JP3472058B2 - 試料ホルダおよび試料保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に対する顕微
分析作業を行う電子顕微鏡装置の電子ビーム源（電子
銃）から照射される電子ビームの通路に試料を保持する
試料ホルダおよび試料保持装置に関し、特に、互いに対
向して配置した２個の試料を接合させることが可能な試
料ホルダおよび試料保持装置に関する。本発明は、２個
の試料を原子間距離のレベルで接近させた際の前記２個
の試料の接合部の状態を観察する際に使用することがで
きる。

【０００２】

【従来の技術】従来、２個の試料を原子間距離のレベル
で接近させたり、離したりしたときに、２個の試料の接
近した部分の状態がどのように変化するかは知られてい
なかったし、また、前記状態を観察する装置も知られて
いなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は透過型電子
線顕微鏡の電子線の通路に配置した２個の試料を接近さ
せて、２個の試料の接近した面の状態を観察したとこ
ろ、２個の試料の互いに対向する面が原子間距離のレベ
ルで接近したときに、各試料の表面の原子が引き合って
接合する過程を観察できることが分かった。本発明は、
前述の事情に鑑み、下記の記載内容を課題とする。 （Ｏ01）２個の試料の対向する部分を接近させたり離し
たりした場合の前記各試料の接近した部分の変化を観察
できるようにすること。

【０００４】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出した本発明を説明するが、本発明の要素に
は、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実
施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。ま
た、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する
理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明
の範囲を実施例に限定するためではない。

【０００５】（第１発明）前記課題を解決するために、
本出願の第１発明の試料ホルダは、下記の要件を備えた
ことを特徴とする、（Ａ01）電子銃（３）から出射する
電子線の通路の外側を囲むように配置された電子顕微鏡
の鏡筒（２）を貫通する筒状のホルダ装着部材（９）に
より、前記電子線の通路に交差するホルダ軸方向に沿っ
てスライド可能に支持されたホルダ外筒（１１）、（Ａ
02）前記ホルダ外筒（１１）により前記ホルダ軸に沿っ
て移動可能に支持されたホルダ内側移動部材（３３〜４
２）、（Ａ03）前記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）
の前記ホルダ軸方向の位置を調節する内側移動部材粗調
節装置（１９，２４〜３２）、（Ａ04）前記ホルダ内側
移動部材（３３〜４２）および前記ホルダ外筒（１１）
の一方の内端部により基端部が支持され、先端部が前記
ホルダ軸方向および前記ホルダ軸に垂直で且つ互いに垂
直な２軸方向に移動可能な圧電体（４３）、（Ａ05）前
記圧電体（４３）の先端部に支持され、第１試料（Ｓ
1）を保持する第１試料保持部材（４６）、（Ａ06）前
記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）および前記ホルダ
外筒（１１）の他方の内端部に設けられ、前記第１試料
（Ｓ1）に対向する位置に第２試料（Ｓ2）を保持する第
２試料保持部材（５１）、（Ａ07）前記圧電体（４３）
に作動電圧を印加して前記第１試料（Ｓ1）を前記ホル
ダ軸を含む３軸方向に位置調節して前記第２試料（Ｓ
2）に当接させる試料位置精密調節装置（４３＋Ｋ＋Ｒx
＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）。

【０００６】（第１発明の作用）前述の構成を備えた本
出願の第１発明の試料ホルダでは、電子銃（３）から出
射する電子線の通路の外側を囲むように配置された電子
顕微鏡の鏡筒（２）を貫通する筒状のホルダ装着部材
（９）により支持されたホルダ外筒（１１）は、前記電
子線の通路に交差するホルダ軸方向に沿ってスライド可
能である。前記ホルダ外筒（１１）により支持されたホ
ルダ内側移動部材（３３〜４２）は、前記ホルダ軸に沿
って移動可能である。内側移動部材粗調節装置（１９，
２４〜３２）は、前記ホルダ内側移動部材（３３〜４
２）の前記ホルダ軸方向の位置を調節する。前記ホルダ
内側移動部材（３３〜４２）および前記ホルダ外筒（１
１）の一方の内端部により基端部が支持された圧電体
（４３）は、先端部が前記ホルダ軸方向および前記ホル
ダ軸に垂直で且つ互いに垂直な２軸方向に移動可能であ
る。前記圧電体（４３）の先端部に支持された第１試料
保持部材（４６）は、前記第１試料（Ｓ1）を保持す
る。前記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）および前記
ホルダ外筒（１１）の他方の内端部に設けられた第２試
料保持部材（５１）は、前記第１試料（Ｓ1）に対向す
る位置に第２試料（Ｓ2）を保持する。試料位置精密調
節装置（４３＋Ｋ＋Ｒx＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）は、前記圧電
体（４３）に作動電圧を印加して前記第１試料（Ｓ1）
を前記ホルダ軸を含む３軸方向に位置調節して前記第２
試料（Ｓ2）に当接させる。前記第１試料（Ｓ1）を第２
試料（Ｓ2）に原子間距離のレベルで接近させたとき、
両試料間に原子間引力が働く。このときの両試料の原子
の状態を観察することができる。

【０００７】

【０００８】

【０００９】（第２発明） また、第２発明の試料保持装置は、下記の要件を備えた
ことを特徴とする、 （Ｃ01）電子銃（３）から出射する電子線の通路の外側
を囲むように配置された電子顕微鏡の鏡筒（２）を貫通
する筒状のホルダ装着部材（９）により、前記電子線の
通路に交差するホルダ軸方向に沿ってスライド可能に支
持されたホルダ外筒（１１）、 （Ｃ02）前記ホルダ外筒（１１）により前記ホルダ軸に
沿って移動可能に支持されたホルダ内側移動部材（３３
〜４２）、 （Ｃ03）前記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）の内端
部に基端部が支持され、先端部が前記ホルダ軸方向およ
び前記ホルダ軸に垂直で且つ互いに垂直な２軸方向に移
動可能な圧電体（４３）、 （Ｃ04）前記圧電体（４３）の先端部に支持された第１
試料（Ｓ1）を保持する第１試料保持部材（４６）、 （Ｃ05）前記圧電体（４３）に作動電圧を印加して前記
ホルダ軸を含む３軸方向に前記第１試料保持部材（４
６）を位置調節する試料位置精密調節装置（４３＋Ｋ＋
Ｒx＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）、 （Ｃ06）前記電子線の通路であって且つ前記第１試料保
持部材（４６）に保持された第１試料（Ｓ1）が当接可
能な位置に第２試料（Ｓ2）を保持する第２試料保持部
材。

【００１０】（第２発明の作用） また、第２発明の試料保持装置では、電子銃（３）から
出射する電子線の通路の外側を囲むように配置された電
子顕微鏡の鏡筒（２）を貫通する筒状のホルダ装着部材
（９）により支持されたホルダ外筒（１１）は、前記電
子線の通路に交差するホルダ軸方向に沿ってスライド可
能である。前記ホルダ外筒（１１）により支持されたホ
ルダ内側移動部材（３３〜４２）は、前記ホルダ軸に沿
って移動可能である。前記ホルダ内側移動部材（３３〜
４２）の内端部に基端部が支持された圧電体（４３）
は、先端部が前記ホルダ軸方向および前記ホルダ軸に垂
直で且つ互いに垂直な２軸方向に移動可能である。前記
圧電体（４３）の先端部に支持された第１試料保持部材
（４６）は、第１試料（Ｓ1）を保持する。試料位置精
密調節装置（４３＋Ｋ＋Ｒx＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）は、前記
圧電体（４３）に作動電圧を印加して前記ホルダ軸を含
む３軸方向に前記第１試料保持部材（４６）を位置調節
する。第２試料保持部材は、前記電子線の通路であって
且つ前記第１試料保持部材（４６）に保持された第１試
料（Ｓ1）が当接可能な位置に第２試料（Ｓ2）を保持す
る。したがって、前記第２試料（Ｓ2）に対して、前記
第１試料保持部材（４６）に保持した第１試料（Ｓ1）
を接近させることにより、両試料間に原子間引力を作用
させることができる。このときの両試料の接近箇所の原
子の状態を観察することができる。前記第２試料保持装
置は、前記第１試料保持装置と同様に移動可能に構成す
ることが可能である。その場合、前記第２試料保持装置
に保持された第２試料（Ｓ2）の位置を調節して前記第
１試料（Ｓ1）に接近させることも可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１発明の実施の形態１）第１発明の実施の形態１の
試料ホルダは、前記第１発明において下記の要件を備え
たことを特徴とする、（Ａ08）前記ホルダ内側移動部材
（３３〜４２）および前記ホルダ外筒（１１）の他方の
内端部により基端部が支持され、先端部が前記ホルダ軸
方向および前記ホルダ軸に垂直で且つ互いに垂直な２軸
方向に移動可能な第２圧電体（４３）、（Ａ09）前記第
２圧電体（４３）の先端部に支持された前記第２試料保
持部材（５１）、（Ａ010）前記第２圧電体（４３）に
作動電圧を印加して前記第２試料（Ｓ2）を前記ホルダ
軸を含む３軸方向に位置調節して前記第１試料（Ｓ1）
に当接させる前記試料位置精密調節装置（４３＋Ｋ＋Ｒ
x＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）。

【００１２】（第１発明の実施の形態１の作用）第１発
明の実施の形態１の試料ホルダでは、前記ホルダ内側移
動部材（３３〜４２）および前記ホルダ外筒（１１）の
他方の内端部により基端部が支持された第２圧電体（４
３）は、その先端部が前記ホルダ軸方向および前記ホル
ダ軸に垂直で且つ互いに垂直な２軸方向に移動可能であ
る。前記第２圧電体（４３）の先端部に支持された前記
第２試料保持部材（５１）は、第２試料（Ｓ2）を保持
する。試料位置精密調節装置（４３＋Ｋ＋Ｒx＋Ｒy＋Ｒ
z＋Ｂ）は、前記第２圧電体（４３）に作動電圧を印加
して前記第２試料（Ｓ2）を前記ホルダ軸を含む３軸方
向に位置調節して前記第１試料（Ｓ1）に当接させるこ
とができる。したがって、前記第１試料保持部材（４
６）および第２試料保持部材（５１）のいずれかまたは
両方を移動させて第１および第２試料（Ｓ2）を当接さ
せることができる。

【００１３】（第１発明の実施の形態２）第１発明の実
施の形態２の試料ホルダは、前記第１発明または第１発
明の実施の形態１において下記の要件を備えたことを特
徴とする、（Ａ011）前記第１試料保持部材（４６）に
保持された前記第１試料（Ｓ1）を加熱する加熱部材
（６１）。

【００１４】（第１発明の実施の形態２の作用）第１発
明の実施の形態２の試料ホルダでは、加熱部材（６１）
は、前記第１試料保持部材（４６）に保持された前記第
１試料（Ｓ1）を加熱する。したがって、第１試料（Ｓ
1）が加熱された状態での、前記第２試料（Ｓ2）との接
合状態を観察することが可能となる。

【００１５】（第１発明の実施の形態３）第１発明の実
施の形態３の試料ホルダは、前記第１発明、または第１
発明の実施の形態１もしくは実施の形態２のいずれかに
おいて下記の要件を備えたことを特徴とする、（Ａ01
2）前記第２試料保持部材（５１）に保持された前記第
２試料（Ｓ2）を加熱する第２加熱部材。

【００１６】（第１発明の実施の形態３の作用）第１発
明の実施の形態３の試料ホルダでは、第２加熱部材は、
前記第２試料保持部材（５１）に保持された前記第２試
料（Ｓ2）を加熱する。したがって、第２試料（Ｓ2）が
加熱された状態での、前記第１試料（Ｓ1）との接合状
態を観察することが可能となる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【実施例】次に図面を参照しながら、本発明の試料ホル
ダおよび試料保持装置の実施の形態の具体例（実施例）
を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。なお、以後の説明の理解を容易にするため
に、図面において互いに直交する座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸を定義し、矢印Ｘ方向を前方、矢印Ｙ方向を左方、
矢印Ｚ方向を上方とする。この場合、Ｘ方向と逆向き
（−Ｘ方向）は後方、Ｙ方向と逆向き（−Ｙ方向）は右
方、Ｚ方向と逆向き（−Ｚ方向）は下方となる。また、
Ｘ方向及び−Ｘ方向を含めて前後方向又はＸ軸方向とい
い、Ｙ方向及び−Ｙ方向を含めて左右方向又はＹ軸方向
といい、Ｚ方向及び−Ｚ方向を含めて上下方向又はＺ軸
方向ということにする。さらに図中、「○」の中に
「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印
を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面
の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の実施例１の試
料ホルダが透過型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）に装着
された状態を示す図である。図２は前記図１の矢印IIで
示す部分の拡大図である。図３は前記図２に示す試料ホ
ルダの拡大説明図で、図３Ａは平面図、図３Ｂは図３Ａ
のIIIＢ−IIIＢ線断面図である。図４は前記図３の試料
ホルダの先端部分の拡大説明図で、図４Ａは平面図であ
り前記図３Ａの矢印IＶＡで示す部分の拡大説明図、図
４Ｂは前記図４ＡのIＶＢ−IＶＢ線断面図である。図５
は前記図３の試料ホルダの外端部分の拡大説明図で、図
５Ａは平面図であり前記図３Ａの矢印ＶＡで示す部分の
拡大説明図、図５Ｂは前記図５ＡのＶＢ−ＶＢ線断面図
である。図６は前記図４に示す圧電体支持部材の説明図
で、図６Ａは側断面図、図６Ｂは前記図６Ａの矢印ＶI
Ｂから見た図である。図７は前記図４に示す圧電体用ア
ース部材の説明図で、図７Ａは側断面図、図７Ｂは前記
図７Ａの矢印ＶIIＢから見た図である。図８は前記図４
に示す第１試料保持部材の説明図で、図８Ａは平面図、
図８Ｂは前記図８Ａの矢印ＶIIIＢから見た図、図８Ｃ
は前記図８Ｂの矢印ＶIIIＣから見た図である。図９は
前記図４に示す第２試料保持部材の説明図で、図９Ａは
平面図、図９Ｂは前記図９ＡのIＸＢ−IＸＢ線断面図、
図９Ｃは前記図９Ｂの矢印IＸＣから見た図、図９Ｄは
前記図９Ｂの矢印IＸＤから見た図、図９Ｅは前記図９
Ｂの矢印IＸＥから見た図、図９Ｆは前記図９Ｂの矢印I
ＸＦから見た図、図９Ｇは前記図９ＢのIＸＧ−IＸＧ線
断面図である。図１０は前記図４に示す圧電体の説明図
で、図１０Ａは圧電体の断面図、図１０Ｂは圧電体の展
開図である。図１１は前記図４に示す圧電体の説明図
で、図１１Ａは斜視図、図１１Ｂは回路説明図である。

【００２１】図１において、透過型電子顕微鏡１は、内
部を真空に保持された鏡筒２を有し、鏡筒２上端に電子
銃３が設けられている。鏡筒２下端部には、観察窓４お
よび、実線で示す観察位置と二点鎖線で示す退避位置と
の間で移動可能な蛍光板５が設けられている。また、前
記蛍光板５の下方には電子顕微鏡画像を撮影するための
フィルムＦを撮影位置に配置するための装置が配置され
ている。前記電子銃３の下方には電子線照射調整用レン
ズ７が配置され、前記蛍光板５の上方には拡大用電子レ
ンズ８が配置されている。そして、前記電子線照射調整
用レンズ７および拡大用電子レンズ８の間には試料装着
部としてのゴニオステージＧＳが設けられている。ゴニ
オステージＧＳは、ホルダ装着孔９aを有する円筒状の
ホルダ装着部材９を有している。前記円筒状のホルダ装
着部材９の軸は、前記電子線の通路にほぼ直角に交差す
る方向（Ｘ軸方向）に延びている。ホルダ装着部材９
は、ゴニオステージＧＳの球面軸受けにより軸の向きが
調節可能に支持されている。なお図１、図２において、
１０は試料を透過した電子ビームの径を調整するための
絞りである。

【００２２】図３、図４において、前記ホルダ装着部材
９（図１、図２参照）によって支持される試料ホルダＨ
は、前記ホルダ装着孔９a（図１、図２参照）を貫通す
る円筒状のホルダ外筒１１（図３参照）を有している。
前記試料ホルダＨの軸（すなわち、ホルダ軸）は前記ホ
ルダ装着孔９aの軸と同様に、Ｘ軸方向に延びている。
ホルダ外筒１１は、前記鏡筒２の内側に挿入される導電
性の内端側外筒部材１２および鏡筒２の外側に配置され
る導電性の外端側外筒部材１３を有している。外端側外
筒部材１３はその内側面に段部１３a（図５Ｂ参照）が
形成され、後端側部分にはケーブル挿通孔１３b（図５
Ｂ参照）が形成されている。図３Ｂに示すように、内端
側外筒部材１２および外端側外筒部材１３はそれらの接
合部において嵌合し且つ、ねじ１４により結合されてい
る。ホルダ外筒１１の内端側外筒部材１２の内端部（前
記鏡筒２の内部に配置される部分の端部、すなわち、図
３のＸ側の端部）外周部には図４に示すＯリング１６を
収容するリング状のＯリング収容溝が形成されている。
前記Ｏリング１６は、前記ホルダ装着孔９a（図１参
照）の内側面に圧接して、Ｏリング１６の前方（Ｘ方
向）を後方（−Ｘ方向）の大気に対して気密に遮断する
ため部材である。

【００２３】図５において、前記ホルダ外筒１１の外端
側外筒部材１３の外端部（後端部）の外周部にはモータ
支持部材１７が結合されている。モータ支持部材１７は
ほぼ円筒状の部材であり、その前端（Ｘ端）に設けたフ
ランジ１７aおよび円筒状部分に形成された前後（Ｘ軸
方向）に延びるガイド溝１７b（図５Ａ参照）を有して
いる。モータ支持部材１７の後端にはプレート１８が連
結されている。プレート１８にはＸ方向粗動用モータ１
９が結合されている。前記Ｘ方向粗動用モータ１９の周
囲は前記モータ支持部材１７のフランジ１７aに固定さ
れたカバー２１により囲まれている。前記カバー２１の
後端にはケーブル支持部材２２が固定されており、ケー
ブル支持部材２２には、前記Ｘ方向粗動用モータ１９へ
の給電ケーブル２３が支持されている。前記Ｘ方向粗動
用モータ１９の出力軸２４は回転ブロック２６に連結さ
れている。回転ブロック２６は、円筒状外周側面に形成
された雄ねじおよび左方に延びる連結ロッド部２６aを
有している。回転ブロック２６の外周側面の前記雄ねじ
には円筒状のスライドブロック２７の内周側面に形成さ
れた雌ねじが螺合している。

【００２４】図５Ａにおいて、前記スライドブロック２
７には被ガイド部材２８が固定されている被ガイド部材
２８は前記ガイド溝１７bにスライド移動可能に係合し
ている。前記モータ支持部材１７には前記ガイド溝１７
bの両端にリミットスイッチ２９a，２９bが支持されて
おり、前記リミットスイッチ２９a，２９bは、前記被ガ
イド部材２８が当接したときに作動し、被ガイド部材２
８およびスライドブロック２７の前後方向（Ｘ軸方向）
の位置を検出する。前記リミットスイッチ２９a，２９b
の検出信号は、前記Ｘ方向粗動用モータ１９の駆動制御
に使用される。

【００２５】前記外端側外筒部材１３には略円筒状のロ
ッドガイド３１が固定支持されている。ロッドガイド３
１の外側面にはケーブル挿通溝３１aが形成され、内端
部分には前後に延びるガイド溝３１bが形成されてい
る。前記ロッドガイド３１の内周面には回転部材３２が
嵌合しており、回転部材３２の後端部分にはロッド部連
結孔３２aおよび回り止め用溝３２bが形成され、前端
（内端）側部分にはシャフト螺合用ねじ孔３２cが形成
されている。前記ロッド部連結孔３２aには前記連結ロ
ッド部２６aが嵌合し、連結ロッド部２６aに固定された
回り止め用ピン２６bが前記回り止め用溝３２bに相対回
転不能且つスライド可能に係合している。したがって、
前記Ｘ方向粗動用モータ１９の出力軸２４が回転する
と、回転ブロック２６が回転し、回転ブロック２６の回
転に連動して回転部材３２が回転するように構成されて
いる。そして、前記回転ブロック２６の回転により前記
スライドブロック２７および被ガイド部材２８が前記モ
ータ支持部材１７のガイド溝１７bに沿って前後（Ｘ軸
方向）にスライド移動し、それらの移動位置は前記リミ
ットスイッチ２９a，２９bにより検出される。そして、
前記リミットスイッチ２９a，２９bにより被ガイド部材
２８の位置が検出とされたときには前記Ｘ方向粗動用モ
ータ１９が停止されるように構成されている。

【００２６】前記回転部材３２のシャフト螺合用ねじ孔
３２cには、シャフト３３の後端部（−Ｘ側端部）が螺
合している。図３Ｂにおいて、シャフト３３は、その外
側面に第１ケーブル挿通溝３３aおよび第２ケーブル挿
通溝３３bが形成され、その前端（内端）部にはハーメ
チックシール収容孔３３c（図３Ｂ、図４参照）が形成
されている。図４において、前記ハーメチックシール収
容孔３３cには、その内端（前端）部に、段部３３d、ケ
ーブル挿通溝３３e、３３f（図４Ｂ参照）が形成されて
いる。また、図４に示すように、シャフト３３の内端部
（前端部）外周面にはＯリング３４を収容するＯリング
収容溝が形成されている。Ｏリング３４は、前記内端側
外筒部材１２内周面に密着して、その後側部分（外端側
部分）および前側部分（内端側部分）の空間を気密に遮
断している。シャフト３３には回り止め用ピン３５が固
定されており、回り止め用ピン３５（図３Ｂ、図５Ｂ参
照）は前記ガイド溝３１bにスライド可能且つ相対回転
不能に係合している。

【００２７】図３Ｂ、図５Ｂにおいて、前記シャフト３
３には、その軸方向に沿ってスライド移動可能な移動プ
レート３６および固定支持された固定プレート３７が支
持されており、それらの間には圧縮ばね３８が配置され
ている。前記移動プレート３６は外端側外筒部材１３の
内側面に形成された段部１３aに当接しており、固定プ
レート３７およびシャフト３３は前記圧縮ばね３８によ
り常時後方（−Ｘ方向）に押圧されている。前記移動プ
レート３６、固定プレート３７および圧縮ばね３８は、
前記シャフト３３の後端部（−Ｘ側端部）およびシャフ
ト螺合用ねじ孔３２cの螺合部分のガタを吸収する機能
を有している。

【００２８】図５Ｂにおいて、ケーブルＫは、ケーブル
挿通溝前記ケーブル挿通孔１３bおよびケーブル挿通孔
溝３１aを通って外端側外筒部材１３内側に導入され
る。図３Ｂにおいて、前記ケーブルＫは、前記シャフト
３３に形成された第１ケーブル挿通溝３３a、第２ケー
ブル挿通溝３３bを通って前記ハーメチックシール収容
孔３３c内に導入される。図４において、前記シャフト
３３内端部（前端部）のハーメチックシール収容孔３３
cの前記段部３３dにはハーメチックシール３９が固定さ
れている。ハーメチックシール３９には外端面（後端
面）および内端面（前端面）にそれぞれ４本の端子が設
けられており、外端面の４本の端子には前記ケーブルＫ
の４本の接続線が接続されている。前記４本の接続線
は、１本はアース用接続線であり、他の３本は後述の圧
電体のＸ変位用接続線、Ｙ変位用接続線、およびＺ変位
用接続線である。

【００２９】前記シャフト３３の内端（前端）には圧電
体支持部材４１が固定されている。圧電体支持部材４１
は図４Ａ、図６に示すように、中央に大径のフランジ部
４１a有し、その上部に接続線挿通溝４１b（図４Ｂ、図
６参照）を有し、下部にアース接続部材支持溝４１cを
有している。また、圧電体支持部材４１には軸方向（前
後）に延びる真空引き用孔４１d（図４Ｂ、図６参照）
が形成されている。前記圧電体支持部材４１のアース接
続部材支持溝４１cには、導電性のアース接続部材４２
（図４Ｂ参照）が固定されている。アース接続部材４２
は図４Ｂ、図７に示すように、フランジ部４２aおよび
部分円筒部４２bを有している。図４Ｂおよび図７から
分かるように、導電性のアース接続部材４２の部分円筒
部４２bの外側面（部分円筒面）は、前記圧電体支持部
材４１の内端部（前端部）の外周面と同一の半径を有し
ている。そして、前記圧電体支持部材４１の内端部（前
端部）の外周面およびアース接続部材４２の部分円筒部
４２bの外側面（部分円筒面）により円筒状の圧電体４
３の基端部が嵌合する円筒面が形成されている。前記ア
ース接続部材４２には前記ケーブルＫのアース用接続線
が接続されている。前記符号３３〜４２で示された要素
によりホルダ内側移動部材（３３〜４２）が構成されて
いる。前記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）は前記Ｘ
方向粗動用モータ１９および前記符号２４〜３２で示さ
れた要素（１９，２４〜３２）により、Ｘ軸方向に移動
（粗動）制御される。したがって、前記符号（１９，２
４〜３２）で示された要素（１９，２４〜３２）によ
り、前記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）のＸ軸方向
（ホルダ軸方向）の位置を粗調節する内側移動部材粗調
節装置（１９，２４〜３２）が構成されている。

【００３０】前記ホルダ内側移動部材（３３〜４２）に
より、基端部（外端部）が支持された円筒状の圧電体４
３は図１０、図１１に示すように、圧電体本体４３a
と、その内周面に形成されたアース電極４３bと、その
外側面に形成された円筒状のＸ駆動電極４３xと、軸回
りに１８０°ずれた位置に形成された一対のＹ駆動電極
４３y，４３yおよびＺ駆動電極４３z，４３zとを有して
いる。図１１において、前記Ｘ駆動電極４３x、Ｙ駆動
電極４３y，４３yおよびＺ駆動電極４３z，４３zは、そ
れぞれ可変抵抗Ｒx，Ｒy，Ｒzを介して、電源Ｂに接続
され、前記アース電極４３bはアースされる。前記圧電
体４３の各電極４３x，４３y，４３zと、可変抵抗Ｒx，
Ｒy，Ｒzおよび電源Ｂとの接続は、各電極と前記ハーメ
チックシール３９（図４参照）の内端面側の端子とを接
続する接続線および前記ケーブルＫのリード線により行
う。また、前記アース電極４３bは前記導電性のアース
接続部材４２（図４Ｂ参照）およびアース接続部材４２
と前記ハーメチックシール３９の内端面側の端子とを接
続する接続線および前記ケーブルＫのアース用リード線
によりアースされる。前記各電極４３x，４３y，４３z
に印加する電圧を前記可変抵抗Ｒx，Ｒy，Ｒzにより制
御することにより、前記圧電体４３の先端部（内端部）
の位置を精密に制御できるようになっている。

【００３１】前記圧電体４３の内端には円筒部４４aお
よびフランジ部４４bを有する連結部材４４（図４Ｂ参
照）が固定されている。連結部材４４には第１試料保持
部材４６の外端部が固定されている。第１試料保持部材
４６は、図８に示すように、円板状フランジ４６aと、
その後端側に設けられ、前記連結部材４４の円筒部４４
aに嵌合する被嵌合部４６bと、前記円板状フランジ４６
aの前端側に設けられた厚さの分厚いばね固定部４６c
と、ばね固定部に設けられたばね係止用ねじ孔４６dお
よびアース用ねじ孔４６eと、前記ばね固定部４６cから
前方に突出する厚さの薄い試料保持部４６fとを有して
いる。前記試料保持部４６fは、その左右（Ｙ軸方向）
方向の両側の厚さのやや分厚い部分４６f1（図８Ａ参
照）と、前記左右方向中央部の厚さの薄い試料載置部４
６f2（図８Ａ参照）とを有している。図４において、前
記試料保持部４６fに載置した第１試料Ｓ1を押圧固定す
る板ばね４７は、前記ばね係止用ねじ孔４６dに螺合す
るねじ４８により後端部が固定されている。

【００３２】図４において、前記内端側外筒部材１２の
内端（前端）部には導電性の第２試料保持部材５１が固
定されている。図４、図９において、前記第２試料保持
部材５１は、後端側の円筒部５２と、前記円筒部５２の
前端面を形成する端面プレート部５３と、前記端面プレ
ート部５３から前方に突出する水平プレート部５４とを
有している。前記端面プレート部５３には開口５３aが
形成されている。前記開口５３aは、前記図８に示す第
１試料保持部材４６のばね固定部４６cおよび試料保持
部４６fが貫通するための開口である。前記水平プレー
ト部５４には開口５４aが形成されている。開口５４a
は、前記図８に示す第１試料保持部材４６のばね固定部
４６cおよび試料保持部４６fを収容する部分である。前
記水平プレート５４の先端部（内端部）には第２試料載
置部５４bが設けられている。第２試料載置部５４bの左
右両端部には、ばね固定ねじ孔５４c，５４cが形成され
ている。図４において、第２試料載置部５４bに載置さ
れた第２試料Ｓ2を押圧固定する板ばね５５は、前記固
定ねじ孔５４c，５４cに螺合するねじ５６，５６により
両端が固定されている。

【００３３】図４Ａにおいて、前記ばね固定部４６cに
形成されたアース用ねじ孔４６eに螺合するねじ５７
と、前記第２試料保持部材５１のネジ孔に螺合するねじ
５８とはアース用接続線５９により接続されている。し
たがって、前記第１試料保持部材４６は前記第２試料保
持部材５１に電気的に接続されている。そして、第２試
料保持部材５１は、前記導電性の内端側外筒部材１２お
よび外端側外筒部材１３を介してアースされており、第
１試料保持部材４６および第２試料保持部材５１に電荷
が蓄積されないように構成されている。前記符号１１〜
５９で示された要素により試料ホルダＨが構成されてい
る。

【００３４】前記第２試料保持部材５１に保持された第
２試料Ｓ2と前記第１試料保持部材４６に保持された第
１試料Ｓ1とはＸ軸方向（ホルダ軸方向）に離れて配置
されているが、前記内側移動部材粗調節装置（１９，２
４〜３２）により接近させることができる。また、前述
したように、前記圧電体４３の前記各電極４３x，４３
y，４３zに印加する電圧を前記可変抵抗Ｒx，Ｒy，Ｒz
により制御することにより、前記圧電体４３の先端部
（内端部）の位置を精密に制御できるようになってい
る。したがって、前記圧電体４３、前記ケーブルＫ、前
記可変抵抗Ｒx，Ｒy，Ｒz、および前記電源Ｂ等によ
り、圧電体４３先端部に保持された第１試料保持部材４
６に保持した前記第１試料を、前記ホルダ軸（Ｘ軸）を
含む３軸方向に精密に位置調節することができる。した
がって、前記圧電体４３、前記ケーブルＫ、前記可変抵
抗Ｒx，Ｒy，Ｒz、および前記電源Ｂ等により、第１試
料Ｓ1を前記第２試料Ｓ2に当接させる試料位置精密調節
装置（４３＋Ｋ＋Ｒx＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）が構成されてい
る。

【００３５】（実施例１の作用）前述の構成を備えた実
施例の試料ホルダＨのホルダ外筒１１は、鏡筒２に設け
たゴニオステージＧＳの円筒状のホルダ装着部材９のホ
ルダ装着孔９aに装着されて使用される。その場合、前
記ゴニオステージＧＳのホルダ装着孔９aにより支持さ
れた試料ホルダＨは、ホルダ外筒１１の軸（ホルダ軸）
に沿ってスライドさせることにより軸方向の位置を調節
することができる。また、前記試料ホルダＨを支持する
円筒状のホルダ装着部材９をゴニオステージＧＳの球面
軸受けにより回動させることにより、試料ホルダＨのホ
ルダ軸の向き（水平方向）およびホルダ軸周りの回転位
置を調節することができる。したがって、前記ホルダ外
筒１１のホルダ軸方向の位置を調節して、ホルダ外筒１
１の内端部に支持された第２試料保持部材５１のホルダ
軸方向の位置を調節する。そして、前記第２試料保持部
材５１に保持された第２試料Ｓ2の後端面（−Ｘ側の端
面）を電子ビームの通路に配置する。

【００３６】この状態で、前記ホルダ外筒１１により支
持されたホルダ内側移動部材（３３〜４２）を、内側移
動部材粗調節装置（１９，２４〜３２）により前記ホル
ダ軸に沿って移動させ、前記ホルダ内側移動部材（３３
〜４２）の前記ホルダ軸方向の位置を調節する。前記ホ
ルダ内側移動部材（３３〜４２）の移動により、ホルダ
内側移動部材（３３〜４２）の内端部に圧電体４３を介
して支持された第１試料保持部材４６に保持された前記
第１試料Ｓ1は前記第２試料Ｓ2に接近して配置される。
この状態で、試料位置精密調節装置（４３＋Ｋ＋Ｒx＋
Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）により、前記圧電体４３に作動電圧を印
加して前記第１試料Ｓ1を前記ホルダ軸を含む３軸方向
に高精度に位置調節して前記第２試料Ｓ2に当接させ
る。このとき、試料位置精密調節装置（４３＋Ｋ＋Ｒx
＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）は、前記第１試料Ｓ1を第２試料Ｓ2に
原子間距離のレベルで高精度に位置制御しながら接近さ
せることができる。その場合、両試料間に原子間引力が
働く。このときの両試料の原子の状態を観察することが
できる。

【００３７】（実施例２）図１２は本発明の実施例２の
試料保持装置を備えた電子顕微鏡の全体図である。図１
３は同実施例２の要部説明図で、図１３Ａは同実施例２
の平面図、図１３Ｂは前記図１３ＡのＸIIIＢ−ＸIIIＢ
線断面図である。なお、この実施例２の説明において、
前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の
符号を付して、その詳細な説明を省略する。この実施例
２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の
点では前記実施例１と同様に構成されている。図１２に
おいて、透過型電子顕微鏡１の鏡筒２には第１ゴニオス
テージＧＳ1に対向して第２ゴニオステージＧＳ2が設け
られている。したがって、前記図１に示す絞り１０は省
略されている。前記第１ゴニオステージＧＳ1および第
２ゴニオステージＧＳ2は前記図１に示す実施例１のゴ
ニオステージＧＳと同様に構成されている。前記第１ゴ
ニオステージＧＳ1および第２ゴニオステージＧＳ2には
前記実施例１の試料ホルダＨとほぼ同様の試料ホルダＨ
1，Ｈ2が支持されている。図１３に示すように、試料ホ
ルダＨ1，Ｈ2は前記実施例１の図４に示す試料ホルダＨ
とほぼ同様に構成されているが、前記図４に示す試料ホ
ルダＨの第２試料保持部材５１の代わりに、アース接続
部材５１′が設けられている点で相違している。アース
接続部材５１′は、前記第２試料保持部材５１の水平プ
レート部５４が短く形成されており、アース用接続線５
９を固定するためのねじ５８を支持する部分を除いて、
その前方部分が切除されている。

【００３８】図１３から分かるように、試料ホルダＨ
1，Ｈ2は同様に構成されており、この図１３に示す本発
明の実施例２では試料ホルダＨ1の試料保持部材４６
は、第１試料Ｓ1を保持する第１試料保持部材として使
用されており、試料ホルダＨ2の試料保持部材４６は第
２試料Ｓ2を保持する第２試料保持部材として使用され
ている。前記試料ホルダＨ1およびＨ2の各圧電体４３の
先端部の位置を制御することにより、前記第１試料Ｓ1
および第２試料Ｓ2の先端部を接近させて、それらの接
合状態を観察することができる。

【００３９】（実施例３）図１４は本発明の実施例３の
試料保持装置を備えた電子顕微鏡の要部説明図で、図１
４Ａは同実施例３の平面図で前記実施例２の図１３Ａに
対応する図、図１４Ｂは前記図１４ＡのＸIＶＢ−ＸIＶ
Ｂ線断面図で前記実施例２の図１３Ｂに対応する図であ
る。なお、この実施例３の説明において、前記実施例２
の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し
て、その詳細な説明を省略する。この実施例３は、下記
の点で前記実施例２と相違しているが、他の点では前記
実施例１と同様に構成されている。図１４において、試
料保持部材４６には加熱用のヒータ（加熱部材）６１を
装着する部分が設けられている。この実施例３では、前
記ヒータ６１により試料保持部材４６に保持された第１
試料Ｓ1および第２試料Ｓ2を加熱した状態での各試料Ｓ
1およびＳ2を接近させたときの接合状態を観察すること
ができる。

【００４０】（変更例）以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更
実施例を下記に例示する。

【００４１】（Ｈ01）前記実施例１において、前記ホル
ダ外筒１１の内端部に圧電体を介することなく試料を保
持する代わりに、前記ホルダ外筒１１の内端部より圧電
体の基端部を支持し、その圧電体の先端部により試料保
持部材を支持することが可能である。その場合、ホルダ
内側移動部材（３３〜４２）の内端部により圧電体の基
端部を支持し、前記圧電体の先端部により試料保持部材
を保持する代わりに、ホルダ内側移動部材（３３〜４
２）の内端部に圧電体を介することなく、試料保持部材
を支持することが可能である。 （Ｈ02）前記第１試料Ｓ1および第２試料Ｓ2に直接加熱
用電流を流すことにより、加熱状態の試料Ｓ1およびＳ2
の接合状態を観察することも可能である。

【００４２】

【発明の効果】前述の本発明の試料ホルダおよび試料保
持装置は、下記の効果を奏することができる。 （Ｅ01）２個の試料の対向する表面を接近させた場合の
前記各試料の接近した部分の変化を観察することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施例１の試料ホルダが透過
型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）に装着された状態を示
す図である。

【図２】 図２は前記図１の矢印IIで示す部分の拡大図
である。

【図３】 図３は前記図２に示す試料ホルダの拡大説明
図で、図３Ａは平面図、図３Ｂは図３ＡのIIIＢ−IIIＢ
線断面図である。

【図４】 図４は前記図３の試料ホルダの先端部分の拡
大説明図で、図４Ａは平面図であり前記図３Ａの矢印I
ＶＡで示す部分の拡大説明図、図４Ｂは前記図４ＡのI
ＶＢ−IＶＢ線断面図である。

【図５】 図５は前記図３の試料ホルダの外端部分の拡
大説明図で、図５Ａは平面図であり前記図３Ａの矢印Ｖ
Ａで示す部分の拡大説明図、図５Ｂは前記図５ＡのＶＢ
−ＶＢ線断面図である。

【図６】 図６は前記図４に示す圧電体支持部材の説明
図で、図６Ａは側断面図、図６Ｂは前記図６Ａの矢印Ｖ
IＢから見た図である。

【図７】 図７は前記図４に示す圧電体用アース部材の
説明図で、図７Ａは側断面図、図７Ｂは前記図７Ａの矢
印ＶIIＢから見た図である。

【図８】 図８は前記図４に示す第１試料保持部材の説
明図で、図８Ａは平面図、図８Ｂは前記図８Ａの矢印Ｖ
IIIＢから見た図、図８Ｃは前記図８Ｂの矢印ＶIIIＣか
ら見た図である。

【図９】 図９は前記図４に示す第２試料保持部材の説
明図で、図９Ａは平面図、図９Ｂは前記図９ＡのIＸＢ
−IＸＢ線断面図、図９Ｃは前記図９Ｂの矢印IＸＣから
見た図、図９Ｄは前記図９Ｂの矢印IＸＤから見た図、
図９Ｅは前記図９Ｂの矢印IＸＥから見た図、図９Ｆは
前記図９Ｂの矢印IＸＦから見た図、図９Ｇは前記図９
ＢのIＸＧ−IＸＧ線断面図である。

【図１０】 図１０は前記図４に示す圧電体の説明図
で、図１０Ａは圧電体の断面図、図１０Ｂは圧電体の展
開図である。

【図１１】 図１１は前記図４に示す圧電体の説明図
で、図１１Ａは斜視図、図１１Ｂは回路説明図である。

【図１２】 図１２は本発明の実施例２の試料保持装置
を備えた電子顕微鏡の全体図である。

【図１３】 図１３は同実施例２の要部説明図で、図１
３Ａは同実施例２の平面図、図１３Ｂは前記図１３Ａの
ＸIIIＢ−ＸIIIＢ線断面図である。

【図１４】 図１４は本発明の実施例３の試料保持装置
を備えた電子顕微鏡の要部説明図で、図１４Ａは同実施
例３の平面図で前記実施例２の図１３Ａに対応する図、
図１４Ｂは前記図１４ＡのＸIＶＢ−ＸIＶＢ線断面図で
前記実施例２の図１３Ｂに対応する図である。

【符号の説明】

Ｓ1…第１試料、Ｓ2…第２試料。２…鏡筒、３…電子
銃、９…ホルダ装着部材、１１…ホルダ外筒、４３…圧
電体、４６…第１試料保持部材、５１，４６…第２試料
保持部材、６１…加熱部材（ヒータ）。（３３〜４２）
…ホルダ内側移動部材、（１９，２４〜３２）…内側移
動部材粗調節装置、（４３＋Ｋ＋Ｒx＋Ｒy＋Ｒz＋Ｂ）
…試料位置精密調節装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 俊二 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号 日 本電子株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−106873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−119847（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206333（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−316602（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−80755（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/20 H01J 37/26 - 37/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の要件を備えた試料ホルダ、 （Ａ01）電子銃から出射する電子線の通路の外側を囲む
   ように配置された電子顕微鏡の鏡筒を貫通する筒状のホ
   ルダ装着部材により、前記電子線の通路に交差するホル
   ダ軸方向に沿ってスライド可能に支持されたホルダ外
   筒、 （Ａ02）前記ホルダ外筒により前記ホルダ軸に沿って移
   動可能に支持されたホルダ内側移動部材、 （Ａ03）前記ホルダ内側移動部材の前記ホルダ軸方向の
   位置を調節する内側移動部材粗調節装置、 （Ａ04）前記ホルダ内側移動部材および前記ホルダ外筒
   の一方の内端部により基端部が支持され、先端部が前記
   ホルダ軸方向および前記ホルダ軸に垂直で且つ互いに垂
   直な２軸方向に移動可能な圧電体、 （Ａ05）前記圧電体の先端部に支持され、第１試料を保
   持する第１試料保持部材、 （Ａ06）前記ホルダ内側移動部材および前記ホルダ外筒
   の他方の内端部に設けられ、前記第１試料に対向する位
   置に第２試料を保持する第２試料保持部材、 （Ａ07）前記圧電体に作動電圧を印加して前記第１試料
   を前記ホルダ軸を含む３軸方向に位置調節して前記第２
   試料に当接させる試料位置精密調節装置。
2. 【請求項２】 下記の要件を備えた試料保持装置、 （Ｃ01）電子銃から出射する電子線の通路の外側を囲む
   ように配置された電子顕微鏡の鏡筒を貫通する筒状のホ
   ルダ装着部材により、前記電子線の通路に交差するホル
   ダ軸方向に沿ってスライド可能に支持されたホルダ外
   筒、 （Ｃ02）前記ホルダ外筒により前記ホルダ軸に沿って移
   動可能に支持されたホルダ内側移動部材、 （Ｃ03）前記ホルダ内側移動部材の内端部に基端部が支
   持され、先端部が前記ホルダ軸方向および前記ホルダ軸
   に垂直で且つ互いに垂直な２軸方向に移動可能な圧電
   体、 （Ｃ04）前記圧電体の先端部に支持された第１試料を保
   持する第１試料保持部材、 （Ｃ05）前記圧電体に作動電圧を印加して前記ホルダ軸
   を含む３軸方向に前記第１試料保持部材を位置調節する
   試料位置精密調節装置、 （Ｃ06）前記電子線の通路であって且つ前記第１試料保
   持部材に保持された第１試料が当接可能な位置に第２試
   料を保持する第２試料保持部材。