[发明专利]不对称精密离子抛光系统样品夹具及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及透射式电子显微镜样品的制备过程，尤其涉及一种应用于精密离子抛光系统的样品夹具。

背景技术

精密离子抛光系统(PIPS，Precision Ion Polishing System)通常用于透射式电子显微镜(TEM，Transmission Electron Microscope)样品的前处理过程，其作用是将样品打薄以方便TEM观察。

在实际应用中，透射式电子显微镜样品的制作非常费时，通常需要先将样品研磨到厚度1μm左右，然后使用精密离子抛光系统进一步减薄样品至200nm左右才能进行TEM观察。在使用PIPS对经过研磨的样品进行进一步减薄时，样品先被粘到一个铜环上，然后将粘有样品的铜环固定于样品夹，所述的样品夹如图1和图2所示，其中图1为样品夹的整体示意图，图2为样品夹夹持粘有样品的铜环时的俯视图，样品夹底部有支撑轴可以插入PIPS机台上相应的孔中被机台驱动装置带动绕轴旋转，图中AA表示支撑轴的轴心线，BB表示两个夹臂末端连线，由于两个夹臂等长，轴心线AA与BB的交点即为BB的中点。在减薄过程中，样品随着样品夹在离子束下绕轴AA转动，离子束作用的区域被逐渐抛光，此过程中经常会遇到这样的问题，样品已被减薄至出现一个洞，而需要观察的目标结构仍然在该洞边缘较厚处，请参见图3a和图3b，其中图3a为粘有样品铜环的俯视图，图3b为其侧视图。样品10粘在铜环20上，置于所述样品夹上在PIPS机台研磨后，区域102已出现空洞，目标结构区域101仍处于空洞边缘较厚处，这是由于，PIPS本身的作用区域为样品上一个小区域，而其发射的离子束在对样品减薄时有一定的研磨角度，通常研磨角度比较小，例如10度。这样就会出现减薄后离子束作用区域的中间变薄甚至穿孔，接近边缘处则递增式变厚的情况。如果需要观察的结构仍处于边缘较厚的地方，样品就不适合TEM检查，实际上PIPS的宽离子束只能对样品中心区域有效减薄，无法对目标结构所在的边缘较厚处进一步减薄，因此样品往往需要重磨，无疑这种重复的样品处理工作非常影响效率。

发明内容

针对目前在用PIPS处理样品有时候出现目标结构处于减薄区域边缘较厚处，不适合TEM检查而经常需要重磨的问题，提出本发明。

本发明的目的在于，提供一种不对称精密离子抛光系统样品夹具，使用这种结构的夹具固定样品在PIPS系统中减薄可以很好地避免上述问题，使样品上各种位置的目标区域都可能得到有效减薄，方便透射式电子显微镜检查。

本发明提供的不对称精密离子抛光系统样品夹具具有如下所述的结构：

位于底部的支撑轴；

与支撑轴相连的样品承载平台；

两个样品固定夹臂，位于样品承载平台边缘的相对位置，从所述平台向上延伸并向内弯折。

其中，两个样品固定夹臂的长度不相等，夹臂末端之间连线的中点偏离支撑轴的轴心。

下面结合本发明提供的上述技术方案介绍具体的TEM样品制作过程。

在一个半导体器件中如果有需要用TEM进行检测的结构，需要将其制作成适合TEM检测的样品，先通过例如化学机械研磨的方式使样品的厚度被研磨至厚度1μm左右。

本发明提供的样品夹，可以与现有技术中采用的样品夹结合使用。一般情况下样品的目标结构位于中央区域，这时只需采用现有的样品夹即可以在PIPS机台上有效减薄此区域，得到适合TEM观察的样品。如果使用现有的样品夹固定样品在PIPS机台上减薄后，目标结构区域仍然没被有效减薄，就可以使用本发明提供的样品夹来固定样品，使其被减薄的区域偏离样品的中心区域，具体操作方法如下：

将粘有样品的铜环置于本发明所述不对称精密离子抛光系统样品夹的样品承载平台上，并用样品固定夹臂固定。然后将样品固定夹的支撑轴插入PIPS机台上相应的驱动孔中，使样品夹绕支撑轴旋转，PIPS的离子束同时作用在样品上使其减薄。由于样品固定夹臂不等长，夹臂末端之间连线的中点偏离支撑轴的轴心，因此被固定的样品中心区域也偏离支撑轴的轴心。实际上旋转时样品中心的运行轨迹为绕支撑轴的轴心旋转，在离子束恒定照射在样品承载平台中心区域的条件下，这种运动方式可以使样品上受离子束作用的区域偏离其中心区域。

本发明的优点在于，由于样品夹上的样品固定夹臂不等长，用这种样品夹固定样品后，样品被PIPS机台减薄的区域会偏离其中心区域一定距离。很明显，这种样品夹在使用上可以与现有的样品夹互补，避免出现PIPS减薄后样品上的目标结构仍位于研磨区域边缘较厚地方的情况。