用于用体积样本来制备微样本的方法和显微镜系统与流程

1.本发明涉及用于制备显微镜样本(下文也称为微样本)的方法和装置。


背景技术：

2.微样本的尺寸在亚毫米范围内，即几微米(μm)或纳米(nm)的数量级。
3.这些样本通常在电子显微镜(扫描电子显微镜、sem、或透射电子显微镜、tem)、离子显微镜、或具有类似分辨率能力的其他显微镜系统中进行检查和/或处理。
4.取决于所使用的显微术方法，可以以不同的方式来配置微样本。微样本可以是例如透射电子显微术(tem)所需的tem薄片。
5.tem薄片应理解为是指基本上具有扁平平行六面体形状的电子显微镜样本。至少在一个区域中，平行六面体样本必须足够薄以便电子可以照射穿透其中。接着，已经穿透tem薄片的电子(所谓的透射电子)可以通过适合的检测器检测并且用于产生样本的图像(所谓的透射图像或衍射图像)。
6.为了使tem薄片包含样本兴趣区域(roi)，通常必须用完整的样本材料(即，用完整的样本块)来制备薄片。这样的样本块在下文中被称为体积样本。
7.为了能够通过粒子显微术的方法来检查或处理样本兴趣区域，该区域应位于样本的表面处或者紧靠样本的表面。因此，有必要相应地露出样本兴趣区域(roi)，如果roi位于体积样本内部的深处，这尤其困难。在此情况下，必需去除大量样本材料以使得roi可触及从而进行进一步制备。另一方面，必需防止在对样本材料的粗糙去除期间，roi被损坏或甚至被无意去除。
8.通常，还必需将微样本从体积样本上分离并带走。为此目的，已知有各种取出方法。取出程序通常需要特殊的操作或固持工具，例如显微操纵器或微夹钳。此外，每个转移过程都涉及微样本被损坏或丢失的风险。
9.为了将体积样本处理成使得在处理之后roi靠近体积样本的样本表面，已经提出了各种方法。
10.在此方面，可以通过例如切片机将体积样本切成许多连续区段，接着将这些区段各自进行检查。在此情况下，缺点在于，必须产生非常多的区段来到达深的样本区域。因此，此方法被证明是非常耗时的。此外，此方法仅适合于相对软的材料。
11.此外，已经提出例如通过机械锯切、研磨、和/或抛光来机械地处理体积样本。随后，可以通过聚焦离子束(fib)来执行精细加工以去除少量材料。
12.在此情况下，一个缺点在于，必须提供所需的装置(例如，切片机、研磨或抛光装置、扫描电子显微镜、光学显微镜、fib系统)。此外，必需在不同的装置中处理该样本。因此，样本必须在这些装置之间来回转移。
13.另外，已经提出通过激光来实现粗加工并且通过聚焦离子束(fib)来实现精细加工。
14.这样做的缺点在于，激光束或fib束无法直接到达位于样本深处的roi。因此，首先
必需在竖直的加工方向(深度)上去除大量样本，这可能是十分耗时的。聚焦离子束(fib)几乎不可能在可接受的时间内去除大深度的样本材料。此外，缺点在于，通过激光从上到下(相对于加工方向，所谓的自上而下)来去除材料通常是不均匀的。此外，激光加工的目标深度难以控制。
15.因此，期望提出一种方法，通过该方法可以触及隐藏在样本块深处的结构从而快速且可靠地进行fib-sem分析或fib-sem制备。这样的深层结构可能位于自体积样本的外表面起例如几十微米到几毫米的深度、即距离处。
16.以下文献应被视为现有技术：
[0017]-titze b.,genoud c.：用于对生物超微结构进行成像的体积扫描电子显微术，biol.cell(2016),106:307-323
[0018]-ep 3 116 017b1
[0019]-ep 2 833 125b1


技术实现要素：

[0020]
本发明的目的是提出一种可以在短时间内制备包含兴趣区域(roi)的微样本的方法，该兴趣区域先前已经定位在样本块的难以触及的内部中。
[0021]
此目的通过一种具有下文所述的特征的方法来实现。该方法的有利配置由下文提供。
[0022]
本发明涉及一种用于用体积样本来制备微样本的方法，其中，该方法是借助于显微镜系统来实施，该显微镜系统具有用于产生第一粒子束的装置和用于产生第二粒子束的装置，
[0023]
其中，这些装置被配置用于将所述粒子束引导到待处理样本上并且通过该第一粒子束或该第二粒子束来去除样本材料，
[0024]
并且该待处理样本被实施为体积样本、微样本或大薄片，
[0025]
其中，该方法包括以下步骤：
[0026]
a)将体积样本提供到该显微镜系统中，其中，该体积样本的内部具有样本兴趣区域；
[0027]
b)通过用该第一粒子束来去除该体积样本的样本材料从而露出第一截面表面和第二截面表面，来产生包括该样本兴趣区域的大薄片；
[0028]
其中，该第一截面表面和该第二截面表面彼此相反布置，并且这两个截面表面彼此间隔开，使得该样本兴趣区域位于这些截面表面之间；
[0029]
c)将该大薄片相对于所述粒子束之一以一种方式定向，使得该粒子束和在上一个步骤中产生的这些截面表面之一相对于彼此成角度β，其中，该角度β在10
°
至90
°
范围内取值；
[0030]
d)通过与该截面表面成该角度β的该粒子束来去除该大薄片的样本材料，以露出该样本兴趣区域。
[0031]
优选地，该方法还包括以下方法步骤：
[0032]
e)产生包括先前露出的样本兴趣区域的微样本。
[0033]
优选地，该显微镜系统还包括用于对该待处理样本进行成像的装置，使得能够产
生该待处理样本的图像，
[0034]
其中，该方法还包括以下方法步骤：
[0035]-对该待处理样本进行成像。
[0036]
优选地，该显微镜系统包括用于产生能够被引导到该样本上的原电子束的装置、还以及至少一个检测器，该至少一个检测器用于检测原电子与样本材料之间相互作用的相互作用产物，使得能够产生该样本的电子光学图像，
[0037]
其中，该成像的方法步骤包括：
[0038]-对该待处理样本进行电子光学成像。
[0039]
优选地，该第一粒子束是激光束，并且该第二粒子束是聚焦离子束。
[0040]
优选地，用于产生所述粒子束的所述装置被实施为等离子体fib装置；
[0041]
并且其中，该第一粒子束是具有第一束流的聚焦离子束；
[0042]
并且该第二粒子束是具有第二束流的聚焦离子束；
[0043]
并且该第一束流大于该第二束流。
[0044]
优选地，该方法还包括以下方法步骤：
[0045]-将该大薄片与该体积样本分离；以及
[0046]-将该分离的大薄片转移至接收座装置，然后将该大薄片相对于该粒子束以该角度β定向。
[0047]
优选地，通过激光束或聚焦离子束来完成大薄片的分离。
[0048]
优选地，该方法还包括以下方法步骤：
[0049]-通过这些粒子束之一来削薄该大薄片。
[0050]
优选地，通过聚焦离子束来执行该削薄。
[0051]
优选地，随后对所产生的微样本执行以下方法之一：
[0052]
a)透射电子显微术；
[0053]
b)fib-sem断层扫描；
[0054]
c)3d x射线显微术；
[0055]
d)同步加速器检查；
[0056]
e)原子探针检查。
[0057]
另外，本发明涉及一种显微镜系统，该显微镜系统提供一个粒子束或多个粒子束，通过该粒子束可以产生根据本发明的微样本及其前体(即，加工阶段)、对其加工、并且还有利地对其进行成像。
[0058]
这些目的通过下文所述来实现。该显微镜系统的有利配置由下文提供。
[0059]
本发明涉及一种用于用体积样本来制备微样本的显微镜系统，
[0060]
其中，该显微镜系统包括用于产生第一粒子束的第一装置、还以及用于产生第二粒子束的第二装置，
[0061]
其中，这些装置被配置用于将所述粒子束引导到待处理样本上并且通过该第一粒子束或该第二粒子束来去除样本材料，
[0062]
并且该待处理样本被实施为体积样本、微样本、或大薄片，
[0063]
并且该显微镜系统还具有用于对该待处理样本进行成像的装置，并且其中，该显微镜系统被配置用于实施如上文所述的方法。
[0064]
优选地，该第一装置被实施为激光装置，使得能够产生激光束作为第一粒子束；并且该第二装置被实施为离子束装置，使得能够产生聚焦离子束作为第二粒子束。
[0065]
优选地，该第一装置和该第二装置被实施为等离子体fib装置，使得能够产生具有第一束流的第一聚焦离子束作为第一粒子束；并且能够产生具有第二束流的聚焦离子束作为第二粒子束；其中，该第一束流大于该第二束流。
[0066]
另外，本发明涉及一种包括控制命令序列的计算机程序产品，该计算程序产品使显微镜系统实施根据本发明的方法之一。
[0067]
在制备用于粒子束显微术的样本期间，通常的困难是，roi位于体积样本的内部深处。
[0068]
例如，如果roi被布置在自体积样本的外表面起几十微米或甚至高达几毫米的深度、即距离处，就是这种情况。
[0069]
使这样的roi可触及以进行精细制备需要相当大的深度(即，几十微米到几毫米)和相当大的体积(即，十万立方微米或更多)的材料去除。为此，首先将去除第一样本外层，然后可以去除下一个样本层。只有在那之后才可以移除下面的另外的层，依此类推。
[0070]
也就是说，换言之，在roi较深的情况下，必需沿竖直的加工方向(即，沿深度加工的方向)去除连续布置的大量样本材料(例如，几十万立方微米)。因此，大的去除深度(例如，一百微米或更大)对于足够灵敏的去除方法(例如，使用聚焦离子束(fib)的所谓铣削)是不切实际的。替代性程序可以涉及从侧面朝着roi努力。然而，在此可能性的情况下，也必须去除非常大量的材料，使得使用fib束进行去除是不切实际的。
[0071]
本发明基于这样的见解，可以将这种不切实际的去除深度转换成横向的、易于管理的去除长度。结果可以促进并显著地加速微样本制备。
[0072]
为此，首先在第一步骤中，用体积样本来产生大薄片(macrolamella)。随后用大薄片来制备实际的微样本。也就是说，换言之，该方法包括对样本的多个加工阶段，具体为：体积样本、大薄片和微样本。
[0073]
在制备期间，沿至少两个不同的加工方向来完成样本材料的去除。
[0074]
有利的是，通过去除粒子束来完成材料去除。粒子束可以是激光束(例如，飞秒、皮秒或纳秒激光束)或聚焦离子束。
[0075]
聚焦离子束可以被实施为具有液态金属离子源(lmis)(例如镓离子源)的fib、或等离子体fib。与lmis fib相比，等离子体fib通常能够实现更高的束流，使得可以通过设定束流而通过等离子体fib在一定程度上来完成粗加工(去除十万立方微米或更大的体积)和精细加工(去除小于十万立方微米的体积)。
[0076]
然而，还可设想的是，在根据本发明的方法中使用多种上述类型的粒子束，以便能够进行粗加工和精细加工。
[0077]
微样本可以被实施为竖直的tem薄片或水平的tem薄片(还称为平面图薄片)。此外，微样本可以被实施为柱形或锥形，例如进行(s)tem断层扫描或原子探针检查的针状样本、或进行xrm或同步加速器检查的柱形微样本。此外，微样本还可以构成fib-sem断层扫描的体积。
[0078]
为了制备微样本，首先处理体积样本以产生大薄片。该大薄片包括roi。通过沿第一加工方向来去除体积样本的材料从而产生大薄片。这是以产生两个截面的方式来完成
的。第一加工方向大致沿深度方向延伸。在此情况下产生的这两个截面表面彼此间隔开并且界定大薄片。
[0079]
薄片通常被理解为是指具有侧边缘z(长度)、y(宽度)和x(厚度)的扁平平行六面体。这基本上也适用于大薄片。在当前情况下，这两个截面表面之间的距离对应于大薄片的厚度x。然而，与已知的tem薄片相比，大薄片显著更大，其侧边缘长度高达几毫米。举例而言，大薄片可以具有大致350μm或400μm的侧边缘长度以及10μm的厚度。
[0080]
对于根据本发明产生大薄片而言重要的是，大薄片包括兴趣区域(roi)。为此，有利的是，事先已知或至少推测出体积样本中roi的空间坐标。
[0081]
如果例如在半导体部件的情况下，体积样本的结构构造是已知，则可以推测出roi的x、y、z坐标。
[0082]
还可以使用cad数据来确定在体积样本中的空间位置和空间取向。另一方面，可能已经通过先前的、非破坏性显微镜检查(比如热成像、超声或x射线方法)来确定roi的x、y、z坐标。
[0083]
在了解roi的x、y、z坐标后，接着选择大薄片的空间位置和空间取向，使得大薄片的体积包绕roi。
[0084]
空间位置应理解为是指roi或大薄片在三维空间中的定位，可以通过制定x、y和z坐标来描述。空间取向应理解为是指相对于参考点的取向。空间取向通常与所使用的显微镜系统的一个光轴有关。
[0085]
x、y、z坐标还可以与体积样本的样本特定坐标系有关。然而，还可设想的是，将体积样本提供到样本固持器系统中，并且将坐标与样本固持器系统的坐标系关联。
[0086]
此外，可设想的是，在事先不知道roi的定位的情况下实施该方法。在此情况下，首先产生大薄片，并且接着仅通过视觉监测来限定roi(其被大薄片包围并且旨在被更精确地检查)。
[0087]
还可设想的是，体积样本包括不仅一个、而是多个样本兴趣区域(roi)。因此，通过根据本发明的方法，可以用体积样本来产生多个大薄片。同样，可以从大薄片中获得多个微样本(例如，tem薄片)。接着，这产生了多个可检查区域，例如多个电子透明窗口(tem薄片)，其可以遍布在相对大的样本区域上。
[0088]
在根据本发明的方法的下一阶段中，将大薄片沿第二加工方向进行处理。在此情况下，尤其有利的是，第一和第二加工方向基本上彼此垂直地布置。接着，沿第二加工方向处理刚刚产生的截面表面。也就是说，因此，从侧面加工大薄片。可以去除初始地位于难以触及的深度处的样本体积。此外，现在可以横向地去除初始地表现为上下而置的样本层的样本体积。换言之：沿着原深度轴线的样本材料相对于第二加工方向不再是前后布置，而是并排布置。去除此材料所需的加工深度仅对应于大薄片的厚度xm。
[0089]
借助激光束沿第一加工方向产生截面是有利的。举例而言，为此目的可以使用纳秒、皮秒或飞秒激光器。与使用fib光束进行材料去除相比，激光允许材料去除速度快一个数量级，因此该加工步骤可以更快地进行。
[0090]
已经证明，尤其有利的是，在实施根据本发明的方法时可以观察样本(体积样本、大薄片和微样本)的不同加工阶段。这可以通过光显微镜、电子显微镜、或离子显微镜成像来完成。此外，可设想的是将这些成像方法中的两种或更多种组合。
[0091]
尤其有利的是，通过具有激光的sem-fib组合设备来实施根据本发明的方法。sem-fib组合设备是显微镜系统，除了扫描电子显微镜(sem)之外，其还包括用于产生聚焦离子束(fib)的离子束柱。
[0092]
通过组合设备的sem功能，可以将电子束引导到样本上。入射的原电子与样本材料相互作用，从而释放出相互作用产物。所述相互作用产物可以通过适合的检测器检测到并用于图像生成。根据检测到的相互作用产物的类型，可以生成具有不同图像对比度的图像表示。此外，sem-fib组合设备可以包括激光装置，该激光装置可以将激光束引导到体积样本或大薄片上。在这方面，可以通过激光烧蚀在短时间内去除大量(例如几十万立方微米)的样本材料。
[0093]
如已经提及的，已经证明，尤其有利的是，通过激光烧蚀来产生截面。替代性地，可设想的是，通过其中使用等离子体离子源的等离子体fib系统来产生截面。
[0094]
可以通过激光或fib来完成在沿第二加工方向进行加工期间的材料去除。为此，激光束或fib束应以10
°
至90
°
的角度、优选地以30
°
、54
°
或90
°
的角度入射到待加工截面表面上。
[0095]
在该方法的第一实施例中，在该方法期间，大薄片保持连接至体积样本。可选地，可以通过激光束或fib束来削薄大薄片，然后开始沿第二加工方向进行加工。削薄减小了大薄片的厚度。
[0096]
在该方法的第二实施例中，借助于显微操纵器或夹钳来将大薄片与体积样本分离并将其转移至适合的接收座装置、例如tem网格。可以通过激光束或fib束来完成分离。
[0097]
可以通过激光束或fib束来削薄大薄片，然后开始沿第二加工方向进行加工。在此情况下，可以在转移至接收座装置之前或之后完成削薄。还可以设想的是，在转移之前和之后来完成削薄。
[0098]
为了可以相应地处理体积样本或大薄片，有利的是，可以将体积样本或相应地大薄片相对于入射粒子束、即激光束和/或fib束倾斜。这可以通过将样本布置在多轴样本台上来完成。这样的样本台通常能够使样本能够沿着至少五个轴线(即，彼此垂直定向的空间轴线x、y和z以及两个旋转轴线)移动。第一旋转轴线通常平行于z轴定向，而第二旋转轴线平行于x轴或y轴定向，使得样本可以相对于显微镜系统的光轴、围绕至少一个旋转轴线旋转、即倾斜。
附图说明
[0099]
下文将参考附图说明本发明的示例性实施例。出于说明部件的目的，因此，分别参考整个先前和后来的描述。
[0100]
图1示意性示出了在根据本发明制备tem薄片作为微样本的示例的期间的加工步骤。
[0101]
图2示意性示出了方法的基本加工步骤。
[0102]
图3示意性示出了对大薄片的激光铣削。
[0103]
图4示出了根据本发明的方法的第一实施例的流程图，其中大薄片保持连接至体积样本。
[0104]
图5示出了根据本发明的方法的第二实施例的流程图，其中将大薄片与体积样本
分离并将其转移至接收座装置。
[0105]
图6示出了具有激光装置的sem-fib组合设备，所述设备适合于实施根据本发明的方法。
具体实施方式
[0106]
图1示意性示出了在根据本发明制备tem薄片期间的加工步骤，举例而言，该薄片旨在从平行六面体的体积样本中获得。
[0107]
然而，体积样本的形状不限于平行六面体。而是，体积样本还可以具有期望的任何其他形状，例如柱体、球体、锥体或不规则形状。
[0108]
首先，设置使得体积样本1具有位于体积样本1的内部中的兴趣区域(roi)2(图1a)。体积样本1具有第一侧表面3和第二侧表面4。这两个侧表面3、4基本上彼此成直角布置。
[0109]
借助于要制备的tem薄片，旨在在随后的方法中对兴趣区域(roi)2进行成像、分析和/或处理。roi 2可以例如是体积样本1内的缺陷、特定结构、材料布置、或导体轨迹、或沉淀物、孔或杂质相。然而，roi 2位于体积样本1的内部深处，并且因此，常规检查不能直接触及roi 2。
[0110]
尤其有利的是，roi 2的确切空间位置是已知的，因为roi 2在体积样本1中的x、y、z坐标是已知的或被推测出。
[0111]
例如，空间坐标是已知的，因为产生体积样本的方式是已知的，例如通过光刻工艺或已知的层构造。举例而言，体积样本可以是显示部件、太阳能电池或蓄电池，在这些情况下仅明确定义了z坐标。部件还可能以针对性的方式嵌入。还可设想的是，例如在电子部件的情况下，基于cad(计算机辅助设计)数据来得知空间坐标。
[0112]
替代性地，可能已经通过先前的、非破坏性显微镜检查(例如，通过计算机断层扫描、x射线显微术、锁相热成像法等)来获得空间坐标。
[0113]
接着，通过激光烧蚀来产生大薄片6。为此目的，通过激光束13来在体积样本1中切出至少两个沟槽15，以露出至少两个截面表面7、11。这两个截面表面7、11基本上彼此平行地布置，使得在去除样本材料后产生平行六面体大薄片6(图1b、图1f)。然而，还可设想的是，将截面表面7、11相对于彼此偏斜并且因此形成具有梯形截面的大薄片6。
[0114]
这两个截面表面7、11彼此以限定距离xm布置。所述距离xm对应于大薄片6的厚度。重要的是，将大薄片6的空间位置和厚度选择成使得roi 2位于大薄片6的内部中。因此，也就是说，这两个截面表面7、11的位置被选择成使得roi 2布置在这两个截面表面7、11之间。
[0115]
与常规的样本薄片(例如，tem薄片)相比，大薄片显著更大，即，大了10倍至100倍。可设想的是，根据本发明的方法所产生的大薄片具有例如各自为大致一至两毫米的长度和宽度、以及几十微米的厚度。
[0116]
在借助于激光进行样本材料的去除期间，尤其有利的是，激光束13基本上垂直地入射在待处理样本上，如图1所示。因此，入射激光束13和体积样本1的第一侧表面3形成大致90
°
的角度α。
[0117]
为了进一步加工，可以从体积样本1上分离大薄片6(图1c和图1d)，或者其保持连接至体积样本1(图1f和图1g)。
[0118]
在该方法的第一实施例(图1c)中，执行大薄片6的取出。为此，借助于显微操纵器8来将大薄片6与体积样本1分离并将其转移至接收座装置9以便于进行进一步处置(图1c)。
[0119]
为了分离，通过横向入射粒子束以u形的方式来切割大薄片6，初始地在大薄片与体积样本之间保留轻微连接。接着，将大薄片固定至拾取工具(例如，显微操纵器或微夹钳)。最后，断开残余连接，使得大薄片完整地从体积样本上分离。
[0120]
如图1d所示，接着，用fib束14对露出的一个截面表面进行加工。替代性地，激光束也可以用于此目的。有利的是，在此加工步骤期间，加工粒子束14基本上垂直地(即，以90
°
角度)入射在截面表面11上。然而，还可设想的是，入射粒子束14和截面表面11形成在90
°
至10
°
范围内的不同角度。尤其优选的是，该角度可以为56
°
、54
°
或52
°
，使得以这些角度中的一个角度来对截面表面11进行处理。
[0121]
为了设定加工角度，可以将大薄片6相对于粒子束倾斜。为此目的，可以将分离的大薄片6(方法的第一实施例)或其大薄片6还未分离时的体积样本1(第二实施例)固持在多轴台上。
[0122]
该多轴台(例如，五轴台或六轴台)提供必需的运动自由度。
[0123]
在第二实施例(图1f和图1g)中，初始地没有执行取出，并且大薄片保持在体积样本中。
[0124]
如果借助于激光铣削盒(如图3描绘的)来执行激光烧蚀，则所产生的沟槽结构15的边缘可以防止截面表面被加工粒子束自由地触及(图1f)，该加工粒子束可以是fib束14或激光束。
[0125]
这可以具有以下效果：fib束14以更浅或更锐角入射，而不是垂直入射在截面表面11上，如图1g所指示的。
[0126]
入射粒子束14与截面表面11之间的角度可以例如在30
°
至60
°
之间。因此，新产生的第二加工表面12不能与截面表面11成直角定向。然而，通过fib束14进行处理产生了平滑、平坦的表面，这边缘进一步加工。
[0127]
该方法的两个实施例获得的结果为，roi 2现在的位置靠近具有低粗糙度的外表面10、12。
[0128]
最后，现在通过fib束甚至进一步去除样本材料，来制备微样本5(在当前示例中为tem薄片)。
[0129]
微样本5包括roi 2。接着，可以对微样本5进行另外的加工或分析方法。
[0130]
图2阐明了在方法期间的不同加工方向。
[0131]
图2a(左侧)示出了包括roi 21的平行六面体体积样本20。还可设想的是，体积样本具有不同的形状。在此方面，体积样本20
′
还可以例如为大致球形(图2a，右侧)。
[0132]
roi 21位于体积样本20的内部，roi 21与体积样本的每个外表面19a、19b和19c相距一定距离。然而，这些距离az、ay、和a
x
很大，使得通过聚焦离子束来进行材料去除是不切实际的。
[0133]
于是，通过第一粒子束23来从体积样本20、20
′
中去除材料。在此情况下，第一粒子束23可以以角度α入射在体积样本上。为了实现尤其有效的材料去除，角度α应大致为90
°
。
[0134]
第一粒子束23沿着被称为第一加工方向27的轴线行进。尤其有利的是，第一粒子束23是激光束。
[0135]
举例而言，由于材料去除，可以产生彼此相反的两个截面表面24、25(图2b)。这产生了具有厚度为xm、长度为zm并且宽度为ym的大薄片29。厚度、长度以及宽度决定大薄片29的体积。在此情况下，重要的是，大薄片的体积包围roi 2。因此，也就是说，roi 2位于大薄片29的内部。在最简单的情况下，如刚刚描述的大薄片被实施为具有大致矩形基础表面的扁平平行六面体。
[0136]
然而，大薄片的形状不限于此形状。而且，大薄片还可以具有其他形状，例如具有方形基础表面的平行六面体或具有圆形或椭圆形基础表面的柱体。柱体的直径或椭圆的短轴的长度则对应于薄片厚度xm。
[0137]
这意味着，截面不必以直线方式实施，而是也可以沿着圆形形状实施，这取决于大薄片的既定形状。
[0138]
接着，沿第二加工方向28(图2c)来处理截面表面24。为此目的，第二粒子束26撞击截面表面24。第二粒子束26沿着被称为第二加工方向28的轴线行进。第二粒子束26可以是激光束或fib束。
[0139]
第二粒子束26和截面表面24形成角度β，该角度可以在10
°
至90
°
之间(包含端值)取值。这意味着，第一加工方向27和第二加工方向28同样相对于彼此成角度β布置。已经证明，尤其有利的是，角度β为大致90
°
，因为使材料去除尤其有效且快速地进行。
[0140]
在第二粒子束26(即，沿第二加工方向28)进行加工期间，可以通过将样本材料碎解成小颗粒、或者通过将连续的样本区域作为整体与体积样本分离从而去除样本材料。
[0141]
如图2c所示，可以通过第二粒子束26来去除u形切口。由此产生布置在roi 21附近的外表面22。换言之：新产生的外表面22与roi 21之间的距离amz显著小于未加工体积样本20中roi 21与外表面19之间的距离az。因此，现在可触及roi 21以进行进一步加工。
[0142]
尤其有利的是，第二粒子束26是fib束。通过离子束进行的去除产生平滑、清洁的表面22。也就是说，新产生的表面22具有低粗糙度，这便于对样本的进一步加工。
[0143]
图3示出了如何通过激光铣削来用体积样本36制备大薄片32的平面视图(顶部)和截面视图(底部)。然而，所描述的程序还类似地适用于使用聚焦离子束的铣削。
[0144]
铣削盒30(在此示例中为激光铣削盒)通常通过视觉监测(光显微成像或电子显微成像)来限定，所述铣削盒限定了旨在要用激光束去除的样本区域。在平面视图中，激光束垂直于图纸平面布置。
[0145]
通过激光烧蚀在限定的区域处产生所谓的沟槽35。对于大薄片制备，通过入射激光束31来产生彼此相反、并且布置在大薄片32的两侧的两个沟槽35。这产生了第一大薄片32，其具有大体梯形截面并且包含roi 34(图3a)。
[0146]
由于铣削盒30被推到一起或甚至重叠，可以以一种方式来控制激光烧蚀，使得如图3b所示的大薄片获得楔形形状而不是梯形形状。这具有以下优点：如此获得的第二大薄片33(图3b)具有较小的长度范围(z方向)和较小的厚度范围(x方向)，并且因此与图3a的梯形大薄片32的情况相比，roi 34更靠近大薄片33的表面。这具有以下另外的优点：可以在更短的时间内结束随后的方法步骤，因为必须去除的材料更少。
[0147]
图4示意性示出了根据本发明的方法的实施例的序列，其中大薄片保持连接至体积样本。
[0148]
在步骤s41中，可获得包括样本兴趣区域(roi)的体积样本。体积样本被接纳在显
微镜系统的样本腔室中，使得它可以在那被加工和/或观察。
[0149]
尤其有利的是，显微镜系统包括激光装置、还以及能够在方法期间观察体积样本、大薄片和微样本(即，样本的根据本发明的加工阶段)并且将其成像的装置。
[0150]
接着(步骤s42)，通过激光束来产生大薄片。为此目的，如图1和图2所示，产生了多于或少于两个的平行截面表面，它们形成大薄片的侧表面。替代性地，在此方法步骤中，可以使用等离子体fib的fib束(lmis)或离子束来代替激光束。
[0151]
在可选的步骤s43中，可以将大薄片削薄。这是通过fib或激光去除来减小大薄片的厚度而完成的。
[0152]
在步骤s44中，将大薄片定向成能够将它从侧面进行加工，如针对图1和图2描述的。为此目的，大薄片相对于入射粒子束的空间取向改变。
[0153]
接着，在步骤s45中，去除roi周围的材料，以露出旨在包含在微样本中的区域。如图2c所描述，这是凭借加工粒子束以10
°
至90
°
(包含端值)之间的角度β入射在大薄片的截面表面上来完成的。
[0154]
这里的目的是以一种方式来去除样本材料，使得roi 21直接位于外表面处或在其附近，使得roi 21变得可触及以进行另外的加工方法。
[0155]
还可设想的是，为未来的微样本露出多个样本兴趣区域(roi)。
[0156]
最后，在步骤s46中，roi 21准备好用于进行进一步样本制备的标准方法。这可以例如是制备tem薄片，其旨在通过tem或stem(扫描透射电子显微镜)进行分析。为此，在步骤s47a中，通过fib束将微样本与大薄片分离。接着，借助于显微操纵器来将微样本转移至适合的接收座装置、比如tem网格。这可以以原位或异位取出的形式来完成(步骤s47b)。最后，在步骤s47c中，可以将tem薄片进一步削薄直至其对电子足够透明。
[0157]
还可设想的是，对微样本进行fib-sem断层扫描(步骤s48)，或者在步骤s49中，针对xrm(x射线显微术、3d x射线显微术)或同步加速器断层扫描或原子探针检查的样本制备。
[0158]
此外，可设想的是，在执行所提及的一种检查方法时，微样本保持连接至大薄片，使得大薄片因此可以被用作微样本的固持装置。
[0159]
图5示意性示出了根据本发明的方法的替代性实施例的序列，其中将大薄片与体积样本分离并将其转移至接收座装置。
[0160]
首先，提供体积样本(步骤s51)，用体积样本来产生大薄片(步骤s52)，如针对图4(s41，s42)描述的。
[0161]
可选地，可以将大薄片削薄以减小其厚度(步骤s53)。
[0162]
接着可以切下大薄片(s54)。这是通过激光束或fib束将大薄片分离来完成的。为此，将大薄片相对于粒子束倾斜并且很大程度上与体积样本分离。
[0163]
进一步削薄可选地如下(步骤s53)。
[0164]
在步骤s55中，执行取出。为此目的，借助于显微操纵器(或类似工具)，将大薄片完全分离并将其转移至接收座装置。
[0165]
再次可选地，此时可以将分隔的大薄片进一步削薄(步骤s53)。
[0166]
接着，在步骤s56中，将分隔的大薄片相对于第二粒子束定向。
[0167]
之后(步骤s57)，通过去除roi周围的样本材料来露出微样本，使得roi 21直接布
置在外表面处或在外表面附近，如图2所示。还可设想的是，为微样本露出多个样本兴趣区域(roi)。
[0168]
然后，在步骤s58中，roi准备好通过标准方法进行另外的样本制备。这可以是将一个或多个区域削薄(步骤s59)，针对tem薄片制备的一个或多个取出程序(s60)，sem-fib断层扫描(s61)，或针对xrm、同步加速器或原子探针检查的样本制备(s62)。
[0169]
有利的是，根据本发明的方法的实施例用具有激光装置的双束设备(fib-sem组合设备)60来实施，所述设备在图6中展示。这样的显微镜系统60可使用激光和fib两种加工粒子束，并且还可使用可以用于成像的另外的粒子束(电子束)。
[0170]
显微镜系统60首先包括两个粒子束柱，具体地用于产生电子束的电子束柱61和用于产生离子束的离子束柱77。这两个粒子束被引导到待处理样本72(即，体积样本、大薄片或微样本)上的加工位置，所述位置有利地位于这两个粒子束的重合点处。
[0171]
通常，为此目的，样本72被接纳在样本台71上并且位于显微镜系统60的样本腔室66中，该腔室中盛行真空条件。
[0172]
样本台71有利地被实施为具有至少五条运动轴线的多轴样本台。这意味着样本接收座可以在x方向、y方向以及z方向上移动，即，在三个互相垂直的空间方向上移动，并且可以绕倾斜轴线和旋转轴线旋转。可选地，可以存在另外的运动轴线。
[0173]
例如，旋转轴线可以垂直于这些空间方向之一定向。围绕与光轴64、76跨越的平面垂直地延伸(即，垂直于附图的平面)的倾斜轴线旋转使得样本72的表面(其旨在被带电粒子照射)可以相对于光轴64、76采取不同的可调的角度。
[0174]
因此，为接收的样本72提供了五个运动自由度，具体地三个平移运动自由度和两个旋转运动自由度。可设想的是，通过另外的轴线或额外的装置、比如样本固持器、操作器或夹钳(未展示)可获得另外的运动自由度。
[0175]
在显微镜系统60的操作期间，在电子源62中产生原电子，所述原电子沿着电子束柱61的光轴64加速、被聚光透镜系统63、65聚焦、并行或散射并被至少一个孔径光阑78修整。此外，电子束柱61包括：偏转系统67，其使得能够在样本72上方以光栅型方式引导原电子束；还包括物镜70，借助于该物镜可以将电子束聚焦到样本上。
[0176]
显微镜系统60还包括至少一个检测器68，用于检测电子和/或离子与样本72的相互作用的相互作用产物。
[0177]
另外，显微镜系统60包括具有离子源75的离子束柱77、偏转系统74、孔径光阑79、以及透镜系统73。离子源75可以是例如液态金属离子源(lmis)，其与例如镓离子源一起操作。替代性地，还可设想的是，将离子源75实施为等离子体离子源(例如，具有氙气)。
[0178]
使离子源75中产生的离子沿着离子束柱77的光轴76加速、并且聚焦，所述离子通过物镜83被聚焦到样本72上。入射在样本上的离子可以用于去除样本72的材料和/或对样本72进行成像。
[0179]
在使用等离子体离子源时，尤其有利的是，可以针对生成的离子束(等离子体fib)设定不同的束流，一方面可以在短时间内去除大量样本，并且另一方面以较小的束流进行精细加工。相应地，可设想的是，使用具有第一束流的第一离子束来进行粗加工(即，去除大于大致1000μm3的体积)。这具有以下优点：当使用等离子体fib时不一定需要激光装置80。
[0180]
此外，等离子体离子源可以产生具有第二束流的第二离子束。第二束流应小于第
一束流，使得第二离子束可以用于精细加工(即，去除小于大致1000μm3的体积)。
[0181]
此外，显微镜系统60可以包括具有脉冲激光的激光装置80。优选地，激光装置80被实施为飞秒、皮秒、或纳秒激光器。激光源82中产生的激光束可以沿着激光装置80的光轴81被引导到样本72上，并且可以借助于物镜84被聚焦以通过激光烧蚀来去除样本材料。光轴81可以平行于显微镜系统60的另一光轴定向、例如平行于电子束柱64的光轴定向。
[0182]
与图6所示的图示相比，还可设想的是，在显微镜系统的情况下，激光装置布置在样本腔室66中。在这方面，激光束可以朝向电子束和离子束的共同重合点定向，这便于对样本的加工和成像。
[0183]
此外，显微镜系统60有利地包括评估与控制单元69。评估与控制单元69可以执行计算机程序产品中包含的控制命令序列。执行控制命令使显微镜系统60实施根据本发明的方法的实施例。
[0184]
附图标记清单
[0185]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
体积样本
[0186]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
样本兴趣区域(roi)
[0187]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一侧表面
[0188]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二侧表面
[0189]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
微样本
[0190]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
大薄片
[0191]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一截面表面
[0192]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
显微操纵器/夹钳
[0193]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接收座装置
[0194]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一加工表面
[0195]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二截面表面
[0196]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二加工表面(相对于第一截面表面偏斜)
[0197]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀ
激光束
[0198]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
fib束
[0199]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
沟槽
[0200]
xmꢀꢀꢀꢀꢀ
大薄片的厚度
[0201]
zmꢀꢀꢀꢀꢀ
大薄片的长度
[0202]
ymꢀꢀꢀꢀꢀ
大薄片的宽度
[0203]
19a
ꢀꢀꢀꢀ
第一外表面
[0204]
19b
ꢀꢀꢀꢀ
第二外表面
[0205]
19c
ꢀꢀꢀꢀ
第三外表面
[0206]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀ
体积样本(平行六面体)
[0207]
20
′ꢀꢀꢀ
体积样本(任意形状)
[0208]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀ
样本兴趣区域(roi)
[0209]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀ
外表面
[0210]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一粒子束
[0211]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一截面表面
[0212]
25
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二截面表面
[0213]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二粒子束
[0214]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一加工方向
[0215]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二加工方向
[0216]
29
ꢀꢀꢀꢀꢀ
大薄片
[0217]
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一加工方向与体积样本的表面之间的角度
[0218]
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一加工方向与第二加工方向之间的角度
[0219]ax
ꢀꢀꢀꢀꢀ
roi与第三外表面19c之间的距离
[0220]ay
ꢀꢀꢀꢀꢀ
roi与第二外表面19b之间的距离
[0221]az
ꢀꢀꢀꢀꢀ
roi与第一外表面19a之间的距离
[0222]
amzꢀꢀꢀꢀ
roi与新产生的外表面22之间的距离
[0223]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
铣削盒
[0224]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀ
激光束
[0225]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一大薄片
[0226]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二大薄片
[0227]
34
ꢀꢀꢀꢀꢀ
样本兴趣区域(roi)
[0228]
35
ꢀꢀꢀꢀꢀ
沟槽
[0229]
36
ꢀꢀꢀꢀꢀ
体积样本
[0230]
s41
ꢀꢀꢀꢀ
提供体积样本
[0231]
s42
ꢀꢀꢀꢀ
产生大薄片
[0232]
s43
ꢀꢀꢀꢀ
削薄大薄片
[0233]
s44
ꢀꢀꢀꢀ
将大薄片定向
[0234]
s45
ꢀꢀꢀꢀ
露出微样本的区域
[0235]
s46
ꢀꢀꢀꢀ
roi准备好进行标准的工作流程
[0236]
s47a
ꢀꢀꢀ
制备(多个)微样本并且将其分离
[0237]
s47b
ꢀꢀꢀ
执行取出
[0238]
s47c
ꢀꢀꢀ
削薄微样本
[0239]
s48
ꢀꢀꢀꢀ
sem-fib断层扫描
[0240]
s49
ꢀꢀꢀꢀ
针对xrm/同步加速器/原子探针检查的样本制备
[0241]
s51
ꢀꢀꢀꢀ
提供体积样本
[0242]
s52
ꢀꢀꢀꢀ
产生大薄片
[0243]
s53
ꢀꢀꢀꢀ
削薄大薄片(可选的)
[0244]
s54
ꢀꢀꢀꢀ
切下大薄片
[0245]
s55
ꢀꢀꢀꢀ
执行取出
[0246]
s56
ꢀꢀꢀꢀ
将大薄片定向
[0247]
s57
ꢀꢀꢀꢀ
露出微样本的区域
[0248]
s58
ꢀꢀꢀꢀ
roi准备好进行标准的工作流程
[0249]
s59
ꢀꢀꢀꢀ
削薄
[0250]
s60
ꢀꢀꢀꢀ
tem薄片制备
[0251]
s61
ꢀꢀꢀꢀ
sem-fib断层扫描
[0252]
s62
ꢀꢀꢀꢀ
针对xrm、同步加速器或原子探针检查的样本制备
[0253]
60
ꢀꢀꢀꢀꢀ
显微镜系统
[0254]
61
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电子束柱
[0255]
62
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电子源
[0256]
63
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一聚光透镜系统
[0257]
64
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电子束柱的光轴
[0258]
65
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二聚光透镜系统
[0259]
66
ꢀꢀꢀꢀꢀ
样本腔室
[0260]
67
ꢀꢀꢀꢀꢀ
偏转系统
[0261]
68
ꢀꢀꢀꢀꢀ
检测器
[0262]
69
ꢀꢀꢀꢀꢀ
评估与控制单元
[0263]
70
ꢀꢀꢀꢀꢀ
物镜
[0264]
71
ꢀꢀꢀꢀꢀ
样本台
[0265]
72
ꢀꢀꢀꢀꢀ
样本
[0266]
73
ꢀꢀꢀꢀꢀ
透镜系统
[0267]
74
ꢀꢀꢀꢀꢀ
偏转系统
[0268]
75
ꢀꢀꢀꢀꢀ
离子源
[0269]
76
ꢀꢀꢀꢀꢀ
离子束柱的光轴
[0270]
77
ꢀꢀꢀꢀꢀ
离子束柱
[0271]
78
ꢀꢀꢀꢀꢀ
孔径光阑(电子束柱)
[0272]
79
ꢀꢀꢀꢀꢀ
孔径光阑(离子束柱)
[0273]
80
ꢀꢀꢀꢀꢀ
激光装置
[0274]
81
ꢀꢀꢀꢀꢀ
激光装置的光轴
[0275]
82
ꢀꢀꢀꢀꢀ
激光源
[0276]
83
ꢀꢀꢀꢀꢀ
物镜(fib)
[0277]
84
ꢀꢀꢀꢀꢀ
物镜(激光)