特許 7267318 荷電粒子線装置

(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】2023-04-21

(45)【発行日】2023-05-01

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20230424BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 B

H01J37/20 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021002167

(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公開番号】P2022107301

(43)【公開日】2022-07-21

【審査請求日】2022-03-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(74)【代理人】

【識別番号】100161540

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 良伸

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 修一

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０８８２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１８５６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１８１０５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料室と、
前記試料室に接続された試料交換室と、
前記試料交換室に着脱可能な試料容器と、
前記試料容器と前記試料交換室との間において、試料を搬送する搬送装置と、
を含み、
前記搬送装置は、
前記試料を掴むチャック装置と、
前記チャック装置を所定方向に移動させる移動機構と、
前記チャック装置を動作させる駆動部と、
前記駆動部の動力を前記チャック装置に伝達する動力伝達機構と、
を含み、
前記動力伝達機構は、
前記駆動部の動力を受けるシャフトと、
前記シャフトに前記所定方向の力が加わった場合に弾性変形する弾性部材と、
前記シャフトから伝達された回転運動を、直線運動と回転運動を含むらせん運動に変換するボールねじと、
を含み、
前記チャック装置は、前記ボールねじから伝達されたらせん運動によって動作する、荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記動力伝達機構は、前記駆動部の回転運動を規制するボールスプラインを含む、荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記ボールねじは、ねじ軸を含み、
前記シャフトは、前記ねじ軸に回転運動を伝達し、
前記ねじ軸は、前記シャフトの回転運動によってらせん運動する、荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記駆動部は、前記試料交換室の外に配置されている、荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記試料交換室と前記試料容器との間に設けられた真空シールを含む、荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡などの荷電粒子線装置において、試料を保持するカートリッジを自動で試料室に搬送する自動搬送装置が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、試料容器と試料交換室との間においてカートリッジが収容されたマガジンを搬送する第１搬送ロッド、および試料交換室と試料室との間においてカートリッジを搬送する第２搬送ロッドを備えた荷電粒子線装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－８８２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の荷電粒子線装置では、試料容器と試料交換室との間において、第１搬送ロッドが試料容器に収容されたマガジンを掴むときには、第１搬送ロッドによってマガジンが押されて試料容器に力が加わる。これにより、試料交換室と試料交換室の接続部分に隙間ができて、試料容器内に大気が流入してしまう場合があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
試料室と、
前記試料室に接続された試料交換室と、
前記試料交換室に着脱可能な試料容器と、
前記試料容器と前記試料交換室との間において、試料を搬送する搬送装置と、
を含み、
前記搬送装置は、
前記試料を掴むチャック装置と、
前記チャック装置を所定方向に移動させる移動機構と、
前記チャック装置を動作させる駆動部と、
前記駆動部の動力を前記チャック装置に伝達する動力伝達機構と、
を含み、
前記動力伝達機構は、
前記駆動部の動力を受けるシャフトと、
前記シャフトに前記所定方向の力が加わった場合に弾性変形する弾性部材と、
前記シャフトから伝達された回転運動を、直線運動と回転運動を含むらせん運動に変換するボールねじと、
を含み、
前記チャック装置は、前記ボールねじから伝達されたらせん運動によって動作する。

【0007】

このような荷電粒子線装置では、シャフトにチャック装置を移動させる方向の力が加わった場合に弾性変形する弾性部材を含むため、チャック装置が試料を掴むときに、試料に加わる力を低減できる。そのため、チャック装置が試料を掴むときに、試料を介して試料容器に加わる力を低減でき、試料容器内に大気が流入することを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】第１搬送装置を説明するための図。

【図3】ボールスプラインを模式的に示す断面図。

【図4】チャック装置を説明するための図。

【図5】チャック装置を説明するための図。

【図6】チャック装置を説明するための図。

【図7】チャック装置を説明するための図。

【図8】動力伝達機構の動作を説明するための図。

【図9】動力伝達機構の動作を説明するための図

【図10】弾性部材の機能を説明するための図。

【図11】実施形態に係る電子顕微鏡の動作を説明するための図。

【図12】実施形態に係る電子顕微鏡の動作を説明するための図。

【図13】実施形態に係る電子顕微鏡の動作を説明するための図。

【図14】実施形態に係る電子顕微鏡の動作を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

なお、以下では、本発明に係る荷電粒子線装置として、電子線を用いる電子顕微鏡を例に挙げて説明するが、本発明に係る荷電粒子線装置は、電子線以外の荷電粒子線（イオンビームなど）を用いる装置であってもよい。

【0011】

１． 電子顕微鏡
１．１． 電子顕微鏡の構成
まず、本発明の一実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に一実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成を示す図である。なお、図１には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。図１では、Ｚ軸は、上下方向に延びる軸である。

【0012】

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、試料容器２と、試料室１０と、試料ホルダー２０と、試料交換室３０と、第１搬送装置４０と、第２搬送装置５０と、真空排気装置６０と、制御部７０と、を含む。電子顕微鏡１００は、例えば、透過電子顕微鏡である。

【0013】

試料室１０は、鏡筒１２に設けられている。鏡筒１２内には、図示はしないが、電子源、電子源から放出された電子線を試料に照射するための照射光学系、および試料を透過した電子線で透過電子顕微鏡像を結像するための結像系が配置されている。また、電子顕微鏡１００は、図示はしないが、結像系で結像された像を検出するための検出器や、試料から放出されたＸ線を検出するための検出器などを備えている。

【0014】

試料室１０は、不図示の対物レンズのポールピースの上極と下極との間の空間を含む。試料室１０は、真空排気装置によって真空排気されている。試料室１０には、試料ホルダー２０の取付け部２２が配置されており、取付け部２２にカートリッジ６が取り付けられる。

【0015】

試料ホルダー２０は、ゴニオメーターステージ２４によって位置決めされる。ゴニオメーターステージ２４は、試料ホルダー２０に保持された試料を傾斜させることができる。例えば、電子顕微鏡１００では、互いに直交する２軸に関して試料を傾斜させることができる。

【0016】

試料ホルダー２０は、カートリッジ６が取り付けられる取付け部２２を有している。カートリッジ６には試料が固定されている。カートリッジ６が取付け部２２に取り付けられることで、電子顕微鏡１００において、試料を観察することができる。

【0017】

試料交換室３０は、試料室１０に接続されている。試料交換室３０と試料室１０との間には、仕切り弁３２が設けられている。

【0018】

試料交換室３０には、試料容器２が接続される。図示の例では、試料容器２が接続部材３６を介して、試料交換室３０に接続されている。試料容器２は、接続部材３６に対して着脱可能である。試料交換室３０と試料容器２との間には、仕切り弁３４が設けられている。試料交換室３０および試料容器２は、真空排気装置６０によって真空排気される。

【0019】

接続部材３６に試料容器２が接続された状態において、接続部材３６と試料容器２との間には、真空シール３８が配置される。真空シール３８は、例えば、Ｏリングである。真空シール３８によって、試料交換室３０に試料容器２が接続された場合に、試料交換室３０内および試料容器２内を気密にできる。

【0020】

試料容器２は、試料を収容するための容器である。図示の例では、試料容器２には、マガジン４が収容されている。マガジン４には、複数のカートリッジ６を取付け可能である。なお、ここでは、試料容器２内にカートリッジ６が取り付けられたマガジン４を収容する場合について説明するが、試料容器２内にカートリッジ６を、直接、収容してもよい。

【0021】

第１搬送装置４０は、試料容器２と試料交換室３０との間において、カートリッジ６を搬送する。すなわち、第１搬送装置４０は、試料容器２と試料交換室３０との間において、試料を搬送する。ここでは、第１搬送装置４０は、マガジン４を搬送することで、カートリッジ６を搬送する。

【0022】

第１搬送装置４０は、チャック装置４２と、チャック装置４２を移動させる移動機構４４と、を有している。チャック装置４２は、試料を掴む。なお、試料を掴むとは、試料を直接、掴む場合と、試料が他の部材に取り付けられている場合に、当該他の部材を掴む場合と、を含む。ここでは、試料は、カートリッジ６に取り付けられ、カートリッジ６はマガジン４に装着されており、チャック装置４２は、マガジン４を掴む。

【0023】

移動機構４４は、チャック装置４２をＺ方向（すなわち、＋Ｚ方向および－Ｚ方向）に移動させる。移動機構４４は、チャック装置４２が先端に取り付けられたロッド４５を移動させることによって、チャック装置４２を移動させる。移動機構４４は、モーターや、エアーシリンダーなどの動力によってチャック装置４２を移動させる。

【0024】

第２搬送装置５０は、試料交換室３０と試料室１０との間において、カートリッジ６を搬送する。すなわち、第２搬送装置５０は、試料交換室３０と試料室１０との間において、試料を搬送する。

【0025】

第２搬送装置５０は、第１搬送装置４０が掴んだマガジン４からカートリッジ６を取り出す。第２搬送装置５０は、取り出したカートリッジ６を試料交換室３０から試料室１０に搬送し、取付け部２２に取り付ける。

【0026】

第２搬送装置５０は、チャック装置５２と、チャック装置５２を移動させる移動機構５４と、を有している。チャック装置５２は、カートリッジ６を掴む。

【0027】

移動機構５４は、チャック装置５２をＸ方向（すなわち、＋Ｘ方向および－Ｘ方向）に
移動させる。移動機構５４は、チャック装置５２が先端に取り付けられたロッド５５を移動させることによって、チャック装置５２を移動させる。移動機構５４は、モーターや、エアーシリンダーなどの動力によってチャック装置５２を移動させる。

【0028】

真空排気装置６０は、排気管６２を介して、試料容器２を真空排気する。排気管６２には、電磁弁６４が設けられている。真空排気装置６０は、さらに、試料交換室３０を真空排気する。真空排気装置６０は、排気管６６を介して、試料交換室３０を真空排気する。排気管６６には、電磁弁６８が設けられている。真空排気装置６０で真空排気されることによって、試料交換室３０は真空状態に維持される。

【0029】

制御部７０は、仕切り弁３２、仕切り弁３４、第１搬送装置４０、第２搬送装置５０、電磁弁６４、および電磁弁６８を制御する。制御部７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および記憶装置（ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）など）を含む。制御部７０では、ＣＰＵで記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種制御処理を行う。

【0030】

１．２． 第１搬送装置
図２は、第１搬送装置４０を説明するための図である。

【0031】

図２に示すように、第１搬送装置４０は、チャック装置４２と、駆動部４６と、動力伝達機構４８と、を含む。

【0032】

駆動部４６は、回転力を発生させる。駆動部４６は、例えば、回転エアーシリンダーを含み、空気圧を利用して回転力を発生させる。なお、駆動部４６は、モーターなどで回転力を発生させてもよい。駆動部４６が発生させた動力は、動力伝達機構４８によって、チャック装置４２に伝達され、チャック装置４２が動作する。具体的には、駆動部４６の動力によって、チャック装置４２は、マガジン４を掴んだり、マガジン４を離したりする。

【0033】

駆動部４６は、試料交換室３０の外に配置されている。そのため、試料交換室３０の真空度の低下（圧力の上昇）を防ぐことができる。

【0034】

動力伝達機構４８は、第１シャフト４８０と、ボールスプライン４８２と、ボールねじ４８４と、第２シャフト４８６と、弾性部材４８８と、を含む。

【0035】

第１シャフト４８０、ボールスプライン４８２、ボールねじ４８４、第２シャフト４８６、および弾性部材４８８は、ロッド４５内に収容されている。ロッド４５は、第１部分４５０と、第２部分４５２と、に分離されている。第１部分４５０には、第１シャフト４８０、ボールスプライン４８２の軸受け４８２ｂ、および弾性部材４８８が収容されている。第２部分４５２には、ボールねじ４８４、および第２シャフト４８６が収容されている。第２部分４５２は、ボールスプライン４８２のスプライン軸４８２ａに接続されている。

【0036】

第１シャフト４８０は、駆動部４６に接続されている。第１シャフト４８０は、駆動部４６が発生させた回転力によって、回転運動する。第１シャフト４８０は、ボールねじ４８４のねじ軸４８４ａに接続されている。第１シャフト４８０は、駆動部４６の回転運動をボールねじ４８４に伝達する。

【0037】

図３は、ボールスプライン４８２を模式的に示す断面図である。

【0038】

ボールスプライン４８２は、スプライン軸４８２ａと、軸受け４８２ｂと、リテーナ４
８２ｃと、を含む。リテーナ４８２ｃは、複数のボール４８２ｄを保持している。ボールスプライン４８２は、スプライン軸４８２ａに設けられた溝と軸受け４８２ｂに設けられた溝との間にボール４８２ｄを介在させ、ボール４８２ｄを循環もしくは転動させることで、回転トルク（回転力）を規制しながら、直線運動をすることができる。

【0039】

図１に示すように、ボールねじ４８４は、第１シャフト４８０の回転運動を、直線運動と回転運動を含むらせん運動に変換し、チャック装置４２に伝達する。ここでは、ボールねじ４８４は、第１シャフト４８０の回転運動を、直線運動と回転運動を含むらせん運動に変換し、このらせん運動を、第２シャフト４８６を介して、チャック装置４２に伝達する。

【0040】

ボールねじ４８４は、ねじ軸４８４ａと、ナット４８４ｂと、不図示のボールと、を含む。ボールねじ４８４では、ねじ軸４８４ａとナット４８４ｂの間でボールが転がり運動をするため、高い効率を得ることができる。

【0041】

第１シャフト４８０が回転することによって、ねじ軸４８４ａが回転する。ナット４８４ｂは、ロッド４５の第２部分４５２に固定されている。そのため、第１シャフト４８０が回転することによって、ねじ軸４８４ａがらせん運動する。このように、ボールねじ４８４は、第１シャフト４８０の回転運動を、らせん運動に変換する。ボールねじ４８４のねじ軸４８４ａは、第２シャフト４８６に接続されている。

【0042】

ねじ軸４８４ａがらせん運動することによって、第２シャフト４８６もらせん運動する。第２シャフト４８６は、ねじ軸４８４ａのらせん運動をチャック装置４２に伝達する。

【0043】

第２シャフト４８６の先端には、ベアリング４８７が取り付けられている。ねじ軸４８４ａはらせん運動するため、第２シャフト４８６は直線運動するとともに回転運動する。第２シャフト４８６の先端にベアリング４８７が取り付けられていることによって、チャック装置４２には、第２シャフト４８６の直線運動のみが伝達され、回転運動は伝達されない。

【0044】

第１シャフト４８０の中心軸、スプライン軸４８２ａの中心軸、ねじ軸４８４ａの中心軸、および第２シャフト４８６の中心軸は、同一の軸Ａ上に位置している。軸Ａは、Ｚ軸に平行な軸であり、例えば、ロッド４５の中心軸に一致する。

【0045】

弾性部材４８８は、スプライン軸４８２ａに接続されている。弾性部材４８８は、第１シャフト４８０を介して、スプライン軸４８２ａに接続されていてもよい。弾性部材４８８は、軸受け４８２ｂの後方に配置されている。スプライン軸４８２ａにＺ方向の力が加わった場合、すなわち、スプライン軸４８２ａに軸Ａに沿った力が加わった場合、弾性部材４８８は、弾性変形する。

【0046】

弾性部材４８８は、例えば、圧縮方向の荷重を受け止める圧縮コイルばねである。図示の例では、圧縮コイルばねの中を、第１シャフト４８０が通っている。なお、弾性部材４８８は、スプライン軸４８２ａにＺ方向の力が加わった場合に弾性変形する部材であれば、圧縮コイルばねに限定されない。

【0047】

図４～図７は、チャック装置４２を説明するための図である。図４および図５には、チャック装置４２がマガジン４を掴んでいる状態を図示している。図６および図７には、チャック装置４２がマガジン４を離している状態を図示している。なお、図５および図７は、チャック装置４２をＺ方向から見た図である。

【0048】

チャック装置４２は、図４～図７に示すように、シャフト４２１と、軸部材４２２と、ボール４２４と、を含む。

【0049】

図４～図７に示すように、軸部材４２２は、第１部分４２２ａと、第１部分４２２ａよりも直径が小さい第２部分４２２ｂと、を有している。第２部分４２２ｂは、第１部分４２２ａよりも軸部材４２２の先端、すなわち、－Ｚ方向に位置している。軸部材４２２には、３つのボール４２４が取り付けられている。

【0050】

軸部材４２２には、シャフト４２１が接続されている。シャフト４２１を－Ｚ方向に移動させることで、軸部材４２２が－Ｚ方向に移動する。シャフト４２１を＋Ｚ方向に移動させることで、軸部材４２２が＋Ｚ方向に移動する。

【0051】

シャフト４２１を－Ｚ方向に移動させることで、図４および図５に示すように、３つのボール４２４が第１部分４２２ａに接する。シャフト４２１を＋Ｚ方向に移動させることで、図６および図７に示すように、３つのボール４２４が第２部分４２２ｂに接する。

【0052】

ここで、上述したように、第２部分４２２ｂの直径は、第１部分４２２ａの直径よりも小さい。そのため、第２部分４２２ｂに３つのボール４２４が接している場合、第１部分４２２ａに３つのボール４２４が接している場合と比べて、隣り合うボール４２４の間隔が小さくなる。したがって、３つのボール４２４が第２部分４２２ｂに接している場合、３つのボール４２４を結ぶ円の直径は、３つのボール４２４が第１部分４２２ａに接している場合と比べて、小さい。

【0053】

マガジン４の上部には、筒状の取付け部８が設けられている。取付け部８の上部の開口から、軸部材４２２が挿入される。取付け部８の上部の開口の直径は、取付け部８の内部の直径よりも小さい。そのため、取付け部８内には、段差９が形成されている。

【0054】

チャック装置４２がマガジン４を掴んで固定する場合には、チャック装置４２をマガジン４に接するように移動させた後、マガジン４の取付け部８の開口に、軸部材４２２およびボール４２４を押し込む。このとき、３つのボール４２４は、図６および図７に示すように、第２部分４２２ｂに接している状態である。

【0055】

次に、軸部材４２２を－Ｚ方向に移動させる。これにより、図４および図５に示すように、３つのボール４２４が、第１部分４２２ａに接し、隣り合うボール４２４の間隔が拡がる。この結果、３つのボール４２４が段差９に引っかかり、マガジン４が固定される。

【0056】

チャック装置４２がマガジン４を離す場合には、チャック装置４２がマガジン４を掴んでいる状態から、軸部材４２２を＋Ｚ方向に移動させる。これにより、図６および図７に示すように、３つのボール４２４が第２部分４２２ｂに接し、隣り合うボール４２４の間隔が狭まる。この結果、３つのボール４２４が段差９に引っかからない。そのため、マガジン４の固定が解除され、チャック装置４２がマガジン４を離す。

【0057】

２． 動作
２．１． 動力伝達機構
図８および図９は、動力伝達機構４８の動作を説明するための図である。図８は、チャック装置４２がマガジン４を掴んでいる状態を図示している。図９は、チャック装置４２がマガジン４を離している状態を図示している。

【0058】

図８に示すように、駆動部４６が第１シャフト４８０を反時計回りに回転させると、ねじ軸４８４ａが反時計回りにらせん運動する。ねじ軸４８４ａが反時計回りにらせん運動
すると、ねじ軸４８４ａが－Ｚ方向に延びる。これにより、第２シャフト４８６が－Ｚ方向に移動する。

【0059】

図４に示すように、第２シャフト４８６が－Ｚ方向に移動することによって、軸部材４２２が－Ｚ方向に移動し、マガジン４が固定される。

【0060】

図９に示すように、駆動部４６が第１シャフト４８０を時計回りに回転させると、ねじ軸４８４ａが時計回りにらせん運動する。ねじ軸４８４ａが時計回りにらせん運動すると、ねじ軸４８４ａが＋Ｚ方向に延びる。これにより、第２シャフト４８６が＋Ｚ方向に移動する。

【0061】

図６に示すように、第２シャフト４８６が＋Ｚ方向に移動することによって、軸部材４２２が＋Ｚ方向に移動し、マガジン４の固定が解除され、チャック装置４２がマガジン４を離す。

【0062】

２．２． 弾性部材
図１０は、弾性部材４８８の機能を説明するための図である。

【0063】

弾性部材４８８は、移動機構４４でチャック装置４２を試料容器２に移動し、マガジン４にチャック装置４２が接触したときの力を低減させる。例えば、動力伝達機構４８が弾性部材４８８を含まない場合、マガジン４にチャック装置４２が接触したときに、試料容器２が押し込まれ、真空シール３８から真空リークしてしまう。

【0064】

チャック装置４２でマガジン４を掴むために、図４に示すように、軸部材４２２およびボール４２４をマガジン４の取付け部８の開口に押し込むと、図１０に示すように、第２シャフト４８６およびボールねじ４８４（ねじ軸４８４ａおよびナット４８４ｂ）が＋Ｚ方向に移動する。ナット４８４ｂは、ロッド４５の第２部分４５２に固定されているため、第２部分４５２も＋Ｚ方向に移動する。

【0065】

ボールねじ４８４が＋Ｚ方向に移動することによって、ボールスプライン４８２のスプライン軸４８２ａが＋Ｚ方向に移動する。このとき、スプライン軸４８２ａに接続された弾性部材４８８が弾性変形する。具体的には、弾性部材４８８は、Ｚ軸に沿って圧縮され、その後、元の形状に戻る。

【0066】

弾性部材４８８が弾性変形することによって、チャック装置４２の軸部材４２２およびボール４２４をマガジン４の取付け部８の開口に押し込むときに、マガジン４に加わる力を低減できる。

【0067】

ここで、ボールスプライン４８２は、上述したように、回転トルクを規制しながら、直線運動をすることができる。そのため、上記のように、チャック装置４２にＺ方向の力が加わったときには、Ｚ方向に移動できる。

【0068】

なお、チャック装置４２の軸部材４２２にＺ方向の力が加わっても、チャック装置４２では、マガジン４を掴んでいる状態が維持される。第１搬送装置４０は、ボールねじ４８４を含むため、チャック装置４２の軸部材４２２にＺ方向の力が加わっても、ねじ軸４８４ａの先端と、チャック装置４２のシャフト４２１の先端との間の距離Ｄは変化しない。そのため、チャック装置４２の軸部材４２２にＺ方向の力が加わっても、チャック装置４２は、マガジン４を掴んでいる状態を維持できる。

【0069】

チャック装置４２において、距離Ｄを変えるためには、ねじ軸４８４ａを回転させなけ
ればならない。チャック装置４２の軸部材４２２にＺ方向の力が加わっても、ねじ軸４８４ａは回転しないため、マガジン４を掴んでいる状態を維持できる。

【0070】

また、上記では、チャック装置４２がマガジン４を掴んでいる状態において、軸部材４２２にＺ方向の力が加わった場合について説明したが、図６に示すように、チャック装置４２がマガジン４を離している状態において、軸部材４２２にＺ方向の力が加わった場合についても同様である。すなわち、チャック装置４２がマガジン４を離している状態において、チャック装置４２の軸部材４２２にＺ方向の力が加わっても、チャック装置４２では、マガジン４を離している状態が維持される。

【0071】

２．３． 電子顕微鏡の動作
２．３．１． カートリッジの取り付け
図１１～図１４は、電子顕微鏡１００の動作を説明するための図である。電子顕微鏡１００では、自動で、試料容器２に収容されたカートリッジ６を、試料室１０に搬送して、試料ホルダー２０の取付け部２２に取り付けることができる。

【0072】

マガジン４に装着されたカートリッジ６は、試料容器２に収容される。カートリッジ６を収容した試料容器２は、図１１に示すように、接続部材３６に取り付けられる。このとき、仕切り弁３４は、閉じられている。そして、ユーザーは、カートリッジ６を導入する指示を制御部７０に入力する。

【0073】

制御部７０は、カートリッジ６を導入する指示を受け付けると、電磁弁６４を開き、試料容器２内を真空排気する。制御部７０は、試料容器２内が所定の圧力以下になると、図１２に示すように、仕切り弁３４を開く。

【0074】

次に、制御部７０は、チャック装置４２を試料容器２内に移動させて、チャック装置４２にマガジン４を掴ませる。

【0075】

具体的には、まず、移動機構４４を用いてチャック装置４２を－Ｚ方向に移動させて、試料容器２内のマガジン４にチャック装置４２を接触させる。次に、移動機構４４を用いて、さらに、チャック装置４２を－Ｚ方向に移動させて、マガジン４の取付け部８の開口に、軸部材４２２およびボール４２４を押し込む。次に、駆動部４６を動作させて、軸部材４２２を－Ｚ方向に移動させる。これにより、図４および図５に示すように、３つのボール４２４の間隔が拡がって、マガジン４が固定される。これにより、チャック装置４２でマガジン４を掴むことができる。

【0076】

上記のように、チャック装置４２を－Ｚ方向に移動させて、マガジン４の取付け部８の開口に、軸部材４２２およびボール４２４を押し込むときには、マガジン４に－Ｚ方向の力が加わる。しかしながら、電子顕微鏡１００では、図１０に示すように、弾性部材４８８が弾性変形することによって、マガジン４に加わる力を低減できる。したがって、例えば、マガジン４に－Ｚ方向の力が加わることによって、試料容器２に－Ｚ方向の力が加わり、試料容器２と接続部材３６との間に隙間ができて、大気が試料容器２内に流入することを防ぐことができる。

【0077】

次に、制御部７０は、図１３に示すように、マガジン４を掴んだチャック装置４２を試料交換室３０に搬送した後、仕切り弁３４を閉じ、仕切り弁３２を開く。制御部７０は、チャック装置５２に、チャック装置４２が掴んだマガジン４から指定されたカートリッジ６を掴ませて、カートリッジ６を掴んだチャック装置５２を試料室１０に搬送させ、カートリッジ６を取付け部２２に取り付ける。

【0078】

次に、制御部７０は、図１４に示すように、チャック装置５２を試料交換室３０内に戻し、仕切り弁３２を閉じる。

【0079】

以上の処理により、カートリッジ６を試料ホルダー２０に取り付けることができる。これにより、カートリッジ６に保持された試料を電子顕微鏡１００で観察することができる。

【0080】

２．３．２． カートリッジの取り外し
電子顕微鏡１００では、自動で、カートリッジ６を試料ホルダー２０の取付け部２２から取り外し、試料交換室３０に搬送することができる。さらに、電子顕微鏡１００では、自動で、マガジン４を試料交換室３０から試料容器２に戻すことができる。

【0081】

制御部７０は、図１３に示すように、仕切り弁３２を開き、チャック装置５２を試料室１０に移動させる。制御部７０は、図１２に示すように、チャック装置５２に、取付け部２２に取り付けられたカートリッジ６を掴ませて、カートリッジ６を試料交換室３０に搬送させる。制御部７０は、試料交換室３０にカートリッジ６を搬送させた後、仕切り弁３２を閉じる。次に、制御部７０は、チャック装置５２が掴んだカートリッジ６を、チャック装置４２が掴んだマガジン４に差し込む。

【0082】

制御部７０は、仕切り弁３４を開き、マガジン４を掴んだチャック装置４２を試料容器２内に移動させて、マガジン４を試料容器２に導入する。制御部７０は、駆動部４６を動作させて、軸部材４２２を＋Ｚ方向に移動させる。これにより、図６に示すように、３つのボール４２４の間隔が小さくなって、マガジン４が解放される。

【0083】

制御部７０は、図１１に示すように、チャック装置４２を＋Ｚ方向に移動させて、チャック装置４２を試料交換室３０に戻し、仕切り弁３２を閉じる。

【0084】

以上の工程により、マガジン４を試料交換室３０に戻すことができる。

【0085】

３． 作用効果
電子顕微鏡１００では、第１搬送装置４０は、試料容器２内のカートリッジ６を掴むチャック装置４２と、チャック装置４２をＺ方向に移動させる移動機構４４と、チャック装置４２を動作させる駆動部４６と、駆動部４６の動力をチャック装置４２に伝達する動力伝達機構４８と、を含み、動力伝達機構４８は、スプライン軸４８２ａと、スプライン軸４８２ａにＺ方向の力が加わった場合に弾性変形する弾性部材４８８と、を含む。

【0086】

このように、電子顕微鏡１００は、スプライン軸４８２ａにＺ方向の力が加わった場合に弾性変形する弾性部材４８８を含むため、チャック装置４２がマガジン４を掴むときに、マガジン４に加わる力を低減できる。そのため、例えば、チャック装置４２がマガジン４を掴むときに、マガジン４を介して試料容器２に加わる力を低減でき、試料容器２内に大気が流入することを防ぐことができる。試料容器２内に大気が流入してしまうと、試料が冷却されている場合には、試料に霜がついてしまい、試料本来の形状を観察できない。

【0087】

電子顕微鏡１００では、動力伝達機構４８は、駆動部４６の回転運動を規制するボールスプライン４８２と、第１シャフト４８０から伝達された回転運動を直線運動と回転運動を含むらせん運動に変換するボールねじ４８４と、を含み、チャック装置４２は、ボールねじ４８４から伝達されたらせん運動によって動作する。そのため、電子顕微鏡１００では、チャック装置４２がマガジン４に押し当てられて、動力伝達機構４８がＺ方向に移動しても、ねじ軸４８４ａの先端とチャック装置４２のシャフト４２１の先端との間の距離Ｄは変化しない。したがって、チャック装置４２がマガジン４を掴んでいる状態において
、チャック装置４２に衝撃が加わっても、マガジン４を掴んでいる状態を維持できる。同様に、チャック装置４２がマガジン４を離している状態において、チャック装置４２に衝撃が加わっても、マガジン４を離している状態を維持できる。

【0088】

電子顕微鏡１００では、ボールスプライン４８２のスプライン軸４８２ａに弾性部材４８８が接続されており、弾性部材４８８は、スプライン軸４８２ａにＺ方向の力が加わった場合に、弾性変形する。ボールスプライン４８２は、回転トルクを規制しながら、直線運動をすることができる。そのため、上記のように、チャック装置４２の軸部材４２２にＺ方向の力が加わったときには、スプライン軸４８２ａをＺ方向に移動できる。

【0089】

４． 変形例
上述した実施形態では、本発明に係る荷電粒子線装置が電子線を用いて試料の観察や分析を行う電子顕微鏡を例に挙げて説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、電子線以外の荷電粒子線（イオンビーム等）を用いて試料の観察や分析を行う装置であってもよい。例えば、本発明に係る荷電粒子線装置は、走査透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、オージェ電子分光装置、集束イオンビーム装置などであってもよい。

【0090】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及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である。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0091】

２…試料容器、４…マガジン、６…カートリッジ、８…取付け部、９…段差、１０…試料室、１２…鏡筒、２０…試料ホルダー、２２…取付け部、２４…ゴニオメーターステージ、３０…試料交換室、３２…仕切り弁、３４…仕切り弁、３６…接続部材、３８…真空シール、４０…第１搬送装置、４２…チャック装置、４４…移動機構、４５…ロッド、４６…駆動部、４８…動力伝達機構、５０…第２搬送装置、５２…チャック装置、５４…移動機構、５５…ロッド、６０…真空排気装置、６２…排気管、６４…電磁弁、６６…排気管、６８…電磁弁、７０…制御部、１００…電子顕微鏡、４２１…シャフト、４２２…軸部材、４２２ａ…第１部分、４２２ｂ…第２部分、４２４…ボール、４５０…第１部分、４５２…第２部分、４８０…第１シャフト、４８２…ボールスプライン、４８２ａ…スプライン軸、４８２ｂ…軸受け、４８２ｃ…リテーナ、４８２ｄ…ボール、４８４…ボールねじ、４８４ａ…ねじ軸、４８４ｂ…ナット、４８６…第２シャフト、４８７…ベアリング、４８８…弾性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】