JP2014072110A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大気圧または大気圧とほぼ同等の圧力の所定のガス雰囲気中での観察を行う場合、荷電粒子線が放出される真空状態である空間と、試料が配置される空間との間に薄膜を備える必要がある。この薄膜は電子線を透過させる要請上、非常に薄い膜とならなければならず、薄膜破損の頻度を考慮して薄膜の交換を容易に実行できなくてはならない。また、薄膜交換後には薄膜の位置調整を容易に実行する必要がある。
【解決手段】
荷電粒子光学鏡筒の内部である第一の空間と試料が載置される第二の空間を隔てる薄膜が取り付けられた保持部材が、荷電粒子線装置の試料室の空間の内部に挿入された筐体またはその筐体に取り付けられた保持部材取付用部品に開けられた開口部の円筒方向に備えられた真空封止部材を介して、取り付けられることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、試料を大気または大気圧と同程度以上の圧力の所定のガス雰囲気中で観察可能な荷電粒子線装置に関する。

物体の微小な領域を観察するために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などが用いられる。一般的に、これらの装置では試料を配置するための試料室を真空排気し、試料雰囲気を真空状態にして試料を撮像する。しかしながら、生物化学試料や液体試料などは真空によってダメージを受け、または状態が変わってしまう。一方で、このような試料を電子顕微鏡で観察したいというニーズは大きく、近年、観察対象試料を大気圧下で観察可能なＳＥＭ装置や試料保持装置などが開発されている。

これらの装置は、荷電粒子線が放出される真空状態である空間と、荷電粒子線の照射対象である試料が配置される空間との間に薄膜を備えることにより、上記の大気圧下での観察を可能としている。

また、従来から高倍率が得られる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、試料を集束された電子ビ−ムで走査し、それによって試料から出てきた電子を検出して、その検出された信号を用いて画像表示装置に試料の走査電子像を表示することができる。これら電子顕微鏡は、電子線を発生させるのに用いられる電子銃の性質から、数十キロボルトの高電圧が必要である。また、安定した電子線のため、電子顕微鏡内は、真空に保たれていなければならない。したがって、高電圧の発生装置や真空ポンプ、電子顕微鏡自体は耐圧構造でなければならないなど、装置が大がかりになりがちで専用の部屋が必要なこともある。このため、クリーンルームや測定室などに設置される大型のものが一般的であった。しかし、近年の小型化技術により、テーブルや作業台に設置して使用される小型卓上型の電子顕微鏡装置が提案されている。

特許文献１には、試料室を低真空にして観察可能な走査電子顕微鏡および試料交換方法が開示されている。

特開２００６−１７３０６２号公報

大気または大気圧とほぼ同等の圧力の所定のガス雰囲気中での観察を行う場合、荷電粒子線が放出される真空状態である空間と、荷電粒子線の照射対象である試料が配置される空間との間に薄膜を備える必要がある。この薄膜は電子線を透過させる要請上、非常に薄い膜とならなければならず、薄膜破損の頻度を考慮して薄膜の交換を容易に実行できなくてはならない。また、薄膜交換後には薄膜の位置調整を容易に実行する必要がある。

さらに、薄膜の位置調整は電子線が試料に照射され、観察画像がある程度形成された状態で行わねばならず、このような状況下では、手を直接内部に入れて、薄膜の位置調整を行うことはできない。

一方、大気圧または大気圧または大気圧より若干の負圧状態の所定のガス雰囲気中での観察を卓上型の電子顕微鏡に適用することを考えたとき、卓上顕微鏡従来のコンセプトであるコンパクトでシンプルな操作を維持しつつ大気圧及び所定のガス雰囲気中での観察ができなくてはならない。

上記の卓上顕微鏡のコンセプトを考えると、電子線が通過する鏡体部、試料室、試料ステージを含む電子顕微鏡本体及び真空排気系や制御する電源系がひとつのユニット内にコンパクトに収まっていることが望ましい。したがって鏡体や試料室の後ろ側は勿論、その両サイドも電源系やカバーなどがあり、これらの面からは容易に作業または操作することができない。唯一作業または操作できるのは試料ステージを操作する前面のみである。

本発明は、上記の条件下で、薄膜の交換及び位置調整を容易に行えるような装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子光学鏡筒の内部である第一の空間と試料が載置される第二の空間を隔てる薄膜が取り付けられた保持部材が、荷電粒子線装置の試料室の空間の内部に挿入された筐体またはその筐体に取り付けられた保持部材取付用部品に開けられた開口部の円筒方向に備えられた真空封止部材を介して、取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、卓上型の電子顕微鏡等を用いて、大気雰囲気または所定のガス雰囲気中で観察を行っている最中に薄膜が破損し、観察が不可能な状態になったとしても、薄膜の交換及び位置調整を容易に行うことができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施例の試料室およびその近傍の概略図。 薄膜調整機構の第１の構成例の説明図。 薄膜調整機構の第２の構成例の説明図。 前面パネルカバーを引き出した状態の説明図。 薄膜調整機構の第３の構成例の説明図。 薄膜調整機構の第４の構成例の説明図。 前面パネルの固定方法の正面説明図。 前面パネルの固定方法の側面説明図。 本実施例の荷電粒子線顕微鏡の全体構成図。 薄膜を用いた荷電粒子線顕微鏡の構成図。 ガスを導入する手段を備えた荷電粒子顕微鏡の構成例の説明図。 薄膜保持部材の他の固定方法を説明する図。

以下、図面を用いて各実施形態について説明する。

以下では、荷電粒子線装置の一例として、荷電粒子線顕微鏡について説明する。ただし、これは本発明の単なる一例であって、本発明は以下説明する実施の形態に限定されるものではない。本発明は、走査電子顕微鏡、走査イオン顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、これらと試料加工装置との複合装置、またはこれらを応用した解析・検査装置にも適用可能である。

また、本明細書において「大気圧」とは大気雰囲気または所定のガス雰囲気であって、大気圧以上の圧力環境のことを意味する。具体的には約10⁵Ｐａ程度である。

先ず、荷電粒子線顕微鏡の原理について電子顕微鏡の例を挙げて説明する。図９に示すように、電子顕微鏡本体５は電子銃室４９、レンズ系５０を含む鏡体２及び試料室３から構成される。電子銃室４９、鏡体２を含む装置内部を真空ポンプによって真空排気し、目標の真空圧力に到達したら電子源５１に高電圧を印加する。高電圧が印加された電子源５１から電子線１が放出される。放出された電子線１はウェネルト電極５２の電位により、収束作用を受け、軌道を曲げられてウェネルト電極５２とアノード電極５３の間に第一のクロスオーバー５４を作る。さらに、加速電圧により加速された電子線１はアノード電極５３を通過し、第一のコンデンサレンズ５５により収束作用を受け、第一のコンデンサレンズ５５と第二のコンデンサレンズ５６の間に第二のクロスオーバー５７を作る。次に、第二のコンデンサレンズ５６により収束作用を受け、第二のコンデンサレンズ５６と対物レンズ５８の間に第三のクロスオーバー５９を作る。さらに、対物絞り６０により制限された電子線１は対物レンズ５８により収束され、試料９の表面に照射される。試料９の表面に照射された電子線１は試料９の表面で跳ね返ってくる反射電子および試料９の表面から飛び出てくる二次電子等を発生させる。本明細書では、二次電子や反射電子等、電子線の照射により試料から得られる信号を総称して二次粒子という。図９では発生した反射電子を試料室３内に設置されている検出器６１のみを示しているが、これ以外にも各種の検出器が備えられ、各検出器で試料から発生した二次粒子が取り込まれる。検出器からの信号は、増幅回路を経て、また、デジタル変換されてからディスプレイに送り込まれ、操作画面にて試料表面の画像として確認することができる。

荷電粒子光学系には、上記以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、荷電粒子光学系の構成はこれに限られない。さらに、荷電粒子線顕微鏡にはこのほかにも各部分の動作を制御する制御部や、検出器から出力される信号に基づいて画像を生成する画像生成部が含まれている（図示省略）。制御部や画像生成部は、専用の回路基板によってハードウェアとして構成されていてもよいし、荷電粒子線顕微鏡に接続されたコンピュータで実行されるソフトウェアによって構成されてもよい。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップまたはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、コンピュータに高速な汎用ＣＰＵを搭載して、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。このプログラムが記録された記録媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。また、これらの装置や回路、コンピュータ間は有線又は無線のネットワークで接続され、適宜データが送受信される。

さらに、図１０を用いて試料室およびその近傍の構成を説明する。本実施例では、直方体の本体部６２と合わせ部６４からなる筐体８を試料室３に取り付けることにより、大気圧環境を実現している。具体的には、試料室３内に筺体８の直方体形状の本体部６２が挿入され、直方体形状の本体部の上部には、薄膜６が薄膜保持部材７を介して真空シールされて備えられている。薄膜保持部材７は真空封止部材６３により真空シールされ、薄膜６は薄膜保持部材７に接着剤などで固定されることにより、真空シールされている。また、筺体８はその合わせ部６４が試料室前面と真空封止部材６５を介して固定される。これにより、試料室３の内壁と筺体８の外壁によって囲まれる空間は通常通り真空状態に保たれ、試料が載置されている空間は大気圧に保たれる。

第１の空間と第２の空間は薄膜（隔膜ともいう）によって隔離され、電子線１が通過する鏡体部２及び試料室３内部でも検出器６１が配置される第１の空間６６は、真空に維持され、試料９が配置される第２の空間６７は大気圧に維持することが可能となっている。

薄膜６は試料９に照射される電子線１の光軸が中心となるように配置されており、電子線１はこの薄膜６内を通過または透過して、試料９に照射される。さらに試料９から跳ね返った反射電子等の二次粒子も薄膜６を透過して、検出器６１に取りこまれ、画像を形成することを可能とする。この際、薄膜６と試料９の間は大気圧状態のため、電子線１が散乱してしまうことは必至である。薄膜６と試料９の距離が離れてしまうと、試料９に照射される一次電子も散乱されてしまい、さらに試料９に照射されて跳ね返ってくる反射電子も散乱されてしまう。このため、分解能の良い画像を形成することはできない。上記理由から、画像形成のためには薄膜６と試料９の距離はできる限り近付けることが必要となる。

薄膜６は、電子線１が透過する要請上、非常に薄くできており、そのため破損してしまう可能性があり、容易に着脱できるようにする必要がある。そのため、薄膜保持部材７を容易に筺体８から着脱できるように保持し、薄膜６は薄膜保持部材７に接着剤などで真空が保持できるよう取り付けてある。

また、薄膜６は大気圧による差圧の力を受けるため、非常に狭い範囲の大きさとなる。そのため、着脱後に電子線１の光軸に薄膜６の中心が合っていないことがあるため、薄膜６の位置調整を行う必要がある。薄膜６自体は薄膜保持部材７に固定され直接位置調整できないため、薄膜保持部材７を移動させて位置調整することにより、電子線１の光軸に薄膜の中心６と合わせることを可能としている。薄膜６の位置調整の機構については後述する。

また、試料９の位置調整については、試料の移動手段としての試料ステージ４が備え付けられており、本試料ステージ４には、面内方向へのＸＹ方向の駆動機構と高さ方向へのＺ方向の駆動機構が備えられている。試料ステージ４は、ＸＹステージ６８及びＺステージ６９が備え付けられており、試料面内方向（ＸＹ方向）の位置決めをしながら、高さ方向（Ｚ方向）を駆動させて薄膜に除々に近付けていき、画像を形成させるように調整している。ステージの駆動は試料ステージ操作用シャフト７１及び７２により行われる。

さらに、大気圧状態の筐体８内に、ヘリウムや水素ガスなど大気に比べて質量数の軽いガスを置換することで、電子線１の散乱を軽減させる試みもされている。図１１にはこれらのガスを導入する手段を備えた荷電粒子顕微鏡を示す。図１１では、置換ガスが外部へ漏れないように、試料室３の前面部には前面パネル１６が封止部材７０を介して取り付けられる。これにより、試料室の内部からのガス漏れがないようにされている。また前面パネル１６は試料ステージ４と一体構造となっており、前面パネル１６の外部から試料ステージ４を操作できるようになっている。前面パネル１６にステージ支持板３２が取り付けてあり、試料ステージ４はこのステージ支持板３２に取り付けられている。試料ステージ操作用シャフト７１及び７２はそれぞれ封止部材７３及び７４を介して取り付けられている。

前面パネル１６にはガス供給管の導入口が形成されている。置換ガスはガスボンベ７５からガス供給管７６により、内部へ送り込まれる。ガス供給管の途中にはガス制御用バルブ７７が取り付けられ、ガス供給管内のガス流量を制御できるようになっている。

次に、図１〜８を用いて本発明について卓上型走査電子顕微鏡を例に挙げて説明をする。

卓上型走査電子顕微鏡は操作が簡単でコンパクトであることをコンセプトとしている。このコンセプトを考慮すると、電子線１が通過する鏡体部２、試料室３、試料ステージ４を含む電子顕微鏡本体５及び真空排気系や制御する電源系までひとつのユニット内にコンパクトに収まっていることが望ましい。したがって鏡体部２や試料室３の後ろ側は勿論、その両サイドも電源系やカバーなどでアクセスすることはできない。すなわちこれらの面からはユーザーが容易に試料室内のものに対して作業または操作することができない。唯一容易にアクセスできるのは試料ステージ４を操作する前面部のみである。ここで、前面部とは、試料室３の一側面であって、試料交換のために外部と連通し、開閉可能なカバーまたはパネルを備えた面、すなわち試料交換の際に試料を出し入れ可能な面をいう。

また、本装置において、前述したように薄膜６は非常に破損しやすく、交換頻度が高い。したがって薄膜６の交換は誰でも簡単にできるようにしなければならない。しかし、薄膜６は薄膜保持部材７に接着剤等により貼り付けられて真空と大気圧との差圧に耐えるように固定されているため、薄膜６のみを取り出すことはできない。そのため、薄膜６が固定された薄膜保持部材７は、簡単に筐体に着脱できる必要があり、且つ、筐体８の上面に取り付けたときに薄膜より電子源側の空間を真空保持可能な状態に実装される必要がある。

このように、薄膜６は頻繁に且つ簡単に交換する必要があるわけだが、薄膜６を交換した直後には、電子線１と薄膜６との同軸調整、すなわち電子線１の光軸と薄膜の中心６と合わせる作業が必要となる。

本実施例では、電子線１が出ている状態で、筐体８の試料９を設置している試料設置空間１０を解放できないように前面パネル１６をロックしている。これにより、電子線１が出ている試料設置空間１０の中に手を入れて作業することなどはできないようになっている。しかし、一方で、電子線１と薄膜６の同軸調整は、電子線１が試料９に照射され、画像が形成された状態でなければうまく行うことはできない。さらにこの場合、試料設置空間１０は前面パネル１６によって閉じていなければならない。このような制限があっては、薄膜保持部材７の位置調整をすることはできないため、試料室３の前面からアクセスして、薄膜保持部材７を奥行き方向のみならず左右方向に位置調整しなくてはならない。

上記に述べてきたように、薄膜６の交換が誰でも簡単にできなくてはならないことと、薄膜６を交換後の電子線１と薄膜６との同軸調整が前面から容易にできなくてはならないという課題がある。本実施例では以下に述べる手段によりこれを解決している。

先ず、前者の課題を解決する、すなわち薄膜交換作業を容易にするための手段として、図１に示すように、薄膜保持部材７を支持することができる薄膜保持部材ホルダー１１に開いている円筒状の開口部１２の内周側面に真空封止部材１３aを設けておき、真空封止部材を介して薄膜保持部材７を挿入させる。薄膜保持部材７は、円筒方向に取り付けられた真空封止部材１３aにより押さえつけられ、力を加えない限り、落下しないようになっている。真空封止部材１３aにより、上部の真空状態と下部の大気圧状態との機密性を保つことが可能となり、また、薄膜６を交換したいときは、手で簡単に薄膜保持部材７の着脱を行うことを可能としている。

また、薄膜６に試料９を極限まで近付けることで、薄膜に試料９が接触してしまい、薄膜６を破損してしまう可能性があることは前述したが、薄膜６及び薄膜保持部材７が傾いて取りついてしまっている場合、試料９を極限まで近付けていくことでさらに薄膜６へ接触しやすくなってしまい、薄膜６の破損の頻度はさらに高くなってしまう。

そこで、本実施例においては、薄膜保持部材ホルダー１１は筐体８の内側上面部８aに押しあてられており、薄膜保持部材７の合わせ部７aが薄膜保持部材ホルダー１１の下面に接触するような構造であり、合わせ部７aの面と薄膜保持部材ホルダー１１の下面がお互いに面同士で接触するため、薄膜保持部材７は傾くことなく自然に試料に対して平行に保たれるようになっている。これにより、薄膜６が傾いていることにより試料９と接触し、破損させる可能性を低減できる。尚、薄膜保持部材ホルダー１１は真空封止部材１３ｂを介して、筐体８の内側上面部８aに押しあてられているため、上部の真空状態と下部の大気圧状態との気密性を保てるようになっている。

また、図１２に示すように筐体８の上面開口部の側面８eに真空封止部材１３を備え付け、真空封止部材１３aを介して、直接筐体８に薄膜保持部材７を取り付ける構造としても良い。

次に、後者の課題を解決する、すなわち電子線１と薄膜６との同軸調整を容易にするための手段として、筐体８に調整機構を内蔵し、薄膜保持部材７の調整を可能とする方法を述べる。

奥行き方向（前述の前面部に対して垂直方向）に関しては、図１に述べるように筐体８のねじ部８bに送りねじ１４を通し、前面からねじを回すことでねじを奥に送る。薄膜保持部材ホルダー１１がねじに押されることで、薄膜保持部材も一緒に奥側に移動するようにしている。また、送りねじが備えられる側と反対側（筺体８において前述の前面部と対向する面）からはアクセスできないため、押しばね１５を一本または複数本内蔵しておき、常に薄膜保持部材ホルダー１１を手前側に押し戻す力が働くようにしておく。これにより、送りねじ１４を反対側に回して手前側に戻せば、薄膜保持部材ホルダー１１も押しばね１５に押されて手前に戻ってくる構造になっていて、その結果として薄膜保持部材７も一緒に手前に戻ってくるようになっている。送りねじ１４は前面パネル１６側からアクセスするようになっている。前面パネル１６と送りねじ１４は真空封止部材１７を介して取り付けられる構成となる。これにより、ユーザーは装置前面からの操作によって薄膜保持部材７の位置を調整することが可能となるので利便性が良い。

左右方向（前述の奥行き方向に対して垂直な方向）に関して、図２を用いて説明をする。図２は図１のＡ−Ａ断面を示した図である。左右方向に関しても同様の構造となっているが、前面からのアクセスのためにギヤ１８及び１９による回転方向の変換構造が筐体８に内蔵されている。前面部に備え付けられたシャフト２０に対して、ギヤ１８が取り付けられ、左右方向の送りねじ２１に取り付けられたギヤ１９とうまく噛み合うことで、送りねじ２１を左右方向に移動させる。また、送りねじが備えられる側の反対側からは、奥行き方向と同様に一本または複数本の押しばね２２により押されることで、薄膜保持部材７を左右に調整できるようにしている。

上述した回転方向の変換構造は、ギヤを用いなくても良い。例えば、直角に変換できる自在継ぎ手等を用いても良い。

左右方向の送りねじ２１は、筐体８のねじ部８cに通されつつ、真空封止部材２３を介して筐体８に挿入されるため、真空部と大気圧部の気密性が保たれる構造となっている。また、シャフト２０も真空封止部材２４を介して筐体８に内蔵されることで真空部と大気圧部との気密性が保たれる構造となっている。また、前面パネル１６内に真空封止部材２５を介して通すことで、置換ガスが漏れないようになっている。

また、前述したように、薄膜保持部材７自体は円筒状の開口部１２の内周側面に設けられた真空封止部材１３ａを介して、筺体８の上面に挿入する構成となっている。真空封止部材１３ａが開口部１２の内周面に設けられていることにより、薄膜保持部材７自体のセンタリングの再現性は殆ど変化しない構造となっている。よって、電子線１と薄膜６の位置調整は薄膜６の貼り付けの誤差分だけ調整すれば良く、非常に簡単に済ませることができるようになる。

また、奥行き方向の送りねじ１４、及び送りねじ２１を左右方向に送るための前面部に備え付けられたシャフト２０は、前面パネル１６から僅かに突起しているに過ぎない。そのため、これを手で回すことは非常に困難であり、回しやすくするために大きなつまみのようなものを取り付けておけば、試料ステージ４を含む前面パネル１６の引き出しができなくなってしまう。本実施例では、前述の僅かに突起したシャフトの先端部２６にアクセスするための着脱自在のつまみ２７を用いて送りねじを回せるようにしている。着脱自在のつまみ２７は、アクセスしやすくするために、突起したシャフトの先端部２６にうまく噛み合うようにしてある。また、噛み合った状態で、つまみ２７をつかんでいる手を離しても落下しないように、つまみ２７の先端部でシャフトの先端部２６を覆うようにして引っ掛けられる構造になっている。

また、この状態で試料ステージ４を含む前面パネル１６を引き出してしまうと、つまみ２７ごと引き出してしまいつまみ２７は落下してしまう。この問題を解決するための手段として、図３に示すように、前面パネル１６を覆っている前面パネルカバー２８につまみ２７を取り付けておく。具体的には、つまみ２７が送りねじ１４やシャフト２０にアクセスするために前面パネルカバー２８に設けられた開口部２９の周囲に、ゴム材３０等を備え付けておく。これにより、つまみ２７はゴム材３０を介して前面パネルカバー２８の開口部２９に弱い力（この例では、ゴム材３０の摩擦力）で保持される。こうすることで、着脱自在のつまみ２７をシャフト先端部２６にはめたままの状態で、試料ステージ４を含む前面パネル１６を引き出す際、図４に示すように着脱自在のつまみ２７はシャフト先端部２６からは抜けるが、前面パネルカバー２８には取りついたままの状態を維持できることになる。勿論、弱い力での保持のため、手で前面パネルカバー２８から取り外そうとしたときは直ぐに取れるようになっている。つまみ２７は弱い力で保持されているためその保持状態は不安定となっているので、必要の無いときはつまみ２７を取り外しておくとよい。なお、本実施例ではゴム材３０を使用した例を説明したが、つまみ２７を前面パネルカバー２８に弱い力、特にユーザーが手で取り外し可能な程度の力で保持できるような保持部材であればよい。この保持部材を総称してつまみ保持部材と呼ぶ。

前面パネル１６には、引き出し用のガイドとして使用される支柱３１が取り付けられている。支柱３１は、前面パネル１６を引き出すことで、延伸するようになっている。この支柱３１は、通常は試料室２の下部に格納されている。尚、前面パネル１６には、試料ステージ４を支持する試料ステージ支持用板３２が取り付けてあり、試料ステージ４はこの試料ステージ支持用板３２に取り付けられているため、前面パネルを引き出すことで試料ステージ４及び試料９ごと取り出すことが可能となっている。

または、ゴム材３０の代わりに、図５に示すように、前面パネルカバー２８の開口部２９に筒状部材３３を備え付け筒状部材３３の内側の周囲にゴム材３４を備え付けることで、着脱自在のつまみ２７をより安定して保持することを可能とする。ゴム材３４は複数個備えるとなお良い。また、筒状部材３３またはゴム材３４は前面パネルカバー２８と一体成形されていてもよい。ゴム材３４も、前述のゴム材３０と同様、材質はこれに限られずユーザーが手で取り外し可能な程度の力で保持できるような力でつまみ２７を前面パネルカバー２８に取り付けられる部材であればよい。

ここで図２、３、５では、前面パネル１６を引き出し、試料交換または薄膜の交換をしようとする際に、図４に示されるように送りねじ１４及びシャフト２０の先端部２６が突起しているため、試料交換または薄膜の交換がやりづらくなってしまう。この交換のやりづらさを回避するためには、送りねじ１４及びシャフト２０はできるだけ突起していない方が良い。

これを実現するのが図６の構成である。図６の構成によると、薄膜保持部材７を調整するための奥行き方向の送りねじ１４及び左右方向用のシャフト２０の先端部２６を、前面パネル１６は勿論のこと、筐体８からも突起させずして内側に納めておく。すなわち、前面パネル１６を取り外したまたは引出した状態において、ねじ部材の先端が筐体８の表面より内部に位置するようにし、筐体８から突出されないようにする。さらに前面パネル１６内に第二のシャフト３５及び３６を内蔵させ、第二のシャフト３５及び３６は前面パネル１６からは抜け落ちないような構造にしつつも、前後に移動可能で、且つ、真空封止部材３７及び３８を介して取り付けられている。第二のシャフト３５、３６の筐体８側の先端部３９は奥行き方向の送りねじ１４及び左右方向用のシャフト２０の各先端部２６にアクセス可能な形状となっていて、逆側、即ち前面パネルカバー側の先端部４０は着脱自在のつまみ２７をアクセス可能な形状にしておく。

これによって、着脱自在のつまみ２７を押し込むことで、奥行き方向の送りねじ１４及び左右方向用のシャフト２０の各先端部２６に接触することを可能とし、薄膜保持部材７を容易に調整できる。このとき、着脱自在のつまみ２７は第二のシャフト３５及び３６に引っ掛けてあるため、このままの状態で前面パネル１６を引き出したとしても落下することはない。

図３または図５のゴム材等の保持部材で押さえる構造と図６の構造を併せて用いても良い。

次に、実施例1における装置形態において前面パネル１６の固定構造について説明する。以下では、実施例１と同様の部分については説明を省略する。

前述してあるように前面パネル１６は置換ガスが外部へ漏れないように、封止部材４１を介して取り付けられることにより、ガス漏れがないようにされている。前面パネル１６の内側、即ち、筐体８内部が真空状態であるならば前面パネル１６は大気圧との差圧による力で内側方向に引き寄せられるため、固定のことは考える必要はない。しかし、本実施例では筐体内部は、大気圧または大気圧と同程度以上の圧力の所定のガス雰囲気となるため、前面パネル１６の内外における気圧差はほぼ無い状態である。よって、前面パネル１６の取り付けは、封止部材４１を介して、積極的に固定されなければならない。ここで、例えばねじ等で固定すれば内外の気密性は盤石に保たれることは言うまでもないが、前面パネル１６はユーザーが簡単に引き出すことができなくてはならないため、ねじでの固定は実用的ではない。

そこで、本実施例では、誰でも簡単に前面パネル１６の開閉及び固定ができるようにワンタッチで固定できるような構造を説明する。図７には本実施例の装置の正面図、図８は本実施例の装置の側面から見た断面図を示している。図７に示すように、前面パネルが閉じた状態で、両サイドのレバー４２を図中の矢印の方向に回転させることで前面パネル１６を固定できる。

具体的には、図８のように筐体８側に前面パネルの密閉時にレバー４２を固定させるための柱４３を、筺体８または試料室の壁面に設置する。柱４３の筺体８または試料室の壁面に固定されていない側の先端は筺体８または試料室の壁面に固定されている部分の柱の径よりも、径を大きくする。また、柱４３の径は当該先端に向けて連続的に増大している。すなわち柱４３の径が大きい側の先端には傾斜部４４を設けておく。また、前面パネル側には開口部４５が設けられ、前面パネル１６を閉じる際には柱４３がこの開口部４５を通るように前面パネルが設置される。前面パネル１６のレバー４２の回転軸４６にロック用のブロック４７を取り付けておき、このブロック４７に対しても、一部分に傾斜部４８を設け、レバー４２を回すことで、ブロック４７が回転し、ブロックの傾斜部４８が柱４３の傾斜部４４にこすり合うようにしておく。図７の両サイドのレバー４２をこのような機構にすることで、前面パネルをロックするためにレバー４２を回転させると、両サイドのブロック４７が同じく両サイドの柱４３にこすり合わせられる。これにより、前面パネル１６を積極的に（すなわち気圧差による力以上の圧力で）、封止部材４１を介して筐体８に押し当てることを可能とする。その結果、前面パネル１６を筐体８内部との気密性をしっかり保ったまま簡単に固定することができる。尚、前面パネル１６の開口部４５は、筐体８の間口部８dや封止部材４１の外側に設けられているため、筐体８内部と外との気密性には影響は及ぼさない。

以上に説明した実施例１及び実施例２の構造の装置を用いて以下のように観察を行う。例えば、薄膜６が破損した場合、画像観察を一度中断し、試料室３内の全体を大気解放状態とし、レバー４２を回して、前面パネル１６のロックを外し、前面パネル１６及び試料ステージ４を引き出し、薄膜６を含む薄膜保持部材７ごと取り出し、外で破損した薄膜６を剥がし、新しい薄膜６を貼り付け直して、再び筐体８の上面８ａに薄膜保持部材７ごと取り付ける。

そして、前面パネル１６を再度閉め、レバー４２でしっかり固定し、装置内を真空状態にすれば、薄膜６より電子源側の空間が真空引きされ、電子顕微鏡による画像観察ができるようになる。

その後、観察状態において、着脱自在のつまみ２７で奥行き及び左右方向のシャフトの先端部２６にアクセスすることで、薄膜６と電子線１の同軸調整を容易に行うことができる。

同軸調整ができたら、着脱自在のつまみ２７は簡単に取り外せる。またそのままの状態にしておいて、次に前面パネル１６及び試料ステージ４を引き出したとしても、着脱自在のつまみ２７は前面パネルカバー２８に保持されているためつまみ落下等の問題は起こらないようになる。

このように、薄膜保持部材を容易に取り出し、外で薄膜の交換を行い、薄膜保持部材を再び実装することが容易にできるので、薄膜６のメンテナンスが簡単にできる。また、簡単に薄膜６の位置調整ができ、ヒューマンエラーによる事故も低減でき、卓上顕微鏡本来のコンセプトであるシンプルで簡単な操作を逸脱することなく大気圧あるいは所定のガス雰囲気中での観察装置を実現できる。以上に説明したように本発明によれば、試料を大気圧、大気圧以上の圧力、または大気圧より若干の負圧状態の圧力環境の所定のガス雰囲気中で観察可能な荷電粒子線装置を実現できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：電子線、２：鏡体部、３：試料室、４：試料ステージ、５：電子顕微鏡本体、6：薄膜、７：薄膜保持部材、７ａ：薄膜保持部材の合わせ部、８：筐体、９：試料、１０：試料設置空間、１１：薄膜保持部材ホルダー、１２：薄膜保持部材ホルダーの開口部、１３：真空封止部材、１４：奥行き方向の送りねじ、１５：押しばね、１６：前面パネル、１７：真空封止部材、１８：ギヤ、１９：ギヤ、２０：シャフト、２１：左右方向の送りねじ、２２：押しばね、２３：真空封止部材、２４：真空封止部材、２５：真空封止部材、２６：シャフト先端部、２７：着脱自在のつまみ、２８：前面パネルカバー、２９：前面パネルカバーの開口部、３０：ゴム材、３１：支柱、３２：試料ステージ用支持板、３３：筒状部材、３４：ゴム材、３５：第二のシャフト、３６：第二のシャフト、３７：真空封止部材、３８：真空封止部材、３９：第二のシャフトの筐体側先端部、４０：第二のシャフトの前面パネルカバー側先端部筐体側先端部、４１：封止部材、４２：レバー、４３：固定用の柱、４４：柱の傾斜部、４５：前面パネルの開口部、４６：レバーの回転軸、４７：ロック用のブロック、４８：ブロックの傾斜部、４９：電子銃室、５０：レンズ系、５１：電子源、５２：ウェネルト電極、５３：アノード電極、５４：第一のクロスオーバー、５５：第一のコンデンサレンズ、５６：第二のコンデンサレンズ、５７：第二のクロスオーバー、５８：対物レンズ、５９：第三のクロスオーバー、６０：対物絞り、６１：検出器、６２：直方体形状の本体部、６３：真空封止部材、６４：合わせ部、６５：真空封止部材、６６：第１の空間、６７：第２の空間、６８：ＸＹステージ、６９：Ｚステージ、７０：封止部材、７１：試料ステージ操作用シャフト、７２：試料ステージ操作用シャフト、７３：封止部材、７４：封止部材、７５：ガスボンベ、７６：ガス供給管、７７：制御用バルブ

Claims (10)

1. 一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、
   前記試料に対する前記一次荷電粒子線の走査により得られる二次粒子を検出する検出器と、
   前記荷電粒子光学鏡筒の内部である第一の空間を真空引きする真空ポンプとを備える荷電粒子線装置において、
   当該荷電粒子線装置の試料室の空間の内部に挿入され、前記試料が載置される第二の空間を形成する筐体と、
   前記第一の空間と前記第二の空間とを隔離するように配置され前記第二の空間を同前記第一の空間より圧力を高い状態に維持し、前記一次荷電粒子線を透過または通過させる着脱可能な隔膜と、を備え、
   前記薄膜が取り付けられた保持部材が、前記筐体または前記筐体に取り付けられた保持部材取付用部品に開けられた開口部の円筒方向に備えられた真空封止部材を介して、取り付けられることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第二の空間は大気圧または大気圧以上の圧力であることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記保持部材または前記保持部材取付部品は、取り付け面に平面で接触して取り付けられることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記保持部材または前記保持部材取付部品は、前記試料室の一側面であって試料の交換の際に当該試料を出し入れ可能な面から、前記薄膜の中心と前記荷電粒子線の光軸を一致させるように位置調整されることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記試料室の一側面であって試料の交換の際に当該試料を出し入れ可能な面には開閉可能なパネルが設けられ、
   前記保持部材または前記保持部材取付部品にはねじ部材が接続され、
   前記ねじ部材の先端に係合する部分を有する着脱可能なつまみを操作することにより、前記パネルの外側から前記位置調整が可能であることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
   前記パネルの外側に当該パネルを覆うパネルカバーを有し、
   前記パネルカバーはつまみ保持部材が取り付けられた開口部を備え、
   前記つまみは前記つまみ保持部材を介して前記開口部に挿入されることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
   前記パネルカバーの開口部は筒状構造となっており、当該筒状構造の内側に前記つまみ保持部材が設けられることを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
   前記パネルを取り外した状態で、前記ねじ部材の先端が前記筐体の表面より内部に位置することを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第二の空間にガスを導入して大気圧以上の圧力にするガス導入機構を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項９に記載の荷電粒子線装置において、
    前記試料室の一側面であって試料の交換の際に当該試料を出し入れ可能な面には開閉可能なパネルが設けられ、
    前記パネルに固定された回転軸部材を介してレバー部材が回転可能に取り付けられ、
    前記筐体には柱が取り付けられ、
    前記柱と前記レバー部材をすり合わせることで前記パネルを前記筐体に押し当てることを特徴とする荷電粒子線装置。