KR101854287B1

KR101854287B1 - 레이저 및 하전 입자 빔 시스템 결합

Info

Publication number: KR101854287B1
Application number: KR1020127026026A
Authority: KR
Inventors: 마커스 스트로우; 마크 더블유. 우틀라우트; 엔. 윌리엄 파커
Original assignee: 에프이아이 컴파니
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2018-05-03
Also published as: KR20130038216A; WO2011127327A2; WO2011127327A3; CN105390358B; CN102812533B; US8314410B2; JP2013524466A; CN102812533A; US20110248164A1; EP2556526A4; JP5756585B2; EP2556526A2; CN105390358A

Abstract

결합된 레이저 및 하전 입자 빔 시스템이 개시된다. 펄스 레이저는 초점이 맞추어진 이온 빔에 대해서 가능한 것보다 더 큰 여러 차수의 크기의 물질 제어 레이트로 샘플을 밀링하는 것을 가능하게 한다. 몇몇의 실시예들에서, 초점이 맞추어진 이온 빔은 샘플의 더욱 정밀한 밀링을 가능하게 한다. 레이저 밀링 동안에 이미징 검출기들을 비활성화하기 위한 방법 및 구조는 레이저 빔에 의해서 생성된 플라즈마 플럼으로 인한 검출기의 포화로 인해서 발생한 이미징 아티팩트들을 제거하는 것을 가능하게 한다. 몇몇의 실시예들에서, 두 가지 유형의 검출기들이 채택된다: 유형-1 검출기들은 전자 빔이나 이온 빔으로 샘플을 스캐닝하는 동안에 높은 이득 이미징을 제공하며, 유형-2 검출기들은 레이저 밀링 동안에 더 낮은 이득 이미징 그리고 종료포인트 검출을 가능하게 한다.

Description

레이저 및 하전 입자 빔 시스템 결합{Combination laser and charged particle beam system}

본 출원은 2010년 4월 7일에 출원된 미국 임시 출원 61/321,539에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로서 편입된다.

본 발명은 레이저 빔 시스템의 하전 입자 빔 시스템과의 결합에 관한 것이다.

하전 입자 빔 시스템들은 제조, 수리, 집적 회로들, 자기 기록 헤드들, 및 광발광 (photolithography) 마스크들과 같은 소형 디바이스들 검사를 포함하는 다양한 응용 분야에서 사용된다. 하전 입자 빔들은 이온 빔들 및 전자 빔들을 포함한다.

초점이 맞추어진 빔 내의 이온들은 표면으로부터 물리적으로 분출하는 물질 (material)에 의해서 마이크로 기계까지 충분한 운동량을 가지는 것이 보통이다. 전자들은 이온들보다 아주 더 가볍기 때문에, 전자 빔들은 부식 증기와 표면 사이의 화학적인 반응을 유발함으로써 물질을 제거하는 것으로 제한되는 것이 보통이다. 이온 빔들 및 전자 빔들 둘 모두는 최선의 광학 현미경들에 의해서 달성될 수 있는 것 보다 더 높은 해상도와 더 큰 비율로 표면을 이미징 (imaging)하기 위해서 사용될 수 있다.

갈륨 액체 금속 이온 소스들 (gallium liquid metal ion sources (LMIS))을 이용하는 이온 빔 시스템들은 그것들의 아주 정밀하게 이미징하고, 밀링하고, 부착하고 그리고 분해하기 위한 능력으로 인해서, 제조하는 동작들에서 광범위하게 사용된다. 예를 들면 갈륨 액체 금속 이온 소스들 (LMIS)을 이용하는 FIB 시스템들에서 이온 컬럼 (column)들은 5 내지 7 나노미터의 수평 분해능 (lateral resolution)을 제공할 수 있다. 이온 빔들이 이미징하기 위해서 사용될 때조차 샘플 표면들에 손상을 입히는 경향이 있기 때문에, 이온 빔 컬럼들은 듀얼 빔 시스템들에서 전자 빔 컬럼들과 종종 결합된다. 그런 시스템들은 타겟에 최소의 손상을 입히는 고-해상도 이미지를 제공할 수 있는 스캐닝 전자 현미경 (scanning electron microscope (SEM)) 그리고 피가공물 (workpiece)들을 변경하고 그리고 이미지들을 형성하기 위해서 사용될 수 있는, 초점이 맞추어진 또는 형성된 빔 시스템과 같은 이온 빔 시스템을 종종 포함한다. 액체 금속 초점형 이온 빔 및 전자 빔을 포함한 듀얼 빔 시스템들은 잘 알려져 있다. 예를 들면, 그런 시스템들은 본 발명의 양수인인 FEI Company of Hillsboro, OR 로부터 입수할 수 있는 Quanta 3D FEG™ System을 포함한다. 상기 이온 빔은, 예를 들면, 집적 회로에서 트렌치 (trench)를 절단하기 위해서 사용될 수 있으며, 그러면 상기 전자 빔은 노출된 트렌치 벽의 이미지를 형성하기 위해서 사용될 수 있다.

불행하게도, 고-정밀 밀링 또는 샘플 제거는 종종 다소의 트레이드오프 (tradeoff)들을 필요로 한다. 액체 금속 이온 소스의 프로세싱 레이트 (rate)는 빔 내 전류에 의해서 제한된다. 상기 전류가 증가함에 따라, 그 빔을 작은 점 (spot)에 초점을 맞추는 것은 더 어렵다. 더 낮은 빔 전류들은 더 높은 해상도를 허용하지만, 더 낮은 부식 레이트들의 결과가 되며, 그러므로 제조 응용 분야들에서 그리고 실험실에서의 프로세싱 시간들은 더 길어지는 결과가 된다. 빔 전류를 증가시키는 것에 의해 프로세싱 레이트가 증가됨에 따라, 프로세싱 정밀도는 감소된다.

또한, 심지어는 더 높은 빔 전류들에서, 초점이 맞추어진 이온 빔 밀링은 몇몇의 마이크로머시닝 응용 분야들에 대해 용납하기 어려울 정도로 여전히 느릴 수 있을 것이다. 펨토초 (femtosecond) 레이저를 이용한 밀링과 같은 다른 기술들은 더 빠른 물질 제거용으로 또한 사용될 수 있지만, 이런 기술들의 분해능은 전형적인 LMIS FIB 시스템보다 아주 더 낮다. 레이저들은 하전 입자 빔들보다 아주 더 높은 레이트에서 기판에 에너지를 공급할 수 있는 것이 보통이며, 그래서 레이저들은 하전 입자 빔들 (갈륨 FIB에 대해 보통 0.1 내지 3.0 μm³/s)보다 아주 더 높은 물질 제거 레이트들 (1 kHz 레이저 펄스 반복 레이트에 대해 보통 7 x 10⁶ μm³/s 까지)을 가지는 것이 보통이다. 레이저 시스템들은 마이크로머시닝을 위해, 작은 양으로 급격하게 공급되는 에너지가 미분자 (atom)로 하여금 기판으로부터 폭발적으로 추방되도록 하는 레이저 절제 (ablation)를 포함하는 여러 상이한 메커니즘을 이용한다. 레이저 빔을 이용하여 기판으로부터 물질을 급격하게 제거하기 위한 그런 모든 방법들은 여기에서는 레이저 빔 밀링 (laser beam milling)으로서 집합적으로 언급될 것이다.

도 1은 종래 기술의 표면 레이저 절제의 개략적인 예시 (10)이다. 레이저 빔 (13)을 생성하는 더 높은 전력 펄스 레이저 (12)가 스테이지 (15)에 의해서 지지되는 타겟 재료 (14) 상으로 초점이 맞추어지고 그리고 레이저 출력이 상기 물질에 대한 절제 문턱값 (ablation threshold)을 초과할 때에, 상기 타겟 재료 내 화학적인 결합들이 깨지고 그리고 상기 재료는 활동적인 파편들, 보통은 중성 원자들, 분자들 및 이온들의 혼합물로 분쇄되어, 상기 재료 표면 위로 플라즈마 플럼 (16)을 생성한다. 상기 재료가 반응 구역을 활동적인 플라즈마, 가스 그리고 고체 부스러기 혼합물로서 남겨두기 때문에, 상기 절제 프로세스는 레이저 빔 (13)의 초점이 맞추어지는 포인트로부터 재료 파편들 (18)을 위로 그리고 멀리 몰아내는 상기 재료의 폭발적인 증발과 닮아 있다.

하전 입자 빔 프로세싱에 비교하면, 레이저 절제는 상대적으로 무거운 양의 물질을 Ga FIB보다 10⁶배 더 빠른 물질 제거 레이트들로 매우 빠르게 제거할 수 있다. 그러나 레이저들의 파장은 전하 입자 빔들 내 전하 입자들의 파장보다 아주 더 크다. 빔이 초점을 맞출 수 있는 크기가 부분적으로는 빔 파장에 의해서 제한되기 때문에 (특히 회절-제한된 광학용으로 특별하게), 레이저 빔의 최소 스팟 (spot) 크기는 하전 입자 빔의 최소 스팟 크기보다 보통은 더 크다. 그래서, 하전 입자 빔이 레이저 빔보다 더 큰 해상도를 가지는 것이 보통이며 그리고 극도로 작은 구조들을 마이크로머시닝할 수 있기 때문에, 상기 빔 전류는 제한되며 그리고 마이크로머시닝 동작은 받아들이기 어려울 정도로 느릴 수 있다. 반면에, 레이저 마이크로머시닝은 일반적으로 아주 더 빠르지만, 그 해상도는 더 긴 빔 파장에 의해서 원래 회절-제한된다.

하전 입자 빔 시스템을 레이저 빔 시스템과 결합하는 것은 둘 모두의 이점들을 드러낼 수 있다. 예를 들면, 높은 해상도의 LMIS FIB를 펨토초 레이저와 결합하는 것은, 동일한 시스템 내에서 밀링 응용 분야의 확장된 범위를 제공하기 위해서 그 레이저 빔이 급격한 물질 제거를 위해서 사용되도록 하고 그리고 상기 이온 빔이 높은 정밀도의 마이크로머시닝 용으로 사용되도록 하는 것을 허용한다. 전자 빔 시스템을 단독으로 또는 FIB와 연결시켜 결합하는 것은 샘플의 비파괴적인 이미징을 허용한다.

초점이 맞추어진 이온 빔 프로세싱을 레이저 머시닝과 결합한 것은, 예를 들면, Straw 등에 의한 미국 특허 출원 번호 12/324296 "Charged Particle Beam Masking for Laser Ablation Micromachining" (2008.11.26.)에서 설명되며, 이 출원은 본 발명의 양수인에게 양수되었으며, 그리고 이 출원은 본원에 참조로서 편입된다. 미국 특허 출원 번호 12/324296의 출원이 본 발명의 배경 기술에 포함되었다고 해서 종래 기술로서 인정하는 것은 아니다.

레이저들을 하전 입자 빔 시스템들에 결합하기 위해서 광섬유들을 사용하는 것을 잘 알려져 있다. 그러나, 광섬유들은 초단파 (ultrashort) (즉, 10 ps보다 더 짧은 펄스들) 레이저 펄스들을 운반하기 위해서 사용될 수 없다. 이는 약하게 결합된 단일 모드 섬유들이 그룹 속도 분산 (velocity dispersion)으로 인한 펄스 지속시간을 위태롭게 하기 때문이며, 반면에 레이저 펄스들이 잘 결합된 단일 모드 섬유들은 상대적으로 낮은 에너지 초단파 펄스들에 의해서 달성될 수 있는 높은 피크 전력들에 의해서 손상을 입는다.

필요한 것은 레이저 빔을 FIB 또는 SEM과 같은 하전 입자 빔 시스템으로 도입하여, 레이저 빔이 하전 입자 빔과 일치하고, 동축이고, 또는 인접하도록 하는 개선된 방법 및 장치이다.

본 발명의 목적은 레이저 빔을 하전 입자 빔 시스템으로 도입하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 레이저 빔은 투명한 "윈도우"를 경유하여 하전 입자 시스템의 진공 챔버로 도입될 수 있으며 그리고 하나 또는 그 이상의 렌즈 및/또는 파라볼릭 거울들에 의해서 샘플 상으로 초점이 맞추어질 수 있으며, 그래서 바람직하게는 상기 레이저 빔 및 하전 입자 빔이 일치하도록 한다. 몇몇의 바람직한 실시예들에서, 초점을 맞추는 렌즈 또는 거울은 하전 입자 빔을 통과시키기 위한 구멍을 구비하여 형성될 수 있으며, 그래서 상기 하전 입자 빔 및 레이저 빔이 동축이며 그리고 동일한 초점이도록 한다.

본 발명의 다른 목적은 이미징 검출기들 ("유형-1" 검출기들)을, 샘플 표면의 레이저 밀링에 의해서 생성된 하전 입자들로 인한 포화로부터 방지하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레이저 밀링 동안에 그리고 레이저에 의해 생성된 플라즈마 플럼 (plume)이 분산될 때에만 활성화되는 제2 세트의 검출기들 ("유형-2" 검출기들)을 제공하는 것이다. 상기 유형-2 검출기들로부터의 출력 신호들은, 상기 레이저가 상기 샘플에서 다른 펄스를 발사하는 것이 준비될 때까지, 레이저 밀링 프로세스용 종료포인트 (endpoint) 검출을 제공하고 그리고 상기 이미징 검출기들을 다시 활성화하고 그리고 이미징 레스터 (raster)를 이용하여 계속하기에 충분하게 상기 플라즈마 플럼이 분산된 것을 표시하는 신호를 제공하기 위해 사용될 수 있을 것이다.

전술한 것은, 이어지는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 특징들 및 기술적인 이점들을 오히려 더 넓게 요약했다. 본 발명의 추가적인 특징들은 아래에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예들이 본 발명의 동일한 목적들을 수정하기 위해서 또는 수행하기 위한 다른 구조들의 설계의 기반으로서 쉽게 활용될 수 있을 것이라는 것을 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 이해해야만 한다. 그런 동등한 구성들은 첨부된 청구범위에서 제시된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 실감해야만 한다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명에 대한 더욱 철저한 이해 그리고 본 발명에 대한 이점들을 위해서, 동반된 도면들에 결합된 다음의 설명들을 이제 참조한다.
도 1은 종래 기술의 표면 레이저 절제의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SEM 및 레이저 결합의 개략적인 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼 빔 FIB/SEM의 동일 초점 레이저와의 결합을 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b의 실시예와 같이 사용하기 위한 레이저 포커싱 렌즈 포지셔닝 어셈블리를 보여준다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 렌즈 포지셔닝 어셈블리의 단면을 보여준다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여주며, 그 경우에 하전 입자들의 소스와 샘플 사이에 위치한 파라볼릭 거울의 구현을 통해서 레이저 빔이 하전 입자 빔과 결합된다.
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여주며, 그 경우에 파라볼릭 거울은 하전 입자 빔에 근접하여 위치한다.
도 8은 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여주며, 이 경우에 평면 거울이 하전 입자들의 소스와 샘플 사이에 위치한다.
도 9는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여주며, 이 경우에 그 내부에 구멍을 구비한 렌즈가 평면 거울 아래에 위치하며, 그래서 하전 입자들의 통과를 여전히 허용하면서도 상기 렌즈는 샘플 상으로 레이저 빔의 초점을 맞춘다.
도 10은 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여주며, 이 경우에 평면 거울이 상기 하전 입자 빔에 근접하게 위치한다.
도 11은 급격한 물질 제거를 위한 레이저를 추가의 물질 프로세싱을 위한 FIB와 결합하며, 물질 제거 프로세스를 모니터링하기 위한 SEM을 복수의 유형-1 검출기들과 결합하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템을 보여준다.
도 12는 도 11 내 바람직한 실시예의 동작을 위한 흐름도를 보여준다.
도 13은 빠른 물질 제거용 레이저를 추가의 물질 프로세싱용 FIB와 결합하고 그리고 물질 제거 프로세스 모니터링용 SEM을 복수의 유형-1 및 유형-2 검출기들과 결합한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템을 보여준다.
도 14는 도 13의 바람직한 실시예의 동작용의 흐름도를 보여준다.
도 15는 오프-축 유형-1 검출기의 바람직한 실시예 내 검출기 비활성화 플레이트들의 동작을 도시한다.
도 16a는 다른 바람직한 실시예인 오프-축 유형-1 검출기 내 검출기 비활성화 그리들의 동작을 도시하며, 도 16a 내의 16A 부분은 도 16a의 바람직한 실시예 내 검출기 어셈블리의 축에 따른 전압의 개략적인 그래프이다.
도 16b는 도 16a의 바람직한 실시예 내 검출기 어셈블리의 끝 부분 모습이다.
도 17은 하전 입자 빔 아래에 위치한 유형-1 검출기의 바람직한 실시예 내 검출기 비활성화 플레이트들의 동작을 도시한다.
도 18은 하전 입자 컬럼 아래에 위치한 유형-1 검출기의 다른 바람직한 실시예의 검출기 비활성화 그리드들의 동작을 예시하며, 도 18 내 18A 부분은 도 18의 바람직한 실시예 내 상기 검출기 어셈블리의 축에 따른 전압의 개략적인 그래프이다.
도 19는 이미징 동안 유형-1 검출기들의 활성화 그리고 유형-2 검출기들의 비활성화를 도시한다.
도 20은 레이저 펄싱 및 플라즈마 플럼 분산 동안의 유형-1 검출기들 비활성화 그리고 유형-2 검출기들의 활성화를 도시한다.
도 21은 샘플의 레이저 절제 및 샘플의 이미징 사이의 간섭을 보여주는 종래 기술 시스템에서 유형-1 검출기로부터의 이미지를 보여준다.
도 22는 도 21의 중심의 클로즈-업 이미지를 보여준다.
도 23은 샘플의 레이저 절제 및 샘플 이미징 사이의 간섭을 보여주는 종래 기술 시스템 내 유형-1 검출기로부터의 이미지를 보여주며, 이는 도 21 및 도 22에서보다 더 높은 레이저 출력을 받은 것이다.
도 24는 도 23의 중심의 클로즈-업 이미지를 보여준다.
도 25는 도 21 및 도 22에 도시된 바람직한 실시예를 위한 검출기 포화의 효과들의 개략적인 그래프이다.
도 26은 도 23 및 도 24에 도시된 예들을 위한 검출기 포화의 효과들의 개략적인 그래프이다.
도 27은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 시스템 내 유형-1 검출기로부터의 시뮬레이션된 이미지를 보여주며, 이는 레이저 절제 동안의 유형-1 검출기들의 비활성화로 인해 샘플의 레이저 절제와 샘플의 이미징 사이에 어떤 간섭도 없다는 것을 보여준다.
첨부된 도면들은 본 발명의 이해에 있어서 도움을 주도록 의도된 것이며, 그리고 다르게 표시되지 않는다면, 크기에 맞추어서 그려진 것은 아니다. 상기 도면들에서, 다양한 도면들에서 동일한 또는 거의 동일한 각 컴포넌트는 유사한 번호로 표현된다. 명료함의 목적을 위해, 모든 도면에서 모든 컴포넌트에 라벨이 붙여지지 않을 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 초단파-펄스 레이저를 하전 입자 빔 시스템으로 도입하기 위한 개선된 장치를 제공한다. 레이저를 하전 입자 빔 시스템과 결합한 것은 단독의 시스템을 능가하는 여러 이점들을 제공한다. 예를 들면, 고해상도 액체 금속 이온 소스 (liquid metal ion source (LMIS)) FIB 를 펨토초 (femtosecond) 레이저와 결합한 것은, 동일 시스템 내에서 밀링 응용 분야의 확장된 범위를 제공하기 위해서, 레이저 빔이 급격한 물질 제거를 위해서 사용되도록 하고 그리고 이온 빔이 고 정밀 마이크로머시닝을 위해서 사용되도록 한다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 레이저 빔을 하전 입자 빔과 결합하기 위해서 챔버 광학에서 사용할 수 있을 여러 방법들을 제공한다. 아래에서 목록화된 몇몇의 실시예들에서, 레이저 빔은 레이저 빔에 투명한 물질로부터 형성된 윈도우를 통해서 진공 챔버로 들어온다. 레이저 빔이 진공 챔버 내에 위치한 다른 바람직한 실시예들 또한 본 발명의 범위 내에 존재한다.

비록 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 특히 여기에서 제시된 예시들에 비추어볼 때에 많은 대안의 실시예들을 쉽게 인식할 것이지만, 이 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예들의 예시이며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서 제한된다. 본 발명의 바람직한 방법이나 장치는 많은 신규한 모습들을 가지며, 그리고 본 발명이 상이한 목적들에 대해 다양한 방법들이나 장치들로 구현될 수 있기 때문에, 모든 모습이 모든 실시예에서 제시될 필요는 없다. 더욱이, 상기 설명된 실시예들의 많은 모습들은 분리하여 특허받을 수 있을 것이다.

도 2는 하전 입자 빔 컬럼 (201)과 레이저 (204)의 결합을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예 (200)를 보여준다. 도 2의 개략적인 도면에서 보이는 것처럼, 레이저 (204)로부터의 레이저 빔 (202)은 진공 챔버 (208) 내부에 위치한 렌즈 (206)에 의해서 수렴 레이저 빔 (220)으로 초점이 맞추어진다. 상기 레이저 빔 (202)은 윈도우 (210)를 통해서 챔버로 진입한다. 도 2의 실시예에서, 하전 입자 빔 (212)에 근접하게 위치한 단일 렌즈 (206) 또는 렌즈들의 그룹 (도시되지 않음)이 레이저 빔 (220)의 초점을 맞추기 위해서 사용되어, 그것이 참조번호 216 위치에서 샘플 (214)에 충돌할 때에, (하전 입자 빔 집속 컬럼 (201)에 의해서 생산된) 하전 입자 빔 (212)과 일치하고 동일 초점이거나, 또는 상기 하전 입자 빔 (212)에 인접한 것의 어느 하나이도록 한다.

도 3a 및 도 3b는 듀얼 빔 FIB/SEM과 동일 초점 레이저와의 결합을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예 (300)를 보여준다. 도 2에서와 같이, 레이저 (도시되지 않음)로부터의 레이저 빔 (302)이 진공 챔버 (308) 내 위치한 렌즈 (306)에 의해서 초점이 맞추어진다. 도 3의 실시예에서, 레이저 빔 (302)의 위치 결정 및 초점 맞추기는 렌즈 포지셔닝 어셈블리 (320) ("LPA")를 경유하여 제어될 수 있으며, 이는 렌즈 (306)의 (X, Y 및 Z 에서의) 위치를 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 레이저에 의해서 생성된 빔은 LPA 윈도우 (322)를 통해서 방향이 정해질 수 있으며, 그래서 그것이 LPA 튜브 (324) 및 렌즈 (306)를 통해서 지나가도록 한다. 전자 빔 컬럼 (316) 그리고 집속된 (focused) 이온 빔 컬럼 (317)에 의해서 생성된 하전 입자 빔들은 샘플 (314) 상에서 레이저 빔 (302)과 일치할 수 있다.

LPA (320)는 도 4a 및 도 4b에 아주 상세하게 도시된다 (400). 상기 LPA의 조절 헤드 (430)는 (점선 (432)에 의해 표시된) 진공 챔버의 외부 벽에 설치될 수 있다. XYZ-포지셔너 (434)는 X-축 (436), Y-축 (437), 그리고 Z-축 (438)을 따라서 렌즈 및 렌즈 튜브 어셈블리의 위치를 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 수동 조절 노브들 (442 및 444)은 상기 렌즈 어셈블리를 X-축 및 Y-축을 따라 조절하기 위해서 사용될 수 있으며, 로테이팅 조절기 (446)는 상기 렌즈를 Z-축을 따라 안으로 그리고 밖으로 이동시키기 위해서 수동으로 회전될 수 있다. X 및 Y 축으로 조절하는 것은 상기 레이저 빔이 상기 샘플 상에 위치하도록 하며, 그래서 하전 입자 빔들 중 하나 또는 둘 모두와 일치하도록 한다. Z 축에서의 조절은 상기 빔이 상기 샘플에 정밀하게 초점이 맞추어지도록 한다. 도 5를 다시 참조하면, 벨로우즈 (bellows) (568)은 상기 렌즈 튜브 어셈블리를 진공으로 유지하면서도 Z-조절을 가능하게 한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 수동 조절 수단들이 도 4a 내지 도 4b에 도시되지만, 알려진 방법들을 이용하여 자동적인 조절이 또한 가능할 것이라는 것을 인식할 것이다.

도 5는 LPA (320)의 단면을 보여준다. 레이저 빔 (302)은 윈도우 (322)를 통해서 그리고 튜브 (324)를 통해서 지나간다. 조절 헤드 (430)는 볼트 (562)를 통해서 상기 진공 챔버 (432)의 외부 벽에 부착될 수 있다. 상기 조절 헤드와 상기 진공 챔버의 외부 벽 사이의 연결을 밀봉하는 것을 돕기 위해서 오링 (O-ring)이나 유사한 밀봉을 위해서 공동 (564)이 제공될 수 있다. 유사하게, 벨로우즈 (568)의 제일 윗 부분과 아래 부분의 오링들 (563)은 렌즈 튜브 어셈블리 내부에 대한 진공 밀봉을 제공한다.

도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시예 (600)를 보여주며, 이 경우 레이저 빔 (602)은 하전 입자 빔 (612) 의 소스 (컬럼 (601)) 및 샘플 (614) 사이에 위치한 파라볼릭 거울 (607)의 구현을 경유하여 하전 입자 빔 (612)과 결합될 수 있을 것이다. 바람직하게는 상기 파라볼릭 거울 (607)은 그 내부에 구멍 (605)을 구비하여, 상기 하전 입자 빔 (612)이 상기 거울을 통해서 지나가서 상기 샘플에 도달하는 것을 허용하도록 한다. (참조번호 610의 윈도우를 통해서 레이저 (604) 및 진입 챔버 (608)에 의해서 생성된) 레이저 빔 (602)은 상기 거울 (607)에 의해서 동시에 반사되고 그리고 초점이 맞추어져서, 상기 레이저 빔 (602) 및 상기 하전 입자 빔 (612)이 동축이며 그리고 같은 초점이도록 한다.

도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예 (700)를 보여주며, 그 경우에 상기 파라볼릭 거울 (707)은 참조번호 701의 컬럼에 의해서 생성된 상기 하전 입자 빔 (712)에 근접하게 위치할 수 있을 것이다. 이 경우에, 거울 (707)은 그 내부에 구멍을 구비할 필요가 없을 것이다. (참조번호 710의 윈도우를 통해서 레이저 (704) 및 진입 챔버 (708)에 의해서 생성된) 레이저 빔 (702)은 반사되고 그리고 샘플 (714) 상에 초점이 맞추어질 수 있으며, 그래서 그것은 하전 입자 빔 (712)과 일치하고 그리고 초점이 같거나, 또는 그 하전 입자 빔 (712)과 인접하는 것 중의 어느 하나이도록 한다.

도 8에 도시된 것과 같은 다른 바람직한 실시예 (800)에서, 평면 거울 (807)은 하전 입자 빔 (812) (컬럼 (801))의 소스와 샘플 (814) 사이에 위치할 수 있다. 다시, 바람직하게는 거울 (807)은 구멍 (805)을 구비하여 하전 입자 빔 (812)이 상기 거울 (807)을 통해서 지나가고 그리고 상기 샘플 (814)에 도착하도록 한다. 이 경우에, (참조번호 810의 윈도우를 통해서 레이저 (804) 및 진입 챔버 (808)에 의해서 생성된) 레이저 빔 (802)은 상기 거울 (807)에 도달하기 이전에 렌즈 (806)에 의해서 (또는 렌즈들의 그룹에 의해서) 초점이 맞추어질 수 있을 것이다. 렌즈 (806) (또는 렌즈들의 그룹)에 관련하여, 거울 (807)은 상기 렌즈 (806)와 상기 샘플 (814) 표면에서의 렌즈의 초점 포인트 사이에 위치하는 것이 바람직할 것이다. 그래서, 상기 레이저 빔 (802) 그리고 상기 하전 입자 빔 (812)은 또 다시 동축이며 그리고 동일 초점, 둘 모두일 것이다.

도 9의 바람직한 실시예 (900)에서, 그 내부에 구멍 (915)을 구비한 렌즈 (906)는 (또한 구멍 (905)을 구비한) 평면 거울 (907) 아래에 위치할 수 있을 것이며, 그래서 (컬럼 (901)에 의해서 생성된) 하전 입자 빔 (912)의 통과를 여전히 허용하면서 상기 렌즈 (906)는 (참조번호 910의 윈도우를 통해서 레이저 (904) 및 진입 챔버 (908)에 의해서 생성된) 레이저 빔 (902)을 샘플 (914) 상으로 초점을 맞춘다. 이 구성은 상기 레이저 빔 (902) 및 상기 하전 입자 빔 (912)을 동축이며 그리고 동일 초점, 둘 모두이도록 만들 수 있을 것이다.

도 10에 도시된 바람직한 실시예 (1000)에서, 평면 거울 (1007)은 (컬럼 (1001)에 의해서 생성된) 하전 입자 빔 (1012)에 근접하게 위치할 수 있을 것이다. 이 경우에 거울 (1007) 내에 어떤 구멍도 필요하지 않다. (참조번호 1010의 윈도우를 통해서 레이저 (1004) 및 진입 챔버 (1008)에 의해서 생성된) 레이저 빔 (1002)은, 레이저 (1004)와 거울 (1007) 사이에 위치하거나 또는 상기 거울 (1007)과 샘플 (1014) 사이에 위치한 렌즈 (1006)에 의해서 샘플 (1014) 상으로 초점이 맞추어지는 것이 바람직하다. 상기 렌즈 (1006)가 상기 레이저 (1004)와 상기 거울 (1007) 사이에 위치하면, 바람직하게는 상기 거울 (1007)은 상기 렌즈 (1007)와 그 렌즈의 샘플 표면 (1014) 상 초점 포인트 사이에 위치해야만 한다. 이 실시예에서, 상기 레이저 빔 (1002)은 샘플 표면 상 하전 입자 빔 (1012)과 일치하고 그리고 초점이 일치하거나 또는 그 하전 입자 빔에 근접하게 만들어질 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 하전 입자 빔에 근접하게 위치한 렌즈 또는 렌즈들의 그룹은 수직입사 (telecentric) 렌즈 (f-theta)인 것이 바람직하다. 상기 레이저 소스와 상기 렌즈 사이에 위치한 스캐닝 거울이나 스캐닝 거울들의 그룹과 결합된 이 구성은 레이저 빔의 패터닝 (patterning) 그리고/또는 스캐닝을 제공할 수 있다.

거울과 샘플 사이에 렌즈들을 구비하고 있지 않은 거울 구성들을 포함하는 상기에 설명된 바람직한 실시예들 중의 어떤 하나에서, 상기 거울들은 레이저 빔의 패터닝 그리고/또는 스캐닝을 제공하는 것 같은 그런 방식으로 원격으로 이동될 수 있을 것이다. 정렬 또는 패터닝/스캐닝에 대한 추가적인 자유도들을 제공하기 위해서 추가적인 거울들이 부가될 수 있다. 또한, 렌즈 또는 렌즈들의 그룹을 레이저 빔과 샘플 사이의 마지막 광학 엘리먼트로서 포함하는 상기에서 설명된 바람직한 실시예들 중의 어느 하나에서, 상기 렌즈는 레이저 빔의 패터닝 그리고/또는 스캐닝을 제공하는 것과 같은 그런 방식으로 원격으로 이동될 수 있을 것이다.

도 11은 물질을 급격하게 제거하기 위해 (레이저 (1106)에 의해서 생성된) 초점이 맞추어진 레이저 빔 (1118)을, 추가의 물질 프로세싱을 위해서 (FIB 컬럼 (1104)에 의해 생성된) 초점이 맞추어진 이온 빔 (focused ion beam (FIB)) (1152) 그리고 물질 제거 프로세스를 모니터링하기 위한 (SEM 컬럼 (1102)에 의해 생성된) 전자 빔 (1150)과 결합하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템 (1100)을 보여준다. 레이저 (106)는 레이저 빔 (1108)을 거울 (1110)로 향하게 하며, 이는 상기 레이저 빔 (1108)을 반사하여 진공 챔버 (1150) 내 투명한 윈도우 (1114)를 통해서 방향이 정해진 반사된 빔 (1112)을 형성하도록 한다. "투명한"이라는 용어에 의해, 상기 윈도우는 사용되고 있는 특정 유형의 레이저의 파장에 투명하다는 것을 의미한다. 상기 레이저 빔 (1118)의 위치를 상기 샘플 (1120) 상으로 조절하기 위해서 거울 (1110) (또는 유사한 반사 엘리먼트)이 또한 사용될 수 있다. 렌즈 (1116)는 (실질적으로 평행한) 상기 레이저 빔 (1112)을, 샘플 (1120) 표면에 초점 포인트를 가지거나 또는 근처에 있는 초점이 맞추어진 레이저 빔 (1118)으로 집속한다 (focus). 레이저 빔 (1118)은 머시닝되고 있는 샘플 (1120) 내 물질의 절제 문턱값보다 더 큰 출력에서 동작될 수 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예들은, 지금 존재하거나 또는 개발 중이건, 충분한 출력을 공급하는 어떤 유형의 레이저도 사용할 수 있다. 바람직한 레이저는 짧은, 나노초부터 펨토초까지의, 펄스 레이저 빔이다. 적합한 레이저들은, 예를 들면, Ti:Sapphire 오실레이터 또는 증폭기, 파이버-기반의 레이저, 또는 이테르븀-(ytterbium-) 이나 크롬-도핑된 (chromium-doped) 박막 디스크 레이저를 포함한다.

상기 절제 문턱값은 기판 재료의 본래의 특성이며, 그리고 본 발명이 속한 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 경험적으로 또는 문헌으로부터 다양한 재료들에 대한 절제 문턱값을 쉽게 결정할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 기판은 약 170 mJ/cm²의 단일 펄스 절제 문턱값을 가지며, 그래서 바람직하게는 레이저 출력은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로머시닝 실리콘에 대한 이 문턱값보다 조금 위에 있어야만 한다. 바람직한 레이저 빔은 10 nJ 내지 1 mJ 범위의 에너지를 가지며, 그리고 0.1 J/cm² 내지 100 J/cm² 범위의 출력을 가진다. 실리콘 기판을 밀링하기 위한 한 바람직한 실시예에서, 레이저 빔은 190 mJ/cm²의 출력, 150 펨토초의 펄스 유지시간, 그리고 2 μm의 스팟 크기를 가진다. 다른 실시예에서, 레이저 빔은 50 nJ 의 펄스 에너지 그리고 0.4 J/cm²의 출력을 가진다.

샘플 (1120)은 정밀 스테이지 (도시되지 않음) 상에 위치하는 것이 보통이며, 이는 바람직하게는 상기 샘플을 X-Y 평면에서 이동시킬 수 있으며, 더 바람직하게는 3차원 구조들로 가공하는데 있어서의 최대의 유연성을 위해서 상기 샘플을 기울이고 회전시킬 수 있는 것은 물론이며, 피가공물을 Z-축으로 또한 이동시킬 수 있다. 시스템 (1100)은 전자 빔 컬럼 (1102)과 같은 하나 또는 그 이상의 하전 입자 빔 컬럼들, 이온 빔 컬럼 (1104), 또는 둘 모두를 옵션으로 포함하며, 이는 레이저 절제 프로세스를 모니터하기 위해 샘플을 이미징하기 위해서 또는 (FIB-밀링과 같은) 다른 프로세싱을 위해서 또는 태스크들을 이미징하기 위해서 사용될 수 있다. 이온 빔 컬럼 (1104)은, 레이저 빔 (1118)의 초점 포인트에서 또는 그 초점 포인트 근방에서 샘플 (1120) 표면 상으로 초점이 맞추어질 수 있을 이온들의 빔 (1152)을 형성하는 것이 일반적이다. FIB 컬럼 (1104)은 이미징 및/또는 FIB 밀링을 수행하기 위해서 기판 표면 상에서 이온 빔 (1152)을 또한 스캐닝할 수 있을 것이다. 시스템 (1100)은 전자 빔 (1150) 또는 초점이 맞추어진 이온 빔 (1152)이 존재할 때에 상기 기판 (1120)과 반응하는 선행 가스 (precursor gas)를 공급하기 위한 가스 주입 (1130) 시스템을 또한 구비할 수 있을 것이다.

종래 기술에서 잘 알려진 것처럼, 상기 전자 빔 컬럼 (1102)은 전자들을 생성하기 위한 전자 소스 (도시되지 않음) 그리고 샘플 (1120) 표면을 SEM 이미징하기 위해서 사용될 수 있을 전자들의 정밀하게 초점이 맞추어진 빔 (1150)을 형성하기 위한 전자-광학 렌즈 (도시되지 않음)를 포함한다. 전자들의 상기 빔 (1150)은 편향 코일 또는 플레이트들 (도시되지 않음)에 의해서 상기 샘플 (1120)의 표면상에 위치할 수 있으며, 그리고 그 표면 위에서 스캔할 수 있다. 상기 렌즈들 및 편향 코일들의 동작은 전력 공급 및 제어 유닛 (도시되지 않음)에 의해서 제어된다. 렌즈들 및 편향 유닛은 전기장, 자기장 또는 그것들의 결합을 이용하는 것을 통해서 전자 빔을 조종할 수 있을 것이라는 것에 유의한다.

샘플 챔버 (1150)는 진공 제어기 (도시되지 않음)의 제어 하에 고도의 진공 및 기계적인 펌핑 시스템을 이용하여 상기 샘플 챔버에서 공기를 빼내기 위해 하나 또는 그 이상의 가스 배출구들을 포함하는 것이 바람직하다. 샘플 챔버 (1150)는 필요한 압력에서 상기 챔버로 가스가 들어올 수 있도록 하나 또는 그 이상의 가스 인입구들을 포함하는 것이 또한 바람직하다.

상기 레이저 빔 (1118)은 펄스 레이저 빔인 것이 보통이며, 100 Hz 및 10 kHz 사이의 반복 레이트 (repetition rate)를 가지는 것이 바람직하며, 500 Hz 및 1500 Hz 사이의 반복 레이트를 가지는 것이 더욱 바람직하다. 상기 레이저의 동작 동안에, 레이저 빔 (1118)의 충돌로 인해서 중성 원자들, 분자들, 전자들 및 이온들의 혼합 (1124)이 샘플 (1120)의 표면에 존재하여, 상기 샘플 표면 (1120) 위에 플라즈마 플럼 (1126)을 생성한다. 물질들이 반응 구역을 활동적인 플라즈마, 가스, 그리고 고체 파편의 혼합으로서 남겨두기 때문에, 상기 절제 프로세스는 물질의 폭발성 증발을 닮았으며 그리고 물질 조각들 (1124)을 레이저 빔 (1118)이 초점이 맞추어지는 포인트로부터 위로 그리고 멀리 몰아낸다.

많은 개수의 전자들 및 이온들 (플라즈마 플럼)의 이런 갑작스러운 생성은 이미징을 위해서 사용된 하전 입자 검출기들을 포화시키는 경향이 있을 수 있다. 하전 입자 빔 시스템들은 하전 입자 빔이 샘플과 충돌하여 발생된 2차 입자들에 대한 하나 또는 그 이상의 검출기들을 채택하는 것이 보통이다. 이런 검출기들은 종종 높은 신호 이득들이라는 특징을 가지며, 이는 샘플을 급하게 이미징하기 위해서 충분하게 높은 신호-대-잡음 비율들을 제공하기 위해 필요한 것이 보통이다. 상기 절제 프로세스에 의해서 생성된 하전 입자들의 상대적으로 큰 플럭스는 이런 2차 입자 이미징 검출기들을 상당한 기간동안 (예를 들면, > 10 μs) 포화시키는 경향이 있을 것이다. 이런 포화는 아티팩트들 (예를 들면, 백색 스팟들 또는 줄무늬들)의 결과가 될 수 있을 것이며, 이는 레이저 밀링과 동시에 취해진 기판의 이미지들을 저하시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 하나의 목적은 하전 입자 검출기들의 이런 포화를 방지하는 것이며, 이런 검출기들은 여기에서는 "유형-1 검출기들"이라는 특징을 가진다. 유형-1 검출기들은 2차 전자들, 2차 이온들 또는 하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 샘플로부터 방사되는 후방 산란된 (backscattered) 전자들 중 하나를 탐지하도록 구성된 (보통은 1000배가 넘는 이득을 가진) 검출기들로서 정의된다. 이 신호 전류들은 상기 레이저 빔 (1118)에 의해 생산된 이온들 및 전자들의 전류들 (1124)보다 수십 배 더 낮은 것이 보통이다. 그래서 본 출원인들은 유형-1 검출기들이 레이저 절제로 인한 입자 전류들 (1124)에 노출되면, 신호 포화 그리고/또는 유형-1 검출기들에 대한 손상이 발생할 수 있을 것이라는 것을 발견했다. 그래서 본 발명의 바람직한 실시예들의 목적은 이 신호 포화 그리고/또는 참조번호 1100의 시스템과 같은 전형적인 하전 입자 이미징 및/또는 프로세싱 시스템에서 발견된 복수의 유형-1 검출기들에 대한 손상을 방지하는 것이다.

도 11에서, 복수의 유형-1 검출기들은 검출기들 (1132, 1136, 그리고 1140)을 포함한다. 첫 번째 유형-1 검출기 (1132)는 FIB 빔 (1152), 전자 빔 (1150) 그리고 레이저 빔 (1118)의 측면에 위치하는 것이 바람직하며, 그리고 레이저 빔 (1118)의 샘플 (1120)과의 충돌에 의해서 생성된 전자들 및/또는 이온들의 일부에 노출된다. 적합한 검출기 유형의 예들은 신틸레이터--광전 증폭관 (scintillator-photomultiplier) 검출기, 채널트론 (channeltron), 또는 솔리드-스테이트 (solid-state) (P-I-N 다이오드) 검출기를 포함한다. 다른 유형-1 검출기 (1136)는 SEM 컬럼 (1102)의 아래 부분에 위치하는 것이 바람직하다. 참조번호 1136의 검출기는, 예를 들면, 전자 빔 (1150)이 샘플 (1120)로 지나가도록 하기 위한 중심 구멍을 구비한 채널 전자 멀티플라이어 (multiplier) 플레이트이다. 또 다른 유형-1 검출기 (1140)는 SEM 컬럼 (1102) 내에 설치되는 것이 바람직하다. 검출기 (1140)는, 예를 들면, 신틸레이터-광전 증폭관 검출기를 포함할 수 있을 것이다. 전형적인 시스템 (1100)은 참조번호 1132, 1136 및 1140의 각 위치에 하나 또는 그 이상의 유형-1 검출기들을 포함할 수 있을 것이다. 참조번호 1132, 1136 및 1140의 검출기들은 각각 참조번호 1134, 1138 및 1142의 케이블들에 의해서 유형-1 검출기 제어기 (1152)에 연결되는 것이 바람직하다. 유형-1 검출기 제어기 (1152)는 시스템 내에 레이저 빔 (1118)이나 플라즈마 플럼 (1126)이 전혀 존재하지 않을 때에 유형-1 검출기들을 활성화하는 것을 가능하게 하고, 그리고 레이저 펄스를 발사한 직후에 유형-1 검출기들을 비활성화하는 것을 또한 가능하게 한다. 이는 도 12를 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.

유형-1 검출기들을 비활성화하기 위한 다양한 방법들이 이용될 수 있으며, 이는 다음의 것들을 포함하지만 그것들로 한정되지는 않는다:

1) 유형-1 검출기의 컬렉션 (collection) 표면으로 저지 (repelling) 바이어스 전압을 인가하며, 그럼으로써 입자들의 수집을 방지한다;

2) 유형-1 검출기의 컬렉션 표면 가까이 또는 가로질러 설치된 스크린이나 그리드 구조에 저지 바이어스 전압을 인가하여, 그럼으로써 입자들의 수집을 방지한다;

3) 유형-검출기 내 하나 또는 그 이상의 내부 전압들을 턴 오프하며, 그럼으로써 검출기의 이득 (예를 들면, 광전-증폭관 튜브 상의 바이어스 전압, 또는 채널 트론 또는 멀티채널 플레이트를 가로지르는 바이어스 전압)을 줄이거나 제어한다; 또는

4) 검출기 컬렉션 표면에 입자들을 전송하는 것을 방지하기 위해서 샘플과 유형-1 검출기 사이에 설치된 하나 또는 그 이상의 편향 전극들에 전압을 인가한다.

유형-1 검출기들을 활성화하기 위한 방법들은 본질적으로 상기의 실행 가능한 수단들의 반대일 것이며, 모든 경우들에서 샘플로부터의 2차 및/또는 후방 산란된-입자들을 다시 수집할 수 있는 유형-1 검출기들의 결과가 된다. 유형-1 검출기 비활성화 및 활성화를 위한 방법 및 구조가 빠른 싸이클 시간을 구비하여, 유형-1 검출기들의 비활성화된 상태와 활성화된 상태 사이의 신속한 전환을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 전형적인 유형-1 검출기 활성화 및 비활성화 시간들은 100 ns 부터 10 μs의 범위일 수 있으며, 그리고 더욱 바람직하게는 100 ns 및 2 μs 사이의 범위이다. 도 15 내지 도 18은 오프-축 (off-axis) 및 하전 입자 컬럼 아래 둘 모두에 위치한 유형-1 검출기들에 대한 검출기 비활성화 및 활성화용의 예시적인 구조들 및 전압들을 도시한다.

도 12는, 복수의 유형-1 검출기들을 포함하는 도 11 내 바람직한 실시예의 동작을 위한 흐름도 (1200)를 보여준다 (명료함을 위해서, 검출기들이 어떻게 활성화되고 그리고 비활성화되는가의 상세한 내용은 도시되지 않는다). 블록 1202에서, 새로운 이미징 및 레이저 프로세싱 프로세스는 하나 또는 그 이상의 유형-1 검출기들 활성화, 빔의 언블랭킹 (unblanking), 그리고 스캔 레스터 개시로 시작한다. 블록 1204에서 빔이 샘플 표면을 가로질러 (보통은 레스터 패턴으로) 이동하면, 2차 그리고/또는 후방 산란된 입자들이 그 표면으로부터 방사되며 그리고 유형-1 검출기(들)에 의해서 수집되어, SEM 동작 동안에는 2차 전자 (secondary electron (SE)) 그리고/또는 후방 산란된 전자 (backscattered electron (BSE)) 신호들을, 또는 FIB 동작 동안에는 2차 이온 (secondary ion (SI)) 신호들과 같은 이미징 신호(들)를 공급한다. 참조번호 1206의 판단 블록은 도 11 내 레이저 (1106)와 같은 레이저의 상태를 모니터하여, 레이저가 발사할 준비가 되어있는가의 여부를 판별한다. 전형적인 펄스 레이저들은 각 레이저 펄스 이후에 회복 (recover)하기 위한 최소 시간을 가진다; 이 회복 시간은 최대 레이저 반복 레이트를 결정한다. 일단 레이저가 이전의 펄스로부터 회복하면, 그것은 다시 발사할 준비가 된다. 몇몇의 경우들에서, 최대 발사 레이트가 필요할 수 있을 것이며, 그 경우에, 일단 레이저가 준비되면, (도 1에서의 시스템 (1100)과 같은) 시스템은 최소한으로 지연하여 참조번호 1208의 블록으로 전이할 것이다. 다른 경우들에서, 다음의 레이저 펄스 발사 이전에 추가의 이미징이 필요할 수 있을 것이며, 그 경우에 상기 시스템은 레이저가 다시 발사할 준비가 된 이후 참조번호 1208의 블록으로 전이하기 이전에 약간의 추가적인 구간동안 참조번호 1204의 블록에 머무를 것이다. 일단 레이저가 발사할 준비가 되면, 그리고 운영자나 시스템이 레이저를 발사하기 원하면, 스캔 레스터는 중지되고 그리고 유형-1 검출기(들)는 비활성화된다. 그러나, 이런 상황들 둘 모두가 부합될 때까지 상기 시스템은 하나 또는 그 이상의 유형-1 검출기들을 이용하여 이미지 데이터를 획득하는 참조번호 1204 블록에서 계속할 것이다. 하전 입자 빔은 이 포인트에서 (옵션으로) 블랭크 (blank)될 수 있을 것이다.

일단 유형-1 검출기들이 비활성화에 의해서 (도 11 내 플럼 (1126)과 같은) 플라즈마 플럼의 잠재적인 해로운 영향들로부터 보호되면, 하나 또는 그 이상의 연속하는 레이저 빔 펄스들이 참조번호 1210의 블록에서 샘플에서 발사될 수 있다. 도 11 내 실시예에 대해, 참조번호 1214의 블록으로 진행하기 이전에, 참조번호 1212 블록에서 미리 정해진 지연 구간, 바람직하게는 0.1 내지 10 μs 의 지연 구간이 기간 만료될 것이다. 이 지연 구간은 샘플로부터 멀리 플라즈마 플럼을 분산하거나 소산되는 것을 허용하며, 그럼으로써 상기에서 설명된 것과 같이 유형-1 검출기들을 보호한다. 여기에서 사용된 것처럼, 비록 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들의 일부는 여전히 존재할 수 있을 것이지만, 플럼을 분산하거나 소산하는 것은 유형-1 검출기들이 플럼 내 입자들에 의해 더 이상 포화되고 그리고/또는 손상을 입지 않을 것이라는 포인트까지 분산 또는 소산을 언급하기 위해서 사용될 것이다. 상기 지연 구간 이후에, 참조번호 1214 블록에서, 유형-1 검출기들을 비활성화하고 그리고 참조번호 1208 블록에서 레스터가 중지되었던 지점인 X-Y 위치로부터 스캔 레스터를 계속함으로써 상기 시스템은 이미징 모드로 복원된다. 참조번호 1216의 판단 블록은 스캔 레스터의 완료를 향한 진행을 모니터하며, 레스터가 완료되지 않으면 참조번호 1204의 블록으로 돌아가고, 완료되면 참조번호 1218의 블록으로 나간다. 바람직한 실시예들에서, 검출기를 비활성화하고, 샘플에서 레이저 펄스들의 방향을 정하고, 플럼이 분산되기를 기다리고, 그리고 그 검출기를 다시 활성화하는 전체 프로세스는 단지 몇 마이크로초, 예를 들면 100 μs 보다 짧게 걸릴 것이다. 실제로, 레이저 밀링이 발생하고 있을 때에 샘플의 이미지들을 보는 운영자에게, 바람직하게는 상기 밀링 및 하전 입자 빔과의 이미징은 동시에 발생한 것으로 보일 것이다.

도 13은 도 11에서와 같이 구성되지만, 각각이 케이블들 (1362 및 1366)에 의해서 유형-2 검출기 제어기 (1378)에 연결된 복수의 "유형-2" 검출기들 (1360 및 1364)이 추가된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템 (1300)을 보여준다. 유형-2 검출기는 포화 및/또는 손상의 위험없이 플라즈마 플럼 (1126)으로부터 전자들 및 이온들을 수집할 수 있다 (도 20 참조). 전형적인 유형-2 검출기들은 페러데이 컵 (Faraday cup)들, 또는 유형-1 검출기들보다 아주 더 낮은 이득들 (보통 1 배 내지 100 배)을 가진 다른 유형의 검출기들을 포함할 수 있을 것이다. 바람직한 일 실시예에서, (샘플에 대한 양의 (positive) 바이어스를 가진) 상기 플럼 (1126)으로부터의 감지할 수 있는 전자 파편 및 음이온들을 수집하기 위해 샘플에서 충분하게 큰 입체각 (solid angle)을 내재하기 위해서, 첫 번째 유형-2 검출기 (1360)는 레이저 빔 (1118)의 초점에 가깝게 설치될 수 있을 것이다. 그런 검출기들을 설치하고 그리고 위치를 정하는 것은 본 발명이 속한 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 그리고 본 발명이 속한 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 상기 플럼으로부터의 감지할 수 있는 전자 파편 및 음이온들은 상기 플럼의 특성을 정확하게 기술할 수 있을 정도로 충분하게 큰 파편일 것이라는 것을 인식할 것이다.

두 번째 유형-2 검출기 (1364)는 참조번호 1360의 검출기로부터 멀리 설치될 수 있을 것이며 그리고 상기 플럼 (1126)으로부터의 양이온들의 감지할 수 있는 파편을 수집하기 위해서 음으로 (negativelly) 바이어스될 수 있을 것이다. 유형-2 검출기들은 레이저 절제 프로세스를 위해서 종료포인트 검출을 가능하게 할 수 있을 것이며, 이는 아래에서 설명된다.

이미징 동안에, 유형-2 검출기들은 2차 전자들이나 이온들 또는 후방 산란된 전자들을 수집하지 않는 것이 바람직하며, 이는 그것이 이미징용의 높은 신호-대-잡음비를 감소시킬 것이기 때문이다. 그래서, 플럼 (1126)이 없는 경우, 유형-1 검출기들은 활성화되는 반면에, 유형-2 검출기들은 비활성화되는 것이 바람직하다. 역으로, 레이저 펄스 직전에 그리고 레이저 펄스 이후의 구간 동안에 아직 샘플 위에 플라즈마 플럼이 존재할 때에, 도 11 및 도 12를 참조하여 상기에서 설명된 것처럼 유형-1 검출기들을 비활성화하는 것이 필요하다. 플라즈마 플럼으로부터의 신호를 수집하기 위해서 유형-2 검출기들을 활성화하는 것은 여러 유형의 정보를 제공할 수 있을 것이다:

1) 샘플 위 플라즈마 플럼의 존재를 표시하고, 그리고 포화 및/또는 손상으로부터 유형-1 검출기들을 보호하기 위해서 유형-1 검출기들을 활성화하는 것이 바람직하지 않은 상태를 표시하는 신호;

2) 유형-1 검출기들의 재활성화 그리고 샘플 이미징의 계속을 허용하는 레벨까지 플라즈마 플럼이 소산되었다는 것을 표시하는 신호;

3) 물질의 기초 레이어와 같은 미리 정해진 종료포인트까지 레이저 절제 프로세스가 밀링 다운되었을 때를 운영자나 시스템이 판별하도록 하는, 종료포인트 알림 신호 등.

레이저 머시닝과 함께 사용하기 위한 종료포인팅 (endpointing) 프로세스들은 미국 특허 출원 번호 No 61/079,304 의 "Method and Apparatus for Laser Machining" (2009.07.09) 출원에서 설명되며, 이 출원은 본 발명의 양수인에게 양수되었으며, 본원에 참조로서 편입된다. 종료포인트 신호의 한가지 유형은 프로세싱 동안에 샘플을 분석하기 위한 광전자 산출 분광 (photoelectron yield spectroscopic (PYS)) 신호이다. PSY에서, 레이저 빔은, 레이저 펄스 당 생성된 전자들 및 이온들의 개수에 관한 정보를 공급하기 위해서 하나 또는 그 이상의 유형-2 검출기들에 의해서 수집될 수 있을 광전자들의 방사를 유발한다. 이 개수는 상기 레이저에 의해서 현재 절제되고 있는 물질을 나타내며, 그래서 종료포인트를 알려주는 신호로서 그리고 분석 툴로서 공헌한다.

플라즈마 플럼으로부터의 전자들 또는 이온들을 수집하기 위해 바이어스 전압들을 인가함에 의해서 유형-2 검출기들이 활성화될 수 있을 것이며, 이는 도 20을 참조하여 아래에서 설명된다. 유형-2 검출기 비활성화는 이런 컬렉션 바이어스 전압들을 제거함을 통해서 달성될 수 있을 것이며, 도 20을 참조하여 아래에서 설명된다.

도 14는, 복수의 유형-1 검출기들 및 유형-2 검출기들을 포함하는 도 13의 바람직한 실시예의 동작을 위한 흐름도 (1400)를 보여준다 (명료함을 위해서, 개별적인 유형-1 및 유형-2 검출기들이 어떻게 활성화되고 그리고 비활성화되는가의 상세한 내용은 도시되지 않는다). 블록 1402에서, 새로운 이미징 및 레이저 프로세싱 프로세스는 하나 또는 그 이상의 유형-1 검출기들 활성화, 유형-2 검출기들의 비활성화, 빔의 언블랭킹 (unblanking), 그리고 스캔 레스터 개시로 시작한다. 블록 1404에서 빔이 샘플 표면을 가로질러 (보통은 레스터 패턴으로) 이동하면, 2차 그리고/또는 후방 산란된 입자들이 그 표면으로부터 방사되며 그리고 유형-1 검출기(들)에 의해서 수집되어, SEM 동작 동안에는 2차 전자 (secondary electron (SE)) 그리고/또는 후방 산란된 전자 (backscattered electron (BSE)) 신호들을, 또는 FIB 동작 동안에는 2차 이온 (secondary ion (SI)) 신호들과 같은 이미징 신호(들)를 공급한다. 참조번호 1406의 판단 블록은 레이저의 상태를 모니터하여, 레이저가 발사할 준비가 되어있는가의 여부를 판별한다. 일단 레이저가 발사할 준비가 되면, 그리고 운영자나 시스템이 레이저를 발사하기 원하면, 참조번호 1408의 블록으로 진입한다. 둘 모두의 상황들이 부합될 때까지 상기 시스템은 하나 또는 그 이상의 유형-1 검출기들을 이용하여 이미지 데이터를 획득하는 참조번호 1404 블록에서 계속할 수 있다.

참조번호 1408의 블록에서, 스캔 레스터가 중지되며, 유형-1 검출기(들)는 비활성화되며, 그리고 하나 또는 그 이상의 유형-2 탐지기들이 활성화될 수 있을 것이다. 하전 입자 빔은 이 포인트에서 (옵션으로) 블랭크될 수 있을 것이다. 일단 유형-1 검출기들이 비활성화에 의해서 상기 플라즈마 플럼의 잠재적인 해로운 영향들로부터 보호되면, 하나 또는 그 이상의 연속하는 레이저 빔 펄스들이 참조번호 1410의 블록에서 샘플에서 발사될 수 있다. 도 13 내 실시예에 대해, 참조번호 1412 블록에서 미리 정해진 지연 구간, 바람직하게는 0.1 내지 10 μs 의 지연 구간이 상기 시스템이 계속하기 이전에 기간 만료될 것이다. 추가로, 상기 시스템은 상기 플라즈마 플럼이 분산되었는지의 여부를 검출하기 위해서 유형-2 검출기들의 출력(들)을 또한 모니터한다.

바람직한 실시예에서, (1) 상기 레이저 펄스가 발사된 이후에 최소의 미리 정해진 지연 구간이 생기고, 그리고 (2) 플라즈마가 유형-2 검출기들에 의해서 검출되지 않는 둘 모두가 발생할 때에만, 시스템은 참조번호 1414의 블록으로 진행할 것이다. 상기 최소의 지연 구간은, 플라즈마가 분산되었다는 오류의 신호를 상기 유형-2 탐지기들이 발생시키는 경우에 상기 유형-1 탐지기들에 대한 백업 보호로서 사용될 수 있다. 일단 이 상황들 둘 모두가 부합되면, 참조번호 1414의 블록에서, 하나 또는 그 이상의 유형-1 검출기들을 다시 활성화하고, 유형-2 검출기들을 비활성화하며, 그리고 그리고 참조번호 1408 블록에서 레스터가 중지되었던 지점인 X-Y 위치로부터 스캔 레스터를 계속함으로써 상기 시스템은 이미징 모드로 복원된다. 참조번호 1416의 판단 블록은 스캔 레스터의 완료를 향한 진행을 모니터하며, 레스터가 완료되지 않으면 참조번호 1404의 블록으로 돌아가고, 완료되면 참조번호 1418의 블록으로 나간다. 상기 설명된 방법에서처럼, 바람직한 실시예들에서, 유형-1 검출기를 비활성화하고, 유형-2 검출기를 활성화하며, 샘플에서 레이저 펄스들의 방향을 정하고, 플럼이 분산되기를 기다리고, 유형-2 검출기를 비활성화하며, 그리고 유형-1 검출기를 다시 활성화하는 전체 프로세스는 단지 몇 마이크로초, 예를 들면 100 μs 보다 짧게 걸릴 것이다. 실제로, 레이저 밀링이 발생하고 있을 때에 샘플의 이미지들을 보는 운영자에게, 바람직하게는 상기 밀링 및 하전 입자 빔과의 이미징은 동시에 발생한 것으로 보일 것이다.

도 15는 (도 11 및 도 13에서 참조번호 1132의 검출기들과 같은) 오프-축 유형-1 검출기의 바람직한 실시예에서 검출기 비활성화 플레이트들 (1508, 1510)을 포함하는 검출기 어셈블리의 바람직한 실시예를 도시한다. 검출기 어셈블리 (1500)는, 각각이 케이블들 (1514 및 1516)에 의해서 유형-1 검출기 제어기 (1152)에 연결된 검출기 비활성화 플레이트들 (1508 및 1510) 뒤에 위치한 (도 11 및 도 13에서 도시된) 검출기 (1502)를 포함한다. 검출기 (1502)는 케이블 (1512)에 의해서 유형-1 제어기에 연결된다. 검출기 어셈블리 (1504) 내 플레이트들 (1508 및 1510)은 평평할 수 있고 또는 도시된 것과 같이 양의 바이어스 전압 그리고 음의 바이어스 전압들이 인가된 원형의 아크 (arc)를 포함할 수 있다.

검출기 플레이트들 (1508 및 1510)은 전자 (또는 음이온) 궤적 (1532) 및 이온 궤적 (1530)에 의해 도시된 것과 같은 검출기 (1502)로의 전자들 및 이온들 둘 모두의 전송을 실질적으로 축소하거나 또는 방해함으로써 유형-1 검출기 비활성화 기능을 수행할 수 있을 것이다. 플레이트 (1510) 상 음의 전압은 도 11 및 도 13에서의 플럼 (1126)과 같은 플라즈마 플럼으로부터 양이온들을 수집한다. 플레이트 (1508) 상의 양의 전압은 상기 플라즈마 플럼으로부터 전자들 및 음이온들을 수집한다. 결과적으로, 상기 플라즈마 플럼으로부터의 중성 입자들만이 검출기 (1502)에 부딪칠 수 있을 것이다. 이 중성 플럭스는, 검출기 (1502)로의 입구를 상기 플라즈마 플럼으로의 조준선 내에 위치시키지 않도록 구성함으로써, 축소되거나 또는 실질적으로 제거될 수 있을 것이다. 오프-축 유형-1 검출기를 활성화하기 위해서, 플레이트들 (1508 및 1510) 상의 전압들은 검출기 (1502)로의 입구에서의 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 것이다.

도 16a는 (도 11 및 도 13에서의 탐지기들 (1132)과 같은) 오프-축 유형-1 검출기의 다른 실시예에서 검출기 비활성화 그리드들 (1608 및 1610)의 동작을 도시한다 검출기 어셈블리 (1604)는, 각각의 케이블들 (1614 및 1616)에 의해서 각각이 (도 11 및 도 13에서 도시된) 유형-1 검출기 제어기 (1152)에 연결된, 검출기 비활성화 그리드들 (1608 및 1610) 뒤에 위치한 검출기 (1602)를 포함한다. 검출기 (1602)는 케이블 (1612)에 의해 유형-1 제어기에 연결된다.

도 16a 내의 16A 부분에서, 검출기 어셈블리 (1604)의 축을 따른 전압의 개략적인 그래프 (1660)는 참조번호 1608의 그리드 상의 양의 전압과 참조번호 1610 상의 음의 전압이 결합된 것이 양의 이온들 둘 모두(참조번호 1630의 궤적) 및 전자들 및 음의 이온들 둘 모두 (참조번호 1632의 궤적)의 전송을 어떻게 방해하는지를 보여준다. 상기 전자들 및 음의 이온들은 참조번호 1610의 그리드를 지나가기 이전의 역 (reversing) 방향으로 도시되며, 이 음으로-하전된 입자들의 일부는 양으로-바이어스된 그리드 (1608)에 부딪칠 것이다. 참조번호 1608의 그리드로부터 방사된 어떤 이차 입자 또는 후방 산란 입자들도 참조번호 1610의 그리드 상의 음의 바이어스로 인해서 검출기 (1602)로의 입구에 도달할 수 없을 것이다. 플라즈마 플럼으로부터의 중성 입자들만이 상기 검출기 (1602)에 부딪칠 수 있을 것이다. 도 15의 검출기 어셈블리처럼, 이 중성 플럭스는, 검출기 (1602)로의 입구를 상기 플라즈마 플럼으로의 조준선 내에 위치시키지 않도록 구성함으로써, 축소되거나 또는 실질적으로 제거될 수 있을 것이다. 오프-축 유형-1 검출기 (1604)를 활성화하기 위해서, 그리드들 둘 모두 (1608 및 1610) 상의 전압들은 검출기 (1602)로의 입구에서의 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 것이다.

도 16b에서, 검출기 (1604)를 바라보는 말단 모습이 도시된다. 입구 개구 (1606)를 통해서 오직 첫 번째 그리드 (1608)만이 보일 것이다.

도 17은 (도 11 및 도 13에서의 검출기들 (1136)과 같이) 하전 입자 컬럼 아래 부분의 밑에 위치한 유형-1 검출기의 바람직한 실시예에서 검출기 비활성화 플레이트들 (1708 및 1710)의 동작을 도시한다. 유형-1 검출기 어셈블리 (1700)는, 각각이 케이블들 (1714 및 1716) 각각에 의해서 (도 11 및 도 13에 도시된) 유형-1 검출기 제어기 (1152)에 연결된, 검출기 비활성화 플레이트들 (1708 및 1710) 위에 위치한 (전형적인 듀얼-갈짓자 무늬 장식 (dual-chevron) 구성인) 멀티채널 플레이트들 (multichannel plates (MCPs)) (1704 및 1706)의 페어를 포함한다. MCP들 (1704 및 1706)은 각각 케이블들 (1712 및 1713) 각각에 의해 유형-1 제어기에 연결된다. MCP (1704) 위에, 하전 입자 컬럼의 하단 말단 (1702)이 도시된다. 본 발명의 이 바람직한 실시예의 추가적인 큰 이점은 컬럼 하부 상 그리고 또한 컬럼 내부의 위의 플라즈마 플럼으로부터의 오염물질들의 침착 (deposition)을 실질적으로 축소하는 것이다. 이 유형의 오염물질은 하전 입자 빔을 충전시키고 편향시킬 수 있는 저항성 침전들을 이따금 형성한다.

전자들 및 이온들 둘 모드의 샘플 (1780)로부터 MCP (1706)으로의 전송을 실질적으로 축소하거나 방해하는 유형-1 탐지기 비활성화 기능은 전자 궤적 (1732) 및 이온 궤적 (1730)에 의해 도시된다. 플레이트 (1710) 상 음의 전압은 도 11 및 도 13에서의 플럼 (1126)과 같은 플라즈마 플럼으로부터 양이온들을 수집한다. 플레이트 (1708) 상의 양의 전압은 상기 플라즈마 플럼으로부터 전자들 및 음이온들을 수집한다. 상기 플라즈마 플럼으로부터의 중성 입자들만이 MCP (1706)에 부딪칠 수 있을 것이다. 오프-축 유형-1 검출기 (1704)를 활성화하기 위해서, 플레이트들 (1708 및 1710) 둘 모두에서 전압들은 검출기 (1702)로의 입구에서의 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 것이다.

도 18은 도 11 및 도 13에서의 검출기들 (1136)과 같이 하전 입자 빔 아래에 위치한 유형-1 검출기의 다른 바람직한 실시예에서 검출기 비활성화 그리드들 (1808 및 1810)의 동작을 예시한다. 유형-1 검출기 어셈블리 (1800)는, 각각이 케이블들 (1814 및 1816) 각각에 의해서 도 11 및 도 13에서의 제어기 (1152)와 같은 유형-1 검출기 제어기 (도시되지 않음)에 연결된, 비활성화 그리드들 (1808 및 1810) 위에 위치한 (전형적인 듀얼-갈짓자 무늬 장식 (dual-chevron) 구성인) 멀티채널 플레이트들 (multichannel plates (MCPs)) (1804 및 1806)의 페어를 포함한다. MCP들 (1804 및 1806)은 각각 케이블들 (1812 및 1813) 각각에 의해 유형-1 제어기에 연결된다. MCP (1804) 위에, 하전 입자 컬럼의 하단 말단 (1802)이 도시된다. 도 17에서와 같이, 본 발명의 이 바람직한 실시예의 추가적인 큰 이점은 컬럼 하부 상 그리고 또한 컬럼 내부의 위의 플라즈마 플럼으로부터의 오염물질들의 침착 (deposition)을 실질적으로 축소하는 것이다.

도 18 내 18A 부분은 유형-1 검출기 어셈블리의 축을 따른 전압의 개략적인 그래프 (1860)를 보여주며, 이는 참조번호 1808의 그리드 상의 양의 전압과 참조번호 1810 상의 음의 전압이 결합된 것이 양의 이온들 둘 모두(도 18의 참조번호 1830의 궤적) 및 전자들 및 음의 이온들 둘 모두 (도 18의 참조번호 1832의 궤적)의 전송을 어떻게 방해하는지를 도시한다. 상기 전자들 및 음의 이온들은 참조번호 1810의 그리드를 지나가기 이전의 역 방향으로 도시된다. 이 음으로-하전된 입자들의 일부는 양으로-바이어스된 그리드 (1808)에 부딪칠 수 있을 것이다. 참조번호 1808의 그리드로부터 방사된 어떤 이차 입자 또는 후방 산란 입자들도 참조번호 1810의 그리드 상의 음의 바이어스로 인해서 MCP (1806)로의 입구에 도달할 수 없을 것이다. 플라즈마 플럼으로부터의 중성 입자들만이 상기 MCP (1806)에 부딪칠 수 있을 것이다. 오프-축 유형-1 검출기를 활성화하기 위해서, 그리드들 둘 모두 (1808 및 1810) 상의 전압들은 MCP (1806)로의 입구 상에서의 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 것이다.

도 11 및 도 13에서의 탐지기들 (1140)과 같이 하전 입자 컬럼들 내에 위치한 유형-1 탐지기들은, 컬럼-내 (in-column) 유형-1 탐지기 입구로부터 멀리 전자들과 이온들을 편향시키기 위해서, (컬럼의 하단 말단 그리고 상기 검출기 (1140) 사이에서) 하전 입자 컬럼 내 하나 또는 그 이상의 미리-존재하는 전극들을 활용할 수 있을 것이다. 도 15 내지 도 18은 유형-1 검출기들의 예시적인 바람직한 실시예들을 도시하지만, 유형-1 검출기들을 비활성화하고 그리고 활성화하기 위한 다른 구조들 및 방법들 또한 본 발명의 범위 내에 존재한다.

도 19는 이미징 동안의 (컬럼 하부의 아래에 위치한) 유형-1 검출기의 활성화 그리고 유형-2 검출기들의 비활성화를 도시한다 (1900). (도 13에 도시된) 유형-2 검출기 제어기 (1378)에 케이블들 (1950 및 1952) 각각에 의해서 각각 연결된 두 개의 유형-2 검출기들 (1910 및 1912)을 따라서 도 18로부터의 유형-1 검출기가 여기에 도시된다. 이미징 동안에, 도 14의 참조번호 1402 블록에서 설명된 것처럼, 유형-2 검출기들은 도 19에서 도시된 검출기 컬렉션 말단들에 0 V를 인가함으로써 비활성화된다. 그래서, 샘플 (1880)과 유형-2 검출기들 (1910 및 1912) 사이에는 전자들이나 이온들 중의 어느 하나를 유형-2 검출기들로 끌어당기기 위한 어떤 전기장들도 존재하지 않는다. 2차 입자 및 후방 산란 입자는 1차 하전 입자 빔 (1902)이 상기 샘플 (1880)에 부딪치는 곳인 참조번호 1908의 위치로부터 위로 이동하면서 나타나기 때문에, 2차 입자 및 후방 산란 입자의 오직 작은 부분만이 검출기들 (1910 및 1912)에 의해서 수집될 것이다. 2차-입자 및/또는 후방산란-입자들의 더욱 큰 부분 (1932)은 그리드들 (1808 및 1810)을 통과하여 MCP (1806)에 의해 수집될 것이다.

도 20은 도 10의 컬럼 구성을 도시하며 (2000), 레이저 펄싱 (2002) 동안에 그리고 플라즈마 플럼 (2045)의 분산 동안에 유형-1 검출기 비활성화 그리고 유형-2 검출기들의 활성화를 보여준다. 검출기 비활성화 그리드들 (1808 및 1810)은 도 18에서와 같이 바이어스되어, 참조번호 2008의 위치에서 샘플 (1880)의 표면에 부딪친 레이저 빔 (2002)에 의해서 생성될 수 있을 양의 이온들 (1830) 및 음의 이온들 (1832) 그리고 전자들의 큰 플럭스에 대하여 (멀티-채널 플레이트들 (1806 및 1804)을 포함하는) 유형-1 검출기를 보호하도록 한다. 그리드들 (1808 및 1810)의 비활성화 기능은 도 18에서 도시된 것이다. 양의 바이어스가 유형-2 검출기 (1910)의 컬렉션 말단에 인가되어, 플라즈마 플럼 (2045)으로부터 전자들 및 음의 이온들 (2032)을 끌어당기도록 한다. 음의 바이어스가 유형-2 검출기 (1912)의 컬렉션 말단에 인가되어 상기 플라즈마 플럼 (2045)으로부터 양의 이온들 (2030)을 끌어당기도록 한다. 검출기들 (1910 및 19120 사이의 전압 차이는 샘플 (1880) 표면에 평행한 전기장을 생성하며, 이는 유형-2 검출기들이 없는 경우 (예를 들면, 도 11에서의 구성)보다 더욱 짧은 시간 내에 상기 플라즈마 플럼 (2045)을 "쓸어 없애기"에 공헌하며, 그래서 유형-2 검출기들을 추가하는 것은 유형-1 검출기들을 보호하기 위해서 필요한 시간을 줄임으로써 (예를 들면, 도 14 내 참조번호 1412 및 1414의 블록들) 처리량을 향상시키는 추가적인 이점을 가진다. 유형-2 검출기들의 다른 이점은 유형-1 검출기들 그리고 (도 3a 내지 도 4b에서의 참조번호 306의 렌즈와 같이) 레이저 빔의 초점을 맞추기 위한 렌즈와 같은 시스템 내 구조들을, 상기 플라즈마 플럼으로부터 발생하는 있을 수 있는 손상으로부터 보호하는 것이다. 양으로-방이어스 된 그리고 음으로-바이어스 된 유형-2 검출기들에 의해서 수집된 플라즈마 플럼 부분은 이런 검출기들 및 구조들에 도달할 수도 없고 그리고 손상을 입힐 수도 없다.

도 21은 샘플의 레이저 절제와 샘플 이미징 사이의 간섭을 도시하는, 유형-1 검출기로부터의 이미지 (2100)를 보여준다. 이미지 (2100)의 중심에 하얀 점선 사각형 (2106)의 작은 영역은 도 22에서 클로즈-업 하여 도시된다. 빔이 X-축 (2102)을 따라서 오른쪽으로 스캔하며, 그래서 탐지기의 포화로부터 발생한 흰색 줄들이 (레이저 펄스 동안에) 왼쪽에서 가장 밝은 픽셀을 가지며 그리고 (플라즈마 플럼이 분산되면서) 오른쪽에서는 감쇠되면서 수평으로 표시된다. Y-축 (수직으로 아래 방향) (2104)은 레스터의 늦은-스캔 방향이다. 이 예에서, 상기 유형-1 검출기는 레이저 펄스들 동안이나 또는 플라즈마 플럼이 분산되는 때의 어느 경우에도 비활성화되지 않으며, 그래서 각 레이저 펄스에 의해서 유발된 플라즈마 플럼들로부터의 전자들 및 이온들이 상기 검출기를 포화시키도록 한다. 상기 빔이 각 스캔 라인을 따라 오른쪽 방향으로 수평으로 스캔할 때에, 플라즈마 플럼으로부터의 하전 입자들이 상기 검출기에 의해서 수집되어, 백색 픽셀들 (최대 강도 (intensity))이 참조번호 2206에서 시작하여 점차적으로 감쇠하면서 오른쪽으로 확장되어 이전 포인트 (past point) (2208)까지 확대되도록 한다. 레이저 펄스들 사이에 상기 유형-1 검출기는 회복하며 그리고 높은 신호-대-잡음 이미지를 제공할 수 있다. 아래에서 도 25는 두 레이저 펄스들 이전에, 그 동안에, 그리고 그 이후의 이미지 강도의 개략적인 그래프이다.

도 23은 도 21 내지 도 22에서의 이전의 예에서 보다 더 높은 레이저 빔 강도에 대해 샘플의 레이저 절제와 샘플의 이미징 사이의 간섭을 도시하는, 유형-1 검출기로부터의 이미지 (2300)를 보여준다. 이미지 (2300)의 중심에 점선 사각형 (2306)의 작은 영역은 도 24에서 클로즈-업 하여 도시된다. 빔이 X-축 (2302)을 따라서 오른쪽으로 스캔하며, 그래서 탐지기의 포화로부터 발생한 흰색 줄들이 (레이저 펄스 동안에) 왼쪽에서 가장 밝은 픽셀들을 가지며 그리고 (플라즈마 플럼이 분산되면서) 오른쪽에서는 감쇠되면서 수평으로 표시된다. Y-축 (수직으로 아래 방향) (2304)은 레스터의 늦은-스캔 방향이다. 이 예에서, 상기 유형-1 검출기는 레이저 펄스들 동안이나 또는 플라즈마 플럼이 분산되는 때의 어느 경우에도 비활성화되지 않으며, 그래서 각 레이저 펄스에 의해서 유발된 플라즈마 플럼들로부터의 전자들 및 이온들이 상기 검출기를 포화시킨다. 도 21 내지 도 22에서의 예와 비교하여 여기에서는 레이저 강도가 더 높기 때문에, 검출기 포화의 정도는 더욱 더 크며, 그래서 각 레이저 펄스 이후에 상기 유형-1 검출기에 대해서 더 긴 회복 시간들의 결과가 된다 (또한 도 24 참조). 백색 픽셀들 (최대 강도 (intensity))은 참조번호 2406에서 시작하여 매우 점차적으로 감쇠하면서 오른쪽으로 멀리 확장되어 이전 포인트 (2408)까지 확대된다. 도 21 내지 도 22에서의 포화와는 다르게, 레이저 펄스들 사이에 상기 유형-1 검출기는 완전하게 회복할 수 없으며, 그래서 전체 이미지는 도 21 내지 도 22에서의 이미지보다 더 밝다. 아래에서 도 26은 두 레이저 펄스들 이전에, 그 동안에, 그리고 그 이후의 이미지 강도의 개략적인 그래프이다.

도 25는 도 21 내지 도 22에 도시된 경우에 대한 유형-1 검출기 비활성화가 없는 경우 검출기 포화의 영향들에 관한 개략적인 그래프이다. (Y-축 (2504) 상의) 이미지 강도는 (X-축 (2502) 상) 시간의 함수로서 도시된다. X-축은 데이터에 있어서 끊어진 부분 (2530)과 함께 도시되어, 레이저 펄스들 (2506 및 2508)에서의 이미지 포화가 동일한 그래프에서 필요한 크기로 도시되도록 한다. 참조번호 2506의 시각에서 첫 번째 레이저 펄스 이전의 이미지 강도 (2514)는 불포화 상태이다. 참조번호 2516의 강도 커브의 점선 부분은 정확한 이미지 강도, 즉, 레이저 펄스들 동안에 그리고 플라즈마 플럼들이 분산될 때에 유형-1 검출기 비활성화를 가능하게 하는 본 발명의 다양한 실시예들을 이용하여 디스플레이될 수 있을 강도를 나타낸다. 그러나, 검출기 비활성화가 없음으로 인해서, 시스템 운영자에게 실제로 디스플레이되는 것은, 급격한 상승 (2520)을 포함하며, 복수의 포화된 픽셀들 (2522) (그 모두는 최대 강도 (2512)를 보여준다)이 이어지며, 결국에는 불포화된 이미지 강도 커브 (2518)에 도달하는 점진적인 강도 감소 (2524)가 뒤따르는 부정확한 이미지 커브이다. 그러면 이 강도 커브는, 참조번호 2508의 시각에서 다음 레이저 펄스까지, 상기 검출기에 의해서 올바르게 결정될 것이다. 레이저 펄스들 사이의 시간 간격 (2580)은 0.5 내지 2.0 ms인 것이 보통이다.

도 26은 도 23 내지 도 24에 도시된 경우에 대한 유형-1 검출기 비활성화가 없는 경우 검출기 포화의 영향들에 관한 개략적인 그래프이다. (Y-축 (2604) 상의) 이미지 강도는 (X-축 (2602) 상) 시간의 함수로서 도시된다. X-축은 데이터에 있어서 끊어진 부분 (2630)과 함께 도시되어, 레이저 펄스들 (2606 및 2608)에서의 이미지 포화가 동일한 그래프에서 필요한 크기로 도시되도록 한다. 참조번호 2606의 시각에서 첫 번째 레이저 펄스 이전의 이미지 강도 (2614)는 불포화 상태이다. 참조번호 2616의 강도 커브의 점선 부분은 정확한 이미지 강도, 즉, 레이저 펄스들 동안에 그리고 플라즈마 플럼들이 분산될 때에 유형-1 검출기 비활성화를 가능하게 하는 본 발명의 다양한 실시예들을 이용하여 디스플레이될 수 있을 강도를 나타낸다. 그러나, 검출기 비활성화가 없음으로 인해서, 시스템 운영자에게 실제로 디스플레이되는 것은, 급격한 상승 (2620)을 포함하며, 복수의 포화된 픽셀들 (2622) (그 모두는 최대 강도 (2612)를 보여준다)이 이어지는 부정확한 강도 커브이다. 증가된 레이저 빔 파워로 인하여, 도 26은 도 25에서 도시된 것보다 실질적으로 더 긴 포화 구간을 보여준다. 올바른 비포화된 레벨들까지 감소하는 강도를 보여주는 상기 커브는 도 26에서 더 길고 그리고 더 점진적이며, 이는 검출기 포화의 더 큰 정도로 인한 것이다. 참조번호 2624의 커브는 비포화된 이미지 강도 커브 (2618)에 결국은 도달한다. 그러면 상기 강도 커브는 참조번호 2608에서의 다음 레이저 펄스까지, 상기 검출기에 의해서 올바르게 결정될 것이다. 상기 검출기 내에서 더 긴 시간의 회복의 영향으로 인해서, 참조번호 2618 커브에 대한 이미지 강도는 평균 검출기 신호 레벨에서의 일부 증가 및 대비에서의 손실을 드러낸다. 레이저 펄스들 사이의 시간 간격 (2680)은 0.5 내지 2.0 ms인 것이 보통이다.

도 27은 유형-1 검출기들의 비활성화를 구체화한 시스템 내 유형-검출기로부터의 이미지 (2700)를 보여주며, 샘플의 레이저 절제와 샘플 이미징 사이에 어떤 간섭도 없는 것을 보여준다. 빠른-스캔 축 (2702)은 오른쪽으로 수평이며, 그리고 늦은-스캔 축 (2704)은 아래로 수직이다. 도 12 또는 도 14의 흐름도들에서 설명된 방법들 중 어느 하나는 각 레이저 펄스 직전부터 플라즈마 플럼이 소산된 이후까지의 확장된 구간에 걸친 비활성화에 의해서 유형-1 검출기가 포화로부터 보호되도록 할 것이다.

본 발명은 넓은 응용 가능성을 가지며 그리고 상기 예들에서 설명되고 그리고 보여진 많은 이점들을 제공할 수 있다. 상기 실시예들은 특정 응용 분야에 의존하여 크게 변할 것이며, 그리고 모든 실시예가 그 이점들 전부를 제공하지는 않을 것이며 그리고 본 발명에 의해서 달성될 수 있는 목적들 모두에 부합하는 것은 아니다. 비록 이전 설명의 많은 것들이 반도체 디바이스나 웨이퍼들을 프로세싱하는 것에 관한 것이지만, 본 발명은 어떤 적합한 기판이나 표면에도 적용될 수 있을 것이다. 본 발명을 수행하기에 적합한 입자 빔 시스템들은, 예를 들면, 본원의 양수인인 FEI Company로부터 상업적으로 이용 가능하다. 유형-2 검출기들은 레이저 프로세싱 동이나에 더욱 정밀한 종료포인팅 신호들을 공급하기 위해 2차 이온 매스 스펙트로메터들 (secondary ion mass spectrometers (SIMS))을 포함할 수 있을 것이다. 비록 상기 도면들이 진공 시스템 외부의 레이저를 보여주지만, 그 진공 시스템 내에서 레이저를 구비한 시스템 구성들은 또한 본 발명의 바람직한 실시예들의 범위 내에 있는 것이다.

비록 상기 본 발명의 상세한 설명이 주로 레이저를 하전 입자 빔 시스템과 결합한 장치에 관한 것이지만, 그런 장치를 사용하는 방법들 또한 본 발명의 범위 내에 있을 것이라는 것이 인정되어야만 한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어 둘 모두의 결합을 통해서 또는 비-일시적 컴퓨터-독출가능 메모리에 저장된 컴퓨터 명령어들에 의해서 구현될 수 있다는 것이 인정되어야만 한다. 상기 방법들은 컴퓨터 프로그램을 갖춘 비-일시적 컴퓨터-독출가능 저장 매체를 포함하는 표준의 프로그래밍 테크닉들을 이용하여 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있으며, 그 저장 매체는 컴퓨터로 하여금 본 명세서에서 설명된 방법들 및 도면들에 따른 특정한 그리고 미리 정의된 방식으로 동작하게 하도록 구성된다. 각 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위해서 고 레벨의 절차적인 또는 객체 지향적인 프로그래밍 언어로 구현될 수 있을 것이다. 그러나, 상기 프로그램들은 필요하다면 어셈블리 또는 기계어로 구현될 수 있다. 어떤 경우에건, 상기 언어는 컴파일 언어 또는 인터프리티드 언어일 수 있다. 더욱이, 상기 프로그램은 그 목적을 위해서 프로그램된 전용의 집적 회로들 상에서 동작할 수 있다.

또한, 방법론들은 어떤 유형의 컴퓨팅 플랫폼에서도 구현될 수 있을 것이며, 그 컴퓨팅 플랫폼은 개인용 컴퓨터, 미니-컴퓨터, 메인-프레임, 워크스테이션, 네트워크 또는 분산 컴퓨팅 환경, 하전 입자 툴들 (tools)이나 다른 이미징 디바이스들과 별개인, 그것들에 통합된, 또는 그것들과 통신하는 컴퓨터 플랫폼, 그리고 유사한 것들을 포함하지만, 그것들로 한정되지는 않는다. 본 발명의 모습들은 하드 디스크, 광학 읽기 및/또는 쓰기 저장 매체, RAM, ROM 등과 같이 탈부착 가능하거나 컴퓨팅 플랫폼에 통합된 저장 매체나 디바이스 상에 저장된 기계 판독가능 코드로 구현될 수 있을 것이며, 그래서 저장 매체나 디바이스가 여기에서 설명된 절차를 수행하기 위해서 컴퓨터에 의해서 읽혀질 때에 프로그래머블 컴퓨터에 의해서 읽혀질 수 있도록 한다. 더욱이, 기계-독출가능 코드 또는 그것의 일부는 유선 네트워크나 무선 네트워크를 통해서 전송될 수 있을 것이다. 여기에서 설명된 본 발명은, 이런 그리고 다른 유형의 컴퓨터-독출가능 저장 매체가 마이크로프로세서나 다른 데이터 프로세서와 결합하여 상기에서 설명된 단계들을 구현하기 위한 프로그램들이나 명령어들을 저장할 때에, 그와 같은 컴퓨터-독출가능 저장 매체를 포함한다. 본 발명은 여기에서 설명된 방법들과 테크닉들에 따라서 프로그램될 때에 상기 컴퓨터 그 자체를 또한 포함한다.

컴퓨터 프로그램들은 여기에서 설명된 기능들을 수행하기 위해 입력 데이터에 적용될 수 있으며, 그럼으로써 출력 데이터를 생성하기 위해 입력 데이터를 변환한다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 또는 그 이상의 출력 디바이스들에 인가된다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 상기 변환된 데이터는 물리적이며 실체적인 오브젝트들을 표현하며, 상기 물리적이며 실체적인 오브젝트들의 특정한 시각적인 묘사를 디스플레이 상에 산출하는 것을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 입자들의 빔을 이용하여 샘플을 이미징하기 위해서 FIB 또는 SEM과 같은 입자 빔 장치를 또한 이용한다. 샘플을 이미징하기 위해서 사용된 그런 입자들은 원래 그 샘플과 상호작용하여 (interact), 어느 정도의 물리적인 변환의 결과가 된다. 또한, 본 명세서를 통해서, "계산하다", "결정하다", "측정하다", "생성하다", "검출하다", "형성하다" 등을 활용한 설명들은 컴퓨터 시스템 내에서 물리적인 양들로서 표현된 데이터를 컴퓨터 시스템이나 다른 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 디바이스 내 물리적인 양들로서 유사하게 표현된 데이터로 조종하고 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 디바이스의 행동과 프로세스들을 또한 참조한다.

이전의 설명에서 그리고 청구범위에서, "구비한다" 그리고 "포함한다"의 용어들은 제한이 없는 방식으로 사용되며, 그래서 "포함하지만, 그것들로 한정되지는 않는..."을 의미하는 것으로 해석되어야만 한다. "피대상물 (work piece)", "샘플", "기판", "재료"의 용어들은, 다르게 표시되지 않았다면, 본 명세서에서는 교체할 수 있게 사용되었다. "집적 회로"의 용어는 전자 컴포넌트들 및 마이크로칩의 표면 상에 패턴이 형성된 전자 컴포넌트들의 상호접속들 (집합적으로, 내부 전기 회로 엘리먼트)을 언급하는 것이다. "반도체 디바이스"는 집적 회로 (IC)를 일반적으로 언급하며, 이는 반도체 웨이퍼에 통합될 수 있을 것이며, 웨이퍼로부터 분리될 수 있을 것이며, 또는 회로 보드 상에서 사용될 용도로 패키징될 수 있을 것이다. "FIB" 또는 "초점이 맞추어진 이온 빔 (focused ion beam)"의 용어는 여기에서는, 이온 광학에 의해서 초점이 맞추어진 빔 그리고 형성된 이온 빔들을 포함하는 어떤 조준된 이온 빔을 언급하는 것이다. 또한, "자동의", "자동화된"의 용어들 또는 유사한 용어드이 여기에서 사용될 때마다, 그 용어들은 자동적인 또는 자동화된 프로세스나 단계를 수동으로 개시하는 것을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

어떤 용어가 본 명세서에서 특별하게 정의되지 않는 경우에는, 그 용어는 자신의 평이하며 그리고 일반적인 의미가 주어진 것으로 의도된 것이다. 수반된 도면들은 본 발명을 이해함에 있어서 도움을 주려고 의도된 것이며, 그리고, 다르게 표시되지 않았다면, 척도에 맞추어서 그려진 것은 아니다.

비록 본 발명과 그 이점들이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해서 정의된 것과 같은 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서도 여기에서 설명된 실시예들에 다양한 변화들, 대체 및 대안들이 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 더욱이, 본원의 범위는 본 명세서에서 설명된 프로세스, 머신, 제조, 재료들의 혼합, 수단, 방법 및 단계들의 특정한 실시예들로 한정되려고 의도된 것은 아니다. 본 발명이 속한 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자는, 여기에서 설명된 대응 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 얻는 현재 존재하는 또는 나중에 개발될 프로세스들, 머신들, 제조, 재료들의 혼합, 수단, 방법들 또는 단계들이 본 발명에 따라서 활용될 수 있을 것이라는 것을 본 발명의 개시로부터 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 자신들의 범위 내에 그런 프로세스들, 머신들, 제조, 재료들의 혼합, 수단, 방법들 또는 단계들을 포함하려고 의도된 것이다.

Claims

하전-입자 빔 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 피가공물 (workpiece)을 지지하기 위한 피가공물 지지대;
이온들을 생성하기 위한 이온 소스 및 상기 이온들을 상기 피가공물에서 서브-마이크론 직경을 가진 이온 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼 (focusing column)을 구비한 이온 빔 시스템;
전자들을 생성하기 위한 소스 및 상기 전자들을 상기 피가공물에서 서브-아미크론 직경을 가진 전자 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼을 구비한 전자 빔 시스템;
하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들을 검출하기 위한 제1 검출기; 및
상기 진공 챔버에서 상기 피가공물 상에서 동작하는 레이저 시스템으로서, 상기 레이저 시스템은 집속 엘리먼트 (focusing element)를 구비하고 그리고 상기 피가공물로부터 물질 (material)을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가진 펄스 레이저 빔을 생성하며, 상기 레이저 빔은 상기 집속 엘리먼트에 의해서 상기 피가공물 상에 초점이 맞추어져서 상기 레이저 빔과 적어도 하나의 하전 입자 빔이 상기 피가공물 상에서 일치하도록 하는, 레이저 시스템;
상기 레이저 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 검출하기 위한 제2 검출기 유형의 제2 검출기로서, 상기 제2 검출기는 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들에 의해서 포화되지 않을 만큼 충분하게 낮은 이득을 가지는, 제2 검출기; 그리고
제1 검출기 제어기를 포함하며,
상기 제1 검출기 제어기는:
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 표시하는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성되며; 그리고
상기 레이저 빔이 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어지기 이전에 상기 제1 검출기를 비활성화하도록 구성되어, 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들에 의해 상기 제1 검출기가 포화되지 않도록 하며,
상기 하전 입자 빔 시스템은 다음의 단계들:
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기의 컬렉션 (collection) 표면으로 저지 (repelling) 바이어스 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 그럼으로써 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들의 수집을 방지하는, 비활성화 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기 내 하나 이상의 내부 전압들을 턴 오프하는 단계를 포함하며, 그럼으로써 상기 제1 검출기의 이득을 줄이거나 제거하는, 비활성화 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기로 입자들을 전송하는 것을 막기 위해서 상기 피가공물과 상기 제1 검출기 사이에 설치된 하나 이상의 편향 전극들에 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 비활성화 단계;
상기 제1 검출기를 활성화하는 단계로, 당기는 (attracting) 바이어스 전압을 상기 제1 검출기의 컬렉션 표면에 인가하는 단계를 포함하며, 그럼으로써 하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들로 하여금 상기 컬렉션 표면으로 당겨지도록 하는, 활성화 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기는 검출기 비활성화 플레이트들의 페어 (pair) 뒤에 위치한 검출기를 포함하며, 그래서 검출될 입자들이 상기 검출기 비활성화 플레이트들 사이로 통과해야만 하도록 하며, 그리고 하나의 검출기 비활성화 플레이트를 음의 (negative) 전위로 바이어스하고 그리고 다른 검출기 비활성화 플레이트를 양의 (positive) 전위로 바이어스함으로써 상기 검출기를 비활성화하는 단계를 포함하며, 그래서 하전 입자들이 검출기 비활성화 플레이트들의 상기 페어 뒤에 위치한 상기 검출기에 부딪치는 것 대신에 상기 검출기 비활성화 플레이트들로 당겨지도록 하는, 비활성화 단계; 그리고
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기는 검출기 비활성화 그리드들의 페어 위에 그리고 하전 입자 빔 컬럼 아래의 하전 입자 빔 축 상에 위치한 멀티-채널 플레이트를 포함하며, 그래서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들이 검출될 검출기 비활성화 그리드들을 통과해야만 하도록 하는, 비활성화 단계, 그리고 하나의 검출기 비활성화 그리드를 음의 전위로 바이어스하고 그리고 다른 검출기 비활성화 그리드를 양의 전위로 바이어스하는 단계를 포함하며, 그래서 하전 입자들이 상기 멀티-채널 플레이트에 부딪치는 것 대신에 상기 검출기 비활성화 그리드들로 당겨지도록 하는, 제1 검출기 비활성화 단계,
로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 단계를 수행할 수 있는,
하전-입자 빔 시스템.
삭제
삭제
삭제
삭제
하전-입자 빔 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 피가공물 (workpiece)을 지지하기 위한 피가공물 지지대;
이온들을 생성하기 위한 이온 소스 및 상기 이온들을 상기 피가공물에서 서브-마이크론 직경을 가진 이온 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼 (focusing column)을 구비한 이온 빔 시스템;
전자들을 생성하기 위한 소스 및 상기 전자들을 상기 피가공물에서 서브-아미크론 직경을 가진 전자 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼을 구비한 전자 빔 시스템;
하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들을 검출하기 위한 제1 검출기; 및
상기 진공 챔버에서 상기 피가공물 상에서 동작하는 레이저 시스템으로서, 상기 레이저 시스템은 집속 엘리먼트 (focusing element)를 구비하고 그리고 상기 피가공물로부터 물질 (material)을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가진 펄스 레이저 빔을 생성하며, 상기 레이저 빔은 상기 집속 엘리먼트에 의해서 상기 피가공물 상에 초점이 맞추어져서 상기 레이저 빔과 적어도 하나의 하전 입자 빔이 상기 피가공물 상에서 일치하도록 하는, 레이저 시스템;
상기 레이저 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 검출하기 위한 제2 검출기 유형의 제2 검출기로서, 상기 제2 검출기는 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들에 의해서 포화되지 않을 만큼 충분하게 낮은 이득을 가지는, 제2 검출기; 그리고
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 표시하는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성된 제1 검출기 제어기를 포함하며,
상기 제1 검출기를 활성화하는 것은,
당기는 (attracting) 바이어스 전압을 상기 제1 검출기의 컬렉션 표면에 인가하는 것을 포함하며, 그럼으로써 하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들로 하여금 상기 컬렉션 표면으로 당겨지도록 하는,
하전-입자 빔 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 검출기는 검출기 비활성화 플레이트들의 상기 페어 뒤에 위치한 검출기를 포함하며, 하나의 검출기 비활성화 플레이트를 음의 전위로 바이어스하고 그리고 다른 검출기 비활성화 플레이트를 양의 전위로 바이어스함으로써 상기 검출기는 비활성화될 수 있으며, 그래서 하전 입자들이 상기 검출기에 부딪치는 것 대신에 상기 검출기 비활성화 플레이트들로 당겨지도록 하며; 그리고
상기 검출기 비활성화 플레이트들을 상기 검출기와 실질적으로 동일한 전압으로 바이어스함으로써 상기 제1 검출기는 활성화될 수 있는, 하전-입자 빔 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 검출기는 적어도 1000 배의 신호 이득을 가진 제1 검출기 유형인, 하전-입자 빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 검출기는 신틸레이터-광전 증폭관 (scintillator-photomultiplier) 검출기, 채널트론 (channeltron), 또는 솔리드-스테이트 (solid-state) 검출기를 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 검출기와 동일한 유형의 검출기인 적어도 하나의 추가적인 검출기를 더 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔 밀링이 완료되고 그리고 상기 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들이 분산된 이후에 상기 제1 검출기를 다시 활성화하는 것은, 상기 레이저 빔 밀링이 완료되고 그리고 0.1 내지 10 μs의 지연 기간이 종료된 이후에 상기 제1 검출기를 다시 활성화하는 것을 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔이 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어지기 이전에 상기 제2 검출기를 활성화하도록 구성되고 그리고 상기 레이저 빔 밀링이 완료되고 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산된 이후에 상기 제2 검출기를 비활성화하도록 구성된, 제2 검출기 제어기를 더 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 검출기 제어기는 상기 레이저 빔 밀링이 완료되고 그리고 0.1 내지 10 μs의 지연 기간이 종료된 이후에 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성된, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 검출기 유형은 100배 또는 그 미만의 이득을 가지는 검출기인, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 검출기는 페러데이 컵 (Faraday cup)을 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 검출기는 상기 레이저 빔의 초점 포인트에 근접하여 설치된, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 검출기 유형의 적어도 하나의 추가적인 검출기를 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제19항에 있어서,
상기 제2 검출기 유형의 적어도 하나의 추가적인 검출기는 상기 레이저 빔의 초점 포인트에 근접하지만 상기 제2 검출기 위치의 반대편에 설치된, 하전-입자 빔 시스템.
하전-입자 빔 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 피가공물 (workpiece)을 지지하기 위한 피가공물 지지대;
이온들을 생성하기 위한 이온 소스 및 상기 이온들을 상기 피가공물에서 서브-마이크론 직경을 가진 이온 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼 (focusing column)을 구비한 이온 빔 시스템;
전자들을 생성하기 위한 소스 및 상기 전자들을 상기 피가공물에서 서브-아미크론 직경을 가진 전자 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼을 구비한 전자 빔 시스템;
하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들을 검출하기 위한 제1 검출기; 및
상기 진공 챔버에서 상기 피가공물 상에서 동작하는 레이저 시스템으로서, 상기 레이저 시스템은 집속 엘리먼트 (focusing element)를 구비하고 그리고 상기 피가공물로부터 물질 (material)을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가진 펄스 레이저 빔을 생성하며, 상기 레이저 빔은 상기 집속 엘리먼트에 의해서 상기 피가공물 상에 초점이 맞추어져서 상기 레이저 빔과 적어도 하나의 하전 입자 빔이 상기 피가공물 상에서 일치하도록 하는, 레이저 시스템;
상기 레이저 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 검출하기 위한 제2 검출기 유형의 제2 검출기로서, 상기 제2 검출기는 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들에 의해서 포화되지 않을 만큼 충분하게 낮은 이득을 가지는, 제2 검출기;
상기 레이저 빔의 초점 포인트에 근접하지만 상기 제2 검출기 위치의 반대편에 설치된 상기 제2 검출기 유형의 적어도 하나의 추가적인 검출기; 그리고
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 표시하는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성된 제1 검출기 제어기를 포함하며,
상기 피가공물의 표면에 평행한 전기장을 생성하기 위해서 상기 제2 검출기와 제2 검출기 유형의 상기 적어도 하나의 추가적인 검출기 중의 하나를 음의 전압으로 바이어스하고 그리고 다른 것을 양의 전압으로 바이어스함으로써 상기 제2 검출기는 활성화되는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 레이저 시스템은 상기 진공 챔버 외부에 위치하며 그리고 상기 레이저 빔은 투명 윈도우를 통해서 상기 진공 챔버로 통과하는, 하전-입자 빔 시스템.
하전-입자 빔 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 피가공물 (workpiece)을 지지하기 위한 피가공물 지지대;
이온들을 생성하기 위한 이온 소스 및 상기 이온들을 상기 피가공물에서 서브-마이크론 직경을 가진 이온 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼 (focusing column)을 구비한 이온 빔 시스템;
전자들을 생성하기 위한 소스 및 상기 전자들을 상기 피가공물에서 서브-아미크론 직경을 가진 전자 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼을 구비한 전자 빔 시스템;
하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들을 검출하기 위한 제1 검출기; 및
상기 진공 챔버에서 상기 피가공물 상에서 동작하는 레이저 시스템으로서, 상기 레이저 시스템은 파라볼릭 거울을 구비하고 그리고 상기 피가공물로부터 물질 (material)을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가진 펄스 레이저 빔을 생성하며, 상기 레이저 빔은 상기 파라볼릭 거울에 의해서 상기 피가공물 상에 초점이 맞추어져서 상기 레이저 빔과 적어도 하나의 하전 입자 빔이 상기 피가공물 상에서 일치하도록 하는, 레이저 시스템;
상기 레이저 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 검출하기 위한 제2 검출기 유형의 제2 검출기로서, 상기 제2 검출기는 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들에 의해서 포화되지 않을 만큼 충분하게 낮은 이득을 가지는, 제2 검출기; 그리고
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 표시하는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성된 제1 검출기 제어기를 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔 집속 엘리먼트는 렌즈인, 하전-입자 빔 시스템.
제24항에 있어서,
상기 레이저 빔을 상기 피가공물로 향하게 하기 위해서 평면 거울을 더 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제25항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 레이저 시스템과 상기 거울 사이에 위치한, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항, 제10항 내지 제13항, 제22항 및 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔 및 상기 하전 입자 빔들 중 적어도 하나는 모두 동축이며 그리고 같은 초점인, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항, 제10항 내지 제13항, 제22항 및 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집속 엘리먼트의 위치는 상기 레이저 빔을 상기 피가공물 상으로 위치시키고 초점을 맞추기 위해서 조절될 수 있는, 하전-입자 빔 시스템.
하전-입자 빔 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 피가공물 (workpiece)을 지지하기 위한 피가공물 지지대;
이온들을 생성하기 위한 이온 소스 및 상기 이온들을 상기 피가공물에서 서브-마이크론 직경을 가진 이온 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼 (focusing column)을 구비한 이온 빔 시스템;
전자들을 생성하기 위한 소스 및 상기 전자들을 상기 피가공물에서 서브-아미크론 직경을 가진 전자 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼을 구비한 전자 빔 시스템;
하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들을 검출하기 위한 제1 검출기; 및
상기 진공 챔버에서 상기 피가공물 상에서 동작하는 레이저 시스템으로서, 상기 레이저 시스템은 집속 엘리먼트 (focusing element)를 구비하고 그리고 상기 피가공물로부터 물질 (material)을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가진 펄스 레이저 빔을 생성하며, 상기 집속 엘리먼트는 상기 하전 입자 빔들 중 적어도 하나의 하전 입자 빔의 경로에 위치하며 그리고 상기 집속 엘리먼트를 통한 구멍을 구비하여 상기 적어도 하나의 하전 입자 빔이 상기 집속 엘리먼트를 통해서 상기 피가공물에 도달하는 것을 허용하며, 상기 레이저 빔은 상기 집속 엘리먼트에 의해서 상기 피가공물 상에 초점이 맞추어져서 상기 레이저 빔과 적어도 하나의 하전 입자 빔이 상기 피가공물 상에서 일치하도록 하는, 레이저 시스템;
상기 레이저 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 검출하기 위한 제2 검출기 유형의 제2 검출기로서, 상기 제2 검출기는 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들에 의해서 포화되지 않을 만큼 충분하게 낮은 이득을 가지는, 제2 검출기; 그리고
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 표시하는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성된, 제1 검출기 제어기를 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항, 제10항 내지 제13항, 제22항 및 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집속 엘리먼트는 상기 레이저 빔의 스캐닝을 허용하는 수직입사 (telecentric) 렌즈인, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항, 제10항 내지 제13항, 제22항 및 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 광섬유를 사용하지 않으면서 진공 챔버로 향하는, 하전-입자 빔 시스템.
제1항, 제8항, 제10항 내지 제13항, 제22항 및 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 시스템은 초단파-펄스 (ultrashort-pulsed) 레이저 시스템을 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
하전-입자 빔 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 피가공물 (workpiece)을 지지하기 위한 피가공물 지지대;
하전 입자들을 생성하기 위한 하전 입자 소스 및 상기 하전 입자들을 피가공물에서 서브-마이크론 직경을 가진 하전 입자 빔으로 형성하기 위한 집속 컬럼을 구비한 하전 입자 빔 시스템;
상기 진공 챔버 내 상기 피가공물 상에서 동작하는 레이저 시스템으로, 상기 레이저 시스템은 집속 엘리먼트를 구비하고 그리고 레이저 빔 밀링에 의해서 상기 피가공물로부터 물질을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가진 펄스 레이저 빔을 생성하는, 레이저 시스템;
- 상기 레이저 빔은 진공 챔버 내부에서 상기 집속 엘리먼트에 의해서 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어져서, 상기 레이저 빔과 상기 하전 입자 빔이 상기 피가공물 상에서 일치하도록 한다 - ;
상기 하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 2차 입자들을 검출하기 위한 제1 검출기; 및
상기 레이저 빔이 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어지기 이전에 상기 제1 검출기를 비활성화하도록 구성되어, 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들에 의해 상기 제1 검출기가 포화되지 않도록 하며 그리고 상기 레이저 빔 밀링이 완료되고 그리고 상기 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산된 이후에 상기 제1 검출기를 다시 활성화하도록 구성된, 제1 검출기 제어기;
상기 레이저 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 검출하기 위한 제2 검출기 유형의 제2 검출기로서, 상기 제2 검출기는 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 상기 입자들에 의해서 포화되지 않을 만큼 충분하게 낮은 이득을 가지는, 제2 검출기를 포함하며, 그리고
제1 검출기 제어기는
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 나타내는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 활성화하도록 구성되며; 그리고
상기 레이저 빔이 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어지기 이전에 상기 제1 검출기를 비활성화하도록 구성되어, 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들에 의해 상기 제1 검출기가 포화되지 않도록 하며,
상기 하전 입자 빔 시스템은 다음의 단계들:
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기의 컬렉션 (collection) 표면으로 저지 (repelling) 바이어스 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 그럼으로써 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들의 수집을 방지하는, 비활성화 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기 내 하나 이상의 내부 전압들을 턴 오프하는 단계를 포함하며, 그럼으로써 상기 제1 검출기의 이득을 줄이거나 제거하는, 비활성화 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기로 입자들을 전송하는 것을 막기 위해서 상기 피가공물과 상기 제1 검출기 사이에 설치된 하나 이상의 편향 전극들에 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 비활성화 단계;
상기 제1 검출기를 활성화하는 단계로, 당기는 (attracting) 바이어스 전압을 상기 제1 검출기의 컬렉션 표면에 인가하는 단계를 포함하며, 그럼으로써 하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 입자들로 하여금 상기 컬렉션 표면으로 당겨지도록 하는, 활성화 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기는 검출기 비활성화 플레이트들의 페어 (pair) 뒤에 위치한 검출기를 포함하며, 그래서 검출될 입자들이 상기 검출기 비활성화 플레이트들 사이로 통과해야만 하도록 하며, 그리고 하나의 검출기 비활성화 플레이트를 음의 (negative) 전위로 바이어스하고 그리고 다른 검출기 비활성화 플레이트를 양의 (positive) 전위로 바이어스함으로써 상기 검출기를 비활성화하는 단계를 포함하여, 그래서 하전 입자들이 검출기 비활성화 플레이트들의 상기 페어 뒤에 위치한 상기 검출기에 부딪치는 것 대신에 상기 검출기 비활성화 플레이트들로 당겨지도록 하는, 비활성화 단계; 그리고
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계로, 상기 제1 검출기는 검출기 비활성화 그리드들의 페어 위에 그리고 상기 집속 엘리먼트 아래의 하전 입자 빔 축 상에 위치한 멀티-채널 플레이트를 포함하며, 그래서 상기 피가공물로부터 방출된 이차 입자들이 검출될 검출기 비활성화 그리드들을 통과해야만 하도록 하는, 비활성화 단계, 그리고 하나의 검출기 비활성화 그리드를 음의 전위로 바이어스하고 그리고 다른 검출기 비활성화 그리드를 양의 전위로 바이어스하는 단계를 포함하며, 그래서 하전 입자들이 상기 멀티-채널 플레이트에 부딪치는 것 대신에 상기 검출기 비활성화 그리드들로 당겨지도록 하는, 제1 검출기 비활성화 단계,
로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 단계를 수행할 수 있는,
하전-입자 빔 시스템.
제33항에 있어서,
상기 레이저 빔이 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어지기 이전에 상기 제2 검출기를 활성화하도록 구성되고 그리고 상기 레이저 빔 밀링이 완료되고 레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산된 이후에 상기 제2 검출기를 비활성화하도록 구성된, 제2 검출기 제어기를 더 포함하는, 하전-입자 빔 시스템.
제33항 또는 제34항에 있어서,
상기 레이저 시스템은 상기 진공 챔버 외부에 위치하며 그리고 상기 레이저 빔은 투명 윈도우를 통해서 상기 진공 챔버로 통과하는, 하전-입자 빔 시스템.
피가공물의 레이저 프로세싱 방법으로서, 상기 방법은:
하전 입자 빔 시스템 및 레이저 시스템을 구비한 시스템으로 피가공물을 로딩하는 단계;
하전 입자 빔을 상기 피가공물로 향하게 하는 단계;
상기 하전 입자 빔의 충돌로 인해서 상기 피가공물로부터 방출된 2차 입자들을 탐지하기 위해서 제1 검출기를 사용하여 상기 피가공물을 이미징 (imaging)하는 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화하는 단계;
상기 제1 검출기를 비활성화한 이후에, 레이저 빔의 충돌로 인해 상기 피가공물로부터 방출된 입자들을 제2 검출기를 이용하여 검출하는 단계;
상기 레이저 시스템을 이용하여 펄스 레이저 빔을 생성하고 그리고 그 레이저 빔을 상기 피가공물에 초점을 맞추는 단계로서, 상기 펄스 레이저 빔은 레이저 빔 밀링에 의해서 피가공물로부터 물질을 제거하기에 충분할 만큼 큰 에너지를 가지며, 그리고 상기 레이저 빔은 원하는 양의 물질이 제거될 때까지 상기 피가공물 상에 초점이 맞추어지는, 단계;
레이저 빔 밀링에 의해서 생성된 입자들이 분산되었다는 것을 표시하는 상기 제2 검출기로부터의 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 다시 활성화하는 단계; 및
상기 피가공물을 이미징하기 위해 상기 하전 입자 빔을 다시 방향을 정하는 단계;를 포함하는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제36항에 있어서,
상기 제2 검출기는 상기 피가공물이 상기 제1 검출기에 의해서 이미징될 때에 비활성화되고 그리고 상기 제1 검출기가 비활성화된 이후에 활성화되는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제36항 또는 제37항에 있어서,
상기 제1 검출기를 비활성화하는 것은 상기 제1 검출기 상에 전하를 놓는 것을 포함하여, 레이저 빔 밀링 동안에 생산된 하전 입자가 상기 제1 검출기로 당겨지지 않도록 하는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제38항에 있어서,
상기 제2 검출기를 비활성화하는 것은 상기 제2 검출기 상에 전하를 놓는 것을 포함하여, 상기 하전 입자 빔의 충돌로 인하여 상기 피가공물로부터 방출된 하전 입자들이 상기 제2 검출기로 당겨지지 않도록 하며, 그리고
상기 제2 검출기를 활성화하는 것은 상기 제2 검출기 상에 전하를 놓는 것을 포함하여, 레이저 빔 밀링 동안에 생산된 하전 입자들이 상기 제2 검출기로 당겨지도록 하는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제36항 또는 제37항에 있어서,
원하는 양의 물질이 제거될 때까지 상기 피가공물 상에 상기 레이저 빔의 초점을 맞추는 것은, 밀링 종료포인트에 도달했다는 것을 표시하는 신호가 상기 제2 검출기로부터 수신될 때까지 상기 피가공물 상으로 레이저 빔 초점을 맞추는 것을 포함하는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제40항에 있어서,
밀링 종료포인트에 도달했다는 것을 표시하는 상기 신호는 레이저 빔 밀링에 의해서 제거되고 있는 물질에서의 변화를 나타내는 신호를 포함하는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제36항 또는 제37항에 있어서,
상기 피가공물을 이미징하는 것은 상기 레이저 빔을 발사할 준비가 될 때까지 상기 하전 입자 빔을 이용하여 레스터 스캔을 시작하고 그리고 그 후에 상기 하전 입자 빔의 스캔을 중단시키는 것을 포함하며,
일단 상기 레이저 시스템이 준비되면 상기 레이저 빔은 필요한 유지 시간 동안 상기 피가공물 상으로 초점이 맞추어지고, 그리고
상기 피가공물을 이미징하기 위해서 상기 하전 입자 빔을 다시 방향을 정하는 것은 스캔하는 것이 중단되었던 곳과 동일한 좌표들에서 스캔을 다시 시작하는 것을 포함하는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
제42항에 있어서,
상기 제2 검출기를 비활성화하고, 상기 레이저 빔을 상기 피가공물 상으로 초점을 맞추고, 그리고 상기 제2 검출기로부터 상기 신호를 수신하면 상기 제1 검출기를 다시 활성화시키는 상기 단계들은 100 μs 미만 지속되는 시퀀스에서 완료되는, 피가공물 레이저 프로세싱 방법.
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