JP5420601B2 - 荷電粒子装置 - Google Patents

Description

本発明は荷電粒子装置に関し、特に、鏡筒の支持構造に関する。

走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、荷電粒子線加工装置等の荷電粒子装置では、鏡筒内に荷電粒子線光学系が収納されている。鏡筒に環境音や床振動などの外部振動が加わると荷電粒子線光学系に影響を与える。例えば、電子ビームと試料の間に相対変位が生じる。この相対変位によって観察像に揺らぎが生じ、観察像の分解能が低下する。分解能は極めて小さいため、微小な振動が作用しても影響を受ける。

荷電粒子装置では、鏡筒に外部からの振動が伝達することを阻止する構造又は装置が備えられている。例えば、除振マウントの上に装置本体を設置して、外部から作用する振動を低減させる構造が知られている。また、装置自身の高剛性化によって装置振動量を低減させる構造も知られている。

特許文献１には、鏡筒の上端部と底部を支持体で結合する構造が記載されている。特許文献２には、鏡筒の底部を補強して、外部振動による装置振動量を低減させる構造が用いられている。

特開2001-93456 特開平8-320570

近年、荷電粒子装置の高機能化により鏡筒の軸長が増大する傾向にある。鏡筒の軸長が増大すると固有振動数が減少し、共振が起き易くなる。例えば鏡筒の軸長が40%伸びた場合、固有振動数は約半分になる。固有振動数の減少を回避するには、鏡筒を補強する必要がある。鏡筒を補強するために、例えば、鏡筒の直径を約2倍に増加させたとする。この場合、軸長が伸びたことによる重量増と鏡筒の直径を増加させたことによる重量増で鏡筒の重量は元の5.6倍になる。

鏡筒を補強するために、リブを鏡筒の四方に設置してもよい。この場合に、リブの高さは鏡筒の直径の1.5倍程度にする必要があり、構造物自体が巨大化する。また、重量は元の1.8倍になる。

本発明の目的は、鏡筒自身の重量を増加させることなく、鏡筒を高剛性化し、鏡筒へ作用する振動を低減させる荷電粒子装置を提供することにある。

本発明によると、荷電粒子装置は、筒形の鏡筒と、該鏡筒の内部に設けられた荷電粒子線光学系と、該鏡筒に設けられた試料ステージと、前記鏡筒を支持する支持装置と、を有する。

本発明によると、支持装置は、鏡筒の軸線方向に沿って設定された複数の支持点にて鏡筒を単純支持する単純支持構造を有する。鏡筒の支持点は、鏡筒を両端が自由端である梁と看做したときの梁の振動の節の位置に対応する位置に設けられている。

本発明によると、荷電粒子装置において、鏡筒自身の重量を増加させることなく、鏡筒を高剛性化し、鏡筒へ作用する振動を低減させることができる。

透過型電子顕微鏡の構造の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置の第１の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置の第２の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置の第３の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置の支持部材の第１の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置の支持部材の第２の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置の支持部材の第３の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置において鏡筒の支持点の位置を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置において鏡筒の支持点の構造の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置において鏡筒の支持点の構造の他の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置において鏡筒の支持点の第１の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置において鏡筒の支持点の第２の例を説明する図である。 本発明の荷電粒子装置の鏡筒の支持装置において鏡筒の支持点の第３の例を説明する図である。 従来の荷電粒子装置における鏡筒の片持ち支持構造の振動モードを説明する図である。 本発明の荷電粒子装置における鏡筒の単純支持構造の振動モードを説明する図である。 本発明の荷電粒子装置における鏡筒の単純支持構造の支持点の位置を説明する図である。

図１を参照して荷電粒子装置の概略を説明する。荷電粒子装置は、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、荷電粒子線（ＦＩＢ）加工装置等を含むが、ここでは、透過型電子顕微鏡の構造を例として説明する。透過型電子顕微鏡はナノスケールの観察を行う装置である。

透過型電子顕微鏡は、本体１０、本体１０を支持する荷重板１８、荷重板１８を支持する架台２０、荷重板１８と架台２０の間に設けられた除振マウント１９、制御装置１４、ディスプレイ装置１５、及び、操作卓１６、を有する。

本体１０は、鏡筒１０２を有する。鏡筒１０２は円筒状の容器であり、光軸方向に延びた長い構造を有する。鏡筒１０２には、電子銃１１１、エミッタ１１２、コンデンサレンズ１１３、対物レンズ１１４、中間レンズ１１５、投影レンズ１１６、検出器１１７、蛍光板１１８及びカメラフィルム１１９が設けられている。

鏡筒１０２の側面には、試料ステージ１０３、イオンポンプ１０４及び排気管１０５が設けられている。試料ステージ１０３の先端の試料ホルダーに、観察対象の試料を保持することができる。試料ホルダーは、水平方向及び垂直方向に沿って移動可能であり、更に、試料ステージ１０３の軸線周りに回転可能であり、試料を水平面に対して傾斜させることができる。イオンポンプ１０４及び排気管１０５は、鏡筒１０２の内部を真空排気する。

透過型電子顕微鏡の撮像時には、電子銃１１１のエミッタ１１２で発生した電子ビームをコンデンサレンズ１１３によって集束させ、試料ステージ１０３の先端の試料に照射する。試料を透過した電子ビームは、対物レンズ１１４、中間レンズ１１５、及び、投影レンズ１１６によって拡大し、検出器１１７で検出し、蛍光板１１８及びカメラフィルム１１９に結像させる。以上の過程を経て観察像が得られる。操作卓１６は透過型電子顕微鏡を操作する制御盤及び観察像を示すディスプレイ装置１５を備えている。制御装置１４は操作卓１６からの命令を透過型電子顕微鏡の各要素に伝える。

従来の荷電粒子装置では、鏡筒１０２は、荷重板１８の上に支持されている。即ち、鏡筒１０２は、荷重板１８によって片持ちで支持されている。荷重板１８と架台２０の間に除振マウント１９を設けることによって、床からの振動が鏡筒１０２に伝達することが回避される。

図２を参照して本発明の荷電粒子装置における鏡筒の支持装置の第１の例を説明する。鏡筒１０２は円筒状の軸長の長い構造をしており、側面に、試料ステージ１０３、イオンポンプ１０４及び排気管１０５が設けられている。鏡筒１０２の外周面に上部の突起１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ及び下部の突起１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄが設置されている。これら突起の軸線方向の位置については後に詳細に説明する。これらの突起は、十分な剛性を有するものであればどのような形状であってもよい。図示の例の突起は扇形であるが、単なる棒状であってもよい。本例の突起は、鏡筒の外周面上に円周方向に等間隔に４個設けられているが、単数又は任意の複数個であってよい。

鏡筒１０２は支持装置に支持されている。支持装置は、４本の柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４とそれらを接続する２個の支持部材２１１、２１２を有する。４本の柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４は、鏡筒１０２の周囲に、互いに等間隔に配置されている。

柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４は、床の上に配置される。柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４は、床に適当な方法によって固定される。例えば、柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４を、アンカーボルトにより、床に固定してもよい。柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４は、十分な剛性を有するならどのような構造であってもよい。柱状部材の断面は、円形、四角形等の任意の形状であってよい。柱状部材を、中空部材によって構成してもよいが、制振性能を高めるために、中実部材によって構成してもよい。例えば、中空部材に砂、コンクリート等を充填して、中実部材を形成してもよい。柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４の高さは、鏡筒１０２と同程度であってよいが、鏡筒１０２より高くてもよい。柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４には、図示しない転倒防止構造又は転倒防止機能が設けられてよい。このような転倒防止構造として、柱状部材に傾斜したフレーム部材を接続してもよいし、柱状部材の下端に末広がりの支持板を設けてもよい。

支持部材２１１、２１２は、それぞれ、柱状部材に接続されている。支持部材２１１、２１２は、鏡筒１０２を囲むように配置されている。支持部材２１１、２１２は、十分な剛性を有するならどのような形状であってもよい。本例の支持部材２１１、２１２は四角形の枠部材である。鏡筒１０２の上部の突起１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、上部の支持部材２１１によって支持されている。鏡筒１０２の下部の突起１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、下部の支持部材２１２によって支持されている。鏡筒１０２を含む本体の荷重は、上部の支持部材２１１と下部の支持部材２１２によって均等に支持されている。

鏡筒１０２の上部の突起１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄと上部の支持部材２１１の間に除振マウント１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄが、それぞれ設けられている。鏡筒１０２の下部の突起１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと下部の支持部材２１２の間に、除振マウント１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄが、それぞれ設けられている。除振マウント１３０ａ〜１３０ｄ及び１３１ａ〜１３１ｄは、振動を吸収し減衰させるように機能するなら、どのような構造であってもよい。本例の防振マウントは、バネとダンパを直列又は並列に接続した構造を有するものであってよい。

除振マウント１３０ａ〜１３０ｄ及び１３１ａ〜１３１ｄは、鏡筒の水平方向及び垂直方向の振動を除振する機構を備えている。床からの振動は柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４を介して支持部材２１１、２１２に伝達される。しかしながら、支持部材２１１、２１２の振動は、除振マウント１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄによって減衰し、鏡筒の突起に伝達されることが回避される。空中の音波は鏡筒に伝達される。しかしながら、鏡筒の振動は、除振マウント１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄによって減衰し、支持部材２１１、２１２及び柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４に伝達されることが回避される。

本例では、柱状部材２０１の各々は、上部２０１ａ、中央部２０１ｂ、及び、下部２０１ｃの３つの部分からなる。これらの３つの部分は別個の部材から形成されてよいが単一の部材によって形成されてもよい。上部の支持部材２１１と下部の支持部材２１２は、柱状部材２０１、２０２、２０３、２０４とは別個の部材によって形成されてよいが、同一の部材によって形成してもよい。例えば、４つの柱状部材２０１の下部２０１ｃの上に、下部の支持部材２１２を接続し、その上に、４つの柱状部材２０１の中央部２０１ｂを接続し、その上に、上部の支持部材２１１を接続し、その上に、４つの柱状部材２０１の上部２０１ａをそれぞれ接続してもよい。

図３を参照して本発明による荷電粒子装置における鏡筒の支持装置の第２の例を説明する。本例の支持装置は、４本の柱状部材３０１、３０２、３０３、３０４とそれらを接続する２個の支持部材３１１、３１２を有する。４本の柱状部材３０１、３０２、３０３、３０４は、鏡筒１０２の周囲に、互いに等間隔に配置されている。

支持部材３１１、３１２は、それぞれ、柱状部材に接続されている。支持部材３１１、３１２は、鏡筒１０２を囲むように配置されている。本例の支持部材３１１、３１２は四角形の枠部材とそれより内方に延びた内方突起を有する。内方突起は、枠部材の対角線に沿って延びている。鏡筒１０２の上部の突起１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、上部の支持部材３１１の内方突起３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄによって支持されている。鏡筒１０２の下部の突起１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、下部の支持部材３１２の内方突起３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄによって支持されている。鏡筒１０２を含む本体の荷重は、上部の支持部材３１１と下部の支持部材３１２によって均等に支持されている。

鏡筒１０２の上部の突起１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄと上部の支持部材３１１の内方突起の間に除振マウント１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄが、それぞれ設けられている。鏡筒１０２の下部の突起１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと下部の支持部材３１２の内方突起の間に、除振マウント１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄが、それぞれ設けられている。

本例の支持装置は、図２に示した第１の例と比較して、支持部材３１１、３１２の構造が異なり、それ以外の構成は同一であってよい。

本例では、柱状部材３０１の各々は、上部３０１ａ、中央部３０１ｂ、及び、下部３０１ｃの３つの部分からなる。これらの３つの部分は別個の部材から形成されてよいが単一の部材によって形成されてもよい。上部の支持部材３１１と下部の支持部材３１２は、柱状部材３０１、３０２、３０３、３０４とは別個の部材によって形成されてよいが、同一の部材によって形成してもよい。例えば、４つの柱状部材３０１の下部３０１ｃの上に、下部の支持部材３１２を接続し、その上に、４つの柱状部材３０１の中央部３０１ｂを接続し、その上に、上部の支持部材３１１を接続し、その上に、４つの柱状部材３０１の上部３０１ａをそれぞれ接続してもよい。

図４を参照して本発明による荷電粒子装置における鏡筒の支持装置の第３の例を説明する。本例の支持装置は、カバー部材２２０を有する。本例の支持装置は、図２の第１の例又は図３の第２の例に、カバー部材２２０を付加した構造を有する。従って、本例の支持装置は、４本の柱状部材とそれらを接続する２個の支持部材を有するが、それらの説明は省略する。

カバー部材２２０は、側面カバー２２２及び上面カバー２２１を有する。カバー部材２２０は、鏡筒１０２の全体を覆うように４本の柱状部材に装着されている。カバー部材２２０のうちの１つの側面は、開閉可能であってよい。カバー部材２２０として、図示の形状以外の形状も可能である。例えば、カバー部材２２０を円筒容器によって構成してもよい。

本例の支持装置は、カバー部材２２０を設けることにより、周囲からの音響振動が直接鏡筒へ作用することが回避される。従って、鏡筒へ作用する周囲からの音響による音圧を低減させることができる。本例の支持装置では、カバー部材２２０を設けることにより、４本の柱状部材の剛性を増加させることができる。

図５Ａ、図５Ｂの図５Ｃを参照して本発明による荷電粒子装置における鏡筒の支持装置の支持部材の例を説明する。図５Ａの支持部材２１１は、四角形の枠部材によって形成され、中心に四角形の孔２１１Ａを有する。孔２１１Ａを鏡筒１０２が貫通する。鏡筒１０２の突起は、枠部材によって支持される。図５Ａの支持部材２１１は、図２の第１の例に用いられる。図５Ｂの支持部材３１１は、四角形の枠部材とそれより内方に延びる内方突起３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄによって形成され、中心に円形の孔３１１Ａが形成される。孔３１１Ａを鏡筒１０２が貫通する。鏡筒１０２の突起は、内方突起によって支持される。図５Ｂの支持部材３１１は、図３の第２の例に用いられる。図５Ｃの支持部材４１１は、四角形の枠部材によって形成され、中心に円形の孔４１１Ａを有する。孔４１１Ａを鏡筒１０２が貫通する。鏡筒１０２の突起は、枠部材によって支持される。

図６を参照して本発明による荷電粒子装置における鏡筒１０２の突起の位置について説明する。図６は、本発明による荷電粒子装置における鏡筒１０２と支持装置を模式化した図である。支持装置は柱状部材２０１、２０２と上部の支持部材２１１と下部の支持部材２１２を有する。柱状部材２０１、２０２は、床上に配置されている。鏡筒１０２の外周には、上部の突起１２０ａ、１２０ｃと下部の突起１２１ａ、１２１ｃが設けられている。鏡筒１０２の上部の突起１２０ａ、１２０ｃは、除振マウント１３０ａ、１３０ｃを介して、支持装置の上部の支持部材２１１によって支持されている。鏡筒１０２の下部の突起１２１ａ、１２１ｃは、除振マウント１３１ａ、１３１ｃを介して、支持装置の下部の支持部材２１２によって支持されている。

図示のように鏡筒１０２の下端を原点（ｘ＝０）とする１次元座標を設定する。鏡筒１０２の上端における座標をｘ＝１とする。鏡筒１０２の上部の突起１２０ａ、１２０ｃと下部の突起１２１ａ、１２１ｃの座標をそれぞれｘ＝ｘ２、ｘ＝ｘ１とする。本発明によると、突起の位置座標ｘ１、ｘ２は、鏡筒１０２の両端が自由端のとき振動１次モード又は２次モードの節の位置に対応している。即ち、鏡筒１０２の両端が自由端の場合の振動１次モード又は２次モードの節の位置に突起１２０ａ、１２０ｃ、１２１ａ、１２１ｃを設け、この突起を、支持装置の支持部材によって支持する。振動の節の位置では、鏡筒１０２の変位はゼロである。振動の節の位置にて鏡筒１０２を支持することによって、床の振動が鏡筒１０２に伝達されても、共振が起きることはない。更に、本発明によると、鏡筒１０２を単純支持構造によって単純支持するため、従来の荷電粒子装置のように鏡筒１０２を片持ち支持する場合と比較して、固有振動数が高くなり、共振を抑制することができる。これについては後に詳細に説明する。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本発明による鏡筒の支持点の構造の例を説明する。ここでは、鏡筒１０２の上部の突起１２０ａにおける支持点を説明するが、下部の突起１２１ａの支持点の構造は、上部の突起における支持点の構造と同一構造であってよい。本発明によると、鏡筒は支持点において単純支持する単純支持構造を用いる。単純支持構造は、片持ち支持構造とは異なり、支持点における梁の変位を拘束するが梁の傾斜を許す。

図７Ａに示す例では、単純支持構造を用いる。単純支持構造は、鏡筒１０２の突起１２０ａと支持装置の支持部材２１１の間に設けられている。単純支持構造は、鏡筒１０２の突起１２０ａに設けられたピン１４５と、ピン１４５周りに回転可能な支持マウント１４０を有する。支持マウント１４０は支持部材２１１に固定されている。

単純支持構造は、鏡筒１０２の突起１２０ａがピン１４５周りに回転変位することを許すが、鏡筒１０２の突起１２０ａが支持マウント１４０に対して水平方向及び垂直方向に変位することを許さない。従って、単純支持構造は、鏡筒１０２の傾斜のみを許し、鏡筒１０２の水平方向及び垂直方向の変位を阻止する。

図７Ｂに示す例では、ローラ支持構造を用いる。ローラ支持構造は、単純支持構造の一種である。ローラ支持構造は、鏡筒１０２の突起１２０ａと支持装置の支持部材２１１の間に設けられている。ローラ支持構造は、鏡筒１０２の突起１２０ａに設けられたピン１４５と、ピン１４５周りに回転可能な支持マウント１４０と、支持マウント１４０の下端部と支持部材２１１の間に配置されたローラ１４６を有する。

ローラ支持構造は、鏡筒１０２の突起１２０ａがピン１４５周りに回転変位することを許すが、鏡筒１０２の突起１２０ａが支持マウント１４０に対して水平方向及び垂直方向に変位することを許さない。

しかしながら、支持マウント１４０はローラ１４６を介して、支持部材２１１に対して水平方向に可動である。従って、ローラ支持構造は、鏡筒１０２の傾斜と水平方向の移動を許し、鏡筒１０２の垂直方向の変位を阻止する。

図７Ａ及び図７Ｂの例では、上述の除振マウント１３０ａの図示を省略している。支持マウント１４０に、上述の除振マウントを組み込んでもよいし、支持マウント１４０に上述の除振マウントを直列に設けてもよい。

図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照して、本発明による鏡筒１０２の支持点について説明する。図８Ａの例では、支持装置の上部及び下部において、鏡筒１０２はそれぞれ３点で支持されている。各支持点には、それぞれ３つの支持マウント１４０、１４１が装着されている。３つの支持マウントのうち１つは軸線方向に沿って鏡筒１０２を支持し、２つは軸線方向に垂直な方向に沿って鏡筒１０２を支持する。図８Ｂの例では、支持装置の上部の及び下部において、鏡筒１０２はそれぞれ２点で支持されている。各支持点には、それぞれ２つの支持マウント１４０、１４１が装着されている。これらの支持マウントは、軸線方向に垂直な方向から鏡筒１０２を支持する。図８Ｃの例では、支持装置の上部及び下部において、鏡筒１０２はそれぞれ１点で支持されている。各支持点には、１つの支持マウント１４０、１４１が装着されている。この支持マウントは、軸線方向に沿って鏡筒１０２を支持する。尚、軸線方向に沿って鏡筒１０２を支持する場合、鏡筒１０２を下方から支持してもよいが、上方から鏡筒１０２を吊り下げるように支持してもよい。

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、従来の荷電粒子装置における鏡筒の支持構造と本発明による鏡筒の支持構造の振動モード及び固有振動数を比較する。ここでは、鏡筒を断面積及び材質が均一な棒とみなす。軸に対して横方向に棒が振動する場合は、梁の横振動と称され、４回の微分方程式によって表わされる。梁の両端における境界条件を用いると、４階の微分方程式を解くことができる。こうして、振動曲線が得られる。振動は１次モード、２次モード、３次モード等が可能である。固有振動数は式（１）で表される。

ここで，Eは鏡筒のヤング率、Iは鏡筒の断面２次モーメント、ρは鏡筒の軸密度、Aは鏡筒の断面積、lは鏡筒の長さを表わす。λは、梁の支持方式、及び、振動の次数によって決まる係数である。鏡筒の断面２次モーメントIは式（２）で表される。

図９Ａは、片持ち支持された梁の振動モードを示す。従来の荷電粒子装置では、鏡筒は荷重板上に支持されている。従って、鏡筒を片持ち支持された梁によって近似することができる。固定端を原点（ｘ＝０）とし、自由端をｘ＝１とする１次元座標を設定する。固定端（ｘ＝０）における変位及び傾斜がゼロ、自由端（ｘ＝１）におけるモーメント及びせん断力がゼロという境界条件を用いて、４階の微分方程式を解くと、図示のような振動曲線が得られる。１次モードでは、梁の自由端にて最も大きな振幅が現れる。２次モードでは、ｘ＝０．７７４の点にて節（変位がゼロ）が生じ、自由端にて大きな振幅が現れる。

図９Ａに示す片持ち支持構造の場合の式（１）の係数λを求めると、振動が１次モードでは、λ_c1＝1.875、２次モードでは、λ_c2＝4.694である。これらの値を、それぞれ式（１）のλに代入することによって、片持ち支持された梁の固有振動数が求められる。

図９Ｂは、両端が自由端である梁の振動モードを示す。左側の自由端を原点（ｘ＝０）とし、右側の自由端をｘ＝１とする１次元座標を設定する。自由端（ｘ＝０、１）におけるモーメント及びせん断力がゼロという境界条件を用いて、４階の微分方程式を解くと、図示のような振動曲線が得られる。１次モードでは、梁の中央部と両端の自由端にて最も大きな振幅が現れる。ｘ＝０．２２４、及び、ｘ＝０．７７６の点にて節（変位がゼロ）が生じる。２次モードでは、ｘ＝０．１３２、ｘ＝０．５００、ｘ＝０．８６８の点にて節が生じる。節の中間、及び、両端の自由端にて、振幅が大きくなる。

本発明によると、鏡筒が振動するときの節の位置を、鏡筒の支持点とする。従って、床の振動が鏡筒１０２に伝達されても、共振が起きることはない。

図９Ｂに示す両端が自由端の場合の式（１）の係数λを求めると、振動が１次モードでは、λ_f1＝4.73、２次モードでは、λ_f2＝7.853である。これらのλの値を、それぞれ式（１）に代入することによって、両端が自由端である梁の固有振動数が求められる。

式（１）に示すように固有振動数は、係数λの二乗に比例する。図８Ｂに示す両端が自由端の場合の固有振動数は、図８Ａに示す片持ち支持構造の場合の固有振動数の６倍以上になる。

また、図示していないが、両端を単純支持とする支持構造についても、同様な考察ができる。左側の単純支持点を原点（ｘ＝０）とし、右側の単純支持点をｘ＝１とする１次元座標を設定する。単純支持点（ｘ＝０、１）における変位及びモーメントがゼロという境界条件を用いて、４階の微分方程式を解くと、梁の振動曲線が得られる。１次モードでは、梁の中央部にて最も大きな振幅が現れる。この場合、鏡筒の両端が支持点となる。２次モードでは、梁の中央部にて節が生じ、中央の節と両端の単純支持点の間に、それぞれ最も大きな振幅が現れる。この場合、鏡筒の両端と中央の３点が支持点となる。

この場合、式（１）の係数λを求めると、振動が１次モードでは、λ_s1＝π、２次モードでは、λ_s2＝２πである。これらのλの値を、それぞれ式（１）に代入することによって、両端を単純支持とする梁の固有振動数が求められる。この場合の固有振動数は、図８Ａに示す片持ち支持構造の場合の固有振動数の２倍以上になる。

更に、左端を単純支持、右端を自由端とする支持構造についても、同様な考察ができる。左側の単純支持点を原点（ｘ＝０）とし、右側の自由端をｘ＝１とする１次元座標を設定する。単純支持点（ｘ＝０）における変位及びモーメントがゼロ、自由端（ｘ＝１）におけるモーメント及びせん断力がゼロという境界条件を用いて、４階の微分方程式を解くと、梁の振動曲線が得られる。式（１）の係数λを求めると、振動が１次モードでは、λ_fs1＝3.927、２次モードでは、λ_fs2＝7.069である。これらのλの値を、それぞれ式（１）に代入することによって、一端が単純支持、他端が自由端の梁の固有振動数が求められる。この場合の固有振動数は、図８Ａに示す片持ち支持構造の場合の固有振動数の４倍以上になる。

本発明によると、両端が自由端である梁の振動の節に対応する位置に、鏡筒の支持点を設定する。又は、本発明によると、両端を単純支持とする梁の振動の節に対応する位置に、鏡筒の支持点を設定してもよい。更に、一端を単純支持とし他端を自由端とする梁の振動の節に対応する位置に、鏡筒の支持点を設定してもよい。

本発明によると、片持ち支持構造の代わりに、単純支持構造を用いるから、従来の荷電粒子装置と比較して、鏡筒の固有振動数を大きくすることができる。そのため、鏡筒の共振を防止することができる。

更に、本発明によると、梁の振動の節に対応する位置に、鏡筒の支持点を設定するから、外部から鏡筒に振動が伝達されても、鏡筒の共振を回避することができる。

図１０を参照して鏡筒の支持点の位置について説明する。図１０は、鏡筒の下端を原点（ｘ＝０）とし、鏡筒の上端の座標をｘ＝１とする１次元座標を表わす。点Ｐ１、Ｐ２は、両端が自由端である梁の振動が１次モードの場合の振動の節の位置である。点Ｐ１の座標はｘ＝０．２２４、Ｐ２の座標はｘ＝０．７７６である。点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、両端が自由端である梁の振動が２次モードの場合の振動の節の位置である。点Ｑ１の座標はｘ＝０．１３２、点Ｑ２の座標はｘ＝０．５００、点Ｑ３の座標はｘ＝０．８６８である。

振動の１次モードに着目すると、点Ｐ１、Ｐ２を、鏡筒の支持点としてよい。振動の２次モードに着目すると、点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を、鏡筒の支持点としてよい。更に、振動の１次モード及び２次モードの両者に着目すると、点Ｐ１と点Ｑ１の間に、第１の支持点を設定し、点Ｐ２と点Ｑ３の間に、第２の支持点を設定してもよい。第１の支持点を点Ｐ１と点Ｑ１の真ん中に配置し、第２の支持点を点Ｐ２と点Ｑ３の真ん中に配置してもよい。

本発明によると、鏡筒の支持点を、振動の節の位置に設定してもよいが、振動の節の位置の近傍に設定してもよい。鏡筒の支持点を、振動の節の位置の近傍に設定しても、鏡筒の共振を防止することができる。

本発明によれば、鏡筒自身の重量を増加させることなく、鏡筒を高剛性化し、鏡筒自身の振動や鏡筒へ作用する振動を低減させることができる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１０…本体、１４…制御装置、１５…ディスプレイ装置、１６…操作卓、１８…荷重板、１９…除振マウント、２０…架台、１０２…鏡筒、１０３…試料ステージ、１０４…イオンポンプ、１０５…排気管、１１１…電子銃、１１２…エミッタ、１１３…コンデンサレンズ、１１４…対物レンズ、１１５…中間レンズ、１１６…投影レンズ、１１７…検出器、１１８…蛍光板、１１９…カメラフィルム、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ…突起、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ…突起、１３０ａ〜１３０ｄ及び１３１ａ〜１３１ｄ…除振マウント、１４０、１４１…支持マウント、１４５…ピン、１４６…ローラ、２０１、２０２、２０３、２０４…柱状部材、２１１、２１２…支持部材、２２０…カバー部材、２２１…上面カバー、２２２…側面カバー、３０１、３０２、３０３、３０４…柱状部材、３１１、３１２…支持部材、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ…内方突起

Claims (20)

1. 筒形の鏡筒と、該鏡筒の内部に設けられた荷電粒子線光学系と、該鏡筒に設けられた試料ステージと、前記鏡筒を支持する支持装置と、を有する荷電粒子装置において、
   前記支持装置は、前記鏡筒の軸線方向に沿って設定された複数の支持点にて前記鏡筒を単純支持する単純支持構造を有し、
   前記鏡筒の支持点は、前記鏡筒を両端が自由端である梁と看做したときの梁の振動の節の位置に対応する位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
2. 請求項１記載の荷電粒子装置において、
   前記梁の振動が１次モードのときの２つの節の位置を順に点Ｐ１、Ｐ２とするとき、前記鏡筒の支持点は、該点Ｐ１、Ｐ２に対応する位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
3. 請求項１記載の荷電粒子装置において、
   前記梁の振動が１次モードのときの２つの節の位置を順に点Ｐ１、Ｐ２とし、前記振動が２次モードのときの３つの節の位置を順に点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３とするとき、前記鏡筒の支持点は、該点Ｐ１と点Ｑ１の間の第１の支持点と、該点Ｐ２と点Ｑ３の間の第２の支持点として設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
4. 請求項１記載の荷電粒子装置において、
   前記鏡筒の外周には前記支持点に対応する位置に突起が設けられ、
   前記支持装置は、床上に配置された４本の柱状部材と、該柱状部材を接続する支持部材とを有し、前記支持部材によって、前記鏡筒の突起が支持されていることを特徴とする荷電粒子装置。
5. 請求項４記載の荷電粒子装置において、
   前記鏡筒の突起と前記支持部材の間に前記鏡筒を除振支持する除振マウントが設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
6. 請求項４記載の荷電粒子装置において、
   前記支持部材は、前記鏡筒が貫通する孔を有する枠部材を有することを特徴とする荷電粒子装置。
7. 請求項１において、
   前記支持装置はカバーで覆われていることを特徴とする荷電粒子装置。
8. 請求項１において、
   前記単純支持構造は、前記鏡筒に設けられたピンと、該ピン周りに回転可能な支持マウントとを有し、該支持マウントは前記支持装置に固定されていることを特徴とする荷電粒子装置。
9. 請求項１において、
   前記単純支持構造は、前記鏡筒に設けられたピンと、該ピン周りに回転可能な支持マウントと、該支持マウントの下端部と前記支持装置の間に設けられたローラと、を有するローラ支持構造によって構成されていることを特徴とする荷電粒子装置。
10. 筒形の鏡筒と、該鏡筒の内部に設けられた荷電粒子線光学系と、該鏡筒に設けられた試料ステージと、前記鏡筒を支持する支持装置と、を有する荷電粒子装置において、
    前記支持装置は、前記鏡筒の軸線方向に沿って設定された複数の支持点にて前記鏡筒を単純支持する単純支持構造を有し、
    前記鏡筒の支持点は、前記鏡筒を両端が単純支持された梁と看做したときの梁の振動の節の位置に対応する位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
11. 請求項１０記載の荷電粒子装置において、
    前記鏡筒の外周には前記支持点に対応する位置に突起が設けられ、
    前記支持装置は、床上に配置された４本の柱状部材と、該柱状部材を接続する支持部材とを有し、前記支持部材によって、前記鏡筒の突起が支持されていることを特徴とする荷電粒子装置。
12. 請求項１０記載の荷電粒子装置において、
    前記鏡筒の突起と前記支持部材の間に前記鏡筒を除振支持する除振マウントが設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
13. 請求項１０において、
    前記支持装置はカバーで覆われていることを特徴とする荷電粒子装置。
14. 請求項１０において、
    前記単純支持構造は、前記鏡筒に設けられたピンと、該ピン周りに回転可能な支持マウントとを有し、該支持マウントは前記支持装置に固定されていることを特徴とする荷電粒子装置。
15. 請求項１０において、
    前記単純支持構造は、前記鏡筒に設けられたピンと、該ピン周りに回転可能な支持マウントと、該支持マウントの下端部と前記支持装置の間に設けられたローラと、を有するローラ支持構造によって構成されていることを特徴とする荷電粒子装置。
16. 筒形の鏡筒と、該鏡筒の内部に設けられた荷電粒子線光学系と、該鏡筒に設けられた試料ステージと、前記鏡筒を支持する支持装置と、を有する荷電粒子装置において、
    前記支持装置は、前記鏡筒の軸線方向に沿って設定された複数の支持点にて前記鏡筒を単純支持する単純支持構造を有し、
    前記鏡筒の支持点は、前記鏡筒を両端が自由端である梁と看做したときの梁の振動の節の位置に対応する位置に設けられ、
    前記鏡筒の外周には前記支持点に対応する位置に突起が設けられ、該鏡筒の突起を介して前記鏡筒は前記支持装置によって支持されていることを特徴とする荷電粒子装置。
17. 請求項１６記載の荷電粒子装置において、
    前記支持装置は、床上に配置された４本の柱状部材と、該柱状部材を接続する支持部材とを有し、前記支持部材によって、前記鏡筒の突起が支持されており、
    前記鏡筒の突起と前記支持部材の間に前記鏡筒を除振支持する除振マウントが設けられていることを特徴とする荷電粒子装置。
18. 請求項１６において、
    前記単純支持構造は、前記鏡筒の突起に設けられたピンと、該ピン周りに回転可能な支持マウントとを有し、該支持マウントは前記支持装置に固定されていることを特徴とする荷電粒子装置。
19. 請求項１６において、
    前記単純支持構造は、前記鏡筒の突起に設けられたピンと、該ピン周りに回転可能な支持マウントと、該支持マウントの下端部と前記支持装置の間に設けられたローラと、を有するローラ支持構造によって構成されていることを特徴とする荷電粒子装置。
20. 請求項１６記載の荷電粒子装置において、
    前記支持装置はカバーで覆われていることを特徴とする荷電粒子装置。

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