JPH09113813A

JPH09113813A - 顕微鏡

Info

Publication number: JPH09113813A
Application number: JP7274199A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Noguchi; 幸彦野口
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 1997-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JP3625922B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明の目的は、大型ステージに対応可能
なアームの奥行き寸法の大きな顕微鏡で、操作性の向上
と、軽量且つ実用的な剛性を備えた顕微鏡を提供するも
のである。【解決手段】ベース１２と、前記ベース１２に固定し
たアーム１１と、前記アーム１１のアーム支柱部１１ｂ
からステージ１４の上方に張り出したアーム片持部１１
ａとを具備した顕微鏡１０において、前記アーム片持部
１１ａの下側がステージ１４の上面側とほぼ平行であ
り、前記アーム片持部１１ａの上側が観察の光軸Ａ付近
から、前記アーム支柱部１１ｂ上端に向かって高さが増
加方向に傾斜して、前記アーム片持部１１ａから前記ア
ーム支柱部１１ｂまで凹型断面形状の内底面部を連続さ
せるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、顕微鏡のアーム
の改善に関するもので、特に、半導体，液晶等の大型試
料の検査等に対応できる大型ステージを搭載した顕微鏡
に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、半導体，液晶等の製品の品質管理
には、目視による検査が必要であるため、顕微鏡等が一
般に多く用いられている。半導体ウエハの大きさには、
一般に６，８，１０インチ（１インチ＝約２５mm）等の
ものが多く知られている。

【０００３】ところが、最近では上記半導体，液晶等の
製造にあたり、生産性の向上のために試料を大型化する
傾向になってきた。それと同時に、半導体ウエハ，液晶
パネル等の製品はもとより半導体ウエハや液晶パネルの
マスター基板，液晶パネルのガラス板といったものも大
型化傾向にある。

【０００４】そのため、上述した現状を鑑みて大型試料
の検査には、観察に必要となる充分な移動範囲（試料の
ほぼ４倍）と、大型の試料が載置可能なステージとを備
えた顕微鏡が従来に比べてより求められるようになって
きた。従来の顕微鏡には、後述する図５および図６に示
すようなアーム１を搭載したものが一般的に知られてい
る。

【０００５】図５および図６に示す顕微鏡２のアーム１
は、ベース固定部１ａにアーム支柱部１ｂを垂設して、
アーム支柱部１ｂの先端にアーム片持部１ｃを水平に設
け、一体成形により略コの字形状をなしており、さら
に、アーム片持部１ｃの下側には補強部３ａ，３ｂが一
体成形されていた。図５の補強部３ａの形状は、アーム
片持部１ｃ下面の光軸Ａ近傍からアーム支柱部１ｂにか
けて傾斜が増加する三角形状であり、図６の補強部３ｂ
の形状は、ステージ４側に突出し、その下面がステージ
４上面と平行な形状である。

【０００６】なお、上述した補強部３ａ，３ｂは、双方
ともアーム１とほぼ同じ幅を有するように一体成形され
ている。また、特開平３−２４５１１３号公報には、図
７に示すようなアーム５を搭載した顕微鏡６が開示され
ている。この顕微鏡６は、使用目的に応じて形状が異な
るアーム５を交換できるようにシステム化したものであ
る。

【０００７】ここに示されるアーム５も、ベース固定部
５ａにアーム支柱部５ｂを垂設して、アーム支柱部５ｂ
の先端にアーム片持部５ｃを水平に設け、一体成形によ
り略コの字形状をなすものである。また、アーム片持部
５ｃの基部（アーム支柱部５ｂの上部）５ｄにはランプ
ハウス７が配置され、このランプハウス７からの熱が直
接アーム５に伝わらないように、アーム片持部５ｃの基
部５ｄには熱を逃がすための窪んだ部分５ｅが形成され
ている。

【０００８】さらに、アーム片持部５ｃの基部５ｄに形
成した窪んだ部分５ｅにより生じる強度の低下を補うた
めに、アーム片持部５ｃの基部５ｄの両側には補強部３
ｃが形成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウエハ，液晶パ
ネル等のような大型試料は、周辺に枠等を設ける場合も
多く、この枠に対物レンズが干渉しないように、アーム
下面とステージ上面の間隔を大きくしなくてはならなか
った。また、図５に示すアーム構造で、大型化試料Ｓに
対応するアーム１を形成しようとすると、アーム１のふ
ところ長さに応じた大きさの補強部３ａをアーム１の下
側に形成しなくてはならなかった。

【００１０】しかしながら、図５に示すアーム構造で、
試料Ｓの大型化に伴うアーム１のふところ長さを延長す
ると、それに比例してアーム片持部１ｃの補強部３ａが
大型化してしまう。補強部３ａが大型化してアーム片持
部１ｃの下部に大きく突出すると、ステージ４の移動操
作中に、ステージ４又はステージ４上に載置された試料
Ｓが補強部３ａに干渉するという問題が生じる。

【００１１】これを回避するために、従来は目視により
ステージ４の移動操作を行ったり、アーム１下面とステ
ージ４上面の間隔を広げるようにしていた。ところが、
目視によりステージ４又は試料Ｓが補強部３ａに干渉し
ないように監視する方法は、操作を繁雑にすると共に、
観察者にも大きな負担が強いられていた。

【００１２】また、たとえステージ４又は試料Ｓが補強
部３ａと干渉しないように、アーム１下面とステージ４
上面の間隔を広げたとしても、顕微鏡２自体を大型化し
てしまうと共に、アイポイントを高くするという新たな
問題が生じてしまう。図６に示すアーム構造では、上述
した課題であるステージ４又は試料Ｓと補強部３ｂとの
干渉は比較的起こりにくいが、以下に詳述する別の問題
が発生する。

【００１３】観察・検査には、試料Ｓ全面を対象にする
場合の他に、試料Ｓに散在する標準の検査用箇所または
問題の有りそうな箇所を拾うことが行われており、一般
にそのような散在する箇所を重点的に検査するのに、観
察者は、一旦接眼レンズから眼を離して肉眼により試料
Ｓ表面を直視してその箇所を光軸Ａに移動して検査して
いた。

【００１４】ところが、アーム片持部１ｃを補強するた
めに形成したアーム片持部１ｃと同幅の補強部３ｂを下
方に延出させるアーム構造は、補強部３ｂが下方に延出
すればするほど視野を狭くするため、肉眼による試料Ｓ
の直視性を低下させるという問題が生じてしまう。ま
た、補強部３ｂの高さは、ステージ４又は試料Ｓと干渉
しないようにアーム１下面と対物レンズのピント面Ｂと
の間隔より大きく設定することができないので、設計上
の自由度が阻害されてしまう。

【００１５】図７に示すアーム構造では、補強部３ｃは
アーム片持部５ｃの基部５ｄ近傍に形成するため、アー
ム片持部５ｃ全体を充分に補強できるだけの効果があま
り望めない。この発明の目的は、上述した実情に鑑みた
もので、大型ステージに対応可能なアームの奥行き寸法
の大きな顕微鏡で、操作性の向上と、軽量且つ実用的な
剛性を備えた顕微鏡を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段として、請求項１の発明は、ベースと、前記ベースに
固定したアーム部と、前記アーム部のアーム支柱部から
ステージの上方に張り出したアーム片持部とを具備した
顕微鏡において、前記アーム片持部の下側がステージの
上面側とほぼ平行であり、前記アーム片持部の上側が観
察の光軸付近から、前記アーム支柱部上端に向かって高
さが増加方向に傾斜して、前記アーム片持部から前記ア
ーム支柱部まで凹型断面形状の内底面部が連続している
ことを特徴とする。

【００１７】また、請求項２の発明は、ベースと、前記
ベースに固定したアーム部と、前記アーム部のアーム支
柱部からステージの上方に張り出したアーム片持部とを
具備した顕微鏡において、前記アーム片持部の下部に、
該アーム片持部の幅より狭く且つ前記ステージの上面側
とほぼ平行な突起部を一体に設けたことを特徴とする。

【００１８】また、請求項３の発明は、ベースと、前記
ベースに固定したアーム部と、前記アーム部のアーム支
柱部からステージの上方に張り出したアーム片持部とを
具備した顕微鏡において、前記アーム片持部の下部に、
該アーム片持部の幅より狭く且つ前記ステージの上面側
とほぼ平行な突起部を一体に設け、前記アーム片持部の
上側が観察の光軸付近から、前記アーム支柱部上端に向
かって高さが増加方向に傾斜して、前記アーム片持部か
ら前記アーム支柱部まで凹型断面形状の内底面部が連続
していることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について、
図を用いて以下に説明する。（第１の発明の実施の形態）図１は、この発明を用いた
顕微鏡１０の外観を示した側面図であり、図２（ａ）
は、図１の顕微鏡１０のアーム１１の正面を示した正面
図で、図２（ｂ）は、図１の顕微鏡のアーム１１の側面
を示した側面図である。

【００２０】図１に示すベース１２には、後述する略コ
の字形状の側面を持つアーム１１がボルト等で固定され
ている。このベース１２の上面には、ステージ受１３が
配置され、側面にはステージ１４を上下させて、準焦を
行う操作ハンドル１５が設けられている。ステージ１４
は、上面に試料Ｓを載置して、少なくともアーム１１の
奥行き側に移動可能な移動ステージ１４ａと、該移動ス
テージ１４ａを支持し、ステージ受１３に固定している
ステージ受側部１４ｂとから構成される。

【００２１】また、アーム１１の光軸Ａの下側には、図
示していないアリ溝により、試料Ｓを拡大観察する対物
レンズ１６を複数保持したレボルバ１７が取り付けられ
ている。さらに、アーム１１の光軸Ａの上側には、図示
していない丸アリ等で、ハーフミラー等の光学素子１８
を有する光学素子変換部１９とチューブ２０からなる落
射投光管２１とが取り付けられている。

【００２２】アーム１１から飛び出た位置の落射投光管
２１のチューブ２０には、落射投光管２１及び対物レン
ズ１６を介して試料Ｓを照明するための光源を内部に備
えたランプハウス２２が連結されている。また、落射投
光管２１の光学素子変換部１９の上部には、図示してい
ない丸アリ等により、鏡筒２３及び接眼レンズ２４が取
り付けられている。

【００２３】次に図２に示す一体形成のアーム１１の構
造を説明上二点鎖線で分割して詳述する。アーム１１
は、それぞれ上部で張り出した部分のアーム片持部１１
ａと、該アーム片持部１１ａを連結し保持する部分のア
ーム支柱部１１ｂと、該アーム支柱部１１ｂを載置して
いる部分のベース１２側のアーム下部１１ｃとに分けら
れ、更にアーム片持部１１ａは、レボルバ１７の取り付
け面の上下で、上方傾斜部１１ｄと下方突起部１１ｅと
に分けられる。

【００２４】アーム片持部１１ａの上方傾斜部１１ｄ
は、光軸Ａの近傍からアーム支柱部１１ｂの上端に向か
って、高さが増加方向（例えば、傾斜角１０°）に傾斜
しており、その断面形状は、幅ｔの側壁部を両側に備え
て凹形状にし、凹形状の底面をアーム支柱部１１ｂまで
連続するように構成する。一対の上方傾斜部１１ｄの外
壁の間隔は、アーム片持部１１ａと同じ幅に形成し、下
方突起部１１ｅは、レボルバ１７と干渉しない位置まで
アーム片持部１１ａの基部から光軸方向に向けて延出し
て、ステージ１４と平行且つアーム片持部１１ａより狭
い幅となるように形成する。

【００２５】次に、上記構造のアーム１１を用いた場合
について以下に説明を行う。顕微鏡１０のアーム１１の
光軸Ａの位置には、鏡筒２３等の荷重がかかるが、この
ときのアーム支柱部１１ｂは、アーム片持部１１ａを充
分に支持できる機構となっているので、アーム片持部１
１ａを片持ちはりとして考慮すると、上方傾斜部１１ｄ
と下方突起部１１ｅとによりアーム片持部１１ａのタワ
ミを充分に維持することができる。

【００２６】ここで、アーム片持部１１ａの強度に係る
光軸Ａでの作動距離が変化する方向（縦）のタワミ量
は、その断面形状が均一と仮定すると、奥行き寸法の３
乗に比例し、その断面形状が中実の長方形であると、高
さの３乗に反比例し、幅に反比例する。即ち、タワミ量
で代表されるアーム片持部１１ａの強度は、３乗で効く
奥行き寸法と断面形状の高さを特に留意する必要があ
り、例えば、アーム片持部１１ａの上方側面の傾斜部分
については、アーム支柱部１１ｂでの高さｈに対して、
光軸Ａ付近の高さｈａをｈ／２にすることでアーム片持
部１１ａは鏡筒２３等の荷重の光軸Ａから離れるに従っ
て増加する力に対して均一な強度を得ることができる。

【００２７】また、下方突起部１１ｅを除いた場合、断
面形状が凹形状であると底面部があるため、例えば、高
さｈａを２ｈ／３のようにして傾斜部分を緩和する傾向
があり、底面部を厚くすれば高さｈを低くすることもで
きる。そのため、アーム１１の基本設計の寸法は変更す
ることなく、上方傾斜部１１ｄの寸法を変更するだけ
で、アーム片持部１１ａの強度を容易に変更することが
できる。

【００２８】また、アーム１１のレボルバ１７側からア
ーム支柱部１１ｂにかけて一体成形されている上方傾斜
部１１ｄは、高さ方向であれば大きくすることが可能で
あるため、アーム１１の幅を薄くしても上方傾斜部１１
ｄによりアーム１１に充分な強度を持たせることが可能
となる。その上、アーム１１の幅を薄くすることができ
るということは、鏡筒２３及び落射投光管２１等の位置
する高さを低くすることにつながり、それに伴いアイポ
イントも低くすることができる。

【００２９】これには、アーム片持部１１ａには、落射
投光管２１と光学素子変換部１９とが取り付けられてお
り、上方傾斜部１１ｄの凹形状の内側に少なくともチュ
ーブ２０が凹形状の部分に内蔵可能にしておけばよい。
また、アーム片持部１１ａの下側とアーム支柱部１１ｂ
の接続部に、図２（ｂ）に示すような曲線部分Ｒを付加
すると、その部分への応力集中を軽減することができる
と共に、タワミ力及び光軸Ａの側方力（ねじり）の強度
をを増すことができる。

【００３０】さらに、アーム支柱部１１ｂの後方はアー
ム支柱部１１ｂの奥行きの約半分以下ならばアーム片持
部１１ａ保持に関与しないため、この部分を例えば１１
ｆのようにカットすることもできる。さらに、鏡筒２３
を取り付ける光学素子変換部１９の上面とアーム支柱部
１１ｂ上面とをほぼ同じ高さにして、カバー等をかぶせ
ることにより、半導体素子等の検査時の上方からの防塵
用ダウンブロー（試料Ｓ上面に当てる風）に対応した防
塵効果も望める。

【００３１】また、上方傾斜部１１ｄの傾斜角度等は、
適宜変更することが可能であり、特に１０度に限られた
ものではなく、アームの剛性面も、光軸Ａから離れるに
従って、その距離に応じた強さに応じて傾斜角度を設計
変更することができる。また、上方傾斜部１１ｄの傾斜
の始まりが光軸Ａよりアーム支柱部１１ｄ側に寄ってい
るので、光学素子１８の切り換え操作レバー等も配置す
ることが構造上可能である。

【００３２】次に、上記構造のアーム１１を搭載した顕
微鏡１０による観察中に、観察者が試料Ｓを直視検査す
る場合、アームの下方突起部１１ｅからピント面Ｂまで
の長さ３６mm、下方突起部１１ｅの幅８８mmであると、
試料Ｓを直視する観察者の眼の位置Ｃ₁における直視す
る角度θ₁は、以下のようにして求めることができる
（図２（ｂ）参照）。 θ₁＝ｔａｎ^-1（ｂ／ａ）＝ｔａｎ^-1（４４(mm)／３６(mm)）≒５０° 下方突起部１１ｅとピント面Ｂとの間隔：ａ＝３６(mm) 光軸Ａの中心から片側の下方突起部１１ｅの幅：ｂ＝８
８(mm)／２＝４４(mm) 仮に、比較のため上記アーム１１とほぼ同様の寸法の従
来のアーム（図６（ｂ）参照）１を顕微鏡に搭載し、観
察者が試料Ｓを直視検査する場合、アーム１の補強部３
ｂからピント面Ｂまでの長さを３６mm、アーム１と補強
部３ｂとの幅を１４０mmとすると、試料Ｓを直視する観
察者の眼の位置Ｃ₂における直視する角度θ₂は、以下
のようにして求まる（図６（ｂ）参照）。 θ₂＝ｔａｎ^-1（ｂ／ａ）＝ｔａｎ^-1（７０(mm)／３６(mm)）≒６２° 補強部とピント面Ｂとの間隔：ａ＝３６(mm) 光軸Ａの中心から片側の補強部の幅：ｂ＝１４０(mm)／
２＝７０(mm) 従って、従来のアーム１を搭載した顕微鏡では、同一条
件における直視する角度θ₂を最低でも約６２度右また
は左に移動しなければならなかったが、この実施の形態
のアーム１１を搭載した顕微鏡１０では、直視する角度
θ₁を最低でも約５０度右または左に移動するだけでよ
く、数値上で比較すると少なくとも従来のアーム構造よ
りこの実施の形態の方が肉眼直視性に優れている。（第２の発明の実施の形態）図３は、この発明の第２の
実施の形態を用いた顕微鏡の外観を示した側面図であ
り、図４（ａ）は、図３の顕微鏡のアーム正面を示した
正面図で、図４（ｂ）は、図３の顕微鏡のアーム側面を
示した側面図である。

【００３３】なお、前述した第１の発明の実施の形態と
同様の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。
第２の発明の実施の形態（以下、「第２実施形態」と称
する。）のアームは、第１の発明の実施の形態（以下、
「第１実施形態」と称する。）で述べたアーム片持部１
１ａの下方突起部１１ｅを備えていない点以外、第１実
施形態で詳述したアーム１１と同じ構成である。

【００３４】第２実施形態のアーム１１において、アー
ム支柱部１１ｂでアーム片持部１１ａを強固に支持可能
な点は、第１実施形態のアーム１１と同様である。第２
実施形態は、第１実施形態の下方突起部１１ｅを設けな
い構成であり、アーム片持部１１ａとステージ１４上面
との距離が離れるようにしたものである。そのため、ア
ーム片持部１１ａの下面からピント面Ｂまでの長さを第
１実施形態の３６mmから８５mmと広げることができ、ア
ームの幅を同一状態の１４０mmとすれば、試料Ｓを直視
する観察者の眼の位置Ｃ₃における直視する角度θ
₃は、以下のようにして求めることができる（図４
（ｂ）参照）。 θ₃＝ｔａｎ^-1（ｂ／ａ）＝ｔａｎ^-1（７０(mm)／８５(mm)）≒３９° アーム片持部１１ａの下面とピント面Ｂとの間隔：ａ＝
８５(mm) 光軸Ａの中心から片側のアーム片持部１１ａの幅：ｂ＝
１４０(mm)／２＝７０(mm) 従って、この第２実施形態では直視する角度θ₃は、約
３９度となり上記第１実施形態のθ₁≒５０°に比べ
て、さらに試料Ｓの肉眼直視性が改善される。

【００３５】アーム片持部１１ａの傾斜形状の内側凹部
に、落射投光管２１等からなる照明系を装填できるの
で、スペースを有効に活用できると共に、この観察系及
び照明系の重量及び鉛直方向の強度を充分に確保できる
上に、アーム片持部１１ａ自身の自重も鉛直方向の曲げ
力に対しても充分に強化できる。これにより曲げ力に強
くなると、通常の振動による鉛直方向に対しての剛性も
強化することができる。（変形例）光学素子１８が４つ以上の場合、光学素子１
８をターレット形式にし、このターレットの外形が上方
傾斜部１１ｄの傾斜の始まり部分に干渉しない程度に構
成することもできる。

【００３６】なお、この場合のターレットの回転中心
は、光軸Ａに対してアーム支柱部１１ｂから離れる方向
にしなくてはならない。また、この発明は、上述した実
施の形態のように、アーム片持部はアーム支柱部に向か
ってアーム片持部の上方（ステージから離れる側）に傾
斜を持たせ加重による曲げモーメントに合わせた形状に
したものに限られたものではなく、例えば、耐加重を確
保できさえすれば、アーム片持部の上方をアーム支柱部
の上面と水平にする構成も実現することは可能である。

【００３７】また、アーム上方で強度を保たせるのは、
ふところの大きな顕微鏡でなくても、適宜変更が可能で
あり、例えば、アーム片持部の幅を落射投光管のチュー
ブ部が収納可能な幅に縮小する場合に、アーム片持部の
強度を補強することができる。この場合、アーム片持部
の幅を極限まで縮小できるので、さらに、観察者の肉眼
による試料の直視性を向上させることにもつながる。

【００３８】また、第１実施形態に記載の下方突起部１
１ｅは、断面形状が長方形であったが、特に第１実施形
態に限られるものではなく、例えば、蒲鉾形状や三角形
状に形成することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、大型ス
テージに対応可能なアームの奥行き寸法の大きな顕微鏡
で、操作性の向上と、軽量且つ実用的な剛性を備えた顕
微鏡を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、顕微鏡の外観を示した側面図である。

【図２】図２（ａ）は、図１の顕微鏡のアームの正面図
である。図２（ｂ）は、図１の顕微鏡のアームの側面図
である。

【図３】図３は、顕微鏡の外観を示した側面図である。

【図４】図４（ａ）は、図３の顕微鏡のアームの正面図
である。図４（ｂ）は、図３の顕微鏡のアームの側面図
である。

【図５】図５は、従来の顕微鏡の側面図である。

【図６】図６（ａ）は、従来の顕微鏡の側面図である。
図６（ｂ）は、図６（ａ）のアームの正面図である。

【図７】図７は、従来の顕微鏡の側面図である。

【符号の説明】

１０顕微鏡１１アーム１１ａアーム片持部１１ｂアーム支柱部１１ｃアーム下部１１ｄ上方傾斜部１１ｅ下方突起部１２ベース１３ステージ受１４ステージ１４ａ移動ステージ１４ｂステージ受側部１５操作ハンドル１６対物レンズ１７レボルバ１８光学素子１９光学素子変換部２０チューブ２１落射投光管２２ランプハウス２３鏡筒２４接眼レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースと、前記ベースに固定したアーム部と、前記アーム部のアーム支柱部からステージの上方に張り
出したアーム片持部とを具備した顕微鏡において、前記アーム片持部の下側がステージの上面側とほぼ平行
であり、前記アーム片持部の上側が観察の光軸付近か
ら、前記アーム支柱部上端に向かって高さが増加方向に
傾斜して、前記アーム片持部から前記アーム支柱部まで
凹型断面形状の内底面部が連続していることを特徴とす
る顕微鏡。
【請求項２】ベースと、前記ベースに固定したアーム部と、前記アーム部のアーム支柱部からステージの上方に張り
出したアーム片持部とを具備した顕微鏡において、前記アーム片持部の下部に、該アーム片持部の幅より狭
く且つ前記ステージの上面側とほぼ平行な突起部を一体
に設けたことを特徴とする顕微鏡。
【請求項３】ベースと、前記ベースに固定したアーム部と、前記アーム部のアーム支柱部からステージの上方に張り
出したアーム片持部とを具備した顕微鏡において、前記アーム片持部の下部に、該アーム片持部の幅より狭
く且つ前記ステージの上面側とほぼ平行な突起部を一体
に設け、前記アーム片持部の上側が観察の光軸付近から、前記ア
ーム支柱部上端に向かって高さが増加方向に傾斜して、
前記アーム片持部から前記アーム支柱部まで凹型断面形
状の内底面部が連続していることを特徴とする顕微鏡。