TWI709993B - 樣本承載裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種樣本承載裝置，其包含單一個基板、穿透結構、固定結構。穿透結構形成於基板的一側，穿透結構內具有流體通道，固定結構形成於穿透結構的一側。樣本承載裝置區隔有端部、觀測部及操作部。使用者可以透過操作操作部，使觀測部與端部相互分離。觀測部與端部分離後，使用者可以讓樣本通過外露於觀測部的流體通道的端口，進入流體通道中。在觀測部的流體通道承載有樣本後，使用者可以密封流體通道的端口，而將觀測部設置於電子顯微鏡中。藉此，使用者即可以利用電子顯微鏡設備觀測設置於觀測部的流體通道中的液態樣本。

Description

樣本承載裝置及其操作方法
本發明涉及一種樣本承載裝置及其操作方法，樣本承載裝置適用於承載樣本，並供使用者於電子顯微鏡設備下觀測該樣本。
現有常見的電子顯微鏡，例如原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)、穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)等，使用主要是將樣本設置於一樣品桿上，而後再將樣品桿送入電子顯微鏡中，或是直接將樣品放置到電子顯微鏡內部的觀測載台。由於樣品桿或是觀測載台皆無法直接承載液態樣本，因此，相關研究人員並無法直接電子顯微鏡觀測液態樣本。為此，造成研究人員的困擾。
本發明公開一種樣本承載裝置及其操作方法，主要用以改善現有電子顯微鏡設備，及其相關觀測用套件，無法讓使用者可以直接於電子顯微鏡下觀測到液態樣本。
本發明實施例公開一種樣本承載裝置，其適用於承載一樣本，樣本承載裝置包含：單一個基板、至少一穿透結構及一固定結構。單一個基板彼此相反的兩側分別定義為一第一側及一第二側，基板於第二側形成有貫穿基板的一下觀測窗。至少一穿透結構形成於基板的第一側，穿透結構具有至少一流體通道；下觀測窗用以使部分的穿透結構露出於基板；流體通道用以容置樣本。固定結構形成於穿透結構 相反於基板的一側，固定結構覆蓋穿透結構的一部分；固定結構相反於基板的一側形成有貫穿固定結構的一上觀測窗，上觀測窗用以使部分的穿透結構露出於固定結構。其中，樣本承載裝置區隔有至少一端部、至少一操作部及一觀測部，操作部位於端部及觀測部之間，操作部能被操作，而使端部與觀測部彼此分離；上觀測窗及下觀測窗彼此相對應地設置，且上觀測窗及下觀測窗位於觀測部；流體通道橫跨端部、操作部及觀測部設置。其中，當操作部被操作，而端部與觀測部彼此分離時，流體通道的一端口將外露於觀測部外，而樣本能通過端口進入流體通道。其中，當觀測部中的流體通道中承載有樣本，且端口被密封時，觀測部能被送入電子顯微鏡設備中。
本發明實施例還公開一種樣本承載裝置的操作方法，其包含以下步驟：一拆卸步驟：使所述端部與所述觀測部相互分離，以使位於所述觀測部的所述流體通道的兩端口外露；一取樣步驟：使其中一個所述端口接觸所述樣本，以使所述樣本通過所述端口進入所述流體通道；一密封步驟：密封所述端口，以使所述流體通道及所述流體通道內的所述樣本與外隔離。
本發明實施例還公開一種樣本承載裝置的操作方法，其包含以下步驟：一取樣步驟：使用一操作工具通過貫穿孔刺破露出於貫穿孔的穿透結構，以流體通道與外連通，並使樣本通過貫穿孔進入流體通道內；一拆卸步驟：使端部與觀測部相互分離，以使位於觀測部的流體通道的兩端口外露；一密封步驟：密封端口，以使流體通道及流體通道內的樣本與外隔離。
綜上所述，本發明的樣本承載裝置，透過於單一個基板上形成流體通道的設計，可以大幅提升樣本承載裝置的製造良率，且流體通道中可以承載液態樣本，而樣本承載裝置可以直接固定於一般的電子顯微鏡設備 所使用的樣品桿或是電子顯微鏡設備的觀測載台上，因此，使用者可以透過樣本承載裝置承載液態樣本，而於電子顯微鏡下直接觀測液態樣本。
為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。
100:樣本承載裝置
1:基板
1A:第一側
1B:第二側
10:第一表面
11:端部
12:操作部
121:缺口
13:觀測部
14:下觀測窗
15:凹槽
2:穿透結構
2A:流體通道
2B:端口
21:第一穿透結構
22:第二穿透結構
221:頂壁
222:側壁
3:固定結構
31:上觀測窗
31A:開口
32:基部
33:凸出部
34:貫穿孔
4:犧牲層結構
5:密封膠
6:黏膠
7:銅環
81:控制電路
82:金屬接觸部
83:電極結構
84:加熱元件
9:微流體晶片
91:控制器
92:混合器
93:流量控制器
94:加熱器
95:過濾器
96:開關
97:金屬接觸部
D1:寬度
D2:寬度
S:樣本
θ:夾角
圖1為本發明的樣本承載裝置的第一實施例的立體示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為沿圖1的剖面線Ⅲ-Ⅲ剖開的剖面示意圖。
圖4為沿圖1的剖面線Ⅳ-Ⅳ剖開的剖面示意圖。
圖5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G為本發明的樣本承載裝置的第一實施例大致的製作流程示意圖。
圖6為本發明的樣本承載裝置的第一實施例的製作過程中的示意圖。
圖7為本發明的樣本承載裝置的第一實施例的操作方法的示意圖。
圖8為本發明的樣本承載裝置的第一實施例的觀測部與端部分離後的的立體示意圖。
圖9為本發明的樣本承載裝置的第一實施例吸取樣本的示意圖。
圖10為本發明的樣本承載裝置的第一實施例在吸取樣本後的操作流程示意圖。
圖11為本發明的樣本承載裝置的第二實施例的立體示意圖。
圖12為沿圖11的剖面線XII-XII剖開的剖面示意圖。
圖13為沿圖11的剖面線XIII-XIII剖開的剖面示意圖。
圖14A、14B、14C、14D、14E、14F、14G為本發明的樣本承載裝置的第二實施例大致的製作流程示意圖。
圖15為本發明的樣本承載裝置的第三實施例的俯視示意圖。
圖16為本發明的樣本承載裝置的第四實施例的局部俯視示意圖。
圖17為本發明的樣本承載裝置的第五實施例的局部俯視示意圖。
於以下說明中，如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述及的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。
請一併參閱圖1至圖4，圖1為本發明的樣本承載裝置的第一實施例的立體示意圖，圖2為圖1的俯視圖，圖3為沿圖1的剖面線Ⅲ-Ⅲ剖開的剖面示意圖，圖4為沿圖1的剖面線Ⅳ-Ⅳ剖開的剖面示意圖。
樣本承載裝置100適用於承載一樣本S(如圖9所示)。樣本承載裝置100用於設置在電子顯微鏡設備的樣品桿(Sample holder)上，而電子顯微鏡設備則能通過樣本承載裝置100觀測其所承載的樣本S。所述電子顯微鏡設備例如是原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)、穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)等，於此不加以限制。
在實際應用中，本發明的樣本承載裝置100在承載有樣本後，是透過黏膠與銅環(Cu Hole Grid)相互固定，而後再設置於樣品桿的預定位置上。由於本發明的樣本承載裝置100的內部可以承載液態的樣本，因此，相關研究人員可以利用電子顯微鏡，觀測液態的樣本。
一般來說，待測樣本是設置於標準銅網(Standard Cu Grid)上，而後透過相關固定構件，固定設置於樣品桿上。由於標準銅網無法承載液態的樣本，因此，相關研究人員並無法直接利用電子顯微鏡來觀測液態的樣本。也就是說，本發明的樣本承載裝置100提供研究人員在電子顯微鏡設備下觀測液態的樣本的技術方案，以下將詳細說明本發明的樣本承載裝置100所包含的構件及其大致的製作方式。
樣本承載裝置100包含：單一個基板1、至少一穿透結構2及一固定結構3。基板1彼此相反的兩側分別定義為一第一側1A及一第二側1B。樣本承載裝置100可以區隔有兩個端部11、兩個操作部12及一觀測部13。觀測部13位於兩個端部11之間，各個操作部12位於其中一個端部11與觀測部13之間。操作部12能被操作，而使端部11與觀測部13彼此分離。在實際應用中，基板1及固定結構3於操作部12可以形成有複數個缺口121。而使用者可以是利用相關工具，施加外力於操作部12，據以使樣本承載裝置100由操作部12的位置斷裂，從而使端部11與觀測部13彼此分離。
需說明的是，基板1及固定結構3於操作部12的位置，不以對應形成有缺口121為限，基板1及固定結構3於操作部12的位置也可以形成有改質區域，例如是透過隱形切割(Stealth Dicing)等技術，對基板1的操作部12的區域進行改質，從而使操作部12的區域的材質脆化，藉此，當操作部12受外力作用時，樣本承載裝置100將容易由操作部12的位置斷裂，而端部11與觀測部13將據以彼此分離。依上所述，操作部12的作用就是用來讓使用者可以輕易地使端部11與觀測部13相互分離，因此，在實際應用中，基板1及固定結構3可以於操作部12形成任何便於使用者，將端部11及觀測部13相互分離的結構、構造等，不以上述缺口或是改質區域為限。
穿透結構2形成於基板1的第一側1A。穿透結構2內部具有一流體通道2A，流體通道2A用以容置樣本S。流體通道2A橫跨於端部11、操 作部12及觀測部13設置。如圖3及圖4所示，穿透結構2可以定義有第一穿透結構21及第二穿透結構22。基板1的第一側的第一表面10形成有第一穿透結構21，第二穿透結構22形成於第一穿透結構21相反於第一表面10的一側，且第二穿透結構22與部分的第一穿透結構21共同形成流體通道2A。
在實際應用中，第二穿透結構22可以是包含有一頂壁221及兩個側壁222，頂壁221的兩個彼此相反的側邊分別向一方向延伸形成有一個所述側壁222，且兩個側壁222彼此相面對地設置，而頂壁221及兩個側壁222共同形成類似ㄇ字型的結構。當然，第二穿透結構22的外型，不以此為限，其可以是依據需求變化。
基板1的第二側1B形成有貫穿基板1的一下觀測窗14，而下觀測窗14用以使一部分的穿透結構2露出於基板1。固定結構3形成於穿透結構2相反於基板1的一側，固定結構3覆蓋穿透結構2的一部分。固定結構3相反於基板1的一側形成有貫穿固定結構3的一上觀測窗31，上觀測窗31用以使部分的穿透結構2露出於固定結構3。固定結構3形成於第二穿透結構22相反於基板1的一側，且固定結構3還形成於部分的第一穿透結構21相反於基板1的一側。
穿透結構2及固定結構3可以是利用表面處理製程，先後形成於基板1的一側，所述表面處理製程例如是：半導體製程、微機電製程(MEMS)等。在實際應用中，利用表面處理製程於基板1的第一側形成穿透結構2及固定結構3，可以準確地控制穿透結構2及固定結構3的形成位置、尺寸、外型等。
上觀測窗31與下觀測窗14的位置是彼此相對應地設置，而電子顯微鏡設備的電子束，能通過上觀測窗31及下觀測窗14進入流體通道2A中，並據以穿過位於流體通道2A中的樣本S。關於上觀測窗31及下觀測窗14 的外型及其尺寸，可以是依據需求變化，於此不加以限制，只要上觀測窗31及下觀測窗14能讓電子顯微鏡設備的電子束通過即可。
如圖3所示，在本實施例樣本承載裝置100的剖面示意圖中，是以下觀測窗14大致呈現為梯形，而上觀測窗31大致呈現為矩形為例，但不以此為限。在實際應用中，圖3所示的下觀測窗14的側壁與第一穿透結構21的夾角θ，可以是介於80度至160度。在不同的實施例中，樣本承載裝置100在圖3所示的剖面示意圖中，上觀測窗31的外型也可以是大致呈現為梯形。
請參閱圖5A至圖5G，其顯示為本發明的樣本承載裝置大致的第一實施例的製作流程示意圖。在實際應用中，穿透結構2及固定結構3的製作流程大致可以包含以下步驟：步驟一：如圖5A所示，於基板1的第一側的第一表面10形成一第一穿透結構21；例如是利用沈積的方式，於第一表面10沈積氮化矽(Si3N4)層，以形成所述第一穿透結構21；基板1的厚度可以是525微米，第一穿透結構21的厚度可以是介於25奈米至100奈米；步驟二：如圖5B所示，於第一穿透結構21上形成為矩形體的一犧牲層結構4；犧牲層結構4例如可以是複晶矽(Ploy-Si)；步驟三：如圖5C所示，於犧牲層結構4及第一穿透結構21上形成一第二穿透結構22，並使第二穿透結構22與第一穿透結構21形成鍵結；例如是利用沈積的方式，於犧牲層結構4及第一穿透結構21沈積氮化矽(Si3N4)層，以形成所述第二穿透結構22；步驟四：如圖5D所示，於第二穿透結構22及第一穿透結構21上形成固定結構3，以使固定結構3覆蓋於第二穿透結構22的外圍；例如是利用沈積的方式，於第二穿透結構22及第一穿透結構21上沈積二氧化矽(SiO2)層，以形成所述固定結構3； 步驟五：如圖5E所示，去除部分位於第二穿透結構22上的固定結構3，以形成上觀測窗31，並據以使部分的第二穿透結構22露出於固定結構3；例如是利用乾蝕刻的方式，去除部分位於第二穿透結構22上的固定結構3；固定結構3的最大厚度可以是大致為5微米；上觀測窗31的長度可以大致為300微米，上觀測窗31的寬度可以大致為25微米；步驟六：如圖5F所示，去除位於第二穿透結構22及第一穿透結構21之間的犧牲層結構4，以於第二穿透結構22及第一穿透結構21之間形成所述流體通道2A；例如是利用乾蝕刻或是濕蝕刻的方式，去除犧牲層結構4；流體通道2A的高度可以是介於0.1微米至0.5微米，流體通道2A的寬度可以是大致為120微米；步驟七：如圖5G所示，去除位於基板1的第二側的一部分，以形成下觀測窗14。
透過上述步驟，將可於基板1的第一表面10上形成有由第一穿透結構21及第二穿透結構22所構成的穿透結構2，而位於第一穿透結構21及第二穿透結構22之間的空間，則對應形成為所述流體通道2A的一部分。
如圖6所示，本發明的樣本承載裝置100是利用表面製程技術，於單一個基板1的表面上，形成具有流體通道2A的穿透結構2，意即，本發明的樣本承載裝置100的流體通道2A是直接形成於單一個基板1的一側，而流體通道2A並非與其他構件共同構成，如此，在生產製造穿透結構2時，相關人員僅需要掌握生產製程中的相關參數，即可精確地製作出如預期的流體通道2A。
特別說明的是，申請人經過多次、反覆地試驗才發現：若是先於兩個基板上分別形成凹槽，而後再利用黏膠，將兩個基板相互固定，從而使兩個凹槽及黏膠共同形成流體通道的方式，由於基板及凹槽等結構的尺 寸非常的小，因此，在實際生產過程中，要使兩個凹槽正確地對位，並使黏膠正確地塗佈於特定位置上，皆是非常困難，為此，導致此種方式的製造良率低落。是以，申請人提出了僅於單一基板上形成流體通道2A的一種樣本承載裝置100，由於流體通道2A是透過穿透結構2直接形成於基板1上，因此，不會存在有上述定位、塗黏膠等問題，而整體的製造良率相較於上述方式將可大幅提升。
請一併參閱圖7至圖10，圖7為本發明的樣本承載裝置的第一實施例的操作方法的示意圖，圖8為本發明的樣本承載裝置的觀測部與端部分離後的立體示意圖，圖9為本發明的樣本承載裝置的第一實施例吸取樣本的示意圖，圖10為本發明的樣本承載裝置的第一實施例在吸取樣本後安裝銅環(Cu Hole Grid)的流程示意圖。
本發明的樣本承載裝置的第一實施例的操作方法可以包含以下步驟：一拆卸步驟：使端部11與觀測部13相互分離，以讓使流體通道2A的一端口外露於觀測部13；一取樣步驟：使端口接觸樣本S，以使樣本S通過端口進入流體通道2A；一密封步驟：密封端口，以使流體通道2A及流體通道2A內的樣本S與外隔離。
如圖7所示，在所述拆卸步驟中，使用者可以是利用鑷子或是相關工具，施加外力於端部11及操作部12，以使觀測部13與兩個端部11分離。如圖8所示，當樣本承載裝置100的觀測部13的兩端不具有端部11時，流體通道2A的兩個端口2B將露出於觀測部13外。
如圖9所示，當流體通道2A的端口2B外露時，則可執行上述取樣步驟，即，使用者可以將流體通道2A的一端接觸樣本S，此時，樣本S將會藉由毛細現象，而流入流體通道2A中。
依上所述，簡單來說，透過使基板1設置有操作部12的設計，主要是要讓使用者可以輕易地使端部11與觀測部13相互分離，從而使流體通道2A的兩端可以外露，藉此，使用者即可利用流體通道2A外露的任一端去吸取樣本。
如圖10所示，當使用者使觀測部13內的流體通道2A中承載有樣本S後(如圖10中的最左側圖式)，則可執行上述密封步驟，即，使用者可以於觀測部13的兩端口2B塗上密封膠5，以密封流體通道2A(如圖10中的中間圖式)。
在所述密封步驟後，使用者可以於觀測部13的兩側塗佈黏膠6，並使銅環(Cu Hole Grid)7透過黏膠6與觀測部13相互固定(如圖10中的最右側圖式)；於此所指的銅環7例如是直徑為3公釐(mm)的標準銅環(Standard Cu Hole Grid)。當使用者將承載有樣本S的觀測部13與銅環(Cu Hole Grid)7相互固定後，使用者即可以將銅環(Cu Hole Grid)7及觀測部13一同設置於樣品桿的預定觀測位置上，接著，使用者即可以將樣品桿送入電子顯微鏡設備中，從而可以透過電子顯微鏡設備，觀測觀測部13的流體通道2A所承載的樣本S。
如圖3所示，當觀測部13設置於電子顯微鏡設備中時，電子顯微鏡設備所發出的電子束，將通過上觀測窗31，穿過穿透結構2而進入流體通道2A中，而電子顯微鏡設備則可以是通過下觀測窗14，收集被流體通道2A中的樣本S所反射的電子束，據以解析後成像，以供使用者觀測。值得一提的是，本發明所界定的穿透結構2，即表示為可被電子束穿透的結構，也就是說，穿透結構2的厚度及其材質，可以是依據實際需求變化，於此不加以限制。
本發明的樣本承載裝置100僅需要適當地設計觀測部13尺寸，觀測部13即可固定於各種電子顯微鏡設備所使用的標準銅環(Standard Cu Hole Grid)中，意即，本發明的樣本承載裝置100可以適用於各廠牌的電子顯微鏡設備的樣品桿。由於本發明的樣本承載裝置100的流體通道2A可以承載流體，因此，使用者可以利用本發明的樣本承載裝置100，承載任何可進入流體通道2A中的液態樣本，而使用者即可利用電子顯微鏡設備觀測液態樣本。
如圖8所示，值得一提的是，在實際應用中，固定結構3可以是具有一基部32及一凸出部33，基部32形成於第一穿透結構21上，凸出部33由基部32向遠離所述基板的方向(即圖8中所示座標的Z軸方向)延伸形成，且凸出部33於樣本承載裝置100的寬度方向的寬度D1，小於基部32於樣本承載裝置100的寬度方向的寬度D2，而凸出部33與基部32之間將對應形成類似階梯的外型。其中，上觀測窗31的開口31A則是對應形成於凸出部33相反於基板1的表面。
如圖8及圖10所示，透過基部32及凸出部33的設計，當使用者將黏膠6塗佈於觀測部13的兩側時，黏膠6將容易卡在基部32與凸出部33的交接處，黏膠6將不容易爬過凸出部33而進入上觀測窗31中，藉此，將可大幅降低黏膠6進入上觀測窗31的機率。
請復參圖1及圖3，在實際應用中，固定結構3還可以是包含有兩個貫穿孔34。各個貫穿孔34貫穿固定結構3設置，貫穿孔34位於流體通道2A的上方，而各個貫穿孔34用以使部分的第一穿透結構21露出於固定結構3。
如前述說明，本發明的樣本承載裝置100在製作完成時，流體通道2A將是由第一穿透結構21及第二穿透結構22共同組成的封閉通道；透過貫穿孔34的設計，使用者欲使樣本S進入流體通道2A時，除了可以利用工具，將端部11與觀測部13分離外，使用者也可以是利用一操作工具通過貫穿 孔34，刺破露出於貫穿孔34的第二穿透結構22，據以使流體通道2A與外連通，而後，使用者即可以讓樣本S通過貫穿孔34進入流體通道2A中。
也就是說，本發明的樣本承載裝置100的另一操作方法可以包含以下步驟：一取樣步驟：使用操作工具通過貫穿孔34刺破露出於貫穿孔34的穿透結構2，以流體通道2A與外連通，並使樣本通過貫穿孔34進入流體通道2A內；一拆卸步驟：使端部11與觀測部13相互分離，以使位於觀測部13的流體通道2A的兩端口外露；一密封步驟：密封端口，以使流體通道2A及流體通道2A內的樣本與外隔離。
值得一提的是，在實際應用中，操作工具的前端可以是具有黏膠，而操作工具的前端在刺破穿透結構2後，操作工具將可通過黏膠，將破碎的穿透結構2黏起。
在不同的實施例中，樣本承載裝置100的單一個基板1的一側，也可以是同時形成有兩個以上彼此相互獨立的流體通道2A；也就是說，基板1的第一側1A的第一表面10形成有第一穿透結構21，而兩個第二穿透結構22分別形成於第一穿透結構21上，且兩個第二穿透結構22分別與第一穿透結構21共同形成一個流體通道2A。透過兩個流體通道2A的設計，使用者可以於同一的樣本承載裝置100上承載兩種不同的樣本S。
在樣本承載裝置100具有兩個流體通道2A的實施例中，樣本承載裝置100的固定結構3可以是對應於各個流體通道2A分別具有兩個貫穿孔34，也就是說，固定結構3具有四個貫穿孔34，其中兩個貫穿孔34使形成其中一個流體通道2A的第二穿透結構22外露，另外兩個貫穿孔34則是使形 成另一個流體通道2A的第二穿透結構22外露。為利說明，假設對應於其中一個流體通道2A的兩個貫穿孔34定義為第一貫穿孔，各個第一貫穿孔34對應的流體通道2A定義為第一流體通道，對應於另一個流體通道2A的兩個貫穿孔34則定義為第二貫穿孔，各個第二貫穿孔對應的流體通道2A定義為第二流體通道，兩種不同的樣本S分別定義為第一樣本及第二樣本。
使用者在將第一樣本及第二樣本分別注入於樣本承載裝置100的流程可以是：先利用相關操作工具，通過其中一個第一貫穿孔，刺破相對應的第二穿透結構22，以使第一流體通道與外連通，而後使用者即可使第一樣本通過第一貫穿孔注入於第一流體通道中；接著，使用者可以利用另一操作工具，通過其中一個第二貫穿孔，刺破相對應的第二穿透結構，以使第二流體通道與外連通，藉此，使用者即可通過第二貫穿孔，將第二樣本注入於第二流體通道中。當使用者將第一樣本及第二樣本分別注入於第一流體通道及第二流體通道後，使用者可以再使兩個端部11與觀測部13相互分離，而後使用者可以依據圖10所示的流程，將觀測部13與銅環(Cu Hole Grid)7一同固定設置於樣品桿上。
請一併參閱圖11至圖14，圖11顯示為本發明的樣本承載裝置的第二實施例的立體示意圖，圖12顯示為沿圖11的剖面線XII-XII剖開的剖面示意圖，圖13顯示為沿圖11的剖面線XIII-XIII剖開的剖面示意圖，圖14A至圖14G為本發明的樣本承載裝置100的第二實施例的製作流程示意圖。本實施例與前述實施例最大不同之處在於：前述實施例的樣本承載裝置100的流體通道2A是形成於基板1的第一側1A的第一表面10上，而本實施例的樣本承載裝置100的流體通道2A則是埋設於基板1中。
如圖14A至圖14G，本實施例的樣本承載裝置100的製作流程大致可以包含以下步驟： 步驟一：如圖14A所示，於基板1的第一側的第一表面10形成一凹槽15；接著，於基板1的第一表面10上及形成凹槽15的壁面上，形成第二穿透結構22；例如可以是利用沈積的方式，於第一表面10及形成凹槽15的壁面上沈積氮化矽(Si3N4)層，以形成所述第二穿透結構22；步驟二：如圖14B所示，於凹槽15中的第二穿透結構22上形成一犧牲層結構4；犧牲層結構4例如可以是複晶矽(Ploy-Si)；步驟三：如圖14C所示，於犧牲層結構4及第二穿透結構22上形成一第一穿透結構21，並使第一穿透結構21與第二穿透結構22形成鍵結；例如是利用沈積的方式，於犧牲層結構4上及第二穿透結構22上沈積氮化矽(Si3N4)層，以形成所述第一穿透結構21；步驟四：如圖14D所示，於第一穿透結構21相反於基板1的一側形成固定結構3；例如是利用沈積的方式，於第一穿透結構21上沈積二氧化矽(SiO2)層，以形成所述固定結構3；步驟五：如圖14E所示，去除部分的固定結構3，以形成上觀測窗31，並據以使部分的第一穿透結構21露出於固定結構3；例如是利用乾蝕刻的方式，去除部分位於第一穿透結構21上的固定結構3；步驟六：如圖14F所示，去除位於第二穿透結構22及第一穿透結構21之間的犧牲層結構4，以於第二穿透結構22及第一穿透結構21之間形成所述流體通道2A；例如是利用乾蝕刻或是濕蝕刻的方式，去除犧牲層結構4；步驟七：如圖14G所示，去除位於基板1的第二側的一部分，以形成下觀測窗14。
請復參圖11及圖12所示，與前述實施例相同，本實施例的樣本承載裝置100的固定結構3同樣具有兩個貫穿孔34，而兩個貫穿孔34分別對應位於流體通道2A的上方，且各個貫穿孔34貫穿固定結構3設置，而各個貫穿孔34對應使第一穿透結構21的一部分外露於固定結構3。與前述實施例相同，使用者在使用本實施例的樣本承載裝置100時，可以透過相關操作工具，通過貫穿孔34刺破第一穿透結構21，以使流體通道2A與外連通，從而使樣本S得以通過貫穿孔34進入流體通道2A。
本實施例的樣本承載裝置100與前述實施例相同，基板1同樣可以區隔有兩個端部11、一個觀測部13及兩個操作部12，兩個端部11位於樣本承載裝置100的兩端，各個操作部12位於一個端部11與觀測部13之間。使用者在使用本實施例的樣本承載裝置100時，同樣可以是施加外力於操作部12，以使端部11與觀測部13相互分離，從而讓流體通道2A的端口外露。當流體通道2A的端口外露時，使用者即可直接使流外露的流體通道2A的端口直接接觸樣本S，而使樣本S直接通過毛細現象流入流體通道2A中，而後使用者可以以圖10所示的操作步驟，來使承載有樣本S的樣本承載裝置100與銅環(Cu Hole Grid)7相互固定，以完成設置於電子顯微鏡設備的樣品桿上的前置作業。
值得一提的是，在不同的應用中，固定結構3相反於基板1的一側，也可以是形成有如同圖1所示的凸出部33，而透過凸出部33的設計，將同樣可以降低用來使觀測部13與銅環(Cu Hole Grid)7(如圖10所示)的黏膠6進入上觀測窗31的機率。
請參閱圖15，其為本發明的樣本承載裝置的第三實施例的俯視圖。如圖所示，本實施例與前述實施例最大不同之處在於：穿透結構2上還可以形成有一控制模組，控制模組可以包含一控制電路81、複數個金屬接觸部82及複數個電極結構83，控制電路81連接複數個金屬接觸部82，各個金 屬接觸部82外露於固定結構3(例如是固定結構3具有相對應的貫穿孔，以使金屬接觸部82外露)，而複數個電極結構83是對應位於流體通道2A中。舉例來說，基板1可以是矽基板，穿透結構2可以是利用半導體製程形成於基板1上，而控制模組同樣可以是利用半導體製程形成於穿透結構2上。在實際應用中，電極結構83可為鉑(Pt)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎢(W)或該等金屬材料的組合所組成；或者，電極結構83也可以是半導體材料如多晶矽、氮化鋁(AlN)、二氧化鋁(AlO2)、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)或該等材料的組合所組成。
如圖5A所示，在前述樣本承載裝置100的第一實施例的製作過程中，當基板1的第一側的第一表面10形成有第一穿透結構21後，且在形成犧牲層結構4前，可以是先於第一穿透結構21相反於基板1的一側，形成所述控制模組；在形成犧牲層結構4時，則是使犧牲層結構4形成於複數個電極結構83上；在依序形成第二穿透結構22及去除犧牲層結構4後，複數個電極結構83將對應位於流體通道2A中，且複數個電極結構83將通過金屬接觸部82，與位於流體通道2A外的控制電路81相連接。另外，在形成上觀測窗31的同時，可以同時形成有複數個用來使金屬接觸部82外露的貫穿孔。需說明的是，控制模組不侷限於在圖5A中的步驟中形成，控制模組的部分構件或是所有構件，也可以是在圖5C的步驟中，形成於第二穿透結構22上；當然，在第二穿透結構22上形成控制模組的過程中，可以依據需求去除部分的第二穿透結構22，以於第二穿透結構22形成穿孔，而後再於穿孔中填充導電結構，據以形成所述金屬接觸部82。
依上所述，在實際應用中，使用者可以是先利用相關操作工具，通過固定結構3的貫穿孔34，刺破部分的穿透結構2，以使樣本S通過貫穿孔34進入流體通道2A中。在樣本S設置於流體通道2A中後，使用者可以是利用複數個導線使一處理裝置與複數個金屬接觸部82相連接，從而通過金屬 接觸部82供電及訊號給控制電路81，而控制電路81則可依據訊號，配合複數個電極結構83，以對流體通道2A中的樣本S進行相關處理。舉例來說，兩個電極結構83可以是對應為陽極及陰極，而兩個電極結構83在通電後，將可以使位於流體通道2A中的液態的樣本S產生電泳現象，從而可以使液態的樣本S中的部分物質相互分離。
在不同的應用中，控制電路81及複數個電極結構83也可以是共同組成一個感測電路，而相關處理裝置則可以是通過導線及金屬接觸部82，供電給控制電路，並據以接收控制電路81所回傳的相關感測訊號。所述感測電路例如可以是用來感測位於流體通道2A中的樣本S的溫度或是其他物理性質。
如圖15及圖16所示，其顯示為樣本承載裝置100的另一個實施例的局部放大示意圖。在不同的應用中，流體通道2A的周圍也可以是設置有複數個加熱元件84，即，第一穿透結構21鄰近於流體通道2A的位置可以形成有複數個加熱元件84。各個加熱元件84例如是由鉻(Cr)或鈦(Ti)等金屬材料所組成的電阻絲。加熱元件84連接複數個金屬接觸部82，複數個金屬接觸部82可以外露於固定結構3，而相關人員可以通過金屬接觸部82給電給各個加熱元件84，據以使加熱元件84產生熱能，從而改變位於流體通道2A中的樣本S的溫度。
依上所述，使用者可以在使樣本承載裝置100承載有樣本S後，且在將樣本承載裝置100設置於樣品桿之前，先利用控制模組或加熱元件84，對位於流體通道2A中的樣本S進行前處理；在樣本S完成前處理後，使用者可以將樣本承載裝置100設置於樣品桿上，並將樣品桿送入電子顯微鏡設備中，而使用者則可據以在電子顯微鏡設備下，觀測已經通過前處理的樣本S。
在特殊的應用中，可以是使用控制模組及加熱元件84等構件，形成於觀測部13，而使用者可以是將觀測部13固定於樣品桿後，利用複數個導線使複數個金屬接觸部82與樣品桿上的相關供電構件連接，藉此，相關人員可以在樣品桿被送入電子顯微鏡設備中後，透過操作樣品桿以對樣本承載裝置100中的樣本S進行電泳分離、加熱等處理，意即，使用者可以在電子顯微鏡設備下，透過操作樣品桿，來對本發明的樣本承載裝置100中的樣本S進行相關處理。
請參閱圖17，其顯示為本發明的樣本承載裝置100的第三實施例的示意圖。本實施例與前述實施例最大不同之處在於：樣本承載裝置100可以是具有兩個端部11、兩個操作部12及一觀測部13，其中一個端部11可以是形成有一微流體晶片9。微流體晶片9可以是利用半導體製程、微機電製程(MEMS)等方式，形成於基板1的第一側的第一表面。前述的固定結構3則是形成於微流體晶片9相反於基板1的一側，且形成於微流體晶片9的固定結構3包含有兩個貫穿孔34，各個貫穿孔34貫穿固定結構3設置，而各個貫穿孔34用以使部分的穿透結構2外露。樣本承載裝置100的流體通道2A的一部分(如圖17中右側虛線標示的部分)是對應位於微流體晶片9。
與前述實施例相同，使用者在使用微流體晶片9時，可以是透過相關操作工具，通過貫穿孔34將刺破穿透結構2，以使位於微流體晶片9的流體通道2A與外連通，此時，使用者則可以使樣本S通過貫穿孔34進入位於微流體晶片9的流體通道2A中。
微流體晶片9可以包含一控制器91、一混合器92、一流量控制器93、一加熱器94、一過濾器95、一開關96及兩個金屬接觸部97。混合器92、流量控制器91、加熱器94、過濾器95及開關96分別與控制器91相連接，控制器91與兩個金屬接觸部97相連接。兩個金屬接觸部97外露於微流體晶片9，而兩個金屬接觸部97用以與外部的處理裝置連接，以由外部的處理裝置取得 電力及控制訊號，控制器91通過兩個金屬接觸部97取得電力及控制訊號後，控制器91將對應控制混合器92、流量控制器93、過濾器95、加熱器94作動，以對由貫穿孔34進入流體通道2A中的樣本S進行加熱、攪拌、過濾等處理作業。
開關96能被控制器91控制，以使位於微流體晶片9的流體通道2A與位於觀測部13的流體通道2A相連通或是不相連通。在實際應用中，使用者可以是透過兩個金屬接觸部97，傳遞訊號至控制器91，以使位於微流體晶片9的流體通道2A與位於觀測部13的流體通道2A不相連通，直到，在樣本S通過位於微流體晶片9的貫穿孔34進入位於微流體晶片9的流體通道2A中，且混合器92、流量控制器93、過濾器95、加熱器94完成對樣本S的相關處理後，才控制開關96作業，而使位於微流體晶片9的流體通道2A與位於觀測部13的流體通道2A相連通。
當開關96被控制作動，而位於微流體晶片9的流體通道2A中的樣本S，流動至位於觀測部13的流體通道2A中後，為控制器91則可以再控制開關96關閉。此時，使用者則可以是施加外力於微流體晶片9，以使微流體晶片9與觀測部13相互分離，而後，使用者即可將通過微流體晶片9處理後的樣本S，設置於樣品桿上，以於電子顯微鏡設備下觀測樣本S。
依上所述，圖17所示的微流體晶片9所包含的構件，僅為其中一示範態樣，在實際應用中，微流體晶片9所包含的構件，不限制為控制器91、混合器92、流量控制器93、過濾器95、加熱器94及開關96，其可依據實際需求變化，只要是任何用以對生物樣本(例如血液、細菌、病毒等)或是非生物樣本(例如奈米藥劑、奈米材料、化學溶劑、研磨溶液等)進行相關處理的微流體晶片9，皆屬於本實施例所舉的微流體晶片9可具體實施的範圍中。
依上所述，本實施例的樣本承載裝置100，透過於端部11形成微流體晶片9的設計，讓使用者可以先使樣本S進入微流體晶片9中進行相關 的預先處理，而後再使樣本S進入觀測部13的流體通道2A中，最後，使用者可以直接透過操作操作部12，而使微流體晶片9與觀測部13相互分離。與微流體晶片9相互分離的觀測部13，在與銅環(Cu Hole Grid)相互固定後，將可設置於樣品桿上，而送入電子顯微鏡設備中進行觀測。
綜上所述，本發明的樣本承載裝置是於單一個基板的一側形成內部具有流體通道的穿透結構，而使用者可以是透過簡單地操作樣本承載裝置，來使樣本進入流體通道中。當樣本承載裝置的流體通道中，承載有樣時，使用者可以將樣本承載裝置固定於一般常見的標準銅環(Standard Cu Hole Grid)中，而後將樣本承載裝置及標準銅環(Standard Cu Hole Grid)，一同設置於樣品桿的預定觀測位置，最後，將樣品桿送入電子顯微鏡設備中後，使用者即可以通過電子顯微鏡設備觀測設置於樣本承載裝置的流體通道中的樣本，特別是液態的樣本。是以，透過於單一基板上形成穿透結構及流體通道的設計，將可以大幅降低樣本承載裝置的生產成本，且可大幅提升樣本承載裝置的製造良率。本發明的樣本承載裝置透過流體通道的設計，讓使用者可以於電子顯微鏡設備下觀測液態樣本。
在本發明的不同實施例應用中，樣本承載裝置的基板上也可以是形成有相關的控制電路、加熱器等構件，而使用者可以在將樣本注入於樣本承載裝置的流體通道中後，先利用樣本承載裝置的控制電路、加熱器等構件，對位於流體通道中的樣本先進行前處理，而後，使用者可以通過簡單的操作，使承載有樣本的觀測部與銅環(Cu Hole Grid)一同固定於樣品桿上，或是將該觀測部直接放置到電子顯微鏡內部的觀測載台上。是以，在本發明的樣本承載裝置具有控制電路、加熱器等構件的實施例中，使用者可以將樣本注入樣本承載裝置後，直接使樣本承載裝置通電，而直接利用樣本承載裝置對其所承載的樣本進行相關處理作業，在完成該些處理作業後，使用者可以直接將樣本承載裝置的觀測部設置於樣品桿上，或是將該觀測部直接 放置到電子顯微鏡內部的觀測載台上；換言之，使用者僅需將樣本載入本發明的樣本承載裝置中，即可利用樣本承載裝置對樣本進行相關處理，而後可以直接將樣本承載裝置的觀測部設置於樣品桿，或是將該觀測部直接放置到電子顯微鏡內部的觀測載台上進行樣本觀察；如此，可以大幅降低樣本準備的時間，且同時也大幅簡化了樣本準備的流程。
在本發明的不同實施例應用中，樣本承載裝置的一個端部也可以是形成有微流體晶片，樣本承載裝置的流體通道與微流體晶片相連接，而使用者可以是先將樣本設置於微流體晶片的流體通道中，並利用微流體晶片先對樣本進行前處理，而後使樣本由微流體晶片的流體通道，流動至觀測部的流體通道，最後，將承載有樣本的觀測部設置於樣品桿上。換言之，使用者可以先使樣本進入微流體晶片中進行相關處理，而後透過簡單的控制，使樣本進入觀測部，即可完成樣本的準備。
以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。
100:樣本承載裝置
1:基板
1A:第一側
1B:第二側
10:第一表面
11:端部
12:操作部
121:缺口
13:觀測部
14:下觀測窗
2:穿透結構
2A:流體通道
21:第一穿透結構
22:第二穿透結構
3:固定結構
31:上觀測窗
34:貫穿孔
θ:夾角

Claims (15)

  1. 一種樣本承載裝置，其適用於承載一樣本，所述樣本承載裝置包含：單一個基板，其彼此相反的兩側分別定義為一第一側及一第二側，所述基板於所述第二側形成有貫穿所述基板的一下觀測窗；至少一穿透結構，其形成於所述基板的所述第一側，所述穿透結構具有至少一流體通道；所述下觀測窗用以使部分的所述穿透結構露出於所述基板；所述流體通道用以容置所述樣本；一固定結構，其形成於所述穿透結構相反於所述基板的一側，所述固定結構覆蓋所述穿透結構的一部分；所述固定結構相反於所述基板的一側形成有貫穿所述固定結構的一上觀測窗，所述上觀測窗用以使部分的所述穿透結構露出於所述固定結構；其中，所述樣本承載裝置區隔有至少一端部、至少一操作部及一觀測部，所述操作部位於所述端部及所述觀測部之間，所述操作部能被操作，而使所述端部與所述觀測部彼此分離；所述上觀測窗及所述下觀測窗彼此相對應地設置，且所述上觀測窗及所述下觀測窗位於所述觀測部；所述流體通道橫跨所述端部、所述操作部及所述觀測部設置；其中，當所述操作部被操作，而所述端部與所述觀測部彼此分離時，所述流體通道的一端口將外露於所述觀測部外，而所述樣本能通過所述端口進入所述流體通道；其中，當所述觀測部中的所述流體通道中承載有所述樣本，且所述端口被密封時，所述觀測部能被送入電子顯微鏡設備中。
  2. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，所述穿透結構定義有一第一穿透結構及一第二穿透結構，所述基板於所述第一側的一第一表面內凹形成有一凹槽，所述第二穿透結構形成於所述第一表面，且形成所述凹槽的壁面上也形成有所述第二穿透結構，所述第一穿透結構形成於位於所述第一表面上的所述第二穿透結構上，而部分的所述第一穿透結構位於所述凹槽上方，且部分的所述第一穿透結構及部分的所述第二穿透結構共同形成所述流體通道；所述固定結構形成於所述第一穿透結構相反於所述基板的一側。
  3. 如請求項2所述的樣本承載裝置，其中，所述固定結構具有至少一貫穿孔，所述貫穿孔貫穿所述固定結構設置，所述貫穿孔用以使部分的所述第一穿透結構露出於所述固定結構，且所述貫穿孔位於所述流體通道的上方；當一操作工具通過所述貫穿孔而刺破露出於所述貫穿孔的所述第二穿透結構時，所述流體通道將與外連通，而所述樣本則能通過所述貫穿孔進入所述流體通道。
  4. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，所述穿透結構定義有一第一穿透結構及一第二穿透結構，所述基板的所述第一側的一第一表面形成有所述第一穿透結構，所述第二穿透結構形成於所述第一穿透結構相反於所述第一表面的一側，且所述第二穿透結構與部分的所述第一穿透結構共同形成所述流體通道；所述固定結構形成於所述第二穿透結構相反於所述第一穿透結構的一側，且所述固定結構還形成於部分的所述第一穿透結構相反於所述基板的一側。
  5. 如請求項4所述的樣本承載裝置，其中，所述固定結構還具有至少一貫穿孔，所述貫穿孔貫穿所述固定結構設置，所述貫穿孔用以使部分的所述第二穿透結構露出於所述固 定結構，且所述貫穿孔位於所述流體通道的上方；當一操作工具通過所述貫穿孔而刺破露出於所述貫穿孔的所述第二穿透結構時，所述流體通道將與外連通，而所述樣本則能通過所述貫穿孔進入所述流體通道。
  6. 如請求項4所述的樣本承載裝置，其中，所述固定結構區隔有一基部及一凸出部，所述基部形成於所述第一穿透結構的一側，所述凸出部由所述基部向遠離所述基板的方向延伸形成，且所述凸出部於所述樣本承載裝置的寬度方向的寬度，小於所述基部於所述樣本承載裝置的寬度方向的寬度。
  7. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，所述樣本承載裝置區隔有兩個所述端部、兩個所述操作部及一個所述觀測部，所述觀測部位於兩個所述端部之間，各個所述操作部位於所述觀測部與所述端部之間；當所述操作部被操作，而所述觀測部與兩個所述端部彼此相互分離時，所述流體通道將與外連通，而所述樣本則能通過所述流體通道外露的端口進入所述流體通道中。
  8. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，對應位於所述操作部的所述基板內凹形成有至少一缺口，對應位於所述操作部的所述固定結構內凹形成有至少一缺口，所述基板的缺口與所述固定結構的缺口相對應地設置。
  9. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，對應位於所述操作部的所述基板具有至少一改質區域，對應位於所述操作部的所述固定結構具有至少一改質區域，所述基板的改質區域與所述固定結構的改質區域相對應地設置。
  10. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，所述觀測部形成 有一控制模組，所述控制模組包含一控制電路、複數個電極結構及複數個金屬接觸部，複數個所述金屬接觸部連接複數個所述電極結構，且複數個所述金屬接觸部連接所述控制電路，複數個所述金屬接觸部外露於所述固定結構，複數個所述電極結構對應位於所述流體通道中。
  11. 如請求項1所述的樣本承載裝置，其中，所述樣本承載裝置區隔有兩個所述端部，所述觀測部位於兩個所述端部之間，其中一個所述端部形成有一微流體晶片，所述流體通道形成於具有所述微流體晶片的所述端部中；所述固定結構形成於所述穿透結構及所述微流體晶片相反於所述基板的一側，而所述固定結構具有複數個貫穿孔，至少一個所述貫穿孔對應位於所述微流體晶片，位於所述微流體晶片的所述貫穿孔，用以使位於所述微流體晶片的所述穿透結構的一部分外露。
  12. 如請求項11所述的樣本承載裝置，其中，所述微流體晶片包含一混合器、一流量控制器、一過濾器及一開關，所述混合器、所述流量控制器、所述過濾器及所述開關設置於位在所述微流體晶片的所述流體通道中；當位於所述微流體晶片的所述貫穿孔中所外露的所述穿透結構被刺破，而所述流體通道與外連通時，所述樣本能通過位於所述微流體晶片的所述貫穿孔進入所述流體通道中，且進入所述流體通道中的所述樣本，能通過所述混合器、所述流量控制器、所述過濾器及所述開關，而進入位於所述觀測部的所述流體通道中。
  13. 如請求項1至12其中任一項所述的樣本承載裝置，其中，所述穿透結構及所述固定結構是利用一表面製程依序形成於所述基板的所述第一側。
  14. 一種如請求項1所述的樣本承載裝置的操作方法，其包含以下步驟：一拆卸步驟：使所述端部與所述觀測部相互分離，以使位於所述觀測部的所述流體通道的兩個端口外露；一取樣步驟：使其中一個所述端口接觸所述樣本，以使所述樣本通過所述端口進入所述流體通道；一密封步驟：密封兩個所述端口，以使所述流體通道及所述流體通道內的所述樣本與外隔離。
  15. 一種如請求項3或5所述的樣本承載裝置的操作方法，其包含以下步驟：一取樣步驟：使用所述操作工具通過所述貫穿孔刺破露出於所述貫穿孔的所述穿透結構，以使所述流體通道與外連通，並使所述樣本通過所述貫穿孔進入所述流體通道內；一拆卸步驟：使所述端部與所述觀測部相互分離，以使位於所述觀測部的所述流體通道的兩個端口外露；一密封步驟：密封兩個所述端口，以使所述流體通道及所述流體通道內的所述樣本與外隔離。
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