JP4068525B2 - 防音ボックスおよびそれを用いたプローブ顕微鏡 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は試料と試料から受ける原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を有する、試料表面の形状及び状態を観察するプロ−ブ顕微鏡などの分析機器及び計測機器に用いられる、外乱成分となる外部音響成分を減衰させる防音ボックスに関する。
【0002】
【従来の技術】
試料表面の形状及び状態を観察するプロ−ブ顕微鏡は一般的に、試料と試料から受ける原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を3次元的に相対運動させる、粗い位置決め的な粗動機構及び微細な位置決め的な微動機構と、前記試料と前記原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制御手段と、設置環境からくる装置への振動伝達を低減させる除振機構と、装置全体を制御する制御部及びコンピュータを有した構成からなる。プロ−ブ顕微鏡は分解能が非常に高く、原子構造をも確認できる装置であることは知られている一方で分解能が良い分、外乱に対する感度も敏感であると言える。外乱は信号成分に混ざることで、分解能の低減の要因となる。外乱として、床からくる振動に関しては、通常、プローブ顕微鏡ユニット部と称される、前記物理量を検出する機構、前記検出機構または試料を動かす前記粗動機構及び微動機構といった部分を通常、除振機構上に構成することにより対応されているが、床以外からくる音響エネルギーにより、信号を検出するプローブ顕微鏡ユニット部分が振動し、外乱として信号成分にまざり、分解能を低減させることがある。この音響エネルギーから保護するために、信号を検出するプローブ顕微鏡ユニット部を防音ボックス内に構成することが一般的である。防音ボックスは通常、特開2000−171473号公報(特許文献1)、特開2001−142465号公報(特許文献2)に記載のものや図6に示すように、除振機構である除振台22上に構成される。除振台は空気バネ等のバネ材及びダンパーを介した構造で床からの振動の伝播を減衰させている。また、除振台上部カバー23を介して防音ボックス21が構成されている。除振台定盤24に直接防音ボックス21を構成しないことで、防音ボックス21の音響エネルギーによる防音ボックス21の壁面の表面振動を定盤24に伝えない効果がある。防音ボックス21の内部にはゴム状の弾性ブロック25を介してプローブ顕微鏡ユニット26が構成されている。弾性ブロック25を介してプローブ顕微鏡ユニット26を構成するのは、定盤24を介しての高周波の振動成分をプローブ顕微鏡ユニット26に伝えないためである。また、図7に示すように除振台32に構成されたプローブ顕微鏡ユニット26および試料搬送機構33全体を覆うように防音ボックス31を構成したものもある。この場合も先に示したように除振台定盤34に弾性ブロック25を介してプローブ顕微鏡ユニット26が構成されている。プローブ顕微鏡ユニット26は図8および9に示すような構成のものがある。図8および図9に示したプローブ顕微鏡ユニットは光学顕微鏡とプローブ顕微鏡の複合タイプの例である。ベース41上に試料位置を変える等に用いる3軸ステージ42、43、44(左右動作X軸:42、前後動作Y軸:43、上下動作Z軸:44)が構成されている。Zステージ44の上には試料台45が構成されている。また、試料台45と相対する位置に試料表面を走査する探針(カンチレバー)48が探針を3軸方向に走査する微動機構47に固定されている。微動機構47はアーム46を介して、固定されている。また、プローブ顕微鏡観察前に試料を光学顕微鏡で観察するための光学顕微鏡ユニット50および光源51が構成されており、光学顕微鏡像はCCDカメラ52によりモニタ確認ができるようになっている。光学顕微鏡は電動レボルバーにより対物レンズ49を切り替えることで、光学像の倍率を変えることができる。ここで、示したプローブ顕微鏡は探針側を走査するタイプであり、探針(カンチレバー)の変形の検出は微動機構47の先端に構成された光テコ機構(図には記載なし)により行なわれる。このタイプのプローブ顕微鏡は特開平3−296612号公報(特許文献3)に記載のものが一例である。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−171473号公報
【0004】
【特許文献2】
特開2001−142465号公報
【0005】
【特許文献3】
特開平3−296612号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一方、プローブ顕微鏡は特に高さ情報に関して高分解能を有していることから、高精度な形状計測器として利用されている。形状計測においても、先の分解能と同様に、高精度に測定するためには信号を検出するプローブ顕微鏡ユニット部を外乱から保護する必要がある。しかしながら、外乱としての外部からの音響エネルギーから十分に装置を保護するためには、少しでも、外部からの音が入らない様に防音ボックスの密閉度を上げる必要がある。密閉度を上げることは防音ボックス内において、空気の流れがないため、防音ボックス内の清浄度が低下することになる。通常、プローブ顕微鏡ユニットは試料の搬送、試料観察位置を移動させるためのステージや各種自動化のためのモータ等の駆動源が設けられている。これらは稼動することで通常、何らかのダストを発生させる。防音ボックス内の清浄度が低下した状態で観察対象の試料を扱うことは、試料の汚染をまねくことになる。特にクリーンルーム等の清浄環境下で扱っている試料で観察後、再び製造工程にもどすような試料の測定に対しては試料の汚染、しいては製造工程への汚染の広がりの点で問題である。
【0007】
そこで本発明は、雰囲気の清浄を保ちながらも外乱を防いで計測・分析を行うことを可能とする防音ボックスを提供することを目的とした。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、周囲からの音響成分に対し分析装置や計測装置を保護する防音ボックスにおいて、該防音ボックス内の環境を清浄化する空気清浄機構を備えた構成とした。これにより、空気清浄機能により防音ボックス内の清浄化をはかることができ、しかも、開閉可能な遮蔽扉部により防音機能も満足することができることで、防音ボックス内の清浄化と防音機能の両方を満足することができるようになる。
【0009】
また本発明の防音ボックスは、空気清浄機構部に防音機能を満たすための遮蔽扉部を備え、空気清浄機構を備えていても防音機能を満たす構成とした。
【0010】
さらに本発明の防音ボックスは、遮蔽扉部を空気清浄機構の防音機能を満たす空間側、あるいは空気清浄機構が遮蔽扉部よりも防音機能を満たす空間側に備えられ、空気清浄機構が動作していない時には遮蔽扉を閉じることにより防音機能を満たす構成とした。
【0011】
また本発明の防音ボックスは、遮蔽扉部には油圧機構または電動モータ機構をからなる自動開閉機構を備え、自動開閉を可能としている。
【0012】
さらに本発明は、上記記載のいずれかの防音ボックスを備え、空気の清浄を保ちながら測定時には防音機能を満たすプロ−ブ顕微鏡が提案される。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明は、周囲からの音響成分に対し、装置を保護する防音ボックスにおいて、防音ボックス内の清浄度を上げるために、防音ボックスにエアーフィルタ等の空気清浄機能部を設置することに想到した。しかし、エアーフィルタ等による空気清浄機能部は、一般に外部と防音ボックス内との空気の流れが形成されることになり、先に説明した防音ボックスの密閉度が保たれていないという問題が発生する。そこで本発明は、空気清浄機能部に加えて、空気清浄機能部によって発生する空気の流れの経路のいずれかに、空気を遮断するための遮蔽扉部を設置した。そして防音ボックス内に設置された分析・計測装置による測定が行なわれていない時は前記防遮蔽扉部を開放して、空気清浄機能部を稼動して防音ボックス内を清浄化する。そして測定が行なわれる時は、空気清浄機能を停止し、前記遮蔽扉部を閉じて防音機能を働かせことを可能にした構成としている。前記遮蔽扉部は空気清浄機能と防音ボックス内との間に設置され、前記空気清浄機能部と防音ボックス内とを遮蔽する位置に構成としてもよい。また、空気清浄機能部の防音ボックスの外部との境界部に遮蔽扉部を設置して、空気清浄機能部を防音ボックス内に閉じ込めた構成にしてもよい。また、前記遮蔽扉部の開閉に油圧機構や電動モータ機構を用いた自動開閉式としてもよい。また、空気清浄機能部は防音ボックスの上部に設けるのもよいし、側面に設けるのもよい。そして、本発明の防音ボックスは、周囲の音響成分から保護する対象が音響エネルギーに敏感な分析器及び計測器に設置されると効果的であり、原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を有するプロ−ブ顕微鏡に設置されるとならばより効果的である。
【0014】
以下に本発明の実施例を、図を用いて説明する。図1は本発明の第一実施例の概略図である。防音ボックス1には試料等を扱うための扉2がある。防音ボックス1上には空気清浄機構4が遮蔽機構3を介して設置されている。空気の排出は空気清浄機構4によって起こる自然流により防音ボックス1の下方から流出させてもかまわないが、本発明では、より高い清浄度が必要な設置環境での設置場所の汚染を考慮して、集中排気を行なうための排気機構5を設けた。排気機構5は配管6により防音ボックス1とつながっており、排気側は工場の排気ダクト等に配管される。空気清浄機構4および排気機構5の稼動は試料測定と連動して稼動および停止がおこなわれる。これは、測定時の音響外乱をさけるためである。
【0015】
図3および4は本発明の第一実施例の概略図(断面)を示したものである。防音ボックス1内には除振台22およびプローブ顕微鏡ユニット26が構成されている。図3において、遮蔽機構3の遮蔽扉部7が空気清浄機構4と防音ボックス1内とを遮蔽することで防音ボックス1内を音響的に密閉状態にし、防音機能を満たすようにしている。このときは空気清浄機構4および排気機構5は停止状態になるため空気の流れがなく、測定が可能となる。また、図4においては遮断機構3の遮蔽扉部7が移動し、空気清浄機構4と防音ボックス1内がつながることで、空気清浄機構4と排気機構5を稼動して清浄空気の流れ8を発生させて、防音ボックス1内の清浄化をはかる。尚、遮蔽扉部7の移動により、ダストが防音ボックス1内に落ちないように遮蔽扉部7のスライド部分が露出しない構造とした。また、空気清浄機構4を遮蔽する位置に遮蔽扉部7を移動した際に、防音ボックス1内の密閉度を上げるために、防音ボックス1にゴム等の弾性材をかいして押し付けるようにした。
【0016】
図2は本発明の第二実施例の概略図である。防音ボックス11には試料等を扱うための扉12がある。防音ボックス11上には遮蔽機構13が設置され、空気清浄機構14は防音ボックス11の内側に設置されている。そして遮蔽機構13により防音ボックス11は防音機能が保たれると同時に、空気清浄機構14と外気を遮蔽するようになっている。また、第一実施例と同様に集中排気用に排気機構5が配管6を介して防音ボックス11につながっている。
【0017】
図5は本発明の第二実施例の概略図(断面)を示したものである。防音ボックス11内には除振台32、プローブ顕微鏡ユニット26および試料搬送機構33が設置されている。空気清浄機構14は防音ボックス11内に設置され、空気吸入部は遮蔽機構13の遮蔽扉部17が移動することで、外部に露出することになる。
【0018】
また本願発明では、遮蔽機構13に図示しない油圧機構や電動モータ機構を備えることによって遮蔽扉部17を自動で開閉することが可能となり、分析・計測装置の測定と連動させることにより、測定中は遮蔽扉部17を閉じた状態とすることも可能となる。
【0019】
【発明の効果】
以上示した構成にすることで、防音機能を低下させることなく、防音ボックスに清浄機能部を構成することができる。それにより、防音ボックス内の清浄度低下を抑えられる。しかも、遮蔽扉部を用いて、防音機能を満たす構成にすることで、防音ボックスの本来の目的である外部音響エネルギーから防音ボックス内に設置された、プロ−ブ顕微鏡のユニット部等の微小信号検出装置を保護することができる。よって、プロ−ブ顕微鏡等の音響外乱に敏感な分析、計測装置の分解能を低減することなく、しかも防音ボックス内の計測装置に観察試料を設置しても、試料の汚染を低下するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例の概略図を示した図である。
【図2】本発明の第二実施例の概略図を示した図である。
【図3】本発明の第一実施例の概略図(断面)を示した図である。
【図4】本発明の第一実施例の概略図(断面)を示した図である。
【図5】本発明の第二実施例の概略図(断面)を示した図である。
【図6】従来の防音ボックスを示した図である。
【図7】従来の防音ボックスを示した図である。
【図8】プローブ顕微鏡ユニット部を示した図である。
【図9】プローブ顕微鏡ユニット部を示した図である。
【符号の説明】
1、11、21、31 防音ボックス
2、12 扉
3、13 遮蔽機構
4、14 空気清浄機構
5 排気機構
6 配管
7 遮蔽扉部
8 空気の流れ
22、32 除振台
23 除振台上部カバー
24、34 除振台定盤
25 弾性ブロック
26 プローブ顕微鏡ユニット
33 試料搬送機構
41 ベース
42、43、44 ステージ
45 試料台
46 アーム
47 微動機構
48 探針(カンチレバー)
49 対物レンズ
50 光学顕微鏡ユニット
51 光源
52 CCDカメラ
Claims (9)
- 周囲からの音響成分に対し分析装置や計測装置を保護する防音ボックスにおいて、該防音ボックス内の環境を清浄化する空気清浄機構と、該防音ボックス内外部を通気状態とする経路の一部に開閉式の遮蔽部材を含む遮蔽機構とを備え、
前記空気清浄機構の稼動/休止に合わせて該遮蔽機構の遮蔽部材を閉鎖/開放することを特徴とする防音ボックス。 - 前記遮蔽機構は前記防音ボックスの前記空気清浄機構部に備わることを特徴とする請求項1に記載の防音ボックス。
- 前記遮蔽機構は前記空気清浄機構に対して前記防音ボックスの防音機能を満たす空間側に備わることを特徴とする請求項1に記載の防音ボックス。
- 前記遮蔽機構は前記空気清浄機構に対して前記防音ボックスの防音機能を満たす空間側と反対側に備わることを特徴とする請求項1に記載の防音ボックス。
- 前記遮蔽機構は自動開閉機構を含むことを特徴とする請求項1に記載の防音ボックス。
- 前記遮蔽機構の遮蔽部材が、扉材であることを特徴とする請求項1に記載の防音ボックス。
- 前記開閉機構は油圧機構からなることを特徴とする請求項5に記載の防音ボックス。
- 前記開閉機構は電動モータ駆動機構からなることを特徴とする請求項5に記載の防音ボックス。
- 試料と試料から受ける原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を備え、請求項1から8のいずれかに記載の防音ボックスを含むことを特徴とするプローブ顕微鏡。
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