TW201222617A - Sample device for charged particle beam - Google Patents

Description

201222617 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於帶電粒子束用的試樣裝置，特別是關於 適用於在聚束離子束加工觀察裝置（以下稱「FIB」）及掃 描電子顯微鏡（以下稱「SEM」）之間進行試樣的交接時之 試樣裝置。 q 【先前技術】 以往，試樣的微細加工是使用FIB，該微細加工後的 試樣是使用SEM進行觀察，藉由該SEM觀察分析缺陷等 ，進一步將試樣送回FIB而進行加工，這種技術已被廣泛 採用。因此，必須在FIB試樣室和SEM試樣室之間進行 試樣的交接，針對試樣室爲真空所產生的課題、爲了將試 樣微細加工及觀察之對準上的課題等各種課題，以往已有 各種試樣裝置被提出。 Q 例如在專利文獻1提出，當試樣交接時，爲了容易辨 另!I FIB之加工部位、或SEM之觀察部位，在用來搬運試 樣之試樣匣儲存必要的資訊，將該試樣匣裝載於FIB或 SEM而能進行對準。 [專利文獻1]日本特開200 1-291483號公報 【發明內容】 最近，Li離子電池的硏究開發變得熱門，該Li離子 電池的電極所使用的材料之觀察分析，也是利用使用帶電 -5- 201222617 粒子束之FIB及SEM。然而，Li的活性非常高，容 大氣中的水分反應，因此在試樣交接時，例如從FIB 樣搬運至SEM時’保持Li之氛圍必須維持成真空或 性氣體、例如氣等的氛圍。 然而，能在使用帶電粒子束之FIB及SEM之間 試樣的氛圍之技術或是遮斷氛圍的試樣裝置，以往並 在。 今後，對於像L i這種高活性材料使用帶電粒子 行觀察分析的需求會提高’可預想到讓試樣的氛圍變 調整的需求也會擴大。 本發明是有鑒於如此般最近的需求而開發完成的 目的是爲了提供容易在FIB和SEM之間以遮斷氛圍 態進行試樣的交接之帶電粒子束用試樣裝置。 爲了達成前述目的之本發明的特徵，是在fib和 之間進行試樣的交接之帶電粒子束用試樣裝置，係具 通於前述FIB或前述SEM的試樣室且能形成與外氣 的氛圍之試樣交換器’當在安裝蓋體的狀態下讓試樣 氣隔離之氛圍遮斷試樣保持具插入前述試樣交換器時 置在該試樣交換器中將前述蓋體卸下的機構，而使遮 圍狀態下之試樣的交接、加工乃至觀察變容易。 本發明的其他特徵，是在FIB及SEM雙方設置 父換器’其他的試樣交換器之具體構造、以及氛圍遮 樣保持具的構造’根據以下所敘述的實施形態即可明丨 依據本發明’在與外氣隔離的氛圍容易進行試樣 易與 將試 非活 保持 不存 束進 成可 ，其 的狀 SEM :由 備連 隔離 與外 ，設 斷氛 試樣 斷試 白。 的交 -6- 201222617 接’即使是高活性而容易與大氣中的水分及氧反應的材料 ’從材料的加工至觀察、分析爲止之一連串的過程都能以 不暴露於大氣的方式進行。 【實施方式】 以下參照圖式說明本發明的實施形態。 第1圖係顯示本發明的一實施例之FIB氛圍遮斷系統 Q 的基本構造圖。FIB的框體1，是由離子槍2、靜電透鏡3 、試樣室4、以及試樣交換器5所構成。從離子槍2產生 的離子束6，經由靜電透鏡3聚束而照射於試樣。在試樣 室4，可將氛圍遮斷試樣保持具7插入及拉出，通過連通 的試樣交換器5，藉由交換棒11之推進或拉回而使試樣保 持具7滑動移動。 在此，試樣室4和試樣交換器5是透過閘體而連通， 將試樣保持具7搬入試樣室4後，交換棒11脫離而拉回 £\ 試樣交換器5內，關閉閘體而進行FIB加工等。因此，氛 圍遮斷試樣保持具7是藉由螺絲鎖固於交換棒11的前端 而成爲可裝卸。在試樣交換器5之相反側，交換棒11是 透過Ο型環等的密閉機構而插入試樣交換器5內。 另一方面，試樣交換器5內，在其與試樣室4間的閘 體關閉的狀態下，可利用設置於FIB的框體1側之真空泵 等進行真空吸引，或能導入非活性氣體等。因此，能與試 樣室4獨立地而使試樣交換器5內成爲與外氣隔離的氛圍 201222617 在試樣交換器5內，藉由氛圍遮斷單元固定 固地固定著氛圍遮斷單元1〇，透過氛圍遮斷單j 相對於氛圍遮斷試樣保持具7進行氛圍遮斷試樣 體9的裝卸。 在進行試樣加工的情況，將氛圍遮斷試樣保 定於父換棒11，透過試樣交換器5內的氛圍遮丨 ’僅將氛圍遮斷試樣保持具7搬運至試樣室4。 圍遮斷試樣保持具蓋體9如圖示般留在試樣交換 外’試樣加工後’要將氛圍遮斷試樣保持具7取 ’將氛圍遮斷試樣保持具7固定於交換棒11，藉 在試樣交換器5內安裝氛圍遮斷試樣保持具蓋體 保持試樣室4內的氛圍並進行取出。 又在第1圖雖是說明FIB側的框體，但在 框體也是同樣地，試樣交換器5是透過閘體進行 與SEM的試樣室4獨立地形成與外氣隔離的氛 第2圖顯示試樣交換器5的內部構造圖。藉 斷單元固定機構8將氛圍遮斷單元10緊固地固 交換器5內’氛圍遮斷試樣保持具7及蓋體9可 動而進行蓋體9的裝卸。第2(a)圖係顯示即將在 器5內的氛圍遮斷單元10上搭載氛圍遮斷試樣 及蓋體9的狀態，第2(b)圖係顯示在試樣交換器 圍遮斷單元上搭載氛圍遮斷試樣保持具7及 狀態，第2(c)圖係顯示第2(b)圖從側面觀察的狀 第3圖係顯示將氛圍遮斷試樣保持具7搬 機構8緊 t 10，能 保持具蓋 持具7固 新單元10 這時，氛 :器5。此 出的情況 由拉回， 丨9，而能 SEM側的 連結，能 I ° 由氛圍遮 定於試樣 在其中滑 _試樣交換 :保持具7 5內的氛 蓋體9白勺 態。 、試樣室 4 -8- 201222617 及試樣交換器5時的動作說明圖。如第3(a)圖所示般，在 試樣交換器5內的氛圍遮斷試樣單元10固定氛圍遮斷試 樣保持具7及蓋體9後，如第3(b)圖所示般將交換棒11 推進而卸下蓋體9,如第3(c)圖所示般進一步將交換棒11 推進而將氛圍遮斷試樣保持具7搬運至試樣室4。 若在試樣室4內結束離子束6所進行的加工時，朝第 3 (c)圖之箭頭所示方向將交換棒u拉回，藉此將氛圍遮 0 斷試樣保持具7拉出，以與剛才相反的順序，維持遮斷外 氣氛圍的狀態，可如第3(a)圖般將蓋體9安裝於氛圍遮斷 試樣保持具7。 接下來’第4圖顯示氛圍遮斷試樣單元的一實施例。 氛圍遮斷試樣單元10，是在試樣交換器5內藉由氛圍遮斷 單元固定機構8予以固定住。氛圍遮斷試樣保持具7及蓋 體9是透過氛圍遮斷試樣單元1〇，而相對於氛圍遮斷試樣 保持具7進行氛圍遮斷試樣保持具蓋體9的裝卸。第4(a) Ο ®係'顯示氛圍遮斷單元的俯視圖，第4(b)圖係顯示氛圍遮 @單元的截面圖，第4(c)圖係顯示氛圍遮斷單元的側視圖 〇 第5圖顯示氛圍遮斷試樣保持具的構造圖。氛圍遮斷 試樣保持具7’係具備用來遮斷氛圍之氛圍遮斷用〇型環 1 2 ’以在其與氛圍遮斷試樣保持具蓋體9間遮斷外氣，而 維持試樣搭載部的氛圍。爲了更強固地遮斷氛圍，藉由緊 固螺絲1 4將氛圍遮斷試樣保持具蓋體9緊固地固定於氛 圍遮斷試樣保持具7。 -9 - 201222617 此外，氛圍遮斷試樣保持具7可在內部搭載交換型試 樣載台16，藉由交換型試樣載台導銷17決定應固定的位 置，藉由交換型試樣載台固定螺絲18進行固定。再者， 交換型試樣載台16可配合試樣的加工形狀及材質而進行 選擇、交換。此外，在交換型試樣載台16可搭載微細試 樣附屬構件1 9。第5 (a)圖係氛圍遮斷試樣保持具的俯視圖 ，第5(b)圖係氛圍遮斷試樣保持具的截面圖，第5(c)圖係 氛圍遮斷試樣保持具的截面圖。 第6圖顯示氛圍遮斷試樣保持具的其他實施例。本實 施例之氛圍遮斷試樣保持具7，是可搭載交換型試樣載台 16(參照第5圖及第7圖以下）的構造。在搭載交換型試樣 載台16的情況，藉由交換型試樣載台導銷17來決定應固 定的位置。此外，在氛圍遮斷試樣保持具7設有用來固定 交換型試樣載台1 6之交換型試樣載台固定螺絲用螺孔20 〇 再者，設置用來固定氛圍遮斷試樣保持具蓋體之氛圍 遮斷試樣保持具蓋體緊固螺絲用螺孔1 5。第6 (a)圖係氛圍 遮斷試樣保持具的俯視圖，第6(b)圖係氛圍遮斷試樣保持 具的截面圖，第6(c)圖係氛圍遮斷試樣保持具的截面圖。 第7圖顯示交換型的氛圍遮斷試樣載台16之一實施 例。在氛圍遮斷試樣載台16，設置用來固定於氛圍遮斷試 樣保持具7之交換型試樣載台固定螺絲用貫通孔24，並設 置用來固定原試樣之試樣壓板2 2及試樣壓板用螺絲2 3， 可藉由試樣壓板用螺孔2 5進行任意地定位。 -10- 201222617 此外’作爲固定微細試樣的部位是設置微細試樣附屬 構件19’將該部位做成匣式而容易進行交換。用來固定微 細試樣之部位的材質，較佳爲石墨碳等的在元素分析時不 致造成阻礙的材質且具有導電性的材質。 本實施例的特徵在於，供搭載原試樣的試樣面和供搭 載微細試樣的試樣面可搭載成同一平面狀，該交換型試樣 載台16的俯視圖顯示於第7圖（a)，截面圖顯示於第7(b) 八 圖。 〇 第8圖顯示交換型的氛圍遮斷試樣載台之其他構造例 。第8(a)圖爲俯視圖，第8(b)圖爲截面圖，與第7圖相同 的部位是賦予同一符號而省略其說明。本實施例的特徵在 於，供搭載原試樣的試樣面，可搭載於相對於供搭載微細 試樣的試樣面呈傾斜的面上。 第9圖顯示交換型的氛圍遮斷試樣載台之再其他實施 例。第9(a)圖是俯視圖，第9(b)圖是截面圖，與前述相同 Q 的部位是賦予同一符號而省略其說明。本實施例的特徵在 於，相對於供搭載原試樣之試樣面，供搭載微細試樣的試 樣面成爲不同高度的平面狀。 以上列舉多個實施例來做說明，不管哪個實施例，都 能保持試樣搭載部之氛圍與外氣遮斷的狀態、例如真空狀 態或非活性氣體狀態，以不暴露於大氣的方式進行試樣加 工及試樣觀察之一連串作業，因此容易進行高活性材料或 會與大氣中的水分及氧反應的材料之加工、觀察、分析等 ，對於今後令人期待之新材料的硏究開發有極大的貢獻。 -11 - 201222617 【圖式簡單說明】 第1圖係運用本發明之聚束離子束加工觀察裝置的一 實施例之基本構造圖。 第2圖係本發明的試樣交換器之一實施例’第2(a)圖 爲氛圍遮斷試樣保持具搭載中途的截面圖，第2(b)圖爲氛 圍遮斷試樣保持具搭載後的截面圖，第2(c)圖爲氛圍遮斷 試樣保持具搭載後的側視圖。 第3圖係本發明的一實施例之氛圍遮斷試樣保持具的 搬入動作說明圖，第3(a)圖是將氛圍遮斷試樣保持具搬入 的側視圖’第3(b)圖是將氛圍遮斷試樣保持具的蓋體卸下 時的側視圖’第3 (c)圖是將氛圍遮斷試樣保持具搬入試樣 室時的側視圖。 第4圖係本發明之氛圍遮斷單元的一實施例，第4(a) 圖爲氛圍遮斷單元的俯視圖，第4(b)圖爲氛圍遮斷單元的 截面圖，第4(c)圖爲氛圍遮斷單元的側視圖。 第5圖係本發明之氛圍遮斷試樣保持具之一實施例， 第5(a)圖爲氛圍遮斷試樣保持具的俯視圖，第5(b)圖爲氛 圍遮斷試樣保持具的截面圖，第5(c)圖爲氛圍遮斷試樣保 持具的截面圖。 第6圖係本發明之氛圍遮斷試樣保持具之其他實施例 ，第6(a)圖爲氛圍遮斷試樣保持具的俯視圖，第6(b)圖爲 氛圔遮斷試樣保持具的截面圖，第6(c)圖爲氛圍遮斷試樣 保持具的截面圖u -12- 201222617 第7圖係本發明之交換型試樣載台的一實施例，第 7U)圖爲交換型試樣載台的俯視圖，第7(b)圖爲交換型試 樣載台的截面圖。 第8圖係本發明之交換型試樣載台的其他實施例，第 8(a)圖爲交換型試樣載台的俯視圖，第8(b)圖爲交換型試 樣載台的截面圖。 第9圖係本發明之交換型試樣載台的其他實施例’第 f) 9U)圖爲交換型試樣載台的俯視圖，第9(b)圖爲交換型試 樣載台的截面圖。 [主要元件符號說明】 1 : PIB框體 2 :離子槍 3 :靜電透鏡 4 ·試樣室 Ο 5:試樣交換器 6:離子束 7:氛圍遮斷試樣保持具 8:氛圍遮斷單元固定機構 9:氛圍遮斷試樣保持具蓋體 10 :氛圍遮斷單元 u :交換棒 12:氛圍遮斷用〇型環 1 3 :交換棒用螺孔 -13- 201222617 1 4 :氛圍遮斷試樣保持具蓋體緊固螺絲 1 5 :氛圍遮斷試樣保持具蓋體緊固螺絲用螺孔 1 6 :交換型試樣載台 17:交換型試樣載台導銷 1 8 :交換型試樣載台固定螺絲 1 9 :微細試樣附屬構件 20 :交換型試樣載台固定螺絲用螺孔 21:氛圍遮斷用〇型環溝 22 :試樣壓板 23 :試樣壓板用螺絲 24 :交換型試樣載台固定螺絲用貫通穴 25 ’·試樣壓板用螺孔 -14-

Claims (1)

1. 201222617 七、申請專利範園： 1. 一種帶電粒子束用試樣裝置，是在聚束離子束加工 觀察裝置（FIB)及掃描電子顯微鏡（SEM)之間進行試樣的交 接之帶電粒子束用試樣裝置，其特徵在於， 係具備連通於前述FIB或前述SEM的試樣室且能形 成與外氣隔離的氛圍之試樣交換器； 該試樣交換器係具備：當在安裝蓋體的狀態下讓試樣 Q 與外氣隔離之氛圍遮斷試樣保持具搬入時，用來在與外氣 隔離的氛圍下將前述蓋體卸下的機構。 2. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束用試樣裝 置，其中， 前述試樣交換器是分別設置在前述FIB的試樣室及前 述SEM的試樣室。 3. 如申請專利範圍第1或2項所述之帶電粒子束用試 樣裝置，其中， 〇 前述試樣交換器係具備：對應於前述氛圍遮斷試樣保 ί寸具的取出動作而在該試樣保持具上安裝前述蓋體的機構 〇 4. 如申請專利範圍第3項所述之帶電粒子束用試樣裝 置，其中， 則述s式樣父換器係具備：對應於前述氛圍遮斷試樣保 持具的滑動動作而裝卸前述蓋體之氛圍遮斷單元。 5 .如申請專利範圍第4項所述之帶電粒子束用試樣裝 置’其中， -15- 201222617 前述氛圍遮斷試樣保持具係具備：遍及前述試樣交換 器及與其連通之前述試樣室而讓該試樣保持具滑動移動之 試樣交換棒。 6.如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束用試樣裝 置，其中， 前述氛圍遮斷試樣保持具係具有：可同時搭載FIB加 工前的試樣及FIB加工後的微細試樣之試樣載台。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之帶電粒子束用試樣裝 置，其中， 前述試樣載台’可相對於前述氛圍遮斷試樣保持具進 行裝卸。 8. 如申請專利範圍第6或7項所述之帶電粒子束用試 樣裝置，其中， 前述試樣載台係具備：將前述FIB加工前的試樣、前 述F IB加工後的微細試樣分別以不同高度或傾斜角度搭載 的機構。 9. 如申請專利範圍第8項所述之帶電粒子束用試樣裝 置，其中， 用來丨合載則述微細試樣的部位之材質，是使用石墨碳 等在兀素分析時不致造成阻礙且具有導電性的材皙。 1 〇.如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束用試樣 裝置，其中， ϋυ述與外氣離的氛圍是藉由導入非活性氣體而形成 可在k非活丨生氣體氛圍中進行試樣的加工及觀察。 -16-