本實(shí)用新型涉及帶電粒子束顯微鏡領(lǐng)域，尤其涉及一種真空氣氛處理裝置及樣品觀測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)60年代發(fā)明了掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)，用于觀測微米或納米量級的微小物體或結(jié)構(gòu)；但是，傳統(tǒng)的SEM觀測樣品時，通常將樣品放置于高真空的樣品室內(nèi)，因此，利用SEM觀測樣品時，需要對樣品進(jìn)行干燥、冷凍或鍍金等特殊處理；對于取樣困難的樣品、液體樣品或生物活體樣品等特殊樣品不能利用SEM進(jìn)行觀測。

環(huán)境掃描電子顯微鏡(Environmental scanning electron microscope，ESEM)是SEM發(fā)展中的一個重大突破，利用ESEM觀測樣品時，不需要將樣品放置于高真空的樣品室內(nèi)，樣品室內(nèi)也可以充入各種氣體，樣品室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)通常在0.1托到50托之間；因此，與傳統(tǒng)的SEM相比，利用ESEM觀測樣品在樣品制備、探測和信號處理上均有較大改進(jìn)，主要體現(xiàn)在：樣品可以是生物樣品等潮濕樣品、非導(dǎo)電樣品，而且樣品不需要進(jìn)行干燥、冷凍和真空包裝等特殊處理，即ESEM實(shí)現(xiàn)了樣品的原位觀測；

但是，利用ESEM觀測樣品時仍然需要樣品室，對于大尺寸樣品觀測和觀測時需要頻繁交換樣品的問題仍沒有解決。

美國的B-nano公司提出了大氣掃描電子顯微鏡(Air scanning electron microscope，ASEM)，利用ASEM可以在空氣中直接對樣品進(jìn)行觀測，雖然解決了利用ESEM觀測樣品存在的弊端；但是，由于在大氣壓下，電子在空氣中的平均自由程很小，其工作距離也只有幾十微米大小，因此，利用ASEM對樣品進(jìn)行觀測時，對樣品的形貌和尺寸要求高，不能觀察表面不平整的樣品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例期望提供一種真空氣氛處理裝置及樣品觀測系統(tǒng)，能夠測量多種尺寸和表面形貌的樣品，并且能夠?yàn)榇郎y樣品提供多種測試環(huán)境。

本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型提供一種真空氣氛處理裝置，所述裝置的頂部與外部的粒子束產(chǎn)生裝置連接，所述裝置包括：底部與外部的待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸的吸盤、與外部的供氣系統(tǒng)連接的第一氣體控制器、與外部的抽氣系統(tǒng)連接的第二氣體控制器；其中，

所述裝置的頂部設(shè)置有窗口，所述窗口用于使外部的粒子束進(jìn)入所述裝置；

所述第一氣體控制器，用于連接所述供氣系統(tǒng)和所述吸盤；

所述第二氣體控制器，用于連接所述抽氣系統(tǒng)和所述吸盤。

上述方案中，所述吸盤包括：金屬波紋管、至少包括一圈彈簧的彈簧結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)；其中，

所述彈簧結(jié)構(gòu)位于所述金屬波紋管的波紋內(nèi)部，用于支撐所述金屬波紋管；

所述金屬波紋管的底部與所述密封結(jié)構(gòu)連接；

所述密封結(jié)構(gòu)與所述待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸。

上述方案中，所述供氣系統(tǒng)向所述裝置供入的氣體為純凈氣體或混合氣體。

本實(shí)用新型還提供一種樣品觀測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：帶電粒子束產(chǎn)生裝置、真空氣氛處理裝置和樣品；其中，

所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置的鏡筒底部與所述真空氣氛處理裝置的頂部固定連接；

所述樣品或承載所述樣品的平臺與所述真空氣氛處理裝置的底部接觸；

所述真空氣氛處理裝置包括：與所述樣品或承載所述樣品的平臺接觸的吸盤、與外部的供氣系統(tǒng)連接的第一氣體控制器以及與外部的抽氣系統(tǒng)連接的第二氣體控制器；

所述真空氣氛處理裝置的頂部設(shè)置有窗口，所述窗口位于所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置底部的第一真空窗下方，用于使所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的粒子束通過所述第一真空窗后對所述真空氣氛處理裝置內(nèi)的樣品進(jìn)行觀測；

所述第一氣體控制器，用于連接所述供氣系統(tǒng)和所述吸盤，對所述真空氣氛處理裝置供氣；

所述第二氣體控制器，用于連接所述抽氣系統(tǒng)和所述吸盤，對所述真空氣氛處理裝置抽氣。

上述方案中，所述吸盤包括：金屬波紋管、至少包括一圈彈簧的彈簧結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)；其中，

所述彈簧結(jié)構(gòu)位于所述金屬波紋管的波紋內(nèi)部，用于支撐所述金屬波紋管；

所述金屬波紋管的底部與所述密封結(jié)構(gòu)連接；

所述密封結(jié)構(gòu)與所述待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸。

上述方案中，所述供氣系統(tǒng)向所述裝置供入的氣體為純凈氣體或混合氣體。

上述方案中，所述系統(tǒng)還包括至少一個探測器，所述探測器水平或傾斜位于所述真空氣氛處理裝置的內(nèi)部頂端，用于對所述粒子束作用于樣品后產(chǎn)生的信號進(jìn)行探測。

上述方案中，所述系統(tǒng)還包括安裝于所述鏡筒外壁上的磁屏蔽裝置，所述磁屏蔽裝置的下端靠近所述密封結(jié)構(gòu)，用于對所述真空氣氛處理裝置進(jìn)行磁隔離。

上述方案中，所述平臺上安裝有多自由度的位移臺，所述位移臺用于對所述樣品進(jìn)行多自由度的調(diào)節(jié)。

上述方案中，所述平臺上安裝有加熱模塊和/或制冷模塊，用于調(diào)整所述樣品所處的環(huán)境溫度。

上述方案中，所述平臺上安裝有掃描透射裝置，所述掃描透射裝置內(nèi)的透射粒子探測腔的上表面設(shè)置有第二真空窗，所述透射粒子探測腔內(nèi)安裝有探測器，用于對作用于樣品后的粒子束進(jìn)行探測。

上述方案中，所述系統(tǒng)還包括位于所述鏡筒的外側(cè)的激光雷達(dá)模塊，所述激光雷達(dá)模塊，用于在所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置移動時，確定所述吸盤的吸取位置。

本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的真空氣氛處理裝置及樣品觀測系統(tǒng)，所述裝置的頂部與外部的粒子束產(chǎn)生裝置連接，所述裝置包括：底部與外部的待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸的吸盤、與外部的供氣系統(tǒng)連接的第一氣體控制器、與外部的抽氣系統(tǒng)連接的第二氣體控制器；其中，所述裝置的頂部設(shè)置有窗口，所述窗口用于使外部的粒子束進(jìn)入所述裝置；所述第一氣體控制器，用于連接所述供氣系統(tǒng)和所述吸盤；所述第二氣體控制器，用于連接所述抽氣系統(tǒng)和所述吸盤。如此，所述供氣系統(tǒng)通過所述第一氣體控制器對所述裝置供氣，以及所述抽氣系統(tǒng)通過所述第二氣體控制器對所述裝置抽氣使得所述裝置內(nèi)部形成局部氣體環(huán)境；并且通過調(diào)節(jié)所述抽氣系統(tǒng)使用的真空泵、抽氣速度等來控制所述裝置內(nèi)部的壓強(qiáng)，從而，實(shí)現(xiàn)樣品處于理想的觀測環(huán)境下；同時，所述裝置的吸盤底部與待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸，形成待測樣品區(qū)，使得所述裝置能夠測量多種尺寸和表面形貌的樣品。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一真空氣氛處理裝置的組成結(jié)構(gòu)截面示意圖；

圖2A為本實(shí)用新型實(shí)施例吸盤與具有凹陷的樣品表面接觸的示意圖；

圖2B為本發(fā)明實(shí)施例吸盤與具有凸起的樣品表面接觸的示意圖；

圖2C為本發(fā)明實(shí)施例吸盤與帶通孔的樣品表面接觸的示意圖；

圖2D為本發(fā)明實(shí)施例吸盤與附近具有臺階結(jié)構(gòu)的樣品表面接觸的示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二樣品觀測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)截面示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例龍門結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6A為本實(shí)用新型實(shí)施例多自由度位移臺對大尺寸樣品進(jìn)行調(diào)節(jié)的示意圖；

圖6B為本實(shí)用新型實(shí)施例多自由度位移臺對小尺寸樣品進(jìn)行調(diào)節(jié)的示意圖；

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例掃描透射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例探測器的安裝的示意圖；

圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例磁屏蔽裝置和激光雷達(dá)模塊的安裝示意圖；

圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例七樣品觀測方法的處理流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下根據(jù)說明書附圖以及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例一

本實(shí)用新型實(shí)施例一提供一種真空氣氛處理裝置，所述真空氣氛處理裝置100的組成結(jié)構(gòu)截面圖，如圖1所示，所述真空氣氛處理裝置100的頂部與外部的粒子束產(chǎn)生裝置連接；所述真空氣氛處理裝置100包括：底部與外部的待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸的吸盤101、與外部的供氣系統(tǒng)102連接的第一氣體控制器103、與外部的抽氣系統(tǒng)104連接的第二氣體控制器112；其中，

所述真空氣氛處理裝置100的頂部設(shè)置有窗口111，所述窗口111用于使外部的粒子束進(jìn)入所述真空氣氛處理裝置100；

所述第一氣體控制器103，用于連接所述供氣系統(tǒng)102和所述吸盤101；

所述第二氣體控制器112，用于連接所述抽氣系統(tǒng)102和所述吸盤101。

其中，圖1所示113為待測樣品，106為樣品的待測區(qū)域。

在一具體實(shí)施方式中，所述第一氣體控制器103和所述第二氣體控制器112的功能可以由氣閥實(shí)現(xiàn)，也可以由通氣管道實(shí)現(xiàn)。

在一具體實(shí)施方式中，所述真空氣氛處理裝置100可以為軸對稱結(jié)構(gòu)，如：軸對稱的圓柱體、軸對稱的長方體、軸對稱的多邊體等。

在一具體實(shí)施方式中，所述吸盤101可以直接與大尺寸樣品的表面接觸，也可以與承載小尺寸樣品的平臺接觸，使得所述樣品處于一個局部空間105內(nèi)。

所述吸盤101包括：金屬波紋管107、密封結(jié)構(gòu)108和至少包括一圈彈簧的彈簧結(jié)構(gòu)109；其中，

所述彈簧結(jié)構(gòu)位于所述金屬波紋管的波紋內(nèi)部，用于支撐所述金屬波紋管107，使所述金屬波紋管能夠承受局部空間105內(nèi)外的壓強(qiáng)差；

所述金屬波紋管的底部與所述密封結(jié)構(gòu)連接；

所述密封結(jié)構(gòu)與所述待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸；

這里，所述密封結(jié)構(gòu)的制作材料通常為軟材料，如硅橡膠等；通過由軟材料制成的密封結(jié)構(gòu)與所述樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸，使得所述吸盤與所述樣品之間，或所述吸盤與承載所述樣品的平臺之間形成一局部空間105。

在一具體實(shí)施方式中，所述供氣系統(tǒng)102通過所述第一氣體控制器103向所述局部空間105供入的氣體可以是純凈氣體，也可以是混合氣體；所述氣體包括但不限于N₂、He、Ar、O₂和H₂O。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，具體可以通過控制所述抽氣系統(tǒng)102的真空泵、抽氣速度等參數(shù)改變所述局部空間105的內(nèi)部壓強(qiáng)，至此，一個壓強(qiáng)可變、且具有各種氣氛的局部空間105被創(chuàng)建出來。

在一個具體實(shí)施方式中，所述局部空間105中供入的氣體為He時，以帶電粒子是電子為例，由于電子在低真空的He中仍然具有較大的平均自由程，因此，適用于對不能承受高真空環(huán)境的樣品進(jìn)行觀測；如：電子能量為20至30KeV時，壓強(qiáng)為一個大氣壓下，電子在He中的平均自由程可以達(dá)到10mm。

在一個具體實(shí)施方式中，所述局部空間105中供入的氣體為O₂時，利用O₂與粒子束相互作用產(chǎn)生的氧等離子體對樣品進(jìn)行等離子體清洗。

在所述局部空間105中引入氣體后，氣體分子與粒子相互作用產(chǎn)生的帶電粒子也可以用于中和樣品中的剩余電荷，從而提高帶電粒子束產(chǎn)生裝置對樣品的掃描成像質(zhì)量，尤其能夠提高帶電粒子束產(chǎn)生裝置對非導(dǎo)電樣品的掃描成像質(zhì)量；這里，所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置包括：傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡或其它帶電粒子產(chǎn)生裝置。

利用傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡觀測樣品時，通常需要一個大尺寸的樣品室用于放置樣品，樣品室與所述掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡的鏡筒之間通常存在一個或幾個壓差光闌；因此，每次對樣品進(jìn)行觀測前，均需要對所述掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡的鏡筒和樣品室同時抽真空；抽真空的時間至少花費(fèi)幾十分鐘甚至更長的時間。而本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的真空氣氛處理裝置的頂部與所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置鏡筒底部的第一真空窗連接，即所述鏡筒與所述局部空間用一個真空窗分隔；由于所述鏡筒預(yù)先抽真空，并保持在高真空的條件下，因此，在對樣品進(jìn)行測試時，只需要對空間較小的局部空間105進(jìn)行抽氣，花費(fèi)一分鐘甚至更短的時間，所述局部空間105內(nèi)的壓強(qiáng)變化也可以在一個大氣壓到10^-6托范圍內(nèi)變化。

在一具體實(shí)施方式中，所述真空氣氛處理裝置100中的吸盤101能夠適應(yīng)多種樣品的表面形貌，所述金屬波紋管107的形狀根據(jù)所述樣品的表面形貌發(fā)生變化；其中，圖2A為所述吸盤101與具有凹陷的樣品表面接觸示意圖；圖2B為所述吸盤101與具有凸起的樣品表面接觸示意圖；圖2C為所述吸盤101與帶通孔的樣品表面接觸示意圖，此時，利用密封件201在所述樣品的另一側(cè)對樣品進(jìn)行密封，所述密封件201包括一個高硬度的支撐結(jié)構(gòu)和一個具有較高密封性的柔軟結(jié)構(gòu)；圖2D為所述樣品待觀測區(qū)域206附近有一臺階結(jié)構(gòu)202，此時對吸盤101進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，以適應(yīng)所述臺階樣品的形狀；圖2A、圖2B圖2C和圖2D所示206為樣品的待測區(qū)域。

實(shí)施例二

本實(shí)用新型實(shí)施例二提供一種樣品觀測系統(tǒng)400，所述系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)截面示意圖，如圖3所示，包括：真空氣氛處理裝置100、帶電粒子束產(chǎn)生裝置200和樣品300；其中，所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200的鏡筒201底部與所述真空氣氛處理裝置100的頂部固定連接；

所述樣品300或承載所述樣品300的平臺與所述真空氣氛處理裝置100的底部接觸；

所述真空氣氛處理裝置100包括：與所述樣品或承載所述樣品的平臺接觸的吸盤101、與外部的供氣系統(tǒng)102連接的第一氣體控制器103以及與外部的抽氣系統(tǒng)104連接的第二氣體控制器112；

所述真空氣氛處理裝置100的頂部設(shè)置有窗口111，所述窗口111位于所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200底部的第一真空窗203下方，用于使所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的粒子束通過所述第一真空窗203后對所述真空氣氛處理裝置100內(nèi)的樣品300進(jìn)行觀測；

所述第一氣體控制器103，用于連接所述供氣系統(tǒng)102和所述吸盤101，對所述真空氣氛處理裝置100供氣；

所述第二氣體控制器112，用于連接所述抽氣系統(tǒng)104和所述吸盤101，對所述真空氣氛處理裝置100抽氣。

所述真空氣氛處理裝置100的頂部設(shè)置有窗口111，所述窗口111用于使所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200內(nèi)部的粒子源212產(chǎn)生的粒子束202進(jìn)入所述真空氣氛處理裝置100；

所述第一氣體控制器103，用于連接所述供氣系統(tǒng)102和所述吸盤101；

所述第二氣體控制器112，用于連接所述抽氣系統(tǒng)102和所述吸盤101。

在一具體實(shí)施方式中，所述第一氣體控制器103和所述第二氣體控制器112的功能可以由氣閥實(shí)現(xiàn)，也可以由通氣管道實(shí)現(xiàn)。

在一具體實(shí)施方式中，所述真空氣氛處理裝置100可以為軸對稱結(jié)構(gòu)，如：軸對稱的圓柱體、軸對稱的長方體、軸對稱的多邊體等。

在一具體實(shí)施方式中，所述吸盤101可以直接與大尺寸樣品的表面接觸，也可以與承載小尺寸樣品的平臺接觸，使得所述樣品處于一個局部空間105內(nèi)。

所述吸盤101包括：金屬波紋管107、密封結(jié)構(gòu)108和至少包括一圈彈簧的彈簧結(jié)構(gòu)109；其中，

所述彈簧結(jié)構(gòu)位于所述金屬波紋管的波紋內(nèi)部，用于支撐所述金屬波紋管107，使所述金屬波紋管能夠承受局部空間105內(nèi)外的壓強(qiáng)差；

所述金屬波紋管的底部與所述密封結(jié)構(gòu)連接；

所述實(shí)用新型結(jié)構(gòu)與所述待測樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸；

這里，所述密封結(jié)構(gòu)的制作材料通常為軟材料，如硅橡膠等；通過由軟材料制成的密封結(jié)構(gòu)與所述樣品或承載所述待測樣品的平臺接觸，使得所述吸盤與所述樣品之間，或所述吸盤與承載所述樣品的平臺之間形成一局部空間105。

在一具體實(shí)施方式中，所述供氣系統(tǒng)102通過所述第一氣體控制器103向所述局部空間105供入的氣體可以是純凈氣體，也可以是混合氣體；所述氣體包括但不限于N₂、He、Ar、O₂和H₂O。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，具體可以通過控制所述抽氣系統(tǒng)102的真空泵、抽氣速度等參數(shù)改變所述局部空間105的內(nèi)部壓強(qiáng)，至此，一個壓強(qiáng)可變、且具有各種氣氛的局部空間105被創(chuàng)建出來。

在一個具體實(shí)施方式中，所述局部空間105中供入的氣體為He時，以帶電粒子是電子為例，由于電子在低真空的He中仍然具有較大的平均自由程，因此，適用于對不能承受高真空環(huán)境的樣品進(jìn)行觀測；如：電子能量為20至30KeV時，壓強(qiáng)為一個大氣壓下，電子在He中的平均自由程可以達(dá)到10mm。

在一個具體實(shí)施方式中，所述局部空間105中供入的氣體為O₂時，利用O₂與粒子束相互作用產(chǎn)生的氧等離子體對樣品進(jìn)行等離子體清洗。

在所述局部空間105中引入氣體后，氣體分子與電子相互作用產(chǎn)生的帶電粒子也可以用于中和樣品中的剩余電荷，從而提高帶電粒子束產(chǎn)生裝置對樣品的掃描成像質(zhì)量，尤其能夠提高帶電粒子束產(chǎn)生裝置對非導(dǎo)電樣品的掃描成像質(zhì)量。

利用傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡觀測樣品時，通常需要一個大尺寸的樣品室用于放置樣品，樣品室與所述掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡的鏡筒之間通常存在一個或幾個壓差光闌；因此，每次對樣品進(jìn)行觀測前，均需要對所述掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡的鏡筒和樣品室同時抽真空；抽真空的時間至少花費(fèi)幾十分鐘甚至更長的時間。而本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的真空氣氛處理裝置的頂部與所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置鏡筒底部的第一真空窗連接，即所述鏡筒與所述局部空間用一個真空窗分隔；由于所述鏡筒預(yù)先抽真空，并保持在高真空的條件下，因此，在對樣品進(jìn)行測試時，只需要對空間較小的局部空間105進(jìn)行抽氣，花費(fèi)一分鐘甚至更短的時間，所述局部空間105內(nèi)的壓強(qiáng)變化也可以在一個大氣壓到10^-6托范圍內(nèi)變化。

在一具體實(shí)施方式中，所述真空氣氛處理裝置100中的吸盤101能夠適應(yīng)多種樣品的表面形貌，所述金屬波紋管107的形狀根據(jù)所述樣品的表面形貌發(fā)生變化；其中，圖2A為所述吸盤101與具有凹陷的樣品表面接觸示意圖；圖2B為所述吸盤101與具有凸起的樣品表面接觸示意圖；圖2C為所述吸盤101與帶通孔的樣品表面接觸示意圖，此時，利用密封件201在所述樣品的另一側(cè)對樣品進(jìn)行封閉，所述密封件201包括一個高硬度的支撐結(jié)構(gòu)和一個具有較高密封性的柔軟結(jié)構(gòu)；圖2D為所述樣品待觀測區(qū)域206附近有一臺階結(jié)構(gòu)202，此時對吸盤101進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，以適應(yīng)所述臺階樣品的形狀；圖2A、圖2B圖2C和圖2D所示206為樣品的待測區(qū)域。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200的粒子源212產(chǎn)生的粒子束經(jīng)過所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200中的加速電極、偏轉(zhuǎn)裝置及物鏡對所述粒子束進(jìn)行加速、偏轉(zhuǎn)和聚焦；這里，所述鏡筒201底部設(shè)置由薄膜密封的第一真空窗203，所述第一真空窗203的制作材料可以為Si_xN_y、SiO₂或石墨烯薄膜，所述第一真空窗203的形狀和尺寸均可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況變化；此時，所述第一真空窗203具有兩種功能：第一是允許所述粒子束202通過所述第一真空窗203，并發(fā)生盡可能少的散射；第二是在使用所述第一真空窗203密封所述鏡筒201時，使得鏡筒201的內(nèi)部能夠保持高真空，從而使外部的用于控制所述鏡筒201的真空控制系統(tǒng)盡可能的簡化，以便于所述鏡筒201能夠安裝于機(jī)械臂或龍門結(jié)構(gòu)上。

具體地，所述機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，所述龍門結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖5所示。

這里，所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200可以為傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡，也可以為環(huán)境掃描電子顯微鏡或其它粒子束產(chǎn)生裝置。

實(shí)施例三

基于本實(shí)用新型實(shí)施例二所述的樣品觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型實(shí)施例三在所述實(shí)施例二所述的樣品觀測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加多自由度的位移臺，所述位移臺用于對所述樣品進(jìn)行多自由度的調(diào)節(jié)。

具體地，將樣品300表面的徑向尺寸大于所述吸盤的徑向尺寸的樣品定義為大尺寸樣品，如圖6A所示為使用多自由度位移臺對樣品進(jìn)行調(diào)節(jié)的示意圖；此時樣品300固定于一位移臺601上，樣品的被觀測面作為吸盤101的密封面，在樣品300與吸盤101接觸之前，利用多自由度的位移臺對所述樣品300的位置進(jìn)行調(diào)整；在樣品300與吸盤101接觸后，即所述樣品300吸附到所述吸盤101后，利用吸盤的變形對所述樣品300進(jìn)行微小的調(diào)整，以便于對所述樣品300進(jìn)行更好的觀測。對于不可移動的大尺寸樣品，可將本實(shí)用新型所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置安裝于機(jī)械臂上或安裝于龍門結(jié)構(gòu)上，通過所述機(jī)械臂或所述龍門結(jié)移動所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置，實(shí)現(xiàn)對所述大尺寸、不可移動樣品的觀測。

這里，所述多自由度的位移臺可以是一個或多個機(jī)械式或壓電式的位移臺，對所述樣品300的位置的調(diào)整如圖6A所示，包括：X、Y和Z三個方向上的平移，以及傾斜和旋轉(zhuǎn)。

將樣品300表面的徑向尺寸小于所述吸盤的徑向尺寸的樣品定義為小尺寸樣品；此時，如圖6B所示對所述樣品300的觀測需使用本實(shí)用新型提出的多功能工作臺602上，所述吸盤101與工作臺602的上表面接觸，形成一個封閉腔室105；多功能工作臺602內(nèi)安裝一多自由度位移臺601B，樣品300放置在所述位移臺上，并利用所述位移臺對樣品300進(jìn)行調(diào)整。

這里，所述多自由度的位移臺可以是一個或多個機(jī)械式或壓電式的位移臺，對所述樣品300的位置的調(diào)整如圖6B所示，包括：X、Y和Z三個方向上的平移，以及傾斜和旋轉(zhuǎn)。

對于小尺寸的超薄樣品，需要對其進(jìn)行掃描透射粒子顯微鏡觀測時，如圖7所示，所述多功能臺可以是具有掃描透射探測腔的工作臺700。此時所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200可以作為掃描透射粒子顯微鏡使用；所述工作臺700的上表面與吸盤101相接觸，形成密封腔室105，所述超薄樣品300放置于所述密封腔室105的位移臺上；所述工作臺700還包括一透射粒子探測腔室705，所述探測腔室705的上方設(shè)置有第二真空窗701，所述真空窗701有兩個功能：一個是允許透過超薄樣品300的粒子束以最小的散射進(jìn)入探測腔室705中，另一個是對探測腔室705進(jìn)行密封；所述探測腔室705的下方通過第三氣體控制器706與外部的抽氣系統(tǒng)相連接，對所述探測腔室705進(jìn)行抽氣；同時所述探測腔室705中設(shè)置有兩個透射粒子探測器702和703，對粒子進(jìn)行探測從而實(shí)現(xiàn)超薄樣品的掃描透射成像。

所述第二真空窗的制作材料可以為Si_xN_y、SiO₂或石墨烯薄膜，所述第二真空窗701的形狀和尺寸均可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況變化。所述透射粒子探測腔705和局部區(qū)域105均應(yīng)處于高真空條件下，以減少粒子的散射。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，圖6B和圖7中的所述平臺上可安裝有加熱模塊和/或制冷模塊，用于調(diào)整所述樣品所處的環(huán)境溫度。

這里，所述加熱模塊的功能可以通過電加熱板實(shí)現(xiàn)，所述制冷模塊的功能可以通過液氮池實(shí)現(xiàn)。

因此，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的樣品觀測系統(tǒng)能夠觀測任意表面尺寸的樣品。

由于本實(shí)用新型實(shí)施例三所述的樣品觀測系統(tǒng)是基于本實(shí)用新型實(shí)施例二記載的樣品觀測系統(tǒng)提出的，因此，本實(shí)用新型實(shí)施例二記載的樣品觀測系統(tǒng)的所有特征均適用于本實(shí)用新型實(shí)施例三提出的樣品觀測系統(tǒng)。

實(shí)施例四

基于本實(shí)用新型實(shí)施例二和實(shí)施例三提供的樣品觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型實(shí)施例四還提供一種樣品觀測系統(tǒng)，是在實(shí)施例二或?qū)嵤├峁┑臉悠酚^測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加至少一個探測器，所述探測器根據(jù)自身的種類水平或傾斜置于所述真空氣氛處理裝置的內(nèi)部頂端，用于對所述粒子束作用于樣品后產(chǎn)生的信號進(jìn)行探測；

這里，所述探測器包括但不限于：背散射粒子探測器、二次粒子探測器、氣體探測器、能散射譜探測器和陰極射線熒光探測器等。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述探測器的安裝示意圖，如圖8所示，所述背散射粒子探測器801和所述氣體探測器802置于所述真空氣氛處理裝置1的內(nèi)部頂端，所述二次粒子探測器803和所述能散射譜探測器804以一定的角度傾斜對稱的置于所述真空氣氛處理裝置1的內(nèi)部頂端。

由于本實(shí)用新型實(shí)施例四所述的樣品觀測系統(tǒng)是基于本實(shí)用新型實(shí)施例二或?qū)嵤├涊d的樣品觀測系統(tǒng)提出的，因此，本實(shí)用新型實(shí)施例四記載的樣品觀測系統(tǒng)的所有特征均適用于本實(shí)用新型實(shí)施例二或?qū)嵤├岢龅臉悠酚^測系統(tǒng)。

實(shí)施例五

基于本實(shí)用新型實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四提供的樣品觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型實(shí)施例五還提供一種樣品觀測系統(tǒng)，所述樣品觀測系統(tǒng)還包括磁屏蔽裝置，如圖9所示，所述磁屏蔽裝置安裝于所述鏡筒201外壁上，下端靠近所述密封結(jié)構(gòu)，將整個吸盤100罩在其中，并可進(jìn)行上下調(diào)節(jié)；在所述樣品300移動時，所述磁屏蔽裝置900可上下移動，并采用主動磁屏蔽或被動磁屏蔽對所述吸盤100進(jìn)行磁隔離。

由于本實(shí)用新型實(shí)施例五所述的樣品觀測系統(tǒng)是基于本實(shí)用新型實(shí)施例二、實(shí)施例三或?qū)嵤├挠涊d的樣品觀測系統(tǒng)提出的，因此，本實(shí)用新型實(shí)施例五記載的樣品觀測系統(tǒng)的所有特征均適用于本實(shí)用新型實(shí)施例二、實(shí)施例三或?qū)嵤├奶岢龅臉悠酚^測系統(tǒng)。

實(shí)施例六

基于本實(shí)用新型實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四和實(shí)施例五提供的樣品觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型實(shí)施例六還提供一種樣品觀測系統(tǒng)，所述樣品觀測系統(tǒng)還包括激光雷達(dá)模塊，如圖9所示，所述激光雷達(dá)模塊901置于所述鏡筒的外側(cè)，通過機(jī)械臂或龍門結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置200移動時，所述激光雷達(dá)模塊901用于確定所述樣品300的位置，從而使真空氣氛控制裝置100能夠準(zhǔn)確找到樣品待測點(diǎn)的位置，同時避免與樣品進(jìn)行劇烈碰撞。

由于本實(shí)用新型實(shí)施例六所述的樣品觀測系統(tǒng)是基于本實(shí)用新型實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四或?qū)嵤├逵涊d的樣品觀測系統(tǒng)提出的，因此，本實(shí)用新型實(shí)施例五記載的樣品觀測系統(tǒng)的所有特征均適用于本實(shí)用新型實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四和實(shí)施例五提出的樣品觀測系統(tǒng)。

實(shí)施例七

基于本實(shí)用新型實(shí)施例的上述真空氣氛處理裝置及樣品觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型實(shí)施例七提供一種樣品觀測方法，所述樣品觀測方法應(yīng)用于本實(shí)用新型實(shí)施例二至實(shí)施例六所述的任一樣品觀測系統(tǒng)，所述樣品觀測方法的處理流程，如圖10所示，包括以下步驟：

步驟101，通過所述第一氣體控制器和所述第二氣體控制器在所述真空氣氛處理裝置內(nèi)形成局部氣體環(huán)境，并控制所述真空氣氛處理裝置的壓強(qiáng)；

具體地，首先，所述真空氣氛處理裝置的吸盤吸附于樣品表面、或吸附于承載所述樣品的平臺表面，形成一密閉的空間；之后，所述供氣系統(tǒng)通過所述第一氣體控制器對所述真空氣氛處理裝置進(jìn)行供氣，所述抽氣系統(tǒng)通過所述第二氣體控制器所述真空氣氛處理裝置進(jìn)行抽氣，進(jìn)而在所述真空氣氛處理裝置內(nèi)形成局部氣體環(huán)境；并通過調(diào)節(jié)所述抽氣系統(tǒng)使用的真空泵、抽氣速度等來所述局部氣體環(huán)境的氣體的壓強(qiáng)。

這里，所述供氣系統(tǒng)供入的氣體可以是純凈氣體，也可以是混合氣體；其中，所述氣體包括但不限于：He、Ar、N₂、H₂O、O₂等氣體；

其中，所述真空氣氛處理裝置的吸盤吸附于樣品表面、或吸附于承載所述樣品的平臺表面的實(shí)現(xiàn)過程為：先利用激光雷達(dá)模塊探測樣品的位置；再利用機(jī)械臂或者龍門結(jié)構(gòu)將帶電粒子束產(chǎn)生裝置移動至樣品或承載樣品的平臺上方；最后利用所述真空氣氛處理裝置的吸盤吸附于樣品表面、或吸附于承載所述樣品的平臺表面。此時，可利用位移臺對樣品的位置進(jìn)行多維度調(diào)節(jié)，以使外部的粒子束能夠準(zhǔn)確地照射至樣品的待測位置。

在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所供入的氣體為He時，以帶電粒子是電子為例，由于電子在低真空的He中仍然具有較大的平均自由程，因此，適用于對不能承受高真空環(huán)境的樣品進(jìn)行觀測；如：電子能量為20至30KeV時，壓強(qiáng)為一個大氣壓下，電子在He中的平均自由程可以達(dá)到10mm。

在一個具體實(shí)施方式中，所供入的氣體為O₂時，利用O₂與粒子束相互作用產(chǎn)生的氧等離子體對樣品進(jìn)行等離子體清洗。在所述局部空間105中引入氣體后，氣體分子與粒子相互作用產(chǎn)生的帶電粒子也可以用于中和樣品中的剩余電荷，從而提高帶電粒子束產(chǎn)生裝置在樣品上的掃描成像質(zhì)量；這里，所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置包括：傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡、環(huán)境掃描電子顯微鏡或其它粒子束產(chǎn)生裝置。

利用傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡觀測樣品時，通常需要一個大尺寸的樣品室用于放置樣品，樣品室與所述掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡的鏡筒之間通常存在一個或幾個壓差光闌；因此，每次對樣品進(jìn)行觀測前，均需要對所述掃描電子顯微鏡或環(huán)境掃描電子顯微鏡的鏡筒和樣品室同時抽真空；抽真空的時間至少花費(fèi)幾十分鐘甚至更長的時間。

而本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的真空氣氛處理裝置的頂部與所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置鏡筒底部的第一真空窗連接，即所述鏡筒與所述局部空間用一個真空窗分隔；由于所述鏡筒預(yù)先抽真空，并保持在高真空的條件下，因此，在對樣品進(jìn)行測試時，只需要對空間較小的局部空間進(jìn)行抽氣，花費(fèi)一分鐘甚至更短的時間，所述局部空間內(nèi)的壓強(qiáng)變化也可以在一個大氣壓到10^-6托范圍內(nèi)變化。

步驟102，所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的粒子束穿過所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置的鏡筒底部的第一真空窗作用于所述真空氣氛處理裝置內(nèi)的樣品，以對所述樣品進(jìn)行觀測。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述樣品觀測系統(tǒng)還包括至少一個探測器，所述探測器水平或傾斜位于所述真空氣氛處理裝置的內(nèi)部頂端；相應(yīng)的，所述方法還包括：

步驟103，對所述粒子束作用于樣品后產(chǎn)生的信號進(jìn)行探測；

這里，所述探測器包括但不限于：背散射粒子探測器、二次粒子探測器、氣體探測器、能散射譜探測器和陰極射線熒光探測器等；

其中，所述探測器根據(jù)自身的種類水平或傾斜置于所述真空氣氛處理裝置的內(nèi)部頂端，對所述粒子束作用于樣品后產(chǎn)生的信號進(jìn)行探測；

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述探測器的安裝示意圖，如圖8所示，所述背散射粒子探測器和所述氣體探測器置于所述真空氣氛處理裝置的內(nèi)部頂端，所述二次粒子探測器和所述能散射譜探測器804以一定的角度傾斜對稱的置于所述真空氣氛處理裝置的內(nèi)部頂端。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述樣品觀測系統(tǒng)還包括磁屏蔽裝置；相應(yīng)的，所述方法還包括：

步驟104，對所述真空氣氛處理裝置進(jìn)行磁隔離；

具體地，如圖8所示，所述磁屏蔽裝置安裝于所述鏡筒外壁上，所述磁屏蔽裝置的下端靠近所述密封結(jié)構(gòu)，將整個吸盤罩在其中，所述磁屏蔽裝置還可進(jìn)行上下調(diào)節(jié)；在所述樣品移動時，所述磁屏蔽裝置可上下移動，并采用主動磁屏蔽或被動磁屏蔽對所述真空氣氛處理裝置進(jìn)行磁隔離。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述樣品觀測系統(tǒng)還包括加熱模塊和/或制冷模塊；相應(yīng)的，所述方法還包括：

步驟105，利用所述加熱模塊和/或制冷模塊調(diào)整所述樣品所處的環(huán)境溫度；

這里，所述加熱模塊和/或制冷模塊安裝于所述多功能工作臺中；

其中，所述加熱模塊的功能可以通過電加熱板實(shí)現(xiàn)，所述制冷模塊的功能可以通過液氮池實(shí)現(xiàn)。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述樣品觀測系統(tǒng)還包括激光雷達(dá)模塊；相應(yīng)的，在所述樣品的待測區(qū)域發(fā)生改變時，所述方法還包括：

步驟106，利用所述激光雷達(dá)模塊確定所述樣品的位置；

具體地，如圖9所示，所述激光雷達(dá)模塊置于所述鏡筒的外側(cè)，通過機(jī)械臂或龍門結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置移動時，所述激光雷達(dá)模塊用于確定所述吸盤的吸取位置，即確定所述樣品的位置，從而使真空氣氛控制裝置能夠準(zhǔn)確找到樣品待測點(diǎn)的位置，同時避免與樣品進(jìn)行劇烈碰撞。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，將樣品表面的徑向尺寸大于所述吸盤的徑向尺寸的樣品定義為大尺寸樣品；此時樣品的表面作為吸盤的密封面，在樣品與吸盤接觸之前，利用多自由度的位移臺對所述樣品的位置進(jìn)行調(diào)整；在樣品與吸盤接觸后，即所述樣品吸附到所述吸盤后，利用吸盤的變形對所述樣品進(jìn)行微小的調(diào)整，以便于對所述樣品進(jìn)行更好的觀測。對于不可移動的大尺寸樣品，可將本實(shí)用新型所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置安裝于機(jī)械臂上或安裝于龍門結(jié)構(gòu)上，通過所述機(jī)械臂或所述龍門結(jié)移動所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置，實(shí)現(xiàn)對所述大尺寸、不可移動樣品的觀測。

這里，所述多自由度的位移臺對所述樣品的位置的調(diào)整包括：X、Y和Z三個方向上的平移，以及傾斜和旋轉(zhuǎn)。

將樣品表面的徑向尺寸小于所述吸盤的徑向尺寸的樣品定義為小尺寸樣品；此時，所述樣品需放置于如圖6B所示的多功能工作臺中的位移臺上，所述吸盤與所述工作臺的表面形成密封結(jié)構(gòu)，并利用多自由度的位移臺對所述樣品進(jìn)行精確定位。

對于小尺寸的超薄樣品，所述樣品觀測系統(tǒng)的還包括掃描透射裝置，所述掃描透射裝置位于所述工作臺上；如圖7所示，此時所述帶電粒子束產(chǎn)生裝置可以作為掃描透射粒子顯微鏡使用；在工作臺上內(nèi)置有一個透射粒子探測腔705，所述透射粒子探測腔705的上表面設(shè)置有第二真空窗701；相應(yīng)的，

所述方法還包括：

步驟107，利用探測器對透過第二真空窗的與樣品作用后的粒子束進(jìn)行探測。

需要說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例七中步驟103至步驟107不存在執(zhí)行的先后順序，也不存在依賴關(guān)系，即所述實(shí)施例中可以包括步驟103至步驟107中的任意一個操作或多個操作；本發(fā)明上述實(shí)施例所述的帶電粒子束產(chǎn)生裝置可以為傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡，也可以為環(huán)境掃描電子顯微鏡、或其它粒子束產(chǎn)生裝置。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。