特許7201784形状記憶合金アクチュエータによって制御されるステージ分離を有する多段真空装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-26
(45)【発行日】2023-01-10
(54)【発明の名称】形状記憶合金アクチュエータによって制御されるステージ分離を有する多段真空装置
(51)【国際特許分類】
F03G 7/06 20060101AFI20221227BHJP
H01J 37/09 20060101ALI20221227BHJP
H01J 37/16 20060101ALI20221227BHJP
H01J 37/18 20060101ALI20221227BHJP
【ＦＩ】
F03G7/06 D
F03G7/06 F
H01J37/09 Z
H01J37/16
H01J37/18
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021500082
(86)(22)【出願日】2019-07-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-11-11
(86)【国際出願番号】 IB2019056189
(87)【国際公開番号】W WO2020016843
(87)【国際公開日】2020-01-23
【審査請求日】2022-05-23
(31)【優先権主張番号】102018000007349
(32)【優先日】2018-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】511020829
【氏名又は名称】サエス・ゲッターズ・エッセ・ピ・ア
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】マルコ・ウルバーノ
【審査官】小関 峰夫
(56)【参考文献】
【文献】特開平０５－０５４８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０４８７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－００３４２６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０３Ｇ ７／０６
Ｈ０１Ｊ ３７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも第１ステージおよび第２ステージを備える真空装置であって、前記第１および第２ステージは、分離ステージ（１０；２０；３０；４０；５０）を通り流体連通し、前記分離ステージ（１０；２０；３０；４０；５０）は、末端部分に開口を有するチャネル（１２；２２）を有し、前記チャネル（１２；２２）の前記開口は、面積Ａを有し、前記末端部分は、少なくとも２つの開口を備える有孔シャッター（１４；２７；３５；４２；５２）と密接に接触し、大きい開口（１５；２６；３６；４６；５６）が０．９Ａ以上の面積を有し、かつ小さい開口（１６；２８；３７；４７；５７）が０．００００１Ａ～０．０１Ａの間の面積Ａｒを有し、前記シャッターの開口の少なくとも一方がアクチュエータの作動によって前記チャネル（１２；２２）の前記開口に対して位置合わせ、かつ中心合わせされる、前記真空装置において、前記アクチュエータが、少なくとも１つの形状記憶合金部材である、または少なくとも１つの形状記憶合金部材を備え、
前記シャッター開口が分離された形状記憶合金部材によって独立して移動される第２のシャッターによって交互に閉じられることを特徴とする、真空装置。
【請求項2】
前記少なくとも１つの形状記憶合金部材が０．０１ｍｍ～０．５０ｍｍの間の直径を有する１または複数の形状記憶合金ワイヤ（１３，１３’，１３”，１３’’’）を備える、請求項１に記載の真空装置。
【請求項3】
前記少なくとも１つの形状記憶合金部材が形状記憶合金バネ（２４；３４；４４，４５；５４，５５）である、請求項１に記載の真空装置。
【請求項4】
前記シャッター開口が単一の金属片に形成された孔である、請求項１～３のいずれか一項に記載の真空装置。
【請求項5】
前記有孔シャッター（１４；４２；５２）の位置が複数の形状記憶合金部材の拮抗作動によって制御される、請求項１～４のいずれか一項に記載の真空装置。
【請求項6】
前記有孔シャッター（２７；３５）の位置が、少なくとも形状記憶合金部材（２４；３４）が弾性復帰部材（２３）に対して作用することによって制御される、請求項１～４のいずれか一項に記載の真空装置。
【請求項7】
前記有孔シャッター（１４；２７；３５；４２；５２）は、シャッター支持体（１７；２５；３８；４１；５１）によって移動時に案内かつ支持され、前記シャッター支持体（１７；２５；３８；４１；５１）には、前記有孔シャッター（１４；２７；３５；４２）が摺動的に係合する２つの対向する案内溝が設けられる、または、前記有孔シャッター（５２）が旋回するピボット（５１ｃ）および前記有孔シャッター（５２）が摺動的に係合する対向案内溝が設けられる、請求項１～６のいずれか一項に記載の真空装置。
【請求項8】
前記真空装置が走査型電子顕微鏡、または走査型ヘリウムイオン顕微鏡である、請求項１～７のいずれか一項に記載の真空装置。
【請求項9】
少なくとも第１ステージおよび第２ステージを備える真空装置であって、前記第１および第２ステージは、分離ステージ（１０；２０；３０；４０；５０）を通り流体連通し、前記分離ステージ（１０；２０；３０；４０；５０）は、末端部分に開口を有するチャネル（１２；２２）を有し、前記チャネル（１２；２２）の前記開口は、面積Ａを有し、前記末端部分は、少なくとも２つの開口を備える有孔シャッター（１４；２７；３５；４２；５２）と密接に接触し、大きい開口（１５；２６；３６；４６；５６）が０．９Ａ以上の面積を有し、かつ小さい開口（１６；２８；３７；４７；５７）が０．００００１Ａ～０．０１Ａの間の面積Ａｒを有し、前記シャッターの開口の少なくとも一方がアクチュエータの作動によって前記チャネル（１２；２２）の前記開口に対して位置合わせ、かつ中心合わせされる、前記真空装置において、前記アクチュエータが、少なくとも１つの形状記憶合金部材である、または少なくとも１つの形状記憶合金部材を備え、
前記有孔シャッター（１４；４２；５２）の位置が複数の形状記憶合金部材の拮抗作動によって制御される、ことを特徴とする、真空装置。
【請求項10】
前記有孔シャッター（１４；２７；３５；４２；５２）は、シャッター支持体（１７；２５；３８；４１；５１）によって移動時に案内かつ支持され、前記シャッター支持体（１７；２５；３８；４１；５１）には、前記有孔シャッター（１４；２７；３５；４２）が摺動的に係合する２つの対向する案内溝が設けられる、または、前記有孔シャッター（５２）が旋回するピボット（５１ｃ）および前記有孔シャッター（５２）が摺動的に係合する対向案内溝が設けられる、請求項９に記載の真空装置。
【請求項11】
前記真空装置が走査型電子顕微鏡、または走査型ヘリウムイオン顕微鏡である、請求項９または１０に記載の真空装置。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか一項に記載の真空装置の作動方法であって、形状記憶合金部材の作動が操作フィードバックによって制御および駆動されることを特徴とする、作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多段真空装置、好ましくは二段装置に関し、その通常の動作では、異なる圧力を設定し、変化させ、続いて真空装置段階で維持する必要があり、圧力変化は、高圧段階でのプロセスガスの流入を制御する適切なシャッターの動きを介した形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤーアクチュエータによって達成することができる。
【背景技術】
【0002】
本発明による最も興味深い真空装置の中には、集束された電子ビームでその表面を走査することによって試料の画像を生成するＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などの荷電粒子装置がある。高真空段階と低真空段階の両方で試料が観察され、高真空段階では試料に到達する前に電子ビームの散乱が最小限に抑えられるため、電子銃と一次電子ビーム通路は高真空状態に保たれる。
【0003】
検出器は、いわゆる「低真空」動作モードでも使用でき、このモードでは、少量のガスがチャンバに漏れ、そこでイオン化して絶縁材料の表面帯電を低減する。この場合、サンプルチャンバーから顕微鏡カラムへのガスの流れを制限する必要があり、これは、対物レンズの開口部（通常は５～１０ｍｍの範囲）を、たとえば０．５～１ｍｍまたはそれよりも小さい直径などのはるかに小さい値に減らすことによって実現される。対物レンズの開口部を縮小する１つの方法は、対物レンズの開口部の内側に、主ビーム軸に沿って配置され、元の直径よりもはるかに小さい直径の穴を備えた付属物を導入することである。
【0004】
この解決策では、低真空測定が可能であるが、顕微鏡の視野が狭くなり、顕微鏡カラム内に配置された検出器による後方散乱電子の検出が大幅に制限されるという欠点がある。このため、高真空測定が必要な場合は付属物を外す必要がある。付属物の取り付けと取り外しは、試料チャンバを空気に開放し、チャンバを閉じ、チャンバの長い再調整（空気を送り出す）を待つことを意味する。
【0005】
異なる圧力レジームでの真空装置の動作を可能にするために、開口部材を自動的に取り付けたり取り外したりする動作を実行するチャネル開口および機構を含む真空装置を提供するために、いくつかの解決策が開示されている。例えば、特許文献１は、後端部を有する電子光カラムと、カラムの前端部に接続された試料チャンバと、試料チャンバ内のカラムの前端部に配置された開口部材とを有する装置を開示している。開口部材は、ビームの経路の方向に沿った所与の平面に沿って開口部材を回転させることによって取り付けまたは取り外しができる。
【0006】
特許文献２は、物体を検査するための粒子ビーム経路を定義するように構成された構成を含む荷電粒子装置を開示している。装置は、動作位置において、差圧開口が荷電粒子光学装置の２つの真空ゾーンを分離するように構成され得る差圧開口を有する差圧モジュールをさらに含む。より具体的には、粒子光学装置の真空エンクロージャを貫通して延びる位置決めアームが記載されており、前記アームは、粒子ビーム経路が差圧開口を通過する動作位置に配置されている。
【0007】
特許文献３は、帯電粒子光学系と、帯電粒子光学系を排気するための排気手段を備えた帯電粒子ビームシステムを提供し、これには、真空容器、補助真空ポンプとして真空容器に接続する非蒸発性ゲッターポンプ、真空容器と非蒸発性ゲッターポンプの間に挿入されるバルブが含まれる。この場合、排気方法には、正しい排気を行うためにバルブと粗引きポンプポートが必要である。
【0008】
特許文献４は、２つのポンプの間に配置され、放射熱伝達に完全なシールドを提供できる可動シールド装置を開示している。シールドは、２つの異なる構成を想定できる形状記憶要素を含むシールド金属のセットを設けることによって得られる。この特許では、コンダクタンスは、ゲッターポンプからターボポンプに向かう放射から生じる温度の関数として変化する。この装置は、ビームを遮断しないため、光学システムと互換性がない。
【0009】
特許文献５は、開口直径を少なくとも２つの異なる値のいずれかに設定できる、またはエミッタの頂点から抽出電極までの距離を少なくとも２つの異なる値のいずれかに設定できることを特徴とするガス電界イオン化源について説明している。
【0010】
特許文献６は、一般的に定義された駆動機構を使用して複数のオリフィスを動かし、２つの電子顕微鏡領域間に適切な圧力を設定する電子顕微鏡を記載している。同様に、同じ分野で、特許文献７は、開口絞りを移動させるための一般的な駆動機構を記載している。
【0011】
特許文献８は、電子顕微鏡における試料/サンプルの適切な操作機構の使用について説明し、熱マイクロアクチュエータ、静電マイクロアクチュエータ、スティックスリップ圧電マイクロアクチュエータ、ピエゾバイモルフマイクロアクチュエータ、コームドライブマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータ、および形状記憶合金マイクロアクチュエータなどのアクチュエータを備える。
【0012】
特許文献９は、２つの部材の相互位置調整によって達成される可変アパーチャを記載しており、部材を移動させるための手段として、好ましくはピエゾドライブによって駆動される。部材は、例えば、ステッピングモーターによって、部材を動かすことができる熱膨張材料または形状記憶合金によって、またはマイクロメートルスケール内で部材を動かすことができる他の任意の手段によって動かすことができる。
【0013】
特許文献１０は、２つのスリット質量分析計を開示しており、１つは固定で、もう１つは一般的に記述されている多くの変形に従って移動可能である。
【0014】
上記の解決策には、対物レンズの口径を自動アーム、または真空モーター、すなわち真空適合電磁モーターまたは圧電モーターの使用を必要とする複雑なシステムによって制御する必要があるため、いくつかの欠点がある。前者のタイプのモーターは、特に高真空の観察において、炭化水素の長鎖で試料を汚染する可能性のある潤滑剤を必要とし、後者のタイプのモーターは、試料上に移動する粒子を生成し、顕微鏡測定を大きく損なう可能性がある。
【0015】
圧電モーターと電磁モーターはどちらもかさばり、特定の分析に必要となる可能性のあるさまざまな検出器を導入したり、最適に配置したりする可能性を低減する。特に、それらは試料と他の検出器の間に介在する可能性があるため、検出器に到達する粒子または光子の部分が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００６２０９号明細書
【文献】欧州特許出願公開第２９５０３２４号明細書
【文献】米国特許第７７８１７４３号明細書
【文献】米国特許第６３０９１８４号明細書
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０８７７０４号明細書
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１３９９８６号明細書
【文献】米国特許出願公開第２００９／００４５３３７号明細書
【文献】米国特許第６９６７３３５号明細書
【文献】欧州特許第１５２６５６３号明細書
【文献】特開平０６－３６１６６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の目的は、特に真空モーターの使用に関して先行技術の欠点を克服することであり、その第１の態様は、第１ステージおよび第２ステージを含む真空装置からなり、第１および第２ステージがその末端部分に開口を有するチャネルを有する分離ステージを介して流体通信し、前記チャネル開口は、面積Ａを有し、前記末端部分は、少なくとも２つの開口を含む有孔シャッターと密接に接触し、１つの開口は、０．９＊Ａ以上の面積を有し、１つの開口は、０．００００１＊Ａから０．０１＊Ａの間の面積Aｒを有し、前記シャッター開口の少なくとも１つは、形状記憶合金要素の作動によって前記チャネル開口に対して位置合わせされ、中心合わせされる。
【0018】
以下の図の助けを借りて、本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1A】２つの異なる位置に有孔シャッターを備えた、本発明に従って行われた真空装置ステージ分離の第１の実施形態の概略底面斜視図を示す
【図1B】２つの異なる位置に有孔シャッターを備えた、本発明に従って行われた真空装置ステージ分離の第１の実施形態の概略底面斜視図を示す。
【図3】本発明の第３の実施形態の概略底面斜視図を示す。
【図4】本発明の第４の実施形態の底面分解図を示す。
【図8】本発明の第５の実施形態の底面分解図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
上記の図では、本発明の理解に不可欠な要素のみが示されているが、電流供給源など、本発明の理解に必要のない補助要素は、技術分野で知られている通常の手段であるため示されていない。さらに、要素の寸法と寸法の比率は、特にＳＭＡワイヤ径に限定されるものではないが、読みやすさを向上させるために変更されている場合がある。
【0021】
形状記憶合金は、２つの相の間の遷移によって特徴付けられ、１つは低温で安定な、いわゆるマルテンサイト相であり、もう１つは高温で安定な、いわゆるオーステナイト相である。形状記憶合金は、Ｍｆ、Ｍｓ、Ａｓ、Ａｆの４つの温度で特徴付けられ、Ｍｆは、その温度以下では形状記憶合金が完全にマルテンサイト相になる温度、すなわちマルテンサイト構造を有する温度であり、Ａｆは、その温度以上では形状記憶合金が完全にオーステナイト相になる温度、すなわちオーステナイト構造を有する温度であり、Ｍｓ、Ａｓは、それぞれマルテンサイト相とオーステナイト相への遷移が始まる温度である。
【0022】
ＳＭＡワイヤとしても知られる形状記憶合金で作られたワイヤは、温度がＭｆ未満からＡｆ以上に、またはその逆に変化したときに形状を変化させるようにトレーニングできる。ＳＭＡワイヤの処理とトレーニングは、２００４年秋のトレーニングセクション「ＭＥ５５９－スマート材料と構造」にさかのぼる「形状記憶合金形状トレーニングチュートリアル」に例示されているように、この分野で広く知られている手順である。
【0023】
本発明による第１の実施形態は、分離ステージ１０の概略底面斜視図を示す図１Ａおよび図１Ｂに示されている。特に、円形フレーム１１、イオン源を通過させるためのチャネル１２を有するビームガイド構造１８が示され、その末端部分に面積Ａの開口があり、有孔シャッター１４が末端部分の真下に配置され、末端部分と密接に接触している。支持体１７は、有孔シャッター１４を保持し、有孔シャッターは、有孔シャッター１４の上面をチャネル１２の開口と密接に接触させ続ける支持体１７の２つの内部溝に沿ってスライドすることができる。
【0024】
有孔シャッター１４は、少なくとも２つの円形開口１５および１６を備え、前者は、０．９＊Ａ以上の面積を有し、後者は、０．０００１＊Ａ～０．０１＊Ａの間に含まれる面積Ａｒを有する。前記シャッター開口１５、１６のうちの１つは、形状記憶合金要素の作動によってチャネル１２の前記開口に対して位置合わせされ、中心合わせされ、中心にないシャッター開口はチャネル１２の外側に移動される。
【0025】
図１Ａおよび図１Ｂに示される第１の実施形態では、有孔シャッター１４は、略長方形の形状を有する有孔シャッター１４の四隅に配置された固定点および、円形フレーム１１に沿った対応する位置にある固定点を有する４本のＳＭＡワイヤ１３、１３’、１３’’、１３’’’によって移動される。
【0026】
ビームおよび試料の近くの表面は、望ましくない電界を生成する可能性のある表面における電荷の収集を回避するために導電性材料でできていることが好ましいので、開口１５、１６は、図１Ａおよび１Ｂに示すように単一の金属片で作ることができる。あるいは、有孔シャッターは、例えば、中央部分と外側部分がコーティングされていないストリップによって分離されるように、金属コーティングで覆われた非導電性セラミック材料で実現することができる。
【0027】
有孔シャッター１４を動かして開口を変えるために、ＳＭＡワイヤ１３、１３’、１３’’、１３’’’は、それらが加熱されて合金が完全にオーステナイト相になる温度に達するように、電流の供給を通して加熱することによって作動される。ＳＭＡワイヤは、ペアで交互に作動する。より具体的には、ワイヤ１３と１３’の同時作動により、有孔シャッター１４が右に引っ張られ、小さい開口１６（図１Ｂ）が位置合わせされ、ワイヤ１３’’および１３’’’の同時作動により、有孔シャッター１４が左に引っ張られ、大きな開口１５（図１Ａ）が位置合わせされる。開口１５、１６の正確な位置合わせは、２対のＳＭＡワイヤによっていずれかの方向に引っ張られた場合に有孔シャッター１４が当接するシャッター支持体１７上に形成されたエンドストップ（図示せず）によって保証される。
【0028】
より複雑な代替の実施形態（図示せず）は、４対のＳＭＡ要素によって独立して動かされる２つの有孔シャッターで実現され、第１のシャッターは２つの開口を含み、その２つの開口のうちの１つをビーム軸に沿って中心に合わせるために動かされ、第２のシャッターは、第１のシャッターの中心にない他の開口を閉じるために動かされる。この解決策では、第２のシャッターによって閉じられているため、中心にない開口をチャネル１２の外側に移動する必要がないため、シャッターの変位を小さくすることができる。言うまでもなく、作動の均一性と加えられる力の平衡化を確実にするために、形状記憶合金のワイヤ径は本質的に互いに等しくなければならない（±５％の許容範囲内）。
【0029】
第１の実施形態および代替の実施形態の両方に適用可能な別の代替の変形例では、シャッターは、図１Ａ、図１Ｂのように２つの固定点を持つ１対のワイヤではなくシャッターの両側に１つの固定点を有する単一のワイヤを有するために、反対の位置に配置された２つの拮抗ワイヤによって移動することができる。
【0030】
図２Ａおよび図２Ｂに示される第２の実施形態では、分離ステージ２０は、円形フレーム２１、イオン源を通過させるためのチャネル２２を有し、その末端部分に開口を有するビームガイド構造２９、および末端部分の真下に配置され密接に接触する有孔シャッター２７を含む。支持体２５は、有孔シャッター２７を保持し、有孔シャッターは、有孔シャッター２７の上面をチャネル２２の開口と密接に接触させ続ける支持体２５の２つの内部溝に沿ってスライドすることができる。有孔シャッター２７は、少なくとも２つの円形開口２６および２８を備え、前記シャッター開口の１つは、形状記憶合金要素の作動によって、前記チャネル開口に対して位置合わせされ、中心合わせされる。
【0031】
この場合、ＳＭＡ要素はＳＭＡバネ２４であるのに対し、要素２３は標準バネであり、ＳＭＡバネ２４が電圧を印加することによって作動し、合金が完全にオーステナイト相になる温度に達すると、ＳＭＡバネ２４は短くなり、有孔シャッター２７を右に引っ張って標準バネ２３を延ばし、小さい開口２８がビーム軸に位置合わせされる（図２Ｂ）。ＳＭＡバネ２４が非作動時になると、バネ２３は有孔シャッター２７を左に引き戻し、大きい開口２６がビーム軸に位置合わせされる（図２Ａ）。
【0032】
図３に示す第３の実施形態では、分離ステージ３０は、バネ２３が、格納式ボールペンで使用されるものと同様のプッシュ‐プッシュシステムと同様の機構３２に置き換えられているという点で、第２の実施形態の分離ステージ２０とは異なる。機構３２は、円形フレーム３１に取り付けられ、上記のＳＭＡバネ２４のように動作するＳＭＡバネ３４の反対側の位置で、非伸長性ワイヤ３３を介して有孔シャッター３７に接続されている。ただし、この場合、ＳＭＡバネ３４は、ＳＭＡバネ３４の非作動時にシャッター支持体３８に沿った有孔シャッター３７の移動を定義する２つの異なるエンドストップ間で、各作動時に交互に動作する機構３２内のバネ（図示せず）に作用する。
【0033】
言い換えれば、機構３２は、ビーム軸と整列している小さい開口３６に対応する第１の安定位置と、ビーム軸と整列している大きい開口３５に対応する第２の安定位置とを有する双安定システムを表し、ＳＭＡバネ３４は、機構３２内の位置を変更するためにのみ作動する。これは、シャッターが一方の位置からもう一方の位置に移動した後、ＳＭＡバネ３４をすぐに非作動化できることを意味する。第２の実施形態では、小さい開口２８をビーム軸と位置合わせしたままにするためにＳＭＡバネ２４を作動したままにする必要があり、第１の実施形態では、開口１５、１６の１つをビーム軸と位置合わせしたままにするために、一対のＳＭＡワイヤ（１３、１３’または１３”、１３’’’のいずれか）を作動したままにする必要がある。
【0034】
図４は、第４の実施形態の分解底面図を示しており、分離ステージ４０が、シャッターのスライド移動を案内し、それをビームチャネルの末端部分と密接に接触させ続けることを目的とした溝を含むシャッター支持体４１と、有孔シャッター４２と、弧状屈曲部４３およびＳＭＡバネ４４、４５とを含む。図５～図７の組み立て図からよりよくわかるように、シャッター支持体４１には、有孔シャッター４２のスライド方向に対して対角線方向に外側に延びる対向するアーム４１ａ、４１ｂが設けられ、有孔シャッターには、アーム４１ｂ、４１ａに関して分離ステージ４０の反対側にそれぞれ配置された同様のアーム４２ａ、４２ｂを備えている。このようにして、第１のＳＭＡバネ４４は、分離ステージ４０の第１の側「ａ」のアーム４１ａと４２ａの間に接続され、第２のＳＭＡバネ４５は、反対側「ｂ」のアーム４１ｂと４２ｂの間に同様に接続されて、ＳＭＡバネ４４、４５は、実質的に有孔シャッター４２のスライド方向に沿って延びる。
【0035】
屈曲部４３は、支持体４１とシャッター４２との間で旋回し、その弧状形状は、シャッター４２のスライド面に平行な平面に含まれ、その旋回点の位置は、シャッター移動の両終点においてシャッター４２にロック力を提供するように選択される。これは、シャッター４２上の移動旋回点が、支持体４１上の固定旋回点に対して一方の側から他方の側に移動するためである。この構成では、上記のすべての要素を統合デバイスに事前に組み立てて、対物レンズに取り付けることができる。
【0036】
小さい開口４７がビーム軸と位置合わせされている図４から図６に示される位置から開始して、大きい開口４６は、短縮されたＳＭＡバネ４５を作動させてシャッターアーム４２ｂを支持アーム４１ｂ（図６、７では左方向）の方へ引っ張ることによって位置合わせに移動され、一方、ＳＭＡバネ４４は、シャッターアーム４２ａが支持アーム４１ａから離れるように動かされるので延長される。この動作により、有孔シャッター４２をスライドさせ、開口を小さい開口４７から大きい開口４６に変更することができ、ＳＭＡバネ４４を作動させることによって逆の動きが達成される。
【0037】
図８は、第４の実施形態と概念的に類似しているが、４つの実施形態のようなスライド運動ではなく、回転運動を伴うシャッターに関する第５の実施形態の分解底面図を示す。この場合、分離ステージ５０は、シャッターの回転運動を案内し、それをビームチャネルの末端部分と密接に接触させ続けることを目的とした単一の溝を備えるシャッター支持体５１と、有孔シャッター５２と、弧状屈曲部５３と、ＳＭＡバネ５４、５５とを含む。図９～図１１の組み立て図からよくわかるように、シャッター支持体５１には、２つのペグ５１ａ、５１ｂと、案内溝の反対側の位置で下向きに延びるピボット５１ｃ（２つのペグ５１ａの間に配置されたピボット５１ｃ）が設けられる一方、有孔シャッター５２には、ピボット５１ｃのシート５２ｃに対して対称に配置され、ペグ５１ａ、５１ｂに対して分離ステージ５０の同じ側にそれぞれ配置された、半径方向に延びるアーム５２ａ、５２ｂが設けられる。このようにして、第１のＳＭＡバネ５４は、分離ステージ５０の第１の側「ａ」でペグ５１ａとアーム５２ａとの間に接続され、第２のＳＭＡバネ５５は、同様に、反対側「ｂ」でペグ５１ｂとアーム５２ｂとの間に接続される、前記ＳＭＡバネ５４、５５が互いに実質的に垂直に延びる。
【0038】
屈曲部５３は、支持体５１とシャッター５２との間で旋回し、その弧状形状は、シャッター５２の回転平面に平行な平面に含まれ、その旋回点の位置は、シャッターの移動の両終点においてシャッター５２にロック力を提供するように選択される。これは、シャッター５２上の移動旋回点が、支持体５１上の固定旋回点に対して一方の側から他方の側に移動するためである。この構成では、上記のすべての要素を統合デバイスに事前に組み立てて、対物レンズに取り付けることができる。
【0039】
大きい開口５６がビーム軸と位置合わせされる図８～図１０に示される位置から開始して、小さい開口５７は、短縮されたＳＭＡバネ５４を作動させてシャッターアーム５２ａをペグに向かって引っ張りピボット５１ｃの周りでシャッター５２の回転（図１０、１１では反時計回り）を引き起こすとによって位置合わせに移動され、一方、ＳＭＡバネ５５は、シャッターアーム５２ｂがペグ５１ｂから離れるように動かされるので、回転および伸長される。この動作により、有孔シャッター５２を回転させ、開口を大きい開口５６から小さい開口５７に変更することができ、ＳＭＡバネ５５を作動させることによって逆の動きが達成される。
【0040】
試料チャンバから顕微鏡カラムへのガスの流れを制限するため、または高圧観察中の寄生ガスの流れを防ぐために、有孔シャッターとシャッター支持体の間にエラストマーガスケット（図示せず）を導入することが可能である。ガスケットと有孔シャッターの間の摩擦は、ＳＭＡ要素が作動してシャッターを目的の位置に移動した後、有孔シャッターを固定位置に保つのに役立つ。この場合、ロック力がガスケットの摩擦によって提供されるため、屈曲部は不要であるが、これは、前記摩擦を克服するために高い力を提供しなければならない大径のＳＭＡ要素の使用を意味する。
【0041】
より小さな直径のワイヤを使用するために、より速い作動／非作動のために、分離ステージはエラストマーガスケットを含まないことが好ましいが、２つの要件を満たすように作られることが好ましい。
－ 有孔シャッターとシャッター支持体の間のクリアランスは、寄生ガスの流量が、小さい開口を流れるガスの流量よりもはるかに低く、好ましくは少なくとも１桁低くなるように、十分に小さくする必要がある。
－ 有孔シャッターは、作動に向かう小さな力に対抗する必要がある。
－ 有孔シャッターとシャッター支持体の間のクリアランスは、寄生ガスの流量が、小さい開口を流れるガスの流量よりもはるかに低く、好ましくは少なくとも１桁低くなるように、十分に小さくする必要がある。
－ 有孔シャッターは、作動に向かう小さな力に対抗する必要がある。
【0042】
一般的に言えば、「密接に接触」という用語は、上記の文脈で解釈されるべきである。すなわち、寄生ガスの量が、小さい開口を流れる量よりも少なくとも１桁少ない。
【0043】
上記の原理と詳細は、電子顕微鏡技術（ＳＥＭ）や荷電粒子ビームだけでなく、走査型ヘリウムイオン顕微鏡（ＳＨＩＭ、ＨｅＩＭ、ＨＩＭ）にも適用できる。
【0044】
本発明は、特定の形状記憶合金材料に限定されないが、ニチノールの商品名で一般に知られている合金などのＮｉ－Ｔｉベースの合金が好ましく、その基本特性は米国特許第４８３０２６２号に記載されている。ＳＡＥＳスマートマテリアルの名前で米国特許第８１５２９４１号および米国特許第８４３０９８１号に記載されている新しく改良された形状記憶合金も使用することができる。
【0045】
特に、「Ｎｉ－Ｔｉベース」の形状記憶合金という用語は、ニッケルとチタンの含有量が圧倒的に多い形状記憶合金（少なくとも６０原子パーセント、ａｔ％）を含み、追加の元素は、例えば米国特許第４５６５５８９号に記載されているＮｉ－Ｔｉ－Ｃｕ合金の場合に低いヒステリシス、または例えば米国特許第５１１４５０４号に記載されているＮｉ－Ｔｉ－Ｈｆ合金の場合に高い変態温度などの異なる特性を与える可能性がある。
【0046】
ＳＭＡ要素がワイヤの形をしている場合、その直径は０．０１～０．５０ｍｍで構成されるが、サンプルの上に配置されたセンサーのスクリーニングを減らすために、直径が０．０１～０．１５ｍｍで構成されたＳＭＡワイヤで最良の結果が得られる。さらに、ワイヤとバネの両方でＳＭＡアクチュエータの直径が大きくなると、熱慣性が増加するため、アクチュエータの冷却時間が長くなり、２つの位置の切り替えに必要な最小時間に影響する。
【0047】
しかし、前述のように、有孔シャッターとシャッター支持体との間にエラストマーガスケットが配置された実施形態の場合、より大きな直径、好ましくは０．０８～０．５０ｍｍの間のＳＭＡアクチュエータ（ワイヤまたはバネ）を使用する必要がある。
【0048】
この点で、形状記憶合金ワイヤは実体物であるため、円形断面からの逸脱が有り得、「直径」という用語は最小の囲み円の直径として意図されていることを強調することが重要である。
【0049】
有孔シャッターとシャッター支持体との間のクリアランスと正しい作動は、有孔シャッターとシャッター支持体の適切な機械加工によって達成することができる。特に、係合部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は、０．１ミクロン以下であり、有孔シャッターとシャッター支持体の間のクリアランスは、２０ミクロン以下、できれば５ミクロン未満である必要がある。最後に、動作中の干渉を防ぐために、有孔シャッターとシャッター支持体の間の最小クリアランスは、有孔シャッターの移動のすべての位置で２ミクロンより大きくする必要がある。
【0050】
さらなる実施形態は、上記の実施形態の特徴の組み合わせを通じて当業者によって容易に得ることができ、例えば、屈曲部は、最初の２つの実施形態（ガスケットがない場合）にも存在することができる。
【0051】
前の実施形態のいずれかによる真空装置を操作するための方法は、形状記憶合金要素の作動が、ＳＭＡ温度（例えば、電気抵抗を測定することによって）、適切な位置センサー（例えば、光学、抵抗、または磁気センサー）によるシャッターの位置の読み取りなどの操作フィードバックによって制御および駆動されることを提供する。
【符号の説明】
【0052】
１０ 分離ステージ
１１ 円形フレーム
１２ チャネル
１３ ＳＭＡワイヤ
１４ 有孔シャッター
１５ シャッター開口
１６ シャッター開口
１７ 支持体
１１ 円形フレーム
１２ チャネル
１３ ＳＭＡワイヤ
１４ 有孔シャッター
１５ シャッター開口
１６ シャッター開口
１７ 支持体
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】