扫描电子显微镜样品防撞系统

444 编辑：中冶有色技术网来源：华研芯测半导体(苏州)有限公司

2024-04-08 14:23:22

权利要求书： 1.一种扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，包括：激光束发射模块、CCD探测模块、信号处理系统、运动控制反馈系统和控制中心；

所述激光束发射模块安装于扫描电子显微镜样品室的侧壁上，用来发射激光束；

所述CCD探测模块安装于与所述激光束发射模块相对的样品室侧壁上，用来对所述激光束发射模块发射的激光束穿过样品室后进行接收；

所述信号处理系统对所述CCD探测模块的信号进行分析，判断样品是否超出激光束限制高度；

所述运动控制反馈系统根据所述信号处理系统的判断结果，控制承载样品的样品台进行下一步动作；

所述控制中心对整个系统进行控制，使其能够协调运转。

2.根据权利要求1所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述扫描电子显微镜样品防撞系统包括一激光束发射模块，所述激光束发射模块安装于样品室侧壁上，所述激光束发射模块发射一激光束，所述激光束穿过样品室侧壁上的真空窗进入样品室内。

3.根据权利要求1所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述CCD探测模块安装于与所述激光束发射模块相对的样品室另一侧壁上，所述激光束通过样品室侧壁上的真空窗照射到所述CCD探测模块的探测面上。

4.根据权利要求1所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述信号处理系统对所述CCD探测模块的信号进行处理，判断样品是否超出激光束限位高度。

5.根据权利要求1所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述运动控制反馈系统对所述信号处理系统的结果进行反馈控制，控制样品台进行下一步动作。

6.根据权利要求2所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述激光束发射模块用于产生一扫描式激光束，所述能够产生扫描式激光束的激光束发射模块包括：模块外壳、激光二极管、固定式反射镜、振动式反射镜，激光束出射窗口；所述模块外壳用来承载激光束发射模块内部组件，所述激光二极管用来产生一激光束，所述固定式反射镜对所述激光束进行第一次反射，所述振动式反射镜对经过第一反射镜反射的激光束进行第二次反射，形成一往复扫描式激光束，所述激光束经所述激光束出射窗口射出。

7.根据权利要求2所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述激光束发射模块用于产生一一字线激光束，所述能够产生一字线激光束的发射模块包括：模块外壳、发光模组、棱镜组、激光束出射窗口；所述模块外壳用来承载激光束发射模块内部组件，所述发光模组用来产生一线型激光光源，所述棱镜组对所述线型激光进行整形，形成一字线型激光束，所述一字线激光束经所述激光束出射窗口射出。

8.根据权利要求3所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述CCD探测模块包括：模块外壳、激光束入射窗口，CCD探测器；所述模块外壳用于承载CCD探测模块内部组件，所述激光束入射窗口用来使激光束照射进入模块内部被所述CCD探测器接收，所述CCD探测器对入射的激光束进行探测，形成探测信号。

9.根据权利要求6所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述扫描式激光束的扫描幅度可通过调节所述振动式反射镜的振动幅度来调节。

10.根据权利要求7所述扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，所述一字线激光束的激光束发散幅度可通过调节所述棱镜组进行调节。

说明书：一种扫描电子显微镜样品防撞系统技术领域[0001] 本实用新型涉及扫描电子显微镜技术领域，特别是涉及样品防撞系统。背景技术[0002] 扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope,SEM）已成为科研及工业领域重要的仪器设备，是半导体、材料、生物等众多领域必备的仪器设备。同时随着科学技术的发展，特别是现在进入人工智能时代，高端仪器设备也越来越智能化。同样对于扫描电子显微镜来说，虽然不太为一般大众所熟知，但其发展也使得其可操作性越来越好，这样更多人能够上手实际操作。[0003] 在电子显微镜操作中，样品置于一真空状态下的样品室中，无法像光学显微镜那样直接近距离操作和观察，电子显微镜中一般通过一红外相机观察样品室内的情况。和光学显微镜类似，样品碰触到镜头是最应该避免的，虽然红外相机可以观察到样品室的情况，但由于角度固定，较难判断样品与镜筒最下端或其他部件之间是否有接触。一旦接触就会损坏样品和对镜筒等部件造成污染。特别是对于经验相对较少的操作者，可能一不注意就操作失误。因此随着仪器自动化的推进，仪器自己也应该具备这种保护性能。[0004] 现有技术中一种方法是限制样品的高度，即在根据样品台的高度和距离镜筒的距离来对样品进行限制，这种方法一般只能粗略限制样品高度，对于需要用小的工作距离观察的情形无法实现内部实际工作距离的测量；另一种方法就是通过物镜聚焦到待观测点通过物镜电流等参数推断此时工作距离，这种方法对于表面平整的样品可行，但是如果样品表面有较大起伏时，只能判断观测点位置的高度，范围很小，无法判断其他位置是否发射碰撞；还有一种方法是通过红外相机的监控视频来判断，这种方法由于摄像头的角度固定，很难从图像中判断，特别是对于小工作距离时。[0005] 有鉴于此，特提出本实用新型。实用新型内容

[0006] 本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种扫描电子显微镜样品防撞系统。[0007] 本实用新型实施例提供一种扫描电子显微镜样品防撞系统，其特征在于，包括：激光束发射模块、CCD探测模块、信号处理系统、运动控制反馈系统和控制中心。[0008] 所述激光束发射模块安装于样品室侧壁上，所述激光束发射模块发射一激光束，所述激光束穿过样品室侧壁上的真空窗进入样品室内。[0009] 所述CCD探测模块安装于与所述激光束发射模块相对的样品室另一侧壁上，所述激光束通过样品室侧壁上的真空窗照射到所述CCD探测模块的探测面上。[0010] 所述信号处理系统对所述CCD探测模块的信号进行处理，判断样品是否超出激光束限位高度。[0011] 所述运动控制反馈系统对所述信号处理系统的结果对样品台进行反馈控制，控制样品台进行下一步动作。[0012] 所述控制中心对整个系统进行控制，使其能够协调运转。[0013] 所述激光束发射模块产生一扫描式激光束，所述激光束发射模块包括：模块外壳、激光二极管、固定式反射镜、振动式反射镜，激光束出射窗口；所述模块外壳用来承载激光束发射模块内部组件，所述激光二极管用来产生一激光束，所述固定式反射镜对所述激光束进行第一次反射，所述振动式反射镜对经过第一反射镜反射的激光束进行第二次反射，形成一往复扫描式激光束，所述激光束经所述激光束出射窗口射出。[0014] 所述激光束发射模块产生一一字线激光束，所述激光束发射模块包括：模块外壳、发光模组、棱镜组、激光束出射窗口；所述模块外壳用来承载激光束发射模块内部组件，所述发光模组用来产生一线型激光光源，所述棱镜组对所述线型激光进行整形，形成一字线型激光束，所述一字线激光束经所述激光束出射窗口射出。[0015] 所述CCD探测模块包括：模块外壳、激光束入射窗口，CCD探测器；所述模块外壳用于承载CCD探测模块内部组件，所述激光束入射窗口用来使激光束照射进入模块内部被所述CCD探测器接收，所述CCD探测器对入射的激光束进行探测，形成探测信号。[0016] 所述扫描式激光束的扫描幅度可通过调节所述振动式反射镜的振动幅度来调节。[0017] 所述一字线激光束的激光束发散幅度可通过调节所述棱镜组进行调节。[0018] 使用本实用新型实施例提供的扫描电子显微镜样品防撞系统的工作流程包括：所述激光束发射模块发射激光束，所述CCD探测模块对激光束进行探测，然后将探测信号传输给信号处理系统，信号处理系统对信号进行处理，判断样品是否超过激光束最高限位，然后将判断结果传输给所述运动控制反馈系统，所述运动控制反馈系统控制承载样品的样品台进行下一步动作。所述控制中心对整个系统进行控制，使其能够协调运转。附图说明[0019] 附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。[0020] 显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。另外，附图为示意图，其大小比例并不一定与实际设计相同，也不对本实用新型进行任何限定。在附图中：[0021] 图1是本实用新型提供的扫描电子显微镜样品防撞装置示意图；[0022] 图2是本实用新型提供的样品未超过激光束限制高度情形示意图；[0023] 图3是本实用新型提供的样品已超过激光束限制高度情形示意图；[0024] 图4是本实用新型提供的扫描式激光束发射模块结构示意图；[0025] 图5是本实用新型提供的CCD探测模块对扫描式激光束进行探测的示意图；[0026] 图6是本实用新型提供的样品高度未超过激光束限制高度时，CCD探测模块的对扫描式激光束的探测信号示意图；[0027] 图7是本实用新型提供的样品高度超过激光束限制高度时，CCD探测模块的探测信号示意图；[0028] 图8是本实用新型提供的一字线激光束发射模块结构示意图；[0029] 图9是本实用新型提供的CCD探测模块对一字线激光束进行接收探测的示意图；[0030] 图10是本实用新型提供的样品高度未超过激光束限制高度时，CCD探测模块对一字线激光束的探测信号示意图；[0031] 图11是本实用新型提供的样品高度已超过激光束限制高度时，CCD探测模块对一字线激光束的探测信号示意图；[0032] 图12是本实用新型提供的所述电子显微镜样品防撞系统的工作流程示意图。[0033] 需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。具体实施方式[0034] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。[0035] 如图1所示为本实用新型提供的扫描电子显微镜样品防撞装系统意图。图中1为扫描电子显微镜镜筒，1a为镜筒最低处，通常为物镜极靴。2为样品室，为方便说明，图中样品室的侧壁及顶部都只显示轮廓，可以方便对样品室内部的样品3及样品台4进行描述。3为样品，为方便说明本实用新型，样品3的上表面是不规则的。4为放置样品3的样品台，通常样品台是三维（X，Y，Z）或五维（X，Y，Z，R旋转，T倾斜）样品台，用来承载样品，并将样品移动到待观测位置。5为本实用新型所述样品防撞系统中的激光束发射模块，安装在样品室2的侧壁上，通过一真空窗口向样品室内部发射一激光束7。6为本实用新型所述样品防撞系统中的CCD探测模块，其安装于样品室与激光束发射模块相对的侧壁上，用来对所述激光束发射模块发射的激光束进行探测。所述CCD探测模块中的CCD可以是线阵或面阵CCD。[0036] 如图2所示为一表面不规则样品3未超过激光束7限制高度的情形，图中301为样品的最高面，302为样品次高面，如图中所示样品最高面301未超出激光束7所限制的最高位置。此时激光束发射模块发射的激光束7未被样品遮挡，被安装于激光束发射模块对面的CCD探测模块接收，所述信号处理系统对CCD接收的信号进行处理并做出判断，样品高度未超出限制高度，所述运动控制反馈系统根据所述信号处理系统的判断结果控制所述运动平台继续进行样品移动等操作。如图3所示，样品的最高面301已经超出了激光束所限制的高度，此时样品对激光束7造成了遮挡，CCD接收到的信号发生变化，所述信号处理系统对CCD接收的信号进行处理并做出判断，样品已经超出限制高度，所述运动控制反馈系统根据所述信号处理系统的判断结果控制所述运动平台停止运动。同时所述控制中心对整个系统进行控制，使其能够协调运转。根据本实用新型，如图2所示，激光束7与物镜下表面之间设有一很小的缓冲距离303，用来提供当样品超过激光束限制高度而被探测器感应到，到样品完全停止运动所需要的“反应距离”。根据本实用新型的一个特征实施例，缓冲距离303可调。[0037] 特征实施例一：[0038] 本特征实施例中，所述激光束发射模块产生一扫描式激光束，结合图4至图7对本实用新型实施例进行详细描述：[0039] 如图4所示为本实用新型特征实施例一中的激光束发射模块5示意图，所述激光束发射模块5用于产生一扫描式激光束7a。如图中所示，所述扫描式激光束发射模块5主要包括：模块外壳501a；激光二极管502a，用于产生一激光束；固定式反射镜503a，用来对激光二极管产生的激光束进行第一次反射；振动式反射镜504a，用来对由反射镜503a反射后的激光束进行第二次反射，同时反射镜504a可绕轴504z以一定幅度做往复式振动（转动），从而产生一扫描式激光束7a，所述激光束7a通过真空窗505a进入样品室内，506a示意了激光束7a的反复扫描方向。

[0040] 如图5所示为本实用新型特征实施例中的扫描式激光束7a照射到CCD探测模块6上的示意图。[0041] 图中6为本实用新型所述CCD探测模块6，其中601为所述CCD探测模块的探测面，602为扫描式激光束在样品未超出限制高度（如图2所述情形）情况下CCD探测面601上扫描式激光束7a所覆盖的最大范围，603a为激光束在探测面601上的轮廓。604a为激光束产生的信号强度，如图所示，当信号强度超出图中信号阈值时，则判断为样品未超出激光束限制高度，此时可以继续进行样品移动等操作。如图7所示为样品超出激光束限制高度时（如图3所述情形）CCD探测模块信号情形，此时在扫描激光束覆盖范围602内都无法找到激光束光斑，只有一些低于阈值的杂散光信号604，则此时判断为样品已经超出激光束限制高度，通过运动控制反馈系统停止样品台的移动或自动降低样品台高度使得激光光斑信号出现。

[0042] 特征实施例二：[0043] 本特征实施例中，所述激光束发射模块产生一字线激光束，结合图8至图10对本实用新型实施例进行详细描述：[0044] 如图8所示为本实用新型实施例所述激光束发射模块，所述激光束发射模块5用于产生一一字线激光束7b。如图8所示，所述一字线激光束发射模块5主要包括：模块外壳501b；发光模组502b，用于发出一线型激光束；棱镜组503b，用于对线型激光束进行整形，从而形成7b所示一发散型一字线激光束；所述一字线激光束7b经过真空窗504b进入样品室内。

[0045] 如图9所示为本实用新型特征实施例中的一字线激光束7b照射到CCD探测模块6上的示意图。[0046] 如图10所示：6为本实用新型所述CCD探测模块，其中601为所述CCD探测模块的探测面，602为样品未超过一字线激光束限制高度（如图2所述情形）情况下在CCD探测面601上所覆盖的最大范围，603b为一字线激光束在探测面601上的轮廓。604b为激光束产生的信号强度，如图所示，在CCD探测面激光束覆盖范围602内，信号强度均超出图中信号阈值，此时则判断为样品未超出激光束限制高度，可以继续进行样品移动等操作。如图11所示为样品已经超出激光束限制高度时（如图3所述情形）CCD探测模块信号情形，此时CCD探测面上的一字线激光束缺少一部分（605b所示），同时信号强度曲线中有低于信号阈值的部分（606b所示），则此时通过运动控制反馈系统停止对样品的移动或自动降低样品台高度使得CCD探测信号恢复到未被遮挡情形的信号状态。[0047] 使用本实用新型所提供的扫描电子显微镜防撞系统，工作流程如图12所示。所述控制中心对整个系统进行控制，使其能够协调运转，具体的所述控制中心对激光束发射模块、CCD探测模块、信号处理系统和运动控制反馈系统进行整体控制。具体的，所述激光束发射模块发射激光束，所述CCD探测模块对激光束进行探测，然后将探测信号传输给信号处理系统，信号处理系统对信号进行处理，判断样品是否超过激光限制高度，然后将判断结果传输给所述运动控制反馈系统，所述运动控制反馈系统控制承载样品的样品台进行下一步动作。具体的，若判断结果为样品未超过激光束限制高度，则运动控制反馈系统控制样品台继续运动；若判断结果为样品已经超过激光束限制高度，则运动控制反馈系统控制样品台立即停止，或下降到判断结果为样品未超过激光束限制高度的情形。[0048] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。