CN115588602A - 样品固持器系统以及设定显微样品的倾斜角度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在显微镜系统中固持显微样品的样品固持器系统，用于在具有光轴的显微镜系统中设定显微样品的倾斜角度的方法，以及计算机程序产品，其中，样品固持器系统包括第一旋转元件和第二旋转元件，它们可旋转地彼此连接。在每种情况下，这两个旋转元件的侧表面围成角α，结果，旋转元件具有楔形截面。第二旋转元件被配置成接收样品，而第一旋转元件能够可旋转地连接到固持器接收表面。旋转元件各自可围绕旋转轴线以角β旋转。可以接收样品的第三侧表面的倾斜度可通过组合所有涉及的角α和β来设定。

Description

样品固持器系统以及设定显微样品的倾斜角度的方法

技术领域

本发明涉及一种用于粒子束显微术的样品固持器系统，也就是说，用带电粒子束操作的显微系统，比如扫描电子显微镜(SEM)或离子束显微镜(聚焦束，FIB)。使用这种粒子束显微镜对显微样品进行成像、分析和/或加工经常需要样品以特定方式在三维空间中定向。

背景技术

样品的空间取向被理解为意指样品相对于光轴的对准，其中样品的空间取向是样品围绕一个或多个轴线转动的结果。样品围绕与粒子束显微镜的光轴平行延伸的轴线的转动在此处被称为样品的旋转。样品围绕与旋转轴线垂直对准的轴线的转动被称为样品的倾斜度，或者在下文中也被称为样品的倾斜。

为了能够使样品在显微镜系统中倾斜，已知各种解决方案。

例如，带有倾斜轴线的样品台(五轴台)可以在粒子束显微镜中使用。样品台典型地包括至少三个平移轴线(x、y、z)和两个旋转轴线(R、T)。旋转轴线中的一个旋转轴线充当倾斜轴线T，该倾斜轴线垂直于另一旋转轴线R而布置。旋转轴线R典型地与显微镜系统的光轴中的一个光轴平行对准。通常，将样品铺设到平坦的样品固持器，该样品固持器进而被安装在样品台上。

当使用五轴样品台时，倾斜轴线T相对于其他移动轴线的对准是固定的。为了将样品倾斜到特定空间取向，样品围绕倾斜轴线T的倾斜与样品台围绕旋转轴线R的旋转或者样品在样品固持器上的旋转安装相结合。

然而，并不是每台粒子束显微镜都具有带有倾斜轴线的样品台。出于成本原因，简单的粒子束显微镜通常不配备倾斜轴线。粒子束激光显微镜系统也不总是具有带有倾斜轴线的样品台。在一些粒子束激光显微镜中，激光子系统不具有带有倾斜轴线的样品台，并且因此激光束相对于样品表面的入射角无法改变。然而，因为原则上产生的激光切口的倾斜度偏离激光束的入射角，所以样品需要反向倾斜，以便产生垂直于样品表面的激光切口。

在替代解决方案中，样品被铺设到具有固定或可设定的倾斜角的样品固持器(被称为“预倾斜样品固持器”)上。倾斜轴线相对于样品固持器的对准在此处是固定的。为了改变倾斜轴线相对于样品的对准，样品必须以改变的对准安装在样品固持器上。

例如，如果样品台的倾斜轴线T的倾斜角范围不够大，那么需要预倾斜样品固持器。

如果样品的表面与样品台的xy平面不平面平行，那么另外需要预倾斜样品固持器。在这种情况下，可能需要使样品倾斜，但不要使样品旋转。例如，在以非平面方式安装并且具有带有优选方向的结构(例如，半导体结构)的样品的情况下，可能存在这种要求。

取决于用于使样品台倾斜和旋转的特征的可用性，与对应地设计的预倾斜样品固持器的结合是可行的。

然而，具有倾斜轴线的样品固持器的缺点在于，这些样品固持器非常小，并且因此难以精确且可重复地设定倾斜角。即使存在角刻度，情况也是如此。

具有固定倾斜角的样品固持器的缺点在于，只有当样品被安装成使得样品表面正确地平行于样品固持器的放置表面时，样品表面的倾斜角才对应于由样品固持器指定的角。

此外，不可以改变倾斜角。为了设定另一倾斜角，必须另外使用带有倾斜轴线的样品台。

此外，不利的是，所铺设的样品通常无法旋转。

也就是说，样品在倾斜平面中的对准无法容易地改变。为此，放置表面将需要具有可旋转接收设备。如果情况不是如此，那么需要卸下样品，并将其以适当转动对准而铺设。

当通过使样品台围绕旋转轴线R旋转或者通过样品固持器在样品台上的旋转安装来转动样品固持器时，出现另一缺点。在这种情况下，相对于样品台的x轴和y轴的有效倾斜角并不明显。这些有效倾斜角需要通过实验来计算或确定。

因此，希望提出实现样品表面在所有立体角上的精确且稳定的对准的设备和方法。

此处特别有利的是，样品表面的倾斜度是可连续调整的。

取决于具体应用，分别需要的最大倾斜角可以是不同大小。因此，可以为不同应用提供不同的最大倾斜角的灵活系统将是合乎需要的。

现有技术中已知用于显微镜系统的各种五轴台和六轴台。

EP 2 001 038 A2(Zeile和Schertel)描述了一种预倾斜样品固持器。

DE 102018212511 B4(Nicoletti和Biberger)披露了一种提供附加移动自由度的样品固持器系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种样品固持器系统，通过该样品固持器系统，可以将要检查的样品相对于显微镜系统的光轴连续地定向。样品固持器系统实现样品表面在所有立体角上的精确且稳定的对准，这使得样品在显微镜系统中的检查和/或加工较容易。

此目的通过根据下文所述的设备来实现。下文还指定了有利配置。

本发明提供了一种用于在具有至少一个光轴的显微镜系统中固持显微样品的样品固持器系统，其中，该样品固持器系统包括：

-第一旋转元件和第二旋转元件，

-其中，该第一旋转元件具有第一侧表面和第二侧表面，这两个侧表面彼此相反，并且围成角α1，其方式为使得获得该第一旋转元件的楔形截面；并且

-该第二旋转元件具有第三侧表面和第四侧表面，这两个侧表面彼此相反地布置，并且围成角α2，其方式为使得获得该第二旋转元件的楔形截面；

-其中，该第二旋转元件被配置成将样品或第三旋转元件接收在该第三侧表面上；

-并且该第二旋转元件可旋转地连接到该第一旋转元件，其中，该第二旋转元件具有垂直于该第四侧表面而布置的旋转轴线R2，并且该第二旋转元件可围绕该旋转轴线R2相对于该第一旋转元件以旋转角β2旋转；

-并且该第一旋转元件被配置成被可旋转地接收在固持器接收表面上，其中，该第一旋转元件具有垂直于该第二侧表面而布置的旋转轴线R1，其中，该第一旋转元件可围绕该旋转轴线R1相对于该固持器接收表面以旋转角β1旋转；

-其中，该第二旋转元件的第三侧表面相对于该固持器接收表面的倾斜度可通过这些角α1、α2、β1和β2的组合来设定。

优选地，该第四侧表面和该第一侧表面彼此相对地布置，并且彼此平行对准，其方式为使得该第二旋转元件的旋转轴线R2垂直于该第一旋转元件的第一侧表面；并且此外，该第一旋转元件被配置成使得该第二侧表面可被接收在该固持器接收表面上，其方式为使得该第二侧表面和该固持器接收表面彼此相对地布置，其中，该第二侧表面和该固持器接收表面彼此平行对准，其方式为使得该第一旋转元件的旋转轴线R1垂直于该固持器接收表面对准。

优选地，该样品固持器系统包括第三旋转元件，该第三旋转元件具有彼此相反布置的样品接收表面和侧表面；并且该第三旋转元件被配置成将样品接收在该第三旋转元件的样品接收表面上；并且该第三旋转元件可旋转地连接到该第二旋转元件，其中，该第三旋转元件具有垂直于该第三旋转元件的侧表面而布置的旋转轴线R3，并且该第三旋转元件可围绕该旋转轴线R3相对于该第二旋转元件以角β3旋转。

优选地，该第三旋转元件的侧表面和该第二旋转元件的第三侧表面彼此相对地布置并且彼此平行对准，其方式为使得该旋转轴线R3垂直于该第二旋转元件的第三侧表面对准。

优选地，该样品固持器系统包括可安装在样品台上的基座板，并且该基座板具有被设计为固持器接收表面的侧表面。

优选地，这些角α1和α2采用固定值，而这些角β1和β2是可选择的。

优选地，这些角α1和α2采用介于0°和45°之间并包含0°和45°的值。

优选地，这些角α1和α2采用不同值。

优选地，这些旋转元件具有用于设定该旋转角β的刻度。

优选地，这些刻度被设计的方式为使得它们对应于期望倾斜角度与这些楔角α以及这些旋转角β之间的数学关系。

优选地，该样品固持器系统被配置成使得其可被接收在显微镜系统中，该显微镜系统以粒子束显微镜的形式实施。

优选地，这些旋转元件具有圆形或椭圆形基座。

样品的空间取向可以通过倾斜来改变。倾斜被理解为意指样品围绕轴线(倾斜轴线，这是已知的)的空间转动，其中倾斜轴线通常垂直于显微镜系统的光轴而对准。例如，倾斜轴线可以垂直于电子或离子束柱的光轴而对准。

空间取向被理解为意指样品相对于显微镜系统的该/这些光轴的对准，样品在该显微镜系统中被观察和/或加工。

本发明的又一目的是提出用于在显微镜系统中连续地调整样品的倾斜角度的方法，其中样品可以在任何期望的空间方向上倾斜。

此目的通过下文所述来实现。

本发明提供了一种用于在具有光轴的显微镜系统中设定显微样品的倾斜角度的方法，其中，该样品由上文所述的样品固持器系统固持，并且该方法包括以下步骤：

a)通过该样品固持器系统固持该样品；

b)通过使该第一旋转元件围绕该旋转轴线R1旋转来改变该第一旋转角β1；

c)通过使该第二旋转元件围绕该旋转轴线R2旋转来改变该第二旋转角β2，结果这些角α1、α2、β1和β2组合，以使得该样品相对于该固持器接收表面的倾斜度得以改变；

d)重复步骤b)和c)，直到该样品相对于该固持器接收表面具有期望倾斜度。

优选地，该方法包括以下附加步骤：

e)通过使该第三旋转元件围绕该旋转轴线R3旋转来改变第三旋转角β3，其方式为使得该样品在平行于该第三侧表面的平面中呈现期望取向。

另外，本发明涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品使显微镜系统执行根据本发明的方法。

本发明基于以下发现：通过至少两个楔形旋转元件的共同作用，可以在样品固持器系统中设定所固持的样品的倾斜角度，这些楔形旋转元件在开放运动链中一个接一个地布置。

为此目的，旋转元件以可旋转方式彼此连接。通过选择性地使个别旋转元件旋转，可以在大小和方向方面连续地调整样品接收表面(以及因此所固持的样品)的任何期望的倾斜角度θ(倾斜角)。样品有利地相对于显微镜系统的光轴中的一个倾斜，在该显微镜系统中，使用了样品固持器系统。

为了根据本发明使样品倾斜，样品固持器系统的至少两个旋转元件具有楔型截面轮廓。这通过每个旋转元件具有彼此相反但不彼此平行地对准的两个侧表面来实现。而是，侧表面围成非零角α。因此，角α在每种情况下形成楔形旋转元件的楔角。例如，角α可以是锐角。第一旋转元件的楔角α1和第二旋转元件的楔角α2有利地具有大于0°且至多45°的值，例如10°。在特别有利的配置中，角α＝45°。

旋转元件可以各自具有圆形、椭圆形或方形形状，或者具有不同形状的基座。

第一旋转元件被设计成使得它可以被接收在基座元件的固持器接收表面上。基座元件可以以基座板的形式来实施，该基座板相对于样品台的接收设备为兼容设计。这意味着样品固持器系统的基座板可被接收在显微镜系统的样品台上。

替代性地，还可以想到，样品固持器系统用于没有样品台的显微镜系统中。在这种特殊情况下，根据本发明的样品固持器系统可以承担样品台的功能。为此，第一旋转元件在特殊实施例中被配置的方式为使得它可被直接接收在显微镜系统的任意设计的接收设备中。

因为样品的倾斜和旋转可以通过该至少两个旋转元件的协调移动而彼此独立地设定，所以根据本发明的可转动旋转元件的功能可以代替常规样品台的倾斜和旋转轴。

进一步地，偏心旋转元件可以通过与其他旋转元件的移动协调的移动来产生样品的侧向偏移，并因而代替用于样品在某些极限内的侧向偏移的常规样品台的线性轴。使用具有纺锤形螺纹的旋转轴而不是销形旋转轴可以在某些极限内代替常规样品台的高度调整。

在有利实施例中，样品固持器系统的第二旋转元件被设计成使得其可以接收要检查的样品。为此目的，可以在第二旋转元件的上侧表面(下文也称为样品接收表面)上设置样品接收部。

此处，名称“上”在每种情况下是指面向样品的侧表面。在操作状态下，也就是说，当样品固持器系统用于显微镜系统中时，“上”侧表面因此被布置成使得其面向入射粒子束。相比之下，“下”侧表面是指旋转元件的面向固持器接收表面(也就是说基座元件)的侧表面。

样品固持器系统的旋转元件各自具有旋转轴线，相应旋转元件围绕该旋转轴线布置，以使其是可转动的。这意味着第一旋转元件具有第一旋转轴线，第一旋转元件可以围绕该第一旋转轴线以角β1旋转。第二旋转元件具有第二旋转轴线，第二旋转元件可围绕该第二旋转轴线以角β2转动。

此处，第二旋转元件以可转动方式连接到第一旋转元件，而第一旋转元件可以以可转动方式连接到基座元件。旋转元件彼此上下堆叠，并且可被一起接收在基座元件上。以这种方式，根据本发明的样品固持器系统提供了用于移动所接收的样品的至少两个旋转移动自由度。

角β1和β2可被自由选择或在某些极限内选择。在特殊实施例中，还可以想到，角β中的一个是固定的。

在替代实施例中，第二旋转元件可旋转地接收第三旋转元件而不是样品，其中第三旋转元件既而具有接收和固持样品的功能。因此，在此实施例中，第三旋转元件的上侧表面充当样品接收表面(下文也称为第三旋转元件的样品接收表面)。

第三旋转元件具有第三旋转轴线，第三旋转元件被布置成可围绕该第三旋转轴线以旋转角β3转动。

有利地，第三旋转元件被设计成使其在倾斜度不改变的情况下实现样品的附加旋转。为此目的，有利的是，第三旋转元件是圆柱形的，并且第三旋转轴线平行于圆柱形轴线延伸并且垂直于第二旋转元件的上侧表面。特别有利的是，第三旋转元件的上侧表面和下侧表面彼此平行对准。换句话说，第三旋转元件不是楔形的。这确保了即使第三旋转元件转动，样品的倾斜程度也得以维持。

通过第三旋转元件来转动样品的优点在于，也可以在倾斜状态下，出于观察和/或加工的目的而将样品最佳地对准。

第三旋转元件可以具有圆形、椭圆形、方形或另一基本形状。

此外，可以想到，样品固持器系统还包括另外的旋转元件，这些旋转元件如所描述的那样设计并且共同作用，以便将样品可倾斜地且可旋转地保持在样品固持系统上。

由于旋转元件的楔型轮廓，并且因为两个旋转移动自由度可以彼此协调，所以可以使用样品固持器系统来连续地调整所固持的样品的倾斜程度和方向。当样品固持器系统被安装在多轴样品台上时，后者典型地提供另外的移动自由度。

原则上，第一旋转元件的楔角α1和第二旋转元件的楔角α2可以相同。然而，角α1和α2的大小也可以不同，这意味着旋转元件具有不同陡度的楔形形状。此外，可以想到使用一组不同旋转元件，这些旋转元件各自具有不同楔角αx。特别有利的是，能够取决于相关应用而灵活地设定不同倾斜角。

本发明另外涉及一种用于借助于所描述的样品固持器系统来设定固持在显微镜系统中的样品的倾斜角度的方法。

通过使第一旋转元件和第二旋转元件旋转来选择性地改变旋转角β1和β2，旋转角β1和β2以及楔角α1和α2组合的方式为使得样品相对于基座元件的固持器接收表面以及相对于该一个或多个光轴的倾斜度是可设定的。

如果所使用的样品固持器系统另外具有不带有楔形轮廓的第三旋转元件，那么不仅可以根据需要设定样品的倾斜度，还可以设定样品相对于该/这些光轴的对准。

附图说明

下文将参考附图说明本发明的示例性实施例。出于说明部件的目的，因此，分别参考整个先前和后来的描述。

图1以分解图示出了根据本发明的样品固持器系统的有利实施例，其中样品固持器系统包括三个旋转元件。

图2示出了处于两种不同操作状态(图2a、图2c)的图1的样品固持器系统以及俯视图(图2b)。

图3示出了仅包括两个旋转元件的替代实施例。

图4参考基座元件的坐标系的x方向示出了所接收样品的可设定倾斜角对旋转角β1和β2的依赖性。

图5参考基座元件的坐标系的y方向示出了所接收样品的倾斜角对旋转角β1和β2的依赖性。

图6以示例方式示出了双射束装置，该双射束装置被设置成接收根据本发明的样品固持器系统。

图7示出了根据本发明的用于借助于样品固持器系统来使样品倾斜的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了样品固持器系统20的有利实施例，其中样品固持器系统20具有共同作用的三个旋转元件1、8、15。

样品固持器系统20包括第一旋转元件1，该第一旋转元件具有第一侧表面(上侧表面)2和第二侧表面(下侧表面)3。第一侧表面2和第二侧表面3被布置成彼此相反并围成角α1。换句话说：第一旋转元件1具有楔形形状，其中两个侧表面2、3以锐角α1会聚。此处重要的是，第一侧表面2和第二侧表面3不彼此平行地对准，而是朝向彼此延伸并形成角α1。

如图1所示，以楔形方式实施的旋转元件1的截面可以具有不规则直角三角形的形状。然而，本发明不限于这种形状。还可以想到，截面轮廓中的楔形形状不具有直角，而是由任何任意锐角三角形形成。此处，截面轮廓可以是不规则的、等腰的或等边的三角形的形状。旋转元件的与角α相对的侧面可以具有任何期望设计，例如直线(在截面轮廓中)或圆的一部分(在截面轮廓中)。

第一旋转元件1具有旋转轴线R1，第一旋转元件1围绕该旋转轴线可旋转地布置。特别有利的是，第一旋转元件1可以可旋转地连接到基座元件4，其中转动通过旋转轴R1实现。

基座元件4可以以基座板4或显微镜系统的样品台的形式存在。

基座板4被理解为意指可安装在显微镜系统的样品台上的结构部件，并且另外可以接收旋转元件1。已发现特别有利的是，基座板4具有例如扁平长方体的形状。然而，基座板4也可以是圆柱形的或具有多边形形状或另一形状。无论如何，基座板的形状应被选择成使得旋转元件的移动不会被基座板阻碍。

在替代实施例中，显微镜系统的样品台充当基座元件4。在这种情况下，第一旋转元件1被直接可旋转地安装在样品台上。

基座元件4的所描述的实施例的共同点在于，基座元件4在每种情况下都具有样品固持器接收表面5(下文也称为固持器接收表面)，在显微镜系统中的样品固持器系统20的操作期间，该样品固持器接收表面可以垂直于显微镜系统的光轴而布置。

在样品固持器系统的优选实施例中，第一旋转元件1被配置成使得其旋转轴线R1垂直于固持器接收表面5对准。为此目的，第一旋转元件1被配置成使得第二侧表面3可被接收在固持器接收表面5上。在这种情况下，第二侧表面3和固持器接收表面5可以被布置的方式为使得它们彼此相对并且彼此平行对准。以这种方式，旋转轴线R1既垂直于(第一旋转元件1的)第二侧表面3也垂直于(基座元件4的)固持器接收表面5对准。

基座元件4以及因此固持器接收表面5的精确对准(空间取向)可以用坐标系来描述。基座元件的所述坐标系具有空间轴线z0、x0和y0，它们各自彼此正交地布置。

此处特别有利的是，基座元件4的固持器接收表面5布置在所述坐标系的两个空间轴线(例如x0和y0)所跨越的平面中。

样品16的空间取向的改变在每种情况下都参考基座元件4的坐标系，这些空间取向的改变是由根据本发明的样品固持器系统引起的并且将在下文中描述。

已发现有利的是，第一旋转元件1的旋转轴线R1与平行于基座元件4的轴线之一的轴线对准。此处特别有利的是，旋转轴线R1平行于轴线z0。

为了将第一旋转元件1可旋转地连接到基座元件4，基座元件4可以具有例如孔6，连接到第一旋转元件1的销型连接件7可以精确配合地插入到该孔中。销7的纵向轴线既而对应于旋转轴线R1，第一旋转元件1可围绕该旋转轴线相对于基座元件4旋转。此处，第一旋转元件1可相对于固持器接收表面5以旋转角β1旋转。旋转轴线R1垂直于基座元件4的y0轴线对准。

此外，样品固持器系统20具有第二旋转元件8，该第二旋转元件同样具有两个相反的侧表面，精确地，第三侧表面9(上侧表面)和第四侧表面10(下侧表面)，这两个侧表面一起形成锐角α2。也就是说，第二旋转元件8也具有楔型形状，该楔型形状可以正如上文针对第一旋转元件1所描述的来设计。

第二旋转元件8具有旋转轴线R2，第二旋转元件8围绕该旋转轴线可旋转地布置，其中第二旋转元件8可旋转地连接到第一旋转元件1。旋转轴线R2垂直于第二旋转元件8的第四侧表面10对准。

特别有利的是，第四侧表面10和第一旋转元件的第一侧表面2被布置成使得它们彼此相对并且彼此平行对准。第二旋转元件8的旋转轴线R2既而不仅垂直于第四侧表面10而且垂直于第一侧表面2对准。

此外，样品固持器系统20包括第三旋转元件15，该第三旋转元件具有用于接收样品的样品接收表面17以及相反的侧表面18。

第三旋转元件15被配置成接收要检查的样品16。为此目的，样品16例如借助于对应地设计的样品接收部(未展示)而被铺设到第三旋转元件15的样品接收表面17(上侧表面)上。因此，可以存在夹紧设备，比如固定螺钉。作为替代方案，可以想到，样品16被胶合到样品接收部上或者直接胶合到第三旋转元件的样品接收表面17上，以便将其紧固。

第三旋转元件15具有旋转轴线R3，第三旋转元件15可以围绕该旋转轴线相对于第二旋转元件8以角β3旋转。为此目的，第三旋转元件15可旋转地连接到第二旋转元件8，其中第三旋转轴线R3垂直于第三旋转元件15的侧表面18对准。

此处有利的是，第三旋转元件的侧表面18和第二旋转元件的第三侧表面9彼此相对地布置并且彼此平行对准，结果，旋转轴线R3垂直于第三旋转元件的侧表面18并且垂直于第二旋转元件8的第三侧表面9。

已证明特别有利的是，第三旋转元件15具有销型连接件19，该销型连接件可以被插入到第二旋转元件8的上侧表面9的中心处的相同直径的孔13中。连接销19充当旋转轴线/轴R3，通过该旋转轴线/轴，第三旋转元件15可与第二旋转元件8的上侧表面9的中心轴线同轴地相对于第二旋转元件8以角β3旋转。

旋转元件的基座可以是例如圆形的(如图1至图3所示)或椭圆形的。然而，旋转元件的设计不限于上述形状。而是，还可以想到，旋转元件具有任何其他期望形状。

代替所描述的旋转元件与孔和销连接件的连接，可以使用可转动的轴承。为此目的，可以使用滚珠轴承或其他合适的机械连接件。

所描述的旋转元件1、8、15共同作用的方式为使得它们形成开放的运动链。为此目的，旋转元件1、8、15以特定次序布置，即相继地布置。要检查的样品在此处被接收在该链的最后一个旋转元件上。

开放运动链的布置意味着旋转元件在每种情况下不仅执行由其实现的旋转移动，而且被动地执行布置在该链中所述旋转元件上游的其他移动元件的移动。换句话说：样品固持器系统的旋转轴线R1、R2……Rx彼此上下堆叠(也称为轴线堆叠)。

当样品固持器系统20在操作期间被接收在样品台上时，开放运动链还包括样品台使之可用的平移(x、y和z轴)和旋转移动元件(R、T轴)。

在旋转元件1、8、15的描述中使用的旋转元件的名称“上”侧表面和“下”侧表面在每种情况下都与旋转元件在轴线堆叠中的布置相关。鉴于此，“下”表示相应旋转元件的面向基座元件的一侧。相比之下，“上”表示旋转元件的面向样品接收部(即，样品)的一侧。因此，在显微镜系统中的操作期间，上侧表面始终是面向入射粒子束的表面，而下侧表面背离入射粒子束。

图2示出了在操作中、具体地说在两种不同示例性操作状态中的图1的样品固持器系统20。

图2a示出了α1＝-α2、而β1＝0°且β2＝180°的情况。在这种情况下，固持样品的(第三旋转元件的)样品接收表面17的倾斜角θ在所有方向上都是0°。因此，样品16不会在任何方向上倾斜，并且因此，在显微镜观察或检查期间，粒子束可以基本上垂直地入射在样品表面上。

为了说明空间方向，图2b示出了俯视的情形。在此图示中，z轴垂直于绘图的平面布置。

图2c显示了与图2a相反的情况，其中旋转元件的楔角相加。

此处：α1＝-α2、而β1＝0°且β2＝0°。在基座元件的y方向上，这给出了|α1|+|α2|的最大倾斜角θ。

换句话说：y方向上的最大倾斜角对应于楔角α1……αx的绝对值之和。相比之下，在基座元件的x方向上，样品16的倾斜角为0°。

然而，本发明不限于上述带有三个旋转元件的实施例。在另一有利实施例中，如图3所示，省略了第三旋转元件。在这种情况下，第二旋转元件8被配置成接收样品。为此目的，第二旋转元件8可以在上侧表面9上包括夹紧设备(例如固定螺钉)或另一种设计类型的样品接收部，样品可以被接收在该样品接收部中。替代性地，样品可以用胶水粘上。

然而，还可以想到，样品固持器系统具有多于三个旋转元件。在这种情况下，样品固持器系统不仅包括图1所示的三个旋转元件，而且进一步包括相对于彼此可旋转地布置的类似形成的旋转元件。

如图2和图3所示，由根据本发明的样品固持器系统20、21所固持的样品16的倾斜和旋转是开放运动链中的旋转元件的所有楔角αx和所有旋转角βx的组合的结果。

在最简单的情况下，样品固持器系统21仅包括两个旋转元件1、8。

由于角α1、α2、β1和β2的组合，第二旋转元件8的上侧表面9相对于基座元件4(更精确地，相对于基座元件4的固持器接收表面5)的倾斜度可以在方向和程度方面自由设定。

如图2所示，如果存在第三旋转元件15，也是如此。因为图1和图2所示的实施例中的第三旋转元件15不具有楔形形状(上侧表面17和下侧表面18彼此平行)，所以所述角的组合也确定了承载样品16的第三旋转元件的上侧表面(样品接收表面)17的倾斜度。

基座元件在x和y方向上的倾斜角取决于楔角α1和α2。因此，这些角之间的数学关系可以通过分析得出。

例如，第二旋转元件8的上侧表面(第三侧表面)9在基座元件的x方向上的倾斜角为：

-acos((sin(β1)*cos(α1)*cos(β2)+sin(β2)*cos(β1))*sin(α2)+sin(α1)*sin(β1)*cos(α2))+π/2。

第二旋转元件的上侧表面(第三侧表面)在基座元件的y方向上的倾斜角为：

-acos((sin(β1)*sin(β2)-cos(α1)*cos(β1)*cos(β2))*sin(α2)-sin(α1)*cos(α2)*cos(β1))+π/2。

如果β1和β2改变，所安装的样品也转动。然而，通过将第三旋转元件围绕旋转轴线R3以角β3转动，样品的这种转动可以旋转回到原始空间取向中。这意味着可选的第三旋转元件实现了用于移动样品的附加移动自由度。此处特别有利的是，所设定的倾斜角不改变，因为角β1和β2不受围绕R3的旋转的影响。

要选择的角β3同样取决于角α1、α2、β1和β2，并且可以类似于上述形状得出。

特别有利的是，旋转元件的旋转由马达实现。为此目的，可以在基座板或样品台中安装合适的马达。替代性地，驱动马达也可以布置在样品固持器系统的外部。因此，可以想到通过从外部远程控制马达，在显微镜系统的样品室中就地引起样品倾斜度的设定，而不需要手动移动旋转元件。显微镜系统的软件控制器可以用于此目的。

在特殊实施例中，另外可以想到，旋转元件的旋转是被动实现的，特别是经由合适的载体设备使用样品台的移动来实现。

在根据本发明的样品固持器系统中，还可以想到，所使用的旋转元件具有不同楔角α。这意味着旋转元件的楔形形状不同程度地表现出来。以这种方式，可以组合具有不同角α的旋转元件。因而，可通过样品固持器系统实现的样品接收表面的最大倾斜角度可以取决于样品的应用和类型而变化。

如果样品被正确地安装在第二旋转元件的中心，那么样品表面在基座元件的表面上方的高度在此处与倾斜角无关。因此，样品表面在此处是共心的，这意味着倾斜角的改变不会引起此样品位置的偏移。

可以想到，通过使用另外的机械延伸件，在样品在第二旋转元件或第三旋转元件上的任意定位的情况下，对于所有倾斜角和旋转角都实现了共心性。这种类型的机械延伸件例如可以是旋转元件在具有合适螺距的螺纹主轴上而不是简单的销型连接件上的支撑件。另一可能性是第一旋转元件在基座元件上的倾斜支撑件，或者第三旋转元件的楔形实施例，或者这些可能性的组合。

如图1和图2所示，已证明特别有利的是，旋转元件1、8、15中的每一个旋转元件都具有刻度11。刻度11用于将角β1和β2设定为彼此协调，以使得所接收的样品16相对于固持器接收表面5的坐标系(即，相对于基座元件)采用期望的倾斜和转动位置。刻度11被设计成使得它们对应于期望的倾斜角度与楔角α1至αx以及旋转角β1至βx之间的数学关系。

由于旋转元件上的刻度的对应实施例，第二旋转元件的上侧表面在基座元件的x和y方向上的倾斜角可以以针对性的且清楚的方式设定。同样可以借助于位于第三旋转元件上的刻度，以所限定的方式设定可选的第三旋转元件的旋转角。

样品接收表面(以及因此样品)的倾斜角θ被设定为逐步减小，楔角α1和α2越小，这种逐步减小越大。因此，根据本发明的样品固持器系统可以以比先前已知的可调整倾斜固持器显著更高的精度进行设置。

这是因为在本样品固持器系统中，通过转动楔形旋转元件来获得倾斜角，其方式为使得不仅倾斜角本身而且它们的误差都经由上述数学关系而取决于角刻度。因为获得特定倾斜角所需的旋转角的改变大于由其自身引起的倾斜角改变，所以设定误差也相同程度地减小。

因为期望的倾斜角和可能期望的样品以β3进行的反向旋转取决于α1和α2，并且还取决于β1和β2，所以可以找到针对刻度的设计的数学公式。

例如，总倾斜可以用第一刻度设定，而第二刻度设定倾斜在x和y方向上的相对分量。

如果不熟练的用户找不到足够容易管理的刻度分度，那么可以使用软件来计算要设定的转动角。

特别有利的是，当所有旋转元件都固定时，样品固持器系统没有游隙。在样品固持器系统的电动版本中，可以例如通过旋转元件的摩擦粘附或通过转动马达的抑制来消除游隙。

图4和图5参考上级参考坐标系展示了空间方向x和y上的样品倾斜角的依赖性。

图4和图5此处与两个楔角都是α＝45°的情况(也就是说当α1＝45°和α2＝-45°时)相关。

这些图分别示出了第二旋转元件的上侧表面的倾斜角对所选择的旋转角β1和β2的依赖性。

在图4中，倾斜角的规格参考基座元件的坐标系的x方向。图中所有角均以弧度(rad)示出。

在图5中，倾斜角的规格参考基座元件的坐标系的y方向，并且与图4相同的状况也同样适用。

当在带有激光设备的SEM FIB组合装置中加工样品时，根据本发明的样品固持器系统可以特别有利地使用。当用脉冲激光加工样品时，意图通常是产生完全垂直于样品表面定向的截面。然而，原则上，结果始终是以多达20°相对于垂直倾斜的截面。偏差的确切角度取决于样品材料和所使用的激光参数。因为激光束通常不可以设定成不同入射角，所以只有通过使样品反向倾斜才可以实现垂直截面。本发明现在代表了一种紧凑的、可精确设定的解决方案，该解决方案如果被对应地设计，则具有较低高度(对于这种应用，例如α₁＝-α₂＝10°就足够了)。

激光选项的又一重要应用是从整个样品切割出柱状物，其中柱状物具有几十微米到几百微米的大小。在这种情况下，意图是切割尽可能圆柱形的柱状物，由于所述原因，只有通过使样品反向倾斜才有可能。倾斜轴将必须逆着圆形轨道上引导的激光束旋转。这可以用根据本发明的样品固持器系统的电动版本来实施。

样品固持器系统的另一有利应用是用ToF-SIMS(飞行时间二次离子质谱术)检测器分析样品。此处，检测器可能位于与激发FIB射束不同的轴线上，例如侧向地和/或在不同高度。在具有表面形貌的样品中，这导致不均匀的检测。因为本发明提供了另外的移动自由度，以使得样品可以相对于检测器不同地对准，所以这种情况可以得以避免。

此外，可以想到使用所描述的样品固持器系统作为摇摆台应用的替代。使用摇摆台方法是为了在材料烧蚀期间，通过连续地使样品台共心地来回倾斜，用聚焦离子束生成样品截面时，避免所谓的“幕帘效应”。使用根据本发明的样品固持器系统，可以由倾斜来代替来回摆动样品台。

图6使用FIB SEM组合装置60的示例示出了显微镜系统，其中可以使用根据本发明的样品固持器系统，并且其中可以执行根据本发明的方法。

为了使要检查的样品75可用于显微镜检查或加工，样品75由根据本发明的样品固持器系统74固持。样品固持器系统74安装在显微镜系统60的样品室69中的设备上，例如样品台73上。

样品台73被布置在FIB-SEM组合装置60的样品室69中，其中在操作期间真空条件占主导地位。

特别有利的是，样品台73被设计为多轴样品台，因此，可获得多个平移和旋转移动自由度。例如，如果样品台73被实施为包括平移轴线x、y和z和旋转轴线R和T(倾斜轴线)的五轴台，则就是这种情况。在这种情况下，所提到的平移轴线在每种情况下都彼此垂直地对准。

要检查的样品75因此可以在三个空间方向x、y和z上通过多轴台移位，以便改变样品75的姿态。

该姿态被理解为意指样品75在三维空间中的定位。给出x、y和z坐标，可以描述正确姿态。

此外，通过样品75借助于旋转轴线R和T转动和/或倾斜，可以改变空间取向，即样品75相对于显微镜系统的该/这些光轴的对准。

在这种情况下，特别有利的是，样品台被设计为共心样品台73。这意味着被布置在样品台73上并且定位在共心点处的样品75可以倾斜，而样品75在该过程中不会侧向移动。替代性地，样品台可以被设计为所谓的超共心六轴台，该超共心六轴台具有附加的M轴。

显微镜系统60包括两个粒子束柱，具体地用于产生电子束的电子束柱61和用于产生离子束的离子束柱81。两个粒子束都指向要加工的样品75，该要加工的样品有利地位于两个粒子束的重合点处。

对于显微镜系统60不包括样品台的情况(不同于图6所示的情况)，样品固持器系统74也可以安装在样品室69中的不同设备上。

在FIB-SEM组合装置60的操作期间，一次电子在电子源62中生成，所述一次电子被聚光透镜系统或多个聚光透镜系统63、65沿着电子束柱的光轴64聚集、平行化或散射并且由至少一个孔径光阑66修整。此外，电子束柱61包括偏转系统67，该偏转系统使一次电子束能够以光栅型方式被引导到样品75上，并且还包括物镜系统68，借助于该物镜，可以将一次电子束聚焦到样品75上。

此外，FIB-SEM组合装置60包括带有离子源79的离子束柱81、偏转系统77、孔径光阑82以及透镜系统76。离子源79可以是液态金属离子源(LMIS)，例如，其使用例如镓离子源进行操作。

在离子源79中生成的离子沿着离子束柱的光轴78被加速，借助于物镜系统80被聚集并聚焦到样品75上。入射在样品75上的离子可以用于烧蚀样品75的材料和/或对样品75进行成像。显微镜系统60还可以可选地具有用于引入工艺气体的气体注入系统72。

此外，FIB-SEM组合装置60包括至少一个检测器70，用于检测电子和/或离子与样品75相互作用的相互作用产物。

此外，显微镜系统60有利地包括评估与控制单元71。评估与控制单元71可以执行计算机程序产品中包含的控制命令序列。通过执行控制命令，使显微镜系统60执行根据本发明的用于设定样品的倾斜角度的方法的实施例，如图7的示例所示。

图7示意性地示出了根据本发明的用于借助于样品固持器系统来使样品倾斜的方法的流程图。

首先，在步骤S1中，提供要检查的样品。样品由根据本发明的样品固持器系统固持在所使用的显微镜系统的样品室中。为此目的，样品被直接接收在第二旋转元件的第四侧表面(上侧表面)上(如图3所示)，或者如果存在又一旋转元件，那么被接收在所述旋转元件上(如图1和图2所示)。

现在，在步骤S2中，通过使第一旋转元件相对于基座元件的固持器接收表面围绕旋转轴线R1旋转，改变角β1。

接着，在步骤S3中，通过使第二旋转元件围绕旋转轴线R2旋转，改变角β2。以这种方式，第一旋转元件的楔角α1、第二旋转元件的楔角α2以及两个旋转角β1和β2被组合，从而引起样品相对于基座元件的固持器接收表面的倾斜度的改变。如果固持器接收表面相对于显微镜系统的光轴呈现特定取向，那么所述角的组合也会引起样品相对于光轴的倾斜度的改变。

在步骤S4中，重复步骤S2和S3，直到设定了样品相对于固持器接收表面的期望倾斜角度。实际上，样品的倾斜角典型地相对于显微镜系统的该一个或多个光轴而设定，以便能够以这种方式设定粒子束在样品上的入射角。

在可选的步骤S5中，通过围绕旋转轴线R3转动第三旋转元件来另外改变角β3。以这种方式，样品可以在平行于第三侧表面的平面中采用期望对准。

此处特别有利的是，第三旋转元件具有上侧表面17(即，第三旋转元件的样品接收表面)和下侧表面18，该上侧表面和该下侧表面彼此平行布置，如图1所示。以这种方式，可以改变样品的对准(即，样品在由轴线x和y限定的平面中的空间取向)，而不改变样品的倾斜角。

附图标记清单

1 第一旋转元件

2 第一侧表面(第一旋转元件的上侧表面)

3 第二侧表面(第一旋转元件的下侧表面)

4 基座板(基座元件)

5 固持器接收表面

6 基座元件中的孔

7 销型连接件

8 第二旋转元件

9 第三侧表面(第二旋转元件的上侧表面)

10 第四侧表面(第二旋转元件的下侧表面)

11 刻度

12 第一旋转元件中的孔

13 第二旋转元件中的孔

14 销型连接件

15 第三旋转元件

16 样品

17 第三旋转元件的样品接收表面(上侧表面)

18 第三旋转元件的侧表面(下侧表面)

19 销型连接件

20 样品固持器系统

21 样品固持器系统

R1 第一旋转轴线

R2 第二旋转轴线

R3 第三旋转轴线

β1 第一旋转角

β2 第二旋转角

β3 第三旋转角

α1 第一角

α2 第二角

α3 第三角

θ 样品接收表面的倾斜角(样品的倾斜角)

60 显微镜系统(SEM-FIB组合装置)

61 电子束柱

62 电子源

63 第一聚光透镜系统

64 电子束柱的光轴

65 第二聚光透镜系统

66 孔径光阑

67 偏转系统

68 物镜系统(SEM)

69 样品室

70 检测器

71 评估与控制单元

72 气体注入系统

73 样品台

74 样品固持器系统

75 样品

76 透镜系统

77 偏转系统

78 离子束柱的光轴

79 离子源

80 物镜系统(FIB)

81 离子束柱

x x轴

y y轴

z z轴

R 旋转轴线

T 倾斜轴线

Claims (15)

1.一种用于在具有至少一个光轴的显微镜系统中固持显微样品(16)的样品固持器系统(20，21)，其中，该样品固持器系统(20，21)包括：

-第一旋转元件(1)和第二旋转元件(8)，

-其中，该第一旋转元件(1)具有第一侧表面(2)和第二侧表面(3)，这两个侧表面彼此相反，并且围成角α1，其方式为使得获得该第一旋转元件(1)的楔形截面；并且

-该第二旋转元件(8)具有第三侧表面(9)和第四侧表面(10)，这两个侧表面彼此相反地布置，并且围成角α2，其方式为使得获得该第二旋转元件(8)的楔形截面；

-其中，该第二旋转元件(8)被配置成将样品(16)或第三旋转元件(15)接收在该第三侧表面(9)上；

-并且该第二旋转元件(8)可旋转地连接到该第一旋转元件(1)，其中，该第二旋转元件(8)具有垂直于该第四侧表面(10)而布置的旋转轴线R2，并且该第二旋转元件(8)可围绕该旋转轴线R2相对于该第一旋转元件(1)以旋转角β2旋转；

-并且该第一旋转元件(1)被配置成被可旋转地接收在固持器接收表面(5)上，其中，该第一旋转元件(1)具有垂直于该第二侧表面(3)而布置的旋转轴线R1，其中，该第一旋转元件可围绕该旋转轴线R1相对于该固持器接收表面(5)以旋转角β1旋转；

-其中，该第二旋转元件(8)的第三侧表面(9)相对于该固持器接收表面(5)的倾斜度可通过这些角α1、α2、β1和β2的组合来设定。

2.根据权利要求1所述的样品固持器系统(20)，其中，该第四侧表面(10)和该第一侧表面(2)彼此相对地布置，并且彼此平行对准，其方式为使得该第二旋转元件(8)的旋转轴线R2垂直于该第一旋转元件(1)的第一侧表面(2)；

并且此外，该第一旋转元件(1)被配置成使得该第二侧表面(3)可被接收在该固持器接收表面(5)上，其方式为使得该第二侧表面(3)和该固持器接收表面(5)彼此相对地布置，其中，该第二侧表面(3)和该固持器接收表面(5)彼此平行对准，其方式为使得该第一旋转元件(1)的旋转轴线R1垂直于该固持器接收表面(5)对准。

3.根据权利要求1或2所述的样品固持器系统(20)，其中，该样品固持器系统(20)包括第三旋转元件(15)，该第三旋转元件具有彼此相反布置的样品接收表面(17)和侧表面(18)；

并且该第三旋转元件(15)被配置成将样品(16)接收在该第三旋转元件(15)的样品接收表面(17)上；

并且该第三旋转元件(15)可旋转地连接到该第二旋转元件(8)，其中，该第三旋转元件(15)具有垂直于该第三旋转元件的侧表面(18)而布置的旋转轴线R3，并且该第三旋转元件(15)可围绕该旋转轴线R3相对于该第二旋转元件(8)以角β3旋转。

4.根据权利要求3所述的样品固持器系统(20)，其中，该第三旋转元件(15)的侧表面(18)和该第二旋转元件(8)的第三侧表面(9)彼此相对地布置并且彼此平行对准，其方式为使得该旋转轴线R3垂直于该第二旋转元件(8)的第三侧表面(9)对准。

5.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，其中，该样品固持器系统(20，21)包括可安装在样品台上的基座板(4)，并且该基座板(4)具有被设计为固持器接收表面(5)的侧表面(5)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，其中，这些角α1和α2采用固定值，而这些角β1和β2是可选择的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，其中，这些角α1和α2采用介于0°和45°之间并包含0°和45°的值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，其中，这些角α1和α2采用不同值。

9.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，其中，这些旋转元件具有用于设定该旋转角β的刻度(11)。

10.根据权利要求9所述的样品固持器系统(20，21)，其中，这些刻度(11)被设计的方式为使得它们对应于期望倾斜角度与这些楔角α以及这些旋转角β之间的数学关系。

11.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，该样品固持器系统被配置成使得其可被接收在显微镜系统(60)中，该显微镜系统以粒子束显微镜的形式实施。

12.根据前述权利要求中任一项所述的样品固持器系统(20，21)，其中，这些旋转元件(1，8，15)具有圆形或椭圆形基座。

13.一种用于在具有光轴的显微镜系统(60)中设定显微样品(16，75)的倾斜角度的方法，

其中，该样品由根据权利要求1至12中任一项所述的样品固持器系统固持，并且该方法包括以下步骤：

a)通过该样品固持器系统固持该样品(S1)；

b)通过使该第一旋转元件围绕该旋转轴线R1旋转来改变该第一旋转角β1(S2)；

c)通过使该第二旋转元件围绕该旋转轴线R2旋转来改变该第二旋转角β2，结果这些角α1、α2、β1和β2组合，以使得该样品相对于该固持器接收表面的倾斜度得以改变(S3)；

d)重复步骤b)和c)，直到该样品相对于该固持器接收表面具有期望倾斜度(S4)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，该方法包括以下附加步骤：

e)通过使该第三旋转元件围绕该旋转轴线R3旋转来改变第三旋转角β3，其方式为使得该样品在平行于该第三侧表面(9)的平面中呈现期望取向。

15.一种计算机程序产品，包括控制命令序列，该控制命令序列使显微镜系统执行根据权利要求13或14所述的用于设定样品的倾斜角度的方法。

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