CN106449340B - 一种样品承载台及双束系统电子显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双束系统电子显微镜，包括：离子切割机、电子摄像机、样品承载台及驱动机构；其中，所述离子切割机的切割方向、所述电子摄像机的光轴方向之间存在夹角，且均朝向所述样品承载台；所述样品承载台包括样品插槽，所述样品插槽具有第一预定角度的斜角，用于以所述第一预定角度收纳具有断裂面的样品；所述离子切割机用于以削平所述样品断裂面的方向，对所述样品断裂面进行加工，所述驱动机构用于至少在所述样品的断裂面被加工后，驱动所述样品承载台旋转，进而带动所述样品旋转至所述样品的断裂面正对且垂直于所述电子摄像机的光轴。本发明还提供一种双束系统电子显微镜用样品承载台。

Description

一种样品承载台及双束系统电子显微镜

技术领域

本发明涉及电子显微镜技术领域，特别是涉及一种样品承载台及应用其的双束系统电子显微镜。

背景技术

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)是一种主要应用于材料表面形貌观察成像的材料表征技术设备。聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，以在高真空环境下对小于50um的样品定点切割。扫描电子显微镜的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测器收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。

现有技术中，双束系统电子显微镜-Helios660，用于观察样品的截面，如显示器中的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)，薄膜晶体管的结构为M1-AS-M2-PV1，其中AS为半导体层，AS由GI、a-S、N+组成，导电性较差，很难分辨各层之间的界线。请参图1，操作时，将样品1贴附在平面样品底座3之上，放入真空室内，并将样品底座3旋转52°，以使样品1与聚焦离子束系统5的光轴垂直，聚焦离子束系统5发射垂直于薄膜晶体管表面的离子束对薄膜晶体管进行切割，以在薄膜晶体管表面形成一个观察坑。完成后开启扫描电子显微镜7扫描观察坑的坑壁并拍照，以观察样品1的结构。然而，样品1的AS各膜层的主要材料是硅，导电性能差，相对二次电子产额较少会发生轻微放电；又因为是扫描观察坑的坑壁，因此在聚焦离子束系统5开口大小与视角的限制下，扫描电子显微镜7成像效果不能达到最佳，导致AS各层之间的界线无法清楚分清(请参阅图2)。另外，52°视角存在观察死角，膜厚量测时需要软件补偿，使得检测值与实际值存在一定误差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种双束系统电子显微镜，能有效提高成像质量，使得膜层之间的界限清晰，有效提高量测精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种技术方案为：提供一种双束系统电子显微镜，包括：

离子切割机、电子摄像机、样品承载台及驱动机构；

其中，所述离子切割机的切割方向、所述电子摄像机的光轴方向之间存在夹角，且均朝向所述样品承载台；

所述样品承载台包括样品插槽，所述样品插槽具有第一预定角度的斜角，用于以所述第一预定角度收纳具有断裂面的样品；

所述离子切割机用于以削平所述样品断裂面的方向，对所述样品断裂面进行加工，所述驱动机构用于至少在所述样品的断裂面被加工后，驱动所述样品承载台旋转，进而带动所述样品旋转至所述样品的断裂面正对且垂直于所述电子摄像机的光轴。

其中，所述斜角斜面与所述离子切割机的切割方向相差90度；或

所述斜角斜面与所述离子切割机的切割方向相差角度不等于90度，所述驱动机构在对所述样品断裂面进行加工之前，驱动所述样品承载台旋转第二预定角度，使得所述样品垂直于所述离子切割机的切割方向。

其中，所述斜角斜面与所述离子切割机的切割方向相差角度不等于90度的情况下，

所述离子切割机的切割方向与参考面之间的角度大于所述斜角的第一预定角度，所述第一预定角度是基于所述参考面而得出；或

所述离子切割机的切割方向与参考面之间的角度小于所述斜角的第一预定角度。

其中，所述样品承载台包括凹形载具和间隔块，所述凹形载具的至少一内侧壁具有所述第一预定角度，所述间隔块的至少一侧壁也具有所述第一预定角度，所述间隔块设置于所述凹形载具内，所述间隔块的所述至少一侧壁与所述凹形载具的所述至少一内侧壁间隔且相对设置，形成一所述插槽。

其中，所述间隔块的两相背侧壁均具有所述第一预定角度；

进一步包括夹持块和第一螺柱，所述夹持块的一侧壁具有所述第一预定角度，且与所述间隔块的一所述侧壁间隔且相对设置，形成另一所述插槽；

背对的所述夹持块另一侧壁与所述凹形载具的一内侧壁相对设置，且设有至少一盲孔，与所述夹持块相对的所述凹形载具侧壁上设有至少一第一贯穿孔，所述第一贯穿孔具有与所述第一螺柱配合的内螺纹，所述第一螺柱贯穿所述第一贯穿孔且进入所述盲孔，抵顶所述夹持块以配合夹持所述样品。

其中，进一步包括第二螺柱，所述间隔块设有上下贯通的第二贯穿孔，所述第二贯穿孔具有与所述第二螺柱配合的内螺纹，所述第二螺柱从上进入所述第二贯穿孔，以调节所述间隔块的高度。

其中，所述间隔块设有上下贯通的至少一个第三贯穿孔，所述第三贯穿孔具有与所述第一螺柱配合的内螺纹，所述第一螺柱从上进入所述第三贯穿孔，以与所述第二贯穿孔、第二螺柱共同配合调节间隔块的高度。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一种技术方案为：提供一种双束系统电子显微镜用样品承载台，包括：

所述样品承载台包括样品插槽，所述样品插槽具有第一预定角度的斜角，用于以第一预定角度收纳具有断裂面的样品。

其中，所述样品承载台包括凹形载具和间隔块，所述凹形载具的至少一内侧壁具有所述第一预定角度，所述间隔块的至少一侧壁也具有所述第一预定角度，所述间隔块设置于所述凹形载具内，所述间隔块的所述至少一侧壁与所述凹形载具的所述至少一内侧壁间隔且相对设置，形成一所述插槽。

其中，所述间隔块的两相背侧壁均具有所述第一预定角度；

进一步包括夹持块和第一螺柱，所述夹持块的一侧壁具有所述第一预定角度，且与所述间隔块的一所述侧壁间隔且相对设置，形成另一所述插槽；

背对的所述夹持块另一侧壁与所述凹形载具的一内侧壁相对设置，且设有至少一盲孔，与所述夹持块相对的所述凹形载具侧壁上设有至少一第一贯穿孔，所述第一贯穿孔具有与所述第一螺柱配合的内螺纹，所述第一螺柱贯穿所述第一贯穿孔且进入所述盲孔，抵顶所述夹持块以配合夹持所述样品。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供的双束系统电子显微镜中的电子摄像机能正对着样品的断裂面进行观察，有效减轻样品电荷积累，另外，拍摄视角的提升可以直观查看到样品的断裂面，使得薄膜晶体管各层之间的分界线更清晰，量测精度更为准确。另外，能有效降低了驱动机构的磨耗，而且，同时检测的样品数量增多，有效提高了微观样品分析效率。

附图说明

图1是现有技术中的双束系统电子显微镜对样品的断裂面进行加工及扫描拍照时的结构示意图；

图2是图1所示的双束系统电子显微镜的扫描图像示意图；

图3是本发明提供的双束系统电子显微镜中的离子切割机对样品的断裂面进行加工的结构示意图；

图4是本发明提供的双束系统电子显微镜中电子摄像机对样品的断裂面进行扫描拍照的结构示意图；

图5是本发明提供的双束系统电子显微镜中的样品承载台的结构示意图；

图6是图5所示的样品承载台的分解示意图；

图7是图5所示的样品承载台放置样品后的结构示意图；

图8是本发明提供的双束系统电子显微镜中的离子切割机的切割方向与样品的斜面不垂直时的角度示意图；

图9是本发明提供的双束系统电子显微镜的对样品的断裂面进行扫描的图像示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

请参阅图3，本发明提供一种双束系统电子显微镜100，用于对样品200的断裂面拍照扫描。双束系统电子显微镜100包括离子切割机10、电子摄像机30、样品承载台50及驱动机构70，其中，离子切割机10、电子摄像机30、样品承载台50及驱动机构70均设置于双束系统电子显微镜100的真空室(未图示)内，离子切割机10的切割方向、电子摄像机30的光轴方向之间存在夹角θ，且均朝向样品承载台50。

离子切割机10用于以削平样品200的断裂面的方向，对样品200的断裂面进行加工。

可以理解，通过离子切割机10对断裂面切削加工，样品200的断裂面会更加光滑平整，便于后续电子摄像机30进行拍照扫描。

请参阅图4，电子摄像机30用于在样品200的断裂面正对且垂直于其光轴情况下，对样品200的断裂面进行拍照扫描。

请结合参阅图5及图6，样品承载台50包括样品插槽51，样品插槽51具有第一预定角度α的斜角，用于以第一预定角度α收纳具有断裂面的样品200。

样品承载台50进一步包括凹形载具52和间隔块53，凹形载具52的至少一内侧壁具有第一预定角度α，间隔块53的至少一侧壁也具有第一预定角度α，间隔块53设置于凹形载具52内，间隔块53的至少一侧壁与凹形载具52的至少一内侧壁间隔且相对设置，形成一样品插槽51。

本实施方式中，间隔块53的两相背侧壁均具有第一预定角度α的情况下，样品承载台50进一步包括夹持块55和第一螺柱56，夹持块55的一侧壁具有第一预定角度α，且与间隔块53的一侧壁间隔且相对设置，形成另一样品插槽51。

夹持块55背对间隔块53的另一侧壁与凹形载具52的一内侧壁相对设置，且设有至少一盲孔551，与夹持块55相对的凹形载具52侧壁上设有至少一第一贯穿孔521，第一贯穿孔521具有与第一螺柱56配合的内螺纹，第一螺柱56贯穿第一贯穿孔521且进入盲孔551，抵顶夹持块55以配合夹持样品。

在本实施方式中，夹持块55设有两个对称的盲孔551，凹形载具52侧壁上设有两个与盲孔551一一对应的第一贯穿孔521。

进一步的，样品承载台50包括第二螺柱57，间隔块53设有上下贯通的第二贯穿孔531，第二贯穿孔531具有与第二螺柱57配合的内螺纹，第二螺柱57从上进入第二贯穿孔531，以调节间隔块53的高度。

具体的，当第二螺柱57往下旋转，并抵持凹形载具52的底壁时，将间隔块53顶起，随后，第一螺柱56往间隔块53的方向拧紧，从而将间隔块53将样品固定夹持。

进一步的，间隔块53设有上下贯通的至少一个第三贯穿孔533，第三贯穿孔533具有与第一螺柱56配合的内螺纹，第一螺柱56从上进入第三贯穿孔533，以与第二贯穿孔531、第二螺柱57共同配合调节间隔块53的高度。

在一具体实施方式中，间隔块53设有两个第三贯穿孔533，其中第三贯穿孔533分别设置在第二贯穿孔531的两侧。

可以理解，通过第一螺柱56与第三贯穿孔533的配合作用，间隔块53的两侧更能保持平稳，防止间隔块53在固定样品200的过程中倒向一边。

可以理解，在间隔块53的两相背侧壁均具有第一预定角度α的情况下，间隔块53的个数可根据需求进行调整。

请参阅图7，在一个示例中，样品插槽51内可同时放置24个样品200。

可以理解，离子切割机10对样品的断裂面进行加工之前，将样品的一侧进行截断，形成断裂面并镀金。进一步的，样品在放入样品插槽51之前，将样品的一侧进行截断，形成断裂面并镀金。

在一个示例中，样品的厚度范围为0.2～1mm。

进一步的，凹形载具52的底壁设有第四贯穿孔523，第一螺柱56穿过第四贯穿孔523，再进入双束系统电子显微镜100的底座(未图示)上，以将样品承载台50固定在双束系统电子显微镜100的底座上。

可以理解，第四贯穿孔523设置在凹形载具52的中心位置。

在本实施方式中，第一螺柱56上端是无头凹形结构，第二螺柱57的上端是内六角结构。

请再次结合参阅图3及图4，驱动机构70用于至少在样品200的断裂面被加工后，驱动样品承载台50旋转，进而带动样品旋转至样品的断裂面正对且垂直于电子摄像机30的光轴。

其中，驱动机构70可为但不限于电机。

进一步的，当斜角斜面与离子切割机10的切割方向相差90度时，离子切割机10可对样品200的断裂面直接进行加工，此时夹角θ与第一预定角度α相等；

当斜角斜面与离子切割机10的切割方向相差角度不等于90度时，驱动机构70在对样品200断裂面进行加工之前，驱动样品承载台50旋转第二预定角度β，使得样品200垂直于离子切割机10的切割方向。

其中，斜角斜面与离子切割机10的切割方向相差角度不等于90度的情况包括：离子切割机10的切割方向与参考面90之间的角度δ大于斜角的第一预定角度α，第一预定角度α是基于参考面90而得出；或离子切割机10的切割方向与参考面90之间的角度δ小于斜角的第一预定角度α。

具体地，请参阅图8，当离子切割机10的切割方向与参考面90之间的角度δ大于斜角的第一预定角度α时，驱动机构70则驱动样品承载台50以第一方向旋转第二预定角度β，其中第一方向定义为将样品承载台50靠近离子切割机10的一端沿离子切割机10朝向电子摄像机30的方向旋转；当离子切割机10的切割方向与参考面90之间的角度小于斜角的第一预定角度α时，驱动机构70则驱动样品承载台50以第二方向旋转第二预定角度β，其中第二方向与第一方向相反。

其中，参考面90是根据离子切割机10与电子摄像机30之间的相对角度进行选择的。在一具体实施方式中，参考面90定义为水平面。

可以理解，样品200的断裂面被加工后，驱动样品承载台50旋转第三预定角度γ，使得样品200的断裂面正对且垂直于电子摄像机30的光轴，其中，第三预定角度γ的旋转方向为样品承载台50远离离子切割机10的一端沿电子摄像机30朝向离子切割机10的方向。

在本实施方式中，电子摄像机30的光轴方向呈竖直方向，离子切割机10的切割方向与电子摄像机30的光轴方向之间的夹角θ为52度，第一预定角度α的60度，第二预定角度β为8度，此时，第二预定角度β将样品承载台50靠近离子切割机10的一端沿离子切割机10朝向电子摄像机30的方向旋转；第三预定角度γ为30度。

当然，出于各种需要，也可以让样品200的断裂面不正对且垂直于电子摄像机30的光轴，比如倾斜几度。也可以让斜角斜面与离子切割机10的切割方向不垂直，离子切割机10可对样品200的断裂面直接进行斜面切削。

请参阅图9，为本发明提供的双束系统电子显微镜100对样品200的断裂面进行扫描所拍摄的图像。从图8中可以清晰看到各层之间的界限，成像质量高。

区别于现有技术，本发明的双束系统电子显微镜100中的样品承载台50的样品插槽51具有第一预定角度α的斜角，以收纳具有断裂面的样品；且驱动机构70在样品的断裂面被加工后，驱动样品承载台50旋转，进而带动样品旋转至样品的断裂面正对且垂直于电子摄像机30的光轴，如此，电子摄像机30能正对着样品的断裂面进行观察，有效减轻样品电荷积累，另外，拍摄视角的提升可以直观查看到样品的断裂面，使得薄膜晶体管各层之间的分界线更清晰，量测精度更为准确。进一步的，样品承载台50的旋转度数有效降低了驱动机构70的磨耗，而且，同时检测的样品数量增多，有效提高了微观样品分析效率。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种双束系统电子显微镜，其特征在于，包括：

离子切割机、电子摄像机、样品承载台及驱动机构；

其中，所述离子切割机的切割方向、所述电子摄像机的光轴方向之间存在夹角，且均朝向所述样品承载台；

所述样品承载台包括样品插槽，所述样品插槽具有第一预定角度的斜角，用于以所述第一预定角度收纳具有断裂面的样品，所述样品承载台包括凹形载具和间隔块，所述凹形载具的至少一内侧壁具有所述第一预定角度，所述间隔块的至少一侧壁也具有所述第一预定角度，所述间隔块设置于所述凹形载具内，所述间隔块的所述至少一侧壁与所述凹形载具的所述至少一内侧壁间隔且相对设置，形成一所述插槽；

所述离子切割机用于以削平所述样品断裂面的方向，对所述样品断裂面进行加工，所述驱动机构用于至少在所述样品的断裂面被加工后，驱动所述样品承载台旋转，进而带动所述样品旋转至所述样品的断裂面正对且垂直于所述电子摄像机的光轴。

2.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于，

所述斜角斜面与所述离子切割机的切割方向相差90度；或

所述斜角斜面与所述离子切割机的切割方向相差角度不等于90度，所述驱动机构在对所述样品断裂面进行加工之前，驱动所述样品承载台旋转第二预定角度，使得所述样品垂直于所述离子切割机的切割方向。

3.根据权利要求2所述的显微镜，其特征在于，

所述斜角斜面与所述离子切割机的切割方向相差角度不等于90度的情况下，

所述离子切割机的切割方向与参考面之间的角度大于所述斜角的第一预定角度，所述第一预定角度是基于所述参考面而得出；或

所述离子切割机的切割方向与参考面之间的角度小于所述斜角的第一预定角度。

4.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于，

所述间隔块的两相背侧壁均具有所述第一预定角度；

进一步包括夹持块和第一螺柱，所述夹持块的一侧壁具有所述第一预定角度，且与所述间隔块的一所述侧壁间隔且相对设置，形成另一所述插槽；

背对的所述夹持块另一侧壁与所述凹形载具的一内侧壁相对设置，且设有至少一盲孔，与所述夹持块相对的所述凹形载具侧壁上设有至少一第一贯穿孔，所述第一贯穿孔具有与所述第一螺柱配合的内螺纹，所述第一螺柱贯穿所述第一贯穿孔且进入所述盲孔，抵顶所述夹持块以配合夹持所述样品。

5.根据权利要求4所述的显微镜，其特征在于，

进一步包括第二螺柱，所述间隔块设有上下贯通的第二贯穿孔，所述第二贯穿孔具有与所述第二螺柱配合的内螺纹，所述第二螺柱从上进入所述第二贯穿孔，以调节所述间隔块的高度。

6.根据权利要求5所述的显微镜，其特征在于，

所述间隔块设有上下贯通的至少一个第三贯穿孔，所述第三贯穿孔具有与所述第一螺柱配合的内螺纹，所述第一螺柱从上进入所述第三贯穿孔，以与所述第二贯穿孔、第二螺柱共同配合调节间隔块的高度。

7.一种双束系统电子显微镜用样品承载台，其特征在于，包括：

所述样品承载台包括样品插槽，所述样品插槽具有第一预定角度的斜角，用于以第一预定角度收纳具有断裂面的样品，其中，所述样品承载台包括凹形载具和间隔块，所述凹形载具的至少一内侧壁具有所述第一预定角度，所述间隔块的至少一侧壁也具有所述第一预定角度，所述间隔块设置于所述凹形载具内，所述间隔块的所述至少一侧壁与所述凹形载具的所述至少一内侧壁间隔且相对设置，形成一所述插槽。

8.根据权利要求7所述的样品承载台，其特征在于，

所述间隔块的两相背侧壁均具有所述第一预定角度；

进一步包括夹持块和第一螺柱，所述夹持块的一侧壁具有所述第一预定角度，且与所述间隔块的一所述侧壁间隔且相对设置，形成另一所述插槽；

背对的所述夹持块另一侧壁与所述凹形载具的一内侧壁相对设置，且设有至少一盲孔，与所述夹持块相对的所述凹形载具侧壁上设有至少一第一贯穿孔，所述第一贯穿孔具有与所述第一螺柱配合的内螺纹，所述第一螺柱贯穿所述第一贯穿孔且进入所述盲孔，抵顶所述夹持块以配合夹持所述样品。