特許 7414862 試料カートリッジ保持装置

(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】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】試料カートリッジ保持装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20240109BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240109BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

H01J37/28 B

H01J37/317 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022010038

(22)【出願日】2022-01-26

(65)【公開番号】P2023108798

(43)【公開日】2023-08-07

【審査請求日】2023-02-27

(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】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】作田 訓将

(72)【発明者】

【氏名】福田 知久

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 修

(72)【発明者】

【氏名】柴田 昌照

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－２０６３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１５６６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｇ０１Ｎ １／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料台及び傾斜機構を有する試料カートリッジが挿入される収容部を備える本体と、
前記本体に固定された部分であって、前記収容部への前記試料カートリッジの挿入過程において前記傾斜機構が有するレバーに当たって前記レバーの運動を生じさせる当接部分と、
を含み、
前記傾斜機構は、前記レバーの運動を前記試料台の傾斜運動に転換し、
前記収容部への前記試料カートリッジの挿入が完了した取付状態において、前記試料カートリッジにおける前記試料台の傾斜角度が所定角度になる、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項2】

請求項１記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記所定角度は、０度以外の角度であって最大傾斜角度以下の角度である、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項3】

請求項１記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記本体を基準として、前記本体の中心軸に平行なｚ軸と、前記ｚ軸に直交するｘ軸と、前記ｚ軸及び前記ｘ軸に直交するｙ軸と、が定義され、
前記収容部は前記本体において傾斜しており、
前記収容部の傾斜角度は、前記ｚ軸及び前記ｘ軸により定義される平面内に属し、且つ、前記ｙ軸周りの一方方向の回転角度に相当し、
前記取付状態において前記試料カートリッジにおける前記試料台の傾斜角度は、前記平面内に属し、且つ、前記ｙ軸周りの他方方向の回転角度に相当し、
前記本体における前記収容部の傾斜角度と前記試料カートリッジにおける前記試料台の傾斜角度とが全体的又は部分的に打ち消し合う関係にある、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項4】

請求項１記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記本体には、前記試料カートリッジの挿入方向に直交する正面開口及び前記挿入方向に平行な側面開口を有する切欠きが形成されており、
前記側面開口がカバー部材で覆われ、これにより前記収容部が構成され、
前記カバー部材の一部分が前記当接部分である、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項5】

請求項４記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記本体において前記収容部が傾斜しており、
前記本体は、前記カバー部材が取り付けられる傾斜面を有し、
前記傾斜面の傾斜角度は、前記収容部の傾斜角度と同じである、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項6】

請求項４記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記カバー部材は、前記試料カートリッジにおける被収容部分を部分的に露出させる開口を有する、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項7】

請求項６記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記傾斜機構は、前記試料台に対して一方方向の回転力を与える弾性部材を有し、
前記当接部分が前記レバーに当たって前記試料台が他方方向に回転し、
前記試料カートリッジは、前記試料台の一方方向の回転運動を制限する制限機構を含み、
前記被収容部分は、前記制限機構の動作を操作するための操作部分を含み、
前記開口を通じて前記操作部分が露出している、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項8】

請求項１記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記収容部へ挿入された前記試料カートリッジを捕獲する捕獲機構を含む、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項9】

請求項８記載の試料カートリッジ保持装置において、
前記捕獲機構は、
前記試料カートリッジに形成された窪みに入るボールと、
前記ボールに対して前記試料カートリッジ側へ弾性力を与えるバネと、
を含む、ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【請求項10】

請求項１記載の試料カートリッジ保持装置において、
当該試料カートリッジ保持装置は、試料の加工及び観察を行う装置が有する可動ステージに搭載されるものである、
ことを特徴とする試料カートリッジ保持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料カートリッジ保持装置に関し、特に、試料加工装置に設けられる試料カートリッジ保持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

試料加工装置は、一般に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を利用して試料を加工する装置である。試料加工装置はＦＩＢ加工装置とも称される。走査電子顕微鏡を備えた試料加工装置は、試料加工観察装置又はＦＩＢ／ＳＥＭ装置とも称される。通常、加工後の試料が透過電子顕微鏡（又は走査透過電子顕微鏡）により詳細観察される。特許文献１及び特許文献２には、試料加工装置が開示されている。それらの特許文献には、傾斜機構を有する試料カートリッジは記載されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開９９／０５５０６号公報

【文献】特開２００２－１５０９９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

加工後の試料を適切な方向から詳細観察するために、試料台を傾斜させる傾斜機構を有する試料カートリッジを実現することが求められている。傾斜機構を有する試料カートリッジの使用を想定した場合、試料加工装置における保持装置を当該試料カートリッジに適合させることが求められる。

【0005】

本発明の目的は、傾斜機構を備える試料カートリッジを保持する試料カートリッジ保持装置を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、傾斜機構を備える試料カートリッジを保持する際に、試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度が自然に適正化されるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る試料カートリッジ保持装置は、試料台及び傾斜機構を有する試料カートリッジが挿入される収容部を備える本体と、前記本体に固定された部分であって、前記収容部への前記試料カートリッジの挿入過程において前記傾斜機構が有するレバーに当たって前記レバーの運動を生じさせる当接部分と、を含み、前記傾斜機構は、前記レバーの運動を前記試料台の傾斜運動に転換し、前記収容部への前記試料カートリッジの挿入が完了した取付状態において、前記試料カートリッジにおける前記試料台の傾斜角度が所定角度になる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、傾斜機構を備える試料カートリッジを保持する試料カートリッジ保持装置を提供できる。あるいは、本発明によれば、傾斜機構を備える試料カートリッジを保持する際に、試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度が自然に適正化される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る試料加工装置を示す模式図である。

【図2】試料カートリッジを示す斜視図である。

【図3】支持板の一例を示す模式図である。

【図4】透過電子顕微鏡に装着される試料カートリッジ保持器を示す斜視図である。

【図5】試料台の水平状態を示す断面図である。

【図6】試料台の傾斜状態を示す断面図である。

【図7】制限状態を示す平面図である。

【図8】解除状態を示す平面図である。

【図9】実施形態に係る試料カートリッジ保持装置を示す斜視図である。

【図10】カバー部材が取り外された試料カートリッジ保持装置を示す拡大斜視図である。

【図11】挿入過程における初期状態を示す断面図である。

【図12】挿入過程における傾斜運動開始状態を示す断面図である。

【図13】挿入過程における傾斜運動完了状態（取付状態）を示す断面図である。

【図14】捕獲機構の構成及び作用を示す断面図である。

【図15】可動ステージの動作例を示す図である。

【図16】実施形態に係る加工観察方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

【0010】

（１）実施形態の概要
実施形態に係る試料カートリッジ保持装置は、本体、及び、当接部分を有する。本体は、試料カートリッジが挿入される収容部を備える。試料カートリッジは、試料台及び傾斜機構を有する。当接部分は、本体に固定された部分であって、収容部への試料カートリッジの挿入過程において傾斜機構が有するレバーに当たってレバーの運動を生じさせる。傾斜機構は、レバーの運動を試料台の傾斜運動に転換する。収容部への試料カートリッジの挿入が完了した取付状態において、試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度が所定角度になる。

【0011】

上記構成によれば、収容部へ試料カートリッジを挿入すると、当接部分がレバーに当たって傾斜機構が動作する。挿入量の増大に伴って試料台の傾斜角度が増大する。挿入完了状態つまり取付状態において、試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度が所定角度（試料を加工又は観察するための規定角度）になる。すなわち、試料台の傾斜角度が適正化される。

【0012】

一般に、試料の加工後に、試料カートリッジが透過電子顕微鏡にセットされ、加工後の試料が詳細観察される。その際、傾斜機構を利用して試料台の傾斜角度（つまり試料を観察する角度）を所望のものに変更し得る。実施形態においては、試料カートリッジにおいて試料台がフレームによって囲まれている。一般に、透過電子顕微鏡において試料を詳細観察する際、フレームは邪魔にならない。一方、試料加工装置において試料を加工又は観察する際、試料台が傾斜していないと、フレームが邪魔になってしまう。すなわち、フレームを避けて、加工用ビーム又は観察用ビームを試料に照射することが困難となる。フレームにおいて邪魔になる部分を除去することも考えられるが、その場合、試料カートリッジの強度又は剛性が低下してしまう。上記構成によれば、試料台がフレームによって囲まれていても、試料カートリッジの取付状態で、試料台の適正な傾斜姿勢が自然に形成される。よって、試料の加工又は観察を行う場合において、フレームが邪魔にならなくなる。換言すれば、フレームが邪魔にならないように、所定角度が定められる。所定角度が実現されるように、収容部に対する当接部分の相対的な位置が定められる。

【0013】

実施形態において、所定角度は、０度以外の角度であって最大傾斜角度以下の角度である。収容部に対する当接部分の相対的な位置を調整することにより、所定角度として所望の角度を定め得る。所定角度として、数度又は数十度が設定されてもよい。最大傾斜角度は、通常、機構上の限界角度又は設計上の限界角度である。

【0014】

実施形態において、試料台は支持部材を保持する。支持部材は、例えば、複数の突起を有する。各突起は前端面及び側端面を有する。前端面及び側端面に対して、試料が取り付けられる。実施形態において、前端面に直交するベクトルが試料台の向きベクトルとして定義される。試料台の非傾斜状態において、向きベクトルが試料カートリッジの中心軸に一致し又はその中心軸と平行になる。試料台の傾斜状態において、向きベクトルが試料カートリッジの中心軸に対して傾斜する。試料カートリッジの挿入方向は、試料カートリッジの中心軸に一致し、且つ、収容部の中心軸に一致する。本願明細書に記載する各中心軸及び各回転軸は仮想的な軸である。

【0015】

バルク試料の一次加工により生成された試料に対して更に二次加工が施されてもよい。その場合、一次加工後の試料が試料カートリッジ上の支持部材に取り付けられてもよい。試料の一次加工、一次加工後の試料の移載、及び、試料の二次加工の全工程が同じ試料加工装置において実施されてもよい。

【0016】

実施形態においては、本体を基準として、本体の中心軸に平行なｚ軸と、ｚ軸に直交するｘ軸と、ｚ軸及びｘ軸に直交するｙ軸と、が定義される。収容部は本体において傾斜している。収容部の傾斜角度は、ｚ軸及びｘ軸により定義される平面内に属し、且つ、ｙ軸周りの一方方向の回転角度に相当する。取付状態において試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度（所定角度）は、上記の平面内に属し、且つ、ｙ軸周りの他方方向の回転角度に相当する。本体における収容部の傾斜角度と試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度とが全体的又は部分的に打ち消し合う関係にある。

【0017】

上記構成によれば、取付状態において、試料台の向きベクトルがｚ軸に対してなす角度を小さくでき又はゼロにできる。例えば、ｚ軸に対する収容部の傾斜角度は負の回転角度であり、取付状態での試料カートリッジにおける試料台の傾斜角度（所定角度）は正の回転角度である。実施形態において、所定角度の絶対値は、収容部の傾斜角度の絶対値以下である。なお、実施形態において、試料台の回転軸はｙ軸に平行であり、試料台の向きベクトルはｙ軸に対して直交している。

【0018】

実施形態において、本体には、切欠きが形成されている。切欠きは、試料カートリッジの挿入方向に直交する正面開口及び挿入方向に平行な側面開口を有する。側面開口がカバー部材で覆われ、これにより収容部が構成されている。カバー部材の一部分が当接部分である。実施形態において、本体において収容部が傾斜している。本体は、カバー部材が取り付けられる傾斜面を有する。傾斜面の傾斜角度は、収容部の傾斜角度と同じである。この構成によれば、製作容易、構造簡易化、及び、部品点数削減といった利点を得られる。

【0019】

実施形態において、カバー部材は、試料カートリッジにおける被収容部分を部分的に露出させる開口を有する。実施形態において、傾斜機構は、試料台に対して一方方向の回転力を与える弾性部材を有する。当接部分がレバーに当たって試料台が他方方向に回転する。試料カートリッジは、試料台の一方方向の回転運動を制限する制限機構を含む。被収容部分は、制限機構の動作を操作するための操作部分を含む。開口を通じて操作部分が露出している。

【0020】

上記構成においては、弾性部材の作用により、試料台に対して一方方向への回転力が常に及んでいる。レバーに対して押圧力が及んでいない状態では、試料台が一方方向へ自由に回転運動してしまう。それを防止するのが制限機構である。例えば、制限機構により試料台の非傾斜状態が維持される。制限機構の具体例は後述する回転止め機構である。開口を通じて、制限機構の動作状態を確認し得る。これにより、試料カートリッジを収容部から取り外した時点で、試料台が一方方向へ突然に回転してしまう事態の発生を回避できる。開口を通じて器具を挿入することにより、制限機構の動作状態を切り替える操作が行われてもよい。

【0021】

実施形態に係る試料カートリッジ保持装置は、収容部へ挿入された試料カートリッジを捕獲する捕獲機構を含む。捕獲機構は、試料カートリッジに形成された窪みに入るボールと、ボールに対して試料カートリッジ側へ弾性力を与えるバネと、を含む。この構成により、試料カートリッジの安定的な取付状態を形成でき、また、試料カートリッジの挿入及び引き抜きを容易に行える。

【0022】

実施形態に係る試料カートリッジ保持装置は、試料の加工及び観察を行う装置が有する可動ステージに搭載されるものである。可動ステージは、試料カートリッジ保持装置の位置及び姿勢の変更を通じて、試料の位置及び姿勢を変更するものである。

【0023】

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る試料加工装置が示されている。試料加工装置は、バルク試料（元試料）に対する一次加工、及び、一次加工後の試料に対する二次加工を行う装置である。試料加工装置は、試料の観察を行う機能も備えている。具体的には、試料加工装置は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて試料を加工する装置であり、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を備えている。

【0024】

図１には、試料加工装置における試料室１０が示されている。試料加工装置は、ＳＥＭ鏡筒及びＦＩＢ鏡筒を有する。ＳＥＭ鏡筒は対物レンズ１４を有する。ＦＩＢ鏡筒は対物レンズ１６を有する。光軸１８は観察用の光軸であり、光軸１８に沿って電子ビームが照射される。光軸２０は、加工用の光軸であり、光軸２０に沿って集束イオンビームが照射される。交点（原点）Ｏは、光軸１８及び光軸２０が交わる点である。

【0025】

試料室１０内には可動ステージ１２が設けられている。可動ステージ１２に対して、実施形態に係る試料カートリッジ保持装置３２が搭載されている。試料カートリッジ保持装置３２は、試料カートリッジ５０を保持する台座である。試料カートリッジ保持装置３２は、本体３６及びカバー部材３８により構成される。試料カートリッジ保持装置３２については後に詳述する。

【0026】

可動ステージ１２は、試料カートリッジ保持装置３２の位置及び姿勢を変更することにより、試料カートリッジ５０に保持された試料の位置及び姿勢を変更するものである。可動ステージ１２は、チルト機構、Ｚスライド機構、Ｘスライド機構、Ｙスライド機構、回転機構、等を有する。図１において、符号２２はチルト運動を示しており、符号２４はＺスライド運動を示しており、符号２６はＸスライド運動又はＹスライド運動を示している。符号２８は、回転運動を示している。チルト運動２２は、交点Ｏを横切るチルト軸を中心とした回転運動である。

【0027】

以下においては、最初に、試料カートリッジ及び試料カートリッジ保持器を説明する。

【0028】

図２には、試料カートリッジ５０が示されている。試料カートリッジ５０は、フレーム５１、試料台５２、傾斜機構５４、回転止め機構５６、等を有する。図２においては、直交関係にあるｉ方向、ｊ方向及びｋ方向が示されている。試料カートリッジ５０は中心軸２００を有する。中心軸２００はｉ方向に平行である。

【0029】

フレーム５１は、ｉ方向及びｊ方向に広がる形態を有し、具体的には、試料台５２を取り囲む形態を有している。フレーム５１は、フレーム本体５８及び補強板６０により大別される。但し、フレーム本体５８及び補強板６０は一体化されており、フレーム５１は単一の部材からなる。フレーム本体５８は、前部５８Ａ、中間部５８Ｂ及び後部５８Ｃからなる。前部５８Ａはｊ方向に肥大しており、幅広の形態を有する。中間部５８Ｂは、ｊ方向に絞られた形態を有する。後部５８Ｃは、ｉ方向、ｊ方向及びｋ方向の３つの方向に対して傾斜した斜面６６を有する。

【0030】

別の見方をすると、フレーム５１は、２つの側壁６２，６４及び補強板６０を有する。２つの側壁６２，６４により挟まれる空間内に、試料台５２及び傾斜機構５４が配置されている。後部５８Ｃには、切欠き６７が形成されており、切欠き６７内に回転止め機構５６の一部が露出している。補強板６０は、ｉ方向及びｊ方向に広がった平板状の形態を有する。

【0031】

傾斜機構５４は、透過電子顕微鏡（又は走査透過電子顕微鏡）を用いて試料の詳細観察を行う場合において、試料を観察する角度を変更するために設けられている。試料加工装置において、試料台５２が非傾斜状態にあると、試料の加工又は観察に際して補強板６０が邪魔になる。そこで、試料カートリッジ５０を試料カートリッジ保持装置へ取り付ける際に、試料台５２の傾斜状態が形成される。これについては後に詳述する。

【0032】

試料台５２は、その水平姿勢（傾斜角度がゼロの状態）において、ｉ方向及びｊ方向に広がった平板状の形態を有する。試料台５２は、支持板７０を着脱可能に保持するものである。後述するように、支持板７０は、複数の突起を有する。各突起は、試料を取り付けることが可能な前端面及び２つの側端面を有する。試料台５２の向きベクトル２０２は、前端面に直交するベクトルであり、つまり前端面の法線に相当する。試料台５２に対して支持板７０を固定するために、バネ７２Ａ，７２Ｂ及びスペーサ７４が設けられている。

【0033】

試料台５２は、ｊ方向に平行な回転軸７６を中心として回転運動する。図２においては、正方向の回転（＋θ）及び負方向の回転（－θ）が示されている。回転方向を示す正負の符号は便宜上のものである。例えば、正方向の最大回転角度（正の最大傾斜角度）は＋３０度であり、負方向の最大回転角度（負の最大傾斜角度）は－３０度である。

【0034】

試料台５２が非傾斜状態にある場合、試料台５２の向きベクトル２０２は、試料カートリッジ５０の中心軸２００に一致し又は中心軸２００と平行である。つまり、向きベクトル２０２と中心軸２００との間の角度がゼロとなる。一方、試料台５２が傾斜状態にある場合、向きベクトル２０２Ａは中心軸２００から離れて、中心軸２００に対して交差する。つまり、向きベクトル２０２Ａと中心軸２００との間の角度がゼロ以外の値（正の値又は負の値）をとる。

【0035】

傾斜機構５４について具体的に説明する。傾斜機構５４は、試料台５２を傾斜（回転運動）させる機構である。傾斜機構５４は、レバー７８、アーム８０、及び、トーションばね（ねじりコイルばね）８２を有する。レバー７８はカムとして機能する部材であり、それは当接壁７８Ａ及びアーム７８Ｂを有する。アーム７８Ｂにはピンが設けられている。一方、試料台５２にはアーム８０が一体的に取り付けられている。そのアーム８０には長穴が形成されている。長穴はアーム８０の伸長方向に沿って伸長している。アーム７８Ｂに形成されたピンがアーム８０に形成された長穴にスライド可能に挿入されている。レバー７８は回転軸８４を中心として回転運動する。トーションばね８２は、試料台５２を負方向に回転運動させる弾性力を生成するものである。

【0036】

当接壁７８Ａの背面が当接面８６である。当接面８６に対して、－ｉ方向へトーションばね８２の弾性力を上回る押圧力が及ぶと、当接壁７８Ａが前側つまり試料台５２側へ倒れる。つまり、レバー７８が回転軸８４を中心として負方向へ回転する。これにより、アーム７８Ｂが図２において下方へ運動し、これに連動して、アーム８０も下方へ運動する。その結果、試料台５２が回転軸７６を中心として正方向に回転する。一方、当接面８６に与えている－ｉ方向への押圧力を弱めると、当接壁７８Ａが後側へ倒れる。つまり、レバー７８が回転軸８４を中心として正方向へ回転する。これにより、アーム７８Ｂが図２において上方へ運動し、これに連動して、アーム８０も上方へ運動する。その結果、試料台５２が回転軸７６を中心として負方向に回転する。

【0037】

後述するように、透過電子顕微鏡用の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場合、試料カートリッジ保持器におけるロッドが当接面８６に当たり、ロッドのストローク量の調整により、試料台５２の傾斜角度が変更される。一方、実施形態に係る試料カートリッジ保持装置に対して試料カートリッジが取り付けられた場合、試料カートリッジ保持装置における当接部分が当接面８６に当たり、－ｉ方向に当接壁７８Ａを所定量押し込む。これにより、試料台５２の傾斜角度として所定角度が設定される。所定角度は、０度以外の角度であって最大傾斜角度以下の角度である。試料加工装置において、試料に対する加工及び観察を適正に行えるように、所定角度が定められる。

【0038】

当接面８６に対するロッド又は当接部分の当たりが消失した時点で、トーションばね８２の作用により、試料台５２が－θ方向へ自由に回転運動してしまう。場合によっては、試料の脱落や破損等の問題が生じる。その問題が生じることを防止するために、制限機構としての回転止め機構５６が設けられている。

【0039】

回転止め機構５６は、回転板８８を有する。回転板８８は、ｋ軸に平行な回転軸９０を中心として回転する部材である。回転板８８は、ｉ方向及びｊ方向に広がる平板状の形態を有している。回転板８８が一方方向へ回転して、回転板８８の作用端部がレバー７８の後側から突き出た凸部（又は顎部）の下側に差し込まれた場合、回転軸８４を中心とするレバー７８の正方向の回転運動（後部５８Ｃ側への回転運動）が制限される。制限状態では、試料台５２の回転角度が０度に維持される。但し、回転軸８４を中心とした、レバー７８の負方向の回転運動は許容される。よって、試料カートリッジを試料カートリッジ保持装置へ取り付ける際に、回転止め機構５６が作動状態にあっても、試料台５２の傾斜角度を所定角度にすることが可能である。一方、回転板８８が他方方向へ回転して、回転板８８の作用端部がレバー７８の凸部の下側から離脱した場合、レバー７８の正方向の回転運動の制限が解除され、つまりレバー７８の正方向の回転運動が許容される。

【0040】

側壁６４には、くぼみ６４Ａが形成されている。くぼみ６４Ａは、捕獲機構の１要素をなすものである。捕獲機構については後述する。

【0041】

図３には、支持板７０の一例が示されている。支持板７０は、ｐ方向及びｑ方向に広がる半円状の部材である。支持板７０は、本体９４と突起列９６により構成される。突起列９６は、ｐ方向に並ぶ複数の突起９８により構成される。各突起９８は、本体９４からｑ方向に突き出ている。各突起９８は、前端面９８ａ及び２つの側端面９８ｂを有する。選択された前端面９８ａ又は側端面９８ｂに対して、１又は複数の試料１００が取り付けられる（図３においては試料１００が誇張表現されている。）。各前端面９８ａは、ｑ方向に直交している。各側端面９８ｂはｐ方向に直交している。ｑ方向は、試料台の向きベクトルに相当し又はそれと平行である。

【0042】

図４には、試料カートリッジ保持器１０２の先端部が示されている。試料カートリッジ保持器１０２は、透過電子顕微鏡の中に試料カートリッジ５０を設置する際に使用される器具であり、透過電子顕微鏡に取り付けられるものである。透過電子顕微鏡として、走査透過電子顕微鏡が用いられてもよい。試料カートリッジ保持器１０２は、取付構造１０４を有する。取付構造１０４に対して試料カートリッジ５０が取り付けられる。

【0043】

取付構造１０４は、取付面、側壁１０４Ａ、傾斜壁１０４Ｂ、等を有する。取付面に対して試料カートリッジ５０の下面が接合される。傾斜壁１０４Ｂは、試料カートリッジ５０が有する斜面に接合する逆斜面を有している。取付構造１０４への試料カートリッジ５０の挿入過程で、斜面と逆斜面が接合し、逆斜面により斜面が案内され、取付構造１０４における所定位置に試料カートリッジ５０が定位する。その状態で、試料カートリッジ保持器１０２が有する捕獲機構により、試料カートリッジ５０が捕獲される。通常、試料カートリッジ５０の取付時に、回転止め機構５６の作動状態が解除される。

【0044】

試料カートリッジ保持器１０２は、スライド運動するロッド１０６を有する。ロッド１０６の先端部がレバー７８の当接壁７８Ａに当たっており、レバー７８の正方向への回転を制限している。ロッド１０６を前進させると、レバー７８が負方向へ回転運動し、傾斜機構５４の転換作用により、試料台が回転軸７６を中心として正方向へ回転する。一方、ロッド１０６を後退させると、トーションばね８２の弾性力により、レバー７８が正方向へ回転運動し、傾斜機構５４の転換作用により、試料台５２が回転軸７６を中心として負方向へ回転する。符号１１０は、ロッド１０６のスライド運動を示している。符号１１２は、レバー７８の回転運動を示している。符号１１４は試料台５２の回転運動を示している。

【0045】

試料カートリッジ保持器１０２が有する回転軸７７を中心として、試料カートリッジ保持器１０２を回転運動させ得る。正方向の回転運動が＋φで示されており、負方向の回転運動が－φで示されている。回転軸７７は、試料カートリッジ保持器１０２の中心軸２００に一致している。

【0046】

図５には、試料台５２の水平状態が示されており、図６には、試料台５２の傾斜状態が示されている。図５において、回転止め機構による回転制限は解除されている。つまり、回転板８８の作用端部８８ａがレバー７８に設けられた凸部１４４の下側から離脱している。その状態では、試料台５２の正方向及び負方向の回転運動が許容される。

【0047】

トーションばね８２は、基端部８２Ａ、コイル部８２Ｂ、中間部８２Ｃ、及び、先端部８２Ｄを有する。先端部８２Ｄがアーム８０に設けられたピン１２２に弾性力を及ぼしている。矢印１０８は弾性力が及ぶ方向を示している。アーム７８Ｂにはピン１１８が設けられ、一方、アーム８０には長穴１２０が設けられている。ピン１１８が長穴１２０へ挿入されている。レバー７８の回転軸に沿って軸部材１２４が設けられており、試料台５２の回転軸に沿って軸部材１２６が設けられている。

【0048】

例えば、矢印１３０が示すように、当接壁７８Ａに対して図中左側へ押圧力が及ぶと、矢印１３２が示すように、レバー７８が回転し、アーム７８Ｂが下方へ傾斜運動する。その際、矢印１３４が示すように、アーム７８Ｂに設けられたピン１１８がアーム８０を下方へ押し、アーム８０が下方へ傾斜運動する。

【0049】

その結果、例えば、図６に示す状態が生じる。試料台５２が正方向へ回転運動しており、試料台５２の傾斜状態が形成されている。＋θａは、試料台５２の正方向の最大回転角度（正の最大傾斜角度）を示している。－θｂは、試料台５２の負方向の最大回転角度（負の最大傾斜角度）を示している。＋θａは例えば＋３０度であり、－θｂは例えば－３０度である。

【0050】

図７及び図８を用いて回転止め機構の作動状態及び解除状態について説明する。図７において、試料カートリッジ５０は、試料カートリッジ保持器１０２に取り付けられている。試料カートリッジ５０が有する斜面６６と、試料カートリッジ保持器１０２が有する逆斜面１４５とが接合している。試料カートリッジ保持器１０２は、スライド運動する操作部材１４６を有する。操作部材１４６は、シャフト１５０及びヘッド１４８を有する。回転板８８は、作用端部８８ａ、第１エッジ８８ｂ、及び、第２エッジ８８ｃを有する。

【0051】

操作部材１４６を前進運動させると、ヘッド１４８が第１エッジ８８ｂを押し込み、これにより、回転板８８が正方向（図７において時計回り方向）へ回転する。それに伴って、作用端部８８ａが凸部１４４の下側に入り込む。

【0052】

作用端部８８ａが凸部１４４の下方への運動を規制し、これにより、レバー７８の正方向への回転運動が制限される。レバー７８の負方向への回転運動は許容されるが、レバー７８に対してはトーションばねの弾性力（正方向への回転力）が常時及んでいるので、レバーの負方向への回転運動は自然には生じない。よって、試料台の水平姿勢が維持されることになる。

【0053】

図８に示すように、操作部材１4６を後退運動させると、ヘッド１４８が第２エッジ８８ｃを押し込み、これにより回転板８８が負方向（図７において反時計回り方向）へ回転する。それに伴って、作用端部８８ａが凸部１４４の下側から離脱する。その状態では、試料台の正方向及び負方向への回転運動が許容される。

【0054】

次に、図９～図１５を用いて、実施形態に係る試料カートリッジ保持装置について詳しく説明する。既に説明したように試料カートリッジ保持装置は、試料加工装置の可動ステージに搭載されるものである。

【0055】

図９において、試料カートリッジ保持装置３２は、本体３６及びカバー部材３８により構成される。図９には、本体３６を基準として定義される直交座標系が示されており、具体的には、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が示されている。ｚ軸は、本体３６の中心軸に対して平行である。

【0056】

本体３６は、例えば、アルミニウム等の金属により構成され、それは上部４２及び下部４４からなる。下部４４はベースとして機能し、それは円柱状の形態を有している。上部４２には、試料カートリッジ５０を収容する収容部１６０が形成されている。収容部１６０は、ｚ軸に対して傾斜しており、具体的には、収容部１６０の中心軸がｚ軸に対して傾斜しており、その傾斜角度はθ１である。θ１は例えば－３０度である。収容部１６０へ試料カートリッジ５０を挿入する際、試料カートリッジ５０の中心軸２００が収容部１６０の中心軸に一致し、且つ、試料カートリッジ５０の挿入方向が試料カートリッジ５０の中心軸２００に一致する。

【0057】

上部４２は、取付面４２Ａを有し、その取付面４２Ａもｚ軸に対して傾斜している。その傾斜角度もθ１である。取付面４２Ａには、カバー部材３８が取り付けられている。カバー部材３８は、例えば銅などの金属により構成される。上部４２に対しては、入口開口及び側面開口を有する切欠きが形成されており、側面開口がカバー部材３８で覆われている。これによりスリット状又は井戸状の収容部１６０が構成されている。入口開口を通じて試料カートリッジ５０が収容部１６０へ挿入される。なお、カバー部材３８は、２つのねじ１６２，１６４により上部４２に固定されている。

【0058】

カバー部材３８は、切欠きを有し、切欠きの底部が当接部分３８Ａとして機能する。すなわち、試料カートリッジ５０を収容部１６０に挿入する過程で、傾斜機構５４が有するレバーに対して当接部分３８Ａが当たり、レバーの回転運動が生じる。この回転運動により試料台５２が正方向に所定角度、回転運動する。その結果、試料台５２の傾斜状態が生じる。

【0059】

上記の所定角度は、試料カートリッジ５０の取付状態において、試料カートリッジ５０の中心軸２００に対して、試料台５２の向きベクトル２０２Ａがなす角度である。図示の構成例では、向きベクトル２０２Ａがｚ軸と平行になるように、所定角度が定められている（図９においてθ２を参照）。θ１はｙ軸周りの負の回転角度に相当し、所定角度はｙ軸周りの正の回転角度に相当する。θ１をｙ軸周りの正の回転角度に相当すると理解し、所定角度をｙ軸周りの負の回転角度に相当すると理解してもよい。いずれにしても、試料カートリッジ５０の取付状態において、本体３６における収容部１６０の傾斜角度θ１と試料カートリッジ５０における試料台５２の傾斜角度（所定角度）とが、全面的又は部分的に打ち消し合う関係を有する。

【0060】

所定角度として、θ２より小さなθ３が採用されてもよい。所定角度としてθ３が採用された場合における、試料台５２の向きベクトルが符号２０２Ｂで示されている。所定角度は上記のように、０度以外の角度であって最大傾斜角度以下の角度である。所定角度を、数度（例えば３度又は４度）としてもよいし、数十度（例えば２０度又は３０度）としてもよい。なお、最大傾斜角度を４０度、５０度又は６０度としてもよい。本願明細書において挙げる各数値は例示に過ぎないものである。

【0061】

より詳しくは、収容部１６０の傾斜角度は、ｘ軸及びｚ軸で定義されるｘｚ面内にあり、且つ、ｙ軸周りの一方方向の回転角度に相当する。取付状態における試料台５２の傾斜角度つまり所定角度は、上記ｘｚ面内にあり、且つ、ｙ軸周りの他方方向の回転角度に相当する。試料の加工観察時において、試料カートリッジ５０のフレーム（特に補強板）が加工ビーム及び観察ビームに干渉しないように、所定角度が定められる。

【0062】

図示の構成例では、θ１は－３０度であり、θ２は＋３０度である。つまり、所定角度は＋３０度である。その状態では、可動ステージが原状態にある場合、観察用の電子線１５３に対して、支持板の前端面が直交する。もっとも、そのような態様は一例に過ぎない。既に説明したように、加工観察の都合から、あるいは、試料室内の他の構造体を考慮して、所定角度として他の傾斜角度が採用されてもよい。なお、所定角度をマイナスの角度にする変形例が考えられる。

【0063】

試料カートリッジ保持装置３２は捕獲機構を有する。捕獲機構は、カバー部材３８に固定された板ばね１６６を有する。捕獲機構については後に説明する。

【0064】

カバー部材３８は円形の開口１６８を有する。開口１６８は、回転止め機構の一部を露出させるものであり、具体的には、上述した第１エッジ及び第２エッジを露出させるものである。第１エッジ及び第２エッジの状態（突出量）から、回転止め機構の作動状態及び非作動状態を識別し得る。試料カートリッジ５０の取り外しに先立って、開口１６８を通じて、回転止め機構の状態が確認される。回転止め機構が非作動状態にある場合、開口１６８を通じて工具等が差し込まれ、第１エッジが押し込まれる。これにより回転止め機構の作動状態が形成される。その後、試料カートリッジ５０が収容部１６０から引き抜かれる。

【0065】

本体３６には台座１７０が固定されている。台座１７０にはテーブル１７２が設けられている。テーブル１７２は例えばピンスタブである。テーブル１７２の高さ（ｚ方向の位置）を可変し得る。テーブル１７２が有する載置面１７２Ａ上に元試料であるバルク試料が載置される。バルク試料に対して一次加工が実施される。一次加工後の試料が、プローブ等を利用して、試料カートリッジ５０に保持された支持板へ移載される。すなわち、支持板における特定の前端面又は特定の側端面に試料が取り付けられる。一次加工、一次加工後の試料の移載、及び、試料に対する二次加工の全部が試料加工装置内において実施される。なお、載置面１７２Ａはｚ軸に対して直交している。

【0066】

図１０においては、カバー部材の図示が省略されている。切欠きの側端面を通じて、試料カートリッジ５０の被収容部分が現れている。収容部１６０は、試料カートリッジ５０の被収容部分を収容する形態を有している。収容部１６０の底面に対して、試料カートリッジ５０の底面が接合している。符号１７４は、一次加工後の試料の移載を模式的に示している。図１０に示すように、取付状態においては、レバーに対して当接部分から押圧力が及んでいる（矢印を参照）。

【0067】

図１１～図１３を用いて、試料カートリッジ挿入時の動作を説明する。図１１には初期状態が示されている。符号１７８Ａは差し込み動作を示している。試料カートリッジ５０が収容部１６０の底面１６０Ａに沿って差し込まれる。初期状態では、試料台５２は試料カートリッジ５０上で傾斜しておらず、水平姿勢（傾斜角度０）を保っている。レバー７８に対して当接部分３８Ａが当たっているが、レバー７８は回転運動をまだ開始していない。

【0068】

図１２には中間状態が示されている。試料カートリッジの挿入運動１７８Ｂの進行に伴って、当接部分３８Ａからレバー７８へ押圧力１８０が及び、レバー７８の回転運動１８２が生じる。２つのアームの端部が符号１８４で示す方向へ運動する。これによって、試料台５２が傾斜運動する。なお、回転止め機構５６において、回転板８８の作用端部８８ａは、レバー７８に設けられた凸部１４４の下側に入り込んでいる。その状態では、レバー７８の正方向への回転運動は制限されるが、レバー７８の負方向への回転運動は許容される。

【0069】

図１３には挿入完了状態つまり取付状態が示されている。試料カートリッジ５０に対して試料台５２が傾斜している。その傾斜角度はθ２である。本体における収容部の傾斜角度（試料カートリッジ５０の傾斜角度）θ１と試料カートリッジ５０上での試料台５２の傾斜角度θ２とが打ち消し合いの関係にあり、ｚ方向に対して支持板の前端面が直交している。もっとも、上述したように、取付状態における試料台５２の傾斜角度（所定角度）として、θ２よりも小さな角度θ３を定めてもよい。なお、所定角度としてθ２よりも大きな角度を定める変形例が考えられる。

【0070】

図１４には、試料カートリッジの捕獲状態が示されている。捕獲機構１８６は、板ばね１６６、ボール１８８等を有する。試料カートリッジにおける側壁６４にくぼみ６４Ａが形成されている。カバー部材３８には、ボール室が形成され、ボール室内にボール１８８が収容されている。ボール１８８に対しては、板ばね１６６からの弾性力が及んでいる。

【0071】

試料カートリッジの挿入過程で、ボール１８８が斜面６６を転がり上がり、側壁６４上を転がった上で、くぼみ６４Ａ内に落ち込む。これにより、捕獲状態が形成される。試料カートリッジを取り出す際には、捕獲機構１８６による捕獲力を上回る引き出し力を試料カートリッジへ及ぼせばよい。捕獲機構１８６として図示されたもの以外の機構を採用してもよい。

【0072】

上記実施形態によれば、試料カートリッジ保持装置に対して試料カートリッジを取り付けた際に、試料台が試料カートリッジに対して自動的に所定角度傾斜するので、試料カートリッジのフレーム（特に補強板）が加工ビームや観察ビームに対して干渉しなくなる。すなわち、試料加工、試料観察及び試料移載を適切に行うことが可能となる。

【0073】

図１５には、試料加工時の動作例が示されている。可動ステージの機能により、試料カートリッジの位置及び姿勢が変更されている。図１５に示す例では、加工用の光軸２０が支持板の前端面に直交している。

【0074】

図１６には、実施形態に係る試料加工観察方法が示されている。Ｓ１０では、試料加工装置に対して試料カートリッジ保持装置が搭載されている状態において、試料カートリッジ保持装置に対して試料カートリッジが取り付けられる。試料カートリッジを試料カートリッジ保持装置に取り付けてから、試料カートリッジ保持装置が試料加工装置に搭載されてもよい。

【0075】

Ｓ１２では、試料の加工及び観察が実施される。具体的には、テーブル上に載置されたバルク試料に対して一次加工が実施され、その後、一次加工後の試料が支持板上に移載される。その試料が二次加工され、詳細観察用の試料が製作される。試料の加工過程において、必要に応じて、走査電子顕微鏡により試料が観察される。

【0076】

Ｓ１４では、試料加工後に、試料カートリッジ保持装置から試料カートリッジが取り出される。Ｓ１６では、取り出された試料カートリッジが試料カートリッジ保持器に取り付けられる。その際、試料カートリッジからの支持板の取り出しは不要である。

【0077】

Ｓ１８では、透過電子顕微鏡に対して試料カートリッジ保持器が取り付けられる。すなわち、透過電子顕微鏡の中に試料カートリッジが配置される。Ｓ２０では、透過電子顕微鏡により試料が詳細観察される。その際において、必要に応じて、試料の姿勢が調整される。

【0078】

上記実施形態によれば、傾斜した収容部へ試料カートリッジを挿入すると、当接部分がレバーに当たって傾斜機構が動作する。これにより、取付状態において試料カートリッジにおいて試料台の傾斜角度が適正化される。つまり、試料の加工等を適正に行うことが可能な状態が形成される。具体的には、試料カートリッジにおいて試料台がフレームによって囲まれていても、試料の加工観察時にフレームが邪魔にならなくなる。逆に言えば、取付状態での試料台の傾斜を前提として、試料カートリッジの強度及び剛性を高めることが可能である。取付状態において形成される所定角度を調整するための調整機構を設けてもよい。調整機構は収容部に対する当接部分の相対的位置を変更することにより所定角度を調整するものである。調整機構として、本体の斜面上において、カバー部材を固定する位置を変更するスライド機構を採用してもよい。上記実施形態において、集束ビーム以外のビームにより試料が加工されてもよい。試料カートリッジ保持装置が試料観察装置に搭載されてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１０ 試料室、１２ 可動ステージ、３２ 試料カートリッジ保持装置、３６ 本体、３８ カバー部材、５０ 試料カートリッジ、５１ フレーム、５２ 試料台、５４ 傾斜機構、５６ 回転止め機構、７０ 支持板、１０２ 試料カートリッジ保持器、１６０ 収容部、１６８ 開口。

【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】

【図15】

【図16】