(57)【要約】【課題】  電子顕微鏡の装置外の大気中の水分が霜となって試料表面に付着するのを簡単な構造により防ぐ。【解決手段】  試料ホルダ８と、試料表面への結露を低減させるための気体を噴出する手段とを有する。一端が冷却可能な熱伝導棒６を収納する試料棒７をさらに有し、前記試料ホルダに気体を噴出するための開口部４を有する。液化された気体を入れる槽１０が前記試料棒７に接続され、前記槽１０は弁１２を介して前記試料棒７に収納された管５により前記開口部４に連通している。開口部４は気体の流出が起きる状態と起きない状態の２つの状態を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ホルダと、
試料表面への結露を低減させるための気体を噴出する手段とを有することを特徴とする電子顕微鏡用の試料冷却ホルダ。
【請求項２】
一端が冷却可能な熱伝導棒を収納する試料棒をさらに有し、前記試料ホルダに気体を噴出するための開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡用の試料冷却ホルダ。
【請求項３】
前記開口部は気体の流出が起きる状態と起きない状態の２つの状態を有することを特徴とする請求項２に記載の電子顕微鏡用の試料冷却ホルダ。
【請求項４】
前記試料棒に、液化された気体を入れる槽が接続され、前記槽は弁を介して前記試料棒に収納された管により前記開口部に連通していることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子顕微鏡用の試料冷却ホルダ。
【請求項５】
前記試料棒に、試料を外気から遮断する開閉可能な蓋を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電子顕微鏡用の試料冷却ホルダ。
【請求項６】
電子顕微鏡で観察するための試料の冷却方法であって、
前記試料を試料ホルダにセットする工程と、
前記試料表面に結露を低減するための気体を吹きつけながら、前記試料ホルダを冷却する工程とを有することを特徴とする試料の冷却方法。
【請求項７】
試料観察終了後、試料を請求項４に記載の試料冷却ホルダごと試料室から予備排気室に真空下において移動し、前記試料室と前記予備排気室の間のしきりを閉じた状態で前記試料冷却ホルダの弁を開け、ホルダ先端部の開口部から気体を流すことにより予備排気室を真空状態から圧力を上げ大気圧へと近づけることを特徴とする電子顕微鏡における試料取り出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡等において試料を冷却する試料冷却ホルダ（クライオホルダ）に関するものであり、該試料冷却ホルダは電子顕微鏡において顕微鏡内に試料を導入する前段階で試料を冷却するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡及び透過型電子顕微鏡等の電子顕微鏡において、試料の凍結処理を行なって冷却しながら観察することは水分を多く含んだ試料等の構造観察を可能にし、また、電子線照射による試料ダメージを最小限に抑える効果もあるために、生物系、有機物系などの試料の観察に広く利用されている。
【０００３】
しかし、現在の試料冷却装置（クライオ装置）では、装置の中での試料の急速冷凍処理を行うことが不可能なためにその処理を装置外部で行っており、凍結した試料を試料冷却装置内へ装着するため大気中を移動するという欠点があった。
【０００４】
この方法では試料への霜等の付着や温度変化が起こり、特に試料への霜の付着は試料の表面構造を覆いかぶせ、試料構造と霜の構造との判別を困難にする為に大きな障害となっていた。
【０００５】
一般に、一度付着した霜を除去するには試料温度を霜の昇華する温度まで上昇させなければならず、手間がかかるだけでなく、試料へのダメージ等も問題となっていた。
【０００６】
そこで、試料に霜が付かないようにした試料冷却ホルダも提案されている。
【０００７】
図４は、従来の試料冷却ホルダを示す図であり、（ａ）は概略図で、（ｂ）は一部拡大図である。
【０００８】
図４（ａ）に示すように、注入パイプ３９を通して液体窒素等の冷媒が入れられた冷却槽３８内に一端が位置して冷却される熱伝導棒３７が中空パイプ状の試料棒３６に収納されており、試料棒３６の先端には（ｂ）の拡大図に示すように、試料ホルダ３１が取り付けられて熱伝導棒３７により冷却されている。試料ホルダ３１にスライドキャップ３２はスライド可能でその側面で互いに滑るようになっている。スライドキャップ３２は内部に設けられたスプリング３３により試料ホルダ３１と離れる方向に押されていて、ピン３４で最左端位置が規定されている。スライドキャップ３２には電子線通過用の孔３２ａがその上下に設けられており、スライドキャップ３２が試料ホルダ３１に対して最左端位置にあるときは試料ホルダ３１はスライドキャップ３２で蓋をされていて試料に霜が付かないようになっている。
【０００９】
この試料棒３６を電子顕微鏡内に押し込んでいくとスライドキャップ３２の左端が図示しない部材に当たって試料棒３６側にスライドし、電子線通過用の孔３２ａが試料ホルダ３１に取り付けられた試料３１ａの所に位置した状態で、孔３２ａを通して試料３１ａに電子線を照射できるようになっていた。
【００１０】
また、上記従来の試料冷却ホルダを改良し、複数個のサンプルを収納し、効率よく観察することを目的にした下記特許文献１に記載の発明もあるが、この発明は、一度の試料棒セットで複数個の試料の観察を行うことを可能にするとともに、耐震性を向上して高分解能の写真撮影を可能にし、かつ、操作性良く試料押さえを行うことが目的である。
【００１１】
一方、このような霜が付くという問題を回避するために電子顕微鏡の構造を改造することも考えられている。
【００１２】
その主なものとして下記特許文献２に記載の発明があるが、この発明は、電子顕微鏡の試料冷却装置（クライオ装置）において２つの試料前処理室を設け、その間の真空バルブ機構により液体窒素等の冷媒の導入、排出、及び真空排気を可能な構造とし、そのいずれかの前処理室に水分を多く含んだ試料等の急速凍結に必要な液体窒素の冷媒を注入保持することによって、試料冷却装置の中で急速凍結処理を行うことを可能にしている。これにより、試料は大気に触れることなく観察室に移動することが可能となり、霜等が付く心配がない構造を実現している。
【特許文献１】特開平６−７６７７７号公報
【特許文献２】特開平６−２０８８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記の霜対策を施した従来の技術においては、次のような問題があった。
【００１４】
まず、図４に示した従来の技術においては、電子顕微鏡内に試料ホルダ３１をセットするまでは、試料ホルダ３１はスライドキャップ３２で蓋をされているために、冷媒で冷却されても霜が付きにくい状態になっていることは確かであった。
【００１５】
しかしながら、この蓋も完全に大気から遮断する構造でないため、この工程において試料への霜等の付着や試料温度の変化を避けることはできなかった。
【００１６】
また、上記特許文献１のものは、一度の試料棒セットで複数個の試料の観察を行うことを可能にしているが、試料表面に霜が付くことを防ぐことを目的としたものではない。
【００１７】
また、上記特許文献２のものにおいて、この様な構造を施すには、電子顕微鏡自体の改造が必要であり、非常に大掛かりなものであり、現実問題として非常に高価で手間のかかる作業を伴うものである。
【００１８】
本発明は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡等の試料冷却において該電子顕微鏡装置の装置内に試料を導入する前段階から試料を冷却する場合、装置外の大気中の水分が霜となって試料表面に付着するのを簡単な構造により防ぐことである。
【００１９】
また、本発明は、試料導入ホルダのみを変えればよいことを主眼とし、現有の電子顕微鏡をそのまま用いて行うことができるものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明の電子顕微鏡用の試料冷却ホルダは、試料ホルダと、試料表面への結露を低減させるための気体を噴出する手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、一端が冷却可能な熱伝導棒を収納する試料棒をさらに有し、前記試料ホルダに気体を噴出するための開口部を有することを特徴とする。
【００２２】
また、前記開口部は気体の流出が起きる状態と起きない状態の２つの状態を有することを特徴とする。
【００２３】
また、前記試料棒に、液化された気体を入れる槽が接続され、前記槽は弁を介して前記試料棒に収納された管により前記開口部に連通していることを特徴とする。
【００２４】
また、前記試料棒に、試料を外気から遮断する開閉可能な蓋を備えることを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明の試料の冷却方法は、電子顕微鏡で観察するための試料の冷却方法であって、前記試料を試料ホルダにセットする工程と、前記試料表面に結露を低減するための気体を吹きつけながら、前記試料ホルダを冷却する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の電子顕微鏡における試料取り出し方法は、試料観察終了後、試料を前記試料冷却ホルダごと試料室から予備排気室に真空下において移動し、前記試料室と前記予備排気室の間のしきりを閉じた状態で前記試料冷却ホルダの弁を開け、ホルダ先端部の開口部から気体を流すことにより予備排気室を真空状態から圧力を上げ大気圧へと近づけることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、電子顕微鏡用の試料冷却ホルダは真空雰囲気である顕微鏡装置内に導入する前からホルダ先端部開口部から試料表面近傍にドライな気体を吹き付けることができ、これにより試料表面と大気を遮断することが可能であり、そのことにより試料表面に大気中の水分が原因となる霜を付着することなく試料を冷却（凍結）することが可能である。
【００２８】
また、この開口部から噴出するガスを試料予備排気室の大気開放に使うこともでき、この場合該予備排気室内の大気開放が短時間で済むため作業の効率が向上するばかりでなく、きれいなガスを用いることにより該予備排気室をクリーンな状態に保つ効果も認められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における試料冷却ホルダを示す図である。
【００３０】
図１（ａ）は全体図で、図１（ｂ）は一部拡大図である。
【００３１】
本試料冷却ホルダは、一端が冷却された熱伝導棒６を収納する試料棒７の先端部に試料ホルダ８が有る。試料ホルダ８において、試料１を載置する試料台２は凹状の試料台セット部３にセットされる。また、その近傍に開口部４が有り試料１を載置した場合、試料１の表面近傍にその開口部４から気体、例えばドライ窒素ガスが流れるような構成になっている。試料棒７には、液化された窒素ガスを入れる槽１０が接続され、前記槽１０は弁１２を介して前記試料棒７に収納された管５により開口部４に連通している。
【００３２】
本実施形態では走査型電子顕微鏡にて水分を多く含む試料を観察した例について説明する。
【００３３】
（ａ）試料１を試料台２にカーボンペーストで接着する。
【００３４】
（ｂ）その試料台２を試料ホルダ８の試料台セット部３にセットする。
【００３５】
（ｃ）窒素ガスの弁１２を開き試料棒７先端の開口部４から窒素ガスを流す。窒素ガスが試料棒７の内部の管５を通って開口部４から流れる。
【００３６】
（ｄ）液体窒素を入れる槽１０に注入口１１から液体窒素を注ぐ。試料台２は熱伝導棒６を介して液体窒素により冷却される。
【００３７】
（ｅ）窒素ガスを流したままの状態で試料１を電子顕微鏡の試料導入予備排気室に入れる。
【００３８】
（ｆ）予備排気室を真空引きするのと同時に窒素ガスの弁１２を閉にする。
【００３９】
以上の（ａ）〜（ｆ）の操作後は通常の走査型電子顕微鏡の操作と同様に、予備排気室が一定の真空に保たれたら、その後試料室に試料１を導入し、観察を行う。
【００４０】
上記（ａ）〜（ｆ）により水分を多く含んだ試料を走査型電子顕微鏡装置内に導入する前から大気中で液体窒素で冷却しても試料表面に霜が付着すること無く観察することができた。
【００４１】
なお、試料棒７には、試料ホルダ８を外気から遮断する開閉可能な蓋を有するとさらに効果的に外気からの霜の付着を防止できる。
【００４２】
図２は、本発明の試料棒に開閉可能な蓋を設けた試料冷却ホルダの一部拡大図である。
【００４３】
図２において、蓋９は、気体を噴出する部分もカバーするような構造になっている。蓋９の形状としては試料棒７に沿ってスライドする形式などを採用することができる。
【００４４】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２において走査型電子顕微鏡に試料冷却ホルダを適用した状態を示す図である。
【００４５】
実施形態１で用いた試料冷却ホルダを用いて実験を行った。上記（ｆ）までの作業は実施形態１と同様に行い、実施形態１と同様に霜の影響のない明瞭なＳＥＭ像を観察することが可能であった。
【００４６】
この観察の後の試料を走査型電子顕微鏡の鏡筒２０内から取り出す方法について説明する。
【００４７】
観察終了後、試料を試料冷却ホルダ２３ごと試料室２１から予備排気室２２に真空下のまま移動してくる。
【００４８】
そして試料室２１と予備排気室２２の間のしきりを完全に閉じた状態で試料冷却ホルダの窒素ガスの通過を制御する弁１２を開け、ホルダ先端部の開口部４から窒素ガスを徐々に流していく。これにより予備排気室２２は真空状態から徐々に圧力が上がり大気圧へと近づきリークが完了した。
【００４９】
このように本発明の試料冷却ホルダの開口部４から噴出するガスを試料予備排気室２２の大気開放に使うこともでき、この場合該予備排気室２２内の大気開放が短時間で済むため作業の効率が向上するばかりでなく、きれいなガスを用いることにより予備排気室２２をクリーンな状態に保つ効果も認められた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態１における試料冷却ホルダを示す図
【図２】本発明の試料棒に開閉可能な蓋を設けた試料冷却ホルダの一部拡大図
【図３】本発明の実施形態２において走査型電子顕微鏡に試料冷却ホルダを適用した状態を示す図
【図４】従来の試料冷却ホルダを示す図
【符号の説明】
【００５１】
１  試料
２  試料台
３  試料台セット部
４  開口部
５  管
６  熱伝導棒
７  試料棒
８  試料ホルダ
９  蓋
１０  冷却槽
１１  注入口
１２  弁
２０  電子顕微鏡鏡筒
２１  試料室
２２  試料予備排気室
２３  試料冷却ホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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