JP2019200847A - 観察方法、試料支持体、試料保持具セット、および透過電子顕微鏡 - Google Patents
観察方法、試料支持体、試料保持具セット、および透過電子顕微鏡 Download PDFInfo
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Abstract
Description
試料を試料支持体の試料支持膜に載置することと、
前記試料支持体をリテーナーに取り付けることと、
前記リテーナーを、光学顕微鏡用リテーナー保持台に取り付けることと、
前記光学顕微鏡用リテーナー保持台を光学顕微鏡の試料ステージに取り付けて、前記試料を前記光学顕微鏡で観察することと、
前記リテーナーを、透過電子顕微鏡用リテーナー保持台に取り付けることと、
前記透過電子顕微鏡用リテーナー保持台を透過電子顕微鏡に導入して、前記試料を前記透過電子顕微鏡で観察することと、
を含む。
光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察する際に、前記試料を支持する試料支持体であって、
貫通穴が設けられた基板と、
前記基板で支持され、窒化ケイ素膜またはカーボン膜で構成された試料支持膜と、
前記試料支持膜の前記貫通穴に重なる領域に設けられ、前記光学顕微鏡および前記透過
電子顕微鏡で観察可能な基準マーカーと、
を含む。
光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察する際に用いられる試料保持具セットであって、
試料を支持する試料支持体を保持するリテーナーと、
前記リテーナーを保持し、前記光学顕微鏡の試料ステージに取り付け可能な光学顕微鏡用リテーナー保持台と、
前記リテーナーを保持し、前記透過電子顕微鏡に導入可能な透過電子顕微鏡用リテーナー保持台と、
を含む。
光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察する際に用いられる透過電子顕微鏡であって、
試料を移動させる第1移動機構を有する試料ホルダーと、
前記試料ホルダーを移動させることで、前記試料を移動させる第2移動機構と、
前記第1移動機構および前記第2移動機構を制御する制御部と、
を含み、
前記第1移動機構は、第1軸に沿って前記試料を移動させ、
前記第2移動機構は、前記第1軸および前記第1軸に直交する第2軸に沿って前記試料を移動させ、
前記制御部は、前記第1移動機構による前記試料の移動量、および前記第2移動機構による前記試料の移動量に基づいて、前記透過電子顕微鏡における前記試料の位置座標を特定する。
まず、本実施形態に係る観察方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る観察方法は、光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察するための観察方法である。図1は、本実施形態に係る観察方法の一例を示すフローチャートである。
まず、試料を試料支持体の試料支持膜に載置する。以下、本実施形態に係る観察方法で用いられる試料支持体について説明する。
図2は、試料支持体100を模式的に示す平面図である。図3は、試料支持体100を模式的に示す断面図である。
薄膜領域104aの平面形状は、図示の例では、長方形である。薄膜領域104aの1辺の長さは、例えば、数百μm〜数mm程度である。なお、薄膜領域104aの平面形状は、特に限定されない。試料支持体100において、試料は、薄膜領域104aに配置される。
図7は、試料支持体100の製造方法の一例を示すフローチャートである。図8〜図10は、試料支持体100の製造工程を模式的に示す断面図である。
次に、試料支持膜104上に試料が載置された試料支持体をリテーナーに取り付ける。以下、本実施形態に係る観察方法で用いられるリテーナーについて説明する。
図14は、リテーナー200を模式的に示す斜視図である。図15は、リテーナー200を模式的に示す上面図である。図16は、リテーナー200を模式的に示す下面図である。図17は、リテーナー200を模式的に示す断面図である。なお、図17は、図15のXVII−XVII線断面図である。なお、図14〜図17は、リテーナー200に試料支持体100が取り付けられた状態を図示している。
図18は、試料支持体100をリテーナー200に取り付けている様子を模式的に示す斜視図である。
図14に示すように、板ばね220のフック部222をホルダー210の斜め形状部218に引っかける。これにより、板ばね220によって試料支持体100が設置面214に押しつけられて固定される。このようにして、試料支持体100をリテーナー200に取り付けることができる。
次に、試料が載置された試料支持体100が取り付けられたリテーナー200を、光学顕微鏡用リテーナー保持台に取り付ける。以下、本実施形態に係る観察方法で用いられる光学顕微鏡用リテーナー保持台について説明する。
図19は、光学顕微鏡用リテーナー保持台300(以下、単に「保持台300」ともいう)を模式的に示す上面図である。図20は、保持台300を模式的に示す下面図である。図21は、保持台300を模式的に示す断面図である。なお、図21は、図19のXXI−XXI線断面図である。
倒立顕微鏡の両方において、試料を対物レンズに近づけることができる。
図22は、保持台300にリテーナー200を取り付けた状態を模式的に示す上面図である。図23は、保持台300にリテーナー200を取り付けた状態を模式的に示す下面図である。図24は、保持台300にリテーナー200を取り付けた状態を模式的に示す断面図である。なお、図24は、図22のXXIV−XXIV線断面図である。
次に、保持台300を光学顕微鏡の試料ステージに取り付けて、試料を光学顕微鏡で観察する。観察に用いる光学顕微鏡が正立顕微鏡2の場合、図24に示すように、板ばね220側が設置面320側に位置するように、リテーナー200が保持台300に設置された状態で、試料の観察を行う。また、観察に用いる光学顕微鏡が倒立顕微鏡4の場合、図27に示すように、ホルダー210側が設置面320側に位置するように、リテーナー200が保持台300に設置された状態で、試料の観察を行う。
次に、試料が載置された試料支持体100が取り付けられたリテーナー200を、透過電子顕微鏡用リテーナー保持台に取り付ける。以下、本実施形態に係る観察方法で用いられる透過電子顕微鏡用リテーナー保持台について説明する。
図28は、透過電子顕微鏡用リテーナー保持台400(以下、単に「保持台400」ともいう)を模式的に示す平面図である。図29は、保持台400を模式的に示す断面図である。なお、図28では、便宜上、透過電子顕微鏡用の試料ホルダー510の先端部のみを図示している。また、図29は、図28のXXIX−XXIX線断面図である。
図30は、保持台400にリテーナー200を取り付けた状態を模式的に示す平面図である。図31は、保持台400にリテーナー200を取り付けた状態を模式的に示す断面図である。なお、図31は、図30のXXXI−XXXI線断面図である。
次に、リテーナー200が取り付けられた保持台400を、透過電子顕微鏡に導入して、試料を透過電子顕微鏡で観察する。透過電子顕微鏡で試料の観察を行う際には、基準マーカー106の位置座標の情報もあわせて取得する。本実施形態に係る観察方法で用いられる透過電子顕微鏡の詳細については後述する。
本実施形態に係る観察方法は、例えば、以下の特徴を有する。
2.1. 透過電子顕微鏡の構成
次に、本実施形態に係る透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図3
2は、透過電子顕微鏡500の構成を示す図である。図32は、試料が、透過電子顕微鏡の鏡筒502内の試料室に導入された状態を図示している。なお、図32には、互いに直交する2つの軸として、X軸(第1軸)およびY軸(第2軸)を図示している。
透過電子顕微鏡500では、制御部530は、第1移動機構512による試料の移動量、および第2移動機構520による試料の移動量に基づいて、透過電子顕微鏡における試料の位置座標を特定する。制御部530は、例えば、以下で説明する第1の手法および第2の手法の少なくとも一方を用いて、試料の位置座標を特定する。以下、制御部530における試料の位置座標を特定する手法について説明する。
図36は、第1移動機構512および第2移動機構520の動作を説明するための図である。なお、以下では、便宜上、図34に示すリテーナー200を用いた場合について説明する。
図41は、透過電子顕微鏡の座標系を説明するための図である。なお、図41に示す例では、第1移動機構512による試料の移動量を1600μmとする。また、第2移動機構520による試料の移動可能範囲は、±1000μmとする。
を示している。また、X−800は、X0から第2移動機構520を用いて−800μm移動させたときの座標X2を示し、X+800はX0から第2移動機構520を用いて+800μm移動させたときの座標Xを示している。
図42および図43は、第1移動機構512の動作により生じる座標の誤差を説明するための図である。図42は、位置P1から第2移動機構520の動作によって+800μm移動させて得られた画像I1であり、図43は、位置P2から第1移動機構512の動作によって−800μm移動させて得られた画像I2である。画像I1と画像I2との比較から、位置P1を基準とすると、位置P2におけるX0の座標が−100μmずれていることがわかる。この誤差を誤差δ1−2=−100μmと表す。
けるX0の座標をXP1、画像I1を撮影する際の位置P1からの第2移動機構520による移動量をdx1、第1移動機構512による試料の移動量(補正前)をΔ、画像I2を撮影する際の第2移動機構520による試料の移動量をdx2とした場合、第1移動機構512による試料の移動量の誤差δ1−2は、以下のように表される。
δ1−2=dx1−dx2+Δ−DI1−I2
上記で求められた誤差δ1−2を補正量として、第1移動機構512による試料の移動量を補正することができる。
第1移動機構512は、図33に示すように、モーター513の回転をスプライン514により直線運動に変換しているため、バックラッシュが起こる場合がある。バックラッシュが起こると、モーター513が回転し、座標が変化しているにもかかわらず、試料が移動しない。透過電子顕微鏡500では、これを回避するために、制御部530が、試料を常に同じ方向に移動させることで目的の位置に位置するように第1移動機構512を制御してもよい。これにより、バックラッシュを低減することができ、位置再現性を高めることができる。
透過電子顕微鏡500では、試料ホルダー510が透過電子顕微鏡500内に導入されていない状態でも、第1移動機構512を動作させる機構を有する。
出する際には、保持台400が露出して試料ホルダー510の全長が大きくなっていると、他の部材に干渉してしまう可能性がある。そのため、透過電子顕微鏡500では、制御部530は、ユーザーの試料ホルダー排出指示に応じて、試料ホルダー510の全長が最も短くなるように第1移動機構512を動作させる。
透過電子顕微鏡500は、例えば、以下の特徴を有する。
次に、光学顕微鏡の座標系と透過電子顕微鏡の座標系を関連づける方法について説明する。
を取得する工程S114と、透過電子顕微鏡における複数の基準マーカー106の位置座標を、共通座標系における複数の基準マーカー106の位置座標に一致させることによって、透過電子顕微鏡における座標系を共通座標系に変換する工程S116と、を含む。
まず、光学顕微鏡における複数の基準マーカー106の位置座標を取得する。以下、図48を参照しながら説明する。
次に、光学顕微鏡における座標系を共通座標系に変換する。共通座標系への変換は、光学顕微鏡における複数の基準マーカー106の位置座標を、共通座標系における複数の基準マーカー106の位置座標に一致させることによって行われる。ここで、共通座標系とは、光学顕微鏡の座標系と透過電子顕微鏡の座標系を関連づけるために用いられる座標系である。共通座標系では、光学顕微鏡の座標系と透過電子顕微鏡の座標系とが共存できる。
次に、透過電子顕微鏡における複数の基準マーカー106の位置座標を取得する。透過電子顕微鏡500で3つの基準マーカー106をそれぞれ観察することで、透過電子顕微鏡の座標系における試料の位置座標を取得することができる。透過電子顕微鏡500では
、制御部530が試料の位置座標を特定する処理を行う。
次に、透過電子顕微鏡における座標系を共通座標系に変換する。共通座標系への変換は、光学顕微鏡の座標系の場合と同様に、透過電子顕微鏡における複数の基準マーカー106の位置座標を、共通座標系における複数の基準マーカー106の位置座標に一致させることによって行われる。
基準マーカー106を用いて、光学顕微鏡の座標系と透過電子顕微鏡の座標系を関連づけてもよい。3つの基準マーカー106を用いることによって、3点の座標情報が得られるため、アフィン変換を用いることができる。アフィン変換を用いることで、光学顕微鏡で撮影された画像、透過電子顕微鏡で撮影された画像に歪みがあった場合に、この歪みを補正することができる。
本実施形態に係る観察方法では、上述したように、共通座標系を用いて、光学顕微鏡の座標系と透過電子顕微鏡の座標系を関連づけている。そのため、例えば、1つの光学顕微鏡の座標系と、複数の透過電子顕微鏡の座標系を関連づける場合、複数の光学顕微鏡の座標系と、複数の透過電子顕微鏡の座標系を関連づける場合に、特に有効である。
Claims (22)
- 試料を試料支持体の試料支持膜に載置することと、
前記試料支持体をリテーナーに取り付けることと、
前記リテーナーを、光学顕微鏡用リテーナー保持台に取り付けることと、
前記光学顕微鏡用リテーナー保持台を光学顕微鏡の試料ステージに取り付けて、前記試料を前記光学顕微鏡で観察することと、
前記リテーナーを、透過電子顕微鏡用リテーナー保持台に取り付けることと、
前記透過電子顕微鏡用リテーナー保持台を透過電子顕微鏡に導入して、前記試料を前記透過電子顕微鏡で観察することと、
を含む、観察方法。 - 請求項1において、
前記試料支持体は、
基板と、
前記基板で支持され、かつ、窒化ケイ素膜またはカーボン膜で構成された試料支持膜と、
を含む、観察方法。 - 請求項2において、
前記基板には、貫通穴が設けられ、
前記試料支持膜の前記貫通穴と重なる領域には、前記光学顕微鏡および前記透過電子顕微鏡で観察可能な基準マーカーが設けられている、観察方法。 - 請求項3において、
前記基準マーカーは、複数の相似図形が同心状に配置された形状を含む、観察方法。 - 請求項3または4において、
前記基準マーカーは、3つ設けられ、
3つの前記基準マーカーの中心を直線で結んで形成される図形は、直角三角形である、観察方法。 - 請求項3において、
前記基準マーカーは、複数設けられ、
複数の前記基準マーカーは、同じ形状を有し、互いに異なる向きで配置されている、観察方法。 - 請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記光学顕微鏡用リテーナー保持台には、前記光学顕微鏡の対物レンズとの干渉を防ぐ凹部または貫通穴が設けられている、観察方法。 - 請求項1ないし7のいずれか1項において、
前記光学顕微鏡用リテーナー保持台は、前記リテーナーが設置される設置面を有し、
前記設置面は、前記リテーナーの表面側および裏面側の両方を設置可能である、観察方法。 - 請求項1ないし8のいずれか1項において、
前記透過電子顕微鏡は、前記透過電子顕微鏡用リテーナー保持台が設けられた試料ホルダーを含み、
前記試料ホルダーは、前記試料を移動させる第1移動機構を含み、
前記第1移動機構は、前記透過電子顕微鏡用リテーナー保持台を移動させることで、前記試料を移動させる、観察方法。 - 請求項9において、
前記透過電子顕微鏡は、前記試料を移動させる第2移動機構を含み、
前記第2移動機構は、前記試料ホルダーを移動させることで、前記試料を移動させ、
前記第1移動機構は、第1軸に沿って前記試料を移動させ、
前記第2移動機構は、前記第1軸および前記第1軸に直交する第2軸に沿って前記試料を移動させる、観察方法。 - 請求項10において、
前記透過電子顕微鏡は、前記第1移動機構および前記第2移動機構を制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記第1移動機構による前記試料の移動量、および前記第2移動機構による前記試料の移動量に基づいて、前記透過電子顕微鏡における前記試料の位置座標を特定する、観察方法。 - 請求項11において、
前記第1移動機構で前記試料を移動させたときの前記試料の位置座標の誤差を補正するための誤差補正情報が記憶された記憶部を含み、
前記制御部は、前記第1移動機構で前記試料を移動させた場合に、前記誤差補正情報に基づいて、前記試料の位置座標を補正する、観察方法。 - 請求項3ないし6のいずれか1項において、
前記光学顕微鏡における複数の前記基準マーカーの位置座標を取得すること、
前記光学顕微鏡における複数の前記基準マーカーの位置座標を、共通座標系における複数の前記基準マーカーの位置座標に一致させることによって、前記光学顕微鏡における座標系を前記共通座標系に変換すること、
前記透過電子顕微鏡における複数の前記基準マーカーの位置座標を取得すること、
前記透過電子顕微鏡における複数の前記基準マーカーの位置座標を、前記共通座標系における複数の前記基準マーカーの位置座標に一致させることによって、前記透過電子顕微鏡における座標系を前記共通座標系に変換すること、
を含む、観察方法。 - 光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察する際に、前記試料を支持する試料支持体であって、
貫通穴が設けられた基板と、
前記基板で支持され、窒化ケイ素膜またはカーボン膜で構成された試料支持膜と、
前記試料支持膜の前記貫通穴に重なる領域に設けられ、前記光学顕微鏡および前記透過電子顕微鏡で観察可能な基準マーカーと、
を含む、試料支持体。 - 請求項14において、
前記基準マーカーは、複数の相似図形を同心状に配置した形状を含む、試料支持体。 - 請求項14または15において、
前記基準マーカーは、3つ設けられ、
3つの前記基準マーカーの中心を直線で結んで形成される図形は、直角三角形である、試料支持体。 - 請求項14において、
前記基準マーカーは、複数設けられ、
複数の前記基準マーカーは、同じ形状を有し、互いに異なる向きで配置されている、試料支持体。 - 光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察する際に用いられる試料保持具セットであって、
試料を支持する試料支持体を保持するリテーナーと、
前記リテーナーを保持し、前記光学顕微鏡の試料ステージに取り付け可能な光学顕微鏡用リテーナー保持台と、
前記リテーナーを保持し、前記透過電子顕微鏡に導入可能な透過電子顕微鏡用リテーナー保持台と、
を含む、試料保持具セット。 - 請求項18において、
前記光学顕微鏡用リテーナー保持台には、前記光学顕微鏡の対物レンズとの干渉を防ぐ凹部が設けられている、試料保持具セット。 - 請求項18または19において、
前記光学顕微鏡用リテーナー保持台は、前記リテーナーが設置される設置面を有し、
前記設置面は、前記リテーナーの表面側および裏面側の両方を設置可能に構成されている、試料保持具セット。 - 光学顕微鏡と透過電子顕微鏡において同一試料を観察する際に用いられる透過電子顕微鏡であって、
試料を移動させる第1移動機構を有する試料ホルダーと、
前記試料ホルダーを移動させることで、前記試料を移動させる第2移動機構と、
前記第1移動機構および前記第2移動機構を制御する制御部と、
を含み、
前記第1移動機構は、第1軸に沿って前記試料を移動させ、
前記第2移動機構は、前記第1軸および前記第1軸に直交する第2軸に沿って前記試料を移動させ、
前記制御部は、前記第1移動機構による前記試料の移動量、および前記第2移動機構による前記試料の移動量に基づいて、前記透過電子顕微鏡における前記試料の位置座標を特定する、透過電子顕微鏡。 - 請求項21において、
前記第1移動機構で前記試料を移動させたときの前記試料の位置座標の誤差を補正するための誤差補正情報が記憶された記憶部を含み、
前記制御部は、前記第1移動機構で前記試料を移動させた場合に、前記誤差補正情報に基づいて、前記試料の位置座標を補正する、透過電子顕微鏡。
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