CN104916515A - 样品观测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种样品观测设备，其包含能够观测并分析样品的电子显微镜。根据示范性实施例的样品观测设备(1)包含：工作台(110)；平台(120)，其定位于所述工作台(110)上且样品(50)在大气压状态下装设于平台(120)上；第一轴移动单元及第二轴移动单元(130及140)，其定位于所述工作台(110)上且可与所述平台(120)一起在第一轴方向及与所述第一轴方向交叉的第二轴方向上相对移动；以及电子显微镜镜筒，其连接至所述第一轴移动单元及所述第二轴移动单元(130及140)以观测所述样品，且具有保持于真空状态的内部。因此，所述样品观测设备可在大气压下观测并分析样品(50)。

Description

样品观测设备

技术领域

本发明涉及一种样品观测设备。更确切地说，本发明涉及一种能够在大气压状态下观测并分析样品的包含扫描电子显微镜的样品观测设备。

背景技术

随着近来对显示器衬底、太阳能电池衬底、半导体晶片的需求及显示器衬底、太阳能电池衬底、半导体晶片的大小日趋增加，在其生产中投入很多精力以增加稳定性。为了生产此类大型衬底，检查并分析大型衬底的缺陷为必需工艺。为了分析在此类衬底中产生的粒子的大小、形态及成分以及其类似者，通常使用扫描电子显微镜。在第10-2008-0071793号韩国专利公开案等中揭示了将扫描电子显微镜用于半导体生产的相关技术。

图1为说明根据相关技术的扫描电子显微镜1的示意图。

参考图1，相关技术SEM 1可包含SEM镜筒10及SEM腔室20。SEM镜筒10包含发出电子束的振荡单元11；控制自振荡单元11发出的电子的量以及电子束大小的包含聚光透镜及孔隙的光学单元12；调整图像的焦点的物镜；以及照射已穿过光学单元12的电子束到样品21的处理单元13，且SEM腔室包含样品装设于上面的平台22、用于检测图像的检测器23，以及用于自SEM 1的内部移除气体分子的真空泵24。

在SEM 1中，由于样品21应安置于处于真空状态的SEM 1内部，因此存在如下限制：难以观测在真空状态下保持原始状态有困难的样品(例如，在真空状态下保持其形态有困难的液体)。

并且，由于样品应装载于SEM腔室20内部，因此存在如下限制：SEM腔室20的大小应增加以便观测大型样品，或者将大型样品切割或分成小型样品以安置于SEM腔室20内部。

另外，当样品为绝缘体样品时，发生充电效应(其中电子在真空状态下归因于电子束而积聚于样品的表面上以产生充电)，且因此充电使电子的轨道扭曲或偏转，使得无法观测到正常图像。为了解决此限制，需要涂布例如铂、金、碳或类似者的导体的膜的预处理工艺。然而，由于预处理工艺需要额外设备且包含几个工艺，因此花费大量时间来观测样品。

发明内容

本发明提供一种样品观测设备，其可并非在真空状态而是在大气压状态下观测并分析样品。

本发明还提供一种样品观测设备，其可在不切割或划分样品的情况下观测并分析处于原始状态的样品。

本发明还提供一种样品观测设备，其可通过省略涂布例如铂或类似者的导体的膜的预处理工艺来节省处理时间及成本。

根据示范性实施例，样品观测设备包含：工作台；平台，其定位于所述工作台上且在大气压状态下样品装设于所述平台上；第一轴移动单元及第二轴移动单元，其定位于工作台上且可与平台一起在第一轴方向及与第一轴方向交叉的第二轴方向上相对移动；以及电子显微镜镜筒，其连接至所述第一移动单元及所述第二轴移动单元以观测样品，且具有保持于真空状态的内部。

平台可在第一轴方向及第二轴方向上移动，或第一轴移动单元及第二轴移动单元可在第一轴方向及第二轴方向上移动，且平台可在上/下方向上移动，或第一轴移动单元及第二轴移动单元可在上/下方向上移动。

第一轴移动单元和第二轴移动单元可包含可在第一轴方向上移动的第一轴移动单元，及可在第二轴方向上移动的第二轴移动单元，且电子显微镜镜筒可安装于第二轴移动单元中。

电子显微镜镜筒可在第一轴方向及第二轴方向上移动，以便在工作台的大小范围内安置于平台的整个区域的任何位置处。

电子显微镜镜筒可包含：发出电子束并使电子束照射到样品的照射单元，及检测自样品发出的电子束、电子、能量及X射线中的任一个的信号的检测器。

电子显微镜镜筒可连接至真空泵，从而使其内部维持于真空状态。

电子显微镜镜筒可通过移动平台以及第一轴移动单元和第二轴移动单元中的任一个而定位于样品上的预定位置处，且在大气压状态下观测样品。

以上样品观测设备可更包含光学显微镜镜筒，其连接至第一轴移动单元和第二轴移动单元而以低于电子显微镜镜筒的放大率的放大率观测样品。

以上样品观测设备可更包含安置于工作台下以防止工作台振动的隔离器。

以上样品观测设备可更包含销升/降单元，其提升多个支撑销以装载所述样品，降低多个支撑销以将所述样品装设于所述平台内。

附图说明

可从结合附图所作的以下描述中更详细地理解示范性实施例，其中：

图1为说明根据相关技术的扫描电子显微镜的示意图。

图2为根据示范性实施例的样品观测设备的立体图。

图3为根据示范性实施例的样品观测设备的正视图。

图4为根据示范性实施例的样品观测设备中的升/降单元的立体图。

图5为说明根据示范性实施例的样品观测设备的扫描电子显微镜镜筒及光学显微镜镜筒的放大立体图。

图6为说明根据本发明的示范性实施例的样品观测设备的扫描电子显微镜镜筒及光学显微镜镜筒的放大后向立体图。

元件符号说明

1：扫描电子显微镜

10：SEM镜筒

11：振荡单元

12：光学单元

13：处理单元

20：SEM腔室

21：样品

22：平台

23：检测器

24：真空泵

50：样品

100：样品观测设备

110：工作台

120：平台

130：第一轴移动单元

131：第一导轨

132：第一可移动轨

140：第二轴移动单元

141：第二导轨

142：第二可移动轨

150：销升/降单元

151：支撑销

160：夹具

200：SEM镜筒

201：支撑托架

220：真空泵

250：SEM控制单元

300：光学显微镜镜筒

301：支撑托架

400：隔离器

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考以实例说明的方式显示可实践本发明的具体实施例的附图。这些实施例描述得足够详细以使得本领域的技术人员能够实践本发明。应理解，尽管不同，但各种实施例不必相互排斥。举例来说，本文中所描述的特定形状、结构及特征可以不同形式具体化而不偏离本发明的精神和范围。此外，应理解，每一所揭示实施例内个别元件的位置或布置可经修改而不偏离所主张标的物的精神和范围。因此，以下详细描述并非限制性的，而是仅受权利要求(包含权利要求的那些等效物)限制，只要恰当地描述了本发明的范围。在诸图中类似参考数字指示在各个方面相同或类似的功能，且元件的长度、面积、厚度及形状为了描述方便起见可予以夸示。

下文中，将参看附图详细地描述本发明的各种实施例，以便使得本领域的技术人员能够容易地实践本发明。

图2为根据示范性实施例的样品观测设备100的立体图，图3为根据示范性实施例的样品观测设备100的正视图，且图4为根据示范性实施例的样品观测设备100中的升/降单元150的立体图。

根据示范性实施例的样品观测设备100包含：工作台110；平台120，其定位于工作台110上且样品50在大气压状态下装设于所述平台120上；第一轴移动单元130及第二轴移动单元140，其定位于工作台110上且可在第一轴方向及与第一轴方向交叉的第二轴方向上相对移动；以及电子显微镜镜筒，其连接至所述第一轴移动单元130及第二轴移动单元140从而观测样品50，且具有保持于真空状态的内部。

本文中，第一轴及第二轴为在同一平面上彼此交叉的轴，且例如，第一轴可为在X方向上延伸的X轴，且第二轴可为在Y方向上延伸的Y轴。当然，第一轴可为Y轴，且第二轴可为X轴。并且，在为垂直的且正交于第一轴和第二轴的方向上延伸的轴可为上/下方向轴。

使平台以及第一轴移动单元和第二轴移动单元相对移动可意谓：仅移动平台，仅移动第一轴移动单元和第二轴移动单元，移动平台以及第一和第二轴移动单元两者。移动方向可为第一轴方向或第二轴方向。即，移动方向可为X轴方向或Y轴方向。当然，移动方向可为上/下方向。通过移动，在第一轴移动单元和第二轴移动单元中装备的电子显微镜镜筒可安置于平台上方或平台上的样品上方的所要位置处。因此，电子显微镜镜筒可在第一轴方向及第二轴方向中的任一个上移动，使得电子显微镜镜筒在工作台110的大小范围内安置于平台120的整个区上的所要位置处。工作台及平台的大小并不特别受限，但可变化。即，为了观测作为样品的例如玻璃面板的大型衬底，可使用大型平台，且为了观测作为样品的小型样本，可使用小的平台。因此，根据示范性实施例的样品观测设备允许电子显微镜镜筒观测并分析样品而不考虑样品的大小及观测位置。

下文中，将示范性地描述一种样品观测设备，其包含：具有对应于X轴的第一轴及对应于Y轴的第二轴的X及Y轴移动单元，以及安装于Y轴移动单元中的电子显微镜镜筒。当然，可以各种方式改变X轴方向及Y轴方向上的移动及电子显微镜镜筒的安装结构。并且，电子显微镜镜筒用SEM镜筒200例示。当然，电子显微镜镜筒以及SEM镜筒可改变至各种形式。

参考图2，根据示范性实施例的样品观测设备100包含工作台110、平台120、X轴移动单元130及Y轴移动单元140、销升/降单元150、夹具160、SEM镜筒200、光学显微镜镜筒300以及隔离器400。

首先，工作台110充当基底，其具有平坦顶表面、预定面积及厚度，且支撑稍后描述的平台。工作台110可为(例如)具有预定厚度的板。工作台110安装于框架结构上，所述框架结构相对于地面稳定地安装以防止外部振动或冲击。工作台110的顶表面经精准地调整以成为水平表面，以便可靠地观测并分析样品。

样品50装设于上面且支撑装设于上面的样品50的平台120安装于工作台110上。样品50在大气压状态下装设于平台120上。平台120可包含具有恰当大小(例如，大于或等于样品50的大小的大小)从而装设样品50的板。并且，平台120可具有对应于样品50的形状的形状。

样品50可在由机器人的臂(未图示)支撑的状态下移动到平台120上方。当样品50移动到平台120上方时，包含于定位于平台120下的销升/降单元150中的多个支撑销151(参见图4)上升，且当多个支撑销151上升时，机器人的臂下降，使得样品50可装设于多个支撑销151上。当样品50装设于多个支撑销151上时，多个支撑销151下降，且因此样品50可装设于平台120上并由平台120支撑。多个支撑销151可通过的多个孔洞(未图示)可形成于平台120中，使得多个支撑销151可上升及下降。

装设于平台120上且由平台120支撑的样品50可由安装于平台120外部的夹具160对准。

与例如泵(未图示)的泵送构件连通的多个抽吸孔洞(未图示)可形成于平台120中。抽吸孔洞抽吸在平台120上对准的样品50，使得样品50稳定地装设并支撑于平台120上。

以直线形状形成的一对X轴移动单元130可经安装以在工作台110的两侧上一起操作，以直线形状形成的Y轴移动单元140的两个末端连接至一对X轴移动单元130中的每一个，使得可通过X轴移动单元130的操作在工作台110上移动Y轴移动单元140。

X轴移动单元130包含第一导轨131及第一可移动轨132，Y轴移动单元140包含第二导轨141及第二可移动轨142，且可通过电动机(未图示)的驱动力来驱动X轴移动单元130及Y轴移动单元140。

一对中且平行于X轴方向的第一导轨131安装于工作台110的在平台120外部的一部分中，且沿着第一导轨131往复的第一可移动轨132可安装于第一导轨131中。

第二导轨141可安装于第一可移动轨132中以便平行于正交于第一导轨131的Y轴方向，且第二可移动轨142可安装于第二导轨141中。

用于观测样品50的表面并分析样品50的表面上的成分的SEM镜筒200可安装于第二可移动轨142上。安置于SEM镜筒200的一个侧表面上的支撑托架201耦合到第二可移动轨142，使得SEM镜筒200可安装于第二可移动轨142上。因此，由于第二可移动轨142经安装以通过X轴移动单元130及Y轴移动单元140而可在X轴方向及Y轴方向上移动，因此SEM镜筒200可一起在X轴方向及Y轴方向上移动。包含SEM镜筒200的控制单元以及动力单元的SEM控制单元250可安装于第二可移动轨142上。

同时，光学显微镜镜筒300可进一步安装于第二可移动轨142上。安置于光学显微镜镜筒300的一个侧表面上的支撑托架301耦合至第二可移动轨142，使得光学显微镜镜筒300可安装于第二可移动轨142上。由于第二可移动轨142经安装以通过X轴移动单元130及Y轴移动单元140而可在X轴方向及Y轴方向上移动，因此光学显微镜镜筒300可与SEM镜筒200一起在X轴方向及Y轴方向上移动。替代地，光学显微镜镜筒300可安装于SEM镜筒200的侧表面上。

隔离器400可安装于样品观测设备100中以便防止工作台120的振动。当使用SEM镜筒200观测样品50时，发生极小振动的环境也会对样品表面图像的分辨率具有影响。因此，隔离器400(较佳地主动隔离器)可安装于工作台110下以防止振动。

图5和6为说明根据示范性实施例的样品观测设备的扫描电子显微镜镜筒及光学显微镜镜筒的放大立体图及放大后向立体图。

参考图5和6，应理解，SEM镜筒200具有与在图1中示出的SEM 1相同的配置，不过SEM腔室20提供装设样品21的空间。

因此，SEM镜筒200包含：发出电子束并使电子束照射到样品的照射单元；及检测器，其检测自样品发出的电子束、电子、能量及X射线中的任一个的信号。即，SEM镜筒200可包含：发出电子束的振荡单元11；控制自振荡单元11发出的电子量以及电子束的大小的包含聚光透镜以及孔隙的光学单元12；以及调整图像的焦点的物镜；以及将已通过光学单元12的电子束照射至样品21的处理单元13。

SEM镜筒200中可包含二次电子(secondary electron，SE)检测器、后向散射电子(backscattered electron，BSE)检测器以及能量色散谱(energydispersive spectroscopy，EDS)检测器中的至少一个。因此，SEM镜筒200可检测二次电子(SE)或后向散射电子(BSE)的信号以观测样品50的表面，且EDS检测器可检测自样品50发出的X射线以分析样品50的成分。

SEM镜筒200还可包含用于使其内部维持于真空状态的真空泵220。尤其较佳的是安装离子泵，所述离子泵不产生振动，可获得低真空，且不使用油或汞以将其内部维持于清洁状态。并且，真空泵220可具有小的大小以相邻于照射单元安装，且因此可易于与SEM镜筒200一起移动。因此，根据根据本发明的样品观测设备，仅SEM镜筒200内部维持于真空状态，在大气压状态下装载样品，且不必形成样品与SEM镜筒一体式地安置于其中的腔室。因此，根据本发明的样品观测设备可观测并分析原始状态的大型样品而不切割或划分大型样品。

如上文所描述，光学显微镜镜筒300安装于第二可移动轨142上，且可与SEM镜筒200一起在X轴方向及Y轴方向上移动。SEM可以大约5,000到大约300,000的放大率观测样品，且光学显微镜可以低于SEM的放大率的约1到约100的放大率观测样品。当仅将SEM用以观测大型样品的特定部分时，可能难以找出大型样品的观测位置。因此，在本发明中，由于SEM镜筒200及光学显微镜镜筒300一起移动，因此首先通过具有相对低放大率的光学显微镜镜筒300来指定大型样品的观测位置，且接着通过具有相对高放大率的SEM镜筒200来精准地观测大型样品。因此，可更高效地观测并分析样品。

同时，由于甚至SEM的极小振动仍可对样品的表面观测有影响，因此可通过以下操作来观测并分析样品：固定SEM镜筒200且在X轴方向及Y轴方向上移动样品装设于的平台120，以及使用X轴移动单元130及Y轴移动单元140移动SEM镜筒200。为了在X轴方向及Y轴方向上移动平台120，允许实现平台120的线性移动的可移动区块(未图示)及固定区块(未图示)可进一步安装于工作台110的在平台120外部的一部分。并且，平台120可经配置以在Z轴方向上移动，以便调整样品50与SEM镜筒200之间的距离。

在根据示范性实施例的样品观测设备中，由于仅SEM的内部保持于真空状态且在大气压状态下安置样品，因此有可能观测并分析处于原始状态的大型样品。并且，由于在大气压状态下不发生电子积聚于绝缘体样品的表面上的充电效应，因此可省略涂布导体膜的预处理工艺以节省处理时间及成本。另外，由于可在大气压状态下观测并分析样品，因此供观测及分析的样品的选择范围可拓宽到固体、液体、无机材料、有机材料、导体、绝缘体以及其类似者。

根据本发明的实施例，由于仅电子显微镜的内部保持于真空状态，且样品定位于并非在真空状态而是在大气压状态下的平台上，因此有可能观测并分析并非在真空状态而是在大气压状态下的样品。

并且，根据本发明的实施例，可在不切割或划分的情况下观测并分析在原始状态下的大型样品，且涂布例如铂或类似者的导体的膜的预处理工艺被省略以节省处理时间及成本。

另外，根据本发明的实施例，由于可在大气压状态下观测并分析样品，因此供观测并分析的样品的选择范围可拓宽至液体、固体、无机材料、有机材料、导体、绝缘体及类似者。即，有可能用SEM直接观测具有各种状态及大小的样品。

尽管已参看具体实施例描述了样品观测设备，但本发明不限于此。因此，本领域的技术人员将容易理解，在不偏离通过所附权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改以及改变。应理解，此类修改及改变是在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种样品观测设备，其特征在于，包括：

工作台；

平台，其定位于所述工作台上，且样品在大气压状态下装设在所述平台上；

第一轴移动单元及第二轴移动单元，其定位于所述工作台上且可与所述平台一起在第一轴方向及与所述第一轴方向交叉的第二轴方向上相对移动；以及

电子显微镜镜筒，其连接至所述第一轴移动单元及所述第二轴移动单元以观测所述样品，且具有保持于真空状态的内部。

2.根据权利要求1所述的样品观测设备，

其中所述平台在所述第一轴方向及所述第二轴方向上移动，或所述第一轴移动单元及所述第二轴移动单元在所述第一轴方向及所述第二轴方向上移动，且

所述平台在上/下方向上移动，或所述第一轴移动单元及所述第二轴移动单元在所述上/下方向上移动。

3.根据权利要求2所述的样品观测设备，其中所述第一轴移动单元及所述第二轴移动单元包括可在所述第一轴方向上移动的第一轴移动单元，及可在所述第二轴方向上移动的第二轴移动单元，且

所述电子显微镜镜筒安装于所述第二轴移动单元中。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的样品观测设备，其中所述电子显微镜镜筒可在所述第一轴方向及所述第二轴方向上移动，以便在所述工作台的大小范围内安置于所述平台的整个区域上的任何位置处。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的样品观测设备，其中所述电子显微镜镜筒包括：

照射单元，其发出电子束并使所述电子束照射到所述样品，以及

检测器，其检测自所述样品发出的所述电子束、电子、能量，及X射线的至少一个的信号。

6.根据权利要求5所述的样品观测设备，其中所述电子显微镜镜筒连接至真空泵从而将所述电子显微镜镜筒的所述内部保持于真空状态。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的样品观测设备，其中所述电子显微镜镜筒通过移动所述平台及所述第一轴移动单元与所述第二轴移动单元中的至少一个在所述样品上定位于预定位置，且在所述大气压状态下观测所述样品。

8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的样品观测设备，其更包括光学显微镜镜筒，所述光学显微镜镜筒连接至所述第一轴移动单元及所述第二轴移动单元而以低于所述电子显微镜镜筒的放大率的放大率观测所述样品。

9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的样品观测设备，其更包括安置于所述工作台下以防止所述工作台振动的隔离器。

10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的样品观测设备，其更包括销升/降单元，所述销升/降单元提升多个支撑销以装载所述样品，降低所述多个支撑销以将所述样品装设于所述平台内。