DD139670A3 - DEVICE FOR PREPARING THE SUBSTANCE SAMPLES FOR INVESTIGATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorbereitung der Stoffproben für die Untersuchung in Rasterelektronenraikroskopen oder anderen Einrichtungen zur Analyse der Mikrostruktur. Ziel der Erfindung ist es, die Qualität der Probenvorbereitung zu verbessern. Die Erfindung löst die Aufgabe, die oberflächennahen Schichten der Probe an einer ausgewählten Stelle durch einen Schnitt in definiertem Verlauf freizulegen, wobei die Schnittfläche repräsentativ für den Materialäufbau ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein paralleles Ionenbündel zum Abtragen von Probenmaterial auf den. Rand einer Blende, die sich dicht über oder direkt auf -der Probe befindet, gerichtet ist und mit der Probenoberfläche einen Winkel kleiner 90° bildet. Mit der Vorrichtung können beliebige Festkörper, auch nichtmassive wie Fasern oder Pulver, für die Analyse der Mikrostruktur in oberflächennahen Bereichen vorbereitet werden, darunter auch die große Gruppe der Proben, die bei mechanischer Vorbereitung zu große Strukturstörungen erleiden. Nach vorheriger Trocknung können auch organische Substanzen, insbesondere biologische, zur Untersuchung vorbereitet werden.The invention relates to a device for preparing material samples for examination in scanning electron microscopes or other devices for microstructure analysis. The aim of the invention is to improve the quality of sample preparation. The invention solves the problem of exposing the near-surface layers of the sample at a selected location by making a cut along a defined path, whereby the cut surface is representative of the material structure. According to the invention, this problem is solved in that a parallel ion beam for ablating sample material is directed towards the edge of a diaphragm located directly above or directly on the sample and forms an angle of less than 90° with the sample surface. With this device, any solid body, even non-solid ones such as fibers or powders, can be prepared for the analysis of the microstructure in near-surface regions, including the large group of samples that suffer excessive structural disturbances during mechanical preparation. After prior drying, organic substances, especially biological ones, can also be prepared for examination.
Description
Vorrichtung zur Vorbereitung der Stoffproben für die UntersuchungApparatus for preparing the swatches for the study
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorbereitung der Stoffproben für die Untersuchung in Rasterelektronenmikroskopen oder anderen Einrichtungen zur Analyse der Mikrostruktur. Mit der Vorrichtung werden die oberflächennahen Schichten geschnitten und für die Untersuchung freigelegt. Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Inspektion mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt werden.The invention relates to a device for preparing the substance samples for examination in scanning electron microscopes or other devices for analyzing the microstructure. With the device, the near-surface layers are cut and exposed for examination. The device can be used, for example, for inspecting microelectronic components.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es sind mechanische Schliffverfahren bekannt, die dazu dienen, schräge Schnitte oberflächennaher Schichten von Pestkörperproben sichtbar zu machen. Beispielsweise wird beim Kugelsohliffverfahren eine Kugelkalotte aus der Oberfläche herausgearbeitet. An ihren Planken entsteht ein Schrägschliff durch die Oberfläche, dessen Neigungswinkel von der Tiefe des Anschliffs abhängt.Characteristic of the known technical solutions Mechanical grinding methods are known which serve to make oblique sections of layers near the surface of plague body samples visible. For example, a spherical cap is machined out of the surface in the ball-and-socket process. At their planks, a beveled surface is created by the surface, whose angle of inclination depends on the depth of the polished section.
Die bekannten Schliffverfahren haben den lachteil, daß die lage der Schliffstelle auf der Oberfläche nicht mit mikroskopischer Genauigkeit festgelegt werden kann. Sie sind deshalb nur anwendbar, wenn der Schichtaufbau in größeren Oberflächenbereichen gleich ist. Weiterhin können mechanische Schliffverfahren nur bei solchen Werkstoffen angewendet werden, die spröde ger.ug sind, um einer völligen Zerstörung (Verschmieren) in der Schiiffzone zu widerstehen. In jedem lalle wird jedochThe known grinding methods have the drawback that the position of the ground point on the surface can not be determined with microscopic accuracy. They are therefore only applicable if the layer structure is the same in larger surface areas. Furthermore, mechanical grinding methods can only be applied to those materials that are brittle ger.ug to resist complete destruction (smearing) in the Schiiffzone. In any case, however, will
das Gefüge in der Schliffzone erheblich beeinträchtigt, beispielsweise durch Zerstörung des Kristallgitters und die Erzeugung von Versetzungen bis in Bereiche hinein, die mehrere Zehntel Millimeter von der Schlieflache entfernt liegen. Die durch den mechanischen Angriff gestörte Schicht verfälscht die Untersuchungsergebnisse vor allem dann, wenn außer der lichtmikroskopischen Betrachtung noch andere oberflächenphysikalische Untersuchungsverfahren angewendet werden sollen. Beispielsweise geht für die Beobachtung mit dem Easterelektronenmikroskop der Orientierungskontrast verloren.The structure in the ground zone significantly affected, for example, by destruction of the crystal lattice and the generation of dislocations into areas that are several tenths of a millimeter from the closing surface. The layer disturbed by the mechanical attack falsifies the examination results, above all, if, in addition to the light microscopic examination, other surface-physical examination methods are also to be used. For example, the orientation contrast is lost for the observation with the Easter electron microscope.
leben mechanischen Verfahren zur Oberflächenabtragung sind lonenstrahlverfahren bekannt, die dem Ziseck dienen, definierte Oberflächenstrukturen zu erzeugen. Bei diesen Verfahren wird mit einem Ionenstrahl im Vakuum die Oberfläche senkrecht abgestäubt. Innerhalb einer vorgegebenen Fläche werden etwa gleichmäßig starke Schichten abgetragen. Verschiedene Komponenten der Probe werden durch die direkt einfallenden Ionen selektiv abgebaut. Es entsteht keine für den Materialaufbau repräsentative Schnittfläche.In mechanical methods of surface erosion, ion beam methods are known which serve the purpose of creating defined surface structures. In these methods, the surface is sputtered vertically with an ion beam in a vacuum. Within a given area, evenly thick layers are removed. Various components of the sample are selectively degraded by the directly incident ions. There is no representative of the material structure sectional area.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, die Qualität der Probenvorbereitung au verbessern.The aim of the invention is to improve the quality of the sample preparation au.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die Erfindung löst die Aufgabe, die oberflächennahen Schichten der Probe an einer ausgewählten Stelle durch einen Schnitt in definiertem !erlauf freizulegen, wobei die Schnittfläche repräsentativ für den Materialaufbau ist.The invention solves the problem of exposing the near-surface layers of the sample at a selected location through a cut in a defined path, wherein the cut surface is representative of the material structure.
Erfindungsgeinäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein paralleles Ionenbündel zum Abtragen von Probenmaterial auf den Rand einer Blende, die sich dicht über oder direkt auf der Probe befindet, gerichtet ist und mit der Probenoberfläche eisen Winkel kleiner 90° bildet. Vorzugsweise sind die Elemente in deia Rasterelektronenmikroskop untergebracht und durch an sich bekannte Mittel zum Verschieben^ Schranken und Drehen in ihrer Lage· gegenüber der Richtung und dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf die Pr obenoberflache von außen einstellbar.According erfindungsgeinäß the object is achieved in that a parallel ion beam for removing sample material is directed to the edge of a diaphragm, which is located just above or directly on the sample, and forms with the sample surface iron angle less than 90 °. Preferably, the elements are housed in deia scanning electron microscope and adjustable by means known per se for moving ^ barriers and turning in their position with respect to the direction and the point of impact of the electron beam on the Pr top surface from the outside.
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Die Blende wird auf oder über der Probe befestigt und ausgerichtet. Unter einem schrägen Winkel werden dann Probenoberfläche und Blende mit parallelen Ionen beschossen. An der scharfen Schattengrenze entsteht eine Böschungsfläche. Die erzeugte Böachungsflache stellt einen Schnitt durch die Probe dar und hat folgende Eigenschaften: Ihre Lage und Form im Material wird durch die Art und Anordnung der Blende und die Einfallsrichtung des Ionenstrahls bestimmt. Die Böschungsfläche wird nicht von direkt einfallenden Ionen getroffen und daher auch bei Zusammensetzung der Probe aus verschiedenen Komponenten nicht selektiv abgebaut. Sie wird nicht mechanisch beansprucht, sondern nur von gestreuten Ionen getroffen. Sie ist daher für den Materiaiaufbau repräsentativ und kann nun sowohl mit elektronenmikroskopischen Mitteln als auch mit anderen Materialuntersuchungsverfahren (z.B. Mikroanalyse) untersucht werden und liefert Informationen über den Aufbau der Probe. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elemente im Rasterelektronenmikroskop (REM) untergebracht und von außen einstellbar sind. Unter dem Mikroskop kann die gewünschte Objektstelle ausgewählt und die Schnittfläche an dieser Stelle hergestellt wer*- den, ohne daß die Probe noch einmal herausgenommen werden muß. Der Schnitt kann unter Beobachtung erfolgen und zur Analyse unterbrochen werden. Die richtige Lage des Schnittes kann kontrolliert und korrigiert werden.The panel is attached to or over the sample and aligned. At an oblique angle, the sample surface and the aperture are then bombarded with parallel ions. At the sharp shadow border creates an embankment area. The created excavation surface represents a section through the sample and has the following properties: Its position and shape in the material is determined by the type and arrangement of the diaphragm and the direction of incidence of the ion beam. The embankment surface is not affected by directly incident ions and therefore is not selectively degraded when the sample is composed of different components. It is not mechanically stressed, but only struck by scattered ions. It is therefore representative of the structure of matter and can now be examined by both electron microscopic means and other materials analysis methods (e.g., microanalysis) and provides information about the structure of the sample. It is particularly advantageous if the elements are housed in the scanning electron microscope (SEM) and can be adjusted from the outside. The desired object site can be selected under the microscope and the cut surface made at this point without having to remove the sample again. The section can be made under observation and interrupted for analysis. The correct position of the cut can be controlled and corrected.
Es ist auch möglich, die abschirmende Blende als zerstäubungshemmendes Material auf einen Teil der Probenoberfläche fest aufzubringen, z.B. aufzudampfen.It is also possible to firmly apply the shielding screen as an anti-spattering material to a part of the sample surface, e.g. evaporate.
Die Probenvorbereitung ist auch an nichtkompaktem Material anwendbar, d.h. es können auch Schnitte durch poröses Material, durch Fasern oder Mikropartikel gelegt werden. Sie ist an allen Stoffen anwendbar, die im Vakuum beständig sind, also auch an biologischen Proben, wenn diese in bekannter Weise wie vor jeder elektronenmikroskopischen Abbildung getrocknet warden.Sample preparation is also applicable to non-compact material, i. cuts can also be made through porous material, fibers or microparticles. It is applicable to all substances which are resistant to vacuum, ie also to biological samples, when they are dried in a known manner as before each electron microscopic image.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeiepiel dargestellt werden.The invention will be illustrated below on an exemplary Beiepiel.
Die Zeichnung zeigt die erfindungsgeinäße Lösung in einem Rasterelektronenmikroskop.The drawing shows the erfindungsgeinäße solution in a scanning electron microscope.
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Im Objektraum'des Rasterelektronenmikroskops (REM) ist ein Ionenstrahler 1 so angebracht, daß ein paralleles Ionenbündel die Probenoberfläche in dem Gebiet 8 trifft, das auch vom Elektronenstrahl 4 des REM getroffen wird. Die Probe 9 befindet eich auf einem Kreuztisch 10, der in bekannter Weise von außen durch zwei Verstelltriebe in zwei zueinander senkrechten Richtungen 11, 12 der Probenoberfläche verschoben werden kann. Auf diesem Kreuztisch ist die Blende 14 so angeordnet, daß sie durch einen Verstelltrieb ebenfalle von außen in Richtung 13 über der Probenoberfläche verschoben und so die Lage der gewünschten Schnitt« fläche 6 festgelegt werden kann. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, die Probe im Kreuztisch um eine zur Probenoberfläche senkrechte Achse 5 zu drehen und den Kreuztisch so zu kippen, daß diese Achse in eine beliebige Richtung zwischen der Richtung zum lonenstrahler 1, fier Richtung zum Elektronenstrahler 3 und der Richtung zum Elektronendetektor 7, die nicht in einer Ebene liegen müssen, eingestellt werden kann..In the object space of the scanning electron microscope (SEM), an ion emitter 1 is mounted so that a parallel ion beam strikes the sample surface in the region 8 which is also struck by the electron beam 4 of the SEM. The sample 9 is located on a cross table 10, which can be moved in a known manner from the outside by two adjusting drives in two mutually perpendicular directions 11, 12 of the sample surface. On this cross table, the diaphragm 14 is arranged so that it can be moved by an adjusting ebenfalle from the outside in the direction 13 above the sample surface and so the position of the desired section «surface 6 can be set. Furthermore, means are provided to rotate the sample in the cross table about an axis perpendicular to the sample surface 5 and to tilt the cross table so that this axis in any direction between the direction to the ion beam 1, fier direction to the electron beam 3 and the direction to the electron detector that can not be in a plane, can be adjusted ..
Der lonenstrahler 1 liefert ein Parallelbündel von Edelgasionen, deren Energie zwischen 5 und 12 keV gewählt werden kann. DieThe ion radiator 1 supplies a parallel bundle of noble gas ions whose energy can be selected between 5 and 12 keV. The
Ionenetromdichte am Objekt beträgt bis zu 20 uA/mm . Die Ionen-Strahlrichtung liegt in der Nähe'der Detektorrichtung. Zwischen lonenstrahler und Probe ist ein ausschwenkbarer Faraday-Becher angebracht, mit dem der Ionenstrahl gemessen, optimiert sowie ein- und ausgeblendet werden kann. Die Blende befindet sich grob vor-justiert auf der Probenoberfläche und wird mit einem Schraubtrieb feinjustiert, der über eine biegsame Welle von außen bedient werden kanne Die Blendenkante, die die Schnittlinie auf der Probenoberfläche festlegt, ist etwa parallel zur Kippachse der Objektebene.Ion density at the object is up to 20 μA / mm. The ion beam direction is close to the detector direction. Between the ion emitter and the sample, a swing-out Faraday cup is mounted, with which the ion beam can be measured, optimized, faded in and out. The aperture is coarsely pre-adjusted on the sample surface and is finely adjusted with a helical drive that can be operated from outside via a flexible shaft. E The diaphragm edge, which defines the cutting line on the sample surface, is approximately parallel to the tilt axis of the object plane.
Die Probe wird im REM abgebildet, um den Ort der gewünschten Schnittlinie festzulegen. Anschließend-wird der Probentisch aus dem Mikroskop herausgenommen, die Blende dicht über der Probenoberfläche angebracht und mit Hilfe einer Lupe grob justiert. Danach wird die Probe erneut im REM abgebildet, wobei die Blende bereits genauer justiert werden kann. Ein kursses Einschalten des lonenstrahls (durch Aus- und Einschwenken des Faraday-Bechers) markiert die Schnittlinie und gestattet dieThe sample is imaged in the SEM to determine the location of the desired cut line. Subsequently, the sample table is removed from the microscope, the panel is placed close to the surface of the sample and coarsely adjusted using a magnifying glass. Thereafter, the sample is again imaged in the SEM, whereby the aperture can already be adjusted more precisely. A quick turn on the ion beam (by swinging the Faraday cup in and out) marks the cut line and allows the
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endgültige Peinjuetierung. Die gewünschte Neigung der Schnittfläche in der Probe wird mit dem Kippwinkel der Probenebene zum Ionenstrahl eingestellt. Der Ionenstrahler wird nun bis zum Erreichen zur gewünschten Abtragtiefe eingeschaltet. Die Kontrolle darüber kann entweder unmittelbar während des Beschüsses durch Abbildung der Probe mit Rückstreuelektronen oder während eingeschalteter Beschußpau3en mit Sekundärelektronen geführt werden.final personalization. The desired inclination of the cut surface in the sample is set with the tilt angle of the sample plane to the ion beam. The ion beam is now switched on until reaching the desired removal depth. The control over this can be carried out either directly during the bombardment by imaging the sample with backscattered electrons or during switching on pounding with secondary electrons.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD20153877A DD139670A3 (en) | 1977-10-17 | 1977-10-17 | DEVICE FOR PREPARING THE SUBSTANCE SAMPLES FOR INVESTIGATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD20153877A DD139670A3 (en) | 1977-10-17 | 1977-10-17 | DEVICE FOR PREPARING THE SUBSTANCE SAMPLES FOR INVESTIGATION |
Publications (1)
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|---|---|
| DD139670A3 true DD139670A3 (en) | 1980-01-16 |
Family
ID=5510084
Family Applications (1)
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| DD20153877A DD139670A3 (en) | 1977-10-17 | 1977-10-17 | DEVICE FOR PREPARING THE SUBSTANCE SAMPLES FOR INVESTIGATION |
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| Country | Link |
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| DD (1) | DD139670A3 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001098749A1 (en) * | 2000-06-21 | 2001-12-27 | Gatan, Inc. | Ion beam milling system and method for electron microscopy specimen preparation |
| EP2405462A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Camtek Ltd. | Method and system for preparing a sample |
| EP2405461A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Camtek Ltd. | Method and system for preparing a lamella |
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1977
- 1977-10-17 DD DD20153877A patent/DD139670A3/en unknown
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001098749A1 (en) * | 2000-06-21 | 2001-12-27 | Gatan, Inc. | Ion beam milling system and method for electron microscopy specimen preparation |
| EP2405462A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Camtek Ltd. | Method and system for preparing a sample |
| EP2405461A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Camtek Ltd. | Method and system for preparing a lamella |
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