JP2008032715A - 試料を搬送するための搬送機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は第1ホルダ(40)内の第1位置から第2ホルダ(10)内の第2位置へ、及び/又はその逆へ試料(2)を搬送する搬送機構に関する。
【解決手段】 各ホルダ(10,40)は脱着可能な状態で試料を保持するように備えられ、ホルダ間での試料の搬送は、第2位置とは異なる搬送位置で行われる。試料がホルダ(10,40)間を搬送されるとき、機械的案内機構は、第2位置での相互精度よりも高い相互精度でホルダを位置設定し、かつ試料が第2位置にあるときには、ホルダ(10,40)のうちの少なくとも1は位置設定されない。
機械的案内機構は追加部分(50)を有して良い。
ホルダ(40)のうちの少なくとも1は多数の試料を保持するように備えられて良い。
【選択図】 図4

Description

本発明は第1ホルダ内の第1位置から第2ホルダ内の第2位置へ、及び/又はその逆へ試料を搬送する搬送機構であって、各ホルダ(10,40)は脱着可能な状態で試料を保持するように備えられ、かつホルダ間での試料の搬送が第2位置とは異なる搬送位置で行われる、搬送機構に関する。

そのような搬送機構は非特許文献1から既知である。

そのような搬送機構は、たとえば粒子光学装置の一部として、又はそれと連結して用いられる。そのような粒子光学装置は、試料の検査及び/又は分析に用いられる。試料とはたとえば、ウエハ製造プロセス中にそのウエハから切り出された試料、又は生物学的細胞組織である。

既知の搬送機構は、透過型電子顕微鏡(TEM)と連結して機能する。その搬送機構により、TEMへの試料の搬入及び搬出を自動的に行うことが可能となる。

当業者にとっては既知であるように、TEM内で検査される試料は、極端に薄くなければならない。典型的には100nm未満の薄さで、より好適には50nm未満の薄さが用いられる。そのような薄い試料を取り扱うには、その試料は大抵の場合、たとえば該試料を支えるメッシュを有する試料キャリア上にマウントされている。もっとも広く用いられている試料キャリアは、3mmの直径及び約10μmから約25μmの厚さを有する。明らかにこれらの試料キャリアは非常に壊れやすい。

既知の搬送機構は、グリッドトレイ作業場所(workstation)及びつかみ具が備えられたロボットアームを有する。

ロボットアームは、665mmの到達範囲及び±20μmの位置設定の再現性を有する、6軸の関節を有するアームである。ロボットアームには、マルチフォース/マルチトルクセンサがマウントされ、その上にはグリッドつかみ具がマウントされている。

グリッドトレイ作業場所はグリッドトレイを受け入れ、前記トレイは、凹みで保持される試料キャリアを最大で96個有する。トレイは、登録穴(registration hole)を用いることによって厳密に位置設定される。

既知の搬送機構は、TEM用の試料ホルダを受け入れる試料ホルダ作業場所をさらに有する。試料ホルダ上のピンは、試料ホルダ作業場所内で試料ホルダを厳密に登録する。エアバイスは試料ホルダを正しい位置にしっかりと保持する。

試料ホルダは、切り出した試料ホルダ中のグリッドを受け入れ、かつバネを具備したレバーでそのグリッドを保持する型である。試料ホルダ作業場所は、レバーを操作する装備を有する。

既知の搬送システムの操作は、グリッドつかみ具をグリッドトレイ中の特定グリッドの位置に設定する手順、そのグリッドをつかむ手順、そのグリッドを試料ホルダへ搬送する手順、及びその試料ホルダの切り出し部分内にあるグリッドを挿入する手順、を有する。グリッドつかみ具がグリッドをつかみ上げることを可能にするためには、つかみ具はグリッドに対して確実に位置設定されなければならない。なぜなら、グリッドは非常に壊れやすく、かつ位置合わせされていない位置でグリッドをつかむ結果、グリッドは容易に損傷を受けると思われるからである。これゆえに、ロボットの位置に関する再現性は、±20μmもの高さを有する。

既知の搬送機構はまた、試料ホルダをTEM内に搬送する装備をも有する。

既知の搬送機構で用いられているような、たとえば到達距離が665mmでの20μmの位置精度は、たとえば30μradの角度精度に対応し、その値を得るには非常に洗練されかつ安定な案内機構が必要である、ということに留意すべきである。従って前述の精度及び到達距離を有するロボットを具備した搬送機構は非常に高価なものとなる。またそのような搬送機構は、これらの要求に起因して、かさばりかつ重くなる。かさばりかつ重くなるため、この搬送機構はたとえばTEM上でのマウントに適さなくなる。従って既知の搬送機構はTEMと分離してマウントされている。しかしこれは、搬送機構とTEMとが接するときに別な問題を起こしてしまう。その理由は、それらの相対位置は明確ではないためである。
特開平8-55814号明細書 国際公開第03/107065号パンフレット ポッター(C.S.Potter)他、Journal of Structural Biology、第146巻、2004年、pp.431-440

本発明は、既知の搬送機構よりも小さく、軽くかつ高価でない搬送機構の提供を目的とする。

この目的のため、試料がホルダ間で搬送されるときには、機械的案内機構は第2位置での相互の精度(mutual accuracy)よりも高い相互の精度でホルダを位置設定し、かつ試料が第2位置にあるときには、前記機械的案内機構はホルダのうちの少なくとも1の位置設定をしない、ことが本発明の特徴である。

本発明は、搬送中に2つのホルダは同時に試料と接するという知見に基づいている。試料は壊れやすいため、ホルダ間の位置精度は高くなければならない。しかし試料が一のホルダのみに接して良いときには高い位置精度を維持する必要はない。

たとえば20μmの精度（この値は既知の搬送機構で実現される値である。）で一の特定位置に2つのホルダを位置設定することは、2つのホルダが押し進められて一緒になったときに案内機構を形成する、小型で軽い機械的案内機構によって比較的容易に実現される。小型で軽い機械的案内機構とはたとえば、協調部分を備えた2つのホルダである。

本発明に従った搬送機構に係る実施例では、機械的案内機構は、ホルダ形状の協調によって形成される。

たとえば案内機構を形成し、かつ2つのホルダが押し進められて一緒になるときにその2つのホルダを案内する協調部分を2つのホルダに備えることによって、単純でかつ信頼性の高い機械的案内機構が形成される。

本発明に従った搬送機構に係る別な実施例では、機械的案内機構は2つのホルダと別個の部品との協調によって形成され、かつ前記部品は、試料が搬送されるときに、両方のホルダによって着脱可能な状態で接している。

この実施例では、2つのホルダは別個の部品と協調する。ホルダが部品から離れるように押されるときには、この別個の部品はそのホルダを案内できるが、その別個の部品が特定位置にホルダを固定しても良い。その後試料は搬送されて良い。

別な利点は、搬送中において、別個の部品がたとえばカメラのような装置に対して位置設定されているとき、その装置に対するホルダの位置もまた明確なため、たとえば搬送の監視が可能となることである。

本発明に従った搬送機構に係るさらに別な実施例では、少なくとも1つのホルダは、多数の試料を保持するように備えられている。

ホルダのうちの1つが多数の試料を保持するように備えられているとき、この多数の試料は、たとえばTEM内での自動検査によって、自動的に処理されて良い。

本発明に従った搬送機構に係るさらに別な実施例では、搬送機構は真空環境で動作するように備えられている。

本発明に従った搬送機構に係るまたさらに別な実施例では、試料搬送中におけるホルダの相互精度は、如何なる方向についても50μm未満でなければならない。

ここで本発明を図によって明らかにする。図中の対応する参照番号は対応する部位を示す。

図1は、本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、ホルダの幾何学的形状は機械的案内システムを形成する。

試料1は当業者に既知である方法によってTEM用試料グリッド2上にマウントされている。

第1ホルダ10は端部12を有する心棒11を有する。端部12にはつかみ具13が備えられている。そのようなつかみ具は市販されている。たとえばザイベックス社(Zyvex Corporation)から販売されているザイベックスナノエフェクタ（商標）マイクログリッパモデルBBシリーズがそうである。ホルダ10には、2つの端部15^a及び15^bがさらに備えられている。これらの端部は凸面16^a及び16^bを示す。

同様に第2ホルダ20は、端部22を有する心棒21を有する。端部22にはつかみ具23が備えられている。第2ホルダ20には、2つの端部25^a及び25^bがさらに備えられている。これらの端部は凹面26^a及び26^bを示す。これらの凹面は、端部15^a及び15^bの凸面16^a及び16^bと協調することが意図されている。

2つのホルダ10及び20を互いに近づけるように変動させるとき、端部15^a及び25^aの2つの協調する表面16^a及び26^a並びに端部15^b及び25^bの2つの協調する表面16^b及び26^bは、心棒11及び21と整合するので、部位15^a,15^b,25^a及び25^bが存在しないときよりも、はるかに高い精度で、つかみ具13とつかみ具23との相対位置を設定する。

試料キャリアがつかみ具13によって固定され、かつ、つかみ具23が開いていると仮定すると（図示されているように）、実現される高い位置精度により、他のつかみ具23が試料キャリアに触れないことが保証される。ここで試料キャリア2及び試料1は、つかみ具23を閉じてつかみ具13を開くことによって、つかみ具13から他のつかみ具23へ搬送されて良い。続いて第2ホルダ20は別な位置へ引っ込められることで、試料を第1位置から第2位置へ搬送して良い。

本発明に従った搬送機構が適切に機能するには、心棒同士の位置設定が可能となるように、少なくとも1の心棒が、ある程度の遊びを示さなければならないことに留意すべきである。

さらに、先述のモデルすなわち型以外のつかみ具が用いられても良いことに留意すべきである。たとえば圧電効果、静電力又は磁力に基づいたつかみ具は、たとえば電気モータによる機械的動作に基づいたつかみ具同様に、機能することが知られている。

たとえこの実施例が、TEMでの検査が可能である、TEM用グリッド上にマウントされている試料について論じているとしても、本発明は他の試料又は他の試料キャリアにも関すること、及び、搬送機構はまた、たとえば走査型電子顕微鏡(SEM)、集束イオンビーム装置(FIB)又はたとえばイオンビームと電子ビームの両方を用いる装置とも接続して良いことにも留意すべきである。また他の目的で搬送機構を用いる装置は上述の搬送機構と接続して良いし、又はその装置には上述の搬送機構が備えられていて良い。

図2は、本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、ホルダが別個の部品と協調することで機械的案内システムを形成する。

試料1は当業者に既知である方法によってTEM用試料グリッド2上にマウントされている。

別個の部品31は、内側表面32並びに終端面33^a及び33^bを示す。第1ホルダ10は端部12を有する心棒11を有する。端部12にはつかみ具13が備えられている。端部12の表面17^a及び17^bは、別個の部品31の内側表面32と協調するように形成される一方で、終端面18は、別個の部品31の終端面33^aと協調するように形成されている。

第2ホルダ20は端部22を有する心棒21を有する。端部22にはつかみ具23が備えられている。端部22の表面27^a及び27^bは、別個の部品31の内側表面32と協調するように形成されている一方で、終端面28は、別個の部品31の終端面33^bと協調するように形成されている。

2つのホルダ10及び20が互いに近づくように変動するとき、これらのホルダは最初に、別個の部品の内側表面と接する表面17^b及び27^bによって中心位置に設定される。その後、別個の部品31の内側表面32と接する表面17^a及び27^aも互いに2つのホルダと整合する。つかみ具間の距離は、相互が接している面18と表面33^aとの距離、及び面18と表面33^aとの距離に支配される。

別個の部品31は環状管の一部であって良いが、たとえば長方形の断面を有する管の一部であっても良いことに留意すべきである。後者の場合もまた、ホルダが有する、その共通軸に沿った回転自由度が規定される。

別個の部品31は装置の一部と接続して良く、搬送機構はその装置の一部であるが、ホルダ又はその装置に対するこの別個の部品の高さ位置についての要件は不要である、つまり表面17^b及び27^bが別個の部品に入ることができる限り、その後表面17^a及び27^aは内側表面32と接し、2つのホルダは搬送用の適切な位置に設けられる、ということにもさらに留意すべきである。また別個の部品31は一部分である必要がない、つまり、たとえば互いに可動である2つの部品であって、閉じたときに2つのホルダの周辺を固定するものとして備えられても良い、ことにも留意すべきである。

図3は、本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、試料は互いに垂直に変動する2の心棒間で搬送される。図3は、図2から導くことが可能であると思われる。ここで、ホルダ20が別個の部品31に挿入されるときにそのホルダの位置を支配する、終端面33^b及びそれと一致する内側表面32の一部を、ホルダ10の位置を支配する終端面33^a及びそれと一致する内側表面の一部に対して90°回転させる。

つかみ具13及びつかみ具23を図2とは異なる角度で見ているので、試料キャリア2も同様に別な角度で図示されている、ということは当業者には明らかである。

心棒は（図2に図示されているような）直線である必要はなく、（図3に図示されているように）垂直である必要もなく、心棒間で任意の角度を有する搬送機構が構築されて良いことに留意すべきである。

図4は、本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、ホルダのうちの1は多数の試料を保持するように備えられている。

第1ホルダ10は端部12を有する心棒11を有する。端部12にはつかみ具13が備えられている。

カセット40は、複数のスロット41-iを有する試料キャリアのホルダである。ホルダ内では複数の試料キャリア2-iが設けられて良い。スロット41-iの各々は円錐状凹部42-iと結合する。円錐状凹部42-iの表面は、端部12の表面と協調することが意図されている。協調することにより、端部12が凹部42-iのうちの1つへ十分に挿入されるときに、心棒11上にマウントされるつかみ具がスロット41-iに対して厳密に位置設定されるので、試料キャリア2-iとも厳密に位置設定される。

カセット40は、カセットマニピュレータ50とラムで拘束されるように結合している。それにより、ホルダ10の端部12がカセット40に挿入されるとき、カセット40がホルダ10に対して位置設定する際に遊びが与えられる。カセットマニピュレータ50は、内部にカセット40がマウントされている主部51、及びホルダ10に対して主部51の位置を設定する心棒52を有する。

カセットマニピュレータ50の心棒52は、ホルダ10を特定の凹部42-iへ挿入できるように、十分な精度でカセット40を位置設定することができる。凹部42-iに対するつかみ具13の正確な位置設定は、端部12及び凹部42-iの表面が協調することによって実現される。よって特定の試料キャリア2-iがカセット40から選び出されて良い。

カセット40は、別なカセットとの交換が可能なように、カセットマニピュレータ50内に着脱可能なようにマウントされていることに留意すべきである。両ホルダが可動である必要はないということにさらに留意すべきである。特にカセットを用いるとき、カセットが固定されていることが考えられる。

本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、ホルダの幾何学的形状は機械的案内システムを形成する。 本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、ホルダが別個の部品と協調することで機械的案内システムを形成する。 本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、試料は互いに垂直に変動する2の心棒間で搬送される。 本発明に従った搬送機構の断面を概略的に図示している。当該搬送機構では、ホルダのうちの1は多数の試料を保持するように備えられている。

符号の説明

1 試料
2 TEM試料用グリッド
2-1 試料キャリア
2-i 試料キャリア
10 第1ホルダ
11 心棒
12 端部
13 つかみ具
15a,b 端部
16a,b 凸面
17a,b 表面
18 面
20 第2ホルダ
21 心棒
22 端部
23 つかみ具
25a,b 端部
26a,b 凹面
27a,b 表面
28 端面
31 別個の部品
32 内側表面
33a,b 端面
40 カセット
41-1 スロット
41-i スロット
42-i 凹部
50 マニピュレータ
51 主部
52 心棒

Claims (8)

1. 第1ホルダ内の第1位置から第2ホルダ内の第2位置へ、及び/又はその逆へ試料を搬送する搬送機構であって、
   2つのホルダの各々は脱着可能な状態で前記試料を保持するように備えられ、
   前記2つのホルダ間での前記試料の搬送は前記第2位置とは異なる搬送位置で行われ、
   前記試料が前記2つのホルダ間で搬送されるとき、機械的案内機構は、前記第2位置での相互の精度よりも高い相互の精度で、前記ホルダを位置設定し、かつ
   前記試料が前記第2位置にあるときには、前記機械的案内機構は前記2つのホルダのうちの少なくとも1の位置設定を行わない、
   ことを特徴とする搬送機構。
2. 前記機械的案内機構は、前記2つのホルダの形状が協調することによって形成される、請求項1に記載の搬送機構。
3. 前記機械的案内機構は、前記2つのホルダと別個の部品とが協調することによって形成される、請求項1に記載の搬送機構。
4. 少なくとも1つのホルダが、多数の試料を保持するように備えられている、上記請求項のうちのいずれかに記載の搬送機構。
5. 前記搬送機構が、真空環境で動作するように備えられている、上記請求項のうちのいずれかに記載の搬送機構。
6. 前記試料を搬送する間での前記ホルダの前記相互の精度が、如何なる方向でも50μm未満である、上記請求項のうちのいずれかに記載の搬送機構。
7. 上記請求項のうちのいずれかに記載の搬送機構が備えられた装置。
8. 前記装置が粒子光学装置である、請求項7に記載の装置。

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