JP2005062130A - 微小薄片作製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片試料としてサンプリングでき、同時に電子顕微鏡観察が可能な装置を提供する。
【解決手段】 雰囲気制御が可能な試料チャンバー２、試料チャンバー内に揮発性物質含有試料を導入する試料ホルダー１４、この保持された試料を観察するための走査電子顕微鏡、試料ホルダー１４に保持された試料をサンプリングするマニピュレータ、サンプリングされた試料を試料チャンバー２の外部に取り出すための試料ホルダー１５を具備する。この構成により、揮発性物質含有試料を変質することなくサンプリングでき、透過電子顕微鏡の観察用試料として容易に作製できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の微小薄片を作製する微小薄片作製装置に関するものである。

従来、透過電子顕微鏡観察用の試料作製方法としては、様々な方法が考案されている。特に、生物試料や高分子試料等に対してはミクロトーム法が活用されている。ミクロトーム法はエポキシやアラルダイト等の樹脂に対象試料を包埋後、ガラスナイフやダイヤモンドナイフを用いて超薄切片を作製し、水等に浮かせた切片をグリッドですくい上げて透過電子顕微鏡観察用の試料とする方法である（非特許文献１参照）。

一方、サブミクロンオーダーの空間分解能で特定部位の試料断面を形成する方法としては、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工法がある。ＦＩＢ加工法は希望する特定の領域にＧａイオンを集束させてその領域だけをスパッタエッチングする方法である（非特許文献２参照）。

更に、試料の一部分を剥ぎ取ったり、或いは切り出したりし、それを所定の場所に移動する方法としてはマニピュレータを使用することが考えられる。特に、透過電子顕微鏡観察用の試料を作製する際にはマニピュレータを利用する方法は有効である。マニピュレータを操作する際には、操作状態を観察する方法が重要となるが、一般には、光学顕微鏡（特開平１１−２７１０３６号公報等）、走査電子顕微鏡（特開２００１−１９８８９６号、特開２００１−８８１００号公報等）等を組み合わせて使用されている。

また、これら生物試料や高分子試料の電子顕微鏡による形態観察では、外形や内部構造を観察するために、高傾斜観察による立体観察が必要である。
朝倉健太郎・広畑泰久 共著「ウルトラミクロトーム技法Ｑ＆Ａ」 アグネ承風社出版 １９９９・９・３０発行 平坂雅男・朝倉健太郎 共著「ＦＩＢ・イオンミリング技法Ｑ＆Ａ」 アグネ承風社出版 ２００２・９・２５発行

しかしながら、上記従来技術であるミクロトーム法はスライス手法であるため試料の一断面しか観察できない。また、目的の部位を観察するためには、切片の作製と透過電子顕微鏡による観察を繰り返しながらその部位に近づいて行くしか方法がない。また、硬さ、密着性、切削性、化学的影響等試料と包埋樹脂の相性が非常に重要であり、試行錯誤が欠かせない手法であった。

一方、ＦＩＢ加工法を用いて有機材料を加工する場合には、金属材料や半導体材料に比べて加工の際のダメージが大きい。更に、試料を真空環境に導入しなければならないため、揮発性物質を含有する試料では試料の変形、変質が生じてしまい、使用することができない。

また、マニピュレータを操作する際には観察方法が併用されるが、透過電子顕微鏡で観察可能なレベルの微小薄片を作製するためには、光学顕微鏡では空間分解能が足りない。また、走査電子顕微鏡を併用する場合には、空間分解能は十分であるが、真空環境に試料を導入しなければならないため、揮発性物質を含有する試料では試料の変形、変質が生じ使用できない。

また、これら生物試料や高分子試料の立体的な外形及び内部構造の情報を得るには、走査電子顕微鏡による表面形態観察と透過電子顕微鏡による透過像観察を様々な方向から行う必要である。しかし、従来技術では各々の電子顕微鏡観察を別々に行う必要がある上、様々な方向からの観察行う為に高傾斜観察が可能な走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡装置が必要であった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片として容易に作製することが可能な微小薄片作製装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、雰囲気制御が可能な試料チャンバーと、前記試料チャンバー内に揮発性物質含有試料を導入する第１の試料ホルダーと、前記試料ホルダーに保持された試料を観察するための走査電子顕微鏡と、前記第１の試料ホルダーに保持された試料をサンプリングするためのマニピュレータと、前記マニピュレータによってサンプリングされた試料を保持し、前記試料チャンバーの外部に取り出すための第２の試料ホルダーとを備えたことを特徴とする。

本発明は、この構成により、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片として容易に作製することができる。

また、本発明は、上記構成の装置において、前記マニピュレータが温度制御可能であり、かつサンプリングした試料の観察を行う為の電子検出器を備えたことを特徴とし、前記電子検出器は、走査電子顕微鏡像観察のための電子検出器と走査型透過電子顕微鏡像の明視野像及び暗視野像観察のための電子検出器であることを特徴とする。

本発明では、試料チャンバー内を試料の変質が生じない程度の真空度に排気し、走査型電子顕微鏡で観察しながらマニピュレータを操作し、対象試料の微小薄片を透過電子顕微鏡観察用試料としてサンプリングを行う。更に、マニピュレータの温度制御機構による試料冷却と電子光学鏡筒内のレンズ室及び試料チャンバーの高真空排気を行った後、微小薄片表面に電子線を照射及び走査し、走査電子顕微鏡用の電子検出器による二次電子像観察と走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器による走査型透過電子顕微鏡像観察を行うことが出来る。更に、ニードルの軸回転により傾斜観察を組み合わせて同時に行うことが可能である。

従って、本発明は、この構成により、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片として容易に作製できると同時に、その場で電子顕微鏡により簡単に試料の外形或いは内部構造の観察を行うことが可能となる。

本発明によれば、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、試料にダメージを与えることなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片として容易にサンプリングすることができる。また、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、試料にダメージを与えることなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片として容易にサンプリングすることができると同時に、その場で、サンプリングした微小薄片試料の電子顕微鏡観察を行うことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。図中１は電子光学鏡筒、２は揮発性物質含有試料を導入する試料室（試料チャンバー）である。電子光学鏡筒１の内部には、電子銃３が設置された電子銃室４、コンデンサレンズ５、走査コイル６、非点補正装置７、対物レンズ８を有するレンズ室９が設けられている。

また、試料室２の内部には、ニードル１２、試料ホルダー１４、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５が設置されている。ニードル１２は外部からの操作が可能なマニピュレータ（図示せず）の先端に接続されている。ニードル１２は、例えば、金属製もしくは金属をコートしたガラス製である。

試料ホルダー１４は生物や高分子等の揮発性物質含有試料１３を保持し、試料室２内に導入するものであり、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５は試料１３から剥ぎ取られた試料、或いは試料１３から切断された試料を保持し、透過電子顕微鏡観察用の試料として試料室２の外部に取り出すものである。試料ホルダー１４と透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５は、各々予め所定の真空度に排気された予備排気室２０、２１を介して個別に導入できる機構となっている。予備排気室２０は試料導入前に予め所定の真空度に排気し、予備排気室２１は試料排出前に予め所定の真空度に排気しておく。

電子光学鏡筒１内の電子銃室４は排気部１６から排気系（図示せず）に接続され、レンズ室９は排気部１７から排気系（図示せず）に接続され、それぞれ別個に各室の真空を維持することが可能である。一方、試料室２は排気部１８から排気系（図示せず）に接続され、且つ、バルブを介してガス導入部１９が設けられ、任意のガス雰囲気（例えば、水、窒素等）で、任意の真空度に維持することが可能である。

また、１０、１１は圧力の異なる領域を仕切り、且つ、電子ビームを通過させるオリフィスである。オリフィス１０は電子銃室４とレンズ室９を、オリフィス１１はレンズ室９と試料室２をそれぞれ仕切っている。通常、オリフィス１１としては、対物絞りが用いられる。

次に、揮発性物質含有試料の微小薄片試料作製方法について説明する。まず、電子銃室４、試料室２、レンズ室９の各室の真空度を調節する。電子銃室４は電子銃３により電子ビームを発生する必要があるため、排気部１６から排気し、１０^-3Ｐａ程度の真空度に調節する。

一方、試料室２は有機物や生物等の揮発性物質を含有する試料を導入できるように、即ち、揮発性物質含有試料が変質しない真空度に調節する。その方法は、まず１Ｐａ以下の真空度になるように排気部１８から排気し、続いてガス導入部１９から水、窒素等のガスを導入して１０００Ｐａ程度の真空度に調節する。試料室２と電子銃室４の中間に位置するレンズ室９は排気部１７から排気し、１Ｐａ程度の真空度に調節する。

次に、予備排気室２０を介して試料１３を搭載した試料ホルダー１４を試料室２内に導入し、電子銃３の電子ビームの光軸上に試料１３が位置するように置く。また、予備排気室２１を介して透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５を導入するが、試料ホルダー１４に接触しないように退避位置に置く。

次いで、電子銃３から電子を放出させ、コンデンサレンズ５、非点補正装置７、対物レンズ８を動作させて試料１３上に細く絞った電子線を照射する。また、走査コイル６を駆動して電子線を偏向させ、試料１３面上に電子線をスキャンする。この時、試料１３の試料電流を検出器（図示せず）で測定し、この測定電流と電子線を走査させるための信号とを同期させて表示することで試料の表面の像が得られる。

なお、試料電流は、一次電子線が試料１３に入射した時に試料１３とアース間に流れる電流であり、一次電子線から試料１３より放射される二次電子及び反射電子等の電子を差し引いた分の電流である。

また、本装置においてはニードル１２及び透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５からも電流を計測できる構成となっており、像表示には、試料１３、ニードル１２、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５の電流を検出器（図示せず）でそれぞれ検出する。そして、検出した各部の電流と電子線を走査させるための信号とをそれぞれ同期させて表示することで、試料１３、ニードル１２、試料ホルダー１５を組み合わせた像が得られる。この場合には、試料１３、ニードル１２、試料ホルダー１５の位置関係が分かるので、操作性が向上する。

次に、試料１３の表面の像にフォーカスを合わせ、試料１３のサンプリングすべき部位を決定する。その後、マニピュレータを操作してニードル１２を試料１３に近づけ、試料１３の所望の部位を剥ぎ取る。場合によっては、二本のニードル１２を用いて試料１３の一部を切断することも可能である。最終的に透過電子顕微鏡の試料として使用する部分をニードル１２に付着させて、試料１３の表面から電子光学鏡筒１側へ退避させる。

また、試料１３がニードル１２に接触しないように試料ホルダー１４を予備排気室２０側に退避させ、電子ビームの光軸上に透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５を移動させる。この時、各レンズの設定を変更せずに、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５を移動させてフォーカスを合わせるようにすると試料ホルダー１５がニードル１２に接触することが避けられる。

次に、再び、マニピュレータを操作して透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５のメッシュ部位（透過電子顕微鏡の観察時の試料保持部）にニードル１２を近づけ、先にサンプリングした試料の一部を置く。試料がニードル１２から離れ難い場合には、もう一本のニードル１２を利用すると良い。ニードル１２を透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５から離した後、予備排気室２１を介して透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５を試料室２から外部に退出させる。この試料は、透過電子顕微鏡用の微小薄片試料として用いられる。

本実施形態では、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、容易に透過電子顕微鏡で観察が可能なサイズの微小薄片としてサンプリングすることができる。

（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す構成図である。第１の実施形態との違いは、電子光学鏡筒１の下方位置に試料１３、ニードル１２、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５から発生する反射電子を検出する反射電子検出器２２を設けた点であり、その他の構成は図１と同様である。本実施形態では、試料１３やニードル１２、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５の像を形成する際に試料電流ではなく、反射電子検出器２２で検出した信号を電子線を走査するための信号と同期させて表示することで、像を得るものである。

本実施形態では、反射電子検出器２２で検出した信号を用いて試料１３やニードル１２、透過電子顕微鏡用試料ホルダー１５の像を表示するため、ニードル１２の材質としてガラス等が使用可能であり、対象の揮発性物質含有試料によって金属製ニードルを使用できない場合に、本実施形態の構成は有効である。

なお、以上の実施形態では、マニピュレータの先端形状としてニードルタイプを使用しているが、これに限ることなく、例えば、はさみタイプや作動排気を利用した真空吸引ノズル等を使用しても良い。また、対象試料が小さい場合にはカーボンナノチューブを使用しても良い。更に、フォーカスを試料に合わせるように操作しているが、フォーカス位置をマニピュレータの先端に固定し、ニードルの移動に連動してフォーカスが自動的に修正される方法を用いても構わない。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す構成図である。なお、図３では図１、図２と同一部分は同一符号を付している。まず、本実施形態では、主に、雰囲気制御が可能な試料室（試料チャンバー）２、電子光学鏡筒１、ニードルを先端に有するマニピュレータ３０、走査電子顕微鏡用の電子検出器３１、走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器３２等から構成されている。

本実施形態では、生物や高分子等の揮発性物質含有試料１３から微小薄片試料３４をマニピュレータ３０の先端のニードル３５でサンプリングし、詳しく後述するように走査電子顕微鏡用の電子検出器３１による走査電子顕微鏡観察、或いは走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器３２による走査型透過電子顕微鏡観察が可能なように構成したものである。

電子光学鏡筒１は、電子銃３が設置された電子銃室４と、コンデンサレンズ５、走査コイル６、非点補正装置７、対物レンズ８が設置されたレンズ室９からなっている。電子光学鏡筒１は、電子銃室４とレンズ室９の間に設置されたオリフィス１０で仕切られており、電子銃室４、レンズ室９はそれぞれ排気部１６、１７より排気系（不図示）に接続され、真空を維持することが可能である。

試料室２内には、ニードル３５を先端に有するマニピュレータ３０、マニピュレータ３０をＸＹＺ（図３参照）方向に移動させるマニピュレータステージ３６、マニピュレータ３０のニードル３５をΦ方向に案内するガイドレール３７、試料をＸＹＺΘ方向（図３参照）に移動させる試料ステージ３８が設けられている。Φ方向は試料ステージ３８を中心とする円周方向で、Θ軸に直交する回転軸である。

また、試料室２内には、図示しないエネルギーフィルターにより２次電子検出器及び反射電子検出器として使用可能な走査電子顕微鏡用の電子検出器３１、明視野観察用検出エリアと暗視野観察用検出エリアを持つ２分割された走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器３２が設置されている。電子検出器３１はエネルギーフィルターを用いることにより、試料からの二次電子（試料に電子線を照射することにより試料から放出される電子）と、試料から反射した反射電子を分けて検出することが可能である。

また、試料室２は排気部１８から排気系（不図示）に接続され、且つ、バルブを介してガス導入部１９が設けられ、任意のガス雰囲気で、任意の真空度に維持することが可能な機構となっている。更に、試料室２には、試料１３を導入する為の試料導入室３９と、上述の電子光学鏡筒１が接続されている。電子光学鏡筒１の先端には、対物絞り用のオリフィス１１が設置されており、試料室２と電子光学鏡筒１はオリフィス１１で区切られている。

マニピュレータ３０は先端に接続されたニードル３５が、マニピュレータステージ３６によって図示しないステッピングリニアモータ及びピエゾ素子を用いてＸＹＺ方向に駆動され、更に、ガイドレール３７に沿ってΦ方向に移動することが可能である。このようにマニピュレータ３０のニードル３５は外部から自由に操作でき、揮発性物質含有試料をサンプリングすることが可能である。

また、マニピュレータ３０は図示しないペルチェ素子等を用いてニードル３５の温度制御を行う温度制御機構４０を含んでいる。ニードル３５は上述のように外部からの操作が可能なマニピュレータ３０の先端に接続され、金属製もしくは金属をコートしたガラス製である。温度制御機構４０はペルチェ素子を用いてニードル先端の試料を冷却するのに用いられる。

次に、本実施形態による微小薄片試料のサンプリング方法を図３、図４を参照して説明する。まず、各部位の真空度を調節する。電子銃室４は、電子銃３により電子ビームを発生する必要がある為、１０^-3Ｐａ程度の真空度に調節する。試料室２は排気部１８からの真空排気とガス導入部１９からの所望のガス（例えば、水、窒素等）の導入とフローコントロールにより、有機物や生物等の揮発性物質を含有した試料１３を導入出来るように（試料が変質しないように）、１０００Ｐａ程度の真空度に調節する。試料室２と電子銃室４との間に位置するレンズ室９は、１Ｐａ程度の真空度に調節する。

次に、微小薄片試料をサンプリングする為、揮発性物質含有試料１３を試料室２内へ導入し、走査電子顕微鏡による観察を行う。試料１３を導入するには、予め所定の真空度に排気された試料導入室３９を介することによって試料１３を搭載した試料ステージ３８を試料室２内に導入し、その試料ステージ３８により試料１３が電子光学鏡筒１の光軸上に来るように置く。

試料１３の走査電子顕微鏡観察を行うには、先ず、電子銃３より電子を放出させ、コンデンサレンズ５、非点補正装置７、対物レンズ８を動作させることにより、試料１３上に細く絞った電子線を照射する。また、走査コイル６を駆動して電子線を偏向させ、試料１３の表面上に走査する。

同時に、試料１３からの反射電子を走査電子顕微鏡用の電子検出器３１により測定し、この検出器３１で検出した信号と電子線を走査させるための信号とを同期させて表示することで試料を観察することが出来る。

また、試料１３から微小薄片試料をサンプリングするには、走査電子顕微鏡により試料１３の像を観察してフォーカスを試料表面に合わせ、試料のサンプリングすべき部位を決定する。次いで、マニピュレータ３０を操作して試料表面にニードル３５を近づけ、試料１３の必要な部分を剥ぎ取る。場合によっては、試料ステージ３８を動作させて試料の一部を切断しても良い。最終的に、図４に示すように微小薄片試料３４をニードル３５の先端部に付着させる。微小薄片試料３４を剥ぎ取った後の試料１３は、試料ステージ３８ごと試料導入室３９へ退避させておく。

次に、図４を用いて微小薄片試料の電子顕微鏡による観察方法について説明する。ニードル３５の先端にサンプリングした微小薄片試料３４を電子顕微鏡で観察する場合において、高分解能観察及び透過電子顕微鏡観察を行う為には、高真空下において試料３４への電子線照射を行わなければならない。

その為、先ず、ペルチェ素子を用いたマニピュレータ３０の温度制御機構４０によって微小薄片試料３４を含有する揮発性物質が高真空下で揮発しない温度以下に冷却する。その後、ガス導入部１９を閉じてガスフローを停止させ、排気部１７及び１８から電子光学鏡筒１のレンズ室９及び試料室２の高真空排気を行う（レンズ室９及び試料室２の真空度としては、例えば１０^-3Ｐａ程度とする）。

ここで、電子顕微鏡観察を行う場合には、走査電子顕微鏡用の電子検出器３１と走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器３２による電子顕微鏡像取得が同時に可能である。具体的には、微小薄片試料３４のサンプリング時の電子顕微鏡観察を行う場合と同様に、微小薄片試料３４の表面上に細く絞った電子線を走査し、その表面から放出される二次電子を走査電子顕微鏡用の電子検出器３１によって測定し、同時に試料３４を透過・散乱した電子を走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器３２の二つのエリアでそれぞれ測定する。そして、これら二つの電子検出器３１、３２によって測定した信号を、それぞれ電子線を走査させるための信号と同期させて表示することで、二次電子像と、明視野像及び暗視野像を取得することが出来る。尚、走査型透過電子顕微鏡像を得るために照射する電子線の加速電圧は、電子が試料を透過する加速電圧で観察する必要がある。この結果、二次電子像観察から微小薄片試料３４の外形の形態観察、走査型透過電子顕微鏡の明視野像と暗視野像観察から微小薄片試料３４の内部構造の情報を得ることが出来る。

なお、ここでは、電子検出器３１で二次電子を検出して二次電子像を得ているが、これは、純粋に試料の外形を観察するためであり、試料のサンプリング時と同様に試料からの反射電子を検出しても試料の観察は可能である。

本実施形態では、第１、第２の実施形態と同様に有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片試料として容易にサンプリングできる。また、その場で、試料室２内において電子顕微鏡観察によってサンプリングした微小薄片試料の外形観察及び内部構造の観察を行うことができる。

（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態を示す構成図である。第４の実施形態では、第３の実施形態の構成に、更に、特性Ｘ線を検出するＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）検出器４１と、ニードルの回転及び温度制御機構４３を有するマニピュレータ４２を設けたものであり、ニードルの回転機構を用いた高傾斜電子顕微鏡観察によってニードル先端にサンプリングした微小薄片試料３４の立体構造を観察できるようにしたものである。

本実施形態の基本的な構成は図３の第３の実施形態と同様であり、試料室２内には、ＥＤＳ検出器２７と、マニピュレータ３０とは別のマニピュレータ４２が設けられている。このマニピュレータ４２はニードル３５をその先端に有し、ニードル３５をその軸を中心に回転させる回転機構とニードル３５の温度制御を行う機構から成る回転及び温度制御機構４３を備えている。

また、マニピュレータ４２のニードル３５はマニピュレータステージ３６によってＸＹＺ方向に駆動され、更にガイドレール３７によってΦ方向に移動可能である。また、他方のマニピュレータ３０のニードル３５は微小薄片試料のサンプリングが容易に出来るように先端形状はカギ状になっている。このマニピュレータ３０は微小薄片試料の作製専用として使用するため、温度制御機構は設けていない。それ以外の構成は図３と同様である。なお、ニードル先端のカギ状形状は微小であるため、図５、図６には不図示である。

尚、マニピュレータの形状としては、ニードルタイプだけでなく、例えば、はさみタイプや作動排気を利用した真空吸引ノズル等を利用してもよい。また、対象試料が小さい場合にはカーボンナノチューブをニードルとして使用できる。

次に、図５及び図６を参照して本実施形態による微小薄片試料のサンプリング方法を説明する。微小薄片試料の基本的なサンプリング方法は第３の実施形態と同様である。先ず、ニードルを先端に有するマニピュレータ３０を用いて第３の実施形態と同じ操作によりニードル３５の先端に微小薄片試料３４をサンプリングする。次に、電子顕微鏡観察を行う為、この微小薄片試料３４をマニピュレータ３０のニードル先端から、回転及び温度制御機構を備えたニードルを先端に有するマニピュレータ４２のニードル先端部に移動させてサンプリングを行う。

次に、微小薄片試料の電子顕微鏡観察方法について説明する。先ず、回転及び温度制御機構を備えたニードルを先端に有するマニピュレータ４２の先端にサンプリングした微小薄片試料３４の高分解能観察及び透過電子顕微鏡観察を行う為には、第３の実施形態と同様に高真空下において微小試料片２８への電子線照射を行う必要がある。

従って、第３の実施形態と同様にマニピュレータ４２におけるニードルの温度制御機構４３によって微小薄片試料３４の冷却を行い、更に、電子光学鏡筒１のレンズ室９及び試料室２の高真空排気を行う（例えば、真空度は１０^-3Ｐａ程度とする）。その後、微小薄片試料３４を様々な方向から電子顕微鏡観察を行うため、マニピュレータ４２のニードル３５をガイドレール３７に沿って動かし、図６に示すようにマニピュレータ４２のニードル３５の回転軸を電子線と直交させる。

電子顕微鏡観察を行う場合には、第３の実施形態と同様の方法で、走査電子顕微鏡用の電子検出器３１で試料からの二次電子を検出し、それと電子線を走査させるための信号とを同期させて二次電子像が得られる。なお、この場合にも、二次電子ではなく、反射電子を検出して試料を表示しても良い。同時に、第３の実施形態と同様に走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器３２により試料を透過、散乱した電子を検出し、それと電子線を走査させるための信号とを同期させて明視野像及び暗視野像が得られる。

また、この顕微鏡観察の際には、マニピュレータ４２のニードルの回転及び温度制御機構４３によりニードル先端の微小薄片試料３４を図６に示すように様々な角度に回転させながら、同時に電子顕微鏡観察を行う。

従って、様々な方向からの二次電子像及び明視野像と暗視野像が得られ、これにコンピュータ（不図示）による画像処理を組み合わせることにより微小薄片試料３４の立体的な外形構造及び内部構造の情報を得ることが出来る。更に、ＥＤＳ検出器４１による元素マッピングをこの情報と組み合わせることで、組成の立体分布を構築することも可能である。

本実施形態では、有機物や生物等の揮発性物質含有試料の任意の部位を、変質することなく、透過電子顕微鏡観察が可能なサイズの微小薄片として容易にサンプリングすることができる。また、その場での高傾斜電子顕微鏡観察によって微小薄片試料の立体的な外形観察及び内部構造の観察及び組成分析を行うことが可能である。

本発明の第１の実施形態を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態の有機物微小薄片試料の電子顕微鏡観察方法を説明する図である。 本発明の第４の実施形態を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態の有機物微小薄片試料の電子顕微鏡観察方法を説明する図である。

符号の説明

１ 電子光学鏡筒
２ 試料室（試料チャンバー）
３ 電子銃
４ 電子銃室
５ コンデンサレンズ
６ 走査コイル
７ 非点補正装置
８ 対物レンズ
９ レンズ室
１０、１１ オリフィス
１２ マニピュレータ
１３ 揮発性物質含有試料
１４ 試料ホルダー
１５ 透過電子顕微鏡用試料ホルダー
１６、１７、１８ 排気部
１９ ガス導入部
２０、２１ 予備排気室
２２ 反射電子検出器
３０、４２ マニピュレータ
３１ 走査電子顕微鏡用の電子検出器
３２ 走査型透過電子顕微鏡用の電子検出器
３４ 微小薄片試料
３５ ニードル
３６ マニピュレータステージ（ＸＹＺ）
３７ ニードルのガイドレール（Φ）
３８ 試料ステージ（ＸＹＺΘ）
３９ 試料導入室
４０ ニードルの温度制御機構
４１ ＥＤＳ検出器
４３ ニードルの回転及び温度制御機構

Claims (11)

1. 雰囲気制御が可能な試料チャンバーと、前記試料チャンバー内に揮発性物質含有試料を導入する第１の試料ホルダーと、前記試料ホルダーに保持された試料を観察するための走査電子顕微鏡と、前記第１の試料ホルダーに保持された試料をサンプリングするためのマニピュレータと、前記マニピュレータによってサンプリングされた試料を保持し、前記試料チャンバーの外部に取り出すための第２の試料ホルダーとを備えたことを特徴とする微小薄片作製装置。
2. 前記マニピュレータは、前記試料チャンバーの外部からの操作が可能で、先端に試料をサンプリングするニードルを有することを特徴とする請求項１に記載の微小薄片作製装置。
3. 前記走査電子顕微鏡は、電子銃を有する電子銃室と、レンズを有するレンズ室とを含む電子光学鏡筒を備え、前記二つの室がそれぞれ個別の排気系により所定の異なる真空度に調節されることを特徴とする請求項１に記載の微小薄片作製装置。
4. 前記サンプリング時には、前記試料チャンバーを揮発性物質含有試料が変質しない程度の真空度に排気することを特徴とする請求項１に記載の微小薄片作製装置。
5. 前記走査電子顕微鏡は、電子線を走査させるための信号と、前記試料に流れる試料電流とを同期させることで試料表面の像を表示することを特徴とする請求項１に記載の微小薄片作製装置。
6. 前記走査電子顕微鏡は、前記試料、ニードル、第２の試料ホルダーの電流を検出する検出器を備え、前記検出器で検出された電流と前記電子線を走査させるための信号とをそれぞれ同期させることで前記試料、ニードル、第２の試料ホルダーの像を組み合わせた像を表示することを特徴とする請求項１に記載の微小薄片作製装置。
7. 前記走査電子顕微鏡は、前記第１の試料ホルダーに保持された試料、ニードル、第２の試料ホルダーからの反射電子を検出する反射電子検出器を備え、前記反射電子検出器で検出された信号と電子線を走査させるための信号とを同期させることで試料表面、ニードル、第２の試料ホルダーの像を表示することを特徴とする請求項１に記載の微小薄片作製装置。
8. 請求項１に記載の微小薄片作製装置において、前記マニピュレータは温度制御可能であり、さらにサンプリングした試料を前記走査電子顕微鏡による観察を行う為の電子検出器を備えたことを特徴とする微小薄片作製装置。
9. 前記試料チャンバー内でサンプリングした試料を前記走査電子顕微鏡による観察を行う為の電子検出器として、走査電子顕微鏡像観察のための電子検出器と、走査型透過電子顕微鏡像の明視野像及び暗視野像観察のための一つ或いは複数の検出領域を有する電子検出器を備えたことを特徴とする請求項８に記載の微小薄片作製装置。
10. 前記温度制御可能なマニピュレータは、一つ又は複数設けられ、サンプリングした試料を保持するマニピュレータにニードル軸を回転させる回転機構を有し、当該ニードル軸の回転操作によって微小薄片試料の立体的な形態観察を行うことを特徴とする請求項８に記載の微小薄片作製装置。
11. 前記サンプリングされた試料の観察時には、マニピュレータの温度制御機構によって、サンプリングされた試料を含有する揮発性物質の揮発しない温度に冷却し、且つ、前記試料チャンパー内及び電子光学鏡筒内を更に高真空度に排気することを特徴とする請求項８に記載の微小薄片作製装置。
    
    

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