JP7210761B2 - 試料ホルダ、膜間距離調整機構、および荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線を照射して発生する検出信号を利用して、試料の形状または材質等を観察する荷電粒子線装置用の試料ホルダに関する。より詳細には、液状またはゲル状の試料を非侵襲の状態で観察可能とする荷電粒子線装置用の試料ホルダに関する。

荷電粒子線装置の一つである走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）は、金属やセラミックスなどの材料試料だけでなく、生物試料を高分解能で観察するツールとしても広く用いられている。

一般的に、これらの装置では筐体を真空排気し、試料を真空雰囲気中に配置して試料を撮像する。電子線は、大気などのガス分子や液体分子によって散乱されるため、電子線の通過経路は真空雰囲気に保つことが好ましい。一方、真空雰囲気中に置かれると、生物化学試料や液体試料はダメージを受け、または、状態が変化してしまうため、非侵襲の状態での観察は困難であるとされてきた。しかしながら、このような試料に対する非侵襲観察ニーズは大きく、近年、観察対象試料を、大気圧環境下や液中環境化で観察可能な電子顕微鏡が開発されている。

特許文献１、２開示の観察システムでは、一方主面が観察試料の保持面である第１の絶縁性薄膜の他方主面に、積層された導電性薄膜を備え、導電性薄膜をグランド電位もしくは所定のバイアス電圧を印加した状態で導電性薄膜側から電子線を照射する。照射された電子線に起因して、第１の絶縁性薄膜の一方主面には局所的な電位変化が生じる。この電位変化に基づく信号を、観察試料を挟んで反対側に配置された第２の絶縁性薄膜の下方に設けた検出電極により検出する。

検出電極により検出される第１の絶縁性薄膜に生じた電位変化に基づく信号は、観察試料を伝搬する。このときの信号の伝搬力には観察試料に応じた違いがあり、例えば、水は比誘電率が約８０と高く、信号を良く伝搬させる一方、生物試料は比誘電率が２～３程度と低く、信号の伝搬力は低い。このため、観察試料を伝搬した電位変化信号の強度差に基づき、水溶液中の生物試料を染色処理や固定化処理を施すことなく、高いコントラストで観察することが可能となる。この方法は、高エネルギーの電子線を直接観察対象試料に当てる必要がないため、液中生物試料のダメージレス観察に適している。

また、特許文献３には、プローブとなる電子線を透過させ、透過後の電子を検出することで、試料を観察する透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）や走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Scanning Transmission Electron Microscope）、ならびに従来のＴＥＭ型ホルダおよびステージを使用するＳＥＭ向けに、液体試料やガス試料を電子線が透過できる薄膜状のウィンドウを備えた２つのマイクロ電子デバイスで挟み込んで真空中に保持するサンプルホルダが開示されている。

特開２０１４－２０３７３３号公報 特開２０１６－０７２１８４号公報 特表２０１３－５３５７９５号公報

特許文献１または特許文献２に開示される試料ホルダでは、強度維持等の目的で設けたフレーム部に固定された第１の絶縁性薄膜、もしくは強度維持等の目的で設けたフレーム部に固定された第２の絶縁性薄膜のどちらかに、試料を含んだ水溶液（液状試料）もしくは試料を含んだゲル（ゲル状試料）を付着させ、両者の絶縁性薄膜を向かい合わせて挟み込むように固定することで試料ホルダを作成する。または、第１及び第２の絶縁性薄膜をあらかじめ向かい合わせて固定し、その隙間に水溶液を潅流させる機構を設けて液状試料を絶縁性薄膜の隙間に導入する。

発明者らの検討の結果、後者の方法では、粘性の高いゲル状試料を観察する場合においては、試料を絶縁性薄膜間に導入することが難しく、絶縁性薄膜に耐圧以上の負荷がかかり、膜割れが発生するおそれがあり、前者の方法が汎用性の高さという観点からは優れていることが分かった。なお、以降では特に区別する場合を除き、ゲル状試料を含めて液状試料と呼称するものとする。

特許文献１、２に開示の観察システム向けの試料ホルダにおいて、絶縁性薄膜を向かい合わせて液状試料を挟み込んで固定する際、絶縁性薄膜の間から漏れ出した液状試料が、絶縁性薄膜の直下に位置する電極に接触しないようにすることが重要である。漏れ出した液状試料が電極に接触すると、試料画像のコントラストを与える電気信号以上のリーク電流が流れて試料観察ができなくなる。

また、絶縁性薄膜の強度確保のため、観察対象領域となる絶縁性薄膜ウィンドウは例えば一辺が500μｍ以下の矩形とする場合が多い。観察可能な領域は、第１の絶縁性薄膜のウィンドウと第２の絶縁性薄膜のウィンドウとが重なった領域であるため、絶縁性薄膜同士の位置合わせが重要である。さらに、特に揮発性の高い液状試料では、試料封入を迅速に行うことも重要である。

このように試料ホルダは、絶縁性薄膜といった脆い材料を内蔵し、迅速かつ高精度な位置合わせを可能とすることを要求される一方で、できるだけ簡単な構造として、かかる要求を低コストに実現したいという要求もある。このため、発明者らは機能面とコスト面との両立を図りうる試料ホルダの構成について検討を行った。

なお、本発明の試料ホルダの形状に類似する試料ホルダとして特許文献３に開示されるものがある。しかしながら、特許文献３の試料ホルダにおいては、あらかじめ２つのマイクロ電子デバイスをホルダ本体に格納し、ホルダ蓋によって固定した後に、薄膜間に液状試料もしくはガス状試料を導入する。シール前に試料を導入することを前提とした本発明とは異なる。

本発明の一実施形態である試料ホルダは、液状またはゲル状の試料を保持する試料ホルダであって、開口部を有し、金属で構成された、もしくは少なくとも電子線照射面及び開口部の側面が金属膜で覆われた蓋部材と、導電性薄膜及び第１の絶縁性薄膜の積層膜が形成された第１のウィンドウを備え、導電性薄膜が蓋部材の開口部から露出するように蓋部材の電子線照射面と対向する面に保持された第１のチップとを有する第１の部材と、第１のシール材と、第２のシール材と、第１のシール材が配置される第１の底部シール面及び第２のシール材が配置される第２の底部シール面が形成された母材と、母材に配置された電極と、第２の絶縁性薄膜が形成された第２のウィンドウを備え、第２のウィンドウが電極と対向するように第２のシール材を介して第２の底部シール面上に保持される第２のチップとを有する第２の部材とを有し、第１のチップの導電性薄膜と蓋部材の金属とは電気的に導通されており、第１の部材と第２の部材とが組み合わせられ、第１のシール材が第１の底部シール面及び蓋部材の上部シール面との間でつぶされることにより、第１のシール材より内部の領域は、第１のシール材の外部の領域から気密に保持される。

試料ホルダによる液状またはゲル状の試料の保持を確実に行え、荷電粒子線装置による観察の歩留まり向上が実現される。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の第１の部材の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の第２の部材の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１の構成例）の構成図である。 試料ホルダの第１の設計指針を説明するための図である。 試料ホルダ（第２の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第２の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第２の構成例）の第１の部材の構成図である。 試料ホルダ（第２の構成例）の第２の部材の構成図である。 試料ホルダ（第３の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第３の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第３の構成例）の第１の部材の構成図である。 試料ホルダ（第３の構成例）の第２の部材の構成図である。 試料ホルダ（第３の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第４の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第４の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第４の構成例）の第１の部材の構成図である。 試料ホルダ（第５の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第５の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第５の構成例）の第２の部材の構成図である。 試料ホルダ（第６の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第６の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第６の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第６の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第６の構成例）の第１の部材の構成図である。 試料ホルダ（第６の構成例）の第２の部材の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の第１の部材の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例）の第２の部材の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例の第１変形例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例の第２変形例）の構成図である。 試料ホルダ（第７の構成例の第２変形例）の構成図である。 試料ホルダ（第８の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第８の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第９の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第９の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第９の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１０の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１１の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１２の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１２の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１２の構成例）の第２の部材の構成図である。 減圧膜つきシール材の形状（模式図）である。 試料ホルダ（第１３の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１３の構成例）の構成図である。 試料ホルダ（第１３の構成例）の第２の部材の構成図である。 減圧膜機能付きシート状シール材の形状（模式図）である。 試料ホルダの第２の設計指針を説明するための図である。 荷電粒子線装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

図１Ａ～Ｅに、実施例１にかかる試料ホルダ１０１の構成例（第１の構成例）を示す。試料ホルダ１０１は、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを有する。図１Ａは試料ホルダ１０１の電子線照射面１１２を見下ろした上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すＡ－Ａにおける第１の部材１０２と第２の部材１０３とが分離された状態での断面図であり、図１Ｃは、同様にＡ－Ａにおける第１の部材１０２と第２の部材１０３とが組み合わされた状態での断面図である。試料ホルダ１０１は、図１Ｃに示される第１の部材１０２と第２の部材１０３とが組み合わされた状態で真空環境に保たれた電子顕微鏡の試料室内に搭載され、電子顕微鏡による観察に供される。また、図１Ｄは、第１の部材１０２を図１Ｂに示したＸ方向からみた、すなわち第１の部材１０２を電子線照射方向と逆側から見上げた図であり、図１Ｅは、第２の部材１０３を図１Ｂに示したＹ方向からみた、すなわち第２の部材１０３を電子線照射方向から見下ろした図である。ただし、図１Ｅでは、構造を分かりやすく示すため、第２のチップ１０７は一部を切り欠いて表示しており、第２のチップ１０７の実際の形状は点線で示される矩形である。また、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９は省略している。なお、この例では、第１の部材１０２及び第２の部材１０３の外周形状は矩形であるが、その形状は矩形に限られるものではなく、例えば多角形形状、もしくは円形であっても構わない。以下の例においても同様である。

以下、試料ホルダ１０１について詳細に説明する。試料ホルダ１０１の第１の部材１０２は、その主要な構成として、蓋部材１１１と、蓋部材１１１の電子線照射面１１２の反対面に保持される第１のチップ１０５とを有する。第１のチップ１０５はダイシングされたチップであり、外雰囲気隔離用の絶縁性薄膜１０４が形成された電子線照射用のウィンドウ１２３を備える。絶縁性薄膜１０４としては、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、カーボン膜、ポリイミド膜を例示することができる。第１のチップ１０５の電子線照射面側には導電性薄膜１０９が製膜され、ウィンドウ１２３において、導電性薄膜１０９と絶縁性薄膜１０４との積層膜が形成されている。導電性薄膜１０９としては、タンタル、タングステン、レニウム、モリブデン、オスミウム、金、プラチナのうちの何れかを主成分とする金属薄膜を例示することができる。

第１のチップ１０５は、電子線照射用ウィンドウ１２３の中心が蓋部材１１１の開口部の中心と一致するよう位置合わせされ、固定シール材１１０によって、導電性薄膜１０９が形成されている側が蓋部材１１１の裏面に固定されている。固定シール材１１０は、第１のチップ１０５を固定するとともに、電子顕微鏡による観察時に、液状試料１１５の周囲を試料室の真空雰囲気から大気圧または準大気圧状態にシールする真空シール機能を備えている。固定シール材１１０は例えば、Ｓｉ系接着材の両面テープを用いることができる。Ｓｉ系接着材の両面テープは均一面を持つため、真空シール機能に優れている。

蓋部材１１１は金属であってもよく、一部もしくは全面に金属メッキなどにより金属膜が被覆された樹脂材料であってもかまわない。樹脂材料に金属メッキを施す場合、電子線照射にともなう帯電現象を抑制するため、少なくとも、蓋部材１１１の電子線照射面１１２および蓋部材の傾斜面（開口部の側面）１１３には金属メッキをすることが好ましい。また、蓋部材１１１の電子線照射面１１２と第１のチップ１０５の導電性薄膜１０９とは導電性ペースト１１４によって電気的な導通処理が施されている。ただし、電子線照射面１１２と導電性薄膜１０９との電気的導通手段は導電性ペーストには限定されない。電子顕微鏡による観察を行う際には、第１のチップ１０５の導電性薄膜１０９にバイアス電圧を印加する。このため、図示しない電圧供給手段により蓋部材１１１の電子線照射面１１２にバイアス電圧を印加する。電子線照射面１１２と導電性薄膜１０９との電気的な導通がとられていることにより、導電性薄膜１０９にバイアス電圧を印加することが可能になる。

試料ホルダ１０１の第２の部材１０３は、その母材１２７が絶縁体で形成されている。なお、必要に応じて母材１２７の表面に金属メッキが施されていても構わない。ただし、その場合は、電子顕微鏡による観察中に導電性薄膜１０９に印加するバイアス電圧に起因するリーク電流が電極１０８に流れ込まないように、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを組み合わせた状態において、第２の部材１０３の電極１０８と第１の部材１０２の電子線照射面１１２とが絶縁されている必要がある。

第２の部材１０３は、その主要な構成として、母材１２７と、外雰囲気隔離用の絶縁性薄膜１０６が形成された信号伝達用ウィンドウ１２４を備える第２のチップ１０７と、第２のチップ１０７に接触しないように母材１２７に配置された電極１０８と、第１のシール材１１８と、第２のシール材１１９とを備える。電子顕微鏡による観察を行う際には、電極１０８を図示しない信号増幅手段に接続する。絶縁性薄膜１０６には、絶縁性薄膜１０４として例示した膜を用いることができる。

母材１２７には、第２のチップ１０７の位置合わせ用ガイド１１６が設けられている。具体的には母材１２７の中央部に凹部が設けられ、凹部の側壁がガイド１１６として機能する。第２のチップ１０７は、母材１２７に設けられたガイド１１６にはまり、第２のシール材１１９に接触した状態で載置される。電極１０８の中心はガイド１１６の中心と一致するように位置合わせされており、第２のチップ１０７は、ガイド１１６にはまることで、第２のチップ１０７の信号伝達用ウィンドウ１２４の中心がガイド１１６の中心に一致するよう位置合わせされる。かかる構成により、信号伝達用ウィンドウ１２４の中心と電極１０８の中心とが一致するように位置合わせされる。第１のシール材１１８および第２のシール材１１９は、図１Ｃに示すように、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを押し付けあうことによりつぶれるように変形し、第１の部材１０２および第２の部材１０３と接触した２面（上下面）あるいは３面（上下面及び側面）をシールする。

具体的には、第１のシール材１１８は、少なくとも、母材１２７に形成された第１の底部シール面２０３と蓋部材１１１の上部シール面２０５との間でつぶされ、第２のチップ１０７がはめこまれる第１の空間１２０を外雰囲気からシールする。第２のシール材１１９は、少なくとも、母材１２７に形成された第２の底部シール面２００と第２のチップ１０７の底面との間でつぶされ、電極１０８の先端部が配置される第２の空間１２１をその周囲の第１の空間１２０からシールする。第２の空間１２１は、第２のチップ１０７の底面、母材１２７の第２の底部シール面２００、第２のシール材１１９に囲まれることによって形成される空間である。

図１Ａ～Ｅに示した試料ホルダ１０１では、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９としてＯリングを用いている。これに対して、第１のシール材１１８としてＯリングを、第２のシール材１１９として両面テープを用いた試料ホルダの例を図１Ｆ～Ｇに示す。試料ホルダ１０１の電子線照射面１１２を見下ろした上面図は図１Ａと共通であり、図１Ｆ～Ｇは図１Ａに示すＡ－Ａにおける断面図である。

図１Ｆ～Ｇに示す試料ホルダ１０１では、第２のシール材１１９として、両面に均一面を持つＳｉ系接着材シート１５０によりＳｉゴムシート１４０を挟んだ構造を有する両面テープを用いることができる。この場合、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを押し付けあうことにより、図１Ｇに示すようにＳｉゴムシート１４０がつぶれることで、電極１０８が配置された第２の空間１２１は第１の空間１２０からシールされる。以降に説明する実施の形態において、第２のシール材１１９は、特に明記する場合を除いてＯリングであっても、両面テープであっても構わない。両面テープを用いることにより、第２のチップ１０７を母材１２７に固定することができ、誤って第２の部材１０３に衝撃を与えた際などに、第２のチップ１０７が母材１２７から外れるリスクを低減できる利点がある。

続いて、試料ホルダ１０１に試料を載置し、電子顕微鏡による観察が可能となる状態となるまでの経過を説明する。

最初が図１Ｂに示す状態である。第１の部材１０２のいずれの構成物も、第２の部材１０３の構成物に接触していない。この状態で、例えばマイクロピペットにより、液状試料１１５を母材１２７のガイド１１６内部に載置された第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６面に付着させる。なお、液状試料１１５を付着させる面は、第１の部材１０２の第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４上であってもかまわない。その後、手動もしくはロボット等の自動操作により、第１の部材１０２を第２の部材１０３に近づける。

図２Ａに、第１の部材１０２の絶縁性薄膜１０４が液状試料１１５に接触した状態を示す。この状態において、第１のチップ１０５は、第２の部材１０３のガイド１１６にはまり始め、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われる。第１のチップ１０５がガイド１１６にはまることで、蓋部材１１１の中心と、第１のチップ１０５の電子線照射用ウィンドウ１２３の中心と、第２のチップ１０７の信号伝達用ウィンドウ１２４の中心と、電極１０８の中心とが一致するように位置合わせされる。この状態では、第１のシール材１１８は、第１の部材１０２と接触しておらず、第１のシール材１１８は変形していない。一方、第２のシール材１１９は、液状試料１１５を介して押し下げる力が加わることにより、つぶされるように変形を始める。なお、図２Ｃは液状試料１１５が極めて微量の場合の例である。この例では、第１のチップ１０５が、第２の部材１０３のガイド１１６にはまり始め、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われたタイミングにおいて、液状試料１１５は第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４に接触しておらず、第２のチップ１０７を押し下げる力は働かない。したがって、図２Ｃの場合には、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせのときには、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９のいずれも変形は始まっていない。

このように、ガイド１１６は、第２のチップ１０７を母材１２７に対して位置合わせをするためのガイドとして設けられているものであるが、同時に第１のチップ１０５を第２のチップ１０７と位置合わせするためのガイドとしても機能する。この対向するチップの位置合わせに用いられる機能に着目して、ガイド１１６を対向チップ用ガイドと称する。なお、対向チップ用ガイドは、自部材（蓋部材または母材）に配置するチップに対するガイドであるか否かは問わないが、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７とが合同である場合には、対向チップ用ガイドが自部材に配置するチップのガイドを兼用することで、単純な構造で高い位置合わせ精度を出すことが可能になる。

なお、前述のように、ガイド１１６によって第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われる瞬間において、第１のシール材１１８が変形していないことは重要である（この点を「ポイント１」と呼ぶ）。このタイミングで第１のシール材１１８が変形を始めていると、第１のシール材１１８がもとの形状に戻ろうとする反発力によって、第１の部材１０２を電子線照射面１１２側に押し返す力が働く。一方、蓋部材１１１が不透明であると、第１のチップ１０５がガイド１１６にはまっているかどうかについて、目視での確認ができないため、第１の部材１０２を第２の部材１０３に押し込んでいくときに第１のチップ１０５がガイド１１６に干渉することによる抵抗の有無によって判断することになる。このため、位置合わせの段階で蓋部材１１１が第１のシール材１１８の反発力を受ける状態になっていると、干渉による抵抗の有無を認識することが困難になってしまう。第１のチップ１０５がガイド１１６と干渉したまま第１の部材１０２を押し込んでいくと、第１のチップ１０５が破損してしまうこともある。

また、第２のシール材１１９が、第１のシール材１１８より先につぶれることも重要な点である（この点を「ポイント２」と呼ぶ）。これにより、余剰な液状試料は、母材１２７のガイド１１６を形成する凹部と第１の部材１０２とによって形成される第１の空間１２０へ漏れ出すことはあっても、第２のシール材１１９によって遮蔽された第２の空間１２１へは浸入せず、その結果、液状試料が電極１０８に接触することを回避できる。

したがって、第２のシール材１１９がつぶれ始めるタイミングは、なるべく早いことが望ましい一方、位置合わせの段階で第２のシール材１１９がつぶれ始めると、蓋部材１１１が第２のシール材１１９の反発力を受けることになる。ただ、第２のシール材１１９の反発力は第１のシール材１１８の反発力に比べれば小さい。この例では、図２Ａのように液状試料が漏れ出すリスクの高い状態では位置合わせの段階で第２のシール材１１９がつぶれ始め、図２Ｃのように液状試料が漏れ出すリスクの低い状態では位置合わせの後に第２のシール材１１９がつぶれ始めるようにすることで、不具合の発生を効果的に抑制できる。

第２の部材１０３のガイド１１６によって第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われた状態で、例えば、複数のネジ１１７（図１Ａ参照）またはその他の固定手段によって第１の部材１０２を第２の部材１０３に押し付けていく。

第１の部材１０２は、ネジ１１７を通すための貫通穴１２８を備え（図１Ｄ参照）、第２の部材１０３はネジ穴１２９を備える（図１Ｅ参照）。貫通穴１２８の直径は、ガイド１１６の作成精度および、第１のチップ１０５の第１の部材１０２に対する位置合わせ精度に起因する誤差を吸収できるようにするため、ネジの呼び径より若干大きくなるようにする。 この例では、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７は一辺が数ｍｍ程度の同じ大きさの矩形となるようにダイシングされており、ガイド１１６は、両者のチップがおよそ100μｍ以下の尤度をもってはまるよう、第１、第２のチップより若干大きく作成されている。また、この例では、ガイド１１６は、図１Ｅに示すように、角の部分に円状のチップ逃げ１３０を備えている。ダイシングされたチップは角部に残渣を持つ場合があるが、そのような場合においても、チップ逃げ１３０を備えることで、チップのガイド１１６へのはめ込みが容易になる。

図２Ｂは、図２Ａの状態からネジ閉めなどによってさらに押し下げた状態であり、第１の部材１０２によって第１のシール材１１８が変形を始める直前の状態である。この状態では、滴下した液状試料１１５の量によっては、第１、第２のチップ側壁からの試料漏れが発生する。この状態においても第２のシール材はつぶされる過程の途中にあり、チップ側壁から漏れた試料１２２から電極１０８の配置された第２の空間１２１をシールする。

図１Ｃが、最終的に第１の部材１０２と第２の部材１０３が組み合わされて固定され、電子顕微鏡による観察が可能となった状態である。押し下げの結果、第１の部材１０２および第２の部材１０３は、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９の両者ともにつぶししろを残した状態で、両シール材以外の構成物同士の接触によって停止される。この場合、第１の部材１０２の固定シール材１１０と第２の部材１０３の母材１２７とが接触することにより押し下げが停止される。なお、固定シール材１１０がつぶししろを持っている場合には、トルクレンチなどで第１の部材１０２と第２の部材１０３とを固定するネジ１１７の締め付け強度を管理してもよい。

この状態で、第１のシール材１１８は、第１の空間１２０を電子線照射用の高真空雰囲気に保たれた外環境から気密シールする。一方、第２のシール材１１９は、電極１０８が配置された第２の空間１２１を周囲の第１の空間１２０から気密シールする。また、第２のシール材１１９は、第１のチップ１０５および第２のチップ１０７の側壁から漏れ出た試料１２２からも第２の空間１２１をシールする。第２のチップ１０７は、変形した第２のシール材１１９がもとの形状に戻ろうとする反発力によって、液状試料１１５を挟み込んで第１のチップ１０５に押し付けられた状態で固定される。

図３を用いて、試料ホルダの第１の設計指針を示す。図３は試料のない状態で、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６とが面で接触した状態を示している。この状態で定義される以下の値を用いて形状を決定する。なお、チップや各種シール材等の各部材の寸法やその仕様、および作成時の公差を考慮して設計を行う必要がある点に関しては、同業者であれば用意に推察できるであろう。なお、以下の説明において、第２の底部シール面２００を基準位置（０）とし、そこから上方位置との距離を正の距離、そこから下方位置との距離を負の距離としている。

ガイド１１６の深さａは、第２の底部シール面２００からガイド１１６の先端（母材１２７の上面）との距離で定義される。ガイド１１６の深さａは、（式１）の関係を満たす。
ガイドの深さａ＞第２のシール材１１９の厚さ＋第２のチップ１０７の厚さ・・・（式１）
なお、第２のシール材１１９の厚さは、Ｏリングである場合にはその直径、両面テープである場合にはその厚さである。（式１）を満たすことにより、図３に示されるように、第１のチップ１０５及び第２のチップ１０７の絶縁性薄膜同士が接触したとき、第１のチップ１０５はガイド１１６にはめ込まれた状態になることが保証される。すなわち、絶縁性薄膜１０４と絶縁性薄膜１０６との接触面は、対向チップ用ガイドが設けられた母材１２７から対向チップ用ガイドの先端までの間に位置することが保証される。

また、蓋部材１１１の上部シール面２０５から第２の底部シール面２００までの距離として定義される第１のシール面間距離ｂと、第１の底部シール面２０３から第２の底部シール面２００までの距離として定義される第２のシール面間距離ｃは、（式２）の関係を満たす。
ＡＢＳ（第１のシール面間距離ｂ－第２のシール面間距離ｃ）＞第１のシール材１１８の厚さ・・・（式２）
なお、第１のシール材１１８の厚さは、Ｏリングである場合にはその直径である。

第１の構成例においては、（式１）と（式２）の両方が満たされることにより、「第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われ始める瞬間において、第１のシール材１１８が変形していない」条件（ポイント１）と「第２のシール材１１９が、第１のシール材１１８より先につぶれる」条件（ポイント２）の双方を満たすことができる。

ただし、（式１）を満たすことが求められるのは、第１の構成例において第１のチップ１０５及び第２のチップ１０７の位置合わせを、第２の部材１０３に設けられた対向チップ用ガイド１１６により行う構造としていることによる。すなわち、第１のチップ１０５及び第２のチップ１０７との位置合わせのやり方が異なれば（式１）はそれに応じて変更されることになる。例えば、対向チップ用ガイドを第１の部材（例えば蓋部材）に設けることも考えられるが、この場合は（式１）に代えて、試料のない状態で、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６とが面で接触した状態において、対向チップ用ガイドの第１のチップ１０５が固定される蓋部材１１１の面からの高さは、固定シール材１１０の厚さと第１のチップ１０５の厚さの和よりも大きいことが要求される。この条件が満たされれば、絶縁性薄膜１０４と絶縁性薄膜１０６との接触面は、対向チップ用ガイドが設けられた蓋部材１１１から対向チップ用ガイドの先端までの間に位置することが保証される。

図４Ａ～Ｄに、実施例１にかかる試料ホルダ３０１の構成例（第２の構成例）を示す。上面図は図１Ａと同じであり、図４Ａ～Ｂは、それぞれ図１Ａに示すＡ－Ａにおける断面図である。

第２の構成例では、第１の部材１０２は第１のチップ１０５をはめ込む第１チップ用ガイド４０２を備える。これにより、第１のチップ１０５は、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心が蓋部材１１１の開口部に対して中心にくるよう位置合わせされている。チップ用ガイド４０２によりこの位置合わせが容易となる。第１のチップ１０５は、固定シール材１１０によって蓋部材１１１に固定されている。図４Ｃに示すように、ガイド４０２には第１の構成例におけるガイド１１６と同様に、円状のチップ逃げ１３０が設けられている。

また、第２の構成例では、チップ間の側壁から漏れ出た余剰の試料１２２を溜め置く液だまり３０２が設けられている。かかる構成により、漏れ出た試料１２２が電極１０８に接触するリスクをさらに低減することができる。第１の構成例では、ガイド１１６は母材１２７に柱状の凹部を形成することによってチップの全周を囲んでいたのに対して、第２の構成例では、図４Ａ及び図４Ｄに示すように、母材１２７の中央部分に液だまり３０２を含む凹部を設け、この凹部においてチップの４辺にそれぞれ対向するように板状のガイド１１６を設けている。かかる形状とすることで、母材１２７の加工が行いやすい利点がある。

第２の構成例では、第１の構成例と同様に押し下げの過程で、第１の部材１０２および第２の部材１０３が、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９の両者ともにつぶししろを残した状態で、両シール材以外の構成物が接触することによって停止される。この例では、第１の部材１０２の蓋部材１１１と第２の部材１０３の母材１２７とが接触することで押し下げが停止される。このため、蓋部材１１１及び母材１２７がしかるべき強度の材質で構成されていれば、第１の部材１０２の蓋部材１１１と第２の部材１０３の母材１２７とを固定する力の管理は必要ない。

図４Ａ～Ｄに示す第２の構成例においても、第１の構成例において示した（式１）及び（式２）を満たすことにより、第１の部材１０２と第２の部材１０３を組み合わせるときのポイント１及びポイント２を満たすことができる。

図５Ａ～Ｅに、実施例１にかかる試料ホルダ４０１の構成例（第３の構成例）を示す。上面図は図１Ａと同じであり、図５Ａ～Ｂ，Ｅは、それぞれ図１Ａに示すＡ－Ａにおける断面図である。

第３の構成例では、第２の構成例と同様に、第１の部材１０２は第１のチップ１０５をはめ込む第１チップ用ガイド４０２を備え、第１のチップ１０５は、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心が蓋部材１１１の開口部に対して中心にくるよう位置合わせされている。第１のチップ１０５は、固定シール材１１０によって蓋部材１１１に固定されている。一方、第２の部材１０３は、第２のチップ１０７をはめ込む第２チップ用ガイド４０３を備える。これにより、第２のチップ１０７は、信号伝達用のウィンドウ１２４の中心が電極１０８の中心に一致するよう、位置合わせされている。この例では、第１チップ用ガイド４０２は、図５Ｃに示されるような蓋部材１１１の中央部分に設けられた凹部の側壁であり、第２チップ用ガイド４０３は図５Ｄに示されるように、母材１２７の中央部分に設けられた液だまり３０２を含む凹部に設けられた板状のガイドである。

第３の構成例においては、第１の部材１０２と第２の部材１０３は、第１の部材１０２の蓋部材１１１の開口部の中心が第２の部材１０３の電極１０８の中心に対して一致するよう、それぞれに位置合わせをするためのガイドを備える。具体的には、第１の部材１０２は第２部材用ガイド４０４を備え、第２の部材１０３は、第１部材用ガイド４０５を備える。この例では、第２部材用ガイド４０４は、図５Ｃに示されるような板状のガイドであり、第１部材用ガイド４０５は図５Ｄに示されるように、母材１２７の中央部分に設けられた液だまり３０２を含む凹部の側壁である。

図５Ｂは、第１の部材１０２を押し下げ、第１の部材１０２と第２の部材１０３が組み合わされて固定され、電子顕微鏡による観察が可能となった状態である。第２部材用ガイド４０４が第１部材用ガイド４０５にはまり込むことにより、蓋部材１１１の開口部の中心に対して、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心、信号伝達用のウィンドウ１２４の中心および電極１０８の中心が一致するよう、位置合わせがされる。

第３の構成例も、第２の構成例と同様に、押し下げの過程で、第１の部材１０２および第２の部材１０３が、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９の両者ともにつぶししろを残した状態で、第１の部材１０２の蓋部材１１１と第２の部材１０３の母材１２７とが接触することによって停止される。

第３の構成例では、図５Ｅに示されるように、第１のチップ１０５及び第２のチップ１０７の絶縁性薄膜同士が接触する以前に、第２部材用ガイド４０４と第１部材用ガイド４０５とが接するように設計されていれば、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが可能である。すなわち、第１部材用ガイド４０５及び第２部材用ガイド４０４は、第１部材用ガイド４０５の先端と第２部材用ガイド４０４の先端とが接したときに第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６とが接しない高さを有するものとする。本構成例では、蓋部材１１１や母材１２７の形状は複雑になるが、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを組み合わせる際にチップを破損するリスクを低減することができる。

第３の構成例においては、図５Ｂに示されるように第１の部材１０２と第２の部材１０３が組み合わされて固定され、電子顕微鏡による観察が可能となった状態において、第２のチップ１０７をはめ込む第２チップ用ガイド４０３の先端は、第２のチップ１０７の上面（絶縁性薄膜１０６）よりも下方に位置するようにするのがさらに好ましい。第２チップ用ガイド４０３の先端が第２のチップ１０７の上面（絶縁性薄膜１０６）より上方に位置すると、第１の部材１０２を押し下げる過程で、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との間に作製誤差などに起因する若干の位置ずれがあった場合に、第２チップ用ガイド４０３が第１のチップ１０５の下面（絶縁性薄膜１０４）と干渉し、第１のチップ１０５を破損するおそれがあるためである。同様の理由により、第１のチップ１０５をはめ込む第１チップ用ガイド４０２の下端（この場合は、蓋部材１１１の下面に等しい）は、第１のチップ１０５の下面（絶縁性薄膜１０４）よりも上方に位置するようにするのが好ましい。

なお、第１チップ用ガイド４０２、第２チップ用ガイド４０３、第２部材用ガイド４０４、第１部材用ガイド４０５の形状は、図５Ａ～Ｅに示した形状に限定されるものではなく、上述の機能を満たせればいかなる形状であっても構わない。

図６Ａ～Ｃに、実施例１にかかる試料ホルダ５０１の構成例（第４の構成例）を示す。上面図は後述する第１のチップ１０５の導電性薄膜１０９と蓋部材１１１の電子線照射面１１２との電気的導通手段が異なっている点を除いて図１Ａと同じであり、図６Ａ～Ｂは、それぞれ図１Ａに示すＡ－Ａに相当する箇所での断面図である。図６Ｃは、第１の部材１０２を図６Ａに示したＸ方向からみた、すなわち第１の部材１０２を電子線照射方向と逆側から見上げた図である。

第４の構成例では、第１のチップ１０５は第２のチップ１０７より大きい。また、第１の部材１０２は第１のチップ１０５をはめ込む第１チップ用ガイド４０２を備え、第１のチップ１０５は、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心が蓋部材１１１の開口部に対して中心にくるよう位置合わせされている。第１のチップ１０５は、接着材５１０によってその周囲を蓋部材１１１に固定されている。接着材５１０は絶縁性であり、真空シールも兼ねている。図６Ａに示すように、第１のチップ１０５の導電性薄膜１０９が第１チップ用ガイド４０２を構成する凹部の底面に接触した状態で第１のチップ１０５が蓋部材１１１に固定されることにより、導電性薄膜１０９は電子線照射面１１２と電気的に導通している。これにより、導電性ペーストが不要とされている。

第２の部材１０３は、第３の構成例と同様である。接着材５１０は真空シールを兼ねるため、接着材５１０を厚く盛ることでシール機能を高めることができる一方、第２の部材１０３の構造物と接触するような場合には、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７による液状試料１１５の挟み込みに不具合を生じさせるおそれもある。このため、図６Ｂに示すように、第１の部材１０２と第２の部材１０３が組み合わされて固定され、電子顕微鏡による観察が可能となった状態において、接着材５１０は第２の部材１０３と接触しないようにする。

図７Ａ～Ｃに、実施例１にかかる試料ホルダ６０１の構成例（第５の構成例）を示す。上面図は図１Ａと同じであり、図７Ａ～Ｂは、それぞれ図１Ａに示すＡ－Ａにおける断面図である。図７Ｃは、第２の部材１０３を図７Ａに示したＹ方向からみた、すなわち第２の部材１０３を電子線照射方向から見下ろした図である。

第５の構成例では、第２のチップ１０７は第１のチップ１０５より大きい。それに伴い、図７Ｃに示すように、第２チップ用ガイド４０３も大きくなっている。それ以外は第３の構成例と同様である。第２のチップ１０７を第１のチップ１０５より大きくすることで、第１のチップ１０５の側壁から漏れ出した試料１２２を第２のチップ１０７の表面であって、第１のチップ１０５と重なり合わない領域に保持することが可能となるため、試料１２２が第２の空間１２１に浸入し、電極１０８に接触するリスクを低減することが可能になる。

図８Ａ～Ｆに、実施例１にかかる試料ホルダ７０１の構成例（第６の構成例）を示す。第６の構成例は、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを固定する手段がこれまで説明してきた構成例とは異なる。上面図は図１Ａに示す上面図からネジ１１７を除いたものに相当する。図８Ａ～Ｄは、それぞれ図１Ａに示すＡ－Ａに相当する箇所での断面図である。図８Ｅは、第１の部材１０２を図８Ａに示したＸ方向からみた、すなわち第１の部材１０２を電子線照射方向と逆側から見上げた図であり、図８Ｆは、第２の部材１０３を図８Ａに示したＹ方向からみた、すなわち第２の部材１０３を電子線照射方向から見下ろした図である。

このように、第１の部材１０２及び第２の部材１０３はネジによる固定に必要な構成を有しない。ネジに代えて、第１の部材１０２の四辺に固定用フック７０２を備え、第２の部材１０３の四辺には、それに対応するフック用そり７０３を備える。図８Ｄに示すように、固定用フック７０２とフック用そり７０３とをかみ合わせることで、第１の部材１０２及び第２の部材１０３とが固定される。固定用フック７０２は、蓋部材１１１の電子線照射面１１２に垂直な方向に延びる第１フック用ガイド７０４の先端に設けられ、母材１２７の四辺には、第１フック用ガイド７０４に対応して第２フック用ガイド７０５が設けられている。

図８Ａ～Ｄを用いて試料ホルダ７０１に試料を載置した後、電子顕微鏡による観察が可能となる状態となるまでの経過を説明する。

図８Ａは、第１の部材１０２の第１フック用ガイド７０４が第２フック用ガイド７０５にはまり始めた状態である。この状態から、手動もしくはロボット等の自動操作により、第１の部材１０２を押し下げて第２の部材１０３に近づける。第１フック用ガイド７０４が第２フック用ガイド７０５にはまった状況で第１の部材１０２を押し下げながら、第１のチップ１０５と第２の部材１０３に設けられたガイド１１６との位置合わせを行ってゆく。

図８Ｂは、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４が液状試料１１５に接触した状態である。この状態において、第１のチップ１０５は、ガイド１１６にはまり始め、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われる。この時点で、精密な位置合わせが行えるようにするため、第１フック用ガイド７０４と第２フック用ガイド７０５とのはめあいは、第１のチップ１０５とガイド１１６のはめあいより、若干尤度を持っているのが好適である。これにより、蓋部材１１１の開口部の中心と、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心と、信号伝達用ウィンドウ１２４の中心と、電極１０８の中心とが一致するように位置合わせが行われる。このとき、第１のシール材１１８は、第１の部材１０２と接触しておらず、第１のシール材１１８は変形していない。一方、試料を介して押し下げる力が加わった第２のシール材１１９はつぶされるように変形を始める。また、第１の部材１０２の固定用フック７０２は第２の部材１０３のフック用そり７０３に干渉し、外周面に垂直な外向き方向にそり始める。

図８Ｃは、図８Ｂの状態からさらに第１の部材１０２を押し下げ、第１の部材１０２によって第１のシール材１１８が変形を始める直前の状態である。この状態では、滴下した液状試料１１５の量によっては、第１、第２のチップ側壁からの試料漏れが発生する。この状態においても第２のシール材はつぶされる過程の途中にあり、チップ側壁から漏れた試料１２２から電極１０８の配置された第２の空間１２１をシールする。このとき、第１の部材１０２の固定用フック７０２は第２の部材１０３のフック用そり７０３を乗り越える直前となっている。

図８Ｄは、第１の部材１０２と第２の部材１０３が組み合わされて固定され、電子顕微鏡による観察が可能となった状態である。このとき、第１の部材１０２の固定用フック７０２は第２の部材１０３のフック用そり７０３を乗り越え、固定用フック７０２とフック用そり７０３とが接触した状態で固定される。第１の部材１０２は、変形した第１のシール材１１８および変形した第２のシール材１１９がもとの形状に戻ろうとする反発力と、固定用フック７０２をフック用そり７０３が保持する力とがつり合った状態で固定される。

この状態で、第１のシール材１１８は、第１の空間１２０を電子線照射のために高真空雰囲気に保たれた外環境から気密シールする。一方、第２のシール材１１９は、電極１０８が配置された第２の空間１２１を周囲の第１の空間から気密シールする。また、第２のシール材１１９は、第１のチップ１０５および第２のチップ１０７の側壁から漏れ出た試料１２２からも第２の空間１２１をシールする。第２のチップ１０７は、変形した第２のシール材１１９がもとの形状に戻ろうとする反発力によって、液状試料１１５を挟み込んで第１のチップ１０５に押し付けられた状態で固定される。

本構成例では、試料ホルダの固定時にネジ止めの必要がなくなり、迅速かつ簡便に試料ホルダを準備することが可能となる。

試料ホルダ７０１の第１の部材１０２は、変形する第１フック用ガイド７０４を備えることから、蓋部材１１１の材料は比較的やわらかい樹脂に上述のような金属メッキをしたものが好適である。

なお、固定用フックとフック用そりを備える部材を逆として、第１の部材１０２がフック用そりを備え、第２の部材１０３が固定用フックを備える構成としてもよい。この場合、第１の部材１０２に変形する部位が存在しないことから、蓋部材１１１を金属材料で作成することができる。

なお、第６の構成例として、第１の構成例に相当する試料ホルダにフックを用いた固定方法を適用した例を示したが、これまで説明した他の構成例やその変形例に適用することも可能である。

図９Ａ～Ｇに、実施例１にかかる試料ホルダ８０１の構成例（第７の構成例）を示す。図９Ａは試料ホルダ８０１の電子線照射面１１２を見下ろした上面図であり、図９Ｂ～Ｅは、その上段にそれぞれ図１Ａに示すＡ－Ａにおける断面図を示し、その下段に当該断面図におけるＢ－Ｂにおける平面図を示す。図９Ｆは、第１の部材１０２を図９Ｂに示したＸ方向からみた、すなわち第１の部材１０２を電子線照射方向と逆側から見上げた図であり、図９Ｇは、第２の部材１０３を図９Ｂに示したＹ方向からみた、すなわち第２の部材１０３を電子線照射方向から見下ろした図である。

図９Ａに示すように、試料ホルダ８０１の外周形状は円形をしている。第７の構成例では、第１の部材１０２を第２の部材１０３にねじ込むようにはめ込むことで、第１の部材１０２と第２の部材１０３とが固定される。

図９Ｂ～Ｅは、第１の部材１０２をねじ込み、第２の部材１０３に固定する過程を示している。なお、下段の平面図において、紙面に対して第１の部材１０２は回転せず、第２の部材１０３が回転するように示している。後述するように、第２のチップ１０７は、第１のチップ１０５とともに母材１２７に対して回転する。このため、第２のチップ１０７は、母材１２７に固定されてはならない。このため、第２のシール材１１９としてはＯリングを用いるのが好適である。

試料ホルダ８０１は茶筒形状をしており、第２の部材１０３の母材１２７は円筒形状を有し、第１の部材１０２の蓋部材１１１は電子線照射面と垂直方向に延長される周縁部を有している。

母材１２７の外周部と接する、蓋部材１１１の周縁部の内壁にはネジ構造８１０を備えている。第１のチップ１０５は、固定シール材１１０によって蓋部材１１１の裏面に固定される。第１のチップ１０５を保持する蓋部材１１１の裏面には、第１のチップ１０５をはめ込む第１チップ用ガイド４０２を備える。これにより、第１のチップ１０５は、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心が蓋部材１１１の開口部に対して中心にくるよう位置合わせされている。また、図９Ｆに示すように、蓋部材１１１の裏面には、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせに用いられる４つのガイド（対向チップ用ガイド）１１６が設けられている。

なお、蓋部材１１１に第１チップ用ガイド４０２を設けることなく、４つのガイド１１６によって、蓋部材１１１の開口部の中心と電子線照射用ウィンドウ１２３の中心とが一致するように位置合わせを行ってもよい。

一方、第２の部材１０３の母材１２７は円筒形状をしており、外周部に第１の部材１０２のネジ構造８１０とかみ合うネジ構造８１１を備えている。これらのネジ構造をかみ合わせ、第２の部材１０３に対して第１の部材１０２をねじ込むようにはめ込むことで、両者を固定する。

図９Ｇに示すように、第２の部材１０３は第２のチップ１０７をはめ込む第２チップ用ガイド４０３を備えている。第２のチップ１０７は、第２の底部シール面２００に置かれた第２のシール材１１９の上に載置される。この状態において、第２のチップ１０７は、信号伝達用のウィンドウ１２４の中心が電極１０８の中心に一致するよう位置合わせされる。なお、第２チップ用ガイド４０３は、母材１２７の中央部分に設けられた液だまり３０２を含む凹部の側壁である。

試料ホルダ８０１に試料を載置し、電子顕微鏡による観察が可能となる状態となるまでの経過を説明する。最初に、第２のチップ１０７は、第２チップ用ガイド４０３内に載置される際、図９Ｇに示す反時計回り方向にはこれ以上まわらない位置まで回転させた状態で載置される。

図９Ｂに示す状態では、第１の部材１０２のいずれの構成物も、第２の部材１０３の構成物に接触していない。この状態から、手動もしくはロボット等の自動操作により、第１の部材１０２を第２の部材１０３に近づける。

図９Ｃに、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４が液状試料１１５に接触した状態を示す。これは、第１のネジ構造８１０を第２のネジ構造８１１にかみ合わせることなく第１の部材１０２を第２の部材１０３上に配置している状態である。一方、図９Ｃ下段の平面図に示すように、第２のチップ１０７は、第１の部材１０２が備えるガイド１１６にはまり始め、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われる。これにより、蓋部材１１１の開口部の中心と、電子線照射用のウィンドウ１２３の中心と、信号伝達用ウィンドウ１２４の中心と、電極１０８の中心とが一致するように位置合わせが行われる。また、この段階では、第１のシール材１１８は第１の部材１０２と接触しておらず、第１のシール材１１８は変形していない。一方、液状試料１１５を介して押し下げる力が加わった第２のシール材１１９はつぶされるように変形を始める。

図９Ｄに、第１のネジ構造８１０が第２のネジ構造８１１に接触し、第１の部材１０２を第２の部材１０３にねじ込み始めた状態を示す。第１の部材１０２によって第１のシール材１１８が変形を始める直前の状態でもある。このとき、滴下した液状試料１１５の量によっては、第１、第２のチップ側壁からの試料漏れが発生する。第２のシール材１１９がつぶされる過程の途中にあることにより、チップ側壁から漏れた試料１２２から電極１０８をシールする。

図９Ｄ下段の平面図に示すように、第２のチップ１０７は、ガイド１１６に従って第１のチップ１０５と位置合わせがされた状態で、第２のシール材１１９の上を滑って、第１のチップ１０５と共に回転する。

図９Ｅは、第１の部材１０２と第２の部材１０３とが組み合わされて固定され、電子顕微鏡による観察が可能となった状態である。この状態では、第１の部材１０２のガイド１１６と第２の部材１０３の第２チップ用ガイド４０３とが接触した状態でそれ以上回転しないように固定される。このように、第７の構成例では、蓋部材１１１に対する母材１２７の回転量を制限するロック機構を設け、第１のチップ１０５が第２のチップ１０７への押し付け量が過度になったり、過少になったりすることを抑制している。この場合は、ロック機構をガイド１１６と第２チップ用ガイド４０３によって実現しているが、これらとは独立して設けてもよい。例えば、母材１２７の上端外周に溝を設けて、その１箇所に回転止めを設けておく。他方、蓋部材１１１には第１の部材１０２と第２の部材１０３とを組み合わせたときに溝にはまる凸部を設けておく。第１の部材１０２を第２の部材１０３にねじ込むとともに、凸部は溝内を移動し、回転止めとぶつかったところで、ねじ込みを完了する。

第７の構成例では、第１の部材１０２は、変形した第１のシール材１１８がもとの形状に戻ろうとする反発力と、第１の部材のネジ構造８１０と第２の部材のネジ構造８１１との間に働く摩擦力によって働く保持力とが釣り合った状態で固定される。
なお、本構成例のねじ込みによる固定方法は、例えば、第５の構成例のように、第２のチップ１０７が第１のチップ１０５より大きくされてもよい。その場合は、第２のチップ１０７の大きさに対応して、４つのガイド１１６、第２チップ用ガイド４０３の形状を変更すればよい。

第７の構成例は、ねじ込みを行う際に第１のチップ１０５と第２のチップ１０７とが同時に回転するため、以下の２つの利点がある。第１は、２つのチップが同時に回転することにより、２つのチップの間に挟まれた液状試料が薄膜間でこすりあわされることがなく、薄膜破損リスクを低減できる。第２は、２つのチップの重なり具合が固定されていることにより、第１のチップ１０５のウィンドウ１２３と第２のチップ１０７のウィンドウ１２４との重なりで決まる視野は、液状試料の試料ホルダ８０１への導入操作の影響を受けることなく確保できる。以下に、第７の構成例の変形例を示す。

図９Ｈに第１の変形例を示す。第１の変形例では、第１の部材１０２は第２部材用ガイド４０４を備え、第１のチップ１０５は蓋部材１１１に固定されている。第１のチップ１０５は、電子線照射用ウィンドウ１２３の中心が第２部材用ガイド４０４の中心軸と一致するように固定される。また、第２の部材１０３は第２チップ用ガイド４０３と第１部材用ガイド４０５とを備えている。第２チップ用ガイド４０３と第１部材用ガイド４０５の中心軸は電極１０８の中心軸と一致するように配置されており、第２のチップ１０７は第２チップ用ガイド４０３にあわせて載置されたとき、信号伝達用ウィンドウ１２４の中心が電極１０８の中心軸と一致する。図９Ｈに示されるように、各ガイド４０３、４０４、４０５ともに円形状であり、特に第１の部材１０２と第２の部材１０３とを組み合わせた状態において、ガイド４０３、４０４、４０５は同心円状をなす。

第１のチップ１０５と第２のチップ１０７とは合同な正方形形状をしており、第２チップ用ガイド４０３の直径は、チップの対角線の長さより若干大きく加工されている。第１の部材１０２を第２の部材１０３に固定するには、まず、第２の部材１０３に第１の部材１０２を載せる。この例では第２の部材１０３の第１部材用ガイド４０５の先端は第２部材用ガイド４０４の先端より上方に位置しているが、第１部材用ガイド４０５の先端と第２部材用ガイド４０４の先端が接したときにおいて、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６とは接触しないようにする（上記ガイドの先端部、絶縁性薄膜の位置関係は図５Ｅと同様である）。以上により、第１のチップ１０５のウィンドウ１２３の中心と第２のチップ１０７のウィンドウ１２４の中心とが一致するように位置合わせが行われる。その後、第１の部材１０２のネジ構造８１０を第２の部材１０３のネジ構造８１１にかみ合わせ、回転させて固定する。

本変形例は、蓋部材１１１、母材１２７に形成されるガイド等の構造を円形状に作製することができ、コストを低減できる利点がある。一方で、第１の部材１０２のねじ込み固定を行う際、第１のチップ１０５が第２のチップ１０７に対して回転しながら固定されることにより、薄膜破損リスクは増す。また、固定されたときの第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との重なり具合によっては、最大視野がとれない可能性がある。例えば、図９Ｈの上面図（下段）では、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位相が４５°ずれた例を示している。しかしながら、この状態が試料ホルダ８０１ｂの最小視野であるから、この状態で必要な視野が確保されていればよい。

図９Ｉ～Ｊに第２の変形例を示す。図９Ｉは試料ホルダ８０１ｃを構成する各部材が分離された状態、図９Ｊは各部材が結合された状態を示している。第２の変形例では、第１の変形例のコストを低減可能なガイドの構造を維持しつつ、薄膜破損リスクを低減させることができる。第２の変形例では第１の部材１０２を第２の部材１０３に固定するため、ネジ蓋１２５を用いる。ネジ蓋１２５は電子線を通過させるための開口１２５ａを備えた茶筒形状をしており、開口１２５ａの設けられた底面と垂直方向に延長された周縁部を有しており、周縁部の内壁にネジ構造８１０を備えている。また、ネジ蓋１２５と第１の部材１０２の間に挟まるディスク状のワッシャ１２６を備える。

第１の部材１０２の外周部が第２部材用ガイド４０４となっており、第１のチップ１０５は蓋部材１１１に固定されている。第１のチップ１０５は、電子線照射用ウィンドウ１２３の中心が第２部材用ガイド４０４の中心軸と一致するように固定される。また、第２の部材１０３は第２チップ用ガイド４０３と第１部材用ガイド４０５とを備えている。第２チップ用ガイド４０３と第１部材用ガイド４０５の中心軸は電極１０８の中心軸と一致するように配置されており、第２のチップ１０７は第２チップ用ガイド４０３にあわせて載置されたとき、信号伝達用ウィンドウ１２４の中心軸が電極１０８の中心軸と一致する。図９Ｉに示されるように、各ガイド４０３、４０４、４０５ともに円形状であり、特に第１の部材１０２と第２の部材１０３とを組み合わせた状態において、ガイド４０３、４０４、４０５は同心円状をなす。

第１のチップ１０５と第２のチップ１０７とは合同な正方形形状をしている。図９Ｉ，Ｊにおいてチップの大きさが異なるように見えるのは、図９Ｈの場合と同様に、上面図において第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位相が４５°ずれた例を示しているためである。第２チップ用ガイド４０３の直径は、チップの対角線の長さより若干大きく加工されている。第１の部材１０２を第２の部材１０３に対して固定するには、まず、第２の部材１０３に第１の部材１０２を載せる。この時点で第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６は接触していない。以上により、第１のチップ１０５のウィンドウ１２３の中心と第２のチップ１０７のウィンドウ１２４の中心が一致するように位置合わせが行われる。その後、第１の部材１０２の上部にワッシャ１２６を載せ、その上からネジ蓋１２５をかぶせ、ネジ構造８１０を第２の部材１０３のネジ構造８１１にかみ合わせ、回転させて固定する。

本変形例によれば、ワッシャ１２６を挟むことにより、ネジ蓋１２５をねじ込む際に、第１の部材１０２及び第２の部材１０３と第１のシール材１１８との間に働く摩擦力により、第２の部材１０３に対して第１の部材１０２を回転させることなく、第１の部材１０２を押し下げることが可能となり、薄膜破損リスクを低減できる。ワッシャ１２６の材料には、ネジ蓋１２５の回転動作を第１の部材１０２に伝達しないような摩擦係数を有する材料を選択する。

以上、試料ホルダの様々な構成例について説明した。チップ間への液状試料の挟み込みにおける試料の漏れ出しが少ないと想定される場合、あるいは第５の構成例（図７Ａ～Ｃ参照）等のように、漏れ出した液体試料が電極１０８に接触するリスクが少ない場合には、前述した試料ホルダの第１の設計指針（図３参照）に代えて、以下の第２の設計指針を適用することができる。図１８を用いて、試料ホルダの第２の設計指針を示す。図１８は試料のない状態で、蓋部材１１１の上部シール面２０５と第１のシール材１１８とが接触した状態を示している。このとき、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６とは接触していない。ただし、蓋部材１１１と第１のシール材１１８とが接触しない状態で第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせがなされ、図１８は位置合わせが完了した状態である。第２の設計指針は、「第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせが行われ始める瞬間において、第１のシール材１１８が変形していない」条件（ポイント１）と「第１のシール材１１８が第２のシール材１１９と同時、あるいは第２のシール材１１９よりも先につぶれる」条件（ポイント１）を満たすものとして定義できる。

図１８に示した第１の構成例にかかる試料ホルダ１０１の場合、以下に示す（式３）及び（式４）の関係を満たせばよい。ガイドの深さａ、第１のシール面間距離ｂ、第２のシール面間距離ｃは図３で定義したものであり、さらに蓋部材１１１から第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４までの距離ｄ（この場合、第１のチップ１０５の厚さ＋固定シール材１１０の厚さに等しい）を定義する。
ガイドの深さａ＋距離ｄ＞第２のシール面間距離ｃ＋第１のシール材１１８の厚さ・・・（式３）
（式３）が満たされることにより、第１のチップ１０５はガイド１１６にはめ込まれた状態になることが保証される。
ＡＢＳ（第１のシール面間距離ｂ－第２のシール面間距離ｃ）≦第１のシール材１１８の厚さ・・・（式４）
（式４）が満たされることにより、蓋部材１１１の上部シール面２０５と第１のシール材１１８とが接触したときに、第１のチップ１０５の絶縁性薄膜１０４と第２のチップ１０７の絶縁性薄膜１０６とは接触していないことが保証される。

この場合も（式３）を満たすことが求められるか否かは、試料ホルダの構造に依存する。例えば、第３の構成例等に例示したような部材用ガイドによってチップ間の位置合わせが精度よく行われる場合には、（式３）は満たされなくともよい。

第２の設計指針に従った試料ホルダの効果は以下である。第１の設計指針に従った試料ホルダでは、第１の部材１０２を第２の部材１０３に載置して手を離すと、第１の部材１０２の全自重がかかって液状試料がつぶされる。これに対して、第２の設計指針に従った試料ホルダでは、第１のシール材１１８がクッションとなり、第１のシール材１１８及び第２のシール材１１９をつぶしながら第１の部材１０２を押し下げることで、液状試料をつぶす速度を比較的ゆっくりと、かつ均一に行うことが可能となる。第１の設計指針と第２の設計指針とは、液体試料の漏れ出しによる短絡リスクと液体試料の試料ホルダへの導入方法による試料への影響とを踏まえて、選択すればよい。

液状試料を挟み込む絶縁性薄膜同士の隙間の間隔が厚すぎる場合、電極により検知される信号強度が低下する。絶縁性薄膜同士の間隔は、溶液もしくはゲル材中に存在する観察対象より若干厚い程度の間隔に保たれることが好ましい。そこで、実施例２に係る試料ホルダは、第１のシール材１１８および第２のシール材１１９によって形成される第１の空間１２０及び／または第２の空間１２１の圧力を調整することで、絶縁性膜同士の間隔を調整するための機構を備えている。

図１０Ａ～Ｂに、実施例１（第７の構成例）の試料ホルダに、電子顕微鏡観察のための高真空条件で第１の空間１２０の圧力を減圧する機構を設けた試料ホルダ９０１（第８の構成例）を示す。第１の空間１２０は絶縁性薄膜同士で挟み込まれた試料が載置される空間である。図１０Ａは、試料ホルダ９０１が大気圧雰囲気中に配置されたときの状態を示し、図１０Ｂは、高真空雰囲気中に配置されたときの状態を示す。試料ホルダ９０１は、外雰囲気と第１の空間１２０とをつなぐガス道９１０、およびガス道９１０と外雰囲気との境界に設けられ、伸縮性を有する減圧膜９１１を備えている。減圧膜９１１は、図１０Ｂに示すように、高真空条件下で外側に膨らむことによって第１の空間１２０は大気圧雰囲気中に配置された状態と比較して減圧される。一方、第２のシール材１１９によってシールされた第２の空間１２１は減圧されることなく大気圧のままである。すなわち、相対的に第２の空間１２１は第１の空間１２０と比較して高圧となる。その結果、第２のチップ１０７の信号伝達用のウィンドウ１２４における絶縁性薄膜、および第１のチップ１０５の電子線照射用ウィンドウ１２３における絶縁性薄膜及び導電性薄膜は電極１０８側から押される形となり、液状試料１１５を挟み込んだ電子線照射用のウィンドウ１２３と信号伝達用ウィンドウ１２４の間隔を薄く保つことが可能となる。

減圧膜９１１は、母材１２７にあらかじめ設けられていてもよく、第１の部材１０２と第２の部材１０３とが組み合わせて電子顕微鏡観察が可能となった状態とした後に設けてもよい。第１の部材１０２と第２の部材１０３とが組み合わせられた状態で減圧膜９１１を配置する場合、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを組み合わせる過程において、第１の空間１２０は外雰囲気に開放された状態を維持することができる。外雰囲気とつながったガス道を有しない場合、第１の部材１０２を第２の部材１０３に押し付けることにより、第１のシール材１１８がつぶされ、その分の第１の空間１２０の体積が減少し、第１の空間１２０が大気圧以上に加圧されるおそれがある。外雰囲気に開放されたガス道を有することにより、第１の空間１２０が過度に加圧されることを抑制することができる。

図１１Ａ～Ｃに、実施例１（第７の構成例）の試料ホルダに、電子顕微鏡観察のための高真空条件において、第２の空間１２１の圧力を加圧または減圧することで調整する機構を設けた試料ホルダ１００１（第９の構成例）を示す。図１１Ａは、試料ホルダ１００１が大気圧雰囲気中に配置されたときの状態を示し、図１１Ｂは、高真空雰囲気中に配置されたときの状態を示し、図１１Ｃは、高真空雰囲気中で第２の空間１２１の圧力を調整しているときの状態を示す。試料ホルダ１００１は、外雰囲気と第２の空間１２１とをつなぐガス道１０１０、およびガス道１０１０と外雰囲気との境界に設けられ、伸縮性を有する減圧膜１０１１およびガス圧調整機構１０１２を備えている。ガス圧調整機構１０１２は、減圧膜１０１１の膨らみ方を変化させることで第２の空間１２１の圧力を調整する。

減圧膜１０１１は、図１１Ｂに示すように、高真空条件下で外側に膨らむことによって、第２の空間１２１は大気圧雰囲気中に配置された状態と比較して減圧される。このため、第２のチップ１０７の信号伝達用ウィンドウ１２４における絶縁性薄膜は、第１の空間１２０と第２の空間１２１との圧力差により、また、第１のチップ１０５の電子線照射用ウィンドウ１２３における絶縁性薄膜及び導電性薄膜の積層膜は、外雰囲気と第１の空間１２０との圧力差により、それぞれ液状試料１１５から見て外側に膨らむ。そこで、図１１Ｃに示すように、ガス圧調整機構１０１２は棒状部材１０１３を矢印の方向に押し出し、減圧膜１０１１を第２の空間１２１側に押し上げる。棒状部材１０１３の押し出し量を変化させることで、第２の空間１２１の圧力を最初の大気圧から加圧した状態または、減圧した状態に調整することができる。ガス圧調整機構１０１２は適切に第２の空間１２１に加圧を行うことで、信号伝達用のウィンドウ１２４における絶縁性薄膜は電極１０８側から相対的に高いガス圧で押される形となり、液状試料１１５を挟み込んだ電子線照射用のウィンドウ１２３と信号伝達用ウィンドウ１２４の間隔を薄く保つことが可能となる。

ガス圧調整機構１０１２の一例としては、リニアアクチュエータがあげられる。ガス圧調整機構１０１２は、試料ホルダ１００１と一体に構成してもよいし、観察時に試料ホルダ１００１を搭載する電子顕微鏡側のホルダに設けてもよい。

また、ガス圧調整機構１０１２によるガス圧調整は、電子顕微鏡により取得される画像を確認しながら行ってもよい。画像を確認しながら、所望のコントラストが得られた状態で棒状部材１０１３の押し出しを停止する。第２の空間１２１を加圧するほど信号強度が強くなる一方、加圧しすぎると、チップの薄膜の破損リスクが高まるためである。

図１２に、実施例１（第７の構成例）の試料ホルダに、電子顕微鏡観察のための高真空条件において、第１の空間１２０の圧力を減圧する機構、および第２の空間１２１の圧力を加圧または減圧することで調整する機構を設けた試料ホルダ１１０１（第１０の構成例）を示す。図１２は、試料ホルダ１１０１が高真空雰囲気中に配置され、第２の空間１２１の圧力を調整しているときの状態を示す。試料ホルダ１１０１は、第２の空間１２１の圧力を調整するため、第２の空間１２１にヒーター１１１０を備える。ヒーター１１１０によって、第２の空間１２１のガス雰囲気を膨張させることにより、第２の空間１２１を加圧する。ヒーター１１１０により適切に第２の空間１２１に加圧を行うことで、信号伝達用のウィンドウ１２４における絶縁性薄膜１０６は電極１０８側から相対的に高いガス圧で押される形となり、液状試料１１５を挟み込んだ電子線照射用のウィンドウ１２３と信号伝達用ウィンドウ１２４の間隔を薄く保つことが可能となる。ヒーター１１１０によるガス圧調整も、電子顕微鏡により取得される画像を確認しながら行ってもよい。

図１３に、実施例１（第７の構成例）の試料ホルダに、電子顕微鏡観察のための高真空条件において、第１の空間１２０の圧力を減圧する機構を設けるとともに、外雰囲気と第２の空間１２１とをつなぐガス道１０１０及びシール膜１２１０を設けた試料ホルダ１２０１（第１１の構成例）を示す。図１３は、試料ホルダ１２０１が大気圧雰囲気中に配置されたときの状態を示す。

第１の空間１２０の圧力を減圧する機構は、第８の構成例と同様に、外雰囲気と第１の空間１２０とをつなぐガス道９１０および伸縮性を有する減圧膜９１１を有している。

一方、シール膜１２１０は、伸縮性を持っても持たなくてもよい。シール膜１２１０は、伸縮性を持つ場合、第９または第１０の構成例と同様にガス圧調整手段を設け、第２の空間１２１の圧力を調整可能としてもよい。いずれの場合であっても、高真空雰囲気中において、相対的に第２の空間１２１が第１の空間１２０と比較して高圧となることにより、液状試料１１５を挟み込んだ電子線照射用のウィンドウ１２３と信号伝達用ウィンドウ１２４の間隔を薄く保つことが可能となる。

なお、シール膜１２１０が伸縮性を持たない場合、第１の部材１０２と第２の部材１０３とが組み合わせて電子顕微鏡観察が可能となった状態で減圧膜９１１とシール膜１２１０とを配置することが好ましい。これによって、第２のシール材１１９がつぶれることで第２の空間１２１が過度に加圧されることを抑制することができる。

なお、第８～１１の構成例として、第７の構成例に相当する試料ホルダにガス圧調整機構を適用した例を示したが、実施例１として説明した他の構成例やその変形例に適用することも可能である。

図１０Ａ～Ｂに示した第８の構成例に係る試料ホルダにおいては、ガス道９１０と減圧膜９１１によって第１の空間１２０を減圧する機構を備えていた。これに対して、部品点数や作業工程を減らすため、第１のシール材１１８と第２のシール材１１９とを一体型とし、第１のシール材と第２のシール材を接続する膜を減圧膜９１１として利用することによって減圧機構を実現することもできる。

図１４Ａ～Ｃに、実施例１（第６の構成例）の試料ホルダに、電子顕微鏡観察のための高真空条件で第１の空間１２０の圧力を減圧する機構を設けた試料ホルダ１３０１（第１２の構成例）を示す。上述のように、試料ホルダ１３０１は、第１のシール材１１８と第２のシール材１１９とを一体型とした減圧膜機能付きシール材１３１０を用いている。図１４Ａは、試料ホルダ１３０１が大気圧雰囲気中に配置されたときの状態を示し、図１４Ｂは、高真空雰囲気中に配置されたときの状態を示している。また、図１４Ｃは、第２の部材１０３を電子線照射方向から見下ろした図である。ただし、図１４Ｃでは、構造を分かりやすく示すため、第２のチップ１０７は一部を切り欠いて表示しており、第２のチップ１０７の実際の形状は点線で示される矩形である。また、一体型の減圧膜機能付きシール材１３１０は省略している。

試料ホルダ１３０１の第２の部材１０３が備える減圧膜つきシール材１３１０は、第２の部材１０３に対して第１の部材１０２が固定された状態において、その第１のシール部１１８’および第２のシール部１１９’により、それぞれ第１の空間１２０および第２の空間１２１をシールする。また、第２の部材１０３は、第１のシール部１１８’と第２のシール部１１９’との間の減圧膜部９１１’直下に位置する第３の空間１３１１を有する。第３の空間１３１１は、ガス道９１０によって外雰囲気と接続されている。図１４Ｂに示すように、減圧膜部９１１’が高真空条件下で外側に膨らむことによって、第１の空間１２０は大気圧雰囲気中に配置された状態と比較して減圧される。これにより、相対的に第２の空間１２１は、第１の空間１２０と比較して高圧となる。その結果、第２のチップ１０７の信号伝達用のウィンドウ１２４における絶縁性薄膜、および第１のチップ１０５の電子線照射用ウィンドウ１２３における絶縁性薄膜及び導電性薄膜は電極１０８側から押される形となり、液状試料１１５を挟み込んだ電子線照射用のウィンドウ１２３と信号伝達用ウィンドウ１２４の間隔を薄く保つことが可能となる。

図１５に減圧膜つきシール材１３１０の形状（模式図）を示す。最上段に図１４Ｃに示すＡ－Ａにおける断面図を示し、その下に当該断面図におけるＣ－Ｃ，Ｄ－Ｄ，Ｅ－Ｅ，Ｆ－Ｆにおける平面図を示している。減圧膜機能付きシール材１３１０は、Ｏリング状の第１のシール部１１８’とＯリング状の第２のシール部１１９’とを有するとともに、両者が減圧膜部９１１’によって接続された形状となっている。減圧膜部９１１’は第２の部材１０３の母材１２７に設けられるガイド１１６に沿って配置されるガイド部１１６’が設けられている。図１４Ａに示されるように、ガイド部１１６’を用いて第１のチップ１０５および第２のチップ１０７の位置合わせが行われる。

なお、第１２の構成例として、第６の構成例に相当する試料ホルダに減圧膜つきシール材を適用した例を示したが、実施例１として説明した他の構成例やその変形例に適用することも可能である。また、減圧膜機能付きシール材１３１０は減圧膜機能を使用せず、第１のシール材と第２のシール材とを一体化したシール材として利用することも可能である。

図１６Ａ～Ｃに、実施例１（第６の構成例）の試料ホルダに、電子顕微鏡観察のための高真空条件で第１の空間１２０の圧力を減圧する機構を設けた試料ホルダ１４０１を示す（第１３の構成例）。図１６Ａは、第１の部材１０２が第２の部材１０３に固定された状態で大気圧雰囲気中に配置された状態を示し、図１６Ｂは、第１の部材１０２が第２の部材１０３に固定された状態で高真空雰囲気中に配置された状態を示す。また、図１６Ｃは、第２の部材１０３を電子線照射方向から見下ろした図である。ただし、図１６Ｃでは、構造を分かりやすく示すため、第２のチップ１０７は一部を切り欠いて表示しており、第２のチップ１０７の実際の形状は点線で示される矩形である。なお、図１６Ａ～Ｂは、図１６Ｃに示すＡ－Ａにおける断面図である。

試料ホルダ１４０１の第２の部材１０３は、第２のシール材として減圧膜機能付きシート状シール材１４０２を備える。減圧膜機能付きシート状シール材１４０２としては、両面に均一面を持つＳｉ系接着材シート１５０によりＳｉゴムシート１４０を挟んだ構造を有する両面テープを用いることができる。試料ホルダ１４０１の第２の部材１０３は、第２のチップ１０７の４つの角を用いて第２のチップ１０７を第２の部材１０３に対して位置合わせするためのガイド１１６を備える。ガイド１１６は、実施例１（第６の構成例）と同様に、第１の部材１０２と第２の部材１０３とを固定する際に、第１のチップ１０５と第２のチップ１０７との位置合わせにも用いられる。

第２の部材１０３は第２の底部シール面２００の一部に、第３の空間１３１１を備える。第３の空間１３１１は、ガス道９１０によって外部雰囲気と接続されている。

図１７に減圧膜機能付きシート状シール材１４０２の形状（模式図）を示す。減圧膜機能付きシート状シール材１４０２は、図１７に示すように、ガイド１１６と干渉せずに、第２の底部シール面２００に接着される。図には、接着時のガイド１１６の位置を点線で示している。また、減圧膜機能付きシート状シール材１４０２は、電極１０８との接触を避けるための電極用中心穴１４０３を備えている。

第２のチップ１０７は、ガイド１１６によって電極１０８の中心に対して中心が一致するように位置合わせされた状態で減圧膜機能付きシート状シール材１４０２上に接着固定される。減圧膜機能付きシート状シール材１４０２は、第２のシール材としての機能を有し、第１の部材１０２と第２の部材１０３とが固定された状態において、第２の空間１２１を第１の空間１２０から気密シールする。また、減圧膜機能付きシート状シール材１４０２は、第３の空間１３１１と第１の空間１２０を隔離し、第１の空間１２０を電子線照射のために高真空雰囲気に保たれた外環境から気密シールする。

図１６Ｂに示すように、試料ホルダ１４０１が高真空条件下に置かれると、減圧膜機能付きシート状シール材１４０２は直下に第３の空間１３１１がある部位において、高真空雰囲気側に膨らむ。これによって第１の空間１２０は大気圧雰囲気中に配置された状態と比較して減圧される。これにより、相対的に第２の空間１２１は、第１の空間１２０と比較して高圧となる。その結果、第２のチップ１０７の信号伝達用のウィンドウ１２４における絶縁性薄膜、および第１のチップ１０５の電子線照射用ウィンドウ１２３における絶縁性薄膜及び導電性薄膜は電極１０８側から押される形となり、液状試料１１５を挟み込んだ電子線照射用のウィンドウ１２３と信号伝達用ウィンドウ１２４の間隔を薄く保つことが可能となる。

なお、第１３の構成例として、第６の構成例に相当する試料ホルダに減圧膜つきシール材を適用した例を示したが、実施例１として説明した他の構成例やその変形例に適用することも可能である。

図１９に、荷電粒子線装置の構成図を示す。筐体２０１０は、観察対象である試料に対して電子線を照射する電子光学系が内蔵されるカラム２６１０と試料が載置される試料室２６００とを含む。電子光学系は、電子銃２０１１と、電子銃２０１１から放出された電子線２０１２を集束し、試料に向けて照射するコンデンサレンズ２０６０及び対物レンズ２０６２、電子線２０１２の非点収差を補正する非点収差補正器２０６１、電子線２０１２を試料上で２次元的に走査する偏向器２０１３を含む。試料室２６００には試料から発生する電子信号を検出する検出器２０１７、筐体２０１０内部を真空に保つための真空排気系２０００を備える。試料室２６００には、３次元的に移動可能なステージ２０６４が設けられている。ステージ２０６４には、実施例１または実施例２として説明した試料ホルダの母材１２７および電極１０８が組み込まれている。

主制御部２０１４は表示部２０１６が接続されたコンピュータ２０１５に接続されている。コンピュータ２０１５及び表示部２０１６上のユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を用いて、ユーザーは走査電子顕微鏡を操作する。コンピュータ２０１５はユーザーがＧＵＩを用いて入力した命令を主制御部２０１４に伝達し、主制御部２０１４はその命令にしたがって走査電子顕微鏡の電子光学系、真空排気系２０００、ステージ２０６４および図示しないその他構成部を制御する。さらに、コンピュータ２０１５は主制御部２０１４が受け取った検出器２０１７または電極１０８からの信号データを受け取り、表示部２０１６へ画像として表示する。

ユーザーは、ステージ２０６４に組み込まれた母材１２７に第１のシール材１１８、第２のシール材１１９、第２のチップ１０７を載置し、液状試料１１５を滴下した後に第１の部材１０２を固定して観察を行う。

または、ステージ２０６４に、実施例１または実施例２として説明した試料ホルダの電極１０８を組み込むようにしてもよい（この場合の荷電粒子線装置は、図１９に示す荷電粒子線装置から母材１２７を除いたものに相当する）。ユーザーは、電極１０８に母材１２７を載置して図１９に示す状態とし、その後同様に試料の観察を行う。

１０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１，１２０１，１３０１，１４０１：試料ホルダ、１０２：第１の部材、１０３：第２の部材、１０４：絶縁性薄膜、１０５：第１のチップ、１０６：絶縁性薄膜、１０７：第２のチップ、１０８：電極、１０９：導電性薄膜、１１０：固定シール材、１１１：蓋部材、１１２：電子線照射面、１１３：傾斜面、１１４：導電性ペースト、１１５：液状試料、１１６：ガイド、１１６’：ガイド部、１１７：ネジ、１１８：第１のシール材、１１８’：第１のシール部、１１９：第２のシール材、１１９’：第２のシール部、１２０：第１の空間、１２１：第２の空間、１２２：試料、１２３：電子線照射用ウィンドウ、１２４：信号伝達用ウィンドウ、１２５：ネジ蓋、１２５ａ：開口、１２６：ワッシャ、１２７：母材、１２８：貫通穴、１２９：ネジ穴、１３０：チップ逃げ、１４０：Ｓｉゴムシート、１５０：Ｓｉ系接着材シート、２００：第２の底部シール面、２０３：第１の底部シール面、２０４：第２のシール面間距離、２０５：上部シール面、３０２：液だまり、４０２：第１チップ用ガイド、４０３：第２チップ用ガイド、４０４：第２部材用ガイド、４０５：第１部材用ガイド、５１０：接着材、７０２：固定用フック、７０３：フック用そり、７０４：第１フック用ガイド、７０５：第２フック用ガイド、８１０，８１１：ネジ構造、９１０：ガス道、９１１：減圧膜、９１１’：減圧膜部、１０１０：ガス道、１０１１：減圧膜、１０１２：ガス圧調整機構、１０１３：棒状部材、１１１０：ヒーター、１２１０：シール膜、１３１０：減圧膜機能付きシール材、１３１１：第３の空間、１４０２：減圧膜機能付きシート状シール材、１４０３：電極用中心穴、２０００：真空排気系、２０１０：筐体、２０１１：電子銃、２０１２：電子線、２０１３：偏向器、２０１４：主制御部、２０１５：コンピュータ、２０１６：表示部、２０１７：検出器、２０６０：コンデンサレンズ、２０６１：非点収差補正器、２０６２：対物レンズ、２０６４：ステージ、２６００：試料室、２６１０：カラム。

Claims (31)

1. 液状またはゲル状の試料を保持する試料ホルダであって、
   開口部を有し、金属で構成された、もしくは少なくとも電子線照射面及び前記開口部の側面が金属膜で覆われた蓋部材と、導電性薄膜及び第１の絶縁性薄膜の積層膜が形成された第１のウィンドウを備え、前記導電性薄膜が前記蓋部材の前記開口部から露出するように前記蓋部材の前記電子線照射面と対向する面に保持された第１のチップとを有する第１の部材と、
   第１のシール材と、第２のシール材と、前記第１のシール材が配置される第１の底部シール面及び前記第２のシール材が配置される第２の底部シール面が形成された母材と、前記母材に配置された電極と、第２の絶縁性薄膜が形成された第２のウィンドウを備え、前記第２のウィンドウが前記電極と対向するように前記第２のシール材を介して前記第２の底部シール面上に保持される第２のチップとを有する第２の部材とを有し、
   前記第１のチップの前記導電性薄膜と前記蓋部材の金属とは電気的に導通されており、
   前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせたときの前記第１のチップの位置に応じて前記母材に設けられる、あるいは、前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせたときの前記第２のチップの位置に応じて前記蓋部材に設けられる対向チップ用ガイドを有し、
   前記第１の部材と前記第２の部材とが組み合わせられ、前記第１のシール材が前記第１の底部シール面及び前記蓋部材の上部シール面との間でつぶされることにより、前記第１のシール材より内部の領域は、前記第１のシール材の外部の領域から気密に保持される試料ホルダ。
2. 請求項１において、
   前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜とが面で接触するように前記第１の部材と前記第２の部材とを配置したとき、前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜との接触面は、前記対向チップ用ガイドが設けられた前記母材または前記蓋部材から前記対向チップ用ガイドの先端までの間に位置し、かつ前記母材の前記第１の底部シール面と前記蓋部材の前記上部シール面との間の距離は、前記第１のシール材の厚さよりも大きい試料ホルダ。
3. 請求項１において、
   前記第１のチップの前記第１のウィンドウの中心と前記第２のチップの前記第２のウィンドウの中心とを合わせ、かつ前記蓋部材の上部シール面と前記第１のシール材とが接するように前記第１の部材と前記第２の部材とを配置したときに、前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜とが接触しない高さを備えた試料ホルダ。
   
4. 請求項１において、
   前記第１のチップは、前記蓋部材に設けられた第１チップ用ガイドに保持されている試料ホルダ。
5. 請求項１において、
   前記母材は、前記第２の底部シール面を底面とする凹部を有し、前記対向チップ用ガイドは前記凹部の側壁である試料ホルダ。
6. 請求項１において、
   前記母材は、前記第２の底部シール面をその底面の一部とする凹部を有し、前記対向チップ用ガイドは、前記凹部において、前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせたときの前記第１のチップの辺に対向する位置に設けられる板状のガイドである試料ホルダ。
7. 請求項１において、
   フックと、
   前記フックとかみあわせるためのそりとを有し、
   前記第１の部材に、前記フック及び前記そりのいずれか一方を設け、前記第２の部材に前記フック及び前記そりのいずれか他方を設ける試料ホルダ。
8. 液状またはゲル状の試料を保持する試料ホルダであって、
   開口部を有し、金属で構成された、もしくは少なくとも電子線照射面及び前記開口部の側面が金属膜で覆われた蓋部材と、導電性薄膜及び第１の絶縁性薄膜の積層膜が形成された第１のウィンドウを備え、前記導電性薄膜が前記蓋部材の前記開口部から露出するように前記蓋部材の前記電子線照射面と対向する面に保持された第１のチップとを有する第１の部材と、
   第１のシール材と、第２のシール材と、前記第１のシール材が配置される第１の底部シール面及び前記第２のシール材が配置される第２の底部シール面が形成された母材と、前記母材に配置された電極と、第２の絶縁性薄膜が形成された第２のウィンドウを備え、前記第２のウィンドウが前記電極と対向するように前記第２のシール材を介して前記第２の底部シール面上に保持される第２のチップとを有する第２の部材とを有し、
   前記第１のチップの前記導電性薄膜と前記蓋部材の金属とは電気的に導通されており、
   前記母材には第１部材用ガイドが設けられ、前記蓋部材の前記電子線照射面と対向する面には第２部材用ガイドが設けられ、前記第１部材用ガイド及び前記第２部材用ガイドは、前記第１部材用ガイドと前記第２部材用ガイドとが接したときに前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜とが接しない高さを有しており、
   前記第１の部材と前記第２の部材とが組み合わせられ、前記第１のシール材が前記第１の底部シール面及び前記蓋部材の上部シール面との間でつぶされることにより、前記第１のシール材より内部の領域が、前記第１のシール材の外部の領域から気密に保持される試料ホルダ。
9. 請求項８において、
   前記母材には、前記第２のチップの位置に応じた第２チップ用ガイドが設けられており、
   前記第２チップ用ガイドの先端は、前記第２のチップの前記第２の絶縁性薄膜よりも下方に位置する試料ホルダ。
10. 請求項９において、
    前記母材は、前記第２の底部シール面をその底面の一部とする凹部を有し、前記第２チップ用ガイドは、前記凹部において、前記第２のチップの辺に対向する位置に設けられる板状のガイドである試料ホルダ。
11. 請求項１０において、
    前記第１部材用ガイドは前記凹部の側壁であり、前記第２部材用ガイドは、前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせたときの前記凹部の側壁に応じた位置に設けられる板状のガイドである試料ホルダ。
12. 請求項８において、
    前記第１のチップは、前記蓋部材に設けられた第１チップ用ガイドに保持されている試料ホルダ。
13. 請求項８において、
    前記第１のチップにおける前記第１の絶縁性薄膜が形成された面の面積は、前記第２のチップにおける前記第２の絶縁性薄膜が形成された面の面積とは異なる試料ホルダ。
14. 請求項８において、
    フックと、
    前記フックとかみあわせるためのそりとを有し、
    前記第１の部材に、前記フック及び前記そりのいずれか一方を設け、前記第２の部材に前記フック及び前記そりのいずれか他方を設ける試料ホルダ。
15. 液状またはゲル状の試料を保持する試料ホルダであって、
    開口部を有し、金属で構成された、もしくは少なくとも電子線照射面及び前記開口部の側面が金属膜で覆われた蓋部材と、導電性薄膜及び第１の絶縁性薄膜の積層膜が形成された第１のウィンドウを備え、前記導電性薄膜が前記蓋部材の前記開口部から露出するように前記蓋部材の前記電子線照射面と対向する面に保持された第１のチップとを有する第１の部材と、
    第１のシール材と、第２のシール材と、前記第１のシール材が配置される第１の底部シール面及び前記第２のシール材が配置される第２の底部シール面が形成された母材と、前記母材に配置された電極と、第２の絶縁性薄膜が形成された第２のウィンドウを備え、前記第２のウィンドウが前記電極と対向するように前記第２のシール材を介して前記第２の底部シール面上に保持される第２のチップとを有する第２の部材とを有し、
    前記第１のチップの前記導電性薄膜と前記蓋部材の金属とは電気的に導通されており、
    前記蓋部材には、前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせたときの前記第２のチップの位置に応じた対向チップ用ガイドが設けられており、
    前記第１の部材と前記第２の部材とが組み合わせられ、前記第１のシール材が前記第１の底部シール面及び前記蓋部材の上部シール面との間でつぶされることにより、前記第１のシール材より内部の領域は、前記第１のシール材の外部の領域から気密に保持され、
    前記母材は外周部に第１のネジ構造を備えた円筒形状であり、前記蓋部材は前記電子線照射面と垂直方向に延長され、その内壁に前記第１のネジ構造とかみ合う第２のネジ構造を備えた周縁部を有しており、
    前記第１のネジ構造と前記第２のネジ構造とをかみ合わせることなく、前記第１の部材を前記第２の部材上に載せた状態において、前記対向チップ用ガイドの先端は前記第２のチップの前記第２の絶縁性薄膜よりも下方に位置する試料ホルダ。
16. 請求項１５において、
    前記第１のネジ構造と前記第２のネジ構造をかみ合わせて前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせるときに、前記蓋部材に対する前記母材の回転量を制限するロック機構を有する試料ホルダ。
17. 請求項１６において、
    前記母材は、前記第２の底部シール面をその底面の一部とする凹部を有し、前記凹部の側壁と前記対向チップ用ガイドとが干渉することにより、前記蓋部材に対する前記母材の回転量が制限される試料ホルダ。
18. 液状またはゲル状の試料を保持する試料ホルダであって、
    開口部を有し、金属で構成された、もしくは少なくとも電子線照射面及び前記開口部の側面が金属膜で覆われた蓋部材と、導電性薄膜及び第１の絶縁性薄膜の積層膜が形成された第１のウィンドウを備え、前記導電性薄膜が前記蓋部材の前記開口部から露出するように前記蓋部材の前記電子線照射面と対向する面に保持された第１のチップとを有する第１の部材と、
    第１のシール材と、第２のシール材と、前記第１のシール材が配置される第１の底部シール面及び前記第２のシール材が配置される第２の底部シール面が形成された母材と、前記母材に配置された電極と、第２の絶縁性薄膜が形成された第２のウィンドウを備え、前記第２のウィンドウが前記電極と対向するように前記第２のシール材を介して前記第２の底部シール面上に保持される第２のチップとを有する第２の部材とを有し、
    前記第１のチップの前記導電性薄膜と前記蓋部材の金属とは電気的に導通されており、
    前記母材には、前記第２のチップを配置するための第２チップ用ガイド及び第１部材用ガイドが設けられ、前記蓋部材の前記電子線照射面と対向する面には第２部材用ガイドが設けられ、前記第１部材用ガイド及び前記第２部材用ガイドは、前記第１部材用ガイドと前記第２部材用ガイドが接したときに前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜とが接しない高さを有しており、
    前記第１の部材と前記第２の部材とが組み合わせられ、前記第１のシール材が前記第１の底部シール面及び前記蓋部材の上部シール面との間でつぶされることにより、前記第１のシール材より内部の領域は、前記第１のシール材の外部の領域から気密に保持され、
    前記第１の部材と前記第２の部材とを組み合わせた状態において、前記第２チップ用ガイド、前記第１部材用ガイド及び前記第２部材用ガイドは同心円状をなす試料ホルダ。
19. 請求項１８において、
    前記母材は外周部に第１のネジ構造を備えた円筒形状であり、前記蓋部材は前記電子線照射面と垂直方向に延長され、その内壁に前記第１のネジ構造とかみ合う第２のネジ構造を備えた周縁部を有しており、
    前記第１のネジ構造と前記第２のネジ構造とをかみ合わせることにより、前記第１の部材と前記第２の部材とが組み合わせられる試料ホルダ。
20. 請求項１８において、
    電子線を通過させる開口を備えたネジ蓋を備え、
    前記母材は外周部に第１のネジ構造を備えた円筒形状であり、前記ネジ蓋は前記開口が設けられた面と垂直方向に延長され、その内壁に前記第１のネジ構造とかみ合う第２のネジ構造を備えた周縁部を有しており、
    前記第１の部材を前記ネジ蓋と前記第２の部材との間に配置し、前記第１のネジ構造と前記第２のネジ構造とをかみ合わせることにより、前記第１の部材と前記第２の部材とが組み合わせられる試料ホルダ。
21. 請求項２０において、
    前記ネジ蓋と前記第１の部材との間にディスク状のワッシャが配置された試料ホルダ。
22. 請求項１～１４記載のいずれか１項において、
    前記第１のシール材はＯリングであり、前記第２のシール材は、接着材シートによりＳｉゴムシートを挟んだ両面テープである試料ホルダ。
23. 請求項１～１４記載のいずれか１項において、
    前記第１のシール材と前記第２のシール材とは一体で構成されている試料ホルダ。
24. 請求項１～２１記載のいずれか１項において、
    前記第１のシール材及び前記第２のシール材はＯリングである試料ホルダ。
25. 請求項１～２１記載のいずれか１項において、
    前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜との間に挟み込まれた前記試料が載置される第１の空間を有し、
    前記母材は前記第１の空間につながるガス道と、前記ガス道と外雰囲気との境界に設けられる減圧膜とを有する試料ホルダ。
26. 請求項１～２１記載のいずれか１項において、
    前記第２のチップ、前記第２のシール材及び前記第２の底部シール面に囲まれた第２の空間を有し、
    前記母材は前記第２の空間につながるガス道と、前記ガス道と外雰囲気との境界に設けられる減圧膜を有する試料ホルダ。
27. 請求項２６において、
    前記減圧膜の膨らみを変化させることで、前記第２の空間の圧力が調整される試料ホルダ。
28. 請求項１～２１記載のいずれか１項において、
    前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜との間に挟み込まれた前記試料が載置される第１の空間と、
    前記第１のシール材として機能する第１のシール部と、前記第２のシール材として機能する第２のシール部と、前記第１のシール部と前記第２のシール部とをつなぐ減圧膜部とを備えた減圧膜つきシール材とを有し、
    前記母材は、前記第１の空間と前記減圧膜部によって隔てられた第３の空間と、前記第３の空間と外雰囲気とを接続するガス道とが設けられた試料ホルダ。
29. 請求項１～２１記載のいずれか１項において、
    前記第１の絶縁性薄膜と前記第２の絶縁性薄膜との間に挟み込まれた前記試料が載置される第１の空間と、
    前記第２のシール材として機能する減圧膜機能付シート状シール材とを有し、
    前記母材は、前記第１の空間と前記減圧膜機能付シート状シール材によって隔てられた第３の空間と、前記第３の空間と外雰囲気とを接続するガス道とが設けられた試料ホルダ。
30. 請求項２９において、
    前記減圧膜機能付シート状シール材は、接着材シートによりＳｉゴムシートを挟んだ両面テープである試料ホルダ。
31. 請求項１～２１記載のいずれか１項において、
    前記第２の部材の少なくとも一部が荷電粒子線装置のステージに組み込まれている試料ホルダ。

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