CN106990255B - 样品分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种样品分析系统，包括，工作台、安装在工作台上的椭偏仪、气体单元和样品台，以及对测量过程和结果进行总括控制的计算机，在工作台上安装有垂直柱，垂直柱上端部处具有伸出的悬臂，在悬臂上安装有有角支撑件；气体单元包括用于载气和工作流体的精密流量计、混合器和喷嘴，精密流量计安装在所述有角支撑件中，通过管路与所述混合器相连，混合器通过端部管喷嘴相连；样品台通过邻接元件安装在工作台上，样品台的高度和角度方向可根据椭偏仪两个臂的位置进行调节；其中，有角支撑件对喷嘴的下表面与样品台之间的平行以及喷嘴的下表面到样品台的工作表面之间的距离进行调节。实现了系统结构的紧凑性及重要功能原件的机械调节。

Description

样品分析系统
技术领域
本发明涉及一种样品分析系统，具体来说，涉及一种利用椭圆偏光仪的样品分析系统。
背景技术
多孔薄膜在微电子学(低介电常数膜)、细胞膜、催化膜、传感器等诸多领域中具有较为广阔的应用。其中，多孔薄膜作为低介电常数电介质被广泛的应用于超大规模集成电路器件。利用椭圆偏光法可对材料的孔隙度进行研究，并能够在溶剂蒸气环境中对多孔层的厚度和参数进行研究。多孔材料的折射率的变化是溶剂蒸气的相对压力变化的函数，这使得能够确定导入孔隙的溶剂体积，并能够建立一个等温曲线。由此能够测量多孔材料的孔隙度，从而研究其机械电学特性。在以下的专利文献1～4以及非专利文献中记载了利用椭圆偏光法(ellipsometry)对多孔低-k膜进行评价的方法。
专利文献1：US 6,435,008B2
专利文献2：US 6,662,631
专利文献3：US 2006/0254374A1
专利文献4：US 7,568,379B2
非专利文献：Adsorption and Desorption Isotherms at AmbientTemperatureObtained by Ellipsometric Porosimetry to Probe Micropores inOrderedMesoporous Silica Films.Bourgeois A.,Brunet-Bruneau A.,Fisson S.,RivoriJ.Adsorption 11:195-199,2005
但是，以上所公开的这些系统的缺点在于使用专用腔室来进行样品测试。该腔室限制了样品的尺寸。另一个缺点是关于腔室的体积。需要耗费很长时间来充满或改变腔室的气氛。此外，也需要消耗大量的溶剂蒸汽来充满腔室，使得测量的成本相对较高。
在申请号为201510751567.7的发明专利申请中公开了一种可替代性的系统和方法，在这个新方法中不需要腔室而是基于气体喷嘴形成系统的应用。样品/晶片位于样品台上，样品台具有提供调节椭偏仪的入射角度的功能。椭偏仪连接到计算机，从而允许在吸附和解吸期间以必需的时间分辨率测量椭偏角度。该系统的气体混合系统中，载气与已被选择用于孔隙度评价的活性吸附剂(异丙醇、甲醇、水、甲苯等)混合。气体混合系统必须允许“活性吸附”浓度从零(仅有载气)变为100％(仅有活性吸附剂)。所产生的浓度也应与所测量的偏振角度同步地储存在计算机上。然后，具有特定吸附浓度的混合气流从气体混合系统进入气体喷射装置。所形成的气体喷流具有接近被测表面上的激光光斑的尺寸的可控尺寸。
在上述发明专利申请中不包含，例如，设备结构的紧凑性，喷嘴的下表面到样品台的位置的调整，与喷嘴相关联的气体元件的角度及线性的调整等。
发明内容
本发明公开一种样品分析系统，包括，工作台、安装在工作台上的椭偏仪、气体单元和样品台，以及对测量过程和结果进行总括控制的计算机，
在所述工作台(4)上安装有垂直柱(1)，所述垂直柱(1)上端部处具有伸出的悬臂(2)，在所述悬臂(2)上安装有有角支撑件(12)；
所述气体单元包括用于载气和工作流体的精密流量计(17、18)、混合器(21)和喷嘴(13)，所述精密流量计(17、18)安装在所述有角支撑件(12)中，通过管路(19、20)与所述混合器(21)相连，所述混合器(21)通过端部管(22)与所述喷嘴(13)相连；
所述样品台(6)通过邻接元件(5)安装在工作台(4)上，所述样品台(6)的高度和角度方向可根据椭偏仪两个臂的位置进行调节；
其中，所述有角支撑件(12)对喷嘴(13)的下表面与所述样品台(6)之间的平行以及所述喷嘴(13)的下表面到所述样品台(6)的工作表面之间的距离进行调节。
优选为，还包括调节机构(28)，装配在所述有角支撑件(12)的底部，对所述喷嘴(13)进行调节。
优选为，所述有角支撑件(12)通过多个装配在肾形孔(11)中由垫圈和螺母锁定的螺纹杆(8)固定在所述悬臂(2)上，其中成对的垫圈(9)和螺母(10)布置在所述悬臂(2)的两侧，成对的球形垫圈(14)以及夹紧螺母(15、16)布置在所述有角支撑件(12)的两侧，以均匀地传送所述有角支撑件(12)上的张力。
优选为，所述喷嘴(13)下端具有两个开口孔(23、24)，以用于传输来自所述椭偏仪的两个臂的光束。
优选为，所述喷嘴(13)外部上表面形成为可装配到调节机构(28)的柱形表面(27)。
优选为，在所述喷嘴(13)内部上表面形成有阶梯孔(25)，所述阶梯孔(25)中放置有O形环(26)，所述O形环(26)提供与所述端部管(22)的密封，能够沿着所述喷嘴(13)的高度垂直移动，并且能够使所述端部管(22)绕所述阶梯孔(25)以三个相对角度进行旋转。
优选为，所述调节机构(28)由两个有角度挠曲部(29)和挠性板(30)构成，以用于绕着两个相互垂直的轴线旋转，所述喷嘴(13)通过夹具(31)和螺钉(32)连接到所述有角度挠曲部(29)，并且所述喷嘴(13)的释放通过螺钉(33、34、35)来实现，所述喷嘴(13)绕着由单片铰链(36)所限定的轴线旋转，在成形有角度挠曲部(29)的后部中成形有垂直导轨(37)，所述垂直导轨(37)由滑动配合棱柱面(38、39)组成，以固定定位到螺钉(40)的挠性板(30)，并绕着单片铰链(41)由螺钉(42、43)构成时而获得的轴线旋转，并且所述挠性板(30)通过顶部和侧面中的肾形开口孔(46)连接到所述垂直杆(44)，以用于沿着连接两个肾形开口孔(46)的线移动，并且通过螺钉(47)固定到所述有角支撑件(12)。
优选为，所述锥形喷嘴(13)通过柱形表面(27)和螺钉(49)连接到夹持器(48)，同时在所述夹持器(48)的后端处固定有球形接头(50)，所述球形接头(50)通过两个臂(51、52)与第二球形接头(53)连接，所述臂(51、52)的长度由锥形孔(54、55、56、57)决定，并且所述夹持器(48)与所述喷嘴(13)的设置位置通过螺钉(58)固定，所述第二球形接头(53)连接到垂直连杆(59)，所述垂直连杆(59)通过驱动差动螺钉(60)在垂直方向上移动，所述驱动差动螺钉(60)的上部被连接到所述有角支撑件(12)的下表面。
优选为，所述驱动差动螺钉(60)通过螺母(62、63)锁定，具有扩大的圆柱形周边(61)。
优选为，所述垂直柱(1)和上悬臂(2)通过盖(64、65、66)紧固，所述盖(64、65、66)与旋转盖(68)一起围绕折叶(67)，形成所述垂直柱(1)的受限的体积(69)，连接部(70)与围绕所述混合器(21)的下端的排出区域(71)连接，所述排出区域位于测量对象(7)的上方。
附图说明
图1是所述装置的横截面。
图2表示图1中的截面A-A。
图3表示图2中的可调支架上的截面B-B。
图4是用于调节锥形喷嘴的位置的变型的侧视图。
图5是图4的锥形喷嘴的调节机构的设计变型的前视图。
图6是图5的锥形喷嘴的调节机构的截面C-C。
图7是用于调节锥形喷嘴的机构的第二可选变型的侧视图。
图8是图7的锥形喷嘴的调节机构的第二可选例的俯视图，说明了部分截面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在图1中示出了本发明的样品分析系统的主视图。该样品分析系统包括，工作台4、安装在工作台4上的椭偏仪、气体系统和样品台6，以及对对测量过程和结果进行总括控制的计算机。中空的垂直柱1被构造成为焊接结构，具有上部伸出的悬臂2，通过螺钉3紧固到工作台4台面上，在其中装置有椭偏仪。样品台6通过邻接元件5安装在工作台4上，待测样品7放置在样品台6上。衬底工作样品台6的高度和角度方向根据两个椭偏仪臂的位置来调节。优选地，还包括用于分别控制测量中的工作过程、载气流以及操作流体的气体面板。
如图1和图3所示，有角支撑件12通过四个装配在肾形孔11中的高度可调节的螺纹杆8固定在悬臂2上。螺纹杆8通过分布在悬臂2两侧的垫圈9和螺母10被锁定，以用于在有角支撑件12调节待测样品7和喷嘴13的下表面之间的平行以及喷嘴的下表面到待测样品7的工作表面之间的距离时均匀地传送有角支撑件12上的张力，成对的球形垫圈14(凹入和凸出)以及夹紧螺母15和16装置在有角支撑件12的两侧。
气体系统包括用于载气和工作流体的精密流量计17和18，混合器21以及喷嘴13，安装在有角支撑件12上。如图1和图2所示，用于载气和工作流体的两个精密流量计17和18安装在角支撑件12的顶部，通过管路19和20与混合器21相连，然后，通过混合器21的端部管22连接到喷嘴13。
喷嘴13在下表面处具有两个开口孔，以用于从椭偏仪的两个臂传送光束。如图4所示，喷嘴13的内部上表面形成有阶梯孔25，在阶梯孔25中放置“O”形环26，O形环26提供与端部管22的密封，并且还可以沿着喷嘴13的高度垂直移动，以及绕端部管22相对阶梯孔25的三个相对角度进行旋转。喷嘴13的外部上表面形成为用于将外部连接到调节机构28的柱形表面27。
本发明提供两种类型的不同构造的调节机构28。一种在图4、图5和图6中显示，调节机构28使用两个元件挠曲部即有角度挠曲部29和挠性板30用于调节，从而可以绕着由弹性铰链限定的两个互相垂直的轴线旋转。喷嘴13通过夹具31和螺钉32连接到有角度挠曲部29，喷嘴13的释放通过螺钉33、螺钉34和35来实现，喷嘴13绕着由单片形成的铰链36所限定的轴线旋转。在成形有角度挠曲部29的后部处形成有垂直导轨37，垂直导轨37由滑动配合棱柱面38和39组成，以固定定位到螺钉40的挠性板30，并绕着单片铰链41由螺钉42和43构成时而获得的轴线旋转。在挠性板30上端处通过两个螺钉45和肾形开口孔46固定到垂直杆44，以便沿着连接两个肾形开口孔46的线移动。垂直杆44通过螺钉47固定到有角支撑件12的下表面。
在图7和图8中示出了调节机构28的构造的第二种实施方式。喷嘴13通过柱形表面27和螺钉49连接到夹持器48，同时在夹持器48的后端处固定有球形接头50，球形接头50通过两个臂51、52与第二球形接头53连接。臂51、52的长度由锥形孔54、55、56、57决定，并且夹持器48与喷嘴13的设置位置通过螺钉58固定。第二球形接头53连接到垂直连杆59，垂直连杆59通过驱动差动螺钉60在垂直方向上移动，驱动差动螺钉60的上部被连接到有角支撑件12的下表面。驱动差动螺钉60的锁定通过两个螺母62和63完成，驱动差动螺钉60具有扩大的圆柱形周边61。利用调节机构28喷嘴13能够围绕三个轴线的成角度旋转以及到样品7的垂直移动
另外，如图1和图2所示，垂直柱1和上悬臂2通过盖64、65、66紧固，盖64、65、66与旋转盖68一起围绕折叶67，形成垂直柱1的受限的空间69，连接部70与围绕混合器21的下端的排出区域71连接，排出区域71位于待测样品7的上方。
本发明是建设性(设计)解决方案，上部伸出的悬臂连接到固定的垂直支撑柱，使用可调节元件提供有角支撑件与连接的精密流量计(用于载气和工作流体)和混合器的几何定位。混合器的排出管通过密封元件与喷嘴相连，在有角支撑件的底部处装配用于喷嘴调节的机构。利用调节结构，喷嘴能够围绕三个轴线的成角度旋转以及喷嘴到样本的垂直移动。本发明确保了系统结构的紧凑性，并且重要的功能性原件可机械调节，改进了操作条件和安全操作方面的条件。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种样品分析系统，包括，工作台、安装在工作台上的椭偏仪、气体单元和样品台，以及对测量过程和结果进行总括控制的计算机，其特征在于，
在所述工作台(4)上安装有垂直柱(1)，所述垂直柱(1)上端部处具有伸出的悬臂(2)，在所述悬臂(2)上安装有有角支撑件(12)；
所述气体单元包括用于载气和工作流体的精密流量计(17、18)、混合器(21)和喷嘴(13)，所述精密流量计(17、18)安装在所述有角支撑件(12)中，通过管路(19、20)与所述混合器(21)相连，所述混合器(21)通过端部管(22)与所述喷嘴(13)相连；
所述样品台(6)通过邻接元件(5)安装在工作台(4)上，所述样品台(6)的高度和角度方向可根据椭偏仪两个臂的位置进行调节；
其中，所述有角支撑件(12)对喷嘴(13)的下表面与所述样品台(6)之间的平行以及所述喷嘴(13)的下表面到所述样品台(6)的工作表面之间的距离进行调节。
2.根据权利要求1所述的样品分析系统，其特征在于，
还包括调节机构(28)，装配在所述有角支撑件(12)的底部，对所述喷嘴(13)进行调节。
3.根据权利要求1或2所述的样品分析系统，其特征在于，
所述有角支撑件(12)通过多个装配在肾形孔(11)中由垫圈和螺母锁定的螺纹杆(8)固定在所述悬臂(2)上，其中成对的垫圈(9)和螺母(10)布置在所述悬臂(2)的两侧，成对的球形垫圈(14)以及夹紧螺母(15、16)布置在所述有角支撑件(12)的两侧，以均匀地传送所述有角支撑件(12)上的张力。
4.根据权利要求1或2所述的样品分析系统，其特征在于，
所述喷嘴(13)下端具有两个开口孔(23、24)，以用于传输来自所述椭偏仪的两个臂的光束。
5.根据权利要求2所述的样品分析系统，其特征在于，
所述喷嘴(13)外部上表面形成为可装配到调节机构(28)的柱形表面(27)。
6.根据权利要求2或5所述的样品分析系统，其特征在于，
在所述喷嘴(13)内部上表面形成有阶梯孔(25)，所述阶梯孔(25)中放置有O形环(26)，所述O形环(26)提供与所述端部管(22)的密封，能够沿着所述喷嘴(13)的高度垂直移动，并且能够使所述端部管(22)绕所述阶梯孔(25)以三个相对角度进行旋转。
7.根据权利要求2所述的样品分析系统，其特征在于，
所述调节机构(28)由两个有角度挠曲部(29)和挠性板(30)构成，以用于绕着两个相互垂直的轴线旋转，所述喷嘴(13)通过夹具(31)和螺钉(32)连接到所述有角度挠曲部(29)，并且所述喷嘴(13)的释放通过螺钉(33、34、35)来实现，所述喷嘴(13)绕着由单片铰链(36)所限定的轴线旋转，在成形有角度挠曲部(29)的后部中成形有垂直导轨(37)，所述垂直导轨(37)由滑动配合棱柱面(38、39)组成，以固定定位到螺钉(40)的挠性板(30)，并绕着单片铰链(41)由螺钉(42、43)构成时而获得的轴线旋转，并且所述挠性板(30)通过顶部和侧面中的肾形开口孔(46)连接到垂直杆(44)，以用于沿着连接两个肾形开口孔(46)的线移动，并且通过螺钉(47)固定到所述有角支撑件(12)。
8.根据权利要求2所述的样品分析系统，其特征在于，
所述喷嘴(13)通过柱形表面(27)和螺钉(49)连接到夹持器(48)，同时在所述夹持器(48)的后端处固定有球形接头(50)，所述球形接头(50)通过两个臂(51、52)与第二球形接头(53)连接，所述臂(51、52)的长度由锥形孔(54、55、56、57)决定，并且所述夹持器(48)与所述喷嘴(13)的设置位置通过螺钉(58)固定，所述第二球形接头(53)连接到垂直连杆(59)，所述垂直连杆(59)通过驱动差动螺钉(60)在垂直方向上移动，所述驱动差动螺钉(60)的上部被连接到所述有角支撑件(12)的下表面。
9.根据权利要求8所述的样品分析系统，其特征在于，
所述驱动差动螺钉(60)通过螺母(62、63)锁定，具有扩大的圆柱形周边(61)。
10.根据权利要求1、2、5、7、8或9所述的样品分析系统，其特征在于，
所述垂直柱(1)和上悬臂(2)通过盖(64、65、66)紧固，所述盖(64、65、66)与旋转盖(68)一起围绕折叶(67)，形成所述垂直柱(1)的受限的体积(69)，连接部(70)与围绕所述混合器(21)的下端的排出区域(71)连接，所述排出区域位于测量对象(7)的上方。
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