KR20140121364A - 미세구조 물질 진단용 샘플 및 대응하는 샘플의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

미세구조 물질 진단용 샘플 및 대응하는 샘플의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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미카엘 크라우제
토마스 오슈
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

본 발명은 미세구조 물질 진단용 샘플(P), 특히 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy; TEM) 검사, 주사 전자 현미경 검사(scanning electron microscopy; SEM), 투과 전자-후방산란 회절(transmission electron-backscatter diffraction), 러더퍼드 후방산란 회절(Rutherford backscatter diffraction), 탄성 반동 검파 분석(elastic recoil detection analysis), X-선 흡수 분광기(X-ray absorption spectroscopy) 또는 X-선 회절(X-ray diffraction)용 샘플을 제조하는 방법에 관한 것이며, 제조 방법은 고에너지 빔(2), 바람직하게 레이저 빔(2)으로 기판(1)을 조사하여 바람직하게 편평한 기판(1)으로부터 기초 구조부(3)를 분리시키는 단계 및 고에너지 빔(2)으로 지지된 구조부의 표며느 바람직하게 적어도 하나의 지지된 구조부의 측면 및/또는 전면(4e, 4f), 바람직하게 지지된 구조부의 측면의 두 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)를 절단, 바람직하게 그레이징 하여 적어도 부분적으로 지지된 구조부(4)를 박판화하는 단계를 포함하며, 기초 구조부(3)는 지지 구조부(5)에 의해 지지되는 지지된 구조부(4)를 포함하며, 바람직하게 캔틸레버 빔은 적어도 하나의 양단부, 바람직하게 양단부(4a, 4b)에서 지지 구조부(5)에 의해 지지되며, 지지 구조부(5)는 지그(6)에 의해 고정되도록 형성되며, 바람직하게 지그(6)에 의해 클램핑되도록 형성된다.

Description

미세구조 물질 진단용 샘플 및 대응하는 샘플의 제조 방법 및 장치{Method and Arrangement for Manufacturing a Sample for Microstructural Materials Diagnostics and Corresponding Sample}
본 발명은 미세구조 물질 진단용, 특히 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy; TEM) 검사, 주사 전자 현미경 검사(scanning electron microscopy; SEM), 투과 전자-후방산란 회절(transmission electron-backscatter diffraction), 러더퍼드 후방산란 회절(Rutherford backscatter diffraction), 탄성 반동 검파 분석(elastic recoil detection analysis), X-선 흡수 분광기(X-ray absorption spectroscopy) 또는 X-선 회절(X-ray diffraction)용 샘플을 제조하는 방법에 관한 것이다.
기술 분야에서 방법은 DE 10 2011 111 190 A1 및 EP 2 413 126 A2에서 알려져있다. 그러나, 알려진 방법은 실제로 방법을 수행하기 위하여 값 비싼 장비를 필요로 한다. 특히 DE 10 2011 111 190 A1의 방법은 미세구조 물질 진단용 샘플을 제조하는 판-형상 기판으로 홈(grooves)부를 트리패닝하기 위하여 한정되고 값 비싼 광(optics)을 필요로한다. 또한, 본 발명에 따라 이용되는 광의 신뢰성이 한정된다. 따라서, 각각의 경우 제조된 샘플의 안정성은 보장될 수 없다. 또한, 샘플을 제조하기 위하여 선행 기술로부터 알려진 장비에서, 적합한 조절이 필요하며, 광학 조절의 장기 안정성이 논점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 신뢰가능하고 덜 비싼 장비로 수행될 수 있으며 향상되고 높은 신뢰성 및 재현성을 가지는 샘플의 제조를 허용하는, 미세구조 물질 진단용 샘플을 제조하는 대체 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 미세구조 물질 진단용 샘플을 제조하는 대응하는 장치 및 대응하는 샘플을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 제 1항에 따른 방법, 청구항 제 12항에 따른 장치 및 청구항 제 16항 및 17항에 따른 샘플에 의해 해결된다. 상기 방법, 장치 및 샘플의 바람직한 특징은 종속항에 기술된다.
하기에서, 본 발명은 처음에 일반적인 방식으로 기술된다. 그 후, 어떻게 본 발명이 수행될 수 있는 지를 상세하게 예를 나타내는 본 발명의 실시예가 기술된다. 그러나, 특정 실시예에 기술되는대로, 상기 실시예는 본 발명(독립항에 따른)을 수행하는데 필요하지 않다: 특히, 실시예에 나타낸 특징은 생략될 수 있거나 첨부된 실시예에 명시적으로 나타내지 않은 방식으로 다른 실시예에 나타낸 다른 특성과 결합될 수 있다. 또한, 실시예에 나타낸 단일 특징은 기술적 수준을 향상시킬 수 있다(즉, 실시예에 나타낸 다른 특징 없이).
본 발명에 따른 방법은 청구항 1항에 기술된다.
본 발명에 따라, 분리된 기초 구조부는 지지된 구조부(supported structure) 및 지지 구조부(supporting structure) 둘 다를 포함한다. 즉, 일반적으로, 지지된 구조부 및 지지 구조부는 (분리된)기초 구조의 두 일체형 부재이고, 즉, 일반적으로 지지된 구조부 및 지지 구조부는 일체형으로 형성된다(지지 구조부는 기초 구조부로 나타낸다).
지지 구조부는 지지된 구조부를 박판화하기 위해 지그(jig)에 의해 단단하게 고정되도록 형성된다. 하기에서, 마운트(mount) 또는 클램프(clamp)의 표시는 지그의 표시용 동의어(즉, 대안적으로)이다. 그러나, 두 표시는 동일한 의미를 가진다.
특히, 본 방법은 투과 전자 현미경 검사, 주사 전자 현미경, 투과 전자-후방산란 회절, 러더퍼드 후방산란 회절, 탄성 반동 검파 분석, X선 흡수 분광기 또는 X선 회절용 샘플을 제조하는데 이용된다.
바람직하게, 지지된 구조부는 바(bar)이며, 이러한 바는 대안적으로 하기에서 빔(beam)으로 나타낸다. 바는 지지 구조부에 의해 적어도 바의 양 단부 중 하나, 바람직하게 바의 양 단부에서 지지되는 캔틸레버 빔(cantilever beam)일 수 있다. 바람직하게, 지지된 구조부의 레이저 기반의 박판화를 수행하기 위하여 지그로 지지 구조부를 고정하는 것은 지그로 지지 구조부를 클램프로 고정하는 것이다. 바람직하게, 지지된 구조부의 표면을 절단하여 적어도 영역에서 지지된 구조부의 박판화는 지지된 구조부의 표면을 그레이징(grazing)하여 수행된다. 바람직하게, 지지된 구조부의 표면의 적어도 하나의 후면 및/또는 전면, 바람직하게 2개의 대향하는 후면은 레이저 빔으로 절단된다(바람직하게: 스친다(grazed)). 대안적으로, 분리 및 박판화 단계에 이용된 레이저 빔은 이후에 고에너지 빔으로 나타낸다.
기판은 실질적으로 편평한 기판(예를 들어, 웨이퍼 형상 기판)일 수 있다. 그러나, 원칙적으로 편평하지 않은, 실질적으로 임의의 형상의 기판을 처리할 수 있다. 분리(이후의 박판화 전에 수행되는)는 기초 구조(즉, 기초 구조 형상)가 레이저 절단 공정의 형태로 고-에너지-빔 기반의 절단 공정에 의하여 기판이 절단되는 것을 의미한다. 바람직하게, 이러한 분리 또는 절단을 야기하는 지지된 구조(특히 캔틸레버 빔(cantilever beam))는 바람직하게 직사각형 또는 사다리꼴 단면을 가지는 연장 본체(elongated body)(기초 구조의 종축에 수직으로 보아)이다. 그러나, 지지된 구조부(특히 캔틸레버 빔의)의 다른 비연장 형상이 가능하다.
분리 단계에서, (바람직하게 연장된)본체는 본체의 전체 원주를 거쳐 기판 물질을 제거하여 지지된 구조부(바람직하게: 캔틸레버 빔)로 제조된다. 일반적으로, 지지된 구조부는 두 개의 구조부가 동일한 물질로 형성되고 두개의 부분 및 동일한 일체형을 형성하는 방식으로 지지 구조부에 연결된다. 바람직하게, 캔틸레버 빔은 적어도 하나의 지지 구조부의 두 단부에서(지지 구조부의 종축을 따라 볼 때) 지지 구조부에만 연결된다. 분리된 기초 구조는 지지된 구조부(바람직하게: 캔틸레버 빔) 및 지지 구조부와 연결하여 지지된 구조부를 지지하는 지지 구조부를 포함한다. 즉: 기초 구조의 지지 구조부가 이후의 박판화 단계 동안 지그에 의해 고정, 바람직하게 클램프로 고정되는 경우, 기초 구조부에 고정된 지지된 구조부(예를 들어 캔틸레버 빔)는 지그에 의해 움직일 수 없게 고착된다. (기초 구조를 분리하는 레이저 공정 동안, 편평한 기판은 일반적으로 박판화 단계 동안 이용되는 지그에 의해 고정되지 않는다: 도 7에 나타낸대로, 제 2 지그는 일반적으로 분리를 위한 레이저 공정 동안 기판을 고정하는데 이용된다.)
따라서, 일반적으로 기초 구조는 지지된 구조부 및 지지 구조부를 포함하는 자체 내장형, 일체형 구조이며, 지지된 구조부는 일체형으로 지지 구조부에 연결되며(둘 다 동일한 소재로 가공되며) 및 지지 구조부는 지그에 의해 고정되도록 형성된다.
하기에서, 지그(또는 마운트)로 또는 지그에 의한 지지 구조부의 고정은 지지된 고정부의 박판화를 위해 지지 구조부를 클램핑하는 지그(마운트)에 의해 본보기 방식으로 기술된다. 그러나, 지지 구조부의 고정은 제한되지 않는다: 지지 구조부의 클램핑 대신, 지그로 지지 구조부를 고정시킬 수 있고, 제공되는(지그에 의해 클램핑될 수 있는) 기판에 지지 구조부를 고정시킬 수 있거나 지그로 지지 구조부를 고정하기 위하여 지그(부분 진공 또는 진공에 의하여)로 및/또는 지그 위로 지지 구조부를 흡입할 수 있다. 따라서, 지지 구조부는 외부 지그에 의해 고정되며, 차례로 지지된 구조부를 고정한다. 이러한 고정은 레이저 박판화 후 극히 부서지기 쉬운 지지된 구조부에 안정성을 준다.
분리 단계이 후 박판화 단계(하기의 레이저 기반의 박판화의 형태로 고-에너지 빔 기반의 박판화로 나타낸)에서, 지지된 구조, 바람직하게 캔틸레버 빔의 적어도 가장자리의 일부는 지지 구조부, 바람직하게 캔틸레버 빔의 외부 표면 위로 레이저 빔을 조사하여 레이저 처리되며 이러한 빔은 외부 표면으로 절단된다. 바람직하게, 레이저 빔은 지지 구조부, 바람직하게 캔틸레버 빔(하기의 스침 입사(grazing incidence)의 정의에서 보아)의 외부 표면 위에 스침 방식으로 조사된다.
하기에서, 본 발명은 지지된 구조부로서 바 및 캔틸레버 빔의 비 제한 예로 더 기술된다.
캔틸레버 빔 위로 레이저 빔의 스침 입사는 레이저 빔이 실질적으로 표면 영역에 병렬인 방식 및 표면 아래의 캔틸레버 빔의 물질로 표면에서 미리 정의된 깊이 까지 연장되는 물질이 제거되는 방식으로 캔틸레버 빔의 표면 영역 위로 조사되는 것을 의미한다. 병렬은 표면 영역(또는 각각 표면 영역에 접선인) 및 레이저 빔의 입사 방향 사이의, 약 ±15°의 최대 경사각이다.
본 주장을 제한하지 않고, 표면의 절단에 의한 지지된 구조부의 박판화는 상기 스침 입사에 기반하여 하기에 기술된다.
고-에너지-빔으로서, 레이저 빔이 이용된다. 레이저 빔은 레이저의 출력측에서 직접 1~50W의 출력을 가질 수 있다. 일반적으로, 분리 단계 및 그 후의 박판화 단계를 위하여, 동일한 레이저(바람직하게 다른 출력 출력을 가지는)가 이용된다. 그러나, 또한 두 개의 다른 레이저는 이러한 두 단계에 이용될 수 있다.
박판화 단계에서, 일반적으로 캔틸레버 빔의 측면은 레이저 빔으로 측면을 그레이징하여 레이저 처리된다. 캔틸레버 빔의 측면은 캔틸레버 빔으로 기초 구조가 분리되는 기판의 평면에 병렬로 배치된 빔의 측면이다. 따라서, 일반적으로, 레이저 빔은 기판의 평면에 실질적으로 병렬인 캔틸레버 빔 위로 조사된다. 그러나, 원칙적으로, 기판 단면에 수직으로 캔틸레버 빔을 박판화할 수 있고, 즉 캔틸레버 빔의 전면을 박판화할 수 있다. 전면은 측면(분리 단계 동안, 레이저 빔이 기판 위에 수직으로 조사되는 경우)에 수직인 면이며, 즉 기판으로부터 기초 구조의 분리동안 생성된 면이다. 캔틸레버 빔의 전면을 그레이징 하기 위하여, 박판화 단계 동안 레이저 빔은 캔틸레버 빔의 기판의 평면에 수직으로 향해진다. 캔틸레버 빔의 기판의 평면은 기초 구조의 분리 전 기판의 평면에 대응하는 기초 구조의 평면이다.
분리되는 기초 구조는 실질적을 캔틸레버 빔의 구조(및 마운트에 의하여 최적 클램핑을 보장하는 구조)를 절단하기 위하여 홀(holes), 기하형 영역(geometric zones), 에칭(etches) 등을 도입하여 분리 단계 동안 분열될 수 있는 원형 또는 반원형 디스크에 대응할 수 있다. 즉: 분리 단계 동안 레이저 처리는 레이저 기반의 박판화 단계 동안 이후의 레이저 처리를 위하여 기초 구조를 최적화하는 방식으로 수행된다.
그러나, 일반적으로 레이저 빔의 스침 입사에 의하여 캔틸레버 빔에 도입되는 구조는 캔틸레버 빔의 측면 및/또는 전면에 실질적으로 병렬로 도입되야할 필요가 없다. 또한, 회전이 가능하며, 바람직하게 고-에너지-빔 기반의 처리(예를 들어, 레이저 기반의 미세 가공)에 의해 도입된 커튼 효과(curtaining effects)를 감소시키기 위하여, 마운트를 회전하여 특정 범위의 각도 내에서 캔틸레버 빔(및 클램핑된 기초 구조)을 연속적으로 토글링(toggle)할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 두 단계의 레이저 공정은 지지된 구조부의 높이를 정확히 조절시킨다. 레이저 공정은 상상할 수 있는 것 보다 더 불규칙하거나 더 적합한 레이저 박판화 지지된 구조부의 제조를 허용한다. 예를 들어, 바(빔)는 입방형 구조를 가져선 안되나 예를 들어 아치교(arch bridge) 또는 유사물과 비슷할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 제 1 바람직한 특징은 청구항 제 2항에 기술된다.(이러한 특징은 청구항 구조에 따라 임의의 방식으로 아래에 언급된 추가 종속항의 추가 바람직한 특징에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 바람직한 특징은 청구항 제 3항에 기술된다.
따라서, 캔틸레버 빔의 미리 박판화된 부분을 더 박판화하기 위하여, 종속항 제 2항 및/또는 종속항 제 3항에 기술된 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
β > 0°의 스침각 β(하기에 틸트각(tilt angle)으로 나타낸)을 가지는 이온 빔으로 미리 박판화된 부분을 조사한 후, 웨지 형상의 레스트(wedge-shaped rest)는 레이저 기반의 박판화에 의해 미리 박판화된 부분에 남아있으며, 레스트(rest)는 웨지의 팁(tip) 주위의 영역에서 10~100nm, 바람직하게 30~80nm의 두께를 가진다. 남아있는 레스트는 본 발명에 따른 미세 구조 물질 진단용 라멜라-샘플(lamella-sample)(특히 투과 전자 현미경 라멜라 샘플)로 이용될 수 있다.
청구항 제 2항 및 3항에 따라, 이온 빔은 가장 얇은 영역에서 레이저가 도입된 채널 사이에 남아 있는 벽 구조를 더 박판화하기 위하여 레이저 기반의 박판화 동안 캔틸레버 빔의 측면(들)에 도입된 채널 구조부(들)의 종 방향에 실질적으로 병렬(틸트각 β을 제외하고)로 조사된다.
이온 빔은 중하중용 이온 빔 소스(ion beam source)에 의해 방출될 수 있다. 소스는 500eV~50keV로 작동된 HF 또는 ECR 소스일 수 있다. 이온 빔은 소스의 출력 측에서 직접 1013 cm-2 및 1022 cm-2의 일차 이온-도즈 밀도(primary ion-dose density)를 가질 수 있다. 또한, 플라즈마 소스에 의해 방출된 플라즈마 제트(plasma jet)는 이온빔을 발생시키기 위하여 이용될 수 있다. 이러한 소스는 대기압 플라즈마 제트 소스일 수 있다. 플라즈마 제트는 소스의 출력측에서 직접 1013 cm-2 및 1022 cm-2의 일차 이온-도즈 밀도를 가질 수 있다.
캔틸레버 빔의 측면으로 캔틸레버 빔이 테이퍼링되지 않는 캔틸레버 빔의 측면으로부터 이온 빔 면(ion-beam face)의 입사 방향으로 캔틸레버 빔이 테이퍼링되(tapered)도록 이온 빔은 캔틸레버 빔의 측면(들)에 도입된 채널 구조부(들)의 종 방향을 따라 병렬(틸트각 β를 제외하고)로 조사될 수 있다.
두 개의 이온 빔을 이용하여 미리 박판화된 지지된 구조부의 양 대향 측면으로 동시에 이온 빔 기반의 박판화-후처리를 수행할 수 있다.
이미 언급한대로, 캔틸레버 빔의 기판의 평면은 기초 구조부를 절단하기 전 기판의 이전의 평면(former plane)에 대응한다. 평면은 기판의 두 대향 표면에 병렬이며 이러한 표면 사이에 있는 임의의 평면일 수 있다. 그러나, 다음에 따라, 기판의 두 대향, 병렬 표면 사이의 중앙에 정확히 배치된 평면이 캔틸레버 빔의 기판의 평면(및 각각 기판의 평면)으로 이용될 수 있다. 도 6b 및 6c에 파선으로 나타낸 평면과 비교된다.
청구항 4항에서, 레이저 빔이 캔틸레버 빔에 영향을 줄 때 확장각(broadening angle, 2α)은 빔 확장 각이다.
바람직하게, 캔틸레버 빔은 캔틸레버 빔의 기판의 평면에 병렬인 방향으로 레이저 빔으로 캔틸레버 빔의 두 표면을 그레이징 하여 동일한 위치에서(캔틸레버 빔의 종방향 연장을 따라 볼 때) 두 대향 측면으로 박판화된다. 이를 수행하기 위하여, 레이저 빔이 캔틸레버 빔에 영향을 주기 전, 두개의 부분 빔으로 레이저 빔을 분열시키는 빔 분리기(beam splitter)를 이용할 수 있다. 빔 분리기의 이용은 캔틸레버 빔의 양 측면이 동시에 처리될 수 있는 이점을 가진다. 한편, 아래의 실시예에 더 자세히 기술되는대로, 다음에 따라 각도 α에 의해 캔틸리버 빔의 기판의 평면에 대하여 레이저 빔의 주요 빔축을 기울이는데 바람직할 수 있다: 제 1 측면의 처리 동안, 캔틸리버 빔에 영향을 줄 때(박판화가 처리된 측면에 병렬로 수행되도록) 레이저 빔의 각 연장(angular extension)의 균형을 맞추기 위하여 미리 정의된 각도 α가 이용된다.
두 대향 측면의 제 2 측면을 처리하기 전, 캔틸레버 빔(및 각각 캔틸리버 빔의 기판의 평면)은 레이저 빔에 대하여 2α의 각도로 반대 방향으로 기울여진다. 레이저 빔의 주요 빔축 및 캔틸리버 빔의 기판의 평면 사이의 틸트각 α이어서, 두 대향 측면의 제 2 측면의 박판화가 가능하다(하기의 도 5b의 설명과 비교한다).
더 바람직한 특징은 청구항 5항에 기술된다.
청구항 5항에서, 박판화된 캔틸리버 빔의 표면은 바람직하게 캔틸레버 빔의 측면이다. 레이저 빔으로 표면을 그레이징 하여 이러한 표면에 도입된 채널 구조부는 원형 부분 또는 타원형 부분의 형상(캔틸레버 빔의 기판의 평면에 수직 및 채널 구조부의 종방향에 수직인 단면에서 볼 때)을 가진다(청구항 3항에 기술된 바람직한 정렬에서).
지지 구조부(캔틸레버 빔)의 세로방향의 연장부에 수직인 채널 구조부의 정렬 대신, 채널 구조부는 지지된 구조부에 대하여 다른 각으로 도입될 수 있다. 특히, 다른 채널 구조부는 지지된 구조부에 대하여 다른 각도로 도입될 수 있다. 예를 들어, 지지된 구조부의 두 대향 측면으로, 서로 교차하는(또는 가로지르는) 두 개의 채널 구조부는 DE 10 2011 111 190 A1에 기술된대로 도입될 수 있다.
더 바람직한 특징은 청구항 제 6항에 기술된다.
청구항 제 6항에 따라, 각각 단일 도입된 채널에 대하여, 캔틸레버 빔의 기판의 평면에 직면하는 채널의 벽 부분이 박판화된 분리 바(하기에 잔여 영역으로 나타낸)의 형상으로 남아있는 방식으로 복수의 채널 구조부가 캔틸레버 빔의 양측(즉, 두 대향 측면)에 도입되는 것이 바람직하다. 분리 바(division bar)는 캔틸레버 빔의 반대(측면)측으로 대칭으로(캔틸레버 빔의 기판의 평면에 대하여 대칭으로) 도입된 두 채널 사이에 남아 있다. 분리 바 및 잔여 영역은 각각 몇 마이크로미터(미크론(microns)) 또는 몇 10 마이크로미터의 두께를 (캔틸레버 빔의 기판의 평면에 수직으로 볼 때) 가질 수 있다.
더 바람직한 특징은 종속항 제 7항에 기술된다.
청구항 제 7항의 제 1 대안에 따라, 채널 단부 지지체(channel end supports)는 몇몇 채널 구조부의 두 단부 중 하나(각각의 채널 구조부의 종 방향에서 볼 때)에 존재 한다. 바람직하게, 이러한 채널 단부 지지체로 (박판화된 캔틸레버 빔의 안정성을 증가시키기 위하여)제공되는 채널 구조부는 캔틸레버 빔의 단부에 인접한 채널 구조부이다. 채널 단부 지지체의 다른 연장부(각각의 채널 구조부의 종 방향에 따라), 즉 채널 구조부의 다른 깊이를 가지는 다른 채널 구조부를 나타낼 수 있다. 캔틸레버 빔의 중심(즉, 박판화된 부분이 캔틸레버 빔의 중심에 대하여 대칭 방식으로 도입되는 경우, 캔틸레버 빔의 중심으로 캔틸레버 빔의 양 단부에서 볼 때)으로 캔틸레버 빔의 박판화된 부분의 외부 가장자리로부터 감소하는(채널 구조부의 깊이의 대응하는 증가로) 채널 단부 지지체의 연장부를 허용하는 것이 바람직하다.
청구항 제 7항에 기술된 제 2 대안에 따라, 캔틸레버 빔의 전면(일반적으로 좁은 측을 의미하는)이 분리 단계에서 기판을 수직으로 조사하여 캔틸레버 빔의 기판의 평면에 수직 및 복수의 채널 구조부가 도입되는 측면에 수직으로 배치되는 것이 바람직하다. 발산 수단(emanating means)은 레이저 기반의 물질 제거에 의해 캔틸레버 빔의 표면에서 시작되며 캔틸리버 빔 물질의 미리 정의된 깊이로 도입된다.
방법의 더 바람직한 특징은 청구항 제 8항에 기술되며, 바람직하게 언급된 모든 특징을 나타낸다. 예를 들어 100마이크로미터 또는 150마이크로미터(레이저 빔이 절단되는 물질 두께 및 투과 전자 현미경 검사에 이용된 종래의 샘플 지지체에 의해 제공된 최대 두께인)의 기판의 물질 두께를 이용하여 상대적으로 작은 평균 출력 출력을 가지는 레이저가 이용될 수 있는 이점을 가진다.
분리 단계 후, 기판은 마운트로 클램핑될 수 있으며 지지된 구조부의 박판화 전에 스크류(screw)로 고정될 수 있다. 또한, 다른 마운트는 분리 단계 후 기판을 클램핑 하기 위해 이용될 수 있다(이러한 마운트는 기술의 숙련자에게 잘 알려져있다).
더 바람직한 특징은 종속항 제 9항 및 10항에 기술된다.
본 발명의 박판화 단계에서 뿐 아니라 분리 단계에서 레이저 처리를 위하여, 펨토초 레이저 또는 피코초 레이저(나노초 레이저 뿐 아니라)가 이용된다. 이러한 레이저는 최대 몇 마이크로미터의 열-효율적 영역만을 가진다(나노초 레이저에 대하여; 펨토초 레이저 또는 피코초 레이저에 대하여, 열-효율적 영역은 최대 몇 100nm의 크기를 가진다). 이용되는 레이저 및 파장의 타입은 바람직하게 1064nm에서 방출된 다이오드 펌핑된 고체 상태(diode pumped solid state) Nd:YAG, 532nm에서 2배인 주파수 또는 355nm에서 3배인 주파수 또는 약 775~800nm에서 방출된 Ti:Saphire 레이저 또는 1030nm, 515nm(2배) 또는 343nm(3배)에서 방출된 YVO4 레이저일 수 있다.
바람직하게, 레이저의 에너지밀도(fluence)(각각 기판 및 캔틸레버 빔에 영향을 주는 위치에서)는 가공되는 물질의 애블레이션 임계치(ablation threshold) 위, 예를 들어 0.1~1J/㎠이다.
청구항 제 10항의 제 2 측면에 따라, 기초 구조부는 바람직하지 않은 커튼 효과를 줄이거나 방지하기 위하여 제 2 축(도 3과 비교하여) 주위에서 토글링될 수 있다.
청구항 제 10항의 제 2 측면에 따라, 지그로 기초 구조부의 지지 구조부를 고정(또는 클램핑)하기 위하여, 지그(또한 하기에서 클램프로 나타낸)는 사이의 지지 구조부(또는 지지 구조부의 일부)를 클램핑하도록 형성된 두 개의 클램핑 조(clamping jaws)를 가질 수 있다. 클램프에 대하여 기초 구조부의 신뢰성 있고 움직일 수 없게 고정하기 위하여 및 클램프에 대하여 정의된 위치에서 기초 구조부를 클램핑하여, 즉 고정하기 위하여, 기초 구조부는 지지 구조부에서 적어도 하나, 바람직하게 적어도 두 개의 노치(들)로 제공될 수 있다. 그 후, 클램핑 조는 노치(들)로 체결되는 적어도 하나, 바람직하게 적어도 두 개의 대응 체결부(engagement section)(들)로 제공될 수 있다. 노치(들)는 분리 단계 동안 기판의 표면을 거쳐 레이저 빔의 적합한 이동에 기반하는, 각각 적합한 형상의 기초 구조부 및 지지 구조부로 도입될 수 있다.
본 발명에 따라, 캔틸레버 빔으로부터 최적화된 레이저 기반의 물질 제거를 수행하기 위하여(정확히 바람직한 방식으로 박판화된 부분 형상으로 나타내기 위하여), 종속항 제 10항의 양 측면에 따라, 정확성이 높은 캔틸레버 빔 위로 레이저 빔의 바람직한 스침 입사를 수행하기 위해, 도 10에서 보아, 결상 광학계(focusing optics) 및 빔 편향기(beam deflector)(예를 들어 갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner))를 포함하는 빔-형성 장치(특히 광학 장치)로 발생되며 이동되는 처리된 레이저 빔에 대하여 지지 구조부 및 캔틸레버빔을 가지는 기초 구조부를 클램핑, 고정 및 위치 결정하도록 기술된 마운트를 이용하는 것이 바람직하다.
청구항 제 11항의 바람직한 측면에 따라, 고정 프레임(holding frame)은 미리 분리된 기판의 부분이며, 기판에 대응한다. 고정 프레임은 아직 완전히 분리되지 않은 기초 구조부를 개시한다. 바람직하게, 고정 베이스(들)은 지지된 구조부의 측면에서 및 지지된 구조부에 인접한 기초 구조부와 고정 프레임을 연결시킴에도 불구하고 지지 구조부의 일부는 고정 프레임의 고정 베이스(들)를 통해 연결된다.
모든 것은 청구항 제 12항에 따른 장치로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 빔 형성 장치는 결상 광학계(focusing optics) 및 빔 편향기를 포함한다. 포즈는 기초 구조부(지지 구조부 및 캔틸레버 빔을 가지는)의 위치 및 방향으로 정의된다. 결상 광학계는 소위 베리오스캔(Varioscan)으로 수행될 수 있고, 즉 광학계는 빔의 방향으로 매우 높은 속도로 조절될 수 있는 포커싱 렌즈(focusing lens)를 포함한다. 이 방식으로, 빔을 포커싱하기 위하여 샘플의 이동은 불필요하다.
바람직하게, 지그는 고-에너비-빔이 방해받지 않는 방식 및/또는 물질의 재증착(re-deposition)이 방지되는 방식으로 처리되는 지지된 구조부의 표면으로 절단될 수 있는 방식으로 지지 구조부를 고정한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 특징은 청구항 제 13항 내지 15항에 기술된다.
청구항 제 13항에 따라, 레이저 빔으로 박판화하는 단계 후, 지지 구조부 및 미치 박판화된 지지된 구조부를 가지는 분리된 기초 구조부는 (레이저 빔으로 지지 구조부를 박판화할 목적으로) 지그로부터 제거될 수 있으며, 그 후 추가 박판화를 위한 박판화-후처리를 수행하도록 형성된 이온-빔 기반의 에칭 시스템에 배치될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 빔 형상 소자는 고 에너지 빔의 경로로 도입될 수 있다. 빔 형상 요소로, 빔의 단면은 빔이 처리되는 지지된 구조부 위에 영향을 주기 전 바람직한 방식으로 형상화될 수 있다.
예를 들어, 연장된 홀과 같은 연장된 채널 구조부를 도입하기 위하여 빔 단면을 타원형으로 형상화하기 위하여 실린더형 렌즈는 고 에너지 빔의 파선 경로(ray path)에 도입될 수 있다.
또한(또는 대안적으로), 적어도 하나의 다음의 빔 형상 소자는 고에너지 빔의 경로에 도입될 수 있다:
· 바람직하게 직사각형 또는 정사각형 형상으로 빔의 단면을 바꾸는 회절 소자(diffraction element), 및/또는
· 편평한 상부 형상으로 빔의 가우시안 형상의 측면을 변경시키는 소자.
또한, 적어도 하나의 빔 분리기(beam splitter)는 야기된(예를 들어: 둘)부분 빔이 두 면으로 채널 구조부를 동시에 도입시키기 위하여 지지된 구조부의 두 대향 측면으로 향할 수 있는 방식으로 고 에너지 빔의 경로에 도입된다.
바람직하게, 빔 방출 장치로서 이용되는 레이저는 초단 레이저 펄스(ultra-short laser pulses)(즉, ps-펄스 또는 fs-펄스)를 발생시키는 초단 펄스 레이저(ultra-short pulsed laser)일 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 초단 레이저 펄스(즉, ns-펄스)를 발생시키는 단-펄스 레이저(short-pulsed laser)가 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 미세구조 물질 진단용 샘플은 청구항 제 16항 내지 18항에 기술된다.
특히, 종속항 2항에 따라 생성된 청구항 제 16항에 따른 구조에서, 레이저 빔으로 박판화 및 이후에 미리 박판화된 부분의 이온 기반의 전박판화(post-thinning)가 동일한 구조, 주로 지지된 구조부로 수행된다.
청구항 제 17항 및 18항에 따라, 샘플은 캔틸레버 빔(지지된 구조부로서)이 마운팅되는 하프-링(half-ring) 형상의 지지 구조부일 수 있다.
선행 기술로부터 알려진 방법 및 장치와 비교하여, 미세구조 물질 진단용 샘플을 제조하는 본 방법 및 장치는 특히 다음의 이점을 가진다.
캔틸레버 빔(박판화, 필요한 경우 박판화-후처리 때문에 생성되는 샘플의 기초를 형성하는) 뿐만 아니라 지지 구조부를 포함하며 본 발명의 분리 단계로 분리되는 기초 구조부의 특정 형상 때문에, 지지 구조부가 이러한 목적으로 제공될 수 있기 때문에 미세 구조 물질 진단 동안 샘플 홀더(sample holder)(예를 들어, 마운팅/점착 등 용 하프링)에서 샘플을 마운팅하는 분리된 고정 구조부가 필요하지 않다.
분리되는 기초 구조부의(캔틸레버 빔 뿐만 아니라 지지 구조부의) 임의의 형상을 나타낼 수 있다. 기초 구조부 외부는 장치의 레이저 처리 부분에 CAD 기반의 궤적으로서 직접 이동될 수 있다. 한정된 요소법은 캔틸레버 빔의 안정성을 평가하기 위하여(본 발명의 레이저 기반의 박판화 단계 동안 국부 박판화를 고려하여) 이용될 수 있다. 하나의 단일 기초 구조부에서 지지 구조부 및 캔틸레버 빔의 결합 때문에, 한 쌍의 트위저(tweezers)로 안전한 취급이 보장될 수 있다. 기초 구조부의 형상의 형상 제한만 이용된 레이저 빔의 직경(예를 들어 약 10마이크로미터), 레이저 빔을 배치시키는 정확성(< 1 마이크로미터) 및 이용된 레이저 소스에 의존하여, 도입된 손실 영역의 크기를 야기한다.
분리 단계에서 이용된 바람직하게 편평한 기판의 제조는 기계적 제조 단계(예를 들어, 높은 정확성의 소잉(sawing), 평면 평행 분쇄, 등등)에 의해 쉽게 수행될 수 있다. 약 100~150마이크로미터의 두께를 가지는(및 충분한 안정성을 위하여 기술적 수준에서 필요한 300~500마이크로미터의 두께가 아닌) 기판을 이용하여, 비용을 감소시키는 작은 평균 출력 출력을 가지는 레이저 타입을 이용할 수 있다(300~500 마이크로미터의 두께는 본 발명으로 지지된 구조의 폭으로 수행될 수 있다).
본 발명의 분리 및 박판화 단계는 기계적 클램핑 및 (예를 들어 빔 편향기, 특히 갈바노미터 스캐너로 편향에 의해) 레이저 빔의 정확한 위치 결정에 기반하여 수행될 수 있다. 따라서, 기판의 처리를 위한 값 비싼 드릴링 및/또는 이동 시스템은 필요하지 않다.
그 외에, 본 발명에 이용된 레이저 시스템은 기초 구조부(또는 기초 구조부의 지지 구조부)의 라벨링을 허용한다. 레이저 시스템은 샘플의 추적 가능성(traceability)을 향상시킨다. 또한, 이용된 마운트에서 기초 구조부의 쉬운 핸들링(handling) 또는 클램핑을 허용하는 추가 구조부(언급된 노치와 같은)는 쉽게 도입될 수 있다.
본 발명의 기판으로 단면의 샘플(예를 들어, 얇은 기판에 층 코팅하여 형성된 샌드위치(sandwiches)에 기반하는 단면)을 처리할 수 있다. 기초 구조부(및 미세구조 물질 진단 동안 검사되는 캔틸레버 빔)의 임의의 방향이 형성될 수 있다.
하기에서, 본 발명의 특정 실시예 및 특징이 도 1~8로 기술된다.
도 1은 바람직한 기초 구조부의 기판 조사 및 분리(부분적)를 나타낸다.
도 2는 이 후의 레이저 기반의 박판 화 전 분리된 기초 구조부를 나타낸다.
도 2a는 도 2의 분리되는 기초 구조부의 스케치(sketch)이다.
도 3은 레이저 기반의 박판화 동안 이용될 수 있는 마운트(mount)이다.
도 4는 본 발명의 레이저 기반의 박판화에 따라 기판의 물질에 도입된 그루브(groove)이다.
도 5는 레이저 기반의 박판화 단계 동안 캔틸레버 빔으로 채널 구조부를 수직으로 형성하는 방법의 설명이다.
도 6은 분리 및 레이저 기반의 박판화 후 캔틸레버 빔이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시 장치이다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시 장치이다.
도면에서, 동일한 참고 부호는 동일한 특징을 나타낸다.
도 1은 실리콘으로 형성된 d = 150 마이크로미터의 두께를 가지는 편평한 기판(1)을 나타낸다. 갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner, 10)(미도시, 도 7과 비교)에 의해 편향된, 532 nm YVO4 레이저(11)의 레이저 빔(2)은 0.8J/㎠의에너지 밀도를 가지는 기판(1)으로 향한다. 갈바노미터 스캐너(10)으로 평면의 기판으로 레이저 빔(2)을 편향시켜, 기판(1)으로부터 분리된 기초 구조부(3)의 외곽(도 2와 비교)이 형성된다. 도 1은 기판으로부터 분리되는 기초 구조부의 일부에 대한 예를 나타낸다; 몇몇 예는 "1", "2" 및 "3"으로 나타내며, 후자의 수는 다른 기초 구조부(3) 사이의 우수한 구별을 허용하는 기초 구조부(3)의 지지 구조부(5)(도 2)에 도입될 수 있는 함께 작용하는 표시 기호이다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 레이저 빔(2)의 에너지, 파장, 반복률(repetition rate) 및 스캔 속도는 레이저 빔(2)이 기판(1)의 전체 두께 d를 절단하는 방식으로 선택된다. 바람직한 반복률 및 스캔 속도의 일반적인 값은 각각 30kHz 및 100mm/min이다.
도 2(어두운 부분, 밝은 부분은 기초 구조부가 삽입되는 배경을 나타낸다)는 가공된 기초 구조부(3), 즉 기판으로부터 완전히 분리된 기초 구조부(3)의 예이다. 기초 구조부(3)는 (아치형 부분의 외부 원주에서) 두 개의 노치(21a, 21b)가 분리 단계 동안 실질적으로 대향 측에 도입되는, 실질적으로 하프 링 형상의 지지 구조부(5)를 포함한다. 이러한 두 개의 노치(21a, 21b)는 마운트(6)(도 3)에 의해 기초 구조부(3)의 지지 구조부(5)의 클램핑을 단순화한다. 노치(21a, 21b)는 각각의 기초 구조부(3)의 상부 에지(또는 각각의 전면(4e), 도 3과 비교)가 동일한 절대 값에 의해 (마운트(6)의 표면에 대하여, 도 3과 비교) 돌출하는 방식으로 도입될 수 있다. 노치의 도입은 처리되는 각각의 다른 기초 구조부(3)의 동일한 위치로 레이저 빔을 포커싱을 허용하기 때문에 처리가 단순화된다.
두 노치(21a, 21b)에 대향하는 측에서, 즉 지지 구조부(5)의 하프링의 직경을 따라, 기초 구조부(3)는 (나타낸 평면에 수직, 즉 캔틸레버 빔(4)의 기판의 평면(1a)에 수직 - 도 6과 비교하여 - 및 캔틸레버 빔(4)의 세로방향의 연장부 L의 수직에서 볼 때) 실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 캔틸레버 빔(4)을 포함한다. 따라서, 기초 구조부(3)는 소자(4, 5)를 포함하는 일체형으로 제조되며, 캔틸레버 빔(4)은 두 대향 단부(4a, 4b)에서실질적으로 링-형상의 지지 구조부(5)의 내부 원주에 연결된다.
도 2에서 볼 수 있는 캔틸레버 빔(4)의 위로 향한 면은 레이저 기반의 박판화 단계(참고 번호 4c로 나타낸)에서 더 박판화된 두 배향 측면 중 하나이다. 측면(4c, 4d)(도 6과 비교)에 수직 정렬된 캔틸레버 빔(4)의 두 전면은 참고 번호 4e 및 4f로 나타낸다)
미세구조 물질 진단을 위한 바람직한 샘플을 생성하는 캔틸레버 빔(4)로(더 박판화된 형상으로)서, 참고 번호 P가 도 2에 제공된다.
도 2a의 스케치는 기판(1)로부터 기초 구조부가 완전히 분리되기 전(도 2에 나타낸대로) 도 2의 기초 구조부의 상태를 나타낸다. 도 2a에서 볼 수 있듯이, 기초 구조부(3)는 빔(4)(도 2에서 보아)의 두 대향 단부(4a, 4b)에 인접한 두 개의 고정 베이스(51a, 51b)를 통하여 고정 프레임(1f)에도 및 고정 프레임(1F)에만 연결된다. 여기에서, 고정 프레임(1F)은 기초 구조부(3)를 둘러싸는 기판(1)의 직사각형 부분이며, 여기에서 고정 프레임(1F)은 미치 레이저 가공 공정에 기반하여 기판(1)으로부터 분리된다. 그러나, 전체 기판(1)은 고정 프레임(1F)으로 이용될 수 있거나 고정 프레임(1F)과 동일한 수 있다. 고정 베이스(51a, 51b)는 지지된 구조부(4)의 측면에서 및 지지된 구조부(4)에 인접한 기초 구조부(3)과 고정 프레임(1F)을 연결시킨다. 두 개의 고정 베이스(51a, 51b)는 고정 프레임(1F)와 기초 구조부(3)을 연결시키는 지지 구조부(5) 부분을 형성한다.
분리 단계의 제 1 기간에서, 기초 구조부(3)는 예를 들어 3W 또는 10W의 전출력(full power) 및 20㎛의 빔 직경을 가지는 레이저(11)(도 7 및 8과 비교)를 이용하여 두 개의 고정 베이스(51a, 51b)를 제외하고 고정 프레임(1F)로부터 전체 측으로 분리된다. 전출력 가공은 매우 빠르고 효율적인 방식으로 대부분의 기초 구조부(3)의 외곽이 각각 기판(1) 및 고정 프레임(1F)으로부터 분리될 수 있는 이점을 가진다. 분리 단계의 제 1 기간 동안, 고정 프레임 및 분리되는 기초 구조부(3)가 이물질 증착(deposition)을 방직하기 위하여, 즉 기초 구조부(3)의 외곽의 절단이 절단 레이저 빔(특히 분리 단계의 제 2 기간 동안)으로 바람직하지 않은 상호 작용을 유도하는 기초 구조부로 다시 되돌아 갈 때 이물질이 생성되는 것을 방지하기 위하여, 압축 공기, N2 또는 희가스(rare gas)의 제트에 노출된다. 분리 단계의 제 1 단계에서, 두 개의 고정 베이스(51a, 51b)는 가스 제트에 노출되는 동안(따라서, 특히 기초 구조부의 날아감을 방지하고 가스 제트 때문에 손상되는 동안) 기초 구조부(3)의 필요한 안정성을 준다.
분리 단계의 제 2 기간에서, 레이저의 출력은 (예를 들어, 위에 기술된 제 1 기간에서 이용된 레이저 출력의 몇 10~50%로)감소된다. 그 후, 분리 단계의 제 1 기간 동안 방생된 두 전면(4e, 4f)의 비교적으로 거친 절단 에지는 거친 절단 에지를 매끄럽게 하기 위하여 레이저 출력으로 재생된다. 대안적으로, 높은 레이저 출력을 가지는 분리 단계의 제 1 기간에서, 두 개의 전면(4e, 4f)가 감소된 출력으로 생성되도록 두 개의 전면(4e, 4f)의 생성이 생략될 수 있다. 분리 단계의 제 2 기간에서, 감소된 전력은 최적화된 에지-정확성으로 절단하기 위하여 이용된다.
대안적으로, 펄스 반복률, 스캔 속도, 펄스 길이, 빔 크기로 제한되지 않고 포함하는 다른 레이저 매개 변수 및/또는 처리 매개변수는 두 개의 전면(4e, 4f) 없이 기초 구조부의 빠르나 거친 절단 및 전면(4e, 4f)의 매끄럽고, 더 정확하나 느린 절단을 수행하기 위하여 두 기간 사이에서 다양하다.
선택적으로, 고정 프레임 및 절단되는 기초 구조부(3)은 분리 단계의 제 2 기간 동안 및/또는 이물질 증착을 방지하기 위한 이후의 박판화 단계 동안 압축 공기, N2 또는 불활성 기체(noble gas)의 제트에 노출된다.
마지막으로, 분리 단계의 제 3 기간에서, 기초 구조부(3)는 레이저(11) 또는 기초 구조부(3)의 채석(quarrying) 둘 중 하나로 지지 구조부(5) 및 프레임(1F) 사이의 두 개의 고정 베이스(51a, 51b)를 손상시켜 고정 프레임(1F)에서 모든 측면으로 완전히 분리된다.
Si가 기판(1)용 물질로 이용되는 경우, 25㎛(또는 그 이상)의 두 고정 베이스의 폭은 브로잉(blowing)으로 충분한 저항을 제공하는데 충분하다.
도 3은 마운트(6)에 대하여 기초 구조부(3)의 고정을 보장하기 위하여 두 개의 클램핑 조(6a, 6b) 사이로 기초 구조부(3)의 지지 구조부(5)를 클램핑하도록 형성된다. 도 3a에서 볼 수 있듯이, 하나의 클램핑 조, 조(6a)는 두 체결부(22a, 22b)로 형성되며, 체결부는 노치(21a, 21b)에 대응하며 이러한 노치에 수직으로 체결되도록 형성된다. 다른 하나의 클램핑 조, 조(6b)는 체결부(22a, 22b)에 대향하며 두 개의 조(6a, 6b)가 닫힐 때 체결부(22a, 22b)에서 (수평으로) 체결되도록 형성되는 두 개의 돌출부(protrusions, 23a, 23b)로 제공된다. 두 개의 조(6a, 6b)가 닫힌 상태(도 3b)에서, 위로부터 체결부(22a, 22b)로 이동되는 기초 구조부(3)의 지지 구조부(5)는 미리 정의된 위치에 고정되도록 한편으로는 체결부(22a, 22b)의 벽 부분 사이 및 다른 한편으로는 돌출부(23a, 23b) 사이에서 클램핑된다.
도 3에 나타낸대로, 복수의 쌍의 체결부(22) 및 대응하는 쌍의 대향하는 돌출부(23)는 동시에 마운트(6)에 대하여 복수의 기초 구조부(3)을 고정하기 위하여 제공될 수 있다.
도 3b는 마운트(6)의 닫힌 상태를 나타내며, 3개의 다른 기초 구조부(3a~3c)는 마운트(6)에 대하여 고정된다. 볼수 있듯이(대응하는 베어링은 도시하지 않음), (닫힌)마운트(6)는 수평 틸트축 R 주위로 적어도 부분적으로(예를 들어, ±10°) 기울여질 수 있으며, 틸트축 T에 수직으로 배치되는 다른 수평축 T 주위로 기울여질 수 있다(예를 들어, ±7°). 마운트(6)의 기울여짐은 각각 세계 좌표계(world coordinate system)에서 기초 구조부(3a~3c)의 자유로운 위치 결정 및 임의의 위치에서 조사되는 레이저 빔(2)에 대한 자유로운 위치 결정을 허용한다. 특히, 캔틸레버 빔(4)은 플랭크(flanks)(도 5와 비교)가 갈바노미터 스캐너(도 7 및 도 8과 비교)로 절단될 수 있는 방식으로 배치될 수 있다. 축 T 및/또는 축 R 주위에서 앞뒤로 기울여짐은 바람직하지 않은 커튼 효과를 방지할 수 있다.
예를 들어 100~150마이크로미터의 기초 구조부의 두께 d는 마운트(6)의 클램핑 조(6a, 6b) 사이의 기초 구조부(3)의 클램핑이 기초 구조부를 손상시키지 않는 것을 보장한다. 한편으로는 노치(21) 및 다른 한편으로는 체결부(22) 및 돌출부(23)는 지지 구조부의 반경이 클램핑 조(6a)의 체결부(22) 반경에 대응하는 방식으로 샘플 P의 기초 구조부의 클램핑을 허용하여서, 두 개의 클램핑 조(6a, 6b) 사이의 지지 구조부의 정확한 위치 결정 및 고정이 가능하며, 마운트(6)에 대하여 기초 구조부의 바람직하지 않은 회전이 방지될 수 있다. 그 후, 클램핑된 기초 구조부(3)의 위치는 박판화된 레이저 빔(2)의(및 필요한 경우, 후처리를 위한 추가 박판화 이온빔의) 입사각을 정의한다. 기초 구조부가 클램핑되는 영역 이외 또는 아래의 조(6a, 6b)에서 측면 스페어 영역(spare area)은 각각 도금 물질(plated material)의 증착 및 마운트(6)의 손상을 방지한다.
이온 빔으로 전-박판화를 위하여, 미리 레이저-박판화된 기초 구조부(도 6과 비교)는 특정 이온 빔 에칭 시스템, 예를 들어 선행 기술로부터 알려진대로 정확한 이온 폴리싱 시스템(precision ion polishing system)에 의해 제공되는 다른 마운트에 의해 고정될 수 있다.
그러나, 도 3의 마운트(6)는 이온 빔을 이용하여 미리 레이저-박판화된 부분을 더 박판화하기 위하여 레이저 기반의 박판화 단계 및 이후의, 추가 박판화-후처리 동안 이용될 수 있다.
도 5는 캔틸레버 빔의 측면으로 도입되는 채털 구조부(즉, 캔틸레버 빔의 기판의 평면(1a)에 병렬인 도입된 구조의 플랭크, 도 6과 비교)에 대하여 각각 플랭크 및 측벽을 수직으로 나타내는 방법을 나타낸다. 즉, 도 5는 캔틸레버 빔의 측면에 대하여 레이저 빔의 스침 입사가 어떻게 수행되는지를 나타내며, 여기에서 입사 레이저 빔(2)의 경계 영역(2b)은 병렬 방식으로 및 미리 정의된 깊이로 처리되는 캔틸레버 빔(4)의 표면을 그레이징한다. 도 5에서, 지지된 구조(도 6과 비교)의 기판의 평면(1a)이 선으로 보일 수 있다(단면도에서).
도 5a는 레이저빔이 캔틸레버 빔(4)의 측면(4c)로 도입되는 바람직한 플랭크에 수직으로 배치되는 캔틸레버 빔(4)(여기에서: 전면(4e), 도 6과 비교)의 표면 위의 에지에 수직으로 및 에지에 가까이 영향을 줄 때의 상황을 나타낸다. 한편으로는 레이저 빔(2)의 (2a) 및 다른 한편으로는 레이저 빔(2)에 의해 조사된 전면(4e)의 각각 중심 빔 축 및 주요 빔 축 사이의 각도는 90°이다. 도 5에 나타낸 방식으로 레이저 빔(2)이 표면(4e)위로 포커싱될 때(도 7의 결상 광학계와 비교), 고정된 플랭크에 레이저 빔(2)이 결합되기 때문에, 2α의 빔 확장각이 생성된다. 따라서, 주요 빔 축(2a)이 표면(4e)에 수직인 경우, 즉 캔틸레버 빔(4)의 표면의 평면(1a)에 병렬인 경우, 축(2a) 및 평면(1a)(α=0°, 도 5a와 비교) 사이의 틸트각이 없을 때, 캔틸레버 빔의 표면(4e)의 물질을 제거하여 도입되는 그루브는 실질적으로 확장각 2α = 20°로 나타낸 경우에 한편으로는 조사된 표면(4e) 및 다른 한편으로는 90°+ (빔 확장 각 2α의 절반) = 100°의 캔틸레버 빔(4)의 물질로 도입된 플랭크 사이의 플랭크 각도로 V-형상(도 4와 비교)을 가진다.
전면(4e, 4f)에 수직으로, 즉 병렬 방식으로 레이저 빔으로 절단되는 측면(4c, 4d)에 병렬로 배열되는 도입된 채널 구조부(7)의 플랭크를 나타내기 위하여, 빔(2)의 주요 빔 축(2a)은 표면(4e)에 영향을 주는 빔(2)의 빔-확장 각 2α의 절반인 틸트각 α에 의해 캔틸레버 빔(4)의 기판의 평면(1a)에 대하여 기울여져야 한다. 도 5에 나타낸대로, 플랭크는 그 후 측면(4c)에 90°의 플랭크 각으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(2)(빔(2)의 경계 영역(2b)을 이용하여 측면(4c)에서 미리 도입된 수직 플랭크를 가지는)으로 대향 측면(4d)를 그레이징하기 전, 두 대향 측면(4c, 4d)에 복수의 채널 구조부(7)(도 6)의 형상으로 수직 플랭크를 도입하기 위하여, 캔틸레버 빔(4)을 가지는 기초 구조부(3)는 2α의 각도로(α의 각도에 의해 미치 기울여진 상태에서 캔틸레버 빔(4)에 대하여 볼 때) 도 5b에 나타낸 틸트 상태의 반대 방향으로 주요 빔 축(2a)에 대하여 (마운트(6)으로) 기울여져야 한다. 그 후(및 마운트(6)로 기초 구조부(3)의 적합한 이동 후), 입사 레이저 빔(2)의 경계 영역(2b)은 캔틸레버 빔(4)의 측면(4d)에 수직인 플랭크를 다시 절단하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 두 반대 방향으로 ±α로 캔틸레버 빔의 기울임은 두 대향 측면(4c, 4d)로 수직 플랭크를 도입한다.
따라서, 레이저 기반의 박판화 단계는 샘플 P의 두께를 더(평면 평행 방식으로) 감소시키기 위하여(즉, 기판(1)의 두께 d 아래의 샘플을 형성하는 캔틸레버 빔(4)의 영역의 두께를 감소시키기 위하여) 캔틸레버 빔(4)의 양측면으로 수행될 수 있다. 예를 들어, d = 150 마이크로미터의 기판 두께로, 양측면(도 6)으로부터 얇은 채널 수조부의 도입은 값 dmin < 20 마이크로미터로 잔여 영역(8)의 샘플 두께를 감소시킬 수 있다. 갈바노미터 스캐너(10)(도 7)에 의해 편향되어, 레이저 빔은 예를 들어 10°의 동일한 틸트각 α로 두 번, 도 5b에 다타낸대로 두 개의 반대 방향으로 캔틸레버 빔(5) 및 평면(1a)(주요 빔 축(2a)에 대하여)를 틸팅(tilting)하여, 캔틸리버 빔의 전면 위로 향해질 수 있다. 충돌 빔(impinging beam, 2)이 적합한 위치 2-1 및 2-2(도 5c에서 보아)에서 동시에 틸팅되고 회전되도록 틸팅가능한 및 회전 가능한 드릴링 헤드(drilling head)를 이용하여 나타낸 광학계를 이용하여 병렬 절단 갭의 복잡한 발생이 방지될 수 있다. 도 5b에 나타낸대로, 본 발명에 따라, 즉 반대 방향으로 두 번의 캔틸레버 빔의 틸팅으로 두 단계 접근을 이용할 때 이전의 측면(4c, 4d)(도 6과 비교)에 병렬로 배열된 잔여 영역(8)을 나타내기 위하여 단순한 박판화가 가능하다.
따라서, 평면(1a) 및 주요 빔 축(2a) 사이의 정의된 각도 α에 의해 기초 구조부를 기술적으로 경사지게 할 필요가 있다. (충돌 레이저 빔(2)의 형상 매개변수에 의존하는) 필요한 틸트각 α을 결정하기 위하여, 다음의 순서가 수행된다: 기판(1)으로부터 기초 구조부의 분리 전 및 분리 후, 복수의 홀은 레이저 빔(2)에 의해 기판(1)로 드릴링된다. 이러한 홀은 한편으로는 레이저 빔(2)이 충돌하는 기판(1)의 표면의 홀 직경 및 다른 한편으로는 기판(1)의 대향 표면의 홀 직경에 대하여 선택적으로 (카메라 기반의 측정 시스템을 이용하여)측정할 수 있다. 그 후 필요한 틸트각 α은 다른 홀 직경으로부터 측정될 수 있다.
도 6a는 측면도이며, 도 6b 및 6c는 본 발명의 분리 단계 및 레이저 기반의 박판화 단계 후(및 이온 빔으로 가능한 추가 전 처리 박판화 전) 캔틸레버 빔(4)의 조감도를 나타낸다. 다른 연장부, 즉 캔틸레버 빔(4)의 물질의 다른 채널 깊이의 채널 단부 지지체(20)을 가지는 여려 평행 채널 구조부가 도시된다. 다른 채널 깊이는 나타낸 박판화된 캔틸레버 빔 구조부의 안정성을 향상시킨다. 도 6에서, 복수의 채널 구조부(7)는 캔틸레버 빔(4)의 중앙 평면(1a)에 정확히 병렬로 도입되며, 약간 웨지 형상의 플랭크(즉 평면(1a)에 정확히 병렬이 아니고 약간 기울어진 채널 구조부(7)의 벽을 도입시키는) 또한 나타낸 캔틸레버 빔의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 (빔(4)의 세로방향의 연장부 L에 수직으로 보아)직사각형 단면을 가지는 캔틸레버 빔(4)의 레이저 기반의 박판화를 나타낸다. 빔(4)의 중앙 평면(기판의 평면(1a))에 수직인 빔(4)의 두께는 d = 150 마이크로미터(예를 들어 두 대향 측면(4c, 4d) 사이의 거리)이다. 캔틸레버 빔의 폭 w(두 전면(4e, 4f), 즉 즉 평면(1a)에서 캔틸레버빔(4)의 연장부 사이 및 세로방향의 연장부 L에 수직인 거리)은 나타낸 구조부에서 w = 200마이크로미터이다. 빔(4)의 두 단부(4a, 4c), 즉 지지 구조부(5)와 연결 부분은 부분적으로만 나타낸다.
평면(1a)에 병렬이며 양 대향 측면(4c, 4d)에 병렬인 세로방향의 연장부 L에 따라, 복수의 채널 구조부(7a~7f)는 두 대향면(4c, 4d)에 빔(2)의 스침 입사에 의해 빔(4)의 표면(4c, 4d)으로 절단된다. 물질 중심에서(빔(4)의 두께 방향 d에서 보아) 레이저 기반의 박판화 후 남아있는 잔여 영역(8)이 중앙 평면(1a)(특히 도 6b 및 6c와 비교)에 대하여 대칭인 방식으로 남아있는 방식으로 채널 구조부(7)를 도입시키기 위하여 충돌 레이저 빔은 빔(4)이 배치된다. 빔(4)의 양측에 도입되는 채널 구조부의 두 연속물(7x-1, 7x-2)은 빔(4)의 두 대향 단부(4a, 4b)에 대하여 대칭인 방식으로 배치된다(L 방향에서 보아). L 방향을 따라 볼 때, 각각의 면(4c, 4d)로, 채널 구조부(7)는 채널 구조부(7)의 종방향 D이 세로방향의 연장부 L에 수직 및 평면(1a)에 병렬로 배열되는 방식으로 도입된다. 면(4c)에 도입된 채널 구조부는 (7a-2, 7b-2, …)로 나타내며, 면(4d)의 반대측의 채널 구조부는 (7a-1, 7b-1, …)로 나타낸다. 동일한 측면의 직접 인접한 채널 구조부(예를 들어 구조부(7a-1, 7b-1))는 겹치는 방식으로 도입된다: 채널 구조부의 직경(종방향 D에 수직인 단면 연장부)은 현재의 경우 10~20마이크로미터이다. 방향 L을 따라 볼 때 두 개의 직접 인접한 채널 구조부의 중심은 20~50 마이크로미터 또는 그 이하, 또는 이 이상의 거리를 가진다.
채널 구조부(7)의 도입은 dmin = 0.5~10마이크로미터(도 6c와 비교)의 최소 두께를 가지는 두 대향면의 각 대향 채널 구조부 쌍 사이에 남아있는 벽 부분(8a, 8b, …)(예를 들어 한편으로는 채널 구조부(7a-1) 및 다른 한편으로는 채널 구조부(7a-2) 사이의 벽 부분(8a))을 유도한다.
캔틸레버 빔(4)의 폭 방향 w을 따라 볼 때(즉, 채널 구조부(7)의 종방향 D를 따라), 채널 구조부(7)는 다른 깊이를 가지는 빔(4)의 물질에 도입된다: (약)중심 채널 구조부(7c-1, 7c-2)만 캔틸레버 빔(4)의 전체 폭 w를 통해 도입된다. 양면(4c, 4d)의 채널 구조부(7a, 7b, 7d, 7e, 7f)의 하부측(즉 하부 전면(4f))으로, 채널 단부 지지체(20a, 20b, …)는 나타낸 레이저-박판화된 구조부를 더 안정화하기 위하여 캔틸레버 빔 물질을 제거하지 않고 레이저 기반의 박판화 후 남겨진다. 두 외부측의 중심으로부터(방향 L을 따라 보아), 채널 구조부(7)의 채널 단부 지지체(20)의 높이는 대략 선형으로 증가한다.
이온빔으로 박판화-후처리 동안, 이온 빔은 실질적으로 캔틸레버 빔(4)의 측면(4c, 4d)에 도입된 채널 구조부(들)의 종방향을 따라 병렬로(틸트각 β를 제외하고) 조사될 수 있어서, 캔틸레버 빔(즉, 바)의 하부측(면(4f))에서 상부측(면(4e))까지의 이온 빔 포인트의 입사 방향은, 즉 캔틸레버 빔(4)이 테이퍼부(20a, 20b, …)인 캔틸레버 빔(4)의 측면(4e)로 테이퍼링되지 않는 캔틸레버 빔(4)의 측면(4f)에 직면한다.
그러나, 각각 아치 형상(L을 따라 보아) 및 양단부(4a, 4b)에서 두께부(thickenings)를 가지는 지지된 구조부(4) 및 캔틸레버 빔을 분리할 때, 채널 구조부(7)는 박판화된 구조부의 안정성을 저하시키지 않고 동일한 깊이로 빔(4)의 물질에 도입될 수 있다.
이미 기술된대로, 미리 박판화된 잔여 영역의 추가 박판화를 위하여, 예를 들어 예각으로 잔여 영역(8)에 조사되는 이온 빔이 이용될 수 있다.
도 6은 다른 깊이를 가지는 평행 채널(7)이 빔(4)의 물질에 도입되는 경우, 박판화된, 잔여 영역(8)이 안정화 될 수 있는 것을 나타낸다. 나타낸 구조부는 방향 D를 따라 실질적으로 조사되는 이온 빔에 기반하여 및 평면(1a)에 대하여 약간의 틸트각으로 전-박판화에 적합하다. 따라서, 나타낸 구조부는 포커싱된 이온 빔 박판화 시스템으로 추가 박판화하는데 이용될 수 있다. 복수의 박판화된 부분(8)이 제공되므로, 복수의 전자 빔 투명(추가 박판화된) 부분은 실질적으로 동시에 포커싱된 이온 빔 시스템으로 발생될 수 있다. 추가 이온 빔 기반의 박판화로, 레이저 박판화된 부분(8)은 약 10~100nm의 두께 d로 떨어져 더 박판화될 수 있다.
방향 D를 따라 웨지 형상의 플랭크를 가지거나 나타낸 구조부를 더 안정화시키는 절두체 형상(frustum-shaped)을 가지는 병렬 채널(7)을 나타낼 수 있다. 병렬 채널(7)은 상부측(면(4e)) 및 하부측(면(4f))에서 교대로 채널 구조부(7)을 도입할 수 있고, 즉 대향 단부로 교대로 채널 단부 지지체(20)를 제공할 수 있다(방향 D에서 보아). 이온 빔에 기반하여 전-박판화는 특히 광역 또는 포커싱된 이온 빔에 기반하여 임이의 이온 빔 시스템으로 수행될 수 있다.
전술한 레이저 처리로, 잔여 영역(8)의 두께 dmin는 5~15 마이크로미터로 나타낼 수 있다(선행 기술에서, 약 2~4 높은 최소 두께 dmin를 가지는 구조만 나타낼 수 있다). 따라서, 본 발명으로, 이온 빔으로 잔여 영역(8)의 전-박판화는 더 빠르게 수행될 수 있다.
도 7은 샘플 P의 제조, 즉 기판(1)의 레이저 처리 및 캔틸레버 빔(4)의 레이저 박판화를 위하여 가능한 장치 구조를 나타낸다(이 후, 이온 빔으로 전-박판화는 도시하지 않는다).
레이저(11)의 빔(2)은 결상 광학계(9)(바람직하게 베리오스캔 포커싱 렌즈(Varioscan focusing lens)를 포함하는) 위로 조사되며, 빔 편향기(10)(여기에서, 갈바노미터 스캐너(10)) 에서 결상 광학계(8)의 빔 출력 측에 조사된다. 결상 광학계(9) 및 스캐너(10)(빔 정형 소자(31)과 함께, 아래에서 보아)는 이러한 요소(1,4)를 처리하기 위하여 기판(1) 및 캔틸레버 빔(4)를 조사하기 위해 적합한 레이저(11)의 광 경로에 배치된 빔-형성 장치(여기에서: 광학 장치)(12)를 형성한다. 두 개의 회전 가능한 편향 미러(10a, 10b)를 가지는 갈바노미터 스캐너(10)의 구성은 기술의 숙련자에게 잘 알려져있다. 각각 기판(1) 및 캔틸레버 빔(4)에 대하여 빔(2)를 편향시키기 위하여 갈바노미터 스캐너(10)를 이용하는 대신, 빔(2)의 순간 위치 및 방향에 대하여 각각 기판(1) 및 캔틸레버 빔(4)을 전환시키는 x-y-z 테이블(미도시)이 이용될 수 있다.
레이저(11) 및 결상 광학계(9) 사이에서, 빔 확장기(beam expander, 30)(예를 들어: 텔레스코프(telescope))는 바람직한 방식으로 빔(2)의 스팟 직경(spot diameter)을 정의하기 위하여 빔(2)의 경로에 도입된다. 결상 광학계(9) 및 갈바노미터 스캐너(10)의 사이에서, 빔 정형 소자(31)(여기에서: 실린더형 렌즈)는 바람직한 방식(여기에서: 타원형)으로 빔(2)의 단면 형상을 정의하기 위해 빔(2)(및 캔틸레버 빔(4)에 도입되는 채널 구조부(7)의)의 방향에 도입된다.
분리 단계 동안, 레이저 빔(2)는 기판(1)의 표면 위로 편향된 (스캐너(10)으로)2'이며, 분리되는 기초 구조부(3)의 외곽을 까라 표면을 거쳐 이동된다(기판(1)로부터 분리되는 지지 구조부의 외곽은 5'로 나타내며, 기판(1)로부터 분리되는 캔틸레버 빔의 외곽은 4'로 나타낸다). 갈바노미터 스캐너(10)의 하우징에 대하여 기판(10)의 바람직하지 않은 이동을 방지하기 위하여, 표면에 기판(1)을 고정하기 위하여 브레이스(13a, 13b)를 이용하는 제 2 마운트(13)가 제공된다(이러한 마운트(13)는 기술의 숙련자에게 잘 알려져있다).
분리 단계가 끝난 후, 즉 마운트(6)(도 3)의 두 개의 클램핑 조(6a, 6b)로 가공된 기초 구조부(3)을 클램핑한 후(수동으로 조작자게 의해 또는 자동적으로적합한 위치 결정 시스템으로), 지지 구조부(5)(및 캔틸레버 빔(4))는 마운트(6)에 의해 고정된다.
노치(21a, 21b) 때문에, 캔틸레버 빔(4)의 상부 에지가 미리 정의된 거리에서 마운트(6)의 상부 표면 위에 배치된다. 그 후, 레이저-박판화 단계 동안, 레이저 빔(2)은 도 6에 나타낸 구조를 생성하기 위하여 바람직하게 캔틸레버 빔(4)의 표면을 통해 편향된 2''일 수 있다. 한편으로는 캔틸레버 빔(4) 사이의 상대적 이동 및 다른 한편으로는 캔틸레버 빔(4)에 충돌하는 레이저 빔(2, 2'')이 한편으로는 스캐너(10)의 회전 가능한 미러(10a, 10b)의 편향에 기반하여 바람직한 방식으로 정의된다. 다른 한편으로는 마운트(6)(도 3에서 기초 구조부의 축 T 및 R과 비교하여)로 기초 구조부(3)를 틸팅 및/또는 회전시키는 방식으로 정의된다.
도 7의 장치에서 본 발명에 따른 방법 단계 동안 모든 시스템 구성 요소 또는 공정을 제어하기 위하여 압축 공기 관개 및/또는 흡입 시스템, 관찰 시스템(외관 검사용 디지털 카메라를 포함하는 시각 시스템, 도 8과 비교) 및 제어 시스템(개인용 컴퓨터 등)을 도시하지 않는다. 제 2 마운트(13)에서 마운트(6)까지의 가공된 기초 구조부(3)를 이송하는 수동 상호작용만 필요하다(자동 이동이 불가능한 경우). 유한 요소 모델(Finite Element Modelling, FEM)에 의해 지지되어, 샘플의 안정성은 레이저 기반의 박판화 공정(및 이온 빔으로 전-박판화) 동안 발생된 샘플 형상을 최적화 하기 위하여 측정될 수 있다.
나타낸 장치는 본질적으로 존재하는 이온 빔 에칭 시스템, 예를 들어 선행 기술로부터 알려진 정확한 이온 폴리싱 시스템에서 직접 실행될 수 있다(레이저 빔(2)은 이러한 시스템에서 충분한 방식으로 결합된다). 진공 시스템으로 실행이 매우 비싸므로 진공 하에 레이저 가공은 이로워야 한다.
또한, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 포커싱된 이온 빔(Ga-이온 소스 또는 고율 불활성 기체 이온 소스)으로 기판을 처리하는 시스템에 도입될 수 있다.
본 발명은 평면의 기판을 처리하는 영역에서 일반적인 방식으로 적용가능하다. 쉽게 다뤄질 수 있는 안정된 샘플이 생성될 수 있다. 또한, 샘플은 샘플의 혼동을 방지하기 위하여 레이저 빔으로 본 발명에 기반하여 라벨링될 수 있다. 장치는 제한된 비용으로 실행될 수 있다. 이온 빔으로 전-박판화 전 수행되어야 하는 처리는 본 발명에 의해 대체될 수 있고, 본 발명의 단계는 대체된 공정과 비교하여 더 빠르게 수행될 수 있다(4~8시간 대신 몇 분).
도 8은 샘플 P의 제조, 즉 기판(1)의 레이저 처리 및 캔틸레버 빔(4)의 레이저-박판화하는 다른 가능한 장치의 구조를 나타낸다(이온 빔으로 이후의 후처리는 도시되지 않는다). 일반적으로, 장치는 도 7에 나타낸 것과 동일하여서 차이점만 기술된다(따라서, 갈바노미터 스캐너(10)의 빔 출력 측이 도시된다).
도 8a에 따라, 분리 단계 동안, 제 2 마운트(13)는 스캐너(10)의 바로 밑에 배치된다. 분리 단계가 끝난 후, 제 2 마운트(13)은 제거되며(기판(1)의 레스트로), 마운트(6)은 도입되고, 기초 구조부(3)은 마운트(6) 내부에 클램핑되며, 박판화 단계의 레이저 처리가 수행된다(도 8b). 32는 관찰 시스템(디지털 카메라를 포함하는 시각 시스템)을 나타낸다. 시스템(32)은 분리 단계 동안 기판(1) 및 레이저-박판화 단계 동안 캔틸레버 빔(4)의 외관 검사에 이용될 수 있다. 특히, 캔틸레버 빔(4)의 위치 결정은 레이저 박판화 단계 동안, 전 및 후에 이러한 시스템으로 제어될 수 있다. 레이저 박판화 동안, 축 T 주위에서 앞뒤로 캔틸레버 빔(4)로 클램핑된 기초 구조부(3)의 틸팅은 바람직하지 않은 커튼 효과를 방지한다. 충돌 빔(2, 2'')에 대하여 측면(4c, 4d)의 경사도(steepness)의 제어는 R 축 주위로 캔틸레버 빔(4)를 (약간)틸팅하여 수행된다.
또한, 본 발명은 단면 샘플 또는 경사 물질(gradient material)의 형태로 기판(1)을 처리하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 샘플의 균질성(homogeneity)은 다른 위치에서 제어될 수 있다. 채널 구조부(7)는 수직으로 뿐만 아니라 사선으로, 즉 교차 방식으로 도입될 수 있다. 또한(도면에 미도시된), 빔 분리기(beam splitter)는 글래이징 방식으로 캔틸레버 빔(4)의 두 대향 측면(4c, 4d) 위에 두(부분적) 빔을 동시에 향하게 하기 위하여 이용될 수 있다. 빔 분리기는 두 대향 측면을 처리하기 위하여 각도 ±α로 반대 방향으로 두번 캔틸레버 빔(4)을 틸팅할 필요성을 방지한다. 또한, 바람직한 레이저 처리는 기초 구조부를 라벨링하기 위해 (예를 들어 US 7,095,024 B2에 기술된 방식으로) 쉽게 이용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법으로서,
    분리된 기초 구조부(basic structure, 3)가 지지된 구조부(supported structure, 4) 및 지지 구조부(supporting structure, 5)를 포함하도록 고 에너지 빔으로서 레이저 빔을 기판(1)에 조사하여 상기 기판(1)으로부터 기초 구조부(3)을 분리시키는 단계; 및
    레이저 빔(2) 또는 상기 레이저 빔(2)으로 상기 지지된 구조부(4)의 표면을 절단하여 적어도 부분적으로 지지된 구조부(4)를 박판화하는 단계를 포함하며,
    상기 지지된 구조부(4)는 상기 지지 구조부(5)에 의해 지지되며, 상기 지지 구조부(5)는 지그(jig, 6)에 의해 고정되도록 형성되는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    레이저 빔으로 상기 지지된 구조부(4)를 박판화하는 단계 후, 상기 레이저 빔로 박판화하는 단계에서 레이저 빔(2)을 입사(incidence)시켜 절단하여 이미 박판화된 지지된 구조부(4)의 일부 또는 일부들을 더 박판화하기 위하여 박판화 후처리(thinning postprocessing)가 수행되며,
    상기 박판화 후처리는 이온 빔으로 상기 레이저 빔(2)을 입사시켜 절단하여 이미 박판화된 지지된 구조부(4)의 일부(들)에 이온 빔 에칭하여 및/또는 조사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    레이저 빔으로 상기 지지된 구조부(4)를 박판화하는 단계 후, 상기 지지된 구조부(4)의 서로 반대측에 있고 반대에 위치하는 두 측면(4c, 4d)에 형성된 두 채널 구조부(7a-1, 7a-2, 7b-1, 7b-2, …) 사이에서, 상기 레이저 빔으로 박판화한 후에, 남아있는 잔여 영역 또는 잔여 영역들(8a, 8b, …)을 더 박판화하기 위하여 박판화 후처리가 수행되며, 및/또는
    상기 이온 빔은
    · 집속 이온 빔 또는 광역 이온 빔으로서,
    · 스침 입사(grazing incidence), 및/또는
    · 상기 지지된 구조부(4)의 기판의 평면(1a) 및 상기 이온 빔의 주요 빔 축 사이에서 β > 0°, 바람직하게 β ≥ 2°및 ≤ 15°, β = 4°의 스침각(β)으로,
    이 중에서 적어도 하나로, 바람직하게 전부로 절단하여 이미 박판화된 상기 지지된 구조부(4)의 일부(들) 위로 또는 일부(들) 안으로 조사되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    입사 레이저 빔(2)의 경계 영역(2b, 2b')아 상기 지지된 구조부(4)의 기판의 평면(1a)에 평행인 방향으로 상기 지지된 구조부(4)를 절단하여, 바람직하게 스쳐서, 상기 지지된 구조부(4) 위로 레이저 빔(2)을 조사하여, 상기 지지된 구조부(4)가 박판화되며,
    상기 지지된 구조부(4)의 상기 기판의 평면(1a)에 대하여, 바람직하게 상기 레이저 빔(2)의 확장각 2α의 절반 및/또는 α > 0°, 바람직하게 α ≥ 5° 및 α ≤ 20°, 바람직하게 α ≥ 8° 및 α ≤ 12°, 바람직하게 α = 10°인 각도(α)만큼, 상기 레이저 빔(2)의 주요 빔 축(2a)이 기울여지는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔으로 물질 제거가 유도되기 때문에, 상기 지지된 구조부(4)의 표면, 바람직하게 상기 지지된 구조부(4)의 적어도 하나의 측면 및/도는 적어도 하나의 전면(4e, 4f), 바람직하게 상기 지지된 구조부(4)의 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)에 적어도 하나의, 바람직하게 복수의 채널 구조부(들)(7a, 7b, …)가 형성되어 상기 지지된 구조(4)가 박판화되며,
    바람직하게, 상기 채널 구조부(들)(7a, 7b, …)의 종방향(D)이 상기 지지된 구조부(4)의 세로방향의 연장부(L)에 수직으로 정렬되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지지된 구조부(4)의 세로방향의 연장부(L)를 따라 볼 때, 복수의 채널 구조부(7a, 7b, …)는 서로 병렬로 형성되고 상기 지지된 구조부(4)의 표면, 바람직하게 상기 지지된 구조부(4)의 적어도 하나의 측면, 바람직하게 상기 지지된 구조부(4)의 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)에 서로 이격되어 형성되며,
    바람직하게, 상기 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d) 중 하나(4c)에 형성된 각각의 채널 구조부(7a-1, 7b-1, …)에 대하여 상기 지지된 구조부(4)의 상기 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)에 복수의 채널 구조부가 형성될 때, 다른 채널 구조부(7a-2, 7b-2, …)가 상기 지지된 구조부(4)의 상기 기판의 평면(1a)에 대하여 좌우 대칭으로 상기 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)의 다른 측면(4d)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    각각의 상기 채널 구조부의 종방향(D)에서 볼 때, 상기 지지된 구조부(4)의 전체 연장부(폭 w)를 따라, 적어도 하나의 상기 채널 구조부(7a, 7b, …)가 형성되지 않는 방식으로 상기 지지된 구조부의 측면(들)에 상기 복수의 채널 구조부(7a, 7b, …)가 형성되고,
    바람직하게, 상기 지지된 구조부(4)의 단부(4a, 4b)에 인접하게 형성되는 상기 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)의 상기 채널 구조부(7a, 7b, …)는 상기 지지된 구조부(4)의 전체 연장부(w)를 따라 형성되지 않으며, 및/또한
    바람직하게, 각각의 상기 채널 구조부의 종방향(d)에서 볼 때, 상기 채널 구조부가 상기 지지된 구조부(4)의 두 전면(4e, 4f)에서 나오는 방식, 상기 지지된 구조부(4)의 한 전면(4e) 및 다른 전면(4f)에서 나오는 방식으로 상기 지지된 구조부(4)의 측면(들)에 상기 복수의 채널 구조부(7a, 7b, …)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 평면(1a)에 수직인 기판(1)의 두께 및/또는 상기 지지된 구조부(4)의 상기 기판의 평면(1a)에 수직인 상기 지지된 구조부(4)의 두께(d)는 제한적으로 50~500㎛, 바람직하게 100~250㎛, 바람직하게 150㎛이며, 및/또는
    상기 기판(1)은 평면-평행식 접지판(plane-parallelly ground plate)이며, 및/또는
    상기 지지된 구조부(4)의 세로방향의 연장부(L)에 수직이며 상기 지지된 구조부(4)의 두께(d)에 수직인 상기 지지된 구조부(4)의 크기인 상기 지지된 구조부(4)의 폭(w)은 경계를 포함하여 100~2500㎛, 바람직하게 200~1000㎛, 바람직하게 500㎛인 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 빔으로 박판화하는 단계에서 레이저 빔(2)을 입사하여 절단하여, 바람직하게 그레이징(grazing)하여 박판화된 상기 지지된 구조부(4)의 일부(들), 바람직하게 레이저 빔으로 박판화한 후에, 서로 반대측에 위치하고 상기 지지된 구조부(4)의 상기 두 개의 반대측에 위치하는 측면(4c, 4d)에 형성된 두 개의 채널 구조부(7a-1, 7a-2, 7b-1, 7b-2, …) 사이에 남아 있는 잔여 영역 또는 잔여 영역들(8a, 8b, …)은 경계를 포함하여 0.5~50㎛, 바람직하게 5~20㎛의 상기 지지된 구조부(4)의 상기 기판의 평면(1a)에 수직인 최소 두께(dmin)를 가지는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 상기 기초 구조부(3)를 분리한 후, 상기 레이저 빔(2)은 결상 광학계(focusing optics, 9)에 의해 포커싱되며, 및/또한 상기 레이저 빔(2)이 상기 지지된 구조부 위로 조사되기 전, 갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner, 10)에 의해 편향되고, 및/또한 상기 레이저 빔으로 박판화하는 동안, 충돌 레이저 빔(impinging laser beam, 2)에 대하여, 상기 지지된 구조부(4)의 위로 레이저 빔(2)를 입사하여 절단하기 위하여, 바람직하게 그레이징(grazing)하기 위하여 x-y-z 테이블 또는 스캔 단계로 상기 지지된 구조부가 이동하며, 및/또는
    상기 기판으로부터 상기 기초 구조부(3)를 분리한 후, 상기 기초 구조부(3)의 지지 구조부(5)는 지그(6)에 의해 고정되고, 바람직하게 클램핑되며, 상기 레이저 빔으로 박판화하는 단계에서 상기 지지된 구조부(4) 위로 레이저 빔(2)을 입사하여 절단하기 위하여, 바람직하게 그레이징(grazing)하기 위하여 상기 레이저 빔(2)에 대하여 지그(6)에 의해 위치결정되고,
    상기 지그(6)는 바람직하게 제 1축(R) 주위로 기울여질 수 있고 및/또는 제 2축(T) 주위로 기울여질 수 있는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정 프레임(1F)으로부터 상기 기초 구조부(3)를 완전히 분리하기 위하여 고정 베이스(들)가 손상되기 전에, 적어도 하나의, 바람직하게 복수의 고정 베이스(들)(51a, 51b)가 아직 상기 기초 구조부(3)와 상기 고정 프레임(1F)을 연결하는 경우를 제외하고, 상기 기초 구조부(3)가 먼저 상기 고정 프레임(1F)으로부터 모든 변에서 분리되어 상기 기초 구조부(3)가 분리되며,
    상기 고정 프레임(1F)은 상기 기판(1), 또는 상기 기판(1)의 일부, 특히 상기 기판(1)으로부터 이미 분리된 상기 기판(1)의 일부인 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 방법.
  12. 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 장치로서,
    고에너지 빔(2)으로서 레이저 빔을 방출하는 빔 방출 장치(11)로서 레이저;
    지지된 구조부(4) 및 지지 구조부(5)를 포함하는 기초 구조부(3)가 기판(1)으로부터 분리될 수 있는 방식으로 상기 레이저(11)의 광 경로에 배치되며 상기 레이저 빔(2, 2')으로 상기 기판(1)을 조사하는데 적합한 빔 형성 장치(12); 및
    상기 기초 구조부(3)의 지지 구조부(5)를 고정하도록 및 상기 레이저 빔(2, 2'')에 대하여 적어도 하나의 이미 형성된 위치로 상기 지지 구조부(5)를 배치하도록 형성된 지그(6)를 포함하며,
    상기 지지된 구조부(4)는 상기 지지 구조부(5)에 의해 지지되며,
    상기 지지 구조부(5)는 상기 지그(6)에 의해 고정되도록 형성되며,
    상기 레이저 빔(2, 2'')으로 상기 지지된 구조부(4)의 표면을 절단하여 상기 지지된 구조부(4)의 적어도 일부가 박판화되도록 서로에 대하여 상기 레이저 빔(2, 2'')을 이동시키도록 및/또는 상기 기초 구조부(3)를 고정하도록 상기 광학 장치(optical device, 12) 및/또는 상기 지그(6)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    레이저 빔으로 상기 지지된 구조부(4)를 박판화한 후, 상기 레이저 빔으로 박판화할 때 상기 레이저 빔(2)을 입사하여 절단되어 미리 박판화된 상기 지지된 구조부(4)의 일부를 더 박판화하기 위하여, 상기 레이저 빔으로 박판화할 때 레이저 빔(2)을 입사하여 절단되어 이미 박판화된 상기 지지된 구조부(4)의 일부(들)를 이온 빔 에칭에 의해 및/또는 이온 빔을 조사하여 박판화 후처리를 수행하는 장치가 더 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 기판(1)으로부터 상기 기초 구조부(3)를 분리하기 위하여 상기 기판(1)에 레이저 빔(2')을 조사 하는 동안, 상기 기판(1)을 고정하도록, 바람직하게 클램핑하도록 상기 지그(6)가 형성되고, 또는
    상기 장치는 상기 기판(1)으로부터 상기 기초 구조부(3)를 분리하기 위하여 상기 기판(1)에 레이저 빔(2')을 조사 하는 동안, 상기 기판(1)을 고정하도록, 바람직하게 클램핑하도록 형성된 제 2 지그(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 장치.
  15. 제 13항 또는 14항에 있어서,
    상기 장치는 이온 에칭 시스템, 바람직하게 진공 작동식 이온 에칭 시스템(vacuum-operated ion etching system) 또는 집속 이온 빔 또는 광역 이온 빔으로 샘플을 처리하도록 형성된 처리 시스템의 일부로서 형성되거나,
    상기 장치는 독립형 장치(stand-alone device)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)의 제조 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 방법 및/또는 장치에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P).
  17. 지지된 구조부(4) 및 지지 구조부(5)를 포함하는 기초 구조부(3)를 가지는 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)로서,
    상기 지지된 구조부(4)는 상기 지지 구조부(5)에 의해 지지되며,
    상기 지지 구조부(5)는 지그(6)에 의해 고정되도록 형성되며,
    상기 지지된 구조부(4)는 상기 지지된 구조부(4)의 표면에 복수의 채널 구조부(7a, 7b, …)를 형성하여, 상기 지지된 구조부의 표면의 적어도 한 부분에서 박판화되어서, 상기 채널 구조부(4)의 종방향(D)이 상기 지지된 구조부(4)의 세로방향의 연장부(L)에 수직으로 정렬되는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P).
  18. 제 1항 내지 17항에 따른 미세 구조 물질 진단용 샘플(P)로서,
    상기 지지된 구조부(4)의 박판화된 부분(들), 바람직하게 박판화 후, 상기 지지된 구조부(4)의 서로 반대측에 있고 반대에 위치하는 두 측면(4c, 4d)에 형성되는 두 개의 채널 구조부(7a-1, 7a-2, 7b-1, 7b-2, …) 사이에 남아 있는 잔여 영역 또는 잔여 영역들(8a, 8b, …)은 경계를 포함하여 0.5~50㎛, 바람직하게 5~20㎛인 상기 지지된 구조부(4)의 기판의 평면(1a)에 수직인 최소 두께(dmin)를 가지는 것을 특징으로 하는, 미세 구조 물질 진단용 샘플(P).
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