JPS59146145A - 試料移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子顕微鏡等によって観察されるべき試料を
所望位置へ微小移動させるための装置に関する。

第１〜３図に示すごとく、従来の試料移動装置は、電子
顕微鏡等の鏡筒１の下方における試料室２内に設けられ
ており、試料台３上の試料４をＸ、Ｙ、Ｚ、Ｒ，Ｔの各
方向に移動できるようになっている。

ここで、Ｘ方向とは対物レンズ５の中心を通り試料４に
照射される電子線方向に沿う紬（光軸；以下便宜上この
軸をＯ紬と呼３ｒ。）と直角に交叉する方向をいい、Ｙ
方向とはＯ紬と直角に交叉する平面内においてＸ方向と
直交する方向をいい、Ｚ方向とは０軸と平行な方向をい
い、Ｒ方向とは試料４をＸ−Ｙ平面内で回転させる方向
をいい、Ｔ方向とはＯ軸と直角をなす軸を中心に試料４
を回転させる方向をいう。

そして、従来のこの種の試料移動装置では、多くの場合
、試料４をＴ方向に回転させても、ワーキングディ２− スタンスＷＤや照射位置が変化しないように、Ｔ方向回
転中心は０軸と交わり且つ電子線照射位置Ａを通るよ）
に設定されている。

しかしながら、このような従来の試料移動装置では、次
のような問題点がある。すなわち走査型電子顕微鏡等に
おいて、最高性能を引き出すためには、ワーキングディ
スタンスＷＤをできるかぎり小さくする必要があるが、
大きな試料４な観察すると、第４図に示すように、試料
４が対物レンズ５と干渉するおそれかあるため、このよ
うな場合に、Ｔ方向の回転角θが著しく制限される。

したがって、この角θを大きくしたい場合は、試料４を
Ｙ方向又はＺ方向に移動させて、第４図中の矢印Ｂ又は
Ｃ方向へずらすことが行なわれる。しかし、このような
操作は手間がかがり、作業者に天外な負担をかける。

また、基準より厚い試料を観察する場合、ビーム照射位
ｉＡがＴ方向回転中心よりも上となるため、試料４と対
物レンズ５との干渉の危険は増大する。

さらに、Ｔ方向回転角θを大きくとろうとすると、３− 試料移動装置の機構部品が鏡筒１や割物レンズ５と干渉
することもあ１）うる。

このような干渉を助Ｉ卜シ、試料４や各部の損傷を防ぐ
ためには、鏡筒〕やス１物レンズ゛５の形状あるいは試
料４の大きさ、厚さ、Ｔ方向回転角θ、Ｙ方向位置およ
びＺ方向位置という６つの要素を考慮する必要がある。

しかし、これらの６つの要素をすべて考慮することは、
作業者にとって大きな負担となり、干渉を避けるのは不
可能に近（・。

また、試料移動装置の自動化の要求から、モータ駆動な
どにより試料の移動が行なわれるようになっている。こ
の場合試料の移動が高速化されるとともに、作業者の感
覚も利用できないので、干渉の危険はさらに増大する。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、干渉しない範囲で試料の移動を自由に行なえるように
しながら、しかも干渉を完全に防１１′、できるように
した、試料移動装置を提供することを目的とする。

このため本発明の試料移動装置は、鏡筒の下端に設４− けられた対物レンズの近傍において、試料を載置し光軸
と交叉する方向に−ｈ記試料を２次元的に移動させうる
試料台と、−１二記光紬と直角をなす回転軸を中心に上
記試料台を回転させうる試料台回転駆動機構とをそなえ
、Ｊ二記回転軸と直交する平面Ｊ〕に、」二記の鏡筒お
よび対物レンズの−に記平面上への投影像と相似形（同
形を含む）の第１の干渉部材と、上記試料の上記平面上
への投影像と相似形（同形を含む）の第２の干渉部材と
が形成され、上記の鏡筒および対物レンズと試料との接
触を防止すべく、上記試料の移動に連動して、上記第２
の干渉部材を上記試料の上記平面上への上記投影像と同
様に移動させる干渉部材移動機構が設けられるとともに
、上記第２の干渉部材が移動して上記第１の干渉部材へ
接触することにより、」二記試料移動磯構と」二記の鏡
筒および対物レンズとの接近を検知し上記試料の移動を
停止させる検出部が設けられたことを特徴としている。

以下、図面により本発明の一実施例としての試料移動装
置について説明すると、第５図はその試料室壁部５− を断面で示す側面図、第６図は第５図のＶＩ−Ｖｌｌ矢
視拡開断面図第７図は第６図のＶＡＴ−ｖｍ矢視線に沿
い一部を断面で示す図、第８図は第７図のｖｍ−ｖｍ矢
視拡大断面図、第９図はその変形例を第６図に対応させ
て示す断面図、第１０．１１図はそれぞれ固定端ブラケ
ットの変形例を示す側面図、第１２図はその他の変形例
を第５図に対応させで示す側面図であり、第５〜１２図
中、第１〜４図と同し符号はほぼ同様の部分を示してい
る。

第５〜７図に示すごとく、本装置は、走査型電子顕微鏡
等の鏡筒１の下方における試料室２内に設けられており
、試料台３上の試料４をＸ、Ｙ、Ｚ、Ｒ，Ｔの各方向へ
移動できるようになっている。

以下各方向への試料移動機構について説明する。まず、
試料４を載置しうる試料台３が設けられており、この試
料台３はこれを図示しないＲ方向駆動装置によってＲ方
向に回転可能に移動台６に支持されている。

また、この移動台６はこれを図示しないＹ方向駆動装置
によってレール７ａに沿いＹ方向へ移動可能に移６− 動台７に支持されており、この移動台７はこれを図示し
ないＸ方向駆動装置によってレール８ａに沿いＸ方向へ
移動可能に枠体８に支持されている。

さらに、この枠体８は、その一端がＺ方向の移動台９に
回転軸８ｂを介し回転可能に支持されるようになってお
り、しかもその回転軸８ｂを中心に図示しないＴ方向駆
動装置によって回転駆動せしめられるようになっている
。

移動台９は、これを図示しないＺ方向駆動装置によって
レール９ａに沿い、Ｚ方向へ移動しうるように、試料室
２に支持されている。

ところで、枠体８の回転軸８ｂは光軸（０紬）と直角を
なし且つ電子線照射位置Ａを通るように設けられている
。したがって、これらの枠体８や図示しないＴ方向駆動
装置で、Ｏ軸と直角をなし且つＯ軸と電子線照射位置Ａ
で交わるような回転軸８ｂを中心に試料台３を回転させ
うる試料台回転駆動機構Ｍが構成される。

このようにして、各移動台６，７を移動させたり、試料
台３を回転させたりすることにより、試料４を、７− ０軸と交叉する面内において、Ｘ、Ｙ、Ｒの各方向に沿
い２次元的に移動させることがです、また枠体８をその
回転軸８ｂを中心に回転させることにより、試料４を下
方向に回転させることができる。さらに、移動台９を移
動させることにより、試料４をＺ方向に移動させること
がで終る。

また、試料室２内には、干渉防止機構が設けられている
。すなわち、回転軸８ｂと直交する平面ＰＪ二に、固定
端ブラケット１０が設けられており、この固定端ブラケ
ッＮＯは試料室２に固定されている。この固定端ブラケ
ット１０には、ばね１１を介して、第１の干渉部材とし
ての電気的ストッパ１２が設けられている。この電気的
ストッパ１２の形状は、ＮｆＪ５図のＶｌ−Ｖｌ矢視方
向から見た形状が、第６図に示すごとく、鏡筒１および
対物レンズ５の上記平面Ｐ上への等倍投影像２６と相似
形でわずかに大きな輪郭となるように構成されている。

そして、固定端ブラケット１０と電気的ストッパ１２と
の間には検出部を構成する複数個の接点式スイッチ８− １３が介装されており、これらのスイッチ１３は、第６
図に示すように結線されて、ハイメチツクシール１４よ
り外部へ引き出されている。

すなわち、電気的ストッパ１２が押し上げられてスイッ
チ１３のうちの１つでも接点が接触すると、外部に引き
出された配線間が導通するよう構成されている。

このようにして配線間が導通すると、図示しない検出回
路の働きにより干渉の危険が検出される。

これにしたがって、試料４の移動が手動の場合は警報が
発せられて作業者が移動を停止し、自動の場合は駆動機
構に信号が送られて試料４の移動が停止される。

さらに、平面Ｐ上には、試料４の平面Ｐ上への等倍投影
像と同形の輪郭を有する第２の干渉部材としての試料投
影部材４′が設けられるとともに、試料台３゜移動台６
，７およびレール７ａの平面Ｐ」二への等倍投影像と同
形の輪郭を有する試料台投影部材３′、移動台投影部材
６’　、７’およびレール投影部材７’ａが設けられて
いる。

そして、移動台投影部材７′は枠体８の回転軸支持９一 部材８ｃにねし２１ａで固定されており、この移動台投
影部材７′にはＹ方向に沿いレール投影部材７’ａが装
架されていて、このレール投影部材７’ａに、試料台投
影部材３′付きの移動台投影部材６′がＹ方向に沿い移
動できるようになっている。

なお、試料投影部材４′は、試料４の取り替えに対処で
外るように、試料台投影部材３′にねじ２１ｂで取り付
けられている。

また移動台投影部材６′は移動台６のＹ方向の動トに連
動しで、レール７’ａに沿ってＹ方向へ移動できるよう
構成されている。

第７図で移動台６のＹ方向への動ミは、移動台６の下面
に設けられたラック１６が、これと噛合するビニオン１
７とＹ方向移動伝達軸１５の回転運動とによって伝えら
れる。なお、Ｙ方向移動伝達軸１５には第７゜８図に示
すようなスプライン溝１５ａが形成されており、このス
プライン溝１５ａにビニオン１７に設けられたキーピン
１８が係合することにより、Ｙ方向移動伝達軸１５の回
転がビニオン１７に伝えられるのであ１０− さらに、第６図でＹ方向移動伝達軸１５がらキー２０ａ
によってビニオン２０に回転を伝達されるようになって
いるので、Ｙ方向移動伝達軸１５を回転すると、ビニオ
ン２０が回転し、これと噛合するラック１９と、ラック
１９に固定されている移動台６′がＹ方向へ移動台６と
同じように移動するようになっている。

なお、移動台６，７をＸ方向に移動しても、ラック１６
、ビニオン１７およびキービン１８がＹ方向移動伝達軸
１５−Ｌを同時に移動するので、移動台６，７のＸ方向
の動外に支障をきたすことはない。

また、試料投影部材４′は試料４の厚さや天外さに応し
たものが、その都度交換されて使用される。

さらに、これらの投影部材３’　、４’　、６’　、？
’　。

７’ａは、それぞれ本来の部材３　、４．　、６　、７
　、７　ａと水平な位置関係となるように配設されてお
り、電気的ストッパ１２は鏡筒１および対物レンズ５と
水平な位置関係よりやや下方に配設されている。

」二連の構成により、試料４がＹ　、　Ｔ　、　Ｚ、方
向に移動されると、試料投影部材４″は試料・４の′ｒ
軸方向の投影と等しく移動するため、試料４が鏡筒１お
よび対物レンズ５の下極下面５ａや側壁面５ｂに接近す
ると、これらが干渉するよりも早く試料投影部材４′が
電気的ストッパ１２を押し」二げ、スイッチ１３が接触
することにより、試料４の対物レンズ５への接触の危険
がいちはやく検出されて、試料４の移動が停止される。

なお１、二の場合、鏡筒１や対物レンズ５の形状、試料
４の大外さ、厚さ、下方向回転角θ、Ｙ方向位置および
Ｚ方向位置という６つの要素がすべて考慮されている。

このため、干渉を完全に防止することかでと、試料４や
試料移動機構の損傷も防Ｉトで外る。

また、試料４の移動停止が電気信号として得られるので
、装置の自動化にも適している。

さらに、干渉が完全に防止でｂるので安心して電子顕微
鏡等の最高性能を引外出せる試料位置を追求で外、しか
も作業者の負担が激減し、操作時間を大幅に短縮できる
。

なお、Ｚ方向およびＲ方向の試料４の移動のうちのどち
らが一方もしくは両方が無い場合も、同様にして鏡筒１
および対物レンズ５と試料４との干渉を防ＩＩ−でとる
。

また、Ｙ方向の試料４の移動が無い試料移動機構におい
ては、第９図に示すように回転軸支持部材８ｃに移動台
７に相当する支持部材７″が固定され、これに試料投影
部材４′がねし２１．ｂにより固定される。

Ｙ方向の移動が無い場合、このような簡単な干渉防止機
構で、効果的に干渉を防止できる。

ところで、電気的ストッパ１２を用いる場合、電気的な
反応の遅れのために試料４の移動の停止が間に合わない
ことも考えられる。

そこで、第１０図に示すように、電気的ストッパ１２を
用いずに、固定端ブラケット１０の下面および側面を電
気的ストッパ１２と同等の形状にして、機械的ストッパ
１０′　としてもよい。このような機械的ストッパ１０
’　を用いると、回転軸支持部材８ｃに設けられた干渉
部材とこの機械的ストッパ１０′　とが当接することに
より試料４の移動が強制的にしかも瞬時に停止１３− される。したがってより確実に干渉を防止することがで
きる。

また、第１１図に示すように、固定端ブラケット１０に
電気的ストッパ１２を付け、これと相似形の機械的スト
ッパとしての安全ストッパ２２と併用してもよい。

このような機構により、試料４の移動が自動１手動どち
らの場合も、安全で確実な操作を行なうことができる。

さらに、第１２図に示すように、回転軸８ｂを延長して
これを試料室２の外に出し、回転軸８ｂの端部に支持板
２３を取付けて、平面Ｐ（１５，７図参照）上への投影
像と同形の干渉部材群２５がこの平面Ｐと平行な平面Ｐ
′上に位置するように、干渉部材群２５を支持板２３で
支持し、この干渉部材群２５と試料室２の外部に固定さ
れ下端にばね１１を介して電気的ストッパ１２を有する
固定端ブラケット１０（この固定端ブラケット１０と電
気的ストッパ１２との間にはスイッチ１３が介装されて
いる。）とで干渉防止機構を構成してもよい。

１４− 二こで、干渉部材群２５とは、平面Ｐ上にあるほとんど
の部材、即ち部材３’　、４’　、６″、７’　、７″
ａ、８゜１５．１９，２０，２０ａ、２１．ａ、２　ｌ
ｂに相当するものをそなえたものをいう。すなわちこの
干渉部材群２５は、試料４等がＹ、Ｔ、Ｚ方向に移動さ
れるとこれらのものと同時に移動するように、試料移動
機構と連係しでいる。

この際、試料室２内の真空を保つために、真空保持板２
４が必要となる。

このよるに、干渉部材群２５や電気的ストッパ１２が試
料室２の外部に設けられることにより、作業者が部材間
の干渉のおそれを直接把握することがで外、これにより
、試料投影部材４′の交換や操作が容易になる。

なお、電気的ストッパ１２や各投影部材３′〜７′。

７’ａは、対応する部材の等倍投影像と同一の輪郭を有
するもののほか、対応する部祠の拡大または縮小投影像
と同一の輪郭を有するものでもよい。この場合は投影部
材とこれに対応する部材との連動関係は拡大あるいは縮
小率に応じて適宜調整される。

また、鏡筒１や対物レンズ５と干渉するおそれのない部
材（例えば移動台６，７）に対応する部材（例えば移動
台投影部材６’　、７’　）については、投影像と同一
の輪郭に形成しなくてもよい。

さらに、固定端ブラケット１０と電気的ストッパ１２ど
の間に、接点式スイッチの代わりに、近接センサを設け
てもよい。

また、本発明は、分解能をあげるために、試料を対物レ
ンズ内の１／ンズ中心点近傍へ載置するような装置にも
適用できる。

以上詳述したように、本発明の試料移動装置によれば、
鏡筒の下端に設けられた対物レンズの近傍において、試
料を載置し光軸と交叉する方向に−に記試料を２次元的
に移動させうる試料台と、上記光軸と直角をなす回転軸
を中心に」二記試料台を回転さぜうる試料台回転駆動機
構とをそなえ、−に配回転軸と直交する平面−にに、−
］二記の鏡筒および対物レンズの上記平面−にへの投影
像と相似形の第１の干渉部材と、上記試料の上記平面上
への投影像と相似形の第２の干渉部材とが形成され、上
記の鏡筒および対物レンズと試料との接触を防１１−す
べく、」−記試料の移動に連動して、」二記第２の干渉
部材を上記試料の」二記乎面−Ｌへの」−配役影像と同
様に移動させる干渉部材移動機構が設けられるとともに
、−１ユ記第２の干渉部材が移動して一ヒ記第１の干渉
部材へ接触することにより、上記試料移動機構と上記の
鏡筒および対物レンズとの接近を検知し上記試料の移動
を停止させる検出部が設けられるという簡素な構成で、
鏡筒や対物レンズと試料との干渉を確実に防止でき、こ
れにより各部の損傷を防止できる利点があるとともに、
作業者の負担が大幅に軽減される利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は従来の試料移動装置を示すもので、第１図
はその要部斜視図、第２図は第１図の■矢視方向から見
た側面図、第３図はその試料台を傾けた状態にして第１
図の■矢視方向から見た模式図、第４図はその作用を説
明するための模式図であり、第５〜１２図は本発明の一
実施例としての試料移動装置を示すもので、第５図はそ
の試料室壁部を断面で示す側面図、第１７− ６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ矢視拡大断面図、第７図は第
６図の＼７ｎ−ＶＴｒ矢視線に沿い一部を断面で示す図
、第８図は第７図のｖｍ−ｖｍ矢視拡大断面図、第９図
はその変形例を第６図に対応させて示す断面図、第１０
゜１１図はそれぞれ固定端ブラケットの変形例を示す側
面図、第１２図はその他の変形例を第５図に対応させて
示す側面図である。 １・・鏡筒、２・・試料室、３・・試料台、３′　・・
試料台投影部材、４・・試料、４′　・・第２の干渉部
材としての試料投影部材、５・・対物レンズ、５ａ・・
対物レンズ下極下面、５１〕・・対物レンズ側壁面、６
．７・・移動台、６’　、７’　　・・移動台投影部材
、７ａ・・レール、７’ａ◆・レール投影部材、８◆・
枠体、８ａ・・レール、８１〕・・回転軸、８ｃ・・回
転軸支持部材、９・・移動台、９ａ・・レール、】０・
・固定端ブ′ラケット、１０′　・・８％手手酌的スト
ッパ１１・・ば′ね、１２・・第１の干渉部材としての
電気的ストッパ、１３・・検出部を構成する接点式スイ
ッチ、１４・・ハイメチツクシール、１５・・Ｙ方向移
動伝達軸、１５ａ１８− ・・キー溝、１６・・ラック、１７・・ピニオン、１８
・・キービン、１９・・ラック、２ｏ・・ビニオン、２
０ａ・・キー、２１ａ、２１ｂ・・ねし、２２・・安全
ストッパ、２３・・干渉部材支持板、２４・・真空保持
板、２５・・干渉部材群、２６・・鏡筒および対物レン
ズ５の投影像、Ｍ・・試料台回転駆動機構、０・・光軸
（Ｏ紬）、Ｐ、Ｐ’　　・・回転軸８ｂと直交する平面
。 代理人　弁理士　飯沼義彦 第２図 第３図 第４図 第５図 ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鏡筒の下端に設けられた対物レンズの近傍において、試
   料を載置し光軸と交叉する方向に上記試料を２次元的に
   移動させうる試料台と、上記光軸と直角をなす回転軸を
   中心に上記試料台を回転させうる試料台回転駆動機構と
   をそなえ、上記回転軸と直交する平面上に、上記の鏡筒
   お上り対物レンズの上記平面上への投影像と相似形の第
   １の干渉部材と、上記試料の上記平面上への投影像と相
   似形の第２の干渉部材とが形成され、上記の鏡筒および
   対物レンズと試料との接触を防止すべく、上記試料の移
   動に連動して、上記第２の干渉部材を上記試料の上記平
   面上への上記投影像と同様に移動させる干渉部材移動機
   構が設けられるとともに、上記第２の干渉部材が移動し
   て上記第１の干渉部材へ接触することにより、上記試料
   移動機構と上記の鏡筒および対物レンズとの接近を検知
   し上記試料の移動を停１− 止させる検出部が設けられたことを特徴とする、試料移
   動装置。