JP7440484B2 - 試料カートリッジ搬送システム - Google Patents

Description

本発明は、試料カートリッジ搬送システムに関し、特に、試料冷却状態を維持しつつ試料カートリッジを搬送する技術に関する。

集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ加工装置）は、一般に、集束イオンビームを用いて加工対象試料（以下、場合により、元試料又は加工前の試料という。）を加工することにより、観察対象試料（以下、場合により、試料又は加工後の試料という。）を作製する装置である。通常、作製された試料が透過電子顕微鏡により観察される。ＦＩＢ加工装置の中には、走査電子顕微鏡を備えたものがある。そのような装置はＦＩＢ／ＳＥＭ加工観察装置とも呼ばれる。

例えば、元試料が生物である場合、元試料を冷却した上で（典型的には、元試料を凍結させた上で）、その冷却状態を維持したまま、元試料が加工される。加工後において試料の冷却状態を維持する必要があり、その後の試料の観察時においても試料の冷却状態を維持する必要がある。

従来、加工前の試料や加工後の試料の取扱いに際して、特殊設備が用いられている。そのような特殊設備には、液体窒素等の冷媒が収容された槽が含まれる（例えば、特許文献１の図１を参照）。その槽の中で試料に対する幾つかの作業が実施される。例えば、その槽の中において試料カートリッジ上に加工後の微細な試料が載せられる。その場合、試料状態の変化、試料落下、試料破損、大きな作業負担、といった様々な問題が生じ得る。

透過電子顕微鏡用の試料カートリッジ保持器として、冷却機能を備えたものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。従来、そのような試料カートリッジ保持器に対して試料カートリッジを取り付ける場合にも、上記の特殊設備が用いられている。

特許文献３の図４には、試料台の搬送が示されている。しかし、特許文献３には、具体的な搬送設備については開示されておらず、特に、試料カートリッジ保持器と試料台との間で試料カートリッジの受け渡しを行うための機構については開示されていない。

特開２０２１－５７１７２号公報 特開２０１０－５５９８８号公報 特開２０１７－８４７４３号公報

試料加工用の主ステージとは別に補助的に副ステージを設け、副ステージ上において試料カートリッジの受け渡しを行うことが考えられる。その場合、試料冷却状態を維持したまま、試料カートリッジの受け渡しを行う必要があり、また、試料冷却状態を維持したまま、副ステージと主ステージとの間で試料カートリッジを搬送する必要がある。

本発明の目的は、試料冷却状態を維持したまま試料カートリッジを搬送することにある。あるいは、本発明の目的は、試料カートリッジ保持器と副ステージとの間において、及び、副ステージと主ステージとの間において、試料カートリッジを安全に搬送することにある。

本発明に係る試料カートリッジ搬送システムは、試料カートリッジを保持する試料カートリッジ保持器と試料カートリッジ搬送装置とにより構成された試料カートリッジ搬送システムであって、前記試料カートリッジ搬送装置が、加工装置内の主ステージから離れた位置に設けられた副ステージと、前記副ステージ上に載せられる搬送台であって、前記副ステージを介して冷却される冷ブロックと前記冷ブロックに設けられ前記試料カートリッジ保持器から渡された前記試料カートリッジを保持する保持機構とを有する搬送台と、前記副ステージと前記主ステージとの間において前記試料カートリッジを保持した前記搬送台を搬送する搬送機構と、を含む、ことを特徴とする。

実施形態において、搬送台は、副ステージと主ステージとの間において搬送される搬送台であって、試料カートリッジ保持器から渡された試料カートリッジを保持する保持機構を含み、前記保持機構は、載置面と、上昇運動及び下降運動を行うレバーを有するレバー部材と、前記載置面と前記レバーとの間に前記試料カートリッジが挟まれた状態において前記レバーの上昇運動を制限するロック機構と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、試料冷却状態を維持したまま試料カートリッジを搬送することが可能となる。あるいは、本発明によれば、試料カートリッジ保持器と副ステージとの間において、及び、副ステージと主ステージとの間において、試料カートリッジを安全に搬送することが可能となる。

実施形態に係る加工観察システムを示す模式図である。 実施形態に係る試料カートリッジ搬送装置を示す斜視図である。 実施形態に係るＦＩＢ加工システムを示す概略断面図である。 案内機構に挿入された試料カートリッジ保持器を示す斜視図である。 試料カートリッジ保持器を示す概略断面図である。 搬送機構の一部を示す断面図である。 搬送台を示す斜視図である。 試料カートリッジの一連の運動を示す模式図である。 倒れ込み状態にあるレバーを示す図である。 浮上状態にあるレバーを示す図である。 第２前進運動後の試料カートリッジを示す図である。 分離された試料カートリッジを示す図である。 ロック機構の動作を示す図である。 加工観察方法を示すフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

実施形態に係る試料カートリッジ搬送システムは、試料カートリッジ保持器と、試料カートリッジ搬送装置と、により構成される。試料カートリッジ搬送装置は、副ステージ、搬送台、及び、搬送機構を有する。副ステージは、主ステージから離れた位置に設けられる。搬送台は、副ステージ上に載せられる。搬送台は、副ステージを介して冷却される冷ブロックと、冷ブロックに設けられた保持機構と、を有する。保持機構は、試料カートリッジ保持器から渡された試料カートリッジを保持する。搬送機構は、副ステージと主ステージとの間において、試料カートリッジを保持した搬送台を搬送する。

上記構成によれば、試料カートリッジ保持器から渡される試料カートリッジが保持機構により保持され、これにより、試料カートリッジが搬送台と一体化され又は搬送台に固定される。その状態が維持されたまま、搬送台が搬送される。よって、試料カートリッジを安全に搬送することが可能となる。搬送台は、副ステージを介して冷却される冷ブロックを有している。搬送台の搬送過程において、冷ブロックが冷熱源のように機能する。これにより、冷ブロックに直接的又は間接的に接している試料カートリッジの冷却状態が維持され易くなる。つまり、試料カートリッジの温度上昇を抑制できる。

実施形態においては、試料カートリッジ保持器のマニュアル操作により、保持機構が動作する。すなわち、遠隔操作により保持機構が動作する。よって、保持機構又はその周囲に駆動源を設ける必要がないという利点を得られる。実施形態によれば、試料カートリッジと搬送台との間における試料カートリッジの受け渡しに際して、精密な作業又は高度な作業は不要であり、ユーザーの負担を軽減できる。

実施形態において、試料カートリッジ保持器は、加工前の試料を試料カートリッジ搬送装置へ導入し、且つ、加工後の試料を試料カートリッジ搬送装置から観察装置へ運ぶための可搬型の器具である。試料カートリッジ搬送装置は、主ステージを含む加工装置に連結されている。試料カートリッジ搬送装置が加工装置の一部として加工装置に組み込まれてもよい。

実施形態において、加工装置は、主ステージを冷却する主冷却設備を含む。試料カートリッジ保持器は、試料カートリッジを冷却する可搬型冷却設備を含む。試料カートリッジ搬送装置は、主冷却設備及び可搬型冷却設備とは別の副冷却設備を含む。

上記構成によれば、試料加工過程から試料観察過程にわたって試料冷却状態を維持できる。特に、試料カートリッジ搬送装置がそれ専用の副冷却設備を有しているので、試料カートリッジを安定的に効果的に冷却することが可能である。

実施形態において、試料カートリッジ保持器は、試料カートリッジを保持する先端部を有する保持器本体を含む。試料カートリッジ搬送装置は、保持器本体を受け入れて先端部を搬送台の方へ案内する案内機構を含む。この構成によれば、試料カートリッジ保持器の取扱いが容易となり、また、試料カートリッジを搬送台へ確実にかつ安全に渡すことが可能となる。

実施形態において、案内機構は、保持器本体を第１方向に案内する。搬送機構は、第１方向に直交する第２方向に搬送台を搬送する。第１方向と第２方向が直交しているので、搬送機構と試料カートリッジ保持器との物理的な干渉を回避でき、あるいは、試料カートリッジ搬送装置の構成を簡素化できる。

実施形態において、案内機構は、保持器本体の前進運動、回転運動及び後退運動を含む一連の運動を案内する。一連の運動による試料カートリッジの位置及び姿勢の変化に従って、保持機構が動作する。前進運動及び後退運動のみを採用することも可能であるが、その場合には、一般に、保持機構の構成が複雑化する。保持器本体の回転運動（つまり試料カートリッジの回転運動）を利用することにより、保持機構に含まれる可動部材を遠隔操作し易くなる。

実施形態において、試料カートリッジは、カートリッジ本体と、カートリッジ本体に連なる後端部と、を含む。保持機構は、載置面と、レバーを有するレバー部材と、を含む。試料カートリッジの位置及び姿勢の変化に従って、レバーの浮上状態及び倒れ込み状態が順次形成される。浮上状態においてカートリッジ本体がレバーの下方を通過する。倒れ込み状態において試料カートリッジが載置面とレバーとの間に挟まれる。

実施形態において、カートリッジ本体は、加工前の試料を備える第１部材を保持する第１部分と、加工後の試料を備える第２部材を保持する第２部分と、を含む。倒れ込み状態にあるレバーが後端部を押さえる。後端部をレバーで保持すれば、第１部分及び第２部分を保護できる。

実施形態において、上記の前進運動には、第１前進運動及び第２前進運動が含まれる。上記の回転運動には、正回転運動及び逆回転運動が含まれる。上記の一連の運動は、時系列順で並ぶ、第１前進運動、正回転運動、第２前進運動、逆回転運動及び後退運動により構成される。正回転運動後に、試料カートリッジの傾斜姿勢が形成される。第２前進運動時に、試料カートリッジの角部分がレバーに当たって浮上状態が形成され、その後、試料カートリッジの突起がレバーの下側を通過する。逆回転運動後に、試料カートリッジの水平姿勢が形成されて試料カートリッジの下面が載置面に接合する。後退運動時に、突起がレバーに当たり、これにより先端部から試料カートリッジが離れる。

実施形態において、搬送台は、傾斜姿勢にある試料カートリッジの下面を案内する傾斜面を含む。

実施形態において、保持機構は、レバー部材を回転運動可能及び前後運動可能に支持する部材と、ロック機構と、を含む。ロック機構は、第１係合部と、第２係合部と、を含む。第２係合部は、レバー部材に設けられた係合部であり、第２係合部は、レバーの落ち込み状態においてレバー部材の後退運動により第１係合部に係合する。試料カートリッジ保持器の後退運動中に試料カートリッジが離脱し且つロック状態が形成される。第１係合部は、例えば、固定された上向き傾斜面である。第２係合部は、例えば、レバー部材に形成された斜め上向き傾斜面である。

実施形態において、保持機構は、試料カートリッジに対して後退力を与える弾性部材を含む。この構成によれば、ロック状態を確実に維持できるので、搬送台上での試料カートリッジのずれや、搬送台からの試料カートリッジの脱落を効果的に防止できる。

実施形態に係る搬送台は、副ステージと主ステージとの間において搬送される搬送台である。搬送台は、試料カートリッジ保持器から渡された試料カートリッジを保持する保持機構を有する。保持機構は、載置面と、レバー部材と、ロック機構と、を有する。レバー部材は、上昇運動及び下降運動を行うレバーを有する。ロック機構は、載置面とレバーとの間に試料カートリッジが挟まれた状態においてレバーの上昇運動を制限する。

例えば、主ステージは、加工用ステージであり、副ステージは、補助的なステージである。副ステージが試料処理室内に設けられてもよい。試料処理室内において試料に対するコーティングが実施されてもよい。搬送台は、搬送台本体を有し、搬送台本体に保持機構が設けられる。搬送台本体は、例えば金属ブロックとしての冷ブロックである。試料冷却状態を維持しながら試料カートリッジを搬送する場合において上記搬送台が用いられる。それ以外の用途において上記搬送台が用いられもよい。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る加工観察システム１０が示されている。加工観察システム１０は、加工前の試料（元試料）を加工し、加工後の試料を観察するシステムである。元試料は、例えば、動物組織、植物組織等である。凍結状態にある元試料が加工され、凍結状態を維持した状態において加工後の試料が観察される。元試料はバルク試料とも言われる。

加工観察システム１０は、図示の構成例において、試料カートリッジ保持器１２、加工システム１４、及び、観察装置１６により構成される。試料カートリッジ保持器１２は、試料カートリッジ２２を持ち運ぶための器具である。試料カートリッジ２２は、試料を載せた又は試料が固定された担体を保持する部材である。その担体は、ディッシュ、ディスク、グリッド、メッシュ等とも言われる。実際には、試料カートリッジ２２は、加工前の試料を備えた担体を保持する第１部分、及び、加工後の試料を備えた担体を保持する第２部分を有する。

試料カートリッジ保持器１２は、保持器本体１８及び冷媒槽２０を有する。冷媒槽２０は冷媒を収容するものであり、その冷媒は例えば液体窒素である。試料カートリッジ保持器１２は、冷媒槽２０を含む冷却設備を有している。試料搬送中において冷却設備により試料の冷却状態が維持される。保持器本体１８は概ね棒状の形態を有する。保持器本体１８の先端部により試料カートリッジ２２が保持される。

加工システム１４は、ＦＩＢ加工装置２４及び試料カートリッジ搬送装置２６により構成される。ＦＩＢ加工装置２４に対して試料カートリッジ搬送装置２６が連結されている。試料カートリッジ搬送装置２６がＦＩＢ加工装置２４の一部であってもよい。試料カートリッジ保持器１２及び試料カートリッジ搬送装置２６はそれら全体として試料カートリッジ搬送システムと言い得る。

ＦＩＢ加工装置２４は、走査電子顕微鏡を備えている。すなわち、ＦＩＢ加工装置は、ＳＥＭ鏡筒２８及びＦＩＢ鏡筒３０を有しており、それはＦＩＢ／ＳＥＭ加工観察装置である。集束イオンビーム（ＦＩＢ）により、試料が加工される。電子線により、加工前の試料、加工中の試料、及び、加工後の試料が観察される。ＦＩＢ加工装置２４は、主冷却設備を備えている。

試料カートリッジ搬送装置２６は、試料カートリッジ保持器１２ＡとＦＩＢ加工装置２４との間において試料カートリッジを搬送するものである。試料カートリッジ搬送装置２６は、試料のコーティングを行う機能を有している。その点に着目した場合、試料カートリッジ搬送装置２６は試料処理装置である。試料カートリッジ搬送装置２６は、副冷却設備を備えている。試料カートリッジ搬送装置２６の構成については後に詳述する。

観察装置１６は、図示の構成例において、透過電子顕微鏡である。観察装置１６に対して試料カートリッジ保持器１２Ｂが連結される。その上で、試料カートリッジに保持された加工後の試料が観察される。観察装置１６は、試料の冷却状態を維持するための冷却設備を備えている。

図２には、実施形態に係る試料カートリッジ搬送装置２６の外観が示されている。試料カートリッジ搬送装置２６は、ＦＩＢ加工装置２４に連結されている。既に説明したように、ＦＩＢ加工装置２４は、ＳＥＭ鏡筒２８及びＦＩＢ鏡筒３０を有する。ＦＩＢ加工装置２４は、筐体としてのハウジング３２を有する。ハウジング３２の内部が第１チャンバ３２Ａである。ハウジング３２はポートを有しており、そのポートに対して試料カートリッジ搬送装置２６が連結されている。

試料カートリッジ搬送装置２６は、ボックス状のハウジング３４を有し、その内部が第２チャンバ３４Ａである。第１チャンバ３２Ａと第２チャンバ３４Ａは連なっている。試料カートリッジ搬送装置２６は、搬送機構３６及び案内機構３８を有する。案内機構３８には、試料カートリッジ保持器１２Ａの保持器本体１８が挿入される。試料カートリッジ保持器１２Ａにおける挿入部分が保持器本体１８であるとも言える。保持器本体１８の挿入状態において、冷媒槽２０は案内機構３８の外部に位置している。

案内機構３８は、保持器本体１８を保持すると共に、保持器本体１８の差し込み過程及び引き抜き過程において、保持器本体１８の直線運動及び回転運動を生じさせるものである。搬送機構３６は、後述するように、試料カートリッジを保持した搬送台を搬送する機構である。試料カートリッジ搬送装置２６は、冷媒槽３９を有する副冷却設備を備えている。冷媒槽３９の中には例えば液体窒素が収容されている。なお、図２においては、ＦＩＢ加工装置２４が有する主冷却設備についてはその図示が省略されている。

試料カートリッジ搬送装置２６は、加工前の試料に対してコーティングを行うための設備、及び、加工後の試料に対してコーティングを行うための設備を備えている。

第１水平方向がＸ方向であり、第２水平方向がＹ方向である。垂直方向がＺ方向である。３つの方向は互いに直交している。試料カートリッジ保持器１２Ａの保持器本体１８の挿入方向はＸ方向である。搬送機構３６による搬送台の搬送の方向はＹ方向である。保持器本体１８の挿入方向と搬送台の搬送方向とが直交しているので、搬送機構３６と案内機構３８の物理的な干渉を避けることができ、試料カートリッジ搬送装置２６の構成を簡素化できる。

図３には、加工システムの断面が模式的に示されている。ＦＩＢ加工装置２４において、ハウジング３２の内部が真空試料室としての第１チャンバ３２Ａである。第１チャンバ３２Ａ内に主ステージ４０が設けられている。主ステージ４０に対して搬送台がセットされる。具体的には、主ステージ４０におけるテーブル４２上に搬送台が載せられる。主ステージ４０は、チルト機構、昇降機構（Ｚ機構）、ＸＹ機構、回転機構、等を有している。主ステージ４０により、試料の位置及び姿勢が変更される。

第１チャンバ３２Ａ内には、ＳＥＭ用対物レンズ４６が設けられている。試料観察時に試料に対して電子線４８が照射される。第１チャンバ３２Ａ内には、ＦＩＢ用対物レンズも設けられているが、図３にはそれは示されていない。テーブル４２と冷媒槽５８との間に複数の熱リンク５０，５２，５４，５６が設けられている。各熱リンク５０，５４，５６は硬質の熱伝導部材であり、熱リンク５２は、フレキシブルな熱伝導部材である。複数の熱リンク５０，５２，５４，５６及び冷媒槽５８により主冷却設備５９が構成される。冷媒槽５８には例えば液体窒素が収容されている。

ハウジング３２に設けられたポート６０に対して試料カートリッジ搬送装置２６が連結されている。ポート６０の内部は通路６０Ａである。通路６０Ａにシャッタを設けてもよい。

試料カートリッジ搬送装置２６において、ハウジング３４の内部が真空試料室としての第２チャンバ３４Ａである。第２チャンバ３４Ａ内にはベース６３が設けられており、ベース６３上に副ステージ６２が固定されている。副ステージ６２は、複数の金属部材からなる組立体である。副ステージ６２の上面が載置面を構成し、その載置面上に搬送台４４が載せられる。搬送台４４は、試料カートリッジ６４を保持する可動台座である。

搬送機構３６は、副ステージ６２と主ステージ４０との間において搬送台４４を搬送するものである。搬送台４４の搬送方向はＹ方向である。搬送機構３６は、Ｙ方向に伸長したロッド７０を有する。ロッド７０の先端７０Ａは、搬送台４４を掴むための形態を有している。搬送台４４には、先端７０Ａによって保持される部分が設けられている。搬送台４４を掴む方式として各種方式を採用し得る。

副ステージ６２と冷媒槽３９との間に熱リンク６６，６８が設けられている。熱リンク６６，６８は、硬質の熱伝導部材である。熱リンク６６，６８及び冷媒槽３９により副冷却設備６９が構成されている。副冷却設備６９により、副ステージ６２及び搬送台４４を介して試料カートリッジ（特に試料）が冷却され、また、その冷却状態が維持される。副冷却設備６９は、主冷却設備５９等から独立した冷却設備であるから、安定的に効率的に試料を冷却できる。

図４には、案内機構３８に挿入された試料カートリッジ保持器１２Ａが示されている。図４においては、案内機構３８の概略的な断面が示されている。試料カートリッジ保持器１２Ａは、試料カートリッジをマニュアルで搬送するための可搬型の器具である。試料カートリッジ保持器１２Ａは、棒状の保持器本体１８、冷媒槽２０、及び、グリップ８４を有する。保持器本体１８は、中心軸Ｃに沿ってスライド運動するスライドアセンブリ７２を有する。スライドアセンブリ７２の先端部が試料カートリッジ７８を保持している。スライド方向が符号８０によって示され、回転方向が符号８２によって示されている。

保持器本体１８の外面にはピンが設けられ、一方、案内機構３８の内面には、所定の形状を有する溝が設けられている。溝に沿ってピンが運動するように、試料カートリッジ保持器１２Ａが操作される。これについては後に詳述する。

図５には、試料カートリッジ保持器１２Ａの断面が模式的に示されている。符号８６はカバー部材を示している。符号８７は、熱伝導部材を示している。熱伝導部材８７と冷媒槽２０の容器とが連結されている。保持器本体１８の内部に、スライドアセンブリ７２が収容されている。スライドアセンブリ７２は、図示の構成例において、先端部９０、断熱部材９２、及び、シャフト９４を有する。シャフト９４の端部の操作により、スライドアセンブリ７２をスライドさせ得る。

先端部９０は、板バネからなるフック９６を有する。フック９６により試料カートリッジ７８Ａの基端部が着脱可能に保持される。符号８８で示すように、先端部９０は、常に、熱伝導部材８７に接している。符号７８Ｂは、スライドアセンブリ７２の前進により、突き出た試料カートリッジを示している。本体１８を案内機構の中に挿入する過程において、具体的には、挿入前、挿入途中又は挿入後に、スライドアセンブリ７２が前方へ押し出される。本体１８を案内機構から引き出す過程において、具体的には、引き出し前、引き出し途中又は引き出し後に、スライドアセンブリ７２が後方へ引き戻される。

カバー８６の外面上にはピン９８が設けられている。ピン９８は、案内機構の内面に形成された溝の中を運動する。挿入時においては、溝の形状に沿ってピンが運動するように、試料カートリッジ保持器１２Ａの挿入操作が実施される。引き抜き時においても同様である。

図６には、搬送機構３６の一部が示されている。図６において、第２チャンバ内に副ステージ６２が設けられており、その上面に搬送台４４が載せられている。試料カートリッジを保持した搬送台４４が搬送機構３６により搬送される。搬送機構３６は、既に説明したように、ロッド７０を有する。案内部１００によりロッド７０の進退運動が案内される。ロッド７０はユーザーにより操作される。ロッド７０を機械的に駆動する機構を設けてもよい。

図７には、実施形態に係る搬送台４４が示されている。ｘ方向がＸ方向に対応し、ｙ方向がＹ方向に対応し、ｚ方向がＺ方向に対応している。搬送台４４は、例えば、３（ｍｍ）×３（ｍｍ）×１（ｍｍ）のサイズを有する。但し、各数値は例示に過ぎない。

搬送台４４は、冷ブロック１０６及び保持機構１０８により構成される。冷ブロック１０６は、搬送台本体であり、それは銅等の金属からなる単一の部材により構成される。冷ブロック１０６の下面が副ステージの載置面に接合する。

具体的には、搬送台４４は、ベース部分１０６Ａと、ベース部分１０６Ａに連なる凸部分１０６Ｂ、１０６Ｃと、により構成される。ベース部分１０６Ａは、搬送台４４の下部１０２全体に及ぶ平板状の形態を有している。凸部分１０６Ｂ，１０６Ｃは、搬送台４４の上部１０４に位置しており、ｙ方向に沿って伸長している。

凸部分１０６Ｂと凸部分１０６Ｃとの間に溝１１０が設けられている。溝１１０の底面はベース部分１０６Ａの上面に相当する。溝１１０の中に保持機構１０８が収容されており、また、プレート１１２が収容されている。プレート１１２は例えば銅又はステンレス等の金属により構成される。

凸部分１０６Ｂの上面が載置面１１４を構成する。凸部分１０６Ｂには、載置面１１４に隣接した傾斜面１１６が形成されている。傾斜面１１６の傾斜角度はｘ軸に対して例えば３０度である。凸部分１０６Ｂの奥端部、具体的には、載置面１１４の奥端部には、ピン１２２が設けられている。また、凸部分１０６Ｂの奥端部には、バネ片１２４が設けられている。バネ片１２４は、その自然状態において、屈曲した形態を有する。バネ片１２４は、低温下においても弾性を発揮し得る材料（例えば合金）により構成される。ベース部分１０６Ａは、張出部１１８を有する。張出部１１８には、Ｚ方向に沿って起立したガイドプレート１２０が固定されている。ガイドプレート１２０は例えばチタン等の金属により構成される。

保持機構１０８は、軸受け１２６，１２８、軸部材１３０、レバー部材１３２を有する。それらの部材は、例えば、ステンレス等の金属により構成される。後述するロック機構は、保持機構１０８の一部を構成する。試料カートリッジの保持という観点から見て、載置面１１４、ガイドプレート１２０、プレート１１２の垂直壁１１２ａも、保持機構１０８の一部を構成する。

軸受け１２６，１２８は、互いにｙ方向に離間しつつ、ベース部分１０６Ａに固定されている。軸受け１２６，１２８によって軸部材１３０が保持されている。レバー部材１３２は、レバー１３４及び基端部１３６を有する。レバー１３４は、浮上運動及び落ち込み運動を行う先端部である。基端部１３６にはｙ方向に沿った貫通孔が形成され、その貫通孔を軸部材１３０が通過している。レバー部材１３２は、軸部材１３０周りにおいて回転運動し得る。また、レバー部材１３２は、軸部材１３０に沿ってスライド運動をし得る。許容されるスライド運動の幅は例えば１ｍｍである。

後述するように、試料カートリッジの一連の運動により、レバー部材１３２が回転運動し、またスライド運動する。換言すれば、レバー部材１３２の動作が遠隔操作される。搬送台４４又はその付近に駆動源を設ける必要はない。

以下に詳述するように、試料カートリッジが、載置面１１４とレバー１３４との間に挟まれ、これにより試料カートリッジが保持される。その際、ロック機構が機能し、レバー１３４による保持力が生じる。これにより試料カートリッジが搬送台４４に保持され、試料カートリッジが搬送台４４と一体化する。これにより、試料カートリッジの搬送過程において、試料カートリッジの位置ずれや脱落を効果的に防止できる。

副冷却設備により副ステージを介して搬送台４４が冷却され、つまり、搬送台４４に保持された試料カートリッジ（特に試料）が冷却される。これにより試料冷却状態が維持される。冷ブロック１０６は、冷熱を蓄積した冷熱源として機能する。これにより、試料カートリッジの搬送過程において、試料冷却状態が維持され、あるいは、試料温度の上昇が抑制される。プレート１１２及び保持機構１０８も冷熱源の一部として機能する。

図８には、案内機構へ試料カートリッジ保持器を挿入する際における試料カートリッジ保持器の一連の動作１３８が模式的に示されている。その一連の動作１３８は、試料カートリッジの一連の動作とも言える。

一連の動作１３８は、時系列順で並ぶ、第１前進運動１４０、正回転運動１４２、第２前進運動１４８、逆回転運動１５０、及び、後退運動１５６により構成される。正回転運動１４２により、試料カートリッジの上面の向く方向が方位１４４から方位１４６へ変化する。これにより試料カートリッジにおいて姿勢変化が生じる。つまり、水平姿勢から傾斜姿勢へ変化する。第２前進運動１４８の過程で、レバーの浮上状態が形成される。レバーの浮上状態において、レバーの直下を、試料カートリッジの突起が通過する。

逆回転運動１５０により、試料カートリッジの上面の向く方向が方位１５２から方位１５４へ変化する。これにより試料カートリッジにおいて傾斜姿勢から水平姿勢への変化が生じる。これに伴って、レバーの落ち込み状態が生じる。後退運動１５６により、試料カートリッジの突起がレバーに引っ掛かる。これにより、ロック機構が動作すると共に、試料カートリッジが試料カートリッジ保持器から離脱する。

その後、符号１５８で示すように、往路を逆向きで辿らせて、それを復路としてもよいし、符号１６０で示すように、直線的な後退運動を行わせてもよい。レバー等が所望の動きを行うように、案内機構が有する溝の形状を定めればよい。加工後の試料を備えた試料カートリッジを回収する際には、図８に示した一連の動作が順番に実施された後に、一連の動作が逆順で逆方向に実施される。

以下、試料カートリッジを搬送台へ移載する際における幾つかの状態を具体的に説明する。

図９には、第２前進運動の前半が示されている。試料カートリッジ７８は、それ全体として板状の形態を有し、それはカートリッジ本体１６２及び後端部１６４により構成される。後端部１６４が試料カートリッジ保持器の先端部（具体的には、スライドアセンブリの先端部）により保持されている。

カートリッジ本体１６２は、加工前の試料を備えた担体を収容保持する第１部分１６６、及び、加工後の試料を備えた担体を収容保持する第２部分１６８を有する。各担体については図示されていない。第２部分１６８において担体を押さえるためにバネ片１７０が設けられている。第１部分１６６に同様の押さえ部材を設けてもよい。カートリッジ本体１６２の上面には、ネジにより構成される突起１７２が設けられている。カートリッジ本体１６２の先端部に対して面取り加工が施されている。

搬送台においては、レバー１３４が落とし込み状態にあり、つまり、最下レベルに位置している。レバー１３４の前側端部には、ｘ方向に並ぶテーパー面１３４ａ、１３４ｂが形成されている。それらはいずれも斜め下向きの斜面である。

図１０には、第２前進運動の後半が示されている。傾斜姿勢を有する試料カートリッジ７８の前進運動により、試料カートリッジ７８の先端部がテーパー面１３４ａ又はテーパー面１３４ｂに当たり、レバー１３４を上方へ突き上げる。これにより、レバー１３４の浮上状態が生じる。その後、レバー１３４は、試料カートリッジ７８の特定の角部分７８ａによって支持される。これにより、レバー１３４の浮上状態が維持される。

図示の状態では、特定の角部分７８ａを除いて、試料カートリッジ７８の上面７８ｂはレバー１３４には接触していない。試料カートリッジ７８の下面７８ｃが傾斜面１１６に接し、傾斜面１１６によって試料カートリッジ７８の前進運動が案内される。

図１１には、第２前進運動の終了時の状態が示されている。試料カートリッジ７８の先端面がピン１２２に当たった時点で、第２前進運動が終了する。その状態では、バネ片１２４が＋ｙ方向へ押され、弾性変形する。

図１２には、後退運動開始後の状態が示されている。試料カートリッジ７８が水平姿勢に復帰しており、試料カートリッジ７８の下面が載置面１１４上に載っている。レバー１３４の落ち込み状態が形成されており、カートリッジ本体１６２の上面にレバー１３４の下面が接している。レバー１３４に突起１７２が当たった時点で、試料カートリッジ７８が試料カートリッジ保持器から離脱する。それと同時に、以下に説明するロック機構が動作する。

垂直壁１１２ａ、ガイドプレート１２０及びバネ片１２４により、試料カートリッジ７８のｘ方向の動きが制限される。ピン１２２により、試料カートリッジ７８の＋ｙ方向への動きが制限される。レバー１３４への突起１７２の当接により、試料カートリッジ７８の－ｙ方向への動きが制限される。レバー１３４による押圧力により、試料カートリッジ７８のｚ方向への動きが制限される。

図１３にも、後退運動開始後の状態が示されている。突起１７２がレバー１３４の後端に当たっている。基端部１３６に形成された貫通孔を軸部材１３０が通過しており、レバー部材１３２は、ｙ方向にスライド運動可能である。軸受け１２６には＋ｙ方向に突出したフック１２６ａを有しており、フック１２６ａは、傾斜面１２６ｂを有する。傾斜面１２６ｂは斜め下向きの面である。一方、基端部１３６には、傾斜面１３６ａが形成されている。傾斜面１３６ａは斜め上向きの面である。レバー部材１３２が－ｙ方向にスライド運動すると、傾斜面１３６ａと傾斜面１２６ｂとが当たり合い、レバー１３４の上昇を規制する力が生じ、あるいは、レバー１３４を下方へ押す力が生じる。傾斜面１２６ｂは第１係合部に相当し、傾斜面１３６ａは第２係合部に相当する。傾斜面１２６ｂ及び傾斜面１３６ａにより、ロック機構１７６が構成される。

整理すると、図１３に示されている状態では、バネ片１２４により生じた弾性力Ｆ１から、突起１７２がレバー１３４を押す力Ｆ２が生じる。その力Ｆ２から、レバー部材１３２を－ｙ方向に押す力Ｆ３が生じる。その力Ｆ３によりロック機構１７６が機能し、これにより押圧力（又は規制力）Ｆ４が生じる。

バネ片１２４及びロック機構１７６によれば、試料カートリッジを安定的に保持することが可能となる。これにより、試料カートリッジの搬送過程において、試料カートリッジの位置ずれや脱落を効果的に防止できる。これにより試料の保護を図れる。試料カートリッジを取り出す場合にも、その作業を安全に的確に行える。バネ片１２４に代えて他の弾性部材を設けてもよい。ロック機構１７６として、図１３に示したもの以外の機構を採用してもよい。

図１４には、図１に示した加工観察システムを用いて実施される加工観察方法がフローチャートとして示されている。Ｓ１０は加工準備工程である。具体的に説明すると、凍結状態にある元試料（比較的大きなバルク試料）が担体上に載せられ、その担体が試料カートリッジに装着される。試料カートリッジ保持器により、試料カートリッジが保持される。加工準備作業は、例えば、液体窒素を収容した槽の中で実施される。

Ｓ１２では、試料カートリッジ搬送装置における案内機構に試料カートリッジ保持器の保持器本体が挿入される。Ｓ１４では、搬送台により試料カートリッジが保持される。Ｓ１６では、試料カートリッジ搬送装置内において、元試料に対するコーティングが実施される。Ｓ１８では、搬送機構により、副ステージから主ステージへ、試料カートリッジを保持した搬送台が搬送される。

Ｓ２０では、ＦＩＢ加工装置において、試料の加工が実施される。必要なタイミングで試料が観察される。Ｓ２２では、試料カートリッジにおいて、第１部分に保持された担体上の試料（微細な試料）が、第２部分に保持された担体上へ移送される。その際には、所定のツール（マニピュレータ）が用いられる。

Ｓ２４では、搬送機構により、主ステージから副ステージへ、試料カートリッジを保持した搬送台が搬送される。Ｓ２６では、加工後の試料に対するコーティングが実施される。

Ｓ２８では、試料カートリッジ保持器に対して試料カートリッジが取り付けられた上で、試料カートリッジ搬送装置から試料カートリッジ保持器が引き抜かれる。Ｓ３０では、試料カートリッジ保持器が透過電子顕微鏡に取り付けられる。Ｓ３２では、透過電子顕微鏡により加工後の試料が観察される。

実施形態に係る試料カートリッジ搬送装置によれば、試料カートリッジ（特に試料）を安全に搬送できる。また、試料カートリッジの搬送過程において試料冷却状態を維持でき、あるいは、試料温度の上昇を抑制できる。更に、試料カートリッジ保持器のマニュアル操作により保持機構が動作するので、搬送台又はその周囲に駆動源を設ける必要がないという利点を得られる。試料カートリッジと搬送台との間における試料カートリッジの受け渡しに際し、精密な又は複雑な作業は不要であり、ユーザーの負担を軽減できる。

試料カートリッジ保持器に一連の動作を行わせるための駆動機構を設けてもよい。試料の冷却が必要でない場合において、試料カートリッジ搬送機構あるいは搬送台を利用してもよい。

１０ 加工観察システム、１２，１２Ａ，１２Ｂ 試料カートリッジ保持器、１４ 加工システム、１６ 透過電子顕微鏡、２２，６４，７８ 試料カートリッジ、２４ ＦＩＢ加工装置、２６ 試料カートリッジ搬送装置、３６ 搬送機構、３８ 案内機構、４０ 主ステージ、６２ 副ステージ、１０６ 冷ブロック、１０８ 保持機構、１３２ レバー部材、１３４ レバー、１７２ 突起、１７６ ロック機構。

Claims (12)

1. 試料カートリッジを保持する試料カートリッジ保持器と試料カートリッジ搬送装置とにより構成された試料カートリッジ搬送システムであって、
   前記試料カートリッジ搬送装置は、
   加工装置内の主ステージから離れた位置に設けられた副ステージと、
   前記副ステージ上に載せられる搬送台であって、前記副ステージを介して冷却される冷ブロックと、前記冷ブロックに設けられ前記試料カートリッジ保持器から渡された前記試料カートリッジを保持する保持機構と、を有する搬送台と、
   前記副ステージと前記主ステージとの間において、前記試料カートリッジを保持した前記搬送台を搬送する搬送機構と、
   を含む、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
2. 請求項１記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記試料カートリッジ保持器は、加工前の試料を前記試料カートリッジ搬送装置へ導入し、且つ、加工後の試料を前記試料カートリッジ搬送装置から観察装置へ運ぶための可搬型の器具であり、
   前記試料カートリッジ搬送装置は、前記主ステージを含む前記加工装置に連結されている、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
3. 請求項２記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記加工装置は、前記主ステージを冷却する主冷却設備を含み、
   前記試料カートリッジ保持器は、前記試料カートリッジを冷却する可搬型冷却設備を含み、
   前記試料カートリッジ搬送装置は、前記主冷却設備及び前記可搬型冷却設備とは別の副冷却設備を含む、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
4. 請求項１記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記試料カートリッジ保持器は、前記試料カートリッジを保持する先端部を有する保持器本体を含み、
   前記試料カートリッジ搬送装置は、前記保持器本体を受け入れて前記先端部を前記搬送台の方へ案内する案内機構を含む、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
5. 請求項４記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記案内機構は、前記保持器本体を第１方向に案内し、
   前記搬送機構は、前記第１方向に直交する第２方向に前記搬送台を搬送する、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
6. 請求項４記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記案内機構は、前記保持器本体の前進運動、回転運動及び後退運動を含む一連の運動を案内し、
   前記一連の運動による前記試料カートリッジの位置及び姿勢の変化に従って、前記保持機構が動作する、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
7. 請求項６記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記試料カートリッジは、カートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に連なる後端部と、を含み、
   前記保持機構は、載置面と、レバーを有するレバー部材と、を含み、
   前記試料カートリッジの位置及び姿勢の変化に従って、前記レバーの浮上状態及び倒れ込み状態が順次形成され、
   前記浮上状態において前記カートリッジ本体が前記レバーの下方を通過し、
   前記倒れ込み状態において前記試料カートリッジが前記載置面と前記レバーとの間に挟まれる、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
8. 請求項７記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記カートリッジ本体は、加工前の試料を備える第１部材を保持する第１部分と、加工後の試料を備える第２部材を保持する第２部分と、を含み、
   前記倒れ込み状態にある前記レバーが前記後端部を押さえる、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
9. 請求項７記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
   前記前進運動には、第１前進運動及び第２前進運動が含まれ、
   前記回転運動には、正回転運動及び逆回転運動が含まれ、
   前記一連の運動は、時系列順で並ぶ、前記第１前進運動、前記正回転運動、前記第２前進運動、前記逆回転運動及び前記後退運動を含み、
   前記正回転運動後に、前記試料カートリッジの傾斜姿勢が形成され、
   前記第２前進運動時に、前記試料カートリッジの角部分が前記レバーに当たって前記浮上状態が形成され、その後、前記試料カートリッジの突起が前記レバーの下側を通過し、
   前記逆回転運動後に、前記試料カートリッジの水平姿勢が形成されて前記試料カートリッジの下面が前記載置面に接合し、
   前記後退運動時に、前記突起が前記レバーに当たり、これにより前記先端部から前記試料カートリッジが離れる、
   ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
10. 請求項９記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
    前記搬送台は、前記傾斜姿勢にある前記試料カートリッジの下面を案内する傾斜面を含む、
    ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
11. 請求項７記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
    前記保持機構は、
    前記レバー部材を回転運動可能及び前後運動可能に支持する部材と、
    ロック機構と、
    を含み、
    前記ロック機構は、
    第１係合部と、
    前記レバー部材に設けられ、前記レバーの倒れ込み状態において前記レバー部材の後退運動により前記第１係合部に係合する第２係合部と、
    を含む、
    ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。
12. 請求項１１記載の試料カートリッジ搬送システムにおいて、
    前記保持機構は、前記試料カートリッジに対して後退力を与える弾性部材を含む、
    ことを特徴とする試料カートリッジ搬送システム。

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