KR20170041158A

KR20170041158A - 미세구조 진단을 위한 샘플을 제조하기 위한 방법, 및 미세구조 진단을 위한 샘플

Info

Publication number: KR20170041158A
Application number: KR1020160129306A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 클라우제; 게오르크 슈써; 토마스 회헤; 리하르트 부쉬
Original assignee: 프라운호퍼-게젤샤프트 추르 푀르데룽 데어 안제반텐 포르슝 에 파우
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-04-14
Also published as: JP2017072596A; US10734193B2; US20170097290A1; KR102656748B1; EP3153838A1; JP6738257B2; CN106969954A; EP3153838B1; TWI709738B; TW201713930A

Abstract

미세구조 진단을 위한 샘플을 제조하기 위한 방법에서, 샘플 부분 (PA) 은 재료 삭마 프로세싱에 의해 샘플 보디에 제조된다. 추후, 검사 구역은 샘플 부분에 생성되고, 상기 검사 구역은 검사될 타겟 구역 (ZB) 을 포함한다. 방법은 다음 스텝들:
상기 샘플 부분의 적어도 하나의 표면에 타겟 구역을 포함하는 테라싱 존 (TBZ) 을 생성하는 스텝으로서, 상기 표면에 대해 비스듬히 연장되는 플랭크들 (F1, F2) 을 구비한 적어도 하나의 노치 (K) 는 상기 테라싱 존을 생성하기 위해 재료 삭마 빔 프로세싱에 의해 상기 타겟 구역 옆에 생성되는, 상기 테라싱 존 (TBZ) 을 생성하는 스텝; 및
상기 타겟 구역 (ZB) 이 이온 빔 (IB) 의 인입 방사 방향으로 노치 뒤에 놓이도록 상기 노치 (K) 의 연장 방향에 비스듬히 상기 표면으로 그레이징 입사 하에 방사되는, 이온 빔 (IB) 에 의해 테라싱 존 (TBZ) 의 구역에 샘플 부분 (PA) 의 재료를 삭마하는 스텝을 포함한다.

Description

미세구조 진단을 위한 샘플을 제조하기 위한 방법, 및 미세구조 진단을 위한 샘플{METHOD FOR PREPARING A SAMPLE FOR MICROSTRUCTURE DIAGNOSTICS, AND SAMPLE FOR MICROSTRUCTURE DIAGNOSTICS}

본 발명은 미세구조 진단을 위한 샘플을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 샘플 부분은 재료 삭마 프로세싱에 의해 샘플 보디에서 제조되고 검사 구역은 추후 샘플 부분에서 생성되고, 상기 검사 구역은 검사될 타겟 구역을 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 사용해 제조될 수도 있는 미세구조 진단을 위한 샘플에 관한 것이다.

바람직한 적용 분야는 투과 전자 현미경 관찰 (TEM) 에 의한 미세구조 진단을 위한 샘플들의 제조이다. 여기에서, 투과 전자 현미경 관찰에 의한 미세구조 진단에 적합한 샘플들은 또한 TEM 샘플들로서 지칭된다.

미세구조 진단을 위한 샘플들의 제조를 위해 가능한 한 정확하고, 가공물들 (artefacts) 이 적고, 신뢰성있고 신속한 기술들이 추구된다. TEM 샘플들은 비교적 얇은 전자 투명 검사 구역, 즉 전자 빔이 통과할 수 있는 검사 구역을 구비한 샘플 부분을 요구한다. 검사될 타겟 구역은 이 전자 투명 검사 구역에 놓여야 한다. 타겟 구역은 검사에 관련된 공간적으로 제한된 구역이다.

원칙적으로, 특히 세라믹 및 반도체의 경우에, 비교적 적은 가공물들을 갖는 순수하게 기계적 방식으로 박형화 (thinning) 가 가능하지만, 이것은 적어도 어느 정도 재현가능한 샘플 품질을 이끌기 위해서 많은 기술적 숙련을 요구한다. 더욱이, TEM 샘플들에서 충분히 얇은 전자 투명 구역들을 생성하기 위한 다수의, 부분적으로, 매우 복잡한 기술들이 이미 존재한다. 특히, 이 기술들은 기계적 사전 박형화 (연삭, 연마, 캐비티 연삭) 를 포함하고, 그 후 이온 빔 에칭 프로세스가 뒤따르고, 얇은 섹션들에서 절삭은 포커스드 이온 빔 (FIB) 및 초박절편법을 이용한다.

레이저 빔 프로세싱과 이온 빔 프로세싱의 조합으로 작동하는 TEM 샘플 제조를 위한 방법들은 또한 이미 제안되었다. 예로서, DE 10 2004 001 173 B4 는, 좁은 웨브가 유지되도록 진공 챔버에서 초단파 펄스 레이저 삭마에 의해 샘플 재료의 기판으로부터 재료가 삭마되고, 전자 투명 구역이 상기 웨브의 구역에서 발생하도록 상기 웨브가 추후 불활성 가스 이온들에 의해 평평한 각도로 공격받는 (bombarded), TEM 샘플들을 제조하기 위한 방법을 기재한다.

현재, 레이저 기반 샘플 제조는 무시할 수 없는 레이저 영향 층으로 인해 TEM 샘플들의 제조를 위해 단지 제 1 스텝일 수도 있고, 상기 제 1 스텝 후 전자 빔 투명성이 설정되는 손상이 적은 제 2 스텝이 뒤따라야 하는 것으로 상정된다. 이런 제 2 스텝은 전형적으로 포커스드 이온 빔 (FIB) 또는 브로드 이온 빔 (BIB) 을 사용해 실시된다.

포커스드 이온 빔 (FIB 프로세싱) 및 브로드 빔 프로세싱 (BIB 프로세싱) 에 의한 프로세싱은 특히 발생하는 비용 면에서 상이하다. 브로드 이온 빔 에칭 설비는 적당한 취득 비용으로 상업적으로 이용가능하고, 전기 및 에칭 가스와 유지보수 비용 이외의 후속조치 비용을 거의 발생시키지 않고 기술진에 의해 문제 없이 작동될 수 있지만, FIB 프로세싱을 위한 설비의 취득은 훨씬 더 높은 취득 비용에 의해 예산에 반영되고, 상기 설비는 유지보수 면에서 실질적으로 더욱 비경제적이고 브로드 이온 빔 에칭 기기보다 상당히 더 나은 훈련을 받은 운전자를 요구한다.

더욱이, FIB 및 브로드 이온 빔 제조에 의해 생성된 샘플들 간에 액세스가능한 기하학적 구조 면에서 분명한 차이가 있다. 비교적 낮은 선량 (dose) 의 결과로서, FIB 빔들의 전체 체적 삭마율들은 브로드 이온 빔 설비들의 삭마율들보다 상당히 더 낮다. 결과적으로, 실제 제한은 액세스가능한 샘플 치수에 대한 FIB 기술에 있는데 - 요즘, TEM 에 의한 검사를 위한 전형적인 FIB 라멜라들은 예컨대 20×5×0.5 ㎛³ 의 치수를 갖는다.

한편, 대면적 TEM 제조 검사는 더욱더 중요해지고 있다. 이것은 예를 들어 3-D 집적 마이크로전자 부품들의 TEM 검사를 고려했을 때 해당한다. 여기에서, 재료 삭마 프로세싱에 의해, 예컨대 레이저 빔 프로세싱에 의해 샘플 보디로부터 비교적 대면적의, 얇은 샘플 부분을 제조하고, 추후에 샘플 부분에 검사될 타겟 구역을 포함하는 전자 투명 검사 구역을 생성하도록 시도된다.

본 발명의 목적은 서두에 제시된 유형의 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법에 의해 검사될 재료가 가능한 한 적게 손상되면서, 측방향으로 타겟 방식으로 비교적 단시간 내에 예비 제조된 샘플 부분들에 조건들을 조성할 수 있고, 상기 조건들은 특히 투과 전자 현미경 관찰에 의해 미세구조 진단 방법에 의해 관심 타겟 구역을 검사할 수 있도록 한다. 추가 목적은 특히 투과 전자 현미경 관찰에 의한 미세구조 진단을 위한 샘플을 제공하는 것이고, 상기 샘플은 미리 정할 수 있는 타겟 구역에 적은 손상을 입히며 제조된, 검사에 적합한, 검사 구역을 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 청구항 1 의 특징들을 가지는 방법을 제공한다. 또한, 상기 목적은 청구항 14 의 특징들을 가지는 샘플에 의해 달성된다. 유리한 개선예들은 종속항들에서 명시된다. 모든 청구항들의 표현은 참조로 상세한 설명의 내용에 통합된다.

방법에서, 검사될 타겟 구역을 포함하거나 구비한 테라싱 존이 샘플 부분의 적어도 하나의 표면에 생성된다. 테라싱 존을 생성하기 위해, 표면에 대해 비스듬히 연장되는 플랭크들을 가지는 적어도 하나의 노치가 재료 삭마 빔 프로세싱에 의해 타겟 구역 옆에, 즉 타겟 구역으로부터 측방향 오프셋되어 생성된다. 여기에서, 용어 "노치" 는 표면으로부터 샘플 부분의 깊이로 도입되는 절개부를 나타내고, 상기 절개부는 미리 정할 수 있는 연장 방향으로 연장되고 일반적으로 연장 방향에 수직으로 측정가능한 노치의 폭보다 수 배 더 큰 연장 방향으로 측정된 길이를 갖는다. 노치는 선택적으로 또한 간극으로서 지칭될 수도 있다. 여기에서, 용어 "경사" 는 (가상) 선 또는 평면으로부터 특정 각도만큼 벗어난 방향 또는 배향, 즉 비평행 배향을 나타낸다. 이것은 수직 배향을 포함하고 마찬가지로 수직 배향에서 벗어난 경사 배향들을 포함한다. 예로서, 단면에서, 노치는 V 형상 또는 표면에 대략 수직으로 배향되는 플랭크들을 가질 수도 있다.

충분히 얇은 샘플 부분과 노치의 대응하는 깊이의 경우에, 노치는 관통 슬롯의 방식으로 샘플 부분의 일 표면에서 대향한 표면을 통과할 수도 있다. 또한 노치는 트렌치 또는 그루브의 방식으로 샘플 부분 내에서 끝나서 대응하는 위치에서 샘플 부분의 두께보다 적은 깊이를 가질 수 있다. 노치의 플랭크들은 표면에 거의 수직이거나 90°에서 크게 벗어난 각도로 연장될 수도 있고 거의 확연한 가장자리를 형성한 인접한 표면 구역에서 표면으로 합쳐질 수도 있다. 가장자리의 구역에서 표면과 플랭크 사이 각도는 예컨대 90° ~ 75°의 범위에 있을 수도 있다.

노치 생성 작동을 완료한 후, 샘플 부분의 재료는 추가 방법 스텝에서 이온 빔에 의해 테라싱 존의 구역에서 표면으로부터 삭마된다. 여기에서, 이온 빔은 노치의 연장 방향에 대해 비스듬히 그리고 그레이징 입사 (표면에 대해 비교적 작은 각도) 하에 표면에 방사된다. 이온 빔의 인입 방사 방향은 노치의 연장 방향에 수직으로 또는 수직 배향에서 벗어나 수직 배향에 대해 비스듬히 연장될 수도 있고 타겟 구역이 이온 빔의 인입 방사 방향으로 노치 뒤에 놓이도록 선택된다.

예로서, 이온 빔은 포커스드 이온 빔 (FIB) 또는 브로드 이온 빔 (BIB) 일 수도 있다.

테라스들은 이온 빔의 이런 인입 방사 조건들 하에 테라싱 존 내에 형성되고, 상기 테라스들은 시간이 경과함에 따라 실질적으로 이온 빔의 인입 방사 방향으로 스프레드된다. 발명자들의 발견에 따르면, 토포그래피의 이런 전개는, 특히, 타겟 구역에 더 가까이 놓여 있고 플랭크와 표면 사이 전이부에서, 즉 가장자리 구역에서 이온 빔에 의해 직접 조사되는 노치의 플랭크 구역에서 이온 빔의 이온들의 국부적 입사각에 의존하는 방식으로 샘플 재료의 다른 에칭률들로부터 기인한다. 여기에서, 이 플랭크는 또한 "후방 플랭크" 로도 지칭되는데, 왜냐하면 이온 빔의 빔 방향으로 고려했을 때, 그것은 타겟 구역으로부터 더 멀리 이격되어 놓여 있고 또한 여기에서 "전방 플랭크" 로도 지칭되는, 후방 플랭크에 대향한 플랭크 뒤에 놓여 있기 때문이다.

그레이징 입사 (샘플 부분의 표면과 이온 빔의 인입 방사 방향 사이 비교적 작은 각도 (예컨대 15° 미만)) 및 표면에 대한 후방 플랭크의 경사 배향으로 인해, 이온 빔의 이온들은 대향한 플랭크 (전방 플랭크) 에 의해 섀도잉되지 않는 후방 플랭크의 상부에 거의 수직으로 입사된다. 동시에, 그레이징 입사 하에 방사되는 이온들은 표면에 대해 매우 평평한 각도로 노치 뒤의 표면에, 즉 타겟 구역을 마주보는 노치 측에 입사된다. 전형적으로 입사각에 강하게 의존하는 이온 빔 프로세싱의 에칭률들의 경우에, 입사각의 이런 차이는 깊이 면에서 진행하는 것보다 원래 표면에 평행한 방향으로 수 배 더 빠르게 테라스들이 스프레드하도록 한다. 그러므로, 인입 방사선 방향으로 보았을 때, 노치 뒤의 표면은 더 강하게 삭마되고 따라서 노치 전방의 구역에서보다 더 낮게 놓여 있도록 표면에서 일 유형의 스텝이 노치 구역에서 발생한다. 증가하는 방사 시간으로, 스텝은 노치로부터 이격되게 이동한다.

이 경우에, 스텝의 높이, 즉 노치 앞과 노치 뒤 표면 구역들간 레벨 차이는 실질적으로 이온 빔의 입사각 및 인입 방사 방향으로 측정된 노치의 유효 폭에 따른다. 여기에서, 각각의 위치에서 노치의 유효 폭이 증가함에 따라 스텝 높이는 증가한다. 노치 뒤 구역에서 테라싱의 결과, 표면의 원래 레벨에 대해 샘플 부분의 표면의 균일한 리세스가공이 이런 식으로 획득될 수 있도록 표면은 이온 빔 프로세싱을 통하여 표면의 원래 높이에 실질적으로 평행하게 리세스가공되고, 상기 리세스가공은 배열체의 기하학적 구조에 의해 정확히 규정가능하다.

그리하여 적합한 절차의 경우에 TEM 샘플들에 대해 달성될 수 있는 것은, 샘플 부분이, 첫째, 관심 타겟 구역에서 TEM 검사하기에 충분히 얇게 되지만, 둘째, 바로 옆의 타겟 구역에서 이온 빔 프로세싱에 의해 유발되는 홀을 포함하지 않는 것이다. 이러한 박형화는 특히 안정성을 위해 유리하고, 비교적 큰 전자 투명 검사 구역들 및/또는 미리 규정된 복수의 위치들에서 전자 투명 검사 구역들을 생성할 수 있는 가능성을 제공한다.

방법은 또한 유리하게도 미세구조 진단의 다른 검사 방법들을 위한 샘플들의 경우에, 예컨대 x 선 현미경 관찰 (XRM) 또는 원자 탐침 단층 촬영 (APT) 을 위한 샘플들의 경우에 적용될 수도 있다. 이 경우에, 검사 구역은 전자 투명일 필요는 없고; 그 대신, 전술한 절차는 실질적으로 전적으로 예비 제조에 의해 손상될 수도 있는 표면에 가까운 구역에서 재료를 제거하기 위해 사용될 수도 있다.

일 개선예에서, 방법은 투과 전자 현미경 관찰 (TEM) 에 의한 미세구조 진단에 적합한 샘플을 제조하도록 설계되고, 전자 투명 검사 구역, 즉 전자 빔이 통과할 수 있고, 타겟 구역이 놓여 있는 검사 구역이 샘플 부분에 생성된다. 예로서, 검사 구역은 몇 나노미터 (예컨대 10 ㎚) ~ 수 백 ㎚ (예컨대 최대 0.5 ㎛) 범위의 두께 또는 재료 강도를 가질 수도 있다.

노치는 방법의 바람직한 실시형태들에서 레이저 빔 프로세싱에 의해 샘플 부분의 표면으로 도입된다. 레이저 마이크로프로세싱으로, 발생한 테라스들이 샘플 부분의 표면에 대해 정확히 가이드될 수 있도록 (관통 또는 비관통) 노치들을 예를 들어 레이저 프로세싱을 통하여 사전 프로세싱된 얇은 샘플 부분으로 타겟 방식으로 도입시킬 수 있는 기구가 이용가능하다. 대안적으로, 또한 이온 빔, 예를 들어 포커스드 이온 빔 (FIB) 을 사용해 노치를 도입할 수 있다. 이를 사용해, 레이저 빔 프로세싱의 경우보다 더 작은 폭들과 깊이들을 가지는 노치들을 생성할 수도 있다. FIB 프로세싱은, 예를 들어 단지 여전히 몇 백 ㎚ 두께인 FIB 라멜라들의 최종 박형화에 유리할 수도 있다

단지 단일 노치만 테라싱 존으로 도입되면 충분할 수도 있다. 하지만, 예컨대 서로 평행하게 놓여 있을 수도 있는, 서로에 대해 측방향 거리를 가지고 연장되는 복수의 노치들이 종종 테라싱 존에 생성된다. 측방향 거리는 노치들의 연장 방향에 수직으로 측정될 수도 있다. 서로 오프셋되어 놓여 있는 2 개 이상의 노치들을 갖는 노치들의 패밀리를 통하여, 복수의 노치들에 대해 스텝들이 이동하거나 전파될 수 있도록 에칭 시간 (조사 시간) 이 선택된다면 이온 빔 프로세싱을 통하여 단일 노치에서 발생하는 스텝 높이의 배수를 생성할 수 있게 된다. 결과적으로, 단일 노치에서 획득가능한 테라스 스텝 높이의 배수만큼 표면을 연속적으로 낮출 수 있다.

원칙적으로, 테라싱 존에서 노치들 개수에 제한은 없다. 하지만, 노치를 위한 생성 시간, 삭마된 재료와 안정성의 상호 영향을 제한하기 위해, 대응하는 타겟 구역에 단지 비교적 적은 수의 노치들, 예를 들어 2 개, 3 개, 4 개, 5 개 또는 6 개의 노치들을 제공하는 것이 합당한 것으로 발견되었다.

서로에 대해 오프셋된 노치들, 예컨대 서로 평행한 노치들의 상호간 거리는 프로세스를 제어하기 위한 추가 영향을 미치는 파라미터로서 사용될 수도 있다. 원칙적으로, 인접한 노치들 사이 거리가 더 짧을수록, 스텝들은 더 빨리 생성될 수도 있다. 한편, 샘플의 안정성은 서로 너무 가까이 놓여 있는 노치들에 의해 악영향을 받을 수도 있다. 노치들의 일반적인 연장 방향에 수직으로 측정된, 인접한 노치들 사이 거리는 이 방향으로 노치들의 폭과 일치할 수도 있다. 예로서, 거리는 개별 노치 폭의 2 배 ~ 10 배, 특히 2 배 ~ 5 배일 수도 있고; 그것은 가능하다면 또한 이보다 더 클 수도 있다.

노치들의 설계와 치수들을 통하여 박형화 프로세스에 영향을 미칠 수 있다. 여기에서, 예컨대 표면에서 측정된 노치의 폭은 상류 표면과 하류 표면 사이 노치에서 발생하는 스텝 높이에 결정적인 영향을 미친다. 노치의 폭 (표면에서 측정) 이 대략 10 ㎛ ~ 대략 50 ㎛ 의 범위에 있도록 노치가 예컨대 레이저 빔 프로세싱에 의해 생성된다면 유리한 것으로 발견되었다. 상업적 이온 빔 프로세싱 설비들에서 이온 빔들의 전형적인 입사각들 (예컨대 표면에 대해 4° ~ 10°) 의 경우에, 이것은 노치당 약 몇 마이크로미터 정도의 유효 스텝 높이들을 발생시킨다. 예로서, 이온 빔 입사각을 80°로 가정했을 때 (표면 법선에 대해 측정), 노치의 연장 방향에 수직으로 이온 조사하는 경우에 15 ㎛ 의 폭을 갖는 노치는 대략 2.5 ㎛ 의 스텝 높이를 유발할 것이다.

특히 이런 경우에, 바로 인접한 노치들 사이 거리가 20 ㎛ ~ 100 ㎛ 의 범위, 특히 대략 50 ㎛ ~ 대략 80 ㎛ 의 범위에 있다면 유리한 것으로 발견되었다. 이 결과로서, 충분히 빠른 프로세싱 시간과 충분한 안정성 사이에 양호한 절충안을 얻을 수 있다.

노치가 단지 대략 250 ㎚ 의 폭을 갖는다면, 대략 44 ㎚ 의 스텝 높이가 동일한 인입 방사 조건들 하에 발생할 것이다. 이러한 좁은 노치들 (예컨대 대략 50 ㎚ ~ 대략 250 ㎚ 의 폭을 가짐) 은 예컨대 FIB 프로세싱에 의해 생성될 수도 있다. 인접한 노치들 사이 합당한 거리 범위는 대응하여 더 작을 것이다. 이 경우에, 예컨대 200 ㎚ ~ 500 ㎚ 범위의 거리가 합당할 수 있다.

노치는 그것의 전체 길이에 대해 실질적으로 일정한 폭 (프로세스 관련 변화 범위 내) 을 가질 수도 있다. 하지만, 이것은 강제적인 것은 아니다. 일부 방법 변형예들에서, 연장 방향으로 변하는 폭을 가지는 적어도 하나의 노치가 생성된다. 예로서, 노치는 하나 이상의 국부적 확장 구역들을 가질 수도 있고 또는, 연장 방향을 따라 폭이 연속적으로 증가 또는 감소하도록, 평면도에서, 쐐기 형상의 설계를 가질 수도 있다. 이 결과로서, 노치의 연장부를 따라 국부적으로 다른 삭마 높이들을 획득할 수 있고, 폭 프로파일에 의해 상기 삭마 높이들을 미리 정할 수 있다. 바람직하게, 이 노치와 타겟 구역 사이에 추가 노치들이 놓여 있지 않을 것이다. 결과적으로, 다른 삭마 높이들이 특히 정확하게 미리 정될 수도 있다.

많은 경우에, 직선 프로파일을 갖는 하나 이상의 노치들이 테라싱 존에 생성된다. 이 노치들은 특히 간단하게 생성가능하다. 하지만, 직선 프로파일이 강제적인 것은 아니다. 일부 방법 변형예들에서, 변하는 연장 방향과 비선형 연장부를 가지는 적어도 하나의 노치가 생성된다. 예로서, 노치는 아치형 연장부 또는 반원 형태의 연장부를 가질 수도 있다. 또한 노치는 사행 (meandering) 연장부 또는 일반적으로 전후로 이어지는 연장부를 가질 수 있다. 실질적으로 일정한 폭을 갖는 노치의 경우에, 노치의 다른 유효 폭들 (이온 빔의 인입 방사 방향에 평행하게 측정) 은, 이온 빔의 인입 방사 방향에 대해, 노치의 연장부를 따라 변하는, 노치 부분들의 배향으로 인해 발생하고, 그 결과 다른 삭마 높이들 또는 스텝 높이들이 또한 노치 부분들 뒤의 구역들에서 획득가능하다. 따라서, 노치들의 임의의 비선형 연장부들을 규정함으로써 타겟 방식으로 삭마 높이들의 공간적 분포를 제어할 수 있다. 바람직하게, 비선형 연장부를 갖는 이 노치와 타겟 구역 사이에 추가 노치가 놓여 있지 않을 것이다. 결과적으로, 다른 삭마 높이들이 특히 정확하게 미리 정해질 수도 있다.

본 방법을 이용해 계단형으로 샘플 부분의 단일 표면을 단지 낮출 수 있다. 일부 경우에, 테라싱 존이 각 경우에 샘플 부분의 양측에 발생하도록 적어도 하나의 노치가 샘플 부분의 제 1 표면과 샘플 부분의 대향한 제 2 표면 양자에 도입되고 그 후 제 1 표면 및 제 2 표면에서 전술한 방식으로 그레이징 입사 하에 이온 빔에 의해 테라싱 존의 구역에서 재료가 삭마되도록 노치 생성 작동 중 샘플 부분이 양측에서 프로세싱되도록 제공된다. 이런 식으로, 완성된 샘플의 프로세싱 시간은 추가로 감소될 수도 있다.

예를 들어 레이저 빔 프로세싱에 의해, 노치들을 생성할 때, 생성된 노치 근방의 표면에 또는 플랭크와 표면 사이 전이부에서 가장자리 구역에 침전물들 (deposits) 이 있을 수도 있다. 검사는, 이러한 잔해 침전물들이 더 거친 삭마 영역들을 유발할 수 있음을 보여주었다. 이러한 문제점들을 회피하기 위한 한 가지 옵션은 노치를 생성하기 위한 재료 삭마 빔 프로세싱 전 표면에 보호층을 적용하는 것으로 구성되고, 샘플 부분에서 노치는 추후 보호층을 통하여 생성되고 보호층은 추후 표면으로부터 다시 제거된다. 가능한 침전물들은 그 후 보호층에 침전되고 노치의 플랭크와 인접한 표면 사이 매우 깨끗한 가장자리들과 침전물들이 없는 매우 깨끗한 표면들이 노치들의 구역에 존재하도록 보호층으로 제거될 수도 있다. 후속 이온 빔 프로세싱에서 삭마 조건들은 노치의 길이에 대해 특히 정확하고 균일하게 설계될 수도 있다.

이온 빔의 인입 방사 방향이 전체 조사 시간 동안 변하지 않도록 정적 프로세스로서 이온 빔에 의한 재료의 삭마를 실시할 수 있다. 이 결과로서, 정확히 규정된 기하학적 조건들을 노치들의 구역에서 미리 정할 수 있다. 하지만, 또한, 이온 빔에 의해 재료를 삭마할 때 삭마 중, 대응하는 입사각 범위에 대해, 예를 들어 주요 인입 방사 방향 주위로 ±5°의 입사각 범위에 대해 주기적으로 또는 비주기적으로 방위각 방향으로 그리고/또는 수직 방향으로 이온 빔의 인입 방사 방향을 바꾸는 것이 합당할 수도 있다. 결과적으로, 예를 들어, 감소된 삭마율을 갖는 위치에서 진행하는 표면에 원치 않는 "커튼" 효과, 즉 파형 구조의 형성을 회피할 수도 있다.

본 발명은 또한 미세구조 진단을 위한 샘플에 관한 것으로, 샘플은, 특히, 본원에서 설명한 방법에 의해 획득가능하거나 획득된다.

샘플은 검사될 타겟 구역을 포함하는 검사 구역을 가지는 샘플 부분을 포함한다. 표면에 대해 비스듬히 연장되는 플랭크들을 구비한 적어도 하나의 노치는 샘플 부분의 적어도 하나의 표면에서 검사 구역 옆에 놓여 있다. 검사 구역에서 떨어진 노치 측에서 표면 레벨은 검사 구역에서 표면 레벨보다 더 높다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 검사 구역에서 떨어진 노치 측에서 샘플 두께는 검사 구역에서 샘플 두께보다 더 클 수도 있다.

본 발명의 추가 장점들과 양태들은, 도면들을 토대로 이하 설명되는, 본 발명의 바람직한 예시적 실시형태들에 대한 추후 설명과 청구항에 나타나 있다.

도 1 은 제조 프로세스 단계 동안 투과 전자 현미경 관찰에 의한 미세구조 진단을 위한 샘플의 예시적 실시형태의 경사 상면도를 도시한다.
도 2 는 노치의 구역에서 이온 빔의 그레이징 입사 하에 이온 빔 에칭하는 경우에 시간의 경과에 따른 발생한 테라스의 전개를 개략적으로 보여준다.
도 3a 내지 도 3c 는 복수의 연속적 노치들에서 단일 테라스 레벨 높이의 배수만큼 표면을 연속적으로 낮춘 결과를 보여준다.
도 4a 및 도 4b 는, 3 개의 상호 평행한 노치들이 레이저 빔 프로세싱에 의해 도입된, 샘플 부분의 표면의 광 현미경 기록을 기반으로 한 예시적 실험 결과들 (도 4a), 및 이온 조사의 완료 후 계단형 표면 구조의 레이저-프로필로메트릭 측정의 다이어그램 (도 4b) 을 보여준다.
도 5a 및 도 5b 는 비교적 얇은 샘플 부분의 양측에 노치들을 생성하는 다른 가능성들을 보여준다.
도 6 의 (a) 및 도 6 의 (b) 는, 도 6 의 (a) 에서는, 샘플 부분의 표면 일부의 개략적 상면도를 보여주고, 도 6 의 (b) 에서는, 도 6 의 (a) 에서 B-B 선을 따라 샘플 부분을 관통하는 수직 단면을 보여준다.
도 7 은 다른 예시적 실시형태에 따른 노치들을 구비한 샘플 부분의 표면의 상면도를 개략적으로 보여준다.
도 8a 내지 도 8c 는 샘플 제조의 전체 프로세스에 노치 생성 작동을 포함하기 위한 다른 가능성들을 보여준다.
도 9 는, 노치들이 연장 방향으로 차단되는 노치들로서 설계되는 예시적 실시형태를 보여준다.
도 10 은 반원형으로 타겟 구역 둘레에 배치된 노치들과 이온 빔의 인입 방사 방향의 방위각 변화를 갖는 예시적 실시형태를 보여준다.
도 11 은, 판형 샘플 부분이 양측에 다르게 배향된 노치들을 구비하고 조정된 다른 방향들로부터 이온 빔들로 프로세싱되는 예시적 실시형태를 보여준다.
도 12 는 원자 탐침 단층 촬영 (APT) 또는 x 선 단층 촬영 또는 x 선 현미경 관찰 (XRM) 을 사용해 미세구조를 검사하기 위한 회전 대칭 샘플의 제조를 개략적으로 보여준다.
도 13 은 원자 탐침 단층 촬영 또는 x 선 단층 촬영 또는 x 선 현미경 관찰을 사용해 미세구조를 검사하기 위한 회전 대칭 샘플의 다른 제조를 개략적으로 보여준다.
도 14 는 FIB 라멜라의 제조를 개략적으로 보여주고, 노치는 포커스드 이온 빔에 의해 타겟 구역 옆에 생성된다.

주장된 발명에 따른 예시적 방법들의 다양한 양태들이 이하 설명된다. 방법들에서 공통적인 것은, 후속 이온 빔 프로세싱에 의해 규정된 삭마 프로세스들을 획득하기 위해서 샘플 부분에 마이크로스케일 또는 나노스케일 노치들 또는 간극들을 타겟식 도입한 것이다.

개관 및 명료성의 이유로, 다양한 예시적 실시형태들에서 동일하거나 유사한 요소들은 부분적으로 동일한 도면 부호들로 표시된다.

도 1 은 샘플의 제조 프로세스 단계 또는 제조 프로세스 동안 투과 전자 현미경 관찰 (TEM) 에 의한 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 의 예시적 실시형태의 경사 상면도를 도시한다. TEM 샘플로도 지칭되는 샘플은, 검사될 재료의 더 큰 재료 피스로부터 레이저 프로세싱에 의해 제조된 실질적으로 판 형상의 샘플 보디 (PK) 를 갖는다. 예컨대 대략 100 ㎛ ~ 150 ㎛, 또는 최대 250 ㎛ 의 두께를 가질 수도 있는 일반적으로 판 형상의 샘플 보디는 대략 반원의 기본 형상을 갖는다. 2 개의 삼각형 리세스들 (A1, A2) 은 원을 반으로 나누는 측 (S) 에 대향하여 제공되고, 상기 삼각형 리세스들은 서로 수직으로 정렬되는 2 개의 가장자리들에 의해 구획된다. 이런 기하학적 구조는 여기에서 더이상 상세히 설명되지 않는 클램프에서 정확한 위치로 샘플 보디 또는 전체 샘플의 부착을 간단하게 하고, 샘플 또는 샘플 보디는 제조 프로세스의 다양한 프로세싱 스텝들을 위해 고정될 수도 있다. 샘플 보디의 기하학적 구조는 리세스의 기능과 함께 EP 2 787 338 A1 에 설명되는 샘플들의 기하학적 구조와 유사하다. 이 점에 있어서, 본원의 설명이 참조된다.

실질적으로 판 형상의 샘플 부분 (PA) 은 레이저 프로세싱에 의해 샘플 보디의 재료로 리세스들에 대향하여 놓여 있는 측 (S) 에서 원을 분할하는 선의 대략 중심에 제조되었다. 샘플 부분 (PA) 은 대략 평행 평면 라멜라의 형태를 가지고, 그것의 두께 (평면의 연장부에 수직으로 측정) 는 예컨대 10 ~ 20 ㎛ 의 범위에 있을 수도 있다. 샘플의 타겟 구역 (ZB), 즉 샘플 제조를 완료한 후 투과형 전자 현미경을 사용해 미세구조 및 그것의 다른 특성을 고려하여 검사되어야 하는 구역이 샘플 부분 (PA) 내에 놓여 있다.

TEM 샘플들의 경우에, 본 방법의 목적은 샘플 부분 (PA) 에서 전자 빔들에 대해 투과형인 검사 구역, 즉 전자 투명 검사 구역을 생성하는 것이다. 많은 재료들에서, 대략 10 ㎚ 또는 수십 ㎚, 최대 몇 백 ㎚, 바람직하게 1 ㎛ 미만의 잔류 두께가 검사 구역에 남아있다면 전자 투명성이 달성될 수도 있다.

전자 투명성의 생성은, 샘플을 손상시키지 않거나, 단지 샘플을 무시해도 될 정도만 손상시키고, 전체적으로 가능한 한 적은 프로세싱 시간을 단지 요구하는 목표로 가능한 최대로 지향되어야 한다. 이를 위해, 예시적 경우에, 관심 타겟 구역과 비교해 실질적으로 더 큰 전체 샘플 부분 (PA) 이 전자 투명성을 가지도록 하는 요구는 없고; 그 대신, 샘플 부분의 단지 작은 부분에서 타겟 제조를 실시하면 충분하다. 더욱이, 특히 안정성을 위해, 가능한 한 평행한 평면이도록 라멜라형 얇은 샘플 부분 (PA) 을 박형화하도록 시도되어서, 타겟 구역 (ZB) 에서 샘플은 TEM 검사를 위해 충분히 얇지만 직접적으로 타겟 구역에 홀이 존재하지는 않는다. 여기에서 설명된 방법 변형예를 사용할 때, 이 목표는 체계적으로 재현가능하게 달성될 수 있다.

예시적 경우에, 테라싱 존 (TBZ) 은 본 방법 중 도 1 에서 볼 수 있는 샘플 부분 (PA) 의 평면 표면 (OB) 에 생성되고, 상기 테라싱 존은 추후 테라싱 존 내에서 타겟식 단계적 방식으로 재료를 삭마하도록 그레이징 입사 하에 이온 빔 (IB; 예컨대, Ar+ 브로드 이온 빔) 에 의해 조사된다. 이 점에 대한 세부 사항은 도 1 및 도 2a 내지 도 2d 와 함께 보다 상세히 설명된다.

테라싱 존을 생성하기 위해, 표면 (OB) 에 대해 비스듬히 연장되는 플랭크들 (F1, F2) 을 구비한 적어도 하나의 노치 (K) 는 레이저 (도 2a 참조) 를 사용해 재료 삭마 빔 프로세싱에 의해 타겟 구역 (ZB) 옆에 생성된다. 도 1 의 실시예에서, 3 개의 상호 평행한 직선형 노치들 (K1, K2, K3) 이 타겟 구역 (ZB) 옆에 생성되었고, 상기 노치들은 이온 빔 (IB) 의 인입 방사 방향 (화살표로 나타냄) 으로 서로에 대해 거리를 갖는다.

노치 생성 작동의 완료 후, 타겟 구역 (ZB) 이 인입 방사 방향 (도 1 의 화살표들 참조) 으로 노치 (K1, K2, K3 또는 K) 뒤에 놓이도록, 그레이징 입사 하에, 표면 (OB) 으로 노치들의 연장 방향에 비스듬히, 가능하다면 대략 수직으로 방사되는 이온 빔 (IB) 을 사용해 테라싱 존 (TBZ) 의 구역에서 샘플 부분 (PA) 의 재료가 삭마된다.

도 2 는 이온 빔 프로세싱 중 여러 경우에 테라싱 존 (TBZ) 의 노치 (K) 의 구역에서 조건들을 보여준다. 이것으로부터, 노치의 구역에서 이온 빔의 그레이징 입사 하에 이온 빔 에칭 중 테라스들이 발생하는 방법을 분명하게 확인할 수 있다.

도 2a 는, 예시적 경우에, 도면의 평면에 수직인 직선으로 연장되는 노치 (K) 의 구역에서 평면 표면에 수직인 샘플 부분 (PA) 을 관통한 개략적 단면도를 보여준다. 노치가 대향한 표면을 관통하지 않도록 노치 (K) 는 상기 방향으로 측정된 샘플 부분의 두께보다 작은, 표면에 수직으로 측정된, 깊이를 갖는다. 실질적으로 V 형상의 단면을 갖는 노치는 표면에 대해 비스듬히 연장되는 제 1 플랭크 (F1) 및 마찬가지로 상기 표면에 대해 비스듬히 연장되는 대향한 제 2 플랭크 (F2) 를 가지고, 상기 플랭크들은 V 형상으로 서로를 향하여 뻗어있고 노치의 베이스에서 만난다. 연관된 가장자리 (제 1 가장자리 (KT1), 제 2 가장자리 (KT2)) 의 구역에서, 경사 플랭크들은 각각의 경우에 이들에 인접한 표면 구역들 (제 1 표면 구역 (OB1), 제 2 표면 구역 (OB2)) 로 합쳐진다.

표면의 레벨에서, 노치는 연장 방향에 수직으로 측정된 폭 (B) 을 가지고, 이것은 예컨대 10 ㎛ ~ 30 ㎛ 일 수도 있다. 도 1 의 3 개의 노치들 (K1, K2, K3) 과 같이, 이온 조사에 의한 재료 삭마 스텝을 위한 이온 빔 (IB) 의 인입 방사 방향 (화살표) 에 대해 이온 빔이 노치들의 연장 방향 (종방향 연장) 에 실질적으로 수직으로 방사되도록 노치 (K) 가 정렬된다.

이온 빔 (IB) 은 그레이징 입사 하에 방사되고, 이 경우에 예컨대 15° 미만의 비교적 작은 각도 (W) 만 원래 표면 (OB) 과 이온 빔의 인입 방사 방향 사이에 포함되는 것을 의미한다. 특히, 이 각도는 4° ~ 10°의 범위에 있을 수 있다. x 선 회절 중 조건들의 방식에서, 표면에 수직으로 놓여 있는 평면에서 측정된 이 각도는 또한 여입사각 (W) 으로도 지칭된다. 이것은 이온 입사각 (IAW) 과 구별되어야 한다. 여기에서, 이온 입사각 (IAW) 은, 이온 빔의 인입 방사 방향이 각각의 표면에서 입사 지점에 표면의 법선을 포함하는 각도를 지칭한다. 전방 가장자리 (KT1) 바로 앞의 구역에서, 이온 입사각 (IAW) 은 여입사각 (W) 에 대해 90° 로 여각으로서 발생한다. 후방 플랭크 (F2) 에서, 이온 빔은 거의 수직으로 입사되고, 이것은 후방 플랭크의 법선에 대해 0°에 가까운 이온 입사각에 대응한다.

이런 인입 방사 조건들 하에, 도 2a 내지 도 2d 에 도시된 대로, 인입 방사 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 스프레드하는 테라스의 형성이 테라싱 존 (TBZ) 내에서, 각각의 경우에, 노치 뒤 구역에서 관찰된다. 토포그래피의 이런 전개는 실제로 모든 관련 재료들에서 이온 입사각에 의존하는 방식으로 비교적 크게 변하는 이온 에칭률로부터 주로 유발된다. 많은 재료들에서, 이온 조사의 경우에 삭마율은 대략 50° ~ 대략 75°의 이온 입사 각도들의 범위에서 최대값을 가지고, 이 최대값으로부터 진행할 때, 그것은 재료 특정 방식으로 더 작고 더 큰 이온 입사각 값들을 향해 더욱더 감소하고, 최대값에서 삭마율은 보통 2 ~ 10 배만큼 최소 삭마율과 상이하다. 예로서, J. Appl. Phys. 109, 043501 (2011) 의 Vollner, B. Ziberi, F. Frost 및 B. Rauschenbach 의 저에너지 이온 빔 스퍼터링 중 용융 실리카에 대한 토포그래피 진화 메커니즘은 이온 입사각에 대한 용융 실리카 스퍼터링 삭마율의 의존성을 결정하였고, 이용된 조건들 하에, 대략 75°의 이온 입사각에 대해 최대 에칭률이 획득되는 것을 보여주었다. 그것은 더 큰 입사각들 (최대 90°의 그레이징 입사) 및 더 작은 입사각들 (0°의 이온 입사각인 경우에 최대 수직 입사) 로 크게 감소한다. 예로서, 규소의 경우에 이온 입사각에 대한 스퍼터링 삭마율의 의존성은 A. Barna, Mat. Res. Soc. Proc. 254 (1992) 3 ~ 22 에서 설명되었다. 거기에서, 대략 55°의 이온 입사각에서 최대 에칭률이 존재하고 더 크고 더 작은 값들을 향해 삭마율이 크게 감소한다.

주장된 발명에 따른 방법들은 이런 의존성을 특정한 방식으로 이용한다. 테라싱을 갖는, 도 2 에 개략적으로 나타낸 토포그래피의 전개는, 주로, 타겟 구역 (ZB) 에 더 가까운 노치 (K) 의 후방 플랭크 (F2) 가 인접한 표면 (OB2) 으로 합쳐지는, 후방 가장자리 (KT2) 의 구역에서 상이한 에칭률들로부터 기인한다. 이 가장자리 구역에서, 그레이징 입사를 갖는 이온 빔 (IB) 은 후방 플랭크 (F2) 에 거의 수직으로 입사되고, 그 결과 비교적 높은 삭마율이 설정된다. 그에 반해서, 인접한 표면 (OB2) 에서 이온들은 비교적 평평하게, 즉 법선 표면에 대해 비교적 큰 이온 입사각 (예컨대 80° ~ 86°) 으로 입사된다. 이 차이들은 깊이 방향 (도 2 에서 하향) 보다 타겟 구역의 방향 (도 2 에서 좌측) 으로 테라스의 크게 더 빠른 스프레드를 이끈다. 테라싱이 설정된 (후방) 가장자리 (KT2) 는 또한 여기에서 테라스들의 생성을 위한 "초기 가장자리" 로서 지칭된다.

도 2a 는, 주목할 만한 재료 삭마가 플랭크들의 구역에서 아직 일어나지 않은, 시간 t₀ 에서 이온 조사를 시작할 때 상황을 보여준다. 더 늦은 시간 t₁ > t₀ (도 2b 참조) 에, 초기 가장자리의 구역에서 재료 삭마가 이미 시작되었고 스텝은 노치 (A) 로부터 더욱 증가하는 거리를 가지고 타겟 구역 (ZB) 의 방향으로 밀린다. 더 늦은 시간 t₂ > t₁ (도 2c) 에, 스텝은 더욱 전진하였고 더욱더 넓어지고 있는 테라스는 제 2 표면 (OB2) 의 원래 높이 레벨 미만의 레벨에서 형성한다. 이온 조사를 추가로 지속하는 경우에, 스텝은 시간 t₃ > t₂ (도 2d) 에서 타겟 구역 (ZB) 의 방향으로 도시된 구역 밖으로 이동하였다. 이와 같이 생성된 표면 (OB2') 의 높이 레벨은 원래 표면 (OB2) 의 높이 레벨 미만이고, 레벨 차이는 스텝 높이 (ST) 에 의해 제공되고, 이것은 실질적으로 이온 빔의 여입사각 및 빔 방향으로 노치의 유효 폭 (B) 에 의해 결정된다.

치수들을 추정하기 위해서 다음 고려사항들이 제공될 수도 있다. 전형적인 레이저 빔 직경들은 예컨대 10 ㎛ ~ 20 ㎛ 의 범위에 있을 수도 있어서, 대략 이 치수의 폭들 (B) 을 갖는 노치들이 포커스드 레이저 빔을 사용해 생성될 수도 있다. (표면 (OB) 의 법선 표면에 대한) 이온 입사각이 80° 이거나 여입사각 (W) 이 대략 10° 라는 가정 하에, 15 ㎛ 의 폭을 갖는 노치는, 노치의 선 방향에 법선인 이온 조사의 경우 대략 2.5 ㎛ 의 스텝 높이 (ST) 를 이끈다.

단일 노치에서 획득가능한 스텝 높이의 배수만큼 재료 삭마를 획득할 수 있다. 단일 테라스 스텝 높이의 배수만큼 표면을 연속적으로 낮추는 대응하는 효과가 도 3a 내지 도 3c 를 기반으로 예시적으로 설명된다. 이를 위해, 도 3a 는, 2 개의 상호 평행한 노치들 (K1, K2) 이 레이저 빔 프로세싱에 의해 도입된 샘플 부분 (PA) 을 관통한 개략적 단면도를 도시한다. 이온 빔 (IB) 에 의한 경사 조사의 경우에, 도 2 와 함께 설명된 테라싱 효과는 각각의 노치에서 인입 방사 방향으로 후방 플랭크 뒤에서 발생한다. 예로서, 바로 연속하는 노치들의 거리 (A) 는 약 50 ~ 80 ㎛ 정도일 수도 있고, 가능하다면 또한 그보다 작거나 (예컨대 최소 20 ㎛) 그보다 크다 (예컨대 최대 100 ㎛ 이상). 개별 노치들 뒤에 형성하는 스텝들이 복수의 연속적 노치들에 대해 스프레드될 수 있도록 (도 3b 참조) 에칭 시간, 즉 이온 조사를 갖는 조사 지속기간이 이제 선택된다면, 노치에서 획득가능한 스텝 높이의 배수만큼 표면을 낮출 수 있다. 도 3c 의 실시예에서, 제 3 노치 (K3) 뒤 표면 (OB4) 의 레벨은, 개별 노치에서 발생하는 스텝 높이 (ST) 의 대략 3 배만큼 제 1 노치 (K1) 전방의 표면 (OB1) 의 레벨에 대해 낮추어진다.

발명자들의 실험 검사는, 여기에서 개략적으로 나타낸 프로세스들이 실제로 원하는 결과를 이끌 수도 있음을 입증한다. 이를 위해, 예시적 실험의 결과들이 도 4a 및 도 4b 에 분명하게 나타나 있다. 여기에서, 도 4a 는 3 개의 상호 평행한 노치들 (검정으로 나타난 선들) 이 레이저 빔 프로세싱에 의해 도입된 샘플 부분의 표면의 광 현미경 기록을 보여준다. 스텝들은 브로드 이온 빔으로 조사 후 형성되었다. 도 4b 는, 개별 노치에서 획득가능한 개별 스텝 높이의 대략 3 배만큼 최후방 표면을 전체적으로 낮춘 3 개의 평행한 노치들에 대해 스프레드된 테라스의 레이저 프로필로메트릭 측정 다이어그램을 보여준다. 도 4b 는, 3 개의 상호 평행한 노치들의 도입이 단일 스텝 높이의 3 배만큼 제 1 노치 전방에 놓여 있는 표면에 대해 마지막 노치 뒤에 놓여 있는 표면을 낮출 수 있게 하는 것을 분명하게 입증한다.

본 방법을 이용해 샘플 부분의 단일 표면만 단계적으로 낮출 수 있지만, 많은 경우에, 샘플 부분의 제 1 표면 및 샘플 부분의 대향한 제 2 표면 양자에 적어도 하나의 노치가 도입되어서, 샘플 부분의 양측에 테라싱 존이 발생하고, 그 후, 그레이징 입사 하에 이온 빔에 의해 제 1 표면 및 제 2 표면에서 테라싱 존의 구역에 전술한 방식으로 재료가 삭마되도록 노치 생성 작동 중 양측에 샘플 부분이 프로세싱되도록 제공된다. 예로서, 이것은, 이온 빔 기반의 깊이 삭마를 통하여 샘플 부분의 양측으로부터 손상된 존들이 제거되어야 한다면 합당할 수도 있다. 예컨대 초단파 펄스 레이저 프로세싱에 의해 발생한 구조적 손상 범위는 전형적으로 약 2 ㎛ 미만 정도, 따라서 정확히 대략 재현가능하게 획득가능한 스텝 높이이다.

도 5a 및 도 5b 는, 예시적 경우에, 표면들 (OB1, OB2) 사이에서 측정된 대략 10 ~ 15 ㎛ 범위의 두께 (D) 를 가지는 비교적 얇은 샘플 부분 (PA) 의 양측에 노치들을 생성하기 위한 다른 옵션들을, 예시적으로, 보여준다. 도 5a 에 도시된 대로, 그루브형 노치들은 각각의 경우에 양 표면들에 도입될 수 있고, 상기 노치들은 대향 측을 관통하지 않고 각각의 경우에 표면들을 단지 스크래치한다. 비관통 노치들을 양 표면들에 적용하는 경우에, 도 5a 에서 개략적으로 나타낸 것처럼, 그것은, 상기 노치들이 서로 정반대에 배열되지 않고 일측의 노치가 대향 측의 노치에 대향하여 놓이지 않도록 서로에 대해 오프셋된다면 샘플의 안정성을 고려했을 때 합당할 수도 있다. 도 5b 에 도시된 대로, 노치들이 제 1 표면 (OB1) 으로부터 제 2 표면 (OB2) 으로 통과하도록 예를 들어 레이저 빔 프로세싱에 의해 노치들 (K1, K2) 을 샘플 부분 (PA) 으로 또한 도입할 수 있다. 이러한 관통 노치들의 경우에, 각각의 표면에 테라스들을 형성하기 위해 진입구와 배출구 양자가 제공될 수 있다.

이미 언급한 대로, 연속적으로 배열된 복수의 노치들의 경우에 노치들 사이 거리 (A) 는 짧은 에칭 시간 내에 표면 레벨을 원하는 대로 낮추도록 가능한 한 작아야 한다. 한편, 프로세싱된 샘플 부분의 안정성이 현저히 악화되도록 거리가 너무 작아서는 안 된다. 대략 20 ㎛ ~ 대략 100 ㎛ 정도의 전형적인 거리들이 특히 알맞은 것으로 발견되었고, 이것은 하지만 제한적인 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 6 은 다른 예시적 실시형태를 보여주고, 도 6 의 (a) 는 샘플 부분 (PA) 의 표면 일부의 개략적 상면도를 보여주고 도 6 의 (b) 는 도 6 의 (a) 의 B-B 선을 따라서 본 샘플 부분을 관통하는 수직 단면도를 보여준다. 이 예시적 실시형태의 특징은, 이온 빔 방향으로 상류에 배열된 노치들 (K1, K2) 은 각각 선형 연장부를 가지고 서로 평행하게 연장되고, 노치 (K3) 는 사행 연장부를 가지는 타겟 구역 (ZB) 에 가장 가까이 있다는 것이다. 노치들은 각각의 경우에 얇은 샘플 부분 (PA) 을 완전히 통과하여서, 제 1 표면 (OB1) 과 대향한 제 2 표면 (OB2) 양자에 테라싱 존이 발생한다.

도 6 의 (b) 에 도시된 대로, 양 표면들은 노치 생성 작동 후 브로드 이온 빔 (IB) 의 그레이징 입사 하에 이온 빔 프로세싱에 의해 프로세싱되고 그리하여 단계적으로 리세스가공된다. 예를 들어 각각의 노치들의 중심선들에 의해 규정된 연장 방향에 수직으로 측정될 때, 모든 노치들 (K1, K2, K3) 은 동일한 폭 (B) 을 갖는다. 노치들 (K1, K2) 의 경우에, 이 폭 (B) 은 또한 이온 빔의 인입 방사 방향 (화살표 방향) 으로 발생하는 유효 폭에 대응한다. 하지만, 사행형 제 3 노치 (K3) 의 경우에, 인입 방사 방향으로 측정했을 때, 유효 폭 (BE) 은 유효 폭이 측정되는 노치를 따르는 위치에 의존하여 변한다. 다른 노치들 (K1, K2) 에 실질적으로 평행하게, 따라서 인입 방사 방향에 수직으로 연장되는 제 1 노치 부분들 (A1) 에서, 유효 폭 (BE) 은 노치의 폭 (B) 에 대응한다. 사행 형태로 인해 인입 방사 방향에 대해 비스듬히 연장되는 제 2 노치 부분들 (A2) 에서, 유효 폭 (BE) 은 폭 (B) 보다 크다. 결과적으로, 제 3 노치 (K3) 뒤 스텝 높이 또는 삭마 높이는, 다른 2 개의 노치들 (K1, K2) 에서 스텝 높이에 대응하는 최소 스텝 높이와 인입 방사 방향에 대해 각도를 이루며, 예컨대 45°로 연장되는 구역들에서 발생하는 최대 스텝 높이들 사이에서 공간적으로 달라진다. 따라서, 더 큰 재료 삭마 (더 큰 삭마 깊이) 가 비스듬히 연장되는 제 2 노치 부분들 (A2) 뒤에서 발생한다.

이 효과는 두께 결정의 의미 내에서 삭마 프로세스를 모니터링하고 타겟 구역 (ZB) 에서 원하는 타겟 두께에 도달했을 때 상기 삭마 프로세스를 종료하는데 사용될 수 있다. 두께를 결정하기 위해, 타겟 구역에 가장 가까운 사행 노치 (K3) 뒤의 구역이, 홀들을 형성하기 위해 광학적으로, 또는 그밖의 다른 방식으로 모니터링될 수 있다. 균일한 이온 조사의 경우에, 비스듬히 배향된 제 2 노치 부분들 (A2) 뒤에 놓여 있는 사행 노치 (K3) 뒤의 구역들은 보다 작은 유효 폭을 갖는 제 1 노치 부분들 (A2) 뒤에 놓여 있는 인접한 구역들보다 더 강하게 삭마된다. 따라서, 홀들의 형성은 초기에 제 2 노치 부분들 (A2) 뒤에서 시작될 것이고, 샘플 재료의 잔류 두께는 여전히 그것에 인접하여 유지된다. 홀의 형성이 관찰되자마자, 이온 빔에 의한 재료 삭마가 중단될 수 있다. 타겟 구역이 더 적은 재료 삭마를 갖는 부분 뒤에 놓여 있어서, 홀 형성은 이 부분에서 일어나지만 잔류 두께는 전자 빔 투명성을 보이도록 똑같이 충분히 얇도록 특히 경사 각도에서 제 2 노치 부분들의 위치와 비선형 연장부를 구비한 노치 (K3) 의 위치가 이제 서로 맞추어질 수 있다.

따라서, 타겟 구역 옆의, 타겟 방식으로 미리 정해진, 구역들에서 홀 형성 관찰이 인라인 두께 측정에 사용될 수 있다.

도 7 은 다른 예시적 실시형태에 따른 노치들을 구비한 샘플 부분의 상측의 상면도를 개략적으로 도시한다. 이 경우에, 타겟 구역 (ZB) 에 가장 가까이 놓여 있는 제 3 노치 (K3) 는 연장 방향으로 달라지는 폭을 가지고, 상면도에서 쐐기형 설계의 노치가 존재하도록 폭은 예시적 경우에 좌측에서 우측으로 연속적으로 증가한다. 선행하는 설명 후, 인입 방사 방향 (화살표) 으로 이온 빔 (IB) 이 방사되는 경우에, 뒤에 타겟 구역 (ZB) 이 위치하는, 폭 (B1) 을 갖는 보다 좁은 부분 뒤에서보다 더 큰 폭 (B2) 을 갖는 구역에서 재료 삭마가 더 많을 것이라는 점은 분명하다. 그러므로, 얇은 샘플 부분의 증가하는 박형화 및 이온 조사의 경우에, 홀 (L) 은 초기에 폭 (B2) 을 갖는 더 넓은 노치 부분 뒤에 형성될 것이고, 전자 투명성을 갖는 추구되는 잔류 두께가 타겟 구역에서 유지된다.

샘플 제조의 전체 프로세스에 노치 생성 작동을 포함하기 위한 다양한 옵션들이 있다. 일부 실시예들은 내지 도 8c 를 기반으로 보여준다.

도 8a 의 변형예에서, 더 얇은 샘플 부분 (PA) 이 샘플 보디의 레이저 프로세싱에 의해 생성되기 전 노치들 (K) 은 일측에서 샘플 보디 (PK) 로 도입된다. 다시 말해서, 절삭 스테이지 중, 즉 샘플 부분이 대략 10 ~ 20 ㎛ 로 추가로 아직 박형화되지 않았을 때 노치들이 일측에 도입된다. 후속 후방 박형화는 그 후 파선으로 나타낸 대향한 후방 측 (R) 에서 발생한다. 박형화는 또한 양측에서 실시될 수도 있지만, 이것은 강제적인 것은 아니다. 이 변형예는, 노치들의 도입 전 노치들이 도입되도록 의도된 구역들, 즉 테라싱 존을 보호층 (SS) 으로 코팅하는 옵션을 제공한다. 보호층을 사용해, 노치의 가장자리들과 표면의 인접한 구역들에서 프로세싱 잔류 침전물 (잔해) 이 최소로 감소될 수 있다. 노치들의 도입 후, 부착된 침전물들을 포함하는 보호층은 잔여물 없이 제거될 수 있다. 결과적으로, 특히 명확하게 규정된 가장자리들 및 깨끗한 인접한 표면들을 갖는 노치들을 획득할 수 있다.

도 8b 의 변형예에서, 얇은 샘플 부분 (PA) 을 생성하기 위해서 노치들 (K) 은 샘플 보디로부터 진행할 때 이미 리세스가공된 측으로부터 일측의 얇은 샘플 부분 (PA) 으로 도입된다. 노치들을 생성한 후, 선택적으로 노치들이 박형화 종료 후 도시된 전방 측으로부터 미도시된 후방 측을 통과하는 정도까지 샘플 부분은 그 후 대향한 후방 측으로부터 추가로 박형화될 수 있다. 이 변형예에서도, 보호층은 필요할 때 임시로 적용될 수도 있고, 보호층을 통하여 노치들이 생성된다.

도 8c 의 변형예에서, 노치들 (K) 은, 타겟 두께로 감소된, 얇은 샘플 부분 (PA) 의 완료 후 도입된다. 여기에서도, 후에 부가적 안정화 기능을 가질 수도 있는 보호층이 사용될 수 있다.

예를 들어 평행 노치들의 패밀리의 형태로 단지 몇 개의 위치에서만 노치들을 도입할 수 있다. 또한, 도 9 에 개략적으로 도시된 대로, 개별 노치들 또는 모든 노치들이 연장 방향으로 차단되는 노치들로서 설계될 수 있다. 부가적으로, 평행 노치들은 선 방향으로 오프셋을 가질 수도 있고, 예를 들어 개별 노치의 길이만큼 오프셋을 가질 수도 있다. 또한 평행 노치들의 복수의 패밀리들이 도입될 수 있고, 각각은 특정 타겟 위치에 할당된다. 여기에서, 노치들의 생성을 위한 최단 가능한 프로세싱 시간을 위해 그리고 삭마된 재료와 안정성의 상호 영향을 고려해, 1 개의 타겟 구역에 대해 가능한 한 적은 노치들, 예를 들어, 2 ~ 6 개의 노치들을 적용하는 것이 보통 합당하다.

전체 작동 지속기간 동안 동일한 인입 방사 방향으로부터 방사하도록 이온 빔을 방사할 수 있다. 또한 방위각에 의해 진동하는 이온 빔, 즉 이온 조사의 지속 기간 중, 임의의 입사각 범위에 대해 주기적으로 또는 비주기적으로 변하는 인입 방사 방향을 가지는 이온 빔을 사용해 이온 조사를 실시할 수 있다. 이것은 특히 커트닝이 발생할 가능성을 감소시키는 범위 내에서 합당할 수도 있다. 이 변형예들에서, 완전 직선 형태의 노치들로부터 적합화된 형태들, 예를 들어, 반원형 형태 또는 타원형 형태로 이행하는 것이 또한 유용할 수도 있다. 타겟 구역 (ZB) 둘레에서 반원형으로 배열된 노치들 (K1, K2) 을 갖는 실시예가 도 10 에 개략적으로 도시된다. 이온 빔 (IB) 의 인입 방사 방향은 예를 들어 주요 인입 방사 방향에 대해 ±5°만큼 이온 빔 프로세싱하는 동안 주기적으로 달라져서, 시간 t₁ 에서 이온 빔은 더 이른 시간 또는 더 늦은 시간 t₂ 에서와 다른 방향으로부터 입사된다.

일반적인 경우에, 노치들의 위치와 형태, 및 그것의 개수는 원하는 작업 흐름을 달성하도록 변화될 수도 있다. 특히, 후속 이온 빔 프로세싱 중, 신속한 샘플 제조를 촉진하기 위해서 가능한 한 높은 에칭률을 달성하도록 이 파라미터들은 변화될 수 있다. 입사각에 대한 에칭률의 의존성은 재료별로 상이할 수도 있으므로, 다른 재료들에 대한 최적화된 노치 기하학적 구조들과 개수들이 또한 상이할 수도 있다.

노치에 의한 플랭크 개구에서, 국부적 이온 입사각은 수직 이온 입사각 (여입사각의 변화가 존재하면 바뀌고 일정한 여입사각인 경우에 일정하게 유지) 및 방위각 이온 입사각의 합계로서 발생한다 (도 10 참조). 가능한 한 높은 에칭률이 발생하도록 이런 2 개의 입사각들이 선택될 수 있다.

일반적으로, 각도 의존 삭마율의 최대치에 부합되게 이상적인 방위각을 선택하는 것이 합당할 수도 있다. 이것은 또한 샘플의 상부 가장자리 (도 1 에서 측 (S)) 에 평행하지 않고 각도를 이루어 노치들을 배열함으로써 또는 이온 빔 사후 프로세싱 중 상대 이온 입사각을 선택함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 이온들의 방사는 노치 연장 방향에 거의 수직으로 일어날 필요는 없고, 예를 들어 인입 방사 방향과 노치 연장부가 서로에 대해 30° ~ 60°의 각도를 이루도록 비스듬히 방사하는 경우가 또한 가능하다. 이런 식으로, 예를 들어 전자 투명 구역의 특정 잔류 두께를 설정하도록, 고정된 스텝 높이들이 약간 증가될 수 있다 (다시 말해서 전형적인 스텝 높이의 일부).

이미 언급한 대로, 규정된 주요 인입 방사 방향에 대해 (예컨대 ±10°만큼) 이온 빔의 진동이 또한 가능하다. 대부분의 경우에, 삭마율 최대치 구역에서 입사각과 삭마율의 변화는 몇 도 정도의 작은 변화인 경우에 초기에는 단지 매우 작기 때문에, 이온 빔 프로세싱하는 동안 인입 방사 방향의 대응하여 작은 진동의 결과로서, 획득가능한 삭마 속도의 실질적인 손실은 발생하지 않는다.

이온 빔의 여입사각은 분석에 의해 예측가능한 테라스 스텝의 높이에 영향을 미치므로, 원하는 타겟 삭마 깊이를 설정하기 위해서 전술한 변화 가능성들에 부가적으로 또는 그것과 조합하여 수직 입사각의 변화가 따라서 가능하다. 결과적으로, 전방 플랭크의 가장자리의 점진적 라운딩 (예컨대 도 2d 에서 KT1 참조) 으로 인해 발생할 수도 있는 스텝 깊이의 많은 요인들이 잔류 두께 결정을 기반으로 상쇄될 수 있다.

일반적인 경우에, 타겟 구역에서 미리 정해진 레이저 프로세싱된 초기 가장자리 구조가, 가능한 한 평행한 평면인, 원하는 낮춤을 유발하도록 방위각 인입 방사 방향과 수직 인입 방사 방향 양자의 시간 프로파일을 타겟 방식으로 설계하고, 가능하다면 이들 또한 변화시킬 수 있다.

이미 언급한 대로, 또한 일정한 폭을 갖는 노치들로서 노치들을 구현하지 않고, 가능하다면 국부적으로 두꺼워지거나 점진적으로 넓어지는 예들을 제공할 수 있다 (도 7 참조). 결과적으로, 측정을 위해 또는 수광을 위해 두께 테스트 구역들을 제공할 수 있다 (도 7 참조).

전술한 접근법 및 본 발명의 범위 내에서 가능한 다른 접근법을 사용해 달성될 수 있는 것은, 예를 들어 얇은 샘플 부분으로 레이저 프로세싱에 의해 사전 프로세싱된 샘플에서, 부합되는 후속 이온 조사가, 가능한 최단 시간 내에, 타겟 구역에서 관통되지 않고 이상적으로 단지 몇 십 ㎚ 두께인 최적 샘플을 생성할 수 있도록, 상기 샘플 부분이 국부적으로 조절될 수도 있는 것이다. 프로세스 제어를 위해, 타겟 방식으로 미리 정할 수 있는 두께 테스트 구역들을 사용한 전술한 인라인 두께 측정이 이용될 수 있다. 대안적으로, 폭 면에서 변하는 쐐기 형상의 라멜라들 및/또는 노치들이 또한 두께 마커들로서 사용될 수도 있다.

도 11 은, 판형 샘플 부분 (PA) 이 양측, 즉 그것의 제 1 표면 (OB1; 전방 측) 및 그것의 대향한 제 2 표면 (OB2; 후방 측) 에, 테라싱 존을 구비한 추가 예시적 실시형태를 보여준다. 이를 위해, 3 개의 상호 평행한 노치들 (K-O) 이 포커스드 레이저 빔에 의해 도시된 도면에서 타겟 구역 (ZB) 의 우측의 제 1 표면 (OB1) 에 도입되었다. 선형 연장 방향이 제 1 표면 (OB1) 의 노치들 (K-O) 의 선형 연장 방향에 수직으로 연장되는, 3 개의 상호 평행한 노치들 (K-U) 이 대향한 제 2 표면 (OB2) 에 도입되었다. 이온 빔 프로세싱의 단계 중, 타겟 구역 (ZB) 이 상부 노치들 (K-O) 뒤에 놓이도록 이온 빔 (IB-O) 은 그레이징 입사로 제 1 표면 (OB1) 에 방사된다. 대향한 후방 측에서, 타겟 구역이 파선으로 나타낸 하부 노치들 (K-U) 뒤에 놓이도록 하부 이온 빔 (IB-U) 의 인입 방사 방향은 다른 이온 빔의 인입 방사 방향에 실질적으로 수직으로 연장된다. 결과적으로, 상호 중첩을 갖는 양측으로부터 재료 삭마 및 다른 인입 방사 방향들로부터 이온 조사가, 제공된 검사 구역에서, 특히 타겟 구역 (ZB) 에서 발생하고, 그 결과 기계적 안정성이 증가된다.

주장된 발명을 사용해, 이상적으로 비관통된 TEM 샘플이 국부적으로 타겟 방식으로 발생하도록 이온 빔 후 박형화 프로세스들이 제어될 수 있고 종래의 프로세스들에 비해 크게 증가된 속도 때문에, 상기 TEM 탐침은 높은 정확성을 가지고 미리 정해질 수 있고 타겟 구역에서 적합한 전자 투명성을 가지는 잔류 두께를 갖는다.

도 12 및 도 13 은 원자 탐침 단층 촬영 (LEAP) 또는 x 선 단층 촬영 또는 x 선 현미경 관찰 (XRM) 을 이용해 샘플 재료의 미세 구조를 검사하기 위해 제조되도록 의도된 샘플 (P) 을 제조하기 위한 다른 옵션들을 보여준다.

도 12 의 예시적 실시형태에서, 샘플 보디 (PK) 는 중앙 축선 (AX) 에 대해 일반적으로 회전 대칭 설계를 가지고 제조 초반에 여전히 실린더형 재료 피스이다. 본 방법 중, 포위 노치들 (K1, K2) 은, 레이저 빔을 방사하고 동시에 축선 (AX) 을 중심으로 샘플 보디를 회전시킴으로써 도입된다. 타겟 구역 (ZB) 은 샘플 부분 (PA) 의 도시된 자유 단부에 위치한다. 거기에서, 샘플은 특히 얇고 비교적 작은 직경 (예컨대, 몇 십 나노미터) 을 가져야 한다. 노치들은 테라싱 존 (TBZ) 을 규정하고, 상기 테라싱 존 내에서 샘플은 이온 조사에 의해 단계적으로 박형화되거나 직경 면에서 감소되어야 한다. 이것은 샘플 부분 (PA) 의 실린더형 곡면에 대해 그레이징 입사로 적어도 하나의 이온 빔 (IB) 을 추후에 방사함으로써 달성된다. 1 차원 곡면에서 대응하는 그레이징 입사가 존재하도록 이 경우에 화살표들로 나타낸 이온 빔들의 인입 방사 방향들은 상기 축선을 중심으로 회전하는 샘플의 축선 방향에 대해 예컨대 4 ~ 10°의 예각을 이룬다. 여기에서, 축선 (AX) 에 대한 인입 방사 방향으로 투사 (projection) 는 포위 노치들의 연장 방향들에 수직이다. 노치들의 구역에서, 스텝들은 이미 전술한 원리에 따라 형성하고, 상기 스텝들은, 예시적 경우에, 충분한 에칭 지속기간 후 타겟 구역 (ZB) 을 포함한 전방 부분에서 직경이 제 1 노치 (K1) 전방의 샘플 보디의 실린더형 부분에서 직경에서보다 대략 4 스텝 높이만큼 낮게 한다. 따라서 초기에 실린더형인 샘플 보디의 경우에 계단형 팁 또는 단계적 직경 테이퍼링을 만들 수 있다.

도 13 의 예시적 실시형태에서, 노치 (K) 는 실린더형 샘플 보디 (PK) 의 축선 (AX) 에 평행하게 연장된다. 이제 샘플 보디가 이온 조사 중 축선 (AX) 을 중심으로 회전한다면, 나무의 나무껍질처럼, 재료는 제조될 샘플 보디의 단부로부터 박리될 수 있거나, 재료는 이온 조사에 의해 삭마될 수 있다. 이 경우에, 속도가 대략 동일하도록 회전 표면의 원주 속도는 예컨대 스텝들의 전진 속도와 일치할 수도 있다.

도면들을 기반으로 전술한 실시예들에서, 노치들은 각각의 경우에 포커스드 레이저 빔을 사용하는 레이저 조사에 의해 생성되었다. 하지만, 이것은 강제적인 것은 아니다.

도 14 는 소위 FIB 라멜라들에서 전형적인 것처럼, 매우 작은 두께 (DL) 를 갖는 평행 평면 판의 형태인 샘플 부분 (PA) 의 예시적 실시형태를 보여준다. 예로서, 두께 (DL) 는 500 ㎚ ~ 1 ㎛ 의 범위에 있을 수도 있고 가장자리 길이들 (L1, L2) 은 낮은 마이크로미터 범위, 예를 들어 약 20 ㎛ (더 긴 측) ~ 약 5 ㎛ (더 짧은 측) 정도로 있을 수도 있다. 판 형상의 샘플 부분은 포커스드 이온 빔 (FIB) 에 의해 검사될 재료의 더 큰 재료 피스로 제조되었다.

FIB 라멜라에서, 적어도 하나의 노치 (K) 가 타겟 구역 (ZB) 을 포함한 테라싱 존 (TBZ) 으로 도입된다. 앞의 예시적 실시형태들과 달리, 포커스드 이온 빔 (FIB) 을 사용해 표면 (OB) 에 조사함으로써 노치가 표면으로 도입된다. 이 경우에, 노치 폭들은 포커스드 레이저 빔을 이용한 프로세싱의 경우보다 상당히 더 작을 수도 있다. 노치 폭들은 낮은 또는 중간 나노미터 범위, 예를 들어 50 ㎚ ~ 250 ㎚ 의 범위, 또한 그보다 약간 높게 있을 수도 있다. 후속 이온 빔 프로세싱 작동에서 그레이징 입사를 갖는, 다시 말해서 예컨대 5 ~ 20° 범위의 여입사각들을 갖는 포커스드 브로드 이온 빔의 전형적인 인입 방사 조건들의 경우에, 노치 뒤에 대략 몇 십 ㎚, 예를 들어 30 ㎚ ~ 100 ㎚ 의 범위, 또는 그 이상의 표면 레벨 또는 스텝 높이들을 낮추는 예들을 획득할 수 있다. 이런 노치들 중 하나 이상을 사용해, 예를 들어 각각 50 ~ 100 ㎚ 의 폭과 사이에 100 ㎚ ~ 200 ㎚ 의 거리를 갖는, 3 개의 상호 평행한 노치들을 사용해, 비교적 높은 기계적 안정성과, 동시에, 추구되는 전자 투명성이 타겟 구역에 존재할 정도로 샘플 부분의 두께 (DL) 를 타겟 방식으로 감소시킬 수 있다.

Claims

미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법으로서,
샘플 부분 (PA) 은 재료 삭마 프로세싱에 의해 샘플 보디에 제조되고 검사 구역은 추후 샘플 부분에 생성되고, 상기 검사 구역은 검사될 타겟 구역 (ZB) 을 포함하고, 상기 방법은:
상기 샘플 부분의 적어도 하나의 표면 (OB, OB1, OB2) 에 타겟 구역을 포함하는 테라싱 존 (TBZ) 을 생성하는 스텝으로서, 상기 표면에 대해 비스듬히 연장되는 플랭크들 (F1, F2) 을 구비한 적어도 하나의 노치 (K, K1, K2, K3) 는 상기 테라싱 존을 생성하기 위해 재료 삭마 빔 프로세싱에 의해 상기 타겟 구역 옆에 생성되는, 상기 테라싱 존 (TBZ) 을 생성하는 스텝; 및
상기 타겟 구역 (ZB) 이 이온 빔 (IB) 의 인입 방사 방향으로 노치 뒤에 놓이고, 상기 노치 뒤 구역에서 테라싱의 결과로서, 상기 표면이 이온 빔 프로세싱에 의해 상기 표면의 원래 높이에 실질적으로 평행하게 리세스가공되도록 상기 노치 (K, K1, K2, K3) 의 연장 (extent) 방향에 비스듬히 상기 표면으로 그레이징 입사 하에 방사되는, 이온 빔 (IB) 에 의해 상기 테라싱 존 (TBZ) 의 구역에 상기 샘플 부분 (PA) 의 상기 표면으로부터 재료를 삭마하는 스텝을 포함하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
투과 전자 현미경 관찰 (TEM) 에 의한 미세구조 진단에 적합한 샘플 (P) 이 제조되고, 상기 타겟 구역 (ZB) 이 놓여있는 전자 투명 검사 구역이 상기 샘플 부분에 생성되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 노치 (K, K1, K2, K3) 는 레이저 빔 프로세싱에 의해 상기 표면 (OB, OB1, OB2) 으로 도입되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
서로에 대해 거리 (A) 로 연장되는 복수의 노치들 (K1, K2), 특히 서로 평행하게 연장되는 노치들이 상기 테라싱 존 (TBZ) 에 생성되고, 서로에 대해 떨어져 배치되는 2 개, 3 개, 4 개, 5 개 또는 6 개의 노치들이 바람직하게 상기 테라싱 존 (TBZ) 에 생성되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
이웃한 노치들 사이 거리 (A) 가 단일 노치 폭의 2 배 ~ 10 배, 특히 2 배 ~ 5 배 사이에 있도록 상기 거리가 상기 노치들 (K1, K2) 의 폭에 부합되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
바로 인접한 노치들 사이 거리가 20 ㎛ ~ 100 ㎛ 의 범위에 있도록 상기 노치들이 생성되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서,
상기 표면에서 폭이 10 ㎛ ~ 50 ㎛ 의 범위에 있도록 상기 노치 (K) 가 생성되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 있어서,
상기 연장 방향으로 가변하는 폭을 가지는 적어도 하나의 노치 (K3) 가 생성되고, 바람직하게, 상기 노치와 상기 타겟 구역 사이에 추가 노치가 놓여 있지 않은 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 한 항에 있어서,
변하는 연장 방향을 갖는 비선형 연장부를 가지는 적어도 하나의 노치 (K3) 가 생성되고, 바람직하게, 상기 노치와 상기 타겟 구역 (ZB) 사이에 추가 노치가 놓여 있지 않은 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 한 항에 있어서,
상기 샘플 부분 (PA) 은 양측에서 프로세싱되고, 각각 하나의 테라싱 존이 상기 샘플 부분의 양 표면에서 발생하도록 상기 샘플 부분의 제 1 표면 (OB1) 과 상기 샘플 부분의 대향한 제 2 표면 (OB2) 양자에 적어도 하나의 노치가 도입되고, 상기 테라싱 존의 구역에서 재료는 추후 그레이징 입사 하에 이온 빔에 의해 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에서 삭마되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 한 항에 있어서,
보호층 (SS) 은 노치를 생성하기 위한 재료 삭마 빔 프로세싱 전 상기 표면에 적용되고, 상기 샘플 부분 (PA) 에서 노치 (K) 는 추후 상기 보호층을 통하여 생성되고 상기 보호층은 추후 상기 표면으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 한 항에 있어서,
방위각 방향 및/또는 수직 방향으로 상기 이온 빔 (IB) 의 인입 방사 방향은 상기 이온 빔에 의해 상기 재료를 삭마할 때 삭마 중 입사각 범위에 대해 주기적으로 또는 비주기적으로 달라지는 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 한 항에 있어서,
이온 빔에 의해 재료를 삭마하는 동안 상기 테라싱 존의 구역에서 상기 샘플 부분의 두께를 결정하기 위한 인라인 두께 결정을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플 (P) 을 제조하기 위한 방법.
보다 구체적으로 제 1 항 내지 제 13 항 중 적어도 한 항의 특징들을 포함하는 방법에 의해 획득가능하거나 획득되는 미세구조 진단을 위한 샘플로서,
상기 샘플은:
검사될 타겟 구역 (ZB) 을 포함하는 검사 구역을 가지는 샘플 부분 (PA) 을 포함하고,
표면에 대해 비스듬히 연장되는 플랭크들 (F1, F2) 을 구비한 적어도 하나의 노치 (K) 는 상기 샘플 부분의 적어도 하나의 표면 (OB) 에서 검사 구역 옆에 놓여 있고, 상기 검사 구역으로부터 떨어진 노치 측에서 표면 레벨은 상기 검사 구역에서 표면 레벨보다 높은, 미세구조 진단을 위한 샘플.
제 14 항에 있어서,
상기 검사 구역은 전자 투명 구역이고, 상기 전자 투명 구역으로부터 떨어진 노치 (K) 측에서 샘플 두께는 상기 전자 투명 구역에서보다 큰 것을 특징으로 하는, 미세구조 진단을 위한 샘플.