JP2839695B2 - 電子顕微鏡等における試料装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子顕微鏡等の試料装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第８図により従来のサイドエントリータイプのゴニオ
メータについて説明する。

第８図（ａ）は電子顕微鏡の電子線光軸と垂直な断面
を示す図であり、第８図（ｂ）は電子線光軸に平行な断
面を示す図である。

いま、電子線光軸の方向をＺ軸、試料装置の軸方向を
Ｘ軸、試料装置の軸に垂直な方向をＹ軸とする。試料装
置ユニット80の軸81の外周部にはＹ軸およびＺ軸駆動ユ
ニットが設けられ、軸全体は球面軸受92によってフレー
ムに支持されている。

Ｙ軸駆動ユニットは図示しない駆動用モータによっ
て、第８図（ａ）に示すＹ軸駆動用テコ82がＹ軸方向に
駆動されて軸81をスプリング83に抗してＹ方向に移動さ
せ、軸81の先端部に連結された試料操作棒85を変位させ
て試料室84内の試料をＹ方向に変位させる。

Ｚ軸方向への移動は第８図（ｂ）に示すように、Ｚ軸
駆動ユニット86により支点88を中心にＺ軸駆動用テコ87
を回転させ、軸81をスプリング83に抗してＺ方向に移動
させている。このＹ動、Ｚ動は球面軸受92によって行わ
れる。

Ｘ軸周りのティルト（傾斜）はＸ軸傾斜ユニット89に
より行っている。これは、第８図（ｂ）に示すように、
Ｘ軸傾斜ユニット89により、ウォームギヤ90が回転駆動
され、これと係合した回転ギヤ90が回転して軸81を回転
駆動し、その結果試料はＸ軸の周りに傾斜する。

Ｘ軸方向の移動は、図示しないＸ軸駆動用ユニットに
よって支点を中心に回転するＸ軸駆動用テコ96によって
行われ、この場合ホルダ側から試料室側への移動は、試
料室と大気圧との圧力差によって行われ、テコ96は試料
室側からホルダ側への移動を行う。

なお、X,Y,Z動およびＸ軸傾斜は４軸ユーセントリッ
クに行われ、また試料室真空側と試料装置大気側とはバ
イトンＯリング93,94によって真空シールされている。

〔発明が解決すべき課題〕

第８図に示す超高真空用のサイドエントリーゴニオメ
ータでは、バイトンＯリングを使用して真空シールして
いるが、バイトンＯリングからの放出ガスが大きいため
真空焼き出し温度は最大100〜120℃で超高真空の達成が
困難であるとともに、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｘ軸傾斜駆動ユニッ
トは同一部材上に設けられているもののＸ軸駆動ユニッ
トは別部材として設けており、さらに、Ｙ軸試料傾斜を
行うことができないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためのもので、X,Y,Z
動、X,Y軸傾斜の５軸駆動ユニットを同一部材に設ける
とともに、５軸の動き全てに対してメタルシール化を図
って超高真空対応の構造とすることができる電子顕微鏡
等の試料装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明の電子顕微鏡等における試料装置
は、試料室壁より電子線光軸に対して直角に装着するサ
イドエントリーゴニオメータにおいて、球面軸受で支持
されるともに、一端が試料室と大気とをシールする金属
ベローに接続された中空フレームと、中空フレームをネ
ジ結合によりＸ軸方向に移動させて試料を長手方向に動
かす中空フレーム外周部に設けられたＸ軸駆動手段と、
中空フレームを押圧して試料をＹ軸方向に動かす中空フ
レーム外周部に設けられたＹ軸駆動手段と、中空フレー
ムを押圧して試料をＺ軸方向に動かす中空フレーム外周
部に設けられたＺ軸駆動手段と、磁気結合により中空フ
レーム外から中空フレーム内の中空パイプに回転力を与
えて試料をＸ軸周りに傾斜させるＸ軸傾斜駆動手段と、
中空パイプ内に設けられ、一端が金属ベローズに接続さ
れたシャフトを前後動させることにより試料をＹ軸周り
に傾斜させるＹ軸傾斜駆動手段とを備えたことを特徴と
する。

〔作用〕

本発明は、サイドエントリーゴニオメータの基本フレ
ームとして中空フレームを使用し、これをメタルベロー
ズで固定部に取り付けて真空シールするとともに、X,Y,
Z軸駆動ユニットを中空フレーム外周上に設け、中空フ
レーム内に外側から回転力を中空フレーム内に伝える磁
気結合型の回転導入器を設けてＸ軸傾斜を行い、中空フ
レーム内に一端が金属ベローズに接続され、Ｘ軸に沿っ
てスライド可能なシャフトを設けてＹ軸試料傾斜を行わ
せることにより、超高真空対応の５軸エーセントリック
ホルダーを実現することができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の試料装置の電子線光線に垂直な断面
図、第２図はＸ軸傾斜機構を説明するための図、第３図
はＺ動を説明するための図、第４図はＹ動を説明するた
めの図、第５図は試料装置の電子線光軸方向における断
面図、第６図はＸ軸傾斜駆動ユニットを説明するための
図、第７図はＹ軸傾斜機構を説明するための図である。
図中、１はメタルＯリング、２はベローズ、３はベアリ
ング、４は軸合わせ用ネジ、５はブロック、６は傾斜用
ギヤ、７はＹ軸駆動用ネジ、８はX,Y,Z軸用フレーム、
９はＸ軸傾斜用ガイド、10はガイド、11は傾斜用カバ
ー、12はマグネット、13はベアリング、14はベローズ、
15はネジ、16はつまみ、17はギヤ、18はＸ軸駆動用ギ
ヤ、19はＸ軸駆動用モータ、22はスプリング、23は試料
ホルダー、25は試料傾斜用シャフト、24は受台支え、26
は傾斜用パイプ、27は球面軸受、28はスプリング、29は
試料ホルダー受台、30はスプリング、31はX,Y,Z軸用フ
レーム、32はマグネット支持部材、33はシャフト結合部
材、35は試料室壁、36は試料室、40はＺ軸駆動用モー
タ、41,42はギヤ、43はネジ、44はスライダ、45はＺ軸
用テコ、50はギヤ、51はネジ、52はスライダ、60はＸ軸
傾斜用モータ、61はウォームギヤ、62はフレームであ
る。

第１図において、試料装置の先端部は試料室壁35を通
して試料室36に挿入され、電子線光軸に垂直な軸心を持
つ中空パイプ状フレーム31内にはマグネット12により、
回転駆動されるＸ軸傾斜用パイプ26が設けられ、さらに
パイプ26内にはＹ軸試料傾斜用シャフト25が設けられて
いる。フレーム31はX,Y,Z動等の動きを許容するメタル
製ベローズ２の一端に取り付けられた基本フレームであ
り、ベローズ２の他端は試料装置に固定されて試料室内
と試料装置の大気側との真空シールを行っている。ま
た、フレーム31と一体にその周囲に設けられたフレーム
８には球面状膨出部36が設けられ、球面軸受27により転
動可能に支持されている。この軸受部はY,Z動の中心と
なっており、軸受面にはベローズ２にかかる大気圧分と
スプリング28で常に軸受部27にフレーム８の球面が押し
付けられている。

フレーム31の外周部材の外側にはフレーム８が取り付
けられ、フレーム８と31とは同時に同じ方向に動かすこ
とができるようになっており、フレーム８をネジ７でＹ
軸方向に押すことによりＹ動が得られる。

即ち、第５図のＢ−Ｂ断面図である第４図を参照する
と、図示しないモータによりギヤ50が回転駆動され、ネ
ジ51が回動することにより、スライダ52がスライドし、
その結果テコ53が支点54を中心に回動して反対側に設け
られたスプリング22に抗してフレーム８をＹ軸方向に移
動させ、その反対側への移動はスプリング22により行
い、試料をＹ軸方向に動かせるようになっている。

Ｚ動については、第５図のＣ−Ｃ断面図である第３図
（ａ）、さらに第３図（ａ）の側面図である第３図
（ｂ）に示すように、Ｚ軸駆動用モータ40によりギヤ4
1,42が回転駆動され、その結果ネジ43が駆動されてスラ
イダ44がスライドし、Ｚ軸用テコ45が支点46を中心に回
転して、フレーム８をＺ軸方向に変位させるようになっ
ている。この場合も反対側への移動はスプリング22によ
って行われ、試料をＺ軸方向に動かせるようになってい
る。

また、ブロック５にはベアリング３が取り付けられ、
Ｘ軸傾斜用の軸受になっているとともに、ネジ４でブロ
ック５を押すことにより、ゴニオメータ全体の軸合わせ
（ユーセントリック合わせ）ができるようになってい
る。

Ｘ軸傾斜について、Ｘ軸傾斜用ガイド９に傾斜用ギヤ
６が取り付けられていて、第５図のＡ−Ａ断面図である
第６図に示すように、Ｘ軸傾斜用モータ60によりウォー
ムギヤ61と傾斜用ギヤ６が回転駆動され、その結果フレ
ーム62を介してガイド９がガイド10に案内されて回転
し、傾斜用カバー11が回転駆動される。第２図に断面図
を示すように、傾斜用カバー11にはマグネット12が取り
付けられており、このマグネットと磁気結合するマグネ
ット12がフレーム31内に設けられ、ガイド９の回転によ
りマグネット12が回転し、その結果パイプ26が回転して
試料をＸ軸の周りに傾斜させることができる。このとき
ベアリング13がマグネット12、パイプ26の軸受となって
いる。

また、ガイド10を外して傾斜用カバー11を回転させる
と、パイプ26を360゜エンドレスで回転させることもで
きるので、ガイド10というストッパーを外すと、任意に
試料ホルダーをＸ軸に対して回転することができる。

Ｘ動については、フレーム８にギヤ18が取り付けら
れ、ギヤ18の内面側はフレーム８とネジ結合しており、
Ｘ軸駆動用モータ19によりギヤ17、18を回転させること
により、ネジ駆動によりフレーム８、傾斜用カバー11を
Ｘ軸方向に移動できるようになっており、これと一体に
フレーム31が移動し、試料をＸ軸方向に移動させること
ができる。

フレーム31には試料をＹ軸の周りに傾斜させるため
に、パイプ26内部に一端がメタルベローズ14に接続され
たシャフト25が設けられている。図示しないモータによ
りつまみ16を回すとネジ15が前後し、これによってシャ
フト25が前後する。シャフト25の前後動は金属製ベロー
ズ14によって許容されるとともに、この部分の真空シー
ルが行われる。シャフト25の前後動により、第７図に示
すようにシャフト25の先端部に設けられた操作棒20が前
後し、操作棒20でテコ21を軸21aを中心にして回動させ
ることにより、試料ホルダ23をＹ軸の回りに回転させ
る。試料ホルダ23のＹ軸周りの復帰はバネ38によって行
われる。

なお、試料ホルダ23は受台支え24によって支持された
試料ホルダ受台29によって反対側を支えられており、試
料ホルダの動きにつれて動けるように支持されている。
そして、試料ホルダ受台側を冷却されることにより、試
料ホルダを冷却することができる。

次に試料台ホルダを動かす操作方法について説明する
と、ゴニオメータ全体の軸合わせ、即ちユーセントリッ
ク合わせはスクリュー４を調節し、ブロック５を押すこ
とより行う。Ｘ動は、モータ19を駆動することによりギ
ヤ18を回転させると、このギヤに対してフレーム８がネ
ジ結合をしているので、フレーム８と一体のフレーム31
がＸ軸方向に移動する。Ｙ軸についてはＹ軸駆動用のネ
ジ７を調節することにより反対側のスプリング22の力に
抗してＹ軸方向への移動を行うことができる。Ｚ動につ
いてはモータ40によりギヤを介してテコ45を支点46を中
心に回動させることにより、スプリング22の力に抗して
フレーム31をＺ軸方向に移動させることができる。

Ｘ軸周りの傾斜はモータ60を回転させることにより、
ウォームギヤ61、フレーム62を介して傾斜用カバー11を
回転させ、これに結合された磁石12を回転させることに
よりフレーム31内に設けられた磁石を回転させ、これに
よってパイプ26を回転させることにより行う。また、Ｙ
軸周りの試料傾斜はつまみ16を回転させることによりね
じ15を前後させ、パイプ26内に設けられたシャフト25を
前後させることにより行う。

このようにしてX,Y,Z動、Ｘ軸周り傾斜、Ｙ軸周り傾
斜の５軸ユーセントリックに試料移動させることがで
き、これらの動きは金属製ベローズを用いることによ
り、超真空を保持したまま行うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、同一部材にX,Y,Z動、
Ｘ軸傾斜、Ｙ軸傾斜の５軸ユーセントリック動の機構を
設けることができ、金属ベローズによるメタルシール化
によってガス放出を少なくすることができる。このよう
に、ガス放出の少ない材料を設けたこと、試料傾斜につ
いては中空パイプを介しての磁気結合と中空パイプ内に
挿通したシャフトを利用して行うことにより10^-10〜10
^-11Torr超高真空に対応させる構造とすることが可能で
ある。また、超高真空では150℃以上で各部品を真空焼
だしする必要があるが、全てこれらを行うことが可能と
なる。

また、試料ホルダを反対側から加熱傾斜、冷却等もで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の試料装置の電子線光軸に垂直な断面
図、第２図はＸ軸傾斜機構を説明するための図、第３図
はＺ軸動を説明するための図、第４図はＹ軸動を説明す
るための図、第５図は試料装置の電子線光軸方向におけ
る断面図、第６図はＸ軸傾斜機構を説明するための図、
第７図はＹ軸傾斜機構を説明するための図、第８図
（ａ）は電子顕微鏡の電子線光軸と垂直な断面を示す
図、第８図（ｂ）は電線光軸に平行な断面を示す図であ
る。 １……メタルＯリング、２……ベローズ、３……ベアリ
ング、４……軸合わせ用ネジ、５……ブロック、６……
傾斜用ギヤ、７……Ｙ軸駆動用ネジ、８……X,Y,Z軸用
フレーム、９……Ｘ軸傾斜用ガイド、10……ガイド、11
……傾斜用カバー、12……マグネット、13……ベアリン
グ、14……ベローズ、15……ネジ、16……つまみ、17…
…ギヤ、18……Ｘ軸駆動用ギヤ、19……Ｘ軸駆動用モー
タ、22……スプリング、23……試料ホルダー、25……試
料傾斜用シャフト、26……傾斜用パイプ、27……球面軸
受、28……スプリング、30……スプリング、31……X,Y,
Z軸用フレーム、32……マグネット支持部材、33……シ
ャフト結合部材、35……パイプ、40……Ｚ軸駆動用モー
タ、41,42……ギヤ、43……ネジ、44……スライダ、45
……Ｚ軸用テコ、50……ギヤ、51……ネジ、52……スラ
イダ、60……Ｘ軸傾斜用モータ、61……ウォームギヤ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料室壁より電子線光軸に対して直角に装
   着するサイドエントリーゴニオメータにおいて、球面軸
   受で支持されるともに、一端が試料室と大気とをシール
   する金属ベローに接続された中空フレームと、中空フレ
   ームをＸ軸方向に移動させて試料を長手方向に動かす中
   空フレーム外周部に設けられたＸ軸駆動手段と、中空フ
   レームを押圧して試料をＹ軸方向に動かす中空フレーム
   外周部に設けられたＹ軸駆動手段と、中空フレームを押
   圧して試料をＺ軸方向に動かす中空フレーム外周部に設
   けられたＺ軸駆動手段と、磁気結合により中空フレーム
   外から中空フレーム内の中空パイプに回転力を与えて試
   料をＸ軸周りに傾斜させるＸ軸傾斜駆動手段と、中空パ
   イプ内に設けられ、一端が金属ベローズに接続されたシ
   ャフトを前後動させることにより試料をＹ軸周りに傾斜
   させるＹ軸傾斜駆動手段とを備えたことを特徴とする電
   子顕微鏡等における試料装置。