(57)【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。
【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３ｃ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１１ａ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１１ａ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１１ｄ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１１ｆ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）。
0003625922.tif 000002
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３ｂ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）。
0003625922.tif 000003
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１１ａ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θ３  は、以下のようにして求めることができる（図４（ｂ）参照）。
0003625922.tif 000004
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１８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１１ｅ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
【図１】
0003625922.tif 000005
【図２】
0003625922.tif 000006
【図３】
0003625922.tif 000007
【図４】
0003625922.tif 000008
【図５】
0003625922.tif 000009
【図６】
0003625922.tif 000010
【図７】
0003625922.tif 000011