転冶具００９、はＸ方向を向いており、第一ピン０１６、第二ピン０１７は試料ホルダ１００Ａの中心線（第１の回転軸ＲＡ１）上にあるとする。第一滑車０１５が反時計回りに回転すると、第二回転冶具００９のＶ字溝０２１に入った第二ピン０１７によって、第二回転冶具００９は第二歯車軸０１１を回転軸として時計回りに回転する。その結果、第一回転冶具００６は−Ｙ方向にスライドする（図４（Ｂ））。第二ピン０１７がＶ字溝０２１から離れると、第一回転冶具００６のスライドは止まる。さらに第一滑車０１５が反時計回りに回転すると、第一ピン０１６は第一ピン遊動長孔０１４の端部に達し、第三歯車０１２が反時計回りに回転する（図４（Ｃ））。第三歯車０１２の回転は第二歯車０１０、第一歯車００７に伝わり、第一回転冶具００６が第一歯車軸００８を回転軸として反時計回りに回転する。針状ステージ００４の中心軸（円柱状の試料００３の長軸）がＸ軸に対して＋４５°傾いたとき、第一滑車０１５の回転を止める（図４（Ｄ））。図４（Ｄ）の状態で、上記第１の回転制御部によって試料００３を第１の回転軸ＲＡ１の周りに−１８０°から＋１８０°回転させる。
【００２５】
次に第一滑車０１５を時計回りに回転させる。同様に時計回りに回転する第二ピン０１７は第二回転冶具００９のＶ字溝０２１に入る（図５（Ａ））。さらに第一滑車０１５が回転すると、第二ピン０１７によって第二回転冶具００９は第二歯車軸０１１を回転軸として反時計回りに回転する。その結果、第一回転冶具００６は＋Ｙ方向にスライドする（図５（Ｂ））。第二ピン０１７がＶ字溝０２１から離れると、第一回転冶具００６のスライドは止まる。さらに第一滑車０１５が時計回りに回転すると、第一ピン０１６は第一ピン遊動長孔０１４の端部に達し、第三歯車０１２が時計回りに回転する。第三歯車０１２の回転は第二歯車０１０、第一歯車００７に伝わり、第一回転冶具００６が第一歯車軸００８を回転軸として時計回りに回転する。針状ステージ００４の中心軸がＸ軸に対して−４５°傾いたとき、第一滑車０１５の回転を止める（図５（Ｃ）））。図５（Ｃ）の状態で、上記第１の回転制御部によって試料００３を第１の回転軸ＲＡ１の周りに−１８０°から＋１８０°回転させる。
【００２６】
最後に、撮影手順を図４、図５および図１５を用いて説明する。図１５は実施例１に係る試料ホルダを用いる荷電粒子線装置における撮影手順を説明するためのフロー図である。撮影手順（観察方法）は、４つの手順から構成される。（ａ）荷電粒子線軸と直交する第１の回転軸と試料のｘ軸とを平行に設定する（ステップＳ０１）。（ｂ）第１の回転角度制御部を用い、観察領域のｘ軸周り−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像を撮影する（ステップＳ０２）。（ｃ）第１の回転軸と試料のｙ軸とを平行に設定する（ステップＳ０３）。（ｄ）第１の回転制御部を用い、観察領域のｙ軸周り−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像を撮影する（ステップＳ０４）。
【００２７】
まず、（ａ）の手順（ステップＳ０１）の詳細を説明する。試料ホルダ１００Ａに試料００３が装着された状態から開始する。図４（Ａ）から図４（Ｄ）に示すように、直線運動伝達機構ＰＴと回転運動伝達機構ＲＯをも用いて、針状ステージ００４の長軸（円柱状の試料００３の長軸）と第１の回転軸ＲＡ１とのなす角がほぼ＋４５°になるようにし、試料００３をほぼ第１の回転軸ＲＡ１上に移動させる。その後、試料ホルダ００３を試料室に挿入する。試料室内での試料００３の位置を確認し、まず、第２の回転軸ＲＡ２が荷電粒子線光軸とできるだけ平行になるように調整する。こうして調整された試料００３において、試料００３に固定されたｘｙｚ方向は、筐体に固定されたＸＹＺ方向とほぼ一致する。なお、このときの試料００３の透過像を幾つかの倍率で撮影しておくと、後で試料００３のｙ軸を第１の回転軸ＲＡ１とできるだけ平行に設定するときの確認に用いることができる。なお、試料ホルダ１００Ａを試料室に挿入する時期は、試料００３が試料ホルダ１００Ａに装着された後であれば、試料ホルダ１００Ａが図４（Ａ）から図４（Ｄ）に示す間のいずれであってもよい。
【００２８】
そして、（ｂ）の手順（ステップＳ０２）の詳細を説明する。第１の回転角度制御部を用いて、支持棒００２を第１の回転軸ＲＡ１の周りに回転させ、観察領域のｘ軸周りの−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像を撮影する。例えば、第１の回転軸ＲＡ１の周りの回転は１０°ずつ行い、その都度試料００３を撮影して、３６個の回転シリーズ像を得る。
【００２９】
次に（ｃ）の手順（ステップＳ０３）の詳細を説明する。試料ホルダ１００Ａを試料室に挿入したまま、図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示すように、直線運動伝達機構ＰＴと回転運動伝達機構ＲＯをも用いて、針状ステージ００４の長軸（円柱状の試料００３の長軸）と第１の回転軸ＲＡ１とのなす角がほぼ−４５°になるようにし、試料００３をほぼ第１の回転軸ＲＡ１上に移動させる。試料室内での試料００３の位置を確認した後、ステップＳ０３と同じく、第２の回転軸ＲＡ２が荷電粒子線光軸とできるだけ平行になるように調整する。そして、試料００３のｙ軸が第１の回転軸ＲＡ１とできるだけ平行になるように、回転運動伝達機構ＲＯを用いて微調整する。微調整において、ステップＳ０１で撮影した画像を参照画像にし、現設定で撮影された画像の回転角度を画像処理で測定し、ステップＳ０１の状態の第１の回転治具００６に対しステップＳ０３の第１の回転治具００６の回転角度が９０°になるように調整する。
【００３０】
（ｄ）の手順（ステップＳ０４）の詳細を説明する。第１の回転角度制御部を用いて、支持棒００２を第１の回転軸ＲＡ１の周りに回転させ、観察領域のｙ軸周りの−１８０°から＋１８０°の回転シリーズ像を撮影する。ステップＳ０２と同様に、例えば、第１の回転軸ＲＡ１の周りの回転は１０°ずつ行い、その都度試料００３を撮影して、３６個の回転シリーズ像を得る。
【００３１】
なお、撮影手順は、ステップＳ０３、ステップＳ０４、ステップＳ０１、ステップＳ０２の順で行ってもよい。
【００３２】
取得した観察領域のｘ軸周りとｙ軸周りの回転シリーズ像から非特許文献１に記載の技術を用いて３次元磁場構造を再構成する。
【００３３】
本実施例によれば、試料ホルダ内に第一回転治具を直線運動させる機構を設けているので、試料ホルダを搭載するステージを改造する必要がない。特許文献１または特許文献２のように試料ホルダ内に追加のスペースを確保する必要がない。また、本実施例によれば、ｘ軸周りの回転シリーズ像とｙ軸周りの回転シリーズ像を取得する間、試料を大気中に曝すことなく一連の観察を行うことができる。観察の途中で試料を取り出す場合、荷電粒子線装置を停止して試料を取り出し、試料の再挿入後、再度装置を稼働させる必要がある。しかし、本実施例では観察の途中で試料を取り出す必要がない。その結果、電磁場構造解析における観察に要する時間を大幅に短縮することができるようになる。また、観察途中に大気に曝されることで酸化して材料特性が変化してしまう試料も観察することができるようになる。また、試料を冷却あるいは加熱しながら観察する場合も、室温に戻してから大気に取り出す必要がなくなるため、観察時間の大幅短縮を図れ、温度変化による材料特性の変化を懸念する必要もなくなる。その結果、観察対象試料も拡大させることができる。
【００３４】
また、実施例１に係る試料ホルダは、試料に対して、第１の回転軸ＲＡ１の周りの−１８０°から＋１８０°回転と、第１の回転軸に直交する方向の第２の回転軸の周りのほぼ−９０°から＋９０°回転を与えることができる。つまり試料を半天球内のあらゆる方位から観察することが可能である。透過電子顕微鏡だけでなく走査電子顕微鏡に対しても実施例１に係る試料ホルダを適用すれば、試料の詳細な立体形状を得ることも可能になる。
【実施例２】
【００３５】
実施例１では動力分離器として２つのピンと滑車を用いており、部品の加工も比較的容易である。実施の形態に係る試料ホルダの第二の実施例（実施例２）では動力分離器として２つの欠歯歯車と滑車を用いた例を示す。
【００３６】
実施例２について図６および図７を用いて説明する。図６は実施例２に係る試料ホルダの先端部の構成図である。図７は実施例２に係る試料ホルダの動力分離器に相当する２つの欠歯歯車と第一滑車０１５の拡大図である。実施例２に係る試料ホルダ１００Ｂの第一滑車０１５には回転面に対して下（第１面）に第一欠歯歯車０２２が、上（第２面）に第二欠歯歯車０２３が取り付けられている。第一滑車０１５、第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３が動力分離器に相当する。第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３は第一滑車０１５に固定されており、第一滑車軸０２５を回転軸として回転することができる。第一滑車０１５の回転によって第一欠歯歯車０２２も回転する。第一欠歯歯車０２２の歯は第二歯車０１０と噛み合うようになっている。第一欠歯歯車０２２が回転し、第一欠歯歯車０２２の歯が第二歯車０１０と噛み合うと、第一欠歯歯車０２２の回転は第二歯車０１０に伝達される。第一欠歯歯車０２２の欠歯領域では、第一欠歯歯車０２２の回転は第二歯車０１０に伝達されない。第二歯車０１０の回転は第一歯車００７に伝達され、第一回転冶具００６が回転する。
【００３７】
第二回転冶具００９は部品００９−１、００９−３と第四歯車０２４を有している。第四歯車０２４は第二回転冶具００９の部品００９−３に固定されており、第二歯車軸０１１を回転軸として回転することができる。第一滑車０１５の回転によって第二欠歯歯車０２３も回転する。第二欠歯歯車０２３の歯は第四歯車０２４と噛み合うようになっている。第二欠歯歯車０２３が回転し、第一欠歯歯車０２３の歯が第四歯車０２４と噛み合うと、第二欠歯歯車０２３の回転は第四歯車０２４に伝達される。第二欠歯歯車０２３の欠歯領域では、第二欠歯歯車０２３の回転は第四歯車０２４に伝達されない。第二欠歯歯車０２３によって第二回転冶具００９が回転すると、第一回転冶具００６はＹ方向にスライドすることになる。
【００３８】
第一回転冶具００６の回転および第一回転冶具００６のスライドするタイミングは、第一欠歯歯車０２２と第二欠歯歯車０２３の欠歯領域の長さおよび第一滑車０１５上の配置によって決定することができる。
【００３９】
第一回転冶具００６の詳細な動きについては実施例１と同じであるので、撮影（観察）手順などの説明は省略する。
【実施例３】
【００４０】
実施例１では動力分離器に入力する動力として、スライド棒の直進運動の例を示した。実施の形態に係る試料ホルダの第三の実施例（実施例３）では動力分離器に回転運動を入力した例を示す。ワイヤーを用いていないので、ワイヤーが切断する可能性がなく、ワイヤーと滑車が滑ることがないため動作の再現性も良くなる。
【００４１】
実施例３について図８および図９を用いて説明する。図８は実施例３に係る試料ホルダの先端部の構成図である。図９は実施例３に係る試料ホルダの先端部分の側面図である。実施例３に係る試料ホルダ１００Ｃの動力分離器は第一かさ歯車（回転体）０２６、第一ピン０１６、第二ピン０１７から構成されている。動力分離器に入力される動力は、第二かさ歯車軸０２８の回転運動である。第二かさ歯車軸０２８の先端には第二かさ歯車０２７が取り付けられており、第二かさ歯車軸０２８の回転によって第一かさ歯車０２６が回転する。
【００４２】
第一かさ歯車０２６には回転面に対して下に第一ピン０１６が、上に第二ピン０１７が取り付けられている。第一ピン０１６、第二ピン０１７の役割、および各部品の動きについては実施例１と同じであるので、撮影手順などの説明は省略する。
【実施例４】
【００４３】
実施例３では動力分離器に入力する動力として、かさ歯車軸の回転運動の例を示した。実施の形態に係る試料ホルダの第四の実施例（実施例４）では動力分離器に回転運動を入力した別の例を示す。
【００４４】
実施例４について図１０を用いて説明する。図１０は実施例４に係る試料ホルダの先端部の構成図である。実施例４に係る試料ホルダ１００Ｄの動力分離器はピン付き歯車０２９、第一ピン０１６、第二ピン０１７から構成されている。動力分離器に入力される動力は、ウォームホイル軸０３１の回転運動である。ウォームホイル軸０３１の先端にはウォームホイル０３０が取り付けられており、ウォームホイル軸０３１の回転によってピン付き歯車０２９が回転する。
【００４５】
ピン付き歯車０２９には回転面に対して下に第一ピン０１６が、上に第二ピン０１７が取り付けられている。第一ピン０１６、第二ピン０１７の役割、および各部品の動きについては実施例１と同じであるので、撮影手順などの説明は省略する。
【実施例５】
【００４６】
実施の形態に係る試料ホルダの第五の実施例（実施例５）では、実施例２に示した欠歯歯車を用いた動力分離器と、実施例３に示した動力分離器にかさ歯車軸の回転運動を入力した実施例を組み合わせた実施例を示す。
【００４７】
実施例５について図１１を用いて説明する。図１１は実施例５に係る試料ホルダの先端部の構成図である。実施例５に係る試料ホルダ１００Ｅの動力分離器は第一かさ歯車０２６、第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３から構成されている。第一欠歯歯車０２２は第一かさ歯車０２６に隠れているため図示されていない。
【００４８】
動力分離器に入力される動力は、第二かさ歯車軸０２８の回転運動である。第二かさ歯車軸０２８の先端には第二かさ歯車０２７が取り付けられており、第二かさ歯車軸０２８の回転によって第一かさ歯車０２６が回転する。
【００４９】
第一かさ歯車０２６には回転面に対して下に第一欠歯歯車０２２が、上に第二欠歯歯車０２３が取り付けられている。第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３は第一かさ歯車０２６に固定されており、第一滑車軸０２５を回転軸として回転することができる。第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３の役割、および各部品の動きについては実施例２と同じであるので、撮影手順などの説明は省略する。
【実施例６】
【００５０】
実施の形態に係る試料ホルダの第六の実施例（実施例６）では、実施例２に示した欠歯歯車を用いた動力分離器と、実施例４に示した動力分離器にウォームギアの回転運動を入力した実施例を組み合わせた実施例を示す。
【００５１】
実施例６について図１２を用いて説明する。図１２は試料ホルダの先端部の構成図である。実施例６に係る試料ホルダ１００Ｆの動力分離器は第五歯車（回転体）０３２、第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３から構成されている。第一欠歯歯車０２２は第五歯車０３２に隠れているため図示されていない。
【００５２】
動力分離器に入力される動力は、ウォームホイル軸０３１の回転運動である。ウォームホイル軸０３１の先端にはウォームホイル０３０が取り付けられており、ウォームホイル軸０３１の回転によって第五歯車０３２が回転する。
【００５３】
第五歯車０３２は回転面に対して下に第一欠歯歯車０２２が、上に第二欠歯歯車０２３が取り付けられている。第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３は第五歯車０３２に固定されており、第一滑車軸０２５を回転軸として回転することができる。第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３の役割、および各部品の動きについては実施例２と同じであるので、撮影手順などの説明は省略する。
【実施例７】
【００５４】
実施例２では動力分離器に２つの欠歯歯車を用いていた。実施の形態に係る試料ホルダの第七の実施例（実施例７）では欠歯歯車の欠歯領域がない場合の例を示す。
【００５５】
実施例７について図１３を用いて説明する。図１３は各部品の動きを示す実施例７に係る試料ホルダ１００Ｇの先端部分の上面図である。本実施例では第一欠歯歯車０２２、第二欠歯歯車０２３に欠歯領域はないが、便宜上欠歯歯車と表記する。
【００５６】
第一滑車０１５が反時計回りに回ると、第二欠歯歯車０２３も反時計回りに回る。その結果、第二欠歯歯車０２３に噛み合っている第四歯車０２４は第二歯車軸０１１を回転軸として時計回りに回転する。第二回転冶具００９は部品００９−３が第四歯車０２４に固定されているため、第二歯車軸０１１を回転軸として時計回りに回転する。
【００５７】
一方、第一滑車０１５が反時計周りに回ると、第一欠歯歯車０２２も反時計回りに回る。その結果、第一欠歯歯車０２２に噛み合っている第二歯車０１０は第二歯車軸０１１を回転軸として時計回りに回転する。さらに、第二歯車０１０に噛み合っている第一歯車００７は第一歯車軸００８を回転軸として反時計回りに回転する。試料００３を搭載している第一回転冶具００６は第一歯車００７に固定されているため、第一歯車軸００８を回転軸として反時計回りに回転する（図１３（Ｂ））。
【００５８】
第一滑車０１５をさらに反時計周りに回転させ、試料００３が図１３（Ａ）の状態に対して４５°傾いたときに第一滑車０１５の回転を止める（図１３（Ｃ））。この状態で試料００３を第１の回転軸ＲＡ１の周りに−１８０°から＋１８０°回転させ、観察領域のｘ軸周りの回転シリーズ像を取得する。
【００５９】
次に、第一滑車０１５をさらに時計周りに回転させ、第一の回転軸ＲＡ１に対して図１３（Ｃ）と線対称な状態を作る。その状態で試料００３を第１の回転軸ＲＡ１の周りに−１８０°から＋１８０°回転させ、観察領域のｙ軸周りの回転シリーズ像を取得する。
【００６０】
欠歯歯車の欠歯領域を無くした場合、第一滑車０１５の回転に伴い、第一回転冶具００６と第二回転冶具００９は同時に回転する。第一回転冶具００６の第二回転冶具００９の中心軸に対する回転角をαとし、第二回転冶具００９の第１の回転軸ＲＡ１に対する回転角をβとする。第一歯車軸００８から試料００３の先端までの距離をａ、第二歯車軸０１１から第一歯車軸００８までの距離をｂとする。
【００６１】
試料００３の傾きに伴い、試料００３の先端は第１の回転軸ＲＡ１上から離れる。Ｙ軸方向のずれ量は
ｄ＝ｂ×sinβ−ａ×sin(α−β)    （式１）
となる。図１３（Ｃ）の状態（α−β＝４５°）で、試料００３の先端が第１の回転軸ＲＡ１上に存在するためにはｄ＝０となることから、式１は
β=arcsin（ａ×sin45°/ｂ）  （式２）
となる。
【００６２】
αの回転角がβの回転角のｎ倍になるように歯車のギア比を調整したとすると、α＝ｎβとなるので、図１３（Ｃ）の状態では、
α−β＝ｎβ−β＝45°  （式３）
となる。したがって、式２を式３に代入すると
ｎ＝45°/β＋1＝45°/arcsin（ａ×sin45°/ｂ）＋1    （式４）
となる。例えばａ＝２ｍｍ、ｂ＝３ｍｍであった場合、αの回転角がβの回転角の2.6倍になるように歯車のギア比を調整しておけば、試料００３が４５°傾いたとき、試料００３の先端を第１の回転軸上に配置することができる。なお、試料００３の先端を第１の回転軸上に配置する必要はない。観察領域内に試料００３を配置すればよい。
【００６３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、実施例１から実施例７に係る試料ホルダの上下が反対の構成であってもよい。すなわち、試料ホルダを上下反対に試料室に挿入するような構成であってもよいし、試料ホルダの一部の部品の構成が上下反対であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
００１  保持筒
００２  保持棒
００２−１、００２−２  保持棒の部品
００３  試料
００４  針状ステージ
００５  針状ステージホルダ
００６  第一回転冶具
００７  第一歯車
００８  第一歯車軸
００９  第二回転冶具
００９−１、００９−２、００９−３  第二回転冶具の部品
０１０  第二歯車
０１１  第二歯車軸
０１２  第三歯車
０１３  第三歯車軸
０１４  第一ピン遊動長孔
０１５  第一滑車
０１６  第一ピン
０１７  第二ピン
０１８  ワイヤー
０１９  スライド棒
０２０  第二滑車
０２１  Ｖ字溝
０２２  第一欠歯歯車
０２３  第二欠歯歯車
０２４  第四歯車
０２５  第一滑車軸
０２６  第一かさ歯車
０２７  第二かさ歯車
０２８  第二かさ歯車軸
０２９  ピン付き歯車
０３０  ウォームホイル
０３１  ウォームホイル軸
０３２  第五歯車
【図１】
0006308904.tif 000002
【図２】
0006308904.tif 000003
【図３】
0006308904.tif 000004
【図４】
0006308904.tif 000005
【図５】
0006308904.tif 000006
【図６】
0006308904.tif 000007
【図７】
0006308904.tif 000008
【図８】
0006308904.tif 000009
【図９】
0006308904.tif 000010
【図１０】
0006308904.tif 000011
【図１１】
0006308904.tif 000012
【図１２】
0006308904.tif 000013
【図１３】
0006308904.tif 000014
【図１４】
0006308904.tif 000015
【図１５】
0006308904.tif 000016