KR20190008131A

KR20190008131A - 현미경 시편의 현장 내 준비를 위한 방법

Info

Publication number: KR20190008131A
Application number: KR1020180081101A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 슈마운츠; 홀게르 되메르
Original assignee: 칼 짜이스 마이크로스카피 게엠베하
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2019-01-23
Also published as: DE102017212020B3; US10347461B2; JP7077164B2; JP2019035737A; KR102571504B1; US20190019650A1; CN109256312A; CN109256312B

Abstract

본 발명에 따른 방법은, 전자 현미경의 도움으로 검사되어야 하는 현미경 시편의 현장 내 준비에 관한 것이다. 그러한 방법은 입자 빔 장치의 도움으로 실행되고, 입자 빔 장치는 대전된 입자의 포커스된 빔을 생성하기 위한 입자 빔 컬럼; 시편 블록을 수용하기 위한 시편 수용부 및 입자 빔과 시편 재료 사이의 상호작용의 상호작용 생성물을 검출하기 위한 검출기를 포함한다. 그러한 방법은: a) 관심 시편 영역(ROI)을 포함하는 노출된 구조물을 가지는 시편 블록을 제공하는 단계; b) 노출된 구조물의 적어도 일부가 입사 입자 빔의 방향으로 성형되도록, 상기 입자 빔의 작용에 의해서 상기 노출된 구조물 내에 굽힘 연부를 생성하는 단계; c) 상기 성형된 구조물에 의해서 둘러싸인 시편 영역이 상기 입자 빔 장치 내에서 관찰 가능하고 및/또는 프로세스 가능한 방식으로, 상기 시편 블록이 내부에 수용되는, 시편 수용부를 이동시키는 단계를 포함한다.

Description

현미경 시편의 현장 내 준비를 위한 방법{METHOD FOR THE IN SITU PREPARATION OF MICROSCOPIC SPECIMENS}

본 발명은 전자 현미경에 의한 검사를 위한 시편의 현장 내 준비를 위한 방법에 관한 것으로서, 시편은 시편 블록으로부터 얻어진다. 전자 현미경 시편은, 대전 입자의 빔의 작용에 의해서 입자 빔 장치 내에서, 성형, 관찰 및/또는 프로세스된다.

(이하에서, 짧게 현미경 시편으로도 지칭되는) 전자 현미경 시편은, 밀리미터 이하의 범위, 즉 몇 마이크로미터(㎛) 또는 나노미터(nm) 범위의 치수를 갖는다. 일반적으로, 이러한 시편은 전자 현미경(주사 전자 현미경 또는 투과 전자 현미경, TEM) 내에서 또는 이온 현미경 또는 유사한 해상도를 갖는 다른 장치 내에서 검사된다.

그러한 시편은 상이한 구성을 가질 수 있다. 종종 이용되는 현미경 시편의 예는, 투과 전자 현미경에서 요구되는 TEM 라멜라(lamella)이다. TEM 라멜라는, 적어도 부분적으로, 전자에 대해서 투과적이 되도록 얇다. 그에 따라, 투과된 전자가 검출될 수 있도록 그리고 화상 생성 목적을 위해서 이용될 수 있도록, 전자-투과 시편 영역은 투과 전자 현미경(TEM) 내의 검사의 범위 내에서 전자에 의해서 통과될 수 있다.

TEM 라멜라가 관심 시편 영역(ROI)을 포함하도록, TEM 라멜라는, 일반적으로, 전체 시편 재료로부터, 즉 시편 블록으로부터 준비되어야 한다. TEM 라멜라가 다른 장치, 바람직하게 TEM 내에서 후속하여 검사되도록, TEM 라멜라가 소위 리프트(lift) 방식으로 시편 블록으로부터 절단되고 제거된다.

일반적으로, 리프트 아웃의 유형에 따라, 현미경 시편 준비에서 현장 외(ex situ) 방법과 현장 내 방법이 구분된다.

현장 외 리프트 아웃의 경우에, 여전히 시편 블록 내에 위치되는 관심 시편 영역이 FIB 장치 내에서 포커스된 이온 빔(FIB)를 이용하여 초기에 얇아진다. 다시 말해서, 재료는, 시편이 희망 라멜라 두께를 가지고 그러한 시편이 전자-투과 라멜라로서 존재할 때까지, 이온 빔으로 삭마된다. 이어서, TEM 라멜라가 대략적으로 노출되도록, 이온 빔을 이용하여 TEM 라멜라의 측면 연부를 자유로워 지게 컷팅한다. 다음 단계에서, TEM 라멜라와 함께 전체 시편 블록을 FIB 장치로부터 제거하고 광학 현미경 내로 이송한다. 그 곳에서, 마이크로조작기(micromanipulator)의 도움으로, 유리 팁이 TEM 라멜라에 체결된다. TEM 라멜라는 이제 마이크로조작기에 의해서 시편 블록으로부터 탈착될 수 있고 TEM 그리드 또는 임의의 다른 적합한 시편 홀더로 이송될 수 있다. TEM 라멜라를 가지는 TEM 그리드가 이어서 추가적인 검사를 위해서 TEM 내로 이송된다.

현장 내 리프트 아웃의 경우에, 미래의 TEM 라멜라의 영역이 넓은 브러시(brush) 내에서 이온 빔으로 초기에 자유롭게 준비된다. TEM 라멜라는 마이크로조작기에 의해서 시편 블록으로부터 해제되고, 이는 FIB 장치에 부착되고, FIB 장치의 시편 챔버 내에서 유지되며 그리고 이온 빔에 의해서 희망 라멜라 두께까지 얇아진다. 마지막으로, TEM 라멜라가 TEM 그리드 또는 기타에 배치되고 필요한 경우에 체결되며, 그에 따라 FIB 장치로부터 TEM 내로 이송될 수 있다.

현장 외 리프트 아웃에서, 그에 따라, 현미경 시편이 시편 블록으로부터 절단될 때 시편 블록은 FIB 장치의 외측에 위치되는 반면, 현장 내 방법에서는 이러한 것이 FIB 장치 내에서 이루어진다. 두 방법에 공통되는 것은, 마이크로조작기, 마이크로 파지기, 또는 바늘과 같은 특별한 조작 도구가 요구된다는 것이다. 일부 방법은, 부가적으로, 물질이 표적화된 방식으로 침착될 수 있도록 프로세스 가스를 도입하기 위한 장치를 필요로 하고, 그러한 물질은 준비된 현미경 시편이, 예를 들어, 유리 팁 또는 금속 바늘에 체결될 수 있게 한다. 또한, 적절한 양의 시간 내에 시편을 성공적으로 준비하기 위해서, 사용자는 특정 양의 도구 취급 경험 및 실험 숙련도를 가져야 한다.

따라서, 전자 현미경 및 이온 현미경의 많은 적용예에서, 시편 획득을 위한 시편 블록으로부터 무접촉 방식으로 선택된 작은 구조물 또는 시편 영역을 해제할 수 있고 그에 따라 그러한 작은 구조물 또는 시편 영역에 추가적인 검사 또는 프로세싱이 접근할 수 있게 하는 것이 유리할 것이다.

TEM 라멜라 준비를 위한 여러 가지 방법이 알려져 있다. 따라서, 상이한 유형의 FIB 리프트 아웃 기술(현장 외 및 현장 내)이 웨이퍼의 결함 분석(Giannuzzi 등의, 2002; Giannuzzi & Stevie, 1999)에 대해서 설명되었다.

부가적으로, 2-빔 장치의 도움으로 TEM 시편을 현장 내에서 리프트 아웃하기 위한 개선된 방법(Langford & Rogers, 2007; Tomus & Ng, 2013)이 알려져 있다.

EP1998356 A2는, 플립 스테이지(flip stage)가 없이 이루어지는, SEM-FIB 조합 장치에 의한 현장 내 STEM 시편 준비를 위한 방법을 설명한다.

또한, FIB에 의한 열가소성 중합체의 3-차원적 나노 제조를 위한 방법이 설명되었다.

Langford 등(2000)은 TEM 라멜라 생성을 위한 캔틸레버(cantilever) 기술을 개시하며, 여기에서, 준비된 캔틸레버를 힘의 인가에 의해서 시편 블록으로부터 절단하기 위해서 시편 블록이 FIB 장치로부터 제거된다.

또한, 마이크로 및 나노 도구로 현미경적으로 작은 구조물을 성형(소위 "나노 단조(nano forging)"하기 위한 방법이 설명되었다.

이하의 문헌이 종래 기술인 것으로 간주되어야 한다:

- EP 1998356 A2

- Landefeld, A., Rφsler J (2014): Beilstein J. Nanotechnol. 5: 1066-1070

- Giannuzzi 등(2002): Microelectronic Failure Analysis Desk Reference 2202 Supplement

- Giannuzzi & Stevie (1999): Micron 30: 197-204

- Langford & Rogers (2007)

- Langford 등(2000): J. Vac. Sci Technol. B 18(1)

- Tomus & Ng (2013): Micron 44: 115-119

- Lee 등(2012): Journal of Microscopy 224, 129-139

본 발명의 목적은, 현미경 시편을 무접촉 방식으로 성형할 수 있고 추가적인 검사를 위해서 접근할 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 무접촉 성형에 의한 현미경 시편의 이송에 관한 것이다.

본 발명에 따라, 이러한 목적은 청구범위 제1항 및 제18항의 특징을 가지는 방법에 의해서 달성된다. 유리한 구성이 종속항에 의해서 구체화된다. 본 발명은 또한, 입자-광학 장치가 본 발명에 따른 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 복수의 벤딩 연부를 가지고 개시된 방법 중 하나로부터 획득될 수 있는 현미경 벤딩 물체를 제공하는 것이다. 본 발명에 따라, 이러한 물체는 청구범위 제20항에 의해서 성취된다.

종종, 전체 시편 재료로부터, 즉 시편 블록으로부터 현미경 시편을 준비할 필요가 있다. 본 발명에 따른 방법을 이용하여, 선택된 시편 영역이 입자 빔 장치 내에서 - 즉 현장 내에서 - 시편 블록으로부터 노출될 수 있고, 시편 영역은 시편 블록에 연결되어 유지된다. 이는, 시편 영역이 무접촉 방식으로 시편 블록의 표면의 평면 외부로 접힌 캔틸레버로서 구현되는 것에 의해서 발생된다. 이러한 맥락에서, 무접촉은, (예를 들어, 재료를 침착시키는 것에 의해서 또는 전하 또는 예를 들어, 반데르발스 힘과 같은 다른 힘으로 축적하는 것에 의해서) 성형하고자 하는 시편 영역이 성형 도구와 직접적으로 접촉되지 않고 그러한 도구에 간접적으로 연결되지 않는다는 것을 의미한다.

무접촉 성형의 결과로서, 현미경 시편은 소성적으로 - 즉, 영구적으로 - 변형된다. 변형은, 내부 인장을 격발하는, 전하 및/또는 열 효과에 의해서 유발될 수 있다. 캔틸레버-형상의 구조물에 또는 그 내에 위치된 관심 시편 영역은 성형에 의해서 입자 빔 장치 내의 추가적인 검사 또는 추가적인 프로세싱을 위해서 접근될 수 있게 된다. 이러한 방법의 장점은, 마이크로조작기 또는 유리 바늘과 같은 도구를 유지할 필요가 없다는 것이다. 또한, 준비 및 관찰 또는 프로세싱이 동일한 입자-광학 장치 내에서 실행될 수 있고, 그에 따라 공지된 방법에서 필요한 상이한 장치들 사이의 이송을 생략할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 입자-광학 기기 내에서 실행된다. 이는 이온 빔 현미경 또는 다중 빔 현미경(즉, 적어도 2개의 입자 빔 장치를 포함하는 조합 장치)일 수 있다. 예로서, 기기는 2-빔 현미경(즉, 이온 빔 현미경 및 전자 빔 현미경을 포함하는 조합 장치)로서 또는 가스 주입 시스템을 가지는 전자 빔 현미경으로서 구현될 수 있다. 이온 빔 현미경 및 광학 현미경을 포함하는 조합 장치를 이용하여 방법을 실행하는 것을 또한 생각할 수 있다. 입자 빔 장치는 또한 x-레이 기기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 이용하여, 예를 들어, TEM 라멜라를 생성할 수 있다. TEM 라멜라는 투과 전자 현미경 내의 검사에 적합한 초박 시편인데, 이는 라멜라가 적어도 지점에서 전자에 투과적이기 때문이다. 이는, TEM 내에서 생성된 전자 빔의 전자가 TEM 라멜라의 시편 재료를 횡단할 수 있다는 것을 의미한다. 일반적으로 TEM 라멜라는, 길이 및 폭이 일반적으로 몇 마이크로미터(㎛)인, 편평한 직육면체의 형태를 실질적으로 갖는다. 직육면체의 두께(라멜라 두께)는 일반적으로 100 나노미터(nm) 미만이고, 그에 따라 라멜라는 전자-투과적이다.

그러나, 다른 시편 형태가 또한 본 발명에 따른 방법을 이용하여 준비될 수 있고, 그러한 시편 형태는, 예를 들어, 원통형, 피라미드 또는 원뿔의 형태를 갖는다. 그러한 시편 형태는 일반적으로 x-레이 단층촬영 또는 전자 단층촬영을 위해서 이용된다.

또한, 본 발명에 따른 방법의 특별한 실시예를 이용하여, 현미경 시편을 시편 블록으로부터 이송 장치로 이송할 수 있다. 예로서, 이송 장치가 마이크로조작기 바늘로서 또는 시편 홀더로서 구현될 수 있다.

또한, 개시된 방법의 실시예는 전자-투과 시편을 현장 내에서 준비할 수 있게 하고 STEM(주사 투과 전자 현미경) 검출기를 이용하여 이를 분석할 수 있게 한다.

추가적인 실시예에 따라, 시편 블록의 표면 상에 놓이는 입자를 검사 및 화상화할 수 있다. 이를 위해서, 입자가 도포된 코팅 내에 매립된다. 그 후에, 내부에 고정된 입자가 시편 표면의 평면 외부로 리프팅되도록 그리고 입자 빔 장치 내에서 분석될 수 있도록, 침착 층이 성형된다.

또한, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 현미경 굽힘 물체가 무접촉 성형에 의해서 설계될 수 있다. 이는, 입자 빔의 작용에 의해서 성형된 캔틸레버-형상의 구조물로 인해서 발생된다. 여기에서, 둘 이상의 굽힘 연부를 가지도록 현미경 시편을 생성할 수 있다. 또한, 이는, 상이한 3-차원적 현미경 굽힘 물체들이 생성될 수 있게 한다.

이하에서, 본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 기초로 설명될 것이다. 그에 따라, 전체적인 각각의 선행 및 후행 설명이 또한 구성요소의 설명을 위한 것이라 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는, 시편 블록의 이상적인 단면도(지역적 단면)을 기초로 본 발명에 따른 방법의 구성 원리를 도시한다.
도 3은, 시편 블록의 이상적인 단면도(횡단면)을 기초로 본 발명에 따른 방법의 추가적인 구성의 원리를 도시한다.
도 4는 방법의 구성의 단계를 개략적으로 도시한다.
도 5는 방법을 이용하여 생성된 현미경 시편의 전자 현미경 기록을 재생한다.
도 6은 3-차원적 굽힘 물체인 현미경 시편의 생성 중의 여러 단계를 도시한다.
도 7은 2개의 굽힘 연부를 가지는 현미경 시편의 생성 중의 여러 단계를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 특별한 방법의 단계를 도시한다.
도 9는, 본 발명에 따른 방법의 실행에 적합한, 2-빔 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 특별한 방법의 단계를 개략적으로 도시한다.

도 1은 입자 빔 장치 내에서 실행되는, 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 노출된 구조물을 가지는 시편 블록이 단계(S1)에서 제공된다. 이를 위해서, 시편 블록은 유리하게 입자 빔 장치의 시편 챔버 내의 시편 수용부에 의해서 유지된다.

노출된 구조물을 가지는 시편 블록을 생성하기 위한 여러 가지 방법이 생각될 수 있다. 관심 영역(ROI)이 초기에 식별되고 시편 블록 내의 그 위치가 결정된 후에, 이러한 영역을 둘러싸는 시편 재료가 제거된다. 재료 삭마가 많은 상이한 방식으로, 예를 들어 이온 빔(소위 밀링)을 이용하여 삭마되는 소위 트렌치에 의해서 또는 단차-성형 방식으로 삭마되는 재료에 의해서, 실행될 수 있다. 또한, 전자-빔-유도 식각에 의한 재료 삭마의 실시를 생각할 수 있다. 이를 위해서, 전자 빔이 프로세스하고자 하는 시편 장소로 지향되는 동안, 식각 가스가 시편 표면의 근접부 내로 안내된다. 시편 재료는 식각 가스 및 전자 빔의 상호작용에 의해서 제거된다. 더 큰 식각률을 획득하기 위해서 그리고 표적화된 방식으로 특정 시편 영역을 프로세스할 수 있도록, 식각 가스의 도입 및 전자 빔의 조사(irradiation)가 바람직하게 동시에 실시된다. 그러나, 또한, 기계적 프로세싱에 의해서(예를 들어, 마이크로톰 또는 울트라-마이크로톰(ultra-microtome)을 이용한 컷팅에 의해서), 레이저 프로세싱에 의해서 또는 다른 방법에 의해서 노출된 구조물로 적절한 시편 블록을 생성하는 것을 생각할 수 있다.

어떠한 경우에도, 관심 영역(ROI)은, 노출된 구조물로 지칭되는, 캔틸레버-형상 구조물에 또는 그 내에 위치되는 정도까지 노출된다. 따라서, 노출된 구조물은, 더 구체적으로 검사되어야 하고 현미경 시편으로서 준비되어야 하는 시편 영역을 포함한다. 이하에서 설명되는 방법 단계는, 이러한 방식으로 준비된 시편 블록을 이용하여 실행된다.

굽힘 연부는 대전 입자의 빔의 작용에 의해서 단계(S2)에서 생성된다. 예로서, 입자 빔이 포커스된 입자의 빔일 수 있다. 시편 재료가 밀링에 의해서 삭마되도록 그리고 굽힘 연부가 상승되도록, 이온 빔은 노출된 구조물 위로 안내된다. 대안적으로, 빔이 전자 빔이고 굽힘 연부가 전자-빔-유도형 식각에 의해서 생성되는 것을 또한 생각할 수 있다. 노출된 구조물은 굽힘 연부의 노치 가공(notching)의 결과로서 굽힘 연부를 따라 성형되고, 그에 따라 노출된 구조물은 다른 공간적 위치 내로 이동된다.

일반적으로, 굽힘 연부는, 입자 빔에 의해서 직선을 따라 삭마되는 시편 재료로 인해서 상승된다. 굽힘 연부는 캔틸레버의 노출된 영역 내에 생성된다. 결과적으로, 노출된 구조물은 굽힘 연부을 따라 굽혀지고, 그에 따라 구조물은 원래의 평면으로부터 원래의 평면에 대해서 각도를 이루어 배열되는 평면 내로 이동된다. 그러나, 굽힘 연부가 생성될 때, 노출된 구조물이 시편 블록으로부터 절단되지 않고 성형이 이루어지도록 하는 정도의 재료 만이 삭마된다.

본 발명은, 현미경 시편의 관찰된 성형 거동이 시편 준비 및 무접촉 시편 이송을 위해서 이용될 수 있다는 놀라운 발견을 기초로 한다. 본 발명자는, 제안된 방법이, 캔틸레버가 몇 십 나노미터로부터 몇 마이크로미터까지의 범위 내의 횡단면 두께를 가지는 노출된 구조물로 실행될 수 있다고 결정하였다. 예로서, 본 발명에 따른 방법이 면적이 20 ㎛ x 2 ㎛이고 두께가 약 1 ㎛인 전형적인 TEM 라멜라로 실행되는 것이 생각될 수 있고, 굽힘 연부가 내부에 생성되는 캔틸레버의 횡단면 두께는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있다.

노출된 구조물은 입사 입자 빔을 향하는 방향으로 굽힘 연부를 생성하는 것에 의해서 성형된다. 사용자는 입자 빔의 작용 중단에 의해서 성형 프로세스를 중단시킬 수 있다. 그러나, 입자 빔이 굽힘 연부 상에 다시 작용하는 경우에, 성형 프로세스가 또한 계속될 수 있다. 이어서, 노출된 구조물은 입사 입자 빔의 방향으로 더 성형된다. 이러한 방식으로, 사용자는 성형의 정도를 결정할 수 있다.

단계(S3)에서, 시편 블록이 위에 수용되는 시편 수용부가 이동된다. 이는 바람직하게, 시편 표면과 평행하게 연장되는 축을 중심으로 시편 블록과 함께 시편 수용부를 회전시키는 것에 의해서 실행된다. 결과적으로, 당연히 성형된 구조물에 또는 그 내에 위치되는 관심 영역은, 추가적인 검사를 위해서 노출된 구조물을 시편 블록으로부터 절단할 필요가 없이, 입자 빔 장치 내에서 더 검사될 수 있다. 마찬가지로, 시편 블록은 입자 빔 장치로부터 제거될 필요가 없다. 노출된 구조물이 시편 블록의 본체 외부로 이동되었기 때문에, 관심 시편 영역은 이제 시편 블록의 외측으로부터 접근할 수 있고 입자 빔 장치 내에서 관찰 및/또는 프로세스될 수 있다.

선택적으로, 방법은, 성형된 구조물 내의 시편 영역이 입자 빔 장치의 도움으로 관찰 및/또는 프로세스되는 부가적인 단계(S4)로 실행될 수 있다. 이는 현장 내에서 즉, 입자 빔 현미경으로부터 다른 기구 내로의 시편의 이송을 필요로 하지 않고 이루어질 수 있다. 예로서, 성형된 구조물의 영역이, 입자 빔 장치에 포함될 수 있는 검출기의 도움으로 화상화될 수 있고, 입자 빔과 시편 재료 사이의 상호작용의 상호작용 생성물이 검출되고 화상이 생성된다. 여기에서, 검출기는 이차적인 전자 검출기로서, 후방산란형 전자 검출기로서, EBSD(전자 후방산란 회절) 검출기로서, 음극선 발광 검출기로서, x-레이 검출기로서, 또는 임의의 다른 적합한 검출기로서 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어 입사 빔, 즉 국소적 또는 지역적 삭마 재료 또는 침착 재료의 조사에 의해서, 성형된 구조물을 현장 내에서 프로세스할 수 있다.

특히 유리한 실시예에서, 굽힘 연부의 형태는 침착 재료에 의해서 안정화된다. 이를 위해서, 재료(예를 들어, Pt-함유 층)가 프로세스 가스의 도입 및 - 필요한 경우 - 전자 및/또는 이온 빔 조사에 의한 활성화에 의해서 굽힘 연부에 도포된다. 결과적으로, 굽힘 연부 밀링 중에 발생되는 트렌치가 충진되는 한편, 굽힘 연부에 인접하는 2개의 지역이 서로 연결된다.

도 2는 노출된 구조물(25)을 포함하는, 예시적인 시편 블록(26)의 횡단면을 도시한다. 이는, 단지 일 측면에서 시편 블록에 접경되거나 그에 연결되는 캔틸레버 형태의 구조물인 것으로 이해된다. 이는 캔틸레버-형상의 구조물이 관심 시편 영역, 즉 더 구체적으로 검사되어야 하는 시편 영역을 포함하는 경우에 특히 유리하다.

본 예에서, 캔틸레버는 직육면체 형태를 갖는다. 이는 노출된 구조물(25)이 이러한 경우에 6개의 경계 표면을 갖는다는 것을 의미하고, 그 중 5개가 노출되고, 다시 말해서 시편 블록(26)과 지역적으로 접촉하지 않는다 캔틸레버는 단지 하나의 경계 표면에서 또는 하나의 직육면체 연부를 따라서 시편 블록(26)의 재료에 연결된다.

노출된 구조물이 초기에, 2개의 경계 표면 또는 2개의 연부에서 시편 블록과 여전히 접경되는, 가교부(bridge) 형태를 가지는 것을 또한 생각할 수 있다. 가교부의 길이방향에 대략 횡방향으로 연장되는 분리 라인을 이온 빔 밀링 또는 식각하는 것에 의해서, 가교부-형상의 구조물을 2개의 캔틸레버로 분할할 수 있고, 이어서, 그에 의해서 본 발명에 따른 방법을 실행할 수 있다. 노출된 구조물의 길이방향에 정확하게 횡방향(90°)으로 배열되지 않고 그 대신에 0 내지 90°사이의 다른 각도를 가질 수 있는 컷팅 각도를 또한 생각할 수 있다.

또한, 노출된 구조물이 전자 구성요소의 전도체 궤도로서 구현될 수 있다. 예로서, 추후에 커패시터로서 또는 마이크로-스위치로서의 역할을 할 수 있는 방식으로, 노출된 구조물이 구현될 수 있다.

그러나, 그러한 방법은 직육면체의 노출된 구조물로 제한되지 않는다. 원칙적으로, 예를 들어 원통형 또는 원뿔형 구조물과 같은 다른 구조물, 또는 단지 하나의 연부에서 시편 블록에 연결되는 임의의 다른 형태를 성형할 수 있다는 것을 또한 생각할 수 있다. 이는, 특히, 본 발명에 따른 방법에 의해서 3-차원적인 물체를 생성할 때, 도움이 된다. 조립된 형태가 설명된 방법을 이용하여 생성되는 것을 또한 생각할 수 있다: 예로서, 노출된 구조물이, 관심 지점을 포함하는 원통형 시편 영역이 연결되는, 직육면체로서 구현될 수 있다.

도 2에 도시된 시편 블록(26)은, 입자 빔 장치의 시편 챔버 내에 위치되는 시편 수용부(미도시)에 의해서 유지된다. 입자 빔 장치는, 광학 축(22)을 가지는 입자-광학 컬럼(21)을 포함한다. 동작 중에, 대전 입자는 입자-광학 컬럼(21) 내에 생성되고, 그러한 입자는 가속되고 포커스된 입자 빔(23)으로서 시편 블록(26) 상으로 조향된다. 프로세스에서, 대전된 입자가 실질적으로 광학 축(22)을 따라 이동된다. 입자-광학 컬럼(21)은, 광학 축(22)에 실질적으로 수직으로 연장되는, 관찰 및 프로세싱 평면(24)을 갖는다. 이는, 입자 빔이 약 90°의 각도(γ)로 시편 표면 상에 입사한다는 점에서 유리하다. 그러나, 입자가 시편에 입사하는 각도(γ)가 90°를 벗어나고 90°미만 및 0°초과, 예를 들어 바람직하게 80°또는 70°인 것을 또한 생각할 수 있다. 유리하게, 노출된 구조물(25)의 제1 경계 표면은 관찰 및 프로세싱 평면(24) 내에 놓이고, 그에 따라 노출된 구조물(25)의 프로세싱이 더 단순해진다.

본 발명에 따른 방법에서, 포커스된 입자 빔(23)은 이제, 굽힘 연부(28)가 생성되는 방식으로, 노출된 구조물(25)의 제1 경계 표면 상으로 조향된다. 예로서, 이는, 프로세싱 라인(280)을 따라 제1 경계 표면 위에 안내되는 입자 빔(23)으로 인해서 실시되고, 그에 따라 시편 재료가 이러한 라인(280)을 따라 삭마된다. 결과적으로, 굽힘 연부(28)가 발생되고 노출된 구조물(25)이 입사 입자 빔(23)의 방향으로 성형된다. 이는, 성형 후에, 구조물(25)의 제1 경계 표면이 더 이상 관찰 및 프로세싱 평면(24) 내에 놓이지 않고, 그 대신에 영이 아닌 관찰 및 프로세싱 평면(24)과 관련된 각도(β)를 가질 수 있다는 것을 의미한다.

노출된 구조물은 입자 빔이 굽힘 연부 상에 작용하는 동안에만 성형된다. 입자 빔을 비활성화 또는 편향(소위 블랭킹)시킴으로써, 성형이 또한 중단된다. 이는, 희망 정도의 성형이 달성되었을 때 성형 프로세스를 중지시킬 수 있게 한다. 따라서, 사용자는 노출된 구조물(25)의 성형의 희망 정도를 결정할 수 있고, 입자 빔의 작용을 중단시킴으로써 그리고 필요한 경우에 입자 빔이 다시 작용할 수 있게 함으로써 표적화된 방식으로 노출된 구조물을 성형할 수 있다.

다시 말해서: 사용자는, 성형된 노출된 구조물(27)이 관찰 및 프로세싱 평면(24)과 관련하여 취하는 각도(β)를 결정할 수 있다.

기껏해야, 각도(β)는, 성형을 위해서 이용된 입자 빔(23)이 시편 표면 상에 입사되는 각도(γ)의 값을 가질 수 있다. 이는, 노출된 구조물이, 기껏해야, 입사 입자 빔까지 성형될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 전체적으로 달성 가능한 각도(β)는 시편 블록을 변위 및/또는 시편 블록을 틸팅시키는 것(즉, 시편 수용부를 이동시키는 것)에 의해서 증가될 수 있고, 재성형이 반복될 수 있다.

원칙적으로, 관심 시편 영역은 시편 블록의 제1 경계 표면에 평행한 평면(지역적 단면) 내에서 또는 제1 경계 표면에 수직으로 연장되는 평면(횡단면) 내에서 연장될 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 예는 지역적 단면으로서 조각된 시편을 도시한다. 추가적인 검사 또는 추가적인 프로세스를 위해서, 입자 빔은 대략적으로 수직인 방식으로 성형된 구조물(27)의 표면 상으로 입사되어야 하고; 즉, 입자 빔(29)은 도 2b에 도시된 바와 같이 도면의 평면 내에서 연장되어야 한다. 이를 위해서, 시편 블록을 가지는 시편 수용부가 적절히 변위 및/또는 회전될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 횡단면 시편이 어떻게 준비되는지를 도시한다. 이는, STEM 또는 TEM에 의해서 검사되어야 하는 시편에 있어서 특히 관심의 대상이다.

횡단면 시편은, 시편 블록(31)의 내측부 내에 매립되는 관심 시편 상세부(32)를 시편 블록(31)의 부피 외측으로 리프팅시키는 것 그리고 입자 빔 장치 내의 추가적인 검사를 위해서 시편 상세부에 접근할 수 있게 하는 것을 허용한다. 여기에서, 시편 상세부(32)는 초기에 시편 블록(31)의 내측부 내에서 식별되고 그리고 시편 상세부(32)를 포함하는 노출된 구조물(33)이 준비된다. 포커스된 입자 빔(34)을 이용하여 입자 빔(34)의 포커스 평면 내에 놓인 경계 표면(36) 내에서 굽힘 연부(35)를 생성하고, 시편 상세부(32)는 성형 중에 입사 입자 빔(34)의 방향으로 굽힘 연부 주위로 회전된다.

프로세스에서, 노출된 구조물(33)은 시편 블록의 경계 표면(36)의 평면을 넘어서서 이동되고, 그에 따라 시편 상세부(32)가 마찬가지로 경계 표면(36)의 평면을 넘어서 이동되고, 이제 입자 빔 장치로 시편 상세부를 검사 및/또는 프로세스할 수 있다. 도 3의 예에서, 관심 대상의 시편 상세부(32)의 지역적 범위는 주로, 제1 경계 표면(36)에 수직으로 연장되는, 즉 시편 표면에 수직으로 연장되는 평면 내에 위치된다. 이는, 관심 영역(32)이, TEM 라멜라에서 빈번한 바와 같이, 시편 블록의 횡단면을 또한 나타낸다는 것을 의미한다.

특히 유리한 실시예에서, 노출된 구조물(33)은, TEM 라멜라로서 준비되어야 하는 그에 따라 매우 편평한 직육면체로서 구현되는 시편 영역을 포함한다. 후속 검사 또는 프로세싱 중에, 입자 빔이 시편 상세부(32)의 표면 상으로 수직으로 입사되는 경우, 즉, 입자 빔이 도면의 평면에 수직으로 연장되는 경우에 유리하다. 이를 위해서, 시편 블록을 가지는 시편 수용부가 적절히 변위 및/또는 회전될 수 있다.

도 3d 및 도 3e는, 개시된 방법이 또한 x-레이 또는 전자 단층촬영을 위한 단층 촬영 시편을 준비하기 위해서 이용될 수 있다는 것을 보여준다.

이러한 경우에 참조 부호(31, 33, 35 및 36)는 도 3a 내지 도 3c에서 설명된 것과 동일한 의미를 갖는다. 현미경 단층촬영 시편을 준비하기 위해서, 캔틸레버-형상의 노출된 구조물(33)에 연결된, 원통형 구조물(37)에 포함되는 방식으로, 관심 시편 상세부가 준비된다(도 3d). 대안적으로, 관심 시편 상세부는 또한 원뿔형 구조물(38)을 포함할 수 있다(도 3e). 모든 경우에, 단층촬영에 의해서 검사하고자 하는 영역이 시편 블록(31)의 내측부의 외부로 펼쳐지도록 그리고 결과적으로 시편 블록(31)의 외측으로부터 접근할 수 있도록, 노출된 구조물(33)이 설명된 방법에 의해서 성형된다. 결과적으로, 시편이 현장 내에서 프로세스 및/또는 검사될 수 있거나 다른 기구 내로 이송될 수 있는 방식으로, 단층촬영 시편이 준비된다. 본 발명에 따른 방법을 이용하여 단층촬영 시편을 준비하는 경우에 유리한 것은 ("기둥"으로 또한 지칭되는) 원통형 또는 원뿔형 구조물이 얻어진다는 것이고, 이는, 도구를 유지하거나 다른 기구 내로 이송할 필요가 없이, 추가적인 검사를 위해서 상이한 측면들로부터 침투될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 조정 가능한 커패시터를 생성하는 것을 생각할 수 있다. 이를 위해서, 평행하게 연장되고 전도체 궤도로서 구현되는 2개의 캔틸레버를 포함하는 시편 블록이 제공된다. 캔틸레버는 각각 판-성형된 돌출부를 가지며, 그러한 돌출부는 커패시터 판으로서의 역할을 할 수 있다. 커패시터의 커패시턴스는 2개의 커패시터 판들의 서로로부터의 거리에 의해서 그리고 커패시터 판들의 유효 면적의 크기에 의해서 결정된다. 유효 면적은, 커패시터 효과를 얻기 위해서 연관되고 반대로 대전된 커패시터 판(반대 판)과 상호작용하는 커패시터 판의 해당 면적인 것으로 이해된다. 커패시터 판을 가지는 적어도 하나의 캔틸레버를 성형함으로써, 커패시터 판의 위치가 반대 판과 관련하여 변경되고, 그에 따라 유효 면적의 크기가 변경된다. 이러한 방식으로 커패시터의 커패시턴스가 변경될 수 있고, 그에 따라 커패시터 효과가 조정될 수 있다. 대안적으로, 커패시터는 또한, 제1 커패시터 판이 캔틸레버로서 구현되는 한편, 제2 커패시터 판이 시편 블록의 벽 표면에 의해서 형성되는 실시예를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 커패시터는 원통형 커패시터로서, 즉 2개의 전기 전도성, 동심적 원통형 자켓의 형태로 구현된다. 여기에서, 내부 원통형 자켓은 노출된 전도체 궤도로서 구현되고 캔틸레버에 연결된다. 캔틸레버 내에서 굽힘 연부를 생성함으로써, 내부 실린더 자켓의 위치를 변경할 수 있고, 그에 따라 커패시터의 길이 - 및 그에 따른 그 커패시턴스 - 가 변경될 수 있다. 결과적으로, 이러한 원통형 커패시터가 또한 조정 가능하다.

전기 마이크로-스위치가 생성될 수 있고 방법의 다른 실시예와 함께 동작될 수 있다. 여기에서, 스위치를 통한 전류 유동이 중단되도록 구조물을 성형하기 위해서 본 발명에 따른 캔틸레버-형상의 구조물로 도입되는 굽힘 연부에 의해서 스위칭이 발생된다.

굽힘 연부(28, 35)가 캔틸레버의 길이방향 축을 따라서 생성되는 곳에 따라서, 노출된 구조물(25, 33) 전체 또는 노출된 구조물(25, 33)의 부분만이 성형된다. 유리하게, 굽힘 연부(28, 35)는 노출된 구조물(25, 33)을 전체로서 성형하기 위해서 캔틸레버의 지지부 부근에서 연장되어야 한다. 또한, 굽힘 연부(28, 35)가 노출된 구조물(25, 33)의 길이방향 축에 다소 수직으로 연장되는 경우가 유리하다는 것이 발견되었다. 바람직하게, 노출된 구조물(25, 33)이 성형 중에 시편 블록(26, 31)과 접촉되지 않는 방식으로, 굽힘 연부의 위치 및 프로파일이 선택된다.

도 4는, 예시적인 방식으로, 표면 상에 위치된, 더 구체적으로 검사되어야 하는 입자(48)를 가지는 시편 블록(41)을 준비하도록 의도된, 본 발명에 따른 방법의 다른 특별한 구성을 도시한다. 예로서, 시편 블록(41)은 규소를 포함한다.

예를 들어, 백금을 포함하는 코팅(42)이 이온 빔 침착에 의해서 시편 블록(41) 상으로 도포된다(도 4a). 이러한 코팅(42)은 아래에 위치된 규소-함유 시편 재료의 층을 커버하고 커버된 시편 영역을 위한 보호 층으로서 작용한다. 시편 표면 상에 놓인 입자(48)가 코팅 재료 내로 매립된다. 그러나, 코팅 생성은 백금-함유 층을 침착하는 것으로 제한되지 않는다. 그렇지 않고, 코팅은 다른 금속(예를 들어, 텅스텐)을 침착시키는 것 또는 탄소나 다른 적합한 물질을 침착시키는 것에 의해서 달성될 수 있다. 이온 빔 증착에 대한 대안으로서, 가스-보조 전자 빔 침착이 또한 이용될 수 있다.

코팅(42)은 이제 그 식각에서 언더컷(undercut)되는 것에 의해서 자유로워지도록 준비된다(도 4b). 이는 크세논 디플루오라이드(XeF₂)를 이용하는 이온 빔 식각에 의해서 이루어질 수 있다. XeF₂가 이온 빔의 영향이 없이 시편 재료를 균일하게 식각할 수 있기 때문에, 백금 침착물 아래의 규소가 제거되며; 즉, 코팅(42)이 자유롭게 유지되고 삭마된 영역(43) 위에 가교부-유사 구조물을 형성한다.

이제, 가교부-유사 코팅(42)이 이온 빔의 도움으로 컷팅된다(도 4c) 이러한 예에서 도시된 바와 같이, 이는 다소 중심적으로 달성될 수 있고, 그에 따라, 절단 컷팅부(45)에 의해서, 대략적으로 동일한 크기의 2개의 캔틸레버가 노출된 구조물(44)로서 발생된다.

이어서, 코팅(42)이 입자 빔에 의해서 프로세싱 라인을 따라 프로세스되고, 그에 따라 적은 양의 재료가 삭마되고 굽힘 연부(47)가 발생되고, 굽힘 연부에서 구조물(44)이 성형된다(도 4d). 따라서, 프로세싱 라인의 위치(및 그에 따라 굽힘 연부(47)의 위치)가 노출된 영역 내에서 희망에 따라 선택될 수 있다. 예로서, 가속 전압이 30 kV이고 빔 전류가 50 pA인 갈륨 이온 빔을 이용하여 굽힘 연부(47)를 생성할 수 있다.

성형의 결과로서, 노출된 코팅(42)은 입사 이온 빔의 방향으로 접히고, 그에 따라 입자(48)가 내부에 포함된 침착 층(42)이 굽힘 연부(47)를 중심으로 회전되고 그러한 침착 층은 프로세싱 평면의 외부로, 그리고 그에 따라 시편 표면의 평면의 외부로 리프팅된다.

여기에서, 또한, 성형이 서서히 달성되고, 그러한 성형은 이온 빔을 비활성화시키는 것 또는 멀리 피봇시키는 것(소위, "블랭킹")에 의해서 중단될 수 있다. 성형은 추후의 시간에 계속될 수 있다. 결과적으로, 성형된 구조물이 입자 빔 장치의 관찰 평면과 관련하여 채택하는 각도가 사용자에 의해서 결정될 수 있다. 최대 각도는 입자 빔 장치의 광학 축의 프로파일에 의해서 제한되고; 즉, 침착은, 기껏해야, 구조물이 입사 이온 빔의 궤적에 도달하는 정도까지 성형될 수 있다.

설명된 성형이 제2 캔틸레버에서 반복되고, 그에 따라 도 4d에 도시된 시편 형태가 발생된다.

도 5는, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 준비된 시편 블록(51)의 전자-현미경 화상을 도시한다. 시편 블록(51)은 규소를 포함하고 2개의 노출된 금-함유 구조물(52)을 생성하기 위해서 XeF₂를 이용하여 식각되었다. 노출된 구조물(52)은 굽힘 연부(53)를 생성하는 것에 의해서 성형되었다.

도 6은 현미경적인, 3-차원적인 굽힘 물체의 생성을 개략적으로 도시한다. 초기에, 초기 구조물(62)이 그 위에 침착된, 예를 들어 규소를 포함할 수 있는, 시편 블록(61)이 제공된다. 예로서, 이는 (예를 들어, 백금-함유 층의) 가스-유도형 이온 빔 침착 또는 가스-보조 전자 빔 침착에 의해서 이루어질 수 있다.

이어서, 초기 구조물(62)을 노출시키기 위해서, 예를 들어 XeF₂를 이용하여, 초기 구조물(62)이 식각에서 언더컷된다. XeF₂는, 활성화 복사선의 영향이 없이, 규소를 균일하게 식각할 수 있고, 그에 따라 재료는, 입자 빔에 의해서 직접적으로 조사될 수 없는 위치에서, 균일하게 삭마될 수 있다. 4개의 노출된 캔틸레버 구조물(63)이 이러한 방식으로 본 예에서 발생된다. 굽힘 연부(64)가 입자 빔의 작용에 의해서 노출된 구조물(63)의 각각에서 생성되고, 그에 따라 구조물(63)이 성형된다. 따라서, 복수의 굽힘 연부(64)를 가지는 3-차원적인 물체(65)가 발생된다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 방법의 추가적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 시편 블록(71) 내에, 제1 굽힘 연부(73)를 가지는 노출된 구조물(72)이 있다. 본 발명에 따른 방법을 이용하여 구조물(72)이 제1 굽힘 연부(73)를 따라 성형되었다. 성형된 구조물은 이제 다른 시간에 성형될 수 있다. 제2 굽힘 연부(74)가 입자 빔의 작용에 의해서 생성되고, 그에 따라 성형된 구조물(72)이 이제 2개의 굽힘 연부(73, 74)를 갖는다.

도 8a 및 도 8b는, 본 발명에 따른 방법에 의해서 현미경 시편이 현장 내에서 준비되고 성형된 노출된 구조물이 STEM 검출기를 이용하여 검사되는, 방법의 추가적이고 특히 유리한 구성을 도시한다. STEM(주사 투과 전자 현미경) 검출기는, 적어도 지점에서 전자 투과적인 시편을 통과한 전자를 검출하고, 이는 일반적으로 주사 전자 현미경 또는 SEM-FIB 조합 장치에 부착된다.

이는, 방법의 이러한 실시예가, STEM 검출기(88)를 포함하는 2-빔 장치를 이용하여 실행되는 경우에 특히 유리하다. 그러한 2-빔 장치는 전자 빔 컬럼(81) 및 이온 빔 컬럼(83)을 포함한다. 두 컬럼(81, 83)은 각각 광학 축(82, 84)을 가지며, 그러한 축은, 컬럼들이 서로에 대해서 경사져 배열되기 때문에, 서로에 대해서 각도(α)를 채택한다. 예로서, 각도(α)의 절대값이 54°일 수 있다. 그러나, 각도(α)의 크기가 0°내지 90°또는 10°내지 90°범위의 값을 채택하는 것이 또한 생각될 수 있다. 이는, 각도(α)가 40°내지 80°범위 내의 또는 45°내지 70°범위 내의 또는 50°내지 60°범위 내의, 예를 들어 52°또는 55°의 값을 채택하는 경우에 특히 유리할 수 있다.

노출된 구조물을 가지는 시편 블록(85)은, 시편 스테이지(860)에 배열된 시편 수용부(86) 상에 수용된다. 시편 수용부(86)는 변위 가능한 그리고 회전 가능한(틸트 가능한) 실시예를 갖는다. 시편 수용부(86)의 회전 축은 전자 빔 컬럼의 광학 축(82) 및 이온 빔 컬럼의 광학 축(84)이 걸쳐진 평면에 수직으로 연장된다. 다시 말해서, 시편 수용부(86)의 회전 축은 도 8의 예에서 도면의 평면에 수직으로 연장된다. 일반적으로, 회전 축은 또한 시편 수용부(86)의 틸트 축으로서 지칭된다. 이러한 틸트 축을 중심으로 하는 회전에 의해서, 시편 수용부(86)는 광학 축(82, 84)에 대한 상이한 각도들을 채택할 수 있다. 또한, 이는, 시편 수용부(86)가 시편 스테이지(860)와 관련하여 회전 방식으로 배열되고 결과적으로 시편 스테이지(860)의 기부에 대한 상이한 각도들을 채택할 수 있는 경우에 유리할 수 있다.

초기에, 노출된 구조물의 제1 경계 표면(89)이 이온 빔 컬럼(83)의 광학 축(84)에 실질적으로 수직으로 연장되는 방식으로, 시편 수용부가 회전된다. 이는, 제1 경계 표면(89)이 이온 빔 컬럼(83)의 포커스 평면 내에 배열된다는 것을 의미한다. 이러한 배열은, 시편 블록(85)이 이온 빔에 의해서 프로세스될 수 있고, 동시에, 전자 빔, 및 전자와 시편 재료 사이의 상호작용의 생성물을 검출하기 위한 검출기의 도움으로 관찰될 수 있다는 점에서 유리하다.

STEM 검출기를 이용하여 관찰을 실행할 때, 이는, 시편이 라멜라-유사 형태를 가지는 경우에 유리하다. 라멜라는, 길이 및 폭 범위가 단지 몇 마이크로미터(㎛)인 편평한 직육면체를 의미하는 것으로 이해된다. 라멜라가 전자에 대해서 투과적이 되도록 그에 따라 두께가 일반적으로 100 나노미터(nm) 미만이 되도록, 직육면체의 두께(라멜라 두께)가 선택되어야 한다.

라멜라가 2개의 측면에서, 하나의 단부 측면에서 그리고 시편 블록에 대면되는 측면에서 자유롭게 되는 방식으로, 라멜라가 준비된다. 다시 말해서, (노출된 구조물을 나타내는) 라멜라가 단지 제2 단부 측면에서 시편 블록에 여전히 연결된다.

이제, 굽힘 연부는 이온 빔을 이용하여 노출된 구조물 내에서 생성된다. 유리하게, 굽힘 연부는, 라인을 따라서 제거된 시편 재료로 인해서 시편 블록에 여전히 연결된 제2 단부 면에서, 또는 그 내에서 생성된다. 이는, 노출된 구조물이 이온 빔을 향하는 방향으로 이온 빔의 포커스 평면의 외부로 성형되고 굽혀지게 한다. 라멜라의 관심 영역이 아직 전자 투과적이 아니거나 충분히 전자 투과적이 아닌 경우에, 이러한 영역은 이제, 그 영역이 충분히 얇아질 때까지, 이온 빔으로 얇아질 수 있다.

이어서, 시편 블록(85)을 가지는 시편 수용부(86)가 회전되고 - 필요한 경우에 - 그 공간적 위치와 관련하여 변경되며, 그에 따라 성형된 노출된 구조물(87)은 전자 빔 컬럼(81)의 광학 축(82)에 수직으로 배치된다.

성형된 구조물(87) 내의 관심 시편 영역은 이제 전자 빔 컬럼(81)으로부터의 전자에 의해서 침투된다. 전자의 전파 방향과 관련하여, STEM 검출기(88)가 시편의 하류에 배열되고, 그에 따라 시편이 침투되었을 때 생성된 상호작용 생성물이 STEM 검출기(88)에 의해서 검출될 수 있다. 유리하게, 사용을 위해서 시편 챔버 내로 삽입될 수 있는 그리고 사용 후에 그로부터 다시 후퇴될 수 있는 방식으로, STEM 검출기(88)가 구성된다.

유리하게, 본 발명에 따른 방법의 여러 실시예가, 도 9에 도시된, 가스 주입 시스템을 가지는 2-빔 장치(FIB-SEM 조합 장치)로 실행될 수 있다. 2-빔 장치(91)는 2개의 입자 빔 컬럼, 즉 전자 빔을 생성하기 위한 전자 빔 컬럼(93) 및 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 컬럼(108)을 포함한다. 두 입자 빔은, 유리하게 두 입자 빔의 일치 지점에 위치되는, 시편(103) 상의 프로세싱 위치로 지향된다. 시편(103)은 시편 수용부(104) 내에 수용되고, 진공 조건이 일반적인, 2-빔 장치의 시편 챔버(92) 내에 위치된다.

유리하게, 시편 수용부(104)는 5-축 시편 스테이지로서 구현된다. 이는, 시편 수용부(104)가 x-, y- 및 z-방향으로 - 즉 3개의 상호 수직인 공간 방향 - 변위될 수 있고 틸트 축 및 회전 축을 중심으로 회전될 수 있다는 것을 의미한다. 광학 축(96, 107)이 걸쳐지는(즉, 도면의 평면에 수직인) 평면에 수직으로 연장되는 틸트 축을 중심으로 하는 회전은, 대전 입자에 의해서 조사되도록 의도된 시편의 표면이 광학 축(96, 107)에 대해서 상이한 조정 가능 각도들을 채택하게 할 수 있다.

동작 중에, 일차적인 전자가 전자 공급원(94) 내에서 생성되고, 그러한 일차적인 전자는 전자 빔 컬럼(93)의 광학 축(96)을 따라서 가속되고, 렌즈-요소 시스템(95, 97)에 의해서 포커스되고 그리고 적어도 하나의 개구 정지부(aperture stop)(98)에 의해서 트리밍된다(trimmed). 또한, 전자 빔 컬럼(93)은 편향 시스템(99)을 포함하고, 그러한 편향 시스템에 의해서 일차적인 전자 빔이 래스터-유형 방식으로 시편(103) 위로 안내될 수 있다. 또한, FIB-SEM 조합 장치(91)는 입자 빔과 시편(103) 사이의 상호작용의 상호작용 생성물을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기(100)를 포함한다.

또한, 2-빔 장치(91)는, 이온 공급원(109), 편향 시스템(106) 및 포커싱 렌즈 요소(105)를 가지는 이온 빔 컬럼(108)을 포함한다. 이온 공급원(109) 내에서 생성된 이온은 이온 빔 컬럼(108)의 광학 축(107)을 따라 가속되고 포커스되며, 그에 따라 이온은 포커스되어 시편(103) 상에 입사되고 시편(103)으로부터 재료를 삭마하기 위해서 및/또는 시편을 화상화하기 위해서 이용될 수 있다.

이는, 입자 빔 장치가 또한 가스 주입 시스템(GIS)(102)을 가지는 경우에 유리하다. 가스 주입 시스템은 일반적으로, 프로세싱 위치 부근에서 종료되는 라인을 통해서 시편(103)에 제어 방식으로 공급될 수 있는 프로세스 가스를 위한 저장용기를 포함한다. 프로세스 가스는 전구체 가스로서 구현될 수 있다. 전구체 가스는 초기에 이온 빔 또는 전자 빔에 의해서 활성화되고 그에 따라, 시편 재료를 삭마시킬 수 있거나 재료를 시편에 침착시킬 수 있는 반응성 형태로 변환된다. 예로서, 크세논 디플루오라이드(XeF₂)의 전구체 가스가 공급될 수 있고, 이는 활성화에 의해서 반응성 크세논 디플루오라이드로 변환되며, 그에 따라 시편 재료가 식각된다. 시편의 프로세싱 진행이, 전자 빔 컬럼(93) 및 연결된 검출기(100)의 도움으로 동시에 또는 연속적으로 관찰될 수 있다.

또한, 입자 빔 장치(91)는 평가 및 제어 유닛(101)을 포함한다. 평가 및 제어 유닛(101)은, 컴퓨터 프로그램 제품 내에 포함된, 제어 명령의 시퀀스를 실행할 수 있다. 제어 명령을 실행함으로써, 입자 빔 장치는 본 발명에 따른 방법을 실행하게 된다.

도 10a 내지 도 10d에 도시된 특별한 실시예에서, 방법은 준비된 시편을 조작기 바늘(1001) 또는 시편 운반체 상으로 이송하는 것을 줄이기 위해서 이용될 수 있다. 이를 위해서, 입자 빔 장치는 변위 가능한 이송 장치를 포함하고, 그러한 이송 장치는, 시편을 수용하기 위한 조작기 바늘(1001) 또는 유사 도구를 가지는 마이크로조작기를 유리하게 포함한다. 노출된, 즉 캔틸레버-형상의 시편(1003)이 입자 빔(1002)의 작용에 의해서 전술한 바와 같이 성형된다(도 10a). 프로세스에서, 노출된 구조물 그리고, 그와 함께, 관심 시편 영역(1005)이, 노출된 구조물이 조작기 바늘(1001)과 접촉할 때까지, 조작기 바늘(1001)의 방향으로 이동된다. 이는, 시편 재료가 조작기 바늘(1001)에 사실상 접경될 때, 구체적으로 성형 이동이 마이크로조작기 바늘(1001)의 저항으로 인해서 중단되는 때를 사용자가 안다는 점에서 유리하다. 프로세스에서 시편 재료에 가해지는 힘은 매우 작고, 그에 따라 손상이 발생되지 않는다. 대조적으로, 시편은 종종 통상적인 방법에서 조작기 바늘의 이동에 의해서 손상된다. 후속하여, 성형된 구조물이 조작기 바늘(1001)에 체결된다(도 10c). 예로서, 이는 이온 또는 전자 빔을 이용한 백금-함유 층의 가스-보조 침착에 의해서 이루어질 수 있다(도 10c). 이를 위해서, 전구체 물질이, 예를 들어 중공형 바늘(1006)의 도움으로, 조작기 바늘(1001) 및 시편 재료(1003)에 인가되고, 입자 빔(1002)의 도움으로 침착된 재료로 변환된다. 이어서, 관심 시편 영역(1005)이 이제 조작기 바늘(1001)의 변위에 의해서 임의 위치로 이동되도록, 노출된 구조물이 시편 블록(1004)으로부터 절단된다(도 10d).

예로서, 이러한 방식으로 이송된 시편은 TEM 라멜라, 현미경 단층촬영 시편 또는 전자 구성요소의 전도체 궤도일 수 있다. 유리하게, 이용된 입자 빔 장치는 포커스된 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 컬럼을 포함한다. 이는, 입자 빔 장치가, 포커스된 이온 빔을 생성하기 위한 이온 컬럼 및 포커스된 전자 빔을 생성하기 위한 전자 컬럼을 포함하는 다중-빔 장치로서 구현되는 경우에 특히 유리하다. 구조물이 가스-보조 식각에 의해서 프로세스될 수 있도록 또는 코팅이 침착될 수 있도록, 입자 빔 장치가 식각 가스 도입을 위한 가스 주입 시스템을 포함하는 것을 또한 생각할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법의 도움으로, 관심 시편 영역이 시편 운반체, 예를 들어 유리 선단부 또는 마이크로조작기 바늘 상으로 이송되는 것을 생각할 수 있다. 이를 위해서, 시편 운반체가 마이크로조작기에 의해서 시편 챔버 내로 도입되고, 관심 시편 영역을 포함하는, 자유로워지도록 준비된 구조물 위에서 유지된다. 본 발명에 따라 노출된 구조물을 성형함으로써, 구조물이 시편 운반체에 접경되고, 예를 들어, 백금-함유 층의 가스-보조 침착에 의해서, 시편 운반체에 체결될 때까지, 구조물이 시편 운반체의 방향으로 이동된다. 이어서, 시편 운반체가 관심 시편 영역과 함께 다른 위치로 이동될 수 있거나, 다른 기구 내로 이송될 수 있다. 이는, 시편 운반체가 절개부를 가지고 관심 영역이 절개부 내에 배치되는 방식으로 노출된 구조물이 성형되는 경우에 특히 유리할 수 있다.

시편을 이송하기 위한 설명된 방법은, 시편이 마이크로조작기 바늘 또는 시편 운반체에 접경될 때, 구체적으로 바늘의 또는 시편 운반체의 저항이 성형 이동을 중단시킬 때를 어느 정도 확실성을 가지고 알 수 있다는 점에서, 유리하다. 또한, 작은 힘만이 시편에 작용하고, 그에 따라 시편의 손상 위험이 최소화되고, 따라서 이러한 방법은 매우 민감한 시편에 또한 적합하다.

S1 단계: 시편 블록 제공
S2 단계: 굽힘 연부 생성
S3 단계: 시편 수용부 이동
S4: 단계: 성형된 구조물 관찰 및/또는 프로세싱
21 입자-광학 컬럼
22 광학 축
23 포커스된 입자 빔
24 관찰 및 프로세싱 평면
25 노출된 구조물
26 시편 블록
27 성형된 노출된 구조물
28 굽힘 연부
29 추가적인 검사를 위한 입자 빔
280 프로세싱 라인
31 시편 블록
32 관심 시편 상세부
33 노출된 구조물
34 입자 빔
35 굽힘 연부
36 경계 표면(단면도)
37 원통형 구조물
38 원뿔형 구조물
41 시편 블록
42 코팅
43 삭마된 영역
44 노출된 구조물
45 절단 컷팅부
46 성형된 노출된 구조물
47 굽힘 연부
48 입자
51 시편 블록
52 노출된 구조물
53 굽힘 연부
61 시편 블록
62 초기 구조물
63 노출된 구조물
64 굽힘 연부
65 3-차원적인 물체
71 시편 블록
72 성형된 노출된 구조물
73 제1 굽힘 연부
74 제2 굽힘 연부
81 전자 빔 컬럼
82 전자 빔 컬럼의 광학 축
83 이온 빔 컬럼
84 이온 빔 컬럼의 광학 축
85 시편 블록
86 시편 수용부
87 성형된 노출된 구조물
88 STEM 검출기
89 제1 경계 표면
860 시편 스테이지
91 입자 빔 장치
92 시편 챔버
93 전자 빔 컬럼
94 전자 공급원
95 제1 집속 렌즈 요소 시스템
96 전자 빔 컬럼의 광학 축
97 제2 집속 렌즈 요소 시스템
98 개구 정지부
99 편향 시스템
100 검출기
101 제어 및 편향 유닛
102 가스 주입 시스템
103 시편 블록
104 시편 수용부
105 포커싱 렌즈 요소
106 편향 시스템
107 이온 빔 컬럼의 광학 축
108 이온 빔 컬럼
109 이온 공급원
1001 마이크로조작기 바늘
1002 입자 빔
1003 캔틸레버-형상의 구조물
1004 시편 블록
1005 관심 시편 영역(ROI)
1006 중공형 바늘

Claims

입자 빔 장치의 도움으로 실행되는, 현미경 시편의 현장 내 제조를 위한 방법으로서, 입자 빔 장치는:
- 대전 입자의 포커스된 빔을 생성하기 위한 입자 빔 컬럼;
- 시편 블록을 수용하기 위한 시편 수용부;
- 입자 빔과 시편 재료 사이의 상호작용의 상호작용 생성물을 검출하기 위한 검출기를 포함하고,
상기 방법은:
a) 노출되고 관심 시편 영역(ROI)을 포함하는 구조물을 가지는 시편 블록을 제공하는 단계;
b) 상기 노출된 구조물의 적어도 일부가 상기 입사 입자 빔의 방향으로 성형되도록, 상기 입자 빔의 작용에 의해서 상기 노출된 구조물 내에 굽힘 연부를 생성하는 단계;
c) 상기 성형된 구조물에 의해서 둘러싸인 시편 영역이 상기 입자 빔 장치 내에서 관찰 가능하고 및/또는 프로세스 가능한 방식으로, 상기 시편 블록이 내부에 수용되는, 시편 수용부를 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 방법은: 상기 입자 빔 장치의 도움으로 상기 관심 시편 영역(ROI)를 관찰 및/또는 프로세스하는 부가적인 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 굽힘 연부를 생성하는 단계는:
상기 노출된 구조물의 형상의 희망 크기를 미리 결정하고 희망 형상을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
현미경 시편이 복수의 굽힘 연부를 가지도록, 상기 굽힘 연부를 생성하는 단계가 반복되는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은:
침착물 도포에 의해서 상기 굽힘 연부의 형태를 안정화시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자 빔 장치는 포커스된 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 컬럼을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자 빔 장치는, 포커스된 이온 빔을 생산하기 위한 이온 빔 컬럼 및 포커스된 전자 빔을 생산하기 위한 전자 빔 컬럼을 포함하는 다중-빔 장치로서 구현되는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자 빔 장치는 포커스된 전자 빔을 생성하기 위한 전자 빔 컬럼 및 식각 가스를 도입하기 위한 가스 주입 시스템을 포함하고,
상기 굽힘 연부는 상기 전자 빔 및 식각 가스의 작용에 의해서 생성되는, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노출된 구조물의 제공은 코팅의 침착을 포함하는, 방법.
제9항에 있어서,
상기 코팅이 백금을 포함하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 노출된 구조물이 식각에 의해서 상기 시편 블록으로부터 노출되는, 방법.
제11항에 있어서,
XeF₂-전구체가 식각 목적을 위해서 공급되는, 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관심 시편 영역이 상기 시편 블록의 표면 상에 위치되는 입자를 가지는, 시편 블록이 제공되고; 그리고, 침착물 도포에 의해서, 상기 입자가 상기 침착 재료 내에 매립되고; 그리고 상기 침착이 식각에서 언더컷되고 그에 따라 상기 입자를 가지는 침착물이 상기 노출된 구조물을 형성하며;
그리고 상기 굽힘 연부가 상기 침착물 내에 생성되는, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 현미경 시편이 TEM 라멜라인, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 현미경 시편이 단층촬영 시편인, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노출된 구조물이 전자 구성요소의 전도체 궤도로서 구현되는, 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자 빔 장치는 전자 빔 컬럼 및 STEM 검출기를 포함하고, 상기 관심 시편 영역은 전자에 대해서 투과적이고;
그리고 상기 방법은 상기 전자 빔 컬럼으로부터의 전자를 상기 관심 시편 영역을 통해서 통과시키는 단계를 포함하고, 그 결과로서 발생되는 상기 상호작용 생성물이 STEM 검출기를 이용하여 검출되는, 방법.
입자 빔 장치의 도움으로 실행되는, 현미경 시편의 이송을 위한 방법으로서, 입자 빔 장치는:
- 대전 입자의 포커스된 빔을 생산하기 위한 입자 빔 컬럼;
- 시편 블록을 수용하기 위한 시편 수용부;
- 입자 빔과 시편 재료 사이의 상호작용의 상호작용 생성물을 검출하기 위한 검출기;
- 현미경 시편을 수용하기 위한 변위 가능 이송 기구를 포함하고;
상기 방법은:
a) 노출되며, 준비하고자 하는 시편을 포함하는 구조물을 가지는 시편 블록을 제공하는 단계;
b) 이송 기구를 배치하는 단계;
c) 상기 노출된 구조물의 적어도 일부가 입사 입자 빔의 방향으로 성형되도록, 상기 입자 빔의 작용에 의해서 상기 노출된 구조물 내에 굽힘 연부를 생성하는 단계로서, 상기 성형된 구조물은 상기 이송 기구의 근접부 내로 이동되는, 단계;
d) 상기 구조물을 상기 이송 기구에 체결하는 단계;
e) 상기 구조물을 상기 시편 블록으로부터 절단하는 단계를 포함하는, 방법.
입자-광학 기구가 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법 중 하나를 실행하게 하는, 제어 명령의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따라 획득 가능한, 복수의 굽힘 연부를 가지는 현미경 시편.