JP2009123477A - Sample holder for ultraviolet-visible-near infrared absorption spectrum measurement - Google Patents

Sample holder for ultraviolet-visible-near infrared absorption spectrum measurement Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample holder for concurrently allowing easy and sure high-resolution observation of a sample as well as ultraviolet-visible-near infrared absorption spectrum measurement by, using an existing electron microscope. <P>SOLUTION: A sample holder 10 performs structural observation of a sample S by radiating electron beam E in a TEM1. The holder includes an incident side optical fiber 38 which is arranged along the axial direction X of the sample holder 10 for transferring the light in the region of ultraviolet-visible-near infrared from a light source 60 outside an electron microscope, an incident side condenser lens 42 which condenses incident light L<SB>1</SB>transmitted through the incident side optical fiber 38, a transmissive side condenser lens 43 which is arranged on the side counter to the incident side condenser lens 42 through the sample S and condenses light L<SB>2</SB>transmitted through the sample S, and a transmissive side optical fiber 39 which is arranged along the axial direction of the sample holder 10 and transmits the transmissive light L<SB>2</SB>condensed by the transmissive side condenser leans 43 to the outside of the electron microscope. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光による励起及び吸収測定と電子顕微鏡の高分解能観察とを同時に行うことができる試料ホルダー、特に、既存の透過型電子顕微鏡に取り付け可能な紫外・可視・近赤外吸収スペクトル測定用試料ホルダーに関する。   The present invention is a sample holder capable of simultaneously performing excitation and absorption measurement with light and high-resolution observation of an electron microscope, particularly for ultraviolet, visible, and near-infrared absorption spectrum measurement that can be attached to an existing transmission electron microscope. It relates to the sample holder.

紫外・可視・近赤外分光法(UV-Vis-NIR)は、紫外(UV,UltraViolet)、可視(Vis, Visible)、および近赤外(NIR,Near InfraRed)領域の光吸収を測定することにより物質に特有である電子遷移エネルギーを分析する分光法である。通常、200〜1500nm程度の波長範囲について測定する。紫外・可視・近赤外分光法は、測定が容易であること、結果が肉眼での観察と一致しわかりやすいこと、分子によっては極めて特徴的なスペクトルを示すこと、及びスペクトルが物質の状態によって敏感に変化することなどから、誘電体、イオン結晶、半導体などの分野の研究に幅広く用いられる測定法である。   UV-Vis-NIR (UV-Vis-NIR) measures light absorption in the ultraviolet (UV, UltraViolet), visible (Vis, Visible), and near infrared (NIR, Near InfraRed) regions. This is a spectroscopic method for analyzing the electronic transition energy peculiar to a substance. Usually, it measures about the wavelength range of about 200-1500 nm. Ultraviolet, visible, and near-infrared spectroscopy is easy to measure, the results are consistent with the naked eye and easy to understand, some molecules have very characteristic spectra, and the spectra are sensitive to the state of the material It is a measurement method widely used for research in fields such as dielectrics, ionic crystals, and semiconductors.

紫外・可視・近赤外吸収スペクトル測定では一般的に石英ガラスなどの透明な支持基板を利用するが、電子線はそのガラス基板を透過しないので、従来では電子顕微鏡による構造解析と紫外・可視・近赤外吸収スペクトル測定とを別個独立して行っていた。紫外・可視・近赤外スペクトル測定を行った薄膜を電子顕微鏡観察するにはフッ酸(HF)などの薬品で基板を溶解したり、機械研磨やイオン研磨によって物理的に基板を除去したりすることで、試料を作製し直すことが多い。フッ酸などの薬品による溶解、機械研磨やイオン研磨といった試料の作製プロセスは、試料の表面構造・結晶構造の破壊を引き起こす。このため、紫外・可視・近赤外吸収スペクトルを測定した試料構造と、その後、電子顕微鏡によって観察された試料の構造にズレが生じることがあった。そこで、電子顕微鏡において構造観察と紫外・可視・近赤外吸収スペクトルの測定とを同時に行うことが望まれていた。   In UV / visible / near-infrared absorption spectrum measurement, a transparent support substrate such as quartz glass is generally used. However, since electron beams do not pass through the glass substrate, structural analysis using an electron microscope and ultraviolet / visible / The near infrared absorption spectrum measurement was performed separately and independently. In order to observe an ultraviolet, visible, and near-infrared spectrum thin film with an electron microscope, the substrate is dissolved with a chemical such as hydrofluoric acid (HF), or the substrate is physically removed by mechanical polishing or ion polishing. Therefore, the sample is often remade. Sample preparation processes such as dissolution by chemicals such as hydrofluoric acid, mechanical polishing, and ion polishing cause destruction of the surface structure and crystal structure of the sample. For this reason, the sample structure in which the ultraviolet / visible / near-infrared absorption spectrum was measured and the structure of the sample observed by the electron microscope may be displaced. Therefore, it has been desired to simultaneously perform structural observation and measurement of ultraviolet, visible, and near-infrared absorption spectra in an electron microscope.

一方、既存の透過型電子顕微鏡により試料を高分解能観察すると同時に、試料に照射された電子線より生じた励起光を検出して分析するカソードルミネッセンス分析も可能な試料ホルダーとして特許文献1が提案されている。特許文献1の試料ホルダーは、既存の透過型電子顕微鏡に取り付け可能であり、後端部から試料固定部近傍にまで延設された光ファイバーと、電子線の照射方向に対して試料の裏側に配され、電子線照射により生じた励起光を光ファイバー側へ反射させる反射板と、反射板からの光を集光する集光レンズとを有する。試料に電子線が照射されると、電子線が試料を透過することで生じた励起光が反射板により向きが変更され、集光レンズを介して集光された励起光を光ファイバを通して電子顕微鏡外に設けられた分光測定器で測定できるようになっている。   On the other hand, Patent Document 1 is proposed as a sample holder capable of performing cathodoluminescence analysis for detecting and analyzing excitation light generated from an electron beam irradiated on a sample at the same time as observing the sample with an existing transmission electron microscope. ing. The sample holder of Patent Document 1 can be attached to an existing transmission electron microscope, and is arranged on the back side of the sample with respect to the optical fiber extending from the rear end portion to the vicinity of the sample fixing portion and the irradiation direction of the electron beam. And a reflecting plate that reflects the excitation light generated by the electron beam irradiation toward the optical fiber, and a condensing lens that collects the light from the reflecting plate. When the sample is irradiated with an electron beam, the direction of the excitation light generated by the electron beam passing through the sample is changed by the reflector, and the excitation light collected through the condenser lens is passed through the optical fiber through an electron microscope. It can be measured with a spectrophotometer provided outside.

また、光学特性の測定用ではないが、高温下での高分解能電子顕微鏡観察を容易に行うことができる試料ホルダーとして、本出願人による特許文献2がある。特許文献2では、試料を高温にするための従来の電子ビーム法やレーザービーム法などにおける問題点を解決するものであって、試料ホルダーの試料固定部近傍にまで延設された光ファイバーと、光ファイバーから照射されるNd−YAGレーザー光を反射させる反射板と、反射板からのレーザー光を集光する集光レンズとを有する。これにより、ポールピース内においても容易に試料へレーザー光を照射できるようになっている。   Further, there is Patent Document 2 by the present applicant as a sample holder that can be easily observed with a high-resolution electron microscope at a high temperature, although it is not for measuring optical characteristics. Patent Document 2 solves the problems in the conventional electron beam method and laser beam method for increasing the temperature of a sample, and includes an optical fiber extending to the vicinity of a sample fixing portion of a sample holder, and an optical fiber. A reflecting plate that reflects the Nd-YAG laser light emitted from the reflector, and a condenser lens that collects the laser light from the reflecting plate. This makes it possible to easily irradiate the sample with laser light even in the pole piece.

特開2003−139703号公報JP 2003-139703 A 特開平8−31361号公報JP-A-8-31361

特許文献1では、既存の電子顕微鏡によって構造観察と共にカソードルミネッセンス分析も可能である。しかし特許文献1では、電子線照射系と電子線照射による励起光を検出するファイバー光学系しか有せず、紫外・可視・近赤外光の入射系を有しないので、高分解能観察と同時に紫外・可視・近赤外分光法も行うことは不可能である。一方、特許文献2では、既存の電子顕微鏡においてNd−YAGレーザー光を容易に照射できるものの、試料を高温条件とするためのレーザー光を照射するのみであって、やはり紫外・可視・近赤外吸収スペクトルを測定することは不可能である。つまり、これらの試料ホルダーや加熱装置では、熱輻射(赤外線)量を用いた温度測定やカソードルミネッセンスを測定できても、試料の励起光や吸収スペクトルを測定することはできない。また、特許文献2の光ファイバーは、その先端部の所定量が試料ホルダーの外部に露出している。   In Patent Document 1, cathodoluminescence analysis can be performed together with structure observation using an existing electron microscope. However, Patent Document 1 has only an electron beam irradiation system and a fiber optical system that detects excitation light by electron beam irradiation, and has no ultraviolet, visible, or near infrared light incident system.・ Visible and near-infrared spectroscopy is also impossible. On the other hand, Patent Document 2 can easily irradiate Nd-YAG laser light with an existing electron microscope, but only irradiates laser light for making a sample into a high temperature condition. It is impossible to measure the absorption spectrum. That is, with these sample holders and heating devices, it is not possible to measure the excitation light or absorption spectrum of the sample even if the temperature measurement using the amount of thermal radiation (infrared rays) or the cathodoluminescence can be measured. In addition, a predetermined amount of the tip of the optical fiber disclosed in Patent Document 2 is exposed to the outside of the sample holder.

また、特許文献1及び特許文献2は根本的に紫外・可視・近赤外分光法用とは異なるので、これらを単純に紫外・可視・近赤外分光法へ適用することはできない。すなわち、一般的に既存の電子顕微鏡に使用される試料ホルダーでの分光計測を実現するためには複雑な改造を必要とするので、既存の電子顕微鏡によって簡便に紫外・可視・近赤外分光法による測定する具体的な実現手段を構築するのは困難であった。そのため、特許文献1及び特許文献2では、高分解能電子顕微鏡観察において必要とされる試料の傾斜機構を犠牲にしている。そのうえ、特許文献1及び特許文献2では、共に反射板のみによって試料に電子線やレーザー光を指向しているので、精密な光と試料との相対角度調整が困難であると共に、反射板を設けるスペースも必要となり、試料設置空間の狭いポールピースには適用し難い。   Further, since Patent Document 1 and Patent Document 2 are fundamentally different from those for ultraviolet / visible / near infrared spectroscopy, they cannot be simply applied to ultraviolet / visible / near infrared spectroscopy. In other words, in order to realize spectroscopic measurement with a sample holder that is generally used for existing electron microscopes, complex modifications are required. It was difficult to construct a concrete means to measure by Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the tilting mechanism of the sample required in high-resolution electron microscope observation is sacrificed. Moreover, in both Patent Document 1 and Patent Document 2, since the electron beam or laser light is directed to the sample only by the reflector, it is difficult to precisely adjust the relative angle between the light and the sample, and a reflector is provided. Space is also required, making it difficult to apply to a pole piece with a small sample installation space.

そこで本発明の目的は、既存の電子顕微鏡を用いて、試料の高分解能電子顕微鏡観察と同時に、試料に確実に紫外・可視・近赤外光を照射し、光吸収による電子励起を実現することで紫外・可視・近赤外吸収スペクトル測定をも容易かつ確実に行うことのできる試料ホルダーを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to realize electron excitation by light absorption by irradiating the sample with ultraviolet, visible, and near infrared light reliably at the same time as observing the sample with a high resolution electron microscope using an existing electron microscope. It is an object of the present invention to provide a sample holder that can easily and reliably perform ultraviolet, visible, and near infrared absorption spectrum measurement.

本発明は、電子顕微鏡内において電子線を照射することにより試料の構造観察を行う試料ホルダーであって、前記試料ホルダーの軸方向に沿って配され、電子顕微鏡外の光源から紫外・可視・近赤外領域の光を前記電子顕微鏡の鏡筒内に伝送する入射側光ファイバーと、前記入射側光ファイバーにより伝送された入射光を、前記試料ホルダーに設置された試料に集光する入射側集光レンズと、前記試料を介して前記入射側集光レンズの対向側に配され、前記試料を透過した光を集光する透過側集光レンズと、前記試料ホルダーの軸方向に沿って配され、前記透過側集光レンズにより集光した透過光を、前記試料を介して前記入射側光ファイバーの対向側から前記電子顕微鏡の鏡筒外へ伝送する透過側光ファイバーとを備え、電子線による構造観察と同時に、紫外・可視・近赤外領域の光による試料の励起と吸収スペクトルの測定をすることを特徴とする。   The present invention is a sample holder for observing the structure of a sample by irradiating an electron beam in an electron microscope, and is arranged along the axial direction of the sample holder, and is irradiated with ultraviolet, visible and near light from a light source outside the electron microscope. An incident side optical fiber that transmits light in the infrared region into the lens barrel of the electron microscope, and an incident side condensing lens that condenses the incident light transmitted by the incident side optical fiber on the sample installed in the sample holder And arranged on the opposite side of the incident side condensing lens through the sample, arranged along the axial direction of the sample holder, and a transmission side condensing lens for condensing the light transmitted through the sample, A transmission-side optical fiber that transmits the transmitted light collected by the transmission-side condensing lens from the opposite side of the incident-side optical fiber to the outside of the electron microscope column through the sample; Discussion At the same time, characterized by the measurement of the excitation and emission spectra of the sample by light in the ultraviolet-visible-near-infrared region.

また、本発明においては、前記入射側光ファイバーと前記透過側光ファイバーとが、その全体に亘って前記試料ホルダーの内部に挿通されていることを特徴とする試料ホルダーを提供することができる。   Further, in the present invention, it is possible to provide a sample holder characterized in that the incident side optical fiber and the transmission side optical fiber are inserted through the entire inside of the sample holder.

また、本発明においては、前記入射側集光レンズと前記試料との間、及び前記透過側集光レンズと前記試料との間には、それぞれ集光レンズからの光を試料へ向けて反射させる入射側反射板及び透過側反射板が設けられていることを特徴とする試料ホルダーを提供することができる。   In the present invention, light from the condenser lens is reflected toward the sample between the incident-side condenser lens and the sample and between the transmission-side condenser lens and the sample. It is possible to provide a sample holder provided with an incident side reflection plate and a transmission side reflection plate.

また、本発明においては、前記試料ホルダーは、該試料ホルダー全体の傾斜角度を調整するホルダー傾斜機構と、試料ホルダーの先端部に設けられた試料固定部に固定される試料設置台の傾斜角度を、前記試料ホルダーの軸方向と直交する軸方向で調整する試料設置台傾斜機構とによって、高分解能用ポールピース内での2軸傾斜が可能であること特徴とする試料ホルダーを提供することができる。   In the present invention, the sample holder includes a holder tilt mechanism that adjusts the tilt angle of the entire sample holder, and a tilt angle of a sample mounting base that is fixed to a sample fixing portion provided at the tip of the sample holder. The sample holder can be tilted biaxially within the pole piece for high resolution by the sample mounting table tilting mechanism that is adjusted in the axial direction orthogonal to the axial direction of the sample holder. .

また、本発明においては、前記入射側集光レンズ及び透過側集光レンズが、それぞれ前記入射側光ファイバー及び透過側集光レンズとの距離を調節可能であることを特徴とする試料ホルダーを提供することができる。   According to the present invention, there is provided a sample holder, wherein the incident side condensing lens and the transmission side condensing lens can adjust the distance from the incident side optical fiber and the transmission side condensing lens, respectively. be able to.

また、本発明においては、前記入射側反射板及び前記透過側反射板が、前記試料に対する角度を調整自在であることを特徴とする試料ホルダーを提供することができる。   In the present invention, it is possible to provide a sample holder in which the incident-side reflecting plate and the transmissive-side reflecting plate are adjustable in angle with respect to the sample.

また、本発明においては、上記いずれかの構成を有する試料ホルダーを備える電子顕微鏡を提供することもできる。   Moreover, in this invention, an electron microscope provided with the sample holder which has one of the said structures can also be provided.

本発明は、従来から電子顕微鏡に使用されていた試料ホルダーに、主として入射側光ファイバーと透過側光ファイバーとを設けただけの簡単な構成となっており、かつ両光ファイバーは試料ホルダーに設けられているので、試料ホルダーと別個に光ファイバーを電子顕微鏡に装着する必要もない。したがって、本発明の試料ホルダーはそのまま既存の電子顕微鏡に装着可能であり、従来からの電子線による構造観察と同時に、紫外・可視・近赤外領域の光による試料の励起と吸収スペクトルの測定をすることができ、汎用性が高い。しかも、電子線による構造観察と同時に、紫外・可視・近赤外領域の光吸収スペクトル測定が可能となれば、従来の透過型電子顕微鏡での観察では不可能であった、光吸収による電子励起過程の電子顕微鏡その場観察や、原子レベルの構造と光吸収の相関を細かなレベルまで観測可能となる。これにより、試料の光学特性の測定を構造観察と別個独立して行う手間を省け、かつ既存の電子顕微鏡を光学特性の測定のために複雑な機構に改造する必要もない。また、両光ファイバーが試料ホルダーの軸方向に沿って配されているので、試料ホルダーが大型化することも避けられている。両光ファイバーと試料との間に入射側集光レンズ及び透過側集光レンズが配してあれば、効率よく光を試料や透過側光ファイバーへ集光できる。   The present invention has a simple configuration in which a sample holder conventionally used in an electron microscope is mainly provided with an incident side optical fiber and a transmission side optical fiber, and both optical fibers are provided in the sample holder. Therefore, it is not necessary to attach the optical fiber to the electron microscope separately from the sample holder. Therefore, the sample holder of the present invention can be mounted on an existing electron microscope as it is, and the excitation of the sample and measurement of the absorption spectrum by the light in the ultraviolet, visible, and near infrared region can be performed simultaneously with the conventional structure observation by the electron beam. Can be highly versatile. Moreover, if it is possible to measure the light absorption spectrum in the ultraviolet, visible, and near-infrared regions simultaneously with the structural observation by the electron beam, electron excitation by light absorption, which was impossible with the conventional transmission electron microscope, is possible. In-situ observation of the process with an electron microscope and the correlation between the structure and light absorption at the atomic level can be observed to a fine level. This saves the trouble of performing the measurement of the optical characteristics of the sample separately from the structural observation, and eliminates the need to modify the existing electron microscope into a complicated mechanism for measuring the optical characteristics. Further, since both optical fibers are arranged along the axial direction of the sample holder, it is possible to avoid an increase in the size of the sample holder. If an incident side condensing lens and a transmission side condensing lens are arranged between both optical fibers and the sample, light can be efficiently condensed on the sample and the transmission side optical fiber.

入射側光ファイバー及び透過側光ファイバーがその全体に亘って試料ホルダーの内部に挿通されていれば、より試料ホルダーの大型化避けられ、従来電子顕微鏡に使用されていた試料ホルダーと同程度の大きさとできる。また、試料ホルダーを電子顕微鏡に装着する際に光ファイバーが電子顕微鏡の鏡筒に引っ掛かるなどして、邪魔になったり破損したりすることも回避できる。   If the incident-side optical fiber and the transmission-side optical fiber are inserted through the entire sample holder, the sample holder can be prevented from being enlarged, and can be as large as the sample holder used in conventional electron microscopes. . In addition, when the sample holder is mounted on the electron microscope, it is possible to prevent the optical fiber from getting in the way or being damaged by being caught on the lens barrel of the electron microscope.

両集光レンズと試料との間に、それぞれ入射側反射板及び透過側反射板を設けていれば、試料の固定位置や固定角度などに合わせて入射側光ファイバーから入射された光の角度を、試料や透過側光ファイバーへ的確に調整することができ、精密な試料の励起、吸収スペクトル測定が可能となる。   If an incident-side reflector and a transmission-side reflector are provided between the two condenser lenses and the sample, respectively, the angle of the light incident from the incident-side optical fiber in accordance with the fixed position or fixed angle of the sample, The sample and the transmission side optical fiber can be accurately adjusted, and precise sample excitation and absorption spectrum measurement can be performed.

試料ホルダーが2軸傾斜可能であれば、電子線に対する試料位置や角度を調整可能であると共に、光ファイバーから入射される紫外・可視・近赤外領域の光に対する角度も調整可能なので、確実な構造観察と試料の励起及び吸収スペクトルの測定を行うことができる。   If the sample holder can be tilted in two axes, the position and angle of the sample with respect to the electron beam can be adjusted, and the angle with respect to light in the ultraviolet, visible, and near-infrared region that is incident from the optical fiber can also be adjusted. Observation and sample excitation and absorption spectra can be measured.

また、両集光レンズや両反射板が角度調整自在であれば、より精密に紫外・可視・近赤外領域の光による試料の励起と吸収スペクトルの測定をすることができる。   In addition, if both the condensing lenses and the two reflecting plates are adjustable in angle, it is possible to measure the excitation spectrum and absorption spectrum of the sample with light in the ultraviolet, visible, and near infrared regions more precisely.

以下に、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。本発明の試料ホルダーは、既存の電子顕微鏡に装着されるものなので、まずは従来から使用されている周知の電子顕微鏡による試料の構造観察について概説する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Since the sample holder of the present invention is attached to an existing electron microscope, first, an overview of sample structure observation using a well-known electron microscope that has been conventionally used will be described.

図1に、既存の透過型電子顕微鏡(TEM)の概略構成図を示す。図2にポールピース内部の概略断面図を示す。図3に、既存のホルダー傾斜機構の横断平面図を示す。なお、図2においてはホルダー傾斜機構の図示は省略している。図1において、TEM1は、上方から電子銃(フィラメント)2と、第1収束レンズ3と、第2収束レンズ4と、対物レンズ5と、中間レンズ6と、投射レンズ7と、蛍光板8と、カメラ9とを有し、第2収束レンズ4と対物レンズ5との間のポールピース16内に観察対象たる試料Sを保持する試料ホルダー10が配されている。なお、試料ホルダー10はサイドエントリータイプであり、図2に示されるように、実際には試料ホルダー10が装着されるポールピース16の内部空間は狭い。第1収束レンズ3及び第2収束レンズ4が照射系であり、対物レンズ5、中間レンズ6、および投射レンズ7が結像系である。電子銃2から照射された電子線Eは、第1・第2の収束レンズ3・4によりスポット状に収束されて試料Sを透過する。電子線Eが試料Sを透過することで、試料Sから二次電子が放出される。試料Sを透過した電子は対物レンズ5により結像され、その像は投射レンズ7により拡大され、蛍光板8に投影される。蛍光板8に投影された透過電子像は、蛍光板8を立ち上げた際にはカメラ9を介して図外のモニターに表示される。符号11は、TEM1の鏡筒である。試料Sは、試料ホルダー10全体の傾斜角度を調整するホルダー傾斜機構15により電子線軸上でその位置や角度を変更調整可能で、試料Sを電子顕微鏡の視野中心に保持しながら、種々の角度から透過電子像を観察することが可能となっている。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an existing transmission electron microscope (TEM). FIG. 2 shows a schematic sectional view of the inside of the pole piece. FIG. 3 shows a cross-sectional plan view of an existing holder tilting mechanism. In addition, illustration of the holder tilting mechanism is omitted in FIG. In FIG. 1, a TEM 1 includes an electron gun (filament) 2, a first converging lens 3, a second converging lens 4, an objective lens 5, an intermediate lens 6, a projection lens 7, and a fluorescent plate 8 from above. A sample holder 10 that has a camera 9 and holds a sample S to be observed is disposed in a pole piece 16 between the second converging lens 4 and the objective lens 5. The sample holder 10 is a side entry type, and as shown in FIG. 2, the internal space of the pole piece 16 to which the sample holder 10 is actually mounted is narrow. The first converging lens 3 and the second converging lens 4 are an irradiation system, and the objective lens 5, the intermediate lens 6, and the projection lens 7 are an imaging system. The electron beam E irradiated from the electron gun 2 is converged in a spot shape by the first and second converging lenses 3 and 4 and passes through the sample S. When the electron beam E passes through the sample S, secondary electrons are emitted from the sample S. The electrons that have passed through the sample S are imaged by the objective lens 5, and the image is magnified by the projection lens 7 and projected onto the fluorescent screen 8. The transmitted electron image projected on the fluorescent screen 8 is displayed on a monitor (not shown) via the camera 9 when the fluorescent screen 8 is raised. Reference numeral 11 denotes a lens barrel of TEM1. The position and angle of the sample S can be changed and adjusted on the electron beam axis by a holder tilting mechanism 15 that adjusts the tilt angle of the entire sample holder 10, and the sample S can be adjusted from various angles while holding the sample S at the center of the field of view of the electron microscope. It is possible to observe a transmission electron image.

ホルダー傾斜機構15も周知の機構を使用できるが、図3にその一例の横断平面図を示す。なお、以下では試料ホルダー10の軸方向(図3の左右方向)をx方向とし、水平面にてx方向に対して直角な方向(図3の上下方向)をy方向とし、x方向及びy方向と直交しTEM1の高さ方向に相当する方向(図3の正背面方向)をz方向とする。図3において試料ホルダー10は所定長さを有する円柱形部材であって、その先端部に試料が設置固定される扁平な試料固定部10aが一体形成されている。試料ホルダー10は左右両面が開口する円筒形の鞘管17に挿入・固定されている。鞘管17の先端は球面になっており、球面座18内に納められる構造である。そして、試料Sをyz方向で高精度に制御するため、鞘管17の外層に設けられたシリンダ19上に、yz2方向から固定された微動アクチュエータ20を設け、当該微動アクチュエータ20とこれの対向面側に設けられたリターンスプリング21とで鞘管17が挟持されている。微動アクチュエータ20は電気的パルス入力を受けてシリンダ19に対して出没可能であり、球面座18の中心Cを不動点として試料ホルダー10を数nmレベルでyz方向へ任意に傾斜可能である。位置復元力はリターンスプリング21の付勢力により生成する。このように、試料ホルダー10が球面座18の中心Cを不動点として任意な角度でyz方向へ傾斜可能であることで、試料ホルダー10先端部の試料固定部10aに設置された試料Sをyz方向へ任意に移動できる。x方向への試料の位置調整は、試料ホルダー10の先端部に固定された梃子27により実現される。すなわち、把手28を梃子27で押し上げることで試料Sをx方向へ微動調整できる。また、シリンダ調整機構23によってシリンダ19のyz方向の位置が微調整され、シリンダガイド調整機構26によって鏡筒11とシリンダガイド24との相対位置関係が調整される。なお、鏡筒11内の真空は、TEM1外部から鏡筒11内に至る間のいずれかの箇所で、試料ホルダー10の外周にO−リング等を嵌合することにより保持されている。   Although a well-known mechanism can be used as the holder tilting mechanism 15, FIG. 3 shows an example of a cross-sectional plan view. In the following, the axial direction (left and right direction in FIG. 3) of the sample holder 10 is defined as the x direction, and the direction perpendicular to the x direction (vertical direction in FIG. 3) on the horizontal plane is defined as the y direction. A direction (a front and back direction in FIG. 3) that is orthogonal to the height direction of TEM1 is defined as the z direction. In FIG. 3, a sample holder 10 is a cylindrical member having a predetermined length, and a flat sample fixing portion 10a on which a sample is placed and fixed is integrally formed at the tip thereof. The sample holder 10 is inserted and fixed to a cylindrical sheath tube 17 that is open on both the left and right sides. The distal end of the sheath tube 17 has a spherical shape and is configured to be accommodated in the spherical seat 18. In order to control the sample S with high accuracy in the yz direction, a fine actuator 20 fixed from the yz2 direction is provided on the cylinder 19 provided in the outer layer of the sheath tube 17, and the fine actuator 20 and the opposing surface thereof are provided. The sheath tube 17 is sandwiched between the return spring 21 provided on the side. The fine movement actuator 20 can be moved into and out of the cylinder 19 by receiving an electrical pulse input, and can incline the sample holder 10 arbitrarily in the yz direction at a few nm level with the center C of the spherical seat 18 as a fixed point. The position restoring force is generated by the urging force of the return spring 21. As described above, the sample holder 10 can be tilted in the yz direction at an arbitrary angle with the center C of the spherical seat 18 as a fixed point, so that the sample S placed on the sample fixing portion 10a at the tip of the sample holder 10 is yz. Can move in any direction. Adjustment of the position of the sample in the x direction is realized by an insulator 27 fixed to the tip of the sample holder 10. That is, the sample S can be finely adjusted in the x direction by pushing up the handle 28 with the lever 27. Further, the cylinder adjusting mechanism 23 finely adjusts the position of the cylinder 19 in the yz direction, and the cylinder guide adjusting mechanism 26 adjusts the relative positional relationship between the lens barrel 11 and the cylinder guide 24. Note that the vacuum in the lens barrel 11 is maintained by fitting an O-ring or the like to the outer periphery of the sample holder 10 at any location between the outside of the TEM 1 and the lens barrel 11.

次に、試料ホルダー10先端部の試料固定部10aについて、図4〜図5を参照しながら詳しく説明する。図4は、試料固定部10aの要部拡大平面図である。図5は、試料固定部10aの縦断側面図である。図4に示すごとく、試料固定部10aは扁平矩形を呈しており、その先端寄り部位に穿設された開口31内に試料を設置する平板状の設置台32が配されている。試料Sは、設置台32の中央部にメッシュ(図示せず)などを介して設置される。設置台32は、捻りコイルバネ33を介して試料ホルダー10に設けらており、設置台傾斜機構によって傾斜角度を調整可能となっている。すなわち、設置台32は試料ホルダー10の軸方向Xと直交するy方向の回転軸Yを中心に回動自在となっている。この設置台32の傾斜機構も周知の機構を採用できるが、例えば、設置台32の両側面に一体形成されている支軸34のうち、一方(図4では下方)の支軸34の先端には線状若しくはベルト状の牽引部材35が巻き付け固定されており、その他端は試料ホルダー10の内部を通って後端側まで延設されている。そして、この牽引部材35を試料ホルダー10の後端側から牽引操作することで、図5に示されるように設置台32が捻りコイルバネ33の付勢力に抗して試料ホルダー10の軸方向Xと直交するy方向の回転軸Yを中心に回転自在(角度調整自在)となっている。なお、上記2軸傾斜機構はほんの一例であって、他にも例えば特開平6−68828号公報に開示されているような機構を採用することもできる。   Next, the sample fixing portion 10a at the tip of the sample holder 10 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is an enlarged plan view of a main part of the sample fixing part 10a. FIG. 5 is a vertical side view of the sample fixing portion 10a. As shown in FIG. 4, the sample fixing portion 10 a has a flat rectangular shape, and a flat plate-like setting table 32 for setting the sample is disposed in an opening 31 formed near the tip. The sample S is installed in the center of the installation table 32 via a mesh (not shown) or the like. The installation base 32 is provided in the sample holder 10 via a torsion coil spring 33, and the inclination angle can be adjusted by an installation base inclination mechanism. That is, the installation table 32 is rotatable about a rotation axis Y in the y direction orthogonal to the axial direction X of the sample holder 10. Although a well-known mechanism can be adopted as the tilting mechanism of the installation table 32, for example, one of the support shafts 34 integrally formed on both side surfaces of the installation table 32 (downward in FIG. 4) A linear or belt-like traction member 35 is wound and fixed, and the other end extends through the inside of the sample holder 10 to the rear end side. Then, by pulling the pulling member 35 from the rear end side of the sample holder 10, the installation table 32 resists the biasing force of the torsion coil spring 33 and the axial direction X of the sample holder 10 as shown in FIG. It is rotatable (angle adjustable) about a rotation axis Y in the orthogonal y direction. Note that the biaxial tilting mechanism is merely an example, and other mechanisms such as those disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-68828 may be employed.

(実施例1)
次に、本発明の特徴構成である紫外・可視・近赤外分光法用の部材構成について説明する。図4及び図5において試料ホルダー10には、光源60から紫外・可視・近赤外領域の光L1を試料Sに向けて伝送する入射側光ファイバー38と、試料Sを透過した光L2を分光計測器61へ伝送する透過側光ファイバー39とを備える。両光ファイバー38・39は、その先端に至るほぼ全体に亘って試料ホルダー10の内部にこれの軸方向Xに沿って挿通配設されている。具体的には、入射側光ファイバー38の他端はTEM1外の光源60と連接されており(図1参照)、設置台32の側部を周りこんで試料ホルダー10の開口31の先端側内周面に至り、設置台32の先端縁近傍にまで挿通されている。透過側光ファイバー39も、TEM1外の分光計測器61と連接されて(図1参照)、試料ホルダー10の開口の後端側内周面に至り、設置台32の後端縁近傍にまで挿通されている。すなわち、両光ファイバー38・39は、試料Sを介して対向状態で配されている。なお、両光ファイバー38・39の先端部は試料ホルダー10内へ螺合されたビス40によって押圧保持されており、ビス40の捻じ込み量によってxy方向位置の微調整が可能となっている。光ファイバー38・39は、紫外・可視・近赤外領域の光を伝送することができる誘電体線路と反射手段との組み合わせから構成されている。
Example 1
Next, a member configuration for ultraviolet / visible / near infrared spectroscopy, which is a characteristic configuration of the present invention, will be described. 4 and 5, the sample holder 10 receives the incident side optical fiber 38 that transmits the light L 1 in the ultraviolet, visible, and near infrared region from the light source 60 toward the sample S, and the light L 2 that has passed through the sample S. A transmission-side optical fiber 39 that transmits to the spectroscopic measuring instrument 61. Both the optical fibers 38 and 39 are inserted and disposed along the axial direction X inside the sample holder 10 over almost the whole of the optical fibers 38 and 39. Specifically, the other end of the incident-side optical fiber 38 is connected to a light source 60 outside the TEM 1 (see FIG. 1), and wraps around the side of the installation base 32 so that the inner periphery on the tip side of the opening 31 of the sample holder 10. It reaches the surface and is inserted to the vicinity of the tip edge of the installation base 32. The transmission-side optical fiber 39 is also connected to the spectroscopic measuring instrument 61 outside the TEM 1 (see FIG. 1), reaches the rear end side inner peripheral surface of the opening of the sample holder 10, and is inserted to the vicinity of the rear end edge of the installation base 32. ing. That is, both optical fibers 38 and 39 are arranged in a facing state with the sample S interposed therebetween. The tip portions of both optical fibers 38 and 39 are pressed and held by a screw 40 screwed into the sample holder 10, and the position in the xy direction can be finely adjusted by the screwing amount of the screw 40. The optical fibers 38 and 39 are composed of a combination of a dielectric line capable of transmitting light in the ultraviolet, visible, and near infrared regions and reflecting means.

このように、両光ファイバー38・39は、試料ホルダー10に挿通固定されていることで、当該試料ホルダー10と共にTEM1のポールピース16内に導入され一体的に取り扱うことができる。また、両光ファイバー38・39を試料ホルダー10内へ貫通させていることにより、試料ホルダー10用のポート(ポールピース16内の設置空間)を利用して容易にポールピース16内へ導入できるので、光ファイバー38・39用のポートを別個に必要としない。したがって、本試料ホルダー10は、容易に既存のTEM1に適用することができる。紫外・可視・近赤外光源60と紫外・可視・近赤外分光計測器61は、光ファイバー38・39を介してTEM1の外部に試料ホルダー10と独立して設置されているので、半導体検出器やモノクロメーターなどの改良にあわせて、最適な光源60や計測器61を選択することが可能である。   Thus, both optical fibers 38 and 39 are inserted into and fixed to the sample holder 10 so that they can be introduced into the pole piece 16 of the TEM 1 together with the sample holder 10 and handled together. Moreover, since both optical fibers 38 and 39 are penetrated into the sample holder 10, it can be easily introduced into the pole piece 16 using the port for the sample holder 10 (installation space in the pole piece 16). There is no need for a separate port for optical fibers 38 and 39. Therefore, the sample holder 10 can be easily applied to the existing TEM1. Since the ultraviolet / visible / near-infrared light source 60 and the ultraviolet / visible / near-infrared spectroscopic measuring instrument 61 are installed outside the TEM 1 via the optical fibers 38 and 39, the semiconductor detector is provided. It is possible to select an optimal light source 60 and measuring instrument 61 in accordance with improvements such as a monochromator.

入射側光ファイバー38及び透過側光ファイバー39の先端には、それぞれ耐熱性の入射側集光レンズ42及び透過側集光レンズ43が溶接固定されている。入射側集光レンズ42は、入射側光ファイバー38の先端から拡散する入射光L1を集光し、試料ホルダー10上の試料Sに指向して照射するものであり、光ファイバー38との溶接面が平面に、試料S側の面が凸状に湾曲した球面となっている。透過側集光レンズ43は、入射側光学系38・42との相反定理により試料Sを透過した光L2を透過側光ファイバー39へ導入するものであり、光ファイバー39との溶接面が平面に、試料S側の面が凸状に湾曲した球面となっている。 A heat-resistant incident-side condensing lens 42 and transmission-side condensing lens 43 are welded and fixed to the tips of the incident-side optical fiber 38 and the transmissive-side optical fiber 39, respectively. The incident side condensing lens 42 condenses incident light L 1 diffusing from the tip of the incident side optical fiber 38 and directs it toward the sample S on the sample holder 10, and the welding surface with the optical fiber 38 has a welded surface. The surface on the sample S side is a spherical surface that is convexly curved. Permeate side condenser lens 43 is for introducing light L 2 transmitted through the sample S by the reciprocity theorem the incident-side optical system 38, 42 to the permeate side optical fiber 39, the plane welding face of the optical fiber 39, The surface on the sample S side is a spherical surface curved in a convex shape.

図4に良く示されるように、両光ファイバー38・39と設置台32との高さ位置を異ならせた上で、両光ファイバー38・39の先端(及び両集光レンズ42・43)がそれぞれ試料ホルダー10の軸方向Xで、設置台32の先端縁、後端縁と重なる位置にまで近づけられている。入射側光ファイバー38は、設置台32より上方に位置しており、その先端面は下向きに傾斜している。これにより、入射側光ファイバー38の先端面に溶接されている入射側集光レンズ42も、所定角度で下向きに傾斜している。一方、透過側光ファイバー39は、設置台32より下方に位置しており、その先端面は上向きに傾斜している。これにより、透過側光ファイバー39の先端面に溶接されている透過側集光レンズ43も所定角度で上向きに傾斜している。なお、入射側光ファイバー38と透過側光ファイバー39の対向関係、及び上下位置関係は、本実施例1の構成の逆となっていてもよい。   As shown in FIG. 4, after the height positions of the optical fibers 38 and 39 and the installation base 32 are made different from each other, the tips of the optical fibers 38 and 39 (and the condensing lenses 42 and 43) are respectively placed on the sample. In the axial direction X of the holder 10, the holder 10 is brought close to a position where it overlaps with the leading edge and the trailing edge of the installation base 32. The incident-side optical fiber 38 is located above the installation base 32, and the tip surface thereof is inclined downward. Thereby, the incident side condensing lens 42 welded to the front end surface of the incident side optical fiber 38 is also inclined downward at a predetermined angle. On the other hand, the transmission-side optical fiber 39 is located below the installation base 32, and its tip surface is inclined upward. Thereby, the transmission side condensing lens 43 welded to the front end surface of the transmission side optical fiber 39 is also inclined upward at a predetermined angle. Note that the opposing relationship between the incident-side optical fiber 38 and the transmission-side optical fiber 39 and the vertical position relationship may be the reverse of the configuration of the first embodiment.

次に、紫外・可視・近赤外分光法による測定方法について説明する。まず、試料ホルダー10の設置台32に観察用の試料Sを設置し、両光ファイバー38・39と共に、本実施例1の試料ホルダー10を既存のTEM1のポールピース16内にサイドエントリーする。試料ホルダー10をポールピース16に装着できたら、試料SがTEM1の視野中心にくるようホルダー傾斜機構15によって試料ホルダー10の角度を調整し、電子線E透過による高空間分解能を利用した周知の方法によって試料Sの構造観察をする。これと同時に、光源60及び分光計測器61を使用した紫外・可視・近赤外分光法による測定を行うことができる。   Next, a measurement method using ultraviolet / visible / near-infrared spectroscopy will be described. First, the observation sample S is set on the setting base 32 of the sample holder 10, and the sample holder 10 of the first embodiment is side-entry into the pole piece 16 of the existing TEM 1 together with both optical fibers 38 and 39. Once the sample holder 10 can be mounted on the pole piece 16, a well-known method using the high spatial resolution by electron beam E transmission by adjusting the angle of the sample holder 10 by the holder tilting mechanism 15 so that the sample S is at the center of the field of view of the TEM1. To observe the structure of the sample S. At the same time, measurement by ultraviolet, visible, and near infrared spectroscopy using the light source 60 and the spectroscopic measuring instrument 61 can be performed.

TEM1外に設けられた光源60からは、光ファイバーで伝送することができ、かつ試料Sの高分解能観察に悪影響を及ぼさない紫外・可視・近赤外領域の光L1が発せられる。また、紫外・可視・近赤外光源60としては、小径に集光することができるものが好ましい。これにより、高いパワー密度を得ることができ、微小な試料Sを効果的に励起することができるからである。また極微量の光吸収の検出を容易に行うために、高出力を安定して出力することができるものが望ましい。さらに、連続発振が可能であるものが好ましい。このような光源60としては、例えば重水素・タングステン(ランプD2/W)などを使用できる。このような紫外・可視・近赤外光は、空気中で発振可能である。そのうえ、入射側光学系38・42と透過側光学系39・43が鏡筒11から真空を破ることなく出し入れされる試料ホルダー10に一体に設けられている。これにより、TEM1のポールピース16内に試料ホルダー10をセットする前に、予め鏡筒11外で試料Sの軸調整を行うことができる。紫外・可視・近赤外分光計測器61としては、紫外域から近赤外域(185〜3300nm程度)までの幅広い範囲の波長の光を測定可能であり、かつ高感度・低迷光を実現できるものが望ましい。 A light source 60 provided outside the TEM 1 emits light L 1 in the ultraviolet, visible, and near infrared regions that can be transmitted by an optical fiber and does not adversely affect the high-resolution observation of the sample S. Further, the ultraviolet / visible / near-infrared light source 60 is preferably one that can be condensed to a small diameter. This is because a high power density can be obtained and the minute sample S can be excited effectively. In addition, in order to easily detect a very small amount of light absorption, it is desirable to be able to stably output a high output. Further, those capable of continuous oscillation are preferable. As such a light source 60, for example, deuterium / tungsten (lamp D2 / W) can be used. Such ultraviolet, visible, and near-infrared light can oscillate in the air. In addition, the incident-side optical systems 38 and 42 and the transmission-side optical systems 39 and 43 are provided integrally with the sample holder 10 that is taken in and out of the lens barrel 11 without breaking the vacuum. Thereby, before setting the sample holder 10 in the pole piece 16 of TEM1, the axis | shaft adjustment of the sample S can be previously performed outside the lens barrel 11. FIG. The ultraviolet / visible / near-infrared spectrometer 61 can measure light in a wide range of wavelengths from the ultraviolet region to the near-infrared region (about 185 to 3300 nm), and can realize high sensitivity and low stray light. Is desirable.

まず、試料ホルダー10をポールピース16内に装着する前に、試料ホルダー10の後端から牽引部材35を牽引操作することで、図5に示すように設置台32と共に試料Sの傾斜角度を、入射側光ファイバー38から透過側光ファイバー39への光路に対して直角となるように調整する。そのうえで、試料ホルダー10をTEM1へ装着し、電子線透過による高分解能観察と共に紫外・可視・近赤外分光法による測定を行う。光源60から入射側光ファイバー38を介して伝送された紫外・可視・近赤外領域の入射光L1は、入射側集光レンズ42によって集光されながら試料Sへ照射される。すると、入射光L1が透過することで試料Sが励起される共に、光吸収された透過光L2が透過側集光レンズ43によって集光されたうえで、透過側光ファイバー39を介して分光計測器61へ伝送され、光の吸収スペクトルを測定することができる。これにより、これまでの透過型電子顕微鏡による構造観察と同時に紫外・可視・近赤外領域の光を集光しながら紫外・可視・近赤外分光法による測定が可能となったことにより、数nm以下の極小領域の構造観察と光物性を同時に観測することまで可能となる。したがって、従来よりも精度良い組成揺らぎ、格子ひずみ、結晶粒界の観測が可能となる。また、このように試料ホルダーに光ファイバー及び集光レンズを設けただけの簡単な構成であれば、ギャップの狭いポールピースにも装着することができ、高い空間分解能を有する電子顕微鏡にも好適に適用できる。 First, before mounting the sample holder 10 in the pole piece 16, by pulling the pulling member 35 from the rear end of the sample holder 10, as shown in FIG. Adjustment is made so as to be perpendicular to the optical path from the incident side optical fiber 38 to the transmission side optical fiber 39. After that, the sample holder 10 is mounted on the TEM 1 and measurement by ultraviolet / visible / near infrared spectroscopy is performed together with high-resolution observation by electron beam transmission. The incident light L 1 in the ultraviolet / visible / near infrared region transmitted from the light source 60 via the incident side optical fiber 38 is irradiated onto the sample S while being collected by the incident side condensing lens 42. Then, the sample S is excited by the transmission of the incident light L 1, and the transmitted light L 2 that has been absorbed is condensed by the transmission side condensing lens 43 and then dispersed through the transmission side optical fiber 39. It is transmitted to the measuring instrument 61 and the absorption spectrum of light can be measured. As a result, it has become possible to measure by ultraviolet / visible / near-infrared spectroscopy while concentrating light in the ultraviolet / visible / near-infrared region simultaneously with structural observation by conventional transmission electron microscopes. It is possible to observe the structure of the minimum region below nm and the optical properties at the same time. Therefore, it is possible to observe composition fluctuations, lattice distortion, and crystal grain boundaries with higher accuracy than in the past. In addition, if the sample holder is simply configured with an optical fiber and a condensing lens, it can be attached to a pole piece with a narrow gap, and is suitable for an electron microscope with high spatial resolution. it can.

(実施例2)
次に、図6〜図7を参照しながら、本発明に係る試料ホルダー10の実施例2について説明する。図6に、実施例2に係る試料ホルダー10の試料固定部10aの要部拡大平面図を示す。図7に、実施例2に係る試料ホルダー10の試料固定部10aの縦断側面図を示す。本実施例2では、集光レンズの位置調整を可能となっている点、集光レンズと試料Sとの間に反射板を設けている点に特徴を有する。したがって、以下には、実施例1と異なる実施例2の特徴点を中心に説明する。
(Example 2)
Next, Embodiment 2 of the sample holder 10 according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an enlarged plan view of a main part of the sample fixing portion 10a of the sample holder 10 according to the second embodiment. FIG. 7 shows a vertical side view of the sample fixing portion 10a of the sample holder 10 according to the second embodiment. The second embodiment is characterized in that the position of the condenser lens can be adjusted, and that a reflecting plate is provided between the condenser lens and the sample S. Therefore, the following description will focus on the features of the second embodiment that are different from the first embodiment.

図6、図7に示されるように、実施例2の試料ホルダー10では、両光ファイバー38・39の先端前方に、光路を挟んで対向状に設けられた支持枠50が、それぞれ試料固定部10aの開口31の内周面から一体的に突出形成されている。入射側集光レンズ42及び透過側集光レンズ43は、これらの左右両側面から保持部材51によって挟持されていることで、それぞれ入射側光ファイバー38及び透過側光ファイバー39とは独立して設けられている。両保持部材51の内側端部は平面視で略コ字状となっており、その間に集光レンズ42や43がクリップ状に挿入保持さることで、両集光レンズ42・43は保持部材51から着脱自在となっている。そして、図7に良く示されるように、支持枠50には、試料ホルダー10の軸方向Xに所定長さを有するスライド溝52が形成されており、当該スライド溝52に保持部材51の外側端部が摺動可能に嵌合されている。これにより、両光ファイバー38・39と両集光レンズ42・43との距離が調整可能となっている。また、支持枠50の先端部であって両集光レンズ42・43と試料Sとの間には、入射側反射板53及び透過側反射板54が設けられている。両反射板53・54は、ピン55を介して支持枠50に回動自在に固定されている。反射板53・54としては、光を透過せずに反射させられるものであれば特に限定されないが、代表的には反射鏡を使用できる。その形状も、一般的には平板状であるが、光を効率よく指向するために凹曲面状に形成することもできる。   As shown in FIGS. 6 and 7, in the sample holder 10 of the second embodiment, the support frame 50 provided in an opposed manner with the optical path in between is provided in front of the distal ends of the optical fibers 38 and 39, respectively. It is formed so as to protrude integrally from the inner peripheral surface of the opening 31. The incident-side condensing lens 42 and the transmissive-side condensing lens 43 are provided by the holding member 51 from both the left and right side surfaces, so that they are provided independently of the incident-side optical fiber 38 and the transmissive-side optical fiber 39, respectively. Yes. The inner end portions of both holding members 51 are substantially U-shaped in a plan view, and the condenser lenses 42 and 43 are inserted and held in a clip shape therebetween, so that the condenser lenses 42 and 43 are held by the holding member 51. It is detachable from. As shown well in FIG. 7, a slide groove 52 having a predetermined length in the axial direction X of the sample holder 10 is formed in the support frame 50, and the outer end of the holding member 51 is formed in the slide groove 52. The parts are slidably fitted. As a result, the distance between the optical fibers 38 and 39 and the condenser lenses 42 and 43 can be adjusted. Further, an incident-side reflection plate 53 and a transmission-side reflection plate 54 are provided at the front end portion of the support frame 50 and between the condenser lenses 42 and 43 and the sample S. Both reflecting plates 53 and 54 are rotatably fixed to the support frame 50 via pins 55. The reflecting plates 53 and 54 are not particularly limited as long as they can be reflected without transmitting light. Typically, a reflecting mirror can be used. The shape is also generally a flat plate shape, but can also be formed in a concave curved surface shape in order to direct light efficiently.

試料Sを観察するときは、TEM1外の光源60から、紫外・可視・近赤外領域の光が入射側光ファイバー38を介して伝送され、入射側光ファイバー38からの入射光L1は、入射側集光レンズ42で集光されながら入射側反射板53によって試料S側へ反射指向され試料Sに照射される。試料Sを紫外・可視・近赤外領域の入射光L1が透過することで試料Sが励起すると共に、試料Sを透過した透過光L2は透過側反射板54側へ向けて反射指向され、透過側集光レンズ43で集光されながら透過側光ファイバー39を介して分光計測器61へ伝送され、光の吸収スペクトルが測定される。 When observing the sample S, light in the ultraviolet / visible / near infrared region is transmitted from the light source 60 outside the TEM 1 through the incident side optical fiber 38, and the incident light L 1 from the incident side optical fiber 38 is incident on the incident side. While being condensed by the condenser lens 42, the light is reflected and directed toward the sample S by the incident-side reflecting plate 53, and the sample S is irradiated. The sample S is excited by passing the incident light L 1 in the ultraviolet / visible / near infrared region through the sample S, and the transmitted light L 2 transmitted through the sample S is reflected and directed toward the transmission side reflector 54 side. Then, the light is collected by the transmission side condensing lens 43 and transmitted to the spectroscopic measuring instrument 61 through the transmission side optical fiber 39, and the absorption spectrum of the light is measured.

このとき、両集光レンズ42・43の位置、両反射板53・54の傾斜角度、及び試料Sの傾斜角度をそれぞれ適宜調整することで、試料Sにおける入射光L1の集光度合い、入射光L1と試料Sとの相対角度などを精度良く調整できる。具体的には、保持部材51をスライド溝52内で試料ホルダー10の軸方向Xにスライド操作して、入射側集光レンズ42の位置、すなわち入射側集光レンズ42と試料Sとの距離を調整することで、入射側光ファイバー38を介して伝送された入射光L1を試料S部分において最も集光させることができる。そして、軸Yを中心としてある程度傾斜させた試料Sに対して、両反射板53・54の傾斜角度をピン55を中心として回動させることで適宜調整し、試料Sと入射光L1との相対角度を精密に調整できる。また、透過側集光レンズ43の位置も保持部材51のスライド操作により調整することで、試料Sを透過した透過光L2を効率よく集光しながら透過側光ファイバー39へ伝送できるので、吸収スペクトル測定精度も向上する。このように、光Lと試料Sとの相対角度は、両反射板53・54と試料Sの傾斜角度を調整することで決定できるので、本実施例2での両光ファイバー38・39及びこれの前方に配される両集光レンズ42・43は傾斜しておらず、水平方向を向いている。 At this time, by appropriately adjusting the positions of the condenser lenses 42 and 43, the inclination angles of the reflecting plates 53 and 54, and the inclination angle of the sample S, the degree of condensing of the incident light L 1 on the sample S, the incidence The relative angle between the light L 1 and the sample S can be adjusted with high accuracy. Specifically, the holding member 51 is slid in the axial direction X of the sample holder 10 in the slide groove 52, and the position of the incident side condensing lens 42, that is, the distance between the incident side condensing lens 42 and the sample S is determined. By adjusting, the incident light L 1 transmitted through the incident side optical fiber 38 can be most condensed in the sample S portion. Then, with respect to the sample S tilted to some extent about the axis Y, the tilt angles of the reflecting plates 53 and 54 are adjusted appropriately by rotating about the pin 55, and the sample S and the incident light L 1 The relative angle can be adjusted precisely. The position of the transmission-side condensing lens 43 by adjusting the sliding operation of the holding member 51, since the transmitted light L 2 transmitted through the sample S can be efficiently transmitted condenser while the permeate-side optical fiber 39, the absorption spectrum Measurement accuracy is also improved. As described above, the relative angle between the light L and the sample S can be determined by adjusting the inclination angles of the reflecting plates 53 and 54 and the sample S. The two condensing lenses 42 and 43 arranged in front are not inclined and face the horizontal direction.

なお、本実施例2での集光レンズ42・43は着脱自在なので、必要に応じて材質、形状、特性などを適宜選択することができる。例えば、通常は200〜1500nm程度の波長範囲ではレンズの屈折率の違いは問題とならないが、必要に応じて色収差の無い集光レンズや各波長領域に特化した集光レンズへの変更が可能である。また、微細な照射軸調整を正確かつ容易に行うことができ、確実に試料Sの励起及び吸収スペクトル測定をすることができる。その他は先の実施例1と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。   In addition, since the condensing lenses 42 and 43 in Example 2 are detachable, the material, shape, characteristics, and the like can be appropriately selected as necessary. For example, the difference in the refractive index of the lens is usually not a problem in the wavelength range of about 200 to 1500 nm, but if necessary, it can be changed to a condenser lens without chromatic aberration or a condenser lens specialized for each wavelength region. It is. In addition, fine irradiation axis adjustment can be performed accurately and easily, and excitation and absorption spectrum measurement of the sample S can be reliably performed. Others are the same as those in the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

透過型電子顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a transmission electron microscope. ポールピース部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a pole piece part. 試料ホルダー傾斜機構の横断平面図である。It is a cross-sectional top view of a sample holder inclination mechanism. 実施例1の試料ホルダーの要部拡大平面図である。3 is an enlarged plan view of a main part of the sample holder of Example 1. FIG. 実施例1の試料ホルダーの要部拡大側断面図である。3 is an enlarged side cross-sectional view of a main part of a sample holder of Example 1. FIG. 実施例2の試料ホルダーの要部拡大平面図である。6 is an enlarged plan view of a main part of a sample holder of Example 2. FIG. 実施例2の試料ホルダーの要部拡大側断面図である。6 is an enlarged side cross-sectional view of a main part of a sample holder of Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 透過型電子顕微鏡(TEM)
2 電子銃(フィラメント)
3・4 収束レンズ
5 対物レンズ
6 中間レンズ
7 投射レンズ
10 試料ホルダー
10a 試料固定部
11 鏡筒
15 ホルダー傾斜機構
16 ポールピース
18 球面座
19 シリンダ
20 当該微動アクチュエータ
21 リターンスプリング
23 シリンダ調整機構
24 シリンダガイド
26 シリンダガイド調整機構
27 梃子
28 把手
31 開口
32 試料設置台
35 牽引部材
38 入射側光ファイバー
39 透過側光ファイバー
42 入射側集光レンズ
43 透過側集光レンズ
50 支持枠
51 保持部材
52 スライド溝
53 入射側反射板
54 透過側反射板
60 光源
61 分光計測器
E 電子線
1 入射光
2 透過光
S 試料


1 Transmission electron microscope (TEM)
2 Electron gun (filament)
3.4 Converging lens 5 Objective lens 6 Intermediate lens 7 Projection lens 10 Sample holder 10a Sample fixing part 11 Lens barrel 15 Holder tilting mechanism 16 Pole piece 18 Spherical seat 19 Cylinder 20 Fine movement actuator 21 Return spring 23 Cylinder adjustment mechanism 24 Cylinder guide 26 Cylinder guide adjustment mechanism 27 Insulator 28 Handle 31 Opening 32 Sample mounting base 35 Pulling member 38 Incident side optical fiber 39 Transmission side optical fiber 42 Incident side condensing lens 43 Transmission side condensing lens 50 Support frame 51 Holding member 52 Slide groove 53 Incident side Reflector 54 Transmission side reflector 60 Light source 61 Spectrometer E Electron beam L 1 Incident light L 2 Transmitted light S Sample


Claims (7)

電子顕微鏡内において電子線を照射することにより試料の構造観察を行う試料ホルダーであって、
前記試料ホルダーの軸方向に沿って配され、電子顕微鏡外の光源から紫外・可視・近赤外領域の光を前記電子顕微鏡の鏡筒内に伝送する入射側光ファイバーと、
前記入射側光ファイバーにより伝送された入射光を、前記試料ホルダーに設置された試料に集光する入射側集光レンズと、
前記試料を介して前記入射側集光レンズの対向側に配され、前記試料を透過した光を集光する透過側集光レンズと、
前記試料ホルダーの軸方向に沿って配され、前記透過側集光レンズにより集光した透過光を、前記試料を介して前記入射側光ファイバーの対向側から前記電子顕微鏡の鏡筒外へ伝送する透過側光ファイバーとを備え、
電子線による構造観察と同時に、紫外・可視・近赤外領域の光による試料の励起と吸収スペクトルの測定をすることを特徴とする試料ホルダー。
A sample holder for observing the structure of a sample by irradiating an electron beam in an electron microscope,
An incident-side optical fiber that is arranged along the axial direction of the sample holder and transmits light in the ultraviolet, visible, and near-infrared region from a light source outside the electron microscope into the lens barrel of the electron microscope,
An incident-side condensing lens that condenses incident light transmitted by the incident-side optical fiber on a sample installed in the sample holder;
A transmission-side condensing lens that is arranged on the opposite side of the incident-side condensing lens through the sample and collects light transmitted through the sample;
Transmission that is arranged along the axial direction of the sample holder and transmits the transmitted light collected by the transmission-side condensing lens from the opposite side of the incident-side optical fiber to the outside of the electron microscope barrel through the sample. Side optical fiber,
A sample holder that performs excitation and absorption spectrum measurement of samples by light in the ultraviolet, visible, and near-infrared regions simultaneously with structural observation by electron beams.
請求項1に記載の試料ホルダーにおいて、
前記入射側光ファイバーと前記透過側光ファイバーとが、その全体に亘って前記試料ホルダーの内部に挿通されていることを特徴とする試料ホルダー。
The sample holder according to claim 1,
The sample holder, wherein the incident side optical fiber and the transmission side optical fiber are inserted into the sample holder over the whole.
請求項1又は請求項2に記載の試料ホルダーにおいて、
前記入射側集光レンズと前記試料との間、及び前記透過側集光レンズと前記試料との間には、それぞれ集光レンズからの光を試料へ向けて反射させる入射側反射板及び透過側反射板が設けられていることを特徴とする試料ホルダー。
In the sample holder according to claim 1 or 2,
Between the incident side condensing lens and the sample, and between the transmission side condensing lens and the sample, an incident side reflecting plate and a transmission side for reflecting light from the condensing lens toward the sample, respectively. A sample holder provided with a reflector.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の試料ホルダーにおいて、
前記試料ホルダーは、該試料ホルダー全体の傾斜角度を調整するホルダー傾斜機構と、試料ホルダーの先端部に設けられた試料固定部に固定される試料設置台の傾斜角度を、前記試料ホルダーの軸方向と直交する軸方向で調整する試料設置台傾斜機構とによって、高分解能用ポールピース内での2軸傾斜が可能であること特徴とする試料ホルダー。
In the sample holder according to any one of claims 1 to 3,
The sample holder includes a holder tilt mechanism that adjusts the tilt angle of the entire sample holder, and the tilt angle of the sample mounting base that is fixed to the sample fixing portion provided at the tip of the sample holder in the axial direction of the sample holder. A specimen holder characterized by being capable of two-axis tilting in a high-resolution pole piece by means of a specimen mounting table tilting mechanism that adjusts in an axial direction perpendicular to the axis.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の試料ホルダーにおいて、
前記入射側集光レンズ及び透過側集光レンズが、それぞれ前記入射側光ファイバー及び透過側集光レンズとの距離を調節可能であることを特徴とする試料ホルダー。
In the sample holder according to any one of claims 1 to 4,
The sample holder, wherein the incident side condensing lens and the transmission side condensing lens are capable of adjusting the distances between the incident side optical fiber and the transmission side condensing lens, respectively.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の試料ホルダーにおいて、
前記入射側反射板及び前記透過側反射板が、前記試料に対する角度を調整自在であることを特徴とする試料ホルダー。
In the sample holder in any one of Claims 1 thru | or 5,
The sample holder, wherein the incident side reflection plate and the transmission side reflection plate are adjustable in angle with respect to the sample.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の試料ホルダーを備える電子顕微鏡。

An electron microscope comprising the sample holder according to claim 1.

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