JPH10239259A - 試料温度制御可能な試料ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定試料を温度制御しながら、しかも被測定
試料をエンドレスに面内回転可能にするとともに傾斜可
能にし、かつ構造を簡単にする。 【構成】冷媒タンク４が面内回転不能に設けられおり、
また試料ホルダ３に一体の熱伝達体５が冷媒タンク４と
摺接しながら、この冷媒タンク４に対して相対回転する
ように設けられている。面内回転伝達歯車８から面内回
転トルクが試料ホルダ面内回転歯車７を介して試料ホル
ダ３および熱伝達体５に伝達され、試料ホルダ３および
熱伝達体５が面内回転する。冷媒導入チューブ６が冷媒
タンク４に接続されていても、試料ホルダ３と熱伝達体
５はエンドレスに面内回転をする。また、傾斜トルク付
与軸１２と面内回転トルク付与軸９とが同軸に設けら
れ、かつ被測定試料２の傾斜時に被測定試料２の面内回
転が生じないように被測定試料２がその傾斜動に連動し
て面内回転するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電子分光装置や
オージェ電子分光装置等の超高真空内で電子分光装置に
使用される、被測定試料を保持する試料ステージの技術
分野に属し、特に超高真空内で被測定試料を保持した状
態で所定温度に冷却、加熱することのできるようになっ
ている試料温度制御可能な試料ステージの技術分野に属
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超高真空内で試料にＸ線を照射し
たとき光電効果により試料から出てくる光電子のエネル
ギレベルを測定して試料の元素を分析する光電子分光装
置や超高真空内で試料に電子線を照射したとき試料から
出てくるオージェ電子のエネルギレベルを測定して試料
の元素を分析するオージェ電子分光装置においては、超
高真空内で試料を所定温度に冷却した状態で測定するこ
とが行われている。

【０００３】図２は、冷却状態にある試料を測定するに
あたって、この試料を冷却保持するための従来の冷却可
能な試料ステージの一例を模式的に示す図である。図
中、１は冷却可能な試料ステージ、２は測定される被測
定試料、３はこの被測定試料を保持するための試料ホル
ダ、４は試料ホルダ３に一体的に取り付けられ、下部に
窒素ガス等の冷媒が導入される冷媒タンク、５は冷媒タ
ンク４と一体に設けられこの冷媒タンク４内の冷媒の冷
熱を被測定試料２に伝達して被測定試料２を冷却する熱
伝達体、６は冷媒タンク４に冷媒を導入、排出するため
のステンレス製のスパイラルチューブ、７は試料ホルダ
３、冷媒タンク４、および熱伝達体５を一体に面内回転
（図２において上下方向軸回りの回転）させる試料ホル
ダ面内回転歯車、８は試料ホルダ面内回転歯車７に面内
回転トルクを伝達する面内回転伝達歯車、９は面内回転
伝達歯車８にφ方向の回転トルクを付与する回転トルク
付与軸、１０は試料ホルダ面内回転歯車７を面内回転可
能に支持するとともに面内回転トルク付与軸９を回転可
能に支持し、更に図示しない左右方向移動操作部材で左
右方向（Ｘ方向）に移動可能である試料ホルダサポート
である。

【０００４】試料ホルダ３と熱伝達体５と冷媒タンク４
とは一体に形成され、試料ホルダ面内回転歯車７から回
転トルクが伝達されるようになっている。また、冷媒タ
ンク４と熱伝達体５の大部分が、試料ホルダ３の筒状回
転軸３ａおよび試料ホルダ面内回転歯車７の筒状回転軸
７ａ内に配置されている。

【０００５】そして、電子分光装置内の冷却可能な試料
ステージ１に被測定試料２を保持し、電子分光装置内を
超高真空状態にするとともに、例えば液体窒素の中で所
定温度に冷却された窒素ガス等の冷媒を、スパイラルチ
ューブ６を通して冷媒タンク４に導入する。冷媒タンク
４内の冷媒の冷熱により熱伝達体５を介して被測定試料
２が所定温度に冷却される。この状態で、Ｘ線や電子線
を照射して、超高真空内で所定温度に冷却した状態で被
測定試料２から出てくる電子のエネルギレベルを測定す
ることにより、被測定試料２の元素が分析される。その
場合、被測定試料２におけるＸ線や電子線等の照射位
置、すなわち被測定試料２の測定点は、左右方向移動操
作部材による試料ホルダサポート１０のＸ方向の移動お
よび面内回転トルク付与軸９による試料ホルダ面内回転
歯車７の面内回転により変更、設定されるようになって
いる。すなわち、被測定試料２の光電子やオージェ電子
等の放出特性を方位角および極角による極座標に対して
測定している。

【０００６】冷媒を冷媒タンク４内に導入するための導
入管にスパイラルチューブ６を用いることにより、この
導入管をフレキシブルにして冷媒タンク４の面内回転に
対する自由度を持たせて、この面内回転を可能にしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の冷却
可能な試料ステージ１においては、スパイラルチューブ
６に基づく自由度により、被測定試料２を０〜１００度
位までは面内回転させることは可能であるが、冷媒タン
ク４にスパイラルチューブ６が接続されているため、こ
の被測定試料２をエンドレスに面内回転させることは不
可能となっている。したがって、この可能な範囲内の被
測定試料２の面内回転では、全極角および全方位角に対
して、光電子やオージェ電子等の放出分光特性の測定を
実施することは難しい。

【０００８】そこで、被測定試料２をエンドレスに面内
回転可能にして、被測定試料２のすべての測定点を簡単
にＸ線や電子線等の照射位置に設定できるようにするこ
とが望まれる。特に、大口径の被測定試料２の測定に対
しては、エンドレスの面内回転が有効となる。しかしな
がら、従来の冷却可能な試料ステージ１では、この要望
に応えることはできない。

【０００９】しかも、被測定試料２を図において左右方
向の軸回りに回転させてＴ方向に傾斜させることによ
り、Ｘ線や電子線等の照射角度を変更設定することも望
まれるが、このように被測定試料２をエンドレスに面内
回転可能にするとともに被測定試料２を傾斜させること
は更に難しく、そのうえ被測定試料をＸ方向に移動しよ
うとすると更に一層難しくなり、仮にできたとしても、
その動力伝達機構は複雑な構造とならざるを得ない。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、被測定試料を温度制御す
ることができるようにしながら、しかも被測定試料をエ
ンドレスに面内回転可能にするとともに水平面に対して
ほぼ鉛直となるまで傾斜可能にする簡単な構造の試料温
度制御可能な試料ステージを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、筒状の回転軸と有しかつ被測
定試料を保持する試料ホルダと、筒状の回転軸を有しか
つこの試料ホルダを面内回転させる試料ホルダ面内回転
歯車と、この試料ホルダ面内回転歯車に面内回転を伝達
する面内回転伝達機構と、前記試料ホルダ面内回転歯車
を面内回転可能に支持する試料ホルダサポートと、この
試料ホルダサポートを傾斜させる傾斜導入機構と、前記
試料ホルダの筒状の回転軸および試料ホルダ面内回転歯
車の筒状の回転軸の少なくとも一方の回転軸内に、面内
回転不能に配置された温度制御媒体が導入される温度制
御媒体タンクと、この温度制御媒体タンクに連結されか
つ前記温度制御媒体タンクに温度制御媒体を導入するた
めの温度制御媒体導入管と、前記試料ホルダと一体にま
たは一体的にかつ前記温度制御媒体タンクと摺接しなが
ら前記温度制御媒体タンクに対して相対回転可能に設け
られた熱伝達体とを備え、前記傾斜導入機構が、前記試
料ホルダサポートを傾斜させるための回転トルクをこの
試料ホルダサポートに導入するための筒状の傾斜導入軸
を有し、前記面内回転伝達機構が、前記筒状の傾斜導入
軸内に同軸状に配設され、前記試料ホルダ面内回転歯車
を面内回転させるための回転トルクをこの試料ホルダ面
内回転歯車に伝達するための面内回転トルク伝達軸を有
することを特徴としている。

【００１２】また請求項２の発明は、前記傾斜導入機構
により前記被測定試料が傾斜したとき、この被測定試料
の傾斜動に連動して、前記被測定試料の面内回転が生じ
ないようにこの被測定試料がその傾斜動に連動して面内
回転されることを特徴としている。

【００１３】更に請求項３の発明は、前記傾斜導入機構
が前記試料を面内で直線移動するための面内直線移動導
入機構でもあることを特徴としている。

【００１４】更に請求項４の発明は、温度制御媒体が冷
媒であるとともに、温度制御媒体タンクが冷媒タンクで
あり、この冷媒タンクに前記冷媒を導入することによ
り、前記試料を冷却した状態で測定することを特徴とし
ている。

【００１５】

【作用】このような構成をした本発明の試料温度制御可
能な試料ステージにおいては、温度制御媒体タンクが面
内回転不能となるとともに、試料ホルダに一体または一
体的な熱伝達体が温度制御媒体タンクと摺接しながら、
この温度制御媒体タンクに対して相対回転するようにな
る。したがって、温度制御媒体導入管が温度制御媒体タ
ンクに接続されていても、試料ホルダと熱伝達体とが制
限なく、エンドレスに面内回転をすることができるよう
になる。これにより、被測定試料を所定の温度に温度制
御した状態で任意の方位角が設定されるようになり、被
測定試料の任意の傾斜角に対して、全方位角に対する被
測定試料からの放出電子が角度に依存して測定されるよ
うになる。

【００１６】また、被測定試料を傾斜させる傾斜導入軸
と被測定試料を面内回転させる面内回転トルク伝達軸と
が同軸に設けられるようになる。これにより、被測定試
料を傾斜したときに発生する、被測定試料の面内回転ト
ルク伝達軸に対するねじれが防止されるようになる。

【００１７】更に、傾斜導入軸と面内回転トルク伝達軸
とが同軸に設けられ、かつ被測定試料の傾斜時に被測定
試料の面内回転が生じないように被測定試料がその傾斜
動に連動して面内回転するようになる。これにより、被
測定試料の傾斜にともなう面内回転が簡単にかつ自動的
に回避されるようになり、面内回転に対する面内回転伝
達機構が簡略化される。

【００１８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明にかかる試料温度制御可能な試料ステ
ージの実施の形態の一例で、試料を冷却する場合の例を
模式的に示す、図２と同様の図である。なお、図２に示
す冷却可能な試料ステージと同じ構成要素には同じ符号
を付すことにより、その詳細な説明は省略する。

【００１９】図１に示すように、この例の冷却可能な試
料ステージ１は、冷媒タンク４と熱伝達体５とが別体に
形成されているとともに、試料ホルダ３と熱伝達体５と
が一体に形成されている。また、冷媒タンク４は図示し
ない光電子分光装置の本体に固定されているとともに、
この冷媒タンク４の上面に、熱伝達体５がこの冷媒タン
ク４に対して相対回転可能に接触されている。その場
合、冷媒タンク４の上面および熱伝達体５の下面の少な
くとも一方は、熱良導体と滑り性を備えた物質によりコ
ーティングされている。そして、試料ホルダ面内回転歯
車７の回転は試料ホルダ３に伝えられるようになってお
り、したがって、試料ホルダ３と一体に形成された熱伝
達体５は試料ホルダ３と一緒に回転するが、冷媒タンク
４は回転しない。このとき、熱伝達体５は試料ホルダ３
の上面と接触を保ちかつこの上面に対して滑りながら回
転するようになっている。

【００２０】更に、この例の試料ステージ１において
は、試料ホルダサポート１０をＴ方向に傾動させる傾斜
導入機構１１が設けられている。この傾斜導入機構１１
は、筒状の傾斜トルク付与軸１２からなっているととも
に、この傾斜トルク付与軸１２の一端は試料ホルダサポ
ート１０に連結されている。傾斜トルク付与軸１２は電
子分光装置の真空隔壁１３を貫通して大気外に延出して
いる。この傾斜トルク付与軸１２はＸ方向に移動可能と
されており、したがって、傾斜トルク付与軸１２をＸ方
向に移動することにより、試料ホルダサポート１０をＸ
方向に移動させることができるようになっている。

【００２１】更に、面内回転トルク付与軸９がこの傾斜
トルク付与軸１２内を貫通して大気外に延出しており、
その場合、面内回転トルク付与軸９は、傾斜トルク付与
軸１２の内孔内にベアリング１４,１５を介して面内回
転トルク付与軸９と同軸でかつ互いに相対回転可能に支
持されている。また、面内回転トルク付与軸９がこの傾
斜トルク付与軸１２内を貫通して大気外に延出してお
り、このとき面内回転トルク付与軸９の外周面と傾斜ト
ルク付与軸１２の内周面との間がシール部材によって気
密にされている。したがって、傾斜トルク付与軸１２の
内孔を通って真空が大気側に漏れないようになってい
る。これらの面内回転トルク付与軸９および傾斜トルク
付与軸１２の各大気側端部は、図示しないがそれぞれ個
別のモータドライブ機構に連結されている。これらのモ
ータドライブ機構は、図示しないマイクロコンピュータ
に電気的に接続されており、したがってモータドライブ
機構はマイクロコンピュータによって駆動制御されて、
それぞれ面内回転トルク付与軸９および傾斜トルク付与
軸１２を回転するようになっている。

【００２２】ところで、傾斜トルク付与軸１２を回転さ
せて試料ホルダサポート１０すなわち被測定試料２を傾
斜させたとき、面内回転トルク付与軸９は回転しないの
で、試料ホルダ面内回転歯車７および面内回転伝達歯車
８が噛み合っていることから、試料ホルダ面内回転歯車
７は、両歯車７,８のギヤ比に応じた角度だけ面内回転
してしまうようになる。例えば両歯車７,８のギヤ比が
１に設定されている場合は、傾斜トルク付与軸１２の回
転角と同一角度だけ試料ホルダ面内回転歯車７が面内回
転してしまう。

【００２３】そこで、この例の試料ステージ１では、傾
斜トルク付与軸１２の回転による試料ホルダサポート１
０の傾斜時には、マイクロコンピュータによってモータ
ドライブ機構を駆動して面内回転トルク付与軸９を、前
述の被測定試料２の傾斜動作にともなう試料ホルダ面内
回転歯車７の回転が吸収されるように回転させるように
なっている。これにより、試料ホルダサポート１０の傾
斜時には、試料ホルダ面内回転歯車７の面内回転は何ら
行われなくなり、試料ホルダ面内回転歯車７はその面内
回転方向の初期位置に簡単に保持されるようになってい
る。

【００２４】このように構成されたこの例の試料ステー
ジ１の他の構成は、図２に示す従来の試料ステージ１と
同じである。

【００２５】このように構成されたこの例の試料ステー
ジ１においては、電子分光装置内の試料ステージ１に被
測定試料２を保持し、電子分光装置内を超高真空状態に
するとともに、窒素ガス等の冷媒を、冷媒導入チューブ
６を通して冷媒タンク４に導入する。冷媒タンク４内の
冷媒の冷熱により熱伝達体５を介して被測定試料２が所
定温度に冷却される。この状態で、Ｘ線や電子線等を照
射して、超高真空内で所定温度に冷却した状態で被測定
試料２から出てくる光電子やオージェ電子等の電子のエ
ネルギレベルを測定することにより、被測定試料２の元
素が分析される。その場合、被測定試料２におけるＸ線
や電子線等の照射位置、すなわち被測定試料２の測定点
は、傾斜トルク付与軸１２による試料ホルダサポート１
０のＸ方向の移動、面内回転トルク付与軸９のφ方向の
回転による試料ホルダ面内回転歯車７の面内回転によ
り、それぞれ変更、設定されるようになる。これによ
り、被測定試料２の光電子やオージェ電子等の放出特性
を全方位角および全極角による極座標に対して測定され
る。試料ホルダ面内回転歯車７の面内回転時には、冷媒
タンク４が試料ホルダ面内回転歯車７と分離しているの
で、冷媒タンク４が面内回転不能となっていても、試料
ホルダ面内回転歯車７の面内回転はこの冷媒タンク４に
よって妨害されることはない。

【００２６】一方、傾斜トルク付与軸１２のＴ方向の回
転により試料ホルダサポート１０を簡単に傾斜させるこ
とができるようになる。このとき、試料ホルダサポート
１０が傾斜しても、試料ホルダ面内回転歯車７は面内回
転はしなく、面内回転方向に対しては初期位置に保持さ
れる。

【００２７】この例の冷却可能な試料ステージ１によれ
ば、被測定試料２を制限なくエンドレスに面内回転をす
ることができるので、被測定試料２を温度制御した状態
で任意の方位角を設定することができるようになる。こ
れにより、被測定試料２の任意の傾斜角に対して、全方
位角に対する被測定試料２からの放出電子を角度に依存
して測定することができる。

【００２８】また、被測定試料２を傾斜させる傾斜トル
ク付与軸１２と被測定試料２を面内回転をさせる面内回
転トルク付与軸９とを同軸にするとともに、被測定試料
２の傾斜時に被測定試料２の面内回転が生じないように
被測定試料２をその傾斜動に連動して面内回転させてい
るので、被測定試料２の傾斜にともなう面内回転を簡単
にかつ自動的に回避することができる。これにより、面
内回転に対する面内回転伝達機構が簡略化される。

【００２９】更に、傾斜トルク付与軸１２と面内回転ト
ルク付与軸９とを同軸にすることにより、被測定試料２
を傾斜したときに発生する、被測定試料２の面内回転伝
達機構である面内回転トルク付与軸９に対するねじれを
防止できる。

【００３０】なお、冷媒タンクに冷媒を導入しなく、被
測定試料２を常温で測定する場合あるいは冷媒タンクに
温熱媒を導入して、被測定試料２を加熱した状態で測定
する場合にも本発明を適用することができ、同様に常温
あるいは加熱状態で被測定試料２の光電子やオージェ電
子等の放出特性を全方位角および全極角による極座標に
対して測定することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の試料温度制御可能な試料ステージによれば、温度制御
媒体タンクを面内回転不能とし、試料ホルダと一体に回
転する熱伝達体を温度制御媒体タンクと摺接しながら、
この温度制御媒体タンクに対して相対回転するようにし
ているので、試料ホルダと熱伝達体とをエンドレスに面
内回転をさせることができる。これにより、被測定試料
を所定の温度に温度制御した状態で任意の方位角を設定
することができ、被測定試料の任意の傾斜角に対して、
全方位角に対する被測定試料からの放出電子を角度に依
存して測定することができる。

【００３２】また、被測定試料を傾斜させる傾斜導入軸
と被測定試料を面内回転させる面内回転トルク伝達軸と
を同軸に設けているので、被測定試料を傾斜したときに
発生する、被測定試料の面内回転トルク伝達軸に対する
ねじれを防止できる。

【００３３】更に、傾斜導入軸と面内回転トルク伝達軸
とが同軸に設けられ、かつ被測定試料の傾斜時に被測定
試料の面内回転が生じないように被測定試料がその傾斜
動に連動して面内回転するようにしているので、被測定
試料の傾斜にともなう面内回転を簡単にかつ自動的に回
避することができ、面内回転伝達機構を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる試料温度制御可能な試料ステ
ージの実施の形態の一例で、試料を冷却する場合の例を
模式的に示す図である。

【図２】 従来の冷却用試料ステージの一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…冷却可能な試料ステージ、２…被測定試料、３…試
料ホルダ、４…冷媒タンク、５…熱伝達体、６…スパイ
ラルチューブ、７…試料ホルダ面内回転歯車、８…面内
回転伝達歯車、９…回転トルク付与軸、１０…試料ホル
ダサポート、１１…傾斜導入機構、１２…傾斜トルク付
与軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の回転軸と有しかつ被測定試料を保
   持する試料ホルダと、筒状の回転軸を有しかつこの試料
   ホルダを面内回転させる試料ホルダ面内回転歯車と、こ
   の試料ホルダ面内回転歯車に面内回転を伝達する面内回
   転伝達機構と、前記試料ホルダ面内回転歯車を面内回転
   可能に支持する試料ホルダサポートと、この試料ホルダ
   サポートを傾斜させる傾斜導入機構と、前記試料ホルダ
   の筒状の回転軸および試料ホルダ面内回転歯車の筒状の
   回転軸の少なくとも一方の回転軸内に、面内回転不能に
   配置された温度制御媒体が導入される温度制御媒体タン
   クと、この温度制御媒体タンクに連結されかつ前記温度
   制御媒体タンクに温度制御媒体を導入するための温度制
   御媒体導入管と、前記試料ホルダと一体にまたは一体的
   にかつ前記温度制御媒体タンクと摺接しながら前記温度
   制御媒体タンクに対して相対回転可能に設けられた熱伝
   達体とを備え、 前記傾斜導入機構は、前記試料ホルダサポートを傾斜さ
   せるための回転トルクをこの試料ホルダサポートに導入
   するための筒状の傾斜導入軸を有し、前記面内回転伝達
   機構は、前記筒状の傾斜導入軸内に同軸状に配設され、
   前記試料ホルダ面内回転歯車を面内回転させるための回
   転トルクをこの試料ホルダ面内回転歯車に伝達するため
   の面内回転トルク伝達軸を有することを特徴とする試料
   温度制御可能な試料ステージ。
2. 【請求項２】 前記傾斜導入機構により前記被測定試料
   が傾斜したとき、この被測定試料の傾斜動に連動して、
   前記被測定試料の面内回転が生じないようにこの被測定
   試料がその傾斜動に連動して面内回転されることを特徴
   とする請求項１記載の試料温度制御可能な試料ステー
   ジ。
3. 【請求項３】 前記傾斜導入機構は前記試料を面内で直
   線移動するための面内直線移動導入機構でもあることを
   特徴とする請求項１または２記載の試料温度制御可能な
   試料ステージ。
4. 【請求項４】 温度制御媒体は冷媒であるとともに、温
   度制御媒体タンクは冷媒タンクであり、この冷媒タンク
   に前記冷媒を導入することにより、前記試料を冷却した
   状態で測定することを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれか１記載の試料温度制御可能な試料ステージ。