JP4616701B2 - 電子顕微鏡の試料ホルダ - Google Patents

Description

本発明は透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと略す）において、電子線の通路に試料を保持するための試料ホルダに係わり、さらに詳しくは、試料に通電しまたは試料から電気信号を取り出しながら像観察を可能とする試料ホルダに関する。

ＴＥＭは高い空間分解能で観察や分析等を行うことが可能なため、極微小領域の材料評価に不可欠な装置となっている。ＴＥＭは単に高い空間分解能で像観察を行うだけでなく、試料の加熱、冷却、引っ張り、電圧印加などを行いながら試料の変化を観察することにより、試料に関するより多くの知見を得ることができるので、多くの材料分野で使われている。

例えば半導体分野などの試料においては、試料に通電しながら又はその前後に試料から電気信号を取り出すことにより、試料の抵抗値を測定して試料の材料特性に関する知見を得ることが行われている。しかしながら、ＴＥＭで観察する試料は対物レンズ磁極片の狭い間隙に置かれるため、試料ホルダの形状や機能は制約を受ける。こうした測定や観察を可能とするための試料ホルダに関する技術が、特開２００３−３５６８２号公報、実開平５−６９６６０号に開示されている。

特開２００３−３５６８２号公報 実開平５−６９６６０号公報

特開２００３−３５６８２号には、集束イオンビーム装置（以下、ＦＩＢ）とＴＥＭを用いて、設計寸法が０．１μｍ程度のＬＳＩ等の内部の電気特性などを測定する技術が開示されている。この技術では、一対の微細導線をマニピュレータで試料の所望する測定場所に移動させ、ＦＩＢ加工によって微細導線を測定場所に固定した後、試料ホルダをＦＩＢから取り外し、ＴＥＭ等の装置に装着して測定、観察を行うことができる。しかし、この方法ではＴＥＭに試料を装着する前に、必ずマニピュレータとＦＩＢにより、所望の測定場所に測定用プローブを固定させなければならないため、ＴＥＭで高倍率像観察を行った結果から所望する測定場所を見つけても、その場所を測定することはできない。

実開平５−６９６６０号公報には、電子顕微鏡において４端子法で使用する電気抵抗測定用試料ホルダが開示されている。該試料ホルダにおいては、対向する試料台に跨って試料を載置するようにしている。対向する試料台には、試料に電圧を印加するためのリード線が予め接続されている。また、２つの支持台を介して、試料の電圧降下を測定するための２つの端子を試料に接触させる構造となっている。しかし、２つの端子を試料に接触させる方法は、例えば微細なリード線を試料の端部に直接半田付けするか、又はばね性を有するワイヤ等で導電性を取ることになり、試料上の微細な測定場所を選んで測定することはできない。

本発明は、上述の問題を解決し、ＴＥＭの高倍率像を観察した結果から、所望する微小な部位の電気伝導度等の電気特性を測定することのできる試料ホルダを提供することを目的としている。

上述の問題を解決するために、第１の発明は、
電子顕微鏡の鏡体を貫通する試料ホルダ装着部材により、電子線の通路に交差して鏡体を貫通するホルダ軸方向に沿って移動可能に支持された試料ホルダ外筒を有する試料ホルダであって、
前記試料ホルダ外筒の先端に支持されて電子線が通過するための開口部を有する試料支持部材と、前記試料を前記試料支持部材と電気的に絶縁して前記開口部の一部を塞ぐように前記試料を保持する試料保持手段と、
前記ホルダ軸を含んで直交する３軸方向に位置調整可能な少なくとも２つの電流測定用プローブを前記試料の所望の位置に接触させるプローブ位置精密調節機構を備え、
前記プローブ位置精密調節機構は、ホルダ軸方向に位置固定された球体と、前記球体を挟むように構成されている２つのレバーと、前記ホルダ外筒と前記レバーとの間に弾性体を備え、
前記レバーと前記球体とが当接する前記レバー側にＶ溝が形成され、前記弾性体によって前記球体と前記Ｖ溝とが密着するようになされ、
前記プローブのホルダ軸方向の移動は、前記球体と前記レバーが相対移動することによって行われ、
前記プローブのホルダ軸方向と直交する２軸の移動は、前記レバーの前記プローブ搭載端と球体を挟む反対端のホルダ軸方向と直交する２軸方向への直線移動が、前記球体を支点とし前記球体と当接する前記レバーのＶ溝を摺動部とした回転を起こすことによって行われるようにしたことを特徴とする。

また第２の発明は、
電子顕微鏡の鏡体を貫通する試料ホルダ装着部材により、電子線の通路に交差して鏡体を貫通するホルダ軸方向に沿って移動可能に支持された試料ホルダ外筒を有する試料ホルダであって、
前記試料ホルダ外筒の先端に支持されて電子線が通過するための開口部を有する試料支持部材と、前記試料を前記試料支持部材と電気的に絶縁して前記開口部の一部を塞ぐように前記試料を保持する試料保持手段と、
前記ホルダ軸を含んで直交する３軸方向に位置調整可能な少なくとも２つの電流測定用プローブを前記試料の所望の位置に接触させるプローブ位置精密調節機構を備え、
前記プローブ位置精密調節機構は、２つの球体の貫通穴に嵌合し前記球体と相対的に移動しないように各々固定された２つのレバーと、前記ホルダ外筒に固定された球体支持部材とを備え、
前記球体支持部材は前記２つの球体が各々ホルダ軸方向に相対的に移動可能な２つの円筒穴を有し、
前記プローブのホルダ軸方向の移動は、前記球体と前記円筒穴内壁が相対移動することによって行われ、
前記プローブのホルダ軸方向と直交する２軸の移動は、前記レバーの前記プローブ搭載端と球体を挟む反対端のホルダ軸方向と直交する２軸方向への直線移動が、前記球体を支点とし前記球体と前記球体支持部材との接触部を摺動部とした回転を起こすことによって行われるようにしたことを特徴とする。

また第３の発明は、前記プローブ位置精密調節機構は、前記プローブと電気的に絶縁された状態で先端部に前記プローブを搭載したレバーと、前記レバーをホルダ軸方向に移動可能でホルダ軸と直交する２軸方向には回転動により前記プローブ先端を移動可能とするための支点となる球体と、前記球体を前記試料ホルダ外筒に支持するための支持部材と、前記レバーの前記プローブ搭載端と球体を挟む反対端に配置されホルダ軸方向を含む３軸方向にレバーを移動させる直線移動機構と、前記直線移動機構とレバーを挟んだ対向位置に前記レバーを押し戻すための弾性体を備えたことを特徴とする。

また第４の発明は、前記プローブ位置精密調節機構は、前記直線移動機構と前記レバーとの間に圧電素子が組み込まれていることを特徴とする。

また第５の発明は、前記プローブ位置精密調節機構は、前記直線移動機構を駆動するモーターが組み込まれていることを特徴とする。

また第６の発明は、前記試料支持部材と電気的に絶縁して前記試料支持部材に取り付けられ前記試料と接触する端子を有する電極を備えたことを特徴とする。

また第７の発明は、前記試料を前記試料支持部材に押止するために試料上の異なる位置に接触し、且つ前記試料支持部材と電気的に絶縁された電極として使用し得る少なくとも２つの試料押止部材を備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、直線運動及び回転運動の組合せにより、前記プローブを３次元的に移動させて、試料上の所望の場所に前記プローブを接触させることができる。

第２の発明によれば、直線運動及び回転運動の組合せにより、前記プローブを３次元的に移動させて、試料上の所望の場所に前記プローブを接触させることができる。

第３の発明によれば、直線運動及び回転運動の組合せにより、前記プローブを３次元的に移動させて、試料上の所望の場所に前記プローブを接触させることができる。

第４の発明によれば、より微小なプローブの移動制御が可能となり、より高分解能観察像のもとで所望する測定場所の選択が可能となる。

第５の発明によれば、操作者がマイクロメータヘッドを直接手で触る必要が無くなった。そのため、観察像への機械振動の影響を防ぐことができ、操作性が向上し、遠隔操作が可能となる。

第６の発明によれば、電子顕微鏡像を観察しながらまたはその前後に、測定場所の選択が可能な２つのプローブと試料と接触する場所が固定された端子で３端子法による電気特性の測定を行うことができる。

第７の発明によれば、電子顕微鏡像を観察しながらまたはその前後に、測定場所の選択が可能な２つのプローブと試料と接触する場所が固定された２つの端子で４端子法による電気特性の測定を行うことができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明においては、電子顕微鏡に適用した例を説明するが、本発明は適用例に限定されるものではなく、サイドエントリー構造を有する一般の荷電粒子線装置に適用可能である。また、各図において、同一又は類似の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、説明の重複を避ける。

なお、説明の理解を容易にするため、図面において、互いに直交する座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を定義し、座標軸を図面上に表記する。この表記中、「〇」の中に「・」が記載されているものは、紙面裏から表に向かう矢印を表し、「〇」の中に「×」が記載されているものは、紙面表から裏に向かう矢印を意味するものとする。図面中、電子線の通路に交差して鏡体を貫通するホルダ軸方向をＸ軸、ホルダ軸と直交する水平方向をＹ軸、電子線の照射軸と平行な方向をＺ軸としている。

図１は、透過電子顕微鏡に試料ホルダが装着された状態を示す図である。図１において、鏡体300の内部は真空に保持され、電子銃301から電子線ＥＢが放出され、集束レンズ系302により集束されて試料に照射される。先端部に観察試料を装着した試料ホルダ307は試料ステージ308に装填され、試料ホルダ装着部材により支持される。試料ホルダ307の先端部は対物レンズ磁極片303の間隙に挿入され、観察試料は電子線通路に保持される。試料ステージ308は図示しない試料移動機構及び傾斜機構を備えており、試料に電子線を照射したまま、試料上の電子線ＥＢの照射位置を変えることができる。試料を透過した電子線は、中間レンズ系304、投影レンズ系305を経て蛍光板306に観察像を形成する。さらには必要に応じて、図示しないフィルム、ＣＣＤカメラ等により記録される。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態例を示す試料ホルダの図である。図２Ａは試料ホルダＨ１を電子銃301側から見た平面図である。図２Ｂは図２ＡのＲ-Ｒ断面図であるが、途中から省略してある。図２Ｃ、図２Ｄはそれぞれ図２ＡのＱ-Ｑ断面、Ｐ-Ｐ断面を表す図である。また図６に、試料ホルダＨ１の先端部の拡大図を示す。図６Ａは先端部を電子銃側から見た平面図である。図６Ｂ、図６Ｃはそれぞれ図６ＡのＤ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面を表す図である。なお、図６Ｂに示すように、対物レンズの上下磁極片303の狭い間隙に試料Ｓを挿入し、試料傾斜等を行うために、試料ホルダＨ１の先端は極めて薄く作られている。そのため、構造を理解しやすいように、実際の寸法よりも縦方向に２倍程度引き延ばして図示している。

図６において、試料Ｓは、試料支持部材８の上に配置された絶縁体32の上に置かれ、さらに絶縁体33を挟んで電気的に絶縁された状態で、試料押止部材７により支持されている。試料押止部材７を固定するビス31ａ、31ｂは図示しない絶縁体により試料支持部材８と電気的に絶縁されている。試料Ｓの被観察部は開口部８ａに張り出すように支持されており、電子線ＥＢが試料Ｓを透過できるようになっている。なお、試料支持部材８の厚みに対する試料Ｓ、試料押止部材７、絶縁体32、33の厚みは実際とは異なり、上下の位置関係が見やすいように模式的に示している。

図６において、先端が尖った電流測定用のプローブ１ａは、レバー２ａの先端に設けられたプローブ支持部材35ａにプローブ押止部材34ａとビス37ａで支持されている。プローブ押止部材34ａと電線9ａは電気的に接続され、電線9ａは気密端子21に接続され真空外に電気信号を取り出すことができる。プローブ支持部材35ａとレバー２ａは絶縁部材36ａで電気的に絶縁されている。絶縁部材36ａはビス38ａ、39ａによりプローブ支持部材35ａ、レバー２ａに固定されている。

図２において、レバー２ａ、２ｂ駆動時の支点となる球体３には、ホルダ外筒５に固定された球体固定用軸４が貫通している。球体３とレバー２ａ、２ｂが接する部分のレバー２ａ、２ｂ側にはＶ溝11ａ、11ｂが設けられており、レバーはＸ軸方向に直線移動が可能で、Ｙ，Ｚ軸方向には回転が可能である。レバー２ａ、２ｂのＶ溝11ａ、11ｂと球体３との摺動部を密着させるために、ばね６ａ、６ｂが設けられている。

プローブ１ａ、１ｂに接続された電線９ａ、９ｂは気密端子21に接続され、真空外に電気信号を取り出すことができる。Ｏリング10は、図１の鏡体300内部の真空を保持するためにホルダ外筒５と試料ステージ308との間に配置されている。またＯリング12は、試料ホルダＨ１内部の真空を保持するためにホルダ外筒５と直線移動機構支持部材19との間に配置されている。なお図２では、直線移動機構としてマイクロメータヘッドを用いる例が示されている。それぞれのマイクロメータヘッドと直線移動機構支持部材19との間には、図２Ｄに示すように、試料ホルダＨ１内部の真空を保持するためのＯリング20が配置されている。図中ではマイクロメータヘッド14ａのＯリングのみ代表的に20の番号を付しているが、他のマイクロメータヘッドにも同様に同じＯリングが配置されている。

プローブ１ａ、１ｂのＸ方向の移動は、マイクロメータヘッド13ａ、13ｂでレバー２ａ、２ｂをＸ方向に押すことにより行われる。マイクロメータヘッド13ａ、13ｂの対向位置にはレバーを押し返すばね16ａ、16ｂが設けられているので、マイクロメータヘッドを引く方向に操作すれば、プローブ１ａ、１ｂを−Ｘ方向に移動させることができる。この時、球体３と接するレバー２ａ、２ｂのＶ溝が摺動部となる。

プローブ１ａ、１ｂのＹ軸方向又はＺ軸方向の移動は、マイクロメータヘッド14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ、でレバー２ａ、２ｂの−Ｘ方向端をＹ軸方向又はＺ軸方向に押すか又は引くことにより行われる。例えば、プローブ１ａのＹ方向への移動は、次のように行われる。先ず、マイクロメータヘッド14ａでレバー２ａの−Ｘ方向端を−Ｙ方向に押動する。この時、プローブ１ａは、球体３を支点とし、球体３とレバー２ａのＶ溝11ａの当接部を摺動部としてＹ方向に回動する。また、マイクロメータヘッド14ａの対向位置にはレバー２ａを押し返すばね17ａが設けられているので、マイクロメータヘッド14ａを引く方向に操作すれば、プローブ１ａを−Ｙ方向に回動させることができる。マイクロメータヘッド14ｂの操作及びプローブ１ａ、１ｂをＺ軸方向に移動させるためのマイクロメータヘッド15ａ、15ｂの操作は、上記したマイクロメータヘッド14ａの操作と原理的に同じであるため説明を省略する。

すなわち、試料ホルダＨ１のプローブ位置精密調節機構は、レバー２ａ、２ｂ、球体３、球体固定用軸４、マイクロメータヘッド13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ、ばね６ａ、６ｂ、16ａ、16ｂ、17ａ、17ｂ、18ａ、18ｂで構成されている。

プローブ１ａ、１ｂの尖った先端を試料上の所望する電流測定場所に移動させる操作は、電子顕微鏡像を観察しながら行うことが可能である。また、電流測定が可能な２点間の最小距離はプローブ先端の太さに依存する。

（実施の形態２）
次に図３に基づいて、プローブ１ａ、１ｂを３次元に移動させるための支点の構造について、他の実施の形態例を説明する。
図３Ａは、試料ホルダＨ２を電子銃301側から見た平面図である。ただし、試料ホルダＨ２の右半分（−Ｘ方向側）は、図２Ａの試料ホルダＨ１と同じ構造と機能を有するので図示を省略している。図３Ｂは図３ＡのＡ-Ａ断面図である。プローブ１ａ、１ｂに接続する電線９ａ、９ｂは図を見やすくするため図示を省略している。

レバー102ａ、102ｂはそれぞれ固定ピン104ａ、104ｂにより、動きの支点となる球体103ａ、103ｂに固定されている。試料ホルダＨ２の内部には、ホルダ外筒105に固定された球体支持部材106が設けられている。球体支持部材106は、球体103ａ、103ｂがＸ軸方向に相対的に移動可能な円筒穴107ａ、107ｂを有している。プローブ１ａ、１ｂのＸ軸方向の移動は、球体支持部材106の円筒穴107ａ、107ｂ内壁と球体103ａ、103ｂが相対移動することによって行われる。
この時、円筒穴107ａ、107ｂ内壁と球体103ａ、103ｂの接触部が摺動部となる。

また、プローブ１ａ、１ｂのＹ軸方向又はＺ軸方向の移動は、マイクロメータヘッド14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ、でレバー102ａ、102ｂの−Ｘ方向端をＹ軸方向又はＺ軸方向に押すか又は引くことにより行われる。例えば、プローブ１ａのＹ方向への移動は、次のように行われる。先ず、マイクロメータヘッド14ａでレバー102ａの−Ｘ方向端を−Ｙ方向に押動する。この時、プローブ１ａは、球体103を支点とし、球体103と球体支持部材106の円筒穴107ａ内壁の当接部を摺動部としてＹ方向に回動する。また、マイクロメータヘッド14ａの対向位置にはレバーを押し返すばね17ａが設けられているので、マイクロメータヘッドを引く方向に操作すれば、プローブ１ａを−Ｙ方向に回動させることができる。マイクロメータヘッド14ｂの操作及びプローブ１ａ、１ｂをＺ軸方向に移動させるためのマイクロメータヘッド15ａ、15ｂの操作は、上記したマイクロメータヘッド14ａの操作と原理的に同じであるため説明を省略する。

すなわち、試料ホルダＨ２のプローブ位置精密調節機構は、レバー102ａ、102ｂ、球体103ａ、103ｂ、固定ピン104ａ、104ｂ、球体支持部材106、マイクロメータヘッド13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ、ばね16ａ、16ｂ、17ａ、17ｂ、18ａ、18ｂで構成されている。

（実施の形態３）
次に図４に基づいて、プローブ１ａ、１ｂを３次元に移動させるための支点の構造について、他の実施の形態例を説明する。
図４Ａは、試料ホルダＨ３を電子銃301側から見た平面図である。ただし、試料ホルダＨ３の右半分（-Ｘ方向側）は、図２Ａの試料ホルダＨ１と同じ構造と機能を有するので図示を省略している。図４Ｂは図４ＡのＢ-Ｂ断面図である。プローブ１ａ、１ｂに接続する電線９ａ、９ｂは図を見やすくするため図示を省略している。

球体203ａ、203ｂはＸ軸方向に貫通穴を有している。球体203ａ、203ｂの貫通穴には、Ｘ軸方向に移動可能なようにレバー202ａ、202ｂが嵌合している。球体支持部材206はホルダ外筒205に固定され、球体203ａ、203ｂとの当接部には円錐座が形成されている。球体押圧部材211は、球体203ａ、203ｂが球体支持部材206の円錐座に密着するように、図示しない弾性体等でＸ方向に押圧されている。プローブ１ａ、１ｂのＸ軸方向の移動は、球体203ａ、203ｂの貫通穴内壁とレバー202ａ、202ｂが相対移動することによって行われる。この時、球体203ａ、203ｂの貫通穴内壁とレバー202ａ、202ｂの接する部分が摺動部となる。

また、プローブ１ａ、１ｂのＹ軸方向又はＺ軸方向の移動は、マイクロメータヘッド14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ、でレバー202ａ、202ｂの−Ｘ方向端をＹ軸方向又はＺ軸方向に押すか又は引くことにより行われる。例えば、プローブ１ａのＹ方向への移動は、次のように行われる。先ず、マイクロメータヘッド14ａでレバー202ａの−Ｘ方向端を−Ｙ方向に押動する。この時、プローブ１ａは、球体203ａを支点とし、球体203ａと球体支持部材206の円錐座及び球体押圧部材211との当接部を摺動部としてＹ方向に回動する。また、マイクロメータヘッド14ａの対向位置にはレバーを押し返すばね17ａが設けられているので、マイクロメータヘッドを引く方向に操作すれば、プローブ１ａを−Ｙ方向に回動させることができる。マイクロメータヘッド14ｂの操作及びプローブ１ａ、１ｂをＺ軸方向に移動させるためのマイクロメータヘッド15ａ、15ｂの操作は、上記したマイクロメータヘッド14ａの操作と原理的に同じであるため説明を省略する。

すなわち、試料ホルダＨ３のプローブ位置精密調節機構は、レバー202ａ、202ｂ、球体203ａ、203ｂ、球体支持部材206、球体押圧部材211、マイクロメータヘッド13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ、ばね16ａ、16ｂ、17ａ、17ｂ、18ａ、18ｂで構成されている。

（実施の形態４）
次に、図５に基づいて、プローブ位置精密調節機構に圧電素子及び／又はモーターを組み込む場合の実施の形態例について説明する。
図５Ａは、マイクロメータヘッド13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂとレバー２ａ、２ｂの間に圧電素子53ａ、53ｂ、54ａ、54ｂ、55ａ、55ｂを配置し、さらにマイクロメータヘッド13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂを駆動するためのモーター56ａ、56ｂ、57ａ、57ｂ、58ａ、58ｂを組み込んだ試料ホルダＨ４の右半分（−Ｘ方向側）を示す電子銃301側から見た平面図である。図５Ｂは図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。なお、圧電素子とモーターにはそれぞれを駆動するための図示しない電線が接続されている。

マイクロメータヘッド13ａとレバー２ａとの間に組み込まれた圧電素子53ａは、印加する電圧に応じてＸ軸方向に伸縮する。プローブ１ａをＸ方向に移動させる場合は、圧電素子53ａが伸張するように印加電圧を調節する。反対に圧電素子53ａが圧縮するように印加電圧を調節すれば、対応する位置に配置されているばね16ａでレバーが押し戻されて、プローブ１ａは−Ｘ方向に移動する。他のマイクロメータヘッドとレバーとの間に組み込まれた圧電素子の動作についても同じであるため説明を省略する。圧電素子の伸縮によりプローブを移動させる動作は、マイクロメータヘッド13ａを押したり引いたりしてプローブ１ａをＸ軸方向に移動させる動作と同様であるが、圧電素子を用いる方がマイクロメータヘッドによる制御に比較してより微小なプローブの移動制御が可能であり、より高分解能観察像のもとで所望する測定場所の選択が可能となる。

図２の試料ホルダＨ１に示されているマイクロメータヘッド（例えば13ａ）を操作者が直接手動操作することは可能であるが、実用上はいくつかの問題がある。例えば、マイクロメータヘッドを直接手で触ることにより、高分解能観察像に機械的振動が伝わり鮮明な像の観察が困難となる。また、大型の電子顕微鏡では、試料ホルダの取り付け位置に操作者が手を伸ばすことで操作性が著しく低下するという問題もある。また、装置の自動化と共に遠隔操作の機能を要求される場合もある。これらの問題は、マイクロメータヘッドにモーターを組み込む
ことにより解決できる。図５では、マイクロメータヘッド13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂにそれぞれモーター56ａ、56ｂ、57ａ、57ｂ、58ａ、58ｂを組み込んだ例を示している。図５Ａの左側（Ｘ方向側）の構造としては、上述した試料ホルダＨ１、Ｈ２、Ｈ３のいずれの場合にも適用が可能である。

図５では圧電素子とモーターを同時に組み込んだ例を示したが、必ずしも同時に組み込まれている必要は無く、圧電素子のみ又はモーターのみを組み込んだ場合には上記した各々の効果を得ることが可能である。

（実施の形態５）
次に、図７に基づいて、試料ホルダ先端部に電気信号を測定するための固定端子を追加した例を説明する。図７Ａは、試料ホルダＨ５の先端を電子銃側から見た平面図である。図７Ｂ、図７Ｃはそれぞれ図７ＡのＦ−Ｆ断面、Ｇ−Ｇ断面を表す図である。なお、図６Ｂ，図６Ｃと同様に、構造を理解しやすいように、実際の寸法よりも縦方向に２倍程度引き延ばして図示している。

図７において、試料Ｓは、試料支持部材８と電気的に絶縁された状態で試料押止部材７により試料支持部材８に保持されている。板ばね端子60は試料支持部材８にビス61で固定されている。ビス61は図示しない絶縁体で試料支持部材８と電気的に絶縁されている。板ばね端子60は試料Ｓと電気的に接続されている。板ばね端子60には電線62が接続されており、電線62は気密端子21に接続されている。従って、板ばね端子60を介して試料Ｓに通電し又は試料Ｓからの電気信号を取り出すことができる。すなわち、試料ホルダＨ５において、測定場所の選択可能な２つのプローブ１ａ、１ｂと板ばね端子60による３端子測定が可能である。

（実施の形態６）
次に、図８に基づいて、試料ホルダ先端部に電気信号を測定するための２つの固定端子を追加した例を説明する。図８Ａは、試料ホルダＨ６の先端を電子銃側から見た平面図である。図８Ｂ、図８Ｃはそれぞれ図８ＡのＨ−Ｈ断面、Ｉ−Ｉ断面を表す図である。なお、図６Ｂ，図６Ｃと同様に、構造を理解しやすいように、実際の寸法よりも縦方向に２倍程度引き延ばして図示している。

図８において、試料Ｓは、板ばね端子70ａ、70bにより異なる位置で押止され試料支持部材８に保持されている。板ばね端子70ａ、70bはそれぞれビス71ａ、71bにより固定されている。ビス71ａ、71bは図示しない絶縁体で試料支持部材８と電気的に絶縁されている。板ばね端子70ａ、70bは試料Ｓと電気的に接続されている。板ばね端子70ａ、70bにはそれぞれ電線72ａ、72bが接続されており、電線72ａ、72bは気密端子21に接続されている。
従って、板ばね端子70ａ、70bを介して試料Ｓに通電し又は試料Ｓからの電気信号を取り出すことができる。すなわち、試料ホルダＨ６において、測定位置選択可能な２つのプローブ１ａ、１ｂと２つの板ばね端子70ａ、70bによる４端子測定が可能である。

なお、試料ホルダＨ５の例では、試料押止部材７と板ばね端子60を別々に設けたが、ひとつの端子で試料の押止と電極の機能を兼用するようにしても良い。また、試料ホルダＨ６の例では、板ばね端子70ａ、70bを試料の押止と電極の機能を兼用するようにしているが、試料ホルダＨ５の例のように、板ばね端子70ａ、70bとは別に試料押止部材７を設けても良い。

図９は、試料Ｓと接するプローブ１ａの先端形状の側面図を拡大して示した例である。図９Ａは、試料Ｓの表面を測定する場合の先端形状の例を示しており、たとえば走査プローブ顕微鏡などに用いられる探針を利用できる。図９Ｂは、試料Ｓの側面を測定する場合の例である。この形状の場合は、先端を細くすればするほど、測定する２点間の距離を短くすることが可能である。

以上に述べたように、本発明によって、３軸方向に位置調整可能な少なくとも２つの電流測定用プローブによって、電子顕微鏡像を観察しながらまたはその前後に、試料上の所望する２点間の電気伝導度を測定することができる。また、固定端子を加えれば、ＴＥＭを用いた極めて微小な領域の電気特性の測定を、４端子法によって行うことが可能となる。

サイドエントリー構造を有する電子顕微鏡に試料ホルダを装着した状態を示す図。 本発明の実施の形態例を説明するための図。 電流測定用プローブを３次元に動かすための支点の構造について、他の例を説明するための図。 電流測定用プローブを３次元に動かすための支点の構造について、もうひとつの他の例を説明するための図。 電流測定用プローブを３次元に動かすためのレバーの移動機構に、圧電素子とモーターを組み込んだ例を示す図。 本発明の試料ホルダ先端部を拡大した図。 本発明の試料ホルダ先端部を拡大した図において、固定端子を追加した例を示す図。 本発明の試料ホルダ先端部を拡大した図において２つの固定端子を追加した例を示す図。 プローブ先端形状の例を拡大して示した図。

符号の説明

（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ 電子線 Ｓ 試料
Ｈ１〜Ｈ６ 試料ホルダ
１ａ、１ｂ プローブ ２ａ、２ｂ レバー
３ 球体 ４ 球体固定用軸
５ ホルダ外筒 ６ａ、６ｂ ばね
７ 試料押止部材 ８ 試料支持部材
８ａ 開口部
９ａ、９ｂ 電線 10 Ｏリング
11ａ、11ｂ Ｖ溝 12 Ｏリング
13ａ、13ｂ、14ａ、14ｂ、15ａ、15ｂ マイクロメータヘッド
16ａ、16ｂ、17ａ、17ｂ、18ａ、18ｂ ばね
19 直線移動機構支持部材 20 Ｏリング
21 気密端子
31a、32a ビス 32、33 絶縁体
34a プローブ押止部材 35a プローブ支持部材
36a 絶縁部材 37a、38a、39a ビス
53ａ、53ｂ、54ａ、54ｂ、55ａ、55ｂ 圧電素子
56ａ、56ｂ、57ａ、57ｂ、58ａ、58ｂ モーター
60 板ばね端子 61 ビス
62 電線 70ａ、70b 板ばね端子
71ａ、71b ビス 72ａ、72b 電線
102ａ、102ｂ レバー 103ａ、103ｂ 球体
104ａ、104ｂ 固定ピン 105 ホルダ外筒
106 球体支持部材 107ａ、107ｂ 円筒穴
202ａ、202ｂ レバー 203ａ、203ｂ 球体
205 ホルダ外筒 206 球体支持部材
211 球体押圧部材
300鏡体 301 電子銃
302 集束レンズ系 303 対物レンズ磁極片
304 中間レンズ系 305 投影レンズ系
306 蛍光板 307 試料ホルダ
308 試料ステージ

Claims (7)

1. 電子顕微鏡の鏡体を貫通する試料ホルダ装着部材により、電子線の通路に交差して鏡体を貫通するホルダ軸方向に沿って移動可能に支持された試料ホルダ外筒を有する試料ホルダであって、
   前記試料ホルダ外筒の先端に支持されて電子線が通過するための開口部を有する試料支持部材と、前記試料を前記試料支持部材と電気的に絶縁して前記開口部の一部を塞ぐように前記試料を保持する試料保持手段と、
   前記ホルダ軸を含んで直交する３軸方向に位置調整可能な少なくとも２つの電流測定用プローブを前記試料の所望の位置に接触させるプローブ位置精密調節機構を備え、
   前記プローブ位置精密調節機構は、ホルダ軸方向に位置固定された球体と、前記球体を挟むように構成されている２つのレバーと、前記ホルダ外筒と前記レバーとの間に弾性体を備え、
   前記レバーと前記球体とが当接する前記レバー側にＶ溝が形成され、前記弾性体によって前記球体と前記Ｖ溝とが密着するようになされ、
   前記プローブのホルダ軸方向の移動は、前記球体と前記レバーが相対移動することによって行われ、
   前記プローブのホルダ軸方向と直交する２軸の移動は、前記レバーの前記プローブ搭載端と球体を挟む反対端のホルダ軸方向と直交する２軸方向への直線移動が、前記球体を支点とし前記球体と当接する前記レバーのＶ溝を摺動部とした回転を起こすことによって行われるようにした、
   ことを特徴とする電子顕微鏡の試料ホルダ。
2. 電子顕微鏡の鏡体を貫通する試料ホルダ装着部材により、電子線の通路に交差して鏡体を貫通するホルダ軸方向に沿って移動可能に支持された試料ホルダ外筒を有する試料ホルダであって、
   前記試料ホルダ外筒の先端に支持されて電子線が通過するための開口部を有する試料支持部材と、前記試料を前記試料支持部材と電気的に絶縁して前記開口部の一部を塞ぐように前記試料を保持する試料保持手段と、
   前記ホルダ軸を含んで直交する３軸方向に位置調整可能な少なくとも２つの電流測定用プローブを前記試料の所望の位置に接触させるプローブ位置精密調節機構を備え、
   前記プローブ位置精密調節機構は、２つの球体の貫通穴に嵌合し前記球体と相対的に移動しないように各々固定された２つのレバーと、前記ホルダ外筒に固定された球体支持部材とを備え、
   前記球体支持部材は前記２つの球体が各々ホルダ軸方向に相対的に移動可能な２つの円筒穴を有し、
   前記プローブのホルダ軸方向の移動は、前記球体と前記円筒穴内壁が相対移動することによって行われ、
   前記プローブのホルダ軸方向と直交する２軸の移動は、前記レバーの前記プローブ搭載端と球体を挟む反対端のホルダ軸方向と直交する２軸方向への直線移動が、前記球体を支点とし前記球体と前記球体支持部材との接触部を摺動部とした回転を起こすことによって行われるようにした、
   ことを特徴とする電子顕微鏡の試料ホルダ。
3. 前記プローブ位置精密調節機構は、前記プローブと電気的に絶縁された状態で先端部に前記プローブを搭載したレバーと、前記レバーをホルダ軸方向に移動可能でホルダ軸と直交する２軸方向には回転動により前記プローブ先端を移動可能とするための支点となる球体と、前記球体を前記試料ホルダ外筒に支持するための支持部材と、前記レバーの前記プローブ搭載端と球体を挟む反対端に配置されホルダ軸方向を含む３軸方向にレバーを移動させる直線移動機構と、前記直線移動機構とレバーを挟んだ対向位置に前記レバーを押し戻すための弾性体を備えた、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子顕微鏡の試料ホルダ。
4. 前記プローブ位置精密調節機構は、前記直線移動機構と前記レバーとの間に圧電素子が組み込まれている、ことを特徴とする請求項３に記載の電子顕微鏡の試料ホルダ。
5. 前記プローブ位置精密調節機構は、前記直線移動機構を駆動するモーターが組み込まれている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子顕微鏡の試料ホルダ。
6. 前記試料支持部材と電気的に絶縁して前記試料支持部材に取り付けられ前記試料と接触する端子を有する電極を備えた、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子顕微鏡の試料ホルダ。
7. 前記試料を前記試料支持部材に押止するために試料上の異なる位置に接触し、且つ前記試料支持部材と電気的に絶縁された電極として使用し得る少なくとも２つの試料押止部材を備えた、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子顕微鏡の試料ホルダ。

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