[發明專利]測定、使用和指示離子束工作性能的方法和裝置

在審

• 申請號: 201580066523.9
• 申請日: 2015-10-14
• 公開（公告）號: CN107223282A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 約翰·安德魯·亨特;史蒂文·托馬斯·科伊爾;邁克爾·帕特里克·哈塞爾希勒;塞及·C·霍斯曼
• 申請（專利權）人: 約翰·安德魯·亨特;史蒂文·托馬斯·科伊爾;邁克爾·帕特里克·哈塞爾希勒;塞及·C·霍斯曼
• 主分類號: H01J37/08
• 分類號: H01J37/08;H01J37/24;H01J37/304;H01J37/305;H01J37/317;G01N1/44
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙)51124
• 代理人: 劉揚,許澤偉

用于離子束樣本制備和鍍覆的裝置中測定、使用和指示離子束工作性能的方法和裝置。束探針可用于測量離子束一個部分的一種或多種工作特性，生成與一種或多種工作特性存在已知關系的探針信號。該束探針可生成與達到樣本的噴鍍涂層的一種或多種特性存在已知關系的信號。離子束裝置可與從束探針處接收到的信號響應，調制一種或多種離子束特性。探針信號可用于離子束裝置中，指示一種或多種離子束工作特性。相關裝置和方法還可測量探針信號與離子束工作特性之間的已知關系。

相關申請的交叉引用

本非臨時專利申請要求獲得于2015年10月13日申請的標題為“測定、使用和指示離子束工作性能的方法和裝置”的美國臨時申請號14/882,297所享有的權利。本非臨時專利申請要求獲得于2014年10月15日申請的標題為“測定、使用和指示離子束工作性能的方法和裝置”的美國臨時申請號62/064,399所享有的權利。

技術領域

本公開涉及使用一個或多個離子束制備用于顯微觀測或光譜分析的材料。顯微觀測技術包括但不限于：光學顯微術(LM)，掃描電子顯微術(SEM)、透射電子顯微術(TEM)、掃描透射電子顯微術(STEM)和反射式電子顯微術(REM)。光譜分析技術包括但不限于：X射線微量分析、反射電子能量損失譜(REELS)、電子背散射衍射(EBSD)、X射線光電子能譜學(XPS)和俄歇電子能譜學(AES)。使用顯微觀測技術進行觀測的材料可能需要加工制作成為適用于顯微鏡檢查的樣本。

利用電子對樣本進行探測和成像的顯微術是研究許多材料詳細微觀結構的重要技術。制備用于觀測的樣本要求十分嚴格。樣品制備時應做到：盡可能多地保留顯著的樣本特性；避免可能改變、丟失或增加附加信息的假象；在一定溫度、真空條件、帶電粒子流、中性粒子流條件范圍內的觀測環境下對樣本進行檢查時，保持其穩定性，并使樣品觀測盡可能接近其自然狀態。

對材料進行離子束銑削可制作出適用于顯微鏡檢查的樣本。制備樣本時，可在樣本較薄、平滑、暴露和刻蝕相關區域中采用離子束銑削，用于后續微觀研究。離子束輻照裝置可生成、加速和指揮一束離子，并指向樣本。離子對樣本的撞擊將使不在離子撞擊區內的材料受到噴鍍。樣本的表面可能會被離子束打磨成非常光滑的狀態，進一步提高了樣本的觀測特性。樣本的相關區域可能通過使用離子束被暴露和打磨，從而從研究的材料中制作出適合的觀測樣本。此外，樣本可能會由于一個或多個離子束的活動被刻蝕，從而使得其表面能接受涂層。

采用精心挑選的涂層材料鍍覆樣本產生的具有觀測特征的樣本比從單獨樣品材料的固有特性獲得的更好?？墒褂锰己徒?、鉻、鉑、鈀、銥、鎢、鉭等金屬以及其他化合物的薄涂層為制備完成的樣本涂層，從而產生：導電性、觀測過程中電荷積聚、觀測過程中邊緣分辨率、熱損傷、二次電子放射、反散射電子發射和機械穩定性等方面的變化。

離子束系統用于銑削用作顯微分析的樣本，通常是暴露其相關界面或相關基底結構，或制成具有電子透明區的樣本。許多此類系統具有旋轉樣本和固定射束，以便射束可從多個方向撞擊樣本。通過對樣本表面某些區域中因不均勻的拓撲結構所造成的陰影進行補償，實現對樣本更均勻的銑削。在用于離子束銑削的典型系統中，通過樣本旋轉軸與離子束本身中心相交而描述的樣本區域中的離子束快速將材料從樣本上去除。

對于離子束銑削技術，使用者需考慮的重要事項包括：減少或者最小化使用者加工樣本所花費的時間和工作；減少或者最小化直接處理微細樣品并具有損壞風險的步驟的數目，例如在將樣本安裝到樣本支架上用以加工或分析時；減少或者最小化使用者將樣本轉移至最終分析設備(成像或光譜設備)中，以及進行分析前將樣本區域的坐標調整為與最終分析設備對齊時所花費的時間和工作；確保樣本在加工和成像過程中質量高、成功幾率高；減少或者最小化各樣本在離子束銑削設備和樣本安裝設備中所花費的時間；確保在樣本安裝和最終分析時，通過縮小樣本與用于觀測的標的物或探針形成透鏡之間所需的焦距，實現對樣本進行高質量的顯微觀測。

使用增強其在后續顯微觀測中的特性的涂層材料鍍覆樣本時，需要注意的重要事項包括：改進涂層的空間均勻性；減少材料進行涂層所需要的時間；改進涂層步驟的重復性；控制涂層厚度；提高涂層步驟的效率。