JP4434901B2

JP4434901B2 - 試料搬送装置

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Publication number: JP4434901B2
Application number: JP2004282391A
Authority: JP
Inventors: 猛宗石
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: JP2006100038A

Description

本発明は試料搬送装置に関し、特に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）などの電子顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）などの顕微鏡に用いられる試料搬送装置や、イオンビーム、ガスプラズマ、分子線を用いた加工装置に用いられる試料搬送装置に関する。

試料搬送装置は以下のような特許文献１、２に開示されている。

特許文献１の試料搬送装置７０は、図４に示すように、試料を試料ホルダ７２に載せ、試料ホルダ７２に設けた雌ネジに、アーム７４の先端に設けた雄ネジを差し込み、試料ホルダ７２とアーム７４とを一体化させた状態で試料室７８へ移動させ、試料ホルダ７２を案内ガイド８０に沿って移動させることにより、試料室７８にある試料台７６に試料ホルダ７２を固定する。その後、試料ホルダ７２の雄ネジとアーム７４の雌ネジをはずして、試料を観察するよう構成されている。試料の観察終了後、再度アーム７４の雄ネジと試料ホルダ７２の雌ネジを一体化してアーム７４を引き出し、試料を取り出すようになっている。

特許文献２には、図５に示すように、試料交換室８２、試料交換室８２とつながり、その内部を真空にして試料を観察するための試料室７８、試料交換室８２の側壁を貫通し試料交換室８２と試料室７８の内部を移動可能なアーム７４、試料室７８内に固定された試料台７６、試料室７８内部を移動するアーム７４の先端に設けられた第１のＣ字状弾性体８４ａ、開口部９４が第１のＣ字状弾性体と対抗し試料台に固定された第２のＣ字状弾性体８４ｂを備え、試料ホルダ７２を第１、第２のＣ字状弾性体８４ａ、８４ｂの一方から他方へ互いにＣ字状弾性体の開口部を介して挿入、離脱することができる、電子顕微鏡等の試料搬送装置７０が記載されている。
特開平８−２７３５７１号公報特開平６−３４９４３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された試料搬送装置７０は、試料ホルダ７２とアーム７４を雄ネジと雌ネジで一体化させているものの、アーム７４に試料ホルダ７２を繋いだ後にアーム７４の回転を阻止する機構を設けていない。また、特許文献２に記載された試料搬送装置７０は、アーム７４が回転することを抑制する機構を設けることが記載されていない。このため、特許文献１、２の試料搬送装置７０は、試料を試料ホルダ７２に装着して試料台７６へ搬送する際、試料および試料ホルダ７２がアーム７４の軸を中心として回転し、これによって試料ホルダ７２や試料が試料搬送装置７０の壁にぶつかり、試料が落下したり、試料に傷がついたりするという恐れがあった。このため、試料ホルダ７２が回転しないよう作業者が注意しながら、試料ホルダ７２を試料台７６へセットしたり、取り外したりしなければならないという問題があった。また、作業者が装置内を目視で確認しながら試料ホルダ７２をセットしたり、取り外したりできるようにするため、試料室７８と試料ホルダ７２の移動経路（装置内）に照明を設ける必要があった。この照明を設けると、試料搬送装置７０を小型化できないという問題が発生していた。さらに、試料ホルダ７２に付けた試料を試料室７８に取り付けたり、取り外したりする作業に熟練を必要とするという問題もあった。これらの問題を解決するために、試料ホルダ７２と試料搬送装置７０の壁等とのクリアランスを広げて充分な注意が図れるような試料ホルダ７２の移動経路を確保することも考えられるが、こうするとさらに装置が大きくなってしまい、試料搬送装置７０が小型化できないという問題があった。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、作業者が試料ホルダの移動状態を目視したり、場合によっては装置内に照明を設けて試料ホルダの移動状態を目視したりしなくても、試料ホルダを正確に移動でき、かつ正確に試料ホルダを試料台へセットしたり、取り外したりすることを、作業者の熟練を必要とせずに容易に行うことができる、小型の試料搬送装置を提供することを目的とする。

本発明の試料搬送装置は、試料を載置して観察、計測又は加工する試料ホルダと、該試料ホルダを把持しながら搬送させるアームとを有した試料搬送部材と、該試料搬送部材により試料ホルダを着脱できる試料台とからなり、上記試料搬送部材は、上記試料ホルダを試料台の上記着脱位置で把持できるとともに、上記試料ホルダを把持した状態を維持して、上記着脱位置から所定位置まで移動可能にしたことを特徴とする。

また、上記試料搬送部材による試料ホルダの把持は、上記試料ホルダの一部に形成した凹部又は凸部からなる第１の把持部に、上記アームに形成した凸又は凹部からなる第２の把持部が互いに嵌合して把持するものであることを特徴とする。

また、上記試料搬送部材による試料ホルダの把持は、上記第１の把持部の凹部又は凸部に第２の把持部の凸部又は凹部が上記着脱位置で遊嵌される第１の状態を通じ、上記着脱位置において搬送方向を軸として上記アームを所定角度回転させて、上記アームと試料ホルダとが嵌合する第２の状態とすることにより試料ホルダが固定されることを特徴とする。

また、上記試料ホルダの着脱位置において上記第２の状態から第１の状態に移行させて把持状態を解除可能に構成したことを特徴とする。

また、上記試料搬送部材による試料ホルダの状態を維持する構成は、上記試料ホルダを把持したアームの回転を抑制しながら搬送方向に移動する第１の案内ガイドであることを特徴とする。

また、上記試料搬送部材は、上記第１の案内ガイドとは別に第２の案内ガイドを有し、第２の案内ガイドに沿って上記第２の把持部が試料ホルダからアームを離脱した状態で第１の状態の位置から上記アームが回転を抑制しながら移動可能に構成したことを特徴とする。

また、上記試料台を配置する試料室を有し、上記第１、第２の案内ガイドは上記試料室の外側に形成したことを特徴とする。

また、上記試料室に隣接するとともに、試料台に装着された試料ホルダを上記試料搬送部材により試料室の外へ搬送して試料を交換する試料交換室を有し、上記案内ガイドは上記試料交換室の外側に形成したことを特徴とする。

また、上記観察または計測が走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡のいずれかによって行われ、上記加工がイオンビーム、ガスプラズマ、分子線のいずれかを用いて行われることを特徴とする。

本発明の構成によれば、試料搬送部材を、試料ホルダを試料台の着脱位置で把持できるようにし、この試料ホルダを把持した状態を維持して、着脱位置から所定位置まで移動可能にした試料搬送装置とすることによって、試料ホルダの移動中に試料の落下や損傷の防止が保証されたスムーズな移動が可能になるとともに、作業者が試料ホルダの移動経路を目視しなくとも、正確に試料ホルダを試料台へ装着させることができる。その結果、移動経路を広くしなくても作業者の注意を必要としないことから作業経路を広く構成する必要がなく、小型の試料搬送装置を得ることができる。

以下に本発明の試料搬送装置について具体的に説明する。

図１は本発明の試料搬送装置３０の後述する封止体３８と鏡筒４を省略した斜視図である。図２（ａ）は本発明の試料搬送装置３０の中央断面図、（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は本発明の試料搬送装置３０の一部を示す斜視図である。図４、５は従来の試料搬送装置を示す断面図である。

本発明の試料搬送装置３０は、試料室２、試料交換室２４及び試料搬送部材８で構成されたものであり、試料室２に隣接した試料交換室２４が一体的に形成され、試料室２と試料交換室２４との間の側壁に貫通孔２６ａが形成されるとともに、貫通孔２６ａに対面する試料交換室２４の側壁の位置にも貫通孔２６ｂを形成させ、さらに、その貫通孔２６ａ、２６ｂの双方を架橋させるように試料搬送部材８が固定配置されているものである。

試料ホルダ１２は試料を装着するための部材であり、試料を装着するための孔部２８が設けられている。試料ホルダ１２はこの孔部２８が鏡筒４に対向する位置に来るように試料室２内にセットされる。試料は、例えば孔部２８に試料をはめ込んで固定される。孔部２８が雌ネジを有し、この雌ネジに係合する雄ネジを設けた試料貼り付け台（不図示）を試料ホルダ１２に装着し、この試料貼り付け台に試料を貼り付け等により固定しても良い。

試料室２は、試料を載置した試料ホルダ１２を試料台６に装着して、試料を観察、計測または加工を行うための空間である。試料室２は、図２（ａ）に具体的に示すように、枠体２０ａと、枠体２０ａの上下開口部を封止するための封止体３８で構成されたものであり、電子線等を照射可能な位置、すなわち枠体２０ａの略中央の位置に試料台６が封止体３８に固定されており、試料台６には後述の試料ホルダ１２が着脱可能なようにするための凹部３６が形成されている。この着脱は具体的には、凹部３６を試料ホルダ１２と略同じ形状に形成し、凹部３６の開口部に板バネ３２を配置して、試料ホルダ１２を凹部３６に挿入することにより行われる。その際、試料ホルダ１２が板バネ３２の弾性力に抗して凹部３６に挿入される構造であるので、試料ホルダ１２が凹部３６に確実に固定されるようになっている。試料室２は、図２に示した封止体３８により真空又は特殊ガス雰囲気、例えば腐食性ガス等の雰囲気中で使用可能に構成される。この封止体３８の少なくとも一部に開口部３９があり、この開口部３９に鏡筒４を配置して、鏡筒４から電子線等を照射できる構造となっている。試料室２は、その内部が真空または特殊ガス雰囲気に保持できるよう真空排気孔（不図示）、特殊ガス導入口（不図示）を備えている。貫通孔２６がこれらの真空排気口や特殊ガス導入口を兼ねていても良い。

試料交換室２４は、試料ホルダ１２に載置した試料を試料ホルダ１２から取り外すための空間である。この試料交換室２４で交換されたものを試料室２に搬送した後、試料室２内で試料を観察、計測または加工し、再度試料を試料交換室２４へ搬送し、試料の交換が行われる。試料交換室２４は、図２（ａ）のように、その上下部の空間を開放させても良いが、試料室２の気密性を向上させる必要がある場合には、試料交換室２４の上下部に封止体を配置して試料交換室２４の気密性を向上させることが好ましい。また、試料室２と隣接する試料交換室２４の側壁に設けたゲートバルブ１０は、試料室２に空気や水分等が混入しないよう、試料室２の気密性を保つためのものである。試料交換室２４は、試料室２と同じように枠体２０ｂからなり、試料ホルダ１２を試料室２から搬送し、図２（ａ）に示すようにその中央位置で、後述する案内ガイド１６の後端に設けたストッパー４０に当接されると、ストップした状態となり、この状態で試料交換を行うように構成されている。試料の交換の際にはアーム１８が試料交換室２４に入室しており、試料交換室２４の側壁に設けたゲートバルブ１０により、試料室２との通路を仕切り、貫通孔２６ａの空間を閉鎖させる。

試料搬送部材８は、貫通孔２６ａ、２６ｂを貫通し、試料ホルダ１２に装着した試料を試料室２と試料交換室２４に移動するためのアーム１８、試料ホルダ１２、案内ガイド１６、およびアーム１８の後端部に試料室２と試料交換室２４で作業者がアーム１８をその軸方向および搬送方向に動かすためのレバー１４から構成されている。アーム１８の長手方向の長さは、試料室２の試料ホルダ１２の着脱位置と試料交換室２４の間を移動可能な長さに構成されている。

また、アーム１８は、その一端に試料ホルダ１２が着脱可能な構造となっており、アーム１８は試料ホルダ１２を試料ホルダ１２が試料台６に装着された位置（着脱位置）で把持できるよう構成されている。なお、レバー１４は、アーム１８を動かすための操作部材１４ａと、レバー１４ａの一端に設けられ、案内ガイド１６の係合溝と係合する形状を有する係合部材１４ｂとを有している。操作レバー１４ａは、試料交換室２４の外側を移動するアーム１８の端部に固定されている。

具体的な構造を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）に示す構造は、試料ホルダ１２の側壁に形成した凹部３４ａ（第１の把持部）に雌ネジ４２を設け、アーム１８先端に形成した凸部３４ｂ（第２の把持部）に雄ネジ４４を設けたものである。図３（ａ）の点線で示した直線の矢印方向にアーム１８を動かすことにより、雄ネジ４４と雌ネジ４２が噛合されていない状態で凸部３４ｂを試料ホルダ１２の凹部３４ａに挿入可能な構造となっている（第１の状態）。そして、アーム１８をレバー１４により矢印の方向に回転させると、後述するガイド１６ｃに沿ってレバー１４が回転し、図２（ｂ）に示す位置Ｑから位置Ｐに切り替わり、雄ネジ４４と雌ネジ４２が噛合して固定される。噛合解除は、図２（ｂ）に示したように、アーム１８を案内ガイド１６ｃの係合溝に係合させてレバー１４を位置Ｐから位置Ｑと切り替えることによって行うことができる構造となっている。以下凹部３４ａ、凸部３４ｂについてさらに詳細に説明する。

凹部３４ｂに設けた雌ネジ４２と、凸部３４ａに設けた雄ネジ４４は、試料ホルダ１２の着脱位置で凸部３４ｂが凹部３４ａに挿入、遊嵌された状態から雄ネジ４４をアーム１８の搬送方向を軸として９０°回転させる、すなわちアーム１８の周方向に９０°回転させると、雌ネジ４２と雄ネジ４４は凸部３４ｂが凹部３４ａに挿入されたまま噛合（レバー１４は図２（ｂ）の位置Ｐ）され、再度雄ネジ４４を反対に９０°回転すると、噛合解除（レバー１４は図２（ｂ）の位置Ｑ）される構造となっている。また、雄ネジ４４と雌ネジ４２が噛合した状態では、試料ホルダ１２の主面４６ｂと、試料台６の主面４６ａは、試料ホルダ１２を試料室６に搬送した際に、互いに主面４６ｂが鏡筒に対向するように装着される構造であり、そのような位置に装着できるようアーム１８先端の雄ネジ４４と試料ホルダ１２の雌ネジ４２のネジの位置を予め調整しておく構造となっている。

また、アーム１８先端の凸部３４ｂが試料交換室２４内にあり、試料ホルダ１２がアーム１８にセットされていない場合は、雄ネジ４４と雌ネジ４２のネジ山がぶつからないように凸部３４ａに凹部３４ｂを挿入して試料ホルダ１２とアーム１８が遊嵌した状態とし、この状態からレバー１４をアーム１８の周方向に９０°回転させることによって、雄ネジ４４と雌ネジ４２を噛合させ、試料ホルダ１２にアーム１８を装着後、試料ホルダ１２を試料室２内へ搬送することができる構造となっている。なお、図示しないが、この場合、凹部３４ａと凸部３４ｂが遊嵌した状態では、試料ホルダ１２の主面４６ｂと、試料台６の主面４６ａとは垂直の位置に配置されており、凹部３４ａと凸部３４ｂが雄ネジ４４と雌ネジ４２により噛合した状態では、主面４６ｂと主面４６ａは平行となるよう配置されている。

案内ガイド１６は、試料交換室２４の外側に形成されている。案内ガイド１６は、アーム１８が試料ホルダ１２を把持した状態を維持したままアーム１８と試料ホルダ１２を移動させるための案内ガイド１６ａ（第１の案内ガイド）と、アーム１８が試料ホルダ１２を把持しない状態でアーム１８のみを移動させるための案内ガイド１６ｂ（第２の案内ガイド）、案内ガイド１６ａ、１６ｂと繋がり試料交換室２４側に設けられた案内ガイド１６ｃ（第３の案内ガイド）を有し、案内ガイド１６ａ〜１６ｃには、それぞれレバー１４の係合部材１４ｂと係合する係合溝が設けられている。ここで、アーム１８が試料ホルダ１２を把持した状態とは、凹部３４ａと凸部３４ｂが嵌合して一体化されたことを意味する。案内ガイド１６ａ、１６ｂの係合溝は、試料交換室２４側近傍からその外側へ延び、アーム１８を試料室２と試料交換室２４へ移動可能な長さに形成されている。案内ガイド１６ａ、１６ｂの係合溝は、アーム１８が試料交換室２４内から抜けないようにするためのストッパー４０が設けられている。

図２（ｃ）にＢ−Ｂ’線における断面を示したように、係合部材１４ｂの端部はＴ字形を有し、係合部材１４ｂの端部がＴ字型の係合溝を有する案内ガイド１６ａ、１６ｂに係合したまま、アーム１８を試料室２と試料交換室２４の間で移動可能な構造となっている。さらに、図２（ｂ）にＡ−Ａ’線における断面を示したように、試料ホルダ１２が試料台６に装着されている場合には、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ｃのみを移動し、係合部材１４ｂが案内ガイド１６ｃの一端から他端まで移動する間に、アーム１８がその周方向に９０°回転する構造となっている。この回転は可逆的に行うことができ、これによってアーム１８先端に設けた雄ネジ４４が回転し、上述したように雌ネジ４２と雄ネジ４４との噛合、噛合解除を切り替えることができる構造となっている。

また、図示しないが、試料ホルダ１２が試料台６に装着された状態で、雌ネジ４２の谷と雄ネジ４４の山の位置がずれないように噛合させるために、微調整するための調整機構を設けることもできる。

以上のような構成、機能を有する試料搬送装置３０を構成する試料台６、試料室２（枠体２０ａ、封止体３８）、試料交換室２４（枠体２０ｂ）、試料搬送部材８（アーム１８、試料ホルダ１２、レバー１４）、案内ガイド１６、板バネ３２、ストッパー４０はＳＵＳ等の金属部材で構成されている。特に、試料室２が腐食性ガス雰囲気で使用される場合は、枠体２０ａ、２０ｂ、試料台６がＳＵＳにより構成されることが好ましく、金属部材の表面にアルミナや酸化イットリウム等のセラミックス膜を溶射等により形成した枠体２０ａからなることがさらに好ましい。また、ゲートバルブ１０は金属部材のみで構成されても良いが、試料室２の気密性を向上させるため、Ｏリング等の樹脂部材を含む部材から構成されることが好ましい。

また、雄ネジ４４は図３（ｂ）のような構造でも良く、図示しないがこの場合にはレバー１４をアーム１８の周方向に１８０°回転させることによって、上記着脱位置で凹部３４ａと凸部３４ｂの噛合、噛合解除を切り替えることができる構造とすることができる。

さらに、上記の構成では試料ホルダ１２に凹部３４ａ、アーム１８に凸部３４ｂを形成した構造について説明したが、試料ホルダ１２に凸部、アーム１８に凹部を形成し、これらの凹部と凸部が互いに噛合、噛合解除可能な構造であっても、同様の機能を有する試料搬送装置３０を構成することができる。

試料（不図示）は、電子顕微鏡等で観察、計測するための物体や、ハロゲン元素を含む腐食性ガス等によりエッチング加工するための物体が選定される。

以上のような構成、機能を有する試料搬送装置３０は次のように順次動作させることができる。雄ネジ４４と雌ネジ４２が図３（ａ）の構造の場合を例に説明する。

試料室６、試料交換室２４を大気雰囲気にする。また、ゲートバルブ１０を開いた状態にする。

試料ホルダ１２の孔部２８に試料を載置し、固定する。

レバー１４の操作部材１４ａを指先等で掴み、アーム１８の先端に設けた係合部材１４ｂを案内ガイド１６ａの係合溝に係合させながら、アーム１８の先端（雄ネジ４４側）を試料交換室２４中央部に移動させる。この状態では、レバー１４は案内ガイド１６ａの終端に設けたストッパー４０と当接する位置（図２（ａ）のＢ−Ｂ’線の位置）にある。

試料ホルダ１２の主面４６ｂに平行な方向と試料台６の主面４６ａに平行な方向とを垂直にして凹部３４ａに凸部３４ｂを挿入し、雄ネジ４２と雌ネジ４４が遊嵌した状態とする。

試料ホルダ１２の主面４６ｂに平行な方向が試料台６の主面４６ａに平行、かつ試料ホルダ１２が図２（ａ）の上側（鏡筒４側）に来るようにして、試料ホルダ１２をアーム１８の周方向に９０°回転して雄ネジ４４と雌ネジ４２を噛合させることにより、試料ホルダ１２をアーム１８に装着する。

レバー１４の係合部材１４ｂを案内ガイド１６ａの係合溝に係合させたまま、レバー１４の操作部材１４ａを指先等で掴んで試料ホルダ１２を試料室２内へ移動し、試料ホルダ１２を板バネ３２を介して試料台６に装着する。この状態では試料ホルダ１２の孔部は鏡筒４と対向した位置にあり、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ａの端部と１６ｃの端部が交差する位置にある。また、レバー１４は位置Ｐにあり、雄ネジ４４と雌ネジ４２は噛合されたままである。

レバー１４をアーム１８の周方向に９０°回転させる。この回転により、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ｃの係合溝に沿って移動し、その結果、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ｂの端部と案内ガイド１６ｃの端部が交差する位置に移動する。これにより、雄ネジ４４と雌ネジ４２の噛合は解除され、凹部３４ａと凸部３４ｂは遊嵌した状態（第１の状態）になる。また、レバー１４は位置Ｑにある。

レバー１４の操作部材１４ａを指先等で掴み、アーム１８の凸部３４ｂを試料室２から試料交換室２４の中央へ移動させるため、係合部材１４ｂを案内ガイド１６ｂの係合溝に沿って移動させレバー１４をストッパー４０に当接させる。これにより、試料ホルダ１２は試料台６に装着され、アーム１８は試料交換室２４内にある状態となる。

ゲートバルブ１０を閉める。次いで、試料室２内の空気を排気して試料室２内を真空にするか、もしくは試料室２内が所定の特殊ガス雰囲気になるよう試料室２に所定の特殊ガスを充填する。なお、貫通孔２６ａが真空排気口（不図示）や特殊ガス導入孔（不図示）を兼ねている場合は、試料室２内を真空または所定の特殊ガス雰囲気にした後、ゲートバルブ１０を閉め、試料室２を真空または所定の特殊ガス雰囲気とする。

鏡筒４から電子線等を照射して試料の観察や計測を行ったり、所定の特殊ガス雰囲気下で試料の加工を行ったりする。

ゲートバルブ１０を開け、試料室２内を大気雰囲気に戻す。

レバー１４が図２（ａ）のＢ−Ｂ’線の位置からＡ−Ａ’線の位置へ来るように、レバー１４を指先等で掴みながら、係合部材１４ｂを案内ガイド１６ｂの係合溝に沿って移動させ、アーム１８先端の凸部３４ｂを、試料台６に装着されている試料ホルダ１２の凹部３４ａに挿入する。この挿入の方法は、図３（ａ）に示すように、アーム１８を点線の矢印方向に移動させて凸部３４ｂを凸部３４ａに挿入し、凹部３４ａと凸部３４ｂを遊嵌された状態（第１の状態）とする。この状態では、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ｂの端部と案内ガイドガイド１６ｃの端部が交差する位置にある。また、レバー１４は位置Ｑにある。

レバー１４の操作部材１４ａをアーム１８の周方向に９０°回転させる。この回転の方向は図３（ａ）に曲線で描いた点線の矢印方向に行われる。この回転により、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ｃの係合溝に沿って移動し、その結果、係合部材１４ｂは案内ガイド１６ａの端部と案内ガイド１６ｃの端部が交差する位置に移動する。これにより、雄ネジ４４と雌ネジ４２が噛合されて、試料ホルダ１２にアーム１８が嵌合した状態（第２の状態）となり、アーム１８により試料ホルダ１２が把持される。また、レバー１４は位置Ｐに移動する。

レバー１４が図２（ａ）のＡ−Ａ’線の位置からＢ−Ｂ’線の位置へ来るように、レバー１４を指先等で掴みながら、係合部材１４ｂを案内ガイド１６ａの係合溝に沿って移動させて、試料ホルダ１２を試料台６から離脱させ、さらに試料ホルダ１２を貫通孔２６ａを通して試料交換室２４の中央部に移動させる。この時、レバー１４は案内ガイド１４ｂの終端に設けたストッパー４０と当接し、レバー１４の位置は位置Ｐにある。また、この移動中、アーム１８の凸部３４ｂは、試料ホルダ１２の凹部３４ａを把持した状態（第２の状態）で上記着脱位置からレバー１４がストッパー４０に当接する所定位置までを、試料室２と試料交換室２４を貫通する貫通孔２６を通って移動する。また、アーム１８が試料ホルダ１２を把持した状態（第２の状態）で、試料ホルダ１２を試料交換室２４から試料台６へ移動させている間は、雄ネジ４４と雌ネジ４２が噛合した状態にあるので、試料ホルダ１２がアーム１８の周方向に回転することがない。

試料ホルダ１２をアーム１８の周方向に９０°回転させて雄ネジ４４と雌ネジ４２の噛合を解除した状態（凹部３４ａと凸部３４ｂが遊嵌した状態）で、試料ホルダ１２をアーム１８から引き抜く。次いで、試料ホルダ１２の孔部２８に固定した試料を取り出す。引き続いて別の試料を試料搬送装置３０を用いて同様に、観察、計測または加工することができる。

上述のように試料搬送部材３０は、試料ホルダ１２の一部に形成した凹部３４ａ（第１の把持部）に、アーム１８に形成した凸部３４ｂ（第２の把持部）が互いに嵌合して把持される。また、アーム１８が試料ホルダ１２を把持した状態（第２の状態）で着脱位置（試料台６の位置）から所定位置までを、試料室２と試料交換室２４を貫通する貫通孔２６を通って移動する。なお、アーム１８が試料ホルダ１２を把持した状態とは、試料ホルダ１２とアーム１８の一方が他方と係合したまま両者の相対的位置が変化しない状態を示す。また、アーム１８が試料ホルダ１２を把持した状態（第２の状態）で、試料ホルダ１２を試料交換室２４と試料台６の間を移動させている間は、雄ネジ４４と雌ネジ４２が噛合した状態にあるので、試料ホルダ１２がアーム１８の周方向に回転することがない。

なお、上記構成、動作、機能の説明においては、アーム１８と試料ホルダの噛合・噛合解除は、図３（ａ）のような形状の雄ネジ４４と雌ネジ４２によりなされる方法以外にも可能であり、例えば図３（ｂ）のような雄ネジ４４と噛合する雌ネジを用いても可能である。また、アーム１８に凸部、試料ホルダに凹部を設けて、これらの凹部と凸部が互いに把持・把持解除される構造の試料搬送装置３０を用いて、動作させることもできる。

かくして、上述のような構成、機能、動作を有する試料搬送装置３０は、次のような効果を奏する。

試料を載置して観察、計測又は加工する試料ホルダ１２と、試料ホルダ１２を把持しながら搬送させるアーム１８とを有した試料搬送部材８と、試料搬送部材８により試料ホルダ１２を着脱できる試料台６とからなり、試料搬送部材８は、試料ホルダ１２を試料台６の着脱位置で把持できるとともに、試料ホルダ１２を把持した状態を維持して、上記着脱位置から所定位置まで移動可能にした試料搬送装置とすることによって、試料ホルダの移動中に試料の落下や損傷の防止が保証されたスムーズな移動が可能になるとともに、作業者が試料ホルダ１２の移動経路を目視しなくとも、正確に試料ホルダ１２を試料台６へ装着させることができる。その結果、移動経路を広くしなくても作業者の注意を必要としないことから作業経路を広く構成する必要がなく、小型の試料搬送装置３０を得ることができる。

試料搬送部材による試料ホルダ１２の把持は、試料ホルダ１２の一部に形成した凹部３４ａ（第１の把持部）に、アーム１８に形成した凸部３４ｂ（第２の把持部）が互いに嵌合して把持する試料搬送装置３０とすることにより、上述の効果に加え、試料ホルダ１２とアーム１８の嵌脱を上記着脱位置で容易に行うことができる。ここで、第１の把持部が凸部、第２の把持部が凹部からなり、両者が嵌合する構造でも同様な効果を奏することができる。

試料搬送部材８による試料ホルダ１２の把持は、凹部３４ａ（第１の把持部）に凸部３４ｂ（第２の把持部）が上記着脱位置で遊嵌される第１の状態を通じ、上記着脱位置において搬送方向を軸としてアーム１８を所定角度回転させて、アーム１８と試料ホルダ１２とが嵌合する第２の状態とすることにより試料ホルダが固定される試料搬送装置３０は、上述の効果に加え、より簡単な構造のものとすることができる。また、第１の把持部が凸部からなり、第２の把持部が凹部からなり、両者が互いに嵌脱可能な構造でも、同様の効果を奏することができる。

試料ホルダ１２の着脱位置において上記第２の状態から第１の状態に移行させて把持状態を解除可能に構成した試料搬送装置３０は、上述の効果に加え、試料ホルダ１２のアーム１８への把持、把持状態の解除が上記着脱位置で可能なものとなる。

試料搬送部材８による試料ホルダ１２の状態を維持する構成は、試料ホルダ１２を把持したアーム１８の回転を抑制しながら搬送方向に移動する案内ガイド１６ａである試料搬送装置３０は、アーム１８の回転を機械的に抑制し、かつアーム１８の移動経路（搬送経路）を正確にしたものとすることができる。

試料搬送部材８は、案内ガイド１６ａとは別に案内ガイド１６ｂを有し、案内ガイド１６ｂに沿って上記第２の把持部が試料ホルダ１２からアーム１８を離脱した状態で第１の状態の位置から上記アーム１８が回転を抑制しながら移動可能に構成した試料搬送装置３０は、アーム１８をそれぞれ上記第１の状態を維持したまま、アーム１８が案内ガイド１６ｂにより案内されて正確な搬送経路で移動させることができる。

試料台６を配置する試料室２を有し、案内ガイド１６ａ、１６ｂを試料室２の外側に形成した試料搬送装置３０は、試料室２を真空や特定のガス雰囲気に保持した状態で試料を観察、計測または加工可能となる。また、アーム１８が案内ガイド１６と摺動し、この摺動によってダストが発生した場合でも、ダストが試料室２に混入することが抑制される。

試料室２に隣接するとともに、試料台６に装着された試料ホルダ１２を試料搬送部材８により試料室２の外へ搬送して試料を交換するための試料交換室２４を有し、案内ガイド１６を試料交換室２４の外側に形成した試料搬送装置３０は、試料室２内へのダストの混入が抑制されると共に、試料室２に隣接した試料交換室２４で試料の交換が可能となるため、ダストが試料室２に混入することが抑制されるだけでなく、作業効率が向上したものとなる。

上記観察または計測が走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡のいずれかによって行われ、上記加工がイオンビーム、ガスプラズマ、分子線のいずれかを用いて行われる試料搬送装置３０は、小型で、かつ試料ホルダ１２から試料が離脱したり、試料が破損したりせずに試料の観察、計測または加工を行うことができるものである。これによって、試料の高精細な観察、高精度の計測または高精度の加工が可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更は何等差し支えない。例えば、アーム１８が試料ホルダ１２を把持する構造は、ネジを用いない構造であっても良い。

本発明の試料搬送装置は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡等の顕微鏡用の試料搬送装置、イオンビーム、ガスプラズマ、分子線のいずれかを用いて試料を加工するために用いられる加工装置用の試料搬送装置に好適に用いることができる。

本発明の試料搬送装置の斜視図である。（ａ）は本発明の試料搬送装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の試料搬送装置の一部を示す斜視図である。従来の試料搬送装置の断面図である。従来の試料搬送装置の断面図である。

符号の説明

２、７８：試料室
４：鏡筒
６、７６：試料台
８：試料搬送部材
１０、８６：ゲートバルブ
１２、７２：試料ホルダ
１４ａ：操作部材
１４ｂ：係合部材
１４：レバー
１６、８０：案内ガイド
１６ａ：第１の案内ガイド
１６ｂ：第２の案内ガイド
１６ｃ：第３の案内ガイド
１８、７４：アーム
２０ａ、２０ｂ：枠体
２２：固定機構
２４、８２：試料交換室
２６ａ、２６ｂ：貫通孔
２８：孔部
３０、７０：試料搬送装置
３２：板バネ
３４：把持部
３４ａ：凹部
３４ｂ：凸部
３６：凹部
３８：封止体
３９：開口部
４０、８８：ストッパー
４２：雄ネジ
４４：雌ネジ
４６ａ、４６ｂ：主面
８４ａ、８４ｂ：Ｃ字状弾性体
９０：回転軸
９２：駆動機構
９４：開口部
９６：固定部
９８：バネ

Claims

試料を載置する試料ホルダと、該試料ホルダを把持しながら搬送可能なアームとを有した試料搬送部材と、
上記試料ホルダが着脱される試料台と、
上記試料ホルダを把持した状態の上記アームを搬送方向に移動させる第１の案内ガイドと、
上記試料ホルダを把持しない状態の上記アームを搬送方向に移動させる第２の案内ガイドと
を有する試料搬送装置であって、
上記アームは、上記試料台の上記着脱位置において回転することにより、上記試料ホルダを把持し、又はその把持を解除することができるとともに、上記第１および第２の案内ガイドに沿って、回転が抑制された状態で搬送方向に移動することを特徴とする試料搬送装置。
前記試料搬送部材は、上記アームに接続された係合部材を有し、
上記第１および第２の案内ガイドは、上記アームの搬送方向に沿って係合溝を有し、
上記アームは、上記係合部材が上記第１および第２の案内ガイドの上記係合溝に係合することにより、回転が抑制される請求項１に記載の試料搬送装置。
上記アームによる試料ホルダの把持は、上記試料ホルダの一部に形成した凹部又は凸部からなる第１の把持部に、上記アームに形成した凸又は凹部からなる第２の把持部が互いに嵌合して把持するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の試料搬送装置。
上記アームによる試料ホルダの把持は、上記第１の把持部の凹部又は凸部に第２の把持部の凸部又は凹部が上記着脱位置で遊嵌される第１の状態を通じ、上記着脱位置において搬送方向を軸として上記アームを所定角度回転させて、上記アームと試料ホルダとが嵌合する第２の状態とすることにより試料ホルダが固定されることを特徴とする請求項３に記載の試料搬送装置。
上記試料ホルダの着脱位置において上記第２の状態から第１の状態に移行させて把持状態を解除可能に構成したことを特徴とする請求項４に記載の試料搬送装置。
上記試料台を配置する試料室を有し、上記第１、第２の案内ガイドは上記試料室の外側に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の試料搬送装置。
上記試料室に隣接するとともに、試料台に装着された試料ホルダを上記試料搬送部材により試料室の外へ搬送して試料を交換する試料交換室を有し、上記案内ガイドは上記試料交換室の外側に形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の試料搬送装置。
上記観察または計測が走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡のいずれかによって行われ、上記加工がイオンビーム、ガスプラズマ、分子線のいずれかを用いて行われることを特徴とする請求項１〜７に記載の試料搬送装置。