專利名稱：將樣品連接到操縱裝置上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從襯底上提取樣品并將該樣品連接到操縱裝置上的方法， 該方法包括步驟從襯底上至少部分iW放樣品、使樣品接觸操縱裝置、將該 樣品連接到操縱裝置上以及從襯底上移除該樣品。本發(fā)明進一步涉及一種設(shè)備，其經(jīng)配置以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。這種方法可由US專利No.US5270552中獲知。該方法用于制備ilil例如透 射電子顯微鏡(TEM)的粒子光學(xué)設(shè)備觀測和/或分析的微小樣品。正如所公知的，j柳TEM研究的樣品需要極其地薄。對于有機樣品，如 生物學(xué)中{頓的，可以j頓至多I,的厚度，f跳于生物材料的高^^率圖像, 雌厚度小于100nm。對于包含具有重原子核的原子的樣品，例如半導(dǎo)Wf品， 通常使用小于100nm、 i^t小于50nm的厚度。在公知的方法中，小樣品從例如半導(dǎo)體晶片的工件上切割。為此該樣品通 過使用例如離子束研磨而從工件上切割下來。在該樣品完全切割下來之前，其 使用例如BID (離子束誘導(dǎo)沉積)而連接到操縱^S尖端。之后該樣品被完全 切割下來并可以313 縱縫傳輸以便進一步制備柳或分析。如本領(lǐng)域技術(shù)人 員所知，進一步制備可以包括將樣品連接到樣品載體上并使用離子束從操縱裝 置上切掉該樣品。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，當(dāng)使用例如TEM研究如細(xì)胞或其它生物組織的 生物樣品時，該材料或者必須能夠駄至,脂或類似物中，或者必須將該樣品 冷卻到低溫、鵬。后者是有利的，因為該生物材料倉辦以接近類似其自然狀態(tài) 的狀態(tài)在TEM的真空中進行觀察,并且不易^flj TEM中使用的電子束的損傷。正如公知的方法中所公開的，使用IBID將操縱裝置與樣品連接，涉及向排 空的樣品弓I入氣體并使用聚焦離子束輻照該樣品。弓l入的氣體附著到樣品上， 在使用聚焦離子束輻照樣品的期間，附著的氣體^T將解離。解離的分子部分 將形^l占合材料(bonding material),而其它部分的解離分子將形成揮發(fā)性氣體并離開樣品的表面。當(dāng)使用公知方法時，具有低溫溫叟的冷凍樣品的問題在于，樣品都凍結(jié)有用于IBID的氣體。這不僅會導(dǎo)致污染樣品，艮P-樣品被不需要的層包覆著， 而且其還將導(dǎo)致樣品與操縱裝置間不可靠的粘合(unreliable bond),因為在附著 分子解離的過程中形成的正常揮發(fā)性產(chǎn)物在低溫、M將不離開樣品的表面并將 擾該粘合的形成(the formation of the bond )。發(fā)明目的需要一種用于從工件上切割例如低溫樣品并將該樣品連接到操縱裝置 (manipulator)上而不會遇到前述問題的方法。 本發(fā)明意圖提供這種方法。 發(fā)明內(nèi)容為此，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于樣品為冷凍的樣品，*通過加熱與操縱裝置接觸的樣品的至少部分而將樣品連接到操縱^M上，由此引起了部分樣品材料的相變，以及 *隨后將與操縱裝置接觸的所述樣品部分冷凍到操縱裝置上，由此在樣品與操縱裝置之間形成粘合(forming a bond between the sample and themanipulator )0S31加熱與操縱^S接觸的樣品部分并且之后將其冷凍到m裝置上，形戯占合(bond)。 y賴阿以是傳熱給一部分保持低溫、鵬的操縱體的結(jié)果，或者是所述部分在寒冷環(huán)境中冷卻達到熱平衡的結(jié)果，即，由于樣品周圍的寒冷 表面引起的。注意到加熱可能引起樣品材料的熔化，但情況不必然如此也可能發(fā)生樣 品材料的蒸發(fā)禾P/或升華，隨后蒸發(fā)的材料再沉粉凝結(jié)在樣品與操縱裝置之間的 空隙處，導(dǎo)致樣品與操縱裝置之間的粘合。進一步注意到可以使用離子研磨(km milling) AUl件上至少部分;fcW放樣燒蝕研磨、離子束;應(yīng)亥iJtJ、電子束感應(yīng)亥i蝕，等等。從^^，上釋放樣品 也可使用相似方式，但可以包括通過從襯底上將該樣品拉得松弛以便破壞樣品 與襯底之間乘ij余的連接。 相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)US專利No.US6686598描述了一種將半導(dǎo)體晶片形式的樣品冷凍至壓板形 式的操縱^S上的方法。然而在這種方法中，在樣品和該操縱裝置之間插入液 體。該樣品材料本身不能相變，并且樣品材料相當(dāng)硬。國際申請W098/28776A公開了一種設(shè)備，其中低溫樣品格柵可連接到低 溫樣品支撐體上。冷凍的樣品可以連接到低溫樣品格柵上。該低、溫樣品支撐體 用于相對于所述設(shè)備的粒子光學(xué)元件定位該低溫樣品格柵，以便檢査所述低溫 樣品的部分。該定位可以包括平移和旋轉(zhuǎn)該樣品載體。該設(shè)備未公開從襯底上 提取樣品的方法或連接樣品的方法，而是提出了在低溫、溫度下樣品格柵與樣品 支撐體的機械耦合。該樣品格柵是TEM顯微鏡中通常使用的金屬化絲網(wǎng)，并且 將樣品格柵連接至孵品支撐體上不涉^tt/凝固循環(huán)。該樣品材料本身不相變。在"Focused ion beam milling of vitreous water: prospects for an alternative to cryoultramicroscopy of frozen-hydrated biological samples，，中，M. Marko et al.， JournalofMicroscopy，2006年4月，第222巻第1期，第4247頁，公開了使用 聚焦離子束研磨玻,含7K樣品。對沉積在TEM格柵上的zK進行該研磨， 3i 浸入低溫的流體中將其冷凍。沒有公開使用操縱裝置傳輸該樣品，不具有自襯 底釋放部分樣品，不具有將已經(jīng)冷凍的樣品連接到操縱裝置上。在國際申請WO2006/036771A中，公開了一種方法，其中生物材料布置在 通常用于TEM顯微術(shù)中的樣品格柵上。之后通5±浸入低溫的流體而將格柵與樣 品冷凍，并且之后傳送至電子顯微鏡。這種己知的方法與本發(fā)明的區(qū)另贓于操 縱樣品格柵，并且沒有公開將已經(jīng)冷凍的樣品連接到所述格柵上，也未公幵熔 髓固循環(huán)。在歐洲申請EP1612836中公開了從襯底上提取半導(dǎo)體樣品，其中樣品在與 其襯底分離之前4OT離子束感應(yīng)沉積(BID)連接到操縱錢上。沒有描述為 了將樣品連接到操縱裝置上而改 縱裝置的溫度，也未公開樣品材料的,凝固。在US申請US2005/178980中，公開了一種從襯底上提取樣品并將所述樣 品連接到操縱裝置上的方法，其中例如金、銦等的延展性層覆蓋該操縱裝置。 可加熱該延展性層至變軟鵬化并由此在樣品和操縱縫之間形^*占合。這種 己知方法未公開樣品材料本身經(jīng)歷用于將其自身連接到操縱裝置上的相變，亦 未公開其用于冷凍的生物樣品。實施方案在根據(jù)本發(fā)明的方法的實 案中，該樣品包括水。該方法尤其適于用于含水的樣品，其中水熔化 貨升華并且再冷凍，由此在樣品與操縱裝置之間形成職合(icebond)。在根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實施方案中，該樣品為玻璃化的樣品(vitrified sample )。玻璃化的樣品的冷凍方式使得冰為無定形的。這種工藝對于本領(lǐng)域i^人 員來說是公知的，涉皿夠快地冷凍該樣品以至沒有時間形成冰針。由于避免 了水的相變，艦于冷凍作為Ax產(chǎn)物的例如生物組織而言^iM方法。己經(jīng)注意到，樣品的局部再冷凍可能導(dǎo)致樣品的區(qū)域失去無定皿態(tài)。該 區(qū)域可能例如顯示出冰針。然而，通雌擇這種相數(shù)生區(qū)域(該區(qū)域為樣品 連接到操縱裝置上的位置)使其足夠小并足夠&fctk^離樣品上感興趣的區(qū)域，將不會影B,品的可用性。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，該方法進一步包括M31加熱至少樣 品與該操縱裝置接觸的部分而，縱裝置上分離該樣品。通常在將連接到或者至少布置在樣品支持臺例如傳統(tǒng)TEM格柵上以后，樣品必須從該操縱裝置上分離。在根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實M案中，由聚焦光束引起加熱。i!31將光束聚焦到操縱裝置上或可選,聚焦到操縱裝置與樣品接觸的邊 界處，該操纟膽置和/或該樣品1^部加熱至高于發(fā)生相變鵬的鵬。通過中 斷該照射，允許冷卻該樣品禾口/或該操縱^S的已加熱部分，由此將該樣品冷凍 至i^縱裝置上。已經(jīng)注意到，光束的焦點雌很小以便樣品僅有很小的部分相變而樣品的 大部分不變化。可以使用激光束實現(xiàn)這種小焦點。進一步注意到，光線可以聚焦到樣品上，由此加^#品材料，但可選擇地 光線可以聚焦到操縱裝置上，由此加熱該操縱裝置，該操縱^fi進而在樣品與 操縱裝置接觸的位置加熱該樣品。還考慮了以這種方式在接觸樣品之前加熱該 操縱裝置。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，皿高能粒子束弓l起加熱。 在聚焦高能粒子束例如電子的這個實 案中， 鵬置與樣品劍蟲的位置引起局部加熱。已經(jīng)注意到，粒子束可以聚焦在樣品上，由此加熱樣品材料，但可選擇地粒子束可以聚焦在操皿置上，由此加熱該操縱裝置，并且該操m^s進而在 樣品與操縱^g接觸的位置加熱該樣品。還考慮了以這種方式在接觸該樣品之 前加熱該操^s。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，Mil^縱裝置的與樣品撤蟲部分的 ，弓l起該加熱，，皿置的所述、,在相變的時刻高于相發(fā)生變的溫變。艦將操縱體與樣品接觸的部分加熱至引鵬品材料相變的鵬，并且 之后允許再次降溫，將該樣品冷凍至i^縱裝置上。操縱裝置與該樣品接觸部分的降溫可以是傳熱到操縱裝置保持在低溫旨 的部分所引起的。在根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實施方案中，操縱裝置與樣品,部分的溫度 艦電加熱所述部分而改變。弓l起電加熱的電流可以作為流過加熱線圈的電流而提供，但還可以^5 縱裝置的一部分通過電阻導(dǎo)線流動至樣品材料的電流，實驗已經(jīng)證明很多樣品 的P且it^夠低以傳導(dǎo)足夠高的電流而加熱這種電阻元件。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實5^案中，部分操縱^g保持在低于樣品材料 )疑固點的溫度?？梢詉!31傳熱到保持在低于樣品材,固點溫度的一部分操,置而引起對樣品的已加熱部分進行冷卻。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，在真空中執(zhí)行該方法。 為了避免氣條低溫樣品和/鄉(xiāng)纟膽置上冷凝而導(dǎo)致污染，該方^i^在真空下執(zhí)行。已經(jīng)注意到，看上去在真空下不能使用例如7k執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，因 為水的相圖顯示出在低于約6 mbar (該壓力與水的三態(tài)點有關(guān))壓力下固^* 直接變?yōu)檎魵?，?1^呈為公知的升華。然而，實驗證明了該方法在真空下的可 行性。三種機理可以解釋這一可行性 當(dāng)加熱的部分接觸該樣品時，可能會出JM3l6mbar非常局部的壓力或 壓力脈沖，所述壓力足夠高以至冰融化而不升華， 局部蒸發(fā)可能導(dǎo)致由此形成的氣體再沉積在樣品與操^fi之間的空隙中，其結(jié)果為形成冰封(icebound), 從例如無定形到結(jié)晶冰的相變導(dǎo)致樣品的連接，后一相將樣品與操縱裝置粘合。!^以的替代方案對其它樣品材料^^料相是可能的。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，該方法進一步包括使用高能帶電粒 子束檢查和/或分析該樣品。該方法尤其適于制備在例如低溫-TEM (低溫透射電子顯微鏡)或低溫 -STEM (低溫掃描透射電子顯微鏡)的電子顯微鏡下研究的樣品，之后可以將 該樣品引入低溫TEM或低溫STEM以便檢查禾n/或分析。這種制備通常在設(shè)備 中完成，該設(shè)備經(jīng)配置以用掃描電子束或掃描離子束 該樣品，以便在該微 小樣品的制作過程中歸該樣品，由此允許例如定位并鵬該微小樣品。在根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實M案中，樣品的相變被限制在將被檢查和/ 或分析區(qū)i^t外的樣品區(qū)域上。艦限制相變區(qū)域，將例如冰針的形成限制^E^f述區(qū)域?？蒳!31短時間的 加熱該樣品部分并且之后允許其快速降溫至低于玻璃相變溫度的溫度而限制該 區(qū)域。例如艦傳熱給保持在低溫M的操縱裝置部分而實現(xiàn)降溫。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，釋放該樣品涉及聚焦離子束研磨 (focused ion beam millingX已知，離子束研磨可用于自玻璃化襯賺放玻璃化樣品而不產(chǎn)生樣品的相 變。這例如在"Focused ion beam milling of vitreous water: prospects for an alternative to ciyo-ultramicroscopy of frozen-hydrated biological samples"中公開,M. Marko et al., Journal of Microscopy, 2006年4月，第222巻第1期，第4247頁。因此聚焦離子束研磨是從其襯底上釋放這種樣品的，方法。因此離子束研磨允許釋 放并操縱表現(xiàn)為高粘度流體的例如玻璃化樣品的機械上軟的介質(zhì)同時避免釋放 的樣品中的機械變形。在根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實施方案中，該樣品的釋放包括從冷凍的核體 (core)上切片薄層(lamella),該薄層<樣了所述核體的橫截面。通過形成這種核體的橫截面，可以釋放細(xì)菌、病毒或例如生物組織以便通 過例如娜電子顯微鏡(TEM)進一步檢查。在根據(jù)本發(fā)明方法的更進一步實施方案中，在從核體上切片該薄層之前，用保護層驢該核體。當(dāng)使用聚焦離子束輻照該核體時，該粒子束的高強度部分從形成聚焦的位 置研磨材料。然而，粒子束也輻照焦點移除的核體材料，導(dǎo)致了核體的侵蝕和/或損壞。通過使用保護材料薄層覆蓋該核體，延遲了粒子束低 M部分的這種效應(yīng)。已經(jīng)注意到，保護層可為由氣體冷凝得到的液體層，^#可為從例如氣相 冷凍到核體上的固體。在根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實施方案中，通過向該核體弓l入氣體射流同時 相對于氣體射流旋轉(zhuǎn)該核體，而在核體上覆蓋，層。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，通過高壓冷凍水合材料(hydrated material)形成該核體，得到玻J^核體。高壓冷凍核體的形脫就其本身來說是已知的，并且這種方法例如描述并公 開于"Cryo-transmission Electron Microscopy of frozen-hydrated sections of Escherichia coli and Pseudonomas aeruginosa" , VR.F. Matias et al. , Journal of Bacteriology, 2003年10月，第6112-6118頁，尤其是第6113頁，"materials and methods"部分。包括例如微生物的水合生物材料Mil高壓冷凍在薄銅管內(nèi)冷凍。 根據(jù)本發(fā)明的方法非常適合從這樣形成的核體上切片一薄層，并將該薄層連接 到操縱裝置上。本發(fā)明的一個方面，用于自低溫水合襯底形成樣品并將該樣品連接到操縱 裝置上的設(shè)備，該設(shè)備包括配置為在樣品位置上產(chǎn)生聚焦離子束的鏡筒，用 于承載襯底的臺體，其經(jīng)配置以定位襯底，其中至少設(shè)置為與襯底接觸的該臺 體部分經(jīng)設(shè)置以冷卻至低溫溫度，以及示出了末端的操縱裝置，樣品可連接到 該末端，該操縱裝置的末端經(jīng)設(shè)置以保持在低溫溫度，特征在于該操縱裝置的 末端經(jīng)設(shè)置以被加熱至水的熔點,^華、皿之上的而該操縱裝置的另一 部 分保持在低溫鵬。根據(jù)前序部分的設(shè)備是已知的并可從FEI公司獲得。在"CiyoFIB for thinning Qyo-TEM samples and evading ice during cryotranfer"， WJ. MoberlyChan etal,Microsc.MiCToanalll2005年(增補2),第854頁中也描述了fftM-FIB。可 將低溫樣品弓I入到設(shè)備中的臺體上以便該樣品定位在樣品位置。該臺體保持在 低溫鵬。已經(jīng)注意到，正如本領(lǐng)^術(shù)人員所知的，稱為^M擋板的出現(xiàn)有助于使 樣品保持在低溫m。該系統(tǒng)或者用于使用掃描電子顯微鏡(SEM鏡筒)觀察該樣品表面，或者 將已經(jīng)布置在TEM格柵上的樣品減薄至適于TEM的厚度。艦給該操縱裝置配置可以加熱至高于7K靴或升華的、鵬的糊，之后 將該末端冷卻至低于水的凝固點的溫度，可通過將該(局部加熱的)薄層冷凍 至該操縱裝置上而將該薄層連接到該操縱裝置上，并由此可以執(zhí)<行在前提到的 方法。在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的實施方案中，該設(shè)備進一步包括氣,入系統(tǒng)以向樣 品位置導(dǎo)入氣體射流。這允許向例如核體的樣品上施加^^層。在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一實施方案中，該襯底為核體并且該設(shè)備進一步配 置有以如下方式控制該設(shè)備的可編程控制單元該設(shè)備經(jīng)配置以自動地將該核 體定位在切割位置，ffiil向該核體導(dǎo)入流體射流而在該核體上覆蓋保護涂層， 切片該核體，因而自該核體形成薄層，連接該操縱裝置的末端至該薄層并將其 傳送至樣品載體、以及在樣品載體上釋放該薄層。


將結(jié)合附圖闡明本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的元件。為此圖1示意地描述了樣品和配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的操縱裝置，圖2示意地描述了樣品和配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的可替換性操縱裝置，圖3示意地描述了樣品與操縱裝置之間的接觸區(qū)域，其中該接觸區(qū)域^ffi粒子束加熱，圖4示意地描述了樣品與操縱裝置之間的接觸區(qū)域，其中該^l蟲區(qū)域^ffl 聚焦的光束加熱，圖5示意地描述了配置為執(zhí)行本發(fā)明方法的設(shè)備，圖6示意販出了核體，從其上切下薄層并將薄層連接至鵬縱裝置，圖7示意地示出了SM有保護層的核體，以及圖8示意:tlk/示出了從核體切割薄層并將其沉積至孵品載體上的設(shè)備。
具體實施方式
圖1示意地描述了樣品和配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的操縱裝置。該操皿置10包括具有頂端3的棒體2。該操l^g進一步包括與棒體連 接的移動臺體7，其使得頂端可以定位。在本實施方案中將該臺體描述為可g 全部3個軸X-Y-Z移動，也可以使用具有較小自由度(例如僅沿X-Y移動)或 更大自由度(例如圍繞X-軸旋轉(zhuǎn))的臺體。賺縱裝置還包括在棒體2周圍盤 繞的柔性加熱導(dǎo)線4形式的加熱單元，以及圍,體2的冷卻套5，其M3l;^卩 導(dǎo)線6保劍氏溫溫度。冷卻導(dǎo)線6可以由例如柔性編織的銅導(dǎo)線組成，以 成具有到由液氮、液氦或類似物保持在低溫溫度的冷卻塊的高熱傳導(dǎo)率的路徑 (^4P塊未示出)。樣品1靠著操縱裝置的頂端放置。棒體2的頂端3可艦艦電阻導(dǎo)線4的電流而加熱。因此，該頂端可以 保持在低溫離(當(dāng)不進行加熱并且僅M:7襯卩套5進行辨卩時)下，此時該 樣品材料被冷凍，或者該頂端可以通過流經(jīng)加熱導(dǎo)線4的電流而保持在使該樣 品材料熔艦升華的、鵬中。已經(jīng)注意到，當(dāng)^ffl含水的玻璃,品時，為避免水的再結(jié)晶，該樣品必 須保持在低于水的再結(jié)晶、鵬，即，低于約136K的、鵬，參見例如"Anoscillating cryoknife reduces cutting induced deformation of vitreous ultrathin sections", A.Al-Amoudi et al.， Journal of Microscopy,第212巻第1期(2003年10月)，第 26-33頁，尤其是第26頁右欄。ilii使用例如液氮(沸點約70K) m卩該銅編 織物，可以很好地實現(xiàn)這樣的溫度。圖2示意地描述了樣品和配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的可替換性操縱裝置。圖2示出了相比圖1中所描述的更為簡化的操縱裝置,其獲得良好的效果。 導(dǎo)電頂端3艦電絕緣體8安裝在導(dǎo)電棒體2上。絕緣體8可為例如陶瓷 ^玻璃珠。在該絕緣體中電阻導(dǎo)線9連接該頂端與該棒體。該樣品與該操縱裝置頂端的周圍由低溫?fù)醢?6圍繞,所述擋板保持在低溫亂電壓源15可以iM31開關(guān)14連接至條體2，由此向棒體2施加電壓。 當(dāng)頂端3與保持在地電勢的部分電接觸并且開關(guān)14閉合時，電 31電阻導(dǎo)線流經(jīng)棒體而到達頂端3。這將加熱電阻導(dǎo)線，并由此也加熱頂端3。i微已經(jīng)證明，當(dāng)冷凍的或玻璃化的材料樣品與頂端,時，》域鵬化 的水的阻皿夠低以至引起頂端的加熱。這將引起樣品的局部相變。M隨后 斷開開關(guān)14中斷流經(jīng)電阻導(dǎo)線的電流，頂端將由于與樣品接觸和/或與低溫?fù)醢?16超i評衡鵬而冷卻。已經(jīng)注意到頂端3可為電阻導(dǎo)線9的末端。如果導(dǎo)線剛14^夠，那么還可 以取消絕緣體8，減少元件的數(shù)量。進一步注意到，il31在接觸該樣品之前向棒體2施加電壓并監(jiān)湖油電壓源 傳輸?shù)碾娏?，以及之后定位該頂端，可以確定樣品與頂端之間的接觸時刻。這 進而可以觸發(fā)操縱裝置的運動停止以便頂端與樣品彼此剛剛接觸，再冷凍之后 導(dǎo)致它們兩個之間的粘合不會過大。其還可以觸發(fā)計時器，在預(yù)定延遲時間之 后使該電壓源與該棒體斷開連接。所,發(fā)可用于自動地執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方 法。圖3示意地描述了樣品與操縱^g之間的接觸區(qū)域，其中該接觸區(qū)^131 粒子束加熱。該圖僅示出了部分樣品1，縱裝置10的頂端3，并且描述了用 于加^品與頂端之間界面的另一種方法。M31聚焦粒子束，例如具有30kV電 壓及100nA電流、3mW功率的電子束被聚焦在界面上。雖然該功率可肖鏡g 很小，但棒體的頂端不需要很大樣品通常小于lwm厚并且直徑小于例如 O.lmm (盡管也可以j頓更大直械厚度的樣品)。因此該頂端可以很小并且尖 細(xì)，而lmW數(shù)量級的功率可以足夠?qū)⒔缑娴臏囟壬咧链賶蚋叩臏囟纫詍或 升華部分樣品。己經(jīng)注意到這一實施方案中沒有使用M31電阻導(dǎo)線4的電加熱(圖1中示 出)，并且因此該導(dǎo)線可以省略。進一步注意到可以ilil將粒子束聚焦至i脾品上而加熱該樣品，但也可以通 過將其聚焦到操縱裝置上而加熱操縱裝置的頂端3。不必要輻照界面本身，只要樣品材料衝七或升華即可，例如S31輻照稍i^離界面的部分頂端。圖4示意地描述了圖1的細(xì)節(jié)，示出了樣品與操皿置之間的接觸區(qū)域，其中該接觸區(qū) 31聚焦的光束加熱。M31聚焦光束，例如激光束，加熱該操縱裝置的頂端。平行光束12Silit鏡13聚焦，在操縱裝置的頂端3上形成聚焦光束11。已經(jīng)注意到、激光束可為紅外激光束、或使用可見光的、激光束。進一步注意到本實施方案中以及圖2的實施方案中，未使用電阻導(dǎo)線4(圖1中示出)并且可以將其省略。圖5示意地示出了一種配置為執(zhí)4于根據(jù)本發(fā)明方法的設(shè)備。真空腔70連接到SEM (掃描電子顯微鏡)鏡筒100和FIB (聚焦離子束)鏡筒200。該SEM鏡筒100包括產(chǎn)生電子束102的電子源101 。該電子^3131粒子光 學(xué)纖103A和103B聚焦，其可為靜電纖^ili。該電子束M31偏轉(zhuǎn)器104偏轉(zhuǎn)。該FIB鏡筒200包括產(chǎn)生離子束202的離子源201 。該離子，過粒子光 學(xué)透鏡203A和203B聚焦，其優(yōu)選為靜電透鏡，但也可以為磁透鏡。該離子束 艦偏轉(zhuǎn)器204偏轉(zhuǎn)。在真空腔上安裝有真空瓶(dewar)20,其示出了在真空內(nèi)部的冷卻指(cold finger) 21。 M314頓例如液氮22填充該真空瓶，)^卩指的鵬離近液氮的 沸點。該^J^夠低以保持玻璃化樣品的玻璃化。將樣品1布置在臺體30上在兩條粒子束彼處交叉的位置附近。臺體30使 得可以相對于交叉的粒子束定位該樣品，并且可為相對簡單的X-Y臺，但也可 以提供以更大自由度使該樣品取向的能力。臺體30包括i!3i柔性的銅導(dǎo)線編織 物32與冷卻指21連接的壓板310因lfckE板31保,ie^a旨。操縱裝置10配置有圍繞棒體2的套5。棒體2連接到移動臺7，以,定 位棒體的末端與樣品接觸。套5皿柔性的銅導(dǎo)線編織物6連接至IJ冷卻指21 。 由此，該套以及該棒體5保持著低溫的、鵬。檢測器40檢測到由輻射束(102， 202)導(dǎo)致的、來自樣品的例如二次電子 形式的輻射?？刂破?0獲得了檢測器的該信號，所，制器也控制該,、在 樣品上的束掃描、臺體30的錢以及操縱裝置10的位置。由此，樣品的圖象 可以顯示皿視器60上。該真空腔70以及鏡筒100和200的內(nèi)部保糊咬狀態(tài)。艦使束102和 202從鄉(xiāng)101與102傳輸至樣品上荊吏例如來自樣品的二次電子傳至檢測器 40是必需的。皿消除了氣,樣品上的冷凝。包括FIB鏡筒和SEM鏡筒的儀器可從市場上買到，例如FEI， Hillsboro,Oregon, USA的DualBeanf。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，例如晶片或例如生物材 料的工件，可以使用離子束研磨以便從該工件上釋放樣品。對于根據(jù)本發(fā)明的 操縱裝置，樣品可以通過局部加熱該樣品禾卩/或局部加熱該操縱裝置而連接到該 操縱體10上，例如通過f柳電子束102輻射這些部分，隨后7賴卩該加熱的部 分(一個或多個)。為此，電子束中的電流可能ltil常用于獲得具有最佳^fJI率 圖像的最佳分辨率的電流更大。通常在電流為例如l-10pA時實現(xiàn)電子束肖遣為 例如30keV時的最佳^fjf率，而艦100nA的電流可用于加熱。結(jié)果，該祥品 將顯示出一部分與操縱錢接觸，該處的材料熔化或升華。降低那部分上的電 流導(dǎo)致那部，過棒體2 mp，棒體2保,<,溫度，并由此該樣品1 凍至操縱裝置io上。之后可以進一步^ba該樣品。該處理可以包括將樣品減薄至其最終厚度和/或?qū)⑵溥B接至傳統(tǒng)TEM格柵23上。為方便存取，該TEM格 柵可以例如定位在臺體30上，以便可以通過相應(yīng)地定位臺體30并且之后艦 加熱該樣品以從該操縱裝置上分離該樣品，而使該樣品定位在TEM格柵上。隨 后該TEM格柵可以傳送至TEM以便最終檢查。已經(jīng)注意到，可以擴展根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備以具有透射電子檢測器(TED), 其可以檢測由SEM鏡筒100產(chǎn)生并通過樣品1傳導(dǎo)的電子。這使得可以在一個 設(shè)備中制備并檢查樣品。還可以考慮在同一設(shè)備的另一區(qū)域觀察該樣品，從而 使得可以檢查一個樣品的同時從工件上釋放另一個樣品。圖6示意船出了核體，從該核體切片薄層并將薄層連接到操^a上。核體601 ffiil高壓冷凍形成在銅管603中，M法就其本身而論是公知的。 銅管的內(nèi)部直^t常在100至250iim之間，但可以艦具有不同內(nèi)部直徑的管， 其導(dǎo)致具有不同外部直徑的核##品。盡管術(shù)語銅管暗示著形成圓鏡筒狀核體 樣品，但該管不必具有圓形內(nèi)部截面而可以使用具有其它截面的管，其導(dǎo)致具 有非圓形外部截面的核體。M^f述冷凍技術(shù)形皿體之后，管中的核皿置在排空的環(huán)境中。由于 降低了壓力，并且還由于在冷凍期間陶氏了溫度，部分核體通常自該銅管沿軸 602延伸。還可以將部分核體擠出該管。聚焦離子束604聚焦在核體601上并由此在核體與薄層605之間移除材料。 該離子束雌具有基本上垂直于軸602的方向，該核鵬軸602延伸，由此切 下代表著核體的垂直截面的薄層。然而，還可以沿其它角度切片薄層以得到可用于TEM檢查的薄層。薄層605通過將薄層m并隨后冷凍至操,置而連接 到操縱裝置的末端3，此后薄層可被放置到樣品格柵606上。已知，在釋放薄層使其適于在例如TEM中檢查之前，M31自該核體研磨 一部分以在核體上形成平坦表面可能是有吸弓l力的。進一步已知，廣泛在室溫下應(yīng)用的ilil離子束感應(yīng)沉積(BID)將薄層連 接到操縱裝置的傳統(tǒng)方法，不太適合用于低溫的薄層，因為使用的氣,低溫 MJ^下表現(xiàn)不同，導(dǎo)致了例如在核,品、薄層與操縱^S的全部上冷凝。同 樣IBID的化學(xué)'HM在低溫溫度下不同，其結(jié)果是BID期間常規(guī)形成的揮發(fā)性 氣,不蒸發(fā)。圖7示意地示出了 有保護層的核體。氣體噴嘴611引導(dǎo)流體射流610朝向核體601。該流,核體上冷凝為保 護層612。所述《緣層可為液體層，或其可冷凍為固體。艦沿軸602旋糊管 603以及核體601,可以覆蓋核體樣品的全部側(cè)面。M31li加正確劑量的流體， 形成了厚度足以保護該核體樣品不受離子刺氐強度部分影響的保護層，同時其 足夠薄以易于通過離子束的高強度部分磨掉。同樣消除了或至少極大地陶氐了 核體材料與散射的離子或電子的相互作用。圖8示意船出了從核體切片薄層并將其沉積到樣品載體上的設(shè)備。 圖8可視為衍生自圖5。區(qū)別在于臺體30分裂為兩個不同的臺體，臺體3(f 和臺體30b，它們可以獨立地移動。臺體30現(xiàn)在具有垂直于離子束鏡筒200的 旋轉(zhuǎn)軸，以便離子束可以在核體形式的樣品1上形成平坦表面并從該核體切片 薄層。進一步增加了氣，入系統(tǒng)82，其具有指向核體的噴嘴81,以便在核體 旋轉(zhuǎn)的同時通過從該噴嘴弓l導(dǎo)氣體而在核體上g保護層。操皿置2可以連 接到自該核體切下的薄層上，之后該薄層可以連接至怖置在臺體30b上的例如 TEM格柵的樣品載體23上。
權(quán)利要求
1、從襯底上提取樣品(1)并將該樣品連接到操縱裝置(10)上的方法，該方法包括步驟從襯底上至少部分地釋放樣品，使該樣品接觸該操縱裝置，將該樣品連接到該操縱裝置上，和從該襯底上移除該樣品，特征在于該樣品為冷凍的樣品，該樣品通過加熱至少該樣品與該操縱裝置接觸的部分而連接到操縱裝置上，由此引起了部分樣品材料的相變，以及隨后將該樣品與該操縱裝置接觸的所述部分冷凍至該操縱裝置上，由此在該樣品與該操縱裝置之間形成了粘合。
2、 根據(jù)權(quán)禾腰求l的方法，其中該樣品(1)包含水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該樣品(1)為玻璃化的樣品。
4、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中該方法進一步包括通過加熱至少該 樣品與該操縱裝置接觸的部分而將該樣品(1)從該操縱裝置(10)上分離。
5、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中該加熱由使用聚焦，(11)加熱 引起。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l"4中任一項的方法，其中該加熱由使用高能粒子(8) 束加熱引起。
7、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中該樣品的加熱由纖縱裝置與該樣 品接觸的部分的溫度弓胞，在相變時刻該操縱裝置的所述,高于發(fā)生相變的鵬。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，縱裝置與該樣品撒蟲的部分的該旨 Mil電加熱所述部分而改變。
9、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中操縱裝置的一部， 低于該樣 品桐，4)疑固點的溫度。
10、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中在真空中執(zhí)行該方法。
11、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中該方法進一步包括使用高能帶電粒子束檢查禾n/或分析該樣品-
12、 根據(jù)權(quán)利要求ii的方法，其中該樣品的相變限帝i勝該樣品的區(qū)域上， 該區(qū)域位于將被檢查柳或分析的區(qū)域的外部。
13、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中該樣品的釋^C涉及聚焦離子束研磨。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中釋放該樣品包括從冷凍核體(601)上 切片薄層(602)，該薄層體現(xiàn)了所述核體的橫截面。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中在從核體(601)上切片該薄層(602) 之前，使用保護層(603)覆蓋該核體。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，皿在向該核體引導(dǎo)氣體射流(610)的同時相對于該氣體射、繊轉(zhuǎn)該核體，而使該核體(601)被做層(603)覆蘭 皿。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項的方法，其中通過將水合材料高壓冷凍 而形成該核體(601),得到玻璃狀核體。
18、 用于自低溫7K合襯底形鵬品并將該樣品連接到操縱體上的設(shè)備， 該設(shè)備包括經(jīng)配置以在樣品位置上產(chǎn)生聚焦離子束的鏡筒(200),用于夾持該襯底(1)的臺體(30),其經(jīng)配置以定位該襯底，其中至少經(jīng) 配置以與該襯底接觸的該臺體部分(31)經(jīng)配置以^4卩至低溫溫叟，示出了末端(3)的操縱裝置(2)，樣品可連接到i^端，該操,置的該 末端經(jīng)配置以保持在低溫皿，特征在于該操縱裝置的該末端經(jīng)配置以被加熱至水的'm,，^at之上的溫度同時該操縱裝置的另一部分保持在低溫溫度。
19、 權(quán)利要求18的設(shè)備，其中該設(shè)備進一步包括向該樣品位置引導(dǎo)氣體射 流(610)的氣體注射系統(tǒng)(82)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18艦利要求19的設(shè)備，其中該襯底為核體并且該設(shè) 備進一步配置有可編程控制單元(50)，所述可編程控制單元控制該設(shè)備的方式 使得該設(shè)備經(jīng)配置以自動地將該核體(i， 6oi)定位在切害|皿，,向該核體引導(dǎo)流體射流(610)而用保護涂層(603) ^M該核體， 切片該核體，因而自該核體形成薄層(602)，使該操縱裝置(2)的該末端(3)連接至該薄層，以將其傳送至樣品載體 (606， 23)，以及在樣品載體上釋放該薄層。
全文摘要
本發(fā)明涉及將樣品連接到操縱裝置上的方法。本發(fā)明尤其涉及為了TEM(透射電子顯微鏡)檢查，從襯底上提取例如玻璃化生物樣品的冷凍水合樣品，并將所述樣品連接到操縱裝置上。這種水合樣品應(yīng)該保持在低溫溫度以避免形成冰。通過熔化或升華該樣品材料的將在TEM中研究的區(qū)域之外的一部分并將該材料冷凍至操縱裝置(10)上，在樣品(1)和操縱裝置之間形成粘合。這允許將該樣品從襯底上傳送至例如TEM格柵。在優(yōu)選實施方案中，操縱裝置(10)的一部分(2)保持在低溫溫度，并且通過電加熱頂端而加熱該操縱裝置的頂端(3)并且之后將該操縱裝置的頂端冷卻至低溫溫度而引起該熔化或升華，由此將該樣品(1)冷凍至該操縱裝置上。
文檔編號G01N1/00GK101334345SQ20081012771
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者M·F·海爾斯, U·魯克肯 申請人:Fei公司