CN113984484B - 纳米刻蚀精度多次离子切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于样品表面处理技术领域，旨在解现有技术中的离子切割装置无法定量的多次重复切割和重复定位的问题，具体涉及一种纳米刻蚀精度多次离子切割装置，包括总控中心、宽离子束源、恒温***、样品传输台、样品刻蚀真空舱、宽离子束源真空舱、真空泵和真空规，真空泵与真空规与宽离子束源真空舱连接，宽离子束源真空舱与样品刻蚀真空舱通过滑轨组件连接，宽离子束源真空舱与样品刻蚀真空舱构成一密闭舱体；宽离子束源真空舱的顶部装设有真空舱盖板，真空舱盖板上开设有透明观察窗，其位于离子束汇聚点的正上方；宽离子束源包括一个或者多个离子枪，用于产生宽离子束对样品切片；通过本发明可实现离子切割的重复高精度切割、定位。

Description

纳米刻蚀精度多次离子切割装置

技术领域

本发明属于样品表面处理技术领域，具体涉及一种纳米刻蚀精度多次离子切割装置。

背景技术

离子抛光是一种表面处理方法，广泛地应用于材料、半导体器件、岩石和矿物表面分析测试前期的样品表面处理，为表面分析测试提供具有平整表面的样品，平整的样品表面有利于观察、分析，从而提高表面分析测试的准确性及效率；其中，表面分析测试包括且不限于光镜、扫描电镜和离子探针等分析测试。具体地，离子抛光首先应用离子源将气体电离生成离子，再对离子进行加速处理，接着使用加速后的离子轰击样品表面进行刻蚀抛光，从而去除样品表面的损伤层，以获得具有结构真实、表面平整的样品。

离子抛光分为无离子束遮挡板的平面旋转抛光和有离子束遮挡板的离子切割；平面旋转抛光容易受到样品原始粗糙度和不同成分刻蚀效率差异影响，样品平面度没有离子切割高；离子切割，离子束遮挡板位于样品台承载面的前方与样品相接触，用于遮盖样品，使得样品被遮盖部分不被氩离子束切割。样品略高出离子束遮挡板的部分为样品的被切割部，样品的被切割部与氩离子相接触的表面为离子轰击面。氩离子束不断轰击样品的离子轰击面，使得位于离子轰击面的样品不断被移除，继而离子轰击面从样品的侧面不断陷入，直至样品的顶面形成平整的样品切割面。

现有氩离子抛光装置结构仅考虑单次抛光后进行样品表面分析测试的情形，静态离子切割样品台通常与抛光机真空舱固定相连，初次抛光后样品必须与离子束遮挡板分开造成无法重定位，动态离子切割样品台虽然可以实现保持离子束遮挡板与样品的相对位置同时移动，但也不具备多样品相对离子束挡板精确移动的能力；然而现在在实验测试中样品多次离子切割需求越来越多，例如，众多结构非均质强的样品，如电池、页岩气储层等的微纳米多孔网络结构，仅靠一次切割表面观测结果无法预测样品三维空间结构，需要进行二次或者三次离子切割以及观测成像才能很好地确定样品空间结构；有损测试样品的再抛光，如样品抛光截面进行纳米压痕、微米压痕后需要将压痕去除进行二次表面观测。明显现有离子切割装置已不能满足不同样品多次定量重复抛光的需求。

同时，对于热敏感样品，氩离子抛光装置通常需要配置制冷机构，现有氩离子抛光装置都通过液氮制冷，但液氮制冷存在诸多问题，液氮制冷效率不可控，液氮温度极低会损害不耐低温样品，为解决前述问题还必须配置加热装置予以平衡，另外，液氮挥发极快使用液氮制冷间隔一定时间必须补充液氮，不可长期持续使用。半导体制冷片是指利用半导体的珀耳帖效应制取冷量的器件，用导体连接两块不同的金属，接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。半导体制冷通常用在电子设备和无线通讯设备为电子元器件制冷，制冷片的冷端直接贴在电子元器件上，热端需直接连接散热风扇进行散热，本发明提供了一种新型结构使半导体制冷片应用在真空领域，解决了氩离子抛光装置现有制冷方式存在的多种弊端。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中的离子切割装置无法定量的多次重复切割和重复定位的问题，本发明提供了一种纳米刻蚀精度多次离子切割装置，该装置包括总控中心、真空***、宽离子束源、恒温***和样品传输台，所述真空***、所述宽离子束源、所述恒温***、所述样品传输台均与所述总控中心信号连接。

所述真空***用于提供真空环境；所述真空***包括样品刻蚀真空舱、宽离子束源真空舱、真空泵和真空规，所述真空泵与所述真空规与所述宽离子束源真空舱连接，所述宽离子束源真空舱与所述样品刻蚀真空舱通过滑轨组件连接，所述宽离子束源真空舱与所述样品刻蚀真空舱构成一密闭舱体；所述宽离子束源真空舱的顶部装设有真空舱盖板，所述真空舱盖板上开设有透明观察窗，所述透明观察窗位于离子束汇聚点的正上方。

所述宽离子束源包括一个或者多个离子枪，用于产生宽离子束对样品切片；当所述离子枪为多个时，多个所述离子枪产生的多个宽离子束汇聚于一点；所述恒温***用于保持样品温度恒定；所述样品传输台用于装载校准样品以及样品传输过程的重定位。

在一些优选实施例中，所述恒温***包含半导体制冷片、热量传递机构、散热风扇、隔热基座和温度传感器。

所述半导体制冷片的散热端与所述样品刻蚀真空舱的侧壁抵触设置，所述半导体制冷片的制冷端与所述热量传递机构接触。

所述热量传递机构用于传递所述半导体制冷片的冷量；所述热量传递机构包括导热夹板、隔热夹板、导热带、第一导热转接板、第二导热转接板、导热转接板连接轴和弹簧，所述导热带包括直板段和C型段，所述C型段设置于所述直板段的顶部，用于与所述第一导热转接板固定连接，所述直板段设置于所述导热夹板与所述隔热夹板之间；所述导热夹板的外侧与所述半导体制冷片的制冷端抵触设置；所述隔热夹板的侧壁设置有与所述样品刻蚀真空舱固定连接的连接凸起；所述弹簧贯穿所述导热转接板连接轴设置，所述导热转接板连接轴设置于所述第二导热转接板与所述第一导热转接板之间；所述第二导热转接板与所述样品传输台固定连接。

所述散热风扇设置于所述样品刻蚀真空舱的外侧并与所述半导体制冷片相对设置；所述隔热基座固设于所述样品刻蚀真空舱的内壁，所述样品传输台设置于所述隔热基座的顶部；所述温度传感器用于检测样品传输台的温度信息。

在一些优选实施例中，所述样品传输台包括样品位置调节机构、样品固定机构、离子束遮挡机构和定位机构；所述样品位置调节机构包括压电陶瓷块、角度调节装置、底板和平移调节装置，所述压电陶瓷块用于通过控制施加的不同强度的电场以产生纳米精度的变形量；所述角度调节装置设置于所述压电陶瓷块的底部，以调节所述压电陶瓷块的水平面的旋转角度；所述平移调节装置设置于所述角度调节装置与所述底板之间，以调节所述压电陶瓷块的水平位移；所述定位机构设置于所述压电陶瓷块的顶部，用于实时检测所述压电陶瓷块的空间位置并传输至所述总控中心；所述样品固定机构设置于所述离子束遮挡机构与所述压电陶瓷块的侧壁之间，以夹持样品；所述离子束遮挡机构用于控制待刻蚀样品区域。

在一些优选实施例中，所述样品固定机构包括平行设置的第一夹板和第二夹板，所述第一夹板远离所述压电陶瓷块的侧壁设置，所述第二夹板设置于远离所述宽离子束源装置的一侧。

所述第一夹板的高度低于所述第二夹板的高度。

所述第一夹板的顶部设置为与所述离子束遮挡机构匹配的楔形结构。

所述第二夹板远离所述第一夹板的一侧通过样品高度粗调节结构与所述压电陶瓷块连接；所述样品高度粗调节结构用于调节样品高度。

在一些优选实施例中，所述离子束遮挡机构包括离子束遮挡板和遮挡板支架，所述遮挡板支架的一端与所述底板可拆卸连接，另一端与所述离子束遮挡板连接；所述离子束遮挡板远离所述遮挡板支架的一侧与所述楔形结构平行设置。

所述离子束遮挡板的顶部设置有成像校准标签，用于图像采集时的校准；所述成像校准标签包括第一标签、第二标签，所述离子束遮挡板上开设有容纳所述第一标签的第一凹槽以及容纳所述第二标签的第二凹槽，所述第一标签、所述第二标签的顶面与所述离子束挡板的顶面平齐设置。

在一些优选实施例中，所述定位机构包括多个激光定位传感器，多个所述激光定位传感器均与所述总控中心信号连接。

多个所述激光定位传感器均匀设置于所述压电陶瓷块的顶部。

在一些优选实施例中，所述滑轨组件包括设置于所述宽离子束源真空舱侧壁的滑块组件以及设置于所述样品刻蚀真空舱侧壁的导轨组件，所述滑块组件与所述导轨组件可相对滑动设置。

所述滑轨组件为两组，两组所述滑轨组件相对于该装置的纵向轴线对称设置。

所述滑块组件包括一个或多个滑块；所述导轨组件包括导轨连接部和导轨，所述导轨通过所述导轨连接部与所述样品刻蚀真空舱固定连接，一个或多个滑块与所述导轨匹配设置。

在一些优选实施例中，所述第一导热转接板、所述第二导热转接板、所述导热转接板连接轴的材料均为紫铜。

在一些优选实施例中，所述导热夹板的面积小于所述隔热夹板的面积；所述导热夹板为紫铜板。

在一些优选实施例中，所述隔热基座的材料为隔热陶瓷。

1）本发明公开的一种纳米刻蚀精度多次离子切割装置为一种低成本的高分辨率可用于多次离子切割的装置，不仅提供了一种能够恒温的样品传输台，还可以提高宽离子束-扫描电镜联用连续切片垂直分辨率到纳米级，降低三维重构时连续切片对齐难度；相对聚焦离子束-扫描电镜来说将样品高分辨率成像区域可扩展至平方毫米级别，至少将同高分辨率的三维成像体积提升六个数量级，并极大降低了三维成像装置成本。

2）与常规离子束刻蚀装置的液氮制冷相比，本发明公开的方案中的半导体制冷片可连续长时间使用，无需一定时间间隔补充液氮，相应的冷量传输机构结构更简单。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明的一种具体实施例的立体结构示意图。

图2是图1中的样品刻蚀真空舱、恒温***以及样品传输台的示意图。

图3是图2中的样品刻蚀真空舱另一角度示意图。

图4是图2中的恒温***和样品传输台的另一角度示意图。

图5是图4中的隔热基座的示意图。

图6是本发明中的样品刻蚀真空舱的示意图。

图7是本发明中的恒温***的部分结构示意图。

图8是本发明中的离子束遮挡机构和样品固定结构的示意图。

图9是本发明中的样品传输台的剖视示意图。

图10是本发明中的隔热夹板和导热夹板的示意图。

附图标记说明：110、样品刻蚀真空舱，111、散热片；120、宽离子束源真空舱；130、真空泵；140、真空规；150、滑轨组件，151、滑块组件，152、导轨组件；200、样品传输台；210、样品位置调节机构，211、压电陶瓷块，212、角度调节装置，213、底板，214、平移调节装置，215、燕尾孔；220、样品固定机构，221、第一夹板，222、第二夹板，223、样品高度粗调节结构；231、离子束遮挡板，232、遮挡板支架，233、第一标签，234、第二标签；240、定位机构；250、样品；310、半导体制冷片，320、热量传递机构，321、隔热夹板，3211、限位凸起，322、导热夹板，323、导热带，324、第一导热转接板，325、第二导热转接板，3251、卡合部，326、导热转接板连接轴，327、弹簧；330、隔热基座，331、燕尾凸起，332、凸缘；400、宽离子束源，410、离子枪；420、宽离子束点。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。

参照附图1至附图9，本发明提供了一种纳米刻蚀精度多次离子切割装置，该装置包括总控中心、真空***、宽离子束源400、恒温***和样品传输台200，真空***、宽离子束源、恒温***、样品传输台均与所述总控中心信号连接；真空***用于提供真空环境；真空***包括样品刻蚀真空舱110、宽离子束源真空舱120、真空泵130和真空规140，真空泵与真空规与宽离子束源真空舱连接，宽离子束源真空舱与样品刻蚀真空舱通过滑轨组件150连接，宽离子束源真空舱与样品刻蚀真空舱构成一个统一的密闭舱体；宽离子束源真空舱的顶部装设有可拆卸的真空舱盖板，真空舱盖板上开设有透明观察窗，透明观察窗位于离子束汇聚点420的正上方，便于观察；宽离子束源包括一个或者多个离子枪410，用于产生宽离子束对样品切片；当离子枪为多个时，多个离子枪产生的多个宽离子束汇聚于一点；恒温***用于保持样品温度恒定，防止离子束轰击热量导致的样品膨胀影响切片精度，以及温度对热敏感样品造成的损伤；样品传输台位于样品刻蚀真空舱的内部，用于装载校准样品以及样品传输过程的重定位。本发明公开的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，可实现高精度、纳米级别的页岩样品刻蚀切片，对于页岩样品的三维成像具有重大意义。

恒温***包含半导体制冷片310、热量传递机构320、散热风扇、隔热基座330和温度传感器；半导体制冷片的散热端与样品刻蚀真空舱的侧壁抵触设置，半导体制冷片的制冷端与热量传递机构接触；热量传递机构用于传递半导体制冷片的冷量；该恒温***与样品传输台可插拔连接。

进一步地，样品传输台平行于离子束所在平面，离子束遮挡板的顶面前侧侧边中心与离子束汇聚点重合。

具体地，热量传递机构包括导热夹板322、隔热夹板321、导热带323、第一导热转接板324、第二导热转接板325、导热转接板连接轴326和弹簧327，导热带包括直板段和C型段，C型段设置于直板段的顶部，用于与第一导热转接板固定连接，直板段设置于导热夹板与隔热夹板之间；导热夹板的外侧与半导体制冷片的制冷端抵触设置；隔热夹板的侧壁设置有与样品刻蚀真空舱固定连接的连接凸起；弹簧贯穿导热转接板连接轴设置，导热转接板连接轴设置于第二导热转接板与第一导热转接板之间；第二导热转接板与样品传输台固定连接；散热风扇设置于样品刻蚀真空舱的外侧并与半导体制冷片相对设置；隔热基座固设于样品刻蚀真空舱的内壁，样品传输台设置于隔热基座的顶部；温度传感器用于检测样品传输台的温度信息，理想状态样品传输台温度应该是通过隔热基座的隔热作用与其它部分独立。

优选地，直板段与C型段固定连接或者一体成型设置。

第一导热转接板、第二导热转接板均为L型结构，第一导热转接板的水平段设置于C型段内部，第一导热转接板的竖直段与第二导热转接板的竖直段相对设置，弹簧设置于两者之间，弹簧压力保证第一导热转接板和第二导热转接板与样品传输台充分接触；第二导热转接板的水平段用于与样品传输台的顶部固定连接。

进一步地参照附图7，第二导热转接板的端部设置有卡合部3251，用于与样品传输台固定连接，卡合部倾斜设置。

参照附图4的同时参照附图9，样品传输台与底部设置的恒温***中的隔热基座可插拔连接，上部与热量传递机构可插拔连接；样品传输台包括样品位置调节机构210、样品固定机构220、离子束遮挡机构和定位机构240；样品位置调节机构包括压电陶瓷块211、角度调节装置212、底板213和平移调节装置214，其中，压电陶瓷块用于通过控制施加的不同强度的电场以产生纳米精度的变形量；角度调节装置设置于压电陶瓷块的底部，以调节压电陶瓷块的水平面的旋转角度；平移调节装置设置于角度调节装置与底板之间，以调节压电陶瓷块的水平位移；定位机构设置于压电陶瓷块的顶部，用于实时检测压电陶瓷块的空间位置并传输至总控中心；样品固定机构设置于离子束遮挡机构与压电陶瓷块的侧壁之间，以夹持样品；离子束遮挡机构用于控制待刻蚀样品区域。

需要说明的是，在本实施例中，压电陶瓷块包括压电陶瓷块本体以及设置于其上的盖板，盖板的设置为了保护压电陶瓷块本体和传导冷量到样品固定装置和样品，角度调节装置设置于紧邻纳米台本体下方。

其中，角度调节装置包括位置调节板以及设置于其上的旋转凸轴，压电陶瓷块的底部设置有与旋转凸轴匹配的卡合凹槽；平移调节装置包括位置调节复位弹簧组件和位置调节旋钮，位置调节复位弹簧组件设置于位置调节板的一端，位置调节旋钮设置于位置调节板的另一端，位置调节板在位置调节复位弹簧组件、位置调节旋钮的调节作用下运动，以调节样品与离子束遮挡机构之间的距离。角度调节装置与平移调节装置可通过螺钉等锁死机构，在角度调节后将两者锁定在一起。

其中，样品固定机构包括平行设置的第一夹板221和第二夹板222，样品250设置于第一夹板与第二夹板之间；第一夹板远离所述压电陶瓷块的侧壁设置，第二夹板设置于远离宽离子束源装置的一侧；第一夹板的高度低于第二夹板的高度；第一夹板的顶部设置为与离子束遮挡机构匹配的楔形结构；第二夹板远离第一夹板的一侧通过样品高度粗调节结构223与压电陶瓷块连接；样品高度粗调节结构用于调节样品高度。

进一步地，样品高度粗调节结构为调节滑轨，第二夹板上设置有与滑轨对应的凸起，以进行样品高度的粗调节。

离子束遮挡机构包括离子束遮挡板231和遮挡板支架232，遮挡板支架的一端与底板可拆卸连接，另一端与离子束遮挡板连接；离子束遮挡板远离遮挡板支架的一侧与楔形结构平行设置；离子束遮挡板的顶部设置有成像校准标签，用于图像采集时的校准；成像校准标签包括第一标签233、第二标签234，离子束遮挡板上开设有容纳第一标签的第一凹槽以及容纳第二标签的第二凹槽，第一标签、第二标签的顶面与离子束挡板的顶面平齐设置。

进一步地，离子束挡板和成像校准标签为两种成分不同高硬度材料，例如钨钢和钛。

进一步地，遮挡板支架包括第一段遮挡板支架和第二段遮挡板支架，第一段遮挡板支架的一端与底板固定连接，顶端用于承载第二段遮挡板支架，第一段遮挡板支架垂直与底板的顶面设置；第二段遮挡板支架向上的纵向轴线与第一段遮挡板支架向上的纵向轴线倾斜设置；离子束遮挡板设置于第二段遮挡板支架的顶部。

定位机构包括多个激光定位传感器，多个激光定位传感器均与总控中心信号连接；多个激光定位传感器均匀阵列设置于压电陶瓷块的顶部，以形成覆盖预设区域的定位网，可实现完全重定位。

在本实施例中，传输样品台是为了把样品送入其它成像仪器定位用的，此处定位机构可以为发讯器，其它仪器内装入相应的接收器即可重复定位，此处仪器就可以不在限定为扫描电镜常用探测器，也可以是其它二维成像仪器，如光学显微镜，原子力显微镜等都可以如此实现三维成像。

进一步地参照附图5和9，隔热基座的顶部设置有燕尾凸起331和凸缘332，底板的底部设置有与燕尾凸起匹配的燕尾孔215，以保证隔热基座对样品传输台的承载，同时通过燕尾凸起和凸缘的设置，保证对样品传输台的安装位置。

参照附图2和附图6，样品刻蚀真空舱的外壁设置有散热片111；进一步地，样品刻蚀真空舱用高导热金属铝合金或者铜加工，外部被削切成散热片状，与宽离子束源真空舱可滑动连接。

进一步地，滑轨组件包括设置于宽离子束源真空舱侧壁的滑块组件151以及设置于样品刻蚀真空舱侧壁的导轨组件152，滑块组件与导轨组件可相对滑动设置；滑轨组件为两组，两组滑轨组件相对于该装置的纵向轴线对称设置。

优选地，滑块组件包括一个或多个滑块；导轨组件包括导轨连接部和导轨，导轨通过导轨连接部与样品刻蚀真空舱固定连接，一个或多个滑块与导轨匹配设置；滑动行程大于宽离子束源真空舱和样品刻蚀真空舱接触面到离子束汇聚点的距离。

优选地，第一导热转接板、第二导热转接板、导热转接板连接轴的材料均为紫铜。

参照附图10，导热夹板的面积小于隔热夹板的面积，在本实施例中，导热夹板设置于隔热夹板的内部，两者配合保证铜带间紧密配合，同时其上设置有螺栓用于与样品刻蚀真空舱连接同时调节导热夹板和半导体制冷片以及半导体制冷片与样品刻蚀真空舱壁接触压力，保证各个面充分接触降低热阻，同时不会因压力过大照成制冷片损坏，制冷片承受压力较小。

具体地，隔热夹板321的一侧设置有相对的限位凸起3211，两个限位凸起之间的横向间距大于导热夹板、半导体制冷片的宽度；限位凸起用于限定导热带和导热夹板；导热夹板的侧边开设有与限位凸起匹配的限位凹槽。

优选地，导热夹板为紫铜板。

优选地，隔热基座的材料为隔热陶瓷。

优选地，导热带由多张薄柔韧的紫铜带组成，导热带的上部分与第一导热转接板固定连接，下部分与隔热夹板、导热夹板固定连接，保证导热效果的同时，其柔性可变性方便热量传递机构的拆装。

隔热基座材料优选隔热陶瓷，隔热基座固定连接在样品刻蚀真空舱内，隔热基座顶部设置有与样品传输台底部燕尾槽相对应的燕尾，燕尾末端设置有凸缘用来定位样品台安装位置，隔热基座和样品传输台可插拔连接。

需要说明的是，在本实施例中，样品为页岩，但是本发明公开方案的保护不仅仅限于页岩样品，故在此不再一一赘述。

现阶段高分辨率连续切片三维成像装置聚焦离子束-扫描电镜虽然可以实现纳米级分辨率但成像区域极小，难以满足非均质样品的成像需求；宽离子束和扫描电镜的联用，虽然可以进行大面积刻蚀，但由于其束流直径大、发热量大很难精确控制切片厚度，导致连续切片垂直分辨难以达到微米以下，同时由于反复拆装样品的定位误差造成样品成像范围的偏差，给三维重构时连续切片对齐造成困难。本发明提出的高分辨连续切片宽离子束刻蚀装置可以提高宽离子束-扫描电镜联用连续切片垂直分辨率到纳米级，降低三维重构时连续切片对齐难度；相对聚焦离子束-扫描电镜来说将样品高分辨率成像区域可扩展至平方毫米级别，至少将同高分辨率的三维成像体积提升六个数量级，并极大降低了三维成像装置成本。

虽然现有技术中聚焦离子束-扫描电镜具有高空间分辨率切片和高分辨切片成像特点，但三维重构区域有限的问题一直存在，这导致具有三维空间不规则性的样品，例如电池、页岩气储层等的微纳米多孔网络结构和分布，三维重构不具有代表性，研究难以形成统一有效认识；宽离子束刻蚀是一种先进的样品表面处理技术，但由于宽离子束束流直径大多次重复刻蚀难以精准控制刻蚀厚度，大束流带来的热量也会加大刻蚀误差，使得该方案垂向分辨率很难达到微米以下；同时，样品多次重复定位误差会照成样品成像范围的偏差，给连续切片成像对齐造成困难。此外，聚焦离子束-扫描电镜是利用聚焦离子束逐层刻蚀样品获取成像截面，利用电子束结合成像探测器采集每个切片的二维数据。场发射扫描电镜的二维图像分辨率高达1nm，因此三维成像分辨由垂向分辨率即聚焦离子束最薄刻蚀厚度决定。为了达到极高的刻蚀精度，离子束被聚焦到几十到几纳米，虽然刻蚀精度和离子刻蚀厚度得到了提高，如此细小的束流无法完成大体积量的刻蚀。三维重构区域有限是该技术一直存在的问题，这导致具有三维空间不规则性的样品，例如电池、页岩气储层等的微纳米多孔网络结构和分布，三维重构不具有代表性。宽离子束束流直径1-2mm，进行大面积刻蚀时效率极高，但与扫描电镜结合进行连续切片三维成像时，由于其束流直径大、发热量大很难精确控制切片厚度，导致连续切片垂直分辨难以达到微米以下，同时由于反复拆装样品的定位误差造成样品成像范围的偏差，给三维重构时连续切片对齐造成困难；通过本发明公开的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，可实现离子切割的多次重复切割和重复定位，保证切割质量以及切割精度。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，该装置包括总控中心、真空***、宽离子束源、恒温***和样品传输台，所述真空***、所述宽离子束源、所述恒温***、所述样品传输台均与所述总控中心信号连接；

所述真空***用于提供真空环境；所述真空***包括样品刻蚀真空舱、宽离子束源真空舱、真空泵和真空规，所述真空泵与所述真空规与所述宽离子束源真空舱连接，所述宽离子束源真空舱与所述样品刻蚀真空舱通过滑轨组件连接，所述宽离子束源真空舱与所述样品刻蚀真空舱构成一密闭舱体；所述宽离子束源真空舱的顶部装设有真空舱盖板，所述真空舱盖板上开设有透明观察窗，所述透明观察窗位于离子束汇聚点的正上方；

所述宽离子束源包括一个或者多个离子枪，用于产生宽离子束对样品切片；当所述离子枪为多个时，多个所述离子枪产生的多个宽离子束汇聚于一点；

所述恒温***用于保持样品温度恒定；

所述样品传输台用于装载校准样品以及样品传输过程的重定位；所述样品传输台包括样品位置调节机构、样品固定机构、离子束遮挡机构和定位机构；所述样品位置调节机构包括压电陶瓷块、角度调节装置、底板和平移调节装置，所述压电陶瓷块用于通过控制施加的不同强度的电场以产生纳米精度的变形量；所述角度调节装置设置于所述压电陶瓷块的底部，以调节所述压电陶瓷块的水平面的旋转角度；所述平移调节装置设置于所述角度调节装置与所述底板之间，以调节所述压电陶瓷块的水平位移；所述定位机构设置于所述压电陶瓷块的顶部，用于实时检测所述压电陶瓷块的空间位置并传输至所述总控中心；所述样品固定机构设置于所述离子束遮挡机构与所述压电陶瓷块的侧壁之间，以夹持样品；所述离子束遮挡机构用于控制待刻蚀样品区域。

2.根据权利要求1所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述恒温***包含半导体制冷片、热量传递机构、散热风扇、隔热基座和温度传感器；

所述半导体制冷片的散热端与所述样品刻蚀真空舱的侧壁抵触设置，所述半导体制冷片的制冷端与所述热量传递机构接触；

所述热量传递机构用于传递所述半导体制冷片的冷量；所述热量传递机构包括导热夹板、隔热夹板、导热带、第一导热转接板、第二导热转接板、导热转接板连接轴和弹簧，所述导热带包括直板段和C型段，所述C型段设置于所述直板段的顶部，用于与所述第一导热转接板固定连接，所述直板段设置于所述导热夹板与所述隔热夹板之间；所述导热夹板的外侧与所述半导体制冷片的制冷端抵触设置；所述隔热夹板的侧壁设置有与所述样品刻蚀真空舱固定连接的连接凸起；所述弹簧贯穿所述导热转接板连接轴设置，所述导热转接板连接轴设置于所述第二导热转接板与所述第一导热转接板之间；所述第二导热转接板与所述样品传输台固定连接；

所述散热风扇设置于所述样品刻蚀真空舱的外侧并与所述半导体制冷片相对设置；所述隔热基座固设于所述样品刻蚀真空舱的内壁，所述样品传输台设置于所述隔热基座的顶部；所述温度传感器用于检测样品传输台的温度信息。

3.根据权利要求2所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述样品固定机构包括平行设置的第一夹板和第二夹板，所述第一夹板远离所述压电陶瓷块的侧壁设置，所述第二夹板设置于远离所述宽离子束源装置的一侧；

所述第一夹板的高度低于所述第二夹板的高度；

所述第一夹板的顶部设置为与所述离子束遮挡机构匹配的楔形结构；

所述第二夹板远离所述第一夹板的一侧通过样品高度粗调节结构与所述压电陶瓷块连接；所述样品高度粗调节结构用于调节样品高度。

4.根据权利要求3所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于,所述离子束遮挡机构包括离子束遮挡板和遮挡板支架，所述遮挡板支架的一端与所述底板可拆卸连接，另一端与所述离子束遮挡板连接；所述离子束遮挡板远离所述遮挡板支架的一侧与所述楔形结构平行设置；

所述离子束遮挡板的顶部设置有成像校准标签，用于图像采集时的校准；所述成像校准标签包括第一标签、第二标签，所述离子束遮挡板上开设有容纳所述第一标签的第一凹槽以及容纳所述第二标签的第二凹槽，所述第一标签、所述第二标签的顶面与所述离子束挡板的顶面平齐设置。

5.根据权利要求1所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述定位机构包括多个激光定位传感器，多个所述激光定位传感器均与所述总控中心信号连接；

多个所述激光定位传感器均匀设置于所述压电陶瓷块的顶部。

6.根据权利要求1所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述滑轨组件包括设置于所述宽离子束源真空舱侧壁的滑块组件以及设置于所述样品刻蚀真空舱侧壁的导轨组件，所述滑块组件与所述导轨组件可相对滑动设置；

所述滑轨组件为两组，两组所述滑轨组件相对于该***的纵向轴线对称设置；

所述滑块组件包括一个或多个滑块；所述导轨组件包括导轨连接部和导轨，所述导轨通过所述导轨连接部与所述样品刻蚀真空舱固定连接，一个或多个滑块与所述导轨匹配设置。

7.根据权利要求2所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述第一导热转接板、所述第二导热转接板、所述导热转接板连接轴的材料均为紫铜。

8.根据权利要求2所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述导热夹板的面积小于所述隔热夹板的面积；所述导热夹板为紫铜板。

9.根据权利要求2所述的纳米刻蚀精度多次离子切割装置，其特征在于，所述隔热基座的材料为隔热陶瓷。

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