JP4068525B2 - 防音ボックスおよびそれを用いたプローブ顕微鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は試料と試料から受ける原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を有する、試料表面の形状及び状態を観察するプロ−ブ顕微鏡などの分析機器及び計測機器に用いられる、外乱成分となる外部音響成分を減衰させる防音ボックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料表面の形状及び状態を観察するプロ−ブ顕微鏡は一般的に、試料と試料から受ける原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を３次元的に相対運動させる、粗い位置決め的な粗動機構及び微細な位置決め的な微動機構と、前記試料と前記原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制御手段と、設置環境からくる装置への振動伝達を低減させる除振機構と、装置全体を制御する制御部及びコンピュータを有した構成からなる。プロ−ブ顕微鏡は分解能が非常に高く、原子構造をも確認できる装置であることは知られている一方で分解能が良い分、外乱に対する感度も敏感であると言える。外乱は信号成分に混ざることで、分解能の低減の要因となる。外乱として、床からくる振動に関しては、通常、プローブ顕微鏡ユニット部と称される、前記物理量を検出する機構、前記検出機構または試料を動かす前記粗動機構及び微動機構といった部分を通常、除振機構上に構成することにより対応されているが、床以外からくる音響エネルギーにより、信号を検出するプローブ顕微鏡ユニット部分が振動し、外乱として信号成分にまざり、分解能を低減させることがある。この音響エネルギーから保護するために、信号を検出するプローブ顕微鏡ユニット部を防音ボックス内に構成することが一般的である。防音ボックスは通常、特開２０００−１７１４７３号公報（特許文献１）、特開２００１−１４２４６５号公報（特許文献２）に記載のものや図６に示すように、除振機構である除振台２２上に構成される。除振台は空気バネ等のバネ材及びダンパーを介した構造で床からの振動の伝播を減衰させている。また、除振台上部カバー２３を介して防音ボックス２１が構成されている。除振台定盤２４に直接防音ボックス２１を構成しないことで、防音ボックス２１の音響エネルギーによる防音ボックス２１の壁面の表面振動を定盤２４に伝えない効果がある。防音ボックス２１の内部にはゴム状の弾性ブロック２５を介してプローブ顕微鏡ユニット２６が構成されている。弾性ブロック２５を介してプローブ顕微鏡ユニット２６を構成するのは、定盤２４を介しての高周波の振動成分をプローブ顕微鏡ユニット２６に伝えないためである。また、図７に示すように除振台３２に構成されたプローブ顕微鏡ユニット２６および試料搬送機構３３全体を覆うように防音ボックス３１を構成したものもある。この場合も先に示したように除振台定盤３４に弾性ブロック２５を介してプローブ顕微鏡ユニット２６が構成されている。プローブ顕微鏡ユニット２６は図８および９に示すような構成のものがある。図８および図９に示したプローブ顕微鏡ユニットは光学顕微鏡とプローブ顕微鏡の複合タイプの例である。ベース４１上に試料位置を変える等に用いる３軸ステージ４２、４３、４４（左右動作Ｘ軸：４２、前後動作Ｙ軸：４３、上下動作Ｚ軸：４４）が構成されている。Ｚステージ４４の上には試料台４５が構成されている。また、試料台４５と相対する位置に試料表面を走査する探針（カンチレバー）４８が探針を３軸方向に走査する微動機構４７に固定されている。微動機構４７はアーム４６を介して、固定されている。また、プローブ顕微鏡観察前に試料を光学顕微鏡で観察するための光学顕微鏡ユニット５０および光源５１が構成されており、光学顕微鏡像はＣＣＤカメラ５２によりモニタ確認ができるようになっている。光学顕微鏡は電動レボルバーにより対物レンズ４９を切り替えることで、光学像の倍率を変えることができる。ここで、示したプローブ顕微鏡は探針側を走査するタイプであり、探針（カンチレバー）の変形の検出は微動機構４７の先端に構成された光テコ機構（図には記載なし）により行なわれる。このタイプのプローブ顕微鏡は特開平３−２９６６１２号公報（特許文献３）に記載のものが一例である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１７１４７３号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−１４２４６５号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平３−２９６６１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、プローブ顕微鏡は特に高さ情報に関して高分解能を有していることから、高精度な形状計測器として利用されている。形状計測においても、先の分解能と同様に、高精度に測定するためには信号を検出するプローブ顕微鏡ユニット部を外乱から保護する必要がある。しかしながら、外乱としての外部からの音響エネルギーから十分に装置を保護するためには、少しでも、外部からの音が入らない様に防音ボックスの密閉度を上げる必要がある。密閉度を上げることは防音ボックス内において、空気の流れがないため、防音ボックス内の清浄度が低下することになる。通常、プローブ顕微鏡ユニットは試料の搬送、試料観察位置を移動させるためのステージや各種自動化のためのモータ等の駆動源が設けられている。これらは稼動することで通常、何らかのダストを発生させる。防音ボックス内の清浄度が低下した状態で観察対象の試料を扱うことは、試料の汚染をまねくことになる。特にクリーンルーム等の清浄環境下で扱っている試料で観察後、再び製造工程にもどすような試料の測定に対しては試料の汚染、しいては製造工程への汚染の広がりの点で問題である。
【０００７】
そこで本発明は、雰囲気の清浄を保ちながらも外乱を防いで計測・分析を行うことを可能とする防音ボックスを提供することを目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、周囲からの音響成分に対し分析装置や計測装置を保護する防音ボックスにおいて、該防音ボックス内の環境を清浄化する空気清浄機構を備えた構成とした。これにより、空気清浄機能により防音ボックス内の清浄化をはかることができ、しかも、開閉可能な遮蔽扉部により防音機能も満足することができることで、防音ボックス内の清浄化と防音機能の両方を満足することができるようになる。
【０００９】
また本発明の防音ボックスは、空気清浄機構部に防音機能を満たすための遮蔽扉部を備え、空気清浄機構を備えていても防音機能を満たす構成とした。
【００１０】
さらに本発明の防音ボックスは、遮蔽扉部を空気清浄機構の防音機能を満たす空間側、あるいは空気清浄機構が遮蔽扉部よりも防音機能を満たす空間側に備えられ、空気清浄機構が動作していない時には遮蔽扉を閉じることにより防音機能を満たす構成とした。
【００１１】
また本発明の防音ボックスは、遮蔽扉部には油圧機構または電動モータ機構をからなる自動開閉機構を備え、自動開閉を可能としている。
【００１２】
さらに本発明は、上記記載のいずれかの防音ボックスを備え、空気の清浄を保ちながら測定時には防音機能を満たすプロ−ブ顕微鏡が提案される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、周囲からの音響成分に対し、装置を保護する防音ボックスにおいて、防音ボックス内の清浄度を上げるために、防音ボックスにエアーフィルタ等の空気清浄機能部を設置することに想到した。しかし、エアーフィルタ等による空気清浄機能部は、一般に外部と防音ボックス内との空気の流れが形成されることになり、先に説明した防音ボックスの密閉度が保たれていないという問題が発生する。そこで本発明は、空気清浄機能部に加えて、空気清浄機能部によって発生する空気の流れの経路のいずれかに、空気を遮断するための遮蔽扉部を設置した。そして防音ボックス内に設置された分析・計測装置による測定が行なわれていない時は前記防遮蔽扉部を開放して、空気清浄機能部を稼動して防音ボックス内を清浄化する。そして測定が行なわれる時は、空気清浄機能を停止し、前記遮蔽扉部を閉じて防音機能を働かせことを可能にした構成としている。前記遮蔽扉部は空気清浄機能と防音ボックス内との間に設置され、前記空気清浄機能部と防音ボックス内とを遮蔽する位置に構成としてもよい。また、空気清浄機能部の防音ボックスの外部との境界部に遮蔽扉部を設置して、空気清浄機能部を防音ボックス内に閉じ込めた構成にしてもよい。また、前記遮蔽扉部の開閉に油圧機構や電動モータ機構を用いた自動開閉式としてもよい。また、空気清浄機能部は防音ボックスの上部に設けるのもよいし、側面に設けるのもよい。そして、本発明の防音ボックスは、周囲の音響成分から保護する対象が音響エネルギーに敏感な分析器及び計測器に設置されると効果的であり、原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を有するプロ−ブ顕微鏡に設置されるとならばより効果的である。
【００１４】
以下に本発明の実施例を、図を用いて説明する。図１は本発明の第一実施例の概略図である。防音ボックス１には試料等を扱うための扉２がある。防音ボックス１上には空気清浄機構４が遮蔽機構３を介して設置されている。空気の排出は空気清浄機構４によって起こる自然流により防音ボックス１の下方から流出させてもかまわないが、本発明では、より高い清浄度が必要な設置環境での設置場所の汚染を考慮して、集中排気を行なうための排気機構５を設けた。排気機構５は配管６により防音ボックス１とつながっており、排気側は工場の排気ダクト等に配管される。空気清浄機構４および排気機構５の稼動は試料測定と連動して稼動および停止がおこなわれる。これは、測定時の音響外乱をさけるためである。
【００１５】
図３および４は本発明の第一実施例の概略図（断面）を示したものである。防音ボックス１内には除振台２２およびプローブ顕微鏡ユニット２６が構成されている。図３において、遮蔽機構３の遮蔽扉部７が空気清浄機構４と防音ボックス１内とを遮蔽することで防音ボックス１内を音響的に密閉状態にし、防音機能を満たすようにしている。このときは空気清浄機構４および排気機構５は停止状態になるため空気の流れがなく、測定が可能となる。また、図４においては遮断機構３の遮蔽扉部７が移動し、空気清浄機構４と防音ボックス１内がつながることで、空気清浄機構４と排気機構５を稼動して清浄空気の流れ８を発生させて、防音ボックス１内の清浄化をはかる。尚、遮蔽扉部７の移動により、ダストが防音ボックス１内に落ちないように遮蔽扉部７のスライド部分が露出しない構造とした。また、空気清浄機構４を遮蔽する位置に遮蔽扉部７を移動した際に、防音ボックス１内の密閉度を上げるために、防音ボックス１にゴム等の弾性材をかいして押し付けるようにした。
【００１６】
図２は本発明の第二実施例の概略図である。防音ボックス１１には試料等を扱うための扉１２がある。防音ボックス１１上には遮蔽機構１３が設置され、空気清浄機構１４は防音ボックス１１の内側に設置されている。そして遮蔽機構１３により防音ボックス１１は防音機能が保たれると同時に、空気清浄機構１４と外気を遮蔽するようになっている。また、第一実施例と同様に集中排気用に排気機構５が配管６を介して防音ボックス１１につながっている。
【００１７】
図５は本発明の第二実施例の概略図（断面）を示したものである。防音ボックス１１内には除振台３２、プローブ顕微鏡ユニット２６および試料搬送機構３３が設置されている。空気清浄機構１４は防音ボックス１１内に設置され、空気吸入部は遮蔽機構１３の遮蔽扉部１７が移動することで、外部に露出することになる。
【００１８】
また本願発明では、遮蔽機構１３に図示しない油圧機構や電動モータ機構を備えることによって遮蔽扉部１７を自動で開閉することが可能となり、分析・計測装置の測定と連動させることにより、測定中は遮蔽扉部１７を閉じた状態とすることも可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上示した構成にすることで、防音機能を低下させることなく、防音ボックスに清浄機能部を構成することができる。それにより、防音ボックス内の清浄度低下を抑えられる。しかも、遮蔽扉部を用いて、防音機能を満たす構成にすることで、防音ボックスの本来の目的である外部音響エネルギーから防音ボックス内に設置された、プロ−ブ顕微鏡のユニット部等の微小信号検出装置を保護することができる。よって、プロ−ブ顕微鏡等の音響外乱に敏感な分析、計測装置の分解能を低減することなく、しかも防音ボックス内の計測装置に観察試料を設置しても、試料の汚染を低下するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例の概略図を示した図である。
【図２】本発明の第二実施例の概略図を示した図である。
【図３】本発明の第一実施例の概略図（断面）を示した図である。
【図４】本発明の第一実施例の概略図（断面）を示した図である。
【図５】本発明の第二実施例の概略図（断面）を示した図である。
【図６】従来の防音ボックスを示した図である。
【図７】従来の防音ボックスを示した図である。
【図８】プローブ顕微鏡ユニット部を示した図である。
【図９】プローブ顕微鏡ユニット部を示した図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１ 防音ボックス
２、１２ 扉
３、１３ 遮蔽機構
４、１４ 空気清浄機構
５ 排気機構
６ 配管
７ 遮蔽扉部
８ 空気の流れ
２２、３２ 除振台
２３ 除振台上部カバー
２４、３４ 除振台定盤
２５ 弾性ブロック
２６ プローブ顕微鏡ユニット
３３ 試料搬送機構
４１ ベース
４２、４３、４４ ステージ
４５ 試料台
４６ アーム
４７ 微動機構
４８ 探針（カンチレバー）
４９ 対物レンズ
５０ 光学顕微鏡ユニット
５１ 光源
５２ ＣＣＤカメラ

Claims (9)

1. 周囲からの音響成分に対し分析装置や計測装置を保護する防音ボックスにおいて、該防音ボックス内の環境を清浄化する空気清浄機構と、該防音ボックス内外部を通気状態とする経路の一部に開閉式の遮蔽部材を含む遮蔽機構とを備え、
   前記空気清浄機構の稼動／休止に合わせて該遮蔽機構の遮蔽部材を閉鎖／開放することを特徴とする防音ボックス。
2. 前記遮蔽機構は前記防音ボックスの前記空気清浄機構部に備わることを特徴とする請求項１に記載の防音ボックス。
3. 前記遮蔽機構は前記空気清浄機構に対して前記防音ボックスの防音機能を満たす空間側に備わることを特徴とする請求項１に記載の防音ボックス。
4. 前記遮蔽機構は前記空気清浄機構に対して前記防音ボックスの防音機能を満たす空間側と反対側に備わることを特徴とする請求項１に記載の防音ボックス。
5. 前記遮蔽機構は自動開閉機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の防音ボックス。
6. 前記遮蔽機構の遮蔽部材が、扉材であることを特徴とする請求項１に記載の防音ボックス。
7. 前記開閉機構は油圧機構からなることを特徴とする請求項５に記載の防音ボックス。
8. 前記開閉機構は電動モータ駆動機構からなることを特徴とする請求項５に記載の防音ボックス。
9. 試料と試料から受ける原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を備え、請求項１から８のいずれかに記載の防音ボックスを含むことを特徴とするプローブ顕微鏡。

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