JP2006164617A - Sample replacement mechanism of electron microscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample replacement mechanism capable of preventing damage of a sample-stage support part cooled down to an extremely low temperature at a replacement operation of a sample cooled. <P>SOLUTION: A conveyance grip 12 an operator operates at the time of sample replacement and a block 13 moving in piece with the sample replacement mechanism 8 are coupled by a spring 15 and a slider capable of moving only in one direction. After a sample holder 4 comes into contact with a sample stage 2, the spring begins to get extended, and a contact face between the sample holder 4 and the sample stage 2 receives an adhesive pressure by the spring 15. If a spring 15 with an appropriate spring constant is selected, and a stopper 10 is set to come into contact with a stopper rest part 11 within a range of a maximum allowable added pressure of a heat insulating material, the heat insulating material 3 can be prevented from damage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子顕微鏡等の試料交換機構に係わり、特に電子線照射により熱損傷を受けやすい生物試料や高分子材料等の試料を極低温に冷却する試料冷却装置における試料交換機構に関する。   The present invention relates to a sample exchange mechanism such as an electron microscope, and more particularly to a sample exchange mechanism in a sample cooling apparatus that cools a sample such as a biological sample or a polymer material that is easily damaged by electron beam irradiation to a cryogenic temperature.

電子顕微鏡等の荷電粒子線装置により試料を観察する場合、生物試料や高分子材料などの試料に電子ビーム等を照射すると試料の構造が破壊され、正常な状態の試料を観察できない場合がある。この場合、試料を極低温まで冷却しておくと、電子ビーム等を試料に照射しても壊れにくくなり、正常な状態の試料を観察することが可能となる。このような目的のために試料を冷却する試料冷却装置は、例えば特許文献1の特開2000−285844号公報に開示されている。また、冷却された試料を交換するときに、装置に不慣れなオペレータでも短時間に試料交換の行える試料交換装置の例が、特許文献2の特開2002−334677号公報に開示されている。   When observing a sample with a charged particle beam apparatus such as an electron microscope, if a sample such as a biological sample or a polymer material is irradiated with an electron beam or the like, the structure of the sample may be destroyed and the sample in a normal state may not be observed. In this case, if the sample is cooled to a very low temperature, it becomes difficult to break even if the sample is irradiated with an electron beam or the like, and a normal sample can be observed. A sample cooling device for cooling a sample for such a purpose is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-285844. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-334677 discloses an example of a sample exchange device that allows an operator unfamiliar with the device to exchange a sample in a short time when replacing a cooled sample.

上記の開示例に記載されている極低温電子顕微鏡の試料冷却装置および試料交換装置を例にとり、従来技術について簡単に説明する。図1は鏡筒、試料冷却装置および試料交換機構の断面を示している。図1において、鏡筒1の内部に試料ステージ2と対物レンズ20が設けられている。試料ステージ2は、液体ヘリウムタンク23からキャピラリー22を経て冷媒貯溜部21に供給される液体ヘリウムにより液体ヘリウム温度(4.2K)近傍まで冷却されるため、熱流入の小さい断熱材3により支持されている。また、冷媒貯溜部21と液体ヘリウムタンク23については、液体窒素タンク24内の液体窒素により冷却される冷却部材25によって囲うことにより温度上昇を防いでいる。   The prior art will be briefly described by taking the sample cooling apparatus and sample exchange apparatus of the cryogenic electron microscope described in the above disclosed example as an example. FIG. 1 shows a cross section of a lens barrel, a sample cooling device, and a sample exchange mechanism. In FIG. 1, a sample stage 2 and an objective lens 20 are provided inside a lens barrel 1. The sample stage 2 is cooled to the vicinity of the liquid helium temperature (4.2 K) by the liquid helium supplied from the liquid helium tank 23 through the capillary 22 to the refrigerant reservoir 21, so that it is supported by the heat insulating material 3 with a small heat inflow. ing. The refrigerant reservoir 21 and the liquid helium tank 23 are surrounded by a cooling member 25 that is cooled by liquid nitrogen in the liquid nitrogen tank 24 to prevent temperature rise.

図1は試料ホルダ4を試料ステージ2に装着する前の状態を示している。試料ホルダ4の先端には試料5が載置されており、試料ホルダ4は液体窒素により冷却された冷却ブロック6により予備冷却されている。
オペレータが手動で試料ホルダ4を試料ステージ2に装着する場合、オペレータが搬送用グリップ12(搬送ベース)を掴み、搬送用グリップ12と一体で動作する試料搬送機構8の搬送アーム9をガイドレール7に沿って鏡筒1に挿入することにより行われる。搬送用グリップ12には試料搬送機構8の挿入量を制限するためのストッパ10とストッパ受け部11が設けられている。
FIG. 1 shows a state before the sample holder 4 is mounted on the sample stage 2. A sample 5 is placed at the tip of the sample holder 4, and the sample holder 4 is precooled by a cooling block 6 cooled by liquid nitrogen.
When the operator manually attaches the sample holder 4 to the sample stage 2, the operator grasps the transport grip 12 (transport base) and moves the transport arm 9 of the sample transport mechanism 8 operating integrally with the transport grip 12 to the guide rail 7. Is inserted into the lens barrel 1 along the line. The transport grip 12 is provided with a stopper 10 and a stopper receiving portion 11 for limiting the amount of insertion of the sample transport mechanism 8.

図2は、試料ホルダ4が試料ステージ2に搬送され、試料ホルダ4と試料ステージ2の接触面に押圧がかけられている状態を示す。試料ホルダ4の装着が完了すると、図示しない試料ホルダ着脱機構により試料ホルダ4を切り離して、冷却ブロック6と搬送アーム9は試料交換前の位置に戻る。試料ホルダ4を試料ステージ2から抜き取る時は、再び冷却ブロック6と搬送アーム9を鏡筒1内に挿入し、試料ホルダ4を掴み、図1に示す位置まで試料ホルダ4を引き出す。   FIG. 2 shows a state in which the sample holder 4 is transported to the sample stage 2 and the contact surface between the sample holder 4 and the sample stage 2 is pressed. When the mounting of the sample holder 4 is completed, the sample holder 4 is separated by a sample holder attaching / detaching mechanism (not shown), and the cooling block 6 and the transport arm 9 are returned to the positions before the sample replacement. When extracting the sample holder 4 from the sample stage 2, the cooling block 6 and the transfer arm 9 are inserted into the lens barrel 1 again, the sample holder 4 is gripped, and the sample holder 4 is pulled out to the position shown in FIG.

特開2000−285844号公報JP 2000-285844 A 特開2002−334677号公報JP 2002-334777 A

上述したように、試料ホルダ4を試料ステージ2に装着する場合、搬送アーム9の挿入量を制限するためのストッパ10が設けられている。このストッパ10の取り付け位置は、試料ホルダ4の外周面が試料ステージ2の内周面に接触後、僅かに搬送アームが余分に挿入された後にストッパ10がストッパ受け部11に当接して挿入が停止するように設定されている。従って、ストッパがストッパ受け部11に当接した状態では、試料ステージ2は試料ホルダ4によって、ある設定された量だけ下方に押し込まれている。この押し込み量は断熱材3のたわみ可能な範囲内で設定されるように、ストッパ10の取り付け位置を調整しなければならない。   As described above, when the sample holder 4 is mounted on the sample stage 2, the stopper 10 for limiting the insertion amount of the transfer arm 9 is provided. The stopper 10 is attached to the stopper holder 11 after the outer peripheral surface of the sample holder 4 comes into contact with the inner peripheral surface of the sample stage 2 and the transport arm is slightly inserted. It is set to stop. Accordingly, in a state where the stopper is in contact with the stopper receiving portion 11, the sample stage 2 is pushed downward by a set amount by the sample holder 4. The mounting position of the stopper 10 must be adjusted so that the pushing amount is set within a range where the heat insulating material 3 can be bent.

試料ホルダ4による試料ステージ2の押し込み量を設定する理由は以下のとおりである。試料ホルダ4と試料ステージ2の接触面は両者ができるだけ密着するように面形状を合わせている。接触面が充分になじみあっていない(接触面積が少ない)場合は、振動による影響で高分解能電子顕微鏡像の観察を行うことが不可能となるためである。両者の接触面が充分密着するためには、試料ホルダ4をただ試料ステージ2に置くだけでなく、ある程度の押圧をかけて押し付ける必要がある。   The reason for setting the pushing amount of the sample stage 2 by the sample holder 4 is as follows. The contact surfaces of the sample holder 4 and the sample stage 2 have the same surface shape so that they are as close as possible. This is because when the contact surface is not sufficiently familiar (the contact area is small), it is impossible to observe a high-resolution electron microscope image due to the influence of vibration. In order for both contact surfaces to be in close contact with each other, it is necessary not only to place the sample holder 4 on the sample stage 2 but also to apply a certain amount of pressure.

また試料ステージ2に試料ホルダ4を搬送した直後には両者に温度差があるため熱収縮量が異なるという問題もある。両者が同じ温度の状態(通常は室温)で接触面形状を合わせているため、搬送直後に押圧をかけただけでは接触面がなじみあわない。そのため、搬送後数十秒から数分の時間を置いて試料搬送機構8の搬送アーム9を介して試料ホルダ4を数回押すことにより再度試料ステージ2との接触面を密着させる作業を行う。両者の接触状態が良好であるか否かは、分解能0.2nm程度の高分解能像を撮影して振動の影響の有無を確認することにより行う。   Further, immediately after the sample holder 4 is transported to the sample stage 2, there is a problem that the amount of heat shrinkage is different because there is a temperature difference between the two. Since both have the same contact surface shape at the same temperature (usually room temperature), the contact surface does not blend in just by pressing immediately after conveyance. For this reason, after several tens of seconds to several minutes after the transfer, the sample holder 4 is pushed several times through the transfer arm 9 of the sample transfer mechanism 8 so that the contact surface with the sample stage 2 is brought into close contact again. Whether or not the contact state between the two is good is determined by taking a high-resolution image with a resolution of about 0.2 nm and confirming the presence or absence of the influence of vibration.

以上述べた如く、最終的に試料ホルダ4と試料ステージ2の接触面に押圧をかけて密着させるためには、ストッパ10の位置を調整して押し込み量を設定しておかなければならない。しかし、液体ヘリウム温度近傍まで冷却される試料ステージ2に対する熱流入量をできるだけ少なくする必要があるため、試料ステージ2を支持している断熱材3の機械的強度を大きくすることは極めて困難である。
断熱材3の損傷を防止できる許容範囲内で、ストッパ10の位置を調整して設定する押し込み量は極めて僅かであり、試料冷却装置や試料交換装置の個体差によりばらつきもある。そのため、必要な押し込み量を過不足無く適切に調整する作業は極めて感覚的であり、熟練作業者にとっても容易ではない。また、経年変化などにより押し込み量が変化して再調整が必要な状態となる可能性もあるので、試料ステージ2を支持している断熱材3を損傷する可能性が常に付きまとっていた。
As described above, in order to finally bring the contact surface between the sample holder 4 and the sample stage 2 into contact with each other by pressing, it is necessary to adjust the position of the stopper 10 and set the pushing amount. However, since it is necessary to minimize the amount of heat flowing into the sample stage 2 that is cooled to near the liquid helium temperature, it is extremely difficult to increase the mechanical strength of the heat insulating material 3 that supports the sample stage 2. .
Within the allowable range in which damage to the heat insulating material 3 can be prevented, the amount of pushing that is set by adjusting the position of the stopper 10 is extremely small, and varies depending on individual differences between the sample cooling device and the sample changing device. Therefore, it is extremely sensuous to appropriately adjust the required push-in amount without excess or deficiency, and it is not easy for a skilled worker. In addition, since the amount of push-in may change due to secular change or the like, there is a possibility that readjustment may be necessary, so there is always a possibility of damaging the heat insulating material 3 supporting the sample stage 2.

本発明はこれらの問題を解決し、熟練者の感覚に頼らなくても試料ステージ支持部材を損傷することなく組み立て調整が行え、かつ経年変化に対する再調整の必要も生じないで使用できる試料冷却装置の試料交換機構の提供を目的とする。   The present invention solves these problems, and can perform assembly adjustment without damaging the sample stage support member without relying on the sense of a skilled person, and can be used without requiring readjustment with respect to secular change. The purpose is to provide a sample exchange mechanism.

上述の問題を解決するために、本発明は、
荷電粒子線装置に搭載される試料冷却装置における試料交換機構であって、
周囲から断熱的に支持され極低温に冷却可能な試料ステージと、前記試料ステージへの熱流入を防ぎつつ支持する試料ステージ支持用断熱材と、冷却した試料を搭載する試料ホルダと、先端に前記試料ホルダを装着した試料搬送機構と、前記試料ホルダが前記試料ステージに接触後の前記試料搬送機構の挿入量を制限するためのストッパと、前記ストッパを当接させて前記試料搬送機構の挿入を停止させるためのストッパ受け部を備えた前記試料冷却装置において、
前記試料搬送機構と一体になって移動するブロックと、前記試料ホルダを前記試料ステージに装着する時に試料ホルダを移動させるために大気側から力を加える搬送ベースと、前記ブロックと前記搬送ベースが一方向のみに相対移動を可能ならしめるように前記ブロックと前記搬送ベースを連結しているスライダと、前記ブロックと前記搬送ベースとの間を連結するばねとを備えたことを特徴とする。
また本発明は、前記搬送ベースを操作して前記試料ホルダを前記試料ステージに装着する時、前記試料ホルダが前記試料ステージに接触するまでは、前記ブロックと前記搬送ベースは前記ばねにより相対位置が変わらないように保持され、
前記試料ホルダが前記試料ステージに接触後、前記ストッパが前記ストッパ受け部に当接する位置まで、前記試料ホルダと前記試料ステージの接触面に前記ばねのばね力によって押圧力が働くようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記押圧力の最大値が、前記試料ステージ支持用断熱材を破損しないための許容付加圧力の範囲を超えないように、前記ストッパが前記ストッパ受け部に当接する位置を設定して前記試料搬送機構の挿入を停止させることにより、前記試料ステージ支持用断熱材の破損を防止するようにしたことを特徴とする。
また本発明は、オペレータが手動で試料交換を行う装置にあっては、前記搬送ベースは試料交換操作時にオペレータが掴んで試料ホルダを移動させることのできる搬送用グリップであることを特徴とする。
また本発明は、前記試料搬送機構の挿入終了位置を検出するための検出スイッチと、前記搬送ベースをアクチュエータにより駆動するための駆動ユニットを備え、前記搬送ベースを介して前記試料ホルダ交換部を駆動することにより試料交換を自動的に行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A sample exchange mechanism in a sample cooling device mounted on a charged particle beam device,
A sample stage that is adiabatically supported from the surroundings and can be cooled to a cryogenic temperature, a sample stage support thermal insulator that supports the sample stage while preventing heat from flowing into the sample stage, a sample holder that mounts the cooled sample, and the tip at the tip A sample transport mechanism mounted with a sample holder, a stopper for limiting the amount of insertion of the sample transport mechanism after the sample holder contacts the sample stage, and the sample transport mechanism being inserted by contacting the stopper. In the sample cooling device provided with a stopper receiving part for stopping,
A block that moves integrally with the sample transport mechanism, a transport base that applies a force from the atmosphere side to move the sample holder when the sample holder is mounted on the sample stage, and the block and the transport base are integrated. A slider that connects the block and the transport base so as to enable relative movement only in a direction, and a spring that connects the block and the transport base are provided.
Further, according to the present invention, when the sample holder is mounted on the sample stage by operating the transfer base, the block and the transfer base are positioned relative to each other by the spring until the sample holder contacts the sample stage. Kept unchanged,
After the sample holder contacts the sample stage, a pressing force is applied to the contact surface between the sample holder and the sample stage by the spring force of the spring until the stopper comes into contact with the stopper receiving portion. Features.
Further, the present invention sets the position where the stopper contacts the stopper receiving portion so that the maximum value of the pressing force does not exceed the range of allowable additional pressure for preventing damage to the sample stage supporting heat insulating material. The insertion of the sample transport mechanism is stopped to prevent breakage of the heat insulating material for supporting the sample stage.
According to the present invention, in the apparatus in which the operator manually changes the sample, the transfer base is a transfer grip that the operator can hold to move the sample holder during the sample change operation.
The present invention also includes a detection switch for detecting the insertion end position of the sample transport mechanism and a drive unit for driving the transport base by an actuator, and drives the sample holder replacement unit via the transport base. Thus, the sample is automatically exchanged.

前記試料ホルダが前記試料ステージに接触後、前記試料ホルダと前記試料ステージの接触面に前記ばねのばね力によって押圧力が働くようになされ、前記押圧力の最大値が前記試料ステージ支持用断熱材を破損しないための許容付加圧力の範囲を超えないように、前記ストッパが前記ストッパ受け部に当接する位置を設定して前記試料搬送機構の挿入を停止させるようにしたので、前記ストッパの取り付け位置を決める時に感覚的で難しい調整が不要となった。そのため、オペレータが手動で試料交換する場合にも、アクチュエータ等を用いて自動試料交換を行う場合にも、前記試料ステージ支持用断熱材の破損を防止することができるようになった。   After the sample holder comes into contact with the sample stage, a pressing force is applied to the contact surface between the sample holder and the sample stage by the spring force of the spring, and the maximum value of the pressing force is the heat insulating material for supporting the sample stage. In order not to exceed the range of the allowable additional pressure for preventing damage, the position where the stopper contacts the stopper receiving portion is set and the insertion of the sample transport mechanism is stopped. No need for sensuous and difficult adjustments when deciding. Therefore, it is possible to prevent the sample stage support heat insulating material from being damaged both when the operator manually changes the sample and when the operator automatically changes the sample using an actuator or the like.

また、経年変化などにより設定すべき押し込み量が多少変化しても、前記ストッパの取り付け位置をいちいち再調整が必要でなくなったため、常に前記試料ステージ支持用断熱材の破損を心配することなく、前記試料ホルダを前記試料ステージに確実に密着させて装着できるので、極低温試料の観察においても高分解能の電子顕微鏡像を得る環境を確保することが可能となった。   In addition, even if the push amount to be set due to secular change or the like changes slightly, it is no longer necessary to readjust the mounting position of the stopper, so without always worrying about damage to the sample stage support heat insulating material, Since the sample holder can be securely attached to the sample stage and mounted, it is possible to ensure an environment for obtaining a high-resolution electron microscope image even in the observation of a cryogenic sample.

次に、本発明の実施の形態を、極低温電子顕微鏡に組み込んだ例で説明する。先ずオペレータが手動で試料交換する場合を図3および図4に基づいて説明する。図3および図4において、搬送アーム9を挟んで鏡筒1側の構成は図1の従来技術において説明した構成と同じであり、重複を避けるため説明は省く。   Next, the embodiment of the present invention will be described with reference to an example incorporated in a cryogenic electron microscope. First, the case where the operator manually changes the sample will be described with reference to FIGS. 3 and 4, the configuration on the lens barrel 1 side with the transport arm 9 interposed therebetween is the same as the configuration described in the prior art of FIG. 1, and a description thereof will be omitted to avoid duplication.

搬送アーム9を挟んで試料搬送機構8側が本発明による構成部分である。ブロック13は試料搬送機構8と一体で動くように構成されており、搬送用グリップ12はブロック13とばね15で連結されている。また、ブロック13と搬送用グリップ12が一方向のみに相対移動を可能ならしめるようにブロック13と搬送用グリップ12はスライダ14で連結されている。ブロック13にはストッパ10が組み込まれている。ここで搬送用グリップ12は搬送ベースを指しているが、オペレータが手動で試料交換を行う場合は搬送ベースを握りやすいようになっている必要があるため、図3および図4では搬送用グリップ12として表す。   The side of the sample transport mechanism 8 across the transport arm 9 is a component according to the present invention. The block 13 is configured to move integrally with the sample transport mechanism 8, and the transport grip 12 is connected to the block 13 by a spring 15. Further, the block 13 and the transport grip 12 are connected by a slider 14 so that the block 13 and the transport grip 12 can be relatively moved in only one direction. A stopper 10 is incorporated in the block 13. Here, the transport grip 12 refers to the transport base. However, when the operator manually changes the sample, it is necessary to easily grip the transport base. Therefore, in FIGS. 3 and 4, the transport grip 12 is used. Represent as

本発明の動作を、オペレータが手動で行う試料交換操作とともに説明する。図3において、先端に試料5を載置した試料ホルダ4は、冷却ブロック6に接触し液体窒素温度近傍まで予備冷却されている。試料搬送機構8の搬送アーム9を鏡筒1内に挿入することにより、試料ホルダ4は、ガイドレール7に沿って試料ステージ2に搬送される。このときオペレータは搬送用グリップ12を握り、試料ホルダ4が試料ステージ2に搬送されるように操作する。試料搬送機構8とブロック13は一体で動くように構成されており、搬送用グリップ12はブロック13とばね15で連結されているので、試料ホルダ4が試料ステージ2に接触するまで、ブロック13と搬送用グリップ12は、ばね15により相対位置が変わらないように保持される。   The operation of the present invention will be described together with a sample exchange operation performed manually by an operator. In FIG. 3, the sample holder 4 with the sample 5 placed on the tip contacts the cooling block 6 and is precooled to near the liquid nitrogen temperature. By inserting the transfer arm 9 of the sample transfer mechanism 8 into the lens barrel 1, the sample holder 4 is transferred to the sample stage 2 along the guide rail 7. At this time, the operator holds the transport grip 12 and operates so that the sample holder 4 is transported to the sample stage 2. Since the sample transport mechanism 8 and the block 13 are configured to move integrally, and the transport grip 12 is connected to the block 13 and the spring 15, the block 13 and the block 13 are moved until the sample holder 4 contacts the sample stage 2. The transport grip 12 is held by a spring 15 so that the relative position does not change.

図4において、ブロック13と搬送用グリップ12はスライダ14により相対移動が可能なことから、試料ホルダ4が試料ステージ2に接触した後ばね15が伸び始め、さらに搬送アーム9が数mm挿入されたところでストッパ10がストッパ受け部11に当接して挿入動作は停止する。試料ホルダ4が試料ステージ2に接触後、試料ホルダと試料ステージの接触面には、ばね力による押圧力が働いている。数mmのオーバーラン部分の設定圧力範囲(ばね力)は、適合するばね定数を持つばねを選択することで制限することができる。また、試料ホルダ4および試料ステージ2の個体差により異なる設定すべき押圧力のばらつきは、ばね15の選択により個々に対応可能である。試料ステージ支持用している断熱材3が破損しないための最大許容付加圧力を把握しておき、試料ホルダと試料ステージの接触面に働くばね力が断熱材3の許容範囲内にあるように、ストッパ10の取り付け位置は設定されている。   In FIG. 4, since the block 13 and the transport grip 12 can be moved relative to each other by the slider 14, the spring 15 starts to extend after the sample holder 4 comes into contact with the sample stage 2, and the transport arm 9 is inserted several mm. By the way, the stopper 10 comes into contact with the stopper receiving portion 11 and the insertion operation is stopped. After the sample holder 4 comes into contact with the sample stage 2, a pressing force by a spring force acts on the contact surface between the sample holder and the sample stage. The set pressure range (spring force) of the overrun portion of several mm can be limited by selecting a spring having a suitable spring constant. Further, the variation in the pressing force to be set which varies depending on the individual difference between the sample holder 4 and the sample stage 2 can be individually coped with by selecting the spring 15. Ascertain the maximum allowable applied pressure so that the heat insulating material 3 supporting the sample stage is not damaged, and the spring force acting on the contact surface between the sample holder and the sample stage is within the allowable range of the heat insulating material 3. The mounting position of the stopper 10 is set.

試料ホルダ4の試料ステージ2への装着が完了したら、一旦試料ホルダ4から冷却ブロック6を切り離す。数十秒から数分経過し、試料ホルダ4が試料ステージ2と同程度の液体ヘリウム温度近傍まで冷却されたら、再度搬送アーム9を介して試料ホルダ4を試料ステージ2に密着させるように押圧する。このとき、試料ステージにかかる押圧力はばね力による力であり、ストッパ10がストッパ受け部11に当接するまで押圧しても、試料ホルダ4と試料ステージ2の接触面にかかる押圧力は、断熱材3が破損しないための最大許容付加圧力の範囲内にとどまる。   When the mounting of the sample holder 4 to the sample stage 2 is completed, the cooling block 6 is once separated from the sample holder 4. After several tens of seconds to several minutes, when the sample holder 4 is cooled to the vicinity of the liquid helium temperature similar to that of the sample stage 2, the sample holder 4 is pressed again so as to be in close contact with the sample stage 2 via the transfer arm 9. . At this time, the pressing force applied to the sample stage is a force by a spring force. Even if the stopper 10 is pressed until it comes into contact with the stopper receiving portion 11, the pressing force applied to the contact surface between the sample holder 4 and the sample stage 2 is adiabatic. The material 3 stays within the range of the maximum allowable applied pressure so as not to break.

図5は、駆動ユニット18のアクチュエータ19により搬送ベース16を駆動して自動的に試料交換を行う実施例を示している。検出スイッチ17は試料搬送機構の挿入終了位置を検出するスイッチである。搬送ベース16をアクチュエータ19で移動させることにより試料交換操作を行う。試料ホルダ4が試料ステージ2に接触した後、一方向のみに移動可能なスライダ14が設けられていることにより、ばね15が伸び始め、さらに搬送アーム9が数mm挿入されたところで、検出スイッチ17が動作し挿入動作が停止する。アクチュエータ19への停止信号が出て実際に搬送アーム9の挿入動作が停止するまでにはタイムラグがある。しかし、検出スイッチ17が動作した直後にストッパ10がストッパ受け部11に当接し挿入動作は停止する。また、タイムラグ分でオーバーランした搬送アーム9の挿入量は、スライダ14が設けられていることによるブロック13と搬送ベース16の相対移動により吸収される。   FIG. 5 shows an embodiment in which the sample is automatically exchanged by driving the transport base 16 by the actuator 19 of the drive unit 18. The detection switch 17 is a switch for detecting the insertion end position of the sample transport mechanism. The sample exchange operation is performed by moving the transport base 16 with the actuator 19. After the sample holder 4 comes into contact with the sample stage 2, the slider 15 that can move only in one direction is provided, so that the spring 15 begins to extend, and when the transport arm 9 is inserted several mm, the detection switch 17 Operates and the insertion operation stops. There is a time lag until a stop signal is output to the actuator 19 and the insertion operation of the transfer arm 9 actually stops. However, immediately after the detection switch 17 is operated, the stopper 10 comes into contact with the stopper receiving portion 11 and the insertion operation is stopped. Further, the insertion amount of the transfer arm 9 overrun by the time lag is absorbed by the relative movement of the block 13 and the transfer base 16 due to the provision of the slider 14.

すなわち、従来の試料交換機構におけるストッパ10は、その取り付け位置により直接的に前記試料ホルダが前記試料ステージを押圧する力を決める役割を負わされている。しかし、本発明において前記試料ホルダが前記試料ステージを押圧する力は、搬送用グリップ12とブロック13を連結するばねのばね力によって決まるので、ストッパ10の取り付け位置の設定は、ばね力による最大押圧力を制限し、断熱材3が破損しないようにするための安全弁の役割を持つのみである。   That is, the stopper 10 in the conventional sample exchange mechanism has a role of directly determining the force with which the sample holder presses the sample stage, depending on the mounting position. However, in the present invention, the force with which the sample holder presses the sample stage is determined by the spring force of the spring connecting the conveyance grip 12 and the block 13, so the setting position of the stopper 10 is set to the maximum pressing force by the spring force. It only serves as a safety valve for limiting the pressure and preventing the heat insulating material 3 from being damaged.

従って、本発明によれば、試料ステージ支持用している断熱材3が破損しないための最大許容付加圧力を把握しておき、適切なばね定数を持つばねを選ぶことにより、ストッパ10の取り付け位置の許容範囲を広く取ることが可能となる。   Therefore, according to the present invention, the maximum allowable additional pressure for preventing the heat insulating material 3 supporting the sample stage from being damaged is grasped, and a spring having an appropriate spring constant is selected. It is possible to take a wide tolerance range.


極低温電子顕微鏡に搭載されている試料冷却装置および従来の試料交換装置の例を示す図(試料ホルダは試料ステージに未装着の状態)。The figure which shows the example of the sample cooling device mounted in the cryogenic electron microscope and the conventional sample exchange device (a state where the sample holder is not attached to the sample stage). 極低温電子顕微鏡に搭載されている試料冷却装置および従来の試料交換装置の例を示す図(手動で試料ホルダを試料ステージに搬送し、接触後面圧をかけた状態)。The figure which shows the example of the sample cooling device mounted in the cryogenic electron microscope, and the conventional sample exchange device (The state which conveyed the sample holder to the sample stage manually, and applied the surface pressure after contact). 極低温電子顕微鏡に搭載されている試料冷却装置および本発明の試料交換装置の例を示す図(試料ホルダは試料ステージに未装着の状態)。The figure which shows the example of the sample cooling device mounted in the cryogenic electron microscope, and the sample replacement | exchange apparatus of this invention (a sample holder is a state with the sample stage unattached). 極低温電子顕微鏡に搭載されている試料冷却装置および本発明の試料交換装置の例を示す図(手動で試料ホルダを試料ステージに搬送し、接触後面圧をかけた状態)。The figure which shows the example of the sample cooling device mounted in the cryogenic electron microscope and the sample exchange device of this invention (The state which conveyed the sample holder to the sample stage manually, and applied the surface pressure after contact). 極低温電子顕微鏡に搭載されている試料冷却装置および本発明の試料交換装置の例を示す図(駆動ユニットにより試料ホルダを試料ステージに搬送し、接触後面圧をかけた状態)。The figure which shows the example of the sample cooling device mounted in the cryogenic electron microscope, and the sample exchange apparatus of this invention (The state which conveyed the sample holder to the sample stage with the drive unit, and applied the surface pressure after contact).

符号の説明Explanation of symbols

(同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。)
EB:電子線
1:鏡筒 14:スライダ
2:試料ステージ 15:ばね
3:断熱材 16:搬送ベース
4:試料ホルダ 17:検出スイッチ
5:試料 18:駆動ユニット
6:冷却ブロック 19:アクチュエータ
7:ガイドレール 20:対物レンズ
8:試料搬送機構 21:冷媒貯溜部
9:搬送アーム 22:キャピラリー
10:ストッパ 23:液体ヘリウムタンク
11:ストッパ受け部 24:液体窒素タンク
12:搬送用グリップ 25:冷却部材
13:ブロック
(Those that perform the same or similar operations are denoted by a common reference.)
EB: Electron beam 1: Lens tube 14: Slider 2: Sample stage 15: Spring 3: Heat insulating material 16: Transfer base 4: Sample holder 17: Detection switch 5: Sample 18: Drive unit 6: Cooling block 19: Actuator 7: Guide rail 20: Objective lens 8: Sample transport mechanism 21: Refrigerant reservoir 9: Transport arm 22: Capillary
10: Stopper 23: Liquid helium tank
11: Stopper receiving part 24: Liquid nitrogen tank
12: Transport grip 25: Cooling member
13: Block

Claims (5)

荷電粒子線装置に搭載される試料冷却装置における試料交換機構であって、
周囲から断熱的に支持され極低温に冷却可能な試料ステージと、前記試料ステージへの熱流入を防ぎつつ支持する試料ステージ支持用断熱材と、冷却した試料を搭載する試料ホルダと、先端に前記試料ホルダを装着した試料搬送機構と、前記試料ホルダが前記試料ステージに接触後の前記試料搬送機構の挿入量を制限するためのストッパと、前記ストッパを当接させて前記試料搬送機構の挿入を停止させるためのストッパ受け部を備えた前記試料冷却装置において、
前記試料搬送機構と一体になって移動するブロックと、前記試料ホルダを前記試料ステージに装着する時に試料ホルダを移動させるために大気側から力を加える搬送ベースと、前記ブロックと前記搬送ベースが一方向のみに相対移動を可能ならしめるように前記ブロックと前記搬送ベースを連結しているスライダと、前記ブロックと前記搬送ベースとの間を連結するばねとを備えたことを特徴とする試料交換機構。
A sample exchange mechanism in a sample cooling device mounted on a charged particle beam device,
A sample stage that is adiabatically supported from the surroundings and can be cooled to a cryogenic temperature, a sample stage support thermal insulator that supports the sample stage while preventing heat from flowing into the sample stage, a sample holder that mounts the cooled sample, and the tip at the tip A sample transport mechanism mounted with a sample holder, a stopper for limiting the amount of insertion of the sample transport mechanism after the sample holder contacts the sample stage, and the sample transport mechanism being inserted by contacting the stopper. In the sample cooling device provided with a stopper receiving part for stopping,
A block that moves integrally with the sample transport mechanism, a transport base that applies a force from the atmosphere side to move the sample holder when the sample holder is mounted on the sample stage, and the block and the transport base are integrated. A sample exchanging mechanism comprising: a slider connecting the block and the transport base so as to enable relative movement only in a direction; and a spring connecting the block and the transport base. .
前記搬送ベースを操作して前記試料ホルダを前記試料ステージに装着する時、前記試料ホルダが前記試料ステージに接触するまでは、前記ブロックと前記搬送ベースは前記ばねにより相対位置が変わらないように保持され、
前記試料ホルダが前記試料ステージに接触後、前記ストッパが前記ストッパ受け部に当接する位置まで、前記試料ホルダと前記試料ステージの接触面に前記ばねのばね力によって押圧力が働くようにしたことを特徴とする請求項1に記載の試料交換機構。
When the transport base is operated and the sample holder is mounted on the sample stage, the relative position of the block and the transport base is held by the spring until the sample holder contacts the sample stage. And
After the sample holder contacts the sample stage, a pressing force is applied to the contact surface between the sample holder and the sample stage by the spring force of the spring until the stopper comes into contact with the stopper receiving portion. The sample exchanging mechanism according to claim 1, wherein:
前記押圧力の最大値が、前記試料ステージ支持用断熱材を破損しないための許容付加圧力の範囲を超えないように、前記ストッパが前記ストッパ受け部に当接する位置を設定して前記試料搬送機構の挿入を停止させることにより、前記試料ステージ支持用断熱材の破損を防止するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の試料交換機構。 The sample transport mechanism is configured by setting a position where the stopper abuts the stopper receiving portion so that the maximum value of the pressing force does not exceed a range of allowable additional pressure for preventing damage to the sample stage supporting heat insulating material. 3. The sample exchange mechanism according to claim 1, wherein the sample stage support heat insulating material is prevented from being damaged by stopping insertion of the sample stage. オペレータが手動で試料交換を行う装置にあっては、前記搬送ベースは試料交換操作時にオペレータが掴んで試料ホルダを移動させることのできる搬送用グリップであることを特徴とする請求項1または2または3に記載の試料交換機構。 3. The apparatus for manually exchanging a sample by an operator, wherein the conveyance base is a conveyance grip that can be grasped by an operator and move a sample holder during a sample exchange operation. 4. The sample exchange mechanism according to 3. 前記試料搬送機構の挿入終了位置を検出するための検出スイッチと、前記搬送ベースをアクチュエータにより駆動するための駆動ユニットを備え、前記搬送ベースを介して前記試料ホルダ交換部を駆動することにより試料交換を自動的に行うことを特徴とする請求項1または2または3に記載の試料交換装置。
A detection switch for detecting the insertion end position of the sample transport mechanism and a drive unit for driving the transport base by an actuator, and exchanging the sample by driving the sample holder replacement part via the transport base 4. The sample exchange device according to claim 1, wherein the sample exchange device is automatically performed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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