CN103983485A - 样本制备镜台 - Google Patents

Abstract

本发明描述的是用于原位中样本制备和成像的一种系统和方法。该系统包括具有主体镜台110和栅镜台150的多轴镜台100，所述多轴镜台100具有各种自由度以允许样本制备。在一些实施例中，聚焦离子束系统用于在主体镜台110上制备薄片。该薄片然后可从主体镜台110转移到栅镜台150，而不需要从聚焦离子束系统移动多轴镜台100。

Description

样本制备镜台

技术领域

本实施例涉及对于成像系统样本制备的装置和方法。更具体地，本实施例涉及具有多自由度的样本制备镜台，其允许原位中样本制备和成像。

背景技术

用于电子显微镜成像的样本需要某些制备以用于在透射光或电子辐射下观察。例如，样本的薄切片（或截段）通常从栅或管子中的主体样本中切割或碾磨。切割或碾磨可由聚焦离子束（FIB）系统，或在包括FIB和电子显微镜两者的双束系统内而执行。这种双束系统的示例包括来自FEI公司（Hillsboro，俄勒冈州，美国）的量子3D双束系统。然而，在使用FIB制备薄切片之后，样本然后必须转移到适于成像的平台。诸如扫描透射电子显微镜（STEM）的显微成像可能需要沿着多自由度定位，以便捕捉合适的图像。

其他人已经制备了具有多自由度的用于STEM成像的镜台。例如，美国专利7,474,419描述了用于在参考点附近定位样本的镜台组件。镜台组件包括样本可安装到的样本台，以及一组致动器，所述一组致动器设置成以便沿着如下方向实现样本台的平移，所述方向与垂直于参考平面的X轴、平行于参考平面的Y轴和平行于参考平面的Z轴基本上平行。X轴、Y轴和Z轴相互正交并且穿过参考点。此外，美国专利6,963,068描述了具有台的操纵器，所述台可在具有三个垂直平移和两个旋转的五个自由度中移动。

然而，用于操纵样本以进行STEM或TEM分析的技术更加复杂，并且可能要求操纵样本进行FIB碾磨和雕刻以及之后的STEM分析二者，来在具体的、临界温度处执行，以防止在样本中冰结晶形成，或样本在操纵之间不期望的融化。因此，所需的是这样的系统，所述系统允许复杂操纵样本用于STEM或TEM成像，而不需要这样多的样本处理而使样本被毁坏。

发明内容

一个实施例是一种多轴样本制备镜台，所述多轴样本制备镜包括：主体样本保持器，其配置成围绕与主体样本保持器的方向平行的第一主体轴而旋转样本位置，并且还围绕与主体样本保持器的方向垂直的主体翻转轴；以及栅样本保持器，其用于保持与主体样本保持器相邻的样本栅，并且配置成围绕与栅样本保持器的方向平行的第一栅轴，以及与栅样本保持器的方向垂直的栅翻转轴，而旋转样本栅。

另一个实施例是具有聚焦离子束和扫描电子显微镜的双束系统。该系统包括：具有主体样本保持器的多轴样本制备镜台，所述主体样本保持器配置成围绕与主体样本保持器的方向平行的第一主体轴而旋转，并且还围绕与主体样本保持器的方向垂直的主体翻转轴而旋转；以及栅样本保持器，其与主体样本保持器相邻，并且配置成围绕与栅样本保持器的方向平行的第一栅轴，以及与栅样本保持器的方向垂直的栅翻转轴而旋转。

又一个实施例是制备样本的原位中方法，其通过：提供如上所述的多轴样本制备镜台，并且然后从在主体样本保持器中存储的样本来切割薄片；以及从主体样本保持器将薄片转移到在栅样本保持器上的栅。

附图说明

图1是具有主体镜台和栅镜台的基座镜台的一个实施例的透视视图。

图2是图1A的主体镜台和栅镜台的放大视图。

图3是图3的被制备样本的放大视图。

图4是用于成像的样本原位中制备的方法的一个实施例的流程图。

图5是经由轴承加热/冷却元件的一个实施例的透视视图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及样本处理系统和方法，其用于制备样本以用于在电子显微镜中成像。本发明的一个实施例是用于双束电子显微镜的样本制备和成像镜台，所述双束电子显微镜具有多个样本位置和围绕多个轴而倾斜每个样本位置的能力。多轴镜台的一个实施例具有主体制备镜台，以用于操纵主体样本（例如通过执行主体样本的聚焦离子束处理，以碾磨或切下样本薄片以用于进一步成像）。多轴镜台可包括用于栅、管子、圆片或TEM顶出栅的保持器，以便处理各种样本类型。此外，多轴镜台可配置成在具有多自由度的多个方向上移动，以使得主体样本可在FIB下定位以适当地碾磨或切下主体样本。

除了主体制备镜台之外，多轴镜台的实施例还包括栅镜台，所述栅镜台配置成保持主体样本的薄的结构（例如薄片）被安装到栅上以用于成像。因此，一旦切割，则来自主体样本的薄片可通过使用操纵器针从主体镜台转移到栅镜台。在一些实施例中，因为栅镜台可在多个维度中移动，所以可能执行双轴层析成像，其中多于一个角度可被观察。因为主体镜台和栅镜台处于相同的多轴镜台上，所以单个多轴镜台可用于切割薄片，并且然后还在切割的薄片截段上执行TEM扫描，而不需要将腔室开孔，所述腔室用于将薄片转移到栅镜台。多个镜台因此可包括沿着各个轴具有多自由度的主体镜台和具有多自由度的栅镜台，这允许系统组件相对于彼此在多个维度中移动。

应该意识到的是，许多不同类型的处理可应用到样本，如下面所讨论的。本发明的实施例包括任何类型的处理，其可用于制备样本以用于透射电子显微镜（TEM）或扫描透射电子显微镜（STEM）分析。例如，薄片可从位于主体样本中的地点制备。在该系统中，主体镜台将保持主体样本，在该主体样本中薄片地点将被定位。薄片然后将在主体镜台上制备。

此外，应该意识到的是，本实施例并不限于任何特定的显微镜配置。例如，用于捕捉样本图像的任何类型的显微镜处于本实施例的范围内。这种显微镜包括（例如）可见光显微镜、共焦显微镜，以及红外和近红外显微镜。本领域的技术人员将认识到，关于电子显微镜而在本文示例的实施例可容易适于其它类型的显微镜。

在另一个实施例中，可执行顶出程序。在该系统中，操纵器可将位于主体镜台上的薄片转移到在栅镜台上的栅。在一些实施例中，薄片还可在操纵器移除之后而处理。例如，薄片可使用聚焦离子束从厚的薄片碾磨到薄的薄片。

薄片制备可包括以下过程，诸如：将薄片地点（包括样本的多个横截段）定位、保护性沉积（例如用金属覆盖层涂覆薄片地点）、添加基准标记、粗碾磨（例如创建大约2 μm的薄片）、中碾磨（例如将薄片薄化到大约250-400 nm）、细碾磨（例如将薄片薄化到最终厚度）、底切以从衬底释放样本、定端点、清洁薄片（例如低kV清洁），和/或转移样本。

利用聚焦离子束系统，薄片可准确定位在仪器的平均漂移（例如包括由于成像或充电导致的样本漂移以及镜台漂移两者）内。此外，在一些实施例中，在横截段测量期间基准标记可用于改进特定特征的位置。在最后的薄化期间，用户可将薄片薄化直到预先切割（并且被填满）的基准标记在横截段图像中看出。在一些实施例中，基准标记（例如线）可在大约100 nm宽度处碾磨，这可形成用于判断薄片最终厚度的基础。

为形成基准标记，可使用小束（例如小于大约100 pA）和相对短的驻留时间。这些基准标记可方便地编制。利用双束系统，SEM或S/TEM（扫描透射电子显微镜）可用于通过在特定图像位置处停止薄化而改进记录。在没有双束用于最终位置的情况下，对于顶部-下部的FIB制备系统而言，测量的准确性在50 nm（3 sigma）量级上。以小双束形式的精细化可允许有经验的操作者在纳米水平布置。为测量布置的准确性，存在几个不同的指标：基准标记相对于特征的布置，以及最终薄片与初始基准标记相比的布置。整体布置还可通过测量已知参考特征在薄片内的最终布置而判断。

在一些实施例中，聚焦离子束方法可用于一个或更多薄片制备过程。例如，FIB技术可用于地点具体的分析、沉积和材料销蚀。将理解的是，当SEM使用聚焦电子束以对在腔室中的样本成像时，FIB设置使用聚焦离子束，所述聚焦离子束可在用于成像的低束电流或用于地点具体的溅射或碾磨的高束电流处被操作。FIB还可结合在一种系统中，所述系统具有电子和离子束柱两者，允许同一特征使用束中的任一个而被研究。

在一些实施例中，薄片的位置可被定位来找出孤立特征，或来将参考特征完全封装在主体样本中。例如，当仅需要单个特征时，薄片可在对于特征的很小角度处制备。如本文所描述的，主体镜台可围绕轴旋转和/或围绕轴翻转，以使得主体样本被旋转或翻转以用于将薄片位置定位。

当前FIB系统具有高分辨率成像能力；与原位中截段关联的该能力已经在许多情况下消除了对于在单独SEM仪器中检查FIB截段标本的需求。SEM成像仍需要用于最高分辨率成像，并且防止对敏感样本的损坏。然而，将SEM和FIB柱组合到同一腔室上使两个好处都能够被利用。

FIB还可用于经由离子束诱导沉积而沉积材料。例如，当气体引入到真空室并且被允许化学吸收到样本上时，FIB辅助化学气相沉积发生。通过用束扫描区域，前导气体将分解成挥发性和非挥发性成分；非挥发性成分（诸如钨）留在表面作为沉积。这是有用的，因为沉积金属可用作牺牲层，以保护底面样本免受束的破坏性溅射。在长度上，从纳米到数百微米，金属沉积允许金属线沉积在需要的地方。诸如钨、铂、钴、碳、金等的材料可被沉积。

基准标记或基准可以是布置在成像系统视场中的对象，所述对象显现在产生的图像中，用作参考或测量点。基准标记可以是布置在样本中或其上的某物。在一些实施例中，样本的制备可包括表面和/或掩埋基准（例如固定参考点）。有效的基准创建策略可对于自动化过程的鲁棒性具有大的影响。例如，不同的基准标记形状可具有非常不同的行为。

透射电子显微镜（TEM）需要非常薄的样本，现在通常在50到300 nm之间。FIB的纳米级分辨率允许确切的薄区域被选择并且制备。在一些实施例中，在FIB过程完成之后，较低的束电压或用低电压氩离子束的另外碾磨可减少表面损伤和注入，当使用诸如高分辨率“晶格成像”TEM或电子能量损失光谱的技术时所述表面损伤和注入产生明显的影响。

在一些实施例中，粗糙、中等和/或精细碾磨可用于调节薄片的大小或厚度。减小FIB束的大小可用于改进粗糙、中等和/或精细碾磨的控制。将理解的是，在减缓蚀刻时间（其可导致增加的漂移敏感性）和束分辨率之间存在权衡。在一些实施例中，程序使用13 nA用于主体碾磨和底切，1 nA用于中等薄化，30-100 pA用于精细碾磨，以及3kV-120pA（使用1000pA孔径）用于最终清洁。然而，对于中等薄化，诸如3 nA而不是1 nA的变化是可能的，其取决于用户偏好和可用光圈带的细节。

在透射技术中，对于单个溅射事件，分析被显著简化。此外，样本将束衰减，衰减是样本材料（高Z材料示出比低Z材料更高的衰减）和样本厚度的函数。总体上S/TEM样本具有大约80 nm的厚度。对于TEM，样本总体上具有从大约20 nm到大约80 nm范围的厚度，其取决于具体的样本和TEM工具。厚度可通过将薄的薄片横截，或通过测量电子束衰减而被测量。在低电子束能量方面（例如30 keV）可使用薄的样本。在高电子束能量方面（例如300 keV）可使用更厚的样本，例如可使用高达大约1 μm的生物材料或通常小于100 nm的半导体材料。

在一些实施例中，TEM样本厚度的顶部-下部测量可由沉积保护涂层而被影响。在一些实施例中，薄片的横截段测量更加准确和有用。在一些实施例中，薄片厚度基本上均匀。在其它实施例中，样本有意随着变化厚度而作出。例如，在一些实施例中，薄片的形状是楔形。

通过设置在FIB偏心点处的系统，该过程还可使用如本文描述的系统和方法而简化。例如，倾斜镜台系统（例如主体镜台和/或栅镜台）具有基于重合点、FIB偏心或SEM偏心而设定偏心点的选项。通过设定根据FIB偏心点的工具，可在样本制备期间避免束移位和运动。将理解的是，显微镜可通过将束倾斜枢轴点设定为正确水平而调整（例如通过离心、精确聚焦、枢轴点调节和准确旋转中心）。

样本（例如薄片）转移机构分为两种一般类型：原位中自动探测，以及用玻璃棒原位外摘除。每个方法都具有好处，其取决于应用目标。例如，原位外顶出通常显著更快。

在样本制备中定端点总体上使用SEM信号以查看来自样本的次级或背散射电子，并且将这些与厚度关联。在一些实施例中，该方法使用亮度。例如，一旦被薄化在大约100 nm下，则非常薄的样本变得暗或亮（其取决于检测器布局和源）。将理解的是，确切值取决于束能量和成像模式。利用在涉及SEM基技术的增强分辨率的增加优势，类似技术可与集成S/TEM检测器系统一起使用。S/TEM系统允许根据第一原理作出直接厚度测量，或对比度差分技术可用在暗视野显微术中。

本文公开的系统和方法可用于低温冷冻样本的样本制备。例如，该方法可在无需将显微镜腔室开孔的情况下而执行。FIB制备可在适当装备的仪器（诸如双束显微镜）中与低温冷冻样本一起使用，允许包含液体或脂肪（诸如生物样本、药物、泡沫、油墨和食品产品）的样本的横截段分析。如在下面更详细讨论的，系统还可包括温度控制元件，用于在系统中维持温度。因此，在一些实施例中，本文公开的方法可在室温、升高的温度和/或低温时执行。

如本文使用的，术语“样本”可包括来自生物有机体的任何类型的样本，但是通常包括组织、细胞、病毒、细胞结构或关注的任何其它生物样本。

样本可被制备用于电子显微术，以在材料科学应用（诸如用于半导体材料或聚合物）中使用。电子显微术还可用在生物和生命科学领域，用于应用诸如诊断电子显微术、低温生物学、蛋白质定位、电子层析成像、细胞成像、低温电子显微术、毒理学、生物生产和病毒载量监测、颗粒分析、药物质量控制、结构生物学、3D组织成像、病毒学和玻璃化。这些应用的单独类型可由不同类型的电子显微镜（例如包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、反射电子显微镜、扫描透射电子显微镜和低电压电子显微镜）的范围而执行。

样本制备系统的概述

图1是多轴镜台100的一个实施例的透视视图。多轴镜台100包括圆形基座101，所述基座101支持矩形台架103。安装在矩形台架103左边缘上的是垂直壁104，其保持主体镜台110。主体镜台110可移动地安装到垂直壁104并且用于保持主体样本。

主体镜台110包括主体旋转致动器115，所述主体旋转致动器115配置成围绕（如所示的）主体旋转轴112而沿圆周旋转样本保持器118。因此，致动器115的运动引起在样本保持器118中主体样本的旋转运动，其具有围绕多轴镜台100的Y轴的360度运动。这允许样本沿着与样本保持器118的方向平行的轴而旋转。

除了该旋转运动之外，主体镜台110还具有围绕主体翻转轴111的多自由度，其使用安装到垂直壁104的翻转致动器119，以围绕X轴旋转样本保持器118，以将样本从基座镜台100的前部“翻转”到多轴镜台100的后部并返回。这允许主体样本保持器118围绕与样本保持器的方向垂直的线旋转。

围绕主体旋转轴112的主体样本的旋转允许样本处理（诸如聚焦离子束处理）产生围绕旋转轴的旋转对称样本。这可消除或减少在离子束处理之后样本中的非各向同性/不均匀性。连同围绕旋转轴的该角度自由度（DOF）一起，围绕主体翻转轴111所提供的另外角度DOF允许在样本中特定结晶取向的广泛范围沿着第一和/或第二照射束而取向。因此，围绕旋转轴和翻转轴的组合角度DOF允许样本的α倾斜和β倾斜两者。

在特定实施例中，围绕主体翻转轴的样本保持器118的角行程基本上是360度或更多。如果翻转轴设置成与多轴镜台100的主轴平行（通过围绕旋转轴合适地角调节镜台组件），并且聚焦束是离子束，则这种角行程允许镜台组件用作“离子车床”类型。在这种设置中，人们可以制造各种精确项目，诸如尖端和探针，所述尖端和探针需要具有围绕翻转轴的特定圆柱形/圆锥形轮廓。以类似的方式，人们可将激光束用作第二照射束而实现“激光车床”。

安装到矩形台架103并且与主体镜台110直接相邻的是栅镜台150。与主体镜台类似，栅镜台110安装到矩形台架103，以使得栅镜台110也提供具有围绕多个轴的多自由度的样本。如在图1中所指示的，栅镜台110具有栅翻转轴151和栅旋转轴152，所述栅翻转轴151和栅旋转轴152允许栅保持器156在多个X和Y维度中运动。沿着栅旋转轴152的旋转运动由栅旋转致动器154控制，并且围绕多轴镜台100的Y轴而移动栅保持器156。这允许栅保持器在与栅保持器156平行的方向上旋转。

沿着栅翻转轴151的旋转运动由翻转致动器155控制，其允许栅保持器围绕多轴镜台100的X轴而旋转。这允许栅镜台在围绕多轴镜台100的Y轴的方向上旋转。该多轴旋转运动提供多个自由度，用于将样本布置到栅保持器156中，以提供样本的成像。

如可以实现的，通过将主体镜台和栅镜台彼此相邻定位并且安装到相同基座，人们可使用该单个镜台，用于使用离子束来制备样本，并且然后用电子束将那些样本成像。在双束装置中，多轴镜台可布置在装置内，并且然后用于将样本制备并且成像，而不需要从双束装置移除多轴镜台。此外，如下面所讨论的，通过将多轴镜台冷却或加热到所需温度，并且然后在双束系统内执行所有样本操纵，而不需要将镜台和样本暴露于室温条件，样本可保持在所需温度处。

在多轴镜台100的后部部分处是STEM镜台160，所述STEM镜台160允许检测器保持器162的横向运动161，以用于使用同一多轴镜台100对样本执行扫描透射电子显微术。在一些实施例中，前述组件可围绕彼此独立的轴而运动。

在多轴镜台100的后部部分处，可伸缩的S/TEM检测器可布置在检测器保持器162中，所述检测器保持器162可由伸缩器160伸缩。检测器也可由盖子保护以避免例如辐射损伤或化学损伤。在一些实施例中，盖子可被使用以代替S/TEM检测器的收缩能力。

图2是主体镜台110和栅镜台150的一个实施例的放大视图，其示出它们的彼此关系。主体镜台包括主体臂210，所述主体臂210配置成用主体样本220保持主体样本载体215。主体臂210可围绕主体镜台旋转，以使得主体样本220的取向改变。例如，主体臂210可围绕主体旋转轴112旋转，以旋转主体样本220。主体臂210还可围绕主体翻转轴111翻转，以翻转主体样本220。

与主体镜台110相邻的是栅镜台150，所述栅镜台150与配置成保持栅板255的栅臂250一起示出，所述栅板255配置成保持样本。栅臂250可以以多个自由度而围绕栅镜台运动，以使得栅板255的取向随着时间推移并且在电子显微检查期间而改变。例如，栅臂250可围绕栅旋转轴152旋转。栅臂250还可围绕栅翻转轴152翻转，以翻转栅板。

如在图2中所示，操纵器270和气体供应系统280可用于在主体镜台110处转移从样本220获得的薄片，并且通过在本领域中已知的方法将薄片移动到栅镜台150。如在图3中所示，薄片410可安装到栅板255，用于进一步分析。

当然，应该认识到的是，本实施例并不限于主体样本载体215的任何特定配置。例如，用于保持样本并且允许如本文公开的制备的任何类型的样本载体处于本实施例的范围内。类似地，应该认识到的是本实施例并不限于栅板255的任何特定配置。例如，用于保持样本并且允许如本文公开的进一步处理和/或成像的任何类型的板处于本实施例的范围内。

用于样本制备的示例性方法

图4示出了说明示例性过程500的流程图，所述示例性过程500可运行在样本制备系统100的一个实施方式内。过程500在方框502处开始，其中主体样本加载在主体镜台上。在主体样本已经加载到主体镜台上之后，该过程移动到方框504，其中顶出栅加载在栅镜台上。过程500然后移动到方框506，其中主体样本在主体镜台上居中。例如，通过围绕主体旋转轴而旋转主体样本臂，和/或围绕主体翻转轴而翻转主体样本臂，主体样本可被定位，以合适地定位主体样本以用于创建所需的薄片。

一旦主体样本已经定位，则过程500移动到方框508，其中保护性金属层局部地沉积在主体样本上。应该认识到的是，在其它实施例中，可颠倒方框508和510的顺序。如本文所讨论的，保护性金属层可包括诸如例如铂或钨的任何材料。过程500然后移动到方框510，其中在主体样本上关注的区域由用户确定。关注的区域可包括例如一个或多个孤立特征和/或一个或多个参考特征，诸如在沉积保护性金属层中的基准标记。可选地，通过先前布置样本在光学显微镜中并且使用激光标记来指示关注区域，关注的区域可被标记。

一旦关注的区域已经定位，则过程500移动到方框512，其中薄片被切割。如本文所讨论的，薄片可被定位以优化关注位置的特征。在一些实施例中，切割厚的薄片。在一个实施例中，使用聚焦离子束来切割薄片，所述聚焦离子束目标是从主体样本切割所需的薄片。如可以理解的，通过使用由主体镜台提供的多自由度而适当切割所需区域，如上所述。一旦薄片已经切割，则薄片由操作者从主体镜台转移到栅镜台。作为一个示例，在方框514处操纵器插入到主体样本中，并且在方框516处，操纵器然后附接到已经从主体样本中切割的薄片。操纵器可例如是针或配置成附接到薄片的其它装置。例如，操纵器可暂时附接到薄片以允许在主体镜台和相邻栅镜台之间传输。在方框518处操纵器然后取出薄片。并且在方框520处操纵器从主体样本缩回。

过程500然后移动到方框522，其中在栅镜台上的顶出栅居中。例如，通过围绕栅旋转轴而旋转栅臂和/或围绕栅翻转轴而翻转栅臂，顶出栅可被定位。在方框524处具有薄片的操纵器然后插入，并且在方框526处薄片附接到顶出栅。一旦薄片附接到顶出栅，则过程500移动到方框528，其中，操纵器从薄片分离。例如，FIB可用于从薄片切割操纵器针。在方框530处操纵器然后可缩回。

如本文所讨论的，在一些实施例中，薄片可从厚的薄片薄化到薄的薄片。例如，过程500移动到方框532，其中厚的薄片通过聚焦离子束薄化到薄的薄片。

在薄片已经转移到栅镜台并且薄化到所需厚度之后，过程500移动到判定方框540以确定薄片是否将在小的双束装置（SDB）中被检查。如果作出不停留在SDB装置内的判定，则在方框560处多轴镜台100可被卸载并且在方框565处被转移到例如TEM系统。然而，如果作出留在SDB装置内的判定，则样本可直接被STEM成像。例如，在方框555处样本卸载之前，在方框550处样本可经受STEM层析成像。在另一个示例中，在方框555处样本卸载之前，在方框545处样本可经受STEM成像。

应该注意的是，本发明的实施例还覆盖方法的变型，其中，如对本领域技术人员所清楚的，例如，步骤502和504可交换（或方框510和508等）。

多轴镜台的温度控制

在一些实施例中，系统还可包括热控制系统，所述热控制系统配置成控制多轴镜台100的温度。如在图5中所示的，热控制系统600可用于加热或冷却多轴镜台100，但仍允许镜台100在成像系统内循环地移动。热控制系统600包括基座601，所述基座601经由一系列的连接器604而通过平台602安装。支架603的系统可用于将平台602升高到成像系统内的所需水平。支架通过一系列的销608安装到平台602。

如所示，基座601安装在圆柱形套筒610内，所述套筒610配合到金属环612的中心。配合到套筒610顶表面614的是包括热传递管616的热传递体620，所述热传递管616配置成移动热传递介质。在一个实施例中，热传递介质是冷却的干的氮或液体的氮，并且热传递板620的温度可通过用流量计（未示出）控制干的氮气的流率或增加补充热源（诸如热电阻）而控制。因此，经由控制循环通过热传递管616（和/或控制额外热源）的热传递介质的类型和量，用户可控制热传递板620所得到的温度。

在热传递板620之上并且与热传递板620热接触的是轴承环630，所述轴承环630具有多个槽635。在轴承环630中的每个槽635配置成保持热传导辊640。在辊640之上的是顶板650。顶板650包括安装支架660和居中销665，所述支架660和居中销665设计成与多轴镜台100一起安装，并且对多轴镜台100提供热量加热或冷却功能。顶板650可围绕经由基座601驱动的其轴而旋转。

如可设想的，当多轴镜台安装到安装支架660中时，镜台可在辊轴承（例如球轴承或针轴承）顶部上以360度旋转，并且用热传递介质而仍保持热导率，所述热传递介质流过管子616。在该实施例中，所有的部分可设计有高的热导率。例如，辊轴承可由具有46 W/mK传导率的钢制成。冷的镜台部分可由无氧铜或具有高热导率的其它材料（例如金）制成。在一些实施例中，穿梭接收器的温度可下降到–120℃，-130℃，-140℃，-150℃，-160℃，-170℃，-180℃或更低的温度。在一些实施例中，装置可用于传递热量以使得系统通过泵送加热液体或气体到管子616中来加热而不是冷却。

应该注意的是，镜台可配备有提供所需机械支撑和自由度的一个辊轴承，同时镜台还示出第二辊轴承，所述第二辊轴承将镜台与由例如液氮冷却的静止冷却体热连接。

检测冰的冷冻状态

另一个实施例涉及确定在样本中玻璃质冰的状态。这通常依赖于TEM电子衍射图案，所述TEM电子衍射图案通常在对冷冻样本关注的薄截段区域处获得。玻璃质冰状态对于保留自然结构形式（诸如生物细胞膜或分散的微粒）是有用的。相比之下，结晶冰破坏那些结构或分布。环图案示出冰是无定形（玻璃质）的，而点图案示出六方或立方结晶结构的存在。由于太锐利或太钝的衍射环，或其通过哪个TEM电子枪而产生（W，LaB6 或FEG），玻璃质结果可能十分经常地是有争议的。

当TEM的截段制作时，人们想知道周围的冰是否在该点处于结晶或玻璃质。这帮助用户知道其对于继续该样本或对于开始新鲜样本是否有用。

一个替代实施例是例如可在场发射枪SEM或用于样本的SEM中使用的方法，其中保持温度低于136K（-137摄氏度）的玻璃转变温度是重要的。在该实施例中，冰样本是碾磨到所需厚度的FIB，以使得当旋转并且倾斜到水平面时，其可以使用在所需电压处的电子束由分析检测器从下面观察。从水平面将冰样本倾斜到正或负的角度允许分析检测器观察衍射透射取向对比度。如果结晶形式存在，则该不同的取向对比度来自在薄样本内不同取向晶体的晶格。如果因为样本是玻璃质而结晶形式不存在，则当样本倾斜时对比度保持恒定。

这允许人们检测样本是否已经形成结晶冰。对此的理由是，玻璃质状态是随机原子结构的状态，并且因此将不会示出取向对比度。当在不是必须做出到低温TEM系统的进一步传递情况下而立即在FEG SEM中作出时，这是确定样本冰状态的非常直接和可靠的方式，在所述传递期间六边形的冰污染可能损害该结果。对于改进SEM和双束仪器以解决亚纳米分辨率，存在许多情况，其中传递到TEM以用于直接分辨成像或角度层析成像是不必要的。因此该方法便于验证在SEM或双束仪器内的截段冰的状态。

等同物

上述书面详细说明被认为足以允许本领域技术人员实施本实施例。上述描述和示例详述了某些优选实施例，并且描述由发明人设想的最优模式。然而将理解的是，无论上文可能在文本上显现得多么详细，本实施例可以以许多方式实施，并且本实施例应该根据所附权利要求及其任何等同物而解释。

在本文中术语“包括”旨在是开放式的，不仅包括所叙述的要素，而且还包括任何附加要素。

Claims (13)

1. 一种多轴样本制备镜台（100），包括：

主体样本保持器（118），其配置成围绕与所述主体样本保持器的方向平行的第一主体轴（112）而旋转样本位置，并且还围绕与所述主体样本保持器的方向垂直的主体翻转轴（111）而旋转所述样本位置；以及

栅样本保持器（156），其用于保持与所述主体样本保持器相邻的样本栅，并且配置成围绕与所述栅样本保持器的方向平行的第一栅轴（152），以及与所述栅样本保持器的方向垂直的栅翻转轴（151），而旋转所述样本栅。

2. 根据权利要求1所述的多轴样本制备镜台，还包括与所述主体样本保持器和所述栅样本保持器接触的热控制系统。

3. 根据权利要求2所述的多轴样本制备镜台，其中，所述热控制系统包括一系列的辊（640），所述辊（640）配置成允许所述多轴样本制备镜台在360度或更大角度中旋转。

4. 根据权利要求2所述的多轴样本制备镜台，其中，所述热控制系统配置成将所述栅样本保持器和主体样本保持器的温度减小至-150oC或更多。

5. 根据权利要求1至4中的任何一项所述的多轴样本制备镜台，其中，所述主体样本保持器和栅样本保持器配置成保持栅、圆片或管子中的至少一个。

6. 根据权利要求1至4中的任何一项所述的多轴样本制备镜台，其中，所述主体样本保持器或所述栅样本保持器配置成旋转360度。

7. 根据权利要求1至4中的任何一项所述的多轴样本制备镜台，还包括用于执行S/TEM显微术的检测器。

8. 一种具有聚焦离子束柱和扫描电子显微镜柱的双束系统，包括权利要求1至7中的任何一项所述的多轴样本制备镜台。

9. 一种制备样本的原位中方法，包括：

提供权利要求1所述的多轴样本制备镜台；

从存储在所述主体样本保持器中的样本来切割薄片；以及

将所述薄片从所述主体样本保持器转移到在所述栅样本保持器上的栅。

10. 根据权利要求9所述的方法，其中，切割薄片包括使用聚焦离子束以从主体样本的关注区域切割薄片。

11. 根据权利要求9所述的方法，其中，操纵器通过将所述操纵器的尖端焊接到所述薄片而附接到所述薄片。

12. 根据权利要求9所述的方法，还包括将所述薄片成像。

13. 根据权利要求9所述的方法，还包括旋转所述薄片以确定所述薄片是否包括玻璃质或结晶的冰。