TW201937528A

TW201937528A - 薄膜組件、檢驗容器以及電子顯微鏡

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Publication number: TW201937528A
Application number: TW107142752A
Authority: TW
Inventors: 黃祖緯; 吳佳凌; 劉鈰誼; 張茂展
Original assignee: 台灣電鏡儀器股份有限公司
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-09-16
Also published as: TWI688984B; CN110186942A

Abstract

一種檢驗容器包含一主體、一薄膜組件以及一蓋體。主體具有一容置槽以容置樣品。薄膜組件覆蓋容置槽之一開口端。薄膜組件包含一支撐件以及一薄膜。支撐件具有一第一表面以及一第二表面，其中支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿第一表面以及第二表面。薄膜設置於支撐件之第二表面側，且具有一第二通孔，其中第二通孔對應於第一通孔，且第二通孔可供一帶電粒子束通過。蓋體可拆卸地與主體結合，以固定薄膜組件。上述檢驗容器之薄膜組件易於更換且僅產生較少之耗材。同時亦揭露一種使用上述檢驗容器之電子顯微鏡。

Description

薄膜組件、檢驗容器以及電子顯微鏡

本發明是有關一種利用電子顯微鏡之檢驗技術，特別是一種可檢驗常壓下之樣品之薄膜組件、檢驗容器以及電子顯微鏡。

習知之電子顯微鏡是在真空環境下檢驗樣品，因此無法檢驗常壓狀態之樣品，例如包含液態或氣態之樣品。為了克服此缺陷，目前已發展出利用帶電粒子束可穿透之薄膜來分隔真空環境以及非真空環境之電子顯微鏡，亦即薄膜至電子槍間之區域為真空環境，而薄膜至樣品間之區域則可為非真空環境。依據此結構，電子顯微鏡即能夠檢驗常壓下之樣品，例如懸浮粒子之分散狀態、反應中之氣體或活體之生物樣本等。

然而，無可避免地，薄膜會受到帶電粒子束的轟擊而破損或因接觸樣本而髒污。傳統上，薄膜是黏貼於塊材上，再將塊材以多個螺絲鎖固於預定位置。因此，每次更換薄膜的程序較為繁鎖且產生大量的耗材。

有鑑於此，如何簡便地更換薄膜便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種薄膜組件，其是將薄膜設置於平板狀之支撐件上，此薄膜組件即能夠一蓋體固定於一主體上而形成一檢驗容器，以供電子顯微鏡進行檢驗。因此，本發明更換薄膜時所產生之耗材量可大幅減少，且操作者能夠簡便地更換薄膜組件。

本發明一實施例之薄膜組件包含一支撐件以及一薄膜。支撐件具有一第一表面以及相對之一第二表面，其中支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿第一表面以及第二表面。薄膜設置於支撐件之第二表面側，且具有一第二通孔，其中第二通孔對應於第一通孔，且第二通孔可供一帶電粒子束通過。

本發明另一實施例之檢驗容器包含一主體、一薄膜組件以及一蓋體。主體具有一容置槽以容置樣品。薄膜組件覆蓋容置槽之一開口端。薄膜組件包含一支撐件以及一薄膜。支撐件具有一第一表面以及相對之一第二表面，其中支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿第一表面以及第二表面。薄膜設置於支撐件之第二表面側，且具有一第二通孔，其中第二通孔對應於第一通孔，且第二通孔可供一帶電粒子束通過。蓋體可拆卸地與主體結合，以固定薄膜組件。

本發明又一實施例之電子顯微鏡包含一檢驗腔室、一帶電粒子束產生器、一檢驗容器以及一偵測器。檢驗腔室定義出一真空環境。帶電粒子束產生器與檢驗腔室連接，用以於檢驗腔室產生一帶電粒子束。檢驗容器放置於檢驗腔室中，以接受帶電粒子束轟擊。檢驗容器包含一主體、一薄膜組件以及一蓋體。主體具有一容置槽以容置樣品。薄膜組件覆蓋容置槽之一開口端。薄膜組件包含一支撐件以及一薄膜。支撐件具有一第一表面以及相對之一第二表面，其中支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿第一表面以及第二表面。薄膜設置於支撐件之第二表面側，且具有一第二通孔，其中第二通孔對應於第一通孔，且第二通孔可供一帶電粒子束通過，以轟擊樣品。蓋體可拆卸地與主體結合，以固定薄膜組件。偵測器用以偵測樣品被帶電粒子束轟擊之一響應，並轉換為一電子訊號。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1至圖3，本發明之一實施例之檢驗容器10是放置於一電子顯微鏡之一檢驗腔室中，以檢驗檢驗容器10中之一樣品。檢驗容器10包含一主體11、一薄膜組件12以及一蓋體13。主體11具有一容置槽111以容置樣品，例如懸浮粒子之分散狀態或活體之生物樣本等。於一實施例中，主體11之材料可為不銹鋼。薄膜組件12覆蓋容置槽111之一開口端，以封閉容置槽111。

請一併參照圖3，薄膜組件12包含一支撐件121以及一薄膜122。支撐件121具有一第一表面121a以及相對之一第二表面121b。支撐件121為平板狀，且具有一第一通孔121d。於圖3所示之實施例中，支撐件121包含一薄化區域，其涵蓋第一通孔121d，以降低第一通孔121d之側壁高度。舉例而言，支撐件121之第一表面121a側可設置一第一凹槽121c。第一通孔121d則設置於第一凹槽121c之底部，如此即可降低第一通孔121d之側壁高度。需注意者，請參照圖11，支撐件121可不設置任何薄化區域，亦即第一表面121a以及第二表面121b皆沒有高度差。可以理解的是，第一通孔121d之側壁可能阻擋訊號接收，於一實施例中，第一通孔121d之側壁高度與第一通孔121d之寬度之比值應小於等於0.7。於一實施例中，支撐件121之材料可為金屬或金屬化合物、非金屬化合物或高分子材料。舉例而言，金屬或金屬化合物可為鋁、銅、氧化鋁或不銹鋼等；非金屬化合物可為玻璃、陶瓷、氮化物、碳化物或矽化物等；高分子材料可為塑膠或橡膠等。

薄膜122設置於支撐件121之第二表面121b側，且具有一第二通孔122a。薄膜122之第二通孔122a對應於支撐件121之第一通孔121d，因此，帶電粒子束可經由第一通孔121d以及第二通孔122a進入容置槽111以轟擊樣品。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，薄膜122還包含覆蓋第二通孔122a之膜片，以維持容置槽111之氣密性。為了圖式簡潔，故未繪示覆蓋第二通孔122a之膜片。於一實施例中，薄膜122可為一薄膜晶片，舉例而言，薄膜晶片之材料可為半導體氮化物、半導體氧化物、金屬氧化物、高分子材料、石墨、石墨烯或其它適當之材料。

蓋體13則可拆卸地與主體11結合，以固定薄膜組件12。於一實施例中，蓋體13可相對於主體11旋轉而鎖合於主體11上並緊迫薄膜組件12，以防止樣品從容置槽111內洩露出來。舉例而言，蓋體13以及主體11可分別設置相對應之螺紋，使蓋體13以及主體11能夠相對旋轉而鎖緊。於一實施例中，主體11以及支撐件121之間可設置一O形環14，以增加密封的效果。可以理解的是，蓋體13具有適當之開孔131，以避免阻擋支撐件121之第一通孔121d以及薄膜122之第二通孔122a。於一實施例中，蓋體13之材料可為不銹鋼。

依據上述結構，操作者能直接旋轉來卸除蓋體13，卸除蓋體13後即可更換薄膜組件12，因此，操作者能簡便地更換破損的薄膜12。此外，支撐件121為一平板狀結構，薄膜122較為容易從支撐件121上取下，再黏貼新的薄膜122，因此，支撐件121能夠回收再利用，以進一步減少無法回收的耗材。

於一實施例中，第二通孔122a可為圓孔、方孔或狹長孔。可以理解的是，第二通孔122a為圓孔狀之薄膜122可承受較大之壓力。換言之，在相同壓力條件下，圓孔之孔徑可大於方孔之孔徑而不會導致薄膜122破損，因此，較大的圓孔可獲得較大的檢驗範圍。於一實施例中，第二通孔122a之側壁具有段差。換言之，如圖3所示，朝向支撐件12一側之第二通孔122a的開口較大，依據此結構，樣品所產生之背向散射帶電粒子可避免被薄膜122阻擋。

於一實施例中，支撐件121之第二表面121b具有一第二凹槽121e。薄膜122則設置於第二凹槽121e內。需注意的是，第二凹槽121e之深度小於薄膜122之厚度。依據此結構，薄膜122略微突出於支撐件121之第二表面121b，以避免氣泡停留在第二通孔122a的位置而排擠樣品或影響檢驗。可以理解的是，在無需考量氣泡的情況下，例如觀察氣體樣品，則第二凹槽121e之深度可大於薄膜122之厚度，如圖12所示。於一實施例中，第二凹槽121e之形狀可為圓形、方形或端點為圓形之方形。

請參照圖4，為了簡化圖式，圖4中未繪製O形環14。於一實施例中，容置槽111內可設置一載台112，其設置位置對應於薄膜122之第二通孔122a。由於帶電粒子束容易被液體吸收使得穿透深度較淺，因此，藉由設計適當高度之載台112，即可設定載台112至薄膜組件12之距離，以確保載台112上之樣品能夠被帶電粒子束轟擊，且樣品所產生之背向散射帶電粒子能夠穿透薄膜122而被偵測器所偵測。於一實施例中，容置槽111內可設置一流體入口113a以及一流體出口113b。流動態之樣品能夠經由流體入口113a進入容置槽111內，通過載台112進行檢驗後再經由流體出口113b排出。較佳者，流體入口113a以及流體出口113b至薄膜組件12之距離大於載台112至薄膜組件12之距離。依據此結構，可避免在容置槽111之頂部產生氣泡。

請參照圖5，於一實施例中，載台112是以可拆卸的方式設置於容置槽111內。舉例而言，載台112下方設置一定位梢112a，以定位梢112a對正容置槽111內之槽孔，將載台112推入容置槽111內即可。依據此結構，操作者可更換不同高度之載台112，以調整載台112至薄膜組件12之距離。於一實施例中，載台112之周圍可設置一O形環14a，以防止樣品或流體進入容置槽111之底部。

請參照圖6，於一實施例中，載台112包含一直立表面112b。舉例而言，載台112之頂面具有段差，如此即形成直立表面112b。依據此結構，樣品可站立抵靠於直立表面112b，以檢驗樣品之側面，例如觀察蝕刻液蝕刻樣品之深度。需注意者，直立表面112b不限定為垂直面，其亦可為一斜面，以利觀察不同角度之樣品。

請參照圖7，於一實施例中，載台112之下方可設置一推桿114，且推桿114延伸至容置槽111之外部。依據此結構，操作者可在不打開檢驗容器的情況下，利用推桿114來調整載台112之高度，亦即調整載台112至薄膜組件12之距離。舉例而言，推桿114具有一螺紋，操作者可利用適當之工具旋轉推桿114，以調整載台112至薄膜組件12之距離。於一實施例中，推桿114亦可利用電動方式驅動。

請參照圖8，於一實施例中，檢驗容器可包含一樣品墊塊112c，其以可拆卸的方式設置於載台112之一頂表面。樣品墊塊112c可為一拋棄式元件，以用於檢驗高污染或不易清洗之樣品。或者，具有活性之生物樣本可在樣品墊塊112c上培養，之後將附有生物樣本之樣品墊塊112c置於載台112上觀察。可以理解的是，樣品墊塊112c亦可設置適當之圖案，以控制流體樣品之流動行為以利觀察。

請參照圖9，於一實施例中，載台112具有一控溫流道115，其設置於載台112下方。控溫流體可從控溫流體入口113c流入控溫流道115以加熱或冷卻載台112上之樣品，再從控溫流體出口113d流出。控溫流體經加熱或冷卻可再流入控溫流道115形成一循環控溫系統。於一實施例中，控溫流道115內可設置一凸部115a，以使靠近樣品之控溫流道115頂端可充滿控溫流體。由圖9所示之實施例中可以看出，控溫流道115是由二個組件所構成，因此，設置O形環14b於適當位置以防止控溫流體洩露出來。

請參照圖10，於一實施例中，檢驗容器10可包含一控溫組件15，其設置於主體11之外側。控溫組件15可針對主體11或整個檢驗容器10進行直接加熱或冷卻，以控制樣品或檢驗環境之溫度。可以理解的是，控溫組件15能夠以較高的溫度從外部對主體11或整個檢驗容器10進行直接加熱，例如攝氏100度以上，甚至可達攝氏300度或以上。

請參照圖13，本發明之一實施例之電子顯微鏡包含一檢驗腔室21、一帶電粒子束產生器22、一檢驗容器10以及一偵測器23。檢驗腔室21可定義出一真空環境。帶電粒子束產生器22與檢驗腔室21連接，以在檢驗腔室21產生一帶電粒子束221。檢驗容器10放置於檢驗腔室21中，以接受帶電粒子束221轟擊。檢驗容器10之詳細結構已如前所述，在此不再贅述。偵測器23則偵測樣品被帶電粒子束221轟擊之一響應222，並轉換為一電子訊號。可以理解的是，電子訊號經後續之訊號處理可形成一顯微影像或X光頻譜。舉例而言，偵測器23可為一帶電粒子偵測器，以偵測來自樣品之背向散射帶電粒子。或者，偵測器23可為一元素頻譜偵測器，以偵測帶電粒子束221轟擊樣品後所發出的X光訊號。電子顯微鏡之其它功能元件，例如訊號處理器、電源供應器，已為本發明所屬技術領域之通常知識者所熟知，且非為本發明之主要技術特徵，故在此不再贅述。

另需說明的是，前述實施例是將薄膜組件12應用於密封檢驗容器10。然而，本發明之薄膜組件亦可應用密封包含帶電粒子束產生器之腔室。舉例而言，包含帶電粒子束產生器之腔室具有類似檢驗容器之主體的鎖固結構，薄膜組件12再以類似檢驗容器之蓋體之結構固定於腔室即可密封腔室。依據此結構，樣品即可在開放空間進行檢驗。

綜合上述，本發明之薄膜組件、檢驗容器以及電子顯微鏡是以平板狀之支撐件固定薄膜，因此，薄膜破損或髒污後，操作者不僅易於更換薄膜組件，且僅會產生較少量的耗材。較佳者，支撐件可再回收利用，以進一步減少耗材。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧檢驗容器

11‧‧‧主體

111‧‧‧容置槽

112‧‧‧載台

112a‧‧‧定位梢

112b‧‧‧直立表面

112c‧‧‧樣品墊塊

113a‧‧‧流體入口

113b‧‧‧流體出口

113c‧‧‧控溫流體入口

113d‧‧‧控溫流體出口

114‧‧‧推桿

115‧‧‧控溫流道

115a‧‧‧凸部

12‧‧‧薄膜組件

121‧‧‧支撐件

121a‧‧‧第一表面

121b‧‧‧第二表面

121c‧‧‧第一凹槽

121d‧‧‧第一通孔

121e‧‧‧第二凹槽

122‧‧‧薄膜

122a‧‧‧第二通孔

13‧‧‧蓋體

131‧‧‧開孔

14、14a、14b‧‧‧O形環

15‧‧‧控溫組件

21‧‧‧檢驗腔室

22‧‧‧帶電粒子束產生器

221‧‧‧帶電粒子束

222‧‧‧響應

23‧‧‧偵測器

圖1為一分解圖，顯示本發明第一實施例之檢驗容器。圖2為一組合圖，顯示本發明第一實施例之檢驗容器。圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之薄膜組件之局部放大結構。圖4為一示意圖，顯示本發明第二實施例之檢驗容器。圖5為一示意圖，顯示本發明第三實施例之檢驗容器。圖6為一示意圖，顯示本發明第四實施例之檢驗容器。圖7為一示意圖，顯示本發明第五實施例之檢驗容器。圖8為一示意圖，顯示本發明第六實施例之檢驗容器。圖9為一示意圖，顯示本發明第七實施例之檢驗容器。圖10為一示意圖，顯示本發明第八實施例之檢驗容器。圖11為一示意圖，顯示本發明另一實施例之薄膜組件。圖12為一示意圖，顯示本發明又一實施例之薄膜組件。圖13為一示意圖，顯示本發明一實施例之電子顯微鏡。

Claims

一種薄膜組件，包含：一支撐件，其具有一第一表面以及相對之一第二表面，其中該支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿該第一表面以及該第二表面；以及一薄膜，其設置於該支撐件之該第二表面側，且具有一第二通孔，其中該第二通孔對應於該第一通孔，且該第二通孔可供一帶電粒子束通過。
如請求項1所述之薄膜組件，其中該支撐件具有一薄化區域，其涵蓋該第一通孔，以降低該第一通孔之側壁高度。
如請求項1所述之薄膜組件，其中該第一通孔之側壁高度與該第一通孔之寬度之比值小於等於0.7。
如請求項1所述之薄膜組件，其中該支撐件之該第二表面具有一第二凹槽，該薄膜設置於該第二凹槽內，且該第二凹槽之深度小於該薄膜之厚度。
如請求項4所述之薄膜組件，其中該第二凹槽之形狀為圓形、方形或端點為圓形之方形。
如請求項1所述之薄膜組件，其中該第二通孔之側壁具有段差。
如請求項1所述之薄膜組件，其中該第二通孔為圓孔、方孔或狹長孔。
一種檢驗容器，其放置於一電子顯微鏡之一檢驗腔室以檢驗該檢驗容器中之一樣品，其中該檢驗容器包含：一主體，其具有一容置槽以容置該樣品；一薄膜組件，其覆蓋該容置槽之一開口端，其中該薄膜組件包含：一支撐件，其具有一第一表面以及相對之一第二表面，其中該支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿該第一表面以及該第二表面；以及一薄膜，其設置於該支撐件之該第二表面側，且具有一第二通孔，其中該第二通孔對應於該第一通孔，且該第二通孔可供一帶電粒子束通過；以及一蓋體，其可拆卸地與該主體結合，以固定該薄膜組件。
如請求項8所述之檢驗容器，其中該支撐件具有一薄化區域，其涵蓋該第一通孔，以降低該第一通孔之側壁高度。
如請求項8所述之檢驗容器，其中該第一通孔之側壁高度與該第一通孔之寬度之比值小於等於0.7。
如請求項8所述之檢驗容器，其中該支撐件之該第二表面具有一第二凹槽，該薄膜設置於該第二凹槽內，且該第二凹槽之深度小於該薄膜之厚度。
如請求項8所述之檢驗容器，其中該第二通孔之側壁具有段差。
如請求項8所述之檢驗容器，其中該蓋體相對於該主體旋轉，以鎖合於該主體。
如請求項8所述之檢驗容器，其中該容置槽具有一載台，其設置位置對應於該第二通孔。
如請求項14所述之檢驗容器，其中該容置槽具有一流體入口以及一流體出口，且該流體入口以及該流體出口至該薄膜組件之距離大於該載台至該薄膜組件之距離。
如請求項14所述之檢驗容器，其中該載台可拆卸地設置於該容置槽內。
如請求項14所述之檢驗容器，其中該載台具有一直立表面，以供該樣品站立抵靠於該直立表面。
如請求項14所述之檢驗容器，其中該載台至該薄膜組件之距離為可調整的。
如請求項14所述之檢驗容器，更包含：一樣品墊塊，其可拆卸地設置於該載台之一頂表面。
如請求項14所述之檢驗容器，其中該載台具有一控溫流道，以供一控溫流體於該控溫流道內流動。
如請求項8所述之檢驗容器，更包含一控溫組件，其設置於該主體之外側。
一種電子顯微鏡，包含：一檢驗腔室，其定義出一真空環境；一帶電粒子束產生器，其與該檢驗腔室連接，用以於該檢驗腔室產生一帶電粒子束；一檢驗容器，其放置於該檢驗腔室中，以接受該帶電粒子束轟擊，其中該檢驗容器包含：一主體，其具有一容置槽以容置一樣品；一薄膜組件，其覆蓋該容置槽之一開口端，其中該薄膜組件包含：一支撐件，其具有一第一表面以及相對之一第二表面，其中該支撐件為平板狀，且具有一第一通孔，其貫穿該第一表面以及該第二表面；以及一薄膜，其設置於該支撐件之該第二表面側，且具有一第二通孔，其中該第二通孔對應於該第一通孔，且該第二通孔可供該帶電粒子束通過，以轟擊該樣品；以及一蓋體，其可拆卸地與該主體結合，以固定該薄膜組件；以及一偵測器，其用以偵測該樣品被該帶電粒子束轟擊之一響應，並轉換為一電子訊號。