JP5890626B2 - ゴニオステージ、及び当該ゴニオステージを有する電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、ゴニオステージ、及び当該ゴニオステージを有する電子顕微鏡に関し、特に、制振手段を有するゴニオステージ、及び当該ゴニオステージを有する電子顕微鏡に関する。

近年、透過型電子顕微鏡（TEM：Transmission Electron Microscope）、走査透過型電子顕微鏡（STEM：Scanning Transmission Electron Microscope）等の電子顕微鏡における高分解能解析が進んでおり、例えば、ナノオーダーからピコオーダーへと高分解能解析が要望されてきている。既存のゴニオステージ（Gonio）では試料ホルダー（Holder）を保持する機構は、試料ホルダー（Holder）を、ローラー等その他の部材で支えているだけである。例えば、ホルダ装着孔２３aと、内端部分の外側に形成された球面２３ｂとを有するホルダ装着部材２３が知られている（特許文献１）

特開２０００−３１５４７１号公報

しかしながら、特許文献１を含め従来技術においては、試料ホルダー（Holder）軸部材の重心自体は、ゴニオステージ（Gonio）内でフリーであり、外乱より受けた振動が、ゴニオステージ（GonioはTEM本体に固定されていて、TEM本体を構成している）の固有振動とは、別途の固有振動を発生する。その結果、TEM光軸に対し、試料ホルダー（Holder）の固有振動は観察試料位置のブレとなる。それにより、試料ホルダー（Holder）が持つ固有振動が浮上してきた。したがって、試料ホルダーが有する固有振動を阻止し得る新たな機構の開発が望まれていた。しかし、このような機構はこれまで存在しない。

そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決すべく、試料ホルダーが有する固有振動を少しでも緩和するゴニオステージを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者は、ゴニオステージ及び試料ホルダーとの装着機構について鋭意検討を行った結果、本発明を見出すに至った。

本発明のゴニオステージは、試料ホルダーの固有振動を低減するための制振手段を有するゴニオステージであって、前記制振手段は、前記ゴニオステージの保持筒に搭載され、かつ、前記試料ホルダーをクランプし、前記ゴニオステージと前記試料ホルダーとを固定するコレット機構であることを特徴とする。

本発明のゴニオステージの好ましい実施態様において、前記コレット機構が、前記試料ホルダーの軸重心位置で前記試料ホルダーをクランプすることを特徴とする。

本発明のゴニオステージの好ましい実施態様において、さらに、固定部を有することを特徴とする。

本発明のゴニオステージの好ましい実施態様において、前記固定部は、前記コレット機構によるクランプ部分以外の部分に配することを特徴とする。

本発明の電子顕微鏡は、本発明のゴニオステージを有することを特徴とする。

本発明のゴニオステージによれば、試料ホルダーをゴニオステージ、ひいては電子顕微鏡と一体化させることができるので、試料ホルダーの固有振動を自由に制御することが可能となるという有利な効果を奏する。さらに、本発明の電子顕微鏡によれば、試料ホルダーの固有振動を軽減させる事が出来る結果、高分解能解析のData取得能力が向上するという有利な効果を奏する。

図１は、本発明において適用可能な透過型電子顕微鏡の一例における基本構成の概念図を示す。 図２は、本発明の一例におけるゴニオステージの態様を示す。

本発明のゴニオステージは、試料ホルダーの固有振動を低減するための制振手段を有する。本発明において、制振手段としては、振動を減衰させることが可能な手段であれば、特に限定されることはない。例えば、試料ホルダーの振動を減衰させるように振動させることにより制振効果を発揮する制振装置や、ダンパーなどを使用してもよい。また、好ましい実施態様において、前記制振手段が、コレット機構によるものであることを特徴とする。コレットとは、一般に、工作機械部品（旋盤）の一種で、工作物を加工する際に、工作物を保持するための部品であるが、本明細書において、試料ホルダーを保持することにより、試料ホルダーの固有振動を減衰させることが可能であれば、コレット機構は、形状、構造等について特に限定されない。また、好ましい実施態様において、前記コレット機構が、前記試料ホルダーの軸重心位置で前記試料ホルダーをクランプする。試料ホルダーの軸重心位置においてクランプすることにより、試料ホルダーの固有振動を大幅に軽減することができる。高分解能の解析においては、特に試料ホルダーの固有振動によって観察試料位置のブレが問題となるが、このようなブレの問題も解決することができる。

このようにゴニオステージ（Gonio）の保持筒に試料ホルダーを掴むコレット機構を搭載することによってもホルダー軸重心位置で完全にクランプさせることができる。これにより、試料ホルダーは、ゴニオステージと一体化することが可能となり、試料ホルダーの固有振動を抑えることが可能となる。

また、本発明のゴニオステージの好ましい実施態様において、さらに、固定部を有する。固定部は、試料ホルダーを固定する部分である。また、本発明の好ましい態様において、前記固定部が、前記コレット機構によるクランプ部分以外の部分に配する。コレット機構によるクランプ部分以外の部分の固定部において、試料ホルダーを固定することにより、より試料ホルダーの固有振動を減衰させることが可能となる。固定部の位置は特に限定されないが、例えば、試料ホルダーの先端部及び／又は後端部に設けることができる。固定部は、制振手段を用いてもよく、ローラー等で試料ホルダーを支えるようなものであってもよい。固定部により、試料ホルダーの固有振動を、さらに減衰させることが可能となる。また、固定部の固定部材は、リテーナー、ダンパー等であってもよい。

また、本発明の電子顕微鏡は、上述した本発明のゴニオステージを有することを特徴とする。電子顕微鏡については、特に限定されるものではない。図１は、本発明において適用可能な透過型電子顕微鏡の一例における基本構成の概念図を示す。図1中、１は真空領域部、２は電子加速電極、３は絶縁ガス領域、４はＸ線吸収部材、５はコンデンサー絞り（可動機構部）、６は対物絞り(可動機構部)、７は視野制限絞り（可動機構部）、８は第２中間結像レンズ、９は投影レンズ、１０は観察ガラス窓、１１は蛍光スクリーン、１２は画像取得用カメラ、１３はカメラ室、１４は真空仕切りバルブ、１５は第１中間結像レンズ、１６は後焦点レンズ、１７は対物（下極）レンズ、１８は対物（上極）レンズ、１９は第２収束レンズ、２０は第１収束レンズ、２１は真空仕切りバルブ、２２は絶縁硝子、２３は電子線光源（フィラメント）、２４は高電圧送ケーブルを、それぞれ示している。２５は、電子線偏向子、または非点補正子用のコイル部材を示し、２６は、各収束電子レンズのコイル部材を示している。このような一例による電子顕微鏡に本発明のゴニオステージを組み込むことが可能である。

図２は、本発明の一例におけるゴニオステージの態様を示したものである。３１はゴニオステージのＸ軸制御で観察可能な試料の取り付け位置、３２は試料ホルダー、３３は試料ホルダー軸部、３４は試料ホルダー保持筒に有する試料位置の駆動支点にあたる部位、３５は試料ホルダーの取手部、３８は試料ホルダーの保持筒（ここに試料ホルダーが収まる。）、３９は試料ホルダーの保持筒の挿入口面、４１はゴニオステージ機構のフレーム（図例では、筒状を表す）、４２は電子顕微鏡鏡筒内部の真空な部分、４３は電子線経路で、符号４４と直行するＹ軸の中心線（β軸回り）、４４は試料ホルダー略長手方向のＸ軸の中心線（α軸回り）、４５は電子顕微鏡鏡筒、４６は試料ホルダーに取り付けられた真空遮断用Ｏリング、４７は電子顕微鏡とゴニオステージの符号３４との真空遮断Ｏリング、４８は試料ホルダーのＹ軸駆動用リニアアクチュエーター、４９は試料ホルダーのＹ軸押し返しピン、５０は符号４９に力を与える、押しバネスプリング、５１は試料ホルダーのＸ軸駆動用リニアアクチュエーター、５２は符号５１の駆動ピン、５３はＸ軸駆動力伝達に用いるリンク部材、５４は固定部（ローラーなど、後端部）、５５は固定部（ローラーなど、先端部）、５６は制振手段を、それぞれ示す。

図２において、制振手段５６によって、試料ホルダーの軸重心位置で前記試料ホルダーをクランプしているようすを示している。図２においては、この他、試料ホルダーの先端部及び後端部において、固定部として、ローラーを用いて試料ホルダーを支えているが、当該固定部はあってもなくてもよく、必須ではない。また、この図２に示す以外に、他に、ダンパーを複数個所設置して、試料ホルダーの固有振動を減衰させてもよく、制振手段を複数個所設置して、試料ホルダーの固有振動を減衰させてもよい。試料ホルダーを、ゴニオステージ、ひいては、電子顕微鏡と一体となる程度に、クランプして、所望の分解能解析に応じて、階層的に減衰の程度を調整することも可能である。目的、用途等に応じて、階層的に、多段階的に、固定の程度を調整可能である。

試料ホルダー（Holder）の固有振動を緩和させる事ができれば、ナノオーダーからピコオーダーへ解析能力の向上に寄与し、広範な技術分野において適用可能である。

１ 真空領域部
２ 電子加速電極
３ 絶縁ガス領域
４ Ｘ線吸収部材
５ コンデンサー絞り（可動機構部）
６ 対物絞り(可動機構部)
７ 視野制限絞り（可動機構部）
８ 第２中間結像レンズ
９ 投影レンズ
１０ 観察ガラス窓
１１ 蛍光スクリーン
１２ 画像取得用カメラ
１３ カメラ室
１４ 真空仕切りバルブ
１５ 第１中間結像レンズ
１６ 後焦点レンズ
１７ 対物（下極）レンズ
１８ 対物（上極）レンズ
１９ 第２収束レンズ
２０ 第１収束レンズ
２１ 真空仕切りバルブ
２２ 絶縁硝子
２３ 電子線光源（フィラメント）
２４ 高電圧送ケーブル
２５ この印は、電子線偏向子、または非点補正子用のコイル部材を示す
２６ この印は、各収束電子レンズのコイル部材を示す
３１ ゴニオステージのＸ軸制御で観察可能な試料の取り付け位置
３２ 試料ホルダー
３３ 試料ホルダー軸部
３４ 試料ホルダー保持筒に有する試料位置の駆動支点にあたる部位
３５ 試料ホルダーの取手部
３８ 試料ホルダーの保持筒（ここに試料ホルダーが収まる。）
３９ 試料ホルダーの保持筒の挿入口面
４１ ゴニオステージ機構のフレーム（図例では、筒状を表す）
４２ 電子顕微鏡鏡筒内部の真空な部分
４３ 電子線経路で、符号４４と直行するＹ軸の中心線（β軸回り）
４４ 試料ホルダー略長手方向のＸ軸の中心線（α軸回り）
４５ 電子顕微鏡鏡筒
４６ 試料ホルダーに取り付けられた真空遮断用Ｏリング
４７ 電子顕微鏡とゴニオステージの符号３４との真空遮断Ｏリング
４８ 試料ホルダーのＹ軸駆動用リニアアクチュエーター
４９ 試料ホルダーのＹ軸押し返しピン
５０ 符号４９に力を与える、押しバネスプリング
５１ 試料ホルダーのＸ軸駆動用リニアアクチュエーター
５２ 符号５１の駆動ピン
５３ Ｘ軸駆動力伝達に用いるリンク部材
５４ 固定部（ローラーなど、後端部）
５５ 固定部（ローラーなど、先端部）
５６ 制振手段

Claims (5)

1. 試料ホルダーの固有振動を低減するための制振手段を有するゴニオステージであって、前記制振手段は、前記ゴニオステージの保持筒に搭載され、かつ、前記試料ホルダーをクランプし、前記ゴニオステージと前記試料ホルダーとを固定するコレット機構であることを特徴とするゴニオステージ。
2. 前記コレット機構が、前記試料ホルダーの軸重心位置で前記試料ホルダーをクランプすることを特徴とする請求項１記載のゴニオステージ。
3. さらに固定部を有する請求項１又は２に記載のゴニオステージ。
4. 前記固定部は、前記コレット機構によるクランプ部分以外の部分に配することを特徴とする請求項３記載のゴニオステージ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴニオステージを有する電子顕微鏡。
   

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