JP6009980B2 - ホルダー、荷電粒子線装置、および真空装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホルダー、荷電粒子線装置、および真空装置に関する。

電子顕微鏡等で試料を原子レベルの高い観察倍率で観察する際や試料を高い精度で分析する場合に、試料のドリフトが問題となる場合がある。

試料のドリフトの原因としては、例えば、試料ホルダーやゴニオメーターなどの熱的、機械的不安定性に起因するもの、電子レンズの熱的不安定性に起因するもの、試料の変形や試料のチャージアップに起因するものなどが挙げられる。例えば特許文献１には、試料ホルダーに装着されるＯリングの弾性変形が、試料をドリフトさせる原因の一つとなると記載されている。

ここで、透過電子顕微鏡では、試料の支持は、一般的に先端に試料保持部を有する試料ホルダーによって行われる。このような試料ホルダーとして、多数の試料を保持できる多試料装填台を備えた試料ホルダーが知られている。

図１３は、多試料装填台を備えた、従来の試料ホルダー１０００を上方から見た模式図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。図１５は、試料ホルダー１０００の試料切替多段カム１００５を模式的に示す斜視図である。

試料ホルダー１０００は、例えば、図１３〜図１５に示すように、多試料装填台１００１と、試料切替ノブ１００２と、Ｏリング１００３と、スライド動力伝達シャフト１００４と、試料切替多段カム１００５と、多段カム位置決めベアリング１００６と、筒体１００７と、を含んで構成されている。

多試料装填台１００１には、複数（図示の例では４個）の試料が装填できる。透過電子顕微鏡の試料室に試料ホルダー１０００を挿入した状態で、多試料装填台１００１に装填された試料を切り替える場合には、試料切替ノブ１００２を回し、試料切替多段カム１００５を回転させる。このとき、多段カム位置決めベアリング１００６が試料切替多段カム１００５の斜面を転動し（図１５参照）、回転動力伝達シャフト１００４とＯリング１００３とが試料ホルダー１０００の軸方向に動作する。これにより、試料を切り替えることができる。試料ホルダー１０００の軸方向における試料の位置決めは、多段カム位置決めベアリング１００６が試料切替多段カム１００５の切欠きに落ち込むことでなされる。

試料ホルダー１０００では、多試料装填台１００１に装填した試料を切り替える機構にＯリング１００３を用いているため、試料を切り替える際に、Ｏリング１００３がスライド摺動（試料ホルダー１０００の軸方向への摺動）し、筒体１００７との間に発生する摩擦力によって変形する。変形したＯリング１００３には、応力が発生する。Ｏリング１００３に生じた応力は、時間経過とともに徐々に緩和される。このＯリング１００３に生じる応力緩和により、Ｏリング１００３に加わる力のバランスが崩れ、試料を切り替えた後も、試料ホルダーが移動しつづけるドリフト（アフタードリフト）が発生する。

このような応力緩和によるドリフトは、透過電子顕微鏡の試料ホルダーに限らず、荷電粒子線装置や真空装置のホルダーでも問題となる。

特開昭６２−９８５４５号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、ドリフトを抑制できるホルダー、荷電粒子線装置、および真空装置を提供することができる。

（１）本発明に係るホルダーは、
第１開口と第２開口とを有する筒体と
前記第１開口側に配置され、前記筒体内を直線運動可能な第１シャフト部と、
前記第２開口側に配置され、前記筒体内を回転運動可能な第２シャフト部と、
前記第２シャフト部の回転運動を、直線運動に変換して前記第１シャフト部に伝達する変換部と、
前記第１シャフト部に設けられ、対象物を保持可能な保持部と、
前記第２シャフト部と前記筒体との間を気密に封止するシール部と、
を含む。

このようなホルダーによれば、保持部に保持された対象物を移動させる際に、シール部を、スライド摺動ではなく、回転摺動させることができる。これにより、シール部の応力緩和によるドリフト（アフタードリフト）を生じさせないことができる。したがって、このようなホルダーによれば、ドリフトを抑制することができる。

（２）本発明に係るホルダーにおいて、
前記保持部は、前記第１シャフト部の軸方向に複数設けられていてもよい。

（３）本発明に係るホルダーにおいて、
前記保持部は、前記第１シャフト部の軸方向に配列された複数の貫通孔を有する絞り板を保持していてもよい。

（４）本発明に係るホルダーにおいて、
前記第２シャフト部を回転させるための把持部を含んでいてもよい。

（５）本発明に係るホルダーにおいて、
前記第２シャフト部を回転駆動する駆動部を含んでいてもよい。

（６）本発明に係るホルダーにおいて、
前記変換部は、前記第２シャフト部の回転に伴って回転可能に設けられている立体カムであってもよい。

（７）本発明に係るホルダーにおいて、
前記第２シャフト部には、前記立体カムの開口部に挿入され、前記第２シャフト部の回転運動を前記立体カムに伝達する突出部が設けられ、
前記第２シャフト部の軸方向において、前記立体カムの開口部の大きさは、前記突出部の大きさよりも大きくてもよい。

（８）本発明に係るホルダーにおいて、
前記立体カムは、第１カム面および第２カム面を有し、
前記第１シャフト部には、前記第１カム面を転動する第１ベアリング、および前記第２カム面を転動する第２ベアリングが設けられていてもよい。

（９）本発明に係るホルダーにおいて、
前記変換部は、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の一方に設けられたナット部、および前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の他方に設けられたねじ軸部を有する滑りねじ装置であってもよい。

（１０）本発明に係る荷電粒子線装置は、
本発明に係るホルダーを含む。

このような荷電粒子線装置によれば、本発明に係るホルダーを含むため、ドリフトを抑制することができる。

（１１）本発明に係る真空装置は、
本発明に係るホルダーを含む。

このような真空装置によれば、本発明に係るホルダーを含むため、ドリフトを抑制することができる。

第１実施形態に係るホルダーを上方から見た模式図。 第１実施形態に係るホルダーを模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るホルダーの一部を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るホルダーの変換部を模式的に示す斜視図。 第１実施形態の第１変形例に係るホルダーの一部を模式的に示す断面図。 第１実施形態の第２変形例に係るホルダーを上方から見た模式図。 第１実施形態の第２変形例に係るホルダーの一部を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係るホルダーを模式的に示す断面図。 第２実施形態に係るホルダーの一部を模式的に示す断面図。 第２実施形態の変形例に係るホルダーの一部を模式的に示す断面図。 第３実施形態に係る荷電粒子線装置の構成を説明するための図。 第３実施形態の変形例に係る荷電粒子線装置の試料位置決め装置を模式的に示す断面図。 従来の試料ホルダーを上方から見た模式図。 従来の試料ホルダーを模式的に示す断面図。 従来の試料ホルダーの試料切替多段カムを模式的に示す斜視図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． ホルダーの構成
まず、第１実施形態に係るホルダーの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るホルダー１００を上方から見た模式図である。図２は、ホルダー１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、ホルダー１００の一部を模式的に示す断面図であり、図２の一部拡大図である。

ホルダー１００は、図１〜図３に示すように、筒体１０と、第１シャフト部２０と、第２シャフト部３０と、変換部４０と、保持部５０と、シール部６０と、を含む。ホルダー１００は、さらに、把持部７０と、Ｏリング８０と、を含むことができる。

本実施形態では、ホルダー１００が、透過電子顕微鏡の試料ホルダーである場合について説明する。ホルダー１００は、複数（図示の例では４つ）の試料を保持（装填）することができる試料ホルダーである。ホルダー１００では、透過電子顕微鏡の試料室に挿入された状態で、試料の切り替えを行うことができる。具体的には、ホルダー１００では、透過電子顕微鏡の試料室に挿入された状態で、透過電子顕微鏡の光軸上に位置している試料を移動させて、他の試料を当該光軸上に位置させることができる。

筒体１０は、図２に示すように、第１開口１２と第２開口１４とを有している。第１開口１２は、筒体１０の一方の端に位置し、第２開口１４は、筒体１０の他方の端に位置している。図示の例では、第１開口１２には、第１シャフト部２０の先端部が位置しており、第２開口１４には、第２シャフト部３０および把持部７０が位置している。筒体１０内（筒体１０の孔）には、第１シャフト部２０、および第２シャフト部３０が挿入されている。図示の例では、筒体１０の中心軸に沿って、第１シャフト部２０と第２シャフト部３０とが並んで配置されている。筒体１０には、透過電子顕微鏡の試料室を気密に保つためのＯリング８０が装着されている。図示の例では、筒体１０には、２つのＯリング８０が装着されている。Ｏリング８０は、筒体１０の外周面に周設された溝に装着されている。

第１シャフト部２０は、筒体１０の第１開口１２側に配置されている。第１シャフト部２０は、第２シャフト部３０よりも第１開口１２側に位置している。第１シャフト部２０は、筒体１０内を直線運動可能である。ここで、直線運動とは、軌跡が直線的な運動をいう。第１シャフト部２０は、例えば、第１シャフト部２０の軸Ｓ２０に沿って直線運動することができる。第１シャフト部２０の軸Ｓ２０は、例えば、筒体１０の中心軸、すなわち、ホルダー１００の軸と重なっている。第１シャフト部２０の先端部には、保持部５０が設けられている。図示の例では、第１シャフト部２０の先端部に装填台５２が接続され、この装填台５２に複数の保持部５０が設けられている。ホルダー１００には、図示はしないが、第１シャフト部２０の回転を規制し、第１シャフト部２０を円滑に直線運動させるためのボールスプラインが設けられていてもよい。

第２シャフト部３０は、筒体１０の第２開口１４側に配置されている。第２シャフト部３０は、第１シャフト部２０よりも第２開口１４側に位置している。第２シャフト部３０は、筒体１０内を回転運動可能である。ここで、回転運動という文言は、正方向に回転運動する場合と、逆方向に回転運動する場合とを含むものとして用いている。また、回転運動という文言は、軌跡が円である場合と、軌跡が円の一部（円弧）である場合と、を含むものとして用いている。第２シャフト部３０は、例えば、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０を回転軸として回転運動することができる。第２シャフト部３０の軸Ｓ３０は、例えば、筒体１０の中心軸と重なっている。第２シャフト部３０には、図３に示すように、第２シャフト部３０の他の部分よりも径が大きい太軸部３２が設けられており、この太軸部３２が筒体１０の内面に設けられた突出部１６に当接することにより、第２シャフト部３０が直線運動することを抑制している。

変換部４０は、第２シャフト部３０の回転運動を、直線運動に変換して第１シャフト部２０に伝達する。変換部４０は、例えば、第２シャフト部３０の回転に伴って回転可能に設けられている立体カムである。

図４は、変換部（立体カム）４０を模式的に示す斜視図である。図３および図４に示す
ように、変換部４０は、立体カムの一種であって、円筒の端面にカム面４２ａ，４２ｂが形成された端面カムである。すなわち、変換部（立体カム）４０は、端面にカム面４２ａ，４２ｂが形成され円筒形状の部材である。変換部（立体カム）４０には、２つの開口部４３ａ，４３ｂが設けられている。開口部４３ａには、第２シャフト部３０の側面に設けられているベアリング（突出部）４４ａが挿入される。また、開口部４３ｂには、第２シャフト部３０の側面に設けられているベアリング（突出部）４４ｂが挿入される。ベアリング４４ａ，４４ｂは、第２シャフト部３０から軸Ｓ３０と直交する方向に突出している。ベアリング４４ａ，４４ｂによって、第２シャフト部３０の回転運動が、変換部（立体カム）４０に伝達される。

ここで、図３に示すように、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向において、開口部４３ａの大きさ（幅）Ｗ１は、ベアリング４４ａの大きさ（幅）よりも大きい。また、同様に、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向において、開口部４３ｂの大きさは、ベアリング４４ｂの大きさよりも大きい。これにより、変換部（立体カム）４０に対して第２シャフト部３０の回転運動のみを伝達し、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向の運動（直線運動）を、ベアリング４４ａ，４４ｂが開口部４３ａ，４３ｂの内面を軸Ｓ３０方向に転動することで逃がすことができる。したがって、変換部（立体カム）４０に、第２シャフト部３０の回転運動のみを伝え、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向の運動を伝えないことができる。

変換部（立体カム）４０のカム面４２ａ，４２ｂは、第１シャフト部２０の軸Ｓ２０に直交する面に対して傾斜している面を有している。第１カム面４２ａには、第１シャフト部２０に設けられているベアリング４６ａが接しており、変換部（立体カム）４０が回転することにより、ベアリング４６ａが第１カム面４２ａを転動する。第１カム面４２ａには、ベアリング４６ａを落とし込むための複数の切欠きがある。また、第２カム面４２ｂには、第１シャフト部２０に設けられているベアリング４６ｂが接しており、変換部（立体カム）４０が回転することにより、ベアリング４６ｂが第２カム面４２ｂを転動する。第２カム面４２ｂには、第１カム面４２ａと同様に、ベアリング４６ｂを落とし込むための複数の切欠きがある。例えば、把持部７０を回転させて、把持部７０に記載された１〜４（保持部５０が４つの場合）の数字を所定の位置に合わせることで、ベアリング４６ａ，４６ｂを各切欠きに導くことができる。なお、把持部７０をモーター等の駆動部に置き換えて、第２シャフト部３０に回転動力を伝える構成でもよい。この場合の変換部（立体カム）４０の位置合わせは、ポテンショメーターやエンコーダー等の検出器を使用し、角度（回転角度）を検出することで、変換部（立体カム）４０の位置を知ることができる。

変換部（立体カム）４０では、第２シャフト部３０が回転することにより、２つのベアリング４６ａ，４６ｂが、それぞれカム面４２ａ，４２ｂを転動して、第１シャフト部２０が直線運動する。そして、２つのベアリング４６ａ，４６ｂが、それぞれカム面４２ａ，４２ｂの切欠きに落ち込みことで、第１シャフト部２０（保持部５０）を位置決めすることができる。このとき、第１シャフト部２０は、２つのベアリング４６ａ，４６ｂで変換部（立体カム）４０と接触している。すなわち、第１シャフト部２０は、２点支持されている。そのため、第１シャフト部２０が１点支持されている片持ち構造の場合と比べて、第１シャフト部２０には１点の支持点を起点として発生するモーメントによる応力が加わらず、第１シャフト部２０の撓みに起因するドリフト（メカニカルドリフト）を抑制することができる。

保持部５０は、試料を保持することができる。保持部５０は、図示はしないが、試料をネジの締め付けによって固定してもよいし、試料をばねにより押し付けて固定してもよい。図示の例では、保持部５０は、第１シャフト部２０の軸Ｓ２０方向に複数（４つ）設けられている。ホルダー１００では、第１シャフト部２０の直線運動により、保持部５０の
位置を変えることができる。これにより、ホルダー１００は、透過電子顕微鏡の試料室において、試料を切り替えることができる。

シール部６０は、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止する。シール部６０は、図示の例では、Ｏリングである。シール部（Ｏリング）６０は、第２シャフト部３０の外周面に周設された溝に装着されている。シール部（Ｏリング）６０は、筒体１０の内面と接して、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止している。シール部（Ｏリング）６０は、第２シャフト部３０の回転に伴って回転する。すなわち、シール部（Ｏリング）６０は、第２シャフト部３０を回転させると、筒体１０の内面を回転摺動する。ここで、第２シャフト部３０は、軸Ｓ３０方向に直線運動しないため、シール部（Ｏリング）６０は軸Ｓ３０方向に摺動（スライド摺動）しない。

把持部７０は、第２シャフト部３０に接続されている。把持部７０を回転させることで第２シャフト部３０が回転する。このように把持部７０を用いて、第２シャフト部３０を回転運動させることができる。把持部７０は、図２に示すように、ボールスプライン７２を介して、第２シャフト部３０に接続されている。これにより、把持部７０の回転を第２シャフト部３０に伝達しつつ、第２シャフト部３０が熱等により変形して軸Ｓ３０方向に伸縮した場合に、その伸縮を逃がすことができる。

１．２． ホルダーの動作
次に、ホルダー１００の動作について、図１〜図４を参照しながら説明する。

まず、ホルダー１００の保持部５０に試料が固定される。図示の例では、４つの保持部５０にそれぞれ試料が固定される。そして、ホルダー１００は、透過電子顕微鏡の試料室に挿入される。これにより、ホルダー１００に保持されている試料が、試料室に導入される。なお、試料室は、真空状態である。

このホルダー１００が試料室に導入された状態で、保持部５０の試料を切り替える場合には、例えば、ユーザーが把持部７０を回し、第２シャフト部３０と第２シャフト部３０に固定されたベアリング４４ａ，４４ｂとを一緒に回転させて、ベアリング４４ａ，４４ｂと接触している変換部（立体カム）４０を回転させる。

これにより、ベアリング４６ａ，４６ｂが変換部（立体カム）４０のカム面４２ａ，４２ｂを転動し、第１シャフト部２０がホルダー１００の軸方向（軸Ｓ２０方向）に移動する。第１シャフト部２０が軸Ｓ２０方向に移動することにより、保持部５０が移動し、試料を切り替えることができる。ホルダー１００の軸方向における試料（保持部５０）の位置決めは、変換部（立体カム）４０のカム面４２ａ，４２ｂの切欠きにベアリング４６ａ，４６ｂが落ち込むことでなされる。

ホルダー１００において、試料を切り替える際のシール部（Ｏリング）６０の動作は、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向の摺動（スライド摺動）ではなく、軸Ｓ３０を回転軸とする回転摺動のみである。したがって、シール部（Ｏリング）６０自体の形状は変形せず、応力緩和によるドリフト（アフタードリフト）の発生を抑制することができる。

本実施形態に係るホルダー１００は、例えば、以下の特徴を有する。

ホルダー１００によれば、筒体１０内を直線運動可能な第１シャフト部２０と、筒体１０内を回転運動可能な第２シャフト部３０と、第２シャフト部３０の回転運動を、直線運動に変換して第１シャフト部２０に伝達する変換部４０と、第１シャフト部２０に設けられ、対象物（試料）を保持可能な保持部５０と、第２シャフト部３０と筒体１０との間を
気密に封止するシール部６０と、を含むため、試料を切り替える際に、シール部６０を、スライド摺動ではなく、回転摺動させることができる。これにより、シール部６０に応力緩和によるドリフト（アフタードリフト）を生じさせないことができる。したがって、試料のドリフトを抑制することができ、試料を、原子レベルの高い観察倍率で観察したり、高い精度で分析したりすることができる。

ホルダー１００によれば、保持部５０は、第１シャフト部２０の軸Ｓ２０方向に複数設けられている。したがって、第１シャフト部２０の直線運動により、保持部５０の位置を変えることができ、ホルダー１００が透過電子顕微鏡の試料室に挿入された状態で、試料を切り替えることができる。

ホルダー１００によれば、第２シャフト部３０に接続され、第２シャフト部３０を回転運動させるための把持部７０を含むため、ホルダー１００が透過電子顕微鏡の試料室に挿入された状態で、容易に試料を切り替えることができる。

ホルダー１００によれば、変換部４０は、第２シャフト部３０の回転に伴って回転可能に設けられている立体カムであるため、簡易な構成で、第２シャフト部３０の回転運動を、直線運動に変換して第１シャフト部２０に伝達することができる。

ホルダー１００によれば、第２シャフト部３０には、変換部４０の開口部４３ａ，４３ｂに挿入され、第２シャフト部３０の回転運動を変換部４０に伝達するベアリング（突出部）４４ａ，４４ｂが設けられ、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向において、変換部４０の開口部４３ａ，４３ｂの大きさＷ１は、ベアリング（突出部）４４ａ，４４ｂの大きさＷ２よりも大きい。そのため、変換部４０に第２シャフト部３０の回転運動のみを伝え、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向の運動（直線運動）を伝えないことができる。

例えば、第２シャフト部３０が軸Ｓ３０方向に長いシャフトである場合、第２シャフト部３０が熱等により変形して軸Ｓ３０方向に伸縮する場合がある。第２シャフト部３０の伸縮が変換部（立体カム）４０に伝わると、試料にドリフトが生じる場合がある。ホルダー１００では、第２シャフト部３０の軸Ｓ３０方向において、開口部４３ａ，４３ｂの大きさＷ１が、ベアリング４４ａ，４４ｂの大きさＷ２よりも大きいため、この第２シャフト部３０の伸縮、すなわち、軸Ｓ３０方向の運動を伝えないことができる。したがって、ホルダー１００によれば、ドリフトを抑制することができる。

ホルダー１００では、第１シャフト部２０には、第１カム面４２ａを転動する第１ベアリング４６ａ、および第２カム面４２ｂを転動する第２ベアリング４６ｂが設けられている。すなわち、第１シャフト部２０は、２点支持されている。そのため、第１シャフト部２０が１点支持されている片持ち構造の場合と比べて、第１シャフト部２０には１点の支持点を起点として発生するモーメントによる応力が加わらず、第１シャフト部２０の撓みに起因するドリフト（メカニカルドリフト）を抑制することができる。

１．３． 変形例
次に、第１実施形態に係るホルダー１００の変形例について説明する。以下に示す各変形例に係るホルダーにおいて、上述したホルダー１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

（１）第１変形例
まず、第１変形例について説明する。図５は、第１変形例に係るホルダー２００の一部を模式的に示す断面図である。なお、図５は、図３に対応している。

上述したホルダー１００では、図２および図３に示すように、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止するシール部６０は、Ｏリングであった。

これに対して、ホルダー２００では、図５に示すように、シール部６０は、磁性流体シールである。

ここで、磁性流体シールとは、磁性流体を使用した回転シールの一種である。磁性流体シールは、磁石により磁性流体を第２シャフト部３０周りに固定して気密性を保つことができる。第２シャフト部３０は、直線運動せずに回転運動のみを行うため、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止するためのシール部６０として、磁性流体シールを用いることができる。シール部（磁性流体シール）６０は、第２シャフト部３０と筒体１０との間に設けられる。

ホルダー２００によれば、シール部６０が磁性流体シールであるため、シール部６０と第２シャフト部３０との間で固体同士の接触がなく（非接触式シール）、シール部６０に応力緩和を生じさせないことができる。したがって、ホルダー２００によれば、アフタードリフトを抑制することができる。

なお、シール部６０は、図示はしないが、ベローズ（金属ベローズ）であってもよい。第２シャフト部３０は、直線運動せずに回転運動のみを行うため、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止するためのシール部６０として、ベローズを用いることができる。シール部６０がベローズであっても、同様に、アフタードリフトを抑制することができる。

（２）第２変形例
次に、第２変形例について説明する。図６は、第２変形例に係るホルダー３００を上方から見た模式図である。図７は、ホルダー３００の一部を拡大して模式的に示す断面図である。なお、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線の一部断面図である。

上述したホルダー１００は、図１に示すように、透過電子顕微鏡の試料ホルダーであった。

これに対して、ホルダー３００は、透過電子顕微鏡の絞り板のホルダーである。すなわち、保持部５０は、第１シャフト部２０の軸Ｓ２０方向に配列された複数（図示の例では４つ）の貫通孔３１２を有する絞り板３１０を保持している。図示の例では、貫通孔３１２の径は互いに異なっており、把持部７０を回すことで、貫通孔（絞り）３１０の径を切り替えることができる。なお、把持部７０は、ホルダー１００の場合と同様に、モーター等の駆動部に置き換えた構成でもよい。

ここで、絞り板３１０は、例えば、電子線の開き角、照射量を調整するためのコンデンサー絞り、制限視野回折を行う際に回折図形を得る試料の領域を制限する制限視野絞り、明視野像や暗視野像を得るために透過波や回折波を取り込むための対物絞り等である。

絞り板３１０がコンデンサー絞りである場合、ホルダー３００は、透過電子顕微鏡のコンデンサーレンズ（照射レンズ）内に挿入される。また、絞り板３１０が制限視野絞りである場合、ホルダー３００は、透過電子顕微鏡の対物レンズの像面に挿入される。また、絞り板３１０が対物絞りである場合、ホルダー３００は、透過電子顕微鏡の対物レンズの後焦点面に挿入される。

ホルダー３００では、ホルダー３００が透過電子顕微鏡内の所定の位置に挿入された状
態で、貫通孔３１２の径を切り替えることができる。なお、ホルダー３００において、貫通孔３１２の径は同じであってもよい。このとき、ホルダー３００では、例えば貫通孔３１２の１つが汚れ等で使用できなくなった場合に、ホルダー３００が透過電子顕微鏡内の所定の位置に挿入された状態で、別の貫通孔３１２に切り替えることができる。

なお、図示はしないが、ホルダー３００において、保持部５０が、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光）等の検出器と、電子線の電流量を測定するための電流検出用の素子と、を保持してもよい。これにより、ホルダー３００が電子顕微鏡内の所定の位置に挿入された状態で、まず、電流検出用の素子で電子線の電流量を測定し、電子線の電流量を調整した後で、検出器に切り替えることができる。したがって、検出器がダメージを受けることを抑制することができる。なお、保持部５０は、例えば、ＥＤＳの検出器、ＳＴＥＭ検出器、電子線バイプリズム、および電流検出用の素子等の少なくとも１つを保持していてもよい。

２． 第２実施形態
２．１． ホルダーの構成
次に、第２実施形態に係るホルダーの構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、第２実施形態に係るホルダー４００を模式的に示す断面図である。図９は、ホルダー４００の一部を拡大して模式的に示す断面図である。以下、第２実施形態に係るホルダー４００において、上述したホルダー１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

上述したホルダー１００は、図１〜図３に示すように、複数の試料を保持（装填）することができ、ホルダー１００が試料室に挿入された状態で、試料の切り替えを行うことができる試料ホルダーであった。

これに対して、ホルダー４００は、図８および図９に示すように、試料室に挿入された状態で、ホルダー４００の軸方向に試料を移動させることが可能な試料ホルダーである。

また、上述したホルダー１００では、図１および図２に示すように、第２シャフト部３０を回転運動させるための把持部７０を含んで構成されていた。さらに、ホルダー１００では、変換部４０が、図４に示すように、立体カム（立体カム）であった。

これに対して、ホルダー４００は、図８および図９に示すように、第２シャフト部３０を回転駆動する駆動部４１０を含んで構成されている。さらに、ホルダー４００では、変換部４０が、滑りねじ装置である。

駆動部４１０は、図８に示すように、モーターである。駆動部（モーター）４１０の回転は、ギヤ４１２によって、第２シャフト部３０に伝達される。これにより、第２シャフト部３０は、軸Ｓ３０を回転軸として回転する。第２シャフト部３０は、筒体１０との間に配置されたベアリング４１４およびベアリング４１６によって、回転運動可能に支持されている。駆動部（モーター）４１０は、図示の例では、把持部７０内に設けられている。

ホルダー４００は、軸Ｓ３０方向における保持部５０（試料）の位置を検出するための位置検出用ポテンショメーター４２０を含んで構成されている。ポテンショメーター４２０によって駆動部（モーター）の角度（回転角度）を検出し、保持部５０の位置を知ることができる。

変換部４０は、図９に示すように、第２シャフト部３０の回転運動を、直線運動に変換
して第１シャフト部２０に伝達する滑りねじ装置である。変換部（滑りねじ装置）４０は、第１シャフト部２０に設けられたねじ軸部４４０、および第２シャフト部３０に設けられたナット部４４２を有する。なお、図示はしないが、第１シャフト部２０にナット部を設け、第２シャフト部３０にねじ軸部を設けてもよい。ナット部４４２は、ねじ軸部４４０に対して軸Ｓ２０方向に相対移動することができる。変換部（滑りねじ装置）４０では、ナット部４４２が、第２シャフト部３０の回転に伴って回転し、ナット部４４２の回転によって、ねじ軸部４４０が軸Ｓ２０方向に移動する。

ホルダー４００は、さらに、ボールスプライン４３０を含んで構成されている。ボールスプライン４３０は、外筒４３２と、スプライン軸４３４と、を含んで構成されている。図示の例では、外筒４３２は第２シャフト部３０に接続されている。外筒４３２には、剛球４３３が組み込まれている。スプライン軸４３４は第１シャフト部２０に設けられている。スプライン軸４３４には、軸Ｓ２０方向に延在している転送溝が設けられている。外筒４３２に組み込まれた剛球４３３は、この転送溝に沿って転動することができる。ボールスプライン４３０では、外筒４３２とスプライン軸４３４との間に剛球４３３を介在させることで、第１シャフト部２０の回転を規制しつつ、第１シャフト部２０を軸Ｓ２０方向に円滑に直線運動させることができる。

２．２． ホルダーの動作
次に、ホルダー４００の動作について、図８および図９を参照しながら説明する。

まず、ホルダー４００の保持部５０に試料が固定される。そして、ホルダー４００は、透過電子顕微鏡の試料室に挿入される。これにより、ホルダー４００に保持されている試料が、試料室に導入される。なお、試料室は、真空状態である。

ホルダー４００では、ホルダー４００の軸方向（軸Ｓ２０方向）における試料の移動は、駆動部（モーター）４１０を駆動させることで行う。具体的には、駆動部（モーター）４１０の動力を、第２シャフト部３０に回転力として伝え、変換部（滑りねじ装置）４０で、回転力をホルダー４００の軸方向の推進力に変換している。これにより、試料をホルダー４００の軸方向に移動させて、例えば観察視野を変えることができる。

したがって、試料をホルダー４００の軸方向に移動させる際には、Ｏリング８０は、スライド摺動も回転摺動もしないで、停止した状態を保つ。そのため、Ｏリング８０の自体の形状は変化せず、応力緩和によるドリフト（アフタードリフト）の発生を抑制することができる。

また、シール部（Ｏリング）６０は、スライド摺動せずに、回転摺動のみであるため、シール部（Ｏリング）６０自体の形状は変化せず、応力緩和によるドリフト（アフタードリフト）の発生を抑制することができる。

ホルダー４００は、例えば、以下の特徴を有する。

ホルダー４００によれば、上述のように、試料のドリフトを抑制しつつ、透過電子顕微鏡の試料室に挿入された状態で、ホルダー４００の軸方向に試料を移動させることができる。

ホルダー４００によれば、第２シャフト部３０を回転駆動する駆動部４１０を含むため、容易に、試料のドリフトを抑制しつつ、ホルダー４００の軸方向に試料を移動させることができる。

ホルダー４００では、変換部４０は、第１シャフト部２０および第２シャフト部３０の一方に設けられたナット部４４２、および第１シャフト部２０および第２シャフト部３０の他方に設けられたねじ軸部４４０を有する滑りねじ装置である。これにより、簡易な構成で、第２シャフト部３０の回転運動を、直線運動に変換して第１シャフト部２０に伝達することができる。

２．３． 変形例
次に、第２実施形態に係るホルダーの変形例について説明する。図１０は、本変形例に係るホルダー５００の一部を模式的に示す断面図である。なお、図１０は、図９に対応している。以下、本変形例に係るホルダー５００において、上述したホルダー４００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

上述したホルダー４００では、図８および図９に示すように、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止するシール部６０は、Ｏリングであった。

これに対して、ホルダー５００では、図１０に示すように、シール部６０は、磁性流体シールである。第２シャフト部３０は、直線運動せずに回転運動のみを行うため、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止するためのシール部６０として、磁性流体シールを用いることができる。シール部（磁性流体シール）６０は、第２シャフト部３０と筒体１０との間に設けられる。

ホルダー５００によれば、シール部６０が磁性流体シールであるため、シール部６０と第２シャフト部３０との間で固体同士の接触がなく（非接触式シール）、応力緩和を生じさせないことができる。したがって、ホルダー５００によれば、アフタードリフトを抑制することができる。

なお、シール部６０は、図示はしないが、ベローズ（金属ベローズ）であってもよい。第２シャフト部３０は、直線運動せずに回転運動のみを行うため、第２シャフト部３０と筒体１０との間を気密に封止するためのシール部６０として、ベローズを用いることができる。シール部６０がベローズであっても、同様に、アフタードリフトを抑制することができる。

３． 第３実施形態
３．１． 荷電粒子線装置
次に、第３実施形態に係る荷電粒子線装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第３実施形態に係る荷電粒子線装置の構成を説明するための図である。

第３実施形態に係る荷電粒子線装置６００は、本発明に係るホルダーを含んで構成されている。ここでは、荷電粒子線装置６００が、図１１に示すように、ホルダー１００を含んで構成されている場合について説明する。なお、図１１では、ホルダー１００を簡略化して図示している。

荷電粒子線装置６００は、図１１に示すように、電子線源６０１と、照射レンズ６０２と、試料位置決め装置６０３と、対物レンズ６０４と、中間レンズ６０５と、投影レンズ６０６と、撮像装置６０８と、鏡筒６１０と、を含んで構成されている。ここでは、荷電粒子線装置６００が、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である場合について説明する。

電子線源６０１、照射レンズ６０２、対物レンズ６０４、中間レンズ６０５、投影レンズ６０６は、鏡筒６１０の内部に収容されている。鏡筒６１０の内部は、排気装置（図示省略）によって減圧排気されている。

電子線源６０１は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源６０１は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢを放出する。電子線源６０１として、公知の電子銃を用いることができる。

照射レンズ６０２は、電子線源６０１の後段に配置されている。照射レンズ６０２は、電子線源６０１で発生した電子線ＥＢを試料Ｓに照射するためのレンズである。照射レンズ６０２は、例えば、複数の集束レンズ（図示せず）を含んで構成されている。

荷電粒子線装置６００において、ホルダー１００によって保持された複数の試料は、鏡筒６１０内の試料室１に導入される。図１１の例では、ホルダー１００の４つの保持部５０（図１参照）にそれぞれ試料Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を保持させた状態を示している。試料室１では、試料Ｓ１〜Ｓ４のうちの１つ（例えば試料Ｓ１）に電子線ＥＢが照射される。ホルダー１００によれば、上述したように、ホルダー１００を試料室１に挿入した状態で、アフタードリフトを抑制しつつ、試料を切り替えることができる。すなわち、ホルダー１００を試料室１に挿入した状態で、試料Ｓ１から他の試料（例えば試料Ｓ２）に切り替えても、アフタードリフトを生じさせないことができる。

試料室１における試料Ｓ１の位置決めは、試料位置決め装置６０３によって行われる。

対物レンズ６０４は、照射レンズ６０２の後段に配置されている。対物レンズ６０４は、試料Ｓ１を透過した電子線ＥＢで結像するための初段のレンズである。

中間レンズ６０５は、対物レンズ６０４の後段に配置されている。投影レンズ６０６は、中間レンズ６０５の後段に配置されている。中間レンズ６０５および投影レンズ６０６は、対物レンズ６０４によって結像された像をさらに拡大し、撮像装置６０８上に結像させる。

撮像装置６０８は、電子線ＥＢを検出するための検出器を有している。検出器は、例えば、２次元的に配置された固体撮像素子を有するＣＣＤカメラである。撮像装置６０８は、電子顕微鏡像を撮像し、この電子顕微鏡像の情報を出力する。

荷電粒子線装置６００は、図示の例では、除振機６１１を介して架台６１２上に設置されている。

荷電粒子線装置６００は、ホルダー１００を含んで構成されているため、試料のドリフトを抑制することができる。

なお、ここでは、ホルダー１００を、透過電子顕微鏡に適用した場合について説明したが、本発明に係るホルダーは、透過電子顕微鏡に限らず、その他の荷電粒子線装置に適用することができる。荷電粒子線装置としては、例えば、電子顕微鏡、集束イオンビーム装置、電子ビーム露光装置等が挙げられる。また、本発明に係るホルダーは、荷電粒子線装置に限らず、真空状態の持つ特性を利用したその他の真空装置にも適用することができる。このような真空装置としては、例えば、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の荷電粒子線装置、ＳＩＭＳ、ＥＰＭＡ、ＸＲＤ等の表面分析装置、ＳＴＭ、ＡＦＭ等の操作プローブ顕微鏡、真空疲労試験機等の試験装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置等の真空蒸着装置等が挙げられる。

３．２． 荷電粒子線装置の変形例
次に、第３実施形態に係る荷電粒子線装置の変形例について、図面を参照しながら説明
する。図１２は、本変形例に係る荷電粒子線装置７００の試料位置決め装置６０３を模式的に示す断面図である。図１２では、互いに直交する軸として、Ｘ軸およびＹ軸を記載している。なお、Ｘ軸およびＹ軸は、電子線の進行方向に対して直交する軸である。また、Ｘ軸は、ホルダー４００の軸Ｓ４００に沿う軸である。なお、荷電粒子線装置７００において、図１２で図示されていないその他の構成部材は、図１１に示す荷電粒子線装置６００の構成部材と同様である。以下、本変形例に係る荷電粒子線装置７００において、上述した荷電粒子線装置６００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

上述した荷電粒子線装置６００では、図１１に示すように、複数の試料を保持することができるホルダー１００を含んで構成されている場合について説明した。

これに対して、荷電粒子線装置７００では、図１２に示すように、ホルダーの軸方向に試料を移動させることができるホルダー４００を含んで構成されている。

試料位置決め装置６０３は、図１２に示すように、真空シールパイプ６０３１と、Ｙ駆動モーター６０３２と、Ｘ傾斜モーター６０３４と、ゴニオメーター６０３６と、を含んで構成されている。なお、図１２では、ホルダー４００が試料室１に挿入されている状態を示している。

真空シールパイプ６０３１には、ホルダー４００が挿入される。真空シールパイプ６０３１に挿入されることで、ホルダー４００が保持している試料Ｓは、試料室１に導入される。

Ｙ駆動モーター６０３２は、ホルダー４００に保持された試料ＳをＹ方向に移動させるためのモーターである。試料ＳのＹ方向の移動は、Ｙ駆動モーター６０３２とゴニオメーター６０３６とによって行われる。

Ｘ傾斜モーター６０３４は、ホルダー４００に保持された試料ＳをＸ方向に傾斜させるためのモーターである。試料ＳのＸ方向の傾斜は、Ｘ傾斜モーター６０３４とゴニオメーター６０３６とによって行われる。

試料ＳのＸ方向の移動は、上述したように、ホルダー４００によって行われる。ホルダー４００によれば、試料Ｓのドリフトを抑制しつつ、Ｘ方向に試料Ｓを移動させることができる。

なお、図示はしないが、試料位置決め装置６０３は、Ｙ傾斜モーターを含んで構成されていてもよい。これにより、試料ＳをＹ方向に傾斜させることができる。

荷電粒子線装置７００によれば、ホルダー４００を含んで構成されているため、試料のドリフトを抑制することができる。

なお、上述した実施形態および変形例は、一例であってこれらに限定されるわけではない。例えば、上述した各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

また、例えば、上述したホルダー１００では、図１〜図４に示すように、変換部４０が立体カムである場合について説明し、上述したホルダー４００では、図８および図９に示すように、変換部４０が滑りねじである場合について説明したが、変換部４０は、第２シャフト部３０の回転運動を直線運動に変換して第１シャフト部２０に伝達することができれば、その構成は特に限定されない。変換部４０は、図示はしないが、ボールねじ、平面
カム、直進カム、クランク機構等であってもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…試料室、１０…筒体、１２…第１開口、１４…第２開口、１６…突出部、２０…第１シャフト部、３０…第２シャフト部、３２…太軸部、４０…変換部、４２ａ…第１カム面、４２ｂ…第２カム面、４３ａ，４３ｂ…開口部、４４ａ，４４ｂ…ベアリング、４６ａ，４６ｂ…ベアリング、５０…保持部、５２…装填台、６０…シール部、７０…把持部、７２…ボールスプライン、８０…Ｏリング、１００，２００，３００…ホルダー、３１０…絞り板、３１２…貫通孔、４００…ホルダー、４１０…駆動部、４１２…ギヤ、４１４，４１６…ベアリング、４２０…ポテンショメーター、４３０…ボールスプライン、４３２…外筒、４３４…スプライン軸、４３３…剛球、４４０…ねじ軸部、４４２…ナット部、５００…ホルダー、６００…荷電粒子線装置、６０１…電子線源、６０２…照射レンズ、６０３…試料位置決め装置、６０３１…真空シールパイプ、６０３２…Ｙ駆動モーター、６０３４…Ｘ傾斜モーター、６０３６…ゴニオメーター、６０４…対物レンズ、６０５…中間レンズ、６０６…投影レンズ、６０８…撮像装置、６１０…鏡筒、６１１…除振機、６１２…架台、７００…荷電粒子線装置、１０００…試料ホルダー、１００１…多試料装填台、１００２…試料切替ノブ、１００３…Ｏリング、１００４…スライド動力伝達シャフト、１００５…試料切替多段カム、１００６…多段カム位置決めベアリング、１００７…筒体

Claims (11)

1. 第１開口と第２開口とを有する筒体と
   前記第１開口側に配置され、前記筒体内を直線運動可能な第１シャフト部と、
   前記第２開口側に配置され、前記筒体内を回転運動可能な第２シャフト部と、
   前記第２シャフト部の回転運動を、直線運動に変換して前記第１シャフト部に伝達する変換部と、
   前記第１シャフト部に設けられ、対象物を保持可能な保持部と、
   前記第２シャフト部と前記筒体との間を気密に封止するシール部と、
   を含む、ホルダー。
2. 請求項１において、
   前記保持部は、前記第１シャフト部の軸方向に複数設けられている、ホルダー。
3. 請求項１において、
   前記保持部は、前記第１シャフト部の軸方向に配列された複数の貫通孔を有する絞り板を保持している、ホルダー。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記第２シャフト部を回転させるための把持部を含む、ホルダー。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記第２シャフト部を回転駆動する駆動部を含む、ホルダー。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記変換部は、前記第２シャフト部の回転に伴って回転可能に設けられている立体カムである、ホルダー。
7. 請求項６において、
   前記第２シャフト部には、前記立体カムの開口部に挿入され、前記第２シャフト部の回転運動を前記立体カムに伝達する突出部が設けられ、
   前記第２シャフト部の軸方向において、前記立体カムの開口部の大きさは、前記突出部の大きさよりも大きい、ホルダー。
8. 請求項６または７において、
   前記立体カムは、第１カム面および第２カム面を有し、
   前記第１シャフト部には、前記第１カム面を転動する第１ベアリング、および前記第２カム面を転動する第２ベアリングが設けられている、ホルダー。
9. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記変換部は、前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の一方に設けられたナット部、および前記第１シャフト部および前記第２シャフト部の他方に設けられたねじ軸部を有する滑りねじ装置である、ホルダー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載のホルダーを含む、荷電粒子線装置。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載のホルダーを含む、真空装置。

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