TWI457599B - 載具及其操作方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種載具及其操作方法，且特別是有關一種應用於顯微構件組之載具及其操作方法。
請參照第1圖，其繪示傳統掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)或聚焦式離子束顯微系統(Focused Ion Beam,FIB)之載台之示意圖。除了x、y、z三軸向的移動外，載台12可沿著z軸旋轉以及繞著x軸傾轉。然而，一般的載台12繞著x軸轉動的範圍大致僅能介於60°至120°之間，由於載台12受到此角度限制，故位於其上之待測物件14僅能以範圍有限的角度關係接受粒子束16的照射，這對SEM斷層掃描或FIB物件加工造成作業上的限制。
本發明係有關於一種載具及其操作方法，載具可帶動物件作全角度的轉動，可有效提升顯微系統之三維取像分析或物件加工的效能。
根據本發明之第一方面，提出一種顯微構件組之載具。載具包括一基座、一第一齒輪元件、一第二齒輪元件、一物件承載件及一固定件。第一齒輪元件可轉動地設於基座，第二齒輪元件可轉動地設於基座且嚙合於第一齒輪元件。物件承載件設於第二齒輪元件上，用以接受一物件的放置。固定件連接基座與顯微構件組之一載台上不做垂直軸向旋轉的位置。其中，第一齒輪元件可直接或經由轉接結構安裝至載台；且第一齒輪元件之轉動軸向與第二齒輪元件之轉動軸向之間係夾一角度。
根據本發明之第二方面，提出一種載具之操作方法。載具是用以裝設於一顯微構件組上。載具包括一基座、一第一齒輪元件、一第二齒輪元件、一物件承載件及一固定件。第一齒輪元件可轉動地設於基座，第二齒輪元件可轉動地設於基座且嚙合於第一齒輪元件。物件承載件設於第二齒輪元件上，用以承載一物件。固定件係連接基座與顯微構件組之一載台上不做垂直軸向旋轉的位置。其中，第一齒輪元件可直接或經由轉接結構安裝至載台；且第一齒輪元件之轉動軸向與第二齒輪元件之轉動軸向之間係夾一角度。操作方法包括以下步驟。驅動第一齒輪元件轉動；以及，第一齒輪元件帶動第二齒輪元件轉動，其中物件承載件隨第二齒輪元件轉動而帶動物件轉動，使物件受到顯微構件組之一粒子束之照射。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第2圖，其繪示依照本發明一實施例之顯微構件組之示意圖。載具102安裝在顯微構件組之載台104上，載台104包含可旋轉部分104a及不可旋轉部分104b，可旋轉部分104a可垂直方向旋轉，不可旋轉部分104b係不作垂直轉動。本實施例之載具102並非侷限於第2圖所示之結構，於其它實施例中，載具102的外型及結構可與第2圖不同。顯微構件組可以是掃描式電子顯微鏡、聚焦式離子束顯微構件組或其它種類之顯微構件組。
載具102包括基座110、第一齒輪元件106、第二齒輪元件108、物件承載件152以及固定件118。第一齒輪元件106可轉動地設於基座110，並連接至載台104上之可旋轉部分104a，可旋轉部分141a可驅動第一齒輪元件106。第二齒輪元件108可轉動地設於基座110且嚙合於第一齒輪元件106，本實施例中，第二齒輪元件108直接嚙合於第一齒輪元件106。其中，第一齒輪元件106之轉動軸向S1與第二齒輪元件108之轉動軸向S2間夾一角度A1。
物件承載件152安裝於第二齒輪元件108。物件承載件152上可放置待檢測或加工之物件154(物件154繪示於第6圖)。當第一齒輪元件196受到載台104上之可旋轉部分104a之驅動而轉動時，第二齒輪元件108受到第一齒輪元件106之帶動而轉動，位於第二齒輪元件108上之物件承載件152以及物件承載件152上之物件154亦隨著第二齒輪元件108之轉動而轉動。因此，物件154可繞轉動軸向S2作360度轉動，以受到顯微構件組中的入射粒子束(如電子束或離子束)照射，進而達成全角度的斷層掃描取像或加工。
固定件118及第一齒輪元件106可直接或藉由可拆卸結構固定於載台104上，使本實施例之載具102可輕易地安裝於任何種類之顯微構件組之載台上，使載具102具有組裝及拆卸方便的優點。上述可拆卸結構例如是鎖固件或卡合件，例如，一鎖固元件(未繪示)以螺接或一卡接件(未繪示)以卡接方式將固定件118固設於載台104上之不可旋轉部分104b，相似地，一鎖固元件以螺接或一卡接件以卡接方式將第一齒輪元件106固設於載台104上之不可旋轉部分104b。
此外，藉由固定件118連接載台104上之不可旋轉部分104b與基座110，使得當第一齒輪元件106帶動第二齒輪元件108轉動時，基座110係不隨之轉動。例如，透過固定件118與第一轉接件120之卡合，使基座110係不隨之轉動。請參照第3圖，其繪示第2圖之第一轉接件與固定件之卡設示意圖。基座可具有一開孔，使固定件可卡設於開孔，例如，基座110包括基座本體158(繪示於第2圖)及第一轉接件120，第一轉接件120固設於基座110之基座本體158上且具有一開孔120a。固定件118固設於載台104且卡設於第一轉接件120之開孔120a。開孔120a例如是長條孔或圓孔，本實施例之開孔120a以長條孔為例。開孔120a之延伸方向(長軸方向)大致上平行第二齒輪元件108之轉動軸向S2。開孔120a沿一方向的內徑d1大致上等於固定件118與開孔120a接合處的外徑d2。此處的方向係第一齒輪元件106轉動時，第一轉接件120中對應於開孔120a部位的受力方向。
進一步地說，由於第一齒輪元件106繞轉動軸向S1轉動時，開孔120a亦有繞轉動軸向S1轉動的趨勢(例如是沿切線方向Y轉動的趨勢)，開孔120a因此受到固定件118沿Y軸方向的阻擋而受力。然而，藉由開孔120a沿Y軸方向的內徑d1大致上等於固定件118與開孔120a接合處的之外徑d2，故可限制第一轉接件120之開孔120a沿Y軸方向運動。當第一齒輪元件106轉動時，由於第一轉接件120受到固定件118之限制，故基座110亦受到限制而相對不動，如此使第一齒輪元件106可繞者轉動軸向S1轉動及使第二齒輪元件108可繞者轉動軸向S2轉動。
本實施例之座標系X-Y-Z用以方便說明圖示之視角方向及齒輪的轉動方向，並非限定為載台104或顯微構件組的座標系。例如，於本實施例中，X軸係第二齒輪元件108的轉動軸向S2，而Z軸係第一齒輪元件106的轉動軸向S1，於其它實施例中，X-Y-Z軸又可具有不同的定義。
雖然本實施例之第一轉接件120以具有開孔120a為例說明，然此非用以限制本發明。於其它實施態樣中，第一轉接件可省略開孔，而固定件可具有開孔，使基座可卡設於開孔。進一步地說，請參照第4圖及第5圖，第4圖繪示依照本發明一實施態樣之第一轉接件與固定件卡設示意圖，第5圖繪示第4圖中沿+X軸方向之側視圖。固定件218具有開孔218a，開孔218a例如是長條孔，其延伸方向(即長軸方向)實質上平行第一齒輪元件106之轉動軸向S1。開孔218a沿Y軸方向的內徑d3實質上等於第一轉接件220與開孔218a接合處的外徑d4，本實施例中，第一轉接件220具有一插入部142，其插入開孔218a內。開孔218a的內徑d3大致上等於插入部142與開孔218a接合處的外徑d4。
本實施例中，固定件118係細長桿件，然此非用以限制本發明，於其它實施態樣中，固定件118的結構亦可為其它外形。進一步地說，只要能固定基座110之第一轉接件120者，皆不脫離本發明實施例之固定件118的範圍。
以下進一步介紹基座110、第一齒輪元件106及第二齒輪元件108之結構。請參照第6圖，其繪示第2圖之前視圖。
基座本體158包括第一子基座112及第二子基座114。第一子基座112固接於第二子基座114且第一子基座112與第二子基座114之間夾一角度A2。一實施態態中，角度A2例如約90度，即，第一子基座112與第二子基座114構成一L型基座。
第一齒輪元件106例如是一組件或一體成形之元件。第一齒輪元件106包括第一齒輪124及第二轉動桿126及第三轉動桿128。第二轉動桿126之外徑小於第三轉動桿128之外徑，使第二轉動桿126與第三轉動桿128構成一段差桿。第二轉動桿126可直接固接於顯微構件組100之載台104，然此非用以限制本發明。於其它實施例中，第二轉動桿可透過各種類型之轉接結構固接於顯微構件組之載台。例如，請參照第7圖，其繪示本發明其它實施例之載具之第二轉接件的剖視圖。第二轉接件164具有開孔164a及螺孔164b，第二轉接件164用以連接第二轉動桿126與載台104。例如，第二轉動桿126可穿過開孔164a設置，鎖固元件166可穿過螺孔164b而將第二轉動桿126固定在第二轉接件164上。此外，第二轉接件164與顯微構件組之載台結合的方式可以載台結構而有不同設計，使載具102之第一齒輪元件106可透過第二轉接件164裝設於各類顯微構件組之載台上。在本例當中，第二轉接件164底部係為一可鉗合顯微構件組載台的凹槽。
請回到第6圖，第三轉動桿128設於基座110上並連接第一齒輪124與第二轉動桿126。透過第三轉動桿128設於基座110上可將第一齒輪124墊高，避免第一齒輪124之背面124a與基座110直接接觸，然此非用以限制本發明。於其它實施態樣中，第一齒輪元件106亦可省略第三轉動桿128，而第二轉動桿126連接第一齒輪124與顯微構件組之載台104，在此情況下，雖然第一齒輪124之背面124a與基座110直接接觸，然仍不影響第一齒輪124之轉動。
第二齒輪元件108例如是一組件或一體成形之元件。第二齒輪元件108包括第二齒輪132及第一轉動桿134及連接部136。第二齒輪元件108以第一轉動桿134可動地連接於第一轉接件120。第二齒輪132例如是斜齒輪，連接部136連接第二齒輪132與第一轉動桿134上。第一齒輪元件106之轉動軸向S1與第二齒輪元件108之轉動軸向S2間之角度A1約90度。在其它實施態樣中，第一齒輪元件106及第二齒輪元件108亦可為其它類型的齒輪，在此情況下，第一齒輪元件106之轉動軸向S1與第二齒輪元件108之轉動軸向S2間之夾角不限於90度。
請同時參照第6圖及第8圖，第8圖繪示第6圖之基座、第一轉接件、第一齒輪元件及第二齒輪元件之爆炸圖。第一轉接件120包括第一固定桿138及抵靠件140且具有貫孔150。插入部142係第一固定桿138之一端，其卡設於固定件118，上述開孔120a係貫穿於該端142。抵靠件140固接於第一固定桿138。如第6圖所示，抵靠件140位於基座貫孔130內，第二齒輪元件108之連接部136抵靠於抵靠件140，以受到抵靠件140之止擋。
如第8圖所示，第二齒輪132之最大外徑d5小於基座貫孔130之內徑d6，使第二齒輪元件108可往第8圖中基座本體158之方向穿過基座貫孔130，第二齒輪元件之第一轉動桿134裝設至第一轉接件120之貫孔150，然後第一轉接件120之抵靠件140固設於基座110之基座本體158上，其中抵靠件140可藉由鎖固元件(未繪示)穿過貫孔144而鎖固於基座110之基座本體158的螺孔162上。此外，基座本體158具有貫孔146，可先將第一齒輪元件106之第二轉動桿126插入貫孔146並使第三轉動桿128承靠於基座110上，然後，令第二齒輪元件108往第8圖中基座110之方向穿過基座貫孔130直到嚙合於第一齒輪元件106為止。如上所述，由於第一轉接件120係以螺接或其它可拆卸方式固設於基座本體158上，使第二齒輪元件108在組裝及拆卸上具有快速、方便的特性。
此外，第二齒輪元件108之第一轉動桿134之外徑小於貫孔150之內徑，使第一轉動桿134於第一固定桿138之貫孔150內可自由轉動。較佳但非限定地，第一轉動桿134之外徑與貫孔150之內徑係精密地配合，即第一轉動桿134之外徑實質上等於或略小於貫孔150之內徑。
第一轉接件120係一體成型之結構，即，第一固定桿138及抵靠件140係於同一製程中完成。例如，應用機械切削方式切削單塊母材成為第一轉接件120；或者，應用例如是鑄造方式製作出第一轉接件120。然，於其它實施態樣中，第一轉接件亦可由多個分件組成，例如，請參照第9圖，其繪示本發明其它實施例態樣之第一轉接件的剖視圖。第一轉接件320包括第一子件346及第二子件348。第一子件346包括第一固定桿328及抵靠件340，抵靠件340固接於第一固定桿328，第一固定桿328以例如是螺接、咬合或焊接的方式固接於第二子件348之一端348a。第二子件348之一端348b具有開孔320a。其中，抵靠件340及開孔320a分別相似於上述抵靠件140及開孔120a，於此不再贅述。
此外，如第6圖及第10圖所示，第10圖繪示第6圖中物件承載件之示意圖。物件承載件152設於第二齒輪元件158上，例如是固設於第二齒輪元件158之第二齒輪132上。物件承載件152具有放置槽156，物件承載件152以放置槽156經過第二齒輪132之轉動軸向S2的方式固設於第二齒輪132上，如此一來，當第二齒輪132轉動時，位於放置槽156上的待分析或加工物件154不會偏心轉動。舉例來說，物件承載件152的中心軸S3(繪示於第10圖)係經過放置槽156，第二齒輪132具有螺孔或貫孔160(繪示於第8圖)。當物件承載件152設於第二齒輪132之螺孔或貫孔160時，螺孔或貫孔160的中心、第二齒輪132之轉動軸向S2及物件承載件152之中心軸S3係重合，如此，當第二齒輪132轉動時，位於放置槽156上的物件154不會偏心轉動。
以下係以第11圖之流程圖說明顯微構件組之操作方法。請參照第11圖，其繪示依照本發明一實施例之顯微構件組之操作方法流程圖。步驟S102至S104係載具102之操作方法。
於步驟S102中，可旋轉部分104a驅動第一齒輪元件106轉動。
然後，於步驟S104中，第一齒輪元件106帶動第二齒輪元件108轉動，固設於第二齒輪132上之物件承載件152隨之轉動，以帶動物件154繞轉動軸向S2轉動。
然後，於步驟S106中，顯微構件組100照射粒子束(例如是電子束或離子束)至物件154上。由於物件154可繞轉動軸向S2作360度的轉動，故顯微構件組100可以在轉動軸向S2上全角度的檢測物件154，或對整個物件154進行加工。
本實施例之載具102安裝至一般顯微構件組載台後，可藉由齒輪機構帶動物件154繞轉動軸向S2達到360度的轉動範圍，使顯微構件組100可不受限地對物件154進行三維斷層掃描影像擷取或對物件154進行完整角度的側向加工。
本發明上述實施例之載具及其操作方法，待分析或加工的物件可以繞轉動軸向S2進行360度的轉動，以接受顯微構件組中的入射粒子束(如電子束或離子束)照射，進而達成全角度的斷層掃描取像或加工。此外，載具具有可攜帶性及可拆裝性，且其組裝於及拆卸自顯微構件組之載台係相當方便且快速。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、102．．．載具
12、104．．．載台
14、154．．．物件
16．．．電子束
100．．．顯微構件組
104a．．．可旋轉部分
104b．．．不可旋轉部分
106．．．第一齒輪元件
108．．．第二齒輪元件
110．．．基座
112．．．第一子基座
114．．．第二子基座
118、218．．．固定件
120、220、320．．．第一轉接件
120a、164a、218a．．．開孔
124．．．第一齒輪
124a．．．背面
126．．．第二轉動桿
128．．．第三轉動桿
130．．．基座貫孔
132．．．第二齒輪
134．．．第一轉動桿
136．．．連接部
138．．．第一固定桿
140．．．抵靠件
142．．．插入端
144、150．．．貫孔
152．．．物件承載件
156．．．放置槽
158．．．基座本體
160．．．貫孔或螺孔
162．．．螺孔
164．．．第二轉接件
166．．．鎖固元件
320．．．轉接桿
328．．．第一固定桿
340．．．抵靠件
346．．．第一子件
348．．．第二子件
348a．．．一端
348b．．．另一端
A1、A2．．．角度
d1、d3、d6．．．內徑
d2、d4、d5．．．外徑
S1、S2．．．轉動軸向
S3．．．中心軸
第1圖繪示一般顯微構件組之載台之示意圖。
第2圖繪示依照本發明一實施例之顯微構件組之示意圖。
第3圖繪示第2圖之第一轉接件與固定件之卡設示意圖。
第4圖繪示依照本發明一實施態樣之第一轉接件與固定件之卡設示意圖。
第5圖繪示第4圖中沿+X軸方向之側視圖。
第6圖繪示第2圖之前視圖。
第7圖繪示本發明其它實施例之載具之第二轉接件的剖視圖。
第8圖繪示第6圖之基座、第一轉接件、第一齒輪元件及第二齒輪元件之爆炸圖。
第9圖繪示本發明其它實施例態樣之第一轉接件的剖視圖。
第10圖繪示第6圖中物件承載件之示意圖。
第11圖繪示依照本發明一實施例之顯微構件組之操作方法流程圖。
100．．．顯微構件組
102．．．載具
104．．．載台
104a．．．可旋轉部分
104b．．．不可旋轉部分
106．．．第一齒輪元件
108．．．第二齒輪元件
110．．．基座
118．．．固定件
120．．．第一轉接件
152．．．物件承載件
154．．．物件
158．．．基座本體
A1．．．角度
S1、S2．．．轉動軸向
Claims (9)
- 一種顯微構件組之載具，該載具包括：一基座；一第一齒輪元件，可轉動地設於該基座；一第二齒輪元件，可轉動地設於該基座且嚙合於該第一齒輪元件；一物件承載件，設於該第二齒輪元件上，該物件承載件用以接受一物件的放置，以及一固定件，係連接該基座與該顯微構件組之一載台，其中該載台包括一可旋轉部分及一不旋轉部分，該可旋轉部分用以驅動該第一齒輪元件，該固定件係連接該基座與該載台之該不旋轉部分；其中，該第一齒輪元件之轉動軸向與該第二齒輪元件之轉動軸向之間係夾一角度，該基座與該固定件之一者具有一開孔，該基座與該固定件之另一者可拆卸地插入以卡設於該開孔，以限制該開孔沿著垂直於該第一齒輪元件之轉動軸向與該第二齒輪元件之轉動軸向的方向移動。
- 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第一齒輪元件及該第二齒輪元件係斜齒輪。
- 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該角度實質上等於90度。
- 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該開孔係位於該基座，該開孔沿一方向的內徑實質上等於或略小於該固定件與該開孔接合處之外徑，其中該方向係該第一齒輪元件轉動時，該開孔的受力方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該基座具有一第一固定桿，該開孔係位於該固定件，該開孔沿一方向的內徑實質上等於該基座之該第一固定桿與該開孔接合處之外徑，其中該方向係該第一齒輪元件轉動時，該開孔的受力方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該基座包括：一基座本體，具有一基座貫孔；以及一第一轉接件，固設於該基座本體上；其中，該第一轉接件與該第二齒輪元件中之一者穿設該基座貫孔，且該第二齒輪元件可動地連接於該第一轉接件。
- 如申請專利範圍第6項所述之載具，其中該第一轉接件包括：一第一固定桿，卡設於該固定件；以及一抵靠件，固接於該第一固定桿且位於該基座貫孔內；該第二齒輪元件包括：一第二齒輪，該第二齒輪之外徑小於該基座貫孔之內徑；一第一轉動桿，可動地連接於該第一轉接件；以及一連接部，連接該第二齒輪與該第一轉動桿且抵靠於該第一轉接件之該抵靠件上。
- 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該載具更包括： 一第二轉接件，係連接該第一齒輪元件與該載台之該可旋轉部分。
- 一種載具之操作方法，該載具適用於裝設在一顯微構件組上，該載具包括一基座、一第一齒輪元件、一第二齒輪元件、一物件承載件及一固定件，該第一齒輪元件可轉動地設於該基座，該第二齒輪元件可轉動地設於該基座且嚙合於該第一齒輪元件，該物件承載件設於該第二齒輪元件上，用以承載一物件，該固定件係連接該基座與該顯微構件組之一載台，其中該載台包括一可旋轉部分及一不旋轉部分，該可旋轉部分用以驅動該第一齒輪元件，該固定件係連接該基座與該載台之該不旋轉部分，其中該第一齒輪元件之轉動軸向與該第二齒輪元件之轉動軸向之間係夾一角度，該基座與該固定件之一者具有一開孔，該基座與該固定件之另一者可拆卸地插入以卡設於該開孔，以限制該開孔沿著垂直於該第一齒輪元件之轉動軸向與該第二齒輪元件之轉動軸向的方向移動，該操作方法包括：驅動該第一齒輪元件轉動；以及該第一齒輪元件帶動該第二齒輪元件轉動，其中該物件承載件隨該第二齒輪元件轉動而帶動該物件轉動，使該物件受到該顯微構件組之粒子束之照射。
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