JPH08273570A - 試料に対する精密作業を行う装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 試料に対する精密作業を行う装置の振動を、
簡素な構成で効率良く防止する。 【構成】 試料ステージ１０の振動を検出するステージ
振動センサ３２と、電子顕微鏡等の精密作業機器５の振
動を検出する機器振動センサ３１と、前記ステージ振動
センサ３２および機器振動センサ３１の検出信号の差信
号である検出差信号を出力する差信号出力手段３５と、
検出差信号が０となるように圧電体等のアクチュエータ
２１，２２，２４を作動させるアクチュエータ駆動制御
装置３６とを備えた電子顕微鏡等の試料に対する精密作
業を行う装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料受け台に載せられ
た試料に対する精密作業を行う装置（電子顕微鏡装置、
電子、Ｘ線等を用いた分析装置、核磁気共鳴装置、等）
に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記電子顕微鏡等のような試料ステージ
に保持された試料に対する精密作業を行う装置は、試料
を微動させる装置により、前記試料の水平面内および鉛
直軸方向（光軸方向）等の移動、回転等を高精度で行
い、あらゆる方向から観察したり、分析したりする必要
がある。このような試料に対する精密作業を行う装置で
は、外部からの振動（すなわち、外乱）が試料保持装置
に伝達されると、観察結果、分析結果等に悪影響を与え
ることになる。また、前記試料に対する精密作業を行う
装置は、非常に微細な部分の分析を行うため、高精度に
製作されている。このため、外部からの振動の伝達は精
密に調整された装置に誤差を発生させる原因となる。

【０００３】前記外乱要因としては次のようなものがあ
る。 （a）前記試料に対する精密作業を行う装置が収容され
た建造物の付近を通過する自動車による振動、（b）前
記試料に対する精密作業を行う装置が収容された建造物
の風による揺れ、および、付近の高層建造物の風による
揺れに基づく地面の揺れ、（c）近くに配置された発電
機等の振動源、前述の各外乱要因の悪影響を避けるた
め、前記試料に対する精密作業を行う装置では、従来か
ら、外部の振動が伝達されないようにする技術（すなわ
ち、振動の伝達を防止する防振技術）が種々提案されて
いる。

【０００４】前記従来の防振技術としては、受動型のも
のと能動型のものが知られており、受動型のものとして
は下記の技術が有る。 （Ｊ01）実開昭５３−１７９１４０号公報、実公平６−
２４１２４号公報等に記載の技術 これらの公報に記載された技術は、床に設置された架台
上にエネルギー吸収部材（ばね）を介して、ベースプレ
ートを支持し、このベースプレート上に前記試料に対す
る精密作業を行うための試料保持装置および顕微鏡筒等
の部材を搭載するように構成されている。すなわち、床
および架台等から構成される固定部材に、エネルギー吸
収部材（ばね）を介して、ベースプレート、試料保持装
置および顕微鏡筒等から構成される可動部材が支持され
ている。

【０００５】しかしながら、前記（Ｊ01）に示す受動型
の防振技術では次の問題点がある。 （前記（Ｊ01）の技術の問題点）床上の架台（固定部
材）から可動部材のベースプレートへの振動の伝達はエ
ネルギー吸収部材を介して行われるので、可動部材の振
動はある程度小さくなる。しかしながら、可動部材の水
平方向の振動を効果的に減衰させる手段は設けられてい
ない。また、外部の振動（外乱）が大きい場合は、それ
に応じてベースプレートへ伝達される振動も大きくな
る。したがって、外部の振動が大きい場合には試料に対
する精密作業を行う装置に対しても大きな振動が伝達さ
れることとなり、常に満足できるような防振効果は得ら
れない。

【０００６】一般的に、受動型の防振技術では前述のよ
うな問題点があるため、多くの能動型の防振装置が提案
されている。特に、ビル等の建造物の防振技術（揺れ防
止技術）においては、前記受動型の防振装置の代わり
に、能動型の防振技術が多く提案されている。

【０００７】従来の能動型の防振装置としては下記の技
術が知られている。 （Ｊ02）特開平６−２３５４３９号公報記載の技術 この公報には、防振対象物の振動を減衰するように作動
する加振手段（アクチュエータ）をフィードフォワード
制御信号およびフィードバック制御信号により制御する
方法および装置が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（Ｊ02）の技術には、本発明が対象とする、試料に対す
る精密作業を行う装置の防振装置に適用した場合の最適
な方法および装置（例えば、振動を減衰させる加振装置
（アクチュエータ）の配置位置等）については示されて
いない。すなわち、防振技術は適用される技術分野毎に
最適の適用形態は当然異なるものであり、前記（Ｊ02）
の技術をそのまま、電子顕微鏡のような試料に対する精
密作業を行う装置に適用しても、直ちに最適な防振装置
が得られるわけではない。

【０００９】例えば、技術分野毎に、防振装置の構造、
減衰対象とする主な振動数やその振幅等が異なる。ま
た、技術分野毎に問題点とされる事柄も異なる。例え
ば、試料に対する精密作業を行う装置では、可動部材の
水平方向の振動が可動部材の重心回りの回動を引き起こ
し、これが大きな問題点となる可能性がある。

【００１０】試料に対する精密作業を行う装置における
能動型の防振装置として下記（Ｊ03）の技術が考えられ
る。 （Ｊ03）図４に示す技術 図４に示す試料に対する精密作業を行う装置は、懸垂タ
イプの能動型防振装置を備えたものである。図４に示す
装置は、土台０１上に支柱０２を支持し、前記支柱０２
上に振動エネルギ吸収部材０３を介して床０４を支持し
ている。そして、前記床０４上に試料に対する精密作業
を行う装置（例えば電子顕微鏡等）０５が支持されてい
る。この図４に示す装置は、床０４およびその上面に支
持された試料に対する精密作業を行う装置０５により可
動部材０６が構成されている。そして、前記試料に対す
る精密作業を行う装置は、可動部材０６の振動を振動セ
ンサ０７により検出し、振動センサ０７の検出信号が０
となるように、アクチュエータ０８を作動させるように
構成されている。

【００１１】（前記（Ｊ03）の問題点）前記（Ｊ03）の
技術は、装置が大掛かりとなって、大きなスペースが必
要となり、また、コストが上昇するという問題点があ
る。本発明者は、前記問題点に鑑み検討した結果、精密
作業装置全体の振動を防止するのではなく、電子顕微鏡
本体等の精密作業機器に対する試料の相対的振動を防止
すれば、精密作業を高精度に行えることに気が付いた。

【００１２】本発明は、前述の検討結果に鑑み、下記の
記載内容を課題とする。 （Ｏ01）顕微鏡本体等の精密作業機器に対する試料の振
動を、簡素な構成で効率良く防止すること。

【００１３】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出した本発明を説明するが、本発明の要素に
は、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実
施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。ま
た、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する
理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明
の範囲を実施例に限定するためではない。

【００１４】（本発明）前記課題を解決するために、本
発明の試料に対する精密作業を行う装置は、下記の要件
を備えたことを特徴とする、（Ｙ01）固定された基台
（２）、（Ｙ02）前記基台（２）に支持されたステージ
固定部材（１１）、試料受け台（２５）、および前記ス
テージ固定部材（１１）に対して前記試料受け台（２
５）を移動させるアクチュエータ（１５，１６，２１，
２２，２４）により構成される試料ステージ（１０）、
（Ｙ03）前記基台（２）に支持され、前記試料ステージ
（１０）に保持された試料に対する精密作業を行う精密
作業機器（５）、（Ｙ04）前記試料ステージ（１０）の
振動を検出するステージ振動センサ（３２）、（Ｙ05）
前記精密作業機器（５）の振動を検出する機器振動セン
サ（３１）、（Ｙ06）前記ステージ振動センサ（３２）
および機器振動センサ（３１）の検出信号の差信号であ
る検出差信号を出力する差信号出力手段（３５）、（Ｙ
07）前記検出差信号が０となるように前記アクチュエー
タ（１５，１６，２１，２２，２４）を作動させるアク
チュエータ駆動制御装置（３６）。

【００１５】

【作用】次に、前述の特徴を備えた本発明の作用を説明
する。前述の特徴を備えた本発明の試料に対する精密作
業を行う装置では、固定された基台（２）により試料ス
テージ（１０）のステージ固定部材（１１）が支持され
る。前記基台（２）に支持された電子顕微鏡等の精密作
業機器（５）は、前記試料ステージ（１０）に保持され
た試料に対する精密作業（顕微分析等）を行う。ステー
ジ振動センサ（３２）は、前記試料ステージ（１０）の
振動を検出する。機器振動センサ（３１）は、前記精密
作業機器（５）の振動を検出する。差信号出力手段（３
５）は、前記ステージ振動センサ（３２）および機器振
動センサ（３１）の検出信号の差信号である検出差信号
を出力する。前記ステージ固定部材（１１）に対して前
記試料受け台（２５）を移動させるアクチュエータ（１
５，１６，２１，２２，２４）は、アクチュエータ駆動
制御装置（３６）により、前記検出差信号が０となるよ
うに作動する。このため、精密作業機器（５）と試料と
は常に一定の関係に保持されることとなり、例えば電子
ビームで試料を走査する精密作業機器（５）の場合には
常に試料上の一定の場所を走査することが可能となる。

【００１６】

【実施例】次に図面を参照しながら、本発明の実施例の
試料に対する精密作業を行う装置を説明するが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以後
の説明の理解を容易にするために、図面において互いに
直交する座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義し、矢印Ｘ方向
を前方、矢印Ｙ方向を左方、 矢印Ｚ方向を上方とす
る。この場合、Ｘ方向と逆向き（−Ｘ方向）は後方、Ｙ
方向と逆向き（−Ｙ方向）は右方、Ｚ方向と逆向き（−
Ｚ方向）は下方となる。また、Ｘ方向及び−Ｘ方向を含
めて前後方向又はＸ軸方向といい、Ｙ方向及び−Ｙ方向
を含めて左右方向又はＹ軸方向といい、Ｚ方向及び−Ｚ
方向を含めて上下方向又はＺ軸方向ということにする。
さらに図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙
面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に
「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印
を意味するものとする。

【００１７】（実施例）図１は本発明の一実施例の試料
に対する精密作業を行う装置の全体説明図である。図２
は同実施例の要部の詳細説明図である。図３は同実施例
で使用される試料ステージの斜視図である。図１におい
て、床１上に固定支持された基台２は、枠状の側壁部材
３、この側壁部材３上端に支持されたベースプレート
４、および前記側壁部材３に支持されたステージ支持部
材６により構成されている。前記ベースプレート４に
は、試料に対する精密作業を行う精密作業機器としての
ＳＥＭ（Scaning Electron Microscope、走査型電子顕
微鏡）本体５が支持されている。前記ＳＥＭ本体５下部
の電子線出射部の下方には、前記ステージ支持部材６が
配置されている。また、前記ステージ支持部材６の右上
の位置には２次電子検出器７が配置されている。

【００１８】前記ステージ支持部材６には、試料ステー
ジ１０が支持されている。試料ステージ１０は、前記基
台１のステージ支持部材６に固定支持されたステージ固
定部材１１を有している。図３および図２においてステ
ージ固定部材１１は、略Ｕ字状の金属ブロックにより構
成されており、底部材１２、前壁部材１３および後壁部
材１４を有している。前記ステージ固定部材１１の前壁
部材１３および後壁部材１４にはそれぞれ前後移動用圧
電体１５および１６の一端が固着されている。前記前後
移動用圧電体１５および１６の他端には前後移動部材１
７が固着されている。前記前後移動用圧電体１５および
１６は一方が前後方向に収縮するときには他方が伸長す
るようになっており、前記前後移動部材１７を前後（Ｘ
軸方向）に移動させるアクチュエータ（前後移動用アク
チュエータ）としての機能を有している。

【００１９】前記前後移動部材１７は、略Ｕ字状の金属
ブロックにより構成されており、底部材１８、左壁部材
１９および右壁部材２０を有している。そして、前記底
部材１８の前端面および後端面がそれぞれ前記前後移動
用圧電体１５および１６に固着されている。前記前後移
動部材１７の左壁部材１９および右壁部材２０にはそれ
ぞれ左右移動用圧電体２１および２２の一端が固着され
ている。前記左右移動用圧電体２１および２２の他端に
は左右移動部材２３が固着されている。前記左右移動用
圧電体２１および２２は一方が左右方向に収縮するとき
には他方が伸長するようになっており、前記左右移動部
材２３を左右（Ｙ軸方向）に移動させるアクチュエータ
（左右移動用アクチュエータ）としての機能を有してい
る。

【００２０】前記左右移動部材２３は、直方体状の金属
ブロックにより構成されており、その左端面および右端
面がそれぞれ前記左右移動用圧電体２１および２２に固
着されている。前記左右移動部材２３の上面には上下移
動用圧電体２４の下端が固着されている。前記上下移動
用圧電体２４の上端には試料受け台２５の下端面が固着
されている。前記上下移動用圧電体２４は上下方向に伸
縮するようになっており、前記試料受け台２５を上下
（Ｚ軸方向）に移動させるアクチュエータ（上下移動用
アクチュエータ）としての機能を有している。

【００２１】図２において、前記ＳＥＭ本体（精密作業
機器）５の下部にはＳＥＭ本体５の３次元方向（Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向）の振動を検出する機器振動センサ３１が
配置されている。また、試料ステージ１０のステージ固
定部材１１には試料ステージ１０の３次元方向（Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向）の振動を検出するステージ振動センサ３
２が配置されている。前記機器振動センサ３１の出力信
号およびステージ振動センサ３２の出力信号はそれぞれ
検出回路３３および３４で適当な信号レベルに調節され
て、差信号出力手段３５に入力されるように構成されて
いる。

【００２２】差信号出力手段３５は、前記検出回路３３
および３４から入力された前記３軸方向の機器振動信号
およびステージ振動信号のそれぞれの差信号（検出差信
号）を出力する機能を有している。図２において、前記
検出差信号が０となるように前記圧電体（アクチュエー
タ）を作動させるアクチュエータ駆動制御装置３６は、
前記差信号出力手段３５の出力信号が入力されるアクチ
ュエータ駆動信号出力手段３７、および駆動回路３８を
有している。前記アクチュエータ駆動信号出力手段３７
は、入力信号に応じて、前記検出差信号がと０となるよ
うな、アクチュエータ駆動信号を出力するように構成さ
れている。前記駆動回路３８は、アクチュエータ駆動信
号出力手段３７からの入力信号に応じて前記前後移動用
圧電体１５，１６、左右移動用圧電体２１，２２、およ
び上下移動用圧電体２４の駆動信号を出力するように構
成されている。

【００２３】（実施例の作用）次に、前述の構成を備え
た実施例１の作用を説明する。前述の特徴を備えた本発
明の試料に対する精密作業を行う装置では、固定された
基台１により試料ステージ１０のステージ固定部材１１
が支持される。前記基台１に支持されたＳＥＭ本体（精
密作業機器）５は、前記試料ステージ１０に保持された
試料に対する電子による走査等の精密作業を行う。ステ
ージ振動センサ３２は、前記試料ステージ１０の振動を
検出する。機器振動センサ３１は、前記ＳＥＭ本体５の
振動を検出する。差信号出力手段３５は、前記ステージ
振動センサ３２および機器振動センサ３１の検出信号の
差信号である検出差信号を出力する。前記ステージ固定
部材１１に対し、前記試料受け台２５を移動させるアク
チュエータとしての前後移動用圧電体１５，１６、左右
移動用圧電体２１，２２、および上下移動用圧電体２４
は、アクチュエータ駆動制御装置３６により、前記検出
差信号が０となるように作動する。このため、ＳＥＭ本
体５と試料とは常に一定の関係に保持されることとな
り、電子ビームで試料を走査する場合には常に試料上の
一定の場所を走査することができる。

【００２４】（変更例）以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施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本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更
実施例を下記に例示する。

【００２５】（Ｈ01）水平方向の振動のみを防止する場
合には、前記実施例の上下移動用圧電体２４は省略する
ことが可能である。 （Ｈ02）アクチュエータとして使用する前後移動用圧電
体１５，１６または左右移動用圧電体２１，２２は、そ
れぞれ一方を省略することが可能である。 （Ｈ03）ＳＥＭ本体５は、基台１にスプリング、ゴムブ
ロック等のエネルギ吸収手段を介して支持することが可
能である。 （Ｈ04）本発明は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）以外
に、透過型電子顕微鏡、電子、Ｘ線等を用いた分析装
置、核磁気共鳴装置等、に適用することが可能である。 （Ｈ05）ステージ振動センサ３２は、ステージ固定部材
１１に配置する代わりに、試料ステージの前後移動部材
１７、左右移動部材２３または試料受け台２５等に配置
することが可能である。

【００２６】

【発明の効果】前述の本発明の試料に対する精密作業を
行う装置は、下記の効果を奏することができる。 （Ｅ01）試料受け台を移動させるアクチュエータを試料
ステージに設けたので、電子顕微鏡等の精密作業機器に
対する試料の振動を、簡素な構成で効率良く防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の一実施例の試料に対する精密
作業を行う装置の全体説明図である。

【図２】 図２は同実施例の要部の詳細説明図である。

【図３】 図３は同実施例で使用される試料ステージの
斜視図である。

【図４】 図４は従来例の説明図である。

【符号の説明】

２…基台、５…精密作業機器（ＳＥＭ本体）、１０…試
料ステージ、１１…ステージ固定部材、２５…試料受け
台、３１…機器振動センサ、３２…ステージ振動セン
サ、３５…差信号出力手段、３６…アクチュエータ駆動
制御装置、（１５，１６，２１，２２，２４）…アクチ
ュエータ（圧電体）、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の要件を備えたことを特徴とする試
   料に対する精密作業を行う装置、（Ｙ01）固定された基
   台、（Ｙ02）前記基台に支持されたステージ固定部材、
   試料受け台、および前記ステージ固定部材に対して前記
   試料受け台を移動させるアクチュエータにより構成され
   る試料ステージ、（Ｙ03）前記基台に支持され、前記試
   料ステージに保持された試料に対する精密作業を行う精
   密作業機器、（Ｙ04）前記試料ステージの振動を検出す
   るステージ振動センサ、（Ｙ05）前記精密作業機器の振
   動を検出する機器振動センサ、（Ｙ06）前記ステージ振
   動センサおよび機器振動センサの検出信号の差信号であ
   る検出差信号を出力する差信号出力手段、（Ｙ07）前記
   検出差信号が０となるように前記アクチュエータを作動
   させるアクチュエータ駆動制御装置。