CN109478488A - 带电粒子束装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为了提供在使用了遮蔽板的截面加工中能够提高加工位置精度的带电粒子束装置,采用如下带电粒子束装置,其具有:离子源(101);载置试样(107)的试样台(106);配置为从离子源(101)观察,试样(107)的一部分露出的遮蔽板(108);以及使试样(107)及遮蔽板(108)相对于来自离子源(101)的离子束(102)的向试样(107)的照射方向相对性地倾斜的倾斜部(123、124)。
Description
技术领域
本发明涉及带电粒子束装置。
背景技术
作为带电粒子束装置之一的离子铣削装置作为扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等试样前处理装置被灵活用作制作广泛领域的试样的截面及平面的装置。这是利用向试样照射进行了加速的氩离子,从试样表面弹飞试样原子的溅射现象来削试样的装置,一般具有平面铣削法和截面铣削法。
前者的平面铣削法是从离子源向试样表面直接照射不聚焦的离子束来削试样的方法,如专利文献1所记载那样具有能够削试样表面的大范围的特征。另一方面,后者的截面铣削法中,在离子源与试样之间配置遮蔽板,且将试样设置为从该遮蔽板突出数μm~200μm左右,从而通过对从遮蔽板突出的试样部照射离子束,能够沿着遮蔽板端面平滑地削试样截面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平3-36285号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来,存在大范围且短时间地加工陶瓷、超硬材料等溅射效率小的材料的需求,需要使用对应于高的铣削速度的离子源。另外,随着试样的微细化,要求微细构造的广域截面制作,一般,作为窄域试样的截面制作法,已知聚焦离子束(FIB),但难以进行广域加工,且加工需要大量时间,因此,期待使用遮蔽板进行微细构造的截面制作的截面铣削法。
因此,发明人等对陶瓷、超硬材料等溅射效率小的材料使用高能量(被施加了高加速电压的离子)的离子源进行截面离子铣削。其结果,可知,尽管在试样上的设为目的的位置配置了遮蔽板,但加工面也形成为从遮蔽板端面伸出例如数μm左右的形状,不能得到沿着遮蔽板端面的试样加工面。
本发明的目的在于,提供一种带电粒子束装置,在使用了遮蔽板的截面加工中能够提高加工位置精度。
用于解决课题的方案
作为用于达成上述目的的一实施方式,做成一种带电粒子束装置,其特征在于,
具有:
离子源;
试样台,其载置试样;
遮蔽板,其配置为,从上述离子源观察,上述试样的一部分露出;以及
倾斜部,其使上述试样及上述遮蔽板相对于来自上述离子源的离子束向上述试样的照射方向相对性地倾斜。
发明效果
根据本发明,能够提供在使用了遮蔽板的截面加工中能够提高加工位置精度的带电粒子束装置。
附图说明
图1是实施例1的离子铣削装置的概略图。
图2A是表示对照射至试样的高加速离子束在试样内散射的情形进行蒙特卡罗模拟的一例的图像。
图2B是表示对照射至试样的低加速离子束在试样内散射的情形进行蒙特卡罗模拟的一例的图像。
图3A是用于说明试样的截面离子铣削的主要部分概略鸟瞰示意图。
图3B是从侧面观察图3A所示的试样的概略剖视示意图。
图3C是从侧面观察使用图1所示的离子铣削装置对倾斜的试样进行离子铣削时的试样的概略剖视示意图。
图3D是从侧面观察使用图1所示的离子铣削装置进行倾斜&遮蔽板微动并对试样进行离子铣削时的试样的概略剖视示意图。
图4A是用于说明图1所示的离子铣削装置中的倾斜轴的主要部分概略剖视图。
图4B是用于说明试样相对于离子束的照射方向的倾斜角度的概略剖视图(局部鸟瞰图)。
图5是实施例1的具有遮蔽板和/或试样的加工位置调整功能的离子铣削装置的概略整体剖视图。
图6是实施例1的表示遮蔽板的加工位置调整的一例的离子铣削装置的概略主要部分剖视图。
图7是实施例1的表示试样的加工位置调整的一例的离子铣削装置的概略主要部分剖视图。
图8是实施例1的表示试样的加工位置调整的另一例的离子铣削装置的概略主要部分俯视图。
图9是实施例2的具备静电偏转板的离子铣削装置的概略主要部分剖视图。
图10是实施例3的具有离子源的倾斜机构的离子铣削装置的概略主要部分剖视图。
具体实施方式
发明人等对该新发现的加工位置精度降低的原因进一步进行了研究。其结果,发现,照射离子束时,离子束在试样内部的散射变大,由于在被遮蔽板遮蔽的区域的非晶层的形成、物理溅射,因此不能形成沿着遮蔽板端面的试样加工面。
本发明是根据该新的见解而产生的,考虑在遮蔽离子束的遮蔽板端面附近的试样内部散射的离子的照射(入射)角度,追加变更试样的入射角度的单元,由此,能够进行沿着遮蔽板的端面的平坦的加工。另外,通过一边使遮蔽板微动一边照射离子束,可避免掩模下侧被铣削。
由此,在使用了遮蔽板的截面离子铣削中,能够避免因在试样内部散射的离子而引起的溅射现象对加工面造成的影响,可得到沿着遮蔽板的端面的平滑的试样截面,由此,提高装置的加工位置精度。
以下,使用附图,通过实施例对本发明进行说明。此外,使用离子铣削装置作为带电粒子束装置来说明,但也能够应用于使用了离子的其它装置。
实施例1
图1表示以下离子铣削装置的结构,该离子铣削装置在试样107的上表面设置遮蔽板108,照射进行了加速的离子束102,利用离子的溅射现象加工试样的突出部分的截面。氩的离子源101中的氩离子的电流密度由离子源控制部103控制。通过控制真空排气系统105,将真空腔104的内部设为真空或大气的状态,并能够保持该状态。
试样107固定于试样台106上。另外,在将真空腔104的内部大气开放时,能够将试样载物台109抽出至真空腔104外。固定有试样107的试样台106能够固定于试样载物台109上。试样107和遮蔽板108以可移动的方式分别独立地固定,通过照射从离子源101放出的离子束102,从而从离子源观察,能够加工试样107的从遮蔽板108突出的部分。此外,本离子铣削装置具有后述的倾斜轴控制部、遮蔽板微动机构等。
图2A及图2B是通过蒙特卡罗模拟表示将氩离子110沿着氩离子入射方向111照射至试样107时试样107的内部的散射离子112的图。图2A表示将高加速离子照射至试样107的情况,图2B表示将低加速离子照射至试样107的情况。在此,可知,照射高加速离子的图2A中的在试样107的内部的离子的散射更大。
图3A是用于说明试样的截面离子铣削的主要部分概略鸟瞰示意图,图3B是从侧面观察图3A所示的试样的概略剖视示意图。如图3A所示,就截面铣削而言,在加工前,用户预先设定试样107从遮蔽板108突出的突出量113,向试样107照射离子束102。此外,为了方便,突出量113记载为比遮蔽板108的厚度大。此时,遮蔽板108和试样107以及试样台106一边以摆动轴114为中心向左右保持任意的角度,一边进行摆动115,但离子束102的射束中心116设定于与摆动轴114垂直地相交的位置。因此,试样的铣削面117形成为以射束中心116或摆动轴114为中心沿着遮蔽板的端部118左右对称的高斯分布状。
另外,以往进行的这种截面加工中,如图3B所示,离子束102在试样107的内部散射,铣削面117相对于遮蔽板108未形成为垂直。这由于,如图2A及图2B所示地,越照射高加速离子,在试样107的内部的散射离子112的量越增加,进入至遮蔽板的下部,因此铣削面117成为更弯曲的形状。
例如,在将试样107从遮蔽板108突出的突出量113设定为约50μm左右,且向试样107照射加速电压6kV的离子束102的情况下,如图3B所示,在相距遮蔽板108与试样107的上部的贴紧面α(400μm左右)的下部,铣削面117形成于比遮蔽板的端部118靠内侧最大β(5μm程度)。若这样以弯曲至比遮蔽板的端部118靠内侧的方式形成铣削面117,则在进行处于试样的上部或内部的微细构造119的中心的截面制作时,存在不能制作准确的中心截面,或将微细构造119本身削落的问题。虽然还具有将离子束102的加速电压设为低加速来加工试样107的方法,但加工时间变长。
因此,本实施例中,如图3C所示,通过设置沿着遮蔽板的端部118的倾斜轴120,能够变更向试样107入射的离子束102的角度,从而能够使用高加速的离子束102在短时间内形成相对于遮蔽板108垂直的铣削面117。此时,使试样及遮蔽板等以倾斜轴为中心相对于离子束向试样被遮蔽板遮掩的方向倾斜。符号121表示倾斜驱动方向。
另一方面,离子铣削装置中,从离子源101放出的离子束102不受聚焦作用,扩展得宽,并向试样107照射,但若离子束102的加速电压变化,则射束中心116的位置改变,在加工中使加速电压可变的情况下等,难以将它们的射束中心116控制成与摆动轴114垂直。一般而言,离子束102的射束中心116的离子密度最高,利用射束中心116加工的试样107的位置的加工速度最快,但在如上述所记载地射束中心116变化的情况下,产生加工速度降低,加工时间长期化的问题。
因此,如图3D所示,通过设置能够进行与离子束102的加速电压相应的遮蔽板的微动122的机构,能够始终将射束中心116设定于遮蔽板的端部118,能够解决上述所记载的问题。符号121表示倾斜驱动方向。
图4A是在图1所示的离子铣削装置中,用于说明倾斜轴的主要部分概略剖视图。遮蔽板108、试样107、试样台106以及试样载物台109配置于真空腔104的内部,试样载物台109与配置于真空腔104外的马达A(倾斜部的一部分)124连接,马达A124连接于倾斜控制部(倾斜部的一部分)123。另外,从离子源101放出的离子束102向试样107照射,在试样107形成高斯分布状的铣削面117。
通过倾斜控制部123设定任意的角度,使马达A124工作,从而载有遮蔽板108、试样107、试样台106的试样载物台109以马达A的旋转中心轴125即倾斜轴120为中心倾斜。如上述地,通过使试样107倾斜,照射至试样107的离子束102的入射角度改变。此外,本实施例中,通过使用马达A等使倾斜角度可变,但也能够使用能够以预定的倾斜角度固定的部件作为倾斜部。
图4B是使用上述倾斜轴120使试样107及遮蔽板108倾斜的情况下的概略图。此时,使试样及遮蔽板等相对于以与离子束交叉且与摆动轴正交的方式设定于遮蔽板端部的倾斜轴向试样被遮蔽板遮掩的方向倾斜。即,相对于离子源中心126,在遮蔽板108侧取得试样倾斜角度θ,由此,能够降低遮蔽板108的正下方的试样107的内部的散射离子112,因此,能够解决图3B所示的铣削面117相对于遮蔽板108不能垂直地形成的问题。期望上述的试样倾斜角度θ超过0°且设定为10°以下。通过超过0°,能够降低β,通过设为10°以下,能够得到在期望的位置的截面。
图5是具有遮蔽板和/或试样的加工位置调整功能的离子铣削装置的整体概略剖视图。真空腔104的内部通过真空排气系统105保持真空状态,为通过离子源控制部103能够随时从离子源101照射离子束102的状态。另外,遮蔽板108、试样107、试样台106以及试样载物台109配置于真空腔104的内部,从离子源控制部103向遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135发送信号,通过遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135的控制,使马达C133工作,能够从真空腔104外控制遮蔽板108的位置。
同样,通过遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135的控制,使马达D134工作,能够从真空腔104外控制试样台106的位置。由此,用户能够根据由离子源控制部103指示的加速电压,从真空腔104外控制从离子源101放出的离子束102的能量、和遮蔽板108及试样台106的位置。
此时,例如,遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135使用预先存储于其内部的存储器160的离子束的能量与试样台相对于遮蔽板的位置的关系,自动控制遮蔽板相对于试样的设置位置。存储器160也能够设置于遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135的外部。或者,基于使用设置于真空腔内的照相机、显微镜、监视器或将它们组合而成的机构所得到的信息,调整遮蔽板108和/或试样台106的位置,由此,能够对遮蔽板相对于试样的设置位置手动地准确进行位置调整。
图6是表示遮蔽板的加工位置调整的一例的离子铣削装置的主要部分概略剖视图。遮蔽板108、试样107、试样台106以及试样载物台109配置于真空腔104的内部。另外,在遮蔽板108设置有遮蔽板内螺纹部137,试样载物台109和螺纹件A136连接。通过遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135进行控制,使马达C133工作,使螺纹件A136旋转,由此能够控制遮蔽板108的位置。
在遮蔽板108首次被调整至例如在试样107上示出的加工位置A的情况下,在由于从离子源101放出的离子束102的能量可变等而离子束102的中心在试样107的加工中改变至试样107上的B的情况或用户有意调整加工位置的情况等之下,马达C133以右转的方式控制螺纹件A136,调整遮蔽板108的位置。
在根据上述同样的理由而离子束102的中心在试样107的加工中改变至试样上的C的情况或用户有意调整加工位置的情况等之下,马达C133以左转的方式控制螺纹件A136,调整遮蔽板108的位置。另外,遮蔽板108及试样台106能够使用设置于真空腔内的照相机、显微镜、监视器或将它们组合而成的机构,准确地进行位置调整。
图7是表示试样的加工位置调整的一例的离子铣削装置的主要部分概略剖视图。遮蔽板108、试样107、试样台106以及试样载物台109配置于真空腔104的内部。另外,在试样台106设置有试样台内螺纹部139,试样载物台109和螺纹件B138连接。通过遮蔽板和/或试样台微动机构控制部135进行控制,使马达D134工作,使螺纹件B138旋转,由此,能够控制试样台106的位置。
在遮蔽板108首次被调整至例如在试样107上示出的加工位置A的情况下,在由于从离子源101放出的离子束102的能量可变等而离子束102的中心在试样107的加工中改变至试样107上的B的情况或用户有意调整加工位置的情况等之下,马达D134以右转的方式控制螺纹件B138,调整试样台106的位置。在根据上述同样的理由而离子束102的中心在试样107的加工中改变至试样107上的C的情况或用户有意调整加工位置的情况等之下,马达D134以左转的方式控制螺纹件B,调整试样台106的位置。另外,遮蔽板108及试样台106能够使用设置于真空腔内的照相机、显微镜、监视器或将它们组合而成的机构,准确地进行位置调整。
图8是表示试样的加工位置调整的另一例的离子铣削装置的概略主要部分俯视图,是从遮蔽板108的上部即离子朝向试样107等的方向观察的图。遮蔽板108、试样107、试样台106以及试样载物台109配置于真空腔104的内部。在试样台106设置有试样台内螺纹部139,试样载物台109和螺纹件B138连接。
另一方面,试样载物台109设置有试样载物台内螺纹部141,且连接于螺纹件C140。马达D及马达E控制部143连接于马达D134及马达E142,在通过马达D及马达E控制部143的指令在X方向上调整加工位置的情况下,使用马达E142使螺纹件C140旋转,使试样载物台109工作,在Y方向上调整加工位置的情况下,使用马达D134使螺纹件B138旋转,使试样台106工作,由此,能够在XY方向上自如地调整加工位置。
在遮蔽板108首次被调整至例如在试样107上示出的加工位置A的情况下,在由于从离子源101放出的离子束102的能量可变等而离子束102的中心在试样107的加工中改变至试样107上的D的情况或用户有意调整加工位置的情况下等,通过马达D134以左转的方式控制螺纹件B138,从而调整试样台106的Y方向的位置,通过马达E142以右转的方式控制螺纹件C140,从而调整试样载物台109的X方向的位置。在此,通过使设置于试样台106和试样载物台109的X方向和Y方向的调整机构相反,也能够进行上述加工位置的XY调整。另外,遮蔽板108及试样台106能够使用设置于真空腔内的照相机、显微镜、监视器或将它们组合而成的机构,准确地进行位置调整。
使用陶瓷、超硬材料等作为试样,且使用包含图4A的结构的离子铣削装置,如图4B所示那样使试样及遮蔽板相对于离子束的照射方向倾斜,进行试样的截面加工,能够得到预定位置的良好的截面形状。
以上,根据本实施例,能够提供如下带电粒子束装置,即,在使用了遮蔽板的截面加工中,通过具备相对于离子束向试样的照射方向,使试样及遮蔽板相对性地倾斜的倾斜部,即使是溅射效率小的材料,也能够提高加工位置精度。另外,通过使倾斜的角度可变,能够进一步提高加工位置精度。另外,通过设置遮蔽板和/或试样的微动机构,能够进一步提高加工位置精度。
实施例2
使用图9对实施例2的离子铣削装置进行说明。此外,记载于实施例1而未记载于本实施例的事项只要没有特殊情况,也能够适用于本实施例。
图9是具备静电偏转板的离子铣削装置的概略主要部分剖视图。遮蔽板108和试样107配置于真空腔104的内部。在离子源101中配置有静电偏转板127,沿着离子源中心126的离子束102由离子源控制部103控制,且通过上述静电偏转板(倾斜部)127拐弯,能够改变照射至试样107的离子束102的角度。静电偏转板也能够采用使用了磁场的偏转单元。
在此,如图4B所示,相对于离子源中心126,在遮蔽板108侧取离子束102的照射角度θ’,由此,能够降低遮蔽板108的正下方的试样107的内部的散射离子112,与在图4A中示出的在遮蔽板的端部118设置倾斜轴120,将试样107倾斜的情况一样,能够解决图3B中示出的铣削面117相对于遮蔽板108不能形成为垂直的问题。在此,离子束102的照射角度θ’期望与图4B的试样倾斜角度θ同样地超过0°且设定为10°以下。
使用陶瓷、超硬材料等作为试样,且使用包含图9的结构的离子铣削装置使离子束的照射方向相对于试样及遮蔽板倾斜,进行试样的截面加工,从而能够得到预定位置的良好的截面形状。
以上,根据本实施例,能够得到与实施例1相同的效果。
实施例3
使用图10对实施例3的离子铣削装置进行说明。此外,记载于实施例1或2而未记载于本实施例的事项只要没有特殊情况,也能够适用于本实施例。
图10是具有离子源的倾斜机构的离子铣削装置的概略主要部分剖视图。遮蔽板108、试样107、试样台106以及试样载物台109配置于真空腔104的内部。另外,离子源101经由臂(倾斜部的一部分)131连接于蜗轮(倾斜部的一部分)130,进一步地成为通过由马达B控制部(倾斜部的一部分)146控制的马达B(倾斜部的一部分)128连动的结构。通过马达B控制部146设定成任意的角度,经由马达B128、蜗轮130以及臂131,离子源101或离子源中心126如离子源驱动方向132所示那样以马达B旋转中心轴129为中心倾斜。这样,与在图9示出离子源101的情况同样地,在遮蔽板108侧具有超过0°且10°以下的照射角度θ’,由此能够解决图3B中示出的铣削面117相对于遮蔽板108不能形成为垂直的问题。
使用陶瓷、超硬材料等作为试样,使用包含图10的结构的离子铣削装置使离子束的照射方向相对于试样及遮蔽板倾斜,进行试样的截面加工,从而能够得到预定位置的良好的截面形状。
以上,根据本实施例,能够得到与实施例1相同的效果。
此外,本发明包含以下的实施方式。
一种带电粒子束装置,其特征在于,
具有:
离子源;
试样台,其载置试样;
遮蔽板,其配置为,从上述离子源观察,上述试样的一部分露出;
摆动部,其使上述试样及上述遮蔽板以摆动轴为中心摆动,上述摆动轴与上述试样的一部分所露出的一侧的上述遮蔽板的端部延伸的方向正交且与来自上述离子源的离子束交叉;以及
倾斜部,其使试样及遮蔽板以倾斜轴为中心相对于上述离子束向上述试样的照射方向而向上述试样被上述遮蔽板遮蔽的方向使上述试样及上述遮蔽板相对性地倾斜倾斜角度θ,上述倾斜轴以与上述摆动轴正交且与上述离子束交叉的方式设定于上述遮蔽板的端部。
另外,本发明不限定于上述的实施例,包含各种变形例。例如,上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细地说明的实施例,并非限定于必须具备所说明的所有的结构。另外,也能够将某实施例的结构的一部分置换成另一实施例的结构,另外,也能够对某实施例的结构添加另一实施例的结构。另外,对于各实施例的结构的一部分,能够进行其它结构的追加、削除、置换。
符号说明
101—离子源,102—离子束,103—离子源控制部,104—真空腔,105—真空排气系统,106—试样台,107—试样,108—遮蔽板,109—试样载物台,110—氩离子,111—氩离子入射方向,112—散射离子,113—突出量,114—摆动轴,115—摆动(方向),116—射束中心,117—铣削面,118—遮蔽板的端部,119—微细构造,120—倾斜轴,121—倾斜驱动方向,122—遮蔽板的微动,123—倾斜控制部,124—马达A(倾斜部的一部分),125—马达A旋转中心轴,126—离子源中心,127—静电偏转板,128—马达B(倾斜部的一部分),129—马达B旋转中心轴,130—蜗轮(倾斜部的一部分),131—臂(倾斜部的一部分),132—离子源驱动方向,133—马达C,134—马达D,135—遮蔽板和/或试样台微动机构控制部,136—螺纹件A,137—遮蔽板内螺纹部,138—螺纹件B,139—试样台内螺纹部,140—螺纹件C,141—试样载物台内螺纹部,142—马达E,143—马达D及马达E控制部,146—马达B控制部,160—存储器。
Claims (12)
1.一种带电粒子束装置,其特征在于,
具有:
离子源;
试样台,其载置试样;
遮蔽板,其配置为,从上述离子源观察,上述试样的一部分露出;以及
倾斜部,其使上述试样及上述遮蔽板相对于来自上述离子源的离子束上述试样的照射方向相对性地倾斜。
2.根据权利要求1所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述倾斜部包含使相对于上述离子束向上述试样的照射方向的相对性的倾斜角度θ可变的机械机构。
3.根据权利要求2所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述倾斜角度θ相对于上述离子束向上述试样的照射方向而在上述遮蔽板的一侧在超过0°且10°以下的范围可变。
4.根据权利要求2所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述机械机构包含使上述离子源倾斜的倾斜机构。
5.根据权利要求2所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述机械机构包含使设置有上述试样台的试样载物台倾斜的倾斜机构。
6.根据权利要求1所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述倾斜部包含使相对于上述离子束向上述试样的照射方向的相对性的倾斜角度θ可变的离子束偏转板。
7.根据权利要求6所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述倾斜角度θ相对于上述离子束向上述试样的照射方向而在上述遮蔽板的一侧在超过0°且10°以下的范围可变。
8.根据权利要求1所述的带电粒子束装置,其特征在于,
具有微动机构,其以根据上述离子束的能量从上述离子源观察能够微调整上述试样的露出量的方式使上述遮蔽板相对于上述试样台相对性地微动。
9.根据权利要求8所述的带电粒子束装置,其特征在于,
使用预先存储的上述离子束的能量与上述试样台相对于上述遮蔽板的位置的关系控制上述微动机构。
10.根据权利要求8所述的带电粒子束装置,其特征在于,
基于通过照相机、显微镜、监视器或将它们组合而得到的信息手动调整上述微动机构。
11.一种带电粒子束装置,其特征在于,
具有:
离子源;
试样台,其载置试样;
遮蔽板,其配置为,从上述离子源观察,上述试样的一部分露出;
摆动部,其使上述试样及上述遮蔽板以摆动轴为中心摆动,其中,上述摆动轴与上述试样的一部分所露出的一侧的上述遮蔽板的端部延伸的方向正交且与来自上述离子源的离子束交叉;以及
倾斜部,其使试样及遮蔽板以倾斜轴为中心,相对于上述离子束向上述试样的照射方向而向上述试样被上述遮蔽板遮蔽的方向使上述试样及上述遮蔽板相对性地倾斜倾斜角度θ,其中,上述倾斜轴以与上述摆动轴正交且与上述离子束交叉的方式设定在上述遮蔽板的端部。
12.根据权利要求11所述的带电粒子束装置,其特征在于,
上述倾斜角度θ在超过0°且10°以下的范围可变。
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