JP4851263B2 - ビーム応用装置 - Google Patents

Description

本発明は、床から鏡筒への振動伝達を低減させる機構を備えたビーム応用装置に関する。

電子ビームやイオンビームの如き荷電粒子ビーム、或いは、レーザービームやＸ線の如き光ビームを使用して、試料を観察したり、材料上にパターンを描いたり、或いは試料を分析したりするビーム応用装置がある。

図１はビーム応用装置の一例である透過型電子顕微鏡の１概略例を示したものである。
図中１は電子光学鏡筒で、電子銃，集束系レンズ，偏向系レンズ，非点補正等の補正系レンズ等の電子光学系や、観察すべき試料を保持した試料保持体等を備えている。
２は像観察室で、蛍光板を備え、試料を透過した電子ビームに基づく試料像が該蛍光板上に結像される様に成っている。
３は前記像観察室の真下にあり、前記試料像をフィルムに撮影するためのカメラ室である。
４はその上面に前記像観察室２が、その下面に前記カメラ室３がそれぞれ取り付けられているベースプレートである。
５は床６上に設置された架台で、平面図で見て四辺形の各４個の頂点にそれぞれ配置された鉛直な４本の支柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ（図１では７Ｃ，７Ｄは示されていないが、図１のＡ−Ａ断面図である図２では全て示されている）、及び、該４本の支柱の上部を互いに連結する水平連結枠８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ（図１では８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは示されていないが、図２では全て示されている）と下部を互いに連結する水平連結枠９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ（図１では９Ｂ，９Ｃ，９Ｄは示されていない）から成り、この様な架台５上に前記ベースプレート４が設置されている。
この様な顕微鏡においては、前記床６から前記鏡筒１に入り込む振動を低減させるために、前記架台５の各支柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの上面と前記ベースプレート４の間に、例えばバネ等から成る防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ（１０Ｃ，１０Ｄは図示されていない）が介在されている。
又、前記床６の平面度が充分に高くない場合に対応できる様に、前記床６と前記各支柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの下面との間に、ネジで高さ調整が可能なアジャスタフット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ（１１Ｃ，１１Ｄは図示されていない）が介在されている。

特開２００１−２７３８６４号公報 特開２００２−３１０２２９号公報

さて、床振動は、各アジャスタフット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの位置において、同位相で水平面に対し鉛直に振動しているとは限らず、水平面に対し傾斜して振動する場合がある。
例えば、図３に示す様に、傾斜を伴う床振動が存在する時、前記架台５は傾き、前記各防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置において、水平方向の振動成分が発生する。この水平方向の振動は、前記各防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを介して一定の割合で前記鏡筒１に伝達する。この振動の振幅は大きいため、結果的に試料観察に支障を来すことになる。

本発明は、この様な問題を解決する新規なビーム応用装置を提供することを目的とする。

本発明のビーム応用装置は、ビーム発生手段，集束レンズ及び偏向器等の光学系を備えた鏡筒を搭載した鏡筒搭載台を、防振マウントを介して架台上に載せ、該架台を床上に設置したビーム応用装置において、前記床と架台との間に、粘弾性体から成るシートを備えたダンパーを介在させたことを特徴とする。

本発明のビーム応用装置によれば、傾斜を伴う床振動が存在することにより、防振マウントの位置において水平方向の振動が発生しても、該水平方向の振動の振幅を著しく抑制することが出来、鏡体への振動伝達を著しく減少させることが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図４は本発明のビーム応用装置の１例として透過型電子顕微鏡の１概略例を示したものである。図中、図１と同一記号を付したものは同一構成要素である。

図４に示す装置が前記図１に示す装置と異なる構成は以下の通りである。

図１の装置では架台５の各支柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ（７Ｃ，７Ｄは図示せず）と床６との間には、アジャスタフット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ（１１Ｃ，１１Ｄは図示せず）だけを介在させたが、図４の装置では、該各アジャスタフット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと床６との間に、粘弾性材料（高分子材料若しくはゴム系材料を主原料とする）から成る、薄い（例えば、厚さ０．５ｍｍ以下）シート１２を２つの金属板１３，１４（例えば、厚さ５ｍｍ〜２０ｍｍ、大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ）の間に挟んだダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ（１５Ｃ，１５Ｄは図示せず）を介在させた。
そして、該ダンパーと前記架台５から成る物の固有振動数が床振動の周波数より低くなる様に、前記各ダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄのシート１２の厚さと大きさが設定されている。
さて、この様に、粘弾性材料から成る薄いシート１２を使用した場合の作用を次に説明する。
一般に、架台５と床６の間に、厚く軟らかい素材（例えば、数ｍｍ以上の厚さのゴム）を配置した場合には、該素材の固有振動モードとして、前記架台５に、該架台の下部より上部の方が振幅が大きい、いわゆるロッキング振動モードが発生し、このモードの振動の固有振動数が床振動の周波数と一致すると、伝達して来た床振動は防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ位置における水平方向に大きく増幅されてしまう。
それに対し、前記図４のダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄで使用されている充分に薄い粘弾性材料から成る薄いシート１２は、水平方向に剪断変形し易く、更に、該シートは面積も大きいので、圧縮方向である垂直方向にバネ定数が高い。その為、この様なシードが前記架台５と床６の間に配置されていると、該シートがバネ成分となって発生する固有振動モードは、殆どロッキング成分を持たず、並進モードに近い形態となる。従って、伝達してきた床振動は防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置において水平方向に増幅することが抑えられる。又、前記シート１２は薄いだけではなく、損失係数の大きな粘弾性材料から出来ているので、剪断歪み発生に基づく振動エネルギーの減衰作用が起こり、固有振動モードの共振倍率を抑えることが出来、より一層、前記防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置における水平方向の振動の振幅の増幅を抑えることが出来る。
次に、前記ダンパーと架台５とから成る物の固有振動数が床振動の周波数より低くなる様に、前記各ダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄのシート状材の厚さと大きさを設定した場合の作用を説明する。
傾斜を伴う床振動が発生している場合、前記ダンパーと架台５とから成る物の固有振動数が床６の振動周波数より高い場合、床６の傾斜に従って架台５が傾斜し、防振マウント位置に大きな振幅の水平方向の振動が発生する。
又、傾斜を伴う床振動が発生している場合に、前記ダンパーと架台５とから成る物の固有振動数と床６の振動周波数がほぼ一致していると、床６の傾斜に従って架台５が傾斜し、更に、前記振動数と周波数の一致に基づく共振によって、架台固有モードによる増幅作用で発生する振動の位相が架台５の傾斜方向と同位相となり、床６の傾斜に基づいて防振マウント位置に発生する水平方向の振動の振幅がより大きく増幅されてしまう。
しかし、傾斜を伴う床振動が発生している場合に、前記ダンパーと架台５とから成る物の固有振動数が床６の振動周波数より小さいと、床６の傾斜に従って架台５が傾斜し、該傾斜に基づいて防振マウント位置に水平方向の振動が発生しても、前記架台５の固有モードによる増幅作用で発生する振動の位相が該架台の傾斜方向とは逆になり、前記防振マウント位置の水平方向の振動の振幅が著しく小さくなる。
この様に、前記ダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと前記架台５との組み合わせすら成る物の固有振動数が床振動の周波数より小さくなる様に、前記各ダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄのシート１２の厚さと大きさを設定する場合、シード１２の厚みが薄い程、或いは該シード１２の面積が広い程、前記組み合わせ物の固有振動数が高くなり、逆に厚い程、或いは、小さい程、小さくなることを考慮して行われる。
尚、床６の傾斜に基づく防振マウント位置での水平方向振動の振幅を限りなく小さくするには、前記組み合わせ物の振動による水平方向成分が前記床６の傾斜に基づく防振マウント位置での水平方向振動と逆位相で、且つ、前者の振動の振幅が後者の振動の振幅に限りなく近づく様に、前記シート状材１２の厚さと面積を設定すればよい。
尚、前記シート１２が薄い程、剪断歪みが大きくなるので減衰が効果的に働き、該シードの面積が大きい程、減衰作用をする部材が増え、減衰能が高くなり、振動の共振倍率を低くすることが出来るが、前記シート１２の厚さと面積は架台５の固有振動数に影響を与え、設定によっては、前記前者の逆位相の振動の振幅が前記後者の振動の振幅を越えてしまうことがあるので、前記シート１２の厚さと面積を設定する場合、シート１２の厚さを出来るだけ薄くして架台固有モードの減数能を出来るだけ高くしておき、その状態において、該シートの面積を決めるのが良い。
この様な装置において、傾斜を伴う床振動が存在する場合、前記架台５は傾き、前記各防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置において、前記床振動に基づく水平方向の振動成分が発生する。しかし、前記床６と各アジャスタフット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ（１１Ｃ，１１Ｄは図示せず）の間にダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ（１５Ｃ，１５Ｄは図示せず）を介在させ、該ダンパーと前記架台５との固有振動数が床振動の周波数より低くなる様に成しているので、前記防振マウント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ（１０Ｃ，１０Ｄは図示せず）の位置に水平方向の振動が発生しても、前記架台５の固有モードによる増幅作用で発生する振動の位相が該架台の傾斜方向とは逆になり、前記防振マウント位置の水平方向の振動の振幅が著しく小さくなる。従って、試料観察が高精度に行われる。
尚、前記例のダンパー１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、シート状材１２を金属板１３，１４で挟む様にして成したが、床面の平面度が充分に高い場合には、下側の金属板１４を無くしても良い。
又、前記例では透過型電子顕微鏡を例に上げて説明したが、走査電子顕微鏡や電子ビーム描画装置等の他の荷電粒子ビーム装置や、レーザー加工装置やＸ線顕微鏡等の他の光ビーム装置等にも本願発明は有効である。

透過型電子顕微鏡の１概略例を示している。 図１の透過型電子顕微鏡に使用されている架台部のＡ−Ａ断面を示す。 傾斜を伴う床振動がある場合の架台部の様子を示している。 本発明のビーム応用装置の１例を示したものである

符号の説明

１…電子光学鏡筒
２…像観察室
３…カメラ室
４…ベースプレート
５…架台
６…床
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…支柱
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ…水平連結枠
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…防振マウント
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…アジャスタフット
１２…シート状材
１３，１４…金属板
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…ダンパー

Claims (3)

1. ビーム発生手段，集束レンズ及び偏向器等の光学系を備えた鏡筒を搭載した鏡筒搭載台を、防振マウントを介して架台上に載せ、該架台を床上に設置したビーム応用装置において、
   前記床と架台との間に、粘弾性体から成るシートを備えたダンパーを介在させ、
   前記床の振動に伴って架台が傾斜しても、その傾斜方向と逆方向に架台が動いて前記防振マウント位置における水平方向振動が抑制されるように、前記シートの厚さと大きさが設定されている
   ことを特徴とするビーム応用装置。
2. 前記シートと前記架台及び前記シートと前記床との間に金属板が介在されている請求項１記載のビーム応用装置。
3. 前記シートと前記架台との間に金属板が介在されている請求項１記載のビーム応用装置。

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